Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
図6 近畿・中国・四国地方の放火による火災発生地点分布

図7 足利市・佐野市付近の3次元地形と林野火災発生地点

ことがわかったが、ここでは、林野火災発生危険度予測システムの予測精度の向上をはかる目的で、日本の国土全体を次の3種のメッシュサイズ $ ^{2)} $ 領域(環境省による生物多様性情報)における放火林野火災について調べた。

(1) 約80km×80kmの領域の一次メッシュ

(2) 約 $ 10km\times10km $ の領域の二次メッシュ

(3) 約 $ 1 km \times 1 km $ の領域の三次メッシュ

ここで、一次メッシュは概略県単位の領域、二次メッ
シュは概略市町村の領域、三次メッシュは市町村の下部地区（大字など）の領域に相当する。

図2と図3の林野火災発生地点と図5と図6の放火による林野火災発生地点を一次メッシュの領域ごとに集計し、林野火災件数(x)と放火による林野火災件数(y)の関係を図8に示す。この図から、林野火災件数の少ない地域では、放火による林野火災件数は少ない。一方、メッシュ内の林野火災件数の多い愛知県や千葉県のような地域では、放火による林野火災は急激に増加する。図の実線は近似式y=0.00025x²を示す。

次に、同様に図2と図3の林野火災発生地点と図5と図6の放火による林野火災発生地点を二次メッシュの領域ごとに集計し、林野火災件数(x)と放火による林野火災件数(y)の関係を図9に示す。二次メッシュの場合も、一次メッシュの場合と同様に、林野火災の少ない地域では、放火による林野火災は少なく、林野火災の多い地域では放火による林野火災は急激に増加する。図の実線は近似式 $ y=0.011x^{2} $ を示す。しかし、二次メッシュの場合には、一次メッシュの場合よりもばらつきが多く、同じ程度の林野火災発生件数の地域でも、放火は林野火災地域によって異なる。

さらに、図2と図3の林野火災発生地点と図5と図6の放火による林野火災発生地点を三次メッシュの領域ごとに集計し、1kmサイズの三次メッシュ内の林野火災件数が6年間で10件以上の三次メッシュの三次メッシュコードと林野火災件数及び放火林野火災の比率を表2に示す。

領域の大きさが約1km×1kmの三次メッシュの場合、約40万メッシュからなる日本の国土のほとんど、すなわち96.4%では、1996年から2001年の6年間に、林野火災は1件も発生していない。逆に、林野火災が発生した三次メッシュは国土の3.6%（14502メッシュ）で、そのうち7年間に3件以上の林野火災が発生した三次メッシュは769メッシュである。すなわち、ほとんどの三次メッシュでは林野火災は発生せず、林野火災が多発する地域は限定されている。

林野火災が10件以上発生した三次メッシュの地域は13で、そのコードと林野火災件数、放火件数、及び放火の率を表2に示す。この表から、林野火災が多く発生する地域では、ほとんどの林野火災が放火による地域が数多くみられ、人口密度の高い地域でも、放火の多い地域と少ない地域が見られる。

図8 一次メッシュにおける全林野火災件数と放火による林野火災件数の関係

図9 二次メッシュにおける全林野火災件数と放

表2 三次メッシュ内の林野火災多発地域の林野火災件数と放火による林野火災の比率（1996年～2001年）

三次メッシュコード	火災件数	放火火災	比
51343579	26	26	100.0%
51323595	17	11	64.7%
51355387	17	7	41.2%
52370182	17	17	100.0%
53392297	16	15	93.8%
52371512	12	12	100.0%
52374182	11	10	90.9%
54393497	11	7	63.6%
61402247	11	0	0.0%
51377691	10	6	60.0%
52350064	10	2	20.0%
53400330	10	2	20.0%
54383747	10	1	10.0%
合計	178	116	65.2%
## 4 ．林野火災発生危険度予測に関する考察

これまでの筆者らの研究の結果、林野火災は過去に林野火災が発生した場所で発生しやすく、特に放火による林野火災の場合、林野火災が多発している地域に放火が多い。従って、林野火災発生危険度の予測において、放火林野火災の情報を加味することは、予測精度の向上に効果があると考えられる。図10はこれまでの気象情報と林相、人口密度の情報に、放火の情報を加味して危険度予測を行った結果である。この場合、従来の手法の場合と異なり、放火林野火災が多い浜松市付近の予測危険度が上昇し、実際の林野火災発生地を含むように改良されている。

はじめに述べたように、外国の林野火災発生危険度予測システムにおいて、人口密度や火災密度、放火情報などを用いている例はない。日本の周辺諸国のうち、韓国では大規模林野火災が多発し、ナショナルプロジェクトとして、林野火災発生危険度予測システムを開発している。韓国の林野火災の状況を調べてみると、林野火災は春先に多いこと、山林の植生、及び林野火災原因のほとんどは人為的要因によるなど、日本と共通する状況が多くある。アメリカの予測システムでは、気象や林相などによる危険度に着火源としての雷の情報を加味している。しかし、韓国のシステム $ ^{5)} $ では気象状況因子を6割、植生因子を2割、地形因子を2割として用いているだけで、着火源となる要素は加味されていない。その場合、上述のように過去に林野火災がほとんどなく、事実上林野火災発生の危険性が非常に少ない地域であっても、気象情報などから林野火災危険度が高いと判定する場合がある。筆者らと共同研究を行っている中国の予測システム $ ^{6)} $ では、森林率と人口密度や道路密度も考慮する試みがなされ、精度の向上が図られている。従って、韓国の予測システムにもこれらの情報を加味することにより精度向上が可能と思われる。

図10 放火情報を加味した火災危険度予測結果

### 5. まとめ

本研究は、林野火災発生危険度予測システムの予測精度の向上を図ることを目的とし、林野火災及び放火はどのような場所に多く発生するか調査した。その概要は次の通り。

(1) わが国の林野火災はJR在来線沿いのような人口密度の高い地域に多く発生している。

(2) 国土を1km×1kmのメッシュに分割し、林野火災の発生数をみると、過去6年間に、林野火災が発生した領域は国土の4％弱で、ほとんどのメッシュでは林野火災は発生していない。3件以上の林野火災が発生した三次メッシュは769メッシュ、10件以上発生した地域は13メッシュで、林野火災が多発する地域は極めて限定されている。

(3) 放火による林野火災は人口の少ない地方に少なく、大都市近郊に多いが、人口密度の高い地域でも、放火の多い地域と少ない地域のばらつきが大きい。林野火災が多発する地域で、ほとんどの林野火災が放火である場合もある。

(4) 林野火災危険度予測に、気象情報や人口密度情報に放火の情報も加味することは予測精度の向上に有効である。

## 引用文献

1）平成16年消防白書、総務省消防庁（2004）

2）佐藤他、“林野火災の発生危険度と拡大を予測するシステムの開発に関する研究報告書”、消防研究所研究資料第63号（2004）

3) Satoh, K. and K.T. Yang, “An Analysis to Predict Forest Fire Danger and Fire Spread”, 2003 ASME Summer HTD (Las Vegas, USA), HT2003-40357, pp.1-8 (2003)

4) Satoh, K., Song Weiguo and K.T. Yang, "A Study of Forest Fire Danger Prediction System in Japan", DEXA2004 (Zaragoza, Spain), pp.1-6 (2004)

5) Lee, S.Y., “Forest Fire Characteristics and Suppression Technique in Korea”, Proceeding of Forest Fire Suppression Techniques/ Northeast Asia Region International Symposium (Seoul, Korea), pp.3-30 (2002)

6) Song Weiguo, Ma Jian and K. Satoh, “NN Analysis of Multi-Correlation between Forest Fire Risk and Weather Parameters”, Proceedings of the 5th NRIFD Symposium - International Symposium on forest fire protection (Tokyo, Japan), pp.182-190 (2005)
# A Study of Forest Fire Danger Prediction System -Distribution Map of Fire Occurrence and Forest Fires due to Incendiary-

(Abstract)

Kohyu Satoh

(Accepted October 31, 2005)

All over the world, forest fires cause severe damage to valuable natural environment. The Japanese fire statistics showed that most forest fires are caused by human activities. Based on the fundamentals of the weather conditions and detailed fire occurrence data, together with the population data, a system to predict forest fire danger rating has been developed. In this study, aiming to increase the prediction effectiveness, the detailed distribution map of fire occurrence and fires due to incendiary were investigated to analyze where the forest fires exactly occur. The followings are found;

(1) Most fires distribute in the populated area (except for the highly urbanized area) such as in the area along railways, rather than in the deep mountainous area.

(2) All the forest fires in Japan occurred in the area of only 4% within 400,000 meshes divided into 1km x 1 km.

(3) Also incendiary forest fires distribute in the populated area and there are some places where almost all forest fires are due to incendiary.

(4) Human-related forest fire information could increase the prediction effectiveness of forest fire danger rating, together with the information of weather and forest.
技術報告

# 実効湿度、日最小湿度と林野火災発生確率

寒河江 幸平

(平成17年10月31日受理)

林野火災は国際的な問題の一つになっている。インドネシア、シベリヤ等で大規模林野火災が発生していることより、煙害、資源の喪失、温暖化等地球環境への影響が懸念されるためである。わが国の林野火災は国際的な問題に発展することはないが、資源喪失、土砂災害の増加等に影響を与えると考えられる。林野火災の発生に気象が関わることが従来数多くいわれている。中でも湿度が最も影響するといわれている。そこで、林野火災発生と湿度の関係を、統計的かつ数値的に検討した。従来火災発生の基準といわれる実効湿度60%、日最小湿度40%等と、湿度ごとに求めた林野火災発生確率との関係を調べた。結果としては、上記の基準は、その日に林野火災が発生する確率が0.5よりも僅かに少ない値に相当することがわかった。また、上記湿度以下の日の発現割合、林野火災発生件数の全林野火災全体に対する割合を調べたところ、日最小湿度の方が実効湿度より発現日数、火災発生件数とも割合が高かった。

### 1. はじめに

地球環境の問題の一つとして、大規模林野火災があげられている。インドネシア、モンゴル等での林野火災があって、最近ではロシアのシベリア、アメリカのアラスカ・カリフォルニアなどでの大規模林野火災が話題になっている。周辺国家への煙害、貴重な森林資源の焼失、地球温暖化の助長などを伴うためである。

わが国でも林野火災は年3000件ほど発生し、自然資源の焼失、土砂災害の危険性増大等いろいろの影響を与えるものとなっている。

従来林野火災の発生、拡大は気象の影響を受けるといわれる $ ^{1)-7} $ 。特に、湿度と風が強く影響するといわれている $ ^{8)、9)、11} $ 。火災の発生、拡大に関する注意報、警報等は、その2つの気象要素の値より定められている。湿度については、実効湿度と最小湿度の2つが用いられている。火災の発生には実効湿度が影響し、最小湿度及び風は火災の拡大に影響すると考えられる。筆者も重回帰分析によって、いくつかの例外を除いた、大半の都道府県で実効湿度が火災の発生に最も関係することを示した $ ^{10)、13} $ ことがある。また、大規模林野火災について、統計分析により、湿度が低いか、風が強いときに起きやすいこと $ ^{12)、13} $ を調べたこともある。

本研究では、火災発生率という概念により、林野火災発生と湿度、特に実効湿度及び日最小湿度との関係を調べた。火災発生率とは、ある湿度の出現日数で、その湿度において発生した火災件数を除したものである。この火災発生率はある湿度の発現した日において発生した林野火災発生件数の平均値で、林野火災発生のし易さを表す一つの目安と考えられる。林野火災発生率を用いると、他の都道府県の間や他の条件における火災発生のし易さを比較できるし、統計的な処理が容易になると考えられる。

湿度によって、火災発生率がどう変化するかを知れば、林野火災の発生の危険度が高いか低いかわかるであろう。従来いわれている、実効湿度60%、日最小湿度40%という林野火災発生危険度のしきい値の妥当性もわかるであろう。

そこで、都道府県ごとの林野火災発生率と実効湿度及び日最小湿度の関係を調べた。

データは平成7年から平成12年までの6年間のものである。

### 2. 分析方法

実効湿度、日最小湿度を0％から100％まで5％ごとに20の区間に分け、その出現数と火災が発生した日の実効湿度、日最小湿度の総数を求めた。ある湿度の出現数で、その湿度で発生した火災の総数を割ったものをその湿度
における火災発生率とした。データは平成7年から平成12年までの6年間とし、火災データは全国火災報告より、気象データは気象庁月報によった。実効湿度は以下の式(1)により求めた。

$$ H=\begin{array}{c}(1-\mathbf{r})\end{array}(H\ 0+\cdots+H\ n+\cdots)\quad\cdots\quad(1) $$

ここに、Hはその日の実効湿度、H_{n}はn日前の日平均湿度、rは重みで、ここでは0.5とした。

日本全国を対象としたが、分析は都道府県ごとに行った。ただ北海道だけは西部と東部に分けた。

いまある湿度の火災発生率がわかったとする。それをsとすると、sはその湿度出現日一日における平均火災発生件数である。確率論的に、火災の発生が全くアットランダムとすると、一日あたりの発生確率はsを平均値とするポアソン分布になる。一日に1件以上の火災が発生する確率と1件も発生しない確率が等しくなるのはポアソン分布の平均値が約0.7の時である。この時はいうまでもなく火災発生確率が0.5である。林野火災発生率と林野火災発生確率の関係は以下の式の通りである。

$$ P=1-EXP\ (-R)\quad\cdots\cdots\cdots\cdots\quad(2) $$

ここに、Pは林野火災発生確率、Rは林野火災発生率である。

そこで、火災発生確率0.5を火災発生危険度の一つの目安にすることによって、各都道府県の実効湿度、日最小湿度とにどのような関係があるのかを考察した。

### 3. 分析結果及び考察

図1に平成7年から平成15年までの都道府県ごとの火災発生件数の累計を示した。非常に林野火災発生件数が多いところから少ないところまでバラバラである。富山県は一年平均約7件ときわめて少ない。兵庫県、千葉県、広島県等が非常に多い。

図2－1から2－3までに、各都道府県の林野火災発生確率と実効湿度の関係を示した。横軸に都道府県名、縦軸には林野火災発生確率、5％刻みの湿度は折れ線で表している。図で50％とあるのは実効湿度が45％以上50％以下の範囲を表している。他の湿度についても同様である。発生件数の多い県では、湿度の高い方から低い方へ火災発生確率は高くなり、実効湿度55％あたりで火災発生確率は0.5を越える。ここに林野火災発生件数の多い県とは次の通りである。岩手県、宮城県、福島県、茨城県、栃木県、千葉県、長野県、岐阜県、静岡県、愛知県、三重県、大阪府、兵庫県、島根県、岡山県、広島県、山口県、福岡県、佐賀県、長崎県、大分県、宮崎県、鹿児島県等である。以上の府県は9年間累計で約500件以上の林野火災が発生している。中でも実効湿度60％で発生確率0.5を越えるのは福島県、茨城県、静岡県、兵庫県、広島県、宮崎県の6県である。

実効湿度55%という値は火災警報等の基準値より若干低めである。実効湿度60%というのは林野火災発生確率が0.5、すなわち火災が発生する確率と発生しない確率が同じになるときより若干低めの発生確率に対応する基準であるといえる。

林野火災発生件数の多い県では、実効湿度と林野火災発生確率の間には相応の関係があると思われる。火災発生件数の少ない都道府県では分析に足りるデータ数が少ないことより、分析結果は信頼できるものではないと考

図1 各都道府県の林野火災件数（平成7年から平成15年までの累計）
えられる。

図3－1から図3－3までに、日最小湿度と林野火災発生確率の関係を都道府県ごとに示した。ここでも図は横軸が都道府県、縦軸が林野火災発生確率、日最小湿度は5％刻みの折れ線で表している。ここでも日最小湿度35％というのは日最小湿度30％以上35％以下のことを表している。他の湿度についても同様である。これも実効湿度と同様、湿度の低いほど発生確率が高く、林野火災発生件数の多い県ではその傾向が良く見て取れる。それら

図2－1 都道府県別実効湿度と林野火災発生確率の関係その1

図2－2 都道府県別実効湿度と林野火災発生確率の関係その2

図2－3 都道府県別実効湿度と林野火災発生確率の関係その3

の県では、日最小湿度30%あたりで、発生確率が0.5を越えることが見られる。中でも兵庫県と静岡県は日最小湿度40%でも発生確率は0.5を越える。千葉県、静岡県、広島県では日最小湿度35%で発生確率が0.5を越える。

火災警報等の日最小湿度の一般的な基準は40％以下であるが、林野火災発生確率が0.5を越えるのは多くの都道府県で日最小湿度が30％程度のときである。ここでも火災警報等の日最小湿度の基準値は林野火災発生確率0.5より若干低めの確率に対応するものになっている。

図3－1 都道府県別日最小湿度と林野火災発生確率の関係その1

図3－2 都道府県別日最小湿度と林野火災発生確率の関係その2

図3－3 都道府県別日最小湿度と林野火災発生確率の関係その3
林野火災発生確率は湿度の低下にしたがい高くなる傾向が見られるが、林野火災発生件数の少ない都道府県については顕著には見られない。それらの県については統計的には数が少なく、データ数を増やす必要があると考えられる。

林野火災の発生には実効湿度が最も影響するという結果を述べたこと $ ^{13)} $ があり、その時平成7年から平成12年までの全火災についての実効湿度の平均は59.0%であったことを述べた。これより林野火災発生危険の目安とし

図4－1 都道府県別実効湿度60％以下の発現日数と林野火災発生割合その1

図4－2 都道府県別実効湿度60％以下の発現日数と林野火災発生割合その2

図4－3 都道府県別実効湿度60%以下の発現日数と林野火災発生割合の3

て、実効湿度が55%ないしは60%以下であるといってよく、従来の火災警報、火災通報等の基準の妥当性が確認されたと考える。日最小湿度については、火災通報等の基準より5％ないし10%低めで火災発生確率が多くの都道府県で、値0.5を越えることがわかった。

図4－1から図4－3まで実効湿度60％以下の発現日数割合と全火災に対する実効湿度60％以下で発生した火災の割合を都道府県別に示した。また同様に図5－1から図5－3までに日最小湿度40％以下についても示した。

図 5－1 都道府県別日最小湿度40％以下の発現日数と林野火災発生割合その1

図 5－2 都道府県別日最小湿度 4040% 以下の発現日数と林野火災発生割合の 2

図 5－3 都道府県別日最小湿度40％以下の発現日数と林野火災発生割合の3
図4と図5を比較すると、日最小湿度40％以下の発現日数も火災発生件数も実効湿度60％以下の場合より割合が高い。これは日最小湿度40％というのは実効湿度60％以下という火災発生危険度基準より緩めであることによると思われる。

実際、日最小湿度40％で、林野火災発生確率0.5を越えるのは2県のみであるのに対し、実効湿度60％で、林野火災発生確率が0.5を越えるのは6県あることよりもわかる。実効湿度についても、日最小湿度についても、栃木県、群馬県、埼玉県、甲信地方、岐阜県、京都府、奈良県という具合に内陸部の府県の場合が発現日数割合も火災発生割合も高い。

### 4. まとめ

平成7年から平成12年までの火災データ、気象データを基に、実効湿度、日最小湿度と林野火災発生確率の関係を各都道府県について分析した。実効湿度、日最小湿度の減少と共に林野火災発生確率は高くなる。データ数が大きい、すなわち林野火災発生件数の多い県では、その傾向が明瞭に見られ、湿度の低下と共に林野火災は発生しやすくなる。実効湿度での林野火災発生確率が0.5を越えるのは、発生件数の多いところでは50～55%位である。日最小湿度による林野火災発生確率が0.5を越えるのは、発生件数の多い県では湿度が25～30%の時である。

火災気象通報、火災警報といった火災の危険性を喚起する基準は、火災の発生しやすくなる領域よりもやや大きな値で決められている様に感じられる。火災発生確率が0.5であるのは、林野火災発生件数の多い県で、実効湿度50から55%の時である。火災警報等の基準の60%より値が低いが、若干余裕を見ているものと考えている。日最小湿度についても同様のことがいえる。おおまかにいえば、実効湿度60%、日最小湿度40%というのは、火災が発生する確率が0.5、すなわち林野火災は全く発生しない確率と1件以上の林野火災が発生する確率が等しいときか、若干確率が低めのところに当たっている。

林野火災の発生が気象の影響を受けるといっても、火災は人為的原因で発生する。火災原因の上位はたき火の火の不始末、煙草の投げ捨て、放火等である。たき火をしていてたき火から目を一寸離したとき飛び火したとか、たき火の火を完全に消したつもりだが風が起きて再燃したとか、落ち葉、枯れ草の多いところで火を使ったとか、風が強いのにたき火をしたとか、魚釣りをしながら煙草を吸って捨てたとか、自動車から煙草を捨てたとかのように人為的な原因で火災になっていることが多い。気象要素からだけでは全てが解決するわけではないが、ここで述べたように湿度の低下することにより、林野火災が発生しやすくなることを火の使用等の際に注意していただくことが必要であろう。

また、実効湿度60%以下、日最小湿度40%以下の発現割合は、日最小湿度の方が高く、特に内陸部の府県で発現割合が高く、火災発生割合も高いことがわかった。これは日最小湿度40%という基準が実効湿度60%以下という基準より緩めであることによると思われる。実際に日最小湿度40%で林野火災発生確率が0.5を越えるのは2県で、実効湿度60%で林野火災発生確率が0.5以上になるのは6県であることよりもわかる。

## 参照文献

1）公平、中沖編：「林野火災ハンドブック」pp63～90

宏林タイムス社（1971）

2）日本火災学会編：「火災便覧」pp1222～1232 理化書院（1955）

3）中田金市編：「火災」pp478共立出版（1969）

4）畠山久尚：「気象と火災」pp101～168 全国加除法令出版（1978）

5）星野、畠山：「各地の火災危険度について」pp182～212 火災の研究Vol.1 相模書房（1951）

6）消防庁、林野庁：「林野火災対策に係る調査研究報告書」(2003)

7）佐々木、笹原：「林野火災の出火率とその湿度依存性」火災32 No.5 pp37～40（1982）

8）寒河江、佐々木：「林野火災出火件数の重回帰分析」消防研究所報告第57号 pp67～72（1984）

9）寒河江幸平：「林野火災発生率と実効湿度及び最小湿度との関係」平成15年度日本火災学会研究発表会概要集 pp450～453（2003）

10）寒河江、佐藤、新井場：「林野火災発生件数と気象要素との関係についての重回帰分析」平成16年度日本火災学会研究発表会概要集 pp274～277（2004）

11）消防庁：「大規模林野火災発生予知システム開発調査報告書」（1986）

12）寒河江幸平：「わが国における最近の大規模林野火災の特徴」平成16年度日本火災学会研究発表会概要集pp278～281（2004）

13）寒河江幸平：「林野火災発生、拡大と気象要素の関係についての統計的分析」消防研究所報告第99号 pp35～40（2005）

14）消防研究所：「林野火災の発生危険度と拡大を予測するシステムの開発に関する研究報告書」消防研究所研究資料第63号（2004）
# Relationship between Effective Humidity, Day Minimum Humidity and Forest Fire Outbreak Probability

(Abstract)

Kohei Sagae

(Accepted October 31, 2005)

Forests and fields fire becomes one of the international problems. The loss of resources, a warm increase, depends on influence to earth environment being concerned about than large-scale forests and fields fire occurring in Indonesia or Siberia etc. There is no large-scale forests and fields fire of our country which becomes an international problem, but it is thought that they affect the loss of resources, increase of earth and sand disaster. That the weather affects outbreak of forests and fields fire is said conventionally. Above all, it is said that the humidity influences it most. Therefore I examined statistically and numerically the relationship forests and fields fire outbreak and humidity. In our country the effective humidity 60% or day minimum humidity 40% is a boundary value for forests and fields fire outbreak to becomes dangerous. As a result forests and fields fire outbreak probability of their criteria was lower than danger value of forests and fields fire outbreak probability.
技術報告

# 移動ロボットベース “FRIGO（フライゴー）シリーズ” の開発

天野 久徳

(平成17年10月31日受理)

### 1. はじめに

消防防災ロボットの開発実用化において、キャタピラなどの履帯（クローラ）も一つの有効な移動手段である。一方、消防本部におけるロボット配備を促進するためには小型ロボットや、小型のロボットで構成されたロボット群が有用と考えられている。また、各ロボットの移動機構など共通的な機能部分をユニット化し、安価に製作することが必要である $ ^{1} $ 。理論的なモデル化が容易な車輪移動機構はいくつか市販されている。しかしながら、汎用性が高く、ロボット研究から開発、そして実用化にまで利用できるクローラ移動機構ユニットが開発されていない。そこで消防防災ロボットの配備促進を目的として、クローラ移動機構を開発した。

まず、研究用として、ユニット化したクローラ移動機構を開発した。次に、開発用として拡張性の高いコンピュータを積載したタイプ、さらに、実戦配備を視野に入れ、小型のコンピュータを組み込んだタイプを、移動ロボットベース“FRIGOシリーズ”として開発したのでここに紹介する。配備促進を目的としているため、価格設定も重要である。今回はまず、コンピュータを積載したタイプの販売

表 1 FRIGOの概要

寸法重量	375(長さ)×340(幅)×120(高さ)[mm]6.0[kgf]
ギア付きモータ ギア比 センサ	30[W]×2台, DCモータ 14:1 エンコーダ; 360[パルス/回転]
モータドライバ	450[W](最大)
減速比	52:1
クローラ	幅: 94[mm]
標準装備電源	リチウムイオンバッテリイ 24.8[Wh]×4個
オプション 幅広クローラ 大出カギア付きモータ ギア比 センサ 追加電源	幅: 140[mm] 70[W]×2台, DCモータ 3.7:1 タコメータ (回転速度センサ) リチウムイオンバッテリイ 24.8[Wh]×4個

価格を150万円程度に目標設定した。

### 2. 移動機構 FRIGO

開発したクローラ移動機構FRIGOの写真を図1に、概要を表1に示す。外寸は長さ375[mm]、幅340[mm]、そして高さ120[mm]である。次章以降で説明するFRIGO-RおよびFRIGO-Dは、FRIGOを利用して開発しているため、本章の内容は各タイプに共通の内容である。

### 2.1 クローラ

クローラは、アタッチメント付きチェーンを利用し、アルミ製板を取り付け、さらに、このアルミ板に接地面となるゴムを取り付けている。接地面となる部材の材質、形状を容易に変更できるよう配慮している。今回使用しているゴムは、専用に金型を起こしたものであり、角錐台状の形状としている。クローラ幅は94[mm]、クローラを構成する一つの板の長さは21[mm]であるが、接地部は幅37[mm]、長さ11[mm]である。クローラ板の寸法を表2に示す。接地部角錐台を進行方向の断面を台形とすることにより、転輪や駆動輪のスプロケット円周において間隔が広がったクローラが再び直線部になるとき、障害物の挟み込みを防ぐことができる。また、進行方向に対して垂直方向の断面を台形にすることにより、表面が硬い走路での接地面を狭くし、旋回動作時の摩擦を軽減し、旋回性の向上を実現している。一方、柔らかい走路では若干の沈み込みが考えられ、沈み込みが発生すると、角錐台側面部分も接地することになり、面圧を軽減することができる。したがって、軟質な走路においても良好な走破性を実現できる。後方のスプロケットを駆動輪とし、前方のスプロケットを転輪としてい

表2 クローラ板寸法と幅率

標準	幅広
クローラ板
底部寸法 [mm]	幅
長さ	94	140
21	71
クローラ板
先端寸法 [mm]	幅
長さ	34	80
11	11
クローラ幅率 [%]	55.3	70.6
る。転輪にサスペンション装置を組み込み、路面凹凸の吸収に対応している。また、クローラのばたつき振動を抑えるために、各スプロケットの前後に小径の転輪を取り付けている。エンジニアリングプラスティック等の材質も検討したが、ここでは耐久性を優先し、鋼製のものを利用している。チェーンに取り付けられているローラのみをプラスティックとした。転輪、駆動輪スプロケットについてもチェーンに対応した鋼製のものを利用しているが、軽量化を図るために、強度的に問題とならない範囲において中心部をくり抜き、アルミ部材で置き換えている。

図1に示している幅94 [mm] のクローラが標準タイプである。しかし、クローラ移動機構の問題点として、胴体が地面突起などに接してしまい、クローラの駆動力が十分に路面に伝わらず、移動不能になってしまうことがある。そこで、このような状態を極力回避するための方法の一つとして、クローラで胴体のより多くの部分を覆ってしまう事が考えられる。そこで、幅広タイプのクローラとして、幅140 [mm] のクローラも開発した。幅広タイプのクローラ板の寸法を表2に標準タイプと比較して示した。幅広クローラも同一の移動体に標準クローラに替えて取り付けることができる。幅広タイプのクローラを取り付けた移動機構を図2に概要図面を図3に示す。幅広タイプのクローラは、横方向の幅を本体内部方向のみに延長しているため、移動体の外寸は標準クローラタイプと同じである。幅広タイプ

図１ FRIGOの概観

図２ 140mm幅クローラ取り付け時の概観

のクローラも取り付けているゴムを角錐台形状としている。幅広クローラ用ゴムも既に型を製作してあるため、今後は比較的に容易に入手できる。クローラを構成する一つ板の長さは21[mm]、接地部の長さは11[mm]であり、標準タイプのクローラと同一寸法である。幅は140[mm]、接地部の幅は70[mm]である。

クローラ移動機構ではクローラ以外、本体などの露出している部分が障害物などに乗り上げ、クローラの駆動力が地面に伝わらない状態に陥ることがある。この状態を回避するには、本体部分の露出を小さくし、クローラの幅を広くすることが有効な手段といえる。そこで、表2には、移動機構の幅に対するクローラの幅の比をクローラ幅率として示している。すなわち、この割合が大きいほど、乗り上げによる移動不能状態に陥りにくいといえる。

### 2.2 本体

駆動用のギア付きDCモータは10 [W] から70 [W] の間で選択することができる。搭載物の重量や、最高速度の仕様によって選択することができる。しかし、バッテリイ容量は一定なので、大出力モータを使用すると、動作時間が短くなる。標準的には30 [W] のモータとしている。70 [W] モータ取り付け時の最高移動速度は7 [km/h] である。モータ軸上に回転角センサであるロータリーエンコーダを取り付けている。回転角センサの値を微分し速度を算出し、移動速度のサーボ制御を行う。

電源は、現在のところ、便宜的に、ソニー株式会社製デジタルビデオカメラ用リチウムイオンバッテリを使用している。現在、専用のリチウムイオンバッテリを製作中である。なお、バッテリを充電する際の利便性を考慮し、バッテリはクローラ内側、外壁面に取り付けている。外からの取り外しが容易にできる構造としている。リチウムイオンバッテリは各種安全回路が組み込まれており、モータドライバが瞬間であっても大電流を消費すると、安全

図 3 140mm幅クローラと機構概略
回路により電源が遮断されてしまう。そこで、バッテリイとモータドライバとの間に大容量のコンデンサーを取り付け、瞬時の大電流対策としている。

### 3. 開発用タイプFRIGO—R

FRIGO－Rは、拡張性を重視したコンピュータ、アナログ波を利用したCCDカメラをFRIGOに搭載している。FRIGO－Rの写真を図4に、概要を表3に示す。コンピュータを搭載した分、FRIGOより高さが高くなっている。このタイプは、本開発に先行して行った小型移動ロボット群の研究²で開発したものを基にしている。データバスとして、汎用性の高いPCIバスを採用し、デスクトップコンピュータでないと使用できないような高度な拡張ボードも移動ロボット上で利用できる環境を実現した。コンピュータシステムのロボットベースへの取り付けに配慮し、バス基盤両面からボードを挿入できるものを作成し、利用している。コンピュータのケースの端にコンピュータ用の白い電源スイッチが見えている。研究開発中にはプログラムミスも考えられるため、駆動部分と電源スイッチを別に取り付け、誤動作の回避を図っている。

利用しているコンピュータの概要を表4に示す。PC/AT互換ボードを使用しているので、このコンピュータに直接、キーボード、ディスプレイを接続し、プログラム編集作業を容易に行える環境を実現している。プログラム編集の様子を図5に示す。OSは、研究開発に多く使用されているLinuxとしている。使用しているCUPは消費電力に配慮し、主にラップトップコンピュータ用として使用さ

表 3 FRIGO−R の概観

搭載コンピュータ	PC/AT互換, PCIバス
CCD カメラ	アナログ波無線機内蔵;1.2[GHz]帯レンズ交換可能
標準レンズ;水平画角77.0[deg]
電源	リチウムイオンバッテリイACアダプタ
追加搭載機器例	パンチルトカメラ雲台,LED ターゲットマーカ

無線機内蔵CCDカメラ

クローラ移動機構（FRIGO）

図４ FRIGO－Rの概観

れているCrusoe 533 [MHz]を採用している。メモリは256 [MB]、ディスクストレージとしてIDEインターフェイス、2 [GB]のソリッドディスクを使用している。なお、このボードコンピュータにはコンパクトフラッシュサイズのコネクタが取り付けられており、コンパクトフラッシュをディスクとして使用することも可能である。

PCI バスにはコンピュータボード用の他に2つのスロットが設けられている。2つあるPCI バス周辺機器スロットのうち1スロットは移動機構制御用のインターフェイスボードに使用する。このインターフェイスボードはAD、DAおよびDIOなどの機能があり、機構制御以外にも使用する余裕が十分にある。

操縦装置および他のロボットとのデータ通信として IE EE802.11b および g に準拠した無線 LAN 通信機器を USB 経由で接続している。図 4 中、右上の白い棒状の部分が USB ー無線 LAN アダプタである。なお、コンピュータの電源は FRIGO に標準的に取り付けられているバッテリイから供給される。DC/DC コンバーターを介して各種電圧に変換して使用される。FRIGO 標準のバッテリイで 1

表 4 FRIGO−R 搭載コンピュータの概要

CPU ボード	PC/AT 互換
CPU	Crusoe 533[MHz]
ディスプレイ	VGA
キーボード, マウス	PS2
外部パス	PCI, PC104
ネットワーク	IEEE802.3, 802.11b
メモリ	256[MB]
ディスク	ソリッドディスク: 2[GB], 2.5[inch]
OS	LINUX Kernel 2.4.22
ネットワーク	UDP/IP, TCP/IP
インターフェイス
DIO	32[bit]
エンコーダカウンター	8チャンネル, 24[bit]
AD	8チャンネル, 12[bit]
DA	8チャンネル, 12[bit]
電源	内蔵リチウムイオンパッテリイ
AC アダプタ
拡張性	PCIパスボード
画像処理ボード	IP7000: 日立製

図 5 FRIGO−Rの開発環境
時間程度稼働できるが、プログラム開発作業時には長時間の動作が必要となる。そこで、コンピュータと移動機構のそれぞれに、ラップトップコンピュータ用のDC電源アダプタを利用した動作も可能としている。

研究開発用として追加機器を搭載したタイプを図6に示す。より広い範囲を画像で確認するために、カメラ用の雲台を取り付けている。雲台は、遠隔操作によりカメラをパン、チルトさせることが可能である。この程度の拡張に対しては、標準で組み込んでいるインターフェイスボードで十分である。また、コンピュータを収納しているケースの上に青い球状物体が取り付けられている。これは、画像認識用のターゲットマーカである。放射状にLEDを配置し、直径50[mm]の乳白色の球体で覆い、構成している。ターゲットマーカをCCDカメラで撮影することにより、ロボット間の相対的位置をロボット自身が自律的に認識することが可能になる。図6では青のターゲットマーカを取り付けた状態であるが、5色のターゲットマーカを開発済みであり、色による個体認識も可能である。PCIバスの空きスロットは、画像処理用ボードを搭載している。この画像処理ボードを利用するために前方を移動するターゲットマーカに追従する事等を実現することができる。この他にアナログ波のCCDカメラでは無く、無線LANを利用したカメラを搭載しているタイプも開発してある。

### 4. 実用化タイプFRIGO-D

実用化タイプとして開発したFRIGO-Dの写真を図7に示す。大きさはアンテナを除くとFRIGOと同じである。機構部はFRIGO-R同様FRIGOを利用している。

図6 FRIGO−Rの応用利用例

FRIGO－Rと比較するとコンピュータ自体の拡張性は低いが、コンパクト性を重視し、本体内にコンピュータ、カメラおよびライト全てを内蔵している。2本のアンテナは、それぞれ、操縦データ通信のための無線LAN用と、アナログ無線タイプのCCDカメラの画像送信用である。FRIGOに標準的に取り付けられているバッテリイで1時間以上の稼働することができる。中央の白いスイッチを入れるだけで稼働状態となる。

コンピュータの構成を表5に示す。CPUボード、ADボード、DAボード、DIOボードを用いている。インターフェイスの構成は搭載する機器に応じて変更が可能である。CPUボードにはコンパクトフラッシュサイズのコネクタが標準装備されている。そこでコンパクトフラッシュカードサイズの無線LANカードを挿入することにより、無線LAN通信を実現している。さらに、CPUボード上にRS232Cポートが用意されている。そのため、各消防本部で使用している検知器等が、アナログ、デジタル、シリアルデータ転送等の機能を備えていれば、そのまま利用することが可能である。

このFRIGO-Dをベースとして実用化するための例として、検知装置を積載したタイプを図8に示す。検知装置を搭載しているケースを開けた状態が図8（b）である。ケース内には、神経ガス検知器、燃焼性ガス検知器および、γ線検知器が搭載されている。各検知機ともにRS232Cのインターフェイスが内蔵されている。CPU側にはRS232Cポートが1chしかないため、プログラム制御可能な切り替え機も搭載している。図8の検知機ケースには5chの切り替え機が搭載されているため、RS232Cの機器をさらに2台まで拡張搭載できる。

検知器ケースは4つのピンでロボットベースに固定さ

表 5 FRIGO−D内蔵コンピュータの概要

OS
ネットワーク
ディスク
インターフェース	Linux
無線 LAN
コンパクトフラッシュ
OS用SIMM
AD 8チャンネル, 12[bit]
DA 8チャンネル, 12[bit]
DO 10[bit]
エンコーダカウンター 10チャンネル
シリアル (RS232C)

図 7 FRIGO−Dの概観
れており、工具を使用することなく手作業で取り外すことが可能である。取り外した状態を図9に示す。したがって、各種用途により取り替える、あるいは、他のロボットに付いている物も容易に交換することができる。

FRIGO－Dに内蔵されているコンピュータは、Linux開発環境も同時に販売されているため、FRIGO－Rで研究開発した制御プログラムを容易に組み込むことが出来る。

（a）検知器取り付け状態

(b) 検知器ケースを開けた様態

図 8 FRIGO−D の応用利用例

図9 検知器ケースを取り外した状態

### 5 \. 操縦装置

操縦装置は、FRIGO－Rおよび－D供用である。主に、市販されているコンピュータゲーム用コントローラ、パソコン、画像受信装置、無線LANアクセスポイントで構成されている。操縦装置の概観を図10に、構成の概要を表6に示す。耐環境性の高いパソコンを使用し、全ての機器をバッテリ転動とし、実用性向上に配慮している。なお、ゲーム用コントローラの指令値をパソコンに入力するためにUSBに信号変換する機器を利用している。また、受信した画像をパソコン画面上に表示するために、ビデオキャプチャ装置もUSBを利用している。無線LANを利用したカメラを使用する場合は、画像受信機およびこのビデオキャプチャ装置は必要ない。パソコンのOSには汎用性の高いWindowsXPを採用している。

ゲーム用コントローラの1本のジョイスティックにより、前後進、旋回の操縦でき、さらに、スイッチの切り替えにより速度モードを、低速、中速、高速の3段階に変更することができる。操縦法の概略を表7に示す。他のジョイスティックおよびスイッチは他の指令に割り当てることができる。表7では、たとえば、FRIGO-Rの追加機能として紹介した、カメラ雲台をパン、チルトさせる指令等に割り付けた場合を併せて示している。また、簡単なプログラム変更により、左右のジョイスティックの操作をそのまま左右のクローラに割り当てることも可能である。ただし、この場合、単に前進、後進させる場合も、左右のバランスを考えて操縦する必要があるため、

表 6 操縦装置の構成と概要

ラップトップパソコン
OS	WindowsXP
防水，防塵性	JIS C0920 IPX4, IP5X
耐衝撃性	MIL-STD-810F 514-5 Category 24
CCDカメラ用受信機	内蔵パッティ転動
キャプチャー装置	入力：NTSC，出力：USB
無線LANアクセスポイント	バッティ転動
ゲーム用コントローラ	ソニー（株）製 PS2用（USBに変換）

図10 操縦機器の概観
表 7 操縦法

左スティック	移動;
右スティック	前: 前進, 後: 後進, 左: 左旋回, 右: 右旋回
カメラの向き;
前: 上, 後: 下, 右: 右, 左: 左
☒ボタン	スティック感度を下げる
☐ボタン	スティック感度を上げる
スティック感度: 3段階
停止

## 今回は採用していない。

ゲーム用コントローラからの指令値は無線LANを介してロボットユニットに伝送されるとともに、操作量、操作状況を画面表示で確認することができる。また、ロボットユニットの状態を示すセンサ値や、ロボットに積載されている検知器の計測値等は、無線LANを介してロボットから操縦装置に伝送され、画面上に表示される。また、表示画面全体をそのまま録画するソフトウェアが組み込まれており、画像や検知器のデータをそのまま画像データとしてパソコンに内蔵されているハードディスクに保存することができる。当然ながら再生も同一パソコン上で可能である。これはOSにWindowsXPを利用しているため、一般的な汎用ソフトウェアを利用でき、容易に高機能を実現している。

### 6. おわりに

開発したFRIGOは、万能ロボットとして即実用化するためには改良開発が必要と思われるが、必要最低限の性能として、より安価な実用化ロボットベースとしては有効であると考えられる。現在、1台毎に手作りしている状態で、FRIGO－Rを180万円程度で販売できる目処が立っている。さらに、製作台数が多くなると目標とした150万円程度での販売が可能になると考えられる。

今後の開発計画としては、専用操縦装置の開発、ロボットベース単体の性能として、軽量化、耐熱性、防塵性および耐水性の強化、2台のロボット協調による階段昇降の実現を検討している。しかしながら、より高機能を求めるあまり、高価、大型化、重量の増大を招くようでは、配備の促進には逆効果となってしまう。この点に注意しながら、全体としてバランスの良い開発を進めることが重要である。

本稿で紹介した FRIGOシリーズは、いくつかの大学と消防研究所の共同研究にも利用されはじめている。さらに、いくつかの消防本部とは実用化を前提に、配備型としての利用検討を進めているところである。FRIGOシリーズを利用することにより、さらに多くの消防本部、研究機関等と連携し、消防防災ロボットの配備、活用の促進に今後も貢献できると考えている。

## 参考文献

1）天野久徳：消防防災ロボット配備促進への一提案、消防研究所報告、No. 100、pp.237-243、2005

2) Amano H., Osuka, K., Iwano, Y.: Development of Mobile Small Robots Group for Rescue Against Plant Accidents - Basic Study on Movement to the Site -, Proceedings of the 7th International Conference on Motion and Vibration Control 2004.
# Development of Mobile Robots Bases "FRIGO" Series

(Abstract)

Hisanori Amano

(Accepted October 31, 2005)

Some fire departments have already disposed the robots in Japan. However, the fire departments are very few. On the other hand, it is said that small robots or small robots groups are useful and effective against firefighting and rescue activities. Moreover, the cost of robots is a serious problem for fire departments. Then, I developed the crawler mobile robots bases FRIGO series. FRIGO series are small and the reasonable price robots all. FRIGO is the most basic mechatronics system that is the just mobile system for robotic systems. FRIGO-R is a mobile robot that is added high performance computer system on FRIGO, and it is useful for research and development. We may add the advanced system on FRIGO-R for research work. FRIGO-D is another type mobile robot based on FRIGO. I integrated small computer system into FRIGO. The dimensions of FRIGO-D are the same with FRIGO approximately. So FRIGO-D is useful for practical use robots development. The computer that FRIGO-D has, is not powerful as FRIGO-R's, however, it has enough performance of basic interfaces. Therefore, each fire department may equip the detectors that they have or need for actual use.