Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
ジーエキスパートシステムによる推論から，火災か非火災かを識別する方式を導入した。

今回の試作システムの場合，性能評価実験項目として行った現象に対して，次のような結果が得られた。たばこの煙の吹き付けや湯気，ほこり，調理の煙（換気を行った状態）などの非火災現象に対しては非火災報を大幅に減少でき，また，試験火災現象に対しては，早期に火災警報を出力することがわかった。

さらに，熱や煙感知器だけの警報器に比べて，本試作システムは，熱や煙センサーだけでは発見できない火災に対しても有効に動作し，非火災報を発生する現象に対しても多くの場合，非火災報を発生させないことが確かめられた。

一方，タバコの煙が長時間意図的に吹き付けられたり，換気を行わない室内で焼肉が継続して行われ，煙が感知器付近に滞留している場合，4素子センサーからなる火災感知器では非火災報とならないが，本試作システムは火災と判断し，非火災報を発生する場合があった。しかしながら，このような状態はかなり異常な状態であり，火災警報を発生しても，やむを得ないと考えられる。

また，熱とCOの2素子からなる本試作システムでは，熱とCOの発生が少なく，煙が多く発生する火災の場合，火災感知はできないかまたは遅れるが，熱とCOの濃度が少ないことは，比較的危険性上昇の度合が少ないとも考えられる。また，くん焼火災といえども火災の進展に伴って，次第に室内の温度は上昇してくるため，時間的遅延の問題はあっても，火災の感知自体は本試作システムの熱センサーにより可能である。

## 参考文献

1）竹元昭夫，笹原邦夫，関沢愛：“簡易型火災警報

器の非火災報に関する調査・研究”，消防研究所研究資料第19号，消防研究所（1986）

2）佐藤晃由，竹元昭夫，河関大祐：“火災性状把握システムに関する研究（その1－非火災報データベースに関する共同研究報告書）”，消防研究所研究資料第25号，消防研究所（1991）

3）河関大祐，佐藤晃由，田村裕之，細川直史，野村淳二，栗尾孝，中西慎治：“火災性状把握システムの性能評価”，第25回安全工学研究発表会講演予稿集，p.147（1992）

4）佐藤晃由，竹元昭夫，河関大祐：“火災性状把握システムに関する研究（その2－火災性状把握システムの試作に関する共同研究報告書）”，消防研究所研究資料第26号，消防研究所（1991）

5）田村裕之，佐藤晃由，河関大祐，細川直史，草薙繁量，藤岡透，渡部祥文：“3素子型火災感知器における煙，熱，COガスの到達性について”，第25回安全工学会研究発表会講演予稿集，p．153(1992)

6）河関大祐，佐藤晃由：“火災性状把握システムに関する研究（その1）一天井の三ケ所に設置した三種類のセンサー群による火災性状把握ー”，消防研究所報告，No.69，p.55-63（1990）

7）松下電工株式会社：火災感知器，公開特許公報昭64-73495（1989）

8）清山哲郎：化学センサ実用便覧，フジテクノシステム，p.13（1986）

9）ダイキン工業株式会社：状態検知装置，公開特許公報昭63-313045（1988）

10）日本消防検定協会：“ISO/TC21/SC3/WG1(Full Scale Test Fires 実火災試験案）について”，検定時報，No.29，p.38（1982）
# A Study of Intelligent Fire Detection System — A System consisting of Fuzzy Expert System and Two Sensing Elements —

Hiroyuki Tamura, Kohyu Satoh, Daisuke Kouzeki, Masafumi Hosokawa, Shigekazu Kusanagi $ ^{*} $ , Tohru Fujioka $ ^{*} $ , Yoshifumi Watabe $ ^{*} $ , Takashi Kurio $ ^{*} $ , Shinji Nakanishi $ ^{*} $ , Shigeki Shimomura $ ^{*} $ and Shinji Kirihata $ ^{*} $

(Received May 31, 1993)

Two of the urgent problems to be solved for current home fire detection systems are the occurrence of false alarms as well high cost. To reduce these false alarms, the authors have developed an intelligent fire detection system which can easily discriminate between real fires and non-fires. The newly developed fire detector for residences consists of a Fuzzy Expert System and two sensing elements, that is, an electro-chemical carbon monoxide (CO) sensor combined with a heat sensor.

Many experimental tests based on fires and non-fires such as bath steam, construction dust and smoke from cigarettes and cooking showed that this system can sufficiently detect both flaming and smoldering fires and drastically reduce false warnings. This system shows promise for being both of low cost, and of seeing widespread use in residences.
# Heat Transfer Mechanisms in the Extinguishment of Charcoal Fire with Water

Satoshi Takahashi

(Received May 31, 1993)

Some extinguishment tests on wood charcoal fire by solid water stream were performed and the heat balance among hot charcoal, combustion heat, liquid water and vaporized water were studied as a function of application rate and the methods of application.

At smaller application rate and/or by free oscillatory application, more heat was transferred into vaporized water. At higher rate and/or by application from top plan area of the fuel, more heat was transferred into the liquid water. These results form the existence of two types of extinction mechanisms as a contrast, one “the heat shield type” and the other “the cooling type”.

## 1 INTRODUCTION

The extinguishment of the charcoal fire with water has been the most commonly employed technique in our lives. However, with all there are so many research reports on wood fire extinguishment, little report are available on charcoal fire extinguishment.

Bagad $ [1] $ sprayed water on a small charcoal surface and obtained correlations between extinction time and water application rate under different wind velocity. Takahashi $ [2, 3] $ dripped water from the top of the burning charcoal crib and wood crib and found the necessary quantity of water for extinguishment was proportional to the charcoal amount as far as the water rate was moderately large. But this proportionality did not hold when the rate became enough small. It is easy to guess that these mechanisms are originating in heat transfer. Because charcoal fire liberate little water vapour through burning and easy to dry up the wet charcoal, it was considered convenient to measure the quantity of vaporized water in the extinguishment tests. Moreover, because water is usually applied ununiformly in practical fire extinguishment, three dimensionally arrayed charcoal fire experiment was thought to give suggestions on this practical extinguishment mechanisms. In this paper, a very simple extinguishment test on charcoal fire was performed trial and heat transfer mechanisms were studied as a function of water application rate and application method $ [4] $ .
## 2 EXPERIMENT

### 2.1 Charcoal fuel

Charcoal fuel was produced by carbonizing 20 pieces of Japanese cedar sticks of the size $ 3 \times 3 \times 5 $ cm in a steel net basket, which is 13 cm in diameter and 20 cm in height, in an electric furnace at $ 700^{\circ} $ C. The piece were layed four sticks per layer and five layers high as possible as spacefully. So the combined mass occupied about fifteen centimeters in height. The basket was lifted from the furnace up when the wood gas ceased to burn. When took out into the air, it glowed up intensely. The quantity of the charcoal formed at this point was around 80g.

### 2.2 Procedure of Extinguishment and Measurement

A simple scheme of this experimental assembly is shown in Fig. 1. The water was applied from a glass capillary in a form of solid stream. A gravity water tank was placed at the higher place about 1m up from the fuel so as to keep the fluctuation of the application rate small. The water rate was controlled through changing capillary tip diameter and water level. By means of these procedures, the water rate was kept nearly constant throughout the period of application.

Two types of application methods, “top method” and “oscillation method”, were compared. They are the methods to apply water in the following manner.

Top method : to apply the solid stream manually only on top plan area of the fuel.

Oscillation method : to apply the solid stream manually from around the fuel basket, randomly and freely as the experienced operator feels necessary and quick.

Fig. 1 Experimental set up.

The primary objective of testing these two methods is to compare the mechanisms of rather impractical but highly reproducible top method with very practical, random and free application with charcoal as an ideal fuel. Of course, these two are rather practical in a sense that the water is applied ununiformly from one side to the other, that is not similar with most laboratory scale, small piece and uniform application test.

When there were dripping water, it was received in a stainless steel saucer underneath the bottom of the fuel and weighed. These quantity were generally null or very small. All the weight change was measured by the same load cell shown in Fig. 1 in order to avoid measurement error.

Also the heat content of the steel wire basket was physically calculated and compared to that of the hot charcoal, but due to small specific heat, it was negligibly small.

Water application was stopped when the glow disappeared visually by raising the capillary tip above the water level and the quantity of used water was measured. Also the quantity of absorbed water was measured by drying the wet charcoal in an electrically heated drying box at $ 130^{\circ} $ C. Of course, the quantity of evaporated water is the difference of the above two.

Extinction time was taken as the time from the start of water application until the glow disappeared completely.
Fig. 2 Results of extinguishment.

(1) Relationship between evaporated amount of water $ (E/Mo) $ , extinction time $ (te) $ and water application rate $ (W/Mo) $ .

## 3 RESULTS

Extinction time, quantity of required water, and quantity of evaporated water, must vary as functions of quantity of fuel, arrangement, water application rate and application methods, etc. In this paper, (a) extinction time, te, (b) net water required per unit mass of fuel, $ M_{w}/M_{o} $ , (c) amount of water evaporated per unit mass of fuel E/Mo, and (d) amount of water evaporated per unit mass of fuel per unit mass of required water, $ E/M_{o}/M_{w} $ , are summarized as a function of application method and rate, W. These results are summarized in Fig. 2 (1)~ $ (2) $ .

## 4 DISCUSSIONS

### 4.1 Extinguishment Efficiency

In Fig. 2, the top method is indicated by solid line and oscillation method by dotted line. One can see very good correlations. The regression lines were drawn in good correlated regions and the following equations were obtained.
(2) Relationship between total water required $ (Mw/Mo) $ , evaporated amount of water per unit mass of required water $ (E/Mo/Mw) $ and water application rate $ (W/Mo) $ .

Top Method

Oscillation Method

$$ t e=3.55\left[\frac{W}{M o}\right]^{-0.86} $$

$$ te=1.44\left[\frac{W}{Mo}\right]^{-0.65} $$

$$ \frac{E}{M o}=0.48\left[\frac{W}{M o}\right]^{-0.33} $$

$$ \frac{E}{M o}=0.43\left[\frac{W}{M o}\right]^{-0.30} $$

$$ \frac{M w}{M o}=3.29[\frac{W}{M o}]^{0.028} $$

$$ \frac{M w}{M o}=1.39\left[\frac{W}{M o}\right]^{0.27} $$

$$ \frac{E}{MoMw}=0.002\left[\frac{W}{Mo}\right]^{-0.39} $$

$$ \frac{E}{MoMw}=0.004\left[\frac{W}{Mo}\right]^{-0.51} $$

In order to compare the efficiency of the oscillation method to the top method, the dimensionless ratio $ \theta $ were calculated from equation (1). Extinction time, $ \theta t $ , amount of water required, $ \theta w $ , evaporated water, $ \theta e $ , and evaporated water per unit mass of fuel per unit mass of required water, $ \theta ew $ , are as follows.
$$ \theta t=0.41\left[\frac{W}{M o}\right]^{0.21} $$

$$ \theta e=0.90[\frac{W}{M o}]^{0.03} $$

$$ \theta w=0.42\left[\frac{W}{M o}\right]^{0.24} $$

$$ \theta e w=2.00\left[\frac{W}{M o}\right]^{-0.12} $$

Dimensionless equations (2) can be interpreted as follows.

(a) Extinction time, $ \theta t $ , :

From Fig. 2 (1) and eqn.(2), because $ \theta t < 1 $ always holds in rational application range, it is obvious that oscillation method can achieve the total extinguishment faster than top method.

(b) Evaporated water, $ \theta_{e} $ , :

From eqn.(2), $ \theta e \stackrel{=}{=} 1 $ is hold in wide range of W/Mo, so only a small difference is seen between top and oscillation method. Due to shorter application time for oscillation method, this fact indicates higher evaporation rate in this method.

(c) Amount of water required, $ \theta w $ , :

In top method, as is seen in Fig. 2 (2) and eqn. (1), $ M_{w}/M_{o} $ is a very weak function of $ W/M_{o} $ , and so $ M_{w}/M_{o} \approx 3.4 $ is hold in wide range of application rate. This result absolutely coincides with the author's former experiments on charcoal crib and wood crib fire extinguishment [2, 3]. The efficiency of oscillation method is superior in rational, smaller application rate range. However at higher rate, this is reversed. It must be due to increase of inefficiency in larger rate area by this oscillation method.

(d) Evaporated water per unit mass of fuel per unit mass of required water, $ \theta_{ew} $ , :

From eqn. (1) and (2), it is obvious that the water vaporized per unit mass of water used in the oscillation method dobles that in the top method. It is to say that in oscillation method, the water vaporizes more efficiently and removes more heat. The fog application can be appreciated as one extreme type of this oscillation method.

### 4.2 Heat Transfer

In the next step, heat transfer in liquid and vaporized water were studied for both methods. From eqn. $ (1) $ , $ M_{w} $ and E are calculated. Let's assume roughly the temperature of the charcoal fuel ( $ Mo \approx 80~g $ ) is lowered from 900°C to 60°C, while the temperature of liquid water is raised from 20°C to 60°C. Through this process, a portion of water will vaporize and the rest will sink into the charcoal.

The heat lost from the glowing charcoal, Hc, the heat absorbed by the vaporized water, He, and the heat transferred into the liquid water in the charcoal, Hw, are calculated as follows for oscillation method as an example.

$$ \begin{aligned}Hc&=Mo\times0.25\times(900-60)=16,800(cal)\\He&=Mo\times0.43\times(W\big/Mo)^{-0.30}\times L(cal)\\Hw&=(Mw-E)\times I(cal\big/g\cdot\text{℃})\times(60-20)(cal)\end{aligned} $$

Where, the specific heat of the charcoal is assumed $ 0.25 \, cal/g \cdot ^{\circ}C $ , and the heat required for evaporation, L, is $ 620 \, cal/g $ respectively.

The total heat, $ H_{o} $ , transferred into the applied water then becomes,

$$ H o=H e+H w(c a l) $$
Fig. 3 Heat distribution in evaporated water, remaining water and charcoal as a function of water application method. Remarks: To; Top method. Os; Oscillation method.

As shown in eqn. (3) in case of the oscillation method, Hc, He, Hw and Ho for both oscillation and top method are computed and shown in Fig. 3.

At $ W/Mo < 2 $ , $ He \gg Hc $ is hold. This implies the applied water achieved the total extinguishment by soaking large amount of combustion heat in a form of latent heat of vaporization.

A portion of the enthalpy loss of the charcoal heat content, Hc, must also be consumed for the vaporization. However, it is unclear from this experiment about what percent of the heat was consumed for it. Anyway, the total extinguishment must be performed under successive heat shielding process, because the heat used for vaporization is far large than heat that is lost outside, namely, $ He-Hc \gg Hc-Hw $ in smaller side of W/Mo. Here the word "heat shield" means removing the heat of combustion on to the fuel surface through vaporization of the water.

Whereas, He becomes smaller than Hc as W/Mo increases, and Hw becomes larger than He when W/Mo > 10 and nears Hc. This indicates more heat is conveyed into the liquid form water than in the vapor form water.
In case oscillation method, $ H_{o} $ (oS) decreases as W/Mo increases to approach Hc. However, up $ W/Mo \approx 20 $ , it slightly increased again. This must be due to arbitrary fixed temperature of water and char at $ 60^{\circ}C $ . Because semi dotted line Hc was assumed to be constant and the transfer of combustion heat to water becomes smaller as te becomes shorter, Ho must further near Hc. This is obviously seen in case top method $ H_{o} $ (To). In a word, in the larger side of W/Mo, the extinction is primarily performed by conveying the fuel enthalpy into the liquid water. So to speak, the former can be said "heat shield type" and the latter "cooling type" mechanisms. From these experiments, it is clear both of them are different existence. These mechanisms must work together regardless of fuel type, but either one or the other seems to work dominantly according to conditions. Charcoal fuel seems especially adequate for this type of investigation, as it does not liberate water throughout combustion process and easy to dry up.

## 5 CONCLUSIONS

By means of charcoal fire extinction experiments, very good empirical correlations were obtained among extinction time, required water, evaporated water and application rate.

From the experiments, it was proved quantitatively that by oscillatory application and/or at smaller application rate, water has higher efficiency to remove the heat by evaporation. At larger application rate and/or by applying from top of the fuel, the heat is more transferred into liquid form water. From these facts, it was proved that at smaller rate "heat shield type" and at larger rate "cooling type" mechanisms for extinction came into existence.

## REFERENCES

1. Bagat, P. M.; "Wood Charcoal Combustion and the Effects of Water Application" Combustion and Flame, 37, p275, 1980.

2. S. Takahashi, "Extinction of Burning Charcoal" Report of Fire research Institute, 49, p7, 1980.

3. S. Takahashi, "Extinction of Wood Fire—The mass increase rate and the extinction time—" Bulletin of Japanese Association of Fire Science and Engineering, 30, 1, p 31, 1980.

4. S. Takahashi, "Heat transfer mechanisms in the extinguishment of a charcoal fire"; proceedings of Japan Association for Fire Science and Engineering, 1990 (in Japanese).
# 燃焼木炭の水消火における熱伝達機構

(概 要)

高 橋 哲

(平成5年5月31日受理)

木材は燃焼にともなって炭化し，可燃性ガス，水蒸気を放出して，これらが様々な形で消火現象に影響を与え複雑化させる。しかし木炭を使用すると，これは単一物質なので，それらの影響を避けることができる。その結果，現象把握が容易になると考えられる。この研究では，木炭をカゴに充填して燃焼させ，単純に頂部から水を注ぐ方法，および周囲から自由に振動的に水を注ぐ方法の二方法について消火を試み，蒸発水，残留水，及び木炭に対する熱量配分を，注水方法と速度の関数として比較し，消火機構の考察を行った。

その結果，注水速度の小さい側では，燃焼熱を蒸発水が奪いながら全体の消火を遂行する熱遮断型の消火機構が，又大きい側では，液状水が燃料固体の熱を奪う冷却型の消火機構の行われていることを示した。さらに振動的，実際的な注水方法は，単純な一方向からの注水と比べ，効率の良いことも証明した。
# はしご自動架梯装置における掛金操作アルゴリズム

天野久徳，亀井浅道，山田實，西晴樹中島初彥 $ ^{*} $ ，武内幸一 $ ^{*} $ ，木下竜介 $ ^{*} $

(平成5年5月31日受理)

消防職員の高齢化にともなって消防機器の自動化が望まれている。これに対応するために，著者らは従来熟練した機関員にしかできなかったはしご付き消防自動車のはしごの架梯操作を容易に行える自動架梯装置を研究開発してきた。

はしご架梯操作のうち，掛金を使った架梯操作は最も難しい操作の一つとされている。迅速な救助活動を行うことのできるはしごのリフターを使用するときには掛金を使った架梯を行わなければならない。しかし，著者らが開発してきた自動架梯装置には，掛金及びリフターを用いた架梯を自動化する機能が備わっていない。

そこで，本報では掛金を使った架梯操作の自動化の手法を検討し，また，リフターを使用したときのはしご先端の挙動を明らかにした。さらに，これらの知見を自動架梯装置に組み込んだシステムを構築した。

### 1. 諸言

近年，建物の中高層化が進み，災害発生時の救助車両としてのはしご付き消防自動車（以下はしご車と呼ぶ）の重要度が高まっている。

はしご車のはしごには救助者を地上に降ろすための装置として、バスケットやリフターが装備されている。バスケットははしご先端に取り付ける籠であり、リフターははしごの上を上下するエレベーター装置である。バスケットを使用して救助活動を行う場合、架梯操作は容易であるが、地上へ救助者を降ろし再度救助を行うまでの時間が長くなる。逆に、リフターを使用する場合は、架梯操作は難しいが、一度架梯すれば迅速な救助活動が行えるという特徴をもつ。

リフターを使用する場合の架梯操作が難しい原因の一つとして，掛金を掛ける操作が挙げられる $ ^{*1} $ 。現在使用されているほとんどのはしご車では，掛金を掛けてリフターを使用する仕様となっている。掛金操作は複雑であるため，その操作は熟練したはしご操作員にとっても，難しい操作の一つであるといえる。また掛金は，はしごの各段の横さんが一致する状態でしか使用できないので，掛金使用時のはしご長さはステップ
状にしか選べない。したがって目測を誤って違うステップで掛金を使った架梯を行ってしまうと，再架梯し直さなければならないことになる。

掛金を使用して架梯した後，リフターをはしご先端に移動するとその重量によりはしごがたわみ，はしごの先端位置がずれてしまう。また，リフターはワイヤーで駆動されるので，ワイヤーの張力によりはしごが変形することも考えられる。したがってこれらの変形を予想した上で掛金を用いて架梯をしなければならない。

一方著者らは，はしご車のはしごの自動架梯装置を研究開発してきた $ ^{1-5} $ 。第一段階として約1／5の模型を用いて自動架梯装置の原理を確立し，次に，実際のはしご車に自動架梯装置を搭載し，使用可能であることを確認した。この自動架梯装置は照準器で架梯目標位置を照準し，スタートボタンを押すだけではしごを正確，迅速そして安全に架梯することができる。

そこで，自動架梯装置の制御機構を利用し，掛金を用いた架梯操作を自動的に行う機能を自動架梯装置に付加した。さらにリフターを使用した時のはしごの挙動を実験的に明らかにし，リフターを利用して行う際に生じるはしごの架梯誤差を補正するソフトウェアを組み込んだ。

なお，本報告内では，掛金を使った架梯を掛金架梯，掛金を使わない架梯を通常架梯と呼ぶことにする。

### 2. 現行の掛金架梯操作

現在使用されているはしご車のはしごの掛金架梯操作の概念図をFig.1に示す。図中には，はしごの側面図を示した。はしごの掛金は，はしごの最下段を除く各段に装着されている。掛金の基本動作を説明するために，二段のはしごとはしごの掛金を拡大して示した。実際のはしごでは，第二段のはしごと同様の掛金を装着したはしごが第三段，第四段…と重なることとなる。本報告中では，はしごの段数と掛金を掛ける横さんの段数の混乱を避けるために，はしごの段数を下から第一段，第二段…と呼び，掛金を掛ける横さんの段数をステップと呼ぶこととする。はしごの収納位置から次第に伸ばしてゆくとき，その位置を順にステップ数として数えていくことにする。掛金が掛けられる位置は等間隔に存在し，一般的なはしごの場合，掛金架梯するステップを1ステップ変えると，はしごの長さは約1m変わる。

Fig. 1 Schematic illustration of setting up ladder using latch.

まず，はしごを伸ばしたいステップと次のステップの中間の長さまで伸ばす。そこで中間ランプが点灯したことを確認して掛金を出す。この中間ランプは，掛金を安全に展開できる位置を機械的スイッチで読み取り，掛金の展開ロックを外したことを表示するランプである。この位置は一般的に中間位置と呼ばれる。中間位置は機械的スイッチがオンになる位置なので，二つの隣合らステップの中点とは必ずしも一致しない。そして，掛金が出たことを確認してはしごを縮め，掛金ランプの点灯により掛金動作の完了を確認する。はしごの最下段を除く各段に装着されている掛金は，一段下の横さんに掛かる。収納操作はほぼこの逆の手順となる。

掛金を出すためには，はしごを余分に伸ばさなければならない。この時，はしごが架梯する建物や周りの障害物などに接触するかどうかを判断しなければならない。接触が予想される場合は，安全な空間を確保するために回避操作を行う必要がある。この回避操作では，どの程度回避させるかは操作員の判断によるものであり，スムーズに操作するためには高度な熟練を要する。

### 3. 自動架梯装置による掛金架梯及び収納

掛金架梯を行うときのはしごの伸縮操作方法をふまえて，自動架梯装置の一機能として自動的に掛金架梯及び収納を行う手法を考察した。

ここでは，掛金架梯を行う時にははしごの起伏方向には十分に空間があると仮定し，自動架梯装置を用い
て掛金を掛けるときの回避動作は，はしごの起伏方向に行うこととした。前節に示した現行の掛金架梯方法と併せて考えると，掛金架梯をするためには起伏及び伸縮動作が通常架梯と異なることとなる。すなわち，旋回については通常架梯と同じ動作で良いこととなる。また，実際には北側斜線規制 $ ^{2} $ 等により建物の壁面は鉛直でないものがあるが，ここでは建物の壁面は鉛直に建っているものと仮定した。

なお，起伏方向に十分空間がない場合，また，建物の壁面が鉛直でない場合でかつ掛金架梯が可能な場合は非常に少ないと考えられるが，そのような場合には従来の操作方法に切り替えて架梯する。著者らが開発している自動架梯装置は従来の操作系に何等障害を与えるものではなく，切り替えもきわめて簡単である。

### 3.1 掛金架梯に関する演算

ここでは目標位置に架梯するためのステップと回避操作の必要性を判断し回避操作に要する操作量を求める。通常架梯をするときの状態までは建物にぶつからずに安全に架梯できるので，安全領域の基準として通常架梯状態を採用する。なお，通常架梯でははしごと建物が衝突しないようにするために，照準点に対しはしごの伸縮方向手前0.50mの位置に架梯するように設定されている。

#### 3.1.1 掛金伸縮演算

掛金架梯を自動化するために，はしごのどのステップに架梯するかを判断する必要がある。今，ある場所を照準器で照準を定めたときに，通常架梯では安全距離を考慮した上ではしご長さ $ L_{n} $ で架梯することになったとする。掛金架梯したときに照準位置に最も近く，かつはしごが建物に衝突しないようにするためには，

$$ L_{i}\leqq L_{n}

Fig. 2 Schematic illustration of ladder and geometric parameters defining the state of ladder.

ここで， $ M_{i} $ 及び $ L_{i} $ ははしごに特有な量である。本研究に供用したはしご車については，自動架梯装置をはしご車に取り付けるときに，実験的にこれらの量を求めてデータベースを作成した。

#### 3.1.2 掛金起伏演算

まず，回避操作の必要性の判断について考える。lステップに掛金架梯するには，式

$$ M_{i}\leqq L_{i} $$

が成り立てば通常架梯の起伏角において中間位置まではしごを伸ばせるので，回避動作を行う必要はない。逆に，式(2)が成り立たなければ回避動作を行うものとする。

次に，回避動作を行うための動作量を計算する。計算上必要となる各量をFig.2に示すように定義する。Fig.2ははしごを架梯したとき，はしご伸縮方向への対称面における断面図である。図の頻雑さを避けるために，はしごは二段に簡略化して示した。Fig.2の中，点Oははしごの起伏中心，Iははしご最上段の先端横さんの位置とし，Oから引いたはしごとの平行線にIから垂線を下ろした交点をRとする。各変数のうち，Lははしごの長さに関する量を意味し，φは起
Fig. 3 Definition of variables showing the length and the elevation angle of ladder. Letters with lower side suffix “u” represent the escaped state of ladder to set up with latch and those with lower side suffix “n” represent the state without latch.

伏角に関する量を意味する。上添え字Rが付く量 $ L^{R} $ と $ \phi^{R} $ はそれぞれ実際のはしご長さと実際のはしごの起伏角とする。上添え字Iが付く量のうち $ L^{I} $ はO I間の距離， $ \phi^{I} $ はO Iが水平面となす角とする。点Iと点Rの距離tははしごの形状から求められる量である。また，点Oからの点Iの水平投影距離をBとする。これらの量の間には次の関係が成り立つ。

$$ \begin{array}{rcl}L^{I}&=&\sqrt{t^{2}+(L^{R})^{2}}\\t/L^{R}&=&\tan(\phi^{D})\\B/L^{I}&=&\cos(\phi^{I})\\\phi^{I}&=&\phi^{D}+\phi^{R}\end{array} $$

回避操作を行った状態と通常架梯状態の2つの状態におけるFig.2で定義した各量をFig.3にまとめて示した。下添え字uが回避操作を行っているときの量を意味し，下添え字nが通常架梯の各量を意味する。Bは，式(3)の $ L^{R} $ と $ \phi^{R} $ を通常架梯時の $ L_{n}^{R} $ と $ \phi_{n}^{R} $ として求められる。

回避動作を行ったはしごは次のステップとの中間位置まで伸びるので，Fig. 3において，回避動作後のはしご長さ $ L_{n}^{R} $ は $ M_{i} $ で与えられ，Bを共通にとると式(3)より $ \phi_{n}^{R} $ を求めることができる。

### 3.2 掛金架梯のアルゴリズム

掛金架梯を行うためのフローチャートをFig.4に示した。図中，点線で囲まれた部分は既に開発済みの部分，それ以外は今回開発した部分である。今回開発した部分のうち，太い実線で囲まれた部分は自動架梯装置が演算を行う部分，細い実線は自動架梯装置がはしごを制御する部分，波線ははしごからの制御信号を自動架梯装置が受け取る部分，二重線は自動架梯装置をオペレーターが操作する部分である。フローチャートの両側に各部分の入力量及び出力量を矢印にて示した。

まず，通常架梯を行うときと同様に架梯目標位置に照準を定めて，目標位置の計測を行い，通常架梯のための演算を行う。自動架梯装置の制御用液晶画面上の掛金スイッチをオンにすれば掛金モードに入る。次の掛金架梯伸縮演算で掛金架梯するステップlを判断し，そのために必要なはしご長さMを得る。掛金起伏演算では回避操作の起伏角 $ \phi_{R} $ を求める。

自動架梯装置の制御用液晶画面上のスタートボタンを押すことによって，掛金架梯が開始される。通常架梯では，起伏，旋回及び伸縮の各動作の順番を自由に選択できたが，掛金架梯は回避操作が必要になるので，Fig.4に示した動作順序に固定した。まず，掛金起伏演算で求めた回避動作の起伏角まで一度に起伏する。次に通常架梯と同じ旋回角で旋回を行う。そして，掛金架梯伸縮演算で求めた中間位置まではしごを伸ばす。ここではしご車から中間ランプ点灯の情報を受取り，掛金を出す。次に，掛金架梯伸縮演算で求めた掛金位置のはしご長さ $ L_{4} $ まではしごを縮める。ここでも，はしご車からの掛金ランプの点灯情報を受け取り，掛金が掛かったことを認識する。

実機のはしごでは同じステップに掛金架梯を行った場合でも，センチメートルオーダーではしご長さの再現性が失われることがある。これは掛金が下段のはしごの横さんに接触する位置が試行毎に同一でないことによるものと推察される。そこで掛金が掛かったときの実際のはしご長さLを新たにセンサーから取り込み，データベースの値よりも長かった場合，建物とはしごの衝突を避けるために，最終的な掛金架梯位置となる起伏角を再計算する。掛金が掛かったときのはし
Fig. 4 Flowchart for ladder setting up procedure using latch.

is the module developed in advance.

Following modules are developed newly.

☐ is the module that the automatic ladder setting up system controls ladder.

☐ is the module that the automatic ladder setting up system calculates.

☐ is the module that the automatic ladder setting up system senses signal from ladder.

☐ is the module that operator of the automatic ladder setting up system operates.

The parameters shown on the left side of each module are input, and on the right side of it are output.