Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
問題があるのかもしれない。

これらの地震の他、1978年宮城県沖地震（海溝型）、1995年兵庫県南部地震（内陸型）等について同様の検討を加え、良好な結果を得ていることから、新しく導入した標準スペクトルは有効であるものと考えられる。但し、増幅度特性の標準偏差に関して改善が認められなかった周期帯があることについては、今後も検討を要する課題である。なお、本報告では長周期地震動の主成分としてLove波を考えてきたが、Rayleigh波については、(6)式のⅠ(ω)の値が変わるものの、断層パラメータのスケーリング則がスペクトルに及ぼす影響はLove波の場合と同じであり、また地震の発生様式が同じであると考えられる地震地体構造区分毎に観測記録を整理し、増幅度特性を求め長周期地震動予測を行うことを目的としていることから、別途考える必要はない。

### 4. おわりに

気象庁1倍強震計記録に基づきやや長周期地震動の評価を行う際に用いてきた標準スペクトルについて、Mと断層パラメータとの関係についての最近の知見に基づき見直しを行った。M-Mo、M-L（断層長さ）の関係、及びMと震源時間関数の立ち上がり時間との関係が、海溝型、内陸の地震で異なることを考慮して標準スペクトルを与えなおした。また、観測スペクトルの長周期側の落ち込みを規定するみかけのカットオフ周期Tcについても、記録に基づき検討し、τから求まるTcとは異なることを示した。

この新しい標準スペクトルの有効性を検討するために、海溝型では1993年北海道南西沖、内陸地震については1930年北伊豆地震を対象として、増幅度特性の標準偏差、シミュレーションの精度に関して、従来の標準スペクトルと比較を行った。その結果、得られた増幅度特性の標準偏差は小さく、また予測結果は従来モデルより観測値をよく説明できた。

以上の検討によりM6クラスの地震記録が幾つか得られていれば、M7～8の大地震の加速度スペクトルを相当の精度で予測することが可能となったと考えられる。従って、できるだけ地震記録を収集すること、石油コンビナート等必要地域に地震計を設置し観測を開始することが急務である。

## 謝 辞

元東京大学地震研究所田中貞二、吉沢静代両氏には、北伊豆地震のデータを提供していただいた。苫小牧測候所の1倍強震計記録の収集に関しましては、気象庁本庁、苫小牧測候所の関係者の方々、小林啓美東京工業大学名誉教授、建設省建築研究所小山信博士、並びに危険物保安技術協会に大変お世話になった。ここに記して謝意を表する。

## 記号一覽

c : 破壊伝播速度 D : 断層食い違い量

F : 指向性関数

$ F_{c} $ : 理論加速度スペクトルまたは標準加速度スペクトル

$ F_{p} $ : 予測加速度スペクトル g : 震源時間関数

G : 震源時間関数のフーリエ変換

I : 表面波の励起関数 L : 断層長さ

M : 地震規模 Mo : 地震モーメント

r : 震央距離 R : 増幅度

S : 断層面積 t : 時間

$ T_{c} $ : カットオフ周期 $ \alpha $ : 減衰係数

$ \beta $ : 媒質を伝わるS波速度

$ \theta $ : 断層の破壊進行方向と観測点のなす角度

$ \tau $ : 震源時間関数の立ち上がり時間

$ \mu $ : 媒質の剛性 $ \omega $ : 角周波数

## 参考文献

1）座間信作:気象庁1倍強震計記録に見られるやや長周期地震動の地域特性(その1)、消防研究所報告、72、pp.11-23（1991）

2）座間信作：やや長周期地震動の地域特性－気象庁1倍強震計記録の解析－、第9回日本地震工学シンポジウム論文集、pp595-600（1994）

3）座間信作：東北日本東方沖の地震によるやや長周期地震動特性、消防研究所報告、88、pp.11-24（1999）
4）武村雅之：日本列島およびその周辺地域に起こる浅発地震のマグニチュードと地震モーメントの関係、地震2、43、pp.257-265（1990）

5）武村雅之：日本列島における地殻内地震のスケーリング則、地震2、51、pp.211-228（1998）

6) Kudo, K.: A study on the contribution of surface waves to strong ground motions, Proc. 7th World Conf. Earthq. Eng., pp.499-506 (1980)

7) Savage, J. C.: Relation of corner frequency to fault dimensions, J. Geophys. Res., 77, pp.3788–3795 (1972)

8) Harkrider, D. G.: Surface waves in multi-layered elastic media, part 2., Bull. Seism. Soc. Am., 60, pp.1937-1987 (1970)

9) Kudo, K.: Significance of long-period strong Motion in seismic risk evaluation, Proc. 4th Int. Symp. on the Analysis of Seismicity and Seismic Risk., pp.433-439 (1989)

10) 太田 裕、鏡味洋史: 耐震工学上考慮すべき地震波の周期の上限と振幅の下限、日本建築学会論文報告集、249、pp.53-60（1976）

11) 佐藤良輔編著: 日本の地震断層パラメター・ハンドブック、鹿島出版会（1989）

12) Shimazaki, K.: Small and large earthquakes: The effect of the thickness of seismogenic layer and the free surface, Earthquake Source Mechanics, Am. Geophys. Union, Geophys. Monogr., 37, pp.209-216 (1986)

13) 座間信作：苦小牧におけるやや長周期地震動特性、消防研究所報告、86、pp.11-21（1998）

14) 例えば、萩原尊禮編: 日本列島の地震－地震工学と地震地体構造－、鹿島出版会（1991）

15) 気象庁地震火山部地震津波監視課：気象庁（東京）で観測された強震記録（1927年～1989年）（1990）

16) Zama S.: Characteristics of long-period ground motions in Tokyo Bay area, Japan, Proc. 10th World Conf. on Earthq. Eng. pp.593-598 (1992)

17) 田中貞二, 吉沢静代, 大沢胖: やや長周期帯域のおける強震動の特性、地震研究所彙報、54、

pp.629-655 (1979)
# Semi-Empirical Expression for Acceleration Spectrum of Long-Period Strong Ground Motion

(Abstract)

Shinsaku Zama

(Received January 24, 2000)

The standard spectrum used in evaluating characteristics of long-period strong ground motions was re-examined on the basis of recent studies associated with the relations between earthquake magnitude (M) and fault parameters. It was found that the former standard spectral model agrees with the new model for inland earthquakes in the range of more than M6.8 and tends to overestimate the acceleration spectrum of a large earthquake in the subduction zone. Standard deviations of amplification factors obtained from the new spectral model become smaller and the accuracy in predicting the acceleration spectrum of a large earthquake improves compared with the case of the old model.
# 統合化した消防防災通信システム（FiReCos）の開発

田村 裕之 松原 美之 細川 直史 高梨 健一

志賀 崇* 白井 達郎* 吉澤 信一*

(平成12年1月25日受理)

消火や救助の現場活動の中で使い勝手の良い情報伝達手段となる統合化した消防防災通信システムを開発した。

研究開始時に研究の方向性を決めるため、いくつかの消防本部に対し、アンケート調査等を行った。ここで抽出された携帯無線機に対する改善の要望も取り込み新しい無線システム（FiReCos）を開発した。この新しい無線システムは、高機能な携帯無線機とそれらのための中継システムから構成されており、PHS（Personal Handyphone System）の通信技術を基盤として、TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）のネットワーク技術を用いた通信システムである。FiReCosは、MCA（Multi-Channel Access）方式やディジタル通信技術の採用によって、混信が起こりにくく画像等のディジタルデータの伝送が行える。また、FiReCosは、ハンズフリーでの通信や、周囲に騒音がある中での双方向通話などの操作性や機能を実現し、TCP/IPを採用したことにより中継システムの拡張が容易である。さらに、FiReCosは、移動系と固定系の無線システムを統合化した消防防災通信システムとなっている。

FiReCosは、実際に消防本部で試用してもらった結果、性能、使い勝手とも良好であるとの評価を受けた。

### 1. はじめに

移動体通信技術の発達により、数千万人の人々が、携帯電話を所持する時代となり、いたるところで会話をしている風景を目にする。これだけ多くのユーザーが混信もなくいつでも特定の相手を呼び出せるということは、驚異的なことである。

一方、消防隊が火災現場で活動中に使用している携帯無線機を見ると、限られたいくつかの周波数を、混信に気を配りながらチャンネルを合わせることで使用している。さらに、他の消防本部からの応援部隊との連絡は、共通波を使う以外に方法がなく、阪神淡路大震災の時のように、多くの部隊が同時に共通波を使用する場合には容易に混信してしまい、無線通信システムが現場で機能しなくなってしまうことがある。

また、携帯無線機が含まれる移動系の消防無線と固定系の防災行政無線は直接相互の接続ができ
ない状況にある。緊急性、危険性の高い現場状況であることを考えると、更に高機能な携帯無線システムを導入する必要があると考えられる。

過去にも消防隊用携帯無線機に対し現場使用に適した改造を施した試作がいくつか行われている。日暮ら $ ^{1)} $ は、単一周波数で双方向通話を実現するため、音声を1/2に圧縮しながら時分割で電波をやり取りする方式の無線機を試作している。この方式では、グループ会話はできず、1対1の通話しかできない。時分割で電波をやり取りする関係上、わずかな時間遅れが生じ、違和感がある等の問題点を残している。また、井澤 $ ^{2)} $ は、機能を追加するために、画像伝送装置を試作している。これは、アマチュア無線の周波数で画像を伝送するもので、実験ではある程度画像伝送ができることが確認されている。しかし、アマチュア無線の周波数を流用しているため実際には運用できないという問題点がある。

このように、いくつかの研究開発がなされてきているが、これらの開発された無線機は、送信側と受信側が直接電波のやり取りを行う方式のため、通信範囲が限られてしまうという欠点もある。

我々は、携帯無線機と消防無線システムの現状を把握し、より高機能な無線システムを構築する研究を行った。1対1の通信からグループ通信、更に移動系と固定系の相互通信や全国規模での通信も可能なコンピューターネットワーク技術を用いた拡張性の高い「統合化した消防防災通信システム」を開発したので報告する。

### 2. 消防無線の現状と改善に関する調査

### 2.1 消防無線の現状

全国の各消防本部や消防組合は独自の無線システムを構築している。ただし、周波数、空中線電力等は一般の無線局同様、免許を受けた範囲でしか運用できない。割り当てられる電波の波は、使用目的により次の3種類に分けられている $ ^{3,4} $ 。

## 1 ) 全国共通波

他の都道府県における消防活動及び救急活動を支援するために全国の市町村で使用する周波数の波で、全国で3波が割り当てられている。

## 2 ) 県内共通波

他の市町村における消防活動及び救急活動を支援するために県内の市町村で使用する周波数の波で、県内で1波が割り当てられている。

## 3 ) 市町村波

市町村における消防活動及び救急活動を行うために使用する周波数の波で、波の数は消防本部または消防組合の規模により割り当てられている。

全国の消防に割り当てられている波は、ヘリコプターからのテレビ中継用や放送用等の特殊な用途を除くと約110波である。県内共通波や市町村波の割り当てでは、周波数の重複は許すものの、近隣の県や本部等との混信が起こらないような配慮がなされている。例えば、東北のある本部が使用している市町村波が四国のある本部で使用されているといった具合である。

また、一つの本部内でも、消防署ごとに更に細かく割り当てを行っているところがほとんどのため、一つの消防署で日常的に使用できる波は全国共通波や県内共通波を除くと1つか2つのところが多い。

消防無線の周波数帯は大きく2つあり、消防系の150MHz帯と署系の460MHz帯である。150MHz帯は全国の消防本部等に割り当てられているが、460MHz帯は人口の多い消防本部等にのみ割り当てられている。

また、現在、消防無線と防災行政無線の移動系と固定系は、割り当てられている周波数が違うため、お互いに乗り入れた通信はできない。

### 2.2 消防無線の改善に関する調査

#### 2.2.1 聞き取り調査

460MHz帯の無線が配備されている大規模なA消防本部と460MHz帯が割り当てられていない中規模なB消防本部の2つの本部を違び、消防無線の運用の仕方や改善を希望する点についての聞き取り調査を行った。その結果を以下に示す。なお、この調査当時の全国共通波の割り当ては1波であった。

## (1) A市での調査結果
A市は、人口約330万人である。

消防無線の運用については以下のようであった。1）電波の割り当ては、全国共通波が1波、県内共通波が1波、市波が6波、署系波が9波である。2）150MHz帯（消防系）と460MHz帯（署系）の2種類の携帯無線機を保有しており、通常1台の車両に消防系2台、署系2台の計4台の携帯無線機を装備している。

3) 指揮隊長は消防系と署系の2台を携行し、消防系で現場指揮本部と、署系で各隊員との通信を行う。

消防無線の改善に関する要望は以下のようであった。

1) 付属のストラップで肩に掛けて携行し、運用している。ストラップやアンテナなどが引っ掛かり消防活動の障害となっている。脱着と携帯が容易で、突起物のない無線機が望まれる。

2) 操作が簡単でシンプルな構造が現場活動上有効である。

3) 隊長は2台の無線機を携行しているが、確実な操作という点で2つの周波数を1台にまとめたものより2台の方が使いやすい。

4) 隊員からの映像は、指示の的確化につながると期待される。

## (2) B市での調査結果

B市は、人口約30万人である。

消防無線の運用については以下のようであった。1）電波割り当ては、全国共通波が1波、県内共通波が1波、市波が1波、救急波が2波（基地、移動各1波）である。

2) 車両 1 台につき 2 台の携帯無線機を配備し、機関員と隊長間で通信を行う。

3) 通信が競合する場合は、優先順位の下位の内容の通信が中断する。この時の優先順位は上位より、出場命令、災害通報、応援要請、指揮命令、現場報告の順となっている。

消防無線の改善に関する要望は以下のようであった。

1) 現在の無線機はかさばるため、小型軽量化を希望する。

2) 救急隊員や救急救命士は無線を使うとき手がふさがっているため、ハンズフリーな通信を希望する。

3) 指令センターや指揮所で得た地図や図面を現場隊員に伝えられたら良いと考える。

#### 2.2.2 アンケート調査

アンケートでは、現状の携帯無線機の問題点と改善して欲しい点について尋ねた。全国の政令指定都市にアンケート用紙を送付し、4つの政令指定都市の消防本部・部署より回答を得た。以下にアンケート結果をまとめる。

## (1) 問題点

通信性能面では、無線出力の割りに通信範囲が狭いこと、混信を起こしやすいこと、明瞭度が低いことが問題点として指摘された。

使い勝手の面では、手袋、面体、呼吸器を装着した状態で使いにくく、アンテナが長すぎて活動の邪魔になること、活動中にスイッチに触れてしまい通信チャンネルが変わってしまうこと、そして、無線機が重く、分厚いことが問題点として指摘された。

その他、現在利用されている消防無線の携帯機は、1台当たりが高価であることが挙げられた。

## (2) 改善の要望

通信性能面では、通信範囲が広く、周波数帯域を効率的に使用し、双方向通話ができるもので、混信を予防しつつ、送信中の割り込みができるものが望ましい。さらに、秘話性も高い方が良い。

また、使い勝手の面では、ハンズフリーで装着が簡単で、配線やアンテナが活動の邪魔にならないもので、周囲の騒音を拾わないマイクロフォンを備え、画像や隊員の位置や健康状態がモニタリングできるものが求められている。さらに、メンテナンスが容易で耐熱性や防水性を持った軽量なものが良い。

### 3. 開発目標

前章で行った消防無線の現状と改善要望の調査結果から、「統合化した消防防災通信システム」の開発にあたり、改善の必要な点と開発の目標とし
Table.1 Required improvement of existing transceiver

(1) Interference due to limited frequency quota
(2) Shortage in range for power
(3) Difficulty in use with gloves
(4) Difficulty in use with an oxygen mask
(5) Heavy, bulky and costly

た事項を、それぞれtable 1とtable 2にまとめた。なお、「統合化した消防防災通信システム」は、愛称をFiReCos（Fire fighting and Rescue Communication Systemの略で現在商標登録中）としており、以下の文中ではFiReCosと表わす。

table 1とtable 2にまとめた開発の目標を要約すると、「効率的な電波資源の運用」ができ、「ハンズフリー」で、「騒音のある環境」の下でも「双方向」の通話や「3者間通話」ができ、さらに、画像・位置情報・健康情報などのディジタル情報を送ることが可能な機器を開発するというものになる。

### 4. 基盤技術の選定

電波が届きにくい、混信するといった問題を解決するために、やみくもに無線機の送信出力を上げてみても、結果的にはより広い範囲で混信などの弊害が発生することになり、基本的問題点は解決されない。一方、携帯電話やPHS（Personal Handy-phone System）の移動体通信システムでは、セル（cell）方式という、中継基地局がカバーする範囲を1つのセルとして、セルの重なり合いが極力少ないように中継基地局を分散配置する方式をとっている（Fig.1参照）。移動局（携帯電話やPHSとして売られている移動端末機のこと。以下、子機と表す。）同士の通話では、子機同士が直接電波をやりとりするのではなく、中継基地局を用いることで送信出力を極力抑えている。また、同じ周波数の波を繰り返し利用することや、割り当てられた周波数のうち、現在使われていない周波数を探し出し、自動的にその周波数を選択して通信を行うMCA（Multi-Channel Access）方式を取り入れることで、限られた電波資源を効率よく運用している。移動体通信システムでは、ある中継基

Table.2 Objective of our development

(1) Improvement of communication condition
(a) Reduction of frequency band and efficient usage of radio wave resource
(b) High anti-noise performance
(c) High anti-interference performance
(d) High anti-interception performance
(e) Group communication
(f) Expansion of communication range
(2) Improvement of operational and portable performance
(a) Hands free operation
(b) Bidirectional communication
(c) Interruption by commander
(d) Anti-noise microphone
(3) Addition and improvement of communicated data
(a) Central control of communication and members
(b) Transmission of digital transmitted data such as pictures
Fig.1 Arrangement of cells in the case of 7 electric waves (Cells of the same frequency are not adjacent to each other.)

地局のセルから隣の中継基地局のセルに子機が移動した場合、中継基地局を切り換えるハンドオーバーの技術も確立している。また、携帯電話等では、双方向の通話が実現できている $ ^{5,6} $ 。

そこで、FiReCosでは、MCA方式や中継基地局を使う技術が既に確立しているこのような移動体通信システムの技術を導入することにした。

電気通信事業用移動通信には、携帯電話、PHS、ポケットベル等があり、音声通信を行うものは、大きく携帯電話とPHSに分けられる。通信方式は、信号方式でアナログ方式とディジタル方式とに分けられ、その他、周波数、変調方式、送信出力等種々の違いが存在する。携帯電話はアナログ方式とディジタル方式があり、PHSはディジタル方式である。携帯電話は、電気通信事業者が設置する基地局との通信のみができ、基地局のカバーする範囲は半径数kmに及び、子機の送信出力も0.6～5Wと大きい。それに対し、PHSは、子機の平均送信出力は10mWであり、基地局のカバー範囲も半径数百mと小さい。しかし、PHSの特徴的な面として、基地局を介した一般の通信の他に、小電力ゆえに、子機とそれが登録されている親機との通信である内線通信や、同じ親機に登録されている子機同士が電気通信事業者の基地局や親機を介さず直接通信できることがあげられる $ ^{6)} $ 。

先の開発の目標を考慮すると、信号方式では、電波資源の効率的な運用ができ、音声データの圧縮やデータ伝送が行え、混信対策や秘話性の獲得が可能なことを考えるとディジタル方式が優れているといえる。また、通信機能面では、独自の中継機により通信エリアの拡大が行え、通信経路の複数確保（子機間の直接通信、内線通信、公衆回線利用の通信）が可能なことを考慮すると、PHS方式を基盤技術として採用することが最良と判断した。法的な制約があるため、電波の仕様や基本的なハードウェアはPHSとして認められているものを使用することにした。

### 5. FiReCosのシステムと機能

FiReCosは、携帯無線機の機能の高度化を実現した高機能型携帯無線機 $ ^{7)} $ と、中継管制システムの2つの部分から構成されている。高機能型携帯無線機は、ディジタル通信を用いハンズフリーで騒音のある環境下でも双方向の通信ができる無線機である。これを、さらに、中継ネットワークと管制システムの中で運用できるようにしたシステムがFiReCosである。

### 5.1 通信条件の改善

通信条件の改善として、電波の効率的使用、3者間通話、通信範囲の拡大を実現した。なお、電波的雑音に対する対策、耐混信性、秘話性の獲得については、PHSが基本的に持っている信号方式がディジタル方式であることにより解決されている $ ^{5} $ 。

#### 5.1.1 電波の効率的使用のための通信モードとその切替

PHSの子機には、トランシーバーモード、内線モード、公衆モードの3つの通信モードがある。PHSで使える電波の周波数帯は1.9GHz帯で波は87波あり、これらを3つのモードで使い分けている。FiReCosの場合を例に各モードの説明をする。

トランシーバーモードは、Fig.2(a)のように子機同士が直接電波をやり取りして通信するモード
(a) transceiver mode

(b) extension mode

(c) public mode

Fig.2 Outline of communication mode in PHS

である。子機2台があれば実現できる通信形態である。このモードで使用できる電波の波は10波、チャンネル（ch）数としては40（=10波×4ch/波）である。なお、トランシーバーモードは、特定小電力の通信になるため、3分間に1回の割で通話が途切れる。

内線モードは、Fig.2(b)のように中継機（cell station）を介して子機間で通話を行うモードである。このモードで使用できる電波の波はトランシーバーモードの波も含め35波+制御用2波で、ch数は140（=35波×4ch/波）である。

公衆モードは、Fig.2(c)のように電気通信事業者が設置している屋外基地局を介して、子機間で通信するものである。これは、街中で一般的に利用されている形態である。この場合、子機は電気通信事業者に登録し電話番号を取得していなければならない。このモードで使用できる電波の数は制御用を含め50波である。

FiReCosでは、後述する通信の管制機能や画像等のデータ通信も行う。そのため、FiReCosは、制御チャンネルにより子機の通信状態が把握でき、通信チャンネルが多く、通信が途切れない内線モードを基本的に用いる。

しかし、消防活動中の電波の状態や隊員の配置により、中継機へは電波が届かないがだれかの子機や公衆の屋外基地局に直接電波が届くということも起こりうる。そこで、FiReCosでは、発呼するときのモードを、内線モードで相手が見つからないときは自動的にトランシーバーモードに切り換えて相手を探すようになっている。それとともに、待ち受けのモードは、内線とトランシーバーの2面待ちを標準状態としているため、どちらのモードの電波が来ても、受信することが可能になっている。また、後述するような簡単なボタン操作で、公衆回線を利用できる公衆モードへ切り換えられるようにもなっている。

FiReCosは、通信モードを状況に応じて自由に切り換えられるため、割り当てられているすべての電波を利用することが可能になっている。

なお、通信する周波数は、PHS自体が持っているMCA方式で自動選択される。

#### 5.1.2 3者間通話の実現

一般的な移動体通信は、1対1の会話である。しかし、消防活動現場を考えた時、複数の隊員に同時に指示を出したり、活動中に話し合いを持ち作戦を決定する必要性が生じる。この場合は、3者間で会議をしているように、それぞれが話したり聞いたりできる機能が必要になる。この機能を実現するため、FiReCosではミキシングユニットを用意した。

ミキシングユニットにチャンネル番号を割り当てることができ、ミキシングユニットは、このチャンネルにアクセスしてきた3つまでの音声をミキシングし、その音声をアクセスしてきたそれぞ
れの子機に送り返す機能を有する（Fig.3参照）。また、ミキシングユニットは複数備えることも可能であるため、4人以上でのグループ会話も可能である。これにより、そのチャンネルにアクセスしている複数の人は、同時に話すことも聞くことも可能になる。

#### 5.1.3 通信範囲の拡大のための中継技術

消防活動中においては、通信したい相手とは直接電波をやり取りできない場所に移動することが多い。その対策として直接電波のやり取りで通信するため子機の送信出力を大きくすると、混信等の弊害が多くなることや、出力増大に伴いバッテリー重量が増大するため、結果的に使いにくいものになる。

通信範囲の拡大は、移動体通信システムが行っているセル方式を導入し、中継機をネットワーク化したシステムを構築することで実現した。

FiReCosは、複数の中継機とそれらを制御する回線制御ソフトを有するパソコン（回線コントローラーと言う。）を接続したネットワークを基本としている。Fig.4にFiReCos全体の概要図を、Fig.5に機能実証機としての管制用パソコン、中継機、ミキシングユニットの外観を示す。回線コントローラーと中継機（Fig.6参照）は一般的なイーサネ

Fig.3 Function of mixing unit

ット（Ethernet）のLAN（Local Area Network）でつながり、ここではTCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）を使用している。イーサネットのLANで接続しているため、それぞれの機器間の接続はケーブルでも無線LANでも行える。また、IPアドレスさえ持てば、中継機を増設することが容易である。ネットワーク内は、回線コントローラーの制御下で、データを一定の大きさのパケットにして通信を行うパケット通信が行われる。子機からの通信内容は、中継機から入り回線コントローラーを介し再び中継機を経て相手子機へ送られる。これにより、通信する子機同士が離れている場合でも、子機がどこかの中継機と電波のやり取りができさえすれば、通信することができる。

活動現場でのネットワーク構築の方法としては、有線接続と無線接続の2つが考えられる。有線接続には、命綱などの索状物にケーブルを埋め込む方法や耐火性を持たせたケーブルを用いる方法が、また、無線接続には、光や電波による無線LANを用いる方法がある。無線接続の用途は、ケーブルの敷設ができない場所やはしご車のはしご先端部分での使用が考えられる。また、FiReCosは、可搬型のLANを構築することによって、一つの隊が、

Fig.4 Outline of the FiReCos
Fig.5 Control unit, cell station and mixing unit of FiReCos

Fig.6 Cell station

子機、回線コントローラー、中継機、管制用パソコン、ミキシングユニットからなる通信システム1セットを持参し、中継機ネットワークを自前で現場に構築できるようになっている。これにより、多様な現場活動、応援出動などに対応することができる。

### 5.2 操作性・携帯性の改善

簡便な操作性の実現、ハンズフリーでの通信、マイクやヘッドフォンの改良、防水性能の付加について述べる。なお、双方向通話は、PHSが基本的に持っている機能である。また、無線機そのものの大きさについては、PHS子機そのものの大きさに依存するが、現状の消防隊用携帯無線機に比べ、体積比で1/3～1/4の小ささであることから、小型軽量化は果たせていると考える。軽量であるため、既存の携帯無線機との併用も可能である。

#### 5.2.1 通信機能と操作性

##### 5.2.1.1 必要な通信機能

活動現場での通信に必要な機能として以下のようなことが考えられる。
(1) 待ち受け状態時における特定の相手の呼び出し

予め登録された通信重要度の高い相手、例えば隊長に発呼する。

(2) 呼び出しを受けた際の応答呼び出された際に応答する。

## (3) 通話切斷

会話中または会話終了時に通信を切る。

(4) 接続動作の中断

発呼した後、キャンセルする。

(5) 待ち受け状態時における公衆モードへの切替公衆回線を使った通信を行う。

## (6) 呼び出し相手の選択

通話したい相手、または、チャンネルを選択する。

## (7) 選択した相手への発呼

上記(6)の機能で特定の相手やミキシングユニットのチャンネルを選択し、そこに発呼する。

## (8) 呼び出し相手の選択のクリア

通話したい相手、または、チャンネルの選択を中断する。

## (9) 再発呼

通信が何らかの事情で切断された場合に、最後に発呼した相手にもう一度発呼する。

## (10) 緊急メッセージの発信

緊急の事態が発生した場合に、メモリーに記録されたメッセージを、隊長または通信できる相手に送信する。

## (11) 意図せず切れた場合の再接続

呼び出しをかけた通信が意図せず途中で切断された場合は、再接続を試みる。

(12) 誰でも良いからつながる相手の呼び出し相手を選ばず、とにかく誰かと通信する。

##### 5.2.1.2 操作方法

FiReCosの子機は、PHSの子機と同一の外観をしているため、テンキーによる番号入力等の操作が可能である。しかし、消防活動現場では手袋をはめていたり作業で手が塞がっている状態を考えると、小さな数字やスイッチを判別しながらでは操作がしにくい。活動の妨げにならない簡便な操作で通信を行わなければならない。そこで考案したのが、手袋をはめた指でも押すことができる2つボタンによるスイッチである。PHSの子機が持つデータ通信用のコネクタにボタンスイッチを接続した。スイッチの外観をFig.7に示す。ボタンの大きさは1つ15mm角で、ボタン中心の距離は28mmである。

ボタンの押し方としては、短く押す「短押し」、長く押す「長押し」、短押しを一定時間間隔内に続ける「短押し連続」、それと一定時間内に短押しを繰り返す「ダブルクリック」の4種類がある。FiReCosでは、短押しや長押しのボタンが押されている時間やダブルクリックの時間間隔などの時間設定は、すべて変更可能になっているため、細かい対応が可能である。2つのボタンをAとBで表すと、ボタンの押し方とボタンA、Bの種類の組み合わせで、先に拾い出した必要な機能を実現することができる。使用頻度の高い操作ほど簡便である必要があり、また、複雑な操作は消防活動中ということを考えると避けなければならない。これらのことを考慮して、以下のような操作を機能に割り当てた。

(1) 待ち受け状態時における特定の相手の呼び出し…Aの短押し

(2) 呼び出しを受けた際の応答 … A の短押し

(3) 通話切断 … Aの短押し

(4) 接続動作の中断 … Aのダブルクリック

Fig.7 Operation switch with 2 buttons
(5) 待ち受け状態時における公衆モードへの切替…Aの長押し

(6) 呼び出し相手の選択…Bの短押し連続

(7) 選択した相手への発呼 … Aの短押し

(8) 呼び出し相手の選択のクリア

…Bのダブルクリック

(9) 再発呼 … Bの長押し

(10) 緊急メッセージの発信 … A と B の長押し

(11) 意図せず切れた場合の再接続

…基本機能として持つ

(12) 誰でも良いからつながる相手の呼び出し

この機能は、(10)の録音されたメッセージが流れた後に用件を伝えることで代用できる。

以上のように、2つボタンのスイッチにより、簡便な方法で通信の基本的な操作を行うことができる。

#### 5.2.2 マイクやヘッドフォンの改良

活動中の隊員が携帯無線機の通信操作に煩わされることなく活動に集中できるように、マイクやスピーカーについても改良しなければならない。プレストーク式の無線機では、マイクやスピーカーを口元や耳元に持ってこなければならない。そこで、無線機での通話中に手を使う必要がない仕様を実現する必要がある。マイク部分は、ノイズキャンセル機能付きを含むヘルメットに取り付けられ口の前に伸びているマイクや、頭骨に伝わった声帯の振動を拾い出す頭骨マイク、声帯の振動をのどの表面から拾い出す咽喉マイク等から、スピーカーは、耳に入れるイヤフォン型、ノイズキャンセル機能付きを含む耳を覆うイヤマフ型ヘッドフォン、頭骨に音声の振動を直接伝える骨伝導型ヘッドフォン等の仕様から選択した。ここでのノイズキャンセル機能とは、周囲の騒音を低減させて、音声だけを生かす機能のことである。

数種類の組み合わせでヘッドセットを試作した。それらのヘッドセットを装着して防音室に入り、録音した騒音を音響装置で再生しながら防音室外の相手と無線通信を行う、という実験で、その効果を確かめた。

マイクについての選択基準は、

1) 周囲の騒音の影響を受けない。

2) 呼吸器を着用した状態でも使用できる。

3) 明瞭に音声を拾える。

4) 活動中に邪魔にならない。

である。これらを考慮した結果、咽喉マイクを採用した。

ヘッドフォン等のスピーカー部分は、

1) 周囲環境の音を遮断しない。

2) 小型で活動の邪魔にならない。

3) 騒音中でも使用できる。

4) ヘルメットやしころが着用できる。

等を考慮した結果、イヤフォン型及び骨伝導型ヘッドフォンを採用した。イヤフォンと咽喉マイクを組み合わせたヘッドセットをFig.8に、骨伝導型ヘッドフォンと咽喉マイクを組み合わせたヘッドセットをFig.9に示す。

これらにより、ハンズフリーでの通信と、騒音に強く呼吸器を着けても使えるマイクロフォンとイヤフォンのヘッドセットを実現した。

#### 5.2.3 防水性能の付加

消火活動中には、水が無線機にかかることが予想される。無線機には、水がかかっても大丈夫な防水性能の付加が必要となる。そこで、Fig.10のような防水ケースを製作した。

Fig.8 Example of headset 1 (laryngaphone and earphone)
Fig.9 Example of headset 2 (laryngaphone and bone conduction headphone)

ケースは、本体が硬質なABS（アクリルニトリルブタジエン）樹脂製で、蓋がアクリル樹脂製である。取り付けてあるコネクターは防水コネクターである。大きさは、幅90mm、長さ150mm、厚さ36mmである。ケース自体の重さはおよそ400gで、無線機を入れた場合でも500g以下に抑えられている。防水性能は生活防水を満足することを目標にし、水面下10cmに沈めても、内部に水が侵入しない構造になっている。

この防水ケースに入れた状態で充電ができるよう、Fig.10の下部にあるような専用の充電台も試作した。ケースの底の部分には、充電端子が挿入できるような穴が作られており、充電端子が差し込める。この穴は、消防活動中の無線機使用時には専用のゴムの蓋で閉められている。

### 5.3 通信されるデータの追加・改善

FiReCosには、通信管理、隊員管理等の管制機能や、ディジタルデータの送信として画像伝送機能を付加した。

#### 5.3.1 管制機能

1または複数の小隊を指揮者が管理する場合、

Fig.10 Waterproof case and charger
各隊員の持つ子機の接続状況を把握したり、通信内容を転送したり、グループ通話に組み入れたり、といった管制機能が必要となってくる。これを行うために、管制機能を持つソフトが組み込まれたパソコンをネットワークに接続した。

管制ソフトには、以下の機能を持たせた。

## (1) 3台までのミキシングユニットの接続と切断

ミキシングユニット1台あたり3者でのグループ会話を行えるが、場合によってはそれ以上の人数が必要になると考えられる。しかし、10人以上になると、グループ会話の収拾がつかなくなり、使い勝手として良くない。そこで、3台までのミキシングユニットを操作して、3～9人のグループ会話を可能とした。

## (2) 通信状況の表示と記録

子機同士の接続状況を把握するため、子機の呼び出し番号や通信開始時刻、終了時刻が表示できるとともに、記録に残せる機能である。

## (3) ミキシングユニット上の通話の転送

ミキシングユニット上の通話を希望の相手に接続する機能である。

## (4) ミキシングユニット上の通話への割り込みや 切断

緊急の場合にミキシングユニット上の通話へ割り込んだり切断させる機能である。

## (5) 隊員情報管理機能

システムに登録されている隊員の所属、氏名、顔写真等の情報を管理する。

## (6) 子機の呼び出し

管制用パソコン側から通信の必要な隊員を呼び出す。

## (7) オンラインマニュアル機能

管制ソフトの取り扱い方やトラブル処理の仕方などが、ウェブブラウザーで確認できるようにする。

#### 5.3.2 データ送信機能の付加

PHSは、32kbpsの伝送容量でディジタルデータ伝送が行える。これを利用して、両像伝送できる子機を試作した。

隊員からの画像を見ることによって、隊長や本部が状況に応じて的確な判断をすることができる。これにより、隊員の安全確保や適切な作戦の伝達が行える。

開発したハードウェア構成を、Fig.11に示す。画像サーバー側は、CCDカメラ、ノートパソコン、PHSモデムカードで、画像表示クライアント側は、PHSモデムカード、ノートパソコンで構成されている。

ダイアルアップネットワークサーバで2台のノートパソコンをネットワーク接続する。画像サーバ一側は、CCDカメラから得た画像を画像サーバ一側パソコンのウェブサーバ一内に保存し、その画像を、画像表示クライアント側のウェブブラウザーで見に行くというシステムである。画面サイズは320×240画素、160×120画素、80×60画素と選べ、フレームの更新時間は画像の大きさによる制約があるが15秒から1秒の間で設定できる。

画像以外に、GPS（Global Positioning System）などを利用して得られる隊員の位置情報や、指先に取り付けたセンサーから得られる血压や脈拍などの健康情報も、ディジタルデータとして取り込めれば同様に送信することが可能である。

このように、本システムは、ハンズフリーで会話ができ、子機同士の通信から、ミキシングユニットを用いたグループ通話、管制機能、ネットワークの拡張性等を特徴とする無線通信システムと

Fig.11 Constitution of equipment of image transmission
なっている。以下にFiReCosの基本仕様をまとめる。

1) 使用周波数 1.9GHz 带

2) 平均出力 10mW（バースト値80mW）

3) 子機本体重量 約100グラム

4) 連続使用時間 6 時間以上

5) 通信周波数の自動割り振りが可能 (MCA)

6) ハンズフリー通話が可能

7) 双向通話が可能

8) 2つボタンによる基本操作が可能

9) 騒音環境の下で使用可能

10) 通話相手の識別と特定が可能

11) 子機 9 台までのグループ通話が可能

12) 画像などのディジタル情報の送信が可能

13) 一般の消防携带無線機との併用が可能

14) 管制機による隊員情報管理が可能

15) 中継機設置による拡張が可能

### 6. 実地評価

FiReCosの試作機を製作し、これを消防本部に提供して訓練等で試用してもらい性能及び使い勝手を評価してもらった。

### 6.1 实施条件

提供した試作機の構成は、親機1台と子機3台である。この試作機の1セットをFiReCos-miniとし、外観をFig.12に示す。ここでの親機は、ミキシングユニットにマイクとイヤフォン、それと小型の電話器を接続したもので、親機の操作者もグループ会話に参加でき、最大4者間通話ができるものである。子機は、2ボタン操作が可能でイヤフォンと咽喉マイクを接続したものである。

FiReCos-miniは、消火訓練、救助訓練で試用してもらった。なお、防水ケースは試作が間に合わなかったため、提供したFiReCos-miniには付属していない。

### 6.2 実施結果

実際に試用してもらった隊員に、使い勝手、実用化の希望、配備の希望の3項目を5段階で評価してもらった結果を以下に示す。評価は点数を選ぶ形で、評価点が5に近いほど「良い」または「希望する」になり、評価点1は「悪い」「希望しない」になる。アンケート回答者9人の平均評価点は、

1) 使い勝手 4.22

2) 実用化の希望 4.44

3) 配備の希望 4.44

となった。5段階評価で4以上の評価を得たとともに、3よりも低い評価はなかった。

また、個別の意見としては、

・隊員一人一人にFiReCosの子機を配備し、隊員間の意思疏通を図りたい。

・混信しない点が良い。

・小型軽量ではあるが防水性や頑丈さを持って欲しい。

・活動の邪魔にならない装着方法を検討してほしい。

・救急では出動が頻繁なため、短時間充電ができるものであることが望ましい。

・従来型の無線機との併用を行う方が連絡経路の確保の上でも有効である。

等が出された。

開発したFiReCos-mini及びFiReCosは、消防活動現場での使い勝手や性能がどの程度なのか、また、改良すべき点がどこなのかを把握するため、今後

Fig.12 FiReCos-mini
は、いくつかの消防本部においてモニター調査を行い、意見を聞く予定である。

### 7. まとめ

消防隊、救助隊、救急隊等が使っている携帯無線システムの現状と改善の要望について明らかにし、より高機能な無線システムを検討した。その結果、消防隊等が現場で活動中に、情報伝達手段として使い勝手の良い携帯無線機と、コンピューター回線通信技術を応用して拡張性の高いシステムとした「統合化した消防防災通信システム(FiReCos)」を開発した。このシステムは混信に強くハンズフリーで通信でき、画像などのデータ伝送もできる無線システムとなっている。また、実際に消防本部で試用してもらった結果、性能、使い勝手とも良好であるとの評価を受けた。

本研究は、日本ビクター株式会社と消防研究所との共同研究により実施されたものである。

## 謝 辞

実地評価において、所沢市消防本部の皆様に多大なるご協力を頂きました。ここに記し感謝の意を表します。

## 参考文献

1）日暮研二：消防・救急無線の高度化について、第40回全国消防技術者会議資料、pp115-118(1992)

2）井澤義仁：画像伝送装置の試作について、第46回全国消防技術者会議資料、pp151-154(1998)

3）自治省消防庁防災課："消防防災情報通信ハンドブック"（1991）

4）細川直史、田村裕之、松原美之：移動体通信技術の現状と消防用携帯無線機について、消研輯報、No.49、pp57-61（1996）

5）山内雪路：“ディジタル移動通信方式”、pp1-8、東京電機大学出版局（1993）

6）郵政省電機通信局電波部移動通信課監修：“

移動通信システムガイド”、pp30-64、クリエイトクルーズ（1994）

7）田村裕之、松原美之、細川直史：高機能型携帯無線機の研究開発、消研輯報、No.51、pp5-11（1998）
# Fire Fighting and Rescue Communication System (FiReCos)

(Abstract)

Hiroyuki Tamura, Yoshiyuki Matsubara, Masafumi Hosokawa, Ken-ichi Takanashi, Takashi Shiga $ ^{*} $ , Tatsuo Shirai $ ^{*} $ and Shin-ichi Yoshizawa $ ^{*} $

(Received January 25, 2000)

An integrated radio communication system has been developed, which is suitable for the fire fighting and rescue operations.

At the beginning of the research program, we conducted a questionnaire survey to some fire stations to decide the strategy of our research. This new system consists of high-performance transceivers and a relay system for them, and we named the system FiReCos or the Fire fighting and Rescue Communication System. FiReCos was developed based on the PHS (Personal Handy-phone System) technology, and TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) network technology. By introducing the MCA (Multi-Channel Access) and digital communication technology, the high-performance transceiver is proof against interference, and it can send digital data such as picture. We also improved the operational performance of the transceiver, and realized hands free operation, bidirectional communication and noise free communication. Since the relay system of FiReCos adopts the TCP/IP, the extension of the system is quite flexible. As a total system, the FiReCos can construct an integrated communication system of mobile and fixed radio systems.

From the field test of the FiReCos by some fire brigades, the performance this system was proved to be quite good.
# ニューラルネットワークを用いた A E 源位置標定 一石油タンク底板への適用について一

真家 敦子、山田 實、本間 恭二 $ ^{*} $

(平成12年1月25日受理)

石油タンク底板から発生するAEの発生源の位置標定に関し、実際の石油タンクへの適用の可能性についてシミュレーションで調べた。位置標定はニューラルネットワークのパターン認識機能を利用して行った。

センサの数およびAE波の減衰、環境ノイズなどに起因するAE波到達時刻の読み取り誤差の影響について検討した結果、石油タンク底板全面の位置標定は可能であることが分かった。

### 1. はじめに

石油タンクを構成する部材を貫通する腐食やき裂が生じた場合、タンクから外部へ貯油が流出して災害や環境汚染の原因となる。このため、タンクの防食や損傷発生防止は重要な問題である $ ^{1,2} $ 。

石油タンクは、底板、アニュラー板、側板等から構成されるが、最も腐食環境の厳しい部材は底板とアニュラー板である。タンクには種々の防食処置がなされているが、実際に稼働中のタンクの腐食状況を監視することは容易ではないため、安全性確保のための定期的な開放検査が義務づけられている。検査項目としては、主に、底板やアニュラー板などの板厚測定および溶接線の探傷試験がある。底板、アニュラー板の腐食状況は、内面については開放されたタンクの内部から直接的に調べられる。しかし、裏面（接地面）の腐食状況については直接的に検査することが困難なため、底板、アニュラー板の板厚を測定してこれと初期板厚との差をとるという間接的な方法で調べられている。板厚の計測は点計測であり、通常はタンクの規模に応じた数のサンプル点が選ばれ、その点でのみ計測される。また、溶接線の探傷試験も溶接線上に限られた線計測である。したがって、タンク底板全体の腐食状況を調べることは現在では行われていない。

AE（アコースティック・エミッション）は、材料や構造物中の微小な破壊やそれと同等のエネルギー解放過程によって発生する弾性波（数kHz～数MHz）である。このAEを複数のセンサで計測すればその発生した位置を求めることが可能である $ ^{3)} $ 。AE源の位置やAEの発生頻度の高い領域を把握して開放検査の省力化、簡便化を図ることを目的に実際のタンクの健全性診断を行う試みが1970年代から1980年代にかけて国内で行われた $ ^{4)} $ 。しかし、AE波の減衰、センサの問題、環境雑音の影響で信号とノイズの区別ができにくいこと、AEと具体的な損傷（例えば板厚の腐食減肉量など）との対応づけなど種々の問題があり、また、石油タンクの検査方法として開放検査が法律で定められて