JP2005182667A - Ｇｐｓ利用無線式接近警報装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クレーン等の作業用重機が送電線に対して一定の距離まで接近すると、自動的に接近警報を発する新規なＧＰＳ利用接近警報装置を提供する。
【解決手段】 このＧＰＳ利用無線式接近警報装置は、送電線とクレーン等のが所定の距離以内に接近した時に警報信号を生成して無線送信するＧＰＳ測位装置及びその本体部と、前記本体部からの警報信号を受信して重機オペレータに対して警報を発すると共に少なくとも一台の携帯子機に対して該警報信号を送信する無線機とを備えている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、高圧電線（電磁界発生体）に接近した時に警報を発するＧＰＳ利用無線式接近警報装置に関し、更に具体的には、送電線に接近する可能性を有する重機等（接触回避対象）に使用されて好適なＧＰＳ利用無線式接近警報装置に関する。

電力供給者（電力会社）が、工場、家庭等の電力需要者に対して電力を供給する場合、電力供給者が運営する発電所から比較的高圧の電力を送電線を介して電力需用者の近傍にある変電所、変圧器等に送電し、これら変電所等にて所定の電圧の電力に降圧し、電力需用者に供給している。従って、発電所から変電所等までの長距離の送電のため、一般に鉄塔に架けられた送電線が張り巡らされている。送電線には、例えば、各種高圧階級と称される２２ｋＶ，６６ｋＶ，１１０ｋＶ，２２０ｋＶのような高圧電流が流れている。

発電所から変電所等までの距離が長いため、送電線付近にて、各種の土木工事、建造物の建設・修理・撤去、比較的大きな物体の運搬等の作業を行わなければならない事態が発生する。これら作業の内、送電線に接近する可能性がある作業は、典型的にはクレーンを用いて行う作業である。

送電線付近でクレーン等の重機（接触回避対象）による作業が行われ、クレーンのブームがその送電線（電磁界発生体）に接近する可能性がある場合、これを絶対的に回避するために、細心の注意を払わなければならない。

従来、クレーンのブームが送電線に接近する可能性がある場合、電力供給者から派遣された立会者のもと、視覚的な安全対策を施し、安全管理を行っていた。具体的には、作業会社からの申請を待って、電力供給者から立会者を派遣し、鉄塔間に目安となるロープを張り、立会者が目視で監視しながら、目安ロープとクレーンのブームが接近した時は、クレーンオペレータ（クレーン操作者）及び現場作業者に対してハンドマイク又は無線通信により注意を喚起する方法が取られていた。送電線接触事故の発生を確実に防止するため、立会者は経験豊富な人間が選定されていた。

なお、本発明者は、本発明に係る無線式接近警報装置に関連する公開された技術文献として、次の特許文献を承知している。
特開2000-113349（平成12年4月21日公開）、発明の名称「高圧活線センサー」、出願人株式会社谷沢製作所 特開2002-260120（平成14年9月13日公開）発明の名称「活線警報機」、出願人株式会社谷沢製作所、同株式会社中電工

しかしながら、このような人間による視覚的な安全対策では、不注意、誤認、判断ミス等により、クレーンのブームと送電線との接触事故の発生する確率をゼロにすることは困難である。

一方、近年、例えば、歩行ナビ、カーナビ等に代表される測位システムとして、ＧＰＳ(全地球測位システムGlobal Positioning System)が利用されている。後述するように、最近のＧＰＳでは、わずか数ｃｍの高精度を実現する測位方式も現れ、送電線と重機との接触を回避するシステムに十分利用出来ることが期待される。

そこで、本発明者等は、このような状況に鑑みて、クレーンのブームと送電線接触事故の発生する確率を限りなく減少させるＧＰＳ利用無線式接近警報装置システムを開発することに着手した。

従って、本発明は、クレーン等の作業用重機が送電線に対して一定の距離まで接近すると、自動的に接近警報を発する新規なＧＰＳ利用無線式接近警報装置を提供することを目的とする。

更に本発明は、クレーンオペレータ、現場作業者及び立会者との間で相互通話が可能な状態において、クレーン等の作業用重機が送電線に対して一定の距離まで接近すると、自動的に接近警報を発する新規なＧＰＳ利用無線式接近警報装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置は、電磁界発生体と接触回避対象が所定の距離以内に接近した時に警報信号を生成して無線送信するＧＰＳ測位装置及びその本体部と、前記本体部からの警報信号を受信して、該警報信号に基づき警報を発する受信警報手段とを備えている。

更に本発明に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置は、上述のＧＰＳ利用無線式接近警報装置であって、前記電磁界発生体は送電線であり、前記接触回避対象は重機であり、前記ＧＰＳ測位装置は前記重機の先端部に配置されている。

更に本発明に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置は、上述のＧＰＳ利用無線式接近警報装置であって、前記受信警報手段は、前記本体部からの警報信号を受信して重機オペレータに対して警報を発すると共に少なくとも一台の携帯子機に対して該警報信号を送信する無線機を有している。

更に本発明に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置は、上述のＧＰＳ利用無線式接近警報装置であって、前記ＧＰＳ測位装置は、高精度ＧＰＳを利用している。

更に本発明に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置は、上述のＧＰＳ利用無線式接近警報装置であって、前記ＧＰＳ測位装置は、前記送電線の位置座標を決定し、ＧＰＳを利用して測位した前記重機の位置座標と該送電線の位置座標から両者間の距離を算出している。

更に本発明に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置は、上述のＧＰＳ利用無線式接近警報装置であって、前記ＧＰＳ測位装置は、前記重機の位置を測位してその位置座標を演算する手段と、近傍の送電線端又は送電線鉄塔の位置座標を記憶するメモリ手段と、前記送電線鉄塔の位置座標から前記重機に最も近い送電線の位置座標を決定する電線確定回路と、前記重機の位置座標と前記送電線の位置座標から両者間の距離を算出する距離演算回路とを有する。

更に本発明に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置は、上述のＧＰＳ利用無線式接近警報装置であって、前記重機と前記送電線との距離が近づくにつれ注意警報が発せられ、前記重機と前記送電線との距離が接近限界距離に達した時、警告警報が発せられる。

更に本発明に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置は、上述のＧＰＳ利用無線式接近警報装置であって、前記ＧＰＳ測位装置は、前記送電線の位置から前記重機の進入を禁止する干渉領域を設定し、ＧＰＳを利用して測位した前記重機の位置が前記干渉領域に侵入したか否かを判断する。

更に本発明に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置は、上述のＧＰＳ利用無線式接近警報装置であって、前記ＧＰＳ測位装置は、前記重機の位置を測位してその位置座標を演算する手段と、近傍の送電線端又は送電線鉄塔の位置座標を記憶するメモリ手段と、前記送電線鉄塔の位置座標から前記重機の進入を禁止する干渉領域を設定する干渉領域設定回路と、前記重機の位置座標と前記干渉領域を比較して、該重機の進入を検出する比較回路とを有する。

更に本発明に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置は、上述のＧＰＳ利用無線式接近警報装置であって、前記干渉領域は、第１及び第２の干渉領域が設定され、前記重機が前記第１の干渉領域に侵入した時、注意警報が発せられ、前記重機が前記第２の干渉領域に侵入した時、警告警報が発せられる。

本発明によれば、クレーン等の作業用重機が送電線に対して一定の距離まで接近すると、自動的に接近警報を発する新規なＧＰＳ利用接近警報装置を提供することが出来る。

更に本発明によれば、クレーンオペレータ、現場作業者、立会者との間で相互通話が可能な状況において、クレーン等の作業用重機が送電線に対して一定の距離まで接近すると、自動的に接近警報を発する新規なＧＰＳ利用接近警報装置を提供することが出来る。

以下、本発明に係る無線式接近警報装置の実施形態に関して、添付の図面を参照しながら、その詳細を説明する。なお、図面中、同じ要素に対しては同じ符号を付して重複した説明を省略する。
［第１の実施形態］
（ＧＰＳ利用無線式接近警報装置のシステム概要）
図１は、本実施形態に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置１のシステム構成の全体的な概要を説明する図である。図１に示す状況は、送電線（電磁界発生体）２が鉄塔３の間に架けられている。この送電線２の付近で、クレーン等の重機（接触回避対象）４を用いた作業が行われる状況である。

従来の目視に依存する方法は、送電線２から吊り下げた目安ロープ（図示せず。）とクレーン４のブーム１５の先端５が接近したことを立会者１２が目視で認識して、携帯子機１０からクレーン内の親機９を所持するクレーンオペレータ８に対して、無線通信の双方向通話により注意を喚起する方法が採用されていた。

図１に示すＧＰＳ利用無線式接近警報装置１では、従来の無線通信システムの機能に加えて、クレーン１５の先端５に配置され、先端５が送電線２に接近した時に接近警報信号を発するＧＰＳ測位装置６及びその本体部７と、この接近警報信号を受信してオペレータ８に警報音を発すると共にこの警報信号をリアルタイムで立会者１２の携帯子機１０に送信する親機９とを備えている。

図１に示すＧＰＳ利用無線式接近警報装置１の動作は、送電線２に対して重機４の先端部５に設置されたＧＰＳ測位装置６が送電線２の接近を感知し、その本体部７が接近警報信号を生成してこれをクレーンオペレータ８の所有する親機９に対して無線送信する。親機は、接近信号に応答してオペレーター８に対して警報音を発すると共に、リアルタイムで立会者１２の所有する携帯子機１０に対して、接近警報信号を送信する。携帯子機１０は、立会者１２に対して警報音を発する。

図１に示すＧＰＳ利用無線式接近警報装置１によれば、クレーンオペレータ８は送電線に接近した際には親機９が自動的に警報音を発報することで、重機４と送電線２の接近を認識することができ、適切な回避操作を採ることが出来る。また、携帯子機１０を所有する立会者１２は、同時に携帯子機１０が警報音を発報するので、重機４と送電線２の接近を認識することができ、オペレータ８が適切な回避操作を採らない場合でも子機１０から親機９に対して無線通話により注意を喚起することが出来る。

（ＧＰＳシステム）
以下、このＧＰＳ利用無線式接近警報装置の各構成要素の詳細について、説明する。先ず、このシステムに採択されているＧＰＳについて簡単に説明すると共に、その測位精度について言及する。

ＧＰＳは、人工衛星とＧＰＳ受信装置を使って、世界中の全ての位置を測位するシステムである。人工衛星は、高度約２万ｋｍの上空で、傾斜角約５５度の６つの軌道に４機づつ配置され、合計２４衛星で地球を全てカバーしている。ＧＰＳの測位原理は、非常にシンプルである。先ず、位置のはっきりしているＧＰＳ衛星ＡからＧＰＳ受信装置が受信した電波の到達時間から、その受信装置はＧＰＳ衛星Ａから、電波速度×到達時間＝距離を半径とする球面上にあることが分かる。同様に、第２の衛星Ｂからの距離が分かれば、受信装置は２つの球面の交差線である円周上にあることが分かる。同様に、第３の衛星Ｃからの距離が分かれば、３つの球面の交差点、即ち円周と球面との交差点である２点上にあることが分かる。実際には、その内の１点は地球の表面、他の１点は宇宙の果てに位置することにより、受信装置の場所が三次元で確定される。実際は、更に、４つ目の衛星で距離測定に用いられる時刻の補正を行っている。

ＧＰＳは、米国の開発した軍用システムであるので、ＳＡ(選択利用性Selective Availability)と呼ばれる利用制限が設けられ、意図的に測位精度を著しく劣化させた上で公開されていた。この測位精度はときに１００ｍを超えることもあった。２０００年５月にはＳＡが解除され、測位誤差は１０ｍ程度まで改善されている。

ＧＰＳを利用した測位方法としては、１台のアンテナで受信して測位する単独測位方式と、２台以上の受信機を使用して測位する測位する相対測位方式とがある。前者の単独測位方式では測位誤差は、１０ｍ程度である。後者の相対測位方式は、ディファレンシャル測位(DGPS)と干渉測位(RTK)とに分類される。

ＤＧＰＳ(Differential GPS)は、予め地上に位置が正確に分かっている場所にＧＰＳ受信機を配置し、基準局における測位誤差を求め、基準局は周辺の他のＧＰＳ受信局に対して誤差量を送信し、各ＧＰＳ受信機は測位データをこの誤差量に従って補正することで測位精度を高めている。補正データの送信方法は、中波ビーコンを利用する方式やＦＭ電波を利用する方式が実用化され、前者では衛星位置誤差、衛星時刻誤差及び電離層伝搬誤差を静止衛星経由で放送するＷＡＡＳ(Wide Area Augmentation System)は米国で実用化されているが、我が国の実用化は宇宙開発事業団による平成１５年冬の多目的運輸衛星(MTSAT Multi-purpose Transportation Satellites)の打ち上げが予定されている。また、それまでの間、測位点の近くに独自の仮設基準を設置するプライベートＤＧＰＳも提案されている。これにより、ＳＡによる誤差は限りなくゼロに近づけることが可能となる。基準局との距離が近いと誤差１ｍ未満の測位も可能となるが、地形や建物で反射された電波による誤差（マルチパス）、ＧＰＳ受信機の性能による誤差は、数ｍであるが未だ残っている。

一方、干渉測位は、２台以上のＧＰＳ受信機（既知点に１台以上、未知点に１台以上）を利用し、同時に４機以上の同じＧＰＳ衛星を観測する方式である。同じＧＰＳ衛星を同時に観測した２台以上のＧＰＳ受信機の測定値の差分を用いるので、各種の誤差要因も消去され、百万分の一より良い精度（１０ｋｍの距離で１ｃｍ以下）で２点間の相対的な位置関係が測定可能となる。

干渉測位の主要な測位手法には、スタティック測位、高速スタティック測位、キネマティック測位、リアルタイムキネマティック測位等が実用化されている。

更に、リアルタイムキネマティック測位(Real Time Kinematic-GPS)では、高精度を保つためには、ＧＰＳ受信機と基準局との距離は最大１０ｋｍまでが目安とされている。これを解決するために、ＧＰＳ受信機の近くに基準局を仮想的に設置するＶＲＳ(Virtual Reference Station)と称される仮想基準点方式が開発されている。国土地理院は２００２年５月より大都市を中心に２００点の電子基準局の観測データの提供を開始し、２００３年中には１，２００点の電子基準局の観測データの提供を予定している。これにより全国どこでも測位精度を数ｃｍレベルでＧＰＳの利用が可能になる。

本発明者等は、高精度ＧＰＳの測位誤差が数ｃｍであれば、送電線とクレーンとの接近警報装置に十分利用可能と判断したのである。

（ＧＰＳ測位装置）
実際に無線式接近警報装置にＧＰＳを採用して実用化する場合、いずれの方式を採用するかを決定するためには、実用化に見合う測位精度、経済性の観点から検討する必要がある。

クレーン先端と送電線との隔離距離は、送電される高電圧によって決められており、送電線の公称電圧が２２ｋＶでは３ｍの離隔距離であり、公称電圧６６ｋＶでは４ｍ、公称電圧１１０ｋＶでは５ｍ、公称電圧２２０ｋＶでは６ｍである。無線式接近警報装置における距離測定誤差の設計仕様を仮に離隔距離に対して１０％以下とすると、公称電圧２２ｋｖでは３０ｃｍ以下、公称電圧２２０ｋＶでも６０ｃｍ以下となる。

発明者等が、各測定方式における公称精度、リアルタイム測位の可否及び概略費用を調査した結果を図２に表として示す。

単に測定精度のみから判断するならば干渉測位方式が望ましいが、経済性を加味して工業性を判断すると、現時点ではこの方式を採用することは出来ない。結局、精度を１５％以下（公称電圧２２ｋｖでも４５ｃｍ以下）に限定するならば、プライベートＧＰＳが最適となる。

この場合でも、主たる誤差原因であるマルチパス対策を施すことが望ましい。図３は、本発明者等が検討したマルチパス対策の具体例を説明する図である。ＧＰＳアンテナ１３の横方向及び下方方向の周囲を円錐状遮蔽板１４で囲っている。実験では仰角は約１０度とした。実験により、誤差量が垂直成分で３０％程度減少することが確認された。これにより、ＧＰＳアンテナ１３は、ＧＰＳ衛星１１から直接入射する電波のみを受信し、大地、建物等により反射して入射する反射波の受信を防止することが判明した。

（離隔距離計算の手順）
図４及び図５を参照しながら、本発明者等が開発したＧＰＳ利用無線式接近警報装置に採用した送電線−クレーン先端間の距離計算の手順を説明する。

図４に示すように、クレーンの設置位置（図示せず。）の両側の２カ所を決定する。クレーンのブームを最大に伸張したところに位置する送電線端Ａ，Ｂであることが望ましい。

図５に示すステップＳ１で、送電線端Ａの位置情報を取得する。即ち、送電線端Ａの真下に設置したＧＰＳ受信機６により、このＧＰＳ受信機自体の位置情報（緯度、経度、高さ）を取得する。

ステップＳ２で、このＧＰＳ受信機に対する送電線端Ａの相対的な高さを測定する。即ち、ＧＰＳ受信機６から送電線端Ａ迄の高さを、例えばレーザ距離計等により求める。ステップＳ１で測定したＰＳ受信機６の位置情報に、この相対高さを加えることにより、送電線端Ａの三次元位置情報を確定することが出来る。送電線端Ａの三次元位置情報は、図７のメモリ１００に記録される。

ステップＳ３で、送電線端Ｂの位置情報を取得する。即ち、ステップＳ１と同様に、送電線端Ｂの真下に設置したＧＰＳ受信機６により、このＧＰＳ受信機自体の位置情報（緯度、経度、高さ）を取得する。

ステップＳ４で、このＧＰＳ受信機に対する送電線端Ｂの相対的な高さを測定する。即ち、ステップＳ２と同様に、送電線端Ｂの相対高さを測定し、送電線端Ｂの三次元位置情報を確定する。送電線端Ｂの三次元位置情報は、図７のメモリ１００に記録される。

ステップ５で、作業中に、リアルタイムで、クレーン先端に設置したＧＰＳの位置から送電線までの離隔距離を計算する。なお、先端Ａから先端Ｂ迄の距離が比較的長い場合には、非線形微分方程式により送電線のたわみを考慮して算出した送電線の近似位置情報を利用してもよい。

送電線位置決定の代替例として、図５に示す方法を採用することも出来る。図５は、図６のＧＰＳ測位装置６のメモリ１００に対して、クレーンを使用する地区の地図データを入手する様子を説明する図である。この地図データは、予めＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、あるいはインターネットを通じてメモリ１００に取り込むことができる。地図データとしては、例えば図６に示すように、鉄塔ｈ１〜ｈ３の座標が明らかになっていることが好ましい。

図７は、図１のＧＰＳ測位装置６の詳細を説明するブロック図である。ＧＰＳ測位装置６は、上述した高精度ＧＰＳを内蔵したＧＰＳデータ受信回路１０２と、ＧＰＳデータ受信回路に接続されたメモリ（ＧＰＳデータ）１０４と、メモリ（ＧＰＳデータ）に接続された座標演算回路１０６と、地図データが蓄積されたメモリ（送電線端Ａ，Ｂ、地図データ）１００及び座標演算回路に接続された電線確定回路１１０と、電線確定回路に接続された距離演算回路１１６と、距離演算回路に接続されたＤ／Ａ変換器７０と、Ｄ／Ａ変換器に接続された直流アンプ３７とを有している。

ＧＰＳデータ受信回路１０２は、衛星からのＧＰＳデータを受信してメモリ（ＧＰＳデータ）１０４に格納する。

座標演算回路１０６は、メモリ１０４に格納されたＧＰＳデータに基づいてクレーンの先端部５の座標（ワールド座標）を演算する。この場合、クレーンの先端５をＣＧ（コンピュータグラフィック）上のオブジェクトとして捉えた場合、オブジェクトを構成する複数の頂点座標が配列されたオブジェクトデータを作成する。以下、オブジェクトデータを単にクレーンの先端５の座標として説明する。

電線確定回路１１０は、メモリ１００に送電線端Ａ，Ｂの位置情報が記録されている場合、その間の送電線の座標データ（位置情報）を求める。メモリ１００に地図データが記録されている場合、記録された地図データに登録された複数の鉄塔ｈ１〜ｈ３のうち、クレーンの先端５の座標に最も近い位置にある鉄塔ｈ１（第１の鉄塔ｈ１という）の座標を抽出し、この第１の鉄塔ｈ１を中心に該第１の鉄塔ｈ１と関連（送電線がはられたことを意味する。）する両側の鉄塔（第２及び第３の鉄塔ｈ２及びｈ３という。）の座標データを抽出する。次に、第１の鉄塔ｈ１と第２の鉄塔ｈ２間にはられた第１の送電線１１２の座標と、第１の鉄塔ｈ１と第３の鉄塔ｈ３間にはられた第２の送電線１１４の座標を求める。

距離演算回路１１６は、クレーン１０８の座標と第１の送電線１１２の座標に基づいてクレーンの先端５から第１の送電線１１２までの最短距離（第１の最短距離ｄ１）を求めると共に、クレーン１０８の座標と第２の送電線１１４の座標に基づいてクレーンの先端５から第２の送電線１１４までの最短距離（第２の最短距離ｄ２）を求める。第１の最短距離ｄ１と第２の最短距離ｄ２のうち、短い方を今回の距離データとして出力する。

Ｄ／Ａ変換器７０は、この距離データをアナログ信号（電圧信号）に変換する。このＤ／Ａ変換器７０からの電圧信号は、直流アンプ３７に入力され、クレーン先端と最も近い送電線間の距離データを表示する所定の大きさのアナログ電圧となる。

（システム構成詳細）
図８は、図１に関連してその概要を説明したＧＰＳ利用無線式接近警報装置１の詳細を示すブロック図である。ＧＰＳ利用無線式接近警報装置１は、ＧＰＳ測位装置６と、その本体部７と、クレーンオペレータ８が所持する親機（クレーン設置無線機）９とを備え、更に好ましくは、立会者１２及び作業者が所持する携帯子機（無線機）１０を備えている。図に示すように、携帯子機（無線機）１０は、立会者１２のみならず現場作業者も所持するように複数台であってよい。親機と子機間及び子機相互間は、無線通信によって、相互通話可能となっている。

ＧＰＳ測位装置６から距離データを表示する所定の大きさのアナログ電圧が、本体部７に送られる。

本体部７は、ＧＰＳ測位装置６から距離データを表示する所定の大きさのアナログ電圧信号を受けるように、その入力端子の一方が夫々接続された第１及び第２のコンパレータ３８，３９と、第１及び第２のコンパレータの出力端子に夫々接続された第１及び第２の警報音発生装置４０，４１と、第１及び第２の警報音発生装置の出力端子に接続された無線機４２とを有している。更に、本体部７は、（−）端子を接地した直流電源４３と、直流電源の（＋）端子に接続された定電圧回路４４と、定電圧回路から給電される第１及び第２の警報設定装置４５，４６とを有し、第１及び第２の警報設定装置の出力端子は第１及び第２のコンパレータ３８，３９の他方の入力端子に夫々接続されている。定電圧回路４４は、各増幅回路、無線機等に対しても給電している。

本体部７は、例えば、各種検証試験に便利なように、好ましくは、更に、ＧＰＳ測位装置６の出力端子に接続された電圧計４７と、第１及び第２の警報音発生装置４０，４１の出力端子に接続されたオーディオアンプ４８と、オーディオアンプに接続された本体内蔵スピーカー４９とを有している。なお、電圧計４７は、液晶表示の場合には外部からの天候（入射光等の影響）により表示が判読しにくいことがある。従って、例えば、７セグメントＬＥＤ表示等を採用することが好ましい。

本体部７は、好ましくは、更に、直流アンプ３７の出力端子に接続されたバッファアンプ５０と、バッファアンプの出力端子に接続されたＶ−Ｆ変換装置５１とを有し、Ｖ−Ｆ変換装置の出力は、第１及び第２の警報音発生装置４０，４１の出力と選択的に切り替え可能な状態で、無線機４２に接続される。

本体部７は、好ましくは、更に、無線機４２及び直流アンプ３７の出力端子に接続されたプリセット設定装置５２を有する。プリセット設定装置の２つの出力５３，５４は、第１及び第２の警報設定装置４５，４６の出力と選択的に切り替え可能な状態で、第１及び第２のコンパレータ３８，３９の他方の入力端子に夫々接続されている。

なお、ＧＰＳ測位装置６と本体部７の境界は便宜的なものであり、ＧＰＳ測位装置６を構成する要素の内、例えば、Ｄ／Ａ変換器７０、直流アンプ３７等を本体部７の構成要素としてもよい
親機（クレーン設置無線機）９は、本体部７の無線機４２からの警報信号を受信する第１の無線機１６と、第１の無線機に接続され、作業者１４及び立会者１２が夫々所持する第３の無線機１０に警報信号を送信する第２の無線機１７とを有している。第２の無線機１７は、クレーンオペレータ８に警報信号を音声通報する内蔵スピーカー５５をもっている。

各子機１０は、親機９の第２の無線機１７からの警報信号を受信すると共に、子機相互間及び親機との間で常時通話可能な無線機である。

（受信警報手段（親機））
ＧＰＳ測位装置６からの距離データを表示する所定の大きさのアナログ電圧信号は、電圧計４７へ表示されると共に、並列接続された第１警報用コンパレータ３８の一方の入力端子及び第２の警報用コンパレータ３９の一方の入力端子に、入力される。第１及び第２警報用コンパレータ３８，３９の他方の入力端子に対しては、第１及び第２警報設定装置４５，４６により第１及び第２の警報発報レベルに設定した基準電圧が接続されている。その結果、各コンパレータは、設定された基準電圧と増幅された直流信号とを比較し、増幅された直流信号が設定された警報発報レベル以上の時、警報信号を出力する。

即ち、増幅された直流信号が第１の警報レベル未満の時はいずれのコンパレータからも出力されず、第１の警報レベル以上で第２の警報レベル未満の時は第１警報用コンパレータ３８のみ出力し、第２の警報レベル以上の時は第２の警報用コンパレータ３９から出力される。この場合、第２の警報用コンパレータ３９の出力は、第１警報音発生装置４０に不作動信号（Disable）を送り、第１警報音発生装置４０からの警報音の発生を停止する。

好ましくは、第１の警報用コンパレータ３８から出力されたアラーム信号が第１警報音発生装置４０に入力されると、第１警報音発生装置は断続音である警報信号を発生する。好ましくは、第２の警報用コンパレータ３９から出力されたアラーム信号が第２警報音発生装置４１に入力されると、第１警報音発生装置４０からの警報信号を停止した上で、第２警報音発生装置４１は連続音である警報信号を発生する。

この警報音２段階方式の必要性及び利点について説明する。警報音が１段階の場合、警報音発報の後、人為的な理由でクレーン操作停止までのタイムラグが発生した場合、接近限界距離以内に接近してしまうおそれがある。そこで、警報音を、例えば注意位置（接近限界距離＋２ｍ）で第１警報（注意警報）と接近限界位置（接近限界距離）で第２警報（警告警報）との組み合わせにすることにより、クレーン操作停止までのタイムラグに対処することが出来る。

これら警報信号は、オーディオアンプ４８で増幅され、本体内蔵スピーカー４９から断続音又は連続音の警報としてクレーンオペレータ８に向けて音声出力される。

好ましくは、本実施形態に係る無線式接近警報装置１は、クレーンオペレータ８に向けた警報音の出力に加えて、警報信号を子機１０に対してリアルタイムで送信するようになっている。そのため、第１又は第２警報音発生装置４０，４１からの警報信号は、本体部７に内蔵された無線機４２へ入力し、送信電波に警報信号を乗せて、クレーン４のオペレータルーム１１に設置された第１無線機１６に向けて送信する。なお、本体部７に内蔵された無線機４２としては、例えば、同時通話型特定小電力無線機が使用でき、この場合、第１又は第２警報音発生装置４０，４１からの警報信号は同時通話型特定小電力無線機のマイク端子へ入力することが出来る。

オペレータルームに設置された第１の無線機１６は、この警報信号を音声信号に変換した上で第２の無線機１７に入力し、第２の無線機では内蔵スピーカー５５から警報信号がクレーンオペレータ８に向けて、断続音又は連続音として音声出力（発報）される。同時に、第２の無線機１７は、作業者及び立会者１２が夫々所持する第３の無線機１０に向けて警報信号を送信し、第３の無線機ではヘッドセットのスピーカーから警報音が作業者及び立会者１２に向けて断続音又は連続音として音声出力（発報）される。

なお、警報音の音量レベル及び無線通話の音量レベルはいずれも調節可能となっている。従って、警報音が発報している時でも、確実に無線通話することが可能である。
［第２の実施形態］
ＧＰＳ利用した無線式接近警報装置は、ロボット工学等で用いられる干渉領域の概念を導入して構成することもできる。

第１の実施形態と同様に、図７のメモリ１００に対して、送電線端Ａ，Ｂの位置情報又はクレーンを使用する地区の地図データを記録する。この位置情報は、図４に関連して説明したものであり、地図データは、図６に関連して説明したように、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、あるいはインターネットを通じてメモリ１００に取り込むことができる。地図データとしては、鉄塔ｈ１〜ｈ３の座標が明らかになっていることが好ましい。

図９に示すＧＰＳ測位装置１６は、上述した高精度ＧＰＳを内蔵したＧＰＳデータ受信回路１０２と、ＧＰＳデータ受信回路に接続されたメモリ（ＧＰＳデータ）１０４と、メモリ（ＧＰＳデータ）に接続された座標演算回路１０６と、送電線端Ａ，Ｂの位置情報又は地図データが蓄積されたメモリ１００及び座標演算回路に接続された電線確定回路１１０と、電線確定回路に接続された第１及び第２干渉領域設定回路１３０，１３２と、メモリ（ＧＰＳデータ）１０４及び第１干渉領域設定回路１３０の出力を比較して駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ１を出力する第１比較回路１３４と、メモリ（ＧＰＳデータ）１０４及び第２干渉領域設定回路１３２の出力を比較して駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２を出力する第１比較回路１３６とを有する。

ＧＰＳデータ受信回路１０２は、ＧＰＳデータを受信してメモリ１０４に格納する。

座標演算回路１０６は、メモリ（ＧＰＳデータ）１０４に格納されたＧＰＳデータに基づいてクレーンの先端部５の座標（ワールド座標）を演算する。図１０を参照しながら具体的に説明すると、電線確定回路１１０は、メモリ１００に送電線端Ａ，Ｂが記録されている場合には、その間の送電線の座標を求める。メモリに地図データが記録されている場合には、記録された地図データに登録された複数の鉄塔ｈ１〜ｈ３のうち、クレーン１０８の座標に最も近い位置にある第１の鉄塔ｈ１の座標を抽出し、この第１の鉄塔ｈ１を中心に該第１の鉄塔ｈ１と関連する第２及び第３の鉄塔ｈ２及びｈ３の座標データを抽出する。第１の鉄塔ｈ１と第２の鉄塔ｈ２間にはられた第１の送電線１１２の座標と、第１の鉄塔ｈ１と第３の鉄塔ｈ３間にはられた第２の送電線１１４の座標を求める。前述したように、送電線のたるみを考慮して座標を求めてもよい。

第１の干渉領域設定回路１３０は、第１の送電線１１２を中心とし、かつ、第１の半径ｒ１を有する円柱状の第１の干渉領域１１８の座標（第１の干渉領域１１８を特定する複数の座標群を示す。）と、第１の送電線１１２を中心とし、かつ、第２の半径ｒ２（ｒ２＜ｒ１）を有する円柱状の第２の干渉領域１２０の座標（第２の干渉領域１２０を特定する複数の座標群を示す。）を求める。

第２の干渉領域設定回路１３２は、第２の送電線１１４を中心とし、かつ、第１の半径ｒ１を有する円柱状の第３の干渉領域１２４の座標（第３の干渉領域１２４を特定する複数の座標群を示す。）と、第２の送電線１１４を中心とし、かつ、第２の半径ｒ２（ｒ２＜ｒ１）を有する円柱状の第４の干渉領域１２６の座標（第４の干渉領域１２６を特定する複数の座標群を示す。）を求める。なお、この際、クレーン１０８が接触する可能性がある範囲の送電線部分のみに限定し、更にこの送電線部分のたるみ、風による変位等を考慮して各干渉領域を設定することが好ましい。

第１の比較回路１３４は、クレーンの先端５の座標と第１の干渉領域１１８の座標とを比較して、クレーンの先端５が第１の干渉領域１１８内に進入したか否かを判別する。進入していれば、図８の第１警報音発生装置４０に駆動信号Ｓｄ１を出力する。

クレーンの先端５の座標と第２の干渉領域１２０の座標とを比較して、クレーンが第２の干渉領域１２０内に進入したか否かを判別する。進入していれば、図４の第２警報音発生装置４１に駆動信号Ｓｄ２を出力する。

第２の比較回路１３６は、クレーンの先端５の座標と第３の干渉領域１２４の座標とを比較して、クレーンが第３の干渉領域１２４内に進入したか否かを判別する。進入していれば、図８の第１警報音発生装置４０に駆動信号Ｓｄ１を出力する。

クレーンの先端５の座標と第４の干渉領域１２６の座標とを比較して、クレーンが第４の干渉領域１２６内に進入したか否かを判別する。進入していれば、図４の第２警報音発生装置４１に駆動信号Ｓｄ２を出力する。

このようにして、図８のＧＰＳ利用無線式接近警報装置の回路ブロックのほとんどを利用して、第２の実施形態を構成することが出来る。
［システム構成の付加的機能］
本実施形態に係る無線式接近警報装置１は、上述した機能に加えて、以下に述べる２つの付加的機能を有している。上述したシステム構成において、第１は、ＧＰＳ測位装置６からの距離データを表示する所定の大きさのアナログ電圧信号を測定する機能であり（図７参照）、第２は、システムの使用前の警報地点設定機能である（以下、「警報音発報のプリセット方式」ともいう。）（図１１参照）。なお、図６に示すシステム構成では、これらの機能に関連する要素を、図を簡単にするために一部省略していること承知されたい。

第１の付加的機能である、ＧＰＳ測位装置６からの距離データを表示する所定の大きさのアナログ電圧信号を測定する機能について説明する。ＧＰＳ測位装置６からのアナログ電圧信号は電圧計４７に表示される。しかし、実地試験では、送電線は、地上高数十ｍに存在し、クレーン４のブーム１５をその高さまで上げると、電圧計４７の表示を直読することが出来ない。

そこで、図１１に示すように、増幅された直流信号を測定する機能は、ＧＰＳ測位装置６の後段に接続されたバッファアンプ５０と、バッファアンプに接続されたＶ−Ｆ変換装置５１と、Ｖ−Ｆ変換装置の出力と第１及び第２の警報音発生装置４０，４１の出力とを選択的に無線機に接続する切り替えスイッチ５７とで構成される。また、本体部内蔵の無線機４２からの周波数変換信号を受信する無線機５８が別途用意され、この無線機には、周波数カウンタ５９が接続される。

ＧＰＳ測位装置６からのアナログ電圧信号は、バッファアンプ５０の前後で影響が出ないように処理された後、Ｖ−Ｆ変換装置５１により対応する周波数に変換され、本体部内蔵の無線機４２のマイク端子に入力される。この場合、第１又は第２警報音発生装置４０，４１からの警報信号と、Ｖ−Ｆ変換装置５１からの周波数変換信号とが、同時に無線機４２に入力されると、お互いの信号が干渉して、正規信号を適切に得ることが不可能になるため、本実施形態に係るシステムでは、警報信号及び周波数変換信号のいずれか一方を選択的に無線機に入力するスイッチ５７をもっている。

その後、本体部内蔵の無線機４２から送信された周波数変換信号を無線機５８にて受信し、これに接続された周波数カウンタ５９で周波数をカウントすることで、電圧計４７の表示を見ることなく、ＧＰＳ測位装置６からのアナログ電圧信号を測定することが出来る。

第２の付加的機能である、図１２に示すシステムの使用前の設定機能について説明する。従来の電界検出器は、送電線への接近を検出するようなことを目的としていないため、製品製造時に警報音を発生したり、更に警報音発生点を変更するような機構は設けられていなかった。

しかし、通常、各種測定器は測定結果の信頼性を確認するために、使用前に測定器の設定作業が行われる。これをヒントにして、本実施形態に係る無線式接近警報装置１においても、使用前の設定作業を実行できる機能が組み込まれている。具体的には、送電線から或る任意の距離にクレーンのブーム１５を操作して停止し、警報音発報点をオペレータルーム等から設定できる機能を組み込むことで、その距離において必ず警報音が発報するようにしている。設定作業は、送電線からの距離を変えて、第１の警報音レベルの場合及び第２の警報音レベルの場合について、順次実行される。

このシステムの使用前の警報地点プリセット機能は、図１２に示すように、別途用意された無線機６０と、これに接続されたプリセット設定装置６１と、この無線機６０からのプリセット信号を受信する本体部内蔵の無線機４２と、プリセット設定装置５２と、第１及び第２警報設定装置４５，４６とプリセット設定装置５２との出力を選択的に第１及び第２のコンパレータ３８，３９に接続する切り替えスイッチ６２とで構成される。

先ず、切り替えスイッチ６２により、プリセット設定装置５２の出力が、第１及び第２のコンパレータ３８，３９の他方の入力端子に接続されるように切り替える。この状態で、送電線に対してクレーンのブーム１５を警報音を発報させたい位置まで接近操作し停止した後、プリセット設定装置６１の各警報設定ボタンを押すことにより、無線機６０からプリセット信号を本体部内蔵の無線機４２に向けて送信する。プリセット信号を受信した本体部内蔵の無線機４２からプリセット設定装置５２に対して各警報設定信号が送られ、各警報設定信号を受け取ったプリセット設定装置５２は、その時点における検出信号（直流アンプからの出力信号）を保持する。この設定作業は、第１警報音及び第２警報音に関して、送電線とクレーンのブーム間の距離を変えて順次行われる。

このような設定作業を行う事により、第１、及び第２警報レベルに設定された電圧が第１、及び第２コンパレータの基準電圧として入力される。

ＧＰＳ測位装置６からのアナログ電圧信号と基準電圧が比較され、アナログ電圧信号が基準電圧以上になった時（即ち、第１、及び第２警報レベルとして予め、クレーンブーム１５を接近させてプリセットした各位置に到達した時）、各コンパレータ３８，３９から警報信号が第１、又は第２警報音発生装置４０，４１に送られ、各々の警報音が発報される。

つまり、プリセット設定装置５２が第１、及び第２警報設定装置の代わりとなって動作し、第１、及び第２警報レベルに設定された電圧は無線機６０に接続されたプリセット設定装置６１からプリセット信号を送出するまで保持されている。
［本実施形態の利点及び代替手段］
（利点）
本実施形態に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置では、次のような利点がある。

(i)従来の立会者による目視確認と口頭による無線伝達のシステムに比較して、本実施形態によれば接近を自動的に感知してクレーンオペレータに対して警報音を発報するシステムを採用することで、信頼性の向上が図れる。

(ii)送電線と重機の接近検知にＧＰＳを採用したシステムは、従来技術には存在しなかった技術と判断している。

(iii)ＧＰＳ測位装置で検出し生成した警報信号が、自動的に且つリアルタイムで、クレーンオペレータ及び立会者に（必要なら、現場作業者に対しても）伝達されることになる。こうして、接近確認から操作停止までのタイムラグを大幅に減少することが出来た。

(iv)警報音２段階方式の採用により、人為的な理由によるクレーン操作停止までのタイムラグに対処することが出来る。

(v)第２の付加的機能（警報音発報のプリセット方式）により、警報が発報する距離を、作業毎に設定できるので、各作業現場に応じた最適な警戒環境を実現することが出来る。

(vi)従来のシステムである親機と子機間の通話状態に対して、本実施形態では警報音が強制的に割り込んでくるので、会話中や作業中であっても警報音の聞き漏らしがない。

（代替手段）
上述した実施形態は、本発明に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置の一例であり、これに限定されない。当業者のなし得る種々の変更、改変、改良は、いずれも本発明に係る無線式接近警報装置に含まれる。これら変更、改変、改良として、次のものが含まれる。

(a)本実施形態に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置では、ＧＰＳ測位装置６及びその本体部７から親機９に対して警報信号が送信され、次に、親機９から子機１０へこの警報信号が送信されている。しかし、これに限定されない。本発明では、代替的に、ＧＰＳ測位装置６及びその本体部７から、親機９及び子機１０に対して、同時に警報信号を送信するように変更することも容易に出来る。

(b)本実施形態に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置では、２段階警報方式を採用している。しかし、これに限定されない。これを１段階或いは３段階以上の警報方式に変更することも容易になしえる。図４に示す回路ブロックにおいて、本質的には、第１警報設定装置、第１のコンパレータ及び第１警報音発生装置の組み合わせを、並列的に所望の組数だけ設けることにより、所望の多段階警報方式とすることが出来る。

(c)本実施形態に係る無線式接近警報装置では、警報出力方式として、音声出力方式を採用している。しかし、これに限定されない。出力方式として、例えば、光、振動等を採用することも出来る。

(d)本実施形態に係る無線式接近警報装置では、音声出力方式による警報を採用している。今後、接近感知及び警報発生装置から発せられる警報信号に基づいて、重機(クレーン)のブームの操作信号を遮断等することによるブームの自動停止機構を備えることも考えられる。更に、ブームの送電線方向への移動を操作する信号のみを選択的に遮断等することによりブームの安全操作保証機構を備えることも考えられる。

このように、本発明の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されないことを承知されたい。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。

図１は、本実施形態に係るＧＰＳ利用無線式接近警報装置１のシステム構成の全体的な概要を説明する図である。 図２は、ＧＰＳの各測定方式における公称精度、リアルタイム測位の可否及び概略費用を調査した結果を説明する図である。 図３は、マルチパス対策の具体例を説明する図である。 図４は、送電線端の位置情報を決定する方法を説明する図である。 図５は、クレーン先端と送電線の隔離距離を計算する手順を説明する図である。 図６は、図３のＧＰＳ測位装置のメモリ（地図データ）に対して、クレーンを使用する地区の地図データを入手する様子を説明する図である。 図７は、図８のＧＰＳ測位装置の詳細を説明するブロック図である。 図８は、図１に関連してその概要を説明したＧＰＳ利用無線式接近警報装置の詳細を示すブロック図である。 図９は、他のＧＰＳ測位装置の詳細を説明するブロック図である。 図１０は、図９の他のＧＰＳ測位装置に関連して、干渉領域の設定を説明する図である。 図１１は、図８のＧＰＳ利用無線式接近警報装置の第１の付加的機能を説明する図である。 図１２は、図８のＧＰＳ利用無線式接近警報装置の第２の付加的機能を説明する図である。

符号の説明

１：ＧＰＳ利用無線式接近警報装置、 ２：電磁界発生体（送電線）、 ３：鉄塔、 ４：接触回避対象（重機，クレーン）、 ５：重機の先端、 ６：ＧＰＳ測位装置（ＧＰＳ受信機）、 ７：本体部、８：クレーンオペレータ、 ９：無線機（クレーン設置無線機，親機）、 １０：無線機（携帯子機）、 １１：ＧＰＳ衛星、 １２：立会者、 １３：ＧＰＳアンテナ、 １４：遮蔽板、 １５：ブーム、 １６：無線機、 １７：無線機、 ３７直流アンプ、 ３８：第１コンパレータ、 ３９：第２コンパレータ、 ４０：第１警報音発生装置、 ４１：第２警報音発生装置、 ４２：無線機、 ４３：定電圧電源、 ４４：定電圧回路、 ４５：第１警報設定回路、 ４６：第２警報設定回路、 ４７：電圧計、 ４８：オーディオアンプ、 ４９：本体内蔵スピーカー、 ５０：バッファアンプ、 ５１：Ｖ−Ｆ変換装置、 ５２：プリセット設定装置、 ５５：内蔵スピーカー、 ５７：切り替えスイッチ、 ５８：無線機、 ５９：周波数カウンタ、 ６０：無線機、 ６１：プリセット設定装置、 ６２：切り替えスイッチ、 ７０：Ｄ／Ａ変換器、 １００：メモリ（地図データ）、 １０２：ＧＰＳデータ受信回路、 １０４：メモリ（ＧＰＳデータ）、 １０６：座標演算回路、 １０８：クレーン、 １１０：電線確定回路、 １１６距離演算回路、 １１２：第１の送電線、 １１４：第２の送電線、 １１８：第１の干渉領域、 １２０：第２の干渉領域、 １２４：第３の干渉領域、 １２６：第４の干渉領域、 １３０：第１の干渉領域設定回路、 １３２：第２の干渉領域設定回路、 １３４：第１の比較回路、 １３４：第１の比較回路、 １３６：第２の比較回路、 ｈ１，ｈ２，ｈ３：鉄塔、

Claims (10)

1. 電磁界発生体と接触回避対象が所定の距離以内に接近した時に警報信号を生成して無線送信するＧＰＳ測位装置及びその本体部と、
   前記本体部からの警報信号を受信して、該警報信号に基づき警報を発する受信警報手段とを備えたＧＰＳ利用無線式接近警報装置。
2. 請求項１記載のＧＰＳ利用無線式接近警報装置において、
   前記電磁界発生体は送電線であり、
   前記接触回避対象は重機であり、
   前記ＧＰＳ測位装置は前記重機の先端部に配置されている、ＧＰＳ利用無線式接近警報装置。
3. 請求項２記載のＧＰＳ利用無線式接近警報装置において、
   前記受信警報手段は、前記本体部からの警報信号を受信して重機オペレータに対して警報を発すると共に少なくとも一台の携帯子機に対して該警報信号を送信する無線機を有している、ＧＰＳ利用無線式接近警報装置。
4. 請求項１又は２記載のＧＰＳ利用無線式接近警報装置において、
   前記ＧＰＳ測位装置は、高精度ＧＰＳを利用している、ＧＰＳ利用無線式接近警報装置。
5. 請求項１又は２記載のＧＰＳ利用無線式接近警報装置において、
   前記ＧＰＳ測位装置は、前記送電線の位置座標を決定し、ＧＰＳを利用して測位した前記重機の位置座標と該送電線の位置座標から両者間の距離を算出する、ＧＰＳ利用無線式接近警報装置。
6. 請求項１又は２記載のＧＰＳ利用無線式接近警報装置において、
   前記ＧＰＳ測位装置は、
   前記重機の位置を測位してその位置座標を演算する手段と、
   近傍の送電線端又は送電線鉄塔に関する位置座標を予め記憶しておくメモリ手段と、
   前記送電線端又は送電線鉄塔の位置座標から前記重機に最も近い送電線の位置座標を決定する電線確定回路と、
   前記重機の位置座標と前記送電線の位置座標から両者間の距離を算出する距離演算回路とを有する、ＧＰＳ利用無線式接近警報装置。
7. 請求項６記載のＧＰＳ利用無線式接近警報装置において、
   前記重機と前記送電線との距離が近づくにつれ注意警報が発せられ、
   前記重機と前記送電線との距離が接近限界距離に達した時、警告警報が発せられる、ＧＰＳ利用無線式接近警報装置。
8. 請求項１又は２記載のＧＰＳ利用無線式接近警報装置において、
   前記ＧＰＳ測位装置は、前記送電線の位置から前記重機の進入を禁止する干渉領域を設定し、ＧＰＳを利用して測位した前記重機の位置が前記干渉領域に侵入したか否かを判断する、ＧＰＳ利用無線式接近警報装置。
9. 請求項１又は２記載のＧＰＳ利用無線式接近警報装置において、
   前記ＧＰＳ測位装置は、
   前記重機の位置を測位してその位置座標を演算する手段と、
   近傍の送電線端又は送電線鉄塔に関する位置座標を予め記憶しておくメモリ手段と、
   前記送電線鉄塔の位置座標から前記重機の進入を禁止する干渉領域を設定する干渉領域設定回路と、
   前記重機の位置座標と前記干渉領域を比較して、該重機の進入を検出する比較回路とを有する、ＧＰＳ利用無線式接近警報装置。
10. 請求項９記載のＧＰＳ利用無線式接近警報装置において、
    前記干渉領域は、第１及び第２の干渉領域が設定され、
    前記重機が前記第１の干渉領域に侵入した時、注意警報が発せられ、
    前記重機が前記第２の干渉領域に侵入した時、警告警報が発せられる、ＧＰＳ利用無線式接近警報装置。
    

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