JP2009244937A

JP2009244937A - 地震警報装置

Info

Publication number: JP2009244937A
Application number: JP2008087461A
Authority: JP
Inventors: Akio Kobayashi; 明夫小林
Original assignee: ART DATA KK
Current assignee: ART DATA KK
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】ラジオ電波の地震速報のチャイム音によって主装置回路を起動させ、放送局が流す連続した関連情報（規模、場所、被害予測等）などを出力することのできる地震警報装置を提供する。
【解決手段】放送電波を常時受信する受信機と、該受信機によって受信された放送電波に基づいて音声信号を発信させる音声手段と、警報が検出された場合に視覚的警報を発生させる表示手段と、警報が検出された場合に外部装置に出力信号を送出する出力制御手段とを具備する地震警報装置において、前記放送電波から入力される音声波形を分析し、放送局による地震情報に際して流されるチャイム音が音声波形内に存在するか否かを判定する信号分析手段と、該チャイム音が検出された場合に、緊急地震速報があることを判定して、所定時間主電源を投入して、前記音声制御手段、前記表示手段及び出力制御手段を制御する警報制御手段とを少なくとも具備する。
【選択図】図１

Description

本願発明は、緊急地震速報の放送電波を受信し、周波数分析から早期に警告出力を発生して、災害の拡大を防止することが可能な地震警報装置に関する。

特許文献１は、車両用地震警報装置及びそのプログラムを開示する。この装置は、地震の発生時刻、発生位置情報を含む早期情報を受信する地震情報受信機と、現在位置と現在時刻を受信するＧＰＳ受信機とからの情報により地震情報処理部が地震の主要動（Ｓ波）の到来時刻を演算し、警報部より主として音声により運転者に告知するものである。またこの場合、地震情報受信機は、ＦＭ多重放送や移動体無線の早期地震情報を含む電波を受信するものであり、受信した地震発生情報がＣＰＵを備えた地震情報処理部に送られることが開示されているが、基本的にＣＰＵに送信される早期地震情報は、ＣＰＵに取り込み可能なデータであることが必要である。実際には、地震発生情報がデジタルデータ情報以外の情報、例えば音声情報である場合、ＣＰＵで処理するには非常に時間がかかるという不具合が生じる。

特許文献２は、緊急通報システム及びそのプログラムを提供する。そのシステムは、インターネットなどを利用した緊急通報システムにおいて、ネットワークのトラフィックを増大させることなく、サーバが配信する緊急情報を迅速且つ確実に地震警報装置に伝達することを目的として、ＵＤＰ／ＩＰ形式で通信するサーバと、ＴＣＰ／ＩＰ形式で通信するサーバとで構成され、ＵＤＰ／ＩＰ形式の緊急情報を受信した地震警報装置は、ＴＣＰ／ＩＰ形式の応答をＴＣＰ／ＩＰ形式サーバに返信し、ＴＣＰ／ＩＰ形式のサーバは返信を受信しなかった地震警報装置に対してのみ、ＴＣＰポート通信を用いて緊急情報を配信する。したがって、このシステムでは、常にインターネットに接続しておく必要があり、またシステム毎にプロバイダを用意しなければならないという不具合がある。
特開２００６−３１８００３号公報特開２００７−１１０３０２号公報

気象庁から発表される緊急地震速報は、伝達速度の速いＰ波（約７Ｋｍ／ｓ）とＳ波（約４Ｋｍ／ｓ）の速さの違いを利用して地域毎の到達時間を計算し、これをＩＰＶ４プロトコルで専用端末へ通知して、地震が来るまでの時間を音声で告知しながらカウントダウンさせるものが主流である。

しかしながら、上述した特許文献２に開示されるように、インターネット回線が利用できる環境を整える必要があり、その通信費用が毎月発生する。また、インターネット接続の際、ファイヤーウォールが設定されていると地震情報が受信できないことがある為、別ラインの回線を設ける必要が生じる場合がある。また、この情報では、地震到達後の情報が得られないこと、移動体や車両への対応ができないこと、停電すると不通になり使用できない等の不具合があった。

また、緊急地震速報は、ＮＨＫでは２００７年１０月１日から放送を開始している。地震が発生した場合のＰ波をとらえて、大きな揺れがくる数秒から数十秒前に知らせる情報で、気象庁が２００６年８月から一般に提供しているものである。情報によるパニック抑止の為、受信制限があったが、２００８年４月１日からは、ＮＨＫラジオ、民法ラジオのＡＭ、ＦＭ放送で一般に聴取できるようになる。また、放送局は、地震速報を流す前に統一したチャイム音を合図として用いる予定である。

このため、本願発明は、ラジオ電波を２４時間受信させ、地震速報のチャイム音によって主装置回路を起動させ、放送局が流す連続した関連情報（規模、場所、被害予測等）などを出力することが可能な地震警報装置を提供することにある。

したがって、この発明は、放送電波を常時受信する受信機と、該受信機によって受信された放送電波に基づいて音声信号を発信させる音声手段と、警報が検出された場合に視覚的警報を発生させる表示手段と、警報が検出された場合に外部装置に出力信号を送出する出力制御手段とを具備する地震警報装置において、該受信機によって受信された放送電波から音声波形を入力すると共にその増幅設定を行って音声手段から流れる音声を制御する音声制御手段と、前記放送電波から入力される音声波形を分析し、放送局による地震情報に際して流されるチャイム音が音声波形内に存在するか否かを判定する信号分析手段と、該チャイム音が検出された場合に、緊急地震速報があることを判定して、所定時間主電源を投入して、前記音声制御手段、前記表示手段及び出力制御手段を制御する警報制御手段とを少なくとも具備することにある。

また、前記信号分析手段は、放送電波から入力される音声波形を一定時間で区切ったフレームを作成し、そのフレームを所定時間ずつずらしてｎ個のフレームを作成すると共に、作成されたｎ個のフレームのそれぞれについて、所定の周波数成分を抽出し、この抽出された周波数成分とチャイム音に含まれている周波数成分とによって音声波形にチャイム音が含まれているか否かを判定することが望ましい。

放送電波から入力される音声波形をある一定の時間で区切り、この区間を１フレームとする。このフレームを時間軸方向に対して所定時間ずらしながらｎ個のフレームを作る。本願発明に係るアルゴリズムは、このフレーム毎の周波数成分（例えば、420Hz, 550Hz, 700Hz, 1KHz）の特徴とをそれぞれｎ回分析することで緊急地震速報を識別する。尚、１フレームの時間、所定時間のずれ、回数（ｎ）は諸条件により設定可能なパラメータである。緊急地震速報のチャイム音に含まれる周波数成分のピーク値を参照パターンとしてベクトル表記し、一方で、放送電波の音声波形に含まれる音楽や語りの周波数成分のピーク値を入力パターンとしてベクトル表記し、前記参照パターンと入力パターンからベクトル空間距離をユークリッド空間距離で定義し、これによって入力音声波形とチャイム音の信号波形のずれを算出する。１フレーム間での累積距離は、フレームの開始時間から終了時間までの時間で定積分することによって求められる。この定積分された値が所定の閾値以下の場合に「１」を設定し、所定の閾値より大きい場合には「０」を設定する。それぞれのフレームにおいて設定された「１」又は「０」の平均値を求め、この平均値が１／２以上の場合に、緊急地震速報があると判定し、それ以下の場合にはないと判定する。

また、チャイム音は、４回送出されるため、４回の内１回でも緊急地震速報を認識すれば良い。

緊急地震速報のチャイム音であることが検出された後、音声情報を流し、且つ／又は制御出力をＯＮにすることが望ましい。また、音声情報及び制御出力のＯＮ／ＯＦＦについては、チャイム音の検出回数、検出順番等によって異なる設定を行うこともできる。

前記制御出力は、本願発明に係る地震警報装置を既存装置（例えば、放送設備、テレビ、ラジオ、時計等）に組み込んだ場合に、その既存装置を地震への対処に合わせて制御する（例えば、自動的に電源スイッチを起動させたり、音声ガイダンスを流す等）ために利用することができる。

また、本願発明に係る地震警報装置は、放送電波を受信するだけでよいことから、営業用車両、危険作業車両（特殊クレーン車両）に容易に組み込むことができるものである。また、自動販売機へ組み込んで、地震が来る前の情報告知として、表示（ディスプレイ文字）や音声通知で周囲に避難を促すことができるものである。

本願発明によれば、簡易に受信できる放送電波を常時受信し、地震速報の流す際のチャイム音を検出するようにしたので、地震警報装置をいろいろな状況に対応させることができるという効果を奏する。また、チャイム音の検出の後、所定時間放送を流すことができるため、地震情報のみならず、地震後の情報も入手することができるという効果を奏する。また、本願発明によれば、チャイム音を確実に検出できるため、誤作動をできるかぎり防止できるという効果も奏する。

さらに、放送電波を受信することから、プロバイダ契約やインターネット回線が不要であると共に、電波が受信できる場所であれば、どこでも取付け可能であるという効果を奏する。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本願発明に係る地震警報装置１は、例えば図１に示すように、ケーシング１７から延出し、放送電波を受信するアンテナ２と、このアンテナ２が接続され、放送電波から音声信号を抽出する受信回路３と、この受信回路３から出力される音声波形に所定のフィルタをかけるフィルタ回路４と、このフィルタ回路４を通過した音声波形を矩形波にしてデジタル的に監視し、音声波形を解析してチャイム音を検出する制御用ＭＰＵ５と、この制御用ＭＰＵ５からの信号によって起動し、所定時間稼働するタイマ回路６と、タイマ回路６の稼働に伴って所定時間受信回路３からの音声波形を増幅してスピーカ９から流す増幅回路７と、外部電源（ＤＣ５Ｖ〜１２Ｖ）が入力端子１８を介して入力され、それぞれの回路に安定した電圧（例えばＤＣ３〜５Ｖ）を供給する安定化電源８と、前記制御用ＭＰＵ５によってチャイム音が検出された時に所定の出力制御を行う出力部１０と、前記制御用ＭＰＵの発振周波数を設定するクリスタル１２と、前記受信回路３の受信周波数（放送局）を設定する入力端子１３と、制御用ＭＰＵ５の感度／地域コード／タイマ時間などを設定するための設定端子１４とによって基本的に構成される。尚、この実施例において、前記出力部１０は、所定の電圧を端子１５から出力する電圧出力部１０ａと、リレー、フォトカブラ等（アイソレート回路）によって端子１６、１６を短絡させる接点出力部１０ｂを具備する。さらに、１０Ｃは増幅部７を起動させるスタート信号となる。尚、前記アンテナ２は、ケーシング内に内蔵される内蔵アンテナでも良い。さらに、安定化電源は、蓄電機能を具備することが望ましく、またバッテリ（電池）による電力供給が可能な構成を具備することが望ましい。

前記受信回路３によって受信される放送電波は、図２に示すように、地震発生時において、Ｐ波による初期微動が検出された場合に、気象庁２０から官公庁２１、プロバイダ２２及び放送局２３に連絡される。本願発明に係る地震警報装置１は、放送局（主としてＡＭラジオ又はＦＭラジオ）から発信される放送電波を常時監視し、この放送電波から抽出された音声波形を解析して地震速報を流す際のチャイム音を検出するものである。

本願発明に係る地震警報装置１の動作を概略的に説明すると、例えば図３に示すように、アンテナ２によって受信された放送電波は、前記受信回路３からなる専用受信装置３０によって受信されるが、放送局はローカル局選択１３からの信号によって選択される。この専用受信装置３０による受信は常時実行されるが、この専用受信装置３０によって受信検波された音声信号は、通常増幅回路７の増幅設定７０によって音量が決定されるが、６のタイマ信号はＯＦＦの時、制御用ＭＰＵ５からスタート信号１０ｃを受けるまでは、スピーカ９から音声は出力されない。

また、専用受信装置３０からフィルタ回路４を介して制御用ＭＰＵ５までの信号の流れとしては、例えば図４に開示されるものは、受信回路（チューナ）３の検波回路３１によって抽出された音声信号を、アナログ／デジタル変換回路３２を介してデジタル信号に変換し、フィルタ回路４に出力する。フィルタ回路４では、並列に配されたレベル変換回路４１、４２によってレベルが変換された信号について、それぞれハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４３とローパスフィルタ（ＬＰＳ）４４で所定の周波数が取り出され、この取り出された信号は、ミキサ／バイナリ変換回路４５において混合され、制御用ＭＰＵ５に送られる。

また、図５に開示されるものは、受信回路（チューナ）３の検波回路３１によって抽出された例えば図６に示されるような音声信号を、直接フィルタ回路４に出力する。フィルタ回路４では、並列に配されたレベル変換回路４１、４２によってレベルが変換された信号について、それぞれハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４３とローパスフィルタ（ＬＰＳ）４４で所定の周波数が取り出され、この取り出された信号は、加算／増幅回路４５において混合され、レベルが調整され、図７で示される信号として制御用ＭＰＵ５に送られる。

制御用ＭＰＵ５において、図３の信号分析５０においては、例えば図８に示すように、音声波形について一定の時間ｔａで区切ってフレームを形成すると共に、このフレームを時間方向に対して所定時間ｔｂずつずらしながらｎ個のフレームを形成し、それぞれのフレーム毎にチャイム音に対応する周波数成分４２０Ｈｚ、５５０Ｈｚ、７００Ｈｚ及び１ＫＨｚの特徴をｎ回解析して緊急地震速報を識別するようにしているものである。

具体的には、緊急地震速報のチャイム音に含まれる周波数成分４２０Ｈｚ、５５０Ｈｚ、７００Ｈｚ及び１ＫＨｚのピーク値を参照パターンとして、ベクトルで表すと下記する数１で示すものとなる。

一方、放送の音声波形に含まれる音楽や語りの周波数成分４２０Ｈｚ、５５０Ｈｚ、７００Ｈｚ及び１ＫＨｚのピーク値を入力パターンＹとして、同様にベクトルで表すと下記する数２で示すものとなる。

これにより、ベクトル空間距離l(y,r)を、下記する数３に示されるユークリッド距離で定義することができる。つまりl(y,r)はある瞬間の入力音声波形とチャイム音のずれを示すことになる。

１フレーム間での累積距離は、フレームの開始時間から終了時間の間で定積分すれば求められる。ここで、フレームｋの開始時間をt_s ^(k)、終了時間をt_e ^(k)、累積距離をL_k(y, r)とすると、下記する数４で示すものとなる。

このL_k(y,r)の値が閾値Ｇを基準に、Ｇ以下である場合(L_k(y,r)≦G)に「１」を設定(H_k=1)し、Ｇより大きい場合(L_k(y,r)＞G)に「０」を設定(H_k=0)する。尚、Ｇはその状態において最適な値を設定することが可能である。H₁〜H_nをそれぞれ求め、その平均値Aを数５により求める。

これによって求められた平均値Aが、１／２以上の時に、緊急地震速報のチャイム音が発せられたと判定することができ、１／２より小さいときは、通常の音声信号であると判定することができる。この判定がなされた場合、制御部５１が下記するように制御されることなるが、判定がなされない場合には、常に信号分析５０が実行され続けるものである。また、制御部５１はタイマ部６によって所定時間（ｍ分）動作されるものであり、出力部１０が制御され、表示部１１及びアイソレート回路１０ｂが制御されるものである。尚、前記判定は、図９で示すように、それぞれのチャイム音に対して実行されることになるため、チャイム音が検出された段階で速報の音声による出力が実行され、出力制御がなされるものである。

また、１回目から４回目の内で緊急地震速報を認識しても良いが、１回目で直ぐに告知及び制御体系で利用することも危険な場合もある。したがって、４回の判定結果から表1のような認識パターン1を設定することもできる。

モード１は、チャイム音１回目でも、地震予知情報と判定されれば図３の制御部５１において主電源制御部５２を動作させると共に増幅設定７を制御して音声信号を増幅し、音声情報をスピーカ９からタイマ部６によって設定されたｍ分間の間流すようにするものである。尚、タイマ部６によって所定時間経過後、主電源制御部５２はOFFされ、スピーカ９からの出力は停止される。

モード２、３は、制御出力を、導入させるシステムに合わせて任意に選択するようにする。音声出力は、１回目以上のチャイム音の検出があればONするものである。

モード４は、チャイム音１回目から４回目までの判定がすべて地震予知情報と判定された場合に、制御出力及び音声出力の両方をONとするものである。また、音声出力及び制御出力がONされる場合の時間は、タイマによって切断時間の設定を行うものである。本願発明に係る地震警報装置１は、ラジオ受信機とは異なり、制御を目的とするものであるので、上記パターン１は、早期判断の重要な状態表となる。

表２で示されるパターン２は、モード１〜３が、チャイム音１回目では判定できずチャイム音第２回目以上でチャイム音が認識された場合である。この場合、地震速報の告知に対する反応がパターン１よりも遅れるという欠点がある。モード２とモード３は、２回以上認識があるので制御出力をONと判断させる設定ができる。

パターン３は、チャイム音を２回目でも受信できず３周期目で認識する場合である。この場合は、音声出力はONさせ、チャイム音を２回認識すれば制御出力をONとする。

パターン４は、チャイム音を３周期目も受信できずに４周期目で認識する場合である。この場合は、音声出力はONさせ、タイマの設定時間で切断させる。制御出力はOFFのままとなる。これによって、最低でも音声出力によって緊急地震速報を聞くことができるようになるものである。

尚、本願発明においては、ほとんどの場合で、チャイム音１回目で検出されたが、すべての場合でチャイム音４回目までに検出することができた。

以上説明した本願発明に係る地震警報装置１は、車両用電源ＤＣ１２Ｖ〜２４Ｖに対応できる入力端子があり、内部は３Ｖ〜５Ｖで動作する電子回路で構成されている。また、消費電力を数十ｍＡ以下に低減させていることから、外部停電時には、電池で長時間運用できる。地震情報が発生されたときに、他の産業機器、民生機器、車両へ知らせる無電圧設定信号を具備している。さらに、放送を受信しているため、音声で放送局のアナウンス情報を耳で聞ける音量で流すことができる。さらにまた、地震発生前の平常時は節電状態で監視しているが、地震速報が電波で流れると自動起動して人に情報を流し、且つ同時に外部機器を制御する信号が出せるので利用範囲は広いという効果を有する。

また、本発明に係る地震警報装置１は、電源を電池でも動作させることができるので、電波受信できる場所であればどこにでも設置が可能となる。つまり小型のラジオ受信機の利用と同じように配置できる。優先的に配置させる場所としては、火の元となる場所が好ましい。公共的な地域として、学校の給食室、病院・介護施設の厨房、会社の喫煙室、風呂屋のボイラ室付近など多くの火の種が有り、対策が今まで不十分な場所が候補となる。当該装置が受信チャイムに反応し制御系で「地震がきます！火の元を止めてください！」と音声ガイダンスを繰り返し流すことができる装置として活用できるので、早期に火の元を消して大事に至らないようにすることも可能である。

さらに、当該装置を小型軽量化して、家庭内を始めとして公共施設などの任意の場所に簡便に配備することが可能となる。例えば、図１０（ａ）に示されるように、日常的には、ほとんど使わないので壁掛け式の時計７０に組み込んだり、図１０（ｂ）に示されるように、広告塔の役目を果たすパネル面７１の中に埋め込んだり、図１０（ｃ）に示されるように、災害用品などの置き場の案内板パネル７２に取付けて利用してもよい。

産業上の利用分野

本願発明に係る地震警報装置は、営業用車両に取り付けることができる。この場合、例えば営業用車両としてバス（観光バス含む）に取り付けた場合、大きな地震が来る前に徐行又は安全な場所へ停止させることが可能となるものである。

また、本願発明に係る地震警報装置は、自動販売機へ取り付けることが可能である。この場合、地震が来る前の情報告知として、表示（ディスプレイ文字）や音声通知で周囲に避難を促すことができる。

特に、地震の被害は、揺れによる物理的な破壊で発生するが、その後に起きる火災の延焼等による二次的な災害を無視することができない。
地震予知情報を捉えた時に、火の元を一刻も早く消すことができれば、二次災害を減少させることができるため、本装置を用いることで、地震がくる前に人の意志で消化させる行動を促すことが可能となる。

本願発明に係る地震警報装置の概略構成図である。緊急地震速報の流れを示した説明図である。本願発明に係る地震警報装置の動作の流れを示した説明図である。制御用ＭＰＵに至る音声波形の流れを示したブロック図である。制御用ＭＰＵに至る音声波形の流れを示した別のブロック図である。チャイム音を解析した波形図である。チャイム音にフィルタをかけた後の波形図である。チャイム音を解析するためのフレームの説明図である。チャイム音判定の一例を示した説明図である。 (ａ）は、本願発明に係る地震警報装置を壁掛け式の時計に組み込んだ例を示したものであり、（ｂ）は、広告塔の役目を果たすパネル面の中に埋め込んだ例を示したものであり、（ｃ）は、案内パネルに取り付けた例を示したものである。

符号の説明

１地震警報装置
２アンテナ
３受信回路
４フィルタ回路
５制御用ＭＰＵ
６タイマ回路
７増幅回路
８安定化電源
９スピーカ
１０出力部
１０ａ電圧出力部
１０ｂ接点出力部
１０ｃ制御出力
１２クリスタル
１７ケーシング

Claims

放送電波を常時受信する受信機と、該受信機によって受信された放送電波に基づいて音声信号を発信させる音声手段と、警報が検出された場合に視覚的警報を発生させる表示手段と、警報が検出された場合に外部装置に出力信号を送出する出力制御手段とを具備する地震警報装置において、
該受信機によって受信された放送電波から音声波形を入力すると共にその増幅設定を行って音声手段から流れる音声を制御する音声制御手段と、
前記放送電波から入力される音声波形を分析し、放送局による地震情報に際して流されるチャイム音が音声波形内に存在するか否かを判定する信号分析手段と、
該チャイム音が検出された場合に、地震警報があることを判定して、所定時間主電源を投入して、前記音声制御手段、前記表示手段及び出力制御手段を制御する警報制御手段とを少なくとも具備することを特徴とする地震警報装置。
前記信号分析手段は、放送電波から入力される音声波形を一定時間で区切ったフレームを作成し、そのフレームを所定時間ずつずらしてｎ個のフレームを作成すると共に、作成されたｎ個のフレームのそれぞれについて、所定の周波数成分を抽出し、この抽出された周波数成分と前記チャイム音に含まれている周波数成分とによって音声波形にチャイム音が含まれているか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の地震警報装置。