JP2011257832A - 警護システム - Google Patents

Abstract

【課題】保安塀に真に接近した侵入者のみを精度よく検出する。
【解決手段】非導電性の板状の構造材１１の内部に導電性パネル１２を、面が塀の面と平行となるように内挿して保安塀１を構成する。信号印加部２２の信号生成部２６は所定周波数の信号であるプローブ信号を生成し、信号印加部２２の出力部２５は信号生成部２６が生成したプローブ信号のインピーダンスを高インピーダンスに変換し、導電性パネル１２に出力する。接近検出部２１の信号センサ２３は、導電性パネル１２の電圧変動中に表れるプローブ信号の振幅レベルを検出し、接近検出部２１の信号異常検出部２４は、信号センサ２３で検出したプローブ信号の振幅レベルと、所定のしきい値レベルとを比較し、プローブ信号の振幅レベルがしきい値レベル未満となったならば、保安塀１への侵入者の接近を表す接近検出信号を警報装置３に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、保安区域の外周警護に関し、より詳細には、保安区域への外部よりの接近を監視する技術に関するものである。

保安区域への外部よりの接近を検知する技術としては、監視カメラで撮影した画像を画像処理して、侵入者の有無を検出する技術（たとえば、特許文献１）や、赤外線センサや超音波センサを用いて、侵入者の有無を検出する技術（たとえば、特許文献２）が知られている。

なお、本発明において行う信号検出に関する技術としては、本出願人が本願に先行する出願において開示した、コイルとコイルに軸方向に近接して配置した電極より構成されるコイルセンサを用いて交流信号を検出する技術が知られている（特許文献３）。

特開２００９-２９４９７４号公報 特開２０１０-０２６９１７号公報 特開２００９-２１２６７５号公報

前記監視カメラや赤外線センサを侵入者の検知に用いた場合、霧や雨天時に検出感度が低下することが否めない。また、超音波センサを侵入者の検知に用いる技術によれば、風による枯れ葉の動きなどによって、侵入者の誤検出が生じやすい。
また、いずれの技術も、施設の塀の全周に渡って侵入者を検出するような用途に用いる場合に、真に塀に接近した侵入者のみを弁別して検知するように、侵入者を検出するエリアを狭域化することが困難である。
そこで、本発明は、保安区域を外部に対して遮断する構造物に真に接近した侵入者のみを、精度よく検出することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、保安区域内部を外部より遮断する構造物への人体の接近を検出する警護システムを、前記構造物に組み込まれた、当該構造物に接近した人体と容量結合する、導電性の容量結合用導電体と、前記容量結合用導電体に所定の信号を印加する信号印加部と、前記容量結合用導電体の電圧変動中に表れる前記信号を検出する信号センサと、前記信号センサが検出した前記信号のレベルを監視し、当該信号のレベルが所定レベル以下となったときに、前記構造物への前記人体の接近を検出する接近検出手段とを含めて構成したものである。

このような警護システムによれば、侵入者が容量結合用導電体が組み込まれた構造物に接触するほどに接近すると、容量結合用導電体と侵入者の人体が容量結合し、信号センサで検出される信号のレベルは低下する。よって、接近検出手段は、信号センサで検出した信号のレベルと、適当なレベルとを比較することによって、構造物への侵入者の接近を検出することができる。また、人体と構造物との距離が大きくなるにつれて、容量結合用導電体と人体との容量結合の大きさは急速に弱まるので、構造物に真に接近した侵入者のみを、精度よく検出することができることになる。
ここで、このような警護システムは、前記信号印加部を、前記所定の信号として、所定周波数の信号を前記容量結合用導電体に印加するものとして、前記信号センサにおいて、前記容量結合用導電体の前記所定周波数の電圧変動を、前記信号として検出するようにしてもよい。

また、前記信号印加部を、前記信号を生成する信号生成手段と、前記信号生成手段が生成した信号のインピーダンスを高インピーダンスに変換して前記容量結合用導電体に出力する出力部とより構成することも好ましい。
このように信号を高インピーダンスで前記容量結合用導電体に出力することにより、容量結合用導電体と人体の容量結合の発生時に、前記容量結合用導電体の電圧変動中に表れる前記信号のレベルに、顕著な低下が表れるようにして、警護システムの検出感度を向上することができる。
また、以上の警護システムは、前記信号センサを、コイルと、前記容量結合用導電体に接続され、かつ、前記コイルに当該コイルの軸方向に重ねて配置された電極と、前記コイルの出力に基づいて、前記検出した信号を表す電圧信号を出力する検出信号出力手段とを含めて構成するようにしてもよい。
また、以上の警護システムは、前記構造物は、前記導電性の容量結合用導電体と、当該容量結合用導電体が外部に露出しないように覆う非導電性の部材とを含んで構成するようにしてもよい。
また、前記構造物は、塀、柵、壁、窓または扉等であってよい。
また、前記容量結合用導電体としては、所定の面上に巡らされた導電線のパターン、または、導電性ある素材を用いて形成された、板状、シート状、フィルム状、膜状、網状、もしくは、メッシュ状の部材などを用いることができる。

以上のように、本発明によれば保安区域を外部に対して遮断する構造物に真に接近した侵入者のみを、精度よく検出することができる。

本発明の実施形態に係る警護システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る保安塀の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る信号センサと出力部の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る交流センサの構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る警護システムの効果の実証実験の結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａに、本実施形態に係る警護システムの構成を示す。
図示するように、本実施形態に係る警護システムは、保安塀１、監視装置２、警報装置３とを含んで構成される。
また、監視装置２は、接近検出部２１と信号印加部２２とより構成される。そして、接近検出部２１は信号センサ２３と信号異常検出部２４とを有し、信号印加部２２は出力部２５と信号生成部２６とより構成される。
また、保安塀１は、図１ｂに、図１ａ中のA-Aの断面線による保安塀１の断面を模式的に示すように、非導電性の板状の構造材１１の内部に導電性パネル１２を、面が塀の面と平行となるように内挿したものである。
ここで、導電性パネル１２は、導電性を備えた全体としてシート状の部材であり、導電性パネル１２としては、図１ｃ１に示すように平板状やフィルム状の平らな部材や、図１ｃ２に示すように多数の孔が設けられたメッシュ状の部材や、図１ｃ３に示すように網状の部材を用いることができる。また、導電性パネル１２は、構造材１１に対するメッキやプリントや塗布により膜として形成されるものであってもよいし、特定の面上に巡らされた導電線のパターンとして形成されるものであってもよい。

さて、このような構成において、信号印加部２２の信号生成部２６は正弦波や矩形波などの所定周波数（好ましくはMHz帯の所定周波数）の信号であるプローブ信号を生成し、信号印加部２２の出力部２５は信号生成部２６が生成したプローブ信号のインピーダンスを高インピーダンスに変換し、導電性パネル１２に出力する。

一方、接近検出部２１の信号センサ２３は、導電性パネル１２の電圧変動中に表れるプローブ信号の振幅レベル（導電性パネル１２の、プローブ信号の周波数である所定周波数の電圧変動の振幅レベル）を検出し、接近検出部２１の信号異常検出部２４は、信号センサ２３で検出したプローブ信号の振幅レベルと、所定のしきい値レベルとを比較し、プローブ信号の振幅レベルがしきい値レベル未満となったならば、保安塀１への侵入者の接近を表す接近検出信号を警報装置３に出力する。

ここで、侵入者が保安壁に接触するほどに接近すると、保安壁に内挿された導電性パネル１２と侵入者の身体が容量結合し、信号センサ２３で検出されるプローブ信号の振幅レベルは低下する。よって、信号異常検出部２４は、信号センサ２３で検出したプローブ信号の振幅レベルと、適当なしきい値レベルとを比較することによって、保安壁への侵入者の接近を検出することができる。また、侵入者と保安壁との距離が大きくなるにつれて、導電性パネル１２と侵入者の身体との容量結合の大きさは急速に弱まるので、保安壁に真に接近した侵入者のみを、精度よく検出することができることになる。
そして、警報装置３は、監視装置２の信号異常検出部２４から接近検出信号を受信したならば、所定の警報出力を行う。

さて、ここで、保安塀１は、たとえば、図２ａに示す、工場、研究施設、発電所、軍事施設などを保安区域４として、当該保安区域４を内部に囲むように巡らされた塀１０として用いられる。
なお、塀１０は、１枚の保安塀１によって構成されても、複数の保安塀１を連結して構成されてもいてもよい。
そして、複数の保安塀１を連結して塀１０を構成する場合には、図２ｂ１に示すように、各保安塀１に対してそれぞれ監視装置２を設け、各監視装置２から警報装置３に接近検出信号を出力するようにする。また、警報装置３において、各監視装置２から受信した接近検出信号に応じて、接近検出信号を出力した監視装置２に対応する保安塀１の位置を識別可能な形態で警報出力を行うようにする。

ただし、複数の保安塀１を連結して塀１０を構成する場合において、保安塀１の枚数が少ない場合には、図２ｂ２に示すように、各保安塀１の導電性パネル１２を順次導電線で連結して用いるようにしてもよい。
さて、次に、信号センサ２３としては、たとえば、上述した特許文献３で示した交流信号検出装置を用いることができる。
図３ａに、特許文献３で示した交流信号検出装置を用いた場合の、信号センサ２３の構成を示す。
図示するように、信号センサ２３は、コイル３１１と、コイル３１１に近接させて配置した第１電極３１２と、コイル３１１に近接させて配置した第２電極３１３とより構成される交流センサ３１０を備えている。ここで、第１電極３１２と第２電極３１３は、コイル３１１の軸方向について相互に反対側に、間にコイル３１１を挟み込むように配置されている。そして、第１電極３１２の入力INに、導電性パネル１２が接続され、導電性パネル１２の電圧が印加される。

また、信号センサ２３は、ＦＥＴ３２１と抵抗３２２と抵抗３２３と周波数特性調整用のコンデンサ３２４とより構成される反転増幅回路３２０を備え、コイル３１１の一端がＦＥＴ３２１のゲートに接続され、コイル３１１の他端が接地されている。そして、ＦＥＴ３２１は、ゲート電圧であるコイル３１１の誘起電圧に応じてＦＥＴ３２１のソース-ドレイン電流の大きさを変化させ、抵抗３２２、抵抗３２３は、ＦＥＴ３２１のソース-ドレイン電流の大きさを、大小が反転（位相反転）した電圧に変換し、反転増幅回路３２０の出力とする。そして、コンデンサ３３１で反転増幅回路３２０の出力の交流成分が抽出され、信号センサ２３から信号異常検出部２４への出力OUTとなる。

また、この反転増幅回路３２０の出力電圧は、抵抗３４１、低キャパシタンスのコンデンサ３４２を介して、第２電極３１３に印可される。
また、この他、信号センサ２３は、コイル３１１の共振周波数を設定するためのコンデンサ３５１や、不要周波数成分を減衰するためのコイル３５２なども備えている。
このような信号センサ２３の構成によれば、入力INから第１電極３１２に導電性パネル１２の電圧が印加されると、当該電圧の変動であるところの交流信号によって第１電極３１２から発生する、コイル３１１の軸方向にコイル３１１を貫く磁束に変化が発生する。
一方で、コイル３１１を貫く磁束に変化が生じると、コイル３１１の誘起電圧による交流信号が反転増幅回路３２０に入力され、入力された交流信号は反転増幅回路３２０で反転増幅された上で抵抗３４１、コンデンサ３４２を介して第２電極３１３に帰還される。
そして、当該第２電極３１３に帰還された交流信号によって第２電極３１３から発生するコイル３１１の軸方向にコイル３１１を貫く磁束の変化も発生する。
そして、コイル３１１を貫く磁束の変化は、第１電極３１２から発生する磁束の磁束変化と第２電極３１３から発生する磁束の磁束変化によってもたらさせることになる。したがって、第２電極３１３に帰還する交流信号の位相を調整することにより、コイル３１１に生じる誘起電圧を大きくすることができ、抵抗３４１やコンデンサ３４２は、この第２電極３１３に帰還する交流信号の位相を調整するために設けている。

ただし、第２電極３１３、抵抗３４１、コンデンサ３４２は、これを設けないようにしてもよい。
さて、ここで、このような信号センサ２３の全体は、プリント基板を用いて実現したり、集積回路として実現することができる。
また、信号センサ２３の交流センサ３１０は、図４ａに示すように、フェライト製のコアを有するコイル３１１と、コアの上面に固定した銅性の第１電極３１２と、コアの下面に固定した銅性の第２電極３１３と、第１電極３１２や第２電極３１３を封止する周囲空間よりも透磁率の大きな封止体４０１とより構成することができる。なお、封止体４０１としては、磁性粉末を混合したエポキシ樹脂などを用いることができる。

また、このような交流センサ３１０は、プリント基板や半導体基板の導体パターンとして形成することもできる。
すなわち、プリント基板の導体パターンとして、信号センサ２３を形成する場合には、たとえば、次のように交流センサ３１０を形成する。
すなわち、図４ｂ１に示すようなプリント基板１００の層構造を、図４ｂ２に示すようにプリント基板１００を板状またはフィルム状の基材１０１の上に、第１パターン層１０２、第１絶縁層１０３、第２パターン層１０４、第２絶縁層１０５、第３パターン層１０６を当該順序で積層したものとする。

そして、図４ｂ３に示すように、第１パターン層１０２に設けた導電体パターンにより第２電極３１３を形成し、第２パターン層１０４に設けた渦巻き形状を有する導電体パターンによってコイル３１１を形成し、第３パターン層１０６に設けた導電体パターンにより第１電極３１２を形成する。

ここで、第１電極３１２、第２電極３１３の導電体パターンは、図４ｂ４にプリント基盤を鉛直方向から見た配置を示すように、コイル３１１のパターンを覆うように形成する。
なお、交流センサ３１０において、第１電極３１２、第２電極３１３の導電体パターンは、必ずしも、コイル３１１のパターンの全てを覆うように形成しなくてもよく、コイル３１１のパターンの一部のみを覆うように形成してもよいし、コイル３１１のパターンの中央部分を除く部分を覆うように形成してもよい。

なお、図４ｂには、プリント基板を用いて交流センサ３１０を形成する場合について説明したが、交流センサ３１０は、半導体基板上にも、同様に形成することができる。
さて、次に、信号印加部２２の出力部２５の構成を図３ｂに示す。
図示するように、監視装置２の信号印加部２２の出力部２５は、コイルなどのインダクタ２５１とコンデンサなどのキャパシタ２５２とを並列接続したものであり、たとえば、インダクタ２５１のインダクタンスは470μHに設定し、キャパシタ２５２のキャパシタンスは3から10pFの間に設定する。

以下、このような警護システムの効果について示す。
図５ａ１、ａ２に、警護システムの効果を実証する為に行った実験の構成を示す。
図示するように、この実験では、図５ａ１に示すように、多数の孔が設けられた金属板を導電性パネル１２とし、導電性パネル１２を厚さ（10mm）のアクリル製の樹脂板５０１で挟んで保安塀１を構成した。
そして、図５ａ２に示すように監視装置２の接近検出部２１の信号センサ２３の出力Ｐの信号波形を、オシロスコープで観察した。ここで、信号生成部２６の生成するプローブ信号は2.2Mhz、220mvの正弦波、出力部２５のインダクタ２５１のインダクタンスは470μH、キャパシタ２５２のキャパシタンスはおおよそ5pFとした。

図５ａ３は、保安塀１に触れずに人体が保安塀１の傍らに立っているときの信号センサ２３の出力Ｐに表れるプローブ信号の波形を表しており、その信号の振幅は1.00Vppとなっている。一方、図５ａ４は、その状態で保安塀１の樹脂板５０１に人間の掌を接触させたときの信号センサ２３の出力Ｐに表れるプローブ信号の波形を表しており、その信号の振幅は744mVppとなっている。

よって、これより、しきい値レベルを744mVppと1.00Vppの間の適当な値に設定し、信号異常検出部２４において、信号センサ２３で検出したプローブ信号の振幅レベルとしきい値レベルとを比較し、プローブ信号の振幅レベルがしきい値レベル未満となったならば、保安塀１への侵入者の接近を表す接近検出信号を警報装置３に出力することにより、侵入者の保安壁への接触時に、正しく侵入者の存在を検知できることが示される。

次に、図５ｂ１に示すように監視装置２の信号印加部２２の出力部２５を廃して、信号生成部２６で生成したプローブ信号を直接、導電性パネル１２に印加する構成によって、以上と同様の実験を行った結果を図５ｂ２、ｂ３に示す。
図５ｂ２は、保安塀１に触れずに人体が保安塀１の傍らに立っているときの信号センサ２３の出力Ｐに表れるプローブ信号の波形を表しており、その信号の振幅は1.00Vppとなっている。一方、図５ｂ３は、その状態で保安塀１の樹脂板５０１に人間の掌を接触させたときの信号センサ２３の出力Ｐに表れるプローブ信号の波形を表しており、その信号の振幅は944mVppとなっている。

よって、これより出力部２５を設けて高インピーダンスでプローブ信号を導電性パネル１２に印加することにより、監視装置２の検出感度を向上できることが示される。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上の実施形態では、非導電性の構造材１１に導電性パネル１２を内挿して保安塀１を形成したが、これは、構造材１１の外面の一面に導電性パネル１２を貼り付けて保安塀１を形成したり、導電性パネル１２自体を保安塀１として用いるようにすることもできる。
また、以上の実施形態では、塀に接近する侵入者を検知する場合について示したが、本実施形態は、柵、フェンス、建造物の壁、建造物の窓、扉などの、保安区域を外部に対して遮断する任意の構造物への侵入者を検知する場合について同様に適用することができる。すなわち、この場合には、これら構造物に、本実施形態の保安塀１と同様に導電性パネル１２を組み込むようにするか、導電性パネル１２自体を当該構造物として用いるようにすればよい。なお、窓に適用する場合には、金属細線の網等を用いて導電性パネル１２を形成し、窓の透明性が損なわれないようにする。

１…保安塀、２…監視装置、３…警報装置、１１…構造材、１２…導電性パネル、２１…接近検出部、２２…信号印加部、２３…信号センサ、２４…信号異常検出部、２５…出力部、２６…信号生成部。

Claims (7)

1. 保安区域内部を外部より遮断する構造物への人体の接近を検出する警護システムであって、
   前記構造物に組み込まれた、当該構造物に接近した人体と容量結合する、導電性の容量結合用導電体と、
   前記容量結合用導電体に所定の信号を印加する信号印加部と、
   前記容量結合用導電体の電圧変動中に表れる前記信号を検出する信号センサと、
   前記信号センサが検出した前記信号のレベルを監視し、当該信号のレベルが所定レベル以下となったときに、前記構造物への前記人体の接近を検出する接近検出手段とを有することを特徴とする警護システム。
   
2. 請求項１記載の警護システムであって、
   前記信号印加部は、前記所定の信号として、所定周波数の信号を前記容量結合用導電体に印加し、
   前記信号センサは、前記容量結合用導電体の前記所定周波数の電圧変動を、前記信号として検出することを特徴とする警護システム。
   
3. 請求項１または２記載の警護システムであって、
   前記信号印加部は、
   前記信号を生成する信号生成手段と、
   前記信号生成手段が生成した信号のインピーダンスを高インピーダンスに変換して前記容量結合用導電体に出力する出力部とを有することを特徴とする警護システム。
   
4. 請求項１、２または３記載の警護システムであって、
   前記信号センサは、
   コイルと、
   前記容量結合用導電体に接続され、かつ、前記コイルに当該コイルの軸方向に重ねて配置された電極と、
   前記コイルの出力に基づいて、前記検出した信号を表す電圧信号を出力する検出信号出力手段とを有することを特徴とする警護システム。
   
5. 請求項１、２、３または４記載の警護システムであって、
   前記構造物は、前容量結合用導電体と、当該容量結合用導電体が外部に露出しないように覆う非導電性の部材とを含んで構成されることを特徴とする警護システム。
   
6. 請求項１、２、３、４または５記載の警護システムであって、
   前記構造物は、塀、柵、壁、窓または扉であることを特徴とする警護システム。
   
7. 請求項１、２、３、４、５または６記載の警護システムであって、
   前記容量結合用導電体は、所定の面上に巡らされた導電線のパターン、または、導電性ある素材を用いて形成された、板状、シート状、フィルム状、膜状、網状、もしくは、メッシュ状の部材であることを特徴とする警護システム。