JP4486922B2 - 救助要請通信システム - Google Patents

Description

本発明は、火災や事故などの災害現場において、消火や人命救助などの作業に従事する各隊員が何らかの緊急事態に陥った際に、近くにいる他の隊員に迅速な救援を求めるための救助要請通信システムに関する。

災害や事故発生現場においては、その被災者は当然のこと、消火作業や人命救助作業に従事する消防隊員も、常に大きな危険にさらされている。職務中に命を落とす消防隊員も少なくないという現状の中、緊急時に他の消防隊員の救援があれば助かったというケースも多いと言われている。
このような不測の事態に備えて、火災や事故の現場に飛び込む消防隊員は、他の隊員及び消防本部と連絡を取るための小型無線装置を常に携帯している。このような携帯式無線装置には、音声通信による通常の携帯無線機に加え、スイッチをオンにするだけで、緊急信号や、その消防隊員のＩＤ番号及び位置情報などを送信する装置などが備えられている。

一方、災害現場における消防隊員の周辺は極めて大きな騒音に常時さらされているので、隊員同士の声による直接の呼びかけはもちろんのこと、音声通信用無線機のイヤホンからの通信内容を聞き取れない場合すらある。このため、装着者の頭部を遮音材で被い、その中にイヤホンを挿入した構造の特殊ヘルメットなどが使用される場合もある。

しかし、多くの火災現場には様々な通信信号が混在し、被災の規模が大きくなるほど、通信回線は混乱する。従って、このような現場において、従来の携帯式無線装置では、他の信号によるノイズの中でも明瞭に聞き取れる周波数を見つけられず、通信機能を維持できない場合や、高層ビルの内部などで充分な通信感度が得られない場合などがあった。
また、多くの部隊が出動する中で、それぞれの部隊間で無線システムの互換性が取れずに、すぐ近くにいる隊員と通信ができないなどの不具合なども報告されている。更に、瓦礫などの落下により意識を失い、救援要請そのものができないケースも数多く報告されている。

また、隊員同士の声による直接の呼びかけは、現場の騒音によって聞き取れない場合が多く、何らかの装置によって特定の警報音を発したとしても、周囲の騒音から警報音を抽出するのは困難であった。
そこで、隊員同士の意思の疎通は無線によって行うケースが多くなるが、大きな騒音によってイヤホンからの通信内容も聞き取れない場合があるため、頭部を遮音材で被い、その中にイヤホンを挿入した構造の特殊ヘルメットを用いるものの、周囲の音が全く聞き取れなくなって、すぐ近くに倒れている消防隊員が助けを求めていても、その声に気づかず救助が遅れてしまう場合もあった。

本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、火災や事故などの災害現場において、消火や人命救助などの作業に従事する各隊員が何らかの緊急事態に陥った際に、近くにいる他の隊員に迅速な救援を求めることができる救助要請通信システムを提供しようとするものである。

上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、災害現場で消火や人命救助などの作業に従事する救援チームを支援する通信システムであって、音響信号を送信する音響信号送信手段と、この音響信号送信手段を起動させるオン・オフスイッチと、前記音響信号を受信する音響信号受信手段を備え、前記音響信号送信手段は、雑音の中でも抽出可能なＴＳＰ信号を生成する特定信号生成部と、この特定信号生成部が生成したＴＳＰ信号を音響信号に変換する音響信号変換部と、この音響信号変換部が変換した音響信号を発する音響信号放射部からなり、前記音響信号受信手段は、音信号を受信するマイクロホンと、このマイクロホンで受信した音信号と、前記ＴＳＰ信号の時間波形を時間軸上で反転させた信号とを畳み込み演算し前記ＴＳＰ信号を抽出する特定信号抽出部と、この特定信号抽出部で前記ＴＳＰ信号が抽出されると、装着者に前記ＴＳＰ信号を受信した旨を知らせる報知部からなるものである。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の救助要請通信システムにおいて、前記音響信号送信手段の装着者が、所定の姿勢を所定時間を超えて継続した場合に、前記音響信号送信手段を起動させる姿勢判定・起動手段を備えたものである。

以上説明したように請求項１に係る発明によれば、雑音の中でも抽出可能なＴＳＰ信号を用いることにより、火災や事故などの災害現場において、消火や人命救助などの作業に従事する各隊員が何らかの緊急事態に陥った際に、装着者自らオン・オフスイッチをオン状態にすることにより、近くにいる他の隊員に迅速な救援を求めることができる。
また、集音された信号の中にＴＳＰ信号が含まれていなければ、畳み込み演算された結果は、単なるノイズとなるが、ＴＳＰ信号が含まれていれば、ＴＳＰ信号を送信したシステム（音響信号送信手段）から受信したシステム（音響信号受信手段）までを含む系のインパルス応答を示すことになるので、騒音が混在する災害現場で、確実に救援要請信号としてのＴＳＰ信号を抽出することができる。

請求項２に係る発明によれば、姿勢判定・起動手段が、装着者が所定の姿勢を所定時間を越えて継続したと判定した場合には、装着者自らオン・オフスイッチをオン状態にすることなく、音響信号送信手段が起動して動作状態になるので、火災や事故などの災害現場において、消火や人命救助などの作業に従事する各隊員が何らかの緊急事態に陥った際に、近くにいる他の隊員に迅速な救援を求めることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る救助要請通信システムの第１実施の形態の構成図、図２は救助要請通信システムを消防隊員が装着した状態の模式図、図３は本発明に係る救助要請通信システムの第２実施の形態の構成図である。

本発明に係る救助要請通信システムの第１実施の形態は、図１に示すように、音響信号を送信する音響信号送信手段１と、この音響信号送信手段１を起動させて動作状態にするオン・オフスイッチ２と、他人が装着している音響信号送信手段１が発した音響信号を受信する音響信号受信手段３を備えている。

音響信号送信手段１は、雑音の中でも抽出可能な特定信号を生成する特定信号生成部５と、特定信号生成部５が生成した特定信号を音響信号に変換する音響信号変換部６と、音響信号変換部６が変換した音響信号を発する音響信号放射部７からなる。音響信号放射部７としては、図２に示すような電気音響変換器である薄型スピーカ８などが用いられる。

音響信号受信手段３は、音信号を受信するマイクロホン１０と、マイクロホン１０で受信した音信号から特定信号を抽出する特定信号抽出部１１と、特定信号抽出部１１で特定信号が抽出されると、装着者に特定信号を受信した旨を知らせる報知部１２からなる。報知部１２としては、装着者の聴覚に訴えるイヤホンや図２に示すような触覚に訴えるバイブレータ１４などが用いられる。

なお、本発明の実施の形態では、特定信号としてＴＳＰ信号を採用している。ここで、ＴＳＰ信号とは、ノイズレベルが高い環境で、目的とする系のインパルス応答を測定するためによく用いられる信号であり、インパルス（離散系ではユニットパルス）のエネルギーを時間軸上に分散させたパルスである。エネルギーを分散させるルールとして、「パルスの位相が周波数の二乗に比例して進む」というルールを用いており、次式（１）で定義される（Y.Suzuki,F.Asano,H.-Y.Kim,and Toshio Sone,”An oputimum computer-generated pulse signal suitablefor the measurement of very long impulse responses”,J.Acoust.Soc.Am.Vol.97(2),pp.-1119-1123,1995参照）。

ここで、Ｈ(k)はＴＳＰで、Ｇ(k)はＴＳＰ逆フィルタである。ＮはＴＳＰ長、ＭはＴＳＰStretchで、共に整数である。
音響信号送信手段１において、装着者がオン・オフスイッチ２をオン状態にすることで特定信号生成部５によりＴＳＰ信号が生成されると、このＴＳＰ信号は音響信号変換部６でＤ／Ａ変換され、増幅されて、薄型スピーカ８より音響信号として放射される。音響信号送信手段１は、これらの一連の動作をオン・オフスイッチ２がオフ状態になるまで繰り返す。

音響信号受信手段３において、マイクロホン１０は、常時、現場の音を集音している。マイクロホン１０により集音された音は、特定信号抽出部１１によりＡ／Ｄ変換され、ＴＳＰ長Ｎに応じた長さで同期加算された後に、式（１）のＴＳＰ逆フィルタＧ(k)と畳み込み演算される。そして、特定信号抽出部１１において、畳み込み演算結果がインパルス応答である（ＴＳＰ信号が抽出された）と判定されると、例えばバイブレータ１４による振動で、装着者に周辺で音響信号送信手段１が動作している旨（救援を要請している隊員がいること）を知らせる。

ここで、ＴＳＰ信号は、「ＴＳＰの逆フィルタは、元のＴＳＰの時間波形を時間軸上で反転させたものである」との特徴を持つので、この逆フィルタリングの演算は、集音された音信号と元のＴＳＰの時間反転信号との畳み込み演算となる。集音された信号の中にＴＳＰ信号が含まれていなければ、畳み込み演算された結果は単なるノイズとなるが、ＴＳＰが含まれていれば、ＴＳＰ信号を送信したシステム（音響信号送信手段１）から受信したシステム（音響信号受信手段３）までを含む系のインパルス応答を示すことになる。

以上のように構成した本発明に係る救助要請通信システムの第１実施の形態の動作について説明する。図２に示すように、消防隊員が救助要請通信システムを装着する。胸元に装着した処理ユニット１５には、特定信号生成部５、音響信号変換部６及び特定信号抽出部１１が内蔵され、処理ユニット１５の表面には、オン・オフスイッチ２が設けられている。また、消防隊員の襟元にマイクロホン１０、両肩に薄型スピーカ８，８が装着され、耳介の付け根近傍に接触した状態でバイブレータ１４が装着されている。マイクロホン１０、薄型スピーカ８及びバイブレータ１４は、夫々配線（不図示）により処理ユニット１５に接続されている。

第１実施の形態の救助要請通信システムを装着した消防隊員が災害現場に入る場合、起動スイッチ（不図示）をオン状態にすることにより音響信号受信手段３を常時動作状態にしておき、音響信号送信手段１についてはオン・オフスイッチ２をオン状態にした時のみ動作状態になるようにしている。災害現場に入る消防隊員は、全員この救助要請通信システムを装着することを前提としている。

そして、消火作業や人命救助作業に従事する消防隊員が、身辺に危険を感じた場合に、オン・オフスイッチ２をオン状態にする。すると、音響信号送信手段１が動作状態になり、特定信号生成部５がＴＳＰ信号を生成し、音響信号変換部６へＴＳＰ信号を送る。ＴＳＰ信号は、音響信号変換部６でＤ／Ａ変換され、増幅されて、薄型スピーカ８より音響信号として放射される。音響信号送信手段１は、これらの一連の動作をオン・オフスイッチ２がオフ状態になるまで繰り返す。

一方、他の消防隊員が装着している音響信号受信手段３では、マイクロホン１０が、常時、現場の音を集音している。マイクロホン１０により集音された音は、特定信号抽出部１１によりＡ／Ｄ変換され、ＴＳＰ長Ｎに応じた長さで同期加算された後に、式（１）のＴＳＰ逆フィルタＧ(k)と畳み込み演算される。そして、特定信号抽出部１１が、畳み込み演算結果をインパルス応答である（ＴＳＰ信号が抽出された）と判定すると、バイブレータ１４による振動で、装着者に周辺で救援を要請している消防隊員がいることを知らせる。

次に、本発明に係る救助要請通信システムの第２実施の形態は、図３に示すように、音響信号を送信する音響信号送信手段１と、この音響信号送信手段１を起動させて動作状態にするオン・オフスイッチ２と、他人が装着している音響信号送信手段１が発した音響信号を受信する音響信号受信手段３を備え、更に音響信号送信手段１の装着者の姿勢を判定して、音響信号送信手段１を起動させ動作状態にする姿勢判定・起動手段４を備えている。

姿勢判定・起動手段４は、装着者の体の傾きを検出する姿勢センサ２０と、姿勢センサ２０が検出した装着者の体の傾きから装着者の姿勢を判定する姿勢判定部２１と、姿勢判定部２１が判定した装着者の立位以外の姿勢の継続時間を計測し、この継続時間が予め設定してある設定時間を超えた場合に特定信号生成部５に起動信号を出力するタイマ２２からなる。

姿勢センサ２０には、ロボットの姿勢を検出する傾斜計を用いる。姿勢判定部２１は、姿勢センサ２０が検出した装着者の体の傾きから、装着者の姿勢が立位の状態であるか、或いは身を横たえた状態なのかを判定する。タイマ２２は、姿勢判定部２１が装着者の姿勢を、「身を横たえた状態」と判定した時に起動し、この状態が継続する時間をカウントする。そして、「身を横たえた状態」の継続時間が、予め設定してある設定時間を超えた場合には、タイマ２２は、オン・オフスイッチ２のオン信号と同様な信号を特定信号生成部５に出力する。

以上のように構成した本発明に係る救助要請通信システムの第２実施の形態の動作について説明する。図２に示すように、消防隊員が救助要請通信システムを装着する。胸元に装着した処理ユニット１５には、特定信号生成部５、音響信号変換部６及び特定信号抽出部１１の他に、姿勢判定・起動手段４を構成する姿勢センサ２０、姿勢判定部２１及びタイマ２２が内蔵され、処理ユニット１５の表面には、オン・オフスイッチ２が設けられている。その他の装備は、第１実施の形態と同様である。

第２実施の形態の救助要請通信システムを装着した消防隊員が災害現場に入る場合、起動スイッチ（不図示）をオン状態にすることにより音響信号受信手段３及び姿勢判定・起動手段４を常時動作状態にしておき、音響信号送信手段１についてはオン・オフスイッチ２がオン状態になった時又は姿勢判定・起動手段４から起動信号が出力された時のみ、動作状態になるようにしている。第１実施の形態と同様に、災害現場に入る消防隊員は、全員この救助要請通信システムを装着することを前提としている。

そして、消火作業や人命救助作業に従事する消防隊員が、身辺に危険を感じた場合に、自らオン・オフスイッチ２をオン状態にする。また、消防隊員が災害により意識を失って倒れ、自らオン・オフスイッチ２をオン状態にすることができなくても、「身を横たえた状態」の継続時間がタイマ２２に予め設定してある設定時間を超えると、タイマ２２はオン・オフスイッチ２のオン信号と同様な動作をする信号を特定信号生成部５に出力する。

すると、音響信号送信手段１が動作状態になり、特定信号生成部５がＴＳＰ信号を生成し、音響信号変換部６へＴＳＰ信号を送る。ＴＳＰ信号は、音響信号変換部６でＤ／Ａ変換され、増幅されて、薄型スピーカ８より音響信号として放射される。音響信号送信手段１は、これらの一連の動作をオン・オフスイッチ２がオフ状態、又は姿勢判定・起動手段４の起動スイッチ（不図示）がオフ状態になるまで繰り返す。

一方、第１実施の形態と同様に、他の消防隊員が装着している音響信号受信手段３では、マイクロホン１０が、常時、現場の音を集音している。マイクロホン１０により集音された音は、特定信号抽出部１１によりＡ／Ｄ変換され、ＴＳＰ長Ｎに応じた長さで同期加算された後に、式（１）のＴＳＰ逆フィルタＧ(k)と畳み込み演算される。そして、特定信号抽出部１１が、畳み込み演算結果をインパルス応答である（ＴＳＰ信号が抽出された）と判定すると、バイブレータ１４による振動で、装着者に周辺で救援を要請している消防隊員がいることを知らせる。

なお、本実施の形態では、ＴＳＰ信号を特定信号生成部５において、その都度生成しているが、特定信号生成部５を、ＴＳＰ信号を格納したメモリで構成してもよい。また、本実施の形態では、特定信号としてＴＳＰ信号を用いているが、騒音が混在する災害現場の中で、確実に特定の信号を抽出できればよいわけである。従って、特定信号としてＴＳＰ信号の他に、騒音中でも相関を抽出し易いＰＮ系列（Pseudo Noise：擬似ランダムノイズ）信号や多値ＰＮ系列信号を用いてもよい。

この場合、特定信号生成部５では、予め定めた周期を有するＰＮ系列ノイズ若しくは多値ＰＮ系列ノイズを発生し、特定信号抽出部１１では、集音した信号の自己相関関数を算出し、予め定めた周期と同様の次数にピークが現れた場合に、特定信号が抽出されたと判定する。

本発明は、火災や事故などの災害現場において、消火や人命救助などの作業に従事する隊員に何らかの緊急事態が発生した場合の有効な救助要請通信システムを提供することができる。

本発明に係る救助要請通信システムの第１実施の形態の構成図 救助要請通信システムを消防隊員が装着した状態の模式図 本発明に係る救助要請通信システムの第２実施の形態の構成図

符号の説明

１…音響信号送信手段、２…オン・オフスイッチ、３…音響信号受信手段、４…姿勢判定・起動手段、５…特定信号生成部、６…音響信号変換部、７…音響信号放射部、８…薄型スピーカ、１０…マイクロホン、１１…特定信号抽出部、１２…報知部、１４…バイブレータ、２０…姿勢センサ、２１…姿勢判定部、２２…タイマ。

Claims (2)

1. 災害現場で消火や人命救助などの作業に従事する救援チームを支援する通信システムであって、音響信号を送信する音響信号送信手段と、この音響信号送信手段を起動させるオン・オフスイッチと、前記音響信号を受信する音響信号受信手段を備え、前記音響信号送信手段は、雑音の中でも抽出可能なＴＳＰ信号を生成する特定信号生成部と、この特定信号生成部が生成したＴＳＰ信号を音響信号に変換する音響信号変換部と、この音響信号変換部が変換した音響信号を発する音響信号放射部からなり、前記音響信号受信手段は、音信号を受信するマイクロホンと、このマイクロホンで受信した音信号と、前記ＴＳＰ信号の時間波形を時間軸上で反転させた信号とを畳み込み演算し前記ＴＳＰ信号を抽出する特定信号抽出部と、この特定信号抽出部で前記ＴＳＰ信号が抽出されると、装着者に前記ＴＳＰ信号を受信した旨を知らせる報知部からなることを特徴とする救助要請通信システム。
2. 請求項１記載の救助要請通信システムにおいて、前記音響信号送信手段の装着者が、所定の姿勢を所定時間を超えて継続した場合に、前記音響信号送信手段を起動させる姿勢判定・起動手段を備えたことを特徴とする救助要請通信システム。