JP4572305B2 - 人物在圏検知システム - Google Patents

Description

本発明は、放送波などの一定送信電力にてサービスしているシステムが送信している電波を用いることで、送信機を必要とせず、屋内空間におけるマルチパスによる受信レベル変動を利用した、電波による人物在圏検知システムに関する。

現在、安心で安全な生活および社会の実現への需要が高まってきている。特に、一人暮らしの老人が居室や風呂場などで動けなくなった場合における、迅速な対応が求められている。

また、人物が居室にいないにもかかわらず、居室の暖房器具や照明器具の電源が入ったままの状態が続くと、最悪の場合火災を招く恐れがある。

このように、様々な屋内空間において人物がいるのかいないのかを検知するシステムの需要が高まってきており，これまでにも数多く在室の在圏を検知するシステムが提案されている。

従来までの人物在圏検知システムでは、例えば特許文献１から特許文献４に開示されているように、在室者のプライバシーを考慮して直接カメラによって監視するのではなく、電波や赤外線を用いて人物の在圏を検知するものが主流である。
特開２００５−４２５６号公報 特開２００４−３４８３８７号公報 特開２００３−３０８５７９号公報 特開２００２−７１８２４号公報

電波で人体を検知する方法では，１０．５ＧＨｚ帯の電波を使用する方法がほとんどであり，基本的に電波を送信するための送信機があり、その送信した電波が人体に反射してその反射波を受信機で受けることにより人体の検知を行っている。そのため従来までの電波を用いた検知システムでは、電波を送信するための機能である送信機が不可欠であり、ハードウェアの複雑化およびシステムコストの増加といった問題があった。

一方、赤外線で人体を検知する方法では、送信機からの赤外線を受光部で受信することでその強度から人体の有無を識別する方法がある。また送信機を有する方法以外にも、受光部のみで人体を検知する方法がある。この受光部のみで人体を検知する方法では赤外線送信機を必要としないためハードウェアの簡易化が可能であるが、人体が発している微弱な赤外線を検知する方法であるため、精度良く人体を検知するためには高感度な受光部を必要とするといった課題があった。

一般に赤外線より電波、電波の中でもマイクロ波より携帯電話やＴＶ放送波、ＦＭ放送波で使用されているＵＨＦ帯やＶＨＦ帯などの低い周波数の電波ほど、直進性・指向性が低く、また伝搬損失も少なく、広範囲に拡散する性質があり、より広い範囲で人物の在圏を検知することが期待できる。しかしながら、これまでの電波を用いたシステムではマイクロ波を使用するものが主流であり、人物在圏検知範囲が限られたものであった。

本発明は、送信機を必要としない、簡易で且つコストパフォーマンスの高い新たな人物在圏検知システムを提供することを目的とする。

また、人物の動きにともなう屋内マルチパス環境の変化に起因して変動する電波の受信レベルから人物の在圏を検知する特徴を有した新たな人物在圏検知システムを提供することを目的とする。

さらに、マイクロ波に比べて指向性が低く広範囲に拡散するといったＵＨＦ帯やＶＨＦ帯電波の性質を活用しながら、ある特定のエリアに限定されず屋内空間の全体にわたり、人物の在圏の検知を実現することができる新たな人物在圏検知システムを提供することを目的とする。

前述の課題および目的を解決するために、本発明の人物在圏検知システムでは、モノポールアンテナあるいはダイポールアンテナを用いた受信部と、受信した電波の受信レベルの変動を常時検知するレベル変動検出部と、前記受信レベルの変動の大きさによって屋内空間全体の人物の在圏を識別する人物在圏識別部と、前記人物の在圏の識別の結果に応じて電気機器や通信機器に制御命令を出す制御部とを具備し、屋外から窓や天井などから屋内空間へ入ってきた送信局から送信された電波は、屋内空間にある金属製物体に反射して様々な電波経路を形成するマルチパス環境を生じ、前記電波経路を在室者が遮断し、あるいは前記在室者に反射して前記電波経路が変化することにより屋内の前記マルチパス環境に変化が生じ、その変化が前記受信レベルの変動に現れることを利用し、前記受信レベルが或る一定のレベル変動幅を超えないようなレベル変動が続けば、前記在室者の動きがないとして検知することを特徴とする。
また、本発明の人物在圏検知システムでは、前記屋外から窓や天井などから屋内空間へ入ってきた送信局から送信された電波は、一定送信電力にてサービスしている無線システムが送信している電波であることを特徴する。
更に、ラジオ放送やＦＭ放送やＴＶ放送などの、一定送信電力にてサービスをしている或る放送電波の受信レベル変動を屋内のマルチパス空間内の或る位置において常時検知する第１の機能と、その受信レベルの変動の大きさにより人物の在圏を検知する第２の機能とからなることを特徴とする。

また、本発明の人物在圏検知システムでは、最も簡易なアンテナであるモノポールアンテナやダイポールアンテナなどのアンテナを受信アンテナに用いることにより、屋内環境の配管や什器などの金属製物体によって形成されるマルチパス環境を積極的に利用し、複数の到来方向が異なる電波を受信することを特徴とする。

さらに、本発明の人物在圏検知システムでは、室内に人物がいれば屋内のマルチパス環境の変化に応じて放送電波の受信レベルが変動することを利用して、放送電波の受信レベルに或る一定のレベル変動幅を超えないようなレベル変動が続けば、人物の動きがないとして検知することを特徴とする。

本発明の人物在圏検知システムでは、ラジオ放送やＦＭ放送やＴＶ放送以外でも、一定送信電力にてサービスをしている或る無線システムの送信する電波であれば電波送信源として利用することができるものであり，該電波の受信レベル変動を屋内のマルチパス空間内の或る位置において常時検知する第１の機能と、その受信レベルの変動の大きさにより人物の在圏を検知する第２の機能とからなることを特徴とする。

本発明に係る人物在圏検知システムでは、送信機が必要となくなることにより、受信機のみで装置が構成でき、ハードウェア構成が簡易であり且つコストパフォーマンスの高い人物在圏検知システムを実現できる。

さらに、現在放送が行われている電波はＶＨＦ帯およびＵＨＦ帯の電波であり、マイクロ波に比べて周波数が低く、伝搬損失が少ないため受信レベルも大きくなり、この放送電波を用いることでより広い範囲で人物の在圏を精度よく検知することが可能となる。

また、本発明に係る人物在圏検知システムでは、簡易なアンテナを受信アンテナに用いることによって、ハードウェア構成を簡易化することが実現でき、さらに屋内のマルチパス環境にて生じる様々な到来方向の電波を受信しやすくなる。

さらに、本発明に係る人物在圏検知システムでは、動く人が屋内に居る場合には、屋内のマルチパス環境が変化することが原理的に生じ、受信レベルの変動が必ず生じるため、その受信レベル変動を常時モニターすることにより、屋内空間全体にわたって人物の在圏を検知することが可能となる。この為、検知範囲が広くかつ高精度な人物在圏検知を実現することが可能となる。

また、本発明に係る人物在圏検知システムでは、放送電波以外にも携帯電話に使用されている電波など一定電力で送信されている電波であれば電波送信源として利用することができ、設置する環境に応じて、電波到来方向や電波受信レベルを考慮して最も人物在圏検知に最適な電波を用いることが可能であり、前述した如く、同様な効果を持つものである。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。本発明に係る人物在圏検知システムでは、一定の電力を送信する無線システムの電波であれば周波数帯によらず送信源として利用することができるが、以下の実施例では、ＴＶ放送電波を例として説明する。また設置場所（人物在圏検知場所）は原理的には風呂場や台所など任意の屋内空間であれば可能であるが，以下の実施例では居室空間を例として説明する。

以下に本発明の特徴である送信機を必要とせず、屋内の電波マルチパス環境を利用したＴＶ放送電波による人物在圏検知システムの一実施例につき図面とともに説明する。

図１は、ＴＶ放送電波が窓や天井などから屋内空間へ入る場合を想定し、その電波が床やドアに反射して屋内環境がマルチパス環境となっている様子を示している。図１中に於いて、１はＴＶ放送送信局であり、この送信局から送信されて電波は基本的に屋外の環境に依存せずに、窓３や天井４などから図1中２に図示される如く屋内空間へ入る。屋内に入った電波は、床５やドア６および天井４などに金属製物体が存在すると、その金属製物体に反射して、７Ａ〜７Ｃに示すように様々な電波経路が形成されるマルチパス環境が生じる。８は本発明に係る人物在圏検知システムの一部である電波受信装置である。この電波受信装置８は、本実施例ではモノポールアンテナを用いており、適当な位置に設置されている。この屋内マルチパス環境では、屋外から入ってきた電波が様々な金属製物体によって反射するため、電波受信装置８内のアンテナで受信される複数の電波の位相が同相であったり、逆相であったりした場合には、原理的に受信レベルが強めあったり弱めあったりすることになる。つまり屋内空間において、マルチパス環境を生成する電波の経路を在室者が遮断したり，在室者に電波が反射したりすることによって電波の経路が変化するといった何らかのマルチパス環境の変化が生じた時、その変化が受信レベル変動に顕著に現れる。またモノポールアンテナを用いることにより、アンテナの簡易化を図れるのみならず、マルチパス環境で生じる到来方向の異なる複数の電波を効率的に受信することが可能となり、マルチパス環境の変化を広範囲にかつ高精度に検知することが可能となる。

以下図２から図４において、受信レベル変動例を用いながら、本発明の人物在圏検知原理について説明する。

図２は、屋内空間が有人の状態における電波の受信レベル変動の基本特性を示す。屋内空間において人物９が動いた場合、屋内マルチパス環境が図２中１０の状態（図２中の左上の図）から図２中１１の状態（図２中の右上の図）に変化する。このように人物が室内空間に存在した場合には、その動きによりマルチパス環境が変わるため、適当な場所に固定した受信機８の受信レベルは１２のように（図２中の下の図）変動することになる。在室者が通常の挙動をする限り，このマルチパス環境の変化が生じるので、受信レベル変動は継続する。

図３は、人物が屋内空間を出たときの受信レベル変動特性を示す。人物９が屋外に出て屋内空間が無人となった場合には、屋内空間によって形成される電波のマルチパス経路を妨げたり変化させたりするものが無くなるため、図３中１２Ａ（図３中の右図）に示すように受信レベルの時間的な変動はなくなり，受信レベルは一定の値となる。

図４は、人物９が屋内空間内で何かの異常によって倒れた場合の受信レベル変動特性を示す。人物９が動かなくなったことで、屋内空間の電波マルチパス経路が変化しなくなる。よってこの場合も、図３の場合と同様に、図４中１２Ｂ（図４中の右図）に示すように受信レベルは一定の値になる。

これらの原理から本発明に係る人物在圏検知システムでは、電波の受信レベルが変動していれば、図２中の１２の如く、屋内空間において人物が居り正常に活動しているということを識別することができる。又、電波の受信レベルの時間軸上での変動が無くなれば、図３中の１２Ａ及び図４中の１２Ｂの如く、室内空間が無人となったこと及び人物９が動かなくなったことを識別することが出来る。

図５は、本発明に係る人物在圏検知システムの一実施例の基本構成を示す。本実施例では、放送波などの電波を受信する１３の受信アンテナおよび１４の受信部と、その受信レベル変動をモニターする１５の受信レベル変動検出部と、受信レベルの変動の大きさによって人物の在圏を識別する１６の人物在圏識別部と、人物の動きに応じて電気機器の制御や警告情報の通知などを行う１７の制御部から構成される。

図６および図７に、本発明に係る人物在圏検知システムを適用した具体的な応用適用例を示す。

図６は、本発明に係る人物在圏検知システムを暖房・照明器具へ適用した例である。本適用例では、Ｘ時間を任意の設定時間とすると、１５のレベル変動検出部によって検出される受信レベルの値が図６中１２Ｃに示すようにＸ時間以上一定（例えばレベル変動幅が３ｄＢ以下）であれば、１６の人物在圏識別部が、在室者がいない、もしくは睡眠に入ったと識別し、１７の制御部が暖房・照明器具の電源を切るといった命令を出す。（人物在圏検知システムが暖房・照明器具と連携した例。）

図７は、本発明に係る人物在圏検知システムを一人暮らしの老人の異常検知へ適用した例である。本適用例では、図６と同様にＸ時間を任意の設定時間とすると、１５のレベル変動検出部によって検出される受信レベルの値が図６中１２Ｄに示すようにＸ時間以上一定（例えばレベル変動幅が３ｄＢ以下）であれば、１６の人物在圏識別部が、老人が倒れて動けなくなった等の異常状態と識別し、１７の制御部が予め登録されている連絡先に携帯電話などを介して発信するといった命令を出す。（人物在圏検知システムが携帯電話と連携した例。）

以下に、モノポールアンテナを利用して、ＴＶ放送（Ｃｈ．３８）の電波の受信レベル変動を実際に測定した結果を示す。

図８は測定環境を示す平面図であり、測定場所は広島市立大学情報科学部棟８階の研究室である。図８中で左側は研究室が存在する建物の一部の縮小した平面図であり、右側は測定した研究室の平面図である。ＴＶ放送局は南方向に約１．８ｋｍ離れた場所に位置する。研究室の部屋の構成は約２ｍの窓１８が南側にあり、部屋の両サイドにはそれぞれ金属製のロッカー１９および書棚２０がある。また部屋の北側は廊下に面しており、ドア２１が取り付けられている。部屋の中央には高さ約１．２ｍの机２２が設置されている。本測定では、２３の受信アンテナを机の隅におき、部屋を無人にした状態から人がドア２１から部屋に入り、室内の移動や退室を繰り返したときの、電波の受信レベル変動を連続記録した。

また本測定では、映像搬送波、色副搬送波、音声搬送波で構成されているＴＶ放送信号の中でも最も安定して受信レベルを測定することのできる音声搬送波の周波数（６２５．７５ＭＨｚ）に設定して受信レベルを測定した。
また本測定及び前述実施例ではモノポールアンテナを利用した場合を述べているが、ダイポールアンテナ等のマルチパス電波を受信しやすいアンテナなら他の簡単なアンテナを利用することが出来る。

図９に、本測定で得られた受信レベル変動の特性を示す。測定開始から２５分ごろまでは部屋が無人の状態であり、その場合には図９中の２４に示す如く受信レベルはほぼ同じ値を示しており、レベル変動はほとんどないことが分かる。一方２５分ごろから５０分ごろまで，および７０ごろから７５分ごろまでの間に一人の人が屋内へドア２１を開けて入り室内に存在していたが、図９中の２５に示すように受信レベルは大きく変動し、明らかに無人の状態と異なる変動を生じたことが確認できた。この結果より、屋内のマルチパス電波を利用することで、高精度に屋内における人物の在圏を検知することができることが分かった。

前述の実施例ではＴＶ放送波を用いたが、一定の送信電力でサービスを行っている無線システムであれば、他の無線システムでも前述した本発明の原理を用いて侵入検知を高精度に実現することができることは当然であり、係る無線システムを使用した人物在圏検知システムも本特許の権利範囲に入るものである。

屋内マルチパス環境において、放送電波が複数の電波の経路を経て受信アンテナに届く様子を示した図である。 室内に人物がいる状態であれば受信レベルが変動することを示した図である。 人物が室内から出たとき、屋内マルチパス環境が変化しないため、受信レベルが変化しないことを示した図である。 人物が動けなくなったとき、屋内マルチパス環境が変化しないため、受信レベルが変化しないことを示した図である。 本発明の人物在圏検知システムの一実施例の基本構成図である。 本発明の人物在圏検知システムを暖房・照明器具との連携に適用したときの制御概念図である。 本発明の人物在圏検知システムを一人暮らしの老人の異常検知に適用したときの制御概念図である。 本発明の効果を立証する為に放送波の測定を行った時の測定環境を示した図である。 本発明の効果を立証する為に放送波の測定を行った時の電波の受信レベル変動を示した図である。

符号の説明

２ 電波
６ ドア
７Ａ〜７Ｃ マルチパス
８ 電波受信装置
９ 人物
１２、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ 受信レベル変動
１３ 受信アンテナ
１４ 受信部
１５ レベル変動検出部
１６ 人物在圏識別部
１７ 制御部

Claims (2)

1. モノポールアンテナあるいはダイポールアンテナを用いた受信部と、
   受信した電波の受信レベルの変動を常時検知するレベル変動検出部と、
   前記受信レベルの変動の大きさによって屋内空間全体の人物の在圏を識別する人物在圏識別部と、
   前記人物の在圏の識別の結果に応じて電気機器や通信機器に制御命令を出す制御部とを具備し、
   屋外から窓や天井などから屋内空間へ入ってきた送信局から送信された電波は、屋内空間にある金属製物体に反射して様々な電波経路を形成するマルチパス環境を生じ、
   前記電波経路を在室者が遮断し、あるいは前記在室者に反射して前記電波経路が変化することにより屋内の前記マルチパス環境に変化が生じ、その変化が前記受信レベルの変動に現れることを利用し、
   前記受信レベルが或る一定のレベル変動幅を超えないようなレベル変動が続けば、前記在室者の動きがないとして検知することを特徴とする人物在圏検知システム。
2. 前記屋外から窓や天井などから屋内空間へ入ってきた送信局から送信された電波は、一定送信電力にてサービスしている無線システムが送信している電波であることを特徴とする請求項１に記載の人物在圏検知システム。