JPH01176965A - 水泳の安全管理のための電波又は空中超音波システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は水泳プールないし海、湖、川その他における
遊泳者の安全管理のための電波ないし空中超音波システ
ムに関するもので、具体的に言うならば水面下に潜った
まま出てこない遊泳者の発生の発見、同定、ないしその
消息を断つ直前の最終位置の検出に関する該システムに
関する。

従来、水泳の安全管理のためには水面上から監視員が目
視をつづけるとか、定期的に点呼を行うとかの方法が行
われるのみであった。こうした方法が時として確実さに
欠けることは多くの事故例が物語るところである。すな
わち多くの場合、気がついてみたら水底に沈んで死んで
いた、という結果のみが残るのである。難儀に遭遇した
本人が１溺れる”旨、はた目に明らかなほどにわめき散
らし告知しつつ水中に沈んだのなら直ちに救助活動が開
始される、だろうから、それでも助からない例もまま存
在するだろうが、少くともそのような例は本発明の主旨
目的ないし対象とするものではない。すなわち、だれに
も知られずに忽然ないし悠然として水中に没してしまっ
た遭難者を自動的に発見することが本発明に成る装置の
主旨目的である。

水難者の自動発見のための電子システムとしては、同じ
発明者の先の発明、特願６０−２１６０３７などがある
。しかるにこの先行発明においてはシステムが本質的に
水中超音波システムであるため、遭難者が単に水中に没
したのみではアラームを出すことの根拠を得ることがで
きず、数分間以上１ケ所に留っていてはじめてアラーム
が発せられるようになっている。このシステムのアラー
ム発生手法の難点は、手おくれになる寸前になってはじ
めてアラームが発生されることである。また近年ある種
のプールないし遊泳設備においては意図して波浪や一方
向の流れなどを発生することにより特定の効果を生ぜし
めんとするものがあるが、これらにおいては水中の停留
発信源を捜す方式は当該目的には役に立たない。

それ故に本発明の主旨目的は頭でと水中に入っている者
をその時点で発見し、アラーム発生の予備登録名簿にの
せておき、一定時間たっても復帰しない場合アラームを
実際に発し、またその水没点の位置を告知する如き電子
システム（特に電波システムないし空中超音波システム
）を実現することにある。ここで、“一定時間”という
とき、それは先の同一発明者の発明に成る同目的の水中
超音波システムの場合よりはるかにみじかく、たとえば
１分ないし２分程度にすることができる。

これだけの時間、水中にもぐ９つ放しで息をこらしてい
られる者は、訓練された者ならいざ知らず、本発明が対
象とする如き一般の遊泳者の場合、はとんどあシ得ない
ので、これだけの時間の信号入感の喪失はアラーム発生
の確実な有効根拠たシ得る。尚、本発明の電波システム
は水面上の空間を監視するものであるため、有感領域は
有限であらざるを得ないことから、水中に没した信号源
も、水から出て有感領域外に歩き去った信号源も、同様
に入感がとだえた信号源として予備登録される。

しかし信号入感がとだえる寸前の位置が水面上刃入水面
外かに応じて両者は弁別され得る。

以下図面を用いて本発明に成る装置の動作原理を説明し
、つづいて好ましい実施例を紹介する。

（まず電波を用いる場合を説明する。）第１図は本発明
の詳細な説明するためのもので、これにおいて、各遊泳
者（１ａ）、（１鴫）、（１ｃ）・・・は発信器（２ａ
）、（２ｂ）、（２Ｃ）−を抱持し、これを常時はほと
んど必ず空中に出ている体表面の一部に装着しておく。

頭のまわりにはちまき状にはめておくのが典形例である
。該発信器は自ら小さなアンテナを有し、また電池電源
により付勢される発振回路を有し、常時微弱な電波を予
定された如くに発している。が、これが水中に没すると
、水の導電性ないし高い誘電率のためもはや電波は空中
には有効に出てゆかなくなる。そこで、プールサイドな
いしやや離れた所で、上方ないし斜め上方から、もしく
は水平方向から、受信システム（３）はそのアレイアン
テナ（４）を用いてこれら信号源の発する電波を受信し
、監視しつづけ、ある信号源の信号の杜絶を発見したら
その直前の受信データから信号杜絶の時点でのその位置
を求めるとともに時限作業に移シ、予定された時間、た
とえば１分を待っても再度その電波が入感じなかったら
アラームを発し、その杜絶点位置を表示する。

このような作業をするに当り、受信データの作成は前記
アレイアンテナ（４）と受信機（５）により行い、監視
の実務は該受信機を入力データ発生源として傘下に持つ
パソコン（６）により行われ、最終的には上記のアラー
ムや位置情報はその他の付帯する情報とともに該パソコ
ンのＣＲＴデイスプレィ装置のスクリーン上に表示され
る。アラームは該パソコンのビーバーを用いて行われる
。これらの映像および音声により監視員ないし救護員は
適切なる活動を開始することができる。

以上が本発明の方式原理の概略説明である。以下典形的
な実施例について解説する。

第２図は先に説明した各遊泳者に抱持せしめる発信器の
一例を示すもので、これにおいて、発振器（２１）は細
長いフレキシブルな基板（２２）の上に作られ、略その
中央部に封止材（２３）により水密的に封止された回路
部（２４）と、その両側にのびるアンテナとなる導体（
２５）により出来ている。回路の動作電力はこれも水密
的に上記フレキシブル基板（２２）の上に搭載される電
池（２６）によりまかなわれる。電源スィッチは特に設
けられておらず、電池（２６）が装着せられるとひとり
でに電波の発信が行われる。すなわち電池（２６）は−
例としてコイン状のリチウム１次電池であり、基板（２
２）の上のホルダー（２７）に対してはめ込まれ、蓋（
２８）をはめられると水密的に装着せられる。（２９）
はゴムバンドの如き伸縮性のひも乃至ベルト状のもので
、これをもってこの発振器は遊泳者の頭にはちまきの如
くはめられる。

尚、この発振器の出す電波は十分微弱だから人体にこの
ように接近して取付けても何ら害はない。

また逆にその電波の放射効率は、これを空中に放置した
場合に比べて頭にはめると多少おちるが、実用上回るほ
どの効率の悪さではない。しかしこの例に見る如くアン
テナがダイポールアンテナないしそれに類するもので、
かつ全長が半波長よりやや小さ目に出来ていて、入力イ
ンピーダンスが高く、言いかえれば電界放射ないし電圧
駆動型に近いものであることは、本発明の実施上有利に
働らく。何となれば、その方が水中に没して水を負荷さ
れた場合、すなわち水の高い誘電率に由来して生ずる低
いＲＦインピーダンスによりシャントされた場合、より
有効に放射能力が減殺されるからである。

発信器の発信周波数はＵＨＦ帯（０３〜３ＧＨｚ）、特
に０．５〜１．５　ＧＨｚ　程度の領域が好ましい。こ
れは２つの理由に、よるもので、１つシマこの程度の波
長が現実的な被監視領域（たとえば半径ないし直視距離
にして５０〜７０ｍ程度まで）を適切な分解能（たとえ
ば０．５〜１ｍ）でもってホログラフィ−的にカバーで
きる（すなわち後述の如くアレイアンテナのフレネルゾ
ーンに入る）ためには好適だからで、これまり長すぎる
と位置同定の分解能に支障を生じ、また短すぎるとホロ
グラムを採取毛処理するのに大損りなハードウェアを必
要とするようになるので好ましくない。

この周波数領域が好ましいもう１つの理由は、必要十分
なる周波数精度を有するごく簡単な低電力発振回路が、
５ＡＷ（音響表面波）技術による共振子（ないしフィル
タ）を用いて再現性および量産性良く実現できるからで
ある。

発信源を個別に同定し得るようにするため、何らかのラ
ベリング手法により個々にＩＤ情報をもたせることが行
われる。ラベリングは発信源の発信波形ないしエンベロ
ープの変調波形によることもできるが、一方発信周波数
それ自身によることもでき、また両者を併用することも
できる。−例として前者の場合、発信源はパルスないし
バースト状のキャリヤを周期的に発し、その持続時間の
内に何らかの変調たとえば２値コ一ド信号による振幅変
調ないし位相変調を行う。受信側ではこのようなパルス
性の信号の受信と同時にそれを復調し、発信源を同定す
る必要がある。また多数の発信源が同一の被監視エリア
に共存することから、各発信源のパルスは各々が勝手に
発信しても時間的に重シ合わないように、もしくは重り
合う確率が十分率さいように、非常に鋭いデー−ティレ
シオのものである必要がある。たとえば２０〜３０個の
発信源がランダムな位相で発するパルスが空中衝突する
確率が十分率さい（たとえば≦０．１）ためには、各々
のデユーティレシオは１０〜１０以下でなくてはならな
い。たとえばパルス周期を１秒ないし数秒とすると、バ
ーストの持続時間は数μｓ〜数１０〃Ｓとなる。しかる
にＵＨＦ帯においてはこれだけの長さのバーストならば
十分に１０数ピントないし数１０ピットの２値直列デー
タを伝送することができる。またこの方式ではシステム
の動作周波数を１つに統一することができ、発信器のＳ
ＡＷ素子を１つの品種に統一できるので該素子の量産比
という点からは好ましい。しか％に発信器の内部回路は
個別のコード信号発生手段と変調手段を含むのでやや複
雑化せざるを得ない。

一方発信源同定をキャリヤ周波数のみにより行う手法は
、発振波形は無変調のＣＷでよいことから発信器の回路
自体は実に簡素化できるが、周波数決定要素のＳＡＷ素
子は個々に異ったものを用いなければならない。

いずれの方法でラベリングがなされるにせよ、第２図に
示す如き外形の発信器が用いられることができる。

第３図は第２図に示す如き発信源を多数含む被監視空間
から到来する所の、各発振源の発する電磁波を捕捉し目
的とする監視を行わしめるためＱアレイアンテナを含む
受信システムの概要を示すものである。すなわちこの場
合、−例としてアレイアンテナ（３１）はダイポールア
ンテナないし偏波面選択性に乏しいループアンテナを個
々のニレメンｌ−（３２）として１次元等間隔の配列を
成し、各エレメントの給電線たる同軸ケーブルは線束（
３３）を成しつつ受信機（３４）に導入せられる。受信
機（３４）においてはエレメントの数（この場合１例と
して１６）だけの受信チャンネルの単位受信機（３５）
が用意せられ、これらは公知汎用の如くスーパーヘテロ
ダイン方式のもので、ただし受信機のアレイとして被監
視空間から人身する波面の与えるホログラムを同時に一
斉に採取せんとする都合上局発（３６）はひとつのもの
を全体に引通して共通に用いている。ここで、アレイの
幅Ｗは被監視空間を２次元に見立てつつそのほぼ全面に
発信源の発信位置同定が行い得るように、それをフレネ
ルゾーンの中にとり込むに十分な幅を有する如く決めら
れる。たとえば５０Ｘ７０ｍの空間をカバーしようとす
ると、而して公知の波面進入と検出の方式原理によりこ
れらの受信機（３５）の出力は全体としてアレイアンテ
ナ（３１）の感受した波面の成す１次元複素ホログラム
を与える。該ホログラムは発信源からのパルスが入感す
る都度検査され′るべく〜Φ変換器を含むインターフェ
ース装置（３７）を介してパソコン（３８）に導入され
る。同時に受信機のうち１つもしくは複数の出力を利用
してパルス入感の検出を行う。これは簡単には受信機の
検波出力（ビデオ出力）をしきい値比較などの処理によ
り２値化して用いてもよく、また上記インターフェース
装置を介するデータ採取の結果から分析されるべき有効
成分が発見され得るか否かにもとづいて判断してもよい
。

該ホログラムの検査、すなわちかくして得られた１次元
ホログラムを逆投影して信号源の位置、すなわちアレイ
アンテナからの距離と方位角を求める演算はパソコン（
３８）においてソフトウェアにより行われる。アンテナ
のエレメント数がさほど多くないのでこの逆投影演算は
事務用のパソコンの汎用されるコンパイラ言語によるソ
フトウェアでも十分実用になる速度で実行することがで
きもしかしインタプリタ言語では一般におそすぎて当該
目的には使いものにならないことが多い。逆投影演算は
ここでは１次元フレネル逆変換の形をとるが、公知の如
くフレネル変換は（順、逆とも）フーリエ変換よりわず
かな修正で得られることから、該ソフトウェアはＦＦＴ
のためのプログラムを修正ヒないし前後に必要な追加を
することにより容易に目的を達することができる。

而して発信源からのパルスが入感する都度このようにし
て発信源の位置が同定されるが、この行程に要する時間
が数百μｓｅｃ程度以下ならばシステムの動作上それが
あい路となることはない。これは先にのべた個々の発信
源のパルス幅（数μｓｅｃ〜数十μ５ｅｃ）より有意に
長い値であるが、これは個々のパルスの成すホログラム
データを待ち行列に溜めておいて順々に処理することが
容易に出来るからである。ホログラムが解けて発信源の
位置が同定されると同時に、受信機の内少くともどれか
１つの出力を用い、もしくはいくつかの出力を適切に合
成した出力により、発信源のＩＤ情報が解読され、位置
情報とともにパソコンの中に一時記憶される。この作業
もまたインターフェース装置を介して発信源のパルスの
変調波形を復調したのちにソフトウェアにより検査する
ことにより行われる。

かくしてパルス入感の都度その生起時刻と発信源の位置
とＩＤコードとがパソコン内の一時記憶（スタック）に
順々に登録されてゆく。過去にさかのぼること数十性な
いし数百性程度のこのようなデータセット−を常に更新
しつつ保有することは難なく可能である。このスタック
の中のデータセットを、パソコンのソフトは、たとえば
１秒おきぐらいの頻度で常に検査吟味する。その検査内
容は略定期的な入感が突然とだえた発信源がないかとい
う観点乃至は別途準備される６存在し、入感するはずの
”発信源の一覧表とくらべて欠落するものがないかとい
う観点のいずれか一方又は双方である。而して入感がと
だえ若しくは欠落する発信源が発見同定された場合には
予定された手続きによりアラームを発する。該アラーム
発生手続は一例として、まず該途絶ないし欠落の判断が
信憑性のおけるものか否かを、たとえば１０〜２０秒待
つとか、その間開々と報告されるアラーム発生妥求を積
分し、一定回数以上になったら本当にアラームを出すと
か、により判断する。さらに６出没する”信号源には一
定の評価基準で別のアラームを出すとかの手も用いられ
れば有益である。而して該アラームはパソコン（６）の
ＣＲＴデイスプレィにブリンクしつつ該当信号源の最終
入感位置および時刻、そのＩＤコードもしくは何らかの
同定情報をもって表示されなどする。音響出力手段、ブ
ザー、ビーバーなどをアラーム手段として併用すること
も好ましい。

以上に述べた通シ明らかな如く、本発明によれば水没し
たまま復帰しない信号源を、すなわち該信号源に該当す
る泳者を早期に発見することができ、事故防止上有益で
ある。しかるに経験者ないし有識者には自明の如く、本
発明の主旨目的の実施、実現に関して利用できる波動エ
ネルギーは電波に限ったものではなく、空中の超音波を
用いても殆んど同じ信号取扱いを実現することができる
ものである。使用できる超音波の周波数としては２０Ｋ
Ｈｚ〜５０ＫＨｚ近辺がよい。超音”波の場合、上記説
明の「アンテナ」を「トランスデユーサ−」ないし電気
音響変換器によみかえ、適切な時間事由および周波数軸
上の変換ないし拡大、縮少等を行えば同じ思想のシステ
ムを実現することができる。このような場合も本発明の
一実施例として含まれ得るものである。ただし、空中超
音波は水面下とは相互に片道３０　ｄＢ以上の射入ある
いは射出伝搬損失を有するから、Ｉ　ＧＨｚ近辺の電磁
波と同様（又は極浅深度においてはそれ以上）に水面下
か水面上かの区別がなされ得る。またＩＧＨｚ近辺のア
ンテナにくらべて数十ＫＨｚあたシの空中超音波トラン
スデユーサ−は寸法がはるかに小さいという利点もある
。

以上に述べた如く、本発明は利用する信号手段として電
波を用いるを本命とするが、空中超音波による代償的実
施をさまたげるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示すもの、第２図は携帯発信器
の一例を示すもの、第３図は被監視空間に対する本シス
テムの関係の概要を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各泳者の首より上のどこかにアンテナを装着せしめ
   、また該アンテナに発信信号を与えるための発振器を装
   着せしめ、而してセンタにおいては該発信々号を常時受
   信し、予定された時間以上の長時間にわたって該信号が
   受信されない時アラームを発する如く構成せられたるこ
   とを特徴とする、水泳の安全のための電波システム。 ２、上記各泳者に装着せしめるアンテナが、主として電
   圧入力ないし電界発生形のもので、水面下においては有
   効にその放射性能が減殺される如きものであることを特
   徴とする、該電波システム。 ３、前記発振器の送出する発信々長がパルス性の強い信
   号であり、該パルス波形は多数の発信源を同時にランダ
   ムに送信させてもお互いのパルスが重り合う確率が十分
   少いほどに短い占有時間幅を有することを特徴とする、
   該電波システム。 ４、上記パルス波形に発信源識別コードを持たせる如く
   に変調を行ったことを特徴とする、上記電波システム。 ５、前記請求範囲１に関する電波システムにおいて、前
   記発振器の送出する発信々号がＣＷ性の強い信号であり
   、該ＣＷ信号は多数の発信源を同時に歩調を合せて送信
   させてもお互いの周波数スペクトラムが競合することの
   ないほどに狭い輝線スペクトラムを有することを特徴と
   する、該電波システム。 ６、センタのシステムにおいて、信号入感の途絶ととも
   に、直前に入感していた時の発信源位置を受信データよ
   り推定し、前記アラームの発生にあわせて該推定された
   最終発信位置に関する情報をも表示する如く構成せられ
   たることを特徴とする、該電波システム。 ７、上記請求範囲６に関する電波システムにおいて、該
   位置推定はアレイアンテナを用い、その開口上の受信々
   号の位相分布を検査することによク行われる如く構成せ
   られたることを特徴とする、該電波システム。 ８、上記アレイアンテナは水平面内に１次元状に分布し
   た反射器つきのエレメントを有して成り、垂直面内には
   縮退したものであることを特徴とする、該電波システム
   。 ９、用いる波長とアレイアンテナの開口幅とにかんがみ
   、被監視領域が大略フレネルゾーンに収まる如き上記ア
   レイアンテナを用いることを特徴とする、該電波システ
   ム。 １０、前記請求範囲１〜９までのいずれか１つ以上に相
   似のシステムであって、電波の代りに空中超音波を用い
   、アンテナの代りに空中超音波用の電気音響変換器を用
   いた所の、水泳の安全のための空中超音波システム。