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消防活動が困難な空間における

消防活動支援情報システムの開発

報告書

平成

1６年３月

消防活動が困難な空間における消防活動支援

情報システムの開発検討会

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１．背景と目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１ 1-1 背景・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１ 1-2 目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１ 1-3 開発研究体制・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１（位置特定センサ部の小型軽量化等の開発に関するワーキンググループ）２．位置特定センサ部の小型軽量化等の開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４ 2-1 はじめに・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４ 2-2 平成１５年度の開発の目標・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４ 2-3 消防隊員の位置特定システムの開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４ 2-3-1 構成・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８ 2-3-2 本年度の改良点・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１４ 2-4 実証実験結果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１７ 2-4-1 慣性装置としての精度結果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１７ 2-4-2 歩行データとしての精度結果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１９ 2-5 まとめ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２１ 2-5-1 成果と問題点・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２１ 2-5-2 実用化への取り組み・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２１ 2-6 付属書類・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２１ 1) 慣性装置構造図・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２２ 2) 慣性装置結線図・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２７ 3) 演算基板結線図・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２８ 4) 慣性センサ制御基板結線図・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２９ 5) INS/DGPS/VMS Integration In-Motion Alignment・・・・・・・・・・・・３０

（電子タグの仕様作成及び情報通信システムに関するワーキンググループ）３．情報通信システム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３９ 3-1 はじめに・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３９ 3-2 FiReCOS とは・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３９ 3-3 災害発生時のインフラ網の想定・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４０ 3-3-1 ネットワークの分類・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４０ 3-3-2 地下空間におけるネットワーク敷設の要件・・・・・・・・・・・・・・４１ 3-3-3 アドホックネットワーク・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４２

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3-4 開発ターゲットの設定・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４２ 3-4-1 可搬型セルステーション（ＨＣＳ）・・・・・・・・・・・・・・・・・４２ 3-4-2 ＶＤＳＬ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４３ 3-4-3 アドホックネットワーク（ＡＯＤＶ）・・・・・・・・・・・・・・・・４３ 3-5 可搬型セルステーション（ＨＣＳ）の試作・・・・・・・・・・・・・・・・４４ 3-6 基礎実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４５ 3-6-1 消費電流測定・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４５ 3-6-2 バッテリー寿命試験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４６ 3-6-3 通話品質試験 ①（無線ＬＡＮ回線と通話品質の関係）・・・・・・・・・４７ 3-6-4 通話品質試験 ②（ＰＨＳ回線と通話品質の関係）・・・・・・・・・・・４８ 3-6-5 移動通話試験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４９ 3-6-6 実験結果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４９ 3-7 考察・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５１ 3-7-1 消費電力（実験 3-6-1 の結果より）・・・・・・・・・・・・・・・・・５１ 3-7-2 バッテリー寿命（実験 3-6-2 の結果より）・・・・・・・・・・・・・・５１ 3-7-3 無線ＬＡＮ回線における通話品質の関係（実験 3-6-3 の結果より）・・・５２ 3-7-4 ＰＨＳ回線における通話品質の関係（実験 3-6-4 の結果より）・・・・・５３ 3-7-5 移動通話試験（実験 3-6-5 の結果より）・・・・・・・・・・・・・・・５４ 3-8 実証実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５６ 3-8-1 システム構成・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５６ 3-8-2 システム導入効果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５８ 3-9 まとめ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５８ 3-9-1 ＨＣＳの小型・軽量化・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５８ 3-9-2 自動火災報知設備通信線の幹線化・・・・・・・・・・・・・・・・・・５９参考資料１消防活動支援のための情報通信システムに関する既存設備・・・・・・６０参考資料２ＣＲＬの開発する災害時用ネットワークシステムのための動的ルーチングソフトウェアの概要・・・・・・・・・・・・・・・６３４．電子タグによる位置補正システム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・６８ 4-1 はじめに・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・６８ 4-2 採用が可能と考えられる電子タグシステムの現状・・・・・・・・・・・・・６８ 4-3 仕様策定のための方針について・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・７０ 4-4 関係業界における電子タグの標準化作業について・・・・・・・・・・・・・７０ 4-5 消防活動支援情報システム用電子タグの仕様例・・・・・・・・・・・・・・７２ 4-6 開発方策について・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・７３

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（３次元数値地図の仕様と作成に関するワーキンググループ）５．３次元数値地図の仕様と作成に関するガイドライン・・・・・・・・・・・・・７５ 5-1 ガイドラインの概要・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・７５ 5-2 ３次元数値地図の利用目的から見た優先度の考え方・・・・・・・・・・・・７５ 5-3 ３次元数値地図のデータ項目とデータ構造・・・・・・・・・・・・・・・・７７ 5-3-1 必須項目とデータ精度・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・７７ 5-3-2 選択項目とデータ精度・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・７８ 5-3-3 データ構造（データスキーマ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８０ 5-4 ３次元数値地図の作成手法の例・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８５ 5-4-1 警防計画図から作成する方法・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８５ 5-4-2 竣工図からの作成方法・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・９５ 5-4-3 ３次元数値地図データのメンテナンス・・・・・・・・・・・・・・・・９９ 5-5 まとめ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１００６．まとめ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１０１ 6-1 隊員位置特定システムの小型・軽量化・・・・・・・・・・・・・・・・・１０１ 6-2 情報通信方式・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１０２ 6-3 電子タグによる位置補正システム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１０３ 6-4 ３次元数値地図の仕様と作成に関するガイドライン・・・・・・・・・・・１０４

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1. 背景と目的

1-1. 背景 大深度地下、道路トンネル、地下鉄道、地下街及び地中の工事現場等は、①火災・事故時は非常用電源があっても照明が有効でなくなることもあること、②地下であるため進入路が限定されること、③煙の流動方向と消防活動の進入方向が逆行すること、④構造物外部からの情報収集が困難であること等により、消防活動が困難な空間である。しかし、このような消防活動が困難な空間において火災、事故等が発生した場合であっても、消防機関は救助及び消火活動を行うことが求められている。このため、本開発研究は、消防隊員の安全を確保しつつ、その消防活動を迅速かつ円滑な支援を行うためのものであり、より高度なシステムの開発が必要である。 1-2. 目的 本開発研究では、平成１３年度に実施された「大深度地下等における消防隊員の位置特定システムの開発」及び平成１４年度に実施された「消防活動が困難な空間における消防活動支援情報システムの開発」の成果を踏まえつつ、実用機器に近づけるために小型軽量化すること。さらに高度な技術を活用することにより、より消防活動の困難な場所においても活用できる機器を開発しようとするものである。 1-3. 開発研究体制 本研究開発は、財団法人日本消防設備安全センターが総務省消防庁から委託を受け、同センター内に「消防活動が困難な空間における消防活動支援情報システムの開発検討会」（以下、「検討会」と言う。）を設置した。メンバーを下記に示す。委員長柴崎亮介東京大学空間情報科学研究センター教授副委員長松原美之独立行政法人消防研究所研究企画部部長委員清水英範東京大学大学院工学系研究科教授〃石井弘充日本大学理工学部教授〃瀬崎薫東京大学空間情報科学研究センター助教授〃加藤聰彦電気通信大学大学院情報システム学研究科助教授〃熊谷誠総務省情報通信政策局宇宙通信政策課宇宙通信調査室課長補佐〃千田淳総務省消防庁特殊災害室室長〃 ※ 北出正俊総務省消防庁特殊災害室室長〃塩谷映雄総務省消防庁特殊災害室課長補佐〃鈴木康幸総務省消防庁予防課設備専門官（併）課長補佐

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2 委員細川直史総務省消防庁防災情報室課長補佐〃滝澤修独立行政法人通信総合研究所非常時通信グループ主任研究員〃田村裕之独立行政法人消防研究所基盤研究部主任研究官〃能瀬俊明千葉市消防局予防部部長〃齋藤誠二東京消防庁消防科学研究所所長〃田中辰雄名古屋市消防局防災部部長〃大北雅史大阪市消防局警防部部長〃小山敦夫社団法人日本照明器具工業会専務理事〃小林茂昭財団法人日本消防設備安全センター常務理事なお、開発を効率的に進めるために検討会の下に３つのワーキンググループを設置した。 （１）位置特定センサ部の小型軽量化等の開発に関するワーキンググループ 主査柴崎亮介東京大学空間情報科学研究センター教授委員塩谷映雄総務省消防庁特殊災害室課長補佐〃田村裕之独立行政法人消防研究所基盤研究部主任研究官〃飯塚正幸東京消防庁消防科学研究所第一研究室室長〃 ※ 崎野新一東京消防庁消防科学研究所第一研究室室長〃熊谷秀夫多摩川精機株式会社特機技術部慣性技術課技監 （２）電子タグの仕様作成及び情報通信システムに関するワーキンググループ 主査松原美之独立行政法人消防研究所研究企画部部長委員瀬崎薫東京大学空間情報科学研究センター助教授〃加藤聰彦電気通信大学大学院情報システム学研究科助教授〃鈴木康幸総務省消防庁予防課設備専門官（併）課長補佐〃石井幸一総務省消防庁特殊災害室課長補佐〃細川直史総務省消防庁防災情報室課長補佐〃滝澤修独立行政法人通信総合研究所非常時通信グループ主任研究員〃田村裕之独立行政法人消防研究所基盤研究部主任研究官〃三輪弘光名古屋市消防局防災部情報指令課課長〃小山敦夫社団法人日本照明器具工業会専務理事 （３）３次元数値地図の構築に関するワーキンググループ 主査柴崎亮介東京大学・空間情報科学研究センター教授委員清水英範東京大学大学院工学系研究科教授〃熊谷誠総務省情報通信政策局宇宙通信政策課宇宙通信調査室課長補佐〃石井幸一総務省消防庁特殊災害室課長補佐

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3 委員細川直史総務省消防庁防災情報室課長補佐〃田村裕之独立行政法人消防研究所基盤研究部主任研究官〃粟飯原俊夫千葉市消防局予防部指導課課長〃中西正則大阪市消防局警防部計画情報課課長〃永嶋英行財団法人建築行政情報化センター研究開発主幹事務局大嶋文彦総務省消防庁特殊災害室係長〃神忠久財団法人日本消防設備安全センター特別参与〃片岡正弘〃調査役（※：途中退任の委員）

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（位置特定センサ部の小型軽量化等の開発に関するワーキンググループ）

２．位置特定センサ部の小型軽量化等の開発

2-1. はじめに 消防活動が困難な空間において火災、事故等が発生した場合であっても、消防機関は救助及び消火活動を行うことが求められている。本WG による開発研究は、そうした消防活動が困難な空間において隊員の位置を常に把握し、消防活動を支援することのできるシステムを開発することにある。今年度は平成14 年度までの成果を踏まえつつ、さらに高度な技術を活用することにより、より小型で使用性の高いものを開発しようとするものである。すなわち、平成14 年度までには、隊員の位置を把握する方法として慣性航法装置を用いた自律的な位置特定システムの開発研究を行い、精度面では良好な結果を得たが、装置の大きさなど使用性の点で改善の余地があった。平成15 年度は慣性航法装置の一層の小型化等を図り、実際の現場で使用しやすいものとする。 2-2. 平成 15 年度の開発の目標 平成15 年度は下記の要件を満足することを目的として開発を行った。 1) 重量を 1/2 以下にする。（９Kg→4.5Kg 以下） 2) 装着後の活動の容易さを考慮した筐体デザインとする。・筐体のデザインを機能的な構造設計に基づく使いやすい筐体デザインとする。 3) 初期化に要する時間を短縮する。・初期値入力方法を従来のペン入力方式から電子タグによる入力に変更する。・消防自動車のカーナビデータとリンクさせ、カーナビなどからの速度信号から慣性装置の方位角や位置情報をセットする方式とし、初期化（アライメント）を現場で行う必要がないように配慮する。 4) 通信装置や電子タグ読み取り装置の内蔵化は考慮するが、今年度の設計には反映せず昨年度までの無線LAN と電子タグリーダを対象とする。 2-3. 消防隊員の位置特定システムの開発 平成15 年度の開発目標に従って小型で軽量な位置特定センサを開発すべく、その基本的な開発方針を次のように設定した。 1) 小型軽量化平成１４年度に開発した位置特定システムでは、比較的精度の高いリングレーザージャイロ（RLG）とサーボ加速度計を使用する必要があったため、外形・重量が大きく消防隊員が携帯できる装置としては問題があった。そこで平成１５年度はそ

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5 れを大幅に改善することを目標として開発に着手した。しかし現在の慣性センサ技術では、精度を維持し小型軽量化するには特別な技術的ブレークスルーが無い限り不可能であるが、幸いに今日では下記の理由により若干の精度低下はあるものの小型軽量化が図られつつあり、本年度はその技術を流用し小型化する結果となった。・飛翔体の位置検出における精度向上要求により多くのRLG システムが使用される環境になり、小型軽量化が実現している。・外形を決定する第一の要素であるRLG のガラスブロック周辺部分が簡素化され、全体的な小型になった。・ RLG を制御する電子回路が近年の電子部品の改良に伴って大幅に小型化され、またASIC 等の採用により回路構成を省スペースで実現できるようになった。・ RLG を含む内部の構成部品の配置を再検討し、省スペース設計を行なった。・ RLG に使用するミラーの歩留まりを改善することで、全体的な精度向上を行なった。・上記精度向上でも達成できない部分については、詳細な温度補正を行なうことで精度を維持する。・ RLG 精度が影響する方位精度については、外部から入力する方法に変更し、精度低下による影響を極力排除した。これらの改善項目をまとめると図3-1 のようになる。

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6 図3-1. 開発の方針 2) アライメント時間の削減平成１４年度器材は、慣性装置としては従来と同様の使い方を行なったため、慣性装置として必須のアライメント動作（真北を計測する動作）を行なっている。これは RLG 固有のランダムノイズの影響で方位が変化することを防ぐための平均化時間であり、通常５∼８分必要である。しかし、実際の現場ではそのような時間は無駄であり本装置の運用における最大の問題である。実用化に向けては、後述の移動アライメントあるいは相当の行為により現場ではアライメントを行なわないことを考えており（これが移動中アライメントであるが）、本年度の開発では既に方位が分かっていることを前提とした。実運用では現場での使用開始前、既に装置に電源が投入され動作状態にあり即座に使用できるが、今回は初期の自己診断等２分程度時間を必要とする。この時間は、車両の運転時間に含まれるものとする。 3) 低消費電力化慣性装置の小型軽量化外部入力方位ジャイロバイアスの影響を少なくするミラーの歩留まり改善同じサイズで RLG の精度維持ガラスブロック周辺の簡素化 RLG 制御回路の小型化内部構成品の構造変更温度補正の精密化 RLG システムの飛翔体への採用による量産

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7 慣性装置の小型化に伴いその消費電力も削減されている。平成 14 年度での消費電力(40W)に比較し、今回の開発品は約 20W であり概ね半分に低減されている。リチウムイオンバッテリー(0.8AH)を使用し、重量 750g であり、総合重量 3.0Kg となる。昨年度の 7.5Kg を予定通り半分にすることができている。連続動作時間も約 1.0H となっており、運用には十分と思われる。 4) 空気ボンベ携帯機への組み込み慣性装置を空気ボンベへ分解組み込みの案に対しては、具体的な案の考案が難しかった為、当面はZUPT/CUPT (Zero Velocity Update)/(Coordinate Update)（P13 参照）スイッチも含めて人間工学的な部分は、実用試作での開発で行なうことになった。しかしバッテリの取り付けに関しては、本年度の試作において明確にすることが重要と考え、空気ボンベのストラップに装着することにした。 5) 操作性の向上平成14 年度の開発においては、慣性装置の精度保証のための ZUPT を行なうスイッチを工業デザイナとともに検討した。その方式は、装置自体が空気ボンベとその背負子に装着されることから、背負子の肩ベルト(右側)にスイッチを装着することになった。しかし本年度中の開発はそのスイッチの製作が難しいとの観点から、従来のペンコンピュータによるマンマシンインターフェイスとすることになった。 ZUPT、CUPT の警報図3-2. 将来の装着イメージ

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8 2-3-1. 構成 2-3-1-1. ハードウエア構成 本年度開発した装置のハードウエア構成を図 3-3 に示す。IMU(Inertial Measurement Unit)は T-16B と称する RLG であり、その詳細は後述する。それを IMU 制御回路で制御しそこから得られる角速度(角度増分)、加速度(速度増分) のシリアル信号を受信回路で受信する。これにより航法演算プログラムにデータを引き渡すことが出来る。従来はこの部分の処理と演算の処理を別のCPU で行なっていたが、本年度は日立製のプロセッサ SH-4 で全てを実行している。 ZUPT/CUPT のコマンドは、CPU に接続されたシリアル入出力（SIO：Serial Input / Output）とペンコンピュータを接続し、従来と同様な運用とした。本年度はこの IMU 制御回路基板と演算用基板を新規に設計し、その妥当性を確認後、新規演算用ソフトウェアを開発した。

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9 図3-3. システムの全体構成 MPU SIO0 SRAM FRASH D/A バッテリ ±15V,5V 日立受信ロジック T-16B IMU MRLG ACC IMU 制御回路 LAN 電子タグ PCMCIA RS232C PC IMU 制御回路 MRLG パスレンス制御ディザー制御出力カウントの読み取り加速度信号のV/F レーザー共振制御

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11 演算基板慣性センサ慣性センサ制御基板電源装置演算基板上面から見た図開発した装置の内部状況側面から見た図図3-5. システムの内部構造

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12 2-3-1-2. ソフトウエア構成 2-3-1-2-1. 本装置の純慣性ソフトウエア構成を下図に示す。 本装置の基本ソフトウエアは純慣性アルゴリズムとペンコンピュータによる補正処理である。純慣性アルゴリズムは上記のようなループを描く処理であり、今回は100Hz で動作している。本年度のソフトウエアは、上記初期姿勢角は慣性センサで求め、真方位角と初期位置は外部入力としているのが特徴である。それぞれの概説を示す。 1) 角速度増分コンピュータによる演算処理を行なうために、角速度信号を離散化した信号(角度増分)である。 2) クォータニオン積算４次元法を使って、方向余弦ベクトルに使用する４次元数を計算する。加速度増分角速度増分クォータニオン積算方向余弦算出座標変換姿勢角算出速度算出コリオリ補正重力補正相対角速度算出緯度・経度真方位算出自転角速度算出補正角速度算出＋ − 図3-6.純慣性アルゴリズム 初期位置・真方位 初期姿勢

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13 3) 方向余弦算出得られた四次元数から、方向余弦を生成する。 4) 姿勢角算出得られた方向余弦から、姿勢角並びに方向余弦を計算する。姿勢角はロール角/ピッチ角、方位角は相対方位角である。 5) 加速度増分コンピュータによる演算処理を行なうために、加速度信号を離散化した信号(速度増分)である。 6) 座標変換いわゆる装置３軸の加速度を方向余弦を用いて、局地水平座標の加速度に分解するための座標変換である。 7) コリオリ補正・重力補正地球の自転角速度と速度により発生するコリオリ力の補正と地球に存在する重力加速度の補正を行なう。 8) 速度算出補正された加速度を積分して、局地水平面の速度を算出する。 9) 相対角速度計算任意の速度で地球上を移動する時の地球に対する角速度を計算する。 10) 緯度・経度・真方位計算地球に対する相対移動角速度を積分し、移動角(緯度・経度)を計算するとともに、予め決められた北からの方位角（真方位角）の移動による変動分を計算する。（自由方位座標計算） 11) 自転角速度算出緯度・経度・方位角情報から、局地水平面の各軸での自転角速度を計算する。 12) 補正角速度算出自転角速度と相対角速度を加算し、方向余弦の逆行列で装置３軸の角速度に変換し、入力角速度に補正を加える。 2-3-1-2-2. ZUPT/CUPT による補正演算 1) ZUPT による補正（速度ゼロ補正）装置が停止していることを基準に慣性装置の誤差を補正する手法である。通常慣性装置の速度誤差はそのトレンドが決まっており、停止時における慣性装置の速度誤差信号を使って、それを積分して得られた位置誤差を計算できる。 2) CUPT による補正（座標値補正）装置がある既知の場所を通過した場合に、慣性装置の位置を修正する方式で、本

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14 システムでは、電子タグによる位置補正が行なわれる。 2-3-2. 本年度の改良点 平成15 年度は平成 14 年度の実績を踏まえ装置の小型化を中心に開発を行なった。その詳細に関して解説する。 2-3-2-1. 慣性センサ 本装置で開発した慣性センサの特性と昨年度使用した慣性センサの特性を下記に示す。

表3-1. ジャイロ(MRLG：Monolithic Ring Laser Gyro)(１σ)

仕様諸元平成14 年度平成15 年度バイアス 0.03 deg/h 0.2 deg/h スケールファクタ 150 ppm 150 ppm ランダムウォーク 0.008 deg/h 0.05 deg/h

図3-6. Monolithic Ring Laser Gyro

表3-2. サーボ加速度計(1σ)

仕様諸元平成14 年度平成15 年度

バイアス 300 μG 300 μG

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15 図3-7. サーボ加速度計 3 軸開発に係わる技術的変更点 1) ガラスブロックに使用されるミラーの表面粗さ精度を緩和した。これによりレーザーの後方拡散量が増加し、ロックインレートが増大するため、ディザー角速度を大きくしたのが原因で、ランダムウォークノイズが増加した。これはアライメント時間の増加に繋がるが、運用でカバーした。同時にバイアス再現性も悪化するが、細かい温度補正と運用によりカバーした。補足１：「ディザー角速度」リングレーザージャイロは左右に回転する光の干渉により角速度を検出するため、あえて左右に回転をあたえて速度差をつける機能がディザーとよばれており、その大きさがディザー角速度である。補足２：「ランダムウォークノイズ」どのような信号も精度を上げるとノイズが見えるが、適当な周波数を持った有色ノイズである場合と周波数依存性のない白色ノイズの場合がある。この白色ノイズの信号を積分すると周波数に依存しない動きになり、この動きのことをランダムウォークノイズという。 2) レーザー部品の簡素化(アノード取り付け方法、リード線処理、バラスト抵抗の取り付け方法)をはかりガラスブロック全体を小型化した。 3) 加速度計を小型化し、全体の小型化とのバランスをとった。サーボ加速度計 1 軸分

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16 日立SH-4

図3-8.開発した慣性センサ制御回路

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17 2-3-2-2. 演算処理 本装置では、初期化におけるアライメント演算を行なわず外部入力による初期化を採用している。ペンコンピュータからの初期位置と真方位零の情報を使って慣性演算を初期化し(実際には方位零の方向に慣性センサを固定し、そこから演算を開始する)位置の計算を行なった。 2-3-2-3. 初期値入力 将来消防車両に取り付けた GPS 等により初期値データが得られるものとして、今回はペンコンピュータによる初期値入力方法とした。実運用においては、概ね２ Km 以内の初期値であれば、慣性装置の精度劣化には繋がらないため、概略の値で初期化しておいて電子タグの最初のデータで正確な位置に更新できる。 2-3-2-4. アライメント時間 平成14 年度では慣性センサの信号を用いてアライメントを行い真方位を検出したが、本装置においては車両搭載中にアライメントを行なうこと(その方法自身には議論が必要であるが)により、現場でのアライメントが不要となる。そこで、本装置ではアライメント機能は削除した。 2-3-2-5. データ記録機能 平成 14 年度の装置と同様にペンコンピュータによる計測位置の格納と ZUPT/CUPT による補正を行なった。 2-4. 実証実験結果 2-4-1. 慣性装置としての精度結果 実証実験として、先ず慣性センサの精度確認を行なった。方位零に設定し、そのときの純慣性精度を計測した。計測はZUPT 間隔単位であることを前提に、２分間の計測を行なった。結果を表4-1 に示す。

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18 表4-1. 純慣性精度計測結果(ｍ) 回数緯度方向誤差経度方向誤差上下方向誤差 1 1.15 1.48 0.03 2 2.07 -2.56 -0.06 3 0.83 2.23 -0.08 4 1.04 -0.77 0.1 5 2.4 1.14 0.08 RMS 1.62 1.77 0.07 ＲＭＳ：平均二乗誤差

バッテリー

開発した慣性装置

ペンコンピュータ

図

4-1.

試験風景

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19 2-4-2. 歩行データとしての精度結果 多摩川精機(株)構内を使用し二点間を往復することにより、誤差の蓄積状況を測定し、精度を確認した。このとき、ZUPT を行う間隔を２０秒と４０秒で、それぞれ精度を確認した。位置誤差(ｍ) １往復目２往復目３往復目Ａ→ＢＢ→ＡＡ→ＢＢ→ＡＡ→ＢＢ→Ａ ZUPT 間隔水平垂直水平垂直水平垂直水平垂直水平垂直水平垂直 20 秒 0.5 0.1 0.57 0.3 0.77 0.4 1.0 0.5 1.7 0.7 1.9 0.9 位置誤差(ｍ) １往復目２往復目３往復目Ａ→ＢＢ→ＡＡ→ＢＢ→ＡＡ→ＢＢ→Ａ ZUPT 間隔水平垂直水平垂直水平垂直水平垂直水平垂直水平垂直 40 秒 2.1 0.2 3.6 0.5 3.9 0.6 4.8 1.2 6.3 1.5 7.8 1.7 基準点徒歩約20 秒(28ｍ) 折り返し点

Ａ

Ｂ

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20 図4-2. 移動軌跡データ図4-3. 垂直方向の誤差蓄積 1 2 3 6 4 5 1 2 3 6 4 5 20 40 60 80 100 120 140 160 移動時間（秒） 0 ※ 図中の数字は、ZUPT 回数 20 40 60 ₈₀ 100 120 140 ₁₆₀ 移動時間（秒） 0 ※ 図中の数字は、ZUPT 回数

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21 2-5. まとめ 2-5-1. 成果と問題点 今年度の成果を以下にまとめる。 1) 重量は１／２以下（約 9Kg から約 4Kg）となり、十分な軽量化を達成できた。またサイズも体積で約１／４（20cm×35cm×12cm から 12cm×12cm×15cm）となり、携帯性も大幅に向上した。 2) 出動中の消防自動車のカーナビなどから信号をもらうことができれば、初期化時間も大幅に短縮できる。 3) 計測精度の実験によると、平成 14 年度に開発された大型のシステムより計測精度が若干劣るものの、実運用可能な精度であることが確認できた。 4) 軽量化のための薄肉筐体により、ジャイロのディザー（左右回転振動）音が共鳴している。隊員認知上は有効であるようなところもあるが、今後検討する必要がある。 2-5-2. 実用化への取り組み 実用化のために、今後以下のような課題に取り組むことが必要と考えられる。 1) 携帯性や操作性の要求を十分満足する位置特定システムとするために、装置の装着法やデザインを工夫する。たとえば、位置補正に必要なZUPT スイッチを酸素ボンベの右肩に取り付け、アラームおよびZUPT 指令を表示するなどの機能デザインを行う。同時に、ペンコンピュータによる外部からのオペレーションを廃止し、データ記録を装置内部で行なう。 2) 隊員の動作を自動判定することで、自動 ZUPT 処理を行い、ZUPT の頻度を削減する。 3) 移動中にアライメントを行なう方法は既に開発されているが、アライメントを含む初期化のタイミングについて、運用条件等を考慮し実証的に検討する必要がある。 4) 電子タグリーダ、無線 LAN との一体化(ソフトウエアも含めて)を実現する。 5) 上記のようなシステムの改良を、より実際の使用条件に近い環境下で実験を繰り返しながら進めていく。 2-6. 付属書類 1) 慣性装置構造図 2) 慣性装置結線図 3) 演算基板結線図 4) 慣性センサ制御基板結線図

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電子タグの仕様作成及び情報通信システムに関するワーキンググループ）

３．情報通信システム

3-１. はじめに 本事業では、昨年度、ジャイロをベースとした隊員の位置特定システムの整備を行ってきたが、実際、隊員同士の連絡方法、本部から隊員への命令伝達などでは、音声を含めた統合的な通信システムの必要性が明確になった。本年度は、この点を補うものとして、咽喉マイクを用いた無線通信システム（FiReCOS）の活用を中心に、地下空間でも信頼の置ける通信手段の開発を目標として進めた。 3-2. FiReCOS とは このシステムは、消防隊が火災現場において、活動中に使用するための「統合化した消防防災通信システム」であり、愛称を FiReCOS （商標：Fire fighting and Rescue Communication System の略。以下 FiReCOS と表記）と呼んでいる。

FiReCOS は、阪神淡路大震災発生時に、携帯無線機を用いた連絡において、多くの部隊が、限られた周波数の中で同時に共通波を使用したため混信し、通信システムとして現場で機能しなくなったことを契機として、日本国内において数千万人の人々が携帯電話を至る所で利用している現代において、大規模災害発生時等の場面でも、混信なく他の応援部隊との連絡をとることを目的として開発され、１対１の通信からグループ通信、更には移動系と固定系の相互通信や全国規模での通信も可能なコンピューターネットワーク技術を用いた拡張性の高いシステムとなった。現在、消防無線と防災行政無線の移動系と固定系は、割り当てられている周波数が違うため、お互いに乗り入れた通信はできない。ただ、現在、総務省、消防庁他関係官庁において、防災行政無線、消防無線のディジタル化に向けた検討がされており、これらの問題もその中で課題として検討されている。 FiReCOS は、PHS 移動体通信をベースにイーサネットで接続された、セルステーション（CS）を基地局に、通話端末を内線モードで使用することにより、秘話性を保たせ、また、多者通話のためのサーバ機能を持たせることにより、最大９端末があたかも電話会議をしているがごとく通話することが可能となり、隊員の相互連絡網としても機能する。 Cell Station Cell Station Ethernet LAN PIAFS サーバー管制用パソコン図２-１ FiReCos の概要図

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40 3-3. 災害発生時のインフラ網の想定 開発目標を設定するに当たり、現状のインフラに関しての整理を行った。 3-3-1. ネットワークの分類 3-3-1-1. イーサネット イーサネットは、現在構築されているネットワーク（LAN）のベースとなるシステムであり、安価で容易な接続により、ネットワークを構築することが可能である。現在、ケーブルについては、メタルケーブル（カテゴリ５）を使用し、コネクタは、RJ-45 規格のものが用いられている。伝送能力は、最大100Mbps のもの（100Base-TX）が普及しているが、送受信するデータが、文字ベースのものから、音声、映像とマルチメディア化、増大化するに従い、また、利用者（クライアント）の増加に伴い、光ケーブルを用いたシステムも増えている現在、大都市圏の建物の大半は、このネットワーク網が敷設されていると考えられる。 3-3-1-2. 無線ＬＡＮ 無線 LAN (WLAN) は、RF (無線周波数) 技術を用いたデータの送受信システムであり、ケーブルを介すことなく、データを送受信できる特徴がある。現在、一般的に使用されている規格は、IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) が策定した IEEE 802.11 であり、802.11 規格に準拠した WLAN では、イーサネットの場合と同様に、どのような LAN アプリケーション、ネットワーク・オペレーティング・システム、プロトコル (TCP/IP を含む) でも動作する。WLAN の場合、世界各国の主要な規制機関の承認の下に、未使用の周波数帯を利用してデータを伝送するが、使える周波数帯は国によって若干異なり、また、使用に際し、屋内のみ等という条件が加わる場合もある。表.３-１主な無線 LAN 規格 802.11b 802.11g 802.11a 伝送方式 DSSS (スペクトラム直接拡散方式) 2.4GHz 帯 OFDM (直交波周波数分割多重方式) 2.4GHz 帯 OFDM (直交波周波数分割多重方式) 5GHz 帯データ伝送速度 11,5,,2,1(Mbps) 54,48,36,24,18,12,9,6 ( M b p s ) 54,48,36,24,18,12,9,6 ( M b p s ) チャネル数 3 つの非重複チャネル 3 つの非重複チャネル 8 つの非重複チャネル (一部の国では 4) 伝送距離（屋内）※1 11MBps：30m 1Mbps：91m 54MBps：30m 6Mbps：91m 54MBps：12m 6Mbps：91m 伝送距離 (屋外)※1 ,２ 11MBps：120m 1Mbps：460m 54MBps：120m 6Mbps：460m 54MBps：30m 6Mbps：305m 互換性 IEEE802.11b 準拠 Wi-Fi IEEE802.11b 準拠 Wi-Fi IEEE802.11b 準拠 Wi-Fi ※１伝送距離は、標準的な参考値 ※２屋外伝送距離は、見通しでの距離無線 LAN によるネットワークは、どこでもネットワークを構築出来る利点がある反面、守秘性、伝送距離等にやや難があると考えられている。

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3-3-1-3. ＶＤＳＬ

DSL(Digital Subscriber Line) は、既存のメタル電話線、有線放送ケーブル等を用いて、高速広帯域のデータ伝送を可能にする技術の総称であり、その技術は、マルチメディアアプリケーションを利用するために、1989 年ベルコア（ベル・コミュニケーションズ・リサーチ）において開発されたが、インターネットの普及と共に ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)を始めとする、DSL 技術を活用が増えていった。

この中で、VDSL(Very high bit rate Digital Subscriber Line)は、伝送距離を短く限定することにより、ADSL に比較してより高速な伝送を可能にする技術として確立された。伝送速度、20∼40Mbps に対し、数 m から１ｋｍ程度の伝送距離が可能である。この利点は、ビル内等にある電話線等の通信網を活用し、容易にネットワークを構築できることにある。 3-3-2. 地下空間におけるネットワーク敷設の要件 例えば、地下空間においては、屋外とは遮断されており、携帯電話、PHS のような無線通信は使用出来ない。また、わざわざ、メタルケーブルを通信手段確保のために敷設することは考えにくい。仮に無線 LAN カードを各端末に組み込むと仮定し、その場合の伝送経路を考えた場合、防火扉のような電波の遮蔽率が高いものがその伝送を軽くする可能性がある。また、現状のFiReCOS を音声以外の情報も含めたデータ伝送として利用する場合も、通信網の確立に関して確実性が乏しいと考えられる。但し、現在中規模以上のビルについては、非常用の通信網の敷設が義務づけられており、火災報知システムに付帯する形での通話網があり、この通話網は、ビル内の集中管理センター等をハブに一定のポイント毎に開設されており、通話機を接続することで、その通信が可能である。ビル内にて、１階階段室にＣＳを設置した場合の２階、３階での通話品質の参考値を以下に示す。表３-２ビル内フロア間の通話品質アンテナ表示通話品質電界強度１F 階段室付近 5 5 70(dB.u.V) ２F 階段室付近 4 5 47(dB.u.V) ２F 階段室から 10m 2 2 27(dB.u.V) ２F 階段室から 20m 圏外 − 20(dB.u.V) ３F 階段室付近圏外 − 20(dB.u.V) 測定場所：日本ビクター（株）久里浜技術センター社屋フロア間：高低差約４ｍこのように水平方向であれば、ある程度の遮蔽に対しても通話が可能であるが、フロアをまたいだ場合は、通話がとぎれてしまう。地下においては、この状況が顕著であるため、臨時のネットワークを構築する必要が生じる。

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42 3-3-3. アドホックネットワーク 通信網の確立が乏しい状況では、各端末が自律的にマルチホップのネットワークを構成するアドホックネットワークの技術を用いることが有効であると考えられる。アドホックはラテン語の“ad hoc”をそのまま現代に持ち込んできた言葉で、「一時的な、この問題に限って、その場しのぎの、特別な」といったニュアンスをもっている。ここでいう、アドホックネットワークは、電話回線、携帯電話ネットワーク、インターネットワークなど既存の特定のネットワークインフラに依存することなく、“中継機能を搭載した移動端末だけから構成された一時的なネットワーク”のことを指す。アドホックネットワークは、台風や地震のような非常災害時における有効な情報通信インフラとして活用すべく、各機関、企業等にて研究開発を行っている。今回の事業での運用に考えると、各隊員の持つ移動型端末が中継機の役割をすることで、災害発生場所から、現場本部までの一時的なネットワークを構築することがこのアドホックネットワークを活用することで可能になってくる。現在、通信総合研究所、電気通信大学では、802.11 無線 LAN アドホックモードを用いた無線リンク上でのマルチホップによる TCP/IP 通信を可能にするための動的ルーティングソフトウェアの開発を行っている。ソフトウェアは、インターネットで広く利用されているOSPF(Open Shortest Path First)をベースとしたソフトウェアと、アドホックネットワークの標準化で検討されているAODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector)ルーティングプロトコルをベースとしたソフトウェアの開発を行っている。このうち、OSPF ベースのものは、無線 LAN のようなポイントツーポイント、ポイントツーマルチポイントのインフラについては、ネットワーク構成の頻繁な変更には対応できるが、制御時のオーバーヘッドが予想される。この実験では、AODV ルーティングプロトコルをベースとしたソフトウェアを各無線 LAN ノードにインストールすることで、有線系ネットワークから、任意に設定した各ノードを経由するネットワークが構築できる。 3-4. 開発ターゲットの設定 前項により定めた今年度の開発テーマについて、それぞれの開発ターゲットを次のとおり確定していった。 3-4-1. 可搬型セルステーション（HCS） HCS については、現在の能力から鑑み、以下に示す要求点に対し開発ポイントを定めた。表４-1 システム稼働のための要求点 (1) 酸素ボンベ等他の機器に付加出来る大きさ、形状であること (2) 防水対応であること (3) 質量が軽いこと (4) 消防隊員の活動単位時間（３０分）以上の連続使用が可能なこと

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43 表４-２開発ポイント (1) 大きさ形状 (a) 現在のＣＳの１／３以下の容積であること (b) ベルト着用が可能なこと (c) プラスティック樹脂を使用していること (2) 運用上とポータブル実行の改良 (a) 無線LAN カード内蔵 (b) アンテナ収納 (3) 可搬性の追求 (a) 充電型電源使用 (b) 使用時間連続１時間以上であること 3-4-2. ＶＤＳＬ VDSL については、現在火災報知器に付属する電話機能で使用する通信線を用いての伝送テストを試みた。 VDSL モデムについては、現在市販されている機種を用いた。 3-4-3. アドホックネットワーク（ＡＯＤＶ） アドホックネットワークの構築に関しては、先にあげた、通信総合研究所と電気通信大学が共同開発している、AODV ルーティングプロトコルをベースとした動的ルーティングソフトウェアを用い、仮想移動端末にソフトウェアを組み込むことでネットワークを構築した。

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44 3-5. 可搬型セルステーション（HCS）の試作 以上のことから、まず、可搬型セルステーションを新たに構築した。構築にあたっては、前項の内容を踏まえ、消防隊員が持ち運びでき、また活動中に通話のとぎれることのないような環境配分に心がけた。ケース素材：アルミアンテナ：外付け（無線ＬＡＮ側、PHS 側双方）ケースサイズ：W120mm×H75mm×D175mm ケース自重：260g バッテリー自重：230g 総重量：１．０ｋｇ通信機能：無線LAN（802.11b）、UDOP 使用バッテリー：MyBattery4400 （日本トラストテクノロジー社製）ベルトストラップ付き参考までに、FiReCOS の持つ基本的な仕様を記載する。表5-1 FiReCOS 基本仕様 (1) 使用周波数 1.9GHz 帯 (2) 平均出力 10mW（バースト値 80mW） (3) 端末本体重量約100 グラム (4) 連続使用時間６時間以上 (5) 通信周波数の自動割り機能（MCA) (6) ハンズフリー通話可能 (7) 双方向通話可能 (8) 騒音環境の下で使用可能 (9) 通話相手の識別と特定が可能 (10) 端末８台までのグループ通話が可能 (11) 画像などのディジタル情報の送信が可能 (12) 一般の消防携帯無線機との併用が可能 (13) 管制機による隊員情報管理 (14) 継機設置に対する拡張性図5-1 可搬型セルステーション

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45 3-6. 基礎実験 可搬型セルステーションを用いた通信実験を始めるに当たり、次の５点の実験を行った。 3-6-1. 消費電流測定 図６-１測定システムイメージ上のシステムを構築し、各事象に対するバッテリーからの出力電流値を測定した。図中、PS は、PHS 端末を、PBX は、ここでは、回線コントローラ PC を意味する。電源投入時：電源ON し、HCS がシステムから認識・登録され、通話接続可能となる瞬間まで（赤LED 連続点灯）アイドル時：1ch も通話接続していない状態（緑 LED が全消灯している状態） 1ch 使用時(接続時も含む)：アイドル状態から、PHS 無線回線を 1ch 使用して通話接続を完了した瞬間まで（緑LED が 1 個点灯） 2ch 使用時(接続時も含む)：1ch 使用状態から、更に PHS 無線回線を 1ch 使用して通話接続を完了した瞬間まで（緑LED が 2 個点灯） 3ch 使用時(接続時も含む)：2ch 使用状態から、更に PHS 無線回線を 1ch 使用して通話接続を完了した瞬間まで（緑LED が 3 個点灯）ランダム使用時(30 分間)：1ch 使用⇔2ch 使用⇔3ch 使用を繰り返す作業バッテリ PBX1 CS 1 PS1 “1001” AP 1 HUB 無線LAN 通話通話通話 PHS 無線 PHS 無線 HCS1 テスター DC-DC CPU 基板ﾒﾃﾞｨｱｺﾝﾊﾞｰﾀｰ＋ PS2 “1002” PS3 “1003” PS4 “1004” PS5 “1005” PS6 “1006” 電流を計測する

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46 3-6-2. バッテリー寿命試験 各稼働条件でのバッテリー寿命を測定した。図6-２測定システムイメージアイドル時：1ch も通話接続していない状態（緑 LED が全消灯している状態） 1ch 使用時：PHS 無線回線を 1ch 使用している状態（緑 LED が 1 個点灯） 2ch 使用時：PHS 無線回線を 2ch 使用している状態（緑 LED が 2 個点灯） 3ch 使用時：PHS 無線回線を 3ch 使用している状態（緑 LED が 3 個点灯） PBX1 CS1 AP1 無線LAN 通話通話通話 PHS 無線 PHS 無線 HCS1 PS1 “1001” PS2 “1002” PS3 “1003” PS4 “1004” PS5 “1005” PS6 “1006” バッテリー寿命を計測する

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47 3-6-3. 通話品質試験①（無線ＬＡＮ回線と通話品質の関係） 無線LAN アクセスポイント（AP）⇔HCS 間（無線ＬＡＮ）の距離を徐々に大きくした場合の各種試験を実施した。・HCS 電源投入時のシステム登録時間（HCS が使用可能となるまでの時間）・通話品質の主観測定・ファイル転送時データレート測定図６-３測定システムイメージ検査項目は、次の通りである。ＰＢＸ接続性（５段階） ? HCS の電源を投入し、回線コントローラにおいて該当する HCS のステータスが「未接続」から「アイドル」になることを確認する。その際に電源を投入して「未接続」から「アイドル」に変わるまでの時間を計測する。発呼接続性（５段階） ? ＰＳ間の通話接続が行えるか通話品質（５段階） ? 通話中の音声の明瞭度接続持続性（５段階） ? 接続中に通話が切断されてしまうことがあるか試験条件として、HCS、AP とも外付けアンテナを使用し、AP に関しては、三脚に取付設置した。 PBX2 CS2 AP 1 HUB 無線LAN 通話品質を評価する PHS 無線 PHS 無線距離を変化させる通話品質を評価す通話品質を評価する通話環境を変える 10m 位 PS1 “1011” PS2 “1012” PS3 “1013” PS4 “1014” PS5 “1015” PS6 “1016” LAN ｱﾅﾗｲｻﾞ伝送速度を計測する PC ( ﾌｧｲﾙ転送ｿﾌﾄ) CPU 基板ﾒﾃﾞｨｱｺﾝﾊﾞｰﾀｰ 960kByte のﾌｧｲﾙを PBX2 に転送する

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48 3-6-4. 通話品質試験②（PHS 回線と通話品質の関係） HCS⇔ＰＳ間（PHS）の距離を徐々に大きくした場合の各種試験を実施した。 ? ＰＳ上におけるアンテナ強度表示の確認 ? 通話品質の主観測定 ? PHS 無線回線の電界強度およびエラー率の測定図６-４測定システムイメージ検査項目は、次の通りである。アンテナの立ち（５段階） ? ＰＳの電源を投入し、画面上のアンテナバーの立ち具合を確認する発呼接続性（５段階） ? ＰＳ間の通話接続が行えるか通話品質（５段階） ? 通話中の音声の明瞭度接続持続性（５段階） ? 接続中に通話が切断されてしまうことがあるかの確認距離を変化させる電界強度測定通話環境を変える PBX2

CS2 HUB AP1 無線LAN 通話品質を評価する PHS 無線 HCS1 通話品質を評価する通話品質を評価する 10m PS4 “1004” PS5 “1005” PS6 “1006” PS1 “1001” PS2 “1002” PS3 “1003” ﾌｨｰﾙﾄﾞｱﾅﾗｲｻﾞ PHS 無線

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49 3-6-5. 移動通話試験 HCS のアクセスポイント乗り換え等 HCS の移動による通話の影響の調査図６-５測定システムイメージ通話断 ? 通話中に HCS を AP１（３階）から AP２（２階）に移動させ、呼の切断があったか確認する音途切れ ? AP 乗り換えの際、音途切れの時間を計測する。 3-6-6. 実験結果 これらの実験を行ったところ、次の結果が得られた。１）バッテリー出力電流測定(実施日：2004/2/14)

No. 稼働状態バッテリー Max.(mA)※₃ _Min.(mA) _Avg.(mA)

A-1 電源投入時 My Battery 1496 5V 電源:5.16V 3.3V 電源:3.304 V − 5V 電源:5.00 V 3.3V 電源:3.30 V − A-2 アイドル時 My Battery − − 1057 A-3 1ch 使用時※₁ _{My Battery} ₁₁₀₀ ₋ ₁₀₈₉ A-4 2ch 使用時※₁ _{My Battery} ₁₁₄₀ ₋ ₁₁₂₉ A-5 3ch 使用時※₁ _{My Battery} ₁₁₈₀ ₋ ₁₁₆₅ A-6 ランダム使用時※₂_{My Battery} ₁₁₉₆ ₁₀₅₂ ₁₁₂₉ ※１接続時も含む ※２合計３０分使用 ※３ max 値は一瞬 PBX2 CS2 HUB AP1 無線LAN 通話品質を評価する PHS 無線 PHS 無線 HCS1 通話品質を評価する通話品質を評価する約10m PS1 “1001” PS2 “1002” PS3 “1003” PS4 “1004” PS5 “1005” PS6 “1006” AP2 移動

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50 ２）バッテリー消耗試験 (1)My Battery（実施日：2/15∼22） No. 稼動状態試行回数寿命(時間:分) B-1-1 アイドル時 1 04:38 B-1-2 アイドル時 2 04:33 B-1-3 アイドル時 3 中止 B-2-1 1ch 使用時 1 04:36 B-2-2 1ch 使用時 2 04:35 B-2-3 1ch 使用時 3 中止 B-3-1 2ch 使用時 1 04:26 B-3-2 2ch 使用時 2 04:27 B-3-3 2ch 使用時 3 中止 B-4-1 3ch 使用時 1 04:10 B-4-2 3ch 使用時 2 04:08 B-4-3 3ch 使用時 3 中止 ※HCS の電源電圧減少による DC コンバーターON-OFF の繰り返しはない３）通話品質試験①（無線ＬＡＮ回線と通話品質の関係） (1) HCS 電源投入試験、ＰＳ接続試験、音声音質主観試験（実施日 3/16）距離(m) PBX 接続性発呼接続性通話品質接続持続性 100 5 30 秒 5 5 5 120 4 1 分 20 秒 5 5 5 150 4 1 分 30 秒 5 5 5 165 4 1 分 10 秒 5 5 5 170 1 接続できず稼動環境：屋外（PBX,AP は、事務所傍、AP は 1m の高さ、HCS は 1.7m の高さ）天候：晴れ【参考】5 段階評価の目安 5 4 3 2 1 PBX 接続性直ぐアイドルになる少し時間がかかるごくたまに接続× たまに接続× 完全に接続× 発呼接続性全く問題なしたまに失敗する半々たまに発呼できる全く発呼できず通話品質全く問題なしたまにプツプツ品質悪いが会話可何とか意思疎通可会話成り立たない接続持続性全く切れないたまにプープー良くプープー切れることがあるすぐ切れる (2)データ伝送速度計測（実施日 3/16）実施内容：ＬＡＮアナライザソフト、ファイル転送速度計測ソフト距離 (m) ログ開始時間ログ時間 (分) 全Pkt 数全Byte 数ファイル転送速度 100 15:16 2 6678 1.24M 2.3Mbps※₁ 120 15:12 2 - - 1.5M※₁ 150 14:24 2 6690 1.24M 771K※₁ 165 14:52 2 6712 1.24M 通信できず ※１下記数値にパケットオーバーヘッドは含まれていない ※２通話は１通話のみで確認稼動環境：屋外（PBX,は、事務所傍、AP は 1.7m の高さに設置、PS はアンテナを伸ばし、人間が手に持つ）

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51 ４）通話品質試験②（PHS 回線と通話品質の関係）（実施日：3/16）距離 (m) ｱﾝﾃﾅ表示の立ち発呼接続性通話品質接続持続性 Level(MAX) Error 100 5 本 5 5 5 60.9(dB.uV) 0(%) 150 5 本 5 5 5 50.6 0 200 3-4 本 5 5 5 41.6 0 220 3-4 本 5 4 5 43.0 0 240 5 本 5 5 5 54.0 0 ※240m での測定は、子機を 5m の高台に設置したことで電波状況が良くなったと思われる ※試験場所の環境条件より、測定は、240m までとした。【参考】5 段階評価の目安 5 4 3 2 1 PBX 接続性直ぐアイドルになる少し時間がかかるごくたまに接続× たまに接続× 完全に接続× ｱﾝﾃﾅの立ち良好に立つ立ちが少し不安定何とか立っている再起動でたまに○ 再起動しても× 発呼接続性全く問題なしたまに失敗する半々たまに発呼できる全く発呼できず通話品質全く問題なしたまにプツプツ品質悪いが会話可何とか意思疎通可会話成り立たない接続持続性全く切れないたまにプープー良くプープー切れることがあるすぐ切れる５）移動通話試験（実施日3/18）番号通話数スタート地点ゴール地点通話断音途切れ J-1 3 3F 2F なし 3 秒使用アクセスポイント Buffalo 社 WHR-A54G54 3-7. 考察 3-7-1. 消費電力（実験 3-6-1 の結果より） 電源投入時に瞬間的に消費電力が大きいことが判明したが、これはHCS に内蔵した、ＣＰＵボードの、ある初期化シーケンスで発生しているものであり、既知の仕様である。また、使用するチャネルが多くなるにつれ、消費電力が大きくなることが判明したが、その差は小さいものであった。なお、採用したバッテリーはこのような瞬間的な電力消費に対応していることを確認済みである。 3-7-2. バッテリー寿命（実験 3-6-2 の結果より） 各条件において３回試行する予定であったが、２回の測定でその差が５分以内であったため、３回目の測定は中止した。試験分類Ａで示したように、使用するチャネルが多くなるにつれ、消費電力が大きくなることから、駆動時間もこれに連動して変化することを確認した。また、採用したバッテリーは、DC-DC コンバーター、過充電、過放電、短絡保護回路を内蔵しており、残電力がある程度低下した時点でこのDC-DC コンバーターが、自動的に電力供給をストップする仕様となっているため、HCS の電源が ON⇔OFF を繰り返すような誤動作が発生しないことも確認した後に本実験を実施している。

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52 3-7-3. 無線 LAN 回線における通話品質の関係（実験 3-6-3 の結果より） 本測定は以下の条件で行った。 ? 天候晴天 ? 環境一方が山、一方がビルで挟まれた舗装路面上 ? 各端末の状態 HCS：外付けアンテナ装着、１．７ｍの三脚上に設置 A P：外付けアンテナ装着、１．０ｍの三脚上に設置 ① 無線ＬＡＮ回線と通話品質の関係無線ＬＡＮ距離に関わらず通話品質が安定しているが、これは無線LAN（IEEE 802. 11b）の伝送容量（最大 11Mbps）が、通話子機である PHS の音声データレートに対し、伝送容量的に十分余裕があるためと考えられる。 PHS の音声データレートは１チャネル当たり上りと下りで 64kbps であり、今回の実験で行われた３チャネル通話（１台の可搬型基地局の最大使用チャネル数）でも、192kbps 程度、パケットヘッダ等のオーバーヘッドを含めると1.25 倍の 240kbps 程度である。［補足］本システムでは、パケットヘッダ等のオーバーヘッドを含めると音声パケットのサイズは音声データサイズの1.25 倍であり、オーバーヘッドを含めたデータレートは、 192×1.25＝240kbps 程度となる。 ② HCS の回線コントローラへの登録 HCS 登録時間については、距離が大きくなると、その時間も長くなる傾向にあるが、階段状の変化を記録している。測定サンプルが少なく傾向を把握できていないが、プロトコル上の再送や待ち時間が関係しているものと思われる。 HCS 登録に 30 秒以上かかることはプロトコル上のエラーが発生している可能性がある。従って、通話性が良好（評価５）であっても、一度HCS がシステムから切り離されると再接続に時間がかかるため、通話接続性が不安定となる。よって今回は30 秒以内に HCS 登録ができた距離を保証距離とした。なお、HCS 登録時間は以下で表すことができる。 HCS 登録時間＝（HCS 起動時間（約１０秒）or 無線ＬＡＮリンク確立時間の何れか長い方）＋ＰＢＸ⇔HCS 間における認証・登録処理時間本測定では、電源投入時から通話可能となるまでの時間を計測したのみであり、上記の２要因・無線ＬＡＮリンク確立時間・ＰＢＸ⇔HCS 間における認証・登録処理時間の切り分けができていないため、切り分けのための実験を通じ、時間を要している部分を見つけ出し、改善しなければならない。

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53 ［補足］本システムにおいてHCS はＰＢＸと所定の認証シーケンスを経てシステムに認証・登録される。ＰＢＸはネットワーク上の各基地局と巡回サイクルにより制御・監視を行うため、今後は上記のようなＰＢＸの制御仕様と照らし合わせ、HCS 登録時間を高速化する調整が必要となる。また、HCS 登録時間の要因が無線 LAN のリンク確立時間によるものである可能性もあるため、この点に関しても今後より詳細な測定が必要である。 ③ 無線 LAN 回線における距離との関係本環境下における、無線ＬＡＮリンク確立の限界距離であった１５０ｍでは、データレートが、７７１ｋｂｐｓと計測された。これはパケットヘッダ等のオーバーヘッドを含めない真のデータ伝送速度であり、①の考察で記したPHS の音声データレートと比較して伝送容量的には余裕があると考えられる。しかしながら、HCS、AP 双方の設置位置によりこの性能は大きく左右されることが判明しており、本実験で得られた性能はベストケースと考えるべきである。なお、IEEE802.11b 規格では見通し１００ｍ以内の動作保証としていることを考慮すると、本測定によって下記の性能が確保された。 ? 天候晴天（１０−２０℃） ? 環境屋外、舗装路面上付近で他の無線LAN が使用されていない状態 ? 各端末の状態 HCS：外付けアンテナ装着、地上１ｍ以上に設置 AP：外付けアンテナ装着、地上１ｍ以上に設置 ? HCS の AP に対する垂直面の角度差：３０°以下（０°に対し３ｄＢの減衰） ? 保証距離上記条件において見通し１００ｍ［補足］今回使用した外部アンテナは水平方向に対しては無指向であるが、垂直方向に対しては利得が殆ど取れない。よってアンテナの設置の角度、各端末の使用時の高さに注意が必要であり、角度、高低差によっては上記の保証距離が満たされない場合もあることを付け加える。更に、AP と HCS の間を人間や物体が通過した場合、一時的に電波が遮蔽される状態となることが考えられる。現時点ではそのような状態における影響を測定していないため、状況によっては上記の保証距離が満たされない場合もあることを付け加える。 3-7-4. PHS 回線における通話品質の関係（実験 3-6-4 の結果より） 本測定は以下の条件で行った。 ? 天候晴天 ? 環境一方が山、一方がビルで挟まれた舗装路面上

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54 ? 各端末の状態 HCS：外付けアンテナ装着、１．７ｍの三脚上に設置 PS：アンテナを伸ばした状態、人間が手に持った状態 ①HCS と PS 間での通話品質 HCS⇔AP 間距離（無線ＬＡＮ距離）より HCS⇔ＰＳ間距離（PHS 距離）の方が稼げることが判明したが、それぞれ使用する周波数、信号方式が異なるため、環境によってはこのような性能差が生じてくる。この双方の無線インターフェースの利点・欠点を考慮し、 HCS の設計時、およびシステム構築時に考慮する必要がある。 ②HCS の保つ伝搬能力測定環境の都合上、240m までしか計測できなかったが、本計測では 200m を超えてから、音声品質に低下が見られた。しかし、PS の位置を高くすることによって、音声品質・電波強度とも改善されることが判明した。なお、PHS の規格である［ARIB RCR STD-28］では、見通し 100m 以内の動作保障としていることを考慮すると、本測定によって下記の性能が確保された。 HCS の PHS インターフェース性能 ? 天候晴天（１０−２０℃） ? 環境屋外、舗装路面上付近で他の無線LAN が使用されていない状態 ? 各端末の状態 HCS：外付けアンテナ装着、地上１ｍ以上に設置 HCS の AP に対する垂直面の角度差： 30°以下（同じ高さとなる 0°に対し 3dB の減衰） HCS と PS の高低差： HCS⇔PS 間距離が見通し 100m で 5m 以内 ? 保証距離上記条件において見通し１００ｍ ③PHS 回線における距離、遮蔽等との関係今回の測定結果から、50[dB.uV]の電波強度が確保されていれば、安定した通話接続が行えることが判明し、100m であれば十分強度が確認された。しかしこの範囲内であっても、ビルをまたぐような状態ではＰＳ上で「圏外」と表示された。［補足］ 3-7-3.③の補足で記した事項と同じく、アンテナの指向性、通過物による電波遮蔽から上記の保証距離が満たされない場合もあることを付け加える。 3-7-5. 移動通話試験（実験 3-6-5 の結果より） 本測定は１回しか行われていないため、測定結果はあくまで参考データである。今後試行数を増やし、アクセスポイント設置位置、HCS の移動の仕方等を変化させ、 ? 通話が切れることがあるか ? 乗り換え中の無音時間 ? 乗り換え時のノイズ