情 報 通 信 1 まえがき 昨今，災害発生時，災害現場のライブ動画像を伝送し， 災害規模の把握や被害の拡大防止に役立てようとする試 みが行われている。例えば，地滑り災害時に当該区域を 上空からヘリコプタ等により撮影し，画像を分析するこ とが行われている。 しかし，地下災害やトンネル災害等において，無線通 信は電波の伝搬を妨げる障害物が多く，災害現場との通 信は非常に困難である。 そこで，地下街等で高速・大容量通信が利用可能な， GHz帯の超高周波電波が伝送できる長距離漏洩同軸ケー ブルの研究開発を行ない，同ケーブルをインフラとして 使用し，ライブ動画像の送受信や酸素・有毒ガスの濃度 を測定し，消防隊員や被災者の安全サポートを行うアプ リケーション装置の開発を行なっている。それぞれのア プリケーションの動作確認を行ったので，その結果を報 告する。 2 高速防災無線情報システム概要 本研究の目指している高速防災無線情報システムの目 的・目標を以下に示す。（図 1） ① 地下街等と地上基地の間で，十数 Mbpsの通信が可能 なインフラの構築を可能とする。 ② インフラに使用する漏洩同軸ケーブルは，天井等への 常設型と，災害現場等で仮設的に設置する臨時展開型 とする。 ③ 本インフラを利用し，ロボットの遠隔制御を可能とす る。 ④ 本インフラを利用し，双方向の音声通信 /テレメータ データ伝送を可能とする。 ⑤ 本インフラを利用し，可搬形映像伝送装置により高画 質動画像映像伝送を可能とする。
GHz帯長距離漏洩同軸ケーブルを用いた
高速防災無線情報システムの研究開発
High Speed Communication System for Emergencies
Using Long-distance GHz Leaky Coaxial Cables
長野県工業技術総合 センター 国立大学法人 信州大学 株式会社サーキット デザイン 加賀電子株式会社 菱星通信システム株式会社 ネットワーク技術部 菱星通信システム株式会社 ネットワーク技術部
高木 秀昭
和崎 克己
小池 幸永
黒田 善夫
西川 敏行
守山 直志
■ H. Takagi ■ K. Wasaki ■ Y. Koike ■ Y. Kuroda ■ T. Nishikawa ■ N. Moriyama
ケーブル事業部 高周波技術部 ケーブル事業部 高周波技術部 ケーブル事業部 高周波技術部
金子 隆
奥園 博三
渡邉 園生
■ T. Kaneko ■ H. Okuzono ■ S. Watanabe
地下災害やトンネル災害において，災害現場と地上基地との間で双方向の高速・大容量通信が可能な GHz帯の電波が 伝送できる長距離漏洩同軸ケーブル（LCX）の研究開発を行っている。同時に，この同軸ケーブルを利用したロボット遠 隔制御システム，テレメータシステム，映像伝送システムの研究開発を行っている。開空間および，建物の陰にケーブル を敷設して実環境に近い場所でのアプリケーション通信実験を行い，それぞれの場所で動作を確認した。
〔キーワード〕 漏洩同軸ケーブル，LCX，GHz帯，無線 LAN，高速・大容量通信
Long-distance leaky coaxial cables (LCX) that can transmit radio waves of the GHz band used for interactive high-speed and large capacity communication is researched and developed for underground and tunnel disasters. At the same time, the robot remote control system, the telemeter system, and the image transmission system are researched and developed using leaky coaxial cables. The application communication experiment was conducted in an open space and in an area shaded by a building where the environment was close to the actual site. Operation in each place was confirmed.
3 漏洩同軸ケーブルシステム 3 .1 漏洩同軸ケーブル R-LCX50-4SL-75 本研究には，無線 LAN（IEEE802 .11 b/g規格対応）で アンテナとして使用可能な漏洩同軸ケーブル R-LCX50-4SL-75を使用した。消防無線などに使用される通常の漏 洩同軸ケーブルとは異なり，細径 10 Dサイズで開発され ており，敷設時の取扱が容易なケーブルとなっている。 ケーブルの構造を図 2 ，寸法を表 1 ，電気特性を表 2 に示す。 3 .2 無線 LANアクセスポイント WB30021 R-LCX50-4SL-75を無線 LANアンテナとして使用す るには，本ケーブルと技術適合証明を取得している無線 LANアクセスポイントが必要である。当社で販売して いる無線 LAN アクセスポイント WB30021 は，本ケー ブルで技術適合証明を取得している。WB30021 の外観 を図 3 に，仕様を表 3 に示す。 80℃ 地上基地 無線 LANAP 中継装置 LCX ケーブル 災害現場 図 1 高速防災無線情報システム
High-speed disaster prevention radio information system 80℃ 地上基地 無線 LANAP 中継装置 LCX ケーブル 災害現場 図 1 高速防災無線情報システム
High-speed disaster prevention radio information system
内部導体
絶縁体 漏洩孔
外部導体 被覆
図 2 漏洩同軸ケーブル構造
Leaky coaxial cable structure 内部導体
絶縁体 漏洩孔
外部導体 被覆
図 2 漏洩同軸ケーブル構造
Leaky coaxial cable structure
表 1 R-LCX50-4SL-75 構造寸法
R-LCX50-4SL-75 structure and dimensions
項目 構造 外径 内部導体 軟銅管 4 .7 mm 絶縁体 超高発泡ポリエチレン ― 外部導体 漏洩孔付銅ラミネートテープ 12 .4 mm 被覆 ポリエチレン（黒色） 15 .5 mm 概算質量（コネクタ除く） 190 g/m 表 1 R-LCX50-4SL-75 構造寸法
R-LCX50-4SL-75 structure and dimensions
項目 構造 外径 内部導体 軟銅管 4 .7 mm 絶縁体 超高発泡ポリエチレン ― 外部導体 漏洩孔付銅ラミネートテープ 12 .4 mm 被覆 ポリエチレン（黒色） 15 .5 mm 概算質量（コネクタ除く） 190 g/m 表 2 R-LCX50-4SL-75 電気特性 R-LCX50-4SL-75 electric characteristic 結合損失 （2 .4 GHz） 50％確率値95％確率値 77 ± 10 dB81 ± 10 dB 標準減衰量（2 .4 GHz） 11 .9 dB / 100 m VSWR（2 .4 ± 0 .1 GHz） 1 .5以下 特性インピーダンス（>10 MHz） 50 ± 5 W 表 2 R-LCX50-4SL-75 電気特性 R-LCX50-4SL-75 electric characteristic 結合損失 （2 .4 GHz） 50％確率値95％確率値 77 ± 10 dB81 ± 10 dB 標準減衰量（2 .4 GHz） 11 .9 dB / 100 m VSWR（2 .4 ± 0 .1 GHz） 1 .5以下 特性インピーダンス（>10 MHz） 50 ± 5 W 3 .3 開空間における特性 WB30021と R-LCX50-4SL-75 を接続し，この構成か ら送信される無線 LAN信号を，ノートパソコンに接続 した無線 LANカードで受信し，信号強度分布を測定し た。測定結果を図 4 に示す。 また，災害時の通話手段として，VoIP電話および PDA （図 5）による通話可能な最大距離を測定した。 表 4 に示すとおり，機種により異なるが，150 m超で の通話を確認することができた。 なお，本検証は，漏洩同軸ケーブル 300 mを敷設して いる当社 福井製作所の試験ヤードで行った。（図 6） 図 3 無線 LANアクセスポイント WB30021 外観
Wireless LAN access point unit WB30021
図 3 無線 LANアクセスポイント WB30021 外観
Wireless LAN access point unit WB30021
表 3 WB30021 仕様 WB30021 specifications 項目 値 無線占有周波数帯域 2 .401 ∼ 2 .483 GHz 無線変調方式 OFDM / DSSS 無線出力 1 .5 mW / MHz 使用可能チャンネル 1 ∼ 13 ch 無線通信方式 CSMA / CA 適合規格 ARIB STD-T66 802 .11 b / 802 .11 g 802 .3 / 802 .3 u 適合暗号化方式 WEP / AES 動作温度範囲 − 20 ∼ 55 ℃ 本体外形寸法 198× 198 × 70 mm 消費電力 30 W以下 本体重量 1 .8 kg以下 表 3 WB30021 仕様 WB30021 specifications 項目 値 無線占有周波数帯域 2 .401 ∼ 2 .483 GHz 無線変調方式 OFDM / DSSS 無線出力 1 .5 mW / MHz 使用可能チャンネル 1 ∼ 13 ch 無線通信方式 CSMA / CA 適合規格 ARIB STD-T66 802 .11 b / 802 .11 g 802 .3 / 802 .3 u 適合暗号化方式 WEP / AES 動作温度範囲 − 20 ∼ 55 ℃ 本体外形寸法 198× 198 × 70 mm 消費電力 30 W以下 本体重量 1 .8 kg以下 0 m 100 m 200 m 単位［dBm］ 300 m 図 4 開空間 直線 300 m信号強度分布
300 m linear LCX cable in open space, Signal strength distribution map
0 m 100 m 200 m
単位［dBm］ 300 m
図 4 開空間 直線 300 m信号強度分布
300 m linear LCX cable in open space, Signal strength distribution map
図 5 VoIP端末（左から N900 iL/WIP5000 /MC50）
VoIP terminal (N900 iL/WIP5000 /MC50 )
図 5 VoIP端末（左から N900 iL/WIP5000 /MC50）
3 .4 曲がりの特性 漏洩同軸ケーブル 150 mを長野県工業技術総合セン ターの建屋の外側に敷設し，実際使用する場合を模擬し， 曲がりや障害物のある状態における検証を行った。 ケーブルは 0 − 65 m地点では高さ 60 cm，65 − 150 m 地点は高さ 210 cmに敷設した。 3 .1項と同じ無線 LAN受信設備を用いて，信号強度分 布を測定した。結果を図 7 に示す。 漏洩同軸ケーブルを直線状に敷設した場合の結果（図 4） と比較すると，信号強度が低くなる場所が存在した。 これは，漏洩同軸ケーブルが曲線設置された場所では， 曲がる前より，放射電波や障害物からの反射波による干 渉の増大や，通信可能な漏洩孔の減少が原因と思われる。 表 4 音声伝送試験結果
VoIP transmission test results
使用機器 種類 通話最大距離
N900 iL VoIP電話 150 m
WIP5000 VoIP電話 200 m
MC50 PDA（SoftPhone） 290 m
表 4 音声伝送試験結果
VoIP transmission test results
使用機器 種類 通話最大距離
N900 iL VoIP電話 150 m
WIP5000 VoIP電話 200 m
MC50 PDA（SoftPhone） 290 m
図 6 福井製作所試験ヤード
Fukui works test yard
図 6 福井製作所試験ヤード
Fukui works test yard
0 m 無線 AP 65 m 150 m 単位［dBm］ 図 7 建屋間 曲線 150 m信号強度分布
150 m curved LCX cable between buildings, Signal strength distribution map 0 m 無線 AP 65 m 150 m 単位［dBm］ 図 7 建屋間 曲線 150 m信号強度分布
150 m curved LCX cable between buildings, Signal strength distribution map 3 .5 中継装置の開発 漏洩同軸ケーブル 1 本のみでは最長 200 m∼ 300 m での通信しかできないため，多段で使用し，より長距離 で通信を行うための中継装置の開発を行った。仕様・特 長は以下の通りとした。 ① Home Plug AV 方式を採用 ② OFDM（直行周波数分割多重）による同軸通信 ③ 2 MHz∼ 30 MHzの周波数帯を利用 ④ 同軸トランシーバとして動作 中継装置には，基地局に使用するタイプ（図 8）と，中 継局に使用するタイプ（図 9）の二つの開発を行った。 それぞれの中継装置を利用し，図 10 の構成で，伝送試 験を行ったところ，基地局側の漏洩同軸ケーブルからの 通信も，中継局側の漏洩同軸ケーブルからの通信も，と もに劣化せず，高速通信が可能であることを確認できた。 10/100BASE-TX 100BASE-TX 100BASE-TX 802.11b/g（2.4 GHz） 802.11b/g ＋ Home Plug AV
Home Plug AV（2 ∼ 30 MHz）
AC100 V DC5 V DC24 V DC24 V DC3.3 V アクセス ポイント部 同軸 トランシーバ部 スイッチング ハブ部 合波部分波・ 直流電源重畳部 電源部 図 8 基地局構成
Base bridge block diagram
10/100BASE-TX 100BASE-TX 100BASE-TX 802.11b/g（2.4 GHz） 802.11b/g ＋ Home Plug AV
Home Plug AV（2 ∼ 30 MHz）
AC100 V DC5 V DC24 V DC24 V DC3.3 V アクセス ポイント部 同軸 トランシーバ部 スイッチング ハブ部 合波部分波・ 直流電源重畳部 電源部 図 8 基地局構成
Base bridge block diagram
100BASE-TX
802.11b/g（2.4 GHz）
802.11b/g ＋ Home Plug AV Home Plug AV（2 ∼ 30 MHz） Home Plug AV DC5 V DC24 V DC24 V DC24 V DC3.3 V DC3.3 V アクセス ポイント部 同軸 トランシーバ部 分波・ 合波部 スイッチング ハブ部 同軸 トランシーバ部 直流電源 抽出部 直流電源 重畳部 電源部 図 9 中継局 構成
Repeater block diagram
100BASE-TX
802.11b/g（2.4 GHz）
802.11b/g ＋ Home Plug AV Home Plug AV（2 ∼ 30 MHz） Home Plug AV DC5 V DC24 V DC24 V DC24 V DC3.3 V DC3.3 V アクセス ポイント部 同軸 トランシーバ部 分波・ 合波部 スイッチング ハブ部 同軸 トランシーバ部 直流電源 抽出部 直流電源 重畳部 電源部 図 9 中継局 構成
Repeater block diagram
中継局 300 m 50 m LCX ケーブル（2 段目） LCX ケーブル（1 段目） 基地局 図 10 中継装置 試験構成
Repeater system test configuration
中継局 300 m 50 m LCX ケーブル（2 段目） LCX ケーブル（1 段目） 基地局 図 10 中継装置 試験構成
4 ロボット遠隔制御システム 4 .1 ロボットの必要性 災害時には，建造物の倒壊や，高温高熱・有毒ガスなどに より消防隊員が現地状況確認を行うことが困難な場合が多 い。そこで，二次災害を防ぐため，災害現場で漏洩同軸 ケーブルをインフラとして，ロボットを遠隔操作するシ ステムを開発した。 4 .2 ロボットの仕様 漏洩同軸ケーブルをインフラとし，ロボットの制御お よび画像伝送通信を行うため，無線 LANクライアント ブリッジを実装した。また，障害物との衝突の回避，移 動可能な経路の判別，目標物の発見などの条件を満たす ため，分解能は粗いものの環境全体の大局的情報が獲得 できる，全方位カメラを実装した。 遠隔操作ロボットを図 11 に示す。 4 .3 実証試験 長野県廃トンネルに設置した漏洩同軸ケーブル 300 m を用いて，遠隔制御ロボットの走行実験を行った。 ケーブルに沿って遠隔操作した場合，ロボットの制御 に関しては，無線 LAN接続の瞬断により完全に操作不 能となることは見られなかった。 画像伝送に関しては，200 m付近まで問題なく閲覧で きた。遠隔制御および映像閲覧のソフトウェアのシステ ム画面を図 12 に示す。 図 11 遠隔操作ロボット
Remote control robot
図 11 遠隔操作ロボット
Remote control robot
図 12 遠隔制御 /映像閲覧ソフトウェア
Remote control and decode software screen
図 12 遠隔制御 /映像閲覧ソフトウェア
Remote control and decode software screen
5 テレメータ装置システム 5 .1 テレメータの必要性 災害時に，消防隊員が現地状況確認を迅速かつ円滑に 行うためには，目視不能な温度・酸素濃度情報や，体感 が困難である有毒ガス濃度などの情報が必要不可欠であ るため，それらの情報を送受信するテレメータ携帯機と 受信機を開発した。 5 .2 テレメータシステムの仕様 携帯機（図 13）には，環境データ収集センサとして酸素 濃度センサ，可燃性ガスセンサ，周囲温度センサ，機器電 源電圧センサを，アクチュエータとして警報ブザーを搭載 した。また，収集データを分析して携帯機を所持した消防 隊員に対して警告を発することができる機能も実装した。 5 .3 実証試験 本テレメータの伝送で使用する無線周波数は，漏洩同 軸ケーブルの仕様である 2 .4 GHz帯ではなく 1 .2 GHz であるため，直接接続ができず，受信機と漏洩同軸ケー ブルを電磁結合し，動作確認を行った。 電磁結合で通信の到達率を測定したところ，結果は以 下の通りとなったため，300 mでも問題なくデータの送 受信が可能であることがわかった。 ① 開空間（福井製作所）：到達率 100 ％ ② 閉空間（トンネル内）：一部 96 ％，他到達率 100％ ここで，テレメータ情報表示画面を図 14 に示す。 図 13 テレメータ携帯機
Telemetry cordless handset
図 13 テレメータ携帯機
Telemetry cordless handset
図 14 テレメータ情報表示画面
Telemetry information software screen
図 14 テレメータ情報表示画面
6 映像伝送システム 6 .1 無線 LAN映像送信機 災害時に，消防隊員が現地のリアルタイム映像を地上 基地へ配送するため，無線 LANに対応した映像送信機 （図 15） を開発した。 6 .2 実証試験 福井製作所試験ヤード，および長野県廃トンネルにおい て，漏洩同軸ケーブルの始点に受信部をセットして，映像 伝送の実用性評価試験を行った。測定結果を以下に示す。 ① 開空間（福井製作所）： 歩行映像 100 m 静止映像 200 m ② 閉空間（トンネル内）： 動作確認のみ また，使用するカメラに，福井製作所試験ヤードでは， 通常のビデオカメラ，長野県廃トンネルでは，赤外線サー モカメラを選択した。トンネル内において，全く光のない 状況でもトンネル内の様子と人物を認識できる映像を，送 受信することができた。図 16 に福井製作所試験ヤードで の映像，図 17 に長野県廃トンネルでの映像を示す。 図 15 無線 LAN映像送信機
Wireless LAN movie encoder
図 15 無線 LAN映像送信機
Wireless LAN movie encoder
図 16 通常カメラ受信映像（開空間）
Video camera decoder screen (open space)
図 16 通常カメラ受信映像（開空間）
Video camera decoder screen (open space)
7 む す び 映像・音声・テレメータ・ロボット遠隔制御，それぞ れのアプリケーションが，漏洩同軸ケーブルをインフラ として送受信可能であることがわかった。 漏洩同軸ケーブルは耐熱・難燃仕様も試作されてお り，今後，災害現場を想定した高温環境での実証実験を 行う。また，アプリケーションの同時，複数台使用の検 証，地下街等における実証実験なども行う。 謝 辞 本研究は総務省消防庁平成 18・19 年度消防防災科学 技術研究推進制度により行われた。関係者各位に深謝す る。 図 17 赤外線サーモカメラ受信映像（閉空間）
Thermal infrared imaging camera decoder screen (in tunnel)
図 17 赤外線サーモカメラ受信映像（閉空間）
