特許 7612590 検出装置および検出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-27

(45)【発行日】2025-01-14

(54)【発明の名称】検出装置および検出システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 11/14 20060101AFI20250106BHJP

   G01S 3/803 20060101ALI20250106BHJP

   G01S 5/30 20060101ALI20250106BHJP

   G01H 17/00 20060101ALI20250106BHJP

【ＦＩ】

G01S11/14

G01S3/803

G01S5/30

G01H17/00 Z

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021545196

(86)(22)【出願日】2020-08-24

(86)【国際出願番号】 JP2020031891

(87)【国際公開番号】W WO2021049285

(87)【国際公開日】2021-03-18

【審査請求日】2023-08-23

(31)【優先権主張番号】P 2019167252

(32)【優先日】2019-09-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(72)【発明者】

【氏名】清水 秀樹

【審査官】山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／００１６８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－００３９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１２１５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８０９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３１７６６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１４８４６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ１１／００－１１／１６

Ｇ０１Ｓ ３／８０－ ３／８６

Ｇ０１Ｓ ５／１８－ ５／３０

Ｇ０１Ｈ１７／００

Ｇ０１Ｂ１７／００－１７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

音波を検出する検出部と、
前記検出部が検出した音波の周波数スペクトルを求める周波数分析部と、
前記周波数スペクトルにおいてホイッスル音の基本波および複数の高調波の中で最も高い基本波または高調波を決定する判定部と、
前記判定部によって決定された前記最も高い基本波または高調波に応じて、前記検出部が検出したホイッスル音の発音源までの距離を推定する距離推定部と、
を有することを特徴とする検出装置。

【請求項2】

ホイッスル音の基本波および複数の高調波の周波数、前記基本波に対する前記複数の高調波のレベルならびに検出の下限レベルを示す特性情報を記憶する記憶部を更に有し、
前記判定部は、前記周波数スペクトルにおいて前記基本波および前記複数の高調波のピークが存在するか否かと、前記基本波から何倍の高調波までのピークが前記下限レベルを上回るかを判定し、
前記距離推定部は、音波の伝搬距離と減衰量との関係ならびに前記特性情報に含まれる前記レベルの情報および前記判定部の判定結果に基づき、前記検出部が検出したホイッスル音の発音源までの距離を推定する、請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

ホイッスル音の基本波および複数の高調波の周波数ならびに前記基本波に対する前記複数の高調波のレベルを示す特性情報を複数種類のホイッスルが発するホイッスル音のそれぞれについて記憶する記憶部と、
前記検出装置は、検出対象のホイッスルを使用者が選択可能な入力部をさらに有し、
前記距離推定部は、前記入力部を介して選択されたホイッスルについての前記特性情報に含まれる前記レベルの情報および前記判定部の判定結果に基づき前記距離を推定する、請求項１に記載の検出装置。

【請求項4】

ホイッスル音の基本波および複数の高調波の周波数ならびに前記基本波に対する前記複数の高調波のレベルを示す特性情報を記憶する記憶部と、
前記検出部が検出したホイッスル音の周波数スペクトルから当該ホイッスル音についての前記特性情報を求めて前記記憶部に記憶させる特性学習部をさらに有する、請求項１に記載の検出装置。

【請求項5】

前記検出部が検出した音波に含まれる基本波のレベルを表示する表示部と、
特定の方向からの音波の検出感度を上げるための集音フードと、
をさらに有する、請求項１～４の何れか一項に記載の検出装置。

【請求項6】

前記検出部は、それぞれが指向性を有し互いに異なる方向に向けられた複数の検出部であり、
前記検出装置は、前記複数の検出部がそれぞれ検出した音波に含まれる基本波のレベルの大小関係に基づき自装置に対する前記発音源の方角を推定する方角推定部をさらに有する、請求項１～５の何れか一項に記載の検出装置。

【請求項7】

請求項１～６の何れか一項に記載の検出装置である少なくとも一つの検出装置と、
前記検出装置と通信可能であり、前記検出装置の位置および前記検出装置が推定した前記距離に基づき前記発音源の位置を推定する管理端末と、
を有することを特徴とする検出システム。

【請求項8】

前記管理端末は、前記検出装置が有する記憶部にホイッスル音の基本波および複数の高調波の周波数ならびに前記基本波に対する前記複数の高調波のレベルを示す記特性情報を書き込み可能である、請求項７に記載の検出システム。

【請求項9】

請求項１～６の何れか一項に記載の検出装置と、
前記検出装置を搭載した移動体と、
を有することを特徴とする検出システム。

【請求項10】

請求項１～６の何れか一項に記載の検出装置と、
前記検出装置を搭載した移動体と、
前記検出装置と通信可能であり、前記検出装置の位置および前記検出装置が推定した前記距離に基づき前記発音源の位置を推定する管理端末と、
を有することを特徴とする検出システム。

【請求項11】

検出部が、音波を検出し、
記憶部が、ホイッスル音の基本波および複数の高調波の周波数ならびに前記基本波に対する前記複数の高調波のレベルを示す特性情報を記憶し、
周波数分析部が、前記検出部が検出した音波の周波数スペクトルを求め、
判定部が、前記周波数スペクトルにおいてホイッスル音の基本波および複数の高調波の中で最も高い基本波または高調波を決定し、
距離推定部が、前記判定部によって決定された前記最も高い基本波または高調波に応じて、前記検出部が検出したホイッスル音の発音源までの距離を推定する、
ことを特徴とする検出方法。

【請求項12】

ホイッスル音の基本波および複数の高調波の周波数ならびに前記基本波に対する前記複数の高調波のレベルを示す特性情報を複数種類のホイッスルが発するホイッスル音のそれぞれについて記憶部に記憶し、
入力部が、検出対象のホイッスルを使用者が選択するために使われ、
前記距離推定部は、前記入力部を介して選択されたホイッスルについての前記特性情報に含まれる前記レベルの情報および前記判定部の判定結果に基づき前記距離を推定する、
請求項１１に記載の検出方法。

【請求項13】

ホイッスル音の基本波および複数の高調波の周波数ならびに前記基本波に対する前記複数の高調波のレベルを示す特性情報を記憶部に記憶する、請求項１１に記載の検出方法。

【請求項14】

さらに、表示部が、前記検出部が検出した音波に含まれる基本波のレベルを表示し、
集音フードが、特定の方向からの音波の検出感度を上げる、
請求項１１～１３のいずれか一項に記載の検出方法。

【請求項15】

前記検出部は、それぞれが指向性を有し互いに異なる方向に向けられた複数の検出部であり、
方角推定部が、前記複数の検出部がそれぞれ検出した音波に含まれる基本波のレベルの大小関係に基づき自装置に対する前記発音源の方角を推定する、
請求項１１～１４のいずれか一項に記載の検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出装置および検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

災害時や遭難時に助けを呼ぶための防災ホイッスル（ＳＯＳホイッスル）が知られており、例えばライフジャケットに標準装備され、地方自治体などでも導入されている。防災ホイッスルは、軽く吹くだけで大きな音を鳴らすことができ、大声を出す体力のない人でも使うことができる。

【0003】

例えば特許文献１には、発生する高次倍音を増やし、音圧が大きく、音の立ち上がりが早くかつ注意喚起効果の高いビート音を発生させることを目的としたホイッスルの発明が記載されている。例えば特許文献２および３には、ホイッスルから発信される無線信号を受信することでそのホイッスルが吹かれたことを検出する発明が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－１０８３４５号公報

【文献】特開２００４－２６４３２４号公報

【文献】特開２０１６－１８０９２４号公報

【発明の概要】

【0005】

高齢化に伴い、実際に防災ホイッスルが吹かれたときに遭難者を捜索する人たちの年齢も高くなっている。防災ホイッスルは成人の人が最も聞き分け易い３．５ｋＨｚの音を発するが、例えば６０代の人の３．５ｋＨｚ音の聴力感度は２０代の人と比べて３０ｄＢ近く低下するため、捜索者がホイッスル音を聞き逃したり、音源位置を判別できなかったりすることがある。

【0006】

本発明は、ホイッスルの音を検出して音源までの距離を推定する検出装置および検出システムを提供することを目的とする。

【0007】

音波を検出する検出部と、ホイッスル音の基本波および複数の高調波の周波数ならびに基本波に対する複数の高調波のレベルを示す特性情報を記憶する記憶部と、検出部が検出した音波の周波数スペクトルを求める周波数分析部と、周波数スペクトルにおいて基本波および複数の高調波のピークが存在するか否かと、基本波から何倍の高調波までのピークが予め設定された下限レベルを上回るかを判定する判定部と、音波の伝搬距離と減衰量との関係ならびに特性情報に含まれるレベルの情報および判定部の判定結果に基づき、検出部が検出したホイッスル音の発音源までの距離を推定する距離推定部と、を有することを特徴とする検出装置が提供される。

【0008】

記憶部は、複数種類のホイッスルが発するホイッスル音のそれぞれについて特性情報を記憶し、検出装置は、検出対象のホイッスルを使用者が選択可能な入力部をさらに有し、距離推定部は、入力部を介して選択されたホイッスルについての特性情報に含まれるレベルの情報および判定部の判定結果に基づき発音源までの距離を推定してもよい。

【0009】

検出装置は、検出部が検出したホイッスル音の周波数スペクトルからそのホイッスル音についての特性情報を求めて記憶部に記憶させる特性学習部をさらに有してもよい。

【0010】

検出装置は、検出部が検出した音波に含まれる基本波のレベルを表示する表示部と、特定の方向からの音波の検出感度を上げるための集音フードと、をさらに有してもよい。

【0011】

検出部は、それぞれが指向性を有し互いに異なる方向に向けられた複数の検出部であり、検出装置は、複数の検出部がそれぞれ検出した音波に含まれる基本波のレベルの大小関係に基づき自装置に対する発音源の方角を推定する方角推定部をさらに有してもよい。

【0012】

それぞれが上記のいずれかの検出装置である少なくとも１つの検出装置と、検出装置と通信可能であり、検出装置の位置および検出装置が推定した距離に基づき発音源の位置を推定する管理端末と、を有することを特徴とする検出システムが提供される。

【0013】

上記のいずれかの検出装置と、当該検出装置を搭載した移動体と、を有することを特徴とする検出システムが提供される。

【0014】

上記のいずれかの検出装置と、当該検出装置を搭載した移動体と、移動体及び検出装置と通信可能であり、検出装置の位置および検出装置が推定した距離に基づき発音源の位置を推定する管理端末と、を有することを特徴とする検出システムが提供される。

【0015】

管理端末は、検出装置の記憶部に特性情報を書き込み可能であってもよい。

【0016】

上記の検出装置および検出システムによれば、ホイッスルの音を検出して音源までの距離を推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】検出装置１の概略構成図である。

【図2】検出装置１の機能ブロック図である。

【図3】ホイッスル音の周波数スペクトルの例を示すグラフである。

【図4】伝搬距離に応じたホイッスル音の強度変化の例を示すグラフである。

【図5】（Ａ）～（Ｃ）は、ホイッスル音の周波数スペクトルの例を示すグラフである。

【図6】記憶部３０が記憶する特性情報を説明するための図である。

【図7】（Ａ）及び（Ｂ）は、変形例に係る検出装置１０１の概略構成図であって、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は上面図である。

【図8】変形例に係る検出装置１０１の機能ブロック図である。

【図9】（Ａ）～（Ｃ）は、複数の検出装置２を含む検出システム４を説明するための図である。

【図10】検出装置２の機能ブロック図である。

【図11】（Ａ）は、変形例１に係る検出システム１０００の概略構成図であり、（Ｂ）は、変形例１に係る検出システム１０００を構成する機内用モニタの正面図である。

【図12】変形例１に係る検出システム１０００を構成する検出装置１０２の機能ブロック図である。

【図13】変形例２に係る検出システム２０００の概略構成図である。

【図14】変形例２に係る検出システム２０００を構成する検出装置１０３の機能ブロック図である。

【図15】変形例２に係る検出システム２０００により遭難者を探索する手順を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しつつ、検出装置および検出システムを説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。

【0019】

図１は、検出装置１の概略構成図である。検出装置１は、防災ホイッスルが発する音を検出し、検出されるホイッスル音の高調波の次数に基づき、発音源までのおおよその距離を推定する機能を有する。検出装置１のケース１０は、捜索者が手に持って移動可能な程度の大きさであり、集音フード１１、表示部１２および入力部１３を有する。集音フード１１は、箱型のケース１０に内蔵された音響センサ２１（図２を参照）に指向性を与えるためのものであり、ケース１０の図中上側の側面に設けられている。

【0020】

表示部１２は、液晶表示パネル（ＬＣＤ）１２Ａとレベルメータ１２Ｂで構成され、これらはケース１０の上面に配置されている。ＬＣＤ１２Ａは、ホイッスル音が検出されたか否かと、検出された場合には検出装置１が推定した発音源までの距離を表示する。レベルメータ１２Ｂは、図示した例では表示する値に応じてバーの長さが変化する形態のものであり、検出された音波に含まれる基本波のレベルを表示する。入力部１３は、開始／停止ボタン１３Ａと選択ボタン１３Ｂで構成され、これらはケース１０の上面における表示部１２の下側に配置されている。開始／停止ボタン１３Ａは、ホイッスル音の検出の開始および停止を使用者が指示するために使われる。選択ボタン１３Ｂは、入力部の一例であり、複数種類のホイッスルの中から検出対象のものを使用者が選択するために使われる。

【0021】

図２は、検出装置１の機能ブロック図である。検出装置１は、表示部１２および入力部１３に加えて、検出部２０、記憶部３０および制御部４０を有する。

【0022】

検出部２０は、音響センサ２１、検出回路２２およびＡ／Ｄ変換部２３で構成される。音響センサ２１は、例えば２０Ｈｚ～８０ｋＨｚの周波数域の可聴音および非可聴音を検出可能なマイクロホンであり、検出した音波に応じた検出信号を検出回路２２に出力する。一般に、防災ホイッスルの基本波の周波数は３．５ｋＨｚであるから、ホイッスル音を検出するためには、音響センサ２１は３ｋＨｚ程度以上の周波数の音波を検出できるものであればよい。音響センサ２１は、集音フード１１が設けられていることで、特定の方向からの音波を感度よく検出可能である。検出回路２２は音響センサ２１の検出信号をアナログの音声信号に変換し、Ａ／Ｄ変換部２３はそれをデジタルの音声信号に変換して制御部４０に出力する。

【0023】

図３は、ホイッスル音の周波数スペクトルの例を示すグラフである。横軸は周波数（ｋＨｚ）を、縦軸は強度を表す。一般的な防災ホイッスルが発する音は、発音源から１ｍ以内の至近距離では、完全な正弦波成分だけではなく、基本波Ｆと高調波Ｈ（大抵は奇数次の高調波）を含む音波となっている。符号Ｐ１は基本波Ｆのピークを、符号Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７は３倍、５倍および７倍の高調波Ｈのピークを表す。

【0024】

一般に、点音源からの距離に応じた音圧の減衰量Ａ（ｄＢ）は、基準点での音圧をｒ０、着目している距離での音圧をｒとすると、
Ａ＝２０ｌｏｇ₁₀（ｒ／ｒ０） ・・・式１
で求められる。また、音圧の空気による１ｍ当たりの減衰係数Ｃは、周波数ｆ（Ｈｚ）、気温２０～３０℃、湿度６０～７０％の場合、
Ｃ≒１×１０^-11×ｆ² ・・・式２
となり、周波数に応じて異なる。

【0025】

図４は、伝搬距離に応じたホイッスル音の強度変化の例を示すグラフである。横軸は発音源からの距離（ｍ）を、縦軸は相対強度（ｄＢ）を表す。式１および式２を実際の防災ホイッスルの高調波に当てはめると、伝搬距離に応じた基本波と各高調波の強度変化は図４の通りになる。曲線ｃ１は基本波の、曲線ｃ３，ｃ５，ｃ７，ｃ９，ｃ１１はそれぞれ３倍、５倍、７倍、９倍および１１倍の高調波のグラフである。一般に、ホイッスルの種類に応じてホイッスル音の基本波と高調波とのレベルの関係は異なるため、図示した例のものとは異なる種類のホイッスルでは、各曲線の縦軸方向の位置は変わり得る。しかしながら、周波数と気温と湿度が同じであれば、別の種類のホイッスルであっても、図４に示したものと同様の強度変化を示す。

【0026】

したがって、基本波から何倍の高調波までのピークが検出部２０のノイズレベル（周波数スペクトルのピークを判別可能な下限レベル）を上回って検出されるかを調べれば、発音源までのおおよその距離を推定することができる。例えば下限レベルＢが－７０ｄＢの場合には、図４のグラフから、発音源までの距離は、
・第９高調波まで検出されたときには１０ｍ程度（区間ａ）であり、
・第７高調波まで検出されたときには３０ｍ程度（区間ｂ）であり、
・第５高調波まで検出されたときには５０ｍ程度（区間ｃ）であり、
・第３高調波まで検出されたときには１００～２００ｍ程度（区間ｄ）であり、
・基本波のみ検出されたときには２５０ｍ以上（区間ｅ）であることが分かる。

【0027】

図５（Ａ）～図５（Ｃ）は、ホイッスル音の周波数スペクトルの例を示すグラフである。これらの周波数スペクトルは同じホイッスル音のものであるが、発音源までの距離が互いに異なっている。図５（Ａ）の例では、基本波から第７高調波までのピークＰ１，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７が下限レベルＢを上回る（検出される）ので、発音源までの距離は３０ｍ程度（図４の区間ｂ）であることが分かる。図５（Ｂ）の例では、基本波と第３高調波のピークＰ１，Ｐ３が下限レベルＢを上回るので、発音源までの距離は１００～２００ｍ程度（図４の区間ｄ）であることが分かる。図５（Ｃ）の例では、基本波のピークＰ１のみが下限レベルＢを上回るので、発音源までの距離は２５０ｍ以上（図４の区間ｅ）であることが分かる。

【0028】

記憶部３０は、例えば半導体メモリなどで構成され、検出装置１の動作に必要な情報（データ）を記憶する。特に、記憶部３０は、対象のホイッスルを鳴らしたときに発音源から例えば１ｍ離れた位置で検出されたホイッスル音の周波数スペクトルの基本データを予め記憶している。この基本データは、基本波の周波数、複数の高調波の周波数、基本波と各高調波とのレベル差（または比）、および検出の下限レベル（ノイズレベル）であり、以下ではこれらのデータのことを特性情報ともいう。例えば自治体ごとに配布される防災ホイッスルの種類は大抵決まっているため、検出装置１では、どのような特性情報を有するホイッスルが吹かれるかが予め分かっていることを前提とする。特性情報を得るときの発音源から検出位置までの距離は１ｍに限らず任意に定めることができるが、検出位置は発音源の近くであることが好ましい。

【0029】

図６は、記憶部３０が記憶する特性情報を説明するための図である。横軸は周波数（ｋＨｚ）を、縦軸は相対強度（ｄＢ）を表す。符号ｆ１は基本波の周波数を、符号ｆ２～ｆ７は２倍～７倍の高調波の周波数を、符号Ｇ１は基本波のレベルを、符号ｄＧ３，ｄＧ５，・・・，ｄＧ１３はそれぞれ基本波と３倍、５倍、・・・、１３倍の高調波とのレベル差を、符号Ｂは下限レベルを表し、記憶部３０はこれらの値を記憶する。ホイッスルによっては奇数倍だけでなく偶数倍の高調波も含まれる可能性があるため、奇数倍と偶数倍の両方の高調波について、周波数ｆｎおよび基本波とのレベル差ｄＧｎの値を定義しておく（ｎ＝２，３，・・・）。何倍の高調波まで周波数とレベル差のデータを記憶するかは必要に応じて適宜定めればよい。

【0030】

記憶部３０は、複数種類のホイッスルが発するホイッスル音のそれぞれについて、上記の特性情報を記憶してもよい。一般に、ホイッスルの種類によって基本波や高調波の周波数は異なるため、記憶部３０は、ホイッスルの型番（識別情報）と対応付けて、図６に示した特性情報を記憶してもよい。ただし、下限レベルＢはホイッスルの種類によらず同じ値でもよい。

【0031】

制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含むマイクロコンピュータの制御回路として構成され、検出装置１の動作を制御する。制御部４０は、そのマイクロコンピュータにより実現される機能ブロックとして、周波数分析部４１、基本波検出部４２、閾値設定部４３、検出域設定部４４、高調波判定部４５、距離推定部４６および特性学習部４７を有する。

【0032】

周波数分析部４１は、Ａ／Ｄ変換部２３から取得したデジタルの音声信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することで、検出部２０が検出した音波の周波数スペクトルを求める。

【0033】

基本波検出部４２は、周波数分析部４１が求めた周波数スペクトルにおける基本波の周波数ｆ１を中心とする一定範囲、例えば、ｆ１－０．５（ｋＨｚ）≦ｆ≦ｆ１＋０．５（ｋＨｚ）の範囲を走査して、下限レベルＢを上回るピークが存在するか否かを確認する。走査範囲の大きさは上記の例に限らず適宜設定可能である。基本波検出部４２は、走査した範囲内にピークが検出された場合には、高調波判定部４５に処理を指示するとともに、検出されたピークのレベルをレベルメータ１２Ｂに表示させる。基本波検出部４２は、走査した範囲内にピークが検出されない場合には、対象のホイッスルが検出されない旨をＬＣＤ１２Ａに表示させる。

【0034】

閾値設定部４３は、使用者が選択ボタン１３Ｂを操作することで選択された（選択操作がない場合には規定の）ホイッスルについての検出の下限レベルＢを記憶部３０から取得する。検出域設定部４４は、選択された（または規定の）ホイッスルについて記憶されている高調波の周波数ｆ２，ｆ３，・・・の値を記憶部３０から取得し、例えばｆｎ－０．５（ｋＨｚ）≦ｆ≦ｆｎ＋０．５（ｋＨｚ）（ｎ＝２，３，・・・）の範囲を検出域として設定する。この走査範囲の大きさも適宜設定可能であり、高調波の次数ごとに異なってもよい。

【0035】

高調波判定部４５は、ｎ＝２，３，・・・のそれぞれについて、周波数分析部４１が求めた周波数スペクトルにおけるｆｎ－０．５（ｋＨｚ）≦ｆ≦ｆｎ＋０．５（ｋＨｚ）の範囲を走査して、基本波から何倍の高調波までのピークが下限レベルＢを上回るかを確認する。基本波検出部４２および高調波判定部４５は判定部の一例である。

【0036】

距離推定部４６は、選択された（または規定の）ホイッスルについて記憶されている基本波のレベルＧ１および基本波と高調波とのレベル差ｄＧｎ、ならびに高調波判定部４５の判定結果に基づき、発音源までの距離を推定する。基本波のレベルＧ１とレベル差ｄＧｎの値（すなわち、発音源からの距離１ｍでの基本波と各高調波のレベルの値）から、図４のグラフにおける各曲線の左端の点が決まり、式１および式２により、それらを起点とする基本波と各高調波についての伝搬距離に応じた強度変化の曲線が決まる。このため、距離推定部４６は、式１および式２を用いて、対象のホイッスルの基本波と各高調波について図４のグラフと同様の伝搬距離と減衰量との関係を求め、基本波から何倍の高調波までのピークが下限レベルＢを上回るかに応じて、発音源までのおおよその距離を求める。そして、距離推定部４６は、対象のホイッスルが検出された旨と、推定した距離をＬＣＤ１２Ａに表示させる。

【0037】

特性学習部４７は、発音源から例えば１ｍ離れた位置で検出部２０が検出したホイッスル音の周波数スペクトルから、そのホイッスル音についての図６の特性情報を求めて（学習して）、記憶部３０に記憶させる。ケース１０に学習ボタンを設けておき、特性学習部４７は、使用者によりそのボタンが操作されたときに、新たなホイッスル音についての特性情報を記憶部３０に記憶させてもよい。図６に示した特性情報は、記憶部３０に予め記憶されていなくてもよく、検出装置１の使用時に、捜索者が検出対象と同じ種類のホイッスルを鳴らし、検出部２０がその音を検出して特性学習部４７が学習することで、記憶部３０に記憶させてもよい。

【0038】

検出装置１の使用時には、使用者（捜索者）は、まず開始／停止ボタン１３Ａを押下して検出装置１を起動させ、ケース１０を手で水平に持ってゆっくりと３６０度回転し、レベルメータ１２Ｂが振れるか否かを確認する。レベルメータ１２Ｂが振れる場合には、使用者は、さらに、レベルメータ１２Ｂが最大になる方向に集音フード１１（音響センサ２１）の向きを合わせる。そして、使用者は、ＬＣＤ１２Ａに表示された距離を参考に、集音フード１１を向けた方向に移動し、移動中に表示される距離が縮まることを確認して、表示される距離が数ｍ以内になったらその周辺を詳細に捜索する。表示される距離が移動しても縮まらなければ、使用者は、再度、レベルメータ１２Ｂが振れる方向の確認からやり直す。

【0039】

検出装置１によれば、ホイッスル音の発音源の方向と距離を特定することができ、遭難者の場所を特定し易くなる。がれきなどの障害物があっても検出される音波の周波数スペクトルはほとんど変化しないため、障害物の影響を受けずに発音源までの距離を推定することができる。予め記憶部３０に複数種類のホイッスルについての特性情報を記憶しておいたり、新たなホイッスル音についての特性情報を学習したりすることで、様々な種類のホイッスル音を検出することが可能である。

【0040】

式２に示した減衰係数Ｃは気温や湿度により変化するため、ケース１０に周囲の温度および湿度を計測する計測部（温度センサや湿度センサ）を搭載してもよい。この場合、計測された温度および湿度における空気中を伝搬する音波の減衰特性に従って図４の強度変化の曲線を補正すれば、発音源までの距離をより正確に推定することができる。

【0041】

防災ホイッスルが発する音は可聴音であるが、検出装置１は、基本波と高調波の周波数ｆ１，ｆ２，・・・を適切に設定すれば、非可聴音の発音源も同様に検出することができる。例えば、検出装置１は、人の耳では聞こえない超音波に近い周波数の音波を発するサイレントホイッスルの音も同様に検出することができる。

【0042】

（変形例）
図７（Ａ）及び（Ｂ）に、変形例に係る検出装置１０１の概略構成図を示す。図７（Ａ）は検出装置１０１の正面図であり、図７（Ｂ）は上面図である。変形例に係る検出装置１０１が、上記の検出装置１と異なっている点は、検出装置１０１の周辺の複数の方向からのホイッスル音を検出するための複数の音響センサを有する点である。変形例に係る検出装置１０１のその他の構成は、上記の検出装置１における構成と同様である。

【0043】

検出装置１０１は、４個の集音フード（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ）と、箱型のケース１０とを有する。４個の集音フード（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ）は、４個の音響センサ２１（図８を参照）に指向性を与えるためのものであり、ケース１０の図中上側の側面に周辺４方向に向けて開口するように設けられている。図７（Ａ）および（Ｂ）には、音響センサを含む集音フードを４個備える例を示したが、このような例には限られず、２個、３個、または５個以上であってもよい。

【0044】

図８は、検出装置１０１の機能ブロック図である。検出装置１０１は、表示部１２、入力部１３、４個の検出部（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）、記憶部３０、および制御部４０１を有する。検出部（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）の４個の音響センサ２１は、それぞれ検出装置１０１の周辺４方向からのホイッスル音を検出するために、互いに９０度ずつずれて配置されている。

【0045】

制御部４０１は、方角推定部４８を有する点が上記の検出装置１の制御部４０とは異なるが、その他の点では制御部４０と同様の構成および機能を有する。図示した例では、周波数分析部４１は、検出部（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）のＡ／Ｄ変換部２３から取得したデジタルの音声信号を高速フーリエ変換することで、それらの検出部が検出した４つの音波の周波数スペクトルを求める。基本波検出部４２、閾値設定部４３、検出域設定部４４、高調波判定部４５および距離推定部４６は、上記の検出装置１と同様にして、検出部（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）が検出した音波の発音源までの距離を推定する。

【0046】

方角推定部４８は、周波数分析部４１が求めた４つの音波の周波数スペクトルから基本波検出部４２が検出した基本波のレベルの大小関係と、検出部（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）のそれぞれの音響センサの方位とに基づき、検出装置１０１に対する発音源の方角を推定する。音響センサの方位を決める方法として、例えば、検出部２０Ｄの集音フード１１Ｄが北を向くように設定するか、方位を決めるための磁気センサを有していてもよい。検出された方角が北西であれば、図７（Ａ）に示すように、ＬＣＤ１２Ａに方角を矢印で示すと共に、反応があった旨（「反応あり」）及び音源までの推定距離（例えば、「距離１００ｍ」）を表示する。また、検出部（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）が検出した音波に含まれる基本波のレベルの最大値をレベルメータ１２Ｂに表示する。

【0047】

発音源の位置を求める方法は、基本波レベルの大小関係から求める方法には限られず、ビームフォーミング法により求めるようにしてもよい。ビームフォーミング法を用いる場合には、複数個の音響センサを同一方向に向けてアレイ状に配置するようにしてもよい。ビームフォーミング法によれば、音源から音響センサまでの距離が異なる場合に、音波が各音響センサに到達するまでの時間が異なり、各音響センサまでの到達時間差が音源の位置の関数となっていることを利用して、音源の位置を推定することができる。

【0048】

図７（Ａ）には、音響センサを含む集音フード（１１Ａ～１１Ｄ）とケース１０とを一体化した例を示したが、音響センサを含む集音フード（１１Ａ～１１Ｄ）はケース１０と着脱可能とし、それぞれを有線または無線により接続するようにしてもよい。音響センサを含む集音フード（１１Ａ～１１Ｄ）を着脱可能とすることにより、使用者の侵入が困難な場所に音響センサを配置する等、音響センサを任意の場所に設置することができ、音源の探索範囲を広げることができる。

【0049】

変形例に係る検出装置によれば、周辺の複数の方向に向けて配置された音響センサを有しているため、使用者が音源を探すために音響センサの向きを周辺に向けて回転させる手間を省くことができる。

【0050】

図９（Ａ）は、複数の検出装置２を含む検出システム４の例を示す側面図である。検出システム４は、検出装置２Ａ～２Ｃおよび管理端末３で構成される。検出装置２Ａ～２Ｃは、上記の検出装置１と同様の機能を有し、３００ｍ～１ｋｍ間隔で設置されている自治体の防災無線の放送柱９１Ａ～９１Ｃにそれぞれ設置されている。破線９２Ａ～９２Ｃは、放送柱９１Ａ～９１Ｃおよび検出装置２Ａ～２Ｃがそれぞれカバーするエリアを示しており、これらは、放送柱９１Ａ～９１Ｃからの放送が聞こえる範囲および検出装置２Ａ～２Ｃが検出可能な発音源の範囲であるとする。図示した例では検出装置は３個であるが、検出装置の個数には特に制限はなく、１個でも複数個でもよい。

【0051】

図９（Ｂ）および図９（Ｃ）は、検出装置２が設置された放送柱９１の側面図および上面図である。図１０は、検出装置２の機能ブロック図である。検出装置２Ａ～２Ｃはそれぞれ同じ構成を有しており、これらを互いに区別しないときは単に検出装置２と記載する。放送柱９１Ａ～９１Ｃもそれぞれ同じ構成を有しているため、図９（Ｂ）および図９（Ｃ）では単に符号９１で示している。

【0052】

検出装置２は、本体１０’および検出部２０Ｎ，２０Ｓ，２０Ｅ，２０Ｗを有し、本体１０’は、記憶部３０、制御部４０’および通信部５０を有する。検出装置２は、検出部が４個に増えてそれらが本体１０’とは別体になっており、表示部１２と入力部１３がなく代わりに通信部５０を有する点が上記の検出装置１とは異なるが、その他の点では検出装置１と同様の構成を有する。検出装置２（２Ａ～２Ｃ）は、それぞれ、防災無線の双方向通信（アンサーバック機能）を利用して、対応する放送柱９１の識別情報（ＩＤ）およびホイッスル音の検出結果を管理端末３に送信する。

【0053】

例えば、本体１０’は、放送柱９１の側面に固定されており、検出部２０Ｎ，２０Ｓ，２０Ｅ，２０Ｗは、放送柱９１の東西南北に向いたスピーカ内にそれぞれ取り付けられ、スピーカと一体になっている。スピーカに近接しているので、誤検出を防止するために、放送によるスピーカの出力期間中は、検出部２０Ｎ，２０Ｓ，２０Ｅ，２０Ｗの動作を一時停止させてもよい。ただし、図示した例とは異なり、検出部２０Ｎ，２０Ｓ，２０Ｅ，２０Ｗは放送柱９１のスピーカとは別体であってもよく、その個数も４個以外でもよい。検出部２０Ｎ，２０Ｓ，２０Ｅ，２０Ｗのそれぞれは、上記の検出部２０と同じものであり、放送柱９１のスピーカ内に取り付けられることで指向性を有し、互いに異なる方向に向けられている。例えば、検出部２０Ｎ，２０Ｓ，２０Ｅ，２０Ｗは、それぞれ北、南、東および西の方角を向いているものとする。

【0054】

制御部４０’は、特性学習部４７がなく代わりに方角推定部４８を有する点が上記の制御部４０とは異なるが、その他の点では制御部４０と同様の構成および機能を有する。図示した例では、周波数分析部４１は、検出部２０Ｎ，２０Ｓ，２０Ｅ，２０ＷのＡ／Ｄ変換部２３から取得したデジタルの音声信号を高速フーリエ変換することで、それらの検出部が検出した４つの音波の周波数スペクトルを求める。ただし、高速フーリエ変換を行うには処理能力を必要とするため、１つの制御部４０’で４系統を同時に処理するのが困難な場合には、周波数分析部４１の機能は検出部２０Ｎ，２０Ｓ，２０Ｅ，２０Ｗのそれぞれに持たせてもよい。基本波検出部４２、閾値設定部４３、検出域設定部４４、高調波判定部４５および距離推定部４６は、上記と同様にして、検出部２０Ｎ，２０Ｓ，２０Ｅ，２０Ｗが検出した音波の発音源までの距離を推定する。

【0055】

方角推定部４８は、周波数分析部４１が求めた４つの音波の周波数スペクトルから基本波検出部４２が検出した基本波のレベルの大小関係（順列）に基づき、検出装置２に対する発音源の方角を推定する。検出部２０Ｎ，２０Ｓ，２０Ｅ，２０Ｗが検出した音波に含まれる基本波のレベルをそれぞれＶｎ，Ｖｓ，Ｖｅ，Ｖｗとすると、方角推定部４８は、例えば、Ｖｎ＞Ｖｗ＞Ｖｅ＞Ｖｓであれば発音源は北北西であり、Ｖｎ＞Ｖｗ≒Ｖｅ＞Ｖｓであれば発音源は北であり、Ｖｅ≒Ｖｓ＞Ｖｎ≒Ｖｗであれば発音源は南東であると推定する。その際は、基本波のレベルについてある程度の大きさの判定幅を定義し、レベル差がその範囲内であるか否かに応じて大小を判定してもよい。

【0056】

通信部５０は、距離推定部４６が推定した発音源までの距離と、方角推定部４８が推定した発音源の方角を対応する放送柱９１の識別情報とともに管理端末３に送信する。

【0057】

管理端末３は、自治体などの管理センタに設置されたＰＣなどの装置であり、検出装置２Ａ～２Ｃからホイッスル音の検出結果を受信して、それらの検出結果と検出装置２Ａ～２Ｃの設置位置に基づき、ホイッスル音の発音源の位置を推定する。例えば、図９（Ａ）に示すように、検出装置２Ａの検出結果が南東に距離ｄ_Aであり、検出装置２Ｂの検出結果が西南西に距離ｄ_Bであり、検出装置２Ｃの検出結果が北北西に距離ｄ_Cであったとする（図９（Ａ）では図の上側が北であるとする）。この場合、管理端末３は、検出装置２Ａ～２Ｃからそれらの方角に伸ばした矢印が交差する符号９３の位置に検出対象のホイッスルがあると判定する。これにより、ホイッスル音の発生位置を広域に監視することが可能となる。検出システム４は、例えば女性や子どもが鳴らしたホイッスル音を検出することができ、痴漢防止などの防犯の用途での利用が可能である。

【0058】

自治体ごとに配布されるホイッスルの種類が異なるため、管理端末３は、検出対象のホイッスルについての特性情報、すなわち、基本波および高調波の周波数、基本波と各高調波とのレベル差または比、ならびに検出の下限レベルの情報を各検出装置２に送信してもよい。この場合、各検出装置２の通信部５０は、検出対象のホイッスルについての特性情報を管理端末３から受信し、制御部４０’は、受信されたデータを記憶部３０に記憶させる。このように、管理端末３から各検出装置２の記憶部３０に特性情報を書き込めるようにしてもよい。

【0059】

（検出システムの変形例１）
次に、変形例１に係る検出システム１０００について説明する。図１１（Ａ）は、変形例１に係る検出システム１０００の概略構成図であり、図１１（Ｂ）は、変形例１に係る検出システム１０００を構成する機内用モニタ１０Ｂの正面図である。

【0060】

変形例１に係る検出システム１０００は、検出装置１０２と、検出装置１０２を搭載した移動体であるヘリコプター２０１と、を有する。検出装置１０２は、ヘリコプター２０１の機外（例えば、底面部）に設置される本体ケース１０Ａと、機内用モニタ１０Ｂとを有する。本体ケース１０Ａには音響センサを備えた集音フード１１が設けられ、集音フード１１は開口部が地面側を向くように配置される。遭難者から発せられたホイッスル音は集音フード１１により集音して、音響センサにより検出することができる。

【0061】

本体ケース１０Ａと機内用モニタ１０Ｂとは有線で接続され、集音フード１１で集音されたホイッスル音の反応の有無、およびヘリコプター２０１から音源までの距離はＬＣＤ１２Ａに表示され、検出した音波のレベルはレベルメータ１２Ｂに表示される。本体ケース１０Ａと機内用モニタ１０Ｂとを有線接続するのは、有人の場合、航空法の関係で無線は使用できないためである。ヘリコプター２０１の乗員である使用者は、機内用モニタ１０Ｂの表示を確認することにより、遭難者から発せられるホイッスル音の有無をモニタすることができる。

【0062】

図１２に、変形例１に係る検出システム１０００を構成する検出装置１０２の機能ブロック図を示す。本体ケース１０Ａは、検出部２０２と、記憶部３０と、制御部４０と、を有する。検出部２０２は、上記の検出器１の検出部２０に加えてノイズフィルタ２４を備えている。ヘリコプター２０１は飛行中に比較的大きな騒音を発生させるが、騒音は主にヘリコプター２０１のメインローター及びテールローターから発生し、これらの騒音の周波数帯域のうち、音圧レベルが高い周波数帯域は１ｋＨｚ以下に集中していることが報告されている。そこで、このような低周波のノイズを除去するために、検出部２０にノイズフィルタ２４を設けることが好ましい。ノイズフィルタ２４を用いることにより、音響センサ２１が検出した音波から、ヘリコプター２０１から発せられる騒音のうちの主要な低周波のノイズを除去することができるため、ヘリコプター２０１の飛行中であってもヘリコプター２０１に搭載した検出装置１０２によりホイッスル音の検出を行うことができる。

【0063】

なお、上記のように変形例１に係る検出システム１０００を構成する移動体はヘリコプターには限られず、飛行機や飛行船等の飛行体やその他の移動体であってもよい。

【0064】

変形例１に係る検出システム１０００によれば、上空から遭難者を捜索することができるため、捜索を効率よく行うことができる。また、遭難者から発せられるホイッスル音に基づいて遭難者を発見すると同時に救助を行うことにより、遭難者の救助を迅速に行うことができる。

【0065】

（検出システムの変形例２）
次に、変形例２に係る検出システム２０００について説明する。図１３に変形例２に係る検出システム２０００の概略構成図を示す。変形例２に係る検出システム２０００は、検出装置１０３と、検出装置１０３を搭載した移動体であるドローン２０２と、移動体であるドローン２０２及び検出装置１０３と通信可能であり、検出装置１０３の位置および検出装置１０３が推定した距離に基づき発音源の位置を推定する管理端末３と、を有することを特徴とする。

【0066】

検出装置１０３の本体ケース１０Ｃは、ドローン２０２の下部に配置される。本体ケース１０Ｃには地上側に向かって開口された集音フード１１が設けられ、地上側から発せられるホイッスル音Ｓを検出する。

【0067】

ドローン２０２はＧＰＳ機能を備えており、管理端末３と通信を行い、管理端末３から指示された領域で遭難者が発するホイッスル音の検出を行う。

【0068】

図１４に、変形例２に係る検出システム２０００を構成する検出装置１０３の機能ブロック図を示す。検出装置１０３は、本体ケース１０ＣとＧＰＳ受信部６０とを備えている。ＧＰＳ受信部６０はドローン２０２に予め備えられている。本体ケース１０Ｃは、検出部２０３と、記憶部３０と、制御部４０と、通信部５０と、を有している。

【0069】

検出部２０３は、変形例１に係る検出システム１０００を構成する検出装置１０２と同様に、ドローン２０２のローターから発せられるノイズをカットするためのノイズフィルタ２４を備えている。ノイズフィルタ２４を用いることにより、音響センサ２１が検出した音波から、ドローン２０２から発せられる騒音のうちの主要な低周波のノイズを除去することができるため、ドローン２０２の飛行中であってもドローン２０２に搭載した検出装置１０３によりホイッスル音の検出を行うことができる。

【0070】

通信部５０は、距離推定部４６が推定した発音源までの距離と、ＧＰＳ受信部６０が受信したドローン２０２の位置情報を管理端末３に送信する。遭難者が存在する位置はドローン２０２がホイッスル音を検知した位置の周辺であり、ＧＰＳ受信部６０が受信した位置情報から、遭難者が存在する可能性が高い領域を推定することができる。さらに、ドローン２０２にカメラ（図示せず）を搭載するようにしてもよい。カメラにより、ホイッスル音が検出されたときの地上の画像を撮像し、その画像データを位置情報と共に管理端末３に送信するようにしてもよい。

【0071】

次に、ドローン２０２を用いた遭難者の捜索手順について説明する。図１５に、変形例２に係る検出システム２０００により遭難者を探索する手順を説明するためのフローチャートを示す。ドローン２０２は管理端末３からの指令を受信して遭難者の捜索を行い、結果を管理端末３に送信する。

【0072】

まず、ステップＳ１０１において、ドローン２０２の通信部５０が管理端末３から送信された遭難者の捜索範囲情報を受信し、ドローン２０２はＧＰＳ受信部６０が受信した位置情報を参照しながら指定された捜索範囲へ移動する。

【0073】

次に、ステップＳ１０２において、ドローン２０２は捜索範囲を移動しながら、集音フード１１で集音される音を音響センサ２１で検出し、遭難者から発せられるホイッスル音を検出する。

【0074】

次に、ステップＳ１０３において、ドローン２０２の制御部４０がホイッスル音を検出したか否かを判断する。ホイッスル音を検出していないと判断した場合は、ステップＳ１０２に戻って、捜索範囲を移動しながらホイッスル音の探索を続行する。

【0075】

次に、ステップＳ１０３において、ホイッスル音が検出されたと判断した場合は、基本波検出部４２、閾値設定部４３、検出域設定部４４、高調波判定部４５および距離推定部４６が、上記の検出装置１と同様にして、検出部２０２が検出した音波の発音源までの距離を推定する。

【0076】

次に、ステップＳ１０４において、ドローン２０２は、ホイッスル音を検出した時点でのドローン２０２の位置情報及び音源までの距離情報を管理端末３へ送信する。管理端末３は、ホイッスル音を検出した時点でのドローン２０２の位置に音源までの距離を考慮した範囲内に遭難者が存在すると推定して遭難者の救助活動を行うことができる。ここで、ドローン２０２の地上からの高さを推定するための気圧センサをさらに備えていることが好ましい。ホイッスル音を検出した時点でのドローン２０２の地上における位置座標を（ｘ₀，ｙ₀）とし、ドローン２０２が地上ｈ［ｍ］の高さの時に音源までの距離がｄ［ｍ］であると推定される場合、ドローン２０２の地上における位置から音源までの距離ｘ［ｍ］はｘ＝√（ｄ²－ｈ²）で算出されるから、遭難者が存在する範囲は座標（ｘ₀，ｙ₀）から半径ｘ［ｍ］の範囲内であると推定できる。

【0077】

さらに、ドローン２０２にカメラを搭載させておき、ホイッスル音が検出された時の地上の画像を撮像し、管理端末３へ送信するようにしてもよい。ホイッスル音が検出された時の地上の画像には遭難者の画像が含まれている可能性が高く、遭難者の画像により遭難者の状態を把握することができ、適切な救助活動を行うことができる。

【0078】

なお、上記のように変形例２に係る検出システム２０００を構成する移動体はドローンには限られず、山岳等を走破可能な探索ロボット等、他の移動体であってもよい。

【0079】

変形例２に係る検出システム２０００によれば、ヘリコプター等が侵入できない領域や危険な環境下においても、上空から遭難者を捜索することができるため、遭難者の捜索を安全かつ効率よく行うことができる。

【0080】

以上の説明において、基本波と高次高調波を発生する器具としてホイッスルを例に挙げたが、犬笛等、基本波と高次高調波を発生する他の器具であっても同様に本発明を適用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】