2020 Fiscal Year Research-status Report
Search for victims in rubble using rotating magnetic and acoustic dipoles
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20K21051
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
奈良 高明 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (80353423)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 圭介 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 講師 (20733108)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 逆問題 / レスキュー / 瓦礫埋没者 / 双極子磁場源 / 双極子音源 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地震発生時，瓦礫に埋没した人を迅速に探索する手法の開発は依然重要な課題である．本研究の目的は，多くの人が携帯するスマートフォンを瓦礫埋没者探索に用いる手法を開発することである．探索者が磁場源および音源を用いて，空間中に磁場・音場を生成し，スマートフォンの磁気コンパスやマイクロフォンでこれらを観測し，スマートフォン自身の位置を推定する．その際，位置推定が容易となるような磁場および音場として，回転磁気双極子磁場源および双極子音源による場を用いる．本年度は特に，回転双極子磁場源による位置推定の基礎理論の確立と検証実験を行った．
まず回転磁気双極子が生成する磁場を直線振動成分と回転成分に分けたとき，前者は双極子からスマートフォンに向かうベクトルに平行であることを示した．これに基づき，観測された磁場の回転周波数成分を用いて直線振動成分を求めることで，スマートフォンから見た双極子の方位角，仰角を推定する手法を導出した．また双極子強度を既知とすれば，双極子からスマートフォンまでの距離も推定できることも併せて示した．
またスマートフォンが傾いている時でも，スマートフォンの加速度センサ，および磁気コンパスで計測した地磁気を用いて姿勢を補正し位置推定する手法も開発した．
ネオジウム磁石をモータで4Hzで回転させる磁気双極子ソースを作成し，4m x 2mの範囲で10cm程度の誤差で位置推定が可能であることを実験的に検証した．またアルミニウム板で磁気センサを囲っている場合でも定位精度は変わらないこと，鉄製の扉で仕切られた部屋の外から部屋内のセンサ位置も検出できることを実証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
位置推定のために用いる計測量の一つである磁場に関して，定位の基礎理論の構築と実証実験が完了した．スマートフォンの姿勢の補正に関しては地磁気を用いていることから，スマートフォンの近傍に強磁性体があると推定精度に影響を受ける．このため，地磁気を用いずに，探索者がもつ回転磁気双極子を移動させることでセンサ姿勢の補正を行うことが考えられる．その場合でも本年度開発した手法を最低2回行えばよく，この意味でも本年度の成果を基盤とすることができ，おおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
回転磁気双極子による磁場を用いた定位の利点は，非磁性金属などによる遮蔽の影響が小さく高精度で推定できることである．一方，欠点として定位範囲が狭いことが挙げられる．これは，双極子による磁場が，双極子からの距離の3乗に反比例して減少することによる．
そこで探索範囲を広げるために，次に音場を用いた定位法を開発する．磁場源定位で得られた知見に基づき，双極子音源による音場を用いた定位法を構築する．生成した音場の周波数成分を用いて，音源から見たスマートフォンの方位角や仰角が推定できることを示す．またスマートフォン周辺にある障害物の影響を，鏡像法による理論解析，あるいは数値シミュレーションにより検証する．その上で，実験による評価を行う．
最終的には，音場を用い，精度は必ずしも高くなくとも広範囲での探索を可能とし，これに基づき探索者が埋没者に接近した後，磁場を用いて高精度に推定するシステムを開発する．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により予定していた学会および研究資料収集のための出張がキャンセルとなり，旅費の支出がなかった．今年度もオンライン学会が続くため出張の予定は未定であるが，学会発表は行っていく予定である．
物品費については，既に保有しているモータを用い機械的に回転する磁気双極子が開発できたため，予定より少額で検証実験を行うことができた．今後，音場を用いた定位のための信号生成器，スピーカー，アンプ等を購入予定である．また磁場源位置および音源位置の参照用に光学式三次元位置計測装置への支出を予定している．
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