JP5961705B2 - 気圧式高度計および屋内対応型気圧式高度計 - Google Patents

Description

本発明は、気圧式高度計および屋内対応型気圧式高度計に関する。

従来、気圧式高度計によって、標高乃至は高度（海抜０ｍからの鉛直方向高さ）を計測する技術が知られている。この計測技術は、たとえば登山時の現在地標高計測のように地上で用いられることもあれば、航空機の高度計測のように大気圏内の地上からかなり離れた上空で用いられることもある。
この気圧式高度計は以下のような原理に基づいて計測される。
すなわち、地球上のある部分に存在する空気は、地球の引力（重力）によって、その空気の鉛直上方（上空）から、上空部分にある空気の重さに相当する力を受ける。したがって、空気の量乃至空気密度は、地表側のほうが上空側に比べ常に多く（大きく）なり、その結果として、空気の圧力すなわち気圧も地表側のほうが上空側に比べ常に高くなる。もし空気を理想気体と仮定すれば、上空に行くにつれて（高度が高くなるにつれて）気圧が指数関数的に減少していくことは、流体力学の理論としてよく知られている。

一方、この気圧式高度計における気圧の測定には、一般に絶対圧力センサと呼ばれるセンサが用いられることが多い。この絶対圧力センサは、真空（０気圧乃至は０ヘクトパスカル）に対する大気圏内の気圧を測定することが可能なセンサである。俗に、高気圧・低気圧と言われるように、気圧の変化は天候の変化に基づいたり、逆に気圧の変化から天候の変化を予測したりするのに重要な指標となる。この指標となる気圧を測定するのが絶対圧力センサであり、気圧式高度計も同様のセンサが用いられる。
これまで述べたように、気圧式高度計は、絶対圧力センサ等により気圧を測定することによって標高乃至は高度を求めるものである。したがって、絶対圧力センサ等により測定した気圧から標高乃至は高度を求めるためには、気圧と高度との間に何らかの関数関係を見出す必要がある。たとえば、前述した理想気体におけるように、指数関数的に減少していく、という定性的関係だけでは実際の運用には不充分であり、もっと定量的な関数関係を見出さねばならない。

この関数関係として開示されている技術としては、特許文献１に示すような技術がある。この技術では、標高と気圧と温度との間の関係を示す国際基準で規定された以下の関係式において、気候帯（温帯性気候、熱帯性気候、極地気候等）と日付とに基づき、海抜０ｍにおける基準温度Ｔ０を選択するとともに、海抜０ｍにおける気圧Ｐ０、および測定地点における気圧Ｐから、標高Ｈを求めるようになっている。
Ｈ＝１５３８５×Ｔ０×［１−（Ｐ／Ｐ０）^{０．１９０２５５}］

特開２００７−３０９９４１号公報

ところで、特許文献１に記載の発明は、標高Ｈの求め方から容易に推測できるように、気圧式高度計を屋外で利用することを前提条件としたものである。なぜなら、標高Ｈを求めるために気候帯の情報が必要であるということは、とりもなおさず気温、すなわち屋外の温度を対象としたものである。さらに、海抜０ｍでの気圧値が必要であるということは、海抜０ｍが明確に示される場所、すなわち海岸線のように屋外でなければならないということが導かれるからである。
それに対し、近年、特に都市部において高層ビル乃至は超高層ビルと呼ばれる建築物が多く建設されるようになり、「今何階にいるか」を知りたい状況が頻繁に生じるようになってきている。すなわち、屋内においても、屋外で利用されることを前提にした気圧式高度計の原理を適用することにより、「今何階にいるか」を測定する状況が生じるようになってきている。

一般に、特許文献１で対象としているような屋外の高度は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いれば計測可能である場合が多い。
しかしながら、屋内の場合にはＧＰＳ電波が届かないために、ほとんどの場合高度計測が不可能となる。つまり、気圧式高度計は、屋外よりも、むしろＧＰＳによる高度計測のできない屋内での高度計測において必要とされている、というのが現状である。
そこで、本発明はかかる点に鑑み、従来とは異なる前提条件である、気圧式温度計を屋内で用いることにより、高度を的確に検出することの可能な気圧式高度計および屋内対応型気圧式高度計を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、圧力センサ（例えば図１に示す絶対圧力センサ３ａ）と、一の高度における前記圧力センサの気圧測定値を基準気圧として記憶する基準気圧測定記憶部（例えば図１に示す基準気圧測定記憶部１）と、複数の気圧高度変換係数と前記複数の気圧高度変換係数を用いる演算式とを記憶する気圧高度変換係数記憶部（例えば図１に示す気圧高度変換係数記憶部２）と、高度計測月日情報が入力され、前記基準気圧と、前記複数の気圧高度変換係数のうちの前記高度計測月日情報に対応する気圧高度変換係数を含む前記演算式とを用いて、屋内測定地点における前記圧力センサの気圧測定値に基づき前記屋内測定地点の高度乃至は高度の変化値を演算する高度演算部（例えば図１に示す高度演算部５）と、を備え、前記複数の気圧高度変換係数は、前記圧力センサの気圧測定値を高度に変換するための係数であり、月日に応じた屋内における空気の温度に基づいて予め演算された係数であることを特徴とする気圧式高度計、である。
前記演算式は、次式（１）で表されていてよい。
Ｈ＝−Ｐｓｅｎｓ×Ｐ０×ｌｏｇｅ（Ｐ／Ｐｒｅｆ） ……（１）
ここで、式（１）中の「ｌｏｇｅ」は自然対数の底を底とする自然対数を表し、式（１）中の各文字は以下を表す。
Ｈ：高度
Ｐ：屋内測定地点での気圧
Ｐｒｅｆ：基準気圧
Ｐｓｅｎｓ：気圧高度変換係数
Ｐ０：国際標準大気の海抜０ｍでの基準気圧値
前記気圧高度変換係数は、次式（２）で表されていてよい。
Ｐｓｅｎｓ＝（Ｒ×Ｔ）／（Ｍ０×Ｇ×Ｐ０） ……（２）
ここで、式（２）中の各文字は以下を表す。
Ｒ：気体乗数
Ｔ：屋内測定地点での絶対温度
Ｍ０：屋内測定地点での空気の分子量
Ｇ：屋内測定地点での重力加速度

前記圧力センサが屋内に存在することを検出する屋内判定部（例えば図３に示すステップＳ１１およびステップＳ１２の処理）を、さらに備えていてよい。
前記屋内判定部は、屋内と屋外とで信号強度が異なる無線信号に基づき、前記圧力センサが屋内に存在するか否かを検出するものであってよい。
前記無線信号は、ＷｉＦｉ信号またはＧＰＳ信号であってよい。
入力される、屋内における空気の温度に基づき前記気圧高度変換係数を演算する気圧高度変換係数演算部（例えば図１に示す気圧高度変換係数演算部４）をさらに備え、前記気圧高度変換係数演算部は、屋内における空気の温度と、屋内における空気の分子量または湿度とから前記気圧高度変換係数を演算するものであってよい。

入力される、屋内における空気の温度に基づき前記気圧高度変換係数を演算する気圧高度変換係数演算部（例えば図１に示す気圧高度変換係数演算部４）と、屋内における湿度を測定する湿度センサと、をさらに備え、前記気圧高度変換係数演算部は、屋内における空気の温度と、前記湿度センサで測定した屋内における湿度とから前記気圧高度変換係数を演算するものであってよい。
屋内における空気の温度を測定する温度センサをさらに備え、前記気圧高度変換係数演算部は、前記温度センサの測定値を用いて前記気圧高度変換係数を演算するようになっていてよい。
前記気圧高度変換係数は四季に応じて設定され、前記高度計測月日情報として高度計測時の季節が入力されるようになっていてよい。

本発明の他の態様は、一の高度における圧力センサの気圧測定値を基準気圧として記憶する基準気圧測定記憶ステップと、前記圧力センサの気圧測定値を高度に変換するための複数の気圧高度変換係数を、月日に応じた屋内における空気の温度に基づいて予め演算する係数演算ステップと、前記複数の気圧高度変換係数と前記複数の気圧高度変換係数を用いる演算式とを記憶する気圧高度変換係数記憶ステップと、前記基準気圧と、前記複数の気圧高度変換係数のうちの高度計測月日情報に対応する気圧高度変換係数を含む前記演算式とを用いて、屋内測定地点における前記圧力センサの気圧測定値に基づき前記屋内測定地点の高度乃至は高度の変化値を演算する高度演算ステップと、を備えることを特徴とする気圧式高度演算方法、である。
前記演算式は、次式（１）で表されていてよい。
Ｈ＝−Ｐｓｅｎｓ×Ｐ０×ｌｏｇｅ（Ｐ／Ｐｒｅｆ） ……（１）
ここで、式（１）中の「ｌｏｇｅ」は自然対数の底を底とする自然対数を表し、式（１）中の各文字は以下を表す。
Ｈ：高度
Ｐ：屋内測定地点での気圧
Ｐｒｅｆ：基準気圧
Ｐｓｅｎｓ：気圧高度変換係数
Ｐ０：国際標準大気の海抜０ｍでの基準気圧値
前記気圧高度変換係数は、次式（２）で表されていてよい。
Ｐｓｅｎｓ＝（Ｒ×Ｔ）／（Ｍ０×Ｇ×Ｐ０） ……（２）
ここで、式（２）中の各文字は以下を表す。
Ｒ：気体乗数
Ｔ：屋内測定地点での絶対温度
Ｍ０：屋内測定地点での空気の分子量
Ｇ：屋内測定地点での重力加速度
前記圧力センサが屋内に存在することを検出する屋内判定ステップを、さらに備えていてよい。
前記屋内判定ステップでは、屋内と屋外とで信号強度が異なる無線信号に基づき、前記圧力センサが屋内に存在するか否かを検出するようになっていてよい。
前記無線信号は、ＷｉＦｉ信号またはＧＰＳ信号であってよい。
入力される、屋内における空気の温度に基づき前記気圧高度変換係数を演算する気圧高度変換係数演算ステップをさらに備え、前記気圧高度変換係数演算ステップでは、屋内における空気の温度と、屋内における空気の分子量または湿度とから前記気圧高度変換係数を演算するものであってよい。
入力される、屋内における空気の温度に基づき前記気圧高度変換係数を演算する気圧高度変換係数演算ステップと、屋内における湿度を測定する湿度測定ステップと、をさらに備え、前記気圧高度変換係数演算ステップでは、屋内における空気の温度と、前記湿度測定ステップで測定した屋内における湿度とから前記気圧高度変換係数を演算するものであってよい。
屋内における空気の温度を測定する温度測定ステップをさらに備え、前記気圧高度変換係数演算ステップでは、前記温度測定ステップで測定した温度を用いて前記気圧高度変換係数を演算するものであってよい。
前記気圧高度変換係数は四季に応じて設定される係数であり、前記高度計測月日情報は、高度計測時の季節であってよい。

本発明の一態様によれば、屋内で用いる気圧式高度計において、屋内での気圧と高度との定量的関数関係に基づいて、より正確な高度を計測することができる。
具体的には、仮にこれまでの登山等で用いられる気圧式高度計をそのまま屋内で適用すると高々数階程度で誤検知してしまうが、本発明の気圧式高度計を用いることにより、高層ビルでの現在高度（階数）検出を高精度で実施できる。

本発明に係る気圧式高度計の実施形態の構成例を示すブロック図である。 図１の実施形態において、処理順序を示したフローチャートである。 図２のフローチャートにおいて、基準気圧測定記憶部１の前段階の処理例を示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（実施形態の構成）
図１は、本発明に係る気圧式高度計１００の実施形態の構成例を示すブロック図である。この気圧式高度計１００は、ユーザが今、建物内の何階に居るのかを計測するものである。
図１に示す気圧式高度計１００は、基準気圧測定記憶部１と、気圧高度変換係数記憶部２と、現在気圧測定部３と、気圧高度変換係数演算部４と、高度演算部５と、を備える。
基準気圧測定記憶部１は、ある地点で絶対圧力センサによって測定された気圧を基準値（以下、基準気圧ともいう）として記憶するブロックである。基準気圧測定記憶部１は、例えば、後述の現在気圧測定部３に含まれる絶対圧力センサ３ａの測定結果を、基準気圧として所定の記憶領域に記憶する。また、前記ある地点とは、気圧式高度計１００により、現在階の認識を行う対象となる建物の屋内および屋外のいずれの地点でもよいが、現在階の認識を行う対象となる建物に近い地点ほど好適である。

一般に、気圧そのものの絶対値と標高乃至は高度とは、これら間で常時同じ関数関係のもとにあることはなく、関数関係は時間が経過するにつれて変化する。その主な変化要因は、高気圧乃至は低気圧の発生といった気象の変化によるものである。しかしながら、比較的短い時間であれば、関数関係は、気象の変化の影響を受けにくい。
したがって、基準気圧測定記憶部１は、前述の気象の変化による気圧の変化を受けないような時間間隔で動作することが望ましい。一般的には、数１０分以下の時間間隔で基準気圧が測定されることが推奨される。
気圧高度変換係数記憶部２は、高度演算に用いる気圧と高度との関数関係と、その関数内に存在するパラメータ（係数）とを予め記憶しておくブロックである。本ブロックの詳細は後述する。

現在気圧測定部３は、測定したい屋内地点（以下、屋内測定地点ともいう）における階数を求めるために、その屋内測定地点での気圧を測定するブロックである。本ブロックにおける気圧の測定は、基準気圧測定記憶部１における気圧の測定と同様に、絶対圧力センサによって測定されるものとする。例えば、現在気圧測定部３は、絶対圧力センサ３ａを備えており、この絶対圧力センサ３ａにより屋内測定地点での気圧を測定する。
気圧高度変換係数演算部４は、気圧高度変換係数記憶部２に記憶される関数関係および係数を演算するブロックである。この気圧高度変換係数演算部４は、前記関数関係および係数の演算に用いる温度情報および湿度情報を入力するための入力部４ａを備えている。本ブロックの詳細は後述する。

高度演算部５は、基準気圧測定記憶部１で記憶する基準気圧、気圧高度変換係数記憶部２で記憶する係数、および現在気圧測定部３で測定した気圧を用いて、この現在気圧測定部３で気圧測定を行った、高度を測定したい地点（以後、屋内測定地点ともいう。）の高度を演算するブロックである。例えば、高層ビル内であれば階数まで演算することができる。また、単に高度を演算することもでき、また、基準気圧を測定した地点からの高度の変化量を演算することもできる。なお、高度演算部５は、当該高度演算部５での演算結果を表示するための表示部５ａを備える。

次に、図１の各ブロックの処理動作を図２のフローチャートに基づいて説明する。なお、以下で明示する関数および係数等の数値はあくまで一例であり、屋内測定地点等で最適に設定すればよい。
図２に示すように、まず、初めにステップＳ１の処理として、気圧高度変換係数演算部４において、気圧と高度との間の関数関係と、この関数内に含まれる係数とを計算する。
一例として、気圧と高度との間の関数関係を次式（１）のように定めるものとする。
Ｈ＝−Ｐｓｅｎｓ×Ｐ０×ｌｏｇｅ（Ｐ／Ｐｒｅｆ） ……（１）
ここで、式（１）中の「ｌｏｇｅ」は自然対数の底（ｅ＝２．７１８２８）を底とする自然対数を表す。
さらに、式（１）中の各文字は以下のような意味を持つ。
Ｈ：高度（高度演算部５で得られる値）
Ｐ：測定したい地点（屋内測定地点）での気圧（現在気圧測定部３で得られる値）
Ｐｒｅｆ：基準気圧（基準気圧測定記憶部１で得られる値）
Ｐｓｅｎｓ：気圧高度変換係数（気圧高度変換係数演算部４で得られる値）

また、式（１）中の、Ｐ０は、Ｐ０＝１０１３．２５ｈＰａであり、固定値とする。なお、Ｐ０＝１０１３．２５ｈＰａとは、１９７６年に制定された国際標準大気の海抜０ｍでの基準気圧値である。また、前記（１）式から得られる高度Ｈは、基準気圧Ｐｒｅｆを測定した地点を基準とする、屋内測定地点の高度、すなわち、高度の変化量を表す。
本発明を実施するためには、前記「Ｐ０」は固定値でありさえすればよいが、より具体的には、海抜０ｍでの基準気圧値１０１３．２５ｈＰａをＰ０として用いることが好ましい。
なお、式（１）式は、空気を理想気体としたときに得られる定量的関係式をもとに、本発明に適用するために式の変形を施したものである。

続いて、上記式（１）中の、係数である気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓの計算式を以下のように定めるものとする。
Ｐｓｅｎｓ＝（Ｒ×Ｔ）／（Ｍ０×Ｇ×Ｐ０） ……（２）
ここで、式（２）中の各文字は以下のような意味を持つ。
Ｒ：気体定数
Ｔ：屋内測定地点での絶対温度
Ｍ０：屋内測定地点での空気の分子量
Ｇ：屋内測定地点での重力加速度
Ｐ０＝１０１３．２５ｈＰａ（国際標準大気の海抜０ｍでの基準気圧値）

なお、式（２）も式（１）と同様に、空気を理想気体としたときに得られる定量的関係式をもとに、本発明に適用するために式の変形を施したものである。
この式（２）を鑑みると、気体定数Ｒは不変である（Ｒ＝８．３１４４１Ｊ／ｍｏｌ／Ｋ）。また、重力加速度Ｇは、地球全体に対して赤道で最大値を取り、北極と南極で最小値を取るが、それらの間でも差は０．５％程度であり、ほぼ定数とみてよい。ここでは、１９０１年に定められた国際標準値Ｇ＝９．８０６６５ｍ／ｓ／ｓを用いる。

残る分子量Ｍ０と絶対温度Ｔは実際に測定することにより求めることもできるが、本発明に適用するには両者ともこの方法から導くこと、すなわち実際に測定することは困難であることがわかる。
すなわち、まず、分子量Ｍ０の測定については、測定そのものがそもそも非常に困難である。また、分子量に最も影響を及ぼすのは湿度であるが、その湿度の測定についても、測定すること事態はさほど困難ではないものの、厳密には屋内測定地点での平均の湿度を必要とするため、やはり測定は難しい。絶対温度についても湿度とほぼ同様の事情となり、結論として測定は困難と言わざるを得ない。

ところで、本発明の前提条件である屋内、さらに高層ビルを対象とする場合、分子量Ｍ０に最も影響を及ぼす湿度、および温度については、居住者の快適性を維持するための基準が定められている。例として、日本の建築物衛生法による室内環境基準によれば、湿度が４０％ＲＨ以上７０％ＲＨ（相対湿度）以下、温度は１７℃以上２８℃以下と定められている。これら室内環境基準として定められた湿度および温度を用いれば、空気の分子量Ｍ０は、２８．６８０以上２８．８８２以下の任意の値、絶対温度は２９０．１５以上３０１．１５以下の任意の値、であることが導かれる。すなわち、式（２）にはこれらの範囲内の数値を代入すればよい。

なお、これらの温度等の範囲はあくまで日本国内法令による居住者の存在する屋内部屋における基準である。したがって、全世界で適用する場合、あるいは居住者の存在しない屋内部屋(機械室や倉庫等)まで考慮する場合、等であれば、温度範囲を１７℃以上２８℃以下よりも広げ、さらに湿度範囲も４０％ＲＨ以上７０％ＲＨよりも広げて適用するほうが望ましい。たとえば、温度範囲を１５℃以上３０℃以下とし、湿度範囲を３０％ＲＨ以上８０％ＲＨとしてもかまわない。本発明に係る気圧式高度計はこのように温度範囲や湿度範囲を広げても同様に適用できるため、従来よりも気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓがさらに精度高く補正され、その結果として高度の測定もさらに精度が高くなる。

一例として、もっとも標準的な温度２５℃、湿度５０％ＲＨのときの分子量はＭ０＝２８．７９５である。このＭ０をはじめ、他の値をそれぞれ代入すると、気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓは、Ｐｓｅｎｓ＝８．６６３９となる。
前記気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓの演算に用いる湿度、あるいは温度は、気圧高度変換係数演算部４に含まれる入力部４ａから入力すればよい。例えば、室内環境基準として定められている湿度４０％ＲＨ以上７０％ＲＨ以下、温度１７℃以上２８℃以下を満足する値をユーザが選択して入力設定するようにすればよい。あるいは、室内環境基準として定められた湿度および温度に基づき演算した空気の分子量Ｍ０は、２８．６８０以上２８．８８２以下の任意の値および室内環境基準として定められた温度を満足する空気の分子量および温度をユーザが選択して入力設定するようにしてもよい。

さらに、入力部４ａとして、温度を測定する温度センサと、湿度を測定する湿度センサとを設け、これら温度センサおよび湿度センサで測定した温度および湿度を、気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓの演算に用いる湿度および温度として設定するようにしてもよい。
上記のようにして演算される気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓの数値の数学的意味は、Ｘ軸（横軸）に気圧、Ｙ軸（縦軸）に高度をプロットしたグラフにおいて、Ｘ軸が１０１３．２５ｈＰａでの接線の傾きがＰｓｅｎｓ＝８．６６３９であることを意味する。また、この数値の物理的意味は、気圧１０１３．２５ｈＰａの地点において、８．６６３９ｍ鉛直上方に移動するにつれて１ｈＰａ気圧が下がる、乃至は８．６６３９ｍ鉛直下方に移動するにつれて１ｈＰａ気圧が上がることを意味する。

なお、上記で示した通り、これまでの議論は空気が理想気体であることを前提条件として、気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓを求める演算方法であるが、他の条件、たとえば実在気体の、圧力と体積との関係を近似するためのＶａｎ Ｄｅｒ Ｗａａｌｓ（ファンデルワールス）の状態方程式に従って、気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓを演算してもよい。
詳細は省略するが、この場合には理想気体の場合とは異なり、与えられた微分方程式が解析的に解けないため、数値計算法などで解くことになる。

以上の手順で、気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓを演算し、式（１）に示す関数関係の係数を特定したならば、ステップＳ２に移行し、気圧高度変換係数演算部４は、演算した関数関係および気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓを、気圧高度変換係数記憶部２に記憶する。
このステップＳ１およびステップＳ２の処理を行う場所は不問であり、屋外や屋内、屋内測定地点など、いずれの場所で行ってもよい。しかしながら、気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓの演算に用いる、温度および湿度として、温度センサ、湿度センサの計測値を用いる場合には、温度センサ、湿度センサの計測値を取得する必要があるため、屋内で行う必要がある。より好ましくは、屋内測定地点が存在する建物内で行うことが好ましい。

次いで、ステップＳ３に移行し、基準気圧測定記憶部１において、絶対圧力センサ３ａによりある地点で測定した圧力を、基準気圧として記憶する。
例えば、ユーザが、今建物内の何階のフロアに居るのかを認識することを目的として、気圧式高度計１００での計測を行う場合には、ユーザは、建物の基準階、例えば、１階で、建物内に入った時点で気圧の計測を行う。
次いで、ステップＳ４に移行し、例えば上層階などの屋内測定地点において、現在気圧測定部３により絶対圧力センサ３ａによる気圧測定を行う。
次いで、ステップＳ５に移行し、高度演算部５において、ステップＳ１〜ステップＳ４により取得した各種情報に基づき、高度を演算する。すなわち、ステップＳ１で演算した気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓと、ステップＳ３で取得した基準気圧と、ステップＳ４で取得した、屋内測定地点における圧力とを用いて、ステップＳ１で演算した前記式（１）に示す関数関係から、高度Ｈを演算する。

そして、この場合、建物の何階にいるかを認識したいため、例えば既知の建物の各階高度情報に、演算した高度Ｈを照らし合わせて、現在の階数を得る。つまり、式（１）から得られる高度Ｈは基準気圧を測定した地点からの高度の変化量であり、基準気圧は１階で測定している。したがって、測定地点の階数を、既知の、建物の各階の高さをもとに演算する。すなわち各階の高さで高度Ｈを割り算することにより、屋内測定地点の階数を得ることができる。このようにして演算した演算結果は、表示部５ａにより表示される。これにより、ユーザは、高度あるいはユーザが存在する階数を認識することができる。

なお、前述のように基準気圧は、１０分間隔程度で最新の値に更新する必要がある。例えば、建物の１階などの基準階において基準気圧を取得した後は、１０分程度間隔で、屋内測定地点とは高度の異なる地点において基準気圧を取得する（ステップＳ３）。その後ステップＳ４、ステップＳ５の処理を行って、高度Ｈを取得し、基準気圧を測定した階からの高度の変化量を求め、これに基づき屋内測定地点の高度を取得するようにすればよい。

以上説明したように、屋内での、気圧と高度との間の関数関係を式（１）のように定め、この関数関係に基づいて、高度を演算するようにしたため、気圧式高度計を用いて屋内での高度を測定する場合であっても、的確に高度を計測することができる。また、屋内での、気圧と高度との間の関数関係を用いて高度演算するため、従来の屋外用の気圧式高度計を用いて測定する場合に比較して、検出精度を向上させることができる。具体的には、数１０階の分解能を持たせることができ、高層ビルでの現在高度（階数）であっても高精度に検出することができる。

（変形例１）
上述のように、基準気圧測定記憶部１での基準気圧の測定間隔は、長くとも数１０分程度が望ましい。上記では、ユーザが基準気圧の測定操作を行う構成とした場合について説明したがこれに限るものではない。
前述のように、本発明は、気圧式高度計１００を屋内で使用することを前提としている。
ここで、屋外であればＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）によって３次元測位が可能な場合が多い。一方で、高層ビルのような屋内では、ほぼ確実にＧＰＳ電波は届かない。したがって、ＧＰＳ電波からの信号を解析することにより、屋外から屋内への侵入のタイミングを知ることができる。
たとえば、ＧＰＳ電波のうち、民生機器に対して使用される１５７５．４２ＭＨｚの電波信号強度を観測できる観測機器（スペクトルアナライザ乃至は専用の半導体部品）と、この観測機器から観測信号を処理する観測信号処理部とを、気圧式高度計１００に搭載する。

そして、図３のフローチャートに示すように、まずステップＳ１１で、観測機器により取得した観測信号に基づき、観測信号処理部において、電波信号強度を測定する。そして、ステップＳ１２に移行し、測定した電波信号強度が、急に小さくなった場合に屋外から屋内に侵入したと判定する。この判定は、例えば、建物に進入した前後の電波信号強度の差を予め検出しておき、この差相当の値を、電波信号強度の変動の差のしきい値として設定する。そして、電波信号強度が前記しきい値以上減少したとき、気圧式高度計１００を保持するユーザが建物の外部から内部に移動したと判断する。
そして、このユーザが建物の外部から内部に移動したときの、ユーザが存在する階を基準階とし、この地点において基準気圧測定記憶部１において絶対圧力センサにより、基準気圧を取得する。そして、この基準気圧を所定の記憶領域に記憶する。

以後、関数関係および気圧高度変換係数の演算を行っていなければ、この時点で図２のステップＳ１およびステップＳ２の処理を行い、これらステップＳ１およびＳ２の処理を行っていれば、ステップＳ４およびステップＳ５の処理を実行するようにすればよい。このような構成とすることによって、ユーザは基準階での基準気圧情報の取得を意識することなく自動的に基準階で基準気圧を取得することができる。
また、温度センサあるいは湿度センサの測定値を用いて、気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓの演算を行う構成であるとき、上述のようにユーザが屋外から屋内に移動したことを検出する構成とした場合には、ユーザが屋外から屋内に移動したことを検出したタイミングで、温度センサおよび湿度センサの測定値を取得し、これら測定値を用いて、気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓの演算を行う構成としてもよい。

また、屋内でよく利用されるＷｉＦｉ通信による測位と電波信号強度の測定とによって、上記ＧＰＳと同様の手段を実現することもできる。つまり、ＷｉＦｉ測位によって屋内の現在位置を認識することができる。よって、この現在位置を認識することができたタイミングで、基準気圧測定記憶部１において基準気圧を測定し、これを記憶するようにしてもよい。つまり、ＷｉＦｉ通信においては、基地局（ルーター）の設置場所が既知であれば、複数の基地局とのＷｉＦｉ通信における電波信号強度から、現在位置を認識することができる。現在位置を認識することができたということは、ユーザが屋内に存在することを意味する。したがって、現在位置を認識することができた時点における、ユーザの現在位置を、基準階または基準高さとみなして、基準気圧を測定し、これを記憶するようにしてもよい。
また、この場合、基準気圧を取得した時刻を管理し、基準気圧の測定間隔（例えば数１０分）が経過し、かつ、ユーザが引き続き同じ建物内に存在する場合には、自動的に基準気圧を取得し、関数関係式（１）を自動的に更新するように構成してもよい。

（変形例２）
上記実施形態では、気圧高度変換係数演算部４における気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓを、式（２）から演算する場合について説明したがこれに限るものではない。
たとえば日本のように四季の明瞭な国においては以下のように簡略化して定めてもよい。
まず夏の場合、昨今のエネルギー事情および省エネ傾向を鑑みれば、前述の建築物衛生法による室内環境基準上限の、温度２８℃および湿度７０％ＲＨに制御することが望ましい。この場合の気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓは８．７８６２となる。逆に冬の場合には、同様に室内環境基準の、温度および湿度の下限値をもとに気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓを計算すると８．４０６０となる。
春と秋にはこれらの平均値として定めるものとすれば、気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓの値は８．５９６１である。この春と秋の値を基準にすると、夏には２．２１％高く、冬には２．２１％低くなっている。
したがって、例えば、季節と気圧高度変換係数とを対応付けて気圧高度変換係数記憶部２に記憶しておき、入力部４ａにより、季節を指定することにより、この季節に対応付けられた気圧高度変換係数を用いて、高度演算を行う構成としてもよい。

この事情は実使用時に以下のような現象をもたらす。
仮に春と秋の気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓだけを記憶して、夏に屋内高層ビル内におけるユーザが存在する階数を測定したとする。高層ビルの各階の高さ（１階と２階の間の高さ、２階と３階の間の高さ、以下同様）がすべて同じとしたときにこの気圧式高度計１００により、測定を行うと、簡単な計算によれば、１階から２３階まで登ったときに、本来２３階であるにも関わらず、２２階と誤検知することになる。逆に、冬の場合には２４階と誤検知することになる。今の高層ビルに対応するには、５０階程度の分解能は必須である。本技術を用いれば、その程度の分解能まで容易に到達する。

もちろん、このように、四季に応じて、夏、春と秋、冬の３つの気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓを設定し、季節に応じて気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓを補正する方法に限るものではない。本発明は、例えば２カ月、または３カ月毎、あるいは、月毎、さらには、月日、に応じて連続的（アナログ的に）、気圧高度変換係数Ｐｓｅｎｓを補正することも可能である。
この場合には、入力部４ａにより、高度測定時の月情報、あるいは、月日情報を入力することにより、この月情報あるいは月日情報に対応付けられた気圧高度変換係数を用いて高度演算を行う構成としてもよい。また、月情報、あるいは月日情報は、ユーザが入力部４ａにより、入力操作を行う構成としてもよく、また、例えばカレンダー機能を備えた気圧式高度計１００の場合には、このカレンダー機能により高度測定時の月または月日情報を自動的に取得し、これに対応付けられた気圧高度変換係数を特定するようにしてもよい。

さらに付け加えれば、従来の気圧式高度計は、冒頭で示した通り、屋外の気温や海抜０ｍでの気温や気圧に基づいて構成されていたり、たとえば簡単な海面更正表に基づいて与えられたりしているのみであった。そのため、従来の気圧式高度計を屋内で適用しようとすると、上層階に行くほど階数検出の誤検知が発生していた。しかしながら、本発明のこの技術を用いるだけで、上層階で誤検知される機会が大幅に減少する。
本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

１ 基準気圧測定記憶部
２ 気圧高度変換係数記憶部
３ 現在気圧測定部
３ａ 絶対圧力センサ
４ 気圧高度変換係数演算部
４ａ 入力部
５ 高度演算部
５ａ 表示部
１００ 気圧式高度計

Claims (20)

1. 圧力センサと、
   一の高度における前記圧力センサの気圧測定値を基準気圧として記憶する基準気圧測定記憶部と、
   複数の気圧高度変換係数と前記複数の気圧高度変換係数を用いる演算式とを記憶する気圧高度変換係数記憶部と、
   高度計測月日情報が入力され、前記基準気圧と、前記複数の気圧高度変換係数のうちの前記高度計測月日情報に対応する気圧高度変換係数を含む前記演算式とを用いて、屋内測定地点における前記圧力センサの気圧測定値に基づき前記屋内測定地点の高度乃至は高度の変化値を演算する高度演算部と、を備え、
   前記複数の気圧高度変換係数は、前記圧力センサの気圧測定値を高度に変換するための係数であり、月日に応じた屋内における空気の温度に基づいて予め演算された係数であることを特徴とする気圧式高度計。
2. 前記演算式は、次式（１）で表されることを特徴とする請求項１に記載の気圧式高度計。
   Ｈ＝−Ｐｓｅｎｓ×Ｐ０×ｌｏｇｅ（Ｐ／Ｐｒｅｆ） ……（１）
   ここで、式（１）中の「ｌｏｇｅ」は自然対数の底を底とする自然対数を表し、式（１）中の各文字は以下を表す。
   Ｈ：高度
   Ｐ：屋内測定地点での気圧
   Ｐｒｅｆ：基準気圧
   Ｐｓｅｎｓ：気圧高度変換係数
   Ｐ０：国際標準大気の海抜０ｍでの基準気圧値
3. 前記気圧高度変換係数は、次式（２）で表されることを特徴とする請求項２に記載の気圧式高度計。
   Ｐｓｅｎｓ＝（Ｒ×Ｔ）／（Ｍ０×Ｇ×Ｐ０） ……（２）
   ここで、式（２）中の各文字は以下を表す。
   Ｒ：気体乗数
   Ｔ：屋内測定地点での絶対温度
   Ｍ０：屋内測定地点での空気の分子量
   Ｇ：屋内測定地点での重力加速度
4. 前記圧力センサが屋内に存在することを検出する屋内判定部を、さらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の気圧式高度計。
5. 前記屋内判定部は、屋内と屋外とで信号強度が異なる無線信号に基づき、前記圧力センサが屋内に存在するか否かを検出することを特徴とする請求項４記載の気圧式高度計。
6. 前記無線信号は、ＷｉＦｉ信号またはＧＰＳ信号であることを特徴とする請求項５記載の気圧式高度計。
7. 入力される、屋内における空気の温度に基づき前記気圧高度変換係数を演算する気圧高度変換係数演算部をさらに備え、
   前記気圧高度変換係数演算部は、屋内における空気の温度と、屋内における空気の分子量または湿度とから前記気圧高度変換係数を演算することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の気圧式高度計。
8. 入力される、屋内における空気の温度に基づき前記気圧高度変換係数を演算する気圧高度変換係数演算部と、
   屋内における湿度を測定する湿度センサと、をさらに備え、
   前記気圧高度変換係数演算部は、屋内における空気の温度と、前記湿度センサで測定した屋内における湿度とから前記気圧高度変換係数を演算することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の気圧式高度計。
9. 屋内における空気の温度を測定する温度センサをさらに備え、
   前記気圧高度変換係数演算部は、前記温度センサの測定値を用いて前記気圧高度変換係数を演算することを特徴とする請求項７または請求項８記載の気圧式高度計。
10. 前記気圧高度変換係数は四季に応じて設定され、
    前記高度計測月日情報として高度計測時の季節が入力されるようになっていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の気圧式高度計。
11. 一の高度における圧力センサの気圧測定値を基準気圧として記憶する基準気圧測定記憶ステップと、
    前記圧力センサの気圧測定値を高度に変換するための複数の気圧高度変換係数を、月日に応じた屋内における空気の温度に基づいて予め演算する係数演算ステップと、
    前記複数の気圧高度変換係数と前記複数の気圧高度変換係数を用いる演算式とを記憶する気圧高度変換係数記憶ステップと、
    前記基準気圧と、前記複数の気圧高度変換係数のうちの高度計測月日情報に対応する気圧高度変換係数を含む前記演算式とを用いて、屋内測定地点における前記圧力センサの気圧測定値に基づき前記屋内測定地点の高度乃至は高度の変化値を演算する高度演算ステップと、
    を備えることを特徴とする気圧式高度演算方法。
12. 前記演算式は、次式（１）で表されることを特徴とする請求項１１に記載の気圧式高度演算方法。
    Ｈ＝−Ｐｓｅｎｓ×Ｐ０×ｌｏｇｅ（Ｐ／Ｐｒｅｆ） ……（１）
    ここで、式（１）中の「ｌｏｇｅ」は自然対数の底を底とする自然対数を表し、式（１）中の各文字は以下を表す。
    Ｈ：高度
    Ｐ：屋内測定地点での気圧
    Ｐｒｅｆ：基準気圧
    Ｐｓｅｎｓ：気圧高度変換係数
    Ｐ０：国際標準大気の海抜０ｍでの基準気圧値
13. 前記気圧高度変換係数は、次式（２）で表されることを特徴とする請求項１２に記載の気圧式高度演算方法。
    Ｐｓｅｎｓ＝（Ｒ×Ｔ）／（Ｍ０×Ｇ×Ｐ０） ……（２）
    ここで、式（２）中の各文字は以下を表す。
    Ｒ：気体乗数
    Ｔ：屋内測定地点での絶対温度
    Ｍ０：屋内測定地点での空気の分子量
    Ｇ：屋内測定地点での重力加速度
14. 前記圧力センサが屋内に存在することを検出する屋内判定ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の気圧式高度演算方法。
15. 前記屋内判定ステップでは、
    屋内と屋外とで信号強度が異なる無線信号に基づき、前記圧力センサが屋内に存在するか否かを検出することを特徴とする請求項１４記載の気圧式高度演算方法。
16. 前記無線信号は、ＷｉＦｉ信号またはＧＰＳ信号であることを特徴とする請求項１５記載の気圧式高度演算方法。
17. 入力される、屋内における空気の温度に基づき前記気圧高度変換係数を演算する気圧高度変換係数演算ステップをさらに備え、
    前記気圧高度変換係数演算ステップでは、屋内における空気の温度と、屋内における空気の分子量または湿度とから前記気圧高度変換係数を演算することを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の気圧式高度演算方法。
18. 入力される、屋内における空気の温度に基づき前記気圧高度変換係数を演算する気圧高度変換係数演算ステップと、
    屋内における湿度を測定する湿度測定ステップと、をさらに備え、
    前記気圧高度変換係数演算ステップでは、屋内における空気の温度と、前記湿度測定ステップで測定した屋内における湿度とから前記気圧高度変換係数を演算することを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の気圧式高度演算方法。
19. 屋内における空気の温度を測定する温度測定ステップをさらに備え、
    前記気圧高度変換係数演算ステップでは、前記温度測定ステップで測定した温度を用いて前記気圧高度変換係数を演算することを特徴とする請求項１７または請求項１８記載の気圧式高度演算方法。
20. 前記気圧高度変換係数は四季に応じて設定される係数であり、
    前記高度計測月日情報は、高度計測時の季節であることを特徴とする請求項１１から請求項１９のいずれか１項に記載の気圧式高度演算方法。

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