毎年、多くの高齢者が自宅内での転倒により大怪我を負い、その後の自立した生活を奪われています。緊急通報ボタンやスマートウォッチなどの見守り端末は長年普及が試みられてきましたが、入浴中や就寝時など転倒リスクの高い場所での常時装着率は2割にも達していません。また、光学式カメラは居室や脱衣所・トイレにおける心理的抵抗感が大きく、設置が困難でした。
Wi-Fi転倒検知は、住居内にすでに飛び交っている無線LANの電波をそのまま利用することで、この課題を根本から解決します。IEEE 802.11規格の電波が屋内を伝搬する際、OFDMサブキャリアは人体や壁に反射・回折します。RuViewのようなプラットフォームで物理層のチャネル状態情報（CSI）を取得・解析することで、映像を一切撮影することなく、日常生活動作と危険な転倒を高精度に判別できます。
電波生体力学：無線信号が転倒と日常動作を高精度に見分ける仕組み
日常生活における身体運動と突発的な転倒のキネマティクス（運動力学）の違いを電波上で捉えることで、信頼性の高いイベント分類が可能になります。歩行時や椅子への着席、物を拾い上げる動作では、体幹は筋肉によって制御された加減速を行います。通常の着席動作における胴体の垂直速度は秒速0.8メートルを超えることは滅多にありません。
一方、不慮の転倒は重力加速度に支配されるため、床面衝突直前における胴体の垂直降下速度は秒速1.8〜2.2メートルに達します。電波が急降下する人体に反射すると、顕著なドップラー周波数シフトが複数のサブキャリアに現れ、衝撃直後に電波変動が急激に収束して完全な静止状態へ移行します。
- 重力加速度による速度スパイク：転倒時の降下速度は1.8 m/sを超え、通常の着席動作（<0.8 m/s）とは明確に異なる高周波ドップラー偏移を生成します。
- 四肢の多周波分散反射：転倒時に手足が乱れることで、単一周期の歩行とは異なる幅広いサブキャリアへの電波散乱が発生します。
- 衝撃直後の完全静止シグネチャ：本物の転倒では衝撃直後に身体が床面に倒れ込み、持続的なゼロドップラー（無動）状態が継続します。
- フレネルゾーンのマルチパス変化：床に倒れた人体は、部屋全体の空間マルチパスの幾何構造を恒久的に変化させます。
Wi-Fi CSI転倒検知のエンドツーエンド信号処理パイプライン
アンテナに届く微弱な電波電圧の変化を高精度の緊急アラートへ変換するためには、厳密な多段階信号処理パイプラインが必要です。物理層の受信機はOFDMサブキャリア全体の複素数CSI行列を取得しますが、生データにはキャリア周波数オフセット（CFO）などのハードウェア起因のノイズが含まれています。
パイプラインではまず位相アンラップとバターワース帯域通過フィルタ（0.5 Hz〜20 Hz）を適用し、部屋の静的反射成分を除去します。続いて主成分分析（PCA）により体幹の主要な動き成分を抽出し、時間的ニューラルネットワークによってドップラー速度スペクトログラムを解析します。
- 第1段階 - 生CSIデータの取得：ESP32やLinux専用ファームウェアを用いて50 Hz〜100 Hzの周期でサブキャリア複素数を連続ストリーミング。
- 第2段階 - ノイズ除去と位相補正：ハンペルフィルタと位相リニアライズにより、高周波スパイクや搬送波ドリフトを除去。
- 第3段階 - 特徴量抽出：短時間フーリエ変換（STFT）やウェーブレット変換により、身体降下速度のスペクトログラムをリアルタイム生成。
- 第4段階 - 時間的判定ロジック：運動閾値と時系列ディープラーニングモデルを組み合わせ、転倒判定時にアラートを発報。
ハードウェアプラットフォーム比較：ESP32、Nexmon、Wi-Fi 6/7ルーター
Wi-Fi転倒検知の実装には、急激な身体運動時にもパケットドロップを起こさずに物理層CSIを安定抽出できるハードウェアが必要です。
ESP32およびESP32-S3は最も低コストかつ低消費電力なプロトタイピング環境であり、2.4 GHz帯で64本のサブキャリアを取得できます。Raspberry Pi上のNexmonパッチは5 GHz帯で80 MHz幅の広帯域CSIに対応し、さらに標準化が進むIEEE 802.11bfルーターでは専用レーダーフレームが標準提供されます。
- ESP32 / ESP32-S3：約5ドルと極めて安価、低消費電力でESP-IDFによる直接CSI取得が可能。部屋ごとの分散メッシュ構成に最適。
- Nexmon（Raspberry Pi）：5 GHz帯で80 MHzのチャネル幅をカバーし、より微細な空間識別とドップラー分解能を実現。
- IEEE 802.11bf対応ルーター：改造ファームウェアなしで市販ルーターにレーダーセンシングを標準統合する次世代通信規格。
誤検知の抑制策：ペットの運動、急速な着席、環境ノイズの分離
誤検知の排除は、見守りシステムの社会実装において最も重要な技術課題です。室内を動き回る犬や猫、ドアの急激な開閉、ソファーへ勢いよく座り込む動作などは、電波上で転倒に似た急峻な変動を生み出します。
先進的なアルゴリズムは、反射体の有効質量エネルギーと事後の静止確認によって誤判定を排除します。ペットは体幹の体積が小さく、サブキャリア全体の分散エネルギーが低くなります。また、椅子に座った後は呼吸運動や微小姿勢変更が続くのに対し、重篤な転倒では床面で長時間の無動状態が持続します。
- 体幹エネルギー閾値判定：全サブキャリアのエネルギー分散を積算し、小型ペットの通過による一時的な乱れを排除。
- 事後静止時間ウィンドウ：衝撃検出後、10〜15秒間にわたる完全な静止状態を必須条件として確認。
- 高度プロファイル照合：複数の受信ノードからの信号を比較し、電波反射の中心が床面高さに移動したことを検証。
- マルチリンク合意判定：少なくとも2つの独立した無線通信リンクで同時に異常が確認された場合のみ緊急通報を発報。
環境要因：非見通し環境（NLOS）と浴室・脱衣所での電波透過性
住宅内には送信機と受信機の間に遮蔽物のない見通し環境（LOS）と、壁で仕切られた非見通し環境（NLOS）が存在します。開放的なリビングでは信号品質が極めて高く、検知精度は95%を超えます。
浴室などの危険箇所では、電波が石膏ボードやタイル壁を透過する必要があります。2.4 GHz帯の電波は一般的な住宅用内壁を数dBの減衰で透過しますが、配管や厚いタイルは電波を遮断しやすいため、脱衣所や浴室ドア付近に小型受信機を配置することが推奨されます。
- 見通し環境（LOS）の利点：高いS/N比と明瞭なドップラー速度軌跡により、極めてクリーンな波形が得られる。
- 石膏ボード壁の透過性：Sub-6 GHzの電波は住宅内壁を自然に透過し、工事不要で隣接する部屋の見守りを実現。
- 金属配管とタイルの減衰対策：水回り特有の電波の死角には、安価なサテライトノードを近傍コンセントに増設して対応。
- ノード設置高度の最適化：床面から1.0〜1.2メートルの高さに設置することで、倒れ込む胴体のフレネルゾーン通過を最大化。
RuView空間インテリジェンスエンジンとの連携と自動通報
RuViewは、生の物理層CSIテレメトリと空間認識・スマートホーム自動化を結ぶオープンソースプラットフォームです。転倒検知を単体の判定器として動かすだけでなく、住居全体の空間モニタリングと有機的に統合します。
RuViewでは、複数のESP32ノードからのCSIストリームを同期して在室状態や姿勢変化を推定します。転倒が疑われる急激な異常波形を感知すると、部屋の在室履歴と照合し、外部クラウドを介さずローカルのHome AssistantやWebhookへ瞬時に警告を発信します。
- 完全ローカル処理：信号処理や推論を宅内ハードウェア上で完結させ、外部クラウドへの個人データ流出を遮断。
- 文脈を考慮した誤検知防止：就寝中の寝返りなど、ベッド上での動作であることが位置情報から明らかな場合はアラートを抑止。
- オープンなスマートホーム連携：Home AssistantやMQTTと直接連携し、異常検知から350ミリ秒以内に警報音や通知を作動。
- 拡張可能なオープン構成：ESP32ファームウェア、Raspberry Pi受信機、将来の802.11bf機器とシームレスに相互接続。
ステップ別導入ガイド：最小構成の転倒検知テストベンチの構築
Wi-Fi転倒検知の実験環境を構築するには、機器の配置、ベースラインデータの収集、検知閾値の調整を順序立てて行うことが肝要です。ESP32を2基用意するだけで、ドップラー変動の可視化を開始できます。
以下の5つの手順に沿って、最初の電波センシング環境を立ち上げましょう：
- 1. ハードウェア準備：2基のESP32にRuView CSIファームウェアを書き込み、一方を親機（AP）、他方を子機（STA）に設定。
- 2. ノードの配置：見守りたい部屋の両端にノードを3〜4メートル離し、床から約1メートルの高さに水平設置。
- 3. パケット送信の開始：100 Hzのレートでパケットを連続送出し、シリアル通信またはUDP経由で生CSIをPCへストリーミング。
- 4. 動作データの収集：無人の部屋、通常の歩行、椅子への着席、マット上への模擬転倒の各波形を記録して差異を確認。
- 5. 判定閾値の調整：垂直ドップラー速度の境界値と転倒後の静止監視時間を調整し、誤警報のない確実な発報を設定。
Wi-Fi転倒検知に関するよくある質問（FAQ）
市販の家庭用ルーターだけで今すぐ転倒検知ができますか？
一般的な市販ルーターの純正ファームウェアではCSIデータを外部出力できない仕様になっています。しかし、OpenWrt対応ルーター、Nexmonパッチ、または数千円のESP32マイコンを追加することで、現行のWi-Fi環境のまま転倒検知を導入できます。
ミリ波（mmWave）レーダーセンサーとの違いは何ですか？
Wi-Fiは2.4 GHzや5 GHzの電波を使用するため、壁を透過して既存ルーターで複数部屋を広域に見守れます。一方、60 GHz帯のミリ波レーダーはミリ単位の高精度を誇るものの壁を透過できず、見守りたい部屋ごとに専用機器の設置が必要です。
ペットの犬や猫が室内を走っても誤報になりませんか？
優れたアルゴリズムは、サブキャリア全体のエネルギー量と反射体の質量を計算します。ペットは人間より体積が小さく電波反射が限定的であり、激しい運動の直後に床面で完全に動かなくなることもないため、容易に除外されます。
部屋が真っ暗な夜間や、閉まったドアの向こうでも機能しますか？
はい。電波は可視光線と無関係に伝搬するため、完全な暗闇や浴室の濃い湯気の中でも全く同じ性能で動作します。また、木製ドアや石膏ボードの壁も透過して検知できます。
Wi-Fi電波で見守ることでプライバシーは侵害されませんか？
侵害されません。CSIが取得するのは電波の位相と振幅の変化という物理特性のみです。カメラ映像、顔の輪郭、音声情報などは一切含まれないため、寝室やトイレでも個人の尊厳とプライバシーを完全に保護できます。