JP2019164751A - 無人移動ユニットおよび巡回点検システム - Google Patents

Abstract

【課題】水処理現場内の機器を高頻度かつ低コストに巡回点検する。【解決手段】巡回点検システムは、複数の機器が設置された水処理現場を無人移動ユニットに巡回点検させる巡回点検システムであって、巡回点検計画に沿って自律移動する自律移動手段と、検知データ及び／又は観測データを取得するデータ取得手段と、取得データを無線送信する送信手段と、を備えた無人移動ユニットと、前記無人移動ユニットから無線送信された取得データを受信して解析し、解析データを得るデータ解析装置と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ドローン等の無人移動ユニットを用いて水処理現場内の巡回点検を行う巡回点検システム及び巡回点検に用いる無人移動ユニットに関する。

水処理プラントには、多様な機器（設備）が多数備えられており、それら機器の管理が必要になる。各機器には運転状態を検知するセンサが設置されており、センサの測定結果に基づいて、適正な運転が行われるように制御される。水処理設備や、水処理プラントの付帯設備、あるいは水処理薬品を使用する産業プラントや産業設備（ボイラ、冷却塔も含む）についても運転状態を検知するセンサの測定結果に基づいて制御される。また、作業員の五感情報（視認による水漏れ塔の発見、不良の発見、異臭確認による処理不良の発見）によるトラブル防止や早期対応がなされてきた。

従来、このような水処理現場内を人員が巡視し、センサの測定値を目視確認して保守点検作業等を行っていた。しかし、水処理現場内を巡回点検するには多大な人的コストがかかり、センサ測定値を高頻度に確認することができなかった。また、人員が確認し易い箇所にセンサ（センサの測定値を表示するモニタ）を設置することが困難な場合もあった。

各機器にオンライン計器を設置し、測定結果をＳＣＡＤＡ（Supervisory Control And Data Acquisition）等の監視制御装置で収集することが行われている。しかし、オンライン計器は高価であり、水処理現場内の多数の機器にそれぞれオンライン計器を設置する場合、多大なコストがかかっていた。

特許第５６２７５５０号明細書

本発明は、水処理現場内の機器を高頻度かつ低コストに巡回点検できる巡回点検システム及び無人移動ユニットを提供することを目的とする。

本発明による無人移動ユニットは、複数の機器が設置された水処理現場を巡回点検する無人移動ユニットであって、巡回点検計画に沿って自律移動する自律移動手段と、検知データ及び／又は観測データを取得するデータ取得手段と、取得データをデータ解析装置へ無線送信する送信手段と、を備えるものである。

本発明の一態様による無人移動ユニットにおいて、前記自律移動手段が自律飛行するものである。

本発明の一態様による無人移動ユニットにおいて、前記データ取得手段が下記（ａ１）〜（ａ７）のいずれか２つ以上である。
（ａ１）機器に取り付けられたセンサの表示画面を撮影して画像データを得るものである。
（ａ２）機器の大気開放部からの内部外観を撮影して画像データを得るものである。
（ａ３）機器の付帯配管を撮影して画像データを得るものである。
（ａ４）制御盤の赤外画像を撮影して画像データを得るものである。
（ａ５）指定場所における周囲音を集音して音声データを得るものである。
（ａ６）指定場所における特定種別のガスの有無を検知して検知データを得るものである。
（ａ７）移動経路の周辺の人を識別して撮影して画像データを得るものである。

本発明の一態様による無人移動ユニットにおいて、前記水処理現場は、水処理プラント、水処理設備、水処理プラントの付帯設備、水処理薬剤を使用する産業プラント、及び産業設備のいずれかである。

本発明による巡回点検システムは、複数の機器が設置された水処理現場を無人移動ユニットに巡回点検させる巡回点検システムであって、巡回点検計画に沿って自律移動する自律移動手段と、検知データ及び／又は観測データを取得するデータ取得手段と、取得データを無線送信する送信手段と、を備えた無人移動ユニットと、前記無人移動ユニットから無線送信された取得データを受信して解析し、解析データを得るデータ解析装置と、を備えるものである。

本発明の一態様による巡回点検システムにおいて、前記無人移動ユニットは、前記自律移動手段が自律飛行するものである無人飛行ユニットである。

本発明の一態様による巡回点検システムにおいて、前記データ取得手段が下記（ａ１）〜（ａ７）のいずれか２つ以上であることを特徴とする巡回点検システム。
（ａ１）機器に取り付けられたセンサの表示画面を撮影して画像データを得るものである。
（ａ２）機器の大気開放部からの内部外観を撮影して画像データを得るものである。
（ａ３）機器の付帯配管を撮影して画像データを得るものである。
（ａ４）制御盤の赤外画像を撮影して画像データを得るものである。
（ａ５）指定場所における周囲音を集音して音声データを得るものである。
（ａ６）指定場所における特定種別のガスの有無を検知して検知データを得るものである。
（ａ７）移動経路の周辺の人を識別して撮影して画像データを得るものである。

本発明の一態様による巡回点検システムにおいて、前記データ解析装置が、前記データ取得手段の前記（ａ１）〜（ａ７）にそれぞれ対応する下記（ｂ１）〜（ｂ７）であることを特徴とする巡回点検システム。
（ｂ１）センサの表示値を取得するものである。
（ｂ２）反応槽水面の発泡発生有無、スカム発生有無、汚泥界面の高さ、槽内水の色のいずれかを判定するものである。
（ｂ３）配管からの水漏れの有無を判定するものである。
（ｂ４）制御盤の発熱の有無を判定するものである。
（ｂ５）指定機器の異音発生有無を判定するものである。
（ｂ６）指定機器からの異臭有無、人体毒性ガスの発生有無、処理不良と相関あるガスの発生有無のいずれかを判定するものである。
（ｂ７）人の身体トラブル有無を判定するものである。

本発明の一態様による巡回点検システムにおいて、前記水処理現場は、水処理プラント、水処理設備、水処理プラントの付帯設備、水処理薬剤を使用する産業プラント、及び産業設備のいずれかである。

本発明の一態様による巡回点検システムにおいて、前記無人移動ユニットは、前記自律移動手段が自律飛行するものである無人飛行ユニットであり、該無人飛行ユニットが空中静止可能なマルチコプターである。

本発明の一態様による巡回点検システムにおいて、前記巡回点検計画が、三次元移動経路、及びデータ取得手段の実行位置を含む。

本発明の一態様による巡回点検システムにおいて、前記巡回点検計画が、巡回点検開始時刻、データ取得手段の実行時刻のいずれか１つ以上をさらに含む。

本発明の一態様による巡回点検システムにおいて、前記自律移動手段が移動進路に障害物を認識した際に障害物を避ける障害物回避機能を有する。

本発明によれば、水処理現場内の機器を高頻度かつ低コストに巡回点検できる。

本発明の実施形態に係る巡回点検システムの概略図である。 ドローンによる計器撮影を示す図である。 管理装置の機能ブロック図である。 （ａ）（ｂ）は無人移動ユニットの例を示す図である。 （ａ）（ｂ）は無人移動ユニットの例を示す図である。 無人移動ユニットの例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る巡回点検システムの概略図である。巡回点検システムは、水処理プラント（造水プラント、下水処理場など）、水処理設備、水処理プラントの付帯設備、水処理薬剤を使用する産業プラント（製紙プロセスプラント、鉄鋼プロセスプラントなど）、産業設備（ボイラ、冷却塔など）等、複数の機器４が設置された水処理現場Ｐ内をドローン（無人移動ユニット）１が飛行・巡回するものである。ドローン１は、空中静止可能なマルチコプターであり、例えば離陸、推進に４つの回転翼を用いるクワッドコプターである。

ドローン１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）等のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）からの電波によって自己位置を特定し、巡回点検計画に沿った三次元の飛行ルート（移動経路）Ｒを自律飛行（自律移動）する自律移動手段を備える。ＧＮＳＳからの電波と共に、ドローン１の前後左右にセンサを設置し、飛行進路（移動進路）に障害物を認識した際に、障害物を自ら避けて飛行するようにしてもよい。静止衛星で構成された準天頂衛星システムからの信号を併用して、測位精度を向上させてもよい。

図２に示すように、ドローン１には、撮影装置１０（データ取得手段（ａ１）〜（ａ４）、（ａ７）に対応）が取り付けられている。基地Ｂを出発したドローン１は、所定のルートＲを飛行しながら複数の機器４を巡回し、例えば各機器４に設置されたセンサ４０（センサ表示画面）を撮影する（（ａ１）に対応するデータ取得）。ドローン１に、音声を収集するマイクロフォンが設けられていてもよい（データ取得手段（ａ５）に対応）。

また、ドローン１に特定ガスを検知するガス検知センサが設けられていてもよい（データ取得手段（ａ６）に対応）。

ドローン１は、撮影装置１０で撮影した画像データ等の取得データを、現場解析機２や中継器３等の無線アクセスポイントを経由して監視室Ｍに設置された監視制御装置５へ送信する。ドローン１は、データ取得の都度、取得データ（画像データ、音声データ、検知データ）を送信してもよいし、所定のタイミングで取得データを送信してもよい。あるいはまた、基地Ｂに帰還した後に、ドローン１のメモリに格納されている取得データを監視制御装置５へ転送してもよい。

このような巡回点検システムが複数の水処理現場Ｐに設置されている場合、監視センタＣの中央監視装置６で、各水処理現場Ｐの監視制御装置５からデータを収集し、管理してもよい。

監視制御装置５は、監視制御装置５の全体を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶部、通信部等を備えるコンピュータであり、ＣＰＵが記憶部に記憶されているオペレーティングシステム（ＯＳ）やアプリケーションプログラムを読み出して実行することにより、図３に示すように、画像取得部５１、音声取得部５２、画像解析部５３、判定部５４、音声解析部５５、ガス検知情報取得部５６、ガス検知情報解析部５７（これら５１〜５７がデータ解析装置を構成）、飛行ルート設定部５８及びドローン制御部５９の機能を実現する。

飛行ルート設定部５８は、水処理現場Ｐ内の各機器４に設置されたセンサ４０の撮影位置、及びセンサ４０間の移動経路を示す三次元の飛行ルートＲを含む巡回点検計画を設定する。ドローン制御部５９は、設定された巡回点検計画に沿って自動的に飛行ルートＲを飛行し、撮影位置で撮影を行うように、ドローン１を制御する。巡回点検計画は、巡回点検開始時刻及び／又は撮影処理等データ取得の実行時刻をさらに含んでいてもよい。

画像取得部５１は、ドローン１が撮影装置１０を用いてセンサ４０を撮影した画像データを取得する。

音声取得部５２は、ドローン１がマイクロフォンを用いて集音した音声データを取得する。

画像解析部５３は、画像取得部５１がドローン１から取得した画像データを解析し、センサ４０の表示値を取得する。

判定部５４は、画像解析により取得されたセンサ表示値が、所定範囲内に収まっているか否かを判定する。

音声解析部５５は、音声取得部５２がドローン１から取得した音声データを解析し、機器４の異常（異常予兆）を検知する。例えば、音声データから、モータ等の回転機の異常を検知する。音声解析部５５は、回転機の異常を検知するための機械学習を行った学習済みの学習器に、取得した音声データを入力することで、回転機の運転状態を示す情報を当該学習器から取得する。

画像解析部５３により取得されたセンサ表示値、判定部５４による判定結果、音声解析部５５による検知結果等は、監視制御装置５のディスプレイに表示される。監視員は、表示された情報から水処理現場Ｐの運転状況を確認できる。

このように、本実施形態によれば、ドローン１が水処理現場Ｐ内を巡回し、複数の機器４に設置されたセンサ４０を撮影する。水処理現場Ｐ内を巡視する人員が不要となるため、２４時間、高頻度に水処理現場Ｐ内を巡回できる。また、人員が目視し難い箇所にセンサ４０が設置されている場合でも、ドローン１により容易にセンサ４０を撮影することができる。また、高価なオンライン計器を設置することなく、センサ表示値を取得することができる。

ドローン１は、赤外線カメラを搭載していてもよい。監視制御装置５は、撮影装置１０で撮影した画像と、赤外線カメラで撮影した画像とに基づいて、漏水、火災、人員の転倒等の事故・災害の検知を行ってもよい。

上記実施形態では、ドローン１が所定のルートＲを飛行する例について説明したが、運転員の任意の指示による経路を飛行してもよい。飛行ルート設定部５８が、判定部５４によりセンサ表示値が所定範囲内に収まっていないと判定された機器４を含む飛行ルートを設定し、ドローン制御部５９が、この飛行ルートを飛行するようにドローン１を制御してもよい。ドローン１は、この機器４のセンサ表示画面や、機器４の外観等を撮影する。

また、機器４にオンライン計器が設置されている場合、オンライン計器の異常値情報に基づいて、このオンライン計器が取り付けられている機器４を含む経路を飛行し、機器４の外観等を撮影してもよい。

上記実施形態では、監視制御装置５で運転状態の監視や異常検知を行う例について説明したが、監視センタＣの中央監視装置６でこれらの処理を行ってもよい。ドローン１によって取得された画像データや音声データを、インターネット等のネットワークを介して中央監視装置６へ送信してもよい。

上記実施形態では、ドローン１が機器に取り付けられたセンサの表示画面を撮影して画像データを取得したり、指定場所における周囲音を集音して音声データを取得したりする例について説明したが、他の検知データ及び／又は観測データを取得するものであってもよい。

例えば、ドローン１は、機器（例えば反応槽）の大気開放部からの内部外観を撮影して画像データを取得してもよい。この場合、監視制御装置５は、データ解析を行い、反応槽水面の発泡発生有無、スカム発生有無、汚泥界面の高さ、槽内水の色のいずれかを判定する。

ドローン１は、機器の付帯配管を撮影して画像データを取得してもよい。この場合、監視制御装置５は、データ解析を行い、配管からの水漏れの有無を判定する。

ドローン１は、制御盤の赤外画像を撮影して画像データを取得してもよい。この場合、監視制御装置５は、データ解析を行い、制御盤の発熱の有無を判定する。

ドローン１は、指定場所における特定種別のガスの有無を検知して検知データを取得してもよい。この場合、監視制御装置５のガス検知情報取得部５６及びガス検知情報解析部５７が、データの取得、解析を行い、指定機器からの異臭有無、人体毒性ガスの発生有無、処理不良を示唆するガス発生有無のいずれかを判定する。このとき、ガスの種類、濃度、発生場所等に基づいて、影響度を判定することもできる。

ドローン１は、飛行経路の周辺の人を識別して撮影して画像データを取得してもよい。この場合、監視制御装置５は、データ解析を行い、人の身体トラブル有無を判定する。つまり、急病や作業上の事故等で倒れている人の有無を判定する。

ドローン１は、上述の検知データ及び観測データのうち、２つ以上のデータを取得するものであることが好ましい。

上記実施形態では無人移動ユニットとして自律飛行する自律移動手段を備えるドローンを例に挙げて説明したが、他の自律移動手段を備える無人移動ユニットを使用することもできるし、２種以上の無人移動ユニットを組み合わせて使用することもできる。他の無人移動ユニットとしては例えば以下のものが挙げられる。

例えば、無人移動ユニットとして、図４（ａ）（ｂ）に示すような地上走行体７を使用することができる。地上走行体７は、本体部７０と、本体部７０を支持するタイヤ７１と、タイヤ７１を回転させる駆動手段（図示略）とを備え、自律走行する。

本体部７０は、地上走行体７のコントローラとして機能するコンピュータ７２と、撮影装置７３とを有する。撮影装置７３は、伸縮部材７４の先端に取り付けられている。撮影対象の高さに応じて伸縮部材７４が伸びて撮影装置７３が撮影を行う。走行中は、伸縮部材７４を縮めておくことが好ましい。

コンピュータ７２は、撮影装置７３が撮影した画像からセンサ表示値を取得し、取得したデータを、現場解析機２や中継器３等の無線アクセスポイントを経由して監視制御装置５へ送信する。

例えば、水処理現場Ｐ内において、地面（床面）に特殊塗料で移動経路を描いておく。地上走行体７は、特殊塗料を検知し、移動経路に沿って正確に走行する。

地上走行体７は、地上を走行するため、低速での走行が可能である。また、ドローン１よりも積載重量を大きくすることが可能である。

無人移動ユニットとして、図５（ａ）（ｂ）に示すようなレール走行体８を使用することができる。レール走行体８は、本体部８０と、本体部８０を支持するタイヤ８１と、タイヤ８１を回転させる駆動手段（図示略）とを備え、自律走行する。

本体部８０は、レール走行体８のコントローラとして機能するコンピュータ８２と、撮影装置８３とを有する。撮影装置８３は、伸縮部材８４の先端に取り付けられている。撮影対象の高さに応じて伸縮部材８４が伸びて撮影装置８３が撮影を行う。走行中は、伸縮部材８４を縮めておくことが好ましい。

コンピュータ８２は、撮影装置８３が撮影した画像からセンサ表示値を取得し、取得したデータを、現場解析機２や中継器３等の無線アクセスポイントを経由して監視制御装置５へ送信する。

例えば、水処理現場Ｐ内において、天井や装置フレームなどからレール８６が吊り下げて固定され、レール走行体８はレール８６上を走行する。レール８６を高所に設置することで、レール走行体８と地上にいる作業員との接触を防止できる。また、高所の計器を容易に撮影できる。

レール走行体８は跨座式でもよいが、本体部８０の大きさや重量を考慮すると、図示するような懸垂式が好ましい。

無人移動ユニットとして、図６に示すような蛇型ロボット体９を使用することができる。蛇型ロボット体９は、多数の関節９１が直列に連結された蛇腹体部と、蛇腹体部を配管Ｐや装置フレームなどに螺旋状に巻きつけて伸び縮みしてうねりながら推進させる駆動手段（図示略）とを備え、自律走行する。例えば、各関節９１は、屈曲及び伸縮の３自由度動作が可能である。

蛇腹体部にはコンピュータが設けられており、蛇腹体部の先端には撮影装置９３が取り付けられている。コンピュータは、撮影装置９３が撮影した画像からセンサＳの表示値を取得し、取得したデータを、現場解析機２や中継器３等の無線アクセスポイントを経由して監視制御装置５へ送信する。

蛇型ロボット体９は、装置間の狭い隙間や、段差のある設置現場においても移動可能である。蛇型ロボット体９は、装置上を直接移動するため、地上にいる作業員との接触を防止できる。また、高所の計器を容易に撮影できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明における画像とは静止画であってもよいし、動画（静止画動画含む）であってもよい。

本発明は、定例の巡回点検の他、処理不良などの運転トラブルの発生時に原因究明のために用いることや、火災や地震等の災害が発生した際の水処理現場の状況把握に用いることもできる。

１ ドローン
２ 現場解析機
３ 中継器
４ 機器
５ 監視制御装置
６ 中央監視装置
７ 地上走行体
８ レール走行体
９ 蛇型ロボット体
１０ 撮影装置
４０ センサ

Claims (13)

1. 複数の機器が設置された水処理現場を巡回点検する無人移動ユニットであって、
   巡回点検計画に沿って自律移動する自律移動手段と、
   検知データ及び／又は観測データを取得するデータ取得手段と、
   取得データをデータ解析装置へ無線送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とする無人移動ユニット。
2. 請求項１において、前記自律移動手段が自律飛行するものであることを特徴とする無人移動ユニット。
3. 請求項１または２において、前記データ取得手段が下記（ａ１）〜（ａ７）のいずれか２つ以上であることを特徴とする無人移動ユニット。
   （ａ１）機器に取り付けられたセンサの表示画面を撮影して画像データを得るものである。
   （ａ２）機器の大気開放部からの内部外観を撮影して画像データを得るものである。
   （ａ３）機器の付帯配管を撮影して画像データを得るものである。
   （ａ４）制御盤の赤外画像を撮影して画像データを得るものである。
   （ａ５）指定場所における周囲音を集音して音声データを得るものである。
   （ａ６）指定場所における特定種別のガスの有無を検知して検知データを得るものである。
   （ａ７）移動経路の周辺の人を識別して撮影して画像データを得るものである。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、前記水処理現場は、水処理プラント、水処理設備、水処理プラントの付帯設備、水処理薬剤を使用する産業プラント、及び産業設備のいずれかであることを特徴とする無人移動ユニット。
5. 複数の機器が設置された水処理現場を無人移動ユニットに巡回点検させる巡回点検システムであって、
   巡回点検計画に沿って自律移動する自律移動手段と、検知データ及び／又は観測データを取得するデータ取得手段と、取得データを無線送信する送信手段と、を備えた無人移動ユニットと、
   前記無人移動ユニットから無線送信された取得データを受信して解析し、解析データを得るデータ解析装置と、
   を備える巡回点検システム。
6. 請求項５において、前記無人移動ユニットは、前記自律移動手段が自律飛行するものである無人飛行ユニットであることを特徴とする巡回点検システム。
7. 請求項５または６において、前記データ取得手段が下記（ａ１）〜（ａ７）のいずれか２つ以上であることを特徴とする巡回点検システム。
   （ａ１）機器に取り付けられたセンサの表示画面を撮影して画像データを得るものである。
   （ａ２）機器の大気開放部からの内部外観を撮影して画像データを得るものである。
   （ａ３）機器の付帯配管を撮影して画像データを得るものである。
   （ａ４）制御盤の赤外画像を撮影して画像データを得るものである。
   （ａ５）指定場所における周囲音を集音して音声データを得るものである。
   （ａ６）指定場所における特定種別のガスの有無を検知して検知データを得るものである。
   （ａ７）移動経路の周辺の人を識別して撮影して画像データを得るものである。
8. 請求項７において、前記データ解析装置が、前記データ取得手段の前記（ａ１）〜（ａ７）にそれぞれ対応する下記（ｂ１）〜（ｂ７）であることを特徴とする巡回点検システム。
   （ｂ１）センサの表示値を取得するものである。
   （ｂ２）反応槽水面の発泡発生有無、スカム発生有無、汚泥界面の高さ、槽内水の色のいずれかを判定するものである。
   （ｂ３）配管からの水漏れの有無を判定するものである。
   （ｂ４）制御盤の発熱の有無を判定するものである。
   （ｂ５）指定機器の異音発生有無を判定するものである。
   （ｂ６）指定機器からの異臭有無、人体毒性ガスの発生有無、処理不良と相関あるガスの発生有無のいずれかを判定するものである。
   （ｂ７）人の身体トラブル有無を判定するものである。
9. 請求項５〜８のいずれか１項において、前記水処理現場は、水処理プラント、水処理設備、水処理プラントの付帯設備、水処理薬剤を使用する産業プラント、及び産業設備のいずれかであることを特徴とする巡回点検システム。
10. 請求項５〜９のいずれか１項において、前記無人移動ユニットは、前記自律移動手段が自律飛行するものである無人飛行ユニットであり、該無人飛行ユニットが空中静止可能なマルチコプターであることを特徴とする巡回点検システム。
11. 請求項５〜１０のいずれか１項において、前記巡回点検計画が、三次元移動経路、及びデータ取得手段の実行位置を含むことを特徴とする巡回点検システム。
12. 請求項１１において、前記巡回点検計画が、巡回点検開始時刻、データ取得手段の実行時刻のいずれか１つ以上をさらに含むことを特徴とする巡回点検システム。
13. 請求項５〜１２のいずれか１項において、前記自律移動手段が移動進路に障害物を認識した際に障害物を避ける障害物回避機能を有することを特徴とする巡回点検システム。

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