JPH1088997A - トンネル内消火ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル内における車両事故等によって発生
する火災を無人で迅速かつ確実に消し止める。 【解決手段】 消火ロボット１は、火災発生箇所までの
距離と方向を算出するとともに、そのときの風向ＷＤと
風速ＷＳを検出し、これらの値に基づいて重力加速度お
よび空気抵抗を考慮した軌道計算を行い、消火剤の噴射
方向と噴射速度を決定する。そして、噴射ノズルの俯仰
機構、旋回機構および噴射機構を駆動し、消火剤を噴射
する。この結果、図６に示すように、噴射された消火剤
は、風と重力加速度の影響を受けてその軌道が曲げられ
ながらも火災発生箇所に正確に到達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、トンネル内に発
生する火災を無人で消火することができるトンネル内消
火ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル内において車両事故等による火
災が発生した場合、トンネル内が閉所であり、しかも煙
の充満によって視界が妨げられる等の理由から人手によ
る消火作業は極めて困難となる。また、火災の発生から
消防車が駆け付けるまでには一定の時間を要することか
ら消火作業が遅れがちとなり、このため被害が一層拡大
する危険がある。こうした事情から、従来交通量の多い
特定のトンネル内においては火災の発生を検知して水を
噴射する安全設備が設けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
安全設備は、水を噴射することによってトンネル内の温
度上昇を抑え、これによって人の安全を確保したり、あ
るいは高熱によるトンネル内コンクリート壁の劣化等を
防止する点では効果があるものの、車両に搭載された又
は車両から漏れ出たガソリンや軽油等の燃焼を完全に消
し止めることができず、十分な消火能力を期待できない
という問題があった。

【０００４】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、トンネル内における車両事故等によって発生
する火災を無人で迅速かつ確実に消し止めることができ
るトンネル内消火ロボットを提供することを目的として
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１記載の発明は、トンネル内を移動して
火災の消火作業を行う消火ロボットであって、トンネル
内における高温部を検出し該高温部までの距離と方向を
算出する火災位置検出手段と、トンネル内における風速
と風向を検出する風向風速検出手段と、指定された噴射
方向に指定された噴射速度で液状または粉状の消火剤を
噴射する消火剤噴射手段と、前記火災位置検出手段によ
って算出される高温部までの距離と方向および前記風向
風速検出手段によって検出される風速と風向に応じて前
記消火剤噴射手段に指定すべき消火剤の噴射方向と噴射
速度を制御する噴射制御手段とを具備することを特徴と
している。

【０００６】また、請求項２記載の発明は、トンネル内
を移動して火災の消火作業を行う消火ロボットであっ
て、トンネル内における高温部を検出し該高温部までの
距離と方向を算出する火災位置検出手段と、指定された
噴射方向に指定された噴射速度で液状または粉状の消火
剤を噴射する消火剤噴射手段と、前記火災位置検出手段
によって算出される高温部までの距離と方向に応じて前
記消火剤噴射手段に指定すべき消火剤の噴射方向と噴射
速度を制御する噴射制御手段と、重力加速度および空気
抵抗が噴射された消火剤の軌道に与える影響に対応した
補正を前記噴射方向または噴射速度に施す補正手段とを
具備することを特徴としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。 Ａ：実施形態の構成 （１）全体構成 図１はこの発明の一実施形態の全体構成を示す斜視図で
ある。同図において、１は、トンネル内の車両事故等で
発生した火災の消火作業を行う消火ロボットであり、２
は、トンネル内の上部壁面に敷設されたレールである。
消火ロボット１は、走行機能を備え、レール２と係合す
る走行車輪１ａ，１ｂを駆動してトンネル内を車線方向
に走行する。また、消火ロボット１は、例えば赤外線感
応型のＣＣＤカメラ１１，１２によって一定温度以上の
高温部（すなわち火災発生箇所）を検出し、この高温部
に向けて噴射ノズル１８から消火剤を噴射する。ここ
で、消火剤としては噴射ノズル１８からの噴射を可能と
するため液状または粉状の化学消火剤が用いられる。

【０００８】（２）消火ロボット１の電気的構成 次に、消火ロボット１の電気的構成について説明する。
図２は消火ロボット１の電気的構成を示すブロック図で
ある。同図において、一対のＣＣＤカメラ１１，１２
は、トンネル内の状況を赤外線感応方式によって撮像
し、各々の撮像結果を出力する。１３は火災位置検出部
であり、一対のＣＣＤカメラ１１，１２の撮像結果を画
像解析して一定温度以上の高温部を検出するとともに所
定の３次元計測原理を用いて当該高温部までの距離Ｌと
方向Ｄを算出する。

【０００９】例えば、１つのＣＣＤカメラが捉える画像
において、トンネル内の火災発生箇所は、図３に示すよ
うに一定温度以上の高温部のパターンＦＰとして現れ
る。このパターンＦＰを代表する所定の点ＦＰ１を選定
し、この点ＦＰ１を目標点とする消火ロボット１からの
距離Ｌと方向Ｄを一対のＣＣＤカメラ１１，１２を用い
た両眼ステレオ法等の３次元計測原理によって求める。

【００１０】さて再び図２に戻る。同図において、１４
は風向風速センサであり、トンネル内における風向およ
び風速を検出する。この風向風速センサ１４は、例えば
翼を有する回転体で構成された検出部とその検出結果を
電気信号に変換する検出回路からなっており、翼の向き
によって風向を、回転速度によって風速を検出するよう
になっている。この風向風速センサ１４によって検出さ
れる風向は、水平方向（この場合、特にトンネル内であ
るから主として車線方向になる）のみであるが、火炎に
よる上昇気流による鉛直方向の風速については、火災発
生箇所の温度と上昇気流の速度が一定の関係にあると考
えられることから、この関係を所定の近似式で定義して
おき、ＣＣＤカメラ１１，１２による温度検出結果によ
って上昇気流の速度を推定する。

【００１１】１５は噴射制御部であり、火災位置検出部
１３および風向風速センサ１４の検出結果に応じて噴射
方向および噴射速度を制御する。すなわち、噴射制御部
１５は、火災位置検出部１３によって検出される火災発
生箇所（すなわち、図３に示す目標点ＦＰ１）までの距
離Ｌと方向Ｄ、風向風速センサ１４によって検出される
風向ＷＤと風速ＷＳ（火炎による上昇気流の推定風速成
分を含む）、噴射後の消火剤に影響する重力加速度Ｇお
よび空気抵抗Ｆの各値に基づき消火剤を目標点ＦＰ１に
到達させるための軌道計算を行い、適切な噴射方向（す
なわち、俯仰角θ１および旋回角θ２）と噴射速度Ｖを
算出する。なお、空気抵抗Ｆは、トンネル内空気の温度
や湿度、消火剤の粒子の特性等に応じて定まる値であ
り、予め固定値として算出しておいてもよいが、噴射の
都度そのときの温度や湿度を検出して算出してもよい。
後者の場合、温度検出の他、湿度を検出するには湿度計
を設けておく。そして上記算出した各値θ１、θ２、Ｖ
に対応する駆動信号を俯仰駆動部１５ａ、旋回駆動部１
５ｂおよび噴射機構１６へ各々供給する。

【００１２】俯仰駆動部１５ａは、噴射制御部１５から
供給される駆動信号に基づき噴射ノズル１８を火災発生
箇所の方向に俯仰させる。また、旋回駆動部１５ｂは、
噴射制御部１５から供給される駆動信号に基づき噴射ノ
ズル１８を火災発生箇所の方向に旋回させる。さらに、
噴射機構１６は、噴射制御部１５から供給される駆動信
号に基づき消火剤を噴射ノズル１８に圧入する。

【００１３】また、１７は走行制御部であり、トンネル
内の車線方向に所定間隔（例えば５０ｍ間隔）で設置さ
れた火災検出器（図示略）の検出結果と火災検出部１３
によって検出される火災発生箇所までの距離Ｌに応じて
消火ロボット１の走行と停止を制御する。すなわち、各
火災検出器は火災を検出すると、図示しない管理局へそ
の旨を報知する。管理局では、火災検出器のアドレス管
理を行っており、火災を報知した火災検出器のアドレス
信号を消火ロボット１へ送信する。なお、これらの信号
は有線、無線のいずれの通信路によって伝達してもよ
い。消火ロボット１が火災検出器のアドレス信号を受信
すると、走行制御部１７は、当該火災検出器の位置に向
けて消火ロボット１を走行させる。そして、火災発生箇
所に近づくと、今度は火災検出部１３によって検出され
る火災発生箇所までの距離Ｌに応じて走行を制御する。
すなわち、距離Ｌが消火剤の射程距離を越えている場
合、射程距離に入るまで消火ロボット１を走行させ、射
程距離に入ったところで走行を停止させる。なお、消火
ロボット１は、図示しないバッテリを搭載しており、こ
れによって上記各部の電源を得るようになっている。

【００１４】（３）噴射ノズル１８の機械的構成 次に、噴射ノズル１８の機械的構成について説明する。
図４は噴射ノズル１８の外観の概略を示す斜視図であ
る。同図に示すように、噴射ノズル１８は、俯仰機構と
旋回機構によって俯仰自在かつ旋回自在に支持されてお
り、これによって噴射時には噴射口が火災発生箇所の方
向に向けられるよう駆動される。

【００１５】また、図５は図４に示す噴射ノズル１８の
矢視Ａ−Ａ′による断面図である。図５に示すように、
噴射ノズル１８は一定範囲にわたる噴射を可能とすべく
噴射口１８ａがラッパ状に開口している。供給口１８ｂ
から噴射ノズル１８内に圧入される霧状の消火剤は、噴
射口１８ａの開口形状に応じた噴射パターンで外部に噴
射される。

【００１６】Ｂ：実施形態の動作 次に、上記構成からなる実施形態の動作を説明する。ま
ず、トンネル内の所定位置で車両事故が発生し、これに
より車両から流れ出したガソリンに引火して火災が発生
した場合を想定する。このとき、トンネル内の所定位置
に待機あるいは巡回走行している消火ロボット１は、火
災を検知した火災発生器のアドレス信号を管理局から受
信し、火災の発生を検知する。これにより、消火ロボッ
ト１は、当該火災発生器のアドレス（設置位置）に向か
って走行し、火災発生箇所に近づくと、今度は火災発生
箇所までの距離Ｌと方向Ｄを算出する。

【００１７】ここで、火災発生箇所までの距離Ｌが消火
剤の射程距離を越えている場合、消火ロボット１は、火
災発生箇所にさらに接近すべく走行し、射程距離内の所
定位置で停止する。次いで、消火ロボット１は、火災発
生箇所までの距離Ｌと方向Ｄを算出し直すとともに、そ
のときの風向ＷＤと風速ＷＳを検出し、これらの値に基
づいて重力加速度Ｇと空気抵抗Ｆを考慮した軌道計算を
行い、噴射方向θ１，θ２と噴射速度Ｖを決定する。そ
して、噴射ノズルの俯仰機構、旋回機構および噴射機構
を駆動し、消火剤を噴射する。

【００１８】図６は噴射された消火剤がとる軌道の一例
を示しており、同図（ａ）は側面図であり、同図（ｂ）
は平面図である。これらの図に示すように、噴射された
消火剤は、風と重力の影響を受けてその軌道が曲げられ
ながらも、火災発生箇所に正確に到達する。こうして近
傍の火炎が消し止められ、火災の範囲が移動ロボット１
の停止位置から後退しその射程距離から外れると、移動
ロボット１は、再び射程距離に入る位置まで移動し、そ
の時点における火災発生箇所までの距離Ｌと方向Ｄおよ
び風向ＷＤと風速ＷＳに対応した噴射方向と噴射速度で
消火剤を噴射する。

【００１９】こうして、移動ロボット１は、走行と停止
を繰り返し、各停止時点における適切な噴射方向と噴射
速度で消火剤を噴射することにより火災発生位置に正確
に消火剤を到達させ、これによって確実にトンネル内火
災を消し止めることが可能になる。

【００２０】Ｃ：変更例 なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以
下のような各種の変更が可能である。

【００２１】（１）噴射ノズル１８の構造は、図４およ
び図５に示したものに限らず、噴射方向を自在に制御で
きる構造であれば、その他の構造を採用することも可能
である。

【００２２】（２）また、実施形態では、風速のみなら
ず風向に対応した噴射制御を行ったが、通常トンネル内
では風向といっても車線方向に風が流れるのみである
（ただし、火炎による上昇気流は除く）。したがって、
風向風速センサ１４においては、あらゆる方向について
風向を検出する必要は必ずしもなく、風向に関しては順
方向か逆方向かを検出できれば十分と考えられる。この
限りにおいて、風向風速センサ１４を任意に選定可能で
ある。

【００２３】（３）また、実施形態では、確実に消火を
行うために消火ロボット１を一旦停止させた状態で消火
剤を噴射するようにしたが、仮に消火ロボット１が走行
しながら消火剤を噴射する場合には、消火ロボット１の
走行速度を検出する速度センサを設け、その検出結果に
応じて噴射方向や噴射速度を制御すればよい。

【００２４】（４）また、実施形態では、火災発生箇所
までの距離と方向を測定するための目標点ＦＰ１を特に
限定しなかったが、消火剤の射程距離内であれば任意に
選定可能である。好ましくは、噴射された消火剤が火災
発生箇所をより広くカバーする点を目標点ＦＰ１とする
のがよい。

【００２５】（５）また、実施形態では赤外線感応型の
ＣＣＤカメラ１１，１２を用いたが、これに限らず、火
災発生箇所を検出できるものであればその他の方式のも
のを採用してもよい。

【００２６】（６）また、消火ロボット１が火災発生箇
所に接近しすぎた場合、消火ロボット１自身が火災に巻
き込まれる危険があることから、ＣＣＤカメラ１１，１
２とは別に温度センサを設置して消火ロボット１が一定
温度を越える程度まで火災発生箇所に接近することのな
いよう走行を制御してもよい。

【００２７】（７）また、消火ロボット１の動力源とし
ては、上記実施形態のようにバッテリを搭載するのでは
なく、トロリ架線によって外部より電力を供給するよう
にしてもよい。また、エンジンと発電機を搭載して動力
を供給するようにしてもよい。

【００２８】（８）また、消火ロボット１の走行方式
は、上記実施形態のように走行車輪１ａを駆動する方式
に限らず、例えばリニアモータによって磁気的に推力を
得る方式を採用するようにしてもよい。また、走行速度
は、特に限定されないが、火災発生箇所の近傍に迅速に
到達する必要があることから、レール２のつなぎ目やカ
ーブ等の走行路上の制約が許す限り、より高速であるこ
とが望ましい（例えば、秒速１０ｍ程度以上）。

【００２９】（９）また、長距離のトンネルに適用する
場合には、複数の消火ロボット１，１，……をトンネル
内に所定間隔で配置しておき、火災発生時には、これら
消火ロボット１，１，……を火災発生箇所に集中させ、
一斉に消火作業を行わせるようにしてもよい。この場
合、設置スペースがあれば、複数のレール２，２，……
を並列に敷設するようにしてもよい。

【００３０】（１０）また、実施形態では、火災の検知
から消火剤の噴射までを全て無人で行うようにしたが、
これに限らず、例えば消し残した火災発生箇所を人間が
リモートコントローラにより制御して消火を行わせるな
ど、必要に応じて人間の判断を介入させるようにしても
よい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、消火ロボットがトンネル内の火災発生箇所に移動
し、適切な噴射方向および噴射速度で消火剤を噴射する
ので、当該火災発生箇所に正確に消火剤を到達させるこ
とができ、これによってトンネル内火災を無人で迅速か
つ確実に消し止めることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態の全体構成を示す斜視
図である。

【図２】 同実施形態における消火ロボットの電気的構
成を示すブロック図である。

【図３】 同消火ロボットのＣＣＤカメラによるトンネ
ル内火災の撮像画面の一例を示す図である。

【図４】 同消火ロボットの噴射ノズルの外観の概略を
示す斜視図である。

【図５】 図４に示す噴射ノズルの矢視Ａ−Ａ′による
断面図である。

【図６】 噴射された消火剤がとる軌道の一例を示す図
であり、（ａ）は側面図を、（ｂ）は平面図を示してい
る。

【符号の説明】

１ 消火ロボット ２ レール １１，１２ ＣＣＤカメラ（火災位置検出手段） １３ 火災位置検出部（火災位置検出手段） １４ 風向風速センサ（風向風速検出手段） １５ 噴射制御部（噴射制御手段、補正手段） １５ａ 俯仰駆動部 １５ｂ 旋回駆動部 １６ 噴射機構（消火剤噴射手段） １７ 走行制御部（走行制御手段） １８ 噴射ノズル（消火剤噴射手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル内を移動して火災の消火作業を
   行う消火ロボットであって、 トンネル内における高温部を検出し該高温部までの距離
   と方向を算出する火災位置検出手段と、 トンネル内における風速と風向を検出する風向風速検出
   手段と、 指定された噴射方向に指定された噴射速度で液状または
   粉状の消火剤を噴射する消火剤噴射手段と、 前記火災位置検出手段によって算出される高温部までの
   距離と方向および前記風向風速検出手段によって検出さ
   れる風速と風向に応じて前記消火剤噴射手段に指定すべ
   き消火剤の噴射方向と噴射速度を制御する噴射制御手段
   とを具備することを特徴とするトンネル内消火ロボッ
   ト。
2. 【請求項２】 トンネル内を移動して火災の消火作業を
   行う消火ロボットであって、 トンネル内における高温部を検出し該高温部までの距離
   と方向を算出する火災位置検出手段と、 指定された噴射方向に指定された噴射速度で液状または
   粉状の消火剤を噴射する消火剤噴射手段と、 前記火災位置検出手段によって算出される高温部までの
   距離と方向に応じて前記消火剤噴射手段に指定すべき消
   火剤の噴射方向と噴射速度を制御する噴射制御手段と、 重力加速度および空気抵抗が噴射された消火剤の軌道に
   与える影響に対応した補正を前記噴射方向または噴射速
   度に施す補正手段とを具備することを特徴とするトンネ
   ル内消火ロボット。