JP2001117633A - プラント監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 テレビカメラでボイラプラントを監視する
際、点検箇所に点検員がいるとき自動的に撮影位置をず
らせ該箇所を監視するプラント監視方法を提供する。 【解決手段】 レール上を巡回走行する監視ロボットに
搭載のテレビカメラにより所定位置から点検箇所(例：
バーナ)を撮影し、該撮影した監視画像と予め撮影した
点箇所の正常時の基準画像との差画像を作成し、該差画
像を２値化処理して差の部分の面積を求め、該面積が所
定値より大きいとき点検員(障害物)有りと判断して、監
視ロボットを移動しカメラ角度を変えて撮影し、再度上
記のように判断まで繰り返し、これを障害物なしと判断
されるまで繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラント現場内を
監視ロボットが巡回し、該監視ロボットに搭載したテレ
ビジョンカメラ（以降、テレビカメラという）で撮影し
た各点検箇所の映像を画像処理して、点検箇所の異常状
態を検出する監視方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所等のプラントにおいては、設
備の長寿命化、パトロールの省力化などの要請により、
設備監視の自動化に対する要求が高まっている。そのた
め重要機器（例えば、ボイラプラントにおける燃料供給
装置、バーナ部、主要バルブ類等）を監視用テレビカメ
ラなどを用いて撮影し、撮影した画像をビデオモニタ上
に写して集中的に監視する方法が広く用いられている。
また、近年の画像処理技術の進展に伴い、監視用テレビ
カメラの画像を画像処理して、この画像によって機器の
異常の有無を判断するケースがＦＡ(Factory Automati
on)の分野から波及して増加する傾向にある。

【０００３】しかしながら、テレビカメラでは、監視領
域が限られ、ボイラプラント全体をカバーできないため
に、実際にはプラント各部に対して巡視員による１日６
〜７回の、目視または聴覚による巡視点検が行われてい
る。この巡視点検業務は異常発見に対して熟練を要する
ものであり、かなりの負担を伴っている。また発電所の
ニーズとして監視の中央集中化、または省力化に伴う人
的な制約がある。

【０００４】図５に示すように、プラント現場にはテレ
ビカメラ６を搭載した監視ロボット５が設置されてい
る。この監視ロボット５は、予め決められた監視ルート
や監視ポイントにて、点検箇所の映像をテレビカメラ６
により収集し、通信装置３を介して中央制御室に設置さ
れた異常監視装置４へ送信する。そこで、送信された映
像をデータとして画像処理装置２により画像処理して、
ビデオモニタ１上で点検箇所の異常判断を行うのが一般
的である。なお、監視ロボット５は、通常、レールにそ
って前後方向８に移動するように、そして監視ロボット
５上のテレビカメラ６は、上下軸１０回りに左右に旋回
すると共に上下軸１０と直交する水平軸9回りに上下に
旋回するようなっている。

【０００５】画像処理による点検箇所の異常は、基本的
な手法として図６に示すアルゴリズムによって検出され
る。予め各点検箇所の正常な状態を示す画像（これを基
準画像と呼ぶ）を画像処理装置２内に記憶しておく。そ
して監視ロボット５が各監視ポイントに移動する毎に当
該点検箇所の基準画像をメモリＡに記憶する。一方、監
視ポイントで監視ロボット５に搭載したテレビカメラ６
により取り込んだ画像（これを監視画像と呼ぶ）をメモ
リＢに記憶する。次いでメモリ内Ａの画像データとメモ
リＢ内の画像データと差分（これを差画像と呼ぶ）をベ
ースデータとし、その点検箇所での光学系での環境条
件、異常現象の程度により、上記差画像をある程度の輝
度のしきい値を試行錯誤しながら、テレビカメラ６によ
り取り込んだ監視画像に対して、正常時、異常時の差を
明確に区別すべく最適な値を設定する。すなわち、差画
像においてしきい値より輝度差の大きい部分は白色に、
しきい値より輝度差の小さい部分は、黒色とする処理
（これを２値化処理と呼ぶ）を行う。該白色の画像が実
際の映像での、燃料又は蒸気のリーク箇所を示し、白色
の画素の面積量が点検箇所毎に設定する面積量を超えた
場合にリーク有り、すなわち異常と判断する。また、設
定した面積量以下の場合は、リークなし、すなわち正常
と判断する。

【０００６】図７に画像処理例を示す。基準画像１１と
監視画像１２から差画像１３を作成し、これを２値化処
理して、白黒２色の２値化処理画像１４を作成する。図
７で白抜き部分の面積が所定値を超えたとき、当該点検
箇所に燃料又は蒸気のリークあり、異常と判断される。

【０００７】しかしながら、テレビカメラ６により取り
こんだ監視画像１６に、点検箇所を巡視中の点検員１７
が入った場合に問題が起きる。図８に示すように、監視
画像１６に巡視点検員１７が入ると、監視画像１６と基
準画像１５との差分１８が大きくなり、したがって２値
化処理画像１９では白色の画素の面積量が大きくなる。
このように巡視点検員１７の映像による白色の面積が、
異常ありとの誤判断を引き起こすという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、プラント現場の異常を監視するために、監視ロボッ
トにより点検箇所を巡視し、該監視ロボット搭載のテレ
ビカメラで撮影し、そして現時点での監視画像と正常状
態を示す基準画像との差画像を作成し、さらにそれを２
値化処理して、その２値化処理画像上での白色面積の大
きさから、点検箇所の異常の有無を判断していた。しか
しながら、監視画像に点検箇所を巡視中の点検員など障
害物の像が取りこまれると、点検箇所の異常が判断でき
ないばかりでなく、点検箇所が異常であると誤って判定
されるという問題があった。本発明は、上記問題を解決
するために、監視ロボットにより撮影した点検箇所の映
像中に点検員の像が障害物として入ったとき、監視ロボ
ットを障害物を避ける位置まで自動的に移動させ、監視
ロボットにより点検箇所を撮影し監視することができる
プラント監視方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のプラント監視方法は、プラント現場でレー
ル上を走行する監視ロボットに搭載されたテレビジョン
カメラにより点検箇所を監視するプラント監視方法にお
いて、所定位置からプラントの点検箇所を撮影した監視
画像と予め求めた点検箇所の正常状態を示す基準画像と
の差を表す差画像を作成し、該差画像を２値化し、該２
値化画像上で差部分を色分けした面積が第１の所定値よ
り大きいときに点検箇所近傍に障害物ありと判断し、監
視ロボットを所定距離だけ移動させテレビジョンカメラ
の旋回角度を変えて、上記同様に点検箇所の撮影から差
画像の作成、２値化画像の作成及び判定を行い、障害物
が消失するまで繰り返すことを特徴とする。

【００１０】上記プラント監視方法において、障害物が
消失した後、障害物のない監視画像をテレビジョンカメ
ラの所定位置からの画像に補正し、該補正画像と基準画
像との差を表す差画像を作成し、該差画像を２値化し、
該２値化画像上で差部分を色分けした面積が第１の所定
値より小さい第２所定値以上のときに点検箇所に異常あ
りと判断するとよい。上記プラント監視方法において、
障害物は色分けした面積の縦横比が所定値より大きいも
のとするのがよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のプラント監視方法
について具体的に説明する。このプラント監視方法は、
一例として、図５で既に説明した装置を用いて、ボイラ
プラントの燃料供給装置、バーナ部、主要バルブ類の点
検箇所を監視するのに適用される。このプラント監視方
法は、概略、プラント現場に配置したレール７上に設置
される監視ロボット５に搭載したテレビジョンカメラ６
（テレビカメラ）により、点検箇所を所定位置から撮影
し、その監視画像を画像処理装置２又はそれに準ずる装
置に送って、そこで予め作成された画像で点検箇所の正
常な状態を示す基準画像と比較し、両画像の差の大小に
したがって、点検箇所に障害物となる巡視点検員がいる
とか、点検箇所に異状（例えば蒸気のリーク）あり、ま
たは異状なしとかを判断するものである。点検箇所に障
害物ありと判定したときには、監視ロボット５位置を変
更し、再度、点検箇所の映像を画像処理装置に入力し障
害物の検出を行う。このような処理を障害物を検出しな
くなるまで繰り返す。

【００１２】図１は本発明の実施の形態となるプラント
監視方法のアルゴリズムを示す図である。監視ロボット
５が監視ポイントに移動したとき、画像処理装置２のメ
モリＡに当該点検箇所の基準画像を格納する(ステップ
Ａ１０〜３０)。それと共に監視ポイントで監視ロボッ
ト５に搭載したテレビカメラ６を所定の旋回角度に設定
して点検箇所を撮影し、その画像（監視画像という）を
画像処理装置２のメモリＢに格納する（ステップＢ１０
〜３０)。

【００１３】それからメモリ内Ａの画像データとメモリ
Ｂ内の画像データと差分を示す差画像を作成する（ステ
ップＢ４０)。次にメモリ内Ａの画像データとメモリＢ
内の画像データを基に障害物の有無を検出する（ステッ
プＢ５０)。

【００１４】障害物の有無を検出するステップＢ５０を
図２により説明する。ステップＢ４０で作成した差画像
をベースデータとし、点検箇所での光学系での環境条
件、異常現象の程度により、差画像をある程度の輝度の
しきい値を試行錯誤しながら監視画像に対して正常／異
状を明確に区別すべく最適なしきい値を設定して２値化
処理を行ない、メモリＡ、Ｂのデータ間で変化がある部
分を白い画素で表す白黒の２値化画像を作成する。この
段階では白い画素部分が障害物か異状（例えば蒸気のリ
ーク）かは判定できない。(ステップＢ５０１)。２値化
画像に対してラベリング処理を行う、すなわち白の画素
に対して走査を行い連続している白の画素を同一の領域
とし、領域分けを行う(ステップＢ５０２)。ラベリング
処理した領域毎に面積の計算を行う(ステップＢ５０
３)。次いで、該計算した面積が画像全体の１０％以上
となる領域に対してのみ、領域の縦横比の計算を行う。
これは、障害物が点検箇所にある場合、その映像は画像
全体の１０％以上の領域を占めるためである。縦横比の
計算は領域に対して水平方向の長さを幅とし、直角方向
の長さを高さとする(ステップＢ５０４)。縦横比は障害
物（巡視点検員）をより精度よく検出しようとするもの
で、縦横比が１．５以上の領域がある場合、監視装置は
障害物有りと判断し、縦横比が１．５以上の領域がない
場合、障害物無しと判断する(ステップＢ５０５)。

【００１５】障害物（巡視点検員）有りと判断された場
合、障害物が２値化画像の左右方向のどの位置に有るか
を判定し(ステップＣ１０)、監視ロボットの移動方向
を、後述するように障害物を避ける方向に決め(ステッ
プＣ２０)、予め決めた距離（ピッチ）だけ移動させ、
かつ後述するようにテレビカメラが点検箇所に向くよう
にその旋回角度を変更する(ステップＣ３０)。そしてス
テップＢ２０から５０及びＣ１０から３０を、２値化処
理画像から障害物無しと判断されるまで、繰り返す。

【００１６】障害物（巡視点検員）有りから無しと判断
された場合、障害物無しと判断が変わった監視画像（テ
レビカメラが撮った画像）のデータをその際のテレビカ
メラの旋回角度から監視ポイントにおけるテレビカメラ
の旋回角度になるように画像データのずれを補正する。
最初に障害物無しと判断された監視画像は補正されても
変化しないので、結果的に補正前のものと同じになる
(ステップＢ６０)。

【００１７】補正された監視画像データとメモリ内Ａの
基準画像データとを減算処理して差画像を作成し(ステ
ップＢ７０)、差画像を２値化処理し(ステップＢ８０
)、面積計算を行う(ステップＢ９０ )。当該面積がし
きい値以上(ステップＢ１００)の場合にのみ、燃料また
は蒸気のリークの異常ありと判断し、警報を出力する
(ステップＢ１１０)。

【００１８】次に、上記処理により障害物を検出した場
合に監視ロボットを移動する要領を、図３により説明す
る。監視ロボット５は、レール上に設置されているため
移動方向はレールに沿う前後のみとなる。監視ロボット
の移動方向は、巡視点検員（障害物）と判断した領域の
画面上の位置により決定する。

【００１９】図３は、監視ロボット５、監視対象物及び
障害物の３者位置関係と、障害物を避けて監視対象物を
撮影するためにロボット5が移動する方向とについて説
明する図である。図３(ａ)は、ロボット５がその前進方
向の右側にある点検箇所を撮った際に、監視画像の左に
障害物の像が入った場合の３者の位置関係を示す。この
とき、ロボット５は後進して障害物を避け、点検箇所を
撮ることになる。図３(ｂ)は、ロボット５がその前進方
向の右側にある点検箇所を撮った際に、該画像の右に障
害物の像が入った場合の３者の位置関係を示す。このと
き、ロボット５は前進して障害物を避け、点検箇所を撮
ることになる。図３(ｃ)は、ロボット５がその前進方向
の左側にある点検箇所を撮った際に、該画像の右に障害
物の像が入った場合の３者の位置関係を示す。このと
き、ロボット５は後進して障害物を避け、点検箇所を撮
ることになる。図３(ｄ)は、ロボット５がその前進方向
の左側にある点検箇所を撮った際に、該画像の左に障害
物の像が入った場合の３者の位置関係を示す。このと
き、ロボット５は前進して障害物を避け、点検箇所を撮
ることになる。

【００２０】図４により監視ロボット５の移動距離と該
監視ロボット５に搭載のテレビカメラの旋回角度につい
て説明する。図２で説明したように、監視ロボット５は
一定のピッチｐで移動し、その都度テレビカメラの旋回
角度を変更して点検箇所を撮影し、その映像を画像処理
して障害物の有無を判断して、障害物がなくなる距離ま
で移動する。図４は、たまたま監視ロボット５の１回
（1ピッチ）の移動で障害物をクリアした例を示すが、
一般的には複数ピッチで障害物をクリアする。

【００２１】図４に示すように、監視ロボットが走行す
るレール７と直交する方向で監視ロボット５のテレビカ
メラと点検箇所との距離をＬ₀とする。監視ロボット５
の所定の監視ポイントにおいて、点検箇所に対するテレ
ビカメラの旋回角度をα₁（度）とし、そして監視ロボ
ットがピッチｐでｎ回移動したポイントでのカメラレン
ズの旋回角度をα₂（度）に変更する。旋回角度α₂は次
の式(１)〜(３）により求める。なおＬ₀とα₁は監視ポ
イントが予め決まっているから既知である。またピッチ
ｐも予め決まった値である。Ｃはレールから点検箇所を
真正面に(レールに直交して)見るポイントから監視ポイ
ント間の距離である。幾何学的に式（１）、（２）が成
り立つから、式(４)でｎ＝１、２、…とすることによ
り、監視ロボットがピッチｐで移動する度のテレビカメ
ラ旋回角度が求められる。

【００２２】 ｔａｎ（α₁−９０°）＝Ｃ／Ｌ ……（１） ｔａｎ（α₂−９０°）＝（Ｃ＋ｎｐ）／Ｌ ……（２） α₂＝ｔａｎ⁻¹｛ｔａｎ（α_１―９０°）＋ｎｐ／Ｌ｝+９０°……（３） 以上のように、監視ロボットによるプラント現場の燃料
及び蒸気リークの監視に適用することにより、従来行わ
れている巡視点検員によるプラント現場の巡視確認作業
を監視ロボットにより代替させることができ、事故防止
に有効である。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、プラント現場を巡行す
る監視ロボットにより撮影した点検箇所の映像中に点検
員の像が障害物として入ったときでも、監視ロボットを
障害物を避ける位置まで自動的に移動させて再度撮影す
るので、点検箇所を直接監視でき、その異常状態を検出
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態となるプラント監視方法の
フローチャートを示す。

【図２】図１に示すプラント監視方法において点検箇所
にある障害物を検出するフローチャートである。

【図３】図１に示すプラント監視方法において障害物を
検出したときの監視ロボットの移動方向を説明する図で
ある。

【図４】図１に示すプラント監視方法において障害物を
検出したときの監視ロボットの移動に伴うテレビカメラ
の旋回角度を求める方法を説明する図である。

【図５】プラント監視装置を説明する図である。

【図６】従来技術におけるプラント監視方法のフローチ
ャートである。

【図７】従来技術におけるボイラーの配管の燃料漏れま
たは蒸気漏れを検出した画像処理の例を示す図である。

【図８】従来技術における点検箇所に撮影の障害となる
点検員が入り込んだ映像の画像処理例を示す図である。

【符号の説明】

１ ビデオモニタ ２ 画像処理装置 ３ 映像伝送装置 ４ 制御装置 ５ 監視ロボット ６ テレビカメラ ７ レール １１ 基準画像 １２ 監視画像 １３ 差画像 １４ ２値化画像 １５ 基準画像 １６ 監視画像 １７ 障害物 １８ 差画像 １９ ２値化画像

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラント現場でレール上を走行する監視
   ロボットに搭載されたテレビジョンカメラにより点検箇
   所を監視するプラント監視方法において、所定位置から
   前記プラントの点検箇所を撮影した監視画像と予め求め
   た前記点検箇所の正常状態を示す基準画像との差を表す
   差画像を作成し、該差画像を２値化し、該２値化画像上
   で前記差部分を色分けした面積が第１の所定値より大き
   いときに前記点検箇所近傍に障害物ありと判断し、前記
   監視ロボットを所定距離だけ移動させ前記テレビジョン
   カメラの旋回角度を変えて、上記同様に点検箇所の撮影
   から差画像の作成、２値化画像の作成及び判定を行い、
   前記障害物が消失するまで繰り返すことを特徴とするプ
   ラント監視方法。
2. 【請求項２】 前記障害物が消失した後、該障害物のな
   い監視画像を前記テレビジョンカメラの所定位置からの
   画像に補正し、該補正画像と前記基準画像との差を表す
   差画像を作成し、該差画像を２値化し、該２値化画像上
   で前記差部分を色分けした面積が前記第１の所定値より
   小さい第２所定値以上のとき前記点検箇所に異常ありと
   判断することを特徴とする請求項１記載のプラント監視
   方法。
3. 【請求項３】 前記障害物は前記色分けした面積の縦横
   比が所定値より大きいことを特徴とする請求項１記載の
   プラント監視方法。