JP2005061958A - 炉心状態監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】 カメラの位置決めに高い精度が不要で燃料交換作業時にも炉心の撮像が可能な炉心状態監視システムを提供すること。
【解決手段】 原子炉プール６２の上に４台のカメラ１０を設置して、炉心６６を撮像して得た画像を現場コントロールユニット５０に取り込み、画像上で炉心６６内の燃料集合体とガイド部材及び制御棒の少なくとも１種の対象物の有無と当該対処物の炉心座標を特定して表示し、燃料取替の担当者の目視による確認を行う必要がなくなり、作業時間の短縮と作業の信頼性向上が図れるようにしたもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子炉内の状況をカメラで監視するシステムに係り、特に、原子力発電プラントの炉心に装荷されている燃料集合体とガイド部材の有無や位置を特定するのに好適な画像による炉心状態監視システムに関する。

原子力発電プラントの原子炉では定期点検が義務付けられ、炉心の状況を調べる必要があるが、このときの点検作業は、従来から主として目視によって行われている。

また、この定期点検時には燃料の交換が行われ、新燃料が装荷されるので、この場合には、更に燃料交換中に、炉心に装荷されている燃料集合体の移動に伴う装荷物の有無などを確認する必要があり、これも従来から燃料取替実施担当者による目視確認が主体である。

ここで、このような炉心の状態を監視するシステムの従来技術としては、制御棒引き抜きのインターロックに関するシステムが知られている(例えば、特許文献１と特許文献２を参照。)。
特開平０７−２１８６８２号公報 特開平０９−０４３３８２号公報

原子力発電所の燃料交換作業は全て水中で行われ、燃料交換作業の整合性、すなわち燃料集合体が所定の位置から取り出されたか、もしくは所定の位置へ装荷されたかを確認するためには、燃料取替機が稼動するオペフロと呼ばれる作業用の床面から約２０ｍ下方の水中での状況を観察する必要がある。

しかるに従来技術では、この状況の観察が目視によっているため、作業員には熟練した技能と長時間の作業が必要になり、このため、作業員の負担が大きく、作業期間が長期化してしまうという問題があった。

ここで、テレビジョンカメラやデジタルカメラで撮像した画像により、炉心を観察して必要な監視が得られるようにする方法が考えられるが、この場合、炉心の全ての燃料集合体上端部を映像化するためには、水中カメラを用い、これを炉心近くまで吊り下ろすか、オペフロ近傍に設置したカメラのズーム機能等を用いて撮影する必要がある。

しかし、燃料交換中は燃料取替機が稼働していて、それには、燃料集合体等を把持して移動するためのグリッパを含む伸縮管が具備され、それが上下に伸縮移動しているため、炉心の直径を底面とし、炉心の燃料集合体上端面からオペフロ面まで延びる円筒状の範囲にはカメラを近づけることができない。

しかも、燃料交換中は、燃料取替機の走行台車がオペフロ面を移動するため、この走行台車と干渉する位置にカメラを設置することはできないという制約もある。

一方、原子炉プールには、炉心からの放射線や炉心から取り出した燃料集合体からの放射線を遮蔽するため、燃料交換に際してオペフロ面から約１ｍ下方まで水が満たされる。そして、燃料交換完了後には、原子炉プールを排水し、原子炉圧力容器に上蓋を取付け、オペフロ面にコンクリート蓋を設置するという作業が実施される。

このため、炉心状態を監視するため、原子炉プール周辺にカメラを設置したとすると、この場合は、燃料交換後にカメラを撤去する必要があり、従って、炉心状態監視用に設置するカメラに高精度の位置再現性を求めるのは困難である。

本発明の目的は、カメラの位置決めに高い精度が不要で燃料交換作業時にも炉心の撮像が可能な炉心状態監視システムを提供することにある。

上記目的は、発電プラント用原子炉の圧力容器内に収納されている炉心を監視する炉心状態監視システムにおいて、前記炉心の少なくとも燃料集合体が装荷可能な場所を前記圧力容器の上方から水中で撮像して画像信号を得る手段と、前記画像信号による少なくとも１枚の画像から、前記炉心内での燃料集合体とガイド部材及び制御棒の少なくとも１種の対象物の有無と当該対処物の炉心座標を特定する手段と、前記炉心座標に対応して前記該対象物の有無を表示する手段とが具備されていることにより達成される。

このとき、前記画像信号を得る手段が複数台のカメラで、これらカメラは、互いに補いあって前記炉心の上面全体が撮像できるように配置されているようにしても上記目的が達成できる。

同じく、このとき、前記複数台のカメラが、各々ズーム機能及びパン・チルト機能を備えたカメラであるようにしても上記目的が達成でき、前記複数台のカメラが、高分解能のデジタルカメラであるようにしても上記目的が達成できる。

また、更に、このとき前記対象物の有無と当該対処物の炉心座標を特定する手段が、予め記憶してある当該対象物の参照画像を用いた類似度により、前記対象物の有無と当該対処物の炉心座標を特定するものであることによっても上記目的が達成される。

このとき、同じく前記画像による炉心上部格子板の上端位置をマッピングし、該マッピング格子内の画像に対して、マッピングの位置とその位置での見え方を考慮して前記対象物の有無の認識確度を高める手段が具備されていることによっても上記目的が達成される。

ここで、前記画像による炉心上部格子板の上端位置をマッピングする手段が、炉心状態監視開始前に撮像した炉心画像上において、マッピングと実画像のズレの補正をシステム操作者が画像を見ながら上部格子板の格子位置をシステム操作者が指示する手段であることによっても上記目的が達成され、同じく前記画像による炉心上部格子板の上端位置をマッピングする手段が、燃料集合体コーナ部の特徴形状を画像処理により抽出して座標を設定する手段であることによっても上記目的が達成される。

このとき、更に、炉心での水の密度揺らぎを前記画像から検出する手段と、前記水の密度揺らぎの程度に応じて前記類似度の判定における閾値を変更する手段とが設けられていることによっても上記目的が達成される。

また、このとき更に前記制御棒の有無の認識結果情報をプラント定期点検時の制御棒引抜きインターロックシステムに提示する手段が設けられていることによっても上記目的が達成される。

本発明によれば、燃料集合体やガイド部材が計画された炉心座標に正しく装荷されたか、制御棒が所定のセルに確かに全挿入の状態にあるかなどを確認しながら燃料の取替作業が行える。

従って、本発明によれば、燃料取替の担当者の目視による確認を行う必要がなくなり、作業時間の短縮と作業の信頼性向上が図れる。

以下、本発明による炉心状態監視システムについて、図示の実施の形態により詳細に説明すると、まず、図１は、本発明の一実施形態が適用された原子炉の一例である。

ここで、この実施形態は、原子炉圧力容器６４の中に収容されている炉心６６を撮像して画像信号を得るため、４台のカメラ(デジタルカメラ)を用いた場合のもので、図において、４台あるカメラ１０は、同じく４基の照明灯２０と一緒に設置されるようになっている。

そして、これら４台のカメラ１０は、燃料取替機３０の動きと干渉しないように原子炉プール６２の中で上端の周辺に設置され、夫々のカメラが互いに補いあって炉心６６の上面全体が撮像できるように、各々の撮像方向が設定してあり、従って各カメラ１０が単独で撮像する範囲は、炉心６６の上面の１／２程度になっている。

このとき燃料取替機３０は、燃料取替機用走行レール４０の上を走行移動する両側の走行台車と、これら両側の走行台車の間に渡されている梁の上で、走行台車の走行方向と略直角方向に走行移動する横行台車とで構成されている。

ここで燃料の取替には横行台車に具備させてある伸縮管とグリッパ(何れも図示してない)が用いられ、それらの位置を予め決められた炉心座標に制御しながら取替作業が実施されるようになっており、従って、図１(b)の原子炉プール６２の中に縦に伸びた２本の一点鎖線Ｌで示した範囲が、上記した炉心の燃料集合体上端面からオペフロ面まで延びる円筒状の範囲となる。

そして、４基の照明灯２０による照明のもとで、４台のカメラ１０により撮影された炉心の映像(画像信号)は、各カメラ１０から現場コントロールユニット５０に送られ、監視対象画像として取り込まれる。

図２は、図１(b)の一部を拡大して示したもので、ここで、図２(a)は、原子炉プール６２を拡大して示したもので、ここでも、上記した円筒状の範囲が一点鎖線Ｌで示してある。そして、この図２の(b)は照明灯２０を、そして同図(c)はカメラ１０を夫々拡大して示したものである。

ここでまず、照明灯２０は、原子炉プール６２に満たされた炉水表面での光の反射を避けるため、炉水中に半ば没した状態で使用される。このためランプ２１を防水ケース２２に収容して水密構造とし、取り付けアングル２３により原子炉プール６２の上端周辺部でオペフロ６０に取り付けられるようになっている。

また、カメラ１０も、照明灯２０と同様で、まずカメラ本体１１を防水用ケース１２内に封入し、その上で、支持板１３により原子炉プール６２の上端周辺部のオペフロ６０に取付けられ、これによりケース１２の先端部が原子炉プール６２内の炉水中に没している状態にして使用され、水面の揺れに伴う映像の劣化が避けられるようになっている。

このときのカメラ１０の固定位置と角度は、予め監視に適切な箇所を調査し、その結果に基づいて決められるが、ここで、図３は、このときの炉心６６と４台のカメラ１０−１〜１０−４の相対的な位置関係と、炉心の基準方向及び炉心座標の関係の一例を示したものである。

ここで、この実施形態では、炉心６６に装荷された燃料集合体は勿論、角柱形状の燃料集合体を炉心から引抜く際に、燃料集合体や制御棒がセル内で倒れるのを防止するために挿入するガイド部材(後述する)と、更には制御棒の有無も自動的に認識できるようになっている。

このため、燃料集合体が引き抜かれたセルの制御棒の有無を確実に検知する手段として、この実施形態では、図３に示すように、炉心６６の上面の中心点で直交し、約４５°の角度で斜め方向に向かう２本の矢印に沿って、中心点から原子炉プール６２の上端周辺部を見た方向にカメラを４台設置して炉心の映像を撮像するようになっている。

このとき、炉心６６には基準方位が定めてあり、この方位に対して、炉心の横及び縦方向に炉心座標番号が定義されている。例えば、この図３では、上方を基準方位０°としている。

そして、燃料集合体３２は、縦にした状態で、炉心６６の中で横方向と縦方向に並んで各炉心座標番号位置に装荷されている。そこで、各カメラ１０−１〜１０−４は、何れも角柱形の燃料集合体３２を約４５°の角度で斜め方向から撮像することになる。

従って、この場合は、各カメラ１０−１〜１０−４は、原子炉プール６２の上端で周辺方向に沿って等間隔に配置されることになるが、しかし、このとき、各カメラ１０−１〜１０−４は、原子炉プール６２の上端で周辺方向に沿って必ずしも等間隔で配置する必要は無く、上記したように、夫々のカメラが互いに補いあって炉心６６の上面全体が撮像できるようになっていればよい。

ここで、角柱形の燃料集合体３２は、上部格子板により４体ずつに区切られて炉心６６に装荷される。そこで、この４体の燃料集合体が纏まって装荷される領域を“セル”と呼び、このとき十字形の断面をもつ制御棒３７(後述)は、燃料集合体３２とほぼ同一の長さを有し、セル内にある４体の燃料集合体の各々の間に挿入されている。

次に、図３のカメラ１０−２で撮像される炉心映像の内、長方形の太い破線で示した領域の映像を一例として示したのが図４(a)で、これによれば、各燃料集合体３２には燃料取替機３０で把持するためのハンドル３３が取り付けられていて、炉心上部格子板３５で囲まれたセル内に並んで規則正しく装荷されることが判る。

従って、或るセル内のカメラ１０に近い燃料集合体が燃料取替機３０によって引抜かれたとすると、図４(a)の下部で、中央からやや右に寄ったところに示されているように、十字形をした制御棒３７の先端部が映像として捉えられることになる。

ここで、この図４(b)にはガイド部材３８が示されているが、これは、図示のように、燃料集合体３２と同じ形状をした角柱状部材の上部を２個、ハンドル３４で対角線状に並べて連結したもので構成されている。

そして、角柱形の燃料集合体３２の全てを引抜く場合には、まず、セル内の対角方向に位置する２体の燃料集合体３２を引き抜いた後、その部分にこのガイド部材３８を挿入し、残った燃料集合体３２や制御棒３７が倒れるのを防止した上で、この後、残りの２体の燃料集合体を引き抜くようにするのである。

図５は、本発明による炉心状態監視システムの第１の実施形態で、これは、図１〜図４で説明した４台のカメラ１０−１〜１０−４として、４台のデジタルカメラ１０ａ−１〜１０ａ−４を用いた場合の一実施形態である。

そして、これら４台のデジタルカメラ１０ａ−１〜１０ａ−４に加えて、デジタル画像読み込みインタフェース５１ａ、画像メモリ５２、画像処理装置５３、炉心状態表示用パソコン５６、データ格納ユニット５７及びデイスプレイ５５で構成されている。

ここで、これらデジタル画像読み込みインタフェース５１と画像メモリ５２、それに画像処理装置５３は、図１(b)に示されている現場コントロールユニット５０としてデジタルカメラ１０ａ−１〜１０ａ−４の近傍に設置してある。

この実施形態では、デジタルカメラ１０ａ−１〜１０ａ−４として６００万画素程度の高分解能のデジタルカメラの使用が想定してあり、これらのデジタルカメラ１０ａ−１〜１０ａ−４により撮像された映像は、各カメラのシャッター動作によってデジタル画像データに変換され、カメラ内部のメモリに一旦保存される。

そして、各デジタルカメラ１０ａ−１〜１０ａ−４は、デジタル画像読み込みインタフェース５１から読み込み開始信号を受け取ったとき、保存してあったデジタル画像データをデジタル画像読み込みインタフェース５１ａに送信する。そこで、デジタル画像読み込みインタフェース５１ａは、各デジタルカメラから送られてくるデジタル画像データを画像メモリ５２内に格納する。

この後、画像処理装置５３は、画像メモリ５２に格納されたデジタル画像データを読み込み、画像処理が可能な所定の画素サイズの画像に分割した後、各分割された画像に対して画像処理を実施して、画像内の各炉心座標の燃料集合体やガイド部材及び制御棒の有無を認識処理する。

こうして画像処理装置５３で認識処理された結果は、炉心状態表示用パソコン５６に送信され、ここでハードデイスクなどのデータ格納ユニット５７に記憶されると共にデイスプレイ５５に表示される。

次に、図６は、本発明による炉心状態監視システムの第２の実施形態で、これは、図１〜図４で説明した４台のカメラ１０−１〜１０−４に代えて、３台のズームカメラ１０ｂ−１〜１０ｂ−３を用いた場合の一実施形態である。

そして、これら３台のズームカメラ１０ｂ−１〜１０ｂ−３に加えて、画像撮り込みインタフェース５１ｂ、画像メモリ５２、画像処理装置５３、カメラズーム＆パン・チルト制御ユニット５４、炉心状態表示用パソコン５６、データ格納ユニット５７及びデイスプレイ５５により構成されている。

このとき、これらズームカメラ１０ｂ−１〜１０ｂ−３には、その名称通り映像を光学的に拡大するズーム機能を備えたものであるが、更に、これをパン・チルト機構が備えられている雲台に搭載し、カメラの撮像方向が左右、上下に変えられるようにして使用するものが想定されている。

そして、このようにズーム機能を備え、パン・チルト機構を備えたカメラを用いた結果、この図６の実施形態では、炉心６６の撮像が３台のカメラで得られるようになっているのである。

ここで、この形式のカメラでは、映像がビデオ信号として出力される。そこで画像撮り込みインタフェース５１ｂは、各カメラからのアナログ信号を切り替えながらデジタル画像に変換し、画像メモリ５２に格納するようになっている。

このとき、各ズームカメラ１０ｂ−１〜１０ｂ−３のズーム率やパン・チルト角度は、カメラズーム＆パン・チルト制御ユニット５４により、画像処理装置５３からの指令に基づいて制御されるようになっている。

ここで、この図６の実施形態では、ビデオ信号を出力するズームカメラを用いているため、図５の実施形態とは異なり、各カメラからの画像は、画像処理が可能な画素数の画像として画像メモリに取り込まれる。

つまり、レンズのズーム率を変えて、焦点距離を長くしてやれば、解像度が上がり、画素数が多くなった画像と同じになるからである。一方、このため画角が狭くなり、１画面では炉心６６の広い範囲が撮像できないが、これはカメラのパン・チルトで補い、画像を分割して順次、取り込むことで補うのである。

従って、画像の分割処理は不要になるが、各画像内の各炉心座標の燃料集合体やガイド部材及び制御棒有無の認識処理と、画像処理装置５３で認識処理された結果の炉心状態表示用パソコン５６によるデータ格納ユニット５７への記憶、それにデイスプレイ５５への表示は、図５の実施形態と同様である。

次に、これらの実施形態の動作について、図７と図８のフローチャートにより説明する。ここで、これらのフローチャートは、図５と図６に示した実施形態による炉心状態監視の準備段階から監視の終了までの手順を処理フローとして示したものである。

まず、図７のフローチャートは図５の実施形態の処理フローで、ここで３桁の数字は処理ステップを表わし、処理ステップ１１０から処理ステップ１７０までが炉心状態監視を開始するまでの準備段階の処理を示している。

この図７の処理フローでは、デジタルカメラ１０ａ−１〜１０ａ−４を順に１台ずつ選定する(１１０)。従って、ｉは１から４までの値を順次とる。次にカメラの撮像条件を設定し(１１５)、画像を取り込む(１２０)。

次いで各取り込み画像に対する格子マッピングを実行した後(１３０)、画像を分割し(１４０)、各分割画像に対する参照画像の指定と登録を行ない(１５０)、これらの処理を全て終了するまで繰り返えさせた後(１６０)、炉心状態監視時間周期を設定する(１７０)。

従って、これまでの処理が炉心状態監視の準備処理で、これから処理ステップ１９０以降が炉心状態の監視処理となり、まず、監視に使用するデジタルカメラを選定し(１９０)、選定したカメラから画像を取り込み(１９５)、取り込んだ画像に対する格子マッピングを実行し(２００)、画像を分割する(２１０)。

この後、複数の参照画像と監視対象画像の類似度を演算し(２２０)、各炉心座標に対応する認識結果を格納し(２３０)、これまでの処理をデジタルカメラ毎に実施させる(２４０)。

こうして全てのデジタルカメラによる処理結果が得られたら、それを炉心の全座標に対して表示させ(２５０)、これにより１サイクルの処理を完了する。そして、以上の１サイクルの処理を監視終了指令が出されるまで(２６０)、所定の時間間隔で繰り返えさせるのである(２７０)。

次に、図８のフローチャートは図６の実施形態の処理フローであるが、この実施形態ではズームカメラ１０ｂ−１〜１０ｂ−３が使用されているので、これに対応した処理になっている。

従って、この図８のフローチャートでは、デジタルカメラがズームカメラになっていて、そのズーム率、パン・チルト角度の設定処理(２９０)が付加されている点と、画像の分割処理(１４０、２１０)が省かれている点を除けば、図７のフローチャートに示した処理内容と同様なので、詳しい説明は省略する。

次に、図７と図８のフローチャートにおける処理ステップの主なものついて説明する。まず、始めに処理ステップ２２０における参照画像と監視対象画像の類似度の演算について説明すると、これは、例えば、式(1)で示す正規化相関と呼ばれる２次元の相関係数ｒを演算すればよい。

ｒ＝ΣΣＰn(i,j)*Ｐm(i,j)／［{ΣΣＰn²(i,j)}^1/2 *{ΣΣＰm²(i,j)}^1/2］ …… ……(1) ここで、Ｐn(i,j)：参照画像の画像座標(i,j)画素の濃度
Ｐm(i,j)：監視対象画像の画像座標(i,j)画素の濃度
そして、この正規化相関係数ｒは、参照画像と監視対象画像が全く同じ場合には１.０となる性質がある。

そこで、処理ステップ２３０の認識処理では、参照画像と監視対象画像との類似度ｒが所定の閾値ｒ０以上になった場合、監視対象画像の認識対象は参照画像と同一物であると認識するのである。

まず、図７の処理ステップにおける画像の分割処理について説明すると、この処理(１４０、２１０)では、図９(a)に示すように、各分割画像３００に必ずセルの１／４の領域が網羅されるようにする必要があり、このため各画像がオーバーラップした状態で分割する。

ここで、図６の実施形態では、上記したように、画像の取り込みに際して分割画像３００が得られるので、図８の処理フローでは画像の分割処理が省かれているのであるが、このときも各分割画像３００に必ずセルの１／４の領域が網羅されるようにする必要があり、このため各画像がオーバーラップした状態で撮像する。

次に、図７と図８の処理ステップにおける格子マッピング処理について説明すると、図９(b)は、この格子マッピング処理(１３０、２００)の一手法を示したもので、この手法では、格子の間隔を決定する４点のコントロールノード３５０を画像上の上部格子板の交点に精度良く設定できるよう、各４点のコントロールノード３５０をマウスカーソル３２０でドラッグすることにより、格子板画像３４０上に設定する。

このとき、上部格子板のコントロールノード３５０を設定すべき箇所の画像を拡大して表示し、設定座標の高精度化を図ることも可能である。

そして、マッピング格子３１０は、各コントロールノード３５０で挟まれる中央の位置に自動的にマッピングされ、このマッピング格子３１０で囲まれた領域内の画像が、認識に使用する参照画像として登録されることになる。

次に、図１０は、本発明の第３の実施形態で、これは、原子炉プールや原子炉圧力容器内の炉水に密度揺らぎがあっても、誤認識が生じないようにした場合の一実施形態で、このため、図示のように、４台のカメラ(デジタルカメラ)１０ａ−１〜１０ａ−４の夫々にカメラコントローラ５１ｂ−１〜５１ｂ−４を設けたものである。

図１に示されているように、監視対象である炉心６６は、原子炉プール６２から下にある原子炉圧力容器６４の中で、炉水中に深く沈んでいる。そこで、燃料の交換により内装物が変化したり、原子炉の運転を停止した後で燃料集合体の温度が変化したとき、或いは炉水循環系の運転状態が変化したなどの理由により、炉水の温度が局部的に変化すると、炉水に密度揺らぎが生じる。

そして、このようにして炉水に密度揺らぎが生じると、各カメラ１０で撮像した画像に陽炎のような揺らぎが現われ、画像がボケて誤認識が生じてしまう。そこで、この実施形態では、この炉水の密度揺らぎの変化に対応して、認識の際の類似度閾値を変更するようにしたものである。

ここで、炉水の密度揺らぎの有無を検出するためには、短い時間間隔で時系列的に取り込んだ炉心画像間の濃度変化を利用する。つまり、密度揺らぎが生じると、短い時間間隔で時系列的に取り込んだ画像の場合、画像間に濃度差分が現われるので、これを利用するのである。

そこで、カメラコントローラ５１ｂ−１〜５１ｂ−４により、各デジタルカメラ１０ａ−１〜１０ａ−４から短い時間間隔で順次、時系列的に炉心６６の画像を取り込み、画像メモリ５２に格納した後、画像処理装置５３により前後の画像間の濃度差分を演算し、その画像の平均濃度が所定の値より大きいとき、密度揺らぎが発生したと判断するのである。ここで、密度揺らぎが少ない場合には、この画像間の濃度差分は小さくなる。

このため、この図１０の実施形態では、カメラコントローラ５１ｂ−１〜５１ｂ−４を設け、これにより夫々のカメラのシャッタ速度を、密度揺らぎが検出し易くなるような速度に変更設定できるようにしてある。

そして、画像処理装置５３は、密度揺らぎが発生したと判断したときは、認識の際の類似度閾値を変更し、例えば密度揺らぎが発生していないときよりも類似度閾値を小さくするのである。

従って、この図１０の実施形態は、図５におけるデジタル画像読み込みインターフェース５１ａに代えて、カメラコントローラ５１ｂ−１〜５１ｂ−４を設けたものに相当するもので、この図１０の実施形態でも、カメラコントローラ５１ｂ−１〜５１ｂ−４以外の構成は、図５に示した実施形態と同じである。

そして、図１１のフローチャートが、この図１０の実施形態による処理フローで、上記した図５の実施形態における図７の処理フローとの違いは、処理ステップ３００と処理ステップ３１０、処理ステップ３２０、それに処理ステップ３３０による密度揺らぎの検出と密度揺らぎの有無に応じて認識閾値を変更する処理が付加されている点だけであり、従って、その他の処理についての説明は省略する。

図１２は、以上に説明した本発明の炉心状態監視システムの各実施形態において、最終的にデイスプレイ５５に表示される情報の一例を示したもので、この例では、同示のように、認識した結果が、炉心座標マップ上に、燃料集合体とガイド部材、それに制御棒の夫々別に表示されるようになっている。

ここで、以上に説明した実施形態の作用効果について列挙すれば以下の通りとなる。

本発明の一実施形態では、原子力発電プラントの炉心状態監視システムにおいて、少なくとも１台の撮像系を用いて燃料集合体が装荷可能な全ての炉心の場所を撮像可能とする手段と、その撮像手段によって得た少なくとも１枚の画像から各燃料集合体とガイド部材の有無或いはそれらの炉心座標を特定する手段と、炉心の該炉心座標に対応して該対象物の有無を表示する手段を用いている。

このように、原子力発電プラントにおいて、少なくとも１台の撮像系を用い、炉心の燃料集合体を装荷する場所が撮像できれば、撮像系の炉心の基準方位に対する方向は既知であるから、予め記憶しておいた炉心の座標マップと対比することにより、所定の炉心座標と監視対象画像上の画素アドレスとの対応関係を決定することができる。

そして、このように監視対象画像上の画素アドレスと炉心座標との関係が決定できれば、所定の炉心座標での燃料集合体等の有無判定結果を炉心マップとして表示出力することができる。

また、本発明の一実施形態では、燃料集合体が引き抜かれたセルの制御棒の有無を確実に検知する手段として、炉心の中心座標に配置された燃料集合体の中心と対角を結ぶ延長線上の４方向から、例えば±１５度以内の範囲にカメラを４台設置し、炉心の映像を撮像するようにしている。

このように、炉心の中心から角柱形燃料集合体のほぼ対角方向に向かって見える炉心周囲の位置に４台の撮像系を設置し、これにより燃料集合体が引き抜かれたセルの制御棒の有無を確実に検知する手段とすると、監視対象セルのカメラ側にある燃料集合体が引き抜かれれば、制御棒先端位置と炉心上部格子板の形状及び位置との関係から制御棒の先端部を画像として捉えることができる。

また、本発明の一実施形態では、炉心の任意座標にある装荷物を撮像する手段として、ズーム機能とパン・チルト機能を有するカメラを用いている。このようにズーム機能とパン・チルト機能を有するカメラを用いることにより、炉心の所定の領域及び炉心座標の映像を捉えることが可能になり、監視対象の炉心座標での装荷物の有無が検知可能になる。

また、本発明の一実施形態では、カメラを所定の位置に設置した状態で、カメラのパン・チルト動作を伴うこと無く撮像する手段として、高分解能のデジタルカメラを具備している。このように、オペフロに近い原子炉プール周辺に、高分解能のデジタルカメラを複数台、設置してやれば、ズーム機能を付加したカメラと同等の画像分解能を実現できる。

また、本発明の一実施形態では、燃料集合体とガイド部材の有無を特定する手段として、予め記憶した当該対象物の参照画像との類似度を用いている。このように類似度を用いるようにしてやれば、認識対象物の有無を判定する際に用いる判定閾値としての類似度に適切な値を設定することができ、誤認識を抑えた認識が可能となる。

また、本発明の一実施形態では、炉心撮像用のカメラの高精度位置決めを不要にする手段として、監視対象画像上の炉心の上部にある格子板位置をマッピングし、そのマッピング格子内の画像に対して参照画像との類似度を用いて燃料集合体とガイド部材有無を検出するようにしている。

このように、監視対象画像上で炉心上部の格子板上端位置をマッピングすることにより、炉心座標とマッピング格子内の画像領域の一対一の対応付けが可能になるので、炉心撮像用のカメラの高精度位置決めが不要にできると共に、マッピング格子内の画像に対してだけ参照画像との類似度が算出できるので、所定の炉心座標に装荷されている物体の確実な認識が可能になる。

また、本発明の一実施形態では、炉心上部格子板位置をマッピングする手段として、炉心状態監視開始前に撮像した炉心画像上において、少なくとも４箇所の上部格子板の格子位置をシステム操作者が指示するようにしている。

このように、少なくとも４箇所の上部格子板の交差位置をシステム操作者が指示できれば、カメラと炉心との幾何学的な配置関係に関係なく、当該上部格子板がマッピングできる。

このとき高分解能のデジタルカメラを用いた場合には、炉心監視開始時から終了時までカメラの位置及び姿勢を変更する必要が無いため、炉心状態の監視前に格子マッピングを実施するだけで炉心状態の監視が可能になる。

また、本発明の一実施形態では、監視対象画像上の格子マッピングに燃料集合体コーナ部等の特徴形状を画像処理により抽出して座標を設定する手段を用いるようにしている。

このように、監視対象画像上の格子マッピングに燃料集合体のコーナ部などの特徴形状を画像処理により抽出して座標が設定できれば、上記したシステム操作者による格子マッピング作業が不要にできる。

また、本発明の実施形態によれば、各セルにおける制御棒有無の認識結果情報が得られる。そこで、本発明の一実施形態として、上記何れかの実施形態において、更にこの制御棒有無の認識結果情報を定期点検時の制御棒の引抜きインターロックシステムに供給する手段を設けるようにしてもよい。

このように制御棒有無の認識結果情報を定期点検時の制御棒の引抜きインターロックシステムに供給する手段を備えた本発明の一実施形態によれば、制御棒の引抜きインターロックの信頼性をより高めることができる。

本発明による炉心状態監視システムの一実施形態が適用された原子炉の一例を示す構成図である。 本発明の一実施形態におけるカメラと照明灯の説明図である。 本発明の一実施形態による炉心とカメラとの相対関係の説明図である。 本発明の一実施形態による監視画像における燃料集合体とガイド部材の説明図である。 本発明の第１の実施形態を示すブロック構成図である。 本発明の第２の実施形態を示すブロック構成図である。 本発明の第１の実施形態による炉心状態監視処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態による炉心状態監視処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるカメラ画像の分割方法の説明図である。 本発明の第３の実施形態を示すブロック構成図である。。 本発明の第３の実施形態による炉心状態監視処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態による認識結果の表示例を示す説明図である。

符号の説明

１０ カメラ
１０ａ−１、１０ａ−２、１０ａ−３、１０ａ−４ デジタルカメラ
１０ｂ−１、１０ｂ−２、１０ｂ−３ ズームカメラ
２０ 照明灯
３０ 燃料取替機
３１ セル
３２ 燃料集合体
３３ ハンドル
３５ 炉心上部格子板
３７ 制御棒
３８ ガイド部材
４０ 燃料取替機用走行レール
５０ 現場コントロールユニット
５１ａ デジタル画像読み込みインタフェース
５１ｂ 画像読取り込みインタフェース
５１ｃ デジタルカメラコントローラ
５２ 画像メモリ
５３ 画像処理装置
５４ カメラズーム＆パン・チルト制御ユニット
５５ デイスプレイ
５６ 炉心状態表示用パソコン
５７ データ格納ユニット
６０ オペフロ
６２ 原子炉プール
６４ 原子炉圧力容器
６６ 炉心

Claims (10)

1. 発電プラント用原子炉の圧力容器内に収納されている炉心を監視する炉心状態監視システムにおいて、
   前記炉心の少なくとも燃料集合体が装荷可能な場所を前記圧力容器の上方から水中で撮像して画像信号を得る手段と、
   前記画像信号による少なくとも１枚の画像から、前記炉心内での燃料集合体とガイド部材及び制御棒の少なくとも１種の対象物の有無と当該対処物の炉心座標を特定する手段と、
   前記炉心座標に対応して前記該対象物の有無を表示する手段とが具備されていることを特徴とする炉心状態監視システム。
2. 請求項１に記載の炉心状態監視システムにおいて、
   前記画像信号を得る手段が複数台のカメラで、
   これらカメラは、互いに補いあって前記炉心の上面全体が撮像できるように配置されていることを特徴とする炉心状態監視システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の炉心状態監視システムにおいて、
   前記複数台のカメラが、各々ズーム機能及びパン・チルト機能を備えたカメラであることを特徴とする炉心状態監視システム。
4. 請求項１又は請求項２に記載の炉心状態監視システムにおいて、
   前記複数台のカメラが、高分解能のデジタルカメラであることを特徴とする炉心状態監視システム。
5. 請求項１から請求項４に記載の炉心状態監視システムの何れかにおいて、
   前記対象物の有無と当該対処物の炉心座標を特定する手段が、予め記憶してある当該対象物の参照画像を用いた類似度により、前記対象物の有無と当該対処物の炉心座標を特定するものであることを特徴とする炉心状態監視システム。
6. 請求項１から請求項５に記載の炉心状態監視システムの何れかにおいて、
   前記画像による炉心上部格子板の上端位置をマッピングし、該マッピング格子内の画像に対して、マッピングの位置とその位置での見え方を考慮して前記対象物の有無の認識確度を高める手段が具備されていることを特徴とする炉心状態監視システム。
7. 請求項６に記載の炉心状態監視システムにおいて、
   前記画像による炉心上部格子板の上端位置をマッピングする手段が、
   炉心状態監視開始前に撮像した炉心画像上において、マッピングと実画像のズレの補正をシステム操作者が画像を見ながら上部格子板の格子位置をシステム操作者が指示する手段であることを特徴とする炉心状態監視システム。
8. 請求項６に記載の炉心状態監視システムにおいて、
   前記画像による炉心上部格子板の上端位置をマッピングする手段が、
   燃料集合体コーナ部の特徴形状を画像処理により抽出して座標を設定する手段であることを特徴とする炉心状態監視システム。
9. 請求項５に記載の炉心状態監視システムにおいて、
   炉心での水の密度揺らぎを前記画像から検出する手段と、
   前記水の密度揺らぎの程度に応じて前記類似度の判定における閾値を変更する手段とが設けられていることを特徴とする炉心状態監視システム。
10. 請求項１から請求項５に記載の炉心状態監視システムの何れかにおいて、
    前記制御棒の有無の認識結果情報をプラント定期点検時の制御棒引抜きインターロックシステムに提示する手段が設けられていることを特徴とする炉心状態監視システム。
    

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