JP2012225111A - 建設車両周辺の作業者検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラ画像と距離センサーを併用し、作業者であることをと建設機械からの距離を同時に認識することができるとともに、センサーが作業者に向いていない場合の誤認識を無くして、比較的簡易な装置で、正確な検知を行うことがでる建設車両周辺の作業者検出装置を提供する。
【解決手段】建設機械の周辺の広域画像を得るため複数台を並べて配置して工事車両周辺の画像を撮影しパソコンに送るカメラ１と、工事車周辺のものまでの距離を測定し、パソコンに送るレーザー距離計２と、カメラとレーザー距離計の３次元姿勢を測定し、パソコン４に送る３次元姿勢センサー３と、データの処理、危険の判断、警告の発令、モニターへの表示を行うパソコン４とからなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建設現場で働く建設機械の周辺の作業者を自動的に検知し、警告を行うことで、建設機械と作業者の接触災害を防止できる建設車両周辺の作業者検出装置に関するものである。

建設機械に装着した装置を利用して周辺の作業者を検知する従来技術としては、カメラ画像を用いる場合（例えば下記非特許文献１等）、距離センサーを用いる場合（例えば下記非特許文献２等）、電波を用いる場合（例えば下記非特許文献３等）などがある。
建設機械の安全対策に関する研究事例「建設の施工企画 ‘０７．６ 飯盛 洋 著 第１９頁〜２４頁 社団法人 日本建設機械化協会発行」 移動式クレーンのバリヤシステム「建設の機械化 ‘００．１１ 宮崎裕道・近藤高弘 著 第３１頁〜３５頁 社団法人 日本建設機械化協会発行」 クレーンブーム等の危険地域侵入防止、高圧電線、橋梁等接触防止システムおよびクレーン作業における安全対策「建設機械 ２００６．８．松本 實 著 第２３〜２６頁、日本工業出版発行」 建設機械接近警報装置による事故防止「建設の施工企画 ‘０８．７ 西ヶ谷 忠明 著 西ヶ谷 忠明 著 第４１頁〜４６頁 社団法人 日本建設機械化協会発行」 建設機械の安全対策・油圧ショベルにおける接触防止技術の研究開発「建設の機械化 ‘００．１１ 吉田 正・茂木 正晴 著 第３頁〜７頁 社団法人 日本建設機械化協会発行」 無線式重機接近警報装置の開発「建設の施工企画 ‘０７．６ 吉田 實 著 第２５頁〜２９頁 社団法人 日本建設機械化協会発行」 油圧ショベル接触事故防止システムの開発「建設の機械化 ‘９８．１１ 橋本 和男・小笠原 保 著 第２４頁〜３０頁 社団法人 日本建設機械化協会発行」 油圧ショベルの安全性に関する一考察「建設の施工企画 ‘０７．５ 杉 明著 第３０頁〜３４頁 社団法人 日本建設機械化協会発行」

非特許文献１には、超音波、レーダ、赤外線等を用いて常に周囲を監視し、設定範囲内に作業者が侵入した場合に警報を発する危険検知・警報装置またはＣＣＴＶ（閉回路テレビジョン）による視覚補助装置等が記載されている。

非特許文献２には、クレーンブームの左右側面に高速で動作するレーザー距離スキャニングセンサを設置し、レーザー反射光を測定して物体の検知を行う装置が記載されている。非特許文献３もレーザーバリアを使用するものである。

非特許文献４には、電波、赤外線、超音波、レーザなどを放射して反射の有無により障害物を検知する超音波、レーザ等の反射方式、建設機械側で静電界発生装置、作業員側で静電界検知器を携帯する電界発生、検知方式、建設機械側に受信機と警報装置、作業員側でＰＦＩＤタグを携帯する能動型ＰＦＩＤ式等が記載されている。

非特許文献５には、建設機械本体の超音波センサと作業員の被っている超音波センサ内蔵ヘルメットが互いに音波を送受信することによって検知を行うものが記載されている。

非特許文献６には、アクティブ型ＩＣタグを利用した無線式重機接近警報装置であり、非特許文献７は２台のカメラの映像を合成して、オペレータに死角部の広角映像を提供する「死角領域監視システム」と、特定の色標をつけた作業員などの存在と距離を検出し、オペレータに段階的に警報を発する「バケット周辺検知システム」と、上部旋回体の旋回作業時に周囲の作業員などが接触した場合に、タッチセンサを用いて作業機を停止させてしまう「セフティバー」とからなるシステムが記載されている。「バケット周辺検知システム」の距離の検出は予め設定された距離のところで、所定の色が検出されるか否かを要素とするものであり、カメラと目標物の距離設定による。非特許文献８は、ＣＣＴＶを用いるものである。

前記カメラ画像を用いる場合、距離センサーを用いる場合、電波を用いる場合など種々の方法があるが、ＣＣＴＶ等のカメラによるカメラ画像を用いる場合は、作業者が建設機械からどの程度離れているのかを判断できない。なお、ステレオカメラを用いて建設機械から作業者までの距離を判断する方法もあるが、撮影環境の変化が激しい建築現場ではステレオのミスマッチングが起こりやすい。

また、レーザーなどの距離センサーを用いる場合は、対象物までの距離を測定するセンサーが作業者に向いていないと判断できない。

ＰＦＩＤタグなど、電波を用いる場合は、作業者に電波を発する装置を装着させる必要があるし、電波の反射や屈折などによる誤差が発生し易い。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、カメラ画像と距離センサーを併用し、作業者であることをと建設機械からの距離を同時に認識することができるとともに、センサーが作業者に向いていない場合の誤認識を無くして、比較的簡易な装置で、正確な検知を行うことがでる建設車両周辺の作業者検出装置を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、建設機械の周辺の広域画像を得るため複数台並べて配置した、工事車両周辺の画像を撮影しパソコンに送るカメラ、工事車周辺のものまでの距離を測定し、パソコンに送るレーザー距離計、カメラとレーザー距離計の３次元姿勢を測定し、パソコンに送る３次元姿勢センサー、データの処理、危険の判断、警告の発令、モニターへの表示を行うパソコンとからなることを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、カメラによる建設機械の周辺の広域カメラ画像とレーザー距離計による距離センサーを併用し、作業者であることと建設機械からの距離を同時に認識する。その場合に、距離はレーザー距離計で迅速かつ正確に把握することができる。

なお、これらカメラによるカメラ画像とレーザー距離計による距離センサーを併用するにはこれらが適正位置と向きに置かれることが必要であるが、３次元姿勢センサーを利用し、建設機械の傾きによる誤認識を無くすことができる。

請求項２記載の本発明は、危険であることを光や音で周囲に通知する警報機を備え、３次元姿勢センサーは、建設機械の傾きを測定し、傾きが設定値以上に達した場合は、画像のみを用いたことの警告を行うことを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、３次元姿勢センサーの役割は、カメラ画像による検知の補助であることを明確にしたものであり、レーザーが上空を向いているか、地面を向いている場合、カメラが上空を向いている場合に、カメラ画像にのみよる検知の非的確性を警報することが可能である。

以上述べたように本発明の建設車両周辺の作業者検出装置は、カメラ画像と距離センサーを併用し、作業者であることと建設機械からの距離とを同時に認識することができるので、建設現場で働く建設機械の周辺の作業者と建設機械との接触災害を防止できるとともに、センサーが作業者に向いていない場合の誤認識を無くして、比較的簡易な装置で、正確な検知を行うことができるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の建設車両周辺の作業者検出装置の実施形態を示すブロック図、図２は同上外観斜視図、図３は建設車両に設置した場合の説明図である。

本発明の建設車両周辺の作業者検出装置は、図１に示すように、建設機械の周辺の広域画像を得るため複数台並べて配置した、工事車両周辺の画像を撮影しパソコン４に送るカメラ１、工事車周辺のものまでの距離を測定し、パソコンに送るレーザー距離計２、カメラ１とレーザー距離計２の３次元姿勢を測定し、パソコンに送る３次元姿勢センサー３、データの処理、危険の判断、警告の発令、モニターへの表示を行うパソコン４とからなる。

さらに、カメラ、レーザー距離計、３次元姿勢センサーの情報をモニターに表示する表示機５と、危険であることを光や音で周囲に通知する警報機６とを備える。表示機５は３次元空間における認識結果のモニタリングを行うもので、これにはパソコン４のモニターを利用することが可能である。

図２に示すように、カメラ１は建設機械の周辺の広域画像（例えば撮影範囲１８０度もしくはそれ以上の画像）を得るものとして、複数台（図示では３台を映写向きを異ならせて、横向き台形ボックスのケーシング７に収めた。カメラ１には作業者が装着している安全ベストの色も撮影認識できる程度の画像解析精度を有するものを使用する。

３次元姿勢センサー３としては、三軸の加速度計、三軸のジャイロ、三軸の磁力計、温度センサーとオンボード・プロセッサーを結合した機器、例えば、マイクロストレイン社(Micro Strain Inc.)の商品名 3DM-GX2（登録商標）などを利用することができる。

レーザー距離計２と３次元姿勢センサー３はケーシング７の上に設置する。

本発明の作業者検出装置はブルドーザ・油圧ショベル（バックホウ）・移動式クレーン等の建設機械である工事車両８に搭載するものであり、その設置高さ（Ｈ）を確定しておく。図４に示すように設置高さ（Ｈ）はレーザー距離計２の測定高さとなるものである。図４、図５において、αはカメラ１の撮影範囲、γは危険区域を示す。

本発明の作業者の判断方法は、下記手順によるものである。
（１）広域カメラ１で作業者９が装着している安全ベスト１０の色領域を検出する。
（２）安全ベスト１０の色を検出した場合に、それが稼働範囲に存在するかをレーザー距離計２を用いて判断する。
（３）工事車両８の姿勢によって変化するレーザー距離計２の測定範囲を補正する。
（４）測定した結果は３次元情報としてモニタリング、警告を行う。

図７はデーターフローを示すもので、前記手順をさらに詳細に説明する。まず、カメラ１による画像の撮影を開始する。この撮影により画像内に作業者が装着している安全具（安全ベスト１０）の色が検出されたか否かを判断する。

「はい」の場合、レーザー距離計２のデータを参照する。前記安全具（安全ベスト１０）の色が検出された画像の位置を測定したレーザー距離計２の結果が危険区域γより短いか否かを判定する。

「はい」の場合、危険範囲内に作業者がいると判断する。警告を行う。

前記レーザー距離計２の結果が危険区域γより短くない場合、３次元姿勢センサー３で３次元姿勢を参照し、測定範囲が有効値内であるか否かを判断する。

かかる３次元姿勢センサー３による測定範囲の有効値の算出方法は、図９、図１０に示す通りである。図９において、
Ｐ１＝（０，０，０）：原点、レーザー距離計の位置
Ｐ２＝（ｘ，ｙ，ｚ）：角度Θにおけるレーザー距離計の３次元位置
Θ：レーザー距離計の測定角度
Ｌ：レーザー距離計の測定距離
Ｒ＝（α，β，γ）：３次元姿勢センサーによって測定した回転量
Ｍ＝Ｒにより求めた３×３の回転行列
ｈ１，ｈ２：測定範囲の有効値
である。

原点Ｐ１を中心とした、Ｐ２の回転後の座標Ｐ２′＝（ｘ′，ｙ′，ｚ′）
Ｐ２′＝Ｐ２×Ｍ（式.１）

（式.１）で求めたＰ２′のＺ′の成分がｈ１＜ｚ′＜ｈ２であるかを判断する。

測定範囲が有効値内であるか否かに対して、「いいえ」の場合は、図６に示すように危険区域γに作業者９がいると判断して、警報機６で危険であることを光や音で周囲に通知する警告を行う。

一方、画像内に作業者が装着している安全具（安全ベスト１０）の色が検出されたか否かについて、「いいえ」の場合、３次元姿勢センサー３でカメラ１の３次元姿勢を参照し、カメラの撮影範囲が有効値であるか否かを判断し、「いいえ」の場合、センサーが異常であると判断して、警告を行う。

図８はカメラとレーザーセンサーによって認識可能な状況を示す表であり、下記状況を示している。

本発明においては、３次元姿勢センサー３を使用することで、ケースＢ，Ｃ，Ｄの状況（１）と状況（２）とを区別することができる。３次元姿勢センサー３は、建設機械である工事車両８建設機械である工事車両８の傾き測定し、これにより、レーザーが上空を向いているか、地面を向いているか、もしくはカメラが上空を向いているかを判断することを可能とする。

本発明の建設車両周辺の作業者検出装置の１実施形態を示すブロック図である。 本発明の建設車両周辺の作業者検出装置の１実施形態を示す外観斜視図である。 本発明の建設車両周辺の作業者検出装置の１実施形態を示す建設車両に設置した場合の説明図である。 機器の投影の立体図である。 機器の投影の平面図である。 作業員検知の説明図である。 本発明の建設車両周辺の作業者検出装置のデーターフローである。 カメラとレーザーセンサーによって認識可能な状況を示す表である。 ３次元姿勢センサーによる測定範囲の有効値の算出方法を示す平面図である。 ３次元姿勢センサーによる測定範囲の有効値の算出方法を示す側面図である。

１ カメラ ２ レーザー距離計
３ ３次元姿勢センサー ４ パソコン
５ 表示機 ６ 警報機
７ ケーシング ８ 工事車両
９ 作業者 １０ 安全ベスト

Claims (2)

1. 建設機械の周辺の広域画像を得るため複数台を並べて配置して工事車両周辺の画像を撮影しパソコンに送るカメラと、
   工事車周辺のものまでの距離を測定し、パソコンに送るレーザー距離計と、
   カメラとレーザー距離計の３次元姿勢を測定し、パソコンに送る３次元姿勢センサーと、
   データの処理、危険の判断、警告の発令、モニターへの表示を行うパソコン
   とからなることを特徴とした建設車両周辺の作業者検出装置。
2. 危険であることを光や音で周囲に通知する警報機を備え、３次元姿勢センサーは、建設機械の傾きを測定し、傾きが設定値以上に達した場合は、画像のみを用いたことの警告を行う請求項１記載の建設車両周辺の作業者検出装置。

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