JP2015058758A - 構造物点検システム - Google Patents

Abstract

【課題】メガソーラー等の大型の構造物の点検であっても、簡易な構成で低コストで点検を行うことが可能な構造物点検システムの提供。【解決手段】自律無人飛行ヘリコプタ１と撮影画像表示装置であるパソコン２とを備え、ヘリコプタ１は、入力された飛行経路情報が示す飛行経路に従って飛行しつつ、点検対象であるメガソーラー３の太陽光パネル３１の各部分について、赤外線カメラを備えた撮影部により撮影して、撮影データに含まれる温度データと、判定値とに基づいて、温度が異常か否かを判定し、異常と判定した部分について、機体を空中静止させて撮影し、撮影データと撮影位置を示す位置情報とを撮影データ保存部に保存するように構成され、パソコン２は、撮影データ保存部から、撮影データと位置情報とを取得して、異常と判定された部分の温度を示す画像を表示するとともに、撮影位置を示すように構成された構造物点検システムＳ。【選択図】図１

Description

本発明は、構造物を点検するための構造物点検システムに関し、特に、太陽光発電設備に用いられる太陽光パネル等、高所や壁面等の人的に点検が困難な構造物について、異常、故障の有無を検出するための構造物点検システムに関する。

下記特許文献１には、太陽光発電装置を目視確認することなく、太陽光発電装置の異常を示す警告を受信することが可能な太陽光発電故障診断システムが記載されている。このシステムは、赤外線カメラで各太陽光発電用セルの温度を示す温度情報を取得し、ある太陽光発電用セルの温度とその周囲の太陽光発電用セルの温度とを比較し、温度差が所定値以上であると、その太陽光発電用セルに故障が生じていると判断して警告信号を発信することとしている。そして、赤外線カメラは、可動式でもよく、また、複数設けてもよいとしている（同文献の段落００２８参照）。

なお、下記特許文献２には、設定された任意の軌道に沿って機体を自律飛行制御できる小型無人ヘリコプタの自律飛行制御装置が記載されている。

特開２０１２−２０４６１０号公報 特開２００６−３１２３４４号公報

しかし、上記従来の太陽光発電故障診断システムは、メガソーラー等の大規模太陽光発電設備の点検に使用するためには、赤外線カメラを広い範囲で動かすための大型の可動設備の設置や、多数の赤外線カメラの設置が必要となり、構成が複雑で高コストとなってしまうという問題があった。

本発明は、上述した問題を解決するものであり、メガソーラー等の大型の構造物の点検であっても、簡易な構成で低コストで点検を行うことが可能な構造物点検システムを提供することを目的とする。

本発明の構造物点検システムは、自律無人飛行ヘリコプタと撮影画像表示装置とを備えた構造物点検システムであって、前記自律無人飛行ヘリコプタは、撮影対象の温度データを含む撮影データを取得可能な赤外線カメラを備えた撮影部と、自機の位置情報を取得可能であり飛行を制御する制御部と、前記撮影部が取得した撮影データと前記制御部が取得した位置情報とを保存する撮影データ保存部と、を備え、入力された飛行経路情報が示す飛行経路に従って飛行しつつ、点検対象である構造物の各部分について、前記撮影部により前記撮影データを取得して、取得した前記撮影データに含まれる温度データと、入力された判定値とに基づいて、温度が異常か否かを判定し、異常と判定した部分について、所定時間機体を空中静止させて前記撮影部に撮影を行わせ、当該撮影により得られた前記撮影データと前記撮影データの取得位置を示す前記位置情報とを前記撮影データ保存部に保存するように構成され、前記撮影画像表示装置は、前記撮影データ保存部から、前記撮影データと前記撮影データの取得位置を示す前記位置情報とを取得して、前記撮影データに基づいて前記構造物の異常と判定された部分の温度を示す画像を表示するとともに、前記位置情報に基づいて前記撮影データの取得位置を示すように構成されていることを特徴とする。

これによれば、予め飛行経路情報を入力した自律無人飛行ヘリコプタを飛行させることにより、点検対象の各部分につき、温度に基づいて異常か否かが判定され、異常と判定された部分の温度を示す画像が表示されるとともに、その画像の取得位置が示されるので、メガソーラー等の大型の構造物の点検であっても、赤外線カメラを広い範囲で動かすための大型の可動設備の設置や多数の赤外線カメラの設置が必要なく、簡易な構成で低コストで点検を行うことが可能となる。

ここで、好ましくは、前記自律無人飛行ヘリコプタが、前記撮影部により取得した前記構造物の各部分の前記撮影データを無線で送信する無線伝送部を備え、前記撮影画像表示装置が、前記無線伝送部から前記撮影データを受信して、前記撮影データに基づいて前記構造物の各部分の温度を示す画像を表示するように構成されていることとする。

これによれば、自律無人飛行ヘリコプタの飛行中に、構造物の各部分の温度を示す画像を監視できるので、自律無人飛行ヘリコプタの飛行終了を待たなくても、いち早く異常箇所を発見することができる。

また、前記撮影画像表示装置が、前記自律無人飛行ヘリコプタに対して前記飛行経路情報を入力する飛行経路情報入力手段と、前記自律無人飛行ヘリコプタに対して前記判定値を入力する判定値入力手段と、を備えることとしてもよい。

本発明によれば、メガソーラー等の大型の構造物の点検であっても、簡易な構成で低コストで点検を行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係る構造物点検システムの概略を示す図である。 同構造物点検システムの構成を示すブロック図である。 同構造物点検システムの撮影画像表示装置の飛行経路入力画面を示す図である。 同構造物点検システムの自律無人飛行ヘリコプタが行う撮影段階の処理の流れを示すフローチャートである。 同構造物点検システムの撮影画像表示装置の表示画面の例である。 同構造物点検システムの撮影画像表示装置の他の表示画面の例である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に概略を示すように、実施形態の構造物点検システムＳは、自律無人飛行ヘリコプタ（以下、「ヘリコプタ」と略す。）１と、撮影画像表示装置であるパーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」と略す。）２とから構成されている。

ヘリコプタ１は、図示しないバッテリを電源として、ＧＰＳ衛星４から自機の位置情報を取得しつつ、パソコン２から入力された飛行経路（飛行ルート）に沿って自律飛行を行い、搭載されている赤外線カメラ１５（図２参照）により、点検対象の構造物であるメガソーラー（大規模太陽光発電設備）３の太陽光パネル３１の各部分の温度を測定して、測定した温度が設定された判定値（設定温度）以上であると判定すると、空中静止（ホバリング）して当該部分の自動撮影を行い、得られた静止画像及びその静止画像の撮影位置の位置情報を、自機に保存するように構成されている。

図２に示すように、ヘリコプタ１は、自機の位置情報を取得可能であり飛行を制御する制御部１１と、撮影対象の温度データを含む撮影データを取得可能な赤外線カメラ１５を備えた撮影部１６と、撮影部１６が取得した撮影データと制御部１１が取得した位置情報とを保存する撮影データ保存部１７と、撮影部１６により取得した太陽光パネル３１の各部分の撮影データを無線で送信する無線伝送部１８とを備えている。

詳しくは、制御部１１は、ＧＰＳセンサ１３を備えた飛行自動制御装置１２と、マイクロコンピュータ１４とを備え、飛行自動制御装置１２からマイクロコンピュータ１４に、ＧＰＳセンサ１３により取得した自機の位置情報が送信され、マイクロコンピュータ１４から飛行自動制御装置１２に静止信号が送信される。

撮影部１６は、赤外線カメラ１５を備えている。赤外線カメラ１５は、赤外線サーモグラフィとも称され、対象物から放射されている赤外線を検出し、そのエネルギー量を温度に換算して、対象物の温度分布を画像に変換するものである。この温度分布を示す画像（すなわち、対象物の各部分の温度を示す画像）を、以下、「熱画像」ともいう。すなわち、赤外線カメラ１５により取得される撮影データは、熱画像を含んでいる。熱画像は、色で温度を表すものであるから、温度データに相当する。また、ここでは、赤外線のエネルギー量から換算した温度を示す数値も、温度データとして、撮影データに含めるものとする。撮影部１６は、赤外線カメラ１５により取得された撮影データを、無線伝送部１８に送信するとともに、撮影データに含まれる温度（数値）をマイクロコンピュータ１４に送信する。また、撮影部１６は、マイクロコンピュータ１４から静止画撮影信号及び位置情報を受信すると、静止画像を撮影して、その静止画像及び位置情報（撮影位置の位置情報）を撮影データ保存部１７に保存する。

撮影データ保存部１７は、着脱可能な記録媒体からなり、撮影部１６から受信した静止画像及び位置情報を保存する。

無線伝送部１８は、撮影部１６から受信した撮影データを無線でパソコン２に送信する。

パソコン２は、ヘリコプタ１に対して飛行経路情報を入力する飛行経路情報入力手段２１と、ヘリコプタ１に対して温度が異常か否かを判定するための判定値を入力する判定値入力手段２２と、撮影データ保存部１７から取得した静止画像及び位置情報に基づいて、太陽光パネル３１の異常と判定された部分の温度を示す熱画像を表示するとともに、その熱画像の撮影位置（取得位置）を示す撮影画像表示手段２４とを備えている。

飛行経路情報入力手段２１は、図３に示すように、パソコン２が備える画面２５に地図Ｍを表示し、その地図Ｍ上でユーザに飛行経路Ｒをプロットさせることにより、飛行経路情報を取得し、その飛行経路情報を無線若しくは有線でヘリコプタ１に送信（入力）するように構成されている。

判定値入力手段２２は、画面２５上でユーザが判定値を入力すると、その判定値を無線若しくは有線でヘリコプタ１に送信（入力）するように構成されている。

撮影画像表示手段２４は、記録媒体である撮影データ保存部１７から撮影データ及び位置情報を読み取る読取手段、及び、無線伝送部１８から送信された撮影データ及び位置情報を受信する受信手段を備え、読取手段により読み取った撮影データ及び位置情報に基づいて、静止画像である熱画像及びその画像が撮影された撮影位置（取得位置）を表示し、また、受信手段により受信した撮影データに基及び位置情報に基づいて、熱画像を動画のように表示するとともに、表示されている熱画像の撮影位置を表示する。

次に、構造物点検システムＳの動作例について、ヘリコプタ１の飛行の準備を行う準備段階、ヘリコプタ１が飛行しつつ撮影を行う撮影段階、飛行を終了したヘリコプタ１からパソコン２が撮影データを取得して静止画像を表示する静止画表示段階の順に説明する。

〈準備段階〉
まず、図３に示すように、パソコン２の飛行経路情報入力手段２１は、ユーザの操作に応じて、予め記憶している、或いは、外部のコンピュータからインターネット等の通信回線を介して取得した地図Ｍのデータに基づいて、パソコン２の画面２５上に地図Ｍを表示する。なお、符号３１´は、地図Ｍ上の太陽光パネル３１を示す。ユーザが、地図Ｍ上で点Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐ１６（区別しないときは、「点Ｐ」と表記する。）を順に指定する操作を行うことにより、地図Ｍ上に飛行経路Ｒをプロットすると、飛行経路情報入力手段２１は、地図Ｍのデータに含まれている緯度・経度情報に基づいて、各点Ｐの緯度・経度情報を取得し、各点Ｐの順序と共に、飛行経路情報として記憶する。

また、飛行経路情報入力手段２１は、画面２５上に、図示しない飛行高度入力欄、飛行速度入力欄、及び、障害物接近距離欄を表示し、ユーザが、それらの欄において、飛行高度、飛行速度、及び、障害物接近距離を入力すると、飛行経路情報入力手段２１は、それらの情報も飛行経路情報として記憶する。なお、メガソーラー３は複数の太陽光パネル３１を備え、飛行高度は、いずれの太陽光パネル３１よりも高い高度とする。飛行速度は、実施形態では１０ｋｍ／ｈ程度とする。障害物接近距離とは、障害物（他物）との距離がその距離以内となった場合に、ヘリコプタ１を迂回させるための距離である。

ユーザの操作に応じて、飛行経路情報入力手段２１は、飛行経路情報をヘリコプタ１に送信し、ヘリコプタ１は図示しない受信装置を介して飛行経路情報を受信して、飛行自動制御装置１２に記憶する。

また、判定値入力手段２２は、画面２５上に図示しない判定値入力欄を表示し、ユーザがその欄に、温度が異常か否かを判定するための判定値を入力し、所定の操作を行うと、判定値入力手段２２は、判定値をヘリコプタ１に送信し、ヘリコプタ１は図示しない受信装置を介して判定値を受信して、マイクロコンピュータ１４に記憶する。

〈撮影段階〉
ユーザが飛行開始地点である点Ｐ１の近くで、ヘリコプタ１に対して飛行を開始するための操作を行うと、ヘリコプタ１は、飛行自動制御装置１２により飛行を開始して（図４のステップＳ０１）、記憶している飛行経路情報に基づいて点Ｐ１まで飛行し、点Ｐ１に到達したことを示す信号をマイクロコンピュータ１４に送信する。これを受信したマイクロコンピュータ１４は、撮影を開始するための信号を撮影部１６に送信し、撮影部１６は、赤外線カメラ１５による撮影（図４のステップＳ０２）、及び、その撮影データの無線伝送部１８を介した撮影画像表示手段２４への送信（図４のステップＳ０３）を開始する。なお、赤外線カメラ１５のレンズは下方に向けられているものとする。

ヘリコプタ１は、飛行経路情報に基づいて、点Ｐ１から点Ｐ２、点Ｐ２から点Ｐ３、…というように、設定された飛行経路上を、設定（入力）されている飛行速度及び飛行高度で飛行する。なお、飛行自動制御装置１２は、飛行中、図示しない高周波センサにより障害物（他物）との距離を測定し、設定されている障害物接近距離以内となった場合には、飛行経路を変更して障害物との距離が障害物接近距離以内にならないようにして障害物を迂回した後、設定された飛行経路上に戻って飛行を続行する。

ヘリコプタ１の飛行中、撮影部１６は、赤外線カメラ１５による撮影（図４のステップＳ０２）、及び、その撮影データ（熱画像）の撮影画像表示手段２４への送信（図４のステップＳ０３）を継続する。撮影画像表示手段２４は、受信した撮影データに基づいて、画面２５に熱画像を表示する。したがって、ヘリコプタ１の飛行中、画面２５には、熱画像が動画状に表示されることとなる。また、マイクロコンピュータ１４は、ＧＰＳセンサ１３から取得した現在の位置情報を撮影部１６に送信し、撮影部１６は、撮影データと共に位置情報を撮影画像表示手段２４に送信する。撮影画像表示手段２４は、受信した位置情報に基づいて、現在表示している熱画像の撮影位置を表示する。撮影位置を表示するときは、その緯度・経度を数値で示してもよいし（図４参照）、画面２５の地図Ｍ上の撮影位置に相当する地点に、所定のマーク（シンボル）を表示することとしてもよい（図６参照）。

また、撮影部１６は、１フレーム毎に、撮影データに含まれる温度データ（ここでは、数値）を、マイクロコンピュータ１４に送信し、マイクロコンピュータ１４は、温度データと入力されている判定値とに基づいて、温度が異常か否かを判定する（図４のステップＳ０４）。具体的には、温度データが示す温度が、判定値以上であれば異常と判定し、判定値未満であれば異常でないと判定する。なお、フレーム中の各画素に対応して温度データ（例えば、１フレームが２４０×３２０画素であれば、７６８００個の温度データ。画素が持つ温度データを、以下、単に「画素の温度」という。）が存在するため、ここでは、フレーム中の全画素の温度のうち、最も高いものを判定に用いるものとするが、ノイズを除去するために、温度が高い順に画素を所定個数抽出してその平均としたり、フレーム中の全画素の温度の平均としたりしてもよい。

マイクロコンピュータ１４は、温度が異常と判定すると、飛行自動制御装置１２に静止信号を送信するとともに、撮影部１６に静止画撮影信号及び現在の位置情報を送信する。静止信号を受信した飛行自動制御装置１２は、機体を所定時間空中静止させる。静止画撮影信号を受信した撮影部１６は、機体が空中静止している間に、撮影を行い（図４のステップＳ０５）、その撮影データを、マイクロコンピュータ１４から受信した位置情報と共に撮影データ保存部１７に保存する（図４のステップＳ０６）。この撮影データには、静止画像である熱画像と、温度（数値）とが含まれている。

空中静止する時間が経過すると、ヘリコプタ１は、飛行経路が終わりでなければ（図４のステップＳ０７でＮＯ）、飛行を再開して撮影を続行し、飛行経路が終わりであれば（図４のステップＳ０７でＹＥＳ）、撮影を終了し（図４のステップＳ０８）、飛行を終了して着陸する（図４のステップＳ０９）。

〈静止画表示段階〉
ユーザがヘリコプタ１から記録媒体である撮影データ保存部１７を取り外して、パソコン２の撮影画像表示手段２４に読み取らせると、撮影画像表示手段２４は、撮影データ保存部１７から撮影データ及び位置情報を読み取って、図５に示すように、撮影データに基づいて、画面２５の熱画像表示部２６に、静止画像である熱画像を表示するとともに、位置情報に基づいて、位置表示部２７に、位置（図５では、緯度及び経度）を表示する。ここで表示される熱画像は、太陽光パネル３１の異常と判定された部分の温度を示すものとなり、位置は、その熱画像の撮影データの取得位置（撮影位置）を示すものとなる。これにより、ユーザは、太陽光パネル３１の異常箇所を知ることができる。図５の例では、熱画像中に周囲に比して温度が高い高温部Ａが存在することから、この高温部Ａが異常箇所であることが分かり、位置表示部２７に表示されている緯度及び経度から、高温部Ａの太陽光パネル３１上での位置を知ることができる。また、撮影データに、数値で表された温度が含まれていることから、その数値に基づいて判断すれば、色のみで判断したときよりも正確に異常の程度を推量することができる。

なお、緯度及び経度では位置が分かり難いため、図６に示すように、地図Ｍ上に、位置情報によって示される位置を所定のマークＩで表示することとしてもよい。このとき、異常と判定された部分が複数あると、静止画像は複数枚あることから、マークＩとそれに対応する静止画像とをリンクさせることとする。

以上説明したように、構造物点検システムＳは、ヘリコプタ１とパソコン２とを備え、ヘリコプタ１は、入力された飛行経路情報が示す飛行経路に従って飛行しつつ、点検対象である太陽光パネル３１の各部分について、撮影部１６により撮影データを取得して、取得した撮影データに含まれる温度データと、入力された判定値とに基づいて、温度が異常か否かを判定し、異常と判定した部分について、所定時間機体を空中静止させて撮影部１６に撮影を行わせ、その撮影により得られた撮影データと撮影データの取得位置を示す位置情報とを撮影データ保存部１７に保存するように構成され、パソコン２は、撮影データ保存部１７から、撮影データと撮影データの取得位置を示す位置情報とを取得して、その撮影データに基づいて太陽光パネル３１の異常と判定された部分の温度を示す静止画像である熱画像を表示するとともに、その位置情報に基づいて撮影データの取得位置を示すように構成されている。

したがって、構造物点検システムＳによれば、メガソーラー３等の人手では点検困難な大型の構造物であっても、赤外線カメラ１５を広い範囲で動かすための大型の可動設備の設置や多数の赤外線カメラ１５の設置が必要なく、簡易な構成で低コストで点検を行うことが可能となる。また、人が構造物に上る必要がないため、安全かつ容易に点検を行うことが可能となる。さらに、赤外線カメラ１５は点検対象に取り付けられていないので、赤外線カメラ１５自体の点検も容易である。

また、ヘリコプタ１の飛行経路を任意に設定可能であるので、メガソーラー３に限らず種々の構造物の点検に利用でき、汎用性に優れ、効率的な点検が可能となる。

また、判定値を変更可能であるので、点検対象の種類や周囲の気温等に合わせて、判定値を変更すれば、異常の検出精度を上げることができる。

さらに、パソコン２が、ヘリコプタ１の飛行中、継続的に無線伝送部１８から撮影データを受信して、その撮影データに基づいて太陽光パネル３１の各部分の温度を示す熱画像を表示するように構成されている。すなわち、ヘリコプタ１の飛行中、パソコン２の画面２５には、太陽光パネル３１の各部分の温度を示す熱画像が、動画のように表示されることとなる。したがって、ユーザは、画面２５において熱画像を監視することにより、例えば他と比べて非常に高い温度を示す箇所があれば、その箇所において異常が発生していると判断できる等、ヘリコプタ１の飛行終了を待たなくても、異常をいち早く知ることができる。また、ヘリコプタ１側で、異常と判定した部分以外の部分の撮影データを保存する必要がないので、撮影データ保存部１７の容量が小さくて済む。なお、必要であれば、パソコン２側で、ヘリコプタ１から受信した撮影データを保存すればよい。また、撮影データ保存部１７の容量の点を考慮しなければ、異常と判定した部分以外の部分の撮影データも、撮影データ保存部１７に保存するように構成してもよい。

また、撮影データ保存部１７を着脱可能な記録媒体としなくてもよく、撮影データ保存部１７から有線若しくは無線で、撮影データ及び位置情報をパソコン２の撮影画像表示手段２４に送信可能としてもよい。すなわち、パソコン２が、撮影データ保存部１７から撮影データ及び位置情報を取得する方法は、読取りであってもよいし、受信であってもよい。無線の場合には、撮影データ保存部１７から無線伝送部１８を介して、撮影データ及び位置情報を送信するように構成してもよく、かかる場合には、ヘリコプタ１の飛行中に、例えば静止して撮影する度に、或いは、パソコン２からの命令に応じて、撮影データ及び位置情報を送信するように構成してもよい。そうすれば、ヘリコプタ１の飛行終了を待たずに、静止熱画像により異常箇所を把握することができる。

また、ヘリコプタ１が、異常と判定した部分以外の部分の撮影データを、送信しないように構成してもよい。

また、上記実施形態では、飛行経路情報入力手段２１及び判定値入力手段２２を、パソコン２に備えることとしたが、パソコン２とは異なる装置に設けてもよい。また、飛行経路情報入力手段２１と判定値入力手段２２とを、別々の装置に設けてもよい。さらに、ヘリコプタ１とは別の装置を用いずに、ヘリコプタ１に対して直接、飛行経路情報及び判定値を入力可能に構成してもよい。

１…自律無人飛行ヘリコプタ
２…パソコン（撮影画像表示装置）
１１…制御部
１５…赤外線カメラ
１６…撮影部
１７…撮影データ保存部
１８…無線伝送部
２１…飛行経路情報入力手段
２２…判定値入力手段

Claims (3)

1. 自律無人飛行ヘリコプタと撮影画像表示装置とを備えた構造物点検システムであって、
   前記自律無人飛行ヘリコプタは、
   撮影対象の温度データを含む撮影データを取得可能な赤外線カメラを備えた撮影部と、
   自機の位置情報を取得可能であり飛行を制御する制御部と、
   前記撮影部が取得した撮影データと前記制御部が取得した位置情報とを保存する撮影データ保存部と、を備え、
   入力された飛行経路情報が示す飛行経路に従って飛行しつつ、点検対象である構造物の各部分について、前記撮影部により前記撮影データを取得して、取得した前記撮影データに含まれる温度データと、入力された判定値とに基づいて、温度が異常か否かを判定し、異常と判定した部分について、所定時間機体を空中静止させて前記撮影部に撮影を行わせ、当該撮影により得られた前記撮影データと前記撮影データの取得位置を示す前記位置情報とを前記撮影データ保存部に保存するように構成され、
   前記撮影画像表示装置は、
   前記撮影データ保存部から、前記撮影データと前記撮影データの取得位置を示す前記位置情報とを取得して、前記撮影データに基づいて前記構造物の異常と判定された部分の温度を示す画像を表示するとともに、前記位置情報に基づいて前記撮影データの取得位置を示すように構成されていることを特徴とする構造物点検システム。
2. 前記自律無人飛行ヘリコプタが、前記撮影部により取得した前記構造物の各部分の前記撮影データを無線で送信する無線伝送部を備え、
   前記撮影画像表示装置が、前記無線伝送部から前記撮影データを受信して、前記撮影データに基づいて前記構造物の各部分の温度を示す画像を表示するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の構造物点検システム。
3. 前記撮影画像表示装置が、
   前記自律無人飛行ヘリコプタに対して前記飛行経路情報を入力する飛行経路情報入力手段と、
   前記自律無人飛行ヘリコプタに対して前記判定値を入力する判定値入力手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の構造物点検システム。