JP2015101470A

JP2015101470A - クレーン動作監視システム及び方法

Info

Publication number: JP2015101470A
Application number: JP2013245140A
Authority: JP
Inventors: 肖一椎名; Shoichi Shiina; 孝義沼崎; Takayoshi Numazaki; 一樹柏原; Kazuki Kashiwabara
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-06-04

Abstract

【課題】クレーンのジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を精度よく検出できるクレーンの動作監視システム及び方法を低コストで提供する。
【解決手段】クレーン１のステージ４にジブ２の旋回中心に対して所定の位置関係になると共に相互が所定の位置関係になるように設置された複数のマーカｍ０〜ｍ５と、ジブ２における旋回中心から所定の距離の位置に設置されて旋回中心とマーカｍ０〜ｍ５とを撮影するカメラ１２と、カメラ１２で撮影された画像からマーカｍ０〜ｍ５の少なくとも一を抽出して識別し、識別されたマーカｍ０〜ｍ５と旋回中心とカメラ１２との位置関係を求め、求めた位置関係に基づいて前記ジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を算出するパソコン３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、クレーン動作監視システム及び方法に関する。

クレーン動作監視システムとして、クレーンのジブが配電線に接触したり、クレーンのジブ同士が衝突したりすることを防止する目的で、クレーンのジブを含む２箇所にＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナを取り付けてジブの旋回角度及び起伏角度を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２９３３８号公報

ジブの旋回角度及び起伏角度を高精度に検出するためには、高精度なＧＰＳ計測システムが必要となり、高コストとなる。特に、ＧＰＳ衛星からの電波を遮る高層ビル等の建造物が多い都心部では、測位精度が悪くなったり、測位できなくなったりするため、高性能なＧＰＳ計測システムが必要となり、高コストとなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、クレーンのジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を精度よく検出できるクレーンの動作監視システム及び方法を低コストで提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係るクレーン動作監視システムは、クレーンのジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を検出するクレーン動作監視システムであって、前記クレーンの非旋回部に前記ジブの旋回中心に対して所定の位置関係になると共に相互が所定の位置関係になるように設置された複数のマーカと、前記クレーンの旋回部における前記旋回中心から所定の距離の位置に設置されて前記旋回中心と前記マーカとを撮影するカメラと、前記カメラで撮影された画像から前記複数のマーカの少なくとも一を抽出して識別するマーカ抽出識別部と、前記マーカ抽出識別部で識別された前記マーカと前記旋回中心との前記画像での位置関係、前記カメラと前記旋回中心との前記所定の距離、当該マーカの前記旋回中心に対する前記所定の位置関係、及び、当該マーカとその他の前記マーカとの前記所定の位置関係とに基づいて、前記ジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を算出する旋回／起伏角度算出部とを備える。

また、本発明に係るクレーン動作監視方法は、クレーンのジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を検出するクレーン動作監視方法であって、複数のマーカを、前記クレーンの非旋回部に前記ジブの旋回中心に対して所定の位置関係になると共に相互が所定の位置関係になるように設置し、前記カメラを、前記クレーンの旋回部における前記旋回中心から所定の距離の位置に設置して、前記カメラにより、前記旋回中心と前記マーカとを撮影し、前記カメラで撮影した画像から前記マーカを抽出してその他の前記マーカと識別し、前記カメラで撮影した画像から前記複数のマーカの少なくとも一を抽出して識別し、識別した前記マーカと前記旋回中心との前記画像での位置関係、前記カメラと前記旋回中心との前記所定の距離、当該マーカの前記旋回中心に対する前記所定の位置関係、及び、当該マーカとその他の前記マーカとの前記所定の位置関係とに基づいて、前記ジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を算出する。

本発明によれば、クレーンのジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を精度よく検出できるクレーンの動作監視システム及び方法を低コストで提供できる。

一実施形態に係るクレーン動作監視システムの概略構成を示す図である。複数のマーカの配置と座標系との関係を示す図である。パソコンの機能ブロック図である。カメラのレンズ中心点の位置座標の算出方式を説明するための図である。他の実施形態に係るクレーン動作監視システムの概略構成を示す図である。ジブの旋回角度の算出方式を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るクレーン動作監視システム１０の概略構成を示す図である。この図に示すように、クレーン動作監視システム１０は、ジブ２が旋回及び起伏するクレーン１が高圧配電線や他のクレーンや建物等に接近していないかを監視するシステムである。このクレーン動作監視システム１０は、ジブ２に設置されたカメラ１２と、クレーン１のマスト３のステージ４上に設置された複数（本実施形態では６個）のマーカｍ０、ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、ｍ５（図２参照）と、クレーン１のオペレータ室５内に設置されたパソコン３０及び警報装置１４とを備えている。

カメラ１２は、デジタルビデオカメラであり、マスト３の軸心（ジブ２の旋回軸）上でマーカｍ０〜ｍ５の設置高さと一致する一点（以下、旋回中心点という）Ｏを視準するように設置されている。また、カメラ１２は、旋回中心点Ｏからカメラ１２のレンズ中心点Ｋｃ（図２参照）までの距離がＬ０となるようにジブ２に設置されている。なお、カメラ１２の画素数は、適宜設定すればよいが、３０万画素以上が好適である。

図２は、複数のマーカｍ０〜ｍ５の配置と座標系との関係を示す図である。この図に示すように、複数のマーカｍ０〜ｍ５は、に旋回中心点Ｏの周りに所定間隔（本実施形態では６０°間隔）で配されており、１個以上（３個以下）が常にカメラ１２の画角に入るように配されている。また、本システムでは、旋回中心点Ｏを原点とするｘｙｚ座標系でのカメラ１２のレンズ中心点Ｋｃの位置を算出してジブ２の旋回角度θｃ及び起伏角度θｒを算出するところ、複数のマーカｍ０〜ｍ５は、ｘｙ平面の原点（旋回中心点Ｏと一致）を中心とする半径Ｒ０の円上に配されている。また、マーカｍ０は、ｘｙ平面のｘ軸上に配置されており、マーカｍ１〜ｍ５は、マーカｍ０から時計回り方向に所定間隔（本実施形態では６０°間隔）で設置されている。

ここで、マーカｍ０〜ｍ５は、背景が白のボードに異なるパターンが記されたものであり、後述のマーカ識別部３０２（図３参照）が、カメラ１２の撮影画像中のマーカｍ０〜ｍ５をそのパターンから識別する。マーカｍ０は、赤色の丸の中に赤色の点のあるパターンが記されたもの、マーカｍ１は、赤色の丸の中に緑色の点のあるパターンが記されたもの、マーカｍ２は、赤色の丸のみのパターンが記されたものである。また、マーカｍ３は、緑色の丸の中に赤色の点のあるパターンが記されたもの、マーカｍ４は、緑色の丸の中に緑色の点のあるパターンが記されたもの、マーカｍ５は、緑色の丸のみのパターンが記されたものである。

図３は、パソコン３０の機能ブロック図である。この図に示すように、パソコン３０は、マーカ抽出部３０１と、マーカ識別部３０２と、旋回及び起伏角度算出部３０３と、警報制御部３０４とを備えている。マーカ抽出部３０１は、カメラ１２の撮影画像からマーカｍ０〜ｍ５の領域を抽出し、抽出したマーカｍ０〜ｍ５の中心点の座標値を求める。また、マーカ識別部３０２は、マーカ抽出部３０１により抽出されたマーカｍ０〜ｍ５を、パターン認識によって識別する。

旋回及び起伏角度算出部３０３は、マーカ抽出部３０１により抽出されてマーカ識別部３０２によって識別されたマーカｍ０〜ｍ５の何れかの画像中での位置座標（原点は旋回中心点Ｏ）に基づいてジブ２の旋回角度θｃ及び起伏角度θｒを算出する。なお、この点については後述する。

警報制御部３０４は、高圧配電線や周辺の建物や他のタワークレーン等の位置座標を含む現場座標系のデータを記憶しており、旋回及び起伏角度算出部３０３が算出したジブ２の旋回角度θｃ及び起伏角度θｒからジブ２の位置座標と高圧配電線等の位置座標との距離が、所定範囲内であるか否かを判定し、所定範囲内と判定した場合に警報装置１４を作動させる。

図４は、カメラ１２のレンズ中心点Ｋｃの位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の算出方式を説明するための図である。この図において、旋回中心点Ｏからマーカｍ１〜ｍ３までの距離（即ち旋回半径）Ｒ０と、旋回中心点Ｏからカメラ１２のレンズ中心点Ｋｃまでの距離Ｌ０は既知の定数である。また、マーカｍ１〜ｍ３の座標（ｘｍ１，ｙｍ１，ｚｍ１）、（ｘｍ２，ｙｍ２，ｚｍ２）、ｘｍ３，ｙｍ３，ｚｍ３）は、既知の座標であり、マーカｍ１〜ｍ３同士の距離（例えば、図中Ａ，Ｂ，Ｃ）も既知の長さである。なお、マーカｍ１〜ｍ３がカメラ１２により撮影される場合を例に挙げて、カメラ１２のレンズ中心点Ｋｃの位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の算出方式を説明するが、その他のマーカｍ０，ｍ４，ｍ５がカメラ１２により撮影される場合も同様である。

本算出方式では、△ｍ１ｍ３Ｋｃにおけるマーカｍ１、ｍ３を結ぶ辺Ａの対角∠Ｔａ、△ｍ２ｍ３Ｋｃにおけるマーカｍ２、ｍ３を結ぶ辺Ｂの対角∠Ｔｂ，及び△ｍ１ｍ２Ｋｃにおけるマーカｍ１、ｍ２を結ぶ辺Ｃの対角∠Ｔｃと、△ｍ１ＯＫｃにおけるマーカｍ１と旋回中心点Ｏとを結ぶ辺の対角∠Ｔ_ｍ１Ｏ，△ｍ２ＯＫｃにおけるマーカｍ２と旋回中心点Ｏと結ぶ辺の対角∠Ｔ_ｍ２Ｏ，及び△ｍ３ＯＫｃにおけるマーカｍ３と旋回中心点Ｏとを結ぶ辺の対角∠Ｔ_ｍ３Ｏとを、マーカｍ１〜ｍ３の撮影画像中での位置座標と、現場座標系のマーカｍ１〜ｍ３の位置座標（既知）と、カメラ１２のレンズの焦点距離ｐとに基づいて算出する。そして、以下説明するように、正弦定理により、マーカｍ１〜ｍ３とカメラ１２のレンズ中心点Ｋｃとの距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を算出する。

Ｌ１を算出するにあたり、まず、下記（１）式より、△ｍ１ＯＫｃにおける旋回中心点Ｏとレンズ中心点Ｋｃとを結ぶ辺（長さＬ０）の対角（頂点ｍ１の角度）∠Ｔ_ＫｃＯ１を求める。また、下記（２）式より、△ｍ１ＯＫｃにおけるマーカｍ１とレンズ中心点Ｋｃとを結ぶ辺（長さＬ１）の対角∠Ｔ_Ｋｃｍ１を求める。そして、下記（３）式より、Ｌ１を求める。

そして、同様に、下記（４）〜（６）式よりＬ２を求める。なお、∠Ｔ_ＫｃＯ２は、△ｍ２ＯＫｃにおける旋回中心点Ｏとレンズ中心点Ｋｃとを結ぶ辺（長さＬ０）の対角（頂点ｍ２の角度）であり、∠Ｔ_Ｋｃｍ２は、△ｍ２ＯＫｃにおけるマーカｍ２とレンズ中心点Ｋｃとを結ぶ辺（長さＬ２）の対角である。

さらに、同様に、下記（７）〜（９）式よりＬ３を求める。なお、∠Ｔ_ＫｃＯ３は、△ｍ３ＯＫｃにおける旋回中心点Ｏとレンズ中心点Ｋｃとを結ぶ辺（長さＬ０）の対角（頂点ｍ３の角度）であり、∠Ｔ_Ｋｃｍ３は、△ｍ３ＯＫｃにおけるマーカｍ３とレンズ中心点Ｋｃとを結ぶ辺（長さＬ３）の対角である。

そして、カメラ１２のレンズ中心点Ｋｃの座標（ｘ，ｙ，ｚ）を未知数とする下記（１０）の３元２次方程式から、プログラミング近似法により該未知数（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。

カメラ１２のレンズ中心点Ｋｃの座標（ｘ，ｙ，ｚ）が求まると、旋回中心点Ｏからレンズ中心点Ｋｃまでの距離Ｌ０は既知の値であるため、下記（１１）式よりジブ２の旋回角度θｃを求め、下記（１２）式よりジブ２の起伏角度θｒを求める。

以上説明したように、本実施形態に係るクレーン動作監視システム１００は、クレーン１の非旋回部であるステージ４にジブ２の旋回中心点Ｏに対して所定の位置関係になると共に相互が所定の位置関係になるように設置された複数のマーカｍ０〜ｍ５と、クレーン１の旋回部であるジブ２における旋回中心点Ｏから所定の距離Ｌ０の位置に設置されて旋回中心点Ｏとマーカｍ０〜ｍ５とを撮影するカメラ１２と、カメラ１２の撮影画像が送信されるパソコン３０とを備える。このパソコン３０は、カメラ１２で撮影された画像からマーカｍ０〜ｍ５を抽出するマーカ抽出部３０１と、マーカ抽出部３０１が抽出したマーカｍ０〜ｍ５の一部を識別するマーカ識別部３０２と、マーカ識別部３０２で識別されたマーカｍ０〜ｍ５と旋回中心点Ｏとの画像での位置関係、カメラ１２と旋回中心Ｏとの上記所定の距離Ｌ０、当該マーカｍ０〜ｍ５の旋回中心点Ｏに対する上記所定の位置関係、及び、当該マーカｍ０〜ｍ５と他のマーカｍ０〜ｍ５との上記所定の位置関係とに基づいて、ジブ２の旋回角度θｃ及び起伏角度θｒを算出する旋回及び起伏角度算出部３０３とを備える。

これにより、１台のカメラ１２をクレーン１のジブ２に設置し、複数のマーカｍ０〜ｍ５をステージ４に設置し、演算処理をするプログラムをインストールしたパソコン３０を準備することにより、クレーン１のジブ２の旋回角度θｃ及び起伏角度θｒを検出することができる。従って、クレーン１のジブ２の旋回角度θｃ及び起伏角度θｒを精度よく検出できるクレーン動作監視システム１０を低コストで提供できる。

図５は、他の実施形態に係るクレーン動作監視システム１００の概略構成を示す図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。図５に示すように、クレーン動作監視システム１００は、マスト３に旋回可能に支持されてジブ２を起伏可能に支持する旋回部６に設置されたカメラ１２と、ジブ２に設置された傾斜計１０２と、マスト３のステージ４上に設置された複数（本実施形態では６個）のマーカｍ０、ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、ｍ５（図６参照）と、複数（本実施形態では２個）のサブマーカｓｍ１、ｓｍ２（図６参照）と、クレーン１のオペレータ室５内に設置されたパソコン３０と、警報装置１４とを備えている。

カメラ１２は、旋回中心点Ｏを視準してマーカｍ０〜ｍ５のうちの少なくとも一つが画角に入るように旋回部６に設置されている。また、傾斜計１０２は、ジブ２の起伏角度θｒを計測してパソコン３０へ出力する。

マーカｍ０〜ｍ１、ｍ５は、白のボードに緑色の丸のパターンが記されたものであり、マーカｍ２〜ｍ４は、白のボードに赤色の丸のパターンが記されたものである。マーカｍ０〜ｍ５は、ｘｙ平面のｘ軸から時計回り方向にマーカｍ０、ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、ｍ５の順序で等間隔（本実施形態では６０°間隔）で設置されている。

サブマーカｓｍ１は、白のボードに緑色の点のパターンが記されたものであり、マーカｍ０とマーカｍ５との間に配置されている。また、サブマーカｓｍ２は、白のボードに赤色の点のパターンが記されたものであり、マーカｍ２とマーカｍ３との間に配置されている。ここで、カメラ１２により撮影されるサブマーカｓｍ１、ｓｍ２に対する相対位置を基準として、マーカｍ０〜ｍ５を識別する。

図６は、ジブ２の旋回角度θｃの算出方式を説明するための図である。この図に示すように、１個のマーカの位置座標及び傾斜計１０２により計測されたジブ２の起伏角度θｒとに基づいてジブ２の旋回角度θｃを算出する。まず、下記（１００）式より旋回中心点Ｏとカメラ１２のレンズ中心点Ｋｃとを結ぶ辺Ｂ（長さＬ０）の対角∠Ｔｂを求める。なお、式中のＲ０は、マーカと旋回中心点Ｏとを結ぶ辺Ａの長さである。

次に、下記（１０１）式よりカメラ１２のレンズ中心点Ｋｃとマーカの中心点とを結ぶ辺Ｃの対角∠Ｔｃ、即ち、カメラ１２が撮影したマーカの位置からのジブ２の旋回角度∠Ｔｃを求める。

ここで、マーカｍ０の位置からのジブ２の旋回角度∠Ｔｃが０°の場合に、ジブ２の旋回角度θｃを０°とし、ジブ２の旋回角度θｃを下記（１０２）式より求める。なお、θｎは、ｘｙ座標における各マーカの偏角である。

以上説明したように、本実施形態に係るクレーン動作監視システム１００では、パソコン３０が、カメラ１２で撮影された画像からマーカｍ０〜ｍ５を抽出するマーカ抽出部３０１と、マーカ抽出部３０１が抽出したマーカｍ０〜ｍ５の一部を識別するマーカ識別部３０２と、マーカ識別部３０２で識別されたマーカｍ０〜ｍ５と旋回中心点Ｏとの画像での位置関係、カメラ１２と旋回中心Ｏとの上記所定の距離Ｌ０、当該マーカｍ０〜ｍ５の旋回中心点Ｏに対する上記所定の位置関係、及び、当該マーカｍ０〜ｍ５とその他のマーカｍ０〜ｍ５との上記所定の位置関係とに基づいて、ジブ２の旋回角度θｃを算出する旋回角度算出部（図示省略）とを備える。

これにより、１台のカメラ１２をクレーン１のジブ２に設置し、複数のマーカｍ０〜ｍ５をステージ４に設置し、演算処理をするプログラムをインストールしたパソコン３０を準備することにより、クレーン１のジブ２の旋回角度θｃを検出することができる。また、クレーン動作監視システム１００では、傾斜計１０２によりジブ２の起伏角度θｒを計測してパソコン３０に送信する。従って、クレーン１のジブ２の旋回角度θｃ及び起伏角度θｒを精度よく検出できるクレーン動作監視システム１００を低コストで提供できる。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の各実施形態では、旋回角度θｃ及び起伏角度θｒ、あるいは旋回角度θｃのみを撮影画像に基づいて算出したが、起伏角度θｒのみを撮影画像に基づいて算出してもよい。

１クレーン、２ジブ、３マスト、４ステージ、５オペレータ室、６旋回部、１０クレーン動作監視システム、１２カメラ、１４警報装置、３０パソコン、１００クレーン動作監視システム、１０２傾斜計、３０１マーカ抽出部、３０２マーカ識別部、３０３旋回及び起伏角度算出部、３０４警報制御部、ｍ０〜ｍ５マーカ

Claims

クレーンのジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を検出するクレーン動作監視システムであって、
前記クレーンの非旋回部に前記ジブの旋回中心に対して所定の位置関係になると共に相互が所定の位置関係になるように設置された複数のマーカと、
前記クレーンの旋回部における前記旋回中心から所定の距離の位置に設置されて前記旋回中心と前記マーカとを撮影するカメラと、
前記カメラで撮影された画像から前記複数のマーカの少なくとも一を抽出して識別するマーカ抽出識別部と、
前記マーカ抽出識別部で識別された前記マーカと前記旋回中心との前記画像での位置関係、前記カメラと前記旋回中心との前記所定の距離、当該マーカの前記旋回中心に対する前記所定の位置関係、及び、当該マーカとその他の前記マーカとの前記所定の位置関係とに基づいて、前記ジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を算出する旋回／起伏角度算出部と
を備えるクレーン動作監視システム。
クレーンのジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を検出するクレーン動作監視方法であって、
複数のマーカを、前記クレーンの非旋回部に前記ジブの旋回中心に対して所定の位置関係になると共に相互が所定の位置関係になるように設置し、
前記カメラを、前記クレーンの旋回部における前記旋回中心から所定の距離の位置に設置して、前記カメラにより、前記旋回中心と前記マーカとを撮影し、
前記カメラで撮影した画像から前記複数のマーカの少なくとも一を抽出して識別し、
識別した前記マーカと前記旋回中心との前記画像での位置関係、前記カメラと前記旋回中心との前記所定の距離、当該マーカの前記旋回中心に対する前記所定の位置関係、及び、当該マーカとその他の前記マーカとの前記所定の位置関係とに基づいて、前記ジブの旋回角度及び起伏角度の少なくとも一方を算出するクレーン動作監視方法。