JP2015102880A - 作業支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業員の頭部に装着される装着型情報端末の負荷を軽減しつつ、作業対象機器に関する情報を現実の視野に重畳表示するようにした作業支援システムを得る。
【解決手段】作業員の頭部に装着される装着型情報端末１は、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ位置情報部１５の出力、複数の無線ＬＡＮの子局からの電波強度を測定する電波強度測定部１６の出力、加速度センサ１２の出力、地磁気センサ１３の出力及び作業員の前方を撮影するように配置されたカメラ１１の出力を、無線通信部１７により、無線ＬＡＮを介してプラント制御装置３に送信し、プラント制御装置３では送信された情報を用いて位置特定部により作業員の現在位置及び向きを特定し、目標物に作業員が到達していれば、目標物に関する詳細情報を装着型情報端末１に送信して、メガネ型の表示部１８上に、拡張現実技術により、現実の視野に重畳表示する。
【選択図】図２

Description

この発明は、プラント機器の保守・監視・試験などの現地作業を支援する作業支援システムに関するものである。

従来の保守点検等の現地作業を支援するシステムにおいて、設備の映像から読み取った管理番号やＧＰＳから得られる位置情報から対象設備を同定し、それをキーとして検索した関連情報を設備の映像に重畳表示するものがあった。（特許文献１参照）
また、作業支援システムにおいては、遠隔サーバと通信可能なウエアラブルコンピュータを使用して、ハンドフリーな状態で機器の状況を確認できるもの（特許文献２参照）、簡単な画像処理で映っている機器の位置を同定するため、機器に貼り付けられた発光型ＲＦＩＤ（ Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の位置を画像処理で同定し、その位置より機器の位置を同定するもの（特許文献３参照）があった。

特開２００１−３４６１５号公報（第８〜１０頁、第１図） 特開２００４−３０４９２号公報（第３〜４頁、第１図） 特開２００７−１８１８８号公報（第５〜１０頁、第１図）

特許文献１に記載の技術は、管理番号とＧＰＳから得られる位置情報により機器を同定しているため、プラント内は機器や配管が入り組んだ空間であること、プラント建屋内はＧＰＳの位置精度が落ちることから、プラントへの適用は容易ではない。
また、特許文献２では、機器の同定はウエアラブルコンピュータ上で情報の検索が必要であり、また、特許文献３では、発光型ＲＦＩＤを取り付ける必要があるため、既存のプラントへの適用は、それぞれハードルが高いという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、作業員の頭部に装着される装着型情報端末の負荷を軽減しつつ、作業対象機器に関する情報を現実の視野に重畳表示するようにした作業支援システムを得ることを目的とする。

この発明に係わる作業支援システムにおいては、現地作業を行う作業員の頭部に装着される装着型情報端末、及びこの装着型情報端末と無線ＬＡＮを介して通信可能に構成されたサーバを備え、装着型情報端末は、作業員の現在位置を特定するためのデータを取得する位置データ取得手段と、作業員の向きを特定するためのデータを取得する向きデータ取得手段と、位置データ取得手段及び向きデータ取得手段により取得されたデータをサーバに送信する無線通信手段と、任意の情報を拡張現実技術により、現実の視野に重畳表示するメガネ型の表示手段とを有し、サーバは、無線通信手段により送信されたデータに基づき、作業員の現在位置及び向きを特定する位置特定手段を有し、位置特定手段は、作業員が作業対象機器に到達した場合に、作業対象機器に関する詳細情報を装着型情報端末に送
信し、表示手段に拡張現実技術により、現実の視野に重畳表示させるものである。

この発明によれば、現地作業を行う作業員の頭部に装着される装着型情報端末、及びこの装着型情報端末と無線ＬＡＮを介して通信可能に構成されたサーバを備え、装着型情報端末は、作業員の現在位置を特定するためのデータを取得する位置データ取得手段と、作業員の向きを特定するためのデータを取得する向きデータ取得手段と、位置データ取得手段及び向きデータ取得手段により取得されたデータをサーバに送信する無線通信手段と、任意の情報を拡張現実技術により、現実の視野に重畳表示するメガネ型の表示手段とを有し、サーバは、無線通信手段により送信されたデータに基づき、作業員の現在位置及び向きを特定する位置特定手段を有し、位置特定手段は、作業員が作業対象機器に到達した場合に、作業対象機器に関する詳細情報を装着型情報端末に送信し、表示手段に拡張現実技術により、現実の視野に重畳表示させるので、装着型情報端末の負荷を軽減しつつ、作業対象機器に関する詳細情報を現実の視野に重畳表示することができる。

この発明の実施の形態１による作業支援システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１による作業支援システムの装着型情報端末を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による作業支援システムのプラント制御装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による作業支援システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態３による作業支援システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態３による作業支援システムのプラント制御装置を示すブロック図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による作業支援システムを示す構成図である。
図１において、装着型情報端末１は、プラントなどの現場で作業する作業員の頭部に装着される。無線ＬＡＮ子局２は、無線ＬＡＮを構成する子局であり、複数が配置され、装着型情報端末１と無線通信するようになっている。プラント制御装置３（サーバ）は、中央制御室に設けられた計算機によって構成され、プラントの運転を制御するとともに、無線ＬＡＮ子局２を介して装着型情報端末１と通信するようになっている。

図２は、この発明の実施の形態１による作業支援システムの装着型情報端末を示すブロック図である。
図２において、装着型情報端末１は、次のように構成されている。
カメラ１１（撮影手段）は、作業員の現在位置における前方の映像を撮影する。加速度センサ１２は、装着型情報端末１を身に着けた作業員が動いたことを感知し、作業員の細かい動きと向きを測定する。地磁気センサ１３は、地磁気の向きを検知し、作業員が動いた方向を検出する。加速度センサ１２と地磁気センサ１３は、向きデータ取得手段を構成する。
マイク付ヘッドホン１４は、作業員に対する音声の入出力に用いられる。ＧＰＳ位置情報部１５は、ＧＰＳ信号を受信し、位置情報を取得する。電波強度測定部１６は、複数の無線ＬＡＮ子局２のそれぞれの電波強度を測定する。ＧＰＳ位置情報部１５と電波強度測定部１６は、位置データ取得手段を構成する。

無線通信部１７（無線通信手段）は、無線ＬＡＮ子局２と無線通信する。表示部１８（表示手段）は、現実の光景が見えるメガネ型で、拡張現実技術（人が知覚する現実環境をコンピュータにより拡張する技術）により、現実の視野に重畳表示するスクリーンにもなる。
制御部１９は、装着型情報端末１の全体を制御するとともに、ＧＰＳ位置情報部１５、電波強度測定部１６、加速度センサ１２及び地磁気センサ１３の出力（データ）並びにカメラ１１の撮影画像を取得し、無線通信部１７によってプラント制御装置３へ送信させる。

図３は、この発明の実施の形態１による作業支援システムのプラント制御装置を示すブロック図である。
図３において、プラント制御装置３は、次のように構成されている。
通信部３１は、無線ＬＡＮを介して、装着型情報端末１と通信する。位置特定部３２（位置特定手段）は、装着型情報端末１から送信された作業員の位置及び向きに関するデータを基にして、データベース３３を参照して、作業員の現在位置と向きを特定するとともに、作業員が目標物（作業対象機器）に到達した場合には、目標物に関する詳細情報を装着型情報端末１に送信する。
データベース３３は、プラントから取り込んだ状態信号やプラント機器の図面、及びプラント建屋の配置、実際の映像などが記憶されている。また、データベース３３には、機器ＮＯ、機器名称、位置情報から目標物（作業対象機器）を特定するためのデータを格納している。

次に、動作について説明する。
作業員は、装着型情報端末１を装着したとき、まず、装着型情報端末１により、目標物（作業対象機器）に関する情報を入力する。この入力された情報は、無線通信部１７によりプラント制御装置３に伝えられる。この目標物に関する情報は、ユニークに設定された機器ＮＯ、目標物の位置情報または目標物が特定できる機器名称であり、このいずれかから、データベース３３を参照して、目標物が特定できる。

装着型情報端末１の制御部１９は、ＧＰＳ位置情報部１５が受信したＧＰＳ位置情報と、複数の無線ＬＡＮ子局２からの電波強度の測定結果と、作業員の細かい動きと向きを測定する加速度センサ１２の出力と、地磁気センサ１３の出力と、カメラ１１から得られる作業員の現在位置の画像とを取得する。
そして制御部１９は、この取得したデータを、無線通信部１７により無線ＬＡＮ子局２を介してプラント制御装置３へ送る。

プラント制御装置３では、位置特定部３２が、ＧＰＳ位置情報部１５が受信したＧＰＳ位置情報と、複数の無線ＬＡＮ子局２からの電波強度の測定結果とを用いて、作業員の現在位置を特定する。
さらに、位置特定部３２は、作業員の細かい動きと向きを測定する加速度センサ１２の出力と、地磁気センサ１３の出力に基づいて作業員の向きを特定する。
そして、位置特定部３２は、カメラ１１から得られる画像の幾何学的構造を処理した結果により、作業員の現在位置と向きを補正する。この画像処理には、データベース３３に記憶されたプラント建屋の配置、実際の映像が参照される。
このようにして、位置特定部３２は、高い精度で作業員の現在位置と向きを特定するようになっている。

位置特定部３２は、作業員が目標物（作業対象機器）に到達した場合には、当該目標物に関する詳細情報と、この詳細情報を表示するための制御情報を、通信部３１を通じて装着型情報端末１に送信する。
装着型情報端末１では、プラント制御装置３から送信された、目標物に関する詳細情報を表示するための制御情報に基づいて、メガネ型の表示部１８に目標物に関する詳細情報を表示する。
ここで、目標物に関する詳細情報は、プラントから取り込んだ状態信号と図面情報であり、これらの情報を、拡張現実技術により、現実の目標物や周辺環境に重畳表示する。

実施の形態１によれば、作業支援システムにおいて、装着型情報端末の負荷を軽減しつつ、目標物に関する詳細情報を現実の視野に重畳表示することができる。
また、位置情報を特定するための情報収集機能を複数設ける構成としたので、作業員の現在位置を精度良く把握することで、誤りのない位置情報を得ることができる。
また、装着型情報端末から、収集した位置や向きに関するデータをプラント制御装置に送ると、プラント制御装置が作業員の現在位置と向きを特定し、作業員が目標物に到達した場合には目標物の詳細情報が送られ、装着型情報端末に表示するように構成したので、装着型情報端末は、現在位置と向きを特定するためのデータの送信と、プラント制御装置からの演算結果を表示するのみの機能とすることで、装着型情報端末の簡易化を図れるという効果がある。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による作業支援システムを示す構成図である。
図４において、１〜３は図１におけるものと同一のものである。図４では中央制御室に記憶装置４が配置され、プラント制御装置３からアクセスされるように構成されている。
なお、記憶装置４は、データベース３３が配置される記憶装置であってもよく、また別途に設けられたものでもよい。

実施の形態２は、図４に示すように、装着型情報端末１からプラント制御装置３に送信される、カメラ１１及びマイク付ヘッドホン１４から入力された映像及び音声と、作業員の位置や向きを特定するためのデータとを、プラント制御装置３が記憶装置４に保存するようにした。

実施の形態２によれば、これにより、装着型情報端末１を身に着けた段階から作業が完了して取り外すまでの全工程を記録することができ、データの改ざんや作業の漏れを防ぐことができる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による作業支援システムを示す構成図である。
図５において、１〜３は図１におけるものと同一のものである。図５では、刻々と変る複数の無線ＬＡＮ子局２からの電波強度を測定しながら、実施の形態１と同様にして作業員の現在位置を特定し、表示部１８に、現在位置から目標物までの道程を示すようにしている。

図６は、この発明の実施の形態３による作業支援システムのプラント制御装置を示すブロック図である。
図６において、３、３１〜３３は図３におけるものと同一のものである。図６では、作業員を現在位置から目標物（作業対象機器）まで導くための案内を行う案内部３４（案内手段）が設けられている。

実施の形態３は、実施の形態１、２で述べたように、プラント制御装置３で、作業員の現在位置を高い精度で特定できることから、プラント制御装置３の案内部３４が、特定された現在位置から目標物までの道程を、順次、データベース３３を参照して算出し、次に進むべき方向を、装着型情報端末１に送り、拡張現実技術を用いて、図５に示すように、装着型情報端末１の表示部１８に表示して、作業員を目標物まで案内するようにした。
また、この案内部３４による作業員の案内は、現在位置から目標物までの案内に限らず、現在位置から任意の場所までの案内を行うようにしてもよい。

実施の形態３によれば、これにより、作業員は間違いなく目標物に到達でき、誤りのない作業をすることができる。
また、事故時・緊急時には、プラント制御装置により、屋外あるいは安全が確保できる場所へ、装着型情報端末を通して作業員を案内することで、人的被害を抑えることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 装着型情報端末、２ 無線ＬＡＮ子局、３ プラント制御装置、４ 記憶装置、
１１ カメラ、１２ 加速度センサ、１３ 地磁気センサ、１４ マイク付ヘッドホン、１５ ＧＰＳ位置情報部、１６ 電波強度測定部、１７ 無線通信部、１８ 表示部、
１９ 制御部、３１ 通信部、３２ 位置特定部、３３ データベース、３４ 案内部。

Claims (6)

1. 現地作業を行う作業員の頭部に装着される装着型情報端末、
   及びこの装着型情報端末と無線ＬＡＮを介して通信可能に構成されたサーバを備え、
   上記装着型情報端末は、
   上記作業員の現在位置を特定するためのデータを取得する位置データ取得手段と、
   上記作業員の向きを特定するためのデータを取得する向きデータ取得手段と、
   上記位置データ取得手段及び上記向きデータ取得手段により取得されたデータを上記サーバに送信する無線通信手段と、
   任意の情報を拡張現実技術により、現実の視野に重畳表示するメガネ型の表示手段とを有し、
   上記サーバは、
   上記無線通信手段により送信されたデータに基づき、上記作業員の現在位置及び向きを特定する位置特定手段を有し、
   上記位置特定手段は、上記作業員が作業対象機器に到達した場合に、上記作業対象機器に関する詳細情報を上記装着型情報端末に送信し、上記表示手段に拡張現実技術により、現実の視野に重畳表示させることを特徴とする作業支援システム。
2. 上記位置データ取得手段は、
   ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ位置情報部と、
   複数の無線ＬＡＮの子局からの電波強度を測定する電波強度測定部とを有することを特徴とする請求項１記載の作業支援システム。
3. 上記向きデータ取得手段は、
   上記作業員の動きと向きを検出する加速度センサと、
   地磁気の向きを検知し、上記作業員の向きを検出する地磁気センサとを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の作業支援システム。
4. 上記装着型情報端末は、
   上記作業員の前方を撮影するように配置された撮影手段を有し、
   上記撮影手段の出力を上記無線通信手段により上記サーバに送信し、
   上記サーバの位置特定手段は、上記撮影手段の出力を画像処理した結果を用いて、上記特定した作業員の現在位置及び向きを補正することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の作業支援システム。
5. 上記サーバによってアクセスされる記憶装置を備え、
   上記装着型情報端末は、当該装着型情報端末が上記作業員に装着されてから、現地作業を完了して取り外されるまでの間の上記撮影手段によって撮影された画像並びに上記位置データ取得手段及び上記向きデータ取得手段により取得されたデータを、上記サーバを介して上記記憶装置に記憶することを特徴とする請求項４記載の作業支援システム。
6. 上記サーバは、上記装着型情報端末から送信される上記位置データ取得手段及び上記向きデータ取得手段により取得されたデータを基にして、上記作業対象機器までの道程を上記表示手段に表示させる案内手段を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の作業支援システム。