JP2016164713A - 温度サイクル負荷監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】劣化進行度の高い危険領域を予知するために有効な温度サイクル負荷を監視する。
【解決手段】温度サイクル負荷監視システムは、工業プラント配管設備などの監視対象物を撮像範囲に含む赤外線カメラ（１０）と、赤外線カメラから複数のフレームに亘って画像情報を取得する情報処理手段（２０）と備える。情報処理手段は、時系列の複数のフレームに亘る画像情報に基づき監視対象物の温度サイクル負荷を示す値（ピーク・ボトムのカウント数）を算出する（ステップＳ３）。
【選択図】図３

Description

本発明は、温度サイクル負荷監視システムに関する。

大規模工業プラントにおける配管からの気体・液体等の流体の漏洩を予知的に検知し漏れる前に配管設備をメンテナンスすることは、重大な事故を防ぐだけでなく大がかりな修理にかかる費用や工数の削減にもなる。
従来、赤外線カメラでガス漏れ発生を検知するシステムが知られている。しかし、これはガスの発生を検知するもので予測するものではなかった。
一方、特許文献１には、流体通路内の漏洩を感知するためのまたは漏洩を発生させる可能性のある流体流路の劣化部分を予測するためのシステムが開示されている。同システムは、流体流路を撮像対象としたサーモグラフィックイメージが、流体の漏洩または予測される流体の漏洩を示す領域が含むかどうかを決定するイメージパターン認識分析による。また、同システムは亀裂付近の異常に高い温度または異常なサーモグラフィックイメージパターンを有する。

特開２０１４−１４６３１４号公報

しかし、特許文献１に記載の発明にあっては、異常なサーモグラフィックイメージパターン、すなわち、配管の劣化を原因とした異常な温度分布の発生まで待つ必要があるため、異常を検知した時には、すでに流体の漏洩が発生していたり、流体の漏洩の直前であったりすることが考えられ、流体の漏洩を十分な時間だけ前もって予測することが困難である。
一方、特定の領域が異常な温度にならなくても、すなわち、配管の劣化が生じなくても、温度サイクル負荷が大きな領域を、将来的に流体漏洩等を生じさせる劣化進行度の高い危険領域として予測することが可能である。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、劣化進行度の高い危険領域を予知するために有効な温度サイクル負荷を監視することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、監視対象物を撮像範囲に含む赤外線カメラと、
前記赤外線カメラから複数のフレームに亘って画像情報を取得する情報処理手段と、備え、
前記情報処理手段は、時系列の複数のフレームに亘る前記画像情報に基づき前記監視対象物の温度サイクル負荷を示す値を算出する温度サイクル負荷監視システムである。

請求項２記載の発明は、前記情報処理手段は、時系列の複数のフレームに亘る前記画像情報に基づき前記監視対象物の温度変動の極値をカウントし、そのカウント数を前記温度サイクル負荷を示す値とする請求項１に記載の温度サイクル負荷監視システムである。

請求項３記載の発明は、前記情報処理手段は、前記極値を、極大値と極小値との差が所定の値を超える場合に算入してカウントし、そのカウント数を前記温度サイクル負荷を示す値とする請求項２に記載の温度サイクル負荷監視システムである。

請求項４記載の発明は、前記情報処理手段は、前記監視対象物の前記赤外線カメラを通じた監視範囲を複数の領域に分割し、その領域ごとに前記温度サイクル負荷を示す値を算出する請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の温度サイクル負荷監視システムである。

請求項５記載の発明は、前記情報処理手段は、前記領域ごとに前記温度サイクル負荷を示す値が所定の閾値を超えるか否か判断し、
前記所定の閾値を越えた領域の画像情報取得頻度と、前記所定の閾値を越えない領域の画像情報取得頻度とを、前者を高く、後者を低く設定する請求項４に記載の温度サイクル負荷監視システムである。

請求項６記載の発明は、前記赤外線カメラを制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記情報処理手段による前記画像情報取得頻度の設定に応じて前記赤外線カメラの撮像動作を制御する請求項５に記載の温度サイクル負荷監視システムである。

請求項７記載の発明は、前記制御手段は、前記赤外線カメラの電源のオンオフ制御が可能である請求項６に記載の温度サイクル負荷監視システムである。

請求項８記載の発明は、前記制御手段は、前記赤外線カメラの撮像範囲の制御が可能である請求項６又は請求項７に記載の温度サイクル負荷監視システムである。

本発明によれば、監視対象物の温度サイクル負荷を監視する温度サイクル負荷監視システムが構成され、劣化進行度の高い危険領域を予知するために有効に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る温度サイクル負荷監視システムを示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る温度サイクル負荷監視システムによる監視領域の一例とその分割例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る温度サイクル負荷監視システムにおける情報処理の基幹的な流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る温度サイクル負荷監視システムによって監視した温度変動の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る温度サイクル負荷監視システムによって監視した温度変動の一例を示すグラフであり、温度振幅に閾値が設けられる場合を示す。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態の温度サイクル負荷監視システムにつき説明する。
図１に示すように本実施形態の温度サイクル負荷監視システムは、赤外線カメラ１０と、情報処理手段及び制御手段としてのコンピューター２０と、モニター３０と、操作入力装置４０とを備えて構成される。
コンピューター２０は、記憶装置２２に記憶されたコンピュータープログラムをプロセッサー２１が実行することにより情報処理手段及び制御手段として機能する。
コンピューター２０は、インターフェースを介して赤外線カメラ１０により撮像された画像情報を取得するとともに、赤外線カメラ１０を制御する。赤外線カメラ１０は、ガスの特定波長の吸収する性質を利用したガス検知機能を有した赤外線ガス検知カメラであり、ガス漏れがあると撮影画像から検知することができ、また通常は撮影している物体の表面温度もサーモグラフィとして検知できる。
本実施形態ではコンピューター２０は、赤外線カメラ１０のパン、チルト、ズーム、撮影タイミングを制御する。

コンピューター２０が、図２に示すような工業プラントのある領域Ａを１台の赤外線カメラ１０をパン、チルト制御して、分割領域Ａ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４→Ａ１・・・・との順で循環監視する場合につき説明する。領域Ａ内に監視対象物である配管が示される。コンピューター２０における処理のフローチャートを図３に示す。

まず、コンピューター２０は、監視を開始すると、サーモグラフィとして所定の撮像間隔時間（例えば１分）で各分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を順に撮像させ、画像を取得し蓄積する（ステップＳ１）。
次に、コンピューター２０は、所定の集計間隔時間（例えば３００分）で、分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ごと、かつ、フレームごとに温度値を算出する（ステップＳ２）。例示の場合では、分割領域Ａ１を対象にした１分間隔の時系列の３００フレームの画像情報が取得されたこととなる。他の分割領域Ａ２，Ａ３，Ａ４についても同様に１分間隔の時系列の３００フレームの画像情報が取得されたこととなる。
温度値は、フレーム画像全体の平均値、最高値、最頻値などの代表値を算出する。なお、配管部のみを抽出する画像処理を施して、配管部のみを対象に温度値を算出してもよい。

次に、コンピューター２０は、ステップＳ２で算出した温度値の時系列データについて、極値をカウントしそのカウント数を、温度サイクル負荷を示す値として算出する（ステップＳ３）。例えば、図４に示すようにグラフ化される温度値の時系列データが構成される。極値は、極大値（ピーク）と極小値（ボトム）の双方をカウントする。

次に、コンピューター２０は、分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ごとに温度サイクル負荷を示す値（上記カウント数）が所定の閾値を超えるか否か判断する（ステップＳ４）。例えば、所定の閾値が「５０」とされ、分割領域Ａ１のカウント数が「４０」、分割領域Ａ２のカウント数が「４８」、分割領域Ａ３のカウント数が「５２」、分割領域Ａ４のカウント数が「４０」との結果を得る。

次に、コンピューター２０は、モニター３０によって各分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４のカウント数を表示する。また、コンピューター２０は、カウント数が所定の閾値を越えていることをアラート表示する。日照や降雨などの環境変化で、配管の温度は高低変化を繰り返すが、その都度、配管は膨張・収縮を繰り返し、この繰り返しが数か月、数年と続くと配管や継ぎ手部分は劣化しガス漏れの危険性が高まる。このため、ユーザーは、前出の例で、分割領域Ａ２，Ａ３にある配管で高温・低温の繰り返し数が際立って多い、従って経年劣化が他より大きく、ガス漏れの危険性が高いと認識できる。本実施形態の温度サイクル負荷監視システムによって、このようなガス漏れの危険性とその領域を知らせる有効な情報提供が可能である。
以上により本来のガス検知を継続しても良いが、さらに詳細に監視する場合につき続けて説明する。

次に、コンピューター２０は、ステップＳ４で所定の閾値を超える分割領域が一部に出た場合、所定の閾値を越えた領域の画像情報取得頻度と、所定の閾値を越えない領域の画像情報取得頻度とを、前者を高く、後者を低く設定する（ステップＳ５）。そして、コンピューター２０は、この設定に応じて赤外線カメラ１０の撮像動作を制御する。
前出の例では、分割領域Ａ３が所定の閾値（５０）を越え、他は超えていないので、分割領域Ａ３の画像情報取得頻度を高く、他の分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ４の画像情報取得頻度を低く設定する。
その頻度設定の一例としては、分割領域Ａ３の撮像間隔時間を３０秒に設定し、他の分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ４の撮像間隔時間を５分に設定するなどである。
また例えば、分割領域Ａ３の撮像間隔時間を１０秒に設定し、他の分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ４の画像情報取得頻度を０に設定する。「画像情報取得頻度を０に設定する」とは、撮像間隔時間を無限大にするということなので、すなわち、撮影を行わない（監視を行わない。）。この場合、１台の赤外線カメラ１０のすべての能力を分割領域Ａ３の監視に注力させガス検知を行う。コンピューター２０は、ステップＳ１でパン、チルトしていた領域Ａが、分割領域Ａ３に相当するようにズームし、分割領域Ａ３内を４分割してステップＳ１〜Ｓ４と同様に実施する。カウント数の所定の閾値は適度に設定される。

以上のステップＳ５の詳細監視が実行されるにしても、実行されないにしても、コンピューター２０は、監視を継続して、監視対象内の各領域のカウント数（温度サイクル負荷を示す値）の最新情報を含む履歴情報、これに基づく統計情報（カウント数推移グラフなど）を表示し、ユーザーに対し有効な情報提供を行う（ステップＳ６）。

なお、コンピューター２０に、操作入力装置４０を介して領域を指定してカウント数リセットの入力がなされると、コンピューター２０は、指定された領域のカウント数をリセットする（ステップＳ７）。例えば、本システムが提供する情報に基づき、ユーザーが分割領域Ａ３にある配管を調べて、劣化のある個所を修理した場合に、ユーザーが分割領域Ａ３のカウント数リセットを、操作入力装置４０を操作してコンピューター２０に入力する。これにより、温度サイクル負荷を示す適切な情報を提供可能である。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の温度サイクル負荷監視システムにつき説明する。
本実施形態の温度サイクル負荷監視システムは、上記ステップＳ３において極大値と極小値との差が所定の値を超える場合に算入してカウントする点で異なり、その他は上記第１実施形態と同様である。

コンピューター２０は、上記第１実施形態と同様にステップＳ１〜Ｓ７を実行する。但し、ステップＳ３において極大値と極小値との差が所定の値を超える場合に算入してカウントする。
例えば、図５に示すように、分割領域Ａ２のグラフＡ２（符号共通）が、高温側閾値Ｔｈａを越え低温側閾値Ｔｈｂを下回ることを繰り返して温度変動する一方で、分割領域Ａ３のグラフＡ３（符号共通）が、高温側閾値Ｔｈａを越えることなく温度変動する場合があったとする。この場合、分割領域Ａ２のカウント数が分割領域Ａ３のカウント数より増加する。すなわち、分割領域Ａ２の温度サイクル負荷を示す値が分割領域Ａ３の温度サイクル負荷を示す値より高くなり、分割領域Ａ２の方が、劣化が進行しガス漏れの危険性が高いことを示すことができる。
温度サイクル負荷を指標するには、温度変動の振動数のほかに振幅も重要だからである。
そのため、高温側閾値Ｔｈａ及び低温側閾値Ｔｈｂは全領域通して固定値ではなく、高温側閾値Ｔｈａと低温側閾値Ｔｈｂとの差を一定の所定の値に統一し、各分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４で上下（温度軸方向）に変動させて当てはめて極大値と極小値との差が所定の値を超えるか否かを判別してカウントする。また、直前の極値との差が所定値を超えるかでカウントしてもよい。

〔その他の実施形態〕
ここに、他の変形例や、実施に当たっての補足事項を記載する。
上記第１及び第２実施形態にあっては、赤外線カメラ１０をパン、チルト制御して監視に用いたが、赤外線カメラを固定式として数台で監視領域を分担して撮像するシステム構成で実施してもよい。もちろん、パン、チルトして撮像する赤外線カメラを数台設置して監視領域を分担して撮像するシステム構成で実施してもよいし、固定式と、パン式、チルト式、パン・チルト式などとを混合して用いもよい。

制御手段としてのコンピューター２０が赤外線カメラの電源のオンオフ制御が可能であるシステム構成を実施することにも利点がある。
コンピューター２０の制御により、撮像タイミングが到来しない時間帯に赤外線カメラをオフにして消費電力を抑えることができる。

なお、上述したコンピューター２０の機能が、赤外線カメラ１０の本体筐体内に設けられるなどハードウエア構成は問わない。例えば、赤外線カメラ１０に設けられるインターバル撮像機能を利用してもよい。そのインターバル撮像機能に非撮影時のスリープ機能が有ってもよい。
また、赤外線カメラ１０が所定のフレームレート（例えば、３０ｆｐｓ）で連続撮像してコンピューター２０に順次に送り、コンピューター２０がその中から必要なフレームを選択するように実施してもよいし、コンピューター２０で処理されるフレームのみを赤外線カメラ１０で撮像するように実施してもよい。
赤外線カメラ１０が内部メモリーに複数フレーム分の画像情報を蓄積して、極値のカウント処理（ステップＳ３）時までの期間の適時にコンピューター２０にその画像情報を送信するように実施してもよい。

１０ 赤外線カメラ
２０ コンピューター（情報処理手段、制御手段）
３０ モニター
４０ 操作入力装置

Claims (8)

1. 監視対象物を撮像範囲に含む赤外線カメラと、
   前記赤外線カメラから複数のフレームに亘って画像情報を取得する情報処理手段と、備え、
   前記情報処理手段は、時系列の複数のフレームに亘る前記画像情報に基づき前記監視対象物の温度サイクル負荷を示す値を算出する温度サイクル負荷監視システム。
2. 前記情報処理手段は、時系列の複数のフレームに亘る前記画像情報に基づき前記監視対象物の温度変動の極値をカウントし、そのカウント数を前記温度サイクル負荷を示す値とする請求項１に記載の温度サイクル負荷監視システム。
3. 前記情報処理手段は、前記極値を、極大値と極小値との差が所定の値を超える場合に算入してカウントし、そのカウント数を前記温度サイクル負荷を示す値とする請求項２に記載の温度サイクル負荷監視システム。
4. 前記情報処理手段は、前記監視対象物の前記赤外線カメラを通じた監視範囲を複数の領域に分割し、その領域ごとに前記温度サイクル負荷を示す値を算出する請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の温度サイクル負荷監視システム。
5. 前記情報処理手段は、前記領域ごとに前記温度サイクル負荷を示す値が所定の閾値を超えるか否か判断し、
   前記所定の閾値を越えた領域の画像情報取得頻度と、前記所定の閾値を越えない領域の画像情報取得頻度とを、前者を高く、後者を低く設定する請求項４に記載の温度サイクル負荷監視システム。
6. 前記赤外線カメラを制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記情報処理手段による前記画像情報取得頻度の設定に応じて前記赤外線カメラの撮像動作を制御する請求項５に記載の温度サイクル負荷監視システム。
7. 前記制御手段は、前記赤外線カメラの電源のオンオフ制御が可能である請求項６に記載の温度サイクル負荷監視システム。
8. 前記制御手段は、前記赤外線カメラの撮像範囲の制御が可能である請求項６又は請求項７に記載の温度サイクル負荷監視システム。

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