JP2017005383A - 監視制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】監視端末を操作したオペレータを確認可能なプラントの監視制御システムを提供する。
【解決手段】一実施形態に係る監視制御システムは、プラントを監視するための監視端末と、３次元カメラと、画像サーバと、を備える。３次元カメラは、監視端末を操作するオペレータを撮影する。画像サーバは、３次元カメラにより得られた画像データを、監視端末の操作情報と対応づけて記録する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、監視制御システムに関する。

従来、プラントの監視制御システムでは、オペレータが監視端末を操作すると、操作情報がログファイルとして記録される。オペレータは、監視端末でログファイルを表示することにより、過去の操作情報を確認することができる。

上記従来の監視制御システムでは、あるオペレータが監視端末にログイン中に、他のオペレータが監視端末を操作しても、操作をしたオペレータに関する情報が残らない。このため、実際に誰が監視端末を操作したのか確認することができない、という問題があった。

特開２００８−３０５４００号公報 特開２００３−１６２５０６号公報 特開２００３−１５０５５７号公報

監視端末を操作したオペレータを確認可能な、プラントの監視制御システムを提供する。

一実施形態に係る監視制御システムは、プラントを監視するための監視端末と、３次元カメラと、画像サーバと、を備える。３次元カメラは、監視端末を操作するオペレータを撮影する。画像サーバは、３次元カメラにより得られた画像データを、監視端末の操作情報と対応づけて記録する。

第１実施形態に係る監視制御システムの一例を示す図。 画像データの記録方法を示すフローチャート。 オペレータの画像データの抽出方法を説明する図。 オペレータの画像データの正規化方法を説明する図。 ３次元領域の一例を示す図。 正規化されたオペレータの画像データの一例を示す図。 一次元化された画像データの一例を示す図。 画像ファイルの一例を示す図。 インデックスファイルの一例を示す図。 過去の操作情報の表示方法を示すフローチャート。 操作記録画面の一例を示す図。 オペレータの認証方法を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る監視制御システム（以下、「システム」という）について、図１〜図１１を参照して説明する。本実施形態に係るシステムは、発電プラント、水処理プラント、及び産業プラントなどの、プラントの監視及び制御に利用される。

まず、本実施形態に係るシステムの構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るシステムの一例を示す図である。図１に示すように、このシステムは、監視端末１と、監視サーバ２と、コントローラ３と、制御ＬＡＮ４と、３次元カメラ５と、画像サーバ６と、情報ＬＡＮ７と、を備える。

監視端末１は、オペレータがプラントの制御や監視を行うためのコンピュータである。監視端末１は、オペレータが操作を行うためのユーザインターフェースを備える。監視端末１は、オペレータにより操作されると、操作に関する情報（操作情報）を監視サーバ２に送信する。操作情報には、例えば、監視端末１にログイン中のオペレータのＩＤ、操作日時、及び操作内容が含まれる。

また、監視端末１は、オペレータの操作に応じて、監視サーバ２に記録された情報（操作情報やプラント情報）を表示したり、コントローラ３に制御指令を送信したりする。

監視サーバ２は、監視端末１から受信した操作情報や、コントローラ３から受信したプラント情報などを、ログファイルとして記録するサーバである。プラント情報については後述する。図１の例では、監視サーバ２は、監視端末１とは別のコンピュータにより構成されているが、監視端末１と同一のコンピュータにより構成されてもよい。

コントローラ３（ＣＴＲ）は、プラントを構成するプラント機器（図示省略）と、Ｉ／Ｏケーブルなどを介して接続されており、監視端末１から受信した制御指令に従って、接続されたプラント機器を制御する。ここでいうプラント機器には、プラントを構成する各種の設備や計器が含まれる。例えば、水処理プラントの場合、プラント機器には、ポンプ、コントロールセンタ、補助継電器盤、及び受配電盤などが含まれる。

また、コントローラ３は、接続されたプラント機器から、リアルタイムでプラント機器に関する情報（プラント情報）を収集する。プラント情報には、状変データやプロセスデータが含まれる。状変データとは、プラント機器の状態の変化を示すデータである。状変データには、プラント機器のＯＮ／ＯＦＦを示すデータなどが含まれる。プロセスデータは、プラント機器の計測値や制御値などのプロセス値を示すデータである。コントローラ３は、プラント機器から収集したプラント情報を監視サーバ２に送信する。

制御ＬＡＮ４は、監視端末１と、監視サーバ２と、コントローラ３と、を接続するネットワークである。制御ＬＡＮ４は、有線ＬＡＮでもよいし、無線ＬＡＮでもよいし、有線ＬＡＮと無線ＬＡＮとの組合せであってもよい。監視端末１、監視サーバ２、及びコントローラ３は、制御ＬＡＮ４を介して互いに情報をやりとりする。

３次元カメラ５は、監視端末１を操作するオペレータを撮影するカメラである。３次元カメラ５は、監視端末１を操作中のオペレータを撮影可能なように、監視端末１の近傍に設置される。３次元カメラ５は、Ｉ／Ｏケーブルなどを介して監視端末１に接続される。

３次元カメラ５による撮影は、監視端末１により制御される。具体的には、監視端末１は、オペレータからの操作を受け付けると、３次元カメラ５に撮影信号を送信する。撮影信号を受信した３次元カメラ５は、オペレータの撮影を行う。したがって、３次元カメラ５は、監視端末１の操作が行われる度にオペレータを撮影する。撮影により得られた３次元の画像データは、Ｉ／Ｏケーブルなどを介して、監視端末１に送信される。監視端末１は、受信した画像データを画像サーバ６に送信する。

３次元カメラ５が出力する３次元の画像データには、被写体の形状を示す形状データと、被写体の表面の色や質感を示すテクスチャデータと、が含まれる。このような画像データのファイルフォーマットとして、ＦＢＸ、３ＤＳ、及びＯＢＪ等を利用できる。例えば、ＯＢＪファイルフォーマットの場合、画像データには、頂点座標値データ、頂点法線ベクトルデータ、及びテクスチャ座標値データの、Ｘ成分、Ｙ成分、及びＺ成分が含まれる。

画像サーバ６は、監視端末１から受信した画像データを、監視端末１の操作情報と対応づけて記録するサーバである。３次元カメラ５により得られる画像データは、２次元カメラにより得られる画像データと比較して情報量が多いため、そのまま記録すると、大容量の画像サーバ６が必要となる。そこで、画像サーバ６は、３次元カメラ５により得られた画像データを監視端末１から受信すると、受信した画像データに所定の画像処理を施すことにより、情報量を削減して記録する。情報量の削減方法については後述する。なお、図１の例では、画像サーバ６は、監視端末１とは異なるコンピュータにより構成されているが、同一のコンピュータにより構成されてもよい。

情報ＬＡＮ７は、監視端末１と、監視サーバ２と、画像サーバ６と、を接続するネットワークである。情報ＬＡＮ７は、有線ＬＡＮでもよいし、無線ＬＡＮでもよいし、有線ＬＡＮと無線ＬＡＮとの組合せであってもよい。監視端末１、監視サーバ２、及び画像サーバ６は、情報ＬＡＮ７を介して互いに情報をやりとりする。なお、情報ＬＡＮ７は、制御ＬＡＮ４と同一のネットワークであってもよい。

次に、オペレータが監視端末１を操作する際の、画像サーバ６による画像データの記録方法について、図２〜図９を参照して説明する。図２は、画像データの記録方法を示すフローチャートである。以下では、監視端末１にログイン中のオペレータＸが、監視端末１に所定の操作を行った場合を例にして説明する。

オペレータＸが監視端末１を操作すると、まず、監視端末１が３次元カメラ５に撮影指令を送信する。撮影指令を受信した３次元カメラ５は、監視端末１を操作中のオペレータＸを撮影する（ステップＳ１）。３次元カメラ５は、撮影により得られた画像データ（形状データ及びテクスチャデータ）を、監視端末１に送信する。

監視端末１は、３次元カメラ５から画像データを受信すると、受信した画像データと、オペレータＸにより実行された操作に関する操作情報（オペレータＸのＩＤ、操作日時、及び操作内容）と、を画像サーバ６に送信する。画像サーバ６は、情報ＬＡＮ７を介して、画像データと、操作情報と、を受信する（ステップＳ２）。

なお、オペレータＸによる操作情報は、監視サーバ２にも記録されている。このため、画像サーバ６は、監視サーバ２からオペレータＸによる操作情報を受信してもよい。

次に、画像サーバ６は、受信した画像データの中から、オペレータＸの画像データを抽出する（ステップＳ３）。画像データの抽出方法として、顔認識技術などの既存の任意の方法を利用可能である。

例えば、画像サーバ６は、オペレータの形状データのモデルを予め記録しておき、記録したモデルと、画像データに含まれる形状データと、を比較することにより、オペレータＸを抽出することができる。オペレータの形状データのモデルとして、監視端末１の操作を許可された複数のオペレータの形状データの平均値を利用することができる。

これにより、図３に示すように、複数の被写体の形状データを含む画像データの中から、オペレータＸの画像データを抽出することができる。図３において、抽出されたオペレータＸの画像データは実線で、抽出されなかった画像データ破線で示されている。

本実施形態のように、画像データが３次元である場合、被写体の凹凸などを利用して、オペレータＸの画像データを抽出することができる。したがって、画像データが２次元である場合に比べて、オペレータＸの画像データを精度よく抽出することができる。

なお、３次元カメラ５により得られた画像データの中に、複数のオペレータの画像データが含まれる場合には、画像サーバ６は、各オペレータの画像データをそれぞれ抽出してもよい。また、画像サーバ６は、監視端末１の正面に座っているオペレータの画像データのみを抽出するというように、所定の条件を満たすオペレータの画像データのみを抽出してもよい。

次に、画像サーバ６は、抽出したオペレータＸの画像データを正規化する（ステップＳ４）。画像サーバ６は、オペレータＸの形状データ及びテクスチャデータをそれぞれ正規化する。画像データの正規化方法として、既存の任意の方法を利用可能である。

例えば、画像サーバ６は、オペレータＸの画像が所定のピクセルサイズを有する３次元領域の中央に位置するように、オペレータＸの形状データを座標変換（正規化）する。そして、画像サーバ６は、正規化された形状データに対応するように、オペレータＸのテクスチャデータのピクセル値（Ｒ成分、Ｇ成分、及びＢ成分の値）を正規化する。これにより、図４に示すように、所定のピクセルサイズを有し、オペレータＸの画像が中央に配置された画像データが作成される。図４において、太線で囲まれた部分が、正規化された画像データを示している。

画像データを正規化する３次元領域のサイズは、任意に設定可能である。以下では、図５に示すように、３次元領域のサイズは、縦１２８ピクセル、横１２８ピクセル、及び奥行き１２８ピクセルであるものとする。このとき、正規化されたオペレータＸの画像データは、１２８×１２８×１２８＝２０９７１５２個のピクセルにより構成され、各ピクセルは、ＸＹＺ座標により一意に特定される。図５の例では、左下のピクセルの座標は（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）であり、右上のピクセルの座標は（１２８，１２８，１２８）である。また、各ピクセルは、そのピクセルの色を示すＲ成分、Ｇ成分、及びＢ成分を含むテクスチャデータをそれぞれ有する。

図６は、上記のような正規化されたオペレータＸの画像データの一例を示す図である。図６の例では、２０９７１５２個の各ピクセルに固有の番号が割当てられている。そして、各ピクセルの行（レコード）には、テクスチャデータとしてＲ成分、Ｇ成分、及びＢ成分の値が含まれている。したがって、図６の画像データには、２０９７１５２×３＝６２９１４５６個のピクセル値が含まれる。

次に、画像サーバ６は、図６のようなオペレータＸのテクスチャデータを、色調補正関数を利用して一次元化（グレースケール化）する（ステップＳ５）。色調補正関数として、例えば、人間の視覚的特性に基づいて実験的に求められた、Ｔ＝Ｒ×０．２９９＋Ｇ×０．１４４＋Ｂ×０．５８７などの式を利用することができる。Ｔは一次元化後のテクスチャデータのピクセル値である。

図７は、一次元化後のオペレータＸのテクスチャデータの一例を示す図である。図７に示すように、一次元化されたテクスチャデータには、２０９７１５２個の各ピクセルのピクセル値Ｔがそれぞれ含まれている。したがって、図７のテクスチャデータには、２０９７１５２×１＝２０９７１５２個のピクセル値が含まれる。

画像サーバ６は、オペレータＸのテクスチャデータを一次元化した後、画像ファイルを作成し、記録する（ステップＳ６）。画像ファイルには、一次元化されたオペレータＸのテクスチャデータと、オペレータＸによる監視端末１の操作情報と、が含まれる。

図８は、画像サーバ６が作成する画像ファイルの一例を示す図である。図８の画像ファイルには、一次元化されたテクスチャデータと、操作日（２０１４−０８−０８）と、操作時刻（１０:００:００）と、操作内容（Ｎｏ１ポンプ 自動指令）と、が含まれている。図８におけるOperation Image 1. txtは、この画像ファイルの名称である。このように、画像ファイルは、オペレータＸのテクスチャデータと操作情報とが一元化されたファイルとなる。

また、画像サーバ６は、インデックスファイルを更新する（ステップＳ７）。インデックスファイルとは、監視端末１の操作情報を記録するログファイルである。インデックスファイルは、監視端末１の過去の操作情報の検索や表示のために利用される。画像サーバ６は、オペレータが監視端末１を操作する度に、インデックスファイルに新たな操作情報と画像ファイルの名称とを追加する。ステップＳ７において、画像サーバ６は、オペレータＸによる操作情報と、オペレータＸの画像ファイル（ステップＳ６で作成した画像ファイル）の名称と、を追加することにより、インデックスファイルを更新する。

図９は、インデックスファイルの一例を示す図である。図９のインデックスファイルには、操作日、操作時刻、操作内容、及び画像ファイルの名称が含まれている。なお、インデックスファイルには、監視端末１にログイン中のオペレータのＩＤが含まれてもよい。

次に、監視端末１による過去の操作情報の表示方法について、図１０を参照して説明する。図１０は、過去の操作情報の表示方法を示すフローチャートである。

まず、オペレータは、監視端末１に操作記録画面を表示させる（ステップＳ８）。操作記録画面とは、監視端末１の過去の操作情報を表示するための画面である。監視端末１の過去の操作情報及びその操作を行ったオペレータの画像は、操作記録画面上の所定の位置に表示される。

次に、オペレータは、表示させる操作情報を特定するための条件を監視端末１に入力し、画像サーバ６に送信する（ステップＳ９）。条件として、操作日時、操作内容、及びオペレータのＩＤなどを入力することができる。

画像サーバ６は、監視端末１から条件を受信すると、インデックスファイルに含まれる操作情報の中から、受信した条件を満たす操作情報を検索する（ステップＳ１０）。画像サーバ６は、条件を満たす操作情報を発見すると、発見した操作情報と対応付けられた画像ファイルの名称を取得し、取得した名称の画像ファイルを呼び出す。

例えば、画像サーバ６は、操作日が２０１４年８月８日という条件を受信した場合、条件を満たす１行目の操作情報を発見する。そして、画像サーバ６は、１行目の操作情報に対応付けられた画像ファイルの名称（Operation Image 1. txt）を取得し、Operation Image 1. txt（図８の画像ファイル）を呼び出す。

なお、画像サーバ６は、条件に一致する操作情報を発見できなかった場合、監視端末１に、エラーメッセージを送信すればよい。

続いて、画像サーバ６は、呼び出した画像ファイルに対応する画像データを復元する（ステップＳ１１）。ここでいう復元とは、画像ファイルに含まれるテクスチャデータを、監視端末１で表示可能な形式に変換することをいう。

図８に示すように、画像ファイルに含まれるオペレータのテクスチャデータは、一次元化されたピクセル値と、ピクセルの座標と、が対応していないため、そのままでは画像として表示することができない。そこで、画像サーバ６は、一次元化されたピクセル値を、３次元領域の各ピクセルの座標に対応させる。これにより、グレースケール化されたオペレータの３次元の画像データが復元される。

画像サーバ６は、画像データを復元すると、復元した画像データと、画像ファイルに含まれる操作情報と、を監視端末１に送信する（ステップＳ１２）。画像サーバ６は、上述の３次元の画像データをそのまま送信してもよいし、３次元の画像データから抽出した２次元の画像データを送信してもよい。

監視端末１は、画像サーバ６から画像データ及び操作情報を受信すると、受信した画像データ及び操作情報を、操作記画面上の所定の位置に表示する（ステップＳ１３）。これにより、監視端末１には、オペレータが入力した条件に一致する過去の監視端末１の操作情報と、その操作を行ったオペレータの画像データと、が同時に表示される。したがって、監視端末１のオペレータは、過去の操作情報ととのに、その操作を行ったオペレータを確認することができる。

図１１は、監視端末１に表示された操作記録画面の一例を示す図である。図１１の例では、操作情報として、操作日付と、操作時刻と、操作内容と、操作時にログインしていたオペレータのＩＤと、が表示されている。また、操作をしたオペレータの画像として、正面からの画像と、斜め前からの画像と、が表示されている。

このように、操作記録画面上には、オペレータの画像が複数表示されてもよいし、１つだけ表示されてもよい。操作記録画面に複数の画像を表示する場合、画像サーバ６が複数の２次元の画像データを送信すればよい。また、監視端末１が３次元画像のビューアを備え、画像サーバ６から受信した３次元の画像データから、複数の２次元の画像データを作成して、複数の画像を表示してもよい。

以上説明した通り、本実施形態に係るシステムによれば、監視端末１を操作したオペレータを３次元カメラ５で撮影し、撮影により得られた画像データを操作情報と対応づけて画像サーバ６に記録することができる。したがって、監視端末１の過去の操作情報と共に、その操作を行ったオペレータの画像を表示し、実際に監視端末１を操作したオペレータを確認することができる。

３次元カメラ５によりオペレータを撮影するため、２次元カメラで撮影する場合に比べて、撮影時のオペレータの位置や姿勢による影響を抑制することができる。したがって、オペレータの撮影や画像データの抽出を、精度よく行うことができる。

また、画像サーバ６は、３次元カメラ５により得られた画像データの情報量を削減して記録することができる。したがって、画像サーバ６の容量を小さくしたり、システム内での情報通信の負荷を抑制したりすることができる。

さらに、インデックスファイルを利用することにより、オペレータの画像データを、テキスト検索で発見することができる。また、画像ファイルにより、オペレータの画像データと操作情報とを同一ファイル内で一元管理することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係るシステムについて、図１２を参照して説明する。本実施形態に係るシステムでは、オペレータが監視端末１を操作する際、画像サーバ６により、オペレータの認証が行われる。以下、オペレータの認証方法について説明する。

図１２は、オペレータが監視端末１を操作する際の、認証方法を示すフローチャートである。図１２におけるステップＳ１〜Ｓ５は、図２と同様である。

すなわち、オペレータが監視端末１を操作すると、３次元カメラ５は、監視端末１を操作中のオペレータを撮影する（ステップＳ１）。次に、画像サーバ６は、監視端末１から画像データと操作情報とを受信し（ステップＳ２）、受信した画像データの中から、オペレータの画像データを抽出し（ステップＳ３）、抽出した画像データを正規化する（ステップＳ４）。そして、画像サーバ６は、正規化されたオペレータのテクスチャデータを一次元化する（ステップＳ５）。

以上の処理により、監視端末１を操作したオペレータの一次元化されたテクスチャデータが得られる。画像サーバ６は、こうして得られたオペレータのテクスチャデータを利用して、オペレータの認証を行う。

本実施形態において、画像サーバ６は、監視端末１の操作を許可された各オペレータの画像データが予め記録された画像ＤＢを備える。画像ＤＢに格納された各オペレータの画像データは、正規化され、かつ、テクスチャデータを一次元化（グレースケール化）されており、オペレータのＩＤとそれぞれ対応付けられている。

画像サーバ６は、ステップＳ５の後、ステップＳ２で受信したオペレータのＩＤを参照して、画像ＤＢからログイン中のオペレータの画像データを読み出す（ステップＳ１４）。

そして、画像サーバ６は、ステップＳ５で得られたオペレータのテクスチャデータと、ステップＳ１４で読み出したオペレータの画像データと、を比較して、監視端末１を操作したオペレータと、ログイン中のオペレータと、が一致するか判定する（ステップＳ１５）。この判定方法として、既存の任意の方法を利用可能である。例えば、画像サーバ６は、２つのテクスチャデータの類似度（相関係数など）を計算し、類似度が所定値以上の場合、オペレータは一致と判定すればよい。

画像サーバ６は、オペレータが一致すると判定した場合（ステップＳ１５のＹＥＳ）、有効フラグを監視端末１に送信する。有効フラグを受信した監視端末１は、オペレータが行った操作を有効化する（ステップＳ１６）。

一方、画像サーバ６は、オペレータが一致しない判定した場合（ステップＳ１５のＮＯ）、無効フラグを監視端末１に送信する。無効フラグを受信した監視端末１は、オペレータが行った操作を無効化する（ステップＳ１７）。監視端末１は、操作を無効化すると共に、エラーメッセージを表示してもよい。

以上説明した通り、本実施形態に係るシステムは、ログイン中のオペレータによる監視端末１の操作のみを有効化し、他のオペレータによる監視端末１の操作を無効化することができる。このように、オペレータの認証を行うことにより、ログインしていないオペレータが、ログイン中のオペレータになりすまして監視端末１を操作することを防ぐことができる。

なお、以上の説明では、ログイン中のオペレータによる操作のみを有効化する場合について説明したが、操作を有効化する場合は、これに限られない。例えば、画像サーバ６は、３次元カメラ５により撮影された画像の中に、監視端末１の操作を許可されたオペレータが少なくとも一人含まれる場合に、操作を有効化してもよい。この場合、画像サーバ６は、ステップＳ５で得られた１人以上のオペレータのテクスチャデータを、画像ＤＢに格納された各オペレータの画像データとそれぞれ比較して、撮影されたオペレータの中に、許可されたオペレータが一人以上含まれるか判定すればよい。

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１：監視端末、２：監視サーバ、３：コントローラ、４：制御ＬＡＮ、５：３次元カメラ、６：画像サーバ、７：情報ＬＡＮ

Claims (8)

1. プラントを監視するための監視端末と、
   前記監視端末を操作するオペレータを撮影する３次元カメラと、
   前記３次元カメラにより得られた画像データを、前記監視端末の操作情報と対応づけて記録する画像サーバと、
   を備える監視制御システム。
2. 前記監視端末は、過去の前記操作情報と、前記操作情報に対応付けられた前記画像データと、を同時に表示可能である
   請求項１に記載の監視制御システム。
3. 前記画像サーバは、前記３次元カメラにより得られた前記画像データをグレースケール化する
   請求項１又は請求項２に記載の監視制御システム。
4. 前記画像サーバは、前記操作情報と、前記画像データと、を含む画像ファイルを記録する
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の監視制御システム。
5. 前記画像サーバは、前記操作情報と、前記画像ファイルの名称と、を含むインデックスファイルを記録する
   請求項４に記載の監視制御システム。
6. 前記画像サーバは、前記３次元カメラにより得られた画像データと、予め記録された前記オペレータの画像データと、に基づいて、前記監視端末を操作した前記オペレータを認証する
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の監視制御システム。
7. 前記画像サーバは、前記監視端末を操作した前記オペレータと、前記監視端末にログイン中の前記オペレータと、が一致すると判定した場合、前記オペレータによる前記監視端末の操作を有効化する
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の監視制御システム。
8. 前記画像サーバは、前記監視端末を操作した前記オペレータと、前記監視端末にログイン中の前記オペレータと、が一致しないと判定した場合、前記オペレータによる前記監視端末の操作を無効化する
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の監視制御システム。

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