JP2017110984A - Gas detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体を用いたガス検知システムに関する。 The present invention relates to a gas detection system using a moving body.
都市ガスや化学プラント等の配管の劣化等によるガス漏洩の検出の手法として、ガスセンサを搭載した走行車両をガス検知エリア内で自律走行させ、ガスが検知されると、さらに走行車両を360°回転させてガス発生源の向きを特定し、より正確にガス発生源の位置を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a method of detecting gas leakage due to deterioration of piping in city gas or chemical plants, etc., a traveling vehicle equipped with a gas sensor is autonomously driven in the gas detection area, and when the gas is detected, the traveling vehicle is further rotated 360 °. Thus, a method has been proposed in which the direction of the gas generation source is specified and the position of the gas generation source is detected more accurately (see, for example, Patent Document 1).
また、ガス検知の他の手法として、走行車両や飛行機にガス吸収波長帯域の測定光を投光する投光手段と受光手段とを搭載し、背景物体や地上に照射した測定光の反射光を受光して、ガスの吸収による受光量の低下からガス検知を行う方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 As another method of gas detection, a light projecting means and a light receiving means for projecting measurement light in the gas absorption wavelength band are mounted on a traveling vehicle or airplane, and reflected light of measurement light irradiated on a background object or the ground is used. There has been proposed a method of detecting light from a decrease in the amount of light received due to gas absorption (see, for example, Patent Document 2).
また、ガス検知のさらに他の手法として、ガス検知エリアの高所に設置され、ガス吸収波長帯域の測定光を投光する光源ユニットと、測定光の投光方向及び仰角を可変とする旋回傾斜機構と、ガス検知エリア内を移動して測定光の受光を行う移動局とを備え、ガス検知エリアの各所において測定光を受光して、ガスの吸収による受光量の低下からガス検知を行う方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。 As another method of gas detection, a light source unit that is installed at a high position in the gas detection area and projects measurement light in the gas absorption wavelength band, and a swivel tilt that makes the projection direction and elevation angle of the measurement light variable. A mechanism that includes a mechanism and a mobile station that moves in the gas detection area and receives measurement light, and receives the measurement light at various locations in the gas detection area, and performs gas detection from a decrease in the amount of light received due to gas absorption. Has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、特許文献1の先行技術は、金属酸化物半導体ガスセンサによるガス検知を行うことから、風等の影響を受けやすく、また、測定位置に存在するガスの1点での測定となるため、測定範囲が狭く、漏洩箇所の特定が困難となるという問題があった。
また、特許文献2の先行技術は、レーザー光によるガス吸収波長帯域の測定光を受光してガス検知を行っているが、背景物体や地上に照射した測定光の反射光を利用するので、照射物体の表面の状態や構造、材質等の影響を受けやすく、この場合も、ガス検知を精度良く行うことは困難であった。
さらに、特許文献3の先行技術は、光源ユニットが定位置に設置されているため、地上の起伏や建造物等に遮蔽されたエリアについてはガス検知を行うことができないという問題があった。
However, since the prior art of Patent Document 1 performs gas detection using a metal oxide semiconductor gas sensor, it is easily affected by wind and the like, and measurement at a single point of the gas present at the measurement position is possible. There was a problem that the range was narrow and it was difficult to identify the leak location.
In the prior art of Patent Document 2, gas detection is performed by receiving measurement light in a gas absorption wavelength band by laser light. However, since reflected light of measurement light irradiated on a background object or the ground is used, irradiation is performed. It is easily affected by the state, structure, material, etc. of the surface of the object, and in this case as well, it is difficult to accurately detect the gas.
Furthermore, the prior art of Patent Document 3 has a problem in that gas detection cannot be performed for an area shielded by undulations or buildings on the ground because the light source unit is installed at a fixed position.
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、ガス検知を良好且つ精度良く行うことを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and an object of the present invention is to perform gas detection well and accurately.
以上の課題を解決するための請求項1記載の発明は、ガス検知システムにおいて、
複数の移動体と、
前記複数の移動体の間を渡る検知対象のガスの吸収波長帯域の測定光の投光及び受光により、前記複数の移動体の間のガス検知を行う検知制御部とを備えることを特徴とする。
The invention according to claim 1 for solving the above-described problems is provided in a gas detection system.
Multiple mobiles,
A detection control unit that performs gas detection between the plurality of moving bodies by projecting and receiving measurement light in an absorption wavelength band of the gas to be detected across the plurality of moving bodies. .
請求項2記載の発明は、請求項1記載のガス検知システムにおいて、
前記移動体の一つは、前記測定光を投光する投光部を備え、
前記移動体の他の一つは、前記測定光を受光する受光部を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the gas detection system according to claim 1,
One of the moving bodies includes a light projecting unit that projects the measurement light,
Another one of the moving bodies includes a light receiving unit that receives the measurement light.
請求項3記載の発明は、請求項1記載のガス検知システムにおいて、
前記移動体の一つは、前記測定光を投光する投光部と前記測定光を受光する受光部とを備え、
前記移動体の他の一つは、前記測定光を反射する反射部を備えることを特徴とする。
The invention described in claim 3 is the gas detection system according to claim 1,
One of the moving bodies includes a light projecting unit that projects the measurement light and a light receiving unit that receives the measurement light,
Another one of the moving bodies includes a reflection part that reflects the measurement light.
請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載のガス検知システムにおいて、
前記検知制御部は、波長変調分光法によりガス検知を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the gas detection system according to any one of claims 1 to 3,
The detection control unit performs gas detection by wavelength modulation spectroscopy.
請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載のガス検知システムにおいて、
前記移動体の一つは、移動ルートを記憶するルート記憶部を備え、
前記移動ルート上でガス検知を行うことを特徴とする。
Invention of Claim 5 is a gas detection system as described in any one of Claim 1 to 4,
One of the mobile bodies includes a route storage unit that stores a travel route,
Gas detection is performed on the travel route.
請求項6記載の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載のガス検知システムにおいて、
前記移動体の一つは、
検知エリアの情報を記憶するエリア記憶部と、
前記検知エリア内を自律移動させる移動制御部とを備え、
前記検知エリア内でガス検知を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the gas detection system according to any one of claims 1 to 4,
One of the moving bodies is
An area storage unit for storing detection area information;
A movement control unit for autonomously moving in the detection area,
Gas detection is performed in the detection area.
請求項7記載の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載のガス検知システムにおいて、
前記検知制御部は、二つの前記移動体の間でガスが検知されると、当該二つの移動体の相互間距離を縮めてガス検知を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the gas detection system according to any one of claims 1 to 6,
When the gas is detected between the two moving bodies, the detection control unit performs gas detection by reducing a distance between the two moving bodies.
請求項8記載の発明は、請求項1から7のいずれか一項に記載のガス検知システムにおいて、
前記移動体は、いずれも飛行体であることを特徴とする。
The invention according to claim 8 is the gas detection system according to any one of claims 1 to 7,
All of the moving bodies are flying bodies.
請求項9記載の発明は、請求項8記載のガス検知システムにおいて、
前記検知制御部は、二つの前記飛行体の間でガスが検知されると、当該二つの飛行体の高さを変えてガス検知を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 9 is the gas detection system according to claim 8,
When the gas is detected between the two flying bodies, the detection control unit performs gas detection by changing the height of the two flying bodies.
請求項10記載の発明は、請求項1から7のいずれか一項に記載のガス検知システムにおいて、
前記移動体の一つは、飛行体であり、
前記移動体の他の一つは、走行車両であることを特徴とする。
The invention according to claim 10 is the gas detection system according to any one of claims 1 to 7,
One of the moving bodies is a flying body,
Another one of the moving bodies is a traveling vehicle.
請求項11記載の発明は、請求項1から10のいずれか一項に記載のガス検知システムにおいて、
前記測定光の投光方向を調整する投光方向調整機構を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 11 is the gas detection system according to any one of claims 1 to 10,
A projection direction adjusting mechanism for adjusting the projection direction of the measurement light is provided.
本発明によれば、複数の移動体の間を渡る検知対象のガスの吸収波長帯域の測定光の投光及び受光により、複数の移動体の間でガス検知を行うので、風等の影響を低減し、漏洩位置を正確に推定することができる。さらに、測定光は移動体と移動体との間を渡るので、背景物体や地上に測定光を照射する場合と異なり、投光先の表面状態の影響を十分に低減して精度の高いガス検知を行うことが可能となる。
さらに、複数の移動体の間でガス検知を行うので、地上の起伏や建造物による遮蔽の影響を受け易い場所にも移動してガス検知を行うことができ、ガス検知を行うことが可能な範囲を飛躍的に拡大させることが可能となる。
According to the present invention, gas detection is performed between a plurality of moving bodies by projecting and receiving the measurement light in the absorption wavelength band of the gas to be detected across the plurality of moving bodies. The leakage position can be accurately estimated. In addition, since the measurement light passes between the moving body and the moving body, unlike the case of irradiating the background object or the ground with the measurement light, the influence of the surface condition of the projection destination is sufficiently reduced and highly accurate gas detection is possible. Can be performed.
Furthermore, since gas detection is performed among a plurality of moving bodies, gas detection can be performed by moving to a place that is susceptible to the influence of undulations on the ground and shielding by buildings, and gas detection can be performed. The range can be expanded dramatically.
[第一の実施形態]
本発明の第一の実施形態であるガス検知システムについて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。
図1は、本実施形態のガス検知システム100の概略構成を上方から見た平面図であり、図中のX軸方向及びY軸方向は、互いに直交する水平な方向を示している。また、後述する他図に示したZ軸方向はX軸方向とY軸方向の双方に直交する鉛直上下方向を示している。
[First embodiment]
A gas detection system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention.
FIG. 1 is a plan view of a schematic configuration of a
上記ガス検知システム100は、メタンや二酸化炭素等のガスの発生箇所を検知するためのものである。
図1〜図3に示すように、ガス検知システム100は、二機の移動体としての飛行体10A,10Bから構成されている。これら二基の飛行体10A,10Bは、予め定められた検知エリアA内をくまなく移動しつつ、当該二機の飛行体10A,10Bの間を渡る検知対象のガスGの吸収波長帯域の測定光の投光及び受光によりガス検知を行う。つまり、飛行体10Aと飛行体10Bの間の測定光の投受光方向(水平方向)を主走査方向、各飛行体10A,10Bの移動方向(原則、投光方向に直角な水平方向)を副走査方向として、図3の移動ルートRに沿った帯状に検知エリアA全体のガス検知を行う。
The
As shown in FIGS. 1 to 3, the
飛行体10A,10Bは、いずれも、四つのローターを有し、各ローターの駆動源となるモーターの出力を制御することにより昇降動作、前後左右の移動、正逆の旋回等を自在に行うことが可能ないわゆるドローンと呼ばれる機体である。
飛行体10Aは検知エリアA内を予め定められた移動ルートRに従って移動し、飛行体10Bは飛行体10Aを追従する機能により当該飛行体10Aの隣で一定距離離れた状態で並んで移動する。即ち、飛行体10Aと飛行体10Bとは、いわゆるマスターとスレーブの関係にある。
Each of the flying
The flying
[飛行体(マスター)]
図2は飛行体10A,10Bの制御系を示すブロックである。図示のように、飛行体10Aは、飛行体10B側に向かって測定光を投光するための投光部21と、飛行体10B側で反射された測定光を受光する受光部22と、前方の障害物を検出する障害物検出部としての一対の前視カメラL31及び前視カメラR32と、飛行体10Aの位置検出を行う測位部41と、飛行体10Aの向いている方位を検出する方位センサー42と、飛行体10Aの高さを検出する高さセンサー43と、飛行体10Aの移動動作の駆動源となる四つのモーターからなる駆動部50と、上記各構成を制御する制御部60と、飛行体10Aの制御に関する各種の情報や制御プログラム記憶するデータ記憶部61とを主に備えている。
[Aircraft (Master)]
FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the flying
投光部21は、レーザーダイオード等の発光素子と、発光素子からの測定光を集光する投光光学系とから主に構成されている。
発光素子は、検知対象となるガスGによって吸収される吸収波長帯域の測定光を側方に投光する。吸収波長帯域の測定光は、ガスGの雰囲気内を通過すると吸収されて光量が低下する。検知対象となるガスGの種類によって波長帯域は異なっている。
例えば、検知対象がメタンガスである場合には、波長が1.65372[μm]の測定光が望ましい吸収波長帯域となる。
The
The light emitting element projects the measurement light in the absorption wavelength band absorbed by the gas G to be detected to the side. When the measurement light in the absorption wavelength band passes through the atmosphere of the gas G, it is absorbed and the amount of light decreases. The wavelength band varies depending on the type of gas G to be detected.
For example, when the detection target is methane gas, measurement light having a wavelength of 1.65372 [μm] is a desirable absorption wavelength band.
投光部21には変調部23が併設されており、これにより、所定周波数(例えば、10MHz程度までの範囲)で変調された測定光が発光素子から投光される。なお、この測定光の変調は、後述する波長変調分光法によりガス検知を行うための処理である。
The
受光部22は、フォトダイオード等の受光素子と、飛行体10Bにより反射された投光部21からの測定光を集光する受光光学系とから主に構成されている。
受光素子は、受光光学系を構成する集光レンズの焦点距離において受光面が発光素子と同じ方向に向けられて配置され、反射した測定光を側方から受光する。
The
The light receiving element is disposed such that the light receiving surface is oriented in the same direction as the light emitting element at the focal length of the condensing lens constituting the light receiving optical system, and receives the reflected measurement light from the side.
受光部22には復調部24が併設されている。復調部24は、受光した測定光の検出信号を変調部23と同じ周波数で復調した信号と受光した測定光の検出信号を変調部23の二倍の周波数で復調した信号とを生成する。さらに、復調部24は、変調部23と同じ周期で復調した信号を変調部23の二倍の周期で復調した信号で除算することにより、検知対象となるガスの検知信号を生成し、制御部60に入力する。
制御部60では、復調部24から入力されたガスの検知信号からガスの吸収による受光強度の低下の有無を判定し、受光強度の低下が生じている場合にはその低下度合いを求め、ガスの濃度を算出する。
即ち、制御部60は、投光部21、変調部23、受光部22及び復調部24との協働により、波長変調分光法により飛行体10A,10Bの間のガス検知を行う「検知制御部」として機能する。
The
In the
That is, the
前視カメラL31及び前視カメラR32は前方に向けて所定距離だけ離れて配置されており、飛行体10Aの飛行時に前方を撮像して障害物の認識に利用される。
前視カメラL31及び前視カメラR32の撮像画像データは画像処理部33に入力される。この画像処理部33では、前視カメラL31と前視カメラR32のそれぞれの撮像画像の中から障害物を抽出し、前視カメラL31の撮像範囲内における障害物の位置と前視カメラR32の撮像範囲内における障害物の位置とを特定し制御部60に入力する。
The front-view camera L31 and the front-view camera R32 are arranged at a predetermined distance toward the front, and are used for recognizing an obstacle by imaging the front when the flying
The captured image data of the front view camera L31 and the front view camera R32 is input to the
制御部60は、前視カメラL31の撮像範囲内における障害物の位置と、前視カメラR32の撮像範囲内における障害物の位置と、前視カメラL31と前視カメラR32の位置関係とから障害物の位置及び距離を算出する。
さらに、制御部60は、算出した障害物の位置及び距離に基づいて駆動部50を制御し、飛行体10Aが障害物を迂回するように飛行方向を制御する。
The
Further, the
測位部41は、GPS(Global Positioning System)受信機であり、飛行体10Aの現在位置を測定する。
方位センサー42は、三軸のジャイロ方位角センサーであり、飛行体10Aの進行方向及び機体の傾斜角度を検出する。
飛行体10Aは、測位部41による位置検出と方位センサー42による進行方向検出によって、規定の移動ルートRに沿って、当該移動ルートRの下流側に機体の前方を向けた状態で飛行を行う。
高さセンサー43は、例えば光学式であり、垂直下方に投光し、その反射光に生じる位相差から高さを求める周知のものが使用される。
飛行体10Aは、移動ルートRに沿って飛行する際には、高さセンサー43で高さを検出し、規定の高さを維持するように飛行を行う。
The
The
The flying
The
When flying along the moving route R, the flying
制御部60は、飛行体10Aのガス検知に要する複数の処理又は制御を行うためのコンピューターであり、図示しないプロセッサー、通信装置、インターフェイス等が搭載されている。
The
[飛行体(スレーブ)]
スレーブ側となる飛行体10Bについて、マスター側の飛行体10Aと同一の構成については同符号を付して重複する説明は省略する。
図2に示すように、飛行体10Bは、飛行体10Aから投光される測定光を反射する反射部としての反射板20Bと、前方の障害物を検出する障害物検出部としての一対の前視カメラL31及び前視カメラR32と、側方の飛行体10Aに追従して飛行するために当該飛行体10Aを視界に捕らえる捕捉手段としての一対の追従カメラL34B及び追従カメラR35Bと、飛行体10Bの位置検出を行う測位部41と、飛行体10Bの向いている方位を検出する方位センサー42と、飛行体10Aの高さを検出する高さセンサー43と、飛行体10Bの移動動作の駆動源となる四つのモーターからなる駆動部50と、上記各構成を制御する制御部60Bと、飛行体10Bの制御に関する各種の情報や制御プログラム記憶するデータ記憶部61Bとを主に備えている。
[Aircraft (slave)]
Regarding the
As shown in FIG. 2, the flying object 10 </ b> B includes a reflecting plate 20 </ b> B as a reflecting part that reflects measurement light projected from the flying object 10 </ b> A and a pair of fronts as an obstacle detecting part that detects an obstacle in front. A pair of tracking camera L34B and tracking camera R35B as capturing means for capturing the flying
反射板20Bは、その反射面が側方(例えば左側)を向いた状態で飛行体10Bに固定支持されており、飛行体10Aの投光部21は反射板20Bに対向する方角から測定光の投光を行うことでその受光部22は反射した測定光を受光することができる。
なお、反射板20Bは、いわゆるリフレクターであり、その反射面において測定光を散乱反射するので、当該反射面に対して正確に垂直に測定光が入射しなくとも飛行体10Aの受光部22は反射した測定光を受光することができる。
これらの構成により、飛行体10Aと飛行体10Bとの間にガスが存在する場合に、飛行体10Aから投光された測定光又は反射した測定光がガスの雰囲気内を通過して吸収され、受光強度の低下からガス検知を行うことができる。
The reflecting
The
With these configurations, when a gas is present between the flying
追従カメラL34B及び追従カメラR35Bは側方に向けて所定距離だけ離れて配置されており、飛行体10Bの飛行時に側方を撮像して飛行体10Aの認識に利用される。
追従カメラL34B及び追従カメラR35Bの撮像画像データは画像処理部33Bに入力される。この画像処理部33Bでは、追従カメラL34B及び追従カメラR35Bのそれぞれの撮像画像の中から飛行体10Aを抽出し、追従カメラL34Bの撮像範囲内における飛行体10Aの位置と追従カメラR35Bの撮像範囲内における飛行体10Aの位置とを特定し制御部60に入力する。
The follow-up camera L34B and the follow-up camera R35B are arranged apart from each other by a predetermined distance, and are used for recognizing the flying
The captured image data of the tracking camera L34B and the tracking camera R35B is input to the
飛行体10Bは、原則として、飛行体10Aに対して定位置を維持し、飛行体10Aに対して一定の向きを維持するように追従移動を行うので、通常の飛行時には、測位部41及び方位センサー42は不要となるが、前視カメラL31及び前視カメラR32によって障害物を検出して迂回飛行を行った場合に、規定の移動ルートRに飛行体10Bを戻す際に、測位部41及び方位センサー42が使用される。
In principle, the flying
制御部60Bは、飛行体10Aのガス検知に要する複数の処理又は制御を行うためのコンピューターであり、図示しないプロセッサー、通信装置、インターフェイス等が搭載されている。
The
[各飛行体の制御部における制御]
飛行体10Aの制御部60は、主に、設定された検知エリアA内を予め定められた移動ルートRに従って飛行しつつガス検知を行う巡航制御と、移動ルートR上でガスを検知した位置において、スレーブ側の飛行体10B側に接近しつつガス検知を行い、ガス検知位置の絞り込みを行う第一の詳細検知制御と、移動ルートR上でガスを検知した位置において、スレーブ側の飛行体10Bと共に上昇又は下降移動を行いつつガス検知を行い、ガス検知位置の絞り込みを行う第二の詳細検知制御とを行う。
これにより、制御部60は「移動制御部」として機能する。
[Control in the control unit of each aircraft]
The
Thereby, the
また、飛行体10Bの制御部60Bは、飛行体10Aの側方(例えば右側)の所定の位置及び所定の距離を維持するように飛行する追従制御を実行する。この追従制御では、高さについても追従を行い、飛行体10Aに対して飛行体10Bも同じ高さを維持するように昇降動作も追従する。
In addition, the
[巡航制御]
図3は巡航制御における検知エリアAと移動ルートRとを示している。検知エリアAと移動ルートRに関するデータは制御部60が有する通信装置を通じて外部から入力され、受信した検知エリアA及び移動ルートRのデータはデータ記憶部61に格納される。即ち、このデータ記憶部61は「ルート記憶部」及び「エリア記憶部」として機能する。
なお、飛行体10Bも、制御部60Bが有する通信装置を通じて検知エリアAと移動ルートRに関するデータが外部から入力されてデータ記憶部61に格納されるので、データ記憶部61Bも「ルート記憶部」及び「エリア記憶部」として機能する。
[Cruise control]
FIG. 3 shows a detection area A and a travel route R in cruise control. Data regarding the detection area A and the travel route R is input from the outside through a communication device included in the
Note that the flying
検知エリアAについては、エリア形状の基準点となる位置(例えば、多角形のエリア形状であれば各頂点)の位置を示す緯度と経度からなる位置データが入力される。
移動ルートRについては、移動ルートR上の複数の通過ポイントの位置座標データが入力される。この位置座標データは、検知エリアA内に設定された座標系に基づく位置座標で各通過ポイントの位置を示すデータであるが、例えば、移動ルートRの通過ポイントの位置座標を緯度と経度からなる位置座標で設定する場合には、検知エリアAについては定めなくとも良い。
制御部60は、巡航制御における飛行体10Aの移動時には、測位部41と方位センサー42から機体の現在位置及び機体の向きを認識し、決められた順番で各通過ポイントに向かって飛行するように駆動部50を制御する。
また、移動中には、投光部21による測定光の投光と受光部22による測定光の受光とを継続的に実施し、所定のサンプリング周期で、現在位置と検出されたガス濃度とを記録する。さらに、制御部60は、検出されたガス濃度からガスの有無を判定し、ガス有りと判定した場合には、ガス有りと判定したときの位置座標(または、緯度、経度)をガス検知位置としてデータ記憶部61に記憶する。
For the detection area A, position data composed of the latitude and longitude indicating the position of the position serving as the reference point of the area shape (for example, each vertex in the case of a polygonal area shape) is input.
For the movement route R, position coordinate data of a plurality of passing points on the movement route R is input. The position coordinate data is data indicating the position of each passing point in the position coordinates based on the coordinate system set in the detection area A. For example, the position coordinates of the passing point of the moving route R are composed of latitude and longitude. When setting by position coordinates, the detection area A may not be determined.
The
In addition, during movement, the measurement light is projected by the
また、巡航制御における移動ルートRの移動中において、飛行体10Aの制御部60は、ガス有りと判定した場合には、移動ルートRに沿った移動を中止して第一の詳細検知制御及び第二の詳細検知制御を実行する。
Further, during the movement of the movement route R in the cruise control, the
[第一の詳細検知制御]
図4は第一の詳細検知制御における飛行体10A及び飛行体10Bの動作を示している。
第一の詳細検知制御では、制御部60は、移動ルートR上でガス有りと判定された位置において、飛行体10Aを飛行体10B側に向かって接近移動させるよう駆動部50を制御する。
飛行体10Bは、前述したように、飛行体10Aに対して所定の位置で所定の距離を維持するように追従制御を行っている。
これに対して、飛行体10Aのデータ記憶部61には、追従制御によって飛行体10Bが飛行体10Aに対していずれの位置で追従しているかを示した所在データが格納されている。従って、第一の詳細検知制御の実行時には、所在データから飛行体10Bの位置を特定し、特定された飛行体10Bの位置に向かって飛行体10Aを移動させる。なお、飛行体10Aの移動量は飛行体10Bと干渉を生じない範囲とする。そして、この移動中も、ガス検知を実行し、濃度の変化を記録する。
そして、制御部60は、ガス濃度が最も高くなった時の飛行体10Aの位置と飛行体10Bの位置の中間点を新たに絞り込んだガス検知位置として記録する。
[First detailed detection control]
FIG. 4 shows operations of the flying
In the first detailed detection control, the
As described above, the flying
In contrast, the
Then, the
なお、第一の詳細検知制御において、飛行体10Aが飛行体10B側に移動すると、飛行体10Bは追従制御によって飛行体10Aから離れる方向に移動して一定の距離を維持しようとする制御が行われるので、飛行体10Aの制御部60は、飛行体10Bの制御部60Bに対して通信を行い、第一の詳細検知制御の実行中には追従制御を行わずに現在位置を維持するように指令を送信する。
In the first detailed detection control, when the flying
[第二の詳細検知制御]
図5は第二の詳細検知制御における飛行体10A及び飛行体10Bの動作を示している。
第二の詳細検知制御では、制御部60は、移動ルートR上でガス有りと判定された位置において、飛行体10Aを所定の高さ範囲の中で上昇又は下降させるよう駆動部50を制御する。
飛行体10Aが上昇又は下降移動を行うと、飛行体10Bは、追従制御により、飛行体10Aと同じ高さを維持するように上昇又は下降を行う。
そして、第二の詳細検知制御の実行時には、制御部60は、飛行体10Aの上昇中、下降中又はその両方においてガス検知を実行し、濃度の変化を記録する。
そして、制御部60は、ガス濃度が最も高くなった時の飛行体10Aの高さをガス検知位置と共に記録する。
[Second detailed detection control]
FIG. 5 shows the operations of the flying
In the second detailed detection control, the
When the flying
And at the time of execution of 2nd detailed detection control, the
Then, the
[追従制御]
飛行体10Bの制御部60Bは、飛行時において、追従カメラL34Bと追従カメラR35Bによる撮像を実行する。画像処理部33Bは、追従カメラL34Bの撮像範囲内における飛行体10Aの位置と、追従カメラR35Bの撮像範囲内における飛行体10Aの位置とを求め、制御部60Bに入力する。
制御部60Bは、追従カメラL34Bの撮像範囲内における飛行体10Aの位置と、追従カメラR35Bの撮像範囲内における飛行体10Aの位置と、追従カメラL34B及び追従カメラR35Bの位置関係とから飛行体10Aに対して飛行体10Bが何れの距離で何れに位置しているかを算出する。
さらに、制御部60Bは、算出した飛行体10Aに対する飛行体10Bの位置及び距離に基づいて追従移動制御を行う。即ち、制御部60Bは、算出した飛行体10Aに対する飛行体10Bの位置及び距離に基づいて、飛行体10Bが飛行体10Aに対して所定の位置及び距離となるように駆動部50を制御する。
[Follow-up control]
The
The
Further, the
なお、上述した飛行体10Bの画像処理部33B及び制御部60Bは、飛行体10Aの画像処理部33及び制御部60と同様に、前視カメラL31及び前視カメラR32の撮像画像から障害物の位置及び距離を算出し、飛行体10Aが障害物を迂回するように駆動部50を制御する迂回制御も実行する。
In addition, the
[ガス検知システムによるガス検知動作]
ガス検知システム100によるガス検知動作を図1〜図5及び図6のフローチャートに基づいて説明する。
飛行体10A,10Bの制御部60,60Bに対して検知エリアAと移動ルートRに関する設定が行われると(ステップS1)、飛行体10Aは巡航制御に基づいて移動ルートRに沿って飛行を開始する。また、飛行体10Bは、追従制御によって飛行体10Aの側方を飛行し、二機の飛行体10A、10Bが移動ルートRに沿って並進する(ステップS3)。
また、移動ルートRに沿って並進している間、飛行体10Aは投光部21から飛行体10Bの反射板20Bに向かって測定光を投光し、その反射光を受光部22で受光して、周期的にガス検知を実行する。そして、飛行体10Aの制御部60は、周期的なガス検知を実行したときの位置座標と検出されたガス濃度とを記録する。
[Gas detection operation by gas detection system]
The gas detection operation by the
When the settings relating to the detection area A and the moving route R are made to the
While translating along the movement route R, the flying
さらに、飛行体10Aの制御部60は、移動ルートRの飛行中に検出されたガス濃度からガスの有無を判定する(ステップS5)。
そして、ガスなしと判断したときには、移動ルートRの終点到達の判定に進み(ステップS11)、ガス有りと判断したときには、飛行体10A、10Bによる並進を停止して、第一の詳細検知制御を実行する(ステップS7)。即ち、飛行体10Aを飛行体10B側に接近移動させながらガス検知を行い、ガス濃度の変化を監視する。
そして、飛行体10Aの接近移動の移動範囲内でガス濃度が最高値となったときの飛行体10Aと飛行体10Bの中間点の位置座標と検出されたガス濃度とを記録する。
Further, the
When it is determined that there is no gas, the process proceeds to the determination of reaching the end point of the moving route R (step S11). When it is determined that there is gas, the translation by the flying
Then, the position coordinates of the intermediate point between the flying
さらに、ガス有りと判断して飛行体10A、10Bによる並進を停止した位置において、第二の詳細検知制御を実行する(ステップS9)。即ち、飛行体10Aと飛行体10Bとを上昇又は下降移動させながらガス検知を行い、ガス濃度の変化を監視する。
そして、飛行体10AのZ軸方向に沿った移動範囲内でガス濃度が最高値となった高さと検出されたガス濃度とを記録する。
Further, second detailed detection control is executed at a position where it is determined that there is gas and the translation by the flying
Then, the height at which the gas concentration reaches the maximum value within the movement range along the Z-axis direction of the flying
ついで、飛行体10Aの制御部60は、移動ルートRの終点に到達したか否かを判定し(ステップS11)、終点に到達していない場合にはステップS3に戻り、飛行体10A,10Bによる移動ルートRの並進を続け、終点に到達したと判断した場合には検知エリアA全体についてガス検知が完了したものとして動作を終了する。
Next, the
[ガス検知システムの技術的効果]
以上のように、ガス検知システム100では、二機の飛行体10A,10Bの間を渡る検知対象のガスの吸収波長帯域の測定光の投光及び受光により、二機の飛行体10A,10Bの間でガス検知を行うので風等の影響を受けにくく、漏洩位置を正確に推定することができ、また、背景物体や地上に測定光を照射する場合と異なり、投光先の表面状態の影響を十分に低減して精度の高いガス検知を行うことが可能となる。
さらに、二機の飛行体10A,10Bの間でガス検知を行うので、地上の起伏や建造物による遮蔽の影響を受け易い位置にも移動してガス検知を行うことができ、ガス検知を行うことが可能な範囲を飛躍的に拡大させることが可能となる。
また、移動体として飛行体10A,10Bを利用するので、走行車両のように地表や地形の影響を受けにくく、より広範囲に且つ隈無くガス検知を行うことが可能となる。
[Technical effects of gas detection system]
As described above, in the
Furthermore, since gas detection is performed between the two
Further, since the flying
また、飛行体10Aは測定光を投光する投光部21と測定光を受光する受光部22とを備え、飛行体10Bは測定光を反射する反射板20Bを備えているので、受光部は一定の反射状態で反射した測定光をガス検知に利用することができ、安定的に精度よくガス検知を行うことが可能となる。
In addition, the flying
さらに、飛行体10Aの制御部60は、投光部21、変調部23、受光部22及び復調部24との協働により、波長変調分光法により飛行体10A,10Bの間のガス検知を行うので、反射した測定光の受光強度が低い場合であっても、ガス検知による微弱な強度変化を検出することができ、より精度の高いガス検知を行うことが可能となる。
また、測定光の受光強度の微弱な変化を検出できるので、飛行体10A、10Bの相互間距離を離すことができ、広範囲の検知エリアでも効率的にガス検知を行うことが可能となる。
Further, the
In addition, since a slight change in the light receiving intensity of the measurement light can be detected, the distance between the
また、飛行体10Aは、移動ルートRを記憶するデータ記憶部61を備え、移動ルートR上でガス検知を行うので、想定される検知範囲内を予定した通りにガス検知を行うことが可能となる。
また、飛行体10Aは、データ記憶部61に検知エリアAについても記憶しているので、想定される検知範囲内を逸脱することなくガス検知を行うことが可能となる。
In addition, since the flying
In addition, since the flying
さらに、飛行体10Aの制御部60は、飛行体10Bとの間でガスが検知されると、当該二つの飛行体10A,10Bの相互間距離を縮めてガス検知を行う第一の詳細検知制御を行うので、ガス有りとした検知位置をより正確に絞り込むことが可能となる。
Furthermore, when gas is detected between the flying
さらに、飛行体10Aの制御部60は、飛行体10Bとの間でガスが検知されると、当該二つの飛行体10A,10Bの高さを変えてガス検知を行う第二の詳細検知制御を行うので、ガス有りとした検知位置について、さらに、何れの高さにガスが存在するかを検出することが可能となる。
Furthermore, when gas is detected between the flying
[第二の実施形態]
本発明の第二の実施形態であるガス検知システム100Cを図7のブロック図に示す。
このガス検知システム100Cは、前述したガス検知システム100の飛行体10A,10Bの一部の構成に変更を加えた飛行体10C,10Dから構成されている。以下の説明では、主に、飛行体10C,10Dについて、飛行体10A,10Bと異なる点について説明し、ガス検知システム100と同一の構成については同符号を付して重複する説明は省略する。
[Second Embodiment]
A
This
マスター側となる飛行体10Cは、飛行体10Aの投光部21及び変調部23を除去した構成となっている。即ち、飛行体10Cは測定光の投光は行わず、測定光の受光のみを行う。
スレーブ側の飛行体10Dは、飛行体10Bから反射板20Bを除去し、投光部21及び変調部23を付加した構成となっている。飛行体10Dの投光部21は、反射板20Bの反射面が向けられている方向と同じ方向に向けられている。つまり、飛行体10Dの投光部21は、追従制御によって飛行体10Cの追従移動を行う場合に、飛行体10C側に向かって測定光の投光を行う。
The flying
The slave-
飛行体10Dは、飛行中において常に投光部21から測定光の投光を行う。
そして、それ以外については、飛行体10C及び10Dは、飛行体10A及び10Bと同じ制御を行ってガス検知を行う。
The flying
In other cases, the flying
上記構成により、ガス検知システム100Cは、ガス検知システム100と同一の技術的効果を得ることができる。さらに、ガス検知システム100Cは、反射板20Bを使用しないので、測定光を反射板20Bを介することなく直接的に受光することができ、受光強度の低下を抑え、より良好且つ高精度でガス検知を行うことが可能となる。また、反射が介在しないので、ガス検知の際の飛行体10Cと飛行体10Dの間隔を広くとることが可能となる。
With the above configuration, the
[第三の実施形態]
本発明の第三の実施形態であるガス検知システム100Eを図8の側面図に示す。
このガス検知システム100Eは、前述したガス検知システム100のマスター側の移動体を飛行体10Aから走行車両10Eに変更し、走行車両10Eと飛行体10Bとによりガス検知を行う構成となっている。
以下の説明では、主に、走行車両10Eについて、飛行体10Aと異なる点について説明し、ガス検知システム100と同一の構成については同符号を付して重複する説明は省略する。
[Third embodiment]
A
The
In the following description, the traveling
マスター側となる走行車両10Eは、投光部21及び受光部22(図2参照)を上方に向けた状態で備えており、高さセンサー43は備えていない。
スレーブ側の飛行体10Bは、反射板20B及び追従カメラL34B、追従カメラR35B(図2参照)を鉛直下方に向けて備えている。
このガス検知システム100Eでは、走行車両10Eと飛行体10Bとが上下に並んだ状態でガス検知を行う。
従って、ガス検知システム100の第一の詳細検知制御は実行されない。
また、第二の詳細検知制御の際には、スレーブ側の飛行体10Bが上昇又は下降動作を行いつつガス検知を実行する。
The traveling
The
In this
Therefore, the first detailed detection control of the
In the second detailed detection control, the slave-
上記ガス検知システム100Eでは、車両の走行ができない場所ではガス検知を行うことができなくなること及び第一の詳細検知制御が実行できないことを除けば、ガス検知システム100と同一の技術的効果を得ることができる。さらに、ガス検知システム100Eは、一方の移動体が走行車両なので、双方が飛行体である場合に比べて、二つの移動体を連動させてガス検知を行うための動作制御を容易に実現することが可能となる。
The
[その他]
上記各実施形態では、飛行体としてローターを四つ有するマルチコプターを例示したが、ローターの数が異なるものであっても良い。また、シングルローター式又はツインローター式のヘリコプターを使用しても良い。
[Others]
In each said embodiment, although the multicopter which has four rotors as a flying body was illustrated, the number of rotors may differ. A single rotor type or twin rotor type helicopter may also be used.
また、上記各実施形態では、投光部21から投光する測定光を所定の周波数で変調し、受光部22の受光信号を変調周波数の2倍の周波数で検波(2f検波)した信号成分を変調周波数で検波した信号成分で除してガス検知信号を得る、いわゆる、2f検波法(波長変調分光法)でガス検知を行っているが、2倍に限らず4倍又はその他の倍率の周波数で検波してもよい。また、波長変調分光法に限らず、投光部21が吸収波長帯域の測定光と非吸収波長帯域の測定光の投光をそれぞれ行い、受光部22が吸収波長帯域の測定光と非吸収波長帯域の測定光を受光して、制御部60が吸収波長帯域の測定光と非吸収波長帯域の測定光の受光量の比率からガス検知を行う方式(差分吸収法)を採用してもよい。
In each of the above embodiments, the signal component obtained by modulating the measurement light projected from the
また、上記各実施形態では、マスター側の移動体が規定の移動ルートRに従って移動を行う場合を例示したが、このような自律移動に限らず、検知エリアA内を作業者が遠隔操縦によって移動させる構成としても良い。
また、自律移動を行う場合であっても、規定の移動ルートRに従って移動を行う場合に限らず、現在位置を検出して検知エリアA内から逸脱しないように制御しつつ、検知エリアA内を端から順番に全域を塗りつぶすように移動しながらガス検知を行ってもよい。或いは、検知エリアA内から逸脱しないように制御しつつ、ランダムに方向変換を行いつつ全域を塗りつぶすように移動しながらガス検知を行ってもよい。
Further, in each of the above embodiments, the case where the master-side moving body moves according to the prescribed moving route R has been exemplified. However, the present invention is not limited to such autonomous movement, and the operator moves in the detection area A by remote control. It is good also as a structure made to do.
In addition, even when autonomous movement is performed, the present invention is not limited to movement according to the prescribed movement route R, and the current position is detected and controlled so as not to deviate from the detection area A. Gas detection may be performed while moving so as to fill the entire region in order from the end. Alternatively, the gas detection may be performed while moving so as to fill the entire region while randomly changing the direction while performing control so as not to depart from the detection area A.
また、ガス検知システム100では、飛行体10Aの制御部60が、ガスが検知されると、移動ルートRの途中であっても、第一の詳細検知制御及び第二の詳細検知制御を実行する場合を例示したが、これに限らず、巡航制御による移動ルートRの全体のガス検知完了後に、ガスが検知された位置ごとに第一の詳細検知制御及び第二の詳細検知制御を実行してもよい。
また、第一の詳細検知制御と第二の詳細検知制御は、何れを先に行ってもよい。
Further, in the
Further, either the first detail detection control or the second detail detection control may be performed first.
また、各実施形態では、移動体が二機の場合を例示したが、より多くの移動体を使用してもよい。その場合、二機ずつの移動体の組を複数用意し、検知エリアAを複数区画に分割して、各組ごとに個々の区画内のガス検知を行うようにすることが望ましい。 Moreover, in each embodiment, although the case where there were two mobile bodies was illustrated, more mobile bodies may be used. In that case, it is desirable to prepare a plurality of sets of two moving bodies, divide the detection area A into a plurality of sections, and perform gas detection in each section for each set.
また、移動体をマルチコプターのような飛行体とした場合、飛行体の移動時には必然的に傾斜を生じる。
従って、各飛行体10A,10B,10C,10Dにおいて、向きを一定に維持する必要がある構成、例えば、投光部21,受光部22,反射板20B,前視カメラL31,前視カメラR32,追従カメラL34B,追従カメラR35B,高さセンサー43等については、機体に対して任意に傾斜させることが可能なチルト機構を介して機体に設けてもよい。その場合、制御部60が、飛行体の飛行時には方位センサー42により機体の傾斜角度を検出し、投光部21,受光部22,反射板20B,前視カメラL31,前視カメラR32,追従カメラL34B,追従カメラR35B,高さセンサー43等が、機体が水平状態の時の向きを維持するようにチルト機構に対して制御を行ってもよい。
また、反射板20Bについては、入射光が入射した方向と平行に反射光を射出する光学的な構造を有する反射体等を使用しても良い。
Further, when the moving body is a flying body such as a multicopter, an inclination is inevitably generated when the flying body moves.
Therefore, in each of the flying
Further, for the
また、データ記憶部61はメモリカードのような取り出し可能な記録媒体とその読み取り書き込み装置とから構成しても良い。
The
また、上記各実施形態では、一方の移動体の投光部21から他方の移動体の反射板20B又は受光部22に対して投光を行っているが、この投光については、図9に示すように、投光部21から測定光の投光方向を調整する投光方向調整機構211を介して投光を行う構成としても良い。投光方向調整機構211としては、反射又は屈折を行う光学素子の向きを任意に変更調節な機構が利用可能であり、具体的には、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー等が好適である。MEMSミラーは、一軸又は二軸でミラーを傾動させることが可能であり、相手側の移動体の位置情報を取得した制御部60(又は60B)が当該位置情報に基づいてMEMSミラーのミラー角度を制御して、相手側の移動体の反射板20B又は受光部22に投光するように投光させる。また、制御部60(又は60B)が相手側の移動体の位置情報を取得しない場合には、一定の振り幅で投光を行うようにミラー角度を周期的に傾動させて投光範囲を拡大させる制御を行ってもよい。
上記投光方向調整機構211を設けることにより、測定光の受光をより良好に行うことができ、より安定的に精度よくガス検知を行うことが可能となる。
Moreover, in each said embodiment, although light projection is performed with respect to the reflecting
By providing the light projection
10A,10B,10C,10D 飛行体(移動体)
10E 走行車両(移動体)
20B 反射板(反射部)
21 投光部
211 投光方向調整機構
22 受光部
23 変調部
24 復調部
33 画像処理部
33B 画像処理部
41 測位部
42 方位センサー
43 高さセンサー
50 駆動部
60 制御部(検知制御部,移動制御部)
60B 制御部
61,61B データ記憶部(ルート記憶部,エリア記憶部)
100,100C,100E ガス検知システム
A 検知エリア
G ガス
31 前視カメラL
32 前視カメラR
34B 追従カメラL
35B 追従カメラR
R 移動ルート
10A, 10B, 10C, 10D Aircraft (moving object)
10E Traveling vehicle (moving body)
20B Reflector (reflector)
DESCRIPTION OF
100, 100C, 100E Gas detection system A Detection
32 Front-view camera R
34B Tracking camera L
35B tracking camera R
R Travel route
Claims (11)
前記複数の移動体の間を渡る検知対象のガスの吸収波長帯域の測定光の投光及び受光により、前記複数の移動体の間のガス検知を行う検知制御部とを備えることを特徴とするガス検知システム。 Multiple mobiles,
A detection control unit that performs gas detection between the plurality of moving bodies by projecting and receiving measurement light in an absorption wavelength band of the gas to be detected across the plurality of moving bodies. Gas detection system.
前記移動体の他の一つは、前記測定光を受光する受光部を備えることを特徴とする請求項1記載のガス検知システム。 One of the moving bodies includes a light projecting unit that projects the measurement light,
The gas detection system according to claim 1, wherein another one of the moving bodies includes a light receiving unit that receives the measurement light.
前記移動体の他の一つは、前記測定光を反射する反射部を備えることを特徴とする請求項1記載のガス検知システム。 One of the moving bodies includes a light projecting unit that projects the measurement light and a light receiving unit that receives the measurement light,
The gas detection system according to claim 1, wherein the other one of the movable bodies includes a reflection unit that reflects the measurement light.
前記移動ルート上でガス検知を行うことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のガス検知システム。 One of the mobile bodies includes a route storage unit that stores a travel route,
The gas detection system according to any one of claims 1 to 4, wherein gas detection is performed on the travel route.
検知エリアの情報を記憶するエリア記憶部と、
前記検知エリア内を自律移動させる移動制御部とを備え、
前記検知エリア内でガス検知を行うことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のガス検知システム。 One of the moving bodies is
An area storage unit for storing detection area information;
A movement control unit for autonomously moving in the detection area,
The gas detection system according to any one of claims 1 to 4, wherein gas detection is performed in the detection area.
前記移動体の他の一つは、走行車両であることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のガス検知システム。 One of the moving bodies is a flying body,
The gas detection system according to claim 1, wherein the other one of the moving bodies is a traveling vehicle.
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