JP2019141481A - 延焼防止システム及び延焼防止方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】火災発生時に延焼を防止する。【解決手段】制御装置は、防火対象地域内で火災が発生したときに、火元を基点として延焼範囲を推定し、延焼防止剤を搭載した無人航空機に対して、推定された延焼範囲に対する延焼防止剤の散布を指示する。【選択図】図1

Description

本発明は、火災発生時に延焼を防止するための技術に関する。
従来、火災発生時に、ロボットを用いて消火するための技術が知られている。例えば、特許文献1には、火災位置を特定し、特定した火災位置に向けて消火剤を散布するスマート掃除ロボットが記載されている。
特開2016−219027号公報
しかし、従来の消火用ロボットは専ら火元に対する消火活動を目的としたものであり、延焼の防止を目的としたものではなかった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、火災発生時に延焼を防止することを目的とする。
(1)上記の課題を解決するため、本発明に係る延焼防止システムは、所定の地域内で火災が発生したときに、火災状況から延焼範囲を設定する設定部と、延焼防止剤を搭載した移動体に対して、前記設定された延焼範囲に対する前記延焼防止剤の散布を指示する信号を送信する指示部とを備える。
(2)好ましい態様において、前記設定部は、前記火災状況から、前記地域の気象条件、前記地域内の建物の構造及び前記地域の地形のうちの少なくとも1つに基づいて延焼範囲を設定する
(3)さらに好ましい態様において、前記指示部は、前記移動体により前記設定された延焼範囲に前記延焼防止剤が散布されてから、消火剤を搭載した移動体に対して前記火災に対する前記消火剤の散布を指示する信号を送信する。
(4)本発明に係る延焼防止方法は、延焼防止システムにより実行される延焼防止方法であって、火災状況から延焼範囲を設定するステップと、延焼防止剤を搭載した移動体に対して、前記設定された延焼範囲に対する前記延焼防止剤の散布を指示する信号を送信するステップとを含む。
本発明に係る延焼防止システム又は方法によれば、火災発生時に延焼を防止することができる。
消火支援システムの構成の一例を示す図である。 無人航空機1の構成の一例を示すブロック図である。 制御装置2の構成の一例を示すブロック図である。 空中消火動作の一例を示すシーケンス図である。
1.実施形態
1−1.消火支援システムの構成
図1は、本発明の一実施形態に係る消火支援システム(本発明に係る「延焼防止システム」の一例)の構成の一例を示す図である。同図に例示する消火支援システムは、空中消火を行うための複数の無人航空機1(本発明に係る「移動体」の一例)と、各無人航空機1に対して空中消火を指示するための制御装置2を備える。
1−1−1.無人航空機1の構成
無人航空機1は、航空の用に供することができる飛行機、回転翼航空機、滑空機又は飛行船であって構造上人が乗ることができないもののうち、遠隔操作又は自動操縦により飛行させることができるものである。本実施形態に係る無人航空機1は、その一例として、回転翼航空機(より具体的には、クアッドコプタ)である。無人航空機1は、主たる構成として、機体本体と、後述するプロペラ駆動部16により回転駆動される4枚のプロペラと、延焼防止剤又は消火剤を格納するためのタンクと、ホースを介してタンクと接続される1つまたは複数のノズルと、タンクに格納された延焼防止剤等をノズルから噴射させるためのポンプとを備える。ここで、延焼防止剤とは、例えば、コロイド性含水ケイ酸塩を含む鉱物(スメクタイト、ベントナイト及びモンモリロナイト等)やケイ酸塩からなる合成無機高分子化合物等を粉末状態とし、水と所定の割合で混合した混合物である。消火剤とは、例えば水である。なお、消火剤を延焼防止剤として、延焼防止剤を消火剤として用いてもよい。
図2は、無人航空機1の構成の一例を示すブロック図である。無人航空機1は、制御部11と、記憶部12と、通信部13と、撮影部14と、測位部15と、プロペラ駆動部16と、センサ部17と、ポンプ駆動部18と、電源部19とを備える。
制御部11は、CPU等の演算処理装置とRAM等の揮発性メモリとを備え、記憶部12に記憶される空中消火用プログラムを実行する。記憶部12は、フラッシュメモリ等の記憶装置であり、制御部11により実行される空中消火用プログラムを記憶する。また、記憶部12は、制御装置2から提供される飛行経路情報を記憶する。この飛行経路情報は、無人航空機1がその待機場所を出発し、制御装置2により推定される延焼範囲又は火元を経由して、再び待機場所に戻ってくるまでの飛行経路を示す情報である。この飛行経路情報には、延焼範囲又は火元を示す位置情報が含まれる。通信部13は、通信回線を介して制御装置2と無線通信を行うための通信インタフェースである。
撮影部14は、空撮用の撮影手段である。例えば、CCDカメラである。測位部15は、周知の衛星測位技術を用いて無人航空機1の現在位置を測定する測位手段である。プロペラ駆動部16は、各々、プロペラを回転駆動させるためのモータ及び駆動回路を4組備える。センサ部17は、無人航空機1の姿勢を制御するために利用されるセンサ群を備える。具体的には、加速度センサと、ジャイロスコープと、高度センサと、磁気センサとを備える。ポンプ駆動部18は、ポンプを駆動させるためのモータ及び駆動回路を備える。電源部19は、リチウムポリマーバッテリ等のバッテリである。
無人航空機1の制御部11は、記憶部12に記憶される空中消火用プログラムを実行することにより、飛行制御部111と、ポンプ制御部112という機能を実現する。
飛行制御部111は、記憶部12に記憶される飛行経路情報と、センサ部17により継続的に測定される各種のセンサ値と、測位部15により継続的に測定される位置とに基づいて、無人航空機1を設定された飛行経路に沿って自動的に飛行させる。
ポンプ制御部112は、無人航空機1が延焼範囲又は火元に差し掛かると、ポンプ制御部112を制御して、タンクに格納された延焼防止剤等をノズルから噴射させる。
以上説明した無人航空機1は、防火対象地域(例えば、市町村単位)を管轄する消防団の詰所に保管される。そして、地域内で火災が発生した時に団員により屋外に搬出されて使用される。防火対象地域としては、大規模火災が発生する可能性が高い木密地域が想定される。
1−1−2.制御装置2の構成
図3は、制御装置2の構成の一例を示すブロック図である。制御装置2は、制御部21と、記憶部22と、操作入力部23と、通信部24とを備える。
制御部21は、CPU等の演算処理装置とRAM等の揮発性メモリとを備え、記憶部22に記憶される空中消火用プログラムを実行する。記憶部22は、HDD等の記憶装置であり、制御部21により実行される空中消火用プログラムを記憶する。また、記憶部22は、防火対象地域の地図データを格納する地図データベース221と、延焼範囲の推定に使用する情報を格納するシミュレーション条件データベース222を記憶する。地図データベース221は、各建物について、ID、住所、名称又は住民名、種別(居宅、店舗、集合住宅など)、地上階数、防火対策に着目した建物の構造(裸木造、耐火造、防火造など)、及び建物の形状と位置を表す図形情報を格納する。シミュレーション条件データベース222は、防火対象地域を複数のメッシュに分割したときの各メッシュについて、xy座標、建物の平均一辺長、平均隣棟間隔、建物の構造ごとの面積比率、及び位置情報を格納する。操作入力部23は、操作ボタンやタッチパネル等の入力装置である。通信部24は、通信回線を介して無人航空機1や、後述する外部サーバと無線通信を行うための通信インタフェースである。
制御装置2の制御部21は、記憶部22に記憶される空中消火用プログラムを実行することにより、情報取得部211と、延焼範囲推定部212(本発明に係る「設定部」の一例)と、飛行経路設定部213と、空中消火指示部214(本発明に係る「指示部」の一例)という機能を実現する。
情報取得部211は、防火対象地域を管轄する消防署のサーバから火元情報を取得する。消防署は、地域住民からの通報や、地域各所に設置された固定カメラの画像解析結果から火元を特定する。また、情報取得部211は、気象情報配信サーバから、防火対象地域の気象条件を示す気象情報を取得する。気象条件とは風向と風速である。
延焼範囲推定部212は、防火対象地域内で火災が発生すると、火災状況から、火元を基点として延焼範囲を推定(設定)する。その際、延焼範囲推定部212は、当該地域の気象条件及び建物の構造に基づいて延焼範囲を推定する。
具体的には、延焼範囲推定部212は、情報取得部211により取得された火元情報及び気象情報と、シミュレーション条件データベース222とに基づいて延焼範囲を推定する。その際、延焼範囲推定部212は、まず、浜田の延焼速度式に基づいて、火元の風上、風下及び風側の各方向の延焼速度を推定する。そして、推定した延焼速度に基づいて所定時間(例えば1時間)経過後の延焼範囲を推定する。より詳細な延焼範囲の推定方法については、例えば、特開2007−164625号公報を参照のこと。
飛行経路設定部213は、延焼範囲推定部212により推定された延焼範囲に基づいて飛行経路情報を生成する。生成される飛行経路情報は、無人航空機1がその待機場所を出発し、推定された延焼範囲を経由して再び待機場所に戻ってくるまでの飛行経路を示す情報である。好ましくは、延焼範囲内の飛行経路は、火元に近い領域を優先的に飛行するように設定される。この飛行経路情報には、延焼範囲を示す位置情報が含まれる。また、飛行経路設定部213は、無人航空機1による延焼範囲に対する延焼防止剤の散布が完了すると、火元情報に基づいて飛行経路情報を生成する。生成される飛行経路情報は、無人航空機1がその待機場所を出発し、火元を経由して再び待機場所に戻ってくるまでの飛行経路を示す情報である。この飛行経路情報は、火元を示す位置情報が含まれる。
空中消火指示部214は、延焼防止剤を搭載した無人航空機1に対して、延焼範囲推定部212により推定された延焼範囲に対する延焼防止剤の散布を指示する信号を送信する。また、空中消火指示部214は、消火剤を搭載した無人航空機1に対して火元に対する消火剤の散布を指示する信号を送信する。好ましい態様において空中消火指示部214は、無人航空機1により延焼範囲に延焼防止剤が散布されてから、消火剤を搭載した無人航空機1に対して火元に対する消火剤の散布を指示する信号を送信する。なぜなら、先に火元に対して消火剤を散布してしまうと、火の粉を巻き上げてしまい、延焼を引き起こす可能性があるからである。
具体的には、空中消火指示部214は、飛行経路設定部213により生成された飛行経路情報を含む延焼防止指示又は消火指示を無人航空機1に対して送信する。
以上説明した制御装置2は、防火対象地域を管轄する消防団の詰所に設置され、地域内で火災が発生した時に使用される。
1−2.消火支援システムの動作
消火支援システムにより実行される空中消火動作について説明する。図4は、空中消火動作の一例を示すシーケンス図である。この空中消火動作を開始するにあたり、防火対象地域を管轄する消防団の団員は、詰所に配備された各無人航空機1のタンクに延焼防止剤を補給し、電源を投入する。また、団員は、詰所に設置されている制御装置2の電源を投入し、空中消火動作の開始を指示する。この指示を受けて、制御装置2の制御部21は、記憶部22に記憶される空中消火用プログラムを実行する。なお、変形例として、消防署や消防本部からの遠隔操作により、各無人航空機1と制御装置2を起動するようにしてもよい。
空中消火用プログラムが実行されると、制御装置2の情報取得部211は、防火対象地域を管轄する消防署のサーバから火元情報を取得する(S1)。また、気象情報配信サーバから、防火対象地域の気象条件を示す気象情報を取得する(S2)。火元情報等が取得されると、制御装置2の延焼範囲推定部212は、取得された火元情報及び気象情報と、シミュレーション条件データベース222とに基づいて延焼範囲を推定する(S3)。その際、延焼範囲推定部212は、まず、浜田の延焼速度式に基づいて、火元の風上、風下及び風側の各方向の延焼速度を推定する。そして、推定した延焼速度に基づいて所定時間(例えば1時間)経過後の延焼範囲を推定する。延焼範囲が推定されると、制御装置2の飛行経路設定部213は、推定された延焼範囲に基づいて飛行経路情報を生成する(S4)。生成される飛行経路情報は、無人航空機1がその待機場所を出発し、推定された延焼範囲を経由して再び待機場所に戻ってくるまでの飛行経路を示す情報である。この飛行経路情報には、延焼範囲を示す位置情報が含まれる。飛行経路情報が生成されると、制御装置2の空中消火指示部214は、生成された飛行経路情報を含む延焼防止指示を無人航空機1に対して送信する(S5)。
無人航空機1の制御部11は、制御装置2から送信された延焼防止指示を受信すると、記憶部22に記憶される空中消火用プログラムを実行して延焼防止動作を開始する(S6)。その際、延焼防止指示に含まれる飛行経路情報は記憶部12に記憶される。延焼防止動作の間、無人航空機1の飛行制御部111は、記憶部12に記憶される飛行経路情報と、センサ部17により継続的に測定される各種のセンサ値と、測位部15により継続的に測定される位置とに基づいて、無人航空機1を設定された飛行経路に沿って自動的に飛行させる。そして、無人航空機1が延焼範囲に差し掛かると、無人航空機1のポンプ制御部112は、ポンプ制御部112を制御して、タンクに格納された延焼防止剤をノズルから噴射させる。延焼防止動作の間、無人航空機1は、延焼範囲を所定の時間飛行して延焼防止剤を使い切ると、一旦消防団の詰所に戻って延焼防止剤の補給を受ける。そして、補給が完了すると、延焼防止剤の散布を中断した地点から再び散布を開始する。無人航空機1は、延焼防止動作を終えて消防団の詰所に戻ってくると、動作終了信号を制御装置2に対して送信する(S7)。そして、次に行う消火動作に備えてタンクに対する消火剤の補給を受ける。
制御装置2の飛行経路設定部213は、無人航空機1から送信された動作終了信号を受信すると、ステップS1で取得された火元情報に基づいて飛行経路情報を生成する(S8)。生成される飛行経路情報は、無人航空機1がその待機場所を出発し、火元を経由して再び待機場所に戻ってくるまでの飛行経路を示す情報である。この飛行経路情報には、火元を示す位置情報が含まれる。飛行経路情報が生成されると、制御装置2の空中消火指示部214は、生成された飛行経路情報を含む消火指示を無人航空機1に対して送信する(S9)。
無人航空機1は、制御装置2から送信された消火指示を受信すると、消火動作を開始する(S10)。その際、消火指示に含まれる飛行経路情報は記憶部12に記憶される。消火動作の間、無人航空機1の飛行制御部111は、記憶部12に記憶される飛行経路情報と、センサ部17により継続的に測定される各種のセンサ値と、測位部15により継続的に測定される位置とに基づいて、無人航空機1を設定された飛行経路に沿って自動的に飛行させる。そして、無人航空機1が火元に差し掛かると、無人航空機1のポンプ制御部112は、ポンプ制御部112を制御して、タンクに格納された消火剤をノズルから噴射させる。消火動作の間、無人航空機1は、火元上空を所定の時間飛行して消火剤を使い切ると、一旦消防団の詰所に戻って消火剤の補給を受ける。そして、補給が完了すると、再び火元へ戻り、消火剤の散布を再開する。この消火動作は、団員により制御装置2が操作されて、制御装置2から無人航空機1に対して動作の終了指示が送信されるまで継続して行われる。
以上が、空中消火動作についての説明である。
以上説明した消火支援システムによれば、火災発生時に無人航空機1を用いて延焼を防止することができる。また、この消火支援システムでは、先に延焼範囲に延焼防止剤を散布してから火元の消火にあたるため、火元に消火剤を散布することで火の粉を巻き上げ、延焼を引き起こしてしまうという事態を回避することができる。
2.変形例
上記の実施形態は、下記のように変形してもよい。なお、下記の2以上の変形例は互いに組み合わせてもよい。
2−1.変形例1
無人航空機1にサイレンを備えさせ、飛行中にサイレンを鳴らすことで地域住民に避難を促してもよい。サイレンに代えてスピーカ等の他の音響発生装置を用いてもよい。
2−2.変形例2
無人航空機1は、飛行中に火元を空撮した画像を制御装置2に送信し、制御装置2は当該画像を、地域住民が使用する通信端末に配信するようにしてもよい。その際、制御装置2は、避難を促すメッセージを添付してもよい。
2−3.変形例3
無人航空機1と制御装置2の設置場所は、必ずしも消防団の詰所に限られない。例えば、防火対象地域を管轄する消防署の屋上等に駐機させて、消防署員が使用してもよい。または、電動シャッタ等の開閉手段を備える広域空間に駐機させて、その管理者が使用してもよい。
または、無人航空機1を、タンクに延焼防止剤が補給された状態で防火対象地域の各所に予め配置しておいてもよい。その場合、制御装置2は、各無人航空機1の設置場所を予め記憶しておき、推定した延焼範囲又は火元に比較的近い無人航空機1に対して延焼防止指示と消火指示を送信するようにしてもよい。無人航空機1と制御装置2の起動は、消防署や消防本部からの遠隔操作により行われてもよい。
2−4.変形例4
制御装置2は、消防署のサーバから火元情報を取得するのに代えて、防火対象地域を巡回飛行する無人航空機1の空撮画像を画像解析することにより火元を特定するようにしてもよい。無人航空機1の巡回飛行は、防災目的で常時行われていてもよいし、空中消火動作に先立って随時行われてもよい。なお、火元を特定するための画像解析手法は、周知の技術を用いてよい。
2−5.変形例5
制御装置2の延焼範囲推定部212は、延焼範囲を推定する際に、防火対象地域の気象条件と建物の構造のうちのいずれか一方を考慮対象から除外するようにしてもよい。
また、延焼範囲推定部212は、防火対象地域の地形を考慮して延焼範囲を推定するようにしてもよい。具体的には、延焼速度式に基づいて推定した延焼範囲を、防火対象地域の地形を考慮して補正するようにしてもよい。例えば、火元から所定の方角、かつ所定の距離内に川や畑が存在する場合には、そちらの方角に延焼したとしても比較的被害が少ないため、当該方角の領域を延焼範囲から除外してもよい。また、例えば、火元から所定の方角、かつ所定の距離内に山林が存在する場合には、そちらの方角に延焼してしまうと大規模な山林火災に発展する可能性があるため、当該方角の領域のみに延焼範囲を絞り込んでもよい。
また、延焼範囲推定部212は、延焼速度式を用いずに、火元から所定の距離内の領域を一律に延焼範囲として推定(設定)するようにしてもよい。その際、推定した延焼範囲を、上記のように、防火対象地域の地形を考慮して補正するようにしてもよい。または、推定した延焼範囲を構成する各領域に対して防火対象地域の地形を考慮して優先順位を付けて、優先順位の順に延焼防止剤を散布するようにしてもよい。
以上の内容を要約すると、延焼範囲推定部212は、火元を基点として、防火対象地域の気象条件、建物の構造及び地形のうちの少なくとも1つに基づいて延焼範囲を推定してよい。
また、制御装置2の延焼範囲推定部212は、浜田の延焼速度式に代えて、他の周知の延焼速度式に基づいて延焼速度を推定するようにしてもよい。例えば、東京消防庁により提案された延焼速度式(いわゆる、東消式97又は東消式2001)を用いてもよい。この延焼速度式によれば、防火対象地域の湿度を考慮することができる。
また、延焼範囲推定部212は、延焼範囲を推定する際に、防火対象地域の天候を考慮して延焼範囲を推定するようにしてもよい。具体的には、天候が晴れの場合には雨の場合と比較して、延焼速度を速めに推定するようにしてもよい。または、雨量に比例して延焼速度を遅めに推定するようにしてもよい。
2−6.変形例6
制御装置2が備える情報取得部211と延焼範囲推定部212と飛行経路設定部213を、各無人航空機1に備えさせるようにしてもよい。
また、各無人航空機1は、自己の撮影部14による空撮画像を画像解析することにより火元を特定して、延焼範囲の推定と飛行経路の設定に用いてもよい。
2−7.変形例7
無人航空機1は、消火活動を行うための移動ロボット(本発明に係る「移動体」の一例)の一例である。移動ロボットとは、具体的には、遠隔操作又は自動操縦により移動させることができるロボットである。移動ロボットの移動手段はプロペラに限られず、車輪や無限軌道であってもよい。
2−8.変形例8
制御装置2は、推定した延焼範囲に対して延焼防止剤を散布することを指示する信号を、空中消火用の有人ヘリコプター(本発明に係る「移動体」の一例)に対して送信するようにしてもよい。
2−9.変形例9
無人航空機1は、ポンプに代えて、延焼防止剤等が加圧充填されたタンクや、CO2カートリッジや窒素カートリッジ等のガスカートリッジを備え、加圧ガスを用いて延焼防止剤等をノズルから噴射するようにしてもよい。その場合、空中消火動作中において延焼防止剤等の補給が行われる際には、当該タンクやガスカートリッジが交換されてもよい。その際、当該タンク等の交換は、人力によらずに、自動的に交換するための機構を用いて行われてもよい。このことは、上記の実施形態に係る延焼防止剤等の補給についても同様である。
2−10.変形例10
無人航空機1は、延焼防止剤散布用と消火剤散布用とが同じ機体であってもよいし、別々の機体であってもよい。別々の機体の場合、制御装置2は、消火剤散布用の機体に対して、延焼防止指示(S5)と同じタイミングで消火指示(S9)を送信して、消火剤散布用の機体を予め火元上空に待機させてもよい。そして、制御装置2は、延焼防止剤の散布が終了後、消火剤散布用の機体に対して消火開始指示命令を送信して、直ちに消火剤の散布を開始させるようにしてもよい。
2−11.変形例11
上記の実施形態では、延焼範囲を設定し、当該延焼範囲の全体にわたって延焼防止剤を散布するようにしたが、例えば延焼範囲全体に延焼防止剤を散布せずに、無人航空機1を、設定された延焼範囲内を巡航監視させ、撮影部14にて飛散した火の粉が延焼範囲に侵入すると、火の粉に直接延焼防止剤を散布するようにさせてもよい。これにより、効率よく延焼防止を行うことが可能となる。
また、延焼範囲推定部212は、延焼範囲を推定する際に、設定された延焼範囲内を複数の監視範囲に分割し、分割された監視範囲の建物の構造等に基づいて優先順位を設定してもよい。そして、設定された優先順位が高い範囲には、複数台の無人航空機1が監視するようにしてもよい。
1…無人航空機、2…制御装置、11…制御部、12…記憶部、13…通信部、14…撮影部、15…測位部、16…プロペラ駆動部、17…センサ部、18…ポンプ駆動部、19…電源部、21…制御部、22…記憶部、23…操作入力部、24…通信部、111…飛行制御部、112…ポンプ制御部、211…情報取得部、212…延焼範囲推定部、213…飛行経路設定部、214…空中消火指示部、221…地図データベース、222…シミュレーション条件データベース

Claims (4)

  1. 所定の地域内で火災が発生したときに、火災状況から延焼範囲を設定する設定部と、
    延焼防止剤を搭載した移動体に対して、前記設定された延焼範囲に対する前記延焼防止剤の散布を指示する信号を送信する指示部と
    を備える延焼防止システム。
  2. 前記設定部は、前記火災状況から、前記地域の気象条件、前記地域内の建物の構造及び前記地域の地形のうちの少なくとも1つに基づいて延焼範囲を設定することを特徴とする請求項1に記載の延焼防止システム。
  3. 前記指示部は、前記移動体により前記設定された延焼範囲に前記延焼防止剤が散布されてから、消火剤を搭載した移動体に対して前記火災に対する前記消火剤の散布を指示する信号を送信することを特徴とする請求項1又は2に記載の延焼防止システム。
  4. 延焼防止システムにより実行される延焼防止方法であって、
    火災状況から延焼範囲を設定するステップと、
    延焼防止剤を搭載した移動体に対して、前記設定された延焼範囲に対する前記延焼防止剤の散布を指示する信号を送信するステップと
    を含む延焼防止方法。
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