JP2019168224A - ガス検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光を走査して２次元的なガス分布を取得するガス検知システムにおいて、ガスの２次元分布情報の時歴データに基づき、ガスの漏洩位置の判断などのガス分布状態の把握を助ける情報をユーザーに出力する。【解決手段】レーザー光の投光部と受光部とを備え前記受光部で受光した受光信号に基づきガスの測定値を算出するガス検知システムであり、測定点の位置を示す２次元座標とこれに対応する測定値とからなるガスの２次元分布情報を取得する２次元走査測定を制御する制御部と、２次元走査測定により取得された一面の２次元分布情報を１フレームとして複数のフレームに亘る２次元分布情報の時歴データに基づき、測定点ごとに平均値、高濃度頻度等の統計値を算出し、当該統計値の２次元分布情報を出力する演算部を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、レーザー光を走査して２次元的なガス分布を取得するガス検知システムに関する。

近年、ガス設備の老朽化や採掘現場のガスの漏えいが環境問題になっており、ガス漏えいの監視、ガス漏れ事故時のガス検知、ガス濃度分布の把握が求められている。
空間でガスを検出する方法としては、レーザー光による１点測定が知られている。この方法は、目的のガスの吸収帯と非吸収帯の波長のレーザー光を測定器から発して同じ空間に通し、壁などの任意の反射物に反射させて測定器に戻し、受光光量の強度比をみることで、ガス検知を行う。レーザー光の光路上に目的のガスが存在すれば、非吸収帯に対する吸収帯の強度比が低下するからである。

特許文献１に記載の発明にあっては、２次元センサーで受光し、漏洩の有無を閾値設定で判断する。２次元的な情報は扱うが、時刻歴でのデータの扱いはない。
特許文献２に記載の発明にあっては、赤外光を照射し、カメラを介してガスを２次元的に検出し可視化する。熱赤外画像にガス濃度画像を重ねて表示する。漏洩状態の可視化はできるが、瞬間の情報しか把握できない。

特開２０１４−１８５９１４号公報 特開２０００−３４６７９６号公報

ガスは漏洩状態が時刻歴で変化するため、あるタイミングでのガスの２次元分布情報のみでは、漏洩箇所を判断することが困難な場合があり、またガスの２次元分布情報の時歴データに基づきガスの分布の移り変わりを表示しても、これを参照するユーザーが漏洩箇所を判断することもまた困難な場合がある。
また、レーザー方式の場合、測定エリアの一面を同時に測定するものではなく、一測定点を測定するレーザーの投受光方向（測定方位）を２次元的に走査して測定エリアの一面の測定を行うので、測定エリアの一面の測定にある程度の時間を要する。そのため、そのような測定エリアの一面を２次元走査して得られるガスの２次元分布情報は、位置（座標）により時間差が生じる（１フレーム中の非同時性）。したがって、このことの影響を考慮してユーザーがガスの２次元分布情報を参照しなければならないとすると、漏洩箇所を判断することが困難になる。

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、レーザー光を走査して２次元的なガス分布を取得するガス検知システムにおいて、ガスの２次元分布情報の時歴データに基づき、ガスの漏洩位置の判断などのガス分布状態の把握を助ける情報をユーザーに出力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、周囲のガスを検知するためのレーザー光を測定光として対象域に向けて出射する投光部と、
前記投光部から出射し対象域の背景物体により反射して戻ってくる測定光を受光する受光部と、を備え前記受光部で受光した受光信号に基づきガスの測定値を算出するガス検知システムにおいて、
測定点の位置を示す２次元座標とこれに対応する前記測定値とからなるガスの２次元分布情報を取得する２次元走査測定を制御する制御部と、
前記２次元走査測定により取得された一面の前記２次元分布情報を１フレームとして複数のフレームに亘る前記２次元分布情報の時歴データに基づき、測定点ごとに統計値を算出し、当該統計値の２次元分布情報を出力する演算部を有することを特徴とするガス検知システムである。

請求項２記載の発明は、前記演算部は、前記統計値の一つして各測定点における統計対象の時歴データ内の平均値を算出する請求項１に記載のガス検知システムである。

請求項３記載の発明は、前記演算部は、前記統計値の一つして各測定点において閾値より上位の高濃度となった回数を示す高濃度頻度を算出する請求項１又は請求項２に記載のガス検知システムである。

請求項４記載の発明は、前記演算部は、前記高濃度頻度を算出するにあたり、前記閾値を一フレーム中の測定値群を一定割合で上位と下位を仕切る値に設定し、前記一定割合を統計対象の時歴データにおいて共通とする請求項３に記載のガス検知システムである。

請求項５記載の発明は、前記演算部は、前記高濃度頻度を算出するにあたり、前記閾値を統計対象の時歴データ内の全フレーム中の測定値群を一定割合で上位と下位を仕切る値に設定する請求項３に記載のガス検知システムである。

請求項６記載の発明は、前記演算部は、前記高濃度頻度を算出するにあたり、前記閾値を一フレーム中の測定値群を一定割合で上位と下位を仕切る値に設定し、前記一定割合を統計対象の時歴データにおいて共通として算出する１フレーム中高濃度頻度と、
前記高濃度頻度を算出するにあたり、前記閾値を統計対象の時歴データ内の全フレーム中の測定値群を一定割合で上位と下位を仕切る値に設定して算出する全フレーム中高濃度頻度と、
各測定点における統計対象の時歴データ内の平均値が、一定割合で上位と下位を仕切る閾値より高濃度である測定点に一律に付与する所定の正数である平均値高濃度度数の３つのうち少なくともいずれか２つを加算した総合スコアを算出し、当該総合スコアをそのまま又は最高スコアに満たない正数を減算して出力する請求項３に記載のガス検知システムである。

本発明によれば、２次元分布情報の時歴データに基づき、測定点ごとに統計値を算出し、当該統計値の２次元分布情報を出力することにより、ガスの漏洩位置の判断などのガス分布状態の把握を助ける情報をユーザーに出力することができる。
複数のフレームに亘る時歴データを統計処理するため、１フレーム中の非同時性の影響が緩和されて信頼性のある情報を提供することができる。

本発明のガス検知システムの一実施形態を示す構成ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るガス検知システムによる背景とこれに重畳したガスの２次元分布情報の表示例を示す。 本発明の一実施形態に係るガス検知システムによる統計値の２次元分布情報の演算過程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ガス検知システムにおける２次元分布情報を示したものであり、(a)(b)(c)(d)は統計対象の時歴データの例を示し、(e)は、その時歴データに基づき算出した平均値の２次元分布情報を示す。 本発明の一実施形態に係るガス検知システムにおいて、図４(a)(b)(c)(d)の時歴データに基づき算出した統計値の２次元分布情報を示したものであり、(a)は平均値高濃度度数の２次元分布情報を示し、(b)は１フレーム中高濃度頻度の２次元分布情報を示し、(c)は全フレーム中高濃度頻度の２次元分布情報を示し、(d)は、(a)(b)(c)の合算値から１減算して算出した総合スコアの２次元分布情報を示す。

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。

本実施形態のガス検知システムは、図１に示すガス検知装置１に構成される。
ガス検知装置１は、濃度測定部１０と、走査部２と、背景撮像部３と、表示部４と、制御部５とを備える。濃度測定部１０は、投光部１１と、受光部１２と、演算部１３とを備える。
投光部１１は、周囲のガスを検出するためのレーザー光を測定光として対象域に向けて出射する。投光部１１は、制御部５からの制御指令に基づき発光する。
受光部１２は、投光部１１から出射し対象域の背景物体により反射して戻ってくる測定光を受光する。
演算部１３は、受光部１２による受光信号に基づき、ガスの測定値をガスの２次元分布情報の形式で算出する。また、本実施形態では、演算部１３は測定点ごとに統計値を算出し、当該統計値の２次元分布情報を出力する演算部として機能する。演算部１３と制御部５とを同一ＣＰＵで構成するなどハードウエア構成は問わない。
ガスの測定方式としては、目的のガスの吸収帯と非吸収帯の波長のレーザー光をガス検知装置１（投光部１１）から発して同じ空間に通し、壁などの背景物体に反射させてガス検知装置１（受光部１２）に戻し、その受光信号に基づき演算部１３が、吸収帯と非吸収帯の受光光量の強度比をとって濃度厚み積を算出する方式を適用できる。

走査部２は、制御部５の制御に基づき、測定方位を偏向して測定点を移動させる。走査部２は、例えば、パン・チルト移動が可能な電動雲台や、ガルバノミラーなど、濃度測定部１０内の投受光光路に組み込まれたミラーであってその反射方向を変更するアクチュエーターが付随した要素によって構成してもよい。
背景撮像部３は、カメラや３Ｄスキャナであって、その撮影画像や距離画像が制御部５に入力される。

表示部４は、演算部１３が算出したガスの２次元分布情報（測定値）や統計値の２次元分布情報を制御部５の制御に基づき表示する。
制御部５は、コンピューターのＣＰＵでのプログラムの実行により構成され機能する。制御部５が、投光部１１、走査部２を制御して２次元走査測定を制御する。この２次元走査測定により得られる受光信号に基づき演算部１３が各測定点（座標）における測定値を算出することで、測定点の位置を示す２次元座標とこれに対応する測定値とからなるガスの２次元分布情報の演算し、制御部５に出力する。また、演算部１３は、統計値の２次元分布情報を演算し、制御部５に出力する。制御部５は、表示部４に図２に示すようなガスの２次元分布情報（測定値、統計値）３０を表示する。ガスの２次元走査測定と同時に背景撮像部３が取得した２次元画像又は３次元距離画像であるグラフィック２０にガスの２次元分布情報（測定値、統計値）３０を重畳表示することで、測定対象の実空間におけるガスの分布状態をユーザーに対して簡明に表示する。
その他、ガス検知装置１は、図示しない記憶部、操作部等を備える。

次に、図３から図５を参照して、統計値の２次元分布情報の演算過程につき説明する。
まず、演算部１３は、上述した２次元走査測定により取得された一面の２次元分布情報を１フレームとして複数のフレームに亘る測定値の２次元分布情報の時歴データを生成する（Ｓ１）。
制御部５は、複数のフレームを所定のフレームレートで表示部４に再生表示し、ユーザーの選択により統計対象とするフレームが選択される（Ｓ２）。フレーム選択の過程を設けずに連続した所定数の全フレームを統計対象として実施してもよい。しかし、ユーザーが上記再生表示等で確認した際に明らかに測定エラーであるとわかるフレームが統計対象に含まれることは好ましくない。そのため、フレーム選択の過程を設けてユーザーに除外するフレームを選択させる手段を与える。ユーザーがフレームを除外しなかった場合は、連続した所定数の全フレームが統計対象となる。

図４(a)(b)(c)(d)は、４フレームに亘る２次元分布情報の時歴データの例である。説明の簡単のため、統計対象の時歴データに含まれるフレーム数を４とする。また、１フレームは、縦１０マス×横８マスに分布する８０の測定値を有するものとする。図４において各マス目に高濃度ほど高い数値を表示する。フレーム数、２次元座標の分解能、測定値の分解能は一例にすぎない。また、データを低分解能化してから統計処理を実施してもよい。

演算部１３は、各フレームの測定値を正規化し（Ｓ３）、正規化したデータを用いて各測定点において閾値より上位の高濃度となった回数を示す高濃度頻度を算出する。その際、閾値を一フレーム中の測定値群を一定割合で上位と下位を仕切る値に設定し、前記一定割合を統計対象の時歴データにおいて共通とする（Ｓ４）。これによって、得られた高濃度頻度を１フレーム中高濃度頻度と呼ぶ。また、１フレーム中高濃度頻度の２次元分布情報を示すと図５(b)のようになる。図４、図５の例では、各フレームにおいて上位２０％なったマス目は１回をカウントし、４フレームあるので０〜４の範囲の頻度が図５(b)のように示される。図４(a)の１フレーム目で上位２０％なったマス目に１回のカウント数を与える。他のフレームについても同様である。そのフレームでの上位２０％であるので、他のフレームの上位２０％の閾値とは必ずしも一致しない。

演算部１３は、各測定点において他の閾値より上位の高濃度となった回数を示す高濃度頻度を算出する。その際、閾値を統計対象の時歴データ内の全フレーム中の測定値群を一定割合で上位と下位を仕切る値に設定する（Ｓ５）。これによって、得られた高濃度頻度を全フレーム中高濃度頻度と呼ぶ。また、全フレーム中高濃度頻度の２次元分布情報を示すと図５(c)のようになる。４フレームあるので０〜４の頻度をとり得る。本例では閾値を上位２０％としている。統計対象の時歴データ内の全フレーム中の測定値群における上位２０％であるので、値として閾値が全フレームで共通している。したがって、全フレーム中高濃度頻度によると、ある１フレームで上位２０％に入ったマス目がカウントされない場合も、ある１フレームで上位２０％に入らなかったマス目がカウントされる場合もある。そのため、１フレーム中高濃度頻度と比較すると、全体的に低濃度となった１フレーム中の上位（ガスの漏洩位置から離れる可能性が高い）は除かれるなど、瞬間的な偏りの影響を除去してガスの漏洩位置を判断するためのデータとして信頼度を高めることができる。

また、演算部１３は、各測定点における統計対象の時歴データ内の平均値を算出する（Ｓ６）。この平均値は、本例では、各測定点（図中のマス目）で４つの測定値があるので、この４つの測定値の平均値である。図４(a)(b)(c)(d)の時歴データに基づき算出した平均値の２次元分布情報を示すと図４(e)のようになる。
また、演算部１３は、各測定点における統計対象の時歴データ内の平均値が、一定割合で上位と下位を仕切る閾値より高濃度である測定点に一律に付与する所定の正数である平均値高濃度度数の２次元分布情報を生成する（Ｓ７）。本例では、閾値を上位２０％とし、所定の正数を１としており、結果を示すと図５(a)のようになる。図５(a)のように、平均値での高濃度領域がわかりやすく表示できる。
平均値の２次元分布情報のみによると、平均値が高い領域はわかるが、定常的に高い値だったのか、瞬間的に高い値だったのかなどの変化の性質までは把握できない。ガスの漏洩位置は、定常的に高い値である傾向が強いと考えられるから、瞬間的に高い値だったために平均値が高くなった領域はガスの漏洩位置である可能性は低く評価する必要がある。

さらに、演算部１３は、以上の１フレーム中高濃度頻度（図５(b)）、全フレーム中高濃度頻度（図５(c)）及び平均値高濃度度数（図５(a)）のうち少なくともいずれか２つを加算した総合スコアを算出し、当該総合スコアをそのまま又は最高スコアに満たない正数を減算して出力する（Ｓ８）。本例では、３つを加算し、その結果から１を減算して出力して、図５(d)のようになる。減算後に負の値になるスコアは０とする。
以上により複数の統計値の統計的性質を考慮して、ガスの漏洩位置を判断するためのデータとして信頼度を高めることができる。
総合スコアをそのまま出力してもよいが、最高スコア（図５(a)(b)(c)の例で８点）に満たない正数（本例では１とした）を減算して出力することで、低い値をカットして、ガスの漏洩位置である可能性の低い領域を除外することができる。

制御部５は、以上の図４(e)、図５(a)(b)(c)(d)の２次元分布情報を適宜表示部４に表示出力しユーザーの参照に供する。後続する４フレームごとに対しても順次同様の処理を繰り返し実施する。
図４(a)(b)(c)(d)の例に限らず、漏洩するガスの分布状態は様々に変化するので、図４(a)(b)(c)(d)の再生表示では把握しづらい場合にも、以上の統計値の２次元分布情報によりガスの漏洩位置を把握しやすくすることができる。

以上のように本実施形態のガス検知システムによれば、２次元分布情報の時歴データに基づき、測定点ごとに統計値を算出し、当該統計値の２次元分布情報を出力することにより、ガスの漏洩位置の判断などのガス分布状態の把握を助ける情報をユーザーに出力することができる。配管設備などからのガスの漏洩位置に限らず、高濃度にガスが存在する領域を把握するために利用することができる。

１ ガス検知装置
２ 走査部
３ 背景撮像部
４ 表示部
５ 制御部
１０ 濃度測定部
１１ 投光部
１２ 受光部
１３ 演算部

Claims (6)

1. 周囲のガスを検知するためのレーザー光を測定光として対象域に向けて出射する投光部と、
   前記投光部から出射し対象域の背景物体により反射して戻ってくる測定光を受光する受光部と、を備え前記受光部で受光した受光信号に基づきガスの測定値を算出するガス検知システムにおいて、
   測定点の位置を示す２次元座標とこれに対応する前記測定値とからなるガスの２次元分布情報を取得する２次元走査測定を制御する制御部と、
   前記２次元走査測定により取得された一面の前記２次元分布情報を１フレームとして複数のフレームに亘る前記２次元分布情報の時歴データに基づき、測定点ごとに統計値を算出し、当該統計値の２次元分布情報を出力する演算部を有することを特徴とするガス検知システム。
2. 前記演算部は、前記統計値の一つして各測定点における統計対象の時歴データ内の平均値を算出する請求項１に記載のガス検知システム。
3. 前記演算部は、前記統計値の一つして各測定点において閾値より上位の高濃度となった回数を示す高濃度頻度を算出する請求項１又は請求項２に記載のガス検知システム。
4. 前記演算部は、前記高濃度頻度を算出するにあたり、前記閾値を一フレーム中の測定値群を一定割合で上位と下位を仕切る値に設定し、前記一定割合を統計対象の時歴データにおいて共通とする請求項３に記載のガス検知システム。
5. 前記演算部は、前記高濃度頻度を算出するにあたり、前記閾値を統計対象の時歴データ内の全フレーム中の測定値群を一定割合で上位と下位を仕切る値に設定する請求項３に記載のガス検知システム。
6. 前記演算部は、前記高濃度頻度を算出するにあたり、前記閾値を一フレーム中の測定値群を一定割合で上位と下位を仕切る値に設定し、前記一定割合を統計対象の時歴データにおいて共通として算出する１フレーム中高濃度頻度と、
   前記高濃度頻度を算出するにあたり、前記閾値を統計対象の時歴データ内の全フレーム中の測定値群を一定割合で上位と下位を仕切る値に設定して算出する全フレーム中高濃度頻度と、
   各測定点における統計対象の時歴データ内の平均値が、一定割合で上位と下位を仕切る閾値より高濃度である測定点に一律に付与する所定の正数である平均値高濃度度数の３つのうち少なくともいずれか２つを加算した総合スコアを算出し、当該総合スコアをそのまま又は最高スコアに満たない正数を減算して出力する請求項３に記載のガス検知システム。