JP2019179492A - 安定度推定装置、安定度推定方法及びコンピュータープログラム - Google Patents

Abstract

【課題】作業者の作業環境の安全性の判定精度を向上させる安定度推定装置、安定度推定方法及びコンピュータープログラムを提供する。【解決手段】安定度推定システム１Ａにおいて、安定度推定装置は、画像取得部２４２と、安定度推定部２４４と、を備える。画像取得部２４２は、ユーザーの足場の画像を取得する。安定度推定部２４４は、画像に基づいて、足場の状態の安定度を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、安定度推定装置、安定度推定方法及びコンピュータープログラムに関する。

建設現場では、足場が狭い状態や傾いている状態で作業を行うことが多く発生している。このような状態での作業では、作業者が足場の不安定さに起因して転倒してしまう場合がある。転倒した場所が、高所であった場合はもちろん、低所であったとしても、転倒した作業員の怪我だけでなく、機材や建築物の破壊にも繋がるため、足場の安全性を把握することは重要である。

文献１では、足場を構成する部材に基づいて、足場の安全性を判定する方法が開示されている。文献２では、参照気圧センサーから直接得られる計測情報をもとに、高度計測を行う方法が開示されている。

特開２０１８−３７７７６号公報 特開２０１１−１１７８１８号公報

しかしながら、従来の技術では、高い位置で作業している場合、一律で危険であると判定してしまうため、作業者の作業環境の安全性の判定精度が低いという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、作業者の作業環境の安全性の判定精度を向上させる安定度推定装置、安定度推定方法及びコンピュータープログラムを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、ユーザーの足場の画像を取得する画像取得部と、前記画像に基づいて、足場の状態の安定度を推定する安定度推定部と、を備える安定度推定装置である。

本発明の一態様は、上記の安定度推定装置であって、前記安定度推定部は、前記足場の状態が安定していない場合、前記安定度を低いと推定し、前記安定度が低いと推定された場合、ユーザーに対して警告を行う警告部を備える。

本発明の一態様は、上記の安定度推定装置であって、前記ユーザーの現在位置を示すユーザー位置情報を取得する位置情報取得部と、前記ユーザー位置情報に基づいて、ユーザーの地上からの距離が閾値を超えるか否か判定する位置判定部と、前記画像に基づいて、前記足場の状態を判定する画像判定部と、を備える。

本発明の一態様は、上記の安定度推定装置であって、前記安定度推定部は、前記位置判定部と、前記画像判定部と、の判定結果に基づいて、前記安定度を推定する。

本発明の一態様は、１又は複数の情報処理装置が、ユーザーの足場の画像を取得する画像取得ステップと、前記画像に基づいて、足場の状態の安定度を推定する安定度推定ステップと、を有する安定度推定方法である。

本発明の一態様は、上記の安定度推定装置としてコンピューターを機能させるためのコンピュータープログラムである。

本発明により、作業者の作業環境の安全性の判定精度を向上させることが可能となる。

実施形態の安定度推定システム１Ａの全体構成の一例を示す図である。 足場情報テーブルの具体例を示すデータ構成図である。 足場状態テーブルの具体例を示すデータ構成図である。 安定度推定装置２０の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。 変形例における安定度推定システム１Ｂの全体構成の一例を示す図である。

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。

図１は、実施形態の安定度推定システム１Ａの全体構成の一例を示す図である。安定度推定システム１Ａでは、端末装置１０及び安定度推定装置２０は通信可能に直接接続されている。端末装置１０及び安定度推定装置２０は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の有線のケーブルで接続されてもよいし、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信で接続されてもよい。

端末装置１０は、スマートフォンなどの携帯電話、タブレット端末、パーソナルコンピュータ等である。端末装置１０は、撮影部１１及び通信部１２を備える。撮影部１１は、端末装置１０が有するカメラや赤外線深度センサーなどの撮影装置を用いて、作業者の足場の画像を撮影する。撮影部１１は、足場の画像を撮影する際、撮影装置から足場までの距離（以下「足場距離」という。）を測定し、撮影した画像の各ピクセルに足場距離を付与し、距離画像として出力する。撮影部１１は、撮影した距離画像を画像取得部２４２へ送る。

例えば、足場距離を測定する方法として、撮影部１１は、端末装置１０が有する一定距離を保った定点のカメラを２台使用し、各カメラで画像を撮影する。撮影部１１は、２台のカメラで撮影した画像に画像処理を行い、画像の差分から、カメラから足場までの距離を算出する。

なお、本実施形態では、カメラを２台用いて距離画像を撮影する方法を説明するが、カメラを１台だけ用いて画像処理によって足場距離を測定してもよいし、赤外線深度センサーや超音波センサーなどの距離を測定するセンサーを用いて、足場距離を測定してもよい。

通信部１２は、通信インターフェースである。通信部１２は、上述した有線のケーブルや無線通信を介して安定度推定装置２０とデータ通信する。端末装置１０は、作業者に作業を行う際に携帯され、撮影部１１で取得した足場の画像を安定度推定装置２０へ送る。

安定度推定装置２０は、記憶部２１、通信部２２、警告部２３及び制御部２４を備える。

記憶部２１は、高さ取得部２４０と、画像判定部２４３の判定結果と、安定度推定部２４４の推定結果と、を足場情報テーブル及び足場状態テーブルに記憶する。通信部２２は、通信インターフェースである。通信部２２は、上述した有線のケーブルや無線通信を介して端末装置１０とデータ通信する。警告部２３は、安定度推定部２４４の推定結果に基づいて、作業者及び監督者の少なくとも一方に、アラートや振動などの警告を行う。

制御部２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを用いて構成される。プロセッサがプログラムを実行することによって、制御部２４は、高さ取得部２４０、位置判定部２４１、画像取得部２４２、画像判定部２４３及び安定度推定部２４４として機能する。

これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。

高さ取得部２４０は、作業者の位置を示す作業者位置の地上からの距離（以下「作業高さ」という。）を取得する。例えば、高さ取得部２４０は、端末装置１０が有する気圧センサーや距離センサーなどのセンサーによって測定された値を用いて、作業高さを取得する。なお、本実施形態では、気圧センサーを用い、作業者の作業高さを算出することとする。具体的には、高さ取得部２４０は、作業者が有する端末装置１０の気圧センサーが取得した気圧の値に基づいて、作業高さを算出する。高さ取得部２４０は、算出した作業高さを位置判定部２４１及び安定度推定部２４４へ送る。なお、高さ取得部２４０は、位置情報取得部の一態様である。

位置判定部２４１は、高さ取得部２４０から受け取った作業高さに基づいて、作業者の位置を示す作業者位置を判定する。はじめに、位置判定部２４１は、作業高さから、作業者の地上からの距離を算出する。次に、位置判定部２４１は、算出した距離に基づいて、作業者の地上からの距離が閾値を超えるか否か判定する。作業者の地上からの距離が所定の閾値を超える場合、位置判定部２４１は、作業者が高所にいると判定する。作業者の地上からの距離が所定の閾値を超えない場合、位置判定部２４１は、作業者が低所にいると判定する。

画像取得部２４２は、撮影部１１で撮影された距離画像を取得する。画像取得部２４２は、取得した画像を画像判定部２４３へ送る。なお、画像取得部２４２は、撮影部１１に対し、撮影指示を通知することで、撮影部１１の撮影頻度や撮影箇所を制御できるようにしてもよい。

画像判定部２４３は、画像取得部２４２から受け取った画像に基づいて、足場の面積と、足場の傾きと、足場の凹凸とを判定する。具体的には、画像判定部２４３は、各ピクセルに付与された足場距離に基づいて、足場の面積と、足場の傾きと、足場の凹凸と、作業者の体勢とを判定する。

はじめに、画像判定部２４３は、足の長さや靴の色などのパラメータを予め取得する。画像判定部２４３は、当該パラメータを、手動で入力されたものを取得してもよいし、画像処理などで自動的に取得してもよい。次に、画像判定部２４３は、当該パラメータを用いて画像から、作業者の足や靴などの障害物を、画像処理を用いて削除する。

画像判定部２４３は、各ピクセルに付与された足場距離に対し、距離の誤差として任意の閾値を設定し、当該閾値に基づいて、足場距離の誤差が閾値以内か否かを判定する。画像判定部２４３は、誤差が閾値以内の場合、同一の足場距離とみなす。

[面積の判定]
画像判定部２４３は、距離の誤差の判定結果に基づいて、同じ足場距離として判定されたピクセル（以下「同足場距離ピクセル」という。）を抽出する。画像判定部２４３は、抽出した同足場距離ピクセルが、任意の数以上隣接していた場合、隣接する同足場距離ピクセルの数と、各同足場距離ピクセルが示す相対面積と、に基づいて、足場の面積を算出する。

[傾きの判定]
画像判定部２４３は、距離の誤差の判定結果に基づいて、同足場距離ピクセルと、同足場距離ピクセルに隣接しているピクセル（以下「隣接ピクセル」という。）を抽出する。画像判定部２４３は、同足場距離ピクセルの足場距離と、隣接ピクセルの足場距離との差分を比較し、同足場距離ピクセルと隣接ピクセルとで足場距離が変化しているか否かを判定する。そして、画像判定部２４３は、足場距離が変化している場合、足場距離の変化率に基づいて、足場の傾きを判定する。

[凹凸の判定]
画像判定部２４３は、距離の誤差の判定結果に基づいて、同足場距離ピクセルと、隣接ピクセルを抽出する。画像判定部２４３は、同足場距離ピクセルの足場距離と、隣接ピクセルの足場距離との差分を比較し、同足場距離ピクセルと隣接ピクセルとで足場距離が変化しているか否かを判定する。そして、画像判定部２４３は、足場距離が変化している場合、変化している足場距離を算出し、足場の凹凸を判定する。

[作業者の体勢の判定]
画像判定部２４３は、距離画像と、端末装置１０が有するジャイロセンサーや加速度センサーなどのセンサーからの情報と、に基づいて、作業者の体勢を判定する。なお、本実施形態では、ジャイロセンサーを用い、作業者の位置及び傾きを算出することとする。

具体的には、画像判定部２４３が予め取得する足の長さや靴の色などの情報に応じた画像が、撮影部１１から受け取る画像（以下「撮影画像」という。）に存在しない場合、画像判定部２４３は、作業者の体勢が直立している体勢（以降「基準体勢」という）から変化したと判定する。また、足や靴の画像が撮影画像内に存在していても、それらが撮影画像内において本来あるべき場所からずれた場所に存在する場合にも、作業者の体勢が基準体勢から変化したと判定する。なお、足や靴の画像が本来あるべき場所とは、作業者が基準体勢をとっている際に撮影された撮影画像において、足や靴の画像が位置する場所である。足や靴の画像が本来あるべき場所は、予め取得される足の長さの情報や、撮影部１１が取り付けられる位置や、撮影部１１のカメラパラメーター等の情報に基づいて定められる。作業者の体勢が基準体勢から変化した場合、画像判定部２４３は、ジャイロセンサーの値に基づいて、変化後の作業者の体勢と基準体勢との差分を傾きとして算出する。

図２は、足場情報テーブルの具体例を示すデータ構成図である。足場情報テーブルは、足場のデータと、画像判定部２４３から受け取った判定結果を示す取得データとを対応付けて格納している。足場のデータは、足場の面積、足場の凹凸、足場の傾き、及び作業員の体勢を備える。取得データは、画像判定部２４３から受け取った判定結果を、足場のデータと対応付けて格納する。

例えば、足場の面積は、[面積の判定]処理で算出した、作業者が実際に立っている足場の面積を格納する。足場の凹凸は、[凹凸の判定]処理の判定結果に基づいて、凹凸が有るか否かのフラグを格納する。足場の傾きは、[傾きの判定]処理で算出した足場の傾きを格納する。作業員の体勢は、[作業者の体勢の判定]処理で算出した作業者の軸の傾きを格納する。

図１の説明に戻る。安定度推定部２４４は、画像判定部２４３から受け取った判定結果に基づいて、足場の安定度を推定する。具体的には、安定度推定部２４４は、面積、傾き、凹凸及び作業者の体勢の判定結果に基づいて、足場の安定度を推定する。これにより、安定度推定部２４４は、作業者の作業環境の安全性を推定する。なお、安定度推定部２４４は、画像判定部２４３から受け取った判定結果だけでなく、高さ取得部２４０から受け取った作業高さを用いてもよい。安定度推定部２４４は、作業高さに基づいて、作業者が高所作業を行っているか否かを推定する場合、推定精度を向上させることが可能になる。

次に、安定度推定部２４４は、位置判定部２４１から受け取った判定結果と、画像判定部２４３から受け取った、足場の面積、足場の凹凸、足場の傾き、及び作業者の体勢の判定結果を用いて足場の安定度を推定する場合について説明する。安定度推定部２４４は、位置判定部２４１から受け取った判定結果と、画像判定部２４３から受け取った判定結果とに基づいて、足場の安定度を推定する。

具体的には、安定度推定部２４４は、画像判定部２４３から受け取った判定結果に基づいて、足場の安定度を推定する。例えば、足場の面積が閾値より大きく、足場の凹凸が閾値より小さく、足場の傾きが閾値より小さく、作業者の体勢が閾値より小さい場合、安定度推定部２４４は、足場の安定度が高いと推定する。また、安定度推定部２４４は、位置判定部２４１から受け取った判定結果に基づいて、作業者位置を推定する。例えば、足場の安定度が低い場合、作業者位置が高所であるか、低所であるか、を知ることで、通知を受けた後の対応を変えることができる。

以上より、安定度推定部２４４は、画像判定部２４３から受け取った判定結果をパラメータとして、以下の数式（１）に基づいて、足場の安定度を推定する。なお、数式（１）のαは寄与度を表す。足場の状態に応じて、寄与度αは、任意に定められてよい。

また、安定度推定部２４４は、足場の面積、足場の凹凸、足場の傾き、及び作業者の体勢の中で、少なくとも一つが閾値を超える場合、足場の安定度が低いと推定する。足場の安定度が低いと推定された場合、安定度推定部２４４は、警告部２３へ足場の状態と、足場の安定度と、作業者位置を通知する。

なお、本実施形態の安定度は、一例であり、足場の安定度の指標となる閾値は任意に決められてよい。そして、足場の安定度が高い場合、安定度推定システム１Ａでは、作業者の作業環境の安全性が高いと判定され、足場の安定度が低い場合、安定度推定システム１Ａでは、作業者の作業環境の安全性が低いと判定される。

図３は、足場状態テーブルの具体例を示すデータ構成図である。足場状態テーブルは、足場の状態と、安定度推定部２４４から受け取った足場の安定度とを対応付けて格納している。足場の状態は、平坦、傾き、狭い及びでこぼこの状態を備える。安定度は、安定度推定部２４４から受け取った安定度を、「高」、「中」、「低」として足場の状態と対応付けて格納する。

なお、図３では、足場の状態を「平坦」、「傾き」、「狭い」、「でこぼこ」としたが、本実施形態の一例であり、これらの足場の状態が複合したもの（以下「複合足場」という。）を足場の状態として格納してもよい。また、足場の状態が複合足場である場合、安定度推定部２４４は、推定結果として、「高」「中」「低」以外の足場の安定度を推定し、足場の状態と対応付けて格納してもよい。例えば、安定度推定部２４４は、推定結果として、足場の状態が最も不安定な場合を「０」、最も安定した場合を「１」として、足場の安定度に応じて、０から１までの小数で示してもよい。

図４は、安定度推定装置２０の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。
画像取得部２４２は、撮影部１１で撮影された距離画像を取得する（ステップＳ１０１）。高さ取得部２４０は、端末装置１０が有する気圧センサーや距離センサーなどのセンサーを用いて、作業高さを取得する（ステップＳ１０２）。

画像判定部２４３は、画像取得部２４２から受け取った画像に基づいて、足場の面積と、足場の傾きと、足場の凹凸と、作業者の体勢とを判定する（ステップＳ１０３）。安定度推定部２４４は、画像判定部２４３から受け取った判定結果に基づいて、足場の安定度を推定する（ステップＳ１０４）。足場の安定度が確保されている場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、安定度推定部２４４は、足場の安定度が高いと推定する（ステップＳ１０５）。

足場の安定度が確保されていない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、安定度推定部２４４は、足場の安定度が低いと推定し、足場の状態と、足場の安定度と、作業者位置の情報とを警告部２３へ通知する（ステップＳ１０６）。なお、ステップＳ１０４の処理において、足場の安定度は、足場の面積、足場の凹凸、足場の傾き及び作業者の体勢が、所定の閾値を超えるか否かによって判定される。

このように構成された安定度推定システム１Ａによれば、作業者の足場の画像に基づいて、足場の状態を判定し、足場の安定度を推定することができる。そして、足場の安定度の推定結果に応じた作業者の作業環境の安全性を判定することが可能となる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、作業者の作業環境の安全性の判定精度を向上させることが可能となる。

［変形例］
図５は、変形例における安定度推定システム１Ｂの全体構成の一例を示す図である。
安定度推定システム１Ｂでは、端末装置１０、安定度推定装置２０及びサーバー３０は、ネットワークＮＷを介して互いに通信する。なお、図５では、図１と同様に端末装置１０及び安定度推定装置２０をシステムのように記載しているが、端末装置１０及び安定度推定装置２０は、一つの筐体で実装されてもよい。また、変形例では、サーバー３０を追加したが、安定度推定装置２０及びサーバー３０は、互いにネットワークＮＷを介してデータ通信を行うため、安定度推定装置２０及びサーバー３０は、それぞれが備える機能部どちらか一方が備えていればよい。

警告制御部３１は、安定度推定部２４４の推定結果に基づいて、警告部２３への通知や警告部２３が出力する情報を管理する。例えば、警告制御部３１は、安定度推定部２４４の推定結果である足場の状態や安定度を文字として表示するよう警告部２３を制御してもよいし、アラートなどの音を鳴らすように警告部２３を制御してもよい。通信部３２は、通信インターフェースである。通信部３２は、ネットワークＮＷを介して、端末装置１０及び安定度推定装置２０とデータ通信する。

端末装置１０及び安定度推定装置２０は、ネットワークＮＷを介して互いに通信するように構成されてもよい。ネットワークＮＷは、例えば、インターネット、ＷＡＮ（Wide Area Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）、セルラー網などを含む。
端末装置１０及び安定度推定装置２０は、一つの筐体で実装されてもよい。この場合、通信部１２及び通信部２２は必要に応じて用いられなくてもよい。
端末装置１０は、１つの安定度推定システム１Ａ、安定度推定システム１Ｂにおいて複数台設けられてもよい。安定度推定装置２０は、１つの安定度推定システム１Ａ、安定度推定システム１Ｂにおいて複数台設けられてもよい。端末装置１０及び安定度推定装置２０の台数は、同じであってもよいし、それぞれ異なる台数であってもよい。
図４のフローチャートにおけるステップＳ１０２の処理は省略されてもよい。この場合、ステップＳ１０６の処理では、足場の状態と、足場の安定度とを警告部２３へ通知する。

上述した実施形態における安定度推定装置、安定度推定方法及びコンピュータープログラムをコンピューターで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピューター読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピューターシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１０…端末装置， １１…撮影部， １２…通信部， ２０…安定度推定装置， ２１…記憶部， ２２…通信部， ２３…警告部， ２４…制御部， ３０…サーバー， ３１…警告制御部， ３２…通信部， ２４０…高さ取得部， ２４１…位置判定部， ２４２…画像取得部， ２４３…画像判定部， ２４４…安定度推定部

本発明の一態様は、上記の安定度推定装置であって、前記ユーザーの現在位置を示すユーザー位置情報を取得する位置情報取得部と、前記ユーザー位置情報に基づいて、ユーザーの地上からの距離が閾値を超えるか否か判定する位置判定部と、前記画像に基づいて、前記足場の状態と前記ユーザの体勢とを判定する画像判定部と、を備える。

本発明の一態様は、上記の安定度推定装置であって、前記安定度推定部は、前記画像判定部の判定結果に基づいて前記安定度を推定し、前記位置判定部の判定結果に基づいて前記ユーザーの位置を推定する。

Claims (6)

1. ユーザーの足場の画像を取得する画像取得部と、
   前記画像に基づいて、足場の状態の安定度を推定する安定度推定部と、
   を備える安定度推定装置。
2. 前記安定度推定部は、前記足場の状態が安定していない場合、前記安定度を低いと推定し、
   前記安定度が低いと推定された場合、ユーザーに対して警告を行う警告部を備える
   請求項１に記載の安定度推定装置。
3. 前記ユーザーの現在位置を示すユーザー位置情報を取得する位置情報取得部と、
   前記ユーザー位置情報に基づいて、ユーザーの地上からの距離が閾値を超えるか否か判定する位置判定部と、
   前記画像に基づいて、前記足場の状態を判定する画像判定部と、
   を備える請求項１又は２に記載の安定度推定装置。
4. 前記安定度推定部は、前記位置判定部と、前記画像判定部と、の判定結果に基づいて、
   前記安定度を推定する
   請求項３に記載の安定度推定装置。
5. １又は複数の情報処理装置が
   ユーザーの足場の画像を取得する画像取得ステップと、
   前記画像に基づいて、足場の状態の安定度を推定する安定度推定ステップと、
   を有する安定度推定方法。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の安定度推定装置としてコンピューターを機能させるためのコンピュータープログラム。

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