JP2019203297A - 管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】吊持装置に吊持された被設置物を常に管理モニタに表示する管理システムを提供することを目的とする。【解決手段】水中への消波ブロック３の設置作業を管理する管理システムであって、消波ブロック３を吊持するクレーン装置２と、水中の３次元領域を走査して水中情報を取得する水中探知装置１３と、水中情報に基づいて前記３次元領域を三次元画像として表示する管理モニタと、水中探知装置１３の向きを変えて走査範囲を変更するパン・チルト装置と、を備え、クレーン装置２により吊持された消波ブロック３の位置が管理モニタの表示範囲内となるように、水中探知装置１３が消波ブロック３を自動追尾することにより、消波ブロック３の位置を管理モニタで確認することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、水中への被設置物の設置作業を管理する管理システムに関する。

従来、浚渫作業、水中盛土作業、捨石作業、ブロックの据付け作業においては、３次元ソナーを作業域の水中に没入させて吊持し、目的の水底とその周辺を計測し、モニタに３次元映像として表示させ、その映像を視覚的に確認しながら作業を行う３次元ソナーによる施工管理方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

これらの作業のうちブロックの据付け作業においては、クレーンに吊持したブロックを据え付け位置まで誘導等する潜水士が作業域に潜水している場合がある。

また、特許文献１の３次元ソナーによる施工管理方法においては、３次元映像を表示するモニタに、予め入力した設計形状を実測の形状と重ね合わせて表示することができる。

特開２０１１−７０３８号公報

ブロックの据付け作業を行う際、クレーンを操作するクレーンオペレータは、モニタに表示された水中の３次元映像を確認しながら吊持したブロックを移動させるが、ブロックがモニタに表示された領域外にある時は、ブロックの正確な位置を把握することが困難であった。

また、クレーンオペレータは水中電話等による潜水士からの連絡や、水面に現れる潜水士の呼吸気泡の位置により水中の潜水士の位置を判断していたため、潜水士の正確な位置を把握することが困難であった。

さらに、特許文献１の３次元ソナーによる施工管理方法では、設計形状を実測の形状と重ね合わせて表示することができるが、ブロックを据え付ける場合には、設計形状に対して実測形状の足りていない部分を探し出し、その場所にブロックを据え付ける必要があり、どこにどのような順番でいくつのブロックを据え付けるかをクレーンオペレータがモニタを見て判断する必要があった。そのため、迅速なブロックの据え付けが行えていなかった。

そこで、本発明は以上の問題点を解決し、クレーン等の吊持装置に吊持された被設置物を常に管理モニタに表示する管理システムを提供することを目的とする。また、潜水士の位置を管理モニタに表示する管理システムを提供することを目的とする。また、被設置物の目標設置位置を管理モニタに表示する管理システムを提供することを目的とする。

本発明の管理システムは、水中への被設置物の設置作業を管理する管理システムであって、前記被設置物を吊持する吊持装置と、前記水中の３次元領域を走査して水中情報を取得する水中探知装置と、前記水中情報に基づいて前記３次元領域を三次元画像として表示する画像表示装置と、前記水中探知装置の向きを変えて走査範囲を変更する駆動装置と、を備え、前記吊持装置により吊持された前記被設置物の位置が前記画像表示装置の表示範囲内となるように、前記水中探知装置が前記被設置物を自動追尾することを特徴とする。

また、本発明の管理システムは、前記吊持装置により吊持された前記被設置物の位置が前記三次元画像の中央となるように前記水中探知装置が前記被設置物を自動追尾することを特徴とする。

また、本発明の管理システムは、前記水中における潜水士の位置を前記画像表示装置により表示することを特徴とする。

また、本発明の管理システムは、前記被設置物の目標設置位置を前記画像表示装置により表示することを特徴とする。

本発明により、吊持装置により吊持された被設置物の位置を常に把握することができる。また、潜水士の水中での位置を視覚的に確認することができる。また、被置物の設置位置を視覚的に確認することができる。

本発明の実施例１を示す管理システムの全体構成を示す図である。 同、ロッド、ソナーヘッドＧＮＳＳアンテナ及びＧＮＳＳコンパスの左側面図である。 同、管理モニタの映像を示す図である。 同、潜水士マーカーが表示部に表示された状態の管理モニタの映像を示す図である。 同、目標マーカーが表示部に表示された状態の管理モニタの映像を示す図である。 同、鉛直（Ｚ）方向から見た自動追尾範囲を示す図である。 同、水平（Ｘ−Ｙ）方向から見た自動追尾範囲を示す図である。

以下、本発明の実施例について、添付の図１〜図７を参照して説明する。以下に説明する実施例は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。

図１〜図７は本発明の実施例１を示しており、本実施例は、起重機船１上に設けられた吊持装置としてのクレーン装置２による被設置物としての消波ブロック３の設置を管理する管理システムである。設置される消波ブロック３は、起重機船１により設置現場まで運搬される。

図１に示すように、起重機船１に設けられたクレーン装置２は、クレーン装置２を操作する作業員であるクレーンオペレータ４の作業空間であるオペレータ室５と、起伏可能なブーム６と、消波ブロック３を吊持するクレーンワイヤ７を備えている。

オペレータ室５内には、ブーム６の起伏操作と、クレーンワイヤ７の巻き出し操作を管理するクレーン管理装置（図示せず）が配設されている。クレーン管理装置は、ブーム６の起伏角度θや、ブーム６の上端部分である先端部８からクレーンワイヤ７を巻き出した長さＬ１を管理することができる。また、オペレータ室５内には、後述する管理モニタ９が配設されている。

ブーム６の先端部８には、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位衛星システム）アンテナ１０が設けられており、このＧＮＳＳアンテナ１０によりブーム６の先端部８の水平（Ｘ−Ｙ）方向の位置座標が計測される。

クレーンワイヤ７の下端部にはフック１１が取り付けられており、このフック１１に消波ブロック３に縛り付けた吊荷ワイヤ１２を掛止することで、消波ブロック３をクレーン装置２により吊持することができる。クレーンワイヤ７の長さＬ１と吊荷ワイヤ１２の長さＬ２から、ブーム６の先端部８から吊持された消波ブロック３までの長さ、すなわち、総ワイヤ長さＬが特定される。クレーンワイヤ７の長さＬ１はクレーンワイヤ７の巻き出しにより変化するが、吊荷ワイヤ１２の長さＬ２は一定となるように吊荷ワイヤ１２が消波ブロック３に縛り付けられる。

クレーン装置２に吊持された消波ブロック３は、ブーム６の先端部８の鉛直方向下方に位置するため、消波ブロック３の水平（Ｘ−Ｙ）方向の位置座標は先端部８の水平（Ｘ−Ｙ）方向の位置座標と同一となる。また、クレーン装置２に吊持された消波ブロック３の鉛直（Ｚ）方向の位置座標は、ブーム６の起伏角度θと総ワイヤ長さＬから演算される。そのため、消波ブロック３の３次元（Ｘ−Ｙ−Ｚ）位置座標（以下、「吊荷座標」という）が算出される。なお、３次元（Ｘ−Ｙ−Ｚ）位置座標の基準位置は任意に決定することができる。

起重機船１には、超音波を水中に送信して３次元領域を走査し、受信した反射波に基づいて走査領域内の水中情報を取得する水中探知装置１３が配設されている。この水中探知装置１３は、起重機船１の船体に取り付けられるロッド１４と、ロッド１４の下端部に設けられた駆動装置としてのパン・チルト装置１５と、パン・チルト装置１５に取り付けられ、水中に吊り下げられたソナーヘッド１６と、ロッド１４の上端部に設けられたＧＮＳＳ受信機・動揺センサ１７及び２つのＧＮＳＳアンテナ１８を備えている。

図２に示すように、ロッド１４は、鉛直（Ｚ）方向に延伸した縦棒部１９と縦棒部１９の上端部に取り付けられた横棒部２０を有し、略Ｔ字形状に形成されている。

パン・チルト装置１５は、縦棒部１９の下端部に取り付けられている。パン・チルト装置１５は、ソナーヘッド１６を水平（Ｘ−Ｙ）方向と鉛直（Ｚ）方向に回動させる装置であり、パン・チルト装置１５を操作することによりソナーヘッド１６を所望の方向に向けることができる。

ロッド１４の横棒部２０に設けられたＧＮＳＳ受信機・動揺センサ１７は、ソナーヘッド１６及び縦棒部１９の鉛直（Ｚ）方向上方に配置されており、ＧＮＳＳ受信機・動揺センサ１７の水平（Ｘ−Ｙ）方向の位置座標を計測することで、ソナーヘッド１６の水平（Ｘ−Ｙ）方向の位置座標を計測している。また、２つのＧＮＳＳアンテナ１８は、横棒部２０に一定の距離を置いて配置されている。ＧＮＳＳアンテナ１８により方位情報を計測することで、ソナーヘッド１６の向きを計測している。ソナーヘッド１６の水平方向の回転角は船体方位を基準としている。船体方位は船首にセットしたソナーヘッド１６直上のＧＮＳＳアンテナ１８若しくは船体の方位情報（ジャイロ、コンパス等）から得てもよい。

ソナーヘッド１６は、水中に超音波を発射し、水中の３次元領域内にある海底２２や海底２２に設置された構造物２３等の対象物２４に反射した反射波を受信する。受信した反射波により、ソナーヘッド１６から対象物２４までの距離を計測することができる。

水中探知装置１３は、ソナーヘッド１６が受信した反射波に基づいて３次元映像２１を生成する映像処理装置（図示せず）を備えている。映像処理装置により生成された水中の３次元領域の３次元映像２１は、オペレータ室５内に配設された管理モニタ９に表示されるため、クレーンオペレータ４は、水中の３次元領域の３次元映像２１をリアルタイムで視認することができる。

映像処理装置により生成された３次元映像２１は、ＧＮＳＳ受信機・動揺センサ１７により計測したソナーヘッド１６の位置座標、ＧＮＳＳアンテナ１８により計測したソナーヘッド１６の向き、ソナーヘッド１６が受信した反射波による対象物２４までの距離に基づく３次元（Ｘ−Ｙ−Ｚ）の座標情報（以下、「３次元領域座標」という）を有している。

本実施例の消波ブロック３の設置作業においては、吊持された消波ブロック３は潜水士２５により誘導されて設置位置まで移動され設置される。図１に示すように、潜水士２５はトランスポンダ２６と水圧計２７を備え、起重機船１にはトランスデューサ２８が備えられている。このトランスポンダ２６とトランスデューサ２８との間で音響信号の送受を行い、起重機船１に対する潜水士２５の水平（Ｘ−Ｙ）方向の位置情報を計測することができる。また、水圧計２７により潜水士２５の潜水深度を計測し、起重機船１に対する潜水士２５の鉛直（Ｚ）方向の位置情報を計測することができる。そのため、起重機船１に対する潜水士２５の位置が特定される。

図１に示すように、起重機船１には、船位ＧＮＳＳアンテナ２９が備えられており、この船位ＧＮＳＳアンテナ２９により起重機船１の水平（Ｘ−Ｙ）方向の位置座標が計測される。そして、起重機船１の水平（Ｘ−Ｙ）方向の位置座標と、起重機船１に対する潜水士２５の位置情報により、潜水士２５の３次元（Ｘ−Ｙ−Ｚ）の位置座標（以下、「潜水士座標」という）が算出される。

映像処理装置には異なる座標系を統合するソフトウェアがインストールされており、このソフトウェアを実行することにより、３次元領域座標と吊荷座標と潜水士座標を統合し、１つの座標系とすることができる。また、映像処理装置に対して、消波ブロック３の目標設置位置の位置座標（以下、「目標設置座標」という）を入力することにより、目標設置座標も３次元領域座標と吊荷座標と潜水士座標に統合することができる。消波ブロック３の設置は予め立案された設置計画に基づいて行われるため、設置される複数の消波ブロック３には番号が付され、どの番号の消波ブロック３がどの位置に設置されるかが決まっている。そのため、目標設置座標の入力は、消波ブロック３の番号を指定するか、又は設置位置を指定することにより、その設置位置の座標が目標設置座標として入力されるようになっている。

ここで、管理モニタ９に表示される３次元映像２１について説明する。図３〜図５は、管理モニタ９が表示する映像であり、破線Ｐで囲まれた範囲が３次元映像２１である。破線Ｐで囲まれた範囲外の表示部Ｓには３次元映像２１は表示されないが、映像処理装置により統合された座標系（以下、「統合座標系」という）が付与されており、３次元映像２１の周囲の領域を表している。図３〜図５において破線Ｐは説明のために表示しているが、実際の管理モニタ９の映像には表示されない。なお、破線Ｐを管理モニタ９の映像には表示するようにしてもよい。

ソナーヘッド１６は、クレーン装置２に吊持された消波ブロック３を自動で追尾するように設定されている。そのため、クレーン装置２により消波ブロック３が移動されると、吊荷座標に基づいてパン・チルト装置１５が動作し、消波ブロック３を追尾して回動する。これにより、クレーン装置２に吊持された消波ブロック３は、３次元映像２１の中央に位置することになる。ソナーヘッド１６を消波ブロック３に自動追尾させる範囲である自動追尾範囲Ｒは任意に設定可能であり、本実施例では、図６及び図７に示すように水平（Ｘ−Ｙ）方向が半円形状の範囲、鉛直（Ｚ）方向は三角形状の範囲に設定されている。そのため、例えば、クレーン装置２に消波ブロック３を吊持するためにブーム６を船尾３０方向に向けている時等には、自動追尾は機能しない。なお、パン・チルト装置１５はオペレータ室５で手動による操作も可能となっている。

図３においては、説明のため消波ブロック３の位置に消波ブロック３を模したマーカーである消波ブロックマーカー３１を記載しているが、実際の管理モニタ９に表示される３次元映像２１には、消波ブロックマーカー３１は表示されない。消波ブロックマーカー３１が表示されなくても、消波ブロック３は常に３次元映像２１の中央に位置しているため、クレーンオペレータ４は消波ブロック３位置を常に認識することができる。なお、消波ブロックマーカー３１は３次元映像２１に表示するようにしてもよい。また、図３においては、３次元映像２１の左右方向における中心線Ｃを表示しているが、これは説明のため示したものであり、実際の管理モニタ９には表示されないものであるが、表示するようにしてもよい。

図３及び図４に示すように、潜水士２５の位置は、人の顔を模したマーカーである潜水士マーカー３２により表示される。潜水士２５が３次元映像２１で表示される領域内に侵入した場合には、３次元映像２１に潜水士マーカー３２が表示される。また、潜水士２５が３次元映像２１で表示される領域外にいる場合であっても、管理モニタ９に表示可能な範囲にいる場合には、図４に示すように潜水士マーカー３２が管理モニタ９の表示部Ｓに表示される。

図３及び図５に示すように、消波ブロック３の目標設置位置は、球体を模した目標マーカー３３により表示される。目標設置位置が３次元映像２１で表示される領域外である場合であっても、管理モニタ９に表示可能な範囲内である場合には、図５に示すように目標マーカー３３が管理モニタ９の表示部Ｓに表示される。なお、管理モニタ９には、クレーン装置２に吊持された消波ブロック３から目標設置位置までの直線距離が距離表示部３４として表示される。距離表示部３４の表示は、例えば、左右方向、上下方向及び前後方向の目標設置位置までの距離を表示するようにしてもよい。なお、消波ブロックマーカー３１、潜水士マーカー３２及び目標マーカー３３は他の形態としてもよい。また、消波ブロックマーカー３１、潜水士マーカー３２及び目標マーカー３３を、消波ブロック３、潜水士２５及び目標設置位置の大きさに対応させた大きさとすることで実際の大きさや距離を認識し易くなる。

次に、本実施例における消波ブロック３の設置手順について説明する。まず、起重機船１により運搬した消波ブロック３をクレーン装置２により吊持する。クレーンオペレータ４はクレーン装置２を操作し、消波ブロック３を設置位置付近の海中に降下させる。消波ブロック３が自動追尾範囲Ｒ内に入ると、自動追尾機能により消波ブロック３が中央となるように３次元映像２１が管理モニタ９に表示される。また、潜水士２５の位置と目標設置位置が管理モニタ９の表示範囲内である場合には、潜水士マーカー３２と目標マーカー３３が表示される。クレーンオペレータ４は、管理モニタ９の３次元映像２１や距離表示部３４の目標設置位置までの直線距離を視認すると共に、潜水士２５から水中電話（図示せず）を通じて提供される水中の情報に基づいてクレーン装置２を操作し、消波ブロック３を目標設置位置に移動させて設置する。そして、潜水士２５が消波ブロック３から吊荷ワイヤ１２を外した後、クレーン装置２のブーム６を上方に起こすと共にクレーンワイヤ７を巻き戻して設置作業が完了する。なお、設置する消波ブロック３が複数である場合には上記手順を繰り返す。

以上のように、本実施例の管理システムは、水中への被設置物としての消波ブロック３の設置作業を管理する管理システムであって、消波ブロック３を吊持する吊持装置としてのクレーン装置２と、水中の３次元領域を走査して水中情報を取得する水中探知装置１３と、水中情報に基づいて３次元領域を三次元画像２１として表示する画像表示装置としての管理モニタ９と、水中探知装置１３の向きを変えて走査範囲を変更する駆動装置としてのパン・チルト装置１５と、を備え、クレーン装置２により吊持された消波ブロック３の位置が管理モニタ９の表示範囲内となるように、水中探知装置１３が消波ブロック３を自動追尾することにより、作業員が水中探知装置１３を操作してソナーヘッド１６を吊持した消波ブロック３の方向に向ける作業が不要となる。そのため、クレーン装置２を操作するクレーンオペレータ４は、吊持した消波ブロック３の位置を常に確認することができ、設置作業を迅速に行うことができる。

また、本実施例の管理システムは、クレーン装置２により吊持された消波ブロック３の位置が三次元画像２１の中央となるように水中探知装置１３が消波ブロック３を自動追尾することにより、吊持された消波ブロック３は三次元画像２１の中央に位置するため、管理モニタ９に吊持された消波ブロック３の位置を消波ブロックマーカー３１により表示しなくても、クレーンオペレータ４は消波ブロック３の位置を把握することができる。また、消波ブロック３の設置作業において、常に視認すべき消波ブロック３の位置を中央とし、その周辺の三次元画像２１を確認することができる。

また、本実施例の管理システムは、前記水中における潜水士２５の位置を管理モニタ９により表示することにより、クレーンオペレータ４は潜水士２５の位置と、吊持された消波ブロック３と潜水士２５との距離をひと目で確認することができる。そのため、消波ブロック３と潜水士２５との意図しない接触を防止することができ、潜水士２５の安全を確保することができる。

また、本実施例の管理システムは、消波ブロック３の目標設置位置を管理モニタ９により表示することにより、クレーンオペレータ４は、消波ブロック３を設置する位置を判断する必要がない。そのため、管理モニタ９に表示された目標設置位置に消波ブロック３を設置すればよく、迅速に設置作業を行うことができ、作業効率を上げることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。例えば、本発明は海底への構造物の設置作業に限られず、湖底等の水底への構造物の設置作業に用いることができる。また、構造物を吊持する吊持装置は起重機船ではなく陸上に配設してもよい。また、被設置物は消波ブロックに限られず、被覆ブロックや根固ブロック等であってもよい。

２ クレーン装置（吊持装置）
３ 消波ブロック（被設置物）
９ 管理モニタ（画像表示装置）
１３ 水中探知装置
１５ パン・チルト装置（駆動装置）
２１ 三次元画像
２５ 潜水士

Claims (4)

1. 水中への被設置物の設置作業を管理する管理システムであって、
   前記被設置物を吊持する吊持装置と、
   前記水中の３次元領域を走査して水中情報を取得する水中探知装置と、
   前記水中情報に基づいて前記３次元領域を三次元画像として表示する画像表示装置と、
   前記水中探知装置の向きを変えて走査範囲を変更する駆動装置と、を備え、
   前記吊持装置により吊持された前記被設置物の位置が前記画像表示装置の表示範囲内となるように、前記水中探知装置が前記被設置物を自動追尾することを特徴とする管理システム。
2. 前記吊持装置により吊持された前記被設置物の位置が前記三次元画像の中央となるように前記水中探知装置が前記被設置物を自動追尾することを特徴とする請求項１に記載の管理システム。
3. 前記水中における潜水士の位置を前記画像表示装置により表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の管理システム。
4. 前記被設置物の目標設置位置を前記画像表示装置により表示することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の管理システム。