JP3315485B2 - 重機接近監視システム - Google Patents

重機接近監視システム

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JP3315485B2 JP19544193A JP19544193A JP3315485B2 JP 3315485 B2 JP3315485 B2 JP 3315485B2 JP 19544193 A JP19544193 A JP 19544193A JP 19544193 A JP19544193 A JP 19544193A JP 3315485 B2 JP3315485 B2 JP 3315485B2
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新也 上町
兆 中村
武彦 菊池
武 石橋
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Tokyo Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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  • Emergency Alarm Devices (AREA)
  • Alarm Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、クレ−ンなどの重機の
架空送電線への接近を監視するものである。特に、送電
線が風で揺れたりした時に誤動作しないようにした改良
に関する。
【0002】
【従来の技術】道路、建物、橋梁の建設のために、架空
送電線の近傍で、クレ−ン車など重機が工事などを行う
ことがある。この場合、クレ−ン車が送電線に接近する
と感電、電線切断、地絡などの事故を起こす。送電線の
近傍で重機操作を行う時は、送電線に異常接近しないよ
うに注意しなければならない。重機に接近を防ぐために
電線防護ロ−プを張り巡らすこと、立会人による肉眼で
の安全監視などの方法がある。しかしいずれも不完全で
ある。TVカメラで監視するという方法もあるがこれも
人の眼に依存する方法であり完全でない。
【0003】本発明者等は、複数のカメラと画像処理を
用いて送電線、重機の三次元座標を求めて、重機の送電
線への接近を監視する方法を発明した。
【0004】特願平3−98193号は、本発明者によ
るものであるが、一直線上に並べられた光軸が平行な複
数のカメラによって同じものを同時に撮像し、それぞれ
のカメラにおける画像をデジタル変換し、特徴点を抽出
し、同一特徴点に対するカメラ毎の二次元座標から特徴
点の三次元座標を求める。画像処理により特徴点抽出
と、対応付けを行い、三次元座標を求める。カメラ光軸
が平行で、距離が既知であるということが重要である。
二つ以上のカメラに対する撮像面での二次元デ−タがあ
れば、点Pの三次元座標を計算できる。
【0005】図1は本発明者による送電線接近物自動監
視システムの概念図である。鉄塔がいくつも並んで立っ
ており、送電線が複数本懸架されているとする。建物、
道路、橋など構築物の建設工事のために、クレ−ン車が
送電線、鉄塔の近傍で動作している。例えば骨材を運ん
でいる。クレ−ン車は車全体が動くだけでなく、ブ−ム
が回転したり、起倒したりする。またブ−ムジブだけで
なく、これが懸架している骨材などの動きもある。複雑
な自由度を持つ。ために送電線や鉄塔に接触しないよう
にするといっても、車体の動きだけを監視すればよいと
いうものではない。
【0006】このシステムは、カメラ群を備えた視覚部
が主要な働きをなす。視覚部が送電線、クレ−ン車の三
次元座標を自動的に求める。重機が送電線に異常接近す
ると、処理装置が警報を無線で発信する。これをクレ−
ン車の運転者が受信してクレ−ン車の異常接近を知る。
或いは専任監視員、立会人がこれを受信してクレ−ン車
の運転者に知らせるということもあり得る。
【0007】さて視覚部の構成は、複数のカメラを光軸
が平行になるように基線に沿って等間隔に並べたもので
ある。図2に概略を示す。カメラが5つC1 、C2 、C
3 、C4 、C5 あるとする。これらが共通の基線Xの上
に間隔Dを置いて並んでいる。しかもカメラ光軸Z1
2 、Z3 、Z4 、Z5 は全て平行であり、これに平行
な軸をZ軸とする。基線に直角にY軸が定義される。レ
ンズが共通の線上にあり、撮像面もこれより焦点距離F
だけ後にある。レンズ中心を座標の中心にすると、忠実
に光学系を記述できるのであるが、そうすると、倒立実
像が撮像面にできるので、物体と像の方向が反対にな
る。
【0008】比例式の比例定数も負数になる。これは少
し考え難いので、ここでは、撮像面S1 、S2 、S3
4 、S5 をレンズ面に持ってきて、座標の中心を後方
のO1 、O2 、O3 、O4 、O5 点としている。撮像面
と座標中心の距離は焦点距離Fである。レンズ面を通る
線と面の交点Q1 、Q2 、Q3 、Q4 、Q5 で2次元座
標が定義できる。
【0009】こうすると、比例式の定数が正になって扱
い易い。各カメラでの像がQ点である。点P(x,y,
z)のカメラでの像を、Q1 (X1 ,Y1 )、Q2 (X
2 ,Y2 )、Q3 (X3 ,Y3 )、Q4 (X4 ,Y
4 )、Q5 (X5 ,Y5 )とする。カメラがX軸上にあ
るので、Y座標は等しい。X座標の値Xj または、撮像
面の幅の半分Eを足して正の値に直したgj =Xj +E
が用いられる。
【0010】Z方向の距離zは、任意のカメラ間の距離
ijを、カメラでのX座標の差に焦点距離Fを掛けたも
ので割ったものである。z=Dij/(Xj −Xi )Fに
よって求められる。n個のカメラがあると、任意の二つ
を選ぶ数は、n(n−1)/2である。この数だけのz
が求められる。そこでこれらを求めて一致不一致を調べ
て、画像処理や演算が正しいかどうかを確かめることが
できる。
【0011】例えばカメラ数が5であると、10個の異
なる式から同一であるべきzが10個求まる。そこでこ
れを予め計算し、一致することを確かめてから次の演算
をするというのが、前記の特願平3−98193号の骨
子である。
【0012】同じく本発明者の特願平3−98194号
も送電線接近物自動監視に関する。これも一直線上に並
べられた複数のカメラによって、送電線、鉄塔、クレ−
ン車など同じものを同時に撮像し、それぞれにおいて、
デジタル変換し、特徴点抽出して、同じ特願昭を各カメ
ラで撮像した場合に成り立つ関係式を満たすか満たさな
いかの判定をし、正しい情報のみを用いて、特徴点の座
標を求める。特徴点座標の時間微分を計算する。時間微
分を持つ特徴点のみについて距離を計算する。これは動
的な特徴点のみに着目する手法である。重機が送電線に
接近するから危険なのであって、動かなければ危険でな
い。
【0013】そこで、重機以外のものを計算から予め捨
象するために時間微分を計算するのである。これは動的
対象に計算を絞ることにより、計算処理の時間を短縮で
きる。この場合送電線は動かないので、時間微分を取る
と消えてしまう。そこで送電線や鉄塔は予め全体に渡っ
て三次元座標を求めておく必要がある。
【0014】送電線は静止しており形状も単純である。
そこで、送電線の廻りに同心構造のエリアを想定する。
例えば送電線から半径Aの円柱を想定しこの内部に重機
の一部が進入すると危険であるという場合、この円柱内
を危険エリアとする。或いは危険度に軽重の差を付け
て、最も危険なエリア(半径A)、やや危険なエリア
(半径B)、少し危険なエリア(半径C;A<B<C)
というふうに同心2重構造或いは、3重構造にすること
もできる。
【0015】送電線の側に危険エリアまたは接近制限エ
リアを設定しておくと、クレ−ン車など重機の車体、ブ
−ム、ジブなどの一部がこのエリアに進入するかしない
かにより危険であるかそうでないかを判定できる。危険
であると警報を発する。警報は無電で重機側に報知され
る。
【0016】図4は送電線の周りに一定半径を持つ円筒
形状の領域を接近制限エリアまたは危険エリアとして定
義することを説明する図である。送電線1本についてあ
る半径で円筒を規定する。この内部が接近制限エリアで
ある。この図のように送電線が上下に3本あれば、危険
エリアも3つ定義されることになる。
【0017】図2の視覚部は一直線上にカメラを並べた
ものであるが、十字型の基線に沿ってカメラをX軸、Y
軸方向に複数個(5以上)並べたものを視覚部として用
いることができる。X軸方向にだけカメラが並んでいる
場合は、X方向の位置測定の精度は良いが、Y方向の精
度は良くない。一つには特徴点抽出が難しいからであ
る。もう一つは独立なパラメ−タからY座標を求めるこ
とができないからである(Y座標は全て同一である)。
【0018】そこでXY方向に十字型に並ぶカメラ群を
視覚部とすればY方向の位置測定精度も向上する。図1
に示す視覚部は十字型のカメラ配置を有するものであ
る。これは5個のカメラを上下左右真に並べている。十
字型にする場合は5以上のカメラを必要とする。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】これまで説明した送電
線接近監視装置は、送電線と重機の接近を監視する装置
であるが、両者の扱いについて非対称性がある。送電線
については、その廻りに危険エリアを1重にあるいは多
重に設定する。つまり送電線については静的な設定にな
っている。送電線は動かないし形状が簡単であるからで
ある。
【0020】これに対して、重機の方はこれの輪郭に危
険領域を設けるというようなことはしない。重機のほう
は形状が複雑でしかも移動し変形するのでこのような画
一的な取り扱いができないという点がある。クレ−ン車
の場合は、これの車体、クレ−ンの部分など全ての動き
を監視する。そしてクレ−ン車の一部が送電線の危険エ
リアに進入すると危険だと判断する。重機に関しては動
的な監視を行うのである。
【0021】ところが厳密に送電線が動かないかという
とそうではない。送電線は風で揺れることがある。する
と、送電線がその周囲に設定された危険エリアに入ると
いうことになる。送電線が風で動いてもその周囲の危険
エリアは設定し直すということはないので、危険エリア
は静的なものである。送電線自らがその廻りの危険エリ
アに入ってもなんら差し支えない。
【0022】しかし画像処理装置は物体の認識をしない
ので、その送電線の危険エリアに入ってきたものが送電
線そのものであるか、はたまた重機であるかの区別がつ
かない。送電線が危険エリアに入ってきた時でも、重機
が送電線に接近したものと誤解して警報を発する。ばか
ばかしいような誤動作であるが、これが起こり得る。と
くに感度が鋭敏であればあるほど誤動作の惧れが高い。
本発明は、風に揺れる送電線による誤動作を防ぐ機構を
提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明の監視システム
は、重機と送電線を複数のカメラで観察し画像処理によ
り特徴点抽出して重機の輪郭線、送電線の輪郭線の三次
元座標を求め、送電線についてはその周囲に危険エリア
を設定することとし、さらに送電線の近傍空間の、危険
エリアの内側に、送電線の挙動エリア(以下三次元不感
帯と呼ぶ)を設定し、挙動エリアにおける物体の進入は
無視し、警報を発生しないようにした。挙動エリアとい
う命名はこの範囲内で送電線が動き得るという意味であ
る。同じものは三次元不感帯と呼ぶが、この領域への物
体の進入はこれを感知しないという意味である。
【0024】図3に本発明の設定の一例を示す。ここで
は3本の送電線が図示される。この周囲に一定半径の最
も危険なエリア(半径A)、これの外周にやや危険なエ
リア(半径B)がある。最も危険なエリアの内側に三次
元不感帯(半径G)が設けられる。ここでG<A<Bで
ある。勿論、危険エリアはこのように2重であるとは限
らない。1重のこともあるし、3重以上のこともある。
いずれにしても最も内奥の危険エリアのさらに内部に三
次元不感帯を設定するのである。
【0025】
【作用】これにより、送電線が揺れた場合、送電線の座
標は三次元不感帯に存在すると判定され、接近物として
扱われず、誤警報を発しないため、重機接近監視システ
ムには有効に働く。三次元不感帯にあるものが何であっ
てもこれを検出して警報を発しないのである。送電線が
危険エリアの内方で如何に振動し遥動してもこれによっ
て警報を発生するということがない。送電線と重機の一
部を弁別している訳ではない。重機が三次元不感帯に入
っても警報が発生しないことになる。
【0026】しかし重機の一部の場合は、初めから危険
エリアの外側にあるので、外側の危険エリアを通らずに
三次元不感帯に達するということはあり得ない。重機の
一部が危険エリアを通った時に既に警報が発せられてい
るはずである。であるから三次元不感帯に入ったものが
何であるかと区別することなく、ここに物体が存在して
も警報を出さないようにすれば良いのである。こうなる
ためには、三次元不感帯が、最奥の危険エリアよりも内
部に在れば良い。さらにまた、送電線の揺れの最大幅よ
りも三次元不感帯の方が広くなるように設定しなければ
ならない。
【0027】
【実施例】
図5によって実施例を説明する。 (1)初期設定動作 システムを設置する。 複数台のカメラから得られた各画像より送電線を抽出
する。画像の取り込みである。
【0028】三角測量の原理により送電線の三次元座
標を算出する。 送電線の周囲に三次元不感帯及び危険エリアを設定す
る。三次元不感帯は危険エリアの内方にあり、しかも送
電線の揺らぎの最大幅よりも三次元不感帯が広いという
条件が必要である。
【0029】(2)接近監視動作 画像上に写る物体の特徴点(輪郭点)の三次元座標を
計測し、物体が先の危険エリア内に侵入しているか否か
を判定し、侵入している場合は、警報を発する。三次元
不感帯で送電線が揺らいでいても、警報は出ない。送電
線の風による振動遥動による誤動作を防ぐことができ
る。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、送電
線近傍に三次元不感帯を設定したという簡単な処理で本
システムの接近監視時の送電線の揺れによる誤動作を防
止する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明者の創案になる送電線接近物自動監視シ
ステムの概念図。
【図2】光軸が平行になるように設置した複数のカメラ
による物体点の三次元座標の決定方法を説明するための
斜視図。
【図3】本発明の方法に従い、送電線の周囲に危険エリ
アと三次元不感帯を設定した例を示す斜視図。
【図4】送電線の周囲に一定半径の円柱部として接近制
限エリア(危険エリア)を定義したものを示す斜視図。
【図5】本発明の初期設定、接近監視動作を説明するた
めの図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 武彦 東京都千代田区内幸町一丁目1番3号東 京電力株式会社内 (72)発明者 石橋 武 東京都千代田区内幸町一丁目1番3号東 京電力株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−307309(JP,A) 特開 平4−307310(JP,A) 特開 平6−347220(JP,A) 特開 平5−45136(JP,A) 特開 平2−107904(JP,A) 特開 昭62−86990(JP,A) 特開 昭52−112949(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 1/00 280 G01B 11/00 G08B 21/00 G08B 25/00 510

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数台のカメラを、レンズの光軸が平
    行、レンズの位置が光軸に垂直な一直線に位置し焦点も
    この直線に平行な一直線上にあるように並べた視覚部よ
    り得られた複数の画像を用いて送電線の三次元座標を求
    め、送電線の周囲に1重また多重の危険エリアを設定す
    る初期設定と、重機の三次元座標を計測し、重機の一部
    が先の危険エリア内に侵入しているか否かを判定し、侵
    入している場合は、警報を発する接近監視動作を行う重
    機接近監視システムにおいて、送電線の近傍空間に、送
    電線の揺らぎの最大値より広く最奥の危険エリアよりも
    内部にある三次元不感帯を設定し三次元不感帯に物体が
    存在しても警報を発生しないようにしたことを特徴とす
    る重機接近監視システム。
  2. 【請求項2】 複数台のカメラを、レンズの光軸が平
    行、かつレンズが光軸と直角であり互いに直角をなす2
    直線の上に並びしかも焦点も光軸に対して直角で前記の
    2直線に平行な2直線上に位置するように並べた視覚部
    より得られた複数の画像を用いて送電線の三次元座標を
    求め、送電線の周囲に1重また多重の危険エリアを設定
    する初期設定と、重機の三次元座標を計測し、重機の一
    部が先の危険エリア内に侵入しているか否かを判定し、
    侵入している場合は、警報を発する接近監視動作を行う
    重機接近監視システムにおいて、送電線の近傍空間に、
    送電線の揺らぎの最大値より広く最奥の危険エリアより
    も内部にある三次元不感帯を設定し三次元不感帯に物体
    が存在しても警報を発生しないようにしたことを特徴と
    する重機接近監視システム。
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JP2012203677A (ja) * 2011-03-25 2012-10-22 Penta Ocean Construction Co Ltd 安全管理システム
WO2018134987A1 (ja) * 2017-01-23 2018-07-26 中国電力株式会社 クレーン停止システム及び方法

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