JP3708762B2 - プラント運転監視方法とその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元表示を利用したプラント運転監視方法及びその装置に係り、特に保守員・運転員等が実際にプラント現場に行って見るのと同様な視点からの三次元表示が可能なプラント運転監視方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力、火力プラント等の大規模プラントの運転および保守では、プラントに係わる様々な情報を参照する必要がある。例えば中央制御室においては、プラント状態は、運転制御盤に設けた表示装置に表示される系統図、トレンド図を参照して監視されており、また、プラント現場状況は、上述した運転制御盤とは別の現場監視盤に設けた表示装置に表示されるＩＴＶ映像を参照して確認されている。さらに、機器構造、機器間の詳細な接続関係の確認は、プラント設計時に作成された設計図面により行われる。設計図面としては、機器の設計図、機器の配置図、機器と配管の接続関係を示す配管計装線図（以後、Ｐ＆ＩＤと略す）などがあり、これらは従来は図書として用意されていたが、近年は電子化が進められている。
【０００３】
このように提供形態は異なっているが、プラント運転の観点から見ると、プラントの動作状態や現場状況に関する情報と設計図面に関する情報とは関連している。例えば、プラントに異常が発生した場合、運転員は系統図やトレンド図によりプラント状態の把握、異常の進展状況の確認を行うと共に、異常原因の究明や対策の検討を行う。この異常原因究明および対策検討に、設計図面が用いられる。運転員は、系統図で監視している系統や機器に関するＰ＆ＩＤを参照し、センサの位置、機器間の接続関係などから、異常発生箇所の特定、異常の拡大防止のための対策を検討し、プラントの操作、および現場保守員への指示を行う。また保守員は運転員からの指示を受け、現場において点検・修理を実施する機器に関する情報を、Ｐ＆ＩＤ、機器配置図、機器の設計図などで確認する。
【０００４】
上述したように、プラントの運転および保守の観点からは、各々の情報を関連付けて表示する必要がある。プラントの各々の情報を関連付けて表示する方法としては、例えば特開平６−２５９５１７号公報に、プラントの設計時に設計図面の二次元情報と、機器や配管など（以下、これらを総称するときは単に「機器」ともいう）の三次元構造および配置が容易に把握可能な情報提示装置が開示されている。該情報提示装置では、表示装置に表示したプラントの三次元ＣＧ画面内で、ある機器を選択した時、選択された機器が含まれる設計図面をデータベースより検索して三次元ＣＧ画面に重ねて（ウィンドウを設けて）表示する。また逆に、設計図面内で機器を選択し、その選択された機器が設置されているプラント領域の三次元ＣＧを表示装置に表示する。そのプラント領域は、壁、床、天井で囲まれる領域である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の情報提示装置では、プラントのある部分の三次元ＣＧ画面と設計図のそれに対応する部分が重ねて表示されるので、保守員／運転員は容易に情況や問題点の把握を行える。しかし、特に複雑な構成のプラントでは、表示しようとする領域の三次元ＣＧ画面をどの視点から見るかによって、ある機器が他の機器の後方にかくれて見えないことがある。また保守員が現場にいるときの視点の高さは自づと決まっている。従って三次元画像表示のための視点を適切に選び、特に監視したい機器を、保守員が実際にプラント現場に行った時と同様に対象物が見えるようにするのが好ましいが、従来技術ではこの点が考慮されていなかった。また、Ｐ＆ＩＤ表示画面と三次元ＣＧ画面との関連を運転員などへ分かり易く表示するためには、Ｐ＆ＩＤ表示画面の表示範囲と三次元ＣＧの表示範囲を同一にすること、すなわちＰ＆ＩＤ表示画面に表示されているすべての機器が、三次元ＣＧ画面に表示されていることが好ましいが、この点も従来技術では考慮されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、プラントの三次元ＣＧ表示と設計図の表示とを、正確に対象領域を対応づけて表示でき、また三次元ＣＧ表示の視点を、監視したい対象機器が確実に見えるように、現場で実際に見ているように自動設定できるようにしたプラント運転監視方法とその装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラントを構成する物体を三次元表示してユーザに提示するプラント運転監視装置において、
プラントの設計図面の表示画面上で１つの物体を対象物として選択するための物体選択手段と、
この手段により選択された対象物の三次元ＣＧ画面上への投影面積の予め定めた所定割合より多くが他の物体に妨害されずに見える視点があればそれを決定視点とし、なければ最も多く見える視点を決定視点とする視点決定手段と、
この手段により決定された決定視点からみたプラント構成物体を隠面処理を含めて投影して三次元ＣＧ画面を提示する三次元画面表示手段と、
を備えたことを特徴とするプラント運転監視装置を開示する。
【０００８】
更に本発明は、視点決定手段は、その点から見たときに前記対象物全体が視野内に入るような前記対象物中心からの距離を有する点の集合を第１次視点候補として定める第１の手段と、前記第１次視点候補の内でその点の床からの高さとユーザの目の前記床からの高さとの差が予め定めた値以下となる視点のみを第２次視点候補として取り出す第２の手段と、１つの視点が与えられたときにその視点と前記対象物との間に介在する他物体を検出するための第３の手段と、この手段により検出された他物体の三次元ＣＧ画面上への投影面と前記対象物の投影面との重なり面積の前記対象物の投影面の面積に対する面積比を求めるための第４の手段と、前記第２次視点候補の視点を順次取り出し、取り出した視点に対して前記第３の手段により介在する他物体を検出させ、前記第４の手段により前記面積比を算出させ、その面積比が前記所定割合より小さい視点があればその視点を決定視点とし、前記面積比か前記所定割合より小さい視点がないときは前記面積比を最も小さくする視点を決定視点とする第５の手段とから構成されたプラント運転監視装置を開示する。
【０００９】
更に本発明は視点決定手段は、その点から見たときに前記対象物全体が視野内に入るような前記対象物中心からの距離を有する点の集合を第１次視点候補として定める第１の手段と、前記第１次視点候補の内でその点の床からの高さとユーザの目の前記床からの高さとの差が予め定めた値以下となる視点のみを第２次視点候補として取り出す第２の手段と、１つの視点が与えられたときにその視点と前記対象物との間に介在する他物体を検出するための第３の手段と、この手段により検出された他物体の三次元ＣＧ画面上への投影面と前記対象物の投影面との重なり面積の前記対象物の投影面の面積に対する面積比を求めるための第４の手段と、前記第２次視点候補の視点を順次取り出し、取り出した視点に対して前記第３の手段により介在する他物体を検出させ、前記第４の手段により前記面積比を算出させ、その面積比が前記所定割合より小さい視点があればその視点を決定視点とし、前記面積比か前記所定割合より大きくてかつ前記検出された他物体のうち対象物に最も近くに存在するものが壁であるときには、対象物の中心と当該視点を結ぶ直線上の、前記壁の対象物側の点を決定視点とし、前記面積比が前記所定割合より大きくてかつ前記検出させた物体のうち対象物に最も近くに存在するものが壁ではないときには、前記面積比を最も小さくする視点を決定視点とする第５の手段とから構成されたプラント運転監視装置を開示する。
【００１０】
更に本発明は、視点決定手段は、その点から見たときに前記プラントの設計図面の表示画面上に表示された全ての物体が視野内に入るような、前記表示された全ての物体の中心からの距離を有する点の集合を視点候補として定める第１の手段と、１つの視点が与えられたときにその視点と前記対象物との間に介在する他物体を検出するための第２の手段と、この手段により検出された他物体の三次元ＣＧ画面上への投影面と前記対象物の投影面との重なり面積の前記対象物の投影面の面積に対する面積比を求めるための第３の手段と、前記視点候補を順次取り出し、取り出した視点に対して前記第２の手段により介在する他物体を検出させ、前記第３の手段により前記面積比を算出させ、その面積比が前記所定割合より小さい視点があればその視点を決定視点とし、前記面積比が前記所定割合より小さい視点がないときは前記面積比を最も小さくする視点を決定視点とする第４の手段とから構成されたプラント運転監視装置を開示する。
【００１１】
更に本発明は、プラントの設計図面の表示画面上で１つの物体を対象物として選択し、その対象物全体を視野内に収められる対象物からの距離をもつ視点候補を定め、更にその視点と床位置から当該視点の高さがユーザがその床に立ったときの目の高さと所定の差以内にある視点のみを取り出し、こうして取り出した視点の内で対象物の画面上への投影面積が所定の割合以上他物体に妨害されずに見える視点を決定視点として検出し、この決定視点からみた投影図を画面上に表示してユーザのプラント運転監視に供するようにしたことを特徴とするプラント運転監視方法を開示する。
【００１２】
更に本発明は、対象物の画面上への投影面積が所定の割合以下であっても、視野を妨害している物体のうちの対象物に最も近くにあるものが壁であるときは、当該視点と対象物を結ぶ直線上の、壁の対象物側を決定視点とするプラント運転監視方法を開示する。
【００１３】
更に本発明は、プラントの設計図面の表示画面上で１つの物体を対象物として選択し、その点から見たときに前記プラントの設計図面の表示画面上に表示された全ての物体が視野内に入るような、前記表示された全ての物体の中心からの距離を有する点の集合を視点候補として定め、こうして定めた視点の内で対象物の画面上への投影面積が所定の割合以上他物体に妨害されずに見える視点を決定視点として検出し、この決定視点からみた投影図を画面上に表示してユーザのプラント運転監視に供するようにしたことを特徴とするプラント運転監視方法を開示する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明になるプラント運転監視装置の構成例を示すブロック図で、このプラント監視装置１は、保守員・運転員等（以下ユーザともいう）からの入力をキーボード、マウスなどの入力装置２から取り込み、Ｐ＆ＩＤ表示機能１１及び三次元表示機能１２へ振り分ける。また、Ｐ＆ＩＤ表示機能１１及び三次元表示機能１２から出力された表示画面を表示装置３へ出力する。Ｐ＆ＩＤ表示機能１１、三次元表示機能１２が参照するＰ＆ＩＤ描画データ、三次元描画データなどはデータベース４に格納されている。
【００１５】
Ｐ＆ＩＤ表示機能１１は、表示制御部１１１、対象機器特定部１１２から構成されている。Ｐ＆ＩＤ表示機能１１の動作を図２を参照して説明する。図２は、表示装置３の表示画面例であり、Ｐ＆ＩＤ表示画面２０２がウィンドウ表示されている。表示制御部１１１は、このＰ＆ＩＤ表示画面２０２の表示／消去、拡大／縮小、パン操作、機器選択などを制御する。表示制御部１１１の詳細な処理内容についての説明は本発明に直接関係ないので省略し、概要を以下説明する。ユーザが入力手段２によりカーソル２０２１を操作して対象物（機器２１０１（Ｐ））を選択すると、表示制御部１１１は対象機器特定部１１２に処理開始命令を出力する。対象物特定部１１２は、表示制御部１１１からの処理開始命令を受け、ユーザが選択した位置情報とデータベース４に格納されているＰ＆ＩＤ描画データから、対象物が機器２１０１（Ｐ）であることを特定し、機器２１０１（Ｐ）のＩＤ番号を三次元表示機能１２へ出力する。このＩＤ番号は、Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データで共通のものとすることにより、Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データで機器の対応を確認できるようにする。
【００１６】
図３は、Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データの構造を示すもので、同図（ａ）のＰ＆ＩＤ描画データは、ＩＤ番号、座標、Ｐ＆ＩＤを表示するための形状データから構成されている。Ｐ＆ＩＤは二次元の図なので、座標は二次元座標となる。この座標は、形状データの描画開始位置である。形状データは、頂点の座標と２つの頂点を結ぶ線種で構成されている。例えば、三角形のデータは、３つの頂点の座標と３つの線種データから構成される。また、三次元描画データは、ＩＤ番号、座標、三次元の機器または配管を描画するための形状データから構成されている。三次元表示では、座標は三次元座標となる。この座標は、形状データの描画開始位置である。形状データは、頂点の座標と法線の座標から構成されており、基本的には頂点間を直線で結んで三次元形状を表示する。実際には、例えば四角形、三角形、四角柱、円錐などの基本的な形状を部品化し、それらの部品を組み合わせて機器などの形状を表現している。これは、描画処理の簡略化と高速化を図るためである。なお、法線の座標データは機器に影をつけたり、曲面を滑らかに表現する処理に使用するものであり、本発明では詳細な説明を省略する。
【００１７】
次に、図1の三次元表示機能１２について説明する。三次元表示機能１２は、対象機器特定部１２１、表示制御部１２７の他、本発明の特徴とする視点検索点設定部１２２、床検出部１２３、ユーザ情報設定部１２４、視点検索部１２５、壁検出部１２６から構成されている。このうち、対象機器特定部１２１は、Ｐ＆ＩＤ表示機能１１の対象機器特定部１１２から取り込んだＩＤ番号を基に、データベース４の三次元描画データを参照して三次元表示での機器２１０１（Ｄ）を特定する。表示制御部１２７は、視点検索部１２５が決定した視点位置からの三次元画像を表示または表示更新する。また、表示制御部１２７は、三次元表示の拡大／縮小、回転などの操作も実施する。
【００１８】
視点検索点設定部１２２は、ユーザが選択した機器をユーザがプラント現場で見ている状況と同等の三次元表示画面として表示するための視点位置の候補、即ち視点検索点を設定する。図４は、視点検索点設定部１２２における視点位置候補決定方法の説明図で、まず、ユーザが選択した機器３０１に外接する立方体３０２を求める。図５は、この機器３０１に外接する立方体の求め方の説明図である。図３で説明したように、形状データは、複数の頂点座標データで構成されていて、その頂点座標は相対座標値である為、まず機器の座標と足し合わせることにより各頂点の絶対座標を求める。図５の対象物の場合、１６個の頂点Ｐ１〜Ｐ１６を求める。次にこれらすべての頂点の絶対座標データから、対象物３０１のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標での最大値、最小値（Ｘmax,Ｘmin）（Ｙmax,Ｙmin）（Ｚmax,Ｚmin）を求め、これら求めたＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の最大値、最小値を組み合わせた８個の座標（Ｘmax,Ｙmin,Ｚmax）、（Ｘmax,Ｙmax,Ｚmax）、（Ｘmin,Ｙmin,Ｚmax）、（Ｘmin,Ｙmax,Ｚmax）、（Ｘmax,Ｙmin,Ｚmin）、（Ｘmax,Ｙmax,Ｚmin）、（Ｘmin,Ｙmin,Ｚmin）、（Ｘmin,Ｙmax,Ｚmin）をその頂点とする立方体を求めれば、これが対象物に外接する外接立方体になる。図５の場合は頂点ＰＳ１〜ＰＳ８をもつ立方体である。
【００１９】
対象物の外接立方体が求まると、図４に戻って次にこの立方体の長辺に予め定めた係数を乗じて、対象物と視点位置との距離ｒを算出する。この距離ｒは、対象物をどの程度の大きさで表示するかを決定するものであり、対象物に外接する立方体の長辺に乗じる係数により調整することが可能である。次に、対象物に外接する立方体の重心をその中心座標とし、距離ｒをその半径とする球を求め、その球面３０４上に格子を設定する。この設定方法としては、例えば予め定めた分割数で球面上に水平方向の分割線３０６、垂直方向の分割線３０５を設定する。そしてこれら分割線の交点に形成されたＰ００、Ｐ１０、…を第１次視点検索点とする。
【００２０】
図６は、上記の第１次視点検索点をさらに絞り込む処理の説明図である。この処理は、ユーザが実際にプラントの現場で、対象物３０１を見ている状況を実現するために必要である。例えば、第１次視点検索点のＹ軸上にある格子点Ｐ００は、対象物を真上から見るときに設定する視点位置であり、現実的な視点位置とは言い難い。そこで、ユーザが対象物が設置されている部屋に立っている状況を判断するために床検出部１２３により、対象物３０１の真下にある床（図６では床３０７）を検出する。また、ユーザ情報設定部１２４からユーザの身長または目の高さを取り込み、床のＹ軸座標（高さ方向の座標）とユーザの目の高さｈから視点検索を実施する範囲を判定する。例えば、視点の高さとして、ユーザの目の高さ±１０ｃｍ内にある１次視点検索点を２次視点検索点とする。図６の例では、格子点Ｐ３１〜Ｐ３ｎが視点検索の対象となる。
【００２１】
ここで、床検出部１２３、ユーザ情報設定部１２４について簡単に説明する。床検出部１２３は、対象機器特定部１２１で対象機器が特定されると、対象機器の底から真下（Ｙ軸のマイナス方向）に向かって床の検出を行う。この検出された床を、ユーザがプラント現場に行った際に、ユーザが立っている床とする。この床の情報は、視点検索点設定部１２２に出力する。また、ユーザ情報設定部１２４は、入力装置２から入力されるユーザに関する情報、本発明ではユーザの身長、またはユーザの視点の高さ（床から目の位置の高さ）を取り込み、これを視点検索点設定部１２２に出力する。ユーザに関する情報の入力は、例えば、キーボードから必要な項目を入力する形態、ＩＤカードを用いてユーザを認識して、あらかじめプラント監視装置１に格納しておくユーザ情報を取り込む形態、あらかじめユーザ情報を入力したＩＣカードを用いて、このＩＣカードよりユーザ情報を取り込む形態と様々な形態が考えられるが、これら使用する形態に応じて入力装置２の構成を変更することで対応が可能である。
【００２２】
次に、図１の視点検索部１２５の動作を説明する。図７は、視点検索部１２５の動作を示すフローチャートで、視点検索点設定部１２２から第２次視点検索点を取り込むと（ステップ７０１）、その中から１つの視点を取り出す（ステップ７０２）。次にこの取り出した視点から見たときの視野内の全ての物体の座標データから、それらの表示画面上への投影図を生成する（ステップ７０３）。図８はこの投影図の例であり、図８（ｂ）の正面図が実際に表示画面に表示したときにユーザに見える画面（投影図）を示している。同図（ａ）は上面図、（ｃ）は側面図で、３つの物体８０１、８０２、８０３の位置関係が示されている。そして対象物を物体８０２とすると、この例では対象物が投影図では見えない場合である。また、対象物を物体８０３とした場合はその一部に物体８０１が重なっている。対象物を物体８０１とした場合だけ、他の物体８０２、８０３に阻まれることなく表示することが可能である。
【００２３】
このような投影図において、今選択している視点に対して対象物が十分見えるような状況か否かの判定が必要となるが、このためにまず表示画面を桝目に分割し、視野内にある物体ごとにその投影図と重なりを持つ桝目を対応づける（ステップ７０４）。ここで桝目の大きさは、予め定めておくか、ユーザ操作により入力するものとする。図９は、この処理の説明図で、表示面９００には対象物の投影図９１１、その他の物体の投影図９１２、９１３が生成されているとする。そして図示のように表示画面９００を分割したとすると、対象物の投影図には横線ハッチの領域９１１内の桝目が対応づけられ、他物体の投影図９１２、９１３にはそれぞれ斜めハッチ、縦線ハッチの領域９１２、９１３内の桝目が対応づけられる。
【００２４】
各物体投影図対応の桝目がわかると、次に対象物とその他の物体にともに対応した桝目でかつ他の物体の方が対象物よりも視点に近く位置するような桝目の数αを数える（ステップ７０５）。図９の例では、投影図９０３の物体の方が対象物より手前にあるとすると、横線ハッチの領域９１１と縦線ハッチの領域９１３が重なる部分の桝目の数４がαの値となる。
【００２５】
重なり桝目の数αがわかると、この数αの対象物対応桝目数に対する比が予め設定した値β（＜１）より小さいかを判定し（ステップ７０６）、小さければ現在の視点を決定視点とし（ステップ７０７）、処理を終了する。図９の例では対象物対応の桝目数は２４、α／２４＝１／６であり、例えばβ＝１／５ならステップ７０７で視点決定となる。また、上記の比がβ以下でないときは対象物と重なり桝目をもつ物体で対象物に最も近いものが壁かを判定する（ステップ７０８）。この判定のための壁の位置情報は、壁検出部１２６から与えられる。そして壁であったときは現在の視点と対象物外接立方体の重心を結ぶ視線上で壁の対象物側の点を新しい視点として決定し（ステップ７０９）、処理を終了する。また、ステップ７０８の判定で、対象物に最も近い物体が壁でないとされたときは、重なり桝目の数αを現在の視点の番号とともに記憶しておき（ステップ７１０）、未処理の視点が取り込んだ第２次視点検索点に残っていれば（ステップ７１１でＹｅｓ）、ステップ７０２へ戻り、決定視点が得られないままで視点検索点がなくなれば（ステップ７１１でＮｏ）、今までに記憶した重なり桝目数αのうち、最も小さい値を持つ視点を決定視点とし（ステップ７１２）、処理を終了する。
【００２６】
以上に説明した図１の実施の形態によれば、保守員がＰ＆ＩＤ表示画面内の機器を選択したとき、その対象物が他物体により所定の割合β以上かくされていないときは設定した距離を持つ視点からの三次元ＣＧ画像が表示され、また障害物で最も対象物に近いものが壁の時はその対象物側へ移動した視点からの三次元ＣＧ画像が表示され、これらのいずれを満たす視点もないときは最も対象物が多く表示される視点からの三次元ＣＧ画像が表示される。そしてこれらの表示画面は、保守員が実際にプラント現場に行ったときの視点位置で見た三次元ＣＧ画面であり、保守員の監視作業の効率向上をはかることができる。
【００２７】
図１０は、本発明になるプラント運転監視装置の別の構成例を示すブロック図で、プラント運転監視装置１Ａは、図１の場合と同様、入力装置２、表示装置３、データベース４と接続されている。Ｐ＆ＩＤ表示機能１１Ａには、図１と同機能の表示制御部１１１、対象機器特定部１１２の他に、表示領域判定部１１３が設けられている。また三次元表示機能１２Ａには、やはり図１と同機能の対象機器特定部１２１及び表示制御部１２７の他に、表示領域設定部１２８、視点検索点設定部１２２Ａ及び視点検索部１２５Ａが設けられている。
【００２８】
上記構成において、Ｐ＆ＩＤ表示機能１１Ａの動作を図２の表示例を参照して説明する。まずＰ＆ＩＤ表示機能１１Ａの表示制御部１１１は、ウィンドウとして重ね表示されたＰ＆ＩＤ表示画面２０２の表示／消去、拡大／縮小、パン操作、機器選択を制御し、ユーザが入力手段２によりカーソル２０２１を操作して対象物（機器２１０１（Ｐ））を選択すると、表示制御部１１１は対象機器特定部１１２および表示領域判定部１１３に処理開始命令を出力する。対象物特定部１１２は、表示制御部１１１からの処理開始命令を受け、ユーザが選択した位置情報とデータベース４に格納されているＰ＆ＩＤ描画データから、対象物が機器２１０１（Ｐ）であることを特定し、三次元表示機能１２Ａへ機器２１０１（Ｐ）のＩＤ番号を出力する。ＩＤ番号は、Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データで共通のＩＤ番号を使用している。従って、Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データで対応する機器のＩＤ番号は同じである。また、表示領域判定部１１３は、Ｐ＆ＩＤ表示画面２０２に表示されている機器２１０１（Ｐ）、機器２１０２（Ｐ）、機器２１０３（Ｐ）、機器２１０４（Ｐ）、および配管２２０１（Ｐ）、配管２２０２（Ｐ）、配管２２０３（Ｐ）、配管２２０４（Ｐ）、配管２２０５（Ｐ）、配管２２０６（Ｐ）、配管２２０７（Ｐ）のＩＤ番号を三次元表示機能１２Ａへ出力する。
【００２９】
三次元表示機能１２Ａでは、対象機器特定部１２１がＰ＆ＩＤ表示機能１１Ａの対象機器特定部１１２から取り込んだＩＤ番号を基に、データベース４の三次元描画データを参照して三次元表示での機器２１０１（Ｄ）を特定する。一方、表示領域設定部１２８は、Ｐ＆ＩＤ表示機能１１Ａの表示領域判定部１１３から取り込んだＩＤ番号を基に、データベース４の三次元描画データを参照して、機器２１０１（Ｄ）、機器２１０２（Ｄ）、機器２１０３（Ｄ）、機器２１０４（Ｄ）、および配管２２０１（Ｄ）、配管２２０２（Ｄ）、配管２２０３（Ｄ）、配管２２０４（Ｄ）、配管２２０５（Ｄ）、配管２２０６（Ｄ）、配管２２０７（Ｄ）が全て含まれる三次元表示の表示領域を設定する。この設定方法は、図１の視点検索点設定部１２２において図５により説明した対象物外接立方体を求める方法と同じ方法でよく、上記の各機器および配管の三次元描画データの形状データからＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の最大値と最小値を求め、この値の組み合わせにより表示領域内の機器および配管に外接する立方体を求めればよい。
【００３０】
次に、視点検索点設定部１２２Ａは、表示領域設定部１２８により設定された表示領域が三次元表示画面に収まり、対象物がユーザに見える視点位置を検索するための視点検索点を設定する。図１１はこの処理の説明図で、まず表示領域設定部で定めたところの、対象物１１０１を含む表示領域１１０２がすべて表示可能な視点までの距離ｒＡを算出する。この距離ｒＡの算出は、表示領域として求めた機器等の外接立方体の長辺に、予め定めた係数を掛け合わせることにより求められる。次に、外接立方体の重心を中心座標とし、距離ｒＡを半径とする球面１１０３を生成し、その表面に図４の場合と同様にして格子状に分離し、その格子点Ｑ００、Ｑ１１…を視点検索点として視点検索部１２５Ａへ出力する。図１の場合は対象物だけの外接立方体から視点までの距離を決めることで視野が決まり、従ってＰ＆ＩＤ表示画面に表示されている機器等の全てが必ずしも三次元ＣＧ画面に表示されるとは限らないが、上記した視点検索点の決め方によれば、Ｐ＆ＩＤ画面２０２に表示されている物体全てを三次元ＣＧ画面に表示できる。さらに、鳥瞰的な三次元表示画面として提示することが目的であるとすると、これ以上の視点検索点の絞り込みは行わず、点Ｑ００、Ｑ１１…の全てを視点検索点とすればよい。
【００３１】
図１２は、視点検索部１２５Ａの処理を示すフローチャートである。この処理はその大部分が図７のフローチャートと同様である。異なっているのは、ステップ１１０１で取り込む視点検索点が図７の場合のように絞り込まれておらず、全ての点Ｑ００、Ｑ１１…であることと、壁の有無検出やそれに伴う処理がない点で、ステップ１１０２〜１１０７は図７のステップ７０２〜７０７のそれぞれと同じ、ステップ１１０８〜１１１０は図７のステップ７１０〜７１２とそれぞれ同じであり、対象物が一定割合β以上で見えればその視点が、そうした点がなければ最も多く見える視点がが選ばれる。但しこの場合は、候補となる視点が図７の時より多いから、βの値は図７の時より小さく設定してもステップ１１０７で視点が決定できる。
【００３２】
以上に示した図１０の実施の形態によれば、ユーザがＰ＆ＩＤ表示画面内の機器を選択した際、Ｐ＆ＩＤ表示画面に表示されているすべての機器・配管が、三次元ＣＧ画面に表示されるので、ユーザは各機器の判別が容易になる利点がある。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、プラント運転および保守のために設計図面より三次元ＣＧを表示する場合に、保守員は、注目した機器または配管について、保守員が実際にプラント現場に行った時と同じような視点からの三次元ＣＧ画面を容易に取得可能となるので、現場点検前の作業項目確認、および現場での作業を迅速に行うことが可能となり、また、運転員は設計図面で注目している範囲の三次元ＣＧ画面を容易に取得可能となるので、設計図面から得られる機器・配管の接続関係と、三次元ＣＧ画面から得られる機器・配管の空間的な配置関係の対応の把握を短時間で行うことが可能となるので、プラントの運転・保守作業効率の向上に効果があり、プラントの安全性の向上にもつながる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるプラント運転監視装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】重ねて表示された三次元ＣＧ画面とＰ＆ＩＤ表示画面の例である。
【図３】Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データの構造説明図である。
【図４】図１の視点検索点設定部における視点検索点の設定処理説明図である。
【図５】対象物の外接立方体の説明図である。
【図６】図１の視点検索点設定部における視点検索範囲絞り込み処理の説明図である。
【図７】図１の視点検索部の処理を示すフローチャートである。
【図８】表示画面への投影図の例である。
【図９】視点位置から対象物までの障害物検出処理の説明図である。
【図１０】本発明になるプラント運転監視装置の別の構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１０の視点検索点設定部における視点検索点設定処理の説明図である。
【図１２】図１０の視点検索部の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１、１Ａ プラント運転監視装置
２ 入力装置
３ 出力装置
４ データベース
１１ Ｐ＆ＩＤ表示機能
１２ 三次元表示機能
１１１ 表示制御部
１１２、１２１ 対象機器特定部
１２２、１２２Ａ 視点検索点設定部
１２３ 床検出部
１２４ ユーザ情報設定部
１２５、１２５Ａ 視点検索部
１２６ 壁検出部
１２７ 表示制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元表示を利用したプラント運転監視方法及びその装置に係り、特に保守員・運転員等が実際にプラント現場に行って見るのと同様な視点からの三次元表示が可能なプラント運転監視方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力、火力プラント等の大規模プラントの運転および保守では、プラントに係わる様々な情報を参照する必要がある。例えば中央制御室においては、プラント状態は、運転制御盤に設けた表示装置に表示される系統図、トレンド図を参照して監視されており、また、プラント現場状況は、上述した運転制御盤とは別の現場監視盤に設けた表示装置に表示されるＩＴＶ映像を参照して確認されている。さらに、機器構造、機器間の詳細な接続関係の確認は、プラント設計時に作成された設計図面により行われる。設計図面としては、機器の設計図、機器の配置図、機器と配管の接続関係を示す配管計装線図（以後、Ｐ＆ＩＤと略す）などがあり、これらは従来は図書として用意されていたが、近年は電子化が進められている。
【０００３】
このように提供形態は異なっているが、プラント運転の観点から見ると、プラントの動作状態や現場状況に関する情報と設計図面に関する情報とは関連している。例えば、プラントに異常が発生した場合、運転員は系統図やトレンド図によりプラント状態の把握、異常の進展状況の確認を行うと共に、異常原因の究明や対策の検討を行う。この異常原因究明および対策検討に、設計図面が用いられる。運転員は、系統図で監視している系統や機器に関するＰ＆ＩＤを参照し、センサの位置、機器間の接続関係などから、異常発生箇所の特定、異常の拡大防止のための対策を検討し、プラントの操作、および現場保守員への指示を行う。また保守員は運転員からの指示を受け、現場において点検・修理を実施する機器に関する情報を、Ｐ＆ＩＤ、機器配置図、機器の設計図などで確認する。
【０００４】
上述したように、プラントの運転および保守の観点からは、各々の情報を関連付けて表示する必要がある。プラントの各々の情報を関連付けて表示する方法としては、例えば特開平６−２５９５１７号公報に、プラントの設計時に設計図面の二次元情報と、機器や配管など（以下、これらを総称するときは単に「機器」ともいう）の三次元構造および配置が容易に把握可能な情報提示装置が開示されている。該情報提示装置では、表示装置に表示したプラントの三次元ＣＧ画面内で、ある機器を選択した時、選択された機器が含まれる設計図面をデータベースより検索して三次元ＣＧ画面に重ねて（ウィンドウを設けて）表示する。また逆に、設計図面内で機器を選択し、その選択された機器が設置されているプラント領域の三次元ＣＧを表示装置に表示する。そのプラント領域は、壁、床、天井で囲まれる領域である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の情報提示装置では、プラントのある部分の三次元ＣＧ画面と設計図のそれに対応する部分が重ねて表示されるので、保守員／運転員は容易に情況や問題点の把握を行える。しかし、特に複雑な構成のプラントでは、表示しようとする領域の三次元ＣＧ画面をどの視点から見るかによって、ある機器が他の機器の後方にかくれて見えないことがある。また保守員が現場にいるときの視点の高さは自づと決まっている。従って三次元画像表示のための視点を適切に選び、特に監視したい機器を、保守員が実際にプラント現場に行った時と同様に対象物が見えるようにするのが好ましいが、従来技術ではこの点が考慮されていなかった。また、Ｐ＆ＩＤ表示画面と三次元ＣＧ画面との関連を運転員などへ分かり易く表示するためには、Ｐ＆ＩＤ表示画面の表示範囲と三次元ＣＧの表示範囲を同一にすること、すなわちＰ＆ＩＤ表示画面に表示されているすべての機器が、三次元ＣＧ画面に表示されていることが好ましいが、この点も従来技術では考慮されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、プラントの三次元ＣＧ表示と設計図の表示とを、正確に対象領域を対応づけて表示でき、また三次元ＣＧ表示の視点を、監視したい対象機器が確実に見えるように、現場で実際に見ているように自動設定できるようにしたプラント運転監視方法とその装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラントを構成する物体を三次元表示してユーザに提示するプラント運転監視装置において、
プラントの設計図面の表示画面上で１つの物体を対象物として選択するための物体選択手段と、
この手段により選択された対象物の三次元ＣＧ画面上への投影面積の予め定めた所定割合より多くが他の物体に妨害されずに見える視点があればそれを決定視点とし、なければ最も多く見える視点を決定視点とする視点決定手段と、
この手段により決定された決定視点からみたプラント構成物体を隠面処理を含めて投影して三次元ＣＧ画面を提示する三次元画面表示手段と、
を備えたことを特徴とするプラント運転監視装置を開示する。
【０００８】
更に本発明は、視点決定手段は、その点から見たときに前記対象物全体が視野内に入るような前記対象物中心からの距離を有する点の集合を第１次視点候補として定める第１の手段と、前記第１次視点候補の内でその点の床からの高さとユーザの目の前記床からの高さとの差が予め定めた値以下となる視点のみを第２次視点候補として取り出す第２の手段と、１つの視点が与えられたときにその視点と前記対象物との間に介在する他物体を検出するための第３の手段と、この手段により検出された他物体の三次元ＣＧ画面上への投影面と前記対象物の投影面との重なり面積の前記対象物の投影面の面積に対する面積比を求めるための第４の手段と、前記第２次視点候補の視点を順次取り出し、取り出した視点に対して前記第３の手段により介在する他物体を検出させ、前記第４の手段により前記面積比を算出させ、その面積比が前記所定割合より小さい視点があればその視点を決定視点とし、前記面積比か前記所定割合より小さい視点がないときは前記面積比を最も小さくする視点を決定視点とする第５の手段とから構成されたプラント運転監視装置を開示する。
【０００９】
更に本発明は視点決定手段は、その点から見たときに前記対象物全体が視野内に入るような前記対象物中心からの距離を有する点の集合を第１次視点候補として定める第１の手段と、前記第１次視点候補の内でその点の床からの高さとユーザの目の前記床からの高さとの差が予め定めた値以下となる視点のみを第２次視点候補として取り出す第２の手段と、１つの視点が与えられたときにその視点と前記対象物との間に介在する他物体を検出するための第３の手段と、この手段により検出された他物体の三次元ＣＧ画面上への投影面と前記対象物の投影面との重なり面積の前記対象物の投影面の面積に対する面積比を求めるための第４の手段と、前記第２次視点候補の視点を順次取り出し、取り出した視点に対して前記第３の手段により介在する他物体を検出させ、前記第４の手段により前記面積比を算出させ、その面積比が前記所定割合より小さい視点があればその視点を決定視点とし、前記面積比か前記所定割合より大きくてかつ前記検出された他物体のうち対象物に最も近くに存在するものが壁であるときには、対象物の中心と当該視点を結ぶ直線上の、前記壁の対象物側の点を決定視点とし、前記面積比が前記所定割合より大きくてかつ前記検出させた物体のうち対象物に最も近くに存在するものが壁ではないときには、前記面積比を最も小さくする視点を決定視点とする第５の手段とから構成されたプラント運転監視装置を開示する。
【００１０】
更に本発明は、視点決定手段は、その点から見たときに前記プラントの設計図面の表示画面上に表示された全ての物体が視野内に入るような、前記表示された全ての物体の中心からの距離を有する点の集合を視点候補として定める第１の手段と、１つの視点が与えられたときにその視点と前記対象物との間に介在する他物体を検出するための第２の手段と、この手段により検出された他物体の三次元ＣＧ画面上への投影面と前記対象物の投影面との重なり面積の前記対象物の投影面の面積に対する面積比を求めるための第３の手段と、前記視点候補を順次取り出し、取り出した視点に対して前記第２の手段により介在する他物体を検出させ、前記第３の手段により前記面積比を算出させ、その面積比が前記所定割合より小さい視点があればその視点を決定視点とし、前記面積比が前記所定割合より小さい視点がないときは前記面積比を最も小さくする視点を決定視点とする第４の手段とから構成されたプラント運転監視装置を開示する。
【００１１】
更に本発明は、プラントの設計図面の表示画面上で１つの物体を対象物として選択し、その対象物全体を視野内に収められる対象物からの距離をもつ視点候補を定め、更にその視点と床位置から当該視点の高さがユーザがその床に立ったときの目の高さと所定の差以内にある視点のみを取り出し、こうして取り出した視点の内で対象物の画面上への投影面積が所定の割合以上他物体に妨害されずに見える視点を決定視点として検出し、この決定視点からみた投影図を画面上に表示してユーザのプラント運転監視に供するようにしたことを特徴とするプラント運転監視方法を開示する。
【００１２】
更に本発明は、対象物の画面上への投影面積が所定の割合以下であっても、視野を妨害している物体のうちの対象物に最も近くにあるものが壁であるときは、当該視点と対象物を結ぶ直線上の、壁の対象物側を決定視点とするプラント運転監視方法を開示する。
【００１３】
更に本発明は、プラントの設計図面の表示画面上で１つの物体を対象物として選択し、その点から見たときに前記プラントの設計図面の表示画面上に表示された全ての物体が視野内に入るような、前記表示された全ての物体の中心からの距離を有する点の集合を視点候補として定め、こうして定めた視点の内で対象物の画面上への投影面積が所定の割合以上他物体に妨害されずに見える視点を決定視点として検出し、この決定視点からみた投影図を画面上に表示してユーザのプラント運転監視に供するようにしたことを特徴とするプラント運転監視方法を開示する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明になるプラント運転監視装置の構成例を示すブロック図で、このプラント監視装置１は、保守員・運転員等（以下ユーザともいう）からの入力をキーボード、マウスなどの入力装置２から取り込み、Ｐ＆ＩＤ表示機能１１及び三次元表示機能１２へ振り分ける。また、Ｐ＆ＩＤ表示機能１１及び三次元表示機能１２から出力された表示画面を表示装置３へ出力する。Ｐ＆ＩＤ表示機能１１、三次元表示機能１２が参照するＰ＆ＩＤ描画データ、三次元描画データなどはデータベース４に格納されている。
【００１５】
Ｐ＆ＩＤ表示機能１１は、表示制御部１１１、対象機器特定部１１２から構成されている。Ｐ＆ＩＤ表示機能１１の動作を図２を参照して説明する。図２は、表示装置３の表示画面例であり、Ｐ＆ＩＤ表示画面２０２がウィンドウ表示されている。表示制御部１１１は、このＰ＆ＩＤ表示画面２０２の表示／消去、拡大／縮小、パン操作、機器選択などを制御する。表示制御部１１１の詳細な処理内容についての説明は本発明に直接関係ないので省略し、概要を以下説明する。ユーザが入力手段２によりカーソル２０２１を操作して対象物（機器２１０１（Ｐ））を選択すると、表示制御部１１１は対象機器特定部１１２に処理開始命令を出力する。対象物特定部１１２は、表示制御部１１１からの処理開始命令を受け、ユーザが選択した位置情報とデータベース４に格納されているＰ＆ＩＤ描画データから、対象物が機器２１０１（Ｐ）であることを特定し、機器２１０１（Ｐ）のＩＤ番号を三次元表示機能１２へ出力する。このＩＤ番号は、Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データで共通のものとすることにより、Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データで機器の対応を確認できるようにする。
【００１６】
図３は、Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データの構造を示すもので、同図（ａ）のＰ＆ＩＤ描画データは、ＩＤ番号、座標、Ｐ＆ＩＤを表示するための形状データから構成されている。Ｐ＆ＩＤは二次元の図なので、座標は二次元座標となる。この座標は、形状データの描画開始位置である。形状データは、頂点の座標と２つの頂点を結ぶ線種で構成されている。例えば、三角形のデータは、３つの頂点の座標と３つの線種データから構成される。また、三次元描画データは、ＩＤ番号、座標、三次元の機器または配管を描画するための形状データから構成されている。三次元表示では、座標は三次元座標となる。この座標は、形状データの描画開始位置である。形状データは、頂点の座標と法線の座標から構成されており、基本的には頂点間を直線で結んで三次元形状を表示する。実際には、例えば四角形、三角形、四角柱、円錐などの基本的な形状を部品化し、それらの部品を組み合わせて機器などの形状を表現している。これは、描画処理の簡略化と高速化を図るためである。なお、法線の座標データは機器に影をつけたり、曲面を滑らかに表現する処理に使用するものであり、本発明では詳細な説明を省略する。
【００１７】
次に、図1の三次元表示機能１２について説明する。三次元表示機能１２は、対象機器特定部１２１、表示制御部１２７の他、本発明の特徴とする視点検索点設定部１２２、床検出部１２３、ユーザ情報設定部１２４、視点検索部１２５、壁検出部１２６から構成されている。このうち、対象機器特定部１２１は、Ｐ＆ＩＤ表示機能１１の対象機器特定部１１２から取り込んだＩＤ番号を基に、データベース４の三次元描画データを参照して三次元表示での機器２１０１（Ｄ）を特定する。表示制御部１２７は、視点検索部１２５が決定した視点位置からの三次元画像を表示または表示更新する。また、表示制御部１２７は、三次元表示の拡大／縮小、回転などの操作も実施する。
【００１８】
視点検索点設定部１２２は、ユーザが選択した機器をユーザがプラント現場で見ている状況と同等の三次元表示画面として表示するための視点位置の候補、即ち視点検索点を設定する。図４は、視点検索点設定部１２２における視点位置候補決定方法の説明図で、まず、ユーザが選択した機器３０１に外接する立方体３０２を求める。図５は、この機器３０１に外接する立方体の求め方の説明図である。図３で説明したように、形状データは、複数の頂点座標データで構成されていて、その頂点座標は相対座標値である為、まず機器の座標と足し合わせることにより各頂点の絶対座標を求める。図５の対象物の場合、１６個の頂点Ｐ１〜Ｐ１６を求める。次にこれらすべての頂点の絶対座標データから、対象物３０１のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標での最大値、最小値（Ｘmax,Ｘmin）（Ｙmax,Ｙmin）（Ｚmax,Ｚmin）を求め、これら求めたＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の最大値、最小値を組み合わせた８個の座標（Ｘmax,Ｙmin,Ｚmax）、（Ｘmax,Ｙmax,Ｚmax）、（Ｘmin,Ｙmin,Ｚmax）、（Ｘmin,Ｙmax,Ｚmax）、（Ｘmax,Ｙmin,Ｚmin）、（Ｘmax,Ｙmax,Ｚmin）、（Ｘmin,Ｙmin,Ｚmin）、（Ｘmin,Ｙmax,Ｚmin）をその頂点とする立方体を求めれば、これが対象物に外接する外接立方体になる。図５の場合は頂点ＰＳ１〜ＰＳ８をもつ立方体である。
【００１９】
対象物の外接立方体が求まると、図４に戻って次にこの立方体の長辺に予め定めた係数を乗じて、対象物と視点位置との距離ｒを算出する。この距離ｒは、対象物をどの程度の大きさで表示するかを決定するものであり、対象物に外接する立方体の長辺に乗じる係数により調整することが可能である。次に、対象物に外接する立方体の重心をその中心座標とし、距離ｒをその半径とする球を求め、その球面３０４上に格子を設定する。この設定方法としては、例えば予め定めた分割数で球面上に水平方向の分割線３０６、垂直方向の分割線３０５を設定する。そしてこれら分割線の交点に形成されたＰ００、Ｐ１０、…を第１次視点検索点とする。
【００２０】
図６は、上記の第１次視点検索点をさらに絞り込む処理の説明図である。この処理は、ユーザが実際にプラントの現場で、対象物３０１を見ている状況を実現するために必要である。例えば、第１次視点検索点のＹ軸上にある格子点Ｐ００は、対象物を真上から見るときに設定する視点位置であり、現実的な視点位置とは言い難い。そこで、ユーザが対象物が設置されている部屋に立っている状況を判断するために床検出部１２３により、対象物３０１の真下にある床（図６では床３０７）を検出する。また、ユーザ情報設定部１２４からユーザの身長または目の高さを取り込み、床のＹ軸座標（高さ方向の座標）とユーザの目の高さｈから視点検索を実施する範囲を判定する。例えば、視点の高さとして、ユーザの目の高さ±１０ｃｍ内にある１次視点検索点を２次視点検索点とする。図６の例では、格子点Ｐ３１〜Ｐ３ｎが視点検索の対象となる。
【００２１】
ここで、床検出部１２３、ユーザ情報設定部１２４について簡単に説明する。床検出部１２３は、対象機器特定部１２１で対象機器が特定されると、対象機器の底から真下（Ｙ軸のマイナス方向）に向かって床の検出を行う。この検出された床を、ユーザがプラント現場に行った際に、ユーザが立っている床とする。この床の情報は、視点検索点設定部１２２に出力する。また、ユーザ情報設定部１２４は、入力装置２から入力されるユーザに関する情報、本発明ではユーザの身長、またはユーザの視点の高さ（床から目の位置の高さ）を取り込み、これを視点検索点設定部１２２に出力する。ユーザに関する情報の入力は、例えば、キーボードから必要な項目を入力する形態、ＩＤカードを用いてユーザを認識して、あらかじめプラント監視装置１に格納しておくユーザ情報を取り込む形態、あらかじめユーザ情報を入力したＩＣカードを用いて、このＩＣカードよりユーザ情報を取り込む形態と様々な形態が考えられるが、これら使用する形態に応じて入力装置２の構成を変更することで対応が可能である。
【００２２】
次に、図１の視点検索部１２５の動作を説明する。図７は、視点検索部１２５の動作を示すフローチャートで、視点検索点設定部１２２から第２次視点検索点を取り込むと（ステップ７０１）、その中から１つの視点を取り出す（ステップ７０２）。次にこの取り出した視点から見たときの視野内の全ての物体の座標データから、それらの表示画面上への投影図を生成する（ステップ７０３）。図８はこの投影図の例であり、図８（ｂ）の正面図が実際に表示画面に表示したときにユーザに見える画面（投影図）を示している。同図（ａ）は上面図、（ｃ）は側面図で、３つの物体８０１、８０２、８０３の位置関係が示されている。そして対象物を物体８０２とすると、この例では対象物が投影図では見えない場合である。また、対象物を物体８０３とした場合はその一部に物体８０１が重なっている。対象物を物体８０１とした場合だけ、他の物体８０２、８０３に阻まれることなく表示することが可能である。
【００２３】
このような投影図において、今選択している視点に対して対象物が十分見えるような状況か否かの判定が必要となるが、このためにまず表示画面を桝目に分割し、視野内にある物体ごとにその投影図と重なりを持つ桝目を対応づける（ステップ７０４）。ここで桝目の大きさは、予め定めておくか、ユーザ操作により入力するものとする。図９は、この処理の説明図で、表示面９００には対象物の投影図９１１、その他の物体の投影図９１２、９１３が生成されているとする。そして図示のように表示画面９００を分割したとすると、対象物の投影図には横線ハッチの領域９１１内の桝目が対応づけられ、他物体の投影図９１２、９１３にはそれぞれ斜めハッチ、縦線ハッチの領域９１２、９１３内の桝目が対応づけられる。
【００２４】
各物体投影図対応の桝目がわかると、次に対象物とその他の物体にともに対応した桝目でかつ他の物体の方が対象物よりも視点に近く位置するような桝目の数αを数える（ステップ７０５）。図９の例では、投影図９０３の物体の方が対象物より手前にあるとすると、横線ハッチの領域９１１と縦線ハッチの領域９１３が重なる部分の桝目の数４がαの値となる。
【００２５】
重なり桝目の数αがわかると、この数αの対象物対応桝目数に対する比が予め設定した値β（＜１）より小さいかを判定し（ステップ７０６）、小さければ現在の視点を決定視点とし（ステップ７０７）、処理を終了する。図９の例では対象物対応の桝目数は２４、α／２４＝１／６であり、例えばβ＝１／５ならステップ７０７で視点決定となる。また、上記の比がβ以下でないときは対象物と重なり桝目をもつ物体で対象物に最も近いものが壁かを判定する（ステップ７０８）。この判定のための壁の位置情報は、壁検出部１２６から与えられる。そして壁であったときは現在の視点と対象物外接立方体の重心を結ぶ視線上で壁の対象物側の点を新しい視点として決定し（ステップ７０９）、処理を終了する。また、ステップ７０８の判定で、対象物に最も近い物体が壁でないとされたときは、重なり桝目の数αを現在の視点の番号とともに記憶しておき（ステップ７１０）、未処理の視点が取り込んだ第２次視点検索点に残っていれば（ステップ７１１でＹｅｓ）、ステップ７０２へ戻り、決定視点が得られないままで視点検索点がなくなれば（ステップ７１１でＮｏ）、今までに記憶した重なり桝目数αのうち、最も小さい値を持つ視点を決定視点とし（ステップ７１２）、処理を終了する。
【００２６】
以上に説明した図１の実施の形態によれば、保守員がＰ＆ＩＤ表示画面内の機器を選択したとき、その対象物が他物体により所定の割合β以上かくされていないときは設定した距離を持つ視点からの三次元ＣＧ画像が表示され、また障害物で最も対象物に近いものが壁の時はその対象物側へ移動した視点からの三次元ＣＧ画像が表示され、これらのいずれを満たす視点もないときは最も対象物が多く表示される視点からの三次元ＣＧ画像が表示される。そしてこれらの表示画面は、保守員が実際にプラント現場に行ったときの視点位置で見た三次元ＣＧ画面であり、保守員の監視作業の効率向上をはかることができる。
【００２７】
図１０は、本発明になるプラント運転監視装置の別の構成例を示すブロック図で、プラント運転監視装置１Ａは、図１の場合と同様、入力装置２、表示装置３、データベース４と接続されている。Ｐ＆ＩＤ表示機能１１Ａには、図１と同機能の表示制御部１１１、対象機器特定部１１２の他に、表示領域判定部１１３が設けられている。また三次元表示機能１２Ａには、やはり図１と同機能の対象機器特定部１２１及び表示制御部１２７の他に、表示領域設定部１２８、視点検索点設定部１２２Ａ及び視点検索部１２５Ａが設けられている。
【００２８】
上記構成において、Ｐ＆ＩＤ表示機能１１Ａの動作を図２の表示例を参照して説明する。まずＰ＆ＩＤ表示機能１１Ａの表示制御部１１１は、ウィンドウとして重ね表示されたＰ＆ＩＤ表示画面２０２の表示／消去、拡大／縮小、パン操作、機器選択を制御し、ユーザが入力手段２によりカーソル２０２１を操作して対象物（機器２１０１（Ｐ））を選択すると、表示制御部１１１は対象機器特定部１１２および表示領域判定部１１３に処理開始命令を出力する。対象物特定部１１２は、表示制御部１１１からの処理開始命令を受け、ユーザが選択した位置情報とデータベース４に格納されているＰ＆ＩＤ描画データから、対象物が機器２１０１（Ｐ）であることを特定し、三次元表示機能１２Ａへ機器２１０１（Ｐ）のＩＤ番号を出力する。ＩＤ番号は、Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データで共通のＩＤ番号を使用している。従って、Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データで対応する機器のＩＤ番号は同じである。また、表示領域判定部１１３は、Ｐ＆ＩＤ表示画面２０２に表示されている機器２１０１（Ｐ）、機器２１０２（Ｐ）、機器２１０３（Ｐ）、機器２１０４（Ｐ）、および配管２２０１（Ｐ）、配管２２０２（Ｐ）、配管２２０３（Ｐ）、配管２２０４（Ｐ）、配管２２０５（Ｐ）、配管２２０６（Ｐ）、配管２２０７（Ｐ）のＩＤ番号を三次元表示機能１２Ａへ出力する。
【００２９】
三次元表示機能１２Ａでは、対象機器特定部１２１がＰ＆ＩＤ表示機能１１Ａの対象機器特定部１１２から取り込んだＩＤ番号を基に、データベース４の三次元描画データを参照して三次元表示での機器２１０１（Ｄ）を特定する。一方、表示領域設定部１２８は、Ｐ＆ＩＤ表示機能１１Ａの表示領域判定部１１３から取り込んだＩＤ番号を基に、データベース４の三次元描画データを参照して、機器２１０１（Ｄ）、機器２１０２（Ｄ）、機器２１０３（Ｄ）、機器２１０４（Ｄ）、および配管２２０１（Ｄ）、配管２２０２（Ｄ）、配管２２０３（Ｄ）、配管２２０４（Ｄ）、配管２２０５（Ｄ）、配管２２０６（Ｄ）、配管２２０７（Ｄ）が全て含まれる三次元表示の表示領域を設定する。この設定方法は、図１の視点検索点設定部１２２において図５により説明した対象物外接立方体を求める方法と同じ方法でよく、上記の各機器および配管の三次元描画データの形状データからＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の最大値と最小値を求め、この値の組み合わせにより表示領域内の機器および配管に外接する立方体を求めればよい。
【００３０】
次に、視点検索点設定部１２２Ａは、表示領域設定部１２８により設定された表示領域が三次元表示画面に収まり、対象物がユーザに見える視点位置を検索するための視点検索点を設定する。図１１はこの処理の説明図で、まず表示領域設定部で定めたところの、対象物１１０１を含む表示領域１１０２がすべて表示可能な視点までの距離ｒＡを算出する。この距離ｒＡの算出は、表示領域として求めた機器等の外接立方体の長辺に、予め定めた係数を掛け合わせることにより求められる。次に、外接立方体の重心を中心座標とし、距離ｒＡを半径とする球面１１０３を生成し、その表面に図４の場合と同様にして格子状に分離し、その格子点Ｑ００、Ｑ１１…を視点検索点として視点検索部１２５Ａへ出力する。図１の場合は対象物だけの外接立方体から視点までの距離を決めることで視野が決まり、従ってＰ＆ＩＤ表示画面に表示されている機器等の全てが必ずしも三次元ＣＧ画面に表示されるとは限らないが、上記した視点検索点の決め方によれば、Ｐ＆ＩＤ画面２０２に表示されている物体全てを三次元ＣＧ画面に表示できる。さらに、鳥瞰的な三次元表示画面として提示することが目的であるとすると、これ以上の視点検索点の絞り込みは行わず、点Ｑ００、Ｑ１１…の全てを視点検索点とすればよい。
【００３１】
図１２は、視点検索部１２５Ａの処理を示すフローチャートである。この処理はその大部分が図７のフローチャートと同様である。異なっているのは、ステップ１１０１で取り込む視点検索点が図７の場合のように絞り込まれておらず、全ての点Ｑ００、Ｑ１１…であることと、壁の有無検出やそれに伴う処理がない点で、ステップ１１０２〜１１０７は図７のステップ７０２〜７０７のそれぞれと同じ、ステップ１１０８〜１１１０は図７のステップ７１０〜７１２とそれぞれ同じであり、対象物が一定割合β以上で見えればその視点が、そうした点がなければ最も多く見える視点がが選ばれる。但しこの場合は、候補となる視点が図７の時より多いから、βの値は図７の時より小さく設定してもステップ１１０７で視点が決定できる。
【００３２】
以上に示した図１０の実施の形態によれば、ユーザがＰ＆ＩＤ表示画面内の機器を選択した際、Ｐ＆ＩＤ表示画面に表示されているすべての機器・配管が、三次元ＣＧ画面に表示されるので、ユーザは各機器の判別が容易になる利点がある。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、プラント運転および保守のために設計図面より三次元ＣＧを表示する場合に、保守員は、注目した機器または配管について、保守員が実際にプラント現場に行った時と同じような視点からの三次元ＣＧ画面を容易に取得可能となるので、現場点検前の作業項目確認、および現場での作業を迅速に行うことが可能となり、また、運転員は設計図面で注目している範囲の三次元ＣＧ画面を容易に取得可能となるので、設計図面から得られる機器・配管の接続関係と、三次元ＣＧ画面から得られる機器・配管の空間的な配置関係の対応の把握を短時間で行うことが可能となるので、プラントの運転・保守作業効率の向上に効果があり、プラントの安全性の向上にもつながる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるプラント運転監視装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】重ねて表示された三次元ＣＧ画面とＰ＆ＩＤ表示画面の例である。
【図３】Ｐ＆ＩＤ描画データと三次元描画データの構造説明図である。
【図４】図１の視点検索点設定部における視点検索点の設定処理説明図である。
【図５】対象物の外接立方体の説明図である。
【図６】図１の視点検索点設定部における視点検索範囲絞り込み処理の説明図である。
【図７】図１の視点検索部の処理を示すフローチャートである。
【図８】表示画面への投影図の例である。
【図９】視点位置から対象物までの障害物検出処理の説明図である。
【図１０】本発明になるプラント運転監視装置の別の構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１０の視点検索点設定部における視点検索点設定処理の説明図である。
【図１２】図１０の視点検索部の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１、１Ａ プラント運転監視装置
２ 入力装置
３ 出力装置
４ データベース
１１ Ｐ＆ＩＤ表示機能
１２ 三次元表示機能
１１１ 表示制御部
１１２、１２１ 対象機器特定部
１２２、１２２Ａ 視点検索点設定部
１２３ 床検出部
１２４ ユーザ情報設定部
１２５、１２５Ａ 視点検索部
１２６ 壁検出部
１２７ 表示制御部
Claims (7)
- プラントを構成する物体を三次元表示してユーザに提示するプラント運転監視装置において、
プラントの設計図面の表示画面上で１つの物体を対象物として選択するための物体選択手段と、
この手段により選択された対象物の三次元ＣＧ画面上への投影面積の予め定めた所定割合より多くが他の物体に妨害されずに見える視点があればそれを決定視点とし、なければ最も多く見える視点を決定視点とする視点決定手段と、
この手段により決定された決定視点からみたプラント構成物体を隠面処理を含めて投影して三次元ＣＧ画面を提示する三次元画面表示手段と、
を備えたことを特徴とするプラント運転監視装置。 - 前記視点決定手段は、その点から見たときに前記対象物全体が視野内に入るような前記対象物中心からの距離を有する点の集合を第１次視点候補として定める第１の手段と、
前記第１次視点候補の内でその点の床からの高さとユーザの目の前記床からの高さとの差が予め定めた値以下となる視点のみを第２次視点候補として取り出す第２の手段と、
１つの視点が与えられたときにその視点と前記対象物との間に介在する他物体を検出するための第３の手段と、
この手段により検出された他物体の三次元ＣＧ画面上への投影面と前記対象物の投影面との重なり面積の前記対象物の投影面の面積に対する面積比を求めるための第４の手段と、
前記第２次視点候補の視点を順次取り出し、取り出した視点に対して前記第３の手段により介在する他物体を検出させ、前記第４の手段により前記面積比を算出させ、その面積比が前記所定割合より小さい視点があればその視点を決定視点とし、前記面積比か前記所定割合より小さい視点がないときは前記面積比を最も小さくする視点を決定視点とする第５の手段とから構成されたことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転監視装置。 - 前記視点決定手段は、その点から見たときに前記対象物全体が視野内に入るような前記対象物中心からの距離を有する点の集合を第１次視点候補として定める第１の手段と、
前記第１次視点候補の内でその点の床からの高さとユーザの目の前記床からの高さとの差が予め定めた値以下となる視点のみを第２次視点候補として取り出す第２の手段と、
１つの視点が与えられたときにその視点と前記対象物との間に介在する他物体を検出するための第３の手段と、
この手段により検出された他物体の三次元ＣＧ画面上への投影面と前記対象物の投影面との重なり面積の前記対象物の投影面の面積に対する面積比を求めるための第４の手段と、
前記第２次視点候補の視点を順次取り出し、取り出した視点に対して前記第３の手段により介在する他物体を検出させ、前記第４の手段により前記面積比を算出させ、その面積比が前記所定割合より小さい視点があればその視点を決定視点とし、前記面積比か前記所定割合より大きくてかつ前記検出された他物体のうち対象物に最も近くに存在するものが壁であるときには、対象物の中心と当該視点を結ぶ直線上の、前記壁の対象物側の点を決定視点とし、前記面積比が前記所定割合より大きくてかつ前記検出させた物体のうち対象物に最も近くに存在するものが壁ではないときには、前記面積比を最も小さくする視点を決定視点とする第５の手段とから構成されたことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転監視装置。 - 前記視点決定手段は、その点から見たときに前記プラントの設計図面の表示画面上に表示された全ての物体が視野内に入るような前記表示された全ての物体の中心からの距離を有する点の集合を視点候補として定める第１の手段と、
１つの視点が与えられたときにその視点と前記対象物との間に介在する他物体を検出するための第２の手段と、
この手段により検出された他物体の三次元ＣＧ画面上への投影面と前記対象物の投影面との重なり面積の前記対象物の投影面の面積に対する面積比を求めるための第３の手段と、
前記視点候補を順次取り出し、取り出した視点に対して前記第２の手段により介在する他物体を検出させ、前記第３の手段により前記面積比を算出させ、その面積比が前記所定割合より小さい視点があればその視点を決定視点とし、前記面積比が前記所定割合より小さい視点がないときは前記面積比を最も小さくする視点を決定視点とする第４の手段とから構成されたことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転監視装置。 - プラントの設計図面の表示画面上で１つの物体を対象物として選択し、その対象物全体を視野内に収められる対象物からの距離をもつ視点候補を定め、更にその視点と床位置から当該視点の高さがユーザがその床に立ったときの目の高さと所定の差以内にある視点のみを取り出し、こうして取り出した視点の内で対象物の画面上への投影面積が所定の割合以上他物体に妨害されずに見える視点を決定視点として検出し、この決定視点からみた投影図を画面上に表示してユーザのプラント運転監視に供するようにしたことを特徴とするプラント運転監視方法。
- 前記対象物の画面上への投影面積が所定の割合以下であっても、視野を妨害している物体のうちの対象物に最も近くにあるものが壁であるときは、当該視点と対象物を結ぶ直線上の、壁の対象物側を決定視点とすることを特徴とする請求項５に記載のプラント運転監視方法。
- プラントの設計図面の表示画面上で１つの物体を対象物として選択し、その点から見たときに前記プラントの設計図面の表示画面上に表示された全ての物体が視野内に入るような、前記表示された全ての物体の中心からの距離を有する点の集合を視点候補として定め、こうして定めた視点の内で対象物の画面上への投影面積が所定の割合以上他物体に妨害されずに見える視点を決定視点として検出し、この決定視点からみた投影図を画面上に表示してユーザのプラント運転監視に供するようにしたことを特徴とするプラント運転監視方法。
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