JP6797738B2 - 火気監視支援システム - Google Patents

Description

本発明は、切断や切削、研磨等の作業時に生ずる火花が養生範囲から漏れ出る事により生じる危険を回避するための火気監視支援システムに関する。

火災が生じた際に、その位置や状態を検出するための監視システムとして、特許文献１や、特許文献２に開示されているものが知られている。特許文献１に開示されている火災監視システムは、建屋の複数個所にセンサを配置し、そのセンサの設置位置を認識しておく事で、異常を検出したセンサの位置から、火災の発生箇所を特定するという趣旨の技術である。

また、特許文献２に開示されている火災監視システムは、火災報知機が作動した際、カメラにより現場映像を取得し、この映像の中の輝度信号により火災が発生しているであろう位置を検出し、その輝度が高い箇所の輪郭により火災の判定を行うというものである。

特開２００６−２６８４９５号公報 特開平５−２０５６１号公報

特許文献１、特許文献２共に、火災の発生や、その位置、火災の規模等を監視、認識するためには有効であると思われる。しかし、エネルギー量が小さく、発生から落下までの間に輝度が変化するような火花等の漏れについては、いずれの文献に開示されている技術でも対応する事ができない。

そこで本発明では、火花のような小さな火気の検出にも対応する事のできる、火気監視支援システムを提供する事を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る火気監視支援システムは、火気発生領域の周囲に配置され、前記火気発生領域の周囲を撮影する撮影装置と、前記撮影装置により撮影された映像に基づいて、前記火気発生領域の外部に漏れ出た火花を検出し、当該火花の漏れの有無を判定し、火花の漏れが有ると判定した際に、第１警報信号を出力する火花検出装置と、前記火花検出装置から出力される前記警報信号を受ける事により、前記火気発生領域の外部に火気が生じている旨の警報を行う警報装置と、を有し、前記火花検出装置による火花の検出は、前記映像中における移動物体の形状に基づいて行い、前記火花検出装置により火花の判定は、前記移動物体の面積と輝度の変化に基づいて行うことを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する火気監視支援システムにおいて前記火花検出装置は、前記第１警報信号を出力した後、漏れ出た火花の落下位置の温度変化に基づいて火災発生の有無を判定し、火災が発生していると判定した際に、第２警報信号を出力し、前記警報装置は、前記第２警報信号を受けた場合には、前記火気発生領域の外部で火災が発生している旨の警報を行う構成とすることもできる。

このような特徴を有することにより、火気発生領域の外部に火花が漏れ出た際、漏れ出た火花に起因する火災発生の有無を判定する事ができる。

また、上記のような特徴を有する火気監視支援システムにおいて前記警報装置は、前記警報と同時に、前記火気発生領域の内部で作業を行う作業者に、前記火気発生領域の外部での火気の発生を知らせる通報手段を含むようにすることができる。

このような特徴を有する事により、火気発生領域内で作業する作業者に、火花の漏れが生じた事を認識させる事ができる。また、通報により作業者に注意を促す事で、火気発生領域外での火気の発生に起因した火災発生を抑止する事もできる。

また、上記のような特徴を有する火気監視支援システムでは、前記火気発生領域の内部での作業用の電源を有し、前記電源は、前記第１警報信号を受ける事により、作業工具用の出力電力を遮断する機能を備えているようにする事もできる。

このような特徴を有する事により、火花の漏れが継続する事による火災等の二次災害の発生を抑制する事ができる。

さらに、上記のような特徴を有する火気監視支援システムでは、集中監視装置を備え、単一の前記集中監視装置に対して複数の前記火花検出装置が付帯されている構成とすることもできる。

このような特徴を有する事により、火気発生領域が複数個所に分散して配置されている場合に、それらに備えられた火花検出装置によって取得された情報を一括管理する事が可能となる

上記のような特徴を有する火気監視支援システムによれば、火花のような小さな火気の検出にも対応する事ができ、作業現場等の火気安全管理の向上を図る事ができる。

実施形態に係る火気監視支援システムの構成を示すブロック図である。 撮影装置と火気発生領域の関係を示す斜視図である。 火気監視支援システムによる火花検出、および火災検出を行う際の処理フロー図である。 差分エリアを定める際の感度調整についての説明を行うための図である。 移動物体が火花か否かについての判定を行うためのフロー図である。 火花が検出された後、火災が生じているか否かを判定するためのフロー図である。 単一の集中監視装置に対して、複数の火花検出装置を付帯させた火気監視支援システムの構成例を示す図である。

以下、本発明の火気監視支援システムに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、図１を参照して、本実施形態に係る火気監視システムの構成を説明する。

［システム構成］
本実施形態に係る火気監視支援システム１０は、撮影装置１２と、火花検出装置１４、および警報装置１６を基本として構成され、作業工具用の電源１８が付帯されている。撮影装置１２は、図２に示すような火気発生領域５０の周囲に配置され、火気発生領域５０の様子を撮影するための手段である。火気発生領域５０とは、作業者６０が電気工具５２等を用いて金属部材等の切断や切削、研磨、および溶接等の火花等の火気を生じさせる作業を行う領域である。より具体的には、耐火布等で覆われた隔離領域（養生ハウス）の内部の事であり、撮影装置１２は、この火気発生領域５０の周囲を撮影することができるように配置されている。

撮影装置１２には、映像を取得するためのカメラの他、撮影範囲内の物体の位置や動きを数値データとして検出するためのセンサ（例えばラインレーザ）などを付帯させるようにしている（不図示）。また、撮影装置１２は、１か所のみならず、火気発生領域５０の周囲全域が監視可能となるように複数個所に配置する事が望ましい。

火花検出装置１４は、撮影装置１２により撮影された映像、およびセンサによる検出値に基づいて、火気発生領域５０の外部に漏れ出た火花Ａを検出し、火気発生領域５０からの火花Ａの漏れの有無や、火気発生領域５０近傍における火災の発生の有無を判定するための装置である。

火花検出装置１４は少なくとも、読取部１４ａと画像処理部１４ｂ、制御部１４ｃ、表示部１４ｄ、画像保存部１４ｅ、および出力部１４ｆを有する。読取部１４ａは、撮影装置１２により撮影された映像や数値データを取得し、画像処理部１４ｂへと送るためのインターフェースである。

画像処理部１４ｂは、読取部１４ａを介して入力された映像や数値データから、移動物体のエッジ（輪郭形状）を検出する処理を成す要素である。

制御部１４ｃは、画像処理部１４ｂによって検出された移動物体のエッジデータと、予め定められた各種閾値に基づいて、移動物体が火花であるか否か、あるいは火災が生じているか否か等の判定を行う要素である。制御部１４ｃでは、閾値に基づき火花の発生を認定した場合には第１警報信号を出力する旨の信号を出力し、火災が生じていると認定した場合には第２警報信号を出力する旨の信号を出力する。

表示部１４ｄは、モニタ等であれば良く、撮影装置１２により取得された映像や数値データ、画像処理部１４ｂによりエッジ検出された画像等の各種処理対象映像、および画像を、視認可能な状態に表示する役割を果たす。

画像保存部１４ｅは、撮影装置１２により取得された映像や数値データ、画像処理部１４ｂによりエッジ検出された画像等の各種処理対象映像、および画像を保存するための要素である。画像保存部１４ｅは、火気発生、あるいは火災発生が確認された画像を保存すると共に、出力部１４ｆへと出力する。

出力部１４ｆは、撮影装置１２により取得された映像や、制御部１４ｃから出力された信号（第１警報信号を出力する旨の信号、または第２警報信号を出力する旨の信号）に基づく信号、および火気発生、あるいは火災発生に起因して画像保存部１４ｅから出力された画像を、警報装置１６や電源１８に出力する。

警報装置１６は、火花検出装置１４から出力される警報信号（第１警報信号、第２警報信号）を受ける事により、火気発生領域５０の外部に火気が生じている旨の警報を行うための要素である。また、警報装置１６は、火気発生領域５０の外部に火気が生じている事を火気発生領域５０の内部で作業する作業者に知らせるための通報手段２０を有する。

警報装置１６は、入力部１６ａと処理部１６ｂ、及び出力部１６ｃを有する。入力部１６ａは、第１警報信号や第２警報信号等の警報信号が入力されるインターフェースである。入力部１６ａに警報信号が入力されると、処理部１６ｂへと信号が伝達される。処理部１６ｂでは、入力された信号が第１警報信号であるか、第２警報信号であるかの判定を行い、各信号に応じた処理信号を出力部１６ｃへ出力する。具体的には、第１警報信号が入力された場合、出力部１６ｃには、火花Ａの漏れ、火気の発生を知らせる警報を出力する旨の信号を出力する。一方、第２警報信号が入力された場合、出力部１６ｃには、火災の発生を知らせる警報を出力する旨の信号を出力する。

通報手段２０は、読取部２０ａと表示部２０ｂを有する。読取部２０ａは、上記火花検出装置１４と同様に、外部からの情報が入力されるインターフェースである。表示部２０ｂは、モニタや警報灯などの視覚により警報を認識する事ができる手段である。作業者６０がゴーグル等を着用する場合には、このゴーグルを介して警報を表示するようにしても良い。

読取部２０ａに第１警報信号が入力されると、表示部２０ｂに対して、火気発生領域５０の外部に火花Ａが漏れている、あるいは火気が発生しているという旨の表示を出力する旨の信号や、画像保存部１４ｅから出力された画像等が出力される。表示部２０ｂでは、モニタに対して、火花Ａの漏れ、あるいは火気の発生を表示したり、その様子を示す画像の表示、警告灯の点滅、あるいは点灯により、作業者６０に対して異常を知らせるための出力を行う。

電源１８は、火気発生領域５０内で使用される電気工具５２のための電源である。電源１８は、例えば入力部１８ａと処理部１８ｂ、及び出力部１８ｃを有するものであれば良い。入力部１８ａは、火花検出装置１４からの第１警報信号が入力されるインターフェースであり、処理部１８ｂは、この第１警報信号に基づく機能制御を行う信号を出力する要素である。さらに、出力部１８ｃは、処理部１８ｂからの信号を受けて、電源１８の出力の遮断を行う要素である。このため、入力部１８ａに第１警報信号が入力されると、処理部１８ｂに信号が出力され、処理部１８ｂを介して出力部１８ｃに機能制御信号が入力される。機能制御信号が入力された出力部１８ｃは、電気工具５２のための電源の出力を遮断する制御を成す。

［処理フロー］
次に、図３に示すフローを参照して、本実施形態に係る火気監視支援システムにより制御について説明する。

まず、火気監視支援システム１０による判定を行うための基礎となる、各種閾値やパラメータの設定を行う。本実施形態で定める閾値とは、例えば、動体閾値、輝度閾値、色相閾値などである。また、パラメータとは、感度、検知間隔、相関間隔などである。

ここで、閾値のうち、動体閾値とは、火花として認識する動体（移動物体）の大きさの基準を定める閾値であり、この値を大きくする事により、大きな動体を火花として判定する事となる。動体閾値としては、例えば基準値を５００ピクセルとし、状況により振り幅を定めるようにすると良い。

輝度閾値は、火花として認識するための明るさを定める閾値であり、差分エリアを構成する領域の元データの輝度がこの値よりも高い場合に、火花と判定する。例えば、輝度閾値の基準値は、６０ＬＵＸとし、状況により振り幅を定めるようにすると良い。

色相閾値は、差分エリアとして認定された領域の元データの色相に基づく判定を行うための閾値である。色相は、ピクセル単位で行い、閾値との比較は、差分エリアを構成するピクセル単位で検出された色相値の平均値とで成される。色相閾値としては、可視光の色を波長毎に並べたスペクトルを基準とし、長い波長側を０、短い波長側を３５９として区分けした際、閾値の最低値を５、閾値の最高値を７０として定めるようにし、状況により、その振り幅を定めるようにすると良い。

ここで、差分エリアとは、動体を含む範囲の画像をグレースケールに変換した後、二値化して得られる白抜き部分の領域をいう。

また、パラメータのうち、感度は、ノイズからの影響を受けないようにすることを目的として定める値である。この値を大きくした場合には、検出感度が高くなり、大きな範囲を差分エリアとして検出することとなる。一方、この値を小さくした場合には、検出される差分エリアが小さくなる。具体的には、図４は、差分エリアを含むと認定された範囲の画像をグレースケールに変換し、この変換画像の濃度を感度設定値に応じて二値化してあらわしたものである。このような画像処理を行った際、二値化によって白とみなされたエリアを差分エリアと定めるようにする。感度の基準値としては、例えば図４に示すように、０（白）から２５５（黒）までの２５６段階のグラデーションで変換されたグレースケールの場合、白とみなす範囲は５０以下（感度５０）とし、周囲の明度等に応じた映像画質等により、その振り幅を定めるようにすると良い。

検知間隔は、火花としての判定を行うための時間である。火花は通常、極短時間で、その輝度等が変化する。このため、予め定めた検知間隔の間に、各種閾値（例えば動体閾値）を超える値と、閾値の範囲内の値といった変化が生じていた場合に、検出された差分エリアが火花であると判定する。検知間隔としては、例えば５０ｎｓｅｃ程度とすれば良い。

相関間隔とは、火花としての判定を行う差分エリアが生じた時間帯の前後の状況を確認するための要素であり、差分エリア発生時間帯を基準とした前後の一定時間範囲である。相関間隔としては、例えば３００ｎｓｅｃ程度とすれば良い（ステップ１０）。

次に、撮影装置１２により撮影された映像と、予め定めた閾値に基づき、火気発生領域５０の外での火花Ａ発生の有無についての検出、および判定を行う。ここで、火花Ａの検出、および判定は、詳細を後述するように、図５に示すような手順で成せば良い（ステップ２０）。

ステップ３０の判定において、火花Ａの漏れが無いと判定された場合には、その検知サイクルは終了する。一方で、火花Ａの漏れが生じていると判定された場合には、警報装置１６による警報、および通報手段２０による通報が成された上で、電源１８による電力供給の遮断が成される（ステップ４０、ステップ５０）。

電源１８の遮断が成された後、火花Ａの漏れの発生に伴う火災の発生の有無についての検出を行う（ステップ６０）。ここで、火災の検出、および判定は、詳細を後述するように、図６に示すような手順で成せば良い。

ステップ７０において、火災の発生が無いとの判定が成された場合には、その検知サイクルは終了する。一方で、火災が生じていると判定された場合には、警報装置１６や、通報手段２０による警報、および通報といった火災情報の提供が成され、検知サイクルが終了する（ステップ８０）。

［火花検知］
上記のような検知サイクルにおいて、火花の検出、判定は、図５に示すようなフローに従って成されれば良い。まず、輝度閾値と感度に応じて認定された差分エリアの面積（エッジ面積）の算出を行う（ステップ２０Ａ）。次に、求められたエッジ面積（単位：ピクセル）と、動体閾値とを比較し、その大小について求める（ステップ２０Ｂ）。ここで、エッジ面積が動体閾値の範囲外、すなわち動体閾値よりも大きな値である場合には、火花に該当しないとして、火花判定フローが終了する（ステップ２０Ｊ）。

一方、エッジ面積が動体閾値の範囲内である場合には、差分エリアの輝度算出が行われる。差分エリアの輝度の算出は、予め定めた検知間隔毎に行い、その輝度差を求める（ステップ２０Ｃ）。ステップ２０Ｃで算出した検知間隔毎の輝度差を求め、この輝度差が予め定めた範囲を超えているか否かを判定する（ステップ２０Ｄ）。ここで、輝度差が予め定めた範囲よりも小さい場合には、火花に該当しないとして、火花判定フローが終了する（ステップ２０Ｊ）。

一方、輝度差が予め定めた範囲を超えている場合には、差分エリアの色相算出が行われる（ステップ２０Ｅ）。次に、差分エリアを構成するピクセル毎の色相値の平均値が、色相閾値の範囲内にあるか否かを判定する（ステップ２０Ｆ）。ここで、差分エリアの色相値の平均値が色相閾値の範囲外である場合には、火花に該当しないとして、火花判定フローが終了する（ステップ２０Ｊ）。

一方、差分エリアの色相値の平均値が色相値の範囲内である場合には、相関間隔内におけるエッジ面積の変化を算出する（相関チェック：ステップ２０Ｇ）。次に、相関チェックによって得られた値が、予め定めた値よりも大きいか否かの判定を行う。具体的には、検知間隔内において、エッジ面積の変化量（相関値）が所定の範囲（例えば、エッジ面積が最大となった時の７０％以上の範囲）を超えているか否かを判定する（ステップ２０Ｈ）。ここで、相関チェックにより、エッジ面積の変化量が所定の範囲よりも小さいと判定された場合には、火花に該当しないとして、火花判定フローが終了する（ステップ２０Ｊ）。

一方、エッジ面積の変化量が所定の範囲よりも大きいと判定された場合には、火花に該当すると判定される（ステップ２０Ｉ）。

［火災検出］
また、上記のような検知サイクルにおいて、火災の検出、判定は、図６に示すようなフローに従って成されれば良い。なお、火災検出についての閾値は、火花検出とは別に定めるようにする。火災検出のための閾値としては、温度変化の閾値や、形状マッチングの閾値等とする事ができる。ここで、温度変化の閾値とは、火災発生による温度の上昇についての閾値である。また、形状マッチングの閾値とは、例えば、輝度と感度によって検出される差分エリアが、炎として定められる形状（領域の面積）に類似するか否かを判定するための閾値である。

このような閾値を定めた上で火災検出フローでは、まず、火花として判定された移動物体の落下位置を確認する（火花落下位置標定：ステップ６０Ａ）。次に、火花落下位置における温度変化を検出する（ステップ６０Ｂ）。火花落下位置の温度変化を検出した後、これを予め定めた温度変化の閾値と比較する（ステップ６０Ｃ）。比較の結果、検出された温度変化が閾値よりも小さいと判定された場合には、火災が発生していない（火災非発生）として、火災検出フローが終了する（ステップ６０Ｇ）。

一方、火災落下位置の温度変化が閾値よりも大きいと判定された場合には、差分エリアの形状マッチングのための差分エリアの輪郭検出が行われる（ステップ６０Ｄ）。差分エリアの輪郭を検出した後、形状マッチングとして、求められた差分エリアの輪郭と基準データに基づいて定められた輪郭との差分（類似度）を求める（ステップ６０Ｅ）。形状マッチングの結果、類似度が所定の値よりも低い場合には、非類似と判定される。形状マッチングの結果が非類似である場合、火災発生の可能性は低いが、引火が生じている可能性があると判定され、火災検出フローが終了する（ステップ６０Ｈ）。

一方、形状マッチングの結果、差分エリアと基準データとの輪郭形状の類似度が所定の値以上である場合には、類似と判定される。形状マッチングの結果が類似である場合、火災が発生していると判定され、火災検出フローが終了する（ステップ６０Ｆ）。なお、ここでいう基準データとは、火花漏れから引火に至るまでの間について撮影された複数の映像それぞれについての引火可能性あり、あるいは火災発生との判定結果を蓄積し、その中から定めた引火可能性の高い輪郭形状、あるいは火災発生の可能性の高い輪郭形状である。

［作用・効果］
このような構成の火気監視支援システム１０によれば、火花のような小さな火気の検出にも対応する事ができる。具体的には、火気発生領域５０の外部に火花Ａが漏れ出た場合、それが火花であると判定され、警報が出力されると共に、火気発生領域５０内の電源１８からの出力電力を遮断する。また、火気発生領域５０の外部に火花Ａが漏れ出ていると判定された後、火花落下位置にて火災発生や引火の可能性がある場合には、その旨の警報を発すると共に通知を行うこととなる。

これにより、火気発生領域５０の外部に連続的に火花Ａが漏れ出るという状況を防ぐ事ができる。また、火花Ａの漏れ出しに起因する引火や火災が生じた場合には、迅速に警報を発すると共に通知する事で、被害の拡大や二次災害を防止する事ができる。

［その他］
このような構成の火気監視支援システム１０は、火花検出装置１４を集中監視装置３０に付帯させる事もできる。集中監視装置３０は、例えば読取部３２と処理部３４、および表示部３６を備えていれば良い。読取部３２は、上記通報手段２０等と同様に、火花検出装置１４に備えられた出力部１４ｆから出力された映像や画像、および信号が入力され、これを処理部３４へ送るための要素である。処理部３４は、読取部３２に入力された情報や警報、通報、及び画像等のデータを出力元の火気監視支援システム１０単位で処理し、表示部３６に出力する機能を備えた要素であれば良い。表示部３６はモニタ等であれば良く、処理部３４から入力された情報等を監視者に対して視認可能に表示する要素である。

このような構成とすることで、火気発生領域５０が複数個所に分散して配置されている場合に、それらに備えられた各火花検出装置１４によって取得された情報を集中監視装置３０で一括管理する事が可能となる。

１０………火気監視支援システム、１２………撮影装置、１４………火花検出装置、１４ａ………読取部、１４ｂ………画像処理部、１４ｃ………制御部、１４ｄ………表示部、１４ｅ………画像保存部、１４ｆ………出力部、１６………警報装置、１６ａ………入力部、１６ｂ………処理部、１６ｃ………出力部、１８………電源、１８ａ………入力部、１８ｂ………処理部、１８ｃ………出力部、２０………通報手段、２０ａ………読取部、２０ｂ………表示部、３０………集中監視装置、３２………読取部、３４………処理部、３６………表示部、５０………火気発生領域、５２………電気工具、６０………作業者。

Claims (5)

1. 火気発生領域の周囲に配置され、前記火気発生領域の周囲を撮影する撮影装置と、
   前記撮影装置により撮影された映像に基づいて、前記火気発生領域の外部に漏れ出た火花を検出し、当該火花の漏れの有無を判定し、火花の漏れが有ると判定した際に、第１警報信号を出力する火花検出装置と、
   前記火花検出装置から出力される前記警報信号を受ける事により、前記火気発生領域の外部に火気が生じている旨の警報を行う警報装置と、を有し、
   前記火花検出装置による火花の検出は、前記映像中における移動物体の形状に基づいて行い、
   前記火花検出装置により火花の判定は、前記移動物体の面積と輝度の変化に基づいて行うことを特徴とする火気監視支援システム。
2. 前記火花検出装置は、前記第１警報信号を出力した後、漏れ出た火花の落下位置の温度変化に基づいて火災発生の有無を判定し、火災が発生していると判定した際に、第２警報信号を出力し、
   前記警報装置は、前記第２警報信号を受けた場合には、前記火気発生領域の外部で火災が発生している旨の警報を行うことを特徴とする請求項１に記載の火気監視支援システム。
3. 前記警報装置は、前記警報と同時に、前記火気発生領域の内部で作業を行う作業者に、前記火気発生領域の外部での火気の発生を知らせる通報手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の火気監視支援システム。
4. 前記火気発生領域の内部での作業用の電源を有し、
   前記電源は、前記第１警報信号を受ける事により、作業工具用の出力電力を遮断する機能を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の火気監視支援システム。
5. 集中監視装置を備え、
   単一の前記集中監視装置に対して複数の前記火花検出装置が付帯されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の火気監視支援システム。

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