WO2012117833A1 - プラント建設支援方法およびプラント建設支援装置 - Google Patents

プラント建設支援方法およびプラント建設支援装置 Download PDF

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WO2012117833A1
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product material
plant construction
information
dimensional model
construction support
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Inventor
洋 関
高田　将年
洋平 杉本
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management

Definitions

  • the present invention relates to management of receipt of plant construction materials and location determination, and particularly to a plant construction support method which does not require the use of an additional identification device when performing highly accurate and efficient individual identification and position management of materials. And a plant construction support device used for the same.
  • Patent Document 1 is known regarding the warehousing management and location confirmation of a plant construction material.
  • a transmitter such as an IC chip, which wirelessly transmits information stored in advance, automatically acquires position coordinates of a management target material to which the transmitter is attached, and the material is stored.
  • a means is disclosed for automatically calculating the arrangement of the managed object and the area and coordinates of the place where the managed material is not placed.
  • Patent Document 2 discloses that when materials arrive at a construction site, the arrival and arrival status is managed by reading a bar code of the materials. Each of these recognizes the arrival and the position of the material at the site by attaching an identification device such as a transmitter or a bar code to the material to be managed.
  • JP 2007-210800 A Unexamined-Japanese-Patent No. 5-287903
  • the reader is only held over materials in a material storage area or the like to recognize unique identification numbers stored in RFIDs or barcodes, and comparison with the 3D CAD model shape created at the time of design is not performed. Therefore, it can not be confirmed until the installation work is done whether the correct material having the installation shape corresponding to the 3D CAD model has arrived. Furthermore, since the RFID tag becomes a foreign matter before the welding operation at the time of installation, it is necessary to remove it from the piping material and the like.
  • the present invention comprises a product material for plant construction carried in and stored at a predetermined position, and a portable electronic terminal having a camera for measuring the product material and acquiring image information and position information, and GPS.
  • a plant that manages the delivery of product material to a plant construction site using product material information including the position and shape dimensions of the product material measured in a non-contact manner by a terminal and delivery information of the carried-in product material
  • an edge extraction unit that extracts object boundary information of a product material from the product material information
  • a model extraction unit that extracts a product material model from information of the edge extraction unit, information of the model extraction unit and Coincidence calculation unit for comparing the product material model and the three-dimensional model by comparing the three-dimensional model information and the construction drawing information created at the design time
  • a temporary placement position registration unit for registering temporary placement storage positions of materials, and an input / output terminal provided with a display screen, acquires an individual identification number of a product material, and determines the arrival of the product material at a plant construction site It
  • the portable electronic terminal further includes an orientation sensor and a clock, and at least one of the measured product material orientation and measurement date and time is associated with the individual identification number and recorded. .
  • the display screen displays at least one of a three-dimensional model drawing or a two-dimensional model drawing of a plant construction site or a process chart screen, and the product material measured using the portable electronic terminal , The position on the three-dimensional model drawing, the two-dimensional model drawing or the process chart drawing is displayed.
  • the plant construction support apparatus further includes an arrival delay confirmation unit that compares the measurement date and time of the temporarily stored product material with the delivery time determined in the construction process, and the arrival delay confirmation unit A warning display is displayed on at least one of the three-dimensional model screen, the two-dimensional model drawing, or the process chart screen when loading and construction are delayed from the scheduled work period.
  • the individual identification number displayed on the product material is recognized, and the temporary storage position of the product material is at least one of the three-dimensional model screen, the two-dimensional model drawing, or the process chart screen.
  • a character recognition unit for displaying on the screen.
  • the portable electronic terminal further includes a product material for plant construction carried in and stored at a predetermined position, a camera for measuring the product material to acquire image information and position information, and a GPS.
  • Plant construction support to carry in management of product material to the plant construction site using product material information including position and shape dimensions of the product material measured in a non-contact manner, and delivery note information of the carried-in product material
  • the object identification information of the product material obtained from the product material information measured by the mobile measuring electronic terminal is collated with the three-dimensional model information previously created at the time of design to identify the individual identification number of the product material. It is characterized by acquiring and determining the arrival of the product material for plant construction to the plant construction site.
  • the portable electronic terminal further includes an orientation sensor and a clock, and at least one of the measured product material orientation or measurement date and time is associated with the individual identification number and recorded. .
  • the plant construction support method is characterized by displaying a position on the three-dimensional model screen or the two-dimensional model screen of the plant construction site of the product material for which the individual identification number has been acquired.
  • the measurement date and time of the temporarily stored product material is compared with the delivery time determined in the construction process, and when the delivery and construction of the product material is delayed from the scheduled work period, A warning display is displayed on at least one of the three-dimensional model screen or the two-dimensional model drawing or the process chart screen.
  • the temporary identification storage position of the product material is displayed by recognizing an individual identification number including a pipe number or an equipment number written on the product material.
  • the result of measuring the temporary storage position with the portable electronic terminal is obtained several times over time, and when there is a difference by comparing the measurement results, the piping material corresponding to the difference portion It is characterized by identifying and displaying warning information on the screen when the piping material is not present at the construction installation site.
  • images of the measured product material are collected, storage position information of the product material is constantly managed in a database, and at least one of the three-dimensional model screen or the two-dimensional model drawing or process schedule screen It is characterized by displaying.
  • the 3D model, the work process, the carry-in amount of the product material and the movement status are superimposed and displayed on at least one of the three-dimensional model screen or two-dimensional model drawing or process chart screen of the plant construction site. It is characterized by
  • a plant construction support apparatus includes a camera for acquiring product information for plant construction carried in and stored at a predetermined position and acquiring image information and position information, and a portable electronic terminal having a GPS, and the position of the product material And, using the product material information including product dimensions and the delivery information of the product material, the plant construction support device that manages the delivery of the product material to the plant construction site extracts the object boundary information of the product material from the product material information Edge extraction unit, a model extraction unit for extracting a product material model from the information of the edge extraction unit, and information of the model extraction unit with the three-dimensional model information and construction drawing information previously created at the time of design Coincidence calculation unit which calculates coincidence of 3D model, temporary placement registration unit to register temporary storage location of product materials, input / output with display screen By realizing the individual identification without using a specific identification mark for the product material by obtaining the individual identification number of the product material and determining the arrival of the product material to the plant construction site. , It is possible to reduce the loading confirmation work of product materials,
  • the temporary storage position of the product material can be measured indirectly without contact, and the shape can be confirmed using the three-dimensional model at the time of design, so that the correct product material was surely delivered. Before the installation time.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a plant construction support system having a plant construction support apparatus of the present invention.
  • the plant construction support system of the present invention has a plant construction support apparatus 20 that uses a photographic image 101 of a piping material such as a piping spool captured by a portable electronic terminal 100 having a GPS, a camera, an orientation sensor, and a clock, and position information 102. .
  • the plant construction support apparatus having the above configuration detects the piping material 60 which is an example of the product material transported by the truck 30 or the like around the plant 50 to be constructed and carried into the material temporary storage yard 40 in a noncontact manner.
  • the position detection of the portable electronic terminal 100 is performed based on the GPS signal 11 of the satellite 10. Also, the direction of piping material can be determined, and the date and time at the time of shooting measurement can be recorded. 31 is an electronic delivery note of the piping material carried in.
  • the plant construction support apparatus 20 includes an edge extraction unit 210 for a photographic image, a character recognition unit 220 for extracting characters such as piping numbers from information of the photographic image 101 and the delivery note 31, and a 3D model DB 420 created in advance by CAD.
  • the construction drawing DB 430 and the image edge recognition result of the character recognition unit 220 have a model extraction unit 230 which inputs a character recognition result and extracts a model of the piping material 60.
  • the plant construction support apparatus 20 also calculates the degree of coincidence between the extracted piping material model and the 3D model of the 3D model DB 420, and the degree of coincidence calculation unit 240 among the 3D model DB 420.
  • the temporary placement position registration unit 250 registers the temporary storage position of the piping material 60 in the product position DB 410 in combination with the position information from 100, the position of the corresponding piping material based on the information input from the input / output terminal 500 It has a product position search unit 320 to search. In addition, it has a current arrival delay confirmation unit 310 that compares the product loading time of the planning process DB 440 with the date and time registered in the product position DB 410 to confirm the current arrival delay.
  • 440 is a planning process DB for recording planning process information.
  • FIG. 2 shows a management screen of a temporary storage place displayed on the input / output terminal 500 based on the collected information in the plant construction support system of FIG.
  • the management screen is a screen 501 for displaying the piping material 60 placed in the plant 50, the temporary material storage yard 40, and the temporary material storage yard 40 in 3D isometric view, a screen 502 for displaying the 2D yard layout, and various piping materials 60. It consists of a screen 503 for searching information and confirming the status.
  • Specify attribute selection condition 5033 such as construction drawing number, spool number, yard number, specify condition specification condition 5032 such as present arrival, and press confirmation button 5031.
  • the information narrowed down under the search condition is the condition The confirmation table 5034 is displayed.
  • the plant construction support apparatus of the present invention displays the temporary storage positions of product materials in an easy-to-understand manner for the user by displaying the numbers of product materials carried into the local plant construction site etc. superimposed on the 3D display device. Can.
  • FIG. 3 shows an attribute 60b applied to one of the piping materials 60a.
  • the piping material 60 is delivered as an on-site construction unit in an assembly called a piping spool in which piping parts are joined in advance at a piping plant.
  • the construction drawing number, the spool number, the building name of the plant to be constructed, the construction area number, the line number, the weight, the piping length and the like are given to the piping spool as attributes. These attributes are stored inside in cooperation with the product position DB 410 that manages the material.
  • FIG. 4 shows a photographic image 101 of a piping spool taken by the portable electronic terminal 100 in the material temporary storage yard 40.
  • Character strings such as spool numbers S002, S003 and S004 are painted or marked on the piping spools 101a, 101b and 101c.
  • the piping spool can be extracted from the image by appropriate image processing (edge extraction of a portion with different contrast, specification of piping using RGB color information of a captured image, recognition of piping by piping number, etc.).
  • FIG. 5 illustrates the principle of measuring the distance to a specific point of the piping spools 601, 602, 603 using two cameras 1001, 1002.
  • the distance between the cameras is c
  • the distances from the centers of the cameras to specific points of the piping spool 601 are a and b, respectively.
  • b c ⁇ sin ⁇ / sin ⁇
  • a c ⁇ sin ⁇ / sin ⁇
  • the distance from the known inter-camera distance to the piping spool is determined.
  • FIG. 6 shows a 3D model corresponding to the piping spool.
  • the piping spool 4201 can be compared with, for example, an image photographed with a photograph, with the piping inlet 4201 a and the end point 4201 g of the outlet as characteristic points.
  • points 4201b to 4201f in the middle of the model and the boundary (edge) of piping when the piping model is projected on a two-dimensional plane can also be used as feature points (lines).
  • FIG. 7 is a material control drawing showing a piping construction drawing.
  • the method of assembling the piping spool delivered to the plant construction site to the plant 50 is described by the combination of the center line 4303 of the piping spool and the welding point 4304.
  • the spool numbers 4301 are shown in a list format, and usually a few to a dozen piping spools are drawn.
  • the construction drawing number 4302 is given to the drawing, and while specifying the drawing number, the delivery management of the piping spool is performed for each number and the planning process is made.
  • the piping spools are drawn separately as (1), (2) and (3) for each piping spool by a lead line from the piping center line 4303.
  • FIG. 8 shows a delivery note 31 used when materials are sent from the material production plant to the plant construction site. It is created in a material delivery unit, and is composed of management number 3101, construction drawing number 3102, spool number 3103, piping name 3104, mass 3105, remarks 3106 and the like. It is possible to identify the only piping spool in the plant by the construction plan number and the spool number.
  • FIG. 9 is a flow chart for explaining the process of the material shape recognition block of the plant construction support apparatus 20. This process is executed by the edge extraction unit 210, the character recognition unit 220, the model extraction unit 230, the coincidence degree calculation unit 240, and the temporary placement position registration unit 250.
  • the edge extraction unit 210 reads a stereo image of piping material captured by a camera provided in the portable electronic terminals 1001 and 1002 (S11). The edge of each read image is extracted (S12), and the feature point to be compared with the 3D model is extracted and assigned (S13). In addition, the character recognition unit 220 recognizes the piping number described in the piping (S14). Furthermore, the distance between the extracted feature points is calculated to approximate the pipe dimensions (S15). Next, the model extraction unit 230 reads a piping spool 3D model candidate to be compared with the image information based on the recognized piping number using the 3D model DB 420 and the construction drawing DB 430 (S16).
  • the temporary placement position registration unit 250 assigns a model with the highest degree of agreement to each of the piping materials extracted in S12, and provisionally selects those piping materials.
  • the coordinates of the stored position are registered in the product position DB 410 (S20).
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining the process of the character recognition unit 220 for recognizing the numbered character string of piping material, and for explaining the process of S14 of FIG. 9 in detail.
  • the characters of the piping number are edge-extracted from the image (S21).
  • a character string is recognized from the shape cut out as a character (S22).
  • the spool number is retrieved from the construction drawing DB 430 based on the recognized character string (S23).
  • the construction drawing number electronically utilizes what is written on the delivery note 31 of FIG.
  • all piping spools described in the construction drawing are searched, and it is determined whether there is a corresponding spool number (S24, S25).
  • FIG. 11 shows an example of the data table configuration of the product position DB 410 for registering the material position.
  • 4101 is a construction drawing number
  • 4102 is a spool number
  • 4103 is a yard position
  • 4104 is an absolute coordinate
  • 4105 is a measurement date and time.
  • the spool number is associated with the absolute coordinates of the temporary storage position
  • the measurement date and time are stored in the product position DB 410.
  • FIG. 12 is a flowchart for explaining the processing of the product position search unit 320. For example, material management attributes such as construction drawing number and spool number are input on the management screen as shown in FIG.
  • the presence / absence of arrival of the target material and the position are searched from the product position DB 410 (S32). As a result, if the material has arrived at the site (S33, yes), the target material is selected from the 3D model, and the installation completion state and the temporary storage state are simultaneously displayed (S34). If there is no material arrival information in the product position DB 410 (S33, no), the target material is selected from the 3D model, indicating the state of completion of future installation, and indicating that the material has not arrived (S35) .
  • FIG. 13 shows a process information screen, which comprises a screen 505 for selecting an installation process of equipment, piping, and support as a plan target, and a screen 504 for displaying a plant construction plan process as a result of selection.
  • 5041 shows apparatus E001
  • 5042 shows piping D001
  • 5043 shows piping D002.
  • the arrival delay confirmation unit 310 can determine the on-site arrival delay of the product material based on this information. For example, if you set a constraint that product materials have arrived at least one week before the work start time, information that does not hold the condition is searched and a warning is displayed on the list display screen, 2D, 3D screen It can be displayed.
  • FIG. 14 shows a screen for visualizing a material arrival delay warning by the arrival delay confirmation unit 310.
  • a search condition of "current arrival” is specified as 5032
  • a list of piping spools that should have arrived will be displayed as 5034 by comparing the search time with preset constraints and the planning process. .
  • “not arrived” is displayed as the material management state.
  • a warning is also displayed in a 3D model like "S003 not yet arrived" 51 in the building installation completion state representation model.
  • FIG. 15 is a flowchart for explaining the material movement situation recognition process.
  • the material image is photographed once a day or every few hours with the camera of the portable electronic terminal of the user or another fixed camera, and the material position DB is updated (S41).
  • the previous position of the material position to be updated and the updated position are compared (S42).
  • a material position movement flag is set (S44). If the material position has not moved (S43, no), nothing is done.
  • FIG. 16 is a screen for visualizing the material movement situation.
  • the result of the movement of the material S 001 from the yard A to the C is displayed by being superimposed on the list, the 2D model, and the 3D model.
  • the position before movement may be aligned and displayed to highlight that the target material has moved.
  • the plant construction support apparatus of the present invention can prevent the loss of product material by monitoring the time-series difference of the temporary storage position of the product material and the movement.
  • the carry-in amount and movement status of the product material are superimposed and displayed on the 3D model of the plant construction site, the carry-in amount of the product material necessary for installation is macroscopically monitored and controlled to an appropriate carry-in amount. You can get the information you need.
  • FIG. 17 shows a method of combining the temporary storage condition of materials from a plurality of photographs.
  • stereo photography taken from one side it is only possible to measure the distance in front of the piping materials 601 to 603.
  • the pipe is, for example, a cylindrical object
  • a reference point is required in photogrammetry, since a piping 3D model to be compared is already created, feature points on the piping are specified to enable absolute distance measurement using a photographic image.
  • the plant construction support apparatus of the present invention can visualize the detection result of arrival of the plant construction site of the product material and the detection result of the temporary storage position, the management of the storage place of the local material can be streamlined. Can.

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Abstract

搬入保管されたプラント用の製品資材（６０）を、カメラとＧＰＳを有する携帯電子端末（１００）で測定して画像情報（１０１）と位置情報（１０２）を取得し、前記製品資材（６０）の位置及び形状寸法を含む製品資材情報と、搬入された製品資材の納品書情報（３１）とを用いて製品資材の搬入管理を行うプラント建設支援装置において、製品資材情報から製品資材（６０）の物体境界情報を抽出するエッジ抽出部（２１０）と、エッジ抽出部の情報から製品資材モデルを抽出するモデル抽出部（２３０）と、予め設計時に作成した三次元モデル情報（４２０）及び施工図情報（４３０）を照合して、納入された製品資材（６０）とその設計時の情報（４２０）との一致度を計算する一致度計算部（２４０）と、製品資材の仮置位置登録部（２５０）とから、製品資材（６０）のプラント建設サイト（５０）への到着を判定する。

Description

プラント建設支援方法およびプラント建設支援装置
　本発明は、プラント建設資材の入庫管理と所在把握に関し、特に資材の高精度かつ効率的な個体識別と位置管理を実施する際に付加的な識別装置の使用を必要としない、プラント建設支援方法およびこれに用いるプラント建設支援装置に関する。
　従来、プラント建設資材の入庫管理と所在把握に関して特許文献１が知られている。特許文献１には、あらかじめ記憶していた情報を無線送信するＩＣチップ等の発信機を用いて、発信機が取り付けられた管理対象資材の位置座標を自動的に取得し、保管されている資材管理対象物の配置および管理対象資材が置かれていない場所の面積と座標を自動的に算出する手段が開示されている。また、特許文献２には、建設現場に資材が入着すると、資材のバーコードを読取ることにより入着状況が管理されることが開示されている。これらはいずれも、管理対象資材に発信機やバーコード等の識別装置を貼りつけることにより、資材の現場への到着や位置を認識している。
特開２００７－２１０８００号公報 特開平５－２８７９０３号公報
　背景技術で引用した上記特許文献では、固有識別番号コードを有するＲＦＩＤタグ（電子タグ）やバーコードを資材に貼りつけているが、個体管理のための電子デバイスまたはシールなどを貼る作業は配管資材等の製造や据付の作業工数を増加させ負担が増大する。
ＲＦＩＤを資材に貼りつけた場合には、固有識別番号を無線受信機（ＲＦＩＤリーダー）で確実に検出されるように金属での電波遮蔽を回避できる位置に貼りつけるなどの工夫をする必要がある。
　また、資材置場等でリーダーを資材にかざしてＲＦＩＤやバーコードに格納されている固有識別番号を認識するだけであり、設計時に作成した３ＤＣＡＤモデル形状との照合をしていない。そのため、３ＤＣＡＤモデルに対応した据付形状を持つ正しい資材が到着したかどうかは据付作業をしてみるまで確認できない。さらに、据付時の溶接作業などの前にＲＦＩＤタグは異物となるので、配管資材などから取外す必要がある。
　本発明は、所定位置に搬入保管されたプラント建設用の製品資材と、該製品資材を測定して画像情報と位置情報を取得するカメラとＧＰＳを有する携帯電子端末とを有し、前記携帯電子端末により非接触で測定された前記製品資材の位置及び形状寸法を含む製品資材情報と、搬入された製品資材の納品書情報とを用いて、製品資材のプラント建設サイトへの搬入管理を行うプラント建設支援装置において、前記製品資材情報から製品資材の物体境界情報を抽出するエッジ抽出部と、該エッジ抽出部の情報から製品資材モデルを抽出するモデル抽出部と、該モデル抽出部の情報とあらかじめ設計時に作成した三次元モデル情報および施工図情報を照合して前記製品資材モデルと前記三次元モデルの一致度を計算する一致度計算部と、前記製品資材の仮置保管位置を登録する仮置位置登録部と、表示画面を備えた入出力端末を有し、製品資材の個体認識番号を取得して前記製品資材のプラント建設サイトへの到着を判定することを特徴とする。
　また、プラント建設支援装置において、前記携帯電子端末はさらに方位センサと時計を備え、測定した製品資材の方位または計測日時の少なくとも一つを前記個体認識番号と対応づけて記録することを特徴とする。
　また、プラント建設支援装置において、前記表示画面はプラント建設サイトの三次元モデル図面又は二次元モデル図面又は工程表画面の少なくとも一つを表示し、前記携帯電子端末を用いて測定した前記製品資材の、前記三次元モデル図面、二次元モデル図面又は工程表図面上での位置を表示することを特徴とする。
　また、プラント建設支援装置において、仮置保管された前記製品資材の測定日時と建設工程で決定された搬入時期を比較する到着遅れ確認部を有し、該到着遅れ確認部は、前記製品資材の搬入および建設が予定工期から遅れている場合に、前記三次元モデル画面または二次元モデル図面または工程表画面の少なくとも一つに警告表示を表示することを特徴とする。
　また、プラント建設支援装置において、前記製品資材に表示されている個体識別番号を認識し、前記製品資材の仮置保管位置を前記三次元モデル画面または二次元モデル図面または工程表画面の少なくとも一つに表示する文字認識部を有することを特徴とする。
　さらに、所定位置に搬入保管されたプラント建設用の製品資材と、該製品資材を測定して画像情報と位置情報を取得するカメラとＧＰＳを有する携帯電子端末とを有し、前記携帯電子端末により非接触で測定された前記製品資材の位置及び形状寸法を含む製品資材情報と、搬入された製品資材の納品書情報とを用いて、製品資材のプラント建設サイトへの搬入管理を行うプラント建設支援方法において、前記測携帯電子端末で測定した前記製品資材情報から得られる製品資材の物体境界情報と、あらかじめ設計時に作成しておいた三次元モデル情報を照合して、製品資材の個体認識番号を取得して、プラント建設用の製品資材のプラント建設サイトへの到着を判定することを特徴とする。
　さらに、プラント建設支援方法において、前記携帯電子端末はさらに方位センサと時計を備え、測定した製品資材の方位または計測日時の少なくとも一つを前記個体認識番号と対応づけて記録することを特徴とする。
　さらに。プラント建設支援方法において、個体認識番号を取得した前記製品資材のプラント建設サイトの三次元モデル画面または二次元モデル画面上の位置を表示することを特徴とする。
　さらに、プラント建設支援方法において、仮置保管された製品資材の計測日時と建設工程で決定された搬入時期を比較して、前記製品資材の搬入および建設が予定工期から遅れている場合に、前記三次元モデル画面または二次元モデル図面または工程表画面の少なくとも一つに警告表示を表示することを特徴とする。
　さらに、プラント建設支援方法において、前記製品資材に書かれている配管番号または機器番号を含む個体識別番号を認識して、前記製品資材の仮置保管位置を表示することを特徴とする。
　さらに、プラント建設支援方法において、前記携帯電子端末で仮置保管位置を計測した結果を経時的に複数回取得し、計測結果を比較して相違があった場合に差分部分に対応する配管資材を同定し、該配管資材が工事据付場所に無い場合に画面上に警告情報を表示することを特徴とする。
　さらに、プラント建設支援方法において、測定した前記製品資材の画像を収集し、製品資材の保管位置情報を常時データベースで管理し、前記三次元モデル画面または二次元モデル図面または工程表画面の少なくとも一つに表示することを特徴とする。
　さらに、プラント建設支援方法において、３Ｄモデル、作業工程、製品資材の搬入量及び移動状況をプラント建設サイトの前記三次元モデル画面または二次元モデル図面または工程表画面の少なくとも一つに重畳して表示することを特徴とする。
　本発明のプラント建設支援装置は、所定位置に搬入保管されたプラント建設用の製品資材を測定して画像情報と位置情報を取得するカメラとＧＰＳを有する携帯電子端末とを備え、製品資材の位置及び形状寸法を含む製品資材情報と製品資材の納品書情報とを用いて、製品資材のプラント建設サイトへの搬入管理を行うプラント建設支援装置において、製品資材情報から製品資材の物体境界情報を抽出するエッジ抽出部と、エッジ抽出部の情報から製品資材モデルを抽出するモデル抽出部と、モデル抽出部の情報とあらかじめ設計時に作成した三次元モデル情報および施工図情報を照合して製品資材モデルと三次元モデルの一致度を計算する一致度計算部と、製品資材の仮置保管位置を登録する仮置位置登録部と、表示画面を備えた入出力端末を有し、製品資材の個体認識番号を取得して前記製品資材のプラント建設サイトへの到着を判定することにより、特定の識別標識を製品資材に使用することなく個体識別を実現することで、製品資材の搬入確認作業、搬入前の作業、及び、現地での据付前の付加的な作業を軽減することができる。
　また、製品資材の仮置保管位置を非接触で間接的に測定することができ、形状を設計時の三次元モデルを用いて確認することができるので、確実に正しい製品資材が搬入されたことを据付時期より以前に知ることができる。
本発明のプラント建設支援システムを示す構成図。 本発明のプラント建設支援装置における配管資材管理画面の説明図。 本発明のプラント建設支援装置における配管資材の説明図。 本発明のプラント建設支援装置における配管資材の写真画像の説明図。 本発明の配管資材撮影カメラ、ＧＰＳ及び３軸センサを連動した撮影物体の絶対位置計測方法を示す模式図。 本発明のプラント建設支援装置における資材に対応した３Ｄモデルを示す模式図。 本発明のプラント建設支援装置における資材管理図面の説明図。 本発明のプラント建設支援装置における納品書の説明図。 本発明のプラント建設支援装置における資材形状認識部の処理方法を示すフローチャート。 本発明のプラント建設支援装置における資材番号文字列認識部の処理を示すフローチャート。 本発明のプラント建設支援装置における資材位置登録ＤＢのテーブル構成例を示す説明図。 本発明のプラント建設支援装置における資材位置検索部の処理方法を示すフローチャート。 本発明のプラント建設支援装置における工程情報画面を示す説明図。 本発明のプラント建設支援装置における資材到着遅れ警報可視化画面を示す説明図。 本発明のプラント建設支援装置における資材移動状況認識部の処理方法を示すフローチャート。 本発明のプラント建設支援装置における資材移動状況可視化画面の説明図。 本発明のプラント建設支援装置における資材仮置保管状況の複数写真からの合成例を示す模式図。
　以下、本発明のプラント建設支援装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
（１）プラント建設支援システムの構成
　図１は本発明のプラント建設支援装置を有するプラント建設支援システムを示す構成図である。本発明のプラント建設支援システムは、ＧＰＳとカメラと方位センサと時計を有する携帯電子端末１００により撮影する配管スプール等の配管資材の写真画像１０１、位置情報１０２を利用するプラント建設支援装置２０を有する。
　これらの構成からなるプラント建設支援装置は、建設対象のプラント５０の周辺にトラック３０などにより運搬されて資材仮置ヤード４０に搬入された製品資材の一例である配管資材６０を非接触で検出し、携帯電子端末１００の位置検出を衛星１０のＧＰＳ信号１１に基づいて実施する。また配管資材の方位を決定し、さらに撮影計測時の日時を記録することができる。３１は搬入された配管資材の電子化された納品書である。
　プラント建設支援装置２０は、写真画像のエッジ抽出部２１０と、写真画像１０１と納品書３１の情報から配管番号などの文字を抽出する文字認識部２２０と、予めＣＡＤで作成された３ＤモデルＤＢ４２０と施工図ＤＢ４３０と文字認識部２２０の画像エッジ認識結果、文字認識結果を入力して配管資材６０のモデルを抽出するモデル抽出部２３０を有する。
　プラント建設支援装置２０はまた、抽出された配管資材モデルと３ＤモデルＤＢ４２０の３Ｄモデルとの一致度を計算する一致度計算部２４０、３ＤモデルＤＢ４２０のうち一致度の最も高い３Ｄモデルを携帯電子端末１００からの位置情報と合わせて配管資材６０の仮置保管位置を製品位置ＤＢ４１０に登録する仮置位置登録部２５０、入出力端末５００から入力された情報をもとに対応する配管資材の位置を検索する製品位置検索部３２０を有する。また、計画工程ＤＢ４４０の製品搬入時期と、製品位置ＤＢ４１０に登録された日時を比較して現着の遅れを確認する現着遅れ確認部３１０を有する。
　３Ｄモデルの寸法が既知であることから、３ＤモデルＤＢ４２０の情報と携帯電子端末１００により撮影された配管資材６０の距離と形状寸法を求める。４４０は計画工程情報を記録する計画工程ＤＢである。
　図２は図１のプラント建設支援システムにおいて、収集した情報に基づき入出力端末５００に表示された仮置保管場所の管理画面を示す。管理画面はプラント５０や資材仮置ヤード４０、資材仮置ヤード４０におかれた配管資材６０を３Ｄアイソメトリックビューで表示する画面５０１と、２Ｄヤードレイアウトを表示する画面５０２と、配管資材６０の各種情報を検索して状態を確認する画面５０３とからなる。
　施工図番、スプール番号、ヤード番号などの属性選択条件５０３３を指定し、現着などの状態指定条件５０３２を指定して確認ボタン５０３１を押すと、検索条件で絞られて検索された情報が状態確認表５０３４に表示される。
　本発明のプラント建設支援装置は、現地プラント建設サイト等に搬入された製品資材の番号を３Ｄ表示装置上に重ねて表示することにより、ユーザに製品資材の仮置保管位置をわかりやすく表示することができる。
　図３は配管資材の一つである６０ａに付与される属性６０ｂを示す。配管資材６０は現地建設単位として、配管工場であらかじめ配管部品を接合した配管スプールと呼ぶアセンブリで納入される。配管スプールには施工図番、スプール番号、建設対象のプラントの建屋名、工事エリア番号、ライン番号、重量、配管長などが属性として付与される。これらの属性が資材を管理する製品位置ＤＢ４１０と連携して、その内部に格納される。
（２）現場計測方法
　図４は資材仮置ヤード４０で携帯電子端末１００により撮影した配管スプールの写真画像１０１を示す。配管スプール１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃにはスプール番号Ｓ００２、Ｓ００３、Ｓ００４などの文字列が配管上にペイント又は刻印されている。また、配管スプールを置くための仮設木材１０１ｄなども画像中に存在する場合がある。いずれも適切な画像処理（コントラストが異なる部分のエッジ抽出、撮影画像のＲＧＢ色情報を用いた配管の特定、配管番号による配管の認識等）により配管スプールを画像中から抽出することができる。
　図５は二つのカメラ１００１、１００２を用いて配管スプール６０１、６０２、６０３の特定の点までの距離を計測する原理を説明するものである。例えばカメラ間の距離をｃとして配管スプール６０１の特定の点までの各カメラ中心からの距離をそれぞれ、ａ、ｂとする。三角形の正弦定理によれば
　ｃ／ｓｉｎγ＝ｂ／ｓｉｎα＝ａ／ｓｉｎβ
となるので、
　ｂ＝ｃ×ｓｉｎα／ｓｉｎγ、ａ＝ｃ×ｓｉｎβ／ｓｉｎγ
となり、既知のカメラ間距離から配管スプールまでの距離が判明する。これらの計算を、配管スプールの代表的な特徴点について繰り返すことによって、配管スプールの寸法を求め、設計時に作成した３Ｄモデルとの比較を行う。
（３）配管モデルの設計情報
　図６に配管スプールに対応した３Ｄモデルを示す。配管スプール４２０１は例えば、配管入口４２０１ａと出口の端点４２０１ｇを特徴点として、写真で撮影した画像と比較することができる。また、モデルの途中の点４２０１ｂ～４２０１ｆや配管モデルを２次元平面に投影したときの配管の境界（エッジ）も特徴点（線）として利用することができる。
　図７は配管施工図を示す資材管理図面である。プラント建設サイトに納入される配管スプールをプラント５０に据え付ける際の組み合わせ方を配管スプールの中心線４３０３と溶接点４３０４の組合せで記述している。図７にはスプール番号４３０１がリスト形式で示され、通常数本から十数本の配管スプールが描かれる。図面には施工図番４３０２が与えられ、図面番号を特定すると共に番号ごとに配管スプールの納入管理をしたり、計画工程を立案する。配管スプールは配管中心線４３０３から引き出し線で配管スプールごとに（１）、（２）、（３）のように区別して描かれる。
　図８は資材を資材製作工場からプラント建設サイトに送るときに利用する納品書３１である。資材送付単位に作成し、管理用の番号３１０１、施工図番３１０２、スプール番号３１０３、配管の名称３１０４、質量３１０５、備考３１０６などからなる。施工図番とスプール番号でプラントの中で唯一の配管スプールを特定することが可能である。
（４）資材認識／位置登録処理
　図９はプラント建設支援装置２０の資材形状認識ブロックの処理を説明するフローチャートである。この処理はエッジ抽出部２１０、文字認識部２２０、モデル抽出部２３０、一致度計算部２４０、および仮置位置登録部２５０で実行される。
　次に、各ステップについて説明する。始めに携帯電子端末１００１、１００２に備えたカメラで撮影した配管資材のステレオ画像をエッジ抽出部２１０で読み込む（Ｓ１１）。
読み込んだ各画像のエッジを抽出し（Ｓ１２）、３Ｄモデルと比較すべき特徴点を抽出し割り当てる（Ｓ１３）。また、文字認識部２２０で配管に記載された配管番号を認識する（Ｓ１４）。さらに、抽出した特徴点間の距離を配管の寸法を概算するために計算する（Ｓ１５）。次に、モデル抽出部２３０で、３ＤモデルＤＢ４２０と施工図ＤＢ４３０を利用して、認識された配管番号をもとに画像情報と比較すべき配管スプール３Ｄモデル候補を読み込む（Ｓ１６）。
　次に、全ての３Ｄモデル候補について処理を繰り返す（Ｓ１７、ｎｏ）。まず、候補モデルごとに全特徴点を確認する（Ｓ１８）。一致度計算部２４０で特徴点を抽出した画像と３Ｄモデルの座標の差を一致度として計算し、差が小さいほど一致度が大きいと判定する（Ｓ１９）。
　以上の処理を全ての３Ｄモデル候補について繰り返したら（Ｓ１７、ｙｅｓ）、仮置位置登録部２５０で、Ｓ１２で抽出した配管資材ごとに最も一致度が大きいモデルを割り当てて、それらの配管資材の仮置保管位置の座標を製品位置ＤＢ４１０に登録する（Ｓ２０）。
　図１０は配管資材の番号文字列を認識する文字認識部２２０の処理を説明するフローチャートであり、図９のＳ１４の処理を詳細に説明するものである。
　配管番号の文字を画像からエッジ抽出する（Ｓ２１）。文字として切り出した形状から文字列を認識する（Ｓ２２）。認識した文字列をもとに施工図ＤＢ４３０からスプール番号を検索する（Ｓ２３）。このとき、施工図番は図１の納品書３１に書かれているものを電子的に利用する。次に、施工図に書かれている全配管スプールを検索し一致しているスプール番号があるかどうかを判定する（Ｓ２４、Ｓ２５）。
　もし、一致しているスプール番号があれば、メモリに記憶する（Ｓ２６）。全配管スプールを確認しても一致するものがなければ、検索したスプール番号と認識したスプール番号の文字列としての一致度を表示し（Ｓ２７）、ユーザにスプール番号の手動入力を促す画面を表示する（Ｓ２８）。
　図１１は資材位置を登録する製品位置ＤＢ４１０のデータテーブル構成例を示す。製品位置情報４１０ａにおいて、４１０１は施工図番、４１０２はスプール番号、４１０３はヤード位置、４１０４は絶対座標、４１０５は計測日時である。画像から得られる形状認識の結果と文字列認識の結果にもとづき、スプール番号と仮置保管位置の絶対座標、及び、計測日時を対応づけて製品位置ＤＢ４１０に格納する。
（５）資材到着遅れの表示
　図１２は製品位置検索部３２０の処理を説明するフローチャートである。例えば、図１４のような管理画面で施工図番、スプール番号等の資材管理属性を入力する（Ｓ３１）。
製品位置ＤＢ４１０から対象資材の到着の有無、位置を検索する（Ｓ３２）。これにより資材が現地に到着していたなら（Ｓ３３、ｙｅｓ）、３Ｄモデルから対象資材を選択し、据付完了状態と資材仮置状態を同時表示する（Ｓ３４）。もし、製品位置ＤＢ４１０に資材到着情報がなかったら（Ｓ３３、ｎｏ）、３Ｄモデルから対象資材を選択して、将来の据付完了の状態を示して、資材が未到着である旨表示する（Ｓ３５）。
　図１３は工程情報画面を示し、計画対象として機器、配管、サポートの据付工程を選択する画面５０５と、選択の結果としてプラント建設計画工程を表示する画面５０４からなる。５０４１は機器Ｅ００１、５０４２は配管Ｄ００１、５０４３は配管Ｄ００２を示す。
　機器、配管とも作業の開始時点までに製品資材が到着している必要があるので、到着遅れ確認部３１０で、この情報をもとに製品資材の現地到着遅れを判断することができる。
例えば、作業開始時点の少なくとも一週間前までには製品資材が届いているという制約を設定すれば、その条件が成立していない情報を検索して、リスト表示画面や２Ｄ、３Ｄ画面上に警告表示することができる。
　図１４は到着遅れ確認部３１０による資材到着遅れ警報を可視化する画面を示す。５０３２のように「現着」という検索条件で指定すると、工程上は検索時点とあらかじめ設定した制約および計画工程との比較により、到着しているべき配管スプールのリストが５０３４のように表示される。このうち、製品位置ＤＢ４１０に資材仮置ヤード名及び着荷日が格納されていない場合は、資材管理状態として「未着」と表示する。また３Ｄアイソメビューの画面５０１の中で建屋側据付完了状態表現モデルの中で「Ｓ００３未着」５１のように３Ｄモデル的にも警告を表示する。本願発明のプラント建設支援装置は、上記の構成により建設計画工程に記されている資材搬入予定日と現地資材到着実績を比較することにより、資材の遅れの警告を可視化することができ、現地建設遅れのリスクを軽減することができる。
（６）資材移動の表示と資材仮置状態での３Ｄモデル化
　図１５は資材移動状況認識処理を説明するフローチャートである。例えば資材画像を一日に一回、または数時間おきにユーザの携帯電子端末のカメラまたは別の固定カメラで撮影し、資材位置ＤＢを更新する（Ｓ４１）。更新対象の資材位置の前回位置と更新後の位置を比較する（Ｓ４２）。比較の結果資材位置が異なれば（Ｓ４３、ｙｅｓ）、資材位置移動フラグを設定する（Ｓ４４）。資材位置が動いていない場合は（Ｓ４３、ｎｏ）、何もしない。
　図１６は資材移動状況を可視化処理する画面である。資材Ｓ００１が例えばヤードＡからＣに移動した結果をリスト、２Ｄモデル、３Ｄモデルに重ねて各々表示している。ここでは、移動前の位置を合わせて表示し、対象の資材が移動したことを強調表示してもよい。また、移動の軌跡を重ねて表示することも考えられる。本発明のプラント建設支援装置は、製品資材の仮置保管位置の時系列的な差分、移動の監視をすることにより、製品資材の紛失を防止することができる。さらに、製品資材の搬入量や移動状況をプラント建設サイトの３Ｄモデルに重畳して表示するので、据付に必要な製品資材の搬入量をマクロ的に監視し、適切な搬入量にコントロールするのに必要な情報を得ることができる。
　図１７は資材仮置保管状況の複数写真からの合成方法を示す。一方位から撮影したステレオ写真では、配管資材６０１～６０３の前面の距離計測ができるのみである。これに対し、例えば円柱状の物体からなる配管であることを確実に認識するためには、少なくとも３方位からの画像撮影が必要で、カメラ１００１、１００２、１００３による撮影でこれを実現する。通常、写真測量では基準点が必要となるが、比較対象となる配管３Ｄモデルがすでに作成されているので、配管上の特徴点を指定して写真画像による絶対距離計測を可能にする。
　さらに、本発明のプラント建設支援装置は、製品資材のプラント建設サイト到着の検出結果、及び、仮置保管位置の検出結果を可視化することができるので、現地資材の保管場所の管理を合理化することができる。
１０：ＧＰＳ通信衛星、１１：ＧＰＳ信号、３０：トラック、３１：納品書、４０：資材仮置ヤード、５０：プラント、６０：配管資材、１００：携帯電子端末、１０１：写真画像、１０２：位置情報、２１０：エッジ抽出部、２２０：文字認識部、２３０：モデル抽出部、２４０：一致度計算部、２５０：仮置位置登録部、３１０：現着遅れ確認部、３２０：製品位置検索部、４１０：製品位置ＤＢ、４２０：３Ｄモデル登録ＤＢ、４３０：施工図ＤＢ、４４０：計画工程ＤＢ、５００：入出力端末

Claims (13)

  1. 　所定位置に搬入保管されたプラント建設用の製品資材と、該製品資材を測定して画像情報と位置情報を取得するカメラとＧＰＳを有する携帯電子端末とを備え、該携帯電子端末により非接触で測定された前記製品資材の位置及び形状寸法を含む製品資材情報と、搬入された製品資材の納品書情報とを用いて、製品資材のプラント建設サイトへの搬入管理を行うプラント建設支援装置において、
    　前記製品資材情報から製品資材の物体境界情報を抽出するエッジ抽出部と、該エッジ抽出部の情報から製品資材モデルを抽出するモデル抽出部と、該モデル抽出部の情報とあらかじめ設計時に作成した三次元モデル情報および施工図情報を照合して前記製品資材モデルと前記三次元モデルの一致度を計算する一致度計算部と、前記製品資材の仮置保管位置を登録する仮置位置登録部と、表示画面を備えた入出力端末を有し、製品資材の個体認識番号を取得して前記製品資材のプラント建設サイトへの到着を判定することを特徴とするプラント建設支援装置。
  2. 　請求項１に記載のプラント建設支援装置において、前記携帯電子端末はさらに方位センサと時計を備え、測定した製品資材の方位または計測日時の少なくとも一つを前記個体認識番号と対応づけて記録することを特徴とするプラント建設支援装置。
  3. 　請求項１又は２に記載のプラント建設支援装置において、前記表示画面はプラント建設サイトの三次元モデル図面又は二次元モデル図面又は工程表画面の少なくとも一つを表示し、前記携帯電子端末を用いて測定した前記製品資材の、前記三次元モデル図面、二次元モデル図面又は工程表図面上での位置を表示することを特徴とするプラント建設支援装置。
  4. 　請求項３に記載のプラント建設支援装置において、仮置保管された前記製品資材の測定日時と建設工程で決定された搬入時期を比較する到着遅れ確認部を有し、該到着遅れ確認部は、前記製品資材の搬入および建設が予定工期から遅れている場合に、前記三次元モデル画面または二次元モデル図面または工程表画面の少なくとも一つに警告表示を表示することを特徴とするプラント建設支援装置。
  5. 　請求項３又は４に記載のプラント建設支援装置において、前記製品資材に表示されている個体識別番号を認識し、前記製品資材の仮置保管位置を前記三次元モデル画面または二次元モデル図面または工程表画面の少なくとも一つに表示する文字認識部を有することを特徴とするプラント建設支援装置。
  6. 　所定位置に搬入保管されたプラント建設用の製品資材と、該製品資材を測定して画像情報と位置情報を取得するカメラとＧＰＳを有する携帯電子端末とを備え、該携帯電子端末により非接触で測定された前記製品資材の位置及び形状寸法を含む製品資材情報と、搬入された製品資材の納品書情報とを用いて、製品資材のプラント建設サイトへの搬入管理を行うプラント建設支援方法において、
    　前記測携帯電子端末で測定した前記製品資材情報から得られる製品資材の物体境界情報と、あらかじめ設計時に作成しておいた三次元モデル情報を照合して、製品資材の個体認識番号を取得して、プラント建設用の製品資材のプラント建設サイトへの到着を判定することを特徴とするプラント建設支援方法。
  7. 　請求項６に記載のプラント建設支援方法において、前記携帯電子端末はさらに方位センサと時計を備え、測定した製品資材の方位または計測日時の少なくとも一つを前記個体認識番号と対応づけて記録することを特徴とするプラント建設支援方法。
  8. 　請求項６又は７に記載のプラント建設支援方法において、個体認識番号を取得した前記製品資材のプラント建設サイトの三次元モデル画面または二次元モデル画面上の位置を表示することを特徴とするプラント建設支援方法。
  9. 　請求項８に記載のプラント建設支援方法において、仮置保管された前記製品資材の計測日時と建設工程で決定された搬入時期を比較して、前記製品資材の搬入および建設が予定工期から遅れている場合に、前記三次元モデル画面または二次元モデル図面または工程表画面の少なくとも一つに警告表示を表示することを特徴とするプラント建設支援方法。
  10. 　請求項８に記載のプラント建設支援方法において、前記製品資材に書かれている配管番号または機器番号を含む個体識別番号を認識して、前記製品資材の仮置保管位置を表示することを特徴とするプラント建設支援方法。
  11. 　請求項８に記載のプラント建設支援方法において、前記携帯電子端末で仮置保管位置を計測した結果を経時的に複数回取得し、計測結果を比較して相違があった場合に差分部分に対応する配管資材を同定し、該配管資材が工事据付場所に無い場合に画面上に警告情報を表示することを特徴とするプラント建設支援方法。
  12. 　請求項８に記載のプラント建設支援方法において、測定した前記製品資材の画像を収集し、製品資材の保管位置情報を常時データベースで管理し、前記三次元モデル画面または二次元モデル図面または工程表画面の少なくとも一つに表示することを特徴とするプラント建設支援方法。
  13. 　請求項８に記載のプラント建設支援方法において、３Ｄモデル、作業工程、製品資材の搬入量及び移動状況をプラント建設サイトの前記三次元モデル画面または二次元モデル図面または工程表画面の少なくとも一つに重畳して表示することを特徴とするプラント建設支援方法。
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