(57)【要約】      （修正有）【課題】既設プラント施設などにおける改造配管の設計を自動化するプラント設備改造設計システムを提供する。【解決手段】施工現場における位置の基準点を決めるポールマーカーと、既設配管等の目印となるシールマーカーと、施工現場を撮像して三次元画像データを出力する三次元撮像手段（３Ｄカメラ１）と、前記ポールマーカー及びシールマーカーを含む、三次元空間における任意の物体点を計測して三次元計測データを出力する三次元計測手段（ＴＳ２）と、施工現場において追加の配管等を設置可能な空き空間に仮想的に設定された配管経路を示すルートトンネル情報が入力される入力手段（入力部３）と、前記三次元撮像手段、三次元計測手段、及び入力手段からのデータを取得し、三次元計測データ及びルートトンネル情報を基に施工現場における追加配管等の配置位置を割り出す制御手段（制御部６）と、制御手段からのデータを基にプラント設備改造設計を行う。【選択図】図１
2015090525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
施工現場に設置され、当該施工現場における位置の基準点を決めるポールマーカーと、
施工現場に設置されている配管等に付設され、その付設された配管等の目印となるシールマーカーと、
施工現場に設置され、当該施工現場を撮像して三次元画像データを出力する三次元撮像手段と、
施工現場に設置され、前記ポールマーカー及びシールマーカーを含む、三次元空間における任意の物体点を計測して三次元計測データを出力する三次元計測手段と、
施工現場において追加の配管等を設置可能な空き空間に仮想的に設定された配管経路を示すルートトンネル情報が入力される入力手段と、
前記三次元撮像手段、三次元計測手段、及び入力手段からのデータを取得し、三次元計測データ及びルートトンネル情報を基に施工現場における追加配管等の配置位置を割り出す制御手段と、
制御手段からのデータを基に、配置される追加配管等の画像を前記三次元画像上に表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とするプラント設備改造設計システム。
【請求項２】
前記ルートトンネルは、複数の配管を通すことが可能な断面寸法を有する筒状の空間であることを特徴とする請求項１記載のプラント設備改造設計システム。
【請求項３】
施工現場に、当該施工現場における位置の基準点を決めるポールマーカーを設置し、
施工現場に設置されている配管等に、その付設された配管等の目印となるシールマーカーを設置し、
前記施工現場を三次元撮像手段で撮像して三次元画像データを取得し、
施工現場において、三次元計測手段により前記ポールマーカー及びシールマーカーを含む、三次元空間における任意の物体点を計測して三次元計測データを取得し、
施工現場において追加の配管等を設置可能な空き空間に仮想的に設定された配管経路を示すルートトンネル情報を入力手段からが入力し、
前記三次元撮像手段、三次元計測手段、及び入力手段からのデータを取得し、三次元計測データ及びルートトンネル情報を基に施工現場における追加配管等の配置位置を制御手段により割り出し、
制御手段からのデータを基に、配置される追加配管等の画像を表示手段の三次元画像上に表示する、
ことを特徴とするプラント設備改造設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント設備改造設計システム、特に現場から取り込んだ現場写真と現場設備の位置情報を基に、当該現場の改造設計図を作成するプラント設備改造設計システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既設のプラント施設などにおける工場内の改造配管を設計するためには、従来は手作業により、コンベックス並びにメジャーポールで既設プラントを計測し、改造配管が通過できる場所を決め、設計者が配管設計をする手法が採られていた。プラント施設などにおける配管設計をするための自動化技術としては例えば特許文献１に示すものがある。この技術においては、データ入力部で顧客の要求や諸条件を入力し、プラント構成機器やその接続機器類の各メーカのデータベースに直結したプラント構成要素情報部に、各機器類の最新情報が記憶されその情報が携帯端末器へ提供され、プラント構成要素選出部で上記諸条件による最適構成機器類が選出され、プラント構成要素配置案生成部で最適配置案を生成する、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９９３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の従来技術は、機器や配管がまだ何も設置されていないプラント建設予定区域に配管や各種機器（以下、配管等という）を設置するための自動設計技術を提案するもので、既設のプラント施設における配管等の追加、削除（配管等の改造）を自動設計するものではない。そして、このような既設のプラント施設などにおける工場内の改造配管を設計するには、上述のように人間の手作業により行うのが一般的であった。
【０００５】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、既設プラント施設などにおける改造配管の設計を自動化するプラント設備改造設計システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明は、プラント設備改造設計をするために、施工現場における位置の基準点を決めるポールマーカーと、施工現場内の既設配管等の目印となるシールマーカーと、施工現場を撮像して三次元画像データを出力する三次元撮像手段と、施工現場の前記ポールマーカー及びシールマーカーを含む、三次元空間における任意の物体点を計測して三次元計測データを出力する三次元計測手段と、施工現場において追加の配管等を設置可能な空き空間に仮想的に設定された配管経路を示すルートトンネル情報が入力される入力手段と、前記三次元撮像手段、三次元計測手段、及び入力手段からのデータを取得し、三次元計測データ及びルートトンネル情報を基に施工現場における追加配管等の配置位置を割り出す制御手段と、制御手段からのデータを基に、配置される追加配管等の画像を前記三次元画像上に表示する表示手段とを備えたことを要旨とする。
【０００７】
前記ルートトンネル情報は、複数の配管を通すことが可能な断面寸法を有する筒状の空間であり、改造される配管等の概略ルート或いは延伸可能ルートを規定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、施工現場における三次元画像データ、計測データ及びルートトンネル情報から、演算により施工現場における追加配管等の配置位置を割り出すため、プラント設備を改造するに当たりその改造設計を自動化することができる。また、プラント設備改造設計が迅速に行える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るプラント設備改造設計システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】前記実施の形態に於ける制御手段の機能を表すブロック図である。
【図３】前記実施の形態において施工現場（改造前）が撮影され、また、計測が行われている様子を示す現場俯瞰図である。
【図４】前記実施の形態において３Ｄカメラの撮影により取得された画像データとＴＳにより取得された計測データの取り込みの様子を示すディスプレイ図である。
【図５】前記実施の形態において画像データ上におけるルートトンネルの描画状況を示すディスプレイ図である。
【図６】前記実施の形態においてプラント設備改造設計に際しての演算処理により設計された最終的な追加配管経路及びこの追加配管経路が施工現場画像に重ね表示された状態を示すディスプレイ図図である。
【図７】前記実施の形態において３Ｄ−ＣＡＤプログラムを用いたルートトンネルの描画方法を示す図である。
【図８】前記実施の形態においてＥＡＳＹ  Ｒｏｕｔｅｒプログラムを用いたルートトンネルの描画（作成）方法を示す図である。
【図９】前記実施の形態においてＥＡＳＹ  Ｒｏｕｔｅｒプログラムを用いたルートトンネルの変更方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るプラント設備改造設計システムの全体構成を示すブロック図である。図１において、１は三次元撮像手段としての３Ｄディジタルカメラ（以下、「３Ｄカメラ」という）、２は三次元計測手段であるトータルステーション（ＴＳ）、３は当該プラント設備改造設計システムを動作させるための各種データが入力される入力部、４はシステム動作に使用されるデータが格納される記憶部、５はシステムの動作で得られた結果が表示される表示部、６は上記各機能部の動作をコントロールしまた各種演算処理を行う制御部である。
【００１１】
３Ｄカメラ１は、施工現場に設置され、当該施工現場を撮像して三次元画像データを出力する。この３Ｄカメラ１はまた、１回のシャッター動作で２画像（ステレオ）の写真を撮影する複眼デジタルカメラである。さらにこの３Ｄカメラ１は通信機能を有していて、撮影画像を自動でパーソナルコンピュータ（ＰＣ）或いはタブレット端末などから成る制御部６へ転送することができる。三次元計測手段としてのＴＳ２は、レーザー光を用いて現実の世界に存在する物体の任意の点の三次元座標を計測する計測器である。このＴＳ２は通信機能を有していて、計測結果を自動で制御部６へ転送することができる。入力部３はキーボードやマウスなどの入力機器からなり制御部６における各種処理動作に必要なコマンドおよびデータが入力される。この入力部３からは追加の配管等を設置するためのルートトンネル情報が入力される。上記ルートトンネルとは、コンピュータ内の仮想空間に設定される、複数本の配管を通すことが可能な断面寸法を有する筒状の空間である。
【００１２】
記憶部４は各種処理プログラムなどが格納される読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）や処理動作に際してデータの書き込み、読み出しが実行されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、さらには保存データを格納するストレージ型メモリを有しており、それぞれのメモリが必要に応じて使用される。この記憶部４には３Ｄカメラ１から転送された画像データ及びＴＳ２から転送された計測データが格納される。表示部５は液晶その他のディスプレイ機器から成り、制御部６において処理されたデータを基に、新たに配置される追加配管等の画像が前記三次元画像上に表示される。制御部６は上述のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）或いはタブレット端末などから成り３Ｄカメラ１、ＴＳ２、及び入力部３からのデータを取得し、三次元計測データ及びルートトンネル情報を基に施工現場における追加配管等の配置位置を演算により割り出す。
【００１３】
図２は上記制御部６の機能構成を示すブロック図である。図２において、１１は演算部でありプロセッサなどで構成される。１２は３Ｄカメラ１及びＴＳ２との間で通信動作を行う通信部であり、本実施の形態では無線通信によりデータの送受信を行う。１３は演算部１１との間でデータの送受を行うメモリであり３Ｄカメラ１からの画像データが格納される画像データ格納部１４とＴＳ２からの計測データが格納される計測データ格納部１５を有する。１６はタイマーであり演算部１１における処理の同期をとる。１７は表示制御部であり表示部へのデータの送受信信号を制御する。
【００１４】
以上の構成を有するプラント設備改造設計システムにおける動作を説明する。先ず改造設計が行われるプラント設備から各種データを取得するためにデータの取り込みが行われる。そのために、プラント設備には適切な個所に３Ｄカメラ１、ＴＳ２及び基準点マーカーとしてのポールマーカーとシールマーカーとが設置ないしは配置される。ポールマーカーは当該施工現場における位置の基準点を決めるための目印或いは指標である。シールマーカーは施工現場に設置されている配管等に付設され、その付設された配管等の目印である。ＴＳ２については、既設改造プラントにおける基準座標系を定め、その座標系で計測値を出力できるようにＴＳ２を設定する。次に、３Ｄカメラ１により施工現場が撮影される。この撮影動作と同時に、或いは相前後してＴＳ２により計測が行われる。図３はこの施工現場（改造前である）が撮影され、また、計測が行われている様子を示す現場俯瞰図である。図３において符号７はポールマーカーであり、８はシールマーカー、９は既存の配管である。３Ｄカメラ１により施工現場はポールマーカー７及びシールマーカー８を含めてほぼ全体が撮影される。またＴＳ２により施工現場の配管等の複数部位（各ポイント、或いは点）が計測される。図３においてＴＳ２から種々の方向へ延びている直線はＴＳ２から照射されたレーザー光を示し、その到達点は上記ポールマーカー７及びシールマーカー８、及び計測される配管等の計測部位である。この計測に際して、複数地点で計測したＴＳ座標値の座標系を統一するために、３点以上の「ＴＳ用基準点（画像計測用基準点）」を定め、ＴＳ２でその座標値を計測する。上記複数の被計測ポイントはクルースと呼ばれ、現実の世界で計測した点をコンピュータ内の仮想空間に専用のシンボルを配置した手掛かり点（主に、設計上衝突が起こる干渉対象点）となる。
【００１５】
ＴＳ２により得られた計測データである座標値データは制御部６へ、例えばブルーツースを用いて無線通信で送られ記憶部５へ格納される。制御部６では、ポールマーカー７及びシールマーカー８の撮影画像データ及びポールマーカー７及びシールマーカー８の計測結果から施工現場に仮想空間を設定する。
【００１６】
他方、上記３Ｄカメラ１の撮影についてみると、３Ｄカメラ１で施工現場の計測したい範囲を撮影する。この際、画像中に「画像計測用基準点」が３点以上写るようにする。上記画像計測用基準点としては、一直線上に無い、できるだけ離れた３点以上の基準点が写っていることが必要である。そして、上記３Ｄカメラ１の撮影により得られた三次元画像データは制御部６へ、例えばEye-Fiを用いて無線通信で送られ記憶部５へ格納される。図４は、上記３Ｄカメラ１の撮影により取得された画像データとＴＳ２により取得された計測データの取り込みの様子を示すディスプレイ図である。図４中において×のマークは、図３においてＴＳ２から照射されたレーザー光の到達点すなわち計測部位に相当し、その部位における計測データが得られたことを表す。また図４中において、例えばポールマーカー７の計測点及びシールマーカー８の計測点或いは計測点１０はクルースに設定される。もちろんこれらの計測点以外の計測点をクルースに設定することもできる。計測データはポールマーカー７及びシールマーカー８、及び計測される配管等の計測部位において取得され、制御部６へと取り込まれる。
【００１７】
次に、ＴＳ２の設置場所を移動し、上述のＴＳ計測動作で計測した基準点の座標値を再度計測し、計測データを制御部６へ転送する。また３Ｄカメラ１の位置を変えて施工現場の計測したい範囲を撮影し、得られた三次元画像データを制御部６へ転送する。このＴＳ２の設置場所の移動、計測、および３Ｄカメラ１の位置の変更、撮影を複数回（２〜３回）繰り返す。
【００１８】
次に、画像データ処理プログラム（例えばEASY Routerソフトウェア）に３Ｄカメラ１からの画像データを読み込み、データ処理により点群化する。ＴＳ２で計測した「画像計測用基準点」の位置を指定し、画像計測での座標系を基準座標系と統一する。ＴＳ２の計測値と３Ｄカメラ画像共通の点データをＴＳの座標データで補正し、点群座標もデータ処理により補正する。この場合、明らかにノイズ等であって不必要と判断できる点データや点群座標は削除するが、不必要と判断できないものはそれぞれデータとして残す。
【００１９】
次に、画像データ処理プログラムにより画像中指定ポイント（クルース等の特徴点）を指定する。そして、クルースを参考に表示部４の画面上で配管の通るルートトンネルが描画される。ルートトンネルの描画に際しては、既存の配管の陰になっている場合もあり得るため、必要に応じて画面を三次元的に回転させる。図５は画像データ上におけるルートトンネルの描画状況を示すディスプレイ図である。図５において符号２０はルートトンネルを表す。この示されるようにルートトンネル２０は実際の配管よりも太い配管図として描画される。また、このルートトンネル２０は最終的な配管経路を示すものではなく、途中段階の配管設計を示す。
【００２０】
上記ルートトンネルが作成された後、データをデータ保存用プログラム（例えば）E Converterソフトウェア）の実行により保存する。上記データ保存用プログラムの実行により保存した点情報、及びルートトンネル情報は、記憶部５に設定された配管３Ｄ−ＣＡＤデータベースに変換、格納される。
その後、プラント設備の改造設計の最終段階においては、画像データ上において実際の配管設計処理が行われる。この配管設計においては、配管３Ｄ−ＣＡＤプログラムが実行される。配管３Ｄ−ＣＡＤプログラムの処理実行においては、上記点情報、及びルートトンネル情報が記憶部５に設けられたデータベースから読み出されて制御部６の演算部１１に送られ、演算部１１は図５に示されたルートトンネル２０を含んだ画像データを編集する。
【００２１】
図７は３Ｄ−ＣＡＤプログラムを用いたルートトンネル２０の描画方法を示す図である。この描画方法では、ルートトンネル２０が描画されるには、先ず図７（ａ）に示されるように表示部４に表示された画像データ上において始点と終点が設定される。次に図７（ｂ）に示されるように、ルートトンネルがＸ，Ｙ，Ｚ座標系で始点と終点をできるだけ最短距離でつなぐように描画される。例えば図７（ｃ）に示されるようにルートトンネルの延伸方向の途中に障害物１８が存在する場合は、図７（ｄ）に示されるようにルートトンネルの延伸方向が状況に応じて変更される。
【００２２】
図８はＥＡＳＹ  Ｒｏｕｔｅｒプログラムを用いたルートトンネル２０の描画（作成）方法を示す図である。この描画方法では、ルートトンネル２０が描画されるには、図７（ａ）に示されたのと同様に先ず表示部４に表示された画像データ上において始点と終点が設定された後、図８（ａ）に示されるように、始点からマーカー画像或いはクルースを参照して点指定が行われ、次に図８（ｂ）に示されるように、上記指定された点を繋ぐことによりルートトンネル２０が作成される。
【００２３】
また、一度作成されたルートトンネル２０を経路変更することもできる。図９はＥＡＳＹ  Ｒｏｕｔｅｒプログラムを用いたルートトンネル２０の変更方法を示す図である。この場合には、例えば図８（ｂ）に表されたルートトンネル２０に変更を加えるべく、図９（ａ）に示されるようにルートトンネル２０の一部に変更指示を与えると、指示が与えられた部位においてルートトンネル２０が別の経路を採るように変更される。変更されたルートトンネル２０では、変更後の節目の部分に自動的に球状の節点が付与される。
【００２４】
上述のようなルートトンネル２０の描画が行われた後、演算部１１はＴＳ２により得られた計測データに基づいて既存の配管等との間で干渉が起こらないように、配管ルートを演算により求め最終的な追加配管経路を設計する。図６は、上記演算処理により設計された最終的な追加配管経路の表示状態を示す図である。画面Ｄａには設計された最終的な追加配管経路２１が表示されており、画面Ｄｂには上記追加配管経路２１の画像データを、３Ｄカメラ１の撮影により取得された画像データ（施工現場を撮像した画像データ）に重ね合せた変更後の施工現場の画像が表示されている。図６から明らかなように、図５に示されていたルートトンネル２０は画像データから削除され、代わって実際に施工される追加配管経路２１の画像が追加設定されている。この配管は、実際の施工現場に配置されても既存の配管等と干渉したりすることはない。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によるプラント設備改造設計システムは、施工現場における三次元画像データ、計測データ及びルートトンネル情報から、演算により施工現場における追加配管等の配置位置を割り出すため、プラント設備を改造するに当たりその改造設計を自動化することができる。また、プラント設備改造設計が迅速に行え有用である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ３Ｄカメラ（三次元撮像手段）
２  ＴＳ（三次元計測手段）
３  入力部
４  記憶部
５  表示部
６  制御部
７  ポールマーカー
８  シールマーカー
１１  演算部
１２  通信部
１３  メモリ
１４  画像データ格納部
１５  計測データ格納部
１６  タイマー
１７  表示制御部
２０  ルートトンネル
【図１】
2015090525.tif 000003
【図２】
2015090525.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2015090525.tif 000010
【図９】
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