(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内に車線方向に敷設されたレールと、前記レールに沿って所定間隔で設置された給水栓と、前記レール上を走行し少なくとも消火ホース、第１のホースリール及び噴射手段を搭載した消火ロボットと、前記レール上を走行し少なくとも前記消火ホースを案内する第２のホースリール及び前記給水栓に前記消火ホースを結合するジョイント手段を搭載した巻出しロボットとを具備してなるトンネル内消火システムの消火方法であって、
前記消火ロボットと前記巻出しロボットが火災発生位置近傍の給水栓の位置に移動する段階と、
前記ジョイント手段によって前記消火ホースと前記給水栓とを結合させる段階と、
前記消火ロボットが消火作業位置へ移動する段階と、
前記消火ロボットが、前記消火作業位置へと移動してその位置に停止し、前記巻出しロボットが、前記消火ロボットの位置から見て前記消火作業位置の方向とは逆の方向に向かって前記レール上を走行し、前記第１のホースリールから前記消火ホースを完全に巻き出す位置まで移動する段階と、
前記消火ロボットが前記消火作業位置において前記給水栓から供給される水を前記噴射手段によって前記火災発生位置に噴射する段階と
を有することを特徴とするトンネル内消火システムの消火方法。
【請求項２】
請求項１に記載の消火方法において、
トンネル内に火災位置検出器を設け、前記火災位置検出器の検出結果に基づいて火災発生位置近傍の給水栓の位置を特定する段階と、
前記特定した給水栓の位置を前記消火ロボットと前記巻出しロボットに報知する段階と
をさらに有することを特徴とするトンネル内消火システムの消火方法。
【請求項３】
トンネル内において車線方向に敷設されたレールに沿って所定間隔で設置された給水栓から供給される水を通過させる消火ホースと、前記消火ホースを巻き付ける第１のホースリールとを具備してその消火ホースを介して供給される水を噴射する消火ロボットとともに、トンネル内消火システムを構成する巻出しロボットであって、
前記消火ホースを前記給水栓と結合させるジョイント手段と、
前記第１のホースリールから巻き出される消火ホースを前記給水栓の方向に案内する第２のホースリールと、
前記レール上の走行を制御する走行制御手段と、
前記ジョイント手段を制御するジョイント制御手段とを具備し、
前記走行制御手段が、前記消火ロボットに追従するように前記巻出しロボットを走行させて火災発生位置近傍の給水栓の位置へと移動させ、
前記ジョイント制御手段が、前記ジョイント手段を制御して前記消火ホースと前記給水栓とを結合させ、
前記消火ロボットが消火作業位置まで移動してその位置に停止する一方で、前記走行制御手段が、前記消火ロボットの位置から見て前記消火作業位置の方向とは逆の方向に向かって前記レール上を前記巻出しロボットに走行させることで、前記第１のホースリールから前記消火ホースを完全に巻き出す位置まで前記巻出しロボットを移動させる
ことを特徴とする巻出しロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トンネル内に発生する火災を無人で消火することができるトンネル内消火システムの消火方法、消火ロボットおよび巻出しロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル内において車両事故等による火災が発生した場合、トンネル内が閉所であり、しかも煙の充満によって視界が妨げられる等の理由から人手による消火作業は極めて困難となる。また、火災の発生から消防車が駆け付けるまでには一定の時間を要することから消火作業が遅れがちとなり、このため被害が一層拡大する危険がある。こうした事情から、交通量の多い特定のトンネル内においては火災の発生を検知してトンネル内に水を噴霧する消火設備が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の消火設備は、トンネル内のどこで火災が発生しても水を供給できるようにするため、１０ｍ程度の間隔で給水栓と水噴霧設備を設ける必要がある。このため、消火設備の設置コストが膨大になるという問題があった。
【０００４】
この発明は、このような背景の下になされたもので、トンネル内に設置される給水栓および水噴霧設備の設置間隔を長くして消火設備の設置コストを低減することができるトンネル内消火システムの消火方法、消火ロボットおよび巻出しロボットを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の発明は、トンネル内に車線方向に敷設されたレールと、前記レールに沿って所定間隔で設置された給水栓と、前記レール上を走行し少なくとも消火ホース、第１のホースリール及び噴射手段を搭載した消火ロボットと、前記レール上を走行し少なくとも前記消火ホースを案内する第２のホースリール及び前記給水栓に前記消火ホースを結合するジョイント手段とを搭載した巻出しロボットとを具備してなるトンネル内消火システムの消火方法であって、
前記消火ロボットと前記巻出しロボットが火災発生位置近傍の給水栓の位置に移動する段階と、
前記ジョイント手段によって前記消火ホースと前記給水栓とを結合させる段階と、
前記消火ロボットが消火作業位置へ移動する段階と、
前記前記巻出しロボットが前記第１のホースリールから前記消火ホースを完全に巻き出す位置まで移動する段階と、
前記消火ロボットが前記消火作業位置において前記給水栓から供給される水を前記噴射手段によって前記火災発生位置に噴射する段階と
を有することを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
トンネル内に火災位置検出器を設け、
前記火災位置検出器の検出結果に基づいて火災発生位置近傍の給水栓の位置を特定する段階と、
前記特定した給水栓の位置を前記消火ロボットと前記巻出しロボットに報知する段階と
をさらに有することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の消火方法に適用される消火ロボットであって、
前記給水栓から供給される水を通過させる消火ホースと、
前記消火ホースを巻き付ける第１のホースリールと、
前記消火ホースを介して供給される水を噴射する噴射手段と、
前記レール上の走行を制御する走行制御手段と
前記噴射手段による水の噴射を制御する噴射制御手段と
を具備することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または２に記載の消火方法に適用される巻出しロボットであって、
前記消火ホースを前記給水栓と結合させるジョイント手段と、
前記第１のホースリールから巻き出される消火ホースを前記給水栓の方向に案内する第２のホースリールと、
前記レール上の走行を制御する走行制御手段と、
前記ジョイント手段を制御するジョイント制御手段と
を具備することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
Ａ：実施形態の構成
図１はこの発明の一実施形態の全体構成を示す斜視図である。同図において、１は消火ロボットであり、トンネル内に発生した火災の発生位置に移動して消火作業を行う。２は巻出しロボットであり、消火ロボット１に搭載されているホースリール（図示略）に巻き付けられた消火ホースＨの巻き出し作業を行う。これら２つのロボット１，２は、それぞれトンネル内の上部壁面に車線方向に敷設されたレールＲ上を走行する自動走行機能を有している。
【００１０】
また、３，３，３，……は給水栓であり、レールＲの近傍に、およそ５０ｍ間隔で設置されている。各給水栓３，３，３，……には、図示しない貯水タンクに貯蓄された水が所定の水圧で供給されるようになっている。消火ロボット１と巻出しロボット２は、給水栓３の位置で停止し、消火ホースＨを給水栓３にジョイントし、消火作業のための給水を受けるようになっている。
【００１１】
ここで、給水を外部から行う理由について触れておく。トンネル内で消火を行う設備については、６００リットル／分の流量で４０分間水を噴霧し続けることができなければならないとの法規制があり、これを満たすような水量を消火ロボット１あるいは巻出しロボット２が搭載するのは容量的に不可能である。そこで、本実施形態においては、消火剤の原液（もしくは粉末）のみ消火ロボット１に搭載し、外部の給水栓３から水を供給して最初の１０分間は消火ロボット１内で３％の消火剤混合液を生成して噴霧を行い、続く３０分間は給水栓３からの水をそのまま噴霧するという採っている。
【００１２】
さらに、４，４，４，……は火災位置検出器であり、トンネル内におよそ５０ｍ間隔で設置されている。これら火災位置検出器４，４，４，……の検出結果は、図示しない監視センタへ送られ、火災位置の特定に用いられる。すなわち、監視センタは、どの火災位置検出器４が火災の発生を検出したかによって火災位置を特定し、その火災位置に最も近い給水栓３の位置情報（例えば、給水栓を特定する識別番号）を当該給水栓３に最も近い位置で待機する消火ロボット１に無線信号により送信する。ここで、トンネル長が極めて長い場合、消火ロボット１と巻出しロボット２のペアは、例えば１０００ｍ間隔で複数待機している。このように複数の消火ロボットの中から特定の消火ロボット１に対して火災発生位置を報知するには、その消火ロボット１を識別するための識別番号を無線信号に含めるようにすればよい。これにより、各消火ロボット１は、自身の識別番号との照合を行うことにより無線信号が自身に対する報知信号であるか否かを知ることができる。
【００１３】
次に、図２に示す概念図を参照し、消火ロボット１と巻出しロボット２による消火ホースＨの巻出し機構について説明する。同図に示すように、消火ロボット１は給水栓３の設置間隔に対応した５０ｍ程度の長さを有する消火ホースＨをホースリールＨＲ１に巻き付けた状態で搭載しており、消火ホースＨの一端にはスプレーノズルＳＮが取り付けられ、消火ホースＨの他端は巻出しロボット２のホースリールＨＲ２を経由して給水栓３にジョイントされる。そして、消火ロボット１が火災位置近傍の消火位置に移動して停止すると、巻出しロボット２は消火ロボット１内のホースリールＨＲ１から消火ホースＨを巻き出すべく消火ロボット１の後方（図中Ｘ方向）に向かって走行する。そして、巻出しロボット２は、消火ホースＨがホースリールＨＲ１から完全に巻き出された位置で停止する。この状態で、消火ロボット１は水噴霧を開始する。
【００１４】
このように消火ホースＨが完全に巻き出された状態で水噴霧を行うのは、以下の理由による。すなわち、消火ホースＨは、ホースリールＨＲ１に巻かれた状態においては断面が潰れており、水を通すことができない状態にある。したがって、水噴霧を行うには、消火ホースＨをホースリールＨＲ１から完全に巻き出すことにより消火ホースＨ内を水が通る状態にする必要がある。このために、巻出しロボット２による消火ホースＨの巻き出しが必要なのである。
【００１５】
ここで、例えばホースリールＨＲ１に巻き付けた状態で断面が潰れない構造を持った消火ホースＨを採用すれば、消火ホースＨを巻き出さなくても水を通すことは可能であるが、このような消火ホースＨは容積がかさむため長いホースを消火ロボット１内に収容することができない。消火ロボット１の大きさにもよるが、せいぜい８〜１０ｍの長さが限界である。したがって、本実施形態においては、ホース長の長い消火ホースＨを断面が潰れた状態でホースリールＨＲ１に巻き付けることとし、消火ホースＨの断面が広がった状態で水噴霧を行うべく、噴霧開始前に巻出しロボット２により消火ホースＨをホースリールＨＲ１から完全に巻き出すようにしている。
【００１６】
ここで図３にホースリールＨＲ１の構造例を示す。同図において、一端がスプレーノズルＳＮにつながる消火ホースＨは、図示のようにホースリールＨＲ１の円筒状の軸ＳＨに対して回転自在にジョイントされる。これによりホースリールＨＲ１の回転に伴って消火ホースＨが捻れることがない。一方、一端が給水栓３にジョイントされる消火ホースＨはホースリールＨＲ１に巻き付けられた後、軸ＳＨとジョイントされる。このジョイントされる部分にあたる軸ＳＨの側面には図示しない孔が形成されており、軸ＳＨ内の空洞を水が通るようになっている。すなわち、給水栓３から供給される水は消火ホースＨ、軸ＳＨ内の空洞、消火ホースＨ、スプレーノズルＳＮを経て外部に噴霧される。このように軸ＳＨは消火ホースＨの一部としての役割を果たすことから、外部に水が漏れないよう軸ＳＨ内の空洞は密閉されている。
【００１７】
次に、図４に示す機能ブロック図を参照し、消火ロボット１の電気的構成について説明する。同図において、１１，１２は一対のＣＣＤカメラであり、トンネル内の状況を赤外線感応方式によって撮像し、各々の撮像結果を出力する。１３は火災検出部であり、一対のＣＣＤカメラ１１，１２の撮像結果を画像解析してトンネル内高温部を検出するとともに所定の３次元計測原理を用いて当該高温部までの距離Ｌと方向Ｄを算出する。
【００１８】
１４はノズル制御部であり、火災検出部１３によって検出される火災発生箇所に応じてノズル支持機構１４ｍを駆動しスプレーノズルＳＮの方向を制御する。具体的には、スプレーノズルＳＮの俯仰角と旋回角を算出し、例えば図５に示すように俯仰自在かつ旋回自在に支持されたスプレーノズルＳＮの方向を制御する。これによって、火災発生位置に的確に水噴霧を行うことが可能となる。
【００１９】
図４において、１５は受信部であり、前述の監視センタから送信される無線信号を受信する。この受信部１５は、受信信号の復調処理のほか、識別番号の照合および給水栓位置情報の抽出を行う。
【００２０】
１６はテンション検出器であり、ホースリールＨＲ１の軸ＳＨと消火ホースＨのジョイント部に介挿されたひずみセンサの出力に基づいて消火ホースＨにかかるテンションを検出する。また、このテンション検出器１６は、検出されるテンション値が所定レベルを上回ると、消火ホースＨがホースリールＨＲ１から完全に巻き出されたことを検出する。
【００２１】
１７は走行制御部であり、当該消火ロボット１の走行制御とともにペアとなる巻出しロボット２の走行制御を行う。すなわち、走行制御部１７は、受信部１５から供給される給水栓位置情報に基づいて消火ロボット１および巻出しロボット２を火災位置近傍の給水栓３の位置へ移動させるべく走行機構１７ｍ，２２ｍ（後述の図６に示す）の駆動を制御する。さらに、走行制御部１７は、火災検出部１３によって検出される火災発生箇所までの距離Ｌに基づいて消火ロボット１を火災発生位置からの射程距離に移動させるべく走行機構１７ｍの駆動を制御する。また、走行制御部１７は、テンション検出器１６の検出結果に基づいて巻出しロボット２の停止制御を行う。
【００２２】
１８は送信部であり、ペアとなる巻出しロボット２に対して走行と停止を指示する制御信号を無線送信する。このときの無線信号も他の巻出しロボット２との混同を防止するため巻出しロボット２の識別番号を付加して送信される。
なお、消火ロボット１は、図示しないバッテリを搭載しており、これによって上記各部の電源を得るようになっている。
【００２３】
次に、図６に示す機能ブロック図を参照し、巻出しロボット２の電気的構成について説明する。同図において、２１は受信部であり、消火ロボット１から無線により送信される走行と停止の制御信号を受信する。
２２は走行制御部であり、消火ロボット１から供給される制御信号に基づいて走行機構２２ｍを駆動し走行制御を行う。この走行制御によって消火ホースＨの巻き出しが行われる。
【００２４】
２３はジョイント制御部であり、例えば図７に示すような消火ホースＨ端部のジョイント機構２３ｍを駆動して給水栓３と消火ホースＨをジョイントさせる。このジョイントのタイミングは、給水栓位置での停止を知らせる走行制御部２２から供給される信号により決定される。
なお、この巻出しロボット２も図示しないバッテリを搭載しており、これによって上記各部の電源を得るようになっている。
【００２５】
Ｂ：実施形態の動作
次に、図８に示すフローチャート及び図９に示す状態遷移図を参照し、上記構成からなる実施形態の動作を説明する。
まず、トンネル内の所定位置で車両事故等により火災が発生した場合を想定する。この場合、監視センタではトンネル内の火災位置検出器４，４，……の検出結果から火災発生位置が特定され、火災発生位置に最も近い給水栓位置情報がトンネル内に待機している消火ロボット１に報知される（図８のステップＳ１、図９の状態ＳＡ）。
【００２６】
これにより、消火ロボット１は、指定された給水栓位置に向かって走行するとともに、巻出しロボットにも追従して走行するよう指示を出す（図８のステップＳ２）。
そして、目的の給水栓位置にて位置決め後停止すると、巻出しロボット２は、消火ホースＨを給水栓３にジョイントさせる（図８のステップＳ３、図９の状態ＳＢ）。
【００２７】
次いで、消火ロボット１は、ＣＣＤカメラ１１，１２の撮像結果に基づき火災発生箇所までの距離Ｌと方向Ｄを算出しつつ、スプレーノズルＳＮの射程距離まで移動する（図８のステップＳ４、図９の状態ＳＣ）。また、消火ロボット１は、消火位置での停止後、ノズル方向を定める（図８のステップＳ５）。
さらに、消火ロボット１は、消火ホースＨをホースリールＨＲ１から巻き出すべく、巻出しロボット２に巻き出し方向への走行を指示する（図８のステップＳ６）。これにより、巻出しロボット２は、巻き出し走行を行う。
【００２８】
そして、消火ホースＨがホースリールＨＲ１から完全に巻き出されると、消火ロボット１がテンションの増大によりこれを検知し、巻出しロボット２に停止を指示する（図８のステップＳ７）。これにより、消火ホースＨが伸び切った状態となり、給水栓３から消火ロボット１に対して給水が行われる。こうして、消火ロボット１は水噴霧による消火作業を開始する（図８のステップＳ８、図９の状態ＳＤ）。具体的には、当初の１０分間は外部から供給される水と搭載している消火剤とを混合して３％溶液を生成し、噴霧を行い、続く３０分間は外部から供給される水のみを噴霧する。
【００２９】
Ｃ：変形例
なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、例えば以下のような各種の変形が可能である。
（１）実施形態では、消火ホースＨの長さをおよそ５０ｍとしたが、ロボット１，２が負荷に耐えられるのであれば、より長くしてもよい。消火ホースＨの長さを大きくとれればその分給水栓３の設置間隔を広くでき、設備コストを低減できる。また、消火ホースＨを長くし過ぎると、消火ホースＨの垂れ下がりが問題となる可能性があるが、この場合にはレールＲの下方に垂れ下がった消火ホースＨを受けるフックを設置するなどの措置を採ればよい。
【００３０】
（２）また、例えば図１０に示すように、ロボット１，２にそれぞれ２つ以上のホースリールＨＲ１１，１２，２１，２２を設け、消火ホースＨをロボット１，２間で往復させるようにしてもよい。
【００３１】
（３）また、消火作業の順序は、図８及び図９に示した態様に限らず、例えば消火ロボット１の消火作業位置への走行と巻出しロボット２の巻き出し走行とを同時並行で行うようにしてもよい。このようにすれば、噴霧開始までの時間を短縮することができる。
【００３２】
（４）また、実施形態では、監視センタ、消火ロボット１および巻出しロボット２の間の通信を無線により行ったが、これに限らず、信号の信頼度を確保するため有線回線を設け、有線で通信を行うようにしてもよい。
【００３３】
（５）また、実施形態で図示したホースリールＨＲ１、ノズル支持機構１４ｍ、ジョイント機構２３ｍ、レールＲ等の構造は一例であって、同等の機能を奏するものであれば他の構造を採用してもよい。例えばジョイント機構２３ｍについては、巻出しロボット２側から駆動して結合するものでもよいし、給水栓３側から駆動して結合するものでもよい。ただし、給水栓３側から駆動する場合、給水栓３に巻出しロボット２の位置決め完了を報知するしくみが必要となる。
【００３４】
（６）また、実施形態では赤外線感応型のＣＣＤカメラ１１，１２を用いたが、これに限らず、火災発生箇所を検出できるものであればその他の方式のものを採用してもよい。
【００３５】
（７）また、消火ロボット１が火災発生箇所に接近しすぎた場合、消火ロボット１自身が火災に巻き込まれる危険があることから、ＣＣＤカメラ１１，１２とは別に温度センサを設置して消火ロボット１が一定温度を越える程度まで火災発生箇所に接近することのないよう走行を制御してもよい。
【００３６】
（８）また、ロボット１，２の動力源としては、上記実施形態のようにバッテリを搭載するのではなく、トロリ架線によって外部より電力を供給するようにしてもよい。また、エンジンと発電機を搭載して動力を供給するようにしてもよい。
【００３７】
（９）また、ロボット１，２の走行方式は、走行車輪を駆動する方式でもよいし、あるいはリニアモータによって磁気的に推力を得る方式を採用してもよい。また、走行速度は、特に限定されないが、火災発生箇所の近傍に迅速に到達する必要があることから、レールＲのつなぎ目やカーブ等の走行路上の制約が許す限り、より高速であることが望ましい。
【００３８】
（１０）また、実施形態では、火災の検知から噴霧までを全て無人で行うようにしたが、これに限らず、例えば人間がリモートコントローラにより火災の発生を報知するなど、必要に応じて人間の判断を介入させるようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、消火ホースをその断面を潰した状態で消火ロボットに搭載できるため、ホース長を長くすることができる一方、巻出しロボットにより消火ホースを完全に伸ばしきることにより水噴霧が可能となる。この結果、トンネル内消火システムにおいて、給水栓の設置間隔を広くすることができ、消火設備の設置コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態の全体構成を示す斜視図である。
【図２】  同実施形態における消火ロボットと巻出しロボットによる消火ホースの巻出し機構を示す概念図である。
【図３】  同実施形態におけるホースリールの構造例を示す斜視図である。
【図４】  同実施形態における消火ロボットの電気的構成を示す機能ブロック図である。
【図５】  同実施形態におけるノズル支持機構の概略構造例を示す斜視図である。
【図６】  同実施形態における巻出しロボットの電気的構成を示す機能ブロック図である。
【図７】  同実施形態におけるジョイント機構の概略構造例を示す平面図である。
【図８】  同実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】  同実施形態の動作を説明するための状態遷移図である。
【図１０】  消火ホースの巻出し機構の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  消火ロボット
２  巻出しロボット
３  給水栓
４  火災位置検出器
１１，１２  ＣＣＤカメラ
１３  火災検出部
１４  ノズル制御部
１４ｍ  ノズル支持機構
１５，２１  受信部
１６  テンション検出器
１７，２２  走行制御部
１７ｍ，２２ｍ  走行機構
１８  送信部
２３  ジョイント制御部
２３ｍ  ジョイント機構
Ｈ  消火ホース
ＨＲ１，２  ホースリール
Ｒ  レール
ＳＨ  軸
ＳＮ  スプレーノズル
【図１】
0003832107.tif 000002
【図２】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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