特開 2024-113871 安全管理システム及び安全管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113871

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】安全管理システム及び安全管理方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/931 20200101AFI20240816BHJP

   G08G 1/16 20060101ALI20240816BHJP

   E21F 13/02 20060101ALI20240816BHJP

   G08B 21/02 20060101ALI20240816BHJP

   G08B 25/04 20060101ALI20240816BHJP

   G08B 25/10 20060101ALI20240816BHJP

   G01S 17/34 20200101ALN20240816BHJP

【ＦＩ】

G01S17/931

G08G1/16 A

E21F13/02

G08B21/02

G08B25/04 K

G08B25/10 A

G01S17/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023019124

(22)【出願日】2023-02-10

(71)【出願人】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】宇野 昌利

(72)【発明者】

【氏名】山下 裕司

【テーマコード（参考）】

5C086

5C087

5H181

5J084

【Ｆターム（参考）】

5C086AA47

5C086AA53

5C086BA19

5C086BA22

5C086CA11

5C086CA21

5C086CA25

5C086DA08

5C086FA06

5C086FA15

5C087AA16

5C087AA37

5C087BB19

5C087DD03

5C087DD13

5C087EE08

5C087FF01

5C087FF04

5C087GG08

5C087GG09

5C087GG66

5C087GG84

5H181AA01

5H181AA07

5H181CC03

5H181DD02

5H181LL07

5H181LL08

5J084AA02

5J084AA05

5J084AA07

5J084AA09

5J084AA13

5J084AB01

5J084AD01

5J084BA03

5J084BA48

5J084CA08

5J084EA22

5J084EA29

(57)【要約】

【課題】粉塵環境下で対象物を従来よりも的確に検出することが可能な安全管理システム及び安全管理方法を提供する。
【解決手段】ＦＭ-ＣＷ(Time of Flight)方式に基づいて対象物の点群データを取得するＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）と、点群データに基づいて対象物までの距離及び当該対象物の速度を検出するとともに対象物の接近を判定し、当該判定の結果に応じた警報信号を出力する演算装置と、警報信号に基づいて警報を発する警報装置とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＦＭ-ＣＷ(Time of Flight)方式に基づいて対象物の点群データを取得するＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）と、
前記点群データに基づいて前記対象物までの距離及び当該対象物の速度を検出するとともに前記対象物の接近を判定し、当該判定の結果に応じた警報信号を出力する演算装置と、
前記警報信号に基づいて警報を発する警報装置と
を備えることを特徴とする安全管理システム。

【請求項2】

前記ＬＩＤＡＲ及び前記警報装置は、掘削工事現場のトンネル坑の内部に設置され、
前記ＬＩＤＡＲは、前記トンネル坑の内部において出入口側から切羽に向かう方向を検出領域とすることを特徴とする請求項１に記載の安全管理システム。

【請求項3】

前記対象物は車両であり、
前記警報装置は、前記車両が通過するとともに前記トンネル坑の内部において作業者が作業する作業領域に設置され、前記車両の前記作業領域への接近を視覚的かつ聴覚的に警報することを特徴とする請求項２に記載の安全管理システム。

【請求項4】

前記演算装置は、前記対象物の制限速度の管理情報を予め記憶し、当該管理情報に基づいて異なる前記警報信号を出力することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の安全管理システム。

【請求項5】

ＦＭ-ＣＷ(Time of Flight)方式のレーザー光を用いて対象物の点群データを取得するデータ取得工程と、
前記点群データに基づいて前記対象物までの距離及び当該対象物の速度を検出するとともに前記対象物の接近を判定し、当該判定の結果に応じた警報信号を出力する情報処理工程と、
前記警報信号に基づいて警報を発する警報工程と
を有することを特徴とする安全管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、安全管理システム及び安全管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばトンネルの掘削工事現場では、トンネル坑内での発破作業で発生した土砂を重ダンプを用いてトンネル坑外に搬出している。トンネル坑内には発破作業の他に様々な作業者が作業を行っており、重ダンプの通路を横断することがある。

【0003】

下記特許文献１には、車両に搭載され、自車両の前方の障害物を検出する運転支援装置が開示されている。この運転支援装置は、ＦＭ－ＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave：周波数変調連続波）方式の電波を前方に照射することにより障害物の位置及び速度を検出するレーダ装置と、パルス状のレーザ光を前方に照射することによりＴＯＦ（Time of Flight）方式に基づいて障害物までの距離を検出するＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１５４６１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、掘削工事現場におけるトンネル坑内は、発破等による粉塵が発生している。重ダンプは、粉塵環境下のトンネル坑内を走行することになるので、上記運転支援装置では作業者を的確に検出することができない。すなわち、上述したレーダ装置及びＬＩＤＡＲは、粉塵が外乱となって作業者（対象者）の位置、速度及び距離を誤検出し易いという問題がある。

【0006】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、粉塵環境下で対象物を従来よりも的確に検出することが可能な安全管理システム及び安全管理方法の提供を目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明では、安全管理システムに係る第１の解決手段として、ＦＭ-ＣＷ(Time of Flight)方式に基づいて対象物の点群データを取得するＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）と、前記点群データに基づいて前記対象物までの距離及び当該対象物の速度を検出するとともに前記対象物の接近を判定し、当該判定の結果に応じた警報信号を出力する演算装置と、前記警報信号に基づいて警報を発する警報装置とを備える、という手段を採用する。

【0008】

本発明では、安全管理システムに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記ＬＩＤＡＲ及び前記警報装置は、掘削工事現場のトンネル坑の内部に設置され、前記ＬＩＤＡＲは、前記トンネル坑の内部において出入口側から切羽に向かう方向を検出領域とする、という手段を採用する。

【0009】

本発明では、安全管理システムに係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記対象物は車両であり、前記警報装置は、前記車両が通過するとともに前記トンネル坑の内部において作業者が作業する作業領域に設置され、前記車両の前記作業領域への接近を視覚的かつ聴覚的に警報する、という手段を採用する。

【0010】

本発明では、安全管理システムに係る第４の解決手段として、上記第１～第３のいずれかの解決手段において、前記演算装置は、前記対象物の制限速度の管理情報を予め記憶し、当該管理情報に基づいて異なる前記警報信号を出力する、という手段を採用する。

【0011】

本発明では、安全管理方法に係る解決手段として、ＦＭ-ＣＷ(Time of Flight)方式のレーザー光を用いて対象物の点群データを取得するデータ取得工程と、前記点群データに基づいて前記対象物までの距離及び当該対象物の速度を検出するとともに前記対象物の接近を判定し、当該判定の結果に応じた警報信号を出力する情報処理工程と、前記警報信号に基づいて警報を発する警報工程とを有する、という手段を採用する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、粉塵環境下で対象物を従来よりも的確に検出することが可能な安全管理システム及び安全管理方法を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係る安全管理システムの機能構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る安全管理システムの動作を示すフローチャートである。

【図3】本発明の一実施形態における制限速度の管理情報を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る安全管理システムＡは、図１（ａ）に示すように、掘削工事現場におけるトンネル坑Ｔの内部に設置されている。トンネル坑Ｔの内部には、切羽Ｔｓと出入口との間に車両Ｍの走行路Ｒが設けられている。

【0015】

上記車両Ｍは、切羽Ｔｓで発生した土砂をトンネル坑Ｔの外部に排出する重ダンプやダンプトラック、生コンクリートを搬送するアジテーター車，作業員の移動等に使用される乗用車や軽トラック等である。上記走行路Ｒにはこれらの様々な種類の車両Ｍがランダムに走行する。

【0016】

また、トンネル坑Ｔの内部において、上記走行路Ｒの途中部位には１あるいは複数の作業領域Ｗが設定されている。この作業領域Ｗは、複数の作業者がトンネル坑Ｔの掘削工事に関する様々な作業を行う領域であり、また車両Ｍが通過する領域でもある。作業者は、必要に応じて走行路Ｒを渡って各種作業を行う。

【0017】

すなわち、トンネル坑Ｔの内部は、走行路Ｒを走行する車両Ｍと作業領域Ｗで作業を行う作業者とが衝突し得る環境にある。また、トンネル坑Ｔの内部は、切羽Ｔｓにおける掘削作業等に起因して比較的密度が高い粉塵が舞っている状態（粉塵環境下）にあるので、作業者にとって視界が制限された環境にある。したがって、トンネル坑Ｔの内部は、作業領域Ｗで作業を行う作業者が走行路Ｒを走行する車両Ｍに気づき難い環境にある。

【0018】

このようなトンネル坑Ｔの内部において、安全管理システムＡは、図１（ａ）に示すように作業領域Ｗの切羽Ｔｓ側に設けられ、また図１（ａ）に破線矢印で示すように、トンネル坑Ｔの出入口側から切羽Ｔｓに向かう方向の二次元領域を検出領域とするように設置されている。

【0019】

この安全管理システムＡは、切羽Ｔｓ側から作業領域Ｗに向かって走行する車両Ｍを監視し、当該車両Ｍの接近を作業者に警報するシステムである。すなわち、切羽Ｔｓ側から作業領域Ｗに向かって走行する車両Ｍは、本発明における対象物であり、安全管理システムＡの監視対象物である。

【0020】

このような安全管理システムＡは、図１（ｂ）に示すように、より詳しくはＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）１、演算装置２及び警報装置３を備える。なお、これらＬＩＤＡＲ１、演算装置２及び警報装置３のうち、ＬＩＤＡＲ１及び警報装置３は、トンネル坑Ｔの内部において作業領域Ｗの近傍に設けられている必要があるが、演算装置２については、必要に応じてトンネル坑Ｔの外部に設けられていてもよい。

【0021】

ＬＩＤＡＲ１は、ＦＭ-ＣＷ(Time of Flight)方式に基づく検査光を検出領域（三次元領域）に走査状に照射し、この検査光の反射光を受光することにより検出領域における各点の三次元位置と瞬間速度とを示す点群データＳａを取得する四次元レーザセンサと呼ばれるものである。すなわち、この点群データＳａは、検出領域における車両Ｍの形状Ｆ、車両Ｍまでの距離Ｌ及び車両Ｍの速度Ｖに関する情報を含んでいる。

【0022】

ここで、ＦＭ-ＣＷ(Time of Flight)方式は周知の技術なので、検査光の生成方法の詳細については説明しないが、上記検査光は、一定の周期で波長が直線的に変化する連続光（レーザ光）である。車両Ｍが移動（走行）していた場合、検査光は、車両Ｍに照射されることによりドップラシフト（波長遷移）を受ける。このドップラシフト（波長遷移）の値は、車両Ｍの形状Ｆ及び車両Ｍまでの距離Ｌに加えて、車両Ｍの速度Ｖを示すものである。

【0023】

演算装置２は、ＬＩＤＡＲ１から入力される検出領域の点群データＳａに基づいて車両Ｍの形状Ｆ、距離Ｌ及び速度Ｖを取得し、当該形状Ｆ、距離Ｌ及び速度Ｖに基づいて車両Ｍの接近を判定し、この判定の結果に応じた警報信号Ｓｂを出力する。すなわち、演算装置２は、車両Ｍの速度Ｖに基づいて車両Ｍが作業領域Ｗに向かって近づいてくるか否かを判定するとともに、車両Ｍまでの距離Ｌが所定の警戒距離Ｌｒ以下か否かを判定する。

【0024】

演算装置２は、検出領域の点群データＳａに関する情報処理を予め記憶する判定プログラムに基づいて実行する。この演算装置２は、情報処理の結果、作業領域Ｗに向かって走行する車両Ｍが警戒距離Ｌｒまで近づいた時点において警報信号Ｓｂを警報装置３に出力する。なお、このような演算装置２は、本発明における判定装置に相当する。

【0025】

ここで、演算装置２は、上述した情報処理の開始及び終了に関する操作指示を作業者から受け付ける操作部を付帯的に備えている。この操作部は、例えば押下スイッチである。作業者は、この操作部を操作することにより、情報処理の開始つまり作業領域Ｗに向かって走行する車両Ｍの警戒開始及び情報処理の終了つまり作業領域Ｗに向かって走行する車両Ｍの警戒終了を演算装置２に指示する。

【0026】

警報装置３は、演算装置２から入力される警報信号Ｓｂに基づいて警報を発する発音装置である。すなわち、警報装置３は、警報信号Ｓｂに基づいて車両Ｍが作業領域Ｗに近づいていることを示す視覚的かつ聴覚的な警報を発する。このような警報装置３は、例えば信号機及び拡声器である。

【0027】

すなわち、警報信号Ｓｂは、信号機に対して点灯すべき色つまり「青」、「黄」又は「赤」を指定する点灯信号であり、また車両Ｍが作業領域Ｗに近づいていることを拡声器にアナウンスさせる音声信号である。作業領域Ｗの作業者は、信号機の点灯色及び拡声器のアナウンスによって車両Ｍの接近を認知し、走行路Ｒを横断する行為を自粛する。

【0028】

次に、本実施形態に係る安全管理システムＡの動作つまり本実施形態に係る安全管理方法について、図２及び図３を参照して詳しく説明する。

【0029】

本実施形態に係る安全管理システムＡは、図２に示すフローチャートに沿って動作する。すなわち、電源が投入されることによって安全管理システムＡが作動を開始すると、演算装置２は、車両Ｍの警戒開始が作業者から指示されたか否かを判断する（ステップＳ１）。

【0030】

そして、演算装置２は、ステップＳ１の判断結果が「Ｙｅｓ」の場合つまり作業者から警戒開始の指示を受け付けると、ＬＩＤＡＲ１に作動開始指示を出力することにより検出領域の点群データＳａの取得を開始させる。ＬＩＤＡＲ１は、演算装置２から入力される作動開始指示に基づいて検出領域への検査光の照射を開始し、検出領域の点群データＳａを所定のタイムインターバルで順次取得する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、本実施形態に係る安全管理方法のデータ取得工程である。

【0031】

そして、ＬＩＤＡＲ１は、自身が取得した検出領域の点群データＳａを演算装置２に順次出力する。演算装置２は、ＬＩＤＡＲ１から検出領域の点群データＳａの入力が開始すると、当該点群データＳａに対する所定の情報処理を開始する（ステップＳ３）。このステップＳ３は、本実施形態に係る安全管理方法の情報処理工程である。

【0032】

なお、演算装置２は、ステップＳ１の判断結果が「Ｎｏ」の場合つまり作業者から警戒開始の指示を受け付けていない場合には、警戒開始の指示を受け付けるまで待機する。演算装置２は、情報処理を開始すると、ＬＩＤＡＲ１から入力される検出領域の点群データＳａに検出処理を施すことにより、車両Ｍの形状Ｆ、距離Ｌ及び速度Ｖを順次検出する。そして、演算装置２は、自身が取得した車両Ｍの形状Ｆ、距離Ｌ及び速度Ｖを内部メモリに順次記憶させる。

【0033】

そして、演算装置２は、内部メモリに記憶された車両Ｍの形状Ｆ、距離Ｌ及び速度Ｖに判定処理を施することにより、作業領域Ｗに向かって走行する車両Ｍが警戒距離Ｌｒまで近づいているか否かを判定する。そして、演算装置２は、判定処理の結果に応じた警報信号Ｓｂを警報装置３に出力する。

【0034】

すなわち、演算装置２は、車両Ｍ（対象物）の速度Ｖに基づいて車両Ｍ（対象物）が作業領域Ｗに向かって近づいてくるか否かを判定する。また、演算装置２は、車両Ｍまでの距離Ｌが警戒距離Ｌｒ以下になったか否かを判定する。そして、このような２つの判定の結果として警報信号Ｓｂを警報装置３に出力する。

【0035】

そして、警報装置３は、演算装置２から入力される警報信号Ｓｂに基づいて警報を発音する（ステップＳ４）。このステップＳ４は、本実施形態に係る安全管理方法の警報処理工程である。警報装置３は、作業領域Ｗに車両Ｍが接近していることを信号機及び拡声器を用いて視覚的かつ聴覚的に警報することにより、作業員が車両Ｍ（対象物）の走行路Ｒに侵入しないように注意喚起する。

【0036】

このようにして警報装置３によって作業者に警報が発せられると、演算装置２は、情報処理の終了が作業者から指示されたか否かを判断する（ステップＳ５）。そして、演算装置２は、ステップＳ５の判断が「Ｙｅｓ」の場合つまり作業者から情報処理の終了が指示されると全ての処理を終了する。

【0037】

一方、演算装置２は、ステップＳ５の判断が「Ｎｏ」の場合つまり作業者から判定処理（演算処理）の終了指示が入力されていない場合には、ステップＳ３の判定工程を繰り返す。すなわち、演算装置２は、次に作業領域Ｗに向かって接近してくる車両Ｍの警戒を行う。

【0038】

ここで、演算装置２は、情報処理を開始すると、ＬＩＤＡＲ１から検出領域の点群データＳａを所定にタイムインターバルで順次取得する。この点群データＳａは、車両Ｍの距離Ｌ及び速度Ｖに関する情報を含むとともに、車両Ｍの形状Ｆに関する情報をも含んでいる。演算装置２は、車両の形状Ｆに基づいて車両Ｍの種類を判定することにより、車両Ｍの種類及び車両Ｍの速度Ｖ毎に異なる警報信号Ｓｂを警報装置３に出力する。

【0039】

図３は、車両Ｍの種類及び車両Ｍの速度Ｖに応じた警報内容を示す制限速度の管理情報である。演算装置２は、検出領域の点群データＳａに基づいて車両Ｍの種類及び速度Ｖを検出すると、検出結果（種類及び速度Ｖ）を制限速度の管理情報と照合することにより警報内容を決定する。そして、演算装置２は、制限速度の管理情報に基づいて決定した警報内容に応じた警報信号Ｓｂを生成し、当該警報信号Ｓｂを警報装置３に出力する。

【0040】

図３に示すように、例えば作業領域Ｗに接近してくる車両Ｍが「重ダンプ」であり、その速度が「０ｋｍ/ｈ」であった場合、つまり検出領域に重ダンプが検出されたものの、当該重ダンプが停車している場合、演算装置２は、信号機に「青」を点灯させる点灯信号（警報信号Ｓｂ）を警報装置３に出力する。この場合、作業者は走行路Ｒを自由に横断することができる。

【0041】

一方、図３に示すように、作業領域Ｗに接近してくる車両Ｍが「重ダンプ」であり、その速度Ｖが「１０ｋｍ/ｈ」であった場合、つまり検出領域に重ダンプが検出され、また当該重ダンプが比較的遅い速度Ｖで作業領域Ｗに接近してくる場合、演算装置２は、信号機に「黄」を点灯させる点灯信号（警報信号Ｓｂ）を警報装置３に出力する。この場合、作業者は走行路Ｒの横断に十分な注意を払うか、又は横断を自粛する。

【0042】

さらに、図３に示すように、作業領域Ｗに接近してくる車両Ｍが「重ダンプ」であり、その速度が「２０ｋｍ/ｈ」であった場合、つまり検出領域に重ダンプが検出され、また当該重ダンプが比較的速い速度Ｖで作業領域Ｗに接近してくる場合、演算装置２は、信号機に「赤」を点灯させる点灯信号（警報信号Ｓｂ）を警報装置３に出力する。この場合、作業者は、走行路Ｒの横断を完全に自粛する。

【0043】

図３に示すように、このような重ダンプ以外のダンプトラック及びアジテーター車等については、「０ｋｍ/ｈ」、「１５ｋｍ/ｈ」及び「３０ｋｍ/ｈ」の制限速度が設定されており、制限速度に応じた信号機の点灯色が設定されている。また、乗用車及び低トラについては、「０ｋｍ/ｈ」、「２０ｋｍ/ｈ」及び「４０ｋｍ/ｈ」の制限速度が設定されており、制限速度に応じた信号機の点灯色が設定されている。

【0044】

このように、本実施形態に係る安全管理システムＡは、ＦＭ-ＣＷ方式に基づいて車両Ｍ（対象物）の点群データを取得するＬＩＤＡＲ１と、点群データに基づいて車両Ｍ（対象物）までの距離及び当該車両Ｍ（対象物）の速度を検出するとともに車両Ｍ（対象物）の接近を判定し、当該判定の結果に応じた警報信号Ｓｂを出力する演算装置２と、警報信号Ｓｂに基づいて警報を発する警報装置３とを備える。

【0045】

また、本実施形態に係る安全管理方法は、ＦＭ-ＣＷ(Time of Flight)方式のレーザー光を用いて車両Ｍ（対象物）の点群データを取得するデータ取得工程と、点群データに基づいて車両Ｍ（対象物）での距離及び当該車両Ｍ（対象物）の速度を検出するとともに車両Ｍ（対象物）の接近を判定し、当該判定の結果に応じた警報信号Ｓｂを出力する情報処理工程と、警報信号Ｂに基づいて警報を発する警報工程とを有する。

【0046】

このような本実施形態によれば、ＦＭ-ＣＷ方式に基づいて検出した車両Ｍ（対象物）までの距離Ｌ及び当該車両Ｍの速度Ｖに基づいて車両Ｍの接近を判定して警報を発するので、粉塵環境下で車両Ｍ（対象物）を従来よりも的確に検出することが可能な安全管理システムＡ及び安全管理方法を提供することが可能である。

【0047】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。例えば上記実施形態では、粉塵環境下にある掘削工事現場のトンネル坑Ｔにおける車両Ｍを対象物としてが、対象物は、このような車両Ｍに限定されない。

【符号の説明】

【0048】

Ａ 安全管理システム
Ｍ 車両
Ｒ 走行路
Ｓａ 点群データ
Ｓｂ 警報信号
Ｔ トンネル坑
Ｗ 作業領域
１ ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）
２ 演算装置
３ 警報装置

【図1】

【図2】

【図3】