錢高組が、トンネル工事向けIoTシステムを構築

ソリューション

情報収集と制御をNI CompactRIOで実現、サーバーで情報を処理

上述したような状況を改善するために、錢高組では、トンネル工事における安全性を向上すると同時に、消費電力の削減も実現するシステムを構築したいと考えた。より詳しく言えば、山岳トンネルの工事現場において、坑内のどこに誰がいるのかを明確にし、坑内でどのような作業がおこなわれているのかを正確に把握して、全作業員の安全を維持したまま、電気設備を細かく制御して無駄な電力を削減するというものである。

コンセプトは固まったものの、工事の現場に設置しても壊れない堅牢なハードウェアは存在するのか、それらは作業環境の変化に応じて問題なく移動させることはできるのか、RFIDによる人や車両の検知は正しくおこなえるのかといった具合に懸念は尽きなかった。このように、錢高組としては初めて取り組む事柄が多いシステムであったが、実現性の高い提案を受けたイー・アイ・ソルに共同開発のパートナーとして協力を仰ぐことにした。錢高組からシステムの構想と要件を提示されたイー・アイ・ソルは、 それに応えるために様々な提案をおこなった。そのなかで、システムを具現化するための手段として、ヒューレット・パッカード エンタープライズ（HPE）とナショナルインスツルメンツ（NI）の製品を提案した。具体的には、ソフトウェアプラットフォームとしてNI LabVIEWを使用し、ハードウェアプラットフォームとしてはHPE ProLiant ML310e Gen 8とNI CompactRIOの組み合わせを使用してシステムを構築することになった。

右に示したのが、錢高組とイー・アイ・ソルが共同で開発した安全対策・省エネ制御システム「TUNNEL EYE」の概念図である。このシステムは、IoTを活用することにより、山岳トンネルの工事における安全管理のための機能と消費電力を削減するための機能を同時に提供する。2016年3月の時点で、錢高組による高松自動車道志度トンネルの工事現場に試験的に導入されている。

このシステムは、工事現場の事務所などに設置されたサーバーと、IPアドレスが割り当てられた複数の制御端末で構成される。制御端末としてはCompactRIOを使用し、必要な機能はLabVIEWによって開発した。各制御端末は、入坑者や工事車両を検知するためのRFIDリーダー、粉塵や可燃性ガスなどの濃度を測定するための濃度計、工事用の照明／換気ファン／トンネル掘削機械の稼働状態を監視するための電力計などを備えている。各端末は、制御の対象となる電気機器や100mごとに配備されている分電盤に取り付けられ、サーバーとはネットワークで結ばれている。

各制御端末は、入坑者や車両の位置、各種ガスの濃度などのデータを取得し、それらをサーバーに送信する。サーバー側では受信したデータの分析／処理をおこない、結果に応じて照明や換気ファンを制御するための指示を端末に送信する。各種の測定データと電気機器とを関連づけIoTで相互通信をおこなって自動的に消費電力を削減するための制御をおこなう仕組みだ。
CompactRIOを利用した分散計測システムでは、CompactRIOで測定をおこなってデータを処理し、結果をサーバーに一方的にアップストリームするケースが多い。それに対し、TUNNEL EYEではサーバーからCompactRIO側へのダウンストリームもおこなう。そうした双方向通信を利用している点が特徴の1つだ。

ベネフィット

電子化された入坑情報を活用し、坑内環境を自動調整

このように構成したシステムによって、安全性の向上、消費電力の削減のそれぞれについて以下に示すような効果を得ることができた。

まず、安全性の向上に関しては、各人が携帯するRFIDタグを利用することで、入坑管理の電子化を図ることができた。それだけでなく、誰がどこにいるのかを把握したり、坑内をどのように移動したのかを記録したりすることも可能になった。仮に坑内で火災や落盤などの緊急事態が発生したとしても、行動履歴によって所在を追跡することが可能になったということだ。