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報告書

被災地探査や原子力発電所建屋内情報収集のための半自律ロボットを用いたセマンティックサーベイマップ生成システムの開発(委託研究); 令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 東京工芸大学*

JAEA-Review 2020-062, 47 Pages, 2021/01

JAEA-Review-2020-062.pdf:3.43MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「被災地探査や原子力発電所建屋内情報収集のための半自律ロボットを用いたセマンティックサーベイマップ生成システムの開発」の令和元年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究の目的は、災害時においてヒトの立ち入りが困難となった原子力発電所建屋内などの状況調査を対象に、簡単・安全・迅速に複数種類の情報(空間線量,温度,障害物等)を含んだセマンティックサーベイマップを生成する半自律ロボットシステムの研究・開発(カメラシステム,セマンティックSLAM,移動経路学習及び安全な経路提示システム)である。

論文

Automatic data acquisition for visualizing radioactive substances by combining a gamma-ray imager and an autonomous mobile robot

佐藤 優樹; 峯本 浩二郎*; 根本 誠*; 鳥居 建男

Journal of Instrumentation (Internet), 16(1), p.P01020_1 - P01020_18, 2021/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Instruments & Instrumentation)

To reduce the exposure doses of workers and to establish decontamination plans, it is important to understand and visualize the distribution of radioactive substances at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station in Japan, where an accident occurred on the 11th of March, 2011. In this decommissioning work environment, radioactive substances adhered to various objects, such as rubble and equipment, and it was necessary to visualize the distribution of these contaminants in all three dimensions. The technology used to automatically and remotely acquire data to visualize the distribution of radioactive substances in three dimensions was useful for reducing the exposure dose of the workers and to shorten the survey time. We constructed an automatic data acquisition system that consisted of a Compton camera and a 3D-light detection and ranging sensor mounted on an autonomously moving robot. We also evaluated the system feasibility using radiation sources and succeeded in automatically acquiring the data required for visualizing the radiation sources. For this data acquisition, the operator did not need to operate the system after the measurements were started. The effects of the imaging parameters of the Compton camera and the accuracy of the self-position estimation of the system on the radiation-imaging accuracy are also discussed.

論文

Construction of virtual reality system for radiation working environment reproduced by gamma-ray imagers combined with SLAM technologies

佐藤 優樹; 峯本 浩二郎*; 根本 誠*; 鳥居 建男

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 976, p.164286_1 - 164286_6, 2020/10

 被引用回数:6 パーセンタイル:93.25(Instruments & Instrumentation)

The Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), operated by Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc., experienced a meltdown as a result of a large tsunami caused by the Great East Japan Earthquake on March 11, 2011. At that time, it was necessary to understand the aspects of the decommissioning working environment inside the FDNPS, such as establishing how the radioactive substances were distributed across the site, for work to be done efficiently without exposure to large amounts of radiation. Therefore, virtual reality (VR) emerged as a solution. There have been previous reports done on a technique for visualizing the distribution of radioactive substances in three dimensions utilizing a freely moving gamma-ray imager combined with simultaneous localization and mapping (SLAM) technology. In this paper, we introduce imaging technologies for the acquisition of image data from radioactive substances and three-dimensional (3D) structural models of the working environment, using a freely moving gamma-ray imager combined with SLAM technology. For this research, we also constructed a VR system and displayed the 3D data in a VR space, which enables users to experience the actual working environment without radiation exposure. In creating the VR system, any user can implement this method by donning an inexpensive head-mounted display apparatus and using a free, or low-cost, application software.

報告書

被災地探査や原子力発電所建屋内情報収集のための半自律ロボットを用いたセマンティックサーベイマップ生成システムの開発(委託研究); 平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉国際共同研究センター; 東京工芸大学*

JAEA-Review 2019-022, 35 Pages, 2020/01

JAEA-Review-2019-022.pdf:2.71MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉国際共同研究センター(CLADS)では、平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度「被災地探査や原子力発電所建屋内情報収集のための半自律ロボットを用いたセマンティックサーベイマップ生成システムの開発」について取りまとめたものである。本研究の目的は、災害時においてヒトの立ち入りが困難となった原子力発電所建屋内の状況調査を対象に、簡単・安全・迅速に複数種類の情報(空間線量, 温度, 障害物等)を含んだセマンティックサーベイマップを生成する半自律移動ロボットシステムの研究・開発(カメラシステム, セマンティックSLAM, 移動経路学習及び安全な経路提示システム)である。

論文

Fast in-situ mesh generation using Orb-SLAM2 and OpenMVS

Wright, T.*; 羽成 敏秀; 川端 邦明; Lennox, B.*

Proceedings of 17th International Conference on Ubiquitous Robots (UR 2020) (Internet), p.315 - 321, 2020/00

In exploratory robotics for nuclear decommissioning, environmental understanding is key. Sites such as Fukushima Daiichi Power Station and Sellafield often use manually controlled or semi-autonomous vehicles for exploration and monitoring of assets. In many cases, robots have limited sensing capabilities such as a single camera to provide video to the operators. These limitations can cause issues, where a lack of data about the environment and limited understanding of depth within the image can lead to a mis-understanding of asset state or potential damage being caused to the robot or environment. This work aims to aid operators by using the limited sensors provided i.e. a single monocular camera, to allow estimates of the robot's surrounding environments to be generated in situ without having to off load large amounts of data for processing. This information can then be displayed as a mesh and manipulated in 3D to improve the operator awareness. Due to the target environment for operation being radioactive, speed is prioritised over accuracy, due to the damaging effects radiation can cause to electronics. In well lit environments images can be overlaid onto the meshes to improve the operators understanding and add detail to the mesh. From the results it has been found that 3D meshes of an environment/object can be generated in an acceptable time frame, less than 5 minutes. This differs from many current methods which require offline processing due to heavy computational requirement of Photogrammetry, or are far less informative giving data as raw point clouds, which can be hard to interpret. The proposed technique allows for lower resolution meshes good enough for avoiding collisions within an environment to be generated during a mission due to it's speed of generation, however there are still several issues which need to be solved before such a technique is ready for deployment.

論文

Development of fast reactor containment safety analysis code, CONTAIN-LMR, 3; Improvement of sodium-concrete reaction model

河口 宗道; 土井 大輔; 清野 裕; 宮原 信哉

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 6 Pages, 2015/05

CONTAIN-LMRコードは、高速炉の過酷事故事象の予測のための統合的な解析ツールである。ナトリウム-コンクリート反応は重要な事故事象の一つであり、オリジナルのCONTAINコードにナトリウム-石灰岩コンクリート反応モデル(SLAM)を導入した。SLAMは機構論的にナトリウムとコンクリート構成成分との化学反応を取り扱う。ただし、コンクリートは石灰岩系コンクリートに限定している。日本で一般的に使用される構造コンクリートはシリカ系コンクリートであり、SLAMをシリカ系コンクリートに適用するため、化学反応モデルを改良した。過去、日本原子力研究開発機構で実施された一連のナトリウム-コンクリート反応試験を解析することで、改良したSLAMの妥当性を確認し、計算結果と実験結果が比較的よく一致する結果が得られた。

口頭

原子炉建屋内調査のためのSLAMの研究開発用センサデータベース

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

福島第一原子力発電所では、原子炉建屋内に未調査のままの箇所が多くある。このような未調査の箇所は高放射線環境である可能背があるため、遠隔操作ロボットを用いて調査が実施されている。このため、ロボットを用いた地図作成技術であるSLAMが重要な技術として着目される。そこで、本研究ではSLAMの研究開発支援のためにセンサデータベースを構築する。

口頭

1F廃止措置のためのSLAMの試験用のセンサデータベースの構築

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

福島第一原子力発電所(以下、1F)の原子力建屋内の調査について、高放射線環境であることが予想されるため、遠隔操作ロボットを用いた調査が実施されている。この調査で得られたデータをもとに構造物の位置や線量の分布などの地図が作成できれば、廃止措置の計画に役立てられると考えられる。このため、移動ロボットの地図作成技術であるSLAMが注目される。筆者らは1F廃止措置のため、SLAM手法の研究開発の促進を目的として、試験用のセンサデータベースの構築に取り組んでいる。本稿では、試験用のセンサデータを計測する試験環境とロボットに関するシナリオについて報告する。また、本研究のデータベースによる試験の有効性を検証するために、実際にSLAM手法を実施し評価する必要がある。そこで、本稿では想定したシナリオに対してSLAMのためのランドマークを検出する方法について提案する。

口頭

Evaluation method of robot mapping performance for decommissioning

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

福島第一原子力発電所(1F)の廃炉作業において、作業員が作業現場の状況を知ることが、作業効率の向上や安全のために不可欠となる。Simultaneous localization and mapping(SLAM)と呼ばれるロボット工学の地図作成技術は現場の情報を共有するために有効技術である。しかし、福島第一原子力発電所の過酷な環境にSLAMを適用するには技術的課題がある。本発表では1Fを対象としたSLAMの研究開発を促進するためのSLAMの評価法の開発について紹介する。

口頭

Development of dataset to evaluate SLAM for Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant decommissioning

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

地図と位置の同時推定(SLAM)はロボットが自律移動するための技術であるが、同時に、SLAMにより生成された地図はその環境の状態を理解するために有用である。特に福島第一原子力発電所(1F)のように人の侵入が制限された環境において、その環境の状態を理解することは重要となる。また、そのような人の侵入が制限される場所を調査として、遠隔操作ロボットにより得られたデータから地図を作ることは理想的な方法と考えられる。しかし、1Fのような厳しい環境でSLAMを実施するには、まだ、多くの技術的な課題がある。また、1F現地でSLAMの試験を行うことは現実的ではないため、研究開発は困難となる。このため、1FにSLAMを適用するには、現地で試験せずにその性能を評価する方法が必要となる。本発表では現地で実験する代わりに模擬試験環境を用いたSLAMを評価するためのデータセットの開発について述べる。

口頭

放射線イメージング技術を基盤とした放射線作業環境のためのミラーワールドシステムの提案

佐藤 優樹

no journal, , 

福島県帰還困難区域や福島第一原子力発電所サイト内において、コンプトンカメラを基盤とした放射線イメージングの実証試験を進めてきた。これに関連して、作業環境の3次元モデルに放射線イメージング結果を統合することにより、放射性物質を可視化した作業環境を仮想空間に再現する技術開発を実施している。本開発では単純に放射性物質を可視化するだけでなく、VRシステムを用いて作業環境を体感可能とする技術や、現実空間にイメージング結果を投影するAR技術の開発を進めている。これは、仮想空間内に構築したもう一つの作業環境、すなわちミラーワールドに放射性物質のイメージを投影し、さらに現実空間にもイメージング結果を投影し直すことによる対話的なデータ融合を図るものである。本報告では、当該概念の構築に利用する放射性物質可視化に関わる技術に加えて、それらがSociety 5.0に貢献する可能性について紹介する。

口頭

福島第一原子力発電所における放射線イメージングの実施

佐藤 優樹

no journal, , 

日本原子力研究開発機構廃炉環境国際共同研究センターでは、福島第一原子力発電所(1F)事故により1Fサイト内や福島県帰還困難区域に飛散・沈着した放射性物質を可視化するための装置として、コンプトンカメラやサーベイメータ等の放射線センサに、環境認識デバイスやロボットを組み合わせた統合型放射線イメージングシステム(iRIS)の開発を進めている。本講演では、システムの概要並びにこれを用いた1F及び帰還困難区域での実証試験の結果を紹介する。

口頭

Integrated radiation imaging system based on Compton camera

佐藤 優樹

no journal, , 

To contribute to the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), the author has developed an integrated Radiation Imaging System (iRIS) that combines a Compton camera, which visualizes the distribution of radioactive contamination in two dimensions, and a Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) device, and is currently conducting a demonstration test at FDNPS. The author has also succeeded in visualizing the location of highly contaminated part in three dimension by drawing the contamination image acquired by the Compton camera on the three-dimensional (3-D) model of the Unit 1/2 exhaust stack of FDNPS acquired by 3-D light detection and ranging (LiDAR). In addition to these results, the author will present the results of the demonstration test at FDNPS at the conference.

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