(57)【要約】【課題】対象の位置を検出する検出装置を有する作業機械が得た検出結果を用いて施工状況を管理すること。【解決手段】形状計測システムは、旋回体と走行体とを有する作業機械の旋回体に取り付けられ、旋回体が旋回されながら対象を検出して、対象の情報を出力する対象検出部と、旋回体の旋回中に対象検出部によって検出された対象の情報を用いて、対象の三次元形状を表す形状情報を出力する形状検出部と、を備え、対象検出部は、旋回体の旋回の状況に基づいて検出のタイミングを決定する。【選択図】図３
2020016147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械の旋回体に取り付けられ、施工対象または施工後の対象を検出して、前記施工対象または施工後の対象の情報を出力する対象検出部と、
前記旋回体の旋回中に前記対象検出部によって検出された前記施工対象または前記施工後の対象の情報を用いて、前記施工対象または前記施工後の対象の三次元形状を表す形状情報を出力する形状検出部と、
前記旋回体を旋回させるための操作を行う、旋回操作レバーを含む操作装置と、を備え
前記対象検出部は、前記旋回体の旋回の開始に基づく第１指示によって、前記検出を開始し、前記旋回体の旋回の停止に基づく第２指示によって、前記検出を終了する、
形状計測システム。
【請求項２】
前記第１指示及び前記第２指示は、パイロット圧の変化の信号に基づいて生成される、
請求項１に記載の形状計測システム。
【請求項３】
施工現場の現状を示す現況情報を表示する表示装置、を含む、
請求項１又は請求項２に記載の形状計測システム。
【請求項４】
前記形状検出部は、旋回中に前記対象検出部が前記施工対象または前記施工後の対象を検出することによる前記形状情報を出力する場合、前記検出が行われる毎に時刻情報を生成して、前記検出された前記施工対象または前記施工後の対象の情報と対応づける、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の形状計測システム。
【請求項５】
作業機械の旋回体に取り付けられ、施工対象または施工後の対象を検出して、前記施工対象または施工後の対象の情報を出力することと、
前記旋回体の旋回中に検出された前記施工対象または前記施工後の対象の情報を用いて、前記施工対象または前記施工後の対象の三次元形状を表す形状情報を出力することと、を含み、
前記旋回体の旋回の開始に基づく第１指示によって、前記検出を開始し、前記旋回体の旋回の停止に基づく第２指示によって、前記検出を終了する、
形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象の位置を検出する検出装置を有する形状計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置を有する作業機械がある。特許文献１には、記憶部に記憶された施工計画データと、ステレオカメラの位置情報に基づき施工計画画像データを作成し、施工計画画像データとステレオカメラで撮像された現況画像データとを重合わせ、重合わせた合成画像を三次元表示装置に三次元表示させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０３６２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
対象の位置を検出する検出装置を作業機械に搭載して施工現場を計測し、計測結果を施工状況の管理等に用いる場合、異なるタイミングで得られた計測結果を用いたり、作業機械の姿勢が大きく変化した状態で得られた計測結果を用いたりすることがある。また、施工現場は、施工にともなう地形の変化等が生じ、検出装置で検出する場合、仮に同じ場所であっても、計測するタイミングが異なれば、地面の傾斜が異なる場合もある。このように、検出装置を有する作業機械が様々な状況で得た計測結果を用いて施工状況を管理することは、特許文献１には記載も示唆もなく、改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、対象の位置を検出する検出装置を有する作業機械が得た検出結果を用いて施工状況を管理することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、作業機械に取り付けられ、対象を検出して、前記対象の情報を出力する対象検出部と、前記対象検出部によって検出された前記対象の情報を用いて、前記対象の三次元形状を表す形状情報を出力する形状検出部と、前記形状情報に、前記形状情報を特定するための時刻情報を付与する情報付与部と、異なる前記時刻情報が付与された複数の前記形状情報を取得し、前記複数の形状情報を用いて前記対象の現状を示す現況情報を生成する管理装置と、を含み、前記管理装置は、異なる前記時刻情報が付与された前記複数の形状情報を用いて前記現況情報を生成するにあたり、同じ場所における前記複数の形状情報を用いる場合には、前記複数の形状情報それぞれに付与された前記時刻情報を比較し、最新の前記時刻情報が付与された前記形状情報を判定し、前記最新の前記時刻情報が付与された前記形状情報を用いて前記現況情報を生成する、施工管理システムである。
【０００７】
本発明は、作業機械に取り付けられ、対象を検出して、前記対象の情報を出力する対象検出部と、前記対象検出部によって検出された前記対象の情報を用いて、前記対象の三次元形状を表す形状情報を出力する形状検出部と、前記形状情報に、前記形状情報を特定するための時刻情報を付与する情報付与部と、異なる前記時刻情報が付与された複数の前記形状情報を取得し、前記複数の形状情報を用いて前記対象の現状を示す現況情報を生成する前記形状情報を取得する管理装置と、を含み、前記管理装置は、複数の異なる前記時刻情報のうち、前記時刻情報が同一又は同一とみなせる前記形状情報同士を結合して前記現況情報を生成する、施工管理システムである。
【０００８】
本発明は、作業機械に取り付けられ、対象を検出して、前記対象の情報を出力する対象検出部と、前記対象検出部によって検出された前記対象の情報を用いて、前記対象の三次元形状を表す形状情報を出力する形状検出部と、前記形状情報に、前記形状情報を特定するための時刻情報を付与する情報付与部と、異なる前記時刻情報が付与された複数の前記形状情報を取得し、前記形状情報を用いて複数の異なる時刻情報に応じて前記対象の現状を示す複数の現況情報を生成する管理装置と、前記現況情報を表示する表示装置と、を含み、前記表示装置は、生成された前記複数の現況情報を時系列で並べて表示する、又は前記複数の現況情報を時刻毎にコマ送りで表示する、施工管理システムである。
【０００９】
前記時刻情報は、前記対象が前記対象検出部によって検出された時刻から、出力された前記形状情報を前記作業機械の外部の装置が取得した時刻までの間に存在する少なくとも１つの時刻の情報を含むことが好ましい。
【００１０】
前記情報付与部は、前記対象検出部の位置を示す情報及び前記対象検出部を識別するための情報をさらに出力することが好ましい。
【００１１】
前記作業機械は旋回体と走行体とを有し、前記対象検出部は、前記作業機械の前記旋回体に取り付けられ、前記対象検出部は、前記旋回体の旋回開始と同時に前記対象の検出を開始し、前記旋回体の旋回の旋回停止によって前記対象の検出を終了し、前記形状検出部は、前記旋回体の旋回中に前記対象検出部によって検出された前記対象の情報を用いて前記形状情報を求めることが好ましい。
【００１２】
本発明は、旋回体と走行体とを有する作業機械の前記旋回体に取り付けられ、対象を検出して、前記対象の情報を出力する対象検出部と、前記対象検出部によって検出された前記対象の情報を用いて、前記対象の三次元形状を表す形状情報を出力する形状検出部と、前記対象検出部は、前記旋回体の旋回開始と同時に前記対象の検出を開始し、前記旋回体の旋回停止によって前記対象の検出を終了し、前記形状検出部は、前記旋回体の旋回中に前記対象検出部によって検出された前記対象の情報を用いて前記形状情報を求める、施工管理システムである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、対象の位置を検出する検出装置を有する作業機械が得た検出結果を用いて施工状況を管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態に係る撮像装置の制御システムを備えた油圧ショベル１を示す斜視図である。
【図２】図２は、実施形態に係る油圧ショベルの運転席付近を斜視図である。
【図３】図３は、実施形態に係る作業機械の制御システム及び施工管理システムを示す図である。
【図４】図４は、油圧ショベルが有する各種の機器類及び管理装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る油圧ショベルが施工する施工現場の一例を示す図である。
【図６】図６は、実施形態に係る作業機械の制御システムが求める形状情報について説明するための図である。
【図７】図７は、油圧ショベルが重力の作用方向に対して傾斜している状態を示す図である。
【図８】図８は、油圧ショベルが重力の作用方向に対して傾斜している状態で撮像された画像の例を示す図である。
【図９】図９は、実施形態に係る制御システムが形状情報を求めるための処理例を説明するための図である。
【図１０】図１０は、実施形態に係る制御システムが求めた形状情報のデータファイルの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、施工管理装置によって送信される、データファイルを含む情報の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、データファイルが管理装置の記憶部に記憶される一例を示す図である。
【図１３】図１３は、施工現場全体の施工対象とデータファイルＥＭＤに対応した範囲との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、施工現場全体の施工対象の変化を時系列に並べた図である。
【図１５】図１５は、異なる時刻に得られた形状情報の差分から、除去された土の量又は盛土の量を求める例を示す図である。
【図１６】図１６は、異なる時刻に得られた形状情報の差分から、除去された土の量又は盛土の量を求める例を示す図である。
【図１７】図１７は、実施形態に係る作業機械の制御システムが生成する目標施工情報を説明するための図である。
【図１８】図１８は、実施形態に係る作業機械の制御システムが生成する目標施工情報を説明するための図である。
【図１９】図１９は、実施形態に係る作業機械の制御システムが生成する目標施工情報を説明するための図である。
【図２０】図２０は、実施形態に係る形状計測方法及び形状計測方法及び施工管理方法の処理例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
＜油圧ショベルの全体構成＞
図１は、実施形態に係る撮像装置の制御システムを備えた油圧ショベル１を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る油圧ショベル１の運転席付近を斜視図である。作業機械である油圧ショベル１は、車体１Ｂ及び作業機２を有する。車体１Ｂは、旋回体３、運転室４及び走行体５を有する。旋回体３は、旋回中心軸Ｚｒを中心として走行体５に旋回可能に取り付けられている。旋回体３は、油圧ポンプ及びエンジン等の装置を収容している。
【００１７】
旋回体３は、作業機２が取り付けられて旋回する。旋回体３の上部には手すり９が取り付けられている。手すり９には、アンテナ２１，２２が取り付けられる。アンテナ２１，２２は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real  Time  Kinematic  -  Global  Navigation  Satellite  Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう）用のアンテナである。アンテナ２１，２２は、車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）のＹｍ軸の方向に沿って、一定距離だけ離れて配置されている。アンテナ２１，２２は、ＧＮＳＳ電波を受信し、受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号を出力する。アンテナ２１，２２は、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）用のアンテナであってもよい。
【００１８】
運転室４は旋回体３の前部に載置されている。運転室４の屋根には、通信用のアンテナ２５Ａが取り付けられている。走行体５は、履帯５ａ，５ｂを有している。履帯５ａ，５ｂが回転することにより油圧ショベル１が走行する。
【００１９】
作業機２は、車体１Ｂの前部に取り付けられており、ブーム６、アーム７、作業具としてのバケット８、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２を有する。実施形態において、車体１Ｂの前方は、図２に示される運転席４Ｓの背もたれ４ＳＳから操作装置３５に向かう方向側である。車体１Ｂの後方は、操作装置３５から運転席４Ｓの背もたれ４ＳＳに向かう方向側である。車体１Ｂの前部は、車体１Ｂの前方側の部分であり、車体１ＢのカウンタウエイトＷＴとは反対側の部分である。操作装置３５は、作業機２及び旋回体３を操作するための装置であり、右側レバー３５Ｒ及び左側レバー３５Ｌを有する。
【００２０】
ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車体１Ｂの前部に回動可能に取り付けられている。すなわち、ブームピン１３は、ブーム６の旋回体３に対する回動中心に相当する。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に回動可能に取り付けられている。すなわち、アームピン１４は、アーム７のブーム６に対する回動中心に相当する。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が回動可能に取り付けられている。すなわち、バケットピン１５は、バケット８のアーム７に対する回動中心に相当する。
【００２１】
図１に示されるブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２は、それぞれ油圧によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０の基端部は、ブームシリンダフートピン１０ａを介して旋回体３に回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ１０の先端部は、ブームシリンダトップピン１０ｂを介してブーム６に回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ１０は、油圧によって伸縮することによって、ブーム６を駆動する。
【００２２】
アームシリンダ１１の基端部は、アームシリンダフートピン１１ａを介してブーム６に回動可能に取り付けられている。アームシリンダ１１の先端部は、アームシリンダトップピン１１ｂを介してアーム７に回動可能に取り付けられている。アームシリンダ１１は、油圧によって伸縮することによって、アーム７を駆動する。
【００２３】
バケットシリンダ１２の基端部は、バケットシリンダフートピン１２ａを介してアーム７に回動可能に取り付けられている。バケットシリンダ１２の先端部は、バケットシリンダトップピン１２ｂを介して第１リンク部材４７の一端及び第２リンク部材４８の一端に回動可能に取り付けられている。第１リンク部材４７の他端は、第１リンクピン４７ａを介してアーム７の先端部に回動可能に取り付けられている。第２リンク部材４８の他端は、第２リンクピン４８ａを介してバケット８に回動可能に取り付けられている。バケットシリンダ１２は、油圧によって伸縮することによって、バケット８を駆動する。
【００２４】
バケット８は、複数の刃８Ｂを有する。複数の刃８Ｂは、バケット８の幅方向に沿って一列に並んでいる。刃８Ｂの先端は、刃先８ＢＴである。バケット８は、作業具の一例である。作業具は、バケット８に限定されない。作業具は、例えば、単数の刃を有するチルトバケットであってもよいし、法面バケット又は削岩用のチップを備えた削岩用のアタッチメントであってもよいし、これら以外であってもよい。
【００２５】
旋回体３は、位置検出装置２３と、姿勢検出装置の一例であるＩＭＵ（Inertial  Measurement  Unit：慣性計測装置）２４とを有する。位置検出装置２３は、アンテナ２１，２２からの信号が入力される。位置検出装置２３は、アンテナ２１，２２から取得した信号を用いて、グローバル座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるアンテナ２１，２２の現在位置及び旋回体３の方位を検出して、出力する。旋回体３の方位は、グローバル座標系における旋回体３の向きを表す。旋回体３の向きは、例えば、グローバル座標系のＺｇ軸周りにおける旋回体３の前後方向の向きで表すことができる。方位角は、旋回体３の前後方向における基準軸の、グローバル座標系のＺｇ軸周りにおける回転角である。方位角によって旋回体３の方位が表される。実施形態において、位置検出装置２３は、２個のアンテナ２１，２２の相対位置から方位角を算出する。
【００２６】
＜撮像装置＞
図２に示されるように、油圧ショベル１は、運転室４内に複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを有する。複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、対象の形状を検出する検出装置の一例である。以下において、複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを区別しない場合は適宜、撮像装置３０と称する。複数の撮像装置３０のうち撮像装置３０ａ及び撮像装置３０ｃは、作業機２側に配置される。撮像装置３０の種類は限定されないが、実施形態では、例えば、ＣＣＤ（Couple  Charged  Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサを備えた撮像装置が用いられる。
【００２７】
図２に示されるように、撮像装置３０ａと撮像装置３０ｂとは所定の間隔をおいて同じ方向又は異なる方向を向いて運転室４内に配置される。撮像装置３０ｃと撮像装置３０ｄとは所定の間隔をおいて同じ方向又は異なる方向を向いて運転室４内に配置される。複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、２個が組み合わされてステレオカメラを構成する。実施形態では、撮像装置３０ａ，３０ｂの組合せのステレオカメラ、及び撮像装置３０ｃ，３０ｄの組合せのステレオカメラが構成される。実施形態において、撮像装置３０ａ及び撮像装置３０ｂは上方を向いており、撮像装置３０ｃ及び撮像装置３０ｄは下方を向いている。少なくとも撮像装置３０ａ及び撮像装置３０ｃは、油圧ショベル１、実施形態では旋回体３の正面を向いている。撮像装置３０ｂ及び撮像装置３０ｄは、作業機２の方に若干向けられて、すなわち、撮像装置３０ａ及び撮像装置３０ｃ側の方に若干向けられて配置されることもある。
【００２８】
実施形態において、油圧ショベル１は、４個の撮像装置３０を有するが、油圧ショベル１が有する撮像装置３０の数は少なくとも２個であればよく、４個に限定されない。油圧ショベル１は、少なくとも一対の撮像装置３０でステレオカメラを構成して、対象をステレオ撮影するからである。
【００２９】
複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、運転室４内の前方かつ上方に配置される。上方とは、油圧ショベル１が有する履帯５ａ，５ｂの接地面と直交し、かつ接地面から離れる方向側である。履帯５ａ，５ｂの接地面は、履帯５ａ，５ｂのうち少なくとも一方が接地する部分の、同一直線上には存在しない少なくとも３点で規定される平面である。下方は、上方とは反対方向側、すなわち履帯５ａ，５ｂの接地面と直交し、かつ接地面に向かう方向側である。
【００３０】
複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、油圧ショベル１の車体１Ｂの前方に存在する対象をステレオ撮影する。対象は、例えば、油圧ショベル１、油圧ショベル１の作業機械及び施工現場で作業する作業者の少なくとも１つの施工対象である。複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、油圧ショベル１の所定の位置、実施形態では運転室４内の前方かつ上方から対象を検出する。実施形態においては、少なくとも一対の撮像装置３０によるステレオ撮影の結果を用いて、対象が三次元計測される。複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが配置される場所は、運転室４内の前方かつ上方に限定されるものではない。
【００３１】
複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのうち、例えば、撮像装置３０ｃをこれらの基準とする。４個の複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、それぞれ座標系を有する。これらの座標系を適宜、撮像装置座標系と称する。図２では、基準となる撮像装置３０ｃの座標系（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）のみを示している。撮像装置座標系の原点は、各撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの中心である。
【００３２】
実施形態において、各撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの撮像範囲は、油圧ショベル１の作業機２が施工できる範囲よりも大きい。このようにすることで、各撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、作業機２が掘削できる範囲の対象を確実にステレオ撮影することができる。
【００３３】
前述した車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）は、車体１Ｂ、実施形態では旋回体３に固定された原点を基準とする座標系である。実施形態において、車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）の原点は、例えば、旋回体３のスイングサークルの中心である。スイングサークルの中心は、旋回体３の旋回中心軸Ｚｒ上に存在する。車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）のＺｍ軸は旋回体３の旋回中心軸Ｚｒとなる軸であり、Ｘｍ軸は旋回体３の前後方向に延び、かつＺｍ軸と直交する軸である。Ｘｍ軸は、旋回体３の前後方向における基準軸である。Ｙｍ軸は、Ｚｍ軸及びＸｍ軸と直交する、旋回体３の幅方向に延びる軸である。前述したグローバル座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）は、ＧＮＳＳによって計測される座標系であり、地球に固定された原点を基準とした座標系である。
【００３４】
車体座標系は、実施形態の例には限定されない。車体座標系は、例えば、ブームピン１３の中心を車体座標系の原点としてもよい。ブームピン１３の中心とは、ブームピン１３が延びる方向と直交する平面でブームピン１３を切った時の断面の中心、かつブームピン１３が延びる方向における中心である。
【００３５】
＜作業機械の制御システム及び施工管理システム＞
図３は、実施形態に係る作業機械の制御システム５０及び施工管理システム１００を示す図である。図３に示される制御システム５０及び管理システム１００の装置構成は一例であり、実施形態の装置構成例には限定されない。例えば、制御システム５０に含まれる各種の装置はそれぞれ独立していなくてもよい。すなわち、複数の装置の機能が１つの装置によって実現されてもよい。
【００３６】
作業機械の制御システム５０（以下、適宜、制御システム５０と称する）は、複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄと、油圧ショベル１を制御するための各種の制御装置とを含む。これらは、図１に示される油圧ショベル１の車体１Ｂ、実施形態では旋回体３に備えられている。実施形態において、制御システム５０は、形状計測システムに相当する。
【００３７】
制御システム５０が有する各種の制御装置は、図３に示される検出処理装置５１、施工情報生成装置５２、センサ制御装置５３、機関制御装置５４、ポンプ制御装置５５及び作業機制御装置５６を含む。この他に、制御システム５０は、油圧ショベル１の状態及び油圧ショベル１による施工の状況を管理する施工管理装置５７を有する。また、制御システム５０は、油圧ショベル１の情報を表示したり施工のガイダンス画像を画面５８Ｄに表示したりする表示装置５８と、油圧ショベル１の外部に存在する管理施設６０の管理装置６１、他の作業機械７０、携帯端末装置６４及び管理施設６０の管理装置６１以外の装置のうち少なくとも１つと通信する通信装置２５を有する。さらに、制御システム５０は、油圧ショベル１の制御に必要な情報を取得するための位置検出装置２３及び姿勢検出装置の一例であるＩＭＵ２４を有する。実施形態において、制御システム５０は、少なくとも検出処理装置５１及び施工情報生成装置５２を有していればよい。
【００３８】
実施形態において、検出処理装置５１、施工情報生成装置５２、センサ制御装置５３、機関制御装置５４、ポンプ制御装置５５、作業機制御装置５６、施工管理装置５７、表示装置５８、位置検出装置２３及び通信装置２５は、信号線５９に接続されて、相互に通信する。実施形態において、信号線５９を用いた通信の規格はＣＡＮ（Controller  Area  Network）であるが、これに限定されない。以下において、油圧ショベル１というときには、油圧ショベル１が有する検出処理装置５１及び施工情報生成装置５２等の各種の電子装置を指すこともある。
【００３９】
図４は、油圧ショベル１が有する各種の機器類及び管理装置６１のハードウェア構成例を示す図である。実施形態において、油圧ショベル１が有する検出処理装置５１、施工情報生成装置５２、センサ制御装置５３、機関制御装置５４、ポンプ制御装置５５、作業機制御装置５６、施工管理装置５７、表示装置５８、位置検出装置２３及び通信装置２５、並びに管理装置６１は、図４に示されるように、処理部ＰＲ、記憶部ＭＲ及び入出力部ＩＯを有する。処理部ＰＲは、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなプロセッサ及びメモリによって実現される。
【００４０】
記憶部ＭＲは、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Random  Access  Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Random  Access  Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Random  Access  Memory）等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク及び光磁気ディスクのうち少なくとも１つが用いられる。
【００４１】
入出力部ＩＯは、油圧ショベル１又は管理装置６１が、他の機器及び内部の装置とデータ及び信号等を送受信するためのインターフェース回路である。内部の装置には、油圧ショベル１内の信号線５９も含まれる。
【００４２】
油圧ショベル１と管理装置６１とは、それぞれの機能を処理部ＰＲに実現させるためのコンピュータプログラムを記憶部ＭＲに記憶している。油圧ショベル１の処理部ＰＲと管理装置６１の処理部ＰＲとは、記憶部ＭＲから前述したコンピュータプログラムを読み出して実行することにより、それぞれの装置の機能を実現する。油圧ショベル１が有する各種の電子装置、機器及び管理装置６１は、専用のハードウェアで実現されてもよいし、複数の処理回路が連携してそれぞれの機能を実現するものであってもよい。次に、油圧ショベル１が有する各種の電子装置及び機器について説明する。
【００４３】
検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された対象の一対の画像に、ステレオ方式における画像処理を施すことにより、対象の位置、具体的には三次元座標系における対象の座標を求める。このように、検出処理装置５１は、同一の対象を少なくとも一対の撮像装置３０で撮像することによって得られた一対の画像を用いて、対象を三次元計測することができる。すなわち、少なくとも一対の撮像装置３０及び検出処理装置５１は、ステレオ方式により対象を三次元計測するものである。ステレオ方式における画像処理とは、同一の対象を２つの異なる撮像装置３０から観測して得られる２つの画像から、その対象までの距離を得る手法である。対象までの距離は、例えば、対象までの距離情報を濃淡により可視化した距離画像として表現される。
【００４４】
検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０によって検出された対象の情報を取得し、取得した対象の情報から対象の三次元形状を示す形状情報を求める。実施形態では、少なくとも一対の撮像装置３０が対象を撮像することにより対象の情報を生成して出力する。対象の情報は、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された施工対象の画像である。検出処理装置５１は、対象の画像にステレオ方式による画像処理を施すことにより、形状情報を求め、出力する。実施形態において、少なくとも一対の撮像装置３０を有する油圧ショベル１の施工対象が少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像されるが、他の作業機械の施工対象が、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像されてもよい。
【００４５】
実施形態において、撮像装置３０が検出する対象は、施工の対象（以下、適宜、施工対象と称する）及び施工後の対象である。実施形態において、施工対象及び施工後の対象は、撮像装置３０を有する油圧ショベル１、他の油圧ショベル１ｏｔ、油圧ショベル以外の作業機械及び作業者のうち少なくとも１つの施工対象及び施工後の対象であればよい。
【００４６】
検出処理装置５１は、演算部５１Ａ及び情報付与部５１Ｂを有する。演算部５１Ａは、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された一対の画像に、ステレオ方式における画像処理を施して形状情報を求める。情報付与部５１Ｂは、形状情報に各種の情報を付けて出力する。形状情報に付される各種の情報は、時刻情報がある。時刻情報は、対象が演算部５１Ａ及び少なくとも一対の撮像装置３０によって検出された時刻から、形状情報が出力される時刻までの間に存在する少なくとも１つの時刻の情報を含む。時刻情報は、例えば、検出処理装置５１内のタイマから取得される。各種の情報は、時刻情報の他に、少なくとも一対の撮像装置３０が対象を撮像した位置を示す情報及び対象を撮像した撮像装置３０を有する油圧ショベル１を識別するための情報のうち少なくとも一方をさらに含んでもよい。演算部５１Ａ及び情報付与部５１Ｂの機能は、図４に示される処理部ＰＲが実現する。
【００４７】
実施形態において、少なくとも一対の撮像装置３０は、油圧ショベル１に取り付けられて、対象を検出して対象の情報を出力する対象検出部に相当する。検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０によって検出された対象の情報を用いて、対象の三次元形状を表す形状情報を出力する形状検出部に相当する。少なくとも一対の撮像装置３０の代わりにレーザスキャナのような３Ｄスキャナが用いられてもよい。３Ｄスキャナは、対象を検出して対象の三次元形状を示す形状情報を出力するので、前述した対象検出部及び形状検出部の機能を有している。
【００４８】
検出処理装置５１には、ハブ３１及び撮像スイッチ３２が接続される。ハブ３１は、複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが接続されている。ハブ３１を用いずに、撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄと検出処理装置５１とが接続されてもよい。撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの撮像した結果は、ハブ３１を介して検出処理装置５１に入力される。検出処理装置５１は、ハブ３１を介して、撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが撮像した結果、実施形態では対象の画像を取得する。実施形態において、撮像スイッチ３２が操作されると、少なくとも一対の撮像装置３０は対象を撮像する。撮像スイッチ３２は、図２に示される運転室４内に設置される。例えば、撮像スイッチ３２は、操作装置３５の近傍に設置されるが、撮像スイッチ３２の設置場所はこれに限定されない。
【００４９】
制御システム５０は、少なくとも一対の撮像装置３０によって対象の画像を取得する場合、旋回体３を旋回開始と同時に撮像を開始し旋回停止によって撮像を終了し、その旋回中に取得した画像をもとにステレオ方式における画像処理を施して形状情報を求めるようにしてもよい。この場合、制御システム５０は、例えば、操作装置３５のうち旋回体３を旋回させるための操作装置の操作にともなって出力される、パイロット圧の変化を示す信号又は電気信号を検出処理装置５１が受信し、旋回体３の旋回開始と旋回停止のタイミングとを判断し撮像する。
【００５０】
施工情報生成装置５２は、油圧ショベル１が施工対象を施工するときに目標とする形状の情報である目標施工情報を求めて、出力する。実施形態において、施工情報生成装置５２は、検出処理装置５１が求めた施工対象の形状情報を用いて目標施工情報を求める。実施形態において、目標施工情報は、施工対象が施工されるときに目標とされる形状を、グローバル座標系における三次元座標で表した位置情報である。目標施工情報は、グローバル座標系以外の座標系における三次元座標の情報であってもよい。実施形態において、施工情報生成装置５２は、施工情報生成部に相当する。
【００５１】
少なくとも一対の撮像装置３０が取得した施工対象の情報が通信装置２５を介して油圧ショベル１の外部に送信され、例えば、管理装置６１が三次元座標系における対象の座標を求めてもよい。この場合、管理装置６１は、検出処理装置５１の機能を実現する。また、管理装置６１は、施工情報生成装置５２の機能を実現してもよい。通信装置２５を介して、油圧ショベル１に搭載された検出処理装置５１が求めた施工対象の形状情報が油圧ショベル１の外部に送信され、例えば管理装置６１が目標施工情報を求めてもよい。この場合、管理装置６１は、施工情報生成装置５２の機能を実現する。
【００５２】
センサ制御装置５３は、油圧ショベル１の状態の情報及び油圧ショベル１の周囲の状態の情報を検出するためのセンサ類が接続される。センサ制御装置５３は、センサ類から取得した情報を、他の電子装置及び機器が取り扱うことのできるフォーマットに変換して出力する。油圧ショベル１の状態の情報は、例えば、油圧ショベル１の姿勢の情報及び作業機２の姿勢の情報等である。図３に示される例では、油圧ショベル１の状態の情報を検出するセンサとして、ＩＭＵ２４、第１角度検出部１８Ａ、第２角度検出部１８Ｂ及び第３角度検出部１８Ｃがセンサ制御装置５３に接続されているが、センサ類はこれらに限定されない。
【００５３】
ＩＭＵ２４は、自身に作用する加速度及び角速度、すなわち油圧ショベル１に作用する加速度及び角速度を検出して出力する。油圧ショベル１に作用する加速度及び角速度から、油圧ショベル１の姿勢が分かる。油圧ショベル１の姿勢を検出できれば、ＩＭＵ２４以外の装置であってもよい。実施形態において、第１角度検出部１８Ａ、第２角度検出部１８Ｂ及び第３角度検出部１８Ｃは、例えばストロークセンサである。これらは、それぞれが、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２のストローク長さを検出することにより、車体１Ｂに対するブーム６の回動角と、ブーム６に対するアーム７の回動角と、アーム７に対するバケット８の回動角とを間接的に検出する。第１角度検出部１８Ａ、第２角度検出部１８Ｂ及び第３角度検出部１８Ｃによって検出された車体１Ｂに対するブーム６の回動角、ブーム６に対するアーム７の回動角及びアーム７に対するバケット８の回動角と、作業機２の寸法とから、車体座標系における作業機２の部分の位置が分かる。例えば、作業機２の部分の位置としては、例えば、バケット８の刃先８ＢＴの位置である。第１角度検出部１８Ａ、第２角度検出部１８Ｂ及び第３角度検出部１８Ｃは、ストロークセンサに代えてポテンショメータ又は傾斜計であってもよい。
【００５４】
機関制御装置５４は、油圧ショベル１の動力発生装置である内燃機関２７を制御する。内燃機関２７は、例えばディーゼルエンジンであるが、これに限定されない。また、油圧ショベル１の動力発生装置は、内燃機関２７と発電電動機とを組み合わせたハイブリッド方式の装置であってもよい。内燃機関２７は、油圧ポンプ２８を駆動する。
【００５５】
ポンプ制御装置５５は、油圧ポンプ２８から吐出される作動油の流量を制御する。実施形態において、ポンプ制御装置５５は、油圧ポンプ２８から吐出される作動油の流量を調整するための制御指令の信号を生成する。ポンプ制御装置５５は、生成した制御信号を用いて油圧ポンプ２８の斜板角を変更することにより、油圧ポンプ２８から吐出される作動油の流量を変更する。油圧ポンプ２８から吐出された作動油は、コントロールバルブ２９に供給される。コントロールバルブ２９は、油圧ポンプ２８から供給された作動油を、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び油圧モータ５Ｍ等の油圧機器に供給して、これらを駆動する。
【００５６】
作業機制御装置５６は、例えば、バケット８の刃先８ＢＴを目標とする施工面に沿って移動させる制御を実行する。作業機制御装置５６は、作業機制御部に相当する。この制御を、以下においては適宜、作業機制御と称する。作業機制御装置５６は、作業機制御を実行するにあたって、例えば、施工情報生成装置５２が生成した目標施工情報を取得し、目標施工情報に含まれる目標施工面にバケット８の刃先８ＢＴが沿うようにコントロールバルブ２９を制御して作業機２を制御する。油圧ショベル１は、作業機制御装置５６を備えずに、後述する方法で得られた目標施工情報と自身の作業機２との位置関係を、表示装置５８の画面５８Ｄに施工のガイダンス画像として表示可能であってもよい。
【００５７】
施工管理装置５７は、例えば、検出処理装置５１が求めた形状情報、施工情報生成装置５２によって生成された目標施工情報、油圧ショベル１が施工対象を施工した施工結果の形状情報、及び油圧ショベル１がこれから施工しようとする施工対象の現況地形を示す形状情報の少なくとも１つを収集し、記憶部５７Ｍに記憶させる。施工管理装置５７は、記憶部５７Ｍに記憶させた施工結果を、通信装置２５を介して管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信する。施工管理装置５７は、記憶部５７Ｍに記憶させた施工結果を、通信装置２５を介して管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信する。施工管理装置５７は、検出処理装置５１が求めた形状情報及び目標施工情報の少なくとも一方を収集し、記憶部５７Ｍに記憶せずに管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信してもよい。記憶部５７Ｍは、図４に示される記憶部ＭＲに相当する。
【００５８】
施工管理装置５７は、油圧ショベル１の外部に設けられた、例えば管理装置６１に設けられてもよい。この場合、施工管理装置５７は、油圧ショベル１から通信装置２５を介して形状情報又は施工結果を取得する。
【００５９】
施工結果は、例えば、少なくとも一対の撮像装置３０が施工後の施工対象を撮像し、検出処理装置５１が撮像結果にステレオ方式による画像処理を施すことによって求められた形状情報である。以下、施工しようとする施工対象の現況地形を示す形状情報を、適宜、現況地形情報と称する。また、形状情報は、施工結果を示す形状情報である場合と、現況地形を示す形状情報である場合とがある。現況地形情報とは、例えば、油圧ショベル１、他の作業機械７０又は作業者等が施工しようとする施工対象が少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像され、検出処理装置５１によって求められた形状情報である。
【００６０】
施工管理装置５７は、例えば、一日の作業が終了した後に施工結果を収集して管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方に送信したり、一日の作業のうち複数回施工結果を収集して管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方に送信したりする。施工管理装置５７は、例えば朝の作業前に、施工前の形状情報を管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信してもよい。
【００６１】
実施形態では、施工管理装置５７は、例えば一日の作業のうち、正午と作業終了時との２回の施工結果を収集し、管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信する。施工結果は、施工現場全体のうち、施工が行われた範囲が撮像されることによって得られた施工結果であってもよいし、施工現場全体が撮像されることによって得られた施工結果であってもよい。管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信される施工結果を施工が行われた範囲のものとすることにより、撮像時間、画像処理時間及び施工結果の送信時間の増加を抑制できるので好ましい。
【００６２】
表示装置５８は、液晶表示パネルのようなディスプレイの画面５８Ｄに、油圧ショベル１の情報を表示したり施工のガイダンス画像を画面５８Ｄに表示したりする他、実施形態においては、前述した作業機制御が実行される場合に作業機２の位置を求める。表示装置５８が求める刃先８ＢＴの位置は、実施形態はバケット８の刃先８ＢＴの位置である。表示装置５８は、位置検出装置２３が検出したアンテナ２１，２２の現在位置と、第１角度検出部１８Ａ、第２角度検出部１８Ｂ及び第３角度検出部１８Ｃによって検出された回動角と、記憶部ＭＲに記憶された作業機２の寸法と、ＩＭＵ２４の出力データとを取得し、これらを用いてバケット８の刃先８ＢＴの位置を求める。実施形態では、表示装置５８がバケット８の刃先８ＢＴの位置を求めているが、バケット８の刃先８ＢＴの位置は表示装置５８以外の装置が求めてもよい。
【００６３】
通信装置２５は、実施形態における通信部である。通信装置２５は、管理施設６０の管理装置６１、他の作業機械７０及び携帯端末装置６４の少なくとも１つと通信回線ＮＴＷを介して通信して、互いに情報をやり取りする。通信装置２５がやり取りする情報のうち、制御システム５０から管理装置６１、他の作業機械７０及び携帯端末装置６４の少なくとも１つに送信する情報は、施工に関する情報がある。施工に関する情報は、前述した形状情報及び形状情報から得られた情報の少なくとも一方を含む。形状情報から得られた情報は、例えば、前述した目標施工情報及び形状情報を加工して得られた情報を含むが、これらに限定されるものではない。施工に関する情報は、検出処理装置５１の記憶部、施工情報生成装置５２の記憶部及び施工管理装置５７の記憶部５７Ｍに記憶されてから通信装置２５によって送信されてもよいし、記憶されずに送信されてもよい。
【００６４】
実施形態において、通信装置２５は無線通信によって通信する。このため、通信装置２５は、無線通信用のアンテナ２５Ａを有する。携帯端末装置６４は、例えば、油圧ショベル１の作業を管理する管理者が所持しているものであるが、これに限定されない。他の作業機械７０は、制御システム５０を有する油圧ショベル１及び管理装置６１の少なくとも一方と通信する機能を有している。他の作業機械７０は、制御システム５０を有する油圧ショベル１であってもよいし、制御システム５０を有さない油圧ショベルであってもよいし、油圧ショベル以外の作業機械であってもよい。通信装置２５は、管理施設６０の管理装置６１、他の作業機械７０及び携帯端末装置６４の少なくとも１つと有線通信を介して通信して、互いに情報をやり取りするようにしてもよい。
【００６５】
施工管理システム１００は、管理施設６０の管理装置６１と、制御システム５０と、制御システム５０を有する油圧ショベル１とを含む。施工管理システム１００は、さらに携帯端末装置６４を含んでいてもよい。施工管理システム１００に含まれる、制御システム５０を有する油圧ショベル１は単数でもよいし、複数でもよい。管理施設６０は、管理装置６１と、通信装置６２とを有する。管理装置６１は、通信装置６２及び通信回線ＮＴＷを介して、少なくとも油圧ショベル１と通信する。管理装置６１は、携帯端末装置６４と通信したり、他の作業機械７０と通信したりしてもよい。油圧ショベル１と、他の油圧ショベル１ｏｔ及び作業機械の少なくとも一方とは、直接、車車間で無線通信できるように無線通信機器を搭載してもよい。そして、油圧ショベル１、他の油圧ショベル１ｏｔ及び作業機械の少なくとも１つは、管理施設６０の管理装置６１等で実行される処理を実行できるような機器又は電子装置を搭載してもよい。
【００６６】
管理装置６１は、油圧ショベル１から施工結果及び現況地形情報の少なくとも一方を受け取り、施工の進捗状況を管理する。管理装置６１は、油圧ショベル１から形状情報を受け取り、これを用いて目標施工情報を生成して油圧ショベル１に送信してもよい。管理装置６１は、施工対象の設計情報から目標施工情報を生成し、油圧ショベル１に送信してもよい。管理装置６１は、油圧ショベル１から受け取った施工結果を加工して、施工の進捗情報を動画にして表示装置６７に表示したり、動画の情報を油圧ショベル１又は携帯端末装置６４に送信して油圧ショベル１の表示装置５８に表示させたり携帯端末装置６４の画面に表示させたりしてもよい。前述したように、管理装置６１で実行される目標施工情報の生成は、油圧ショベル１及び他の作業機械７０の少なくとも１つで実行してもよい。
【００６７】
＜施工対象の施工＞
実施形態において、制御システム５０は、図２に示される複数の撮像装置３０のうち少なくとも２つによって施工対象を撮像することによって、施工対象の形状を示す情報である形状情報を得る。そして、制御システム５０は、得られた形状情報を用いて目標施工情報を求める。油圧ショベル１が施工対象を施工する場合、制御システム５０は、求めた目標施工情報に沿うように、作業機２を制御する。
【００６８】
図５は、実施形態に係る油圧ショベル１が施工する施工現場の一例を示す図である。実施形態において、油圧ショベル１の施工対象ＯＢＰは、地面である。実施形態において、施工対象ＯＢＰは、施工現場の少なくとも一部の領域である。実施形態において油圧ショベル１が施工対象ＯＢＰに施す施工は、図５に示されるように、施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳから予め定められた深さΔＤＰだけ、表土を削り取る作業である。施工対象ＯＢＰのうち、施工が実行された部分は、施工実行部分ＯＢＦとなる。施工実行部分ＯＢＦは、施工計画によっては、施工が必要でない部分を示す場合もある。施工実行部分ＯＢＦは、施工対象ＯＢＰの少なくとも一部である。次に、制御システム５０が求める形状情報を説明する。
【００６９】
＜対象の撮像及び形状情報の生成＞
図６は、実施形態に係る作業機械の制御システムが求める形状情報について説明するための図である。この場合、形状情報は、油圧ショベル１がこれから施工しようとする部分である施工対象ＯＢＰは油圧ショベル１の前方にある。形状情報は、施工対象ＯＢＰから求められる。制御システム５０は、施工対象ＯＢＰから形状情報を生成する場合、少なくとも一対の撮像装置３０に施工対象ＯＢＰを撮像させる。実施形態では、油圧ショベル１のオペレータが、図３に示される撮像スイッチ３２を操作して撮像指令を検出処理装置５１に入力すると、検出処理装置５１は少なくとも一対の撮像装置３０に施工対象ＯＢＰを撮像させる。
【００７０】
制御システム５０の検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０が撮像した施工対象ＯＢＰの画像にステレオ方式による画像処理を施して、施工対象ＯＢＰの位置情報、実施形態では三次元位置情報を求める。検出処理装置５１が求めた施工対象ＯＢＰの位置情報は、撮像装置３０の座標系における情報なので、グローバル座標系における位置情報に変換される。グローバル座標系における施工対象の位置情報が形状情報である。実施形態において、形状情報は、グローバル座標系における施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳの位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）を少なくとも１つ含む情報である。位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）は、グローバル座標系における座標であり、三次元位置情報である。
【００７１】
図７は、油圧ショベル１が重力の作用方向Ｇに対して傾斜している状態を示す図である。図８は、油圧ショベル１が重力の作用方向Ｇに対して傾斜している状態で、少なくとも一対の撮像装置３０で対象Ｏｊが撮像された画像の例を示す図である。傾斜面ＧＤに油圧ショベル１が設置された状態で少なくとも一対の撮像装置３０が対象Ｏｊを撮像すると、撮像装置座標系（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）は、重力の作用方向Ｇに対して傾く。この状態で得られた画像は、図８に示されるように対象Ｏｊが傾斜するので、この画像にステレオ方式による画像処理が施されて形状情報が求められると、形状情報は傾きの影響を受ける可能性がある。制御システム５０は、油圧ショベル１の姿勢をＩＭＵ２４によって検出し、検出した油圧ショベル１の姿勢に関する情報を用いて形状情報を求める。
【００７２】
図９は、実施形態に係る制御システム５０が形状情報を求めるための処理例を説明するための図である。図１０は、実施形態に係る制御システム５０が求めた形状情報のデータファイルの一例を示す図である。少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された画像から得られた施工対象ＯＢＰの位置Ｐｓ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）は、撮像装置座標系（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）の座標である。形状情報は、グローバル座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における座標なので、検出処理装置５１は、位置Ｐｓ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）をグローバル座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の位置Ｐｇ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）に変換する。位置Ｐｇ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）が、施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳの位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）、すなわち形状情報である。
【００７３】
位置Ｐｓ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）は、式（１）によって撮像装置座標系（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）から車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）の位置Ｐｍ（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）に変換される。車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）の位置Ｐｍ（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）は、式（２）によってグローバル座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の位置Ｐｇ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）に変換される。
Ｐｍ＝Ｒ・Ｐｓ＋Ｔ・・・（１）
Ｐｇ＝Ｒｉｍｕ・（Ｐｍ＋Ｔｏｆｆ）＋Ｔｇ・・・（２）
【００７４】
【数１】
2020016147.tif 000003
【００７５】
【数２】
2020016147.tif 000004
【００７６】
【数３】
2020016147.tif 000005
【００７７】
【数４】
2020016147.tif 000006
【００７８】
【数５】
2020016147.tif 000007
【００７９】
式（１）中のＲは式（３）で表される回転行列、Ｔは式（４）の行列で表される並進ベクトルである。式（２）のＲｉｍｕは式（５）で表される回転行列、Ｔｏｆｆは式（６）の行列で表される並進ベクトルである。Ｔｏｆｆは、車体座標系の原点からアンテナ２１，２２のいずれか一方までの距離のオフセット値を表す。Ｔｇは式（７）の行列で表される、アンテナ２１，２２のいずれか一方の並進ベクトルである。回転行列Ｒ中の角度α、角度β及び角度γは、車体座標系に対する撮像装置座標系の傾きを表す。角度α、角度β及び角度γは、例えば、複数の撮像装置３０が油圧ショベル１に取り付けられた後に予め求められて、検出処理装置５１の記憶部に記憶される。行列Ｔのｘ０，ｙ０，ｚ０は撮像装置座標系の原点と車体座標系の原点との距離を表す。ｘ０，ｙ０，ｚ０は、例えば、複数の撮像装置３０が油圧ショベル１に取り付けられた後に計測されたり、油圧ショベル１の設計情報から予め求められたりして、検出処理装置５１の記憶部に記憶される。
【００８０】
回転行列Ｒｉｍｕ中の角度θｒ、角度θｐ及び角度θｄは、油圧ショベル１のロール角、ピッチ角及び方位角である。ロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄは、油圧ショベル１の姿勢を表す。ロール角θｒ及びピッチ角θｐは、図３に示されるＩＭＵ２４が求めるか、ＩＭＵ２４の検出値から検出処理装置５１が求めるものである。方位角θｄは、図３に示されるアンテナ２１，２２及び位置検出装置２３によって構成されたＧＰＳコンパスによって求められる。より詳細には、方位角θｄは、位置検出装置２３によって２個のアンテナ２１，２２相対位置に基づいて求められる。ロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄは、油圧ショベル１の姿勢が変化することによって変化する。実施形態においては、ＩＭＵ２４によって求められたヨー角θｙが、ＧＰＳコンパスによって得られた方位角（方位データ）に代えて用いられてもよい。実施形態において、ロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄは、少なくとも一対の撮像装置３０が対象、例えば施工現場の施工対象及び施工後の施工現場等を検出したときにおいて、ＩＭＵ２４及び位置検出装置２３によって検出された値である。ロール角θｒ、ピッチ角θｐ及びヨー各θｙ又は方位角θｄは、ＩＭＵ２４以外又は位置検出装置２３以外の装置、例えばジャイロ等によって求められてもよい。
【００８１】
行列Ｔｏｆｆのｘ１，ｙ１，ｚ１は、車体座標系の原点と、図１及び図３に示されるアンテナ２１，２２の設置位置までの距離を表す。ｘ１，ｙ１，ｚ１は、例えば、アンテナ２１，２２が油圧ショベル１に取り付けられた後に計測されたり、油圧ショベル１の設計情報から予め求められたりして、検出処理装置５１の記憶部に記憶される。
【００８２】
行列Ｔｇのｘ２，ｙ２，ｚ２は、図１及び図３に示されるアンテナ２１，２２及び位置検出装置２３が検出したグローバル座標系におけるアンテナ２１，２２の位置を表す。ｘ１，ｙ１，ｚ１は、油圧ショベル１の位置、より具体的にはアンテナ２１，２２の位置が変化することによって変化する。
【００８３】
検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された画像から得られた施工対象ＯＢＰの位置Ｐｓ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を、式（１）から式（７）を用いてグローバル座標系における位置Ｐｇ（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）に変換する。このとき、検出処理装置５１は、ＩＭＵ２４からロール角θｒ及びピッチ角θｐを取得し、位置検出装置２３からアンテナ２１，２２のグローバル座標系における位置及び方位角θｄを取得して、前述した変換に用いる。前述したように、検出処理装置５１は、方位角θｄの代わりに、ＩＭＵ２４が検出したヨー角θｙを用いてもよい。検出処理装置５１は、変換後の位置Ｐｇ（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）を、施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳの位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）、すなわち形状情報とする。実施形態においては、形状情報の一例として施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳの位置Ｐｒを示しているが、形状情報はこれに限定されない。例えば、形状情報は、施工後における施工対象ＯＢＰの表面の位置及び施工途中における施工対象ＯＢＰの表面の位置であってもよい。
【００８４】
検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された施工対象ＯＢＰの領域全体にわたって、施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳの位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）を求め、出力する。実施形態において、検出処理装置５１は、所定の単位毎に、図１０に示されるように、求めた位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）のデータファイルＥＭＤを生成する。図１０に示されるデータファイルＥＭＤは、ｎ個（ｎは１以上の整数）の位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の集合である。データファイルＥＭＤも、実施形態における形状情報に該当する。
【００８５】
所定の単位は、例えば、一回の撮像によって得られた施工対象ＯＢＰの範囲、及び予め定めた施工対象ＯＢＰの範囲が挙げられる。予め定めた施工対象ＯＢＰの範囲は、一回の撮像によって得られた範囲の一部であってもよいし、一回の撮像によって得られた範囲を超える範囲であってもよい。後者の場合には複数回の撮像によって得られた範囲が対象となる。
【００８６】
実施形態において、検出処理装置５１はデータファイルＥＭＤを生成したら、自身の記憶部に記憶させる。そして、検出処理装置５１は、データファイルＥＭＤの位置Ｐｒを用いて、目標施工情報を生成する。この他にも、施工管理装置５７は、検出処理装置５１が生成したデータファイルＥＭＤを、通信装置２５から図３に示される管理装置６１、携帯端末装置６４及び他の作業機械７０の少なくとも一つに送信してもよい。
【００８７】
図１１は、施工管理装置５７によって送信される、データファイルＥＭＤを含む情報の一例を示す図である。本実施形態において、図３に示される検出処理装置５１の情報付与部５１Ｂは、形状情報に、形状情報を特定するための時刻情報ＴＭを付けて出力する。時刻情報ＴＭは、時刻に基づいて、形状情報を特定する情報である。本実施形態では、情報付与部５１Ｂは、図１１に示されるように、時刻情報ＴＭ及び形状情報であるデータファイルＥＭＤを含む作業情報ＬＧを生成して、出力する。時刻情報ＴＭは、例えば、少なくとも一対の撮像装置３０が施工対象ＯＢＰを撮像した時刻であってもよいし、演算部５１Ａが形状情報を生成した時刻であってもよいし、情報付与部５１Ｂが作業情報ＬＧを出力する時刻であってもよいし、管理装置６１及び携帯端末装置６４のような油圧ショベル１の外部の装置が形状情報を取得した時刻であってもよい。すなわち、時刻情報ＴＭは、施工前、施工途中又は施工後における施工対象ＯＢＰが、少なくとも一対の撮像装置３０及び検出処理装置５１によって検出された時刻から油圧ショベル１の外部の装置が形状情報を取得した時刻までの間に存在する少なくとも１つの時刻の情報である。時刻情報ＴＭが、油圧ショベル１の外部の装置が形状情報を取得した時刻の情報である場合、情報付与部５１Ｂが油圧ショベル１の外部の装置に設けられ、情報付与部５１Ｂは、外部の装置が形状情報を取得した時刻を示す時刻情報ＴＭを形状情報に付与する。
【００８８】
実施形態において、作業情報ＬＧは、時刻情報ＴＭ及びデータファイルＥＭＤに加えて、目標施工情報ＴＩ、撮像位置ＰＬ及び油圧ショベル１の姿勢情報ＳＩを含む。目標施工情報ＴＩは、作業情報ＬＧに含まれる形状情報、すなわちデータファイルＥＭＤの情報から生成されたものである。撮像位置ＰＬは、少なくとも一対の撮像装置３０が、施工前、施工途中又は施工後における施工対象ＯＢＰを撮像した場所を示す情報である。撮像位置ＰＬは、図３に示される位置検出装置２３が検出したアンテナ２１，２２のグローバル座標における位置に基づいて求められる。姿勢情報ＳＩは、油圧ショベル１の姿勢を示す情報であり、実施形態ではロール角θｒ、ピッチ角θｐ及びヨー角θｙである。ロール角θｒ、ヨー角θｙ及びヨー角θｙは、ＩＭＵ２４の検出値であるが、ヨー角θｙの代わりに位置検出装置２３が検出した方位角θｄが用いられてもよい。これらの他にも、作業情報ＬＧは識別番号を含んでいてもよい。識別番号は、少なくとも一対の撮像装置３０の位置を示す情報及び対象を撮像した撮像装置３０を有する油圧ショベル１を識別するための情報である。識別番号としては、例えば、通信装置２５のＩＰアドレスであってもよい。また、識別番号としては、少なくとも一対の撮像装置の製造番号及び油圧ショベル１の車体番号が用いられるが、これらに限定されない。
【００８９】
作業情報ＬＧに含まれる情報は、前述した情報に限定されない。例えば、作業情報ＬＧは、油圧ショベル１のオペレータを識別するためのオペレータＩＤを含んでいてもよい。作業情報ＬＧは、検出処理装置５１の情報付与部５１Ｂがすべての情報を生成しなくてもよい。実施形態では、情報付与部５１Ｂは、少なくとも時刻情報ＴＭ及びデータファイルＥＭＤを含む作業情報ＬＧを生成して出力すればよい。時刻情報ＴＭ及びデータファイルＥＭＤ以外の情報は、例えば、施工管理装置５７によって付与される。この場合、施工管理装置５７は、施工情報生成装置５２によって生成された目標施工情報ＴＩを取得し、情報付与部５１Ｂから取得した作業情報ＬＧに追加する。また、施工管理装置５７は、信号線５９を介して識別番号及び撮像位置ＰＬを取得して、作業情報ＬＧに追加する。施工管理装置５７は、作業情報ＬＧを所定のタイミング、実施形態では１日に２回、管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方に送信する。
【００９０】
実施形態において、すくなくとも一対の撮像装置３０が対象を撮像したら、検出処理装置５１は、少なくとも時刻情報ＴＭ及びデータファイルＥＭＤを含む作業情報ＬＧを生成して出力し、通信装置２５を介して油圧ショベル１の外部に送信する。油圧ショベル１の外部に送信された作業情報ＬＧは、管理装置６１が取得したり、携帯端末装置６４が取得したりする。
【００９１】
実施形態において、図３に示される撮像スイッチ３２が操作されると、少なくとも一対の撮像装置３０が対象を撮像する。検出処理装置５１の演算部５１Ａは撮像装置３０によって撮像された画像にステレオ方式による画像処理を施して形状情報を生成する。検出処理装置５１の情報付与部５１Ｂは、形状情報に時刻情報を付けた作業情報ＬＧを出力する。作業情報ＬＧは、施工管理装置５７及び通信装置２５を介して、又は通信装置２５を介して管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方に送信する。
【００９２】
検出処理装置５１は、油圧ショベル１の周辺を監視するため、所定の時間毎、例えば１０分毎に少なくとも一対の撮像装置３０に対象を撮像させる。少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された二次元画像は、検出処理装置５１の記憶部に記憶されて、ある程度の情報が蓄積されたら通信装置２５を介して管理装置６１に送信される。前述した二次元画像は、作業情報ＬＧが管理装置６１に送信されるタイミングで送信されてもよいし、撮像されたら速やかに管理装置６１へ送信されてもよい。
【００９３】
実施形態において、検出処理装置５１が、例えば複数の撮像装置３０が起動していることを認識していること、信号線５９が断線していないこと、ＩＭＵ２４の出力が安定していること、及びＧＮＳＳによる測位がＦＩＸ（正常）であることを条件（許可条件）に、検出処理装置５１は、撮像装置３０を用いた三次元計測を許可する。許可条件が１つでも成立していない場合、撮像スイッチ３２が操作されても、検出処理装置５１は撮像装置３０を用いた三次元計測を許可しない。ＩＭＵ２４の出力が安定しているとは、油圧ショベル１が静止している状態であることを意味する。撮像装置３０による三次元計測に、前述した条件を設けることで、対象の計測精度の低下が抑制される。許可条件は、制御システム５０が三次元計測を許可するための例示である。制御システム５０は、許可条件のいずれか一つを用いてもよいし、許可条件を用いなくてもよい。
【００９４】
図１２は、データファイルＥＭＤが管理装置６１の記憶部に記憶される一例を示す図である。油圧ショベル１から送信された作業情報ＬＧは、管理装置６１の記憶部に記憶される。作業情報ＬＧが携帯端末装置６４に送信される場合、作業情報ＬＧは携帯端末装置６４の記憶部に記憶されてもよい。
【００９５】
管理装置６１の記憶部内には、例えば、図１２のデータテーブルＴＢに示されるように、時刻情報ＴＭとデータファイルＥＭＤとが対応付けられて記憶される。データテーブルＴＢは、管理装置６１が新しい時刻情報ＴＭ及びデータファイルＥＭＤを取得する毎に更新される。データファイルＥＭＤに付される番号が同一の情報は、作業現場の同じ場所の形状情報を示す。管理装置６１は、データテーブルＴＢに含まれるデータファイルＥＭＤを用いて、施工現場の現状を示す情報（以下、適宜、現況情報と称する）を生成できる。この場合、データファイルＥＭＤに付される番号が同一である場合、最新のデータファイルＥＭＤを用いて現況情報が生成される。最新のデータファイルＥＭＤであるか否かは、データファイルＥＭＤに対応付けられた時刻情報ＴＭによって判定される。例えば、２つのデータファイルＥＭＤ１が存在した場合、管理装置６１は、それぞれのデータファイルＥＭＤ１に対応した時刻情報ＴＭを比較し、新しい方のデータファイルＥＭＤ１を用いて現況情報を生成する。このようにすることで、管理装置６１は、最新の現況情報を生成できる。
【００９６】
管理装置６１は、時刻情報ＴＭが付された形状情報、すなわちデータファイルＥＭＤを用いて、油圧ショベル１の施工現場全体の現状の地形の情報、すなわち現況情報を出力する。例えば、管理装置６１は、最新の時刻情報ＴＭが付された各データファイルＥＭＤを施工現場全体にわたって収集して結合することにより、油圧ショベル１の施工現場全体の現況情報を生成して出力する。施工現場全体の現況情報は、例えば、管理施設６０の表示装置６７に表示されたり、携帯端末装置６４に表示されたりする。
【００９７】
施工現場全体の現況情報は、油圧ショベル１による施工結果を用いて生成されてもよいし、他の作業機械７０による施工結果を用いて生成されてもよい。また、施工現場全体の現況情報は、油圧ショベル１及び他の作業機械７０によらない施工結果、例えば、作業者がスコップ等によって施工した結果を用いて生成されてもよい。本実施形態において、施工現場全体の現況情報は、油圧ショベル１による施工結果と、他の作業機械７０による施工結果と、油圧ショベル１及び他の作業機械７０によらない施工結果との少なくとも一つを用いて生成されればよい。施工現場全体の現況情報は、油圧ショベルの施工管理装置５７及び携帯端末装置６４の少なくとも一方が生成して出力してもよい。
【００９８】
図１３は、施工現場全体の施工対象ＯＢＰｔとデータファイルＥＭＤに対応した範囲との関係を示す図である。図１３は、最新のデータファイルＥＭＤ１，ＥＭＤ２，・・・ＥＭＤｍに対応した範囲が施工現場全体の施工対象ＯＢＰｔ内に表示された例を示している。データファイルＥＭＤ１，ＥＭＤ２，ＥＭＤｍに対応した範囲は、データファイルＥＭＤ１，ＥＭＤ２，・・・ＥＭＤｍに含まれる三次元位置情報で特定される範囲である。
【００９９】
管理装置６１は、例えば、施工現場全体の施工対象ＯＢＰｔに、データファイルＥＭＤ１，ＥＭＤ２，ＥＭＤｍに対応した範囲を重ねた情報を生成する。そして、管理装置６１は、例えば、管理施設６０内の表示装置６７に、生成した情報を表示させる。このようにすると、最新のデータファイルＥＭＤ１，ＥＭＤ２，・・・ＥＭＤｍが施工対象ＯＢＰｔ内に表示されるので、施工現場の現状が示される。管理装置６１は、時刻情報ＴＭが同一又は同一とみなせるデータファイルＥＭＤ同士を組み合わせることで、施工現場の現状の状況を得ることができる。時刻情報ＴＭが同一とみなせるとは、予め定められた時間の範囲内の時刻情報ＴＭに対応するデータファイルＥＭＤは、同一の時刻に得られたものとして取り扱されることをいう。例えば、朝９時から夕方１７：００までを予め定められた時間の範囲とした場合、ある曜日におけるこの時間の範囲内の時刻情報ＴＭを持つデータファイルＥＭＤは、同一の時刻に得られたものとして取り扱われ、曜日が変われば異なる時刻に得られたものとして取り扱われる。
【０１００】
図１４は、施工現場全体の施工対象ＯＢＰｔの変化を時系列に並べたものである。時刻ｔ＝ｔｓは、施工現場の施工が開始される前の状態を示している。時刻ｔ＝ｔ１において、施工対象ＯＢＰｔは領域ＯＢＰｆ１が施工されている。領域ＯＢＰｆ１は、時刻ｔ＝ｔ１における形状情報、すなわちデータファイルＥＭＤに含まれる三次元情報によって特定されるので、施工前における施工対象ＯＢＰｔに領域ＯＢＰｆ１を重ねることで、時刻ｔ＝ｔ１における施工現場全体の状態が分かる。
【０１０１】
時刻ｔ＝ｔ２において、施工対象ＯＢＰｔは領域ＯＢＰｆ１に加え、領域ＯＢＰｆ２及び領域ＯＢＰｆ３がさらに施工されている。領域ＯＢＰｆ２及び領域ＯＢＰｆ３は、時刻ｔ＝ｔ２における形状情報、すなわちデータファイルＥＭＤに含まれる三次元情報によって特定されるので、施工前における施工対象ＯＢＰに領域ＯＢＰｆ２及び領域ＯＢＰｆ３を重ねることで、時刻ｔ＝ｔ２における施工現場全体の状態が分かる。時刻ｔ＝ｔ２において、領域ＯＢＰｆ１はすでに施工されているので、時刻ｔ＝ｔ２においては領域ＯＢＰｆ１に対応する形状情報、すなわち領域ＯＢＰｆ１に対応するデータファイルＥＭＤが得られていなくてもよい。領域ＯＢＰｆ１に対応するデータファイルＥＭＤが得られていない場合、領域ＯＢＰｆ１については時刻ｔ＝ｔ１における情報が最新となる。
【０１０２】
時刻ｔ＝ｔ２においては、領域ＯＢＰｆ２及び領域ＯＢＰｆ３とともに、時刻ｔ＝ｔ１における領域ＯＢＰｆ１が施工前における施工対象ＯＢＰｔに重ねられる。時刻ｔ＝ｔ２において、領域ＯＢＰｆ１に対応する形状情報、すなわち領域ＯＢＰｆ１に対応するデータファイルＥＭＤが得られている場合、最新のデータファイルＥＭＤに基づく領域ＯＢＰｆ１が、領域ＯＢＰｆ２及び領域ＯＢＰｆ３とともに、施工前における施工対象ＯＢＰｔに重ねられる。
【０１０３】
管理装置６１は、時刻ｔ＝ｔｓ，ｔ１，ｔ２の順に、施工対象ＯＢＰｔ全体の現況情報を生成して、例えば管理施設６０内の表示装置６７に、生成した現況情報を三次元画像で表示させる。この場合、管理装置６１は、現況情報を時刻毎にコマ送りで表示させることができる。このようにすることで、管理者は、日々の施工の進捗状況を容易に理解できる。携帯端末装置６４は、通信回線ＮＴＷを介して管理装置６１にアクセスして現況情報を取得し、現況情報を画面に表示してもよい。このようにすれば、管理施設６０にいない施工現場の作業者も、日々の施工の進捗状況を容易に理解できる。
【０１０４】
図１５及び図１６は、異なる時刻に得られた形状情報の差分から、除去された土の量又は盛土の量を求める例を示す図である。実施形態においては、異なる時刻に得られた形状情報に基づいて、除去された土の量又は盛土の量が求められる。施工前における時刻ｔ＝ｔｓの施工対象ＯＢＰが施工されて、施工後の対象ＯＢＰｆになったとする。グローバル座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）において、施工後における時刻ｔ＝ｔｆで得られた形状情報のＺｇ座標と、施工前における時刻ｔ＝ｔｓで得られた形状情報のＺｇ座標との差分はΔＤである。差分ΔＤが負の場合は土を除去した場合であり、差分ΔＤが正の場合は盛土の場合である。差分ΔＤに、施工された範囲のＸｇ方向における寸法及びＹｇ軸方向における寸法を乗ずることにより、施工対象ＯＢＰの除去された土の量又は盛土の量（実施形態において、土の量は体積）が得られる。本実施形態においては、異なる時刻に得られた形状情報に基づいて、油圧ショベル１のみならず、他の作業機械７０によって除去された土の量又は盛土の量が求められてもよい。
【０１０５】
このように、形状情報であるデータファイルＥＭＤと時刻情報ＴＭとを対応付けることにより、施工現場の施工に関する様々な情報が得られる。データファイルＥＭＤ及び時刻情報ＴＭを用いて現況情報を生成したり、盛土量又は除去された土の量を求めたりする処理は、管理装置６１、携帯端末装置６４及び油圧ショベル１の施工管理装置５７のいずれが実行してもよい。また、管理装置６１、携帯端末装置６４又は油圧ショベル１の施工管理装置５７のいずれかが前述した処理を実行し、通信回線ＮＴＷを介して他の機器に結果を送信してもよい。前述した処理の結果は、通信だけでなく、ストレージデバイスに記憶されて、他の機器に受け渡されてもよい。次に、目標施工情報について説明する。
【０１０６】
＜目標施工情報＞
図１７、図１８及び図１９は、実施形態に係る作業機械の制御システム５０が生成する目標施工情報を説明するための図である。実施形態において、図３に示される施工情報生成装置５２は、検出処理装置５１によって生成された形状情報を用いて、目標施工情報、すなわち施工対象ＯＢＰが施工させる際に目標となる形状の位置情報を求める。実施形態において、施工情報生成装置５２は、図１１及び図１２に示されるように、形状情報に含まれる施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳの位置を示す情報を加工することによって、表面ＯＢＳの位置を変更して、目標施工情報を得る。
【０１０７】
図１７に示される例は、施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳから距離ΔＤＰｔの範囲を除去する施工例を示している。この場合、施工情報生成装置５２は、施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳの位置Ｐｒａ（Ｘｇａ，Ｙｇａ，Ｚｇａ）を、距離ΔＤＰｔだけ低くした位置Ｐｔａ（Ｘｔａ，Ｙｔａ，Ｚｔａ）を求める。実施形態において、施工情報生成装置５２は、位置Ｐｒａ（Ｘｇａ，Ｙｇａ，Ｚｇａ）のＺｇａをΔＤＰｔだけ減じることにより、位置Ｐｒａ（Ｘｇａ，Ｙｇａ，Ｚｇａ）を、距離ΔＤＰｔだけ低い位置に移動させる。したがって、位置Ｐｔａ（Ｘｔａ，Ｙｔａ，Ｚｔａ）は、位置Ｐｔａ（Ｘｇａ，Ｙｇａ，Ｚｇａ−ΔＤＰｔ）となる。このようにして得られた位置Ｐｔａ（Ｘｔａ，Ｙｔａ，Ｚｔａ）が、目標施工情報となる。施工情報生成装置５２は、図３に示される検出処理装置５１から形状情報、実施形態ではデータファイルＥＭＤを取得し、データファイルＥＭＤに含まれるすべての位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）に対してＺｇの値からΔＤＰｔだけ減算することにより、目標施工情報を生成する。
【０１０８】
図１８に示される例は、施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳから距離ΔＡＤｔの範囲に、例えば土、砂又は岩石のような物体を盛る施工例を示している。この場合、施工情報生成装置５２は、施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳの位置Ｐｒｂ（Ｘｇｂ，Ｙｇｂ，Ｚｇｂ）を、距離ΔＡＤｔだけ高くした位置Ｐｔｂ（Ｘｔｂ，Ｙｔｂ，Ｚｔｂ）を求める。実施形態において、施工情報生成装置５２は、位置Ｐｒｂ（Ｘｇｂ，Ｙｇｂ，Ｚｇｂ）のＺｇにΔＡＤｔを加算することにより、位置Ｐｒｂ（Ｘｇｂ，Ｙｇｂ，Ｚｇｂ）を、距離ΔＡＤｔだけ高い位置に移動させる。したがって、位置Ｐｔｂ（Ｘｔｂ，Ｙｔｂ，Ｚｔｂ）は、位置Ｐｔｂ（Ｘｇｂ，Ｙｇｂ，Ｚｇｂ＋ΔＡＤｔ）となる。このようにして得られた位置Ｐｔｂ（Ｘｔｂ，Ｙｔｂ，Ｚｔｂ）が、目標施工情報となる。施工情報生成装置５２は、図３に示される検出処理装置５１から形状情報、実施形態ではデータファイルＥＭＤを取得し、データファイルＥＭＤに含まれるすべての位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）に対してＺｇの値にΔＡＤｔを加算することにより、目標施工情報を生成する。
【０１０９】
このように、図１７及び図１８に示される施工は、施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳを一定の深さ（ΔＤｐｔ）又は一定の高さ（ΔＡＤｔ）に変更（オフセット）する施工である。この他にも、例えば、施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳに所定の傾斜を有する勾配を設けるような施工に、制御システム５０が適用されてもよい。このような施工は、例えば、施工後の地形が、水はけがよい地形になるように施工する場合に行われる。少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された画像に基づき検出処理装置５１が形状情報を生成した後、施工情報生成装置５２は、形状情報が示す表面ＯＢＳの位置のＺｇ座標について所定の距離を減算又は加算して、表面ＯＢＳに対し所定の勾配が設けられた目標施工情報を生成する。この場合も、施工情報生成装置５２は、形状情報に含まれる施工対象ＯＢＰの表面ＯＢＳの位置を示す情報を加工することによって、表面ＯＢＳの位置を変更して、目標施工情報を得ることになる。
【０１１０】
施工現場は広い場合、図１９に示されるように、少なくとも一対の撮像装置３０が撮像する施工対象ＯＢＰａ，ＯＢＰｂは、施工現場全体の施工対象ＯＢＰｔの一部となることがある。施工対象ＯＢＰａ，ＯＢＰｂの表面にある位置Ｐｒａ，Ｐｒｂから得られた位置Ｐｔａ，Ｐｔｂを目標施工情報とする範囲ＯＢＰｔａ，ＯＢＰｔｂも、施工現場全体の一部の情報となる。施工管理装置５７は、形状情報と、この形状情報から得られた目標施工情報との差分を用いて、施工対象ＯＢＰから除去する土の量又は施工対象ＯＢＰに盛る土の量を求めることができる。
【０１１１】
施工管理装置５７が、油圧ショベル１の外部に設けられた、例えば管理装置６１に設けられている場合、施工管理装置５７は、油圧ショベル１から通信装置２５を介して形状情報を取得する。施工管理装置５７は、取得した形状情報と、この形状情報から得られた目標施工情報との差分を用いて、施工対象ＯＢＰから除去する土の量又は施工対象ＯＢＰに盛る土の量を求める。この場合、施工管理装置５７は、油圧ショベル１から形状情報を取得して目標施工情報を生成する。施工管理装置５７は、形状情報及び目標施工情報を油圧ショベル１から取得して、施工対象ＯＢＰから除去する土の量又は施工対象ＯＢＰに盛る土の量を求めてもよい。
【０１１２】
施工情報生成装置５２は、目標施工情報を生成したら、自身の記憶部に記憶させる。施工情報生成装置５２の記憶部に記憶された目標施工情報は、作業機制御装置５６が作業機制御を実行する際の目標値として使用される。実施形態において、作業機制御装置５６は、作業機２、より具体的にはバケット８の刃先８ＢＴが、目標施工情報に沿うように、油圧ショベル１の作業機２を制御する。すなわち、作業機制御装置５６は、バケット８の刃先８ＢＴを、目標施工情報によって表された、施工対象が施工されるときに目標とされる形状に沿って移動させる。施工管理装置５７は、施工情報生成装置５２が生成した目標施工情報を、通信装置２５から図３に示される管理装置６１、携帯端末装置６４及び他の作業機械７０の少なくとも一つに送信してもよい。次に、実施形態に係る形状計測方法及び施工管理方法の処理例を説明する。
【０１１３】
＜実施形態に係る形状計測方法及び施工管理方法の処理例＞
図２０は、実施形態に係る形状計測方法及び施工管理方法の処理例を示すフローチャートである。制御システム５０を有する油圧ショベル１は、実施形態に係る形状計測方法を実行する。より詳細には、制御システム５０は、施工対象ＯＢＰの形状情報を求め、得られた形状情報から目標施工情報を生成する。そして、制御システム５０は、得られた目標施工情報に沿うように作業機２を制御する。施工管理システム１００、実施形態では管理装置６１が、実施形態に係る施工管理方法を実行する。
【０１１４】
図３に示される撮像スイッチ３２がオペレータによって操作されると、撮像スイッチ３２から制御システム５０に、施工対象ＯＢＰを撮像装置３０に撮像させるための撮像指令が検出処理装置５１に入力される。検出処理装置５１は、撮像指令が入力されると、ステップＳ１０１において、少なくとも一対の撮像装置３０に施工対象ＯＢＰを撮像させる。ステップＳ１０２において、検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０が撮像した画像にステレオ方式による画像処理を施して施工対象ＯＢＰの位置（三次元位置）を求め、得られた施工対象ＯＢＰの位置を用いて施工対象ＯＢＰの形状情報を生成する。検出処理装置５１は、生成した目標施工情報を自身の記憶部及び施工管理装置５７の記憶部５７Ｍの少なくとも一方に記憶させる。形状情報を生成する手法は、前述した通りである。
【０１１５】
ステップＳ１０３において、施工情報生成装置５２は、検出処理装置５１から形状情報を取得し、目標施工情報を生成する。施工情報生成装置５２は、生成した目標施工情報を自身の記憶部及び施工管理装置５７の記憶部５７Ｍの少なくとも一方に記憶させる。目標施工情報を生成する手法は、前述した通りである。実施形態において、図３に示される施工管理装置５７は、ステップＳ１０２で得られた形状情報及びステップＳ１０２で得られた目標施工情報を含む作業情報ＬＧを、管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方に送信してもよい。
【０１１６】
ステップＳ１０４において、油圧ショベル１は、施工対象ＯＢＰを施工する。このとき、作業機制御装置５６は、作業機制御を実行する。すなわち、作業機制御装置５６は、目標施工情報によって表された、施工対象ＯＢＰの施工時において目標とされる形状に沿って、バケット８の刃先８ＢＴを移動させる。
【０１１７】
実施形態では、油圧ショベル１が目標施工情報に基づき作業機制御を実行して施工する。施工現場では、作業者がスコップ等の作業具を使って手作業で掘削等をすることもある。このような場合、作業者は、油圧ショベル１から送信され、携帯端末装置６４に取得された目標施工情報を確認して掘削等の施工を行ってもよい。
【０１１８】
施工が終了したら、ステップＳ１０５において、検出処理装置５１は施工後の施工対象ＯＢＰを少なくとも一対の撮像装置３０に撮像させ、得られた画像を用いて形状情報を生成する。次に、ステップＳ１０６において、施工管理装置５７は、検出処理装置５１が生成した施工後の形状情報を、図３に示される通信装置２５を介して管理装置６１に送信する。施工管理装置５７は、施工後の形状情報を、通信装置２５を介して図３に示される携帯端末装置６４に送信してもよい。施工後の形状情報を取得した管理装置６１は、図３に示される携帯端末装置６４に、通信装置６２を介して施工後の形状情報を送信してもよい。図２０に示される施工方法の処理例を示すフローチャートにおいて、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７は実行されなくてもよい。
【０１１９】
実施形態においては、時刻情報ＴＭが形状情報に付されているので、管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方は、制御システム５０から送信された、所定の施行現場について施工前後の形状情報を表示装置６７及び携帯端末装置６４が有する表示装置の少なくとも一方の画面に表示させることにより、施工の進捗状況を表示させることができる。また、管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方は、施工現場の形状情報を時系列に並べて表示装置６７及び携帯端末装置６４が有する表示装置の少なくとも一方の画面に表示させたり、コマ送りで表示させたり、位置Ｐｒの座標の数値を表示させたりすることにより、日々の施工の進捗状況が分かりやすく表示される。油圧ショベル１の施工管理装置５７も、時系列の施工現場の形状情報が管理装置６１から得られていれば、表示装置５８の画面５８Ｄに施工現場の形状情報を時系列に並べて表示させることができる。すなわち、管理装置６１、携帯端末装置６４、施工管理装置及び施工管理装置５７の少なくとも１つは、時刻情報が付された前記形状情報を複数用いて、前記作業機械の施工現場全体の地形の情報を時系列に表示する表示装置を有する。
【０１２０】
実施形態において、施工管理装置５７は、施工後の形状情報に加え、目標施工情報を、通信装置２５を介して管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方に送信してもよい。施工後の形状情報及び目標施工情報が、油圧ショベル１から管理装置６１のみに送信される場合、管理装置６１は、施工後の形状情報及び目標施工情報を、通信装置６２を介して携帯端末装置６４に送信してもよい。このようにすることで、管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方は、施工後の形状情報と目標施工情報とを表示装置６７の画面に並べて表示したり、重ねて表示したりすることができるので、管理者等は、施工の進捗状況を迅速かつ容易に確認できる。
【０１２１】
＜対象を検出する方法の変形例＞
油圧ショベル１が有する少なくとも一対の撮像装置３０が対象を検出する方法の変形例を説明する。少なくとも一対の撮像装置３０は、油圧ショベル１の旋回体３に取り付けられる。旋回体３を旋回させながら少なくとも一対の撮像装置３０が対象を撮像することにより、検出処理装置５１は、油圧ショベル１の周囲全体の形状情報を得ることができる。
【０１２２】
旋回体３をさせながら少なくとも一対の撮像装置３０が対象を撮像する場合、検出処理装置５１は、撮像のタイミングで旋回体３の旋回を停止させてもよい。この場合、旋回体３は断続的に旋回する。旋回体３を連続して旋回させながら少なくとも一対の撮像装置３０が対象を撮像する場合、次のようにする。
【０１２３】
旋回体３を連続して旋回させながら少なくとも一対の撮像装置３０が対象を撮像する場合、少なくとも一対の撮像装置３０は、旋回体３が旋回を開始すると同時に撮像を開始し、旋回を停止することによって撮像を終了する。そして、検出処理装置５１は、旋回体３の旋回中に取得した画像をもとにステレオ方式における画像処理を施して形状情報を求めてもよい。この場合、例えば、操作装置３５のうち旋回体３を旋回させるための操作装置の操作にともなって出力される、パイロット圧の変化を示す信号又は電気信号を検出処理装置５１が受信し、旋回体３の旋回開始のタイミング及び旋回停止のタイミングを判断し、少なくとも一対の撮像装置３０に撮像を行わせる。
【０１２４】
旋回体３の旋回中に撮像装置３０が対象を撮像することによる三次元計測が実行される場合、検出処理装置５１は、撮像装置３０のシャッターが切られる毎に時刻情報ＴＭを生成して、撮像された画像と対応付ける。また、検出処理装置５１は、旋回体３の旋回が開始された時刻又は旋回が停止した時刻を時刻情報ＴＭとしてもよい。
【０１２５】
制御システム５０は、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された対象の形状情報と、形状情報が得られた時刻情報とを対応付けるので、時刻情報に基づいて形状情報を組み合わせることで、作業現場の現状の状況を得ることができる。
【０１２６】
油圧ショベル１のような作業機械は、複雑な地形の上で施工することも多く、撮像装置３０が撮像する対象に対して大きく傾いている場合も多い。異なるタイミングで同じ場所で対象が撮像される場合、その場所は施工等が行われて地面の傾斜が変化してしまっていることも想定される。一対の撮像装置３０は、油圧ショベル１が稼働している間に互いの相対的な位置関係がずれないように、油圧ショベル１に確実に取り付けられるので、油圧ショベル１の姿勢に応じて一対の撮像装置３０の姿勢を変化させることは難しい。
【０１２７】
実施形態において、制御システム５０は、油圧ショベルの姿勢を用いて形状情報を求める。このとき、制御システム５０は、ＩＭＵ２４の検出値と、位置検出装置２３によって検出された油圧ショベル１の位置から得られた油圧ショベルの方位とを用いて、撮像装置３０によって得られた三次元位置情報を、グローバル座標系における三次元位置情報に変換する。変換後の三次元位置情報が形状情報となる。このような処理により、制御システム５０が求めた形状情報は、油圧ショベル１の傾斜の影響を抑制して、施工前後の地形の比較等を適切に行うことができる。
【０１２８】
制御システム５０は、作業現場を撮像装置３０によって撮像することで、作業現場の形状情報、すなわち作業現場の三次元位置情報を得ることができる。制御システム５０は油圧ショベル１に設けられているので、作業現場の様々な場所に移動して形状情報を求めることができる。このようにして求めた複数の形状情報を、時刻情報に基づいて結合させることで、作業現場の状況及び作業現場の状況の変化を把握できるようになる。その結果、管理装置６１は、対象の位置を検出する検出装置である少なくとも一対の撮像装置３０及び検出処理装置５１を有する作業機械である油圧ショベル１が得た検出結果を用いて施工状況を管理することができる。
【０１２９】
例えば、管理装置６１は、同時刻とみなせる範囲内で得られた複数の異なる形状情報を抽出して結合させることにより、同時刻とみなせる範囲内における施工現場の施工状態を得ることができる。例えば、同時刻とみなせる範囲内における施工現場の施工状態を複数得ることにより、施工の進捗状況が把握される。このように、管理装置６１は、撮像装置３０及び検出処理装置５１を有する作業機械と撮像装置３０及び検出処理装置５１を有さない作業機械とが混在する施工現場の施工状況を管理できる。このように、制御システム５０を有する油圧ショベル１が作業現場に１台あれば、油圧ショベル１が自身の施工対象だけでなく、他の作業機械の施工対象についても形状情報を生成できるので、施工現場全体における施工の進捗管理及び出来高管理が可能になる。
【０１３０】
制御システム５０は、油圧ショベル１に設けられた少なくとも一対の撮像装置３０を用いて施工対象を検出し、検出結果である少なくとも一対の画像から施工対象の形状情報を求め、得られた形状情報から対象を施工するときに目標とする形状の情報である形状情報を求める。したがって、制御システム５０は、作業者が施工現場において、測量器等を使用して施工対象を測量して対象の形状を求めていた作業を不要にさせ、また、求められた施工対象に基づく目標とする形状の生成作業、つまり目標とする形状の情報を設計する作業を不要にさせる。その結果、制御システム５０は、施工対象の現況地形を測量する手間及び施工対象の施工時に目標となる形状を求める際の手間を低減することができる。制御システム５０は、作業者による、測量器等を使用した測量が困難である場所も、撮像装置３０が撮像できる場所であれば目標施工情報を生成できるので、より効率的に作業機械による施工及び作業者の手による掘削等の施工が実現できる。また、制御システム５０によって施工対象の測量ができるため、施工現場で測量を行う作業者の負担が軽減される。
【０１３１】
例えば、ＣＡＤ（Computer  Aided  Design）等の設計ツールで作成された、施工対象の目標施工情報が存在する場合、作業機械によって施工を行うために、その目標施工情報が示す場所、すなわちこれから施工しようとする場所に作業機械を移動させることが必要になる場合がある。制御システム５０を有する油圧ショベル１は、少なくとも一対の撮像装置３０を有し、これから施工する施工対象を少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像し、撮像結果に基づいて目標施工情報を生成する。このように、油圧ショベル１は、測量器として機能するとともに設計ツールとして機能する。つまり、施工する場所で、施工対象の目標施工情報を生成できるので、これから施工しようとする場所に移動しなくてもよい。その結果、移動時間及び設計期間が短縮できるので、作業効率が向上する。
【０１３２】
実施形態では、油圧ショベル１が有する制御システムが形状情報を生成したが、形状情報は管理装置６１が生成してもよい。この場合、一対の撮像装置３０によって撮像された画像にステレオ方式による画像処理が施された結果、油圧ショベル１の姿勢を示す情報及び油圧ショベル１のグローバル座標系における位置その他の形状情報を求めるために必要な情報が、通信装置２５を介して管理装置６１に送信される。
【０１３３】
油圧ショベル１等の作業機械は施工現場で移動するため、少なくとも一対の撮像装置３０が撮像する現場の傾斜は様々であるし、撮像する場所の傾斜も施工によって時間の経過とともに変化することがある。このような施工現場においても、制御システム５０は、油圧ショベル１の姿勢を表す情報、実施形態ではロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄを用いて形状情報を生成するので、適切な施工管理を実現できる。
【０１３４】
実施形態において、制御システム５０は、油圧ショベル１の姿勢を表すロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄを用いて形状情報を生成したが、油圧ショベル１の姿勢変化に対して一対の撮像装置３０の相対的な位置関係を保持したまま、両者の姿勢が一定となる機構によって一対の撮像装置３０が支持されるようにしてもよい。この場合、例えば、一対の撮像装置３０の基線が常に水平を保つような機構で一対の撮像装置３０が支持される。
【０１３５】
実施形態において、制御システム５０は、制御システム５０を有する油圧ショベル１及び制御システム５０を有さない作業機械が施工する範囲及び施工された後の範囲を対象として形状情報を生成するが、制御システム５０が形状情報を生成する対象はこれらに限定されない。例えば、制御システム５０は、施工現場でスコップ等によって掘削等の作業する作業者が施工した範囲、又はこれから施工しようとする範囲の形状情報を生成することもできる。このようにすることで、制御システム５０及び制御システム５０を有する施工管理システム１００は、施工現場全体の施工状況を管理することができる。前述のように、制御システム５０は、施工前後の形状情報の差分から、作業者がスコップ等によって掘削や盛土を行った土量も求めることができる。
【０１３６】
実施形態においては、制御システム５０が作業機械である油圧ショベル１に備えられているが、形状情報を生成したり目標施工情報を生成したりするシステムは測量用の車両に備えられていてもよい。例えば、形状情報を生成する場合は、少なくとも一対の撮像装置３０及び検出処理装置５１が測量用の車両に備えられる。形状情報に加え、目標施工情報も生成する場合は、少なくとも一対の撮像装置３０及び検出処理装置５１に加え、施工情報生成装置５２が測量用の車両に備えられる。いずれの場合でも、測量用の車両は、施工現場で作業する作業機械、管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも１つと通信できる通信装置２５を有することが好ましい。
【０１３７】
実施形態において、ステレオ方式における画像処理は、油圧ショベル１の外部、例えば管理施設６０の管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一つが行ってもよい。この場合、例えば、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された対象の一対の画像が、通信装置２５を介して管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一つに送信され、管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一つは、対象の画像にステレオ方式による画像処理を施す。
【０１３８】
実施形態において、油圧ショベル１の外部、例えば管理施設６０の管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一つが、形状情報を生成してもよい。特に、油圧ショベル１の姿勢を表すロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄを用いた変換を、油圧ショベル１の外部、例えば管理施設６０の管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一つが行ってもよい。この場合、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された対象の一対の画像にステレオ方式による画像処理が施された情報が、ロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄとともに、通信装置２５を介して油圧ショベル１の外部、例えば管理施設６０の管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一つに送信される。
【０１３９】
実施形態において、まず少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された画像から得られた施工対象ＯＢＰの位置Ｐｓが求められ、その後、グローバル座標系の位置Ｐｇに変換されるとともに、油圧ショベルの姿勢による傾きが補正されてもよい。実施形態において、制御システム５０は、例えばＩＭＵ２４が油圧ショベル１の旋回体３の旋回及び油圧ショベル１の移動の少なくとも一方を検出したら、撮像装置３０による撮像を禁止したり、検出処理装置５１が形状情報を生成しないようにしたりする制御を実行してもよい。実施形態において、油圧ショベル１が他の作業機械７０に形状情報を送信し、他の作業機械７０が目標施工情報を生成してもよい。
【０１４０】
以上、実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。作業機械は、施工対象を施工、例えば掘削及び運搬等を行うことができれば油圧ショベルに限定されず、例えば、ホイールローダー及びブルドーザーのような作業機械であってもよい。
【符号の説明】
【０１４１】
１  油圧ショベル
２  作業機
３  旋回体
４  運転室
５  走行体
２１，２２  アンテナ
２３  位置検出装置
２５  通信装置
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ  撮像装置
３２  撮像スイッチ
５０  作業機械の制御システム
５１  検出処理装置
５１Ａ  演算部
５１Ｂ  情報付与部
５２  施工情報生成装置
５３  センサ制御装置
５４  機関制御装置
５５  ポンプ制御装置
５６  作業機制御装置
５７  施工管理装置
５７Ｍ  記憶部
５８  表示装置
５９  信号線
６０  管理施設
６１  管理装置
６２  通信装置
６４  携帯端末装置
６７  表示装置
７０  他の作業機械
１００  施工管理システム
ＥＭＤ  データファイル
ＩＤ  姿勢情報
ＬＧ  作業情報
ＮＴＷ  通信回線
ＯＢＰ  施工対象
ＰＲ  処理部
ＭＲ  記憶部
ＩＯ  入出力部
ＴＭ  時刻情報
【図１】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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