(57)【要約】【課題】建設機械を基準として、その付近に存在する作業者、電柱、架空線、樹木等、様々な物体の正確な位置を求めることができるようにし、かつ複数の作業者を識別できるようにし、かつそれらの物体と建設機械との接触を防止できるようにする。【解決手段】建設機械１は作業装置４を備えたバックホウである。建設機械１は、周辺を測距するレーザスキャナ装置と、作業者５０１，５０２，５０３等が所持するビーコン発信機からのビーコン信号を受信するビーコン受信機を備えている。レーザスキャナ装置で生成した距離画像に基づき、監視領域４０１内で物体が検知されると、オペレータに警報音等で警告し、作業装置４の一時停止等を行わせる。また、レーザスキャナ装置によるレーザ測距結果と、ビーコン信号の受信レベルに基づくビーコン測距結果とから、監視領域４０１内の作業者を識別し、個別に警告する。【選択図】図１３
2020056169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺空間内の物体に接近したことを報知する機能を備えた建設機械であって、
レーザスキャナ装置と、
前記レーザスキャナ装置から前記周辺空間内に周期的に放射された光の当該周辺空間内での反射光に基づいて、前記周辺空間内のスキャン位置毎の距離データを取得する距離データ取得手段と、
作業者に装着されたＩＤ発信手段からの受信電波に基づいて、前記作業者までの距離を算出する距離算出手段と、
前記距離データに基づいて、前記周辺空間内の物体の位置を検出する物体位置検出手段と、
前記距離算出手段により算出された距離と前記物体位置検出手段により検出された位置とに基づいて、前記作業者の位置を検出する作業者位置検出手段と、
監視領域を設定する監視領域設定手段と、
前記物体位置検出手段により検出された物体が前記監視領域に存在することに基づいて警報を出力する第１の警報出力手段と、
前記作業者位置検出手段により検出された作業者が前記監視領域に存在することに基づいて警報を出力する第２の警報出力手段と、
を有する建設機械。
【請求項２】
請求項１に記載された建設機械において、
前記建設機械は、移動自在な下部走行体と、前記下部走行体上に設けられた旋回自在な車体と、前記車体の前部に設けられた俯仰動自在な作業装置とを有する、建設機械。
【請求項３】
請求項２に記載された建設機械において、
前記監視領域は、前記作業装置の旋回範囲に応じて動的に設定される、建設機械。
【請求項４】
請求項２に記載された建設機械において、
前記物体位置検出手段の出力に基づいて周辺のマップの作成及び自己位置の推定を同時に行う手段を備え、前記監視領域は、前記マップを参照して動的に設定される、建設機械。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された建設機械において、
前記レーザスキャナ装置は、１軸走査型レーザスキャナ装置からなる、建設機械。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載された建設機械において、
前記レーザスキャナ装置は、２軸走査型レーザスキャナ装置からなる、建設機械。
【請求項７】
請求項２に記載された建設機械において、
前記車体の下部に設けられた埋設物探査手段と、前記埋設物探査手段の検出出力に基づいて、警報を出力する第３の警報出力手段と、を有する建設機械。
【請求項８】
請求項２に記載された建設機械において、
地球に設定された絶対座標系における前記建設機械の３次元位置を検出する絶対位置検出手段と、前記建設機械に設定された相対座標系における掘削された溝内に収容された埋設物の３次元位置を検出する相対位置検出手段と、前記相対座標系の３次元位置を絶対座標系の３次元位置に変換する座標変換手段と、座標変換手段で変換された３次元位置を記憶する位置情報記憶手段と、を有する建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックホウ等の建設機械に関し、より詳しくは付近に存在する作業者、電柱、架空線、樹木等の様々な物体への接近を報知する機能を備え、かつ地下埋設物の検知、新規埋設物の施工位置等のデ−タ取得が同時に可能な建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設現場等においては、バックホウ等の建設機械と作業者等が同一の作業エリアで同時に作業することが多い。このような場合、建設機械のオペレータや建設機械の付近で作業する作業者の不注意で、稼動中の建設機械の作業エリアに作業者が侵入すると、建設機械に接触して人的災害を引き起こすおそれがある。さらに、これら掘削する箇所の既設埋設物を損傷するおそれもある。
【０００３】
このため、従来は、建設機械の作業エリアに人が立ち入らないように、その周囲にバリケード、パイロン、ロープ等を設置しているが、建設機械の移動に合わせてバリケード等も移動設置しなければならないので、作業が煩雑になるという問題がある。また、試掘や各企業の埋設物管理台帳調査を行っても全ての正しいデ−タ把握は困難である。
【０００４】
他方、上記バリケードを設置するような煩雑な作業を回避するために、超音波、電波、磁界等を利用して建設機械と作業者との接近を検出するセンサ等を建設機械に設けた接触防止システムも公知である。
即ち、例えば特許文献１には、建設機械に配設された、受信アンテナ、制御装置および警報出力装置と、作業者に装着されたＩＤタグ（発信器）とを備え、前記制御装置は、建設機械と作業者間との間の距離を演算し、所定の距離内であると判断した場合に警報を発することを特徴とする建設機械と作業者との接触防止システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６８１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
バックホウのバケットで掘削した土砂をダンプトラックに積み込むためにバケットを荷台に向けて上方に動かすことがある。このとき、オペレータの不注意等により、バケットやアームが付近に存在する架空線、樹木等の様々な物体と接触するおそれがある。
しかし、特許文献１に記載された接触防止システムは、作業者に装着された発信器からの電波を受信して建設機械と作業者との接近を検出するものであるため、建設機械とその付近に存在する様々な物体との接触を防止することができないという問題がある。
また、発信器からの電波の受信強度から距離を演算しているため、建設機械から作業者までの正確な距離を求めることができないし、当然ながら建設機械を基準とした正確な位置を求めることができないという問題がある。
また、様々なものが建設機械の稼働先（旋回先等）にあることと、それらが接近してくる場合もある。さらに、掘削位置の地下に既設埋設物が存在し、損傷する恐れがある。また、新規埋設したものの位置測定（施工実績デ−タ取得）は既設道路での土被り、オフセットによるが、道路形態の変更や舗装のかさ上げにより竣工デ−タの意味合いを失う恐れもある。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、建設機械を基準として、その付近に存在する作業者、電柱、架空線、樹木等、様々な物体の正確な位置を求めることができるようにし、かつ複数の作業者を識別できるようにし、かつそれらの物体と建設機械との接触を防止できるようにすることを目的とする。
また、本発明は、建設機械の掘削位置の地下の既設埋設物の検出及び損傷防止を可能にすることを目的とする。
さらに、本発明は、新たに埋設した埋設物の３次元位置を記録できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、周辺空間内の物体に接近したことを報知する機能を備えた建設機械であって、レーザスキャナ装置と、前記レーザスキャナ装置から前記周辺空間内に周期的に放射された光の当該周辺空間内での反射光に基づいて、前記周辺空間内のスキャン位置毎の距離データを取得する距離データ取得手段と、作業者に装着されたＩＤ発信手段からの受信電波に基づいて、前記作業者までの距離を算出する距離算出手段と、前記距離データに基づいて、前記周辺空間内の物体の位置を検出する物体位置検出手段と、前記距離算出手段により算出された距離と前記物体位置検出手段により検出された位置とに基づいて、前記作業者の位置を検出する作業者位置検出手段と、監視領域を設定する監視領域設定手段と、前記物体位置検出手段により検出された物体が前記監視領域に存在することに基づいて警報を出力する第１の警報出力手段と、前記作業者位置検出手段により検出された作業者が前記監視領域に存在することに基づいて警報を出力する第２の警報出力手段と、を有する建設機械である。
また、第２の発明は、第１の発明において、移動自在な下部走行体と、前記下部走行体上に設けられた旋回自在な車体と、前記車体の前部に設けられた俯仰動自在な作業装置と、前記車体の下部に設けられた埋設物探査手段と、前記埋設物探査手段の検出出力に基づいて、警報を出力する第３の警報出力手段と、を有する建設機械である。
また、第３の発明は、第１の発明において、移動自在な下部走行体と、前記下部走行体上に設けられた旋回自在な車体と、前記車体の前部に設けられた俯仰動自在な作業装置と、地球に設定された絶対座標系における前記建設機械の３次元位置を検出する絶対位置検出手段と、前記建設機械に設定された相対座標系における掘削された溝内に収容された埋設物の３次元位置を検出する相対位置検出手段と、前記相対座標系の３次元位置を絶対座標系の３次元位置に変換する座標変換手段と、座標変換手段で変換された３次元位置を記憶する位置情報記憶手段と、を有する建設機械である。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、建設機械を基準として、その付近に存在する作業者、電柱、架空線、樹木等、様々な物体の正確な位置を求めることができ、かつ複数の作業者を識別でき、かつそれらの物体と建設機械との接触を防止できる。
第２の発明によれば、建設機械の掘削位置の地下の既設埋設物の検出及び損傷防止が可能になる。
第３の発明によれば、新たに埋設した埋設物の３次元位置を記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る建設機械の概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る建設機械の概略構成を示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る建設機械の作業状態を説明するための平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る建設機械の作業状態を説明するための側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るレーザスキャナ装置のスキャンパターンを示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る接近報知システムの構成を示すブロック図である。
【図７】周辺のマッピングと自己の位置及び姿勢の推定処理を示すフローチャートである。
【図８】周辺のマッピングと自己の位置及び姿勢の推定動作を示す図である。
【図９】周辺のマッピングと自己の位置及び姿勢の推定結果を示す図である。
【図１０】接近報知処理を含む作業を示すフローチャートである。
【図１１】監視領域を動的に設定する一例を示す図である。
【図１２】監視領域を動的に設定する別の一例を示す図である。
【図１３】監視領域に侵入した作業者を識別する動作について説明するための図である。
【図１４】ビーコン測距結果とレーザ測距結果とから作業者の位置を検出する原理について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
〈建設機械の概略構成〉
図１は、本発明の実施形態に係る建設機械の概略構成を示す平面図であり、図２はその側面図である。ここで、図１では、後述するブーム４１及びアーム４２が水平方向に延びた状態を表し、図２では、アーム４２が略９０°俯動した状態を表している。
【００１２】
図１及び図２に示されているように、本実施形態に係る建設機械１はバックホウであり、移動自在な下部走行体２と、下部走行体２上に設けられた旋回自在な車体３と、車体３の前部に設けられた俯仰動自在な作業装置４とを有する。
【００１３】
下部走行体２は、左右一対のクローラ２１ａ，２１ｂを有しており、図示されていない油圧モータの駆動によりクローラ２１ａ，２１ｂを回転させて進行（前進・後進）する。また、クローラ２１ａ，２１ｂの回転速度差により進行方向（左・右）を変えることができる。
【００１４】
車体３は、ターンテーブル（旋回サークル）５を介して、下部走行体２に対して旋回自在に装着されている。車体３は、運転室３１と、エンジン収納部３２とを有する。
【００１５】
作業装置４は、ブーム４１と、アーム４２と、バケット４３とを有する。
ブーム４１は、その基端部が車体３の前部に俯仰動自在に装着されており、車体３とブーム４１との間に装着されたブームシリンダ４４の伸縮により俯仰動する。
アーム４２は、その基端部がブーム４１の先端部に俯仰動自在に装着されており、ブーム４１とアーム４２との間に装着されたアームシリンダ４５の伸縮により俯仰動する。
バケット４３は、その基端部がアーム４２の先端部に俯仰動自在に装着されており、アーム４２とバケット４３の間に装着されたバケットシリンダ４６の伸縮により俯仰動する。
【００１６】
以上、建設機械１の全体の概略構造について説明した。次に建設機械１に設けられた各種センサについて説明する。建設機械１に設けられたセンサには、建設機械１が周辺空間内に存在する様々な物体、例えば作業者、電柱、架空線、樹木等に接近したことを検出するための接近センサ、掘削対象の地面下に埋設されたガス管や水道管等を検出するための埋設物センサ、新たに埋設した管の位置を記録する際の位置検出に使用する埋設管位置センサ、作業者が所持しているＩＤ発信手段としてのビーコン発信器、例えばiBeacon(登録商標)から送信されたビーコン信号を受信するビーコン受信機、及び建設機械１の絶対位置を検出するためのＧＰＳ受信機がある。
【００１７】
接近センサとしては、ブーム４１の左側面に設けられた前方左側探査用レーザスキャナ装置６１ａ、ブーム４１の右側面に設けられた前方右側探査用レーザスキャナ装置６１ｂ、アーム４２の左側面に設けられた側方左側探査用レーザスキャナ装置６２ａ、アーム４２の右側面に設けられた側方右側探査用レーザスキャナ装置６２ｂの車体３におけるブーム４１の基端付近に設けられた、バケット４３の位置を検出するためのバケット位置検出用レーザスキャナ装置６３、及び車体３の後部に設けられた後方探査用レーザスキャナ装置６５がある。
これらのレーザスキャナ装置は、それぞれの探査範囲に対して数十フレーム／秒の速度で周期的にレーザ光を放射し、その反射光を検出し、スキャン位置毎の反射光の強度データ、及び放射から反射光の検出迄の時間差に基づくスキャン位置毎の距離データを取得する。
【００１８】
埋設物センサとしては、それぞれ車体３の下面前部、下面後部に設けられた前部埋設物センサ６６、後部埋設物センサ６７がある。これらの埋設物センサは例えば電磁波等を送受信するレーダ装置である。前部埋設物センサ６６及び後部埋設物センサ６７は、地面付近に到達するように伸縮可能な部材に取り付けることが好適である。
また、埋設管位置センサとしては、ブーム４１の下面に設けられたレーザスキャナ装置やレーダ装置からなる埋設管位置センサ６４がある。
また、ビーコン受信機６８及びＧＰＳ受信機６９（図６参照）は、そのアンテナが例えば運転室３１の屋根上に設けられ、本体が運転室３１の内部に設けられている。
【００１９】
また、図６を用いて後述するように、各センサの検出信号の処理や各センサの設定等を行う制御部、周辺空間に存在する物体に接近したことを警報音で報知する音声出力部等が運転室３１の内部に設けられている。
【００２０】
〈建設機械の作業状態〉
図３は、本発明の実施形態に係る建設機械の作業状態を説明するための平面図であり、図４はその側面図である。ここで、図３ではブーム４１及びアーム４２が水平方向に延びた状態を表し、図４ではアーム４２が略９０°俯動して掘削領域８０を掘削している状態を表している。
【００２１】
図３及び図４に示されているように、前方左側探査用レーザスキャナ装置６１ａ及び前方右側探査用レーザスキャナ装置６１ｂは、協働することで、水平方向（方位角方向）に角度ａ１、垂直方向（俯仰角方向）に角度ａ５の探査範囲（スキャン角度）を有する。
また、側方左側探査用レーザスキャナ装置６２ａ、側方右側探査用レーザスキャナ装置６２ｂは、それぞれ水平方向に角度ａ２、角度ａ３の探査範囲を有する。また、垂直方向についても水平方向と同等の探査範囲を有する（図示省略）。
また、後方探査用レーザスキャナ装置６５は、水平方向に角度ａ４、垂直方向に角度ａ６の探査範囲を有する。
【００２２】
前部埋設物センサ６６、後部埋設物センサ６７は、それぞれ前後方向に角度ａ７、角度ａ８の探査範囲を有する。また、左右方向についても前後方向と同等の探査範囲を有する（図示省略）。
また、埋設管位置センサ６４については、レーザスキャナ装置、レーダ装置のどちらを使用した場合でも、掘削した溝内に収容した管を目視可能な状態で位置検出を行うため、探査範囲は相対的に狭くてよい。
【００２３】
なお、各レーザスキャナ装置、各埋設物センサ、及び埋設管位置センサ６４の探査範囲は操作入力部１０３（図６参照）により可変設定が可能である。
【００２４】
図３及び図４においては、作業装置４を構成するブーム４１、アーム４２、バケット４３が電柱７１や架空線７２に接近したことが検出されると、警報音を出力することで、オペレータに報知し、接触を防止する操作を行わせることができる。また、掘削領域８０の掘削中に地中８１に埋設された管７３、管７４が検出されたときも、警報音を出力することで、掘削作業を中断し、管７３、管７４の破損を防止する操作を行わせることができる。これらの接近報知機能の詳細については後述する。
【００２５】
〈レーザスキャナ装置のスキャンパターン〉
図５は、本発明の実施形態に係るレーザスキャナ装置のスキャンパターンを示す図である。ここには、レーザスキャナ装置から見た平面視矩形の探査範囲に対する４種類のスキャンパターンが示されている。
【００２６】
図５Ａに示されている第１のスキャンパターンは、探査範囲の縦方向（垂直方向）の中心、横方向（水平方向）の中心に対するシングル（単一）ビームによる１スキャンずつのスキャンからなる。このスキャンパターンは、回転ミラーにより１本のレーザビームを周期的にスキャンさせる１軸走査型レーザスキャナ装置（以下、シングルビーム１軸走査型レーザスキャナ装置）を２つ、互いの走査方向を直交させることで実現することができる。
【００２７】
図５Ｂに示されている第２のスキャンパターンは、探査範囲の縦方向の中心及びその付近、横方向の中心及びその付近に対するマルチ（複数：図示は３）ビームによる１スキャンずつのスキャンからなる。このスキャンパターンは、回転ミラーにより複数本のレーザビームを同時に周期的にスキャンさせる１軸走査型レーザスキャナ装置（以下、マルチビーム１軸走査型レーザスキャナ装置）を２つ、互いの走査方向を直交させることで実現することができる。
【００２８】
図５Ｃに示されている第３のスキャンパターンは、探査範囲の全体を上端から下端に向けてスキャン位置をずらしながらシングルビームでスキャンするパターンである。このスキャンパターンは、シングルビーム１軸走査型レーザスキャナ装置を回転台に取り付けて２軸走査型にしたレーザスキャナ装置（以下、シングルビーム２軸走査型レーザスキャナ装置）により実現することができる。
【００２９】
図５Ｄに示されている第４のスキャンパターンは、探査範囲の全体を上端から下端に向けてスキャン位置をずらしながらマルチビームでスキャンするパターンである。このスキャンパターンは、マルチビーム１軸走査型レーザスキャナ装置を回転台に取り付けて２軸走査型にしたレーザスキャナ装置（以下、マルチビーム２軸走査型レーザスキャナ装置）により実現することができる。
【００３０】
以上の４種類のスキャンパターンのうち、第１のスキャンパターンは探査範囲の中心部に対するスキャン、第２のスキャンパターンは、平面視矩形の探査範囲の中心部及びその付近に対するスキャンであるため、探査範囲に対する１回のスキャンで取得される測距データの量が少ない。したがって、高速処理が可能であるという利点がある反面、探査範囲の四隅又はその付近のみに存在する物体の距離データが得られないという欠点がある。
【００３１】
しかし、電柱のような縦方向の長さが所定値以上の物体は横方向のスキャンで距離データが得られる可能性がある（電柱が探査範囲の中心に存在すれば縦方向のスキャンでも得られる可能性がある）。また、架空線のような横方向の長さが所定値以上の物体は縦方向のスキャンで距離データが得られる可能性がある（架空線が探査範囲の中心に存在すれば横方向のスキャンでも得られる可能性がある）。また、１軸走査型レーザスキャナ装置は２軸走査型レーザスキャナ装置と比べると、構造が簡単であり、かつ安価であるため、可動部である作業装置４に設けるレーザスキャナ装置として好適である。
【００３２】
なお、図５Ａ〜Ｄに示されているスキャンパターンにおけるレーザビームのスキャン方向は、車体３が図１及び図３に示されているように前方を向いている状態、即ち方位角０°の状態であり、かつ作業装置４のブーム４１及びアーム４２が水平面に平行な状態、即ち仰角０°、俯角０°の状態におけるスキャン方向である。
【００３３】
したがって、例えばアーム４２に設けられた側方左側探査用レーザスキャナ装置６２ａ及び側方右側用レーザスキャナ装置６２ｂの場合、アーム４２が図１及び図３に示されている状態から図２及び図４に示されている状態に略９０°俯動した場合、スキャン方向も略９０°回転することになる。
【００３４】
〈接近報知システムの構成〉
図６は、本発明の実施形態に係る接近報知システムの構成を示すブロック図である。
図示のように、本発明の実施形態に係る接近報知システムは、制御部１０１と、それぞれが制御部１０１に接続された各種センサとしての前方左側探査用レーザスキャナ装置６１ａ、前方右側探査用レーザスキャナ装置６１ｂ、側方左側探査用レーザスキャナ装置６２ａ、側方右側用レーザスキャナ装置６２ｂ、バケット位置検出用レーザスキャナ装置６３、埋設管位置センサ６４、後方探査用レーザスキャナ装置６５、前部埋設物センサ６６、後部埋設物センサ６７、ビーコン受信機６８、及びＧＰＳ受信機６９を備えている。これらの各種センサについては図３及び図４を参照して説明した。
【００３５】
また、本発明の実施形態に係る接近報知システムは、それぞれが制御部１０１に接続された記憶部１０２、操作入力部１０３、音声出力部１０４、及び表示部１０５を備えている。
【００３６】
制御部１０１は、例えばマイクロプロセッサ及びその周辺回路等で構成され、記憶部１０２に格納されたプログラムやデータを用いて各部を制御して、接近報知システム全体の制御や演算処理等を行う。
【００３７】
記憶部１０２は、ＲＯＭ等の不揮発性メモリ、フラッシュメモリ等の書換可能な不揮発性メモリ、ＲＡＭ等の揮発性メモリからなる。そして、ＲＯＭには接近報知システムを動作させるために必要な制御プログラムが格納されている。また、ＲＡＭには制御部１０１が実行中の各プログラムや、それらの実行に必要なデータのワークエリアとなる。また、書換可能な不揮発性メモリには、接近報知システムにおける各種設定データ（例えば、探査範囲、警報音等の出力する接近距離の閾値）等が格納される。
【００３８】
操作入力部１０３は、ボタンやスイッチ、タッチパネルからなり、接近報知システムに対する所定の設定を入力するためのユーザＩ／Ｆ（インタフェース）である。音声出力部１０４はスピーカ及びその駆動回路により構成されており、警報音を含む各種音声を出力する。表示部１０５は、ＬＣＤ等で構成されており、接近報知システムの動作状態等を表示するユーザＩ／Ｆである。
【００３９】
〈周辺のマッピングと自己の位置及び姿勢の推定〉
建設機械１は、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）を用いて、周辺のマッピングと自己の位置及び姿勢の推定を同時に行うことができる。これらの処理は、掘削作業と並行して行うこともできるが、ここでは説明を簡明にするため、掘削作業の前に行うものとして説明する。
【００４０】
図７は、周辺のマッピングと自己の位置及び姿勢の推定処理を示すフローチャートである。また、図８は、周辺のマッピングと自己の位置及び姿勢の推定動作を示す図である。ここで、図８Ａは動作開始時、図８Ｂは動作途中、図８Ｃは動作終了時を示す。また、図９は、周辺のマッピングと自己の位置及び姿勢の推定結果を示す図である。
【００４１】
図８Ａ，Ｂ，Ｃに示されているように、建設機械１の作業領域２００には、立木２０１がある。また、パイロン２１１とダンプトラック等の作業用車両２２１が配置されている。建設機械１は、作業領域２００内を後方（図面上の左方）に走行しながら、後方探査用レーザスキャナ装置６５により探査範囲に存在する物体迄のスキャン位置毎の距離データを取得し、周辺のマッピング及び自己の位置と姿勢（向き）の推定を同時に行う（図７のステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３）。マッピングにより、建設機械周辺のマップ１０２ａが作成され、記憶部１０２に格納される。
【００４２】
図８Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、立木２０１、パイロン２１１、及び作業用車両２２１の外形線上に配置された白丸がマッピングされた位置であり、これらを合わせることで、図９に示されている立木及びパイロンの位置を表すプロット群３０１と、作業用車両を表すプロット群３０２が建設機械周辺のマップ１０２ａとして作成される。また、建設機械１の位置及び姿勢（向き）の軌跡を示す曲線３０３が作成される。図９に示されているマップの座標は、建設機械１の任意の位置を基準とした相対座標でもよいし、地球上に設定された絶対座標でもよい。
【００４３】
なお、図９では、マップ及び位置及び姿勢の推定結果を二次元データとして示したが、３次元データを生成することもできる。マップの３次元データの場合、例えば地面からの高さが５ｍ以内のマップを作成する。また、建設機械１の位置・姿勢については、ローリング、ピッチング、及びヨーイングを推定する。
【００４４】
〈接近報知処理を含む作業〉
次に建設機械１による道路掘削作業、特に建設機械１に対する作業者等の接近をリアルタイムで検出し、報知する処理について、図１０乃至図１４を参照して説明する。
【００４５】
図１０は、接近報知処理を含む作業を示すフローチャートである。また、図１１は、監視領域を動的に設定する一例を示す図であり、図１２は、監視領域を動的に設定する別の一例を示す図である。また、図１３は、監視領域に侵入した作業者を識別する動作について説明するための図であり、図１４は、ビーコン測距結果とレーザ測距結果とから作業者の位置を検出する原理について説明するための図である。
【００４６】
図１１に示されているように、建設機械１は、図８Ａ，Ｂ，Ｃに示されている作業領域２００内に配置されており、図７に示されているフローにより作成された建設機械周辺のマップ１０２ａを参照しながら作業を行う。
【００４７】
まず建設機械１は、各レーザスキャナ装置（前方左側探査用レーザスキャナ装置６１ａ、前方右側探査用レーザスキャナ装置６１ｂ、側方左側探査用レーザスキャナ装置６２ａ、側方右側探査用レーザスキャナ装置６２ｂ、バケット位置検出用レーザスキャナ装置６３、後方探査用レーザスキャナ装置６５）は、スキャンを開始し、ビーコン受信機６８はビーコン信号の受信電波強度に基づく測距を開始する（ステップＳ１１）。
【００４８】
次に建設機械１は、建設機械周辺のマップ１０２ａを参照し、作業装置４の旋回範囲に基づき、動的な監視領域を設定する（ステップＳ１２）。このステップの処理は例えば下記(i)〜(iii)のように行う。
【００４９】
(i)バケット位置検出用レーザスキャナ装置６３の出力に基づいて、バケット４３の先端の位置、即ち作業装置４の先端の位置をリアルタイムで検出する。
(ii)作業装置４の基端の位置、即ちブームの基端の位置を中心として、作業装置４から所定の角度及び高度の範囲を設定する。
(iii)計算した範囲に障害物が存在することが、建設機械周辺のマップ１０２ａから検出された場合は、障害物と重なる範囲を除外する。
【００５０】
図１１では、作業装置４の両側に、立木２０１と干渉する領域４０１ａが除外された平面視扇形の監視領域４０１が設定されている。また、図１２では、作業装置４の旋回に伴い、監視領域４０１も回転している。なお、図１１及び図１２は、監視領域４０１の二次元方向について示したものであるが、監視領域４０１は高さ方向にも設定される。
【００５１】
次に建設機械１は、監視領域へ近接又は侵入した地物を検知する（ステップＳ１３）。このステップの処理は例えば下記(iv)〜(vi)のように行う。
【００５２】
(iv)各レーザスキャナ装置は、探査範囲内のスキャン位置毎のレーザ光の放射時刻と反射光の受信時刻との差から計算した距離データ、及び反射光の強度データを制御部１０１に送る。
(v)制御部１０１は、スキャン位置毎の距離データと反射光強度からなる距離画像を生成し、さらに距離画像から監視領域４０１内の部分を抽出し、その画像上のサイズや形状から地物（ここでは立木、作業用車両、作業者）があるか否かを判定する。
(vi)また、制御部１０１は、距離画像の画像上のサイズや形状から、地物を抽出し、それが接近しているか否かを判定する。
【００５３】
ステップＳ１３で地物が検知されなかった場合は、ステップＳ１２に移行する。図１３の場合、作業者５０１が検知される。ただし、この時点では、制御部１０１は、地物を検知しただけで、それが作業者５０１であるか否かはわからない。
【００５４】
制御部１０１は、地物が検知されると、簡単な警告及び制御を行う（ステップＳ１４）。例えば音声出力部１０４による警報音の出力及び表示部１０５による警報表示を行わせる。オペレータは、この警報音や警報表示により、作業装置４の一時停止等、さらなる接近と接触を回避する操作を行い、接触や衝突を防止する。
【００５５】
制御部１０１は、ステップＳ１４と並行して、ビーコン信号で監視領域４０１内の作業者を識別する（ステップＳ１５）。即ち、図１４に示されているように、レーザ測距結果とビーコン測距結果を照合し、ビーコン発信機の発信機ＩＤを識別することで、ステップＳ１３で検知された地物のうちの作業者５０１を識別する。このとき、監視領域４０１内に単に存在している作業者を識別するのではなく、危険な動き、例えば建設機械１に接近している作業者を識別してもよい。
【００５６】
より詳しくは、ビーコン測距は、ビーコン発信機からの電波のビーコン受信機６８における受信レベルから距離を求めるため、精度が低く、３段階（Immediate:すぐ近く[２ｃｍ]、Near:近い[１ｍ]、Far:遠い[１０ｍ]）程度の識別しかできない。そのため、図１３に示されている作業者５０１、５０２、５０３が、それぞれＩＤ：１、ＩＤ：２、ＩＤ：３のビーコン発信機を所持していた場合、ビーコン受信機６８における受信電波強度からは、各ビーコン発信機の位置を識別することができない。即ち、発信機ＩＤの送信元が作業者５０１、５０２、５０３の誰が所持しているビーコン送信機のものなのか判らない。そこで、精度の高いレーザ測距結果と併用することで、発信機ＩＤを識別して、作業者を識別する。図１３の場合、監視領域４０１内に位置する地物が作業者５０１であることが識別される。
【００５７】
制御部１０１は、作業者の識別に基づいて、高度な警告、例えば作業者個人に対する警告を音声出力部１０４から行う（ステップＳ１６）。この警告を作業者５０１が所持しているスマートフォン等に対して行うように構成してもよい。ステップＳ１５で地物として作業者が検知されなかった場合は、ステップＳ１６は実行しない。
【００５８】
ステップＳ１４の後、又はステップＳ１４及びＳ１６の後、安全確認を行い（ステップＳ１７）、ステップ１１に移行する。
【００５９】
〈埋設管の検出〉
次に前部埋設物センサ６６及び後部埋設物センサ６７について説明する。
都市の地下には、ガス管、水道管、下水道管、電力ケーブル、通信ケーブル等の埋設物が敷設されている。したがって、都市において、バックホウ等の建設機械を用いて地面を掘削する場合、上記各種埋設物を破損しないように掘削を行わねばならない。
【００６０】
そこで、本発明の実施形態に係る建設機械１では、作業装置４により掘削領域８０を掘削する際、前部埋設物センサ６６及び後部埋設物センサ６７により、地中８１に埋設された管７３、管７４が検出されたとき、音声出力部１０４から警報音を出力したり、表示部１０５から警報表示を行ったりすることで、オペレータに掘削作業を中断し、管７３、管７４の破損を防止する操作を行わせる。
【００６１】
〈管の埋設位置の記録〉
次に埋設管位置センサ６４の出力に基づいて、新たに埋設した管の位置を記録する手順を説明する。
【００６２】
作業装置４により掘削領域８０を掘削し、新たに管を埋設するための溝を掘った後、クレーン等により、溝内に管を挿入した後、溝をその一端から埋める際に、管の一端の位置を埋設管位置センサ６４により検出する。本実施形態では、埋設管位置センサ６４はレーザスキャナ装置やレーザ装置からなるので、埋設管位置センサ６４からの距離データとして取得する。
【００６３】
制御部１０１は、埋設管位置センサ６４からの距離データから、車体３に設定された相対座標系における管の３次元位置を取得し、さらにその３次元位置を地球に設定された絶対座標系における３次元位置に変換する。
【００６４】
ここで、車体３に設定された相対座標系とは、ＧＰＳ受信機６９（厳密にはその受信アンテナ）の３次元位置を原点とした座標系であり、地球に設定された絶対座標系とは緯度、経度、及び高度からなる座標系である。
【００６５】
そして、相対座標系における管の３次元位置は、埋設管位置センサ６４からの管の距離データを予め取得され記憶部１０２に保持されている相対座標系における埋設管位置センサ６４の３次元位置と合成することで取得することができる。また、絶対座標系における管の３次元位置は、相対座標系における管の３次元位置にＧＰＳ受信機６９により取得されるＧＰＳ受信機の３次元位置と合成することで取得することができる。この３次元位置は記憶部１０２に格納される。
【００６６】
管の長手方向の中間部や他端についてもこの３次元位置を記憶部１０２に格納し、その後に外部のデータベースに格納することで、新たに埋設した管の位置を記録することができる。
【００６７】
以上詳細に説明したように、本発明の実施形態に係る建設機械によれば、下記（１）〜（４）の効果が得られる。
（１）車体３の後部だけでなく、作業装置４にもレーザスキャナ装置を設けたので、車体３の後部付近だけでなく、車体３の上方を含む建設機械１の付近に存在する作業者、電柱、架空線、樹木等の様々な物体と建設機械１との接触や衝突を防止することができる。
（２）レーザスキャナ装置による高精度の測距結果と、ビーコン測距結果とを併用することで、建設機械１の付近に存在する個々の作業者の位置を識別し、警告することができる。
（３）前部埋設物センサ６６、後部埋設物センサ６７の検出出力に基づいて、作掘削作業中に埋設管を破損する事態を防止することができる。
（４）埋設管位置センサ６４の検出出力及びＧＰＳ受信機６９の出力に基づいて、新たに埋設した管の３次元位置を記録することができる。
【００６８】
本発明は、上記実施に対して下記(i)〜(iv)のような変形が可能である。
(i)各レーザスキャナ装置のスキャンパターンとして、図５Ａ、図５Ｂの各々のスキャンパターンにおける縦方向のみ、又は横方向のみのスキャンパターンとする。即ち、それぞれ１つのシングルビーム１軸走査型レーザスキャナ装置、マルチビーム１軸走査型レーザスキャナ装置を用いる。
このような縦方向のみのスキャン、横方向のみのスキャンであっても、縦方向の長さ及び横方向の長さが所定値以上の物体が探査範囲の中心に存在すればその距離データが得られるので、実用上は問題ない程度の接近報知が期待できる。
(ii)点群で空間を表現するデータ形式の環境データに基づいて、検出した物体の形状を認識し、物体の種類（作業者、車両等）を識別し、識別結果を警報に反映させる。
(iii)掘削幅、掘削深さの３次元データを取得する。
(iv)新たに埋設した管路と、既設の埋設物との位置関係（離隔等）が判る３次元データを取得する。
【符号の説明】
【００６９】
１…建設機械、２…下部走行体、３…車体、４…作業装置、４１…ブーム、４２…アーム、４３…バケット、６１ａ…前方左側探査用レーザスキャナ装置、６１ｂ…前方右側探査用レーザスキャナ装置、６２ａ…側方左側探査用レーザスキャナ装置、６２ｂ…側方右側探査用レーザスキャナ装置、６３…バケット位置検出用レーザスキャナ装置、６４…埋設管位置センサ、６５…後方探査用レーザスキャナ装置、６６…前部埋設物センサ、６７…後部埋設物センサ、６８…ビーコン受信機、６９…ＧＰＳ受信機、１０１…制御部、１０２…記憶部、１０３…操作入力部、１０４…音声出力部、１０５…表示部。
【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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