(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ヤードに積み付けられている原料山の上方にブームを位置させることが可能な重機であって、当該原料山の長手方向に移動することが可能な重機と、
前記ブームの所定の位置から前記原料山に対して光を照射して、前記原料山からの反射光を受光し、当該反射光と、そのときの光の照射方向とに基づいて、前記原料山の表面の位置を示す情報を取得する第１の取得手段と、
前記所定の位置を示す情報を取得する第２の取得手段と、
前記ブームの姿勢を示す情報を取得する第３の取得手段と、
前記第１の取得手段により取得された、前記原料山の表面の位置を示す情報を、前記第２の取得手段により取得された、前記所定の位置を示す情報と、前記第３の取得手段により取得された、前記ブームの姿勢を示す情報とを用いて変更する変更手段と、
前記変更手段により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出するデータサンプル手段と、
前記データサンプル手段により抽出された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記原料山の形状を抽出して、前記原料山の形状を計測する計測手段と、を有し、
前記原料山の表面の位置を示す情報は、３次元座標により表現され、
前記データサンプル手段は、前記表面の位置を示す情報が変更された前記原料山が形成されると想定される仮想空間に３次元格子を配置し、前記変更手段により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記３次元格子の各格子点に対応する情報を抽出することにより、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出することを特徴とする原料ヤードの原料山計測システム。
【請求項２】
前記データサンプル手段により抽出された情報に基づいて、前記３次元格子の各格子点に対応する情報があるか否かを判定することによって当該各格子点に欠落している情報があるか否かを判定し、欠落している情報がある場合には、当該欠落している情報を、当該情報が欠落している格子点の周囲の格子点に対応する情報を用いて補間するデータ補間手段を有し、
前記計測手段は、前記データサンプル手段により抽出された、前記原料山の表面の位置を示す情報と、前記データ補間手段により補間された、前記原料山の表面の位置を示す情報とから前記原料山の形状を抽出して、前記原料山の形状を計測することを特徴とする請求項１に記載の原料ヤードの原料山計測システム。
【請求項３】
前記計測手段は、前記変更手段により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報を、原料山毎に分け、当該分けたそれぞれの前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記原料山の形状を個別に抽出して、前記原料山の体積を個別に計算すると共に、前記原料山の３次元形状を個別に求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の原料ヤードの原料山計測システム。
【請求項４】
前記変更手段は、前記第１の取得手段により極座標系の情報として取得された、前記原料山の表面の位置を示す情報を、前記所定の位置を示す情報に基づいて得られる仮想センサ位置を原点とし、前記ブームの延設方向である第１の方向と、前記ブームの延設方向に対して垂直な方向のうち、前記ブームの延設方向及び厚み方向を含む平面に沿う方向である第２の方向とを軸とする２次元直交座標系の情報に変換する２次元直交座標変換手段と、
前記２次元直交座標系の情報に変換された、前記原料山の表面の位置を示す情報を、前記仮想センサ位置を原点とし、前記第１の方向と、前記第２の方向と、前記第１の方向及び前記第２の方向に垂直な方向である第３の方向とを軸とする３次元直交座標系の情報に拡張する３次元直交座標拡張手段と、
前記３次元直交座標系の情報に拡張された、前記原料山の表面の位置を示す情報と、現場座標系の情報として表現された、前記仮想センサ位置の情報と、現場座標系の情報として取得された、前記ブームの姿勢を示す情報とに基づいて、前記原料山の表面の位置を示す情報を、前記現場座標系の情報として求める３次元直交座標変換手段と、を更に有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の原料ヤードの原料山計測システム。
【請求項５】
前記第１の取得手段は、前記ブームの延設方向において間隔を有して前記ブームに取り付けられた複数の２Ｄレーザ距離計であり、
前記２Ｄレーザ距離計は、前記原料山に対してレーザ光を照射し、
前記所定の位置は、前記２Ｄレーザ距離計が取り付けられている位置であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の原料ヤードの原料山計測システム。
【請求項６】
前記第２の取得手段は、前記ブームに取り付けられた計測装置であって、自身の位置に基づいて前記所定の位置を計測する計測装置であり、
前記第３の取得手段は、前記ブームに取り付けられた計測装置であって、前記ブームの姿勢を計測する計測装置であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の原料ヤードの原料山計測システム。
【請求項７】
前記ブームの姿勢は、前記ブームの旋回の角度であるヨーイング角と、前記ブームの腑仰の角度であるローリング角とを含むことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の原料ヤードの原料山計測システム。
【請求項８】
前記ブームの姿勢は、前記ブームの当該ブームの延設方向の軸を回転軸とする回転の角度であるピッチング角を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の原料ヤードの原料山計測システム。
【請求項９】
原料ヤードに積み付けられている原料山の上方にブームを位置させることが可能な重機であって、当該原料ヤードの長手方向に移動することが可能な重機を用いて、原料山の形状を計測する原料ヤードの原料山計測方法であって、
前記ブームの所定の位置から前記原料山に対して光を照射して、前記原料山からの反射光を受光し、当該反射光と、そのときの光の照射方向とに基づいて、前記原料山の表面の位置を示す情報を取得する第１の取得工程と、
前記ブームの所定の位置を示す情報を取得する第２の取得工程と、
前記ブームの姿勢を示す情報を取得する第３の取得工程と、
前記第１の取得工程により取得された、前記原料山の表面の位置を示す情報を、前記第２の取得工程により取得された、前記所定の位置を示す情報と、前記第３の取得工程により取得された、前記ブームの姿勢を示す情報とを用いて変更する変更工程と、
前記変更工程により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出するデータサンプル工程と、
前記データサンプル工程により抽出された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記原料山の形状を抽出して、前記原料山の形状を計測する計測工程と、を有し、
前記原料山の表面の位置を示す情報は、３次元座標により表現され、
前記データサンプル工程は、前記表面の位置を示す情報が変更された前記原料山が形成されると想定される仮想空間に３次元格子を配置し、前記変更工程により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記３次元格子の各格子点に対応する情報を抽出することにより、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出することを特徴とする原料ヤードの原料山計測方法。
【請求項１０】
原料ヤードに積み付けられている原料山の上方にブームを位置させることが可能な重機であって、当該原料ヤードの長手方向に移動することが可能な重機を用いて、原料山の形状を計測することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記ブームの所定の位置から前記原料山に対して光が照射されて、前記原料山からの反射光が受光されると、当該反射光と、そのときの光の照射方向とに基づいて、前記原料山の表面の位置を示す情報を取得する第１の取得工程と、
前記ブームの所定の位置を示す情報を取得する第２の取得工程と、
前記ブームの姿勢を示す情報を取得する第３の取得工程と、
前記第１の取得工程により取得された、前記原料山の表面の位置を示す情報を、前記第２の取得工程により取得された、前記所定の位置を示す情報と、前記第３の取得工程により取得された、前記ブームの姿勢を示す情報とを用いて変更する変更工程と、
前記変更工程により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出するデータサンプル工程と、
前記データサンプル工程により抽出された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記原料山の形状を抽出して、前記原料山の表面の形状を計測する計測工程と、をコンピュータに実行させ、
前記原料山の表面の位置を示す情報は、３次元座標により表現され、
前記データサンプル工程は、前記表面の位置を示す情報が変更された前記原料山が形成されると想定される仮想空間に３次元格子を配置し、前記変更工程により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記３次元格子の各格子点に対応する情報を抽出することにより、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出することを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ヤードの原料山計測システム、原料ヤードの原料山計測方法、及びコンピュータプログラムに関し、特に、原料ヤードの原料山について形状の計測を行うために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所では、大型船で運ばれてきた鉄鉱石や石炭等の原料を原料岸壁で荷揚げし、荷揚げした原料を、スタッカー（積付機）により、種類及び銘柄が混ざらないように別々の原料山として原料ヤードに積み付けるようにしている。原料ヤードに積み付けられた原料は、操業スケジュールに応じて、リクレーマ（払出機）により、原料山から払い出され、焼結工場、高炉工場等の後工程に渡される。このように原料ヤードでは、操業スケジュールに応じて原料の積み付けと払い出しが行われ、原料山の形状が時々刻々と変わるので、原料山の形状をリアルタイムで監視できるようにすることは、在庫管理および原料ヤードを効率よく運用するために重要である。
【０００３】
このように原料山の形状を管理する技術として特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載の技術では、原料ヤードに積み付けた原料山の高さと、原料山の安息角とを用いて、原料山の推定を行う。このとき、原料山は円錐状に積み付けられるものと見做し、原料ヤードの長手方向に平行な長軸線と、原料山の表面との交点（始点及び終点）を求めて記憶する。その後、新たに原料山が積み付けられた場合にも、原料ヤードの長手方向に平行な長軸線と、その原料山の表面との交点（始点及び終点）を求める。このとき、既に積み付けられている原料山の始点及び終点により定まる区間と、新たに積み付けた原料山の始点及び終点により定まる区間の一部が相互に重なり合う場合、それら２つの原料山（の一部）を１つに合わせるために、重なり合っていない側の２つの交点を新たな始点及び終点として記憶する。特許文献１では、このようにして原料山の形状を推測するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１０７７１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、原料ヤードにおける原料山の形状は、雨や風等の自然現象により積み付け時から変化する。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、原料山が積み付け時の理想的な形状であることを前提として原料山の形状を推測している。したがって、特許文献１に記載の技術では、原料山の経時変化を考慮することができず、推測した原料山の形状と、実際の原料山の形状とが相違する虞がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、原料ヤードにおける原料山の状態・形状を従来よりも高精度に計測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】
【０００６】
本発明の原料ヤードの原料山計測システムは、原料ヤードに積み付けられている原料山の上方にブームを位置させることが可能な重機であって、当該原料山の長手方向に移動することが可能な重機と、前記ブームの所定の位置から前記原料山に対して光を照射して、前記原料山からの反射光を受光し、当該反射光と、そのときの光の照射方向とに基づいて、前記原料山の表面の位置を示す情報を取得する第１の取得手段と、前記所定の位置を示す情報を取得する第２の取得手段と、前記ブームの姿勢を示す情報を取得する第３の取得手段と、前記第１の取得手段により取得された、前記原料山の表面の位置を示す情報を、前記第２の取得手段により取得された、前記所定の位置を示す情報と、前記第３の取得手段により取得された、前記ブームの姿勢を示す情報とを用いて変更する変更手段と、前記変更手段により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出するデータサンプル手段と、前記データサンプル手段により抽出された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記原料山の形状を抽出して、前記原料山の形状を計測する計測手段と、を有し、前記原料山の表面の位置を示す情報は、３次元座標により表現され、前記データサンプル手段は、前記表面の位置を示す情報が変更された前記原料山が形成されると想定される仮想空間に３次元格子を配置し、前記変更手段により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記３次元格子の各格子点に対応する情報を抽出することにより、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の原料ヤードの原料山計測方法は、原料ヤードに積み付けられている原料山の上方にブームを位置させることが可能な重機であって、当該原料ヤードの長手方向に移動することが可能な重機を用いて、原料山の形状を計測する原料ヤードの原料山計測方法であって、前記ブームの所定の位置から前記原料山に対して光を照射して、前記原料山からの反射光を受光し、当該反射光と、そのときの光の照射方向とに基づいて、前記原料山の表面の位置を示す情報を取得する第１の取得工程と、前記ブームの所定の位置を示す情報を取得する第２の取得工程と、前記ブームの姿勢を示す情報を取得する第３の取得工程と、前記第１の取得工程により取得された、前記原料山の表面の位置を示す情報を、前記第２の取得工程により取得された、前記所定の位置を示す情報と、前記第３の取得工程により取得された、前記ブームの姿勢を示す情報とを用いて変更する変更工程と、前記変更工程により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出するデータサンプル工程と、前記データサンプル工程により抽出された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記原料山の形状を抽出して、前記原料山の形状を計測する計測工程と、を有し、前記原料山の表面の位置を示す情報は、３次元座標により表現され、前記データサンプル工程は、前記表面の位置を示す情報が変更された前記原料山が形成されると想定される仮想空間に３次元格子を配置し、前記変更工程により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記３次元格子の各格子点に対応する情報を抽出することにより、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のコンピュータプログラムは、原料ヤードに積み付けられている原料山の上方にブームを位置させることが可能な重機であって、当該原料ヤードの長手方向に移動することが可能な重機を用いて、原料山の形状を計測することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、前記ブームの所定の位置から前記原料山に対して光が照射されて、前記原料山からの反射光が受光されると、当該反射光と、そのときの光の照射方向とに基づいて、前記原料山の表面の位置を示す情報を取得する第１の取得工程と、前記ブームの所定の位置を示す情報を取得する第２の取得工程と、前記ブームの姿勢を示す情報を取得する第３の取得工程と、前記第１の取得工程により取得された、前記原料山の表面の位置を示す情報を、前記第２の取得工程により取得された、前記所定の位置を示す情報と、前記第３の取得工程により取得された、前記ブームの姿勢を示す情報とを用いて変更する変更工程と、前記変更工程により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出するデータサンプル工程と、前記データサンプル工程により抽出された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記原料山の形状を抽出して、前記原料山の表面の形状を計測する計測工程と、をコンピュータに実行させ、前記原料山の表面の位置を示す情報は、３次元座標により表現され、前記データサンプル工程は、前記表面の位置を示す情報が変更された前記原料山が形成されると想定される仮想空間に３次元格子を配置し、前記変更工程により変更された、前記原料山の表面の位置を示す情報から、前記３次元格子の各格子点に対応する情報を抽出することにより、前記原料山の表面の位置を示す情報から当該情報を代表する情報を抽出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ブームの所定の位置から原料山に対して光を照射して、原料山からの反射光を受光し、当該反射光に基づいて原料山の表面の位置を示す情報を取得し、取得した原料山の表面の位置を示す情報を、ブームの所定の位置を示す情報と、ブームの姿勢を示す情報とを用いて変更した。このように、光の照射元となる位置と、ブームの姿勢とを考慮して、原料山の表面の位置を求めるので、原料山の表面の位置を可及的に高精度に計測できる。よって、原料ヤードにおける原料山の状態・形状を従来よりも高精度に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を示し、原料ヤードの原料山計測システムの構成の配置例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態を示し、リクレーマの動きの一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態を示し、リクレーマのブームに２Ｄレーザ距離計が取り付けられた様子を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、原料山計測装置の機能的な構成の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、仮想センサ位置を原点とした２次元直交座標系（局所座標）を示す図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、２Ｄレーザ距離計から原料山までの距離と、２Ｄレーザ距離計を基準とした原料山の方向の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態を示し、図５に示した２次元直交座標を３次元直交座標（局所座標）に拡張した様子を示す図である。
【図８】本発明の実施形態を示し、図７に示した３次元直交座標を現場座標に変換した様子を示す図である。
【図９】本発明の実施形態を示し、原料山の形状を切り出す方法の一例を説明する図である。
【図１０】本発明の実施形態を示し、原料山計測装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
図１は、原料ヤードの原料山計測システムの構成の一例を示す斜視図である。尚、以下の説明では、原料ヤードの原料山計測システムを必要に応じて、原料山計測システムと略称する。また、各図では、各構成部を簡略化して示している。
［原料山計測システム］
図１において、原料山計測システムは、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂと、ＧＰＳ（Global Positioning System）１０２ａ、１０２ｂと、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測システム）１０３と、ＧＰＳコンパス１０４と、機体制御装置１０５と、リクレーマ１０６と、走行レール１０７と、原料山計測装置１１０と、を有している。
図１に示すように、原料ヤードには、原料山１００が積み付けられている。本実施形態では、原料は、鉄鉱石や石炭等、鉄鋼を製造するための原料であるが、原料は、このようなものに限定されない。尚、図１では、説明の都合上、原料山１００を１つだけ示しているが、原料山は、長手方向（ｘ方向）に複数並べられている。また、原料山は、幅方向（ｙ方向）にも複数並べられている。尚、図１に示すｘ、ｙ、ｚ座標系を現場座標系と称する。
【００１２】
原料山１００の脇には、その長手方向（ｘ方向）と平行に走行レール１０７が敷設されている。この走行レール１０７上を、スタッカー・リクレーマが走行し、原料の積み付け・払い出しを行う。
スタッカーは、図示しないベルトコンベアで運ばれた原料を原料ヤード上に落下させて積み付けて、原料山１００を形成するためのものである。一方、リクレーマは、原料山１００から原料を掻き取って原料の払い出しを行い、図示しないベルトコンベアにより後工程へ運ぶものである。
スタッカー・リクレーマは、何れも原料の積み付け・掻き取り時に原料山１００の上方に位置するブーム（腕）を有する。スタッカーは、ブームの先端から原料を原料ヤード上に落下させる。リクレーマは、ブームの先端部に設けられた掻き取り装置（ホイル）で原料を掻き取る。
【００１３】
本実施形態の原料山計測システムでは、スタッカー及びリクレーマの何れを用いても実現できるが、図１に示すように、本実施形態では、リクレーマを用いた場合を例に挙げて説明する。
（リクレーマ）
図１において、リクレーマ１０６には、機体制御装置１０５が通信可能に接続されている。機体制御装置１０５は、パーソナルコンピュータ等を用いることにより実現され、リクレーマ１０６に対して動作指示信号を送信すると共に、リクレーマ１０６の動作状態を示す動作状態信号を受信して、原料ヤードの操業を管理する。
図２は、リクレーマ１０６の動きの一例を示す図である。
図２（ａ）は、リクレーマ１０６をその上方（ｚ方向）から見た図である。図２（ａ）に示すように、リクレーマ１０６は、走行レール１０７に沿って、原料山１００の長手方向（ｘ方向）に移動する。
図２（ｂ）も、リクレーマ１０６をその上方（ｚ方向）から見た図である。図２（ｂ）に示すように、リクレーマ１０６のブーム１０６ａは、リクレーマ１０６の高さ方向（ｚ方向）の軸２１を回転軸として、ｘｙ平面内で回転（旋回）する。このようなリクレーマ１０６のブーム１０６ａの動きをヨーイングと称し、所定の基準方向に対するヨーイングの角度をヨーイング角と称する。尚、本実施形態では、ブーム１０６ａの延設方向（長手方向）がｙ方向と一致するときのヨーイング角をヨーイング角の基準（ヨーイング角＝０°）とする（すなわち、ｙ方向を基準方向とする）。
【００１４】
図２（ｃ）は、リクレーマ１０６をその側方（ｘ方向）から見た図である。図２（ｃ）に示すように、リクレーマ１０６のブーム１０６ａは、リクレーマ１０６の移動方向（ｘ方向）の軸２２を回転軸として、ｙｚ面内で回転（腑仰）する。このようなリクレーマ１０６のブーム１０６ａの動きをローリングと称し、所定の基準方向に対するローリングの角度をローリング角と称する。尚、本実施形態では、ブーム１０６ａの延設方向（長手方向）がｙ方向と一致するときのローリング角をローリング角の基準（ローリング角＝０°）とする（すなわち、ｙ方向を基準方向とする）。
図２（ｄ）は、リクレーマ１０６をその側方（ｙ方向）から見た図である。図２（ｄ）に示すように、リクレーマ１０６のブーム１０６ａは、振動等によって、ブーム１０６ａの延設方向（ｙ方向）の軸２３を回転軸として、ｚｘ平面内で回転する。このようなリクレーマ１０６のブーム１０６ａの動きをピッチングと称し、所定の基準方向に対するピッチングの角度をピッチング角と称する。ピッチングは、リクレーマ１０６の本来の動き（原料の掻き出しに必要な動作）ではない。尚、本実施形態では、ブーム１０６ａの厚み方向がｚ方向と一致するときのピッチング角をピッチング角の基準（ピッチング角＝０°）とする（すなわち、ｚ方向を基準方向とする）。
【００１５】
（２Ｄレーザ距離計１０１）
２Ｄレーザ距離計１０１は、原料山１００に対してレーザ光（細いビーム状の光線）を照射し、原料山１００からの反射光を受光して、距離を測定する距離計を有する。２Ｄレーザ距離計１０１は、リクレーマ１０６の高さ方向とブーム１０６ａの延設方向とにより定まる仮想的な平面（ｙｚ平面）に沿ってレーザ光の照射方向を３６０°変えて走査することができる。２Ｄレーザ距離計１０１が受光した反射光と、そのときのレーザ光の照射方向とに基づいて、２Ｄレーザ距離計１０１を基準とした原料山１００の方向それぞれにおける原料山１００までの距離が求まる。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態では、２つの２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂは、ブーム１０６ａの軸方向（延設方向）で間隔を空けてリクレーマ１０６のブーム１０６ａの別々の部分に取り付けられている。図３は、リクレーマ１０６のブーム１０６ａに２Ｄレーザ距離計１０１が取り付けられた様子を示す図である。例えば、図３（ｂ）に示すように、２Ｄレーザ距離計１０１が１つであると、原料山１００の側面（図３（ｂ）で薄いグレーの線で示している領域）には、２Ｄレーザ距離計１０１により照射されるレーザ光が当たらない（すなわち、２Ｄレーザ距離計１０１の視野に死角が生じる）場合がある。このような場合、原料山１００の表面の位置に関する情報を得ることができず、原料山１００の形状を正確に決定することができなくなる。そこで、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、少なくとも、原料山１００の形状を決定するのに重要な領域にレーザ光を当てることができるように、２つの２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂを、ブーム１０６ａの軸方向（延設方向）で間隔を空けて当該リクレーマ１０６のブーム１０６ａに取り付けている。ここで、原料山１００の形状を決定するのに重要な領域とは、原料山１００の表面の領域のうち、原料山１００の形状を実用上要求される精度で決定するのに不要な部分を除く領域である。例えば、原料山１００の表面には凹凸があり、この凹凸の領域の全てにレーザ光を当てなくても、実用上要求される精度で原料山１００の形状を決定することができるので、この領域にはレーザ光を当てる必要なないものとする。このように本実施形態では、必ずしも原料山１００の表面の全てにレーザ光を当てる必要はないものとしている。しかしながら、原料山１００の表面の全てにレーザ光を当てるようにするのが、より好ましいことは勿論である。
【００１７】
また、前述したように、２Ｄレーザ距離計１０１は、原料山１００からの反射光を受光する必要がある。したがって、２Ｄレーザ距離計１０１は、この反射光を確実に受光することができるようにするために、２Ｄレーザ距離計１０１から照射されたレーザ光の原料山１００への入射角（レーザ光の出射方向と、原料山１００の測定部分表面とのなす角度）α（の最小値）が、原料山１００（原料の色）によって定まる所定の値よりも大きくなる位置に２Ｄレーザ距離計１０１を配置する。
尚、本実施形態では、２つの２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂを配置する場合を例に挙げて説明したが、少なくとも、原料山１００の形状を決定するのに重要な領域にレーザ光を当てることができれば、２Ｄレーザ距離計１０１の数は１つであってもよい。また、２つの２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂでは、原料山１００の形状を決定するのに重要な領域にレーザ光を当てることができない場合には、２Ｄレーザ距離計１０１の数は３つ以上になるということは勿論である。
【００１８】
（ＧＰＳ）
ＧＰＳ１０２は、２Ｄレーザ距離計の原料ヤード内での位置を計測するためのものであり、２Ｄレーザ距離計のＧＰＳ座標（緯度，経度，高さ）を計測する。本実施形態では、ＧＰＳ１０２ａは、２Ｄレーザ距離計１０１ａの近傍で、リクレーマ１０６のブーム１０６ａに取り付けられており、自身の位置を２Ｄレーザ距離計１０１ａの位置として計測する。一方、ＧＰＳ１０２ｂは、２Ｄレーザ距離計１０１ｂの近傍で、リクレーマ１０６のブーム１０６ａに取り付けられており、自身の位置を２Ｄレーザ距離計１０１ｂの位置として計測する。
本実施形態では、ＧＰＳとして、ＲＴＫ−ＧＰＳ（Real Time Kinematic GPS）を採用している。ＲＴＫ−ＧＰＳでは、基地局として固定局と移動局とが必要になるが、図１では移動局のみを示し、固定局の図示を省略している。
【００１９】
以上のように本実施形態では、各２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂに対応してＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂを配置し、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂにより２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂの位置を個別に計測するようにした。したがって、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂの位置を高精度で計測することができる。特に、ＲＴＫ−ＧＰＳを採用すれば、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂの位置を数ｃｍ程度の誤差で計測することができる。ただし、ＧＰＳは、ＲＴＫ−ＧＰＳでなくてもよい。また、各２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂに対応してＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂを配置する必要もない（２つの２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂの位置が同じであるとして、１つのＧＰＳ１０２を配置してもよい）。
すなわち、前記において、ＧＰＳ１０２の位置を２Ｄレーザ距離計１０１の位置とした場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、ＧＰＳ１０２による位置の計測値と、ＧＰＳ１０２および各２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂの取り付け位置並びにブーム１０６ａの形状寸法情報等とに基づいて、各２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂの位置を演算するようにしても良い。
【００２０】
（ＩＭＵ）
ＩＭＵ１０３は、リクレーマ１０６のブーム１０６ａの前記ローリング角、及び前記ピッチング角（すなわちブーム１０６ａの姿勢（の一部））を計測する。本実施形態では、ＩＭＵ１０３は、リクレーマ１０６のブーム１０６ａにおける、現場座標系の３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の加速度及び角速度を計測し、リクレーマ１０６のブーム１０６ａの現場座標系におけるローリング角とピッチング角とを求める。本実施形態では、ＩＭＵ１０３は、カルマンフィルターを内蔵しており、カルマンフィルターを用いて、前述したリクレーマ１０６のブーム１０６ａの姿勢の計測値を求めるようにしている。
（ＧＰＳコンパス）
ＧＰＳコンパス１０４は、リクレーマ１０６のブーム１０６ａの現場座標系におけるヨーイング角（すなわちブーム１０６ａの姿勢（の一部））を計測する。ＧＰＳコンパス１０４では、ＧＰＳ受信機と２つのＧＰＳアンテナとが必要であるが、図１では、ＧＰＳアンテナのみを示し、ＧＰＳ受信機の図示を省略している。
【００２１】
機体制御装置１０５は、ブーム１０６ａを所定の姿勢にした上で（例えばブーム１０６ａの延設方向が略ｙ方向になるようにした上で）、走行レール１０７上を所定の速度で走行することをリクレーマ１０６に対して指示すると共に、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂ、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂ、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４に対して動作指示を行う。そして、機体制御装置１０５は、リクレーマ１０６が走行レール１０７を走行しているときに、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂ、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂ、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４で得られたデータと、そのときのリクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータとを相互に関連付けて記憶する。そして、機体制御装置１０５は、リクレーマ１０６が走行レール１０７全体を走行すると、記憶したデータを原料山計測装置１１０に送信すると共に、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂ、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂ、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４に対して動作停止指示を行う。
【００２２】
（原料山計測装置）
図４は、原料山計測装置１１０の機能的な構成の一例を示す図である。尚、前述したように本実施形態では、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂ、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂ、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４で得られたデータは、リクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータと共に機体制御装置１０５から原料山計測装置１１０に送信されるが、図４では、説明の便宜上、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂ、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂ、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４から、原料山計測装置１１０にデータが入力されるようにしている。尚、後述するように、原料山計測装置１１０はこのようにしてデータを取得してもよい（変形例６を参照）。
【００２３】
図４に示すように、原料山計測装置１１０は、データ収集部１１１と、座標変換部１１２と、２次元直交座標変換部１１３と、３次元直交座標変換部１１５と、データサンプル部１１６と、データ補間部１１７と、原料山形状切出部１１８と、原料山体積計算部１１９と、表示部１２０と、を有している。原料山計測装置１１０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、及び各種インターフェースを備えたパーソナルコンピュータ等により実現することができる。
【００２４】
＜データ収集部１１１＞
データ収集部１１１は、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂ、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂ、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４で得られたデータを、それらが得られたときのリクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータと共に、機体制御装置１０５から収集する。機体制御装置１０５が、データ収集部１１１からの問い合わせに基づいて、これらのデータを原料山計測装置１１０に送信しても、機体制御装置１０５が、自発的にこれらのデータを原料山計測装置１１０に送信してもよい。
データ収集部１１１は、例えば、原料山計測装置１１０が備える通信インターフェースが、前述したデータを受信し、ＣＰＵが、受信されたデータをＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００２５】
＜座標変換部１１２＞
座標変換部１１２は、ＧＰＳ１０２で得られた、ＧＰＳ座標系のデータを、現場座標系のデータに変換し、変換したデータに基づいて、仮想センサ位置Ｐ3を求める。このとき、座標変換部１１２は、仮想センサ位置Ｐ3を、現場座標系の座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）で表す。
図５は、仮想センサ位置Ｐ3を原点とした２次元直交座標系（局所座標）を示す図である。後述するように、２次元直交座標変換部１１３によって、２次元直交座標系における２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂのｂｃ平面上の位置（ｂ軸の座標，ｃ軸の座標）が求められる。仮想センサ位置Ｐ3は、この位置を求めるために必要なものである。ここで、ｂ軸は、ブーム１０６ａの延設方向（第１の方向）の軸に対応する。また、ｃ軸は、ブーム１０６ａの延設方向に対して垂直な方向のうち、ブーム１０６ａの延設方向と厚み方向（ブーム１０６ａのピッチング角が０°のときのブーム１０６ａの高さ方向）とを含む平面に沿う方向（第２の方向）の軸に対応する。ここで、図５に示すような、仮想センサ位置Ｐ3を原点とした２次元直交座標系は、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂが取り付けられているリクレーマ１０６の走行レール１０７上の移動や、ブーム１０６ａの旋回・腑仰に合わせて回転、移動する。よって、仮想センサ位置Ｐ3は、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂが取り付けられているリクレーマ１０６の動作に従って動くことになる。
座標変換部１１２は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等に記憶されたＧＰＳ座標系のデータを読み出し、コンピュータプログラムに従う演算処理を行って仮想センサ位置Ｐ3を求め、求めた仮想センサ位置Ｐ3の座標のデータをＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００２６】
＜２次元直交座標変換部１１３＞
２次元直交座標変換部１１３は、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂで得られた極座標系におけるデータ（２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂから原料山１００までの距離ｒのデータと、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂの位置を基準とした原料山１００の方向θのデータ）に基づいて、前述した２次元直交座標系における２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂの位置（ｂ軸の座標，ｃ軸の座標）を求める。
図６は、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂから原料山１００までの距離ｒと、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂを基準とした原料山１００の方向θの一例を示す図である。
図６において、Ｐ1は、前記２次元直交座標系における２Ｄレーザ距離計１０１ａの位置である。また、Ｐ2は、前記２次元直交座標系における２Ｄレーザ距離計１０１ｂの位置である。
Ｑ1は、２Ｄレーザ距離計１０１ａの計測結果に基づいて得られた「前記２次元直交座標系における原料山１００の表面の位置」である。また、Ｑ2は、２Ｄレーザ距離計１０１ｂの計測結果に基づいて得られた「前記２次元直交座標系における原料山１００の表面の位置」である。
【００２７】
ｒ1は、２Ｄレーザ距離計１０１ａの計測結果に基づいて得られた「２Ｄレーザ距離計１０１ａから原料山１００までの距離」である。また、ｒ2は、２Ｄレーザ距離計１０１ｂの計測結果に基づいて得られた「２Ｄレーザ距離計１０１ｂから原料山１００までの距離」である。
θ1は、２Ｄレーザ距離計１０１ａの計測結果に基づいて得られた「２Ｄレーザ距離計１０１ａの位置を基準とした原料山１００の方向」である。図６に示す例では、θ1は、２Ｄレーザ距離計１０１ａの位置Ｐ1を基点とした「基準の方向（図６では鉛直下方の方向）と、原料山１００の表面の位置Ｑ1の方向」のなす角度である。また、θ2は、２Ｄレーザ距離計１０１ｂの計測結果に基づいて得られた「２Ｄレーザ距離計１０１ｂの位置を基準とした原料山１００の方向」である。図６に示す例では、θ2は、２Ｄレーザ距離計１０１ｂの位置Ｐ2を基点とした「基準の方向（図６では鉛直下方の方向）と、原料山１００の表面の位置Ｑ2の方向」のなす角度である。
【００２８】
具体的に、前記２次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ1、Ｑ2は、それぞれ以下の（１）式、（２）式のようになる。
Ｑ1＝（ｂ1−ｒ1cosθ1，ｃ1−ｒ1sinθ1）  ・・・（１）
Ｑ2＝（ｂ2−ｒ2cosθ2，ｃ2−ｒ2sinθ2）  ・・・（２）
（１）式、（２）式において、ｂ1は、前記２次元直交座標系における２Ｄレーザ距離計１０１ａのｂ軸の座標であり、ｃ1は、前記２次元直交座標系における２Ｄレーザ距離計１０１ａのｃ軸の座標である（Ｐ1＝（ｂ1，ｃ1））。また、ｂ2は、前記２次元直交座標系における２Ｄレーザ距離計１０１ｂのｂ軸の座標であり、ｃ2は、前記２次元直交座標系における２Ｄレーザ距離計１０１ｂのｃ軸の座標である（Ｐ2＝（ｂ2，ｃ2））。
【００２９】
そして、２次元直交座標変換部１１３は、求めた原料山１００の表面の座標Ｑ1、Ｑ2のデータを、当該座標Ｑ1、Ｑ2の算出元である「２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂのデータ」に対応する「リクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータ」と関連付けてＲＡＭ等に記憶する。
２次元直交座標変換部１１３は、例えば、ＣＰＵが、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂで得られたデータをＲＡＭ等から読み出し、コンピュータプログラムに従う演算処理を行って、前記２次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ1、Ｑ2を求め、求めた座標Ｑ1、Ｑ2のデータを、リクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータと関連付けてＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００３０】
＜３次元直交座標拡張部１１４＞
３次元直交座標拡張部１１４は、２次元直交座標変換部１１３で得られたデータ（前記２次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ1、Ｑ2のデータ）を読み出す。そして、３次元直交座標拡張部１１４は、読み出したデータを、３次元直交座標（局所座標）のデータに変換する。
【００３１】
図７は、図５に示した２次元直交座標を３次元直交座標（局所座標）に拡張した様子を示す図である。
図７に示すように、図５に示した、ｂ軸及びｃ軸からなる２次元直交座標系を、ａ軸、ｂ軸、及びｃ軸からなる３次元直交座標系であるａｂｃ空間に拡張すると、ｂｃ平面上での点Ｑ3、点Ｑ4（のｂｃ平面上の座標（ｄ1，ｅ1）、（ｄ2，ｅ2））は、それぞれ以下の（３）式、（４）式で表される。ここで、ａ軸は、ｂ軸及びｃ軸に垂直な方向（第３の方向）の軸に対応する。
【００３２】
【数１】
0005574726.tif 000002
【００３３】
ここで、ｄ1、ｅ1、ｄ2、ｅ2は、それぞれ以下の（５）式〜（８）式で表される。      ｄ1＝ｂ1−ｒ1cosθ1  ・・・（５）
ｅ1＝ｃ1−ｒ1sinθ1  ・・・（６）
ｄ2＝ｂ2−ｒ2cosθ2  ・・・（７）
ｅ2＝ｃ2−ｒ2sinθ2  ・・・（８）
３次元直交座標拡張部１１４は、このように、図５に示した２次元直交座標系を３次元直交座標系に拡張し、前記２次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ1、Ｑ2のデータを、（３）式、（４）式のように、３次元直交座標系における座標のデータに変換する。そして、３次元直交座標拡張部１１４は、求めた原料山１００の表面の座標Ｑ3、Ｑ4のデータを、当該座標Ｑ3、Ｑ4の算出元である「２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂのデータ」に対応する「リクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータ」と関連付けてＲＡＭ等に記憶する。
３次元直交座標拡張部１１４は、例えば、ＣＰＵが、２次元直交座標変換部１１３で得られたデータをＲＡＭ等から読み出し、コンピュータプログラムに従う演算処理を行って、前記３次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ3、Ｑ4を求め、求めた座標Ｑ3、Ｑ4のデータを、リクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータと関連付けてＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００３４】
＜３次元直交座標変換部１１５＞
３次元直交座標変換部１１５は、３次元直交座標拡張部１１４で得られたデータ（前記３次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ3、Ｑ4のデータ）と、座標変換部１１２で得られたデータ（現場座標系における仮想センサ位置Ｐ3の座標のデータ）と、ＩＭＵ１０３で得られたデータ（ブーム１０６ａの現場座標系における前記ローリング角と前記ピッチング角のデータ）と、ＧＰＳコンパス１０４で得られたデータ（ブーム１０６ａの現場座標系における前記ヨーイング角のデータ）のうち、リクレーマ１０６のｘ方向の位置が同一であるデータを読み出す。そして、３次元直交座標変換部１１５は、読み出したデータを用いて、現場座標系における原料山１００の表面の座標を求める。
【００３５】
図８は、図７に示した３次元直交座標を現場座標に変換した様子を示す図である。図８に示すように、本実施形態では、原料山１００の長手方向における端面であって、リクレーマ１０６の走行開始位置側の端面の底辺中央付近の位置を、現場座標系の原点Ｏとしている。図８に示すように現場座標系（ｘｙｚ空間）を定義すると、図７に示した３次元直交座標系における任意の点Ｑの位置は、以下の（９）式で表される。そうすると、現場座標系における点Ｑの座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、以下の（１０）式で表される。
【００３６】
【数２】
0005574726.tif 000003
【００３７】
ただし、（１０）式において、仮想センサ位置Ｐ3の現場座標系における座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）は、（１１）式で表されるものとし、本実施形態では、座標変換部１１２で得られたデータから定まる。
また、（１０）式において、ρ、φ、σは、それぞれ図８のａ軸回り、ｂ軸回り、ｃ軸回りの回転角度であり、仮想センサ位置Ｐ3から各座標軸の正の方向を見て時計回りに回転する方向を正の方向としている。
【００３８】
本実施形態では、ρは、ＩＭＵ１０３で得られた「リクレーマ１０６のブーム１０６ａの現場座標系における前記ローリング角のデータ」から定まる。φは、ＩＭＵ１０３で得られた「リクレーマ１０６のブーム１０６ａの現場座標系における前記ピッチング角のデータ」から定まる。σは、ＧＰＳコンパス１０４で得られた「リクレーマ１０６のブーム１０６ａの現場座標系における前記ヨーイング角のデータ」から定まる。また、（０，ｄ，ｅ）は、３次元直交座標拡張部１１４で得られた点Ｑ3、Ｑ4の座標のデータ（（３）式、（４）式を参照）から定まる。
３次元直交座標変換部１１５は、以上のようにして（１０）式の右辺に値を代入することにより、現場座標系における原料山１００の表面の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができる。３次元直交座標変換部１１５は、以上の処理を、データ収集部１１１で得られた全てのデータについて行う。
【００３９】
尚、（１０）式の右辺第１項の行列は、３次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ3、Ｑ4を、ＧＰＳ１０２で得られた、ＧＰＳ座標系のデータに基づいて計算した仮想センサ位置Ｐ3の座標を用いて、ブーム１０６ａと共に回転・並進する３次元直交座標系から現場座標系に変換するための並進処理を行うものである。
また、（１０）式の右辺第２項の１番目〜３番目の行列は、３次元直交座標拡張部１１４で得られた点Ｑ3、Ｑ4の座標（（１０）式の右辺第２項の４番目の行列）を、ブーム１０６ａと共に回転・並進する３次元直交座標系から現場座標系に変換するための回転処理を行うものである。
また、（１０）式の右辺第２項の４番目の行列は、ＧＰＳ座標系のデータに基づいて求められた仮想センサ位置Ｐ3を原点とした、３次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ3、Ｑ4のデータである。すなわち、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂで得られたデータから定まる「原料山１００の表面の位置」を、ブーム１０６ａと共に回転・並進する３次元直交座標系に変換したものである。
【００４０】
本実施形態では、以上のようにして、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂで得られた位置と、リクレーマ１０６のブーム１０６ａの姿勢とに基づいて、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂで得られた「原料山１００の表面の座標」を変更するようにしている。
３次元直交座標変換部１１５は、以上のような処理を、リクレーマ１０６のｘ方向の位置が同一のデータのそれぞれについて実行する。
３次元直交座標変換部１１５は、例えば、ＣＰＵが、３次元直交座標拡張部１１４、座標変換部１１２、ＩＭＵ１０３、ＧＰＳコンパス１０４で得られたデータのうち、リクレーマ１０６のｘ方向の位置が同一であるデータをＲＡＭ等から読み出し、コンピュータプログラムに従う演算処理を行って、現座座標系における原料山１００の表面の座標を求め、求めた座標のデータをＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００４１】
＜データサンプル部１１６＞
データサンプル部１１６は、３次元直交座標変換部１１５で得られた「現場座標系における原料山１００の表面の座標のデータ」から、現場座標系の所定の仮想空間に配置した３次元格子の各格子点に最も近いデータを抽出（選択）し、その他のデータを排除する。このようにするのは、３次元直交座標変換部１１５で得られた「現場座標系における原料山１００の表面の座標のデータ」が多すぎるために、処理負荷が大きくなり過ぎるからである。ここで、３次元格子は、原料山が形成されると想定される仮想空間全体に配置される。また、本実施形態では、３次元格子の一辺の長さを１０ｃｍとする。尚、３次元直交座標変換部１１５で得られた「現場座標系における原料山１００の表面の座標のデータ」の一部を抽出する方法は、「現場座標系における原料山１００の表面の座標のデータ」を代表するものを抽出するようにしていれば、このような方法に限定されない。
データサンプル部１１６は、例えば、３次元直交座標変換部１１５で得られたデータをＲＡＭ等がから読み出し、コンピュータプログラムに従う演算処理を行って、読み出したデータから、原料山１００の形状を評価するために使用するデータを抽出し、抽出したデータをＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００４２】
＜データ補間部１１７＞
データ補間部１１７は、データサンプル部１１６で抽出されたデータに対応する「３次元格子の格子点」を参照し、データが欠落している格子点があるか否かを判定する。例えば、対応するデータがない１つ又は相互に隣り合う複数の格子点であって、当該格子点の周囲の格子点の全てに対応するデータがある場合、当該格子点についてはデータが欠落していると判定する。この判定の結果、データが欠落している格子点がある場合、データ補間部１１７は、当該格子点の周囲の格子点に対応するデータを用いて線形補間を行い、当該格子点に対応するデータを求める。尚、データの補間方法は、線形補間に限定されるものではない。
データ補間部１１７は、データサンプル部１１６で抽出されたデータをＲＡＭ等がから読み出し、コンピュータプログラムに従う演算処理を行って、欠落しているデータを求め、求めたデータをＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００４３】
＜原料山形状切出部１１８＞
原料山形状切出部１１８は、データサンプル部１１６及びデータ補間部１１７で得られた「現場座標系における原料山１００の表面の座標のデータ」に基づいて、原料山の形状を個別に切り出し、切り出した原料山を識別するためのデータを、切り出した原料山のそれぞれに対して与える。図９は、原料山の形状を切り出す方法の一例を説明する図である。原料山形状切出部１１８は、例えば、現場座標系のｚ軸の値である閾値Ｔｈ１をユーザからの指示に従って予め記憶しておき、この閾値Ｔｈ１以下になるところで、データを切り分けることにより、原料山１００ａ、１００ｂの形状を個別に切り出して抽出し、原料山１００ａ、１００ｂの３次元形状を個別に計測することができる（図９では、斜線で示す領域が切り出される）。
【００４４】
ただし、原料山１００ａ、１００ｂの形状を切り出す方法は、このような方法に限定されない。例えば、予めユーザによって指定された現場座標系の座標のところでデータを切り分けるようにしてもよい。また、データサンプル部１１６及びデータ補間部１１７で得られた「現場座標系における原料山１００の表面の座標のデータ」を３次元的に表示し、表示した結果からユーザによって指定された箇所でデータを切り分けてもよい。この他、データサンプル部１１６及びデータ補間部１１７で得られた「現場座標系における原料山１００の表面の座標のデータ」から、原料山の間の平地を（勾配等に基づいて）自動的に認識し、認識した箇所でデータを切り分けてもよい。
原料山形状切出部１１８は、例えば、ＣＰＵが、データサンプル部１１６及びデータ補間部１１７で得られたデータをＲＡＭ等から読み出し、コンピュータプログラムに従う演算処理を行って、データを原料山１００ａ、１００ｂ毎に分け、分けたデータを、当該データが属する原料山１００ａ、１００ｂを識別するためのデータと関連付けてＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００４５】
＜原料山体積計算部１１９＞
原料山体積計算部１１９は、データサンプル部１１６及びデータ補間部１１７で得られた「現場座標系における原料山１００ａ、１００ｂの表面の座標のデータ」に基づいて、各原料山１００ａ、１００ｂの体積を個別に計算する。このとき、原料山体積計算部１１９は、現場座標系のｚ軸の値である閾値Ｔｈ２をユーザからの指示に従って予め記憶しておき、その閾値Ｔｈ２を基準として（地面と見なして）各原料山１００ａ、１００ｂの体積を計算する。このときに使用する閾値Ｔｈ２は、原料山形状切出部１１８で使用する閾値Ｔｈ１よりも小さな値になるようにするのが好ましい。また、このとき、原料山体積計算部１１９は、原料山形状切出部１１８で得られた「原料山１００ａ、１００ｂを識別するためのデータ」に基づいて、体積を計算した各原料山１００ａ、１００ｂを識別する。尚、原料山１００ａ、１００ｂの体積を計算する方法は、公知の技術で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
原料山体積計算部１１９は、例えば、ＣＰＵが、データサンプル部１１６及びデータ補間部１１７で得られた「現場座標系における原料山１００ａ、１００ｂの表面の座標のデータ」と、原料山形状切出部１１８で得られた「原料山１００ａ、１００ｂを識別するためのデータ」をＲＡＭ等から読み出し、コンピュータプログラムに従う演算処理を行って、各原料山１００ａ、１００ｂの体積を計算し、計算した原料山１００ａ、１００ｂの体積のデータを、当該データが属する原料山１００ａ、１００ｂを識別するためのデータと関連付けてＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００４６】
＜表示部１２０＞
表示部１２０は、データサンプル部１１６及びデータ補間部１１７で得られた「現場座標系における原料山１００ａ、１００ｂの表面の座標のデータ」を読み出す。そして、表示部１２０は、読み出したデータと、原料山体積計算部１１９で計算された各原料山１００ａ、１００ｂの体積のデータとに基づいて、各原料山１００ａ、１００ｂの３次元形状と、当該原料山１００ａ、１００ｂのそれぞれの体積とを示す画像を生成し、コンピュータディスプレイに表示する。このとき、表示部１２０は、３次元形状で表されているどの原料山１００ａ、１００ｂがどのくらいの体積であるのかをユーザが認識できるように画像を表示する。例えば、３次元形状で表されているどの原料山１００ａ、１００ｂと、当該原料山１００ａ、１００ｂの体積とに同じ番号を付すようにすることができる。また、表示部１２０は、３次元形状の画像と体積を示す画像とを原料山１００ａ、１００ｂ毎に個別に表示するようにしてもよい。尚、本実施形態では、２Ｄレーザ距離計１０１を用いているので、２次元形状をｘ方向に合成することにより３次元形状が得られる。
表示部１２０は、例えば、ＣＰＵが、データサンプル部１１６及びデータ補間部１１７で得られたデータと、原料山体積計算部１１９で得られたデータとをＲＡＭ等から読み出し、コンピュータプログラムに従う演算処理を行って、原料山の３次元形状と、当該原料山の体積とをコンピュータディスプレイに表示するための処理を行うことにより実現できる。
【００４７】
（原料山計測装置の動作フローチャート）
次に、図１０のフローチャートを参照しながら、原料山計測装置１１０の動作の一例を説明する。
まず、ステップＳ１において、データ収集部１１１は、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂ、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂ、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４で得られたデータを、それらが得られたときのリクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータと共に、機体制御装置１０５から収集するまで待機する。データ収集部１１１がデータを収集すると、ステップＳ２に進む。
【００４８】
ステップＳ２に進むと、座標変換部１１２は、ＧＰＳ１０２で得られた、ＧＰＳ座標系のデータを、現場座標系のデータに変換し、変換したデータに基づいて、仮想センサ位置Ｐ3の現場座標系における座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を求める。
次に、ステップＳ３において、２次元直交座標変換部１１３は、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂで得られた極座標のデータ（（ｒ1，θ1）、（ｒ2，θ2））を、仮想センサ位置Ｐ3を原点とした２次元直交座標のデータに変換し、２次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ1、Ｑ2を求める（（１）式、（２）式を参照）。そして、２次元直交座標変換部１１３は、当該２次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ1、Ｑ2のデータ、当該座標Ｑ1、Ｑ2の算出元である「２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂのデータ」に対応する「リクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータ」と関連付ける。
【００４９】
次に、ステップＳ４において、３次元直交座標拡張部１１４は、ステップＳ３で得られた２次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ1、Ｑ2のデータを、３次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ3、Ｑ4のデータに拡張する（（３）式、（４）式を参照）。そして、３次元直交座標拡張部１１４は、当該３次元直交座標系における原料山１００の表面の座標Ｑ3、Ｑ4のデータを、当該座標Ｑ3、Ｑ4の算出元である「２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂのデータ」に対応する「リクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータ」と関連付ける。
次に、ステップＳ５において、３次元直交座標変換部１１５は、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４で得られたデータを、（１０）式に代入して、現場座標系における原料山１００の表面の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を計算する。
次に、ステップＳ６において、データサンプル部１１６は、ステップＳ５で得られた、現場座標系における原料山１００の表面の座標（ｘ，ｙ，ｚ）のデータから、現場座標系の所定の仮想空間に配置した３次元格子の各格子点に最も近いデータを抽出する。
次に、ステップＳ７において、データ補間部１１７は、ステップＳ６で抽出されたデータに対応する「３次元格子の格子点」を参照し、データが欠落している格子点があるか否かを判定する。この判定の結果、データが欠落している格子点がない場合には、ステップＳ８を省略して後述するステップＳ９に進む。一方、データが欠落している格子点がある場合には、ステップＳ８に進む。
【００５０】
ステップＳ８に進むと、データ補間部１１７は、データが欠落している格子点の周囲の格子点に対応するデータを用いて線形補間を行い、当該格子点に対応するデータを求める。
そして、ステップＳ９に進むと、原料山形状切出部１１８は、ステップＳ６、Ｓ８で得られた「現場座標系における原料山１００の表面の座標のデータ」を原料山１００毎に分け、それらのデータを、当該データが属する原料山１００を識別するためのデータと関連付ける。
次に、ステップＳ１０において、原料山体積計算部１１９は、ステップＳ６、Ｓ８で得られた「現場座標系における原料山１００の表面の座標のデータ」と、ステップＳ９で得られた「原料山１００を識別するためのデータ」とに基づいて、各原料山の体積を計算する。
最後に、ステップＳ１１において、表示部１２０は、ステップＳ６、Ｓ８で得られた「現場座標系における原料山１００の表面の座標のデータ」と、ステップＳ１０で得られた「各原料山１００の体積」とに基づいて、原料山１００の３次元形状と、当該原料山１００の体積とを示す画像をコンピュータディスプレイに表示する。
【００５１】
以上のように本実施形態では、ブーム１０６ａに取り付けられた２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂから原料山１００にレーザ光を照射し、原料山１００からの反射光を受光し、受光した反射光と、そのときのレーザ光の照射方向とから求められる原料山１００の表面の座標を、ＩＭＵ１０３及びＧＰＳコンパス１０４で測定されるブーム１０６ａの姿勢に基づいて変更し、変更した原料山１００の表面の座標に基づいて、原料山１００の３次元形状と、原料山１００の体積とを計算し表示するようにした。したがって、原料山１００の形状が経時変化した場合であっても、原料山１００の状態・形状をリアルタイムで自動的に且つ従来よりも高精度に計測できる。
【００５２】
尚、本実施形態では、例えば、リクレーマ１０６が重機の一例であり、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂが第１の取得手段の一例であり、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂ（及び座標変換部１１２）が第２の取得手段の一例であり、ＩＭＵ１０３及びＧＰＳコンパス１０４が第３の取得手段の一例である。また、例えば、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂが取り付けられている位置が所定の位置の一例である。また、例えば、図１０のステップＳ３〜Ｓ５の処理を行うことにより、変更手段の一例が実現される（具体的にステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５の処理により、それぞれ２次元直交座標変換手段、３次元直交座標拡張手段、３次元直交座標変換手段の一例が実現される）。また、例えば、図１０のステップＳ６の処理を行うことにより、データサンプル手段の一例が実現され、ステップＳ７、Ｓ８の処理を行うことにより、データ補間手段の一例が実現され、ステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１の処理を行うことにより、計測手段の一例が実現される。
【００５３】
［変形例１］
本実施形態では、ブーム１０６ａの振動を考慮して、ブーム１０６ａのローリング角、ヨーイング角、及びピッチング角により、ブーム１０６ａの姿勢を定義した。しかしながら、必ずしも、これらの全てを用いてブーム１０６ａの姿勢を定義する必要はない。例えば、ブーム１０６ａの振動が小さく、ピッチング角が変化しないと仮定すれば、必ずしもブーム１０６ａの姿勢にピッチング角を含めなくてもよい。
【００５４】
［変形例２］
また、本実施形態では、ＧＰＳ１０２、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４を用いて、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂの位置と、ブーム１０６ａの前記ローリング角、前記ピッチング角、及び前記ヨーイング角とを測定するようにした。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、機体制御装置１０５からリクレーマ１０６に対して行う指示の内容（ブーム１０６ａの姿勢（ブーム１０６ａの腑仰の角度・旋回の角度）と、リクレーマ１０６の走行位置）と、予め記憶しておいた２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂの位置とに基づいて、ＧＰＳ１０２、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４で得られるデータを代用するデータを生成することができる。すなわち、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂの位置と、ブーム１０６ａの前記ローリング角、前記ピッチング角、及び前記ヨーイング角との少なくとも何れか１つは、専用の測定器で測定せずに、リクレーマ１０６を動作させるための情報で代用することができる。
【００５５】
［変形例３］
また、ＩＭＵ１０３の代わりに慣性航法装置を用いるようにしてもよい。慣性航法装置は、ジャイロスコープで方角を、加速度計で加速度をそれぞれ求め、外部からの電波による支援を得ることなく、自らの位置や速度を計測するものである。慣性航法装置は、ＩＭＵ１０３に比べ、ローリング角、ピッチング角を高精度に計測することが可能である。また、慣性航法装置は、ＩＭＵ１０３が搭載している磁気コンパスより高精度なコンパスを搭載しているので、ヨーイング角についてもＩＭＵ１０３より高精度に計測することが可能である。
【００５６】
［変形例４］
また、本実施形態では、ＧＰＳ１０２、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４からのデータを、リクレーマ１０６が走行レール１０７上を走行している間収集するようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。これらのデータを初期位置（現場座標系のｘ座標が０の位置）だけで収集し、以降、これらのデータは変化しないものとしてもよい。また、例えば、原料山１００の高さ等により、リクレーマ１０６のブーム１０６ａを腑仰させながらリクレーマ１０６を走行させる場合、ＧＰＳ１０２、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４からのデータのうち、ローリング角のデータについては、リクレーマ１０６が走行レール１０７上を走行している間収集するようにしてもよい。このことは、ヨーイング角についても同じである。
【００５７】
［変形例５］
また、本実施形態では、２Ｄレーザ距離計１０１を用い、２次元形状のデータを合成して３次元形状を得るようにしたが、２Ｄレーザ距離計の代わりに、３次元形状の情報が直接的に得られる３Ｄレーザを用いてもよい。このようにした場合、３Ｄレーザ距離計で３次元形状の情報を得るのに時間を要するため、測定地点でリクレーマ１０６の走行を一時的に停止させる必要がある。尚、本実施形態においても、測定地点でリクレーマ１０６の走行を一時的に停止させ、停止させた位置でのデータが２Ｄレーザ距離計１０１等で得られたら、次の測定地点にリクレーマ１０６を移動させる構成にしてもよい。ただし、２Ｄレーザ距離計１０１によるスキャンのピッチが数十ｃｍであるため、このようにすると、測定時間が長くなる。よって、本実施形態のように、測定地点でリクレーマ１０６の走行を停止させずに測定を行うのが好ましい。
【００５８】
［変形例６］
また、本実施形態のように、ＧＰＳコンパス１０４によりヨーイング角のデータを得るようにすれば、ヨーイング角を高精度に測定することができるので好ましいが、ＧＰＳコンパス１０４の代わりにＩＭＵ１０３を用いて、ヨーイング角のデータを得るようにしてもよい。
［変形例７］
また、機体制御装置１０５の機能の一部又は全部を原料山計測装置１１０に含めてもよい。例えば、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂ、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂ、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４に対する動作指示を原料山計測装置１１０が行うことができる。また、原料山計測装置１１０は、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂ、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂ、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４から直接データを収集することができる。このようにした場合、原料山計測装置１１０は、例えば、リクレーマ１０６の走行速度と走行開始時刻の情報を機体制御装置１０５から受け取ることで、２Ｄレーザ距離計１０１ａ、１０１ｂ、ＧＰＳ１０２ａ、１０２ｂ、ＩＭＵ１０３、及びＧＰＳコンパス１０４からデータを収集したときのリクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータを得ることができる。また、このようにする代わりに、原料山計測装置１１０は、リクレーマ１０６のｘ方向の位置のデータそのものを機体制御装置１０５から得るようにしてもよい。
【００５９】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。前記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１００    原料山
１０１    ２Ｄレーザ距離計
１０２    ＧＰＳ
１０３    ＩＭＵ
１０４    ＧＰＳコンパス
１０５    機体制御装置
１０６    リクレーマ
１０６ａ    ブーム
１０７    走行レール
１１０    原料山計測装置
１１１    データ収集部
１１２    座標変換部
１１３    ２次元直交座標変換部
１１４    ３次元直交座標拡張部
１１５    ３次元直交座標変換部
１１６    データサンプル部
１１７    データ補間部
１１８    原料山形状切出部
１１９    原料山体積計算部
１２０    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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