(57)【要約】【課題】掘削中に地面の性状や地中の埋設物などを認識する。【解決手段】建設機械１００に設けられた通信装置１０と、通信装置１０と通信ネットワークを介して接続されたサーバ３０と、を備え、通信装置１０は、地面の属性に関するデータを取得する検出部１４，１５，２０と、検出部１４，１５，２０で取得されたデータを送信する通信部１６と、検出部１４，１５，２０及び通信部１６を制御する制御部１１と、を有し、サーバ３０は、通信部１６から送信されたデータを受信するサーバ側通信部３２と、サーバ側通信部３２で受信されたデータを記録するサーバ側記録部３３と、サーバ側記録部３３で記録されたデータのパターン及び特徴に基づき、通信装置１６から送信されたデータに対応する地面の属性を解析する解析部３４と、サーバ側通信部３２、サーバ側記録部３３及び解析部３４を制御するサーバ側制御部３１と、を有し、サーバ側通信部３２は、解析部３４による解析結果を通信装置１０に送信する。【選択図】図２
2018091003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械に設けられた通信装置と、
前記通信装置と通信ネットワークを介して接続されたサーバと、を備え、
前記通信装置は、
地面の属性に関するデータを取得する検出部と、
前記検出部で取得されたデータを送信する通信部と、
前記検出部及び前記通信部を制御する制御部と、を有し、
前記サーバは、
前記通信部から送信されたデータを受信するサーバ側通信部と、
前記サーバ側通信部で受信されたデータを記録するサーバ側記録部と、
前記サーバ側記録部で記録されたデータのパターン及び特徴に基づき、前記通信装置から送信されたデータに対応する地面の属性を解析する解析部と、
前記サーバ側通信部、前記サーバ側記録部及び前記解析部を制御するサーバ側制御部と、を有し、
前記サーバ側通信部は、前記解析部による解析結果を前記通信装置に送信する
ことを特徴とする地中探査システム。
【請求項２】
前記検出部は、地面の画像データを取得するカメラで構成されることを特徴とする請求項１に記載の地中探査システム。
【請求項３】
前記検出部は、前記建設機械の振動を検出する振動検出センサと、前記建設機械による掘削中の圧力を検出する圧力センサとのうちの少なくとも一方で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地中探査システム。
【請求項４】
前記検出部は、前記建設機械の現在位置を示す位置データを取得するＧＰＳで構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の地中探査システム。
【請求項５】
前記サーバ側記録部は、予め地中の埋設物に対応付けて埋設されたマーカーの位置のデータを記録することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の地中探査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中を探査する地中探査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルなどの掘削機を操縦する操縦者（オペレータ）が熟練者であれば、操縦者が掘削機を操縦して地面を掘削する際に、操縦感覚（例えば掘削機のアームの先端に設けられているバケットから伝わる感覚）によって地面の硬さや地中の埋設物（例えば配管）の存在などを感知することができる。しかしながら、操縦者が熟練者でない場合、操縦者は上記のような感覚を持っておらず、地面の硬さに応じた掘削を行うことができず、また地中の埋設物の存在に気付かずに掘削作業を続けてしまうおそれがある。
【０００３】
下記特許文献１には、掘削機が走行することができない鉱山、地山、切羽などの地形の形状を計測する地形形状計測装置を搭載した掘削機が開示されている。この地形形状計測装置は、カメラで撮像した撮像データやＧＰＳなどの位置計測センサで計測した位置情報に基づいて地形の形状を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１１４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載された装置の場合、地面の地形の形状を計測することができるが、地面の硬さなどの性状や、地中の埋設物などを認識することができない。従って、操縦者は依然として地面の硬さや地中の埋設物などに気付かずに掘削機で掘削作業を継続してしまうおそれがある。この場合、例えば地中の配管などを掘削機で破壊してしまうことも起こり得る。
【０００６】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、掘削中に地面の性状や地中の埋設物などを認識することができる地中探査システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、建設機械に設けられた通信装置と、通信装置と通信ネットワークを介して接続されたサーバと、を備え、通信装置は、地面の属性に関するデータを取得する検出部と、検出部で取得されたデータを送信する通信部と、検出部及び通信部を制御する制御部と、を有し、サーバは、通信部から送信されたデータを受信するサーバ側通信部と、サーバ側通信部で受信されたデータを記録するサーバ側記録部と、サーバ側記録部で記録されたデータのパターン及び特徴に基づき、通信装置から送信されたデータに対応する地面の属性を解析する解析部と、サーバ側通信部、サーバ側記録部及び解析部を制御するサーバ側制御部と、を有し、サーバ側通信部は、解析部による解析結果を通信装置に送信することを特徴とする地中探査システムを提供する。
【０００８】
また、検出部は、地面の画像データを取得するカメラで構成されてもよい。また、検出部は、建設機械の振動を検出する振動検出センサと、建設機械による掘削中の圧力を検出する圧力センサとのうちの少なくとも一方で構成されてもよい。また、検出部は、建設機械の現在位置を示す位置データを取得するＧＰＳで構成されてもよい。
【０００９】
また、サーバ側記録部は、予め地中の埋設物に対応付けて埋設されたマーカーの位置のデータを記録する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、サーバにおいて、地面の属性に関する大量のデータを記録しておき、そのデータに基づき地面の属性を解析することで、掘削中に地面の性状や地中の埋設物などを認識することができる。その結果、建設機械の操縦者が地面の属性に応じた掘削作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の掘削機の構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る地中探査システムの構成を示すブロック図である。
【図３】通信装置が実行する処理を示すフローチャートである。
【図４】サーバが実行する処理を示すフローチャートである。
【図５】地中の掘削作業を示す図である。
【図６】地中の埋設物の検出作業を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては、実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現することがある。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は、実施形態の掘削機１００の構成を示す図である。図１に示す掘削機１００は、地面２００を掘削する建設機械であって、図１においては油圧ショベルを示している。ただし、掘削機１００はショベルに限らず、ホイールローダーなどでもよい。図１に示すように、掘削機１００は、操縦室（運転席）１１０、クローラ１２０、ブーム１３０、アーム１４０及びバケット１５０を備えている。下部走行体はクローラ１２０を含む構成であり、上部旋回体は操縦室１１０、ブーム１３０、アーム１４０及びバケット１５０を含む構成である。下部走行体に対し上部旋回体が旋回する。旋回は油圧モーターで駆動する。また、油圧シリンダーによりブーム１３０及びアーム１４０が作動する。アーム１４０の先端にバケット１５０が取り付けられている。
【００１４】
図１に示す本実施形態の掘削機１００には、通信装置１０及びカメラ２０も搭載されている。図１に示す例では、操縦室１１０内部に通信装置１０が設けられている。通信装置１０は、各種データ（後述する画像データ、性状データ、位置データ）を収集するとともに、無線通信を用いてサーバ（図２のサーバ３０参照）との間でデータ通信を行う装置である。また、バケット１５０にカメラ２０が取り付けられている。カメラ２０はデジタルカメラを想定している。
【００１５】
図２は、実施形態に係る地中探査システム１の構成を示すブロック図である。図２に示す地中探査システム１は、地面２００の性状（地面２００の硬さなど）や地中の埋設物などを探査するシステムである。この地中探査システム１は、通信装置１０と、カメラ２０と、サーバ３０とを有している。なお、図２に示す地中探査システム１では、１台の通信装置１０（及びカメラ２０）だけ示しているが、複数台の通信装置（及びカメラ）が通信ネットワークを介して接続されている。通信装置１０は、制御部１１、表示部１２、記憶部１３、ＧＰＳ１４（Global Positioning System）、性状検出部１５、及び通信部１６を含む。
【００１６】
制御部１１は、通信装置１全体の制御及びカメラ２０の撮像の制御を司る処理部である。すなわち、制御部１１は、カメラ２０の撮像動作を制御し、ＧＰＳ１４による現在の位置データの取得を制御し、性状検出部１５による性状データの取得を制御する。また、制御部１１は、記憶部１３へのデータの記憶、表示部１２への画面表示などを制御する。さらに、制御部１１は、通信部１６によるサーバ３０とのデータ通信の実行を制御する。
【００１７】
表示部１２は、情報や画像を表示する装置であり、例えば液晶ディスプレイなどで構成される。記憶部１３は、通信装置１０の制御を実行するためのプログラム、制御に必要なパラメータ、各種データ（画像データ、性状データ、位置データ）などを記憶する。ＧＰＳ１４は、通信装置１０（つまり掘削機１００）の現在位置を示す位置データを取得する処理部である。制御部１１は、ＧＰＳ１４が取得した位置データを記憶部１３に記憶する。
【００１８】
性状検出部１５は、地面２００の硬さなどの性状を検出する処理部である。例えば、性状検出部１５として、掘削機１００による掘削中の振動を検出する振動検出センサで構成される。また、性状検出部１５として、掘削機１００による掘削中におけるブーム１３０及びアーム１４０の油圧シリンダーの油圧を検出する油圧センサで構成される。なお、性状検出部１５は、振動検出センサと油圧センサのうちの少なくとも一方で構成されてもよい。振動検出センサで検出された振動によって地面２００の硬さなどの性状を認識することが可能である。また、油圧センサで検出された油圧によっても地面２００の硬さなどの性状を認識することが可能である。本実施形態では、振動検出センサで検出された振動のデータ及び油圧センサで検出された油圧のデータを性状データという。制御部１１は、性状検出部１５が取得した性状データを記憶部１３に記憶する。通信部１６は、無線通信により基地局（図示せず）及びインターネットなどの通信ネットワークを介してサーバ３０と通信を行う処理部である。
【００１９】
カメラ２０は、上述したようにデジタルカメラである。このカメラ２０は、制御部１１からの制御信号に基づいてデジタルの画像データを撮像し、撮像した画像データを通信装置１０に送る。制御部１１は、カメラ２０から送られた画像データを記憶部１３に記憶する。
【００２０】
なお、本実施形態では、画像データ、性状データ及び位置データのことを地面の属性に関するデータという。
【００２１】
サーバ３０は、通信装置１０から送信される各種データ（画像データ、性状データ、位置データ）を記憶するとともに、記憶したデータに基づいて地面２００の性状などを解析する処理を行う装置である。図２に示すように、サーバ３０は、サーバ側制御部３１、サーバ側通信部３２、サーバ側記録部３３、及び解析部３４を含む。
【００２２】
サーバ側制御部３１は、サーバ３０全体の制御を司る処理部である。サーバ側通信部３２は、通信装置１０との間で各種データの通信を行う処理部である。サーバ側記録部３３は、サーバ３０の制御を実行するためのプログラム、通信装置１０から送信される各種データなどを記録する処理部である。解析部３４は、サーバ側記録部３３に記録された各種データ（画像データ、性状データ、位置データ）に基づいて地面２００の性状などに関する解析を実行する処理部である。
【００２３】
本実施形態の地中探査システム１は、ＩｏＴ（Internet of Things；モノのインターネット）の分野に属するシステムである。つまり、本実施形態の地中探査システム１では、掘削機１００（というモノ）に搭載されたカメラ２０やセンサ１４，１５のデータ取得する（センシング）。また、地中探査システム１は、取得したデータをインターネットなどの通信ネットワークを介してクラウドに蓄積する。また、地中探査システム１は、蓄積されたデータを基に地面２００の性状などを解析する。さらに、地中探査システム１は、その解析結果に基づき作業を行う。
【００２４】
次に、地中探査システム１の動作について説明する。
【００２５】
まず、通信装置１０の動作を説明する。図３は、通信装置１０が実行する処理を示すフローチャートである。図３に示す処理において、制御部１１は、各種データを取得する（ステップＳ１）。すなわち、制御部１１は、掘削機１００の掘削中においてカメラ２０が地面２００に向いたタイミングで、カメラ２０に対して制御信号を出力する。カメラ２０は、制御部１１からの制御信号に基づいて撮像動作を実行し、画像データを取得する。カメラ２０は、取得した画像データを通信装置１０に出力する。また、制御部１１は、掘削機１００の掘削中にＧＰＳ１４に対して制御信号を出力することで位置データを取得させる。また、制御部１１は、掘削機１００の掘削中に性状検出部１５に性状データを取得させる。なお、制御部１１は、掘削中に複数の画像データ、性状データ、及び位置データを取得する。
【００２６】
そして、制御部１１は、取得した画像データ、性状データ及び位置データを記憶部１３に記憶する（ステップＳ２）。次に、制御部１１は通信部１６に対して指令を出力する。これに応じて、通信部１６は、記憶部１３に記憶された画像データ、性状データ及び位置データを読み出して無線通信を用いてサーバ３０に送信する（ステップＳ３）。なお、通信装置１０及び掘削機１００を識別するための識別番号が画像データ、性状データ及び位置データに対応付けられる。
【００２７】
掘削機１００の操縦者は、操作部（図示せず）を操作してサーバ３０に対する解析結果を要求する。制御部１１は、常に、解析結果の要求があったかどうか判定する（ステップＳ４）。制御部１１は、解析結果の要求があったときは（ステップＳ４のＹＥＳ）、解析結果を要求する解析結果要求通知をサーバ３０に送信する（ステップＳ５）。制御部１１は、ステップＳ５で送信した解析結果要求通知に対応してサーバ３０から送信される解析結果データを通信部１６を介して受信して取得する（ステップＳ６）。
【００２８】
次に、サーバ３０の動作を説明する。図４は、サーバ３０が実行する処理を示すフローチャートである。図４に示す処理において、サーバ側制御部３１は、通信装置１０から送信される画像データ、性状データ、及び位置データをサーバ側通信部３２を介して受信すると（ステップＳ１１）、受信した画像データ、性状データ、及び位置データをサーバ側記録部３３に記録する（ステップＳ１２）。なお、サーバ３０では、複数台の通信装置から送信されるデータをサーバ側記録部３３に蓄積していく。これにより、解析部３４による解析結果の精度を向上させることができる。
【００２９】
また、サーバ側制御部３１は、通信装置１０から送信される解析結果要求通知をサーバ側通信部３２を介して受信したか否か判定する（ステップＳ１３）。サーバ側制御部３１は、解析結果要求通知を受信すると（ステップＳ１３のＹＥＳ）、解析部３４に対してサーバ側記録部３３に記録されているデータに基づく解析を実行させる（ステップＳ１４）。
【００３０】
ここで、解析部３４は、サーバ側記録部３３に既に記録されている大量の画像データのパターンや特徴を予め学習し、画像データのパターンや特徴を地面２００の硬さなどの性状ごとや地中の埋設物（例えば埋設物の種類）ごとに分類する。そして、解析部３４は、学習により得たアルゴリズムによって、通信装置１０から送信された画像データのパターンや特徴に対応する地面２００の性状や地中の埋設物などを割り出す。また、解析部３４は、サーバ側記録部３３に既に記録されている大量の性状データのパターンや特徴を予め学習し、性状データのパターンや特徴を地面２００の性状ごとや地中の埋設物ごとに分類する。そして、解析部３４は、学習により得たアルゴリズムによって、通信装置１０から送信された性状データのパターンや特徴に対応する地面２００の性状や地中の埋設物などを割り出す。また、解析部３４は、通信装置１０から送信された位置データに基づき、その位置データで示された位置又はその位置の付近における以前の解析結果を参照して、地面２００の性状や埋設物などを割り出す。解析部３４は、画像データ、性状データ、及び位置データに基づく解析結果を総合的に判断して、通信装置１０から送信されたデータに対応する地面２００の性状や埋設物などを割り出す（つまり、地面２００の性状や予測する）。
【００３１】
そして、サーバ側制御部３１は、解析部３４による解析結果を示す解析結果データをサーバ側通信部３２を介して通信装置１０に送信する（ステップＳ１５）。通信装置１０は、通信部１６がサーバ３０から送信された解析結果データを受信すると、制御部１１は、受信した解析結果データを表示部１２に表示する。掘削機１００の操縦者は、表示部１２に表示された解析結果データに基づいて掘削機１００を操縦し、掘削作業を行う。
【００３２】
以上に説明したように、本実施形態では、サーバ３０において、サーバ側記録部に地面の属性に関する大量のデータ（画像データ、性状データ、位置データ）を記録しておき、そのデータに基づき解析部３４が地面の属性（地面の性状、埋設物など）を解析することで、掘削中に地面の性状や地中の埋設物などを認識することができる。その結果、掘削機１００の操縦者が地面の属性に応じた掘削作業を行うことができる。
【００３３】
＜第２実施形態＞
上記した第１実施形態では、サーバ３０が通信装置１０で取得した画像データ、性状データ及び位置データに基づいて地面２００の性状などを解析していた。これに対し、この実施形態２では、工事（掘削作業）の後に、埋設物があった位置にＩＣチップを埋めて置き、そのＩＣチップの位置で埋設物の位置を認識する。
【００３４】
図５は、地中の掘削作業を示す図である。図５の上図に示すように、従来は作業者の手作業で掘削穴２１０の掘削作業を行い、運搬車３００で土を運搬していた。しかし、現在は、例えば図５の下図に示すような吸引排土車（バキューム車）４００を用いて掘削作業が行われる。この場合、ハイパワーのバキュームポンプ４２０が土砂、砕石、水などを吸い上げながら掘り進める。従って、地中における配管などの埋設物５００を傷つけることはない。バキュームポンプ４２０で吸い上げられた土砂などは、吸引用ホース４１０を通って吸引排土車４００のタンクに貯留される。このような工事が終わり、掘削穴２１０を埋め戻すときに、配管などの埋設物５００の位置（埋設物５００の上方の位置）にＩＣタグのマーカーを設置する。ＩＣタグのマーカーとしては例えばＲＦＩＤ（radio frequency identifier）を用いる。
【００３５】
図６は、地中の埋設物の検出作業を示す図である。図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、一般に、作業者は配管などの埋設物５００の位置を示すマーカー６００をロケーター（地中探査器）６００を用いて検出する。すなわち、図６（Ａ）に示すように、作業者は、地面２００の上でロケーター７００を動かしながら、ロケーター７００から電波を地中に送信する。図６（Ｂ）に示すように、マーカー６００は、ロケーター７００からの電波を受けると、それに応じてロケーター７００に電波を送信する。ロケーター７００は、マーカー６００からの電波を受信することで、マーカーの位置（すなわち埋設物５００）を認識する。マーカー６００は、ロケーター７００から電力を受ける非接触電力伝送技術を採用し、電池を持たない半永久的に利用可能なタグである。また、マーカー６００にＲＦＩＤにより埋設物５００の情報（埋設物５００の種類、埋設物５００の深さ等）を書き込むことにより、ロケーター７００側で埋設物５００の情報を取得することができる。なお、マーカー６００の位置のデータも地面の属性に関するデータに含まれる。
【００３６】
本実施形態では、上記実施形態１で示したサーバ３０のサーバ側記録部３３にマーカー６００の位置を予め記録（登録）しておく。すなわち、クラウド上で配管などの埋設物５００の位置のデータを共有する。これにより、サーバ３０は、埋設物５００の位置をより確実に判断することが可能となる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能である。また、上記の実施形態で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。そのような変更または改良、省略した形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記した実施形態や変形例の構成を適宜組み合わせて適用することも可能である。
【００３８】
例えば、性状データは、振動検出センサで検出された振動や、油圧センサで検出された油圧に限定されず、様々なセンサで検出されたデータであってもよい。また、通信装置１０は、掘削機１００に設けられているものに限定されず、建設機械に設けられてもよい。また、通信装置１０は、上記した吸引排土車４００に設けられてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０  通信装置
１１  制御部
１３  記憶部
１４  ＧＰＳ
１５  性状検出部
１６  通信部
２０  カメラ
３０  サーバ
３１  サーバ側制御部
３２  サーバ側通信部
３３  サーバ側記録部
３４  解析部
１００  掘削機（建設機械）
５００  埋設物
６００  マーカー
【図１】
2018091003.tif 000003
【図２】
2018091003.tif 000004
【図３】
2018091003.tif 000005
【図４】
2018091003.tif 000006
【図５】
2018091003.tif 000007
【図６】
2018091003.tif 000008