(57)【要約】【課題】作業機械による盛土作業時に現況地形データを更新する。【解決手段】バケット位置取得部は、ブーム、アームおよびバケットを備える作業機を有する作業機械から、バケットの輪郭点の上方からの平面視における平面位置および高さを取得する。現況地形更新部は、作業状態が所定の作業状態である場合に、バケットの高さに基づいてバケットの平面位置に係る現況地形データの高さを上方の値に更新する。【選択図】図１０
2019151973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
施工対象の現況地形を表す三次元データである現況地形データを記憶する現況地形記憶部と、
バケットを含む作業機を有する作業機械から、前記バケットの位置を取得するバケット位置取得部と、
前記作業機の作業状態が所定の作業状態である場合に、前記バケットの位置に基づいて前記現況地形データの高さを上方の値に更新する現況地形更新部と
を備える施工管理装置。
【請求項２】
前記作業機械は、前記作業機を減速させる介入制御機能を有し、
前記バケット位置取得部は、前記バケットの位置、および前記作業機が介入制御されている作業状態であるか否かを示す情報を取得し、
前記所定の作業状態は、前記作業機が介入制御されている作業状態である
請求項１に記載の施工管理装置。
【請求項３】
前記所定の作業状態は、均し作業状態、転圧作業状態または掘削作業状態である
請求項１に記載の施工管理装置。
【請求項４】
前記バケット位置取得部は、前記バケットの複数の輪郭点それぞれの位置を取得し、
前記現況地形更新部は、前記複数の輪郭点のうち最も設計面に近い点に基づいて前記現況地形データの高さを更新する
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の施工管理装置。
【請求項５】
前記現況地形更新部は、上方からの平面視における平面位置ごとに、前記現況地形データの高さを、前記作業機の状態が所定の作業状態である間の前記バケットの高さの最下点の高さに更新する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の施工管理装置。
【請求項６】
前記現況地形更新部は、前記作業状態が所定の作業状態である場合において、前記バケットが上がる操作がなされた場合に、前記現況地形データの高さを上方の値に更新することを禁止する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の施工管理装置。
【請求項７】
バケットを含む作業機を有する作業機械から、前記バケットの位置を取得するステップと、
前記作業機の作業状態が所定の作業状態である場合に、施工対象の現況地形を表す三次元データである現況地形データのうち、前記バケットの位置に基づいて前記現況地形データの高さを上方の値に更新するステップと
を備える施工管理方法。
【請求項８】
施工対象の現況地形および作業機械に設けられた作業機のバケットを表示する表示装置であって、
前記作業機械を側面視した視点において、前記バケットを側面視した画像と、設計面を示す線と、前記現況地形を示す線とが表示される表示部を備え、
前記表示部には、前記作業機の作業状態が所定の作業状態である場合に、前記バケットの位置に基づいて現況地形の高さを表す線が、上方の位置に更新して表示される、
表示装置。
【請求項９】
施工対象の現況地形を表す三次元データである現況地形データを記憶する現況地形記憶部と、
バケットを備える作業機を有する作業機械から、前記バケットの位置を取得するバケット位置取得部と、
前記バケットの位置に基づいて、前記現況地形データの高さを最下点にて更新する最下点更新、または前記現況地形データの高さを上方に更新する上方更新を行う現況地形更新部と、
を備え、
前記現況地形更新部は、上方更新許可条件を満たした場合には上方更新を行い、上方更新許可条件を満たさなかった場合には最下点更新を行う、
施工管理装置。
【請求項１０】
施工対象の現況地形を表す三次元データである現況地形データを記憶する現況地形記憶部と、
前記施工対象の設計面を記憶する目標施工データ記憶部と、
バケットを含む作業機を有する作業機械から、前記バケットの位置を取得するバケット位置取得部と、
前記作業機を操作するための操作レバーの操作信号を取得する操作信号取得部と、
前記バケットの位置が前記設計面の所定範囲内に位置し、かつ作業機が操作された場合に、前記バケットの位置に基づいて前記現況地形データの高さを上方の値に更新する現況地形更新部と
を備える施工管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施工管理装置、表示装置および施工管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、作業機械によって施工対象が施工された結果変形された現況地形を求めるために、バケットが通過した位置情報に基づいて現況地形データを生成する技術が開示されている。具体的には、特許文献１に記載の方法によれば、施工管理装置は、バケット刃先の位置データに基づいてバケット刃先の軌跡を特定し、バケットの刃先が通過した位置の高さが現況地形データの高さより低い場合に、現況地形データの高さをバケットの刃先が通過した高さに更新する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１６７７４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術は、作業機械による掘削作業における最新の現況地形を求めることを目的とするため、バケットの刃先における最下点に基づいて地形データを更新する。他方、作業機械が盛土作業を行う場合、現状の施工対象の高さよりも高い位置においてバケットが動作するため、現況地形データが更新されず、実際の現況地形との乖離が生じてしまう。
本発明の目的は、作業機械による盛土作業時に現況地形データを更新することができる施工管理装置、表示装置および施工管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、施工管理装置は、施工対象の現況地形を表す三次元データである現況地形データを記憶する現況地形記憶部と、ブーム、アームおよびバケットを含む作業機を有する作業機械から、前記バケットの輪郭点の上方からの平面視における平面位置および高さを取得するバケット位置取得部と、前記作業状態が所定の作業状態である場合に、前記バケットの高さに基づいて前記バケットの平面位置に係る前記現況地形データの高さを上方の値に更新する現況地形更新部とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、施工管理装置は、作業機械による盛土作業時に現況地形データを更新することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】作業機の姿勢の例を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る施工管理システムの構成を示す概略図である。
【図３】第１の実施形態に係る油圧ショベルの構成を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係る油圧ショベルの制御系の構成を示す概略ブロック図である。
【図５】第１の実施形態に係る作業機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】バケットの複数の輪郭点と設計面との関係を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係る作業機制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】第１の実施形態に係る施工管理装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図９】第１の実施形態に係る施工管理装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】盛土作業の例を示す図である。
【図１１】第１の実施形態に係る施工管理装置による現況地形データの更新処理の例を示す図である。
【図１２】第２の実施形態に係る施工管理装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】第２の実施形態に係る施工管理装置による現況地形データの更新処理の例を示す図である。
【図１４】第３の実施形態に係る施工管理装置の動作を示すフローチャートである。
【図１５】第４の実施形態に係る施工管理装置の動作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】
【０００８】
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
〈座標系〉
図１は、作業機の姿勢の例を示す図である。
以下の説明においては、三次元の現場座標系（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）および三次元の車体座標系（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）を規定して、これらに基づいて位置関係を説明する。
【０００９】
現場座標系は、施工現場に設けられたＧＮＳＳ基準局の位置を基準点として南北に伸びるＸｇ軸、東西に伸びるＹｇ軸、鉛直方向に伸びるＺｇ軸から構成される座標系である。ＧＮＳＳの例としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が挙げられる。
【００１０】
車体座標系は、後述する油圧ショベル１００の旋回体１２０に規定された代表点Ｏを基準として前後に伸びるＸｍ軸、左右に伸びるＹｍ軸、上下に伸びるＺｍ軸から構成される座標系である。旋回体１２０の代表点Ｏを基準として前方を＋Ｘｍ方向、後方を−Ｘｍ方向、左方を＋Ｙｍ方向、右方を−Ｙｍ方向、上方向を＋Ｚｍ方向、下方向を−Ｚｍ方向とよぶ。
【００１１】
後述する油圧ショベル１００の作業機制御装置１２６は、演算により、ある座標系における位置を、他の座標系における位置に変換することができる。例えば、作業機制御装置１２６は、車体座標系における位置を現場座標系における位置に変換することができ、その逆の座標系にも変換することができる。
【００１２】
〈第１の実施形態〉
図２は、第１の実施形態に係る施工管理システムの構成を示す概略図である。
施工管理システム１は、油圧ショベル１００と、施工管理装置２００とを備える。油圧ショベル１００と施工管理装置２００とはネットワークＮを介して接続される。油圧ショベル１００は、作業機械の一例である。なお、他の実施形態に係る作業機械は、必ずしも油圧ショベル１００でなくてもよい。油圧ショベル１００は、バケット１３３の刃先を含む複数の輪郭点の現場座標系に係る位置情報を施工管理装置２００に送信する。
施工管理装置２００は、油圧ショベル１００から取得したバケット１３３の複数の輪郭点の位置情報に基づいて、施工現場の現況地形データを生成する。
【００１３】
《油圧ショベル》
図３は、第１の実施形態に係る油圧ショベルの構成を示す斜視図である。
油圧ショベル１００は、走行体１１０と、走行体１１０に支持される旋回体１２０と、油圧により作動し旋回体１２０に支持される作業機１３０とを備える。旋回体１２０は、旋回中心を中心として走行体１１０に旋回自在に支持される。
【００１４】
作業機１３０は、ブーム１３１と、アーム１３２と、バケット１３３と、ブームシリンダ１３４と、アームシリンダ１３５と、バケットシリンダ１３６とを備える。
【００１５】
ブーム１３１の基端部は、旋回体１２０にブームピンＰ１を介して取り付けられる。
アーム１３２は、ブーム１３１とバケット１３３とを連結する。アーム１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にアームピンＰ２を介して取り付けられる。
バケット１３３は、土砂などを掘削するための刃先と掘削した土砂を収容するための収容部とを備える。バケット１３３の基端部は、アーム１３２の先端部にバケットピンＰ３を介して取り付けられる。なお、バケット１３３は、例えば法面バケットのように整地を目的としたバケットでもよいし、収容部を備えないバケットでもよい。
【００１６】
ブームシリンダ１３４は、ブーム１３１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１３４の基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１３４の先端部は、ブーム１３１に取り付けられる。
アームシリンダ１３５は、アーム１３２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１３５の基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３５の先端部は、アーム１３２に取り付けられる。
バケットシリンダ１３６は、バケット１３３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１３６の基端部は、アーム１３２に取り付けられる。バケットシリンダ１３６の先端部は、バケット１３３に取り付けられる。
【００１７】
旋回体１２０には、オペレータが搭乗する運転室１２１が備えられる。運転室１２１は、旋回体１２０の前方かつ作業機１３０の左側（＋Ｙｍ側）に備えられる。運転室１２１の内部には、作業機１３０を操作するための操作装置１２１１が設けられる。操作装置１２１１の操作量に応じて、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に作動油が供給され、作業機１３０が駆動する。
【００１８】
《油圧ショベルの制御系》
図４は、第１の実施形態に係る油圧ショベルの制御系の構成を示す概略ブロック図である。
油圧ショベル１００は、ストローク検出器１３７、操作装置１２１１、位置方位演算器１２３、傾斜検出器１２４、油圧装置１２５、作業機制御装置１２６、入出力装置１２７を備える。
【００１９】
ストローク検出器１３７は、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６のそれぞれのストローク長を検出する。これにより、作業機制御装置１２６は、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６のそれぞれのストローク長に基づいて、バケット１３３を含む作業機１３０の車体座標系における位置および姿勢角を検出することができる。
【００２０】
操作装置１２１１は、運転室１２１の右側に設けられる操作レバー１２１２と、運転室１２１の左側に設けられる操作レバー１２１３とを備える。操作装置１２１１は、操作レバー１２１２の前後方向および左右方向の操作量、ならびに操作レバー１２１３の前後方向および左右方向の操作量を検出し、検出された操作量に応じた操作信号を作業機制御装置１２６に出力する。第１の実施形態に係る操作装置１２１１による操作信号の生成方式は、ＰＰＣ（Pressure Proportional Control）方式である。ＰＰＣ方式とは、操作レバー１２１２および操作レバー１２１３の操作によって生成されるパイロット油圧を圧力センサにより検出し、操作信号を生成する方式である。操作レバー１２１２と操作レバー１２１３によってブーム１３１の操作、アーム１３２の操作、バケット１３３の操作、および旋回体１２０の旋回操作が行われる。
【００２１】
位置方位演算器１２３は、旋回体１２０の現場座標系における位置および旋回体１２０が向く方位を演算する。位置方位演算器１２３は、ＧＮＳＳを構成する人工衛星から測位信号を受信する第１受信器１２３１および第２受信器１２３２を備える。第１受信器１２３１および第２受信器１２３２は、それぞれ旋回体１２０の異なる位置に設置される。位置方位演算器１２３は、第１受信器１２３１が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１２０の代表点Ｏ（車体座標系の原点）の位置を検出する。
位置方位演算器１２３は、第１受信器１２３１が受信した測位信号と、第２受信器１２３２が受信した測位信号とを用いて、旋回体１２０の現場座標系における方位を演算する。
【００２２】
傾斜検出器１２４は、旋回体１２０の加速度および角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１２０の姿勢（例えば、Ｘｍ軸に対する回転を表すロール、Ｙｍ軸に対する回転を表すピッチ、およびＺｍ軸に対する回転を表すヨー）を検出する。傾斜検出器１２４は、例えば運転室１２１の下面に設置される。傾斜検出器１２４の例としては、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）が挙げられる。
【００２３】
油圧装置１２５は、図示しない作動油タンク、油圧ポンプ、流量制御弁、および電磁比例制御弁を備える。油圧ポンプは、図示しないエンジンの動力で駆動し、流量調整弁を介してブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に作動油を供給する。電磁比例制御弁は、作業機制御装置１２６から受信する制御指令に基づいて、操作装置１２１１から供給されるパイロット油圧を制限する。流量制御弁はロッド状のスプールを有し、スプールの位置によってブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に供給する作動油の流量を調整する。スプールは、電磁比例制御弁にて調整されたパイロット油圧によって駆動される。
【００２４】
作業機制御装置１２６は、位置方位演算器１２３が演算した旋回体１２０の位置および方位、傾斜検出器１２４が検出した旋回体１２０の傾斜角、ならびにストローク検出器１３７が検出したストローク長に基づいて、現場座標系におけるバケット１３３の位置および姿勢を特定する。また、作業機制御装置１２６は、油圧装置１２５の電磁比例制御弁にブームシリンダ１３４の制御指令、アームシリンダ１３５の制御指令、およびバケットシリンダ１３６の制御指令を出力する。
【００２５】
入出力装置１２７は、作業機制御装置１２６からの信号に基づいて画面を表示する。また入出力装置１２７は、利用者の操作に従って入力信号を生成し、作業機制御装置１２６に出力する。入出力装置１２７の例としては、タッチパネル、モニタ、携帯端末などが挙げられる。入出力装置１２７は、油圧ショベル１００の運転室に設けられてもよいし、例えば運転室の外部にある油圧ショベル１００を遠隔操作するための遠隔操作室に設けられてもよい。
【００２６】
《作業機の姿勢》
ここで、図１を参照しながら作業機１３０の位置及び姿勢について説明する。作業機制御装置１２６は、作業機１３０の位置及び姿勢を算出し、その位置及び姿勢に基づいて作業機１３０の制御指令を生成する。作業機制御装置１２６は、ブームピンＰ１を基準としたブーム１３１の姿勢角であるブーム角α、アームピンＰ２を基準としたアーム１３２の姿勢角であるアーム角β、バケットピンＰ３を基準としたバケット１３３の姿勢角であるバケット角γ、および車体座標系におけるバケット１３３の輪郭点の位置を算出する。バケット１３３の輪郭点とは、バケット１３３の輪郭に沿った所定位置に設定された複数の点である。本実施形態に係る輪郭点は、バケット１３３の刃先の点、バケット１３３の底面の点、バケット１３３の尻部の複数の点を含む。なお、他の実施形態においては、輪郭点はバケット１３３の輪郭に沿った点であれば上記位置に係る点でなくてもよい。また他の実施形態においては輪郭点が１点であってもよい。
【００２７】
ブーム角αは、ブームピンＰ１から旋回体１２０の上方向（＋Ｚｍ方向）に伸びる半直線と、ブームピンＰ１からアームピンＰ２へ伸びる半直線とがなす角によって表される。なお、旋回体１２０の姿勢（ピッチ角）θによって、旋回体１２０の上方向（＋Ｚｍ方向）と鉛直上方向（＋Ｚｇ方向）は必ずしも一致しない。
アーム角βは、ブームピンＰ１からアームピンＰ２へ伸びる半直線と、アームピンＰ２からバケットピンＰ３へ伸びる半直線とがなす角によって表される。
バケット角γは、アームピンＰ２からバケットピンＰ３へ伸びる半直線と、バケットピンＰ３からバケット１３３の刃先へ伸びる半直線とがなす角によって表される。
ここで、旋回体１２０を基準としたバケット１３３の姿勢角であるバケット末端角ηは、ブーム角α、アーム角β、バケット角γの和と等しい。バケット末端角ηは、バケットピンＰ３から旋回体１２０の上方向（＋Ｚｍ方向）に伸びる半直線と、バケットピンＰ３からバケット１３３の刃先へ伸びる半直線とがなす角に等しい。
【００２８】
バケット１３３の輪郭点の位置は、ブーム１３１の寸法であるブーム長Ｌ１、アーム１３２の寸法であるアーム長Ｌ２、バケット１３３の寸法であるバケット長Ｌ３、ブーム角α、アーム角β、バケット角γ、バケット１３３の形状情報、旋回体１２０の代表点Ｏの現場座標系における位置、および代表点ＯとブームピンＰ１との位置関係から求められる。ブーム長Ｌ１は、ブームピンＰ１からアームピンＰ２までの距離である。アーム長Ｌ２は、アームピンＰ２からバケットピンＰ３までの距離である。バケット長Ｌ３は、バケットピンＰ３からバケット１３３の刃先までの距離である。代表点ＯとブームピンＰ１との位置関係は、例えば、車体座標系におけるブームピンＰ１の位置によって表される。
【００２９】
《介入制御》
作業機制御装置１２６は、施工現場において設定された設計面にバケット１３３が侵入しないようにバケット１３３が施工対象に接近する方向の速度を制限する。以下、作業機制御装置１２６がバケット１３３の速度を制限することを介入制御ともいう。
【００３０】
介入制御において作業機制御装置１２６は、バケット１３３と設計面との距離が所定距離未満になった場合に、設計面にバケット１３３が侵入しないように、ブームシリンダ１３４の制御指令を生成して油圧装置１２５の電磁比例制御弁に当該制御指令を出力する。これにより、バケット１３３の速度がバケット１３３と設計面との距離に応じた速度となるように、ブーム１３１が駆動する。つまり作業機制御装置１２６は、ブームシリンダ１３４の制御指令によってブーム１３１を上昇させることでバケット１３３の速度を制限する。介入制御により、油圧ショベル１００のオペレータは、アーム操作によりバケット１３３を設計面に沿って単純に移動させることによりバケット１３３に当接する土砂を掻き均し、平らな設計面に対応した面を生成する均し作業を行うことができる。均し作業は、所定の作業状態の一例である。
なお、他の実施形態においては、介入制御においてアームシリンダ１３５の制御指令またはバケットシリンダ１３６の制御指令を出力しても良い。つまり、他の実施形態においては、介入制御においてアーム１３２を上昇させることでバケット１３３の速度を制限してもよいし、バケット１３３の速度を直接制限してもよい。
【００３１】
《作業機制御装置》
作業機制御装置１２６は、プロセッサ１２６１、メインメモリ１２６２、ストレージ１２６３、インタフェース１２６４を備える。
【００３２】
ストレージ１２６３には、作業機１３０を制御するためのプログラムが記憶されている。ストレージ１２６３の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、不揮発性メモリ等が挙げられる。ストレージ１２６３は、作業機制御装置１２６のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース１２６４または通信回線を介して作業機制御装置１２６に接続される外部メディアであってもよい。
【００３３】
プロセッサ１２６１は、ストレージ１２６３からプログラムを読み出してメインメモリ１２６２に展開し、プログラムに従って処理を実行する。またプロセッサ１２６１は、プログラムに従ってメインメモリ１２６２に記憶領域を確保する。インタフェース１２６４は、ストローク検出器１３７、操作装置１２１１、位置方位演算器１２３、傾斜検出器１２４、油圧装置１２５の電磁比例制御弁、入出力装置１２７、およびその他の周辺機器と接続され、信号の入出力を行う。
【００３４】
プログラムは、作業機制御装置１２６に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ１２６３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。
【００３５】
図５は、第１の実施形態に係る作業機制御装置の構成を示すブロック図である。
作業機制御装置１２６は、作業機械情報記憶部６０１、操作量取得部６０２、検出情報取得部６０３、バケット位置特定部６０４、目標施工データ記憶部６０５、距離特定部６０６、制御線決定部６０７、目標速度演算部６０８、制御指令生成部６０９、制御指令出力部６１０、バケット位置記憶部６１１、バケット位置送信部６１２、上方更新フラグ取得部６１３、上方更新フラグ記憶部６１４を備える。
【００３６】
作業機械情報記憶部６０１は、ブーム長Ｌ１、アーム長Ｌ２、バケット長Ｌ３、バケット１３３の輪郭点の位置、および旋回体１２０の代表点Ｏの位置とブームピンＰ１との位置関係を記憶する。
【００３７】
操作量取得部６０２は、操作装置１２１１から操作量（パイロット油圧または操作レバー１２１２および操作レバー１２１３の角度等）を示す操作信号を取得する。例えば、操作量取得部６０２は、ブーム１３１に係る操作量、アーム１３２に係る操作量、バケット１３３に係る操作量、および旋回に係る操作量を取得する。
【００３８】
検出情報取得部６０３は、位置方位演算器１２３、傾斜検出器１２４、ストローク検出器１３７のそれぞれが検出した情報を取得する。例えば、検出情報取得部６０３は、旋回体１２０の現場座標系における位置情報、旋回体１２０が向く方位、旋回体１２０の姿勢、ブームシリンダ１３４のストローク長、アームシリンダ１３５のストローク長、およびバケットシリンダ１３６のストローク長を取得する。
【００３９】
バケット位置特定部６０４は、検出情報取得部６０３が取得した情報に基づいて、バケット１３３の位置および姿勢を特定する。このときバケット位置特定部６０４は、バケット末端角ηを特定する。バケット位置特定部６０４は、以下の手順でバケット末端角ηを特定する。バケット位置特定部６０４は、ブームシリンダ１３４のストローク長から、ブーム角αを算出する。バケット位置特定部６０４は、アームシリンダ１３５のストローク長から、アーム角βを算出する。バケット位置特定部６０４は、バケットシリンダ１３６のストローク長から、バケット角γを算出する。そして、バケット位置特定部６０４は、ブーム角α、アーム角β、およびバケット角γを加算することで、バケット末端角ηを算出する。
【００４０】
また、バケット位置特定部６０４は、検出情報取得部６０３が取得した情報と作業機械情報記憶部６０１が記憶する情報とに基づいて、バケット１３３の複数の輪郭点の現場座標系における位置を特定する。バケット位置特定部６０４は、以下の手順で作業機１３０の輪郭点の現場座標系における位置を特定する。バケット位置特定部６０４は、検出情報取得部６０３が取得したブーム角αと作業機械情報記憶部６０１が記憶するブーム長Ｌ１とに基づいて、車体座標系におけるアームピンＰ２の位置を特定する。バケット位置特定部６０４は、アームピンＰ２の位置と、検出情報取得部６０３が取得したアーム角βと作業機械情報記憶部６０１が記憶するアーム長Ｌ２とに基づいて、車体座標系におけるバケットピンＰ３の位置を特定する。バケット位置特定部６０４は、バケットピンＰ３の位置と、検出情報取得部６０３が取得したバケット角γと、作業機械情報記憶部６０１が記憶するバケット長Ｌ３とに基づいて、バケット１３３の位置および姿勢を特定する。バケット位置特定部６０４は、特定したバケット１３３の位置および姿勢と、作業機械情報記憶部６０１が記憶するバケット１３３の形状情報とに基づいて、車体座標系におけるバケット１３３の輪郭点の位置を特定する。そして、バケット位置特定部６０４は、検出情報取得部６０３が取得した旋回体１２０の現場座標系における位置情報、旋回体１２０が向く方位、および旋回体１２０の姿勢に基づいて、車体座標系におけるバケット１３３の輪郭点の位置を、現場座標系における位置に変換する。なお、この時求められるバケット１３３の輪郭点の位置は、バケット１３３の輪郭点のうち、例えば幅方向中央の点の位置である。
【００４１】
目標施工データ記憶部６０５は、施工現場の設計面を表す目標施工データを記憶する。目標施工データは、現場座標系で表される三次元データであって、設計面を表す複数の三角形ポリゴンからなる立体地形データ等である。目標施工データを構成する三角形ポリゴンは、それぞれ隣接する他の三角形ポリゴンと共通の辺を有する。つまり、目標施工データは、複数の平面から構成される連続した平面を表す。目標施工データは、外部記憶媒体から読み込まれることで、またはネットワークＮを介して外部サーバから受信されることで、目標施工データ記憶部６０５に記憶される。
【００４２】
距離特定部６０６は、バケット１３３の複数の輪郭点Ｅそれぞれと、設計面との距離を特定する。例えば、距離特定部６０６は、以下の方法で輪郭点Ｅと設計面との距離を特定する。なお、他の実施形態においては輪郭点はバケット１３３の所定位置の１か所にのみ設けられてもよい。この場合、距離特定部６０６は、その輪郭点について設計面との距離を特定する。
図６は、バケットの複数の輪郭点と設計面との関係を示す図である。第１の実施形態に係る複数の輪郭点Ｅは、バケット１３３の複数の横断線と複数の縦断面との交点である。バケット１３３の複数の横断線は、バケット１３３の刃先１３３Ａが並ぶ刃先線と、当該刃先線と平行な線であってバケット１３３の底面１３３Ｂおよび尻部１３３Ｃ等の領域における複数の線とからなる。バケット１３３の複数の縦断面は、バケット１３３の両側面と、両側面に平行な面であって両側面の間を分割する面とからなる。
距離特定部６０６は、バケット１３３の各縦断面と設計面との交線をそれぞれ特定する。距離特定部６０６は、各縦断面について、当該縦断面上の輪郭点Ｅと特定した交線との距離をそれぞれ求める。
【００４３】
制御線決定部６０７は、バケット１３３の介入制御に用いられる制御線Ｇを決定する。制御線決定部６０７は、例えば、距離特定部６０６が特定した最も短い距離に係る輪郭点Ｅを含むバケット１３３の縦断面と設計面との交線を制御線Ｇに決定する。なお、他の実施形態において制御線を決定するための縦断面は、最も短い距離に係る輪郭点Ｅを含むものに限られず、バケット１３３の中央を通る縦断面など予め定められた面や手動で選択された面であってもよい。
【００４４】
目標速度演算部６０８は、操作量取得部６０２が取得した操作レバー１２１２および操作レバー１２１３の操作量に基づいて、ブームピンＰ１を基準としたブーム１３１の目標速度であるブーム目標速度、アームピンＰ２を基準としたアーム１３２の目標速度であるアーム目標速度、およびバケットピンＰ３を基準としたバケット１３３の目標速度であるバケット目標速度を決定する。なお、以下、ブーム目標速度、アーム目標速度およびバケット目標速度の垂直方向成分の和によって表される、旋回体１２０を基準としたバケット１３３の垂直方向の目標速度をバケット末端目標速度という。また、ブームピンＰ１を基準としたブーム１３１の速度をブーム速度といい、アームピンＰ２を基準としたアーム１３２の速度をアーム速度といい、バケットピンＰ３を基準としたバケット１３３の速度をバケット速度といい、ブーム速度、アーム速度およびバケット速度の垂直方向成分の和によって表される、旋回体１２０を基準としたバケット１３３の垂直方向の速度をバケット末端速度という。以下、垂直方向下向きの速度を正数で表し、垂直方向上向きの速度を負数で表す。
【００４５】
制御指令生成部６０９は、距離特定部６０６が特定した距離に基づいて、バケット１３３が制御線Ｇより下方に侵入しないように作業機１３０を制御する介入制御を行う。制御指令生成部６０９は、バケット１３３の輪郭点Ｅと制御線Ｇとの距離とバケット１３３が制御線Ｇに接近するバケット末端速度の許容上限値との関係を示す速度テーブルを満たすよう、ブーム１３１の垂直方向の制限速度を決定する。速度テーブルの例としては、バケット１３３の輪郭点Ｅと制御線Ｇとの距離が０に近づくほどバケット末端速度の許容上限値が０に近づくテーブルが挙げられる。なお、本実施形態においては、制御指令生成部６０９が、ブーム１３１の垂直方向の制限速度を決定するが、これに限られず、例えば法線方向の制限速度を決定してもよい。
例えば、制御指令生成部６０９は、速度テーブルにおけるバケット末端速度の許容上限値より、ブーム目標速度、アーム目標速度、およびバケット目標速度の垂直方向成分によって求められるバケット末端目標速度が大きい場合、介入制御を行う。制御指令生成部６０９は、介入制御を行う場合、バケット末端速度の上限値からアーム目標速度およびバケット目標速度の垂直方向成分の和を減算することで、ブーム１３１の垂直方向の制限速度を算出する。制御指令生成部６０９は、ブーム１３１の垂直方向の制限速度から、ブーム速度を決定する。
他方、制御指令生成部６０９は、バケット末端目標速度が、速度テーブルにおけるバケット末端速度の許容上限値以下である場合、介入制御を行わない。介入制御を行わない場合、制御指令生成部６０９は、ブーム目標速度、アーム目標速度およびバケット目標速度に基づいて、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の制御指令を生成する。
【００４６】
制御指令出力部６１０は、制御指令生成部６０９が生成したブーム１３１の制御指令、アーム１３２の制御指令、およびバケット１３３の制御指令を油圧装置１２５の電磁比例制御弁に出力する。
【００４７】
バケット位置記憶部６１１は、バケット位置特定部６０４が特定したバケット１３３の複数の輪郭点Ｅの現場座標系における位置、制御指令生成部６０９による介入制御の有無を示す介入フラグ、ならびに均し作業中に現況地形データを上方の値（現在のＺｇの値より大きい値）に更新することを許容するか否かを示す上方更新フラグを、時刻に関連付けて記憶する。制御指令生成部６０９によって介入制御がなされている場合、介入フラグがオンになる。制御指令生成部６０９によって介入制御がなされていない場合、介入フラグがオフになる。上方更新フラグがオンである場合、均し作業中に現況地形データを上方の値に更新することが許容される。上方更新フラグがオフである場合、均し作業中に現況地形データを上方の値に更新することが許容されない。ここで、現況地形データの高さを上方の値に更新するとは、現況地形データにおける任意の平面位置（Ｘｇ１、Ｙｇ１）における高さの値Ｚｇ１を、Ｚｇ１よりも高い値Ｚｇ１´に更新すること、すなわちその点の現況地形データＸｇ１、Ｙｇ１、Ｚｇ１を、Ｘｇ１、Ｙｇ１、Ｚｇ１’に更新することをいう。
【００４８】
バケット位置送信部６１２は、バケット位置記憶部６１１が記憶する情報を施工管理装置２００に送信する。
【００４９】
上方更新フラグ取得部６１３は、入出力装置１２７を介して、油圧ショベル１００のオペレータから、施工管理装置２００に、均し作業中に現況地形データを上方の値に更新することを許容するか否かの入力を受け付ける。上方更新フラグ取得部６１３は、入力された情報に基づいて、上方更新フラグ記憶部６１４が記憶する上方更新フラグを更新する。
【００５０】
《作業機制御装置の動作》
以下、第１の実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法について説明する。
図７は、第１の実施形態に係る作業機制御装置の動作を示すフローチャートである。作業機制御装置１２６は、所定の制御周期ごとに以下に示す制御を実行する。
操作量取得部６０２は、操作装置１２１１からブーム１３１に係る操作量、アーム１３２に係る操作量、バケット１３３に係る操作量、および旋回に係る操作量を取得する（ステップＳ１）。検出情報取得部６０３は、位置方位演算器１２３、傾斜検出器１２４、ストローク検出器１３７のそれぞれが検出した情報を取得する（ステップＳ２）。
【００５１】
バケット位置特定部６０４は、各油圧シリンダのストローク長からブーム角α、アーム角β、およびバケット角γを算出する（ステップＳ３）。またバケット位置特定部６０４は、算出したピン基準姿勢角α、β、γと、作業機械情報記憶部６０１が記憶するブーム長Ｌ１、アーム長Ｌ２、バケット長Ｌ３およびバケット１３３の形状情報と、検出情報取得部６０３が取得した旋回体１２０の位置、方位および姿勢とに基づいて、バケット末端角ηおよび現場座標系におけるバケット１３３の複数の輪郭点Ｅの位置を算出する（ステップＳ４）。バケット位置特定部６０４は、バケット１３３の複数の輪郭点Ｅの位置を現在時刻に関連付けてバケット位置記憶部６１１に記憶させる。またこのとき、上方更新フラグ取得部６１３は、上方更新フラグ記憶部６１４が記憶する上方更新フラグを現在時刻に関連付けてバケット位置記憶部６１１に記憶させる（ステップＳ５）。つまり、制御指令生成部６０９は、上方更新フラグ記憶部６１４が記憶する上方更新フラグがオンを示す場合、バケット位置記憶部６１１にオンを示す上方更新フラグを記録し、上方更新フラグ記憶部６１４が記憶する上方更新フラグがオフを示す場合、バケット位置記憶部６１１にオフを示す上方更新フラグを記録する。
【００５２】
距離特定部６０６は、複数の輪郭点Ｅのそれぞれと目標施工データ記憶部６０５が記憶する目標施工データが表す設計面との距離を特定する（ステップＳ６）。制御線決定部６０７は、距離特定部６０６が特定した距離に基づいて制御線Ｇを決定する（ステップＳ７）。
【００５３】
目標速度演算部６０８は、ステップＳ１で操作量取得部６０２が取得した操作量に基づいて、ブーム目標速度、アーム目標速度およびバケット目標速度を算出する（ステップＳ８）。
【００５４】
制御指令生成部６０９は、距離特定部６０６が特定した距離のうち最も短いものが所定距離未満であるか否かを判定する（ステップＳ９）。制御線Ｇとバケット１３３の輪郭点Ｅとの距離が所定距離以上である場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、制御指令生成部６０９は、介入制御を行わない。介入制御を行わない場合、制御指令生成部６０９は、ブーム目標速度、アーム目標速度およびバケット目標速度に基づいて、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の制御指令を生成する（ステップＳ１０）。このとき、制御指令生成部６０９は、現在時刻に関連付けて介入制御を行わないことを示す介入フラグをバケット位置記憶部６１１に記憶させる（ステップＳ１１）。つまり、制御指令生成部６０９は、介入フラグをオフにする。
【００５５】
他方、制御線Ｇとバケット１３３の輪郭点Ｅとの距離が所定距離未満である場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、制御指令生成部６０９は、介入制御を行う。介入制御を行う場合、制御指令生成部６０９は、距離特定部６０６が特定した距離と作業機械情報記憶部６０１に記憶されている上述の速度テーブルとに基づいてバケット末端速度の許容上限値を特定する（ステップＳ１２）。次に、制御指令生成部６０９は、ステップＳ８で算出したブーム目標速度、アーム目標速度、およびバケット目標速度の垂直方向成分に基づいて、バケット末端目標速度を算出する（ステップＳ１３）。次に、制御指令生成部６０９は、ステップＳ１３で算出したバケット末端目標速度が、ステップＳ１２で特定したバケット末端速度の許容上限値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。
【００５６】
バケット末端目標速度がバケット末端速度の許容上限値未満である場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御指令生成部６０９は、ブーム目標速度、アーム目標速度およびバケット目標速度に基づいて、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の制御指令を生成する（ステップＳ１０）。他方、バケット末端目標速度がバケット末端速度の許容上限値以上である場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、制御指令生成部６０９は、バケット末端目標速度とバケット末端速度との差分に基づいてブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の制御指令を生成する（ステップＳ１５）。このとき、制御指令生成部６０９は、現在時刻に関連付けて介入制御を行うことを示す介入フラグをバケット位置記憶部６１１に記憶させる（ステップＳ１６）。つまり、制御指令生成部６０９は、介入フラグをオンにする。
【００５７】
制御指令生成部６０９がブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の制御指令を生成すると、制御指令出力部６１０は、当該制御指令を油圧装置１２５の電磁比例制御弁に出力する（ステップＳ１７）。これにより、油圧装置１２５は、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６を駆動させる。
【００５８】
上記の処理を繰り返し行うことで、作業機制御装置１２６のバケット位置記憶部６１１には、複数の輪郭点Ｅの現場座標系における位置、介入フラグ、および上方更新フラグが、それぞれ時系列として記憶される。バケット位置送信部６１２は、所定のタイミングに、バケット位置記憶部６１１が記憶する情報を、ネットワークＮを介して施工管理装置２００に送信する。
【００５９】
《施工管理装置の構成》
図８は、第１の実施形態に係る施工管理装置の構成を示す概略ブロック図である。
施工管理装置２００は、プロセッサ２１００、メインメモリ２２００、ストレージ２３００、インタフェース２４００を備えるコンピュータである。ストレージ２３００は、プログラムを記憶する。プロセッサ２１００は、プログラムをストレージ２３００から読み出してメインメモリ２２００に展開し、プログラムに従った処理を実行する。施工管理装置２００は、インタフェース２４００を介してネットワークＮに接続される。また施工管理装置２００は、インタフェース２４００を介して図示しない入出力装置に接続される。
【００６０】
ストレージ２３００の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、不揮発性メモリ等が挙げられる。ストレージ２３００は、施工管理装置２００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース２４００を介して施工管理装置２００に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ２３００は、一時的でない有形の記憶媒体である。
【００６１】
ストレージ２３００は、目標施工データ記憶部２３０１および現況地形記憶部２３０２としての記憶領域を有する。
目標施工データ記憶部２３０１は、目標施工データ記憶部６０５と同様に、施工現場の設計面を表す目標施工データを記憶する。目標施工データは例えば現場座標系に関するデータである。
現況地形記憶部２３０２は、施工現場の地形を表す三次元データである現況地形データを記憶する。現況地形データは、例えば、現場座標系における水平面（Ｘｇ−Ｙｇ平面）を区切る各グリッド上における高さ（Ｚｇ）を表す点の集合によって、施工現場の現況地形を表す点群データであってよい。なお、現況地形データは、所定の条件に基づいて最新のデータに更新されるものであってもよい。
【００６２】
プロセッサ２１００は、プログラムを実行することで、バケット位置取得部２１０１、時系列選択部２１０２、作業状態特定部２１０３、距離特定部２１０４、最短距離ライン決定部２１０５、現況地形更新部２１０６として機能する。
【００６３】
バケット位置取得部２１０１は、作業機制御装置１２６から、バケット１３３の複数の輪郭点Ｅの現場座標系における位置、介入フラグ、及び上方更新フラグの時系列を取得する。
【００６４】
時系列選択部２１０２は、バケット位置取得部２１０１が取得した輪郭点Ｅの位置、介入フラグおよび上方更新フラグの時系列から早い順に１つずつ処理対象とする時刻を選択する。
【００６５】
作業状態特定部２１０３は、バケット位置取得部２１０１が取得した時系列のうち、時系列選択部２１０２に選択された時刻に係る介入フラグに基づいて、作業機１３０の作業状態が均し作業状態であるか否かを判定する。つまり、作業状態特定部２１０３は、介入フラグが、介入制御がなされたことを示す場合、作業状態が均し作業状態であると判定する。
【００６６】
距離特定部２１０４は、作業機制御装置１２６の距離特定部６０６と同様に、バケット１３３の複数の輪郭点Ｅそれぞれと、設計面との距離を特定する。つまり、距離特定部２１０４は、バケット１３３の各縦断面と設計面との交線をそれぞれ特定し、各縦断面について、当該縦断面上の輪郭点Ｅと特定した交線との距離をそれぞれ求める。
【００６７】
最短距離ライン決定部２１０５は、距離特定部２１０４が特定した各輪郭点と設計面との距離のうち、最も短い距離に係る輪郭点Ｅを通るバケット幅方向ラインを、現況地形データの更新に用いられる最短距離ラインＬｍに決定する。輪郭点Ｅを通るバケット幅方向ラインとは、輪郭点Ｅを通り、バケット１３３の幅方向に伸び、バケット１３３の幅と同じ長さを有する線分である。
【００６８】
現況地形更新部２１０６は、作業状態特定部２１０３によって作業状態が均し作業状態でないと特定された場合、現況地形記憶部２３０２が記憶する現況地形データのうち、バケット１３３の位置に対応する平面位置に係る現況地形データの高さの値を、最短距離ラインＬｍの輪郭点Ｅの高さと現況地形データの高さのうち、高さが低いもので更新する。つまり、現況地形更新部２１０６は、作業状態が均し作業状態でない場合であって、バケット１３３の最下点の高さが現況地形データの高さ以下である場合、バケット１３３の最下点高さで現況地形データの高さを更新する。現況地形データとバケット１３３のうち最も下方の点によって現況地形データを更新する手法を、最下点更新という。他方、現況地形更新部２１０６は、作業状態が均し作業状態でない場合であって、バケット１３３の最下点高さが現況地形データの高さより高い場合、現況地形データを更新しない。
現況地形更新部２１０６は、作業状態特定部２１０３によって作業状態が均し作業状態であると特定された場合、現況地形記憶部２３０２が記憶する現況地形データを、最短距離ラインＬｍと現況地形データとの位置関係によらず、最短距離ラインＬｍの高さで更新する。つまり、現況地形更新部２１０６は、作業状態が均し作業状態である場合、現況地形データの高さより最短距離ラインＬｍの高さが高い場合、現況地形データを上方の値に更新する。最短距離ラインＬｍの位置によって現況地形データを上方の値に更新する手法を、上方更新という。また現況地形データの高さによらず、最短距離ラインＬｍの位置によって現況地形データを更新する手法を常時更新ともいう。
現況地形更新部２１０６は、上方更新フラグおよび介入フラグがオンであるという上方更新許可条件を満たした場合には上方更新を行い、上方更新許可条件を満たさなかった場合には最下点更新を行う。
【００６９】
なお、上述した通り、油圧ショベル１００のオペレータは、予め、均し作業中に現況地形データを上方の値に更新することを許容するか否かを示す上方更新フラグを設定することができる。上方更新フラグは、バケット位置取得部２１０１によって時系列として取得される。
【００７０】
《施工管理装置の動作》
以下、第１の実施形態に係る施工管理装置２００の動作方法について説明する。
図９は、第１の実施形態に係る施工管理装置の動作を示すフローチャートである。
施工管理装置２００のバケット位置取得部２１０１は、油圧ショベル１００の作業機制御装置１２６から、バケット１３３の複数の輪郭点Ｅの現場座標系における位置、介入フラグ、および上方更新フラグの時系列を取得する（ステップＳ５１）。
【００７１】
時系列選択部２１０２は、輪郭点Ｅの位置、介入フラグおよび上方更新フラグの時系列における最も早い時刻であって、まだ選択されていないものを１つ選択する（ステップＳ５２）。
距離特定部２１０４は、選択された時刻に係る複数の輪郭点Ｅの位置のそれぞれと設計面との距離を特定する（ステップＳ５３）。次に、最短距離ライン決定部２１０５は、設計面との距離が最も短い輪郭点Ｅを通る最短距離ラインＬｍを特定する（ステップＳ５４）。
【００７２】
現況地形更新部２１０６は、選択された時刻に係る上方更新フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ５５）。上方更新フラグがオフである場合（ステップＳ５５：ＮＯ）、現況地形更新部２１０６は、最短距離ラインＬｍ上の複数の輪郭点Ｅについて、当該輪郭点Ｅと平面位置を同じくする点の現況地形データの高さと、輪郭点Ｅの高さとを比較し、輪郭点Ｅの高さが現況地形データの高さ未満であるか否かを判定する（ステップＳ５６）。ここで「平面位置」とは、上方からの平面視における平面位置である。
【００７３】
輪郭点Ｅの高さが現況地形データの高さ未満である場合（ステップＳ５６：ＹＥＳ）、現況地形更新部２１０６は、輪郭点Ｅと平面位置を同じくする点の現況地形データの高さを、輪郭点Ｅの高さに更新する（ステップＳ５７）。すなわち現況地形更新部２１０６は、最下点のバケット１３３の高さに基づいて現況地形データを更新する。他方、輪郭点Ｅの高さが現況地形データの高さ以上である場合（ステップＳ５６：ＮＯ）、現況地形データの高さを更新しない。
【００７４】
他方、上方更新フラグがオンである場合（ステップＳ５５：ＹＥＳ）、作業状態特定部２１０３は、選択された時刻に係る介入フラグに基づいて、作業機１３０の作業状態が均し作業状態であるか否かを判定する（ステップＳ５８）。作業機１３０の作業状態が均し作業状態でない場合（ステップＳ５８：ＮＯ）、現況地形更新部２１０６は、ステップＳ５６、ステップＳ５７により、輪郭点Ｅの高さが現況地形データの高さ未満である場合に目標施工データの高さを更新する。
他方、作業機１３０の作業状態が均し作業状態である場合（ステップＳ５８：ＹＥＳ）、現況地形更新部２１０６は、ステップＳ５７へ処理を進め、輪郭点Ｅの高さが現況地形データの高さ未満であるか否かに関わらず、現況地形データの高さを輪郭点Ｅの高さに更新する。すなわち現況地形更新部２１０６は、常時最新のバケット１３３の位置に基づいて現況地形データを更新する。
【００７５】
次に、時系列選択部２１０２は、ステップＳ５１で取得した時系列に、選択されていない時刻があるか否かを判定する（ステップＳ５９）。選択されていない時刻がある場合（ステップＳ５９：ＹＥＳ）、時系列選択部２１０２は、処理をステップＳ５２に戻し、次の時刻を選択する。
他方、選択されていない時刻がない場合（ステップＳ５９：ＮＯ）、施工管理装置２００は、現況地形データの更新処理を終了する。
【００７６】
《作用・効果》
図１０は、盛土作業の例を示す図である。
例えば、高速道路の敷設工事において施工現場が平地である場合、土手を形成するために盛土作業を行う必要がある。ダンプトラック３００は、土手の形成のために必要となる土砂を運搬し、施工現場に排土する。これにより施工現場には土砂の山Ｍが形成される。油圧ショベル１００は、バケット１３３によって土砂の山Ｍを切り崩し、均し作業によって土手を形成する。この場合、施工開始後の現況地形は、施工前より高くなる。
【００７７】
図１１は、第１の実施形態に係る施工管理装置による現況地形データの更新処理の例を示す図である。
均し作業中に現況地形データの高さを上方の値に更新することが許容されており、かつ作業状態が均し作業状態である場合、図１０に示すように、現況地形データは、設計面に最も近い輪郭点Ｅの高さに更新される。つまり、第１の実施形態によれば、施工管理装置２００は、作業状態が均し作業状態である場合に、バケット１３３の輪郭点Ｅが通過した高さに基づいて、バケット１３３の位置に対応する平面位置における現況地形データの高さを上方の値に更新する。これにより、施工管理装置２００は、油圧ショベル１００による盛土作業時に実際の現場における現況地形を反映するように現況地形データを更新することができる。このとき、現況地形データのうちバケット１３３が通過していない領域については、高さが上方に更新されない。この場合、入出力装置１２７は、図１１に示す現況地形を表す図を表示してもよい。つまり、入出力装置１２７は、作業機１３０の作業状態が所定の作業状態である場合に、バケット１３３の高さに基づいて現況地形の高さを表す線を、上方の位置に更新して表示する図示しない表示部を有する表示装置として機能する。図１１は、入出力装置１２７の表示部に表示される画面の例である。表示部には、油圧ショベル１００を側面視した視点において、少なくともバケット１３３を側面視した画像と、設計面を示す線と、現況地形を示す線とが表示される。
【００７８】
また、第１の実施形態に係る油圧ショベル１００は、設計面とバケット１３３との距離が所定距離未満である場合に、設計面とバケット１３３との距離に基づいて作業機１３０を減速させる介入制御機能を有する。そして、施工管理装置２００は、作業機１３０が介入制御されているときに、作業状態が均し作業であると判定する。これにより、施工管理装置２００は、オペレータ等の入力によらず、自動で作業状態を判定することができる。
【００７９】
また、第１の実施形態に係る施工管理装置２００は、バケット１３３の複数の輪郭点Ｅのうち最も設計面に近い点に基づいて現況地形データの高さを更新する。これにより、施工管理装置２００は、バケット１３３の刃先で均し作業がなされる場合も、バケット１３３の底面で均し作業がなされる場合も、適切に現況地形データの高さを更新することができる。
【００８０】
また、第１の実施形態に係る施工管理装置２００は、油圧ショベル１００から、バケット１３３の位置を取得し、バケット１３３の位置に基づいて、現況地形データの高さを最下点にて更新する最下点更新、または前記現況地形データの高さを上方に更新する上方更新を行う。施工管理装置２００は、上方更新フラグおよび介入フラグがオンであるという上方更新許可条件を満たした場合には上方更新を行い、上方更新許可条件を満たさなかった場合には最下点更新を行う。これにより、施工管理装置２００は、作業機械による盛土作業時に現況地形データを上方の値に更新することができる。
【００８１】
〈第２の実施形態〉
次に、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態に係る施工管理装置２００は、介入制御がなされているときに、均し作業がなされていると判定し、現況地形データの上方の値への更新を許容する。このとき、油圧ショベル１００のオペレータが均し作業の終了時にバケット１３３を上方へ移動させると、当該移動に伴って現況地形データも上方の値への更新されてしまう可能性がある。第２の実施形態に係る施工管理装置２００は、均し作業の終了時にバケット１３３を上方へ移動させても現況地形データを更新しない。
【００８２】
《施工管理装置の構成》
第２の実施形態に係る施工管理装置２００は、第１の実施形態と同様の構成を備え、時系列選択部２１０２および現況地形更新部２１０６の動作が第１の実施形態と異なる。
【００８３】
時系列選択部２１０２は、選択した時刻に係る作業が均し作業である場合、ステップＳ５１で取得した時系列からその時刻以降の均し作業に係る時間帯を特定する。つまり、時系列選択部２１０２は、上記時系列から一連の均し作業の開始から終了までの時間帯を特定する。
現況地形更新部２１０６は、時系列選択部２１０２が特定した時間帯の各時刻に係る複数の輪郭点Ｅの位置に基づいて、平面位置ごとの最下点の高さを特定し、現況地形を更新する。すなわち、現況地形更新部２１０６は、上記時間帯の間で輪郭点Ｅが所定の平面位置に存在した時刻が複数回あった場合に、各時刻における輪郭点Ｅの高さの中で最下点となる輪郭点Ｅの高さを最下点高さと判断して、当該平面位置における現況地形の高さを更新する。
【００８４】
《施工管理装置の動作》
以下、第２の実施形態に係る施工管理装置２００の動作方法について説明する。
図１２は、第２の実施形態に係る施工管理装置の動作を示すフローチャートである。
第２の実施形態に係る施工管理装置２００は、第１の実施形態と同様に、ステップＳ５１からステップＳ５５の処理を実行する。第２の実施形態に係る施工管理装置２００は、ステップＳ５５において、均し作業中に現況地形データを上方の値に更新することが許容されていない場合（ステップＳ５５：ＮＯ）、および作業機１３０の作業状態が均し作業状態でない場合（ステップＳ５８：ＮＯ）、第１の実施形態と同様に、ステップＳ５６からステップＳ５９の処理を実行する。
【００８５】
他方、作業機１３０の作業状態が均し作業状態である場合（ステップＳ５８：ＹＥＳ）、時系列選択部２１０２は、ステップＳ５２で選択した時刻以降の均し作業状態に係る時間帯を特定する（ステップＳ１５１）。次に、現況地形更新部２１０６は、特定した時間帯の各時刻に係る複数の輪郭点Ｅの位置に基づいて、平面位置ごとの最下点の高さを特定する（ステップＳ１５２）。  そして、現況地形更新部２１０６は、各最下点と同じ平面位置の現況地形データの高さを、各最下点の高さに更新する（ステップＳ５７）。
【００８６】
《作用・効果》
図１３は、第２の実施形態に係る施工管理装置による現況地形データの更新処理の例を示す図である。
均し作業中に現況地形データを上方の値に更新することが許容されており、かつ作業状態が均し作業状態である場合、図１３に示すように、均し作業状態に係る時間帯における輪郭点Ｅの最下点の高さに更新される。例えば、図１３に示すように、均し作業の終了後、バケット１３３が上方に移動すると、バケット１３３の平面位置の高さは、実際に均し作業がなされていたときのバケット１３３の高さより高くなる。したがって、第２の実施形態において均し作業の終了後のバケット１３３の移動は、現況地形データの更新に用いられない。つまり、第２の実施形態に係る施工管理装置２００によれば、均し作業の終了時にバケット１３３を上方へ移動させた場合に現況地形データが誤って更新されることを防ぐことができる。
【００８７】
〈第３の実施形態〉
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態に係る施工管理装置２００は、第２の実施形態と異なる方法で、均し作業の終了時にバケット１３３を上方へ移動させても現況地形データが誤って更新されることを防ぐ。
【００８８】
《施工管理装置の構成》
第３の実施形態に係る施工管理装置２００は、第１の実施形態と同様の構成を備え、バケット位置取得部２１０１、作業状態特定部２１０３、および現況地形更新部２１０６の動作が第１の実施形態と異なる。
【００８９】
バケット位置取得部２１０１は、油圧ショベル１００の作業機制御装置１２６から、作業機１３０の操作量の時系列をさらに取得する。つまり、第３の実施形態に係る作業機制御装置１２６の操作量取得部６０２は、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作量を時刻に関連付けてバケット位置記憶部６１１に記憶させ、バケット位置送信部６１２は、複数の輪郭点Ｅの位置、介入フラグ、および上方更新フラグに加え、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作量を送信する。つまりバケット位置取得部２１０１は、作業機１３０を操作するための操作レバーの操作信号を取得する操作信号取得部の一例である。
作業状態特定部２１０３は、バケット位置取得部２１０１が取得したブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作量に基づき、バケット１３３が上方に移動するか否かを判定する。
【００９０】
《施工管理装置の動作》
以下、第３の実施形態に係る施工管理装置２００の動作方法について説明する。
図１４は、第３の実施形態に係る施工管理装置の動作を示すフローチャートである。
第３の実施形態に係る施工管理装置２００のバケット位置取得部２１０１は、ステップＳ５１において、油圧ショベル１００の作業機制御装置１２６から、バケット１３３の複数の輪郭点Ｅの現場座標系における位置、介入フラグ、上方更新フラグ、および作業機１３０の操作量の時系列を取得する（ステップＳ２５１）。
次に、施工管理装置２００は、第１の実施形態と同様に、ステップＳ５２からステップＳ５５の処理を実行する。第３の実施形態に係る施工管理装置２００は、ステップＳ５５において、上方更新フラグがオフである場合（ステップＳ５５：ＮＯ）、および作業機１３０の作業状態が均し作業状態でない場合（ステップＳ５８：ＮＯ）、第１の実施形態と同様に、ステップＳ５６からステップＳ５７の処理を実行する。
【００９１】
他方、作業機１３０の作業状態が均し作業状態である場合（ステップＳ５８：ＹＥＳ）、作業状態特定部２１０３ブーム動作判定部は、選択された時刻に係るブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作量に基づき、バケット１３３が上方に移動するか否かを判定する（ステップＳ２５２）。バケット１３３が上方に移動すると判定された場合（ステップＳ２５２：ＹＥＳ）、現況地形更新部２１０６は、現況地形データの高さを上方の値に更新しない。つまり、バケット１３３が上方に移動すると判定された場合、現況地形更新部２１０６は、現況地形データの高さを上方の値に更新することを禁止する。オペレータによってバケット１３３を上方に移動する操作がなされているということは、オペレータが均し作業を終了することを意図しているためである。
【００９２】
そして、バケット１３３が上方に移動すると判定された場合（ステップＳ２５３：ＹＥＳ）、現況地形更新部２１０６は、ステップＳ５７に処理を進め、最短距離ラインＬｍに基づいて現況地形データの高さを更新する（ステップＳ５７）。
【００９３】
《作用・効果》
このように、第３の実施形態に係る施工管理装置２００は、作業状態が均し作業状態である場合において、バケット１３３を上げる操作がなされていない場合に、現況地形データの高さを更新する。これにより、第２の実施形態と同様に、均し作業の終了時にバケット１３３を上方へ移動させた場合に現況地形データが誤って更新されることを防ぐことができる。
なお、他の実施形態においては、現況地形更新部２１０６は、バケット１３３の位置が設計面に対し、例えば上下方向の所定範囲内の領域に位置し、かつ作業機１３０が操作された場合に、バケット１３３の位置に基づいて現況地形データの高さを上方の値に更新してもよい。設計面の所定範囲内には、設計面に対して法線方向の所定範囲内の領域も含まれる。また作業機１３０の操作には、設計面にバケット１３３が近づく操作、および遠ざかる操作を含まれる。
【００９４】
〈第４の実施形態〉
第１の実施形態に係る施工管理装置２００は、作業機１３０の作業状態が均し作業状態である場合に、現況地形データを上方の値に更新する。これに対し、第４の実施形態に係る施工管理装置２００は、作業機１３０の作業状態が転圧作業状態である場合に、現況地形データを上方の値に更新する。転圧作業とは、バケット１３３の底面で土砂を叩くことで地盤を締め固める作業をいう。転圧作業状態は、所定の作業状態の一例である。
【００９５】
《施工管理装置の構成》
第４の実施形態に係る施工管理装置２００は、第１の実施形態と同様の構成を備え、作業状態特定部２１０３の動作が第１の実施形態と異なる。
【００９６】
作業状態特定部２１０３は、目標施工データおよびバケット１３３の複数の輪郭点Ｅの位置に基づいてバケット１３３の底面と設計面とがなす角である底面角度を特定する。
作業状態特定部２１０３は、底面角度が所定角度未満である場合に、作業状態が転圧作業状態であると判定する。例えば、掘削作業時にはバケット１３３の刃先を設計面に向けながら作業機１３０が施工対象に下ろされるため、底面角度は大きくなる。一方、転圧作業時にはバケット１３３の底面を設計面に向けながら作業機１３０が施工対象に下ろされるため、底面角度は小さくなる。
【００９７】
《施工管理装置の動作》
以下、第４の実施形態に係る施工管理装置２００の動作方法について説明する。
図１５は、第４の実施形態に係る施工管理装置の動作を示すフローチャートである。
第４の実施形態に係る施工管理装置２００は、第１の実施形態と同様に、ステップＳ５１からステップＳ５５の処理を実行する。第４の実施形態に係る施工管理装置２００は、ステップＳ５５において、上方更新フラグがオフである場合（ステップＳ５５：ＮＯ）、第１の実施形態と同様に、ステップＳ５６からステップＳ５７の処理を実行する。
【００９８】
他方、上方更新フラグがオンである場合（ステップＳ５５：ＹＥＳ）、作業状態特定部２１０３は、ステップＳ５２で選択した複数の輪郭点Ｅの位置に基づいてバケット１３３の底面と設計面とがなす角である底面角度を特定する（ステップＳ３５１）。次に、作業状態特定部２１０３は、特定した底面角度に基づいて作業状態が転圧作業状態であるか否かを判定する（ステップＳ３５２）。
【００９９】
作業状態が転圧作業状態でないと判定された場合（ステップＳ３５２：ＮＯ）、すなわち底面角度が所定角度以上である場合、施工管理装置２００は、第１の実施形態と同様に、ステップＳ５６からステップＳ５７の処理を実行する。他方、作業状態が転圧作業状態であると判定された場合（ステップＳ３５２：ＹＥＳ）、すなわち底面角度が所定角度未満である場合、施工管理装置２００は、ステップＳ５７へ処理を進め、輪郭点Ｅの高さが現況地形データの高さ未満であるか否かに関わらず、現況地形データの高さを輪郭点Ｅの高さに更新する。
【０１００】
《作用・効果》
このように、第４の実施形態によれば、施工管理装置２００は、作業状態が転圧作業状態である場合に、バケット１３３の高さに基づいてバケット１３３の平面位置に係る現況地形データの高さを上方の値に更新する。これにより、施工管理装置２００は、盛土作業時における油圧ショベル１００による転圧操作時に現況地形データを更新することができる。なお、当該実施形態では、底面角度に基づいて転圧作業であるかを判定したが、その他の手法により点暑さ行であるかを判定し、現況地形データの更新方法を変更してもよい。
【０１０１】
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
上述した実施形態においては、所定の作業状態の例として、均し作業状態および転圧作業状態を挙げたが、他の実施形態においては、掘削作業、介入制御状態などを所定の作業状態としてもよい。
【０１０２】
上述した実施形態に係る施工管理装置２００は、バケット１３３の輪郭点Ｅのうち設計面との距離が最も近い輪郭点Ｅが通る最短距離ラインＬｍを用いて、現況地形データを更新するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る施工管理装置２００は、バケット１３３の輪郭点のうち現況地形との距離が最も近い輪郭点Ｅが通る最短距離ラインＬｍを用いて、現況地形データを更新してもよい。また例えば、他の実施形態に係る施工管理装置２００は、バケット１３３の刃先や底面など予め定められたバケット１３３のラインを用いて、現況地形データを更新してもよい。また、他の実施形態においては、バケット１３３が設計面よりも下方に位置する場合、施工管理装置２００は、バケット１３３の輪郭点Ｅのうち設計面との距離が最も近い輪郭点Ｅが通る最短距離ラインＬｍ、すなわち最も上方に位置するラインを用いずに、最も下方に位置する輪郭点が通るラインを用いて現況地形データを更新してもよい。
【０１０３】
また、上述した実施形態に係る施工管理装置２００は、介入制御がなされているときに均し作業中であると判定したが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る施工管理装置２００は、現況地形データを更新するラインを刃先ラインと固定した上で、介入作業がなされ、かつバケット１３３の輪郭点Ｅのうち刃先に係る輪郭点Ｅが設計面に最も近い場合に、刃先ラインにおける輪郭点Ｅにおいて上方更新してもよい。そして、他の実施形態に係る施工管理装置２００は、介入作業がなされていても、かつバケット１３３の刃先以外に係る輪郭点Ｅが設計面に最も近い場合には、輪郭点Ｅの高さが現況地形データの高さより低い場合に限って現況地形データの高さを更新してもよい。これは、施工においてバケット１３３の刃先を用いた均し作業が行われ、その後にバケット１３３の底面で仕上げ作業が行われることが多いためである。
【０１０４】
また、他の実施形態においては、施工管理装置２００は、レバー操作（ブーム、アーム、バケット操作の組み合わせ）に基づいて均し作業か否かを判定してもよいし、動画データの解析により均し作業か否かを判定してもよい。また、均し作業の判定は、レバー操作の信号値や画像データを用いて機械学習などのＡＩ（Artificial Intelligence）処理によってなされてもよい。
【０１０５】
また、他の実施形態においては、施工管理装置２００は、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５またはバケットシリンダ１３６に所定値以上の圧力がかかった際に、掘削作業状態および転圧作業状態などの所定の作業状態であると判定し、現況地形データを上方に更新してもよい。これは、掘削時や転圧時などの所定の作業においては、作業機１３０に圧力がかかるため、これにより作業状態を判定することができるためである。また、他の実施形態においては、施工管理装置２００は、バケット１３３が設計面に対して上下方向の所定範囲内の領域に入った場合に、盛土作業状態などの所定の作業状態であると判定し、現況地形を上方に更新してもよい。バケット１３３が設計面の近辺を移動しているということは、盛土作業をしている可能性が高いためである。掘削作業状態、転圧作業状態、盛土作業状態のそれぞれは、所定の作業状態の一例である。
【０１０６】
施工管理装置２００は、上方更新フラグがオンの場合に、現況地形を上方に更新するだけでなく、バケット１３３の最下点が現況地形より下方に位置する場合、最下点と同様の手法で下方に更新しても良い。すなわち、施工管理装置２００は、常時バケット位置に基づいて現況地形を更新してもよい。
【０１０７】
上述の実施形態では、施工管理装置２００は、バケット１３３の最短距離ラインＬｍを求めて最短距離ラインＬｍ上の輪郭点Ｅのみを現況地形の更新に用いるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る施工管理装置２００は、各輪郭点Ｅそれぞれを通る複数のバケット１３３のラインを用いて現況地形を更新してもよい。つまり、ラインによって平面位置が異なるため、施工管理装置２００は、ラインごとに現況地形を更新すべきか否かの判定をしてもよい。また、所定の平面位置において複数のラインにおける輪郭点Ｅの位置に関するデータが存在する場合、その中で最下点の高さを用いて当該平面位置における現況地形データの高さを更新しても良い。
【０１０８】
また、他の実施形態に係る施工管理装置２００は、上方更新フラグおよび均し作業の判定結果を用いずに、他の条件に基づいて上方に現況地形を更新してもよい。例えば、他の実施形態に係る施工管理装置２００は、介入フラグを用いた介入制御が作動している場合にのみ上方更新するようにしてもよい。すなわち他の実施形態に係る施工管理装置２００は、作業状態が介入制御状態である場合に、現況地形データを上方に更新してもよい。その場合、介入制御状態は、所定の作業状態の一例である。
【０１０９】
また、上述の実施形態では、作業機制御装置１２６は、バケット位置情報に付加して介入フラグと上方更新フラグを施工管理装置２００に送信するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業機制御装置１２６は、介入制御時に上方更新フラグをオンにすることで、バケット位置情報と上方更新フラグのみを、施工管理装置２００に送信してもよい。この場合、施工管理装置２００は、図９のステップＳ５８の処理を省略することができる。
【０１１０】
また、上述の実施形態では、車載装置である作業機制御装置１２６とサーバである施工管理装置２００とが分担して上記の処理を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、作業機制御装置１２６と施工管理装置２００との何れか一方がすべての処理を行ってもよいし、作業機制御装置１２６と施工管理装置２００とが上述の実施形態と異なる分担にて同様の処理を実行してもよい。例えば、上記実施形態では、施工管理装置２００が現況地形を更新するが、他の実施形態では、作業機制御装置１２６が現況地形データを記憶し、作業機制御装置１２６が現況地形データを上方に更新するものであってもよい。つまり、施工管理装置２００は、作業機械が備える装置であってよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１  施工管理システム、１００  油圧ショベル、１２０  旋回体、１１０  走行体、１３０  作業機、２００  施工管理装置、２１０１  バケット位置取得部、２１０２  時系列選択部、２１０３  作業状態特定部、２１０４  距離特定部、２１０５  最短距離ライン決定部、２１０６  現況地形更新部、２３０１  目標施工データ記憶部、２３０２  現況地形記憶部、２３０３  上方更新フラグ記憶部
【図１】
2019151973.tif 000003
【図２】
2019151973.tif 000004
【図３】
2019151973.tif 000005
【図４】
2019151973.tif 000006
【図５】
2019151973.tif 000007
【図６】
2019151973.tif 000008
【図７】
2019151973.tif 000009
【図８】
2019151973.tif 000010
【図９】
2019151973.tif 000011
【図１０】
2019151973.tif 000012
【図１１】
2019151973.tif 000013
【図１２】
2019151973.tif 000014
【図１３】
2019151973.tif 000015
【図１４】
2019151973.tif 000016
【図１５】
2019151973.tif 000017