(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械の位置を求める位置検出部と、
前記作業機械の姿勢を求める姿勢検出部と、
前記作業機械に備えられ、埋設物の三次元形状を求める対象検出部と、
前記位置検出部によって求められた前記作業機械の位置と、前記姿勢検出部によって求められた前記作業機械の姿勢と、前記対象検出部によって求められた前記埋設物の三次元形状とを用いて前記埋設物の位置を求める位置演算部と、
前記位置演算部によって求められた前記埋設物の位置を少なくとも含む埋設物情報を取得する情報取得部と、
を備える管理システム。
【請求項２】
前記対象検出部は、前記作業機械に取り付けられた、少なくとも一対の撮像装置を含むステレオカメラを有し、
前記撮像装置によって撮像された前記埋設物の画像に識別子を付す識別子付与部を有する、請求項１に記載の管理システム。
【請求項３】
作業機械の位置を求める位置検出部と、
前記作業機械の姿勢を求める姿勢検出部と、
前記作業機械が有する作業機の少なくとも一部の位置を求める作業機位置検出部と、
前記位置検出部によって求められた前記作業機械の位置と、前記姿勢検出部によって求められた前記作業機械の姿勢と、前記作業機位置検出部によって検出された前記作業機の一部の位置とを用いて埋設物の位置を求める位置演算部と、
前記位置演算部によって求められた前記埋設物の位置を少なくとも含む埋設物情報を取得する情報取得部と、
を備える管理システム。
【請求項４】
前記埋設物情報は、さらに、前記埋設物の大きさ、前記埋設物の種類及び前記埋設物情報が得られた日時のうち少なくとも１つを有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の管理システム。
【請求項５】
前記埋設物情報を記憶する記憶装置を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の管理システム。
【請求項６】
作業機械の位置を求める位置検出部と、
前記作業機械に備えられ、埋設物を撮像する少なくとも１つの撮像装置と、
前記撮像装置によって得られた前記埋設物の画像を取得する情報取得部と、を備え、
前記情報取得部は、前記埋設物の画像に、前記画像内に埋設物が含まれていることを示す識別子、前記埋設物の画像が撮影された時点における前記作業機械の位置及び日時を付加して記憶する、
管理システム。
【請求項７】
作業機械の位置を求める位置検出部と、
前記作業機械の姿勢を求める姿勢検出部と、
前記作業機械に備えられ、埋設物の三次元形状を求める対象検出部と、
前記対象検出部が検出した検出画像を出力する出力部と、
前記出力部に出力された前記検出画像上の位置を選択する入力部と、
前記位置検出部によって求められた前記作業機械の位置と、前記姿勢検出部によって求められた前記作業機械の姿勢と、前記対象検出部によって求められた前記埋設物の三次元形状とを用いて、前記入力部によって選択された前記検出画像上の点を前記埋設物の位置として求める位置演算部と、
前記位置演算部によって求められた前記埋設物の位置を少なくとも含む埋設物情報を取得する情報取得部と、
を備える管理システム。
【請求項８】
作業機械の周囲の施工対象をステレオ計測により検出する対象検出部が検出した検出画像を出力する出力部と、
前記出力部に出力された前記検出画像上の点を選択する入力部と、
前記入力部によって選択された前記検出画像上の前記点に基づき、前記検出画像における前記点の三次元位置を求め、前記点の三次元位置を埋設物の三次元位置とする位置演算部と、
を備える管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に埋設された埋設物の位置を管理する管理システムに関する。
【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】
作業機械が対象を施工する際に、土を掘る作業をすることがある。地中に埋設されている埋設物が存在する場合、埋設物の存在を知らずに作業を進めてしまうと、作業機械が埋設物を傷付けてしまう可能性がある。このため、埋設物の位置を少なくとも含む情報（以下において適宜、埋設物情報と称する）を事前に得ることが望まれる。埋設物情報は、作業員が計測することによって得られるため、埋設物情報を得るための作業の負荷が大きくなる。【０００５】
本発明は、埋設物情報を得るための作業の負荷を低減することと、施工中に埋設物が傷付けられる可能性を低減することとの少なくとも一方を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、作業機械の位置を求める位置検出部と、前記作業機械の姿勢を求める姿勢検出部と、埋設物の三次元形状を求める対象検出部と、前記位置検出部によって求められた前記作業機械の位置と、前記姿勢検出部によって求められた前記作業機械の姿勢と、前記対象検出部によって求められた前記埋設物の三次元形状とを用いて前記埋設物の位置を求める位置演算部と、前記位置演算部によって求められた前記埋設物の位置を少なくとも含む埋設物情報を取得する情報取得部と、を備える管理システムが提供される。【０００７】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記対象検出部は、前記作業機械に取り付けられた、少なくとも一対の撮像装置を含むステレオカメラを有し、前記撮像装置によって撮像された前記埋設物の画像に識別子を付す識別子付与部を有する管理システムが提供される。【０００８】
本発明の第３の態様によれば、作業機械の位置を求める位置検出部と、前記作業機械の姿勢を求める姿勢検出部と、前記作業機械が有する作業機の少なくとも一部の位置を求める作業機位置検出部と、前記位置検出部によって求められた前記作業機械の位置と、前記姿勢検出部によって求められた前記作業機械の姿勢と、前記作業機位置検出部によって検出された前記作業機の一部の位置とを用いて埋設物の位置を求める位置演算部と、前記位置演算部によって求められた前記埋設物の位置を少なくとも含む埋設物情報を取得する情報取得部と、を備える管理システムが提供される。【０００９】
本発明の第４の態様によれば、第１の態様から第３の態様のいずれか１つにおいて、前記埋設物情報は、さらに、前記埋設物の大きさ、前記埋設物の種類及び前記埋設物情報が得られた日時のうち少なくとも１つを有する管理システムが提供される。【００１０】
本発明の第５の態様によれば、第１の態様から第４の態様のいずれか１つにおいて、前記埋設物情報を記憶する記憶装置を有する管理システムが提供される。【００１１】
本発明の第６の態様によれば、作業機械の位置を求める位置検出部と、埋設物を撮像する少なくとも１つの撮像装置と、前記撮像装置によって得られた前記埋設物の画像を取得する情報取得部と、を備え、前記情報取得部は、前記埋設物の画像に、前記画像内に埋設物が含まれていることを示す識別子、前記埋設物の画像が撮影された時点における前記作業機械の位置及び日時を付加して記憶する管理システムが提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の態様によれば、埋設物情報を得るための作業の負荷を低減することと、施工中に埋設物が傷付けられる可能性を低減することとの少なくとも一方を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１に係る油圧ショベルを示す斜視図である。
【図２】実施形態１に係る油圧ショベルの運転席付近の斜視図である。
【図３】実施形態１に係る形状計測システム及び管理システムを示す図である。
【図４】油圧ショベルが有する各種の電子機器、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】実施形態１に係る形状計測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６】埋設物を穴に設置した状態の一例を示す図である。
【図７】一対の撮像装置によって撮像された埋設物の距離画像の一例を示す図である。
【図８】埋設物情報を含む埋設物のデータベースの一例を示す図である。
【図９】実施形態１に係る管理方法の処理例を示すフローチャートである。
【図１０】実施形態１に係る管理方法の他の処理例を示すフローチャートである。
【図１１】実施形態２において、作業機を利用して埋設物の位置を計測する例を示す図である。
【図１２】実施形態３に係る検出画像の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
実施形態１．
＜油圧ショベルの全体構成＞
図１は、実施形態１に係る油圧ショベル１を示す斜視図である。図２は、実施形態１に係る油圧ショベル１の運転席付近の斜視図である。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。
【００１６】
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、ＧＮＳＳ（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軸と平行な方向に沿って、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。
【００１７】
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を有する。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。
【００１８】
作業機２は、車体１Ｂの前部に取り付けられている。作業機２は、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。
【００１９】
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、それぞれ作動油の圧力、すなわち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。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。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。
【００２０】
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。
【００２１】
旋回体３は、位置検出部の一例である位置検出装置２３と、姿勢検出部の一例であるＩＭＵ（Inertial  Measurement  Unit：慣性計測装置）２４とを有する。位置検出装置２３は、油圧ショベル１の位置を求める。詳細には、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。
【００２２】
ＩＭＵ２４は、油圧ショベル１の姿勢を求める。油圧ショベル１の姿勢は、ロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄで表される。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のロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄが得られる。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、油圧ショベル１のロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄを求めて出力する。このように、ＩＭＵ２４は、油圧ショベル１の姿勢を求める。ＩＭＵ２４が検出した加速度及び角速度を用いて、演算装置が油圧ショベル１のロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄを求めてもよい。この場合、ＩＭＵ２４と、前述した演算装置とが姿勢検出部になる。油圧ショベル１のロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄは、ＩＭＵ２４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。
【００２３】
＜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。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。
【００２４】
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、これらのうち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。
【００２５】
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、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。
【００２６】
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、すなわち少なくとも一対であればよく、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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がこれから施工する部分、施工中の部分及び施工後の部分が含まれる。以下においては、これらを適宜、施工対象と称する。施工対象は、油圧ショベル１の施工対象の他に、油圧ショベル１以外の作業機械の施工対象、及び施工現場で作業する作業者の施工対象であってもよい。
【００２９】
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１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１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。
【００３０】
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、例えば、各撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの中心である。
【００３１】
実施形態１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。
【００３２】
前述した車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）は、車体１Ｂ、実施形態１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１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。車体座標系は、実施形態１の例には限定されない。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。
【００３３】
＜形状計測システム及び管理システム＞
図３は、実施形態１に係る形状計測システム１Ｓ及び管理システム１００を示す図である。図３に示される形状計測システム１Ｓ及び管理システム１００の装置構成は一例であり、実施形態１の装置構成には限定されない。
【００３４】
形状計測システム１Ｓは、複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄと、検出処理装置５１とを含む。形状計測システム１Ｓ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。油圧ショベル１は、形状計測システム１Ｓの他に、位置検出装置２３、ＩＭＵ２４、通信装置２５、入力装置５２、センサ制御装置５３、位置演算装置５４、表示装置５５及び施工管理装置５６を有する。
【００３５】
実施形態１において、検出処理装置５１、入力装置５２、センサ制御装置５３、位置演算装置５４、表示装置５５、施工管理装置５６、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１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及び入力装置５２等の各種の電子装置を指すこともある。
【００３６】
図４は、油圧ショベル１が有する各種の電子機器、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１において、油圧ショベル１が有する各種の電子機器である検出処理装置５１、入力装置５２、センサ制御装置５３、位置演算装置５４、表示装置５５、施工管理装置５６、位置検出装置２３及び通信装置２５と、油圧ショベル１の外部に配置される管理装置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とメモリとによって実現される。
【００３７】
記憶部ＭＲは、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  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。
【００３８】
入出力部ＩＯは、油圧ショベル１が有する各種の電子機器又は管理装置６１が、他の電子機器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。
【００３９】
油圧ショベル１が有する各種の電子機器と、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。処理部ＰＲ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機器について説明する。
【００４０】
形状計測システム１Ｓの検出処理装置５１は、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。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。距離画像は、対象の三次元形状を表す形状情報に相当する。
【００４１】
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、すなわち撮像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１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の施工対象又は施工後の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７０の施工対象又は施工後の対象が、油圧ショベル１が有する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。
【００４２】
実施形態１において、施工対象又は施工後の対象は、撮像装置３０を有する油圧ショベル１、他の作業機械７０、油圧ショベル１以外の作業機械及び作業者のうち少なくとも１つの施工対象又は施工後の対象であればよい。
【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求めて出力する。詳細には、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て出力する。
【００４４】
実施形態１において、形状計測システム１Ｓは、対象の三次元形状を求める対象検出部に相当する。すなわち、少なくとも一対の撮像装置３０が対象の情報を検出するとともに、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生成して出力する。
【００４５】
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が対象を検出した結果、すなわち対象を撮像した結果は、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内の操作装置３５の近傍に設置される。撮像スイッチ３２の設置場所はこれに限定されない。
【００４６】
入力装置５２は、形状計測システム１Ｓ、センサ制御装置５３及び位置演算装置５４等の電子機器に対して命令を与えたり、情報を与えたり、設定を変更したりするための装置である。入力装置５２は、例えば、キー、ポインティングデバイス及びタッチパネルであるが、これらに限定されない。後述する表示装置５５の画面５５Ｄにタッチパネルを設けることにより、表示装置５５に入力機能を持たせてもよい。この場合、油圧ショベル１は入力装置５２を有さなくてもよい。
【００４７】
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。
【００４８】
実施形態１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の回転角と、ブーム６に対するアーム７の回転角と、アーム７に対するバケット８の回転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の回転角、ブーム６に対するアーム７の回転角及びアーム７に対するバケット８の回転角と、作業機２の寸法とから、車体座標系における作業機２の一部の位置が分かる。例えば、作業機２の一部の位置としては、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。
【００４９】
施工管理装置５６は、例えば、検出処理装置５１が求めた形状情報のうち、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対象の現況地形を示す形状情報の少なくとも一方を収集し、記憶部５６Ｍに記憶させる。施工管理装置５６は、記憶部５６Ｍに記憶させた形状情報を、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５６は、記憶部５６Ｍに記憶させた施工結果の形状情報を、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５６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５６Ｍ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５６Ｍは、図４に示される記憶部ＭＲに相当する。
【００５０】
施工管理装置５６は、油圧ショベル１の外部、例えば管理装置６１に設置されてもよい。この場合、施工管理装置５６は、油圧ショベル１から通信装置２５を介して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対象の現況地形を示す形状情報の少なくとも一方を取得する。
【００５１】
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。以下においては、油圧ショベル１がこれから施工しようとする対象の現況地形を示す形状情報を、施工結果と区別するために適宜、現況地形情報と称する。このように、形状情報は、油圧ショベル１、他の作業機械７０及び作業者の少なくとも１つが施工した後の対象の形状情報である場合と、油圧ショベル１、他の作業機械７０及び作業者の少なくとも１つがこれから施工しようとする対象の形状情報である場合とがある。
【００５２】
施工管理装置５６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５６は、例えば朝の作業前に、施工前の形状情報、すなわち現況地形情報を管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信してもよい。
【００５３】
表示装置５５は、液晶表示パネルのようなディスプレイの画面５５Ｄ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５５Ｄに表示したりする。この他に、実施形態１において、表示装置５５は作業機２の位置、例えばバケット８の刃先８ＢＴの位置を求める。
【００５４】
表示装置５５は、位置検出装置２３によって検出されたアンテナ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転角と、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１では、表示装置５５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５５以外の装置が求めてもよい。
【００５５】
通信装置２５は、実施形態１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、油圧ショベル１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つに送信する情報には、埋設物情報がある。埋設物情報は、地中に埋められた物体である埋設物の位置を少なくとも含む情報である。埋設物の位置は、三次元位置である。埋設物情報は、検出処理装置５１の記憶部、入力装置５２の記憶部又は施工管理装置５６の記憶部５６Ｍ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。また、埋設物情報には、埋設物の種類又は特性に関する情報を含んでもよい。例えば、ある埋設物が水道管であることを示す情報であってもよい。
【００５６】
実施形態１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、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。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。
【００５７】
管理システム１００は、油圧ショベル１の位置検出装置２３と、ＩＭＵ２４と、形状計測システム１Ｓと、位置演算装置５４と、管理施設６０の管理装置６１とを含む。管理施設６０には、管理装置６１と、通信装置６２とが配置されている。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と他の作業機械７０とは、直接、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及び他の作業機械７０の少なくとも一方は、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電子機器を搭載してもよい。実施形態１において、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電子機器は、油圧ショベル１の施工管理装置５６である。
【００５８】
管理装置６１は、油圧ショベル１から少なくとも埋設物情報を取得し、埋設物が埋設されている位置、埋設物の大きさ及び埋設物の種類等を管理する。
【００５９】
＜対象の撮像及び形状情報の生成＞
図５は、実施形態１に係る形状計測システム１Ｓが求める形状情報について説明するための図である。実施形態１において、形状計測システム１Ｓが撮像する対象ＯＢＰは、油圧ショベル１の前方にある。形状情報は、対象ＯＢＰから求められる。対象ＯＢＰは、例えば、地中に埋められた埋設物及び油圧ショベル１の施工対象が例示される。形状計測システム１Ｓは、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に対象ＯＢＰを撮像させる。実施形態１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に対象ＯＢＰを撮像させる。
【００６０】
形状計測システム１Ｓの検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０が撮像した対象ＯＢＰの画像にステレオ方式による画像処理を施して、対象ＯＢＰの位置情報、実施形態１では対象ＯＢＰの三次元形状を求める。検出処理装置５１が求めた対象ＯＢＰの三次元形状は、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対象、例えば対象ＯＢＰの位置情報が形状情報である。実施形態１において、形状情報は、グローバル座標系における対象ＯＢＰの表面の位置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。
【００６１】
位置演算装置５４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対象ＯＢＰの三次元形状、すなわち三次元の座標で表される位置を、グローバル座標系における位置に変換する。対象ＯＢＰの表面の位置は、施工前、施工後及び施工途中における対象ＯＢＰの表面の位置を含む。
【００６２】
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ＯＢＰの領域全体にわたって、対象ＯＢＰの三次元形状を出力する。対象ＯＢＰの三次元形状は、対象ＯＢＰの表面の位置Ｐｒとして出力される。位置演算部である位置演算装置５４は、位置検出部である位置検出装置２３によって求められた油圧ショベル１の位置と、姿勢検出部であるＩＭＵ２４によって求められた油圧ショベル１の姿勢と、形状計測システム１Ｓによって求められた対象ＯＢＰの三次元形状とを用いて対象ＯＢＰのグローバル座標系における位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）を求め、出力する。すなわち、位置演算部は、対象ＯＢＰの位置、実施形態１では三次元位置を、撮像装置座標系からグローバル座標系における位置に変換し、出力する。
【００６３】
位置演算装置５４は、グローバル座標系における位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）を求めるにあたって、撮像装置座標系における対象ＯＢＰの位置Ｐｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を、グローバル座標系における位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）に変換する。撮像装置座標系における対象ＯＢＰの位置Ｐｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）は、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によってステレオ方式による画像処理が施されることによって得られる。位置演算装置５４は、位置検出装置２３によって求められたグローバル座標系における油圧ショベル１のアンテナ２１，２２の位置と、ＩＭＵ２４によって求められた油圧ショベル１のロール角θｒ、ピッチ角θｐ及び方位角θｄとを用いて、撮像装置座標系からグローバル座標系への変換を実行する。
【００６４】
形状計測システム１Ｓによって検出される対象ＯＢＰは、油圧ショベル１がこれから施工しようとする部分、油圧ショベル１によって施工された後の部分を含む。油圧ショベル１によって施工された後の部分には、埋設物が含まれる。形状計測システム１Ｓ及び位置演算装置５４は、前述した方法によってグローバル座標系における埋設物の位置を求めて、出力する。
【００６５】
位置演算装置５４によって求められた、グローバル座標系における位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）は、例えば、施工管理装置５６の記憶部５６Ｍに記憶されたり、通信装置２５を介して管理装置６１に送信されたり、携帯端末装置６４に送信されたりする。管理装置６１に送信された位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）は、例えば記憶部６１Ｍに記憶される。記憶部６１Ｍは、図４に示される記憶部ＭＲに相当する。位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）が携帯端末装置６４に送信される場合、データファイルは携帯端末装置６４の記憶部に記憶されてもよい。
【００６６】
＜埋設物の管理＞
図６は、埋設物ＴＵを穴Ｈに設置した状態の一例を示す図である。油圧ショベル１によって掘削された穴Ｈに、埋設物ＴＵが設置される。埋設物ＴＵは、例えば、水道管、ガス管及び下水管等の管が例示される。この他にも、電線及び通信線等の各種のケーブル類も埋設物ＴＵである。埋設物ＴＵは、これらに限定されるものではなく、地中に埋まっている物体全般である。
【００６７】
油圧ショベル１が対象の施工時において、埋設物ＴＵが地中に存在することを知らずに作業を進めてしまうと、埋設物ＴＵを傷付けてしまう可能性がある。埋設物ＴＵが設計通りに埋設されたかを確認するために、作業員が埋設物ＴＵの位置及び勾配等を計測する必要がある。計測された埋設物ＴＵの位置及び勾配等は、データベース化して管理されて、施工の際に埋設物ＴＵがどこに埋設されているかを確認するために用いられる。作業員がいなくても、埋設物ＴＵの位置及び勾配等の計測を行うことにより、作業の効率化を図ることが望まれる。
【００６８】
実施形態１において、管理システム１００は、位置検出装置２３、ＩＭＵ２４、形状計測システム１Ｓ及び位置演算装置５４によって求められた埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ（Ｘｔｕ，Ｙｔｕ，Ｚｔｕ）を少なくとも含む埋設物情報を取得する。詳細には、管理システム１００の管理装置６１は、埋設物情報を取得して記憶部６１Ｍに記憶する。埋設物情報は、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ（Ｘｔｕ，Ｙｔｕ，Ｚｔｕ）を含むので、記憶部６１Ｍに記憶された埋設物情報を参照することで埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ（Ｘｔｕ，Ｙｔｕ，Ｚｔｕ）が得られる。
【００６９】
例えば、管理装置６１又は油圧ショベル１の施工管理装置５６は、油圧ショベル１がこれから施工しようとする場所の位置をキーとして、記憶部６１Ｍに記憶された埋設物情報を検索することにより、これから施工しようとする場所の地中に埋設物ＴＵが存在するか否かを把握できる。埋設物情報に含まれる埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ（Ｘｔｕ，Ｙｔｕ，Ｚｔｕ）は、グローバル座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における三次元の座標なので、埋設物情報を参照すれば、埋設物ＴＵが埋設されている深さも分かる。例えば、油圧ショベル１の表示装置５５は、これから施工しようとする場所に埋設物ＴＵが埋設されていることの情報、及び埋設物ＴＵの位置を管理装置６１又は油圧ショベル１の施工管理装置５６から取得して、画面５５Ｄに表示させる。
【００７０】
このような処理により、油圧ショベル１のオペレータは、これから施工しようとする場所に埋設物ＴＵが存在すること、及び埋設物ＴＵの深さを把握することができる。その結果、埋設物ＴＵが地中に存在することを知らずに作業を進めてしまうことにより、埋設物ＴＵを傷付けてしまう可能性を低減できる。また、埋設物情報は、少なくとも一対の撮像装置３０及び検出処理装置５１がステレオ方式により埋設物ＴＵを三次元計測することによって得られた埋設物ＴＵの三次元形状から求められる。このため、作業員がいなくても、埋設物ＴＵの位置及び勾配等の計測を行うことができるので、作業の効率化を図ることができる。埋設物ＴＵの勾配は、埋設物ＴＵの位置が複数得られれば求められる。
【００７１】
図７は、一対の撮像装置３０によって撮像された埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕの一例を示す図である。距離画像ＰＴｔｕは、一対の撮像装置３０によって撮像され、検出処理装置５１によってステレオ方式による画像処理が施されることによって得られた、一対の撮像装置３０から対象までの距離を示す距離画像である。距離画像は三次元データである。距離画像ＰＴｔｕには、所定の間隔毎に、例えばメッシュのような要素が設けられている。各要素は、撮像装置座標系における三次元位置の情報を有している。この距離画像ＰＴｔｕが座標変換されることによって、各要素の三次元位置がグローバル座標系における三次元位置に変換される。
【００７２】
埋設物情報に含まれる埋設物ＴＵの位置は、距離画像ＰＴｔｕ中の埋設物ＴＵに対応する要素が有する三次元位置である。埋設物ＴＵが撮像された画像から得られた距離画像ＰＴｔｕは、埋設物ＴＵの位置情報を含む。すなわち、埋設物ＴＵが撮像された画像から距離画像ＰＴｔｕを求めることは、埋設物ＴＵの三次元位置を求めることになる。距離画像ＰＴｔｕ中の埋設物ＴＵに対応する要素が特定されることにより、埋設物ＴＵの三次元位置が特定される。埋設物ＴＵの位置は、埋設物ＴＵの代表的な位置であってもよいし、埋設物ＴＵの各要素ごとの位置であってもよいし、埋設物ＴＵの一部の要素の位置であってもよい。例えば、埋設物が図７に示されるような何らかの管であれば、管の中心をとおる直線位置が埋設物ＴＵの位置としてもよい。もしくは、管のｚ方向上端部を管の位置としてもよい。
【００７３】
図７に示されるように、距離画像ＰＴｔｕには、埋設物ＴＵ以外に周囲の地盤も表示される。このうち、埋設物ＴＵに対応する要素は、その要素が埋設物であることを示す情報、すなわち埋設物情報を含み、周囲の地盤に対応する要素は、埋設物情報を含まないようにしてもよい。
【００７４】
距離画像は、埋設物ＴＵに対応する要素に埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを含む。埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕは、距離画像ＰＴｔｕ中の埋設物ＴＵに対応する要素が有する埋設物ＴＵの座標から求められる。このため、埋設物情報は、距離画像自体と、距離画像から抽出された後の埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕとの少なくとも一方を含んでいればよい。
【００７５】
実施形態１において、検出処理装置５１は、埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕに識別子ＩＤを付す。すなわち、検出処理装置５１は、識別子付与部に対応する。埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕに識別子ＩＤが付与されることにより、撮像装置３０によって撮像され、ステレオ方式による画像処理が施されることによって得られた複数の距離画像ＰＴｔｕから埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕが特定される。
【００７６】
実施形態１において、位置演算装置５４は、検出処理装置５１が生成した埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕ又は検出処理装置５１によって処理される前の画像から、埋設物ＴＵに対応する要素を抽出し、抽出した要素を用いて埋設物ＴＵの位置及び寸法を求めてもよい。位置演算装置５４は、埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕ又は検出処理装置５１によって処理される前の画像にエッジ抽出処理又はパターン認識処理等を施して、埋設物ＴＵに対応する要素を抽出する。埋設物ＴＵの寸法は、埋設物ＴＵが管である場合には埋設物ＴＵの直径Ｄｕ及び長さＬが例示される。
【００７７】
位置演算装置５４によって求められた埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ（Ｘｔｕ，Ｙｔｕ，Ｚｔｕ）は、施工管理装置５６に取得される。施工管理装置５６は、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ（Ｘｔｕ，Ｙｔｕ，Ｚｔｕ）を少なくとも含む埋設物情報を生成し、記憶部５６Ｍに記憶したり、通信装置２５を介して管理施設６０の管理装置６１に送ったりする。管理装置６１は、油圧ショベル１の施工管理装置５６から受け取った埋設物情報を記憶部６１Ｍに記憶するとともに、埋設物ＴＵのデータベースを作成する。このように、管理装置６１は、施工管理装置５６によって求められた埋設物情報を取得する情報取得部に相当する。携帯端末装置６４が施工管理装置５６から埋設物情報を取得する場合、携帯端末装置６４が情報取得部に相当する。施工管理装置５６が埋設物情報を記憶部５６Ｍに記憶する場合、記憶部５６Ｍが情報取得部に相当する。
【００７８】
図８は、埋設物情報ＩＦｄを含む埋設物ＴＵのデータベースＤＢの一例を示す図である。データベースＤＢは、例えば、管理装置６１の記憶部６１Ｍに記憶されている。データベースＤＢは、複数の埋設物情報ＩＦｄ１，ＩＦｄ２，・・・ＩＦｄｎを含む。実施形態１において、埋設物情報ＩＦｄは、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ及び距離画像ＰＴｔｕの少なくとも一方を含み、さらに識別子ＩＤ、埋設物ＴＵの種別ＴＹ、埋設物ＴＵの寸法Ｓｚ、及び埋設物情報ＩＦｄが得られた日時ＤＴを含む。埋設物情報ＩＦｄは、少なくとも埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ及び距離画像ＰＴｔｕの少なくとも一方を含んでいればよく、さらに識別子ＩＤ、埋設物ＴＵの種別ＴＹ等を追加の情報として含んでいてもよい。追加の情報は、識別子ＩＤ、埋設物ＴＵの種別ＴＹ、埋設物ＴＵの寸法Ｓｚ、及び埋設物情報ＩＦｄが得られた日時ＤＴには限定されない。
【００７９】
実施形態１においては、油圧ショベル１の位置演算装置５４が自動で埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを求めたが、管理装置６１が自動で埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを求めてもよい。この場合、管理装置６１は、埋設物情報ＩＦｄに含まれる距離画像ＰＴｔｕから埋設物ＴＵに対応する要素を抽出し、各要素が有する位置から埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを求める。また、携帯端末装置６４が埋設物情報ＩＦｄに含まれる距離画像ＰＴｔｕから埋設物ＴＵに対応する要素を抽出し、各要素が有する位置から埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを求めてもよい。
【００８０】
埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕは、管理装置６１のオペレータが、埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕ又は検出処理装置５１によって処理される前の画像中に存在する埋設物ＴＵを指定することによって求められてもよい。詳細には、管理装置６１のオペレータが、埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕ又は検出処理装置５１によって処理される前の画像中に存在する埋設物ＴＵを指定する。管理装置６１は、指定された範囲に存在する要素から、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを求める。管理装置６１は、得られた埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを、データベースＤＢに書き込む。
【００８１】
油圧ショベル１の施工管理装置５６は、管理装置６１又は携帯端末装置６４に、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ及び距離画像ＰＴｔｕの少なくとも一方を埋設物情報ＩＦｄとして送る。施工管理装置５６は、さらに、識別子ＩＤ、埋設物ＴＵの種別ＴＹ、埋設物ＴＵの寸法Ｓｚ、埋設物情報ＩＦｄが得られた日時ＤＴを管理装置６１又は携帯端末装置６４に送ってもよい。また、施工管理装置５６は、埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕを埋設物情報ＩＦｄとして管理装置６１又は携帯端末装置６４に送り、管理装置６１又は携帯端末装置６４は、距離画像ＰＴｔｕから埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ、埋設物ＴＵの種別ＴＹ、及び埋設物ＴＵの寸法Ｓｚを求めてもよい。この場合、施工管理装置５６は、埋設物情報ＩＦｄを送る際に、距離画像ＰＴｔｕが得られた日時及び識別子ＩＤを埋設物情報ＩＦｄに追加して送ってもよい。また、管理装置６１又は携帯端末装置６４は、施工管理装置５６から埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕを受け取ったタイミングを埋設物情報ＩＦｄが得られた日時ＤＴとし、かつ受け取った距離画像ＰＴｔｕに識別子ＩＤを付与してもよい。
【００８２】
データベースＤＢは、複数の油圧ショベル１から送られた埋設物情報ＩＦｄを管理装置６１が受け取る毎に更新される。油圧ショベル１、詳細には施工管理装置５６は、施工する前に管理装置６１にアクセスして埋設物情報ＩＦｄを取得することにより、施工する場所に埋設物ＴＵが存在するか、存在する場合はどの程度の深さに存在するか等を判定することができる。より詳細には、埋設物情報ＩＦｄが埋設物ＴＵの識別子ＩＤ又は種別ＴＹと、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ又は距離画像ＰＴｔｕとを有していれば、埋設物情報ＩＦｄから埋設物ＴＵがどこに存在するかを判定できる。埋設物情報ＩＦｄを施工管理装置５６の記憶部５６Ｍに記憶している油圧ショベル１とは別の作業機械である他の作業機械７０が、施工前に管理装置６１にアクセスして埋設物情報ＩＦｄを得ることができる。また、複数の施工現場において油圧ショベル１が有する形状計測システム１Ｓによって埋設物ＴＵを計測することにより、複数の施工現場の埋設物情報ＩＦｄを取得できる。
【００８３】
図９は、実施形態１に係る管理方法の処理例を示すフローチャートである。この管理方法は、埋設物情報ＩＦｄを得るときに実行されるものである。ステップＳ１０１において、油圧ショベル１の位置演算装置５４は、形状計測システム１Ｓ、位置検出装置２３及びＩＭＵ２４の検出値を用いて埋設物ＴＵの位置を求める。
【００８４】
前述したように、埋設物ＴＵを含む距離画像ＰＴｔｕは埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを含んでいる。このため、位置演算装置５４は、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを含む距離画像ＰＴｔｕをグローバル座標系に座標変換することによってグローバル座標系における埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ、実施形態１では三次元位置を求める。位置演算装置５４は、前述した座標変換に加え、埋設物ＴＵを含む距離画像ＰＴｔｕから埋設物ＴＵに対応する要素を抽出し、抽出した要素の三次元位置を埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕとしてもよい。
【００８５】
位置演算装置５４は、例えば、埋設物ＴＵを含む距離画像ＰＴｔｕから埋設物ＴＵのエッジ又は特徴部分を抽出し、抽出されたエッジ又は特徴部分及びその内側に存在する要素の三次元位置を埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕとすることができる。また、位置演算装置５４は、例えば距離画像ＰＴｔｕを表示装置５５の画面５５Ｄに表示させるとともに、入力装置５２を介してオペレータによって指定された埋設物ＴＵの範囲に存在する要素の三次元位置を、埋設物ＴＵの位置とすることもできる。埋設物ＴＵを含む要素は、距離画像ＰＴｔｕから抽出されてもよいし、ステレオ方式による画像処理が施される前の画像から抽出されてもよい。距離画像ＰＴｔｕ中の埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕが分かれば、埋設物ＴＵの寸法Ｓｚも求められる。
【００８６】
施工管理装置５６は、得られた埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを含む埋設物情報ＩＦｄを生成する。ステップＳ１０２において、管理装置６１は、油圧ショベル１から埋設物情報ＩＦｄを取得し、記憶部６１Ｍに記憶させる。
【００８７】
図１０は、実施形態１に係る管理方法の他の処理例を示すフローチャートである。この管理方法は、油圧ショベル１が施工する際に埋設物情報ＩＦｄを利用する場合のものである。まず、油圧ショベル１の施工管理装置５６は、一対の撮像装置３０に施工対象を撮像させる。位置演算装置５４は、形状計測システム１Ｓ、位置検出装置２３及びＩＭＵ２４の検出値を用いて施工対象の位置を求める。ステップＳ２０１において、施工管理装置５６は、位置演算装置５４によって求められた施工対象の位置を取得する。
【００８８】
ステップＳ２０２において、ステップＳ２０１で求めた施工対象の位置をキーとして、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕが検索される。詳細には、施工管理装置５６は、ステップＳ２０１で求めた施工対象の位置を管理装置６１に与える。管理装置６１は、受け取った施工対象の位置をキーとして、記憶部６１Ｍに記憶されたデータベースＤＢを検索する。この場合、施工対象の位置のうちＸ座標及びＹ座標がキーとされて、データベースＤＢが検索される。管理装置６１は、検索結果を施工管理装置５６に与える。
【００８９】
施工管理装置５６は、管理装置６１から、施工対象の位置に埋設物ＴＵが埋設されているという検索結果を取得した場合、ステップＳ２０３において、施工対象の位置に埋設物ＴＵが存在することを表示装置５５に報知させる。施工管理装置５６は、管理装置６１から、施工対象の位置に埋設物ＴＵが埋設されていないという検索結果を取得した場合、施工対象の位置に埋設物ＴＵが存在しないことを表示装置５５に報知させる。
【００９０】
実施形態１では、検出処理装置５１が撮像装置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三次元計測を実現したが、このようなものには限定されない。例えば、検出処理装置５１は、撮像装置３０によって撮像された画像を外部に送信し、外部の管理装置６１又は外部の携帯端末装置６４がステレオ方式による画像処理を実行してもよい。
【００９１】
油圧ショベル１の作業機２は、埋設物情報ＩＦｄに基づいて制御されてもよい。例えば、埋設物情報ＩＦｄによって埋設物ＴＵが埋設されている位置が分かるため、作業機２が埋設物ＴＵに接触しないように制御される。詳細には、作業機２のバケット８の刃先８ＢＴと埋設物ＴＵとの距離に基づき、バケット８の刃先８ＢＴが埋設物ＴＵに接触しないように、作業機２のブーム６の下降が停止される。
【００９２】
実施形態１において、埋設物情報ＩＦｄは、施工管理装置５６から通信装置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られるが、これには限定されない。埋設物情報ＩＦｄは、例えば、ストレージデバイスを介して送られてもよい。また、施工管理装置５６と、管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方とが有線で接続され、この有線を介して埋設物情報ＩＦｄが管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方に送られてもよい。
【００９３】
実施形態１において、距離画像ＰＴｔｕの各要素は、油圧ショベル１の位置演算装置５４によってグローバル座標系における位置に変換されることにより、埋設物ＴＵのグローバル座標系における三次元位置は位置演算装置５４によって求められるとしたが、グローバル座標系への変換は、位置演算装置５４以外の装置が実行してもよい。例えば、管理装置６１又は携帯端末装置６４が、グローバル座標系への変換を実行して埋設物ＴＵの三次元位置を求めてもよい。この場合、管理装置６１又は携帯端末装置６４は、施工管理装置５６から撮像装置座標系の位置又は車体座標系の位置を含む距離画像ＰＴｔｕと、位置検出装置２３及びＩＭＵ２４の検出値とを取得する。そして、管理装置６１又は携帯端末装置６４は、取得した情報を用いて、距離画像ＰＴｔｕの各要素に含まれる位置をグローバル座標系における位置に変換し、埋設物ＴＵを含む距離画像ＰＴｔｕから埋設物ＴＵに対応する要素を抽出し、抽出した要素の三次元位置を埋設物ＴＵの位置としてもよい。この場合、管理装置６１又は携帯端末装置６４が位置演算部の機能を実現することになる。
【００９４】
管理装置６１又は携帯端末装置６４は、例えば、埋設物ＴＵを含む距離画像ＰＴｔｕから埋設物ＴＵのエッジ又は特徴部分を抽出し、抽出されたエッジ又は特徴部分及びその内側に存在する要素の三次元位置を埋設物ＴＵの位置とすることができる。また、管理装置６１又は携帯端末装置６４は、例えばオペレータによって指定された埋設物ＴＵの範囲に存在する要素の三次元位置を、埋設物ＴＵの位置とすることもできる。
【００９５】
実施形態１において、油圧ショベル１の形状計測システム１Ｓは、距離画像ＰＴｔｕを求めず、すなわち三次元位置を求めず、少なくとも１つの撮像装置３０によって撮像された、ステレオ方式による画像処理が施される前の埋設物ＴＵの画像（以下において適宜、処理前画像と称する）と、処理前画像が撮像されたときの情報（以下において適宜、撮像時情報と称する）を管理装置６１又は携帯端末装置６４に送ってもよい。管理装置６１の記憶部６１Ｍ又は携帯端末装置６４の記憶部は、処理前画像を取得するとともに、処理前画像に撮像時情報を付加して記憶する。管理装置６１の記憶部６１Ｍ又は携帯端末装置６４の記憶部は、情報取得部に相当する。
【００９６】
撮像時情報は、その画像内に埋設物が含まれていることを示す識別子、撮像時における油圧ショベル１の位置、及び日時を少なくとも含む。撮像時情報は、他の情報をさらに含んでもよい。他の情報は、例えば施工現場を表す識別子、油圧ショベル１の姿勢等である。ステレオ方式による画像処理が施される前の画像と、この画像が撮像されたときの情報を受け取った管理装置６１又は携帯端末装置６４は、受け取った画像及び情報に基づき距離画像ＰＴｔｕ及び埋設物情報ＩＦｄを求める。
【００９７】
実施形態１において、対象検出部は少なくとも一対の撮像装置３０を含むステレオカメラであるが、これに限定されない。例えば、対象検出部はレーザースキャナであってもよい。対象検出部は、ドローンに搭載されていてもよい。この場合、ドローンに搭載された対象検出部によって検出された埋設物ＴＵの情報は、例えば通信によって形状計測システム１Ｓに送られる。
【００９８】
実施形態１において、位置演算装置５４が埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを求め、施工管理装置５６が埋設物情報ＩＦｄを生成するとしたが、このようなものには限定されない。埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ及び埋設物情報ＩＦｄは、油圧ショベル１が有する他の電子機器が求めてもよいし、管理装置６１及び携帯端末装置６４が求めてもよい。
【００９９】
実施形態１において、検出処理装置５１は、埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕに識別子ＩＤを付すこととしたが、距離画像ＰＴｔｕに識別子ＩＤは付されなくてもよい。実施形態において、識別子ＩＤは、ステレオ方式による画像処理が施される前の画像に付されてもよい。この場合、油圧ショベル１が有する他の電子機器、管理装置６１又は携帯端末装置６４は、識別子ＩＤが付された画像処理前の画像にステレオ方式による画像処理を施して、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを求めてもよい。
【０１００】
実施形態１は、位置検出部によって求められた作業機械の位置と、姿勢検出部によって求められた作業機械の姿勢と、対象検出部によって求められた埋設物の三次元形状とを用いて埋設物の位置を求め、この埋設物の位置を含む埋設物情報を得る。埋設物情報によって、地中に埋設された埋設物の位置が分かるので、施工中に埋設物が傷付けられる可能性を低減できる。また、実施形態１は、作業機械の位置を求める位置検出部と、作業機械の姿勢を求める姿勢検出部と、対象の三次元形状を求める対象検出部と、により埋設物の位置を得るための情報を自動的に検出し、位置演算部が検出された情報を用いて埋設物の位置を自動的に求める。このため、実施形態１によれば、作業機械のオペレータの操作により、簡単に埋設物情報が得られる。その結果、実施形態１は、埋設物情報を得る作業の負荷が軽減できるとともに、埋設物の位置を計測する作業員は不要になるので、埋設物情報を得る作業の省力化を実現できる。すなわち、実施形態１は、埋設物情報を得るための作業の負荷を低減できる。
【０１０１】
実施形態１で開示した構成は、以下の実施形態においても適宜適用できる。
【０１０２】
実施形態２．
＜作業機２を利用した埋設物ＴＵの位置の計測＞
図１１は、実施形態２において、作業機２を利用して埋設物ＴＵの位置を計測する例を示す図である。実施形態１に係る油圧ショベル１は、少なくとも一対の撮像装置３０を含む形状計測システム１Ｓ、位置検出装置２３及びＩＭＵ２４の検出値を用いて埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを求めた。実施形態２は、作業機２の一部が埋設物ＴＵに接触した場合の作業機２の一部の位置を、埋設物ＴＵの位置とすることにより、埋設物ＴＵの位置を求める点が実施形態１とは異なる。
【０１０３】
実施形態２においては、作業機２の一部として、バケット８の刃８Ｂの刃先８ＢＴを用いる。バケット８の刃先８ＢＴが埋設物ＴＵに接触したときにおける位置Ｐｂ（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）が、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕとなる。バケット８の刃８Ｂの刃先８ＢＴの位置Ｐｂ（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）は、実施形態１で説明したように、表示装置５５が求める。表示装置５５は、作業機２の少なくとも一部の位置を求める作業機位置検出部である。
【０１０４】
位置演算装置５４は、位置検出装置２３によって求められた油圧ショベル１の位置と、ＩＭＵ２４によって求められた油圧ショベル１の姿勢と、作業機２の一部が埋設物ＴＵに接触した場合に表示装置５５によって検出された作業機２の一部の位置とを用いて埋設物ＴＵの位置を求める。埋設物ＴＵが管である場合、埋設物ＴＵの長手方向における第１位置Ｐｔｕｆと、第１位置Ｐｔｕｆから長手方向に沿って所定の距離だけ離れた部分の第２位置Ｐｔｕｓとから、埋設物ＴＵの傾斜が求められる。
【０１０５】
実施形態２において、位置演算装置５４が刃先８ＢＴの位置を埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕとして求め、施工管理装置５６が埋設物情報ＩＦｄを生成するとしたが、このようなものには限定されない。埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕ及び埋設物情報ＩＦｄは、油圧ショベル１が有する他の電子機器が求めてもよいし、管理装置６１及び携帯端末装置６４が求めてもよい。例えば、管理装置６１及び携帯端末装置６４は、位置検出装置２３によって検出されたアンテナ２１，２２の現在位置と、第１角度検出部１８Ａ等によって検出された作業機２の回転角と、作業機２の寸法と、ＩＭＵ２４の出力データとを取得して、刃先８ＢＴの位置を求めてもよい。
【０１０６】
実施形態２は、実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。さらに、実施形態２は、油圧ショベル１が撮像装置３０を有さない場合でも、油圧ショベル１が位置検出装置２３及びＩＭＵ２４を有していれば、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを求めることができるという利点がある。
【０１０７】
実施形態３．
上記実施形態では、管理装置６１のオペレータ又は油圧ショベル１のオペレータが、位置演算部である位置演算装置５４を用いて埋設物ＴＵの距離画像ＰＴｔｕ又は検出処理装置５１によって処理される前の画像中に存在する埋設物ＴＵを指定することによって、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを求めるようにしていたが、その他の手法により埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを求めるようにしてもよい。なお、管理装置６１のオペレータが埋設物ＴＵを指定する場合、位置演算装置５４は管理装置６１内に存在していてもよい。
【０１０８】
図１２は、検出処理装置５１によって処理される前の１つの撮像装置３０が撮像した画像の一例を示す図である。撮像装置３０は、油圧ショベル１の周囲の施工対象を検出する対象検出部に相当する。例えば、図１２に示すような１つの撮像装置３０によって撮像され検出処理装置５１によって処理される前の画像が存在する場合、当該画像と図示しない対となる画像とに基づいて検出処理装置５１がステレオ処理することにより、図１２における画像の各画素における座標位置を演算することができる。
【０１０９】
実施形態３では、位置演算部は管理装置６１内に存在することとして説明する。例えば、管理装置６１は、管理装置６１の入出力部ＩＯに接続されている出力部である表示装置に、図１２に示したような撮像装置３０が撮像した施工対象の画像を表示する。管理装置６１のオペレータは、表示装置に画像が表示されている状態で、管理装置６１の入出力部ＩＯに接続されている入力装置（例えばマウス）を用いて、当該表示装置に表示されている画像における埋設物ＴＵの所定箇所（点Ｔｐ）を選択する。点Ｔｐは複数点選択されてもよい。管理装置６１は、撮像装置３０が撮像した画像と、入力装置によって選択された画像上の点Ｔｐとに基づき、画像における点の位置を求め、その点の位置を埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕとして指定してもよい。埋設物ＴＵの画像において選択される点Ｔｐは埋設物ＴＵにおける任意の位置において選択されてよく、例えば図１２に示すように、埋設物ＴＵの上端部において点Ｔｐが選択されてもよい。
【０１１０】
また、図１２に示すように、埋設物ＴＵの形状に沿った複数の点Ｔｐが選択されることにより、管理装置６１は、選択された複数の点Ｔｐに基づいて、埋設物ＴＵの位置及び全体形状を指定するようにしてもよい。少なくとも埋設物ＴＵの両端部の点Ｔｐが選択されることにより、管理装置６１は、埋設物ＴＵの位置を求めることができる。
【０１１１】
埋設物ＴＵの所定の２つの点Ｔｐが選択されることにより、その２つの点Ｔｐの位置情報に基づき、管理装置６１は、２つの点Ｔｐの間の距離を算出して表示するようにしてよい。例えば埋設物ＴＵが管形状であった場合、埋設管の両端部が選択されることによって、管理装置６１は、埋設物ＴＵの全長Ｌを算出することができる。また、埋設管の両端部の位置に基づき、管理装置６１は、埋設管の勾配を算出することができる。また、埋設管の断面における両端の２点が選択されることにより、管理装置６１は、埋設管の管径Ｄｕを算出することができる。
【０１１２】
上記説明では、検出処理装置５１によって処理される前の１つの撮像装置３０によって撮像された画像を用いて埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕを特定する方法を説明したが、これに限定されず、例えば距離画像ＰＴｔｕ又はその他の３次元形状データ（点群データ等）を表示装置に表示し、表示装置に表示された表示データ上の点を選択することによって、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕが求められてもよい。検出処理装置５１によって処理される前の画像、距離画像ＰＴｔｕ、３次元形状データは、対象検出部が検出した検出画像の一例である。
【０１１３】
また、表示装置がタッチパネルのような入力機能を有し、オペレータがタッチパネルをタッチすることにより検出画像の点が選択されてもよい。
【０１１４】
なお、実施形態３においては、位置演算部が管理装置６１であることとし、埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕの選択作業が管理装置６１に接続された入力装置及び表示装置を用いて行われることとした。上記実施形態と同様、位置演算部は、油圧ショベル１の位置演算装置５４でもよいし携帯端末装置６４でもよい。埋設物ＴＵの位置Ｐｔｕの選択作業は、油圧ショベル１における入力装置５２及び表示装置５５を用いて行われてもよい。入出力部ＩＯにおける表示装置および油圧ショベル１における表示装置５５は、出力部の一例である。また、入出力部ＩＯにおける入力装置および油圧ショベル１における入力装置５２は、入力部の一例である。
【０１１５】
なお、上記実施形態において、管理システム１００は、油圧ショベル１、管理施設６０、ネットワークＮＴＷ、携帯端末装置６４の全体を含むシステムでもよいし、油圧ショベル１に閉じたシステムでもよいし、管理施設６０に閉じたシステムでもよいし、携帯端末装置６４に閉じたシステムでもよい。
【０１１６】
以上、実施形態１，２，３を説明したが、前述した内容により実施形態１，２，３が限定されるものではない。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１及び２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。
【符号の説明】
【０１１７】
１  油圧ショベル、１Ｓ  形状計測システム、２  作業機、８  バケット、８ＢＴ  刃先、１８Ａ  第１角度検出部、１８Ｂ  第２角度検出部、１８Ｃ  第３角度検出部、２３  位置検出装置、２５Ａ  アンテナ、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ  撮像装置、３２  撮像スイッチ、５１  検出処理装置、５２  入力装置、５３  センサ制御装置、５４  位置演算装置、５５  表示装置、５６  施工管理装置、５６Ｍ  記憶部、６０  管理施設、６１  管理装置、６１Ｍ  記憶部、６４  携帯端末装置、１００  管理システム、ＩＦｄ  埋設物情報、ＴＵ  埋設物
【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】
0006794449.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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