(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造成段階において重機として敷均しを行うブルドーザと締固めを行う振動ローラのオペレータに施工エリアへの誘導と施工仕様の指示を行う造成工事における重機の施工ナビゲーションシステムであって、
前記重機に搭載されＧＰＳ衛星からの測位情報を受信するＧＰＳ移動局と、
前記ＧＰＳ移動局により受信した測位情報から３次元位置座標を演算する演算手段と、
施工標高に応じた施工エリアマップ及び施工仕様の前記ブルドーザの敷均し層厚、前記振動ローラの転圧回数を格納する施工管理データベースと、
前記重機に搭載され前記演算手段により演算された３次元位置座標と前記施工管理データベースに格納された施工エリアマップ及び施工仕様とに基づき施工情報として前記施工エリアマップ上に前記重機の位置、標高、施工標高に応じて変わるゾーニング区分による施工エリアと施工仕様の敷均し層厚、転圧回数を画面に重ね表示する表示制御手段と
を備えたことを特徴とする造成工事における重機の施工ナビゲーションシステム。
【請求項２】
前記表示制御手段は、前記施工情報を色分け表示することを特徴とする請求項１記載の造成工事における重機の施工ナビゲーションシステム。
【請求項３】
前記施工管理データベースは、メッシュ分割した施工エリアマップ及び施工仕様の敷均し層厚、転圧回数を格納し、前記表示制御手段は、メッシュ毎に前記３次元位置座標に基づく施工情報を重ね表示することを特徴とする請求項１記載の造成工事における重機の施工ナビゲーションシステム。
【請求項４】
少なくとも前記施工管理データベースは、前記施工エリア外に配置された施工管理装置と共に配置されると共に、前記重機と前記施工管理装置は、通信手段を備え、前記重機は、前記通信手段を使って前記３次元位置座標を送信して前記施工管理データベースに格納された施工エリアマップ及び施工仕様を取得するようにしたことを特徴とする請求項１記載の造成工事における重機の施工ナビゲーションシステム。
【請求項５】
前記施工管理データベースは、メッシュ毎に最新の標高データを転圧データと共に更新登録することを特徴とする請求項４記載の造成工事における重機の施工ナビゲーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重機としてブルドーザと振動ローラのオペレータに施工エリアへの誘導と施工仕様の指示を行う造成工事における重機の施工ナビゲーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば道路および土地造成工事等の大規模土工においては、実際の施工前において予め盛土締固め試験を行って盛土締固め機の種類、盛土の転圧回数を設定するとともに、実際の施工時において、転圧回数が規定値に沿ったものとなるように管理することが盛土の品質を向上させる上で重要である。そのために、従来、ＧＰＳ（Global-Positioning-System)により盛土締固め機の走行軌跡を求め、施工エリア全域で盛土の転圧回数を管理する方式が知られている（例えば、特開平２０００−８３６３号公報参照）。
このように最近の道路造成や空港造成工事においては、ＧＰＳを利用した施工・品質管理システムを適用する事例が増えてきている。このシステムは、ブルドーザや振動ローラ等の重機にＧＰＳ機器を搭載して重機の３次元的な位置情報を求めることで、盛土造成における敷均し層の厚さや締固めの転圧回数等の施工管理・品質管理を行うものである。このシステムでは、重機のキャビン内にモニターを搭載しており、オペレータは規定された施工仕様をリアルタイムに確認することができるため、施工の効率化と品質向上を図ることが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このシステムは、施工前に現場管理員が施工エリアを測量杭等で示さなければならないことや、その施工エリアの施工仕様（敷均し層厚や転圧回数）を施工毎に設定入力しなければならないという問題点がある。特に広大な面積を造成する空港造成などにおいては、空港施設の重要性に応じて施工仕様が異なるため、施工エリアの位置出し測量や、それに応じて施工仕様を設定するのに非常な労力を要する。
さらに、大規模高盛土工事では、３次元状態で盛土材が持つ各々の材料特性に基づいて、施工中や完成後の盛土に期待する機能を満足するように盛土材を配分するゾーニング施工法が採用されており、ゾーニング区分による施工エリアと施工仕様が施工標高に応じて変化する。そのため、施工標高に応じた施工エリアの位置出し測量や施工仕様の設定には非常な労力を要する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、造成ヤードなどでの施工標高に応じた施工エリアの位置出し測量や施工仕様の設定を行うことなく、重機のブルドーザと振動ローラの誘導、施工の品質管理を可能にするものである。
そのために本発明は、造成段階において重機として敷均しを行うブルドーザと締固めを行う振動ローラのオペレータに施工エリアへの誘導と施工仕様の指示を行う造成工事における重機の施工ナビゲーションシステムであって、前記重機に搭載されＧＰＳ衛星からの測位情報を受信するＧＰＳ移動局と、前記ＧＰＳ移動局により受信した測位情報から３次元位置座標を演算する演算手段と、施工標高に応じた施工エリアマップ及び施工仕様の前記ブルドーザの敷均し層厚、前記振動ローラの転圧回数を格納する施工管理データベースと、前記重機に搭載され前記演算手段により演算された３次元位置座標と前記施工管理データベースに格納された施工エリアマップ及び施工仕様とに基づき施工情報として前記施工エリアマップ上に前記重機の位置、標高、施工標高に応じて変わるゾーニング区分による施工エリアと施工仕様の敷均し層厚、転圧回数を画面に重ね表示する表示制御手段とを備えたことことを特徴とするものである。
前記表示制御手段は、前記施工情報を色分け表示することを特徴とし、前記施工管理データベースは、メッシュ分割した施工エリアマップ及び施工仕様の敷均し層厚、転圧回数を格納し、前記表示制御手段は、メッシュ毎に前記３次元位置座標に基づく施工情報を重ね表示することを特徴とし、少なくとも前記施工管理データベースは、前記施工エリア外に配置された施工管理装置と共に配置されると共に、前記重機と前記施工管理装置は、通信手段を備え、前記重機は、前記通信手段を使って前記３次元位置座標を送信して前記施工管理データベースに格納された施工エリアマップ及び施工仕様を取得するようにし、前記施工管理データベースは、メッシュ毎に最新の標高データを転圧データと共に更新登録することを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る造成工事における重機の施工ナビゲーションシステムの実施の形態を説明するための図、図２はゾーニング盛土の平面区分の変化を説明するための図、図３は本発明に係る造成工事における重機の施工ナビゲーションシステムの作業処理フローを説明するための図である。図中、１はＧＰＳ衛星、２はＧＰＳ移動局、３は演算処理部、４は施工管理データベース、５は表示制御部を示す。
図１において、ＧＰＳ移動局２は、造成段階において敷均しを行うブルドーザや締固めを行う振動ローラ等の重機に搭載されＧＰＳ衛星１からの測位情報を受信するものであり、演算処理部３は、ＧＰＳ移動局２により受信した測位情報から東経、北緯、標高の３次元位置座標を演算する、例えばＣＰＵである。
施工管理データベース４は、施工標高に応じた施工エリアマップ及び施工仕様（敷均し層厚や転圧回数）を格納するものであり、さらに施工エリアをメッシュ分割し、メッシュ毎に最新の標高データを転圧データと共に更新登録する。施工管理データベース４は、重機に搭載されるパソコンの記憶装置に格納してもよいし、あるいはドライバを搭載して記録媒体から読み取るようにしてもよい。また、施工エリア外の管理事務所に設置される施工管理用のパソコンの記憶装置に格納し、無線ＬＡＮでリアルタイムに通信を行ってデータの要求、送受信を行うようにしてもよい。
表示制御部５は、造成段階において敷均しを行うブルドーザや締固めを行う振動ローラ等の重機に搭載され前記演算手段により演算された３次元位置座標に基づき前記施工管理データベースの施工標高に応じた施工エリアマップ及び施工仕様を画面に表示するものであり、さらに、重機の位置、標高、敷均し層厚、転圧回数を３次元位置座標に基づく施工情報として画面の施工エリアマップ上に重ね、色分けなどをして表示する。
【０００６】
大規模高盛土工事では、例えば図２に示すように本線ランプ部、駐車場部、垂直排水層、盛土のり面部、暫定のり面部、路体外盛土部など３次元状態で盛土材が配分され、施工標高に応じてゾーニング区分による施工エリアと施工仕様が変わる。このようにゾーニング盛土等では、平面的な施工エリアと高さ方向の施工標高に応じて施工領域が３次元的に変化するため、施工段階に応じた施工エリアの地図情報を重機モニターに提供する必要がある。
そのため、上記本発明に係る実施の形態では、管理事務所において、３次元ＣＡＤ等で標高に応じた施工エリアマップを作成し施工管理データベースに格納する。施工ヤードの重機は、ＧＰＳにより現在の施工標高が取得出来るため、その標高情報を無線通信（例えば無線ＬＡＮ）で管理事務所の施工管理データベースに送信することにより、施工管理データベースから施工標高に応じた施工エリアマップを重機に返信する。
重機では、キャビン内に設置しているモニター（パソコン）の表示画面にブルドーザの敷均し層厚や振動ローラの転圧回数を表示し、その背景に施工エリアの地図情報とそれに応じた施工仕様、重機の現在位置などを表示する。これにより、重機の施工エリアへの誘導とそれに応じて設定していた施工仕様をオペレータに指示することが可能となる。
【０００７】
作業処理フローでは、例えば図３に示すようにまず、管理事務所において施工エリアと施工仕様の設定を行う（ステップＳ１１）。ここで、ゾーニング盛土の場合には、３次元ＣＡＤにより標高に応じた施工エリアマップを作成して施工管理データベースに格納する。施工ヤードでは、ＧＰＳにより重機の施工標高を取得し（ステップＳ１２）、その標高情報を施工管理データベースに送信する（ステップＳ１３）。それに対し、管理事務所では、標高情報に対応した施工エリアマップ、施工仕様を抽出して重機へ送信する（ステップＳ１４）。そして、施工ヤードで、重機モニタに施工エリアマップ、施工仕様を表示することにより（ステップＳ１５）、オペレータによりモニタの指示する場所及び仕様に従った施工を行う（ステップＳ１６）。また、標高に応じて施工エリアが変化しない場合には、予め規定エリアや施工仕様を重機のモニタにインプットして、施工時に表示してもよい（ステップＳ１７）。
上記のように構成することにより、ブルドーザと振動ローラの３次元的な走行軌跡を高精度で求め、造成地盤盛土工事などの施工管理を行うことができる。この施工管理では、施工区分に応じて施工仕様を考慮して敷均し層厚と転圧回数に対して行うことにより、均質で良好な造成地盤を築造することができる。
【０００８】
図４は本発明に係る造成工事における重機の施工ナビゲーションシステムの他の実施の形態を示す図、図５は図４に示すシステムでの処理を説明するための図、図６は敷均し判定画面の例を示す図である。
図４に示す実施の形態では、盛土ヤード１２内もしくは周辺にＧＰＳ固定局１３を設置するとともに、ブルドーザー１４と振動ローラ（盛土締固め機）１５にはそれぞれＧＰＳ移動局１６、２１が設置されている。ＧＰＳ固定局１３およびＧＰＳ移動局１６、２１においては、ＧＰＳ衛星１１の測位情報を受信し、さらに、ＧＰＳ固定局１３で受信した測位情報は、ＧＰＳ移動局１６、２１に無線（例えば無線ＬＡＮ）で送信され、ブルドーザー１４側と振動ローラ１５側及び三次元位置座標算出手段１７、２２において、敷均し面および転圧面の三次元位置座標が算出され３。
振動ローラ１５側においては、転圧回数および転圧面標高値が転圧回数標高値演算出力手段２３において演算されて画面に表示されると共に、通信手段２４、３１を介して現場管理事務所に設置された施工管理装置３２に無線で送信される。
一方、ブルドーザー１４側においては、現場管理事務所に設置された施工管理装置３２から通信手段１９、３１を介して無線で転圧面標高値が入力され、敷均し面標高値演算出力手段１８において、三次元位置座標と転圧面データおよび規定層厚から敷均し面標高値が演算出力される。
【０００９】
上記構成からなる本発明に係る造成工事における重機の施工ナビゲーションシステムによる盛土の締固め層厚管理方法について説明する。
(１)振動ローラ側での規定の転圧回数終了時の標高値取得
これは、図５に示すように、盛土転圧面（および敷均し面）上に仮想の正方メッシュからなる多数の管理ブロック３０を設定し、管理ブロックＮｏ．毎に転圧回数をカウントし、規定の転圧回数終了時の標高値を記録するものである。そして、管理ブロックＮｏ．と標高値を施工管理装置３２に無線で送信する。
(２)施工管理装置での処理
施工管理装置３２においては、管理ブロックＮｏ．と対応する標高値をデータベース３３に格納し、管理ブロックＮｏ．で検索すれば、最新の盛土転圧面の標高値を取得することができるようにされている。
(３)ブルドーザー側での施工管理装置からのデータの取得
ブルドーザー６側では、盛土ヤードの管理ブロックＮｏ．を施工管理装置３２に送信し、それに対応した最新の標高値（図５に示す基盤面の標高値）を取得する。
(４)ブルドーザー側での敷均し標高値の算出
取得した最新の標高値に規定の層厚の規定値を加算して、各管理ブロック毎の敷均し標高値（図５に示す敷均し面の標高値）を算出する。
(５)敷均し標高値の管理値を設定
敷均し標高値に対して許容値を設定し、管理値を設定する。例えば、敷均し標高値が９０ｍで許容値が±２０ｃｍであれば、管理値は８９．８ｍ〜９０．２ｍとなる。
(６)層厚管理
ブルドーザー６の運転席にはモニターが設置されており、図５に示す敷均し面における管理ブロック毎の標高とブルドーザーの位置がリアルタイムで表示され、管理ブロック毎の取得標高値が規定した敷均し標高の管理値を満足しているか否かの判定を随時行う。
図６は、敷均し判定画面の例を示している。画面には、ブルドーザー６の位置が表示されると共に、管理値を満足している管理ブロック、管理値より低いブロック、管理値より高いブロックと３段階で色分けして表示することにより、視覚的にどの部位を敷均せば良いかを直ちに判別することができる。なお、色の表示段階は、施工精度によってより細かい段階を設けることができる。
【００１０】
以上のように、ダンプカーなどによる撒出しが終了してブルドーザーが敷均しを行う際に、画面上で現状の敷均し面の標高をリアルタイムで把握すると同時に、施工管理装置から得た１層下の最新転圧完了面の標高データとの差し引きで、施工層厚値（＝施工標高−基盤面の標高）をリアルタイムで得ることができる。したがって、オペレータは、画面で施工層厚値を確認しながら施工し、造成面の敷均し層厚を管理することができる。
また、転圧の施工管理でも、振動ローラにおける走行軌跡をリアルタイムに求め、造成地盤に対する面的な締固めの転圧回数を管理することができる。転圧回数は、転圧地盤上に展開されるメッシュ単位でカウントして表示することにより、オペレータは、施工すべきエリアと転圧回数が把握でき、かつ、画面上で転圧回数を確認しながら施工することができるので、確実かつ合理的な施工が可能になる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、重機としてブルドーザと振動ローラの場合について説明したが、ダンプカーやショベルカーその他の重機に対しても同様に適用可能であることはいうまでもない。
【００１１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、施工ナビゲーション機能により、オペレータに対してリアルタイムに施工段階に応じた施工エリアへブルドーザと振動ローラを誘導することが可能となるため、施工ヤードにおける位置出し測量をする必要が全くなくなる。また、施工エリアに応じた施工仕様をモニターに表示することで、オペレータに確実な施工仕様を指示することができる。その結果、効率的な施工と同時に品質を規定する仕様に対して確実な施工が可能となる。
さらに、盛土ヤードで稼働中のブルドーザと振動ローラ、管理事務所の施工管理装置、施工管理データベースは、相互に無線ＬＡＮを介してデータ通信を行えるので、リアルタイムにデータの共有化を図ることができ、飛躍的に管理制度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る造成工事における重機の施工ナビゲーションシステムの実施の形態を説明するための図である。
【図２】  ゾーニング盛土の平面区分の変化を説明するための図である。
【図３】  本発明に係る造成工事における重機の施工ナビゲーションシステムの作業処理フローを説明するための図である。
【図４】  本発明に係る造成工事における重機の施工ナビゲーションシステムの他の実施の形態を示す図である。
【図５】  図４に示すシステムでの処理を説明するための図である。
【図６】  敷均し判定画面の例を示す図である。
【符号の説明】
１…ＧＰＳ衛星、２…ＧＰＳ移動局、３…演算処理部、４…施工管理データベース、５…表示制御部
【図１】
0003787812.tif 000002
【図２】
0003787812.tif 000003
【図３】
0003787812.tif 000004
【図４】
0003787812.tif 000005
【図５】
0003787812.tif 000006
【図６】
0003787812.tif 000007