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CMI 報告2．全体システム構成
バックホウ支援システムは，オペレータがバックホウを操作する上で必要となる情報を提供するもので，バックホウが現在有る場所の「設計データ」と，「バケッバックホウ支援システムの現状と課題ト位置の良否判定データ」（後出）を提供することで，掘削工・法面整形工を効率的かつ正確に行うことを目的としたものである。
このシステムは，作業中常に変化している，バックホウ車体の中心位置，向き，傾斜（ピッチング，ロー上石リング）と，バケット位置を計測・演算できる機器を修二有する施工支援システムである。システム構成を図─
1 に，搭載機器を表─ 1 に示す。
表―1

機器

1．はじめに① GPS 受信機

バックホウオペレータは，土木工事現場の掘削作業② 傾斜センサ等において，設計情報と測量結果に基づき設置された丁張りを目視で確認して作業を実施している。これに対して，オペレータにバケット刃先位置，および設計との差分を表示するインターフェイスが測量機器メーカにより提供されるようになってきている。

③変位センサバックホウ支援システム搭載機器

計測データ
本体位置（3 次元座標）
本体向き（機軸に対する回転角）
GPS 補正情報【基地局】
本体ピッチング，ローリング
シリンダストローク（作業機装置支点角度に変換）作業機装置支点角度

傾斜センサ
コントロールユニット④
設計とバケット位置との差異等
およびモニタ

本報告では，このバックホウのオペレータへの支援システム（バックホウ支援システム）について，㈱ニ

3．システムの利用の効果

コン・トリンブル，㈱トプコン，ライカジオシステムズ㈱の 3 社より提供されているシステムの概要を報告する。

バックホウ支援システムによる掘削工では，バケット位置（刃先位置）の 3 次元座標から，3 次元設計データとの差分を算出し，操作中に常時オペレータへ提供することで，従来の法丁張り・トンボ丁張りの設置が図―1

バックホウ支援システムの構成

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ほぼ不要となる。
また，オペレータが操作室から直接確認できない切り出し位置や，丁張りや検測が必要となる法尻，掘削底面や曲線区間の設計形状を必要な時に確認できるため，従来必要であった施工を中断しての検測や丁張り設置待ち，降車を伴う丁張りの目視確認が不要となる。
これに加え，オペレータが必要と判断する任意の箇所の設計情報が容易に提供されるため，従来では丁張りの設置位置に依存する出来形が，丁張り位置に関係なく出来形が均一化する。
このように，出来形品質が向上し，かつ，掘削工の図─ 2

断面情報の提供画面（Leica Digger 3D）

図─ 3

断面情報の提供画面（TOPCON

作業工程が短縮されるため，渇水期での実施や降雪状況により工事時期と期間に制限・制約を受ける地域においては特に本システムの活用効果が高いと考えられる。
また，本システムによる掘削工では，出来形が均一化することから，任意の横断面における出来形管理によっても，掘削範囲全体の出来形・出来ばえが推定できる。このため，施工条件などに考慮した，自由度の高い，合理的な施工管理・出来形管理や監督・検査を行うことができる。

4．システムの提供する情報／画面

3D-Xi）（1）3 次元設計データ
バックホウ支援システムで利用する 3 次元設計デー
タは，使用するシステムにより，「境界線データ」のみの場合，「境界線データと 3 次元座標で構成される不等三角網データ」（「設計サーフェイス」という）のみの場合，「境界線データ」と「設計サーフェイス」の両方の場合などがある。
図─ 4

断面情報の提供画面（NikonTrimble GCS900）（2）支援画面
1）平面位置の提供
機械位置の平面位置の提供は，各社とも平面図への以下に示すとおりである。

機械位置をプロットし，方向を合わせている。これを①法面正対の良否判定データ用いて，移動作業，旋回作業などを行っている。

設計上の法面とバックホウ本体向きとの差分を提供

2）設計断面とバケット位置情報の提供する。

情報機器メーカ（3 社）の提供する画面の例を図─②切り出し位置の良否判定データ

2 〜図─ 4 に示した。
バックホウ支援システムは，機器の計測データなどに基づき，バケットセンターに対する断面方向の設計データを演算して，表示する機能を有する。オペレー
タが行う操作を支援するため，操作の良否を判定できるデータを演算して，表示する機能を併せて持っている。ここで言う「操作の良否を判定できるデータ」は，設計上の法肩線データとバケット位置との差分を提供する。
③掘削位置の良否判定データ設計面とバケット位置との差分を提供する。
④掘削変化位置の良否判定データ
設計上の法尻線等とバケット位置との差分を提供する。

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5．インターフェイスの課題ている。
オペレータが行う操作を支援するため，操作の良否これからの ICT 建設機械は，設計情報の利用，作を判定できるデータを提供しているが（前出），情報業環境などの状況把握技術の利用が進んでくることがを数値で見せるだけでは支援にはならないので，分か想定され，改めて，建設機械を操作するオペレータにり易い情報提供のしかたが求められる。オペレータが提供する情報とは何か，オペレータと建設機械の役割行っている

作業と判断
1）の部分をどのように支分担など所謂，マン・マシン・インターフェイスにつ援するか，まだ，研究実績いての整理が必要であると考えられる。

によって（1）作業プロセス（2）I/F 課題

表─ 2 では機械操作，作業終了判断，利用情報をオペレータに対してトータルに支援することで，操示した。機械操作は，オペレータがレバー操作により作が容易かつ高度に実現するものと考えられる。その行っているもので，手慣れた操作を効率的に行うとと結果，安全性の向上，効率化においても効果が期待さもに，終了判断によって次の作業プロセスに進められれる。今後，外界センサとして画像データの利用やレー使い易いも少なく，今後の研究

I ／ F を開発する必要がある。

ザ測定器の利用が検討され，作業指示技術，施工結果
表─ 2

作業／動作

バックホウ作業における利用情報

利用情報
・機械位置
指示された作業場所
移動・移動ルートに到着した・施工位置，範囲
・機械位置，向き・正対方向
現上部旋回体の向き①旋回・刃先位置が対象に正対した・目標形状
・現況地形・刃先位置②バケット 刃先位置が切り出し・目標形状
操作位置にセットされた・現況地形
・刃先位置，軌跡
想定した軌跡で掘削・現況形状③掘削した（または、バケッ・目標形状トが一杯になった）・バケット土砂状況
バケットがほぼ水平 ・バケット位置④バケットとなり旋回可能な状 ・バケット角度
掬い
態となった・バケット土砂状況
・機械位置，向き放土予定位置（ダン ・バケット引上高さ⑤旋回プ位置）の上にバ・ベッセル高さ
ケットがきた・ダンプ位置・障害物
バケットの土砂放出 ・バケット土砂状況⑥積込み完了・ベッセル内土砂状況
次の作業位置に移動⑦小移動
・機械周辺の状況
した
・機械位置（①−⑦の 作業予定範囲を終了 ・施工完了範囲繰り返し） した
・施工予定範囲

移動

作業終了の判断

機械の保管場所に移
動した

・機械位置
・移動ルート・施工位置，範囲の評価技術等が想定される。
従って，今後のインターフェイスについて，以下のような課題があると考えられる。
①外界センサ情報の利用（レーザ，画像）②施工目標と作業指示情報の利用③施工結果を表示・評価する I/F 画面利用

6．まとめ
このバックホウ支援システムについては，実工事における検証実験を経て，さらにシステムの高度化とインターフェイスの使い易さの向上が期待される。
人間―機械間のインターフェイスについては，ユーザビリティあるいは安全確保という点から過去研究されてきているが，施工現場での ICT 利用が新しい局面を迎えつつある昨今，新たに研究すべき課題も多く，CMI は今後もそれらの研究・開発の一端を担っていく所存である。

《参考文献》
1）「建設ロボット計測支援システムの実装・実験」上石，建設の施工企画，
2007.12［筆者紹介］
上石 修二（あげいし施工技術総合研究所
研究第三部 次長しゅうじ）