CN109072587A - 施工系统及施工方法 - Google Patents

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CN109072587A CN201780023522.5A CN201780023522A CN109072587A CN 109072587 A CN109072587 A CN 109072587A CN 201780023522 A CN201780023522 A CN 201780023522A CN 109072587 A CN109072587 A CN 109072587A
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富樫良
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Abstract

施工系统具备：获取水底的位置数据的位置数据获取部；基于位置数据而生成水底的现况地形数据的现况地形数据生成部；基于现况地形数据而生成水底的目标地形数据的目标地形数据生成部；以及基于目标地形数据来控制作业车辆的工作装置的工作装置控制部。

Description

施工系统及施工方法
技术领域
本发明涉及施工系统及施工方法。
背景技术
以确保河川的治水或港湾的水深等为目的，使用作业车辆来实施疏浚(参照专利文献1)。疏浚是指对水底的砂土进行挖掘。水底是指河床、河侧壁或海底。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-017464号公报
发明内容
发明要解决的课题
在疏浚中，大多情况下对作业车辆进行操作的操作员难以目视水底。因此，大多情况下，依赖于操作员的感觉来实施疏浚。当依赖于操作员的感觉来实施疏浚时，难以高精度地对水底进行疏浚。
本发明的方案的目的在于，提供一种能够高精度地对水底进行疏浚的施工系统及施工方法。
用于解决课题的方案
根据本发明的第一方案，提供一种施工系统，其中，所述施工系统具备：位置数据获取部，其获取水底的位置数据；现况地形数据生成部，其基于所述位置数据而生成所述水底的现况地形数据；目标地形数据生成部，其基于所述现况地形数据而生成所述水底的目标地形数据；以及工作装置控制部，其基于所述目标地形数据来控制作业车辆的工作装置。
根据本发明的第二方案，提供一种施工系统，其中，所述施工系统具备：位置数据获取部，其获取水底的位置数据；现况地形数据生成部，其基于所述位置数据而生成所述水底的现况地形数据；目标地形数据生成部，其生成所述水底的目标地形数据；工作装置控制部，其基于所述目标地形数据来控制作业车辆的工作装置；以及显示控制部，其输出使所述现况地形数据及所述目标地形数据中的至少一方显示于显示装置的显示信号。
根据本发明的第三方案，提供一种施工方法，其中，所述施工方法包括如下步骤：获取水底的位置数据；基于所述位置数据而生成所述水底的现况地形数据；基于所述现况地形数据而生成所述水底的目标地形数据；以及基于所述目标地形数据来控制作业车辆的工作装置。
发明效果
根据本发明的方案，提供了能够高精度地对水底进行疏浚的施工系统及施工方法。
附图说明
图1是示出第一实施方式的作业车辆的一例的侧视图。
图2是示意性地示出第一实施方式的液压挖掘机的侧视图。
图3是示意性地示出第一实施方式的液压挖掘机的后视图。
图4是示意性地示出第一实施方式的液压挖掘机的俯视图。
图5是示出第一实施方式的液压挖掘机的动作的示意图。
图6是示出第一实施方式的施工系统的一例的功能框图。
图7是示出第一实施方式的施工方法的一例的流程图。
图8是示出第一实施方式的水底的位置数据的获取方法的一例的示意图。
图9是示出第一实施方式的水底的现况地形数据的生成方法的一例的示意图。
图10是示出第一实施方式的水底的目标地形数据的生成方法的一例的示意图。
图11是示出第一实施方式的水底的目标地形数据的生成方法的一例的示意图。
图12是示出第一实施方式的显示装置的一例的示意图。
图13是示出第一实施方式的显示装置的一例的示意图。
图14是示出第二实施方式的水底的目标地形数据的生成方法的一例的示意图。
图15是示出第三实施方式的水底的目标地形数据的生成方法的一例的示意图。
图16是示出第四实施方式的水底的现况地形数据的生成方法的一例的示意图。
图17是示出第五实施方式的施工系统的一例的功能框图。
图18是示出第五实施方式的检测装置的一例的示意图。
图19是示出第五实施方式的检测装置的一例的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明，但本发明不局限于此。以下所说明的各实施方式的构成要素能够适当组合。另外，也存在不使用一部分构成要素的情况。
在以下的说明中，通过设定全局坐标系(XgYgZg坐标系)及局部坐标系(XYZ坐标系)来说明各部分的位置关系。全局坐标系是表示由全球测位系统(Global PositioningSystem：GPS)这样的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System：GNSS)规定的绝对位置的坐标系。局部坐标系是表示作业车辆的相对于基准位置而言的相对位置的坐标系。包含全局坐标系的Xg轴及Yg轴的XgYg平面与水平面平行。Zg轴与水平面正交。与Zg轴平行的方向为铅垂方向，在本实施方式中，称为高度方向或深度方向。
[第一实施方式]
(作业车辆)
图1是示出本实施方式的作业车辆100的一例的侧视图。在本实施方式中，针对作业车辆100为液压挖掘机的例子进行说明。在以下的说明中，将作业车辆100适当称为液压挖掘机100。
如图1所示，液压挖掘机100具备：通过液压而工作的工作装置1；对工作装置1进行支承的车身即上部回转体2；对上部回转体2进行支承的行驶装置即下部行驶体3；对工作装置1进行控制的控制装置50；以及显示装置80。
在本实施方式中，液压挖掘机100实施疏浚。液压挖掘机100在上部回转体2及下部行驶体3存在于地面的状态下将工作装置1插入到水中，对水底进行疏浚。需要说明的是，液压挖掘机100也可以在存在于未图示的船上的状态下将工作装置1插入到水中，对水底进行疏浚。
上部回转体2具有供操作员搭乘的驾驶室4和收容发动机及液压泵的机械室5。驾驶室4具有供操作员落座的驾驶席4S。机械室5配置在驾驶室4的后方。
下部行驶体3具有履带3C。通过履带3C的旋转，使液压挖掘机100行驶。需要说明的是，下部行驶体3也可以具有轮胎。
工作装置1支承于上部回转体2。工作装置1具有：经由动臂销而与上部回转体2连结的动臂6；经由斗杆销而与动臂6连结的斗杆7；以及经由铲斗销而与斗杆7连结的铲斗8。铲斗8具有铲尖9。在本实施方式中，铲斗8的铲尖9是设置于铲斗8的笔直形状的铲的前端部。需要说明的是，铲斗8的铲尖9也可以是设置于铲斗8的凸形状的铲的前端部。
工作装置1通过液压缸10产生的动力而工作。液压缸10包括：使动臂6工作的动臂缸11；使斗杆7工作的斗杆缸12；以及使铲斗8工作的铲斗缸13。
工作装置1具有：对表示动臂缸11的驱动量的动臂行程进行检测的动臂行程传感器16；对表示斗杆缸12的驱动量的斗杆行程进行检测的斗杆行程传感器17；以及对表示铲斗缸13的驱动量的铲斗行程进行检测的铲斗行程传感器18。
控制装置50包括计算机系统。控制装置50具有：CPU(Central Processing Unit)这样的处理器；包括ROM(Read Only Memory)这样的非易失性存储器及RAM(Random AccessMemory)这样的易失性存储器的存储装置；以及输入输出接口装置。
显示装置80配置于驾驶室4。显示装置80包括液晶显示器(Liquid CrystalDisplay：LCD)或有机EL显示器(Organic Electroluminescence Display：OELD)这样的平板显示器。操作员能够视觉确认显示装置80的显示画面。
(检测系统)
接着，对本实施方式的液压挖掘机100的检测系统400进行说明。图2是示意性地示出本实施方式的液压挖掘机100的侧视图。图3是示意性地示出本实施方式的液压挖掘机100的后视图。图4是示意性地示出本实施方式的液压挖掘机100的俯视图。
如图2所示，动臂6能够以作为旋转轴的动臂轴AX1为中心相对于上部回转体2进行旋转。斗杆7能够以作为旋转轴的斗杆轴AX2为中心相对于动臂6进行旋转。铲斗8能够以作为旋转轴的铲斗轴AX3为中心相对于斗杆7进行旋转。动臂轴AX1、斗杆轴AX2以及铲斗轴AX3平行。旋转轴AX1、AX2、AX3与和回转轴RX平行的轴正交。旋转轴AX1、AX2、AX3与局部坐标系的Y轴平行。回转轴RX与局部坐标系的Z轴平行，表示上部回转体2的上下方向。与旋转轴AX1、AX2、AX3平行的方向表示上部回转体2的车宽方向。与旋转轴AX1、AX2、AX3及回转轴RX的两方正交的方向表示上部回转体2的前后方向。以落座于驾驶席4S的操作员为基准而存在有工作装置1的方向为前方。
如图2、图3及图4所示，检测系统400具有：算出上部回转体2的位置的位置运算装置20；以及算出工作装置1的角度的工作装置角度运算装置24。
位置运算装置20包括：对上部回转体2的位置进行检测的车身位置运算器21；对上部回转体2的姿势进行检测的姿势运算器22；以及对上部回转体2的方位进行检测的方位运算器23。
车身位置运算器21包括GPS接收机，且设置于上部回转体2。车身位置运算器21对由全局坐标系规定的上部回转体2的绝对位置Pg进行检测。上部回转体2的绝对位置Pg包括Xg轴方向的坐标数据、Yg轴方向的坐标数据及Zg轴方向的坐标数据。
在上部回转体2设置有多个GPS天线21A。GPS天线21A从GPS卫星接收电波，将基于接收到的电波而生成的信号向车身位置运算器21输出。车身位置运算器21基于从GPS天线21A供给的信号，检测由全局坐标系规定的设置有GPS天线21A的位置Pr，基于位置Pr来检测上部回转体2的绝对位置Pg。
在车宽方向上设置有两个GPS天线21A。车身位置运算器21分别检测设置有一个GPS天线21A的位置Pra及设置有另一个GPS天线21A的位置Prb。车身位置运算器21A基于位置Pra及位置Prb中的至少一方来实施运算处理，算出上部回转体2的绝对位置Pg。
姿势运算器22包括惯性计测装置(Inertial Measurement Unit：IMU)。姿势运算器22设置于上部回转体2。姿势运算器22算出上部回转体2相对于由全局坐标系规定的水平面(XgYg平面)的倾斜角度。上部回转体2相对于水平面的倾斜角度包括：表示上部回转体2在车宽方向上的倾斜角度的侧倾角度θ1；以及表示上部回转体2在前后方向上的倾斜角度的俯仰角度θ2。
方位运算器23基于设置有一个GPS天线21A的位置Pra与设置有另一个GPS天线21A的位置Prb，算出上部回转体2相对于由全局坐标系规定的基准方位的方位。基准方位例如是北。方位运算器23基于位置Pra和位置Prb来实施运算处理，算出上部回转体2相对于基准方位的方位。方位运算器23算出将位置Pra与位置Prb连结的直线，基于算出的直线与基准方位所成的角度，算出上部回转体2相对于基准方位的方位。上部回转体2相对于基准方位的方位包括表示基准方位与上部回转体2的方位所成的角度的横摆角度θ3。
如图2所示，工作装置角度运算装置24基于由动臂行程传感器16检测到的动臂行程，算出表示动臂6相对于局部坐标系的Z轴的倾斜角度的动臂角度α。工作装置角度运算装置24基于由斗杆行程传感器17检测到的斗杆行程，算出表示斗杆7相对于动臂6的倾斜角度的斗杆角度β。工作装置角度运算装置24基于由铲斗行程传感器18检测到的铲斗行程，算出表示铲斗8的铲尖9相对于斗杆7的倾斜角度的铲斗角度γ。
需要说明的是，动臂角度α、斗杆角度β及铲斗角度γ也可以由设置于工作装置1的角度传感器进行检测。另外，也可以利用立体相机或激光扫描仪光学地检测工作装置10的角度，并使用该检测结果来算出动臂角度α、斗杆角度β及铲斗角度γ。
(整地辅助控制)
图5是示出本实施方式的液压挖掘机100的动作的示意图。在本实施方式中，控制装置50以使铲斗8的铲尖9沿着表示挖掘对象的目标形状的目标地形移动的方式对工作装置1进行整地辅助控制。控制装置50通过对工作装置1进行介入控制，从而进行整地辅助控制。
如图5所示，在挖掘作为挖掘对象的水底的情况下，使斗杆7及铲斗8进行挖掘动作。控制装置50在通过操作装置30的操作使斗杆7及铲斗8进行挖掘动作的状态下，实施动臂6的介入控制，以使得铲斗8的铲尖9沿着目标地形移动。在图5所示的例子中，控制装置50在使斗杆7及铲斗8进行挖掘动作的状态下，以使动臂6进行上升动作的方式来控制动臂缸11。由此，即便通过操作员的操作使斗杆7及铲斗8进行挖掘动作而如图5的虚线所示那样铲斗8的铲尖9超过目标地形而欲挖掘水底，通过以使动臂6进行上升动作的方式实施介入控制，从而铲斗8的铲尖9也能够沿着目标地形移动。
整地辅助控制通过具有液压缸10的液压系统来实施，该液压缸10包括动臂缸11、斗杆缸12及铲斗缸13。液压系统具有：对向液压缸10供给的工作油的流量进行调整的滑阀；与操作装置30的操作量相应地调整向滑阀施加的先导压的第一先导压控制阀；以及由控制装置50控制且调整向滑阀施加的先导压的第二先导压控制阀。在整地辅助控制中，与基于第一先导压控制阀的先导压的调整相比，优先进行基于第二先导压控制阀的先导压的调整。
(施工系统)
接着，对包含本实施方式的液压挖掘机100的控制系统200在内的施工系统1000进行说明。图6是示出本实施方式的控制系统200的一例的功能框图。
如图6所示，控制系统200具备对工作装置1进行控制的控制装置50、位置运算装置20、工作装置角度运算装置24、显示装置80以及输入装置90。
位置运算装置20具有车身位置运算器21、姿势运算器22以及方位运算器23。位置运算装置20算出上部回转体2的绝对位置Pg、包含侧倾角度θ1及俯仰角度θ2的上部回转体2的姿势、以及包含横摆角度θ3的上部回转体2的方位。
工作装置角度运算装置24算出包含动臂角度α、斗杆角度β及铲斗角度γ的工作装置1的角度。
显示装置80基于来自控制装置50的显示信号对显示数据进行显示。
输入装置90通过由操作员操作而生成输入信号，并向控制装置50输出。
控制装置50具有车身位置数据获取部51、工作装置角度数据获取部52、铲斗位置数据算出部53A、现况地形数据生成部54、目标地形数据生成部55、工作装置控制部56、显示控制部57、存储部59以及输入输出部60。
车身位置数据获取部51、工作装置角度数据获取部52、铲斗位置数据算出部53A、现况地形数据生成部54、目标地形数据生成部55、工作装置控制部56及显示控制部57各自的功能通过控制装置50的处理器而发挥。存储部59的功能通过控制装置50的存储装置而发挥。输入输出部60的功能通过控制装置50的输入输出接口装置而发挥。输入输出部60与位置运算装置20、工作装置角度运算装置24、显示装置80及输入装置90连接，在与车身位置数据获取部51、工作装置角度数据获取部52、铲斗位置数据算出部53A、现况地形数据生成部54、目标地形数据生成部55、工作装置控制部56、显示控制部57及存储部59之间进行数据通信。
存储部59存储包含工作装置数据的液压挖掘机100的各种数据。如图2所示，工作装置数据包含动臂长度L1、斗杆长度L2及铲斗长度L3。动臂长度L1是动臂轴AX1与斗杆轴AX2之间的距离。斗杆长度L2是斗杆轴AX2与铲斗轴AX3之间的距离。铲斗长度L3是铲斗轴AX3与铲斗8的铲尖9之间的距离。
车身位置数据获取部51从位置运算装置20经由输入输出部60获取车身位置数据。车身位置数据包括：由全局坐标系规定的上部回转体2的绝对位置Pg；包含侧倾角度θ1及俯仰角度θ2的上部回转体2的姿势；以及包含横摆角度θ3的上部回转体2的方位。
工作装置角度数据获取部52从工作装置角度运算装置24经由输入输出部60获取工作装置角度数据。工作装置角度数据包含动臂角度α、斗杆角度β及铲斗角度γ。
铲斗位置数据算出部53A算出铲斗8的位置数据。在本实施方式中，铲斗位置数据算出部53A算出铲斗8的铲尖9的位置数据。铲斗位置数据算出部53A基于由车身位置数据获取部51获取到的车身位置数据、由工作装置角度数据获取部52获取到的工作装置角度数据、以及存储部59所存储的工作装置数据，来算出铲斗8的铲尖9的位置数据。
铲斗8的铲尖9的位置数据包括铲斗8的铲尖9相对于上部回转体2的基准位置PO的相对位置。铲斗位置数据算出部53A能够基于包含动臂长度L1、斗杆长度L2及铲斗长度L3的工作装置数据、以及包含动臂角度α、斗杆角度β及铲斗角度γ的工作装置角度数据，来算出铲斗8的铲尖9相对于上部回转体2的基准位置P0的相对位置。如图2所示，上部回转体2的基准位置P0设定于上部回转体2的回转轴RX。需要说明的是，上部回转体2的基准位置P0也可以设置于动臂轴AX1上等的上部回转体2中的任一位置。
另外，铲斗8的铲尖9的位置数据包含铲斗8的铲尖9的绝对位置。铲斗位置数据算出部53A能够基于由位置运算装置20算出的上部回转体2的绝对位置Pg以及上部回转体2的基准位置P0与铲斗8的铲尖9之间的相对位置，来算出铲斗8的铲尖9的绝对位置Pa。
现况地形数据生成部54基于水底的位置数据而生成水底的现况地形数据。水底的位置数据表示水底的测定点的绝对位置。
在本实施方式中，水底的位置数据包括工作装置1的至少一部分接触到水底的测定点时的工作装置1的位置数据。在本实施方式中，水底的位置数据包括接触到水底的铲斗8的铲尖9的位置数据。在本实施方式中，铲斗位置数据算出部53A作为获取水底的位置数据的位置数据获取部发挥功能。
现况地形数据生成部54基于接触到水底的铲斗8的铲尖9的位置数据而生成水底的现况地形数据。如上所述，通过铲斗位置数据算出部53A来算出铲斗8的铲尖9的绝对位置Pa。当使铲斗8的铲尖9接触到水底的测定点时，算出接触到水底的测定点时的铲尖9的绝对位置Pa，由此，算出表示水底的测定点的绝对位置的水底的位置数据。使铲斗8的铲尖9接触到水底的多个测定点的各个测定点，算出接触到水底的多个测定点的各个测定点时的铲尖9的绝对位置Pa，由此，算出水底的多个测定点各自的绝对位置。现况地形数据生成部54能够基于表示水底的多个测定点各自的绝对位置的水底的多个位置数据，而生成水底的现况地形数据。
目标地形数据生成部55基于由现况地形数据生成部54生成的现况地形数据，而生成水底的目标地形数据。水底的目标地形数据是用于对水底进行疏浚的目标地形数据，表示疏浚后的水底的目标形状。在本实施方式中，根据现况地形数据而生成目标地形数据。
工作装置控制部56基于由目标地形数据生成部55生成的目标地形数据来控制液压挖掘机100的工作装置1。在本实施方式中，工作装置控制部56基于目标地形数据，向用于实施整地辅助控制的上述的第二先导压控制阀输出控制信号，以使得利用工作装置1对水底进行疏浚。在本实施方式中，工作装置控制部56输出控制信号，以使铲斗8的铲尖9沿着水底的目标地形移动的方式对工作装置1进行整地辅助控制。例如，也可以通过向调整对滑阀施加的先导压的第二先导压控制阀输出控制信号来实施整地辅助控制，该滑阀用于调整向动臂缸11供给的工作油的流量。例如，也可以以使动臂6进行上升动作的方式实施介入控制，以使铲斗8的铲尖9沿着目标地形数据移动。
显示控制部57向显示装置80输出显示信号，该显示信号使由现况地形数据生成部54生成的水底的现况地形数据及由目标地形数据生成部55生成的目标地形数据中的至少一方显示于显示装置80。
(施工方法)
接着，针对使用本实施方式的液压挖掘机100的施工方法的一例进行说明。图7是示出本实施方式的施工方法的一例的流程图。
操作员对操作装置30进行操作，将工作装置1插入到水中。使用铲斗8来获取水底的多个测定点的位置数据(步骤S10)。
图8是示出本实施方式的水底的位置数据的获取方法的一例的示意图。操作员以使铲斗8的铲尖9接触到水底的方式对操作装置30进行操作。通常，由于水的透明度、水深及水面上的光的反射等，大多情况下，驾驶室4的操作员难以目视水底。当铲尖9从未接触到水底的状态向接触到水底的状态变化时，经由工作装置1向操作员作用有冲击。操作员能够根据该冲击来判断铲尖9是否接触到水底。
操作员在判断为铲尖9接触到水底的某一测定点Ha(例如测定点Ha1)时，停止操作装置30的操作并停止工作装置1的移动，对输入装置90进行操作。通过操作输入装置90而生成的输入信号向铲斗位置数据算出部53A输出。铲斗位置数据算出部53A算出获取到输入信号时的表示铲斗8的铲尖9的绝对位置Pa的位置数据。
当使铲斗8的铲尖9接触到水底的测定点Ha1时，算出接触到水底的测定点Ha1时的铲尖9的绝对位置Pa，由此，获取表示水底的测定点Ha1的绝对位置的水底的位置数据。水底的测定点Ha1的位置数据存储在存储部59中。
当获取到水底的测定点Ha1的位置数据之后，操作员以使铲斗8的铲尖9接触到与测定点Ha1不同的水底的测定点Ha(例如测定点Ha2)的方式对操作装置30进行操作。操作员在判断为铲尖9接触到水底的测定点Ha2时，停止操作装置30的操作，对输入装置90进行操作，由此，与测定了测定点Ha1时同样地，算出表示水底的测定点Ha2的绝对位置的水底的位置数据。水底的测定点Ha2的位置数据存储在存储部59中。
操作员重复进行多次上述的操作。由此，获取水底的多个不同测定点Ha各自的位置数据并存储在存储部59中。
在本实施方式中，在使下部行驶体3实质上停止且使上部回转体2的回转实质上停止的状态下，通过使工作装置1伸缩来获取多个测定点Ha(Ha1、Ha2、…、Hai)的位置数据。换言之，在使下部行驶体3实质上停止且使上部回转体2的回转实质上停止的状态下，使铲斗8的铲尖9在包含局部坐标系的X轴及Z轴的XZ平面中移动，来获取X轴方向(前后方向)上的多个测定点Ha的各个测定点Ha的在全局坐标系的Zg轴方向(深度方向)上的位置数据。操作员例如以使X轴方向上的多个测定点Ha(Ha1、Ha2、…、Hai)的间隔相同的方式，对操作装置30进行操作来驱动工作装置1。
在获取到水底的多个测定点Ha的位置数据之后，现况地形数据生成部54基于水底的多个测定点Ha的位置数据而生成水底的现况地形数据(步骤S20)。
图9是示出本实施方式的水底的现况地形数据的生成方法的一例的示意图。现况地形数据生成部54基于水底的多个测定点Ha的位置数据，实施例如曲线拟合处理，而生成水底的现况地形数据。在本实施方式中，生成上部回转体2的回转区域中的水底的现况地形数据。
在生成现况地形数据之后，目标地形数据生成部55基于现况地形数据，生成用于对水底进行疏浚的目标地形数据(步骤S30)。
图10是示出本实施方式的水底的目标地形数据的生成方法的一例的示意图。在本实施方式中，目标地形数据生成部55基于现况地形数据中的表示最深的部位Sm的绝对位置的位置数据，生成目标地形数据。例如，将穿过部位Sm且与水平面平行的平面La设定为目标地形。需要说明的是，目标地形也可以是穿过比部位Sm深ΔD的部位且与水平面平行的平面Lb。
需要说明的是，目标地形也可以是穿过部位Sm且相对于水平面倾斜的平面，还可以是穿过比部位Sm深ΔD的部位且相对于水平面倾斜的平面。例如，如图11所示，在中央部的水深最深且两端部的水深浅的河川中，通过将目标地形设为相对于水平面倾斜的平面，能够去除堆积于水底的砂土而返回到砂土堆积前的状态。
在生成现况地形数据并生成目标地形数据之后，显示控制部57向显示装置80输出使现况地形数据及目标地形数据中的至少一方显示于显示装置80的显示信号(步骤S40)。
图12是示出本实施方式的显示装置80的一例的示意图。如图12所示，显示控制部57使现况地形数据及目标地形数据中的至少一方显示于显示装置80。图12示出现况地形数据及目标地形数据的两方显示于显示装置80的例子。通过将现况地形数据及目标地形数据显示于显示装置80，操作员能够视觉确认由现况地形数据生成部54生成的现况地形及由目标地形数据生成部55生成的目标地形。
在生成目标地形数据之后，工作装置控制部56基于目标地形数据而输出控制信号，以使得利用液压挖掘机100的工作装置1对水底进行疏浚(步骤S50)。即，控制系统200以使铲斗8的铲尖9沿着目标地形移动的方式实施整地辅助控制。
在本实施方式中，目标地形数据与现况地形数据同样地，是在局部坐标系的XZ平面中生成的二维数据。即，在本实施方式中，现况地形数据及目标地形数据分别是在XZ平面中规定的线状的数据。在下部行驶体3实质上停止且上部回转体2的回转实质上停止的状态下，使铲斗8的铲尖9在局部坐标系的XZ平面中移动，在XZ平面中生成线状的现况地形数据之后，在XZ平面中生成线状的目标地形数据。液压挖掘机100能够不使下部行驶体3及上部回转体2移动，在为了生成现况地形数据而使工作装置1移动了之后，不使下部行驶体3及上部回转体2移动，基于目标地形数据而实施使工作装置1移动的整地辅助控制。换言之，液压挖掘机100能够在为了生成现况地形数据而实施了使工作装置1伸缩的动作之后，不使下部行驶体3及上部回转体2移动而转变为整地辅助控制。
需要说明的是，操作员也可以在获取到多个测定点Ha(Ha1、Ha2、…、Hai)的位置数据之后，使上部回转体2稍微回转，在变更了上部回转体2的方位的状态下实施与上述同样的处理。即，操作员也可以在使上部回转体2朝向第一方位而实施了使工作装置1伸缩来获取多个测定点Ha(Ha1、Ha2、…、Hai)的位置数据的处理之后，使上部回转体2朝向与第一方位不同的第二方位而实施使工作装置1伸缩来获取多个测定点Hb(Hb1、Hb2、…、Hbi)的位置数据的处理。使上部回转体2朝向多个方位的各个方位，针对这些各个方位，实施使工作装置1伸缩来获取多个测定点H(Ha、Hb)的位置数据的处理。
通过使上部回转体2朝向多个方位的各个方位，针对这些各个方位，实施使工作装置1伸缩来获取多个测定点H的位置数据的处理，由此生成三维的现况地形数据。需要说明的是，也可以基于双线性法这样的插补方法来对测定出的测定点与测定点之间的位置数据进行插补处理。
也可以基于在不使下部行驶体3移动而使上部回转体2回转的状态下使工作装置1伸缩而获取到的多个测定点H的位置数据来生成三维的现况地形数据。在该情况下，获取上部回转体2的回转区域中的水底的测定点H的位置数据。上部回转体2的回转区域是指，在工作装置1最为伸展的状态下铲斗8能够实施施工(挖掘)的区域。
需要说明的是，也可以是，在通过工作装置1的伸缩而获取到多个测定点H的位置数据之后，通过下部行驶体3的行驶来变更液压挖掘机100的位置，在变更后的液压挖掘机100的位置处使工作装置1伸缩，由此获取多个测定点H的位置数据。在使下部行驶体3行驶来获取多个测定点H的位置数据的情况下，也可以基于双线性法这样的插补方法对测定出的测定点与测定点之间的位置数据进行插补处理。
另外，目标地形数据也可以基于三维的现况地形数据来生成。在该情况下，生成三维的目标地形数据。整地辅助控制基于三维的目标地形数据来实施。
图13是示出实施了本实施方式的疏浚时的显示装置80的一例的示意图。如图13所示，在显示装置80的显示画面中，表示现况地形的图像数据中的铲斗8所通过的区域的图像数据被依次消除。全局坐标系中的铲斗8的移动轨跡能够由铲斗位置数据算出部53A算出。现况地形数据生成部54基于由铲斗位置数据算出部53A算出的工作装置1的位置数据来更新现况地形数据。现况地形数据生成部54将铲斗8所通过的区域判定为现况地形的砂土已被去除的区域，更新现况地形数据。由现况地形数据生成部54更新后的现况地形数据向显示控制部57输出。显示控制部57将铲斗8所通过的区域判定为现况地形的砂土已被去除的区域。显示控制部57基于由铲斗位置数据算出部53A算出的铲斗8的位置数据(移动轨跡)，将表示现况地形的图像数据中的、判定为铲斗8通过而砂土被去除了的区域的图像数据消除。由此，操作员能够视觉确认疏浚的进展状况。
(作用及效果)
如以上说明的那样，根据本实施方式，基于水底的测定点H的位置数据而生成现况地形数据，根据生成的现况地形数据生成目标地形数据。因此，即便在疏浚中操作液压挖掘机100的操作员难以目视水底的状况下，施工系统1000也能够基于根据现况地形数据生成的目标地形数据来实施整地辅助控制。因此，水底被高精度地疏浚。
通常，为了确保河川的治水或港湾的水深等而实施疏浚，大多情况下以将堆积于水底的砂土去除而返回到砂土堆积前的状态为目的来实施。大多情况下，砂土堆积前的水底的地形是不清楚的或不明确的。在本实施方式中，在生成现况地形数据之后，基于该现况地形数据来生成目标地形数据。由于根据现况地形数据而生成目标地形数据，因此，能够容易地生成与砂土堆积前的水底地形近似的目标地形数据。例如，当不使用现况地形数据而任意地生成目标地形数据并基于该任意生成的目标地形数据来进行挖掘时，可能产生会过度挖掘水底的状况，或者成为与砂土堆积前的水底地形相差甚远的地形。另外，当成为与砂土堆积前的水底地形相差甚远的地形时，可能发生河岸崩塌或对其他环境造成影响。根据本实施方式，基于现况地形数据而生成目标地形数据，基于该目标地形数据而实施整地辅助控制，因此，能够返回到与砂土堆积前的水底地形近似的地形。
另外，在本实施方式中，水底的测定点H的位置数据是根据接触到水底的铲斗8的铲尖9的位置数据而算出的。由此，即便在操作液压挖掘机100的操作员难以目视水底的状况下，通过对操作装置30进行操作，使铲斗8的铲尖9接触到水底，由此也能够高精度地检测水底的测定点H的位置数据。通过高精度地检测水底的测定点H的位置数据，现况地形数据生成部54能够高精度地生成现况地形数据。
另外，在本实施方式中，基于生成的现况地形数据中的最深的部位Sm的位置数据，生成目标地形数据。由此，能够抑制水底的挖掘变得不充分，或者水底被过度挖掘，能够生成与砂土堆积前的水底地形近似的目标地形。
另外，根据本实施方式，将现况地形数据及目标地形数据中的至少一方显示于显示装置80。由此，操作员能够视觉确认由现况地形数据生成部54生成的现况地形及由目标地形数据生成部55生成的目标地形。
需要说明的是，在上述实施方式中，将接触到水底的铲斗8的铲尖9的位置数据设为了水底的测定点H的位置数据。例如，也可以基于接触到水底的铲斗8的外表面的位置数据来检测水底的位置数据。另外，在工作装置1不具有铲斗8的情况下，也可以基于接触到水底的工作装置1的至少一部分的位置数据来检测水底的位置数据。在以下的实施方式中也是同样的。
[第二实施方式]
对第二实施方式进行说明。在以下的说明中，针对与上述实施方式相同或同等的构成要素标注相同的附图标记，简化或省略其说明。
在本实施方式中，说明用于对水底进行疏浚的目标地形数据的生成方法的一例。图14是示出本实施方式的水底的目标地形数据的生成方法的一例的示意图。
与上述的实施方式同样地，由现况地形数据生成部54生成现况地形数据。在本实施方式中，目标地形数据生成部55使现况地形数据偏移而生成目标地形数据。换言之，目标地形数据生成部55使现况地形数据向-Zg方向平行移动而生成目标地形数据。在本实施方式中，目标地形数据生成部55使现况地形数据向-Zg方向平行移动了现况地形数据中的最深的部位的位置数据与最浅的部位的位置数据之差ΔH，而生成目标地形数据。工作装置控制部56基于目标地形数据而输出控制信号，以使得铲斗8的铲尖9沿着目标地形移动。
如以上说明的那样，根据本实施方式，通过使现况地形数据向-Zg方向偏移而生成目标地形数据。由此，能够生成与砂土堆积前的水底地形近似的目标地形。
[第三实施方式]
对第三实施方式进行说明。在以下的说明中，针对与上述实施方式相同或同等的构成要素标注相同的附图标记，简化或省略其说明。
在本实施方式中，说明用于对水底进行疏浚的目标地形数据的生成方法的一例。图15是示出本实施方式的水底的目标地形数据的生成方法的一例的示意图。
与上述实施方式同样地，由现况地形数据生成部54生成现况地形数据。在本实施方式中，目标地形数据生成部55基于现况地形数据中的最深的部位与最浅的部位之间的深度的部位的位置数据，生成目标地形数据。即，在本实施方式中，目标地形数据表示通过最深的部位与最浅的部位之间的中间深度的部位的目标地形。目标地形可以是通过中间深度的部位且与水平面平行的平面，也可以是相对于水平面倾斜的平面。
如以上说明的那样，根据本实施方式，以通过现况地形的中间深度的部位的方式生成目标地形数据。由此，能够抑制水底的挖掘变得不充分或者水底被过度挖掘，能够生成与砂土堆积前的水底地形近似的目标地形。
需要说明的是，目标地形只要规定为现况地形中的最深的部位与最浅的部位之间的深度即可，不局限于最深的部位与最浅的部位之间的中间深度。目标地形规定为现况地形中的最深的部位与最浅的部位之间的任意深度即可。
[第四实施方式]
对第四实施方式进行说明。在以下的说明中，针对与上述实施方式相同或同等的构成要素标注相同的附图标记，简化或省略其说明。
在本实施方式中，对水底的现况地形数据的生成方法的一例进行说明。图16是示出本实施方式的水底的现况地形数据的生成方法的一例的示意图。
使用铲斗8的铲尖9来获取水底的多个测定点H的位置数据。若多个测定点H中的最深的位置数据与最浅的位置数据之差为阈值ΔL以内，则现况地形数据生成部55将通过多个测定点H的平均深度的平面Lc作为现况地形数据而生成。
如以上说明的那样，根据本实施方式，能够降低现况地形数据的生成负荷。
需要说明的是，在上述实施方式中，现况地形数据基于多个测定点H的位置数据而生成。现况地形数据也可以基于一个测定点H的位置数据而生成。例如，也可以将通过一个测定点H且与水平面平行的平面设为现况地形数据。
[第五实施方式]
对第五实施方式进行说明。在以下的说明中，针对与上述实施方式相同或同等的构成要素标注相同的附图标记，简化或省略其说明。
在上述实施方式中，针对基于铲斗8的铲尖9的位置数据而生成现况地形数据的例子进行了说明。在本实施方式中，针对基于能够以非接触的方式检测水底的检测装置600的检测数据而生成现况地形数据的例子进行说明。
图17是示出本实施方式的施工系统1000的一例的功能框图。如图17所示，液压挖掘机100的控制装置50能够与作为服务器发挥功能的计算机系统500进行数据通信。控制装置50作为客户端发挥功能。控制装置50与计算机系统500可以通过无线来进行数据通信，也可以通过有线来进行数据通信。
检测装置600以非接触的方式检测水底的位置数据，并将检测数据通过无线向计算机系统500发送。需要说明的是，检测装置600也可以通过有线向计算机系统500发送检测数据。
在本实施方式中，计算机系统500具有获取检测装置600的检测数据的检测数据获取部53B。在本实施方式中，检测数据获取部53B作为获取水底的位置数据的位置数据获取部发挥功能。另外，计算机系统500具有：基于检测装置600的检测数据而生成水底的现况地形数据的现况地形数据生成部54；以及基于现况地形数据而生成用于对水底进行疏浚的目标地形数据的目标地形数据生成部55。
图18是示出本实施方式的检测装置600的一例的示意图。如图18所示，检测装置600包括激光测距装置600A，该激光测距装置600A搭载于在水面的上方飞行的飞行体即无人机601，从水面的上方向水底照射激光并检测与水底之间的距离。在无人机601上搭载有包含GPS接收机的位置运算器602。通过位置运算器602算出全局坐标系中的无人机601的位置及激光测距装置600A的位置。激光测距装置600A能够检测激光测距装置600A与水底的测定点之间的相对距离或相对位置。激光测距装置600A的检测数据及位置运算器602的检测数据向计算机系统500发送。计算机系统500能够基于由激光测距装置600A检测到的激光测距装置600A与水底的相对位置、以及由位置运算器602检测到的激光测距装置600A的绝对位置，算出表示水底的绝对位置的位置数据。
图19是示出本实施方式的检测装置600的一例的示意图。如图19所示，检测装置600包括声纳测距装置600B，该声纳测距装置600B搭载于在水面上浮游的浮游体603，向水底照射声波而检测与水底之间的距离。在浮游体603上搭载有包含GPS接收机的位置运算器604。通过位置运算器604算出全局坐标系中的浮游体603的位置及声纳测距装置600B的位置。声纳测距装置600B能够检测声纳测距装置600B与水底的测定点之间的相对距离或相对位置。声纳测距装置600B的检测数据及位置运算器604的检测数据向计算机系统500发送。计算机系统500能够基于由声纳测距装置600B检测到的声纳测距装置600B与水底的相对位置、以及由位置运算器604检测到的声纳测距装置600B的绝对位置，算出表示水底的绝对位置的位置数据。
需要说明的是，检测装置600能够以非接触的方式检测水底的位置数据即可，也可以是配置在水中的激光扫描仪装置、声学相机装置、立体相机装置及声纳装置中的至少一种。
如图17所示，检测数据获取部53B获取检测装置600的检测数据。计算机系统500的现况地形数据生成部54基于由检测装置600检测到的水底的位置数据，生成现况地形数据。计算机系统500的目标地形数据生成部55生成目标地形数据。
在本实施方式中，目标地形数据生成部55可以基于现况地形数据而生成目标地形数据，也可以不基于现况地形数据而生成目标地形数据。例如，目标地形数据生成部55也可以基于由施工公司等作成的设计数据而生成目标地形数据。
现况地形数据及目标地形数据从计算机系统500发送至控制装置50。控制装置50的工作装置控制部56基于从计算机系统500发送的目标地形数据，输出控制信号，以使得利用液压挖掘机100的工作装置1对水底进行疏浚。显示控制部57输出用于使现况地形数据及目标地形数据中的至少一方显示于显示装置80的显示信号。
如以上说明的那样，根据本实施方式，利用与液压挖掘机100分开的检测装置600来检测水底的位置数据，基于该检测装置600的检测数据而生成现况地形数据。由此，即便在操作液压挖掘机100的操作员难以目视水底的状况下，也能够使用检测装置600来获取现况地形数据。
另外，在本实施方式中，现况地形数据及目标地形数据中的至少一方显示于显示装置80。由此，操作员能够视觉确认由现况地形数据生成部54生成的现况地形及由目标地形数据生成部55生成的目标地形。
另外，在本实施方式中，现况地形数据生成部54及目标地形数据生成部55设置于作为服务器发挥功能的计算机系统500。由此，计算机系统500能够向作为客户端发挥功能的多个液压挖掘机100分别分配现况地形数据及目标地形数据。
需要说明的是，在本实施方式中，现况地形数据生成部54及目标地形数据生成部55也可以设置于液压挖掘机100。检测装置600的检测数据也可以不经由计算机系统500而直接向液压挖掘机100的控制装置50发送。
需要说明的是，在上述实施方式中，在获取测定点H的位置数据时，在铲斗8的铲尖9与水底接触且工作装置1停止的状态下，操作员对输入装置90进行操作，从而来获取测定点H的位置数据。也可以将在铲斗8的铲尖9碰撞到水底时产生的冲击或对工作装置1的液压系统作用的压力等作为触发点，自动地获取水底的测定点H的位置数据。
需要说明的是，在上述的实施方式，设作业车辆100为液压挖掘机。只要能够实施疏浚，则作业车辆100不局限于液压挖掘机。
附图标记说明
1工作装置，2上部回转体，3下部行驶体，3C履带，4驾驶室，5机械室，6动臂，7斗杆，8铲斗，9铲尖，10液压缸，11动臂缸，12斗杆缸，13铲斗缸，16动臂行程传感器，17斗杆行程传感器，18铲斗行程传感器，20位置运算装置，21车身位置运算器，21A GPS天线，22姿势运算器，23方位运算器，24工作装置角度运算装置，30操作装置，50控制装置，51车身位置数据获取部，52工作装置角度数据获取部，53A铲斗位置数据算出部，53B检测数据获取部，54现况地形数据生成部，55目标地形数据生成部，56工作装置控制部，57显示控制部，59存储部，60输入输出部，80显示装置，90输入装置，100液压挖掘机(作业车辆)，200控制系统，400检测系统，500计算机系统，600检测装置，600A激光测距装置，601无人机(飞行体)，602位置运算器，600B声纳测距装置，603浮游体，604位置运算器，1000施工系统，α动臂角度，β斗杆角度，γ铲斗角度，θ1侧倾角度，θ2俯仰角度，θ3横摆角度。

Claims (10)

1.一种施工系统，其中，
所述施工系统具备：
位置数据获取部，其获取水底的位置数据；
现况地形数据生成部，其基于所述位置数据而生成所述水底的现况地形数据；
目标地形数据生成部，其基于所述现况地形数据而生成所述水底的目标地形数据；以及
工作装置控制部，其基于所述目标地形数据来控制作业车辆的工作装置。
2.根据权利要求1所述的施工系统，其中，
所述位置数据包括所述工作装置的至少一部分接触到所述水底时的所述工作装置的位置数据。
3.根据权利要求1或2所述的施工系统，其中，
所述目标地形数据生成部基于所述现况地形数据中的最深的部位的位置数据而生成所述目标地形数据。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的施工系统，其中，
所述目标地形数据生成部使所述现况地形数据偏移而生成所述目标地形数据。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的施工系统，其中，
所述目标地形数据生成部基于所述现况地形数据中的最深的部位与最浅的部位之间的深度的部位的位置数据而生成所述目标地形数据。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的施工系统，其中，
所述位置数据包括能够以非接触的方式检测所述水底的检测装置的检测数据。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的施工系统，其中，
所述施工系统具备显示控制部，该显示控制部输出使所述现况地形数据及所述目标地形数据中的至少一方显示于显示装置的显示信号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的施工系统，其中，
所述现况地形数据生成部基于所述工作装置的位置数据，更新所述现况地形数据。
9.一种施工系统，其中，
所述施工系统具备：
位置数据获取部，其获取水底的位置数据；
现况地形数据生成部，其基于所述位置数据而生成所述水底的现况地形数据；
目标地形数据生成部，其生成所述水底的目标地形数据；
工作装置控制部，其基于所述目标地形数据来控制作业车辆的工作装置；以及
显示控制部，其输出使所述现况地形数据及所述目标地形数据中的至少一方显示于显示装置的显示信号。
10.一种施工方法，其中，
所述施工方法包括如下步骤：
获取水底的位置数据；
基于所述位置数据而生成所述水底的现况地形数据；
基于所述现况地形数据而生成所述水底的目标地形数据；以及
基于所述目标地形数据来控制作业车辆的工作装置。
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