CN110945317A - 点群数据的聚类方法、向导信息显示装置及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种方法，对取得的点群数据中、存在于同一区域的一个或多个测定对象物的点群数据进行聚类。该方法具备利用激光扫描仪从测定对象物的上方，取得点群数据的点群数据取得工序；利用数据处理部，将与测定对象物的上表面对应的点群数据作为平面集群进行聚类的工序；提取成为同一区域的判定基准的基准平面集群的工序；算出基准平面集群与其以外的平面集群的标高值的差异，把那个探索标高值的差异为预定的阈值以内的平面集群的工序；选择标高值的差异为预定的阈值以内的一个平面集群的工序；检测基准平面集群与一个平面集群的重合的有无的工序；在检测到重合的情况下，将各平面集群设为同一区域集群进行聚类的工序。

Description

点群数据的聚类方法、向导信息显示装置及起重机

技术领域

本发明涉及测定对象物的点群数据的聚类方法、使用了该方法的向导信息显示装置以及具备向导信息显示装置的起重机的技术。

背景技术

目前，已知有基于由激光扫描仪取得的测定对象物的点群数据，取得该测定对象物的三维形状的技术。上述的技术在例如以下的专利文献1～3中有公开。

专利文献1～3中，作为用于制作三维地表示作为测定对象物的地物的形状的三维地图的技术，公开有解析表示多个地物等的形状的三维点群的三维点群解析方法。专利文献1～3记载的三维点群解析方法中，首先，准备储存有表示多个地物的外形且在解析用中设定的三维坐标空间的位置坐标和推测为存在该点的面的法线矢量的三维点群数据。然后，通过对三维点群数据进行主成分分析而制定临时重力方向，将具有沿着该方向的法线矢量的点除外，由此，提取侧面点群。然后，对点间的距离较近的点彼此进行分组，由此，将点群分离成建筑物单位，并决定每个建筑物的侧面。对于这样得到的各侧面，通过主成分分析求得法线矢量，并取得法线矢量彼此的外积的加权平均，由此，求得重力方向。

这种专利文献1～3记载的三维点群解析方法中，通过使用表示多个地物的广范围的三维点群数据，且使用主成分分析的统计的方法，而决定每个建筑物的侧面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014－186565号公报

专利文献2：日本特开2014－186566号公报

专利文献3：日本特开2014－186567号公报

发明内容

发明所要解决的问题

使用专利文献1～3所记载的现有技术生成的三维模型中，例如，在对每一个测定对象物(建筑物)，以将显示其外形的向导框架及建筑物的高度信息等显示于监视器的方式构成的情况下，如果测定对象物构成复杂的形状或多个测定对象物统一配置，则显示于监视器内的信息对于用户来说过多，有时难以辨识。

本发明是鉴于上述的现状课题而研发的，其目的在于，取得的点群数据中、存在于同一区域的一个或多个测定对象物的点群数据的聚类方法、使用了该方法的向导信息显示装置及具备向导信息显示装置的起重机。

用于解决问题的方案

本发明所要解决的课题如以上那样，接着说明用于解决该课题的方案。

即，本发明提供一种点群数据的聚类方法，其特征在于，具备：利用激光扫描仪从测定对象物的上方，在包含所述测定对象物的区域取得点群数据的点群数据取得工序；利用对所述点群数据进行运算处理的数据处理装置，将所述点群数据中、与所述测定对象物的上表面对应的点群数据作为平面集群进行聚类的平面聚类工序；提取成为同一区域的判定基准的所述平面集群即基准平面集群的基准平面集群提取工序；算出所述基准平面集群与该基准平面集群以外的所述平面集群的标高值的差异，并探索所述标高值的差异为预定的阈值以内的所述平面集群的平面集群探索工序；选择所述标高值的差异为所述预定的阈值以内的一个所述平面集群的平面集群选择工序；检测所述基准平面集群与所述一个平面集群的重合的有无的重合检测工序；在检测到所述重合的情况下，将所述基准平面集群和所述一个平面集群设为同一区域集群进行聚类的同一区域聚类工序。

根据这种结构的点群数据的聚类方法，基于由激光扫描仪取得的与测定对象物的上表面对应的点群数据，能够聚类存在于同一区域的一个或多个测定对象物的点群数据。由此，对于用户来说能够容易辨识显示于监视器的信息。

另外，本发明的点群数据的聚类方法的特征在于，在所述同一区域聚类工序之后还具备判定所述平面集群探索工序中发现的、所述一个平面集群以外的另一平面集群的有无的平面集群有无判定工序，利用所述数据处理装置，在所述平面集群有无判定工序之后，将所述平面集群选择工序、所述重合检测工序、所述同一区域聚类工序依次反复进行，直到所述平面集群有无判定工序中判定为没有所述另一平面集群。

根据这种结构的点群数据的聚类方法，能够全部聚类存在于同一区域的一个或多个平面集群。

另外，本发明的点群数据的聚类方法的特征在于，所述基准平面集群提取工序将标高值最大的所述平面集群作为所述基准平面集群进行提取。

根据这种结构的点群数据的聚类方法，能够以标高值最大的平面集群为基准聚类存在于同一区域的一个或多个平面集群。

另外，本发明的点群数据的聚类方法的特征在于，所述平面聚类工序具备：将所述区域设为垂直方向上具有预定厚度的多个组并进行层状地分割，并将取得的所述点群数据分配于所述多个组的组分配工序；基于分配于所述多个组的所述点群数据，对所述每一组将与所述测定对象物的上表面对应的点群数据作为所述平面集群进行聚类的上表面推定工序；算出所述上表面推定工序中推定的所述平面集群中、属于一个所述组的第一个所述平面集群与属于另一所述组的第二所述平面集群的标高值的差异的标高值差异算出工序；在所述第一个平面集群与所述第二平面集群的标高值的差异为预定的阈值以下的情况下，在利用所述激光扫描仪照射的激光的侧线方向上，检测所述第一个平面集群与所述第二平面集群的重合的重合检测工序；在检测到所述第一个平面集群与所述第二平面集群的重合的情况下，将所述第一个平面集群与所述第二平面集群进行结合，设为新的平面集群的平面结合工序。

根据这种结构的点群数据的聚类方法，能够基于由激光扫描仪取得的与测定对象物的上表面对应的点群数据，聚类存在于同一区域的一个或多个平面集群。

另外，本发明提供一种向导信息显示装置，其特征在于，具备：数据取得部，其具备从测定对象物的上方拍摄至少包含所述测定对象物和地表面的区域的映像的摄像头和在所述区域从所述测定对象物的上方取得点群数据的激光扫描仪；数据处理部，其基于由所述数据取得部的激光扫描仪取得的所述点群数据，推定所述测定对象物的上表面，并生成包围所述测定对象物的上表面的向导框架；数据显示部，其显示将所述数据处理部中生成的所述向导框架与由所述摄像头拍摄的所述映像重叠的向导信息，所述数据处理部将所述点群数据中、与所述测定对象物的上表面对应的所述点群数据作为平面集群进行聚类，提取成为同一区域的判定基准的所述平面集群即基准平面集群，算出所述基准平面集群与所述平面集群的标高值的差异，探索所述标高值的差异为预定的阈值以内的所述平面集群，并检测所述标高值的差异为所述预定的阈值以内的所述平面集群与所述基准平面集群的重合的有无，将检测到所述重合的所述平面集群作为同一区域集群与所述基准平面集群进行聚类，以统一包围构成所述同一区域集群的多个所述平面集群的外形的方式生成所述向导框架。

根据这种结构的向导信息显示装置，能够基于由激光扫描仪取得的与测定对象物的上表面对应的点群数据，聚类存在于同一区域的一个或多个测定对象物的点群数据。由此，对于用户来说能够容易辨识显示于数据显示部的向导信息。

另外，本发明的向导信息显示装置的特征在于，所述数据处理部作为所述基准平面集群提取标高值最大的所述平面集群。

根据这种结构的向导信息显示装置，能够以标高值最大的平面集群为基准聚类存在于同一区域的一个或多个平面集群。

另外，本发明的起重机的特征在于，具备向导信息显示装置。

根据这种结构的起重机，能够基于由激光扫描仪取得的与测定对象物的上表面对应的点群数据，聚类存在于同一区域的一个或多个测定对象物的点群数据。由此，对于用户来说能够容易辨识显示于向导信息显示装置的向导信息。

发明效果

作为本发明效果，实现以下所示那样的效果。

根据本发明的点群数据的聚类方法、向导信息显示装置及起重机，能够聚类存在于同一区域的一个或多个测定对象物的点群数据。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的起重机的整体结构的示意图。

图2是说明吊重区域的俯视示意图。

图3是表示本发明一个实施方式的向导信息显示装置的整体结构的示意图。

图4是说明吊重区域的侧面示意图。

图5是摄像头空间坐标系及摄像头的视角的说明图，(A)是Z轴方向观察示意图，(B)是X轴方向观察示意图。

图6是激光扫描仪产生的激光的照射状况的说明图，(A)是X轴方向观察示意图，(B)是Y轴方向观察示意图。

图7是表示数据取得部的示意图，(A)是Y轴方向仰视图，(B)是图7(A)的A－A剖视图。

图8是表示向导信息的显示状态的图，(A)是表示显示映像M的数据显示部的图，(B)是表示将映像M与向导信息GD重叠显示的数据显示部的图。

图9是表示向导信息显示装置的另一结构的示意图，(A)是利用平板PC构成数据处理部、数据显示部、数据输入部的情况，(B)是利用触摸面板式显示装置构成数据显示部、数据输入部的情况。

图10是表示吊重区域与激光侧线的关系的示意图。

图11是说明激光扫描仪产生的激光的照射状况的Z轴方向观察示意图。

图12是表示数据处理部产生的数据处理的流程的流程图。

图13是表示由数据取得部取得的点群数据的图，(A)是将点群数据在XYZ坐标系中标绘的图，(B)是将XYZ坐标系中标绘的点群数据分成多个组的图。

图14是地表面推定方法的流程图。

图15是地表面的指定时的基准高的算出方法的说明图，(A)是表示基准高的算出方法的图，(B)是表示吊重区域的分割状况的示意图。

图16是表示司机进行的地表面的指定状况的示意图。

图17是平面集群的生成方法的说明图。

图18是表示平面的推定顺序的流程图。

图19是平面的推定顺序(STEP－301～302)的说明图。

图20是平面的推定顺序(STEP－303～305)的说明图。

图21是平面的推定顺序(STEP－306～308)的说明图。

图22是平面的推定顺序(STEP－306～308(第二次))的说明图。

图23是平面的推定顺序(上表面的推定状况)的说明图。

图24是存在于不同的组的平面的结合方法的流程图。

图25是存在于不同的组的平面的结合方法的说明图。

图26是同一区域的聚类方法的流程图。

图27是同一区域的聚类处理的说明图。

图28是同一区域的聚类处理的说明图。

图29是层级的聚类的说明图，(A)是第一个例的地物的情况，(B)是第二例的地物的情况。

图30是向导框架的生成顺序的说明图。

图31是表示层级的聚类中的同一区域集群的设定例的图，(A)是设为包围整体的同一区域集群的情况，(B)是将标高值最高的平面集群设定为另一同一区域集群的情况，(C)是设定全部包含标高值的差值为阈值以上的平面集群的另一同一区域集群的情况。

图32是表示数据显示部的警报显示的示意图。

图33是除外区域的设定状况的说明图。

具体实施方式

接着，说明发明的实施方式。

如图1所示，起重机1是具备本发明一个实施方式的向导信息显示装置的起重机的一例，是可移动至期望的场所的移动式起重机。

起重机1具备行驶车辆10、起重机装置20。

行驶车辆10是输送起重机装置20的车辆，具有多个(本实施方式中4个)车轮11，以发动机(未图示)为动力源进行行驶。

在行驶车辆10的四方角部设置有托梁12。托梁12利用通过液压可沿着行驶车辆10的宽度方向两侧延伸的伸出梁12a和可沿着与地面垂直的方向延伸的液压式的千斤顶液压缸12b构成。而且，行驶车辆10通过使千斤顶液压缸12b接地，能够将起重机1设为可作业的状态，通过增大伸出梁12a的延伸长度，能够扩大起重机1的可作业范围(作业半径)。

起重机装置20利用钢丝绳吊起吊重W，具备：旋转台21、伸缩动臂22、主钩块23、副钩块24、起伏液压缸25、主绞车26、主钢丝绳27、副绞车28、副钢丝绳29、客舱30。

旋转台21构成为可旋转起重机装置20，经由圆环状的轴承设置于行驶车辆10的车架上。圆环状的轴承以其旋转中心相对于行驶车辆10的设置面成垂直的方式配置。旋转台21构成为以圆环状的轴承的中心为旋转中心在一方向和另一方向上旋转自如。另外，旋转台21利用液压式的旋转马达(未图示)旋转。

伸缩动臂22将钢丝绳支承成可吊起吊重W的状态。伸缩动臂22利用多个动臂部件的基础动臂部件22a、第二动臂部件22b、第三动臂部件22c、第四动臂部件22d、第五动臂部件22e、第一动臂部件22f构成。各动臂部件按照截面面积的大小的顺序插入嵌套。伸缩动臂22通过利用未图示的伸缩液压缸使各动臂部件移动，而构成为沿着轴方向伸缩自如。伸缩动臂22设置成基础动臂部件22a的基端在旋转台21上可摆动。由此，伸缩动臂22构成为在行驶车辆10的车架上可水平旋转且摆动自如。

主钩块23用于提拉并悬挂吊重W，设置有卷挂主钢丝绳27的多个钩轮和悬吊吊重W的主钩32。

起重机装置20除了主钩块23之外，还具备用于提拉并悬挂吊重W的副钩块24，在副钩块24设置有悬吊吊重W的副钩33。

起伏液压缸25使伸缩动臂22起立及倒伏，并保持伸缩动臂22的姿势。起伏液压缸25利用由液压缸部和杆部构成的液压缸构成。

主绞车26进行主钢丝绳27的缠绕(卷起)及绕出(松开)，本实施方式中，利用液压绞车构成。

主绞车26以卷绕主钢丝绳27的主滚筒利用主液压马达旋转的方式构成。主绞车26构成为，通过以主液压马达向一方向旋转的方式供给工作油，而将卷绕于主滚筒的主钢丝绳27绕出，通过以主液压马达向另一方向旋转的方式供给工作油，而将主钢丝绳27卷绕并缠绕于主滚筒。

另外，副绞车28进行副钢丝绳29的缠绕及绕出，本实施方式中，利用液压绞车构成。

客舱30覆盖司机就座的驾驶座31，设置于旋转台21的伸缩动臂22的侧方。

这样构成的起重机1通过使行驶车辆10行驶，能够使起重机装置20移动至任意的位置，另外，通过利用起伏液压缸25使伸缩动臂22起立成任意的起伏角度，能够使伸缩动臂22延伸成任意的伸缩动臂长度。

另外，起重机1具备控制旋转台21、伸缩动臂22、起伏液压缸25等的动作(即，起重机1的动作)的控制器34。控制器34可将旋转台21、伸缩动臂22、起伏液压缸25等的动作状态的信息及起重机1固有的性能的信息、以及吊重W的重量等输出至外部。

此外，本说明中，以伸缩动臂22的起伏支点的轴方向为基准，限定图1所示那样的XYZ坐标系(以下的说明中也一样)。

X轴方向(均称为侧线方向)是相对于伸缩动臂22的起伏支点的轴方向平行的水平方向。另外，Y轴方向(均称为标高方向)是垂直方向。另外，Z轴方向(均称为深度方向)是相对于伸缩动臂22的起伏支点的轴方向垂直的水平方向。即，如图2所示，XYZ坐标系作为以伸缩动臂22为基准的局部坐标系进行限定。

接着，对本发明一个实施方式的向导信息显示装置进行说明。

起重机1具备图3所示那样的向导信息显示装置50。

向导信息显示装置50是本发明的向导信息显示装置的一例，是为了可高效且安全地进行图1所示那样的起重机1的作业，用于将包含吊重W的区域(以下，称为吊重区域WA)的信息(以下，称为向导信息)以映像显示并提示给司机的装置。

如图2及图4所示，这里所说的“吊重区域WA”是在起重机1的作业区域SA内，作为以Y轴方向观察包含吊重W的区域进行设定的区域，是成为生成“向导信息”的对象的区域。

“吊重区域WA”作为包含起重机1的伸缩动臂22的第一动臂部件22f的正下方的区域进行设定，存在于吊重区域WA内的吊重W、地表面F、地物C成为向导信息显示装置50的测定对象物。“吊重区域WA”根据伸缩动臂22的旋转动作、起伏动作、伸缩动作进行位移。

另外，这里所说的“向导信息”是司机利用起重机1输送吊重W时，关于伸缩动臂22的长度·旋转位置·起伏角度、钢丝绳的卷出量等的良否，辅助司机的判断的信息，包含：吊重区域WA的映像信息、吊重W及地物C的形状的信息、吊重W的高度信息、地物C的高度信息、吊重W的动线的信息等。

如图3及图4所示，向导信息显示装置50利用数据取得部60、数据处理部70、数据显示部80、数据输入部90构成。

数据取得部60是取得为了生成吊重区域WA中的向导信息所需要的数据的部位，如图3所示，具备摄像头61、激光扫描仪62、惯性测量装置(IMU)63。

如图4所示，数据取得部60附设于位于起重机1的伸缩动臂22的前端的第一动臂部件22f，以能够从位于吊重W的正上方的动臂前端捕捉正下方的状况的状态配置。此外，这里所说的吊重W的“正上方”是包含吊重W的垂直上方的位置和以该位置为基准的一定范围(例如，吊重W的上表面的范围)的位置的概念。

数据取得部60以如下方式构成，相对于伸缩动臂22的前端部的第一动臂部件22f经由万向接头67(参照图1)附设，在伸缩动臂22进行起伏动作、旋转动作、伸缩动作时，能够将数据取得部60的姿势(朝向Y轴方向的姿势)保持成大致一定。由此，能够将摄像头61和激光扫描仪62总是朝向吊重W。因此，数据取得部60能够利用摄像头61和激光扫描仪62，从吊重W和存在于其下方的地表面F(即，吊重区域WA)，总是取得数据。另外，在吊重区域WA存在地物C的情况下，能够利用摄像头61和激光扫描仪62取得地物C的数据。

如图5(A)(B)所示，摄像头61是用于拍摄吊重区域WA的映像的数码摄像机，具有将拍摄的映像实时输出至外部的功能。摄像头61具有图5(A)(B)所示那样的视角(水平视角θh及垂直视角θv)。另外，摄像头61具有考虑了适当的向导信息的生成所需要的数据量的像素数、帧速率、图像传输速率。

如图3所示，激光扫描仪62是向测定对象物照射激光，并接收该激光的测定对象物的反射光，由此取得该反射点的信息，并取得测定对象物的点群数据的装置。激光扫描仪62的测定对象物是吊重W、地物C、地表面F。另外，在激光扫描仪62连接有用于取得测定时刻的第一GNSS接收机65。

向导信息显示装置50中，利用激光扫描仪62，实时取得平面的三维点群数据。

如图6所示，激光扫描仪62具备合计16个激光收发传感器，同时能够向测定对象物照射16条激光，并取得测定对象物的点群数据。激光扫描仪62的16个各激光收发传感器在Z轴方向上每2°使照射角度不同地配置，相对于测定对象物，整体保持30°的扩展且可照射激光地构成。另外，激光扫描仪62的各激光收发传感器构成为绕Z轴可进行360°(全方位)旋转。此外，以下的说明中，将向吊重区域WA照射的激光描绘的轨迹称为激光侧线。激光侧线相对于X轴方向平行，激光扫描仪62中，同时描绘16条激光侧线。

而且，激光扫描仪62以激光侧线相对于X轴方向成平行的方式配置。另外，激光扫描仪62的变更激光的照射角度的基准轴相对于Z轴方向成平行。

如图3所示，惯性测量装置(Inertial Measurement Unit，以下称为IMU)63是用于取得数据取得时的摄像头61和激光扫描仪62的姿势数据的装置。IMU63可实时测定姿势角，具有可用于由激光扫描仪62取得的点群数据的校正的测定精度。另外，在IMU63连接有用于取得测定时刻的第二GNSS接收机66。

如图7(A)(B)所示，数据取得部60是将摄像头61、激光扫描仪62、惯性测量装置(IMU)63相对于车架体64固定并一体地构成的传感器单元。

车架体64是组合5张板材而构成的大致长方体状的物体。车架体64构成为，利用4张板材构成长方体的四方的侧面部，并且利用剩余的1张板材构成长方体的上表面部，且在下方具有开口部的形状。数据取得部60中，将摄像头61和激光扫描仪62附设于车架体64的侧面部内侧，将IMU63附设于车架体64的上表面部。如图7(A)所示，摄像头61的拍摄元件中心位置和激光扫描仪62的激光中心位置以Y轴方向观察，在Z轴方向上以距离Δzh分开。此外，激光中心位置是激光扫描仪62的激光的旋转中心，位于Z轴上。

另外，如图7(B)所示，摄像头61的拍摄元件中心位置和激光扫描仪62的激光中心位置以X轴方向观察上，在Y轴方向上以距离Δyv分开。

数据取得部60以车架体64的四方的侧面部中、对面的一对侧面部的一方相对于Z轴垂直，且对面的一对侧面部的另一方相对于X轴垂直的姿势配置。另外，数据取得部60以车架体64的上表面部相对于Y轴垂直的姿势配置。

接着，对将XYZ坐标系的点(x，y)的X坐标转换成摄像头空间坐标系的Xc坐标的方法进行说明。

向导信息显示装置50中，为了在由摄像头61拍摄的映像M上重叠后述的向导信息GD并显示于数据显示部80，在XYZ坐标系与摄像头空间坐标系之间进行坐标值的转换处理。向导信息显示装置50中，在摄像头61的映像空间，限定三维的摄像头空间坐标系Xc·Yc·Zc。

如图5(A)所示，将从自摄像头61的透镜中心延伸的垂线到点(x，y)的X轴方向的距离设为dh，将摄像头61的水平方向的最大画面宽度设为wh。另外，点(x，y)将从画面中心到X轴方向的位置设为x。此时，摄像头空间的点(x，y)的Xc坐标以以下的数式(1)(2)表示。

此外，以下的数式中，将摄像头61的拍摄元件与激光中心的位置的水平方向的差值设为Δzh(参照图7(A))，将摄像头图像的横宽设为wh，将摄像头61的水平视角设为θh，将临时变量设为tmp1。

tmp1＝(y－Δzh)×tan(π×θh/360)···(1)

Xc＝wh/2－wh×x/(2×tmp1)···(2)

接着，对将XYZ坐标系的点(y，z)的Z坐标转换成摄像头空间坐标系的Zc坐标的方法进行说明。

如图5(B)所示，将从点(y，z)到激光中心的Z轴方向的距离设为dv，将摄像头61的水平方向的最大画面宽度设为wv。另外，点(y，z)将从画面中心到Z轴方向的位置设为z。此时，摄像头空间的点(y，z)的Zc坐标以以下的数式(3)(4)表示。

此外，以下的数式中，将摄像头61的拍摄元件与激光扫描仪62的激光中心的位置的垂直方向的差值设为Δyv(参照图7(B))，将摄像头图像的纵宽设为wv，将摄像头61的垂直视角设为θv，将临时变量设为tmp2。

tmp2＝Y×tan(π×θv/360)···(3)

Zc＝wv/2+wv×(Z－Δyv)/(2×tmp2)···(4)

向导信息显示装置50中，使用上述数式(1)～(4)，将XYZ坐标系中由激光扫描仪62等取得的点群数据的坐标转换成摄像头空间坐标系，由此，在由摄像头61拍摄的映像M上对位向导信息GD并显示。

此外，作为激光扫描仪62，考虑伸缩动臂22的最高到达高度，选择可从其最高到达高度(例如，约100m)测定测定对象物的三维形状的设备。另外，作为激光扫描仪62，考虑为了生成适当的向导信息所需要的数据量及数据精度，选择对于测定速度、测定点数、测定精度等的各规格具有预定的性能的设备。

此外，本实施方式中，示例使用具备合计16个激光收发传感器的激光扫描仪62的情况，但本发明的向导信息显示装置不被构成激光扫描仪的激光收发传感器的个数限定。即，本发明的向导信息显示装置中，根据起重机的动臂(旋臂)的最高到达高度等，适当选择最佳规格的激光扫描仪。

利用数据取得部60在吊重区域WA取得的数据中包含利用摄像头61拍摄吊重W、吊重W的下方的地表面F、存在于吊重W的周围的地物C的映像数据。另外，利用数据取得部60在吊重区域WA取得的数据中包含利用激光扫描仪62扫描吊重W、地表面F、地物C而取得的点群数据。此外，这里所说的地表面F广泛地包含成为吊重W的输送源及输送目的地的面，不仅包含地上表面，还包含建筑物屋上的地面及屋顶表面等。

如图3所示，数据处理部70是用于对由数据取得部60取得的数据进行处理，并生成向司机提示的向导信息GD的部位，本实施方式中，利用安装有预定的数据处理程序的通用的个人电脑构成。

另外，数据处理部70与起重机1的控制器34电连接，从控制器34输出的“起重机信息”输入数据处理部70。

数据显示部80是用于显示向司机提示的向导信息GD的部位，利用连接于数据处理部70的显示装置构成。

如图8(A)所示，在数据显示部80中实时显示由摄像头61拍摄的吊重区域WA的映像M。

如图8(B)所示，向导信息GD中包含：表示吊重W·地物C的Y轴方向观察的外形形状的向导框架GD1、吊重W的下表面的高度信息GD2、地物C的上表面的高度信息GD3、表示吊重W的动线的作业半径信息GD4、表示伸缩动臂22的轴线方向的轴线信息GD5等。

而且，数据显示部80中，由数据处理部70生成的向导信息GD与映像M重叠地显示。

如图3所示，数据输入部90是相对于数据处理部70用于输入设定值等的部位，利用触摸面板、鼠标、键盘装置等构成。

此外，如图9(A)所示，向导信息显示装置50优选将数据处理部70、数据显示部80、数据输入部90利用平板型的通用个人电脑(以下，均称为平板PC)一体地构成。另外，如图9(B)所示，向导信息显示装置50也可以设为如下结构，将数据显示部80和数据输入部90利用触摸面板式显示装置一体构成，并向该触摸面板式显示装置连接作为通用PC的数据处理部70。

如图4所示，数据显示部80和数据输入部90配置于客舱30内的驾驶座31的前方的司机容易看到的位置。数据处理部70优选配置于数据取得部60的附近。此外，在将数据处理部70、数据显示部80、数据输入部90利用平板PC一体地构成的情况下，也可以设为将数据处理部70配置于客舱30内的结构。

数据取得部60与数据处理部70间的数据的传送优选通过有线LAN进行。此外，数据取得部60与数据处理部70间的数据的传送也可以采用无线LAN，或也可以采用电力线通信。

此外，如图9(A)所示，向导信息显示装置50优选将数据处理部70、数据显示部80、数据输入部90利用平板型的通用个人电脑(以下，均称为平板PC)一体地构成。另外，如图9(B)所示，向导信息显示装置50也可以设为如下结构，将数据显示部80和数据输入部90利用触摸面板式显示装置一体构成，且向该触摸面板式显示装置连接作为通用PC的数据处理部70。

在此，说明数据取得部60的数据的取得状况。

数据取得部60中，利用摄像头61连续地拍摄吊重区域WA，并取得吊重区域WA的映像M。

如图10所示，数据取得部60中，利用激光扫描仪62连续地扫描吊重区域WA，取得吊重区域WA中的测定对象物的点群数据。以下，将由激光扫描仪62取得的点群数据称为点群数据P。点群数据P为点数据p的集合，点数据p表示存在于吊重区域WA的地表面F、吊重W、位于地物C的上表面的点。而且，如图11所示，点数据p中包含从测定对象物(例如地物C)到激光扫描仪62的距离a和取得该点数据p时的激光扫描仪62的照射角度b的信息。

如图3所示，在激光扫描仪62连接第一GNSS接收机65，取得点群数据P，同时，利用第一GNSS接收机65从多个定位卫星接收时间信息。而且，数据处理部70相对于点数据p赋予该点数据p的取得时间的信息。即，点数据p的信息中，除了距离a、照射角度b之外，还包含取得时间tp。

另外，数据取得部60中，利用激光扫描仪62取得点群数据P，同时利用IMU63，以预定的周期取得激光扫描仪62的姿势数据Q。姿势数据Q中包含激光扫描仪62的X·Y·Z轴的相对于各轴方向的角度和加速度的信息。此外，IMU63进行的姿势数据Q的取得周期比激光扫描仪62进行的点群数据P的取得周期缩短。姿势数据Q是按每个测定周期测定的单独姿势数据q的集合。

在IMU63连接第二GNSS接收机66，取得姿势数据Q，同时利用第二GNSS接收机66，从多个定位卫星接收时间信息。数据处理部70相对于单独姿势数据q，赋予作为该单独姿势数据q的取得时间的信息的取得时间tq。即，单独姿势数据q的信息中包含取得时间tq。

接着，说明数据处理部70的数据的处理状况。

如图12所示，数据处理部70进行的数据处理中，首先，进行“车架提取处理”(STEP－101)。

数据处理部70进行的点群数据P的数据处理中，从点群数据P的流数据截出并输出1帧的点群数据P。1帧的点群数据P是在激光扫描仪62进行的激光的照射方向绕Z轴一周的期间取得的点数据p的集合。

如图12所示，数据处理部70进行的数据处理中，接着进行“点群数据和姿势数据的同步处理”(STEP－102)。

数据处理部70使1帧的点群数据P中包含的点数据p与由IMU63取得的姿势数据Q同步。

具体而言，在各个点数据p中，探索距该点数据p的取得时间tp最近的单独姿势数据q的取得时间tq，使该取得时间tq的单独姿势数据q与该点数据p相对应，由此同步。

这样，数据处理部70输出与单独姿势数据q同步的点数据p。

然后，如图11所示，数据处理部70基于距离a及照射角度b，算出从激光扫描仪62的激光中心位置到点数据p的距离h。此外，这里所说的“距离h”是从激光扫描仪62的激光中心位置到点数据p存在的水平面的距离。

另外，数据处理部70中，在算出点数据p的距离h时，使用与该点数据p对应的单独姿势数据q进行校正。由此，消除激光扫描仪62的姿势引起的误差，能够更高精度地算出点数据p的距离h。

即，向导信息显示装置50中，数据取得部60具备取得激光扫描仪62的姿势数据Q的IMU63，数据处理部70基于由IMU63取得的激光扫描仪62的姿势数据Q，校正点群数据P。

向导信息显示装置50中，通过这种结构，可相对于司机提示更准确的向导信息GD。

当将1帧的点群数据P标绘于XYZ坐标系时，如图13(A)那样表示。图13(A)是从Z轴方向观察的点群数据P(点数据p的集合)。

如图12所示，数据处理部70进行的数据处理中，接着进行“地表面推定处理”(STEP－103)。数据处理部70进行推定存在于吊重区域WA的地表面F的基准高H0的处理。

在此，首先，说明自动地推定地表面F的情况。

(点群数据取得工序)

数据处理部70首先取得1帧的点群数据P。点群数据P是从作为测定对象物的吊重W及地物C的上方，在包含吊重W及地物C及地表面F的吊重区域W取得的数据。

如图14及图15(B)所示，数据处理部70在俯视时(Y轴方向观察)将吊重区域WA格子状地分割成多个小区域S(区域分割工序：STEP－201)。数据处理部70利用相对于Z轴方向平行的分割线等间隔地分割激光侧线，并分割成具有以分割的激光侧线为基准的同一形状且同一面积的小区域S。本实施方式中，数据处理部70通过对激光侧线进行10次分割，而分割成160个小区域S。

接着，数据处理部70在各小区域S中提取距离h最大的(距离h为最大距离hmax)点数据p(最大点数据提取工序：STEP－202)。作为最大距离hmax的点数据p推测为存在于最低的位置的点数据p。而且，如图14及图15(A)所示，数据处理部70算出其它的点数据的距离h相对于作为最大距离hmax的点数据p的分离量D(分离量算出工序：STEP－203)。数据处理部70以最大距离hmax为基准，将距离h的分离量D处于预定的阈值r1以内(本实施方式中分离量D为7cm以内)的点数据p作为构成地表面F的点数据提取(地表面点数据提取工序：STEP－204)。

接着，数据处理部70在各小区域S中，基于提取的点数据p的距离h推定各小区域S的地表面F的基准高H0(小区域地表面推定工序：STEP－205)。本实施方式中，数据处理部70将提取的点数据p的距离h的平均值设为小区域S中的地表面F的基准高H0。

数据处理部70中，通过这种结构，能够在任意的小区域S中推定地表面F的基准高H0。

另外，数据处理部70基于各小区域S中的地表面F的基准高H0推定吊重区域WA的地表面F的基准高H0(区域地表面推定工序：STEP－206)。本实施方式中，数据处理部70使将各小区域S中的地表面F的基准高H0(距离h的平均值)进一步在所有的小区域S中进行了平均的值设为吊重区域WA的地表面F的基准高H0。

数据处理部70中，通过这种结构，能够推定吊重区域WA的地表面F的基准高H0。而且，数据处理部70能够根据距离h和基准高H0算出点数据p的标高值H。如图10所示，标高值H为点数据p的距基准高H0的高度。

(STEP－206)中，数据处理部70在一个小区域S中的地表面F的基准高H0相对于吊重区域WA中的地表面F的基准高H0的差异比预定的阈值大的情况下，判断为提取了未构成地表面F的点数据p，也可以代替一个小区域S中的地表面F的基准高H0，而使用与一个小区域S相邻的小区域S中、差异低于预定的阈值的小区域S的地表面F的基准高H0，校正吊重区域WA中的地表面F的基准高H0。

数据处理部70中，通过这种结构，在推定为提取了未构成地表面F的点数据p的情况下，代替一个小区域S，而使用与一个小区域S相邻的小区域S中、差异低于预定的阈值的小区域S的地表面F的基准高H0，由此，能够更精确地推定吊重区域WA的地表面F的基准高H0。

另外，(STEP－206)中，推定吊重区域WA中的地表面F的基准高H0时，也可以将所有的小区域S中、推定为提取了未构成地表面F的点数据p的小区域S除外。例如，也可以将各小区域S中算出的地表面F的基准高H0中、作为最小的一个小区域S中的地表面F的基准高H0设为基准，仅使用处于预定的阈值以内的小区域S的地表面F的基准高H0算出平均值。如以上，在推定吊重区域WA中的地表面F的基准高H0时，不需要使用所有的小区域S的基准高H0，也可以仅使用特定的小区域S的基准高H0。

数据处理部70中，通过这种结构，能够将推定为不能提取构成地表面F的点数据的小区域S除外。因此，能够精确地进行吊重区域WA中的基准高H0的推定。

如以上，地表面推定方法中，具备：利用激光扫描仪62，在包含地表面F的吊重区域WA中取得点群数据P的点群数据取得工序；将吊重区域WA在俯视时格子状地分割而生成具有同一形状且同一面积的多个小区域S的区域分割工序；在小区域S中提取距离h最大的点数据p的最大点数据提取工序；在小区域S中算出其它的点数据p的距离h相对于距离h最大的点数据p的分离量D的分离量算出工序；在小区域S中提取距离h的分离量D为预定的阈值r1以内的点数据p的地表面点数据提取工序；基于地表面点数据提取工序中提取的点数据p推定小区域S的地表面F的基准高H0的小区域地表面推定工序；基于各小区域S的地表面F的基准高H0推定吊重区域WA的地表面F的基准高H0的区域地表面推定工序。

向导信息显示装置50中，设为基于通过上述处理高精度地取得的地表面F的基准高H0生成向导信息GD的结构。因此，向导信息显示装置50中，能够基于地表面F的基准高H0，高精度算出吊重W的高度信息、地物C的高度信息。

接着，说明以映像上的特定的位置为基准推定地表面F的情况。此外，在此示例司机通过手动指定映像上的特定的位置的情况，但也可以设为数据处理部70自动地决定并指定映像上的特定的位置的结构。

向导信息显示装置50中，通过在数据显示部80及数据输入部90指定地表面的位置，能够决定成为基准的地表面F。

在手动的情况下，首先，如图16上图所示，司机在显示于数据显示部80的映像上指定为地表面清晰的位置。然后，如图16中图所示，数据处理部70生成以该指定的位置(点)为中心的预定半径的基准圆。然后，如图16下图所示，数据处理部70检测与处于激光侧线上的点数据p的重合，并选择包含于基准圆内的多个点数据p。

然后，如图15(A)所示，数据处理部70从选择的多个点数据p首先提取距离h最大的(距离h为最大距离hmax)点数据p。然后，数据处理部70算出其它的点数据的距离h相对于作为最大距离hmax的点数据p的分离量D。数据处理部70以最大距离hmax为基准，将距离h的分离量D处于预定的阈值r1以内(本实施方式中，分离量D为7cm以内)的点数据p作为构成地表面F的点数据进行提取。数据处理部70基于提取的点数据p的距离h推定地表面F的基准高H0。本实施方式中，数据处理部70将提取的点数据p的距离h的平均值作为地表面F的基准高H0采用。

如图12所示，数据处理部70进行的数据处理中，接着进行“平面的推定处理”(STEP－104)。数据处理部70通过以下所示的上表面推定方法，推定存在于吊重区域WA的作为测定对象物的吊重W和地物C的上表面。

当将1帧的点群数据P标绘于以XYZ坐标系表示的吊重区域WA上时，如图13(A)所示那样表示。而且，当示意性地表示这种处于吊重区域WA的点群数据P时，如图17上图那样表示。

(点群数据取得工序)

数据处理部70首先取得这种1帧的点群数据P。点群数据P是从作为测定对象物的吊重W及地物C的上方，在包含吊重W及地物C的吊重区域W中取得的数据。

(组分配工序)

数据处理部70将在图17上图所示那样的吊重区域WA中取得的点群数据P，如图17中图所示那样沿着Y轴方向以预定的厚度d分割成层状，并将点群数据P分配于多个组(参照图13(B))。

此时数据处理部70按分割的各组赋予单独的组ID(在此，设为ID：001～006)，并使各点数据p与组ID相关联。

(上表面推定工序)

然后，数据处理部70在各组中，使用包含于该组的多个点数据p推定平面。这里所说的“平面”是吊重W及地物C中朝上存在的平面，即吊重W及地物C的“上表面”。

以下，具体地说明上表面推定工序。

首先，如图18及图19上图所示，数据处理部70从包含于同一组的多个点数据p·p···选择两个点数据p·p(2点选择工序：STEP－301)。

然后，如图18及图19下图所示，数据处理部70算出选择的两个点数据p·p的2点间距离L1(点间距离算出工序：STEP－302)。

接着，如图18及图20上图所示，数据处理部70如果2点间距离L1为预定的阈值r2以下(STEP－303)，则看作该2点(以虚线表示的两个点数据p·p)处于同一平面上(看作2点平面，工序：STEP－304)。然后，如图18及图20下图所示，数据处理部70算出看作处于同一平面上的各点(在此，选择的2点)的重心G1(重心算出工序：STEP－305)。假定在(STEP－303)中判定为“no”的情况下，返回(STEP－301)，并重新选择新的2点。

接着，如图18及图21上图所示，数据处理部70探索成为相对于算出的重心G1的附近点的点数据p(附近点探索工序：STEP－306)。这里所说的“附近点”是相对于重心G1的点间距离为阈值r2以下的点。

然后，如图18及图21下图所示，数据处理部70如果看到作为附近点的点数据p(STEP－307)，则看作作为该附近点的点数据p也处于与先选择的两个点数据p·p同一平面上(看作附近点平面，工序：STEP－308)。

然后，如图18及图22上图所示，数据处理部70返回(STEP－305)，根据看作处于同一平面上的各点(在此，以虚线表示的3个点数据p·p·p)算出新的重心G2。

数据处理部70转移至(STEP－306)，进一步探索成为相对于重心G2的附近点的点数据p。然后，如图18及图22下图所示，数据处理部70如果看到作为附近点的点数据p(STEP－307)，则看作作为该附近点的点数据p也是处于与先选择的各点同一平面上的点数据p(STEP－308)。

然后，数据处理部70一边算出新的重心一边探索附近点，并将从(STEP－305)到(STEP－308)的处理依次反复进行，直到检测不到作为附近点的点数据p。

然后，如图18及图23所示，数据处理部70如果未发现新的附近点，则在(STEP－307)中判定为“no”，对看作处于同一平面上的点数据p的部分集合(集群)进行聚类，并推定平面(STEP－309)。这里所说的“聚类”是具有将作为点数据p的集合的点群数据P划分成集群，且包含于各集群的点数据p处于同一平面上的共同的特征的处理。

数据处理部70将点群数据P划分成看作处于同一平面上的点数据p，并设定平面集群CL1(参照图17下图)。根据属于平面集群CL1的各点数据p，能够限定平面(即，吊重W及地物C的“上表面”)。此外，在赋予了同一个组ID的组内，有时也存在多个平面集群CL1。

然后，数据处理部70根据属于平面集群CL1的点数据p的、X坐标的最大值和最小值推定平面的“宽度”，并根据Z坐标的最大值和最小值推定平面的“深度”。即，本实施方式中表示的吊重W及地物C的上表面推定方法中，利用数据处理部70，根据看作处于同一平面上的(属于同一个平面集群CL1)多个点数据p中、在上表面的宽度方向(X轴方向)上分开最远的两个点数据p·p的点间距离推定上表面的“宽度”，并根据在上表面的深度方向(Z轴方向)上分开最远的两个点数据p·p的点间距离推定上表面的“深度”。

数据处理部70这样根据推定的平面集群CL1限定平面。此外，在此限定的平面也可以是矩形以外的多边形。

即，吊重W及地物C的上表面推定方法中，具备：利用激光扫描仪62，从吊重W及地物C的上方在包含吊重W及地物C的吊重区域WA取得点群数据P的点群数据取得工序；利用对点群数据P进行运算处理的数据处理部70，将吊重区域WA作为垂直方向上具有预定的厚度d的多个组(ID：001～006)分割成层状，将取得的点群数据P分配于多个组(ID：001～006)的组分配工序；利用数据处理部70，基于分配于多个组(ID：001～006)的点群数据P，按每个组推定吊重W及地物C的上表面的上表面推定工序。

这种上表面推定方法中，能够仅基于由激光扫描仪62取得的与上表面对应的点群数据P推定吊重W及地物C的上表面。因此，本实施方式中表示的上表面推定方法中，基于由激光扫描仪62取得的点群数据P，可在短时间内推定吊重W及地物C的上表面，进而，能够实现实时推定吊重W及地物C的上表面。

另外，这种上表面推定方法中，不使用统计的方法，就能够推定吊重W及地物C的上表面，与使用统计的方法的情况相比，能够降低吊重W及地物C的上表面的推定所需要的计算量。因此，本实施方式中表示的上表面推定方法中，基于由激光扫描仪62取得的点群数据P，可在更短时间内推定吊重W及地物C的上表面。

此外，吊重W及地物C的上表面推定方法中，示例了如下情况，起重机1中，在伸缩动臂22的第一动臂部件22f设置数据取得部60，利用激光扫描仪62从吊重W的上方取得吊重W、地物C、地表面F的点群数据P，但测定对象物的上表面推定方法作为适用于以起重机的吊重和存在于该吊重的周围的物体为测定对象物的情况的方法没有限定。

即，测定对象物的上表面推定方法能够广泛适用于如下情况，例如，在具备动臂的作业车辆(例如，高空作业车等)的动臂前端部或无人驾驶飞机等设置激光扫描仪，从上空取得存在于其下方的测定对象物的点群数据，基于取得的点群数据推定测定对象物的上表面。

接着，上表面推定方法中，结合推定的各平面集群CL1(上表面)。

如图24及图25上图所示，数据处理部70选择推定的平面集群CL1中、赋予了不同的组ID的两个平面集群CL1·CL1，算出各平面集群CL1的标高值H的差异dH(STEP－401：标高值差异算出工序)。

在此，数据处理部70探索差异dH为阈值r3以内的组合(STEP－402)。这里所说的平面集群CL1的标高值H是属于平面集群CL1的各点数据p的标高值H的平均值。

接着，如图24及图25中图所示，数据处理部70在检测到标高值H的差异dH为阈值r3以内的平面集群CL1的组合时，对于这些平面集群CL1·CL1检测X轴方向上的重合(STEP－403：重合检测工序)。这里所说的“重合”是由平面集群CL1限定的平面的X轴方向上的重复程度及分开程度，如图24及图25所示，在检测到“宽度”的重复量dW1的情况(dW1＞0)，或分开量dW2为预定的阈值r4以下的情况下(0≦dW2≦r4)，检测“重合”。

然后，如图24及图25所示，数据处理部70在检测到“重合”的情况下(STEP－404)，看作属于这些平面集群CL1·CL1的点数据p存在于同一平面上，结合两个平面集群CL1·CL1，并作为新的平面集群CL1进行更新(STEP－405：平面结合工序)。另外，此时，从属于新的平面集群CL1的各点数据p算出新的标高值H。

如图24所示，数据处理部70将以上的处理反复进行，直到满足条件的平面集群CL1·CL1的组合消失(STEP－406)，并推定跨过多个组存在的平面。

然后，数据处理部70输出通过以上的结合处理而结合的平面(即，平面集群CL1)。

由平面集群CL1限定的平面是吊重W及地物C中朝上存在的平面，即吊重W及地物C的上表面。

即，吊重W及地物C的上表面推定方法中，具备：算出通过上表面推定工序推定的上表面中、属于一个组(图25中ID：001)的上表面与属于另一组(图25中ID：002)的上表面的标高值H的差异dH的标高值差异算出工序(STEP－401)；在标高值H的差异dH为预定的阈值r3以下的情况下(STEP－402)，在由激光扫描仪62照射的激光的侧线方向(X轴方向)上，检测各上表面的重合的重合检测工序(STEP－403)；在检测到重合的情况下(STEP－404)，看作各上表面构成同一平面，并结合各上表面的平面结合工序(STEP－405)。

这种平面的推定方法中，不使用点群数据P的法线矢量就能够推定平面。因此，与使用点群数据P的法线矢量推定平面的情况相比，具有计算量较少即可的特征。

另外，这种平面的推定方法中，通过推定吊重W或地物C的上表面，不取得吊重W或地物C的侧面的点数据p，就能够掌握吊重W或地物C的立体的形状。

如图12所示，数据处理部70进行的点群数据的聚类方法中，接着进行“同一区域的聚类处理”(STEP－105)。这里所说的“聚类”是具有将作为数据的集合的点群数据P划分成集群，各集群中包含的点数据p处于“同一区域”的共同的特征的处理。

在此进行的“同一区域的聚类处理”是将生成的平面集群CL1(平面)与是否构成同一平面无关，而以是否存在于“同一区域”的观点进行聚类的处理。以下，具体地说明同一区域的聚类处理(STEP－105)中的处理内容。

具体而言，如图26及图27上图及图28上图所示，数据处理部70提取成为判定是否存在于同一区域时的基准的平面集群CL1即基准平面集群CL1A(STEP－501：基准平面集群提取工序)。数据处理部70将标高值H最大的平面集群CL1设为基准平面集群CL1A进行提取。这里所说的平面集群CL1的标高值H是属于平面集群CL1的各点数据p的标高值H的平均值。数据处理部70以提取的基准平面集群CL1A为基准，判定另一平面集群CL1与该基准平面集群CL1A是否处于“同一区域”。是否处于“同一区域”的判定通过以下所示的顺序进行。

如图26及图27上图及图28上图所示，数据处理部70提取基准平面集群CL1A时，算出其它所有的平面集群CL1的标高值H相对于基准平面集群CL1A的差异ΔH(STEP－502：标高值差异算出工序)。

接着，数据处理部70探索标高值H相对于基准平面集群CL1A的差异ΔH为阈值r5以内的平面集群CL1(STEP－503：平面集群探索工序)。然后，在检测到差异ΔH为阈值r5以内的平面集群CL1时，从其中选择一个平面集群CL1(STEP－504：平面集群选择工序)。

此外，在未检测到差异ΔH为阈值r5以内的平面集群CL1时，在此结束处理。

接着，数据处理部70对于选择的一个平面集群CL1检测X轴方向上的与基准平面集群CL1A的重合的有无(STEP－505：重合检测工序)。这里所说的“重合”是由平面集群CL1限定的平面的Y轴方向观察的重复程度及分开程度，如图27中图所示那样检测到“宽度”的重复量ΔW1的情况(ΔW1＞0)，或如图28中图所示那样分开量ΔW2为预定的阈值r6以下的情况下(0≦ΔW2≦r6)，检测“重合”。如图27中图所示，检测到“宽度”的重复量ΔW1的情况是指基准平面集群CL1A与平面集群CL1在Y轴方向观察时重复的状态。如图28中图所示，检测到分开量ΔW2为预定的阈值r6以下的情况是指基准平面集群CL1A与平面集群CL1在Y轴方向观察时不重复，但处于附近的状态。

如图26及图27下图及图28下图所示，数据处理部70在检测到“重合”的情况下，看作该一个平面集群CL1与基准平面集群CL1A存在于同一区域的情况，利用一个平面集群CL1和基准平面集群CL1A形成同一区域集群CL2(STEP－506：同一区域聚类工序)。此外，(STEP－505：重合检测工序)中，未检测到“重合”时，不形成同一区域集群CL2，并转移至下一处理(STEP－507)。

数据处理部70在(STEP－506)之后，判定除了先选择的一个平面集群CL1以外，是否具有标高值H的差异ΔH为阈值r5以内的另一平面集群CL1(STEP－507：平面集群有无判定工序)。然后，适于条件的另一平面集群CL1存在时，返回(STEP－504)，选择新的平面集群CL1，进一步依次进行从(STEP－505)到(STEP－506)的处理，如果具有满足条件的另一平面集群CL1，则追加先形成的同一区域集群CL2。然后，数据处理部70将从(STEP－504)到(STEP－507)的处理依次反复进行，直到差异ΔH为阈值r5以内的平面集群CL1消失，并确定同一区域集群CL2。

数据处理部70也可以在标高值H相对于最初(STEP－501)提取的基准平面集群CL1A的差异ΔH为阈值r5以内的平面集群CL1消失之后，进一步提取新的基准平面集群CL1A，并形成新的同一区域集群CL2。在该情况下，数据处理部70返回(STEP－501)，重新开始聚类处理，在(STEP－501)中将已经形成同一区域集群CL2的平面集群CL1除外，且从标高值H较大的平面集群CL1起依次作为基准平面集群CL1A进行提取。

如上述，图12所示的同一区域的聚类处理(STEP－105)的具体的内容是图26所示的(STEP－501)～(STEP－507)的处理内容。

即，本发明一个实施方式的点群数据的聚类方法中，具备：提取通过平面的推定处理进行处理的平面集群中、成为同一区域的基准的基准平面集群CL1A的基准平面集群提取工序(STEP－501)；算出标高值H相对于基准平面集群CL1A的差异ΔH的标高差算出工序(STEP－502)；探索差异ΔH为阈值r5以内的平面集群CL1的平面集群探索工序(STEP－503)；选择标高值H的差异ΔH为阈值r5以内的一个平面集群CL1的平面集群选择工序(STEP－504)；检测相对于基准平面集群CL1A选择的平面集群CL1的重合的有无的重合检测工序(STEP－505)；在检测到重合的情况下，看作各平面集群CL1A·CL1存在于同一区域，并形成同一区域集群CL2的同一区域聚类工序(STEP－506)。

然后，根据这种结构的点群数据的聚类方法，能够基于由激光扫描仪62取得的与吊重W及地物C的上表面对应的点群数据P，聚类存在于同一区域的一个或多个吊重W及地物C的点群数据P。

然后，这样形成的属于同一区域集群CL2的点数据p在后述的向导信息GD的显示中，作为形状上具有一个统一的数据进行处理，以包围同一区域集群CL2的方式显示向导框架GD1。即，根据上述的点群数据P的聚类方法，对于吊重W或地物C，能够将整体作为统一简单的向导框架GD1显示，或区分成特征的部位并作为表示详细的形式的向导框架GD1进行显示，可根据司机的喜好及作业状况、吊重W的形状等，变更向导框架GD1的显示形式。

此外，这种“同一区域的聚类处理”优选设为图29(A)(B)所示那样的、使用了基于标高值的树结构的层级的聚类。数据处理部70在“同一区域的聚类处理”中，按每个地物C使用标高值H制作树结构。在此，示例对图29(A)中表示的第一个例的地物C进行使用了树结构的层级的聚类的情况和对图29(B)中表示的第二例的地物C进行使用了树结构的层级的聚类的情况。

使用了基于标高值的树结构的层级的聚类中，数据处理部70将标高值H的平均值最小的平面集群CL1设定为“根(根)”。另外，数据处理部70如果具有相对于构成“根”的平面集群CL1，以Y轴方向观察具有重合的平面集群CL1，则从“根”伸出“枝(枝)”，并在“枝”的前端追加具有该重合的平面集群CL1。然后，数据处理部70将标高值H的平均值最大的平面集群CL1设定为“子”。

在此，对向导框架GD1的生成方法进行说明。

数据处理部70取得“同一区域的聚类处理”中制作的地物C的树结构。然后，数据处理部70取得构成树结构的各平面集群CL1中包含的点数据p。

接着，如图30上图所示，数据处理部70从“子”的平面集群CL1的点数据p取得位于Z轴方向上最进深的激光侧线上的各点数据p。然后，数据处理部70制作具有以与相邻的激光侧线的距离的1/2在Z轴方向上分离，且能够包围各点数据p的X轴方向的宽度的矩形。

接着，数据处理部70在与制作的矩形相邻的激光侧线上存在点数据p的情况下，如图30下图所示，以全部包含符合的激光侧线上的点数据p的方式使矩形变形，制作外形线。

然后，数据处理部70在相邻的激光侧线上探索点数据p且将上述处理反复进行，直到成为对象的激光侧线上的点数据p消失。

最后，数据处理部70制作将选择的树结构中包含的所有的平面集群CL1外包的外形线。

然后，数据处理部70从制作的外形线中，仅将适合于条件的外形线作为向导框架GD1输出。

作为向导框架GD1输出的条件如例如图31(A)所示，能够选择仅显示作为地物C的大框架的外形线的条件。在选择了该条件的情况下，数据显示部80中，相对于该地物C显示包围地物C的整体的一个向导框架GD1。

另外，作为设为向导框架GD1输出的条件，例如如图31(B)所示，除了作为地物C的大框架的外形线之外，还能够选择显示标高值H相对于“根”的差(差异ΔH)为阈值以上的外形线(小框架)中、标高值H在各枝中最高的平面集群CL1的外形线的条件。在选择了该条件的情况下，在数据显示部80显示包围该地物C的整体的第一个向导框架GD1和包含于第一个向导框架GD1的内侧的第二个向导框架GD1，并显示考虑了地物C的立体的形状的更详细的向导信息GD。

另外，作为设为向导框架GD1输出的条件，例如如图31(C)所示，除了作为地物C的大框架的外形线之外，还能够选择全部显示标高值H相对于“根”的差(差异ΔH)为阈值以上的外形线(小框架)的条件。即使在选择了该条件的情况下，在数据显示部80中显示包围地物C的整体的第一个向导框架GD1和包含于其内侧的第二个向导框架GD1，并显示考虑了地物C的立体的形状的更详细的向导信息GD。

这种显示条件也能够通过调整差异ΔH的阈值而进行。司机能够以更容易看到向导信息GD的显示的方式，适当选择向导框架GD1的显示条件。

即，向导信息显示装置50中，通过基于同一区域集群CL2生成向导框架GD1，考虑到地物C的立体的形状，可生成更详细地表达地物C的向导框架GD1。另外，向导信息显示装置50中，可生成将存在于同一区域的平面集群CL1统一包围的向导框架GD1。即，根据向导信息显示装置50，能够提示更详细且容易看到的向导信息GD。

如图12所示，数据处理部70进行的数据处理中，接着进行“点群数据和摄像头映像的同步处理”(STEP－106)。

在此，如图5(A)(B)所示，将XYZ坐标系中取得的点群数据P转换成摄像头空间坐标系的坐标值，在由摄像头61拍摄的映像M上同步(对位)，并向数据显示部80输出。

如图12所示，数据处理部70进行的数据处理中，接着进行“向导显示处理”(STEP－107)。

数据处理部70基于生成的同一区域集群CL2的信息，生成向导信息GD，并输出至数据显示部80。

此外，“向导显示处理”时，利用从起重机1的控制器34输出的“起重机信息”。在此利用的“起重机信息”中包含伸缩动臂22的长度、起伏角度、起重机1的作业半径、吊重W的重量等的信息。

说明了数据处理部70进行的数据处理的一连串的流程，但这种结构中，不需要取得测定对象物的侧面的点数据p，能够通过较少的运算量准确地掌握吊重W或地物C的立体的形状，并生成向导信息GD。这种结构的数据运算量较少即可，因此，适于实时掌握吊重W或地物C的形状的用途，能够使用简单的硬件结构的数据处理部70。

接着，对向导信息GD的内容进行说明。

向导信息显示装置50中，利用数据显示部80显示向导信息GD。利用数据显示部80显示的向导信息GD中包含图8(B)所示那样的司机进行的地表面F的指定位置的信息。

另外，向导信息显示装置50中，能够指定吊重W。与司机指定地表面F的情况一样，通过在画面上指示吊重W，存在于该指定位置的平面(上表面)作为表示吊重W的上表面的平面进行设定。作为吊重W指定之后，吊重W的向导框架GD1和地物C的向导框架GD1优选改变线颜色或线粗细等进行区别显示。

地表面F和吊重W的指定位置的信息通过以圆等的图形表示的标记显示。

另外，利用数据显示部80显示的向导信息GD中包含利用数据处理部70生成的向导框架GD1。

数据处理部70基于设定的同一区域集群CL2输出向导框架GD1。此外，数据处理部70作为吊重W的向导框架GD1能够设置用于可靠地避免碰撞的富余，并能够将从吊重W的外形线以预定的距离向外侧偏置的框架线作为向导框架GD1输出。这种向导框架GD1は，成为利用线段包围吊重W及地物C中推定的上表面(平面集群CL1)的框架显示。

另外，利用数据显示部80显示的向导信息GD中包含：从基准高H0到吊重W的下表面的高度信息GD2、从基准高H0到地物C的上表面的高度信息GD3。

吊重W的高度信息GD2优选设为如下结构，设置与数据显示部80的画面上的容易看到的位置独立的区域，并在该区域显示。

向导信息显示装置50中，通过这种结构，不会看错吊重W的高度信息GD2和地物C的高度信息GD3。

数据处理部70通过推定为吊重W的上表面的平面集群CL1的上表面高度减去吊重W的高度而算出高度信息GD2。

向导信息显示装置50中，司机将吊重W的信息(以下称为“吊重信息”)预先输入数据处理部70。该司机进行的“吊重信息”的输入从数据输入部90进行。然后，数据处理部70利用“吊重信息”取得吊重W的高度。

向导信息显示装置50中，设为将地物C的高度信息GD3显示于包围地物C的向导框架GD1的内侧的结构。或，向导信息显示装置50中，在向导框架GD1较小的情况下，设为以一部分与向导框架GD1重合的方式显示的结构。

向导信息显示装置50中，通过这种结构使地物C与高度信息GD3的对应关系明确。

另外，向导信息显示装置50中，设为如下结构，利用数据处理部70，根据与该向导框架GD1对应的平面集群CL1的标高值H，改变向导框架GD1的线色。

向导信息显示装置50中，通过这种结构，司机通过观察向导框架GD1，能够在感觉上察觉吊重W或地物C的概略的标高值(高度)。因此，向导信息显示装置50中，能够更准确地提示吊重W和地物C的高度。

另外，向导信息显示装置50中，利用数据处理部70，根据与该向导框架GD1对应的平面集群CL1的标高值H，构成改变高度信息GD2的字体颜色的结构。

向导信息显示装置50中，通过这种结构，司机通过观察高度信息GD2，能够在感觉上察觉吊重W或地物C的概略的标高值(高度)。因此，向导信息显示装置50中，能够更准确地提示吊重W和地物C的高度。

另外，利用向导信息显示装置50进行的向导信息GD的显示中包含吊重W的动线信息。吊重W的动线信息中包含吊重W的作业半径信息GD4、起重机1的伸缩动臂22的轴线信息GD5。

作业半径信息GD4成为使伸缩动臂22从现状进行旋转动作时的吊重W的动线的目标，吊重W沿着作为作业半径信息GD4表示的圆弧移动。

另外，轴线信息GD5成为使伸缩动臂22从现状进行起伏动作及伸缩动作时的吊重W的动线的目标，吊重W沿着作为作业半径信息GD4表示的直线移动。

向导信息显示装置50中，基于“起重机信息”生成吊重W的作业半径信息GD4和伸缩动臂22的轴线信息GD5。

数据处理部70基于“起重机信息”，算出起重机1的作业半径，生成表示该作业半径的圆弧，并作为作业半径信息GD4输出。

另外，数据处理部70基于“起重机信息”算出伸缩动臂22的轴线方向，生成表示该轴线方向的直线，并作为轴线信息GD5输出。

另外，向导信息显示装置50中，设为如下结构，将显示作业半径信息GD4和轴线信息GD5的线以虚线表示，且将该虚线的长度及间隔以成为目标的长度(以下，称为基准长度)显示。例如，在将基准长度设为1m的情况下，作业半径信息GD4和轴线信息GD5根据显示于数据显示部80的吊重区域WA的大小显示，之后变更虚线的长度及间隔，此时的规模中，在地表面F上作为相当于1m的长度及间隔显示。

向导信息显示装置50中，设为如下结构，将虚线的长度及间隔以基准长度(例如，1m)显示，由此，司机能够从向导信息GD感到吊重W或地物C的规模感。

另外，数据处理部70基于“起重机信息”算出数据取得部60的高度，并且算出吊重区域WA的大小及数据显示部80的显示范围的大小，并根据该算出结果，变更作为作业半径信息GD4和轴线信息GD5显示的虚线的规模(虚线及其间隔的大小)。

另外，利用向导信息显示装置50进行的向导信息GD的显示中包含用于防止吊重W和地物C的接触的警报显示。

数据处理部70在将吊重W和地物C投影于水平面时的水平距离为预定的阈值(例如，1m)以下，且垂直方向的距离为预定的阈值(例如，1m)以下的情况下，判断为可能接触。

此时如图32所示，数据处理部70以加强可能与吊重W接触的地物C的向导框架GD1及高度信息GD2的方式，输出地物C的向导框架GD1及高度信息GD2。或者，数据处理部70以使地物C的向导框架GD1及高度信息GD2闪烁的方式，输出地物C的向导框架GD1及高度信息GD2。向导信息显示装置50中，利用数据处理部70输出作为警报显示的地物C的向导框架GD1及高度信息GD2，且显示于数据显示部80，由此，能够促使司机的注意。

另外，向导信息显示装置50中，利用数据处理部70生成向导信息GD时，如图33所示，在吊重W与第一动臂部件22f之间设定除外区域JA。然后，数据处理部70设为将在该除外区域JA内取得的点数据p从数据处理的对象除外的结构。

主钢丝绳27通过除外区域JA。向导信息显示装置50中，设为如下结构，不使主钢丝绳27包含于向导信息GD的生成对象(测定对象物)，由此，提示更精确且容易看到的向导信息GD。此外，考虑到不对吊重W的向导框架GD1的生成造成影响，除外区域JA优选设定于使其下端高度距吊重W的上表面以预定的距离分离的位置。

这种结构的向导信息显示装置50中，相对于起重机1的司机，能够准确地提示关于吊重W和存在于吊重W的周边的地物C包含表示其形状的向导框架GD1和表示高度的高度信息GD2·GD3的向导信息GD。然后，如果使用这种结构的向导信息显示装置50，例如即使在司机不能直接辨识吊重W的状况下，司机也能够基于由向导信息显示装置50提示的向导信息GD，高效且安全地进行起重机1的作业。

产业上的可利用性

本发明可利用于点群数据的聚类方法、向导信息显示装置及起重机。

符号说明

1 起重机

60 数据取得部

62 激光扫描仪

70 数据处理部

80 数据显示部

P 点群数据

p 点数据

WA 吊重区域

CL1 平面集群

CL1A 基准平面集群

CL2 同一区域集群

L1 (点数据的)2点间距离

H 标高值

ΔH (标高值的)差异。

Claims (7)

1.一种点群数据的聚类方法，其特征在于，具备：

利用激光扫描仪从测定对象物的上方，在包含所述测定对象物的区域取得点群数据的点群数据取得工序；

利用对所述点群数据进行运算处理的数据处理装置，将所述点群数据中、与所述测定对象物的上表面对应的点群数据作为平面集群进行聚类的平面聚类工序；

提取成为同一区域的判定基准的所述平面集群即基准平面集群的基准平面集群提取工序；

算出所述基准平面集群与该基准平面集群以外的所述平面集群的标高值的差异，并探索所述标高值的差异为预定的阈值以内的所述平面集群的平面集群探索工序；

选择所述标高值的差异为所述预定的阈值以内的一个所述平面集群的平面集群选择工序；

检测所述基准平面集群与所述一个平面集群的重合的有无的重合检测工序；

在检测到所述重合的情况下，将所述基准平面集群和所述一个平面集群设为同一区域集群进行聚类的同一区域聚类工序。

2.根据权利要求1所述的点群数据的聚类方法，其特征在于，

在所述同一区域聚类工序之后还具备判定所述平面集群探索工序中发现的、所述一个平面集群以外的另一平面集群的有无的平面集群有无判定工序，

利用所述数据处理装置，在所述平面集群有无判定工序之后，将所述平面集群选择工序、所述重合检测工序、所述同一区域聚类工序依次反复进行，直到所述平面集群有无判定工序中判定为没有所述另一平面集群。

3.根据权利要求1或2所述的点群数据的聚类方法，其特征在于，

所述基准平面集群提取工序将标高值最大的所述平面集群作为所述基准平面集群进行提取。

4.根据权利要求1～3所述的点群数据的聚类方法，其特征在于，

所述平面聚类工序具备：

将所述区域设为垂直方向上具有预定厚度的多个组并进行层状地分割，并将取得的所述点群数据分配于所述多个组的组分配工序；

基于分配于所述多个组的所述点群数据，对所述每一组将与所述测定对象物的上表面对应的点群数据作为所述平面集群进行聚类的上表面推定工序；

算出所述上表面推定工序中推定的所述平面集群中、属于一个所述组的第一个所述平面集群与属于另一所述组的第二所述平面集群的标高值的差异的标高值差异算出工序；

在所述第一个平面集群与所述第二平面集群的标高值的差异为预定的阈值以下的情况下，在利用所述激光扫描仪照射的激光的侧线方向上，检测所述第一个平面集群与所述第二平面集群的重合的重合检测工序；

在检测到所述第一个平面集群与所述第二平面集群的重合的情况下，将所述第一个平面集群与所述第二平面集群进行结合，设为新的平面集群的平面结合工序。

5.一种向导信息显示装置，其特征在于，具备：

数据取得部，其具备从测定对象物的上方拍摄至少包含所述测定对象物和地表面的区域的映像的摄像头和在所述区域从所述测定对象物的上方取得点群数据的激光扫描仪；

数据处理部，其基于由所述数据取得部的激光扫描仪取得的所述点群数据，推定所述测定对象物的上表面，并生成包围所述测定对象物的上表面的向导框架；

数据显示部，其显示将所述数据处理部中生成的所述向导框架与由所述摄像头拍摄的所述映像重叠的向导信息，

所述数据处理部将所述点群数据中、与所述测定对象物的上表面对应的所述点群数据作为平面集群进行聚类，

提取成为同一区域的判定基准的所述平面集群即基准平面集群，

算出所述基准平面集群与所述平面集群的标高值的差异，探索所述标高值的差异为预定的阈值以内的所述平面集群，并检测所述标高值的差异为所述预定的阈值以内的所述平面集群与所述基准平面集群的重合的有无，将检测到所述重合的所述平面集群作为同一区域集群与所述基准平面集群进行聚类，

以统一包围构成所述同一区域集群的多个所述平面集群的外形的方式生成所述向导框架。

6.根据权利要求5所述的向导信息显示装置，其特征在于，

所述数据处理部作为所述基准平面集群提取标高值最大的所述平面集群。

7.一种起重机，其特征在于，

具备权利要求5或6所述的向导信息显示装置。

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