JP2002328022A - System for measuring topographical form and guidance system - Google Patents
System for measuring topographical form and guidance systemInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、車両を用いての地
形形状を計測する地形形状計測装置および車両を用いて
の建設機械の掘削作業に対しガイダンスを提示するガイ
ダンス装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a terrain shape measuring device for measuring a terrain shape using a vehicle, and a guidance device for presenting guidance for a digging operation of a construction machine using a vehicle.
【０００２】[0002]
【従来の技術】土木作業現場においては、現場の地形情
報は重要であり、加工前には、測量者が測量し、掘削目
標値に、いわゆる丁張りを張る作業が必要であった。施
工中にも、日々の進捗管理のために測量するとか、作業
中にずれてしまった丁張りを張り直す等、測量に関わる
時間がかかり手間暇のかかるものであった。2. Description of the Related Art In a civil engineering work site, topographical information on the site is important. Before machining, it is necessary for a surveyor to carry out surveying and to perform so-called staking work on a target excavation value. Even during construction, it took time and effort to perform surveying, such as surveying for daily progress management or rebuilding sidings that had shifted during the work.
【０００３】この問題を解決するために、特開平１１−
３６３７３号公報（以下、公報１という）に記載された
装置のように、ＧＰＳ（全地球測位システム）を搭載し
た建設機械が作業現場を移動するときにＧＰＳによって
得られる建設機械の位置座標を記憶し、これにより作業
現場の地形形状を求めるようにするものがあった。In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 36373 (hereinafter referred to as “publication 1”) stores the position coordinates of a construction machine equipped with a GPS (Global Positioning System) obtained by the GPS when the construction machine moves on a work site, as in an apparatus described in the Publication. In some cases, however, the topographical shape of the work site is determined.
【０００４】しかし、上記公報１のものでは、地形形状
を求める際に、ＧＰＳを搭載した建設機械が予め作業現
場を動き回る必要があった。また、その建設機械が動け
る範囲内でしか作業現場の地形形状を求めることができ
ず、掘削現場の実情には即していないものであった。[0004] However, according to the above publication 1, when obtaining the terrain shape, it is necessary for the construction machine equipped with the GPS to move around the work site in advance. In addition, the topographical shape of the work site can be obtained only within a range in which the construction machine can move, which is not suitable for the actual situation of the excavation site.
【０００５】このような問題を解決するために、特開平
１１−２１１４７３号公報（以下、公報２という）に記
載された地形形状計測装置のように、２台の視覚カメラ
又は多眼カメラを建設機械に搭載し、２台の視覚カメラ
又は多眼カメラによる視差を利用したステレオ法によ
り、計測対象物までの距離を演算することで、計測対象
地形の形状を求めるようにするものがあった。In order to solve such a problem, two visual cameras or a multi-view camera are constructed as in a terrain shape measuring device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-212473 (hereinafter referred to as “publication 2”). In some cases, the shape of the terrain to be measured is calculated by calculating the distance to the object to be measured by a stereo method using a parallax between two visual cameras or a multi-view camera mounted on a machine.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報２に記載された地形形状計測装置では、後述する
（１）〜（４）の問題があった。However, the terrain shape measuring device described in the above publication has the following problems (1) to (4).
【０００７】すなわち、上記地形形状計測装置で採用し
ている視覚センサつまり視覚カメラ又は多眼カメラで
は、（１）明暗の大きく異なる外の現場では適さないこ
とと、（２）ピント合わせが必要でり、遠いものと近い
ものは同時に見られないこと等、距離精度（分解能）が
距離により大きく異なること、等の問題があった。That is, a visual sensor, that is, a visual camera or a multi-lens camera, employed in the above-mentioned terrain shape measuring apparatus is not suitable for (1) an outside site where the contrast is greatly different, and (2) focusing is required. In addition, there is a problem that the distance accuracy (resolution) greatly differs depending on the distance, such as that a distant object and a close object cannot be seen at the same time.
【０００８】また、上記視覚センサを用いた場合には、
（３）画素数、カメラ距離が計測対象地形の形状の精度
に関わること、（４）視覚センサによって得られた計測
デーを基に画像処理を施すための処理時間に多くの時間
を要すること、等の問題があった。In the case where the above visual sensor is used,
(3) The number of pixels and the camera distance are related to the accuracy of the shape of the terrain to be measured. (4) The processing time for performing image processing based on the measurement data obtained by the visual sensor requires much time. And so on.
【０００９】このように、上記公報２のものでは、ステ
レオ法により計測対象地形の形状を求めることができる
ものの、上述した（１）〜（４）の問題があった。As described above, in the publication 2 described above, although the shape of the terrain to be measured can be obtained by the stereo method, there are the above-mentioned problems (1) to (4).
【００１０】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、正確で且つ高精度の地形形状を効率良く計測でき
る地形形状計測装置を提供することを第１の目的とす
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object of the present invention is to provide a terrain shape measuring device capable of efficiently and accurately measuring a terrain shape with high accuracy.
【００１１】また、本発明は、正確で且つ高精度の地形
形状を効率良く計測できると共に、この計測された地形
形状データを基に建設機械の掘削作業に対しガイダンス
を提示することができるガイダンス装置を提供すること
を第２の目的とする。The present invention also provides a guidance apparatus capable of efficiently and accurately measuring a terrain shape with high accuracy and presenting guidance to a digging operation of a construction machine based on the measured terrain shape data. The second object is to provide
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段、作用および効果】上記第
１の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、作業
機械（１０）に搭載され地形を計測する地形計測装置に
おいて、計測対象地形に対してレーザを照射し、計測点
までの距離、当該計測点に対する水平角度及び垂直角度
を検出するレーザ測距装置（３０）と、前記レーザ測距
装置によって検出された検出データに基づいて前記計測
対象地形の３次元位置データを求める地形座標計測手段
（１１１）と、前記地形座標計測手段によって求められ
た３次元位置データを記憶する記憶手段（１１３）と、
前記３次元位置データを出力可能な形式に変換する変換
手段（１１１）と、前記変換手段によって変換された結
果を出力する表示手段（１３０）とを具備したことを特
徴とする。In order to achieve the first object, an invention according to claim 1 is a terrain measuring apparatus mounted on a work machine (10) for measuring terrain. A laser ranging device (30) for irradiating a laser to the terrain and detecting a distance to a measuring point, a horizontal angle and a vertical angle with respect to the measuring point, and detection data detected by the laser ranging device. Terrain coordinate measuring means (111) for obtaining three-dimensional position data of the terrain to be measured; storage means (113) for storing three-dimensional position data obtained by the terrain coordinate measuring means;
A conversion unit (111) for converting the three-dimensional position data into a format that can be output, and a display unit (130) for outputting a result converted by the conversion unit are provided.
【００１３】この請求項１に係る発明では、地形座標計
測手段が、レーザ測距装置によって検出された検出デー
タに基づいて前記計測対象地形の３次元位置データを求
めると、その３次元位置データは、記憶手段に記憶され
ると共に、変換手段によって出力可能な形式に変換され
て表示手段に表示される。したがって、請求項１に係る
発明によれば、予め現場を移動して地形形状を測量する
ことなく、現況地形を示すデータや、完成地形を示すデ
ータを得ることが可能である。According to the first aspect of the present invention, when the terrain coordinate measuring means obtains three-dimensional position data of the terrain to be measured based on the detection data detected by the laser distance measuring device, the three-dimensional position data becomes Are converted into a format that can be output by the conversion means and displayed on the display means. Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to obtain data indicating the current terrain and data indicating the completed terrain without moving the site in advance and measuring the terrain shape.
【００１４】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明において、前記レーザ測距装置（３０）に対し
て、計測の開始点および終了点、測距グリッドの粗さ、
及び測距スピードを指示する指示手段（１２０）を更に
具備したことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a measurement start point and an end point, a roughness of a distance measurement grid,
And an instructing means (120) for instructing a distance measuring speed.
【００１５】この請求項２に係る発明では、レーザ測距
装置が、指示手段によって指示された計測の開始点およ
び終了点、測距グリッドの粗さ、及び測距スピードに基
づいてレーザスキャンする。According to the second aspect of the present invention, the laser distance measuring device performs the laser scan based on the measurement start and end points, the roughness of the distance measurement grid, and the distance measurement speed designated by the instruction means.
【００１６】また、請求項３に係る発明は、請求項１に
係る発明において、前記作業機械（１０）の車体の姿勢
角を検出する姿勢角検出手段（２１１−１〜２１１−
ｎ）と、前記作業機械の車体の絶対位置を検出する絶対
位置検出手段（２１０）と、前記姿勢角検出手段および
絶対位置検出手段によって検出された検出結果に基づい
て、前記地形座標計測手段（１１１）によって求められ
た３次元位置データを絶対座標系における３次元位置デ
ータに変換する座標データ変換手段（１１１）とを更に
具備したことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the attitude angle detecting means (211-1 to 211-) for detecting the attitude angle of the vehicle body of the work machine (10).
n), an absolute position detecting means (210) for detecting an absolute position of a vehicle body of the work machine, and the terrain coordinate measuring means (based on detection results detected by the attitude angle detecting means and the absolute position detecting means). And a coordinate data conversion unit (111) for converting the three-dimensional position data obtained by (111) into three-dimensional position data in an absolute coordinate system.
【００１７】この請求項３に係る発明では、座標データ
変換手段が、姿勢角検出手段および絶対位置検出手段に
よって検出された検出結果に基づいて、地形座標計測手
段によって求められた３次元位置データを絶対座標系に
おける３次元位置データに変換する。したがって、請求
項３に係る発明によれば、正確で且つ高精度の地形形状
を効率良く計測することができ、しかも、予め現場を移
動して地形形状を測量することなく、現況地形を示すデ
ータや、完成地形を示すデータを得ることが可能であ
る。According to the third aspect of the invention, the coordinate data converting means converts the three-dimensional position data obtained by the terrain coordinate measuring means on the basis of the detection results detected by the attitude angle detecting means and the absolute position detecting means. Convert to three-dimensional position data in the absolute coordinate system. Therefore, according to the third aspect of the present invention, it is possible to efficiently and accurately measure a topographical shape with high accuracy, and furthermore, it is possible to obtain data indicating the current geographical shape without moving the site in advance and measuring the geographical shape. Also, it is possible to obtain data indicating the completed terrain.
【００１８】また、請求項４に係る発明は、請求項１に
係る発明において、前記計測対象地形の絶対座標系にお
ける３次元絶対位置が予め分かっている複数のポイント
にリフレクタ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）を配置すると共に、
前記リフレクタからのレーザの反射強度と計測点からの
レーザの反射強度との差を基に、前記レーザ測距装置の
３次元絶対位置を演算する演算手段（１１１）と、前記
演算手段によって演算された３次元絶対位置データを基
に、前記地形座標計測手段によって求められた３次元位
置データを絶対座標系における３次元位置データに変換
する座標データ変換手段（１１１）とを更に具備したこ
とを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, reflectors (R1, R2, R3) are added to a plurality of points whose three-dimensional absolute positions in the absolute coordinate system of the terrain to be measured are known in advance. ), And
Calculating means for calculating a three-dimensional absolute position of the laser distance measuring device based on a difference between a reflection intensity of the laser from the reflector and a reflection intensity of the laser from a measurement point; Coordinate data converting means (111) for converting the three-dimensional position data obtained by the terrain coordinate measuring means into three-dimensional position data in an absolute coordinate system based on the obtained three-dimensional absolute position data. And
【００１９】この請求項４に係る発明では、演算手段
が、リフレクタからの反射光を検出した検出結果を基に
レーザ測距装置の３次元絶対位置を演算すると、座標デ
ータ変換手段が、演算手段によって演算された３次元絶
対位置データを基に、地形座標計測手段によって求めら
れた３次元位置データを絶対座標系における３次元位置
データに変換する。したがって、請求項４に係る発明に
よれば、正確で且つ高精度の地形形状を効率良く計測す
ることができ、しかも、予め現場を移動して地形形状を
測量することなく、現況地形を示すデータや、完成地形
を示すデータを得ることが可能である。In the invention according to claim 4, when the calculating means calculates the three-dimensional absolute position of the laser distance measuring device based on the detection result of detecting the reflected light from the reflector, the coordinate data converting means calculates The three-dimensional position data obtained by the terrain coordinate measuring means is converted into three-dimensional position data in the absolute coordinate system based on the three-dimensional absolute position data calculated by the above. Therefore, according to the fourth aspect of the present invention, it is possible to efficiently and accurately measure a topographical shape with high accuracy, and furthermore, without moving the site in advance and measuring the topographical shape, data indicating the current geographical shape is obtained. Also, it is possible to obtain data indicating the completed terrain.
【００２０】また、請求項５に係る発明は、請求項１に
係る発明において、前記計測対象地形を撮像する視覚カ
メラ（１６０）を更に具備し、前記視覚カメラによって
撮像された計測エリアの実映像を前記表示手段（１３
０）に表示するようにしたことを特徴とする。The invention according to claim 5 is the invention according to claim 1, further comprising a visual camera (160) for imaging the topography to be measured, and a real image of a measurement area imaged by the visual camera. To the display means (13
0).
【００２１】この請求項５に係る発明によれば、視覚カ
メラによって撮像された画像をリアルタイム表示手段に
表示することが可能となり、オペレータは、その画面表
示された画像を見ながら、作業を実施することが可能と
なる。According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to display an image picked up by the visual camera on the real-time display means, and the operator performs work while viewing the image displayed on the screen. It becomes possible.
【００２２】さらに、請求項６に係る発明は、請求項１
乃至５に係る発明のうちの何れかの発明において、前記
作業機械は建設機械の掘削機（１０）であり、前記計測
対象地形としての、前記建設機械の掘削機による掘削作
業の掘削対象物、及び掘削した土砂の形状を計測するよ
うにしたことを特徴とする。Further, the invention according to claim 6 is the invention according to claim 1.
In any one of the inventions according to the above-described inventions, the work machine is an excavator (10) of a construction machine, and an excavation target of the excavation work by the excavator of the construction machine as the topography to be measured. And the shape of the excavated earth and sand is measured.
【００２３】また、上記第２の目的を達成するため、請
求項７に係る発明は、建設機械の掘削機（１０）に搭載
され、当該掘削機による掘削に関する作業をガイダンス
するガイダンス装置において、掘削対象地形に関する掘
削後の目標とする地形の形状を示す設計データを記憶す
る設計データ記憶手段（１１０）と、前記掘削対象地形
に対してレーザを照射し、計測点までの距離、当該計測
点に対する水平角度及び垂直角度を検出するレーザ測距
装置（３０）と、前記レーザ測距装置によって検出され
た検出データに基づいて前記計測対象地形の３次元位置
データを求める地形座標計測手段（１１１）と、前記地
形座標計測手段によって求められた３次元位置データを
記憶する記憶手段（１１３）と、前記３次元位置データ
を出力可能な形式に変換する変換手段（１１１）と、前
記設計データに対応する図形と現況データに対応する図
形とを表示すると共に、当該設計データと当該現況デー
タとの差を認識可能な状態で表示する表示手段（１３
０）とを具備し、前記表示手段に表示された前記設計デ
ータと前記現況データとの差に対応する部分を掘削すべ
き範囲である旨を提示するようにしたことを特徴とす
る。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a guidance device mounted on an excavator (10) of a construction machine for guiding an operation related to excavation by the excavator. A design data storage means (110) for storing design data indicating the shape of the target terrain after excavation with respect to the target terrain, and irradiating the laser with the excavation target terrain to determine a distance to the measurement point; A laser distance measuring device (30) for detecting a horizontal angle and a vertical angle; a terrain coordinate measuring means (111) for obtaining three-dimensional position data of the terrain to be measured based on detection data detected by the laser distance measuring device; Storage means (113) for storing three-dimensional position data obtained by the terrain coordinate measuring means, and a format capable of outputting the three-dimensional position data Conversion means (111) for converting, and a display means for displaying a graphic corresponding to the design data and a graphic corresponding to the current state data, and displaying the difference between the design data and the current state data in a recognizable state. 13
0) to indicate that a portion corresponding to the difference between the design data displayed on the display means and the current state data is a range to be excavated.
【００２４】この請求項７に係る発明では、表示手段
に、設計データに対応する図形と現況データに対応する
図形とが表示されるとともに、当該設計データと当該現
況データとの差に対応する部分が掘削すべき範囲である
旨として提示される。したがって、請求項７に係る発明
によれば、オペレータは、設計データと現況データとの
差に対応する部分を基に、掘削すべき範囲を容易に認識
することができる。According to the present invention, a graphic corresponding to the design data and a graphic corresponding to the current data are displayed on the display means, and a portion corresponding to a difference between the design data and the current data is displayed. Is indicated as the area to be excavated. Therefore, according to the invention according to claim 7, the operator can easily recognize the range to be excavated based on the portion corresponding to the difference between the design data and the current state data.
【００２５】また、請求項８に係る発明は、上記請求項
７に係る発明において、絶対座標系における前記掘削機
のバケットの刃先位置を求める刃先位置計測手段（３
０、１１１）を更に具備し、前記刃先位置計測手段によ
って求められた刃先位置を示す表示情報を前記表示手段
（１３０）に表示するようにしたことを特徴とする。According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect of the present invention, there is provided a cutting edge position measuring means (3) for obtaining a cutting edge position of the bucket of the excavator in an absolute coordinate system.
0, 111), and display information indicating the cutting edge position obtained by the cutting edge position measuring means is displayed on the display means (130).
【００２６】この請求項８に係る発明では、表示手段
に、刃先位置計測手段によって求められた刃先位置を示
す表示情報が表示される。したがって、請求項８に係る
発明によれば、掘削機の刃先位置を示す表示情報を、現
況データに対応する図形及び設計データに対応する図形
と併せて表示手段に表示可能なため、設計データに対応
する図形と刃先との位置関係がより一層明らかになり、
オペレータの作業が効率的になる。In the invention according to the eighth aspect, display information indicating the cutting edge position obtained by the cutting edge position measuring means is displayed on the display means. Therefore, according to the invention according to claim 8, display information indicating the position of the cutting edge of the excavator can be displayed on the display means together with the graphic corresponding to the current data and the graphic corresponding to the design data. The positional relationship between the corresponding figure and the cutting edge is further clarified,
The work of the operator becomes efficient.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００２８】この実施形態では、レーザ測距装置を建設
機械の掘削機に搭載し、このレーザ測距装置によって、
計測対象地形に対してレーザを照射しスキャンして、計
測点までの距離、当該計測点に対する水平角度及び垂直
角度を検出し、これらの検出データに基づいて前記計測
対象地形の３次元位置データを求め、さらにこのデータ
を出力可能な形式に変換して表示する地形形状計測装置
を想定している。In this embodiment, a laser distance measuring device is mounted on an excavator of a construction machine.
The target terrain is irradiated with a laser and scanned to detect a distance to the measurement point, a horizontal angle and a vertical angle with respect to the measurement point, and three-dimensional position data of the measurement target terrain based on the detected data. It is assumed that a terrain shape measuring device that obtains the data, converts the data into a format that can be output, and displays the converted data.
【００２９】図１及び図２は、本発明に係る地形形状計
測装置の原理を説明するための図を示している。FIGS. 1 and 2 are diagrams for explaining the principle of the terrain shape measuring apparatus according to the present invention.
【００３０】図１に示すように、例えば油圧ショベル等
の建設機械の掘削機１０は運転室２０の屋根部分にレー
ザ測距装置３０を搭載している。このレーザ測距装置３
０は、反射鏡等を設置しなくとも距離データが得られ
る、いわゆるノンリフレクタタイプのものであり、レー
ザ光Ｌを垂直方向および水平方向にスキャンすることが
できるようになっている。ここでは、レーザ測距装置３
０は、作業現場４０における掘削対象地形４１に対して
レーザ光Ｌをスキャンする。As shown in FIG. 1, an excavator 10 of a construction machine such as a hydraulic shovel has a laser range finder 30 mounted on a roof of an operator cab 20. This laser distance measuring device 3
Numeral 0 is a so-called non-reflector type which can obtain distance data without installing a reflecting mirror or the like, and can scan the laser beam L in the vertical and horizontal directions. Here, the laser distance measuring device 3
0 scans the excavation target terrain 41 at the work site 40 with the laser light L.
【００３１】ここで、スキャンの様子を図２に示す。こ
の図２においては、図１の符号Ａ−Ａ断面（掘削対象地
形４１におけるレーザ光が照射されている対象面）をレ
ーザ測距装置３０（又は運転室２０）側から見た場合の
様子を示している。また、同図２においては、記号「」
は計測点を示しており、開始の位置を示す計測点から終
了の位置を示す計測点まで矢印の方向にスキャンされて
いることが示されている。FIG. 2 shows the state of scanning. In FIG. 2, the cross section taken along the line AA in FIG. 1 (the target surface of the excavation target terrain 41 irradiated with the laser beam) is viewed from the laser distance measuring device 30 (or the cab 20) side. Is shown. In FIG. 2, the symbol ""
Indicates a measurement point, and indicates that scanning is performed in the direction of the arrow from the measurement point indicating the start position to the measurement point indicating the end position.
【００３２】レーザ測距装置３０では、上述したような
レーザ光のスキャンを実施して、レーザ測距装置３０の
設置位置（具体的にはレーザ光を送受光する送受光部の
位置）からの各計測点までの距離、水平角、垂直角およ
び反射強度を検出する。The laser range finder 30 scans the laser beam as described above to determine the position of the laser range finder 30 from the installation position (specifically, the position of the light transmitting and receiving unit for transmitting and receiving the laser light). The distance to each measurement point, the horizontal angle, the vertical angle, and the reflection intensity are detected.
【００３３】このようにして検出された検出データを基
に座標変換することで、容易に、前方の物体（掘削対象
地形４１）の各々の計測点におけるレーザ測距装置３０
の設置位置を原点とした３次元座標を求めることができ
る。By performing coordinate conversion based on the detection data thus detected, the laser ranging device 30 at each measurement point of the object ahead (the terrain 41 to be excavated) can be easily obtained.
It is possible to obtain three-dimensional coordinates using the installation position of as the origin.
【００３４】図３は上記掘削機１０の構成図を示したも
のであり、この掘削機１０は、同図３に示すように、上
記座標変換処理等の処理を実施するコンピュータ１１０
と、各種の指令やデータ等を入力する操作部１２０と、
コンピュータ１１０によって処理された結果等を表示す
るディスプレイ１３０と、ジョイスティック１４０とか
ら構成されている。なお、これらの構成要素はバス１５
０を介してそれぞれ接続されている。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the excavator 10. As shown in FIG. 3, the excavator 10 has a computer 110 for performing the above-described coordinate conversion processing and the like.
And an operation unit 120 for inputting various commands and data,
It comprises a display 130 for displaying the results processed by the computer 110 and the like, and a joystick 140. These components are connected to the bus 15
0 are respectively connected.
【００３５】コンピュータ１１０は、レーザ測距装置３
０に対するレーザスキャン制御を実行すると共に、スキ
ャンした結果得られるレーザ測距装置３０からの検出デ
ータ（各計測点までの距離、水平角、垂直角および反射
強度）を取得して、保存、座標変換等の各種の処理を実
行する制御部１１１と、レーザ測距装置３０からの検出
データおよびレーザ測距装置３０の設置位置を原点とし
た３次元座標データを記憶する記憶部１１２と、絶対座
標系における３次元座標データを記憶する記憶部１１３
と、３次元三角メッシュ、鳥瞰図などの３Ｄ（３次元図
形処理）モデルデータを記憶する記憶部１１４とから構
成されている。なお、これらの構成要素はシステムバス
１１５を介してそれぞれ接続されている。The computer 110 is provided with the laser distance measuring device 3
In addition to executing the laser scan control for 0, obtains the detection data (distance to each measurement point, horizontal angle, vertical angle, and reflection intensity) from the laser distance measuring device 30 obtained as a result of scanning, and stores and saves the coordinates. And a storage unit 112 for storing detection data from the laser range finder 30 and three-dimensional coordinate data having the origin at the installation position of the laser range finder 30, and an absolute coordinate system. Storage unit 113 for storing three-dimensional coordinate data in
And a storage unit 114 for storing 3D (three-dimensional graphic processing) model data such as a three-dimensional triangular mesh and a bird's eye view. These components are connected via a system bus 115, respectively.
【００３６】この実施形態では、レーザ測距装置３０に
対するレーザスキャン制御には、次の（１）〜（３）の
３通りの方法が含まれている。In this embodiment, the laser scan control for the laser distance measuring device 30 includes the following three methods (1) to (3).
【００３７】（１）水平角α１度および垂直角β１度か
ら計測を開始して、水平角α２度および垂直角β２度ま
ででレーザスキャンを終了する旨、すなわち計測の開始
点から終了点までのレーザスキャンの範囲（図２参照）
を予めプログラミングしたプログラム（ソフトウェア）
を図示しない記憶部に記憶しておく。そして、オペレー
タにより操作部１２０の計測開始スイッチが操作された
ときに、制御部１１１が、この記憶部からこのソフトウ
ェアを読み出して実行することにより、レーザ測距装置
３０を制御する。(1) Measurement is started from the horizontal angle α1 ° and the vertical angle β1 °, and the laser scan is completed at the horizontal angle α2 ° and the vertical angle β2 °, that is, from the start point to the end point of the measurement. Laser scan range (see Fig. 2)
Program (software) that has been programmed in advance
Is stored in a storage unit (not shown). Then, when the measurement start switch of the operation unit 120 is operated by the operator, the control unit 111 reads out the software from the storage unit and executes the software, thereby controlling the laser distance measuring device 30.
【００３８】（２）オペレータが計測開始前に操作部１
２０を操作して、水平角α１度および垂直角β１度から
計測を開始して、水平角α２度および垂直角β２度まで
でレーザスキャンを終了する旨を指定するようにすると
共に、これらの指定された内容を図示しない記憶部に記
憶しておく。そして、オペレータにより操作部１２０の
計測開始スイッチが操作されたときに、制御部１１１
が、この記憶部から指定された内容のデータを読み出し
て実行することにより、レーザ測距装置３０を制御す
る。(2) The operator operates the operation unit 1 before starting measurement.
20 is operated to start the measurement from the horizontal angle α1 degree and the vertical angle β1 degree, and to specify that the laser scan is completed up to the horizontal angle α2 degree and the vertical angle β2 degree, and to specify these. The stored contents are stored in a storage unit (not shown). When the measurement start switch of the operation unit 120 is operated by the operator, the control unit 111
Controls the laser distance measuring device 30 by reading and executing the data of the designated content from the storage unit.
【００３９】（３）レーザ測距装置３０上にテレビカメ
ラ等の視覚カメラ１６０を搭載し（図１参照）、この視
覚カメラ１６０によって撮像された画像をコンピュータ
１１０を通してディスプレイ１３０に表示する。これに
より掘削対象地形４１の画像（カメラ画像）をリアルタ
イムでディスプレイ１３０上に表示することができるの
で、オペレータは、そのディスプレイ表示された画像を
見ながら、開始点、終了点を指示する。このとき、レー
ザ測距装置３０及び視覚カメラ１６０が、オペレータ席
上に設けられたジョイスティック１４０によって、水平
方向および垂直方向に移動可能なものとしても良い。(3) A visual camera 160 such as a television camera is mounted on the laser distance measuring device 30 (see FIG. 1), and an image captured by the visual camera 160 is displayed on the display 130 through the computer 110. As a result, an image (camera image) of the digging target terrain 41 can be displayed on the display 130 in real time, and the operator instructs a start point and an end point while looking at the image displayed on the display. At this time, the laser range finder 30 and the visual camera 160 may be movable in the horizontal and vertical directions by the joystick 140 provided on the operator's seat.
【００４０】また、計測点のピッチ間隔や、計測時間に
ついては、予め設定されたものを採用するようにしても
良いし、オペレータの操作により操作部１２０から指定
されたものを採用するようにしても良い。いずれの場合
も、計測点のピッチ間隔および計測時間を示すデータ
は、コンピュータ１１０内の図示しない記憶部に記憶さ
れる。そして、制御部１１１がこの記憶部の記憶内容に
基づいてレーザ測距装置３０に対してレーザスキャン制
御する。As for the pitch interval of the measurement points and the measurement time, those set in advance may be adopted, or those designated from the operation unit 120 by the operation of the operator may be adopted. Is also good. In any case, data indicating the pitch interval of the measurement points and the measurement time is stored in a storage unit (not shown) in the computer 110. Then, the control unit 111 performs laser scan control on the laser distance measuring device 30 based on the contents stored in the storage unit.
【００４１】ところで、レーザ測距装置３０からの検出
データ（各計測点までの距離、水平角、垂直角および反
射強度）を基にして求まる３次元座標は、レーザ測距装
置３０の設置位置を原点としたものであるので、この３
次元座標を絶対座標系の座標に変換する必要がある。By the way, the three-dimensional coordinates obtained based on the detection data (distance to each measurement point, horizontal angle, vertical angle and reflection intensity) from the laser distance measuring device 30 are based on the installation position of the laser distance measuring device 30. Because it is the origin, this 3
It is necessary to convert dimensional coordinates to coordinates in an absolute coordinate system.
【００４２】そこで、本実施形態では、図４に示すよう
に、掘削対象地形４１における予め測量等によって絶対
座標（３次元絶対座標）の分かっている複数の地点（例
えば３つの地点）に、リフレクタ（例えばリフレクタＲ
１、Ｒ２、Ｒ３）を配置するようにしている。Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, reflectors (for example, three points) on the digging target terrain 41 whose absolute coordinates (three-dimensional absolute coordinates) are known in advance by surveying or the like are provided. (For example, reflector R
1, R2, R3).
【００４３】これらのリフレクタＲ１、Ｒ２、Ｒ３に対
してレーザ測距装置３０からレーザ光を照射した場合に
は、これら各リフレクタＲ１、Ｒ２、Ｒ３は、自然物か
らの反射強度を超える値の反射光（レーザ光）を返すで
の、レーザ測距装置３０は、リフレクタからの反射光を
受光することで、容易にその計測点を抽出することがで
きる。これにより、絶対座標とレーザ測距装置３０の設
置位置を原点とした座標との関係を求めることができ、
この関係により、スキャンした各計測点の３次元座標を
絶対座標系における３次元座標に変換することができ
る。When the reflectors R1, R2, and R3 are irradiated with laser light from the laser distance measuring device 30, each of the reflectors R1, R2, and R3 reflects reflected light having a value exceeding the reflection intensity from a natural object. By returning (laser light), the laser distance measuring device 30 can easily extract the measurement point by receiving the reflected light from the reflector. As a result, the relationship between the absolute coordinates and the coordinates having the origin at the installation position of the laser distance measuring device 30 can be obtained,
According to this relationship, the three-dimensional coordinates of each scanned measurement point can be converted into three-dimensional coordinates in the absolute coordinate system.
【００４４】すなわち、各計測点に関して、距離をｒ、
信号受光強度をｓ、水平角をψ、垂直角をθとした場合
に、計測点のデカルト座標（ｘ、ｙ、ｚ、）は、３次元
空間の直角座標−球面座標の座標変換により、次式
（１）で表される。That is, for each measurement point, the distance is r,
Assuming that the signal receiving intensity is s, the horizontal angle is ψ, and the vertical angle is θ, the Cartesian coordinates (x, y, z,) of the measurement point are obtained by the following coordinate transformation of a three-dimensional space from a right angle coordinate to a spherical coordinate. It is represented by equation (1).
【００４５】 ｘ＝ｒ＊ｓｉｎθ＊ｃｏｓψ ｙ＝ｒ＊ｓｉｎθ＊ｓｉｎψ ｚ＝ｒ＊ｃｏｓθ・・・（１） なお、式（１）において、＊は積を表すものとする（後
述する式においても同様とする）。X = r * sin θ * cosψ y = r * sin θ * sinψ z = r * cos θ (1) In equation (1), * represents a product (also in an equation described later). The same shall apply).
【００４６】つぎに、絶対座標とレーザ測距装置３０の
設置位置を原点とした座標との座標変換について説明す
る。Next, the coordinate conversion between the absolute coordinates and the coordinates having the origin at the installation position of the laser distance measuring device 30 will be described.
【００４７】リフレクタの置いた例えば３つの地点にお
ける絶対座標点Ａ、Ｂ、Ｃが、次式（２）で表されるも
のとする。It is assumed that absolute coordinate points A, B, and C at, for example, three points where the reflector is placed are represented by the following equation (2).
【００４８】 Ａ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１） Ｂ（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２） Ｃ（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）・・・（２） これらの地点におけるレーザ測距装置３０によって求め
られた座標位置としての点ａ、点ｂ、点ｃでの座標が、
次式（３）で表されるものとする。A (X1, Y1, Z1) B (X2, Y2, Z2) C (X3, Y3, Z3) (2) At these points as coordinate positions obtained by the laser distance measuring device 30 The coordinates at point a, point b, and point c are
It is assumed that the following equation (3) is used.
【００４９】 ａ（ｘ１，ｙ１，ｚ１） ｂ（ｘ２，ｙ２，ｚ２） ｃ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）・・・（３） 変換マトリクスＧは、次式（４）の連立方程式を解くこ
とで求めることができる。A (x1, y1, z1) b (x2, y2, z2) c (x3, y3, z3) (3) The transformation matrix G is obtained by solving a simultaneous equation of the following equation (4). You can ask.
【００５０】 Ａ＝Ｇ＊ａ Ｂ＝Ｇ＊ｂ Ｃ＝Ｇ＊ｃ・・・（４） この変換マトリクスＧが求まると、任意の計測点ｐ
（ｘ，ｙ，ｚ）に対する絶対座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、
次式（５）で表すことができる。A = G * a B = G * b C = G * c (4) When this conversion matrix G is obtained, an arbitrary measurement point p
The absolute coordinates P (X, Y, Z) for (x, y, z) are
It can be expressed by the following equation (5).
【００５１】 Ｐ＝Ｇ＊ｐ ・・・（５） すなわち、制御部１１１は、記憶部１１２に記憶されて
いる３次元座標データ（レーザ測距装置３０の設置位置
を原点とした座標の座標データ）を、上記式（５）を演
算して、絶対座標系における３次元座標データに変換し
て、記憶部１１３に格納する。P = G * p (5) That is, the control unit 111 stores the three-dimensional coordinate data stored in the storage unit 112 (the coordinate data of the coordinates with the installation position of the laser distance measuring device 30 as the origin). ) Is converted to three-dimensional coordinate data in the absolute coordinate system by calculating the above equation (5), and stored in the storage unit 113.
【００５２】また、制御部１１１は、このようにして演
算した３次元座標データを、ＣＡＤ（コンピュータ支援
設計）ソフトウェアを実行して演算処理することで、３
次元三角メッシュ、鳥瞰図などの３Ｄ（３次元図形処
理）モデルデータを作成して、記憶部１１４に格納す
る。これにより、施工前、施工中、施工後の３Ｄモデル
が得られる。また、３Ｄモデルをディスプレイ１３０に
表示することで、例えば施工前の３Ｄモデルと施工中の
３Ｄモデルとの差を示す値（数字）を見ながらの施工が
可能となる。ディスプレイ１３０には、３Ｄモデルの表
示と併せて、施工計画データに対応する地形図形（施工
計画図形）を表示することもできる。The control unit 111 executes the CAD (computer-aided design) software to perform an arithmetic process on the three-dimensional coordinate data calculated in this manner, thereby obtaining the three-dimensional coordinate data.
3D (three-dimensional figure processing) model data such as a three-dimensional triangle mesh and a bird's eye view is created and stored in the storage unit 114. Thereby, 3D models before, during, and after the construction are obtained. In addition, by displaying the 3D model on the display 130, the construction can be performed while viewing a value (numerical value) indicating a difference between the 3D model before the construction and the 3D model during the construction. The display 130 can also display a terrain figure (construction plan figure) corresponding to the construction plan data, in addition to displaying the 3D model.
【００５３】さらに、制御部１１１は、作成した３Ｄモ
デルのデータを基に、その地形の断面形状を求めること
ができると共に、その地形の表面積計算あるいは体積計
算を実行することができ、さらには、前日のデータと本
日のデータとを比較することによって、本日の土工量を
求めることができる。これらのデータは、全てディジタ
ルデータとして管理可能である。Further, the control unit 111 can calculate the cross-sectional shape of the terrain based on the data of the created 3D model, and can calculate the surface area or the volume of the terrain. By comparing the previous day's data with today's data, it is possible to obtain today's earthwork volume. All of these data can be managed as digital data.
【００５４】なお、上述した実施形態では、掘削対象地
形４１の近傍にリフレクタを設置するようにしている
が、本発明は、これに限定されることなく、例えば堤防
等の法面や広範囲な地形など、レーザスキャン範囲を複
数に分けて実施する必要のある広範囲な地形（計測対象
地形）の地形データ（３次元座標データ）を求める場合
にも適用することができる。In the above-described embodiment, the reflector is installed in the vicinity of the terrain 41 to be excavated. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to the case of obtaining terrain data (three-dimensional coordinate data) of a wide range of terrain (measurement terrain) that needs to be divided into a plurality of laser scan ranges.
【００５５】すなわち、上記広範囲な地形においてはレ
ーザスキャン範囲を複数に分ける必要があるが、この場
合、レーザスキャン範囲を決定するに際し、お互いに隣
接するレーザスキャン範囲に任意のリフレクタが含まれ
るようにする。つまり、任意のリフレクタを共通のリフ
レクタとする。そして、各々のレーザスキャン範囲にお
いてレーザスキャンすることで求められる複数の３次元
座標データを合成するときに、共通の任意のリフレクタ
が設置されている地点を重ね合わせることによって、連
続的な３次元座標データ（地形データ）を得ることがで
きる。That is, it is necessary to divide the laser scan range into a plurality of parts in the above wide terrain. In this case, when determining the laser scan range, an arbitrary reflector is included in the laser scan ranges adjacent to each other. I do. That is, an arbitrary reflector is used as a common reflector. Then, when combining a plurality of three-dimensional coordinate data obtained by laser scanning in each laser scanning range, continuous three-dimensional coordinates are obtained by superimposing points where a common arbitrary reflector is installed. Data (terrain data) can be obtained.
【００５６】また、この実施形態では、掘削対象地形あ
るいは計測対象地形にリフレクタを設置して３次元絶対
座標を求めるようにしているが、本発明は、これに限定
されることなく、建設機械の掘削機等の車体にＧＰＳ
（全地球測位システム）および姿勢角検出手段を搭載
し、これらの手段からの出力データを基に３次元絶対座
標を求めるようにしても良い。Further, in this embodiment, the reflector is installed on the terrain to be excavated or the terrain to be measured, and the three-dimensional absolute coordinates are obtained. However, the present invention is not limited to this. GPS on body of excavator etc.
(Global Positioning System) and attitude angle detecting means, and three-dimensional absolute coordinates may be obtained based on output data from these means.
【００５７】この場合の掘削機１０の構成を図５及び図
６に示す。The structure of the excavator 10 in this case is shown in FIGS.
【００５８】図５において、掘削機１０は、図１に示し
た掘削機１０の構成において、掘削機１０内に設けられ
る複数（ｎ個：ｎは整数）の位置計測センサ２１０と、
掘削機１０の車体上に、前記各センサ２１０に対応して
設けられる複数のＧＰＳアンテナ２１１−１、２１１−
２、・・・、２１１−ｎ（ｎは整数）とを追加した構成
になっている。なお、同図５において、図１に示した構
成要素と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付す
ものとする。In FIG. 5, the excavator 10 includes a plurality of (n: n is an integer) position measurement sensors 210 provided in the excavator 10 in the configuration of the excavator 10 shown in FIG.
A plurality of GPS antennas 211-1 and 211-1 provided on the body of the excavator 10 in correspondence with the respective sensors 210.
, 211-n (n is an integer). Note that, in FIG. 5, the same reference numerals are given to portions that perform the same functions as the components illustrated in FIG.
【００５９】ここで、複数のＧＰＳアンテナ２１１−
１、２１１−２、・・・、２１１−ｎは、姿勢角検出手
段として機能する。Here, a plurality of GPS antennas 211-
, 211-n function as attitude angle detecting means.
【００６０】各位置計測センサ２１０は、掘削機１０の
３次元位置を検出するもので、この場合は、ＧＰＳ受信
機を用いるようにしている。各ＧＰＳ受信機による３次
元座標データは、ＧＰＳアンテナ２１１−１、２１１−
２、・・・、２１１−ｎを介して入力される。そして、
コンピュータ１１０（の制御部１１１）は、これらＧＰ
Ｓアンテナ２１１−１、２１１−２、・・・、２１１−
ｎからの３次元座標データ、すなわち、各々のＧＰＳア
ンテナの設置位置（ＧＰＳアンテナ点）を基準とした３
次元座標データを基に、車両の姿勢角を演算する。Each position measuring sensor 210 detects the three-dimensional position of the excavator 10, and in this case, a GPS receiver is used. The three-dimensional coordinate data of each GPS receiver is stored in GPS antennas 211-1 and 211-.
2,..., 211-n. And
The computer 110 (the control unit 111 thereof)
S antennas 211-1, 211-2,..., 211-
n, ie, three-dimensional coordinate data based on the installation position (GPS antenna point) of each GPS antenna.
The attitude angle of the vehicle is calculated based on the dimensional coordinate data.
【００６１】ここで、ＧＰＳ（位置計測センサ２１０）
を用いた場合の絶対座標の求め方について説明する。Here, the GPS (position measurement sensor 210)
The method of obtaining the absolute coordinates when is used will be described.
【００６２】ＧＰＳアンテナ点とレーザ測距装置３０の
設置位置との間に座標ｐｏｆｆ（ｘｏｆｆ，ｙｏｆｆ，
ｚｏｆｆ）の関係があるものとすると、任意の計測点の
座標ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）に対する絶対座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）は、次式（６）で表すことができる。The coordinates poff (xoff, yoff, yoff, yoff) are set between the GPS antenna point and the installation position of the laser range finder 30.
zoff), the absolute coordinate P (X, Y, Z) with respect to the coordinate p (x, y, z) of an arbitrary measurement point
Z) can be represented by the following equation (6).
【００６３】 Ｐ＝ｐ＋ｐｏｆｆ ・・・（６） このようにして、レーザ測距装置３０の設置位置の原点
における座標と絶対座標系との対応付けができるので、
各計測点の絶対座標を求めることができる。P = p + poff (6) In this way, the coordinates at the origin of the installation position of the laser distance measuring device 30 can be associated with the absolute coordinate system.
The absolute coordinates of each measurement point can be obtained.
【００６４】また、図６において、掘削機１０は、図５
に示した掘削機１０の構成において、複数のＧＰＳアン
テナ２１１−１、２１１−２、・・・、２１１−ｎを削
除し、ＧＰＳアンテナ２１１と、回転角検出センサ２２
０とを追加した構成になっている。なお、同図６におい
て、図５に示した構成要と同様の機能を果たす部分には
同一の符号を付すものとする。In FIG. 6, the excavator 10
, 211-n are deleted, and the GPS antenna 211 and the rotation angle detection sensor 22 are removed from the configuration of the excavator 10 shown in FIG.
0 is added. In FIG. 6, the parts performing the same functions as those of the components shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.
【００６５】ここで、回転角検出センサ２２０は姿勢角
検出手段として機能する。Here, the rotation angle detecting sensor 220 functions as a posture angle detecting means.
【００６６】回転角検出センサ２２０は、例えば、掘削
機１０の車体のヨー方向の回転角を検出するヨーレイト
ジャイロ（あるいは角度センサ）と、車体のピッチング
角およびローリング角を検出する２つの傾斜計から構成
され、これらの検出結果に基づき車体３方向の回転角、
すなわち姿勢を検出する。つまり、回転角検出センサ２
２０からは、絶対座標系（Ｘ０−Ｙ０−Ｚ０）に対する
車体座標系（Ｘ１−Ｙ１−Ｚ１）の回転角を表す車体の
回転角（ＲＸ０−ＲＹ０−ＲＺ０）が出力される。The rotation angle detection sensor 220 includes, for example, a yaw rate gyro (or an angle sensor) for detecting a yaw rotation angle of the body of the excavator 10 and two inclinometers for detecting a pitching angle and a rolling angle of the body. The rotation angle in the vehicle body 3 direction based on these detection results,
That is, the posture is detected. That is, the rotation angle detection sensor 2
20 outputs the rotation angle (RX0-RY0-RZ0) of the vehicle body representing the rotation angle of the vehicle body coordinate system (X1-Y1-Z1) with respect to the absolute coordinate system (X0-Y0-Z0).
【００６７】この場合の各計測点の絶対座標も、上記式
（６）を演算することにより求めることができる。The absolute coordinates of each measurement point in this case can also be obtained by calculating the above equation (6).
【００６８】また、上記実施形態では、３次元三角メッ
シュ、鳥瞰図などの３Ｄ（３次元図形処理）モデルを、
掘削機１０の運転室２０内に設けられたディスプレイ１
３０に表示することにより、３Ｄモデルをオペレータに
提示するようにしているが、本発明は、これに限定され
ることなく、３Ｄモデルデータを配信するようにしても
良い。In the above embodiment, a 3D (three-dimensional figure processing) model such as a three-dimensional triangular mesh and a bird's eye view is used.
Display 1 provided in cab 20 of excavator 10
Although the 3D model is presented to the operator by displaying on the 30, the present invention is not limited to this, and 3D model data may be distributed.
【００６９】この場合は、図７に示すように、掘削機１
０内のコンピュータ１０から、３Ｄモデルデータを、送
受信アンテナ３１０を介して工事、施工等を管理する事
務所３２０へ送信する。事務所３２０では、記憶部３２
１Ａ及びディスプレイ３２１Ｂを有するコンピュータ３
２１が、送受信アンテナ３２２を介して受信した３Ｄモ
デルデータを記憶部３２１Ａに格納すると共に、その３
Ｄモデルをディスプレイ３２１Ｂに表示させる。これに
より、事務所３２０内の工事、施工等の管理者は、ディ
スプレイ表示された３Ｄモデルを見て、作業の進捗状況
を把握することができる。In this case, as shown in FIG.
The 3D model data is transmitted from the computer 10 in the network 0 via the transmission / reception antenna 310 to the office 320 that manages the construction and construction. In the office 320, the storage unit 32
Computer 3 having 1A and display 321B
21 stores the 3D model data received via the transmission / reception antenna 322 in the storage unit 321A,
The D model is displayed on the display 321B. Thereby, the manager of the construction, construction and the like in the office 320 can grasp the progress of the work by looking at the 3D model displayed on the display.
【００７０】勿論、３Ｄモデルを、事務所３２０内のデ
ィスプレイ３２１Ｂおよび掘削機１０内のディスプレイ
１３０に表示するようにしても良い。Of course, the 3D model may be displayed on the display 321B in the office 320 and the display 130 in the excavator 10.
【００７１】また、上記実施形態では、レーザ測距装置
３０及び視覚カメラ１６０を掘削機１０の運転席２０の
屋根部分に設けるようにしているが、本発明は、これに
限定されることなく、レーザ測距装置３０及び視覚カメ
ラ１６０を、レーザ測距装置３０にあっては掘削対象地
形４１をレーザスキャンできるような掘削機１０におけ
る位置に、また視覚カメラ１６０にあっては掘削対象地
形４１を撮像できるような掘削機１０における位置に配
置可能であれば、その配置位置は問わない。In the above embodiment, the laser distance measuring device 30 and the visual camera 160 are provided on the roof of the driver's seat 20 of the excavator 10, but the present invention is not limited to this. The laser range finder 30 and the visual camera 160 are located at positions on the excavator 10 where the laser range finder 30 can perform laser scanning of the terrain 41 to be excavated. The position of the excavator 10 is not limited as long as it can be arranged at a position on the excavator 10 where an image can be taken.
【００７２】例えば、レーザ測距装置３０及び視覚カメ
ラ１６０を、掘削機１０のブームの部分に配置するよう
にしても良い。For example, the laser range finder 30 and the visual camera 160 may be arranged at the boom of the excavator 10.
【００７３】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、正確で且つ高精度の地形形状を効率良く計測するこ
とができる。しかも、予め現場を移動して地形形状を測
量することなく、現況地形を示すデータ、完成地形を示
すデータを得ることが可能である。さらに、これらのデ
ータはそのままディジタル施工データとして保存可能で
あるので、それらのデータの２次利用が容易に可能とな
る。As described above, according to the present embodiment, it is possible to efficiently and accurately measure a topographical shape with high accuracy. Moreover, it is possible to obtain the data indicating the current terrain and the data indicating the completed terrain without moving the site in advance and measuring the terrain shape. Further, since these data can be stored as digital construction data as they are, secondary use of the data is easily possible.
【００７４】また、本実施形態によれば、視覚カメラに
よって撮像された画像をリアルタイムでコンピュータ１
１０を通してディスプレイ１３０に表示するようにして
いるので、オペレータは、そのディスプレイ表示された
画像を見ながら、開始点、終了点を指示することができ
る。Further, according to the present embodiment, the image picked up by the visual camera is processed in real time by the computer 1.
Since the image is displayed on the display 130 through 10, the operator can instruct the start point and the end point while watching the image displayed on the display.
【００７５】［第２の実施の形態］第２の実施形態で
は、第１の実施形態で示した掘削機１０を適用した、地
形データを基に建設機械の掘削作業に対しガイダンスを
提示することができるガイダンス装置を想定している。[Second Embodiment] In the second embodiment, guidance is provided for the excavation work of the construction machine based on the terrain data to which the excavator 10 shown in the first embodiment is applied. Guidance device that can do
【００７６】なお、第２の実施形態においては、ガイダ
ンス装置は、図３に示した第１の実施形態の掘削機１０
の構成と同様であるものとする。また、ガイダンス装置
では、３次元絶対座標、３Ｄモデルを求める処理は第１
の実施形態の場合と同様にして求めることができるもの
とし、さらに、これらの処理により求められたデータを
ガイダンス装置から事務所へ送信することができるもの
とする（図７参照）。Note that, in the second embodiment, the guidance device is the excavator 10 of the first embodiment shown in FIG.
It is assumed that the configuration is the same as that described above. Further, in the guidance device, the processing for obtaining the three-dimensional absolute coordinates and the three-dimensional model is the first processing.
It is assumed that the data can be obtained in the same manner as in the embodiment described above, and that the data obtained by these processes can be transmitted from the guidance device to the office (see FIG. 7).
【００７７】ここでは、図７に示したシステム構成であ
るものとして説明し、この場合は、掘削機１０は、ガイ
ダンス装置としての機能を有するものとする。Here, the description will be made assuming that the system configuration is as shown in FIG. 7. In this case, the excavator 10 has a function as a guidance device.
【００７８】次に、この実施形態における掘削機１０に
よる施工処理について、図８を参照して説明する。Next, the construction processing by the excavator 10 in this embodiment will be described with reference to FIG.
【００７９】最初に、事務所３２０のコンピュータ３２
１の記憶部３２１Ａに保存されている、ＣＡＤ（コンピ
ュータ支援設計）で作成された所望の施工計画データ
を、コンピュータ３２１から、これとコンピュータ１１
０との間で形成される無線ＬＡＮ（ローカルエリアネッ
トワーク）を介して掘削機１０のコンピュータ１１０に
ダウンロードしておく。すなわち、コンピュータ１１０
は、コンピュータ３２１、送受信アンテナ３２２と送受
信アンテナ３１０との間で形成される無線ＬＡＮを介し
て受信した施工計画データを取得して、自己の図示しな
い記憶部に格納する（ステップＳ１０１）。First, the computer 32 of the office 320
The desired construction plan data created by CAD (computer-aided design) stored in the storage unit 321A of the first computer 321 and the computer 11
0 is downloaded to the computer 110 of the excavator 10 via a wireless LAN (local area network) formed between the excavator 10. That is, the computer 110
Acquires the construction plan data received via the wireless LAN formed between the computer 321 and the transmission / reception antenna 322 and the transmission / reception antenna 310, and stores the data in its own storage unit (not shown) (step S101).
【００８０】なお、この場合、施工計画データをメモリ
カード等の記憶媒体を通してコンピュータ１１０にダウ
ンロードするようにしても良い。また、施工計画図が修
正される度に、上記無線ＬＡＮまたは図示しないインタ
ーネット網を通して、コンピュータ１１０の図示しない
記憶部に記憶されている施工計画図を適宜更新するよう
にしても良い。In this case, the construction plan data may be downloaded to the computer 110 through a storage medium such as a memory card. Further, every time the construction plan drawing is corrected, the construction plan drawing stored in the storage unit (not shown) of the computer 110 may be appropriately updated through the wireless LAN or the Internet network (not shown).
【００８１】上述したようにして施工計画データを取得
した掘削機１０では、掘削開始前に、掘削対象地形に対
してのレーザ測距装置３０によるレーザスキャンを実施
して地形の形状を計測すると共に、コンピュータ１１０
によって、計測点の３次元座標（レーザ測距装置３０の
設置位置を原点とする座標）、３次元絶対座標および３
Ｄモデルを、上述した第１の実施形態の場合と同様にし
て求め、この求めた３次元絶対座標データ（あるいは３
Ｄモデルデータ）を現況データとする（ステップＳ１０
２）。The excavator 10 that has acquired the construction plan data as described above performs a laser scan on the terrain to be excavated with the laser distance measuring device 30 to measure the shape of the terrain, before starting digging. , Computer 110
The three-dimensional coordinates of the measurement point (coordinates with the installation position of the laser distance measuring device 30 as the origin), the three-dimensional absolute coordinates and
A D model is obtained in the same manner as in the above-described first embodiment, and the obtained three-dimensional absolute coordinate data (or 3D absolute coordinate data) is obtained.
D model data) as the current state data (step S10).
2).
【００８２】この現況データは、ディスプレイ１３０に
表示可能な地形データとして用いられる。この地形デー
タ（現況データ）に基づく地形図形と、施工計画データ
に基づく施工計画図形とを重ね合わせてディスプレイ表
示することにより、どこを掘削しなければならないかが
明確になる。これにより、丁張り作業が不必要となり、
丁張りレス施工が可能となる。This current status data is used as topographic data that can be displayed on the display 130. By superimposing the topographical figure based on the topographical data (current state data) and the construction plan figure based on the construction plan data and displaying them on a display, it becomes clear where to excavate. This makes staking work unnecessary,
Tensing-less construction becomes possible.
【００８３】なお、この場合、地形図形と施工計画図形
についての描画する線の種類や、線の色を異なるように
することで、掘削範囲が明確となる。また、必要に応じ
て、ディスプレイ１３０上に、例えば地形図形に加えて
仮想丁張りを示すようにしても良い。要するに、掘削作
業をするに際し、オペレータの助けとなるように、掘削
範囲が分かるような指示が、ディスプレイ１３０に表示
（提示）されていれば良い。In this case, the digging range can be clarified by differentiating the line type and the line color of the topographical figure and the construction plan figure. In addition, if necessary, the display 130 may show a virtual territory in addition to, for example, a topographical figure. In short, it suffices that an instruction to understand the digging range is displayed (presented) on the display 130 so as to assist the operator in performing the digging operation.
【００８４】このようにして掘削範囲が明確となったな
らば、オペレータは、掘削機１０を操作して、掘削作業
を実施する（ステップＳ１０３）。When the excavation range has been clarified in this way, the operator operates the excavator 10 to perform an excavation operation (step S103).
【００８５】この第２の実施形態においては、掘削機１
０による掘削作業中も、定期的（一定時間毎）にレーザ
測距装置３０による掘削対象地形のレーザスキャンを実
施するように設定しているので、コンピュータ１１０
は、定期的に、レーザ測距装置３０に対するレーザスキ
ャン制御を実施すると共に、このレーザスキャンされた
結果に基づいて現況データ（地形データ）を取得し、さ
らに、この現況データ（地形データ）に基づく地形図形
を、たとえば施工計画図形に重ね合わせてディスプレイ
１３０に表示させるように制御する。In the second embodiment, the excavator 1
During the excavation work by the computer 110, the computer 110 is set to perform laser scanning of the terrain to be excavated by the laser distance measuring device 30 regularly (every fixed time).
Periodically performs laser scan control on the laser range finder 30, obtains current state data (terrain data) based on the result of the laser scan, and further obtains the current state data (terrain data). The topographical figure is controlled so as to be displayed on the display 130 while being superimposed on the construction plan figure, for example.
【００８６】さて、掘削機１０のコンピュータ１１０
は、掘削中に、掘削対象地形を計測する必要があるか否
か（一定時間に達したか否か）を判断し（ステップＳ１
０４）、一定時間に達して計測する必要があると判断し
た場合は、上述したようにして現況データを取得する
（ステップＳ１０５）。Now, the computer 110 of the excavator 10
Determines whether it is necessary to measure the terrain to be excavated during excavation (whether or not a certain time has been reached) (step S1).
04) If it is determined that the measurement needs to be performed after reaching a certain time, the current state data is acquired as described above (step S105).
【００８７】ステップＳ１０５を終了した場合、ステッ
プＳ１０４において計測する必要が無いと判断した場
合、コンピュータ１１０は、取得した現況データ（地形
データ）に基づく地形図形と、施工計画データに基づく
施工計画図形と重ね合わせてディスプレイ１３０に表示
させる（ステップＳ１０７）。When step S105 is completed, if it is determined in step S104 that there is no need for measurement, the computer 110 transmits a topographical figure based on the acquired present state data (terrainal data) and a construction plan figure based on the construction plan data. The images are superimposed and displayed on the display 130 (step S107).
【００８８】ここで、ディスプレイ１３０は、３次元で
表現するものの他、３面図によって表現するもの、任意
の断面形状を表示できるもの、指定部分を拡大縮小、回
転等自由に編集可能なものとする。Here, the display 130 is a three-dimensional display, a three-view display, a display capable of displaying an arbitrary cross-sectional shape, and a display which can be freely edited such as enlargement / reduction and rotation of a designated portion. I do.
【００８９】このように、掘削中も、適宜、現況データ
を計測してディスプレイ１３０に、地形図形と施工計画
図形（目標値）との差を表示するようにすることで、オ
ペレータはこのディスプレイ表示された表示内容を見る
ことで、所望の形状になるように掘削作業操作を実施す
ることができる。As described above, even during excavation, the operator can measure the current state data as appropriate and display the difference between the topographical figure and the construction plan figure (target value) on the display 130. By looking at the displayed contents, an excavation operation can be performed to obtain a desired shape.
【００９０】そして、オペレータは、ディスプレイ表示
されてた表示内容を基に、地形図形（現況データ）と施
工計画図形（施工計画データ＝目標値）との差は所定レ
ベルであるか否か（地形図形と施工計画図形との差が予
め設定された許容範囲内にあるか否か）を判断する（ス
テップＳ１０７）。Then, based on the display contents displayed on the display, the operator determines whether or not the difference between the topographical figure (current state data) and the construction plan figure (construction plan data = target value) is a predetermined level (topography). It is determined whether or not the difference between the graphic and the construction plan graphic is within a preset allowable range (step S107).
【００９１】ここで、地形図形と施工計画図形との差
は、その差を数字で表示するようにしても良いし、その
差に応じた階調に対応する色で表示するようにしても良
いし、あるいは、その差によっては音声により注意を促
すようにしても良い。Here, the difference between the topographical figure and the construction plan figure may be indicated by a numeral, or may be indicated by a color corresponding to a gradation corresponding to the difference. Alternatively, depending on the difference, a voice may be used to call attention.
【００９２】その差が、所定レベルに達していない場合
には、上記ステップＳ１０３に戻り、このステップ以降
が実行され、一方、所定レベルに達した場合は、掘削作
業は終了される。If the difference has not reached the predetermined level, the flow returns to step S103, and the steps after this step are executed. On the other hand, if the difference has reached the predetermined level, the excavation work is terminated.
【００９３】なお、この第２の実施形態においては、例
えばステップＳ１０２が終了した後に、未熟練のオペレ
ータのために、ディスプレイ１３０に現況データに基づ
く地形図形を表示すると共に施工手順を示す旨の文章を
表示したり、又は地形図形の表示に加えて、施工手順を
示す旨を音声によって教示するようにしても良い。その
施工手順を示す旨は、掘削機１０の図示しないコントロ
ーラあるいはコンピュータ１１０に知識データベースと
して蓄積していても良いし、事務所３２０から指示を与
える形でも良い。In the second embodiment, for example, after step S102 is completed, a sentence indicating that a topographical pattern based on the present state data is displayed on the display 130 and the construction procedure is indicated for an unskilled operator. May be displayed, or in addition to the display of the topographical figure, a voice may be provided to indicate the construction procedure. The indication of the construction procedure may be stored in a controller (not shown) of the excavator 10 or the computer 110 as a knowledge database, or may be in the form of giving an instruction from the office 320.
【００９４】また、第２の実施形態においては、掘削機
１０のブーム、アームおよびバケットの各回動部分に回
転角センサを設け、コンピュータ１１０は、これらの回
転角センサからの検出結果を基に掘削機１０の刃先位置
を検出して、ディスプレイ１３０にその刃先位置を示す
表示情報を、地形図形（現況データ）及び施工計画図形
と併せてディスプレイ１３０に表示するようにしても良
い。これにより、施工計画図形すなわち目標位置と刃先
との位置関係がより一層明らかになり、オペレータの作
業が効率的になる。In the second embodiment, a rotation angle sensor is provided at each of the rotating portions of the boom, the arm, and the bucket of the excavator 10, and the computer 110 performs excavation based on the detection results from these rotation angle sensors. The position of the blade edge of the machine 10 may be detected, and display information indicating the blade edge position on the display 130 may be displayed on the display 130 together with the topographical figure (current state data) and the construction plan figure. Thereby, the construction plan graphic, that is, the positional relationship between the target position and the cutting edge is further clarified, and the work of the operator becomes more efficient.
【００９５】この場合、刃先位置を求めるには、上述し
た各回転角センサからの検出結果（回転角）を基に演算
すれば求まる。また、上記図５又は図６を用いて説明し
たようなＧＰＳ及び姿勢角検出センサを併用すれば、絶
対座標系におけるバケット刃先位置を求めることがで
き、より精度の良い表示が可能となる。さらに、図４に
示したように掘削対象地形４１に複数のリフレクタを配
置しておき、レーザ測距装置３０によって掘削機１０の
刃先およびリフレクタをレーザスキャンする。そして、
制御部１１１が、リフレクタからの反射光を検出した検
出結果を基にレーザ測距装置３０の３次元絶対位置を演
算すると共に、該３次元絶対位置データを基に、掘削機
１０の刃先の位置に対応する３次元位置データを絶対座
標系における３次元位置データに変換する。In this case, the position of the cutting edge can be obtained by calculating based on the detection result (rotation angle) from each rotation angle sensor described above. If the GPS and the attitude angle detection sensor described with reference to FIG. 5 or FIG. 6 are used together, the bucket blade position in the absolute coordinate system can be obtained, and more accurate display is possible. Further, as shown in FIG. 4, a plurality of reflectors are arranged on the terrain 41 to be excavated, and the laser edge of the excavator 10 and the reflector are laser-scanned by the laser distance measuring device 30. And
The control unit 111 calculates the three-dimensional absolute position of the laser distance measuring device 30 based on the detection result of detecting the reflected light from the reflector, and calculates the position of the cutting edge of the excavator 10 based on the three-dimensional absolute position data. Is converted to three-dimensional position data in the absolute coordinate system.
【００９６】さらに、第２の実施形態においては、作業
が翌日に亘る、あるいは、途中で作業を中断し、掘削機
１０が停止した状態になっても、計測データ、現況デー
タ（３次元絶対座標データあるいは３Ｄモデルデー
タ）、施工計画データ、および刃先位置データ等の最新
データは、不揮発性メモリあるいはディスク等の記憶媒
体に保存されており、かってに失われることなく、次
回、起動時に自動的に読み込まれるようになっている。
また、適宜、掘削機１０のコンピュータ１１０から事務
所３２０のコンピュータ３２１へ例えば無線ＬＡＮを通
してデータ配信して、コンピュータ３２１にも最新デー
タを保存するようにしても良い。Further, in the second embodiment, even if the excavator 10 is in a state where the excavator 10 is stopped because the operation is performed on the next day or is interrupted on the way, the measurement data and the current state data (3D absolute coordinate The latest data such as data or 3D model data), construction plan data, and cutting edge position data are stored in a non-volatile memory or a storage medium such as a disk, so that they will not be lost and will be automatically saved at the next startup. It is to be read.
In addition, data may be appropriately distributed from the computer 110 of the excavator 10 to the computer 321 of the office 320 through, for example, a wireless LAN, and the computer 321 may store the latest data.
【００９７】以上説明したように、第２の実施形態によ
れば、正確で且つ高精度の地形形状を効率良く計測でき
ると共に、この計測された地形形状データを基に建設機
械の掘削作業に対しガイダンスを提示することができ
る。As described above, according to the second embodiment, an accurate and highly accurate terrain shape can be efficiently measured, and the digging operation of a construction machine can be performed based on the measured terrain shape data. Guidance can be provided.
【００９８】しかも、掘削範囲がディスプレイ上に表示
されることから、丁張りレス施工が可能となり、従来の
丁張りの施設、修正に要する時間が不要となる。さら
に、施工の適切な指示が、ディスプレイ上に表示される
ので、未熟なオペレータでも施工が可能となる。Moreover, since the excavated area is displayed on the display, it is possible to carry out the work without staking, so that the conventional staking facility and the time required for correction are not required. Furthermore, since an appropriate instruction for the construction is displayed on the display, the construction can be performed by an unskilled operator.
【００９９】また、第２の実施形態によれば、掘削機の
刃先位置を示す表示情報を、地形図形（現況データ）及
び施工計画図形と併せてディスプレイ１３０に表示可能
なため、施工計画図形すなわち目標位置と刃先との位置
関係がより一層明らかになり、オペレータの作業が効率
的になる。According to the second embodiment, display information indicating the position of the cutting edge of the excavator can be displayed on the display 130 together with the topographical figure (current state data) and the construction plan figure. The positional relationship between the target position and the cutting edge is further clarified, and the work of the operator becomes more efficient.
【０１００】［第３の実施の形態］この第３の実施形態
では、掘削エリアをオペレータのみならず、周りの作業
者にも指し示すために、夜間にレーザ光線を素早く投射
することにより文字や絵を映し出すレーザイルミネーシ
ョン技術を利用したガイダンス装置を想定している。[Third Embodiment] In the third embodiment, characters and pictures are projected by rapidly projecting a laser beam at night to indicate not only the operator but also surrounding workers in the excavation area. A guidance device that uses laser illumination technology to project images is assumed.
【０１０１】このガイダンス装置は、上記第１の実施形
態で示した掘削機１０または上記第２の実施形態で示し
たガイダンス装置（掘削機１０）の機能に加えて、レー
ザイルミネーション技術を採用した、レーザ光線を投射
する機能を有するものであっても良いし、従来の掘削機
が有する機能に、上記レーザ光線を投射する機能を有す
るようにしたものでも良い。This guidance apparatus employs a laser illumination technique in addition to the functions of the excavator 10 shown in the first embodiment or the guidance apparatus (excavator 10) shown in the second embodiment. It may have a function of projecting a laser beam, or may have a function of projecting the laser beam in addition to the function of a conventional excavator.
【０１０２】この第３の実施形態においては、ガイダン
ス装置は、図３に示した第１の実施形態の掘削機１０の
構成に、図示しないレーザ投光機（可視光レーザ投光
機）が搭載された構成になっている。このレーザ投光機
は、掘削機１０のたとえば運転席２０の屋根部分に搭載
している。In the third embodiment, the guidance device is provided with a laser projector (visible laser projector) not shown in the configuration of the excavator 10 of the first embodiment shown in FIG. It has been configured. This laser projector is mounted on the roof of the driver's seat 20 of the excavator 10, for example.
【０１０３】コンピュータ１１０は、オペレータが例え
ば操作部１２０（図３参照）を操作して設定したレーザ
投光機により投光（照射）すべき投光位置を示すデータ
を記憶部に記憶すると共に、この投光位置を示すデータ
を基にレーザ投光機のレーザスキャンを制御する。The computer 110 stores, in the storage unit, data indicating the light projecting position to be projected (irradiated) by the laser projector set by the operator by operating the operation unit 120 (see FIG. 3), for example. The laser scan of the laser projector is controlled based on the data indicating the light projection position.
【０１０４】このレーザスキャン制御によるガイダンス
としては、（１）レーザ投光機によって掘削対象地形に
おける一点を指し示し、そこを掘削する、（２）レーザ
投光機によって掘削対象地形において直線をスキャンさ
せることで、そのラインに沿っての掘削を指示する、等
のガイダンスが含まれている。勿論、（１）及び（２）
の何れかのガイダンスのみを行うようにしても良い。As guidance by the laser scan control, (1) a point on the terrain to be excavated is pointed out by a laser projector, and the point is excavated. (2) A straight line is scanned on the terrain to be excavated by the laser projector. And guidance such as instructing excavation along the line. Of course, (1) and (2)
Only one of the guidances may be performed.
【０１０５】また、コンピュータ１１０が四角形に対応
する投光位置データに基づくレーザ投光機に対するレー
ザスキャン制御を実施することで、レーザ投光機がレー
ザ光を四角形のラインを形成するようにスキャンするこ
とによって、その四角形は、作業エリアなので、近づい
ては行けないということを、周りにいる作業員に知らせ
ることができる。これは、特に夜間工事など視界性が悪
い場合に、非常に有効となる。Further, the computer 110 performs laser scan control for the laser projector based on the projection position data corresponding to the square, so that the laser projector scans the laser beam so as to form a square line. Thus, the worker can be informed that the rectangle is a work area and cannot be approached. This is very effective especially when visibility is poor such as night work.
【０１０６】なお、第３の実施形態においては、上記図
５又は図６を用いて説明したようなＧＰＳ及び姿勢角検
出センサに加えて、レーザ投光機からのレーザ光の発射
角を検出する投光機発射角センサを設けるようにしても
良い。これによって、各センサからのセンサ検出データ
を基に絶対座標系におけるエリア（掘削エリア）を指示
することが可能となり、これを操作部１２０（図３参
照）を操作して指示すれば良い。In the third embodiment, the emission angle of the laser beam from the laser projector is detected in addition to the GPS and attitude angle detection sensors described with reference to FIG. 5 or FIG. A floodlight launch angle sensor may be provided. Thus, it is possible to specify an area (digging area) in the absolute coordinate system based on the sensor detection data from each sensor, and this may be indicated by operating the operation unit 120 (see FIG. 3).
【０１０７】以上説明したように第３の実施形態によれ
ば、オペレータはレーザ投光機によって示される領域
（例えば一点や直線）に従って掘削作業を実施するよう
にすれば良いので、作業効率を向上させることが可能と
なる。As described above, according to the third embodiment, the operator can perform the excavation work in accordance with the area (for example, one point or a straight line) indicated by the laser projector, thereby improving the work efficiency. It is possible to do.
【０１０８】また、レーザ投光機によって示される領域
（例えば四角形）については、作業領域であることを報
知することができ、夜間工事など視界性が悪い場合に、
安全性の観点から非常に有効となる。Further, it is possible to report that the area (for example, a square) indicated by the laser projector is a work area.
This is very effective from the viewpoint of safety.
【０１０９】［第４の実施の形態］この第４の実施形態
では、掘削機の周囲に存在する対象物や人に対する安全
面（安全性）を考慮したガイダンス装置を想定してい
る。[Fourth Embodiment] In the fourth embodiment, a guidance device is considered in consideration of safety (safety) for an object or a person existing around an excavator.
【０１１０】このガイダンス装置は、上記第１の実施形
態で示した掘削機１０、または上記第２又は第３の実施
形態で示したガイダンス装置（掘削機１０）の機能に加
えて、後述する安全面（安全性）を考慮した安全対策機
能を有するものであっても良いし、従来の掘削機が有す
る機能に、上記安全対策機能を有するようにしたもので
も良い。This guidance device has the safety function described later in addition to the function of the excavator 10 shown in the first embodiment or the guidance device (excavator 10) shown in the second or third embodiment. It may have a safety countermeasure function in consideration of the aspect (safety), or may have a function provided by the conventional excavator having the above-described safety countermeasure function.
【０１１１】この第４の実施形態においては、ガイダン
ス装置は、図３に示した第１の実施形態の掘削機１０の
構成に、安全対策機能が追加された構成になっている。In the fourth embodiment, the guidance device has a configuration in which a safety measure function is added to the configuration of the excavator 10 of the first embodiment shown in FIG.
【０１１２】ここで、安全対策機能について説明する。Here, the safety countermeasure function will be described.
【０１１３】反射テープ等のリフレクタを貼った作業着
を作業員が着たり、そのリフレクタを資材等の対象物に
貼り、当該人や対象物が掘削対象地形のエリア内に存在
する場合に、レーザ測距装置３０（図３参照）がレーザ
スキャンしたときは、前記リフレクタにレーザ光が照射
されることとなる。この場合、上記第１の実施形態で説
明したように、リフレクタは自然界ではあり得ない反射
強度のレーザ光（反射光）を返す。When a worker wears a work clothes to which a reflector such as a reflective tape is attached, or attaches the reflector to an object such as a material, and the person or the object exists in the area of the terrain to be excavated, the laser When the distance measuring device 30 (see FIG. 3) performs laser scanning, the reflector is irradiated with laser light. In this case, as described in the first embodiment, the reflector returns a laser beam (reflected light) having a reflection intensity that cannot be in the natural world.
【０１１４】なお、測距のポイントを細かくとることに
よってリフレクタの形状が判別可能となるので、反射テ
ープの大きさ、形状を各種に変えることにより、人の判
別や、資材等の対象物の判別に使用することができる。
例えば、リフレクタを三角形の形状のものと、四角形の
形状のものを用意し、一方のものを作業員が着る作業着
に貼り、他方のものを対象物に貼ることで、人の判別
や、資材等の対象物の判別が可能となる。Since the shape of the reflector can be determined by making the distance measuring points fine, the size and shape of the reflective tape can be changed to various types to determine a person or an object such as a material. Can be used for
For example, we prepare a reflector with a triangular shape and a reflector with a quadrangular shape, stick one of them on the work clothes worn by the worker, and stick the other on the object, so that people can be identified and materials can be identified. And the like can be determined.
【０１１５】さて、レーザ測距装置３０は、上記リフレ
クタからのレーザ光（反射光）を検出すると、そのリフ
レクタの配置点からの距離、信号受光強度、水平角、垂
直角をそれぞれ示すデータをコンピュータ１１０に送出
する。When the laser distance measuring device 30 detects the laser light (reflected light) from the reflector, the laser distance measuring device 30 sends data indicating the distance from the reflector arrangement point, the signal receiving intensity, the horizontal angle and the vertical angle to the computer. Send to 110.
【０１１６】コンピュータ１１０（図３参照）では、レ
ーザ測距装置３０からの検出データを基に、リフレクタ
の配置点の３次元座標を求めることができるので、掘削
対象地形のエリア内に人や対象物が存在していることを
判断することができる。この場合、コンピュータ１１０
はリフレクタの形状を認識することにより、人なのかあ
るいは資材等の対象物なのかを判別することが可能とな
る。The computer 110 (see FIG. 3) can determine the three-dimensional coordinates of the reflector arrangement point on the basis of the detection data from the laser distance measuring device 30. It can be determined that an object exists. In this case, the computer 110
By recognizing the shape of the reflector, it is possible to determine whether the object is a person or an object such as a material.
【０１１７】そして、コンピュータ１１０は、掘削機１
０の作業範囲内（掘削対象地形のエリア内）に、人及び
物の危険物を認識すると、その旨をオペレータに報知
（警報）すると共に掘削機１０の周囲に存在する人に報
知（警報）する。Then, the computer 110 controls the excavator 1
When a dangerous object such as a person or an object is recognized within the work range of 0 (in the area of the terrain to be excavated), the operator is notified (warned) to that effect and also notified (warned) to the persons existing around the excavator 10. I do.
【０１１８】例えば、オペレータに対しては、運転室１
０内に設けられる警報ランプの点灯や、警報音を発した
り、あるいはディスプレイ１３０にその旨を提示するこ
とで、危険である旨を報知する。これに対し、掘削機１
０の周囲に存在する人に対しては、掘削機１０の周囲に
設けられる警告ランプの点灯や警告音を発することで
き、危険である旨を報知する。For example, the operator's cab 1
The warning is provided by turning on an alarm lamp provided in the unit 0, emitting an alarm sound, or presenting the same on the display 130. In contrast, excavator 1
A warning lamp provided around the excavator 10 can be turned on or a warning sound can be emitted to a person present around the excavator 10 to notify the user of the danger.
【０１１９】以上説明したように第４の実施形態によれ
ば、オペレータおよび掘削機１０の周囲に存在する人
は、お互いに、危険で有る旨を認識することができ、よ
って安全性に向上させることができる。As described above, according to the fourth embodiment, the operator and the person present around the excavator 10 can recognize each other that there is danger, thereby improving safety. be able to.
【図１】本発明の地形形状計測装置の原理を説明するた
めの図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of a terrain shape measuring apparatus according to the present invention.
【図２】本発明の地形形状計測装置の原理を説明するた
めの図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the terrain shape measuring device of the present invention.
【図３】本発明の第１の実施形態に係る地形形状計測装
置の構成を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a configuration of a terrain shape measurement device according to the first embodiment of the present invention.
【図４】第１の実施形態での絶対座標系における絶対座
標を求めるために採用されるリフレクタを説明するため
の図である。FIG. 4 is a diagram for describing a reflector employed for obtaining absolute coordinates in an absolute coordinate system according to the first embodiment.
【図５】第１の実施形態におけるＧＰＳ（全地球測位シ
ステム）及び姿勢角検出手段を有する地形形状計測装置
の構成を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a configuration of a terrain shape measurement device having a GPS (Global Positioning System) and an attitude angle detection unit according to the first embodiment.
【図６】第１の実施形態におけるＧＰＳ（全地球測位シ
ステム）及び姿勢角検出手段を有する他の地形形状計測
装置の構成を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a configuration of another terrain shape measurement device having a GPS (Global Positioning System) and an attitude angle detection unit in the first embodiment.
【図７】本発明の第２の実施形態に係るガイダンス装置
の一例を示すシステム構成図である。FIG. 7 is a system configuration diagram illustrating an example of a guidance device according to a second embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第２の実施形態に係るガイダンス装置
の処理手順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating a processing procedure of a guidance device according to a second embodiment of the present invention.
【符号の説明】 １０ 掘削機 ３０ レーザ測距装置 １１０、３２１ コンピュータ １２０ 操作部 １３０ ディスプレイ １４０ ジョイスティック １６０ 視覚カメラ ２１０ 位置計測センサ ２１１、２１１−１〜２１１−ｎ ＧＰＳアンテナ ２２０ 回転角検出センサ ３１０、３２２ 送受信アンテナ ３２０ 事務所 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ リフレクタ[Description of Signs] 10 excavator 30 laser ranging device 110, 321 computer 120 operation unit 130 display 140 joystick 160 visual camera 210 position measurement sensor 211, 211-1 to 211-n GPS antenna 220 rotation angle detection sensor 310, 322 Transmitting / receiving antenna 320 Office R1, R2, R3 Reflector
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 圭介 神奈川県平塚市四之宮３丁目25番１号 株 式会社小松製作所システム開発センタ内 Ｆターム(参考） 2D003 BA02 BA06 DB04 DB05 FA02 5J062 AA01 BB08 CC07 FF02 HH00 HH05 5J084 AA05 AB16 AC02 AD03 BA50 BA56 CA31 DA01 EA04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Keisuke Miyata 3-25-1, Shinomiya, Hiratsuka-shi, Kanagawa F-term in the System Development Center of Komatsu Ltd. 2D003 BA02 BA06 DB04 DB05 FA02 5J062 AA01 BB08 CC07 FF02 HH00 HH05 5J084 AA05 AB16 AC02 AD03 BA50 BA56 CA31 DA01 EA04
Claims (8)
する地形計測装置において、 計測対象地形に対してレーザを照射し、計測点までの距
離、当該計測点に対する水平角度及び垂直角度を検出す
るレーザ測距装置（３０）と、 前記レーザ測距装置によって検出された検出データに基
づいて前記計測対象地形の３次元位置データを求める地
形座標計測手段（１１１）と、 前記地形座標計測手段によって求められた３次元位置デ
ータを記憶する記憶手段（１１３）と、 前記３次元位置データを出力可能な形式に変換する変換
手段（１１１）と、 前記変換手段によって変換された結果を出力する表示手
段（１３０）とを具備したことを特徴とする地形形状計
測装置。A terrain measuring device mounted on a work machine (10) for measuring terrain, irradiates a laser to the terrain to be measured, and detects a distance to a measuring point, a horizontal angle and a vertical angle with respect to the measuring point. A distance measuring device (30) that performs three-dimensional position data of the terrain to be measured based on the detection data detected by the laser distance measuring device; Storage means (113) for storing the obtained three-dimensional position data; conversion means (111) for converting the three-dimensional position data into a format capable of being output; and display means for outputting the result converted by the conversion means (130) A terrain shape measurement device characterized by comprising:
計測の開始点および終了点、測距グリッドの粗さ、及び
測距スピードを指示する指示手段（１２０）を更に具備
したことを特徴とする請求項１記載の地形形状計測装
置。2. The laser distance measuring device (30)
2. The terrain shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising an instruction means for instructing a measurement start point and an end point, a roughness of a distance measurement grid, and a distance measurement speed.
検出する姿勢角検出手段（２１１−１〜２１１−ｎ）
と、 前記作業機械の車体の絶対位置を検出する絶対位置検出
手段（２１０）と、 前記姿勢角検出手段および絶対位置検出手段によって検
出された検出結果に基づいて、前記地形座標計測手段
（１１１）によって求められた３次元位置データを絶対
座標系における３次元位置データに変換する座標データ
変換手段（１１１）とを更に具備したことを特徴とする
請求項１記載の地形形状計測装置。3. A posture angle detecting means (211-1 to 211-n) for detecting a posture angle of a body of the work machine (10).
An absolute position detecting means (210) for detecting an absolute position of a vehicle body of the work machine; and a terrain coordinate measuring means (111) based on detection results detected by the attitude angle detecting means and the absolute position detecting means. 2. The terrain shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising: coordinate data conversion means (111) for converting the three-dimensional position data obtained by the above into three-dimensional position data in an absolute coordinate system.
３次元絶対位置が予め分かっている複数のポイントにリ
フレクタ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）を配置すると共に、 前記リフレクタからのレーザの反射強度と計測点からの
レーザの反射強度との差を基に、前記レーザ測距装置の
３次元絶対位置を演算する演算手段（１１１）と、 前記演算手段によって演算された３次元絶対位置データ
を基に、前記地形座標計測手段によって求められた３次
元位置データを絶対座標系における３次元位置データに
変換する座標データ変換手段（１１１）とを更に具備し
たことを特徴とする請求項１記載の地形形状計測装置。4. A reflector (R1, R2, R3) is arranged at a plurality of points whose three-dimensional absolute positions in the absolute coordinate system of the terrain to be measured are known in advance, and the reflection intensity of laser from the reflector and measurement A calculating means (111) for calculating a three-dimensional absolute position of the laser distance measuring device based on a difference from a reflection intensity of the laser from a point; and a three-dimensional absolute position data calculated by the calculating means. 2. The terrain shape measurement device according to claim 1, further comprising coordinate data conversion means for converting the three-dimensional position data obtained by the terrain coordinate measurement means into three-dimensional position data in an absolute coordinate system. apparatus.
（１６０）を更に具備し、 前記視覚カメラによって撮像された計測エリアの実映像
を前記表示手段（１３０）に表示するようにしたことを
特徴とする請求項１記載の地形形状計測装置。5. A visual camera (160) for photographing the terrain to be measured, wherein a real image of a measurement area imaged by the visual camera is displayed on the display means (130). The terrain shape measuring device according to claim 1, wherein
０）であり、 前記計測対象地形としての、前記建設機械の掘削機によ
る掘削作業の掘削対象物、及び掘削した土砂の形状を計
測するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のう
ちの何れかの項記載の地形形状計測装置。6. The work machine is an excavator (1) of a construction machine.
0), wherein the terrain to be measured and the shape of the excavated earth and sand subjected to digging work by the digging machine of the construction machine are measured as the terrain to be measured. The terrain shape measuring device according to any one of the above items.
当該掘削機による掘削に関する作業をガイダンスするガ
イダンス装置において、 掘削対象地形に関する掘削後の目標とする地形の形状を
示す設計データを記憶する設計データ記憶手段（１１
０）と、 前記掘削対象地形に対してレーザを照射し、計測点まで
の距離、当該計測点に対する水平角度及び垂直角度を検
出するレーザ測距装置（３０）と、 前記レーザ測距装置によって検出された検出データに基
づいて前記計測対象地形の３次元位置データを求める地
形座標計測手段（１１１）と、 前記地形座標計測手段によって求められた３次元位置デ
ータを記憶する記憶手段（１１３）と、 前記３次元位置データを出力可能な形式に変換する変換
手段（１１１）と、 前記設計データに対応する図形と現況データに対応する
図形とを表示すると共に、当該設計データと当該現況デ
ータとの差を認識可能な状態で表示する表示手段（１３
０）とを具備し、前記表示手段に表示された前記設計デ
ータと前記現況データとの差に対応する部分を掘削すべ
き範囲である旨を提示するようにしたことを特徴とする
ガイダンス装置。7. An excavator (10) of a construction machine,
In a guidance device for guiding work related to excavation by the excavator, a design data storage means (11) for storing design data indicating a shape of a target terrain after digging on the terrain to be excavated.
0), a laser ranging device (30) for irradiating a laser beam to the excavation target terrain and detecting a distance to a measurement point, and a horizontal angle and a vertical angle with respect to the measurement point; Terrain coordinate measuring means (111) for obtaining three-dimensional position data of the terrain to be measured based on the detected data, storage means (113) for storing the three-dimensional position data obtained by the terrain coordinate measuring means, Converting means (111) for converting the three-dimensional position data into a format capable of being output; displaying a graphic corresponding to the design data and a graphic corresponding to the current data; and a difference between the design data and the current data. Display means (13) for displaying in a recognizable state
0), wherein the guidance device is provided to indicate that a part corresponding to the difference between the design data and the current state data displayed on the display means is a range to be excavated.
トの刃先位置を求める刃先位置計測手段（３０、１１
１）を更に具備し、 前記刃先位置計測手段によって求められた刃先位置を示
す表示情報を前記表示手段（１３０）に表示するように
したことを特徴とする請求項７記載のガイダンス装置。8. A cutting edge position measuring means (30, 11) for obtaining a cutting edge position of a bucket of the excavator in an absolute coordinate system.
The guidance device according to claim 7, further comprising: (1), wherein display information indicating the cutting edge position obtained by the cutting edge position measuring means is displayed on the display means (130).
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