JP2003239287A - 造成工事における重機の施工ナビゲーションシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 盛土ヤードなどでの施工標高に応じた施工エ
リアの位置出し測量や施工仕様の設定を行うことなく、
重機の誘導、施工の品質管理を可能にする。 【解決手段】 重機のオペレータに施工エリアへの誘導
と施工仕様の指示を行う造成工事における重機の施工ナ
ビゲーションシステムであって、重機に搭載されＧＰＳ
衛星１からの測位情報を受信するＧＰＳ移動局２と、Ｇ
ＰＳ移動局により受信した測位情報から３次元位置座標
を演算する演算手段３と、施工標高に応じた施工エリア
マップ及び施工仕様を格納する施工管理データベース４
と、重機に搭載され演算手段３により演算された３次元
位置座標に基づき施工管理データベース４の施工標高に
応じた施工エリアマップ及び施工仕様を画面に表示する
表示制御手段５とを備え、施工標高に応じて重機の表示
画面に施工エリアマップ及び施工仕様を指示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、重機のオペレータ
に施工エリアへの誘導と施工仕様の指示を行う造成工事
における重機の施工ナビゲーションシステムに関する。

【従来の技術】例えば道路および土地造成工事等の大規
模土工においては、実際の施工前において予め盛土締固
め試験を行って盛土締固め機の種類、盛土の転圧回数を
設定するとともに、実際の施工時において、転圧回数が
規定値に沿ったものとなるように管理することが盛土の
品質を向上させる上で重要である。そのために、従来、
ＧＰＳ（Global-Positioning-System)により盛土締固め
機の走行軌跡を求め、施工エリア全域で盛土の転圧回数
を管理する方式が知られている（例えば、特開平２００
０−８３６３号公報参照）。このように最近の道路造成
や空港造成工事においては、ＧＰＳを利用した施工・品
質管理システムを適用する事例が増えてきている。この
システムは、ブルドーザや振動ローラ等の重機にＧＰＳ
機器を搭載して重機の３次元的な位置情報を求めること
で、盛土造成における敷均し層の厚さや締固めの転圧回
数等の施工管理・品質管理を行うものである。このシス
テムでは、重機のキャビン内にモニターを搭載してお
り、オペレータは規定された施工仕様をリアルタイムに
確認することができるため、施工の効率化と品質向上を
図ることが可能である。

【発明が解決しようとする課題】しかし、このシステム
は、施工前に現場管理員が施工エリアを測量杭等で示さ
なければならないことや、その施工エリアの施工仕様
（敷均し層厚や転圧回数）を施工毎に設定入力しなけれ
ばならないという問題点がある。特に広大な面積を造成
する空港造成などにおいては、空港施設の重要性に応じ
て施工仕様が異なるため、施工エリアの位置出し測量
や、それに応じて施工仕様を設定するのに非常な労力を
要する。さらに、大規模高盛土工事では、３次元状態で
盛土材が持つ各々の材料特性に基づいて、施工中や完成
後の盛土に期待する機能を満足するように盛土材を配分
するゾーニング施工法が採用されており、ゾーニング区
分による施工エリアと施工仕様が施工標高に応じて変化
する。そのため、施工標高に応じた施工エリアの位置出
し測量や施工仕様の設定には非常な労力を要する。

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、造成ヤードなどでの施工標高に応
じた施工エリアの位置出し測量や施工仕様の設定を行う
ことなく、重機の誘導、施工の品質管理を可能にするも
のである。そのために本発明は、重機のオペレータに施
工エリアへの誘導と施工仕様の指示を行う造成工事にお
ける重機の施工ナビゲーションシステムであって、前記
重機に搭載されＧＰＳ衛星からの測位情報を受信するＧ
ＰＳ移動局と、前記ＧＰＳ移動局により受信した測位情
報から３次元位置座標を演算する演算手段と、施工標高
に応じた施工エリアマップ及び施工仕様を格納する施工
管理データベースと、前記重機に搭載され前記演算手段
により演算された３次元位置座標に基づき前記施工管理
データベースの施工標高に応じた施工エリアマップ及び
施工仕様を画面に表示する表示制御手段とを備えたこと
を特徴とするものである。前記表示制御手段は、前記施
工エリアマップ上に前記３次元位置座標に基づく施工情
報を重ね表示し、施工情報を色分け表示し、また、前記
施工管理データベースは、施工エリアマップ及び施工仕
様を格納し、前記表示制御手段は、メッシュ毎に前記３
次元位置座標に基づく施工情報を重ね表示することを特
徴とするものである。前記重機は、ブルドーザであり、
前記施工仕様は、敷均し施工標高値であり、前記３次元
位置座標に基づく施工情報は、前記敷均し施工標高値と
の比較情報であり、前記重機は、振動ローラであり、前
記施工仕様は、転圧回数であり、前記３次元位置座標に
基づく施工情報は、前記振動ローラが締固め施工により
通過した回数であることを特徴とするものである。少な
くとも前記施工管理データベースは、前記施工エリア外
に配置された施工管理装置と共に配置されると共に、前
記重機と前記施工管理装置は、通信手段を備え、前記重
機は、前記通信手段を使って前記３次元位置座標を送信
して前記施工管理データベースに格納された施工エリア
マップ及び施工仕様を取得するようにし、前記施工管理
データベースは、メッシュ毎に最新の標高データを転圧
データと共に更新登録することを特徴とするものであ
る。

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る造成工事に
おける重機の施工ナビゲーションシステムの実施の形態
を説明するための図、図２はゾーニング盛土の平面区分
の変化を説明するための図、図３は本発明に係る造成工
事における重機の施工ナビゲーションシステムの作業処
理フローを説明するための図である。図中、１はＧＰＳ
衛星、２はＧＰＳ移動局、３は演算処理部、４は施工管
理データベース、５は表示制御部を示す。図１におい
て、ＧＰＳ移動局２は、造成段階において敷均しを行う
ブルドーザや締固めを行う振動ローラ等の重機に搭載さ
れＧＰＳ衛星１からの測位情報を受信するものであり、
演算処理部３は、ＧＰＳ移動局２により受信した測位情
報から東経、北緯、標高の３次元位置座標を演算する、
例えばＣＰＵである。施工管理データベース４は、施工
標高に応じた施工エリアマップ及び施工仕様（敷均し層
厚や転圧回数）を格納するものであり、さらに施工エリ
アをメッシュ分割し、メッシュ毎に最新の標高データを
転圧データと共に更新登録する。施工管理データベース
４は、重機に搭載されるパソコンの記憶装置に格納して
もよいし、あるいはドライバを搭載して記録媒体から読
み取るようにしてもよい。また、施工エリア外の管理事
務所に設置される施工管理用のパソコンの記憶装置に格
納し、無線ＬＡＮでリアルタイムに通信を行ってデータ
の要求、送受信を行うようにしてもよい。表示制御部５
は、造成段階において敷均しを行うブルドーザや締固め
を行う振動ローラ等の重機に搭載され前記演算手段によ
り演算された３次元位置座標に基づき前記施工管理デー
タベースの施工標高に応じた施工エリアマップ及び施工
仕様を画面に表示するものであり、さらに、重機の位
置、標高、敷均し層厚、転圧回数を３次元位置座標に基
づく施工情報として画面の施工エリアマップ上に重ね、
色分けなどをして表示する。大規模高盛土工事では、例
えば図２に示すように本線ランプ部、駐車場部、垂直排
水層、盛土のり面部、暫定のり面部、路体外盛土部など
３次元状態で盛土材が配分され、施工標高に応じてゾー
ニング区分による施工エリアと施工仕様が変わる。この
ようにゾーニング盛土等では、平面的な施工エリアと高
さ方向の施工標高に応じて施工領域が３次元的に変化す
るため、施工段階に応じた施工エリアの地図情報を重機
モニターに提供する必要がある。そのため、上記本発明
に係る実施の形態では、管理事務所において、３次元Ｃ
ＡＤ等で標高に応じた施工エリアマップを作成し施工管
理データベースに格納する。施工ヤードの重機は、ＧＰ
Ｓにより現在の施工標高が取得出来るため、その標高情
報を無線通信（例えば無線ＬＡＮ）で管理事務所の施工
管理データベースに送信することにより、施工管理デー
タベースから施工標高に応じた施工エリアマップを重機
に返信する。重機では、キャビン内に設置しているモニ
ター（パソコン）の表示画面にブルドーザの敷均し層厚
や振動ローラの転圧回数を表示し、その背景に施工エリ
アの地図情報とそれに応じた施工仕様、重機の現在位置
などを表示する。これにより、重機の施工エリアへの誘
導とそれに応じて設定していた施工仕様をオペレータに
指示することが可能となる。作業処理フローでは、例え
ば図３に示すようにまず、管理事務所において施工エリ
アと施工仕様の設定を行う（ステップＳ１１）。ここ
で、ゾーニング盛土の場合には、３次元ＣＡＤにより標
高に応じた施工エリアマップを作成して施工管理データ
ベースに格納する。施工ヤードでは、ＧＰＳにより重機
の施工標高を取得し（ステップＳ１２）、その標高情報
を施工管理データベースに送信する（ステップＳ１
３）。それに対し、管理事務所では、標高情報に対応し
た施工エリアマップ、施工仕様を抽出して重機へ送信す
る（ステップＳ１４）。そして、施工ヤードで、重機モ
ニタに施工エリアマップ、施工仕様を表示することによ
り（ステップＳ１５）、オペレータによりモニタの指示
する場所及び仕様に従った施工を行う（ステップＳ１
６）。また、標高に応じて施工エリアが変化しない場合
には、予め規定エリアや施工仕様を重機のモニタにイン
プットして、施工時に表示してもよい（ステップＳ１
７）。上記のように構成することにより、ブルドーザと
振動ローラの３次元的な走行軌跡を高精度で求め、造成
地盤盛土工事などの施工管理を行うことができる。この
施工管理では、施工区分に応じて施工仕様を考慮して敷
均し層厚と転圧回数に対して行うことにより、均質で良
好な造成地盤を築造することができる。図４は本発明に
係る造成工事における重機の施工ナビゲーションシステ
ムの他の実施の形態を示す図、図５は図４に示すシステ
ムでの処理を説明するための図、図６は敷均し判定画面
の例を示す図である。図４に示す実施の形態では、盛土
ヤード１２内もしくは周辺にＧＰＳ固定局１３を設置す
るとともに、ブルドーザー１４と振動ローラ（盛土締固
め機）１５にはそれぞれＧＰＳ移動局１６、２１が設置
されている。ＧＰＳ固定局１３およびＧＰＳ移動局１
６、２１においては、ＧＰＳ衛星１１の測位情報を受信
し、さらに、ＧＰＳ固定局１３で受信した測位情報は、
ＧＰＳ移動局１６、２１に無線（例えば無線ＬＡＮ）で
送信され、ブルドーザー１４側と振動ローラ１５側及び
三次元位置座標算出手段１７、２２において、敷均し面
および転圧面の三次元位置座標が算出されされる。振動
ローラ１５側においては、転圧回数および転圧面標高値
が転圧回数標高値演算出力手段２３において演算されて
画面に表示されると共に、通信手段２４、３１を介して
現場管理事務所に設置された施工管理装置３２に無線で
送信される。一方、ブルドーザー１４側においては、現
場管理事務所に設置された施工管理装置３２から通信手
段１９、３１を介して無線で転圧面標高値が入力され、
敷均し面標高値演算出力手段１８において、三次元位置
座標と転圧面データおよび規定層厚から敷均し面標高値
が演算出力される。上記構成からなる本発明に係る造成
工事における重機の施工ナビゲーションシステムによる
盛土の締固め層厚管理方法について説明する。 振動ローラ側での規定の転圧回数終了時の標高値取得 これは、図５に示すように、盛土転圧面（および敷均し
面）上に仮想の正方メッシュからなる多数の管理ブロッ
ク３０を設定し、管理ブロックＮｏ．毎に転圧回数をカ
ウントし、規定の転圧回数終了時の標高値を記録するも
のである。そして、管理ブロックＮｏ．と標高値を施工
管理装置３２に無線で送信する。 施工管理装置での処理 施工管理装置３２においては、管理ブロックＮｏ．と対
応する標高値をデータベース３３に格納し、管理ブロッ
クＮｏ．で検索すれば、最新の盛土転圧面の標高値を取
得することができるようにされている。 ブルドーザー側での施工管理装置からのデータの取得 ブルドーザー６側では、盛土ヤードの管理ブロックＮ
ｏ．を施工管理装置３２に送信し、それに対応した最新
の標高値（図５に示す基盤面の標高値）を取得する。 ブルドーザー側での敷均し標高値の算出 取得した最新の標高値に規定の層厚の規定値を加算し
て、各管理ブロック毎の敷均し標高値（図５に示す敷均
し面の標高値）を算出する。 敷均し標高値の管理値を設定 敷均し標高値に対して許容値を設定し、管理値を設定す
る。例えば、敷均し標高値が９０ｍで許容値が±２０ｃ
ｍであれば、管理値は８９．８ｍ〜９０．２ｍとなる。 層厚管理 ブルドーザー６の運転席にはモニターが設置されてお
り、図５に示す敷均し面における管理ブロック毎の標高
とブルドーザーの位置がリアルタイムで表示され、管理
ブロック毎の取得標高値が規定した敷均し標高の管理値
を満足しているか否かの判定を随時行う。図６は、敷均
し判定画面の例を示している。画面には、ブルドーザー
６の位置が表示されると共に、管理値を満足している管
理ブロック、管理値より低いブロック、管理値より高い
ブロックと３段階で色分けして表示することにより、視
覚的にどの部位を敷均せば良いかを直ちに判別すること
ができる。なお、色の表示段階は、施工精度によってよ
り細かい段階を設けることができる。以上のように、ダ
ンプカーなどによる撒出しが終了してブルドーザーが敷
均しを行う際に、画面上で現状の敷均し面の標高をリア
ルタイムで把握すると同時に、施工管理装置から得た１
層下の最新転圧完了面の標高データとの差し引きで、施
工層厚値（＝施工標高−基盤面の標高）をリアルタイム
で得ることができる。したがって、オペレータは、画面
で施工層厚値を確認しながら施工し、造成面の敷均し層
厚を管理することができる。また、転圧の施工管理で
も、振動ローラにおける走行軌跡をリアルタイムに求
め、造成地盤に対する面的な締固めの転圧回数を管理す
ることができる。転圧回数は、転圧地盤上に展開される
メッシュ単位でカウントして表示することにより、オペ
レータは、施工すべきエリアと転圧回数が把握でき、か
つ、画面上で転圧回数を確認しながら施工することがで
きるので、確実かつ合理的な施工が可能になる。なお、
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、
種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、
重機としてブルドーザと振動ローラの場合について説明
したが、ダンプカーやショベルカーその他の重機に対し
ても同様に適用可能であることはいうまでもない。

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、施工ナビゲーション機能により、オペレータ
に対してリアルタイムに施工段階に応じた施工エリアへ
重機を誘導することが可能となるため、施工ヤードにお
ける位置出し測量をする必要が全くなくなる。また、施
工エリアに応じた施工仕様をモニターに表示すること
で、オペレータに確実な施工仕様を指示することができ
る。その結果、効率的な施工と同時に品質を規定する仕
様に対して確実な施工が可能となる。さらに、盛土ヤー
ドで稼働中のブルドーザと振動ローラ、管理事務所の施
工管理装置、施工管理データベースは、相互に無線ＬＡ
Ｎを介してデータ通信を行えるので、リアルタイムにデ
ータの共有化を図ることができ、飛躍的に管理制度を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る造成工事における重機の施工ナ
ビゲーションシステムの実施の形態を説明するための図
である。

【図２】 ゾーニング盛土の平面区分の変化を説明する
ための図である。

【図３】 本発明に係る造成工事における重機の施工ナ
ビゲーションシステムの作業処理フローを説明するため
の図である。

【図４】 本発明に係る造成工事における重機の施工ナ
ビゲーションシステムの他の実施の形態を示す図であ
る。

【図５】 図４に示すシステムでの処理を説明するため
の図である。

【図６】 敷均し判定画面の例を示す図である。

【符号の説明】

１…ＧＰＳ衛星、２…ＧＰＳ移動局、３…演算処理部、
４…施工管理データベース、５…表示制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福森 浩史 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AA02 AC02 BA04 BA06 BB09 5J062 AA01 AA03 BB08 CC07 EE04

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重機のオペレータに施工エリアへの誘導
   と施工仕様の指示を行う造成工事における重機の施工ナ
   ビゲーションシステムであって、前記重機に搭載されＧ
   ＰＳ衛星からの測位情報を受信するＧＰＳ移動局と、前
   記ＧＰＳ移動局により受信した測位情報から３次元位置
   座標を演算する演算手段と、施工標高に応じた施工エリ
   アマップ及び施工仕様を格納する施工管理データベース
   と、前記重機に搭載され前記演算手段により演算された
   ３次元位置座標に基づき前記施工管理データベースの施
   工標高に応じた施工エリアマップ及び施工仕様を画面に
   表示する表示制御手段とを備えたことを特徴とする造成
   工事における重機の施工ナビゲーションシステム。
2. 【請求項２】 前記表示制御手段は、前記施工エリアマ
   ップ上に前記３次元位置座標に基づく施工情報を重ね表
   示することを特徴とする請求項１記載の造成工事におけ
   る重機の施工ナビゲーションシステム。
3. 【請求項３】 前記表示制御手段は、前記施工情報を色
   分け表示することを特徴とする請求項２記載の造成工事
   における重機の施工ナビゲーションシステム。
4. 【請求項４】 前記施工管理データベースは、メッシュ
   分割した施工エリアマップ及び施工仕様を格納し、前記
   表示制御手段は、メッシュ毎に前記３次元位置座標に基
   づく施工情報を重ね表示することを特徴とする請求項２
   記載の造成工事における重機の施工ナビゲーションシス
   テム。
5. 【請求項５】 前記重機は、ブルドーザであり、前記施
   工仕様は、敷均し施工標高値であり、前記３次元位置座
   標に基づく施工情報は、前記敷均し施工標高値との比較
   情報であることを特徴とする請求項４記載の造成工事に
   おける重機の施工ナビゲーションシステム。
6. 【請求項６】 前記重機は、振動ローラであり、前記施
   工仕様は、転圧回数であり、前記３次元位置座標に基づ
   く施工情報は、前記振動ローラが締固め施工により通過
   した回数であることを特徴とする請求項４記載の造成工
   事における重機の施工ナビゲーションシステム。
7. 【請求項７】 少なくとも前記施工管理データベース
   は、前記施工エリア外に配置された施工管理装置と共に
   配置されると共に、前記重機と前記施工管理装置は、通
   信手段を備え、前記重機は、前記通信手段を使って前記
   ３次元位置座標を送信して前記施工管理データベースに
   格納された施工エリアマップ及び施工仕様を取得するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載の造成工事にお
   ける重機の施工ナビゲーションシステム。
8. 【請求項８】 前記施工管理データベースは、メッシュ
   毎に最新の標高データを転圧データと共に更新登録する
   ことを特徴とする請求項７記載の造成工事における重機
   の施工ナビゲーションシステム。