JP2006262773A

JP2006262773A - 三次元測位システムを利用した均平作業機と均平工法

Info

Publication number: JP2006262773A
Application number: JP2005085385A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Tanabe; 義男田辺; Fumi Rei; 文黎
Original assignee: Sugano Farm Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Sugano Farm Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: JP4898131B2

Abstract

【課題】
高低差のある圃場等の区画を、牽引車両に牽引される均平機を用いて均一平面にする方法において従来はレーザ光を基準にして、均平板に土を抱えられる程度に高さを保持し、土を抱えなくなったら徐々に均平板を下げることを繰り返しながら均一にしていた。その結果最後まで均一高さにならず、均平作業後半で低い部分があった場合には、全体から広く薄く運土せねばならず非効率的であった。また、オペレータは常に後方を振り返り均平板の土の様子を見ながら作業せねばならず危険であった。
【解決手段】
本願は均平作業前に圃場高さを測定し、均平にしたときの均平基準面高さを算出し、基準高さと比較した高低マップを運転席に表示し、均平作業中もリアルタイムに測定し高低マップを書き換え、効率的に作業を行えるようにしたものである。
【選択図】図1

Description

本発明は高低差のある圃場等の区画を牽引車両に牽引される均平機を用いて均一平面にする方法において、衛星を利用した三次元測位システムいわゆるGPS受信機を備えた均平作業機で、均平板通過後の作業基準高さを均平基準面高さと比較して運転席に表示し、逐一運転席から均平板を振り返る事無く、安全に最短距離で合理的な均平作業を行う方法である。

圃場特に水田では凹凸が自然発生して水管理が難しくなる。圃場を均平にすることによって、水田では作物に均一に水を与えることができるようになり、水管理や施肥が容易になり均等な収穫が得られるようになる。また、水田が均平になることにより代かきに要する時間を短縮し、トラクタ等の走り回る時間を少なくすることができるので、踏圧によって圃場の透水性を悪化させない等の利点がある。
また、宅地造成やグラウンド整備などでも区画内を均一平面にすることが望まれる。宅地造成などではブルドーザーなどの押し出し方法やバックホウのすくいあげ方法で運土することが提案されている。

圃場の均平作業においては、牽引されるタイプの均平機を用いることが多い。このタイプの均平機は高速で作業できることと、牽引車両のタイヤの跡が付かないので後工程の播種がやりやすいこと、何処の農家にもある牽引車両を使用できることなどの利点がある。また、圃場内の高低差は数十センチ程度でブルドーザー程の運土量は必要とされず、農閑期の土の乾いた時を見計らって短期間で仕上げねばならず、場所によっては台風や水害などで毎年収穫後に均平作業しなければならないなどの理由で、農家が保有する牽引車両に牽引される牽引方式の均平機が多く使われている。

牽引車両に牽引される均平機を用いて均平にする方法については、図14のようにレーザ光を用いた方法が実用化されている（特許文献1）。この方法は、圃場外にセットされた発光器の出すレーザ光を基準として均平作業機50の均平板51を一定の作業基準高さに保ちながら圃場内を隈なく運土し、レーザ光57を基準にしながら徐々に均平板の作業基準高さを下げていき、最終的にレーザ光と平行な均平面を作るようにしているものである。

レーザ光の代りにGPS受信機を使用したものとしては特許文献2で提案されている。しかしどちらの方法も均平板を一定の作業基準高さに保持して運土しながら徐々に均平板の作業基準高さを下げていき、隈なく区画圃場内を走行し最終的に全体を均平にする方法で、オペレータは常に後方の均平板を目視し土を抱え込んでいるのかいないのかを確認しながら走行しなければならなかった。
また、作業開始後すぐに圃場に入り込み均平作業しながら均平板が土を抱え込む作業基準高さを徐々に下げることによって区画圃場内全体を均平にしていたので、作業後半で一角だけ低い部分が発見されたときなどは、均平された部分全体から広く浅く運土せねばならず大変時間がかかり、非効率的であった。

具体的に図14で説明する。レーザ光57はトラクタ60のキャビンに遮られることがないようにレーザ受光機55、レーザ発光機56共に高い位置に取り付けられる。図14のような従来のレーザ光57による均平工法では、最初に高低差測定器52で区画内の各点の高低を測定する。しかしこの測定結果は、最初に均平板51をどの程度の作業基準高さに保持しておくかの目安にするもので、本出願のような運土量を算出できるほど大量のデーター量を測定することはできない。
レーザ発光機56から発光されたレーザ光57をレーザ受光機55が受光するように取り付け、制御装置59の制御によってトラクタ60の油圧シリンダ58を上下することによってレーザ受光機55が常にレーザ光57を受光する高さに保持される。
レーザ受光機55が一定高さに保持されれば均平板51も一定作業基準高さに保持されるので均平作業を行うことができる。均平板51が土を抱えなくなったらレーザ受光機55の取り付け位置を上方にすることで徐々に均平板51の位置を下げて運土することによって最終的に均平基準面高さに均平にしていた。一般にはレーザ受光機55の取り付け位置を上下させるのに、電動もしくは油圧などでレーザ受光機55のポール53を伸縮することで行われる。
特開平１０−１０８５０８号公報(特許第３２６７５１８号) 特開２００１−８５０５号公報特開昭６３―１３５８１５号公報特許第２５２３００５号公報

従来のレーザ光による実際の作業は、図7のような中央部が高くなった圃場を図15のようにトラクタが同一方向に旋回しながら均平にする。その圃場内で一番高いと思われる場所で、運土できる程度に均平板の作業基準高さをレーザ光基準にして一定作業基準高さに保ちながら、高いと思われる場所から低いと思われる場所へ運土し、区画内全体を走行しても均平板が土を抱えなくなったら、更に運土できる程度に均平板を下げ運土する。この作業を繰り返しながら、圃場内部で土を抱えることが無くかつ均平板と地面との間に隙間ができないようになるまで圃場内をくまなく運土しながら移動し、最終的に均平基準面高さでレーザ光と平行な均平面を作るようにしていた。

従来のレーザ光を用いた方法でも図14のように人力によって測定することはできたが、そのデーターはあくまでその地点でのレーザ光と地面との高さであり、大量に測定するには時間がかかる。最初に均平板を保持するときの作業基準高さの目安にはなるが、本出願で行おうとしているような、全体の運土量まで算出できるものではない。

特許文献3や特許文献4にあるように一般土木においては大量の運土作業(荒整地)はブルドーザーを利用した方が能率的であるが、表土などの薄い層の均平作業についてはトラクタ作業の方が段差が付きにくくて良い。
一般にブルドーザーは大量の土を一度に移動することができるが、重量があり圃場の地中深くまで踏み固めてしまい透水性を悪くする。また、多少の湿地でも進入しクローラーで土を練り返してしまい、これが沈殿し更に透水性を悪化する。透水性が悪くなると水はけの悪い水田になり、水管理がやりにくくなる。などの理由で大幅に運土する農地改良圃場整備事業程度の大工事でなければブルドーザーで圃場を均平にすることは無い。

また、圃場整備事業で均平化された圃場でも、数年たつと不陸（フリク:圃場内の凹凸）が発生する。不陸とは平らでなく凹凸があること。土木業界などでは切取り．盛土などの路盤面が平らでない場合、または打設したコンクリートの上端が平らでなく、凹凸がある場合など不陸があるという。圃場における不陸は、圃場内に圧密の差がある場合や切り土、盛り土、水口と水尻での透水むら等による圃場内に乾・湿の差が出た場合に発生する。一年で15ミリ程度ずつ拡大する傾向にあり2〜3年に一度不陸修正が必要になる。不陸が発生すると除草剤の効果不足や不均一な生育を示すと同時に、生育の調節が難しくなることもあって、倒伏や病害虫の発生増大などで、収量、品質、食味の低下を招くことになり兼ねないので、定期的に不陸修正の為の均平作業を必要としている。このような場合は決してブルドーザーでは行わない。

したがって圃場内を均平にする際は圃場の透水性を悪化させないで行わなければならない。そのためには軽量の車両及び作業機で、できる限り高速走行で、余計に圃場内を走行する事無く均平にすることが望ましい。そのためにはトラクタによる牽引作業が望ましい。
また、本件の場合は特許文献４にあるように一定の高さに切り土、盛り土するのとは異なり、高低マップが完成すればおのずと均平基準面高さが算定できるものである。しかし均平作業はプラウなどで一旦圃場全体を膨軟にしてから行われる。しかし均平中に踏圧で踏み固められ土量が少なくなり修正を余儀なくされるが、本案では低地を通過する不陸修正距離測定部を持っているため常に測定が続けられており、度量の変化による基準線の変更もその都度修正することができる。

熟練オペレータはブルドーザーで均平面を作ることができる。又、ブルドーザーは低い位置の土を高い位置に上げることができるが、当該均平作業はそれができない。牽引される均平板は常に一定作業基準高さで徐々に下げるのみである。しかも均平技術の無い一般農家が作業するものである。圃場内をくまなく回りつつ均平にする作業を少しでも短い距離で作業できるように判断できる情報を与えることが本願の趣旨である。

従来の方法では、目視とオペレータの勘によって徐々に均平板を下げながら運土する方法なので、高い部分から低い部分に運土して一角を均平にしたとしても、更に他の場所に低い部分があった場合には、一旦均平にした場所全体から広く浅く運土して均平にせねばならず、一旦運土した土をまた別の場所に運土する場合があった。最終段階まで均平基準面高さが分らず、均平になったか否かも分らない工法で時間がかかり非効率的であると同時に、牽引車両が圃場内を繰り返し往復や旋回するので、圃場を踏み固めてしまい硬くなり、後作業の整地や耕耘がやりにくくなり透水性が悪くなった。
また圃場が広い場合は何処が低く何処が高いかトラクター上からの目視では解りにくいことがあった。

また、牽引車両で牽引する構造の均平機のためオペレータは常時振り返りながら均平板の土の抱え込み状況を確認している必要があり、土を抱えたら直ちに反転して低いと思われる方向へ走り、均平板に土が無くなったら直ちに反転して高いと思われる方向へ戻る、この作業を繰り返す必要があった。オペレータは常に後方を振り返りながら前方向に進行して作業せねばならなかった。常時このような作業であるので均平機に集中するあまり土手に乗り上げてしまうことも考えられる。

また、発光器のレーザ光到達距離が300メートルであり、それより大きな圃場では一度に均平作業できなかった。その際の発光器の移動や設置が煩雑になり面倒である。仮に強力なレーザ光を使用していたとしても、地球は丸いので１キロメートルに対して８センチメートル下がった均平度にしなければならない。そうしないと水を張ったときに片寄ってしまい、均一な収穫が得られなくなってしまう。

また、レーザ光を使用して均平作業する場合、近くに２台以上の発光器を設置すると、レーザ受光器がそれぞれのレーザ光を受光し誤動作してしまう。普及率の高い大潟村や新潟平野などの地域ではしばしば起こる問題である。また、夜間になると圃場内での現在位置が正確に分らず、作業継続が困難となると言う問題もあった。
本件では主に圃場における均平作業でトラクタ等の牽引車両に牽引されるタイプの均平機を用いた均平工法について提案するものである。

牽引車両等と該牽引車両に牽引される均平板と該均平板を作業基準高さに保持する基準高さ制御部とを用いて高低差のある圃場などの区画を均一平面にする均平作業を行う均平作業機において、
三次元測位システムによって前記圃場等の区画内を走行することによって、前記区画内の高低と位置を計測する計測部と、
前記均平板の後部に該均平板が地表面と接触しない前記作業基準高さ以下の低地を通過する際の前記作業基準高さと地表面との不陸修正距離を測定する測定部と、
前記計測部によって計測された高低と位置に基づいて前記区画内の高低マップを作成し、前記区画内を均平にしたときの均平基準面高さを演算・記憶するとともに、前記測定部によって測定された前記不陸修正距離を演算・記憶する演算部と、
前記演算部によって記憶された前記高低マップ、前記作業基準高さ及び前記不陸修正距離に基づいて、圃場区画内における前記均平基準面高さに比較する高低差を表示する表示部と備え、
前記均平基準面高さで均平になった場所に比較する高低差を表示部に示しながら不陸修正すること
を特徴とする均平作業機。

高低差のある圃場等の区画を、均平機を用いて均一平面にする均平方法において
三次元測位システムを備えた前記牽引車両等で前記区画内をくまなく走行し、高低と位置を測定し記憶して高低マップを作成し、
かつ前記区画内全体を運土して均平にしたときの均平基準面高さを算出し、
前記均平基準面高さに比較する高低差を表示部に表示し、
次に三次元測位システムで測定し前記作業基準高さに保持した均平板で、運土しながらリアルタイムに前記均平板が通過した後の高さを前記均平基準面高さと比較して表示部に表示し、
高いところの土を最短距離で低いところへ運土することにより均平基準面高さで均平になった場所を表示部に示しながら不陸修正し前記区画全体を均平にする均平工法。

高低差のある圃場等の区画を、均平機を用いて均一平面にする均平方法において
三次元測位システムを備えた前記均平作業機で、一定の作業基準高さに前記均平板を保持して均平作業を開始し、
埋めきれない低い部分を前記不陸修正距離測定部で深さと位置を測定し、前記区画内全体を運土して均平にした時の基準面高さを算出し
前記均平基準面高さに比較する高低差を表示部に表示し、
次に三次元測位システムで測定し前記作業基準高さに保持した均平板で、運土しながらリアルタイムに前記均平板が通過した後の高さを前記均平基準面高さと比較して表示部に表示し、
高いところの土を最短距離で低いところへ運土することにより均平基準面高さで均平になった場所を表示部に示しながら不陸修正し前記区画全体を均平にする均平工法。

三次元測位システムは、衛星を利用した測位方法を利用して測位したものであるか、又は、高低はレーザ光を基準に測定し、位置は衛星を利用した測位方法を利用して測位したものであることを特徴とする、請求項１及び請求項2及び請求項3記載の均平作業機もしくは均平工法。

本発明では圃場高低マップ作成により、運土量を計算して均平基準面高さを決定するので、レーザ光を使い均平板の作業基準高さだけ設定した均平作業のように、適当に均平板高さを保持する方法と比較すると無駄な走行が少なく短時間で均平にすることができる。その結果圃場を踏圧で固める事が少なく、後作業の耕耘、砕土、播種などがやりやすく経済的である。
均平板の通過した場所の高低マップがすぐに運転席に表示されるので最短距離の合理的な順序で運土できる。オペレータは前方と表示板を見ながら作業するので疲れず安全である。

従来方法では最終まで区画内全体が均平になったか否かの判断がつかないが本発明では部分的に均平基準面になったことが判断できるので合理的な運土が可能である。
GPSを利用するのでその地域の平野内に複数の均平作業機が作業してもお互いに干渉することが無い。
大きな圃場でも地球の丸みに沿った圃場を作ることができる。また、その際発光器の移動などの煩雑な作業が無い。そして夜間作業ができる。

本発明は最初に衛星を利用した三次元測位システムいわゆるGPS受信機20を備えた車両で、プラウイングやロータリー耕耘の前もしくは同時に圃場内をくまなく走行し、高さと位置を測定し制御装置21に記憶して高低マップを作成し、かつ全体を運土して均平にしたときの均平基準面高さを算出し、均平基準面高さに対する高低差を運転席の表示部22に表示し、次にGPS受信機20を備えかつ作業基準高さに保持した均平板で、高い場所の土を低い場所に運土しながらリアルタイムに均平板が通過した後の高さを圃場の均平基準面高さと比較して運転席の表示部22に表示し高いところの土を最短距離で低いところへ運土できるよう示唆しながら、圃場全体を均平にする均平工法である。

本出願では問題を解決する為に衛星を利用した三次元測位システムいわゆるGPS受信機を利用し、最初の圃場の形状と高さを測定し、そのデーターで高低マップを作成し、かつ前記区画内全体を運土して均平にしたときの均平基準面高さを算出し、前記均平基準面高さに比較する高低差を運転席の表示部に表示し、作業中もGPS受信機を備えかつ前記作業基準高さに保持した均平板で、高い場所の土を低い場所に運土しながらリアルタイムに均平板が通過した後の高さを圃場の均平基準面高さと比較して運転席の表示部に表示し高いところの土を最短距離で低いところへ運土できるよう示唆しながら、圃場全体を均平にする効率的で安全な均平工法を提案するものである。
この方法であれば、オペレータは部分的であれ均平基準高さに達した場所がわかるため、その場所に再度行く必要が無いことが解るので最短距離で効率的に運土することができる。

通常のカーナビゲーション等に使用されているGPS使用方法では、電波が電離層を通過するときの遅れなどから１０メートル程度の誤差は止むを得ないとしているが、本出願では主にRTK-GPS(リアルタイムキネマテック-GPS)という方法を用いて三次元測定をする。RTK-GPS(リアルタイムキネマティックGPS)測位は、位置のわかっている基準局と位置を求めようとする観測点で同時にGPS観測を行い、基準局で観測したデータを無線などを用いて観測点へリアルタイムに送信し、基準局の位置成果に基き観測点の位置をリアルタイムに求める方法で、数ｃｍの誤差で位置が決定される。

この方法のGPS受信機を備えたトラクタでまず圃場内を測定しながら走行して圃場形状と高低マップを作成する。通常牽引車両に牽引される均平機を用いて均平にする場合は、区画全体を砕土して膨軟にしておかないと運土できない。牽引される均平機は軽い自重なので踏み固められた硬い土の塊に当たると上方向に均平板が逃げてしまう。そのため図２のように均平作業前にプラウイングやロータリー耕耘作業しておく必要がありその際にGPS受信機を装着した牽引車両(トラクタ等)で測定すると砕土と測定の両方ができるので効率的である。

また、図３のようにGPS受信機20を均平機に取り付けてリフトアップした状態で走行しても良い。いずれにしてもGPS受信機20の地表面からの高さHが計測されておれば制御装置21で計算しながら記憶できるので問題ない。高低マップ作成の為の走行であるので図２のようなGPS受信機20を取り付けたトラクタ11単独による高速走行の測定も可能である。

次に作成された高低マップに基いて制御装置21で運土量を計算し、均平できる最大の高さである均平基準面高さを算出し図7のように均平基準面高さと比較した高低マップにして運転席に表示する。そしてGPS受信機20を取り付け作業基準高さに均平板を保持した作業機で、高低マップを見ながら高い場所から低い場所へと運土する。

均平機に取り付けられたGPS受信機20によって随時均平板の作業基準高さが表示され高低マップ上に記録されるので、均平基準面高さの場所が明確となり作業者は運土方向をすぐ理解することができる。従来方法の高低差が分らないときは図15のように一定方向に旋回しながら均平板の片側に土を抱え込み、牽引車両が牽引できる程度に配慮しながら圃場全体を隈なく運土したが、高低差が分れば土を抱え込む位置と土を放擲する位置が運転席に表示された高低マップでわかるので図8のように前進、後退を繰り返す最短距離の往復運動でもよい。

また、高低差があまりにも大きい場合やトラクタの踏圧で均平基準面が変化した場合は、一旦大まかに均平にしたデーターを元に、更に均平時の誤差範囲を狭く設定して、解像度を細かく設定すれば最初に均平にした時と同様に運土量を計算し均平基準面高さを設定し作業し更に均一平面にすることができる。

本願は均平板より低い部分を測定する不陸修正距離測定部を備えており、図4、図5のように一定作業基準高さの均平板が地面と接触しない場合はその距離を測定するようになっている。つまり一定の作業基準高さで均平板が牽引された時、作業基準高さより地表面が低い場所を通過する時は、図4のように均平板が宙に浮いた状態になる。このときの作業基準高さと地表面との距離Ｘ(不陸修正距離)を測定することができる。したがって圃場内の一番高い部分がわかればそれを運土するように均平板の作業基準高さを一定にし、くまなく圃場を走ることで最初から均平作業しながら高低マップを作成することも可能である。

以下本発明の実施の形態を説明する。最初に図12のような軌跡で衛星を利用した三次元測位システムいわゆるGPS受信機20を備えた車両で圃場区画内をくまなく走行し高さと位置を測定し、制御装置２１に記憶して高低マップを作成する。測定方法は図2のようなGPS受信機20が取り付けられたトラクタ11が単体で走行してもよいし、プラウ作業機15で圃場内を耕耘しながら測定しても良い。実際稲株や稲藁が表面にあると均平作業の妨げになるのでプラウイングして地中にすき込むと均平作業がやりやすい。

また、図3のようにＧＰＳ受信機20の付いていないトラクタ10でGPS受信機20が取り付けられた均平機30をリフトアップしながら走行し測定しても良い。いずれにしてもＧＰＳ受信機20の地面からの高さＨを予め制御装置21に記憶させておき計算すればよい。このような測定方法で制御装置21内に圃場区画内高低MAPを作成する。

図10のフローチャートに従って説明する。図１２のような軌跡で圃場をくまなく走行し圃場区画内の高低マップを製作し、その高低マップデーター記録を呼び出すＳ1。次に高低マップデーターから運土量を計算しS2、均平基準高さを算出するS3。均平基準高さを元にして図１３のような切土・盛土表を算出し、見やすく色分けして表示部22に表示するS4。表示例としては図7のような高低マップを運転席に表示する。図７の地形は白の部分が均平基準面高さで中央が高く左右部が低い圃場である。

特許文献3に記載された高低マップでは、ブルドーザーの車幅より小さい凹部は測定されないが、本出願では図５に示すようにゲージホイル３４が凹部fの深さを測定し表示する。ゲージホイル34が複数あれば制御装置21で平均されることにより更に正確に表示される。圃場では不陸同様少しの凹部でも水がたまって作物の育成が均一に保てなくなるので特許文献3よりも正確に表示されなくてはならない。
図5や図８のように均平板の幅より狭い凹部があった場合に検出され無いのでは良い圃場にならない。

実際の均平作業機を図１に示す。均平作業機30のフレーム33はピン7を介してトップリンク8に、ピン6を介してロアリンク9に取り付けられている。均平板31はGPS受信機20とフレーム33を介して一体になっており、GPS受信機２０が一定高さに保たれていれば、均平板31も一定作業基準高さに保たれる。

具体的に均平作業を説明する。トラクタ１０のロアリンク9とトップリンク8によって均平機30が牽引される。均平板31の作業基準高さが均平基準面より高いと制御装置２１が判断すると、ロアリンク9を下げるように動作し、逆に均平板31の作業基準作業基準が均平基準面より低いとロアリンク9を上げるように動作するようになっていることで均平板31は、一定作業基準高さに保たれる。

また、均平機30はトラクタ10にドローバー12で牽引される場合がある(図3参照)。ドローバー１２は上下する事無くトラクタに固定された牽引桿で、ピン6の位置が一定高さに固定されたまま牽引される。この場合の高さ調整はシリンダ３８の伸縮によって行われる。制御装置21からトラクタ10の油圧ポンプを作動させて上記と同様に制御することができる。

図1において均平板31の後部にはゲージホイル34がアーム39を介して自在回転するように取り付けられおり、回転センサー(もしくは角度センサー)32がアーム39の上端の支点部に取り付けられている。図４のように回転センサー３２から出力される信号によって、均平板３１より低い位置の高さが測定できるようになっている。つまり、図4もしくは図５のように均平板31は制御装置21によって常に一定の作業基準高さに保持されて作業しているので、地面が均平基準面より低い場所にくると均平板31は宙に浮いた状態になる。このときゲージホイル34が自重で下がり接地した角度を回転センサー３２で読み取り、制御装置21に算出させることで、均平基準面よりどれだけ低いか表すことができる。
例えば図４のように一定作業基準高さの均平板31より地面が低い場合、ゲージホイル34は距離Xが大きくなれば接地角度θが小さくなる。この角度を計測することで距離Ｘが算出される。

ゲージホイル34は均平板31の幅方向に複数取り付けても良い。その場合は片方が均平基準面で他方が低い面だったりする場合に、制御装置21で平均を取ることで判断することも可能である。更にはゲージホイル34の他の実施例として、図１１のように板状のゲージ37を滑らせるように取り付け回転センサー32で検出する方法でも良い。

ゲージホイル34の後方にはタイン36がありトラクタ10の踏圧を解消し表層部を砕土・膨軟にする働きがある。タイン36の働きでこのまま播種床にすることもできる。更に後方には鎮圧輪３５がありタイン36の膨軟にした表面を適度に鎮圧する。またドローバー12で牽引され、シリンダ３８で均平板31を上下する時、接地して均平板31を一定作業基準高さに保持する際の支点になる部分である。

以上のような構成で作業を行うと、最初にGPS受信機20が取り付けられたトラクタ11で図１２のように圃場区画全体を測定した結果は図13のようなデーターになり図7のような高低マップに表される。図7によれば中央のb部が高く左右のa、c部が低い圃場であることが分る。表示はカラーで色分けし、表示単位は適宣選択できるようにしても良い。均平基準面になっている部分は白で表示されており、全体が白になれば作業終了である。
なお、図7では、高低マップの表示が横方向(y方向)に均一に表示されているが、わかりやすい例として記載したもので、実際は図13のようになっている。

ここで図14のような従来のレーザ光方式の均平機50で図7の土地を均平作業すると途中経過は図15のようになる。オペレータは均平板51が土を抱えると直ちに反転して低いと思われる方向へ運土し、均平板51に土が無くなったら直ちに反転して高いと思われる方向へ戻る。この作業を繰り返していると圃場は図１５のようにaが低くb、cが均平基準面高さよりやや高い状態で均平になる。
この後最終的に図9のような均平基準面高さに均平にするにはb、cの場所から広く浅く運土しaの部分を埋めなければならず、時間と労力のかかる作業になってしまう。

しかし、図１のようなGPS受信機20を取り付けた均平作業機30で作業すると途中経過は図8のようになる。オペレータはb部の高い部分の土をc部に運土し、均平基準面高さに達し表示が白く変るとそれ以上その場所には運土しなくてもよいことが分る。更に均平基準面高さより高い部分も表示されているのでトラクタは前進、後退を使って最短距離を往復でき時間を短縮することができる。図8の後最終的に図9のように仕上げるには同じような作業を反対側でも行えばよい。以上の説明のように大幅に作業時間を短縮することができ、踏圧によって圃場が硬くなることを防止できる。

図８についてもう少し詳しく説明する。右上部に破線で囲まれた部分は均平板31の作業幅より小さい凹部である。トラクタの進行方向と同方向のためゲージホイル３４が無いと見落としてしまい、検知されない溝部である。
また、図8において高い場所bと均平基準面高さとの高低差eの土量を一度に運土できる牽引能力がある均平機なら均平板31は作業基準高さに固定したまま高い部分bの土を低い部分cに運べばよいが、一度で運土できない場合は、半分のe/2の高さに均平板31を固定して、分割して低い部分にaに運土し高低差dを埋めればよい。この場合の均平板通過高さe/2も制御装置21に記憶され表示される。

図6に示す第二の実施例の形態を説明する。位置のみ測定するGPS受信機20aと高低差を測定するレーザ光57の両方を組み合わせた三次元測位システムを利用する方法である。図1のようなGPSのみを用いた作業機の場合、山間部など林にさえぎられ電波の届きにくい場所では大幅な誤差が生じる場合がある。特に高低に対する誤差が著しい場合には圃場が均平にならないことが考えられる。このような場合には高低差の測定だけはレーザ光を使用することが考えられる。また、レーザ光を併用する方法であれば、今までレーザ光方式で使用していた作業機にGPS受信機20と制御装置21を付加する事で本発明を実施できるようになるので経済的である。

この方法ではGPS受信機20aが位置(座標)の測定を行う。レーザ受光機55がロアリンク9の上下動により一定の高さに保持され同時に均平板31も一定作業基準高さに保持される。図4のように均平板３１が地面に届かない場合でも、ゲージホイル34によって回転センサー32が働き均平板31と地面との不陸修正距離Xが測定され、記憶され、表示される。

高低差の大きい圃場では、図2の方式のように牽引車両等(例えばトラクタ単体)で隈なく区画内を走行し、高低マップを作り土量を計算して均平基準面高さを算出するが、不陸修正のように高定差が小さい圃場で何度も不陸修正している場合は均平基準面高さが大まかではあるが予想できる。その場合は最初から均平作業を行いながら、ゲージホイル34の不陸修正距離測定部32を利用して高低マップを作成することができる。農作業者であれば圃場内の低地でいつも水がたまるところと、高地で水がかかりにくいところは解っていることが多い。この場合は高い所で均平板31を土がこぼれない程度の一定作業基準高さに均平板を保持して均平作業を開始する。このとき全体が埋めきれない程度の高さで作業基準高さを設定する。なぜならば圃場全体が埋めきれてなおかつ土が余る(高いところが存在する)様であれば最初から作業をやり直さなくてはならない。

低くて埋めきれない部分が発生すれば、ゲージホイル34が測定し、不陸修正部があり、埋めきれた場所は作業基準高さであることが演算部によって演算され、均平基準面高さと比較して表示される。
図4のように三次元測位システムを利用し均平板31を作業基準面高さに保持し、ゲージホイル34の不陸修正距離測定部32でＸを測定しその位置と共に記憶し演算することで圃場区画内の運土量を算出することができるので、新に均平基準面高さを演算することができる。
上記均平基準面高さが測定されれば、次に均平基準面高さに作業基準面をあわせて不陸修正を行えば今まで記載した通りの方法で容易に作業することができる。
不陸修正といえども高低差が大きい時は、図4のようにゲージホイル34のアーム39を長くすることにより高低差が大きくても測定できるようにしておくことが望ましい。

本願は主に高低差のある圃場を均一平面にする方法について述べたが、同様な均一平面が必要とされる宅地造成やグラウンド整備、等でも利用できる。

本発明に使用される牽引車両に牽引される均平機の側面図である最初の測定に使われるトラクタ及びプラウの側面図である。均平作業機をリフトアップして走行し、最初の測定をしている状態の側面図である。ゲージホイルのアームを長くした均平作業機である。均平板幅より狭い幅の凹部上を、通過する作業機を後から見た図である。レーザ光とGPSを併用する方法の均平機の側面図である。高低マップ表示例(作業前)と圃場の断面である。高低マップ表示例(本出願の作業中)と圃場の断面である。高低マップ表示例(作業終了時)と圃場の断面である。高低マップ表示のフローチャートである。ゲージホイルの他の実施例である。最初の測定時のトラクタの軌跡である。表示前の高低マップデーター、切土・盛土表である。従来のレーザ光を用いた均平作業機の側面図である。高低マップ表示例(従来例の作業中)と圃場の断面である。

符号の説明

6 ロアリンク取り付けピン
7 トップリンク取り付けピン
8 トップリンク
9 ロアリンク
10 トラクタ(GPS受信機の無いもの)
11 トラクタ(GPS受信機の有るもの)
12 ドローバー
15 プラウ作業機
20 GPS受信機
20a 位置のみ測定するGPS受信機
21 制御装置
22 表示部
30 均平機
31 均平板
32 回転センサー
33 フレーム
34 ゲージホイル
35 鎮圧輪
36 タイン
37 板状のゲージ
38 シリンダ
39 アーム
39a 長いアーム
50 従来のレーザ光方式の均平機
51 従来のレーザ光方式の均平機の均平板
52 高低差測定器
53 レーザ受光機取り付けポール
55 レーザ受光機
56 レーザ発光機
57 レーザ光
H GPS受信機と地表との距離
X 均平板と地表との距離
d 均平基準高さと地表との＋の高低差
e 均平基準高さと地表との−の高低差
θ ゲージホイルの接地角度

Claims

牽引車両と該牽引車両に牽引される均平板と該均平板を作業基準高さに保持する基準高さ制御部とを用いて高低差のある圃場などの区画を均一平面にする均平作業を行う均平作業機において、
三次元測位システムによって前記圃場等の区画内を走行することによって、前記区画内の高低と位置を計測する計測部と、
前記均平板の後部に該均平板が地表面と接触しない前記作業基準高さ以下の低地を通過する際の前記作業基準高さと地表面との不陸修正距離を測定する測定部と、
前記計測部によって計測された高低と位置に基づいて前記区画内の高低マップを作成し、前記区画内を均平にしたときの均平基準面高さを演算・記憶するとともに、前記測定部によって測定された前記不陸修正距離を演算・記憶する演算部と、
前記演算部によって記憶された前記高低マップ、前記作業基準高さ及び前記不陸修正距離に基づいて、圃場区画内における前記均平基準面高さに比較する高低差を表示する表示部と備え、
前記均平基準面高さで均平になった場所に比較する高低差を前記表示部に示しながら不陸修正すること
を特徴とする均平作業機。
高低差のある圃場等の区画を、均平機を用いて均一平面にする均平方法において
三次元測位システムを備えた牽引車両で前記区画内を走行し、高低と位置を測定し記憶して高低マップを作成し、
前記区画内全体を運土して均平にしたときの均平基準面高さを算出し、
前記均平基準面高さと前記高低マップの高さを比較する高低差を表示部に表示し、
次に三次元測位システムで測定し作業基準高さに保持した均平板で、運土しながらリアルタイムに前記均平板が通過した後の高さと前記均平基準面高さを比較して前記表示部に表示し、
高いところの土を最短距離で低いところへ運土することにより前記均平基準面高さで均平になった場所を前記表示部に示しながら不陸修正し前記区画全体を均平にする均平工法。
高低差のある圃場等の区画を、均平機を用いて均一平面にする均平方法において
三次元測位システムを備えた均平機で、一定の作業基準高さに均平板を保持して均平作業し、
埋めきれない低い部分を不陸修正距離測定部で深さと位置を測定し、前記区画内全体を運土して均平にした時の均平基準面高さを算出し
前記均平基準面高さと埋めきれない低い部分の高さを比較する高低差を表示部に表示し、
次に三次元測位システムで測定し前記作業基準高さに保持した前記均平板で、運土しながらリアルタイムに前記均平板が通過した後の高さと前記均平基準面高さを比較して前記表示部に表示し、
高いところの土を最短距離で低いところへ運土することにより前記均平基準面高さで均平になった場所を前記表示部に示しながら不陸修正し前記区画全体を均平にする均平工法。
三次元測位システムは、衛星を利用した測位方法を利用して測位したものであるか、又は、高低はレーザ光を基準に測定し、位置は衛星を利用した測位方法を利用して測位したものであることを特徴とする、請求項１記載の均平作業機。
三次元測位システムは、衛星を利用した測位方法を利用して測位したものであるか、又は、高低はレーザ光を基準に測定し、位置は衛星を利用した測位方法を利用して測位したものであることを特徴とする、請求項2及び請求項3記載の均平工法。