JP2008088803A - 敷地データベース構造 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械上の制御システム上で実行される応用プログラムによるアクセスのためのデータを格納するための敷地データベース構造を提供する。
【解決手段】応用プログラムが使用するデータベースに格納される情報を含むデータ構造に複数のデータオブジェクトが関連付けられる。各データオブジェクトは作業敷地の定められた区域を表現し、一組の所定の座標で表現される。少なくとも１つの層オブジェクトが各データオブジェクトに関連付けられる。各層オブジェクトは所定の数のセルオブジェクトを有している。各セルオブジェクトはパラメータの関連付けられた値を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、包括的に敷地（ｓｉｔｅ）データベース構造に関し、特に、データベース内の作業敷地のパラメータを表現するための装置と方法に関する。

採掘用ショベル等の作業機械が穴掘り作業に使われる。そのような機械の作業サイクルまたはその一部を自動化することに多くの努力が向けられてきた。
そのようなシステムの１つが１９９５年４月１１日にWilliam C.Sahm等に発行された米国特許第５，４０４，６６１号に開示されている。Sahmのシステムは採掘用ショベルに向けられたもので、採掘用ショベルが穴を掘るとともに作業道具であるバケットの位置が決定され、すなわち、作業敷地が修正される。バケットの位置はバケットが作業敷地を修正するにつれて位置のモデルまたはデータベースを更新するために使われる。差分（ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉｎｇ）アルゴリズムにより、現在の敷地モデルが所望の敷地モデルと比較される。差分アルゴリズムの出力は作業機械の動作を制御するために用いられるかまたは操作を助けるために操作者へ表示される。

作業敷地は一般に広い領域にわたっている。したがって、データベースもまた大きいのが通常であり、結果として膨大な格納スペースを必要とする。
敷地モデルの構造に対しては２つの包括的アプローチがある。第１のアプローチにおいては、作業敷地全体が格子に分割される。格子のます目の各々は作業敷地における（Ｘ及びＹ座標を有する）固定点を表わす。敷地に関連するデータは各ます目に格納される。このアプローチにおける問題は、格子が敷地全体をカバーしなければならない点にある。一般に、敷地の大部分には作業機械が影響を及ぼさない、或いはそこでは動作しない。したがって、格納スペースの大部分は無駄である。

第２のアプローチにおいては、必要な個所のみが格納される。しかしながら、格子構造が使われないので、これらの個所の各々についてその個所のＸ及びＹ座標をも格納する必要がある。これもまた格納スペースの浪費である。
本発明は上記の問題点の１またはそれ以上を解決することに向けられている。

本発明の第１の側面において、作業機械上の制御システム上で実行される応用プログラムによるアクセスのためのデータを格納するためのメモリが提供される。作業機械は作業敷地において動作する。データは作業敷地のパラメータを表現する。データ構造がメモリに格納される。データ構造は、応用プログラムが使用するデータベースに格納される情報を含む。複数のデータオブジェクトがデータ構造に関連付けられる。データオブジェクトの各々は作業敷地の定められた区域を表現し、かつ、予め定められた座標の１組によって表現される。少なくとも１つの層オブジェクトが各データオブジェクトと関連付けられる。層オブジェクトの各々は予め定められた数のセルオブジェクトを有する。各セルオブジェクトはパラメータの関連付けられた値を有する。

本発明の他の側面において、作業敷地上の作業機械の動作を監督するための装置が提供される。
位置検知システムが作業機械上に配置され、作業機械が作業敷地を横切るにつれて作業機械上に置かれた少なくとも１つの固定点の位置を検出することに適合される。

コントローラが作業敷地のパラメータを表わすデータを含むデータベースを含んでいる。データはデータ構造に含まれる。データ構造はデータ構造に関連付けられた複数のデータオブジェクトを含んでいる。各データオブジェクトは作業敷地の定められた区域を表わし、かつ、１組の予め定められた座標と少なくとも１つの層オブジェクトで表わされる。各層オブジェクトは予め定められた数のセルオブジェクトを有する。各セルオブジェクトはパラメータの関連付けられた値を有する。装置は、データベースにアクセスし責任をもって作業機械の動作を監督する。

本発明のさらに他の側面において、作業機械上の制御システム上で実行される応用プログラムがアクセスするためのデータを格納する方法が提供される。作業機械は作業敷地で動作する。データは作業敷地のパラメータを表わす。その方法は、作業敷地を複数の定められた区域に分割するステップを含む。各定められた区域は所定の次元を有する。その方法は、データオブジェクトを各定められた区域に割り当てるステップもまた含んでいる。各データオブジェクトは、１組の予め定められた座標を含んでいる。１組の予め定められた座標は対応する定められた区域を表わす。その方法は、各データオブジェクトを、少なくとも１つの層オブジェクトに関連付けるステップをさらに含んでいる。各層オブジェクトは予め定められた数のセルオブジェクトを有している。各セルオブジェクトはパラメータの関連付けられた値を有している。

図１〜２を参照すると、本発明は敷地データベース２０４において作業敷地２０２を表現するための装置、方法及びデータベース構造を提供する。
好適な具体例において、本発明１００はトラック型のトラクタまたはブルドーザ、プロファイラ、モータグレーダ、スクレーパ、道路リクレーマ、ホイールローダ等の可動の地上を動く機械または作業機械（図示せず）とともに使用される。

位置検知システム１０２は可動機械上の点の位置を決定する。その様な点は機械の本体の上または可動機械の作業道具（図示せず）の上にとられる。以下に説明されるように、機械の上の少なくとも１つの基準点の位置が敷地データベース２０４を動的に更新するために使用される。
好適な具体例において、位置検知システム１０２は外部基準を有する３次元位置発見システム、例えば（それに限定されないが）、３次元レーザ、全地球位置発見システム（ＧＰＳ）、ＧＰＳとレーザの組み合わせ、無線三角測量、マイクロ波またはレーダを含んでいる。基準点の位置座標は可動機械が作業敷地２０２内で動くにつれて決定される。

マイクロプロセッサベースのコントローラ１１６が位置検知システム１０２に結合される。コントローラ１１６は位置検知システム１０２から位置座標を受け取り動的敷地モデル１０８を更新する。コントローラ１１６は以下に記述するような他の機能をも達成する。
位置座標が一連の不連続な点として差分アルゴリズム１０４へ供給される。コントローラ１１６は所望の敷地モデル１０６と動的敷地モデル１０８を格納するための格納メモリ１１８を含んでいる。所望の敷地モデル１０６と動的敷地モデル１０８はそれぞれ敷地データベースを含んでいる。好適には、所望の敷地データベース及び動的敷地データベースは敷地の高さ（それぞれ所望の高さ及び現在の高さ）を表わすデータを格納する。しかし、敷地データベースはさらに作業敷地の他のパラメータ、例えば物または鉱石の種類、以前の高さ、作業機械の経路の数の値を格納しても良い。

敷地データベースはまた圧密レベルに関する情報を含んでも良い。突固メ機については、敷地の特性には物の種類及び高さの変化に応じた与えられた領域上での機械の通過の必要回数が含まれるであろう。圧密レベルは高さの変化に対して残っている通過の回数に関連している。
差分アルゴリズム１０４はコントローラ１１６上のソフトウェアで実現され所望の敷地モデルと動的敷地モデルの差分を計算する。

差分アルゴリズム１０４は監督手段１０９に結合される。監督手段１０９はデータベースにアクセスし、作業機械の動作を監督する。監督手段１０９は好適にはオペレータディスプレイ１１０を含んでいる。オペレータディスプレイ１１０はパラメータの格納値を表わす作業敷地のグラフィックな表現を含んでいる。オペレータディスプレイ１１０は作業機械の手動制御１１２においてオペレータを助けるために使われる。場合によっては、監督手段１０９はデータベースに格納されたデータに応じて作業機械の動作を自動制御するための自動制御１１４を含んでいる。

敷地モデルは好適にはメモリ１１８に格納される。メモリはデータを格納するための任意の適切なメモリ構造で良く、ランダムアクセスメモリ、プログラム可能読出専用メモリ、固定ディスクドライブ、取り出し可能ディスクドライブ等がこれに含まれるが、これらに限定されない。
図２を参照すると、メモリ１１８はコントローラ１１６上で実行される応用プログラムからアクセスされるデータを格納する。メモリはデータ構造２０２のデータを格納する。データ構造２０２は応用プログラムが使用する、データベース内に常駐する情報を含んでいる。

データ構造はデータ構造と関連付けられた複数のデータオブジェクト（データオブジェクト１〜データオブジェクトＫ）を含んでいる。各データオブジェクトは作業敷地の定められた区域を表わし、１組の予め定められた座標によって表わされる。
少なくとも１つの層オブジェクトが各データオブジェクトに関連付けられる。各層オブジェクトは予め定められた数のセルオブジェクトを有している。各セルオブジェクトは少なくとも１つのパラメータの関連値を有している。

例えば図２のデータ構造において、作業敷地がデータオブジェクト１〜Ｋで表わされるＫ個の定められた区域に分けられる。データオブジェクト１はＭ₁ 個の層オブジェクトを含んでいる。データオブジェクト１の層１はＮ_1,1 個のセルオブジェクトを含んでいる。データオブジェクト１の層Ｍ₁ はＮ_1,M1個のセルオブジェクトを含んでいる。

同様にして、データオブジェクトＫはＭ_K 個の層オブジェクトを含んでいる。データオブジェクトＫの層１はＮ_K,1 個のセルオブジェクトを含んでいる。データオブジェクトＫの層Ｍ_K はＮ_K,MK個のセルオブジェクトを含んでいる。
好適には、データオブジェクトの各層は異なるパラメータのデータ値を含んでいる。

好都合なことに、作業機械が必要とする作業敷地の定められた区域を表わすデタオブジェクトのみがメモリ１０９に格納される。
或る具体例において、各データオブジェクトは１つまたはそれ以上の層を有している。各層のセルに格納されるのは１つのパラメータの値である。
他の具体例において、データ構造は２またはそれ以上のデータ下位構造に分割される。各データ下位構造は複数のデータオブジェクトに分割される。１つの下位構造のデータオブジェクトは他の下位構造のデータオブジェクトと同じ大きさでも異なる大きさでも良い。

図面と動作を参照すると、本発明は作業機械上のコントローラ上で実行される応用プログラムからのアクセスのためのデータを格納するための装置、メモリ、及び方法を提供する。データは作業敷地のパラメータを表現する。
本発明は作業敷地を複数の定められた区域に分割する。各々の定められた区域は予め定められた次元の１組の座標で定められる。

各データオブジェクトは少なくとも１つの層オブジェクトを含んでいる。層オブジェクトは代表的には作業敷地の１つのパラメータに関連付けられる。各層オブジェクトは予め定められた数のセルに分割される。セルは予め定められた次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を有している。
各セルは予め定められた点または作業敷地の区域についての関連パラメータの値を記憶する。１つの層内の各セルはその層内の既知の位置を有している。かくして、作業敷地上の任意の点についてのパラメータの値を決定することができる。

各データオブジェクトは代表的には作業敷地の対応する定められた区域の角の１つを表わす１組の関連し格納された座標を有している。データオブジェクト内の各層は規則的なセルに分割される。セルの作業敷地内での対応位置はデータオブジェクトの格納された１組の座標からのセルの既知のオフセットから決定することができる。

さらに、作業敷地の定められた区域のうち必要なものを表わすデータオブジェクトのみが格納される必要がある。
この様にして、各セルの座標はすべて格納される必要がない。さらに、作業敷地の重要な部分のみが表現される必要がある。したがって、作業敷地をデータ構造において充分な分解能で効率的に表現することができる。

本発明の他の側面、目的、及び特徴は図面、開示及び添付請求項を研究することによって得ることができる。

一実施例に係り、本発明を実現するための装置のブロック図である。 本発明の一実施例に係り、作業敷地に関連付けられたパラメータ値を表現し格納するためのデータベース構造を図解的に表現した図である。

Claims (16)

1. 制御システム上で実行される応用プログラムがアクセスするデータを格納するためのメモリであって、該制御システムは、作業敷地において動作する作業機械上に設けられた位置検知システムが決定する作業機械上の基準点の位置を用いて該データを更新し更新されたデータに基づき作業機械の自動制御および手動制御の支援の少なくとも１つを行うものであり、該データは作業敷地のパラメータを表し、
   該データは、メモリに格納された複数のデータオブジェクトであって、その各々は作業敷地の定められた区域に対応し、かつ、予め定められた座標の１組によって表される、複数のデータオブジェクトと、
   メモリに格納され、各データオブジェクトと関連付けられた少なくとも１つの層オブジェクトであって、その各々は、規則的に分割されてデータオブジェクトの座標からの規則的なオフセットを有する予め定められた数のセルオブジェクトを有し、各セルオブジェクトは、前記パラメータの、各セルオブジェクトについての値を有し、各セルオブジェクトの座標は予めメモリに格納されずデータオブジェクトの座標とデータオブジェクトの座標からの各セルオブジェクトの前記オフセットから決定される、少なくとも１つの層オブジェクトとを具備する構造を有し、
   応用プログラムが実行される前記制御システムは、前記アクセスの際に各セルオブジェクトの座標を前記データオブジェクトの座標と前記オフセットから決定する、メモリ。
2. 前記データは第２のパラメータを表し、少なくとも１つの層オブジェクトは該第２のパラメータの、各セルオブジェクトについての値を有する予め定められた数のセルオブジェクトを含む請求項１記載のメモリ。
3. 第１及び第２のデータオブジェクトを含み、第１のデータオブジェクトは複数の層を有し、第２のオブジェクトは複数の層を有する請求項１記載のメモリ。
4. 前記パラメータは高さである請求項１記載のメモリ。
5. 前記パラメータはそこに存在する物の種類である請求項１記載のメモリ。
6. 前記パラメータは実際の高さである請求項１記載のメモリ。
7. 前記パラメータは所望の高さである請求項１記載のメモリ。
8. 前記パラメータは過去の高さである請求項１記載のメモリ。
9. 前記パラメータは作業機械の通過の回数である請求項１記載のメモリ。
10. 前記パラメータは圧密レベルである請求項１記載のメモリ。
11. 作業機械が必要とする、作業敷地の定められた区域を表わすデータオブジェクトのみがメモリに格納される請求項１記載のメモリ。
12. 作業敷地上の作業機械の自動制御および手動制御の支援の少なくとも１つを行うための装置であって、
    作業機械上に配置され、該作業機械が作業敷地を横切るにつれて作業機械上に置かれた少なくとも１つの固定点の位置を検出し位置信号を生成するに適した位置検知システムと、
    該位置検知システムから位置信号を受け取って、作業敷地のパラメータを表わすデータを含むデータベースを更新し、更新されたデータベースに基づき作業機械の制御または制御の支援を行うに適するコントローラであって、該データはデータ構造に含まれ、該データ構造はデータ構造に関連付けられた複数のデータオブジェクトを含み、各データオブジェクトは作業敷地の定められた区域を表わし、かつ、１組の予め定められた座標と少なくとも１つの層オブジェクトで表わされ、各層オブジェクトは、規則的に分割されてデータオブジェクトの座標からの規則的なオフセットを有する予め定められた数のセルオブジェクトを有し、各セルオブジェクトは、前記パラメータの、各セルオブジェクトについての値を有し、各セルオブジェクトの座標はデータオブジェクトの座標とデータオブジェクトの座標からの各セルオブジェクトの前記オフセットから決定されるものと、
    該コントローラに結合され、データベースにアクセスし作業機械の自動制御および手動制御の支援の少なくとも１つを行うための監督手段とを具備する装置。
13. 監督手段はオペレータディスプレイを含む請求項１２記載の装置。
14. 監督手段は自動制御を行う請求項１２記載の装置。
15. 作業機械が必要とする、作業敷地の定められた区域を表わすデータオブジェクトのみがメモリに格納される請求項１２記載の装置。
16. 制御システム上で実行される応用プログラムがアクセスするためのデータを格納する方法であって、該制御システムは、作業敷地において動作する作業機械上に設けられた位置検知システムが決定する作業機械上の基準点の位置を用いて該データを更新し更新されたデータに基づき作業機械の自動制御および手動制御の支援の少なくとも１つを行うものであり、該データは作業敷地のパラメータを表わし、
    作業敷地を各々が所定の次元を有する複数の定められた区域に分割し、
    対応する定められた区域を表わす１組の予め定められた座標を含む各データオブジェクトを各定められた区域に割り当て、
    各データオブジェクトを、前記パラメータの、各セルオブジェクトについての値を各々が有する、規則的に分割されてデータオブジェクトの座標からの規則的なオフセットを有する予め定められた数のセルオブジェクトを各々が有する少なくとも１つの層オブジェクトに関連付け、
    データオブジェクト、層オブジェクトをメモリに格納し、
    各セルオブジェクトの座標を予めメモリに格納することなくデータオブジェクトの座標とデータオブジェクトの座標からの各セルオブジェクトの前記オフセットから決定するステップを含む方法。

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