JP2014189975A - 重機間データ連携機能による盛土品質管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 重機稼働データを活用することにより効率的な盛土の敷均し施工を実現可能にすること。
【解決手段】 管理場所に設置されたＧＮＳＳ受信装置、管理側管理側コンピュータ及びサーバと、作業重機に備え付けられた移動体側ＧＮＳＳ受信装置および移動体側コンピュータにより盛土品質管理システムを構築する。この盛土品質管理システムは、建設工事エリア内において、管理側管理側コンピュータ及びサーバと移動体側コンピュータとの間で無線通信がおこなわれるように構成され、重機間におけるデータの送受は、管理側コンピュータを仲介として行われることを特徴とする。これにより、全重機の施工管理を管理側コンピュータ及び施工管理サーバで集中管理する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、盛土品質管理システム、特に重機間データ連携機能による盛土品質管理システムに関するものである。

従来における盛土品質管理システムとしては、重機であるブルドーザによる敷均し（しきならし）管理システムや、同じく重機としての振動ローラによる締固め管理システムが存在する。ブルドーザによる敷均し管理システムは、事前に設定した計画層序に基づく施工を実施することを前提に管理を行っている。また、振動ローラによる締固め管理システムは、ブルドーザによる敷均し後に運用可能となるが、ブルドーザによる施工が完了したかの合図があるまで待機し、合図があってから振動ローラによる締固め作業を開始するようになっている。また、施工対象であるヤードを仮想的に区分し、重機による施工の進捗状況に応じて最適な管理を行うようにした先行技術も提案されている。このような先行技術の一例としては例えば特許文献１に開示されたものがある。

特許文献１に開示された技術は、施工対象情報及び施工機械情報を収集する情報収集手段と、施工対象を仮想的に区分した３次元ブロックの位置座標を基準に施工対象情報を対応づけて複数の情報ユニットとし、施工対象情報の管理を行う情報管理手段と、情報ユニットに基づいて３次元地形情報を作成し、この３次元地形情報と施工機械情報とを合成・分析してモニタ画面に表示する情報提供手段とを備えている。そして、情報管理手段は、情報ユニットを施工の進捗状況に基づいて日単位及び／又は時分単位で更新し、情報提供手段は、日常の施工に関する情報を現場技術者に提供するとともに、長期計画策定のための意思決定支援情報を提示する、というものである。

特開２００３−２５３６６１号公報

しかしながら、従来における盛土品質管理システムにおいて、ブルドーザによる敷均し管理システムは、事前に設定した計画層序に基づく施工を実施することを前提にしており、勾配を取ったり薄層となったりして計画通りには施工できないという施工現場の実情とは合わないものである。また、振動ローラによる締固め管理システムは、ブルドーザによる敷均し後に運用可能となるが、ブルドーザによる施工が完了したかの合図があるまで待機する必要があった。

また、上述したように、重機稼働データ（施工データ）を通信手段によって施工管理事務所において集中管理する仕組みは存在するが、データ蓄積や管理帳票作成が利用目的であり、施工効率化や安全管理を目的とした重機稼働監視は十分にできていない。また、重機単体の情報化施工は、その重機が担当する作業のみの効率化を図るもので、盛土工事全体としてのサイクルタイムや土量、層厚の管理が実行できていない。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、重機稼働データを活用することにより効率的な盛土の敷均し施工を実現可能にすることである。

本発明は上記目的を達成するために、管理場所に設置された、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System：全地球航法衛星システム)信号を受信するＧＮＳＳ受信装置および管理側データ通信装置と、前記管理側データ通信装置に接続された管理側コンピュータと、前記管理側コンピュータに接続された施工管理サーバと、建設工事用移動作業重機に備え付けられた移動体側ＧＮＳＳ受信装置および移動体側データ通信装置と、前記移動体側データ通信装置に接続された移動体側コンピュータとにより盛土品質管理システムを構築する。この盛土品質管理システムは、建設工事エリア内において、前記管理場所に設置された管理側データ通信装置と前記重機に備え付けられた移動体側データ通信装置との間で無線通信がおこなわれるように構成され、前記重機間においてデータを送受信する場合は、送信側の重機の移動体側データ通信装置から管理側データ通信装置を介して管理側コンピュータへデータ送信し、管理側コンピュータからのデータを管理側データ通信装置から受信側の重機の移動体側データ通信装置を介して移動体側コンピュータへデータ送信することを特徴とする。これにより、通信ルートとしては、第１の重機と第２の重機との間の直接の通信は機能せず、第１の重機と第２の重機との間でデータの送受信を行う場合には、必ず管理側コンピュータないしは施工管理サーバを介して行われ、全重機の施工管理を管理側コンピュータ及び施工管理サーバで集中管理することができる。

また、重機がブルドーザである場合、当該ブルドーザに備え付けられた移動体側コンピュータは敷均し厚さ計算を実行して自機ブルドーザによる施工状況データを生成する一方、重機が振動ローラである場合、当該振動ローラに備え付けられた移動体側コンピュータは転圧回数カウントを実行して自機振動ローラによる施工状況データを生成することを特徴とする。これらの施工状況データが施工管理サーバに格納されることにより、重機間でデータ連携による施工が可能となる。

また、勾配や凸凹があるローラ施工面に次層の新たな土砂を撒き出して敷均しを行う場合、管理側コンピュータは、振動ローラによる施工状況データに対して平滑化処理を施すことによりなめらかな基準データを生成して、次層の敷均しを行うブルドーザの移動体側コンピュータへ送信することを特徴とする。この平滑化処理により、勾配があり、多くの凸凹があるローラ施工面に次層の新たな土砂を撒き出して敷均しを行う場合でも、なめらかな基準データが得られ、不効率な動作のない敷均し作業が実施できる。

本発明では、全重機にＧＮＳＳや加速度計を搭載し、無線ＬＡＮ等の通信装置を介して施工管理事務所に設置した施工管理サーバに全施工データを集約する。ｘ、ｙ、ｚの３次元座標に加えてｔ（時刻）管理を行うことで、重機間の平面的および立体的、時間的な稼働状況を把握する。また、最小土量で施工するためには適切な層厚管理が必要不可欠であり、振動ローラによる転圧完了データを基準にして規定層厚を加算して次層の敷均しのための基準データを生成する。これを平滑化処理と称し、規定層厚の単純加算による方法と、振動ローラによる転圧完了データの標高値のばらつきを考慮した処理方法を提供する。データのばらつきは、「データの有効期限/高さ方向の閾値/閾値から外れる割合」で判断する。盛土施工のサイクルタイムを最小化するためには、ブルドーザによる敷均し作業の終了と同時に振動ローラによる転圧作業、または振動ローラによる転圧作業の終了と同時に運土を経てブルドーザによる敷均し作業が実行できることが望ましい。そこで、敷均し終了エリア及び転圧終了エリアの確定情報をサーバにアップし、振動ローラは敷均し完了情報をサーバから取得する一方、ブルドーザは転圧完了情報をサーバから適宜取得する方法を提案する。リアルタイムで把握できる重機位置データを処理して、接触等の事故防止のために重機間の離隔を常に計測して施工管理事務所のＰＣに表示するとともに、各重機にも連絡する。

本発明によれば、複数の重機（例えばブルドーザと振動ローラ）と管理側コンピュータ間の双方向通信によるデータ集中管理技術は、これによる安全管理の高度化と施工の効率化を実現することができる。

また、勾配があり、多くの凸凹があるローラ施工面に次層の新たな土砂を撒き出して敷均しを行う場合、下層の凸凹が上層の整形（ブルドーザの敷均し作業）のための基準データに悪影響を及ぼすことがあるが、本発明のように平滑化処理を施すことによりなめらかな基準データとなり、不効率な動作のない敷均し作業が実施できる。

また、ローラ締固めデータを平滑化処理して次層のブルドーザ敷均し基準データを生成する方法により、適正な層厚管理ができ最適土量での施工が可能となる。

さらに本発明によれば、ブルドーザ施工データから次の振動ローラによる作業の施工範囲を確定する方法（またはローラ施工データから次のブルドーザによる作業の施工範囲を確定する方法）により、適正な稼働範囲と作業開始時間が指示でき、待機時間を最小化するとともに、無駄な重機稼働を防止することができる。その結果、サイクルタイムの短縮化や排出する二酸化炭素の削減に寄与することができる。

本発明の一実施の形態に係る盛土品質管理システムの構成を示すブロック図である。 上記実施の形態における施工管理事務所内における管理側コンピュータシステムの構成を示すブロック図である。 上記実施の形態における管理側コンピュータ、サーバ、重機間におけるデータの流れを示す図である。 上記実施の形態におけるブルドーザ及び振動ローラ側の装置からサーバに問い合わせを行う動作を説明するフローチャートである。 上記実施の形態における作業前の現況把握動作が完了した後の、ブルドーザによる施工作業開始の動作を説明するフローチャートである。 上記実施の形態におけるブルドーザによる敷均し作業における作業完了範囲確定処理の動作を説明するフローチャートである。 上記実施の形態における振動ローラによる施工作業開始の動作を説明するフローチャートである。 上記実施の形態における振動ローラによる締固め作業における作業完了範囲確定処理の動作を説明するフローチャートである。 上記実施の形態における振動ローラによる締固め作業完了後における平滑化処理の概要を説明するフローチャートである。 上記実施の形態における平滑化処理をする場合と、しない場合の事例をグラフ図であり、（ａ）は平滑化処理をする場合のグラフ図であり、（ｂ）は平滑化処理をしない場合のグラフ図である。 （ａ）は上記実施の形態におけるローラ締固め作業において実際に取得した振動ローラの転圧データ（締固めデータ）を表す図である。（ｂ）は図１１（ａ）の転圧データに本発明の平滑化処理を施した結果を表す図である。 （ａ）は上記実施の形態におけるローラ締固め作業において実際に取得した振動ローラの転圧データ（締固めデータ）を表す図である。（ｂ）は図１２（ａ）の転圧データに本発明の平滑化処理を施した結果を表す図である。 （ａ）は１２（ａ）に示された転圧データと１２（ｂ）に示された平滑化処理データとの差分をとった結果を表す図である。（ｂ）は平滑化処理を実施したデータに、規定層厚を加算した結果を示す図である。 上記実施の形態における管理側コンピュータ画面における複数の重機の管理画面の表示例を示す図である。

次に、本発明の実施の形態および動作を添付の図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の盛土品質管理システムを実現するためのシステム構成を示す。図１において、１は施工管理事務所、２は施工ヤード内を動き回る重機の１つの例としての振動ローラ、３は重機の他の例としてのブルドーザ、４は施工管理事務所１の近くに設置され当該施工管理事務所１と重機２，３との間の通信を中継する基地局としてのアクセスポイント、５は施工ヤードに設置され基地局アクセスポイント４からの電波を重機２，３へ中継して通信を確立する固定式のアクセスポイント、６は同じく施工ヤードに設置され基地局アクセスポイント４からの電波を重機２，３へ中継して通信を確立する移動式のアクセスポイントである。重機としては、上記振動ローラ２やブルドーザ３以外にも例えばパワーショベルやバックホウなどの土木機械も使用可能である。施工管理事務所１には作業の施工管理を行うための管理側コンピュータ７が設置され、ブルドーザ３にはＰＣ７との間でデータの送受信を行うための移動体側コンピュータ８が搭載されている。移動体側コンピュータ８は、ブルドーザ３自身の位置情報及び施工状況データを格納するためのメモリを有している。また、振動ローラ２には管理側コンピュータ７との間でデータの送受信を行うための移動体側コンピュータ９が搭載されている。移動体側コンピュータ９は、振動ローラ２自身の位置情報及び施工状況データを格納するためのメモリを有している。施工管理事務所１にはまた、ＬＡＮ(Local Area Network)通信を行うためのＬＡＮ装置１０と、ルーター１１とが設置されている。

基地局アクセスポイント４は、施工管理事務所１のルーター１１と通信接続されるルーター１２と、無線ＬＡＮ中継アクセス装置１３と、無線によるＬＡＮ通信を行うための無線ＬＡＮ装置１４と、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳデータを受信するＧＮＳＳ受信機１６と、重機２，３に対して小エリア無線通信用の無線電波を発信及び受信する機能を有しＧＮＳＳ補正データを送信する小エリア無線装置１７とを備えている。固定式アクセスポイント５は施工ヤード内に設置された無線ＬＡＮアクセス装置１８と、無線によるＬＡＮ通信を行うための無線ＬＡＮ装置１９とを備えている。移動式アクセスポイント６は施工ヤード内を移動可能な車両等に搭載され、無線ＬＡＮアクセス装置２０と、無線によるＬＡＮ通信を行うための無線ＬＡＮ装置２１とを備えている。重機である振動ローラ２は、無線によるＬＡＮ通信を行うための無線ＬＡＮ装置２２と、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳデータを受信するＧＮＳＳ受信機２３と、小エリア無線通信用の無線電波を発信及び受信する機能を有し基地局アクセスポイント４の小エリア無線装置１７から送信されてきたＧＮＳＳ補正データを受信する小エリア無線装置２４とを備えている。また、ブルドーザ３は、無線によるＬＡＮ通信を行うための無線ＬＡＮ装置２５と、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳデータを受信するＧＮＳＳ受信機２６と、小エリア無線通信用の無線電波を発信及び受信する機能を有し基地局アクセスポイント４の小エリア無線装置１７から送信されてきたＧＮＳＳ補正データを受信する小エリア無線装置２７とを備えている。

以上から、重機（振動ローラ２及びブルドーザ３等）と管理側コンピュータ７との間では、基地局アクセスポイント４を仲介手段として無線ＬＡＮによってデータ送受信が行えるようにされ、さらに無線ＬＡＮによるデータ送受信をサポートするために施工ヤード内に基地局アクセスポイント４の子機として作動する固定式アクセスポイント５及び移動式アクセスポイント６が設置されたデータ通信システムが構築されている。また、基地局アクセスポイント４と重機２，３との間では小エリア無線通信によるＧＮＳＳ送受信システムが構築されている。なお、振動ローラ２及びブルドーザ３（重機全般）は、相互のデータ送受信は行わず、それぞれが別個に基地局アクセスポイント４と、固定式アクセスポイント５又は移動式アクセスポイント６とを介して管理側コンピュータ７との間でデータ送受信を行う構成を採る。

図２は施工管理事務所１内における管理側コンピュータシステムの構成を示すブロック図である。この管理側コンピュータシステムは、ＣＰＵ７（上記管理側コンピュータに相当する）と、このＣＰＵ７にバス３０を介して接続された施工管理サーバ（以下、単にサーバという）３１と、各種データを記録媒体として出力するプリンタ３２と、各種データを画像表示するディスプレイ３３と、ＣＰＵ７の通信動作をコントロールする通信制御部３４とから構成される。サーバ３１には振動ローラ２及びブルドーザ３などの重機から送られてきた位置情報や重機の施工状況データが格納され、施工完了/未完了範囲の情報が時系列で管理される。位置情報には施工ヤード内における平面方向位置と標高位置が管理される。また、本発明では、全重機２，３にＧＮＳＳや加速度計を搭載し作業中における施工状況に関するデータを重機に搭載した移動体側コンピュータ８、９に取り込む。この状況データは無線ＬＡＮ等の通信装置を介して施工管理事務所１に設置した管理側コンピュータ７及びサーバ３１に伝送され集約管理される。ｘ、ｙ、ｚの３次元座標に加えてｔ（時刻）管理を行うことで、重機間の平面的および立体的、時間的な稼働状況を把握する。

以上のような構成を有する盛土品質管理システムにおける動作について以下説明する。振動ローラ２及びブルドーザ３といった重機と管理側コンピュータ７及びサーバ３１とは、基地局アクセスポイント４及び固定式アクセスポイント４や移動式アクセスポイント５を介して、無線ＬＡＮによる双方向通信を行う。通信ルートとしては、ブルドーザ３と振動ローラ２との間の直接の通信は機能せず、ブルドーザ３と振動ローラ２との間でデータの送受信を行う場合には、必ず管理側コンピュータ７ないしはサーバ３１を介して行うようになっている。図３は上述のような規則の下での管理側コンピュータ７、サーバ３１、ブルドーザ３、振動ローラ２、基地局アクセスポイント４、固定式アクセスポイント５、移動式アクセスポイント６の間における基本的なデータの流れを示す図である。ブルドーザ３と振動ローラ２の位置決めには、一例としては、ＧＮＳＳ測位のうちＲＴＫ方式（ｃｍオーダーの位置計測）を適用する。

動作１：作業前の現況把握動作（各重機からのデータ要求の流れ）
ブルドーザ３と振動ローラ２の各オペレータは、目の前に広がる敷地が施工済みか、これから自己の重機を使って施工するのかが不明瞭な場面に遭遇することがある。そこで、その判断をサーバ３１に問い合わせる操作を実施する。図４は上記振動ローラ２及びブルドーザ３側の装置からサーバ３１に問い合わせを行う動作を説明するフローチャートである。図４において、重機Ａはこれから施工を開始しようとする重機であり振動ローラ２及びブルドーザ３のうちのいずれであってもよいし、或いは上記振動ローラ２及びブルドーザ３以外の重機であってもよい。図４に示されるように、重機Ａにおいては、これから施工を行うに当たってサーバ３１に対してデータ要求（コマンド送信）動作を開始する（ステップＳ１）一方で、現在の自己機の位置を通知するためにその座標値をサーバ３１へ送信する（ステップＳ２）。この位置を表す座標値は、作業現場における予め決められた地点を原点としたＸ，Ｙ，Ｚ直交座標系における平面内の位置（ｘ、ｙ）および高さ方向の位置（ｚ）の３次元データで表される。座標値として３次元データを用いるのは、ブルドーザによる敷均し作業により作業区画の標高値も変化し得るからである。重機Ａの座標値を受け取ったサーバ３１は、重機Ａから２００ｍ四方以内に居る他の重機の全てを判定し、該当する重機へ要求コマンドを転送する（ステップＳ３）。２００ｍ四方以内に居るという条件に該当する重機Ｂ（１台または複数台）は要求コマンドをサーバ３１から受信し（ステップＳ４）、重機Ｂの現時点の施工データ（現況データ）を自動的にサーバ３１へ返信する（ステップＳ５）。サーバ３１は全重機Ｂから受け取った施工データをマージ処理して、最新の施工データ（施工完了範囲と未施工範囲）を生成したのちに、要求元である重機Ａへ上記最新の施工データを送信する（ステップＳ６）。重機Ａでは、サーバ３１から送信されてきた施工データを受信し、ディスプレイに表示する（ステップＳ７）。

このようにして、重機Ａでは、自身から２００ｍ四方内にいる他の重機の現在の施工状況を把握することができる。この機能は、ブルドーザ→ブルドーザ間、振動ローラ→振動ローラ間、ブルドーザ→振動ローラ間、或いはその他の重機間で実行動作される。なお、重機Ａが施工開始する直前にデータ要求をする時点で、重機Ｂは施工中（施工完了していない）場合がある。このような状態でも、重機Ａからのデータ要求があれば、重機Ｂはその時点で最新の施工データをサーバ３１に送信する。サーバ３１は、上述のように、重機Ａの位置を中心とした、２００ｍ範囲内の重機Ｂの施工データを自己の記憶部から抽出し、上記重機Ａに重機Ｂの施工データを送信する。この場合において、サーバ３１は、重機Ａから要求があった際に、最新の施工データを重機Ａに送るための生成時間を縮減するために、各重機の日々の最新の施工状態をファイル化している。これにより、施工データの探索時間や通信データ量の軽減を実現している。

動作２：ブルドーザによる敷均し作業
図５は上述の作業前の現況把握動作が完了した後の、ブルドーザによる施工作業開始の動作を説明するフローチャートである。図５においても重機Ａに該当するブルドーザ３（データ要求側）と重機Ｂ（データ提供側）の関係は図４を参照して説明した場合と同じである。図５に示されるように、重機Ａにおいては、これから施工を始めるべく施工開始指示処理が行われ（ステップＳ１１）、さらに重機Ａにおいて盛土材料の選択処理が行われる（ステップＳ１２）。次に重機Ａにおいては、現在の自己機の位置を通知するためにその座標値（３次元データ）をサーバ３１へ送信する（ステップＳ１３）。重機Ａの座標値を受け取ったサーバ３１は、重機Ａからサーバ３１に対してデータ要求（コマンド送信）があったか否かをチェックし（ステップＳ１４）、データ要求がなかった場合は自己の記憶部に格納されている施工データファイルから重機Ａ送信用の施工データ（現況データ）を生成する（ステップＳ１５）。そして、上記施工データと材料情報より平滑化処理にて計画高を求め、これらのデータを重機Ａへ送信する（ステップＳ１６）。このデータを受信した重機Ａは施工動作を開始する（ステップＳ１７）。

サーバ３１が、上記ステップＳ１４の処理において、重機Ａからデータ要求があったと判断した場合は重機Ａから２００ｍ四方以内に居る他の重機の全てを判定し、該当する重機へ要求コマンドを転送する（ステップＳ１８）。２００ｍ四方以内に居るという条件に該当する重機Ｂは要求コマンドをサーバ３１から受信し、重機Ｂの現時点の施工データ（現況データ）を自動的にサーバ３１へ返信する（ステップＳ１９）。サーバ３１は全重機Ｂから受け取った施工データと材料情報より平滑化処理を実行して計画高を求め、その結果を要求元である重機Ａへ送信する（ステップＳ１６）。ここで、上記計画高とは、重機Ａでは、サーバ３１から送信されてきた施工データを受信し、施工動作を開始する（ステップＳ１７）。以上の手順で行われるブルドーザ３による敷均し作業において、敷均しのための基準データは、前作業である振動ローラによる締め固め完了データが基になる。締め固め完了データに１層分の厚さを加算したものが、次層の基準データとなる。この基準データは平滑化処理を経て確定される。マシンコントロールによって敷均しが完了すると、ブルドーザ３は、図６に示される「作業完了範囲確定処理フロー」により、施工した範囲を確定するとともに、敷均しデータをサーバに送信する。送信後、作業を継続するには、上述で図４を参照して説明されたデータ要求を行って現況を把握し、作業を開始する。

ここで、上記ブルドーザ３による敷均し作業における作業完了範囲確定処理について説明する。図６はこの作業完了範囲確定処理の動作を説明するフローチャートである。図６においても重機Ａに該当するブルドーザ３（データ要求側）と重機Ｂ（データ提供側）の関係は図４及び図５を参照して説明した場合と同じである。図６に示されるように、重機Ａにおいては、施工完了にともない施工完了箇所をクリックしてポリゴン化が行われる（ステップＳ２１）。次に重機Ａでは、ブルドーザ３による施工を継続するか否かをチェックし（ステップＳ２２）、施工を継続する場合は施工完了範囲確定フラグをセットし（ステップＳ２３）、そのデータファイルを無線ＬＡＮ経由でサーバ３１へ転送する（ステップＳ２４）。他方、ステップＳ２２においてブルドーザ３による施工を継続しないと判定された場合は施工終了フラグをセットし（ステップＳ２５）、そのデータファイルを無線ＬＡＮ経由でサーバ３１へ転送する（ステップＳ２４）。重機Ａからのデータファイルを受け取ったサーバ３１は、このデータファイルを記憶部に登録、保存する（ステップＳ２６）。他方、重機Ａにおいては、上記データファイルを転送した後、施工終了フラグはオンか否かをチェックし（ステップＳ２７）、オンであれば施工終了処理を行う（ステップＳ２８）。また、施工終了フラグがオンでないと判断された場合は、盛土材料を選び直すか否かをチェックし（ステップＳ２９）、盛土材料を選び直さない場合はサーバ３１に対してデータ要求するか否かをチェックする（ステップＳ３０）。

ステップＳ２９において盛土材料を選び直すと判断された場合は材料選択画面を表示し、盛土材料を選択した後、ステップＳ３０の判定動作に移行する。そして、ステップＳ３０においてサーバ３１に対してデータ要求しないと判断された場合は盛土材料を変更したか否かをチェックし（ステップＳ３１）、盛土材料を変更していない場合は未完了箇所を施工する処理に移行する（ステップＳ３２）。ステップＳ３０においてデータ要求すると判断された場合は、重機Ａからサーバ３１に対してデータ要求処理が行われる（ステップＳ３３）。重機Ａからのデータ要求を受け取ったサーバ３１は、重機Ａから２００ｍ四方以内に居る他の重機の全てを判定し、該当する重機へ上記データ要求コマンドを転送する（ステップＳ３４）。２００ｍ四方以内に居るという条件に該当する重機Ｂ（１台または複数台）は要求コマンドをサーバ３１から受信すると、重機Ｂの現時点の施工データ（現況データ）をサーバ３１へ送信する（ステップＳ３５）。サーバ３１は全重機Ｂから受け取った施工データをマージ処理して現況データを抽出し（ステップＳ３６）、抽出した現況データをデータ要求元である重機Ａへ送信する（ステップＳ６）。現況データを受け取った重機Ａは材料を変更したか否かをチェックする（ステップＳ３１）。このチェック動作において材料を変更したと判定された場合は、この材料変更事実がサーバ３１に通知され、サーバ３１においては振動ローラの標高データから平滑化処理が行われて計画高データが生成され（ステップＳ３７）、次に生成された計画高データを重機Ａへ送信する。そして、重機Ａはこの生成された計画高データに基づいて未完了箇所を施工する処理に移行する（ステップＳ３２）。以上のようにしてブルドーザ３により施工した範囲が確定される。

動作３：振動ローラによる締固め作業
図７は振動ローラ２による施工作業開始の動作を説明するフローチャートである。この場合においても、自機（振動ローラ）周辺の施工状況を把握する必要があれば、図４に示されたフローチャートにしたがって作業前の現況把握動作が行われ、その後図７の処理に入る。図７においても重機Ａに該当する振動ローラ２（データ要求側）と重機Ｂ（データ提供側）の関係は図４乃至図６を参照して説明した場合と同じである。図７に示されるように、重機Ａにおいては、これから施工を始めるべく施工開始指示処理が行われ（ステップＳ４１）、次に重機Ａにおいては、現在の自己機の位置を通知するためにその座標値（３次元データ）をサーバ３１へ送信する（ステップＳ４２）。重機Ａの座標値を受け取ったサーバ３１は、重機Ａからサーバ３１に対してデータ要求（コマンド送信）があったか否かをチェックし（ステップＳ４３）、データ要求がなかった場合は自己の記憶部に格納されている施工データファイルから重機Ａ送信用の施工データ（現況データ）を生成し、このデータを重機Ａへ送信する（ステップＳ４４）。このデータを受信した重機Ａは施工動作を開始する（ステップＳ４５）。

サーバ３１が、上記ステップＳ４３の処理において、重機Ａからデータ要求があったと判断した場合は重機Ａから２００ｍ四方以内に居る他の重機の全てを判定し、該当する重機へ要求コマンドを転送する（ステップＳ４６）。２００ｍ四方以内に居るという条件に該当する重機Ｂは要求コマンドをサーバ３１から受信し、重機Ｂの現時点の現況データを自動的にサーバ３１へ返信する（ステップＳ４７）。サーバ３１は、対象重機から受信したデータと照らし合わせて最新の現況データを生成し、作業完了範囲確定していれば未施工状態にして重機Ａへ送信する（ステップＳ４８）。このデータを受信した重機Ａは施工動作を開始する（ステップＳ４５）。

以上の手順で行われる振動ローラ２による締固め作業において、マシンコントロールによって所定の回数の締固めが完了すると、振動ローラ２は、図８に示される「作業完了範囲確定処理フロー」により、施工した範囲を確定するとともに、締固めデータをサーバに送信する。この締固めデータの送信後、振動ローラ２が作業を継続するには、上述で図４を参照して説明されたデータ要求を行って現況を把握し、作業を開始する。

ここで、上記振動ローラ２による締固め作業における作業完了範囲確定処理について説明する。図８はこの作業完了範囲確定処理の動作を説明するフローチャートである。図８においても重機Ａに該当する振動ローラ２（データ要求側）と重機Ｂ（データ提供側）の関係は図４乃至図７を参照して説明した場合と同じである。図８に示されるように、重機Ａにおいては、施工完了にともない施工完了箇所をクリックしてポリゴン化が行われる（ステップＳ５１）。次に重機Ａでは、振動ローラ２による施工を継続するか否かをチェックし（ステップＳ５２）、施工を継続する場合は施工完了範囲確定フラグをセットし（ステップＳ５３）、そのデータファイルを無線ＬＡＮ経由でサーバ３１へ転送する（ステップＳ５４）。他方、ステップＳ５２において振動ローラ２による施工を継続しないと判定された場合は施工終了フラグをセットし（ステップＳ５５）、そのデータファイルを無線ＬＡＮ経由でサーバ３１へ転送する（ステップＳ５４）。重機Ａからのデータファイルを受け取ったサーバ３１は、このデータファイルを記憶部に登録、保存する（ステップＳ５６）。他方、重機Ａにおいては、上記データファイルを転送した後、施工終了フラグはオンか否かをチェックし（ステップＳ５７）、オンであれば施工終了処理を行う（ステップＳ５８）。また、施工終了フラグがオンでないと判断された場合は、サーバ３１に対してデータ要求するか否かをチェックする（ステップＳ５９）。

ステップＳ５９においてサーバ３１に対してデータ要求しないと判断された場合は未完了箇所を施工する処理に移行する（ステップＳ６０）。また、ステップＳ５９においてデータ要求すると判断された場合は、重機Ａからサーバ３１に対してデータ要求処理が行われる（ステップＳ６１）。重機Ａからのデータ要求を受け取ったサーバ３１は、重機Ａから２００ｍ四方以内に居る他の重機の全てを判定し、該当する重機へ上記データ要求コマンドを転送する（ステップＳ６２）。２００ｍ四方以内に居るという条件に該当する重機Ｂ（１台または複数台）は要求コマンドをサーバ３１から受信すると、重機Ｂの現時点の施工データ（現況データ）をサーバ３１へ送信する（ステップＳ６３）。サーバ３１は、対象重機から受信したデータと照らし合わせて最新の現況データを生成し、作業完了範囲確定していれば未施工状態にして重機Ａへ送信する（ステップＳ６４）。このデータを受信した重機Ａは受け取った現状データに基づいて未完了箇所を施工する処理に移行する（ステップＳ６０）。以上のようにして振動ローラ２により施工した範囲が確定され、締固めデータが重機Ａである振動ローラ２からサーバ３１へ送信される。

盛土施工のサイクルタイムを最小化するためには、上述の各作業及び処理動作において、ブルドーザ３による敷均し作業の終了と同時に振動ローラ２による転圧作業、または振動ローラ２による転圧作業の終了と同時に運土を経てブルドーザ３による敷均し作業が直ちに実行できることが望ましい。そこで、本発明では、敷均し終了エリア及び転圧終了エリアの確定情報をサーバ３１にアップし、振動ローラ２は敷均し完了情報をサーバ３１から取得する一方、ブルドーザ３は転圧完了情報をサーバ３１から適宜取得するようにしている。また、リアルタイムで把握できる重機２，３の位置データを処理して、接触等の事故防止のために重機２，３間の離隔を常に計測して施工管理事務所１の管理側コンピュータ７に表示するとともに、各重機にも連絡する。

また、重機間データ連携により、転圧回数のデータの保持のし方について、複数の振動ローラの実績加算による回数カウントをできるようにしている。すなわち、例えば昨日１号機の振動ローラ２により４回転圧し、本日１号機の振動ローラ２により３回転圧し、本日２号機の振動ローラ２により２回転圧していた場合には、サーバ３１に蓄積されたデータから当該位置の転圧回数は、
４＋３＋２＝９
回と計算することができる。これは、これまで見逃されていた過転圧対策になる。この場合、昨日１号機の振動ローラ２により４回転圧したことが、本日の１号機の振動ローラ２に伝達されることで、本日の１号機の振動ローラ２による転圧作業をセーブするなどの対策が採られる。このような対策を行うために、振動ローラ２側のシステムでは、施工開始時における転圧すべき回数を重機内のメモリに記憶しておき、施工を終了した際に差し引く処理を行う。例えば本日の１号機の振動ローラ２による転圧回数が８回、施工開始時における転圧回数カウントが５であったとすると、
８−５＝３
の３回を本日の１号機の振動ローラ２による施工分としてサーバ３１へ登録する。

動作４：平滑化処理
次に、上述した平滑化処理について説明する。ブルドーザ３による敷均し作業、及び振動ローラ２による締固め作業を最小土量で施工するためには適切な層厚管理が必要不可欠であり、振動ローラによる転圧完了データを基準にして規定層厚を加算して次層の敷均しのための基準データを生成する。これを平滑化処理と称する。図９は振動ローラ２による締固め作業完了後における平滑化処理の概要を説明するフローチャートである。平滑化処理は管理側コンピュータ７が振動ローラ２から締固め作業データを受け取って行う。図９において、管理側コンピュータ７は、１０ｍ×１０ｍの範囲で、規定回数に達したメッシュを識別し（ステップＳ７１）、次に有効期限を判定しその後平滑化処理を行う（ステップＳ７２）。この平滑化処理において閾値判定を行い（ステップＳ７３）、それによって計画高を生成する（ステップＳ７４）。次層敷均し厚さをブルドーザ３に指示するための敷均し基準データを生成するに際して、締固め完了して盛土表面のデータに規定の層厚を単純加算する方法に代えて締固め完了した盛土表面のデータを平滑化（均一化）した上で、規定の層厚を加算する方法である。実験結果に基づき、平滑化する場合の条件設定を示す。

ａ）平滑化する範囲は、例えば２．５ｍ、５．０ｍ、１０．０ｍ、１５．０ｍ、２０．０ｍ、５０．０ｍの中から選択する。
ｂ）標高値のないメッシュを除き、範囲内の規定転圧回数に達しているメッシュの実測（現況）標高値で一旦平滑化処理を実行し、平滑化面を生成する。
ｃ）平滑化するか、しないかの閾値を設定する、閾値はデータの有効期限と、高さ閾値、ばらつき度合い度の３種類である。
ｄ）過去何日分まで遡って平滑化処理に含めるかの指標を「有効期限」として設定する。
ｅ）各メッシュ標高値とその位置に該当する平滑化処理後標高値を差分し、そのバラツキが±５ｃｍを超える割合を検出する。この割合を「ばらつき度」、±５ｃｍのことを「高さ閾値」とする。なお、上記高さ閾値の±５ｃｍは一例であり、±３ｃｍでも、或いは±８ｃｍや±１０ｃｍであってもよい。高さ閾値も、ばらつき度も、作業現場における現地形や岩塊土や砂質などの盛土の条件によって変わるため、実測データに応じて設定する。
ｆ）ばらつき度が所定の設定値（例：５０％）未満の場合には平滑化処理後標高値を採用し、これに規定層厚を単純加算して得られる標高データ群を、次層のブルドーザ３の敷均しのための基準データとする。
ｇ）ばらつき度が上記設定値以上の場合には各メッシュ標高値（平滑化の基になったデータ）を採用し、これに規定層厚を単純加算して得られる標高データ群を、次層のブルドーザ３の敷均しのための基準データとする。
ｈ）例外処置として、施工効率が著しく低下する場合には、規定転圧回数に達しなくてもデータ処理範囲確定することができる。これにより、締め固め完了した盛土表面の出来映え（凸凹）によらず、より平均的になめらかな形状の盛土を形成することができる。

平滑化処理は、範囲確定に該当するメッシュ群のうち、有効期限内のメッシュ標高値（以下、Ｈとする）とメッシュ中心点（Ｘ，Ｙ）を用いて
Ｈ＝ａ＋ｂＸ＋ｃＹ
の回帰平面方程式を解く処理となる。
層上に積み重ねる盛土施工の特徴から生じる薄厚などでは、平滑化機能を無効とし、調整層と称する任意寸法（縦、横、厚さ）の盛土をデータ上で加算する。これにより、適正な層厚管理ができ最適最小量での施工が可能となる。
平滑化処理は、範囲確定に該当するメッシュ群のうち、有効期限内のメッシュ標高値Ｈとメッシュ中心点（Ｘ，Ｙ）を用いて
Ｈ＝ａ＋ｂＸ＋ｃＹ
の回帰平面方程式を解く。ここで、ａは切片、ｂ、ｃは偏回帰係数である。
上記回帰平面方程式の解動作において、
（Ｘ，Ｙ，Ｈ）の分散（Ｓｘ２、Ｓｙ２，Ｓｈ２）・共分散（Ｓｘｙ、Ｓｈｙ，Ｓｘｈ）を求める。
また、ｂ、ｃを求めるには、
Ｓｘ２ｂ＋Ｓｘｈｃ＝Ｓｘｙ
Ｓｘｙｂ＋Ｓｈ２ｃ＝Ｓｈｙ
の連立方程式を解く。
上で求めたｂ、ｃを回帰平面方程式に代入してａを求める。
各係数が決まったら、管理メッシュサイズ毎にこの方程式メッシュ中心（Ｘ，Ｙ）を代入すると平滑面の高さが求まる。以上のようにして、平滑する範囲毎に方程式を求めてメッシュ毎の基準高さを算定する。

以上のように、平滑化処理を、規定層厚の単純加算により実行する方法と、振動ローラによる転圧完了データの標高値のばらつきを考慮した処理により実行する方法を提供する。データのばらつきは、「データの有効期限/高さ方向の閾値/閾値から外れる割合」で判断する。

図１０は平滑化処理をする場合と、しない場合の事例をグラフ図で示す。図１０（a）は平滑化処理をする場合のグラフ図であり、図１０（ｂ）は平滑化処理をしない場合のグラフ図である。図１０（a）及び図１０（ｂ）において、グラフ線ｃは振動ローラによる締固め標高を表し、グラフ線ｄはローラ締固め標高を平滑化処理した値を表す。また、グラフ線ｅはブルドーザ計画高を表す。図１０（ａ）においては、平滑化処理した値（グラフ線ｄ）に撒き出し厚を加算する処理が行われる。他方、図１０（ｂ）においては、平滑化処理は行われず生の標高値（グラフ線ｃ）に撒き出し厚を加算する処理が行われる。

図１１乃至図１３は平滑化処理結果の例を示す図である。図１１（ａ）はローラ締固め作業において実際に取得した振動ローラ２の転圧データ（締固めデータ）を表す図である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）の転圧データに本発明の平滑化処理を施した結果を表す図である。図１２（ａ）はローラ締固め作業において実際に取得した振動ローラ２の転圧データ（締固めデータ）を表す図である。図１２（ｂ）は図１２（ａ）の転圧データに本発明の平滑化処理を施した結果を表す図である。図１３（ａ）は上記転圧データと平滑化処理データとの差分をとった結果を表す図である。

上述のように、閾値としてばらつき度を±０．０５ｍとした場合、作業エリアのほぼ全面が平滑化処理結果を用いることになるが、図１１（ａ）、図１２（ａ）及び図１３（ａ）の左下部分の領域では上記閾値を超える数値が出現していて、この部分は平滑化処理を行わない。実際の施工においては、この平滑化処理を実施したデータに、規定層厚を加算する。この規定層厚を加算した結果が図１３（ｂ）に示されている。以上の図に示されているように、平滑化処理をすることで、凸凹の多い転圧面がなめらかな表面データとして生成されて次層敷均し基準データに継承され、ブルドーザ３はこのなめらかな面データに基づいて施工ができる。

動作５：重機監視、近接警報
リアルタイムに稼働中の全重機から送られてきた座標とともに閾値を各重機へ返送し、重機側では現在位置と他の重機との距離を計算して、その閾値よりも最も接近した重機の位置や方向を、管理側コンピュータ（サーバ）画面及び重機に搭載されたＰＣ画面に警告表示する。図１４は管理側コンピュータ画面における複数の施工ヤードおよびその作業敷地内で稼働する重機の管理画面の表示例を示す図である。

本発明による土木作業の盛土品質管理支援システムによれば、複数の重機の双方向通信によるデータ集中管理により安全管理の高度化と施工の効率化を実現する。また、勾配があり、多くの凸凹があるローラ施工面に次層の新たな土砂を撒き出して敷均しを行う場合、下層の凸凹が上層の整形のための基準データに悪影響を及ぼさないよう平滑化処理を施すことによりなめらかな基準データを生成し、効率の良い敷均し作業が実施でき有用である。

１ 施工管理事務所
２ 振動ローラ
３ ブルドーザ
４ 基地局アクセスポイント
５ 固定式アクセスポイント
６ 移動式アクセスポイント
７ 管理側コンピュータ
８、９ 移動体側コンピュータ
１０ ＬＡＮ装置
１１、１２ ルーター
１３ ＬＡＮ中継アクセス装置
１４、１９、２１、２２、２５ 無線ＬＡＮ装置
１６、２３、２６ ＧＮＳＳ受信機
１７、２４、２７ 小エリア無線装置
１８、２０ 無線ＬＡＮアクセス装置
３０ バス
３１ 施工管理サーバ
３２ プリンタ
３３ ディスプレイ
３４ 通信制御部

Claims (11)

1. 管理場所に設置された、ＧＮＳＳ信号を受信するＧＮＳＳ受信装置および管理側データ通信装置と、
   前記管理側データ通信装置に接続された管理側コンピュータと、
   前記管理側コンピュータに接続された施工管理サーバと、
   建設工事用移動作業重機に備え付けられた移動体側ＧＮＳＳ受信装置および移動体側データ通信装置と、
   前記移動体側データ通信装置に接続された移動体側コンピュータと、からなり、
   建設工事エリア内において、前記管理場所に設置された管理側データ通信装置と前記重機に備え付けられた移動体側データ通信装置との間で無線通信がおこなわれるように構成され、
   前記重機間においてデータを送受信する場合は、送信側の重機の移動体側データ通信装置から管理側データ通信装置を介して管理側コンピュータへデータ送信し、管理側コンピュータからのデータを管理側データ通信装置から受信側の重機の移動体側データ通信装置を介して移動体側コンピュータへデータ送信する、
   ことを特徴とする盛土品質管理システム。
2. 前記管理側コンピュータは、前記移動体側ＧＮＳＳ受信装置から得られた前記重機の位置データ及び該重機による施工状況データを各重機から受け取って前記施工管理サーバに蓄積し、データ集中管理することを特徴とする請求項１記載の盛土品質管理システム。
3. 重機がブルドーザである場合、当該ブルドーザに備え付けられた移動体側コンピュータは敷均し厚さ計算を実行して自機ブルドーザによる施工状況データを生成する一方、重機が振動ローラである場合、当該振動ローラに備え付けられた移動体側コンピュータは転圧回数カウントを実行して自機振動ローラによる施工状況データを生成することを特徴とする請求項１記載の盛土品質管理システム。
4. 勾配や凸凹があるローラ施工面に次層の新たな土砂を撒き出して敷均しを行う場合、管理側コンピュータは、振動ローラによる施工状況データに対して平滑化処理を施すことによりなめらかな基準データを生成して、次層の敷均しを行うブルドーザの移動体側コンピュータへ送信することを特徴とする請求項３記載の盛土品質管理システム。
5. 平滑化処理においては、施工範囲を所定の寸法で格子状（メッシュ状）に管理し、
   データの有効期限と、高さ閾値と、ばらつき度との３種を基に、平滑化するかしないかの閾値を設定し、この閾値の設定に関して、
   前記「有効期限」は、過去何日分まで遡って平滑化処理に含めるのかの指標であり、前記「高さ閾値」は、各メッシュについて標高値と平滑化後標高値とを差分して得られた値のうち所定の値であり、「ばらつき度」は、全メッシュについて前記高さ閾値を超える差分値が出現する割合を検出したものであり、
   標高値のないメッシュを除き、施工範囲内の規定転圧回数に達しているメッシュの実測（現況）標高値で平滑化処理を実行し、平滑化面を生成することを特徴とする請求項３記載の盛土品質管理システム。
6. ばらつき度が所定の設定値未満の場合には平滑化後標高値を採用し、これに規定層厚を単純加算して得られる標高データ群を、次層のブルドーザ敷均しのための基準データとする一方、
   ばらつき度が前記設定値以上の場合には各メッシュの標高値を採用し、これに規定層厚を単純加算して得られる標高データ群を、次層のブルドーザ敷均しのための基準データとすることを特徴とする請求項５記載の盛土品質管理システム。
7. 平滑化処理は、範囲確定に該当するメッシュ群のうち、有効期限内のメッシュ標高値（Ｈ）とメッシュ中心点（Ｘ，Ｙ）を用いて、
   Ｈ＝ａ＋ｂＸ＋ｃＹ
   ここで、ａは切片、ｂ、ｃは偏回帰係数、
   の回帰平面方程式を解くことで行われ、
   前記回帰平面方程式の解動作に当たって、
   （Ｘ，Ｙ，Ｈ）の分散（Ｓｘ２、Ｓｙ２，Ｓｈ２）・共分散（Ｓｘｙ、Ｓｈｙ，Ｓｘｈ）を求め、また、
   Ｓｘ２ｂ＋Ｓｘｈｃ＝Ｓｘｙ
   Ｓｘｙｂ＋Ｓｈ２ｃ＝Ｓｈｙ
   の連立方程式を解いてｂ、ｃを求め、
   前記求めたｂ、ｃを回帰平面方程式に代入してａを求め、
   係数が決まったら、管理メッシュサイズ毎に前記回帰平面方程式にメッシュ中心（Ｘ，Ｙ）を代入して平滑面の高さを求める、
   ことによって実行されることを特徴とする請求項５記載の盛土品質管理システム。
8. 重機による作業完了により施工完了範囲が確定すると、当該重機に備え付けられた移動体側コンピュータは、自機の現在位置から一定距離四方の範囲のうち、当日施工完了したデータをサーバに自動的に送信することを特徴とする請求項１記載の盛土品質管理システム。
9. 重機が作業を開始するに当たっては、当該重機の位置を中心とした一定距離範囲内のデータを管理場所に設置された施工管理サーバからデータを受信し、また、当該重機が施工を開始するとき、当該重機から一定距離四方にいる他の重機へ現在の位置と施工状況を確認するために「データ要求」を管理側コンピュータへ送信し、管理側コンピュータ及び施工管理サーバにより当該重機から一定距離以内にいる全重機を判定し、該当する重機にデータ要求コマンドを送信することを特徴とする請求項１記載の盛土品質管理システム。
10. データ要求を受けた重機は現時点の位置と施工状況データをサーバへ送信し、サーバでは全重機から受け取ったデータをマージ処理して、最新の施工データ（施工完了範囲と未施工範囲）を生成したのちに、データ要求元の重機へ送信することを特徴とする請求項５記載の盛土品質管理システム。
11. 各重機に備えられた移動体側コンピュータは、日々の最新の施工状態をファイル化して記憶部に保存することを特徴とする請求項１記載の盛土品質管理システム。