JP2017166979A - 工事支援装置、工事支援方法及び工事支援プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】施工の工程において容易に位置情報を取得できる技術を提供する。【解決手段】工事支援装置は、位置情報を求めるために用いるビーコン信号を、工事現場に配置される送信機から受信する受信機と、送信機の設置場所を示す情報を含む、構造物の設計情報を記憶する記憶装置から、受信機が受信したビーコン信号に対応付けられた送信機の設置場所を示す情報を読み出し、読み出した情報を用いて受信機の位置を求める位置算出部と、位置算出部が求めた受信機の位置に基づいて、工事を支援する処理を行う工事支援処理部とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、工事支援装置、工事支援方法及び工事支援プログラムに関する。

従来、複数のビーコン送信機が、測位空間内にほぼ等密度で分布して配備され、自機のＩＤを含むビーコンを周囲へ発射するという技術が提案されている（例えば、特許文献１）。この技術によれば、移動局無線機のビーコン受信機は、近辺のビーコン送信機からのビーコンを受信して、その電界強度を測定する。基地局では、移動局無線機からビーコン情報を受信し、ビーコン送信位置情報テーブルを参照して、ビーコン送信位置を求める。さらに、各ビーコンについて送信位置と移動局無線機における電界強度の比とに基づき移動局無線機の現在位置を算出する。

また、仮想ゲートを設定し、ダンプトラックから送信されるダンプ位置情報に基づいてダンプトラックが仮想ゲートに接近したことを検出するという技術も提案されている（例えば、特許文献２）。これによれば、ダンプトラックの接近をオペレータや作業者に報知することができる。また、工事現場の周囲の道路状況や工事の進捗など、様々に変化する状況に応じて最適な位置に仮想ゲートを容易に設定できるため、積み込み作業を効率化できるとされている。

特開２０１１−１７６８４号公報 特開２００８−７１００８号公報

従来、いわゆるビーコンを利用して位置情報を取得する技術は存在していた。既設の建物にビーコン発信器を設置する場合、例えばビーコンのＩＤと対応付けて当該ビーコンが設置された位置を予め登録しておくことができる。

一方、工事においては、ベンチマークと呼ばれる基準点に基づいて敷地や構造物の測量が行われる。ベンチマークは、敷地内や周辺道路に設けられる不動点である。構造物を構築する過程においては、予めビーコン発信器を設置しておくことができず、ビーコンを利用した位置情報の取得は困難であった。

そこで、本発明は、施工の工程において容易に位置情報を取得できる技術を提供することを目的とする。

本発明に係る工事支援装置は、位置情報を求めるために用いるビーコン信号を、工事現場に配置される送信機から受信する受信機と、送信機の設置場所を示す情報を含む、構造物の設計情報を記憶する記憶装置から、受信機が受信したビーコン信号に対応付けられた送信機の設置場所を示す情報を読み出し、読み出した情報を用いて受信機の位置を求める位置算出部と、位置算出部が求めた受信機の位置に基づいて、工事を支援する処理を行う工事支援処理部とを備える。

このようにすれば、設計情報を活用して工事現場における位置情報の取得が可能となる
。すなわち、施工の工程において容易に位置情報を取得できる技術を提供することを目的とする。

また、送信機は、施工工程の進行に伴い配置される数が増加すると共に、設計情報は各送信機が配置される工程を示す情報を含み、位置算出部は、受信機が受信したビーコン信号に基づいて当該時点の工程を特定し、工事支援処理部は、特定された工程に応じて工事を支援する処理を行うようにしてもよい。このようにすれば、工事の進捗に応じて適切に工事を支援する処理を行うことができる。

また、工事を支援する処理は、位置算出部によって求められた受信機の位置を工事現場の図面上に表示する処理を含むようにしてもよい。このように、具体的には、受信機の位置を工事現場の図面上に重ねて表示するようにしてもよい。

また、工事を支援する処理は、車両又は建設機械の運転を支援する処理であってもよい。例えば、車両又は建設機械の運転の少なくとも一部を自動化するようにしてもよい。

また、位置算出部が、記憶装置から読み出された送信機の設置場所と整合しない位置から送信されるビーコン信号を検知した場合、工事支援処理部は、異常を通知する情報を出力する処理をさらに行うようにしてもよい。このようにすれば、送信機の設置位置を検証することができる。

なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。また、課題を解決するための手段の内容は、コンピュータ等の装置若しくは複数の装置を含むシステム、コンピュータが実行する方法、又はコンピュータに実行させるプログラムとして提供することができる。なお、プログラムを保持する記録媒体を提供するようにしてもよい。

本発明によれば、施工の工程において容易に位置情報を取得できる技術を提供することができる。

工事現場の構成の一例を示す図である。 システムの機能構成の一例を示すブロック図である。 送信機の設置場所を示す情報を含むＢＩＭの一例を示す図である。 構造物の２階部分までコンクリートを打設した状態を示す図である。 工事支援処理の一例を示す処理フロー図である。 機器の制御の一例を説明するための図である。 機器の制御の他の例を説明するための図である。 工事検証処理の一例を示す処理フロー図である。 異常検知を説明するための、構造物の模式的な平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明は下記の構成には限定されない。

＜構成＞
図１は、本実施形態に係る工事現場の構成の一例を示す図である。本実施形態では、建設工事の初期及び施工工程において敷地内にビーコン送信機を配置する。そして、作業者のコンピュータ装置や建設機器等が備えるビーコン受信機がビーコン信号を受信し、当該
受信機の位置を特定する。図１の例では、工事現場１に、ビーコン信号を送信する送信機２（２ａ〜２ｌ）が配置されており、ビーコン信号を受信する受信機３（３ａ〜３ｃ）側で位置情報を算出する。ここで、ビーコン信号とは、予め設置場所がわかっている送信機２から送信される所定の無線信号であり、ビーコン信号に基づいて受信機３の位置を求めることができる。例えば、複数の送信機２から信号を受信し、三角法を利用して位置を算出するようにしてもよい。送信機２は、従来のベンチマークの役割を果たすものともいえるため、「デジタルベンチマーク」とも呼ぶこととする。

送信器２ａ〜送信機２ｃは、それぞれ敷地の端であってフェンス４の内側に設けられている。送信機２ｄは、現場事務所５上に設けられている。送信機２ｅ〜送信機２ｈは、それぞれ構造物（建築物）６の上端に設けられている。送信機２ｉ〜送信機２ｌは、フェンス４に設けられたゲートの端に設けられている。なお、送信機２の設置場所は一例であり、このような構成には限定されない。例えば、敷地の外や構造物６内にも送信機２を設置するようにしてもよい。また、図示したよりも多くの送信機２が例えばメッシュ状に配置されていてもよい。

受信機３ａは、クレーンである機器７ａの吊り治具に設けられている。受信機３ｂは、トラックである機器７ｂに設けられている。受信機３ｃは、作業者が携帯するコンピュータである機器７ｃに設けられている。なお、例えば資材８等、その他の部分に予め送信機２や受信機３を設置しておいてもよい。

図２は、本実施形態に係るシステムの機能構成の一例を示すブロック図である。機器７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７１と、記憶装置７２と、出力部７３と、機器
制御部７４とを含み、受信機３と接続されている。送信機２及び受信機３は、Bluetooth
（登録商標）等、所定の無線通信方式でビーコン信号を送受信する。なお、機器７は、破線の長方形で示したコンピュータを含む建設機械や工事車両等であってもよいし、タブレット端末のように機器制御部７４を含まないコンピュータそのものであってもよい。

ＣＰＵ７１は、所定のプログラムを実行することにより、本実施形態に係る処理を行う処理部として機能する。記憶装置７２は、主記憶装置、又はＨＤＤ（Hard-disk Drive）
、ＳＤＤ（Solid State Drive）、ｅＭＭＣ（embedded Multi-Media Card）等のいわゆる補助記憶装置であり、本実施形態で利用する一時的又は永続的なデータを記憶する。出力部７３は、ディスプレイやタッチパネル、スピーカ等であり、ユーザに所定の情報を出力する。機器制御部７４は、建設機械や工事車両といった機器の動作を制御する。機器制御部７４は、例えば、資材の揚重や車両の走行を制御する。

ＣＰＵ７１は、具体的には、位置算出部７１１及び工事支援処理部７１２として働く。位置算出部７１１は、受信機３が受信したビーコン信号を取得すると共に、送信機２の配置場所を示す情報を含む設計情報を記憶装置７２から読み出し、所定のアルゴリズムに基づいて受信機３の位置を算出する。例えば、複数の送信機２から各送信機２の識別情報を含むビーコン信号を受信し、受信した信号の電波強度（電界強度）に基づいて受信機３の位置を算出する。本実施形態では、記憶装置７２は、三次元モデルで表された構造物の設計情報を含む一般的なＢＩＭ（Building Information Modeling）に加え、送信機２の設
置場所を示す情報を保持しているものとする。また、工事支援処理部７１２は、位置算出部７１１が算出した位置情報に基づいて工事を支援する処理を行う。例えば、工事支援処理部７１２は、資材を運ぶ目的地を案内するための表示を出力部７３に出力させたり、機器制御部７４を介して機器の運転を行う。

図３は、送信機２の設置場所を示す情報を含むＢＩＭの一例を示す図である。ＢＩＭは、図３の右側に示すような構造物及び敷地周囲の三次元モデルと、構造物を構成する各部
分に関する様々な属性値を保持する。ＢＩＭは、従来の建築物についても作成されていた情報である。また、本実施形態に係るＢＩＭは、ビーコン信号を送信する送信機２に関する情報をさらに保持している。図３の例では、送信機２の識別情報（ＩＤ）と、当該送信機２の設置場所を示す座標と、当該送信機２を設置する施工工程を示す情報とを記憶している。本実施形態に係るシステムは、既存の設計情報であるＢＩＭを利用し、ビーコンを利用して敷地内における位置を特定することができる。なお、構造物の三次元モデルを表す情報は、例えば構造物の外壁を表す頂点列や、構造物の各階の上端（天井）を表す頂点列を含む。

図４は、構造物６の２階部分までコンクリートを打設した状態を示す図である。本実施形態では、施工工程の進行と共に設置される送信機２が増加する。図４に示す例では、図１に示した工程の後、構造物６の２階部分までコンクリートが打設され、２階部分に設置される送信機２ｎ〜送信機２ｑが追加されている。送信機２の追加は、ＢＩＭの設計情報に基づいて行われる。また、予め資材に送信機２を取り付けておき、資材ごと設置されるようにしてもよい。このようにすれば、２階部分に設置される送信機２からのビーコン信号を受信することにより、受信機３と接続された機器７は施工工程の進捗状況がわかると共に、資材を揚重すべき高さや、敷地内の走行可能な領域を特定することができる。すなわち、上述のように構造物の三次元モデルを表す情報は、例えば構造物の外壁を表す頂点列や、構造物の各階の上端を表す頂点列を含む。したがって、受信機３を備える機器（移動体）が通過できる空間的な領域がわかる。例えば、工事現場が更地の状態においては、平面上（地上）において、受信機３を備える機器はあらゆる領域を通過することができる。しかし、捨コンが打設された後は、例えば受信機３ｂを備えるトラックである機器７ｂは、構造物の外壁内を通過することができない。また、１階の壁面が打設された後は、例えば受信機３ｃを備えるコンピュータである機器７ｃは、構造物の壁面をまたいで移動することができない。同様に、構造物の上階が構築されるにつれて、例えば受信機３ａを備えるクレーンである機器７ａが、資材を揚重しなければならない高さがわかるようになる。

＜工事支援処理＞
図５は、本実施形態に係る工事支援処理の一例を示す処理フロー図である。まず、機器７が備える受信機３は、送信機２からビーコン信号を受信する（図５：Ｓ１）。本ステップでは、複数の送信機２から、各々の識別情報を含む信号を受信し、機器７の位置算出部７１１に出力する。

また、機器７の位置算出部７１１は、受信機３が受信したビーコン信号に基づいて、現在の工程を特定する（Ｓ２）。本ステップでは、記憶装置７２に記憶されている設計情報に基づいて、受信したビーコン信号を送信した送信機２のうち、最も後の工程で設置されるものを特定する。例えば図３の例では、識別情報が「Ｂ０３」のビーコン信号を受信した場合、当該識別情報に対応する設置工程は「基礎」であるため、少なくとも基礎の工程が完了していることがわかる。また、識別情報が「Ｂ０５」のビーコン信号を受信した場合、当該識別情報に対応する設置工程は「１階打設」であるため、少なくとも構造物６の１階部分のコンクリートを打設する工程が完了していることがわかる。

その後、位置算出部７１１は、受信機３が受信したビーコン信号と、記憶装置７２に記憶されている設計情報に基づいて受信機３の位置を特定する（Ｓ３）。本ステップでは、位置算出部７１１は、記憶装置７２において送信機２の識別情報と対応付けて記憶されている設置場所を示す座標を読み出す。そして、位置算出部７１１は、所定のアルゴリズムに基づいて受信機３の位置を算出する。例えば、受信機３が各送信機２から受信したビーコン信号の電波強度の比に基づいて、各送信機２が設置された座標から受信機３までの距離を求め、受信機３の位置を算出するようにしてもよい。また、本ステップでは、Ｓ２で
特定した施工工程の進捗状況に基づいて現工程（当該処理時点の工程）において存在する壁等の障害物を特定し、障害物によって生じる電波の減衰を加味して受信機３の位置を算出してもよい。

また、工事支援処理部７１２は、位置算出部７１１が算出した受信機３の位置情報に基づいて、工事作業を支援するための処理を行う（Ｓ４）。本ステップでは、例えば出力部７３を介して情報を出力したり、機器制御部７４を介して機器７の動作を制御する。

例えば、機器７が備えるディスプレイに工事現場の図面と、受信機３の位置を示す情報とを重ねて出力するようにしてもよい。また、現工程における工事現場の地図に基づいて車両が走行できる領域を特定し、車両を自動運転したり、目的地を案内する等の運転支援を行うようにしてもよい。すなわち、構造物６の三次元モデルを表す情報に基づいて構造物６の外壁を表す頂点列や、構造物６の各階の上端を表す頂点列がわかるため、機器７が構造物６と接触しないように機器７の動作を制御することができる。図６は、機器の制御の一例を説明するための図である。ビーコン信号に基づいて、構造物６の構築が始まる前の更地の状態であると判定された場合、現工程においては障害物がないため、トラックは、将来的に構造物６を建てる場所も走行することができる。また、現工程における構造物の高さに基づいて、クレーンが資材を揚重すべき高さを求め、クレーンを自動運転したり、操作の支援を行うようにしてもよい。図７は、機器の制御の他の例を説明するための図である。ビーコン信号に基づいて、現工程の施工階が構造物６の４階部分であると判定された場合、クレーンは４階までの高さに接触させないよう、資材を適切に揚重することができる。このように、Ｓ４においては、例えば、構造物６との接触を避けるように機器を制御する処理を行う。このとき、構造物６だけでなく、構造物６の周囲に構築される足場等との接触を避けるように余裕を持たせて機器を制御するようにしてもよい。また、機器７を制御する処理は、受信機３が受信するビーコン信号の電波強度が所定以上となった場合に、機器７と構造物６との接触を避けるために機器７の動作を停止させるものであってもよい。

以上のように、本実施形態によれば、送信機の設置場所及び設置工程を示す情報を記憶させておき、施工工程において送信機を配置することで、ＢＩＭの設計情報を活用して工事現場における位置情報の取得が可能となる。また、位置情報を利用した様々な工事の支援処理を行うことができる。特に、送信機の追加に応じて施工工程の進捗状況がわかるため、工程に応じた支援処理を行うことができる。

＜工事検証処理＞
図８は、本実施形態に係る工事検証処理の一例を示す処理フロー図である。本処理では、複数の送信機２からビーコン信号を受信し、送信機２の設置場所、又は送信機２を備える資材の設置場所の妥当性を検証する。また、工事検証処理は、所定のタイミングで繰り返し実行されるものとする。

まず、機器７が備える受信機３は、送信機２からビーコン信号を受信する（図８：Ｓ１１）。本ステップの処理は図５のＳ１と同様であり、受信機３は、複数の送信機２からビーコン信号を受信する。また、機器７の位置算出部７１１は、受信機３が受信したビーコン信号に基づいて、現在の工程を特定する（Ｓ１２）。本ステップの処理は、図５のＳ２と同様である。そして、機器７の位置算出部７１１は、受信機３が受信したビーコン信号に基づいて受信機３の位置を算出する（Ｓ１３）。本ステップの処理は、図５のＳ３と同様である。

その後、機器７の工事支援処理部７１２は、複数の送信機２からのビーコン信号と、記憶装置７２に記憶されている設計情報に基づいて、送信機２の配置に異常があるか判断す
る（Ｓ１４）。本ステップでは、設計情報と整合しない位置に設置された送信機２を検知する。具体的には、複数の送信機２からのビーコン信号に基づいて位置を算出する場合において、ある送信機２からのビーコン信号を用いると座標が当該フロアの平面上に求まらないとき、ある送信機２の設置場所が異常であると検知する。

図９は、異常検知を説明するための、構造物の模式的な平面図である。図９が示す構造物のある階には、８個の送信機２ｒ〜送信機２ｙが設置されている。また、破線の矢印で示すように、送信機２ｘと送信機２ｙとは記憶装置７２に記憶された設計情報における配置と逆に設置されているものとする。また、ユーザが保持している機器７ｃは受信機３ｃを有しており、機器７ｃは、三角法に基づき、複数のビーコン信号の電波強度を用いて受信機３ｃの位置を算出するものとする。図９の例では、送信機２ｓ、送信機２ｔ及び送信機２ｗからのビーコン信号の電波強度を用いて位置を算出した場合、送信機と同じ階において図示した受信機３ｃの位置が求められる。しかしながら、送信機２ｓ、送信機２ｔ及び送信機２ｙからのビーコン信号の電波強度を用いて位置を算出した場合や、送信機２ｔ、送信機２ｗ及び送信機２ｙからのビーコン信号の電波強度を用いて位置を算出した場合、送信機２ｓ、送信機２ｗ及び送信機２ｙからのビーコン信号の電波強度を用いて位置を算出した場合のように、設置場所を誤った送信機２からのビーコン信号を用いて受信機３の位置を算出しようとした場合には、送信機２と同じ階の平面上に受信機３の位置が求められない。送信機２と同じ階の平面上に受信機３の位置が求められない場合、図８のＳ１４では、送信機２ｙの配置された場所に誤りがあると判断する。このようにすれば、送信機２の設置場所に誤りがないか検証できる。また、予め送信機２を資材８に設置しておけば、Ｓ１４の処理によって資材８を設置した場所に誤りがないか検証することもできる。

機器７の工事支援処理部７１２は、送信機２の配置に異常があると判断した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、機器７の出力部７３を介して異常を通知する（Ｓ１５）。本ステップでは、ディスプレイやスピーカ等を介して異常を検知した旨をユーザに通知する。Ｓ１５の後、又は送信機２の配置に異常がないと判断した場合（Ｓ１４：ＮＯ）、工事検証処理を終了する。

＜その他＞
送信機２と受信機３とは一体の送受信機であってもよい。例えば、送受信機は予め資材８に設けられ、資材８を設置するまでは機器７と接続された受信機３として機能する。また、資材８が構造物６に設置された後は、ビーコン信号を送信する送信機２として機能する。このようにすれば、機器７の制御と送信機２の設置とを併せて行うことができる。

また、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更することができる。また、上記の実施形態及び適宜言及した変形例は、可能な限り組み合わせて実施することができる。

また、本発明は、上述した処理を実行するコンピュータプログラムや、当該プログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体を含む。当該プログラムが記録された記録媒体は、プログラムをコンピュータに実行させることにより、上述の処理が可能となる。

ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータから読み取ることができる記録媒体をいう。このような記録媒体のうちコンピュータから取り外し可能なものとしては、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、光ディスク、磁気テープ、メモリカード等がある。また、コンピュータに固定された記録媒体としては、ハードディスクドライブやＲＯＭ等がある。

１ ：工事現場
２ ：送信機
３ ：受信機
４ ：フェンス
５ ：現場事務所
６ ：構造物
７ ：機器
７１ ：ＣＰＵ
７１１：位置算出部
７１２：工事支援処理部
７２ ：記憶装置
７３ ：出力部
７４ ：機器制御部
８ ：資材

Claims (7)

1. 位置情報を求めるために用いるビーコン信号を、工事現場に配置される送信機から受信する受信機と、
   前記送信機の設置場所を示す情報を含む、構造物の設計情報を記憶する記憶装置から、前記受信機が受信したビーコン信号に対応付けられた送信機の設置場所を示す情報を読み出し、読み出した情報を用いて前記受信機の位置を求める位置算出部と、
   前記位置算出部が求めた前記受信機の位置に基づいて、工事を支援する処理を行う工事支援処理部と、
   を備える工事支援装置。
2. 前記送信機は、施工工程の進行に伴い配置される数が増加すると共に、前記設計情報は各送信機が配置される工程を示す情報を含み、
   前記位置算出部は、前記受信機が受信したビーコン信号に基づいて当該時点の工程を特定し、
   前記工事支援処理部は、特定された工程に応じて工事を支援する処理を行う
   請求項１に記載の工事支援装置。
3. 前記工事を支援する処理は、前記位置算出部によって求められた前記受信機の位置を前記工事現場の図面上に表示する処理を含む
   請求項１又は２に記載の工事支援装置。
4. 前記工事を支援する処理は、車両又は建設機械の運転を支援する処理である
   請求項１から３のいずれか一項に記載の工事支援装置。
5. 前記位置算出部が、前記記憶装置から読み出された前記送信機の設置場所と整合しない位置から送信されるビーコン信号を検知した場合、前記工事支援処理部は、異常を通知する情報を出力する処理をさらに行う
   請求項１から４のいずれか一項に記載の工事支援装置。
6. 位置情報を求めるために用いるビーコン信号を、工事現場に配置される送信機から、受信機を用いて受信する受信ステップと、
   前記送信機の設置場所を示す情報を含む、構造物の設計情報を記憶する記憶装置から、前記受信ステップにおいて受信したビーコン信号に対応付けられた送信機の設置場所を示す情報を読み出し、読み出した情報を用いて前記受信機の位置を求める位置算出ステップと、
   前記位置算出ステップにおいて求められた前記受信機の位置に基づいて、工事を支援する処理を行う工事支援処理ステップと、
   をコンピュータが実行する工事支援方法。
7. 位置情報を求めるために用いるビーコン信号を、工事現場に配置される送信機から、受信機を用いて受信する受信ステップと、
   前記送信機の設置場所を示す情報を含む、構造物の設計情報を記憶する記憶装置から、前記受信ステップにおいて受信したビーコン信号に対応付けられた送信機の設置場所を示す情報を読み出し、読み出した情報を用いて前記受信機の位置を求める位置算出ステップと、
   前記位置算出ステップにおいて求められた前記受信機の位置に基づいて、工事を支援する処理を行う工事支援処理ステップと、
   をコンピュータに実行させる工事支援プログラム。

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