JP2020041358A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】施工現場の現況地形データと、テンプレート形状を用いることで、目標地形を作成する技術を提供する。【解決手段】建設機械は、テンプレート形状を記憶する記憶装置と、施工後の地形形状である目標地形を作成する情報コントローラと、表示装置と、を有し、情報コントローラは、姿勢検出装置と測位装置の検出値、および地形計測装置から出力される検出値に基づき、建設機械周囲の地形形状を示す現況地形データを作成し、テンプレート形状を取得し、テンプレート形状を変形させて、施工対象領域に適合したテンプレート地形を作成し、現況地形データとテンプレート地形との土量の差分が規定値の範囲内に収束するように、テンプレート地形全体の高さを嵩上げもしくは切り下げて目標地形を算出し、現況地形データ、目標地形を表示装置に出力する。【選択図】図６

Description

本発明は、作業支援機能を搭載し、目標地形に基づいて作業を行う建設機械に関するものである。

従来、油圧ショベル等の建設機械において、オペレータが入力装置を介して入力した施工目標面、または予め用意された施工目標面を用いて、建設機械のフロントつめ先位置と施工目標面の距離を表示する技術が提案されている。また、建設機械のフロントつめ先位置が施工目標面より下の領域を掘削しないよう領域制限を行う技術が提案されている。

例えば特許文献１には、「表層を所望の勾配或いは深さまで掘削するように、バケットを有する掘削機を制御する制御方法であって、勾配制御モードを選択した場合には、掘削される表層の所望の勾配を限定するデータを入力する工程と；所望の勾配を示す情報をディスプレイパネル上に表示する工程と；所望の勾配を基準にしてバケットの位置を示す情報をディスプレイパネル上に表示する工程と；バケットの軌道を所望の勾配と一致するように自動制御する工程と；を有し、また、深さ制御モードを選択した場合には、掘削される表層の所望の深さを限定するデータを入力する工程と；所望の深さを示す情報をディスプレイパネル上に表示する工程と；所望の深さを基準にしてバケットの位置を示す情報をディスプレイパネル上に表示する工程と；バケットの軌道を所望の深さと一致するように自動制御する工程と；を有することを特徴とする掘削機の制御方法」が記されている。

特許第３４５２４６１号公報

特許文献１に開示の技術では、建設機械の作業毎に目標地形（施工完成時の地形）を事前に構築し、オペレータがタッチパネルを用いて設定入力する必要があるため、目標地形の作成に時間を要する。また、予め目標地形を用意する場合は、ＣＡＤなどを用いて、人が事前に設計する必要がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、施工現場の現況地形データと、予め記憶装置に記憶されたテンプレート形状を用いることで、施工現場で目標地形を自動的に作成することができる技術を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、代表的な建設機械は、建設機械の姿勢を検出する姿勢検出装置と、前記建設機械の測位位置を検出する測位装置と、地形形状のひな型であるテンプレート形状を記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶されているテンプレート形状に基づき、施工後の地形形状である目標地形を作成する情報コントローラと、表示装置と、を有する建設機械において、前記情報コントローラは、前記姿勢検出装置と前記測位装置の検出値、および前記建設機械の周囲の地形を計測する地形計測装置から出力される検出値に基づき、前記建設機械の周囲の地形形状を示す現況地形データを作成し、前記記憶装置に記憶されているテンプレート形状を取得し、当該テンプレート形状を変形させて、施工対象領域に適合したテンプレート地形を作成し、前記現況地形データと前記テンプレート地形との土量の差分が規定値の範囲内に収束するように、当該テンプレート地形全体の高さを嵩上げもしくは切り下げて前記目標地形を算出し、前記現況地形データ、および前記目標地形を前記表示装置に出力する、ことを特徴とする。

施工現場の現況地形データと、予め記憶装置に記憶されたテンプレート形状を用いることで、施工現場で目標地形を自動的に作成することができ、施工前に目標地形を作成するのに要する手間や、施工現場に即した目標地形を予め作成する手間が軽減される。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

油圧ショベルの概観を示す図である。 実施形態の油圧ショベルの制御システムの一例を示す図である。 実施形態の車体座標系について説明する図である。 実施形態の車体座標系、センサ座標系およびサイト座標系の関係を説明する図である。 実施形態における油圧ショベルの目標地形作成の概要例を示す図である。 実施形態の機能ブロックを例示する図である。 実施形態の地形点群データのデータ形式の例を示す図である。 実施形態の現況地形データのデータ形式の例を示す図である。 実施形態のテンプレート地形データのデータ形式の例を示す図である。 実施形態の目標地形のデータ形式の例を示す図である。 実施形態のテンプレート地形作成処理の流れを示す説明図である。 実施形態のテンプレート形状の例を示す図である。 モニターに表示されるテンプレート形状の選択画面およびパラメータ設定画面を示す図である。 実施形態の現況地形出力処理によって得られる現況地形の例を示す図である。 実施形態の現況地形出力処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態の地形グリッド変換処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態の目標地形作成部の動作を説明するための一例を示す図である。 実施形態の目標地形作成処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態の目標地形最適化処理を示すフローチャートである。 実施形態の現況地形データの各グリッドに対応するテンプレート地形高さの算出方法の例示する図である。 実施形態のモニターでの表示例を示す図である。

以下の実施形態においては、便宜上必要があるときは、複数のセクションまたは実施形態に分割して説明する。以下の実施形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。尚、以下の実施形態において、その構成要素（処理ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須ではない。

以下、図面等を用いて、実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本実施形態に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

［構成］
まず、建設機械の一例として、本実施形態における油圧ショベルの概略構成を説明する。図１は、本実施形態の油圧ショベル１００の概観を示す斜視図であり、図２は油圧ショベル１００の制御システムの一例を示す図である。

油圧ショベル１００は、多関節フロント作業機１１０と車体１３０とを備える。車体１３０は、上部旋回体１３１と下部走行体１３２とを備える。上部旋回体１３１および下部走行体１３２は、旋回モータ１２４の駆動により旋回し、右走行モータ１２５、および左走行モータ１２６の駆動により前後方向に走行する。

多関節フロント作業機１１０は、基端が上部旋回体１３１に俯仰可能に連結されたブーム１１１と、ブーム１１１の先端に揺動可能に連結されたアーム１１２と、アーム１１２の先端に揺動可能に連結されたバケット１１３とを備える。ブーム１１１とアーム１１２とバケット１１３とは、それぞれ、ブームシリンダ１２１とアームシリンダ１２２とバケットシリンダ１２３との各アクチュエータにより駆動され、掘削および土砂の運搬を行う。

また上部旋回体１３１は、運転室１５１を備える。運転室１５１には、操作レバー１５２、タッチパネルが表層に形成されているモニター１５３（表示装置）、警告音を発するブザー１５４（いずれも図２参照）が設置される。モニター１５３は、タッチパネルの機能によりオペレータからの入力を受け付けるとともに、オペレータに情報を通知する。

さらに、ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３、および上部旋回体１３１は、それぞれの回動角を検出するブーム角度検出器１８１、アーム角度検出器１８２、バケット角度検出器１８３、および旋回体角度検出器１８４を備える。これら各種角度検出器１８１〜１８４は、例えばＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）などである。

油圧ショベル１００は、周囲の地形を検知して現況の地形形状を示す情報（後述の地形点群データ７００）を生成する地形計測装置１７０を備える。地形計測装置１７０は、例えば、ステレオカメラ、レーザスキャナ、ミリ波レーダ等の外界センサであり、油圧ショベル１００の周囲の地形を計測する。また油圧ショベル１００は、右ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機１７１および左ＧＮＳＳ受信機１７２を備える。右ＧＮＳＳ受信機１７１および左ＧＮＳＳ受信機１７２は、はるか上空を飛行しているＧＮＳＳ衛星から出力される測位信号を受信することで、油圧ショベル１００の測位位置を検出する測位装置である。

また油圧ショベル１００は、重力方向に対する油圧ショベル１００の傾斜角度、すなわち油圧ショベル１００の姿勢を検出する姿勢検出装置１７３を備える。姿勢検出装置１７３は例えばＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）などである。

［制御システム］
引き続き、油圧ショベル１００に備えられる制御システムの概要を、図２を参照しつつ説明する。

油圧ショベル１００は、エンジン１４３と、油圧ポンプ１４２と、コントロールバルブ１４１と、メインコントローラ１６２と、情報コントローラ１６１とを備える。

油圧ポンプ１４２は、エンジン１４３の動力によって作動する。オペレータが操作レバー１５２を操作すると、その操作情報は、メインコントローラ１６２で制御信号に変換される。制御信号は、油圧ポンプ１４２とパイロットバルブ１４４とエンジン１４３に送られる。これら制御信号により、コントロールバルブ１４１を介して作動油が循環し、旋回モータ１２４と、右走行モータ１２５と、左走行モータ１２６と、ブームシリンダ１２１と、アームシリンダ１２２と、バケットシリンダ１２３とが駆動する。

情報コントローラ１６１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１６１１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１６１２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１６１３、および外部１／Ｆ（Interface）１６１４などが、バス１６１５により互いに接続されたコンピュータである。情報コントローラ１６１は、後述する各処理を実施することで、施工後の地形形状である目標地形を作成する。

外部Ｉ／Ｆ１６１４は、メインコントローラ１６２、ブザー１５４、モニター１５３、および記憶装置１５５（ハードディスクドライブや大容量フラッシュメモリなど）に接続される。情報コントローラ１６１は、ブザー１５４およびモニター１５３を介したオペレータへの情報提示や、メインコントローラ１６２へのコントロールバルブ１４１の制御指示を行う。記憶装置１５５には、テンプレートデータベース２３０（以下、テンプレートＤＢ２３０と表記）が記憶される。テンプレートＤＢ２３０は、地形形状のひな型であるテンプレート形状３００（後述の図１２）を保持する。

外部Ｉ／Ｆ１６１４には、右ＧＮＳＳ受信機１７１、左ＧＮＳＳ受信機１７２、上記の各種角度検出器１８１〜１８４、姿勢検出装置１７３、地形計測装置１７０が接続される。また情報コントローラ１６１内に構築される目標地形出力装置２００は、各種演算処理を行う。

情報コントローラ１６１には、油圧ショベル１００の外部（例えば管制サーバ）と地形形状情報や管制データの送受信を行う無線通信装置１５７が接続されている。無線通信装置１５７は、無線ＬＡＮ、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、携帯回線などと接続する通信機器である。無線通信装置１５７およびモニター１５３は、情報コントローラ１６１から目標地形情報を出力する複数の出力装置に相当する。

本実施形態の目標地形出力装置２００の説明に先立ち、本実施形態の概要を説明する。

［座標系］
まず、本実施形態で用いる座標系について図３、図４を参照して説明する。図３は、本実施形態で用いる車体座標系９００について説明する図である。また図４は、車体座標系９００、センサ座標系９１０およびサイト座標系９３０の関係を説明する図である。

本実施形態では、図３に示す車体１３０に固定された車体座標系９００、および図４に示す、地形計測装置１７０に固定されたセンサ座標系９１０、および施工現場内に設けられた基準点を原点としたサイト座標系９３０を用いる。本実施形態においては、サイト座標系９３０が最も基準となる座標系であるものとし、各座標系で示される物体の座標値は、最終的にはサイト座標系９３０に変換されるものとする。

図３に示す車体座標系９００は、下部走行体１３２が地面と接触する面と、油圧ショベル１００の旋回中心軸とが交わる点を原点とし、水平面上にＸ軸とＹ軸とを取り、鉛直方向にＺ軸を取る直交座標系である。本実施形態では、車体１３０が進行する方向の左右にＸ軸をとり、水平面上でＸ軸に直交する方向をＹ軸とする。

次に図４を参照し、車体座標系９００、センサ座標系９１０およびサイト座標系９３０の関係と、それら座標変換処理について説明する。

まず、地形計測装置１７０が計測した計測点９２０を、センサ座標系９１０から車体座標系９００への座標変換する方法について説明する。図４において、計測点９２０は、センサ座標系９１０上でＰｓ（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）と表され、車体座標系９００上のＰｖ（ｘｖ、ｙｖ、ｚｙ）に変換される。このときの座標変換式は、例えば以下の（式１）に表される。

Ｒｓｖはセンサ座標系９１０から車体座標系９００への回転行列であり、αｓ、βｓ、γｓは、それぞれセンサ座標系９１０と車体座標系９００のＸ軸同士、Ｙ軸同士、Ｚ軸同士がなす角である。地形計測装置１７０が油圧ショベル１００に固定されている場合、これらのなす角は、例えば、予め車体座標系９００における地形計測装置１７０の姿勢を測定しておき、記憶装置１５５に事前に保存される。また、地形計測装置１７０が油圧ショベル１００に対して姿勢を変化させながら地形計測を行う場合、地形計測装置１７０に姿勢計測センサを備え付けるなどして、姿勢計測センサが検出した角度を用いて座標変換行列を算出してもよい。

Ｔｓｖは車体座標系９００の原点からセンサ座標系９１０への並進ベクトルである。ｘｔ、ｙｔ、ｚｔは、車体座標系９００からみたセンサ座標系９１０の原点座標に等しい。地形計測装置１７０の取り付け位置は、油圧ショベル１００に対して固定されている場合が多い。このことから、本実施形態では、予め地形計測装置１７０の油圧ショベル１００への取り付け位置を計測しておき、この計測値を記憶装置１５５に事前に保存しておく。

つぎに、車体座標系９００からサイト座標系９３０への座標変換について説明する。図４において、計測点９２０は、車体座標系９００上でＰｖ（ｘｖ、ｙｖ、ｚｖ）と表され、サイト座標系９３０上のＰｇ（ｘｇ、ｙｇ、ｚｇ）に変換される。このときの座標変換式は、例えば（式２）の通りに表される。

Ｒｖｇは車体座標系９００からサイト座標系９３０への回転行列であり、θｒ、θｐ、θｙは、それぞれ車体座標系９００とサイト座標系９３０のＸ軸同士、Ｙ軸同士、Ｚ軸同士がなす角である。θｒおよびθｐは、例えば、油圧ショベル１００に備え付けられた姿勢検出装置１７３が出力した、油圧ショベル１００の姿勢情報を用いる。また、θｙは油圧ショベル１００に備え付けられた右ＧＮＳＳ受信機１７１および左ＧＮＳＳ受信機１７２が受信した測位データから算出した油圧ショベル１００の方位を用いてもよい。

また、Ｔｖｇはサイト座標系９３０の原点から車体座標系９００の原点へのベクトルである。ｘ０、ｙ０、ｚ０はサイト座標系９３０からみた車体座標系９００の原点座標に等しい。これらの値には、例えば、右ＧＮＳＳ受信機１７１および左ＧＮＳＳ受信機１７２が受信した測位データから算出した油圧ショベル１００の位置を用いる。

［概要］
次に、本実施形態の目標地形出力装置２００の動作概要について説明する。図５は油圧ショベル１００の目標地形作成の動作場面の例を示す図である。図５（ａ）および（ｂ）は油圧ショベル１００が施工対象の地形３５０に対して、土砂３６０を平面状に敷き慣らす場面である。尚、本実施形態では、土砂を資材として掘削や敷き均しなどを行うものとし、その量（体積）について、「土量」と表記する。尚、コンクリートやセメントを砕いたガラなどの再生砕石、砂利など、土砂以外の資材を当然扱ってもよく、この場合においても、その量（体積）を「土量」と表記する。

図５（ａ）のように油圧ショベル１００が土砂３６０を施工対象の地形３５０に敷き慣らす場合、特許文献１に記載の技術を用いるには、地形３５０および土砂３６０の形状を、事前に測量などを行い特定し、土量（ｍ^３）を算出して目標地形を設計する必要がある。

これに対し、本実施形態の目標地形出力装置２００は、油圧ショベル１００に取り付けられた地形計測装置１７０を用いて計測される、土砂３６０も含めた施工対象の地形３５０のデータを用いる。また目標地形出力装置２００は、この測位データと、オペレータが選択したテンプレート地形（この場合は平面を選択する）とに基づき、目標地形を自動生成する。図５（ａ）の例において、目標地形出力装置２００は、図５（ｂ）に示すように、土砂３６０を施工対象の地形３５０に敷き慣らすのに好適な高さが設定された目標地形６００を生成する。このように本実施形態では、目標地形をオペレータなどが設計、作成すること無しに、施工作業を支援する技術を提供することができる。

［目標地形出力装置２００］
以下、上記の様な目標地形作成を実現する目標地形出力装置２００について説明する。図６は、本実施形態の目標地形出力装置２００の機能ブロック図である。

目標地形出力装置２００は、機械状態取得部５１０、テンプレート地形作成部５２０、現況地形出力部５３０、目標地形作成部５４０、地形情報出力部５５０を有する。これらの各部は、情報コントローラ１６１のＣＰＵ１６１１が、予め定めたプログラムをＲＡＭ１６１２にロードして実行することにより行われる。また当該プログラムは、例えば記憶装置１５５などに事前に記憶されている。尚、情報コントローラ１６１が、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）などの集積回路を有している場合、図６に示す一部または全部の機能は、これら集積回路によって実現されてもよい。また、各部の処理に用いる各種のデータ、および処理中に生成される各種のデータは、ＲＡＭ１６１２または記憶装置１５５に格納される。

［地形のデータ形式］
次に、図７〜１０を用いて、目標地形出力装置２００で扱われる地形に関するデータの形式について説明する。本実施形態では、施工対象の地形３５０の形状として、地形点群データ７００、および現況地形データ８００を用いる。また一方で、施工の目標となる地形形状の情報として、テンプレート形状３００を元に導出されるテンプレート地形４００、および目標地形６００を用いる。

図７は地形点群データ７００のデータ形式の一例を示す図である。このような地形点群データ７００は、地形計測装置１７０によって出力される。地形点群データ７００は、例えば図７に示すように、点データＰｔ（ｎ）のインデックス７１２と、｛Ｘｐｔ（ｎ），Ｙｐｔ（ｎ），Ｚｐｔ（ｎ）｝の座標値７１４で表されるリストとして構成されており、これが記憶装置１５５やＲＡＭ１６１２内に記憶される。

図８は現況地形データ８００の例を示す図である。現況地形データ８００は、地形計測装置１７０によって出力された地形点群データ７００と、機械状態取得部５１０が出力したサイト座標系９３０における油圧ショベル１００の車体位置および姿勢情報から、現況地形出力部５３０の処理によって出力される。現況地形データ８００は、油圧ショベル１００の周囲の現況地形を、サイト座標系９３０における座標値や寸法などの数値情報で定義付けるデータである。現況地形データ８００のデータ形式は特に限定しないが、本実施形態では、図８に示すグリッドＧ（ｎ）のような形式とする。すなわち本実施形態では、施工対象領域である地形３５０をグリッドに分割しておき、これをＧ（ｎ）とする。そして現況地形出力部５３０は、グリッドＧ（ｎ）毎に、サイト座標系９３０における各グリッドの中心座標｛Ｘｇｒｉｄ（ｎ），Ｙｇｒｉｄ（ｎ）｝、当該グリッドの位置における現況地形の高さＨｇｒｉｄ（ｎ）含めたリストを作成する。また現況地形出力部５３０は、高さ情報が格納されているかを示すフラグ情報であるＦ（ｎ）を対応付けてリストに含める（Ｆ（ｎ）の用途については後述）。ここでｎは任意のグリッドＧ（ｎ）の要素番号を示す。このように現況地形出力部５３０は、地形点群データ７００を入力し、これを上記の式１、式２を用いてサイト座標系に座標変換するとともに、各グリッドに対応付けるように表記変換して、現況地形データ８００を作成する。尚、図８に示す規定値Ｄｇｒｉｄは、各グリッドの一辺の長さを示している。また一辺の長さを規定値Ｌｇｒｉｄとした太枠線内の領域は、後述する油圧ショベル１００を中心とした切り出し対象の領域を例示したものである。

現況地形出力部５３０により作成された現況地形データ８００は、例えば、記憶装置１５５に記憶される。グリッドの大きさ、および現況地形データ８００が保持する領域の大きさは、予め定められたものを用いる。ただし、現況地形データ８００が保持する領域の大きさは、テンプレート地形４００（後述）の大きさと同じであることが好ましい。

図９はテンプレート地形４００のデータ形式の例を表す説明図である。テンプレート地形４００は、オペレータによって選択されたテンプレート形状３００（図１２参照）と、オペレータによってモニター１５３を介して入力された地形３５０の広さなどの情報を用いて、テンプレート地形作成部５２０の処理によって出力される。テンプレート地形４００は、広さなど、当該施工対象領域に適合した施工後の地形形状を示したデータである。テンプレート地形作成部５２０は、テンプレート形状３００を回転させたり、縦横の長さの比を変更したり、テンプレート形状３００を拡大もしくは縮小したりすることで、当該施工対象領域に適合したテンプレート地形を作成する。

テンプレート地形４００のデータ形式は特に限定されないが、例えば、図９に示すように、点データ４４０と要素データ４５０から構成されるものとする。点データ４４０は、各点Ｎｔ（ｎ）を識別する番号４４１、および｛Ｘｔ（ｎ），Ｙｔ（ｎ），Ｚｔ（ｎ）｝の座標値４４２を含む。また、要素データ４５０は、各要素Ｅｔ（ｎ）を識別する番号４５１、および要素をなす点データＮｔ（ｎ）の番号４５２を含む。

尚、本実施形態のテンプレート地形４００は、多角形ポリゴンを複数連ねることで構成されたデータとなっており、本実施形態では、多角形ポリゴンとして三角形ポリゴンを採用している。すなわち要素データ４５０の各要素Ｅｔ（ｎ）は、テンプレート地形４００を構成する局所の三角形ポリゴンのそれぞれを一意に識別するものであり、一つの三角形ポリゴンは、図９に示すデータの紐づけ関係で示されるとおり、３点のＮｔ（ｎ）の各座標値により定義付けられる。

図１０は、目標地形６００のデータ形式の例を表す説明図である。目標地形６００は、テンプレート地形作成部５２０が出力したテンプレート地形４００と、現況地形出力部５３０が出力した現況地形データ８００を用いて、目標地形作成部５４０の処理によって出力される。目標地形６００のデータ形式は特に限定しないが、例えば、図１０に示すように、点データ６４０と要素データ６５０から構成される。点データ６４０は、各点Ｎｄ（ｎ）を識別する番号６４１、および｛Ｘｄ（ｎ），Ｙｄ（ｎ），Ｚｄ（ｎ）｝の座標値６４２を含む。また、要素データ６５０は、各要素Ｅｄ（ｎ）を識別する番号６５１、および要素をなす点データＮｄ（ｎ）の番号６５２を含む。

図１０に示す要素データ６５０と点データ６４０との関係も、上記テンプレート地形４００の要素データ４５０と点データ４４０との関係と同様である。すなわち、要素データ６５０の各要素Ｅｄ（ｎ）は、目標地形６００を構成する局所の三角形ポリゴンを意味し、これら各三角形ポリゴンは、点データ６４０の各点Ｎｄ（ｎ）の３点の座標値により定義付けられる。

［地形計測装置１７０］
次に、地形計測装置１７０の動作について、ここで説明する。地形計測装置１７０の搭載位置、姿勢は限定しないが、本実施形態における地形計測装置１７０は、図１に示すように油圧ショベル１００のキャブ上に設置されているものとする。また、計測タイミング等について特に限定しないが、本実施形態においては、周期的に油圧ショベル１００の周囲の地形を自動で計測するものとする。尚、周期的に行う必要はなく、例えば、油圧ショベル１００が決められた姿勢をとったタイミングや、オペレータが指示したタイミングで地形計測を行ってもよい。また、地形データの出力形式は、例えば、図７に示す地形点群データ７００の形式とする。

以下、目標地形出力装置２００の各処理について図を用いて説明する。
［機械状態取得部５１０］
機械状態取得部５１０は、姿勢検出装置１７３と、ブーム角度検出器１８１、アーム角度検出器１８２、バケット角度検出器１８３、および旋回体角度検出器１８４と、右ＧＮＳＳ受信機１７１および左ＧＮＳＳ受信機１７２からそれぞれ検出値を入力する。機械状態取得部５１０は、上部旋回体１３１の測位位置、方位、およびバケット１１３の先端位置を算出する。尚、本実施形態では、バケット１１３の先端位置および油圧ショベル１００の位置、姿勢のことを、機械状態と呼ぶ。バケット１１３の先端位置は、車体座標系９００の座標値で表される。また、算出された機械状態は、記憶装置１５５に保持されるとともに、現況地形出力部５３０に出力される。尚、本実施形態では、機械状態取得部５１０が上記の（式１）、（式２）を用いて、得られた機械状態をサイト座標系に変換するものとするが、この座標変換処理を現況地形出力部５３０が行ってもよい。

［テンプレート地形作成部５２０］
図１１〜図１３を参照してテンプレート地形作成処理について説明する。図１１はテンプレート地形作成処理の流れを示すフローチャートである。図１２（ａ）〜（ｃ）はテンプレート形状３００の例を示す説明図である。また図１３（ａ）〜（ｃ）は、モニター１５３に表示される、テンプレートの選択画面やパラメータ入力画面である。

テンプレート地形作成部５２０は、記憶装置１５５に事前に記憶されているテンプレート形状３００と、モニター１５３を介してオペレータが入力した、施工対象領域の広さなどの施工条件とに基づき、目標地形６００の元となるテンプレート地形４００を出力する。このときのテンプレート形状３００は図１２（ａ）〜（ｃ）に表されるような、平面、斜面、溝の様な形状である。本実施形態では、図１２（ａ）に示される平面形状が選択された場合を例にとって説明する。尚、テンプレート形状３００はこれら３つに限るものではなく、図１２（ａ）〜（ｃ）に示されるものより複雑な形状であってもよい。尚、テンプレート形状３００のデータ形式についても、特に限定はされないが、ここでは、上記の図９の形式、すなわち三角形ポリゴンを要素とした構成となっている。

以下、図１１の各ステップに沿ってテンプレート地形作成部５２０の処理について説明する。
＜ステップＳ１０１＞
テンプレート地形作成部５２０は、オペレータによって選択された、記憶装置１５５に記憶されているテンプレート形状３００を一つ取得する。テンプレート形状３００の選択方法は、例えば、油圧ショベル１００に乗ったオペレータが、図１３（ａ）に示すテンプレート選択画面を表示したモニター１５３を介して選択する方法が想定される。

＜ステップＳ１０２＞
テンプレート地形作成部５２０は、ステップＳ１０１で選択されたテンプレート形状３００について、施工寸法を設定し、テンプレート地形４００として出力し、処理を終了する。ここで施工寸法とは、図１２（ａ）〜（ｃ）に示されるＬ、Ｄ、Ｈ、Ａ、Ｂ、Ｃを含むテンプレート形状３００の各辺の寸法と、Ｐｔｍなどのサイト座標系９３０におけるテンプレート形状の位置、およびθｔｍに代表される方向である。これらの寸法の数は選択されたテンプレート形状３００の形によって異なる。また、寸法の設定方法は図１２（ａ）〜（ｃ）に限られず、例えば、テンプレート形状３００の各頂点の座標を設定してもよい。施工寸法の設定方法として、例えば、オペレータがモニター１５３を介して、図１３（ｂ）に例示する設定画面上でタッチパネル機能等を用いて選択する。このようにオペレータが直接代入した寸法を得る実装でもよいし、機械状態取得部５１０が算出した油圧ショベル１００の姿勢や方位の情報を参照し、油圧ショベル１００の車体座標系９００の原点をＰｔｍ、油圧ショベル１００の方位角をθｔｍとしてもよい。

またオペレータは、当該現場内に搬入される土量を事前に把握している場合、図１３（ｃ）に示す搬入土量入力画面を用いて、搬入予定の土量（ｍ^３）を入力する。ここで入力される搬入土量情報は、後述処理のパラメータの一つとして用いられる。

［現況地形出力部５３０］
図１４〜図１６を参照して、現況地形出力処理について説明する。図１４は、現況地形出力部５３０の動作例を説明するための図である。図１５は現況地形出力処理の流れを示すフローチャートである。また図１６は、本実施形態のグリッドマップ変換処理の流れを示すフローチャートである。

現況地形出力部５３０は、機械状態取得部５１０が算出した油圧ショベル１００のサイト座標系９３０での位置および姿勢を用いて、地形計測装置１７０から得られる施工対象の地形３５０の地形点群データ７００を、現況地形データ８００に変換して出力する。現況地形出力処理によって、例えば、図１４（ａ）に示す施工対象の地形３５０に対して、図１４（ｂ）に示す現況地形データ８００を得ることができる。尚、図１４（ｂ）は、図８に示した現況地形データ８００をもとにグラフィカルに描いた図である。

以下、図１５の各ステップに従って現況地形出力部５３０の処理について説明する。
＜ステップＳ２０１＞
現況地形出力部５３０は、機械状態取得部５１０が算出した油圧ショベル１００のサイト座標系９３０での位置および姿勢情報を用いて、地形計測装置１７０が出力した地形点群データ７００を、センサ座標系９１０からサイト座標系９３０へ変換する。この際、現況地形出力部５３０は、上記の（式１）、（式２）を用いて、座標変換を行う。

＜ステップＳ２０２＞
現況地形出力部５３０は、サイト座標系９３０に変換された地形点群データ７００を、グリッド単位の現況地形データ８００に変換する。図１６は現況地形データ変換処理内容を表すフローチャートである。以下、図１６の各ステップに従って現況地形データ変換処理（ステップＳ２０２）の処理について説明する。尚、図１６に示すフローチャートは、既に作成した現況地形データ８００を、最新のデータに更新する動作を含んでいる。すなわち、本実施形態では、地形計測装置１７０から現況の地形点群データ７００が得られるごとに、その都度現況地形出力部５３０が動作し、リアルタイムに現況地形データ８００を更新する。よって地形計測装置１７０が周期的に動作して現況の地形点群データ７００を繰り返し計測し続ける場合、現況地形出力部５３０もまた、この動作に連動して、１サイクル前に作成した現況地形データ８００を最新のものに更新することで、現況地形データ８００を常時最新のものに維持し続ける。

［現況地形データ変換処理（ステップＳ２０２）］
＜ステップＳ３０１＞
現況地形出力部５３０は、記憶装置１５５に既に記憶されている現況地形データ８００を読込み、情報コントローラ１６１内のＲＡＭ１６１２に現況地形データ８００を一時的に書き出す。上記のとおり、この現況地形データ８００は前回本フローを実施した際に得られたデータである。現況地形データ８００は、施工対象の地形３５０全体地形の情報を全て含むため、演算処理に時間を要してしまう。このことから、機械状態取得部５１０の出力した油圧ショベル１００のサイト座標系９３０での位置情報を用いて、図８の太枠線で示す車体座標系９００の原点を中心とした地形情報のみを切り出して、読み込んでもよい。尚、現況地形データ８００を新規に作成する場合は、このステップＳ３０１はスキップされる。

＜ステップＳ３０２＞
現況地形出力部５３０は、地形計測装置１７０が出力した地形点群データ７００を取得し、このデータの大きさから、ステップＳ３０３以降のループ処理に用いる閾値Ｎｐの大きさを算出する。
＜ステップＳ３０３＞
現況地形出力部５３０は、変数ｎに初期値１を設定し（ｎ＝１）、ステップＳ３０４からステップＳ３０６までのループ処理を開始する。

＜ステップＳ３０４＞
現況地形出力部５３０は、地形点群データ７００のｎ番目の点データＰｔ（ｎ）が、現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）のいずれに対応しているかを算出する。算出方法は特に限定しないが、現況地形出力部５３０は、例えば地形点群データ７００のｎ番目の点データＰｔ（ｎ）の座標値｛Ｘｐｔ（ｎ），Ｙｐｔ（ｎ）｝と、Ｇ（ｎ）の中心の座標値である｛Ｘｇｒｉｄ（ｎ），Ｙｇｒｉｄ（ｎ）｝とを比較し、Ｐｔ（ｎ）とＧ（ｎ）の中心との距離が、グリッド幅±Ｄｇｒｉｄ／２以内であるか判定する。地形点群データ７００の全てのＰｔ（ｎ）について、それぞれグリッドＧ（ｎ）と比較し、地形点群データ７００のｎ番目の点データＰｔ（ｎ）に対応するグリッドＧ（ｎ）を算出する。

＜ステップＳ３０５＞
現況地形出力部５３０は、ステップＳ３０４が算出した地形点群データ７００のｎ番目の点データＰｔ（ｎ）に対して、現況地形データ８００内に対応するグリッドＧ（ｎ）が存在するか判定する。Ｐｔ（ｎ）に対応するＧ（ｎ）が存在する場合、現況地形出力部５３０はステップＳ３０６に進む。Ｐｔ（ｎ）に対応するＧ（ｎ）が存在しない場合、現況地形出力部５３０は、当該点データＰｔ（ｎ）を現況地形データ８００の範囲外のデータとして扱い、これを破棄してステップＳ３０７に進む。

＜ステップＳ３０６＞
現況地形出力部５３０は、現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）における高さＨｇｒｉｄ（ｎ）をＺｐｔ（ｎ）の値に更新する。また現況地形出力部５３０は、グリッドＧ（ｎ）の高さ情報の有無を示すフラグ情報Ｆ（ｎ）に対し、値が設定されたことを示す１を設定する。

＜ステップＳ３０７＞
現況地形出力部５３０は、ｎがＮｐに達したか判定をする。ｎがＮｐと等しいとき、処理はステップＳ３０９に進む。ｎがＮｐ未満であるとき、処理はステップＳ３０８に進む。

＜ステップＳ３０８＞
現況地形出力部５３０は、ｎに１を加えてｎ＋１として、ステップＳ３０４に進む。
＜ステップＳ３０９＞
現況地形出力部５３０は、更新された現況地形データ８００を記憶装置１５５に保存し、処理を終了する。

［目標地形作成部５４０］
図１７〜図２０を参照して、目標地形作成処理について説明する。図１７は、目標地形作成部５４０の動作例を示す図である。図１８は、目標地形作成処理の流れを示すフローチャートである。図１９は目標地形作成部５４０の処理である目標地形最適化処理の流れを示すフローチャートである。図２０は現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）に対応したテンプレート地形４００の高さＨｄ（ｎ）を算出する方法を説明するための図である。

目標地形作成部５４０は、現況地形出力部５３０が出力した現況地形データ８００と、テンプレート地形作成部５２０が作成したテンプレート地形とを比較して、土量の差分が規定値の範囲内に収束するように、テンプレート地形４００の高さ寸法を調整する。そして目標地形作成部５４０は、調整後のテンプレート地形４００を目標地形６００として出力する。

目標地形作成部５４０は、図１７（ａ）に示すように、まず、テンプレート地形作成部５２０が出力したテンプレート地形４００と、現況地形出力部５３０が出力した現況地形データ８００との間のオフセットＨ０を設定する。そして目標地形作成部５４０は、テンプレート地形４００と現況地形データ８００とを比較し、また図１３（ｃ）の画面を介してオペレータから搬入土量が入力された場合は、これを加味して、Ｈ０を最適なオフセットＨｏｐｔに更新する。テンプレート地形４００の初期状態でのオフセットＨ０の算出方法は特に指定しないが、例えば、現況地形データ８００の地形の高さＨｇｒｉｄ（ｎ）の最大値と等しい値とする。また、テンプレート地形４００と現況地形データ８００とを、グリッド毎に比較し、施工を行う土量の増減値を、グリッド毎に算出する。そして、すべてのグリッドにおける施工を行う土量の算出結果から、土量の過不足が最小となるような高さを求めることで、図１７（ｂ）に示すような好適なオフセットＨｏｐｔを算出し、目標地形６００を出力する。

以下、図１８のフローチャートに従って目標地形作成部５４０の処理内容について説明する。尚、図１８に示すフローチャートも、現況地形出力部５３０のリアルタイム動作と連動して行われてもよい。この場合、目標地形作成部５４０もリアルタイムに目標地形６００を更新し、オペレータなどに最新の目標地形６００を提示することができる。
＜ステップＳ４０１＞
目標地形作成部５４０は、テンプレート地形作成部５２０が出力したテンプレート地形４００を取得する。
＜ステップＳ４０２＞
目標地形作成部５４０は、現況地形出力部５３０が出力した現況地形データ８００を取得する。

＜ステップＳ４０３＞
目標地形作成部５４０は、ステップＳ４０２で取得した現況地形データ８００が目標地形６００を作成するのに十分なデータ量であるかを判定する。判定方法は、例えば、現況地形データ８００の各グリッドに含まれるフラグ情報Ｆ（ｎ）が１である割合が規定の閾値以上であるかで判定する。

現況地形データ８００が十分な情報量を持つと判定した場合（Ｓ４０３：Ｙｅｓ）、目標地形作成部５４０は、ステップＳ４０５に進む。現況地形データ８００の情報量が不十分であると判定した場合（Ｓ４０３：Ｎｏ）、目標地形作成部５４０は、ステップＳ４０４に進む。

＜ステップＳ４０４＞
目標地形作成部５４０は、現況地形データ８００の情報量が不足している領域９８０（後述の図２１（ｂ）参照）の地形データを取得するように指令を出力する。例えば目標地形作成部５４０は、地形情報出力部５５０へ、Ｆ（ｎ）が０である領域の情報を出力し、モニター１５３が当該領域を表示する（この表示内容については後述の図２１を参照）。これにより、目標地形作成部５４０は、オペレータに地形データが不足している領域へ地形計測装置１７０の計測範囲を向けるような指示を行うことができる。また、現況地形データ８００がステップＳ４０５の処理を行うのに十分なデータ量となるまで、現況地形出力部５３０の処理が繰り返し行われる。

＜ステップＳ４０５＞
目標地形作成部５４０は、目標地形最適化処理を行う。目標地形最適化処理では、まず、テンプレート地形４００と現況地形データ８００のオフセットｈをＨ０であると仮定して、現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）が保持する高さＨｇｒｉｄ（ｎ）と、テンプレート地形４００の地形情報を比較する。これをグリッドＧ（ｎ）毎に行うことで、目標地形作成部５４０は、テンプレート地形４００と現況地形データ８００の土量の過不足（グリッドごとの土量の差分）の合計を算出する。この土量の過不足が規定値（後述の閾値Ｓｔｈ）以下になるまで、オフセットｈを変化させていくことで、最適なオフセットＨｏｐｔを求める。図１９は目標地形最適化処理の流れを表すフローチャートである。以下、図１９の各ステップに従って、目標地形最適化処理の処理内容を説明する。尚、本実施形態では、社団法人日本道路協会が定める施工面の平坦性（高低差）の許容値に基づき、上記規定値を設けるものとする。例えば路床を施工する場合、設計高さに対する許容値は±５ｃｍ以内となっていることから、本実施形態においては、高さ方向の高低差が±５ｃｍとなる土量が、規定値として設定される。尚、これ以外にも、オペレータが土量差分の規定値を指定したり、事前に設定された値を土量差分の規定値として用いても構わない。

［目標地形最適化処理（ステップＳ４０５）］
＜ステップＳ５０１＞
目標地形作成部５４０は、テンプレート地形４００のオフセットＨ０と、土量の閾値Ｓｔｈを設定する。また現況地形データ８００とテンプレート地形４００の土量の過不足を表す積算土量Ｓを０にリセットする。

オフセットＨ０の設定方法は特に限定しないが、ここでは上記のように、現況地形データ８００の高さの最大値と同じ高さになるように設定することとする。また、土量の閾値Ｓｔｈは、積算土量Ｓがこの範囲内に収まれば過不足は無いものとみなすための値である。閾値Ｓｔｈは、積算土量Ｓが負の値（土量がサイト全体で不足している状態）で収束判定されないよう、正の値とするのが望ましい。また、後にダンプなどにより追加で運ばれてくる土砂の量があらかじめ判明している場合など、図１３（ｃ）の画面を介して搬入土量があらかじめ入力されている場合は、その土砂量を閾値の基準にし、土量の差分が、搬入土量の値と等しくなるように前記テンプレート形状の高さ寸法を調整して目標地形を算出する実装でもよい。また、現況地形データ８００とテンプレート地形４００の土量の過不足を表す積算土量Ｓを０にリセットする。

＜ステップＳ５０２＞
目標地形作成部５４０はステップＳ５０３からＳ５０５までのループ処理のカウンターであるｎを１として、ループ処理を開始する。
＜ステップＳ５０３＞
目標地形作成部５４０は、現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）の位置におけるテンプレート地形４００の高さＨｄ（ｎ）を算出する。

現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）の位置におけるテンプレート地形４００の高さを求めるには、図２０で示すように、目標地形作成部５４０は現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）のＺ軸上方にあるテンプレート地形４００の要素Ｅｔ（ｎ）を探索する。そして目標地形作成部５４０は、その後テンプレート地形４００の要素Ｅｔ（ｎ）が含む点データ｛Ｎｔ（ｎ１），Ｎｔ（ｎ２），Ｎｔ（ｎ３）｝がなす平面と、現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）の中心｛Ｘｇｒｉｄ（ｎ），Ｙｇｒｉｄ（ｎ）｝を通りＺ軸に平行な直線との交点Ｐｃ（ｎ）の位置を算出する。この交点Ｐｃ（ｎ）のＺ軸座標値をＨｄ（ｎ）とする。尚、上記例のとおりテンプレート地形４００が平面形状である場合、Ｎｔ（ｎ１）、Ｎｔ（ｎ２）、Ｎｔ（ｎ３）のＺ軸成分の各値Ｚｔ（ｎ１）、Ｚｔ（ｎ２）、Ｚｔ（ｎ３）は、オフセットｈと同値となる。すなわち、オフセットがｈから後述のように（ｈ−ｄｈ）に変更されると、Ｚｔ（ｎ１）、Ｚｔ（ｎ２）、Ｚｔ（ｎ３）も（ｈ−ｄｈ）に変更させる。テンプレート地形４００が平面以外の形状である場合においても、Ｚｔ（ｎ１）、Ｚｔ（ｎ２）、Ｚｔ（ｎ３）は、オフセットｈを基準とした値であり、オフセットｈの増減に伴い同じ値分増減される。

現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）の上方にあるテンプレート地形４００の要素Ｅｔ（ｎ）の探索方法は、特に限定しないが、例えば次の方法が考えられる。目標地形作成部５４０は、テンプレート地形４００の要素データ４５０から、一つの要素Ｅｔ（ｋ）を選択する。ここでＥ（ｋ）はテンプレート地形４００の要素データ４５０内のｋ番目の要素を表す。次に目標地形作成部５４０は、要素Ｅｔ（ｋ）の点データ｛Ｎｔ（ｋ１），Ｎｔ（ｋ２），Ｎｔ（ｋ３）｝のＸＹ平面における三角形内の領域に、現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）の中心座標｛Ｘｇｒｉｄ（ｎ），Ｙｇｒｉｄ（ｎ）｝が含まれるか判定をする。要素Ｅ（ｋ）の点データがなす三角形にＧ（ｎ）の中心座標｛Ｘｇｒｉｄ（ｎ），Ｙｇｒｉｄ（ｎ）｝が含まれる場合、当該Ｅｔ（ｋ）はＧ（ｎ）に対応するポリゴンであるものとし、目標地形作成部５４０はＥｔ（ｋ）をＥｔ（ｎ）とする。Ｅｔ（ｋ）がなす三角形にＧ（ｎ）の中心座標が含まれない場合、目標地形作成部５４０は、別の要素Ｅｔ（ｋ）を選択し、同様にしてＧ（ｎ）の中心座標｛Ｘｇｒｉｄ（ｎ），Ｙｇｒｉｄ（ｎ）｝が三角形領域内にあるかの存在判定を行う。目標地形作成部５４０は、この処理をＥｔ（ｎ）として採用される要素Ｅｔ（ｋ）が見つかるまで繰り返す。

＜ステップＳ５０４＞
目標地形作成部５４０は、現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）の位置における高さＨｇｒｉｄ（ｎ）とステップＳ５０３が算出したＧ（ｎ）におけるテンプレート地形４００の高さＨｄ（ｎ）を比較することで、Ｇ（ｎ）における必要な土量を算出する。そして、現況地形データ８００とテンプレート地形４００の土量の過不足を表す積算土量Ｓを更新する。積算土量Ｓの更新は、例えば、以下の数式を用いる。

＜ステップＳ５０５＞
目標地形作成部５４０は、ループ処理のカウンターであるｎと、現況地形データ８００の要素数（ここでは規定値とする）であるＮｇｒｉｄとの大小を比較する。ｎがＮｇｒｉｄと等しい場合、目標地形作成部５４０は、ステップＳ５０７に進む。ｎがＮｇｒｉｄ未満である場合、目標地形作成部５４０は、ステップＳ５０６に進む。

＜ステップＳ５０６＞
目標地形作成部５４０は、ループ処理のカウンターであるｎをｎ＋１としてステップＳ５０３に進む。
＜ステップＳ５０７＞
目標地形作成部５４０は、積算土量Ｓと積算土量収束判定を行う閾値Ｓｔｈを比較することで、テンプレート地形４００と現況地形データ８００のオフセットｈの収束判定を行う。積算土量Ｓが閾値Ｓｔｈ以下の場合、目標地形作成部５４０は、テンプレート地形４００と現況地形データ８００のオフセットｈが最適な値に収束したと判定する。そして目標地形作成部５４０は、オフセットＨｏｐｔを、最後に処理を行ったｈの値に設定し、目標地形６００を出力した後に、処理を終了する。一方、積算土量Ｓが閾値Ｓｔｈより大きい場合、目標地形作成部５４０は、テンプレート地形４００と現況地形データ８００のオフセットｈは好適な値に収束していないと判定し、ステップＳ５０８に進む。

＜ステップＳ５０８＞
目標地形作成部５４０は、ｈを（ｈ−ｄｈ）に再設定し、積算土量Ｓを０にリセットし後にステップＳ５０２の処理に進む。ｄｈは予め設定された値を用いてもよいし、積算土量Ｓと閾値Ｓｔｈの差に応じて変化させてもよい。

［地形情報出力部５５０］
地形情報出力部５５０は、目標地形作成部５４０が算出した目標地形６００と、現況地形出力部５３０が出力した現況地形データ８００を、情報コントローラ１６１、モニター１５３、無線通信装置１５７に出力する。地形情報出力部５５０による出力は、現況地形出力部５３０や目標地形作成部５４０のリアルタイム動作と連動して行われてもよい。現況地形出力部５３０は、上記のとおり地形計測装置１７０から現況の地形点群データ７００が得られるごとに動作し、リアルタイムに現況地形データ８００を更新する。よってこの動作と地形情報出力部５５０の動作とを連動させることで、出力先である例えばモニター１５３の表示内容を、現況の地形のものにリアルタイムに更新することができる。また目標地形作成部５４０が現況地形出力部５３０の動作と連動している場合において、この現況地形出力部５３０の動作と地形情報出力部５５０の動作とを連動させることで、最新の土量の差分を表示し、オペレータに通知することができる。

図２１（ａ）および（ｂ）は、モニター１５３への出力の例を表す説明図である。図２１（ａ）は、油圧ショベル１００、目標地形６００および現況地形データ８００を、サイト座標系９３０におけるＸ−Ｚ軸平面で表示させた例である。このときの断面は特に限定しないが、例えば、図３に示すような、車体座標系９００におけるＹ−Ｚ軸平面と、目標地形６００および現況地形データ８００の交線を表示する。また、油圧ショベル１００表示方法は、例えば、油圧ショベルの姿勢に対応した側面の画像複数枚を予め記憶装置１５５などに保持しておき、機械状態取得部５１０が出力した、油圧ショベル１００の姿勢に応じた画像を出力する方法があげられる。また、目標地形作成部５４０において、現況地形データ８００の情報が不十分であると判定された場合、モニター１５３には、例えば、図２１（ａ）に示すような警告表示９９０を表示してもよい。

図２１（ｂ）は、油圧ショベル１００、目標地形６００および現況地形データ８００を、サイト座標系９３０におけるＸ−Ｙ軸平面で表示させた例である。

図２１（ｂ）では、例えば、現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）の高さＨｇｒｉｄ（ｎ）に応じて、数値（ここでは±１０の範囲内の整数値）を表示させ、欄９７０を用いて、当該グリッドがどの程度の高さであるかを表記させてもよい。また高さを示す数値については、例えば図２１（ｂ）に示すように、目標地形６００の高さを基準値ゼロとし、目標地形６００と現況地形データ８００の地形情報との高さの差分に応じた値としてもよい。

また、図２１（ｂ）では、グリッドＧ（ｎ）ごとに高さに応じた数値データを示す実装例を示しているが、これに替えて、例えば高くなるほど黒色から白色に変化するグレイスケールのグラデーションを用いるなどして、高さに応じて色を変えて表示する実装でもよい。この場合、欄９７０は高さの高低を示す凡例として用いられる。この表示色と高さの値の対応は、現況地形データ８００のグリッドＧ（ｎ）の高さ情報に応じた色にする必要はなく、例えば、目標地形６００および現況地形データ８００の地形情報の高さの差分に応じた色を表示させてもよい。

現況地形データ８００の情報が不十分であると目標地形作成部５４０により判定された場合、モニター１５３は、図２１（ｂ）に示すように、警告表示９９０を表示することに加えて、現況地形データ８００の情報量が不足している領域９８０を、他の領域の表示と異ならせるように網掛け表示する。また、油圧ショベル１００の表示方法は、例えば、油圧ショベルの姿勢に対応した側面の画像複数枚を予め記憶装置１５５などに保持しておき、機械状態取得部５１０が出力した、油圧ショベル１００の姿勢に応じた画像を出力する方法があげられる。

［効果・補足］
以上に示す手順で、目標地形６００を生成することで、施工現場において、手作業で目標地形を作成する必要が少なくなり、施工前に目標地形を作成するのにかかる手間が軽減される。

本実施形態では、油圧ショベル１００に搭載された地形計測装置１７０の取得結果を用いたが、例えば、ドローンなどの飛行物体に地形計測用のセンサを搭載させ、上空より計測する実装でもよい。この場合、当該飛行物体が地形計測装置として機能する。油圧ショベル１００の情報コントローラ１６１は、飛行物体により計測されたデータを、無線通信を介して受信し、地形点群データ７００を得ることができる。情報コントローラ１６１は、このようにして得られた地形点群データ７００を用いて、現況地形データ８００を算出する。

また、本実施形態では、現況地形データ８００を図８に表すようなグリッド毎に高さ情報を保持する形式としたが、現況地形データ８００を保持する形式はこれに限定しない。例えば、現況地形データ８００を、図７に示すような、地形点群データ７００と同様な形式で保持し、テンプレート地形４００と比較してもよい。この場合、目標地形作成部５４０の処理では、現況地形データ８００の点データを、テンプレート地形４００と比較することで、最適なオフセットＨｏｐｔを算出する。

本実施形態では、テンプレート地形４００を図９に表すような点データ４４０および要素データ４５０で保持するデータ形式としたが、テンプレート地形情報の出力形式はこれに限定しない。例えば、単純な形状であれば、サイト座標系９３０での関数で所持してもよい。あるいは、図８に示すようなグリッド毎に高さ情報を保持する形式としてもよい。この場合、目標地形作成部５４０の処理では、現況地形データ８００とテンプレート地形４００をグリッド毎の高さで比較をして、最適なオフセットＨｏｐｔを算出する。

上記実施形態の機械状態取得部５１０、テンプレート地形作成部５２０、機械状態取得部５１０、現況地形出力部５３０、目標地形作成部５４０、地形情報出力部５５０は、図６に示すように、目標地形出力装置２００、すなわち情報コントローラ１６１に内在している機能部である。よって、これら各機能部により行われる処理は、情報コントローラ１６１が行っているものと換言することができる。このことから、上記実施形態では、情報コントローラ１６１が以下の動作を行うことについて説明した。

情報コントローラ１６１は、姿勢検出装置１７３、右ＧＮＳＳ受信機１７１、左ＧＮＳＳ受信機１７２の検出値、および地形計測装置１７０から出力される検出値に基づき、建設機械の周囲の地形形状を示す現況地形データ８００を作成する。これは、機械状態取得部５１０、現況地形出力部５３０により行われるものとして説明した。尚、姿勢検出装置１７３、右ＧＮＳＳ受信機１７１、左ＧＮＳＳ受信機１７２の検出値に加えて、ブーム角度検出器１８１、アーム角度検出器１８２、バケット角度検出器１８３、旋回体角度検出器１８４の検出値も用いられてもよい。

そして情報コントローラ１６１は、テンプレートＤＢ２３０に記憶されているテンプレート形状３００を取得し、当該テンプレート形状３００を変形させて、施工対象領域に適合したテンプレート地形４００を作成する。これは、テンプレート地形作成部５２０により行われるものとして説明した。また、オペレータによって入力されるパラメータに基づき、テンプレート形状３００に対し、回転、縦横比の変更、拡大、縮小などのいずれかの処理、もしくはこれらを組み合わせて処理することで変形させることについても言及した。

情報コントローラ１６１は、現況地形データ８００とテンプレート地形４００との土量の差分が規定値の範囲内に収束するように、テンプレート地形４００全体の高さを嵩上げもしくは切り下げて目標地形６００を算出する。これは、目標地形作成部５４０により行われるものとして説明した。また本実施形態では、図１７などに示すように、好適なオフセットＨｏｐｔになるまで、テンプレート地形４００全体の高さ（オフセット）を切り下げる動作について説明した。これに対し、初期設定（オフセットＨ０）の値の取り方によっては、テンプレート地形４００全体の高さを嵩上げする動作とすることも当然可能である。

最後に情報コントローラ１６１は、このようにして得られた現況地形データ８００、および目標地形６００をモニター１５３などに出力する。これは、地形情報出力部５５０により行われるものとして説明し、また各データはマップ状に表示されることについても言及した。

尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１００：油圧ショベル
１５３：モニター
１５４：ブザー
１５５：記憶装置
１５７：無線通信装置
１６１：情報コントローラ
１６２：メインコントローラ
１７０：地形計測装置
１７１：右ＧＮＳＳ受信機
１７２：左ＧＮＳＳ受信機
１７３：姿勢検出装置
１８１：ブーム角度検出器
１８２：アーム角度検出器
１８３：バケット角度検出器
１８４：旋回体角度検出器
２００：目標地形出力装置
２３０：テンプレートデータベース
３００：テンプレート形状
４００：テンプレート地形
５１０：機械状態取得部
５２０：テンプレート地形作成部
５３０：現況地形出力部
５４０：目標地形作成部
５５０：地形情報出力部
６００：目標地形
７００：地形点群データ
８００：現況地形データ
９００：車体座標系
９１０：センサ座標系
９３０：サイト座標系

Claims (4)

1. 建設機械の姿勢を検出する姿勢検出装置と、
   前記建設機械の測位位置を検出する測位装置と、
   地形形状のひな型であるテンプレート形状を記憶する記憶装置と、
   前記記憶装置に記憶されているテンプレート形状に基づき、施工後の地形形状である目標地形を作成する情報コントローラと、
   表示装置と、を有する建設機械において、
   前記情報コントローラは、
   前記姿勢検出装置と前記測位装置の検出値、および前記建設機械の周囲の地形を計測する地形計測装置から出力される検出値に基づき、前記建設機械の周囲の地形形状を示す現況地形データを作成し、
   前記記憶装置に記憶されているテンプレート形状を取得し、当該テンプレート形状を変形させて、施工対象領域に適合したテンプレート地形を作成し、
   前記現況地形データと前記テンプレート地形との土量の差分が規定値の範囲内に収束するように、当該テンプレート地形全体の高さを嵩上げもしくは切り下げて前記目標地形を算出し、
   前記現況地形データ、および前記目標地形を前記表示装置に出力する、
   ことを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記情報コントローラは、
   前記施工対象領域内に搬入される搬入土量を取得し、前記土量の差分が、前記搬入土量の値と等しくなるように前記テンプレート形状全体の高さを調整して目標地形を算出する、
   ことを特徴とする建設機械。
3. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記情報コントローラは、
   前記地形計測装置が周囲の地形を計測した地形情報を取得するごとに、前記現況地形データの作成、前記目標地形の算出、前記表示装置への出力を行う、
   ことを特徴とする建設機械。
4. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記情報コントローラは、
   前記施工対象領域がマップ状に表示されるように、前記表示装置の表示を制御し、前記施工対象領域において前記現況地形データを得ることができない領域がある場合、当該領域の表示を他の領域とは異なるものとなるように、前記表示装置の表示を制御する、
   ことを特徴とする建設機械。

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