JP2020094834A - 地表面推定方法、計測領域表示システムおよびクレーン - Google Patents
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Abstract
Description
X軸方向(奥行方向とも呼ぶ)は、ブーム9の起伏支点の軸方向に対して垂直、かつ、水平な方向である。また、Y軸方向(水平方向とも呼ぶ)は、ブーム9の起伏支点の軸方向に対して平行、かつ、水平な方向である。さらに、Z軸方向は、鉛直下方向である。即ち、XYZ座標系は、ブーム9を基準としたローカル座標系として規定している(図4参照)。
クレーン1は、図2に示すような計測領域表示システム50を備えている。
計測領域表示システム50は、本発明に係る計測領域表示システム50の一例であり、図1に示すようなクレーン1による作業を効率よく、かつ、安全に行うことを可能にするために、計測領域表示システム50が計測対象とする領域(以下、計測領域KAという(図4参照))の情報(以下、ガイド情報という)を画像で表示し、オペレータに提示するためのシステムである。
そして、レーザスキャナ62は、個別計測領域kaに向けて照射されるレーザにより描かれる軌跡がY軸方向に対して平行となるように配置されている(図3(B)参照)。また、レーザスキャナ62は、レーザの照射角度を変更する基準軸が、X軸方向に対して平行とされている。
計測領域表示システム50は、レーザスキャナ62によって、リアルタイムに平面的な三次元点群データを取得する。
また、データ処理部70は、クレーン1の制御装置18と電気的に接続されており、制御装置18から出力される旋回台7の旋回位置、ブーム長さ、起伏角度、荷物Wの重量、メインワイヤロープ14とサブワイヤロープ16との繰り出し量等のクレーン1に関する情報が入力される。
データ表示部80は、計測領域KAの三次元地図と個別計測領域kaのカメラ画像とをリアルタイムに表示する。
図4に示すように、計測領域表示システム50は、センサユニット65の下方の個別計測領域kaに存在する荷物W、地表面F、地物Eを計測する。センサユニット65は、旋回台7の旋回操作、起伏操作、ブーム9の伸縮操作に応じて移動する。このため、個別計測領域kaも、センサユニット65の移動に応じて移動する。計測領域KAは、異なる位置から計測された個別計測領域kaを併せた領域である。計測領域KAは、計測領域表示システム50が計測可能な領域の全体を計測した場合、ブーム9の先端部分が稼動可能な領域である作業領域SAを含む領域となる。
データ取得部60とデータ処理部70間のデータの伝送は、有線LANによることが好ましい。尚、データ取得部60とデータ処理部70間のデータの伝送は、無線LANを採用してもよく、あるいは、電力線通信を採用してもよい。
データ取得部60は、カメラ61によって、個別計測領域kaを連続的に撮影し、個別計測領域kaのカメラ画像を取得する。
データ処理部70は、計測データを取得する。具体的には、データ処理部70は、点群データPのストリームデータから、1フレーム分の点群データPを切り出して出力する。1フレーム分の点群データPは、レーザスキャナ62によるレーザの照射方向がX軸回りに1周する間に取得する点データpの集合である。また、データ処理部70は、カメラ61のカメラ画像、IMU63の姿勢データQ、第一GNSS受信機64aと第二GNSS受信機64bとによって取得する位置データRおよび方位データDを計測データとして取得する。
具体的には、データ処理部70は、姿勢データQについて、個々の点データpにおいて、その点データpの取得時間tpに最も近い個別姿勢データqの取得時間tqを探索し、該取得時間tqにおける個別姿勢データqを、その点データpに対応付ける。また、データ処理部70は、位置データRおよび方位データDについて、個々の点データpにおいて、その点データpの取得時間tpに最も近い位置データRおよび方位データDの取得時間trを探索し、該取得時間trにおける個別位置データrおよび個別方位データdを、その点データpに対応付ける。
図6に示すように、データ処理部70は、補正された点群データPの全体を一定の大きさのグリッドgで分割し、グリッドgの代表点prを設定する(図13のグリッド生成処理A(STEP−103))。具体的には、まず、データ処理部70は、補正された点群データPを重ね合わせる。図6(A)に示すように、次に、データ処理部70は、重ね合わせた点群データPの全体を一定の大きさのグリッドgで分割する。
図9に示すように、データ処理部70は、三次元地図を用いて連続領域毎にラベルを付与する(図13のラベリング処理C(STEP−105)参照)。連続領域とは、隣接するグリッドgの代表点prの標高値の差が閾値以下となる領域である。閾値は、レーザスキャナ62のZ軸方向の計測誤差に基づいて設定されており、例えば、0.1mとしている。ラベルは、1番から順番に番号で付与される。以下では、説明のため、グリッドgの代表点prの標高値は、標高が最も低い位置に存在する代表点prの標高値を基準として、基準とした代表点prからの高さとしている。
データ処理部70は、ラベルが付与された三次元地図の中から、地表面F、荷物Wとそれら以外の領域を示すラベルを推定する(図13の同一領域推定処理(STEP−106))。具体的には、データ処理部70は、地表面Fの領域が最も広いと考えられるため、グリッドgの数が最も多い同一のラベルを地表面Fのグリッドgに付与されたラベルとする。つまり、データ処理部70は、連続領域のうち、最もグリッドgの数が多い連続領域を地表面Fと推定する。データ処理部70は、このような地表面Fの推定をリアルタイムで自動的に行うことができる。図9(E)に示すように、例えば、データ処理部70は、1番のラベルのグリッドgが最も多いため、1番のラベルの連続領域を地表面Fと推定する(白抜き部分参照)。データ処理部70は、三次元地図Mをデータ表示部80に表示した場合、地表面Fの領域を他の領域と色や濃淡を区別して表示する(図12参照)。
その結果、データ処理部70は、点群データPが存在する全てのグリッドgで代表点prの設定が完了した場合、グリッド生成処理Aを終了し、STEP−104に移行する。
一方、データ処理部70は、点群データPが存在する全てのグリッドgで代表点prの設定が完了していない場合、STEP−203に移行して、代表点prの設定が行われていないグリッドgに対してSTEP−203を行う。
その結果、データ処理部70は、同一のグリッドg内に複数の代表点prが存在する場合、STEP−303に移行する。
一方、データ処理部70は、同一のグリッドg内に複数の代表点prが存在しない場合、STEP−304に移行する。
その結果、データ処理部70は、全てのグリッドgでSTEP−301、302が完了した場合、STEP−305に移行する。
一方、データ処理部70は、全てのグリッドgでSTEP−301、302が完了していない場合、STEP−301に移行して、STEP−301、302が行われていないグリッドgに対してSTEP−301を行う。
その結果、データ処理部70は、算出した標高値の差のいずれかが閾値以下である場合、STEP−403に移行する。
一方、データ処理部70は、算出した標高値の差が全て閾値よりも大きい場合、STEP−404に移行する。
その結果、データ処理部70は、全てのグリッドgに対してラベルの付与が完了した場合、STEP−406に移行する。
一方、データ処理部70は、全てのグリッドgに対してラベルの付与が完了していない場合、STEP−401に移行し、注目グリッドgaの右隣または次の行のグリッドgを次の注目グリッドgaとしてSTEP−401を行う。
その結果、データ処理部70は、注目グリッドgaの4近傍のグリッドgに、標高値の差が閾値以下で、かつ、注目グリッドgaと異なるラベルが付与されている場合、STEP−408に移行する。
一方、データ処理部70は、注目グリッドgaの4近傍のグリッドgに、標高値の差が閾値以下で、かつ、注目グリッドgaと異なるラベルが付与されていない場合、STEP−409に移行する。
その結果、データ処理部70は、全てのグリッドgに対してSTEP−406、407の処理が完了した場合、STEP−410に移行する。
一方、データ処理部70は、全てのグリッドgに対してSTEP−406、407の処理が完了していない場合、STEP−406に移行し、注目グリッドgaの右隣または次の行のグリッドgを次の注目グリッドgaとしてSTEP−406を行う。
61 カメラ
62 レーザスキャナ
70 データ処理部
F 地表面
g グリッド
H 平均標高値
KA 計測領域
p 点データ
P 点群データ
pr 代表点
Claims (6)
- レーザスキャナによって、計測領域にレーザを照射して点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出する点群データ取得工程と、
前記点群データを演算処理するデータ処理手段によって、
前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定するグリッド生成処理工程と、
前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識する連続領域認識工程と、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定する地表面推定工程と、
を備える、ことを特徴とする地表面推定方法。 - 前記グリッド生成処理工程は、
前記グリッド毎に当該グリッドを水平の方向にスライスして、前記グリッド毎にスライスされて形成される範囲内の前記点群データの平均標高値を算出する、ことを特徴とする請求項1に記載の地表面推定方法。 - 前記連続領域認識工程は、
前記レーザスキャナから前記代表点までの距離に応じて前記閾値を変更する、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の地表面推定方法。 - 前記グリッド生成処理工程は、
前記計測領域の所定の範囲内における、前記連続領域の数に応じて前記グリッドの幅を変更する、ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の地表面推定方法。 - 計測領域にレーザを照射して点群データを取得するレーザスキャナを備えたデータ取得部と、
取得した点群データを演算処理するデータ処理部と、
データ表示部と、を備え、
前記データ処理部は、
前記データ取得部から前記点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出し、
前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、
前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、
前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記データ表示部に表示する、ことを特徴とする計測領域表示システム。 - 旋回台と、
前記旋回台に設けられるブームと、
前記ブームに取り付けられ、点群データを取得するレーザスキャナと、
取得した点群データを演算処理する制御装置と、
表示装置と、を備えるクレーンにおいて、
前記旋回台の旋回操作と、前記ブームの伸縮操作と起伏操作と、に伴って前記レーザスキャナを移動させながらレーザを照射させることで、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の点群データを取得し、
前記制御装置は、
前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の前記点群データを取得し、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置とその姿勢とに基づいてレーザ照射時の位置毎の前記点群データを重ね合わせ、照射点の標高値を算出し、
前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、
前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、
前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記表示装置に表示する、ことを特徴とするクレーン。
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