JP2021173727A - 作業管理システム，作業管理方法，そのための作業管理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】作業と計測を同時に行い、リアルタイムな検査を可能とする作業管理システム等を提供する。【解決手段】上記目的のために、作業管理システム（1）は、通信部（22）とトリガースイッチ（21）を備える工具と、通信部（35）と画像から三次元のカメラ座標を特定できるカメラ（31）とカメラ姿勢情報を取得する姿勢検出装置（32）と制御部（33）とプリズム（36）を備えるカメラユニット（3）と、通信部（46）と追尾部（41）と測距部（42）と測角部（43）と制御部（44）を備える測量機（4）と、を備え、前記カメラユニットは、前記トリガースイッチが使用されたことを検出すると、前記姿勢検出装置によるカメラ姿勢情報と、前記カメラによる工具画像と、前記測量機により測定された前記プリズムの位置座標と、前記測量機から見た前記カメラユニットの方位情報を集めて、前記工具の先端位置の位置座標を求め記憶する。【選択図】図２

Description

本発明は、建築現場における作業管理システムであり、特に、工具を用いた現場作業を管理する作業管理システム等に関する。

建築工事やプラント建設工事等では、鉄筋コンクリート造の床，天井，壁等の施工物があり、近年、これらの施工物はＢＩＭ（Building Information Modeling）と呼ばれる３Ｄモデルで設計されている。これらの工事においては、施工物がＢＩＭ設計通り正しく施工されているかを確認する検査が行われる。検査では、作業員が作業を行った施工物に対し、施工者および／または設計者が目視するか、または特許文献１のように、施工物をレーザスキャナ等で計測し、計測データから検査を行っていた。

特開２０１９−４５９６２号公報

しかしながら、このような、施工後に施工物を計測する手法の検査では、施工者および設計者には検査のために計測を行う作業負荷があり、作業員には検査へ帯同する作業負荷、さらには検査の結果によって作業がやり直しとなる作業負荷もあった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、作業と計測を同時に行い、リアルタイムな検査を可能とする作業管理システム等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の作業管理システムは、通信部と、トリガースイッチと、を備える工具と、通信部と、画像から三次元のカメラ座標を特定できるカメラと、前記カメラのカメラ姿勢情報を取得する姿勢検出装置と、前記カメラと前記姿勢検出装置を制御する制御部と、プリズムと、を備えるカメラユニットと、通信部と、前記プリズムを追尾光によって自動追尾する追尾部と、前記プリズムを測距光によって測距する測距部と、前記プリズムを測角する測角部と、前記追尾部，測距部，および測角部を制御する制御部と、を備える測量機と、を備え、前記カメラユニットは、前記工具からの通信により前記トリガースイッチが使用されたことを検出すると、前記姿勢検出装置によるカメラ姿勢情報と、前記カメラによる工具画像と、前記測量機により測定された前記プリズムの位置座標と、前記測量機から見た前記カメラユニットの方位情報を集めて、前記工具の先端位置の位置座標を求め記憶する。

本発明の別の態様の作業管理システムは、通信部と、トリガースイッチと、を備える工具と、通信部と、画像から三次元のカメラ座標を特定できるカメラと、前記カメラのカメラ姿勢情報を取得する姿勢検出装置と、前記カメラと前記姿勢検出装置を制御する制御部と、プリズムと、を備えるカメラユニットと、通信部と、前記プリズムを追尾光によって自動追尾する追尾部と、前記プリズムを測距光によって測距する測距部と、前記プリズムを測角する測角部と、前記追尾部，測距部，および測角部を制御する制御部と、を備える測量機と、通信部と、表示部と、制御部と、記憶部と、を備え、作業者により操作される現場コントローラと、通信部と、制御部と、作業結果データベースを備える記憶部と、を備える管理サーバと、を備え、前記現場コントローラは、前記測量機に前記追尾部の自動追尾を開始させ、前記カメラユニットに前記カメラと前記姿勢検出装置の測定を開始させ、前記工具のトリガー情報を取得し、前記トリガースイッチが使用されたことを検出すると、前記カメラユニットに前記工具の先端位置の位置座標を要求し、前記工具の先端位置の位置座標を、前記管理サーバに送信し記憶させる。

上記態様において、前記カメラユニットは、前記工具画像から前記工具の先端位置のカメラ座標を求め、前記測量機で得た前記プリズムの位置座標から、前記カメラ姿勢情報および前記カメラユニットの方位情報で得た移動方向に、前記プリズムの中心と前記カメラのカメラ座標系中心とのオフセット距離だけ移動させて、前記カメラ座標系中心の位置座標を求め、前記工具の先端位置のカメラ座標を、前記カメラ座標系中心の位置座標を基準にして位置座標に変換し、前記工具の先端位置の位置座標を求めるのも好ましい。

上記態様において、前記カメラユニットは、前記カメラユニットの方位情報を、前記カメラで前記測距光または前記追尾光の光画像を取得して、前記光画像における発光点を画像解析することで取得するのも好ましい。

上記態様において、前記カメラユニットは、前記カメラ姿勢情報を、慣性計測装置、または前記カメラの画像内で鉛直線を抽出し画像内での鉛直方向を求めること、で取得するのも好ましい。

上記態様において、前記カメラユニットは、前記カメラ姿勢情報および前記カメラユニットの方位情報を、前記測量機に付けた反射マーカを前記カメラでモーションキャプチャすることで取得するのも好ましい。

上記態様において、前記カメラユニットは、前記工具の先端位置のカメラ座標を、前記カメラによるステレオマッチング、または前記工具に付けた反射マーカを前記カメラでモーションキャプチャすることで求めるのも好ましい。

上記態様において、前記管理サーバはさらに設計データベースを備え、前記工具の先端位置の位置座標は、作業が行われたという情報とともに工具先端位置情報として前記作業結果データベースに記憶され、前記工具先端位置情報は、前記設計データベースと結びつけて管理されるのも好ましい。

上記態様において、前記工具の先端位置の位置座標は、少なくとも作業者の識別情報と工具に関する工具情報を含む属性情報と関係付けて記憶されるのも好ましい。

上記態様において、前記工具に、前記カメラユニットのカメラで画像識別可能な識別特徴を与え、複数の前記工具を同時に作業管理するのも好ましい。

また、上記態様の作業管理システムを用いて、前記測量機に前記追尾部の自動追尾を開始させるステップと、前記カメラユニットに前記カメラと前記姿勢検出装置の測定を開始させるステップと、前記工具のトリガー情報を取得するステップと、前記工具の先端位置の位置座標を算出するステップと、前記工具の先端位置の位置座標を保存するステップと、を有する作業管理方法も好ましい。

また、上記態様の作業管理方法を、コンピュータプログラムで記載し、それを実行可能にしたことを特徴とする作業管理プログラムも好ましい。

本発明の作業管理システム等によれば、作業員による作業を同システムが自動かつリアルタイムで計測する。

第一の実施形態に係る作業管理システムが作業現場に配置された状態を示す図である。 同システムの構成ブロック図である。 第一の実施形態に係る作業管理方法に係る作業管理フロー図である。 同作業管理方法における工具先端位置の算出フロー図である。 工具先端位置の位置座標を求めるための思考イメージ図である。 第二の実施形態に係る作業管理システムの構成ブロック図である。 第二の実施形態に係る作業管理方法（管理開始処理）のフロー図である。 第二の実施形態に係る作業管理方法（工具操作時の処理）のフロー図である。 第二の実施形態に係る作業管理方法（管理終了処理）のフロー図である。 変形例１に係る作業管理システムが配置された状態を示す図である。 変形例２に係る作業管理システムの構成ブロック図である。 変形例２に係るカメラ姿勢情報取得のための作業イメージ図である。 変形例３に係る作業管理システムが配置された状態を示す図である。 同作業管理システムの構成ブロック図である。 変形例４に係る作業管理システムの構成ブロック図である。 変形例５に係る作業管理システムが配置された状態を示す図である。

次に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

＜第一の実施形態＞
（第一の実施形態に係る作業管理システムの構成）
図１は第一の実施形態に係る作業管理システム１が作業現場に配置された状態を示す図、図２は同システム１の構成ブロック図である。図1に示す作業現場は、一例として、閉空間を構成する壁の主筋と帯筋を施工しているものである。図1に示すように、本形態の作業管理システム１は、工具２と、カメラユニット３と、測量機４を備える。

工具２は、図１に示すように、作業員により使用される。工具２は、インパクトレンチ，溶接機，鉄筋拘束機，ドライバー，シーリングガン，タッカー，釘打，リベッタ，ボードカッターハンマードリル，ケレン，ニブラ，パンチャなど，工事に使用されるあらゆる工具が該当する。本形態では、工具２は、一例として主筋と帯筋の交点に結束バンドを巻き付ける鉄筋拘束機とする。図２に示すように、工具２は、工具のＯＮ／ＯＦＦを操作するトリガースイッチ２１と、通信部２２を備える。

カメラユニット３は、図１に示すように、作業現場の任意の位置に設置される。カメラユニット３は、図１では現場の天井に吊るして設置されているが、壁にかける、三脚で立てる、棚に置く、または工具２に固定するなど、設置位置は自由である。後述するように、カメラユニット３の姿勢と方位はシステム１が把握するため、特段、位置を固定しておく必要がないからである。

カメラユニット３は、図２に示すように、カメラ３１と，姿勢検出装置３２と，制御部３３と，記憶部３４と，通信部３５と，プリズム３６を備える。

カメラ３１は、撮像素子としてＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサを備えたデジタルカメラを二つ備えた、ステレオカメラである。カメラ３１は、カメラ座標系中心を原点とする直交座標によって各画素の位置が特定され、かつ、両眼の視差により奥行き方向の情報を特定された、三次元のカメラ座標を取得する（以下、カメラ座標を小文字のｘ，ｙ，ｚで表す）。なお、カメラ３１は、全周（３６０°）の画像を取得できるものがより好ましい。

姿勢検出装置３２は、慣性計測装置（ＩＭＵ：inertial measurement unit）であり、カメラ自身のローカルな姿勢、すなわちカメラユニット３の三次元の加速度および角速度データ（以下、「カメラ姿勢情報」という。）を取得する。

プリズム３６は、再帰反射性を有するものであり、いずれの方向（３６０°方向）から入射した光でも再帰反射できる３６０°プリズムがより好ましい。

制御部３３は、例えば、マイクロコントローラであり、ＣＰＵ、およびＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成される。記憶部３４は、例えば、メモリーカード，ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶媒体で構成される。

カメラユニット３は、これらのカメラ３１，姿勢検出装置３２，制御部３３，記憶部３４，通信部３５が一つの筐体に集約されて構成されている。図１のカメラユニット３の構成は一例であり、カメラ３１は３６０°方向の画像を取得しやすい位置に、プリズム３６は３６０°方向から光を受けやすい位置に配置されていれば、その他の構成であってもよい。但し、各要素の位置関係は固定されており、かつ、予めそのオフセット距離は計測され、記憶部３４に記憶されている。

測量機４は、トータルステーション（電子式測距測角儀）であり、図１に示すように、作業現場で位置座標（三次元絶対座標）が明らかである点に三脚を用いて設置される。測量機４は、整準部の上に設けられた基盤部と、基盤部上を水平回転する托架部４ｂと、托架部４ｂの中央で鉛直回転する望遠鏡４ｃを備える。

測量機４は、図２に示すように、追尾部４１と、測距部４２と、測角部４３と、制御部４４と、記憶部４５と、通信部４６を備える。追尾部４１および測距部４２は望遠鏡４ｃに収容され、測角部４３，制御部４４，記憶部４５，および通信部４６は托架部４ｂに収容されている。

測距部４２は、測距光としてパルスレーザ光をプリズム３６に送光する。そして、プリズム３６からの反射光を例えばフォトダイオード等の受光部で受光する。

測角部４３は、例えばロータリエンコーダ等の角度検出器である。測角部４３は、托架部４ｂの水平方向の回転角と望遠鏡４ｃの鉛直方向の回転角を検出する。

追尾部４１は、測距光とは異なる波長の追尾光を送光する追尾光送光系と、イメージセンサ等の追尾光受光系を備える。追尾光送光系は、追尾光を送光する。追尾光受光系は、プリズム３６からの反射追尾光を含む風景画像と追尾光を発光しない時の風景画像を取得し、両画像の差分を画像解析し、プリズム中心と望遠鏡４ｃの視軸中心からの隔たりが一定値以内に収まる位置をプリズム３６の位置として検出する。

制御部４４は、例えば、マイクロコントローラであり、ＣＰＵ、およびＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成される。制御部４４は、追尾部４１を制御し、望遠鏡４ｃが常にプリズム３６の方向を向くように、托架部４ｂと望遠鏡４ｃの回転を制御して、プリズム３６を自動追尾する。また、測距部４２および測角部４３を制御し、反射測距光と内部参照光との位相差に基づきプリズム３６までを測距し、測距の際に、上記水平方向回転角と鉛直方向回転角を検出して、プリズム３６の位置座標（以下、三次元絶対座標である位置座標を大文字のＸ，Ｙ，Ｚで表す）を測定する。

記憶部４５は、例えば、メモリーカード，ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶媒体で構成されている。記憶部４５は、制御部４４の上記制御のためのプログラムが記憶されている。

以上の構成において、工具２は、通信部２２を介して、カメラユニット３にトリガースイッチ２１のトリガー情報を送信する。測量機４は、通信部４６を介して、カメラユニット３にプリズム３６の位置座標を送信する。工具２とカメラユニット３の無線通信は、ブルートゥースローエナジー（ブルートゥースは登録商標）を用いるのが好ましいがこれに限定するものではない。カメラユニット３と測量機４の無線通信は、無線ＬＡＮやブルートゥース（登録商標）を用いることができるがこれに限定するものではない。

（第一の実施形態に係る作業管理方法）
次に、作業管理システム１における作業管理について説明する。図３は第一の実施形態に係る作業管理方法に係る作業管理フロー図である。

作業管理システム１の作業管理を開始させると、まずステップＳ１１で、カメラユニット３の制御部３３は、測量機４に追尾開始を指示する。これを受けて、追尾部４１はカメラユニット３のプリズム３６の自動追尾を開始し、プリズム３６をロックする。なお、カメラユニット３の位置が固定されている場合は、自動追尾の継続は任意である。

ステップＳ１１と並行して、ステップＳ１２で、カメラユニット３の制御部３３は、カメラ３１を起動させて作業現場の測定を開始し、姿勢検出装置３２を起動させてカメラ姿勢情報の取得を開始する。

ここで、ステップＳ１３で、作業員がトリガースイッチ２１を操作して工具２を使用する。

すると、ステップＳ１４に移り、工具２の通信部２２はトリガー情報をカメラユニット３に送信する。トリガー情報は、工具の操作のＯＮ／ＯＦＦが検出できる情報であればよい。一例として、（ｉ）スイッチＯＮからＯＦＦに切り替わった時の信号、（ｉｉ）スイッチＯＮからＯＦＦの間を平均化した信号、または（ｉｉｉ）スイッチＯＮからＯＦＦの信号軌跡、などの情報が送信される。

トリガー情報を受け取ると、ステップＳ１５に移り、カメラユニット３の制御部３３は、図４で後述する方法により、工具２の先端位置の位置座標（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）の算出を行う。

次に、ステップＳ１６に移り、カメラユニット３の制御部３３は、ステップＳ１５で算出された位置座標がステップＳ１３で作業員により行われた作業位置（作業点）であるとして、作業点の位置座標（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）と作業が行われたという情報（以下、あわせて「工具先端位置情報」ともいう）を、記憶部３４に記憶する。そして、ステップＳ１１に戻り、作業管理が終了とされるまで、ステップＳ１１〜Ｓ１６を繰り返す。

図４は、上述の作業管理方法における工具先端位置の算出フロー図である。但し、次のステップＳ１０１〜Ｓ１０３は順不同であり、並列的に情報取得される。

トリガー情報を受け取ると、カメラユニット３の制御部３３は、ステップＳ１０１に移り、姿勢検出装置３２からカメラユニット３のカメラ姿勢情報を取得する。

ステップＳ１０２で、カメラユニット３の制御部３３は、カメラ３１から工具２が映っている工具画像を取得し、工具画像を解析（例えば、一つ目のカメラ画像と二つ目のカメラ画像との間で点対応を行うステレオマッチング）して、工具２の先端位置、すなわち鉄筋拘束機であれば結束処置部の位置を、カメラ座標（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）で取得する。なお、工具２の形状情報と、先端位置と定義する箇所の情報は予め特定し、記憶部３４に記憶しておくものとする。

ステップＳ１０３で、カメラユニット３の制御部３３は、測量機４にプリズム３６の位置情報を要求する。これを受けて、測量機４は、自動追尾によりロックしていたプリズム３６の位置に測距光を送光し、かつその時の水平および鉛直回転角を検出し、プリズム３６の位置座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）を取得して、カメラユニット３に送信する。

ここで、最終的に求めたいのは、工具２の先端位置の位置座標（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）である。そのために、ステップＳ１０２により、工具２の先端位置のカメラ座標（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）は分かっており、ステップＳ１０３により、カメラユニット３に設置されたプリズム３６の位置座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）は分かっており、また、カメラ３１のカメラ座標系中心とプリズム３６の中心のオフセット距離（Ｌ）は記憶部３４に記憶されている。

単純に考えると、プリズム３６の位置座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）から、オフセット距離（Ｌ）だけ移動させればカメラ座標系中心の位置座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）が分かり、工具先端位置のカメラ座標（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）を位置座標に変換すれば、工具先端位置の位置座標（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）は分かるようにも思われる。

しかしながら、オフセット距離（Ｌ）を、三次元絶対座標（測量機４の座標系）でみてどの方向に移動させればよいかは、カメラユニット３の姿勢と、測量機４から見たカメラユニット３の方位により、異なってくる。図５は、工具先端位置の位置座標を求めるための思考イメージ図である。カメラユニット３は、プリズム３の中心（以下、「プリズム中心Ｐｃ」という）とカメラ３１の中心（カメラ座標系中心。以下、「カメラ座標系中心Ｃｃ」という）との間に、距離（ｄｘ，ｄｙ，ｄZ）、すなわち合成してオフセット距離（Ｌ）があるものとして説明する。

工具先端位置の位置座標（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）を求めるためには、まずカメラ座標系中心Ｃｃの位置座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）を求める必要がある。カメラ座標系中心Ｃｃの位置座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）を求めることは、すなわち測量機４からカメラ座標系中心ＣｃへのベクトルＶ１を求めることである。ここで、ステップＳ１０３により、プリズム中心Ｐｃの位置座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）から、測量機４からプリズム中心ＰｃへのベクトルＶ２は分かる。オフセット距離（Ｌ）の距離（ｄｘ，ｄｙ，ｄZ）はカメラ座標軸に拠るため、測量機４からみたカメラ座標系中心Ｃｃへの方向ベクトルＥ１に対し、方向ベクトルＥ１回りのカメラ姿勢情報が得られれば、オフセット距離（Ｌ）の移動方向が定まる。すなわち、カメラユニット３の方位情報とカメラユニット３の姿勢情報を得ることにより、オフセット距離（Ｌ）の移動方向ベクトルＥ２が求まる。これにより、測量機４からプリズム中心ＰｃへのベクトルＶ２から、移動方向ベクトルＥ２の方向へ、オフセット距離（Ｌ）だけ移動させることで、測量機４からカメラ座標系中心ＣｃへのベクトルＶ１が求まる。

従って、ステップＳ１０４〜Ｓ１０５では、測量機４から見たカメラユニット３の方位の特定を行う。ステップＳ１０４で、カメラユニット３の制御部３３は、カメラ３１の画像を取得して、ステップＳ１０３の測距光の発光が画像のどの位置に映ったかを解析するための光画像を取得する（光画像は、ステップＳ１１の追尾光であってもよい）。

次に、ステップＳ１０５で、カメラユニット３の制御部３３は、ステップＳ１０４の光画像を画像解析する。カメラ画像において、測距光（または追尾光）の発光点Ｔｃ（望遠鏡４ｃからの光出射点。図１参照）は受光光量の高い白点となってあらわれるので、濃淡画像処理等により抽出できる。カメラユニット３の制御部３３は、当該画像での発光点Ｔｃの位置から、カメラユニット３に対する測量機４の向き（測量機４から見たカメラユニット３の方位）を特定する。

次に、カメラユニット３の制御部３３は、ステップＳ１０６で、カメラ座標系中心Ｃｃの位置座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）を算出する。カメラユニット３の制御部３３は、ステップＳ１０１で特定したカメラ姿勢情報とステップＳ１０５で特定したカメラユニット３の方位情報を得て、プリズム中心Ｐｃからカメラ座標系中心Ｃｃへの移動方向ベクトルＥ２を求め、プリズム中心Ｐｃの位置座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）から、移動方向ベクトルＥ２に、オフセット距離（Ｌ）だけ移動させて、カメラ座標系中心Ｃｃの位置座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）を算出する。

次に、ステップＳ１０７で、カメラユニット３の制御部３３は、工具画像のカメラ座標を、ステップＳ１０６で算出したカメラ座標系中心Ｃｃの位置座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）を基準にして、位置座標に変換する。すなわち、ステップＳ１０２で取得した工具先端位置のカメラ座標（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）を変換して、工具先端位置の位置座標（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）を算出する。

以上、本形態によれば、作業管理システム１が、作業員が工具で作業した位置，すなわち工具先端位置の位置座標（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）を、自動かつリアルタイムで計測し記憶する。このため、検査のために改めて計測することが不要となるので、設計者，施工者，および作業員の作業負荷が削減される。また、作業管理システム１が全ての作業点をデジタル情報として記憶するので、施工者にとっては、作業出来高の把握や作業履歴のエビデンス活用が容易となり、設計者にとっては、抜取検査ではない全数検査による検査品質向上のメリットが得られる。また、カメラユニット３の記憶部３４に記憶されたデータは、外部システムに出力することが可能であり、外部システムによる遠隔管理が可能となる。このため、設計者，施工者，作業員等関係者の作業負荷・業務負荷が大幅に削減できる。

また、本形態によれば、作業管理システム１を使用するにあたり、作業員は今まで通りの工具で今まで通りの作業を行えばよく、システムの導入も容易である。

また、本形態によれば、作業管理システム１は作業点に対して位置情報を取るシステムであるため、窓ガラス等の透明な部材や軽量鉄骨等の面積の小さい部材など、レーザスキャナ等の反射光受信では計測困難な物に対しても、確実な計測が可能となる。また、本形態の作業管理システム１は、位置情報をＧＰＳ衛星から得るシステムよりも精度が良く、また、ＧＰＳ衛星が弱点とする壁や天井等で遮蔽された作業現場（閉空間）や、都市部等の外乱ノイズ光が入りやすい作業現場であっても、精度良く測定することができる。

＜第二の実施形態＞
（第二の実施形態に係る作業管理システムの構成）
図６は第二の実施形態に係る作業管理システム１’の構成ブロック図である。第一の実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて説明を割愛する。図６に示すように、本形態の作業管理システム１’は、工具２と、カメラユニット３と、測量機４と、現場コントローラ５と、管理サーバ６を備える。

工具２は、トリガースイッチ２１と、通信部２２を備える。

カメラユニット３は、カメラ３１と，姿勢検出装置３２と，制御部３３と，記憶部３４と、通信部３５と，プリズム３６と，そしてシステムタイマ３７を備える。システムタイマ３７は、制御部３３のＣＰＵの動作クロックを原振とし、ハードウェアタイマとソフトウェアタイマのカウント値を演算することにより、カメラユニット３の現在時刻（システムタイム）を取得する。

測量機４は、追尾部４１と、測距部４２と、測角部４３と、制御部４４と、記憶部４５と、通信部４６と、そしてシステムタイマ４７を備える。システムタイマ４７は、制御部４４のＣＰＵの動作クロックを原振とし、ハードウェアタイマとソフトウェアタイマのカウント値を演算することにより、測量機４の現在時刻（システムタイム）を取得する。なお、測量機４にＧＰＳアンテナをさらに備えてＵＴＣ時刻を取得して、システムタイムを適時補正するのも好ましい。

現場コントローラ５は、多機能携帯電話（スマートフォン），タブレット端末、またはラップトップパソコン等である。現場コントローラ５は、作業現場にて作業員により操作される。図６に示すように、現場コントローラ５は、少なくとも、表示部５１と、制御部５２と、記憶部５３と、通信部５４を備える。表示部５１は、液晶画面を有し、好ましくはタッチパネル操作が可能である。表示部５１は、作業員等が、その操作処理や操作結果等を視覚的に認識できるように、ＧＵＩ（Graphical User Interface）等の技術により、情報の提供または表示を行う。制御部５２は、例えば、マイクロコントローラであり、ＣＰＵ、およびＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成される。制御部５２は、プロセス表示，ナビゲーション表示，モデル表示の各アプリケーションプログラムを実行し、アプリケーションに従った画面を表示部５１に表示させる。記憶部５３は、例えば、メモリーカード，ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶媒体で構成される。

管理サーバ６は、少なくとも、制御部６１と、記憶部６２と、通信部６３を備える。制御部６１は、例えば、マイクロコントローラであり、ＣＰＵ、およびＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成される。記憶部６２は、ＨＤＤ（hard disk drive）等の固定ディスク装置またはＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージ手段で構成される。記憶部６２は、設計データベース６２１と、作業結果データベース６２２を備えている。設計データベース６２１には、設計ＢＩＭに基づく作業現場の施工物の設計データ（建築物を構成する一つ一つの建築部材を３Ｄモデル形状で有したデータ。３Ｄモデルには面，線，点の形状も含まれる。）が記憶されている。設計データベース６２１は、少なくとも、各建築部材に関し、部材識別情報（部材ＩＤ），部材座標，部材形状を関連付けた設計テーブルを記憶している。作業結果データベース６２２には、工具先端位置情報が記憶されている。作業結果データベース６２２は、少なくとも、工具先端位置情報（作業点の位置座標と作業が行われたという情報）が、時刻および設計データベースの部材ＩＤおよび部材座標と関連付けて記憶された工具先端位置情報テーブルを記憶している。

以上の構成において、工具２は、通信部２２を介して、トリガースイッチ２１のトリガー情報を送信する。測量機４は、通信部４６を介して、カメラユニット３にプリズム３６の位置座標を送信する。現場コントローラ５は、通信部５４を介して、管理サーバ６に作業情報を要求し作業情報を受信する。現場コントローラ５は、通信部５４を介して、カメラユニット３と測量機４に指示を出し、情報を受信する。現場コントローラ５と管理サーバ６の無線通信は、インターネット通信を用いるのが好ましいがこれに限定するものではない。現場コントローラ５とカメラユニット３および現場コントローラ５と測量機４の無線通信は、無線ＬＡＮやブルートゥース（登録商標）を用いることができるがこれに限定するものではない。

（第二の実施形態に係る作業管理方法）
次に、作業管理システム１’における作業管理について説明する。図７は第二の実施形態に係る作業管理方法（管理開始処理）のフロー図である。

（管理開始処理）
作業員が、現場コントローラ５を操作して、コントローラ上で作業情報（施工する部材の形状、施工内容等）を選択すると（ステップＳ２−１）、現場コントローラ５は選択された作業情報の詳細を管理サーバ６に要求する（ステップＳ２１−１）。これを受けて、管理サーバ６は、設計データベース６２１から該当する作業情報を検索し（ステップＳ２２−１）、現場コントローラ５に作業情報を送信する（ステップＳ２２−２）。これを受けて、現場コントローラ５は、表示部５１に作業情報を表示する（ステップＳ２１−２）。この表示は、ＧＵＩによるナビゲーション表示となっており、作業者は、表示部５１で作業情報を確認し、施工の準備を行う。

次に、作業員は現場コントローラ５を操作して、管理測定を開始させる（ステップＳ２−２）。これを受けて、現場コントローラ５は、測量機４とカメラユニット３に測定開始を指示する（ステップＳ２１−３）。これを受けて、測量機４はプリズム３６の自動追尾を開始し（ステップＳ２３−１）、カメラユニット３はカメラ３１による測定と、姿勢検出装置３２の測定を開始する（ステップＳ２４−１）。

この時、好ましくは、カメラユニット３は、時刻同期を測量機４に要求する（ステップＳ２４−２）。これを受けて、測量機４は、システムタイマ４７の時刻情報をカメラユニット３に送信する（ステップＳ２３−２）。時刻情報を受信したカメラユニット３は、通信遅延の算出と、システムタイマ４７との時刻にずれがあった場合時刻の修正を行って、時刻同期を行う（ステップＳ２４−３）。

現場コントローラ５は、表示部５１に測定中のステータスを表示する（ステップＳ２１−４）。この表示は、ＧＵＩによるプロセス表示となっており、例えば、測量機４が追尾を継続中であること、カメラユニット３のカメラ３１および姿勢検出装置３２が測定中であることを表示する。

（工具操作時の処理）
次に、管理開始処理（図７）の後に、作業員により工具２が使用された場合の作業管理について説明する。図８は第二の実施形態に係る作業管理方法（工具操作時の処理）のフロー図である。

作業員が、工具２に設けられたトリガースイッチ２１を操作する（ステップＳ２−３。例えば、図１の円Ｒの位置の主筋と帯筋を結束バンドで固定するために、鉄筋拘束機のトリガースイッチをＯＮし、結束バンドを巻き付けて、トリガースイッチをＯＦＦにするような操作を行う）。これを受けて、工具２は、現場コントローラ５にトリガー情報を送信する（ステップＳ２０−１）。これを受けて、現場コントローラ５は、カメラユニット３に、工具先端位置を要求する（ステップＳ２１−５）。但し、工具２からのトリガー情報はカメラユニット３が直接受けても良い。

要求を受けたカメラユニット３は、測量機４にプリズム３６の位置情報を要求し（ステップＳ２４−４）、カメラ３１に工具画像を要求して画像を取得し（ステップＳ２４−５）、姿勢検出装置３２にカメラ姿勢情報を要求して情報を取得する（ステップＳ２４−６）。測量機４は、プリズム３６を測距測角し（ステップＳ２３−３）、プリズム３６の位置座標をカメラユニット３に送信する（ステップＳ２３−４）。カメラユニット３は、カメラ３１に光画像を要求して画像を取得する（ステップＳ２４−７）。

カメラユニット３は、工具画像による工具先端位置のカメラ座標と、カメラ姿勢情報と、測量機４により測定されたプリズム３６の位置座標と、光画像による測量機４から見たカメラユニット３の方位情報から、工具先端位置の位置座標を算出する（ステップＳ２４−８）。そして、カメラユニット３は、工具先端位置情報を現場コントローラ５に通知する（ステップＳ２４−９）。

これを受けて、現場コントローラ５は、管理サーバ６に工具先端位置情報を送信する（ステップＳ２１−６）。管理サーバ６は、工具先端位置情報を作業結果データベース６２２に保存する（ステップＳ２２−３。但し、この時インターネット通信が接続していなければ、ステップＳ２１−６，Ｓ２２−３は省略されてもよい）。現場コントローラ５は、自身の記憶部５３に、工具先端位置情報を保存する（ステップＳ２１−７）。現場コントローラ５は、表示部５１に、工具先端位置情報を表示する（ステップＳ２１−８）。この表示は、管理サーバ６から取得した設計データに基づく設計ＢＩＭモデルに工具先端位置情報を重畳させた表示（モデル表示）となるのが好ましい。また、測定ステータスの表示（プロセス表示）や、次の作業点をガイドするような表示（ナビゲーション表示）をするのも好ましい。

（管理終了処理）
次に、作業管理を終了させる時の作業管理について説明する。図９は第二の実施形態に係る作業管理方法（管理終了処理）のフロー図である。

作業員は、現場コントローラ５を操作して、測定を終了とする（ステップＳ２−４）。現場コントローラ５は、測量機４とカメラユニット３に測定終了を指示する（ステップＳ２１−９）。これを受けて、測量機４はプリズム３６の自動追尾を終了し（ステップＳ２３−５）、カメラユニット３はカメラ３１と姿勢検出装置３２の測定を終了する（ステップＳ２４−１０）。現場コントローラ５は、管理サーバ６に再度作業情報を要求し（ステップＳ２１−１０）、管理サーバ６は現場コントローラ５に再度作業情報を送信する（ステップＳ２２−４）。これを受けて、現場コントローラ５は、表示部５１に作業情報を表示する（ステップＳ２１−１１）。作業者は、表示部５１で作業情報を確認し、作業を終了としてよいか確認する。この表示は、ＧＵＩによるナビゲーション表示となっており、作業のやり残しがないかチェックさせるものとするのが好ましい。

作業終了と判断した作業員は、現場コントローラ５を操作して、実施した作業情報の更新をする（ステップＳ２−５）。これを受けて、現場コントローラ５は取得した工具先端位置情報を全て管理サーバ６に送信する（ステップＳ２１−１２）。管理サーバ６は、工具先端位置情報を作業結果データベース６２２に保存する（ステップＳ２２−５）。現場コントローラ５は、管理サーバ６に送信した工具先端位置情報を、更新情報として表示部５１に表示し、作業管理を終了する（ステップＳ２１−１３）。

以上、本形態の作業管理システム１’によっても、第一の実施形態と同様の効果が得られる。なお、本形態においても、管理サーバ６の記憶部６２に記憶されたデータは、外部システムに送信することが可能であり、外部システムからの遠隔管理が可能である。

さらに、本形態の作業管理システム１’によれば、現場コントローラ５で作業情報が管理され、かつ、現場コントローラ５に、作業が必要な位置に作業が完了したか否かがリアルタイムで可視表示されるので、作業者は、作業情報の把握が容易であり、また作業報告を円滑に行える。

また、本形態の作業管理システム１’によれば、作業結果データベース６２２の情報は設計ＢＩＭと連携されているので、施工者および設計者は、設計ＢＩＭと現場のタイムリーな照合が可能である。

また、本形態によれば、現場コントローラ５のナビゲーションにより、作業員は、分かりやすく効率的に作業を進めることができる。また、現場コントローラ５により作業の確認が誘導されるので、作業のやり忘れや作業位置の誤りがあれば、その場でやり直しをすることも可能である。

＜実施の形態の好ましい変形例＞
次に、前述した実施の形態の好ましい変形例を述べる。

（変形例１）
図１０は変形例１に係る作業管理システム１０が配置された状態を示す図である。なお、変形例１を第一の実施形態に適用して説明するが、第二の実施形態に適用してもよい。第一の実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて説明を割愛する。変形例１では、第一の実施形態におけるステップＳ１０２（図４）における工具画像からの工具先端位置のカメラ座標の算出を、工具２をモーションキャプチャすることにより行うものである。

工具２は、トリガースイッチ２１と、通信部２２と、さらにモーションキャプチャ用反射体（以下、「反射マーカ」という）２３を備える。反射マーカ２３は、例えば図１０に示すように、工具２に対し少なくとも三箇所に配置される。反射マーカ２３と工具先端位置の相対位置情報は、予め記憶部３４に記憶しておくものとする。

変形例１では、ステップＳ１０２において、カメラユニット３の制御部３３は、カメラ３１による工具画像から、各反射マーカ２３のカメラ座標を取得し、各反射マーカ２３のカメラ座標から、工具先端位置のカメラ座標（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）を取得する。変形例１であっても、実施の形態と同等の効果が得られる。

（変形例２）
図１１は変形例２に係る作業管理システム１０’の構成ブロック図である。なお、変形例２を第二の実施形態に適用して説明するが、第一の実施形態に適用してもよい。第二の実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて説明を割愛する。変形例２では、「カメラ姿勢情報」を、慣性計測装置ではなく、カメラ３１の画像から取得する。従って、図１１に示すように、変形例２ではカメラ３１が姿勢検出装置となっている。

実施の形態と同様、測距光（または追尾光）の光画像から、測量機４から見たカメラユニット３の方位、すなわち測量機４からみたカメラ座標系中心Ｃｃへの方向ベクトルＥ１（図５参照）は特定できる。但し、慣性計測装置が無い場合は、方向ベクトルＥ１回りのカメラ座標軸は不明である。

そこで変形例２では、カメラ３１に映る画像を頼りに、方向ベクトルＥ１回りのカメラ座標軸を確定させる。図１２は変形例２に係るカメラ姿勢情報取得のための作業イメージ図である。図１２の「１」に示すように、カメラユニット３に傾きがある場合、カメラ３１で作業現場を映した現場画像はカメラユニット３の傾きを含んでいるので、現場画像における鉛直は実際の鉛直とは異なっている。カメラユニット３の制御部３３は、図１２の「２」に示すように、現場画像にＳｏｂｅｌフィルタ（空間１次微分）を施し、エッジ（鉛直線）の抽出を行い、画像内での鉛直方向を把握する。なお、エッジ抽出を補佐するものとして慣性計測装置を用いたり、設計ＢＩＭの設計データが参酌されてもよい。画像内での鉛直方向が分かれば、図１２の「３」に示すように、三次元絶対座標系の鉛直軸との差から、カメラ姿勢情報を取得することができる。変形例２であっても、実施の形態と同等の効果が得られる。さらに、変形例２においては、姿勢検出装置としての慣性計測装置は任意の構成にできる。

（変形例３）
図１３は変形例３に係る作業管理システム１０’’が配置された状態を示す図、図１４は同作業管理システム１０’’の構成ブロック図である。なお、変形例３を第一の実施形態に適用して説明するが、第二の実施形態に適用してもよい。第一の実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて説明を割愛する。変形例３では、「カメラ姿勢情報」と「カメラユニットの方位情報」を、測量機４をモーションキャプチャすることにより行うものである。

変形例３では、測量機４が、さらに反射マーカ４７を備える。反射マーカ４７は、測量機４の望遠鏡４ｃまたは托架部４ｂに、少なくとも二箇所配置される。反射マーカ４７と測距光（追尾光）の発光点Ｔｃ（望遠鏡４ｃからの光出射点）の相対位置情報は、予め記憶部３４に記憶しておくものとする。

変形例３では、カメラユニット３の制御部３３は、カメラ３１による光画像から、各反射マーカ４７のカメラ座標と発光点Ｔｃのカメラ座標を取得する。そして、反射マーカ４７と発光点Ｔｃの三点のカメラ座標から、三次元絶対座標軸に対するカメラ座標軸の傾きを算出し、カメラ姿勢情報を取得する。実施形態と同様、発光点Ｔｃのカメラ座標から測量機４から見たカメラユニット３の方位情報を求めることができるので、変形例３であっても、実施の形態と同等の効果が得られる。さらに、変形例３においては、図１４に示すように、姿勢検出装置としての慣性計測装置は不要の構成にできる。

（変形例４）
図１５は変形例４に係る作業管理システム１０’’’の構成ブロック図である。なお、変形例４を第二の実施形態に適用して説明するが、第一の実施形態に適用してもよい。第二の実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて説明を割愛する。

変形例４では、管理サーバ６は、記憶部６２に、さらに属性データベース６２３を備える。属性データベース６２３は、作業の属性情報が記憶されている。属性データベース６２３は、作業者の識別情報（作業者名または作業者ＩＤ），工具情報（工具の種別，工具ＩＤ，工具の形状情報，工具の先端位置と定義する位置の情報）が、作業結果データベース６２２の工具先端位置情報と関連付けて記憶される作業属性テーブルを記憶している。変形例４では、作業者は、管理開始処理の前に、現場コントローラ５に、作業者識別情報と工具情報を入力する。作業者は、工具を持ち替えた場合や、作業者が変わった場合は、その都度現場コントローラ５に入力する。変形例４によれば、工具先端位置情報に属性情報がプラスされるため、検査・検証がさらに詳細に行える。

（変形例５）
図１６は変形例５に係る作業管理システム１０’’’’が配置された状態を示す図である。変形例５は、複数の工具２Ｓ，２Ｔ，２Ｕの同時測定を可能とするものである。なお、変形例５を第二の実施形態に適用して説明するが、第一の実施形態に適用してもよい。

工具２Ｓ，２Ｔ，２Ｕはそれぞれカメラ３１で画像識別可能な識別特徴を備えている。識別特徴としては、例えば、それぞれの工具の色を変える、ＱＲコード（登録商標）を付ける、またはモーションキャプチャ用の反射マーカの数をそれぞれ変える、等が挙げられる。好ましくは、変形例４に示したように、工具２Ｓ，２Ｔ，２Ｕに関し、作業者は、管理開始処理の前に、現場コントローラ５に作業者識別情報と工具情報を入力する。工具２Ｓ，２Ｔ，２Ｕは、カメラ３１で画像識別可能な識別特徴を備えているので、カメラユニット３は、工具ごとに工具先端位置のカメラ座標を算出できる。変形例５によれば、複数の工具の作業を同時に管理することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態および変形例を述べたが、各形態および各変形を当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

１，１’，１０、１０’，１０’’，１０’’’，１０’’’’… 作業管理システム
２… 工具
２１… トリガースイッチ
２２… 通信部
２３… 反射マーカ
３… カメラユニット
３１… カメラ
３２… 姿勢検出装置
３３… 制御部
３４… 記憶部
３５… 通信部
３６… プリズム
４… 測量機
４１… 追尾部
４２… 測距部
４３… 測角部
４４… 制御部
４５… 記憶部
４６… 通信部
４７… 反射マーカ
５… 現場コントローラ
５１… 表示部
５２… 制御部
５３… 記憶部
５４… 通信部
６… 管理サーバ
６１… 制御部
６２… 記憶部
６２１… 設計データベース
６２２… 作業結果データベース
６２３… 属性データベース
６３… 通信部

Claims (12)

1. 通信部と、トリガースイッチと、を備える工具と、
   通信部と、画像から三次元のカメラ座標を特定できるカメラと、前記カメラのカメラ姿勢情報を取得する姿勢検出装置と、前記カメラと前記姿勢検出装置を制御する制御部と、プリズムと、を備えるカメラユニットと、
   通信部と、前記プリズムを追尾光によって自動追尾する追尾部と、前記プリズムを測距光によって測距する測距部と、前記プリズムを測角する測角部と、前記追尾部，測距部，および測角部を制御する制御部と、を備える測量機と、
   を備え、
   前記カメラユニットは、前記工具からの通信により前記トリガースイッチが使用されたことを検出すると、前記姿勢検出装置によるカメラ姿勢情報と、前記カメラによる工具画像と、前記測量機により測定された前記プリズムの位置座標と、前記測量機から見た前記カメラユニットの方位情報を集めて、前記工具の先端位置の位置座標を求め記憶する
   ことを特徴とする作業管理システム。
   
2. 通信部と、トリガースイッチと、を備える工具と、
   通信部と、画像から三次元のカメラ座標を特定できるカメラと、前記カメラのカメラ姿勢情報を取得する姿勢検出装置と、前記カメラと前記姿勢検出装置を制御する制御部と、プリズムと、を備えるカメラユニットと、
   通信部と、前記プリズムを追尾光によって自動追尾する追尾部と、前記プリズムを測距光によって測距する測距部と、前記プリズムを測角する測角部と、前記追尾部，測距部，および測角部を制御する制御部と、を備える測量機と、
   通信部と、表示部と、制御部と、記憶部と、を備え、作業者により操作される現場コントローラと、
   通信部と、制御部と、作業結果データベースを備える記憶部と、を備える管理サーバと、
   を備え、
   前記現場コントローラは、前記測量機に前記追尾部の自動追尾を開始させ、前記カメラユニットに前記カメラと前記姿勢検出装置の測定を開始させ、前記工具のトリガー情報を取得し、前記トリガースイッチが使用されたことを検出すると、前記カメラユニットに前記工具の先端位置の位置座標を要求し、前記工具の先端位置の位置座標を、前記管理サーバに送信し記憶させる
   ことを特徴とする作業管理システム。
   
3. 前記カメラユニットは、
   前記工具画像から前記工具の先端位置のカメラ座標を求め、
   前記測量機で得た前記プリズムの位置座標から、前記カメラ姿勢情報および前記カメラユニットの方位情報で得た移動方向に、前記プリズムの中心と前記カメラのカメラ座標系中心とのオフセット距離だけ移動させて、前記カメラ座標系中心の位置座標を求め、
   前記工具の先端位置のカメラ座標を、前記カメラ座標系中心の位置座標を基準にして位置座標に変換し、前記工具の先端位置の位置座標を求める
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の作業管理システム。
   
4. 前記カメラユニットは、前記カメラユニットの方位情報を、前記カメラで前記測距光または前記追尾光の光画像を取得して、前記光画像における発光点を画像解析することで取得することを特徴とする請求項１または２に記載の作業管理システム。
   
5. 前記カメラユニットは、前記カメラ姿勢情報を、慣性計測装置、または前記カメラの画像内で鉛直線を抽出し画像内での鉛直方向を求めること、で取得することを特徴とする請求項１または２に記載の作業管理システム。
   
6. 前記カメラユニットは、前記カメラ姿勢情報および前記カメラユニットの方位情報を、前記測量機に付けた反射マーカを前記カメラでモーションキャプチャすることで取得する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の作業管理システム。
   
7. 前記カメラユニットは、前記工具の先端位置のカメラ座標を、前記カメラによるステレオマッチング、または前記工具に付けた反射マーカを前記カメラでモーションキャプチャ
   することで求めることを特徴とする請求項３に記載の作業管理システム。
   
8. 前記管理サーバはさらに設計データベースを備え、
   前記工具の先端位置の位置座標は、作業が行われたという情報とともに工具先端位置情報として前記作業結果データベースに記憶され、前記工具先端位置情報は、前記設計データベースと結びつけて管理される
   ことを特徴とする請求項２に記載の作業管理システム。
   
9. 前記工具の先端位置の位置座標は、少なくとも作業者の識別情報と工具に関する工具情報を含む属性情報と関係付けて記憶される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の作業管理システム。
   
10. 前記工具に、前記カメラユニットのカメラで画像識別可能な識別特徴を与え、複数の前記工具を同時に作業管理する
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の作業管理システム。
    
11. 請求項１または２に記載の作業管理システムを用いて、
    前記測量機に前記追尾部の自動追尾を開始させるステップと、
    前記カメラユニットに前記カメラと前記姿勢検出装置の測定を開始させるステップと、
    前記工具のトリガー情報を取得するステップと、
    前記工具の先端位置の位置座標を算出するステップと、
    前記工具の先端位置の位置座標を保存するステップと、
    を有することを特徴とする
    作業管理方法。
    
12. 請求項１１に記載の作業管理方法を、コンピュータプログラムで記載し、それを実行可能にしたことを特徴とする作業管理プログラム。
    

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