JP2022011680A - Work plan system and work plan method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、土木や建設等の作業現場に投入する作業体の種類や数、および、各作業体の作業内容や作業順序などを計画する、作業計画システムおよび方法に関する。 The present invention relates to a work planning system and a method for planning the types and numbers of work bodies to be put into work sites such as civil engineering and construction, and the work contents and work order of each work body.
土木や建設等の作業現場では、作業内容に応じて、作業機械や作業員が現場内に配置され、現場内を移動しながら作業を行う。作業現場における作業を効率的に行うためには、作業内容、作業順序、投入する作業機械の種類や数などを適切に決定し、作業計画として立案する必要がある。しかしながら、作業計画の立案は時間がかかり、また計画者が適切な作業計画を立案できるようになるには相当の経験を必要とする。そのため、システムが作業計画を自動で立案できることが望ましい。 At work sites such as civil engineering and construction, work machines and workers are assigned to the site according to the work content, and work is performed while moving within the site. In order to efficiently perform work at the work site, it is necessary to appropriately determine the work content, work order, type and number of work machines to be introduced, and formulate a work plan. However, working plan development is time consuming and requires considerable experience for planners to be able to formulate appropriate work plans. Therefore, it is desirable that the system can automatically formulate a work plan.
建設施工の技術分野においては、現場の生産性を向上させる技術として、施工計画を自動で立案する施工計画システムが提案されている。例えば、特許文献1の請求項1には、「施工現場の現況地形データを取得する現況地形データ取得部と、前記施工現場の設計地形を示す設計地形データを取得する設計地形データ取得部と、前記施工現場を施工する作業機械の条件を示し、前記施工現場の施工前に取得可能な既知の原単位データを取得する原単位データ取得部と、前記現況地形データと前記設計地形データとの差分に基づいて前記施工現場の施工範囲を示す施工範囲データ及び前記施工範囲における土砂の掘削量または補填量を示す土量データを算出し、前記施工範囲データ及び前記土量データと前記原単位データとに基づいて、前記施工現場の施工計画を示す施工計画データを算出する施工計画データ算出部と、前記施工計画データを出力する施工計画データ出力部と、を備えるコンピュータシステムを含む施工計画システム」が開示されている。
In the technical field of construction work, a construction planning system that automatically formulates a construction plan has been proposed as a technique for improving the productivity of the site. For example,
特許文献1によれば、施工現場全体の目標地形と設計地形のデータから、土砂の掘削量または補填量を算出することができる。また、作業機械1台の単位時間当たりの作業量と、施工現場全体の土砂の掘削量または補填量を比較することで、どの作業機械を何台使用すれば、目標工期内に施工を完了させるかを算出することができる。
According to
一方で、実際の現場では、土砂を掘削する切土地や、土砂を補填する盛土地が、離散し点在している場合がある。そのような現場であっても、特許文献1に開示の技術を用いて施工計画を立案すれば、施工現場全体として必要な作業機械の台数は算出できる。
On the other hand, at the actual site, there are cases where the cut land for excavating the earth and sand and the piled land for supplementing the earth and sand are scattered and scattered. Even in such a site, the number of work machines required for the entire construction site can be calculated by formulating a construction plan using the technique disclosed in
しかし、特許文献1の技術では、施工現場に点在する切土地や盛土地それぞれに、何台の作業機械を配置するかを算出できず、計画が十分に詳細化されていない。このように、特許文献1の技術には更なる改善の余地がある。
However, in the technique of
そこで、本発明の目的は、盛土地や切土地といった施工場所が複数点在する作業現場にも対応可能な、詳細な作業計画を立案する作業計画システムを提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a work planning system for formulating a detailed work plan, which can be applied to work sites where a plurality of construction sites such as filled land and cut land are scattered.
本発明は上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数の作業体を用いた作業計画を作成する作業計画システムであって、前記作業体の仕様を示す作業体情報と、作業体同士の距離制約を含む空間制約情報と、作業体の空間占有を時間で表した時間制約を含む時間制約情報と、を取得する情報取得部と、前記作業体情報、前記空間制約情報、前記時間制約情報に基づいて、各作業に投入する作業体が動作する作業体領域の形状を定義する作業体領域定義部と、各作業体の作業体領域を作業の全時刻にわたり重ならないように配置することで、前記作業計画を作成する作業体領域配置部と、を備えた作業計画システムである。 The present invention includes a plurality of means for solving the above problems, and one example thereof is a work planning system for creating a work plan using a plurality of work bodies, and the specifications of the work body are described. The information acquisition unit for acquiring the work body information to be shown, the space constraint information including the distance constraint between the work bodies, and the time constraint information including the time constraint representing the space occupancy of the work body in time, and the work body information. Based on the space constraint information and the time constraint information, the work body area definition unit that defines the shape of the work body area in which the work body to be input to each work operates, and the work body area of each work body are all the work. It is a work planning system including a work body area arranging unit for creating the work plan by arranging them so as not to overlap with each other over time.
本発明の作業計画システムによると、盛土地や切土地といった施工場所が複数点在するような作業現場であっても、作業体毎の計画を立案可能であるため、より効率的な作業計画を立案することができる。 According to the work planning system of the present invention, even in a work site where a plurality of construction sites such as filled land and cut land are scattered, it is possible to make a plan for each work body, so that a more efficient work plan can be obtained. Can be planned.
以下、本発明に係る作業計画システム1の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれらの図面に限定されず、一部の構成要素を用いない場合もある。
Hereinafter, examples of the
本実施例においては、作業現場で作業を行う作業機械や作業員を作業体と呼称する。また、作業体が作業時に占有する領域を「作業体領域A」と呼称する。なお、土木施工分野を対象に説明するが、物量倉庫のような、作業機械と作業員とが混在する分野に適用することも可能である。また、本発明において、人の操作に従って動作する作業機械を「有人機」、人による操作なしに自律的に動作する作業機械を「無人機」と呼称し、作業機械が例えば油圧ショベルである場合は、「有人のショベル」や「無人のショベル」のように呼称する。 In this embodiment, a work machine or a worker who works at a work site is referred to as a work body. Further, the area occupied by the working body during work is referred to as "working body area A". Although the explanation is given for the civil engineering construction field, it can also be applied to a field where work machines and workers coexist, such as a physical quantity warehouse. Further, in the present invention, a work machine that operates according to human operation is referred to as a "manned machine", a work machine that operates autonomously without human operation is referred to as an "unmanned machine", and the work machine is, for example, a hydraulic excavator. Is referred to as "manned excavator" or "unmanned excavator".
<油圧ショベルの構成>
本実施例において、土の採掘や整地を行う作業機械は油圧ショベル(以下、単に「ショベル」と称する)である。図1は、一般的なショベル2を模式的に示す構成図である。ここに示すように、ショベル2は、多関節型のフロント作業機21と、それを支持する車体22で構成されている。
<Construction of hydraulic excavator>
In this embodiment, the work machine for mining soil and leveling the ground is a hydraulic excavator (hereinafter, simply referred to as "excavator"). FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a
車体22は、走行油圧モータ22aにより走行する下部走行体22bと、下部走行体22bの上に取り付けられ、旋回油圧モータ22cにより下部走行体22bに対して旋回可能な上部旋回体22dとからなる。
The
一方、フロント作業機21は、垂直方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材(ブーム21a、アーム21b、バケット21c)を連結して構成されている。ブーム21aの基端は上部旋回体22dの前部においてブームピンを介して回動可能に支持されている。ブーム21aの先端にはアームピンを介してアーム21bが回動可能に連結されており、アーム21bの先端にはバケットピンを介してバケット21cが回動可能に連結されている。ブーム21aはブームシリンダ21dによって駆動され、アーム21bはアームシリンダ21eによって駆動され、バケット21cはバケットシリンダ21fによって駆動される。なお、ブーム21aの基端は後述する旋回中心2oと一致しているとする。
On the other hand, the
図2は、ショベル2を平面視した図である。後述する作業体領域定義部13で言及されるフロント作業機長さL1とは、ブーム21a、アーム21b、バケット21cによって構成されるフロント作業機21のリーチが、最大となる場合の長さである。同様に、作業体領域定義部13で言及される車体後ろ長さL2とは、旋回中心2oから上部旋回体22dの後端部までの距離である。さらに、ショベル2の中心座標とは、ショベル2が現場座標系に配置されるときの、旋回中心2oの現場座標系における位置を示す。
FIG. 2 is a plan view of the
<作業計画システムの概要>
本実施例の作業計画システム1は、作業体が作業を行う作業現場3において、各時刻における作業体毎の作業体領域Aを決定することで、作業開始から終了までの作業体の位置を指定した作業計画Pを立案するものである。
<Overview of work planning system>
The
まず、図3を用いて、図示する方向にXYZ空間の各直交座標を定義した、土木の作業現場3の一例を説明する。この作業現場3に投入された作業体は、土砂を掘削したり整地したりするショベル2と、土砂を運搬するダンプトラック(以下、単に「ダンプ」と称する)4である。この作業現場3における作業計画Pは、ショベル2が土砂を掘削する「切土工」、ダンプ4が掘削された土砂を運搬する「土輸送」、ダンプ4から運ばれた土砂をショベル2が作業地に盛る「盛土工」、という3種類の作業を繰り返し行うことで構成される計画である。
First, an example of a civil engineering work site 3 in which each orthogonal coordinate of the XYZ space is defined in the direction shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. The work bodies put into the work site 3 are a
ここで、切土工を行う場所を「切土地」、盛土工を行う場所を「盛土地」、土輸送を行う経路を「輸送経路3a」と呼ぶ。作業現場3の作業計画Pにおける切土工及び盛土工に対しては、ショベル2が土を掘削あるいは盛る場所である「作業地3b」、ショベル2がダンプ4に土を詰め込む、あるいはダンプ4に積まれた土を掘削するために、ダンプ4が発着する場所である「放土地3c」を計画する必要がある。
Here, the place where the earthwork is performed is called "cut land", the place where the embankment is performed is called "embankment", and the route where the soil is transported is called "
作業計画システム1は、計画者Mによって操作され、計画者Mの要望に沿った作業計画Pを立案する。なお、計画者Mは、作業計画Pの立案経験がなくてもよく、作業計画システム1の使用方法を習得している者であればよい。
The
図4は、作業計画システム1の構成を示す機能ブロック図である。ここに示すように、作業計画システム1は、情報取得部10、作業情報決定部11、空間制約情報変換部12、作業体領域定義部13、作業体領域配置部14、作業計画評価部15、作業計画出力部16で構成される。なお、作業計画システム1は、具体的には、CPU等の演算装置、半導体メモリ等の主記憶装置、ハードディスク等の補助記憶装置、および、通信装置などのハードウェアを備えたコンピュータである。そして、補助記憶装置から主記憶装置にロードされたプログラムを演算装置が実行することで、上記した各機能を実現するが、以下では、このようなコンピュータ分野の周知技術を適宜省略しながら、各部の詳細について順次説明する。
FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the
<情報取得部10>
情報取得部10は、設計情報I1を取得する設計情報取得部10aと、作業体情報I2を取得する作業体情報取得部10bと、目的情報I3を取得する目的情報取得部10cと、空間制約情報I4を取得する空間制約情報取得部10dと、時間制約情報取I5を取得する時間制約情報取得部10eで構成される。
<
The
図5は、情報取得部10と入力インターフェースIFの関係を示す図である。ここに示す入力インターフェースIFは、計画者Mによる入力を情報取得部10に伝えるものであり、例えば、タッチパネル、キーボード、マウス、記憶媒体の再生装置等である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the
<設計情報取得部10a>
設計情報取得部10aは、作業現場3の現況地形を表す現況地形データと、作業を実施することで実現したい目標地形データに基づいて、設計情報I1を取得する。現況地形データは、光学測定器やドローンの空撮画像から取得した作業現場3の現況地形を、XYZ空間上の三次元点群データに変換したものから作成した三次元データである。また、目標地形データは、作業現場3の目標形状をXYZ空間上に示す三次元データである。現況地形データと目標地形データは、作業現場3の鳥観図に、格子状の直線を引き、そのマス内にどのくらいの土量があるかを表現する手法である、グリッド形式で作成される。また、地点を表すマスをグリッドと呼称する。
<Design
The design
表1は、設計情報I1の一例を示す表である。また、図6は、表1の設計情報I1をグリッド形式で示した図である。なお、図6におけるグリッド内には土量の情報が格納されている。設計情報取得部10aは、現況地形データと目標地形データを比較することで、グリッド単位で切土地か盛土地かを判断し、設計情報I1を生成する。つまり、現況地形に対しグリッド単位で、盛土工をする、切土工をする、あるいはいずれの作業も必要ないかといった情報と、盛土工あるいは切土工をする際は、その土量を含んだ情報とを、設計情報I1として生成する。
Table 1 is a table showing an example of design information I1. Further, FIG. 6 is a diagram showing the design information I1 in Table 1 in a grid format. Information on the amount of soil is stored in the grid in FIG. The design
<作業体情報取得部10b>
作業体情報取得部10bは、作業計画システム1が配置する作業体の仕様を示す作業体情報I2を取得する。
<Work body
The work body
表2は、作業体がショベル2である場合の作業体情報I2の入力例である。この作業体情報I2には、フロント作業機長さL1、車体後ろ長さL2、車体幅W、単位時間あたりの掘削量である掘削能力、一日当たりの使用コスト、投入できる台数、有人機または無人機か、の各情報が登録されている。また、図7は、ショベル2の作業体情報I2の変数のうち、フロント作業機長さL1、車体後ろ長さL2、車体幅Wの説明図である。
Table 2 is an input example of the work body information I 2 when the work body is the
表3は、作業体がダンプ4である場合の作業体情報I2の入力例である。この作業体情報I2には、車体長さL1、車体幅W、積載容量、一日当たりの使用コスト、投入できる台数、有人機または無人機か、の各情報が登録されている。また、図8は、ダンプ4の作業体情報I2の変数のうち、車体長さL1、車体幅Wの説明図である。
Table 3 is an input example of the work body information I 2 when the work body is the
<作業情報決定部11>
作業情報決定部11では、設計情報取得部10aからの設計情報I1と、作業体情報取得部10bからの作業体情報I2に基づいて、作業情報I6を算出する。作業情報I6とは、設計情報I1で入力された、目標地形データ実現のために必要な作業に関する情報である。
<Work
The work
図9は、切土地のグリッドと盛土地のグリッドから、切土地グループ3dと盛土地グループ3eを算出する手法を示す図である。ここに示すように、作業情報決定部11では、設計情報I1に基づいて、距離の近い切土地のグリッド同士をグループ分類し、切土地グループ3dとして算出し、また、距離の近い盛土地のグリッド同士をグループ分類し、盛土地グループ3eとして算出する。
FIG. 9 is a diagram showing a method of calculating a
表4は、切土地グループ3dと盛土地グループ3eの出力例を示す表である。作業情報決定部11では、1つの切土地グループ3dから1つの盛土地グループ3eまでの輸送土量及び輸送経路データを決定し、輸送計画データとして算出する。輸送経路データは、輸送経路3aとなるグリッドに対し、輸送経路3aごとのラベル付けを行ったデータである。
Table 4 is a table showing output examples of the
表5は、輸送計画データの出力例を示す表である。また、表6は、輸送経路データの出力例を示す表である。 Table 5 is a table showing an output example of transportation plan data. Table 6 is a table showing an output example of transportation route data.
作業情報決定部11では、上記した、切土地グループデータ、盛土地グループデータ、輸送計画データ、等に基づき、作業情報I6を決定する。表7は、作業情報I6の出力例を示す表である。作業情報I6は、作業種類、関連作業、作業が実施される場所、作業量、使用される作業体の種類等の情報を含む。なお、関連作業とは、一つの土輸送を実施するために必要な切土工及び盛土工をラベル付けし、記録した情報である。
The work
<目的情報取得部10c>
目的情報取得部10cは、作業計画Pを立案する上で目標となる目的データと、制約となる制約データとを含む、目的情報I3を取得する。表8は、目的情報I3の入力例を示す表である。この目的情報I3には、「(1)作業工期を指定し、作業コストを最小化」、「(2)作業工期の上限を指定し、作業コストを最小化」、「(3)作業コストの上限を指定し、作業工期最短化」、といった目的データを含む。目的情報I3は、特定作業の開始時刻指定または作業1は作業2より先に実施するといった制約データを含む。
<Purpose
The target
<空間制約情報取得部10d>
空間制約情報取得部10dは、作業体同士が衝突しないための空間制約情報I4を取得する。表9は、空間制約情報I4の入力例を示す表である。この表の右欄に示すように、空間制約は、「距離制約」、「限定制約」、「緩和制約」に分類される。
<Spatial constraint
The space constraint
「距離制約」は、作業体同士は一定距離離れて作業を行う、といった制約であり、例えば表9の制約1のような内容である。
The "distance constraint" is a constraint that the working bodies perform work at a certain distance from each other, and is, for example, the content as shown in the
「限定制約」は、ショベル2の場合、ショベル2の可動領域内への他の作業体の侵入を禁止する、といった制約や、ショベル2同士は同じ放土地3cを共有する作業を禁止する、といった制約であり、例えば表9の制約2,3のような内容である。また、ダンプ4の場合、同時刻に行われている土輸送の輸送経路3aが交差している作業は、計画することができない、といった制約であり、例えば表9の制約4のような内容である。
In the case of the
「緩和制約」は、ショベル2の場合、無人のショベル2の可動領域は、他の作業体の侵入を禁止しない、といった制約や、無人のショベル2同士であるならば、放土地3cを共有して作業を行うことができる、といった制約であり、例えば表9の制約5,6のような内容である。また、ダンプ4の場合、複数の土輸送が同時刻に行われており、輸送経路3aが交差しているが、有人のダンプ4が一つの土輸送のみにしか投入されておらず、他の土輸送はすべて無人のダンプ4が投入されているなら、輸送経路3aが交差した状態であっても、同時刻で作業を行うことができる、といった制約であり、例えば表9の制約7のような内容である。
The "mitigation constraint" is that in the case of the
<時間制約情報取得部10e>
時間制約情報取得部10eは、作業体同士が衝突しないための時間制約情報I5を取得する。表10は、時間制約情報I5の入力例を示す表である。この表の右欄に示すように、時間制約は、「未来制約」と「過去制約」に分類される。
<Time constraint
The time constraint
「未来制約」は、作業体が一定時間後に到達する領域全てを侵入禁止とする制約であり、例えば表10の制約1のような内容である。「過去制約」は、作業体が一定時間前まで存在した領域全てを侵入禁止とする制約であり、例えば表10の制約2のような内容である。
The "future constraint" is a constraint that prohibits intrusion in all areas that the work body reaches after a certain period of time, and is as shown in
<空間制約情報変換部12>
空間制約情報変換部12は、時間制約情報取得部10eからの時間制約情報I5を空間制約情報I4に変換し、空間制約情報取得部10dからの空間制約情報I4と統合する。表11は、表10の時間制約情報I5を空間制約情報I4に変換した例を示す表である。ここでは、例えば、所定の「未来制約」を、「作業体の可動部分において、進行方向からVTまでの距離は、他の作業体の侵入を禁止する」といった「距離制約」に変換する。
<Spatial constraint
The space constraint
また、図10は、移動体がショベル2である場合に、表11に例示した時間制約情報I5の未来制約から変換した空間制約情報I4を適用した図である。図10では、ショベル2が旋回動作をしているときの侵入禁止領域を示している。ショベル2のフロント作業機21は、フロント作業機21の先端部ほど旋回速度が大きくなり、未来制約より「作業体の可動部分において、進行方向からVTまでの距離は、他の作業体の侵入を禁止する」ため、フロント作業機21の先端部ほど侵入禁止領域が大きくなる。
Further, FIG. 10 is a diagram in which the space constraint information I 4 converted from the future constraint of the time constraint information I 5 exemplified in Table 11 is applied when the moving body is the
<作業体領域定義部13>
作業体領域定義部13は、作業体情報取得部10bからの作業体情報I2と、空間制約情報取得部10d及び空間制約情報変換部12からの空間制約情報I4に基づいて、作業体情報I2に記載された、作業体の種類ごとに作業体領域形状I7を定義する。この作業体領域形状I7は、作業体情報I2と、空間制約情報I4に基づいて決定される、作業体領域Aの形状である。作業現場3に配置した作業体領域A同士が互いに重ならないことは、空間制約情報I4(表9参照)を遵守していることを示す。
<Work body
The work body
図11は、有人のショベル2の作業体領域形状I7を示す図であり、表12は、図11の作業体領域形状I7を定義するために必要なショベル2の変数を示した表である。
FIG. 11 is a diagram showing the working body area shape I 7 of the
作業体領域定義部13は、作業体情報I2と空間制約情報I4を参照することで、「作業体同士は、L3以上離れて作業する」、「ショベル2の可動領域内への、他の作業体の侵入を禁止する」、「ショベル2同士は、放土地3cを共有できない」、といった3つの制約を考慮した上で作業体領域形状I7を定義する。上記3つの制約を考慮すると、図11、表12に示すように、作業体領域定義部13は、ショベル2中心座標X1及びY1、作業地中心座標X2及びY2、放土地中心座標X3及びY3、安全距離L3、フロント作業機長さL1、車体後ろ長さL2、車体幅W、を決定することで、作業体領域形状I7を定義できる。作業体領域定義部13は、空間制約情報I4に基づき、安全距離L3を決定する。ショベル2の中心座標X1及びY1、作業地中心座標X2及びY2、放土地中心座標X3及びY3、は作業体領域配置部14で決定する。また、作業体情報I2に基づき、フロント作業機長さL1、車体後ろ長さL2、車体幅W、を決定する。
By referring to the work body information I 2 and the space constraint information I 4 , the work body
一方、図12は、無人のショベル2の作業体領域形状I7の定義を示す図であり、表13は、図12の作業体領域形状I7を定義するために必要なショベル2の変数を示した表である。無人ショベル2は計画通りの動作を行うように設定することが可能であり、また、作業地3bから放土地3cに向かう動作の途中で、突然旋回方向を変えて作業地3bに再度向かう、といったような突発的な動作変更を行わないように設定することが可能である。このため、無人のショベル2の動作は、有人のショベル2の動作に比べて予測が容易であるため、無人ショベル2の作業体領域Aは、有人のショベル2の作業体領域Aよりも小さくできる。
On the other hand, FIG. 12 is a diagram showing the definition of the working body region shape I 7 of the
作業体領域定義部13は、作業体情報I2と空間制約情報I4を参照することで、「作業体同士は、L3以上離れて作業する」、「作業体の可動部分において、進行方向からT秒後に到達する地点までの領域は、他の作業体の侵入を禁止する」、「作業体の可動部分において、進行方向と逆向きにT’秒前までに存在した領域は、他の作業体の侵入を禁止する」、といった3つの制約を考慮した上で作業体領域形状I7を定義する。なお、ここで進行方向とは、無人のショベル2が作業地3bに向かって旋回動作をしているか、あるいは放土地3cに向かって旋回動作をしているか、という情報である。上記3つの制約を考慮すると、図12、表13に示すように、作業体領域定義部13は、ショベル2の中心座標X1及びY1、作業地中心座標X2及びY2、放土地中心座標X3及びY3、安全距離L3、フロント作業機長さL1、車体後ろ長さL2、車体幅W、旋回角度θ、未来安全時間T、過去安全時間T’を決定することで、作業体領域形状I7を定義できる。
By referring to the work body information I 2 and the space constraint information I 4 , the work body
<作業体領域配置部14>
作業体領域配置部14は、上記した、作業体情報I2、目的情報I3、作業情報I6、および、作業体領域形状I7に基づき、作業現場3内に作業体領域Aを配置することで、各時刻における作業体の位置を指定した作業計画Pを立案する。作業体領域配置部14は、作業開始から作業終了までの作業体の位置及び作業体領域形状I7を時系列に決定することで、作業計画Pを立案する。以下、作業体領域配置部14による作業情報I6に記載された各作業に投入する作業体の種類及び数を決定し、その後作業体及び作業体領域Aの配置位置を決定する処理の詳細を説明する。
<Work body
The work body
まず、作業体領域配置部14は、作業情報I6に記載された各作業の作業量と、作業体情報I2に記載された単位時間あたりに作業体が作業できる土量から、「(1)各作業に投入する作業体の種類及び台数」、「(2)各作業の開始時刻」、の2つを決定することで、作業終了までにかかる時間と、作業全体でかかるコストを概算する。
First, the work body
次に、作業体領域配置部14は、「(1)各作業に投入する作業体の種類及び台数」、「(2)各作業の開始時刻」、の全ての組合せにおいて、作業終了までにかかる時間と、作業全体でかかるコストを概算する。
Next, the work body
そして、目的情報I3に記載された目標データを最も満たす組合せを特定し、最適化済み作業情報I8として作業IDに紐づけて記録する。また、目的情報I3に記載された目標データを最も満たす組合せの算出手法としては、模擬焼きなまし法や遺伝的アルゴリズムといった、最適化手法を用いることが可能である。また、作業体領域配置部14は、作業情報I6に基づき、作業IDに紐づいた関連作業を読み込み、最適化済み作業情報I8の関連作業として作業IDに紐づけて記録する。
Then, the combination that most satisfies the target data described in the target information I 3 is specified, and the optimized work information I 8 is recorded in association with the work ID. Further, as a method for calculating the combination that most satisfies the target data described in the target information I3 , an optimization method such as simulated annealing or a genetic algorithm can be used. Further, the work body
また、土輸送に関しては、同時刻に輸送経路3aが交差する作業同士も関連作業として作業IDに紐づけて最適化済み作業情報I8に記録する。作業体領域配置部14は、最適化済み作業情報I8から、作業種類が土輸送である作業IDを読み込み、作業情報I6から土輸送が行われる輸送経路3aのIDを呼び出す。また、輸送経路データに基づき、輸送経路IDの座標情報を呼び出す。上記の手段から、最適化済み作業情報I8に記録された、土輸送に用いる輸送経路3aの座標が判明するため、最適化済み作業情報I8に記録された、作業開始時刻と作業終了時刻と合わせて検討することで、同時刻に輸送経路3aが交差する作業同士を決定することができる。表14は、作業体領域配置部14が記録した最適化済み作業情報I8を示す表である。
Regarding soil transportation, the work in which the
<作業体領域の配置方法>
次に、作業体領域配置部14を用いて、作業現場3内に作業体領域Aを配置する方法について説明する。図13及び図14は、作業体領域配置部14が作業体領域Aを配置する方法を示すフローチャートである。なお、両図は一連の処理を示すフローチャートであるが、ステップS1~S4、S13~S14を図13に記載し、ステップS5~S12を図14に記載している。
<Arrangement method of work body area>
Next, a method of arranging the work body area A in the work site 3 by using the work body
ステップS1では、まず、最適化済み作業情報I8に基づき、全作業を開始時刻が早い順に並べることで、まだ作業体が配置されていない作業群のリストである、未選択作業リストI9を作成する。表15は、未選択作業リストI9の入力例を示す表である。そして、未選択作業リストI9の先頭の作業を選択し、選択作業リストI10に記録する。例えば表15の場合、作業5が選択作業リストI10に記録される。選択作業リストI10は、ステップS5からステップS12において作業体領域Aが配置される作業群のリストである。
In step S1, first, based on the optimized work information I8, all the work is arranged in the order of the earliest start time, so that the unselected work list I9, which is a list of work groups to which the work body is not yet arranged, is displayed . create. Table 15 is a table showing an input example of the unselected work list I9. Then, the work at the head of the unselected work list I 9 is selected and recorded in the selected work list I 10 . For example, in the case of Table 15,
ステップS2では、最適化済み作業情報I8に基づき、選択作業リストI10に記載されている全作業において、記載されている関連作業を読み込む。 In step S2, the related work described in all the work described in the selected work list I 10 is read based on the optimized work information I 8 .
ステップS3では、読み込んだ関連作業に、選択作業リストI10に記載されていない関連作業が存在するか判断する。存在する場合、ステップS4に進む。存在しない場合、ステップS5に進む。つまりステップS3は、存在するすべての関連作業を抽出するまで処理を繰り返すステップである。表16は、選択作業リストI10の入力例を示す表である。この表16では、作業5の関連作業である作業2と作業3が、選択作業リストI10に既に記録されるが、作業3の関連作業である作業4は、まだ選択作業リストI10に記録されていないので、次にステップS4に進む必要がある。
In step S3, it is determined whether or not the read related work includes related work that is not listed in the selected work list I10 . If present, the process proceeds to step S4. If it does not exist, the process proceeds to step S5. That is, step S3 is a step of repeating the process until all the existing related works are extracted. Table 16 is a table showing an input example of the selection work list I 10 . In this Table 16,
ステップS4では、選択作業リストI10に記載されていない関連作業を選択作業リストI10に記録し、再びステップS2に戻る。表16の場合、作業4を選択作業リストI10に記録し、再びステップS2に戻る。 In step S4, the related work not listed in the selected work list I 10 is recorded in the selected work list I 10 , and the process returns to step S2 again. In the case of Table 16, the work 4 is recorded in the selected work list I10, and the process returns to step S2 again.
ステップS5では、選択作業リストI10の全ての作業の中から最も早い作業開始時刻を時刻tとする。 In step S5, the earliest work start time among all the works in the selected work list I 10 is set to time t.
ステップS6では、選択作業リストI10の全ての作業の中から、時刻tにおいて実施される作業を選択し、最適化済み作業情報I8に基づき、選択した作業へ投入する作業体を全て投入作業体リストI11に記録する。表17は、投入作業体リストI11の入力例を示す表である。 In step S6, the work to be performed at time t is selected from all the work in the selected work list I10 , and all the work bodies to be input to the selected work are input based on the optimized work information I8. Record on body list I 11 . Table 17 is a table showing an input example of the input work body list I 11 .
ステップS7では、作業体情報I2及び作業体領域形状I7に基づき、投入作業体リストI11の中から一つの作業体を選択し、作業体の位置を決定することで、その作業体の作業体領域Aの配置位置を決定し、作業計画Pに記録する。 In step S7, one work body is selected from the input work body list I 11 based on the work body information I 2 and the work body area shape I 7 , and the position of the work body is determined to determine the position of the work body. The placement position of the work body area A is determined and recorded in the work plan P.
ステップS8では、投入作業体リストI11から配置した作業体を削除する。 In step S8, the work body arranged from the input work body list I 11 is deleted.
ステップS9では、投入作業体リストI11の中に、配置が完了していない作業体の情報が存在するか判定する。存在する場合、ステップS7に戻る。また、存在しない場合S10に進む。 In step S9, it is determined whether or not the information of the work body whose arrangement has not been completed exists in the input work body list I 11 . If present, the process returns to step S7. If it does not exist, the process proceeds to S10.
ステップS10で、時刻tにおける各作業の進捗率を算出する。作業進捗率は、作業情報I6に記載された作業量と作業体情報I2に記載された掘削能力から算出する。 In step S10, the progress rate of each work at time t is calculated. The work progress rate is calculated from the work amount described in the work information I 6 and the excavation capacity described in the work body information I 2 .
ステップS11では、選択作業リストI10に記載された全ての作業の中で、作業進捗率が100%となった作業が存在する場合、その作業を選択作業リストI10から削除する。 In step S11, if there is a work whose work progress rate is 100% among all the works described in the selected work list I 10 , the work is deleted from the selected work list I 10 .
ステップS12では、選択作業リストI10に作業の記載があるか判定する。記載がある場合、時刻tを1秒進め、ステップS6に戻る。また、記載がない場合、ステップS13に進む。 In step S12, it is determined whether or not there is a description of the work in the selected work list I 10 . If there is a description, the time t is advanced by 1 second and the process returns to step S6. If there is no description, the process proceeds to step S13.
ステップS13では、選択作業リストI10に記載された作業を未選択作業リストI9から削除する。 In step S13, the work described in the selected work list I 10 is deleted from the unselected work list I 9 .
ステップS14では、未選択作業リストI9に作業の記載があるか判定する。記載がある場合、再びS1を実施する。また、記載がない場合、処理を終了する。 In step S14, it is determined whether or not there is a description of the work in the unselected work list I9. If there is a description, carry out S1 again. If there is no description, the process ends.
上記の手法により、各時刻における作業体の位置と作業体領域Aの位置を決定できる。各時刻における、作業体の位置、作業体領域Aの位置、作業進捗率、を作業計画Pとして記録する。 By the above method, the position of the working body and the position of the working body area A at each time can be determined. The position of the work body, the position of the work body area A, and the work progress rate at each time are recorded as the work plan P.
<作業計画評価部15>
作業計画評価部15は、作業計画Pと目的情報I3に基づき、作業計画Pが目的情報I3で指定された制約を満たしているか評価する。作業計画評価部15は、目的情報I3に基づき、「(1)作業工期を指定し、作業コストを最小化」、「(2)作業工期の上限を指定し、作業コストを最小化」、「(3)作業コストの上限を指定し、作業工期最短化」、といった目的データを作業計画Pが満たしているか、評価する。
<Work
The work
作業計画評価部15は、「(1)作業工期を指定し、作業コストを最小化」が目的データとして選択された場合、作業計画Pが指定した作業工期となっているかを評価基準とする。同様に、「(2)作業工期の上限を指定し、作業コストを最小化」が選択された場合、作業計画Pが作業工期の上限以内で終了しているかを評価基準とし、「(3)作業コストの上限を指定し、作業工期最短化」が選択された場合、施工計画5が作業コストの上限以下となっているかを評価基準とする。
When "(1) Designate the work period and minimize the work cost" is selected as the target data, the work
このようにして、作業計画評価部15は、作業計画Pが評価基準を満たしているか判定する。作業計画Pが評価基準を満たしていない場合、計画者Mに対し、入力した目的情報I3に沿った作業計画Pを立案できないことを伝える。また、計画者Mに対し、設計情報I1、作業体情報I2、目的情報I3、空間制約情報I4、時間制約情報I5、の少なくとも一つを緩和するよう要請し、計画者Mは一つ以上の情報を、図4に示した情報取得部10の入力インターフェースIFを通して変更する。変更後、作業計画システム1は、作業計画Pを新たに立案する。作業計画Pが評価基準を満たした場合、作業計画出力部16に対し、作業計画Pを入力する。
In this way, the work
<作業計画出力部16>
作業計画出力部16は、計画者Mが作業計画Pの内容を明瞭に把握できるように、作業計画Pに基づく作業計画表や作業計画シミュレーション等の出力情報I12を算出し、ディスプレイD上に描画する。作業計画表は、各時刻における作業体の位置座標及び作業内容を明記した工程表である。また、作業計画シミュレーションは、作業計画Pの内容で作業体が他の作業体の干渉なく作業が行えることを計画者Mに伝達可能な、各作業体の位置と作業体領域の時間変化を示す映像あるいは電子データである。
<Work
The work
図15は、作業計画Pの出力例として、作業計画シミュレーションの結果をディスプレイDに描画した状況を図である。作業計画シミュレーションは、作業計画Pに基づき、作業体と作業体領域Aを平面上のX軸、Y軸と、時間軸からなる三次元空間上で再現した結果を、ディスプレイDに描画し、作業体領域A同士が全時刻において重ならないことを示すことにより、作業体領域配置部14が、空間制約情報I4及び時間制約情報I5を遵守した作業計画Pを算出していることを、計画者Mに明瞭に示す。なお、図15のディスプレイDには、X軸、Y軸、時間軸からなる三次元空間上に作業計画Pを出力したが、X軸、Y軸、Z軸からなる三次元空間上に作業計画Pを出力しても良い。
FIG. 15 is a diagram showing a situation in which the result of the work plan simulation is drawn on the display D as an output example of the work plan P. In the work plan simulation, based on the work plan P, the result of reproducing the work body and the work body area A on the three-dimensional space consisting of the X-axis, the Y-axis, and the time axis on the plane is drawn on the display D, and the work is performed. By showing that the body areas A do not overlap at all times, it is planned that the work body
また、作業体の移動及び作業体領域Aの変化をディスプレイDに描画することで、作業がどのような段階を経て行われていくかを計画者Mに理解させることが可能となり、作業計画Pの妥当性を計画者Mに対して示すことができる。また、土木施工の場合であれば、作業体と作業体領域Aと同時に、現況地形や施工の目標となる地形データを描画してもよい。また、作業計画表の出力はディスプレイDに限らず、例えばプリンタによって紙に出力してもよい。 Further, by drawing the movement of the work body and the change of the work body area A on the display D, it becomes possible to make the planner M understand the stage in which the work is performed, and the work plan P can be understood. Can be shown to the planner M. Further, in the case of civil engineering construction, the current terrain and the terrain data that is the target of the construction may be drawn at the same time as the work body and the work body area A. Further, the output of the work plan table is not limited to the display D, and may be output on paper by, for example, a printer.
以上で説明したように、本実施例の作業計画システムによれば、盛土地や切土地といった施工場所が複数点在するような作業現場に対し、作業体毎に作業計画を立案できるため、現場全体として効率的な作業計画を立案することができる。 As described above, according to the work planning system of this embodiment, it is possible to formulate a work plan for each work body at a work site where there are multiple construction sites such as filled land and cut land. It is possible to formulate an efficient work plan as a whole.
1 作業計画システム
10 情報取得部
10a 設計情報取得部
10b 作業体情報取得部
10c 目的情報取得部
10d 空間制約情報取得部
10e 時間制約情報取得部
11 作業情報決定部
12 空間制約情報変換部
13 作業体領域定義部
14 作業体領域配置部
15 作業計画評価部
16 作業計画出力部
2 ショベル
21 フロント作業機
21a ブーム
21b アーム
21c バケット
21d ブームシリンダ
21e アームシリンダ
21f バケットシリンダ
22 車体
22a 走行油圧モータ
22b 下部走行体
22c 旋回油圧モータ
22d 上部旋回体
2o 旋回中心
3 作業現場
3a 輸送経路
3b 作業地
3c 放土地
3d 切土地グループ
3e 盛土地グループ
4 ダンプ
A 作業体領域
P 作業計画
I1 設計情報
I2 作業体情報
I3 目的情報
I4 空間制約情報
I5 時間制約情報
I6 作業情報
I7 作業体領域形状
I8 最適化済み作業情報
I9 未選択作業リスト
I10 選択作業リスト
I11 投入作業体リスト
I12 出力情報
1
Claims (6)
前記作業体の仕様を示す作業体情報と、作業体同士の距離制約を含む空間制約情報と、前記作業体の空間占有を時間で表した時間制約を含む時間制約情報と、を取得する情報取得部と、
前記作業体情報、前記空間制約情報、前記時間制約情報に基づいて、各作業に投入する作業体が動作する作業体領域の形状を定義する作業体領域定義部と、
各作業体の作業体領域を作業の全時刻にわたり重ならないように配置することで、前記作業計画を作成する作業体領域配置部と、
を備えることを特徴とする作業計画システム。 A work planning system that creates a work plan using multiple work bodies.
Information acquisition to acquire work body information indicating the specifications of the work body, space constraint information including a distance constraint between work bodies, and time constraint information including a time constraint representing the space occupancy of the work body in time. Department and
A work body area definition unit that defines the shape of the work body area in which the work body to be input to each work operates based on the work body information, the space constraint information, and the time constraint information.
By arranging the work body areas of each work body so as not to overlap over the entire time of the work, the work body area arrangement unit for creating the work plan and the work body area placement unit
A work planning system characterized by being equipped with.
さらに、前記時間制約情報を空間制約情報に変換する空間制約情報変換部を備え、
前記作業体領域定義部は、前記空間制約情報変換部で変換された空間制約情報に基づいて前記作業体領域の形状を定義することを特徴とする作業計画システム。 In the work planning system of claim 1,
Further, it is provided with a spatial constraint information conversion unit that converts the time constraint information into spatial constraint information.
The work body area definition unit is a work planning system characterized in that the shape of the work body area is defined based on the space constraint information converted by the space constraint information conversion unit.
さらに、前記作業計画に基づくシミュレーション結果を算出し、ディスプレイまたはプリンタに描画する作業計画出力部を備え、
前記ディスプレイには、前記作業体の位置と前記作業体領域の時間変化を示すシミュレーション結果が描画されることを特徴とする作業計画システム。 In the work planning system of claim 1,
Further, it is provided with a work plan output unit that calculates a simulation result based on the work plan and draws it on a display or a printer.
A work planning system characterized in that a simulation result showing a position of the work body and a time change of the work body region is drawn on the display.
前記作業体領域定義部は、作業体が有人機か無人機かに応じて、前記作業体領域の形状を変更することを特徴とする作業計画システム。 In the work planning system of claim 1,
The work body area definition unit is a work planning system characterized in that the shape of the work body area is changed according to whether the work body is a manned machine or an unmanned machine.
前記作業体領域定義部は、前記作業体の可動範囲から前記作業体領域の形状を定義し、
有人機では作業地を少なくとも包含するように前記作業体領域を定義し、
無人機では無人機の移動方向によって前記作業体領域を定義することを特徴とする作業計画システム。 In the work planning system of claim 4,
The work body area definition unit defines the shape of the work body area from the movable range of the work body.
In a manned machine, the work area is defined so as to include at least the work area.
An unmanned aerial vehicle is a work planning system characterized in that the work body area is defined by the moving direction of the unmanned aerial vehicle.
前記作業体の仕様を示す作業体情報と、作業体同士の距離制約を含む空間制約情報と、前記作業体の空間占有を時間で表した時間制約を含む時間制約情報と、を取得するステップと、
前記作業体情報、前記空間制約情報、前記時間制約情報に基づいて、各作業に投入する作業体が動作する作業体領域の形状を定義するステップと、
各作業体の作業体領域を作業の全時刻にわたり重ならないように配置することで、前記作業計画を作成するステップと、
を備えることを特徴とする作業計画方法。 It is a work planning method that creates a work plan using multiple work bodies.
A step of acquiring work body information indicating the specifications of the work body, space constraint information including a distance constraint between the work bodies, and time constraint information including a time constraint representing the space occupancy of the work body in time. ,
Based on the work body information, the space constraint information, and the time constraint information, a step of defining the shape of the work body area in which the work body to be input to each work operates, and
By arranging the work body areas of each work body so as not to overlap over the entire work time, the step of creating the work plan and the step
A work planning method characterized by providing.
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