JP2022129294A - コンクリートの打設量算定支援装置、コンクリートの打設量算定支援方法、及びプログラム。 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートの打設領域における打ち残し範囲の体積を取得し、打ち残し範囲のコンクリート打設に必要な打設量の算定をする。【解決手段】撮像画像と、撮像手段の位置、向き及び姿勢を計測するセンサー群及び撮像画像内の物体との距離を検知する深度センサーによる計測結果とにより仮想空間を作成し、撮像手段の移動時における仮想空間内での自己位置を推定する自己位置推定手段と、仮想空間内の高さ位置に３次元ＣＧ画像の高さ基準面を生成する基準面生成手段と、打ち残し範囲の体積を取得する体積取得手段とを備え、体積取得手段は、打ち残し範囲の平面形状の輪郭を、打ち残し範囲の平面情報として取得する平面情報取得部と、深さ情報取得部と、平面情報と深さ情報とにより、打ち残し範囲の体積を算定する体積算定部とを備える。【選択図】図９

Description

本発明は、コンクリート打設工事の途中で、打ち残し範囲のコンクリート打設に必要な打設量の算定を支援するコンクリートの打設量算定支援装置、コンクリートの打設量算定支援方法、及びプログラムに関するものである。

コンクリートの打設工事では、生コンクリート発注時の数量は、詳細な計測はせずに設計図等から算出した概略数量であり、発注仕様で許容される施工誤差を含んだ実数量とは異なる。そのため、コンクリートを打設しながら残り数量を計測し最終数量を確定する。最終数量の確定計算（最終注文量）は、数量が不足した場合は再計算・再注文が発生することから、作業終了が遅れ作業員の残業増加による経済的負担や、再注文したコンクリートが現場に到着するまでの長時間、コンクリートを放置することによる品質的不具合などの発生につながる。

そのため、確定計算結果にある程度の余裕を加えて最終注文が行われるが、確定計算の精度が低いと余裕を大きくとらざるを得なくなり、その結果不要なコンクリートが大量に余ることになる。これは、建設副産物の発生量増加という環境負荷と、発生した残コンクリートの処分費の増大という経済的負荷を伴う。残り数量の算出は、工事現場と生コン工場の距離が近い場合は打ち残し範囲が小さくなってから計測すればよく、したがって計測は１人でも可能である。また、計測に要する時間も短くて済む。

一方、生コン工場との距離が遠い場合は、コンクリートの運搬に時間がかかるためコンクリート打設作業の早いタイミングで実施する必要があり、さらに測定範囲が大きくなる。その場合複数の人員で計測する必要があり、計測時間も長くなる。最近は生コン工場の統廃合が進み工場数が減少しているため、概して工場からの運搬時間は長くなっている。

残り数量の算出は、コンクリート打設を一時中断し、１人もしくは複数の施工管理者が巻き尺等を用いて、打ち残し範囲の面積や深さを実測し、電卓を用いた手計算で行われる。打ち残し範囲は不定形な場合が多く、複雑な計算を必要とすることから計算ミスが発生しやすい。さらに中断時間を短くしようとすることもミスを誘発する原因となる。このため、打ち残し範囲の大小にかかわらず一人で、短時間に、より正確にコンクリートの残り打設量を計測する技術が求められている。

このような中、画像データに基づいて生コンクリートの打設空間を検知し、その容積を計算する装置やシステムの開発が進められている。例えば、特許文献１には、画像データから打設空間を形成する枠を抽出して打設空間の仮容積を算出するとともに、コンクリートの打設可能な容積として除外すべき除外対象容積を算出し、これら仮容積と除外対象容積とに基づいて打設空間に打設可能な生コンクリートの量を算出する装置が開示されている。

特開２０１８－１９９９５０号公報

特許文献１によれば、コンクリートの打設空間を形成する枠が撮像されている画像データを取得することにより、枠内に打設可能な生コンクリートの量を自動的に算定することができる。しかし、打設空間の平面範囲を枠の有無で判別することから、打設工事の途中で打ち残し範囲の容積を計算するには適していない。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、コンクリートの打設領域における打ち残し範囲の体積を容易にかつ精度よく取得し、打ち残し範囲のコンクリート打設に必要な打設量の算定を支援することである。

かかる目的を達成するため本発明のコンクリートの打設量算定支援装置は、撮像手段により取得した撮像画像と、該撮像手段の位置、向き及び姿勢を計測するセンサー群及び前記撮像画像内の物体との距離を検知する深度センサーによる計測結果と、に基づいて、前記撮像手段の起動時の位置を原点とする仮想空間を作成し、前記撮像手段の移動時における前記仮想空間内での自己位置を推定する自己位置推定手段と、前記撮像画像上の所定の位置に対応する前記仮想空間内の高さ位置に、３次元ＣＧ画像よりなる高さ基準面を生成する基準面生成手段と、該高さ基準面を、打ち残し範囲で予定するコンクリートの打上がり面として取り扱い、コンクリートの打ち残し範囲の体積を取得する体積取得手段と、を備えるコンクリートの打設量算定支援装置であって、前記体積取得手段は、前記撮像画像上で指定された前記打ち残し範囲の平面形状の輪郭を、前記打ち残し範囲の平面情報として取得する平面情報取得部と、前記撮像画像上で指定された前記打ち残し範囲の深さ計測点と前記高さ基準面との深さ方向の相対距離を算定し、前記打ち残し範囲の深さ情報を取得する深さ情報取得部と、前記平面情報と前記深さ情報とに基づいて、前記打ち残し範囲の体積を算定する体積算定部と、を備えることを特徴とする。

本発明のコンクリートの打設量算定支援装置は、前記高さ基準面の位置を、前記撮像画像上で指定された補正情報に基づいて補正する基準面補正手段を備えることを特徴とする。

また、本発明のコンクリートの打設量算定支援方法は、打ち残し範囲に打設するコンクリート量の算定を支援するコンクリートの打設量算定支援装方法であって、撮像手段により取得した撮像画像と、該撮像手段の位置、向き及び姿勢を計測するセンサー群及び前記撮像画像内の物体との距離を検知する深度センサーによる計測結果とに基づいて作成された、前記撮像手段の起動時の位置を原点とする仮想空間における、前記撮像画像上の平面に対応する高さ位置に、３次元ＣＧ画像よりなる高さ基準面を生成する基準面生成工程と、該高さ基準面を、打ち残し範囲で予定するコンクリートの打上がり面として取り扱い、コンクリートの打ち残し範囲の体積を取得する体積取得工程と、を備え、前記体積取得工程は、前記撮像画像上で指定された前記打ち残し範囲の平面形状の輪郭を、前記高さ基準面に平行な仮想面へ投影し、前記打ち残し範囲の平面情報を取得する平面情報取得工程と、前記撮像画像上で指定された前記打ち残し範囲の深さ計測点と前記高さ基準面との深さ方向の相対距離を算定し、前記打ち残し範囲の深さ情報を取得する深さ情報取得工程と、前記平面情報と前記深さ情報とに基づいて、前記打ち残し範囲の体積を算定する体積算定工程と、を備えることを特徴とする。

本発明のコンクリートの打設量算定支援方法は、前記高さ基準面の位置を、前記撮像画像上で指定された補正情報に基づいて補正する基準面補正工程を備えることを特徴とする。

本発明のプログラムは、コンピュータに本発明のコンクリートの打設量算定支援方法の各工程を実行させることを特徴とする。

本発明のコンクリートの打設量算定支援装置、打設量算定支援方法及びその方法を実行させるプログラムよれば、撮像手段により取得した撮像画像上で、打ち残し範囲における平面形状の輪郭を指定し、また、打ち残し範囲における深さ計測点を指定することができる。

これによりユーザーは、打ち残し範囲を測量している状態を仮想的に体験しながら、他の作業員の手を借りることなく一人で、また、工事現場で実施されているコンクリートの打設作業の中断時間をこれまでに要していた時間より短くしつつ、打ち残し範囲の体積を容易に取得することが可能となる。

また、打ち残し範囲の平面形状の輪郭を指定する作業、及び、深さ計測点を指定する作業が簡略であり、かつ平面情報の取得及び深さ情報のいずれの取得にも、多大な時間を要することがない。したがって、これらの作業を繰り返す、また、深さ計測点の設定箇所を増やすなどして、体積の算定精度を容易に向上させることが可能となる。

これにより、打設量算定支援装置で取得した打ち残し範囲の体積を支援情報として算定した、打ち残し範囲のコンクリート打設に必要な打設量は、コンクリートを発注する際、余裕代を少なくして見積もることができる程度に高い信頼性を確保できる。このため、工事終了後に発生する残コンクリートの削減に寄与でき、環境面への影響に配慮できるとともに、廃棄処理費用等を大幅に低減することが可能となる。

本発明によれば、コンクリートの打設領域における打ち残し範囲の体積を容易にかつ精度よく取得でき、打ち残し範囲のコンクリート打設に必要な打設量の算定を支援することが可能となる。

本実施の形態におけるコンクリート型枠内の打ち残し範囲を示す図である。 本実施の形態における打設量算定支援装置の構成を示す図である。 本実施の形態における打ち残し範囲の体積を取得する作業の流れを示す図である。 本実施の形態における高さ基準面を設定するための操作を示す図である。 本実施の形態における仮高さ基準面及び高さ基準面を示す図である。 本実施の形態における仮高さ基準面の位置を示す図である。 本実施の形態における打ち残し範囲の平面情報を取得するための手順を示す図である。 本実施の形態における打ち残し範囲の深さ情報を取得するための手順を示す図である。 本実施の形態における打ち残し範囲の体積、及びその途中経過で取得した計測結果を表示画面に出力した状態を示す図である。 本実施の形態における打設量算定支援装置を用いたコンクリートの打設量算定支援システムを示す図である。

本発明は、打ち残し範囲に打設するコンクリートの打設量を算定する際の支援情報となる打ち残し範囲の体積を、撮像手段により取得した撮像画像を表示した表示画面上で打ち残し範囲を測量している状態を仮想的に体験しながら、取得するものである。

以下に、コンクリートの打設量算定支援装置、打設量算定支援方法及びプログラムの詳細を、図１～図１０を参照しつつ説明する。本実施の形態では、コンクリート型枠の一部分に打ち残し範囲が存在する場合を事例に挙げるが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、地盤を削孔したのちの埋め戻し領域の一部など、コンクリート型枠が存在しない領域に適用することも可能である。

図１（ａ）で示すように、コンクリートの打設領域である型枠Ｆの内方には、敷設された鉄筋Ｂの一部を埋設するようにして先行打設された既設コンクリートＣと、これに隣接する打ち残し範囲Ａとが存在している。打設量算定支援装置１０は、この型枠Ｆ内に存在する打ち残し範囲Ａの体積を取得し提示するものである。

なお、打ち残し範囲Ａの体積を算定する大まかな手順は、次のとおりである。図１（ｂ）で示すように、打ち残し範囲Ａで予定するコンクリートの打上がり面に対応する高さ基準面Ｒを取得する。次に、打ち残し範囲Ａにおける平面形状の輪郭Ｃｏから、打ち残し範囲Ａの平面情報を取得する。さらに、打ち残し範囲Ａの深さ計測点Ｐを取得し、取得した深さ計測点と高さ基準面Ｒとの相対距離Ｌから、打ち残し範囲Ａの深さ情報を取得する。こうして取得した打ち残し範囲Ａの平面情報及び深さ情報に基づいて、打ち残し範囲Ａの体積を算出する。

≪≪コンクリートの打設量算定支援装置≫≫
打設量算定支援装置１０は、図２で示すように少なくとも、表示画面１１と、撮像手段１２と、記憶手段１３と、演算処理装置１４と、操作手段１５と、通信手段１６と、センサー群１７とを備えている。なお、通信手段１６については後述する。

表示画面１１は例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイで構成され、撮像手段１２で撮像した動画や静止画、記憶手段１３に格納された情報を表示する。撮像手段１２は、いわゆるカメラやビデオで構成され、動画や静止画等を撮像し、撮像データを取得する機能を備える。なお、撮像手段１２は、ＴｏＦ（Time of Flight）センサーやLiDAR（Light Detection and Ranging）スキャナーを組み込んだカメラのような、深度情報を持った動画や静止画等、映像以外の補足情報を取得する手段を兼ね備えたカメラを採用すると、精度の向上が見込まれる。

記憶手段１３は、例えば撮像手段１２で撮像した動画や静止画、操作手段１５を介して取得した情報等を格納するものである。詳細は後述するが、少なくとも基準面情報ファイル１３１、平面情報ファイル１３２、深さ情報ファイル１３３、体積算定用ファイル１３４を備えている。

操作手段１５は、カーソルキー、数字入力キー、及び各種機能キー等を有するキーボード、マウス等のポインティングデバイス等を備え、キー操作やマウス操作等により入力された操作信号を受け付け、記憶手段１３や演算処理装置１４に出力する。なお、表示画面１１と操作手段１５は、タッチパネル付きのフラットパネルディスプレイのように、一体に構成されたものを採用するとよい。

演算処理装置１４は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードウェアインタフェース等を備え、所定のプログラムを実行することにより、後述する自己位置推定手段１４５、基準面生成手段１４１、合成処理手段１４２、基準面補正手段１４３、体積取得手段１４４の各々の機能が実現される。また、体積取得手段１４４に含まれる平面情報取得部１４４１、深さ情報取得部１４４２、体積算定部１４４３、結果出力部１４４４の各々の機能が実現される。

自己位置推定手段１４５は、撮像手段１２で取得した画像を元に平面を認識して、撮像手段１２の起動時の位置を原点とする仮想空間を作成する機能と、その後、撮像手段１２を移動させた際の、移動時の撮像手段１２の仮想空間内の位置を把握する機能とを有する。また、基準面生成手段１４１は、自己位置推定手段１４５で作成した仮想空間内であって、撮像手段１２で取得した撮像画像上の平面に対応する位置に、３次元ＣＧからなる高さ基準面Ｒを生成する機能を有している。

合成処理手段１４２は、図４で示すように、撮像手段１２で撮像した撮像画像と、３次元ＣＧからなる高さ基準面を合成して表示画面１１に表示する機能を有している。また、基準面補正手段１４３は、合成処理手段１４２で撮像画像と高さ基準面Ｒとを合成した際の相対位置を補正する機能を有している。

体積取得手段１４４に含まれる平面情報取得部１４４１は、図７（ｂ）で示すような表示画面１１に表示された、撮像画像上で指定された打ち残し範囲Ａにおける平面形状の輪郭Ｃｏから、図７（ｄ）で示すような、打ち残し範囲Ａの平面情報を取得する機能を有している。深さ情報取得部１４４２は、図８（ｂ）で示すような表示画面１１に表示された撮像画像上で指定された打ち残し範囲Ａにおける深さ計測点Ｐと高さ基準面Ｒとの相対距離Ｌから、深さ情報を取得する機能を有する。

体積算定部１４４３は、平面情報取得部１４４１で取得した平面情報と、深さ情報取得部１４４２で取得した深さ情報に基づいて、打ち残し範囲Ａの体積を算定する機能を有している。そして、結果出力部１４４４は、平面情報取得部１４４１、深さ情報取得部１４４２及び体積算定部１４４３で取得した情報及び算定結果を、図９で示すように、表示画面１１に表示する機能を有する。

上記の各手段は、演算処理装置１４に備えるＡＲシステムを利用する。ＡＲシステムは、現実の画像とデジタル情報を合成した画像をリアルタイムで表示画面１１上に表示する、いわゆるＡＲ（Augmented Reality）の技術を実現するシステムである。本実施の形態では、上記の各手段の中でも特に、自己位置推定手段１４５及び基準面生成手段１４１が有する機能を実現するべく、平面認識及びワールドトラッキングが可能なARkit（登録商標）を適用している。

平面認識は、撮像手段１２で撮像した画像中の平面を検出する。ワールドトラッキングは、検出した平面に対応する打設量算定支援装置１０（撮像手段１２）の位置と向きを計算することで、仮想空間内における打設量算定支援装置１０の自己位置を推定する。そのうえで、打設量算定支援装置１０が移動することに伴って変化する撮像画像に対応して、仮想空間内で生成されている３次元ＣＧ画像の視点を変化させる。

これらと同様の機能を有していれば、ＡＲシステムは、必ずしもARkit（登録商標）を採用するものでなくてもよく、例えば打設量算定支援装置１０のＯＳがAndroid（登録商標）の場合には、ARCore（登録商標）を採用するなどしてもよい。

そして、センサー群１７は、ARkit（登録商標）やARCore（登録商標）等による上記の基本的な処理で必要となる種々のセンサーを備えている。具体的には、打設量算定支援装置１０の位置や向き、移動速度や距離を計算する際に必要となる、加速度センサーやジャイロセンサー、地磁気センサー（電子コンパス）等が挙げられる。なお、位置情報は、上記の地磁気センサーと加速度計によるものに限定されるものではなく、ＧＰＳにより取得するものであってもよい。

また、打設量算定支援装置１０では、撮像画像から深さ情報を取得することから、センサー群１７に、深度センサーを含む。しかし、撮像手段１２に、ＴｏＦ（Time of Flight）センサーやLiDAR（Light Detection and Ranging）スキャナーを組み込んだカメラを採用している場合には、必ずしも深度センサー設けなくてもよい。

打設量算定支援装置１０は、上記の機能を有していれば、ノートＰＣ、タブレット端末、スマートフォン等、いずれを採用してもよい。本実施の形態では、図４～図９で示すように、打設量算定支援装置１０としてタブレット端末を採用する場合を事例に挙げている。

≪≪コンクリートの打設量算定支援方法≫≫
上記の打設量算定支援装置１０を用いて、打ち残し範囲Ａの体積を取得し、打ち残し範囲Ａに打設するコンクリート打設量の算定を支援する手順を、図２で示す打設量算定支援装置１０の構成図、及び図３の作業の流れを参照しつつ説明する。

なお、本実施の形態では、ＡＲシステムとしてARkit（登録商標）を採用する場合を事例に挙げる。また、撮像手段１２としては、LiDAR（Light Detection and Ranging）スキャナーを組み込んだカメラを採用し、撮像画像上の物体との距離（深度情報）をLiDAR（Light Detection and Ranging）スキャナーを利用して取得する場合を事例に挙げる。

≪撮像画像及び高さ基準面の取得≫
まず、打設量算定支援装置１０に備えた撮像手段１２を起動し、図４（ａ）で示すように、撮像画像内に平面や物体が含まれるように、打設量算定支援装置１０の向きを上下左右に振る動作を行う。

すると、演算処理装置１４が自己位置推定手段１４５の指令を受けて、撮像手段１２で取得した画像を元に平面を認識し、仮想空間を作成する。仮想空間は、センサー群１７から取得される撮像手段１２（打設量算定支援装置１０）の位置や向き、姿勢等に係る情報に基づいて、現在位置（起動時の位置）を原点として作成される。

仮想空間が作成されると、続けて平面認識動作が開始され、表示画面１１に、高さ基準面を設定する平面位置の入力をユーザーに促す操作画面を表示する。この状態で、打ち残し範囲Ａで予定するコンクリートの打上がり面と同一高さにある既設コンクリートＣの打上がり面を撮像画像内に含めると、打設量算定支援装置１０が、この既設コンクリートＣの打上がり面を平面として認識する。

そこで、ユーザーが、図４（ｂ）で示すように、位置決定ボタン１７８を操作すると、演算処理装置１４は基準面生成手段１４１の指令を受けて、認識した平面（既設コンクリートＣの打上がり面）から取得した高さ情報及び位置情報に基づいて、３次元ＣＧからなる平面（以降、仮高さ基準面Ｒ’と称す）を生成する。仮高さ基準面Ｒ’が生成されると、演算処理装置１４が合成処理手段１４２の指令を受けて、撮像画像と仮高さ基準面Ｒ’とを重ね合わせて合成画像を作成し、表示画面１１に表示する。

仮高さ基準面Ｒ’は、既設コンクリートＣの打上がり面と略同一の高さ位置に生成されるが、図５の上段で示すように、撮像画像上の既設コンクリートＣの打上がり面との間に、位置ずれを生じる場合がある。

≪高さ基準面の位置補正≫
そこで、仮高さ基準面Ｒ’が表示画面１１に表示されると、演算処理装置１４が基準面補正手段１４３の指令を受けて、仮高さ基準面Ｒ’の相対位置に関する補正情報の入力をユーザーに促す操作画面を、表示画面１１に併せて表示する。

操作画面はいずれでもよいが、本実施の形態では、ユーザーが、撮像画像に対して仮高さ基準面Ｒ’の位置を上下方向に移動させるための補正情報を入力可能な移動ボタン１７１、１７２（下移動用及び上移動用）と、現行の高さ位置を承認する承認/終了ボタン１７３を表示画面１１に表示する。

ユーザーは、表示画面１１に表示された撮像画像に対する高さ基準面Ｒの高さ位置を視認し、上下方向に移動させたい場合に移動ボタン１７１、１７２を操作して位置移動を要求する。例えば、図４の上段において仮高さ基準面Ｒ’は、打ち残し範囲Ａで予定するコンクリートの打上がり面より上方に配置されている。したがって、ユーザーは、下向きの移動ボタン１７１を操作する。

下向きの移動ボタン１７１を介して移動情報が入力されると、演算処理装置１４が基準面補正手段１４３の指令を受けて、移動情報を合成処理手段１４２に入力する。すると、演算処理装置１４が合成処理手段１４２の指令を受けて、移動情報に基づいて仮高さ基準面Ｒ’を移動させたのち、これを撮像画像と重ね合わせて再度合成画像を作成し、図５の下段で示すように、表示画面１１に表示する。

ユーザーは、撮像画像に対する仮高さ基準面Ｒ’の相対位置を確認し、現行の位置で承認する場合、承認/終了ボタン１７３を操作する。すると、演算処理装置１４が基準面補正手段１４３の指令を受けて、現行の仮高さ基準面Ｒ’を、打ち残し範囲Ａで予定するコンクリートの仕上がり面を表現した高さ基準面Ｒとして受け入れ、その位置情報及び姿勢情報を記憶手段１３の基準面情報ファイル１３１に格納する。補正が不要な場合には、移動ボタン１７１、１７２を操作せずに、承認/終了ボタン１７３を操作すればよい。

撮像画像と仮高さ基準面Ｒ’との相対位置を補正するための補正情報を入力する手段は、移動ボタン１７１、１７２に限定されるものではない。例えば、図５で示すような、手入力ボタン１７４をユーザーが操作すると、図６（ｂ）で示すように、移動情報を数値で入力することの可能な入力用ラベル１７５を表示させるようにしてもよい。

こうして、仮高さ基準面Ｒ’を補正し承認された仮高さ基準面Ｒは、仮想空間内における位置情報及び姿勢情報は保持される。また、打設量算定支援装置１０は移動するごとに、演算処理装置１４が自己位置推定手段１４５の指令を受けて、センサー群１７で計測した計測値と仮想空間の原点情報に基づいて、仮想空間内の自己位置が推定される。これらは、ARkit（登録商標）のワールドトラッキングを含むＡＲの技術を利用したものである。

したがって、後述する体積算定工程に関する作業時に、ユーザーが打設量算定支援装置１０を手にして移動することにより、撮像手段１２で撮像される撮像画像が変化しても、その変化に応じて表示画面１１上で仮高さ基準面Ｒの視点を変化させて表示させることが可能となる。また、体積算定工程に関する作業時には必ずしも、図７及ぶ図８で示すように撮像手段１２で常時、打ち残し範囲Ａ全体を撮像しなくてもよい。例えば、打ち残し範囲Ａの一部分を拡大して撮像することも可能であり、体積の算定に関する係る作業に高い自由度を確保することができる。

なお、撮像手段１２で取得した撮像画像から認識する平面とは、鉛直面と交差する平面であれば、表面が平滑な水平面や表面に凹凸を有する水平面だけでなく、緩勾配の平面を含む。例えば、既設コンクリートＣの打上がり面が、図６（ａ）で示すように、均し前であるために一様な平滑面を形成していない場合には、高さ方向の中間値や平均値、最頻値等の代表値を適宜算出し、この代表値上に位置する水平面として検出する。このような処理は、既設コンクリートＣの打上がり面が、緩勾配の傾斜面である場合にも同様である。

また、撮像時の打ち残し範囲Ａを含むその周辺領域に、打ち残し範囲Ａで予定するコンクリートの打上がり面と、同一高さを有する適切な平面がない場合には、図５の上段で示すような型枠Ｆの上面や、図６（ｂ）で示すような鉄筋Ｂの上面を検知させて、仮高さ基準面Ｒ’を生成してもよい。

例えば、鉄筋Ｂを検知させて仮高さ基準面Ｒ’を生成し表示画面１１に表示させた場合、ユーザーは、上述した手入力ボタン１７４を操作し、入力用ラベル１７５にかぶり厚を数値入力することができる。これにより、同一高さの平面が周辺領域に存在しない場合であっても、高さ基準面Ｒを精度よく打ち残し範囲Ａで予定する打上がり面に対応させることができる。

このようにして、高さ基準面Ｒを取得したのち、演算処理装置１４が体積取得手段１４４の指令を受けて、打ち残し範囲Ａの体積算定を開始する。

≪打ち残し範囲の平面情報の取得≫
承認/終了ボタン１７３を介して承認情報が入力されると、演算処理装置１４が平面情報取得部１４４１の指令を受けて、打ち残し範囲Ａの平面形状に関する情報として、輪郭Ｃｏの入力をユーザーに促す操作画面を、表示画面１１に表示させる。

輪郭Ｃｏを入力する操作画面はいずれでもよいが、本実施の形態では、輪郭描画操作画面を採用する場合を事例に挙げる。具体的には、図７（ａ）で示すように、打ち残し範囲Ａにおける平面形状の輪郭Ｃｏを描画するための、ターゲットＴを表示するターゲットボタン１７６と、描画操作の終了情報を入力する承認/終了ボタン１７３を、表示画面１１に表示する。

ユーザーは、表示画面１１上でターゲットボタン１７６を操作し、ターゲットＴを表示させる。次に、撮像画像上の打ち残し範囲Ａにおける平面形状の輪郭Ｃｏを構成する複数の頂点Ｖのうち、任意に選定した１つにターゲットＴを移動させてタップする。こののち、左方向（時計回り）に隣り合う頂点ＶにターゲットＴを移動させ、タップする作業を図７（ｂ）で示すように繰り返す。最後に、最初にタップした頂点Ｖをタップすることで、撮像画像上の打ち残し範囲Ａにおける平面形状の輪郭Ｃｏの指定が終了する。

このような、撮像画像上の打ち残し範囲Ａにおける平面形状の外縁に沿って、ターゲットＴを移動させながら頂点Ｖに到達するごとにタップする動作を繰り返す、輪郭描画操作を終了したのち、承認/終了ボタン１７３を操作する。図７（ｂ）では、輪郭描画操作を時計回りに実施する場合を例示したが、輪郭描画操作は一筆書きに実施すればよく、その方向は反計回りに実施してもよい。

承認/終了ボタン１７３が操作され、輪郭描画操作の終了情報が入力されると、演算処理装置１４が平面情報取得部１４４１の指令を受けて、輪郭描画操作により指定された、打ち残し範囲Ａにおける平面形状の輪郭Ｃｏを、図７（ｃ）で示すように、仮想平面Ｓに投影する。仮想平面Ｓは、例えば、輪郭Ｃｏを指定する際、最初にターゲットＴをタップした頂点Ｖの位置を原点（０，０）とする、高さ基準面Ｒに平行な平面を採用すると良い。これにより、図７（ｄ）で示すように、打ち残し範囲Ａを平面視で見た形状が取得できるから、これを打ち残し範囲Ａの平面情報として取得する。

こうして取得した平面情報は、記憶手段１３の平面情報ファイル１３２に格納される。なお、平面情報は、少なくとも輪郭Ｃｏ上にある複数の頂点Ｖ各々の位置情報を含む。また、輪郭Ｃｏを仮想平面Ｓに投影し、頂点Ｖ各々の位置情報を取得する作業は、前述したＡＲの技術を利用して実施されるものである。

≪打ち残し範囲の深さ情報の取得≫
平面情報を取得する作業が終了すると、図８（ａ）で示すように、演算処理装置１４が深さ情報取得部１４４２の指令を受けて、表示画面１１に、打ち残し範囲Ａにおける打設深さの計測に用いる深さ計測点Ｐの入力を、ユーザーに促す操作画面を表示する。

深さ計測点Ｐを入力する操作画面は、撮像画像上で深さ計測点Ｐの位置を特定するためのターゲットＴを表示するターゲットボタン１７６と、深さ計測点Ｐの設定終了情報を入力する承認/終了ボタン１７３を、表示画面１１上で表示する。また、深さ情報を手入力する手入力ボタン１７４を、表示画面１１上で表示する。

ユーザーは、図８（ａ）の上段で示すように、表示画面１１上でターゲットボタン１７６を操作してターゲットＴを表示させたのち、撮像画像上で打ち残し範囲Ａの鉄筋Ｂを避けた打設底面に相当する位置にターゲットＴを移動させタップする。

すると、演算処理装置１４が深さ情報取得部１４４２の指令を受けて、タップした位置を深さ計測点Ｐとして検知し、図８（ｂ）で示すように、深さ計測点Ｐと高さ基準面Ｒとの相対距離Ｌを算定する。相対距離Ｌは、深さ計測点Ｐと撮像手段１２との距離（深度情報）と、記憶手段１３の基準面情報ファイル１３１に格納した高さ基準面Ｒと撮像手段１２との距離（深度情報）との差である。これらの深度情報は、撮像手段１２に組み込まれた、LiDARスキャナーより取得される。

相対距離Ｌが算定されると、図８（ａ）の下段で示すように、算定結果を表示した数値確認用ラベル１７７を表示画面１１上に出力する。ユーザーは、深さ計測点Ｐの設定位置及び深さ情報を確認し、深さ情報を承認する場合は、ターゲットボタン１７６を操作し、２点目の深さ計測点Ｐを設定する準備を行う。

なお、承認された深さ情報は、深さ計測点Ｐの位置情報とともに、打ち残し範囲Ａにおける深さ情報として記憶手段１３の深さ情報ファイル１３３に格納される。深さ計測点Ｐの位置情報は、図９で示すように、表示画面１１に深さ計測点Ｐの位置と深さ情報を併せて表示するために格納している。したがって、このような表示を行わない場合には、必ずしも格納しなくてもよい。

一方、深さ情報を修正したい場合は、設置済みの深さ計測点Ｐをタップすることにより深さ情報を数値で入力することの可能な入力用ラベル１７５を表示させる。これにより、深さ計測点Ｐを設定したい位置が撮像画像上で、例えば影になっていたり鉄筋の間隔が狭い等の事象により深さを計測できない場合であっても、ユーザーが実測した数値を深さ情報として入力することができる。

なお、深さ計測点Ｐは、１点のみ設定し終了してもよいが、図８（ｃ）で示すように複数個所に設定するとよい。その数量は何ら限定されるものではないが、例えば、２０点程度を限度とするとよい。ユーザーは、所望の数量の深さ計測点Ｐを設定して深さ情報を得たのち、承認/終了ボタン１７３を操作する。設定された深さ計測点Ｐの位置情報及び深さ情報はいずれも、記憶手段１３の深さ情報ファイル１３３に格納される。

≪打ち残し範囲の体積算定≫
深さ情報を取得する作業が終了すると、演算処理装置１４が体積算定部１４４３の指令を受けて、記憶手段１３の平面情報ファイル１３２に格納された平面情報及び深さ情報ファイル１３３に格納された深さ情報に基づいて、打ち残し範囲Ａの体積を算定する。

体積を算定するにあたっては、まず、打ち残し範囲Ａの面積と打設深さを算出する。面積は、平面情報として取得した平面形状の輪郭Ｃｏ上にある複数の頂点Ｖ各々の位置情報に基づいて算出し、併せて頂点Ｖ間の距離を算定しておく。頂点Ｖ各々の位置情報は、前述したように、輪郭Ｃｏを指定する際、最初にターゲットＴをタップした頂点Ｖの位置を原点（０，０）としているから、２点目以降の頂点Ｖを原点（０，０）からの相対座標として取得する。これにより、頂点Ｖ間の区間距離が取得できる。また、打設深さは、深さ情報として取得した複数の深さ計測点Ｐ各々と高さ基準面Ｒとの相対距離Ｌの平均値を算定する。なお、打設深さは、必ずしも平均値に限定されるものではなく、中央値や最頻値等の代表値を採用してもよい。

これら打ち残し範囲Ａにおける、平面視で見た形状の面積と打設深さに基づいて、打ち残し範囲Ａの体積を算定する。上記の算定結果はいずれも、記憶手段１３の体積算定用ファイル１３４に格納する。また、演算処理装置１４が結果出力部１４４４の指令を受けて、図９で示すように、表示画面１１に打ち残し範囲Ａの体積を表示する。

図９では、打ち残し範囲Ａの体積だけでなく、打ち残し範囲Ａを平面視で見た形状を模した画像、頂点Ｖ間の距離、深さ計測点Ｐの位置、深さ計測点Ｐごとの深さ情報、面積、打設深さを、併せて表示画面１１に表示している。これにより、ユーザーは、表示画面１１に表示された体積を支援情報とし、これを勘案しつつ打ち残し範囲Ａにコンクリートを打設するために必要な打設量を決定することができる。

上記の方法によれば、表示画面１１に表示された打ち残し範囲Ａを含む周辺領域の撮像画像上で、打ち残し範囲Ａにおける平面形状の輪郭Ｃｏを指定し、また、打ち残し範囲Ａにおける底面位置を深さ計測点Ｐを用いて指定し、深さ計測点Ｐと高さ基準面Ｒとの相対距離Ｌを設定する。

これによりユーザーは、打ち残し範囲Ａを測量している状態を仮想的に体験しながら、他の作業員の手を借りることなく一人で、また、工事現場で実施されているコンクリートの打設作業をの中断時間をこれまでに要していた時間より短くしつつ、打ち残し範囲Ａの体積を容易に取得することが可能となる。

また、打ち残し範囲Ａにおける平面形状の輪郭Ｃｏを指定する作業、及び、深さ計測点Ｐを指定する作業が簡略であり、かつ平面情報の取得及び深さ情報の取得に多大な時間を要することがない。したがって、これらの作業を必要に応じて繰り返す、もしくは、深さ計測点Ｐの指定個所を増加するなどして、体積の算定精度を容易に向上させることが可能となる。

これにより、打設量算定支援装置１０で取得した打ち残し範囲Ａの体積を支援情報として算定した、打ち残し範囲Ａのコンクリート打設に必要な打設量は、コンクリートを発注する際、余裕代を少なく見積もることができる程度に高い信頼性を確保できる。このため、工事終了後に発生する残コンクリートの削減に寄与でき、環境面への影響に配慮できるとともに、廃棄処理費用等を大幅に低減することが可能となる。

本発明のコンクリートの打設量算定支援装置１０は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、打ち残し範囲Ａの体積を取得するにあたり、平面情報を取得したのち深さ情報を取得したが、これに限定するものではなく、深さ情報を先行して取得してもよい。

また、コンクリートの打設量算定支援装置１０は、図２及び図１０で示すように、通信ネットワーク４０を介して各端末とデータの送受信を行う通信手段１６を備えておくとよい。なお、通信ネットワーク４０としては、インターネット、専用通信回線等いずれにより構築されるものであってもよい。

これにより、他の作業者が、工事事務所や現場から離れた場所にいても、パソコンやノートＰＣ、タブレット端末、スマートフォン等の無線通信可能な端末３０を所持することにより、コンクリートの打設量算定支援装置１０の記憶手段１３に格納したデータを、通信手段１６により通信ネットワーク４０を介して取得し、閲覧することが可能となる。

さらに、コンクリートの打設量算定支援装置１０は、管理サーバー２０や、他の無線通信可能な端末３０とともに、コンクリート打設量算定支援システム１００を構成してもよい。この場合、管理サーバー２０も、通信ネットワーク４０を介して各端末とデータの送受信を行う通信部２１を備えるとともに、演算処理装置２２、記憶部２３を備えておく。管理サーバー２０は、コンピュータシステムもしくはクラウドサーバーであり、演算処理装置２２はＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードウェアインタフェース等を備え、記憶部２３は、通信部２１を介して取得したデータを適宜格納する。

そして、打設量算定支援装置１０の記憶手段１３に代えて、管理サーバー２０の記憶部２３に、基準面情報ファイル１３１、平面情報ファイル１３２、深さ情報ファイル１３３、体積算定用ファイル１３４を、格納しておく。こうすると、無線通信可能な端末３０を所持する他の作業者は、管理サーバー２０の記憶手段１３に格納されている情報を、常時リアルタイムで取得し閲覧することが可能となる。

１０ 打設量算定支援装置
１１ 表示画面
１２ 撮像手段（深度センサーを含む）
１３ 記憶手段
１３１ 基準面情報ファイル
１３２ 平面情報ファイル
１３３ 深さ情報ファイル
１３４ 体積算定用ファイル
１４ 演算処理装置
１４１ 基準面生成手段
１４２ 合成処理手段
１４３ 基準面補正手段
１４４ 体積取得手段
１４４１ 平面情報取得部
１４４２ 深さ情報取得部
１４４３ 体積算定部
１４４４ 結果出力部
１４５ 自己位置推定手段
１５ 操作手段
１６ 通信手段
１７ センサー群
２０ 管理サーバー
２１ 通信部
２２ 演算処理装置
２３ 記憶部
３０ 無線通信可能な端末
４０ 通信ネットワーク
１００ コンクリート打設量算定支援システム
１７１ 移動ボタン（下移動）
１７２ 移動ボタン（上移動）
１７３ 承認/終了ボタン
１７４ 手入力ボタン
１７５ 入力用ラベル
１７６ ターゲットボタン
１７７ 数値確認用ラベル
Ｆ 型枠
Ｂ 鉄筋
Ａ 打ち残し範囲
Ｃ 既設コンクリート
Ｃｏ 輪郭
Ｖ 頂点
Ｒ 高さ基準面
Ｒ’ 仮高さ基準面
Ｔ ターゲット
Ｐ 深さ計測点
Ｓ 仮想平面

Claims (5)

1. 撮像手段により取得した撮像画像と、該撮像手段の位置、向き及び姿勢を計測するセンサー群及び前記撮像画像内の物体との距離を検知する深度センサーによる計測結果と、に基づいて、前記撮像手段の起動時の位置を原点とする仮想空間を作成し、前記撮像手段の移動時における前記仮想空間内での自己位置を推定する自己位置推定手段と、
   前記撮像画像上の所定の位置に対応する前記仮想空間内の高さ位置に、３次元ＣＧ画像よりなる高さ基準面を生成する基準面生成手段と、
   該高さ基準面を、打ち残し範囲で予定するコンクリートの打上がり面として取り扱い、コンクリートの打ち残し範囲の体積を取得する体積取得手段と、
   を備えるコンクリートの打設量算定支援装置であって、
   前記体積取得手段は、
   前記撮像画像上で指定された前記打ち残し範囲の平面形状の輪郭を、前記打ち残し範囲の平面情報として取得する平面情報取得部と、
   前記撮像画像上で指定された前記打ち残し範囲の深さ計測点と前記高さ基準面との深さ方向の相対距離を算定し、前記打ち残し範囲の深さ情報を取得する深さ情報取得部と、
   前記平面情報と前記深さ情報とに基づいて、前記打ち残し範囲の体積を算定する体積算定部と、
   を備えることを特徴とするコンクリートの打設量算定支援装置。
2. 請求項１に記載のコンクリートの打設量算定支援装置であって、
   前記高さ基準面の位置を、前記撮像画像上で指定された補正情報に基づいて補正する基準面補正手段を備えることを特徴とするコンクリートの打設量算定支援装置。
3. 打ち残し範囲に打設するコンクリート量の算定を支援するコンクリートの打設量算定支援装方法であって、
   撮像手段により取得した撮像画像と、該撮像手段の位置、向き及び姿勢を計測するセンサー群及び前記撮像画像内の物体との距離を検知する深度センサーによる計測結果とに基づいて作成された、前記撮像手段の起動時の位置を原点とする仮想空間における、前記撮像画像上の所定の位置に対応する高さ位置に、３次元ＣＧ画像よりなる高さ基準面を生成する基準面生成工程と、
   該高さ基準面を、打ち残し範囲で予定するコンクリートの打上がり面として取り扱い、コンクリートの打ち残し範囲の体積を取得する体積取得工程と、を備え、
   前記体積取得工程は、
   前記撮像画像上で指定された前記打ち残し範囲の平面形状の輪郭を、前記打ち残し範囲の平面情報として取得する平面情報取得工程と、
   前記撮像画像上で指定された前記打ち残し範囲の深さ計測点と前記高さ基準面との深さ方向の相対距離を算定し、前記打ち残し範囲の深さ情報を取得する深さ情報取得工程と、
   前記平面情報と前記深さ情報とに基づいて、前記打ち残し範囲の体積を算定する体積算定工程と、
   を備えることを特徴とするコンクリートの打設量算定支援方法。
4. 請求項３に記載のコンクリートの打設量算定支援方法であって、
   前記高さ基準面の位置を、前記撮像画像上で指定された補正情報に基づいて補正する基準面補正工程を備えることを特徴とするコンクリートの打設量算定支援方法。
5. コンピュータに請求項３または４に記載のコンクリートの打設量算定支援方法の各工程を実行させるためのプログラム。

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