JP2022129500A - 地形情報管理システムおよび作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】より精度の高い現況地形データを得ることができる地形情報管理システムおよび作業機械を提供すること。【解決手段】現況地形データを取得する複数の地形計測装置１００と、地形計測装置の位置姿勢情報を計測する位置姿勢計測装置２００と、現況地形データと位置姿勢情報とに基づいて合成現況地形データを生成する地形情報管理装置３００とを備えた地形情報管理システムにおいて、地形情報管理装置３００は、作業現場における複数の地形計測装置の周囲環境に関する情報である環境情報をそれぞれ取得し、作業現場を予め定めた大きさに仮想的に分割して設定した単位区画毎に、取得した環境情報に基づいて、複数の地形計測装置のそれぞれについての優先度を設定し、設定した優先度に基づいて、地形データ取得範囲における単位区画毎に現況地形データを合成して合成現況地形データを生成する。【選択図】 図７

Description

本発明は、地形情報管理システムおよび作業機械に関する。

作業機械による情報化施工や施工自動化においては、刻一刻と変化する現場の地形情報の把握が非常に重要である。また、作業現場における施工精度に影響するため、地形情報の精度の向上は必要不可欠である。

例えば、特許文献１には、地形情報の精度向上に係る技術として、作業機械が作業を行う作業現場の現況地形を示す複数の現況地形データを取得する取得部と、前記取得部で取得された複数の前記現況地形データに基づいて、所定の規則に基づいて前記作業現場の合成現況地形データを生成する合成部とを備える作業機械の制御システムが開示されている。

国際公開第２０１７／１１５８７９号

上記従来技術においては、例えば、測定手法毎の測定精度に基づいて設定される現況地形データの優先順位を考慮することで、複数の現況地形データを用いて合成される合成現況地形データの精度向上を図っている。しかしながら、合成現況地形データの合成に用いる現況地形データの精度は、測定手法毎の単純な測定精度の影響だけではなく、作業現場の環境により様々な影響を受けるため、合成現況地形データの精度が十分に得られない可能性がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、より精度の高い現況地形データを得ることができる地形情報管理システムおよび作業機械を提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、作業機械が作業を行う作業現場の少なくとも一部の現況地形データを取得する複数の地形計測装置と、前記作業現場における前記地形計測装置の位置および姿勢に関する情報である位置姿勢情報を計測する位置姿勢計測装置と、前記地形計測装置が取得した複数の前記現況地形データと、前記位置姿勢計測装置が算出した前記位置姿勢情報とに基づいて、前記作業現場に予め定めた地形データ取得範囲の現況地形データである合成現況地形データを生成して保持する地形情報管理装置とを備えた地形情報管理システムにおいて、前記地形情報管理装置は、前記作業現場における前記複数の地形計測装置の周囲環境に関する情報である環境情報をそれぞれ取得し、前記作業現場を予め定めた大きさに仮想的に分割して設定した単位区画毎に、取得した前記環境情報に基づいて、前記複数の地形計測装置のそれぞれについての優先度を設定し、設定した前記優先度に基づいて、前記地形データ取得範囲における前記単位区画毎に前記現況地形データを合成して前記合成現況地形データを生成するものとする。

本発明によれば、より精度の高い現況地形データを得ることができる。

作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。 油圧ショベルの制御システムを関連構成とともに抜き出して示す図である。 車体座標系を示す図である。 車体座標系、センサ座標系、及び、サイト座標系の関係を示す図である。 油圧ショベルが作業を行う作業現場の様子を例示する図である。 油圧ショベルが作業を行う作業現場の様子を例示する図である。 地形情報管理システムの機能ブロック図である。 地形情報管理システムの構成要素例を示す図である。 地形情報管理システムの構成要素例を示す図である。 地形情報管理システムの構成要素例を示す図である。 作業現場における地形情報管理システムの構成例を示す図である。 作業現場における地形情報管理システムの構成例を示す図である。 点群データの一例を示した説明図である。 点群データの一例を示した説明図である。 グリッドデータ一例を示した説明図である。 グリッドデータ一例を示した説明図である。 地形データベース内におけるグリッドデータのテーブルデータの一例を示す図である。 優先度ＤＢの一例を説明する図である。 優先度算出部の処理の内容を示すフローチャートである。 優先度設定領域の設定例を示す図である。 優先度設定領域の設定例を示す図である。 優先度設定領域の設定例を示す図である。 優先度設定領域の設定例を示す図である。 優先度設定領域の設定例を示す図である。 地形データ合成部の処理の内容を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における作業現場の様子を示す図である。 第２の実施の形態における作業現場の様子を示す図である。 第２の実施の形態における地形情報管理システムの機能ブロックを示す図である。 優先度設定領域の設定例を示す図である。 優先度設定領域の設定例を示す図である。 優先度設定領域の設定例を示す図である。 優先度設定領域の設定例を示す図である。 優先度設定領域の設定例を示す図である。 優先度設定領域の設定例を示す図である。 第３の実施の形態における作業現場の様子を示す図である。 第３の実施の形態における作業現場の様子を示す図である。 第３の実施の形態における地形情報管理システムの機能ブロックを示す図である。 第４の実施の形態における作業現場の様子を示す図である。 第４の実施の形態における作業現場の様子を示す図である。 第４の実施の形態における地形情報管理システムの機能ブロックを示す図である。 作業領域情報の一例を示す図である。 作業領域情報の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、作業機械の一例として、フロント作業機を備える油圧ショベルを例示して説明するが、これに限られず、作業現場（施工現場）で稼動する他の作業機械においても本発明を適用することも可能である。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１～図２５を参照しつつ説明する。

＜油圧ショベル１０１＞
図１は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。また、図２は、油圧ショベルの制御システムを関連構成とともに抜き出して示す図である。

図１及び図２において、油圧ショベル１０１は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３）を連結して構成された多関節型のフロント作業機１１０と、車体１３０を構成する上部旋回体１３１及び下部走行体１３２とを備え、上部旋回体１３１は下部走行体１３２に対して旋回可能に設けられている。また、フロント作業機１１０のブーム１１１の基端は上部旋回体１３１の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１１２の一端はブーム１１１の基端とは異なる端部（先端）に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１１２の他端にはバケット１１３が垂直方向に回動可能に支持されている。ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３、上部旋回体１３１、及び下部走行体１３２は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ１２１、アームシリンダ１２２、バケットシリンダ１２３、旋回モータ１２４、及び左右の走行モータ１２５，１２６（図１では右側の一方のみを図示し、他方については符号のみを括弧書きで示す）によりそれぞれ駆動される。

上部旋回体１３１の上部前方には、オペレータが搭乗する運転室１５１が配置されている。運転室１５１には、油圧アクチュエータ１２１～１２６を操作するための操作信号を出力する複数の操作レバー１５２が設けられている。なお、図２においては、複数の操作レバー１５２のうちの１つのみを代表して図示している。複数の操作レバー１５２には、油圧アクチュエータ１２１～１２６の操作がそれぞれ割り当てられている。例えば、油圧アクチュエータ１２１～１２４の操作には左右一対の操作レバーが割り当てられ、それぞれ前後左右に傾倒可能であり、操作信号であるレバーの傾倒量、すなわちレバー操作量を電気的に検知する図示しない検出装置を含み、検出装置が検出したレバー操作量を油圧ショベル１０１の制御システムを構成するメインコントローラ１６２に電気配線を介して出力する。また、同様に、油圧アクチュエータ１２５，１２６の操作にも他の左右一対の操作レバーが割り当てられている。

なお、操作レバー１５２は油圧パイロット方式であってもよく、オペレータにより操作される操作レバー１５２の操作方向及び操作量に応じたパイロット圧をコントロールバルブ１４１に駆動信号として供給し、油圧アクチュエータ１２１～１２６を駆動するように構成しても良い。

また、運転室１５１には、オペレータに情報を通知するための表示装置としての機能と、オペレータによる情報の入力を可能とする入力装置としての機能を有するモニタ１５３や、警告音や音声などによってオペレータに種々の状態を報知するブザー（図示せず）などが配置されている。モニタ１５３の画面には、例えば、タッチパネルが表層に形成されており、この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ことができる。

ブームシリンダ１２１、アームシリンダ１２２、バケットシリンダ１２３、旋回モータ１２４及び左右の走行モータ１２５，１２６の動作制御は、エンジン１４３などの原動機によって駆動される油圧ポンプ１４２から各油圧アクチュエータ１２１～１２６に供給される作動油の方向及び流量をコントロールバルブ１４５で制御することにより行う。コントロールバルブ１４５は、図示しないパイロットポンプからパイロットバルブ１４４を介して出力される駆動信号（パイロット圧）により行われる。操作レバー１５２からの操作信号に基づいてメインコントローラ１６２でパイロットバルブ１４４を制御することにより、各油圧アクチュエータ１２１～１２６の動作が制御される。

上部旋回体１３１の上部の後方には、２つのＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System)受信機１７１，１７２が左右に並べて配置されている。以降、これらのＧＮＳＳ受信機１７１，１７２を区別する場合は、左側に配置されているものを左ＧＮＳＳ受信機１７１、右側に配置されているものを右ＧＮＳＳ受信機１７２と称する。ＧＮＳＳ受信機１７１，１７２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し、受信した測位信号に基づいて油圧ショベル１０１の地球座標系における位置を演算して位置情報として出力する機能を有している。また、ＧＮＳＳ受信機１７１，１７２の上部旋回体１３１に対する相対位置は固定であるので、２つのＧＮＳＳ受信機１７１，１７２で計測される位置情報の偏差から、上部旋回体１３１の向きを算出することができる。

ここで、ＧＮＳＳ受信機１７１，１７２は、作業機械である油圧ショベル１０１の作業現場における位置を計測し、計測結果を位置情報として出力する位置計測装置を構成している。

ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３、及び上部旋回体１３１には、それぞれ慣性計測装置（IMU: Inertial Measurement Unit）１８１～１８４が配置されている。以降、これらの慣性計測装置１８１～１８４を区別する必要が有る場合は、それぞれ、ブーム慣性計測装置１８１、アーム慣性計測装置１８２、バケット慣性計測装置１８３、及び、上部旋回体慣性計測装置１８４と称する。

慣性計測装置１８１～１８４は、角速度及び加速度を計測するものである。慣性計測装置１８１～１８４が配置された被駆動部材１１１～１１３及び上部旋回体１３１が静止している場合を考えると、慣性計測装置１８１～１８４に設定されたＩＭＵ座標系における重力加速度の方向（つまり、鉛直下向き方向）と、慣性計測装置１８１～１８４の取り付け状態（つまり、慣性計測装置１８１～１８４と被駆動部材１１１～１１３や上部旋回体１３１との相対的な位置関係）とに基づいて、被駆動部材１１１～１１３及び上部旋回体１３１の向き（対地角度）を姿勢情報として検出することができる。そして、慣性計測装置１８１～１８４の検出結果から被駆動部材１１１～１１３及び上部旋回体１３１のそれぞれの相対角度を算出することができる。また、慣性計測装置１８４で検出される角速度に基づいて上部旋回体１３１の旋回角度を検出することができる。すなわち、慣性計測装置１８１～１８４は、被駆動部材１１１～１１３及び上部旋回体１３１の相対角度を検出する角度検出器といえる。なお、慣性計測装置１８１～１８４に代えて、被駆動部材１１１～１１３の結合部や上部旋回体１３１の旋回部に設けた角度検出装置を用いても良い。

また、上部旋回体１３１には、重力方向に対する油圧ショベル１０１の傾斜角度を姿勢情報として検出する慣性計測装置１７３が配置されている。

ここで、慣性計測装置１８１～１８４，１７３は、作業機械である油圧ショベル１０１の姿勢に関する情報を検出し、検出結果を姿勢情報として出力する姿勢情報検出装置を構成している。

上部旋回体１３１の、例えば、運転室１５１の上部には、油圧ショベル１０１の周囲の地形を計測し、計測結果を地形データとして出力する地形計測装置１００が配置されている。地形計測装置１００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る。地形計測装置１００から出力される地形データは、例えば、車体１３０（上部旋回体１３１）に対して固定で設定される車体座標系（後述）における地形を示す点群データである。地形計測装置１００は、例えば、周期的に油圧ショベル１０１の周囲の地形を自動で計測し、地形データとして出力する。なお、地形計測装置１００の搭載位置は上記に限定されるものではなく、油圧ショベル１０１の周囲の地形の計測が十分に行える位置および姿勢で配置すれば良い。また、地形計測装置１００による計測タイミング等についても上記に限定されるものではなく、例えば、油圧ショベル１０１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。

油圧ショベル１０１の制御システムは、油圧ショベル１０１の全体の動作を制御するメインコントローラ１６２のほかに、油圧ショベル１０１に関する情報を制御する情報コントローラ１６１を備えている。図示しないが、メインコントローラ１６２は、処理装置（例えばＣＰＵ）と、処理装置が実行するプログラム、及びそのプログラムの実行に必要なデータ等が格納される記憶装置（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリ）を有するコンピュータ相当のハードウェアである。同様に、情報コントローラ１６１は、処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）１６１１と、ＣＰＵ１６１１が実行するプログラム、及びそのプログラムの実行に必要なデータ等が格納される記憶装置（例えばＲＯＭ１６１３やＲＡＭ１６１２の半導体メモリ）と、外部インタフェース１６１４とがバス１６１５により接続されたコンピュータ相当のハードウェアである。尚、情報コントローラ１６１がＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などの集積回路を用いて構成されている場合、情報コントローラ１６１の機能の一部または全部は、これら集積回路によって実現されてもよい。

また、油圧ショベル１０１の制御システムは、種々の情報を記憶する記憶装置１５５や、外部との通信を行う無線通信装置１５７などを有している。記憶装置１５５は、例えば、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で構成されており、地形データベース１５５ａ、土質データベース１５５ｂ、作業領域データベース１５５ｃ、優先度データベース１５５ｄなどが構築されている。また、記憶装置１５５には、油圧ショベル１０１のブーム長さ、アーム長さ、バケット大きさや、計測領域などの寸法値（後述）などの車体パラメータ１５５ｅのほか、作業現場の完成形状を表す設計データなどが記憶されている。無線通信装置１５７は、例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）やＷｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、携帯回線などと接続するための通信機器である。

情報コントローラ１７０は、外部インタフェース１６１４を介して、メインコントローラ１６２、ＧＮＳＳ受信機１７１，１７２、慣性計測装置１７３，１８１～１８４、モニタ１５３、記憶装置１５５、及び、無線通信装置１５７と接続されている。

＜座標系＞
本実施の形態で用いる車体座標系、センサ座標系、サイト座標系、及び、これらの座標系の関係について説明する。

図３は、車体座標系を示す図である。また、図４は、車体座標系、センサ座標系、及び、サイト座標系の関係を示す図である。

図３において、車体座標系９００は、車体１３０に対して固定で設定される座標系であり、油圧ショベル１０１の旋回中心軸と下部走行体１３２の下部の地面とが交わる点を原点とし、旋回中心軸に垂直となる左右方向に右方向を正とするＸ軸を、旋回中心軸に垂直となる前後方向に前方を正とするＹ軸を取り、旋回中心軸に沿う方向に上方を正とするＺ軸を取る直交座標系である。

図４において、センサ座標系９１０は、地形計測装置１００に相対的に固定されて設定される座標系であり、例えば、前方を正とするＹ軸と、右方向を正とするＸ軸と、上方を正とするＺ軸とからなる直行座標系である。同様に、サイト座標系９３０は、作業現場内に設けられた基準点を原点として設定される座標系であり、水平面上に原点を通るようにＹ軸をとり、原点からＸ軸の正方向を見て水平面上の左右方向に右方向を正とするＸ軸を、鉛直方向に上方向を正とするＺ軸をとる直行座標系である。

図４において、ある計測点９２０を考えると、計測点９２０はセンサ座標系９１０上でＰｓ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）と表される。また、計測点９２０は、車体座標系９００上ではＰｖ（ｘｖ，ｙｖ，ｚｙ）と表される。つまり、車体座標系９００とセンサ座標系９１０の関係は、下記の（式１）～（式３）で表される。

上記の（式２）で示す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、変数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１００が油圧ショベル１０１に固定されている場合、これらのなす角は一定となるので、例えば、予め車体座標系９００における地形計測装置１００の姿勢を測定しておき、記憶装置１５５に事前に保存しておくことで計算量を削減することができる。なお、地形計測装置１００が油圧ショベル１０１に対して姿勢を変化させながら地形計測を行う場合には、地形計測装置１００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。

上記の（式３）で示すＴｓｖは、車体座標系９００の原点からセンサ座標系９１０の原点への並進ベクトルである。すなわち、（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）は、車体座標系９００におけるセンサ座標系９１０の原点位置の座標に等しい。地形計測装置１００の取り付け位置は、油圧ショベル１０１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１００の油圧ショベル１０１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。

また、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上ではＰｇ（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）と表される。つまり、車体座標系９００とサイト座標系９３０の関係は、下記の（式４）～（式６）で表される。

上記の（式５）で示す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、変数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。角度θｒ，θｐは、例えば、油圧ショベル１０１に備え付けられた慣性計測装置１７３（姿勢情報検出装置）が出力した、油圧ショベル１０１の姿勢情報を用いることで得られる。また、角度θｙは、例えば、油圧ショベル１０１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１０１の向きを用いることで得られる。

上記の（式６）で示す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。すなわち、（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は、サイト座標系９３０における車体座標系９００の原点位置の座標に等しい。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１０１の位置を用いる。

＜基本原理＞
まず、本実施の形態の基本原理について説明する。

図５及び図６は、油圧ショベルが作業を行う作業現場の様子を例示する図である。

図５に示すように、作業現場の進捗管理を行う際、作業現場４００で作業を行っている油圧ショベル１０１や、作業現場に設置されたセンサが計測した地形の情報を無線通信によって、管理サーバ３１０に集約し、作業現場の現況地形データとして管理するアプリケーションが考えられる。この時、管理サーバ３１０では、現場全体の作業進捗を管理するために、各センサから送られてきた地形情報（現況地形データ）に統合処理を施して地形データ（合成現況地形データ）を生成する。この時、複数の計測手段において、計測した領域にセンサ間で重複領域４６０が存在することが考えられる。このような場合、二つのセンサ情報を組み合わせることでより精度のより地形情報を得られるが、作業現場の状況においては、単純に個々のセンサの精度情報だけでなく、建設機械の作業している場所の斜度や、土質等が、センシング結果に影響し、統合された地形データの精度が低下することが懸念される。また、このようにセンサの計測結果が外部の環境に影響をうける環境において、センサの精度のみで地形情報の比較を行うためには、得られた地形データに対して、地形以外のデータを取り除くようなフィルタリング処理や、建設機械に備え付けられた姿勢計測センサの履歴を監視してその都度のセンサ精度を評価するなどの処理が必要となり、処理負荷が増大し、地形統合のための処理効率の低下が懸念される。

例えば、図５に示すように、油圧ショベル１０１の施工している領域は、現場設置センサ１２０および油圧ショベル１０１搭載された地形計測センサ双方によって計測されているため、計測において重複領域４６０が生じている。このとき、測定精度のみを考慮する場合、現場に固定されている現場設置センサ１２０の計測結果の精度が高いと考えられるため、地形データ統合において現場設置センサの計測結果が優先度高く統合されると考えられる。しかし、重複領域４６０においては油圧ショベル１０１が施工を行っており、この場合に現場設置センサ１２０の計測結果を採用した場合、油圧ショベル１０１のフロントの映り込み等が生じる可能性が高い。そこで、図６に示すように、重複領域４６０を含むブロック領域４２０（後述）では、油圧ショベル１０１に搭載された地形計測センサの優先度を高くすることで、現場設置センサの計測データから油圧ショベル１０１のフロント部の映り込みを除くような処理をすることなく、効率的な地形統合が可能となる。

本願発明は、地形の統合処理に機械の位置関係や、周囲の土質や斜度といった作業現場の環境情報を考慮することで、計測データからノイズを取り除くような処理を減らし、効率的な地形情報統合を可能とする地形情報管理システムを提供する

＜地形情報管理システム＞
本実施の形態における地形情報管理システムは、作業機械が作業を行う作業現場の少なくとも一部の現況地形データを取得する複数の地形計測装置１００と、作業現場における地形演算装置の位置および姿勢に関する情報である位置姿勢情報を計測する位置姿勢計測装置２００と、地形計測装置が取得した複数の現況地形データと、位置姿勢計測装置が算出した位置姿勢情報とに基づいて、作業現場に予め定めた地形データ取得範囲の現況地形データである合成現況地形データを生成して保持する地形情報管理装置３００とを備え、地形情報管理装置３００は、作業現場における複数の地形計測装置の周囲環境に関する情報である環境情報をそれぞれ取得し、作業現場を予め定めた大きさに仮想的に分割して設定した単位区画毎に、取得した環境情報に基づいて、複数の地形計測装置のそれぞれについての優先度を設定し、設定した優先度に基づいて、地形データ取得範囲における単位区画毎に現況地形データを合成して合成現況地形データを生成する。すなわち、地形情報管理システムは、地形計測装置１００、位置姿勢計測装置２００、及び地形情報管理装置３００を備えた油圧ショベル１０１により構成されるものに限られず、後述する現場設置センサ１４０やトータルステーション２１３、サーバ３１０などを含めて構成することができる。以下、本実施の形態に係る地形情報管理システムの機能および構成例について詳細に説明する。
図７は、本実施の形態に係る地形情報管理システムの機能ブロック図である。図７においては、地形情報管理システムによって実行される各種演算処理を機能ブロックで示している。

図７において、地形情報管理システムは、作業現場４００の地形を計測する地形計測装置１００と、地形計測装置１００のサイト座標系９３０における位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置２００と、地形計測装置１００が取得した地形データを管理する地形情報管理装置３００とから構成されている。

＜地形計測装置１００＞
地形計測装置１００は、作業現場４００において、作業機械１０１が作業の対象としている作業現場４００の地形を計測するものである。地形計測装置１００には、例えば、ステレオカメラや、レーザスキャナなどの地形計測センサ１３０を用いる。なお、距離センサだけではなく、例えば、作業機械１０１の走行軌跡を地形データとする計測方法や、フロント作業機の先端部の位置情報と、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダのそれぞれのシリンダ圧力情報を組み合わせることで、フロント作業機に荷重が加わっている際のバケット先端位置の情報を地形データとする計測方法を用いてもよい。

地形計測装置１００は、センサ座標系９１０における点群データ５００（後述）に表される形式の現況地形データを出力する。また、地形情報管理装置１００は、座標変換部７１０を有し、地形計測センサ１３０かが出力したセンサ座標系９１０における点群データ５００を、後述する位置計測装置２００が出力する位置姿勢情報を用いて、サイト座標系９３０の点群データ５００（後述）を出力する。

＜位置姿勢計測装置２００＞
位置姿勢計測装置２００は、作業現場４００の地形を計測する地形計測装置１００のサイト座標系９３０（後述）における位置および姿勢を計測する装置である。位置計測装置２１０には、例えば、ＧＮＳＳ受信機や、トータルステーション（以降、ＴＳと称する）を用いる。また、姿勢計測装置２２３には、例えばＩＭＵなどを用いる。また、位置姿勢計測装置２００は、位置姿勢演算部７２０を有し、位置計測装置２１０と、姿勢計測装置２２０から得られる情報を用いて、地形計測装置１００のサイト座標系９３０にける位置姿勢情報を出力する。

＜地形情報管理装置３００＞
地形情報管理装置３００は、作業現場４００内で地形計測装置１００が計測した地形データを集約し、後述する処理を行うことで作業現場４００の地形データを管理する。また、地形情報管理装置３００は、領域分割部７３０、優先度算出部７４０、地形データ合成部７５０および地形データ出力部７６０を有する。また、地形計測装置１００から得られるサイト座標系９３０における点群データ５００、位置姿勢計測装置２００から得られる位置情報を用いて、各地形データの優先度を算出し、算出された優先度をもとに地形データを統合し、地形ＤＢ１５５ａに格納する。さらに、地形ＤＢ１５５ａに格納されたデータを、通信装置１５０を通じて管理サーバ３１０のモニタや、作業現場４００で作業を行う作業機械１０１等に出力する。

地形情報管理装置１００、位置姿勢計測装置２００、地形情報管理装置３００の処理は同一の情報コントローラ１７０で行われてもよいし、それぞれ固有の情報コントローラ１７０を有してもよい。また、これらの当該プログラムは、例えば各処理が行われる情報コントローラ１７０の記憶装置１６３などに事前に記憶されている。なお、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、処理が行われる情報コントローラ１７０のＲＡＭ１６１２または記憶装置１５５に格納される。

＜地形情報管理システムの構成例＞
図８～図１０図、地形情報管理システムの構成要素例を示す図である。また、図１１及び図１２は、作業現場における地形情報管理システムの構成例を示す図である。

図８では、作業機械１０１に地形計測装置１００および位置姿勢計測装置２００を設置した場合を例示している。作業機械１０１において、地形計測装置１００には地形計測センサ１３０および作業機械１０１に設置された情報コントローラ１７０が、位置計測装置２１０には右ＧＮＳＳ受信機１７１および左ＧＮＳＳ受信機１７２が、姿勢計測装置２２０には角度検出器１８１，１８２，１８３，１８４がそれぞれ該当する。

図９では、三脚等に情報コントローラ１７０、地形計測装置１３０、及び位置計測装置２１０を備え付けた場合を例示している。以降、これらを合わせて現場設置センサ１４０と記載する。

図１０では、位置計測装置および姿勢計測装置を備えていない作業機械１０１Ａ対し、位置計測装置としてトータルステーション２１３（以下、ＴＳ２１３と記載する）、および角度検出器２２１～２２４を設置した場合を例示している。

なお、地形情報システムの構成要素は図８～図１０に例示したものに限られず、他の様々な構成が考えられる。

図１１では、地形計測センサとして、作業機械１０１および、現場設置センサ１２０を用いて地形計測を行い、収取したデータを管理サーバ３１０によって統合する場合を例示している。

図１２では、油圧ショベル１０１に備え付けられた地形計測センサ１３０が集めた地形データを、現場設置センサ１２０が地形情報管理装置３００となって、現場設置センサ１２０が備える情報コントローラ１７０によって後述の処理を行い、地形情報を統合する場合を例示している。

なお、地形情報システムの構成は図１１及び図１２に例示したものに限られず、他の様々な構成が考えられる。

＜データ形式＞
本実施の形態における地形計測装置１００および地形情報管理装置３００で扱われる地形データの種別、形式について説明する。本実施の形態では、点群形式の地形データ（以降、点群データ５００と称する）とグリッド形式の地形データ（以降、グリッドデータ６００と称する）を扱うものとする。

図１３及び図１４は、点群データの一例を示した説明図である。本実施の形態においては、点群形式の地形データである点群データ５００は、図１３に示すような、点の集合データを示しており、図１４に示すように、各点のＸ、Ｙ、Ｚ座標値および点番号からなる点情報で構成される形式で表される。

図１５及び図１６は、グリッドデータ一例を示した説明図である。本実施の形態においては、グリッドデータ６００は、図１５に示すようにサイト座標系を離散的なグリッドに分割し、その地点の高さの代表値を保持する形式である。グリッドデータ６００は、図１６に示すように、予めグリッドの大きさが決められており、それらを画像のような形式でデータ保持する。

なお、地形データの形式はこれらに限られず、後述される地形情報管理システムの処理は、様々なデータ形式の地形データに対して適応される。

＜地形ＤＢ１５５ａ＞
図１７は、地形データベース内におけるグリッドデータのテーブルデータの一例を示す図である。

本実施の形態において、地形ＤＢ１５５ａとは、地形計測装置１００によって計測された地形データを統合し管理するためのデータベースである。本実施の形態における地形ＤＢ１５５ａでは、グリッドデータ６００を図１７に示すようなグリッド形式のテーブルデータに変換し地形データ管理を行うものとする。グリッドデータ６００のテーブルデータは、例えば、グリッドデータを一辺の長さがＬ、グリッド数がｎ×ｎの格子（以下、ブロック（単位区画）と称する）に分割し、それぞれのブロックの領域の識別子を付与し、一行のデータとして管理する。本実施の形態では、ブロックの識別子として、サイト座標系９３０におけるＸ方向、Ｙ方向に対応した識別子ＩＤｘおよびＩＤｙを付与し、２つの識別子を用いてブロックを特定することとする。ＩＤｘおよびＩＤｙの算出方法は特に指定しないが、本実施の形態では、識別子をブロックの左上の座標値（Ｘｌｅｆｔ，Ｙｕｐ）の値で定義することとする。つまり、識別子は、下記の（式７）及び（式８）で表される。

なお、一辺の長さＬおよび各格子の一辺に含まれるデータの数ｎは、地形データを活用するアプリケーションから要求される地形データの解像度に応じて設定する。

＜座標変換部７１０＞
まず、地形計測装置１００における座標変換部７１０の処理について説明する。座標変換部７１０は、点群データ５００を、位置姿勢計測装置２００が出力した、地形計測装置１００の位置姿勢情報をもとに、センサ座標系９１０からサイト座標系９３０に変換し、通信装置１５０を介して地形情報管理装置３００に出力する。

＜位置姿勢演算部７２０＞
次に、位置姿勢計測装置２００における位置姿勢演算部７２０の処理について説明する。位置姿勢演算部７２０は、位置計測装置２１０および、姿勢計測装置２２０の出力から、地形計測装置１００のサイト座標系９３０における位置姿勢情報を算出する。

＜領域分割部７３０＞
次に、地形情報管理装置３００における領域分割部７３０の処理について説明する。領域分割部７３０は、グリッドデータ６００をテーブル形式のデータに変換し、地形ＤＢ１５５ａ内に保存する。なお、データ抽出範囲算出部２２０の処理は、例えば、作業機械１０１の電源が起動された際や、地形データを用いる特定のアプリケーションを使用し始める際に開始する。地形ＤＢ１５５ａに入力する初期データがある場合、領域分割部７３０は、グリッドデータ６００を長さＬのブロックに分割する。地形ＤＢ１５５ａに入力する初期データが存在しない場合、領域分割部７３０は、ブロックの一辺の長さＬおよびブロックの一辺に含まれるデータ数ｎを設定する。これらＬ、ｎ等の設定値は、地形情報管理装置３００の処理が行われる情報コントローラ１７０のＲＯＭ１６１３などに格納される。

＜優先度算出部７４０＞
次に、地形情報管理装置３００における優先度算出部７４０の処理について説明する。

図１８は、優先度ＤＢの一例を説明する図である。

優先度算出部７４０は、地形計測装置１００から出力される地形計測装置１００の位置姿勢情報を用いて、地形計測装置１００の出力する地形データの優先度を算出し、算出結果を優先度ＤＢ１５５ｄに出力する。優先度ＤＢ１５５ｄには、テーブル形式のデータが保存される。各行には、例えば、ブロックの識別子であるＩＤｘ、およびＩＤｙと、日付と、優先度ＰＲ（ｎ）を格納する。本実施の形態では、地形計測センサ１００毎に個別の識別子ＩＤ（ｎ）を設定する。これらの個別の識別子ＩＤ（ｎ）は、地形情報管理装置３００の処理が行われる情報コントローラ１７０のＲＯＭ１６１３などに格納される。また、地形情報管理装置３００は、優先度ＰＲ（ｎ）の情報を用いて地形データ合成処理を行う。

図１９は、優先度算出部の処理の内容を示すフローチャートである。また、図２０～図２４は、優先度設定領域の設定例を示す図である。

図１９において、優先度算出部７４０は、周期的または、地形計測装置１００がブロックを跨いで移動するたびに、各地形計測装置１００について処理を行う。

まず、優先度算出部７４０は、地形計測装置１００の優先度設定領域４８０を算出する（ステップＳ１００）。

本実施の形態において優先度設定領域４８０とは、地形計測装置１００の計測データの優先度の算出対象となるブロックの集合を示す。地形計測装置１００の優先度設定領域４８０は、地形計測装置１００の車体位置１１００を基準として、車体が存在する領域をもとに、例えば、図２０のように優先度設定領域４８０の設定対象とする地形計測装置１００の周囲のブロックの位置および数を設定する。なお、油圧ショベル１０１のような旋回を伴う機械では、図２１～図２４のように車体位置１１００に加えて、作業機械先端位置１２００の位置関係より設定してもよい。この作業機械先端位置１２００は、フロント作業腕に取り付けられた姿勢計測装置２２０および、車体に取り付けられた位置計測装置２１０によって算出する。これらの優先度設定領域４８０の設定値は、地形情報管理装置３００の処理が行われる情報コントローラ１７０のＲＯＭ１６１３などに格納される。
優先度算出部７４０は、ステップＳ７４００において、車体位置１１００および作業機械先端位置１２００をもとに、あらかじめ設定された優先度設定領域の情報をもとに優先度領域４８０に指定されたブロックについてブロック識別子ＩＤｘおよびＩＤｙを算出する。

続いて、優先度算出部７４０は、算出された優先度設定領域４８０のブロック（単位区画）ごとに、作業現場における複数の地形計測装置の周囲環境に関する情報である環境情報を取得し（ステップＳ１１０）、取得した環境情報が予め定めた条件を満たすかどうかを判定し（ステップＳ１２０）、判定結果がＹＥＳの場合には、地形計測装置の優先度を下げ（ステップＳ１２１）、判定結果がＮＯの場合には、地形計測装置の優先度を変更しない（ステップＳ１２２）。優先度算出部７４０は、全ての優先度設定領域４８０のブロック（単位区画）についてステップＳ１２０～Ｓ１２２の処理を行うことにより、優先度を算出する。

優先度算出部７４０における優先度の算出方法（ステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１２１，Ｓ１２２）には種々のものが考えられるが、例えば、環境情報に少なくとも作業現場における複数の地形計測装置の位置および姿勢に関する情報である位置姿勢情報を含むように設定し、この環境情報が予め定めた条件を満たすか否か、すなわち、複数の地形計測装置のそれぞれにおける現況地形データの取得範囲内に自他の地形計測装置の少なくとも一部が含まれるか否かを判定する。そして、現況地形データの取得範囲内に自他の地形計測装置の少なくとも一部が含まれると判定された地形計測装置（すなわち、取得する現況地形データに不要な情報が含まれる可能性のある地形計測装置）の優先度を、含まれないと判定された場合の地形計測装置（すなわち、取得する現況地形データの精度が相対的に高いと見込まれる地形計測装置）の優先度に対して相対的に下げることにより、優先度を決定する。

なお、各地形計測装置に設定される優先度の初期値は、例えば、施工を行っている作業機械１０１に設置された地形計測装置１３０の優先度が高くなるように、さらには、各地形計測装置が存在するブロックの優先度を高くするように設定することが考えられる。

また、優先度情報を更新するために、新しい優先度情報を優先度ＤＢ１５５ｄに登録した際に、同じ地形計測装置の古い優先度情報を削除する処理を含んでもよい。また、一定時間以上たった優先度情報を、優先度ＤＢ１５５ｄに登録された時刻情報をもとに古いデータを削除してもよい。

＜地形データ合成部７５０＞
図２５は、地形データ合成部の処理の内容を示すフローチャートである。

地形データ合成部７５０では、地形計測装置１００が出力した点群データをグリッドデータとして地形ＤＢ１５５ａ内の地形データと統合する。

図２５において、地形データ合成部７５０は、まず、地形計測領域４１０を算出する（ステップＳ２００）。

地形計測領域４１０とは、地形計測装置１００が計測した地形データが占めるブロック領域のことを指す。地形計測領域４１０の求め方は、例えば、地形計測装置１００から得られた点群データの（Ｘ，Ｙ）の座標値の最大値、最小値を算出し、これらの最大、最小値を頂点とする矩形に含まれるブロック領域を算出することによって求めることが出来る。

続いて、地形データ合成部７５０は、優先度ＤＢ１５５ｄから処理対象のブロック領域における優先度情報を取得する（ステップＳ２１０）。

優先度情報の取得は、例えば、処理対象のブロックの識別子ＩＤｘ（ｎ），ＩＤｙ（ｎ）を用いて優先度ＤＢ１５５ｄ内で識別子が一致する情報を検索する。

続いて、地形データ合成部７５０は、取得した優先度情報と、地形ＤＢ１５５ａ内の優先度情報とを比較し、地形ＤＢ１５５ａ内の地形情報と地形計測装置１００が出力した地形情報の合成処理を行う（ステップＳ２２０）。

地形情報の合成方法は、例えば、優先度の大きさに応じて、重みづけされた値を用いて合成を行ってもよいし、優先度が高い地形データを採用し、低いほうを棄却してもよい。また、地形合成処理に用いた地形データの優先度を考慮して、合成後の地形データの優先度を算出し、地形ＤＢ１５５ａに格納する。

地形データ合成部７５０は、地形計測装置１００が出力した全ての地形データに対してステップＳ２１０，Ｓ２２０の処理を実施した後、処理を終了する。

＜地形データ出力部７６０＞
地形データ出力部７６０は、油圧ショベル１０１の情報コントローラ１７０上で動作するアプリケーションや、の要求に応じて地形ＤＢ１５５ａ内の地形データを出力する。地形ＤＢ１５５ａへのデータ出力要求は、例えば、出力したいブロックの識別子、ＩＤｘ、ＩＤｙ指定することで、必要な地形データの範囲を要求する。

以上のように構成した本実施の形態においては、地形計測装置１００が出力した地形情報について、車体の位置に応じた優先度を考慮して地形統合を行うことで、施工現場４００の状況に応じた地形統合が可能となり、質の良い地形情報を効率よく取得することができる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図２６～図３４を参照しつつ説明する。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

本実施の形態は、施工現場における土質情報を考慮し、複数の地形計測装置で得られた地形データの情報を統合するものである。

図２６及び図２７は、本実施の形態における作業現場の様子を示す図である。

図２６では、施工現場４００において、油圧ショベル１０１が２機作業を行っている。図２７は、この時の優先度ＤＢ１５５ｄ内の優先度情報を示した図である。このとき、各々の油圧ショベルに搭載された地形計測センサ１３０には、各々の計測領域４１０が重なった重複領域４６０が存在している。また、油圧ショベル２機のうち１機は、地盤の軟弱な領域４７０で施工を行っているとする。この場合、重複領域４６０における地形データの精度は、地盤の安定している場所で作業を行っている油圧ショベルに設置された地形計測装置１３０のほうが高いと考えられる。したがって、本実施形態では、後述の処理によって、図２７に示すように地盤の軟弱な領域４７０の上に存在する油圧ショベル１０１に設けられた地形計測装置１００の計測範囲の優先度を低く設定することで、施工現場４００の状況に応じた地形統合が可能となり、質の良い地形情報を効率よく取得することができる。

＜地形情報管理システム＞
本実施の形態において、環境情報は、少なくとも作業現場における単位区画毎の土質の情報である土質情報を含み、地形情報管理システムの地形情報管理装置は、土質情報に基づいて、複数の地形計測装置がそれぞれ予め軟弱であると設定した土質の地盤上にあるか否かを判定し、予め軟弱であると設定した土質の地盤上にあると判定された地形計測装置の優先度を、予め硬質である（すなわち、軟弱ではない）と設定した土質の地盤上にあると判定された場合の地形計測装置の優先度に対して相対的に下げる処理を行う。

図２８は、本実施の形態における地形情報管理システムの機能ブロックを示す図である。

図２８において、地形情報管理システムは、地形計測装置１００、位置姿勢計測装置２００、及び地形情報管理装置３００を備えている。

地形情報管理装置１００は、座標変換部７１０を有し、位置姿勢計測装置２００は、位置姿勢演算部７２０を有する。地形情報管理装置３００は、領域分割部７３０、優先度算出部７４０、地形データ合成部７５０および地形データ出力部７６０を有する。

＜土質ＤＢ１５５ｂ＞
土質ＤＢ１５５ｂは、施工現場４００の土質情報を保持する。ここで、土質とは、地盤の軟弱さを示す値を含むものとする。土質データの取得方法としては、例えば、施工前に計測した地盤の軟弱さをブロック領域ごとに保持する。また、施工中の作業機械の姿勢変化を計測し、土質の判定を行ってもよい。なお、土質情報は、少なくともブロック領域ごとに保持しているものとする。

＜優先度算出部７４０＞
図２９～３４は、優先度設定領域の設定例を示す図である。

優先度算出部７４０は、地形計測装置１００から出力される地形計測装置１００の位置姿勢情報に加え、土質ＤＢ１５５ｂ内の施工現場における土質情報を用いて地形計測装置１００の出力する地形データの優先度を算出し、算出結果を優先度ＤＢ１５５ｄに出力する。

優先度算出部７４０は、車体位置１１００および作業機械先端位置１２００をもとに、あらかじめ設定された優先度設定領域の設定対象なるブロックについてブロック識別子ＩＤｘおよびＩＤｙを算出する。地形計測装置１００の優先度設定領域４８０は、地形計測装置１００の車体位置１１００を基準として、地形計測センサ１３０の計測領域をもとに、例えば、図２９のように優先度設定領域４８０の設定対象とする地形計測装置１００の周囲のブロックの位置および数を設定する。なお、油圧ショベル１０１のような旋回を伴う機械では、図３０～図３４のように、車体位置１１００に加えて、作業機械先端位置１２００の位置関係に基づいて設定してもよい。また、地形計測装置１００の存在するブロック４２０について、後述の処理において、地形計測装置１００の計測範囲をもとに算出した優先度設定領域４８０とは異なる優先度算出を行ってもよい。

また、優先度算出部７４０は、土質ＤＢ１５５ｂより優先度設定領域４８０に指定されたブロックの地盤の軟弱さを取得する。そして、優先度設定領域４８０に指定されたブロックの優先度を設定する。優先度の設定方法は、本実施形態の場合、施工を行っている油圧ショベル１０１の下の地盤の軟弱さを考慮し、軟弱な地盤で施工を行っている機械の優先度を小さくなるように設定する。軟弱な地盤で施工している作業機械に設置されている地形計測センサ１３０の取得した地形データの優先度を小さくすることで、より地盤の安定した場所で施工を行っている作業機械に設置された地形計測センサの計測結果の優先度を高くすることが出来る。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図３５～図３７を参照しつつ説明する。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

本実施の形態は、施工現場における作業領域の斜度を考慮し、複数の地形計測装置で得られた地形データの情報を統合するものである。

図３５及び図３６は、本実施の形態における作業現場の様子を示す図である。

図３５では、施工現場４００において、油圧ショベル１０１が２機作業を行っている。図３６は、この時の優先度ＤＢ１５５ｄ内の優先度情報を示している。このとき、各々の油圧ショベルに搭載された地形計測センサ１３０には、各々の計測領域４１０が重なった重複領域４６０が存在している。また、油圧ショベル２機のうち１機は、斜面での施工を行っているとする。この場合、重複領域４６０における地形データの精度は、平地で施工を行っている油圧ショベルに設置された地形計測装置１３０のほうが高いと考えられる。したがって、第３の実施形態では、後述の処理によって、図３６のように斜面上に存在する油圧ショベル１０１に設けられた地形計測装置１００（ただし、図３６においては図示しない）の計測領域の優先度を低く設定することで、施工現場４００の状況に応じた地形統合が可能となり、質の良い地形情報を効率よく取得することができる。

＜地形情報管理システム＞
本実施の形態において、環境情報は、少なくとも作業現場における地形の形状に関する情報である地形情報を含み、地形情報管理システムの地形情報管理装置は、地形情報に基づいて、複数の地形計測装置のそれぞれにおける現況地形データの取得範囲内に、予め現況地形データの取得が困難な計測困難地形として設定した地形が含まれるか否かを判定し、現況地形データの取得範囲内に計測困難地形が含まれると判定された地形計測装置の優先度を、含まれないと判定された場合の地形計測装置の優先度に対して相対的に下げる処理を行う。

図３７は、本実施の形態における地形情報管理システムの機能ブロックを示す図である。

図３７に示すように、地形情報管理システムは、地形計測装置１００、位置姿勢計測装置２００、地形情報管理装置３００からなる。

地形情報管理装置１００は、座標変換部７１０を有し、位置姿勢計測装置２００は、位置姿勢演算部７２０を有する。地形情報管理装置３００は、領域分割部７３０、優先度算出部７４０、地形データ合成部７５０および地形データ出力部７６０を有する。

＜優先度算出部７４０＞
優先度算出部７４０は、地形計測装置１００から出力される地形計測装置１００の位置姿勢情報に加え、地形ＤＢ１５５ａ内の施工現場４００における地形データを用いて地形計測装置１００の出力する地形データの優先度を算出し、算出結果を優先度ＤＢ１５５ｄに出力する。

優先度算出部７４０は、地形ＤＢ１５５ａより優先度設定領域４８０に指定されたブロックの地形データを取得する。そして、優先度設定領域４８０に指定されたブロックの優先度を設定する。優先度の設定方法は、本実施形態の場合、施工を行っている油圧ショベル１０１の作業場の斜度を考慮し、より平坦な地形で施工を行っている機械の優先度を高くなるように設定する。なお、斜面の算出方法は、ブロック領域の地形の平均勾配などを用いる。傾斜の大きい場所で施工している作業機械に設置されている地形計測センサ１３０の取得した地形データの優先度を低くすることで、より安定した場所で施工を行っている作業機械に設置された地形計測センサの計測結果の優先度を高くすることが出来る。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態を図３８～図４２を参照しつつ説明する。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

本実施の形態は、施工現場における油圧ショベル１０１の作業領域４３０作業領域を考慮し、複数の地形計測装置で得られた地形データの情報を統合するものである。ここで、作業領域とは、個々の作業機械が作業する領域を、施工管理者がサーバ上で管理している情報のことである。

図３８及び図３９は、本実施の形態における作業現場の様子を示す図である。

図３８では、施工現場４００において、油圧ショベル１０１が２機作業を行っている。図３９は、この時の優先度ＤＢ１５５ｄ内の優先度情報を示している。このとき、各々の油圧ショベルに搭載された地形計測センサ１３０には、各々の計測領域４１０が重なった重複領域４６０が存在している。このとき、施工現場に設置されたサーバなどを用いて、各作業機械の作業領域をデータによって管理しているとすると、重複領域４６０における地形データは、重複領域４６０を作業領域とする作業機械に設置された地形計測センサ１３０の計測結果を採用するほうが、機械の映り込みも少なく、作業機械が掘削、放土等を行った直後の最新の情報を取得できると考えられる。したがって、第４の実施形態では、後述の処理によって、図３９のように斜面上に存在する油圧ショベル１０１に設けられた地形計測装置１００（ただし、図３９においては図示しない）の出力する地形データの優先度を低く設定することで、施工現場４００の状況に応じた地形統合が可能となり、質の良い地形情報を効率よく取得することができる。

＜地形情報管理システム＞
本実施の形態において、環境情報は、少なくとも作業機械の作業領域に関する情報である作業領域情報を含み、地形情報管理システムの地形情報管理装置は、作業領域情報に基づいて、複数の地形計測装置のそれぞれにおける現況地形データの取得範囲内に作業領域が含まれるか否かを判定し、現況地形データの取得範囲内に作業領域が含まれると判定された地形計測装置の優先度を、含まれないと判定された場合の地形計測装置の優先度に対して相対的に上げる処理を行う。

図４０は、本実施の形態における地形情報管理システムの機能ブロックを示す図である。

図４０に示すように、地形情報管理システムは、地形計測装置１００、位置姿勢計測装置２００、及び地形情報管理装置３００を備えている。

地形情報管理装置１００は、座標変換部７１０を有し、位置姿勢計測装置２００は、位置姿勢演算部７２０を有する。地形情報管理装置３００は、領域分割部７３０、優先度算出部７４０、地形データ合成部７５０および地形データ出力部７６０を有する。

＜作業領域ＤＢ１５５ｃ＞
図４１及び図４２は、作業領域情報の一例を示す図である。

作業領域ＤＢ１５５ｃは施工現場４００の作業領域情報を保持する。作業領域情報４３０とは、施工現場４００において、複数の作業機械１０１が施工を行う際に、それぞれの作業機械が施工を行う範囲をサーバ等によって管理するための情報である。作業領域情報４３０を表すデータは、例えば図４１に示すようなポリゴン形式のデータを用いる。このポリゴン形式のデータは、点列の順番によって内外を判定するものとし、図４２の示すように、各点のサイト座標系９３０での座標値（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）および点番号Ｎｏ．で構成される。作業領域ＤＢ１５５ｃ内では、作業領域４３０の情報を例えば、設定された時刻、および対象となる作業機の識別子ＩＤ（ｎ）とともに保持する。

＜優先度算出部７４０＞
優先度算出部７４０は、地形計測装置１００から出力される地形計測装置１００の位置姿勢情報に加え、作業領域ＤＢ１５５ｃ内の施工現場における作業機械の作業領域情報４３０を用いて地形計測装置１００の出力する地形データの優先度を算出し、算出結果を優先度ＤＢ１５５ｄに出力する。

また、優先度算出部７４０は、作業領域ＤＢ１５５ｃより作業領域情報を取得し、優先度設定領域４８０に指定されたブロックが、自機の作業領域であるか判定する。作業領域の判定は、自機の作業領域情報を作業領域ＤＢ１５５ｃより取得し、優先度設定領域４８０に指定されたブロックが、作業領域に含まれるか調べればよい。

また、優先度算出部７４０は、優先度設定領域４８０に指定されたブロックの優先度を設定する。優先度の設定方法は、優先度設定領域４８０に指定されたブロックが、作業領域に含まれていた場合、そのブロックの優先度を高く設定する。作業領域内で施工している作業機械に設置されている地形計測センサ１３０の取得した地形データの優先度を大きくすることで、機械の映り込みが少ない、最新の地形情報の優先度を高くすることが出来る。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。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。また、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ように構成してもよい。

１００…地形計測装置、１０１…油圧ショベル、１１０…フロント作業機、１１１…ブーム、１１２…アーム、１１３…バケット、１２１…ブームシリンダ、１２２…アームシリンダ、１２３…バケットシリンダ、１２４…旋回モータ、１２５…走行モータ、１２６…走行モータ、１３０…車体、１３１…上部旋回体、１３２…下部走行体、１４１…コントロールバルブ、１４２…油圧ポンプ、１４３…エンジン、１４４…パイロットバルブ、１４５…コントロールバルブ、１５１…運転室、１５２…操作レバー、１５３…モニタ、１５５…記憶装置、１５５ａ…地形ＤＢ、１５５ｂ…土質ＤＢ、１５５ｃ…作業領域ＤＢ、１５５ｄ…優先度ＤＢ、１５５ｅ…車体パラメータ、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…情報コントローラ、１７１…右ＧＮＳＳ受信機、１７２…左ＧＮＳＳ受信機、１７３…慣性計測装置、１８１～１８４…慣性計測装置、２００…位置姿勢計測装置、３００…地形情報管理装置、９００…車体座標系、９１０…センサ座標系、９２０…計測点、９３０…サイト座標系、１６１１…ＣＰＵ、１６１２…ＲＡＭ、１６１３…ＲＯＭ、１６１４…外部Ｉ／Ｆ、１６１５…バス

Claims (7)

1. 作業機械が作業を行う作業現場の少なくとも一部の現況地形データを取得する複数の地形計測装置と、
   前記作業現場における前記地形計測装置の位置および姿勢に関する情報である位置姿勢情報を計測する位置姿勢計測装置と、
   前記地形計測装置が取得した複数の前記現況地形データと、前記位置姿勢計測装置が算出した前記位置姿勢情報とに基づいて、前記作業現場に予め定めた地形データ取得範囲の現況地形データである合成現況地形データを生成して保持する地形情報管理装置とを備えた地形情報管理システムにおいて、
   前記地形情報管理装置は、
   前記作業現場における前記複数の地形計測装置の周囲環境に関する情報である環境情報をそれぞれ取得し、
   前記作業現場を予め定めた大きさに仮想的に分割して設定した単位区画毎に、取得した前記環境情報に基づいて、前記複数の地形計測装置のそれぞれについての優先度を設定し、
   設定した前記優先度に基づいて、前記地形データ取得範囲における前記単位区画毎に前記現況地形データを合成して前記合成現況地形データを生成することを特徴とする地形情報管理システム。
2. 請求項１記載の地形情報管理システムにおいて、
   前記地形情報管理装置は、前記合成現況地形データを用いる外部のアプリケーションから前記合成現況地形データについて要求される解像度に基づいて、前記単位区画の大きさを設定することを特徴とする地形情報管理システム。
3. 請求項１記載の地形情報管理システムにおいて、
   前記環境情報は、少なくとも前記作業現場における前記複数の地形計測装置の位置および姿勢に関する情報である位置姿勢情報をさらに含み、
   前記地形情報管理装置は、
   前記位置姿勢情報に基づいて、前記複数の地形計測装置のそれぞれにおける前記現況地形データの取得範囲内に自他の地形計測装置の少なくとも一部が含まれるか否かを判定し、
   前記現況地形データの取得範囲内に自他の地形計測装置の少なくとも一部が含まれると判定された前記地形計測装置の優先度を、含まれないと判定された場合の前記地形計測装置の優先度に対して相対的に下げることを特徴とする地形情報管理システム。
4. 請求項１記載の地形情報管理システムにおいて、
   前記環境情報は、少なくとも作業現場における前記単位区画毎の土質の情報である土質情報をさらに含み、
   前記地形情報管理装置は、
   前記土質情報に基づいて、前記複数の地形計測装置がそれぞれ予め軟弱であると設定した土質の地盤上にあるか否かを判定し、
   予め軟弱であると設定した土質の地盤上にあると判定された前記地形計測装置の優先度を、予め硬質であると設定した土質の地盤上にあると判定された場合の前記地形計測装置の優先度に対して相対的に下げることを特徴とする地形情報管理システム。
5. 請求項１記載の地形情報管理システムにおいて、
   前記環境情報は、少なくとも前記作業現場における地形の形状に関する情報である地形情報をさらに含み、
   前記地形情報管理装置は、
   前記地形情報に基づいて、前記複数の地形計測装置のそれぞれにおける前記現況地形データの取得範囲内に、予め現況地形データの取得が困難な計測困難地形として設定した地形が含まれるか否かを判定し、
   前記現況地形データの取得範囲内に前記計測困難地形が含まれると判定された前記地形計測装置の優先度を、含まれないと判定された場合の前記地形計測装置の優先度に対して相対的に下げることを特徴とする地形情報管理システム。
6. 請求項１に記載の地形情報管理システムにおいて、
   前記環境情報は、少なくとも前記作業機械の作業領域に関する情報である作業領域情報をさらに含み、
   前記地形情報管理装置は、
   前記作業領域情報に基づいて、前記複数の地形計測装置のそれぞれにおける前記現況地形データの取得範囲内に前記作業領域が含まれるか否かを判定し、
   前記現況地形データの取得範囲内に前記作業領域が含まれると判定された前記地形計測装置の優先度を、含まれないと判定された場合の前記地形計測装置の優先度に対して相対的に上げることを特徴とする地形情報管理システム。
7. 作業現場における作業を行う作業機械であって、
   前記作業現場の少なくとも一部の現況地形データを取得する地形計測装置と、
   前記作業現場における前記作業機械の位置および姿勢に関する情報である位置姿勢情報を計測する位置姿勢計測装置と、
   前記地形計測装置が取得した前記現況地形データと、前記作業現場における他の地形計測装置が取得した現況地形データと、前記作業機械の前記前記位置姿勢計測装置が算出した前記位置姿勢情報とに基づいて、前記作業現場に予め定めた地形データ取得範囲の現況地形データである合成現況地形データを生成して保持する地形情報管理装置とを備え、
   前記地形情報管理装置は、
   前記作業機械の前記地形計測装置及び前記作業現場における他の地形計測装置の周囲環境に関する情報である環境情報をそれぞれ取得し、
   前記作業現場を予め定めた大きさに仮想的に分割して設定した単位区画毎に、取得した前記環境情報に基づいて、前記作業機械の前記地形計測装置及び他の地形計測装置のそれぞれについての優先度を設定し、
   設定した前記優先度に基づいて、前記地形データ取得範囲における前記単位区画毎に前記現況地形データを合成して前記合成現況地形データを生成することを特徴とする作業機械。

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