JP2023005113A - 作業支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】圃場外側の障害物等との接触を回避しながら圃場内を効率よく走行可能な作業車のための作業支援システムの提供。【解決手段】圃場を走行しながら作業を行う作業車のための作業支援システムである。外縁領域に位置する物体の三次元位置データを経時的に取得する物体位置データ取得部と、三次元位置データを、閾値よりも高い高さ情報を有する第一位置データであるか、閾値よりも低い高さ情報を有する第二位置データであるかを判定する判定処理を行うデータ判定部と、第一位置データであると判定されたデータを記憶する記憶部と、第一位置データの集合体に基づいて圃場走行中の作業車が越境不能な境界Ｌ３を示す外縁マップを生成するマップ生成部と、が備えられている。【選択図】図１３

Description

本発明は、圃場を走行しながら作業を行う作業車のための作業支援システムに関する。

例えば特許文献１に開示されたシステムでは、作業車（文献では「コンバイン」）の圃場を走行した走行軌跡に基づいて圃場の外形形状を示すマップ（文献では「圃場マップ」）が生成され、作業車は当該マップに基づいて圃場を越境しないように走行する。

特開２０２０－２２３７５号公報

ところで、一般的に圃場の外側には畦等の障害物が存在するが、たとえ作業車の一部が圃場を越境する場合であっても、その一部が当該障害物よりも上側に位置して当該障害物と接触しなければ問題ない。このため、作業車が圃場内を効率よく走行するためには、作業車が越境不能な境界を示すマップとして、高さに関する情報が考慮されたマップが生成されることが望ましい。

本発明は、圃場外側の障害物等との接触を回避しながら圃場内を効率よく走行可能な作業車のための作業支援システムを提供することにある。

本発明は、圃場を走行しながら作業を行う作業車のための作業支援システムであって、前記作業車に設けられ、前記作業車が前記圃場を走行している最中に前記圃場の外縁領域に位置する物体の三次元位置データを経時的に取得する物体位置データ取得部と、前記三次元位置データを、高さに関する閾値を基準にして、前記閾値よりも高い高さ情報を有する第一位置データであるか、前記閾値よりも低い高さ情報を有する第二位置データであるかを判定する判定処理を行うデータ判定部と、前記三次元位置データのうち、前記データ判定部によって前記第一位置データであると判定されたデータを記憶する記憶部と、前記記憶部によって記憶された前記第一位置データの集合体に基づいて、圃場走行中の前記作業車が越境不能な境界を示す外縁マップを生成するマップ生成部と、が備えられたことを特徴とする。

本発明によると、圃場の外縁領域に位置する物体が三次元位置データとして取得されるため、三次元位置データの集合体に基づいて外縁領域の形状の取得が可能となる。また、三次元位置データから高さに関する閾値よりも高い第一位置データが抽出され、第一位置データの集合体に基づいて外縁マップが生成される。三次元位置データを用いて作業車の越境判定が行われると、判定に時間が掛かる虞が考えられる。一方、本発明の外縁マップであれば、例えば作業車が圃場を越境する場合に、高さに関する閾値よりも高い領域が何処に位置し、実際に何処で越境不能になるのかの把握が外縁マップによって容易になる。これにより、圃場外側の障害物等との接触を回避しながら圃場内を効率よく走行可能な作業車のための作業支援システムが実現される。

本発明において、前記データ判定部は、複数の異なる前記閾値を基準にした複数の前記判定処理が可能であり、前記マップ生成部は、前記複数の判定処理ごとに、前記外縁マップを生成すると好適である。

一般的に圃場の外側には畦等が存在するが、作業車のうち、例えば機体外側へ突出する部分であって、かつ、畦等よりも上側に位置するような部分は、平面視で畦等と重複しても問題ない。本構成であれば、複数の異なる閾値ごとに複数の外縁マップの生成が可能となるため、作業車の構成部位の対地高さに応じてきめ細かな外縁マップの生成が可能となる。また、このような複数の外縁マップが生成されることによって、作業車の越境判定が、作業車の構成部位ごとに容易に可能となる。

本発明において、前記閾値を変更可能な閾値設定部が備えられ、前記閾値が変更されるごとに、前記データ判定部は、同一の前記集合体に対して前記判定処理を行い、かつ、前記マップ生成部は、前記外縁マップを生成すると好適である。

本構成であれば、閾値が変更されるごとに、複数の外縁マップの生成が可能となるため、作業車の構成部位の対地高さに応じてきめ細かな外縁マップの生成が可能となる。

本発明において、前記物体位置データ取得部は、前記作業車の進行方向前方に位置する領域を検出対象とするように構成されていると好適である。

本構成によって、作業車が圃場を前進走行しながら、物体位置データ取得部が前方の物体を検出可能となり、作業車の作業走行と三次元位置データの取得とが同時に効率よく行われる。

本発明において、前記データ判定部は、前記物体位置データ取得部によって前記圃場の一周分に相当する前記三次元位置データが取得されてから、前記判定処理を行うと好適である。

本構成であれば、三次元位置データが圃場の一周分だけ揃ってから判定処理が行われる。このため、判定処理において、圃場の外縁領域に対応する第一位置データが一周分に亘って確実に生成され、外縁マップにおける境界が中途半端に途切れることなく一周分に亘って生成される。

本発明において、前記データ判定部は、前記作業車が前記圃場の外周部に沿って周回走行した際に取得された前記三次元位置データを用いて前記判定処理を行うと好適である。

本構成であれば、作業車が周回走行した際に取得された三次元位置データに基づいて外縁マップが生成されるため、作業車の無駄な走行なしに、三次元位置データの取得が可能となる。

本発明において、前記作業車の位置情報を経時的に取得する位置情報取得部と、前記三次元位置データの取得中に前記作業車が走行した走行軌跡のうち、前記圃場の外周部に最も近い要素の集合体である最外軌跡要素群の位置情報を抽出し、前記最外軌跡要素群によって囲まれた領域をマスキング領域として設定するとともに、前記マスキング領域の位置情報を算定するマスキング領域設定部と、前記マスキング領域の範囲内に含まれる前記第一位置データを除去するマスキング処理を行うマスキング部と、が備えられ、前記マップ生成部は、前記マスキング処理後の前記第一位置データの集合体を用いて前記外縁マップを生成すると好適である。

本構成であれば、三次元位置データから抽出された第一位置データのうち、走行軌跡よりも内側領域に対応する第一位置データが除去される。これにより、圃場の外縁領域に対応する第一位置データのみが残り、外縁マップの生成精度が向上する。

本発明において、前記マスキング領域設定部は、前記マスキング領域に前記最外軌跡要素群を含めると好適である。

本構成によって、圃場の外縁領域に対応する第一位置データのみが残り、外縁マップの生成精度が一層向上する。

本発明において、前記作業車の位置情報を経時的に取得する位置情報取得部と、前記作業車の形状情報が記憶された形状記憶部と、前記外縁マップと前記作業車の位置情報と前記形状情報とに基づいて、前記作業車の走行を制御する走行制御部と、が備えられていると好適である。

本構成であれば、走行制御部は、作業車の形状情報に応じて作業車が越境しないように作業車の走行を制御できる。

コンバインの左側面図である。 コンバインの平面図である。 コンバインの周回走行を示す図である。 コンバインの作業走行を示す図である。 作業支援システムの構成を示すブロック図である。 外縁マップの生成の流れを示すフローチャート図である。 圃場の高さ分布マップを示す平面図である。 圃場の二値化マップを示す平面図である。 マスキング処理を示す圃場の平面図である。 マスキング処理後の二値化マップを示す圃場の平面図である。 マスキング処理後の二値化マップに最外周の走行軌跡線を重ね合わせた圃場の平面図である。 最外周の走行軌跡線から第一位置データへ延出線を引いた圃場の平面図である。 外縁線に囲まれた外縁マップを示す圃場の平面図である。 高さ閾値ごとの外縁マップを示す図である。 一時的な障害物の存在の判定に関する説明図である。 一時的な障害物の存在の判定に関する説明図である。

本発明を実施するための形態について、図面に基づき説明する。なお、以下の説明においては、特に断りがない限り、図１及び図２に示す矢印Ｆの方向を「前」、矢印Ｂの方向を「後」として、図２に示す矢印Ｌの方向を「左」、矢印Ｒの方向を「右」とする。また、図１に示す矢印Ｕの方向を「上」、矢印Ｄの方向を「下」とする。

本発明の作業支援システムが適用される作業車の一例である普通型のコンバイン１について説明する。図１及び図２に示すように、コンバイン１の機体１０は、機体フレーム９、収穫部Ｈ、クローラ式の走行装置１１、運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４、搬送部１６、穀粒排出装置１８、衛星測位モジュール８０、距離センサ８１を備えている。

走行装置１１は、コンバイン１の機体１０における下部に備えられている。また、走行装置１１は、エンジン（図示せず）からの動力によって駆動する。そして、コンバイン１は、走行装置１１によって自走可能である。

また、運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４は、走行装置１１の上側に備えられている。また、運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４は、機体フレーム９に支持されている。運転部１２には、コンバイン１を操作または監視するオペレータが搭乗可能である。なお、オペレータは、コンバイン１の機外からコンバイン１の作業を監視していても良い。

図１及び図２に示すように、穀粒排出装置１８は、穀粒タンク１４の上側に設けられている。また、衛星測位モジュール８０及び距離センサ８１は、運転部１２の上面に取り付けられている。なお、衛星測位モジュール８０による衛星航法を補完するために、ジャイロ加速度センサや磁気方位センサを組み込んだ慣性航法ユニットが衛星測位モジュール８０に組み込まれている。もちろん、慣性航法ユニットは、コンバイン１において衛星測位モジュール８０と別の箇所に配置されても良い。

収穫部Ｈは、機体１０における前部に備えられている。収穫部Ｈは、刈取シリンダ１５Ａを介して機体フレーム９に対して昇降可能に構成されている。そして、搬送部１６は、収穫部Ｈの後側に設けられている。また、収穫部Ｈは、刈取装置１５及びリール１７を含んでいる。

刈取装置１５は、圃場５（図３及び図４参照）の植立穀稈を刈り取る。また、リール１７は、機体左右方向に沿うリール軸芯１７ｂ周りに回転駆動しながら収穫対象の植立穀稈を掻き込む。刈取装置１５により刈り取られた刈取穀稈は、搬送部１６へ送られる。

この構成により、収穫部Ｈは、圃場５の作物を収穫する。そして、コンバイン１は、刈取装置１５によって圃場５の植立穀稈を刈り取りながら走行装置１１によって走行する刈取走行が可能である。

収穫部Ｈにより収穫された刈取穀稈は、搬送部１６によって機体後方へ搬送される。これにより、刈取穀稈は脱穀装置１３へ搬送される。

脱穀装置１３において、刈取穀稈は脱穀処理される。脱穀処理により得られた穀粒は、穀粒タンク１４に貯留される。穀粒タンク１４に貯留された穀粒は、必要に応じて、穀粒排出装置１８によって機外に排出される。

ここで、コンバイン１は、図３及び図４に示すように、外縁領域６の内側に位置する圃場５において、作物を収穫するように構成されている。なお、外縁領域６は、圃場５を囲む状態で設けられている。外縁領域６には、例えば、畦畔６１、給排水ポンプ（不図示）、水口（不図示）等が含まれている。

コンバイン１は、図３に示すように、圃場５の外周領域ＳＡ（図４参照）において作業走行を実行可能に構成されている。外周領域ＳＡは本発明の『圃場の外周部』に相当する。外周領域ＳＡにおけるコンバイン１の周回数は二回～三回である。なお、周回数は、二回以上のいかなる回数であっても良い。そして、コンバイン１は、外周領域ＳＡにおいて作業走行を行った後、図４に示すように、外周領域ＳＡよりも内側の作業対象領域ＣＡにおいて作業走行を行う。

なお、本実施形態における「作業走行」は、具体的には、上述の刈取走行である。なお、「作業走行」は、走行しながら、植立穀稈の刈り取り以外の作業を行うものであっても良い。

〔作業支援システムの構成について〕
図５～図１６に基づいて本発明の作業支援システムの構成を説明する。図５に示すように、本発明の作業支援システムに、制御ユニット２０とマップ生成ユニット３０とが備えられている。コンバイン１には、多数のＥＣＵと呼ばれる電子制御ユニットが備えられている。制御ユニット２０は電子制御ユニットの一構成であって、コンバイン１の各種入出力機器等と車載ＬＡＮなどの配線網を通じて信号通信（データ通信）を可能に構成されている。つまり、制御ユニット２０はコンバイン１に備えられている。マップ生成ユニット３０は、コンバイン１に備えられず、例えば遠隔地に設けられた管理コンピュータに組み込まれたものであって、制御ユニット２０と通信ネットワークを介してデータの送受信を可能に構成されている。なお、マップ生成ユニット３０は、コンバイン１の電子制御ユニットの一構成であっても良い。

制御ユニット２０に、位置情報取得部２１、物体位置データ取得部２２、形状記憶部２３、及び、走行制御部２４が備えられている。コンバイン１に距離センサ８１が備えられている。

距離センサ８１は、例えば、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）測定方式の測定装置である二次元スキャンＬｉＤＡＲであって、赤外線レーザー光のような空中伝搬する信号を検出信号として送信する。検出信号が検出対象物に照射されると、検出信号は検出対象物の表面で反射する。距離センサ８１は、検出対象物の表面で反射した検出信号を、反射信号として取得する。そして、距離センサ８１は、検出信号を送信してから反射信号を取得するまでの時間に基づいて、距離センサ８１と検出対象物との距離を算出するように構成されている。このため、距離センサ８１は、ＴｏＦ測定方式の測定結果に基づいて前方領域ＦＡ（図１及び図２参照）に存在する物体の位置及び高さを検出可能である。距離センサ８１の検出結果は、経時的に物体位置データ取得部２２へ送られる。なお、距離センサ８１は三次元スキャンＬｉＤＡＲであっても良い。また、距離センサ８１の測定方式は、ＴｏＦ測定方式に限定されず、ステレオマッチング測定方式等であっても良い。

衛星測位モジュール８０は、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）で用いられる人工衛星ＧＳからのＧＰＳ信号を受信する。そして、図５に示すように、衛星測位モジュール８０は、受信したＧＰＳ信号に基づいて、コンバイン１の自車位置を示す測位データを位置情報取得部２１へ送る。なお、衛星測位モジュール８０は、ＧＰＳを利用するものでなくても良い。例えば、衛星測位モジュール８０は、ＧＰＳ以外のＧＮＳＳ（ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＱＺＳＳ、ＢｅｉＤｏｕ、等）を利用するものであっても良い。

位置情報取得部２１は、衛星測位モジュール８０により出力された測位データに基づいて、コンバイン１の位置情報を経時的に取得する。

物体位置データ取得部２２は、コンバイン１の圃場走行中にコンバイン１の進行方向前方において距離センサ８１によって検出された物体の三次元位置データを経時的に取得する。物体位置データ取得部２２は、外縁領域６（図１～図４参照）のうち、コンバイン１の進行方向前方における畦畔６１（図１及び図２参照）や給排水ポンプ（不図示）、水口（不図示）等の三次元位置データを取得する。つまり、物体位置データ取得部２２は、コンバイン１の圃場走行中に外縁領域６における物体の三次元位置データを経時的に取得する。

また、本実施形態における物体位置データ取得部２２は、外縁領域６だけでなく、圃場５の物体の三次元データも取得可能に構成されている。例えば、物体位置データ取得部２２は、圃場５における植立穀稈や倒伏穀稈、雑草等の三次元データも取得可能である。

なお、本発明に係る「圃場走行」は、圃場５において走行することを意味する。例えば、圃場５における最外周部分を走行することは、本発明に係る「圃場走行」の具体例である。また、圃場５における最外周部分よりも内側を走行することも、本発明に係る「圃場走行」の具体例である。

物体位置データ取得部２２によって取得された三次元位置データは、経時的に記憶部３１へ送られる。また、位置情報取得部２１により算出されたコンバイン１の位置座標は、経時的に記憶部３１へ送られる。

図５に示すマップ生成ユニット３０に、記憶部３１、データ判定部３２、閾値設定部３３、マスキング領域設定部３４，マスキング部３５、マップ生成部３６、及び、障害物判定部３７が備えられている。

記憶部３１は、走行軌跡記憶部３１Ａと、三次元位置データ記憶部３１Ｂと、閾値記憶部３１Ｃと、第一位置データ記憶部３１Ｄと、マップ記憶部３１Ｅと、を有する。

走行軌跡記憶部３１Ａには、位置情報取得部２１により算出されたコンバイン１の位置座標が時間情報と紐付けられて経時的に記憶される。このため、走行軌跡記憶部３１Ａにはコンバイン１の走行軌跡が記憶される。

三次元位置データ記憶部３１Ｂは、物体位置データ取得部２２によって取得された三次元位置データを、取得したタイミングにおける時間情報と、取得したタイミングにおける位置情報と、取得したタイミングにおける慣性航法ユニット（不図示）の検出結果（例えばピッチ角、ロール角、ヨー角）と、に関連付けて記憶する。

なお、取得したタイミングにおける位置情報が、取得したタイミングにおける慣性航法ユニットの検出結果に基づいて補正される構成であっても良い。つまり、衛星測位モジュール８０によって測位された位置情報はコンバイン１の傾斜分だけ誤差を生じるが、この位置情報の誤差が、慣性航法ユニットの検出結果に応じて補正可能である。三次元位置データ記憶部３１Ｂには多数の三次元位置データが記憶されている。

図３及び図４に基づいて上述したように、コンバイン１は、圃場５の外周領域ＳＡにおいて二回～三回の周回走行を行う。このため、周回走行の走行軌跡に沿った三次元位置データが三次元位置データ記憶部３１Ｂに記憶されている。コンバイン１が外周領域ＳＡにおいて二回～三回の周回走行を行うと、三次元位置データ記憶部３１Ｂには、外縁領域６に関する三次元位置データが、二回～三回の周回走行の分だけ重複して記憶される。

コンバイン１が外縁領域６に沿って圃場５を周回走行した際に取得された三次元位置データの集合体に基づいて、図７に示すような圃場５及び外縁領域６の高さ分布マップの構成が可能である。図７に示す高さ分布マップでは、白色の濃淡で高さが示され、白色が濃くなるほど高さが高くなる。

物体位置データ取得部２２によって圃場一周分に相当する三次元位置データが取得されると、図７に示す高さ分布マップに基づいて、本発明の外縁マップが生成される。外縁マップは、図６のステップ＃０１～ステップ＃１０に示している手順に基づいて生成される。以下、外縁マップの生成手法を図５～図１３に基づいて説明する。

図６のステップ＃０１において、データ判定部３２は三次元位置データ記憶部３１Ｂから三次元位置データの集合体を読み出す。そしてステップ＃０２において、データ判定部３２は高さ閾値ＨＴを閾値記憶部３１Ｃから読み出す。高さ閾値ＨＴは閾値設定部３３によって設定され、閾値記憶部３１Ｃに記憶される。

図５に示す閾値設定部３３は、物体位置データ取得部２２によって取得された三次元位置データの高さ情報に関する高さ閾値ＨＴを設定する。高さ閾値ＨＴは、例えば、走行装置１１の底部の高さや、機体フレーム９の下端部の対地高さや、収穫部Ｈが最も上昇した状態における収穫部Ｈの下端部の対地高さ等である。閾値記憶部３１Ｃには、これら複数の異なる高さ閾値ＨＴを記憶可能に構成されている。例えば閾値設定部３３は、コンバイン１のオペレータが手入力で設定した値を受け付けて高さ閾値ＨＴとして設定しても良いし、外部の管理コンピュータから通信ネットワークを介して送られてきたデータ値を受け付けて高さ閾値ＨＴとして設定しても良い。つまり、高さ閾値ＨＴは、コンバイン１における種々の部分の対地高さに応じて設定可能である。閾値記憶部３１Ｃに一つ以上の高さ閾値ＨＴが記憶され、データ判定部３２が閾値記憶部３１Ｃから高さ閾値ＨＴを読み出す。

本実施形態では、高さ閾値ＨＴよりも高い高さ情報を有する三次元位置データを『第一位置データ』と称し、高さ閾値ＨＴよりも低い高さ情報を有する三次元位置データを『第二位置データ』と称する。

図６に示すステップ＃０３において、データ判定部３２は、三次元位置データを、高さ閾値ＨＴを基準にして、第一位置データであるか第二位置データであるかを判定する判定処理を行う。本実施形態では、データ判定部３２は、物体位置データ取得部２２によって圃場一周分の三次元位置データが取得されてから、当該判定処理を行う。

図６に示すステップ＃０４において、三次元位置データのうち、データ判定部３２によって第一位置データであると判定された三次元位置データは、第一位置データ記憶部３１Ｄへ送られる。そして、第一位置データ記憶部３１Ｄは第一位置データに該当する三次元位置データの集合体を記憶する。

第一位置データ記憶部３１Ｄに記憶された第一位置データをプロットすると、図８に示すようなマップが生成される。図８に示すマップを『二値化マップ』と称する。つまり、第一位置データの集合体に基づいて二値化マップを生成すると、図７の高さ分布マップが、図８では高さ閾値ＨＴを挟んで白黒に二値化されたマップとなる。図８では、三次元位置データのうち、第一位置データが白色で示され、第二位置データが黒色で示されている。このように、データ判定部３２は、コンバイン１が外縁領域６に沿って圃場５を周回走行した際に取得された三次元位置データを用いて判定処理を行う。

上述したように、高さ閾値ＨＴは、コンバイン１における種々の部分の対地高さに応じて設定可能である。このため、例えば高さ閾値ＨＴが、機体フレーム９の下端部の対地高さであれば、図８において白色で示している第一位置データの部分は、機体フレーム９が接触する可能性のある部分である。例えば高さ閾値ＨＴが、収穫部Ｈが最も上昇した状態における収穫部Ｈの対地高さであれば、図８において白色で示している第一位置データの部分は、収穫部Ｈが最も上昇した場合であっても収穫部Ｈが接触する可能性のある部分である。

図８において白色で示している第一位置データのうち、圃場５に位置する第一位置データは、例えば高く伸びた植立穀稈から取得した三次元位置データに基づくものであることが考えられる。外縁領域６における第一位置データを適切に抽出するため、マスキング部３５によるマスキング処理が行われる。

マスキング部３５がマスキング処理を適切に行うために、図６のステップ＃０５～ステップ＃０７で示すように、マスキング領域設定部３４によってマスキング領域が設定される。図３及び図４に基づいて上述したように、コンバイン１は、圃場５の外周領域ＳＡにおいて二回～三回の周回走行を行って、周回走行の走行軌跡は走行軌跡記憶部３１Ａに記憶されている。図６に示すステップ＃０５において、マスキング領域設定部３４は、三次元位置データの取得中にコンバイン１が走行した走行軌跡のデータを、走行軌跡記憶部３１Ａから読み出す。

図６に示すステップ＃０６において、マスキング領域設定部３４は、走行軌跡のうち、外縁領域６に最も近い要素の集合体である最外軌跡要素群の位置情報を抽出する。次に、図６に示すステップ＃０７において、マスキング領域設定部３４は、当該最外軌跡要素群によって囲まれた領域をマスキング領域として設定するとともに、当該マスキング領域の位置情報を算定する。

図９には、二つのマップが示されている。図９における左側のマップは、図８に基づいて上述した二値化マップである。図９における右側のマップは、当該マスキング領域の位置情報を示すマスキングマップである。図９のマスキングマップにおいて、黒色で示している領域がマスキング領域であって、最外軌跡要素群を含めて圃場５の領域がマスキング領域として設定されている。当該マスキングマップのデータは、マスキング領域設定部３４からマスキング部３５へ送られる。

図６に示すステップ＃０８において、マスキング部３５は、マスキングマップを用いて二値化マップにおける第一位置データのマスキング処理を行う。具体的には、マスキング部３５は、図９に示している二値化マップとマスキングマップとを重ね合わせ、二値化マップにおいて白色で示している第一位置データのうち、マスキング領域の範囲内に含まれる第一位置データを除去する。換言すると、図９に示している二値化マップとマスキングマップとの夫々において両方とも白色の部分の領域だけを第一位置データの領域として抽出する。これにより、二値化マップとマスキングマップとを重ね合わせた際に白色で重複する領域のみが残る。マスキング処理後の二値化マップは、マップ生成部３６へ送られる。図１０にはマスキング処理後の二値化マップを示しており、第一位置データが白色で示されている。

マップ生成部３６は、マスキング処理後の第一位置データの集合体に基づいて、圃場走行中のコンバイン１が越境不能な境界を示す外縁マップを生成する。図１１には、マスキング処理後の二値化マップと、黒線の走行軌跡線Ｌ１と、を重ね合わせたものが示されている。走行軌跡線Ｌ１は、三次元位置データの取得中にコンバイン１が走行した走行軌跡のうちの最外周の走行軌跡である。走行軌跡線Ｌ１は、本発明の『最外軌跡要素群』に相当する。

図６に示すステップ＃０９において、マップ生成部３６は、図１２に示すように、走行軌跡線Ｌ１に対して垂直方向に延出線Ｌ２を延ばす。延出線Ｌ２が延ばされる先に第一位置データが存在する場合には、延出線Ｌ２が第一位置データと接触する位置が延出線Ｌ２の延出先端点となる。また、延出線Ｌ２が延ばされる先に第一位置データが存在しない場合には、走行軌跡線Ｌ１から垂直方向に予め設定された距離だけ離間する位置が延出線Ｌ２の延出先端点となる。マップ生成部３６は、走行軌跡線Ｌ１の全周に亘って延出線Ｌ２を延ばす処理を行う。

延出線Ｌ２の夫々には、時計回りまたは反時計回りの方向において順番にインデックス値が割り当てられている。また、延出線Ｌ２の一つが隣の延出線Ｌ２と交差する場合には、その延出線Ｌ２はインデックス値にカウントされず、延出線Ｌ２の延出先端点がインデックス値の順番通りに並ぶように、延出線Ｌ２の夫々は構成されている。これにより、インデックス値を割り当てられた延出線Ｌ２の延出先端点が時計回りまたは反時計回りの方向に沿ってインデックス値の順番通りに並ぶ。

マップ生成部３６は、延出線Ｌ２の延出先端点をインデックス値の順番で繋ぎ、図１３に示すような圃場５を囲む外縁線Ｌ３を生成する。外縁線Ｌ３は、圃場走行中のコンバイン１が越境不能な境界を示すものである。このように、マップ生成部３６は、記憶部３１によって記憶された第一位置データの集合体のうち、マスキング処理後の第一位置データの集合体を用いて、圃場走行中のコンバイン１が越境不能な境界を示す外縁マップを生成する。図６のステップ＃１０において、生成された外縁マップが、マップ生成部３６からマップ記憶部３１Ｅへ送られ、マップ記憶部３１Ｅに記憶される。

上述したように、閾値記憶部３１Ｃには、複数の異なる高さ閾値ＨＴを記憶可能に構成されている。このため、複数の異なる高さ閾値ＨＴごとに、図６のステップ＃０１～ステップ＃１０（またはステップ＃０２～ステップ＃１０）の処理が行われて、複数の異なる高さ閾値ＨＴの夫々に対応する外縁マップが生成される。つまり、データ判定部３２は、複数の異なる高さ閾値ＨＴを基準にした複数の判定処理が可能であり、マップ生成部３６は、複数の判定処理ごとに外縁マップを生成する。

図１４に示す例では、走行装置１１の底部と、機体フレーム９の下端部と、収穫部Ｈが最も上昇した状態における収穫部Ｈの下端部と、の夫々で高さ閾値ＨＴが設定される。そして、図１４に示す例では、三つの高さ閾値ＨＴの夫々を基準としてデータ判定部３２による判定処理が行われ、当該判定処理ごとの外縁マップが示されている。

図１４において、機体フレーム９の下端部を基準に生成された外縁マップの外縁線Ｌ３２が、走行装置１１の底部を基準に生成された外縁マップの外縁線Ｌ３１よりも圃場外側に位置する。この場合、機体フレーム９の下端部の対地高さが、畦畔６１（図１及び図２参照）の高さよりも高いため、走行装置１１が圃場５に位置する状態で、機体フレーム９が圃場５よりも外側の畦畔６１にはみ出すことが可能となる。

また、図１４において、収穫部Ｈが最も上昇した状態における収穫部Ｈの下端部を基準に生成された外縁マップの外縁線Ｌ３３が、走行装置１１の底部を基準に生成された外縁マップの外縁線Ｌ３１よりも圃場外側に位置する。この場合、収穫部Ｈを最上昇位置まで上昇させれば、走行装置１１が圃場５に位置する状態で、収穫部Ｈが圃場５よりも外側の畦畔６１にはみ出すことが可能となる。

コンバイン１に形状記憶部２３と走行制御部２４とが備えられている。形状記憶部２３にコンバイン１の主要な部位の形状情報が記憶されている。主要な部位の形状情報とは、例えば三次元座標に基づく形状であったり、主要な部位の高さ情報であったり、走行装置１１に対する主要な部位のオーバーハングの長さであったりする。

走行制御部２４は、外縁マップと、コンバイン１の位置情報と、主要な部位の形状情報と、に基づいてコンバイン１の走行を制御する。また、走行制御部２４は、刈取シリンダ１５Ａを制御可能に構成されている。走行制御部２４が刈取シリンダ１５Ａを伸び方向に制御すると、搬送部１６及び収穫部Ｈは、一体的に、収穫部Ｈが上昇する方向に揺動する。また、走行装置１１にはモンロー機構が備えられ、走行制御部２４がモンロー機構を上昇させる制御を行うと、機体フレーム９の高さが上昇する。つまり、走行制御部２４は、コンバイン１の主要な部位が、その主要な部位の高さに対応する高さ閾値ＨＴを基準として生成された外縁マップの外縁線Ｌ３を越境しないように、コンバイン１の走行を制御する。図７に示す高さ分布マップから直接的に越境判定が行われる構成であれば、微小区画毎の高さの比較処理を行う必要があるが、本発明の外縁マップが越境判定に用いられることによって、越境判定の処理の高速化が実現される。

〔一時的な障害物の存在を判定する手法について〕
上述したように、コンバイン１が外周領域ＳＡにおいて二回～三回の周回走行を行うと、三次元位置データ記憶部３１Ｂには、外縁領域６に関する三次元位置データが、二回～三回の周回走行の分だけ重複して記憶される。本実施形態では、マップ生成ユニット３０に障害物判定部３７が備えられている。障害物判定部３７は、例えば異なる周回数において取得した複数の三次元位置データに基づいて、当該三次元位置データに一時的な障害物が含まれるか否かを判定可能に構成されている。

障害物判定部３７が判定処理を行う場合、データ判定部３２は、異なる周回数において取得された二周分以上の三次元位置データを三次元位置データ記憶部３１Ｂから読み出す。そしてデータ判定部３２は、同一値の高さ閾値ＨＴを基準として二周分以上の三次元位置データに対して上述の判定処理を行い、二周分以上の第一位置データを第一位置データ記憶部３１Ｄに記憶する。そして、夫々の第一位置データの集合体に対して上述のマスキング処理が行われる。このため、障害物判定部３７が判定処理を行う場合、図６におけるステップ＃０１～ステップ＃０８が二度以上繰り返される。ステップ＃０１～ステップ＃０８の繰り返し回数は、例えば外周領域ＳＡにおける周回数に応じて決定されても良い。このときの繰り返し処理において、ステップ＃０２では同一値の高さ閾値ＨＴが読み出される。

図１５及び図１６に、二値化マップと外縁マップとを重ね合わせたマップを示している。図１５では、一周目に取得された三次元位置データに基づくマップを示し、図１６では、二周目に取得された三次元位置データに基づくマップを示している。一周目のマップにおける第一位置データの分布と、二周目のマップにおける第一位置データの分布と、が同一であれば、障害物判定部３７は第一位置データに一時的な障害物が含まれていないと判定する。

図１５では、一周目のマップにおける第一位置データの領域に領域Ｇが存在するが、二周目のマップにおける第一位置データの領域に領域Ｇが存在しない。領域Ｇは、例えば他の農作業機や運搬トラック、作業者等であることが考えられる。障害物判定部３７は、一周目のマップにおける第一位置データのうち、領域Ｇにおける第一位置データを一時的な障害物と判定する。そして、図６におけるステップ＃０９及びステップ＃１０の処理は、領域Ｇの存在しない二周目のマップに基づいて行われる。

つまり、障害物判定部３７は、一周目のマップと二周目のマップとを比較して、一周目のマップと二周目のマップとの一方のみに存在する第一位置データの領域を検出する。そして障害物判定部３７は、一周目のマップと二周目のマップとの一方のみに存在する第一位置データの領域を、一時的な障害物の存在領域であると判定する。換言すると、障害物判定部３７は、外縁領域６において第一位置データの集合体を示す複数のマップを重ね合わせ、何れのマップにも第一位置データの存在する領域のみを残すマスキング処理を行う。

図１６の二周目のマップに示される外縁線Ｌ３は、図１５の一周目のマップに示される外縁線Ｌ３と比較して、領域Ｇに対応する箇所において圃場外側に位置する。このように、障害物判定部３７の判定処理によって、第一位置データから一時的な障害物が除去され、外縁マップの精度が向上する。

〔別実施形態〕
本発明は、上述の実施形態に例示された構成に限定されるものではなく、以下、本発明の代表的な別実施形態を例示する。

（１）走行制御部２４は、自動走行を可能な構成であっても良いし、手動走行をアシストする構成であっても良い。走行制御部２４が手動走行をアシストする構成である場合、コンバイン１に例示される作業車の一部が外縁線Ｌ３を越境しそうになると、作業車が自動的に停車する構成であっても良い。

（２）上述の実施形態では、コンバイン１が外縁領域６に沿って圃場５を周回走行した際に三次元位置データが取得されるが、この実施形態に限定されない。例えば、コンバイン１が圃場５において１８０度の旋回走行を伴う往復走行を繰り返しながら、物体位置データ取得部２２が外縁領域６から三次元位置データを取得する構成であっても良い。つまり、データ判定部３２は、物体位置データ取得部２２によって圃場５の一周分に相当する三次元位置データが取得されてから、判定処理を行う構成であっても良い。

（３）上述の実施形態では、データ判定部３２は、物体位置データ取得部２２によって圃場５の一周分に相当する三次元位置データが取得されてから、第一位置データであるか第二位置データであるかの判定処理を行うが、この実施形態に限定されない。例えば、物体位置データ取得部２２によって新たな三次元位置データが取得され、三次元位置データ記憶部３１Ｂに新たな三次元位置データが一つ一つ記憶される度に、データ判定部３２が当該判定処理を行う構成であっても良い。換言すると、高さ閾値ＨＴが変更されるごとに、データ判定部３２は、同一の三次元位置データの集合体に対して判定処理を行い、かつ、マップ生成部３６は外縁マップを生成する構成であっても良い。

（４）図５に示す位置情報取得部２１と物体位置データ取得部２２との少なくとも一方は、制御ユニット２０ではなくマップ生成ユニット３０に設けられても良い。

（５）上述の実施形態では、マスキング領域設定部３４は、図９に示すマスキング領域に、作業車の走行軌跡の最外軌跡要素群を含めるが、最外軌跡要素群を含めない構成であっても良い。

（６）位置情報取得部２１と衛星測位モジュール８０とが、本発明の位置情報取得部として一体的に構成されても良い。

（７）物体位置データ取得部２２と距離センサ８１とが、本発明の物体位置データ取得部として一体的に構成されても良い。

（８）図１４では、外縁線Ｌ３３が、収穫部Ｈが最も上昇した状態における収穫部Ｈの下端部の対地高さに基づいて生成されているが、この実施形態に限定されない。例えば、高さ閾値ＨＴが、収穫部Ｈの所定の対地高さとして設定され、外縁線Ｌ３３が、当該所定の高さに上昇した状態における収穫部Ｈの対地高さに基づいて生成されても良い。

（９）上述の実施形態では、作業車としてコンバイン１が例示されたが、作業車は、作業機が装着されたトラクタ、田植機、管理機等であっても良い。

なお、上述の実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、圃場を走行しながら作業を行う作業車のための作業支援システムに適用できる。

１ ：コンバイン（作業車）
５ ：圃場
６ ：外縁領域
２１ ：位置情報取得部
２２ ：物体位置データ取得部
２３ ：形状記憶部
２４ ：走行制御部
３１ ：記憶部
３２ ：データ判定部
３３ ：閾値設定部
３４ ：マスキング領域設定部
３５ ：マスキング部
３６ ：マップ生成部
ＨＴ ：高さ閾値（閾値）
Ｌ１ ：走行軌跡線（最外軌跡要素群）
Ｌ３ ：外縁線（作業車が越境不能な境界）
ＳＡ ：外周領域（圃場の外周部）

Claims (9)

1. 圃場を走行しながら作業を行う作業車のための作業支援システムであって、
   前記作業車に設けられ、前記作業車が前記圃場を走行している最中に前記圃場の外縁領域に位置する物体の三次元位置データを経時的に取得する物体位置データ取得部と、
   前記三次元位置データを、高さに関する閾値を基準にして、前記閾値よりも高い高さ情報を有する第一位置データであるか、前記閾値よりも低い高さ情報を有する第二位置データであるかを判定する判定処理を行うデータ判定部と、
   前記三次元位置データのうち、前記データ判定部によって前記第一位置データであると判定されたデータを記憶する記憶部と、
   前記記憶部によって記憶された前記第一位置データの集合体に基づいて、圃場走行中の前記作業車が越境不能な境界を示す外縁マップを生成するマップ生成部と、が備えられた作業支援システム。
2. 前記データ判定部は、複数の異なる前記閾値を基準にした複数の前記判定処理が可能であり、
   前記マップ生成部は、前記複数の判定処理ごとに、前記外縁マップを生成する請求項１に記載の作業支援システム。
3. 前記閾値を変更可能な閾値設定部が備えられ、
   前記閾値が変更されるごとに、前記データ判定部は、同一の前記集合体に対して前記判定処理を行い、かつ、前記マップ生成部は、前記外縁マップを生成する請求項１に記載の作業支援システム。
4. 前記物体位置データ取得部は、前記作業車の進行方向前方に位置する領域を検出対象とするように構成されている請求項１から３の何れか一項に記載の作業支援システム。
5. 前記データ判定部は、前記物体位置データ取得部によって前記圃場の一周分に相当する前記三次元位置データが取得されてから、前記判定処理を行う請求項１から４の何れか一項に記載の作業支援システム。
6. 前記データ判定部は、前記作業車が前記圃場の外周部に沿って周回走行した際に取得された前記三次元位置データを用いて前記判定処理を行う請求項１から５の何れか一項に記載の作業支援システム。
7. 前記作業車の位置情報を経時的に取得する位置情報取得部と、
   前記三次元位置データの取得中に前記作業車が走行した走行軌跡のうち、前記圃場の外周部に最も近い要素の集合体である最外軌跡要素群の位置情報を抽出し、前記最外軌跡要素群によって囲まれた領域をマスキング領域として設定するとともに、前記マスキング領域の位置情報を算定するマスキング領域設定部と、
   前記マスキング領域の範囲内に含まれる前記第一位置データを除去するマスキング処理を行うマスキング部と、が備えられ、
   前記マップ生成部は、前記マスキング処理後の前記第一位置データの集合体を用いて前記外縁マップを生成する請求項１から６の何れか一項に記載の作業支援システム。
8. 前記マスキング領域設定部は、前記マスキング領域に前記最外軌跡要素群を含める請求項７に記載の作業支援システム。
9. 前記作業車の位置情報を経時的に取得する位置情報取得部と、
   前記作業車の形状情報が記憶された形状記憶部と、
   前記外縁マップと前記作業車の位置情報と前記形状情報とに基づいて、前記作業車の走行を制御する走行制御部と、が備えられている請求項１から８の何れか一項に記載の作業支援システム。

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