JP2023151682A - Shovel and shovel support system - Google Patents
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Images
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Abstract
Description
本開示は、ショベル及びショベル支援システムに関する。 TECHNICAL FIELD This disclosure relates to excavators and excavator support systems.
従来、飛行体に取り付けられたカメラで撮像された画像に基づき、作業現場内における建設機械による作業が進捗した領域の三次元データを生成するように構成された建設機械用作業管理システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been known a work management system for construction machines that is configured to generate three-dimensional data of an area in which work by the construction machine has progressed at a work site based on images captured by a camera attached to an aircraft. (For example, see Patent Document 1).
しかしながら、このシステムは、画像を取得するための飛行体等の専用の機器が必要となる。そのため、このシステムには、導入コスト及び運用コストが高くなってしまうという問題がある。 However, this system requires dedicated equipment such as a flying vehicle for acquiring images. Therefore, this system has a problem in that the introduction cost and operation cost are high.
そこで、ショベルの周囲の地物の三次元データをより簡単に生成可能なシステムを提供することが望ましい。 Therefore, it is desirable to provide a system that can more easily generate three-dimensional data of features around the excavator.
本発明の実施形態に係るショベル支援システムは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載されたカメラとを備えるショベルによる作業を支援するショベル支援システムであって、前記ショベルの稼動中に前記カメラが取得した複数の画像に基づいて前記ショベルの周囲の地物の三次元データを生成する。 A shovel support system according to an embodiment of the present invention supports work by a shovel including a lower traveling body, an upper rotating body rotatably mounted on the lower traveling body, and a camera mounted on the upper rotating body. The excavator support system generates three-dimensional data of features around the excavator based on a plurality of images acquired by the camera while the excavator is in operation.
上述のショベル支援システムは、ショベルの周囲の地物の三次元データをより簡単に生成できる。 The excavator support system described above can more easily generate three-dimensional data of features around the excavator.
最初に、図1及び図2を参照し、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル100について説明する。図1はショベル100の側面図であり、図2はショベル100の上面図である。
First, with reference to FIGS. 1 and 2, a
図1及び図2に示すように、ショベル100の下部走行体1には旋回機構2を介して上部旋回体3が旋回可能に搭載されている。上部旋回体3にはブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端にはアーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはバケット6が取り付けられている。ブーム4はブームシリンダ7により油圧駆動され、アーム5はアームシリンダ8により油圧駆動され、バケット6はバケットシリンダ9により油圧駆動される。上部旋回体3には、運転室としてのキャビン10が設けられ且つエンジン等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体3には、カメラ20、表示装置D1、室内警報器D2、ドライブレコーダD3、及びコントローラ30等が取り付けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, an upper rotating
カメラ20は、ショベル100の周辺の画像を取得するように構成されている。カメラ20は、例えば、CCD又はCMOS等の撮像素子で構成され、ショベル100の周囲を監視するために用いられる。図1及び図2に示す例では、カメラ20は、上部旋回体3の上面に取り付けられた4台の単眼カメラを含む。4台の単眼カメラは、上部旋回体3の上面の後端部に取り付けられた後カメラ20B、上部旋回体3の上面の前端部に取り付けられた前カメラ20F、上部旋回体3の上面の左端部に取り付けられた左カメラ20L、及び、上部旋回体3の上面の右端部に取り付けられた右カメラ20Rである。図2は、カメラ20の撮像範囲CZを一点鎖線で概略的に示している。具体的には、撮像範囲CZは、後カメラ20Bの撮像範囲CZB、前カメラ20Fの撮像範囲CZF、左カメラ20Lの撮像範囲CZL、及び、右カメラ20Rの撮像範囲CZRを含む。4台の単眼カメラは、望ましくは、図2に示すように上部旋回体3の上面からはみ出さないように上部旋回体3に取り付けられている。なお、前カメラ20F及び左カメラ20Lの少なくとも一つは省略されてもよい。
The
カメラ20は、取得した画像を任意の装置に対して出力できるように構成されている。図示例では、カメラ20は、所定の周期で繰り返し取得する画像を表示装置D1及びドライブレコーダD3のそれぞれに対して出力するように構成されている。カメラ20とカメラ20が取得した画像を受ける装置とは、映像ケーブルを介して互いに接続されている。なお、カメラ20とカメラ20が取得した画像を受ける装置とは、専用の通信ケーブルを介して互いに接続されていてもよい。
The
表示装置D1は、各種情報を表示する装置であり、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ELディスプレイ等である。室内警報器D2は、キャビン10内の操作者に向けて警報を出力する装置であり、例えば、キャビン10内に設置されたブザー、スピーカ、LEDランプ、又はシートバイブレータ等で構成される。
The display device D1 is a device that displays various information, and is, for example, a liquid crystal display or an organic EL display. The indoor alarm device D2 is a device that outputs a warning to the operator inside the
ドライブレコーダD3は、カメラ20が取得した画像を連続的に記録できるように構成されている。図2に示す例では、ドライブレコーダD3は、ショベル100の稼動中に、所定の記録周期でカメラ20が取得した画像を記録するように構成されている。「ショベル100の稼動中」は、例えば、カメラ20及びドライブレコーダD3のそれぞれに電力が供給されている期間を意味する。但し、「ショベル100の稼動中」は、エンジン11が稼動している期間であってもよく、操作レバー等の操作装置が操作されている期間であってもよい。
The drive recorder D3 is configured to be able to continuously record images acquired by the
コントローラ30は、処理回路の一例であり、ショベル100を制御するための制御装置として機能する。図示例では、コントローラ30は、CPU、揮発性記憶装置、及び不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。
次に、図3を参照し、ショベル100に搭載されるショベル支援システム50について説明する。図3は、ショベル支援システム50の構成例を示すブロック図である。
Next, with reference to FIG. 3, the
ショベル支援システム50は、ショベル100による作業を支援するシステムであり、主に、表示装置D1、室内警報器D2、ドライブレコーダD3、カメラ20、及びコントローラ30等で構成される。図示例では、ショベル支援システム50は、ショベル100の周囲に設定された所定の検知範囲内へ侵入した物体を検知できるように構成されている。物体は、人、車両、作業機械、又は動物等である。図3に示す例では、ショベル支援システム50は、人を検知できるように構成されている。
The
図3に示すショベル支援システム50において、コントローラ30は、例えば、人検知部31、画像生成部32、三次元データ生成部33、及び作業量算出部34等の各機能要素に対応するプログラムをCPUに実行させて各機能要素に対応する機能を実現する。
In the
人検知部31は、ショベル100の周囲に設定された所定の検知範囲内へ侵入した人を検知するように構成されている。図3に示す例では、人検知部31は、カメラ20が出力する画像に基づいて人の存否を判定する。人検知部31は、樹木又は建物等の人以外の物体と人とを区別できる。人検知部31は、例えば、HOG特徴量等の画像特徴量を利用して画像中の人画像を見つけ出すことで所定の検知範囲内における人の存否を判定する。人画像は、人の画像として予め登録された画像である。人検知部31は、他の公知の画像認識技術を用いて所定の検知範囲内における人の存否を判定してもよい。
The
所定の検知範囲は、例えば、カメラ20の撮像範囲CZに含まれる空間である。図3に示す例では、所定の検知範囲は、カメラ20の撮像範囲CZに含まれる空間のうちの、バケット6の爪先が到達可能な空間である。所定の検知範囲は、カメラ20の撮像範囲CZに相当する空間であってもよく、ショベル100の旋回軸から所定距離範囲内の空間であってもよい。
The predetermined detection range is, for example, a space included in the imaging range CZ of the
所定の検知範囲は、複数の部分検知範囲で構成されていてもよい。例えば、後カメラ20Bの撮像範囲CZBに含まれる空間であるショベル100の後方にある後方検知範囲、前カメラ20Fの撮像範囲CZFに含まれる空間であるショベル100の後方にある後方検知範囲、左カメラ20Lの撮像範囲CZLに含まれる空間であるショベル100の左方にある左方検知範囲、及び、右カメラ20Rの撮像範囲CZRに含まれる空間であるショベル100の右方にある右方検知範囲の組み合わせで構成されてもよい。隣り合う二つの部分検知範囲は、部分的に重複するように配置されていてもよく、重複しないように隣接して配置されていてもよく、或いは、間隔を空けて配置されていてもよい。
The predetermined detection range may include a plurality of partial detection ranges. For example, the rear detection range behind the
また、人検知部31は、超音波センサ、レーザレーダセンサ、ミリ波センサ、焦電型赤外線センサ、ボロメータ型赤外線センサ、赤外線カメラ等の物体検出センサの出力に基づいて所定の検知範囲内における人の存否を判定してもよい。例えば焦電型赤外線センサの出力を用いる場合、人検知部31は、検知範囲内のエネルギ変化が所定の閾値を上回った場合に検知範囲内に人が存在すると判定する。この場合、所定の検知範囲は焦電型赤外線センサの検出範囲に相当する空間であってもよい。
The
人検知部31は、人を検知した場合、室内警報器D2に制御指令を出力して室内警報器D2を作動させ、人を検知したことをショベル100の操作者に伝える。図3に示す例では、人検知部31は、キャビン10内に設置されたブザーを作動させる。
When detecting a person, the
画像生成部32は、カメラ20が取得した画像に基づいて出力画像を生成する機能要素である。出力画像は、表示用の画像である。図3に示す例では、画像生成部32は、後カメラ20B、前カメラ20F、左カメラ20L、及び右カメラ20Rのそれぞれが取得した画像に基づき、表示装置D1に表示される出力画像を生成する。そして、生成した出力画像を表示装置D1に表示させる。出力画像は、一つ又は二つ以上の画像から合成される合成画像を含んでいてもよい。合成画像は、例えば、後カメラ20B、前カメラ20F、左カメラ20L、及び右カメラ20Rのそれぞれが取得した四つの画像を合成した合成画像に視点変換処理を施して生成される視点変換画像であってもよい。この場合、視点変換画像は、ショベル100の周囲を上から見たときの状態を映し出す俯瞰画像であってもよい。俯瞰画像は、例えば、ショベル100を表すコンピュータグラフィック(CG)画像の周りを取り囲むように配置され、且つ、外側輪郭線が円弧を描くようにトリミングされた画像であってもよい。なお、俯瞰画像は、外側輪郭線が任意の曲率を有する円弧となるようにトリミングされてもよく、外側輪郭線が楕円弧となるようにトリミングされてもよく、外側輪郭線が任意の凸曲線となるようにトリミングされてもよい。また、出力画像は、ショベル100の周囲を横から見たときの状態を映し出す画像(スルー画像)を含んでいてもよい。スルー画像は、例えば、ショベル100の後方の空間をショベル100側からほぼ水平に見たときの様子を映し出す。スルー画像は、外側輪郭線が少なくとも一つの直線部分を含むようにトリミングされてもよい。例えば、スルー画像は、外側輪郭線が正方形、長方形、又は台形等となるようにトリミングされてもよい。或いは、スルー画像は、カメラ20が取得した画像そのもの、すなわち、視点変換処理が施されていない画像であってもよい。
The
三次元データ生成部33は、ショベル100の周囲の地物の三次元データを生成する機能要素である。地物は、ショベル100の周囲に存在する全ての物を含む。地物の三次元データは、ショベル100の周囲にある地面の三次元データを含む。図3に示す例では、三次元データ生成部33は、カメラ20が取得したカメラ画像に基づき、SfM(Structure from Motion)技術等のフォトグラメトリ技術を利用し、ショベル100の周囲の地物の三次元データを生成する。
The three-dimensional
フォトグラメトリ技術は、物体を様々な方向から撮影した写真をコンピュータで解析し、三次元モデルを生成する技術である。SfM技術は、フォトグラメトリ技術の一つであり、計測対象物を様々な位置及び角度から撮像した画像を大量に用意し、画像同士の対応関係をソフトウェア的に解析することによって計測対象物の三次元点群データを獲得する技術である。 Photogrammetry technology is a technology that uses a computer to analyze photographs taken of an object from various directions and generates a three-dimensional model. SfM technology is a type of photogrammetry technology that prepares a large number of images of the object to be measured from various positions and angles, and analyzes the correspondence between the images using software. This is a technology to acquire three-dimensional point cloud data.
図3に示す例では、三次元データ生成部33は、所定の記録周期でドライブレコーダD3に記録された画像に基づいてショベル100の周囲の地物の三次元データを生成する。具体的には、三次元データ生成部33は、所定のタイミングにおいて、ドライブレコーダD3に含まれる不揮発性記憶装置における所定の記憶領域に記憶されている画像の全部又は一部を利用して三次元データを生成する。所定のタイミングは、例えば、一日の作業が終了した時点等である。この場合、三次元データ生成部33は、所定のタイミングにおいて、三次元データの生成を自動的に開始してもよい。なお、所定のタイミングは、例えば、キャビン10内に設けられている所定のボタンが押された時点等、所定の操作が行われた時点であってもよい。この場合、三次元データ生成部33は、所定の操作に応じて三次元データの生成を開始してもよい。
In the example shown in FIG. 3, the three-dimensional
より具体的には、三次元データ生成部33は、所定の開始時刻から所定の終了時刻までの第1期間の間に所定の第1記憶領域に時系列で記憶された多数の画像を用いて三次元データを生成する。多数の画像は、例えば、数十枚~数万枚の画像である。三次元データ生成部33は、第1期間の間に第1記憶領域に記憶された多数の画像を用いて第1三次元データを生成し、且つ、第1期間とは別の第2期間の間に第1記憶領域とは別の第2記憶領域に記憶された多数の画像を用いて第2三次元データを生成してもよい。このようにして、三次元データ生成部33は、時系列の複数の三次元データを生成できる。
More specifically, the three-dimensional
三次元データ生成部33は、ショベル100の周囲の地物に関する二つ以上の三次元データを生成してもよい。二つ以上の三次元データは、例えば、一日の作業を開始する前の時点における三次元データと、一日の作業を終了した後の時点における三次元データとを含んでいてもよい。この場合、コントローラ30は、一日の作業を開始する前の時点における三次元データと、一日の作業を終了した後の時点における三次元データとを比較し、三次元データがどのように変化したかを把握することにより、ショベル100の周囲の地物の形状が一日の作業によってどのように変化したのかを把握することができる。
The three-dimensional
或いは、二つ以上の三次元データは、一日の作業を開始する前の時点における三次元データと、その日の午前中の作業を終了した後の時点における三次元データと、一日の作業を終了した後の時点における三次元データとを含んでいてもよい。この場合、コントローラ30は、一日の作業を開始する前の時点における三次元データと、その日の午前中の作業を終了した後の時点における三次元データとを比較することにより、ショベル100の周囲の地物の形状が午前中の作業によってどのように変化したのかを把握することができる。また、コントローラ30は、その日の午前中の作業を終了した後の時点における三次元データと、一日の作業を終了した後の時点における三次元データとを比較することにより、ショベル100の周囲の地物の形状が午後の作業によってどのように変化したのかを把握することができる。
Alternatively, two or more pieces of 3D data include 3D data at the time before starting the day's work, 3D data at the time after finishing the work in the morning, and 3D data about the day's work. It may also include three-dimensional data at a time after the end. In this case, the
なお、第1期間の終了時刻は、第2期間の開始時刻よりも後の時刻であってもよい。すなわち、第1期間と第2期間とは部分的に重複していてもよい。この場合、三次元データ生成部33は、第1記憶領域に記憶された画像の一部と第2記憶領域に記憶された画像の一部とを用いて三次元データを生成してもよい。
Note that the end time of the first period may be later than the start time of the second period. That is, the first period and the second period may partially overlap. In this case, the three-dimensional
或いは、三次元データ生成部33は、リアルタイムで1又は複数の三次元データを生成してもよい。具体的には、三次元データ生成部33は、新たな画像が記録される度に、それまでに記録された画像とその新たに記録された画像とを利用して一つの三次元データを生成してもよく、新たな画像が記録される度に、それまでに記録された画像とその新たに記録された画像とを利用して二つ以上の三次元データを同時に生成してもよい。すなわち、三次元データ生成部33は、既に生成した三次元データに対し、その新たに記録された画像の内容をリアルタイムで反映させてもよい。
Alternatively, the three-dimensional
三次元データ生成部33は、生成した三次元データを表示装置D1に表示させてもよい。この場合、三次元データは、ポリゴンモデル又は点群モデル等の任意の三次元モデルで表現され得る。この場合、表示装置D1は、ショベル100の操作者が任意の仮想視点からその三次元モデルを見ることができるように構成されていてもよい。また、表示装置D1は、ショベル100の操作者がその三次元モデルを拡大或いは縮小して見ることができるように構成されていてもよい。
The three-dimensional
作業量算出部34は、ショベル100の作業量を算出する機能要素である。ショベル100の作業量は、例えば、掘削された土砂の体積によって表される。図3に示す例では、作業量算出部34は、第1時点におけるショベル100の周囲の地物の三次元データ(第1三次元データ)と、第2時点におけるショベル100の周囲の地物の三次元データ(第2三次元データ)とに基づき、今回の作業に関するショベル100による作業量を算出する。今回の作業は、例えば、ショベル100による今日一日の掘削作業である。この場合、第1時点は、例えば、前回の作業(昨日の掘削作業)が終了した後で且つ今回の作業(今日の掘削作業)が開始される前の時点である。また、第2時点は、例えば、今回の作業(今日の掘削作業)が終了した後で且つ次回の作業(明日の掘削作業)が開始される前の時点である。
The work
具体的には、作業量算出部34は、第1三次元データと第2三次元データとに基づいて第1三次元データと第2三次元データとの間の差を算出する。この差は、第1時点におけるショベル100の周囲の地物の体積と第2時点におけるショベル100の周囲の地物の体積との間の体積差に相当する。作業量算出部34は、この体積差を、今日一日の掘削作業によって掘削された土砂の体積として、すなわち、今日一日のショベル100の作業量として算出する。積み込み作業又は埋め戻し作業等、掘削作業以外の作業が行われた場合についても同様である。
Specifically, the work
作業量算出部34は、算出した作業量に関する情報を表示装置D1に表示させてもよい。また、作業量算出部34は、第1三次元データと第2三次元データとの間の差である掘削された部分の三次元データを、他の部分の三次元データと区別できるように表示装置D1に表示させてもよい。
The
また、作業量算出部34は、算出した作業量に基づき、完了した作業の出来高を算出するように構成されていてもよい。出来高とは、出来形に相応する請負代金である。出来形とは、作業の目的物のできあがった部分、すなわち、施工が完了した部分のことである。作業量算出部34は、三次元データ生成部33によって生成された三次元データと予め記憶されている設計データとを比較することにより、施工が完了した部分を認識できる。なお、設計データは、例えば、施工が完了したときの地面の形状を表す三次元データである。
Further, the work
次に、図4を参照し、コントローラ30が三次元データを生成する際に利用する画像について説明する。図4は、前進走行中のショベル100の上面図であり、カメラ20の撮像範囲CZの位置の推移を示している。具体的には、図4は、明瞭化のため、右カメラ20Rの撮像範囲CZRの位置の推移のみを図示し、後カメラ20Bの撮像範囲CZB、前カメラ20Fの撮像範囲CZF、及び左カメラ20Lの撮像範囲CZLのそれぞれの位置の推移の図示を省略している。しかしながら、後カメラ20Bの撮像範囲CZB、前カメラ20Fの撮像範囲CZF、及び左カメラ20Lの撮像範囲CZLのそれぞれの位置も、右カメラ20Rの撮像範囲CZRの位置と同様に推移する。
Next, with reference to FIG. 4, images used by the
より具体的には、図4に示す例では、右カメラ20Rの撮像範囲CZRは、第1撮像範囲CZR1~第4撮像範囲CZR4を含む。第1撮像範囲CZR1は、第1時刻における右カメラ20Rの撮像範囲CZRを表し、第2撮像範囲CZR2は、第1時刻よりも所定の記録周期だけ早い第2時刻における右カメラ20Rの撮像範囲CZRを表している。同様に、第3撮像範囲CZR3は、第2時刻よりも所定の記録周期だけ早い第3時刻における右カメラ20Rの撮像範囲CZRを表し、第4撮像範囲CZR4は、第3時刻よりも所定の記録周期だけ早い第4時刻における右カメラ20Rの撮像範囲CZRを表している。 More specifically, in the example shown in FIG. 4, the imaging range CZR of the right camera 20R includes a first imaging range CZR1 to a fourth imaging range CZR4. The first imaging range CZR1 represents the imaging range CZR of the right camera 20R at the first time, and the second imaging range CZR2 represents the imaging range CZR of the right camera 20R at the second time which is earlier than the first time by a predetermined recording cycle. represents. Similarly, the third imaging range CZR3 represents the imaging range CZR of the right camera 20R at a third time earlier than the second time by a predetermined recording cycle, and the fourth imaging range CZR4 represents the imaging range CZR at a predetermined recording period earlier than the third time. It represents the imaging range CZR of the right camera 20R at the fourth time, which is earlier by a period.
右カメラ20Rは、所定の記録周期で取得する画像をドライブレコーダD3に含まれる不揮発性記憶装置における所定の記憶領域に時系列的に記録していく。 The right camera 20R chronologically records images acquired at a predetermined recording cycle in a predetermined storage area in a nonvolatile storage device included in the drive recorder D3.
三次元データ生成部33は、ショベル100の周囲の地物の形状に変化が無い場合、同じ位置(視点位置)において同じ方向を向くカメラ20が取得した画像をいくつ利用したとしても、生成する三次元データに新たな情報を加えることはできない。そのため、三次元データ生成部33が三次元データを生成する際に利用する多数の画像のそれぞれは、異なる視点位置において取得された画像、又は、同じ視点位置であってもカメラ20が異なる方向を向いているときに取得された画像であることが望ましい。
If there is no change in the shape of the features around the
具体的には、図4に示すようにショベル100が動いているときにカメラ20が取得する画像であることが望ましい。なお、「ショベル100が動いているとき」は、図4に示すようにショベル100が前進走行しているときばかりでなく、ショベル100が後進走行しているとき、又は、ショベル100が旋回しているとき等を含む。
Specifically, as shown in FIG. 4, it is desirable that the image be acquired by
また、三次元データ生成部33は、三次元データを生成する際には、同じ視点位置において同じ方向を向くカメラ20が取得した画像を重複的に利用しないように構成されていてもよい。三次元データの生成に関するコントローラ30の処理負荷を低減させるためである。例えば、三次元データ生成部33は、ショベル100が動いていないときに取得された画像については、三次元データを生成する際に利用しないように構成されていてもよい。なお、「ショベル100が動いていないとき」は、ショベル100がスタンバイ状態にあるときを含む。スタンバイ状態は、エンジン11が稼動中で、且つ、操作レバー等の操作装置が何れも操作されていないときのショベル100の状態を意味する。
Furthermore, when generating three-dimensional data, the three-dimensional
或いは、三次元データ生成部33は、ドライブレコーダD3に記録された多数の画像のうち、三次元データの生成に利用する画像を選び出すように構成されていてもよい。例えば、三次元データ生成部33は、三次元データの生成に利用する一つの画像が取得されたときのカメラ20の位置と、三次元データの生成に利用する別の一つの画像が取得されたときのカメラ20の位置との間の距離が十分に大きなものとなるように、三次元データの生成に利用する画像を選び出すように構成されていてもよい。この場合、ドライブレコーダD3に記憶される多数の画像のそれぞれは、三次元データの生成に利用可能な画像であるか否かを示すフラグの値を含んでいてもよい。そのフラグは、例えば、ショベル100が所定距離だけ移動する毎に「1」となり、カメラ20が画像を取得する毎に「0」となるように構成されていてもよい。或いは、そのフラグは、例えば、ショベル100が所定角度だけ旋回する毎に「1」となるように構成されていてもよい。
Alternatively, the three-dimensional
次に、図5を参照し、表示装置D1に表示される図形の一例について説明する。図5は、表示装置D1の画面に表示された図形の一例を示す図である。具体的には、図5に示す図形は、三次元データ生成部33が生成したショベル100の周囲の地物の三次元データに関する図形であり、法面が完成するまでに施工対象の斜面の断面形状がどのように変化したかを示している。より具体的には、図5に示す図形は、三次元データから導き出される地表面の位置を表す地表線TLとショベル100の現在位置を表すショベルの図形とを含んでいる。
Next, with reference to FIG. 5, an example of a graphic displayed on the display device D1 will be described. FIG. 5 is a diagram showing an example of a graphic displayed on the screen of the display device D1. Specifically, the figure shown in FIG. 5 is a figure related to the three-dimensional data of features around the
図5に示す例では、地表線TLは、第1地表線TL1~第4地表線TL4を含む。実線で表される第1地表線TL1は、法面が完成した後の時点における斜面の断面形状を示す。破線で表される第2地表線TL2は、法面が完成する日の作業を開始する前の時点における斜面の断面形状を示す。一点鎖線で表される第3地表線TL3は、法面が完成する日の前日の作業を開始する前の時点における斜面の断面形状を示す。二点鎖線で表される第4地表線TL4は、法面が完成する日の前々日の作業を開始する前の時点における斜面の断面形状を示す。 In the example shown in FIG. 5, the ground line TL includes a first ground line TL1 to a fourth ground line TL4. The first ground line TL1 represented by a solid line indicates the cross-sectional shape of the slope after the slope is completed. A second ground line TL2 represented by a broken line indicates the cross-sectional shape of the slope at the time before work starts on the day the slope is completed. A third ground line TL3 represented by a dashed-dotted line indicates the cross-sectional shape of the slope at the time before the work starts on the day before the slope is completed. A fourth ground line TL4 represented by a two-dot chain line indicates the cross-sectional shape of the slope at the time before the work starts two days before the slope is completed.
また、図5に示す図形では、第1地表線TL1の下に位置する地盤の断面には斜線パターンが付され、第1地表線TL1と第2地表線TL2との間の領域(法面が完成する日の作業によって掘削された土砂を表す領域)には細かいドットパターンが付されている。また、図5に示す図形では、第2地表線TL2と第3地表線TL3との間の領域(法面が完成する日の前日の作業によって掘削された土砂を表す領域)には粗いドットパターンが付され、第3地表線TL3と第4地表線TL4との間の領域(法面が完成する日の前々日の作業によって掘削された土砂を表す領域)には更に粗いドットパターンが付されている。 In addition, in the figure shown in FIG. 5, a diagonal line pattern is attached to the cross section of the ground located below the first ground line TL1, and the area between the first ground line TL1 and the second ground line TL2 (where the slope is The area (representing the soil excavated by the work on the day of completion) is marked with a fine dot pattern. In addition, in the figure shown in FIG. 5, the area between the second ground line TL2 and the third ground line TL3 (the area representing the earth and sand excavated by the work the day before the day when the slope is completed) has a coarse dot pattern. is added, and a coarser dot pattern is added to the area between the third ground line TL3 and the fourth ground line TL4 (the area representing the earth and sand excavated by the work two days before the day the slope is completed). has been done.
この画面を見たショベル100の操作者は、法面が完成する日の前々日から法面が完成する日までの作業の進捗状況を把握することができる。また、完了した作業の出来高を作業量算出部34が算出している場合には、コントローラ30は、前々日の出来高、前日の出来高、及び当日のそれぞれの一日の出来高を画面に表示してもよい。
The operator of the
次に、図6を参照し、ショベル支援システム50の別の構成例について説明する。図6は、ショベル100が接続される通信ネットワーク200を示す概略図である。図6に示す例では、ショベル100は、通信装置D4を有する。
Next, with reference to FIG. 6, another configuration example of the
通信装置D4は、ショベル100の外部にある外部機器との通信を制御するように構成されている。図6に示す例では、通信装置D4は、通信ネットワーク200を介した外部機器との通信を制御する。
The communication device D4 is configured to control communication with external equipment outside the
通信ネットワーク200は、ショベル100、基地局21、サーバ22、及び通信端末23を相互接続できるように構成されている。通信ネットワーク200は、例えば、衛星通信網、携帯電話通信網、及びインターネット網等の公知の通信網の少なくとも1つを含む。基地局21は省略されてもよい。
The
通信端末23は、携帯通信端末23a及び固定通信端末23b等を含む。ショベル100、基地局21、サーバ22、及び通信端末23は、例えば、インターネットプロトコル等の通信プロトコルを用いて互いに接続される。通信ネットワーク200を介して接続されるショベル100、基地局21、サーバ22、及び通信端末23のそれぞれは1つであってもよく複数であってもよい。携帯通信端末23aは、ノートパソコン、タブレットPC、携帯電話、スマートフォン、スマートウォッチ、又はスマートグラス等であってもよい。
The
基地局21は、ショベル100が送信する情報を受信する外部施設である。基地局21とショベル100との間では、例えば、衛星通信網、携帯電話通信網、及びインターネット網等の少なくとも1つを通じて情報が送受信される。
The
サーバ22は、ショベル100の管理装置として機能するように構成されている。図6に示す例では、サーバ22は、管理センタ等の外部施設に設置される装置であり、ショベル100が送信する情報を保存し且つ管理する。サーバ22は、例えば、CPU、ROM、RAM、入出力インタフェース、入力装置、及びディスプレイ等を備えたコンピュータである。具体的には、サーバ22は、通信ネットワーク200を通じ、基地局21が受信した情報を取得・保存し、操作者(管理者)が必要に応じてその保存した情報を参照できるように管理する。管理装置は、モニタと遠隔操作用の操作装置とを備えていてもよい。この場合、操作者は、遠隔操作用の操作装置を用いつつ、ショベル100を遠隔操作する。遠隔操作用の操作装置は、例えば、携帯電話通信網、衛星通信網、又は近距離無線通信網等の通信網を通じ、ショベル100のコントローラ30に接続され得る。
The
サーバ22は、通信ネットワーク200を通じてショベル100に関する1又は複数の設定を操作者(管理者)が実行できるように構成されていてもよい。具体的には、サーバ22は、操作者(管理者)が実行する1又は複数の設定に関する値をショベル100に対して送信し、コントローラ30に記憶されている1又は複数の設定に関する値を変更してもよい。
The
サーバ22は、通信ネットワーク200を通じてショベル100に関する情報を通信端末23に送信してもよい。具体的には、サーバ22は、所定の条件が満たされた場合に、或いは、通信端末23からの要求に応じ、ショベル100に関する情報を通信端末23に対して送信し、ショベル100に関する情報を通信端末23の操作者に伝えるようにしてもよい。
The
通信端末23は、ショベル100の支援装置として機能する。図6に示す例では、通信端末23は、サーバ22に保存された情報を参照可能な装置であり、例えば、CPU、ROM、RAM、入出力インタフェース、入力装置、及びディスプレイ等を備えたコンピュータである。通信端末23は、例えば、通信ネットワーク200を通じてサーバ22に接続され、ショベル100に関する情報を操作者(管理者)が閲覧できるように構成されていてもよい。すなわち、通信端末23は、サーバ22が送信するショベル100に関する情報を受信し、受信した情報を操作者(管理者)が閲覧できるように構成されていてもよい。
The
図6に示す例では、サーバ22は、ショベル100が送信したショベル100に関する情報を管理する。そのため、操作者(管理者)は、サーバ22又は通信端末23に付属するディスプレイを通じてショベル100に関する情報を任意のタイミングで閲覧できる。
In the example shown in FIG. 6, the
このような通信ネットワーク200において、ショベル支援システム50を構成する人検知部31、画像生成部32、三次元データ生成部33、及び作業量算出部34等の機能要素は、コントローラ30以外の装置の処理回路によって実現されてもよい。
In such a
例えば、三次元データ生成部33は、サーバ22に搭載されている処理回路によって実現されてもよく、通信端末23に搭載されている処理回路によって実現されてもよい。人検知部31、画像生成部32、及び作業量算出部34についても同様である。
For example, the three-dimensional
具体的には、サーバ22に搭載されている処理回路によって実現される三次元データ生成部33は、通信ネットワーク200を通じ、ショベル100に搭載されたカメラ20が取得した画像を受信してもよい。そして、三次元データ生成部33は、受信した多数の画像に基づいてショベル100の周囲の地物の三次元データを生成してもよい。通信端末23は、三次元データ生成部33によって生成され且つサーバ22に保存されている三次元データを参照し、通信端末23に付属している表示装置に、その三次元データに基づく三次元モデルを表示させてもよい。
Specifically, the three-dimensional
上述のように、本発明の実施形態に係るショベル支援システム50は、下部走行体1と、下部走行体1に旋回可能に搭載される上部旋回体3と、上部旋回体3に搭載されたカメラ20とを備えるショベル100による作業を支援するように構成されている。そして、ショベル支援システム50は、ショベル100の稼動中にカメラ20が取得した複数の画像に基づいてショベル100の周囲の地物の三次元データを生成するように構成されている。
As described above, the
この構成により、ショベル支援システム50は、ステレオカメラ又はLIDAR等の追加の機器を必要とすることなく、ショベル100の周囲の地物の三次元データを生成することができる。例えば、ショベル支援システム50は、カメラ20が取得し且つドライブレコーダD3に記録された画像を用いてショベル100の周囲の地物の三次元データを生成することができるため、ショベル100の周囲の地物の測量を低コストで実現できる。
With this configuration, the
カメラ20が取得する画像は、望ましくは、ショベル100の周囲の地形が変化する前に取得された一又は複数の第1画像と、ショベル100の周囲の地形が変化した後に取得された一又は複数の第2画像と、を含む。この場合、ショベル支援システム50は、コントローラ30による一又は複数の第1画像に基づいて生成される三次元データと一又は複数の第2画像に基づいて生成される三次元データとの比較を可能にする。コントローラ30は、この比較により、例えば、地形が変化した部分の体積を導き出すことができる。
The images acquired by the
カメラ20は、図示例では、ショベル100の周囲を監視するために用いられるカメラである。具体的には、カメラ20が取得した画像は、ショベル100の周囲に存在する物体(人)を検知するために利用されている。この構成では、ショベル支援システム50は、既存のカメラ20とは異なる別の追加のカメラを利用する必要がないため、ショベル100の周囲の地物の測量を低コストで実現できる。但し、カメラ20は、ショベル100の周囲の地物の三次元データを生成するために利用される専用のカメラであってもよい。
In the illustrated example, the
三次元データは、望ましくは、ショベル100の周囲の地形が変化する前に生成された第1三次元データと、ショベル100の周囲の地形が変化した後に生成された第2三次元データとを含む。この場合、コントローラ30は、第1三次元データと第2三次元データとに基づいてショベル100による作業量を算出するように構成されていてもよい。また、コントローラ30は、算出した作業量に基づき、完了した作業の出来高を算出するように構成されていてもよい。そして、コントローラ30は、算出した作業量又は出来高を表示装置D1の画面に表示させてもよい。ショベル100の操作者は、表示された情報を見ることにより、完了した作業に関する日毎の作業量又は出来高等を確認することができる。
The three-dimensional data preferably includes first three-dimensional data generated before the topography around the
コントローラ30は、ショベル100に搭載された測位装置D5(後掲の図6参照)の出力に基づいてカメラ20が画像を取得したときのカメラ20の視点の位置座標を導き出し、その視点の位置座標に基づいて三次元データの各点の位置座標を導き出すように構成されていてもよい。
The
この構成により、ショベル支援システム50は、ショベル100とショベル100の周囲の地物との間の位置関係をより正確に把握することができる。そのため、ショベル支援システム50は、例えば、ショベル100とショベル100の周囲の地物との間の距離を利用した様々な機能を実行でき、ショベル100による作業をより効果的に支援することができる。
With this configuration, the
カメラ20が取得した複数の画像は、ドライブレコーダD3に保存されていてもよい。この構成により、ショベル支援システム50は、ドライブレコーダD3に保存された多数の画像を利用してショベル100の周囲の地物の三次元データを生成することができる。
The plurality of images acquired by the
また、カメラ20が取得した複数の画像は、図6に示す通信装置D4による無線通信を介してショベル100からショベル100の外部にあるサーバ22等に向けて送信されてもよい。或いは、カメラ20が取得した複数の画像は、有線通信を介してサーバ22等に向けて送信されてもよい。具体的には、カメラ20が取得した複数の画像は、USBメモリ、メモリカード、又はフラッシュメモリ(登録商標)等の挿抜可能な記録媒体(携帯型の不揮発性メモリ)に記録されてもよい。この場合、ショベル100の操作者は、ドライブレコーダD3に挿し込まれているフラッシュメモリを抜き取り、事務所等に設置されたフラッシュメモリリーダ等の装置にそのフラッシュメモリを挿し込むことにより、カメラ20が取得した画像をサーバ22等に送信できる。
Further, the plurality of images acquired by the
この構成により、ショベル支援システム50は、ショベル100の外部において、カメラ20が取得した画像に基づいてショベル100の周囲の地物の三次元データを生成することができる。
With this configuration, the
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above in detail. However, the invention is not limited to the embodiments described above. Various modifications or substitutions may be made to the embodiments described above without departing from the scope of the present invention. Further, features described separately can be combined as long as no technical contradiction occurs.
例えば、ショベル100は、図6に示すように、上部旋回体3の位置を計測するように構成された測位装置D5を搭載していてもよい。例えば、測位装置D5は、GNSSコンパスであってもよい。また、測位装置D5は、上部旋回体3の位置及び向きを検出し、検出値をコントローラ30に対して出力するように構成されていてもよい。コントローラ30は、測位装置D5の出力に基づき、後カメラ20B、前カメラ20F、左カメラ20L、及び右カメラ20Rのそれぞれの位置を算出できるように構成されていてもよい。この場合、コントローラ30は、旋回角度センサ等の出力を利用してもよい。
For example, the
測位装置D5がショベル100に搭載されている場合、ショベル支援システム50は、測位装置D5の出力に基づき、カメラ20が画像を取得したときのカメラ20の視点の位置座標を導き出し、その視点の位置座標に基づいて三次元データの各点の位置座標を導き出すように構成されていてもよい。
When the positioning device D5 is mounted on the
また、測位装置D5がショベル100に搭載されている場合には、三次元データ生成部33は、測位装置D5の出力に基づき、ドライブレコーダD3に記録された多数の画像のうち、三次元データの生成に利用する画像を選び出すように構成されていてもよい。例えば、三次元データ生成部33は、三次元データの生成に利用する一つの画像が取得されたときのカメラ20の位置と、三次元データの生成に利用する別の一つの画像が取得されたときのカメラ20の位置との間の距離が所定距離以上となるように、三次元データの生成に利用する画像を選び出すように構成されていてもよい。すなわち、三次元データ生成部33は、三次元データの生成のために選び出された画像を取得したときのカメラ20の位置から所定距離以上離れる前にカメラ20が取得した別の画像を、三次元データの生成に利用する画像として選び出さないように構成されていてもよい。この場合、ドライブレコーダD3に記憶される多数の画像のそれぞれは、各画像が取得されたときのカメラ20の位置に関する情報を含んでいてもよい。
Further, when the positioning device D5 is mounted on the
また、上述の実施形態では、ショベル支援システム50は、一台のショベル100に搭載されたカメラ20が取得する画像に基づいてショベル100の周囲の地物の三次元データを生成するように構成されている。しかしながら、ショベル支援システム50は、別のショベルに搭載された別のカメラが取得する画像に基づいてショベル100の周囲の地物の三次元データを生成するように構成されていてもよい。この場合、ショベル支援システム50は、ショベル100に搭載されたカメラ20が取得する画像と、別のショベルに搭載された別のカメラが取得する画像とを利用してショベル100の周囲の地物の三次元データを生成してもよく、別のショベルに搭載された別のカメラが取得する画像のみを利用してショベル100の周囲の地物の三次元データを生成してもよい。また、別のショベルに搭載された別のカメラは、ダンプトラック、ブルドーザ、又はロードローラ等の他の機械に搭載されたカメラであってもよい。
Furthermore, in the embodiment described above, the
1・・・下部走行体 2・・・旋回機構 3・・・上部旋回体 4・・・ブーム 5・・・アーム 6・・・バケット 7・・・ブームシリンダ 8・・・アームシリンダ 9・・・バケットシリンダ 10・・・キャビン 20・・・カメラ 20B・・・後カメラ 20F・・・前カメラ 20L・・・左カメラ 20R・・・右カメラ 21・・・基地局 22・・・サーバ 23・・・通信端末 23a・・・携帯通信端末 23b・・・固定通信端末 30・・・コントローラ 31・・・人検知部 32・・・画像生成部 33・・・三次元データ生成部 34・・・作業量算出部 50・・・ショベル支援システム 100・・・ショベル 200・・・通信ネットワーク D1・・・表示装置 D2・・・室内警報器 D3・・・ドライブレコーダ D4・・・通信装置 D5・・・測位装置
1...Lower traveling
Claims (11)
前記ショベルの稼動中に前記カメラが取得した複数の画像に基づいて前記ショベルの周囲の地物の三次元データを生成する、
ショベル支援システム。 An excavator support system for supporting work by an excavator, comprising a lower traveling body, an upper rotating body rotatably mounted on the lower traveling body, and a camera mounted on the upper rotating body,
generating three-dimensional data of features around the excavator based on a plurality of images acquired by the camera during operation of the excavator;
Excavator support system.
請求項1に記載のショベル支援システム。 The images include a plurality of first images acquired before the topography around the shovel changes, and a plurality of second images acquired after the topography around the shovel changes.
The excavator support system according to claim 1.
請求項1又は2に記載のショベル支援システム。 The camera is a monocular camera used to monitor the surroundings of the excavator,
The excavator support system according to claim 1 or 2.
請求項3に記載のショベル支援システム。 The three-dimensional data includes first three-dimensional data generated before the topography around the shovel changes, and second three-dimensional data generated after the topography around the shovel changes.
The excavator support system according to claim 3.
請求項4に記載のショベル支援システム。 calculating the amount of work performed by the shovel based on the first three-dimensional data and the second three-dimensional data;
The excavator support system according to claim 4.
請求項1乃至5の何れかに記載のショベル支援システム。 Deriving the positional coordinates of the viewpoint of the camera when the camera acquired the image based on the output of the positioning device mounted on the excavator, and determining the position of each point of the three-dimensional data based on the positional coordinates of the viewpoint. derive the coordinates,
A shovel support system according to any one of claims 1 to 5.
請求項1乃至6の何れかに記載のショベル支援システム。 The plurality of images are stored in a drive recorder,
A shovel support system according to any one of claims 1 to 6.
請求項1乃至7の何れかに記載のショベル支援システム。 The plurality of images are transmitted from the excavator to a server external to the excavator via wireless communication or wired communication.
An excavator support system according to any one of claims 1 to 7.
請求項1乃至7の何れかに記載のショベル支援システム。 the plurality of images are stored in a portable non-volatile memory;
An excavator support system according to any one of claims 1 to 7.
請求項1乃至9の何れかに記載のショベル支援システム。 The three-dimensional data is generated by a processing circuit external to the excavator.
A shovel support system according to any one of claims 1 to 9.
前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に搭載されたカメラと、
ショベルの稼動中に前記カメラが取得した複数の画像に基づいてショベルの周囲の地物の三次元データを生成する制御装置と、を備える、
ショベル。 a lower running body;
an upper rotating body rotatably mounted on the lower traveling body;
a camera mounted on the upper rotating body;
a control device that generates three-dimensional data of features around the excavator based on a plurality of images acquired by the camera during operation of the excavator;
shovel.
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