JP2523005B2 - 建設作業の管制システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は建設現場の任意点を座標点とした３次元座標
について、現場で稼働する建設機械や設備の３次元位置
を検出して建設機械の運行を制御する建設作業の管制シ
ステムに関する。

（従来の技術） 建設業においては、対象となる大型の土木現場は作業
環境が極めて悪いため危険度の高い処が多いが、作業内
容としては単純で繰り返し作業の度合が高い。しかし建
設業に限らず一般に熟練のオペレータの不足や労働人口
の高齢化により生産性が低いなどの多くの問題を有して
おり、建設機械においても運転管理や無人運転の要望が
強い。

こうした状況に対処するために種々の工夫がなされて
おり、これまでにも、例えば特開昭59-106634号公報
「建設機械の運行制御システム」や特開昭61-243586号
「運搬車両の作業状況モニタ装置」等の技術が公開され
ている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら前者は施工現場の立体画像情報を２台の
テレビカメラ等により自動的にとらえ、これを信号機器
を介して演算処理手段のデイスプレイ装置に映し出し、
建設機械の位置を３次元的に表示し、かつ建設機械を制
御室で的確にリモートコントロールするとしてあるが、
建設機械の位置検出や運行制御方式が明示されておらず
具体性がない。

後者は運搬車両において積み込み待ち時間、積み下ろ
し待ち時間を中央環視所でモニタすることができる作業
状況モニタ装置であり、運搬車両に限定されていて拡張
性に乏しいと云う問題がある。

本発明はこれに鑑み複数の建設機械が稼働し現場の地
形が経時変化する建設作業において、高精度で、高効率
に建設機械の運行を制御することのできる建設作業の管
制システムを提供して従来技術の持つ欠点の解消を図る
ことを目的としてなされたものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明は建設現場の任意点を
座標原点とする３次元座標系で稼働する建設機械や設備
の３次元位置を検出して建設機械の通行を制御するシス
テムにおいて、前記３次元位置検出データ等から作業現
場の現在の地形データを算出する地形情報演算手段と、
現在の地形データおよび目標の地形データ等を記録する
地図記憶手段と、対象とする現場の初期地形と目標とす
る地形を予め入力する外部入力手段と、目標の地形と現
在の地形の偏差に基づいて建設機械の運行の最適な制御
指令を算出する管制演算手段を備えたことを特徴とす
る。

（作用） 上記構成により、複数の建設機械が稼働し、現場の地
形が時々刻々変化している建設作業において、これに対
応して建設機械の運行を効率よく制御できる。

（実施例） 以下、本発明を第１図乃至第５図に示す実施例を参照
して説明する。

本発明にかかる建設作業の管制システムは、まず建設
機械の運行管理に適する中央監視方式のシステムを第１
図にブロック図で示すように、全体を地上側と建設機械
側に区分すると、地上側は外部入力手段１、地図記憶手
段２、管制演算手段３および地形情報演算手段４から構
成される。

なお、図中５は各建設機械の３次元位置検出手段であ
る。

この場合建設機械側は地上の管制情報を受信して機械
を手動または自動で制御する手段があればよい。

そして現場の土地造成工事を想定し、対象とする現場
の初期地形および目標とする地形が第２図（ａ），
（ｂ）のように与えられると、前者は事前測量による現
場をメッシュに区分した各メッシュ毎のデータとしてデ
ータベースが与えられ、後者は造成工事の計画設計に基
づく同様のデータベースを与える。これらの地形データ
を外部入力手段１により初期データとして地図記憶手段
２に記憶する。管制演算手段３では、上記の目標の地形
と現在の地形の初期データに基づき、まず工事全体の土
量計算を行い土量配分を考慮して第３図のように地形を
正方形の各ブロックに区分し、ブロック毎に順に番号を
付して切土箇所から盛土箇所へ盛土量を矢印方向へ運搬
するようにする運土計画を立案する。これに基づき各建
設機械の工程計画に展開して、作業の進捗に応じて各建
設機械について最適な運行を図る制御指令を算出する。

これは例えば第４図に示すように、現場を３次元座標
系上で立体的に管理し、常に各種建設機械A,B,Cの現在
位置近傍における目標地形と現在地形との比較を行い、
その偏差に応じた切土や盛土を得るための機械の指令を
算出する。

各建設機械では管制演算手段３から制御指令を受けて
自分の３次元位置を検出手段５により検出しながら運行
を制御すると同時に、これを地形情報演算手段４に伝達
する。なお、３次元位置の検出は例えば、出願人が先に
出願した特開昭62-273409号、車両位置及び姿勢角の計
測装置その他の公知技術による。

地形情報演算手段４により建設作業後の地形データを
算出して、最新の現在地形のデータとして地図記憶手段
２の内容を更新する。このようにして建設作業の仕上り
状況を逐次フィードバックしながら施工の効率化を図る
ことができる。また、工事の出来形も地図記憶手段２に
現在地形のデータベースとして管理される。

つぎに、建設機械の無人運転に適する分散制御方式の
システムは第５図にブロック図で示すように、地上側と
建設機械側に区分して、地上側は外部入力手段６、地図
記憶手段７及び管制演算手段８から構成され、建設機械
側は地図情報演算手段９、地図記憶手段10および機械制
御手段11から構成されていて、基本的には運行制御プロ
グラムにより自律的に制御するものである。

そして整地敷均し作業や締め固め作業を想定し、建設
機械の運行を無人化することを考えると、上述の建設機
械の運転管理と同様に、対象とする現場の初期地形およ
び目標とする地形はデータベースとして与えられるもの
として、予めこれらを地図記憶手段10に記憶する。

そして管制演算手段８では前記の実施例と同様に現場
の初期地形と目標の地形の偏差から建設機械の運行シー
ケンスを決定して、自動的に系列的な命令データに変換
しこれを運行制御プログラムとして地図記憶手段10に記
憶する。

運行制御プログラムは、基本的には走行コースの指令
とそのコース上の各点における作業の指令から構成され
る。なお、運行制御プログラムは管理者が地図情報から
判断して手動で外部入力手段６により入力したものでも
よい。

また、建設機械ではリアルタイムに自分の３次元位置
を検出手段12により検出してこれを地形情報演算手段
９、および管制演算手段８に伝送する。そして地形情報
演算手段９では建設作業後の地形データを算出して、最
新の現在地形のデータとして地図記憶手段10の内容を更
新する。管制演算手段８では建設機械の３次元位置と最
新の地形情報から運行制御プログラムに基づいて走行の
誘導と作業の制御からなる建設機械の制御指令を算出し
て建設機械に伝送し機械の運行を遠隔操作する。以上は
中央監視方式であるが、つぎの分散方式でもよい。

すなわち施工開始時、地図記憶手段10の初期内容であ
る目標および現在の地形情報と運行制御プログラムを建
設機械上の地図記憶手段10にロードする。そして施工注
は建設機械の３次元位置検出、建設作業後の地形データ
の算出、地図データの更新、建設機械の制御指令の演
算、機械の制御をすべて建設機械上で処理し、これらの
データは地上の管制演算手段８に定期的に伝送する。

地上の管制演算手段８ではこれを無人運転の監視モニ
タ用データとして利用し、基本的には始動時と非常時の
み建設機械に命令を与えるようにする。

なお、以上の２つの実施例は前者が運転管理、後者が
無人運転の場合を示したが、前者を無人運転に、後者を
運転管理に適用しても差し支えない。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように複数の建設機械が稼働し
現場の地形が経時変化する建設作業において、高精度で
高効率に建設機械の運行を制御することができるので、
特に危険度の高い作業とか単純で繰り返し性の高い作業
の無人化や、通常の建設作業の効率化のための運転管理
が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる建設作業の管制システムの１実
施例を示す中央管理方式のブロック図、第２図は本発明
を適用する現場の地形を示し、（ａ）は初期地形（原地
形）図、（ｂ）は目標地形（計画地形）図、第３図は土
工作業の土工配分および運土計画図、第４図は現場の３
次元座標系での立体的管理図、第５図は本発明にかかる
建設作業の管理システムの他の実施例を示す分散制御方
式のブロック図である。 １……外部入力手段、２……地図記憶手段、３……管理
演算手段、４……地形情報演算手段、５……位置検出手
段、６……外部入力手段、７……地図記憶手段、８……
管理演算手段、９……地形情報演算手段、10……地図記
憶手段、11……機械制御手段、12……位置検出手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】座標原点を所定位置に定めて３次元座標系
   で稼働する建設機械等の３次元位置を検出して建設機械
   の運行を制御するシステムにおいて、初期地形と目標と
   する地形、および、目標地形に対して初期地形を切土ブ
   ロックおよび盛土ブロックに区分して地図記憶手段に外
   部入力手段により入力し、前記３次元位置検出データか
   ら作業現場の現在の地形データを地形情報演算手段で算
   出し、現在の地形データを地図記憶手段に入力し、現在
   の地形データと目標の地形データを地図記憶手段に記録
   するとともに、目標の地形と現在の地形の偏差に基づい
   て切土ブロックから盛土ブロックへ土を運搬する計画を
   立案し、この計画に基づいて建設機械の運行を算出する
   管制演算手段を備えたことを特徴とする建設作業の管制
   システム。