JP4024201B2 - 移動式作業機械の作業管理装置 - Google Patents

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Description

本発明は移動式作業機械の作業管理装置に係わり、特にGPSを用いて三次元位置を計算し、その三次元位置を用いて作業位置の演算を行い、その作業位置に基づいて作業情報を表示装置に表示し作業の管理を行う移動式作業機械の作業管理装置に関する。
演算した作業位置に基づいて作業情報を表示し作業の管理を行う移動式作業機械の作業管理装置として、特開平10−311022号公報に記載のGPS利用の締固め管理システムがある。これは、2台のGPSアンテナを転圧ローラ車に搭載し、GPS計測により転圧ローラ車の位置と姿勢を演算し、地盤転圧域のメッシュ画像の各区画毎にローラ車の区画通過の検出をもって当該区画転圧の検出とし、転圧回数を更新して記憶するとともに、地盤を区画別の転圧回数表示付きメッシュ画像としてディスプレイ上に表示するものである。
また、GPS計測を用いた場合のGPS情報の欠損を考慮した技術として、「月刊建設」02−03号、第32〜34頁、「特集 情報化時代における社会資本整備〜IT革命と公共事業〜;大規模高盛土の合理化施工法 IT土工システム「DREAM」;〜第二東名高速道路 伊佐布インターチェンジ〜」に記載のものがある。これは、3軸光ファイバージャイロ(方位角測定)と車速センサー(距離測定)を組み合わせたジャイロシステム機能をGPSシステムと連動させ、GPS情報の欠損の影響を受けないGPSGシステムを提供するものである。
特開平10−311022号公報
「月刊建設」02−03号、第32〜34頁、「特集 情報化時代における社会資本整備〜IT革命と公共事業〜;大規模高盛土の合理化施工法 IT土工システム「DREAM」;〜第二東名高速道路 伊佐布インターチェンジ〜」
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
特開平10−311022号公報に記載の管理システムによれば、GPS計測を用いメッシュ状に施工情報(区画別転圧回数)を記憶し表示するため、施工情報が明示的に確認できるようになり、施工作業の管理が容易となる。しかし、GPS計測では、GPS衛星の補足数、補足したGPS衛星の配置、電離層やマルチパスの影響、更にGPS基準局からの補正データの途切れ等により、計測精度の悪化が生じる。特開平10−311022号公報に記載の管理システムでは、そのようなGPS計測精度の悪化が生じた場合、正確な施工データが得られず、明示的なデータ(例えば、どのメッシュ区画の転圧作業が完了しているか等)を記憶、表示することができなくなる。
「月刊建設」02−03号、第32〜34頁、「特集 情報化時代における社会資本整備〜IT革命と公共事業〜;大規模高盛土の合理化施工法 IT土工システム「DREAM」;〜第二東名高速道路 伊佐布インターチェンジ〜」に記載のGPSGシステムでは、ジャイロシステム機能をGPSシステムと連動させることで、GPS計測精度の悪化時はジャイロシステムにより補正を行い、位置計測を可能としている。これによりGPS計測精度悪化時であっても、明示的なデータ(例えば、何処に何があって又はあった、何処が処理完了しているか等)を残すことが可能となる。しかし、この従来技術では、GPS計測精度悪化時にジャイロシステムによる補正演算により位置計測を可能とするにとどまり、通常計測時の位置情報とGPS計測精度悪化時の補正演算による位置情報とを区別して表示していない。ジャイロシステムによる補正情報(補正した位置情報)は通常計測時の位置情報と比較し若干の誤差を生じるため、オペレータが両者を区別できないと施工情報を厳密に管理することができない。また、作業の進捗状況を正確に把握することもできない。更に、正確な位置が分からず、作業中にオペレータの混乱を招く恐れもある。
本発明の目的は、GPS計測精度悪化時であっても位置計測を行うことができ、かつ円滑で正確な作業や管理を行うことができる移動式作業機械の作業管理装置を提供することである。
(1)上記目的を達成するために、本発明は、移動式作業機械の作業管理装置において、移動式作業機械の三次元位置を計測するGPS計測手段と、このGPS計測手段の計測値を用いて移動式作業機械の作業位置を計算する第1作業位置演算手段と、このGPS計測手段の計測精度が悪化したときに前記GPS計測手段の計測値を補正し、この補正値により移動式作業機械の作業位置を計算する第2作業位置演算手段と、作業領域をメッシュ状に分割し、メッシュ毎に前記第1及び第2作業位置演算手段で計算された作業位置に基づいて作業情報を記憶する作業情報記憶手段と、この作業情報記憶手段に記憶したメッシュ毎の作業情報に基づいて作業領域の状態を表示する表示手段と、前記作業位置が前記第1及び第2作業位置演算手段のいずれにより演算されたものかに応じて前記表示手段に作業領域の状態を区別して表示する表示制御手段とを備えるものとする。
このように表示手段に作業領域の状態を表示することにより、オペレータは作業情報を明示的に確認しながら作業を行うことができ、作業効率が向上する。
また、GPS計測精度悪化時は第2作業位置演算手段で演算された作業位置に基づいて作業領域の状態を表示するとともに、GPS通常計測時とGPS計測精度悪化時とで作業領域の状態を区別して表示するため、オペレータは計測位置の誤差を認識して円滑で正確な作業を行うことができる。
また、作業完了後においても、作業情報記憶手段に記憶した作業情報を再表示することができるため、再施工を要する作業領域等の検討や管理が行え、円滑で正確な管理を行うことができる。
(2)上記(1)において、好ましくは、前記作業情報記憶手段は、前記作業位置が前記第1及び第2作業位置演算手段のいずれにより演算されたものかに応じてメッシュ毎の作業情報を区別して記憶し、前記表示制御手段は、前記作業情報記憶手段に区別して記憶されたメッシュ毎の作業情報に応じて作業領域の状態を区別して表示する。
これにより簡単に作業位置が第1作業位置演算手段の演算によるものか第2作業位置演算手段の演算によるものかに応じて作業領域の状態を区別して表示することができる。
(3)また、上記(1)において、好ましくは、前記表示手段は、前記移動式作業機械の位置と前記作業位置とを前記メッシュ毎の作業情報に重ね合わせて表示する。
これによりオペレータは移動式作業機械の位置と作業情報を明示的に確認しながら作業を行うことができ、更に作業効率が向上する。
(4)また、上記(1)において、好ましくは、前記移動式作業機械は地雷処理機であり、前記作業位置は前記地雷処理機に備えられた爆発物探査装置及び処理装置の何れか一方の位置である。
これにより地雷処理機による作業において、GPS計測精度悪化時であっても位置計測を行うことができ、かつ円滑で正確な作業や管理を行うことができる。また、安全に作業を行うことができる。
本発明によれば、GPS計測精度悪化時であっても位置計測を行うことができ、かつ円滑で正確な作業や管理を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係わる作業管理装置を搭載した地雷処理機(移動式作業機械)の外観を示す図である。
図1において、1は油圧建設機械として良く知られているクローラ式の油圧ショベルをべースマシンとした地雷処理機であり、地雷処理機1は旋回体2、運転室3、走行体4、フロント作業機80を有している。旋回体2は走行体4上に回転可能に装架され、旋回体2の前部左側に運転室3が位置している。走行体4はクローラ式であるが、車輪を有するホイールタイプであってもよい。運転室3の窓ガラスのうち、フロントガラス及びフロアガラスには特殊防弾ガラス10が装着されている。また、運転室3の前面には鋼製綱体によるガード11が設けられている。更に、図示は省略するが、旋回体2及び走行体4の下部には、鉄製のアンダーカバーを設けて機械内部のガードを行っている。
フロント作業機80はブーム5とアーム6を有し、ブーム5は旋回体2の前部中央に上下方向に回転可能に取り付けられ、アーム6はブーム5の先端に前後方向に回転可能に取り付けられ、それぞれブームシリンダ7及びアームシリンダ8によって回転駆動される。
アーム6の先端にはアタッチメント着脱装置9が設けられ、この着脱装置9により図1に示すロータリカッタ装置81とスケルトンバケット(図示せず)等の他のアタッチメントのいずれかが着脱可能に取り付けられる。ロータリカッタ装置81はアーム6に対し前後方向に回転可能であり、アタッチメントシリンダ82によって回転駆動される。
ロータリカッタ装置81はロータリカッタ14と、レーキ16と、フラップ式の飛散防止ブレード17とを有している。ロータリカッタ14は回転ドラム12の周面に適宜間隔でカッタビット13を植設して構成され、レーキ16はロータリカッタ14の横側に突設され、ブレード17はロータリカッタ14の背面側に設けられている。
アーム7の側部にはレーダ式の爆発物探査センサ18が取り付けられている。このセンサ18はテレスコ式の伸縮アーム19によりアーム7の側部に沿って移動可能であり、また、探査センサ用シリンダ20により伸縮アーム19に対して回転可能である。
地雷処理機1には、可動部センサとして、旋回体2とブーム5との回転角度(ブーム角度)を検出する角度センサ21(図2参照)、ブーム5とアーム6との回転角度(アーム角度)を検出する角度センサ22、アーム6とロータリカッタ14との回転角度(ロータリカッタ角度)を検出する角度センサ23、伸縮アーム19のストローク(伸縮アームストローク)を検出するストロークセンサ24(図3参照)、伸縮アーム19と爆発物探査センサ18との回転角度(爆発物探査センサ角度)を検出する角度センサ25が設けられている。
また、地雷処理機1には、GPS衛星からの信号を受信する2個のGPSアンテナ27,28、基準局からの補正データ(後述)を受信する無線アンテナ29、計測データを送信する無線アンテナ30が設けられている。2個のGPSアンテナ27,28は旋回体2の後部左右に所定間隔で設置されている。
更に、地雷処理機1には、旋回体2の前後方向の傾斜角度(ピッチ角度)と左右方向の傾斜角(ロール角度)を検出する傾斜センサ26(図2参照)と、旋回体2のヨウ角度を検出するジャイロ54(図2参照)とが設けられている。
図2は、本実施の形態に係わる作業管理装置のシステム構成を示す図である。
図2において、作業管理装置は地雷処理機1に搭載される車載装置400と、GPS基準局100とで構成されている。
車載装置400は、上述した可動部センサ21〜25、傾斜センサ26及びジャイロ54と、基準局100からの補正データ(後述)をアンテナ29を介して受信する無線機31と、無線機31で受信した補正データを分配する分配機32と、分配機32で分配された補正データとGPSアンテナ27及び28により受信されるGPS衛星からの信号とに基づいてGPSアンテナ27及び28の3次元位置をリアルタイムに計測するGPS受信機33及び34と、爆発物探査センサ18の動作をON/OFFする動作スイッチ35と、ロータリカッタ14の動作をON/OFFする動作スイッチ36と、探査の結果対人地雷が検出されたことを入力するトリガスイッチ37と、探査の結果対戦車地雷が検出されたことを入力するトリガスイッチ38と、探査の結果不発弾が検出されたことを入力するトリガスイッチ39と、対戦車地雷や不発弾の撤去が完了したことを入力するトリガスイッチ41と、作業結果を格納する作業結果DB58と、ICカードが接続可能な入出力インターフェース55と、入力されたデータに基づいて地雷処理機1の位置及び姿勢、爆発物探査センサ18の位置、ロータリカッタ14の位置の演算や、作業領域の状態及び地雷処理機1の状態の演算を行う演算処理部56と、位置及び状態の演算結果を表示する表示部84と、計測データをアンテナ30を介して送信する無線機43を備えている。
演算処理部56、入出力インターフェース55、作業結果DB58、表示部84は、例えばノートPCやボックスコンピュータ、パネルコンピュータなどであってもよい。
また、車載装置400は、上記の爆発物探査センサ18と、その探査結果として地下埋設物の形状や材質及び種別等を表示する爆発物探査用モニタ44とを備えている。
GPS基準局100は、予め計測された3次元位置データとGPSアンテナ102により受信されるGPS衛星からの信号とに基づき、上述した地雷処理機1に搭載されているGPS受信機33及び34でRTK(リアルタイムキネマティック)計測を行うための補正データを生成するGPS基準局受信機101と、GPS基準局受信機101で生成された補正データをアンテナ104を介して送信するための無線機103とを備えている。
図3に、表示部84に表示される画面の一例を示す。
図3において、表示部84には例えば詳細表示画面402が表示される。詳細表示画面402は作業モード選択ボタン領域403、アタッチメント動作表示領域404、作業状態表示領域405、メッシュ状態表示領域406を有している。作業モード選択ボタン表示領域403には、目視モード、伐採モード、探査モード、撤去モード、処理モードの各ボタンが表示され、マウスやキーボード又はタッチパネル等により所望のモードを選択可能になっている。現在選択されている作業モードは反転表示される。探査センサ及びアタッチメント動作表示領域404には、各動作スイッチ61及び62による爆発物探査センサ18及びロータリカッタ14の動作状況が示され、動作中の部材名は反転表示される。作業状態表示領域405には、日時、車体やアタッチメントの位置、車載GPSの計測状態、爆発物の探査及び処理状況等が表示される。
メッシュ状態表示領域406には、作業ブロックがメッシュの状態とともに表示される。その表示方法は、各メッシュの状態に応じて各メッシュが色分け、模様分け又は記号分け等によって区別されて表示されている。図3では明細書というモノクロ表示でも分かりやすいように模様分けの例で示しており、作業不要領域を黒の塗りつぶし、作業初期状態を白の塗りつぶし、伐採済み領域を黒丸、探査済み領域を二重丸、処理済み領域を丸、対人地雷存在領域を三角、対戦車地雷存在領域を四角、不発弾存在領域をバツで示してある。
更に、メッシュ状態表示領域406の画面に重ねて地雷処理機1のワイヤーフレーム画像407が表示される。ワイヤーフレーム画像407は、大きな四角407aが車体(旋回体2、運転室3、走行体4)を表す画像、小さな四角407bがアタッチメント(ロータリカッタ装置81又はスケルトンバケット15)若しくは爆発物探査センサ18を表す画像、大きな四角407aから小さな四角407bへ伸びる線407cがブーム5とアーム6若しくは、ブーム5と伸縮アーム19を表す画像である。小さな四角407bの画像は、探査モード以外の動作モードではアタッチメント(ロータリカッタ装置81又はスケルトンバケット)を表し、探査モードでは爆発物探査センサ18を表す。
詳細表示画面402ではマウスなどの操作により、表示領域の拡大縮小、平行移動及び回転が可能である。
上述したように車載装置400はGPSアンテナ27,28の3次元位置をリアルタイムに計測しており、その計測値に基づいて地雷処理機の位置及び姿勢が演算されるとともに、その計測値と可動部センサ21〜26の検出値に基づいてロータリカッタ14や爆発物探査センサ18の位置(作業位置)が演算される。ワイヤーフレーム画像407の大きな四角407aの表示位置と方向は地雷処理機の位置及び姿勢の演算値に基づいて表示される。メッシュの状態やワイヤーフレーム画像407の線407c及び小さな四角407bは作業位置の演算値に基づいて表示される。
本実施の形態では、GPS計測精度の悪化時は傾斜センサ26とジャイロ54の計測値を用いて補正演算処理を行い、その補正演算処理により地雷処理機の位置及び姿勢やロータリカッタ14、爆発物探査センサ18の位置(作業位置)を演算する(後述)。詳細表示画面402では、メッシュの状態がGPS通常計測時の通常演算処理時の位置情報によるものか、GPS計測精度悪化時の補正演算処理時の位置情報によるものかをオペレータが認識できるようにするため、両者を区別して表示する。図示の例では、符号A,B,C,Dに示すようにGPS計測精度悪化時の補正演算処理時の位置情報に基づくメッシュの状態には横縞模様を付している。
ここで、メッシュとは作業領域の最小構成単位であり、作業領域の管理はメッシュを構成単位とするブロック、ブロックを構成単位とするエリア、エリアを構成単位とするグループによって行われる。管理事務所側のサーバPC(図示せず)では全ての範囲が管理可能であるが、車載装置400ではブロック単位でデータを管理する。
1メッシュは例えば1辺が50cmの正方形の平面であり、1ブロックはメッシュを100個×100個集めた1辺が50mの正方形の平面であり、1エリアはブロックを10個×10個集めた1辺が500mの正方形の平面であり、1グループはエリアを最大100個集めたものである。基本的に1箇所の基準局でカバーできる範囲を1エリアとする。このエリア内で作業の要・不要ブロックを選択し、更に要作業ブロックから当日の作業ブロックを選択して車載装置400に作業指令を出す。東西南北に同数のエリアを隙間無く設定した場合は、1グループでは5km×5kmの範囲をカバーできる。より広範囲若しくは離れた地域を作業する場合は、別グループとして設定する。
図3のメッシュ状態表示領域406におけるメッシュとは、作業領域の最小構成単位としてのメッシュに対応したものであり、メッシュ状態表示領域406には1ブロック分の作業領域が表示される。1ブロックはメッシュを100個×100個集めたものであるため、図3のメッシュ状態表示領域にもこれに対応して100×100のメッシュ配列が示される。図3では図示の都合上メッシュ配列の行数と列数を減らして示している。
図4は、作業開始時にICカードにより車載装置400の入出力インターフェース55を介して作業結果DB58に記憶(コピー)される対象ブロック(作業領域)の作業データを示し、図5はGPS通常計測時の通常演算処理時のメッシュのステータス1の状態を示し、図6はGPS計測精度悪化時の補正演算処理時のメッシュのステータス1の状態を示す。図7は爆発物のステータスの種類及び状態を示す。作業データは例えば、「20020924_PO.CSV」等のCSVファイルとしてICカードに保存され、車載装置400の作業結果DB58ヘコピーされる。
図4において、1,4,7,10,13,16,20,130及び240行目はコメント行である。2及び5行目はグループNo.とエリアNo.をそれぞれ表している。8行目はブロックNo.であり、画面上で上を北、右を東とし、左下を(1,1)とした場合の配列No.を示す。14及び17行目はブロック及びメッシュの寸法を示す。
21から120行目はメッシュのステータス1を示しており、1ブロックのメッシュ配列(100個×100個)に対応して100行×100列のデータ配列となっている。ステータス2の各数字は図5及び図6のNo.に相当する。つまり、ここで各メッシュがどのような状態になっているかが分かる。各数字はそれぞれ、0が作業不要領域、1が作業初期状態、2及び20が伐採済み領域、3及び30が探査済み領域、4及び40が対人地雷存在領域、5及び50が対戦車地雷存在領域、6及び60が不発弾存在領域、7及び70が処理済み領域を示す。また、2〜7はGPS通常計測時の通常演算処理時の位置情報に基づくメッシュ状態であり、20〜70はGPS計測精度悪化時の補正演算処理時の位置情報に基づくメッシュ状態である。
また、131から230行目はメッシュのステータス2を示しており、これも1ブロックのメッシュ配列(100個×100個)に対応して100行×100列のデータ配列となっている。ステータス2の各数字は爆発物の種類毎のNo.である。爆発物の種類毎のNo.とは爆発物にその発見の順番で付される番号である。
241行目以降は爆発物のステータスを示しており、爆発物のステータスに示されている種類毎のNo.がメッシュのステータス2に示されている数字に相当する。ここで、爆発物のステータスには種類毎のNo.、種類、状態、検出日時、処理日時、位置x、位置y、位置zが示されている。爆発物の種類及び状態に付されている数字は図7のNo.に相当する。
図8は図4に示す作業開始時の作業データ「20020924_PO.CSV」を基にして作成され、車載装置400の作業結果DB58ヘ記憶された作業中の作業データを示す。この作業中の作業データは作業開始時の作業データと別データとして管理される。作業状況に応じてメッシュのステータス1及び2と爆発物のステータスを更新し、さらに作業開始日時と作業終了日時を含んだ作業データを記憶している。これは作業終了時に例えば、「20020924_WM.CSV」等のCSVファイルとしてICカード301に保存する。
図9は作業中に入力及び記憶される計測及び操作データを示す。この計測及び操作データは時系列データとして無線機43により管理事務所側のサーバPCへと送信される。
次に、図10及び図11を用いて車載装置400の演算処理部56における演算・表示処理について説明する。
1日の作業開始時にICカードを車載装置400の入出力インターフェース55に接続し、作業結果DB58に例えば図4に示すような対象ブロック(作業領域)の作業データをコピーする。次に、その読み込んだ作業データと、地雷処理機1の位置及び姿勢とロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の位置情報に基づいて詳細表示画面402を表示する。ここで、地雷処理機1の位置及び姿勢とロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の位置の演算は下記の作業中の演算と同様である。
作業中、車載装置400の演算処理部56は一定周期で計測、記憶、表示処理を行っている。図10及び図11はその計測、記憶、表示処理を示すフローチャートである。
図10において、まず、GPSアンテナ27,28の3次元位置(緯度、経度、高さ)であるGPSアンテナ27とGPS受信機33(以下GPS_Aという)及びGPSアンテナ28とGPS受信機34(以下GPS_Bという)、可動部センサ21〜25、傾斜センサ26、ジャイロ54等の計測データと、動作スイッチ35,36、トリガスイッチ37〜41等の操作データを入力し、図9に示すような計測及び操作データを作成する(ステップS100)。次に、GPS_A及びGPS_Bの計測精度が悪化したかどうかを判定する(ステップS1110)。GPSの計測精度にはFIX状態(±1〜2cmの精度)とFLOAT状態(±20〜30cmの精度)とDGPS状態(±10mの精度)とがある。ここでは、例えば計測精度がFIX状態(±1〜2cmの精度)であるかどうかを判定し、FIX状態でなければ計測精度が悪化したと判定する。
次に、GPS_A及びGPS_Bの計測精度が悪化しておらず、正常であると判定されると、通常演算処理によりGPS_A及びGPS_Bの計測データを用いて、地雷処理機1の位置及び姿勢を演算する(ステップS120)。この演算は次のように行う。
まず、GPS_A及びGPS_Bの計測データ(GPSアンテナ27,28の3次元位置(緯度、経度、高さ))を基準座標系の値に変換する。基準座標系とは例えば準拠楕円体(地球)の中心に原点を持つグローバル座標系である。次いで、その基準座標系でのGPSアンテナ27,28の3次元位置と既知の寸法データから基準座標系での地雷処理機1の位置及び姿勢(地雷処理機1の旋回中心を原点とする作業機座標系)を演算する。また、このとき、GPS計測精度悪化時の補正演算処理の準備として、GPSアンテナ27,28のそれぞれについて、その取り付け位置を原点とする基準座標系に対するGPS座標系(位置及び姿勢)を演算し、記憶しておく。
次に、地雷処理機1の位置及び姿勢と既知の寸法データ及び可動部センサ21〜25の計測値とから基準座標系でのロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の位置を演算する(ステップS125)。ロータリカッタ14の位置の演算はロータリカッタ動作スイッチ35がONになったときに行い、爆発物探査センサ18の位置の演算は爆発物探査センサ動作スイッチ36がONになったときに行う。
次に、ステップS120で演算したロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の位置を図4に示した作業データに参照させ、ロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の通過メッシュを演算する(ステップS130)。
ここで、図4に示すブロック及びメッシュの位置はロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の位置と同じ基準座標系(グローバル座標系)で定義されており、通過メッシュの演算はロータリカッタ14或いは爆発物探査センサ18とメッシュの重なり判定により行う。
このようにロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の通過メッシュが演算されると、そのときのトリガスイッチ37〜41からの信号に基づいて通過メッシュのステータス1及び2と爆発物のステータスを作成し、作業結果DB58に記憶した図4に示すような作業データを更新する(ステップS140)。ここで、通過メッシュのステータス1については該当する数字を更新する。また、メッシュのステータス1としては図5に示した通常演算処理時の2〜7のいずれかを用いる。例えば、探査モードで は、爆発物探査センサ動作スイッチ36がON時に対人地雷が検出されトリガスイッチ37が押されると1→4、対戦車地雷が検出されトリガスイッチ38が押されると1→5、不発弾が検出されトリガスイッチ39が押されると1→6、トリガスイッチ37〜39のいずれも押されないときは1→3と、それぞれ通過メッシュのステータス1の数字を更新する。また、伐採モードでは、ロータリカッタ動作スイッチ35がON時に1→2、処理モードでは、ロータリカッタ動作スイッチ35がON時に3→7とそれぞれ通過メッシュのステータス1の数字を更新する。
上記ステップS110でGPS_A及びGPS_Bの計測精度が悪化していると判定された場合は、GPS_A又はGPS_Bの計測データと、傾斜センサ26及びジャイロ54の計測値と、GPS通常計測時にステップS120で求めておいたGPSアンテナ27又は28のGPS座標系(GPS_Aの計測精度悪化時はGPS_B側のアンテナ28の座標系;GPS_Bの計測精度悪化時はGPS_A側のアンテナ27の座標系)を用いて補正演算処理を行い、地雷処理機1の位置及び姿勢を演算する(ステップS150)。この演算は次のように行う。
例えば、GPS_A及びGPS_Bの計測データのうちGPS_Aの計測精度悪化時は、GPS_Bの計測データが信頼できるので、GPS_Bの計測データ(GPSアンテナ28の3次元位置(緯度、経度、高さ))を基準座標系(グローバル座標系)の値に変換する。これを既知の1点とし、ジャイロ54及び傾斜センサ26で計測されるヨウ角度、ピッチ角度、ロール角度を3軸方向の回転角度とし、計測精度変化が生じる前のGPS_Bのアンテナ位置を原点とするGPS座標系の平行移動と回転変換を行うことで、今回のGPS_Bの位置を原点とするGPS座標系を演算することができる。GPS_Bの計測精度の悪化時は、GPS_Aの計測データとジャイロ54及び傾斜センサ26の計測値と計測精度変化が生じる前のGPS_AのGPS座標系を用いて同様に今回のGPS_Aのアンテナ位置を原点とするGPS座標系を演算することができる。
そして、GPS_B又はGPS_AのGPS座標系と既知の寸法データから基準座標系での地雷処理機1の位置と姿勢(地雷処理機1の旋回中心を原点とする作業機座標系)を演算する。
次いで、その地雷処理機1の位置及び姿勢と既知の寸法データ及び可動部センサ21〜25の計測値とから基準座標系でのロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の位置を演算する(ステップS155)。この場合も、ロータリカッタ14の位置の演算はロータリカッタ動作スイッチ35がONになったときに行い、爆発物探査センサ18の位置の演算は爆発物探査センサ動作スイッチ36がONになったときに行う。
なお、GPS計測精度悪化下時の補正演算処理は特願2002−289476号に詳しい。
次に、ステップS150で演算したロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の位置を図4に示した作業データに参照させ、ロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の通過メッシュを演算する(ステップS160)。この演算方法は、通常演算処理時のステップS130の演算と同様である。
このようにロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の通過メッシュが演算されると、そのときのトリガスイッチ37〜41からの信号に基づいて通過メッシュのステータス1及び2と爆発物のステータスを作成し、作業結果DB58に記憶した図4に示すような作業データを更新する(ステップS170)。ここで、通過メッシュのステータス1については該当する数字を更新する。また、メッシュのステータス1としては図6に示した補正演算処理時の20〜70のいずれかを用いる。例えば、探査モードで は、爆発物探査センサ動作スイッチ36がON時に対人地雷が検出されトリガスイッチ37が押されると1→40、対戦車地雷が検出されトリガスイッチ38が押されると1→50、不発弾が検出されトリガスイッチ39が押されると1→60、トリガスイッチ37〜39のいずれも押されなければ1→30と、それぞれ通過メッシュのステータス1の数字を更新する。また、伐採モードでは、ロータリカッタ動作スイッチ35がON時に1→20、処理モードでは、ロータリカッタ動作スイッチ35がON時に3→70とそれぞれ通過メッシュのステータス1の数字を更新する。
以上により図4に示した作業データは例えば図8のように更新される。図8では、図4に対し、21行2,3列目が1→2、4,5列目が1→20、6,7,8列目が1→3、9列目が1→3とそれぞれステータス1が更新され、22行2,3,4列目が1→2、5列目が1→40、6列目が1→50、7列目が1→60とそれぞれステータス1が更新されている。
次いで、ステップS120,S150で演算した地雷処理機1の位置及び姿勢とロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の位置に基づいて図3に示した詳細表示画面402のメッシュ状態表示領域406における地雷処理機1のワイヤーフレーム画像407(大きな四角407a、小さな四角407b、線407c)の表示を更新する(ステップS180)。
また、ステップS140,S170で更新した通過メッシュのステータス2に基づいてメッシュ状態表示領域406におけるメッシュの状態表示を更新する(ステップS190)。
最後に、ステップS100で入力し作成た計測及び操作データを時系列データとして車載装置400の作業結果DB58に記憶し、かつその時系列データを無線機43により管理事務所側のサーバPCへと送信する(ステップS200)。
図11はステップS190におけるメッシュ状態の表示更新処理の詳細を示すフローチャートである。
まず、図8に示す作業中の作業データから、ステップS140,S170で更新した通過メッシュのステータス2の値を読み出す(ステップS250)。次いで、通過メッシュのステータス1の値を判断し、その結果に基づいて下記のようにメッシュ状態表示領域406のメッシュの状態表示を更新する(ステップS260)。
通過メッシュのステータス1の値が2→茶(色分け)又は黒丸(模様分け)
通過メッシュのステータス1の値が3→緑(色分け)又は二重丸(模様分け)
通過メッシュのステータス1の値が4→オレンジ(色分け)又は三角(模様分け)
通過メッシュのステータス1の値が5→黄(色分け)又は四角(模様分け)
通過メッシュのステータス1の値が6→赤(色分け)又はバツ(模様分け)
通過メッシュのステータス1の値が7→青(色分け)又は丸(模様分け)
通過メッシュのステータス1の値が20→茶+横縞(色分け)又は黒丸+横縞(模様分け)
通過メッシュのステータス1の値が30→緑+横縞(色分け)又は二重丸+横縞(模様分け)
通過メッシュのステータス1の値が40→オレンジ+横縞(色分け)又は三角+横縞(模様分け)
通過メッシュのステータス1の値が50→黄+横縞(色分け)又は四角+横縞(模様分け)
通過メッシュのステータス1の値が60→赤+横縞(色分け)又はバツ+横縞(模様分け)
通過メッシュのステータス1の値が70→青+横縞(色分け)又は丸+横縞(模様分け)。
以上において、GPSアンテナ27,28、GPS受信機33,34、無線アンテナ29、無線機31及び分配器32は、移動式作業機械である地雷処理機1の三次元位置を計測するGPS計測手段を構成し、演算処理部56の図10に示すステップS100,S110,S120,S125の処理は、GPS計測手段の計測値を用いて移動式作業機械の作業位置を計算する第1作業位置演算手段を構成し、傾斜センサ26、ジャイロ54、演算処理部56の図10にすステップS100,S110,S150,S155の処理は、GPS計測手段の計測精度が悪化したときにGPS計測手段の計測値を補正し、この補正値により移動式作業機械の作業位置を計算する第2作業位置演算手段を構成し、作業結果DB58及び図10に示すステップS130,S140,S160,S170の処理は、作業領域をメッシュ状に分割し、メッシュ毎に第1及び第2作業位置演算手段で計算された作業位置に基づいて作業情報を記憶する作業情報記憶手段を構成し、表示部84は、作業情報記憶手段に記憶したメッシュ毎の作業情報に基づいて作業領域の状態を表示する表示手段を構成し、図10に示すステップS190及び図11に示すフローチャートの処理は、作業位置が第1及び第2作業位置演算手段のいずれにより演算されたものかに応じて表示手段に作業領域の状態を区別して表示する表示制御手段を構成する。
次に、地雷処理機1による作業例を説明する。作業には目視確認工程と、伐採工程と、探査工程と、撤去工程と、処理工程と、再探査工程とがある。
<目視確認工程>
目視確認工程では、地上の安全性を確保するため、地表の対戦車地雷、不発弾及び対人地雷の有無を目視で確認し、それらが発見されると地表の対戦車地雷と不発弾を撤去し、地表の対人地雷は破壊する。樹木が茂って地表が見えにくい場合はロータリカッタ14により地表の一定高さ、例えば地上高30〜40cm程度まで伐採し、レーキ16で後かたづけを行った後、同様の作業を行う。また、地表の対人地雷を破壊すると、記録のため対人地雷トリガスイッチ65を押す(ONにする)。
目視確認工程で対人地雷を発見し破壊するときは図3に示した作業モード選択ボタン領域403における目視モードを選択する。目視モードでは、図4に示した作業データのうち、爆発物のステータスの更新のみ行う。目視モードでは図3に示すメッシュ状態表示領域406においてメッシュの表示状態は変化しない。
<伐採工程>
伐採工程では、爆発物探査センサ18により地中の爆発物が探査可能となる高さまでロータリカッタ14によりブッシュや樹木を伐採しながら、樹木に隠れている対人地雷を破壊する。また、ロータリカッタ14によりブッシュや樹木を伐採するためにロータリカッタ14の動作スイッチ36をONにする。伐採中に対人地雷を破壊すると、記録及び表示変更のため対人地雷トリガスイッチ37を押す(ONにする)。
伐採工程では伐採モードを選択する。伐採モードでは、図3に示すメッシュ状態表示領域406においてロータリカッタ14の重なっている領域のメッシュ(通過メッシュ)の表示状態を変化させる。このとき、GPS通常計測時は図4に示す作業データ中の通過メッシュのステータス1の値を2に更新し、通過メッシュを茶(色分け)又は黒丸(模様分け)で表示する。GPS計測精度悪化時は、図4に示す作業データ中の通過メッシュのステータス1の値を20に更新し、メッシュ状態表示領域406における通過メッシュを茶+横縞(色分け)又は黒丸+横縞(模様分け)で表示する。これによりオペレータは、メッシュ状態表示領域406に表示される現在の伐採位置がGPS通常計測時のものかGPS計測精度悪化時のものかを識別することができ、GPS計測精度悪化時は表示位置の周辺を広めに操作するなどの追加作業を行うことができ、円滑かつ正確な伐採作業を行うことができる。
<探査工程>
探査工程では、爆発物探査センサ18により地中の対人地雷、対戦車地雷及び不発弾を探査する。探査工程では、爆発物探査センサ18の動作スイッチ35をONにする。地中に埋設物を発見すると、爆発物探査センサ18を発見位置の前後左右に繰り返し走査して爆発物探査用モニタ44に映し出し、埋設物の種類及び位置を明らかにする。埋設物の種類が明らかになると、記録及び表示変更のため対人地雷トリガスイッチ37、対戦車地雷トリガスイッチ38、不発弾トリガスイッチ39の該当するものを押す(ONにする)。
探査工程では探査モードを選択する。探査モードでは、図3に示すメッシュ状態表示領域406において爆発物探査センサ18の重なっている領域のメッシュ(通過メッシュ)の表示状態を変化させる。このとき、GPS通常計測時は、図4に示す作業データ中の通過メッシュのステータス1の値を3(何も発見されないとき)、4(対人地雷発見時)、5(対戦車地雷発見時)、6(不発弾発見時)のいずれかに更新し、メッシュ状態表示領域406における通過メッシュを、ステータス1の値3では緑(色分け)又は二重丸(模様分け)、ステータス1の値4ではオレンジ(色分け)又は三角(模様分け)、ステータス1の値5では黄(色分け)又は四角(模様分け)、ステータス1の値6では赤(色分け)又はバツ(模様分け)で表示する。GPS計測精度悪化時は、図4に示す作業データ中の通過メッシュのステータス1の値を30(何も発見されないとき)、40(対人地雷発見時)、50(対戦車地雷発見時)、60(不発弾発見時)のいずれかに更新し、メッシュ状態表示領域406における通過メッシュを、ステータス1の値30では緑+横縞(色分け)又は二重丸+横縞(模様分け)、ステータス1の値40ではオレンジ+横縞(色分け)又は三角+横縞(模様分け)、ステータス1の値50では黄+横縞(色分け)又は四角+横縞(模様分け)、ステータス1の値60では赤+横縞(色分け)又はバツ +横縞(模様分け)で表示する。これによりオペレータは、メッシュ状態表示領域406に表示される現在の探査位置がGPS通常計測時のものかGPS計測精度悪化時のものかを識別することができ、GPS計測精度悪化時は表示位置の周辺を広めに操作したり、後で再探査を行うなどの追加作業を行うことができ、円滑かつ正確な探査作業を行うことができる。
<撤去工程>
撤去工程では、探査工程により発見された地中の対戦車地雷又は不発弾を、処理工程でのロータリカッタ14による対人地雷の処理の安全確保のため、レーキ16又はスケルトンバケットを用いて撤去する。また、地中の対戦車地雷又は不発弾を撤去すると、記録のため対戦車地雷のトリガスイッチ38及び不発弾のトリガスイッチ39の該当するものを押す(ONにする)。
この撤去工程では撤去モードを選択する。撤去モードでは、図3に示すメッシュ状態表示領域406においてメッシュの表示状態は変化させず、図4に示した作業データのうち、爆発物のステータスの更新のみ行う。
撤去後は直ちに撤去領域の再探査を行う。再探査により地中に別の対戦車地雷又は不発弾が発見されると、再び撤去作業を行う。対戦車地雷及び不発弾の何れも検出されなくなると撤去工程を終了し、処理工程へと進む。
<処理工程>
処理工程では、詳細表示画面402のメッシュ状態表示領域406の表示により位置を確認しながら、探査工程で明らかになった対人地雷の存在位置を重点にロータリカッタ14により処理し、対人地雷をロータリカッタ14で破壊する。処理工程では、ロータリカッタ14の動作スイッチ36をONにする。
処理工程では処理モードを選択する。処理モードでは、図3に示すメッシュ状態表示領域406においてロータリカッタ14の重なっている領域のメッシュ(通過メッシュ)の表示状態を変化させる。この処理は探査により対人地雷が発見された領域のみではなく、探査を行った全ての領域に対して行う。このとき、GPS通常計測時は図4に示す作業データ中の通過メッシュのステータス1の値を7に更新し、通過メッシュを青(色分け)又は丸(模様分け)で表示する。GPS計測精度悪化時は、図4に示す作業データ中の通過メッシュのステータス1の値を70に更新し、メッシュ状態表示領域406における通過メッシュを青+横縞(色分け)又は丸+横縞(模様分け)で表示する。これによりオペレータは、メッシュ状態表示領域406に表示される現在の処理位置がGPS通常計測時のものかGPS計測精度悪化時のものかを識別することができ、GPS計測精度悪化時は表示位置の周辺を広めに操作したり、後で再処理を行うなどの追加作業を行うことができ、円滑かつ正確な処理作業を行うことができる。
<再探査工程>
再探査工程では、ロータリカッタ14で処理を行った領域を、安全確認のために再探査を行う。作業内容は探査工程と同じである。この再探査工程でも探査モードを選択し、探査工程と同様にメッシュの表示状態を変化させる。また、この再探査は処理を行った全ての領域に対して行う。ここで、爆発物が発見された場合は、再度、撤去工程、処理工程及び再探査工程を行う。再探査工程で何も発見されなかった時点で作業完了となる。
以上の手順をブロック内全ての領域について行い、ブロック内のメッシュが全て探査済み或いは作業不要となった時点で、当該ブロックの作業が完了する。
<作業終了処理>
作業が終了すると、車載装置400の入出力インターフェース55にICカードを接続し、対象ブロックの計測及び操作データと作業データをICカードに書き込む。その後、車載装置400をOFFし、地雷処理機1のエンジンを切る。
オペレータはICカードを持って管理事務所に戻り、ICカードをサーバPCに接続し、ICカードから対象ブロックの計測及び操作データと作業データを読み込み、作業集計及び作業日報の出力を行う。
<作業管理処理>
後日、地雷処理を確実なものとするため作業領域の作業状況を点検する場合は、管理事務所側でサーバPCの表示装置に作業データを読み出して表示する。このときも、表示画面にはGPS通常計測時の作業位置とGPS計測精度悪化時の作業位置とが区別して表示されるため、再施工を要する作業領域等の検討や管理作業がスムーズに行える。
以上のように本実施の形態によれば、詳細表示画面402のメッシュ状態表示領域406にメッシュの状態(作業領域の状態)が表示されるとともに、ワイヤーフレーム画像407により地雷処理機1の位置及び姿勢とロータリカッタ14又は爆発物探査センサ18の位置が表示されるので、オペレータは作業情報を明示的に確認しながら作業を行うことができ、作業効率が向上する。また、オペレータに対する安全性も向上する。
また、GPS計測精度が悪化したときも補正演算処理により作業位置を計算し表示することができるとともに、GPS通常計測時の作業位置とGPS計測精度悪化時の作業位置を区別して表示するため、オペレータはGPS計測精度悪化時のデータであることが一目で分かる。このようオペレータに正確な作業情報を提示することにより、オペレータは計測位置の誤差を認識して広めに作業を行ったり、再作業を行う必要がある箇所を正確に把握することができ、円滑で正確な作業を行うことができる。
更に、作業完了後においても、作業データは車載装置の作業結果DB58或いは管理事務所のサーバPCに記憶してあるので、いつでもその作業データを読み出し、再表示することができる。その場合も、GPS通常計測時の作業位置とGPS計測精度悪化時の作業位置が区別して表示されるため、再施工を要する作業領域等の検討や管理が行え、円滑で正確な管理を行うことができる。
なお、本発明は、地雷処理機に限定せず、掘削作業機(油圧ショベル等)や、地盤改良機等のその他の移動式作業機械にも同様に適用可能である。
本発明の一実施の形態に係わる作業管理装置を搭載した地雷処理機(移動式作業機械)の外観を示す図である。 本実施の形態に係わる作業管理装置のシステム構成を示す図である。 車載装置の表示部に表示される画面の一例を示す図である。 作業開始時に作業結果DBに記憶される作業データのデータ構成を示す図である。 通常演算処理時のメッシュのステータス1の状態を示す図である。 補正演算処理時のメッシュのステータス1の状態を示す図である。 爆発物のステータスの種類及び状態を示す図である。 図4に示す作業開始時の作業データを基にして作成され更新された作業中の作業データを示す図である。 作業中に入力及び記憶され、無線機により管理事務所側のサーバPCへと送信される計測及び操作データを示す図である。 車載装置の演算処理部で一定周期で行われる計測、記憶、表示処理を示すフローチャートである。 メッシュ状態の表示更新処理の詳細を示すフローチャートである。
符号の説明
1 地雷処理機
2 旋回体
3 運転室
4 走行体
5 ブーム
6 アーム
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 アタッチメント着脱装置
10 特殊防弾ガラス
11 ガード
12 回転ドラム
13 カッタビット
14 ロータリカッタ
16 レーキ
17 飛散防止ブレード
18 爆発物探査センサ
19 伸縮アーム
20 探査センサ用旋回モータ
21 角度センサ(ブーム)
22 角度センサ(アーム)
23 角度センサ(ロータリカッタ)
24 ストロークセンサ(伸縮アーム)
25 角度センサ(爆発物探査センサ)
26 傾斜センサ(ピッチ)
27 GPSアンテナ(A)
28 GPSアンテナ(B)
29 無線アンテナ(補正データ受信)
30 無線アンテナ(計測・操作データ送信)
31 無線機(補正データ受信)
32 分配機
33 GPS受信機A
34 GPS受信機B
35 動作スイッチ(爆発物探査センサ)
36 動作スイッチ(ロータリカッタ)
37 トリガスイッチ(対人地雷)
38 トリガスイッチ(対戦車地雷)
39 トリガスイッチ(不発弾)
41 トリガスイッチ(撤去)
43 無線機(計測データ送信)・
44 爆発物探査用モニタ
54 ジャイロ
55 入出力インターフェース
56 演算処理部
58 作業結果DB
80 フロント作業機
81 ロータリカッタ装置
82 アタッチメントシリンダ
100 基準局装置
101 GPS基準局受信機
102 GPS基準局アンテナ
103 無線機
104 アンテナ
400 車載装置
402 詳細表示画面
406 メッシュ状態表示領域
407 ワイヤーフレーム画像

Claims (4)

  1. 移動式作業機械の三次元位置を計測するGPS計測手段と、
    このGPS計測手段の計測値を用いて移動式作業機械の作業位置を計算する第1作業位置演算手段と、
    このGPS計測手段の計測精度が悪化したときに前記GPS計測手段の計測値を補正し、この補正値により移動式作業機械の作業位置を計算する第2作業位置演算手段と、
    作業領域をメッシュ状に分割し、メッシュ毎に前記第1及び第2作業位置演算手段で計算された作業位置に基づいて作業情報を記憶する作業情報記憶手段と、
    この作業情報記憶手段に記憶したメッシュ毎の作業情報に基づいて作業領域の状態を表示する表示手段と、
    前記作業位置が前記第1及び第2作業位置演算手段のいずれにより演算されたものかに応じて前記表示手段に作業領域の状態を区別して表示する表示制御手段とを備えることを特徴とする移動式作業機械の作業管理装置。
  2. 請求項1記載の移動式作業機械の作業管理装置において、
    前記作業情報記憶手段は、前記作業位置が前記第1及び第2作業位置演算手段のいずれにより演算されたものかに応じてメッシュ毎の作業情報を区別して記憶し、
    前記表示制御手段は、前記作業情報記憶手段に区別して記憶されたメッシュ毎の作業情報に応じて作業領域の状態を区別して表示することを特徴とする移動式作業機械の作業管理装置。
  3. 請求項1記載の移動式作業機械の作業管理装置において、
    前記表示手段は、前記移動式作業機械の位置と前記作業位置とを前記メッシュ毎の作業情報に重ね合わせて表示することを特徴とする移動式作業機械の作業管理装置。
  4. 請求項1記載の移動式作業機械の作業管理装置において、
    前記移動式作業機械は地雷処理機であり、前記作業位置は前記地雷処理機に備えられた爆発物探査装置及び処理装置の何れか一方の位置であることを特徴とする移動式作業機械の作業管理装置。
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