JP5275658B2 - 作業車両の作業量推定システム及び作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両が行った作業量を推定する技術に関する。

従来、作業車両を行った作業量の推定をする技術が提案されている。例えば、大型のマイニング用油圧ショベルなどには、作業量（積み込み量）を推定するために、操作レバーに積み込み回数カウント用スイッチを付けたものがあった。そして、このスイッチの操作回数により積み込み回数を計測し、標準バケット容量から作業量（積み込んだ土砂量）を推測する。

一方、特許文献１には、作業車両の油圧などの各種センシングパラメータを自己組織化マップにすることにより、各パラメータ間のニューロン距離を計算して作業内容を特定することが記載されている。
特開２００５−２５３５１０号公報

従来のカウントスイッチでレバー操作回数をカウントする場合には、オペレータによるスイッチ操作が必要である。このスイッチ操作は、オペレータにとっては煩わしいものであり、この操作を忘れてしまうこともある。

そこで、本発明の目的は、オペレータが何ら操作を行わなくても、作業車両が行った作業量を推定することである。

本発明の一つの実施態様に従う作業車両（２）が行った作業量を推定するシステムは、前記作業車両（２）に設けられている複数のセンサ（２００）からの信号に基づいて、所定の運転データを収集する運転データ収集手段（２１０）と、前記複数の運転データ収集手段（２１０）によって収集された前記所定の運転データを記憶する運転データ記憶手段（２４０）と、前記運転データ記憶手段（２４０）に記憶されている前記所定の運転データと、予め定められている基準データと対比して、前記作業車両（２）が特定の作業を行っている作業時間帯を特定する特定手段（２２３）と、前記運転データ記憶手段（２４０）に記憶されている前記所定の運転データに基づいて、前記特定手段（２２３）により特定された作業時間帯に前記作業車両（２）が行った作業量を推定する推定手段（２２４）と、を有する。

好適な実施形態では、前記作業車両（２）の識別情報と前記作業車両（２）の管理者とを対応付けて記憶する管理者データ記憶部（５６０）と、前記管理者データ記憶部（５６０）を参照して前記作業車両（２）の管理者を特定し、前記推定手段が推定した作業量を示す作業量データを、前記特定された管理者の端末装置へ送信する送信手段（５２０）と、をさらに備えてもよい。

好適な実施形態では、前記作業車両（２）に設けられている前記作業車両の位置を検出する位置検出手段（２３７）と、作業現場別の土質を示す現場データを記憶する現場データ記憶手段（５７０）と、前記現場データ記憶手段（５７０）に記憶されている前記現場データと、前記位置検出手段（２３７）が検出した前記作業車両の位置とに基づいて、前記作業車両の作業現場の土質を特定する土質特定手段（５８０）と、をさらに備え、前記推定手段（２２４）は、前記土質特定手段（５８０）によって特定された前記作業車両の作業現場の土質を用いて、前記作業量を推定するようにしてもよい。

好適な実施形態では、前記作業車両（２）が行う前記特定の作業が、土砂を掘削し、掘削した土砂を運搬車両（３）へ積み込む作業であるとき、前記運搬車両（３）から、前記運搬車両（３）に積み込まれた土砂の積載量を示すデータを取得する積載量取得手段（２３５）と、前記積載量取得手段（２３５）から取得した前記運搬車両（３）に積み込まれた土砂の積載量と前記推定手段（２２４）が推定した前記作業量に基づいて補正関数を定める補正関数決定手段（２２５）と、をさらに備え、前記推定手段（２２４）は、前記補正関数決定手段（２２５）によって定められた前記補正関数によって補正を行って、前記作業車両（２）が行った作業量を推定するようにしてもよい。

本発明の一つの実施態様に従う、油圧アクチュエータ（２Ｃ１，２Ｄ１，２Ｅ１）を備えた作業車両（２）は、前記油圧アクチュエータ（２Ｃ１，２Ｄ１，２Ｅ１）の状態を検出する複数のセンサ（２０１〜２０６）と、前記複数のセンサ（２０１〜２０６）が検出した運転データを記憶する運転データ記憶手段（２４０）と、前記運転データ記憶手段（２４０）に記憶されている前記運転データと、予め定められている基準データと対比して、前記作業車両（２）が特定の作業を行っている作業時間帯を特定する特定手段（２２３）と、前記運転データ記憶手段（２４０）に記憶されている前記所定の運転データに基づいて、前記特定手段（２２３）により特定された作業時間帯に前記作業車両（２）が行った作業量を推定する推定手段（２２４）と、を有する。

以下、本発明の一実施形態に係る作業車両の作業量推定システムについて、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る作業量推定システムの全体構成を示す図である。本システムは、作業現場において作業を行う作業車両２と、土砂などを運搬する運搬車両３と、作業車両２の車載システムと通信衛星９を介して通信を行う管理サーバ５と、管理サーバ５とインターネットなどのネットワークを介して接続された顧客端末７とを備える。なお、同図において、作業車両２及び顧客端末７は、それぞれ１台のみ図示しているが、それぞれ複数台であってもよい。

作業車両２は、例えば、油圧ショベル、ホイールローダ、油圧クレーン、ブルトーザ等の建設機械である。作業車両２は、それぞれ種々の作業を行うが、本実施形態では後述するように、作業車両２が特定の作業を行っている時間帯を抽出して、その時間帯に作業車両２が行った作業量を推定する。特に本実施形態では、作業車両として油圧ショベル２を例にとって説明する。すなわち、油圧ショベル２が土砂を掘削して、掘削した土砂を運搬車両３へ積み込む掘削・積込作業の作業量を、油圧ショベル２に搭載された作業車両車載システム２０（図２参照）を用いて推定する。

ここで、油圧ショベル２は、例えば、下部走行体２Ａと、上部旋回体２Ｂと、上部旋回体２Ｂの前部に設けられる作業装置とを備えて構成される。下部走行体２Ａは、例えば、その前後左右にそれぞれタイヤ２Ａ１を備えている。なお、タイヤ２Ａ１に代えてクローラでもよい。上部旋回体２Ｂは、運転室２Ｂ１等を備えている。運転室２Ｂ１には、油圧ショベル２を運転するための操作装置が設けられている。

作業装置は、ブーム２Ｃと、アーム２Ｄと、バケット２Ｅとを備え、それぞれを動作させる油圧アクチュエータとして、ブームシリンダ２Ｃ１と、アームシリンダ２Ｄ１と、バケットシリンダ２Ｅ１とを備えて構成される。ブーム２Ｃは、上部旋回体２Ｂの前部に回動可能に設けられており、ブームシリンダ２Ｃ１の伸縮によって回動される。アーム２Ｄは、ブーム２Ｃの先端に回動可能に設けられており、アームシリンダ２Ｄ１の伸縮によって回動される。バケット２Ｅは、アーム２Ｄの先端に回動可能に設けられており、バケットシリンダ２Ｅ１の伸縮によって回動される。

運搬車両３は、例えばダンプトラックであり、作業現場で荷台３Ａ積み込まれた土砂などを運搬する。本実施形態では、運搬車両としてダンプトラック３を例にとって説明する。ダンプトラック３には、後述するような運搬車両車載システム３０（図８参照）が搭載されている。

管理サーバ５は、作業車両車載システム２０との間で、後述するような各種データの送受信を行う。また、管理サーバ５は、油圧ショベル２の管理者である顧客の端末装置である顧客端末７に対して、油圧ショベル２の作業量を示す作業量データを送信する。

管理サーバ５は、例えば汎用的なコンピュータシステムにより構成され、以下に説明する管理サーバ５内の個々の構成要素または機能は、例えば、コンピュータプログラムを実行することにより実現される。

図２は、作業車両車載システム２０の構成図である。

作業車両車載システム２０は、例えば、同図に示すように、データ収集用コントローラ２１０と、作業判定用コントローラ２２０と、衛星通信用コントローラ２３０と、近距離通信用コントローラ２３５と、ＧＰＳ受信機２３７とを含んで構成される。

データ収集用コントローラ２１０には、各種センサ２００が接続される。各種センサ２００とは、ブーム上げ圧力センサ２０１、アーム掘削圧力センサ２０２、バケット掘削圧力センサ２０３、バケット排土圧力センサ２０４、右旋回圧力センサ２０５、左旋回圧力センサ２０６、ブーム下げ圧力スイッチ２０７、アーム排土圧力スイッチ２０８の総称である。各圧力センサ２０１〜２０６は、例えば、油圧ショベル２の各アクチュエータを駆動するための圧力比例制御弁（ＰＰＣ弁）から圧力値を検出することができる。

ブーム上げ圧力センサ２０１とは、ブーム２Ｃを上昇させる場合のブームシリンダ２Ｃ１の圧力値を検出するセンサである。アーム掘削圧力センサ２０２とは、アーム２Ｄを掘削操作する場合のアームシリンダ２Ｄ１の圧力値を検出するセンサである。バケット掘削圧力センサ２０３とは、バケット２Ｅを掘削操作する場合のバケットシリンダ２Ｅ１の圧力値を検出するセンサである。バケット排土圧力センサ２０４とは、バケット２Ｅを排土操作する場合のバケットシリンダ２Ｅ１の圧力値を検出するセンサである。

右旋回圧力センサ２０５とは、上部旋回体２Ｂを右方向に旋回させる場合の旋回モータの圧力値を検出するセンサである。左旋回圧力センサ２０６とは、上部旋回体２Ｂを左方向に旋回させる場合の旋回モータの圧力値を検出するセンサである。なお、右方向及び左方向とは、運転室２Ｂ１内のオペレータから見た方向である。

ブーム下げ圧力スイッチ２０７とは、ブーム２Ｃを下降させたときにオンオフ信号を出力するスイッチである。アーム排土圧力スイッチ２０８とは、アーム２Ｄを排土操作した場合にオンオフ信号を出力するスイッチである。排土操作とは、バケット２Ｅ内の積載物（土砂等）をバケット２Ｅの外部に排出させるための操作である。掘削操作とは、バケット２Ｅ内に土砂等を収容するための操作である。なお、センサの種類は、上述の１０１〜１０８に限られない。例えば、周囲温度センサ、油温センサ、エンジン回転数センサ、速度センサ等を用いる構成でもよい。また、オンオフ信号を出力する圧力スイッチ２０７，２０８に代えて、圧力値をアナログ出力するセンサを使用してもよい。

データ収集用コントローラ２１０は、上述した各種センサ２００からの信号に基づいて、運転データを収集する。つまり、データ収集用コントローラ２１０は、上述した各種センサ２００から受領した各信号を運転データとして、運転データ記憶部２４０に記憶させる。

作業判定用コントローラ２２０は、運転データ記憶部２４０に記憶された運転データと基準データ記憶部２５０に記憶された基準データとに基づいて、油圧ショベル２が特定の作業を行っている作業時間帯を特定する。さらに、作業判定用コントローラ２２０は、運転データ記憶部２４０に記憶された運転データに基づいて、特定された特定の作業を行っている作業時間帯に油圧ショベル２が行った作業量を推定する。

作業判定用コントローラ２２０は、例えば、特徴量データ生成部２２１と、特徴量データ記憶部２２２と、作業判定部２２３と、作業量推定部２２４と、補正関数生成部２２５とを備える。

特徴量データ生成部２２１は、運転データ記憶部２４０に記憶されている運転データに基づいて、所定の複数項目の特徴量を求め、特徴量データ記憶部２２２に格納する。特徴量データの生成方法の詳細は、後述する（図９，図１０参照）。

作業判定部２２３は、運転データ記憶部２４０に記憶されている運転データと、基準データ記憶部２５０に記憶されている基準データとを対比して、油圧ショベル２が特定の作業を行っている時間帯を特定する。

作業量推定部２２４は、運転データ記憶部２４０に記憶されている運転データに基づいて、作業判定部２２３で特定の作業を行っていると特定された作業時間帯に油圧ショベル２が行った作業量を推定する。作業量推定部２２４は、例えば、作業現場の土質を用いて、作業量を推定する。また、作業量推定部２２４は、例えば、補正関数生成部２２５が算出する補正係数Ｒによって作業量を補正する。

補正関数生成部２２５は、ダンプトラック３に積み込まれた土砂の積載量と作業量推定部２２４が推定した作業量に基づいて補正関数を定める。本実施形態では、補正関数として補正係数Ｒを定める。

衛星通信用コントローラ２３０は、通信衛星９を介して、管理サーバ５と双方向通信を行うための装置である。衛星通信用コントローラ２３０は、推定された油圧ショベル２の作業量を含む作業量データを管理サーバ５へ送信する。衛星通信用コントローラ２３０は、管理サーバ５から基準データ、バケット容量データ、及び土質データを受信し、それぞれ、基準データ記憶部２５０、バケット容量データ記憶部２６０及び土質データ記憶部２７０に記憶させる。また、衛星通信用コントローラ２３０は、ＧＰＳ受信機２３７が特定した油圧ショベル２の現在位置を示す位置データを管理サーバ５へ送信し、油圧ショベル２の現在の作業現場の土質の通知を受ける。

基準データ記憶部２５０に記憶される基準データとは、作業判定部２２３が行う作業判定の基準となるデータである。例えば、油圧ショベル２が特定の作業を行っているときに収集した運転データから生成されたデータであって、その特定の作業の特徴を示すデータである。本実施形態では、基準データは、油圧ショベル２が掘削・積込作業を行っているときに収集した運転データに基づいて生成された、２６個の特徴量を示すデータである。

バケット容量データ記憶部２６０は、例えば、図３に示すように、機種名２６１と、標準バケット容量２６３とをデータ項目として有する。

土質データ記憶部２７０は、例えば、図４に示すように、土質２７１と、比重２７３とをデータ項目として有する。

運転データ記憶部２４０，基準データ記憶部２５０、バケット容量データ記憶部２６０、土質データ記憶部２７０及び特徴量データ記憶部２２２は、それぞれ別々の記憶装置として構成してもよいし、あるいは、一つの記憶装置内の別々の記憶領域を使用する構成でもよい。

近距離通信用コントローラ２３５は、ダンプトラック３に搭載されている運搬車両車載システム３０（図８参照）と双方向通信を行うための装置である。近距離通信用コントローラ２３５は、ダンプトラック３からダンプトラック３に積み込まれた土砂の積載量を示す積載量データを受信する。

ＧＰＳ受信機２３７は、図示しないＧＰＳ衛星からの信号を受信して、油圧ショベル２の現在位置の緯度及び経度を特定する。

図５は、管理サーバ５の構成図である。

管理サーバ５は、例えば、同図に示すように、衛星通信用コントローラ５１０と、ネットワーク通信用コントローラ５２０と、基準データ記憶部５３０と、バケット容量データ記憶部５４０と、土質データ記憶部５５０と、車両別作業量データ記憶部５６０と、顧客現場データ記憶部５７０、データ処理部５８０とを備える。

衛星通信用コントローラ５１０は、通信衛星９を介して、油圧ショベル２と双方向通信を行うための装置である。衛星通信用コントローラ５１０は、基準データ記憶部５３０、バケット容量データ記憶部５４０及び土質データ記憶部５５０に記憶されている基準データ、バケット容量データ、及び土質データを油圧ショベル２へ送信する。衛星通信用コントローラ５１０は、油圧ショベル２から、作業量データを受信し、車両別作業量データ記憶部５６０に格納する。ここで、作業量データには、油圧ショベル２のシリアルＮｏと油圧ショベル２が行ったと推定される推定作業量と、掘削回数が含まれる。

また、衛星通信用コントローラ５１０は、油圧ショベル２からその油圧ショベルの現在位置の位置データを取得すると、油圧ショベルの現在位置の土質を示す現場土質を油圧ショベル２へ通知する。

基準データ記憶部５３０、バケット容量データ記憶部５４０及び土質データ記憶部５５０に格納されているデータは、それぞれ、基準データ記憶部２５０、バケット容量データ記憶部２６０及び土質データ記憶部２７０と同一である。

車両別作業量データ記憶部５６０は、例えば、図６に示すように、顧客名５６１と、機種５６２と、シリアルＮｏ５６３と、推定作業量５６４と、掘削回数５６５とをデータ項目として有する。シリアルＮｏ５６３は、各油圧ショベル２を一意に識別できる識別番号である。推定作業量５６４とは、各油圧ショベル２において推定された作業量であり、掘削して積み込んだと推定される土砂の重量である。掘削回数５６５とは、推定作業量５６４を推定するために用いた土砂の掘削・積込作業の回数である。

データ処理部５８０は、衛星通信用コントローラ５１０を介して、油圧ショベル２からその油圧ショベル２の現在位置の緯度、経度を示す位置データを取得すると、顧客現場データ記憶部５７０に記憶されているデータと取得した油圧ショベル２の位置データとに基づいて、その油圧ショベル２が作業をしている現場の現場土質を特定する。

顧客現場データ記憶部５７０は、例えば、図７に示すように、顧客名５７１と、現場名５７２と、位置座標５７３と、現場土質５７４とをデータ項目として有する。位置座標５７３は、緯度及び経度によって各作業現場の範囲を示す。現場土質５７４は、各作業現場の土質を示す。

ネットワーク通信用コントローラ５２０は、各顧客の顧客端末７に対して、その顧客が管理している油圧ショベル２の作業量データを送信する。例えば、ネットワーク通信用コントローラ５２０は、顧客名５６１と対応付けられている顧客端末７のアドレス情報に従って、各顧客が管理している油圧ショベル２の機種５６２，シリアルＮｏ５６３、推定作業量５６４及び掘削回数５６５を送信する。

図８は、運搬車両車載システム３０の構成図である。

運搬車両車載システム３０は、例えば、同図に示すように、近距離通信用コントローラ３１０と、積載量計測装置３２０とを備える。

近距離通信用コントローラ３１０は、油圧ショベル２と双方向通信を行うための装置である。近距離通信用コントローラ３１０は、例えば、油圧ショベル２からの要求に応じて、積載量計測装置３２０が計測した積載量データを油圧ショベル２へ送信する。

積載量計測装置３２０は、ダンプトラック３の荷台３Ａに載っている土砂などの重量（積載量）を計測する。

つぎに、図９は、各種センサ２００（つまり、各センサ２０１〜２０８）から出力される信号に基づいて、予め設定された複数項目の特徴量を求める様子を示す。本実施形態では、例えば、２６個の項目について特徴量を求める。

２６個の項目は、例えば、個別の各操作に関するグループと、複合操作に関するグループとに大別される。個別操作のグループは、さらに、ブームに関するグループ、アームに関するグループ、バケットに関するグループ、旋回に関するグループに分けられる。

ブームに関するグループには、例えば、ブーム圧平均値、ブーム上げ操作時間、ブーム上げ操作回数、ブーム下げ操作時間、ブーム下げ操作回数、の各項目が含まれる。アームに関するグループには、例えば、アーム圧平均値、アーム掘削操作時間、アーム掘削操作回数、アーム排土操作回数、アーム排土操作時間、の各項目が含まれる。バケットに関するグループには、例えば、バケット排土圧平均値、バケット排土操作時間、バケット排土操作回数、バケット掘削圧平均値、バケット掘削操作回数、バケット掘削操作時間、の各項目が含まれる。旋回に関するグループには、例えば、旋回操作回数及び旋回操作時間の項目が含まれる。

ブームに関するグループに属する各項目の特徴量は、ブームに関するセンサ２０１，２０７からの信号に基づいて生成される。アームに関するグループに属する各項目の特徴量は、アームに関するセンサ２０２，２０８からの信号に基づいて生成される。バケットに関するグループに属する各項目の特徴量は、バケットに関するセンサ２０３，２０４からの信号に基づいて生成される。旋回に関するグループに属する各項目の特徴量は、旋回に関するセンサ２０５，２０６からの信号に基づいて生成される。

複合操作に関するグループには、それぞれ異なる複数の操作を組み合わせた項目が含まれている。複合操作の項目としては、例えば、アーム掘削及びバケット掘削の同時操作回数、アーム掘削及びバケット掘削の同時操作時間、ブーム上げ及びアーム掘削の同時操作回数、ブーム上げ及びアーム掘削の同時操作時間、ブーム下げ及びアーム掘削の同時操作回数、ブーム下げ及びアーム掘削の同時操作時間、バケット排土及び旋回の同時操作回数、バケット排土及び旋回の同時操作時間等を挙げることができる。

図１０は、運転データに基づいて特徴量を生成する様子を示す。説明の便宜上、図１０には、運転データ及び特徴量の一部のみを示す。図１０の上側は運転データを示し、図１０の下側は、各項目の特徴量を管理するテーブルＴ３０を示す。

オペレータの指示に従って油圧ショベルが作業を行っている期間中、データ収集用コントローラ２１０は、所定の時間間隔で各種センサ２００からの信号を取得し、運転データ記憶部２４０に記憶させる。

従って、運転データ記憶部２４０には、図１０の上側に示すように各センサ２０１〜２０８の信号に基づいたデータが記憶される。同図の例では、時刻Ｔ０から時刻Ｔｅまでの時間帯において取得して運転データの例を示す。

特徴量データ生成部２２１は、基準時刻から第１所定時間ｔ０までの対象時間帯内のデータに基づいて、特徴量を算出する。例えば、ブーム上げ圧力からブーム操作の回数を検出し、その回数をテーブルＴ３０に登録する。第１所定時間ｔ０は、例えば、６０秒程度に設定することができる。

特徴量データ生成部２２１は、基準時刻を第２所定時間ｔ１だけ後ろにずらし、この新たな基準時刻から第１所定時間ｔ０の新たな対象時間帯内のデータに基づいて、特徴量を算出する。特徴量データ生成部２２１は、算出された特徴量を、テーブルＴ３０内の対象時間帯に対応する箇所に記憶させる。第２所定時間ｔ１は、例えば、１０秒程度に設定することができる。

具体的には、基準時刻Ｔ０から時間ｔ０までの対象時間帯、基準時刻Ｔ１（Ｔ１＝Ｔ０＋ｔ１）から時間ｔ０が経過するまでの対象時間帯、基準時刻Ｔ２（Ｔ２＝Ｔ１＋ｔ１）から時間ｔ０が経過するまでの対象時間帯、のように、複数の対象時間帯が設定される。

特徴量データ生成部２２１は、各対象時間帯内の運転データに基づいて、２６項目の特徴量をそれぞれ算出し、テーブルＴ３０の所定位置に記憶させる。テーブルＴ３０は、各対象時間帯毎に、各項目の特徴量をそれぞれ管理する。

図１１及び図１２は、本実施形態に係る作業車両車載システム２０において、作業量を推定し、推定作業量を含む作業量データを管理サーバ５送信する処理のフローチャートである。

油圧ショベル２のエンジンが始動されて作業が開始されると（Ｓ１００）、この処理で使用される累積土砂容量Ｖ’、累積掘削回数Ｎｄ’、判定回数ｎ（いずれも初期値は０）及び作業判定処理で使用される基準時刻Ｔ（初期値Ｔ０）が初期化される（Ｓ１０１）。油圧ショベル２が稼働している間、データ収集用コントローラ２１０は各種センサ２００の出力信号に基づいて、運転データを収集して、運転データ記憶部２４０に蓄積する（Ｓ１０２）。データ収集用コントローラ２１０は、このデータ収集処理を油圧ショベル２の作業終了（エンジン停止）まで継続する（Ｓ１０３）。

油圧ショベル２のエンジンが停止して作業が終了すると（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、作業判定部２２３が作業判定処理を行う（Ｓ１０４）。作業判定処理は、所定の時間に区切って行う。作業判定処理の詳細は後述する。

ここで、作業量推定部２２４は、ステップＳ１０４の作業判定の結果、作業判定部２２３による作業判定処理の対象となった時間帯が、掘削・積込作業を行っている時間帯であれば（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、前回のステップＳ１０４の判定が掘削・積込作業であったか否かを判定する（Ｓ１０６）。そして、前回のステップＳ１０４の判定が掘削・積込作業でなければ（Ｓ１０６：Ｎｏ）、作業量推定部２２４は、対象となった時間帯の開始時刻を、掘削・積込作業の開始時刻Ｔｄｓとして記録し、ステップＳ１０４へ戻る（Ｓ１０７）。一方、前回のステップＳ１０４の判定が掘削・積込作業であれば（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６をスキップしてステップＳ１０４へ戻る。

ステップＳ１０４において、作業判定処理の対象となった時間帯が、掘削・積込作業を行っている時間帯でなければ（Ｓ１０５：Ｎｏ）、作業量推定部２２４は、前回のステップＳ１０４の判定が掘削・積込作業であったか否かを判定する（Ｓ１０８）。ここで、前回のステップＳ１０４の判定が掘削・積込作業でなければ（Ｓ１０８：Ｎｏ）、以下のステップをすべてスキップしてステップＳ１０４へ戻る。一方、前回のステップＳ１０４の判定が掘削・積込作業であれば（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、作業量推定部２２４は、対象となった時間帯の終了時刻を、掘削・積込作業の終了時刻Ｔｄｅを記録し、掘削・積込作業の回数を示す判定回数ｎに１を加算する（Ｓ１０９）。

ここまでの処理により、運転データ記憶部２４０が蓄積された時間帯において、油圧ショベル２が掘削・積み込み作業を行っていた時間帯Ｔｄｓ〜Ｔｄｅが特定される。

図１２を参照すると、作業量推定部２２４は、運転データ記憶部２４０に基づいて、Ｔｄｓ〜Ｔｄｅの時間帯において、旋回右レバー（あるいは旋回左レバー）が操作された回数をカウントして、その操作された回数を、Ｔｄｓ〜Ｔｄｅの時間帯における掘削回数Ｎｄとして記録する（Ｓ１１０）。

作業量推定部２２４は、バケット容量データ記憶部２６０を参照して、油圧ショベル２の機種に対応する標準バケット容量２６３を取得する。そして、標準バケット容量２６３及び掘削回数Ｎｄから、Ｔｄｓ〜Ｔｄｅの時間帯における掘削積込土砂容量Ｖｎを推定する（Ｓ１１１）。作業量推定部２２４は、Ｔｄｓ〜Ｔｄｅの時間帯における掘削積込土砂容量Ｖｎを、補正係数Ｒを用いてＴｄｓ〜Ｔｄｅの時間帯における掘削積込土砂容量Ｖｎ’に補正する（Ｓ１１２）。なお、補正係数Ｒによる補正は省略してもよい。

作業量推定部２２４は、以上の処理結果に基づいて、累積土砂容量Ｖ’に補正後の掘削積込土砂容量Ｖｎ’を加算し、累積掘削回数Ｎｄ’に掘削回数Ｎｄを加算して、累積土砂容量Ｖ’及び累積掘削回数Ｎｄ’を更新する（Ｓ１１３）。

作業量推定部２２４は、累積土砂容量Ｖ’に作業現場の土質に応じた比重をかけて、累積土砂重量（推定作業量）Ｇに変換する（Ｓ１１４）。作業現場の土質は、例えば、図１５の処理において取得したものを用いてもよい。

作業量推定部２２４は、運転データ記憶部２４０に蓄積された全運転データに対して、ステップＳ１０４の作業判定が終了したか否かを判定する（Ｓ１１５）。全運転データに対する作業判定が終了していなければ、ステップＳ１０４以降の処理を繰り返す（Ｓ１１５：Ｎｏ）。全運転データに対する作業判定が終了していれば（Ｓ１１５：Ｙｅｓ）、作業量推定部２２４は、累積土砂重量（推定作業量）Ｇ及び累積掘削回数Ｎｄ’を含む作業量データを生成して、衛星通信用コントローラ２３０を介して管理サーバ５へ送信する（Ｓ１１６）。

図１３は、図１１におけるステップＳ１０４の作業判定処理のフローチャートである。

特徴量データ生成部２２１は、カウンタＣに作業判定処理の繰り返し回数を示すＮ（例えばＮ＝１０）を設定して初期化する（Ｓ２１）。

特徴量データ生成部２２１は、基準時刻Ｔ（初期値はＴ０）から第１所定時間ｔ０分の対象時間帯に含まれるデータを用いて、予め設定された２６個の特徴量をそれぞれ算出して、特徴量データ記憶部２２２に格納する（Ｓ２２）。作業判定部２２３は、特徴量データ記憶部２２２に格納された特徴量から得られるパターン（入力パターンとも呼ぶ）と、基準データ記憶部２５０の基準データの重心との距離を算出する（Ｓ２３）。

ステップＳ２２，Ｓ２３について詳述する。本実施形態では、予め収集しておいた、十分な数の掘削・積込作業時の運転データに基づいて定まる、２６個の特徴量から構成される２６次元空間における特徴量の分布が基準データである。そして、特徴量データ生成部２２１は、運転データ記憶部２４０に記憶されているｔ０間の運転データからそれぞれ得られる特徴量を２６次元空間にマッピングし、ｔ０間の作業の特徴量の分布（入力パターン）を求める。そして、作業判定部２２３は、この入力パターンの重心を算出し、この重心と基準データの重心との距離を算出する。従って、簡単に言えば、ステップＳ２３では、油圧ショベル２が行った作業が掘削・積込作業であるか否かを判定している。一般的には、上記重心間の距離が近いほど、油圧ショベル２が行っている作業が掘削・積込作業を行っている確率が高いと判断できる。

特徴量データ生成部２２１は、ステップＳ２３で算出した距離を記憶し（Ｓ２４）、基準時刻を第２所定時間ｔ１だけ増加させるとともにカウンタＣを１だけ減少させる（Ｓ２５）。つまり、図１０で述べたように、特徴量データ生成部２２１は、対象時間帯の基準時刻Ｔ（始期）を時間ｔ１だけ進める（Ｔ＝Ｔ＋ｔ１）。

作業判定部２２３は、カウンタＣが０であるか、あるいは基準時刻をｔ１だけ進めた対象時間帯が、運転データの記録されている範囲内に存在するか否かを判定する（Ｓ２６）。対象時間帯が開始する基準時刻をＴとすれば、その対象時間帯の終了時刻はＴ＋ｔ０である。従って、ここでは、特徴量データ生成部２２１は、次回の処理の終了時刻Ｔ＋ｔ０が運転データの記録終了時刻を超えているか否かを判定する。

カウンタＣが０でなく、かつ、次回処理の対象時間帯内の全運転データが存在する場合（Ｓ２５：Ｎｏ）、ステップＳ２２以降の処理を繰り返す。一方で、カウンタＣが０となるか、あるいは、最後の対象時間帯（図１０中の時刻Ｔｎから時刻Ｔｅまでの期間）について距離の算出が終了すると（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、特徴量データ生成部２２１は、各対象時間帯毎のそれぞれの距離の平均値を算出し、その平均値に基づいて上記処理の対象となった時間帯に、掘削・積込作業が行われていたか否かを判定する（Ｓ２７）。すなわち、各対象時間帯毎のそれぞれの距離の平均値が所定の閾値よりも小さいときに、ここに含まれる全対象時間帯の作業が掘削・積込作業であると判定する。ステップＳ２７の判定結果が図１１のステップ１０５で用いられる。

図１４は、掘削・積込作業の特徴量分布の重心と入力パターンとの距離を、マハラノビスの汎距離（Mahalanobis' (generalized) distance）として求める場合の例を示す。図１４（ａ）に示すように、本実施形態では、掘削・積込作業の基準データＴ４１〜Ｔ４４を、例えば、「土」や「砂」等の各土質毎にそれぞれ用意している。各基準データＴ４１〜Ｔ４４には、特徴量パターンの平均値、標準偏差及び相関行列がそれぞれ予め計算されて、含まれている。

図１４（ｂ）に示すように、２６次元の特徴量空間に入力されるパターンｘは、２６個の特徴量（ｘ１，ｘ２，．．．ｘ２６）によって決定される。図１４（ｃ）に示すように、平均値ｍと標準偏差σとを用いることにより、各特徴量を、ｕｉ＝（ｘｉ−ｍｉ）／σｉの式を用いて標準化する。これにより、標準化された入力パターンｕが得られる。

図１４（ｃ）に示す数式を用いてマハラノビスの汎距離Ｄ＾２を求める。Ｄの二乗を使用するのは、以後の計算を簡素化するために、距離の絶対値を得るためである。

作業判定部２２３は、図１４（ｄ）で算出した距離Ｄ＾２が予め定められた閾値よりも小さい場合、掘削・積込作業と判定する。なお、図１４に示す距離の算出方法は、一つの例であって、本発明は図１４に示す構成に限定されない。

図１５は、補正関数生成部２２５が行う補正係数の算出処理のフローチャートである。本実施形態では、補正関数として定数である補正係数Ｒを算出する。同図のフローチャートは、例えば、一定の時間間隔で行われるようにしてもよい。

まず、補正関数生成部２２５は、近距離通信用コントローラ２３５を介してダンプトラック３へ、積載量データ取得要求を送信する（Ｓ３０）。そして、近距離通信用コントローラ２３５は、ダンプトラック３から積載量データ取得要求に対するリプライがあったか否かを判定する（Ｓ３１）。ここで、近距離通信用コントローラ２３５がダンプトラック３からのリプライを検出できないときは、ダンプトラック３に運搬車両車載システム３０が搭載されていないと判断して、処理を終了する（Ｓ３１：Ｎｏ）。

近距離通信用コントローラ２３５がダンプトラック３からのリプライを検出したときは（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、衛星通信用コントローラ２３０がＧＰＳ受信機２３７によって検出された位置データを管理サーバ５へ送信する（Ｓ３２）。

ここで、管理サーバ５では、衛星通信用コントローラ５１０が位置データを受信すると、顧客現場データ記憶部５７０の顧客現場データに従って、油圧ショベル２が存在する位置の現場土質５７４を油圧ショベル２へ通知する。

補正関数生成部２２５は、衛星通信用コントローラ２３０が管理サーバ５からの現場土質５７４の通知を受けたか否かを判定する（Ｓ３３）。所定時間が経過しても管理サーバ５からの現場土質５７４の通知がないときは、（Ｓ３３：Ｎｏ）、油圧ショベル２のオペレータが所定の入力手段に従って、現場土質を選択する（Ｓ３４）。補正関数生成部２２５は、管理サーバ５から通知された現場土質５７４またはオペレータが選択した現場土質の比重を土質データ記憶部２７０から取得する（Ｓ３５）。補正関数生成部２２５は、近距離通信用コントローラ２３５を介して、ダンプトラック３から、ダンプトラック３が計測して積載量Ｖｒを取得して、このときの積載量取得時刻Ｔｉとともに記憶しておく（Ｓ３６）。

ここで、上述した図１１，図１２の作業量推定処理において、ステップＳ３６で取得したダンプトラック３の積載量Ｖｒに対応する掘削積込土砂容量Ｖｎが算出されたときに、補正関数生成部２２５は、掘削土砂容量Ｖｎに、ステップＳ３５で取得した比重をかけて、掘削土砂重量Ｖｅを算出する（Ｓ３６）。なお、ここで用いる掘削土砂容量Ｖｎは、積載量取得時刻Ｔｉを含む推定掘削積込時間帯の掘削土砂容量Ｖｎとしてもよい。

そして、補正関数生成部２２５は、ステップＳ３６で取得した積載量Ｖｒと、ステップＳ３７で算出した掘削土砂重量Ｖｅとから、補正係数Ｒを算出する（Ｓ３８）。

上述した実施形態により、オペレータが何ら操作を行わなくても、作業車両が行った作業量を推定することができる。特に、作業車両が油圧ショベルである場合は、掘削回数を自動的に計数することにより、油圧ショベルが行った作業量を推定することができる。さらに、運搬車両に積み込んだ土砂の重量を運搬車両から積載量として取得することにより、油圧ショベルが行った作業量をより正確に推定することができる。

これにより、作業車両別に推定された作業量を、作業車両を管理する顧客に提供することができる。その結果、顧客は作業の進捗度合いを把握できるとともに、車両の消耗度合いも把握することができる。

上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

例えば、上述した実施形態では、作業車両の作業が終了してから運転データを解析して作業量を推定しているが、作業車両が作業を行っているときにリアルタイムで作業量を推定するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る作業量推定システムの全体構成を示す図である。 作業車両車載システム２０の構成図である。 バケット容量データ記憶部２６０のデータ構造の一例を示す。 土質データ記憶部２７０のデータ構造の一例を示す。 管理サーバ５の構成図である。 車両別作業量データ記憶部５６０のデータ構造の一例を示す。 顧客現場データ記憶部５７０のデータ構造の一例を示す。 運搬車両車載システム３０の構成図である。 特徴量データの説明図である。 運転データに基づいて特徴量を生成する様子を示す。 作業量を推定し、推定作業量を含む作業量データを管理サーバ５送信する処理のフローチャートである。 作業量を推定し、推定作業量を含む作業量データを管理サーバ５送信する処理のフローチャートである。 作業判定処理のフローチャートである。 掘削・積込作業の特徴量分布の重心と入力パターンとの距離を、マハラノビスの汎距離として求める場合の例を示す。 補正関数生成部２２５が行う補正係数の算出処理のフローチャートである。

符号の説明

２…油圧ショベル（作業車両）、３…ダンプトラック（運搬車両）、５…管理サーバ、７…顧客端末、２０…作業車両車載システム、３０…運搬車両車載システム、２００…各種センサ、２１０…データ収集用コントローラ、２２０…作業判定用コントローラ、２３０…衛星通信用コントローラ、２３５…近距離通信用コントローラ、２３７…ＧＰＳ受信機、２４０…運転データ記憶部、２５０…基準データ記憶部、２６０…バケット容量データ記憶部、２７０…土質データ記憶部、３１０…近距離通信用コントローラ、３２０…積載量計測装置、５１０…衛星通信用コントローラ、５２０…ネットワーク通信用コントローラ、５３０…基準データ記憶部、５４０…バケット容量データ記憶部、５５０…土質データ記憶部、５６０…車両別作業量データ記憶部、５７０…顧客現場データ記憶部、５８０…データ処理部。

Claims (5)

1. 作業車両（２）が行った作業量を推定するシステムであって、
   前記作業車両（２）に設けられている複数のセンサ（２００）からの信号に基づいて、所定の運転データを収集する運転データ収集手段（２１０）と、
   前記複数の運転データ収集手段（２１０）によって収集された前記所定の運転データを記憶する運転データ記憶手段（２４０）と、
   前記運転データ記憶手段（２４０）に記憶されている前記所定の運転データと、予め定められている基準データと対比して、前記作業車両（２）が特定の作業を行っている作業時間帯を特定する特定手段（２２３）と、
   前記運転データ記憶手段（２４０）に記憶されている前記所定の運転データに基づいて、前記特定手段（２２３）により特定された作業時間帯に前記作業車両（２）が行った作業量を推定する推定手段（２２４）と、を有する作業車両の作業量推定システム。
2. 前記作業車両（２）の識別情報と前記作業車両（２）の管理者とを対応付けて記憶する管理者データ記憶部（５６０）と、
   前記管理者データ記憶部（５６０）を参照して前記作業車両（２）の管理者を特定し、前記推定手段が推定した作業量を示す作業量データを、前記特定された管理者の端末装置へ送信する送信手段（５２０）と、をさらに備える請求項１記載の作業車両の作業量推定システム。
3. 前記作業車両（２）に設けられている前記作業車両の位置を検出する位置検出手段（２３７）と、
   作業現場別の土質を示す現場データを記憶する現場データ記憶手段（５７０）と、
   前記現場データ記憶手段（５７０）に記憶されている前記現場データと、前記位置検出手段（２３７）が検出した前記作業車両の位置とに基づいて、前記作業車両の作業現場の土質を特定する土質特定手段（５８０）と、をさらに備え、
   前記推定手段（２２４）は、前記土質特定手段（５８０）によって特定された前記作業車両の作業現場の土質を用いて、前記作業量を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の作業車両の作業量推定システム。
4. 前記作業車両（２）が行う前記特定の作業が、土砂を掘削し、掘削した土砂を運搬車両（３）へ積み込む作業であるとき、
   前記運搬車両（３）から、前記運搬車両（３）に積み込まれた土砂の積載量を示すデータを取得する積載量取得手段（２３５）と、
   前記積載量取得手段（２３５）から取得した前記運搬車両（３）に積み込まれた土砂の積載量と前記推定手段（２２４）が推定した前記作業量に基づいて補正関数を定める補正関数決定手段（２２５）と、をさらに備え、
   前記推定手段（２２４）は、前記補正関数決定手段（２２５）によって定められた前記補正関数によって補正を行って、前記作業車両（２）が行った作業量を推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の作業車両の作業量推定システム。
5. 油圧アクチュエータ（２Ｃ１，２Ｄ１，２Ｅ１）を備えた作業車両（２）であって、
   前記油圧アクチュエータ（２Ｃ１，２Ｄ１，２Ｅ１）の状態を検出する複数のセンサ（２０１〜２０６）と、
   前記複数のセンサ（２０１〜２０６）が検出した運転データを記憶する運転データ記憶手段（２４０）と、
   前記運転データ記憶手段（２４０）に記憶されている前記運転データと、予め定められている基準データと対比して、前記作業車両（２）が特定の作業を行っている作業時間帯を特定する特定手段（２２３）と、
   前記運転データ記憶手段（２４０）に記憶されている前記所定の運転データに基づいて、前記特定手段（２２３）により特定された作業時間帯に前記作業車両（２）が行った作業量を推定する推定手段（２２４）と、を有する作業車両。

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