JP5972745B2 - 浚渫管理装置、浚渫管理方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、浚渫により形成される出来形の算出方法に関する。

特許文献１には、グラブバケットの平面位置と深度で浚渫工事を管理する方法が開示されている。
特許文献２には、バケットに予め設定したモニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づいて、フロント作業機により掘削して形成された地形に関する情報を取得するようにした油圧ショベルの出来形情報処理装置が開示されている。
特許文献３には、バックホウの本体、ブーム及びアームに設けたセンサ類でバックホウの刃先座標を３次元で把握し、予め入力した設計データとの差をバックホウ運転室または操船室のオペレーターに認識させて施工を支援する施工支援システムが開示されている。

特開２００４−１５００１５号公報 特開２００６−２００１８５号公報 特開２００５−２５０８６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、目標地形の傾斜に合わせてグラブバケットを傾斜させて、停止するたびにブームを旋回させて複数回の浚渫を行うことは想定していない。特許文献２、３に記載された技術は、ブームの先端から伸びるワイヤによってグラブバケットを吊り下げて浚渫を行う浚渫船に比べて、ショベルやバックホウの動きに自由度があるため、目標地形とのずれによる掘り残しが生じることがない。

一方、グラブバケットを傾斜させ停止するたびにブームを旋回させて複数回の浚渫を行う場合には、浚渫におけるグラブバケットの刃先の軌道は、傾斜と旋回角とによるひねりなどが加わり、複雑な動きをする。そのため、特許文献１から３のいずれかに記載された技術では、上述した浚渫による出来形を正確に把握することが困難であった。

本発明は、停止するたびにブームを旋回させて複数回の浚渫を行う浚渫船において、その浚渫による出来形を正確に把握することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る浚渫管理装置は、グラブバケットが浚渫動作を行うときの当該グラブバケットの刃先の軌跡が描く面の形状を表す刃先データを記憶する刃先データ記憶手段と、出来形の目標となる目標地形を表す目標地形データを記憶する目標地形データ記憶手段と、浚渫船の位置を測定する位置測定手段と、前記浚渫船の位置における深度を測定する深度測定手段と、前記浚渫船の姿勢を測定する姿勢測定手段と、前記浚渫船上の所定位置に設けられたブームの仰角を測定する仰角測定手段と、前記目標地形の角度の中心軸に沿った方向を基準とする、前記ブームの旋回角を測定する旋回角測定手段と、前記ブームからグラブバケットを吊り下げるワイヤの繰出量を測定する繰出量測定手段と、前記浚渫船の位置および姿勢、前記深度、前記ブームの仰角および旋回角、並びに前記ワイヤの繰出量に基づいて、前記グラブバケットの刃先の位置の基準となる基準点の位置を計算する計算手段と、前記グラブバケットの傾斜角を測定する傾斜角測定手段と、前記傾斜角測定手段により測定された傾斜角と、前記刃先データ記憶手段に記憶された前記刃先データと、前記計算手段により計算された前記基準点の位置と、に基づいて、前記グラブバケットの浚渫による水底の出来形を算出する算出手段と、前記旋回角が０のときに前記角度と一致するように、前記グラブバケットの前記傾斜角を調整する調整手段と、前記グラブバケットに前記浚渫動作を行わせる浚渫手段と、を備える。

好ましくは、前記算出手段が算出した前記出来形と、前記目標地形データ記憶手段に記憶された目標地形データが表す目標地形とを比較して、前記ブームを旋回させたために生じる掘り残しの量および該掘り残しが生じる領域を提示する提示手段と、前記提示手段により提示された前記量および前記領域に基づいて、前記浚渫手段による浚渫の計画を立案する立案手段と、を備えるとよい。

また、好ましくは、前記グラブバケットの浚渫作業時における前記基準点の位置の変化を特定する特定手段を備え、前記算出手段は、前記特定手段により特定された前記基準点の位置の変化に基づいて、前記出来形を補正するとよい。

また、本発明に係る浚渫管理方法は、グラブバケットが浚渫動作を行うときの当該グラブバケットの刃先の軌跡が描く面の形状を表す刃先データを記憶する刃先データ記憶手段と、出来形の目標となる目標地形を表す目標地形データを記憶する目標地形データ記憶手段と、を備える浚渫管理装置による浚渫管理方法であって、浚渫船の位置を測定する位置測定ステップと、前記浚渫船の位置における深度を測定する深度測定ステップと、前記浚渫船の姿勢を測定する姿勢測定ステップと、前記浚渫船上の所定位置に設けられたブームの仰角を測定する仰角測定ステップと、前記目標地形の角度の中心軸に沿った方向を基準とする、前記ブームの旋回角を測定する旋回角測定ステップと、前記ブームから前記グラブバケットを吊り下げるワイヤの繰出量を測定する繰出量測定ステップと、前記浚渫船の位置および姿勢、前記深度、前記ブームの仰角および旋回角、並びに前記ワイヤの繰出量に基づいて、前記グラブバケットの刃先の位置の基準となる基準点の位置を計算する計算ステップと、前記グラブバケットの傾斜角を測定する傾斜角測定ステップと、前記傾斜角測定ステップにより測定された前記傾斜角と、前記刃先データ記憶手段に記憶された前記刃先データと、前記計算ステップにより計算された前記基準点の位置と、に基づいて、前記グラブバケットの浚渫による水底の出来形を算出する算出ステップと、前記旋回角が０のときに前記角度と一致するように、前記グラブバケットの前記傾斜角を調整する調整ステップと、前記グラブバケットに前記浚渫動作を行わせる浚渫ステップと、を備える。

また、本発明に係るプログラムは、グラブバケットが浚渫動作を行うときの当該グラブバケットの刃先の軌跡が描く面の形状を表す刃先データを記憶する刃先データ記憶手段と、出来形の目標となる目標地形を表す目標地形データを記憶する目標地形データ記憶手段と、を備える浚渫管理装置のコンピュータに、浚渫船の位置を示す位置情報を取得する位置取得ステップと、前記浚渫船の位置における深度を示す深度情報を取得する深度取得ステップと、前記浚渫船の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢取得ステップと、前記浚渫船上の所定位置に設けられたブームの仰角を示す仰角情報を取得する仰角取得ステップと、前記目標地形の角度の中心軸に沿った方向を基準とする、前記ブームの旋回角を示す旋回角情報を取得する旋回角取得ステップと、前記ブームから前記グラブバケットを吊り下げるワイヤの繰出量を示す繰出量情報を取得する繰出量取得ステップと、前記位置情報、前記姿勢情報、前記深度情報、前記仰角情報、前記旋回角情報、前記繰出量情報に基づいて、前記グラブバケットの刃先の位置の基準となる基準点の位置を計算する計算ステップと、前記グラブバケットの傾斜角を示す傾斜角情報を取得する傾斜角取得ステップと、前記傾斜角取得ステップにより取得された前記傾斜角情報と、前記刃先データ記憶手段に記憶された前記刃先データと、前記計算ステップにより計算された前記基準点の位置と、に基づいて、前記グラブバケットの浚渫による水底の出来形を算出する算出ステップと、前記旋回角が０のときに前記角度と一致するように、前記グラブバケットの前記傾斜角を調整する調整ステップと、前記グラブバケットに前記浚渫動作を行わせる浚渫ステップと、を実行させるためのプログラムである。

本発明によれば、停止するたびにブームを旋回させて複数回の浚渫を行う浚渫船において、その浚渫による出来形を正確に把握することができる。

浚渫船の構成の一例を示す図である。 浚渫船の姿勢を説明するための図である。 ブームの仰角を説明するための図である。 ブームの旋回角を説明するための図である。 グラブバケットの概要を示す図である。 バケットシェルが水平方向から傾斜する傾斜角を示す図である。 グラブバケットの刃先の軌跡が描く面を説明するための図である。 グラブバケットを１回閉じることによって浚渫された水底の出来形を示す図である。 算出装置の構成の一例を示す図である。 算出装置の制御部の機能的構成を示す図である。 目標地形に対する出来形の一例を示す図である。 目標地形に合わせて傾斜角が決められるグラブバケットを示す図である。 ブームを旋回させることにより生じる掘り残しについて説明するための図である。

１．実施形態
１−１．浚渫船の構成
図１は、浚渫船１の構成の一例を示す図である。また、図２は、浚渫船１の姿勢を説明するための図である。以下、図において、浚渫船１の各構成の相対的な配置を説明するため、各構成が浚渫船１内において配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間（以下、ローカル座標空間という）として表す。また、浚渫船１の地球上の絶対的な位置を説明するため、浚渫船１を含む空間を東西南北および上下を座標軸とする座標空間（以下、グローバル座標空間という）として表す。なお、グローバル座標空間は世界測地系により表されてもよいが、ここでは三次元直交座標系を用いて近似する。

図に示す座標記号のうち、内側が白い円の中に黒い円を描いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表している。また、内側が白い円の中に交差する２本の線分を描いた記号は、紙面手前側から奥側に向かう矢印を表している。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。同様に、ｙ、ｚ成分についても、ｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。

グローバル座標空間において、上方とは重力方向に抗う方向であり「Ｕ」で表す。下方とは重力方向に沿った方向であり「Ｄ」で表す。東西南北はそれぞれ「Ｅ」「Ｗ」「Ｎ」「Ｓ」で表す。

浚渫船１は船体１９の甲板Ｆ上に旋回体１０を備える。旋回体１０は、運転席や操作室などのほか、ブーム１２の支持部や、起伏用ワイヤ１３、昇降用ワイヤ１４および開閉用ワイヤ１５のそれぞれのウィンチ（いずれも図示せず）を備える。旋回体１０は、甲板Ｆの法線方向に平行な軸Ｚｒを中心に旋回する。ブーム１２は、旋回体１０によって下部を支持されて、その運転席から見て上方且つ前方に伸びているため、旋回体１０の旋回に伴って旋回する。ブーム１２は起伏用ワイヤ１３によって上部を支持されており、ウィンチにより起伏用ワイヤ１３の巻き上げ量を調整することにより、ブーム１２の甲板Ｆに対する仰角が決まる。

昇降用ワイヤ１４および開閉用ワイヤ１５はいずれも、一方の端部がグラブバケット１１に接続されており、ブーム１２の頂点である点Ｐ１を通って他方の端部が旋回体１０の内部に備えられたウィンチに巻き上げられている。昇降用ワイヤ１４および開閉用ワイヤ１５によってグラブバケット１１は、その自重により点Ｐ１から下方（重力方向）に向けて吊り下げられる。昇降用ワイヤ１４がグラブバケット１１と接続する点Ｐ２を「グラブバケットの刃先の位置の基準となる基準点」とする。

旋回体１０、グラブバケット１１、ブーム１２、起伏用ワイヤ１３、昇降用ワイヤ１４、および開閉用ワイヤ１５は、水底Ｇを浚渫する浚渫作業に用いられる起重機であるクレーン１８を構成する。

１−２．浚渫船の姿勢
ローカル座標空間において、船体１９のうち、船尾Ｐｓから船首Ｐｂに向かう方向を＋ｙ方向に定め、甲板Ｆはｘｙ平面に平行な平面とする。すなわち、甲板Ｆの法線方向は＋ｚ方向である。
グローバル座標空間における浚渫船１の位置は、図１に示す点Ｐ０を基準として定める。点Ｐ０は、上述した軸Ｚｒが通る点であり、且つ、水面Ｆｗ上の点である。水面Ｆｗから水底Ｇまでの距離を深度Ｌｄとする。

浚渫船１の甲板Ｆは、水面Ｆｗに対して平行となっているとは限らない。また、浚渫船１の船首Ｐｂは、東西南北のいずれの方向を向くこともあり得る。したがって、基準点である点Ｐ２を特定するためには、浚渫船１の姿勢が必要である。トリム方向の船体傾斜角θｔは、浚渫船１の船首Ｐｂの方向（＋ｙ方向）が左右（ｘ軸）を軸としてどれだけ傾いているかを表す。

図２（ａ）に示す方位角θｙは、浚渫船１の船首Ｐｂの方向（＋ｙ方向）が甲板Ｆの法線（ｚ軸）を軸としてどの方位に向いているかを表す。図２（ｂ）に示すヒール方向の船体傾斜角θｈは、浚渫船１の甲板Ｆの法線方向（＋ｚ方向）が、船首Ｐｂと船尾Ｐｓを結ぶ直線方向、つまり浚渫船１の進行方向（ｙ軸）を軸としてどれだけ傾いているかを表す。

１−３．ブームの姿勢
ローカル座標空間において点Ｐ０から点Ｐ１に向かう方向は、クレーン１８のブーム１２の姿勢を表している。ブーム１２の姿勢は、甲板Ｆに対する仰角θｅと、軸Ｚｒを中心とし浚渫船１の進行方向を基準とする旋回角θｒで表される。

図３は、ブーム１２の仰角θｅを説明するための図である。図３に示す浚渫船１はローカル座標空間における＋ｘ方向に沿って見たときのものである。図３においてブーム１２は、クレーン１８の旋回体１０が旋回していない状態を表しており、ローカル座標空間におけるブーム１２をｘｙ平面上に射影した線はｙ軸方向に沿って伸びている。このとき、点Ｐ０を通るｘｙ平面に対して、点Ｐ０と点Ｐ１とを結ぶ線分が成す角度が仰角θｅである。

図４は、ブーム１２の旋回角θｒを説明するための図である。旋回角θｒは、船首Ｐｂの方向である＋ｙ方向に対して、浚渫船１を−ｚ方向に見て時計回りの方向に、点Ｐ０と点Ｐ１とを結ぶ線分が成す角度である。旋回体１０が旋回していないとき、θｒは０である。

ブーム１２は、伸縮しない構成であるため、ブーム１２の長さは一定である。したがって、ブーム１２の姿勢（すなわち、ブーム１２の仰角θｅおよび旋回角θｒ）が分かればローカル座標空間において点Ｐ０を基準とした点Ｐ１の位置が分かる。

１−４．グラブバケットの傾斜角
図５は、グラブバケット１１の概要を示す図である。図５に示すグラブバケット１１は、クレーン１８の旋回体１０が旋回していないときのグラブバケット１１である。なお、旋回体１０が旋回していないとき、ブーム１２は、ｙｚ平面に沿って配置される。

グラブバケット１１は、支軸１１１を中心に回転し開閉する鋼製の一対のバケットシェル１１２，１１３と、昇降用ワイヤ１４によって吊り下げられ、水平に保持される吊り部材１１０と、吊り部材１１０からバケットシェル１１２，１１３をそれぞれ吊り下げて支持する昇降用チェーン１１４，１１５と、吊り部材１１０に対してグラブバケット１１を傾斜させるために昇降用チェーン１１４，１１５の吊り下げ位置を調整する調整用チェーン１１６と、昇降用チェーン１１４，１１５と、調整用チェーン１１６とを接続する接続部１１７とを備える。また、バケットシェル１１２，１１３は、点Ｐ３においてこれらを開閉させるための開閉用ワイヤ１５と接続されている。

吊り部材１１０は、ブーム１２の頂点である点Ｐ１（図５において図示せず）から重力方向に沿って伸びる２本の昇降用ワイヤ１４の先端にそれぞれその両端を接続されている。吊り部材１１０は、昇降用ワイヤ１４によって両端を吊り下げられることにより、この両端を結ぶ方向（長手方向）がｘ軸方向に沿った姿勢になる。開閉用ワイヤ１５はバケットシェル１１２，１１３が閉じられて上昇するときグラブバケット１１の巻き上げ荷重を主に負担する。このとき昇降用チェーン１１４，１１５はグラブバケット１１が水平面で回転しないようにバケットシェル１１２，１１３を支持する。なお、吊り部材１１０は、１本の昇降用ワイヤ１４の先端に接続されていてもよいし、３本以上の昇降用ワイヤ１４の先端に接続されていてもよい。また、バケットシェル１１２，１１３は、複数本の開閉用ワイヤ１５とそれぞれ接続されていてもよい。

グラブバケット１１は、バケットシェル１１２，１１３を吊り下げる一方側（図５において−ｘ方向の側）の昇降用チェーン１１４，１１５と吊り部材１１０との間に、その吊り長さを調整するための調整用チェーン１１６を配置している。すなわち、昇降用チェーン１１４，１１５の接合部にフック等からなる接続部１１７を設け、昇降用チェーン１１４，１１５に調整用チェーン１１６を接続している。

調整用チェーン１１６が、バケットシェル１１２，１１３の一方側の吊り長さを調整することで、バケットシェル１１２，１１３は、水平方向から傾斜するように斜めに吊り下げられる。図６は、バケットシェル１１２，１１３が水平方向から傾斜する傾斜角θａを示す図である。長さＬｘの吊り部材１１０の一方側（図６において−ｘ方向の側）において、昇降用チェーン１１４，１１５との間に長さＬｚの調整用チェーン１１６が設けられており、他方側（図６において＋ｘ方向の側）には、昇降用チェーン１１４，１１５（図６において図示せず）が直接、接続されているため、バケットシェル１１２，１１３は、吊り部材１１０の方向、すなわちｘ軸方向から傾斜角θａだけ傾く。

１−５．刃先の軌跡が描く面の形状
図６に示した傾斜角θａを用いてｘｙｚ座標空間をｙ軸に沿って回転させたローカル座標空間を考える。このローカル座標空間では、軸を表す記号としてｘｙｚに替えてξηζを用いる。η軸はｙ軸に相当し、ζ軸はｚ軸に相当し、ξ軸はｙ軸を中心にして傾斜角θａだけ回転させたｘ軸に相当する。

図７は、グラブバケット１１の刃先の軌跡が描く面を説明するための図である。図７（ａ）に示すように、グラブバケット１１が開いているときには、バケットシェル１１２の刃先１１２ａと、バケットシェル１１３の刃先１１３ａとは離れている。

図５に示した昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆを固定させたまま、ウィンチにより開閉用ワイヤ１５を巻き上げたとすると、図７（ｂ）に示すように、支軸１１１は、開閉用ワイヤ１５の上昇に伴って上昇する。一方、昇降用チェーン１１４，１１５がバケットシェル１１２，１１３を支持する高さが変わらないため、バケットシェル１１２，１１３は上昇した支軸１１１を中心に互いに近づく向きに回転し、図７（ｂ）に示すようにグラブバケット１１が閉じられ、刃先１１２ａと刃先１１３ａとが接触する。
この結果、刃先１１２ａは、面Ｆ１を通過する軌跡を通り、刃先１１３ａは、面Ｆ２を通過する軌跡を通る。

また、開閉用ワイヤ１５を巻き上げずに昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆを増加させた場合、グラブバケット１１は上述した動きとは異なる態様で動く。すなわち、昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆが増加するため、バケットシェル１１２，１１３の支持位置が下降し、バケットシェル１１２，１１３は、支軸１１１を中心に互いに近づく向きに回転する。そして、開閉用ワイヤ１５は、図７（ａ）に破線で示すように、バケットシェル１１２，１１３の内側にそれぞれ設けられた滑車を通してその一端がバケットシェル１１３の内壁に固定されている。そのため、バケットシェル１１２，１１３が互いに近づくことによって、各滑車間の距離が縮まり、各滑車間に張った開閉用ワイヤ１５の長さも短くなる。開閉用ワイヤ１５は巻き上げられないため、バケットシェル１１２，１１３、および支軸１１１の位置は下降する。その結果、図７（ｃ）に示すように、グラブバケット１１が閉じられ、刃先１１２ａと刃先１１３ａとが接触する。そして、刃先１１２ａは、面Ｆ３を通過する軌跡を通り、刃先１１３ａは、面Ｆ４を通過する軌跡を通る。

図８は、グラブバケット１１を１回閉じることによって浚渫された水底Ｇの出来形を示す図である。図８に二点鎖線で示すグラブバケット１１は、浚渫作業の直前の位置であり、この位置から昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆを固定させたまま、開閉用ワイヤ１５を巻き上げてグラブバケット１１を閉じることによって、面Ｆ１と面Ｆ２とからなる出来形が形成される。

１−６．算出装置の構成
図９は、本発明に係る算出装置２の構成の一例を示す図である。この算出装置２は、本発明に係る浚渫管理装置の一例であり、浚渫による出来形を算出することで、浚渫作業の工程を管理する。算出装置２は、例えば上述した旋回体１０の内部に設けられている。算出装置２は、制御部２１、記憶部２２、通信部２３、および測定部２４を備える。これらは、バスによって接続されている。制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有し、ＣＰＵがＲＯＭや記憶部２２に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより算出装置２の各部を制御する。

通信部２３は、有線で接続された通信回線３を介して外部機器と通信を行うインターフェースである。
記憶部２２はハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）などの大容量の記憶手段であり、ＣＰＵに読み込まれるプログラムを記憶する。また、記憶部２２は、地形データ２２１、および刃先データ２２２を記憶する。地形データ２２１とは、グローバル座標空間において水底Ｇの地形を表すデータである。刃先データ２２２とは、グラブバケット１１が浚渫動作を行うときのグラブバケットの刃先の軌跡が描く面の形状を表すデータである。図８に示した面Ｆ１および面Ｆ２は、刃先データ２２２が表す形状の一例である。

測定部２４は、位置測定部２４１、深度測定部２４２、姿勢測定部２４３、仰角測定部２４４、旋回角測定部２４５、繰出量測定部２４６、および傾斜角測定部２４７を備える。
位置測定部２４１は、浚渫船１の位置を測定する測定器であり、例えば、上述した点Ｐ０のグローバル座標空間における位置をＧＰＳ（Global Positioning System）などにより測定するものである。位置測定部２４１により、点Ｐ０は、グローバル座標空間における緯度と経度の組み合せに対応する２次元座標値として測定される。

深度測定部２４２は、ワイヤなどにより、浚渫船１の位置における深度を測定する測定器である。深度測定部２４２は、例えば、グラブバケットの昇降用ワイヤの繰出量と、潮位計によって求めた水面の高さとに基づいてこの深度を測定する。深度測定部２４２により、図１に示した深度Ｌｄが測定される。

姿勢測定部２４３は、浚渫船１の姿勢を測定する測定器であり、例えば、角度センサやジャイロセンサなどで、浚渫船１のトリム方向船体傾斜角θｔ、ヒール方向船体傾斜角θｈ、および方位角θｙを測定する。

仰角測定部２４４は、甲板Ｆに対するブーム１２の仰角θｅを測定する測定器であり、例えば、角度センサで測定を行う。

旋回角測定部２４５は、船首Ｐｂの方向に対するブーム１２の旋回角θｒを測定する測定器であり、例えば旋回体１０を回転させるギヤ（図示せず）の回転数などに基づいて測定を行う。

繰出量測定部２４６は、グラブバケット１１を吊り下げる昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆを測定する測定器である。

傾斜角測定部２４７は、グラブバケット１１の傾斜角θａを測定する測定器である。傾斜角測定部２４７は、例えば、調整用チェーン１１６の長さを測定することによりこの傾斜角θａの測定を行う。なお、調整用チェーン１１６の長さは０［ｍ］に調節されてもよい。この場合、グラブバケット１１の傾斜角θａは０［度］となるので、姿勢は吊り部材１１０と同じく水平になる。

１−７．制御部の機能的構成
図１０は、算出装置２の制御部２１の機能的構成を示す図である。制御部２１は、記憶部２２から読み出したプログラムを実行することにより、位置取得部２１１、深度取得部２１２、姿勢取得部２１３、仰角取得部２１４、旋回角取得部２１５、繰出量取得部２１６、および傾斜角取得部２１７として機能する。また、制御部２１は、このプログラムを実行することにより、計算部２１８、および算出部２１９として機能する。

位置取得部２１１は、位置測定部２４１によって測定された浚渫船の位置（点Ｐ０）を示す位置情報を取得する。深度取得部２１２は、深度測定部２４２によって測定された浚渫船の位置における深度Ｌｄを示す深度情報を取得する。姿勢取得部２１３は、姿勢測定部２４３によって測定された浚渫船の姿勢（トリム方向船体傾斜角θｔ、ヒール方向船体傾斜角θｈ、および方位角θｙ）を示す姿勢情報を取得する。仰角取得部２１４は、仰角測定部２４４によって測定されたブーム１２の仰角θｅを示す仰角情報を取得する。旋回角取得部２１５は、旋回角測定部２４５によって測定されたブーム１２の旋回角θｒを示す旋回角情報を取得する。繰出量取得部２１６は、繰出量測定部２４６によって測定されたグラブバケット１１を吊り下げる昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆを示す繰出量情報を取得する。傾斜角取得部２１７は、傾斜角測定部２４７によって測定されたグラブバケット１１の傾斜角θａを示す傾斜角情報を取得する。

計算部２１８は、浚渫船１の位置（点Ｐ０）および姿勢（トリム方向船体傾斜角θｔ、ヒール方向船体傾斜角θｈ、および方位角θｙ）、深度Ｌｄ、ブーム１２の仰角θｅおよび旋回角θｒ、並びに昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆに基づいて、グラブバケット１１の刃先の位置の基準となる基準点（点Ｐ２）の位置を計算する。例えば、計算部２１８は、ブーム１２の仰角θｅおよび旋回角θｒ、並びにブーム１２の長さに基づいて、ローカル座標空間における点Ｐ０を中心とした点Ｐ１の位置を計算する。そして、計算部２１８は、グローバル座標空間における点Ｐ０の位置と、浚渫船１の姿勢を示すトリム方向船体傾斜角θｔ、ヒール方向船体傾斜角θｈ、および方位角θｙ、および深度Ｌｄを用いて、計算した点Ｐ１のグローバル座標空間における位置を計算する。そして、計算部２１８は、昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆを用いて点Ｐ１から重力方向に沿って吊り下げられたグラブバケット１１の基準点である点Ｐ２の、グローバル座標空間における位置を計算する。

算出部２１９は、傾斜角θａと、記憶部２２（刃先データ記憶手段）に記憶された刃先データ２２２と、計算部２１８により計算された基準点（点Ｐ２）の位置とに基づいて、グラブバケット１１の浚渫による水底Ｇの出来形を算出する。具体的に、算出部２１９は、グローバル座標空間における点Ｐ２の位置に基づき、刃先データ２２２が示す掘削面を配置する。そして、算出部２１９は、複数回にわたって配置された掘削面を重ね合わせることで浚渫による水底Ｇの出来形を算出する。

１−８．浚渫の動作例
図１１は、目標地形Ｇｐに対する出来形の一例を示す図である。目標地形Ｇｐとは、浚渫工事の目標となる地形である。ここでは、浚渫船１の姿勢を示すトリム方向船体傾斜角θｔ、ヒール方向船体傾斜角θｈ、および方位角θｙは全て０であるとする。したがって、グローバル座標空間とローカル座標空間とは一致する。以下、グローバル座標空間における東（Ｅ）、北（Ｎ）、上（Ｕ）の方向はそれぞれローカル座標空間における＋ｘ方向、＋ｙ方向、＋ｚ方向に一致するものとして説明する。

目標地形Ｇｐは、ｙ軸を中心にして＋ｙ方向に見て反時計回りに、水平面を角度θだけ傾けた斜面である。浚渫船１は、＋ｙ方向に船首を向けて進む。浚渫作業は、錨あるいはスパッドを下ろして浚渫船１を停止させた状態にして行われる。

図１２は、目標地形Ｇｐに合わせて傾斜角θａが決められるグラブバケット１１を示す図である。目標地形Ｇｐが水平面に対して角度θだけ傾いている場合、グラブバケット１１の傾斜角θａが角度θと一致するように、浚渫船１の作業者は調整用チェーン１１６の長さを調整する。これにより、吊り部材１１０がｘ軸方向に平行な状態で浚渫を行えば、グラブバケット１１の刃先１１２ａ，１１３ａの軌跡は、目標地形Ｇｐの斜面に沿った面を描くので、グラブバケット１１を水平に保って水底Ｇを階段状に浚渫する場合に比べて、掘り残しや掘り過ぎが抑えられる。

しかしながら、１回の停止ごとにグラブバケット１１を１回閉じる作業しかしないと、浚渫船１が進行する方向に対して浚渫できる幅がグラブバケット１１の幅（掘り幅Ｌｗ）にとどまることになり不経済、且つ非効率である。したがって、浚渫船１は、１回の停止ごとに少なくとも２回以上、異なる位置でグラブバケット１１を閉じて浚渫する。このとき、浚渫船１は、旋回体１０を複数回にわたり旋回させることでブーム１２を旋回させ、グラブバケット１１を複数の位置から吊り下げて、各位置において浚渫を行う。図１１に示す例では、浚渫船１は、１回の停止ごとに３回、３箇所の位置においてグラブバケット１１を閉じて浚渫を行っている。

図１３は、ブーム１２を旋回させることにより生じる掘り残しについて説明するための図である。図１３（ａ）には、上から下に向かって目標地形Ｇｐを見たときの、浚渫による出来形の位置が示されている。面Ｆｃは、旋回角θｒ＝０のときの掘削面である。このとき、グラブバケット１１の吊り部材１１０は、ｘ軸方向に平行であるため、面Ｆｃは前面において目標地形Ｇｐに沿った傾斜になっている。

一方、面Ｆｒは、ブーム１２を右方向に旋回させたときの掘削面であり、例えば、旋回角θｒは１５度である。このとき、グラブバケット１１の吊り部材１１０は、ｘ軸方向よりも−ｚ方向に見て時計回りに（例えば１５度）旋回している。そのため、面Ｆｒは、その傾斜角θａが目標地形Ｇｐの傾斜に対して捩れており、目標地形Ｇｐに一致しない形状となっている。同様に、面Ｆｌは、ブーム１２を左方向に旋回させたときの掘削面であり、その傾斜角θａが目標地形Ｇｐの傾斜に対して捩れているので、目標地形Ｇｐに一致しない形状となっている。浚渫船１は、この掘削面を水面Ｆｗから水底Ｇに向けて垂直下方へ移動させてこの掘削面の中心部が目標地形Ｇｐに到達した位置で浚渫を行う。その結果、浚渫作業においてブーム１２を旋回させたときに、この到達した位置以外の位置において掘り残しが生じる。図１３（ｂ）に示す領域Ｆｉは、この浚渫を行ったことにより掘り残しが生じる領域を示している。

このように、浚渫船１が行う浚渫作業は、１回の停止ごとに少なくとも２回以上、位置を変えてグラブバケット１１を閉じて浚渫するものであるため、ブーム１２を旋回させたときに掘り残しが生じてしまい、例えば浚渫の深さだけに着目するだけでは、正確な出来形の把握ができない。

算出装置２は、基準点である点Ｐ２のグローバル座標空間における位置を計算して、三次元仮想空間における点Ｐ２の位置に基づき、刃先データ２２２が示す掘削面を配置する。そして、算出部２１９は、配置された複数の掘削面を重ね合わせることで浚渫による水底Ｇの出来形を算出する。したがって、浚渫による出来形は三次元仮想空間において記録され、算出装置２の利用者は、ブーム１２を旋回させたために生じる掘り残しの量や、その掘り残しが生じる領域を、この出来形と目標地形との比較によって把握することができる。

２．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
２−１．変形例１
上述した実施形態において、浚渫の工法として、昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆを固定させたまま、ウィンチにより開閉用ワイヤ１５を巻き上げる工法と、開閉用ワイヤ１５を巻き上げずに昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆを増加させる工法とを例に挙げたが、工法はこれに限られない。例えば、浚渫の工法には、開閉用ワイヤ１５を巻き上げるとともに、昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆを変化させる工法を実施してもよい。この場合、開閉用ワイヤ１５を巻き上げる速度や、昇降用ワイヤ１４の繰出量Ｌｆを変化させる速度は、いずれも一定でなくてよい。これらの速度を調節することにより、出来形を平面に近づけてもよい。

２−２．変形例２
上述した実施形態において、算出装置２は、浚渫による水底の出来形を算出するだけであったが、出来形を算出することに加えて、算出した出来形と上述した目標地形Ｇｐとを比較することにより、グラブバケット１１による浚渫の計画を立案してもよい。この場合、図９に示すように、記憶部２２は、出来形の目標となる目標地形Ｇｐを表す目標地形データを記憶している。そして、制御部２１は、上述したプログラムを実行することにより、記憶部２２に記憶されたこの目標地形データを読み出して、算出部２１９が算出した現在の出来形と、目標地形データが表す目標地形Ｇｐとを比較して、上記計画を立案する立案部２１０２として機能すればよい。なお、立案部２１０２によって立案された計画は、算出装置２に設けられた図示しない提示部によって算出装置２の利用者に提示されてもよいし、通信部２３および通信回線３を介して算出装置２と通信する外部機器の提示部によってその外部機器の利用者に提示されてもよい。

２−３．変形例３
上述した実施形態において、算出部２１９は、計算部２１８により計算された基準点（点Ｐ２）の位置に、刃先データ２２２が示す所定の掘削面を配置していたが、浚渫作業の開始から完了までの間に基準点が移動する場合には、この移動に応じて刃先データ２２２が示す掘削面やその掘削面を配置する位置を補正してもよい。例えば、制御部２１は、上述したプログラムを実行することにより、グラブバケット１１の浚渫作業時における基準点の位置の変化を特定する特定部２１０１として機能する。この場合、浚渫作業が開始されてから完了するまでの間にも、例えば繰出量取得部２１６は、繰出量測定部２４６から繰出量情報を取得しており、特定部２１０１は、取得した繰出量情報などに基づいて昇降用ワイヤ１４がグラブバケット１１を吊り下げる点Ｐ２の位置の変化を特定する。そして、算出部２１９は、特定部２１０１により特定された基準点の位置の変化に基づいて、出来形を補正すればよい。なお、特定部２１０１は、さらに、浚渫作業中における浚渫船１の姿勢の変化や、ブーム１２の仰角または旋回角の変化などによって、基準点の位置の変化を特定してもよい。

２−４．変形例４
上述した実施形態において、ブーム１２は伸縮しない構成であったが、伸縮する構成としてもよい。この場合、算出装置２は、浚渫作業時のブーム１２の長さを示すブーム長情報を取得し、この長さと、ブーム１２の姿勢とに基づいてローカル座標空間において点Ｐ０を基準とした点Ｐ１の位置を計算すればよい。なお、ブーム１２の長さは、例えば伸縮動作を指示する制御信号に基づいて特定すればよい。

２−５．変形例５
本発明は、算出装置２による浚渫管理方法として把握することが可能である。すなわち、本発明は、グラブバケットが浚渫動作を行うときのこのグラブバケットの刃先の軌跡が描く面の形状を表す刃先データを記憶する刃先データ記憶手段と、を備える浚渫管理装置による浚渫管理方法であって、浚渫船の位置を測定する位置測定ステップと、浚渫船の位置における深度を測定する深度測定ステップと、浚渫船の姿勢を測定する姿勢測定ステップと、浚渫船上の所定位置に設けられたブームの仰角を測定する仰角測定ステップと、ブームの旋回角を測定する旋回角測定ステップと、ブームからグラブバケットを吊り下げるワイヤの繰出量を測定する繰出量測定ステップと、浚渫船の位置および姿勢、深度、ブームの仰角および旋回角、並びにワイヤの繰出量に基づいて、グラブバケットの刃先の位置の基準となる基準点の位置を計算する計算ステップと、グラブバケットの傾斜角を測定する傾斜角測定ステップと、傾斜角測定ステップにより測定された傾斜角と、刃先データ記憶手段に記憶された刃先データと、計算ステップにより計算された基準点の位置とに基づいて、グラブバケットの浚渫による水底の出来形を算出する算出ステップとを備える浚渫管理方法として観念される。

２−６．変形例６
算出装置２の制御部２１によって実行されるプログラムは、磁気テープや磁気ディスクなどの磁気記録媒体、光ディスクなどの光記録媒体、光磁気記録媒体、半導体メモリなどの、コンピュータ装置が読み取り可能な記録媒体に記憶された状態で提供し得る。また、このプログラムを、インターネットなどのネットワーク経由でダウンロードさせることも可能である。なお、上記の制御部２１によって例示した制御手段としてはＣＰＵ以外にも種々の装置が適用される場合があり、例えば、専用のプロセッサなどが用いられる。

２−７．変形例７
上述した実施形態において、測定部２４は、バスによって制御部２１と接続されていたが、測定部２４の全体や、測定部２４に含まれるいくつかの測定器は、通信回線３を介して算出装置１と通信する外部機器であってもよい。この場合、例えば、出来形の算出に用いられる各種のパラメータは、この外部機器によって測定され、通信部２３を介して制御部２１に送信されればよい。

１…浚渫船、１０…旋回体、１１…グラブバケット、１１０…部材、１１１…支軸、１１２…バケットシェル、１１２ａ…刃先、１１３…バケットシェル、１１３ａ…刃先、１１６…調整用チェーン、１１７…接続部、１２…ブーム、１３…起伏用ワイヤ、１４…昇降用ワイヤ、１５…開閉用ワイヤ、１８…クレーン、１９…船体、２…算出装置、２１…制御部、２１０１…特定部、２１０２…立案部、２１１…位置取得部、２１２…深度取得部、２１３…姿勢取得部、２１４…仰角取得部、２１５…旋回角取得部、２１６…繰出量取得部、２１７…傾斜角取得部、２１８…計算部、２１９…算出部、２２…記憶部、２２１…地形データ、２２２…刃先データ、２３…通信部、２４…測定部、２４１…位置測定部、２４２…深度測定部、２４３…姿勢測定部、２４４…仰角測定部、２４５…旋回角測定部、２４６…繰出量測定部、２４７…傾斜角測定部、３…通信回線、Ｆ…甲板、Ｆ１…面、Ｆ２…面、Ｆ３…面、Ｆ４…面、Ｇ…水底、Ｇｐ…目標地形。

Claims (5)

1. グラブバケットが浚渫動作を行うときの当該グラブバケットの刃先の軌跡が描く面の形状を表す刃先データを記憶する刃先データ記憶手段と、
   出来形の目標となる目標地形を表す目標地形データを記憶する目標地形データ記憶手段と、
   浚渫船の位置を測定する位置測定手段と、
   前記浚渫船の位置における深度を測定する深度測定手段と、
   前記浚渫船の姿勢を測定する姿勢測定手段と、
   前記浚渫船上の所定位置に設けられたブームの仰角を測定する仰角測定手段と、
   前記目標地形の角度の中心軸に沿った方向を基準とする、前記ブームの旋回角を測定する旋回角測定手段と、
   前記ブームからグラブバケットを吊り下げるワイヤの繰出量を測定する繰出量測定手段と、
   前記浚渫船の位置および姿勢、前記深度、前記ブームの仰角および旋回角、並びに前記ワイヤの繰出量に基づいて、前記グラブバケットの刃先の位置の基準となる基準点の位置を計算する計算手段と、
   前記グラブバケットの傾斜角を測定する傾斜角測定手段と、
   前記傾斜角測定手段により測定された傾斜角と、前記刃先データ記憶手段に記憶された前記刃先データと、前記計算手段により計算された前記基準点の位置と、に基づいて、前記グラブバケットの浚渫による水底の出来形を算出する算出手段と、
   前記旋回角が０のときに前記角度と一致するように、前記グラブバケットの前記傾斜角を調整する調整手段と、
   前記グラブバケットに前記浚渫動作を行わせる浚渫手段と、
   を備えた浚渫管理装置。
2. 前記算出手段が算出した前記出来形と、前記目標地形データ記憶手段に記憶された目標地形データが表す目標地形とを比較して、前記ブームを旋回させたために生じる掘り残しの量および該掘り残しが生じる領域を提示する提示手段と、
   前記提示手段により提示された前記量および前記領域に基づいて、前記浚渫手段による浚渫の計画を立案する立案手段と、
   を備えた請求項１に記載の浚渫管理装置。
3. 前記グラブバケットの浚渫作業時における前記基準点の位置の変化を特定する特定手段を備え、
   前記算出手段は、前記特定手段により特定された前記基準点の位置の変化に基づいて、前記出来形を補正する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の浚渫管理装置。
4. グラブバケットが浚渫動作を行うときの当該グラブバケットの刃先の軌跡が描く面の形状を表す刃先データを記憶する刃先データ記憶手段と、出来形の目標となる目標地形を表す目標地形データを記憶する目標地形データ記憶手段と、を備える浚渫管理装置による浚渫管理方法であって、
   浚渫船の位置を測定する位置測定ステップと、
   前記浚渫船の位置における深度を測定する深度測定ステップと、
   前記浚渫船の姿勢を測定する姿勢測定ステップと、
   前記浚渫船上の所定位置に設けられたブームの仰角を測定する仰角測定ステップと、
   前記目標地形の角度の中心軸に沿った方向を基準とする、前記ブームの旋回角を測定する旋回角測定ステップと、
   前記ブームから前記グラブバケットを吊り下げるワイヤの繰出量を測定する繰出量測定ステップと、
   前記浚渫船の位置および姿勢、前記深度、前記ブームの仰角および旋回角、並びに前記ワイヤの繰出量に基づいて、前記グラブバケットの刃先の位置の基準となる基準点の位置を計算する計算ステップと、
   前記グラブバケットの傾斜角を測定する傾斜角測定ステップと、
   前記傾斜角測定ステップにより測定された前記傾斜角と、前記刃先データ記憶手段に記憶された前記刃先データと、前記計算ステップにより計算された前記基準点の位置と、に基づいて、前記グラブバケットの浚渫による水底の出来形を算出する算出ステップと、
   前記旋回角が０のときに前記角度と一致するように、前記グラブバケットの前記傾斜角を調整する調整ステップと、
   前記グラブバケットに前記浚渫動作を行わせる浚渫ステップと、
   を備える浚渫管理方法。
5. グラブバケットが浚渫動作を行うときの当該グラブバケットの刃先の軌跡が描く面の形状を表す刃先データを記憶する刃先データ記憶手段と、出来形の目標となる目標地形を表す目標地形データを記憶する目標地形データ記憶手段と、を備える浚渫管理装置のコンピュータに、
   浚渫船の位置を示す位置情報を取得する位置取得ステップと、
   前記浚渫船の位置における深度を示す深度情報を取得する深度取得ステップと、
   前記浚渫船の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢取得ステップと、
   前記浚渫船上の所定位置に設けられたブームの仰角を示す仰角情報を取得する仰角取得ステップと、
   前記目標地形の角度の中心軸に沿った方向を基準とする、前記ブームの旋回角を示す旋回角情報を取得する旋回角取得ステップと、
   前記ブームから前記グラブバケットを吊り下げるワイヤの繰出量を示す繰出量情報を取得する繰出量取得ステップと、
   前記位置情報、前記姿勢情報、前記深度情報、前記仰角情報、前記旋回角情報、前記繰出量情報に基づいて、前記グラブバケットの刃先の位置の基準となる基準点の位置を計算する計算ステップと、
   前記グラブバケットの傾斜角を示す傾斜角情報を取得する傾斜角取得ステップと、
   前記傾斜角取得ステップにより取得された前記傾斜角情報と、前記刃先データ記憶手段に記憶された前記刃先データと、前記計算ステップにより計算された前記基準点の位置と、に基づいて、前記グラブバケットの浚渫による水底の出来形を算出する算出ステップと、
   前記旋回角が０のときに前記角度と一致するように、前記グラブバケットの前記傾斜角を調整する調整ステップと、
   前記グラブバケットに前記浚渫動作を行わせる浚渫ステップと、
   を実行させるためのプログラム。

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