JP6067432B2 - 積上げ作業の支援システム - Google Patents

Description

本発明は、積上げ作業の支援システムに関し、さらに詳しくは、クレーンを用いてブロックや石等の材料を積上げて構造物を構築する際に、その構造物の完成形状に合うように効率的に材料の積上げ作業を行なうことができる積上げ作業の支援システムに関するものである。

港湾に離岸堤などの構造物を構築する場合に、例えば、起重機船のクレーンを用いて多数のブロックや石等の材料を水中から水上まで積上げる。従来、材料を積上げて構造物を構築する際には、例えば、ロープ等によって丁張りを設置し、クレーンの操縦者は、この丁張りに沿って材料を積上げることにより、予め設定された完成形状の構造物を構築するようにしている（例えば、特許文献１の図１等を参照）。

ところで、クレーンの操縦室が比較的高い位置にある場合は、操縦者は構築中の構造物の平面状態をある程度、目視で把握することができるが、構築中の構造物の側面状態（高さ方向の状態）を目視で把握することはできない。即ち、クレーンの操縦者は、構築中の構造物の側面状態と丁張りとを比較参照しながら、材料の積上げ作業を行なうことができないため、構造物の完成形状に合うように効率的に材料を積上げることが難しいという問題があった。

特開平１１−２０９９４３号公報

本発明の目的は、クレーンを用いてブロックや石等の材料を積上げて構造物を構築する際に、その構造物の完成形状に合うように効率的に材料の積上げ作業を行なうことができる積上げ作業の支援システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の積上げ作業の支援システムは、クレーンを用いて複数の材料を積上げることにより構造物を構築する積上げ作業の支援システムであって、前記構造物が構築される構築現場を側面から撮影するＣＣＤカメラと、前記クレーンのブームに設置されるＧＰＳアンテナと、前記クレーンの操縦室に設けられるモニタと、前記ＣＣＤカメラにより撮影された画像データおよび前記ＧＰＳアンテナにより検知された位置データが入力されるとともに、構築される構造物の位置データおよび形状データと前記ＣＣＤカメラの設置位置データおよび視野中心方向データとが予め入力されている演算装置とを備え、前記ＧＰＳアンテナにより検知された位置データに基づいて、前記ブームの位置によって変化する所定の基準位置の位置データを前記演算装置により算出し、この基準位置を通過し、かつ、前記ＣＣＤカメラの視野中心方向線に対して予め設定された角度で交差する平面で切断した前記構造物の断面形状を算出し、この算出した断面形状を、前記ＣＣＤカメラにより撮影された構築現場の側面視の画像データに重ねた状態で前記モニタに表示する構成にしたことを特徴とする。

本発明によれば、クレーンのブームに設置されるＧＰＳアンテナにより検知された位置データに基づいて、ブームの位置によって変化する所定の基準位置の位置データを演算装置により、精度よく算出することができる。そして、この算出した基準位置を通過し、かつ、ＣＣＤカメラの視野中心線に対して予め設定された角度で交差する平面で切断した構造物の断面形状を算出し、この算出した断面形状を、ＣＣＤカメラにより撮影された構築現場の側面視の画像データに重ねた状態でクレーンの操縦室に設置されたモニタに表示するので、モニタに表示されたこの断面形状を丁張りとして機能させることができる。クレーンの操縦者はモニタを見るだけで構築中の構造物の側面状態と、構造物の断面形状（完成形状）とを把握することができる。それ故、クレーンの操縦者は、構築中の構造物の側面状態と構造物の完成形状とを比較参照しながら、材料の積上げ作業を行なうことにより、構造物の完成形状に合うように効率的に材料を積上げることが可能になる。

ここで、既に構築現場に積み上げた材料の位置データが前記演算装置に入力され、この入力されたデータに基づいて、前記モニタに、前記構築現場の上面視で、既に積み上げた材料により形成された構造物の状態を表示する構成にすることもできる。この構成によりクレーンの操縦者は、構築現場の側面視の状態および上面視の状態をモニタにより確認しながら、材料の積上げ作業を行なうことができる。そのため、一段と効率的に材料を構造物の完成形状に合うように積上げることが可能になる。

また、前記ＣＣＤカメラが複数台であり、それぞれのＣＣＤカメラを別の場所に設置した構成にすることもできる。この構成によりクレーンの操縦者は、構築現場の視線方向の異なる複数の側面視の状態をモニタにより確認しながら材料の積上げ作業を行なうことができる。そのため、一段と効率的に材料を構造物の完成形状に合うように積上げることが可能になる。

本発明の積上げ作業の支援システムを側面視で例示する説明図である。 図１の積上げ作業の支援システムを上面視で例示する説明図である。 モニタに表示される構築現場の側面視の状態を例示する説明図である。 モニタに表示される構築現場の上面視の状態を例示する説明図である。 本発明の積上げ作業の支援システムの別の実施形態を上面視で例示する説明図である。

以下、本発明の積上げ作業の支援システムについて、図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１、２に例示する本発明の積上げ作業の支援システム（以下、支援システムという）は、クレーン２を用いて複数の材料Ｂを積上げることにより構造物Ｍを構築する。積み上げる材料Ｂは、消波ブロック等の各種ブロックや石などである。これら材料Ｂを吊ワイヤ５によって吊り上げて、所望の位置に移動させて据え付けて、多数の材料Ｂを積み上げることにより、離岸堤、護岸、マウント等の構造物Ｍを構築する。この実施形態では、構造物Ｍとして離岸堤を構築するため、作業船１に搭載されたクレーン２によって材料Ｂを積み上げる。

この支援システムは、ＣＣＤカメラ８ａと、クレーン２のブーム３に設置されるＧＰＳアンテナ７ａと、クレーン２の操縦室４に設けられるモニタ６と、演算装置９とを備えている。ＣＣＤカメラ８ａは、陸上Ｇから構造物Ｍが構築される構築現場を側面から撮影する。

演算装置９としてはパーソナルコンピュータ等を用いて、例えば操縦室４に設置される。この演算装置９には、ＣＣＤカメラ８ａにより撮影された画像データおよびＧＰＳアンテナ７ａにより検知された位置データ（３次元データ）が入力される。ＣＣＤカメラ８ａと演算装置９との間では、無線ＬＡＮを用いてデータ伝送される。また、構築される構造物Ｍの位置データ（３次元データ）および完成形状Ｓの形状データ（３次元データ）が予め入力されている。さらには、ＣＣＤカメラ８ａの設置位置データ（３次元データ）および視野中心方向データ（２次元データ）が予め入力されている。図２に示す一点鎖線ＣＬがＣＣＤカメラ８ａの視野中心方向線であり、この視野中心方向線ＣＬの方向を示すデータが、視野中心方向データである。

ＧＰＳアンテナ７ａによって、ＧＰＳアンテナ７ａが設置された位置が精度よく検知されるが、この検知された位置に基づいて、ブーム３の位置によって変化する所定の基準位置ＴＰの位置データ（２次元データ）が演算装置９により算出される。この所定の基準位置ＴＰとは、例えば、クレーン２に吊られている材料Ｂの位置、換言すると、ブーム３の先端位置である。

この基準位置ＴＰを算出するためには、ＧＰＳアンテナ７ａが設置された位置と基準位置ＴＰとの位置関係を把握する必要がある。そこで、この実施形態では、作業船１に別のＧＰＳアンテナ７ｂが設置されている。このＧＰＳアンテナ７ｂは、自身の位置情報とともに自身の方向情報（作業船１の向き情報）を検知できるＧＰＳ方位計である。このＧＰＳアンテナ７ｂによって、ＧＰＳアンテナ７ｂが設置されている位置および方向が精度よく検知される。このＧＰＳアンテナ７ｂが検知した位置データ（３次元データ）および方向データも演算装置９に入力される。

検知されたＧＰＳアンテナ７ｂの位置とクレーン２の旋回中心ＲＰとの位置関係は既知である。したがって、この既知の位置関係と、ＧＰＳアンテナ７ｂの検知データとに基づいて、クレーン２の旋回中心ＲＰの位置を把握することができる。これに伴って、旋回中心ＲＰの位置とブーム３に設置したＧＰＳアンテナ７ａの位置とにより、ブーム３の平面視の方向を精度よく把握できる。

また、ブーム３の傾斜角度を検知する傾斜計が設けられていて、この傾斜計の検知データが演算装置９に入力される構成になっている。基準位置ＴＰとＧＰＳアンテナ７ａの位置との間の水平距離は、ブーム３の傾斜角度によって変化するが、この傾斜計の検知データを用いることにより、基準位置ＴＰとＧＰＳアンテナ７ａの位置との間の水平距離が把握できる。

これにより、クレーン２に吊られている材料Ｂの位置（２次元データ）を精度よく算出することができる。尚、ＧＰＳアンテナ７ａを基準位置ＴＰに設置すれば、ブーム３の方向を把握するためのＧＰＳアンテナ７ｂは不要になる。

ＧＰＳアンテナ７ｂが、自身の位置情報のみを検知する通常タイプの場合は、ＧＰＳアンテナ７ｂを２台設置する必要がある。そして、それぞれのＧＰＳアンテナ７ｂの検知データに基づいて、作業船１の向きを把握して、クレーン２の旋回中心ＲＰの位置を把握することになる。

尚、上述の３次元データとは、平面座標Ｘ、Ｙおよび高さ方向座標Ｚを特定する座標情報（位置情報）である。ＧＰＳアンテナ７ａ、７ｂが検知するのは、国が定める座標系における位置座標値（国家座標値や公共座標値）である。

通常、日本国内の要所には、国や地元自治体等が国家座標値を把握しているポイント（国家座標点という）が存在している。作業エリアにおいて見通せる位置に国家座標点に基づく座標点が２点以上存在すれば、その既知点を基にして測距測角することによって、任意の位置に、積み上げ作業を管理するための座標点（管理用座標点）を新たに設置することが可能である。積み上げ作業に先立って、積み上げ作業位置およびその周辺位置の地理情報を把握した上で、適切な位置に管理用座標点を設置する。ＣＣＤカメラ８ａは管理用座標点上に据え付ける。

次いで、演算装置９は、基準位置ＴＰを通過し、かつ、ＣＣＤカメラ８ａの視野中心方向線ＣＬに対して予め設定された角度Ａで交差する平面ＳＬの位置データを算出する。この角度Ａは任意の角度に設定することができるが、例えば９０°（９０°近傍）に設定する。

次いで、算出した平面ＳＬにより切断した構造物Ｍの完成形状Ｓの断面形状Ｔを算出し、図３に例示するように、この算出した断面形状Ｔをモニタ６に表示する。モニタ６には、ＣＣＤカメラ８ａにより撮影された構築現場の側面視の画像データも表示され、断面形状Ｔは、撮影された構築現場の側面視の画像データに位置合わせされて重ねた状態で表示される。これにより、モニタ６に表示された断面形状Ｔを丁張りとして機能させることができる。

図２から分かるように、材料Ｂを積上げる位置（据え付ける位置）によって、構造物Ｍの完成形状Ｓのその位置における断面形状Ｔは変化する。そのため、構造物Ｍの完成形状Ｓに合うように材料Ｂを積上げるには、材料Ｂを積上げる位置に応じた構造物Ｍの断面形状Ｔが必要になる。

本発明では、材料Ｂを積上げる位置に応じて変化する構造物Ｍの断面形状Ｔが、ＣＣＤカメラ８ａにより撮影された構築現場の側面視の画像データと重なった状態でモニタ６に表示される。したがって、クレーン２の操縦者はモニタ６を見るだけで、構築中の構造物Ｍの側面状態と、丁張りとして機能する構造物Ｍの完成形状Ｓの断面形状Ｔとを把握することができる。それ故、クレーン２の操縦者は、構築中の構造物Ｍの側面状態と断面形状Ｔとを比較参照しながら、断面形状Ｔに沿うように材料Ｂを積上げれば、構造物Ｍの完成形状Ｓに合うように効率的に材料Ｂを積上げることができる。

ＣＣＤカメラ８ａは、角度計測機能および旋回機能を有していて、無線により遠隔操作で角度を変更させることができる。そのため、積み上げ作業の進捗に応じてクレーン２の位置が変更される場合等に、任意の撮影方向に設定変更することができる。

図４に例示するように、モニタ６には、断面形状Ｔを構築現場の側面視の画像データに重ねた状態にした上述の表示と同時に、或いは、切り替えるようにして、既に積み上げた材料Ｂ（Ｂ１、Ｂ２）により形成された構造物Ｍの状態を構築現場の上面視で表示してもよい。

この構築現場の上面視の表示は、既に構築現場に積み上げた材料Ｂ１、Ｂ２の位置データが演算装置９に入力され、この入力されたデータに基づいて形成されたものである。例えば、材料Ｂ１、Ｂ２を据え付ける都度、その据え付けた位置データを演算装置９に入力し、据え付けた段毎に色を付ける。図４では、１段目に据え付けた材料Ｂ１を白抜き、２段目に据え付けた材料Ｂ２を斜線で示し、構造物Ｍの完成形状Ｓとともに表示されている。この表示内容は、断面形状Ｔを構築現場の側面視の画像データに重ねた状態の上述の表示をするモニタ６とは別のモニタ６に表示してもよい。

この構成によれば、クレーン２の操縦者は、構築現場の側面視の状態および上面視の状態をモニタ６により確認しながら、材料Ｂ（Ｂ１、Ｂ２）の積上げ作業を行なうことができる。そのため、材料Ｂ（Ｂ１、Ｂ２）を構造物Ｍの完成形状Ｓに合うように効率的に積上げるには一段と有利になる。

モニタ６に表示する材料Ｂのサイズは、積み上げ作業で実際に取り扱う材料Ｂのサイズに応じて予め適切な描写サイズとなるように設定可能になっている。例えば、規格が幅１ｍの消波ブロック（材料Ｂ１）と幅２ｍの消波ブロック（材料Ｂ２）を用いる場合、それぞれの材料Ｂ１、Ｂ２の実際のサイズに応じた比率の大きさで、それぞれの材料Ｂ１、Ｂ２をモニタ６に表示する。

図５に例示する実施形態のように、複数台のＣＣＤカメラ８ａ、８ｂを設け、それぞれのＣＣＤカメラ８ａ、８ｂを別の位置に設置することもできる。それぞれのＣＣＤカメラ８ａ、８ｂによって構造物Ｍが構築される構築現場が側面から撮影されて、その撮影された画像データが演算装置９に入力される。その他の構成やデータ処理は、先の実施形態と同様である。

この実施形態では、クレーン２の操縦者は、構築現場の視線方向の異なる複数の側面視の状態をモニタ６により確認しながら材料Ｂの積上げ作業を行なうことができる。そのため、材料Ｂを構造物Ｍの完成形状Ｓに合うように効率的に積上げるには一段と有利になる。設置するＣＣＤカメラ８ａ、８ｂの台数は２台に限らず、３台以上にすることもできる。

本発明は上述した実施形態で例示した水上における材料Ｂの積上げ作業に限らず、陸上における材料Ｂの積上げ作業についても適用することができる。

１ 作業船
２ クレーン
３ ブーム
４ 操縦室
５ 吊ワイヤ
６ モニタ
７ａ、７ｂ ＧＰＳアンテナ
８、８ａ、８ｂ ＣＣＤカメラ
９ 演算装置
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ 材料
Ｍ 構造物
Ｓ 完成形状
Ｔ 断面形状

Claims (3)

1. クレーンを用いて複数の材料を積上げることにより構造物を構築する積上げ作業の支援システムであって、前記構造物が構築される構築現場を側面から撮影するＣＣＤカメラと、前記クレーンのブームに設置されるＧＰＳアンテナと、前記クレーンの操縦室に設けられるモニタと、前記ＣＣＤカメラにより撮影された画像データおよび前記ＧＰＳアンテナにより検知された位置データが入力されるとともに、構築される構造物の位置データおよび形状データと前記ＣＣＤカメラの設置位置データおよび視野中心方向データとが予め入力されている演算装置とを備え、前記ＧＰＳアンテナにより検知された位置データに基づいて、前記ブームの位置によって変化する所定の基準位置の位置データを前記演算装置により算出し、この基準位置を通過し、かつ、前記ＣＣＤカメラの視野中心方向線に対して予め設定された角度で交差する平面で切断した前記構造物の断面形状を算出し、この算出した断面形状を、前記ＣＣＤカメラにより撮影された構築現場の側面視の画像データに重ねた状態で前記モニタに表示する構成にしたことを特徴とする積上げ作業の支援システム。
2. 既に構築現場に積み上げた材料の位置データが前記演算装置に入力され、この入力されたデータに基づいて、前記モニタに、前記構築現場の上面視で、既に積み上げた材料により形成された構造物の状態を表示する構成にした請求項１に記載の積上げ作業の支援システム。
3. 前記ＣＣＤカメラが複数台であり、それぞれのＣＣＤカメラを別の位置に設置した請求項１または２に記載の積上げ作業の支援システム。

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