JP6464357B2 - チェーンソー、チェーンソー作業評価システム、およびチェーンソー作業評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種センサーおよび通信機能を備えたチェーンソー、そのチェーンソーを使用した作業内容の評価システム、およびその評価方法に関する。

素材生産などの林業事業では、チェーンソーによる鋸断作業が人力作業の担う重要な作業である。しかし、この作業は、自然環境下での可搬式機械を用いた人力作業であるため、個人技能の優劣による作業能率と作業安全の程度に大きな差が生じざるを得ない。低技能習熟者が作業環境への不十分な配慮を持って行う作業では、作業災害の発生の危険が高く、作業能率も低い恐れがある。

このような課題を解決する方法の一つとして、例えば特許文献１が知られている。特許文献１の技術は、チェーンソー自体に立ち木が倒れる危険区域内の人の有無を検出するセンサーを備えることにより、その危険区域から退避していない作業員がいることを検出し、そこから退避するように警告する。

特開２００８−６５７２０号公報

チェーンソーによる鋸断作業は、山林内での単独作業となる場合がある。このため、作業中に災害が発生しても、状況の視認記録や、作業員の記憶や現場の状況などに基づく情報など、得られる情報は限られる。このため、災害が発生した際の状況を正確に把握することは困難である。

特許文献１の技術は、複数作業員で実施する作業を想定したものであり、かつ災害の発生を未然に防ぐことのみを考慮したものであり十分ではなかった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、チェーンソーによる作業時の記録を正確に把握し、災害の発生を防止し、作業の安全管理に有用なチェーンソー、チェーンソー作業評価システム、およびチェーンソー作業評価方法を提供することを目的とする。

本発明に係るチェーンソーは、上述した課題を解決するために、作業現場におけるチェーンソー使用時における作業情報を取得する作業情報取得部と、前記作業情報取得部により取得された作業情報に基づいて、ある要素作業の次工程に複数の要素作業に含まれる各要素作業が発生する確率を表す要素作業遷移確率行列を生成する遷移確率行列生成部と、予め格納された時系列の作業データである標準データと前記要素作業遷移確率行列とを比較し、異常の有無を判断する異常判断部と、を備え、前記作業情報は、前記チェーンソーの姿勢、加速度、エンジン回転数、位置情報、ソーチェーンの速度、駆動トルク、アクセル開度、作業者の動作から得られるデータの少なくともいずれかであり、前記異常判断部は、前記要素作業遷移確率行列から所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均と、前記標準データから前記所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均との誤差が許容範囲か否かを判断することにより、異常の有無を判断することを特徴とする。
また、本発明に係るチェーンソー作業評価システムは、作業現場におけるチェーンソー使用時における作業情報を取得する作業情報取得部と、前記作業情報取得部により取得された作業情報を送信する送信部とを備えたチェーンソーと、前記チェーンソーから送信された前記作業情報を受信し、前記作業情報に基づいて、ある要素作業の次工程に複数の要素作業に含まれる各要素作業が発生する確率を表す要素作業遷移確率行列を生成する遷移確率行列生成部と、予め格納された時系列の作業データである標準データと前記要素作業遷移確率行列とを比較し、異常の有無を判断する異常判断部と、を備えたサーバ装置と、を備え、前記作業情報は、前記チェーンソーの姿勢、加速度、エンジン回転数、位置情報、ソーチェーンの速度、駆動トルク、アクセル開度、作業者の動作から得られるデータの少なくともいずれかであり、前記異常判断部は、前記要素作業遷移確率行列から所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均と、前記標準データから前記所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均との誤差が許容範囲か否かを判断することにより、異常の有無を判断することを特徴とする。
さらに、本発明に係るチェーンソー作業評価方法は、作業現場におけるチェーンソー使用時における作業情報を取得する作業情報取得ステップと、取得された前記作業情報をサーバ装置へ送信するステップと、前記サーバ装置が送信された前記作業情報を受信し、前記作業情報に基づいて、ある要素作業の次工程に複数の要素作業に含まれる各要素作業が発生する確率を表す要素作業遷移確率行列を生成する遷移確率行列生成ステップと、前記サーバ装置が予め格納された時系列の作業データである標準データと前記要素作業遷移確率行列とを比較し、異常の有無を判断する異常判断ステップと、を備え、前記作業情報は、前記チェーンソーの姿勢、加速度、エンジン回転数、位置情報、ソーチェーンの速度、駆動トルク、アクセル開度、作業者の動作から得られるデータの少なくともいずれかであり、前記異常判断ステップは、前記要素作業遷移確率行列から所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均と、前記標準データから前記所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均との誤差が許容範囲か否かを判断することにより、異常の有無を判断することを特徴とする。

本発明に係るチェーンソー、チェーンソー作業評価システムおよびその方法においては、チェーンソーによる作業時の記録を正確に把握し、災害の発生を防止し、作業の安全管理に有用である。

本発明に係るチェーンソー作業評価システムの一実施形態であるシステム構成図。 本実施形態におけるサーバの機能構成を示す概略的な機能ブロック図。 サーバにより実行される異常判断処理を説明するフローチャート。 要素作業遷移確率行列の一例を示す説明図。 異常判断部の比較処理を説明する概念図。 本発明に係るチェーンソーの一実施形態であるシステム構成図。 図６のチェーンソーのデータ処理部の機能構成を示す概略的な機能ブロック図。

本発明に係るチェーンソー、チェーンソー作業評価システム、およびチェーンソー作業評価方法の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るチェーンソー作業評価システムの一実施形態であるシステム構成図である。

チェーンソー作業評価システム１（以下単に評価システム１という。）は、ネットワーク６を介して接続されたチェーンソー２、人体モーションセンサー３、表示端末４、サーバ５およびコンピュータ７を有する。ネットワーク６は、例えばＩＰｖ６（Internet Protocol Version 6）を利用した通信を行う。

チェーンソー２は、公知のチェーンソーであり、さらに各種センサー２１および送信部２２を有する。センサー２１は、６軸センサー、ＧＰＳ（Global Positioning System）、エンジン回転計、ソーチェーン速度計、トルク測定器、アクセル開度計である。

６軸センサーは、３軸加速度センサーと地磁気センサーとが組み合わせられたセンサーである。６軸センサーは、使用者（作業者）に保持されたチェーンソー２の移動方向、向き、回転、移動距離、移動速度、および加速度を検出する。ＧＰＳは、チェーンソー２の位置を検出する。エンジン回転計、ソーチェーン速度計、トルク測定器およびアクセル開度計は、それぞれチェーンソー２のエンジンの回転数、ソーチェーンの速度、駆動トルク、エンジンのアクセル開度を検出する。これらセンサー２１により検出された計測値は、送信部２２によりネットワーク６を介してサーバ５へ送信される。

人体モーションセンサー３は、チェーンソー２の使用者の動作を検出する。検出される動作は、姿勢、動作加速度、心拍数を一例とする人体から検出される様々なデータである。人体モーションセンサー３は、送信部３１を備える。計測値は、送信部３１によりネットワーク６を介してサーバ５へ送信される。

なお、チェーンソー２のセンサー２１および人体モーションセンサー３は、作業現場におけるチェーンソー使用時における作業情報を取得する作業情報取得部として機能する。

表示端末４は、ネットワーク６を介してサーバ５より受信した警報などの情報を表示する。表示端末４は、例えば作業者が携帯し、作業者が作業中に表示を確認可能なようになっている。または、表示端末４は、チェーンソー２に一体化されてもよい。

サーバ５は、チェーンソー２および人体モーションセンサー３から送信される各種計測値を格納し、所要の処理を行う。サーバ５の詳細は、図２を用いて後述する。

コンピュータ７は、サーバ５に保存されたデータを閲覧したり、データを用いたさらなる処理を行ったりすることができる。

図２は、本実施形態におけるサーバ５の機能構成を示す概略的な機能ブロック図である。

サーバ５は、データベース５１と、作業状態取得部５２と、遷移確率行列生成部５３と、異常判断部５４と、警報通知部５５とを有する。

データベース５１は、計測データ５６、作業状態データ５７、要素作業遷移確率行列５８、および標準データ５９を格納する。

作業状態取得部５２は、チェーンソー２のセンサー２１および人体モーションセンサー３により計測された作業情報である、チェーンソー２および人体モーションセンサー３より送信された計測データ５６に基づいて、作業状態データ５７を生成する。作業状態データ５７は、作業者がどのような作業状態にあるかを時系列に表すデータである。作業状態には、例えば「始まり」、「大移動」、「移動入」、「移動外」、「環境準備」、「機械準備」、「受口切り」、「追口切り」、「伐倒補助作業」、「終り」などの要素作業が含まれる。作業状態取得部５２は、計測データ５６を所定の手順に従って要素作業毎に切り出し、切り出された要素作業の種類を決定する。

遷移確率行列生成部５３は、作業状態データ５７に基づいて、要素作業遷移確率行列５８を生成する。要素作業遷移確率行列５８（以下、単に「遷移確率行列５８」という。）は、作業状態データ５７に基づいて得られる行列であり、ある要素作業の次工程に複数の要素作業に含まれる各要素作業が発生する確率を表す。

異常判断部５４は、遷移確率行列５８を、通常の動作を行った場合の作業者の作業履歴から抽出した時系列の作業データである予め格納された標準データ５９と比較し、作業の異常の有無を判断する。この標準データ５９は、一般的な作業者を想定してモデルとして生成された標準データであっても、実際に作業を行う作業者固有の標準データであってもよい。作業者固有の標準データは、作業者の動作の癖などを考慮したデータであり、モデルとしての標準データからは外れるものの安全の観点から許容される動作を含めたデータである。比較されるデータの詳細は、後述する。

警報通知部５５は、異常判断部５４により異常があると判断された場合、警報を生成し、ネットワーク６を介して表示端末４へ通知する。

次に、本実施形態におけるチェーンソー２、評価システム１で行われる処理（チェーンソー作業評価方法）について説明する。まず、リアルタイムに作業者に警報を通知する異常判断処理をフローチャートを用いて説明する。この異常判断処理は、作業者が現場において作業を行う間、チェーンソー２に設けられる各種センサー２１および人体モーションセンサー３から送信される計測データ５６に基づいて繰り返し行われる。

図３は、サーバ５により実行される異常判断処理を説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、サーバ５は、チェーンソー２のセンサー２１および人体モーションセンサー３からネットワーク６を介して送信される計測値を、データベース５１の計測データ５６に格納する。

ステップＳ２において、作業状態取得部５２は、計測データ５６に基づいて、作業者がどのような作業状態にあるかを時系列に表すデータを取得する。得られたデータは、作業状態データ５７としてデータベース５１に格納される。

ステップＳ３において、遷移確率行列生成部５３は、作業状態データ５７に基づいて、要素作業の後に各要素作業が発生する確率を表す遷移確率行列を生成する。得られたデータは、遷移確率行列５８としてデータベース５１に格納される。

図４は、遷移確率行列５８の一例を示す説明図である。遷移確率行列５８は、チェーンソー使用時（鋸断作業時）に発生し得る要素作業が「１ 始まり」から「１０ 終り」まで列挙されており、それぞれの要素作業の次工程に各要素作業が発生する確率を表す。例えば、図４は、「３ 移動入」の後に「環境準備」、「受口切り」および「追口切り」が発生する確率が０．３３３、その他の要素作業が発生する確率が０．０００となることを示している。この遷移確率行列５８は、作業状態データ５７および過去のモデルデータなどから、複数の状態が他の状態へ移り変わる確率を求め、相関関係を行列で表すことにより生成され得る。

ステップＳ４において、異常判断部５４は、ステップＳ３で得られた遷移確率行列５８および標準データ５９に基づいて、作業者の作業内容に異常がないか判断する。具体的には、遷移確率行列５８に基づいて遷移確率の移動平均を所定長さの時間窓で切り出す。時間窓の長さは、例えば伐木作業１本分に相当する「５分」に設定される。そして、この時間窓に対応する遷移確率の移動平均を標準データ５９から切り出す。異常判断部５４は、この切り出された２つのデータの誤差が許容範囲か否かを判断することにより、作業の異常の有無を判断する。図５は、異常判断部５４の比較処理を説明する概念図である。なお、図４および図５においては、比較の単位が要素作業ごとに固定されているように表されているが、実際には上記所定長さの時間窓単位で比較される。

このとき、標準データ５９を作業者の癖などを考慮したデータとすることで、異常判断部５４が過剰に異常を判断することがないようにすることができる。この場合、標準データ５９は、作業者の計測データ５６から得られる作業状態データ５７、遷移確率行列５８を用いて随時更新されることが好ましい。

ステップＳ５において異常判断部５４により異常がないと判断された場合、処理は終了する。一方、異常判断部５４により異常があると判断された場合、ステップＳ６において、警報通知部５５は、警報を生成し表示端末４へ送信する。これにより、表示端末４は、作業者に向けて警報の内容を通知し、作業者は作業内容を改善することができる。警報は、例えば、「通常よりも……に時間がかかっています」や「……作業は完了しましたか」などのメッセージであり、作業者の行動が標準データ５９に対して異常と判断された原因（２つのデータに発生した誤差の原因）を通知することが考えられる。なお、作業者の習熟程度に関する情報を得ることができる場合には、習熟程度に応じて警報の報知レベル（頻度や異常と判断する２つのデータの誤差の値）を変更するのが好ましい。

なお、ステップＳ４の異常判断とは別の観点から異常の有無を判断し、作業者に通知してもよい。例えば、計測データ５６または作業状態データ５７に基づいて、受口を切る際の角度や、追口を切る際の受口高さとの間隔などを判断し、不十分である場合には警報を通知することができる。この通知は、ステップＳ５において、異常があると判断された場合であっても、異常がないと判断された場合であっても、通知されるのが好ましい。

以上の通り、本実施形態における評価システム１および作業評価方法は、遷移確率行列５８で表された作業の一連の流れから、作業が標準状態にあるのか、または異常状態にあるのかを判断することができる。これにより、鋸断作業が標準サイクルで進行しているか否かという観点から判断し、作業者に対して警報を発することができる。

なお、上述した異常判断処理は、リアルタイムに行われる例を説明したが、作業内容を評価するために事後的に実行されてもよい。

次に、事後的に評価を行う作業評価処理について説明する。この作業評価処理は、チェーンソー２のセンサー２１および人体モーションセンサー３により得られ、サーバ５に格納された計測データ５６、および計測データ５６に基づいて取得された作業状態データ５７や遷移確率行列５８に基づいて行われる。

例えば、一日単位の各種データを作業日誌として記録することができる。これにより、従来は作業者個人が手作業により記録していた作業を省略することができる上に、個人の記憶に基づくものではない、データとして得られた作業情報を正確かつ詳細に記録することができる。

また、作業内容に対するチェーンソー２のエンジンの回転率などの情報が得られることから、チェーンソー２の機械効率やガソリン燃費などを算出することができる。これにより、作業者や事業者などに作業内容をフィートバックすることができ、以後、より効率的な鋸断作業を行うことができる。

また、作業評価処理は、日単位、月単位、年単位のように、得たい作業評価情報に応じて種々の単位で求めることができる。

なお、チェーンソー２がネットワーク６に接続され、センサー２１および人体モーションセンサー３より得られた計測値をサーバ５へ送信し、サーバ５が異常の有無を判断する例を説明したが、チェーンソー２単独で上記異常判断処理を行ってもよい。

図６は、本発明に係るチェーンソーの一実施形態であるシステム構成図である。

図６に示すシステム構成図が図１と異なる点は、チェーンソー２ａと表示端末４ａおよび人体モーションセンサー３ａとがBluetooth（登録商標）を用いて通信される点である。これに伴い、チェーンソー２ａ、表示端末４ａおよび人体モーションセンサー３ａは、Bluetooth通信機能を備える。なお、Bluetooth通信機能は、通信手段の一例であって、他の通信手段を用いてもよい。また、図１のサーバ５の機能は、データ処理部８としてチェーンソー２ａに設けられる。

図７は、データ処理部８の機能構成を示す概略的な機能ブロック図である。データ処理部８のデータベース８１（計測データ８６、作業状態データ８７、要素作業遷移確率行列８８、標準データ８９）、作業状態取得部８２、遷移確率行列生成部８３、異常判断部８４、および警報通知部８５は、図２のサーバ５の機能構成とほぼ同様であるため、説明を省略する。なお、データ処理部８は、ハード構成などの観点から、サーバ５の機能構成に対して機能を削減することが好ましい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ チェーンソー作業評価システム
２、２ａ チェーンソー
３、３ａ 人体モーションセンサー
４、４ａ 表示端末
５ サーバ
６ ネットワーク
７ コンピュータ
８ データ処理部
２１ センサー
２２ 送信部
５１、８１ データベース
５２、８２ 作業状態取得部
５３、８３ 遷移確率行列生成部
５４、８４ 異常判断部
５５、８５ 警報通知部
５６、８６ 計測データ
５７、８７ 作業状態データ
５８、８８ 要素作業遷移確率行列
５９、８９ 標準データ

Claims (5)

1. 作業現場におけるチェーンソー使用時における作業情報を取得する作業情報取得部と、
   前記作業情報取得部により取得された作業情報に基づいて、ある要素作業の次工程に複数の要素作業に含まれる各要素作業が発生する確率を表す要素作業遷移確率行列を生成する遷移確率行列生成部と、
   予め格納された時系列の作業データである標準データと前記要素作業遷移確率行列とを比較し、異常の有無を判断する異常判断部と、を備え、
   前記作業情報は、前記チェーンソーの姿勢、加速度、エンジン回転数、位置情報、ソーチェーンの速度、駆動トルク、アクセル開度、作業者の動作から得られるデータの少なくともいずれかであり、
   前記異常判断部は、前記要素作業遷移確率行列から所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均と、前記標準データから前記所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均との誤差が許容範囲か否かを判断することにより、異常の有無を判断することを特徴とするチェーンソー。
2. 前記異常判断部により異常があると判断された場合、作業者に対して警報を通知する警報通知部を備えた請求項１記載のチェーンソー。
3. 作業現場におけるチェーンソー使用時における作業情報を取得する作業情報取得部と、前記作業情報取得部により取得された作業情報を送信する送信部とを備えたチェーンソーと、
   前記チェーンソーから送信された前記作業情報を受信し、前記作業情報に基づいて、ある要素作業の次工程に複数の要素作業に含まれる各要素作業が発生する確率を表す要素作業遷移確率行列を生成する遷移確率行列生成部と、予め格納された時系列の作業データである標準データと前記要素作業遷移確率行列とを比較し、異常の有無を判断する異常判断部と、を備えたサーバ装置と、を備え、
   前記作業情報は、前記チェーンソーの姿勢、加速度、エンジン回転数、位置情報、ソーチェーンの速度、駆動トルク、アクセル開度、作業者の動作から得られるデータの少なくともいずれかであり、
   前記異常判断部は、前記要素作業遷移確率行列から所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均と、前記標準データから前記所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均との誤差が許容範囲か否かを判断することにより、異常の有無を判断することを特徴とするチェーンソー作業評価システム。
4. 前記サーバ装置は、前記異常判断部により異常があると判断された場合、作業者に対して警報を通知する警報通知部を備えた請求項３記載のチェーンソー作業評価システム。
5. 作業現場におけるチェーンソー使用時における作業情報を取得する作業情報取得ステップと、
   取得された前記作業情報をサーバ装置へ送信するステップと、
   前記サーバ装置が送信された前記作業情報を受信し、前記作業情報に基づいて、ある要素作業の次工程に複数の要素作業に含まれる各要素作業が発生する確率を表す要素作業遷移確率行列を生成する遷移確率行列生成ステップと、
   前記サーバ装置が予め格納された時系列の作業データである標準データと前記要素作業遷移確率行列とを比較し、異常の有無を判断する異常判断ステップと、を備え、
   前記作業情報は、前記チェーンソーの姿勢、加速度、エンジン回転数、位置情報、ソーチェーンの速度、駆動トルク、アクセル開度、作業者の動作から得られるデータの少なくともいずれかであり、
   前記異常判断ステップは、前記要素作業遷移確率行列から所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均と、前記標準データから前記所定長さの時間窓で切り出された遷移確率の移動平均との誤差が許容範囲か否かを判断することにより、異常の有無を判断することを特徴とするチェーンソー作業評価方法。

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