JP7141225B2 - 作業分析装置および作業分析方法 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、作業の推定結果を俯瞰的に認識できる情報を出力する作業分析装置および作業分析方法を提供することにある。
図1は、一実施形態に係る作業分析システムの構成を示す概略図である。
状態分析システム1は、作業機械100と作業分析装置300とラベリング装置200を備える。
ラベリング装置200は、作業分析装置300に記憶された動画像に、そのときの作業機械100の作業の区分を示すラベルを付したラベルデータを生成する。つまり、ラベルデータは、作業の区分を示すラベルの時系列である。
図2は、第1の実施形態に係る油圧ショベルの構成を示す斜視図である。
作業機械100は、走行体110と、走行体110に支持される旋回体120と、油圧により作動し旋回体120に支持される作業機130とを備える。旋回体120は、旋回中心を中心として走行体110に旋回自在に支持される。
アーム132は、ブーム131とバケット133とを連結する。アーム132の基端部は、ブーム131の先端部にアームピンP2を介して取り付けられる。
バケット133は、土砂などを掘削するための刃先と掘削した土砂を収容するための収容部とを備える。バケット133の基端部は、アーム132の先端部にバケットピンP3を介して取り付けられる。なお、バケット133は、例えば法面バケットのように整地を目的としたバケットでもよいし、収容部を備えないバケットでもよい。また、作業機130は、バケット133に代えて、打突によって粉砕力を与えるためのブレーカや、対象物を把持するグラップルなどの他のアタッチメントを備えてもよい。
アームシリンダ135は、アーム132を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ135の基端部は、ブーム131に取り付けられる。アームシリンダ135の先端部は、アーム132に取り付けられる。
バケットシリンダ136は、バケット133を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ136の基端部は、アーム132に取り付けられる。バケットシリンダ136の先端部は、バケット133に取り付けられる。
旋回体120は、エンジン122、油圧ポンプ123、コントロールバルブ124、旋回モータ125、操作装置126、撮像装置127、データ集約装置128を備える。なお、他の実施形態においては、作業機械100がネットワークを介した遠隔操作によって動作してもよいし、自動運転によって動作してもよい。この場合、作業機械100は、運転室121および操作装置126を備えなくてもよい。
油圧ポンプ123は、エンジン122により駆動され、コントロールバルブ124を介して各アクチュエータ(ブームシリンダ134、アームシリンダ135、バケットシリンダ136、走行モータ112、および旋回モータ125)に作動油を供給する。
コントロールバルブ124は、油圧ポンプ123から供給される作動油の流量を制御する。
旋回モータ125は、コントロールバルブ124を介して油圧ポンプ123から供給される作動油によって駆動し、旋回体120を旋回させる。
操作装置126の傾きに応じて、コントロールバルブ124の各アクチュエータへつながる流路の開度が制御される。操作装置126は、例えば傾きに応じてパイロット作動油の流量を変化させるバルブを有し、パイロット作動油がコントロールバルブ124のスプールを作動させることで、コントロールバルブ124の開度を制御する。
トルクセンサ142は、エンジン122に設けられ、エンジン122のトルクを計測する。
燃料センサ143は、エンジン122に設けられ、エンジンの消費燃料量(瞬時燃費)を計測する。
ブームシリンダボトム圧センサ146は、ブームシリンダ134のボトム側の油室の圧力を計測する。
アームストロークセンサ148は、アームシリンダ135のストローク量を計測する。
バケットストロークセンサ149は、バケットシリンダ136のストローク量を計測する。なお、他の実施形態においては、各ストロークセンサに代えて、作業機130の角度を直接測る角度計を備えてもよいし、ブーム131、アーム132、およびバケット133のそれぞれに傾斜計またはIMUを備えてもよい。また他の実施形態においては、撮像装置127が撮像した作業機130が写る画像から作業機130の角度を算出してもよい。
図3は、第1の実施形態に係るラベリング装置の構成を示す概略ブロック図である。
ラベリング装置200は、プロセッサ21、メインメモリ22、ストレージ23、インタフェース24を備えるコンピュータである。ラベリング装置200の例としては、PC、スマートフォン、およびタブレット端末などが挙げられる。ラベリング装置200は、どこに設置されてもよい。つまり、ラベリング装置200は、作業機械100に搭載されてもよいし、作業分析装置300に搭載されてもよいし、作業機械100および作業分析装置300と別個に設けられてもよい。ストレージ23は、ラベリングプログラムを記憶する。プロセッサ21は、ラベリングプログラムをストレージ23から読み出してメインメモリ33に展開し、ラベリングプログラムに従った処理を実行する。
動画像表示部212は、動画像取得部211が取得した動画像をディスプレイに表示させる。
ラベル入力部213は、動画像の再生中に、利用者から、再生タイミングにおいて作業機械100が実行している作業の区分を示すラベル値の入力を受け付ける。
ラベルデータ生成部214は、ラベル入力部213に入力されたラベル値を、入力された再生タイミングを示すタイムスタンプに関連付けたラベルデータを生成する。ラベルデータは、例えば、作業の区分を行とし、時刻を列とする行列であって、その時刻にその区分に係る作業がなされたか否かを表す値を要素に持つ行列であってよい。つまり、ラベルデータは、i列j行目の要素の値wijを、時刻tiに区分ajに係る作業がなされているときに1とし、時刻tiに区分ajに係る作業がなされていないときに0とする行列であってよい。
ラベルデータ送信部215は、ラベルデータを作業分析装置300に送信する。
ラベル入力部213に入力される作業の区分の例について説明する。
ラベル入力部213は、利用者から、単位作業に係るラベル値と要素作業に係るラベル値の入力を受け付ける。単位作業とは、一の作業目的を遂行する作業である。要素作業とは、単位作業を構成する要素であって目的別に区分される一連の動作または作業を示す作業である。
掘削は、バケット133によって土砂または岩石を掘り、削り取る作業である。
積荷旋回は、削り取った土砂または岩石をバケット133に抱えたまま、旋回体120を旋回させる作業である。
排土は、削り取った土砂または岩石を、バケット133から運搬車両または所定の場所に下ろす作業である。
空荷旋回は、バケット133に土砂および岩石が無い状態で、旋回体120を旋回させる作業である。
排土待ちは、削り取った土砂または岩石をバケット133に抱えたまま、積み込むための運搬車両を待機している作業である。
荷台押えは、運搬車両の荷台に積み込んだ土砂を上からバケット133で押えて平らにする作業である。
転圧は、乱れた地盤に対してバケット133で土砂を押し込み、地盤を成形し、また強化する作業である。
押し均しは、バケット133の底面で土砂を払い均す作業である。
ホウキは、バケット133の側面で土砂を払い均す作業である。
掘削積込は、土砂または岩石を掘り、削り取り、削り取った土砂または岩石を運搬車両の荷台に積み込む作業である。掘削積込は、掘削、積荷旋回、排土、空荷旋回、排土待ちおよび荷台押えで構成される単位作業である。
溝掘削は、地盤を溝状に細長く掘り、削り取る作業である。溝掘削は、掘削、積荷旋回、排土、および空荷旋回で構成され、押し均しを含み得る単位作業である。
埋戻しは、地盤に既に空いている溝または穴に土砂を入れて平らに埋め戻す作業である。埋戻しは、掘削、積荷旋回、排土、転圧、および空荷旋回で構成され、押し均しおよびホウキを含み得る単位作業である。
鋤取りは、地面の余分な起伏を所定の高さにするため平らに削り取る作業である。鋤取りは、掘削および排土、または掘削、積荷旋回、排土、および空荷旋回で構成され、押し均しおよびホウキを含み得る単位作業である。
法面(上から)は、対象箇所の上方に位置する作業機械100によって斜面を作る作業である。法面(上から)は、転圧、掘削、積荷旋回、排土、空荷旋回で構成され、押し均しを含み得る単位作業である。
法面(下から)は、対象箇所の下方に位置する作業機械100によって斜面を作る作業である。法面(下から)は、転圧、掘削、積荷旋回、排土、空荷旋回で構成され、押し均しを含み得る単位作業である。
積荷集めは、掘削等によって出た土砂を、運搬車両に積む前に集めておく作業である。積荷集めは、掘削、積荷旋回、排土、空荷旋回で構成され、押し均しを含み得る単位作業である。
走行は、作業機械100を移動させる作業である。単位作業としての走行は、要素作業としての走行から構成される単位作業である。
停車は、バケット133に土砂および岩石が無く、かつ所定時間以上停止している状態である。単位作業としての停車は、要素作業としての停車から構成される単位作業である。
図4は、第1の実施形態に係る作業分析装置の構成を示す概略ブロック図である。
作業分析装置300は、プロセッサ31、メインメモリ33、ストレージ35、インタフェース37を備えるコンピュータである。ストレージ35は、作業分析プログラムを記憶する。プロセッサ31は、作業分析プログラムをストレージ35から読み出してメインメモリ33に展開し、作業分析プログラムに従った処理を実行する。なお、第1の実施形態に係る作業分析装置300は、作業機械100の外部に設けられるが、他の実施形態においては作業分析装置300は、機能の一部または全部が作業機械100の内部に設けられてもよい。
具体的には、作業特定部315は、作業の区分を行とし、時刻を列とする行列であって、その時刻にその区分に係る作業の尤度を要素に持つ行列を得る。つまり、尤度の時系列は、i列j行目の要素の値wijを、時刻tiにおける作業が区分ajに係る作業である尤度とする行列であってよい。作業特定部315は、単位作業に係る尤度の時系列を得ることで、作業機械100による単位作業の区分を特定する。作業特定部315は、要素作業に係る尤度の時系列を得ることで、作業機械100による要素作業の区分を特定する。
このとき、要素作業に係る時間平均フィルタの窓関数の大きさ(単位時間の長さ)は、単位作業に係る時間平均フィルタの窓関数の大きさより小さい。なお、平滑化の方法は時間平均に限られないが、要素作業に係る窓関数の大きさは単位作業に係る窓関数の大きさより小さいことが好ましい。これは、単位作業が要素作業によって構成されているように、一の要素作業が継続する時間は一の単位作業が継続する時間より短いためである。
ヒートマップ生成部317は、平滑化部316によって平滑化された尤度の時系列に基づいて、縦軸に作業の区分をとり横軸に時刻をとる平面に、作業の区分の尤度を表す色を付したヒートマップを生成する。ヒートマップに係る色は、例えば作業の区分の尤度が低いほど色相が青色に近づき、作業の区分の尤度が高いほど色相が赤色に近づいてよい。またヒートマップに係る色は、例えば作業の区分の尤度が低いほど明度が低く、作業の区分の尤度が高いほど明度が高くなってよい。ヒートマップの色の態様は、尤度の値を表示するものであればどのような態様であってもよい。つまり、ヒートマップは、尤度の値を色相、明度、濃度、彩度、輝度、またはその他の色の態様で表してよい。
具体的には、ヒートマップ生成部317は、単位作業に係る尤度の時系列に基づいて、時刻ごとの単位作業の尤度を表す単位作業ヒートマップH1を生成する。ヒートマップ生成部317は、要素作業に係る尤度の時系列に基づいて、時刻ごとの要素作業の尤度を表す要素作業ヒートマップH2を生成する。このとき、要素作業ヒートマップH2の横軸のスケールは、単位作業ヒートマップH1の横軸のスケールより大きい(より短い時間を表す)。
内訳グラフ生成部318は、平滑化部316によって平滑化された尤度の時系列に基づいて、所定の時間帯における作業の区分の内訳を表す円グラフを生成する。具体的には、内訳グラフ生成部318は、単位作業に係る尤度の時系列に基づいて、各単位作業について、他の単位作業と比較して尤度が最も大きくなる時間を積算する。内訳グラフ生成部318は、積算した単位作業別の時間を円グラフに描くことで、単位作業内訳グラフG1を生成する。内訳グラフ生成部318は、単位作業ごとに、要素作業に係る尤度の時系列に基づいて、その単位作業に係る時間において、各要素作業の尤度が相対的に最も大きくなる時間を積算する。内訳グラフ生成部318は、単位作業ごとに、積算した要素作業別の時間を円グラフに描くことで、単位作業ごとの要素作業内訳グラフG2を生成する。
図8は、掘削積込ごとの積込回数を表すグラフの例を示す図である。
掘削積込グラフ生成部319は、単位作業に係る尤度の時系列および要素作業に係る尤度の時系列に基づいて、掘削積込ごとの情報を示すグラフを生成する。例えば、掘削積込グラフ生成部319は、図7に示すような掘削積込ごとの要素作業の内訳を表すグラフ、および図8に示すような掘削積込ごとの積込回数を表すグラフなどを生成する。
掘削積込グラフ生成部319は、特定された掘削積込ごとに、状態データまたは要素作業に関する集約値を求め、運搬車両ごとの掘削積込について、当該集約値を表すグラフを生成する。集約値の例としては、各要素作業の時間の積算値、積込回数、平均燃費などが挙げられる。なお、単位作業の「掘削積込」は、複数の積込作業によって構成されており、「積込回数」とは、1回の「掘削積込」における積込作業の回数である。1回の「掘削積込」は、例えば「排土」または「荷台押え」に基づいて判定される。例えば、掘削積込グラフ生成部319は、掘削積込に係る時間帯において「積荷旋回」が支配的な時間帯の出現回数を、積込回数として特定する。つまり、積荷旋回は、積込サイクルに係る要素作業の一例である。
作業分析装置300は、一の作業機械100の作業分析を実行する前に、予め、予測モデルを生成しておく。
図9は、第1の実施形態に係る作業分析装置の学習処理を示すフローチャートである。
このとき、学習部314は、状態データの時系列を入力とし、ラベルデータ(作業の区分ごとの時系列を示す行列)を出力とするように予測モデルを学習させる。
作業分析装置300は、上記の準備が完了すると、任意の作業機械100の作業を分析することができる。
図10は、第1の実施形態に係る作業分析装置による作業分析方法を示すフローチャートである。
内訳グラフ生成部318は、ステップS59で選択した単位作業の尤度が支配的な複数の時刻を特定する(ステップS60)。内訳グラフ生成部318は、平滑化された要素作業に係る尤度の時系列に基づいて、特定した各時刻について尤度が支配的な単位作業を特定する(ステップS61)。次に、内訳グラフ生成部318は、各要素作業について尤度が支配的になる時間の積算値を求める(ステップS62)。内訳グラフ生成部318は、積算した要素作業別の時間を円グラフに描くことで、図6に示すような要素作業内訳グラフG2を生成する(ステップS63)。
このように、第1の実施形態によれば、作業分析装置300は、作業機械100の状態を示す状態データに基づいて作業機械が実行した単位作業の区分および要素作業の区分を特定し、これらを出力する。これにより、利用者は、オペレータの技量判定および評価、ならびに作業の解析を行うに際し、作業機械100の単位作業の作業状態および要素作業の作業状態、ならびに一の単位作業を構成する要素作業の割合などを認識することができる。これにより、利用者は、作業機械100の作業について、多角的に解析を行うことができる。
具体的には、作業分析装置300が図6に示すような要素作業内訳グラフG2を出力することで、利用者は、「掘削積込」の評価を行うにあたり、当該「掘削積込」における「掘削」、「積荷旋回」、「排土」、「空荷旋回」、「排土待ち」および「荷台押え」の割合を認識することができる。これにより、利用者は、適切に掘削積込について評価することができる。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
Claims (6)
- 複数の時刻における作業機械の状態を示す状態データの時系列を取得する状態データ取得部と、
前記取得した状態データの時系列に基づいて前記複数の時刻それぞれについて前記作業機械の作業の区分を特定し、前記作業の区分を時系列に集計する作業特定部と、
特定された前記作業の区分の時系列を出力する出力部と
を備える作業分析装置。 - 前記作業特定部は、時刻ごとに複数の作業の区分それぞれの尤度を特定し、
前記出力部は、複数の作業の区分の尤度の時系列を出力する
請求項1に記載の作業分析装置。 - 前記出力部は、時刻を表す軸と前記作業の区分を表す軸とを含む空間に、前記尤度に応じた色を着色したヒートマップを出力する
請求項2に記載の作業分析装置。 - 前記作業特定部は、前記作業機械の一の作業目的を遂行する作業を示す単位作業の区分と、前記単位作業を構成する要素であって目的別に区分される一連の動作または作業を示す要素作業の区分とを特定する
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の作業分析装置。 - 前記作業特定部は、単位時間における前記作業の区分の尤度を特定し、
前記単位作業に係る単位時間は、前記要素作業に係る単位時間より短い
請求項4に記載の作業分析装置。 - 複数の時刻における作業機械の状態を示す状態データの時系列を取得するステップと、
前記取得した状態データの時系列に基づいて前記複数の時刻それぞれについて前記作業機械の作業の区分を特定し、前記作業の区分を時系列に集計するステップと、
特定された前記作業の区分の時系列を出力するステップと
を備える作業分析方法。
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