JP7143252B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は施工に用いる地形データの管理を行うコントローラを備える作業機械に関する。

油圧ショベルを含む作業機械の分野では、地形データを用いてリアルタイムに車体を制御することで、効率の良い施工を行う技術が注目されている。ここで地形データとは、例えば、３次元のメッシュで形成される施工現場の設計データや、ステレオカメラやレーザースキャナ等の計測装置を用いて計測された施工現場の現況地形データなど、施工現場の地形を表す情報のことを指す。地形データを用いて作業機械の作業を支援する機能としては、３次元の設計データに沿って作業装置（バケット爪先）を移動させながら掘削を行う領域制限制御による作業支援機能や、車体周囲の地形データを用いて掘削作業と積込作業を自動的に行う自動掘削積み込み機能等が挙げられる。

この種の技術の一例として、特許文献１では、「掘削対象の目標形状を示す設計地形データを格納する設計地形データ格納部と、前記バケットの現在位置を示すバケット位置データを生成するバケット位置データ生成部と、前記設計地形データと前記バケット位置データとに基づいて、前記バケット上の規定された位置に応じた主設計面を示す主設計面データと、前記主設計面に連なる複数の従設計面を示す従設計面データとを生成し、前記主設計面データ及び前記従設計面データに基づいて、前記主設計面及び前記複数の従設計面の形状を示す形状データを生成する設計面データ生成部と、前記形状データと前記バケット位置データとに基づいて、前記主設計面及び前記複数の従設計面に対する前記バケットの位置を自動調整する掘削制限制御部と、を備える油圧ショベルの掘削制御システム」が開示されている。

特開２０１３－２１７１３８号公報

特許文献１のように作業機械が地形データ（設計地形データ）を用いた処理を行う場合、作業機械に搭載されたコントローラ上で地形データを処理する必要がある。施工現場の拡大や地形データの高精細化により地形データのデータ量は容易に増大し、そのデータ量の増大に伴ってコントローラでの地形データの処理時間やメモリ消費量も増大する傾向がある。コントローラで実行されるアプリケーションには、地形データのリアルタイム処理を要求するものも登場しており、地形データの処理時間やメモリ消費量を低減可能な地形データ管理技術が従前にも増して重要となっている。

特許文献１に開示の技術では、作業エリア内の設計地形データからその断面形状である設計面データを算出しているが、表示コントローラ内の設計地形データ格納部に保持しておくべき設計地形データの範囲について具体的な記述がない。そのため、施工現場が広範囲に渡り表示コントローラの扱う設計地形データのデータ量が増大すると、表示コントローラによる設計地形データの処理時間（例えば、設計地形データから設計面データを生成する際に必要な時間）が長くなり、その後に続くバケットの位置制御の円滑な実行を阻害して応答性遅れが発生する恐れもある。

本発明は上記事項に鑑みてなされたもので、その目的は、施工現場の地形データが広範囲に渡ってデータ量が増加しても、コントローラによる地形データの処理時間の増加を抑制できる作業機械を提供することにある。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、車体に取り付けられた作業装置と、複数の測位衛星からの信号に基づいて前記車体の位置を計測する測位装置と、運転室に搭載されたモニタと、施工現場の地形データが記憶された不揮発性記憶装置と、前記不揮発性記憶装置に記憶された前記地形データを一時的に保存する揮発性記憶装置を有し、前記揮発性記憶装置に保存された前記地形データを出力する第１コントローラと、前記測位装置による前記車体の計測位置と、前記第１コントローラから出力される前記地形データとを利用して、前記作業装置の動作及び前記モニタの画面の少なくとも一方を制御する第２コントローラとを備えた作業機械において、前記第１コントローラは、前記不揮発性記憶装置から読み出した前記地形データを複数のブロックに分割することで前記地形データを複数の地形ブロックデータに変換して前記不揮発性記憶装置に記憶し、前記不揮発性記憶装置に記憶された前記複数の地形ブロックデータのうち、前記車体が位置するブロックを含む複数のブロックによって定義されたデータ保持領域に属する複数の地形ブロックデータを前記揮発性記憶装置に記憶し、前記揮発性記憶装置に記憶された前記複数の地形ブロックデータのうち、前記車体が位置するブロックを含み前記データ保持領域に内包された複数のブロックによって定義されたデータ出力領域に属する地形ブロックデータを前記第２コントローラに出力することとする。

本発明によれば、コントローラによる地形データの処理時間やメモリ消費量の増加を抑制できるので、コントローラが実行するアプリケーションが地形データの処理にリアルタイム性を要求しても当該アプリケーションを滞りなく実行できる。

油圧ショベルの概観を示す図。 油圧ショベルの制御システムの一例を示す図。 車体座標系について説明する図。 車体座標系、センサ座標系およびサイト座標系の関係を説明する図。 実施形態の概要を説明する図。 第１実施形態の情報コントローラ１６１の機能ブロック図。 メッシュ形式の地形データについて説明する図。 グリッド形式の地形データについて説明する図。 ポイント形式の地形データについて説明する図。 地形データの変換処理について説明する図。 データ出力領域の設定方法について説明する図。 モニタを用いたデータ出力領域の設定方法の一例を示す図。 作業領域のデータ形式の例を示す図。 地形ブロックデータへの作業領域の割り当て方法を示す図。 領域算出部の処理のフローチャート。 地形ブロックデータの管理方法を示す図。 地形データ抽出部の処理のフローチャート。 ステップ１７０４の移動判定処理を説明する図。 地形ブロックデータの更新処理を説明する図。 地形データ出力部のフローチャート。 地形データ出力結果のモニタへの表示例を示す図。 地形データを利用するアプリケーションの例を説明する図。 第２実施形態の情報コントローラ１６１の機能ブロック図。 作業判定部で行われる作業判定処理を説明する図。 地形データ抽出部のフローチャート。 作業機械が非作業中である場合の移動判定処理を説明する図。 作業機械が作業中である場合の移動判定処理を説明する図。 第３実施形態の情報コントローラ１６１の機能ブロック図。 地形データ出力部の処理のフローチャート。 ブロック管理テーブルおよび出力ブロック参照テーブルの例を示す図。 第３実施形態の効果を表す図。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。以下では、本発明が適用対象とする作業機械の具体例として油圧ショベルを挙げて説明するが、作業装置を備え地形データを利用するものであれば例えばホイールローダ等の他の作業機械にも適用可能である。

（第１実施形態）
［構成］
まず、作業機械の一例として、本実施形態における油圧ショベル１００の概略構成を説明する。図１は、本実施形態の油圧ショベル１００の概観を示す斜視図であり、図２は油圧ショベル１００に搭載された制御システムの一例を示す図である。

図１において、油圧ショベル１００は、車体１３０と、車体１３０に取り付けられた多関節型のフロント作業装置１１０とを備える。車体１３０は、下部走行体１３２と、下部走行体１３２の上部に旋回可能に取り付けられた上部旋回体１３１とを備える。上部旋回体１３１は、旋回モータ１２４の駆動により左右方向に旋回し、下部走行体１３２は、右走行モータ１２５および左走行モータ１２６の駆動により下部走行体１３２の前後方向に走行する。フロント作業装置１１０は、基端が上部旋回体１３１に俯仰可能に連結されたブーム１１１と、ブーム１１１の先端に揺動可能に連結されたアーム１１２と、アーム１１２の先端に揺動可能に連結されたバケット１１３とを備える。ブーム１１１とアーム１１２とバケット１１３とは、それぞれ、ブームシリンダ１２１とアームシリンダ１２２とバケットシリンダ１２３との各アクチュエータにより駆動され、それによりフロント作業装置１１０により掘削および土砂の運搬等が行われる。

また上部旋回体１３１は、運転室１５１を備える。運転室１５１には、操作レバー１５２、タッチパネルが表層に形成されているモニタ（表示操作装置）１５３（いずれも図２参照）が搭載される。モニタ１５３は、タッチパネルの機能によりオペレータからの入力を受け付けるとともに、オペレータに情報を通知する。

ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３、および上部旋回体１３１は、それぞれの重力方向に対する傾斜角度、すなわち姿勢を検出するブーム角度検出器１８１、アーム角度検出器１８２、バケット角度検出器１８３、および旋回体角度検出器１８４を備える。これら各種角度検出器１８１～１８４としては、例えば慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）が利用できる。本稿では角度検出器１８１～１８４を、フロント作業装置１１０及び上部旋回体１３１の姿勢を検出する姿勢検出器と称することがある。

油圧ショベル１００は、車体周囲の地形を検知して現況地形データ（後述の地形点群データ７００）を生成する地形計測装置１７０を備えることができる。地形計測装置１７０は、例えば、ステレオカメラ、レーザースキャナ、ミリ波レーダ等の外界センサであり、油圧ショベル１００の周囲の地形を計測することが可能である。

また油圧ショベル１００は、上部旋回体１３１の上面に設置された右アンテナと接続された右ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機１７１と、同じく上部旋回体１３１の上面に設置された左アンテナと接続された左ＧＮＳＳ受信機１７２とを備える。右ＧＮＳＳ受信機１７１および左ＧＮＳＳ受信機１７２は、油圧ショベル１００のはるか上空を飛行している複数のＧＮＳＳ衛星（測位衛星）から出力される測位信号を受信することで、油圧ショベル１００の位置を計測する測位装置である。

［制御システム］
次に、本実施形態の油圧ショベル１００に搭載された制御システムの概要を説明する。図２は、油圧ショベル１００の制御システムの一例を示す図である。

油圧ショベル１００は、エンジン１４３と、エンジン１４３によって駆動される油圧ポンプ１４２と、油圧ポンプ１４２から吐出された作動油の流量及び流通方向を操作レバー１５２の操作に応じて油圧アクチュエータごとに制御する複数のコントロールバルブ１４１と、地形データ（設計データ、現況地形データ、地形ブロックデータ等）を処理して出力する機能を有する情報コントローラ（第１コントローラ）１６１と、情報コントローラ１６１から出力される地形データを利用してフロント作業装置１１０の動作を制御する機能を有するメインコントローラ（第２コントローラ）１６２とを備える。オペレータが操作レバー１５２を操作すると、その操作情報はメインコントローラ１６２で制御信号に変換されて出力される。出力された制御信号は、油圧ポンプ１４２と、コントロールバルブ１４１を制御するパイロットバルブ（電磁比例弁）１４４と、エンジン１４３に適宜送られる。これら制御信号により、コントロールバルブ１４１を介して作動油が循環し、旋回モータ１２４と、右走行モータ１２５と、左走行モータ１２６と、ブームシリンダ１２１と、アームシリンダ１２２と、バケットシリンダ１２３とが駆動する。

情報コントローラ（第１コントローラ）１６１は、処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１６１１と、揮発性記憶装置であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１６１２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１６１３と、外部インターフェース（外部I／Ｆと称することがある）１６１４などが、バス１６１５により互いに接続されたコンピュータである。外部Ｉ／Ｆ１６１４には、メインコントローラ１６２、モニタ１５３の画面を制御するモニタコントローラ１５６、地形データが記憶された不揮発性記憶装置１５５（ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）や大容量フラッシュメモリなどのストレージ）、管制センタ等に設置されたサーバ（図示せず）と双方向通信するための無線通信装置１５７、ＧＮＳＳ受信機１７１，１７２、角度検出器１８１～１８４、及び地形計測装置１７０が接続される。

情報コントローラ１６１は、記憶装置（不揮発性記憶装置）１５５に記憶された地形データをＲＡＭ（揮発性記憶装置）１６１２に一時的に保存し、そのＲＡＭ（揮発性記憶装置）１６１２に保存された地形データを処理してメインコントローラ１６２やモニタコントローラ１５６（第２コントローラ）に出力する。記憶装置（不揮発性記憶装置）１５５には、設計データや現況地形データである地形データファイル３００（図６参照）と、地形データファイル３００（地形データ）を所定のブロック単位で分割することで得られる複数の地形ブロックデータが格納される地形データベース１５８（以下、地形ＤＢ１５８と表記）と、車体パラメータ１５９とが記憶されている。地形ＤＢ１５８は、複数の地形データ形式（例えば後述するメッシュ形式、グリッド形式及びポイント形式）のうち予め定められた形式で定義された地形データと、それを変換したテーブル形式の地形データ（後述の図７～９）を保持する。車体パラメータ１５９としては、ブーム１１１の長さ、アーム１１２の長さ、バケット１１３の大きさなどの油圧ショベル１００に関する寸法値や、油圧ショベル１００の最大旋回半径で定義される最大作業範囲等が保持されている。

無線通信装置１５７は、無線ＬＡＮ、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、携帯電話回線などと接続する通信機器である。無線通信装置１５７、メインコントローラ１６２およびモニタコントローラ１５６は、情報コントローラ１６１から地形データが出力される複数の出力装置に相当する。

メインコントローラ（第２コントローラ）１６２は、情報コントローラ１６１と同様のハードウェア構成（図２参照）を備えたコンピュータであり、例えば、ＧＮＳＳ受信機（測位装置）１７１，１７２による上部旋回体１３１（車体）の計測位置と、情報コントローラ（第１コントローラ）１６２から出力される地形データ（複数の地形ブロックデータ）とを利用して、フロント作業装置１１０の動作を制御する機能を有する。本稿では当該機能による処理を地形データ利用処理と称することがある。

例えばメインコントローラ１６２は、操作レバー１５２が操作されている間、フロント作業装置１１０（より具体的にはバケット１１３の爪先）が設計データで規定される設計面の上またはその上方に位置するように油圧シリンダ１２１，１２２，１２３を制御する領域制限制御（マシンコントロールとも称する）を実行する機能を有する。具体的には、メインコントローラ１６２は、操作レバー１５２の操作量からフロント作業装置１１０を駆動する油圧シリンダ１２１，１２２，１２３の動作速度を推定し、その推定速度に基づいてフロント作業装置１１０の先端に位置するバケット爪先の速度ベクトルを演算する。この速度ベクトルには、バケット爪先と設計面との距離がゼロに近づくほど、設計面に鉛直な方向における速度成分（垂直成分）がゼロになるような速度制限が設定されている。操作レバー１５２の操作量から推定されるバケット爪先の速度ベクトルの垂直成分がこの制限速度を超える場合には、メインコントローラ１６２は、ブームシリンダ１２１を制御するコントロールバルブ１４１を駆動するパイロットバルブ（電磁比例弁）１４４に対して制御信号を出力し、ブームシリンダ１２１のボトム側に作動油が供給されるようにすることで強制的（自動的）にブーム上げ動作を発動させ、実際のバケット爪先の速度ベクトルの垂直成分を制限速度に一致させる。これによりオペレータによってバケット爪先が設計面の下方に侵入するような操作が操作レバー１５２に入力された場合であっても、バケット爪先が設計面の下方に侵入することが防止され、バケット爪先を設計面に沿って移動させることができる。このようにメインコントローラ１６２では、地形データ（設計データ）はバケット爪先の速度ベクトルの垂直成分の制限値（制限速度）を演算する際に利用される。なお、上記ではバケット爪先の速度ベクトルが制限速度を超える場合にブーム上げ動作を強制的に発動させたが、設計面の下方へのバケット爪先の侵入を防止するようにバケットやアームの動作を強制的に発動させても良い。

モニタコントローラ（第２コントローラ）１５６は、情報コントローラ１６１と同様のハードウェア構成を備えたコンピュータであり、例えば、ＧＮＳＳ受信機（測位装置）１７１，１７２による上部旋回体１３１（車体）の計測位置と、情報コントローラ（第１コントローラ）１６２から出力される地形データ（複数の地形ブロックデータ）とを利用してモニタ１５３の画面を制御する機能を有する。既述の通り、本稿では当該機能による処理を地形データ利用処理と称することがある。そして、地形データ利用処理を実行するコントローラ（メインコントローラ１６２及びモニタコントローラ１５６）を第２コントローラと称することがある。

例えばモニタコントローラ１５６は、フロント作業装置１１０の姿勢と、油圧ショベル１００の位置（車体位置）と、油圧ショベル１００と設計面の位置関係と、フロント作業装置１１０の近傍における設計面の形状等をモニタ１５３に表示するガイダンス機能を有する。例えば、フロント作業装置１１０の姿勢は角度検出器１８１～１８４の検出値を情報コントローラ１６１から入力することで演算できる。油圧ショベル１００の位置は受信機（測位装置）１７１，１７２の測位結果（演算結果）を情報コントローラ１６１から入力することで演算できる。フロント作業装置１１０の近傍における設計面の形状（断面形状）は、受信機１７１，１７２が演算した油圧ショベル１００の位置と方位に基づいてフロント作業装置１１０の動作平面を演算し、その動作平面で情報コントローラ１６１から出力される地形ブロックデータを切断することで得られる。モニタ１５３には現況地形データを利用して現況地形の形状を表示しても良い。

なお、本実施形態では、メインコントローラ１６２とモニタコントローラ１５６を個別に搭載したシステムを例示したが、メインコントローラ１６２とモニタコントローラ１５６の両者の機能を併有する単一のコントローラを利用しても良いし、その単一のコントローラに情報コントローラ１６１の機能をさらに追加しても良い。

本実施形態の情報コントローラ１６１の機能の説明に先立ち、本実施形態で用いる座標系と、本実施形態の情報コントローラ１６１の動作概要を説明する。

［座標系］
まず、本実施形態で用いる座標系について図３、図４を参照して説明する。図３は、本実施形態で用いる車体座標系９００の説明図である。また図４は、車体座標系９００、センサ座標系９１０およびサイト座標系（現場座標系）９３０の関係の説明図である。

本実施形態では、図３に示す下部走行体１３２に固定された車体座標系９００、および図４に示す、地形計測装置１７０に固定されたセンサ座標系９１０、および施工現場内に設けられた基準点を原点としたサイト座標系９３０を用いる。本実施形態においては、各座標系で示される物体の座標値は、最終的にはサイト座標系９３０に変換されるものとする。

図３に示す車体座標系９００は、下部走行体１３２が地面と接触する面と、油圧ショベル１００の旋回中心軸とが交わる点を原点とし、水平面上にＸ軸とＹ軸とを取り、鉛直方向にＺ軸を取る直交座標系である。本実施形態では、下部走行体１３２が進行する方向（Ｙ軸）に対して左右にＸ軸をとり、水平面上でＸ軸に直交する方向をＹ軸とする。

次に図４を参照し、車体座標系９００、センサ座標系９１０およびサイト座標系９３０の関係について説明する。

まず、センサ座標系９１０と車体座標系９００の関係について説明する。図４において、任意の計測点９２０は、センサ座標系９１０上でＰｓ（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）と表され、車体座標系９００上ではＰｖ（ｘｖ、ｙｖ、ｚｙ）と表される。このときの関係式は、例えば以下の（式１）に表される。

Ｒｓｖはセンサ座標系９１０から車体座標系９００への回転行列であり、αｓ、βｓ、γｓは、それぞれセンサ座標系９１０と車体座標系９００のＸ軸同士、Ｙ軸同士、Ｚ軸同士がなす角である。地形計測装置１７０が油圧ショベル１００に固定されている場合、これらのなす角は、例えば、予め車体座標系９００における地形計測装置１７０の姿勢を測定しておき、記憶装置１５５に事前に保存される。また、地形計測装置１７０が油圧ショベル１００に対して姿勢を変化させながら地形計測を行う場合、地形計測装置１７０に姿勢計測センサを備え付けるなどして、姿勢計測センサが検出した角度を用いて座標変換行列を算出してもよい。

Ｔｓｖは車体座標系９００の原点からセンサ座標系９１０への並進ベクトルである。ｘｔ、ｙｔ、ｚｔは、車体座標系９００からみたセンサ座標系９１０の原点座標に等しい。地形計測装置１７０の取り付け位置は、油圧ショベル１００に対して固定されている場合が多い。このことから、本実施形態では、予め地形計測装置１７０の油圧ショベル１００への取り付け位置を計測しておき、この計測値を記憶装置１５５に事前に保存しておく。

次に、車体座標系９００とサイト座標系９３０への関係について説明する。図４において、計測点９２０は、車体座標系９００上でＰｖ（ｘｖ、ｙｖ、ｚｖ）と表され、サイト座標系９３０上ではＰｇ（ｘｇ、ｙｇ、ｚｇ）と表される。このときの関係式は、例えば下記の（式２）の通りに表される。

Ｒｖｇは車体座標系９００からサイト座標系９３０への回転行列であり、θｒ、θｐ、θｙは、それぞれ車体座標系９００とサイト座標系９３０のＸ軸同士、Ｙ軸同士、Ｚ軸同士がなす角である。θｒおよびθｐは、例えば、上部旋回体１３１に備え付けられた旋回体角度検出器１８４が出力した、上部旋回体１３１の姿勢情報を用いる。また、θｙは上部旋回体１３１に備え付けられた右ＧＮＳＳ受信機１７１および左ＧＮＳＳ受信機１７２が演算した測位データから算出される油圧ショベル１００の方位を用いてもよい。油圧ショベル１００の方位は、例えば、右ＧＮＳＳ受信機１７１の計測位置から左ＧＮＳＳ受信機１７２の計測位置に向かうベクトルから演算可能である。

また、Ｔｖｇはサイト座標系９３０の原点から車体座標系９００の原点へのベクトルである。ｘ０、ｙ０、ｚ０はサイト座標系９３０からみた車体座標系９００の原点座標に等しい。これらの値には、例えば、右ＧＮＳＳ受信機１７１および左ＧＮＳＳ受信機１７２が受信した測位データから算出した油圧ショベル１００の位置を用いる。

［概要］
次に、本実施形態の情報コントローラ１６１の動作概要および効果について説明する。ここでは、地形データ（地形データファイル３００）を用いた処理（地形データ利用処理）が実行されるメインコントローラ１６２のアプリケーションの例として、３次元の設計データ（地形データ）を用いた領域制限制御による作業支援機能について説明する。まず、ＧＮＳＳ受信機１７１、１７２、及び角度検出器１８１～１８４から、油圧ショベル１００のサイト座標系９３０での位置および姿勢を算出する。そして、算出された位置および姿勢からフロント作業装置１１０の動作平面を算出し、その動作平面と設計データの交線判定（動作平面による設計データの切断処理）を行うことでフロント作業装置１１０を領域制限制御するための目標となる設計データ（設計面）の断面形状を算出する。この時、断面形状を算出するためには、設計データから車体周囲のデータを抽出しない限り、設計データのすべてのメッシュデータに対して動作平面との交線判定を行う必要がある。そのため、設計データが広範囲にわたる場合、設計データのデータ量が増加するため、情報コントローラ１６１上での設計データの処理負荷が増大する。

多くの場合、地形データをリアルタイムに処理するアプリケーションは、その作業機械の周辺の地形データがあれば十分である。一方で、各アプリケーションが施工現場全体の地形データから車体周囲のデータを抽出すると、各アプリケーションが同じ処理を行うため、複数のアプリケーションが搭載されている場合は情報コントローラ全体として非効率な地形データの処理となる。ゆえに、メインコントローラ１６２やモニタコントローラ１５６等で実行される様々なアプリケーションが車体周囲の地形データを要求する前に、情報コントローラ１６１内で予めデータ加工しておき、加工後のデータを各アプリケーションで共用できるような仕組みがあることが望ましい。

そこで本実施形態では、油圧ショベル１００の制御システムに搭載された各コントローラ１６１，１５６，１６２が地形データを用いてリアルタイムな処理（地形データ利用処理）を行う際に、情報コントローラ１６１が施工現場全体の地形データから車体周囲の地形データのみを抽出しておくことで、油圧ショベル１００の制御システムにおける地形データの処理効率を向上させる。

図５は第１の実施形態の概要を示した説明図である。この図に示すように、本実施形態では、情報コントローラ１６１は、地形データファイル３００として記憶装置１５５に格納されている施工現場全体の地形データ５００を、サイト座標系９３０に設定した格子領域６００のブロックに基づいて格子状に分割して複数の地形ブロックデータに変換し、それを地形ＤＢ１５８に格納する。そして、サイト座標系９３０における油圧ショベル１００の位置情報をもとに、車体位置及びその周囲に位置する複数の地形ブロックデータを地形ＤＢ１５８（不揮発性記憶装置）からデータ読込が速いＲＡＭ１６１２（揮発性記憶装置）上へデータを抽出する。この操作を作業機械の作業支援機能などのアプリケーションが地形データを要求する前に行うことで、施工現場全体に渡る地形データ５００を保持している際も、無駄な領域の地形データに対して処理を行うことがなくなり、情報コントローラ１６１上での地形データの処理効率が向上する。

格子領域６００を構成する最小単位（ブロック単位）は四角形（正方形）状の格子であり、本稿ではこれをブロックと称することがある。ただし、ブロックの形状は図示した四角形に限らず三角形や六角形等も利用できる。各ブロックは、油圧ショベル１００の最大作業範囲に包含され得る大きさ、かつ、車体１３０（下部走行体１３２及び上部旋回体１３１）を包含し得る大きさで定義されている。最大作業範囲は、フロント作業装置１１０を最大限伸ばした状態で上部旋回体１３１を旋回したときにフロント作業装置１１０の先端が描く円によって定義される領域である。なお、最大作業範囲の半径が油圧ショベル１１０の最大旋回半径となる。各ブロックのサイズは同一にしても良いし、異ならせても良い。

［データ出力領域３１０，データ保持領域３２０］
本実施形態では、ストレージ１５５等の不揮発性記憶装置に記憶された施工現場全体の地形データ５００のうち、地形データを利用するアプリケーションを実行するコントローラ（例えば，メインコントローラ１６２やモニタコントローラ１５６）に出力される地形ブロックデータの範囲を示す領域を「データ出力領域３１０」と称する。データ出力領域３１０は、車体１３０が位置するブロック（格子領域６００の最小単位）を含み、後述のデータ保持領域３２０に内包された複数のブロックによって定義された所定の領域である。データ出力領域３１０は、車体１３０が位置するブロックを基準とした複数のブロックの配置パターンによって定義されている。本実施形態では、データ出力領域３１０を適切に設定することで、メインコントローラ１６２やモニタコントローラ１５６が油圧ショベル１００の車体周囲の地形データを効率よく取得することが可能である。

また、ストレージ１５５等の不揮発性記憶装置に記憶された施工現場全体の地形データ５００のうち、情報コントローラ１６１内のＲＡＭ１６１２（揮発性記憶装置）に保存される地形ブロックデータの範囲を示す領域を「データ保持領域３２０」と称する。データ保持領域３２０は、車体１３０が位置するブロックを含む複数のブロックによって定義された所定の領域であり、データ出力領域３１０を内包している。すなわち、データ保持領域３２０の面積（ブロック数）はデータ出力領域３１０の面積（ブロック数）よりも広い（多い）。

［情報コントローラ１６１］
以下、上記のような地形データ管理を実現する第１の実施形態の情報コントローラ１６１について説明する。図６は第１の実施形態の情報コントローラ１６１の機能ブロック図である。情報コントローラ１６１は、ＲＯＭ１６１３やストレージ１５５等の記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵ１６１１がＲＡＭ１６１２にロードして実行することで、地形データ変換部２１０、領域算出部２２０、機械状態取得部２３０、地形データ出力部２６０および地形データ抽出部２７０として機能する。情報コントローラ１６１は、地形ＤＢ１５８に格納されている地形ブロックデータと、サイト座標系９３０における油圧ショベル１００（車体１３０）の位置情報とから、車体周囲の地形データをメインコントローラ１６２、モニタコントローラ１５６や無線通信装置１５７（サーバ）に出力する。なお、情報コントローラ１６１が、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）などの集積回路を有している場合、図６に示す一部または全部の機能は、これら集積回路によって実現されてもよい。また、各部の処理に用いる各種のデータ、および処理中に生成される各種のデータは、ＲＡＭ１６１２または記憶装置１５５に格納される。

［機械状態取得部２３０］
機械状態取得部２３０は、サイト座標系９３０における車体１３０（上部旋回体１３１）の位置及び方位と、フロント作業装置１１０を含む油圧ショベル１００のサイト座標系９３０における姿勢と、サイト座標系９３０におけるフロント作業装置１１０の先端（バケット爪先）の位置を算出する部分である。本稿では、これら車体１３０（上部旋回体１３１）の位置及び方位と、油圧ショベルの姿勢と、バケット爪先位置とを機械状態と称することがある。車体１３０（上部旋回体１３１）の位置及び方位は、ＧＮＳＳ受信機（測位装置）１７１，１７２の測位結果から演算可能である。また、油圧ショベル１００の姿勢は、ブーム角度検出器１８１、アーム角度検出器１８２、バケット角度検出器１８３、および旋回体角度検出器１８４の検出値から演算可能である。バケット爪先位置は、車体１３０の位置及び方位と、フロント作業装置１１０を含む油圧ショベル１００の姿勢とを組み合わせることで演算可能である。機械状態取得部２３０による演算結果は、記憶装置１５５又はＲＭＡ１６１２に保存され、地形データ抽出部２７０をはじめとする各所に出力され得る。機械状態取得部２３０の処理は、例えば、ＧＮＳＳ受信機１７１および１７２から測位結果が入力された際に開始できる。

［データ形式］
次に、図７～９を用いて情報コントローラ１６１で扱われ得る地形データ（地形データファイル）の形式について説明する。本実施形態では、地形データの具体例としてメッシュ形式の地形データ、グリッド形式の地形データ、ポイント形式の地形データについて述べる。

図７はメッシュ形式の地形データの例を示した説明図である。本実施形態においてメッシュ形式（三角メッシュ形式）の地形データは図７（ａ）が示すように、頂点を線でつないだ三角形の面として保持する形式を指す。この様なメッシュデータは図７（ｂ）が示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標値（例えば、ｘ（１），ｙ（１），ｚ（１））および点番号（例えば、１，２，３）からなる点情報と、面をなす３つの点番号（例えば、ｖ１（１），ｖ２（１），ｖ３（１））の組み合わせと要素番号（例えば、１，２，３）からなる要素情報で構成される形式で表すことができる。本実施形態では、後述する地形データ変換部２１０の処理によって、このメッシュ形式の地形データファイル５２０を図７（ｃ）に示すようなメッシュ形式の地形データテーブル５３０に変換し地形データ管理を行う。メッシュ形式の地形データのデータテーブルは、例えば、三角形要素を構成する３点のサイト座標系９３０の座標値である（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）、格子領域６００において三角形要素が属するブロックの識別子（ブロック識別子）ＩＤｘとＩＤｙ、および三角形要素が後述する作業領域３５０に含まれるか否かの判定に用いるＦｌａｇ情報を一行のデータとして管理する。なお、Ｆｌａｇ情報が１の場合には該当する三角形要素は作業領域３５０に含まれ、０の場合には作業領域３５０に含まれない。

図８はグリッド形式の地形データの例を示した説明図である。本実施形態においてグリッド形式の地形データは、図８（ａ）が示すような格子状に分割された各領域に対して、その領域の高さの代表値を保持する形式を指す。この様なグリッド形式のデータでは、図８（ｂ）が示すように、予め大きさが規定された正方形の格子で格子領域６００の１ブロックをさらに分割しており、格子領域６００の１ブロックに含まれる複数の格子（図８の場合はｎ×ｎ個）をひとまとまりとしてデータを管理している。本実施形態では、後述する地形データ変換部２１０の処理によって、このグリッド形式の地形データファイル５５０を図８（ｃ）に示すようなグリッド形式の地形データテーブル５６０に変換し地形データ管理を行う。グリッド形式の地形データのデータテーブルは、例えば、ｎ×ｎのグリッドのそれぞれの高さ、ｎ×ｎのグリッドが属する格子領域６００のブロックの識別子ＩＤｘおよびＩＤｙと、作業領域３５０に含まれているか否かの判別に用いるＦｌａｇ情報を付与し、一行のデータとして管理する。

図９はポイント形式の地形データの例を示した説明図である。本実施形態において、ポイント形式の地形データは図９（ａ）に示すような複数の点の集合データを指す。この様なポイント形式の地形データは図９（ｂ）に示すように、各点のＸ、Ｙ、Ｚ座標値（例えば、ｘ（１），ｙ（１），ｚ（１））および点番号（例えば、ｖ１（１），ｖ２（１），ｖ３（１））からなる点情報で構成される形式で表すことができる。本実施形態では、後述する地形データ変換部２１０の処理によって、このポイント形式の地形データ５８０を図９（ｃ）に示すようなポイント形式の地形データテーブル５９０に変換し地形データ管理を行う。ポイント形式の地形データのデータテーブルは、例えば、各ポイントの座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、格子領域６００において各ポイントが属するブロックの識別子ＩＤｘおよびＩＤｙ、および各ポイントが作業領域３５０に含まれるか否かの判別に用いるＦｌａｇ情報を一行のデータとして管理する。

なお、地形データの形式は上記の３つに限られず、後述される情報コントローラ１６１の処理は、様々な地形データ形式に適応可能である。

［地形データ変換部２１０］
地形データ変換部２１０は、記憶装置１５５（不揮発性記憶装置）から地形データファイル３００（地形データ）を読み出し、その読み出した地形データファイル３００（地形データ）を所定のブロック単位（格子領域６００の最小単位）で分割することで複数の地形ブロックデータに変換し、その変換後の複数の地形ブロックデータを記憶装置１５５（不揮発性記憶装置）内の地形ＤＢ１５８に記憶する。地形データ変換部２１０は、図７～図９で示したような地形データ形式で表される地形データファイル３００を各々の形式に応じたテーブル形式の地形ブロックデータに変換し、地形ＤＢ１５８に保存する。地形データ変換部２１０の処理は、例えば、新しい地形データファイル３００が、無線通信や、外部記憶装置を通じて情報コントローラ上に入力された際や、オペレータがこれから作業に用いる地形データを選択した際に開始する。

以下、図１０を用いて上記３つ形式（メッシュ形式、グリッド形式、ポイント形式）の地形データを複数の地形ブロックデータに変換する方法について述べる。図１０は地形データ変換処理の概要を示す説明図である。

まず、メッシュ形式の地形データ５１０の変換方法について述べる。図７（ｂ）に示されるメッシュ形式の地形データファイル５２０は、図７（ｃ）に示されるようなメッシュ形式の地形データテーブル５３０に変換される。データテーブルへの変換は次のようにして行う。まず図１０（ａ）に示されるようにメッシュ形式の地形データ５２０全体を覆うようなブロックの一辺がＬの格子領域６００を設定する。この時の格子領域６００の範囲は、例えば、メッシュ形式の地形データのＸ、Ｙの座標値の最大および最小値を用いて設定する。本実施形態では、また、格子領域６００を構成するブロックの一辺の長さＬはメッシュ形式の地形データ５２０の各要素（三角形）の大きさを考慮し、ブロックの大きさがメッシュ形式の地形データの各要素よりも大きくなるように設定することが望ましい。格子領域６００の各ブロックには固有の識別子（ブロック識別子）を付与する。本実施形態では、ブロックに対してサイト座標系９３０におけるＸ方向、Ｙ方向に対応した識別子ＩＤｘおよびＩＤｙを付与し、２つの識別子を用いてブロックを特定することとする。ＩＤｘおよびＩＤｙの算出方法は特に指定しないが、本実施形態では、識別子をブロックの左上の座標値（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の値で定義することとする。すなわち下記（式３）の通りである。

そして、メッシュの要素毎に格子領域６００のどのブロックに属するかを判別する。メッシュ形式の地形データの各要素のブロックへの割り当ては、例えば、三角形の重心が位置するブロックに対して行う。図１０（ａ）の左上に１つのブロックに対応するメッシュ形式の地形ブロックデータの一例を示す。

次に、グリッド形式の地形データ５４０のデータテーブルへの変換方法について述べる。図８（ｂ）に示されるグリッド形式の地形データ５５０は、図８（ｃ）に示されるようなグリッド形式の地形データテーブル５６０に変換される。グリッド形式の地形データは図８（ｂ）に示した画像のような矩形のデータとして保持できる。格子領域６００のブロックの一辺の長さＬと各ブロックの一辺に含まれるデータの数ｎは、地形データを活用するアプリケーションが要求する地形データへの分解能に応じて設定することが望ましい。また、各ブロックへの割り当てはこのｎ×ｎ個のデータ毎に行う。図１０（ｂ）の左上に１つのブロックに対応するグリッド形式の地形ブロックデータの一例を示す。

次にポイント形式の地形データ５７０のデータテーブルへの変換方法について述べる。図９（ｂ）に示されるポイント形式の地形データ５７０は図９（ｃ）に示されるようなポイント形式のデータテーブル５９０に変換される。ブロックの一辺の長さＬは、例えば、油圧ショベル１００の作業範囲の大きさを考慮して決定する。また、各ポイントのブロックへの割り当ては、図１０（ｃ）に示されるように各ポイントが内包されるブロックに対して行う。図１０（ｃ）の左上に１つのブロックに対応するポイント形式の地形ブロックデータの一例を示す。

以下では、地形データの形式が図７や図１０（ａ）に示したメッシュ形式の場合を例に説明する。

［領域算出部２２０］
領域算出部２２０は、データ出力領域３１０と、作業領域３５０と、データ保持領域３２０の算出（設定）を行う。領域算出部２２０による領域算出処理は、例えば、油圧ショベル１００の電源が起動された際や、特定の作業支援機能を使用し始める際に開始できる。次に、図１１～１４を用いて領域算出部２２０の処理について述べる。

・データ出力領域３１０と作業領域３５０の設定
図１１を用いて、（ａ），（ｂ）データ出力領域３１０の設定と、（ｃ）作業領域３５０が設定されている場合のデータ出力領域３１０とについて説明する。本実施形態では、データ出力領域３１０の設定方法として複数の方法を選択でき、具体的には図１１（ａ）に示した油圧ショベル１００の車体パラメータ１５９を用いて設定する方法と、同（ｂ）に示したモニタ１５３を介してオペレータが任意に設定する方法がある。

（ａ）車体パラメータ１５９を用いてデータ出力領域３１０を設定する方法では、記憶装置１５５に保存されている車体パラメータ１５９を用いてデータ出力領域（第１データ出力領域）３１０を設定する。データ出力領域３１０の大きさは、例えば、図１１（ａ）に示すように油圧ショベル１００の静止状態での作業可能な範囲を考慮して、最大作業範囲３７０を包含可能な大きさを設定する。なお最大作業範囲３７０は車体パラメータ１５９として記憶されている最大作業半径から演算可能である。なお、データ出力領域３１０の一辺の大きさは、後述するデータ管理をするうえで、格子領域６００のブロックの一辺の大きさＬの奇数倍とすることが望ましい。この様に設定することで、情報コントローラ１６１は、油圧ショベル１００の掘削可能範囲の地形データを効率よく出力することが出来る。

（ｂ）モニタ１５３を介してオペレータがデータ出力領域３１０を設定する方法では、油圧ショベル１００のオペレータが、運転室１５１内に設置されたモニタ１５３を介してデータ出力領域（第２データ出力領域）３１０を設定する。図１２にモニタ１５３を介してデータ出力領域３１０を設定する際のモニタ画面例を示す。モニタ１５３を介したデータ出力領域３１０の設定は、例えば、図１２に示すように、データ出力領域３１０の縦、横方向の長さを入力して行う。なお、データ出力領域３１０の一辺の大きさは、後述するデータ管理方法の都合上、格子領域６００のブロックの一辺の大きさＬの奇数倍となることが望ましい。また、入力値がＬの整数倍とならない場合は、入力値と一番近い値でＬの整数倍になるよう調整を行う等の処置をとることができる。この設定方法は、例えば、道路の側溝の形成など一方向に長い領域で作業を行う際に適している。ショベルの移動方向に沿って細長くデータ出力領域を設定することで、情報コントローラ１６１は、作業に合った最適な範囲の地形データを出力できる。

次に（ｃ）無線通信装置１５７を介して施工管理者（サーバ）が作業領域３５０を設定している場合のデータ出力領域について説明する。作業領域３５０は、施工現場内で作業機械ごとに設定される所定の領域であり、施工現場全体の地形データ５００の一部に対して設定され得る。図１３に無線通信装置１５７を介してサーバから送信される作業領域３５０のデータ形式の一例を示す。作業領域３５０の輪郭３８０は、例えば図１３（ａ）に示すような複数の点で定義できる。輪郭３８０は、図１３（ｂ）に示す作業領域データテーブル３６０のように、輪郭３８０を構成する各点のサイト座標系９３０での座標値（Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ）と点番号Ｎｏで構成される。作業領域３５０は、施工現場に複数台の作業機械が稼働する場合、各々の機械に対して設定することが出来る。作業機械に作業領域３５０を設定することで、情報コントローラ１６１は、図１１（ｃ）の右側に示すように、（ａ）または（ｂ）の方法で設定したデータ出力領域３１０と作業領域３５０の共通部分となる斜線領域に属する地形ブロックデータを最終的に出力できる。例えば、同じ施工現場で稼働する複数の作業機械に互いに異なる作業領域３５０を設定すれば、各作業機械の作業領域が明確になり、他の作業機械に割り当てられた作業領域で作業することが回避できる。

作業領域３５０が設定された際、領域算出部２２０は、地形ＤＢ１５８に格納されている地形データテーブル５３０，５６０，５９０（図７，８，９）に対してＦｌａｇ情報を付加する。図１４を用いて作業領域３５０が設定された際の地形データテーブルへのＦｌａｇ情報の割り当て方法について示す。図１４はＦｌａｇ情報による作業領域３５０の割り当て方法を説明する図である。作業領域３５０が設定された際、地形データ５００において作業領域３５０と共通部分を持つすべてのブロックを探索する。そして、地形データテーブル内で、そのブロックの識別子を持つ地形データの要素のＦｌａｇ情報を１に設定し、作業領域３５０が含まれない領域を０と設定し、作業領域３５０の割り当てを行う。この処理の結果、図１４の下に示したような作業領域３５０に設定された格子領域３５０Ａが作成される。

次に、図１５を用いて、領域算出部２２０が実行するデータ出力領域３１０及び作業領域３５０の設定処理の流れについて述べる。図１５は領域算出部２２０が実行するデータ出力領域３１０及び作業領域３５０の設定処理のフローチャートである。

＜ステップ１５０１＞
まず、領域算出部２２０は、モニタ１５３を介してオペレータからデータ出力領域３１０の入力があるか否かを判定する。入力があると判定された場合、ステップ１５０２に進む。モニタ１５３からの入力がない場合、領域算出部２２０は、ステップ１５０３に進む。

＜ステップ１５０２＞
領域算出部２２０は、モニタ１５３より入力された値に基づいてデータ出力領域３１０を設定し、ステップ１５０４に進む。

＜ステップ１５０３＞
領域算出部２２０は、車体パラメータ１５９（最大作業範囲）を用いてデータ出力領域３１０を設定し、ステップ１５０４に進む。

＜ステップ１５０４＞
領域算出部２２０は、無線通信装置１５７を介した作業領域３５０の設定指示の入力が有るか否かを判定する。作業領域３５０の設定指示の入力がある場合、ステップ１５０５に進む。作業領域３５０の設定指示の入力が無い場合、処理を終了する。

＜ステップ１５０５＞
領域算出部２２０は、入力した設定指示に基づいて作業領域３５０の地形データテーブルへの割り付け（Ｆｌａｇ情報の割り付け）を行い、処理を終了する。

・データ保持領域３２０の設定
領域算出部２２０は、地形ブロックデータを管理するために、後述する図１６（ａ）に示すように、図１５で設定したデータ出力領域３１０の上下左右に１ブロックずつ加えた領域をデータ保持領域３２０として設定する。データ保持領域３２０の設定処理は、図１５においてデータ出力領域３１０を設定するステップ１５０２，１５０３で実行しても良い。

［地形データ抽出部２７０］
地形データ抽出部２７０は、領域算出部２２０で算出されたデータ保持領域３２０と、機械状態取得部２３０で取得された車体１３０の位置とに基づいて、記憶装置（不揮発性記憶装置）１５５内の地形ＤＢ１５８に記憶された複数の地形ブロックデータのうち、車体１３０の位置を基準としたデータ保持領域３２０に属する地形ブロックデータをＲＡＭ１６１２（揮発性記憶装置）に記憶する処理を行う部分である。

図１６～１９を用いて地形データ抽出部２７０の処理について説明する。図１６は情報コントローラ１６１における地形ブロックデータの管理方法について説明する図である。図１６（ａ）のデータ保持領域３２０は５×５のブロック６１０で規定されている。ここではデータ保持領域３２０に含まれる２５個の地形ブロックデータ（ブロック）の位置（アドレス）を、Ｙ方向に設定した５つのアルファベット（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）と、Ｘ方向に設定した５つの数字（１，２，３，４，５）の組合せで特定する。地形データ抽出部２７０は、データ保持領域３２０に属する２５個の地形ブロックデータを記憶装置１５５からＲＡＭ１６１２上に出力する。このようにデータ保持領域３２０をＲＡＭ１６１２上で管理すると、例えば後述する図１７のステップ１７０５の処理中（すなわち油圧ショベル１００によるブロックの移動が生じた場合）に、地形データを必要とするアプリケーションがデータ出力領域３１０に属する地形ブロックデータを要求した際、すでにＲＡＭ１６１２上に存在する地形ブロックデータを出力することが出来るので、アプリケーションの地形データ要求に対して高速にデータを出力できる。

地形データ抽出部２７０によってＲＡＭ１６１２に保存されたデータ保持領域３２０内のデータは、図１６（ｂ）に示すようなブロック管理テーブル６２０によって管理される。ブロック管理テーブル６２０は、データ保持領域３２０と同数の行数、列数を有するデータテーブルであり、テーブル内の各セルには該当するブロックの地形ブロックデータが保持されているＲＭＡ１６１２のアドレス情報が格納されている。例えば、データ保持領域３２０の左上に位置するＡ１の地形ブロックデータは、ＲＡＭ１６１２内で１番（／ｍｅｍ＿１）のメモリアドレスに格納されている。すなわちブロック管理テーブル６２０は、データ保持領域３２０に属する地形ブロックデータがＲＡＭ１６１２内のどのメモリアドレスに格納されているかを対応づける役割、換言すれば、ＲＡＭ１６１２の各メモリアドレスに格納された地形ブロックデータがデータ保持領域３２０内のどのブロックのものであるかを対応づける役割を有する。以降では、図１６が示す様に、データ出力領域３１０が３行３列、データ保持領域３２０が５行５列であるとして説明する。

地形データ抽出部２７０では、サイト座標系における油圧ショベル１００の位置を、ブロックの識別子（ブロック識別子：ＩＤｘおよびＩＤｙ）によって管理しており、油圧ショベル１００が位置するブロック識別子を記憶装置１５５やＲＡＭ１６１２等に保存する。そして、油圧ショベル１００の位置を示すブロック識別子が変更される度に、油圧ショベル１００の移動方向に応じて、ＲＡＭ１６１２内の地形ブロックデータの更新およびブロック管理テーブル６２０の更新を行う。なお、本実施形態では、地形データ抽出部２７０の処理は、機械状態取得部２３０からの入力があった際に行うものとする。

次に、図１７を用いて地形データ抽出部２７０の処理の流れについて説明する。図１７は地形データ抽出部２７０のフローチャートである。

＜ステップ１７０１＞
まず、地形データ抽出部２７０は、格子領域６００における油圧ショベル１００の位置を示すブロックの識別子データ（ブロック識別子データ）がＲＡＭ１６１２上に存在するか否かを判定する。ブロック識別子データとは、1サイクル前のステップＳ１７０２の処理において、機械状態取得部２３０が出力した油圧ショベル１００のサイト座標系９３０での位置情報を、対応するブロックの識別子ＩＤｘ，ＩＤｙに変換したものである。このブロック識別子は、後述するステップ１７０６において、現在のサイクルにおけるブロック識別子情報に更新されてＲＡＭ１６１２上に保存される。ブロック識別子がＲＡＭ１６１２上に存在している場合、地形データ抽出部２７０はステップ１７０２に進む。ブロック識別子がＲＡＭ１６１２上に存在しない場合、地形データ抽出部２７０はステップ１７０３に進む。

＜ステップ１７０２＞
地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００のブロック識別子データＩＤｘ，ＩＤｙをＲＡＭ１６１２から読み込みステップ１７０４に進む。

＜ステップ１７０３＞
地形データ抽出部２７０は、機械状態取得部２３０から現在の車体位置を取得し、その車体位置を基準としたデータ保持領域３２０の範囲に属する地形ブロックデータを地形ＤＢ１５８から抽出してＲＡＭ１６１２上に保存する。また、図１６（ｂ）の示すような、ＲＡＭ１６１２上に保存した地形ブロックデータのメモリアドレスを格納したブロック管理テーブル６２０を作成してＲＡＭ１６１２上に保存し、ステップ１７０６に進む。

＜ステップ１７０４＞
地形データ抽出部２７０は、ステップ１７０２で読み込んだ1サイクル前のブロック識別子ＩＤｘおよびＩＤｙの値をもとに油圧ショベル１００の移動判定を行う。すなわち、油圧ショベル１００の車体１３０が位置するブロックが変化したか否かを判定する処理を行う。図１８を用いて移動判定処理について説明する。図１８はステップ１７０４の移動判定の処理を説明する図である。

油圧ショベル１００の移動判定には、ステップ１７０２で取得した１ステップ前で作業機械が存在したブロック識別子と、機械状態取得部２３０が算出した現在の油圧ショベル１００の位置座標（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）とを用いる。まず、上記の（式３）を利用して、ブロック識別子からブロックの左上の頂点座標（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）を算出する。そして（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の位置関係により移動方向を算出する。

（１）（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の位置関係がＸｌｅｆｔ ≦ Ｘｐｏｓ ＜ Ｘｌｅｆｔ＋ＬかつＹｕｐ－Ｌ ＜ Ｙｐｏｓ ≦ Ｙｕｐである場合、地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００のブロックの移動は無いと判定し、ステップ１７０６に進む。

（２）（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の位置関係がＸｌｅｆｔ＋Ｌ＜Ｘｐｏｓである場合、地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００はＸ軸正方向にブロックを移動したと判定してステップ１７０５に進む。

（３）（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の位置関係がＸｌｅｆ－Ｌｔ≧Ｘｐｏｓである場合、地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００はＸ軸負方向にブロックを移動したと判定してステップ１７０５に進む。

（４）（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の位置関係がＹｕｐ＋Ｌ＜Ｙｐｏｓである場合、地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００はＹ軸正方向にブロックを移動したと判定してステップ１７０５に進む。

（５）（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の位置関係がＹｕｐ－Ｌ≧Ｙｐｏｓである場合、地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００はＹ軸負方向にブロックを移動したと判定してステップ１７０５に進む。

＜ステップ１７０５＞
地形データ抽出部２７０は、ステップ１７０４で車体１３０が位置するブロックが変化したと判定された場合、ステップ１７０４の際に車体１３０が位置するブロックを基準としてデータ保持領域３２０を変更し、その変更後のデータ保持領域３２０に属する地形ブロックデータをＲＡＭ１６１２に記憶する。具体的には、地形データ抽出部２７０は、ステップ１７０４で判定した移動方向に応じてＲＡＭ１６１２上に保存されている地形ブロックデータおよびブロック管理テーブル６２０の更新を行う。ここでは一例として、ステップ１７０４において、油圧ショベル１００が右方向に１ブロック移動した場合の更新処理について説明する。

図１９はステップ１７０５の地形データ更新処理を説明する図である。ここでは、現在の地形データ抽出部２７０の処理をｔ＝ｔｎ、１サイクル前の地形データ抽出部２７０の処理をｔ＝ｔｎ－１として説明する。油圧ショベル１００がｔ＝ｔｎ－１からｔ＝ｔｎにかけて右方向（Ｘ軸正方向）へ１ブロック移動した場合、ｔ＝ｔｎ－１におけるデータ保持領域３２０の１列目(１Ａから１Ｅ)の地形ブロックデータが不要となり、ｔ＝ｔｎにおけるデータ保持領域３２０において着色した５列目（５Ａから５Ｅ）の地形ブロックデータを地形ＤＢ１５８から新たに抽出する必要がある。そこで、ｔ＝ｔｎ－１におけるブロック管理テーブル６２０の１列目(１Ａから１Ｅ)の５つのメモリアドレス（／ｍｅｍ＿１，６，１１，１６，２１）に格納されている地形ブロックデータをｔ＝ｔｎにおいて新たに必要となるデータ保持領域３２０の５列目（５Ａから５Ｅ）の地形ブロックデータに更新する。さらに、１ブロック移動後のｔ＝ｔｎのブロック配置に対応するように、ブロック管理データ６２０に格納されているメモリアドレスの配置を変更する。具体的には、図１９中の矢印が示すように、ｔ＝ｔｎ－１におけるブロック管理テーブル６２０の１列目(１Ａから１Ｅ)の５つのメモリアドレス（／ｍｅｍ＿１，６，１１，１６，２１）をｔ＝ｔｎのブロック管理テーブル６２０における５列目(５Ａから５Ｅ)に格納し、ｔ＝ｔｎ－１における２～５列目（２Ａから２Ｅ，３Ａから３Ｅ，４Ａから４Ｅ，５Ａから５Ｅ）に格納されているメモリアドレスをｔ＝ｔｎのブロック管理テーブルの１～４列目に格納する。すなわち、油圧ショベル１００が右側に１ブロック移動しても、ｔ＝ｔｎ－１におけるデータ保持領域３２０の２～５列目の地形ブロックデータについては、地形ブロックデータを改めて地形ＤＢからＲＡＭ１６１２に読み込むことなく、ブロック管理テーブル６２０のメモリアドレスを変更するだけで対応でき、情報コントローラ１６１の処理効率を向上できる。

油圧ショベル１００がＸ軸の負方向、Ｙ軸の正方向及び負方向に移動した際も同様な処理を行うことで地形データ更新処理を行う。以上のデータ更新処理を行った後、地形データ抽出部２７０はステップ１７０６に進む。

＜ステップ１７０６＞
地形データ抽出部２５０は、ステップ１７０２で呼び出した１サイクル前の油圧ショベル１００の位置を示すブロック識別子情報を、ステップ１７０３または１７０４で機械状態取得部２３０から取得した現在の車体位置を示すブロック識別子情報に更新し、地形データ抽出部２７０の処理を終了する。

［地形データ出力部２６０］
地形データ出力部２６０は、地形データ抽出部２７０によってＲＡＭ１６１２（揮発性記憶装置）に記憶された地形ブロックデータのうちデータ出力領域３１０に属する地形ブロックデータをモニタコントローラ１５６やメインコントローラ１６２等の地形データを利用するアプリケーションが実行されるコントローラに出力する部分である。

図２０を用いて、地形データ出力部２６０の処理について述べる。地形データ出力部２６０は、地形データ抽出部２７０がＲＡＭ１６１２上に保存したデータ保持領域３２０内の地形データおよびブロック管理テーブル６２０を呼出し、その内のデータ出力領域３１０のデータのみを抽出し、モニタコントローラ１５６やメインコントローラ１６２に出力する。図２０は地形データ出力部２６０のフローチャートである。

＜ステップ２００１＞
まず、地形データ出力部２６０は、ＲＡＭ１６１２からブロック管理テーブル６２０を呼出し、ステップ２００２に進む。

＜ステップ２００２＞
地形データ出力部２６０は、ステップ２００１で読み出したブロック管理テーブル６２０からデータ出力領域３１０に割り当てられているブロックのメモリアドレスを抽出する。図１６（ｂ）で示されたブロック管理テーブル６２０の場合、データ出力領域３１０に割り当てられているブロックの地形ブロックデータは２Ｂ～２Ｄ、３Ｂ～３Ｄ、４Ｂ～４Ｄに格納された９個のメモリアドレスに存在する。

＜ステップ２００３＞
地形データ出力部２６０は、ステップ２００２で読み出したメモリアドレスに格納されている地形ブロックデータを読み出し、モニタコントローラ１５６やメインコントローラ１６２に出力して処理を終了する。

［作業領域３５０］
作業領域３５０の設定に伴う地形データの処理効率の向上効果について説明する。

作業領域３５０が設定されている場合の地形データの取り扱いとして、地形データ抽出部２７０がデータ保持領域３２０に属する地形ブロックデータをＲＡＭ１６１２に保存する際、地形データテーブルのＦｌａｇ情報を参照しながらＲＡＭ１６１２への保存対象を作業領域３５０に含まれる地形ブロックデータのみに限定する方法がある。すなわちこの方法は、領域算出部２２０が、施工現場内で作業機械ごとに設定された作業領域３５０を無線通信装置１５７を介してサーバから入力した場合には、地形データ抽出部２７０は、記憶装置１５５（不揮発性記憶装置）に記憶された複数の地形ブロックデータのうち作業領域３５０とデータ保持領域３２０の双方に属する地形ブロックデータをＲＡＭ１６１２（揮発性記憶装置）に記憶する方法である。このようにＲＡＭ１６１２に記憶する地形ブロックデータを作業領域３５０とデータ保持領域３２０の双方に属するものに限定すると、ＲＡＭ１６１２のメモリ消費量を抑制でき、情報コントローラ１６１における地形データの処理効率を向上できる。

また、作業領域３５０が設定されている場合の地形データの他の取り扱いとして、地形データ出力部２６０がＲＡＭ１６１２に保存されているデータ保持領域３２０に属する地形ブロックデータを情報コントローラ１６１の外部に出力する際、その出力対象を作業領域３５０に含まれる地形ブロックデータのみに限定する方法がある。すなわちこの方法は、領域算出部２２０が、作業領域３５０を無線通信装置１５７を介してサーバから入力した場合には、地形データ出力部２６０は、ＲＡＭ１６１２（揮発性記憶装置）に記憶された複数の地形ブロックデータのうち作業領域３５０とデータ出力領域３１０の双方に属する地形ブロックデータをメインコントローラ１６２やモニタコントローラ１５６（第２コントローラ）に出力する方法である。

［地形データの利用例］
図２１は、情報コントローラ１６１から出力された地形ブロックデータを利用して、モニタコントローラ１５６が油圧ショベル１００と設計面の位置関係をモニタ１５３に出力した結果（表示画面）の例を示す図である。図２１（ａ）はメッシュ形式の地形データを表示した場合を、図２１（ｂ）はグリッド形式の地形データを表示した場合を、図２１（Ｃ）はポイント形式の地形データを表示した場合を示している。

また、本実施形態は、次のようなアプリケーションのデータ処理効率を向上できる。図２２に本実施形態を用いたアプリケーション例を示す。図２２（ａ）はメッシュ形式の地形データを用いたアプリケーション例を、図２２（ｂ）はグリッドまたはポイント形式の地形データを用いたアプリケーションの例を示す。

メッシュ形式の地形データを用いたアプリケーションとして、図２２（ａ）に示すような、メインコントローラ１６２で実行される領域制限制御を用いた作業支援機能が挙げられる。この機能では、地形データから、油圧ショベル１００のフロント作業装置１１０の中心を通る動作平面に沿った断面を生成し、この断面に沿ってフロント作業装置１１０の動作制御を行うことで、効率よい施工を行うことが出来る。この地形データから断面データ４６０を生成する際に、本発明を用いることで、施工現場全体から断面を探索する代わりに、車体周囲の地形データのみから断面算出する事が可能となるため、メインコントローラ１６２による地形データの処理効率が向上する。

また、図２２（ｂ）が示すようにカメラを取り付けた無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）９５０や、油圧ショベル１００に搭載したステレオカメラやレーザースキャナ（地形計測装置１７０）を用いて計測した施工現場の現況地形をグリッド形式またはポイント形式のデータの地形データとして保持している場合、本実施形態を適用すれば、車体周囲の現況地形のみを抽出する事が可能となり、例えば、油圧ショベル１００を自動掘削・積み込みさせる際の自律移動用の経路生成を情報コントローラ１６１内で効率よく行うことが可能となる。

［効果］
上記のように構成した情報コントローラ１６１によれば、サイト全体にわたる地形データから、車体１３０の周囲に設定されたデータ出力領域３１０に属する地形ブロックデータのみが抽出されてモニタコントローラ１５６に出力されるので、モニタコントローラ１５６はデータ出力領域３１０に属する地形データのみを利用してモニタ１５３の表示画面を生成できる（地形データ利用処理を実行できる）。地形データをリアルタイムに処理する際に、本実施形態のように施工現場の地形データ（地形ブロックデータに変換する前の地形データ）からデータ出力領域３１０に属する地形ブロックデータのみを抽出して処理対象の地形データを車体周囲のみに限定すると、情報コントローラ１６１上での地形データの処理効率が向上する。

また、情報コントローラ１６１のＲＡＭ１６１２上にデータ保持領域３２０に属する地形データのみを保存しておくことで、単一のアプリケーションだけでなく、複数のアプリケーションが車体周囲の地形データのみを取り込むことが出来るようになるため、情報コントローラ１６１内に複数のアプリケーションが実装されている際も、情報コントローラ１６１内の地形データ処理効率が向上する。特に、本実施形態のデータ保持領域３２０は、データ出力領域３１０を上下左右に１ブロックずつ拡大したものに相当し、油圧ショベル１００が１ブロック分移動した場合にもデータ出力領域３１０に含まれる地形データは全てＲＡＭ１６１２に保存されているため、油圧ショベル１００の移動により必要になった地形ブロックデータを速やかに出力できる点もメリットである。

また、地形データの出力先のコントローラ（地形データ利用処理が行われるモニタコントローラ１５６及びメインコントローラ１６２）においても、処理対象の地形データの範囲が限定されるので地形データの処理効率が向上する。

（第２実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態の情報コントローラ１６１は油圧ショベル１００の作業状態に応じて地形データ管理方法を変更する点に特徴がある。以下では、第１の実施形態との相違点について、具体的には、油圧ショベル１００の作業状態を考慮した際の機能ブロック図、作業判定部２４０の処理、および作業判定部２４０から出力される作業判定情報を用いた地形データ抽出部２７０による地形データ抽出方法について述べる。

［機能ブロック］
図２３に第２実施形態に係る情報コントローラ１６１の機能ブロックを示す。実施形態２における情報コントローラ１６１は、地形データ変換部２１０、領域算出部２２０、機械状態取得部２３０、地形データ出力部２６０、及び地形データ抽出部２７０に加え、作業判定部２４０として機能する。

以下、第２実施形態において新たに追加された作業判定部２４０の機能、および作業判定部２４０の出力結果を用いた地形データ抽出部２７０の処理について述べる。

［作業判定部２４０］
作業判定部２４０は、角度検出器（姿勢検出器）１８１～１８４によって検出され、機械状態取得部２３０が取得したフロント作業装置１１０の姿勢に基づいて、油圧ショベル（作業機械）１００が作業中であるか否かを判定する。

図２４を用いて作業判定部２４０の処理の内容について述べる。図２４はフロント作業装置１１０の関節角度変化を用いた作業判定の例を示す図である。作業判定部２４０は、機械状態取得部２３０が出力した、サイト座標系９３０での車体の位置情報およびフロント作業装置１１０の姿勢情報を用いて、油圧ショベル１００の稼働状況を判別する。作業の判定には、フロント作業装置１１０の姿勢変化を用いる。予め定めたデータ保持区間（図２４参照）の間、ブーム１１１，アーム１１２，バケット１１３の角度情報を保持しておき、各角度情報の変化量が所定値以内に収まって一定時間姿勢が変化しないと判定される場合には非作業中であると判定する。一方、データ保持区間中における角度情報の変化量が当該所定値を超えて姿勢変化が生じていると判定される場合は作業中であると判定する。なお、作業判別方法はこれに限らず、例えば、作業機械に応じて走行姿勢と呼ばれる姿勢を予め設定しておき、その走行姿勢が検出された場合には非作業中であると判定してもよい。

［地形データ抽出部２７０］
図２５～２７を用いて、第２実施形態における地形データ抽出部２７０の処理について説明する。地形データ抽出部２７０では、作業判定部２４０から出力される油圧ショベル１００の作業状態に応じて移動判定処理の方法を変更する。これにより無駄な地形データ更新が行われるのが抑制され、情報コントローラ１６１上での地形データの処理効率が向上する。

第２実施形態における地形データ抽出部２７０の処理の流れについて説明する。図２５は第２実施形態における地形データ抽出部２７０のフローチャートである。図１７の第１実施形態の地形データ抽出部２７０のフローチャートと同じ処理については説明を簡略化することがある。

＜ステップ２５０１＞
まず、地形データ抽出部２７０は作業判定を行う。作業判定には、作業判定部２４０の出力結果を用いる。作業判定部２４０の出力が、作業中の判定であった場合、地形データ抽出部２７０はステップ２５０２に進む。作業判定部２４０の出力が非作業中であった場合、地形データ２７０はステップ２５０３に進む。

＜ステップ２５０２＞
地形データ抽出部２７０は、格子領域６００における油圧ショベル１００の位置を示すブロックの識別子データ（ブロック識別子データ）がＲＡＭ１６１２上に存在するか否かを判定する。

＜ステップ２５０３＞
地形データ抽出部２７０は、ＲＡＭ１６１２に記憶されている地形ブロックデータの初期化（例えば消去）を行う。

油圧ショベル１００が移動中である場合、フロント作業装置１１０は静止しており掘削作業が行われないため、ＲＡＭ１６１２上の地形データ更新をしても地形データを用いるアプリケーションが地形データを要求しない場合が多いと想定される。図２６は油圧ショベル１００が非作業中である場合の移動判定処理の動作を説明する図である。図２６が示すように、フロント作業装置１１０を動作することなく油圧ショベル１００が（Ｉ）から（ＩＩ）に移動した際（図中の左方向に移動した場合）、作業判定部２４０が非作業中であると判定した場合には、実際の油圧ショベル１００の移動の有無に関わらず地形データ抽出部２７０はＲＡＭ１６１２上の地形ブロックデータを消去する。この際、ＲＡＭ１６１２上のブロック管理テーブルやブロック識別子データも消去することができる。これにより次サイクルのステップ２５０１の作業判定で作業中と判定された際にステップ２５０５に進むので、油圧ショベル１００の新たな位置における車体周囲の地形データが新規にＲＡＭ１６１２上に抽出される。このような処置をすることで、作業を伴わない移動中において、アプリケーションが地形データを要求してこない際に、無駄な地形データ更新を行わないようにする。なお、地形データの初期化方法は消去に限らず、例えば、アプリケーションの仕様によっては、ＲＡＭ１６１２上からブロック識別子のみを消去することとし、地形ブロックデータは残してもよい。これにより、モニタ１５３には、最後に地形データを更新した際の表示が残るような設定にできる。

＜ステップ２５０４＞
地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００のブロック識別子データＩＤｘ，ＩＤｙをＲＡＭ１６１２から読み込みステップ２５０６に進む。

＜ステップ２５０５＞
地形データ抽出部２７０は、機械状態取得部２３０から現在の車体位置を取得し、その車体位置を基準としたデータ保持領域３２０の範囲に属する地形ブロックデータ（図１６（ａ）参照）を地形ＤＢ１５８から抽出してＲＡＭ１６１２上に保存する。また、図１６（ｂ）の示すような、ＲＡＭ１６１２上に保存した地形ブロックデータのメモリアドレスを格納したブロック管理テーブル６２０を作成してＲＡＭ１６１２上に保存し、ステップ２５０８に進む。

＜ステップ２５０６＞
地形データ抽出部２７０は、ステップ２５０４で読み込んだ1サイクル前のブロック識別子ＩＤｘおよびＩＤｙの値をもとに油圧ショベル１００の移動判定を行う。すなわち、油圧ショベル１００の車体１３０が位置するブロックが変化したか否かを判定する処理を行う。

地形データ抽出部２７０の処理において、作業中の移動判定を行う場合、ブロックの境界近くで油圧ショベル１００が作業していると、油圧ショベル１００がブロックを移動したという判定が頻繁に生じる恐れがある。図２７は油圧ショベル１００が作業中である場合の移動判定処理を説明する図である。図２７（ａ）ではブロックの境界付近で油圧ショベル１００が掘削作業をしている。図２７（ａ）が示すように（Ｉ）と（ＩＩ）の間でのブロック移動を繰り返すと、データ保持領域３２０もブロックの移動に追従して変更されるためデータ更新が頻繁に生じる。したがって、作業判定部２４０が作業中と判定している際の移動判定は、第１実施形態図１８で説明した方法に加えて、図２７（ｂ）が示すように予め設定されたヒステリシス係数αを用いることが好ましい。このヒステリシス係数αは、移動前のブロック（例えば（Ｉ）から（ＩＩ）に移動した図２６の場合では、移動前の（Ｉ）のときに油圧ショベル１００が位置するブロック）から車体１３０までの距離に関する閾値（所定値）と言い換えることができる。

（１）機械状態取得部２３０が算出した現在の油圧ショベル１００の位置座標（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と、ブロック識別子から算出されるブロックの左上の頂点座標（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の位置関係が、Ｘｌｅｆｔ－α ≦ Ｘｐｏｓ ＜ Ｘｌｅｆｔ＋Ｌ＋αかつＹｕｐ－Ｌ－α ＜ Ｙｐｏｓ ≦ Ｙｕｐ＋αである場合、地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００のブロックの移動は無いと判定し、ステップ２５０８に進む。

（２）（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の位置関係がＸｌｅｆｔ＋Ｌ＋α＜Ｘｐｏｓである場合、地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００はＸ軸正方向にブロックを移動したと判定してステップ２５０７に進む。

（３）（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の位置関係がＸｌｅｆ－Ｌ－α≧Ｘｐｏｓである場合、地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００はＸ軸負方向にブロックを移動したと判定してステップ２５０７に進む。

（４）（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の位置関係がＹｕｐ＋Ｌ＋α＜Ｙｐｏｓである場合、地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００はＹ軸正方向にブロックを移動したと判定してステップ２５０７に進む。

（５）（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と（Ｘｌｅｆｔ、Ｙｕｐ）の位置関係がＹｕｐ－Ｌ－α≧Ｙｐｏｓである場合、地形データ抽出部２７０は、油圧ショベル１００はＹ軸負方向にブロックを移動したと判定してステップ２５０７に進む。

このように、作業中の移動判定にヒステリシスを設けることで、データ更新の頻度を抑えることができる。なお、ステップ２５０６は第１実施形態のステップ１７０４と同じ処理（すなわちヒステリシスを利用しない移動判定処理）を行っても良い。

＜ステップ２５０７＞
地形データ抽出部２７０は、ステップ２５０６で車体１３０が位置するブロックが変化したと判定された場合、ステップ２５０６の際に車体１３０が位置するブロックを基準としてデータ保持領域３２０を変更し、その変更後のデータ保持領域３２０に属する地形ブロックデータをＲＡＭ１６１２に記憶する。具体的な処理は第１実施形態の図１７におけるステップ１７０５の処理と同じである。

以上のステップ２５０６から２５０７までの一連の処理は、ステップ２５０６の移動判定で車体の位置するブロックが変化したと判定された場合、かつ、その変化前のブロック（１サイクル前に車体が位置していたブロック）からステップ２５０６時の車体までの距離（垂直方向距離または水平方向距離）がヒステリシス係数αを超えた場合に、データ保持領域３２０を変更する処理であると換言できる。

＜ステップ２５０８＞
地形データ抽出部２５０は、ステップ２５０４で呼び出した１サイクル前の油圧ショベル１００の位置を示すブロック識別子情報を、ステップ２５０５または２５０６で機械状態取得部２３０から取得した現在の車体位置を示すブロック識別子情報に更新し、地形データ抽出部２７０の処理を終了する。

以上に述べたとおり、油圧ショベル１００の作業状態を加味して地形データ抽出部２７０の移動判定処理の判定基準を変更することで、非作業中の油圧ショベル１００の移動中や、ブロックの境界付近で油圧ショベル１００が作業を行っている際に、情報コントローラ１６１内の地形データ更新に伴うデータ処理を抑制することができ、情報コントローラ１６１内の地形データ処理の効率が向上する。

（第３実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態は、情報コントローラ１６１が、車体１３０が位置するブロックとフロント作業装置１１０の先端（例えばバケット爪先）が位置するブロックとの位置関係に基づいて、データ保持領域３２０に属するブロックの範囲内でデータ出力領域３１０を変更する点に特徴がある。以下では第１の実施形態との相違点である、車体１３０に対するフロント作業装置１１０の位置を考慮する場合の機能ブロック図と、地形データ出力部２６０の処理について述べ、その他の点については第１実施形態と同じであるものとする。

［機能ブロック］
図２８に第３実施形態に係る情報コントローラ１６１の機能ブロック図を示す。情報コントローラ１６１は、第１実施形態と同様に、地形データ変換部２１０、領域算出部２２０、機械状態取得部２３０、地形データ出力部２６０、地形データ抽出部２７０を有する。ただし、第３実施形態では、地形データ出力部２６０が機械状態取得部２３０から機械状態を取得して地形データ出力処理を行う。

以下、第３実施形態において、機械状態取得部２３０の出力結果を用いた地形データ出力部２６０の処理について述べる。

[地形データ出力部２６０]
地形データ出力部２６０は、角度検出器（姿勢検出器）１８１－１８４によって検出された機械状態取得部２３０で取得されたフロント作業装置１１０の姿勢と、ＧＮＳＳ受信機（測位装置）１７１，１７２により演算され機械状態取得部２３０で取得された車体１３０の計測位置とに基づいて、車体１３０が位置するブロックとフロント作業装置１１０の先端が位置するブロックとを特定し、その特定された車体１３０が位置するブロックとフロント作業装置１１０の先端が位置するブロックとの位置関係に基づいてデータ出力領域３１０を変更する。

図２８、２９を用いて地形データ出力部２６０の処理について述べる。第３実施形態の地形データ出力部２６０は、地形データ抽出部２７０がＲＡＭ１６１２上に保存したデータ保持領域３２０内の地形ブロックデータおよびブロック管理テーブル６２０を呼出し、機械状態取得部２３０の出力結果を用いて、車体１３０が位置するブロックとフロント作業装置１１０の先端が位置するブロックとの位置関係に基づいてデータ出力領域３１０を変更する。そして、その変更後のデータ出力領域３１０に属する地形ブロックデータをモニタコントローラ１５６やメインコントローラ１６２に出力する。例えば、変更後のデータ出力領域３１０は、少なくともフロント作業装置１１０の先端が位置するブロックに属する地形ブロックデータが含まれるようにデータ出力領域３１０の範囲を第１実施形態の場合と比較して縮小したものである。この処理について図２９に示す地形データ出力部２６０のフローチャートを用いて説明する。

＜ステップ３００１＞
図２９の処理を開始すると、地形データ出力部２６０は、まず、ＲＡＭ１６１２からブロック管理テーブル６２０（例えば図１６（ｂ）参照）を読み出し、ステップ３００２に進む。

＜ステップ３００２＞
地形データ出力部２６０は、機械状態取得部２３０の出力結果からサイト座標系９３０におけるフロント作業装置１１０の先端の位置を演算し、ステップ３００１で読み出したブロック管理テーブル６２０からフロント作業装置１１０の先端が位置するブロックのメモリアドレスを抽出する。以下に、フロント作業装置１１０の先端が位置するブロックに応じてデータ出力領域３１０を変更する方法について述べる。

油圧ショベル１００のフロント作業装置１１０の先端（フロント先端部）が位置するブロックを算出するために、地形データ出力部２６０は、機械状態取得部２３０が取得した機械状態のうち、油圧ショベル１００の本体１３０の位置情報（Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ）と、油圧ショベル１００のフロント先端部の位置情報（Ｘｔｉｐ、Ｙｔｉｐ）とを用いる。まず、油圧ショベル１００のフロント先端部が存在するブロックと、油圧ショベル１００の本体１３０が存在するブロックとの相対位置を算出する。格子領域６００を構成するブロックのアドレスを図１６等と同様に設定した場合、本体１３０が位置するブロックは常に３Ｃとなるが、フロント先端部が位置するブロックは３Ｃとその周囲に位置する８つのブロック（すなわち、Ｂ２，３Ｂ，４Ｂ，２Ｃ，３Ｃ，４Ｃ，２Ｄ，３Ｄ，４Ｄの９つのブロック）のいずれかになる。そして、地形データ出力部２６０は、フロント先端部のブロック位置とデータ出力領域３１０との関係を予め定義した出力ブロック参照テーブル１８００（図３０参照）を参照して、フロント先端部が位置するブロックに応じてデータ出力領域３１０を決定する。

図３０に出力ブロック参照テーブル１８００とブロック管理テーブル６２０の一例を示す。図３０（ａ）は出力ブロック参照テーブル１８００の一例を示し、図３０（ａ）は地形データ出力部２６０がステップ３００１において呼び出したブロック管理テーブル６２０の一例を示す。

図３０（ａ）の出力ブロック参照テーブル１８００は、油圧ショベル１００の位置(Ｘｐｏｓ、Ｙｐｏｓ)がブロック管理テーブル６２０で管理されるＡ１～Ｅ５の２５個のブロックの中央のブロックであるＣ３に位置すると定めた場合に、フロント先端部が位置するブロックに応じて決定されるデータ出力領域３１０を定めたものである。この例では、フロント先端部がどのブロックに位置するかに関わらず、いずれのデータ出力領域３１０にも車体１３０が位置するブロック（Ｃ３）とフロント先端部１１０が位置するブロックが少なくとも含まれている。例えば、フロント先端部の位置（Ｘｔｉｐ、Ｙｔｉｐ）がＢ２に存在する場合、地形データ出力部２６０はデータ出力領域３１０をＢ２，Ｂ３，Ｃ２，Ｃ３の４つのブロック（図３０（ａ）の網掛け部分参照）に決定し、ブロック管理テーブル６２０のＢ２，Ｂ３，Ｃ２，Ｃ３に割り当てられているメモリアドレス（図３０（ｂ）の網掛け部分参照）に格納された地形ブロックデータを出力する。

なお、図３０（ａ）に示した出力ブロック参照テーブル１８００は、フロント先端部が位置するブロックとデータ出力領域３１０との対応関係を複数パターン（具体的には第１パターンと第２パターンの２パターン）有しており、状況に応じて利用するパターンを異ならせることができる。パターンを異ならせる方法としては、例えば、地形ブロックデータを利用して実行されるアプリケーションの種類に応じて、使用するパターンを異ならせるものがある。

例えば、アプリケーションとして領域制限制御を実行中の油圧ショベルが、領域制限制御中の作業モードとして、バケット爪先の制御精度よりもフロント作業装置１１０の操作性を優先させる粗掘削モードと、同操作正よりも同制御精度を優先させる仕上げモードとを備えている場合、粗掘削モードが選択されている場合は図３０（ａ）の第１パターンが、仕上げモードが選択されている場合は図３０（ａ）の第２パターンが選択されるように構成しても良い。後述する図３１に示すように、フロント先端部の位置が同じ場合で比較すると、第２パターンは第１パターンよりもデータ出力領域３１０の面積が縮小される傾向があるが、仕上げモードが選択される場面ではバケット爪先は設計面の近傍に位置することが想定され上部旋回体の旋回操作は行われる可能性が低いので、主にフロント先端部と車体が位置するブロックに属する地形ブロックデータをデータ出力領域３１０に設定する第２パターンを利用すれば充分である。このようにすれば、仕上げモード選択時には、情報コントローラ１６１からメインコントローラ１６２に出力される地形データのデータ量を必要最小限に抑制できるので、メインコントローラ１６２のデータ処理効率を向上し得る。

なお、図３０（ａ）の例では１つのテーブル内でデータ出力領域３１０のパターンを２つ定義したが、パターンごとに異なるテーブルを利用するように構成しても良い。また、パターン数は例示した２つに限られないことは言うまでもない。

＜ステップ３００３＞
地形データ出力部２６０は、ステップ３００２で決定したデータ出力領域３１０のメモリアドレスに格納されている地形ブロックデータを読み出し、モニタコントローラ１５６やメインコントローラ１６２に出力して処理を終了する。

［効果・補足］
次に図３１を用いて第３本実形態の効果について述べる。図３１は第３実施形態の地形データ出力部２６０から出力されるデータ出力領域３１０の例を示した図である。図中の（ｉ）第１パターンと（ｉｉ）第２パターンはそれぞれ図３０（ａ）の出力ブロック参照テーブル１８００中の２つのパターンに対応する。

例えば、図３０（ａ）に示すように油圧ショベル１００のフロント先端部がＢ２ブロックに位置すると判定された場合、第１パターンと第２パターンのいずれの場合もデータ出力領域３１０は図３０（ａ）（ｉ）中の斜線部の４ブロック分となり、第１実施形態および第２実施形態で出力される９ブロック分のデータ出力領域（太線の内側の９ブロック）と比べて５ブロック少なくなり、アプリケーションが使用する地形ブロックデータの範囲が小さくなることで処理効率が向上する。

また、図３０（ｂ）に示すように油圧ショベル１００のフロント先端部がＢ３ブロックに位置すると判定された場合、（ｉ）第１パターンのテーブルに従えばデータ出力領域３１０は斜線部の６ブロック分の地形ブロックデータを出力することとなり、（ｉｉ）第２パターンのテーブルに従えばデータ出力領域３１０は２ブロック分の地形ブロックデータのみを出力することとなる。この様にアプリケーションによって出力ブロック参照テーブル１８００のパターンを変更することで、出力される地形ブロックデータの範囲を細かく指定することが可能となり、情報コントローラ１６１内での地形データの処理効率が向上する。

以上に述べたとおり、油圧ショベル１００のフロント先端部が位置するブロックを加味してデータ出力領域３１０を変更することで、地形ブロックデータを処理するアプリケーションが使用する地形ブロックデータの範囲が限定され、情報コントローラ１６１及び地形ブロックデータの出力先のコントローラ１６２，１５６における地形データ処理の効率が向上する。

なお、上記では、油圧ショベル１００に搭載されたコントローラは、情報コントローラ１６１、メインコントローラ１６２およびモニタコントローラ１５６の３つであったが、これらの３つの機能を適宜１つまたは２つのコントローラに統合しても良い。逆に３つのコントローラの機能を４つ以上のコントローラに分散することも可能である。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１００…油圧ショベル（作業機械），１１０…フロント作業装置，１１１…ブーム，１１２…アーム，１１３…バケット，１２１…ブームシリンダ，１２２…アームシリンダ，１２３…バケットシリンダ，１３０…車体，１３１…上部旋回体，１３２…下部走行体，１４１…コントロールバルブ，１４２…油圧ポンプ，１４３…エンジン，１４４…パイロットバルブ（電磁比例弁），１５１…運転室，１５２…操作レバー，１５３…モニタ，１５５…記憶装置（不揮発性記憶装置），１５６…モニタコントローラ（第２コントローラ），１５７…無線通信装置，１５８…地形データベース，１５９…車体パラメータ，１６１…情報コントローラ（第１コントローラ），１６２…メインコントローラ（第２コントローラ），１７０…地形計測装置，１７１…右ＧＮＳＳ受信機（測位装置），１７２…左ＧＮＳＳ受信機（測位装置），１８１－１８４…角度検出器（姿勢検出器），２１０…地形データ変換部，２２０…領域算出部，２３０…機械状態取得部，２４０…作業判定部，２５０…地形データ抽出部，２６０…地形データ出力部，２７０…地形データ抽出部，３００…地形データファイル，３１０…データ出力領域，３２０…データ保持領域，３５０…作業領域，３７０…最大作業範囲，３８０…作業領域輪郭，６００…格子領域，６１０…ブロック，６２０…ブロック管理テーブル，９００…車体座標系，９１０…センサ座標系，９２０…計測点，９３０…サイト座標系，１８００…出力ブロック参照テーブル

Claims (9)

1. 車体に取り付けられた作業装置と、
   複数の測位衛星からの信号に基づいて前記車体の位置を計測する測位装置と、
   運転室に搭載されたモニタと、
   施工現場の地形データが記憶された不揮発性記憶装置と、
   前記不揮発性記憶装置に記憶された前記地形データを一時的に保存する揮発性記憶装置を有し、前記測位装置による前記車体の計測位置と、前記揮発性記憶装置に保存された前記地形データとを利用して、前記作業装置の動作及び前記モニタの画面の少なくとも一方を制御する地形データ利用処理を実行するコントローラとを備えた作業機械において、
   前記コントローラは、
   前記不揮発性記憶装置から読み出した前記地形データを複数のブロックに分割することで前記地形データを複数の地形ブロックデータに変換して前記不揮発性記憶装置に記憶し、
   前記不揮発性記憶装置に記憶された前記複数の地形ブロックデータのうち、前記車体が位置するブロックを含む複数のブロックによって定義されたデータ保持領域に属する複数の地形ブロックデータを前記揮発性記憶装置に記憶し、
   前記揮発性記憶装置に記憶された前記複数の地形ブロックデータのうち、前記車体が位置するブロックを含み前記データ保持領域に内包された複数のブロックによって定義されたデータ出力領域に属する地形ブロックデータを利用して前記地形データ利用処理を実行することを特徴とする作業機械。
2. 請求項１の作業機械であって、
   前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出器をさらに備え、
   前記コントローラは、
   前記姿勢検出器によって検出された前記作業装置の姿勢と前記測位装置による前記車体の計測位置とに基づいて、前記車体が位置するブロックと前記作業装置の先端が位置するブロックとを特定し、
   特定された前記車体が位置するブロックと前記作業装置の先端が位置するブロックとの位置関係に基づいて前記データ出力領域を変更することを特徴とする作業機械。
3. 請求項２の作業機械であって、
   前記データ出力領域には、特定された前記車体が位置するブロックと前記作業装置の先端が位置するブロックとが少なくとも含まれていることを特徴とする作業機械。
4. 請求項２の作業機械であって、
   前記データ出力領域はさらに、地形ブロックデータを利用して実行されるアプリケーションの種類によって異なることを特徴とする作業機械。
5. 請求項１の作業機械であって、
   前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出器をさらに備え、
   前記コントローラは、
   前記姿勢検出器によって検出された前記作業装置の姿勢に基づいて前記作業機械が作業中であるか否かを判定し、
   前記作業機械が作業中でないと判定された場合、前記揮発性記憶装置に記憶されている地形ブロックデータを消去し、
   前記作業機械が作業中であると判定された場合、前記測位装置による前記車体の計測位置に基づいて前記車体が位置するブロックが変化したか否かを判定し、
   前記車体が位置するブロックが変化したと判定された場合、前記車体が位置するブロックを基準として前記データ保持領域を変更し、前記不揮発性記憶装置に記憶された前記複数の地形ブロックデータのうち、変更後の前記データ保持領域に属する地形ブロックデータを前記揮発性記憶装置に記憶することを特徴とする作業機械。
6. 請求項１の作業機械であって、
   前記コントローラは、
   前記測位装置による前記車体の計測位置に基づいて前記車体が位置するブロックが変化したか否かを判定し、
   前記車体が位置するブロックが変化したと判定された場合、前記車体が位置するブロックを基準として前記データ保持領域を変更し、
   前記不揮発性記憶装置に記憶された前記複数の地形ブロックデータのうち、変更後の前記データ保持領域に属する地形ブロックデータを前記揮発性記憶装置に記憶することを特徴とする作業機械。
7. 請求項１の作業機械であって、
   前記コントローラは、
   前記測位装置による前記車体の計測位置に基づいて前記車体が位置するブロックが変化したか否かを判定し、
   前記車体が位置するブロックが変化したと判定された場合、かつ、変化前のブロックから前記車体までの距離が所定値を超えた場合、前記車体が位置するブロックを基準として前記データ保持領域を変更し、
   前記不揮発性記憶装置に記憶された前記複数の地形ブロックデータのうち、変更後の前記データ保持領域に属する地形ブロックデータを前記揮発性記憶装置に記憶することを特徴とする作業機械。
8. 請求項１の作業機械であって、
   前記データ出力領域は、前記作業機械の車体パラメータに基づいて設定された第１データ出力領域と、前記モニタを介して任意に設定された第２データ出力領域とのいずれかであることを特徴とする作業機械。
9. 請求項１の作業機械であって、
   前記コントローラがサーバと双方向通信するための通信装置をさらに備え、
   前記コントローラは、
   前記施工現場内で作業機械ごとに設定された作業領域を前記通信装置を介して前記サーバから入力し、
   前記不揮発性記憶装置に記憶された前記複数の地形ブロックデータのうち前記作業領域と前記データ保持領域の双方に属する地形ブロックデータを前記揮発性記憶装置に記憶することを特徴とする作業機械。

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