JP7272847B2 - Operation guidance device and operation guidance method - Google Patents

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Description

本発明は、シールド掘削機の操作ガイダンス装置、及び操作ガイダンス方法に関する。 The present invention relates to an operation guidance device and an operation guidance method for a shield excavator.

従来、トンネルなどの築造に地山を掘削するシールド掘削機が用いられている。シールド掘削機を操作するオペレータは、予め計画された掘削の指示を示す掘削指示書に従い、シールド掘削機が掘削する現場の施工環境(土質、水圧などの状態)を監視しながら掘削する方向を操作している。 2. Description of the Related Art Conventionally, a shield excavator for excavating a natural ground is used for constructing a tunnel or the like. The operator who operates the shield excavator operates the direction of excavation while monitoring the construction environment (soil quality, water pressure, etc.) of the site where the shield excavator excavates according to the excavation instructions that show the instructions for excavation planned in advance. are doing.

シールド掘削機においては、円筒形のスキンプレートの内周に沿って複数のシールドジャッキが設けられる。この複数のシールドジャッキの全部又は一部が油圧操作により推進(伸長)されることによりスキンプレートの面が押され、シールド掘削機の掘進する方向が制御される。オペレータは、複数のシールドジャッキの何れを伸長させるかを選択するにより、シールド掘削機に作用させる力点の位置を調整し、シールド掘削機が掘削する方向を制御している。 In shield excavators, a plurality of shield jacks are provided along the inner circumference of a cylindrical skin plate. All or part of the plurality of shield jacks are propelled (extended) by hydraulic operation to push the surface of the skin plate, thereby controlling the excavation direction of the shield excavator. The operator selects which of the plurality of shield jacks to extend to adjust the position of the point of force acting on the shield excavator, thereby controlling the direction in which the shield excavator excavates.

オペレータは、様々な現場においてトンネルの施工を行うことで、施工環境の変化に対応したシールド掘削機の制御の経験を養い、熟練度を向上させている。熟練度が向上した熟練したオペレータは、掘削中の現場におけるシールド掘削機の制御を行う際、現在の現場の施工環境に対応した制御を、過去の似たような施工環境における制御の知識を応用して行っている。しかし、施工した現場の数の少ないオペレータの場合、経験したことのない施工環境においては、経験と操作知識が不十分であり、その施工環境における適切なシールド掘削機の制御を行うことができない。 By constructing tunnels at various sites, operators have gained experience in controlling shield excavators in response to changes in the construction environment, and have improved their proficiency. A skilled operator with improved skills will be able to apply controls that correspond to the current construction environment at the construction site when controlling the shield excavator at the construction site during excavation, and apply knowledge of control in similar construction environments in the past. are doing. However, in the case of an operator who has worked in a small number of construction sites, he/she has insufficient experience and operational knowledge in an unexperienced construction environment, and cannot appropriately control the shield excavator in that construction environment.

すなわち、オペレータの各々のシールド掘削機の制御の熟練度によって、掘削されるトンネルの設計に対する精度や安全性がばらついてしまう問題がある。この問題を解決するため、掘削の際におけるシールド掘削機のカッターの回転状態及び推進ジャッキの推進状態を示す計測データにより、シールド掘削機を自動運転させる構成がある(例えば、特許文献1参照)。 That is, there is a problem that the accuracy and safety of the design of the tunnel to be excavated varies depending on the operator's skill in controlling the shield excavator. In order to solve this problem, there is a configuration in which the shield excavator is automatically operated based on measurement data indicating the rotation state of the cutter of the shield excavator and the propulsion state of the propulsion jack during excavation (see, for example, Patent Document 1).

また、人間の感情解析などを行うために人工知能(AI(Artificial Intelligence))を用いることが一般的に行われている。AIを用いた手法では、例えば、人間の表情(入力)と、その表情に対応する感情(出力)とを対応付けた教師データを用いて機械学習を実行することにより、学習済みモデルを作成する。この学習済みモデルに人間の表情を入力させることにより、その表情が意味する感情を推定させることができ、人間の感情解析を行うことが可能である。 In addition, artificial intelligence (AI) is generally used to analyze human emotions. In a method using AI, for example, a learned model is created by executing machine learning using training data that associates human facial expressions (input) with emotions (output) corresponding to the facial expressions. . By inputting human facial expressions into this trained model, it is possible to estimate the emotions that the facial expressions mean, and to perform human emotion analysis.

特開平07-71189号公報JP-A-07-71189

上述した特許文献1においては、熟練したオペレータによるシールド掘削機の操作を十分に再現することができない。すなわち、測定したデータと設定値とを比較することにより制御が行われるため、熟練したオペレータの経験に基づいた制御と異なり、時々刻々と変化する現場の施工環境に対応した制御が適切に行われているとは限らず、掘削されたトンネルの設計に対する精度や安全性が向上するとは言い難かった。 In Patent Literature 1 described above, the operation of the shield excavator by a skilled operator cannot be sufficiently reproduced. That is, since the control is performed by comparing the measured data with the set value, unlike the control based on the experience of a skilled operator, the control corresponding to the ever-changing construction environment at the site is appropriately performed. However, it was difficult to say that the accuracy and safety of the design of excavated tunnels would improve.

一方、上述したAIの手法を、シールド掘削機の操作に応用することが考えられる。例えば、シールド掘削機から得られる掘削状況(入力)と、その掘削状況に対応する熟練したオペレータの操作(出力)とを対応付けた教師データを用いて機械学習を実行することにより学習済みモデルを作成する。この学習済みモデルに、現在掘削している掘削状況を示すデータを入力させることにより、シールド掘削機の望ましい操作の内容を推定することが可能である。例えば、学習済みモデルが推定した力点の位置に、シールド掘削機の力点がくるようにシールドジャッキを選択する操作を行うことで、経験が少ないオペレータであっても熟練したオペレータに近い操作を行うことができると考えられる。 On the other hand, it is conceivable to apply the AI method described above to the operation of a shield excavator. For example, a trained model can be created by executing machine learning using training data that associates the excavation conditions (input) obtained from a shield excavator with the operations (output) of a skilled operator corresponding to the excavation conditions. create. By inputting data indicating the current excavation situation into this learned model, it is possible to estimate the details of the desired operation of the shield excavator. For example, by performing an operation to select a shield jack so that the force point of the shield excavator comes to the point of force estimated by the learned model, even an inexperienced operator can perform an operation close to that of a skilled operator. is considered possible.

しかしながら、シールドジャッキは、オン又はオフの何れかの操作しかできないものが多い。それ故に、シールド掘削機を推進させる際に操作できる力点の位置は、離散的になる。一方で、学習済みモデルが推定する力点の位置は、任意の位置であり連続的なものとなる。このため、オペレータは、複数のシールドジャッキの何れを選択したとしても、学習済みモデルが推定した力点の位置に一致させることができない場合があり得る。学習済みモデルが、実際には一致させることが不可能な力点の位置を提示してしまうと、オペレータを混乱させ、無駄な操作を増やしてしまう可能性がある。 However, many shield jacks can only be operated either on or off. Therefore, the force points that can be manipulated in propelling the shield excavator are discrete. On the other hand, the force position estimated by the learned model is arbitrary and continuous. For this reason, even if the operator selects any one of the plurality of shield jacks, it may not be possible to match the force point position estimated by the learned model. If the learned model presents the position of the point of effort that cannot actually be matched, the operator may be confused and useless operations may increase.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シールド掘削機の操作において、オペレータが操作しやすいガイダンス(案内)を行うことができる操作ガイダンス装置、及び操作ガイダンス方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an operation guidance device and an operation guidance method capable of providing guidance (guidance) that is easy for an operator to operate in operation of a shield excavator. is to provide

上述した課題を解決するために本発明の一実施形態の操作ガイダンス装置は、シールド掘削機が掘削する状況を測定した測定データを取得する取得部と、掘削の状況とシールド掘削機に作用させる力点の位置との対応関係を学習した学習済みモデルに前記測定データを入力させることにより、前記シールド掘削機に作用させる力点の目標とする位置である力点目標を推定する推定部と、前記推定部により推定された前記力点目標に基づいて、前記シールド掘削機に作用させることが可能な力点の目標である力点操作目標を生成する生成部と、前記シールド掘削機に作用させている現在の力点の位置である現力点位置及び前記生成部により生成された前記力点操作目標を示す情報を、オペレータの操作を案内するガイダンスガイダンス画像として力点位置を示す座標系に表示させるために出力する出力部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an operation guidance device according to an embodiment of the present invention includes an acquisition unit that acquires measurement data obtained by measuring the excavation conditions of a shield excavator, an estimating unit for estimating a force target, which is a target position of the force applied to the shield excavator, by inputting the measured data into a learned model that has learned a correspondence relationship with the position of the shield excavator; a generation unit that generates a force operation target, which is a force target that can be applied to the shield excavator, based on the estimated force target; and a position of the current force that is applied to the shield excavator. and an output unit for outputting the information indicating the current force position and the force operation target generated by the generating unit so as to be displayed in a coordinate system indicating the force point position as a guidance image that guides the operator's operation. It is characterized by having

また、上述した操作ガイダンス装置は、前記推定部は、前記力点目標として前記シールド掘削機に作用させる力点の位置を推定し、前記生成部は、前記力点操作目標として、前記現力点位置と前記力点目標との関係に応じた範囲を示す情報を生成することを特徴とする。 Further, in the operation guidance device described above, the estimating unit estimates the position of the force applied to the shield excavator as the effort target, and the generation unit estimates the current force position and the force point as the force operation target. It is characterized by generating information indicating a range according to the relationship with the target.

また、上述した操作ガイダンス装置は、前記推定部は、前記力点目標として前記シールド掘削機に作用させる力点の位置を推定し、前記生成部は、前記力点操作目標として前記力点目標が示す位置を含む所定の範囲を、前記力点目標の位置に応じてコンター表示する情報を生成することを特徴とする。 Further, in the operation guidance device described above, the estimating unit estimates the position of the force applied to the shield excavator as the force target, and the generating unit includes the position indicated by the force target as the force operation target. Information for contour-displaying a predetermined range according to the position of the effort target is generated.

また、上述した操作ガイダンス装置は、前記推定部は、前記力点目標として前記シールド掘削機に作用させる力点の位置を推定し、前記生成部は、前記力点操作目標として、前記現力点位置から、前記力点目標が示す位置への方向を示す情報を生成することを特徴とする。 Further, in the operation guidance device described above, the estimating unit estimates the position of the force applied to the shield excavator as the force target, and the generating unit calculates the force operation target from the current force point position as the force operation target. It is characterized by generating information indicating the direction to the position indicated by the effort target.

また、上述した操作ガイダンス装置は、前記推定部は、前記力点目標として前記シールド掘削機に作用させる力点の位置を推定し、前記生成部は、前記力点操作目標として、前記現力点位置から、前記力点目標が示す前記力点の位置までの距離を示す情報を生成することを特徴とする。 Further, in the operation guidance device described above, the estimating unit estimates the position of the force applied to the shield excavator as the force target, and the generating unit calculates the force operation target from the current force point position as the force operation target. It is characterized by generating information indicating a distance to the position of the effort indicated by the effort target.

また、本発明の一実施形態の操作ガイダンス方法は、取得部が、シールド掘削機が掘削する地山の状況を測定した測定データを取得する取得工程と、推定部が、地山の状況とシールド掘削機に作用させる力点の位置との対応関係を学習した学習済みモデルに前記測定データを入力させることにより、前記シールド掘削機に作用させる力点の目標である力点目標を推定する推定工程と、生成部が、前記推定部により推定された前記力点目標に基づいて、前記シールド掘削機に作用させることが可能な力点の目標である力点操作目標を生成する生成工程と、出力部が、前記シールド掘削機に作用させている現在の力点の位置である現力点位置及び前記生成部により生成された前記力点操作目標を示す情報を、オペレータの操作を案内するガイダンスガイダンス画像として力点位置を示す座標系に表示させるために出力する出力工程と、を有することを特徴とする。 Further, an operation guidance method according to an embodiment of the present invention includes an acquisition step in which an acquisition unit acquires measurement data obtained by measuring the condition of the natural ground excavated by the shield excavator, and an estimating unit in which the condition of the natural ground and the shield an estimating step of estimating a force target, which is a target of the force applied to the shield excavator, by inputting the measurement data into a trained model that has learned the correspondence relationship between the position of the force applied to the excavator and generating a generation step in which a unit generates a force operation target, which is a force target that can be applied to the shield excavator, based on the force target estimated by the estimation unit; and an output unit generates the shield excavation target. The information indicating the current force position, which is the position of the current force applied to the machine, and the force operation target generated by the generating unit are converted into a coordinate system indicating the force force position as a guidance image that guides the operator's operation. and an output step of outputting for display .

以上説明したように、この発明によれば、オペレータが操作しやすいガイダンス(案内)を行うことができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide guidance that is easy for the operator to operate.

実施形態の操作ガイダンス装置10が適用される操作ガイダンスシステム1の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of an operation guidance system 1 to which an operation guidance device 10 of an embodiment is applied; FIG. 実施形態の端末装置20に表示される画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the screen displayed on the terminal device 20 of embodiment. 実施形態の端末装置20に表示される画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the screen displayed on the terminal device 20 of embodiment. 実施形態の端末装置20に表示される画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the screen displayed on the terminal device 20 of embodiment. 実施形態の操作ガイダンス装置10の動作例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an operation example of the operation guidance device 10 of the embodiment;

以下、実施形態の、操作ガイダンス装置を、図面を参照して説明する。 An operation guidance device according to an embodiment will be described below with reference to the drawings.

図1は、実施形態の操作ガイダンス装置10が適用される操作ガイダンスシステム1の構成例を示すブロック図である。操作ガイダンスシステム1は、操作ガイダンス装置10と、端末装置20とを備える。操作ガイダンス装置10と端末装置20とは、通信可能に接続される。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an operation guidance system 1 to which an operation guidance device 10 of the embodiment is applied. The operation guidance system 1 includes an operation guidance device 10 and a terminal device 20 . The operation guidance device 10 and the terminal device 20 are communicably connected.

操作ガイダンスシステム1では、操作ガイダンス装置10により生成されたガイダンス情報が、端末装置20に出力される。ガイダンス情報は、シールド掘削機のオペレータの操作を案内する情報であって、例えば、シールド掘削機に作用させる力点の位置(以下、単に、シールド掘削機における力点の位置などと称する)を示す情報である。シールド掘削機における力点の位置が制御されることにより、シールド掘削機を推進させる方向(推進方向)が制御されることになる。 In the operation guidance system 1 , guidance information generated by the operation guidance device 10 is output to the terminal device 20 . The guidance information is information that guides the operation of the shield excavator operator, and is, for example, information that indicates the position of the force applied to the shield excavator (hereinafter simply referred to as the force point position on the shield excavator). be. By controlling the position of the point of force in the shield excavator, the direction in which the shield excavator is propelled (propulsion direction) is controlled.

また、操作ガイダンスシステム1では、端末装置20は、操作ガイダンス装置10から取得したガイダンス情報に基づいて、ガイダンス画像を表示する。ガイダンス画像は、シールド掘削機のオペレータによる操作を支援する画像であって、シールド掘削機における力点の位置を示す画像である。オペレータが、ガイダンス情報に従ってシールド掘削機における力点の位置を操作することにより、シールド掘削機を所定の方向に推進させることが可能となる。 In addition, in the operation guidance system 1 , the terminal device 20 displays guidance images based on the guidance information acquired from the operation guidance device 10 . The guidance image is an image that assists the operation of the shield excavator by the operator, and is an image that indicates the position of the force point in the shield excavator. By operating the position of the point of force in the shield excavator according to the guidance information, the operator can propel the shield excavator in a predetermined direction.

操作ガイダンス装置10は、例えば、測定データ取得部11と、現力点位置取得部12と、力点目標推定部13と、力点操作目標生成部14と、ガイダンス情報出力部15と、測定データ記憶部16と、力点位置情報記憶部17と、学習済みモデル生成部18とを備える。 The operation guidance device 10 includes, for example, a measurement data acquisition unit 11, a current effort position acquisition unit 12, a target effort estimation unit 13, an effort target generation unit 14, a guidance information output unit 15, and a measurement data storage unit 16. , an effort position information storage unit 17 , and a trained model generation unit 18 .

測定データ取得部11は、測定データを取得する。測定データは、シールド掘削機が掘削する状況を測定したデータであって、例えば、水平偏差、垂直偏差、ローリング、ピッチング、左右実ストローク差、及び上下実ストローク差などを測定したデータである。水平偏差は、掘削指示書において指示された位置とシールド掘削機の位置との水平方向の偏差を示す。垂直偏差は、掘削指示書において指示された位置とシールド掘削機の位置との鉛直方向の偏差を示す。ローリングは、シールド掘削機の現在の姿勢のうち水平方向の方位を示す。ピッチングは、シールド掘削機の姿勢のうち鉛直方向の方位を示す。左右実ストローク差は、シールド掘削機を推進させる推進力の水平方向の差分(左右差)を示す。上下実ストローク差は、シールド掘削機を推進させる推進力の鉛直方向の差分(上下差)を示す。尤も、測定データは、少なくともシールド掘削機が掘削する状況を測定したデータであればよく、シールドジャッキの総推進力、地山や掘削土の土圧や水圧などを測定したデータであってもよい。 The measurement data acquisition unit 11 acquires measurement data. The measurement data is data obtained by measuring the excavation conditions of the shield excavator, and is data obtained by measuring, for example, horizontal deviation, vertical deviation, rolling, pitching, actual left-right stroke difference, and vertical actual stroke difference. Horizontal deviation indicates the horizontal deviation between the position indicated in the drilling instructions and the position of the shield excavator. The vertical deviation indicates the vertical deviation between the position indicated in the drilling instructions and the position of the shield excavator. Roll indicates the horizontal orientation of the shield excavator's current attitude. Pitching indicates the vertical orientation of the attitude of the shield excavator. The left-right actual stroke difference indicates the difference in the horizontal direction (left-right difference) of the driving force for propelling the shield excavator. The vertical actual stroke difference indicates the difference in the vertical direction (vertical difference) of the propulsive force that propels the shield excavator. Of course, the measurement data may be data obtained by measuring at least the excavation situation of the shield excavator, and may be data obtained by measuring the total driving force of the shield jack, the ground pressure of the ground or excavated soil, the water pressure, and the like. .

現力点位置取得部12は、現在の力点の位置を取得し、取得した力点の位置を示す情報を力点位置情報記憶部17に記憶させる。現在の力点の位置とは、シールド掘削機における力点の位置であって、現在オン状態となっているシールドジャッキにおけるスキンプレートの面上の設置位置に基づいて検出される。例えば、スキンプレートの内周を囲む全てのシールドジャッキがオン状態である場合、力点の位置はスキンプレートの面の中心となる。スキンプレートの面の右側に設置されたシールドジャッキがオン状態である場合、力点の位置はスキンプレートの面の右側となる。 The current effort position acquisition unit 12 acquires the current effort position, and causes the effort position information storage unit 17 to store information indicating the acquired effort position. The current power point position is the power point position in the shield excavator, and is detected based on the installation position on the surface of the skin plate of the shield jack that is currently on. For example, if all the shield jacks surrounding the inner circumference of the skin plate are in the ON state, the position of the force point will be the center of the surface of the skin plate. When the shield jack installed on the right side of the skin plate plane is in the ON state, the power point is on the right side of the skin plate plane.

力点目標推定部13は、機械学習の手法を用いて力点目標を推定する。機械学習の手法としては、決定木学習、ニューラルネットワーク、遺伝的プログラミング、サポートベクタマシンなどの一般的に用いられている技法のいずれを用いてもよい。以下では、力点目標推定部13が、学習済みモデルを用いて、力点目標を推定する場合を例に説明する。学習済みモデルは、例えば、学習済みモデル生成部18に記憶されるモデルである。 The effort target estimator 13 estimates the effort target using a machine learning technique. As a machine learning method, any of commonly used techniques such as decision tree learning, neural network, genetic programming, and support vector machine may be used. In the following, a case where the effort target estimating unit 13 estimates the effort target using a learned model will be described as an example. A trained model is, for example, a model stored in the trained model generation unit 18 .

学習済みモデルは、掘削の状況と、シールド掘削機における力点の位置との対応関係を学習したモデルである。掘削の状況は、掘削に関する情報であり、例えば掘削の際に測定データ取得部11により取得される測定データである。学習済みモデルは、例えば、様々な掘削作業において収集された、掘削の状況(学習データにおける入力)と力点の位置(学習データにおける出力)とが対応づけられた学習データを機械学習することにより生成される。学習済みモデルは、未学習の掘削の状況を示すデータが入力されると、学習済みのデータから類似する学習済みの掘削の状況を抽出する。そして、学習済みモデルは、抽出した掘削の状況に対応づけられている力点の位置を、未学習の掘削の状況に対応する力点の位置と推定する。 The learned model is a model that has learned the corresponding relationship between the excavation situation and the position of the force in the shield excavator. The excavation status is information about excavation, for example, measurement data acquired by the measurement data acquisition unit 11 during excavation. A trained model is generated by machine learning learning data that associates the excavation situation (input in the learning data) and the position of the force (output in the learning data) collected in various excavation works, for example. be done. When data indicating unlearned excavation situations is input to the learned model, the learned model extracts similar learned excavation situations from the learned data. Then, the learned model estimates the force point position associated with the extracted excavation situation as the force point position corresponding to the unlearned excavation situation.

力点目標推定部13が推定する力点目標は、シールド掘削機における力点の目標となる位置を示す情報であり、例えば、スキンプレートの面の何れかの位置を示す情報である。力点目標推定部13は、測定データ取得部11により取得された測定データを、学習済みモデルに入力して得られる出力を、当該測定データに対して推定される力点目標とする。力点目標推定部13は、推定した力点目標を示す情報を力点操作目標生成部14に出力する。 The effort target estimated by the effort target estimating unit 13 is information indicating a target position of the effort in the shield excavator, for example, information indicating any position on the surface of the skin plate. The target-of-effort estimator 13 inputs the measured data acquired by the measured-data acquirer 11 into the trained model, and uses the output obtained as the target of effort to be estimated for the measured data. The effort target estimation unit 13 outputs information indicating the estimated effort target to the effort operation target generation unit 14 .

力点操作目標生成部14は、力点目標推定部13により推定された力点目標を加工して、力点操作目標を生成する。力点操作目標は、オペレータが操作する、シールド掘削機における力点の目標である。 The effort target generation unit 14 processes the effort target estimated by the effort target estimation unit 13 to generate the effort target. Effort control target is the target of effort on the shield excavator operated by the operator.

力点操作目標は、例えば、位置ではなく、ある程度の領域をもつ範囲を示す情報である。つまり、力点目標推定部13は、力点操作目標として、オペレータが操作する際の目標となる力点の位置を、力点目標が示す力点の位置を含む領域で示す情報を生成する。これにより、力点目標推定部13がシールドジャッキによるオンオフの組合せでは一致させることが不可能な力点の位置が推定した場合であっても、シールドジャッキの組合せにより操作可能な範囲を含めて示すことができ、オペレータを混乱させないようにすることが可能である。 The force operation target is, for example, information indicating a range having a certain area instead of a position. In other words, the effort target estimator 13 generates, as the effort operation target, information indicating the position of the effort that is the target of the operator's operation in an area including the position of the effort indicated by the effort target. As a result, even if the effort target estimating unit 13 estimates the position of the effort that cannot be matched by the on-off combination of the shield jack, it is possible to indicate the operable range including the combination of the shield jack. It is possible to avoid confusing the operator.

力点操作目標生成部14は、力点操作目標を領域で示す場合、当該領域をコンター表示するようにしてもよい。コンター表示は、ある特定の量や度合いに応じた領域を輪郭により示す表示であって、例えば、地図における等高線、天気図における等圧線のような表示である。 When the effort operation target is indicated by an area, the effort operation target generator 14 may display the area as a contour. A contour display is a display that shows an area according to a certain amount or degree by a contour, such as a contour line on a map or an isobar line on a weather chart.

力点操作目標生成部14は、例えば、力点操作目標の領域を、力点目標の位置に達するまでの距離に応じてコンター表示する。この場合、力点操作目標の領域は、力点目標の位置を中心とした同心円状の領域である。或いは、力点操作目標生成部14は、シールド掘削機における現在の力点の位置と、力点目標の位置との関係に応じてコンター表示するようにしてもよい。この場合、力点操作目標の領域は、現在の力点の位置を中心として力点目標の方向に形成した扇型の領域である。また、力点操作目標生成部14は、シールドジャッキの組合せにより操作可能な力点の位置と、力点目標の位置との関係に応じてコンター表示するようにしてもよい。この場合、力点操作目標の領域は、シールドジャッキの組合せにより操作可能な力点の位置と力点目標の位置とを含めた領域である。 The effort target generation unit 14, for example, contour-displays the area of the effort target according to the distance to reach the position of the effort target. In this case, the area of the effort target is a concentric area centered on the position of the effort target. Alternatively, the effort operation target generation unit 14 may perform contour display according to the relationship between the current effort position and the effort target position in the shield excavator. In this case, the effort operation target area is a fan-shaped area formed in the direction of the effort target with the current effort position as the center. Further, the effort operation target generation unit 14 may perform contour display according to the relationship between the position of the effort that can be operated by combining the shield jacks and the position of the effort target. In this case, the effort operation target area is an area including the effort position and the effort target position that can be operated by combining the shield jacks.

また、力点操作目標生成部14は、力点操作目標として、力点目標への方向を示す場合、力点目標の位置に達するまでの距離に応じた表示を行うようにしてもよい。力点操作目標生成部14は、例えば、力点目標の位置に達するまでの距離に応じて矢印の長さや太さなどの大きさ、或いは色などを変えた情報を生成する。これにより、オペレータは、現在の力点の位置から、力点の位置を操作すべき方向と距離とを直観的に認識することが可能である。 In addition, when the effort target is a direction toward the effort target, the effort target generation unit 14 may display the distance to reach the effort target position. The effort target generating unit 14 generates information in which, for example, the size, such as the length and thickness, or the color of the arrow is changed according to the distance to reach the position of the effort target. This allows the operator to intuitively recognize the direction and distance in which the force position should be manipulated from the current force position.

ガイダンス情報出力部15は、力点操作目標生成部14により生成された力点操作目標を示す情報を、オペレータの操作を案内するガイダンス情報として、端末装置20に出力する。以下では、ガイダンス情報が端末装置20に表示させる画像の情報である場合を例示して説明するが、ガイダンス情報は、文字を示す情報であってもよいし、音や音声などを示す情報などであってもよい。 The guidance information output unit 15 outputs information indicating the effort target generated by the effort target operation target generation unit 14 to the terminal device 20 as guidance information for guiding the operator's operation. A case where the guidance information is image information to be displayed on the terminal device 20 will be described below as an example. There may be.

端末装置20は、例えば、通信部21と、表示部22と、制御部23とを備える。通信部21は、操作ガイダンス装置10と通信を行い、操作ガイダンス装置10からガイダンス情報を取得する。表示部22は、通信部21により取得されたガイダンス情報を表示する。制御部23は、端末装置20を統括的に制御し、例えば、通信部21により取得されたガイダンス情報を、表示部22に出力させる。 The terminal device 20 includes a communication unit 21, a display unit 22, and a control unit 23, for example. The communication unit 21 communicates with the operation guidance device 10 and acquires guidance information from the operation guidance device 10 . The display unit 22 displays guidance information acquired by the communication unit 21 . The control unit 23 comprehensively controls the terminal device 20 and causes the display unit 22 to output, for example, the guidance information acquired by the communication unit 21 .

ここで、ガイダンス情報として表示される画像について、図2~図4を用いて説明する。図2~図4は、実施形態の端末装置20に表示される画面の例を示す図である。図2は従来の表示であり、図3及び図4は本実施形態の表示である。つまり、図2では、力点目標推定部13により推定された力点の位置をそのまま表示された例を示しており、図3及び図4では推定された力点の位置が加工されて表示された例を示している。 Here, images displayed as guidance information will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. 2 to 4 are diagrams showing examples of screens displayed on the terminal device 20 of the embodiment. FIG. 2 is a conventional display, and FIGS. 3 and 4 are displays of the present embodiment. 2 shows an example in which the force position estimated by the force target estimation unit 13 is displayed as it is, and FIGS. 3 and 4 show examples in which the estimated force position is processed and displayed. showing.

図2~図4に示すように、表示部22に表示される画像220は、画像221~画像225により構成される。画像221は、リングナンバ(リングNo.)、推進モードなどを示す画像である。画像222は、水平方向(X軸方向)及び鉛直方向(Y軸方向)における力点の時系列変化を、実績値(設定値)と推定値(AI予測値)のそれぞれにより示す画像である。画像223は、水平偏差、垂直偏差、ローリング、ピッチング、左右実ストローク差、及び上下実ストローク差を示す画像である。画像224は、力点の位置の座標を、現在の実績値(設定値)と推定値(AI予測値)とにより示す画像である。画像225は、スキンプレートの面を模した座標系、及びスキンプレートの面を囲むようにして表示されたシールドジャッキそれぞれを示す画像である。また、画像225では、シールドジャッキそれぞれのオンオフ状態が示されている。 As shown in FIGS. 2 to 4, the image 220 displayed on the display unit 22 is composed of images 221 to 225. FIG. The image 221 is an image showing the ring number (ring No.), propulsion mode, and the like. An image 222 is an image showing time-series changes in the force point in the horizontal direction (X-axis direction) and the vertical direction (Y-axis direction) using actual values (set values) and estimated values (AI predicted values). An image 223 is an image showing horizontal deviation, vertical deviation, rolling, pitching, left-right actual stroke difference, and vertical actual stroke difference. The image 224 is an image showing the coordinates of the position of the force point by the current actual value (set value) and the estimated value (AI predicted value). The image 225 is an image showing a coordinate system imitating the surface of the skin plate and shield jacks displayed so as to surround the surface of the skin plate. Image 225 also shows the on/off state of each of the shield jacks.

図2に示すように、従来の表示では、画像225において、現在の実績値(設定値)P1と、推定値(AI予測値)P2のそれぞれが座標系に示されている。この場合、AI予測値P2が、シールドジャッキの組合せにより操作可能な力点の位置でない場合にはオペレータを混乱させてしまう場合があり得る。 As shown in FIG. 2, in the conventional display, an image 225 shows a current actual value (set value) P1 and an estimated value (AI predicted value) P2 in a coordinate system. In this case, the operator may be confused if the AI predicted value P2 is not a power point position that can be operated by combining shield jacks.

これに対し、本実施形態では、図3に示すように、画像225において、現在の実績値(設定値)P1と、力点操作目標としての領域E1及びE2がコンター表示されている。或いは、本実施形態では、図4に示すように、画像225において、現在の実績値(設定値)P1と、力点操作目標としての矢印G1が表示されている。本実施形態では、力点の推定値(AI予測値)P2を加工し、領域E1及びE2、又は矢印G1のような形式で表示することにより、オペレータが操作し易くなるようにしている。 On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, in the image 225, the current performance value (set value) P1 and the areas E1 and E2 as the effort point operation targets are contour-displayed. Alternatively, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, an image 225 displays a current performance value (set value) P1 and an arrow G1 as an effort point operation target. In this embodiment, the force point estimated value (AI predicted value) P2 is processed and displayed in areas E1 and E2 or in a format such as an arrow G1, thereby facilitating operation by the operator.

図5は、実施形態の操作ガイダンス装置10の動作例を示すフローチャートである。
まず、操作ガイダンス装置10は、測定データ取得部11により測定データを取得する(ステップS10)。測定データは、掘削に関して測定されたデータであって、力点目標を推定する際に学習済みモデルに入力されるデータである。
FIG. 5 is a flow chart showing an operation example of the operation guidance device 10 of the embodiment.
First, the operation guidance device 10 acquires measurement data by the measurement data acquisition unit 11 (step S10). The measurement data is data that is measured regarding excavation and is data that is input to the trained model when estimating the effort target.

次に、操作ガイダンス装置10は、力点目標推定部13により力点目標を推定する(ステップS11)。力点目標推定部13は、学習済みモデルに測定データを入力することにより得られる出力を、推定された力点目標とする。学習済みモデルは、測定データに対応する掘削の状況と、力点の位置との対応関係を学習したモデルである。 Next, the operation guidance device 10 estimates the effort target by the effort target estimator 13 (step S11). The target-of-effort estimator 13 uses the output obtained by inputting the measured data into the trained model as the estimated target of effort. The learned model is a model that has learned the corresponding relationship between the excavation situation corresponding to the measurement data and the position of the force.

次に、操作ガイダンス装置10は、力点操作目標生成部14により力点操作目標を生成する(ステップS12)。力点操作目標生成部14は、オペレータが操作し易くなるよう力点目標を加工して力点操作目標を生成する。力点操作目標生成部14は、例えば、力点目標推定部13により推定された力点の位置を含む一定の範囲を力点操作目標とする。或いは、力点操作目標生成部14は、オペレータが力点の位置を移動させる方向及び距離を力点操作目標とする。 Next, the manipulation guidance device 10 generates the effort target by the effort target generator 14 (step S12). The effort target generation unit 14 processes the effort target so that the operator can easily operate the effort target to generate the effort target. The effort target generating unit 14 sets, for example, a certain range including the position of the effort estimated by the effort target estimating unit 13 as the effort target. Alternatively, the force operation target generation unit 14 sets the direction and distance that the operator moves the force point position as the force operation target.

そして、操作ガイダンス装置10は、ガイダンス情報出力部15によりガイダンス情報を出力する(ステップS13)。ガイダンス情報出力部15は、力点操作目標生成部14により生成された力点操作目標を示す情報を、ガイダンス情報として出力する。 Then, the operation guidance device 10 outputs guidance information from the guidance information output section 15 (step S13). The guidance information output unit 15 outputs information indicating the effort target generated by the effort target operation target generation unit 14 as guidance information.

以上説明したように、実施形態の操作ガイダンス装置10では、力点操作目標生成部14がAI(学習済みモデル)を用いて推定された力点目標を加工した情報を、ガイダンス情報出力部15がガイダンス情報として出力する。これにより、実施形態の操作ガイダンス装置10では、AIを用いて推定された力点目標が実際には直接的に操作できない内容であった場合であっても、オペレータが操作しやすいように加工することができるために、オペレータが操作しやすいガイダンス(案内)を行うことができる。 As described above, in the manipulation guidance device 10 of the embodiment, the effort target generation unit 14 outputs information obtained by processing the effort target estimated using AI (learned model), and the guidance information output unit 15 outputs the guidance information. output as As a result, in the operation guidance device 10 of the embodiment, even if the effort target estimated using AI is content that cannot be directly operated in practice, the operation guidance device 10 can process it so that the operator can easily operate it. Therefore, it is possible to provide guidance that is easy for the operator to operate.

また、実施形態の操作ガイダンス装置10では、力点目標推定部13は、力点目標としてシールド掘削機における力点の位置を推定し、力点操作目標生成部14は、力点操作目標として力点目標が示す位置を含む所定の範囲を示す情報を生成する。これにより、実施形態の操作ガイダンス装置10では、推定された力点の位置が、シールドジャッキの組合せでは操作できない位置であった場合に、力点操作目標として所定の範囲で示すことによりオペレータが操作しやすいガイダンス(案内)を行うことができる。 Further, in the operation guidance device 10 of the embodiment, the force target estimating unit 13 estimates the position of the force point in the shield excavator as the force target, and the force operation target generating unit 14 estimates the position indicated by the force target as the force operation target. Generate information indicating a predetermined range including. As a result, in the operation guidance device 10 of the embodiment, when the estimated force point position is a position that cannot be operated with the combination of the shield jack, the force point operation target is indicated within a predetermined range, thereby making it easier for the operator to operate. Can provide guidance.

また、実施形態の操作ガイダンス装置10では、力点目標推定部13は、力点目標としてシールド掘削機における力点の位置を推定し、力点操作目標生成部14は、力点操作目標として力点目標が示す位置を含む所定の範囲をコンター表示する情報を生成する。これにより、実施形態の操作ガイダンス装置10では、推定された力点の位置が、シールドジャッキの組合せでは操作できない位置であった場合に、力点操作目標として所定の範囲をコンター表示により示すことで、目標の度合いを色分けなどで示すことができ、オペレータが直観的に操作しやすくすることができる。 Further, in the operation guidance device 10 of the embodiment, the force target estimating unit 13 estimates the position of the force point in the shield excavator as the force target, and the force operation target generating unit 14 estimates the position indicated by the force target as the force operation target. Generates information that contours a predetermined range including. As a result, in the operation guidance device 10 of the embodiment, when the estimated power point position is a position that cannot be operated with the combination of the shield jack, the predetermined range as the power point operation target is indicated by the contour display. can be indicated by color coding, etc., making it easier for the operator to operate intuitively.

また、実施形態の操作ガイダンス装置10では、力点目標推定部13は、力点目標としてシールド掘削機における力点の位置を推定し、力点操作目標生成部14は、力点操作目標として現在の力点の位置から、力点目標が示す位置への方向を示す情報を生成する。これにより、実施形態の操作ガイダンス装置10では、推定された力点の位置が、シールドジャッキの組合せでは操作できない位置であった場合に、力点操作目標として方向を示すことができるために、オペレータが直観的に操作しやすくすることができる。 In addition, in the operation guidance device 10 of the embodiment, the force target estimating unit 13 estimates the position of the force on the shield excavator as the force target, and the force operation target generating unit 14 estimates the current force position as the force operation target. , to generate information indicating the direction to the position indicated by the effort target. As a result, in the operation guidance device 10 of the embodiment, when the estimated force point position is a position that cannot be operated by combining the shield jacks, the direction can be indicated as the force point operation target. can be made easier to operate.

また、実施形態の操作ガイダンス装置10では、力点目標推定部13は、力点目標としてシールド掘削機における力点の位置を推定し、力点操作目標生成部14は、力点操作目標として現在の力点の位置から、力点目標が示す位置までの距離を示す情報を生成する。これにより、実施形態の操作ガイダンス装置10では、推定された力点の位置が、シールドジャッキの組合せでは操作できない位置であった場合に、力点操作目標として力点を移動させる距離を示すことができるために、オペレータが直観的に操作しやすくすることができる。 In addition, in the operation guidance device 10 of the embodiment, the force target estimating unit 13 estimates the position of the force on the shield excavator as the force target, and the force operation target generating unit 14 estimates the current force position as the force operation target. , to generate information indicating the distance to the position indicated by the effort target. As a result, in the operation guidance device 10 of the embodiment, when the estimated position of the point of effort is a position that cannot be operated with the combination of the shield jack, the distance to move the point of effort can be indicated as the target of the point of effort operation. , which makes it easier for the operator to operate intuitively.

なお、上述した実施形態では、力点操作目標として、一定の領域を示す範囲や矢印が生成される場合を例示して説明したが、これに限定されない。力点操作目標は、シールドジャッキのオンオフ操作により操作可能な力点の位置であってもよい。この場合、力点操作目標生成部14は、シールドジャッキのオンオフ操作により操作可能な力点の位置のうち、力点目標推定部13により力点目標として推定された力点の位置に最も近い位置を力点操作目標とする。 In the above-described embodiment, a case where a range or an arrow indicating a certain area is generated as an effort target has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The power point operation target may be the position of the power point that can be operated by the on/off operation of the shield jack. In this case, the force operation target generating unit 14 selects the position closest to the force position estimated as the effort target by the effort target estimating unit 13 among the force positions that can be operated by the on/off operation of the shield jack as the effort operation target. do.

また、上述した実施形態では、力点目標として力点の位置が推定される場合を例示して説明したが、これに限定されない。力点目標は、シールドジャッキそれぞれの推進力であってもよい。この場合、実際のシールドジャッキがオン又はオフの操作のみが可能である場合には、シールドジャッキの推進力を個々に操作することができないためにオペレータを混乱することになり兼ねない。このような場合に、力点操作目標生成部14が、推定されたシールドジャッキそれぞれの推進力を加工して、シールドジャッキそれぞれのオンオフ情報を生成するようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the force position is estimated as the force target has been exemplified and explained, but the present invention is not limited to this. The effort target may be the thrust of each shield jack. In this case, if the actual shield jack can only be turned on or off, the operator may be confused because the propulsive force of the shield jack cannot be individually controlled. In such a case, the power point operation target generation unit 14 may process the estimated propulsive force of each shield jack to generate on/off information for each shield jack.

上述した実施形態における操作ガイダンス装置10が行う処理の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。 All or part of the processing performed by the operation guidance device 10 in the above-described embodiment may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded in a computer-readable recording medium, and the program recorded in this recording medium may be read into a computer system and executed. It should be noted that the "computer system" referred to here includes hardware such as an OS and peripheral devices. The term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible discs, magneto-optical discs, ROMs and CD-ROMs, and storage devices such as hard discs incorporated in computer systems. Furthermore, "computer-readable recording medium" means a medium that dynamically retains a program for a short period of time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. It may also include something that holds the program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or client in that case. Further, the program may be for realizing a part of the functions described above, or may be capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system. It may be implemented using a programmable logic device such as FPGA.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design and the like are included within the scope of the gist of the present invention.

1…操作ガイダンスシステム、10…操作ガイダンス装置、11…測定データ取得部、12…現力点位置取得部、13…力点目標推定部、14…力点操作目標生成部、15…ガイダンス情報出力部、16…測定データ記憶部、17…力点位置情報記憶部、18…学習済みモデル生成部、20…端末装置、22…表示部 Reference Signs List 1 operation guidance system 10 operation guidance device 11 measurement data acquisition unit 12 current effort position acquisition unit 13 effort target estimation unit 14 effort operation target generation unit 15 guidance information output unit 16 Measured data storage unit 17 Effort position information storage unit 18 Learned model generation unit 20 Terminal device 22 Display unit

Claims (6)

シールド掘削機が掘削する状況を測定した測定データを取得する取得部と、
掘削の状況とシールド掘削機に作用させる力点の位置との対応関係を学習した学習済みモデルに前記測定データを入力させることにより、前記シールド掘削機に作用させる力点の目標とする位置である力点目標を推定する推定部と、
前記推定部により推定された前記力点目標に基づいて、前記シールド掘削機に作用させることが可能な力点の目標である力点操作目標を生成する生成部と、
前記シールド掘削機に作用させている現在の力点の位置である現力点位置及び前記生成部により生成された前記力点操作目標を示す情報を、オペレータの操作を案内するガイダンスガイダンス画像として力点位置を示す座標系に表示させるために出力する出力部と、
を備えることを特徴とする操作ガイダンス装置。
an acquisition unit that acquires measurement data obtained by measuring an excavation situation of the shield excavator;
By inputting the measurement data into a trained model that has learned the corresponding relationship between the excavation situation and the position of the force applied to the shield excavator, a force target, which is the target position of the force applied to the shield excavator, is obtained. an estimating unit for estimating
a generation unit that generates a force operation target, which is a force target that can be applied to the shield excavator, based on the force target estimated by the estimation unit;
Information indicating the current force position, which is the position of the current force applied to the shield excavator, and the force operation target generated by the generation unit is used as a guidance image for guiding the operator's operation to indicate the force force position. an output unit that outputs to display in a coordinate system ;
An operation guidance device comprising:
前記推定部は、前記力点目標として前記シールド掘削機に作用させる力点の位置を推定し、
前記生成部は、前記力点操作目標として、前記現力点位置と前記力点目標との関係に応じた範囲を示す情報を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の操作ガイダンス装置。
The estimating unit estimates the position of the force applied to the shield excavator as the force target,
The generating unit generates, as the effort target, information indicating a range corresponding to a relationship between the current effort position and the effort target.
The operation guidance device according to claim 1, characterized in that:
前記推定部は、前記力点目標として前記シールド掘削機に作用させる力点の位置を推定し、
前記生成部は、前記力点操作目標として前記力点目標が示す位置を含む所定の範囲を、前記力点目標の位置に応じてコンター表示する情報を生成する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の操作ガイダンス装置。
The estimating unit estimates the position of the force applied to the shield excavator as the force target,
The generation unit generates information for contour-displaying a predetermined range including a position indicated by the effort target as the effort target according to the position of the effort target.
The operation guidance device according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記推定部は、前記力点目標として前記シールド掘削機に作用させる力点の位置を推定し、
前記生成部は、前記力点操作目標として、前記現力点位置から、前記力点目標が示す位置への方向を示す情報を生成する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の操作ガイダンス装置。
The estimating unit estimates the position of the force applied to the shield excavator as the force target,
The generation unit generates, as the effort target , information indicating a direction from the current effort position to a position indicated by the effort target.
The operation guidance device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
前記推定部は、前記力点目標として前記シールド掘削機に作用させる力点の位置を推定し、
前記生成部は、前記力点操作目標として、前記現力点位置から、前記力点目標が示す前記力点の位置までの距離を示す情報を生成する、
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の操作ガイダンス装置。
The estimating unit estimates the position of the force applied to the shield excavator as the force target,
The generation unit generates, as the effort target , information indicating a distance from the current effort position to the effort position indicated by the effort target.
The operation guidance device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
取得部が、シールド掘削機が掘削する地山の状況を測定した測定データを取得する取得工程と、
推定部が、地山の状況とシールド掘削機に作用させる力点の位置との対応関係を学習した学習済みモデルに前記測定データを入力させることにより、前記シールド掘削機に作用させる力点の目標である力点目標を推定する推定工程と、
生成部が、前記推定部により推定された前記力点目標に基づいて、前記シールド掘削機に作用させることが可能な力点の目標である力点操作目標を生成する生成工程と、
出力部が、前記シールド掘削機に作用させている現在の力点の位置である現力点位置及び前記生成部により生成された前記力点操作目標を示す情報を、オペレータの操作を案内するガイダンスガイダンス画像として力点位置を示す座標系に表示させるために出力する出力工程と、
を有することを特徴とする操作ガイダンス方法。
an acquisition step in which the acquisition unit acquires measurement data obtained by measuring the condition of the ground excavated by the shield excavator;
The estimating unit inputs the measured data to a learned model that has learned the correspondence relationship between the state of the ground and the position of the force applied to the shield excavator, thereby obtaining the target of the force applied to the shield excavator. an estimation step of estimating an effort target;
a generating step in which a generation unit generates a force operation target, which is a force target that can be applied to the shield excavator, based on the force target estimated by the estimation unit;
The output unit uses information indicating the current force position, which is the position of the current force applied to the shield excavator, and the force operation target generated by the generation unit as a guidance image that guides the operator's operation. an output step of outputting for display in a coordinate system indicating the force position ;
An operation guidance method characterized by comprising:
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