JP7301514B2 - 座標変換システム及び作業機械 - Google Patents

Description

本発明は座標変換パラメータを利用して任意の点の地理座標系座標を現場座標系座標に変換する座標変換システム及びそれを備えた作業機械に関する。

作業機を有する油圧ショベル等の作業機械による施工に対して情報通信技術を適用した情報化施工では，施工対象の３次元形状を規定した設計データを基に作業機械で形成すべき施工対象（目標面）の２次元形状を規定したデータが生成され，その目標面のデータを基に作業機械による施工を支援する技術が利用されている。この種の技術としては，目標面と作業機の位置関係をモニタに表示するマシンガイダンス（ＭＧ）や，目標面の上方に作業機が保持されるように作業機を半自動的に制御するマシンコントロール（ＭＣ）がある。

ＭＧやＭＣでは，作業機に設定した制御点（例えば作業機の先端に位置するバケットの刃先位置。作業点とも称する）の位置を，油圧ショベルに設定された車体座標系上や地理座標系において正確に演算することが求められる。この種の作業点の位置の演算精度を向上するため方法として，ブーム，アーム及びバケットの寸法と揺動角を示す複数のパラメータを較正する較正装置を利用するものがある。例えば特許文献１には，外部計測装置が計測した第１作業点位置情報と第２作業点位置情報とに基づいて，座標変換情報を演算し，外部計測装置で計測された作業点の複数の位置での座標（本稿の「座標」とは座標を構成する各数値（座標値）も含む概念とする）を，座標変換情報を用いて，外部計測装置における座標系から油圧ショベルにおける車体座標系に変換し，車体座標系に変換された作業点の複数の位置での座標に基づいて，パラメータの較正値を演算する較正装置が開示されている。

特開２０１２－２０２０６１号公報

作業機械の制御点の位置の正確度を向上するために留意する事項は他にもある。情報化施工で利用される設計データは３次元ＣＡＤソフト等を利用して任意の座標系（本稿ではこの座標系を「現場座標系」と称する）上に定義される。一方，作業機械の制御点の位置は，作業機械に搭載されたＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems）アンテナが受信した航法衛星からの信号（航法信号）を基に地理座標系上の座標（例えば，緯度，経度，楕円体高）として演算される。そのため，上記のＭＧやＭＣを現場座標系上で実施するためには，地理座標系上の作業機械の制御点の位置（座標）を現場座標系上の座標に変換する必要がある。この座標の変換には予め設定された座標変換パラメータが利用される。

座標変換パラメータは，施工開始前に作業現場全体を囲うように杭等の固定基準点を複数設置し，各固定基準点について現場座標系座標と地理座標系座標を取得し，その２種類の座標系の座標をもとに算出される。ただし，現場座標系座標はトータルステーション等により測定され，地理座標系座標はＧＮＳＳ等の衛星測位により測定される。後者の衛星測位による地理座標系座標は，衛星の配置や電離層の状況など，様々な要因により時々刻々と変動し得る。そのため，地理座標系座標から現場座標系座標への変換精度を向上する観点からは，衛星測位結果の変動に合わせて座標変換パラメータも変更（較正）することが好ましい。

本発明の目的は，地理座標系座標から現場座標系座標への座標変換パラメータを衛星測位結果の変動に合わせて容易に生成（較正）できる座標変換システム及びそれを備えた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，作業現場に設置され，既に現場座標系座標が知られている基準点の地理座標系座標と前記現場座標系座標に基づいて生成された座標変換パラメータであって，前記作業現場における任意の点の地理座標系座標を現場座標系座標に変換する座標変換パラメータを演算するコントローラを備える座標変換システムにおいて，前記基準点の前記現場座標系座標の情報が前記基準点に設置されたマーカに埋め込まれており，前記基準点に設置された前記マーカを撮影する撮影装置と，航法信号を受信するＧＮＳＳアンテナとを備え，前記コントローラには，前記基準点の前記現場座標系座標と，前記撮影装置及び前記ＧＮＳＳアンテナが取り付けられた作業機械の車体に設定された車体座標系における前記撮影装置及び前記ＧＮＳＳアンテナの位置とが記憶されており，前記コントローラは，前記ＧＮＳＳアンテナで受信される航法信号と，記憶された前記撮影装置の車体座標系における位置と前記ＧＮＳＳアンテナの車体座標系における位置との関係とに基づいて前記撮影装置の地理座標系座標を演算し，前記撮影装置により前記基準点に設置された前記マーカを撮影した画像に画像処理を施すことで前記撮影装置から前記基準点までの距離及び方位を演算し，演算した前記撮影装置から前記基準点までの距離及び方位と，演算した前記撮影装置の地理座標系座標とに基づいて，前記基準点の地理座標系座標を演算し，前記撮影装置により前記基準点に設置された前記マーカを撮影した画像に基づいて前記基準点の前記現場座標系座標を取得して記憶し，演算した前記基準点の地理座標系座標と，記憶された前記基準点の前記現場座標系座標とに基づいて前記座標変換パラメータを較正し，較正された前記座標変換パラメータは，前記作業現場における任意の点の地理座標系座標を現場座標系座標に変換することに利用されることとする。

本発明によれば，衛星測位結果の変動に合わせて地理座標系座標から現場座標系座標への座標変換パラメータを容易に生成できる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルの外観図。 本発明の第１実施形態に係る座標変換システム及び油圧ショベルの制御システムの構成図。 油圧ショベルに設定された車体座標系Ｃｏ４の説明図。 作業現場に設定された複数の基準点の説明図。 基準点の位置，識別情報及び現場座標系座標を示す基準点表示具の一例を示す図。 本発明の第１実施形態におけるコントローラで実行される処理フロー図。 本発明の第２実施形態に係る座標変換システム及び油圧ショベルの制御システムの構成図。 本発明の第２実施形態におけるコントローラのデータ取得部で実行される処理フロー図。 本発明の第２実施形態における情報記録サーバで実行される処理フロー図。 本発明の第２実施形態におけるコントローラの情報処理部で実行される処理フロー図。

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。なお，以下では本発明が適用される作業機械として，作業機（フロント作業機）の先端のアタッチメントとしてバケット４を備える油圧ショベルを例示するが，バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルで本発明を適用しても構わない。また，油圧ショベル以外の作業機械であっても，例えばホイールローダのように作業機を有する作業機械であれば本発明は適用可能である。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の実施形態に係る油圧ショベルの構成図である。図１に示すように，油圧ショベル１は，垂直方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材（ブーム２，アーム３及びバケット４）を連結して構成された多関節型の作業機（フロント作業機）１Ａと，上部旋回体１ＢＡ及び下部走行体１ＢＢからなる車体１Ｂとで構成され，作業機１Ａの基端側に位置するブーム２の基端は上部旋回体１ＢＡの前部に上下方向に回動可能に支持されている。上部旋回体１ＢＡは下部走行体１ＢＢの上部に旋回可能に取り付けられている。また上部旋回体１ＢＡには，作業現場に設置された基準点ＳＰの写真を撮影するための内部パラメータ（例えば，焦点距離（ｆ），イメージセンサーサイズ（縦ｈ，横ｗ），画素数（縦Ｈ，横Ｗ），ユニットセルサイズ，画像中心座標等）及び外部パラメータ（上下方向，左右方向及び回転方向の角度（すなわちチルト角（ピッチ角），パン角（方位角）及びロール角））が明らかな撮影装置（カメラ）１９と，作業現場に設置された基準点ＳＰの地理座標系Ｃｏ５の座標と現場座標系Ｃｏ６の座標に基づいて生成された座標変換パラメータＰｒ５６を利用して任意の点の地理座標系Ｃｏ５の座標を現場座標系Ｃｏ６の座標に変換する機能を有するコントローラ１００とが設置されている。現場座標系Ｃｏ６は，油圧ショベル１による施工対象の設計データが作成された３次元座標系である。

撮影装置１９は，ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子（イメージセンサ）を備えた単眼カメラである。撮影装置１９は撮影した画像データをコントローラ１００に出力する。また撮影装置１９は画像情報の他に，ステレオカメラのような視差を利用した深度情報（被写体までの距離情報）や，レーザー光等を発射してその反射光を到達時間を計測する等して深度情報が取得可能なカメラに代替してもよい。

本実施形態において撮影装置１９は上部旋回体１ＢＡの右側面（車体右側面）に設置されているが，撮影装置１９の設置位置は車体前方や後方，車体左側面でもよく，撮影装置１９は複数個所に設置されていてもよい。その際，ステレオカメラのように一カ所に複数台ずつ設置されていてもよい。また，撮影装置１９は，例えば後述する基準点の方に撮影方向を向けるなど，所定の範囲内において撮影方向を任意に変えられる機構（例えば雲台）により基準点を撮影しやすくする機能を備えていてもよい。上部旋回体１ＢＡに設定された３次元座標系である車体座標系Ｃｏ４における撮影装置１９の位置（車体座標系座標）や撮影方向，内部パラメータは既知または検出可能である。撮影装置１９に設定された３次座標系である撮影装置座標系Ｃｏ１の座標と車体座標系Ｃｏ４の座標の座標変換パラメータＰｒ１４，Ｐｒ４１は既知または検出可能であるため，これらは相互に変換可能である。撮影装置１９で撮影された画像は，コントローラ１００に出力される。

ブーム２，アーム３，バケット４，上部旋回体１ＢＡ及び下部走行体１ＢＢは，それぞれ，ブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７，旋回油圧モータ８及び左右の走行油圧モータ９ａ，９ｂ（油圧アクチュエータ）により駆動される被駆動部材を構成する。それら複数の被駆動部材の動作は，上部旋回体１ＢＡ上の運転室内に設置された走行右レバー１０ａ，走行左レバー１０ｂ，操作右レバー１１ａ及び操作左レバー１１ｂ（これらを操作レバー１０，１１と総称することがある）がオペレータにより操作されることにより発生するパイロット圧によって制御される。操作レバー１０，１１の操作によって出力されるパイロット圧は複数の圧力センサ４５によって検出されてコントローラ１００に入力されている（図２参照）。

上記の複数の被駆動部材を駆動するパイロット圧には，操作レバー１０，１１の操作によって出力されるものだけでなく，油圧ショベル１に搭載された複数の比例電磁弁２０（図２参照）の一部（増圧弁）が操作レバー１０，１１の操作とは無関係に動作して出力するものや，複数の比例電磁弁２０の一部（減圧弁）が動作して操作レバー１０，１１の操作によって出力されたパイロット圧を減圧したものが含まれる。このように複数の比例電磁弁２０（増圧弁及び減圧弁）から出力されたパイロット圧は，予め定められた条件に従ってブームシリンダ５，アームシリンダ６及びバケットシリンダ７を動作させるＭＣを発動させる。

作業機１Ａには，ブーム２，アーム３，バケット４の回動角度α，β，γ（図３参照）を測定可能なように，ブームピンにブーム角度センサ１２が，アームピンにアーム角度センサ１３が，バケットリンク１５にバケット角度センサ１４が取付けられている。上部旋回体１ＢＡには，基準面（例えば水平面）に対する上部旋回体１ＢＡ（車体１Ｂ）の前後方向の傾斜角θ（図３参照）を検出する車体前後傾斜角センサ１６ａと，上部旋回体１ＢＡ（車体１Ｂ）の左右方向の傾斜角φ（図示せず）を検出する車体左右傾斜角センサ１６ｂとが取付けられている。

上部旋回体１ＢＡには第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａと第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂが配置されている。第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂはＲＴＫ－ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems）用のアンテナであり，複数のＧＮＳＳ衛星から発信された電波（航法信号）を受信する。第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂと撮影装置１９との距離はコントローラ１００の記憶装置内に記憶されている。そのため，第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ又は第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂの地理座標系における座標と車体の傾斜角θ，φが分かれば撮影装置１９の地理座標系における座標を演算できる。

図３中に記されているＸ軸及びＺ軸は，ブームピンの軸心上の点（例えば中央点）を原点とし，車体上方方向をＺ軸，車体前方方向をＸ軸，車体右方向をＹ軸とする車体座標系Ｃｏ４を表したものである。車体座標系Ｃｏ４と地理座標系Ｃｏ５は公知の方法で求められる座標変換パラメータＰｒ４５，Ｐｒ５４を用いることで相互に変換可能である。例えばこの座標変換パラメータＰｒ４５，Ｐｒ５４は，各フロント部材２，３，４の寸法と，第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂの車体座標系Ｃｏ４における座標が既知であり，車体１Ｂのピッチ角θ及びロール角φがセンサ１６ａ，１６ｂにより取得可能であることを利用して，ＲＴＫ－ＧＮＳＳ測位による第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａと第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂとの地理座標系座標と，これらから演算される上部旋回体１ＢＡ及びフロント作業機１Ａの地理座標系における方位角から求めることができる。

油圧ショベル１の運転室内の表示モニタ１８の画面上には，各種姿勢センサ１２，１３，１４，１６の出力から演算された作業機１Ａの姿勢情報や，ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂの受信信号から演算された上部旋回体１ＢＡの位置情報等を基に作業機１Ａを側面視した画像及び目標面の断面形状が表示される。

図２は第１実施形態に係る油圧ショベル１のシステム構成図である。本実施形態の油圧ショベル１は，図２に示すように，撮影装置１９と，姿勢センサ（角度センサ）１２，１３，１４と，傾斜角センサ１６ａ，１６ｂと，第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂと，コントローラ１００と，表示モニタ１８とを備えている。

コントローラ１００は，処理装置（例えばＣＰＵ）と，その処理装置が実行するプログラムが格納された記憶装置（例えばＲＯＭ，ＲＡＭ等の半導体メモリ）を有する制御装置である。本実施形態のコントローラ１００は，外部装置（例えば，撮影装置１９，入力装置４４（図９参照），各種センサ１２，１３，１４，１６，１７，操作レバー１０，１１）からの情報や信号を受信して，地理座標系Ｃｏ５や現場座標系Ｃｏ６における作業機１Ａ上の制御点の座標の演算及びそれに必要な各種演算や，油圧ショベル１の運転室内に設置された表示モニタ（表示装置）１８への表示や油圧ショベル１の動作に関する各種演算を行っている。記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）には，較正部２１の基準点情報記録部２５や情報処理部４０の記録部４１等の記録領域が確保されている。このコントローラ１００が実行する演算の具体的内容については図２中に示した機能ブロック図を利用して後述する。

また図２において本実施形態の油圧ショベル１は，エンジン５７と，エンジン５７の出力軸に機械的に連結されエンジン５７によって駆動される油圧ポンプ５６及びパイロットポンプ（図示せず）と，パイロットポンプから吐出される圧油を操作量に応じて減圧したもの（パイロット圧）を，各油圧アクチュエータ５－９の制御信号として比例電磁弁２０を介してコントロールバルブ５５に出力する操作レバー１０，１１と，操作レバー１０，１１が出力するパイロット圧の圧力値を検出して操作レバー１０，１１の操作量・操作方向を検出する複数の圧力センサ４５と，油圧ポンプ５６から各油圧アクチュエータ５－９に導入される作動油の流量及び方向を，操作レバー１０，１１又は比例電磁弁２０から出力される制御信号（パイロット圧）に基づいて制御する複数のコントロールバルブ５５と，各コントロールバルブ５５に作用するパイロット圧の圧力値を検出する複数の圧力センサ５８と，作業機１Ａの位置・姿勢及びその他の車体情報に基づいて補正目標パイロット圧を算出し，その補正目標パイロット圧が発生可能な指令電圧を比例電磁弁２０に出力するコントローラ１００と，作業機１Ａで形成する目標面の情報や撮影装置１９に撮影された基準点ＳＰの現場座標系座標等をコントローラ１００に入力するための入力装置４４を備えている。

油圧ポンプ５６は，各油圧アクチュエータ５－８の目標出力の通りに車体が動作するよう，機械的にトルク・流量が制御されている。

コントロールバルブ５５は，制御対象の油圧アクチュエータ５－８と同数存在するが，図２ではそれらをまとめて１つで示している。各コントロールバルブには，その内部のスプールを軸方向の一方又は他方に移動させる２つのパイロット圧が作用している。例えば，ブームシリンダ５用のコントロールバルブ５５には，ブーム上げのパイロット圧と，ブーム下げのパイロット圧が作用する。

圧力センサ５８は，各コントロールバルブ５５に作用するパイロット圧を検出するもので，コントロールバルブの２倍の数が存在し得る。圧力センサ５８は，コントロールバルブ５５の直下に設けられており，実際にコントロールバルブ５５に作用するパイロット圧を検出している。

比例電磁弁２０は複数存在するが，図２中ではまとめて１つのブロックで示している。比例電磁弁２０は２種類ある。１つは，操作レバー１０，１１から入力されるパイロット圧をそのまま出力又は指令電圧で指定される所望の補正目標パイロット圧まで減圧して出力する減圧弁で，もう１つは，操作レバー１０，１１の出力するパイロット圧より大きなパイロット圧が必要な場合にパイロットポンプから入力されるパイロット圧を指令電圧で指定される所望の補正目標パイロット圧まで減圧して出力する増圧弁である。或るコントロールバルブ５５に対するパイロット圧に関して，操作レバー１０，１１から出力されているパイロット圧より大きなパイロット圧が必要な場合には増圧弁を介してパイロット圧を生成し，操作レバー１０，１１から出力されているパイロット圧より小さなパイロット圧が必要な場合には減圧弁を介してパイロット圧を生成し，操作レバー１０，１１からパイロット圧が出力されていない場合には増圧弁を介してパイロット圧を生成する。つまり，減圧弁と増圧弁により，操作レバー１０，１１から入力されるパイロット圧（オペレータ操作に基づくパイロット圧）と異なる圧力値のパイロット圧をコントロールバルブ５５に作用させることができ，そのコントロールバルブ５５の制御対象の油圧アクチュエータに所望の動作をさせることができる。

１つのコントロールバルブ５５につき，減圧弁と増圧弁はそれぞれ最大で２つ存在し得る。例えば本実施形態では，ブームシリンダ５のコントロールバルブ５５用に２つの減圧弁と２つの増圧弁が設けられている。具体的には，ブーム上げのパイロット圧を操作レバー１１からコントロールバルブ５５に導く第１管路に設けられた第１減圧弁と，ブーム上げのパイロット圧をパイロットポンプから操作レバー１１を迂回してコントロールバルブ５５に導く第２管路に設けられた第１増圧弁と，ブーム下げのパイロット圧を操作レバー１１からコントロールバルブ５５に導く第３管路に設けられた第２減圧弁と，ブーム下げのパイロット圧をパイロットポンプから操作レバー１１を迂回してコントロールバルブ５５に導く第４管路に設けられた第２増圧弁を油圧ショベル１は備えている。

本実施形態では，走行油圧モータ９ａ，９ｂと旋回油圧モータ８のコントロールバルブ５５用の比例電磁弁２０は存在しない。したがって，走行油圧モータ９ａ，９ｂと旋回油圧モータ８は，操作レバー１０，１１から出力されるパイロット圧に基づいて駆動される。

＜コントローラ１００の構成＞
コントローラ１００は，ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂで受信した航法信号に基づいて撮影装置１９の地理座標系座標を演算し，その演算した撮影装置１９の地理座標系座標と，撮影装置１９により基準点を撮影した画像と，撮影装置１９の内部パラメータとに基づいて基準点の地理座標系座標を演算し，その演算した基準点の地理座標系座標と，基準点の現場座標系座標とに基づいて，地理座標系と現場座標系の相互の座標変換パラメータＰｒ５６，Ｐｒ６５を較正（演算）する。図２において，コントローラ１００は，位置姿勢検出部３０と，較正部２１と，情報処理部４０とを備えている。以下，コントローラ１００の構成の詳細を説明する。

位置姿勢検出部３０は，地理座標系における上部旋回体１ＢＡの座標（第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂの座標）を演算する地理座標系車体座標検出部３１と，フロント作業機１Ａや車体１Ｂの姿勢を演算する車体姿勢検出部３２と，車体座標系Ｃｏ４と地理座標系Ｃｏ５の座標変換パラメータＰｒ４５，Ｐｒ５４を演算する座標変換パラメータ演算部３３とを備えている。本実施形態においてこれらの情報を取得するため，位置姿勢検出部３０には，ブーム角度センサ１２，アーム角度センサ１３，バケット角度センサ１４，車体前後傾斜角センサ１６ａ，車体左右傾斜角センサ１６ｂ，第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂが接続されている。

地理座標系車体座標検出部３１は，複数のＧＮＳＳ衛星から発信された電波（航法信号）が第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂに受信されるまでに要した時間に基づいてそれぞれのアンテナ位置の緯度，経度及び高さ（楕円体高）を測定する。これにより３次元座標系である地理座標系（世界座標系）Ｃｏ５における油圧ショベル１（上部旋回体１ＢＡ）の位置と方位を演算することができる。さらに地理座標系車体座標検出部３１は，この演算結果に加えて，コントローラ１００の記憶装置に記憶された撮影装置１９と第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂのそれぞれの距離を利用することで，地理座標系Ｃｏ５にける撮影装置１９の座標を演算する。その際，車体１Ｂが傾斜している場合には傾斜角θ，φを考慮することが好ましい。なお，第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂの位置及び高さを専用の受信機（ＧＮＳＳ受信機）で演算し，演算結果をコントローラ１００に出力する構成を採用しても良い。

車体姿勢検出部３２は，ブーム角度センサ１２，アーム角度センサ１３，バケット角度センサ１４の情報から車体座標系Ｃｏ４におけるブーム２，アーム３，バケット４の回動角度α，β，γを演算することで，車体座標系Ｃｏ４におけるフロント作業機１Ａの姿勢を演算する，また，車体姿勢検出部３２は，車体前後傾斜角センサ１６ａ，車体左右傾斜角センサ１６ｂの情報から地理座標系Ｃｏ５における前後方向の傾斜角θ（図３参照）及び左右方向の傾斜角φを演算することで，地理座標系Ｃｏ５における車体の姿勢を演算する。車体座標系Ｃｏ４と地理座標系Ｃｏ５は相互に座標変換可能であるので，車体座標系におけるフロント作業機１Ａの姿勢が特定できればフロント作業機１Ａに設定された任意の制御点（例えばバケット爪先）の地理座標系座標も演算できる。なお，地理座標系車体座標検出部３１で演算された油圧ショベル１（上部旋回体１ＢＡ）の方位は，車体座標系Ｃｏ４のＸ軸が位置する。

座標変換パラメータ演算部３３は，位置姿勢検出部３０及び地理座標系車体座標検出部３１で演算された位置及び姿勢情報に基づいて車体座標系Ｃｏ４と地理座標系Ｃｏ５の相互の座標変換パラメータＰｒ４５，Ｐｒ５４を演算し，車体１Ｂのキャビン内に設置されたコントローラ１００に出力する。

較正部２１は，撮影装置１９が撮影した画像及び位置姿勢検出部３０の出力する情報から基準点の地理座標系座標を演算し，その演算結果と基準点の現場座標系座標に基づいて座標変換パラメータＰｒ５６，Ｐｒ６５を演算（較正）する。

較正部２１は，基準点認識部２２と，地理座標系基準点座標演算部２３と，現場座標系基準点座標取得部２４と，基準点情報記録部２５と，座標変換パラメータ演算部２６とを備えている。較正部２１は，撮影装置１９により撮影された画像と，位置姿勢検出部３０により出力される車体座標系Ｃｏ４と地理座標系Ｃｏ５の座標変換パラメータＰｒ４５，Ｐｒ５４と，入力装置４４から出力される基準点の現場座標系Ｃｏ６の座標情報とを入力とし，地理座標系Ｃｏ５座標を現場座標系Ｃｏ６座標に変換する座標変換パラメータを出力する。

基準点認識部２２は，撮影装置１９により撮影された画像に作業現場の基準点ＳＰが写っているかどうかを，パターンマッチング等の画像処理技術を用いて判定する。

基準点ＳＰとは，現場座標系Ｃｏ６における座標が既知となっている点であり，作業現場の所定の位置に固定的に設置される任意の物体に記されている。通常は図４に示すように作業現場を取り囲むように複数の基準点ＳＰ１－ＳＰ１２が設置される。基準点（ＳＰｎ）は地面や壁面に取り付けられていてもよい。また基準点ＳＰｎとして設置される物体は，所定の大きさ，色，模様，形状，性質などの特徴を有する物体であり，杭や釘，マーカ等を含む。またここでいうマーカは，特定の波長の光を反射するマーカや特定の方向に光を反射するマーカ，ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）技術で用いられるＡＲマーカやＱＲコード（商標登録）等二次元コードを含むマーカでもよい。

図５に基準点ＳＰｎが示された基準点表示具の一例を示す。図５の基準点表示具は，地面に打ち付けられた杭と，その杭の上に取り付けられた板を備える。板の表面には，基準点ＳＰ１２の識別情報（１２）と，基準点ＳＰ１２の現場座標系Ｃｏ６の座標（Ｘ＝２２．４，Ｙ＝４８．０，Ｈ＝１０１．２）と，基準点ＳＰ１２の位置を示す三角形のマーカとが記されている。図５の三角形のマーカの下端が基準点ＳＰ１２の位置である。図４の各基準点ＳＰ１－１２には図５のような基準点表示具がそれぞれ設けられているものとする。基準点ＳＰの識別情報や現場座標系座標はマーカに埋め込んでも良い。なお，後述する現場座標系基準点座標取得部２４では，基準点表示具の板に記された基準点名や基準点の現場座標系座標を撮影装置１９の撮影画像から読み取る。

本実施形態の基準点認識部２２は，図５に示した基準点表示具の三角形のマーカを利用して撮影装置１９の撮影画像に基準点ＳＰが写っているかどうかを判定する。具体的には，基準点認識部２２は，エッジ検出等の画像処理プログラムを利用して撮影画像内で三角形のマーカが写った領域（三角形領域）を検出し，検出された三角形領域の形状とコントローラ１００内の記憶装置に予め記憶された三角形のマーカ（テンプレートパターン）の形状とをパターンマッチングする。そして，基準点認識部２２は，両者のマッチング率が所定のしきい値を超えた場合，撮影画像内で検出された三角形領域が三角形のマーカに該当し，撮影装置１９の撮影画像に基準点ＳＰが写っていると判定する。

地理座標系基準点座標演算部２３は，撮影装置１９により基準点ＳＰを撮影した画像に画像処理を施すことで撮影装置１９から基準点認識部２２で認識した基準点ＳＰまでの距離及び方位を演算し，その距離及び方位と，地理座標系車体座標検出部３１で演算した撮影装置１９の地理座標系座標とに基づいて，基準点認識部２２で認識した基準点ＳＰの地理座標系Ｃｏ５における座標を演算する。

まず，本実施形態では，地理座標系基準点座標演算部２３は，基準点認識部２２で認識された三角形領域のサイズや歪みを検知して，それを予め記憶された三角形のマーカ（テンプレートパターン）の形状及びサイズと比較することで撮影装置１９と基準点ＳＰの相対位置を演算する。サイズが既知のマーカを用いた距離や方向の推定は公知の方法で実現可能である。例えば，画像処理による輪郭線抽出を利用して３本のエッジに囲まれた三角形の頂点を撮影画像から抽出することでマーカ領域（三角形領域）を抽出する。抽出した領域を正規化し，パターンマッチングによりテンプレートパターンとの類似度が最大値をとる位置をマーカ（すなわち基準点ＳＰ）の位置とする。車体座標系Ｃｏ４における撮影装置１９の座標（位置）は既知なので，上記のように求まった撮影装置１９と基準点ＳＰの相対位置，すなわち，撮影装置１９と基準点ＳＰとの距離及び方位（ロール角，ピッチ角，方位角）から，車体座標系Ｃｏ４における基準点ＳＰの座標が演算できる。

次に，地理座標系基準点座標演算部２３は，車体座標系Ｃｏ４における基準点ＳＰの座標を地理座標系Ｃｏ５における座標に変換する。この座標変換は，車体座標系Ｃｏ４における基準点ＳＰの座標に行列Ｍｔ４５（すなわち，座標変換パラメータＰｒ４５）を乗算することで行うことができる。この行列Ｍｔ４５は公知の方法で演算でき，例えば，ロール角，ピッチ角，方位角に基づいて座標を回転する回転行列となり得る。算出された地理座標系Ｃｏ５における基準点ＳＰの座標は基準点情報記録部２５に出力される。

また，本実施形態ではパターンマッチングにより撮影装置１９と基準点ＳＰの距離と方向を演算したが，画像処理を利用して撮影装置１９の撮影画像から基準点ＳＰの距離と方向が求められる方法であれば他の方法でも構わない。例えば，撮影装置１９として，互いの距離が既知の複数のカメラの撮影画像から視差画像を生成し基準点ＳＰまでの距離を演算できる例えばステレオカメラを利用しても良い。

現場座標系基準点座標取得部２４は，地理座標系基準点座標演算部２３で地理座標系Ｃｏ５の座標が演算された基準点ＳＰの現場座標系Ｃｏ６における座標を取得する処理を実行する部分である。基準点ＳＰの現場座標系Ｃｏ６における座標を取得する方法には複数のパターンがあり，例えば，現場座標系基準点座標取得部２４は撮影装置１９の画像に含まれている基準点ＳＰの現場座標系座標の情報を画像認識で読み取ることで取得できる。具体的には，図５の基準点表示具のように実際の数値が表示されている場合にはそれを画像認識を利用して読み取っても良いし，基準点表示具に基準点の現場座標系座標の情報が埋め込まれた二次元コードやマーカが表示されている場合には撮影装置１９の撮影画像上でそれを探索して埋め込まれた現場座標系座標を読み込んでも良いし，図５の基準点表示具のように基準点ＳＰの識別情報が表示されている場合にはそれを画像から読み取ってその識別情報に対応する基準点ＳＰの現場座標系座標を基準点情報記録部２５から読み込んでも良い。また，例えば表示モニタ１８に基準点の現場座標系座標を入力するメッセージを表示して，入力装置４４を介してオペレータに現場座標系座標を入力させても良い。なお，基準点の識別情報としては，基準点に固有に設定されたＩＤや名前，現場座標系座標がある。

基準点情報記録部２５は，基準点情報を記録する部分である。基準点情報には，地理座標系基準点座標演算部２３で演算された基準点の地理座標系座標と，現場座標系基準点座標取得部２４で取得された基準点の現場座標系座標とが含まれており，各基準点に固有に割り振られた識別情報（ＩＤや名称）を含んでもよい。地理座標系基準点座標演算部２３で演算された地理座標系Ｃｏ４における基準点の座標を入力として基準点情報を記録し，現場座標系基準点座標取得部２４や座標変換パラメータ演算部２６に出力する。初期状態において基準点情報記録部２５は，初期状態の座標変換パラメータ演算に使用された基準点情報を，入力装置４４からの入力をもとに記録している。また施工途中に基準点が増減した場合は，入力装置４４から該当する基準点の情報を追加あるいは削除する。

座標変換パラメータ演算部２６は，基準点情報記録部２５に記録された複数の基準点の地理座標系座標と現場座標系座標を用いて地理座標系Ｃｏ５と現場座標系Ｃｏ６の相互の座標変換パラメータＰｒ５６，Ｐｒ６５を演算（較正）する。座標変換パラメータＰｒ５６，Ｐｒ６５は公知の方法で演算することができ，例えば，平行移動行列，回転行列及び拡大縮小行列のうち少なくとも１つから構成される変換行列となる。座標変換パラメータＰ５６の算出について簡単に触れると，例えば，地理座標系からの座標変換パラメータが既知の３次元直交座標系（例えば日本における平面直角座標系や地心直交座標系）における座標Ｂｋに基準点の地理座標系座標を変換し，その変換後の座標をＢｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）とし，基準点の現場座標系座標をＰｋ（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）とすると，Ｂｋは下記式のようにＰｋで表すことができる。ただし，下記式において，Ｐｏｆｆｓｅｔは平行移動行列，Ｒは回転行列，Ｓは拡大縮小行列，δｋは誤差を示し，これらが座標変換パラメータとなる。
Ｂｋ＝Ｐｏｆｆｓｅｔ＋Ｒ・Ｐｋ＋Ｓ・Ｐｋ＋δｋ

そして，地理座標系座標と現場座標系座標が基準点情報記録部２５に記録されたｎ個（ｎは２以上）の基準点について，δｋ^２の和が最小となるような座標変換パラメータを最小二乗法により求めることとなる。そして，その演算した座標変換パラメータと，最初に座標Ｂｋへの変換に利用した座標変換パラメータとから座標変換パラメータＰｒ５６が演算できる。なお，座標変換パラメータＰｒ５６，Ｐｒ６５の演算には，基準点情報記録部２５に記録された複数の基準点の基準点情報を用いるが，すべての基準点情報を用いなくてもよい。

座標変換パラメータ演算部２６が演算した座標変換パラメータＰｒ５６，６５は情報処理部４０に出力される。

情報処理部４０は，較正部２１が出力する座標変換パラメータＰｒ５６をもとに，位置姿勢検出部３０で出力される地理座標系における車体位置情報を現場座標系座標に変換し，車体姿勢情報と車体の現場座標系座標，入力装置４４から入力される情報化施工データ，操作レバー１０，１１から入力される操作入力情報（圧力センサ４５の検出値）に従ってオペレータに対する提示情報や運転支援のための制御情報を演算する。オペレータに対する提示情報は表示モニタ１８に，運転支援のための制御情報は比例電磁弁２０へ出力され，情報提示機能や運転支援機能を実現する。

情報処理部４０は，記録部４１，現場座標系座標変換部４６，情報提示制御部４２，運転支援制御部４３とを備えている。情報処理部４０は，較正部２１，位置姿勢検出部３０，入力装置４４，圧力センサ４５から情報を入力し，表示モニタ１８及び比例電磁弁２０に情報を出力する。

記録部４１は，較正部２１から入力される座標変換パラメータＰｒ５６と，入力装置４４から入力される情報化施工データとを記録する。座標変換パラメータＰｒ５６は較正部２１により較正された都度，記録部４１に記録され，情報提示制御部４２及び運転支援制御部４３が実行する制御に利用される。なお，情報化施工データは，情報提示制御部４２による情報提示機能と，運転支援制御部４３による運転支援機能を提供するための３次元情報を持ったデータであり，例えば油圧ショベル１で施工する目標面形状データ（目標面データや，作業機械の進入禁止領域データを含む。いずれの情報化施工データもフロント作業機１Ａの侵入が防止されるように油圧シリンダ５，６，７を制御するために利用される。

現場座標系座標変換部４６は，位置姿勢検出部３０から入力される地理座標系Ｃｏ５における車体位置情報について，記録部４１に記録された座標変換パラメータＰｒ５６をもとに現場座標系Ｐｏ６の車体位置情報に変換する。位置姿勢検出部３０から入力される車体位置情報としては，例えば，旋回体１ＢＡの地理座標系座標と，姿勢センサ１２－１４，１６によって検出されたフロント作業機１Ａや車体１Ｂの姿勢情報とに基づいて，フロント作業機１Ａに設定された制御点（例えばバケット爪先）の地理座標系座標がある。また，地理座標系における旋回体１ＢＡの方位と，姿勢センサ１６によって検出された車体１Ｂの姿勢情報とに基づいて，車体１Ｂに設定された制御点（例えば上部旋回体１ＢＡの後端）の地理座標系座標がある。

情報提示制御部４２は，現場座標系座標変換部４６で現場座標系座標に変換された制御点の位置情報や情報化施工データをもとにオペレータに提示すべき表示情報を演算し，表示モニタ１８に出力する。表示情報には例えば，フロント作業機１Ａを側面視した画像や，目標面形状データのＸＺ平面における断面図（目標面），位置姿勢検出部３０で検出される各種センサ値，バケット４の爪先（制御点）から目標面までの距離などを含んでもよい。

運転支援制御部４３は，現場座標系座標変換部４６で現場座標系座標に変換された制御点の位置情報や情報化施工データをもとに，オペレータの運転を支援するように油圧シリンダ５，６，７を動作させるための制御信号を演算して比例電磁弁２０に出力する。制御信号は，例えば目標面に対してフロント作業機１Ａの制御点（例えばバケット爪先）が潜り込まないよう油圧シリンダ５，６，７の動きを制限したり，フロント作業機１Ａを含む車体の制御点が障害物と衝突しないよう停止又は回避するよう油圧シリンダ５，６，７や走行油圧モータ９ａ，９ｂや旋回油圧モータ８の動きを制御したりする。

＜コントローラの処理フロー＞
次に，図６を参照しながら，コントローラ１００（較正部２１）が座標変換パラメータＰｒ５６を較正する処理の流れを説明する。なお，コントローラ１００（較正部２１）はこの座標変換パラメータ較正処理を所定の周期（例えば数分間隔）で繰り返し実行する。

図６の処理を開始すると，ステップＳ１では，まず，コントローラ１００（基準点認識部２２）は撮影装置１９が撮影した画像に対して画像認識を利用して画像内に基準点が存在するか否かを判定する。撮影装置１９が撮影した画像内に基準点がなかった場合には処理を終了し，基準点が存在した場合は次のステップＳ２に進む。

ステップＳ２では，コントローラ１００（地理座標系基準点座標演算部２３）は，撮影装置１９及び位置姿勢検出部３０から入力される情報に基づいて，ステップＳ１で利用した画像の撮影時刻における地理座標系Ｃｏ５での基準点の座標を演算し，ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では，コントローラ１００（現場座標系基準点座標取得部２４）は，ステップＳ２において地理座標系Ｃｏ５の座標を演算した基準点の現場座標系座標を取得してステップＳ４に進む。ステップＳ３では，具体的には，入力装置４４でオペレータが直接入力を行う方法，基準点情報記録部２５に記録された基準点のうちＳ２において演算した地理座標系座標から所定の範囲内の地理座標系座標を持つ基準点の現場座標系座標を取得する方法，撮影装置１９で撮影した基準点の画像から情報を読み取り現場座標系座標を取得する方法，等により現場座標系座標を取得する。

ステップＳ４では，コントローラ１００（較正部２１）は，基準点情報記録部２５において，ステップＳ２で演算した基準点の地理座標系座標と，ステップＳ３で取得した基準点の現場座標系座標との対応関係を更新し，ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では，コントローラ１００（座標変換パラメータ演算部２６）は，基準点情報記録部２５に記録された基準点の地理座標系座標と現場座標系座標をもとに，地理座標系と現場座標系の座標変換パラメータＰｒ５６（例えば，上記のＰｏｆｆｓｅｔ（平行移動行列），Ｒ（回転行列），Ｓ（拡大縮小行列）及びδｋ（誤差））と座標変換パラメータＰｒ６５を演算し，これを情報処理部４０の記録部４１に記録して処理を終了する。

＜作用・効果＞
上記のようなコントローラ１００と，撮影装置１９と，ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂとを備えたシステムでは，撮影装置１９で基準点ＳＰｎを撮影することで基準点ＳＰｎの地理座標系座標が取得でき，衛星配置や電離層の状況などによりＧＮＳＳによる測位結果（地理座標系座標）に変動が生じても最新の状況での基準点ＳＰｎの地理座標系座標を容易に取得できる。これにより最新の地理座標系座標を利用して地理座標系Ｃｏ５から現場座標系Ｃｏ６への座標変換パラメータＰｒ５６を速やかに較正できるので，較正後の座標変換パラメータＰｒ５６を油圧ショベル１での制御に利用することで，油圧ショベル１の制御点の演算精度と油圧ショベル１による施工精度を向上できる。

また，上記のシステムにおいて，基準点表示具に基準点の現場座標系座標の情報が埋め込まれたマーカを表示しておき，そのマーカを撮影装置１９で基準点ＳＰｎと共に撮影して画像処理により復元すれば，撮影装置１９による撮影で基準点ＳＰｎの地理座標系座標だけでなく現場座標系座標も容易に取得できる。これにより座標変換パラメータＰｒ５６をより速やかに演算できる。

また，撮影装置１９の撮影範囲に基準点が常に含まれるように，コントローラ１００が撮影装置１９の向きを制御するように構成すれば，いつ撮影しても撮像装置１９の撮影範囲に基準点が含まれることになる。そのため座標変換パラメータＰｒ５６を所望のタイミングで演算し易くなる。

また，上記の実施の形態では，コントローラ１００と，撮影装置１９と，ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂから成るシステムを油圧ショベル１に搭載したので，較正後の座標変換パラメータＰｒ５６を速やかに油圧ショベル１のコントローラに出力することができ，その座標変換パラメータＰｒ５６を利用した制御を遅滞なく実施できる。これにより情報提示制御部４２による表示モニタ１８へのフロント作業機１Ａの制御点（バケット爪先）と目標面の位置関係を正確に表示できるとともに，運転支援制御部４３による油圧アクチュエータ５，６，７，８，９の制御精度を向上できる。

＜第２実施形態＞
本実施形態のシステムを図７に示す。本実施形態と第１実施形態の主な違いとしては，情報記録サーバ１０１が追加されたこと，コントローラ１００（１００Ａ）内に現場座標系基準点座標識別部１０４と座標変換パラメータ更新部４７が追加されたこと，第１実施形態でコントローラ１００内にあった基準点情報記録部２５（２５Ａ）と座標変換パラメータ演算部２６（２６Ａ）が情報記録サーバ１０１に移動していること，が挙げられる。

なお，第１実施形態と同じ部分は同じ符号を付して適宜説明を省略することがある。符号に添字で「Ａ」を付した部分は第１実施形態と異なる処理を実行するように構成されている。図２に示したエンジン５７，油圧ポンプ５６，コントロールバルブ５５，圧力センサ５８及びアクチュエータ５，６，７，８，９は図示を省略している。

本実施形態のシステムは，図７に示すように，撮影装置１９と，コントローラ１００Ａと，情報記録サーバ１０１，入力装置４４と，圧力センサ４５と，比例電磁弁２０と，表示モニタ１８とを備えている。このうち，情報記録サーバ１０１を除く，撮影装置１９，コントローラ１００Ａ，入力装置４４，圧力センサ４５，比例電磁弁２０及び表示モニタ１８は，油圧ショベル１に搭載されている。

＜コントローラ（その１）＞
コントローラ１００Ａは，データ取得部１０２と，情報処理部４０Ａと，位置姿勢検出部３０を備えている。

データ取得部１０２は，基準点認識部２２と，地理座標系基準点座標演算部２３Ａと，現場座標系基準点座標識別部１０４を備えている。

地理座標系基準点座標演算部２３Ａは，基準点認識部２２で認識した基準点ＳＰの地理座標系Ｃｏ５における座標を演算し，その結果を情報記録サーバ１０１に出力する。

現場座標系基準点座標識別部１０４は，地理座標系基準点座標演算部２３Ａで地理座標系Ｃｏ５の座標が演算された基準点ＳＰの識別情報（基準点識別情報）を取得して情報記録サーバ１０１に出力する。基準点識別情報を取得する方法には複数のパターンがあり，例えば，現場座標系基準点座標識別部１０４は撮影装置１９の画像に含まれている基準点識別情報を画像認識で読み取ることで取得できる。具体的には，図５の基準点表示具のように基準点識別情報（１２）が表示されている場合にはそれを画像から読み取ってその識別情報を出力しても良い。また，基準点として二次元コードを含むマーカを使用している場合など，基準点の形状や模様に基準点識別情報を持たせている場合には，撮影装置１９が撮影した画像からその情報を画像認識により認識してもよい。また，例えば表示モニタ１８に基準点識別情報を入力するメッセージを表示して，入力装置４４を介してオペレータに基準点識別情報を入力させても良い。基準点識別情報としては，基準点に固有に設定されたＩＤや名前，現場座標系座標がある。図５のように基準点表示具に現場座標系座標情報を持たせた場合，基準点情報記録部２５に記録された基準点情報のうち，現場座標系座標が一致する基準点の基準点識別情報を取得すればよい。

＜情報記録サーバ＞
情報記録サーバ１０１は，例えば或る作業現場で稼働する複数の油圧ショベル１を管理する管理センターの建屋内に設置されており，その複数の油圧ショベル１のコントローラ１００Ａと無線通信ネットワークを介して相互通信可能に接続されている。情報記録サーバ１０１は，処理装置（例えばＣＰＵ）と，その処理装置が実行するプログラムが格納された記憶装置（例えばＲＯＭ，ＲＡＭ等の半導体メモリ）を有するコンピュータである。情報記録サーバ１０１内の記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）には，基準点情報記録部２５Ａや座標変換パラメータ記録部１０３等の記録領域が確保されている。情報記録サーバ１０１は，基準点情報記録部２５Ａと，座標変換パラメータ演算部２６と，座標変換パラメータ記録部１０３を備えている。なお，本実施形態では，コントローラ１００Ａ内のデータ取得部１０２と情報記録サーバ１０１とが，地理座標系を現場座標系に変換する座標変換パラメータＰｒ５６を演算する較正部（第１実施形態における較正部２１）として機能している。

基準点情報記録部２５Ａは，地理座標系基準点座標演算部２３Ａで演算された地理座標系Ｃｏ５における基準点の座標と，現場座標系基準点座標識別部１０４で取得された基準点識別情報とを１組の基準点情報として記録する。基準点情報記録部２５Ａには，各基準点の現場座標系Ｃｏ６における座標と基準点識別情報が記録されており，現場座標系基準点座標識別部１０４から入力された基準点識別情報をキーにしてその基準点の現場座標系における座標を取得できるようになっている。これにより基準点情報記録部２５Ａは，地理座標系基準点座標演算部２３で演算された基準点の地理座標系座標と，現場座標系基準点座標識別部１０４で取得された基準点識別情報に加えて，その基準点識別情報を有する基準点の現場座標系座標をも１組の基準点情報として記録できる。

座標変換パラメータ演算部２６Ａは，基準点情報記録部２５Ａに記録された基準点の地理座標系座標に変化があった場合（すなわち，コントローラ１００Ａから送信された基準点の地理座標系座標がその送信直前に基準点情報記録部２５Ａに記録されているデータと異なる場合），その基準点の地理座標系座標と現場座標系座標を用いて地理座標系Ｃｏ５と現場座標系Ｃｏ６の相互の座標変換パラメータＰｒ５６，Ｐｒ６５を演算（較正）する。座標変換パラメータ演算部２６Ａが演算した座標変換パラメータＰｒ５６，６５は座標変換パラメータ記録部１０３に出力される。

座標変換パラメータ記録部１０３は座標変換パラメータ演算部２６Ａで演算された座標変換パラメータをその演算時刻（すなわち更新時刻）とともに記録する。

＜コントローラ（その２）＞
情報処理部４０Ａは，記録部４１と，座標変換パラメータ更新部４７と，現場座標系座標変換部４６と，情報提示制御部４２と，運転支援制御部４３とを備えている。

座標変換パラメータ更新部４７は，所定の時間間隔で情報記録サーバ１０１の座標変換パラメータ記録部１０３に記録された座標変換パラメータが更新されたかどうかを確認し，更新されていた場合には情報記録サーバ１０１の座標変換パラメータ記録部１０３に記録された最新の座標変換パラメータを取得し，記録部４１に出力する。

記録部４１は，座標変換パラメータ更新部４７から入力される座標変換パラメータＰｒ５６と，入力装置４４から入力される情報化施工データとを記録する。座標変換パラメータＰｒ５６は情報提示制御部４２及び運転支援制御部４３が実行する制御に利用される。

＜コントローラと情報記録サーバの処理フロー＞
次に，図８，９，１０を参照しながら，コントローラ１００Ａのデータ取得部１０２と，情報記録サーバ１０１と，コントローラ１００Ａの情報処理部４０Ａが座標変換パラメータＰｒ５６を較正し，情報処理部４０Ａの記録部４１に記録された座標変換パラメータＰｒ５６を更新する処理の流れを説明する。なお，これらの処理は所定の周期（例えば数分間隔）で繰り返し実行される。

まず，図８を用いてコントローラ１００Ａのデータ取得部１０２における処理を説明する。

図８の処理を開始すると，ステップＳ１０１では，まず，コントローラ１００Ａ（基準点認識部２２）は撮影装置１９が撮影した画像に対して画像認識を利用して画像内に基準点が存在するか否かを判定する。撮影装置１９が撮影した画像内に基準点がなかった場合には処理を終了し，基準点が存在した場合ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では，コントローラ１００Ａ（地理座標系基準点座標演算部２３）は，ステップＳ１０１で利用した画像に画像処理を施すことで撮影装置１９から基準点ＳＰまでの距離及び方位を演算し，その距離及び方位と，地理座標系車体座標検出部３１で演算した撮影装置１９の地理座標系座標とに基づいて，その画像の撮影時刻における地理座標系Ｃｏ５での基準点の座標を演算し，ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では，コントローラ１００Ａ（現場座標系基準点座標識別部１０４）は，Ｓ１０２において地理座標系座標を演算した基準点の基準点識別情報を取得してステップＳ１０４に進む。具体的には，入力装置４４でオペレータが直接入力を行う方法，基準点情報記録部２５に記録された基準点のうちＳ１０２において演算した地理座標系座標から所定の範囲内の地理座標系座標を持つ基準点の基準点識別情報を取得する方法，撮影装置１９で撮影した基準点の画像から情報を読み取り基準点識別情報を取得する方法等により基準点の現場座標系座標を取得する。

ステップＳ１０４では，コントローラ１００Ａ（データ取得部１０２）は，ステップＳ１０２で演算した基準点の地理座標系座標と，ステップＳ１０３で取得した基準点識別情報とを対応付けて，情報記録サーバ１０１（基準点情報記録部２５Ａ）に送信して処理を終了する。

次に図９を用いて情報記録サーバ１０１における処理を説明する。

図９の処理を開始すると，ステップＳ２０４では，まず情報記録サーバ１０１（基準点情報記録部２５Ａ）は，コントローラ１００Ａ（データ取得部１０２）から送信された基準点の識別情報及び地理座標系座標を受信し，コントローラ１００Ａ（データ取得部１０２）で認識された基準点の地理座標系座標を記録し，ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では，情報記録サーバ１０１はステップＳ２０４で基準点情報記録部２５Ａに記録された基準点の地理座標系座標が，直前に記録されていた座標と異なる座標に更新された場合にはステップＳ６に進み，更新されない場合には処理を終了する。

ステップＳ２０６では，情報記録サーバ１０１（座標変換パラメータ演算部２６）は，ステップＳ２０４で地理座標系座標を受信した基準点の現場座標系座標を基準点情報記録部２５Ａから取得し，その基準点の地理座標系座標と現場座標系座標に基づいて地理座標系Ｃｏ５を現場座標系Ｃｏ６に変換する座標変換パラメータＰｒ５６を演算する。

ステップＳ２０７では，情報記録サーバ１０１は，ステップＳ２０６で演算された座標変換パラメータＰｒ５６を座標変換パラメータ記録部１０３に記録して処理を終了する。

次に図１０を用いてコントローラ１００Ａ（情報処理部４０Ａ）における処理を説明する。

図１０の処理を開始すると，ステップＳ３０８では，コントローラ１００Ａ（座標変換パラメータ更新部４７）は所定の時間間隔で情報記録サーバ１０１の座標変換パラメータ記録部１０３に記録された座標変換パラメータＰｒ５６が更新されたかどうかを確認する。具体的にはコントローラ１００Ａが情報記録サーバ１０１に座標変換パラメータＰｒ５６の更新の有無を問い合わせる信号を送信し，情報記録サーバ１０１から送信される回答の信号を基に更新の有無を判断する。なお，情報記録サーバ１０１から所定の時間間隔で更新の有無を通知する信号をコントローラ１００Ａが受信することで更新の有無を判断しても良い。座標変換パラメータＰｒ５６が更新されていた場合にはステップＳ３０９に進み，更新されていない場合には処理を終了する。

ステップＳ３０９では，コントローラ１００Ａ（座標変換パラメータ更新部４７）は，情報記録サーバ１０１に対して座標変換パラメータ記録部１０３に記録された最新の座標変換パラメータＰｒ５６を送信するように指令し，コントローラ１００Ａは情報記録サーバ１０１から送信された座標変換パラメータＰｒ５６を記録部４１（ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置）に記憶して処理を終了する。

＜作用・効果＞
以上の構成では，作業現場に存在する複数の油圧ショベル１のコントローラ１００Ａと，情報記録サーバ１０１とをネットワークで接続し，各コントローラ１００Ａから少なくとも基準点の地理座標系座標と基準点識別情報を情報記録サーバ１０１に送信している。そして，各コントローラ１００Ａから送信される基準点の地理座標系座標に変化があった場合，情報記録サーバ１０１は，その基準点の地理座標系座標と現場座標系座標に基づいて座標変換パラメータＰｒ５６を演算し，その座標変換パラメータＰｒ５６を情報記録サーバ１０１内の座標変換パラメータ記録部１０３に記録してデータの更新を行う。各コントローラ１００Ａは，座標変換パラメータＰｒ５６の更新の有無を所定の間隔で情報記録サーバ１０１に問合せており，更新の有ったときには情報記録サーバ１０１から最新の座標変換パラメータＰｒ５６をダウンロードし，最新の座標変換パラメータＰｒ５６を情報提示制御部４２及び運転支援制御部４３における制御に利用できる。

これにより，作業現場で稼働中の複数の油圧ショベル１の中に基準点（基準点表示具）が撮影装置１９で撮影できない油圧ショベル（例えば図４の第２油圧ショベル）が存在し，その撮影不可能期間に衛星配置が変化して地理座標系座標（衛星測位結果）に変動が生じたときでも，その期間内にいずれかの基準点（基準点表示具）を撮影できた他の油圧ショベル（例えば図４の第１油圧ショベル）が取得した地理座標系座標に基づいて情報記録サーバ１０１が較正した座標変換パラメータＰｒ５６をダウンロードできる。すなわち，或る油圧ショベル１が基準点を撮影できない状況にあっても，基準点を撮影可能な他の油圧ショベル１からの情報に基づいて更新（較正）した座標変換パラメータＰｒ５６を速やかに利用可能になるので，作業現場で稼働する油圧ショベル全体の制御点の演算精度と施工精度を向上できる。

また，上記の実施形態では，基準点の現場座標系座標を情報記録サーバ１０１で一元管理しているので，油圧ショベル１側では基準点の現場座標系座標を登録又は記憶する必要がなくなり，ユーザやオペレータの操作負担を軽減できる。

また，上記の実施形態では，情報記録サーバ１０１から座標変換パラメータＰｒ５６が較正されたことが各油圧ショベル１のコントローラ１００Ａに通知されたとき，各油圧ショベル１のコントローラ１００Ａは，その較正された前記座標変換パラメータＰｒ５６を受信し，その受信した座標変換パラメータＰｒ５６を利用して制御点の座標変換を行うこととしている。これにより座標変換パラメータＰｒ５６に更新があった場合には，各油圧ショベル１のコントローラ１００Ａに速やかにダウンロードされるので，各種制御に即座に利用することができる。

＜その他＞
なお，本発明は，上記の各実施の形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば，本発明は，上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず，その構成の一部を削除したものも含まれる。また，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

例えば，上記の第1実施形態では，コントローラ１００と，撮影装置１９と，ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂとを備えた座標変換システムを油圧ショベル１に搭載した実施形態について説明したが，これの構成は必須の事項ではない。すなわち，油圧ショベル１とは別に，コントローラ１００と，撮影装置１９と，ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂから成る座標変換システムを設け，そこで演算した座標変換パラメータを油圧ショベル１に送信するようにシステムを構成しても良い。第２実施形態でも同様であり，コントローラ１００と，撮影装置１９と，ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂから成る座標変換システムを作業現場内に複数設け，そこで演算した座標変換パラメータを情報記録サーバ－１０１に送信するようにシステムを構成しても良い。

第２実施形態では，情報記録サーバ１０１側に基準点情報記録部２５Ａと座標変換パラメータ演算部２６Ａを設けたが，これらを第１実施形態と同様にコントローラ１００Ａ側に設けても良い。すなわちコントローラ１００Ａ側で座標変換パラメータＰｒ５６を演算し，その座標変換パラメータＰｒ５６のみを情報記録サーバ１０１に送信して座標変換パラメータ記録部１０３に記録する構成を採用しても良い。

また，第２実施形態では，コントローラ１００Ａからは基準点の現場座標系座標を含まない識別情報（基準点識別情報）を情報記録サーバ１０１に送信したが，基準点識別情報に代えて第１実施形態と同様に基準点の現場座標系座標を送信する構成を採用しても良い。

また，第２実施形態では，基準点の地理座標系の変化の有無を情報記録サーバ１０１側（座標変換パラメータ演算部２６Ａ）で判断したが，各油圧ショベル１のコントローラ１００Ａの地理座標系基準点座標演算部２３Ａで変化の有無を判断し，変化があった場合にのみ地理座標系座標を情報記録サーバ１０１に送信するようにシステムを構成しても良い。

なお，上記の各実施形態では，各油圧ショベル１は最終的に現場座標系座標に基づいて情報提示制御部や運転支援制御部による各種制御を行うこととしたが，最終的に地理座標系座標に基づいて各種制御を実行しても良い。すなわち，地理座標系Ｃｏ５を現場座標系Ｃｏ６に変換する座標変換パラメータＰｒ５６だけでなく，現場座標系Ｃｏ６を地理座標系Ｃｏ５に変換する座標変換パラメータＰｒ６５を利用するようにシステム構成しても良い。

また，上記のコントローラ１００，１００Ａやサーバ１０１に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は，それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また，上記のコントローラ１００，１００Ａやサーバ１０１に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該コントローラ・サーバの構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は，例えば，半導体メモリ（フラッシュメモリ，ＳＳＤ等），磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク，光ディスク等）等に記憶することができる。

また，上記の各実施の形態の説明では，制御線や情報線は，当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが，必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

１…油圧ショベル（作業機械），１Ａ…作業機（フロント作業機），１Ｂ…車体，１ＢＡ…上部旋回体，１ＢＢ…下部走行体，２…ブーム，３…アーム，４…バケット，５…ブームシリンダ，６…アームシリンダ，７…バケットシリンダ，１０，１１…操作レバー，１２…ブーム角度センサ（姿勢センサ），１３…アーム角度センサ（姿勢センサ），１４…バケット角度センサ（姿勢センサ），１６…傾斜角センサ（姿勢センサ），１７…ＧＮＳＳアンテナ，１８…表示モニタ（表示装置），１９…撮影装置，２０…比例電磁弁，１００…コントローラ，１０１…情報記録サーバ

Claims (9)

1. 作業現場に設置され，既に現場座標系座標が知られている基準点の地理座標系座標と前記現場座標系座標に基づいて生成された座標変換パラメータであって，前記作業現場における任意の点の地理座標系座標を現場座標系座標に変換する座標変換パラメータを演算するコントローラを備える座標変換システムにおいて，
   前記基準点の前記現場座標系座標の情報が前記基準点に設置されたマーカに埋め込まれており，
   前記基準点に設置された前記マーカを撮影する撮影装置と，
   航法信号を受信するＧＮＳＳアンテナとを備え，
   前記コントローラには，前記基準点の前記現場座標系座標と，前記撮影装置及び前記ＧＮＳＳアンテナが取り付けられた作業機械の車体に設定された車体座標系における前記撮影装置及び前記ＧＮＳＳアンテナの位置とが記憶されており，
   前記コントローラは，
   前記ＧＮＳＳアンテナで受信される航法信号と，記憶された前記撮影装置の車体座標系における位置と前記ＧＮＳＳアンテナの車体座標系における位置との関係とに基づいて前記撮影装置の地理座標系座標を演算し，
   前記撮影装置により前記基準点に設置された前記マーカを撮影した画像に画像処理を施すことで前記撮影装置から前記基準点までの距離及び方位を演算し，
   演算した前記撮影装置から前記基準点までの距離及び方位と，演算した前記撮影装置の地理座標系座標とに基づいて，前記基準点の地理座標系座標を演算し，
   前記撮影装置により前記基準点に設置された前記マーカを撮影した画像に基づいて前記基準点の前記現場座標系座標を取得して記憶し，
   演算した前記基準点の地理座標系座標と，記憶された前記基準点の前記現場座標系座標とに基づいて前記座標変換パラメータを較正し，
   較正された前記座標変換パラメータは，前記作業現場における任意の点の地理座標系座標を現場座標系座標に変換することに利用されることを特徴とする座標変換システム。
2. 請求項１に記載の座標変換システムにおいて，
   前記コントローラは，前記コントローラが演算した前記基準点の地理座標系座標と，前記基準点の識別情報とを対応付けて，前記コントローラにネットワークを介して接続されたサーバに出力することを特徴とする座標変換システム。
3. 請求項１に記載の座標変換システムにおいて，
   前記コントローラは，前記座標変換パラメータが前記コントローラにより較正された際，較正された前記座標変換パラメータを利用して座標変換を行うことを特徴とする座標変換システム。
4. 請求項１に記載の座標変換システムにおいて，
   前記撮影装置は上下左右に回動可能であり，
   前記コントローラは，前記撮影装置の撮影範囲に前記基準点が常に含まれるように前記撮影装置の向きを制御することを特徴とする座標変換システム。
5. 請求項１に記載の座標変換システムを備えた作業機械であって，
   前記ＧＮＳＳアンテナが取り付けられた旋回体を有する前記車体と，
   前記旋回体に取り付けられ油圧シリンダによって駆動される作業機と，
   前記作業機の姿勢を検出する姿勢センサとを備え，
   前記コントローラは，
   前記ＧＮＳＳアンテナで受信された航法信号に基づいて前記旋回体の地理座標系座標を演算し，
   前記旋回体の地理座標系座標と，前記姿勢センサによって検出された前記作業機械の姿勢情報とに基づいて，前記作業機に設定された制御点の地理座標系座標を演算し，
   前記コントローラによって較正された前記座標変換パラメータを利用して前記制御点の地理座標系座標を現場座標系座標に変換し，
   現場座標系座標における前記制御点と所定の目標面の位置関係をモニタに表示させる
   ことを特徴とする作業機械。
6. 請求項５に記載の作業機械において，
   前記コントローラは，前記目標面の上方に前記作業機が位置するように前記油圧シリンダを制御することを特徴とする作業機械。
7. 請求項５に記載の作業機械において，
   前記コントローラは，前記コントローラが演算した前記基準点の地理座標系座標と，前記基準点の識別情報とを対応付けて，前記コントローラにネットワークを介して接続されたサーバに出力することを特徴とする作業機械。
8. 請求項７に記載の作業機械において，
   前記コントローラは，前記基準点の地理座標系座標が更新されたときに前記基準点の地理座標系座標と前記現場座標系座標から前記座標変換パラメータを較正する前記サーバから前記座標変換パラメータが較正されたことが通知されたとき，前記較正された前記座標変換パラメータを受信し，その受信した座標変換パラメータを利用して前記制御点の座標変換を行うことを特徴とする作業機械。
9. 請求項１に記載の座標変換システムにおいて，
   前記コントローラは，演算した前記基準点の地理座標系座標と，記憶された前記基準点の前記現場座標系座標とに基づく前記座標変換パラメータの較正処理を，所定の周期で繰り返し実行することを特徴とする座標変換システム。

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