JP7349956B2 - 施工方法及び施工システム - Google Patents

Description

本発明は、施工方法及び施工システムに関する。

油圧ショベル及びブルドーザ等の作業機械において、施工範囲における現況地形と設計地形と作業機の刃先位置との少なくともいずれかの案内を表示する案内表示機能、または、施工範囲の現況地形と設計地形と作業機械の位置情報とに基づいて、作業機を自動制御する（もしくは、オペレータの操作に対して介入制御を行う）自動制御機能を搭載しているものが普及している（例えば、特許文献１ないし３参照）。

特開２０１２－１７２４３１号公報 国際公開２０１６／１１１３８４号 国際公開２０１７／１１５８７９号

自動制御機能を有する作業機械を用いることで、施工の効率化が進んでいるが、効率化には改善の余地がある。また、一般の作業機械に対して比較的高価な機械である自動制御機能を有する作業機械の使用台数を抑制して、施工の効率化を進めることが望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、手動操作によって制御される作業機械と、自動制御機能を有する作業機械とを用いて、施工の効率化を進めることが可能な施工方法及び施工システムを提供することを目的とする。

本発明の態様に従えば、手動操作によって制御される第一作業機械と、施工範囲における現況地形及び設計地形の少なくともどちらかと第二作業機の刃先位置とに基づいて、前記第二作業機を自動制御する作業機自動制御部を有する第二作業機械と、を用いた施工方法であって、前記第一作業機械の施工範囲における前記設計地形と前記現況地形とから前記第一作業機械の施工範囲における進捗率を演算し、前記進捗率が閾値以上である場合、前記第一作業機械は前記施工範囲の施工を中断し、前記第二作業機械は前記第一作業機械から引き継いで前記施工範囲を施工する、施工方法が提供される。

本発明の態様に従えば、手動操作によって制御される第一作業機械と、施工範囲における現況地形及び設計地形の少なくともどちらかと第二作業機の刃先位置とに基づいて、前記第二作業機を自動制御する作業機自動制御部を有する第二作業機械と、を用いる施工システムであって、前記第一作業機械の施工範囲における前記設計地形を記憶する記憶部と、前記第一作業機械の施工範囲における施工実績を示す施工実績データを取得する取得部と、前記記憶部に記憶された前記第一作業機械の施工範囲における前記設計地形と前記取得部が取得した前記施工実績データとから前記第一作業機械による施工の進捗率を演算する進捗率演算部と、前記進捗率演算部が演算した前記進捗率が閾値以上である場合、前記第一作業機械に前記施工範囲の施工の中断を指示し、前記第二作業機械に前記施工範囲の施工の引き継ぎを指示する指示部と、を備える施工システムが提供される。

本発明の態様によれば、手動操作によって制御される作業機械と、自動制御機能を有する作業機械とを用いて、施工の効率化を進めることが可能となる。

図１は、本実施形態に係る施工システムの一例を示す概略図である。 図２は、本実施形態に係る施工システムが適用される施工範囲の一例を示す概略図である。 図３は、本実施形態に係る第一作業機械としての油圧ショベルの概略図である。 図４は、本実施形態に係る第一作業機械としての油圧ショベルの概略図である。 図５は、本実施形態に係る第一作業機械としての油圧ショベルを示すブロック図である。 図６は、本実施形態に係る第二作業機械としての油圧ショベルを示すブロック図である。 図７は、本実施形態に係る施工システムのサーバ装置を示すブロック図である。 図８は、実施形態に係る施工システムを示すブロック図である。 図９は、本実施形態に係る施工方法の一例を示すフローチャートである。 図１０は、本実施形態に係る施工方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る施工方法及び施工システムの実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

＜施工システム＞
図１は、本実施形態に係る施工システムの一例を示す概略図である。図２は、本実施形態に係る施工システムが適用される施工範囲の一例を示す概略図である。施工システム１は、オペレータによって作業機が操作される第一作業機械としての油圧ショベル２と、自動制御される第二作業機械としての油圧ショベル３とを用いる。より詳しくは、施工システム１は、施工現場１０００において稼働する、複数台の第一作業機械２と、施工現場１０００において稼働する、１台以上の第二作業機械３と、施工会社１１００に設置された情報端末５と、サーバ装置１０とを有する。複数台の第一作業機械２は、施工現場１０００において、それぞれが施工を行う施工範囲を割り当てられている。

＜第一作業機械＞
図３は、本実施形態に係る第一作業機械としての油圧ショベルの概略図である。図４は、本実施形態に係る第一作業機械としての油圧ショベルの概略図である。図５は、本実施形態に係る第一作業機械としての油圧ショベルを示すブロック図である。第一作業機械２は、例えば、油圧ショベル、ブルドーザ、ホイールローダ等の、作業機（第一作業機）を有する作業機械である。第一作業機械２は、手動操作によって制御される。第一作業機械２は、作業機が手動操作によってのみ制御可能であり、作業機を自動制御する自動制御機能を搭載していない。第一作業機械２は、施工範囲における現況地形と設計地形と作業機の刃先位置との少なくともいずれかの案内を表示する案内表示機能を有することが望ましい。第一作業機械２は、案内表示機能を有していなくてもよい。本実施形態では、第一作業機械の一例として、油圧ショベル２について説明する。油圧ショベル２は、車両本体４００と作業機とを有する。油圧ショベル２は、オペレータによって作業機の操作が行われる。本実施形態では、油圧ショベル２は、案内表示機能を有する。油圧ショベル２は、自機の施工対象である施工現場１０００の施工範囲における現況地形及び設計地形の少なくともどちらかと、作業機の刃先位置との案内を表示する表示部２９を有する。

油圧ショベル２は、ブームピン４３３を介して車両本体４００に接続されるブーム４３１と、アームピン４３４を介してブーム４３１に接続されるアーム４３２とを有する。バケット４４０は、バケットピン４３５を介してアーム４３２に接続される。

ブーム４３１の長さ、すなわち、ブームピン４３３からアームピン４３４までの長さは、Ｌ１である。アーム４３２の長さ、すなわち、アームピン４３４からバケットピン４３５までの長さは、Ｌ２である。バケット４４０の長さ、すなわち、バケットピン４３５からバケット４４０の刃先４４０ｐまでの長さは、Ｌ３である。

油圧ショベル２は、ブーム４３１を駆動するブームシリンダ４１１と、アーム４３２を駆動するアームシリンダ４１２と、バケット４４０を駆動するバケットシリンダ４１３と、ブームシリンダ４１１の作動量を検出するブームシリンダストロークセンサ４２１と、アームシリンダ４１２の作動量を検出するアームシリンダストロークセンサ４２２と、バケットシリンダ４１３の作動量を検出するバケットシリンダストロークセンサ４２３とを有する。ブームシリンダ４１１、アームシリンダ４１２、及びバケットシリンダ４１３は、油圧シリンダである。ブームシリンダストロークセンサ４２１は、ブームシリンダ４１１のストローク長さを示すブームシリンダ長データを検出する。アームシリンダストロークセンサ４２２は、アームシリンダ４１２のストローク長さを示すアームシリンダ長データを検出する。バケットシリンダストロークセンサ４２３は、バケットシリンダ４１３のストローク長さを示すバケットシリンダ長データを検出する。

油圧ショベル２の車両本体４００は、走行装置４５０に支持される。車両本体４００は、旋回軸ＡＸを中心に旋回可能な上部旋回体である。車両本体４００は、運転者が着座する運転席が設けられた運転室を有する。

走行装置４５０は、履帯を有する。刃先４４０ｐは、バケット４４０の先端部に配置される。整地作業及び切土作業（掘削作業）において、刃先４４０ｐが施工現場１０００の地面に接触する。

油圧ショベル２には、アンテナ２１１、アンテナ２１２が取り付けられている。アンテナ２１１、アンテナ２１２は、油圧ショベル２の現在位置を検出するために用いられる。アンテナ２１１、アンテナ２１２は、油圧ショベル２の現在位置を検出するための位置検出部である位置検出装置２１と電気的に接続されている。

油圧ショベル２の制御システム２００は、位置検出装置２１と、グローバル座標演算部２２と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）２３と、センサコントローラ２４と、コントローラ２５と、表示部２９とを含む。

位置検出装置２１は、作業機械の絶対位置を検出する。位置検出装置２１は、ＲＴＫ－ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムを言う）を利用して油圧ショベル２の現在位置を検出する。以下の説明において、アンテナ２１１、アンテナ２１２を、適宜ＧＮＳＳアンテナ２１１、ＧＮＳＳアンテナ２１２という。ＧＮＳＳアンテナ２１１、ＧＮＳＳアンテナ２１２が受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号は、位置検出装置２１に入力される。位置検出装置２１は、ＧＮＳＳアンテナ２１１、ＧＮＳＳアンテナ２１２の設置位置を検出する。位置検出装置２１は、例えば３次元位置センサを含む。

位置検出装置２１は、前述したＧＮＳＳアンテナ２１１、ＧＮＳＳアンテナ２１２を含む。ＧＮＳＳアンテナ２１１、ＧＮＳＳアンテナ２１２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号が、グローバル座標演算部２２に入力される。ＧＮＳＳアンテナ２１１は、自身の位置を示す基準位置データＰ１を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２１２は、自身の位置を示す基準位置データＰ２を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２１１、ＧＮＳＳアンテナ２１２は、所定の周期で基準位置データＰ１、基準位置データＰ２を受信する。基準位置データＰ１、基準位置データＰ２は、ＧＮＳＳアンテナが設置されている位置の情報である。ＧＮＳＳアンテナ２１１、ＧＮＳＳアンテナ２１２は、基準位置データＰ１、基準位置データＰ２を受信する毎に、グローバル座標演算部２２に出力する。

グローバル座標演算部２２は、位置検出装置２１の検出結果から、作業機械のグローバル座標系（ＸｇＹｇＺｇ座標系）における位置情報を演算する。グローバル座標演算部２２は、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部と、ＣＰＵ等の処理部とを有する。グローバル座標演算部２２は、２つの基準位置データＰ１、基準位置データＰ２に基づいて、油圧ショベル２の上部旋回体の配置を示す旋回体配置データを生成する。本実施形態において、旋回体配置データには、２つの基準位置データＰ１、基準位置データＰ２の一方の基準位置データと、２つの基準位置データＰ１、基準位置データＰ２に基づいて生成された旋回体方位データとが含まれる。旋回体方位データは、油圧ショベル２の作業機が向いている方位を示している。グローバル座標演算部２２は、所定の周期でＧＮＳＳアンテナ２１１、ＧＮＳＳアンテナ２１２から２つの基準位置データＰ１、基準位置データＰ２を取得する毎に、旋回体配置データ、すなわち基準位置データと旋回体方位データとを更新して、表示コントロール部２７に出力する。

ＩＭＵ２３は、油圧ショベル２の角速度及び加速度を検出する。油圧ショベル２の動作にともない、油圧ショベル２には、走行時に発生する加速度、旋回時に発生する角加速度及び重力加速度といった様々な加速度が生じるが、ＩＭＵ２３は少なくとも重力加速度を検出して出力する。ここで、重力加速度は、重力に対する抗力に対応した加速度である。ＩＭＵ２３は、例えばグローバル座標系において、Ｘｇ軸方向、Ｙｇ軸方向及びＺｇ軸方向の加速度と、Ｘｇ軸、Ｙｇ軸及びＺｇ軸周りの角速度（回転角速度）とを検出する。ＩＭＵ２３は、取得した情報をセンサコントローラ２４に出力する。

センサコントローラ２４には、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）２４が接続されている。ＩＭＵ２３は、車両本体４００に設けられる。ＩＭＵ２３は、油圧ショベル２のＹｇ軸回りのピッチ、Ｘｇ軸回りのロール等といった車体の傾斜情報を取得し、センサコントローラ２４に出力する。ＩＭＵ２３は、車両本体４００の左右方向に対する傾斜角θ４と、車両本体４００の前後方向に対する傾斜角θ５とを検出する。

センサコントローラ２４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部とを有する。センサコントローラ２４は、ブームシリンダストロークセンサ４２１が検出したブームシリンダ長から、油圧ショベル２のローカル座標系（ＸＹＺ座標系）、詳細には車両本体４００のローカル座標系における水平面（ＸＹ平面）と直交する方向（Ｚ軸方向）に対するブーム４３１の傾斜角度θ１を算出して、作業機コントロール部２６及び表示コントロール部２７に出力する。センサコントローラ２４は、アームシリンダストロークセンサ４２２が検出したアームシリンダ長から、ブーム４３１に対するアーム４３２の傾斜角度θ２を算出して、作業機コントロール部２６及び表示コントロール部２７に出力する。センサコントローラ２４は、バケットシリンダストロークセンサ４２３が検出したバケットシリンダ長から、アーム４３２に対するバケット４４０が有するバケット４４０の刃先４４０ｐの傾斜角度θ３を算出して、作業機コントロール部２６及び表示コントロール部２７に出力する。傾斜角度θ１，θ２，θ３の検出は、ブームシリンダストロークセンサ４２１、アームシリンダストロークセンサ４２２及びバケットシリンダストロークセンサ４２３以外であっても可能である。例えば、ポテンショメータ等の角度センサも、傾斜角度θ１，θ２，θ３を検出できる。センサコントローラ２４は、傾斜角θ１、傾斜角θ２、傾斜角θ３、ブーム４３１の長さＬ１、アーム４３２の長さＬ２、及びバケット４４０の長さＬ３に基づいて、車両本体４００に対するバケット４４０の刃先４４０ｐの相対位置を算出する。

センサコントローラ２４には、ＩＭＵ２３が接続されている。ＩＭＵ２３は、油圧ショベル２のＹｇ軸回りのピッチ、Ｘｇ軸回りのロール等といった車体の傾斜情報を検出する。油圧ショベル２の車体の傾斜情報は、車体の姿勢を示す。ＩＭＵ２３は、油圧ショベル２の車両本体４００に取り付けられている。

センサコントローラ２４は、センサコントローラ２４が算出した車両本体４００に対するバケット４４０の刃先４４０ｐの相対位置と、グローバル座標演算部２２及びＩＭＵ２３で取得された車両本体４００の絶対位置とに基づいて、バケット４４０の刃先４４０ｐの絶対位置を算出する。

コントローラ２５は、作業機コントロール部２６と表示コントロール部２７と通信部２８とを含む。

作業機コントロール部２６は、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部と、ＣＰＵ等の処理部とを有する。作業機コントロール部２６は、オペレータが操作部を操作した、ブーム操作量、バケット操作量、及び、アーム操作量に基づいて、作業機の各部を制御する。

作業機コントロール部２６の記憶部は、油圧ショベル２の作業機データを記憶している。作業機データは、ブームの長さ、アームの長さ、バケットの長さを含む。また、作業機データは、ブームの傾斜角と、アームの傾斜角と、バケットの傾斜角とのそれぞれの最小値及び最大値を含む。各傾斜角は、公知の方法によって算出すればよい。

表示コントロール部２７は、施工範囲の地面を掘削して後述する設計地形データのような形状に形成するための情報をオペレータに提供する。表示コントロール部２７は、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部と、ＣＰＵ等の処理部とを有する。表示コントロール部２７は、グローバル座標演算部２２から旋回体配置データである基準位置データ及び旋回体方位データを取得する。実施形態において、表示コントロール部２７は、バケット４４０の刃先４４０ｐの３次元位置を示すバケット刃先位置データを生成する。

設計地形データは、油圧ショベル２が備える作業機の作業対象、実施形態では施工対象の最終的な形状の地形のデータである。作業機の作業対象は、例えば、地面である。作業機の作業としては、例えば、掘削作業及び地面の均し作業が挙げられるが、これらに限定されない。

表示コントロール部２７は、後述するサーバ装置１０から取得した設計地形データに基づいて、表示部２９に作業機の作業対象の設計地形データを案内画面として表示させる。表示コントロール部２７は、通信部２８を有する。通信部２８は、外部の通信機器との間で通信が可能である。通信部２８は、サーバ装置１０等から現況地形データ及び設計地形データを受信する。通信部２８は、ＵＳＢメモリ等の外部記憶装置、ＰＣ、携帯端末から施工現場１０００の現況地形データ及び設計地形データを受信してもよい。

案内画面は、施工範囲の設計地形の断面とバケットとの位置関係を示し、オペレータが両者の位置関係を容易に認識できるようにするための画面である。案内画面は、作業対象である地面が設計地形の断面と同じ形状になるように油圧ショベル２の作業機を操作するための情報をオペレータに提供する。

表示コントロール部２７は、予め施工会社１１００において作成された設計地形データを記憶している。設計地形データは、３次元の設計地形の形状及び位置に関する情報である。設計地形は、作業対象となる地面の最終的な形状を示す。表示コントロール部２７は、設計地形データ及び上述した各種のセンサからの検出結果等の情報に基づいて、案内画面を表示部２９に表示させる。

表示コントロール部２７は、サーバ装置１０の引継司令部１５から取得した、油圧ショベル２に対する指示を表示する。引継司令部１５からの指示の詳細については後述する。

表示部２９は、例えば、タッチパネルによる入力を受け付ける液晶表示装置であるが、これに限定されるものではない。

＜第二作業機械＞
図６は、本実施形態に係る第二作業機械としての油圧ショベルを示すブロック図である。第二作業機械３は、例えば、油圧ショベル、ブルドーザ、ホイールローダ等の、作業機（第二作業機）を有する作業機械である。第二作業機械３は、施工範囲の現況地形と設計地形と作業機械の位置情報とに基づいて、作業機を自動制御する自動制御機能を搭載している。第二作業機械３は、後述するサーバ装置１０の引継司令部１５から取得した、油圧ショベル３に対する指示に基づいて、油圧ショベル２の作業を代替するよう自動制御可能である。本実施形態では、第二作業機械の一例として、油圧ショベル３について説明する。油圧ショベル３は、車両本体と作業機とを有する。油圧ショベル３は、作業機を自動制御する自動制御機能を有する。油圧ショベル３は、作業機の自動制御機能を備えているため、油圧ショベル２（第一作業機械）に比べてより高精度な施工が可能である。油圧ショベル３は、施工範囲における現況地形及び設計地形との少なくともどちらかと、作業機の刃先地位とに基づいて、作業機を自動制御する作業機自動コントロール部（作業機自動制御部）３６を有する。

本実施形態では、自動制御とは、無人で施工可能な完全自動制御と、オペレータの操作に介入する介入制御とを含む。本実施形態では、油圧ショベル３は、完全自動制御機能を有するものとして説明するが、これに限定されない。油圧ショベル３は、介入制御機能を有するものであってもよい。また、作業機械は、オペレータが作業機械に搭乗して操作を行うタイプのものに限られず、オペレータが作業機械に搭乗することなく遠隔で操作を行うタイプのものであってもよい。

油圧ショベル３の基本的な構成は、油圧ショベル２と同じであるので、油圧ショベル２と同じ構成については説明を省略する。

油圧ショベル３の制御システム３００は、位置検出装置３１と、グローバル座標演算部３２と、ＩＭＵ３３と、センサコントローラ３４と、コントローラ３５と、表示部３９とを含む。位置検出装置３１とグローバル座標演算部３２とＩＭＵ３３とセンサコントローラ３４とは、油圧ショベル２と同様に構成される。

コントローラ３５は、作業機自動コントロール部３６と表示コントロール部３７と通信部３８とを含む。

作業機自動コントロール部３６は、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部と、ＣＰＵ等の処理部とを有する。作業機自動コントロール部３６は、後述するサーバ装置１０の引継司令部１５から取得した、油圧ショベル３に対する指示に基づいて、油圧ショベル２の作業を代替させる。引継司令部１５からの指示の詳細については後述する。

作業機自動コントロール部３６の記憶部は、油圧ショベル３の作業機データを記憶している。作業機データは、ブームの長さ、アームの長さ、バケットの長さを含む。また、作業機データは、ブームの傾斜角と、アームの傾斜角と、バケットの傾斜角とのそれぞれの最小値及び最大値を含む。各傾斜角は、公知の方法によって算出すればよい。

作業機自動コントロール部３６は、表示コントロール部３７から、設計地形データを取得する。設計地形データは、油圧ショベル３がこれから作業する範囲である施工範囲の情報である。設計地形データは、作業機の作業対象の最終的な形状である設計地形のデータである。設計地形データは、通信部３８を介してサーバ装置１０から取得され、表示コントロール部３７に記憶される。

作業機自動コントロール部３６は、センサコントローラ３４から取得した作業機の角度からバケットの刃先の位置（以下、適宜刃先位置と称する）を算出する。作業機自動コントロール部３６は、設計地形データに沿ってバケットの刃先が移動するように、設計地形データとバケットの刃先との距離及び作業機の速度に基づいて作業機の動作を自動制御する。なお、前述した通り、自動制御は、完全自動制御に限られず、オペレータの操作に介入する介入制御であってもよい。作業機自動コントロール部３６は、ブーム操作量、アーム操作量、バケット操作量、表示コントロール部３７から取得した設計地形データ、バケット刃先位置データ及びセンサコントローラ３４から取得した傾斜角度を用いて、ブーム指令信号を生成し、また必要に応じてアーム指令信号及びバケット指令信号を生成し、各種弁を駆動して作業機を制御する。

表示コントロール部３７は、施工範囲の地面を掘削して後述する設計地形データのような形状に形成するための情報を表示する。表示コントロール部３７は、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部と、ＣＰＵ等の処理部とを有する。表示コントロール部３７は、グローバル座標演算部３２から旋回体配置データである基準位置データ及び旋回体方位データを取得する。実施形態において、表示コントロール部３７は、バケットの刃先の３次元位置を示すバケット刃先位置データを生成する。

表示コントロール部３７は、予め作成された設計地形データを記憶している。設計地形データは、３次元の設計地形の形状及び位置に関する情報である。設計地形は、作業対象となる地面の最終的な形状を示す。表示コントロール部３７は、設計地形データ及び上述した各種のセンサからの検出結果等の情報に基づいて、案内画面等を表示部３９に表示させてもよい。

表示コントロール部３７は、後述するサーバ装置１０の引継司令部１５から取得した、油圧ショベル３に対する指示を表示する。

表示部３９は、例えば、タッチパネルによる入力を受け付ける液晶表示装置であるが、これに限定されるものではない。

＜情報端末＞
施工会社１１００には、パーソナルコンピュータのような情報端末５が設置される。施工会社１１００において、施工現場１０００の設計地形が作成される。設計地形は、施工現場１０００における地面の最終的な形状である。施工会社１１００の作業者は、情報端末５を使って、２次元又は３次元の設計地形データを作成する。

＜サーバ装置＞
図７は、本実施形態に係る施工システムのサーバ装置を示すブロック図である。サーバ装置１０は、入出力インターフェース回路１０５を通じて、施工現場１０００の油圧ショベル２及び油圧ショベル３とデータ通信可能である。サーバ装置１０は、入出力インターフェース回路１０５を通じて、施工会社１１００とデータ通信可能である。サーバ装置１０のプロセッサ１０１は、現況地形データ取得部１１と、設計地形データ取得部１２と、施工実績データ取得部（取得部）１３と、進捗率演算部１４と、引継司令部（指示部）１５とを有する。

現況地形データ取得部１１は、施工現場１０００の施工範囲の現況地形を示す現況地形データを取得する。現況地形データは、例えば施工現場１０００の施工範囲の現況地形を公知の測定手法を用いて測定することにより生成される。測定手法は、例えば、施工現場１０００を走行する車両の位置情報を用いて現況地形を測定する手法、施工現場１０００を施工する油圧ショベル２等の作業機械の作業機の刃先位置情報を用いて現況地形を測定する手法、測量車を走行させて現況地形を測量する手法、静止した測量器を用いて現況地形を測量する手法、ステレオカメラを用いて現況地形を測定する手法、３次元レーザスキャナ装置を用いて現況地形を測定する手法、または、ドローン等の無人飛行体により現況地形を測定する手法等が挙げられる。なお、ドローン等の無人飛行体による計測は、例えばステレオカメラ等を用いて現況地形を撮影し、撮影結果から現況地形データを測定する手法であってもよいし、３次元レーザスキャナを用いて現況地形データを測定してもよい。

設計地形データ取得部１２は、施工現場１０００の設計地形を示す設計地形データを取得する。設計地形は、施工会社１１００において作成される。設計地形データ取得部１２は、設計地形データを施工会社１１００からインターネット等の通信手段を介して取得する。

施工実績データ取得部１３は、油圧ショベル２の作業機の施工実績データを取得する。施工実績データ取得部１３は、施工現場１０００の施工実績を示す施工実績データを取得する。施工実績データは、油圧ショベル２が施工現場１０００の施工範囲を施工した施工実績を示すデータである。油圧ショベル２は、自機の施工実績データを取得する。油圧ショベル２は、現況地形に接触する作業機の刃先の絶対位置の軌跡又は履帯や車輪等の走行装置の走行軌跡に基づいて、施工実績としての地形を検出可能である。油圧ショベル２等の作業機械は、コントローラ２５において、刃先の絶対位置から検出される現況地形と設計地形とを比較して、設計地形に対してどれくらい作業（施工済み土量）が進んだのかを示す施工実績データを演算可能である。施工実績データ取得部１３は、施工実績データを油圧ショベル２から無線で取得する。なお、施工実績データの所得は、油圧ショベルによらず、ドローン等の無人飛行体によるステレオカメラ計測や、３次元レーザスキャナによるものであってもよい。

進捗率演算部１４は、油圧ショベル２の施工範囲における設計地形と現況地形とから油圧ショベル２の施工範囲における進捗率を演算する。例えば、進捗率演算部１４は、設計地形と現況地形との断面の距離、言い換えると断面の土の厚みの差から進捗率を演算してもよい。より詳しくは、進捗率演算部１４は、現況地形データ取得部１１が取得した現況地形データが示す断面と設計地形データ取得部１２が取得した設計地形データが示す断面との距離から進捗率を演算してもよい。または、例えば、進捗率演算部１４は、油圧ショベル２の施工範囲における目標土量に対する、油圧ショベル２の施工済み土量の割合を進捗率として演算してもよい。より詳しくは、進捗率演算部１４は、目標土量に対する、施工実績データ取得部１３が取得した施工実績データに含まれる施工済み土量の割合を進捗率として演算してもよい。

目標土量は、当該施工範囲における現況地形と設計地形との差分の土量として求められる値であり、後述するサーバ装置１０の記憶装置１０２に記憶される。例えば、施工範囲の最終的な形状が設定されている場合、最終的な形状に対応する目標土量が設定される。例えば、所定期間の目標形状が設定されている場合、所定期間の目標土量が設定されてもよい。例えば、日次で目標形状が設定されている場合、日次の目標土量が設定されてもよい。

目標土量は、例えば、施工範囲の土砂の掘削量を数値で示す数値データでもよいし、施工範囲の土砂の掘削量を示す画像データでもよい。

進捗率演算部１４は、現況地形データと設計地形データと施工実績データとに基づいて、施工現場１０００の進捗率を算出する。進捗率演算部１４は、施工現場１０００の施工範囲毎に、言い換えると、油圧ショベル２毎に、進捗率を算出する。より詳しくは、進捗率演算部１４は、施工実績データ取得部１３が取得した施工実績データから、油圧ショベル２の作業機による施工済み土量を算出する。そして、進捗率演算部１４は、サーバ装置１０の記憶装置１０２に記憶した目標土量と、算出した施工済み土量とから、油圧ショベル２の作業機による施工の進捗率を演算する。

引継司令部１５は、設計地形データに基づいて、第二作業機械としての油圧ショベル３に、第一作業機械としての油圧ショベル２の施工を引き継ぎさせるための制御信号を出力する。より詳しくは、引継司令部１５は、進捗率演算部１４が演算した進捗率が閾値以上である場合、第一作業機械としての油圧ショベル２に施工範囲の施工の中断と、施工範囲からの退避を指示する。また、引継司令部１５は、第二作業機械としての油圧ショベル３に施工範囲の施工の引き継ぎを指示する。

進捗率の閾値は、油圧ショベル２毎に設定されることが好ましい。例えば、施工範囲の最終的な形状が設定されている場合、最終的な形状に対する進捗率の閾値が設定される。例えば、所定期間の目標形状が設定されている場合、所定期間の目標形状に対する進捗率の閾値が設定される。例えば、日次で目標形状が設定されている場合、日次の目標形状に対する進捗率の閾値が設定される。進捗率の閾値は、サーバ装置１０の入力装置（入力部）１０３を介して設定可能である。

引継司令部１５は、進捗率が閾値以上であると判定された油圧ショベル２が複数台である場合、油圧ショベル３から最も近くに位置する油圧ショベル２の施工範囲の施工の引き継ぎを指示してもよい。

＜ハードウエア構成＞
図８は、実施形態に係る施工システムを示すブロック図である。サーバ装置１０は、ＣＰＵのようなプロセッサ１０１と、ＲＯＭ又はＲＡＭのような内部メモリ及びハードディスク装置のような外部メモリを含む記憶装置１０２と、キーボード、マウス、及びタッチパネルのような入力デバイスを含む入力装置１０３と、フラットパネルディスプレイ装置のような表示装置及びインクジェットプリンタのような印刷装置を含む出力装置１０４と、有線通信機器又は無線通信機器を含む入出力インターフェース回路１０５と、を有する。入力装置１０３は、進捗率の閾値の入力操作を受け付け可能である。入力された進捗率の閾値は、記憶装置１０２に記憶される。

施工現場１０００で稼働する油圧ショベル２は、プロセッサ２０１と、記憶装置２０２と、有線通信機器又は無線通信機器を含む入出力インターフェース回路２０３と、を有する。

施工現場１０００で稼働する油圧ショベル３は、プロセッサ３０１と、メインメモリ３０２と、ストレージ３０３と、有線通信機器又は無線通信機器を含む入出力インターフェース回路３０４と、を有する。

施工会社１１００に設置された情報端末５は、プロセッサ５０１と、記憶装置５０２と、入力装置５０３と、出力装置５０４と、有線通信機器又は無線通信機器を含む入出力インターフェース回路５０５と、を有する。

サーバ装置１０は、施工現場１０００の油圧ショベル２及び油圧ショベル３とデータ通信可能である。油圧ショベル２及び油圧ショベル３は、通信衛星回線又は携帯電話回線を介して、サーバ装置１０と無線でデータ通信する。なお、油圧ショベル２及び油圧ショベル３は、Ｗｉ－Ｆｉのような無線ＬＡＮ等、他の通信形態を用いてサーバ装置１０と無線でデータ通信してもよい。

サーバ装置１０は、施工会社１１００の情報端末５とデータ通信可能である。情報端末５は、通信衛星回線又は携帯電話回線を介して、サーバ装置１０と無線でデータ通信する。なお、情報端末５は、Ｗｉ－Ｆｉのような無線ＬＡＮ等、他の通信形態を用いてサーバ装置１０と無線でデータ通信してもよい。

＜施工方法＞
次に、施工システム１を用いる施工方法について説明する。図９は、本実施形態に係る施工方法の一例を示すフローチャートである。図１０は、本実施形態に係る施工方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、施工方法は、オペレータによって作業機が操作される第一作業機械としての油圧ショベル２と、作業機が自動制御される第二作業機械としての油圧ショベル３とを用いる。ここでは、油圧ショベル２の施工範囲における目標土量に対する施工済み土量の割合を進捗率として演算するものとして説明する。

サーバ装置１０は、現況地形データ取得部１１によって、施工現場１０００の現況地形を示す現況地形データを取得する（ステップＳＰ１）。現況地形データは、公知の測定手法を用いて測定可能であり、測定方法は限定されない。

サーバ装置１０は、設計地形データ取得部１２によって、施工現場１０００の設計地形を示す設計地形データを施工会社１１００から取得する（ステップＳＰ２）。

サーバ装置１０は、施工現場１０００において稼働するすべての油圧ショベル２について、進捗監視処理を実行する（ステップＳＰ３）。より詳しくは、サーバ装置１０は、図１０に示すフローチャートに従って、施工現場１０００において稼働するすべての油圧ショベル２について、ステップＳＰ１０ないしステップＳＰ５０の処理を実行する。

サーバ装置１０は、油圧ショベル２から、油圧ショベル２を識別可能な作業機ＩＤと当該油圧ショベル２の位置情報を取得する（ステップＳＰ１０）。作業機ＩＤは、例えば、サーバ装置１０と油圧ショベル２との通信時に取得可能である。なお、当該油圧ショベル２の施工範囲があらかじめ設定された既知のものであり、当該施工範囲から当該油圧ショベル２の位置が推定可能な場合には、位置情報の取得は省略してもよい。

サーバ装置１０は、施工実績データ取得部１３によって、施工現場１０００における、油圧ショベル２の施工範囲の施工実績を示す施工実績データを取得する（ステップＳＰ２０）。施工実績データを取得する方法は限定されない。

サーバ装置１０は、進捗率演算部１４によって、現況地形データと設計地形データと施工実績データとに基づいて、施工現場１０００の施工範囲の進捗率を算出する（ステップＳＰ３０）。より詳しくは、進捗率演算部１４によって、油圧ショベル２の施工範囲における目標土量に対する、油圧ショベル２の施工済み土量である進捗率を演算する。

サーバ装置１０は、進捗率演算部１４によって算出した進捗率が、当該油圧ショベル２について設定された閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳＰ４０）。進捗率が閾値以上であると判定する場合（ステップＳＰ４０でＹｅｓ）、ステップＳＰ５０へ進む。進捗率が閾値以上であると判定しない場合（ステップＳＰ４０でＮｏ）、処理を終了する。

進捗率が閾値以上であると判定する場合（ステップＳＰ４０でＹｅｓ）、サーバ装置１０は、引継司令部１５によって、第一作業機械としての当該油圧ショベル２の施工を、第二作業機械としての油圧ショベル３によって代替させる（ステップＳＰ５０）。より詳しくは、引継司令部１５によって、油圧ショベル２に対して、施工範囲の施工を中断することと、施工範囲から退避することとを指示する制御信号を出力する。引継司令部１５からの指示を受けた油圧ショベル２は、オペレータの操作によって、施工範囲の施工を中断して、施工範囲から退避する。また、引継司令部１５によって、油圧ショベル３に対して、油圧ショベル２から引き継いで施工範囲を施工することを指示する制御信号を出力する。引継司令部１５からの指示を受けた油圧ショベル３は、施工範囲へ移動して、設計地形データに基づいて、作業機を制御しながら、油圧ショベル２から引き継いで施工範囲の施工を行う。

＜効果＞
本実施形態では、油圧ショベル２の施工範囲の進捗率が閾値以上である場合、油圧ショベル２は、施工範囲の施工を中断し、油圧ショベル３は、油圧ショベル２から引き継いで施工範囲を施工する。本実施形態は、進捗率が閾値以上である、施工範囲の仕上げ段階においては、高精度な施工が可能な油圧ショベル３によって施工を代替できる。このようにして、本実施形態によれば、案内表示機能を有し、オペレータが操作する油圧ショベル２と、自動制御機能を有する油圧ショベル３とを用いて、施工の効率化を進めることができる。

本実施形態では、進捗率の閾値は、油圧ショベル２毎に設定される。本実施形態によれば、施工現場１０００に配置された油圧ショベル２に応じて、適切なタイミングで、油圧ショベル３によって施工を代替できる。

本実施形態において、進捗率が閾値以上であると判定された油圧ショベル２が複数台である場合、油圧ショベル３から最も近くに位置する油圧ショベル２の施工範囲の施工を引き継ぐようにしてもよい。本実施形態によれば、施工現場１０００の施工効率をより向上できる。

なお、本実施形態において、進捗率が閾値以上であると判定する場合に、サーバ装置１０は、第一作業機械としての当該油圧ショベル２の施工を第二作業機械としての油圧ショベル３によって代替させることに加え、ダンプトラック等の運搬機械に対して当該油圧ショベル２の施工範囲付近への移動を指示するようにしてもよい。このようにすれば、油圧ショベル２の施工によって生じた掘削土砂の運搬機械による運搬作業を効率よく行うことができる。

＜変形例＞
上記では、油圧ショベル３が１台である場合について説明したが、これに限定されない。油圧ショベル３は、複数台であってもよい。この場合、例えば、進捗率が閾値以上であると判定された油圧ショベル２からから最も近くに位置する油圧ショベル３が、施工の引き継ぐように指示してもよい。

１…施工システム、１０…サーバ装置、１１…現況地形データ取得部、１２…設計地形データ取得部、１３…施工実績データ取得部（取得部）、１４…進捗率演算部、１５…引継司令部（指示部）、２…油圧ショベル（第一作業機械）、２１…位置検出装置、２２…グローバル座標演算部、２３…ＩＭＵ、２４…センサコントローラ、２５…コントローラ、２６…作業機コントロール部、２７…表示コントロール部、２９…表示部、３…油圧ショベル（第二作業機械）、３１…位置検出装置、３２…グローバル座標演算部、３３…ＩＭＵ、３４…センサコントローラ、３５…コントローラ、３６…作業機自動コントロール部（作業機自動制御部）、３７…表示コントロール部、３９…表示部。

Claims (8)

1. 手動操作によって制御される第一作業機械と、
   施工範囲における現況地形及び設計地形の少なくともどちらかと第二作業機の刃先位置とに基づいて、前記第二作業機を自動制御する作業機自動制御部を有する第二作業機械と、を用いた施工方法であって、
   前記第一作業機械の施工範囲における前記設計地形と前記現況地形とから前記第一作業機械の施工範囲における進捗率を演算し、
   前記進捗率が閾値以上である場合、前記第一作業機械は前記施工範囲の施工を中断し、前記第二作業機械は前記第一作業機械から引き継いで前記施工範囲を施工する、
   施工方法。
2. 手動操作によって制御される第一作業機械と、
   施工範囲における現況地形及び設計地形の少なくともどちらかと第二作業機の刃先位置とに基づいて、前記第二作業機を自動制御する作業自動機制御部を有する第二作業機械と、を用いる施工システムであって、
   前記第一作業機械の施工範囲における前記設計地形を記憶する記憶部と、
   前記第一作業機械の施工範囲における施工実績を示す施工実績データを取得する取得部と、
   前記記憶部に記憶された前記第一作業機械の施工範囲における前記設計地形と前記取得部が取得した前記施工実績データとから前記第一作業機械による施工の進捗率を演算する進捗率演算部と、
   前記進捗率演算部が演算した前記進捗率が閾値以上である場合、前記第一作業機械に前記施工範囲の施工の中断を指示し、前記第二作業機械に前記施工範囲の施工の引き継ぎを指示する指示部と、
   を備える施工システム。
3. 前記記憶部は、前記第一作業機械の目標土量を記憶し、
   前記取得部は、前記第一作業機械の動作情報を取得し、
   前記取得部が取得した前記動作情報から前記第一作業機械による施工済み土量を算出し、前記目標土量と前記施工済み土量とから前記第一作業機械による施工の進捗率を演算する、
   請求項２に記載の施工システム。
4. 前記第一作業機械は、施工範囲における現況地形及び設計地形の少なくともどちらかと、第一作業機の刃先位置との案内を表示する表示部を有する、
   請求項２または３に記載の施工システム。
5. 前記第一作業機械は、施工範囲における現況地形と設計地形と第一作業機の刃先位置との少なくともいずれかの案内を表示する案内表示機能を有する、
   請求項２から４のいずれか一項に記載の施工システム。
6. 前記第一作業機械は、複数台であり、
   前記進捗率の閾値は、前記第一作業機械毎に設定される、
   請求項２から５のいずれか一項に記載の施工システム。
7. 前記指示部は、前記進捗率が閾値以上であると判定された前記第一作業機械が複数台である場合、前記第二作業機械から最も近くに位置する前記第一作業機械の前記施工範囲の施工の引き継ぎを指示する、
   請求項６に記載の施工システム。
8. 前記進捗率の閾値を入力可能な入力部、
   を備える、請求項２から７のいずれか一項に記載の施工システム。

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