JP7461736B2

JP7461736B2 - 施工現場において作業機械の施工計画を決定するためのシステムおよび方法

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Publication number: JP7461736B2
Application number: JP2019233066A
Authority: JP
Inventors: 伸也加納; 周蓼沼
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Description

本発明は、施工現場において作業機械の施工計画を決定するためのシステムおよび方法に関する。

ある種の施工現場では、切土領域から切り出された土を、作業機械によって運搬して、盛土領域に置く施工が行われる。例えば特許文献１は、このような施工の生産性を向上させるためのシミュレーションシステムを開示している。特許文献１のシミュレーションシステムは、施工現場の現況地形と設計地形との差分から、施工現場の施工量を示す施工量データを取得する。シミュレーションシステムは、作業機械の台数と施工能力とを含む原単位データを取得する。シミュレーションシステムは、施工の手順と作業機械の走行経路とを含む施工条件データを取得する。シミュレーションシステムは、施工量データと、原単位データと、施工条件データとから、施工現場の施工状況と作業機械の稼働状況とをシミュレーションする。

国際公開公報ＷＯ２０１７／１７０９６８号

施工現場の生産性を向上させるためには、いかに効率的に土を運搬するかが重要な要素の一つである。例えば、切土領域と盛土領域とが、施工現場において複数の領域に分散している場合、切土領域と盛土領域とを結ぶ走行経路の多数の組み合わせが考えられる。また、施工の進捗に応じて、施工現場の地形は変化する。施工現場の地形が変化すると、選択可能な走行経路も変化する。従って、走行経路の組み合わせに加えて、施工順序をどうするかが、施工効率に大きな影響を与える。

本開示の目的は、施工の進捗に伴う地形の変化を考慮して、走行経路の変化のシミュレーションを行うことにより、施工効率を向上させることができる施工計画を決定するためのシステムおよび方法を提供することにある。

本開示の第１の態様は、施工現場において作業機械の施工計画を決定するためのシステムである。当該システムは、領域データモジュールと計画モジュールとを備える。領域データモジュールは、切土領域データと盛土領域データとを取得する。切土領域データは、施工現場において複数の切土領域の位置を示す。盛土領域データは、施工現場において複数の盛土領域の位置を示す。計画モジュールは、施工現場の地形の変化を考慮した切土領域と盛土領域とを結ぶ複数の走行経路の組み合わせを含む目標走行経路と施工順序とを、施工計画として決定する。

本開示の第２の態様は、施工現場において作業機械の施工計画を決定するためにコンピュータに実装される方法である。当該方法は、以下の処理を備える。第１の処理は、施工現場において複数の切土領域の位置を示す切土領域データを取得することである。第２の処理は、施工現場において複数の盛土領域の位置を示す盛土領域データを取得することである。第３の処理は、作業機械の施工による施工現場の地形の変化を考慮した切土領域と盛土領域とを結ぶ複数の走行経路の組み合わせを含む目標走行経路と施工順序とを、施工計画として決定することである。なお、各処理の実行の順序は、上記の記載の順序に限らず、変更されてもよい。

本開示に係るシステムおよび方法によれば、施工効率を向上させるために適切な施工計画を決定することができる。

実施形態に係るシステムの構成を示す模式図である。目標走行経路を決定するための処理を示すフローチャートである。現況地形の一例を示す上面図である。切土領域と盛土領域と境界領域とに分割された現況地形の一例を示す図である。領域分割の処理を示すフローチャートである。複数の要素領域に分割された現況地形の一例を示す図である。高低差データの一部を示す拡大図である。要素領域のグループ化を示す図である。手動による領域分割を示す図である。手動による領域分割を示す図である。走行経路の候補の決定方法を示す模式図である。走行経路の候補の決定方法を示す模式図である。施工によって変化した現況地形の高さの算出方法を示す図である。目標走行経路の一例を示す図である。施工工程表の一例を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。図１は、実施形態に係るシステム１の構成を示す模式図である。本実施形態に係るシステム１は、施工現場において作業機械の目標走行経路を決定するためのシステムである。図１に示すように、システム１は、コンピュータ１１と、入力装置１２と、ディスプレイ１３とを備える。コンピュータ１１は、プロセッサ１４と、記憶装置１５と、通信インタフェース１６と、Ｉ／Ｏインタフェース１７とを含む。

プロセッサ１４は、例えばCPU（Central Processing Unit）である。プロセッサ１４は、GPU（Graphics Processing Unit）などの他のプロセッサであってもよい。記憶装置１５は、記録されたプログラム及びデータなどの情報をプロセッサ１４が読み取り可能なように記録する媒体を含む。記憶装置１５は、RAM（Random Access Memory）、或いはROM（Read Only Memory）などのシステムメモリと、補助記憶装置とを含む。補助記憶装置は、例えばハードディスク等の磁気的記録媒体、ＣＤ、ＤＶＤ等の光学的記録媒体、或いは、フラッシュメモリ等の半導体メモリであってもよい。記憶装置１５は、システム１に内蔵されてもよい。記憶装置１５は、システム１に着脱可能に接続される記録媒体を含んでもよい。

通信インタフェース１６は、通信ネットワークを介した通信を行うためのインタフェースである。通信インタフェース１６は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）モジュール、或いは無線ＬＡＮモジュール等である。システム１は、通信ネットワークを介して、外部のコンピュータにデータを送信する。また、システム１は、通信ネットワークを介して、外部のコンピュータからデータを受信する。

システム１は、Ｉ／Ｏインタフェース１７を介して、入力装置１２およびディスプレイ１３に接続される。入力装置１２は、オペレータがシステム１への入力を行うための装置である。入力装置１２は、例えば、マウス、或いはトラックボール等のポインティングデバイスを含む。入力装置１２は、キーボード等の文字入力のための装置を含んでもよい。入力装置１２は、タッチパネルを含んでもよい。入力装置１２は、オペレータによる操作を受け付ける。入力装置１２は、オペレータによって入力された操作を示す信号をコンピュータ１１に出力する。

ディスプレイ１３は、例えば、液晶ディスプレイ（LCD）、或いは有機ＥＬディスプレイ（OELD）である。ディスプレイ１３は、他の種類のディスプレイであってもよい。ディスプレイ１３は、コンピュータ１１からの映像信号に応じた映像を表示する。

図１に示すように、システム１は、領域データモジュール２１と、計画モジュール２２と、出力モジュール２３とを含む。モジュール２１－２３は、プロセッサ１４によって実行されるプログラム、アルゴリズム、或いはデータを含んでもよい。モジュール２１－２３は、単一のプロセッサによって実現されてもよく、或いは複数のプロセッサに分散して実現されてもよい。

図２は、作業機械の施工計画を決定するためにシステム１によって実行される処理を示すフローチャートである。作業機械の施工計画は、作業機械の目標走行経路と施工順序とを含む。図２に示すように、ステップＳ１０１では、領域データモジュール２１は、現況地形データを取得する。現況地形データは、施工現場の現況地形を示す３次元の測量データである。現況地形データは、現況地形上の各地点の平面座標と高さとを含む。図３は、現況地形３１の一例を示す上面図である。

ステップＳ１０２では、領域データモジュール２１は、目標地形データを取得する。目標地形データは、施工現場の目標地形を示す３次元の設計データである。目標地形データは、目標地形上の各地点の平面座標と高さとを含む。現況地形データと目標地形データとは、例えば、外部のコンピュータから通信ネットワークを介して、システム１に送信され、記憶装置１５に保存される。或いは、現況地形データと目標地形データとは、記録媒体を介して、システム１に入力されてもよい。

ステップＳ１０３では、領域データモジュール２１は、施工条件データを取得する。施工条件データは、施工現場での施工に利用可能な作業機械の台数と施工能力とを含む。作業機械は、例えば、ブルドーザ、油圧ショベル、或いはダンプトラックを含む。施工能力は、例えば、ブルドーザ或いは油圧ショベルが掘削可能な単位時間当たりの土量であってもよい。施工能力は、ブルドーザのブレードの容量、或いは油圧ショベルのバケットの容量であってもよい。施工能力は、ダンプトラックが運搬可能な土量であってもよい。施工条件データは、外部のコンピュータから通信ネットワークを介して、システム１に送信され、記憶装置１５に保存される。或いは、施工条件データは、記録媒体を介して、システム１に入力されてもよい。或いは、施工条件データは、入力装置１２を介してオペレータによって入力されてもよい。

ステップＳ１０４では、領域データモジュール２１は、領域分割を実行する。ここでは、領域データモジュール２１は、現況地形３１を、切土領域と盛土領域と境界領域とに分割する。切土領域は、作業機械が切土作業を行う領域である。切土作業では、作業機械は現況地形３１を掘削する。盛土領域は、作業機械が盛土作業を行う領域である。盛土作業では、作業機械は現況地形３１上に土を置く。図４は、分割された現況地形３１の一例を示す図である。図４に示す例では、現況地形３１は、切土領域Ａ１－Ａ６と、盛土領域Ｂ１－Ｂ６と、境界領域Ｃ１－Ｃ６とに分割された現況地形３１を示している。

図５は、領域分割の処理を示すフローチャートである。図５に示すように、ステップＳ２０１では、領域データモジュール２１は、現況地形３１を複数の要素領域に分割する。要素領域は、例えば正方形の形状を有する。要素領域は、例えば三角形、或いは六角形など他の形状を有してもよい。各要素領域の大きさは、領域分割のために適切に予め定められて、記憶装置１５に保存されている。

図６は、複数の要素領域に分割された現況地形３１の一例を示す図である。領域データモジュール２１は、各要素領域F(p,q)の高さを算出する。例えば、領域データモジュール２１は、要素領域F(p,q)内の現況地形３１の高さの平均値を、要素領域F(p,q)の高さとして算出する。或いは、領域データモジュール２１は、要素領域F(p,q)内の現況地形３１の任意の代表地点の高さを、要素領域F(p,q)の高さとして算出してもよい。

ステップＳ２０２では、領域データモジュール２１は、要素領域F(p,q)の高低差データを取得する。高低差データは、各要素領域F(p,q)における現況地形３１と目標地形との高さの差を示す。図７は、要素領域F(p,q)（p＝１，２，３，．．．、q＝１，２，３，．．．）の高低差データの一部を示す拡大図である。なお、図７では、各要素領域F(p,q)の一部のみに符号が付されており、他の各要素領域F(p,q)の符号は省略されている。

図７において、各要素領域F(p,q)に付された数値は、各要素領域F(p,q)の高低差を示す。正の値は、現況地形３１が目標地形よりも上方に位置することを示す。負の値は、現況地形３１が目標地形よりも下方に位置することを示す。０は、現況地形３１が目標地形と同じ高さであることを示す。なお、図７に示す数値は単なる例示であり、これらの限定されるものではない。

ステップＳ２０３では、領域データモジュール２１は、各要素領域F(p,q)の属性を決定する。領域データモジュール２１は、現況地形３１が目標地形よりも上方に位置する要素領域F(p,q)を切土属性として決定する。すなわち、領域データモジュール２１は、正の値の高低差データを有する要素領域F(p,q)の属性を、切土属性に決定する。

領域データモジュール２１は、現況地形３１が目標地形よりも下方に位置する要素領域F(p,q)を盛土属性として決定する。すなわち、領域データモジュール２１は、負の値の高低差データを有する要素領域F(p,q)の属性を、盛土属性に決定する。領域データモジュール２１は、現況地形３１が目標地形と同じ高さに位置する要素領域F(p,q)を境界属性として決定する。すなわち、領域データモジュール２１は、０の値の高低差データを有する要素領域F(p,q)の属性を、境界属性に決定する。なお、掘削機械の施工性の観点から、実質的に同じ高さと見なせる程度に小さな高低差については０と見なされてもよい。

ステップＳ２０４では、領域データモジュール２１は、要素領域F(p,q)をグループ化する。詳細には、領域データモジュール２１は、互いに隣り合う切土属性を有する要素領域F(p,q)をグループ化する。領域データモジュール２１は、互いに隣り合う盛土属性を有する要素領域F(p,q)をグループ化する。領域データモジュール２１は、互いに隣り合う境界属性を有する要素領域F(p,q)をグループ化する。

ステップＳ２０５では、領域データモジュール２１は、切土領域データを取得する。領域データモジュール２１は、切土属性を有する要素領域F(p,q)のグループを切土領域として決定する。領域データモジュール２１は、切土領域に含まれる要素領域F(p,q)の位置と高低差データとを切土領域データとして取得する。領域データモジュール２１は、切土領域の代表点の位置を切土領域の位置として決定する。代表点は、切土領域の重心の位置であってもよい。或いは、代表点は、入力装置１２によって設定されてもよい。

ステップＳ２０６では、領域データモジュール２１は、盛土領域データを取得する。領域データモジュール２１は、盛土属性を有する要素領域F(p,q)のグループを盛土領域として決定する。領域データモジュール２１は、盛土領域に含まれる要素領域F(p,q)の位置と高低差データとを切土領域データとして取得する。領域データモジュール２１は、盛土領域の代表点の位置を盛土領域の位置として決定する。代表点は、盛土領域の重心の位置であってもよい。或いは、代表点は、入力装置１２によって設定されてもよい。

ステップＳ２０７では、領域データモジュール２１は、境界領域データを取得する。領域データモジュール２１は、境界属性を有する要素領域F(p,q)のグループを境界領域として決定する。領域データモジュール２１は、境界領域に含まれる要素領域F(p,q)の位置と高低差データとを境界領域データとして取得する。

図７に示した例では、図８に示すように、領域データモジュール２１は、切土属性を有する要素領域F(p,q)のグループを切土領域Ａ１，Ａ２として決定する。領域データモジュール２１は、盛土属性を有する要素領域F(p,q)のグループを盛土領域Ｂ１として決定する。領域データモジュール２１は、境界属性を有する要素領域F(p,q)のグループを境界領域Ｃ１，Ｃ２として決定する。以上の処理により、図４に示すように、施工現場の現況地形３１が、切土領域Ａ１－Ａ６と、盛土領域Ｂ１－Ｂ６と、境界領域Ｃ１－Ｃ６とに分割される。

なお、図９に示すように、オペレータによる入力装置１２の操作によって、現況地形３１の任意の範囲Ｄ１を指定可能であってもよい。図１０に示すように、領域データモジュール２１は、指定された範囲Ｄ１内の現況地形３１を、盛土領域Ｂ７として、さらに分割してもよい。或いは、領域データモジュール２１は、指定された範囲内の現況地形３１を、切土領域として、さらに分割してもよい。

図２に示すステップＳ１０５では、領域データモジュール２１は、施工土量を取得する。詳細には、領域データモジュール２１は、各切土領域の施工土量を取得する。切土領域の施工土量は、作業機械によって掘削される土量を示す。領域データモジュール２１は、各盛土領域の施工土量を取得する。盛土領域の施工土量は、作業機械によって現況地形３１上に置かれる土量を示す。領域データモジュール２１は、現況地形３１と目標地形との体積の差から、各切土領域の施工土量と、各盛土領域の施工土量とを算出する。

ステップＳ１０６では、出力モジュール２３は、分割された各領域をディスプレイ１３に表示する。出力モジュール２３は、現況地形３１上の切土領域と盛土領域と境界領域とを異なる色でディスプレイ１３に表示する。それにより、図４に示すように、切土領域Ａ１－Ａ６と、盛土領域Ｂ１－Ｂ６と、境界領域Ｃ１－Ｃ６とに分割された現況地形３１が、ディスプレイ１３に表示される。出力モジュール２３は、各領域での土量分布に応じて、濃淡を付けて各領域をディスプレイ１３に表示してもよい。

ステップＳ１０７では、計画モジュール２２は、通過禁止領域の位置を取得する。計画モジュール２２は、隣り合う要素領域F(p,q)の高低差から勾配を算出する。例えば、計画モジュール２２は、閾値以上の勾配を有する要素領域F(p,q)を、通過禁止領域として決定する。計画モジュール２２は、閾値より小さい勾配を有する要素領域F(p,q)を、通過可能領域として決定する。或いは、オペレータによる入力装置１２の操作によって、通過禁止領域が決定されてもよい。

ステップＳ１０８では、計画モジュール２２は、目標走行経路と施工順序とを決定する。目標走行経路は、切土領域と盛土領域とを結ぶ複数の走行経路の組み合わせを含む。走行経路は、切土領域の代表点と盛土領域の代表点とを結ぶ。計画モジュール２２は、走行経路の複数の候補のなかから、作業機械による施工のコストを最小とする候補を目標走行経路として決定する。

計画モジュール２２は、通過禁止領域を通過する走行経路を除いて走行経路の候補を決定する。また、計画モジュール２２は、施工現場の地形の変化を考慮して、目標走行経路の複数の候補を決定する。例えば、計画モジュール２２は、作業機械による施工により通過禁止領域が通過可能領域に変化することを考慮して、走行経路の候補を決定する。

図１１および図１２は、走行経路の候補の決定方法を示す模式図である。図１１に示すように、現況地形３１は、例えば、第１切土領域Ａ１１と、第２切土領域Ａ１２と、第３切土領域Ａ１３とを含む。また、現況地形３１は、第１盛土領域Ｂ１１と、第２盛土領域Ｂ１２と、第３盛土領域Ｂ１３とを含む。

第１切土領域Ａ１１と、第２切土領域Ａ１２と、第３切土領域Ａ１３との勾配により、第１切土領域Ａ１１と、第２切土領域Ａ１２と、第３切土領域Ａ１３とをそれぞれ通過する走行経路は、通過禁止領域と決定されている。第１盛土領域Ｂ１１と、第２盛土領域Ｂ１２と、第３盛土領域Ｂ１３との勾配により、第１盛土領域Ｂ１１と、第２盛土領域Ｂ１２と、第３盛土領域Ｂ１３とをそれぞれ通過する走行経路は、通過禁止領域と決定されている。

従って、計画モジュール２２は、第１切土領域Ａ１１と、第２切土領域Ａ１２と、第３切土領域Ａ１３との上を通る経路を、走行経路の候補から除外する。また、計画モジュール２２は、第１盛土領域Ｂ１１と、第２盛土領域Ｂ１２と、第３盛土領域Ｂ１３との上を通る経路を、走行経路の候補から除外する。そのため、図１１に示すように、計画モジュール２２は、経路Ｒ１－Ｒ３を第１番目の走行経路の候補として決定する。

図１２において、Ｓ１は第１番目の目標経路の候補を示している。Ｓ２１は、経路Ｒ１が第１番目の目標経路として選択された場合の第２番目の目標経路の候補を示している。経路Ｒ１は、作業機械が、第１切土領域Ａ１１で切土作業を行い、第１切土領域Ａ１１で取得した土を第１盛土領域Ｂ１１に搬送する施工パターンを示す。Ｓ２２は、経路Ｒ２が第１番目の目標経路として選択された場合の第２番目の目標経路の候補を示している。経路Ｒ２は、作業機械が、第２切土領域Ａ１２で切土作業を行い、第２切土領域Ａ１２で取得した土を第２盛土領域Ｂ１２に搬送する施工パターンを示す。Ｓ２３は、経路Ｒ３が第１番目の目標経路として選択された場合の第２番目の目標経路の候補を示している。経路Ｒ３は、作業機械が、第３切土領域Ａ１３で切土作業を行い、第３切土領域Ａ１３で取得した土を第３盛土領域Ｂ１３に搬送する施工パターンを示す。

Ｓ２１に示されているように、経路Ｒ１が第１番目の目標経路として選択されると、作業機械によって、第１切土領域Ａ１１が掘削され、第１盛土領域Ｂ１１が埋められる。従って、第１切土領域Ａ１１と第１盛土領域Ｂ１１との勾配が小さくなり、計画モジュール２２は、第１切土領域Ａ１１と第１盛土領域Ｂ１１とを通過する走行経路を、通過禁止領域から通過可能領域に変更する。そのため、Ｓ２１に示すように、計画モジュール２２は、経路Ｒ４，Ｒ５を第２番目の走行経路の候補として決定する。

図１２において、Ｓ３１－Ｓ３６は、第２番目の目標経路の候補Ｓ２１－Ｓ２３のそれぞれに対応する第３番目の目標経路の候補を示している。Ｓ３３に示すように、Ｓ２１において第２番目の目標経路の候補として経路Ｒ４が選択されると、作業機械によって、第３切土領域Ａ１３が掘削され、第３盛土領域Ｂ１３が埋められる。従って、第３切土領域Ａ１３と第３盛土領域Ｂ１３との勾配が小さくなり、計画モジュール２２は、第３切土領域Ａ１３と第３盛土領域Ｂ１３とを通過する走行経路を、通過禁止領域から通過可能領域に変更する。そのため、Ｓ３３に示すように、計画モジュール２２は、経路Ｒ６を第３番目の走行経路の候補として決定する。

このように、施工の進捗に伴って施工現場の現況地形は変化していく。そのため、施工現場の各領域をどのような順序で施工するかによって、選択可能な走行経路も変化する。計画モジュール２２は、施工のコストに基づいて、目標走行経路及び施工順序として決定する。例えば、計画モジュール２２は、施工のコストが最小となるようにＳ１，Ｓ２１－Ｓ２３，Ｓ３１－Ｓ３６の中から走行経路の組み合わせと順序とを決定し、それらを目標走行経路及び施工順序として決定する。

以上のように、計画モジュール２２は、切土領域と盛土領域とを結ぶ複数の走行経路の候補を決定し、コストが最小となる走行経路の組み合わせと順序とを、目標走行経路及び施工順序として決定する。コストは、水平移動距離と、垂直移動距離と、運搬される土量とに基づいて定められる。水平移動距離は、互いに隣り合う要素領域F(p,q)間の水平方向の距離である。垂直移動距離は、互いに隣り合う要素領域F(p,q)間の高低差である。水平移動距離と垂直移動距離とがコストに含まれることで、計画モジュール２２は、移動距離と勾配による通り易さとを考慮して、目標走行経路を決定する。

計画モジュール２２は、公知の最適化アルゴリズム、或いは、学習済みのＡＩ（Artificial Intelligence）モデルを用いて、目標走行経路を決定する。例えば、計画モジュール２２は、A*アルゴリズムを用いて、コストが最小となる目標走行経路を決定する。以下の式（１）は、A*アルゴリズムにおけるコストf(n)を示している。
f(n)=g1(n)+ g2(n)+ h(n) (1)

g1(n)は、ある要素領域から次の要素領域に水平方向に移動するときの距離に応じたコストである。g2(n)は、ある要素領域と次の要素領域域との間の高低差に応じたコストである。h(n)は、ゴールとする盛土領域に到達するまで推定コストである。計画モジュール２２は、コストf(n)が最小となるように、走行経路の組み合わせを決定する。

また、計画モジュール２２は、施工現場全体の作業量が最適になるよう、各経路において搬送される土量を算出する。例えば、計画モジュール２２は、作業機械の移動距離と搬送される土量との積の和が最小となるように、搬送される土量を決定してもよい。

計画モジュール２２は、ｎ番目の目標経路を決定する際、１～（ｎ－１）番目までの施工による現況地形３１の高さの変化を考慮して、コストg2(n)を決定する。図１３は、作業機械による施工によって変化する現況地形３１の高さの算出方法を示す図である。図１３では、現況地形３１の断面が示されている。計画モジュール２２は、以下の式（２）を用いて、作業機械による施工によって変化する現況地形３１の高さを算出する。

h(v)は、作業機械による施工によって変化した現況地形３１の高さである。h_planは、目標地形の高さである。h_iは、所定の水平面の高さである。v_iは、現況地形高さから所定の水平面の高さhiまでの土量である。vは、作業機械によって施工される土量である。

ステップＳ１０９では、出力モジュール２３は、施工計画を出力する。例えば、出力モジュール２３は、目標走行経路をディスプレイ１３に表示させる。図１４に示すように、出力モジュール２３は、現況地形３１上に目標走行経路Ｒ１１－Ｒ２２を表示する。或いは、出力モジュール２３は、通信ネットワークを介して、目標走行経路Ｒ１１－Ｒ２２を示すデータを外部のコンピュータに出力してもよい。或いは、出力モジュール２３は、目標走行経路Ｒ１１－Ｒ２２を示すデータを記録媒体に出力してもよい。

以上説明した本実施形態に係るシステム１では、計画モジュール２２は、施工現場の地形の変化を考慮した目標走行経路と施工順序とを施工計画として決定する。そのため、システム１は、施工による現況地形３１の変化を予測して、施工計画を決定することができる。それにより、システム１は、施工効率を向上させるために適切な施工計画を決定することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

システム１の構成は変更されてもよい。例えば、システム１は、複数のコンピュータを含んでもよい。上述したシステム１による処理は、複数のコンピュータに分散して実行されてもよい。システム１は、複数のプロセッサを含んでもよい。上述した処理は、複数のプロセッサに分散して実行されてもよい。

上述した処理の実行の順序は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。上述した処理の一部が省略、或いは変更されてもよい。上述した処理に他の処理が追加されてもよい。切土領域と盛土領域との決定方法は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、切土領域と盛土領域とは、予め設定されたデータから取得されてもよい。

システム１は、A*アルゴリズムに限らず、ダイクストラ法、モンテカルロ木探索などの他の経路探索アルゴリズムを用いて、目標走行経路を決定してもよい。或いは、システム１は、学習済みのAIモデル、或いは最適化手法等を用いて、目標走行経路と施工順序とを決定してもよい。例えば、システム１は、Deep Q-Networkなどの強化学習によるAIモデルを用いて、目標走行経路と施工順序とを決定してもよい。システム１は、次の経路へ移る際の移り易さ等の施工現場の条件を加味して、施工順序を決定してもよい。例えば、次の経路窓の移動距離が大きい場合には、移り易さは低くなる。

システム１は、施工計画のシミュレータとして利用されてもよい。システム１は、目標走行経路に基づいて、施工工程表を生成してもよい。図１５は、施工工程表１００の一例を示す図である。例えば、施工工程表１００は、施工する領域と、施工時間と、施工順序とを示す。システム１は、上述した目標走行経路から、作業機械の総走行距離と、運搬される総土量とを算出してもよい。システム１は、総走行距離と総土量と施工条件データとから、各領域での施工時間と施工順序とを決定してもよい。

システム１は、作業機械の自動制御に利用されてもよい。出力モジュール２３は、目標走行経路を示すデータを、作業機械のコントローラに出力してもよい。作業機械は、目標走行経路を示すデータに基づいて、自動制御されてもよい。例えば、システム１は、作業機械が目標走行経路に従って走行するように、作業機械を遠隔から自動制御してもよい。

システム１は、各走行経路の始点、及び／又は、終点を、所定の作業機械の配備位置として決定してもよい。例えば、システム１は、各始点に配備される作業機械に対して、各始点に移動するように、作業機械を遠隔から自動制御してもよい。システム１は、各終点に配備される作業機械に対して、各終点に移動するように、作業機械を遠隔から自動制御してもよい。

１２入力装置
１３ディスプレイ
２１領域データモジュール
２２計画モジュール

Claims

作業現場において作業機械の施工計画を決定するためのシステムであって、
前記作業現場において複数の切土領域の位置を示す切土領域データと、前記作業現場において複数の盛土領域の位置を示す盛土領域データとを取得する領域データモジュールと、
前記作業現場の地形の変化を考慮した前記切土領域と前記盛土領域とを結ぶ複数の走行経路の組み合わせを含む目標走行経路と施工順序とを、前記施工計画として決定する計画モジュールと、
を備え、
前記切土領域は、第１切土領域を含み、
前記盛土領域は、第１盛土領域を含み、
前記計画モジュールは、前記作業機械により、前記第１切土領域又は前記第１盛土領域に対して、掘削作業又は盛土作業を行うことによって、地形が変化したのちに、少なくとも前記第１切土領域又は前記第１盛土領域の一部を通るように前記目標走行経路を決定する、
システム。
前記計画モジュールは、前記作業機械の作業による前記作業現場の地形の高さの変化を考慮して、前記目標走行経路と前記施工順序とを決定する、
請求項１に記載のシステム。
前記計画モジュールは、前記作業機械の水平移動距離と垂直移動距離と運搬土量とにより定められるコストに基づいて、前記目標走行経路と前記施工順序とを決定する、
請求項１又は２に記載のシステム。
前記計画モジュールは、
通過禁止領域の位置と通過可能領域の位置とを取得し、
前記作業機械の作業により前記通過禁止領域が前記通過可能領域に変化することを考慮して、前記目標走行経路と前記施工順序とを決定する、
請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
前記目標走行経路は、第１目標経路と第２目標経路とを含み、
前記計画モジュールは、
前記第１切土領域が前記通過禁止領域であるときには、前記第１切土領域を通過する走行経路を除いた前記走行経路の候補から前記第１目標経路を決定し、
前記第１目標経路に従う前記作業機械の作業によって前記第１切土領域が前記通過可能領域に変化するときには、前記第１切土領域を通過する走行経路を含む前記走行経路の候補から前記第２目標経路を決定する、
請求項４に記載のシステム。
前記目標走行経路は、第３目標経路と第４目標経路とを含み、
前記計画モジュールは、
前記第１盛土領域が前記通過禁止領域であるときには、前記第１盛土領域を通過する走行経路を除いた前記走行経路の候補から前記第３目標経路を決定し、
前記第３目標経路に従う前記作業機械の作業によって前記第１盛土領域が前記通過可能領域に変化するときには、前記第１盛土領域を通過する走行経路を含む前記走行経路の候補から前記第４目標経路を決定する、
請求項４又は５に記載のシステム。
前記領域データモジュールは、前記作業現場の現況地形を示す現況地形データを取得し、
前記現況地形データでは、前記現況地形が複数の要素領域に分割され、
前記現況地形データは、前記複数の要素領域の高さを含み、
前記計画モジュールは、前記走行経路の距離と、前記走行経路に含まれる前記要素領域の高さの差に基づいて、前記目標走行経路と前記施工順序とを決定する、
請求項１から６のいずれかに記載のシステム。
前記領域データモジュールは、
前記作業現場の目標地形を示す目標地形データを取得し、
前記現況地形が前記目標地形より上方に位置する前記要素領域を切土属性として決定し、
前記現況地形が前記目標地形より下方に位置する前記要素領域を盛土属性として決定し、
前記現況地形が前記目標地形と同じ高さに位置する前記要素領域を境界属性として決定する、
請求項７に記載のシステム。
前記領域データモジュールは、
互いに隣あう前記切土属性を有する前記要素領域をグループ化して、前記切土領域の１つとして決定し、
互いに隣あう前記盛土属性を有する前記要素領域をグループ化して、前記盛土領域の１つとして決定する、
請求項８に記載のシステム。
オペレータによる操作を受け付ける入力装置をさらに備え、
前記領域データモジュールは、前記入力装置への操作に応じて、前記切土領域、又は、前記盛土領域を分割する、
請求項９に記載のシステム。
前記作業機械は、ダンプトラックを含み、
前記目標走行経路は、前記ダンプトラックのための目標走行経路である、
請求項１から１０のいずれかに記載のシステム。
前記地形の変化は、前記作業機械により、前記第１切土領域または前記第１盛土領域の勾配が小さくなるように、施工をすることである、
請求項１から１１のいずれかに記載のシステム。
作業現場において作業機械の施工計画を決定するためにコンピュータに実装される方法であって、
前記作業現場において第１切土領域を含む複数の切土領域の位置を示す切土領域データを取得することと、
前記作業現場において第１盛土領域を含む複数の盛土領域の位置を示す盛土領域データを取得することと、
前記作業現場の地形の変化を考慮した前記切土領域と前記盛土領域とを結ぶ複数の走行経路の組み合わせを含む目標走行経路と施工順序とを、前記施工計画として決定することと、
前記作業機械により、前記第１切土領域又は前記第１盛土領域に対して、掘削作業又は盛土作業を行うことによって、地形が変化したのちに、少なくとも前記第１切土領域又は前記第１盛土領域の一部を通るように前記目標走行経路を決定すること、
を備える方法。
前記作業現場の地形の変化は、前記作業機械の作業による前記作業現場の地形の高さの変化を含む、
請求項１３に記載の方法。
前記作業機械の水平移動距離と垂直移動距離と運搬土量とにより定められるコストに基づいて、前記目標走行経路と前記施工順序とが決定される、
請求項１３又は１４に記載の方法。
通過禁止領域の位置と通過可能領域の位置とを取得することをさらに備え、
前記作業現場の地形の変化は、前記作業機械の作業により前記通過禁止領域が前記通過可能領域に変化することを含む、
請求項１３から１５のいずれかに記載の方法。
前記目標走行経路は、第１目標経路と第２目標経路とを含み、
前記第１切土領域が前記通過禁止領域であるときには、前記第１切土領域を通過する走行経路を除いた前記走行経路の候補から前記第１目標経路を決定することと、
前記第１目標経路に従う前記作業機械の作業によって前記第１切土領域が前記通過可能領域に変化するときには、前記第１切土領域を通過する走行経路を含む前記走行経路の候補から前記第２目標経路を決定すること、
をさらに備える請求項１６に記載の方法。
前記目標走行経路は、第３目標経路と第４目標経路とを含み、
前記第１盛土領域が前記通過禁止領域であるときには、前記第１盛土領域を通過する走行経路を除いた前記走行経路の候補から前記第３目標経路を決定することと、
前記第３目標経路に従う前記作業機械の作業によって前記第１盛土領域が前記通過可能領域に変化するときには、前記第１盛土領域を通過する走行経路を含む前記走行経路の候補から前記第４目標経路を決定すること、
をさらに備える請求項１６又は１７に記載の方法。
前記作業現場の現況地形を示す現況地形データを取得することをさらに備え、
前記現況地形データでは、前記現況地形が複数の要素領域に分割され、
前記現況地形データは、前記複数の要素領域の高さを含み、
前記走行経路の距離と、前記走行経路に含まれる前記要素領域の高さの差に基づいて、前記目標走行経路と前記施工順序とを決定することをさらに備える、
請求項１３から１８のいずれかに記載の方法。
前記作業現場の目標地形を示す目標地形データを取得することと、
前記現況地形が前記目標地形より上方に位置する前記要素領域を切土属性として決定することと、
前記現況地形が前記目標地形より下方に位置する前記要素領域を盛土属性として決定することと、
前記現況地形が前記目標地形と同じ高さに位置する前記要素領域を境界属性として決定すること、
をさらに備える請求項１９に記載の方法。
互いに隣あう前記切土属性を有する前記要素領域をグループ化して、前記切土領域の１つとして決定することと、
互いに隣あう前記盛土属性を有する前記要素領域をグループ化して、前記盛土領域の１つとして決定すること、
をさらに備える請求項２０に記載の方法。
オペレータによる操作を示す入力装置からの信号を受信することと、
前記入力装置への前記操作に応じて、前記切土領域、又は、前記盛土領域を分割すること、
をさらに備える請求項２１に記載の方法。
前記作業機械は、ダンプトラックを含み、
前記目標走行経路は、前記ダンプトラックのための目標走行経路である、
請求項１３から２２のいずれかに記載の方法。
前記地形の変化は、前記作業機械により、前記第１切土領域または前記第１盛土領域の勾配が小さくなるように、施工をすることである、
請求項１３から２３のいずれかに記載の方法。