JP7691007B2 - 施工支援装置および施工支援方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械によって地中を掘削中に、地中埋設物を誤って損傷することを防止するための技術に関する。

油圧ショベルを用いて地表近くの地中に埋設された埋設物の周囲の土を掘削するに際して、埋設物を破損させることなく、しかも掘削作業を効率的に行うことのできる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、埋設管の絶対位置とバケット刃先の絶対位置との関係が決められ、この関係に基づいてバケットによる掘削位置および掘削深さが決定される。この決定された掘削位置および掘削深さを例えばモニタ表示することで、オペレータはモニタ表示を見ながら埋設物の破損を防止しつつ油圧ショベルの操作を確実に、かつ迅速に行うことができる。

作業機による掘削の正確性及び効率性を向上させることができる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、レーダーが地表から所定の精度で探査を行うことができる深度である許容深度と、レーダーが探査を行った探査位置と、に基づいて、許容深度および作業装置が掘削作業を行う掘削位置がマップに表示される。例えば、１つの作業場内を複数の地中探索エリアに区分されたメッシュ型の作業場マップにおいて、各地中探索エリアに対応する分割データに対して、探査結果および許容深度を示す複数のグループ（複数のランク）が割り当てられている。作業場マップにおいて、各地中探索エリアＱｎに予め割り当てられたグループ（ランク）が識別できるように、グループ（ランク）が色、数値、文字等で示されている。
地中埋設物の位置および姿勢をユーザに把握させるためには、２次元画像よりも３次元画像のほうが好ましいが、施工支援画像データはその情報量の豊富さゆえにデータ量が過多になる傾向がある。

特開２００３－０５６０１０号公報 特開２０２１－１８９１２７号公報

そこで、本発明は、地中埋設物への接触を回避する建設機械の動作制御に活用可能なデータを生成する装置等を提供することを目的とする。

本発明の施工支援装置は、
施工を行う領域における地中に埋設している地中埋設物に関する情報に基づいて、前記地
中埋設物の上側の領域であって、前記地中埋設物の地表からの深さ位置に応じて識別可能に差別化されたオブジェクトを前記地中埋設物に沿って配置した施工支援画像データを生成する手段を有する。

前記構成の施工支援装置において、
前記地中埋設物に関する情報は、前記地中埋設物の位置の情報を含む
ことが好ましい。

前記構成の施工支援装置において、
前記施工支援画像データは、前記地中埋設物の地表からの深さの情報を含むことが好ましい。

前記構成の施工支援装置において、
前記施工支援画像データは、前記地中埋設物に沿った複数の矩形のデータを含むことが好ましい。
また、前記施工支援画像データが、作業環境を撮像した撮像画像に重畳して出力されることが好ましい。

本発明のプログラムは、コンピュータに、施工を行う領域における地中に埋設している
地中埋設物に関する情報に基づいて、前記地中埋設物の上側の領域であって、前記地中埋設物の地表からの深さ位置に応じて識別可能に差別化されたオブジェクトを前記地中埋設物に沿って配置した施工支援画像データを生成する機能を実現させる
ためのプログラムである。

施工支援装置の構成に関する説明図。 遠隔操作装置の構成に関する説明図。 作業機械の構成に関する説明図。 地中探索機の構成に関する説明図。 施工支援装置（施工支援システム）の機能に関する説明図。 作業環境画像および施工支援画像に関する説明図。 複数の地中探索エリアの固定的な配置態様に関する説明図。 複数の地中探索エリアの流動的な配置態様に関する説明図。 重複度が閾値以上である地中探索エリアの処理方法に関する説明図。 重複度が閾値未満である地中探索エリアの第１処理方法に関する説明図。 重複度が閾値未満である地中探索エリアの第２処理方法に関する説明図。 代表座標値の決定方法に関する説明図。 施工支援画像の他の実施形態に関する説明図。

（施工支援装置の構成）
図１に示されている施工支援システムは、本発明の一実施形態としての施工支援装置１０と、施工支援装置１０と相互にネットワーク通信可能に構成されている遠隔操作装置２０、作業機械４０および地中探索機６０と、により構成されている。施工支援装置が、施工支援装置１０と、遠隔操作装置２０、作業機械４０および地中探索機６０のうち１つまたは２つと、により構成されていてもよい。施工支援装置１０および遠隔操作装置２０の相互通信ネットワークと、施工支援装置１０および作業機械４０の相互通信ネットワークと、施工支援装置１０および地中探索機６０の相互通信ネットワークと、は同一であってもよく相違していてもよい。

（施工支援装置の構成）
施工支援装置１０は、一または複数のコンピュータまたはサーバコンピュータにより構成されている。図１に示されているように、施工支援装置１０は、データベース１０２と、地中探索結果認識要素１２０と、代表深さ位置決定要素１２１と、施工支援画像データ生成要素１２２と、を備えている。データベース１０２は、撮像画像データのほか、施工対象領域の地中埋設物の探索結果等を記憶保持する。データベース１０２は、施工支援装置１０とは別個のデータベースサーバにより構成されていてもよい。施工支援装置１０の各構成要素は、演算処理装置（シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア）により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった後述の演算処理を実行する。

本発明の構成要素が情報（またはデータ）を「認識する」とは、当該情報を受信、読み取りまたは検索等により取得すること、基礎となるデータまたは信号に対して演算処理を実行することにより当該情報を決定、測定、同定、推定、予測等することなど、当該情報を後続の演算処理の実行に際して利用可能な形態で準備するあらゆる処理を包含する概念である。

（遠隔操作装置の構成）
図１に示されているように、遠隔操作装置２０は、遠隔制御装置２００と、遠隔入力インターフェース２１０と、遠隔出力インターフェース２２０と、を備えている。遠隔制御装置２００は、演算処理装置（シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア）により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行する。

遠隔入力インターフェース２１０は、遠隔操作機構２１１を備えている。遠隔出力インターフェース２２０は、遠隔画像出力装置２２１と、遠隔音響出力装置２２２と、遠隔無線通信機器２２４と、を備えている。

遠隔操作機構２１１には、走行用操作装置と、旋回用操作装置と、ブーム用操作装置と、アーム用操作装置と、バケット用操作装置と、が含まれている。各操作装置は、回動操作を受ける操作レバーを有している。走行用操作装置の操作レバー（走行レバー）は、作業機械４０の下部走行体４１を動かすために操作される。走行レバーは、走行ペダルを兼ねていてもよい。例えば、走行レバーの基部または下端部に固定されている走行ペダルが設けられていてもよい。旋回用操作装置の操作レバー（旋回レバー）は、作業機械４０の旋回機構４３を構成する油圧式の旋回モータを動かすために操作される。ブーム用操作装置の操作レバー（ブームレバー）は、作業機械４０のブームシリンダ４４２を動かすために操作される。アーム用操作装置の操作レバー（アームレバー）は作業機械４０のアームシリンダ４４４を動かすために操作される。バケット用操作装置の操作レバー（バケットレバー）は作業機械４０のバケットシリンダ４４６を動かすために操作される。

遠隔操作機構２１１を構成する各操作レバーは、例えば、図２に示されているように、オペレータが着座するためのシートＳｔの周囲に配置されている。シートＳｔは、アームレスト付きのハイバックチェアのような形態であるが、ヘッドレストがないローバックチェアのような形態、または、背もたれがないチェアのような形態など、オペレータが着座できる任意の形態の着座部であってもよい。

シートＳｔの前方に左右のクローラに応じた左右走行レバー２１１０が左右横並びに配置されている。一つの操作レバーが複数の操作レバーを兼ねていてもよい。例えば、図２に示されているシートＳｔの左側フレームの前方に設けられている左側操作レバー２１１１が、前後方向に操作された場合にアームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合に旋回レバーとして機能してもよい。同様に、図２に示されているシートＳｔの右側フレームの前方に設けられている右側操作レバー２１１２が、前後方向に操作された場合にブームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合にバケットレバーとして機能してもよい。レバーパターンは、オペレータの操作指示によって任意に変更されてもよい。

遠隔画像出力装置２２１は、例えば図２に示されているように、シートＳｔの前方、左斜め前方および右斜め前方のそれぞれに配置された略矩形状の画面を有する中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２により構成されている。中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２のそれぞれの画面（画像表示領域）の形状およびサイズは同じであってもよく相違していてもよい。遠隔画像出力装置２２１は、単一の湾曲したまたは湾曲可能な画像出力装置、シートＳｔの前方を囲むように配置される２つまたは４つ以上の画像出力装置により構成されていてもよい。

図２に示されているように、中央遠隔画像出力装置２２１０の画面および左側遠隔画像出力装置２２１１の画面が傾斜角度θ１（例えば、１２０°≦θ１≦１５０°）をなすように、左側遠隔画像出力装置２２１１の右縁が、中央遠隔画像出力装置２２１０の左縁に隣接している。図２に示されているように、中央遠隔画像出力装置２２１０の画面および右側遠隔画像出力装置２２１２の画面が傾斜角度θ２（例えば、１２０°≦θ２≦１５０°）をなすように、右側遠隔画像出力装置２２１２の左縁が、中央遠隔画像出力装置２２１０の右縁に隣接している。当該傾斜角度θ１およびθ２は同じであっても相違していてもよい。

中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２のそれぞれの画面は、鉛直方向に対して平行であってもよく、鉛直方向に対して傾斜していてもよい。中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２のうち少なくとも１つの画像出力装置が、複数に分割された画像出力装置により構成されていてもよい。例えば、中央遠隔画像出力装置２２１０が、略矩形状の画面を有する上下に隣接する画像出力装置により構成されていてもよい。

遠隔音響出力装置２２２は、一または複数のスピーカーにより構成され、例えば図２に示されているように、シートＳｔの後方、左アームレスト後部および右アームレスト後部のそれぞれに配置された中央音響出力装置２２２０、左側音響出力装置２２２１および右側音響出力装置２２２２により構成されている。中央音響出力装置２２２０、左側音響出力装置２２２１および右側音響出力装置２２２２のそれぞれの仕様は同じであってもよく相違していてもよい。

（作業機械の構成）
図１に示されているように、作業機械４０は、実機制御装置４００と、実機入力インターフェース４１０と、実機出力インターフェース４２０と、実機無線通信機器４２２と、を備えている。実機制御装置４００の構成要素のそれぞれは、演算処理装置（シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア）により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行する。

作業機械４０は、例えばクローラショベル（建設機械）であり、図３に示されているように、クローラ式の下部走行体４１と、下部走行体４１に旋回機構４３を介して旋回可能に搭載されている上部旋回体４２と、を備えている。上部旋回体４２の前方左側部にはキャブ４２Ｃ（運転室）が設けられている。上部旋回体４２の前方中央部には作業機構４４が設けられている。

実機入力インターフェース４１０は、実機操作機構４１１と、実機撮像装置４１２と、実機測位装置４１４と、を備えている。実機操作機構４１１は、キャブ４２Ｃの内部に配置されたシートの周囲に遠隔操作機構２１１と同様に配置された複数の操作レバーを備えている。遠隔操作レバーの操作態様に応じた信号を受信し、当該受信信号に基づいて実機操作レバーを動かす駆動機構またはロボットがキャブ４２Ｃに設けられている。実機撮像装置４１２は、例えばキャブ４２Ｃの内部に設置され、フロントウィンドウおよび左右サイドウィンドウ越しに作業機構４４の少なくとも一部を含む環境を撮像する。フロントウィンドウおよびサイドウィンドウのうち一部または全部が省略されていてもよい。実機測位装置４１４は、ＧＰＳまたはＧＮＳＳおよび必要に応じてジャイロセンサ等により構成され、作業機械４０の位置（緯度および経度）を測定する。

図３に示されているように、作業機構４４は、上部旋回体４２に起伏可能に装着されているブーム４４１と、ブーム４４１の先端に回動可能に連結されているアーム４４３と、アーム４４３の先端に回動可能に連結されているバケット４４５と、を備えている。作業機構４４には、伸縮可能な油圧シリンダにより構成されているブームシリンダ４４２、アームシリンダ４４４およびバケットシリンダ４４６が装着されている。

ブームシリンダ４４２は、作動油の供給を受けることにより伸縮してブーム４４１を起伏方向に回動させるように当該ブーム４４１と上部旋回体４２との間に介在する。アームシリンダ４４４は、作動油の供給を受けることにより伸縮してアーム４４３をブーム４４１に対して水平軸回りに回動させるように当該アーム４４３と当該ブーム４４１との間に介在する。バケットシリンダ４４６は、作動油の供給を受けることにより伸縮してバケット４４５をアーム４４３に対して水平軸回りに回動させるように当該バケット４４５と当該アーム４４３との間に介在する。

（地中探索機の構成）
図１に示されているように、地中探索機６０は、探索制御装置６００と、探索記憶装置６０２と、深さ位置測定要素６１１と、探索位置測定要素６１２と、探索無線通信機器６２４と、を備えている。

深さ位置測定要素６１１は、地中レーダー装置により構成され、地中埋設物の地表からの深さ位置を測定する。例えば、図４に示されているように、１台の地中探索機６０の異なる位置のそれぞれに複数の深さ位置測定要素６１１が搭載されていてもよい。探索位置測定要素６１２は、ＧＰＳまたはＧＮＳＳおよび必要に応じてジャイロセンサ等により構成され、地中探索機６０の２次元位置（緯度および経度）を測定する。

探索記憶装置６０２は、深さ位置測定要素６１１により測定された深さ位置および探索位置測定要素６１２により測定された水平位置を地中探索結果として記憶保持する。探索記憶装置６０２は、そのほか、探索座標系（地中探索機６０に対して位置および姿勢が固定されている座標系）における地中レーダー装置の座標値を記憶保持していてもよい。探索無線通信機器６２４は、探索記憶装置６０２に記憶保持されている地中探索結果をネットワーク経由で施工支援装置１０（またはデータベースサーバ）に対して送信するように構成されている。地中探索結果はデータベース１０２に蓄積または保存される。

（機能）
前記構成の施工支援装置および撮像機能制御システムの機能について図５に示されているフローチャートを用いて説明する。当該フローチャートにおいて「Ｃ●」というブロックは、記載の簡略のために用いられ、データの送信および／または受信を意味し、当該データの送信および／または受信を条件として分岐方向の処理が実行される条件分岐を意味している。

遠隔操作装置２０において、遠隔制御装置２００により、遠隔無線通信機器２２４を通じて、施工支援装置１０に対して地上状況確認要求が送信される（図４／ＳＴＥＰ２１０）。オペレータにより遠隔入力インターフェース２１０を通じた第１指定操作の有無が判定され、当該判定結果が肯定的である場合に地上状況確認要求が送信されてもよい。「第１指定操作」は、例えば、オペレータが遠隔操作を意図する作業機械４０を指定するための遠隔入力インターフェース２１０におけるタップなどの操作である。

施工支援装置１０において、地上状況確認要求が受信された場合、施工支援装置１０から当該地上状況確認要求が該当する作業機械４０に対して送信される（図４／Ｃ１０）。

作業機械４０において、実機無線通信機器４２４を通じて地上状況確認要求が受信された場合（図４／Ｃ４０）、実機制御装置４００が実機撮像装置４１２を通じて取得された撮像画像（適当な画像処理が施されていてもよい。）を表わす撮像画像データが施工支援装置１０に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ４１０）。

施工支援装置１０において、撮像画像データが受信された場合（図４／Ｃ１１）、施工支援装置１０から撮像画像に応じた環境画像データが遠隔操作装置２０に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ１１０）。環境画像データは、撮像画像データそのもののほか、撮像画像に基づいて生成された模擬的な環境画像を表わす画像データである。

遠隔操作装置２０において、遠隔無線通信機器２２４を通じて環境画像データが受信された場合（図４／Ｃ２１）、遠隔制御装置２００により、環境画像データに応じた環境画像が遠隔画像出力装置２２１に出力される（図４／ＳＴＥＰ２１２）。

これにより、例えば、図６に示されているように、キャブ４２Ｃの前方に広がる地面のほか、作業機構４４の一部であるブーム４４１、アーム４４３および施工対象領域における（バケット４４５による作業対象である）瓦礫または土砂の山などが映り込んでいる環境画像が遠隔画像出力装置２２１に出力される。

遠隔操作装置２０において、遠隔制御装置２００により、遠隔無線通信機器２２４を通じて、施工支援装置１０に対して地中状況確認要求が送信される（図４／ＳＴＥＰ２２０）。オペレータにより遠隔入力インターフェース２１０を通じた第２指定操作の有無が判定され、当該判定結果が肯定的である場合に地中状況確認要求が送信されてもよい。「第２指定操作」は、例えば、オペレータが遠隔操作を意図する作業機械４０を指定するための遠隔入力インターフェース２１０におけるタップなどの操作である。第２指定操作は、第１指定操作と同一の操作であってもよいし異なる操作であってもよい。

施工支援装置１０において、地中状況確認要求が受信された場合（図４／Ｃ２０）、地中探索結果認識要素１２０により、当該地中状況確認要求に係る施工対象領域における、地中探索機６０による地中探索結果が認識（データベース１０２から検索）される（図４／ＳＴＥＰ１２０）。

施工対象領域は、例えばその境界を表わす世界座標系の水平座標値（Ｘ（経度），Ｙ（緯度））の集合により特定される。施工対象領域は、施工支援装置１０と遠隔操作装置２０またはその操作対象である作業機械４０との通信に基づき、例えば、遠隔操作装置２０および／または作業機械４０を識別するための識別子に基づき、データベース１０２が検索されることにより認識される。

施工対象領域における複数の地中探索エリアのそれぞれにおいて、地中探索機６０により測定された配管等の地中埋設物の地表からの深さ位置（Ｚ（深度））が地中探索結果として認識される。各地中探索エリアは、例えばその境界を表わす世界座標系の水平座標値（Ｘ（経度），Ｙ（緯度））の集合により特定される。複数の地中探索エリアは、相互に隣接または連続して定義されていてもよいが、相互に離間して定義されていることが好ましい。複数の地中探索エリアの形状、または、形状およびサイズは同一であってもよく、相違していてもよい。

複数の地中探索エリアが固定的に定義されていてもよい。例えば、図７Ａに示されているように、相互に離間して規則的に（正方格子状または三角格子状に）配置されている略矩形状または正方形状の複数の地中探索エリアＳ_i1、Ｓ_i2、‥、Ｓ_im、Ｓ_im+1が複数の地中探索エリアとして定義されていてもよい。複数の地中探索エリアＳ_i1、Ｓ_i2、‥、Ｓ_im、Ｓ_im+1が相互に隣接してまたは連続して規則的に配置されていてもよい。この場合、図７Ａに破線矢印で示されているように、地中探索機６０が受動的または能動的に変位した場合、地中探索エリアＳ_i1、Ｓ_i2、‥、Ｓ_im、Ｓ_im+1における地中探索結果がデータベース１０２に登録され、地中探索結果認識要素１２０により認識されうる。地中探索エリアの形状は、三角形状、台形状、平行四辺形上、正多角形状（正六角形、正八角形、正十二角形など）、円形状または楕円形状など、さまざまな形状であってもよい。

複数の地中探索エリアが地中探索機６０による探索結果に応じて流動的に定義されていてもよい。例えば、図７Ｂに破線矢印で示されているように、地中探索機６０が受動的または能動的に変位する過程で、所定周期のそれぞれにおいて図７Ｂに黒丸（●）で表わされている箇所が地中埋設物の地表からの深さ位置が測定された地中探索点である場合を想定する。この場合、当該地中探索点（２次元座標値（Ｘ（緯度），Ｙ（経度））により定義される）を中心または重心とし、相互に離間して不規則的に配置されている略矩形状または正方形状の複数の地中探索エリアＳ_i1、Ｓ_i2、‥、Ｓ_im、Ｓ_im+1が複数の地中探索エリアとして定義されていてもよい。一の所定周期において複数の地中探索点が存在する場合、それらの重心が各地中探索エリアＳ_ik（ｋ＝１，２，‥，ｍ，ｍ＋１）の中心または重心として定義されてもよい。各地中探索エリアＳ_ikのサイズおよび形状はさまざまに変更されてもよいが、あらかじめ定義されていることが好ましい。各地中探索エリアＳ_ikのサイズは、地中探索機６０の変位速度および所定周期（時間間隔）に応じて定められていてもよい。

複数の地中探索エリアが地中探索機６０の変位態様に応じて流動的に定義されていてもよい。例えば、地中探索機６０が受動的または能動的に変位する過程において、地中探索機６０の所定周期ごとの重心の位置（２次元座標値により定義される）を中心または重心とし、相互に離間して配置されている略矩形状または正方形状の複数の地中探索エリアＳ_i1、Ｓ_i2、‥、Ｓ_im、Ｓ_im+1が複数の地中探索エリアとして定義されていてもよい。各地中探索エリアＳ_ikの姿勢（例えば、長辺または短辺の方位）は、地中探索機６０の変位方向に沿うように定義されていてもよい。

ここで、複数の地中探索エリアが重複している場合の処理に関して説明する。例えば、図８Ａ左側に示されている略矩形状の２つの地中探索エリアＳ₁およびＳ₂の重複度が閾値以上である場合、他の地中探索エリアＳ₁が削除（間引き）された結果として残った一の地中探索エリアＳ₂が、図８Ａ右側に示されている単一の地中探索エリアＳ_-として定義される。重複している複数の地中探索エリアのうち、地中探索機６０により測定された深さ位置の地表からの距離または平均距離が最大（または最小）である一の地中探索エリアを除く他の地中探索エリアが削除されてもよい。重複している複数の地中探索エリアのうち、地中探索機６０による深さ位置の測定数が最多（または最少）である一の地中探索エリアを除く他の地中探索エリアが削除されてもよい。

一方、図８Ｂ左側に示されている略矩形状の２つの地中探索エリアＳ₁およびＳ₂の重複度が閾値未満である場合、図８Ｂ右側に示されているように、当該２つの地中探索エリアＳ₁およびＳ₂がまとめられた単一の地中探索エリアＳ₊が定義される。図８Ｃ左側に示されている略矩形状の２つの地中探索エリアＳ₁およびＳ₂の重複度が閾値未満である場合、図８Ｃ右側に示されているように、当該２つの地中探索エリアＳ₁およびＳ₂が相互に離間するように変位された２つの地中探索エリアＳ₁’およびＳ₂’が定義されてもよい。

続いて、代表深さ位置決定要素１２１により、複数の地中探索エリアのそれぞれにおける一または複数の深さ位置からなる深さ位置群のそれぞれの代表位置が決定される（図４／ＳＴＥＰ１２１）。

例えば、図９に黒丸（●）で模式的に示されているように、一の地中探索エリアにおいて地中探索機６０により地表からの深さ位置が測定された地中埋設物の複数の地中探索点Ｐ₁，‥Ｐ_i-1，Ｐ_i，Ｐ_i+1，‥Ｐ_n-1，Ｐ_nからなる地中探索点群が存在する場合について考察する。この場合、地表に最も近い地中探索点Ｐ₊または地表から最も遠い地中探索点Ｐ₁の深さ位置が当該地中探索点群の代表深さ位置として決定されてもよい。複数の地中探索点Ｐ₁，‥Ｐ_i-1，Ｐ_i，Ｐ_i+1，‥Ｐ_n-1，Ｐ_nの平均深さ位置（図９の一点鎖線参照）または中心深さ位置もしくは最頻深さ位置（図９の点線参照）が、当該地中探索点群の代表深さ位置として決定されてもよい。

続いて、施工支援画像データ生成要素１２２により、施工支援画像データが生成され、かつ、遠隔操作装置２０に対して送信される（図５／ＳＴＥＰ１２２）。施工支援画像データは、地中探索点群のそれぞれの代表深さ位置を表わすように複数の地中探索エリアのそれぞれに配置されている複数のオブジェクトが含まれている３次元画像を表わす３次元画像データである。

オブジェクトは、例えば、図５に示されているように、略矩形状または略正方形状の地中探索エリアが鉛直方向または深さ方向に投影されたような形状およびサイズを有し、かつ、水平面に対して平行な閉曲面ｍ₁およびｍ₂ある。複数の地中探索エリアの形状（例えば、略矩形状または略正方形状）およびサイズのそれぞれが同一である場合、オブジェクトとしての複数の閉曲面の形状およびサイズのそれぞれも同一になる。複数の地中探索エリアの形状が同一である場合、オブジェクトとしての複数の閉曲面の形状も同一になり、相似する。

閉曲面は、Ｂｅｚｉｅｒ（ベジエ）曲面および／またはＮＵＲＢＳ（非一様有理Ｂスプライン）曲面などの複数の制御点により定義される曲面として定義されていてもよい。当該曲面は連続性（Ｇ１連続性、Ｇ２連続性またはＧ３連続性）を有する曲面として定義されていてもよい。例えば、閉曲面がベジエ三角形曲面によって定義される場合、ベジエ三角形曲面の制御ネットの定義域が水平面に張られた三角形メッシュにより定義され、地中探索点が制御点とされたうえで、三角パッチの連続性が確保されるように閉曲面が定義される。

遠隔操作装置２０において、遠隔無線通信機器２２４を通じて施工支援画像データが受信された場合（図４／Ｃ２２）、遠隔制御装置２００により、施工支援情報に応じた施工支援画像が遠隔画像出力装置２２１に出力される（図４／ＳＴＥＰ２２２）。

これにより、例えば、図６に示されているように、施工対象領域に含まれる複数の地中探索エリアのそれぞれにおいて、地中探索点群の代表深さ位置に配置された複数の閉曲面ｍ₁およびｍ₂を含む施工支援画像が、環境画像に重畳された形で遠隔画像出力装置２２１に出力される。図６に示されている第１オブジェクト群Ｍ₁を構成する複数の閉曲面ｍ₁および第２オブジェクト群Ｍ₂を構成する複数の閉曲面ｍ₂のそれぞれの意匠（例えば、色）が、閉曲面ｍ₁およびｍ₂の深さ位置に応じて識別可能に差異化されている。図６に示されているように、各閉曲面ｍ₁、ｍ₂から地表まで延びる鉛直線分がオブジェクトの一部を構成していてもよいが、当該鉛直線分は省略されてもよい。

施工支援情報におけるオブジェクトの空間占有態様が世界座標系で定義されているので、オブジェクトの配置態様が環境画像座標系に座標変換される。この座標変換のため、作業機械４０の世界座標系における座標値がＧＰＳ等を用いて測定され、実機撮像装置４１２の実機座標系（上部旋回体４２に対して位置および姿勢が固定された座標系）が、遠隔制御装置２００を構成する記憶装置および／またはデータベース１０２に記憶保持されていてもよい。オペレータは、遠隔画像出力装置２２１に出力された環境画像およびこれに重畳された施工支援画像を見ながら、バケット４４５を動かすように遠隔操作機構２１１を構成する操作レバーを操作することができる。

そのほか、施工支援画像が環境画像に重畳されずに、単独で遠隔画像出力装置２２１に出力されてもよい。この場合、３次元仮想空間において地表に存在する作業機械４０および地中埋設物の地表からの深さ位置を表わすように配置されたオブジェクトのそれぞれの空間占有態様を表わす３次元モデル画像が施工支援画像として、環境画像とは別個に遠隔画像出力装置２２１に出力される。施工支援情報により表わされる閉曲面の配置態様が世界座標系で定義されているので、作業機械４０の世界座標系における座標値がＧＰＳ等を用いて測定され、遠隔制御装置２００を構成する記憶装置および／またはデータベース１０２に記憶保持されていてもよい。

遠隔操作装置２０において、遠隔制御装置２００により遠隔操作機構２１１の操作態様が認識され、かつ、遠隔無線通信機器２２４を通じて、当該操作態様に応じた遠隔操作指令が施工支援装置１０に対して送信される（図５／ＳＴＥＰ２１４）。

施工支援装置１０において当該遠隔操作指令が受信された場合、当該遠隔操作指令が作業機械４０に対して送信される（図５／Ｃ１４）。

作業機械４０において、実機制御装置４００により、実機無線通信機器４２２を通じて操作指令が受信された場合（図５／Ｃ４４）、作業機構４４０等の動作が制御される（図５／ＳＴＥＰ４１４）。例えば、バケット４４５により作業機械４０の前方の施工対象領域の土を掘り起こしてすくい、上部旋回体４２を旋回させたうえで施工対象領域の外にバケット４４５から土を落とす作業が実行される。

（作用効果）
前記機能を発揮する施工支援装置１０によれば、複数の地中探索エリアＳ_i1、Ｓ_i2、‥、Ｓ_im、Ｓ_im+1（図７Ａおよび図７Ｂ参照）のうち少なくとも一部の地中探索エリアにおいて、地中探索機６０により地表からの深さ位置が測定された地中埋設物の地中探索点Ｐ₁，‥Ｐ_i-1，Ｐ_i，Ｐ_i+1，‥Ｐ_n-1，Ｐ_nのそれぞれの深さが代表深さ位置に集約される（図５／ＳＴＥＰ１２１、図９参照）。そして、当該複数の地中探索エリアＳ_i1、Ｓ_i2、‥、Ｓ_im、Ｓ_im+1のそれぞれに配置されている代表深さ位置を表わすオブジェクトとしての閉曲面ｍ₁、ｍ₂が含まれている３次元画像を表わす施工支援画像データが生成される（図５／ＳＴＥＰ１２２、図５参照）。

これにより、地中探索機６０によるすべての地中探索点Ｐ₁，‥Ｐ_i-1，Ｐ_i，Ｐ_i+1，‥Ｐ_n-1，Ｐ_nの深さ位置のそれぞれを表わす複数のオブジェクトが含まれている施工支援画像データが生成される場合と比較して、施工支援画像データのデータ量の低減が図られている。遠隔出力インターフェース２２０を構成する遠隔画像出力装置２２１に出力された施工支援画像（図５参照）における複数のオブジェクトとしての閉曲面ｍ₁、ｍ₂の空間占有態様を通じて、当該遠隔画像出力装置２２１に接したユーザまたはオペレータに３次元実空間における地中埋設物の空間占有態様を把握させることができる。

さらに、オブジェクトとしての各閉曲面ｍ₁、ｍ₂は該当する代表深さ位置を表わすように別個独立に配置されていればよく、複数のオブジェクトの間の相対的な位置および姿勢が調節される必要がない分だけ、施工支援画像データの生成処理に要する演算処理負荷の軽減が図られる。

（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、施工支援装置１０が遠隔操作装置２０、作業機械４０および地中探索機６０とは別個のコンピュータにより構成されていたが、他の実施形態として、施工支援装置１０が、遠隔操作装置２０、作業機械４０または地中探索機６０に搭載されていてもよい。

前記実施形態では、作業機械４０がオペレータにより遠隔操作装置２０を通じて遠隔操作されていたが、他の実施形態として、作業機械４０が当該作業機械４０に搭乗したオペレータにより実機操作されてもよい。この場合、施工支援装置１０から作業機械４０に対して施工支援画像データが送信され（図５／ＳＴＥＰ１２２参照）、実機出力インターフェース４２０を構成する実機画像出力装置に当該データに応じた施工支援画像が出力されてもよい（図５参照）。

地中探索エリアに配置されているオブジェクトとして、当該地中探索エリアの地表から地中探索点群の代表深さ位置まで延在する立体物が含まれている３次元画像を表わす施工支援画像データが生成されてもよい。例えば、図１０に示されているように、地中探索エリアのそれぞれにおいて地表に底面が配置され、代表深さ位置に頂点が配置されている複数の逆円錐体ｍ₁、ｍ₂がオブジェクトとして含まれている３次元画像を表わす施工支援画像データが生成されてもよい。図５に示されている例と同様に、第１オブジェクト群Ｍ₁を構成する複数の逆円錐体ｍ₁および第２オブジェクト群Ｍ₂を構成する複数の逆円錐体ｍ₂のそれぞれの意匠（例えば、色）が、閉曲面ｍ₁およびｍ₂の深さ位置に応じて識別可能に差異化されている。

立体物の表面は、Ｂｅｚｉｅｒ（ベジエ）曲面および／またはＮＵＲＢＳ（非一様有理Ｂスプライン）曲面などの複数の制御点により定義される曲面として定義されていてもよい。当該曲面は連続性（Ｇ１連続性、Ｇ２連続性またはＧ３連続性）を有する曲面として定義されていてもよい。立体物は、逆円錐体とは異なる逆四角錐体などの逆錐体、逆錘台、柱体、球体または楕円球体など、様々な形状の立体物であってもよい。

１０‥施工支援装置
１０２‥データベース
１２０‥地中探索結果認識要素
１２１‥代表深さ位置決定要素
１２２‥施工支援画像データ生成要素
２０‥遠隔操作装置
２００‥遠隔制御装置
２１０‥遠隔入力インターフェース
２１１‥遠隔操作機構
２２０‥遠隔出力インターフェース
２２１‥遠隔画像出力装置
２２２‥遠隔音響出力装置
２２４‥遠隔無線通信機器
４０‥作業機械
４１‥下部走行体
４２‥上部旋回体
４２Ｃ‥キャブ（運転室）
４４‥作業機構
４４５‥バケット
４００‥実機制御装置
４１０‥実機入力インターフェース
４２０‥実機出力インターフェース
６０‥地中探索機
６００‥探索制御装置
６０２‥探索記憶装置
６１１‥深さ位置測定要素
６１２‥探索位置測定要素
６２４‥探索無線通信機器
ｍ₁、ｍ₂‥オブジェクト（閉曲面、立体物）
Ｐ₁，‥Ｐ_i-1，Ｐ_i，Ｐ_i+1，‥Ｐ_n-1，Ｐ_n‥地中探索点
Ｓ_i1、Ｓ_i2、‥、Ｓ_im、Ｓ_im+1‥地中探索エリア。

Claims (6)

1. 施工を行う領域における地中に埋設している地中埋設物に関する情報に基づいて、前記地中埋設物の上側の領域であって、前記地中埋設物の地表からの深さ位置に応じて識別可能に差別化されたオブジェクトを前記地中埋設物に沿って配置した施工支援画像データを生成する手段を有する施工支援装置。
2. 前記地中埋設物に関する情報は、前記地中埋設物の位置の情報を含む請求項１に記載の施工支援装置。
3. 前記施工支援画像データは、前記地中埋設物の地表からの深さの情報を含む請求項１に記載の施工支援装置。
4. 前記施工支援画像データは、前記地中埋設物に沿った複数の矩形のデータを含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の施工支援装置。
5. 前記施工支援画像データが、作業環境を撮像した撮像画像に重畳して出力される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の施工支援装置。
6. コンピュータに、施工を行う領域における地中に埋設している地中埋設物に関する情報に基づいて、前記地中埋設物の上側の領域であって、前記地中埋設物の地表からの深さ位置に応じて識別可能に差別化されたオブジェクトを前記地中埋設物に沿って配置した施工支援画像データを生成する機能を実現させるためのプログラム。
   

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