WO2021060195A1

WO2021060195A1 - 作業機械

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Publication number: WO2021060195A1
Application number: PCT/JP2020/035518
Authority: WO
Inventors: 俊榮盧; 坂本　博史; 陽平鳥山; 直樹早川
Original assignee: 日立建機株式会社
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2021-04-01
Also published as: EP3919692A1; US20220170243A1; EP3919692B1; KR20210125516A; JP7165638B2; CN113508209B; CN113508209A; JP2021050542A; KR102507573B1; EP3919692A4

Abstract

作業機械１は、設計データ取得装置２９、地形計測装置３０及び制御装置２１を備える。制御装置２１は、施工現場座標系の設計データから周辺領域形状データを抽出し、抽出した周辺領域形状データと現況地形座標系の現況地形データとの間の類似形状部分を対応付け、対応付けた類似形状部分の座標値の差が最小になるように現況地形座標系から施工現場座標系への変換を行う座標変換行列を演算し、演算した座標変換行列を用いて作業機械１の自己位置及び姿勢と現況地形データとを現況地形座標系の座標から施工現場座標系の座標へ変換する。

Description

作業機械

　本発明は、作業機械に関し、特に情報化施工において施工現場の現況地形計測、自己位置及び姿勢の推定を行う作業機械に関する。
　本願は、２０１９年９月２５日に出願された日本国特願２０１９－１７４６１５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　建設施工現場では、少子化による人材不足問題の解決や生産効率向上などを目的として、情報通信技術を活用した情報化施工が普及されている。情報化施工期間において、施工現場の３次元出来形を管理することにより施工の進捗や品質などを管理することがある。３次元出来形を管理するためには、３次元出来形の計測が必要であり、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ　Ａｅｒｉａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＴＳ（Ｔｏｔａｌ　Ｓｔａｔｉｏｎ）などを用いた３次元出来形の計測技術も進んでいる。更に、より頻繁に施工現場における３次元形状を計測するために、作業機械から周囲の３次元出来形を計測する技術も進んでいる。

　特許文献１には、作業機械の旋回体にステレオカメラを取り付け、旋回しながら間欠的に撮像を行い、撮像した画像より各撮像における旋回体の旋回角度を推定し、推定した旋回角度に基づいて周囲の３次元形状を合成することにより、作業機械の周囲の３次元形状を計測する作業機械が記載されている。

国際公開第２０１８／０７９７８９号

　上述のように３次元出来形を管理するためには、施工現場座標系における３次元出来形が必要である。従って、特許文献１の作業機械では、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）といった衛星測位に基づくＧＮＳＳアンテナを用いて施工現場座標系における作業機械の座標値を計測し、作業機械が計測した周囲の３次元形状を施工現場座標系における３次元形状に変換する。

　しかし、ＧＮＳＳアンテナを用いる場合、緯度、経度、楕円体高からなる地理座標系座標値と、地理座標系座標値を施工現場座標系座標値に変換する座標変換パラメータが必要である。座標変換パラメータを求めるためには、施工現場に設定されている複数の施工現場座標系座標値が既知である既知点の地理座標系座標値を計測する、ローカライゼーション（位置測定）という作業が必要である。このため、作業者が施工現場に赴き、マーカを設置しマーカの地理座標系座標値をＴＳやＧＮＳＳを用いて計測する必要があり、作業工数が発生してしまう。

　本発明は上記課題を鑑みて、ローカライゼーションに必要な工数を削減し、施工現場座標系における作業機械の自己位置及び姿勢、周囲の地形形状を計測できる作業機械を提供することを目的とする。

　本発明に係る作業機械は、走行可能な走行体と、前記走行体に旋回自在に取り付けられた旋回体と、前記旋回体に回動自在に取り付けられた作業フロントと、施工完了後の地形データを有する設計データを３次元のデータとして取得する設計データ取得装置と、周囲の地形データを３次元のデータとして計測する地形計測装置と、前記設計データ取得装置で取得した地形データを予め定められた第１座標系の設計データとして処理する設計データ処理部と、前記地形計測装置で計測した地形データを前記地形計測装置の設置位置に基づいて定められた第２座標系の現況地形データとして生成する現況地形データ生成部と、前記現況地形データ生成部で生成した前記現況地形データに基づいて前記第２座標系における自己位置及び姿勢を推定する位置姿勢推定部とを有する制御装置と、を備える作業機械において、前記制御装置は、前記第１座標系の設計データから周辺領域形状データを抽出し、抽出した前記周辺領域形状データと前記現況地形データとの間の類似形状部分を対応付け、対応付けた前記類似形状部分の座標値の差が最小になるように前記第２座標系から前記第１座標系への変換を行う座標変換行列を演算し、演算した前記座標変換行列を用いて前記作業機械の自己位置及び姿勢と前記現況地形データとを前記第２座標系の座標から前記第１座標系の座標へ変換することを特徴としている。

　本発明によれば、ローカライゼーションに必要な工数を削減し、施工現場座標系における作業機械の自己位置及び姿勢、周囲の地形形状を計測することができる。

第１実施形態に係る作業機械が適用される作業現場を示す概略図である。第１実施形態に係る作業機械の構成を示す側面図である。作業機械の構成を示す油圧回路図である。作業機械の制御システムの構成を示す概略図である。制御装置の処理を示すフローチャートである。設計データの形状の一例を示す概略図である。起工測量の一例を示す概略図である。設計データの作成例を示す概略図である。制御装置の処理を示すフローチャートである。周辺領域の抽出例を示す概略図である。制御装置の処理を示すフローチャートである。制御装置の処理を示すフローチャートである。制御装置の処理を示すフローチャートである。キーポイントの抽出例を示す側面図である。類似形状部分を対応付ける例を示す概略図である。制御装置の処理を示すフローチャートである。座標変換行列を求める例を説明する概略図である。制御装置の処理を示すフローチャートである。座標変換の一例を示す概略図である。第２実施形態に係る作業機械の制御システムの構成を示す概略図である。制御装置の処理を示すフローチャートである。制御装置の処理を示すフローチャートである。施工完了後の施工領域の抽出例を示す概略図である。制御装置の処理を示すフローチャートである。第３実施形態に係る作業機械の制御システムの構成を示す概略図である。制御装置の処理を示すフローチャートである。

　以下、図面を参照して本発明に係る作業機械の実施形態について説明する。以下の説明では、上下、左右、前後の方向及び位置は、作業機械の通常の使用状態、すなわち作業機械の走行体が地面に接地する状態を基準にする。

[第１実施形態]
　まず、図１を参照して第１実施形態に係る作業機械が適用される作業現場を説明する。図１に示すように、作業現場は、施工対象２に対して情報化施工を行う作業機械１と、施工対象２の上空を飛行しながら施工対象２の形状を計測して起工測量を行うＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ　Ａｅｒｉａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）６によって構成されている。

　施工対象２には、施工境界３が設けられている。作業機械１は、施工境界３で囲まれた施工領域４の中で施工対象２が予め定められた設計データの形状になるように、施工対象２に対して掘削作業、盛り土作業、法面整形作業などの施工作業を行う。また、施工領域４に対して、周辺領域５が存在する。周辺領域５には、建築物５ａ，５ｂ、自然物５ｃ，５ｄ，５ｅ、地形５ｆ，５ｇなどが含まれている。施工境界３の外側の周辺領域５に対して、作業機械１は施工を行わないので、周辺領域５は作業機械１の施工作業によってその形状が変化することはない。

　情報化施工において、施工完了後の施工対象２の形状データを有する設計データを作業機械１の制御装置２１（後述する）に入力し、設計データに基づいて設定された目標施工面に沿って作業機械１のバケット先端が移動するように制御を行うマシンコントロール機能や、作業機械１に取り付けられた地形計測装置３０（後述する）を用いて施工領域４の現況地形を計測し、施工領域４の出来形を管理する出来形管理機能などが活用されている。

　図２は第１実施形態に係る作業機械の構成を示す側面図である。本実施形態に係る作業機械１は、例えば油圧ショベルであり、走行可能な走行体１０と、走行体１０に対して左右方向に旋回自在に取り付けられた旋回体１１と、旋回体１１に対して上下方向に回動自在に取り付けられた作業フロント１２とを備えている。

　走行体１０は、作業機械１の下部に配置されており、例えばトラックフレーム４２、フロントアイドラ４３、スプロケット４４及び履帯４５を有するように構成されている。フロントアイドラ４３及びスプロケット４４は、それぞれトラックフレーム４２に配置されており、履帯４５はそれらの部材を介してトラックフレーム４２を周回できるように配置されている。

　旋回体１１は、走行体１０の上方に配置されている。この旋回体１１は、旋回するための旋回モータ１９と、オペレータが乗り込んで作業機械１を操作する操作室２０と、作業機械１の動作を制御する制御装置２１と、操作室２０内に設けられた操作レバー２２ａ，２２ｂと、操作室２０の内部に設けられて作業機械１の車体情報などを表示する表示装置２６と、操作室２０内に設けられて設計データを３次元のデータとして取得する設計データ取得装置２９とを備えている。

　また、旋回体１１には、旋回体１１周りの角速度を取得する旋回ジャイロスコープ２７と、旋回体１１の前後左右方向の傾斜角度を取得する傾斜センサ２８とがそれぞれ取り付けられている。更に、旋回体１１には、旋回体１１が旋回しながら作業機械１の周囲の地形形状を３次元の地形データとして計測する地形計測装置３０が取り付けられている。

　地形計測装置３０は、例えば左右一対のカメラ（カメラ３０ａ、３０ｂ）により構成されたステレオカメラであり、作業機械１の後方向きに取り付けられている。この地形計測装置３０は、ステレオカメラ制御装置３１と電気的に接続されており、撮像したステレオ画像をステレオカメラ制御装置３１に送信する。なお、地形計測装置３０の設置向きは後方とは限らない。また、地形計測装置３０の台数は１台であっても良く、複数台であっても良い。更に、地形計測装置３０としては、ステレオカメラの他、３次元距離測定センサなどを使用しても良い。

　ステレオカメラ制御装置３１は、カメラ３０ａとカメラ３０ｂの撮像を同期するための同期信号をカメラ３０ａとカメラ３０ｂへ送り、カメラ３０ａとカメラ３０ｂからの２枚の画像から距離情報に変換する演算を行い、演算した距離情報を制御装置２１に送信する。

　作業フロント１２は、旋回体１１に回動自在に設けられたブーム１３と、ブーム１３の先端に回動自在に設けられたアーム１４と、アーム１４の先端に回動自在に設けられたバケット１５と、ブーム１３を駆動するブームシリンダ１６と、アーム１４を駆動するアームシリンダ１７と、バケット１５を駆動するバケットシリンダ１８とを備えている。ブーム１３、アーム１４、バケット１５の回動軸には、それぞれブーム角度センサ２３、アーム角度センサ２４、バケット角度センサ２５が取り付けられている。これらの角度センサは、ブーム１３、アーム１４、バケット１５の回動角度をそれぞれ取得し、取得した結果を制御装置２１に出力する。

　図３は作業機械の構成を示す油圧回路図である。図３に示すように、作動油タンク４１内の圧油は、メインポンプ３９によって吐出され、更にコントロールバルブ３５～３８を通してブームシリンダ１６、アームシリンダ１７、バケットシリンダ１８、旋回モータ１９にそれぞれ供給される。これによって、ブームシリンダ１６、アームシリンダ１７、バケットシリンダ１８、旋回モータ１９はそれぞれ駆動される。コントロールバルブ３５～３８は、例えば電磁弁からなり、制御装置２１によってそれぞれ制御されている。

　なお、メインポンプ３９によって吐出される圧油は、圧力が過大にならないようにリリーフ弁４０を通して調整されている。また、各シリンダ、旋回モータおよびリリーフ弁４０を介した圧油は、再度作動油タンク４１に戻るようになっている。

　操作レバー２２ａ，２２ｂから出力された電気信号は、制御装置２１で受信した後、適切な電気信号に変換されてコントロールバルブ３５～３８を駆動するようになっている。また、コントロールバルブ３５～３８の開閉量は、操作レバー２２ａ，２２ｂの操作量に応じて変化するように構成されている。これによって、ブームシリンダ１６、アームシリンダ１７、バケットシリンダ１８、旋回モータ１９への圧油の供給量がそれぞれ調整される。

　制御装置２１は、例えばブーム角度センサ２３、アーム角度センサ２４、バケット角度センサ２５、旋回ジャイロスコープ２７、傾斜センサ２８、設計データ取得装置２９、ステレオカメラ制御装置３１からの信号を受信し、受信した信号を基に作業機械１の位置座標、作業機械１の姿勢及び作業機械１の周囲地形を演算し、演算した結果を表示装置２６に表示させるように構成されている。

　図４は作業機械の制御システムの構成を示す概略図である。図４に示すように、作業機械１の制御システムは、制御装置２１と、制御装置２１と電気的に接続されたステレオカメラ制御装置３１、設計データ取得装置２９及び表示装置２６などによって構成されている。設計データ取得装置２９は、例えば外部記憶媒体３２と接続可能なＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）ポートである。

　制御装置２１は、入出力部５０と、処理部５１と、記憶部５２とを有する。入出力部５０は、制御装置２１とステレオカメラ制御装置３１、設計データ取得装置２９、表示装置２６等の装置とを接続するためのインタフェースである。処理部５１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）とＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）を組み合わせてなるマイクロコンピュータによって構成されている。この処理部５１は、更に、設計データ処理部５１ａ、周辺領域抽出部５１ｂ、現況地形データ生成部５１ｃ、位置姿勢推定部５１ｄ、類似形状対応付け部５１ｅ、座標変換行列演算部５１ｆ、及び位置座標変換部５１ｇを有する。

　設計データ処理部５１ａは、入出力部５０を介して設計データ取得装置２９に接続された外部記憶媒体３２からの設計データを、設計データ座標系（第１座標系）のデータとして読み出し、読み出した設計データを記憶部５２に書き込むように構成されている。周辺領域抽出部５１ｂは、記憶部５２に記憶される設計データを読み出し、読み出した設計データのうち施工を行わない周辺領域の形状データである周辺領域形状データを抽出し、抽出した周辺領域形状データを記憶部５２に書き込むように構成されている。

　現況地形データ生成部５１ｃは、地形計測装置３０で計測してステレオカメラ制御装置３１から入力された地形データを基に該地形計測装置３０の設置位置（すなわち、作業機械１の設置位置）に基づいて定められた現況地形座標系（第２座標系）の現況地形データを生成し、生成した現況地形データを記憶部５２に書き込むように構成されている。なお、ここでの現況地形データは作業機械１の周囲の地形形状に関するものである。

　位置姿勢推定部５１ｄは、現況地形データ生成部５１ｃが生成した現況地形データに基づいて現況地形座標系における作業機械１の自己位置及び姿勢（以下、「作業機械の自己位置及び姿勢」を単に「自己位置及び姿勢」という場合がある）を推定し、推定した作業機械１の自己位置及び姿勢の座標を記憶部５２に書き込むように構成されている。

　類似形状対応付け部５１ｅは、周辺領域抽出部５１ｂで抽出した周辺領域形状データと現況地形データ生成部５１ｃで生成した現況地形データとの間の類似形状部分を探索し、探索した類似形状部分を対応付けるように構成されている。座標変換行列演算部５１ｆは、類似形状対応付け部５１ｅより対応付けられた周辺領域形状データと現況地形データの類似形状部分を用いて、対応付けられた類似形状部分の座標値の差が最小になるように現況地形座標系から設計データ座標系への変換を行う座標変換行列を演算し、演算した座標変換行列を記憶部５２に書き込むように構成されている。

　位置座標変換部５１ｇは、座標変換行列演算部５１ｆで演算した座標変換行列を用い、位置姿勢推定部５１ｄで推定した自己位置及び姿勢と現況地形データとを現況地形座標系の座標から設計データ座標系の座標へ変換するように構成されている。

　一方、記憶部５２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリとハードディスクドライブやソリッドステートドライブ等のストレージによって構成されている。この記憶部５２は、処理部５１と電気的に接続されており、処理部５１による各書き込み作業及び読み出し作業に対応できるように構成されている。例えば、記憶部５２は、処理部５１の各処理を行うためのソフトウェアのソースコードを記憶している。

　次に、図５～図２２を参照して制御装置２１の制御処理を説明する。制御装置２１の制御処理は、例えば一定の周期毎に実行されている。

　図５は処理部５１の設計データ処理部５１ａ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Ｓ１００では、設計データ処理部５１ａは、入出力部５０を介して、設計データ取得装置２９に接続された外部記憶媒体３２から設計データを読み出す。

　ここで、設計データの一例について図６～図８を用いて説明する。設計データは、施工完了後の施工対象２のデータである。設計データには、地形データ、施工現場座標系の基準点６０及び施工境界３の情報が含まれており、設計データの形状が施工領域４と周辺領域５のどちらに該当するかの情報も含まれている。ここでは、設計データ座標系を用いて施工を行うため、施工現場座標系が設計データ座標系と同じになり、従って、設計データは施工現場座標系の設計データになる。なお、以下の説明において設計データ座標系を施工現場座標系と呼ぶ場合がある。

　設計データは、起工測量で計測した施工前の地形データと施工の図面データを用いて生成される。図７は起工測量の一例を示す概略図である。起工測量では、ＵＡＶ６を用いて施工前の施工対象２の地形形状を計測する。ＵＡＶ６には、ＵＡＶ６から見下ろして施工対象２の地形形状を計測できるように、レーザスキャナやカメラなどの計測装置が下向きに取り付けられている。

　図８は設計データの作成例を示す概略図であり、図８の上段は施工対象２の施工前の地形データを示す。施工前の地形データには、施工前の地形データの座標系の基準点６２が含まれている。図８の中段はＣＡＤ等で作成された施工図面のデータを示す。施工図面には、基準点６１と施工境界３との情報が含まれている。図８の下段は設計データを示す。設計データは、施工完了後の施工対象２の形状に関するデータであり、施工前の地形データに図面データを重ね合わせることによって作成される。作成した設計データ座標系の基準点６０は、施工図面の座標系の基準点６１を用いる。そして、設計者や施工管理者などによって作成された設計データは、外部記憶媒体３２に保存され、設計データ取得装置２９を経由し制御装置２１に取り込まれている。

　ステップＳ１００に続くステップＳ１０１では、設計データ処理部５１ａは、読み出した設計データを記憶部５２に書き込む。

　図９は、周辺領域抽出部５１ｂの処理を示すフローチャートである。図９に示すように、ステップＳ２００では、周辺領域抽出部５１ｂは記憶部５２から設計データを読み出す。ステップＳ２００に続くステップＳ２０１では、周辺領域抽出部５１ｂは、読み出した設計データから周辺領域形状データを抽出する。周辺領域形状データは、施工領域４を除外した周辺領域５の形状データであり、設計データに含まれている施工境界３、施工領域４、及び周辺領域５に関する情報を用いて容易に抽出することができる。設計データから抽出した周辺領域形状データの例を図１０に示す。周辺領域形状データの座標系の基準点６３は、設計データ座標系の基準点６０（図６参照）と同じである。

　ステップＳ２０１に続くステップＳ２０２では、周辺領域抽出部５１ｂは、抽出した周辺領域形状データを記憶部５２に書き込む。

　次に、移動ロボット分野などで良く用いられるＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ）技術を利用し、現況地形データ生成部５１ｃによる現況地形データの生成、位置姿勢推定部５１ｄによる作業機械１の自己位置及び姿勢の推定について、図１１～図１３を参照して説明する。なお、位置姿勢推定部５１ｄによる作業機械１の自己位置及び姿勢の推定は、現況地形データ生成部５１ｃが生成した現況地形データと同じ座標系（すなわち、現況地形座標系）を用いる。

　図１１は、位置姿勢推定部５１ｄが自己位置及び姿勢を推定するフローチャートである。図１１に示すように、ステップＳ３００では、位置姿勢推定部５１ｄは、現況地形データ生成部５１ｃによって書き込まれた現況地形データが記憶部５２に存在するかを判定する。記憶部５２に現況地形データが存在すると判定された場合、制御処理はステップＳ３０１に進む。一方、存在しないと判定された場合、制御処理はステップＳ３０５に進む。

　ステップＳ３０１では、位置姿勢推定部５１ｄは、記憶部５２から現況地形データを読み出す。ステップＳ３０１に続くステップＳ３０２では、位置姿勢推定部５１ｄは、該位置姿勢推定部５１ｄの処理の１サイクル前の自己位置及び姿勢のデータを記憶部５２から読み出す。

　ステップＳ３０２に続くステップＳ３０３では、位置姿勢推定部５１ｄはステレオカメラ制御装置３１から地形情報を取得する。例えば、位置姿勢推定部５１ｄは、ステレオカメラ制御装置３１より地形計測装置３０の計測範囲における地形情報（すなわち、地形データ）を取得する。

　ステップＳ３０３に続くステップＳ３０４では、位置姿勢推定部５１ｄは、ステップＳ３０１で読み出した現況地形データに基づいて、該現況地形データ座標系における作業機械１の自己位置及び姿勢を推定する。例えば、位置姿勢推定部５１ｄは、ステップＳ３０１で読み出した現況地形データとステップＳ３０２で読み出した１サイクル前の自己位置及び姿勢のデータを用いて、ステップＳ３０３で取得した地形情報から前サイクルの位置の近傍で形状マッチング手法を使い、ステップＳ３０３で取得した地形情報を得られるように自己位置及び姿勢を推定する。また、位置姿勢推定部５１ｄは、地形計測装置３０から取得した映像を用いてオプティカルフローを演算することにより、自己位置及び姿勢を推定しても良い。

　ステップＳ３０４に続くステップＳ３０６では、位置姿勢推定部５１ｄは、ステップＳ３０４で推定した現況地形座標系における自己位置及び姿勢を記憶部５２に書き込む。

　一方、ステップＳ３０５では、位置姿勢推定部５１ｄは、制御処理を行っている現時点の自己位置及び姿勢（すなわち、現在自己位置及び姿勢）を現況地形座標系の基準点として設定する。そして、設定した基準点は、現況地形データ生成部５１ｃが生成する現況地形データの基準点となる。ステップＳ３０５に続くステップＳ３０６では、位置姿勢推定部５１ｄは、ステップＳ３０５で設定した現況地形座標系における自己位置及び姿勢を記憶部５２に書き込む。

　図１２は、現況地形データ生成部５１ｃが現況地形データを生成するフローチャートである。図１２に示すように、ステップＳ４００では、現況地形データ生成部５１ｃは記憶部５２に自己位置及び姿勢のデータが存在するかを判定する。記憶部５２に自己位置及び姿勢のデータが存在すると判定された場合、制御処理はステップＳ４０１に進む。一方、存在しないと判定された場合、ステップＳ４００が繰り返し行われる。

　ステップＳ４００に続くステップＳ４０１では、現況地形データ生成部５１ｃは記憶部５２から自己位置及び姿勢のデータを読み出す。ステップＳ４０１に続くステップＳ４０２では、現況地形データ生成部５１ｃは、記憶部５２に現況地形データが存在するかを判定する。記憶部５２に現況地形データが存在すると判定された場合、制御処理はステップＳ４０３に進む。一方、存在しないと判定された場合、制御処理はステップＳ４０４に進む。

　ステップＳ４０２に続くステップＳ４０３では、現況地形データ生成部５１ｃは記憶部５２から現況地形データを読み出す。ステップＳ４０３に続くステップＳ４０４では、現況地形データ生成部５１ｃは、ステレオカメラ制御装置３１より地形計測装置３０の計測範囲における地形情報（すなわち、地形データ）を取得する。

　ステップＳ４０４に続くステップＳ４０５では、現況地形データ生成部５１ｃは作業機械１の周囲の現況地形データを生成する。具体的には、現況地形データ生成部５１ｃは、ステップＳ４０３で読み出した現況地形データと、ステップＳ４０１で読み出した自己位置及び姿勢のデータと、自己位置及び姿勢と地形計測装置３０の位置関係を用いて現況地形座標系における作業機械１の地形計測装置３０の位置及び姿勢を演算し、更にステップＳ４０４で取得した地形データを現況地形座標系における地形データに変換し、現況地形データの生成および更新を行う。なお、現況地形データの更新は、地形計測装置３０で計測した地形データが以前の現況地形データと重複した場合に行われる。

　ステップＳ４０５に続くステップＳ４０６では、現況地形データ生成部５１ｃはステップＳ４０５で生成した現況地形データを記憶部５２に書き込む。

　図１１に示す位置姿勢推定部の処理と図１２に示す現況地形データ生成部の処理とは、並列関係を有する。すなわち、位置姿勢推定部５１ｄの処理では、現況地形データ生成部５１ｃの生成結果が用いられ、現況地形データ生成部５１ｃの処理では、位置姿勢推定部５１ｄの推定結果も用いられる。

　以下、類似形状対応付け部５１ｅが周辺領域抽出部５１ｂによって抽出された周辺領域形状データと現況地形データ生成部５１ｃによって生成された現況地形データとの間の類似形状部分を探索し、類似形状部分を対応付けることについて、図１３～図１５を参照して説明する。

　図１３は、類似形状対応付け部５１ｅの処理を示すフローチャートである。図１３に示すように、ステップＳ５００では、類似形状対応付け部５１ｅは記憶部５２から現況地形データ生成部５１ｃが生成した現況地形データを読み出す。ステップＳ５００に続くステップＳ５０１では、類似形状対応付け部５１ｅは、ステップＳ５００で読み出した現況地形データから現況地形データのキーポイントを抽出する。キーポイントは、例えば地形の中で傾きが急に変化する点や頂点など特徴のある点のことである。例えば、図１４で示すように、旋回体１１に取り付けられた地形計測装置３０によって計測された地形データ６５の中で、地形の傾きが変更する点６５ａと点６５ｂがキーポイントになる。キーポイントは、地形が点群情報であればＵｎｉｆｏｒｍ　Ｓａｍｐｌｉｎｇなどのアルゴリズムを用いることにより抽出することも可能である。

　ステップＳ５０１に続くステップＳ５０２では、類似形状対応付け部５１ｅは、周辺領域抽出部５１ｂによって抽出された周辺領域形状データを記憶部５２から読み出す。ステップＳ５０２に続くステップＳ５０３では、類似形状対応付け部５１ｅは、ステップＳ５０２で読み出した周辺領域形状データのキーポイントを抽出する。

　ステップＳ５０３に続くステップＳ５０４では、類似形状対応付け部５１ｅは、周辺領域形状データと現況地形データとの間の類似形状部分を対応付ける。より具体的には、類似形状対応付け部５１ｅは、ステップＳ５０１で抽出した現況地形データのキーポイントとステップＳ５０３で抽出した周辺領域形状データのキーポイントとを比較し、マッチングにより形状が類似する部分（すなわち、類似形状部分）を順次探索し、類似形状部分を対応付ける。

　図１５は、類似形状部分を対応付ける処理の一例を示す。図１５の上段は周囲地形の形状データとそのキーポイントであり、図１５の下段は現況地形データとそのキーポイントである。図１５の上段及び下段の各々のキーポイント同士の位置関係を用いることで、類似形状部分を対応付けることが可能である。例えば、図１５の上段のキーポイント６６と図１５の下段のキーポイント６８は対応関係を有し、図１５の上段のキーポイント６７と図１５の下段のキーポイント６９は対応関係を有する。なお、図１５中の７０，７１は座標系の基準点である。

　ステップＳ５０４に続くステップＳ５０５では、類似形状対応付け部５１ｅは、ステップＳ５０４で行った周辺領域形状データと現況地形データとの対応関係（言い換えれば、対応付けられた類似形状部分）を記憶部５２に書き込む。

　次に、上述の周辺領域形状データと現況地形データとの対応関係を用いて、現況地形座標系から周辺領域形状データの座標系である施工現場座標系への座標変換行列を演算することについて、図１６及び図１７を参照して説明する。

　図１６は、座標変換行列演算部５１ｆの処理を示すフローチャートである。図１６に示すように、ステップＳ６００では、座標変換行列演算部５１ｆは、周辺領域形状データと現況地形データとの対応関係を記憶部５２から読み出す。ステップＳ６００に続くステップＳ６０１では、座標変換行列演算部５１ｆは、対応付けられたキーポイントの数（Ｎｋｅｙｐｏｉｎｔ）を予め定められた閾値（Ｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）と比較する。

　閾値（Ｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）は、生成された現況地形データと周辺領域形状データとの間で対応付けられたキーポイントが無い場合、或いは対応付けられたキーポイントの数が少なくて周辺領域形状データと生成された現況地形データの位置合わせが一意に定まらない場合、周辺領域形状データと現況地形のキーポイントの位置合わせができないことを防ぐために設定されている。例えば、２次元の形状であれば、位置合わせのために対応付けられた３個のキーポイントの対が必要であるので、Ｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝３となり、３次元であれば、４個のキーポイントの対が必要であるので、Ｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝４となる。なお、閾値（Ｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）は、３や４より大きくても良い。

　対応付けられたキーポイントの数（Ｎｋｅｙｐｏｉｎｔ）が閾値（Ｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）以上の場合、制御処理はステップＳ６０２に進む。一方、対応付けられたキーポイント（Ｎｋｅｙｐｏｉｎｔ）が閾値（Ｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）未満の場合、制御処理はステップＳ６０４に進む。

　ステップＳ６０２では、座標変換行列演算部５１ｆは、周辺領域形状データと現況地形データ生成部５１ｃが生成した現況地形データとの位置合わせを行い、座標変換行列を演算する。例えば、２次元の形状データであれば、座標変換行列演算部５１ｆは、周辺領域形状データの基準点と現況地形データの基準点との位置関係を表す座標変換行列Ｈを求める。座標変換行列Ｈは、平行移動行列Ｔ、回転行列Ｒ及び拡大縮小行列Ｓを用いて以下の式（１）で求められる。
　　Ｈ＝Ｔ×Ｒ×Ｓ　　　　　　　　　　　　　　　　式（１）

　式（１）の平行移動行列Ｔ、回転行列Ｒ、拡大縮小行列Ｓに、ｘ方向の平行移動ｘ、ｙ方向の平行移動ｙ、回転角θ、拡大縮小率ｓの値を用いると以下の式（２）～式（４）になる。
　　Ｔ＝（１　　０　　ｘ；
　　　　　０　　１　　ｙ；
　　　　　０　　０　　１）　　　　　　　　　　　　式（２）
　　Ｒ＝（ｃｏｓ（θ）　－ｓｉｎ（θ）　０；
　　　　　ｓｉｎ（θ）　　ｃｏｓ（θ）　０；
　　　　　　　　０　　　　　　　０　　　１）　　　式（３）
　　Ｓ＝（ｓ　　０　　０；
　　　　　０　　ｓ　　０；
　　　　　０　　０　　１）　　　　　　　　　　　　式（４）

　平行移動行列Ｔのｘ、ｙ、回転行列Ｒのθ、拡大縮小行列ＳのｓはＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ　Ｃｌｏｓｅｓｔ　Ｐｏｉｎｔ）、Ｓｏｆｔａｓｓｉｇｎ、ＥＭ－ＩＣＰなどのアルゴリズムを用いることで演算することができる。例えば、対応付けられたキーポイントを用いて、現況地形データのキーポイントを施工現場座標系における座標値に変換し、施工現場座標系における現況地形データのキーポイントと対応している周辺領域形状データのキーポイント間の距離が最小になるようなｘ、ｙ、θ、ｓを繰り返し演算により、平行移動行列Ｔ、回転行列Ｒ、拡大縮小行列Ｓから座標変換行列Ｈを求める。

　そして、現況地形座標系での座標値（Ｘ１、Ｙ１）を施工現場座標系における座標値（Ｘ２、Ｙ２）に変換する場合、以下の式（５）を用いることで演算できる。
　　ｔｒ（Ｘ２　Ｙ２　１）＝Ｈ×ｔｒ（Ｘ１　Ｙ１　１）　　　式（５）

　図１７は、位置合わせを行った周辺領域形状データと現況地形データの一例を示す。座標変換後の対応付けられたキーポイント間の距離が最小になるように、言い換えれば対応付けた類似形状部分の座標値の差が最小になるように、ｘ方向の平行移動の７２ａ，７２ｂ、ｙ方向の平行移動７３ａ，７３ｂ、回転角７４ａ，７４ｂ、拡大縮小率ｓを求める。拡大縮小率ｓは、拡大した倍率の逆数であり、例えば現況地形座標系を２倍に拡大した場合、ｓは０．５となる。拡大縮小率ｓ＝１の例である図１７の例では、図１７の上段の方よりも下段の方が、対応付けられたキーポイント間の距離が小さく、座標変換行列Ｈを求めるためのｘ、ｙ、θ、ｓとしては、図１７の下段の７２ｂ、７３ｂ、７４ｂが適切である。なお、図１７中の７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂは座標系の基準点である。

　ステップＳ６０２に続くステップＳ６０３では、座標変換行列演算部５１ｆは、ステップＳ６０２で演算した座標変換行列Ｈを記憶部５２に書き込む。一方、ステップＳ６０４では、座標変換行列演算部５１ｆはエラー処理を行う。例えば、座標変換行列演算部５１ｆは、入出力部５０を介して表示装置２６に「計測点不足。作業機械を走行または旋回して下さい。」といったメッセージを表示させる。

　次に、位置座標変換部５１ｇが座標変換行列Ｈを用いて施工現場座標系における作業機械位置の座標値を求める演算について、図１８及び図１９を参照して説明する。

　図１８は、位置座標変換部５１ｇの処理を示すフローチャートである。図１８に示すように、ステップＳ７００では、位置座標変換部５１ｇは記憶部５２から座標変換行列Ｈを読み出す。ステップＳ７００に続くステップＳ７０１では、位置座標変換部５１ｇは、位置姿勢推定部５１ｄが推定した現況地形座標系における自己位置及び姿勢を記憶部５２から読み出す。ステップＳ７０１に続くステップＳ７０２では、位置座標変換部５１ｇは現況地形データ生成部５１ｃが生成した現況地形データを記憶部５２から読み出す。

　ステップＳ７０２に続くステップＳ７０３では、位置座標変換部５１ｇは、ステップＳ７００で読み出した座標変換行列ＨとステップＳ７０１で読み出した現況地形座標系における自己位置及び姿勢の座標Ｐ１に基づいて、以下の式（６）を用いて施工現場座標系における自己位置及び姿勢の座標Ｐ２を演算する。
　　Ｐ２＝Ｈ×Ｐ１　　　　　　　　　式（６）

　なお、現況地形座標系における作業機械１の方位角をθ１、施工現場座標系における作業機械１の方位角をθ２とすると、座標変換行列Ｈのθを用いて式（７）より作業機械１の方位角θ２を求めることができる。
　　θ２＝θ１＋θ　　　　　式（７）

　ステップＳ７０３に続くステップＳ７０４では、位置座標変換部５１ｇは、ステップＳ７００で読み出した座標変換行列ＨとステップＳ７０２で読み出した現況地形データとを用いて、施工現場座標系における現況地形データを演算する。例えば現況地形データを点群で表す場合、現況地形座標系における点群の座標値を座標変換行列Ｈによって座標変換することで、施工現場座標系における現況地形データを演算することができる。

　図１９に、位置座標変換部５１ｇが演算した現場座標系における現況地形データと自己位置及び姿勢とを示す一例である。図１９の上段は、現況地形データ生成部５１ｃが生成した現況地形データと位置姿勢推定部５１ｄが推定した自己位置及び姿勢を示す。そして、ステップＳ７０３とステップＳ７０４で座標変換行列Ｈを用いて座標変換を行うことによって、図１９の下段のように施工現場座標系における現況地形データと施工現場座標系における自己位置及び姿勢とを求めることができる。

　ステップＳ７０４に続くステップＳ７０５では、位置座標変換部５１ｇは、ステップＳ７０３で演算した施工現場座標系における自己位置及び姿勢の座標と、ステップＳ７０４で演算した施工現場座標系における現況地形データとを記憶部５２に書き込む。

　本実施形態に係る作業機械１において、制御装置２１の処理部５１は、施工現場座標系の設計データから周辺領域形状データを抽出する周辺領域抽出部５１ｂと、抽出した周辺領域形状データと現況地形座標系の現況地形データとの間の類似形状部分を探索して対応付ける類似形状対応付け部５１ｅと、対応付けた類似形状部分の座標値の差が最小になるように現況地形座標系から施工現場座標系への変換を行う座標変換行列を演算する座標変換行列演算部５１ｆと、演算した座標変換行列を用いて作業機械１の自己位置及び姿勢と現況地形データとを現況地形座標系の座標から施工現場座標系の座標へ変換する位置座標変換部５１ｇとを有する。従って、施工によって形状が不変である周辺領域を用いることで、ローカライゼーションに必要な工数を削減し、施工現場座標系における作業機械１の自己位置及び姿勢、周囲の地形形状を計測することができる。

[第２実施形態]
　以下、図２０～図２４を参照して作業機械の第２実施形態を説明する。本実施形態の作業機械１Ａは、処理部５１Ａが施工領域完成形状抽出部５１ｈ及び施工完了領域抽出部５１ｉを更に有する点において上述した第１実施形態と異なっている。その他の構造は第１実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。

　図２０は第２実施形態に係る作業機械の制御システムの構成を示す概略図である。図２０に示すように、作業機械１Ａの処理部５１Ａが施工領域完成形状抽出部５１ｈと施工完了領域抽出部５１ｉとを更に有する。

　まず、図２１を参照して、施工領域完成形状抽出部５１ｈが設計データから施工領域における施工完了後の形状データを抽出することについて説明する。

　図２１は、施工領域完成形状抽出部５１ｈの処理を示すフローチャートである。図２１に示すように、ステップＳ８００では、施工領域完成形状抽出部５１ｈは、設計データ処理部５１ａによって書き込まれた設計データを記憶部５２から読み出す。ステップＳ８００に続くステップＳ８０１では、施工領域完成形状抽出部５１ｈは、図６に示したような設計データから施工領域４における施工完了後の形状データ（すなわち、施工領域完成形状データ）を抽出する。施工領域完成形状データは、設計データに含まれている施工境界３、施工領域４、周辺領域５に関する情報を用いることによって容易に抽出することができる。施工領域完成形状データの座標系の基準点は、設計データ座標系の基準点６０と同じである。また、施工領域完成形状データには、施工境界３の情報も含まれている。

　ステップＳ８０１に続くステップＳ８０２では、施工領域完成形状抽出部５１ｈは、抽出した施工領域完成形状データを記憶部５２に書き込む。

　続いて、図２２及び図２３を参照して、施工完了領域抽出部５１ｉが施工領域４内の施工対象の一部が施工完了になったか否かを判定し、施工完了と判定した領域を抽出することについて説明する。

　図２２は、施工完了領域抽出部５１ｉの処理を示すフローチャートである。図２２に示すように、ステップＳ９００では、施工完了領域抽出部５１ｉは、施工領域完成形状抽出部５１ｈによって書き込まれた施工領域完成形状データを記憶部５２から読み出す。ステップＳ９００に続くステップＳ９０１では、施工完了領域抽出部５１ｉは、位置座標変換部５１ｇによって書き込まれた施工現場座標系における現況地形データを記憶部５２から読み出す。

　ステップＳ９０１に続くステップＳ９０２では、施工完了領域抽出部５１ｉは、ステップＳ９００で読み出した施工領域完成形状データの施工境界３のデータとステップＳ９０１で読み出した現況地形データとを用いて、施工領域における現況地形データを抽出する。ここで、施工境界３のデータの座標系と現況地形データの座標系が同じであるため、施工領域における現況地形データを容易に求めることができる。

　ステップＳ９０２に続くステップＳ９０３では、施工完了領域抽出部５１ｉは、ステップＳ９００で読み出した施工領域完成形状データとステップＳ９０２で抽出した施工領域における現況地形データのキーサーフェイスを更に抽出する。キーサーフェイスは、例えば形状データでキーポイントに囲まれた平面と判定される面を指す。ＲＡＮＳＡＣ（ＲＡＮｄｏｍ　ＳＡｍｐｌｅ　Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ）アルゴリズムなどを用いて形状データから抽出した平面がキーポイントに囲まれている場合、その平面をキーサーフェイスとして求めることができる。

　ステップＳ９０３に続くステップＳ９０４では、施工完了領域抽出部５１ｉは、ステップＳ９０３で抽出した施工領域完成形状データのキーサーフェイスと施工領域における現況地形データのキーサーフェイスの座標値を比較することにより、施工完了領域を抽出する。例えば図２３に示すように、施工領域４の中で完成した法面７５が存在する施工現場において、現況地形データとして地形計測装置３０が法面７５を計測した場合、完成した法面７５は施工領域における現況地形データのキーサーフェイスとしてステップＳ９０３で求められる。

　また、施工領域完成形状データが施工完了後の形状であるため、施工領域完成形状データのキーサーフェイスには法面７５が必ず含まれている。そして、施工領域完成形状データと施工領域における現況地形データの共通キーサーフェイスは現況地形が施工完了後の形状になると見なすことができるため、共通キーサーフェイスを施工完了領域と判定することができる。このため、施工完了領域抽出部５１ｉは、共通キーサーフェイスを施工完了領域として抽出する。

　ステップＳ９０４に続くステップＳ９０５では、施工完了領域抽出部５１ｉは、ステップＳ９０４で抽出した施工完了領域の形状データを更に抽出する。例えば、施工完了領域抽出部５１ｉは、ステップＳ９００で読み出した施工領域完成形状データから施工完了領域に該当する形状データを抽出する。施工完了領域の形状データの座標系の基準点は、設計データ座標系の基準点６０と同じである。ステップＳ９０５に続くステップＳ９０６では、施工完了領域抽出部５１ｉは、ステップＳ９０５で抽出した施工完了領域の形状データを記憶部５２に書き込む。

　本実施形態において、作業機械１Ａの処理部５１Ａが施工領域完成形状抽出部５１ｈと施工完了領域抽出部５１ｉとを更に有するため、類似形状対応付け部５１ｅの処理が第１実施形態で述べた類似形状対応付け部５１ｅの処理と異なる。より具体的には、図２４に示すように、本実施形態の類似形状対応付け部５１ｅの処理は、第１実施形態で述べた図１３のフローチャートと比べて、ステップＳ５０２とステップＳ５０３との間にステップＳ５０６及びステップＳ５０７が追加され、且つ図１３に示すステップＳ５０３がステップＳ５０８に変更されたものである。以下、その追加された内容及び変更された内容のみを説明する。

　すなわち、ステップＳ５０６では、類似形状対応付け部５１ｅは、施工完了領域抽出部５１ｉが抽出した施工完了領域の形状データを記憶部５２から読み出す。ステップＳ５０６に続くステップＳ５０７では、類似形状対応付け部５１ｅは、ステップＳ５０２で読み出した周辺領域形状データにステップＳ５０６で読み出した施工完了領域の形状データを合成した形状データを不変領域の形状データとして作成する。周辺領域形状データ及び施工完了領域の形状データの座標系の基準点はそれぞれ施工現場座標系の基準点で同一であるため、例えば点群データの和集合として容易に求めることができる。

　ステップＳ５０７に続くステップＳ５０８では、類似形状対応付け部５１ｅは、ステップＳ５０７で作成した不変領域の形状データから不変領域の形状データのキーポイントを抽出する。ステップＳ５０８に続くステップＳ５０４では、類似形状対応付け部５１ｅは、ステップＳ５０１で抽出した現況地形データのキーポイントとステップＳ５０８で抽出した不変領域の形状データのキーポイントとを比較して類似形状部分を順次探索し、類似形状部分を対応付けることにより、不変領域の形状データと現況地形データとの対応関係を求める。

　そして、ステップＳ５０４に続くステップＳ５０５では、類似形状対応付け部５１ｅはステップＳ５０４で求めた対応関係を記憶部５２に書き込む。

　本実施形態に係る作業機械１Ａによれば、施工が完了した領域を判定し、施工完了領域を周辺領域と合わせて不変領域とすることで、ローカライゼーションの工数を削減し、施工現場座標系における作業機械の自己位置及び姿勢、周囲の地形形状を計測することができる。

[第３実施形態]
　以下、図２５及び図２６を参照して作業機械の第３実施形態を説明する。本実施形態の作業機械は、測位衛星からの信号を受信し、地球上における作業機械１の緯度、経度、楕円体高の地理座標と施工現場座標系における作業機械１の位置座標を統合し、統合した位置座標を外部サーバに送信する点において上述した第１実施形態と異なっている。その他の構造は第１実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。

　図２５は第３実施形態に係る作業機械の制御システムの構成を示す概略図である。図２５に示すように、本実施形態に係る作業機械の制御システムは、第１実施形態で述べた制御システムと比べてＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナ（位置取得装置）３３と無線通信アンテナ（通信装置）３４とを更に備えており、且つ処理部５１Ｂが位置情報送信部５１ｊを更に有する。

　図２６は位置情報送信部５１ｊの処理を示すフローチャートである。図２６に示すように、ステップＳ１０００では、位置情報送信部５１ｊは、ＧＮＳＳアンテナ３３を用いて測位衛星から地球上における作業機械１の緯度、経度、楕円体高の情報を取得する。ステップＳ１０００に続くステップＳ１００１では、位置情報送信部５１ｊは、位置座標変換部５１ｇで求めた施工現場座標系における作業機械１の位置情報（すなわち、作業機械１の自己位置の座標）を記憶部５２から読み出す。

　ステップＳ１００１に続くステップＳ１００２では、ステップＳ１０００とステップＳ１００１で取得した位置情報を統合し、緯度、経度、楕円体高と施工現場座標系における作業機械１の位置情報を対にして無線通信アンテナ３４を介して例えば施工現場の事務室に設置された外部サーバに送信する。なお、外部サーバの設置場所は施工現場に限らず、クラウドサーバであっても良い。

　本実施形態によれば、第１実施形態と同様にローカライゼーションの工数を削減し、施工現場座標系における作業機械１の位置姿勢と周囲の地形形状を計測できるほか、更に複数の緯度、経度、楕円体高と施工現場座標系における作業機械１の位置情報の対が外部サーバに送信されるので、緯度、経度、楕円体高と施工現場座標系における自己位置の座標との対応関係を導くことが可能となる。

　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１、１Ａ　　作業機械
１０　　走行体
１１　　旋回体
１２　　作業フロント
２１　　制御装置
２６　　表示装置
２９　　設計データ取得装置
３０　　地形計測装置
３０ａ、３０ｂ　　カメラ
３１　　ステレオカメラ制御装置
３２　　外部記憶媒体
３３　　ＧＮＳＳアンテナ（位置取得装置）
３４　　無線通信アンテナ（通信装置）
５０　　入出力部
５１，５１Ａ，５１Ｂ　　処理部
５１ａ　　設計データ処理部
５１ｂ　　周辺領域抽出部
５１ｃ　　現況地形データ生成部
５１ｄ　　位置姿勢推定部
５１ｅ　　類似形状対応付け部
５１ｆ　　座標変換行列演算部
５１ｇ　　位置座標変換部
５１ｈ　　施工領域完成形状抽出部
５１ｉ　　施工完了領域抽出部
５１ｊ　　位置情報送信部

Claims

　走行可能な走行体と、
　前記走行体に旋回自在に取り付けられた旋回体と、
　前記旋回体に回動自在に取り付けられた作業フロントと、
　施工完了後の地形データを有する設計データを３次元のデータとして取得する設計データ取得装置と、
　周囲の地形データを３次元のデータとして計測する地形計測装置と、
　前記設計データ取得装置で取得した地形データを予め定められた第１座標系の設計データとして処理する設計データ処理部と、前記地形計測装置で計測した地形データを前記地形計測装置の設置位置に基づいて定められた第２座標系の現況地形データとして生成する現況地形データ生成部と、前記現況地形データ生成部で生成した前記現況地形データに基づいて前記第２座標系における自己位置及び姿勢を推定する位置姿勢推定部とを有する制御装置と、
を備える作業機械において、
　前記制御装置は、
　前記第１座標系の設計データから周辺領域形状データを抽出し、抽出した前記周辺領域形状データと前記現況地形データとの間の類似形状部分を対応付け、対応付けた前記類似形状部分の座標値の差が最小になるように前記第２座標系から前記第１座標系への変換を行う座標変換行列を演算し、演算した前記座標変換行列を用いて前記作業機械の自己位置及び姿勢と前記現況地形データとを前記第２座標系の座標から前記第１座標系の座標へ変換することを特徴とする作業機械。
　前記制御装置は、前記第１座標系の設計データに基づいて施工領域完成形状データを抽出し、抽出した前記施工領域完成形状データと前記現況地形データとを比較することにより施工完了領域を抽出し、抽出した前記施工完了領域の形状データと前記現況地形データとの間の類似形状部分を対応付ける請求項１に記載の作業機械。
　地球上における前記作業機械の位置座標を取得する位置取得装置と、
　外部サーバとの間でデータの送受信を行う通信装置と、
をさらに備え、
　前記制御装置は、前記位置取得装置で取得した前記作業機械の位置座標と前記第１座標系における自己位置の座標とをまとめ、前記通信装置を介して前記外部サーバへ送信する請求項１又は２に記載の作業機械。