WO2021131864A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2021131864A1
WO2021131864A1 PCT/JP2020/046599 JP2020046599W WO2021131864A1 WO 2021131864 A1 WO2021131864 A1 WO 2021131864A1 JP 2020046599 W JP2020046599 W JP 2020046599W WO 2021131864 A1 WO2021131864 A1 WO 2021131864A1
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target
embankment
route
cut
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PCT/JP2020/046599
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伸也 加納
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株式会社小松製作所
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262—Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
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    • E02F9/2045—Guiding machines along a predetermined path
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    • G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/10—Office automation; Time management
    • G06Q10/103—Workflow collaboration or project management
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/08—Construction

Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for determining a construction plan of a work machine at a construction site.
  • Patent Document 1 discloses a simulation system for improving the productivity of such construction.
  • the simulation system of Patent Document 1 acquires construction amount data indicating the construction amount at the construction site from the difference between the current topography of the construction site and the design topography.
  • the simulation system acquires basic unit data including the number of work machines and construction capacity.
  • the simulation system acquires construction condition data including the construction procedure and the travel path of the work machine.
  • the simulation system simulates the construction status of the construction site and the operating status of the work machine from the construction amount data, the basic unit data, and the construction condition data.
  • An object of the present disclosure is to provide a system and a method for determining a construction plan capable of improving construction efficiency by simulating a change in a traveling route in consideration of a change in topography with the progress of construction. To do.
  • the first aspect of the present disclosure is a system for determining a construction plan of a work machine at a construction site.
  • the system includes an area data module and a planning module.
  • the area data module acquires the cut area data and the embankment area data.
  • the cut area data indicates the location of multiple cut areas at the construction site.
  • the embankment area data indicates the positions of multiple embankment areas at the construction site.
  • the planning module determines as a construction plan a target travel route and a construction order including a combination of a plurality of travel routes connecting the cut area and the embankment area in consideration of changes in the topography of the construction site.
  • the second aspect of the present disclosure is a method implemented on a computer to determine a construction plan for a work machine at a construction site.
  • the method includes the following processing.
  • the first process is to acquire cut area data indicating the positions of a plurality of cut areas at the construction site.
  • the second process is to acquire embankment area data indicating the positions of a plurality of embankment areas at the construction site.
  • the target travel route and construction order including the combination of multiple travel routes connecting the cut area and the embankment area in consideration of the change in the topography of the construction site due to the construction of the work machine are determined as the construction plan. It is to be.
  • the order of execution of each process is not limited to the order described above, and may be changed.
  • an appropriate construction plan can be determined in order to improve the construction efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the system 1 according to the embodiment.
  • the system 1 according to the present embodiment is a system for determining a target traveling route of a work machine at a construction site.
  • the system 1 includes a computer 11, an input device 12, and a display 13.
  • the computer 11 includes a processor 14, a storage device 15, a communication interface 16, and an I / O interface 17.
  • the processor 14 is, for example, a CPU (Central Processing Unit).
  • the processor 14 may be another processor such as a GPU (Graphics Processing Unit).
  • the storage device 15 includes a medium for recording information such as recorded programs and data so that the processor 14 can read the information.
  • the storage device 15 includes a system memory such as RAM (RandomAccessMemory) or ROM (ReadOnlyMemory), and an auxiliary storage device.
  • the auxiliary storage device may be, for example, a magnetic recording medium such as a hard disk, an optical recording medium such as a CD or DVD, or a semiconductor memory such as a flash memory.
  • the storage device 15 may be built in the system 1.
  • the storage device 15 may include a recording medium that is detachably connected to the system 1.
  • the communication interface 16 is an interface for performing communication via a communication network.
  • the communication interface 16 is, for example, a wired LAN (Local Area Network) module, a wireless LAN module, or the like.
  • System 1 transmits data to an external computer via a communication network.
  • the system 1 receives data from an external computer via a communication network.
  • the system 1 is connected to the input device 12 and the display 13 via the I / O interface 17.
  • the input device 12 is a device for the operator to input to the system 1.
  • the input device 12 includes, for example, a pointing device such as a mouse or a trackball.
  • the input device 12 may include a device for inputting characters such as a keyboard.
  • the input device 12 may include a touch panel.
  • the input device 12 accepts an operation by the operator.
  • the input device 12 outputs a signal indicating the operation input by the operator to the computer 11.
  • the display 13 is, for example, a liquid crystal display (LCD) or an organic EL display (OELD).
  • the display 13 may be another type of display.
  • the display 13 displays an image corresponding to the image signal from the computer 11.
  • the system 1 includes an area data module 21, a planning module 22, and an output module 23.
  • Modules 21-23 may include programs, algorithms, or data executed by processor 14.
  • Modules 21-23 may be implemented by a single processor, or may be distributed among a plurality of processors.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a process executed by the system 1 to determine a construction plan of a work machine.
  • the construction plan of the work machine includes the target travel route and the construction sequence of the work machine.
  • the area data module 21 acquires the current terrain data.
  • the current terrain data is three-dimensional survey data showing the current terrain of the construction site.
  • the current terrain data includes the plane coordinates and height of each point on the current terrain.
  • FIG. 3 is a top view showing an example of the current topography 31.
  • the area data module 21 acquires the target terrain data.
  • the target terrain data is three-dimensional design data showing the target terrain of the construction site.
  • the target terrain data includes the plane coordinates and height of each point on the target terrain.
  • the current terrain data and the target terrain data are transmitted from an external computer to the system 1 via a communication network and stored in the storage device 15, for example. Alternatively, the current terrain data and the target terrain data may be input to the system 1 via the recording medium.
  • the construction condition data includes the number of work machines available for construction at the construction site and the construction capacity.
  • Working machines include, for example, bulldozers, excavators, or dump trucks.
  • the construction capacity may be, for example, the amount of soil per unit time that a bulldozer or a hydraulic excavator can excavate.
  • the construction capacity may be the capacity of the blade of the bulldozer or the capacity of the bucket of the hydraulic excavator.
  • the construction capacity may be the amount of soil that the dump truck can carry.
  • the construction condition data is transmitted from an external computer to the system 1 via a communication network and stored in the storage device 15. Alternatively, the construction condition data may be input to the system 1 via the recording medium. Alternatively, the construction condition data may be input by the operator via the input device 12.
  • the area data module 21 executes the area division.
  • the area data module 21 divides the existing terrain 31 into a cut area, an embankment area, and a boundary area.
  • the cut area is an area where the work machine performs the cut work.
  • the work machine excavates the existing terrain 31.
  • the embankment area is an area where the work machine performs the embankment work.
  • the work machine places the soil on the existing terrain 31.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the divided current terrain 31.
  • the existing terrain 31 shows the existing terrain 31 divided into a cut area A1-A6, an embankment area B1-B6, and a boundary area C1-C6.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the process of dividing the area.
  • the area data module 21 divides the current terrain 31 into a plurality of element areas.
  • the element area has, for example, a square shape.
  • the element region may have other shapes such as a triangle or a hexagon.
  • the size of each element region is appropriately predetermined for region division and stored in the storage device 15.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the current terrain 31 divided into a plurality of element regions.
  • the area data module 21 calculates the height of each element area F (p, q). For example, the area data module 21 calculates the average value of the heights of the existing terrain 31 in the element area F (p, q) as the height of the element area F (p, q). Alternatively, the area data module 21 may calculate the height of an arbitrary representative point of the current terrain 31 in the element area F (p, q) as the height of the element area F (p, q).
  • step S202 the area data module 21 acquires the height difference data of the element area F (p, q).
  • the height difference data shows the difference in height between the current terrain 31 and the target terrain in each element region F (p, q).
  • each element area F (p, q) indicate the height difference of each element area F (p, q).
  • a positive value indicates that the current terrain 31 is located above the target terrain.
  • a negative value indicates that the current terrain 31 is located below the target terrain.
  • 0 indicates that the current terrain 31 is at the same height as the target terrain.
  • the numerical values shown in FIG. 7 are merely examples, and are not limited thereto.
  • the area data module 21 determines the attributes of each element area F (p, q).
  • the area data module 21 determines the element area F (p, q) in which the current terrain 31 is located above the target terrain as the cut attribute. That is, the area data module 21 determines the attribute of the element area F (p, q) having the height difference data of the positive value as the cut attribute.
  • the area data module 21 determines the element area F (p, q) in which the current terrain 31 is located below the target terrain as the embankment attribute. That is, the area data module 21 determines the attribute of the element area F (p, q) having the height difference data of the negative value as the embankment attribute. The area data module 21 determines the element area F (p, q) at which the current terrain 31 is located at the same height as the target terrain as the boundary attribute. That is, the area data module 21 determines the attribute of the element area F (p, q) having the height difference data of the value of 0 as the boundary attribute. From the viewpoint of workability of the excavating machine, a height difference small enough to be regarded as substantially the same height may be regarded as 0.
  • the area data module 21 groups the element areas F (p, q). Specifically, the region data module 21 groups element regions F (p, q) having cut attributes adjacent to each other. The area data module 21 groups element areas F (p, q) having embankment attributes adjacent to each other. The region data module 21 groups element regions F (p, q) having boundary attributes adjacent to each other.
  • the area data module 21 acquires the cut area data.
  • the area data module 21 determines a group of element areas F (p, q) having a cut attribute as a cut area.
  • the area data module 21 acquires the position of the element area F (p, q) included in the cut area and the height difference data as the cut area data.
  • the area data module 21 determines the position of the representative point of the cut area as the position of the cut area.
  • the representative point may be the position of the center of gravity of the cut area. Alternatively, the representative point may be set by the input device 12.
  • the area data module 21 acquires the embankment area data.
  • the area data module 21 determines a group of element areas F (p, q) having an embankment attribute as an embankment area.
  • the area data module 21 acquires the position of the element area F (p, q) included in the embankment area and the height difference data as the cut area data.
  • the area data module 21 determines the position of the representative point of the embankment area as the position of the embankment area.
  • the representative point may be the position of the center of gravity of the embankment area. Alternatively, the representative point may be set by the input device 12.
  • the area data module 21 acquires boundary area data.
  • the area data module 21 determines a group of element areas F (p, q) having a boundary attribute as a boundary area.
  • the area data module 21 acquires the position of the element area F (p, q) included in the boundary area and the height difference data as the boundary area data.
  • the area data module 21 determines the group of the element areas F (p, q) having the cut attribute as the cut areas A1 and A2.
  • the area data module 21 determines a group of element areas F (p, q) having an embankment attribute as an embankment area B1.
  • the area data module 21 determines a group of element areas F (p, q) having a boundary attribute as boundary areas C1 and C2.
  • an arbitrary range D1 of the current terrain 31 may be specified by the operation of the input device 12 by the operator.
  • the area data module 21 may further divide the existing terrain 31 within the designated range D1 into the embankment area B7.
  • the area data module 21 may further divide the existing terrain 31 within the designated range as a cut area.
  • the area data module 21 acquires the construction soil amount. Specifically, the area data module 21 acquires the construction soil amount of each cut area. The amount of construction soil in the cut area indicates the amount of soil excavated by the work machine. The area data module 21 acquires the construction soil amount of each embankment area. The construction soil amount in the embankment area indicates the amount of soil placed on the current terrain 31 by the work machine. The area data module 21 calculates the amount of construction soil in each cut area and the amount of construction soil in each embankment area from the difference in volume between the current terrain 31 and the target terrain.
  • step S106 the output module 23 displays each divided area on the display 13.
  • the output module 23 displays the cut area, the embankment area, and the boundary area on the current terrain 31 on the display 13 in different colors.
  • the current terrain 31 divided into the cut area A1-A6, the embankment area B1-B6, and the boundary area C1-C6 is displayed on the display 13.
  • the output module 23 may display each area on the display 13 with shading according to the soil amount distribution in each area.
  • the planning module 22 acquires the position of the passage prohibited area.
  • the planning module 22 calculates the gradient from the height difference of the adjacent element regions F (p, q). For example, the planning module 22 determines the element region F (p, q) having a gradient equal to or higher than the threshold value as the pass-prohibited region. The planning module 22 determines the element region F (p, q) having a gradient smaller than the threshold value as the passable region.
  • the passage prohibited area may be determined by the operation of the input device 12 by the operator.
  • step S108 the planning module 22 determines the target travel route and the construction order.
  • the target travel route includes a combination of a plurality of travel routes connecting the cut area and the embankment area.
  • the travel route connects the representative point of the cut area and the representative point of the embankment area.
  • the planning module 22 determines the candidate that minimizes the cost of construction by the work machine as the target travel route from among the plurality of candidates of the travel route.
  • the planning module 22 determines a candidate for a travel route excluding the travel route that passes through the prohibited area. In addition, the planning module 22 determines a plurality of candidates for the target traveling route in consideration of changes in the topography of the construction site. For example, the planning module 22 determines a candidate for a traveling route in consideration of the fact that the prohibited area changes to a passable area due to construction by a work machine.
  • the current terrain 31 includes, for example, a first cut area A11, a second cut area A12, and a third cut area A13. Further, the current terrain 31 includes a first embankment area B11, a second embankment area B12, and a third embankment area B13.
  • the first cut area A11, the second cut area A12, and the third cut area A13 is determined to be a prohibited area. Travel routes that pass through the first embankment area B11, the second embankment area B12, and the third embankment area B13, respectively, due to the gradient of the first embankment area B11, the second embankment area B12, and the third embankment area B13. Is determined to be a no-passage area.
  • the planning module 22 excludes the route passing over the first cut area A11, the second cut area A12, and the third cut area A13 from the candidates for the traveling route. Further, the planning module 22 excludes the route passing over the first embankment area B11, the second embankment area B12, and the third embankment area B13 from the candidates for the traveling route. Therefore, as shown in FIG. 11, the planning module 22 determines the routes R1-R3 as candidates for the first travel route.
  • S1 shows a candidate for the first target route.
  • S21 shows a candidate for the second target route when the route R1 is selected as the first target route.
  • Route R1 shows a construction pattern in which the work machine performs the cutting work in the first cutting area A11 and conveys the soil acquired in the first cutting area A11 to the first embankment area B11.
  • S22 shows a candidate for the second target route when the route R2 is selected as the first target route.
  • Route R2 shows a construction pattern in which the work machine performs the cutting work in the second cut area A12 and conveys the soil acquired in the second cut area A12 to the second embankment area B12.
  • S23 shows a candidate for the second target route when the route R3 is selected as the first target route.
  • Route R3 shows a construction pattern in which the work machine performs the cutting work in the third cut area A13 and conveys the soil acquired in the third cut area A13 to the third embankment area B13.
  • the work machine excavates the first cut area A11 and fills the first embankment area B11. Therefore, the gradient between the first cut area A11 and the first embankment area B11 becomes smaller, and the planning module 22 takes a traveling route passing through the first cut area A11 and the first embankment area B11 from the prohibited area. Change to a passable area. Therefore, as shown in S21, the planning module 22 determines the routes R4 and R5 as candidates for the second travel route.
  • S31-S36 shows a third target route candidate corresponding to each of the second target route candidates S21-S23.
  • the route R4 is selected as a candidate for the second target route in S21
  • the third cut area A13 is excavated by the work machine and the third embankment area B13 is filled. Therefore, the gradient between the third cut area A13 and the third fill area B13 becomes smaller, and the planning module 22 takes a traveling route passing through the third cut area A13 and the third fill area B13 from the prohibited area. Change to a passable area. Therefore, as shown in S33, the planning module 22 determines the route R6 as a candidate for the third travel route.
  • the planning module 22 is determined as a target travel route and a construction order based on the construction cost. For example, the planning module 22 determines the combination and order of the traveling routes from S1, S21-S23, and S31-S36 so as to minimize the construction cost, and determines them as the target traveling route and the construction order. ..
  • the planning module 22 determines candidates for a plurality of traveling routes connecting the cut area and the embankment area, and sets the combination and order of the traveling routes that minimize the cost as the target traveling route and the construction order. decide.
  • the cost is determined based on the horizontal travel distance, the vertical travel distance, and the amount of soil transported.
  • the horizontal movement distance is the horizontal distance between element regions F (p, q) adjacent to each other.
  • the vertical movement distance is the height difference between element regions F (p, q) adjacent to each other. Since the horizontal movement distance and the vertical movement distance are included in the cost, the planning module 22 determines the target travel route in consideration of the movement distance and the ease of passage due to the slope.
  • the planning module 22 determines a target travel route using a known optimization algorithm or a trained AI (Artificial Intelligence) model. For example, the planning module 22 uses the A * algorithm to determine the target travel route that minimizes the cost.
  • G1 (n) is the cost according to the distance when moving horizontally from one element area to the next element area.
  • g2 (n) is the cost according to the height difference between one element region and the next element region.
  • h (n) is the estimated cost to reach the target embankment area.
  • the planning module 22 determines the combination of travel routes so that the cost f (n) is minimized.
  • the planning module 22 calculates the amount of soil transported in each route so that the amount of work at the entire construction site is optimized. For example, the planning module 22 may determine the amount of soil to be transported so that the sum of the products of the moving distance of the work machine and the amount of soil to be transported is minimized.
  • FIG. 13 is a diagram showing a method of calculating the height of the current terrain 31 that changes due to construction by a work machine.
  • FIG. 13 shows a cross section of the current terrain 31.
  • the planning module 22 calculates the height of the current terrain 31 that changes due to construction by the work machine using the following equation (2).
  • h (v) is the height of the current terrain 31 changed by the construction by the work machine.
  • h plan is the height of the target terrain.
  • h i is the height of a given horizontal plane.
  • v i is the amount of soil from the current topographical height to the predetermined horizontal height hi.
  • v is the amount of soil constructed by the work machine.
  • the output module 23 outputs the construction plan.
  • the output module 23 causes the display 13 to display the target traveling route.
  • the output module 23 displays the target travel paths R11-R22 on the current terrain 31.
  • the output module 23 may output data indicating the target travel paths R11-R22 to an external computer via the communication network.
  • the output module 23 may output data indicating the target travel paths R11-R22 to the recording medium.
  • the planning module 22 determines the target traveling route and the construction order in consideration of the change in the topography of the construction site as the construction plan. Therefore, the system 1 can predict the change of the current terrain 31 due to the construction and determine the construction plan. Thereby, the system 1 can determine an appropriate construction plan in order to improve the construction efficiency.
  • system 1 may be changed.
  • the system 1 may include a plurality of computers.
  • the above-mentioned processing by the system 1 may be distributed to a plurality of computers and executed.
  • System 1 may include a plurality of processors.
  • the above-mentioned processing may be distributed to a plurality of processors and executed.
  • the order of execution of the above-mentioned processes is not limited to that of the above-described embodiment, and may be changed. A part of the above-mentioned processing may be omitted or changed. Other processes may be added to the above-mentioned processes.
  • the method for determining the cut area and the embankment area is not limited to that of the above embodiment, and may be changed. For example, the cut area and the embankment area may be acquired from preset data.
  • System 1 may determine the target travel route by using not only the A * algorithm but also other route search algorithms such as Dijkstra's algorithm and Monte Carlo tree search. Alternatively, the system 1 may determine the target travel route and the construction order by using the learned AI model, the optimization method, or the like. For example, the system 1 may determine the target travel route and the construction order by using an AI model based on reinforcement learning such as Deep Q-Network. The system 1 may determine the construction order in consideration of the conditions of the construction site such as the ease of transfer when moving to the next route. For example, when the moving distance of the next route window is large, the ease of moving becomes low.
  • System 1 may be used as a simulator for construction planning.
  • the system 1 may generate a construction schedule based on the target travel route.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of the construction process chart 100.
  • the construction process chart 100 shows a construction area, a construction time, and a construction order.
  • the system 1 may calculate the total mileage of the work machine and the total amount of soil transported from the target travel route described above.
  • the system 1 may determine the construction time and the construction order in each area from the total mileage, the total soil amount, and the construction condition data.
  • the System 1 may be used for automatic control of work machines.
  • the output module 23 may output data indicating a target traveling route to the controller of the work machine.
  • the work machine may be automatically controlled based on the data indicating the target travel route.
  • the system 1 may automatically control the work machine remotely so that the work machine travels according to the target travel route.
  • the system 1 may determine the start point and / or the end point of each travel path as the deployment position of a predetermined work machine. For example, the system 1 may remotely and automatically control the work machines deployed at each start point so as to move to each start point. The system 1 may automatically control the work machine remotely so as to move to each end point with respect to the work machine deployed at each end point.
  • an appropriate construction plan can be determined in order to improve the construction efficiency.

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Abstract

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、作業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、作業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、作業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。

Description

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
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　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。hplanは、目標地形の高さである。hiは、所定の水平面の高さである。vi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。
　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。
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 (20)

  1. 　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、
    を備えるシステム。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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、
    　前記切土領域は、第１切土領域を含み、
    　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。
  6. 　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、
    　　前記第３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。
  7. 　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。
  8. 　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１から７のいずれかに記載のシステム。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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、
    を備える方法。
  12. 　前記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１１に記載の方法。
  13. 　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１１又は１２に記載の方法。
  14. 　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１１から１３のいずれかに記載の方法。
  15. 　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、
    　前記切土領域は、第１切土領域を含み、
    　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１４に記載の方法。
  16. 　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、
    　前記盛土領域は、第１盛土領域を含み、
    　前記第３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１４又は１５に記載の方法。
  17. 　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１１から１６のいずれかに記載の方法。
  18. 　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１１から１７のいずれかに記載の方法。
  19. 　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１８に記載の方法。
  20. 　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１９に記載の方法。
     
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