WO2021166374A1 - 施工システム - Google Patents

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WO2021166374A1
WO2021166374A1 PCT/JP2020/045059 JP2020045059W WO2021166374A1 WO 2021166374 A1 WO2021166374 A1 WO 2021166374A1 JP 2020045059 W JP2020045059 W JP 2020045059W WO 2021166374 A1 WO2021166374 A1 WO 2021166374A1
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WO
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information
automatic control
work machine
risk
construction system
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/045059
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English (en)
French (fr)
Inventor
弘幸 山田
慶幸 土江
亮 金澤
秀一 森木
拓久哉 中
井村　進也
Original Assignee
日立建機株式会社
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    • 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
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • 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 construction system using a work machine or the like.
  • Patent Document 1 provides an excavator that can ensure the safety of workers in the vicinity, a person detecting means for detecting a person within a predetermined range around the excavator, and a person before the hydraulic actuator is moved. It has a controller that determines whether or not the detecting means has detected a person at a predetermined control cycle, and if an obstacle is detected, prohibits any of a turning motion, a traveling motion, and an excavation motion. As a result, when the excavator detects a worker in the vicinity, the operation of the excavator is prohibited, and the safety of the worker is ensured.
  • Patent Document 1 The excavator of Patent Document 1 is intended to ensure the safety of surrounding workers by stopping the machine.
  • the risk of the work machine falling or falling and the operation of the work machine are excessively restricted.
  • Various risks can occur, such as the risk of reduced sex.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a construction system capable of reducing various risks occurring at a construction site where a work machine and a worker work in cooperation with each other. To provide.
  • the present invention operates a work machine capable of operating by automatic control or semi-automatic control and capable of acquiring information on its own internal state or information on its surroundings, and the work machine.
  • a construction system including a server computer that performs risk analysis based on information in the work environment and a communication network that connects the work machine and the server computer in a communicable manner, the work machine passes through the communication network.
  • the risk analysis result of the server computer is received, and the automatic control parameters used for the automatic control or the semi-automatic control are changed according to the risk analysis result.
  • the behavior of automatic control or semi-automatic control of the work machine can be changed so as to reduce various risks determined based on the information in the work environment.
  • FIG. 1 is an overall view of the construction system of the present embodiment.
  • the construction system 1 is composed of a work machine 2, a worker terminal 4 worn by the worker 3, an environment installation sensor 5, a communication facility 6, a server computer 7 having an arithmetic unit such as a CPU, and the like.
  • the work machine 2 includes all machines that perform work such as construction machines and transport vehicles that operate at the construction site.
  • the work machine 2 includes a communication device and a control computer, and can be operated by automatic control or semi-automatic control of the control computer.
  • FIG. 1 illustrates a hydraulic excavator as an example of the work machine 2.
  • the worker 3 is a person who works in the construction site, operates the work machine 2, assists the work of the work machine 2, and performs the work independently of the work machine 2.
  • the worker terminal 4 is a device worn by the worker 3, and includes a computer, a communication device, an output device such as a speaker and a monitor, and an input device such as a touch panel and a button.
  • a wristwatch type device is shown as an example of the worker terminal 4, but a glass type or other shape may be used, and the device may not be a device worn by the worker. Specifically, it may be carried by the operator or may be present near the operator, such as a monitor in the driver's seat for the operator.
  • the environment installation sensor 5 is installed in the construction site and is equipped with a camera, a laser sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, etc., and is for acquiring environmental information. Further, it is provided with a communication device like the work machine 2 and the worker terminal 4. It may be fixedly installed at the site, or it may be easily installed and the location can be easily changed.
  • the communication equipment 6 is equipment that enables the construction site to be connected to the same communication network, and is composed of a wireless LAN (Local Area Network) access point or the like.
  • the server computer 7 is a computer connected to the communication network of the communication equipment 6.
  • the work machine 2, the worker terminal 4, and the environment installation sensor 5 can be connected to the communication network provided by the communication equipment 6 via their respective communication devices, and information is transmitted by communication with the server computer 7 connected to the same communication network. Is possible.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the construction system 1.
  • the work machine 2 includes a work machine 24 for performing various works (for example, in the case of a hydraulic excavator, a front mechanism composed of a boom, an arm, a bucket, etc.), and the work machine 24 is controlled by a controller 21.
  • the work machine 2 also has a sensor 22 that measures the state of the work machine 2 itself (machine internal information) such as the state of the work machine 24 and the surrounding conditions (surrounding information) such as the position of a moving body around the work machine 2.
  • the work machine 2 is provided with a communication device 23 or the like for communicating with the outside.
  • the information measured by the sensor 22 is passed to the controller 21. Further, the controller 21 can exchange information with the outside of the machine via the communication device 23.
  • the communication device 23 is connected to the communication network 61 provided in the construction site by the communication equipment 6.
  • the worker terminal 4 includes an input interface (IF) 43 composed of a touch panel, buttons, switches, etc., an output interface 44 composed of a monitor, a speaker, a vibration device, etc., a controller 41 for controlling an input / output interface, and a worker 3 who wears the terminal 4. It is equipped with a sensor 42 composed of GPS (Global Positioning System) or the like for measuring biological information such as the heart rate and position information, and a communication device 45 for communicating with the outside. The information (worker information) measured by the sensor 42 is passed to the controller 41. Further, the controller 41 can exchange information with the outside of the device via the communication device 45.
  • the communication device 45 is connected to the communication network 61.
  • the environment installation sensor 5 is a sensor including a camera or laser sensor that measures the position of a moving object around it or the position and shape of a work object (surrounding information), and a thermometer or hygrometer that measures environmental information such as temperature and humidity.
  • Communication for exchanging information with the outside by being connected to the controller 51 and the communication network 61, in which the raw information measured by the 52 and the sensor 52 is passed and converted into physical values and other information.
  • the device 53 and the like are provided.
  • the server computer 7 is connected to the communication network 61 by wire or wirelessly, and acquires information such as a work machine 2, a worker terminal 4, and an environment installation sensor 5 connected to the same communication network, and transmits information in the computer. You can do it.
  • the work machine 2, the worker terminal 4, and the environment installation sensor 5 are not necessarily one in the construction site, and there may or may not be a plurality of each. Further, the surrounding information, the environment information, and the worker information may be acquired by any of the work machine 2, the worker terminal 4, and the environment installation sensor 5. However, at least one of surrounding information, environmental information, and worker information needs to be acquired and sent to the server computer 7.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the construction system 1.
  • the main functions of the construction system 1 are machine internal information / surrounding information acquisition function 2a and automatic control function 2b operated by the work machine 2, worker information acquisition function 4a and warning function 4b operated by the worker terminal 4, and environment installation. It has an ambient / environmental information acquisition function 5a that operates on the sensor 5, a risk analysis function 7a that operates on the server computer 7, and a construction system optimization calculation function 7b.
  • the machine internal information / ambient information acquisition function 2a processes the information acquired by the sensor 22 of the work machine 2 by the controller 21 as necessary, and the risk analysis function 7a of the server computer 7 via the communication device 23 or the communication network 61. Send to.
  • the automatic control function 2b controls the work machine 24 by calculating a control amount for operating the work machine 24 with the controller 21 of the work machine 2.
  • the automatic control function 2b can be replaced with a semi-automatic control function that automates only a part of the operation of the work machine 24.
  • the worker information acquisition function 4a processes the information acquired by the sensor 42 of the worker terminal 4 by the controller 41 as necessary, and transmits the information to the risk analysis function 7a of the server computer 7 via the communication device 45 or the communication network 61. do.
  • the warning function 4b generates information to be output to the output interface 44 by the controller 41 of the worker terminal 4 and outputs the information to the output interface 44.
  • the surrounding information / environmental information acquisition function 5a processes the information acquired by the sensor 52 of the environment installation sensor 5 by the controller 51 as necessary, and the risk analysis function 7a of the server computer 7 via the communication device 53 or the communication network 61. Send to.
  • the risk analysis function 7a collects and analyzes various information in the construction site to quantify the risk in the site. For example, from information such as the position, operating direction, and operating speed of the machine included in the machine internal information, and the position, moving direction, and moving speed of the worker 3 included in the surrounding information or worker information, the work machine 2 and the worker The risk of collision with 3 can be calculated.
  • the risk of collision here is the probability that an event called collision will occur, and can be estimated from the mutual positional relationship between two objects and the operating state.
  • the risk analysis function 7a calculates various risks that may occur at the construction site in a form corresponding to each work machine and each worker existing at the construction site.
  • FIG. 4 shows collision risk information as an example of the risk information output by the risk analysis function 7a.
  • the risk referred to here is represented by, for example, the probability that the event will occur within a predetermined time.
  • FIG. 5 shows an example of the risk information of the work machine 2 falling
  • FIG. 6 shows an example of the risk information of the heat stroke of the worker 3.
  • the risk of being pinched or caught can be expressed in the same way as the risk of collision.
  • the risk information is calculated in a form corresponding to each work machine 2 or worker 3.
  • risk information can be output from the trained model when a similar field situation occurs. become.
  • Another method of calculating risk information is to calculate risk based on predetermined rules.
  • a calculation method based on the rules of the sandwiched risk information will be described.
  • An example of the occurrence situation of the risk sandwiched between FIGS. 7 is shown.
  • the rules that increase the risk of being pinched are as follows: (1) There is an obstacle around the work machine, (2) The work machine is moving in the direction of the obstacle, (3) The worker is the work machine and the obstacle. If it is determined that there is or is about to exist between, the position Pm (mx, my) of the work machine, the position Po (ox, oy) of the obstacle, the position Ph (hx, hy) of the person, the work machine.
  • the position Pm and the moving speed Vm of the work machine are obtained from the machine internal information
  • the position Po of the obstacle is obtained from the surrounding information
  • the position Ph and the speed Vh of the worker are obtained from the surrounding information or the worker information.
  • the function fc is sandwiched from this information to obtain the risk Rc, and based on the rules, there are obstacles around the machine, the machine is operating in the direction of the obstacle, and the person is the machine and the obstacle. It is configured to calculate high values in situations where it is between a machine or an obstacle.
  • the risk analysis function 7a transmits the calculated risk information to the automatic control function 2b and the warning function 4b in real time in a short cycle (for example, a 0.5 second cycle). Further, the risk analysis function 7a stores the calculated risk information in a time series, and transmits the time-series risk information to the construction system optimization calculation function 7b in a long cycle (for example, a cycle of several hours to one day).
  • the behavior of the automatic control is temporarily changed so as to reduce the risk based on the risk information
  • the warning function 4b the behavior of the warning is temporarily changed so as to reduce the risk based on the risk information.
  • the construction system optimization calculation function 7b the behavior of the automatic control by the automatic control function 2b and the behavior of the warning by the warning function 4b are constantly changed by using the long-term risk information.
  • the construction system optimization calculation function 7b calculates parameters for optimizing the safety and productivity of the construction site based on the risk information calculated by the risk analysis function 7a.
  • the parameters referred to here refer to the automatic control parameters used in the automatic control function 2b (details will be described later) and the warning control parameters used in the warning function 4b (details will be described later).
  • the construction system optimization calculation function 7b updates the parameters effective for reducing the risk with respect to the obtained risk information. However, many parameters are in a trade-off relationship between safety and productivity, and updating the parameters only in the direction of reducing the risk may improve safety but reduce productivity.
  • the weight of how much safety and productivity are emphasized at the site is determined, and optimization is performed by a method such as maximizing the weighted sum of safety and productivity.
  • ⁇ is a variable that determines the priority of safety and productivity and takes a value of 0 to 1
  • p is a set of parameters including automatic control parameters and warning control parameters.
  • F S is a function for evaluating the safety to p
  • F P is a function for evaluating the productivity for p.
  • the work machine 2 used in the construction system 1 is a machine that operates manned or unmanned, and is a machine that can perform a part or all of the work and the safety operation associated therewith by automatic control.
  • the automatic control function 2b performed by automatic control operates, for example, automatically (automatically controls the entire work machine) or semi-automatic (intervenes in the operation of the operator to automatically control a part of the work machine). It is a function that allows the user to perform the desired work, automatically slows down the operation speed when a person approaches, or automatically stops the operation.
  • the automatic control is performed based on the automatic control parameters held in the controller 21.
  • the automatic control parameter is a set of variables necessary for planning and executing an operation, such as enabling / disabling the automatic control function 2b, operating conditions, operating range, and speed and magnitude of the operation.
  • the work machine 2 automatically performs part or all of the work, thereby improving work efficiency and contributing to improvement in construction productivity.
  • safety may be reduced because the operation is against the operation of the operator or unattended.
  • by slowing down or stopping the operation when a person approaches the risk of collision or involvement with a person is reduced, which contributes to the improvement of construction safety.
  • productivity may decrease.
  • the automatic control function 2b may have a trade-off relationship between productivity and safety, and the balance between safety and productivity is determined by the automatic control parameters.
  • the worker terminal 4 can give notice to the worker 3 who is wearing the output interface 44 by the warning function 4b.
  • the warning function 4b For example, from the position information of the worker 3 obtained by the sensor 42 (strictly speaking, the position of the worker terminal 4, but here, the position of the worker terminal 4 is replaced with the position of the worker 3) and the work machine 2.
  • the position of the work machine 2 sent via the communication network 61 is compared in the controller 41, and when the position of the worker 3 approaches the position of the work machine 2 to a certain extent, the output interface 44 for the monitor, vibration, sound, etc.
  • the worker terminal 4 can warn the worker 3 of the approach to the work machine 2.
  • This warning function 4b is performed based on the warning control parameters held in the controller 41.
  • the warning control parameter is a set of variables necessary for executing the warning, such as enabling / disabling the warning function 4b, warning condition, and warning method.
  • the warning function 4b gives the worker 3 a notice by warning and avoids the risk of collision or involvement with the work machine 2 due to unnecessary approach. There is a possibility that it can be done, and it can contribute to the improvement of safety.
  • this warning is unnecessary, and the productivity is lowered by imposing an extra action such as stopping the warning on the worker 3. There is also a fear.
  • the functions of the worker terminal 4 may have a trade-off relationship between productivity and safety, and the balance between safety and productivity is determined by the warning control parameters.
  • the risk information calculated by the risk analysis function 7a is fed back to the automatic control function 2b and the warning function 4b in real time.
  • the automatic control function 2b acquires the risk information corresponding to itself and changes the behavior of the automatic control according to the risk information. Specifically, for example, when the risk of collision between oneself and a certain worker is obtained as information higher than the permissible value, the movement in the direction of the worker is restricted (the maximum speed of the movement is limited). , Stop it. If the risk information falls below the permissible value, the operation restriction and stop control are released, and the operation can be performed normally. In this way, the automatic control function 2b can improve the safety of the site by controlling to change its own behavior so that the risk is lowered according to the risk information.
  • the automatic control parameters such as the avoidance range and the avoidance method (deceleration and stop) are set. It is synonymous with changing the behavior of automatic control by changing it temporarily.
  • the warning function 4b acquires the risk information corresponding to the wearer (worker) of the worker terminal 4, and changes the behavior of the warning according to the risk information. Specifically, for example, when the risk of collision between the worker and a certain work machine is obtained as information higher than the permissible value, the output interface 44 is used to warn the worker by sound or vibration, and the worker is warned. Be aware of the danger of collision. This warning allows the operator to be aware of the possibility before the collision and improve the safety of the site by avoiding the collision. In addition, when there is a function to warn the approach to the work machine as one of the warning functions, the control parameters such as the warning range and the warning method (warning only by sound, warning by sound and vibration, etc.) are set. It is synonymous with a temporary change and a change in the behavior of the warning.
  • the risk information calculated by the risk analysis function 7a is stored in the risk analysis function 7a for a certain period of time, and the stored time-series risk information is collectively sent to the construction system optimization calculation function 7b. This cycle may be from several hours to several days.
  • the construction system optimization calculation function 7b calculates automatic control parameters and warning control parameters that optimize safety and productivity in the construction site as described above based on this time-series risk information.
  • the automatic control parameter is sent to the automatic control function 2b, and the automatic control parameter in the automatic control function 2b is updated.
  • the warning control parameter is sent to the warning function 4b, and the warning control parameter in the warning function 4b is updated.
  • the update of the automatic control parameter is a time-series risk, for example, that the risk of collision between the work machine 2 and the worker 3 who are in a specific place or perform a specific work frequently increases in a certain period of time.
  • the construction system optimization calculation function 7b is one of the automatic control functions 2b for the work machine 2 at that location or performing the work in order to reduce the risk of collision below the permissible value.
  • the automatic control parameters are calculated so as to widen the avoidance range of the function of avoiding the collision with the moving body and to strengthen the deceleration of the working machine 24 for avoidance.
  • the automatic control parameters are updated, and in the work machine 2 in a place where the risk is high or when the work is performed at a high risk, the automatic control works in the direction in which the risk decreases.
  • This parameter update is not temporary and will be carried over to the next update.
  • the update of the warning control parameter specifically includes time-series risk information such that the risk of collision with a work machine of a worker who is in a specific place or is performing a specific work frequently increases within a certain period of time. If there is, the construction system optimization calculation function 7b reduces the risk of collision to below the permissible value, so the work machine, which is one of the warning functions, is given to the worker who is in the place or is doing the work.
  • the automatic control parameter is calculated so as to widen the warning range of the function for warning the approach to 2 or to increase the degree of warning. As a result, the warning control parameters are updated, and the worker 3 who is in a high-risk place or is performing a high-risk work is urged to behave in such a way that the risk is lowered. This parameter update is not temporary and will be carried over to the next update.
  • the parameters can be updated for a specific work machine 2 or worker 3.
  • the fact that the parameters differ depending on the machine or person means that the behavior of each is different, which may cause confusion from the perspective of others. Therefore, it is better that there is only one type of parameter in the construction site.
  • the construction system 1 configured as described above has the following features as a whole.
  • the risk information analyzed in real time by the risk analysis function 7a is accumulated in the risk analysis function 7a.
  • This accumulated risk information identifies potential and fundamental risks at the construction site, and site-specific risks that were not envisioned at the time of design / planning (for example, people or people with poor positional relationships between the two construction sites). Machine movement routes inevitably overlap, and the skills and compatibility of operators and workers do not match, causing frequent fatigue hats, etc.) are extracted.
  • This time-series risk information is delivered to the construction system optimization calculation function 7b.
  • the construction system optimization calculation function 7b calculates parameters for optimizing safety and productivity based on this time-series risk information, and reconstructs the system. In this way, this construction system extracts potential and fundamental risks at the site that could not be assumed in the original plan, and reconstructs the system so that the risks are further reduced to drastically reduce the risks. Be prepared. This is called the second risk information feedback.
  • the first risk information feedback loop responds urgently to the risk at that moment, and the second risk information feedback loop responds to potential and underlying risks. It is a drastic measure.
  • the construction system can minimize risk and optimize safety and productivity for different sites one by one.
  • the operation speed limit parameter is a parameter related to how much the operation speed is reduced when a person or an obstacle is about to collide in the collision damage reduction function, and the larger the operation speed limit parameter is, the larger the speed is reduced (decreased). It becomes).
  • the work machine 2 activates the collision damage mitigation function as usual on the obstacle 8, and the automatic control works to avoid the collision with the obstacle 8.
  • the risk of collision is higher than the case where only the obstacle 8 is present. , The risk of being pinched is reduced by applying a stronger speed limit to the operation of the work machine 2.
  • the position information of the obstacle 8 is added to the parameter array indicating the warning target position. This is because the construction system optimization calculation function 7b does not allow the rules of the site to pass through the route (around obstacles), or if it does, check the surrounding conditions of the work machine 2 and the like. Equivalent to being updated to have to be from.
  • the work machine 2 that can be operated by automatic control or semi-automatic control and can acquire information on its own internal state or information on its surroundings, and information in the work environment in which the work machine 2 operates.
  • the work machine 2 is a server via the communication network 61.
  • the risk analysis result of the computer 7 is received, and the automatic control parameter used for the automatic control or the semi-automatic control is changed according to the risk analysis result.
  • the behavior of the automatic control or the semi-automatic control of the work machine 2 is temporarily changed so that various risks predicted based on the information in the work environment are reduced. be able to. This makes it possible to reduce various risks that occur at the construction site where the work machine 2 and the worker 3 work in cooperation with each other.
  • the server computer 7 calculates the candidate value of the automatic control parameter for improving the safety or productivity of construction in the work environment as the update automatic control parameter based on the risk analysis result, and the work machine 2 calculates the candidate value of the automatic control parameter.
  • the update automatic control parameter is received via the communication network 61, and the update automatic control parameter is updated with the update automatic control parameter.
  • the behavior of automatic control or semi-automatic control of the work machine 2 is constantly changed so that the average level of construction safety or productivity risk predicted based on the information in the work environment is lowered. Is possible.
  • the worker terminal 4 capable of warning operation is provided, and the worker terminal 4 receives the risk analysis result of the server computer 7 via the communication network 61, and the risk The warning control parameters used for the warning operation are changed according to the analysis result. As a result, it is possible to temporarily change the warning behavior of the worker terminal 4 so that various risks predicted based on the information in the work environment are reduced.
  • the server computer 7 calculates the candidate value of the warning control parameter for improving the safety or productivity of construction in the work environment as the update warning control parameter based on the risk analysis result, and the worker terminal 4 uses the worker terminal 4.
  • the update warning control parameter is received via the communication network 61, and the warning control parameter is updated with the update warning control parameter.
  • the worker terminal 4 has a sensor 42 capable of acquiring its own position information or information around itself as worker terminal information, and the server computer 7 obtains the worker terminal information via the communication network 61. Receive and include the worker terminal information in the information in the work environment.
  • the automatic control or semi-automatic control behavior of the work machine 2 or the warning of the worker terminal 4 is reduced so that various risks predicted based on the information in the work environment including the information acquired by the worker terminal 4 are reduced.
  • the construction system 1 in the present embodiment includes an environment installation sensor 5 installed in the work environment and capable of acquiring surrounding information as environmental information, and the server computer 7 obtains the environmental information via the communication network 61. Receive and include the environmental information in the information in the working environment.
  • the automatic control or semi-automatic control behavior of the work machine 2 or the warning of the worker terminal 4 is reduced so that various risks predicted based on the information in the work environment including the information acquired by the environment installation sensor 5 are reduced.

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Abstract

作業機械と作業者とが協同して作業を行う施工現場で発生する各種リスクを低減することが可能な施工システムを提供する。　自動制御または半自動制御による動作が可能で、かつ自身の内部状態の情報または自身の周囲の情報を取得可能な作業機械と、前記作業機械が動作する作業環境内の情報を収集してリスク分析を行うサーバコンピュータと、前記作業機械と前記サーバコンピュータとを通信可能に接続する通信ネットワークとを備えた施工システムにおいて、前記作業機械は、前記通信ネットワークを介して前記サーバコンピュータのリスク分析結果を受信し、前記リスク分析結果に応じて、前記自動制御または前記半自動制御に用いられる自動制御パラメータを変更する。

Description

施工システム
　本発明は、作業機械等を用いた施工システムに関する。
　建設機械や移動式クレーン等の作業機械の周囲で作業を行う作業者には、作業機械による挟まれや巻込まれ等のリスクが存在する。このため、作業者は作業機械と距離を置いて作業を行うことでリスクを低減できるが、作業機械での作業の補助をするためなどの目的で作業機械に接近することも想定される。一般的に、安全性と生産性は反比例の関係にあり、安全性を高めるために作業者が作業機械と距離を置けば生産性が低下するし、生産性を上げるために作業者が作業機械に近づけば安全性が低下する。
　特許文献１は、周辺の作業者の安全を確保することができるショベルを提供しており、ショベルの周辺の所定範囲内の人を検知する人検知手段と、油圧アクチュエータが動かされる前に、人検知手段が人を検知したか否かを所定の制御周期毎に判定し、障害物が検知されると、旋回動作、走行動作、掘削動作の何れかを禁止するコントローラを有するものである。これにより、ショベルは周辺の作業者を検知すると動作が禁止され、作業者の安全が確保される。
特開２０１９－７３４８号公報
　特許文献１のショベルでは、機械を止めることにより周囲の作業者の安全を確保しようというものである。しかし、作業機械が動作する施工現場では、作業機械と周囲の作業者とが接触するリスク以外にも、作業機械が転倒または転落するリスクや、作業機械の動作が過剰に制限されることで生産性が低下するリスク等、様々なリスクが発生し得る。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業機械と作業者とが協同して作業を行う施工現場で発生する各種リスクを低減することが可能な施工システムを提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、自動制御または半自動制御による動作が可能で、かつ自身の内部状態の情報または自身の周囲の情報を取得可能な作業機械と、前記作業機械が動作する作業環境内の情報を基にリスク分析を行うサーバコンピュータと、前記作業機械と前記サーバコンピュータとを通信可能に接続する通信ネットワークとを備えた施工システムにおいて、前記作業機械は、前記通信ネットワークを介して前記サーバコンピュータのリスク分析結果を受信し、前記リスク分析結果に応じて、前記自動制御または前記半自動制御に用いられる自動制御パラメータを変更するものとする。
　以上のように構成した本発明によれば、作業環境内の情報を基に判別される各種リスクが低下するように、作業機械の自動制御または半自動制御の振る舞いを変更することができる。
　本発明に施工システムよれば、作業機械と作業者とが協同して作業を行う施工現場で発生する各種リスクを低減することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る施工システムの全体図である。 本発明の実施の形態に係る施工システムの構成図である。 本発明の実施の形態に係る施工システムの機能ブロック図である。 本発明の実施の形態における衝突のリスク情報の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における転倒のリスク情報の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における熱中症のリスク情報の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における挟まれのリスクの発生状況の一例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態に係る作業機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の要素には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
　図１は本実施の形態の施工システムの全体図である。施工システム１は、作業機械２、作業者３が身に着ける作業者端末４、環境設置センサ５、通信設備６、ＣＰＵ等の演算装置を有するサーバコンピュータ７などにより構成される。
　作業機械２は施工現場で稼働する建設機械や運搬車両など作業を行うあらゆる機械が含まれる。作業機械２は通信機器や制御コンピュータを備え、制御コンピュータの自動制御または半自動制御による動作が可能である。なお、図１では作業機械２の一例として油圧ショベルを図示している。
　作業者３は施工現場内で作業を行う者であり、作業機械２を運転したり、作業機械２の作業を補佐したり、作業機械２とは関係なく作業を行ったりする。作業者端末４は作業者３が身に着けているデバイスであり、コンピュータや通信機器、スピーカやモニタなどの出力装置、タッチパネルやボタンなどの入力装置を備えるものである。本実施の形態では作業者端末４として腕時計型のものを例に取り図示しているが、グラス型やその他の形状でも構わないし、作業者が身に着けるデバイスでなくてもよい。具体的には、作業者が持ち歩いたり、オペレータに対する運転席内のモニタなどのように作業者の近くに存在するものであってもよい。
　環境設置センサ５は施工現場内に設置され、カメラやレーザセンサ、温度センサや湿度センサなどを備え、環境情報を取得するためのものである。また、作業機械２や作業者端末４と同様に通信機器を備える。現場に固定的に設置されるものでもよいし、簡易的に設置され容易に場所を変更できるものでもよい。通信設備６は施工現場内を同一の通信ネットワークに接続可能とする設備であり、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）のアクセスポイントなどにより構成される。サーバコンピュータ７は通信設備６の通信ネットワークに接続されたコンピュータである。
　作業機械２、作業者端末４、環境設置センサ５はそれぞれが備える通信機器を介して通信設備６の提供する通信ネットワークに接続でき、同一通信ネットワークに接続されているサーバコンピュータ７と通信による情報伝達が可能となっている。
　図２は施工システム１の構成図である。
　作業機械２は各種作業を行う作業機２４を備え（例えば油圧ショベルの場合、ブーム、アーム、バケットなどで構成されるフロント機構）、作業機２４はコントローラ２１によって制御される。作業機械２はその他に、作業機２４の状態など作業機械２自身の状態（機械内部情報）や、作業機械２周辺の移動体の位置などの周囲の状況（周囲情報）を計測するセンサ２２、作業機械２が外部と通信するための通信機器２３などを備える。センサ２２によって計測された情報はコントローラ２１に渡される。また、コントローラ２１は通信機器２３を介して機械外と情報をやり取りできる。通信機器２３は通信設備６によって施工現場内に提供される通信ネットワーク６１に接続される。
　作業者端末４は、タッチパネルやボタン、スイッチなどから成る入力インタフェース（ＩＦ）４３、モニタやスピーカ、バイブレーション装置などから成る出力インタフェース４４、入出力インタフェースを制御するコントローラ４１、装着している作業者３の心拍数などの生体情報や位置情報を計測するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）などから成るセンサ４２、外部と通信するための通信機器４５などを備える。センサ４２によって計測された情報（作業者情報）はコントローラ４１に渡される。また、コントローラ４１は通信機器４５を介してデバイス外と情報をやり取りできる。通信機器４５は通信ネットワーク６１に接続される。
　環境設置センサ５は、周囲の移動体の位置や作業対象の位置形状など（周囲情報）を計測するカメラやレーザセンサ、温度や湿度などの環境情報を計測する温度計や湿度計などから成るセンサ５２、センサ５２が計測した生情報が渡され、物理値やその他の情報に変換するなどの処理を行うコントローラ５１、通信ネットワーク６１に接続されコントローラ５１が外部との情報のやり取りを行うための通信機器５３などを備える。
　サーバコンピュータ７は通信ネットワーク６１に有線又は無線で接続され、同一通信ネットワークに接続されている作業機械２や作業者端末４、環境設置センサ５などの情報を取得したり、コンピュータ内の情報を送信したりできる。
　作業機械２や作業者端末４、環境設置センサ５は施工現場内に一つであるとは限らず、それぞれ複数あってもよいし、なくてもよい。また、周囲情報、環境情報、作業者情報は作業機械２、作業者端末４、環境設置センサ５のどれで取得されてもよい。ただし、周囲情報や環境情報、作業者情報の少なくとも一つ以上は取得され、サーバコンピュータ７に送られる必要がある。
　図３は施工システム１の機能ブロック図である。施工システム１は、主な機能として作業機械２で動作する機械内部情報／周囲情報取得機能２ａと自動制御機能２ｂ、作業者端末４で動作する作業者情報取得機能４ａと警告機能４ｂ、環境設置センサ５で動作する周囲情報／環境情報取得機能５ａ、サーバコンピュータ７で動作するリスク分析機能７ａと施工システム最適化演算機能７ｂを有する。
　機械内部情報／周囲情報取得機能２ａは、作業機械２のセンサ２２で取得した情報を必要に応じてコントローラ２１で処理し、通信機器２３や通信ネットワーク６１を介してサーバコンピュータ７のリスク分析機能７ａへ送信する。自動制御機能２ｂは、作業機械２のコントローラ２１で作業機２４を動作させるための制御量を演算し、作業機２４を制御するものである。なお、自動制御機能２ｂは、作業機２４の動作の一部のみを自動化する半自動制御機能に置き換えることも可能である。
　作業者情報取得機能４ａは、作業者端末４のセンサ４２で取得した情報を必要に応じてコントローラ４１で処理し、通信機器４５や通信ネットワーク６１を介してサーバコンピュータ７のリスク分析機能７ａへ送信する。警告機能４ｂは、作業者端末４のコントローラ４１で出力インタフェース４４に出力する情報を生成し、出力インタフェース４４に出力するものである。
　周囲情報／環境情報取得機能５ａは、環境設置センサ５のセンサ５２で取得した情報を必要に応じてコントローラ５１で処理し、通信機器５３や通信ネットワーク６１を介してサーバコンピュータ７のリスク分析機能７ａへ送信する。
　リスク分析機能７ａは、施工現場内の様々な情報を収集、分析して現場内のリスクを定量化するものである。例えば、機械内部情報に含まれる機械の位置や動作方向、動作速度と、周囲情報もしくは作業者情報に含まれる作業者３の位置や移動方向、移動速度などといった情報から、作業機械２と作業者３とが衝突するリスクを演算することができる。ここでいう衝突するリスクとは、衝突という事象が発生する確率であり、二物体間の相互位置関係や動作状態から推定できる。衝突以外でも、周囲情報に含まれる現場の形状に段差があり、機械内部情報に含まれる作業機械の位置がその段差の付近で、さらにその方向に移動しているという情報などがあれば、作業機械の転倒あるいは転落のリスクが推定でき、環境情報に含まれる気温や湿度情報と作業者情報に含まれる作業者の心拍数などの生体情報からその作業者の熱中症リスクなどを推定することができる。作業機械と障害物（建物など）との間に作業者が存在し、作業機械が作業者の方に接近しているような状況では挟まれのリスクが高まり、作業機械のタイヤやクローラの進行方向に作業者がいる場合では轢かれまたは巻き込まれのリスクが高く推定できる。このように、リスク分析機能７ａは施工現場に存在する各作業機械や各作業者に対応する形で、施工現場で発生し得る様々なリスクを演算する。
　図４はリスク分析機能７ａが出力するリスク情報の一例として衝突のリスク情報を示している。施工現場に３つの作業機械２（作業機械Ａ～Ｄ）、４人の作業者３（作業者Ａ～Ｄ）がいた場合、各作業機械と各作業者の衝突のリスクが演算される。ここでいうリスクは、例えば所定時間内に当該事象が発生する確率で表される。
　図５は作業機械２の転倒のリスク情報の例、図６は作業者３の熱中症のリスク情報の例をそれぞれ示している。挟まれや巻き込まれのリスクも衝突のリスクと同様に表現できる。図４～図６に示すように、リスク情報は各作業機械２または作業者３に対応する形で演算される。
　リスク情報の具体的な演算手法はどのようなものでもよいが、例えば実際の施工現場の様々な情報を蓄積すると同時に、そのときにどのようなリスクがあったかというデータを手動で作成し、前者を学習データ、後者を教師データとして機械学習やニューラルネットワークなどの手法を用いてリスク演算モデル作成し学習させることで、同様の現場状況が発生したときに学習させたモデルからリスク情報が出力されるようになる。
　また、リスク情報の別の演算手法としては、予め定めたルールに基づきリスクを演算する方法もある。ここでは一例として挟まれのリスク情報のルールに基づく演算手法を説明する。図７に挟まれのリスクの発生状況の一例を示す。挟まれのリスクが高まるルールを、（１）作業機械の周辺に障害物が存在する、（２）作業機械が障害物の方向に動作している、（３）作業者が作業機械と障害物の間に存在する、またはしようとしている、と定めたとすると、作業機械の位置Ｐｍ（ｍｘ、ｍｙ）、障害物の位置Ｐｏ（ｏｘ、ｏｙ）、人の位置Ｐｈ（ｈｘ、ｈｙ）、作業機械の移動速度Ｖｍ（ｍｖｘ、ｍｖｙ）、人の移動速度Ｖｈ（ｈｖｘ、ｈｖｙ）としたときに、挟まれのリスクＲｃは、Ｒｃ＝ｆｃ（Ｐｍ，Ｐｏ，Ｐｈ，Ｖｍ，Ｖｈ）で演算できる。ここで、作業機械の位置Ｐｍや移動速度Ｖｍは機械内部情報から、障害物の位置Ｐｏは周囲情報から、作業者の位置Ｐｈや速度Ｖｈは周囲情報もしくは作業者情報から得られる。関数ｆｃはこれらの情報から挟まれリスクＲｃを求めるものであり、ルールに基づき、機械の周辺に障害物が存在し、障害物の方向に機械が動作している状況と人が機械と障害物との間にいる又は機械と障害物との間に向かって移動しているという状況で高い値を算出するよう構成される。
　リスク分析機能７ａは、演算したリスク情報を短い周期（例えば０．５秒周期）でリアルタイムに自動制御機能２ｂと警告機能４ｂに送信する。また、リスク分析機能７ａは、演算したリスク情報を時系列に保存し、長い周期（例えば数時間～１日周期）で時系列のリスク情報を施工システム最適化演算機能７ｂに送信する。自動制御機能２ｂではリスク情報を基にリスクを下げるよう自動制御の振る舞いを一時的に変更し、警告機能４ｂではリスク情報を基にリスクを下げるよう警告の振る舞いを一時的に変更する。施工システム最適化演算機能７ｂでは、長期間のリスク情報を用いて自動制御機能２ｂによる自動制御の振る舞いや警告機能４ｂによる警告の振る舞いを恒常的に変更する。
　施工システム最適化演算機能７ｂは、リスク分析機能７ａで演算されたリスク情報を基に、施工現場の安全性と生産性を最適化するためのパラメータを演算するものである。ここでいうパラメータとは、自動制御機能２ｂで用いられる自動制御パラメータ（詳細後述）や、警告機能４ｂで用いられる警告制御パラメータ（詳細後述）を指す。施工システム最適化演算機能７ｂは、得られたリスク情報に対して、そのリスクを下げるのに効果的なパラメータを更新する。ただし、多くのパラメータは安全性と生産性のトレードオフの関係になっており、リスクを下げる方向にのみパラメータを更新すると、安全性は向上するが生産性が低下する恐れがある。このため、例えばその現場で安全性と生産性をどれくらいの比率で重視するかの重みを決め、安全性と生産性の重み付き和を最大化するなどの方法により最適化を行う。具体的には最適化演算手法はどのようなものでもよいが、例えば目的関数をｆ（ｐ）＝ωＦＳ（ｐ）＋（１－ω）ＦＰ（ｐ）とし、目的関数ｆが最大となるｐを求めるという方法が考えられる。ここでωは安全性と生産性の優先度を決める変数であり０～１の値を取り、ｐは自動制御パラメータと警告制御パラメータを含むパラメータの集合である。また、ＦＳはｐに対する安全性を評価する関数、ＦＰはｐに対する生産性を評価する関数である。安全性と生産性がトレードオフの関係であるとすると、リスク分析機能７ａから得られるリスク情報が許容値よりも大きい場合、生産性が優先されすぎていると判断し、安全性を高めるためωを大きくする。逆に許容値よりもリスク情報が小さい場合、安全性が優先されすぎていると判断し、生産性を高めるためωを小さくする。決定したωを用いて目的関数ｆが最大となるｐを演算する。なお、リスク分析機能７ａから施工システム最適化演算機能７ｂに送られる長時間のリスク情報に対しては、時間軸方向の平均値を用いたり、最大値を用いるなどの方法が考えられる。
　施工システム１で用いられる作業機械２は、有人または無人で稼働する機械であり、その作業やそれに付随する安全動作などの一部または全部を自動制御によって行うことができる機械である。自動制御により行われる自動制御機能２ｂは、例えば作業機を自動（作業機の全部を自動で制御する）または半自動（オペレータの操作に介入して作業機の一部を自動で制御する）で動作させ所望の作業を行ったり、人が近づいてくると動作速度を自動的に遅くしたりまたは動作を自動で停止したりするような機能である。自動制御はコントローラ２１内に保持される自動制御パラメータを基に行われる。自動制御パラメータは、自動制御機能２ｂの有効／無効、動作条件、動作範囲、動作の速さや大きさなど、動作を計画、実行する上で必要な変数の集合である。
　作業機械２は作業の一部または全部を自動で行うことで、作業効率を高め施工の生産性向上に寄与する。ただし、オペレータの操作に逆らって、または無人で動作するため、安全性が低下する恐れがある。また、人が近づくと動作を遅くしたり停止させたりすることで、人との衝突や巻き込みの発生リスクを低減させ、施工の安全性向上に寄与する。ただし、作業を行いたいのに動作が減速または停止すれば、生産性が低下する恐れがある。このように、自動制御機能２ｂは生産性と安全性とでトレードオフの関係になる場合があり、自動制御パラメータによって安全性と生産性のバランスが決まる。
　作業者端末４は、警告機能４ｂによって出力インタフェース４４を用いて装着している作業者３に気づきを与えることができる。例えば、センサ４２によって得られる作業者３の位置情報（厳密には作業者端末４の位置であるが、ここでは作業者端末４の位置を作業者３の位置と代替）と、作業機械２から通信ネットワーク６１経由で送られてくる作業機械２の位置とをコントローラ４１内で比較し、作業者３の位置が作業機械２の位置に一定程度近づいたら、モニタやバイブレーション、音などの出力インタフェース４４によって、作業者端末４は作業者３に作業機械２への接近を警告することができる。この警告機能４ｂはコントローラ４１内に保持される警告制御パラメータを基に行われる。警告制御パラメータは、警告機能４ｂの有効／無効、警告条件、警告方法など、警告を実行する上で必要な変数の集合である。
　警告機能４ｂは、作業者３が無意識に作業機械２へ近づいていた場合などは、警告により作業者３へ気づきを与え、不要な接近による作業機械２との衝突や巻き込まれなどのリスクを回避できる可能性があり、安全性向上に寄与できる。一方、作業者３が必要があって意識的に作業機械２へ近づいている場合、この警告は不要であり、警告を止めるなどの余計なアクションを作業者３へ課すことで生産性が低下する恐れもある。このように、作業者端末４の機能は生産性と安全性とでトレードオフの関係になる場合があり、警告制御パラメータによって安全性と生産性のバランスが決まる。
　次に、施工システム１の一つ目の特徴として、リアルタイムなリスク情報フィードバックによる応急的なリスク低減について説明する。
　リスク分析機能７ａによって演算されたリスク情報は、リアルタイムに自動制御機能２ｂと警告機能４ｂにフィードバックされる。
　自動制御機能２ｂは、自身に対応するリスク情報を取得し、自動制御の振る舞いをリスク情報に応じて変更する。具体的には、例えば自身とある作業者との衝突のリスクが許容値よりも高い情報として得られた場合、その作業者の方向の動作を制限したり（動作の最大速度を制限したり）、停止させたりする。リスク情報が許容値を下回れば、動作の制限や停止制御を解除し、通常通りに動作可能とする。このように、自動制御機能２ｂはリスク情報に応じてリスクが下がるように自身の振る舞いを変えるよう制御することで、現場の安全性を向上させることができる。なお、これは自動制御機能２ｂの一つとして移動体との衝突を回避する機能（衝突被害軽減機能）があった場合に、その回避範囲や回避の仕方（減速や停止）といった自動制御パラメータを一時的に変更し、自動制御の振る舞いを変えたことと同義である。
　警告機能４ｂは、作業者端末４の装着者（作業者）に対応するリスク情報を取得し、警告の振る舞いをリスク情報に応じて変更する。具体的には、例えばその作業者とある作業機械との衝突のリスクが許容値よりも高い情報として得られた場合、出力インタフェース４４を用いて音や振動などにより作業者に警告し、作業者に衝突の危険性を気づかせる。この警告により作業者は衝突前にその可能性に気づき、衝突を回避することで現場の安全性を向上させることができる。なお、これは警告機能の一つとして作業機械への接近を警告する機能があった場合に、その警告範囲や警告の仕方（音のみでの警告、音と振動による警告など）といった制御パラメータを一時的に変更し、警告の振る舞いを変えたことと同義である。
　次に、施工システム１の二つ目の特徴として、長時間のリスク情報を用いた抜本的なリスク低減について説明する。
　リスク分析機能７ａによって演算されたリスク情報は、リスク分析機能７ａ内に一定期間保存され、保存された時系列のリスク情報がまとめて施工システム最適化演算機能７ｂに送られる。この周期は数時間から数日程度であればよい。施工システム最適化演算機能７ｂは、この時系列のリスク情報を基に前述の通り施工現場内の安全性と生産性を最適化する自動制御パラメータと警告制御パラメータを算出する。自動制御パラメータは自動制御機能２ｂに送られ、自動制御機能２ｂ内の自動制御パラメータが更新される。警告制御パラメータは警告機能４ｂに送られ、警告機能４ｂ内の警告制御パラメータが更新される。
　自動制御パラメータの更新は、具体的には例えば特定の場所にいるもしくは特定の作業を行っている作業機械２と作業者３との衝突リスクが一定時間の中で頻繁に高くなるといった時系列リスク情報があった場合に、施工システム最適化演算機能７ｂでは衝突のリスクを許容値以下に下げるため、その場所にいるもしくはその作業を行う作業機械２に対して自動制御機能２ｂの一つである移動体との衝突を回避する機能の回避範囲を広くしたり、回避のための作業機２４の減速度合を強くしたりするように自動制御パラメータが算出される。これにより、自動制御パラメータが更新され、リスクが高い場所にいるもしくはリスクが高い作業を行っている作業機械２においては、リスクが下がる方向に自動制御が働くようになる。このパラメータ更新は一時的ではなく、次回の更新まで引き継がれる。
　警告制御パラメータの更新は、具体的には例えば特定の場所にいるもしくは特定の作業を行っている作業者の作業機械への衝突リスクが一定時間の中で頻繁に高くなるといった時系列リスク情報があった場合に、施工システム最適化演算機能７ｂでは衝突のリスクを許容値以下に下げるため、その場所にいるもしくはその作業を行っている作業者に対して、警告機能の一つである作業機械２への接近を警告する機能の警告範囲を広くしたり、警告の度合を強めたりするように自動制御パラメータが算出される。これにより、警告制御パラメータが更新され、リスクが高い場所にいるもしくはリスクが高い作業を行っている作業者３においては、リスクが下がるような振る舞いを作業者３に促すようになる。このパラメータ更新は一時的ではなく、次回の更新まで引き継がれる。
　パラメータの更新は、ある特定の作業機械２もしくは作業者３に対して行うこともできる。ただし、機械や人によってパラメータが異なるということは、それぞれの振る舞いが異なるということであり、他者から見ると混乱を招く可能性もある。そのため、施工現場内のパラメータは一種類であるほうが良い。
　これらのように構成された施工システム１は、総合的に次のような特徴を有する。
　本実施の形態である施工システム１を用いた施工では、機械、人、環境の情報が収集される。これらの情報はリスク分析機能７ａにより瞬時に分析され、リスク情報がリアルタイムに現場の作業機械２や作業者３にフィードバックされる。これにより、リスクの高い場所にいる作業者３や作業機械２の振る舞いを適切に制御し、リスクを下げることが可能となる。例えば、作業機械２の死角から作業者端末４を身に着けていない作業者３が作業機械２に近づこうとしていれば、作業機械２のオペレータが作業者３に気づかず追突するリスクが高いと判断され、作業機械２の動作速度を自動的に落とすなどの制御が働く。本施工システムでは、このように現場から得られた様々な情報に基づきリアルタイムにリスク分析を行い、リスク情報を現場に逐次フィードバックすることで、応急的にリスクを下げる仕組みを備える。これを第１のリスク情報フィードバックループと呼ぶ。
　リスク分析機能７ａによりリアルタイムに分析されたリスク情報は、リスク分析機能７ａ内に蓄積される。この蓄積されたリスク情報により、施工現場の潜在的、根本的なリスクが洗い出され、設計／計画時には想定していなかった現場固有のリスク（例えば、２つの施工箇所の位置関係が悪く人や機械の移動経路が必然的に多く重なる、オペレータと作業者のスキルや相性が合っておらず度々ヒヤリハットが発生する、など）が抽出される。この時系列リスク情報は、施工システム最適化演算機能７ｂに届けられる。施工システム最適化演算機能７ｂはこの時系列リスク情報を基に安全性と生産性を最適化するパラメータを算出し、システムを再構築する。本施工システムは、このように当初の計画では想定しきれなかった現場の潜在的、根本的なリスクを抽出し、よりリスクが下がるようシステムを再構築して抜本的なリスク低減を図る仕組みを備える。これを第２のリスク情報フィードバックと呼ぶ。
　これらの２つのループ構造は、第１のリスク情報フィードバックループはその瞬間のリスクに対して応急的に対処するものであり、第２のリスク情報フィードバックループは潜在的、根本的なリスクに対して抜本的に対処するものである。この２つのループを効果的に回すことにより、本施工システムは一つ一つ異なる現場に対してリスクを最小化して安全性と生産性を最適化することができる。
　図７の状況を例にとり、本実施の形態がどのように安全性と生産性の最適化に寄与するのかの一つの具体例を示す。
　まず、リアルタイムなリスク情報フィードバックによる応急的なリスク低減について説明する。作業機械２や障害物８、作業者３の位置関係と作業機械２や作業者３の動作速度、移動速度（速度は方向も含まれる）に基づき、このままの速度で進むと挟まれる可能性が高いとリスク分析機能７ａによって演算され、高いリスク情報が得られる。このリスク情報が作業機械の自動制御機能にフィードバックされ、作業機械２の自動制御機能２ｂの一つである衝突被害軽減機能の動作制限速度パラメータが一時的に大きくなる。なお、どの程度のリスク情報でどの程度パラメータが変更されるかは予め決められている。動作速度制限パラメータは、衝突被害軽減機能において人や障害物に衝突しそうになったときにどの程度動作速度を落とすかに係わるパラメータであり、動作速度制限パラメータが大きいほど大きく速度を落とす（低速になる）ものである。図７の状況において作業者３が存在しなければ、作業機械２は障害物８に対して通常通りの衝突被害軽減機能を働かせ、障害物８への衝突を回避するよう自動制御が働くが、図７の状況のように作業者３が存在し、作業機械２と障害物８との間に進んでいるような場合、障害物８のみが存在する場合よりも衝突のリスクが高い状況であり、作業機械２の動作に対してより強く速度制限をかけることで挟まれのリスクを下げる。
　次に、長時間のリスク情報を用いた抜本的なリスク低減について説明する。仮に図７の状況が同じ場所で頻発しているとした場合、長期的なリスク情報としてその障害物８周辺のリスクが高い傾向にあるという結果が見えてくる。図７の状況が頻発する原因として、その障害物８のそばを作業者３が通ることがある目標地点までの最短経路となっており、多少のリスクを冒してでも生産性向上の観点から作業者３がその経路を選びがちである場合などが挙げられる。このような長時間のリスク情報が得られた場合、施工システム最適化演算機能７ｂでは、リスクが高い傾向にある障害物８に作業者３が近づくと、作業者端末４を介して作業者３に警告あるいは注意喚起を与えるよう、警告制御パラメータを更新する。具体的には、警告制御パラメータのうち、警告対象位置を示すパラメータ配列に障害物８の位置情報を追加する。これは、施工システム最適化演算機能７ｂによって、現場のルールがその経路（障害物周辺）を通行してはならない、もしくは、その経路を通行する場合は作業機械２などの周辺状況を確認してからでなければならない、というように更新されたことに等しい。
　本実施の形態では、自動制御または半自動制御による動作が可能で、かつ自身の内部状態の情報または自身の周囲の情報を取得可能な作業機械２と、作業機械２が動作する作業環境内の情報を基にリスク分析を行うサーバコンピュータ７と、作業機械２とサーバコンピュータ７とを通信可能に接続する通信ネットワーク６１とを備えた施工システム１において、作業機械２は、通信ネットワーク６１を介してサーバコンピュータ７のリスク分析結果を受信し、前記リスク分析結果に応じて、前記自動制御または前記半自動制御に用いられる自動制御パラメータを変更する。
　以上のように構成した本実施の形態によれば、作業環境内の情報を基に予測される各種リスクが低下するように、作業機械２の自動制御または半自動制御の振る舞いを一時的に変更することができる。これにより、作業機械２と作業者３とが協同して作業を行う施工現場で発生する各種リスクを低減することが可能となる。
　また、サーバコンピュータ７は、前記リスク分析結果を基に、前記作業環境における施工の安全性または生産性を向上させる自動制御パラメータの候補値を更新用自動制御パラメータとして算出し、作業機械２は、通信ネットワーク６１を介して前記更新用自動制御パラメータを受信し、前記更新用自動制御パラメータで自動制御パラメータを更新する。これにより、作業環境内の情報を基に予測される施工の安全性または生産性のリスクの平均レベルが低下するように、作業機械２の自動制御または半自動制御の振る舞いを恒常的に変更することが可能となる。
　また、本実施の形態に係る施工システム１において、警告動作が可能な作業者端末４を備え、作業者端末４は、通信ネットワーク６１を介してサーバコンピュータ７のリスク分析結果を受信し、前記リスク分析結果に応じて、前記警告動作に用いられる警告制御パラメータを変更する。これにより、作業環境内の情報を基に予測される各種リスクが低下するように、作業者端末４の警告の振る舞いを一時的に変更することが可能となる。
　また、サーバコンピュータ７は、前記リスク分析結果を基に、前記作業環境における施工の安全性または生産性を向上させる警告制御パラメータの候補値を更新用警告制御パラメータとして算出し、作業者端末４は、通信ネットワーク６１を介して前記更新用警告制御パラメータを受信し、前記更新用警告制御パラメータで警告制御パラメータを更新する。これにより、作業環境内の情報を基に予測される施工の安全性または生産性のリスクの平均レベルが低下するように、作業者端末４の警告の振る舞いを恒常的に変更することが可能となる。
　また、作業者端末４は、自身の位置情報または自身の周囲の情報を作業者端末情報として取得可能なセンサ４２を有し、サーバコンピュータ７は、通信ネットワーク６１を介して前記作業者端末情報を受信し、前記作業者端末情報を前記作業環境内の情報に含める。これにより、作業者端末４で取得した情報を含む作業環境内の情報を基に予測される各種リスクが低下するように、作業機械２の自動制御または半自動制御の振る舞いまたは作業者端末４の警告の振る舞いを一時的に変更し、または、それらのリスクの平均レベルが低下するように、作業機械２の自動制御または半自動制御の振る舞いまたは作業者端末４の警告の振る舞いを恒常的に変更することが可能となる。
　また、本実施の形態における施工システム１は、前記作業環境に設置され周囲の情報を環境情報として取得可能な環境設置センサ５を備え、サーバコンピュータ７は、通信ネットワーク６１を介して前記環境情報を受信し、前記環境情報を前記作業環境内の情報に含める。これにより、環境設置センサ５で取得した情報を含む作業環境内の情報を基に予測される各種リスクが低下するように、作業機械２の自動制御または半自動制御の振る舞いまたは作業者端末４の警告の振る舞いを一時的に変更し、または、それらのリスクの平均レベルが低下するように、作業機械２の自動制御または半自動制御の振る舞いまたは作業者端末４の警告の振る舞いを恒常的に変更することが可能となる。
　以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
　１…施工システム、２…作業機械、２１…コントローラ、２２…センサ、２３…通信機器、２４…作業機、３…作業者、４…作業者端末、４１…コントローラ、４２…センサ、４３…入力インタフェース、４４…出力インタフェース、４５…通信機器、５…環境設置センサ、５１…コントローラ、５２…センサ、５３…通信機器、６…通信設備、６１…通信ネットワーク、７…サーバコンピュータ、８…障害物。

Claims (6)

  1. 　自動制御または半自動制御による動作が可能で、かつ自身の内部状態の情報または自身の周囲の情報を取得可能な作業機械と、前記作業機械が動作する作業環境内の情報を基にリスク分析を行うサーバコンピュータと、前記作業機械と前記サーバコンピュータとを通信可能に接続する通信ネットワークとを備えた施工システムにおいて、
    　前記作業機械は、前記通信ネットワークを介して前記サーバコンピュータのリスク分析結果を受信し、前記リスク分析結果に応じて、前記自動制御または前記半自動制御に用いられる自動制御パラメータを変更する
    　ことを特徴とする施工システム。
  2. 　請求項１に記載の施工システムにおいて、
    　前記サーバコンピュータは、前記リスク分析結果を基に、前記作業環境における施工の安全性または生産性を向上させる前記自動制御パラメータの候補値を更新用自動制御パラメータとして算出し、
    　前記作業機械は、前記通信ネットワークを介して前記更新用自動制御パラメータを受信し、前記更新用自動制御パラメータで前記自動制御パラメータを更新する
    　ことを特徴とする施工システム。
  3. 　請求項１に記載の施工システムにおいて、
    　警告動作が可能な作業者端末を備え、
    　前記作業者端末は、前記通信ネットワークを介して前記リスク分析結果を受信し、前記リスク分析結果に応じて、前記警告動作に用いられる警告制御パラメータを変更する
    　ことを特徴とする施工システム。
  4. 　請求項３に記載の施工システムにおいて、
    　前記サーバコンピュータは、前記リスク分析結果を基に、前記作業環境における施工の安全性または生産性を向上させる前記警告制御パラメータの候補値を更新用警告制御パラメータとして算出し、
    　前記作業者端末は、前記通信ネットワークを介して前記更新用警告制御パラメータを受信し、前記更新用警告制御パラメータで前記警告制御パラメータを更新する
    　ことを特徴とする施工システム。
  5. 　請求項３に記載の施工システムにおいて、
    　前記作業者端末は、自身の位置情報または自身の周囲の情報を作業者端末情報として取得可能なセンサを有し、
    　前記サーバコンピュータは、前記通信ネットワークを介して前記作業者端末情報を受信し、前記作業者端末情報を前記作業環境内の情報に含める
    　ことを特徴とする施工システム。
  6. 　請求項１に記載の施工システムにおいて、
    　前記作業環境に設置され周囲の情報を環境情報として取得可能な環境設置センサを備え、
    　前記サーバコンピュータは、前記通信ネットワークを介して前記環境情報を受信し、前記環境情報を前記作業環境内の情報に含める
    　ことを特徴とする施工システム。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7536810B2 (ja) 2022-01-24 2024-08-20 Ｎｅｃフィールディング株式会社 作業支援装置、作業支援装置の動作方法、及び動作プログラム
JP7275413B1 (ja) * 2022-07-28 2023-05-17 三菱電機株式会社 リスクアセスメント支援装置、リスクアセスメント支援プログラムおよびリスクアセスメント支援方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003105807A (ja) * 2001-09-27 2003-04-09 Komatsu Ltd 作業車両の侵入禁止領域での停止制御方法及びその制御装置
JP2010198519A (ja) * 2009-02-27 2010-09-09 Hitachi Constr Mach Co Ltd 周囲監視装置
JP2015009969A (ja) * 2013-07-01 2015-01-19 Ｊｆｅスチール株式会社 作業員の安全管理方法及び安全管理システム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3874543B2 (ja) 1998-07-06 2007-01-31 日立建機株式会社 砕石処理システム
JP3787039B2 (ja) 1999-04-12 2006-06-21 日立建機株式会社 自動運転建設機械
JP2001182091A (ja) 1999-12-28 2001-07-03 Hitachi Constr Mach Co Ltd 自動運転ショベルおよびショベルの自動運転方法
JP2006257724A (ja) 2005-03-16 2006-09-28 Hitachi Constr Mach Co Ltd 作業機械の安全装置
JP6478771B2 (ja) 2015-04-03 2019-03-06 三菱電機株式会社 産業用ロボットの回避軌道生成装置および回避軌道生成方法
JP2018116323A (ja) 2017-01-16 2018-07-26 セイコーエプソン株式会社 処理装置、干渉管理システム及び干渉管理方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003105807A (ja) * 2001-09-27 2003-04-09 Komatsu Ltd 作業車両の侵入禁止領域での停止制御方法及びその制御装置
JP2010198519A (ja) * 2009-02-27 2010-09-09 Hitachi Constr Mach Co Ltd 周囲監視装置
JP2015009969A (ja) * 2013-07-01 2015-01-19 Ｊｆｅスチール株式会社 作業員の安全管理方法及び安全管理システム

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