WO2022209646A1

WO2022209646A1 - 作業機械の管理システム

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Publication number: WO2022209646A1
Application number: PCT/JP2022/010148
Authority: WO
Inventors: 直樹早川; 枝穂泉
Original assignee: 日立建機株式会社
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2022-10-06
Also published as: EP4317601A1; CN116234961A; JPWO2022209646A1; KR20230042080A; JP7375259B2; US20230313503A1

Abstract

作業機械の管理システムは、作業機械の姿勢を検出する姿勢検出装置の検出結果に基づいて作業機械の作業装置による出来形を示す地形データを生成する地形データ生成システムを備える。地形データ生成システムは、作業機械の姿勢に基づいて作業装置の軌跡を演算し、作業装置の軌跡に基づいて軌跡を構成する面の情報を演算し、所定領域を格子状に区画した複数のグリッド毎に、作業装置の軌跡の位置情報及び軌跡を構成する面の情報を記録することにより、施工履歴データを生成し、施工履歴データに含まれる作業装置の軌跡の位置情報及び軌跡を構成する面の情報に基づいて、地形データを生成する。

Description

作業機械の管理システム

　本発明は、作業機械の管理システムに関する。

　従来、マシンコントロール機能及びマシンガイダンス機能を備えた油圧ショベル等の作業機械が知られている。マシンコントロール機能とは、３次元ＣＡＤソフト等で作成した目標面に沿ってバケットが動くように、ブーム、アーム及びバケットの動作を制御する機能である。マシンガイダンス機能とは、作業機械の姿勢の情報、及び、作業機械周囲の目標面と作業機械の構成要素との位置関係の情報等をオペレータに提示する機能である。

　近年、マシンコントロール機能及びマシンガイダンス機能を発揮するために演算された作業機械の３次元位置情報を時刻情報とともに記録した施工履歴データを活用する動きが広まっている。例えば、施工履歴データに基づいて地形データを生成し、生成した地形データを作業機械による作業の出来高の管理に活用することがある。

　特許文献１には、掘削支援データベースに表示テーブル及び表示内容テーブルを設け、表示テーブルにメッシュ毎の作業領域の状態を記憶するとともに、表示内容テーブルにそのメッシュ毎の状態に対応付けて識別表示方法（表示色）を記憶し、表示テーブルのメッシュ毎の状態（高さ）を表示内容テーブルに参照させ対応する表示色を読み込み、作業領域の状態を色分け表示する作業機械の作業支援管理システムが開示されている。

特開２００５－１１０５８号公報

　特許文献１に記載のシステムでは、作業領域を所定サイズの平面を表すメッシュ（１辺５０ｃｍの正方形のメッシュ）を構成単位として表現し、メッシュ毎に表示処理や詳細データの演算処理を行う。しかしながら、メッシュが等間隔に設定されているため、作業領域における地形データを生成したときに、メッシュの原点の位置によっては、法面の法肩または法尻のような特徴部分の地形形状を正確に再現することができず、生成した地形データの精度が悪くなってしまうおそれがある。なお、地形データの精度を高めるために、メッシュの間隔を細かく設定することが考えられる。しかしながら、この場合、メッシュ数（グリッド数）がメッシュ間隔（グリッド幅）の逆数の２乗に比例して増加するため、管理すべきデータの量が大きくなってしまうという問題がある。

　本発明は、地形データの生成に必要なデータの量を低減しつつ、精度の高い地形データを生成可能な作業機械の管理システムを提供することを目的とする。

　本発明の一態様による作業機械の管理システムは、作業機械の姿勢を検出する姿勢検出装置の検出結果に基づいて前記作業機械の作業装置による出来形を示す地形データを生成する地形データ生成システムを備える。前記地形データ生成システムは、前記作業機械の姿勢に基づいて前記作業装置の軌跡を演算し、前記作業装置の軌跡に基づいて前記軌跡を構成する面の情報を演算し、所定領域を格子状に区画した複数のグリッド毎に、前記作業装置の軌跡の位置情報及び前記軌跡を構成する面の情報を記録することにより、施工履歴データを生成し、前記施工履歴データに含まれる前記作業装置の軌跡の位置情報及び前記軌跡を構成する面の情報に基づいて、前記地形データを生成する。

　本発明によれば、地形データの生成に必要な施工履歴データの量を低減しつつ、精度の高い地形データを生成可能な作業機械の管理システムを提供することができる。

管理システムの構成を示す図。油圧ショベルの構成図。油圧ショベルの油圧駆動装置の構成を示す図。油圧ショベルの車体コントローラ及び管理サーバの管理コントローラのハードウェア構成図。地形データ生成システムの主な機能について示す機能ブロック図。ショベル基準座標系を示す図。バケットが通過した軌跡を構成する面の法線ベクトルを示す図。バケットが通過した軌跡を構成する曲面上の法線ベクトルを示す図。施工履歴データの例について示す図。グリッド処理が施された作業領域Ａについて示す図。グリッド幅Ｇｗ及びグリッド中心点Ｇｅｎについて示す図。バケットの軌跡のグリッド化について示す図。可変長の施工履歴データの例について示す図。車体コントローラにより実行される施工履歴データ生成処理について示すフローチャート。あるグリッド中心軸上の軌跡構成点Ｇｔ１と、そのグリッド中心軸にＥ軸方向で隣接するグリッド中心軸上の軌跡構成点Ｇｔ２とを通り、ＥＨ平面に平行な平面による断面図。隣接する接平面同士が平行に近い場合について示す図。地形形状の複雑さに比べてグリッド幅Ｇｗが広い場合について示す図。管理コントローラにより実行される地形データ生成・出力処理について示すフローチャート。本実施形態に係る管理システムにより生成される地形データについて示す図。本実施形態の比較例に係る管理システムにより生成される地形データについて示す図。本実施形態の変形例１に係る管理システムにより生成される補完情報について示す図。施工履歴データのログデータの抽出条件の設定方法の例について説明するフローチャート。

　図面を参照して、本発明の実施形態に係る作業機械の管理システムについて説明する。作業機械は、土木作業、建設作業、解体作業等の各種作業に用いられる機械である。本実施形態では、作業機械が、クローラ式の油圧ショベル１００である例について説明する。

　図１は、管理システム１の構成を示す図である。図１に示すように、管理システム１は、作業現場で作業を行う油圧ショベル１００に設けられる車体コントローラ１１０と、管理サーバ５１に設けられる管理コントローラ１５０と、を有する。管理サーバ５１は、作業現場、あるいは作業現場から離れた場所に設置される管理センタ５０に設けられる。管理センタ５０は、例えば、油圧ショベル１００の製造業者（メーカー）の本社、支社、工場等の施設、油圧ショベル１００のレンタル会社、サーバの運営を専門的に行うデータセンタ、油圧ショベル１００を所有するオーナーの施設等に設置される。管理サーバ５１は、油圧ショベル１００の状態を遠隔で管理（把握、監視）する外部装置である。

　油圧ショベル１００と管理サーバ５１とは、広域ネットワークの通信回線５９を介して双方向通信を行う。すなわち、油圧ショベル１００と管理サーバ５１とは、通信回線５９を介して情報（データ）の送信、受信を行う。通信回線５９は、携帯電話事業者等が展開する携帯電話通信網（移動通信網）、インターネット等である。例えば、図示するように、油圧ショベル１００と無線基地局５８とが携帯電話通信網（移動通信網）で接続されている場合、無線基地局５８は、油圧ショベル１００から所定の情報を受信すると、受信した情報をインターネットを介して管理サーバ５１に送信する。

　管理サーバ５１は、油圧ショベル１００から受信したデータを受信し、ハードディスクドライブ等の記憶装置５２に記憶する。管理サーバ５１は、記憶装置５２に記憶された情報（データ）を液晶ディスプレイ装置等の表示装置５３に表示させる。管理者は、管理サーバ５１をキーボード、マウス等の入力装置５４により操作し、所定の油圧ショベル１００の情報を表示装置５３に表示させることで、油圧ショベル１００の状態を把握することができる。

　図２は、油圧ショベル１００の構成図である。図２に示すように、油圧ショベル１００は、車体（機体）１００ｂと、車体１００ｂに取り付けられる作業装置１００ａと、を備える。車体１００ｂは、走行体１１と、走行体１１上に旋回可能に設けられた旋回体１２と、を備え、旋回体１２の前部に作業装置１００ａが取り付けられている。油圧ショベル１００は、走行体１１の左側のクローラ１９を駆動させる左側走行用油圧モータ３ｂと、走行体１１の右側のクローラ１９を駆動させる右側走行用油圧モータ３ａと、を備える。走行体１１は、左右一対のクローラ１９を走行用油圧モータ３（３ａ，３ｂ）によって駆動することにより走行する。油圧ショベル１００は、旋回体１２を走行体１１に対して旋回（回転）させる旋回用油圧モータ４を備える。

　作業装置１００ａは、複数のアクチュエータによって駆動される複数の被駆動部材（フロント部材）を有する多関節型の作業装置である。作業装置１００ａは、３つの被駆動部材（ブーム８、アーム９及びバケット１０）が直列的に連結された構成である。ブーム８は、その基端部が旋回体１２の前部に、ブームピン９１（図６参照）を介して回動可能に連結される。アーム９は、その基端部がブーム８の先端部に、アームピン９２（図６参照）を介して回動可能に連結される。バケット１０は、アーム９の先端部に、バケットピン９３（図６参照）を介して回動可能に連結される。ブームピン９１、アームピン９２、バケットピン９３は、互いに平行に配置され、各被駆動部材（ブーム８、アーム９及びバケット１０）は同一面内で相対回転可能とされている。

　ブーム８はアクチュエータであるブームシリンダ（油圧シリンダ）５によって駆動され、アーム９はアクチュエータであるアームシリンダ（油圧シリンダ）６によって駆動され、バケット１０はアクチュエータであるバケットシリンダ（油圧シリンダ）７によって駆動される。油圧シリンダ（５～７）は、一端が閉塞された有底筒状のシリンダチューブと、シリンダチューブの他端の開口を塞ぐヘッドカバーと、ヘッドカバーを貫通し、シリンダチューブに挿入されるシリンダロッドと、シリンダロッドの先端に設けられ、シリンダチューブ内をロッド側油室とボトム側油室とに区画するピストンと、を備える。ブームシリンダ５は、その一端側が旋回体１２に連結され他端側がブーム８に連結される。アームシリンダ６は、その一端側がブーム８に連結され他端側がアーム９に連結される。バケットシリンダ７は、その一端側がアーム９に連結され、他端側がバケットリンク１３を介して、バケット１０に連結される。各油圧シリンダ（５～７）が駆動されることにより、地山の掘削、整地等の作業が行われる。

　旋回体１２の前部左側には、オペレータが搭乗する運転室１７が設けられている。運転室１７には、走行体１１への動作指示を行うための右走行レバー装置２３ａ及び左走行レバー装置２３ｂが設けられている。また、運転室１７には、ブーム８、アーム９、バケット１０及び旋回体１２への動作指示を行うための右操作レバー装置２２ａ及び左操作レバー装置２２ｂが設けられている。このように、本実施形態に係る油圧ショベル１００は、旋回体１２、作業装置１００ａ及び走行体１１を動作させるための操作装置（２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ）を備えている。

　旋回体１２には、原動機としてのエンジン１４、エンジン１４により駆動されるポンプ２、及び、コントロールバルブユニット２０が搭載されている。コントロールバルブユニット２０は、図示しないが、複数の流量制御弁（方向制御弁ともいう）を有し、ポンプ２からアクチュエータ（ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回用油圧モータ４、及び、走行用油圧モータ３）に供給される作動流体としての作動油の流れ（流量及び方向）を制御する。

　図３は、油圧ショベル１００の油圧駆動装置の構成を示す図である。なお、説明の簡略化のため、図３では、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７及び旋回用油圧モータ４を駆動させるための構成について記し、本実施形態と直接的に関係しない回路、弁等の図示は省略する。

　ポンプ２は、エンジン１４により駆動され、タンクから作動油を吸い込み、コントロールバルブユニット２０とポンプ２の吐出口とを接続するポンプラインＬ１に吐出する。なお、図３では、ポンプ２が固定容量型の油圧ポンプである例について示しているが、可変容量型の油圧ポンプを採用してもよい。また、コントロールバルブユニット２０に作動油を供給するポンプ２は、一つであってもよいし、複数であってもよい。

　コントロールバルブユニット２０は、複数の電磁比例弁４１ａ～４４ｂを有する電磁弁ユニット４０によって制御されることにより、ポンプ２からアクチュエータに供給される作動油（圧油）の流れを制御する。コントロールバルブユニット２０は、電磁比例弁４１ａ，４１ｂによって生成される信号圧に応じて、ポンプ２からブームシリンダ５に供給される作動油（圧油）の流れを制御する。コントロールバルブユニット２０は、電磁比例弁４２ａ，４２ｂによって生成される信号圧に応じて、ポンプ２からアームシリンダ６に供給される作動油（圧油）の流れを制御する。コントロールバルブユニット２０は、電磁比例弁４３ａ，４３ｂによって生成される信号圧に応じて、ポンプ２からバケットシリンダ７に供給される作動油（圧油）の流れを制御する。コントロールバルブユニット２０は、電磁比例弁４４ａ，４４ｂによって生成される信号圧に応じて、ポンプ２から旋回用油圧モータ４に供給される作動油（圧油）の流れを制御する。

　電磁比例弁４１ａ～４４ｂは、パイロット油圧源２９から供給されるパイロット圧油を一次圧（元圧）として、車体コントローラ１１０により制御される弁駆動装置１５８（図４参照）からの指令電流に応じて減圧して生成した二次圧を信号圧としてコントロールバルブユニット２０に出力する。なお、パイロット油圧源２９は、例えば、エンジン１４により駆動される油圧ポンプ（パイロットポンプ）である。

　右操作レバー装置２２ａは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号（操作信号）を、ブーム操作情報及びバケット操作情報として車体コントローラ１１０に出力する操作センサを有する。左操作レバー装置２２ｂは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号（操作信号）を、アーム操作情報及び旋回操作情報として車体コントローラ１１０に出力する操作センサを有する。

　操作装置２２ａ，２２ｂの操作センサから操作信号が車体コントローラ１１０に入力されると、車体コントローラ１１０は、操作信号に応じた動作速度でアクチュエータが動作するように、電磁弁ユニット４０の電磁比例弁４１ａ～４４ｂを制御する。これにより、コントロールバルブユニット２０が制御され、アクチュエータにポンプ２から吐出された作動油が供給され、アクチュエータが動作する。

　操作装置２２ａによりブーム上げ操作が行われると、その操作量に応じた指令圧が電磁比例弁４１ａからブーム用の流量制御弁の第１受圧部に出力され、ブーム用の流量制御弁が一方側（ブーム上げ側）に動作する。これにより、作動油がブームシリンダ５のボトム側油室に供給されるとともに、ブームシリンダ５のロッド側油室からタンクに作動油が排出される。その結果、ブームシリンダ５が伸長し、ブーム８がブームピン９１を支点に上方に回動する。操作装置２２ａによりブーム下げ操作が行われると、その操作量に応じた指令圧が電磁比例弁４１ｂからブーム用の流量制御弁の第２受圧部に出力され、ブーム用の流量制御弁が他方側（ブーム下げ側）に動作する。これにより、作動油がブームシリンダ５のロッド側油室に供給されるとともに、ブームシリンダ５のボトム側油室からタンクに作動油が排出される。その結果、ブームシリンダ５が収縮し、ブーム８がブームピン９１を支点に下方に回動する。

　操作装置２２ａによりバケットクラウド操作が行われると、その操作量に応じた指令圧が電磁比例弁４３ａからバケット用の流量制御弁の第１受圧部に出力され、バケット用の流量制御弁が一方側（バケットクラウド側）に動作する。これにより、作動油がバケットシリンダ７のボトム側油室に供給されるとともに、バケットシリンダ７のロッド側油室からタンクに作動油が排出される。その結果、バケットシリンダ７が伸長し、バケット１０がバケットピン９３を支点に下方に回動する。すなわち、バケットクラウド動作が行われる。操作装置２２ａによりバケットダンプ操作が行われると、その操作量に応じた指令圧が電磁比例弁４３ｂからバケット用の流量制御弁の第２受圧部に出力され、バケット用の流量制御弁が他方側（バケットダンプ側）に動作する。これにより、作動油がバケットシリンダ７のロッド側油室に供給されるとともに、バケットシリンダ７のボトム側油室からタンクに作動油が排出される。その結果、バケットシリンダ７が収縮し、バケット１０がバケットピン９３を支点に上方に回動する。すなわち、バケットダンプ動作が行われる。

　操作装置２２ｂによりアームクラウド操作が行われると、その操作量に応じた指令圧が電磁比例弁４２ａからアーム用の流量制御弁の第１受圧部に出力され、アーム用の流量制御弁が一方側（アームクラウド側）に動作する。これにより、作動油がアームシリンダ６のボトム側油室に供給されるとともに、アームシリンダ６のロッド側油室からタンクに作動油が排出される。その結果、アームシリンダ６が伸長し、アーム９がアームピン９２を支点に下方に回動する。すなわち、アームクラウド動作が行われる。操作装置２２ｂによりアームダンプ操作が行われると、その操作量に応じた指令圧が電磁比例弁４２ｂからアーム用の流量制御弁の第２受圧部に出力され、アーム用の流量制御弁が他方側（アームダンプ側）に動作する。これにより、作動油がアームシリンダ６のロッド側油室に供給されるとともに、アームシリンダ６のボトム側油室からタンクに作動油が排出される。その結果、アームシリンダ６が収縮し、アーム９がアームピン９２を支点に上方に回動する。すなわち、アームダンプ動作が行われる。

　アクチュエータ（５，６，７）の動作により被駆動部材（８，９，１０）が回動すると、作業装置１００ａの姿勢及びバケット１０の爪先等の位置が変化する。

　操作装置２２ｂにより右旋回操作が行われると、その操作量に応じた指令圧が電磁比例弁４４ａから旋回用の流量制御弁の第１受圧部に出力され、旋回用の流量制御弁が一方側（右旋回側）に動作する。これにより、作動油が旋回用油圧モータ４に供給され、旋回用油圧モータ４が一方（右旋回方向）に回転する。その結果、走行体１１に対して旋回体１２が右方向に旋回する。操作装置２２ｂにより左旋回操作が行われると、その操作量に応じた指令圧が電磁比例弁４４ｂから旋回用の流量制御弁の第２受圧部に出力され、旋回用の流量制御弁が他方側（左旋回側）に動作する。これにより、作動油が旋回用油圧モータ４に供給され、旋回用油圧モータ４が他方（左旋回方向）に回転する。その結果、走行体１１に対して旋回体１２が左方向に旋回する。旋回用油圧モータ４の動作により、走行体１１に対して旋回体１２が旋回すると、バケット１０の爪先等の位置が変化する。

　油圧ショベル１００は、ブームシリンダ５、アームシリンダ６及びバケットシリンダ７内の圧力（シリンダ圧）を検出し、その検出結果（電気信号）を車体コントローラ１１０へ出力する圧力センサ５ａ～７ｂを備えている。圧力センサ５ａはブームシリンダ５のロッド側油室の圧力を検出し、圧力センサ５ｂはブームシリンダ５のボトム側油室の圧力を検出する。圧力センサ６ａはアームシリンダ６のロッド側油室の圧力を検出し、圧力センサ６ｂはアームシリンダ６のボトム側油室の圧力を検出する。圧力センサ７ａはバケットシリンダ７のロッド側油室の圧力を検出し、圧力センサ７ｂはバケットシリンダ７のボトム側油室の圧力を検出する。

　図２に示すように、ブームピン９１には旋回体１２に対するブーム８の回動角度（以下、ブーム角と記す）α（図６参照）を測定するためのブーム角度センサ３０が取り付けられる。アームピン９２には、ブーム８に対するアーム９の回動角度（以下、アーム角と記す）β（図６参照）を測定するためのアーム角度センサ３１が取り付けられる。バケットリンク１３には、アーム９に対するバケット１０の回動角度（以下、バケット角と記す）γ（図６参照）を測定するためのバケット角度センサ３２が取り付けられる。旋回体１２には基準面（例えば水平面）に対する旋回体１２（車体１００ｂ）の前後方向の傾斜角度（以下、ピッチ角と記す）θｐ（図６参照）を測定するための車体前後傾斜角度センサ３３ａが取り付けられる。また、旋回体１２には基準面（例えば水平面）に対する旋回体１２（車体１００ｂ）の左右方向の傾斜角度（以下、ロール角と記す）θｒ（不図示）を測定するための車体左右傾斜角度センサ３３ｂが取り付けられる。

　角度センサ３０，３１，３２，３３ａ，３３ｂには、ＩＭＵ(Inertial Measurement Unit：慣性計測装置)、ポテンショメータ、ロータリエンコーダなどのセンサを採用することができる。なお、バケット角度センサ３２は、バケットリンク１３ではなく、バケット１０に取り付けるようにしてもよい。

　油圧ショベル１００は、旋回体１２に左右一対のＲＴＫ－ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems：全地球衛星測位システム）用のアンテナ（第１ＧＮＳＳアンテナ３５ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ３５ｂ）と、運転室１７内に搭載され、ＧＮＳＳアンテナ３５ａ，３５ｂで受信した電波を用いて油圧ショベル１００の位置情報を算出するＧＮＳＳ受信装置３６（図３、図５参照）と、を有する。

　角度センサ３０，３１，３２，３３ａ，３３ｂ、及びＧＮＳＳアンテナ３５ａ，３５ｂは、油圧ショベル１００の姿勢を検出する姿勢センサとして機能する。また、ＧＮＳＳアンテナ３５ａ，３５ｂは、油圧ショベル１００の位置を検出する位置センサとして機能する。

　図３に示すように、油圧ショベル１００は、ブーム角度センサ３０、アーム角度センサ３１、バケット角度センサ３２、車体前後傾斜角度センサ３３ａ、及び、車体左右傾斜角度センサ３３ｂでの検出結果及びＧＮＳＳアンテナ３５ａ，３５ｂからの位置情報に基づいて、油圧ショベル１００の位置、方位、及び油圧ショベル１００の姿勢（作業装置１００ａの姿勢、車体１００ｂの姿勢）を検出（演算）する姿勢検出装置１３０を有する。

　姿勢検出装置１３０は、現場座標系における油圧ショベル１００の位置、並びに、油圧ショベル１００の姿勢を表す姿勢情報であるブーム角α、アーム角β、バケット角γ、ピッチ角θｐ、ロール角θｒ及び方位角θｙを演算し、車体コントローラ１１０に出力する。

　図４は、油圧ショベル１００の車体コントローラ１１０及び管理サーバ５１の管理コントローラ１５０のハードウェア構成図である。

　油圧ショベル１００は、車体コントローラ１１０と、管理サーバ５１と通信を行うための通信装置１５５と、油圧ショベル１００の姿勢を検出（演算）する姿勢検出装置１３０と、目標面Ｓｔ（図６参照）を設定する目標面設定装置１６１と、油圧シリンダ（５～７）の圧力を検出する圧力検出装置１６２と、情報を記憶する記憶装置１６９と、を有する。

　通信装置１５５は、広域ネットワークである通信回線５９に接続される無線基地局５８と無線通信可能な無線通信装置であって、所定の周波数帯域を感受帯域とする通信アンテナを含む通信インタフェースを有する。なお、通信装置１５５は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの通信方式を利用して、管理サーバ５１と直接的に、あるいは間接的に情報の授受を行うようにしてもよい。

　目標面設定装置１６１は、目標面Ｓｔ（図６参照）に関する情報（１つまたは複数の目標面の位置情報、目標面の基準面（水平面）に対する傾斜角度の情報等）を車体コントローラ１１０に入力可能な装置である。目標面設定装置１６１は、現場座標系上に規定された目標面の３次元データを格納した外部端末（不図示）と接続されている。本実施形態では、外部端末から取得した３次元データの目標面を作業装置１００ａが移動する平面（作業装置の動作平面）で切断した断面形状を目標面Ｓｔ（２次元の目標面）として利用する。なお、目標面設定装置１６１を介した目標面Ｓｔの入力は、オペレータが手動で行ってもよい。また、目標面設定装置１６１と車体コントローラ１１０とのデータのやりとりは、有線通信で行ってもよいし、無線通信で行ってもよいし、ＵＳＢフラッシュメモリ、ＳＤカード等の記録媒体を介して行ってもよい。

　圧力検出装置１６２は、圧力センサ５ａ～７ｂを有し、作業装置１００ａの被駆動部材を駆動させる油圧シリンダ５～７のロッド側油室及びボトム側油室の圧力を検出し、その検出結果を車体コントローラ１１０に出力する。操作検出装置１６３は、操作装置２２ａ，２２ｂの操作センサを有し、操作装置２２ａ，２２ｂの操作量及び操作方向を検出し、その検出結果を車体コントローラ１１０に出力する。

　記憶装置１６９は、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性メモリである。記憶装置１６９には、図６に示すブームピン９１の中心位置からアームピン９２の中心位置までの長さＬｂｍ、アームピン９２の中心位置からバケットピン９３の中心位置までの長さＬａｍ、バケットピン９３の中心位置からバケット１０の爪先Ｐｂまでの長さＬｂｋｔが、油圧ショベル１００の寸法情報として記憶されている。また、記憶装置１６９には、油圧シリンダ（５～７）の取付位置に関する情報（例えば、ブームピン９１からブームシリンダ５のロッド側接続部までの距離、ブームピン９１からブームシリンダ５のボトム側接続部までの距離等）が、油圧ショベル１００の寸法情報として記憶されている。さらに、記憶装置１６９には、ＧＮＳＳアンテナ３５ａ，３５ｂのショベル基準座標系での位置座標が記憶されている。なお、ＧＮＳＳアンテナ３５ａ，３５ｂのショベル基準座標系での位置座標は、設計寸法、あるいは、トータルステーション等の測定器による測定結果に基づいて算出することができる。

　図４に示す表示装置１６４は、車体コントローラ１１０から出力された表示制御信号に基づいて、表示画面に表示画像を表示させる液晶ディスプレイ装置である。弁駆動装置１５８は、車体コントローラ１１０から出力された弁駆動信号に基づいて、電磁弁ユニット４０の電磁比例弁４１ａ～４４ｂのソレノイドに供給する指令電流を制御する。

　管理サーバ５１は、管理コントローラ１５０と、油圧ショベル１００と通信を行うための通信装置５５と、管理者の操作により所定の情報を管理コントローラ１５０に入力するキーボード、マウス等の入力装置５４と、液晶ディスプレイ装置等の表示装置５３と、情報を記憶する記憶装置５２と、を有する。

　通信装置５５は、広域ネットワークである通信回線５９を介して油圧ショベル１００と通信可能な通信装置である。なお、通信装置５５は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの通信方式を利用して、油圧ショベル１００と直接的に、あるいは間接的に情報の授受を行うようにしてもよい。

　車体コントローラ１１０及び管理コントローラ１５０は、動作回路であるＣＰＵ（Central Processing Unit）１１０ａ，１５０ａ、記憶装置であるＲＯＭ（Read Only Memory）１１０ｂ，１５０ｂ及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１０ｃ，１５０ｃ、入力インタフェース１１０ｄ，１５０ｄ及び出力インタフェース１１０ｅ，１５０ｅ、並びに、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。車体コントローラ１１０及び管理コントローラ１５０は、それぞれ１つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。

　入力インタフェース１１０ｄ，１５０ｄは、各種装置からの信号を、ＣＰＵ１１０ａ，１５０ａが演算可能なように変換する。ＲＯＭ１１０ｂ，１５０ｂはＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである。ＲＯＭ１１０ｂ，１５０ｂには、後述するフローチャートに示すような各種演算をＣＰＵ１１０ａ，１５０ａによって実行可能なプログラムが格納されている。すなわち、ＲＯＭ１１０ｂ，１５０ｂは、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体である。

　ＲＡＭ１１０ｃ，１５０ｃは揮発性メモリであり、ＣＰＵ１１０ａ，１５０ａとの間で直接的にデータの入出力を行うワークメモリである。ＲＡＭ１１０ｃ，１５０ｃは、ＣＰＵ１１０ａ，１５０ａがプログラムを演算実行している間、必要なデータを一時的に記憶する。

　ＣＰＵ１１０ａ，１５０ａは、ＲＯＭ１１０ｂ，１５０ｂに記憶されたプログラムをＲＡＭ１１０ｃ，１５０ｃに展開して演算実行する演算装置であって、プログラムに従って入力インタフェース１１０ｄ，１５０ｄ及びＲＯＭ１１０ｂ，１５０ｂ，ＲＡＭ１１０ｃ，１５０ｃから取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力インタフェース１１０ｅ，１５０ｅは、ＣＰＵ１１０ａでの演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を各種装置に出力する。

　図５を参照して、油圧ショベル１００の作業装置１００ａによる出来形を示す地形データを生成する地形データ生成システム１８０について説明する。図５は、地形データ生成システム１８０の主な機能について示す機能ブロック図である。図５に示すように、地形データ生成システム１８０は、姿勢検出装置１３０により検出された油圧ショベル１００の姿勢に基づいて施工履歴データを生成する処理を実行する第１処理装置としての車体コントローラ１１０と、施工履歴データに基づいて地形データを生成する処理を実行する第２処理装置としての管理コントローラ１５０と、を有する。

　図５に示すように、姿勢検出装置１３０は、作業装置姿勢検出部１３１、車体位置検出部１３２、及び、車体角度検出部１３３として機能する。作業装置姿勢検出部１３１は、ブーム角度センサ３０、アーム角度センサ３１、バケット角度センサ３２での検出結果に基づいて、ブーム角α、アーム角β及びバケット角γを演算し、その演算結果を車体コントローラ１１０に出力する。

　車体位置検出部１３２は、ＧＮＳＳ受信装置３６から出力される第１ＧＮＳＳアンテナ３５ａの位置情報に基づいて、現場座標系のアンテナ位置情報を演算し、車体コントローラ１１０に出力する。車体位置検出部１３２は、現場座標系以外の座標系の位置情報が入力された場合、その座標系の位置情報を現場座標系の位置情報に変換する座標変換処理を実行し、現場座標系のアンテナ位置情報を演算する。

　本実施形態では、ＧＮＳＳ受信装置３６が、現場座標系の座標値を出力する場合について説明する。なお、ＧＮＳＳ受信装置３６は、地理座標系、平面直角座標系、地心直交座標系または現場座標系の少なくとも１つ以上の座標系の座標値を出力可能なものであればよい。地理座標系における座標値は緯度、経度及び楕円体高からなり、平面直角座標系、地心直交座標系及び現場座標系の座標値はＸ，Ｙ，Ｚ座標等からなる３次元直交座標系である。地理座標系座標値は、ガウス・クリューゲルの等角投影法などを用いて平面直角座標系などの３次元直交座標系に変換可能である。また、平面直角座標系、地心直交座標系及び現場座標系はアフィン変換またはヘルマート変換などを用いることで相互に変換可能である。

　本実施形態における現場座標系は、水平面上の東方向にＥ軸、水平面上の北方向にＮ軸、鉛直上方向にＨ軸をとる作業現場での任意の位置を原点とした座標系である。

　車体角度検出部１３３は、第１ＧＮＳＳアンテナ３５ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ３５ｂが出力するアンテナ位置情報、並びに、車体前後傾斜角度センサ３３ａ及び車体左右傾斜角度センサ３３ｂでの検出結果（センサ値）に基づいて、方位角θｙ、ピッチ角θｐ及びロール角θｒを演算し、その演算結果を車体コントローラ１１０に出力する。車体角度検出部１３３は、第１ＧＮＳＳアンテナ３５ａと第２ＧＮＳＳアンテナ３５ｂとの位置関係から方位角θｙを演算する。

　油圧ショベル１００の車体コントローラ（第１処理装置）１１０は、姿勢検出装置１３０で検出された油圧ショベル１００の姿勢に基づいて施工履歴データを生成し、生成した施工履歴データを油圧ショベル１００の外部の管理サーバ５１に送信する処理を実行する。以下、車体コントローラ１１０の機能について、詳しく説明する。

　車体コントローラ１１０は、軌跡演算部１１１、補完情報演算部１１２、施工履歴生成部１１３、及び、送信部１１４として機能する。軌跡演算部１１１は、圧力検出装置１６２からの圧力情報、操作検出装置１６３からの操作情報、及び、姿勢検出装置１３０からの姿勢情報（角度情報）に基づいて、バケット１０の軌跡を演算する。

　バケット１０により地山を掘削する「掘削動作」において、バケット１０の軌跡とは、地面と接するバケット１０の爪先の移動軌跡である。バケット１０を前方に移動させることによりバケット１０の背面で地面を締固める「締固め動作」において、バケット１０の軌跡とは、地面に接するバケット１０の背面上の特定の部位の移動軌跡である。バケット１０を地面にたたきつける「土羽打ち動作」において、バケット１０の軌跡とは、バケット１０が地面にたたきつけられた瞬間のバケット１０の底面に相当する。

　締固め動作において、地面と接する「バケット１０の背面上の特定の部位」は、バケット１０の形状によって異なる。例えば、法面バケットのような、バケットの背面と底面がなめらかに接続されていないバケットにおいては、バケットの底面における爪先とは反対側の端部を、背面上の特定の部位として設定しておくことが好ましい。一方で、一般的なバケットのように、バケットの背面と底面がなめらかに接続され、バケット１０の背面が曲面となっているものについては、バケット１０の形状により、地面と接する部位は異なる。このため、作業前に実験的に締固め動作を行い、バケット１０が地面と接する部位を確かめ、バケット１０の背面上の特定の部位を設定しておくことが好ましい。

　軌跡演算部１１１は、操作検出装置１６３からの操作情報、及び、圧力検出装置１６２からの圧力情報に基づいて、油圧ショベル１００が掘削動作を行っているか否かを判定する。掘削動作では、アーム引き操作が行われ、かつ、バケット１０が地面に接触している。

　軌跡演算部１１１は、左操作レバー装置２２ｂのアーム引き操作量が、予め定めた操作量閾値Ｌａ１以上である場合には、アーム引き操作がなされていると判定し、アーム引き操作量が操作量閾値Ｌａ１未満である場合には、アーム引き操作はなされていないと判定する。操作量閾値Ｌａ１は、アーム引き方向に左操作レバー装置２２ｂが操作されているか否かを判定するための閾値であり、予めＲＯＭ１１０ｂに記憶されている。

　軌跡演算部１１１は、アームシリンダ６のボトム側油室の圧力Ｐａｂが圧力閾値Ｐａｂ０以上の場合には、バケット１０が地面に接触していると判定し、アームシリンダ６のボトム側油室の圧力Ｐａｂが圧力閾値Ｐａｂ０未満の場合には、バケット１０は地面に接触していないと判定する。圧力閾値Ｐａｂ０は、アーム引き操作による掘削作業においてバケット１０が地面に接触しているか否かを判定するための閾値であり、予めＲＯＭ１１０ｂに記憶されている。アームシリンダ６が伸長する方向に動作する際、地面にバケット１０が接触すると、アームシリンダ６のボトム側油室の圧力が上昇する。このため、アームシリンダ６のボトム側油室の圧力の監視することにより、掘削動作が行われているか否かを判定することができる。

　軌跡演算部１１１は、左操作レバー装置２２ｂのアーム引き操作量が操作量閾値Ｌａ１以上であり、かつ、アームシリンダ６のボトム側油室の圧力Ｐａｂが圧力閾値Ｐａｂ０以上である場合には、油圧ショベル１００は掘削動作を行っていると判定する。軌跡演算部１１１は、左操作レバー装置２２ｂのアーム引き操作量が操作量閾値Ｌａ１未満である場合、あるいは、アームシリンダ６のボトム側油室の圧力Ｐａｂが圧力閾値Ｐａｂ０未満である場合には、油圧ショベル１００は掘削動作を行っていないと判定する。

　軌跡演算部１１１は、操作検出装置１６３からの操作情報、及び、圧力検出装置１６２からの圧力情報に基づいて、油圧ショベル１００が締固め動作を行っているか否かを判定する。締固め動作では、アーム押し操作が行われ、かつ、バケット１０が地面に接触している。

　軌跡演算部１１１は、左操作レバー装置２２ｂのアーム押し操作量が、予め定めた操作量閾値Ｌａ２以上である場合には、アーム押し操作がなされていると判定し、アーム押し操作量が操作量閾値Ｌａ２未満である場合には、アーム押し操作はなされていないと判定する。操作量閾値Ｌａ２は、アーム押し方向に左操作レバー装置２２ｂが操作されているか否かを判定するための閾値であり、予めＲＯＭ１１０ｂに記憶されている。

　軌跡演算部１１１は、アームシリンダ６のロッド側油室の圧力Ｐａｒが圧力閾値Ｐａｒ０以上の場合には、バケット１０が地面に接触していると判定し、アームシリンダ６のロッド側油室の圧力Ｐａｒが圧力閾値Ｐａｒ０未満の場合には、バケット１０は地面に接触していないと判定する。圧力閾値Ｐａｒ０は、アーム押し操作による締固め作業においてバケット１０が地面に接触しているか否かを判定するための閾値であり、予めＲＯＭ１１０ｂに記憶されている。アームシリンダ６が収縮する方向に動作する際、地面にバケット１０が接触すると、アームシリンダ６のロッド側油室の圧力が上昇する。このため、アームシリンダ６のロッド側油室の圧力の監視することにより、締固め動作が行われているか否かを判定することができる。

　軌跡演算部１１１は、左操作レバー装置２２ｂのアーム押し操作量が操作量閾値Ｌａ２以上であり、かつ、アームシリンダ６のロッド側油室の圧力Ｐａｒが圧力閾値Ｐａｒ０以上である場合には、油圧ショベル１００は締固め動作を行っていると判定する。軌跡演算部１１１は、左操作レバー装置２２ｂのアーム押し操作量が操作量閾値Ｌａ２未満である場合、あるいは、アームシリンダ６のロッド側油室の圧力Ｐａｒが圧力閾値Ｐａｒ０未満である場合には、油圧ショベル１００は締固め動作を行っていないと判定する。

　軌跡演算部１１１は、操作検出装置１６３からの操作情報、及び、圧力検出装置１６２からの圧力情報に基づいて、油圧ショベル１００が土羽打ち動作を行っているか否かを判定する。土羽打ち動作では、ブーム下げ操作が行われ、かつ、バケット１０が地面に接触し地面を押圧する。

　軌跡演算部１１１は、右操作レバー装置２２ａのブーム下げ操作量が、予め定めた操作量閾値Ｌｂ１以上である場合には、ブーム下げ操作がなされていると判定し、ブーム下げ操作量が操作量閾値Ｌｂ１未満である場合には、ブーム下げ操作はなされていないと判定する。操作量閾値Ｌｂ１は、ブーム下げ方向に右操作レバー装置２２ａが操作されているか否かを判定するための閾値であり、予めＲＯＭ１１０ｂに記憶されている。

　軌跡演算部１１１は、ブームシリンダ５のロッド側油室の圧力Ｐｂｒが圧力閾値Ｐｂｒ０以上の場合には、バケット１０が地面に接触し地面を押圧していると判定し、ブームシリンダ５のロッド側油室の圧力Ｐｂｒが圧力閾値Ｐｂｒ０未満の場合には、バケット１０は地面を押圧していないと判定する。圧力閾値Ｐｂｒ０は、ブーム下げ操作による土羽打ち作業においてバケット１０が地面を押圧しているか否かを判定するための閾値であり、予めＲＯＭ１１０ｂに記憶されている。ブームシリンダ５が収縮する方向に動作する際、地面にバケット１０が押し当てられる（たたきつけられる）と、ブームシリンダ５のロッド側油室の圧力が急激に上昇する。このため、ブームシリンダ５のロッド側油室の圧力の監視することにより、土羽打ち動作が行われているか否かを判定することができる。

　軌跡演算部１１１は、右操作レバー装置２２ａのブーム下げ操作量が操作量閾値Ｌｂ１以上であり、かつ、ブームシリンダ５のロッド側油室の圧力Ｐｂｒが圧力閾値Ｐｂｒ０以上である場合には、油圧ショベル１００は土羽打ち動作を行っていると判定する。軌跡演算部１１１は、右操作レバー装置２２ａのブーム下げ操作量が操作量閾値Ｌｂ１未満である場合、あるいは、ブームシリンダ５のロッド側油室の圧力Ｐｂｒが圧力閾値Ｐｂｒ０未満である場合には、油圧ショベル１００は土羽打ち動作を行っていないと判定する。

　なお、掘削動作、締固め動作、土羽打ち動作の判定方法は、上述した方法に限定されない。操作検出装置１６３からの操作情報及び圧力検出装置１６２からの圧力情報の一方のみに基づいて、動作を判定してもよい。例えば、ブームシリンダ５のロッド側油室の圧力Ｐｂｒの時間変化率が閾値以上である場合には、土羽打ち動作が行われていると判定し、ブームシリンダ５のロッド側油室の圧力Ｐｂｒの時間変化率が閾値未満である場合には、土羽打ち動作は行われていないと判定してもよい。

　軌跡演算部１１１は、掘削動作、締固め動作、及び、土羽打ち動作のいずれかが行われていると判定されると、軌跡演算処理を実行する。以下、軌跡演算処理について詳しく説明する。

　軌跡演算部１１１は、所定の演算周期で、バケット１０に設定されるモニタポイントの位置座標を繰り返し演算することにより、時刻毎のモニタポイントの位置座標で構成される軌跡情報（軌跡データ）を生成する。

　モニタポイントは、作業装置１００ａが作業を行っている際に、バケット１０が地面と接している部位の軌跡を特定するための点であり、油圧ショベル１００の動作内容（作業内容）に応じて設定される。掘削動作が行われていると判定された場合、軌跡演算部１１１は、バケット１０の爪先Ｐｂの左右端の２点をモニタポイントとして設定する。締固め動作が行われていると判定された場合、軌跡演算部１１１は、バケット１０の背面の特定の部位の左右端の２点をモニタポイントとして設定する。土羽打ち動作が行われていると判定された場合、軌跡演算部１１１は、バケット１０の底面の４隅の点をモニタポイントとして設定する。

　軌跡演算部１１１は、姿勢検出装置１３０が出力する姿勢情報（ブーム角α、アーム角β、バケット角γ、第１ＧＮＳＳアンテナ３５ａの現場座標系におけるアンテナ位置座標、及び車体１００ｂ（旋回体１２）の方位角θy、ロール角θr、ピッチ角θp）と、記憶装置１６９に記憶されている油圧ショベル１００の各部の寸法情報に基づいて、現場座標系におけるモニタポイントの位置座標の演算を所定時間（演算周期）毎に行う。所定時間毎に演算されるモニタポイントの位置座標は、バケット１０の軌跡を表す情報である。つまり、軌跡演算部１１１は、油圧ショベル１００の姿勢情報及び寸法情報に基づいて、バケット１０の軌跡を演算する。

　図６を参照して、掘削動作が行われているときのモニタポイントの位置座標の具体的な演算方法の例について説明する。図６は、ショベル基準座標系を示す図である。図６のショベル基準座標系は、旋回体１２に対して設定される座標系である。ショベル基準座標系では、ブームピン９１の中心軸上におけるブームピン９１の左右幅の中心が原点Ｏとして設定される。また、ショベル基準座標系では、旋回体１２の旋回中心軸と平行であり、原点Ｏから旋回体１２の上方に延びる軸がＺ軸として設定され、Ｚ軸と直交し、原点Ｏから旋回体１２の前方に延びる軸がＸ軸として設定される。また、ショベル基準座標系では、Ｚ軸及びＸ軸に直交し、原点Ｏから旋回体１２の左方向に延びる軸がＹ軸として設定される。つまり、旋回体１２の左右方向に延在するブームピン９１の中心軸がＹ軸として設定される。

　Ｘ－Ｙ平面に対するブーム８の傾斜角度がブーム角αであり、ブーム８に対するアーム９の傾斜角度がアーム角βであり、アーム９に対するバケット１０の傾斜角度がバケット角γである。ブーム角αは、ブーム８を上限まで上げた状態（ブームシリンダ５が最伸長状態）で最小、ブーム８を下限まで下げた状態（ブームシリンダ５が最収縮状態）で最大となる値である。アーム角βは、アームシリンダ６が最収縮状態で最小、アームシリンダ６が最伸長状態で最大となる値である。バケット角γは、バケットシリンダ７が最収縮状態（図６の状態）で最小、バケットシリンダ７が最伸長状態で最大となる値である。また、Ｙ軸周りの車体１００ｂ（旋回体１２）の傾斜角度がピッチ角θｐであり、Ｘ軸周りの車体１００ｂ（旋回体１２）の傾斜角度がロール角θｒであり、Ｚ軸周りの車体１００ｂ（旋回体１２）の傾斜角度が方位角θｙである。

　方位角θｙ、ピッチ角θｐ及びロール角θｒ、並びに、第１ＧＮＳＳアンテナ３５ａのショベル基準座標系での座標値、及び、第１ＧＮＳＳアンテナ３５ａのＲＴＫ－ＧＮＳＳ測位による現場座標系での座標値を用いることで、車体座標系と現場座標系とは相互に変換可能である。

　モニタポイントの現場座標系での位置座標は、ブーム８、アーム９、バケット１０の回動角度α，β，γと、作業装置１００ａの寸法情報から演算されるショベル基準座標系での位置座標を変換することにより得られる。

　ショベル基準座標系におけるモニタポイント（図６に示す例では、バケット１０の爪先）ＰｂのＺ座標及びＸ座標は、以下の式（１），（２）で表すことができる。

　なお、モニタポイントであるバケット１０の爪先ＰｂのＹ座標は、原点Ｏからバケット１０の幅方向の中心までのＹ軸方向のオフセット量（一定値）Ｙｏとバケット１０の爪先の幅から求めることができる。例えば、バケット１０の爪先Ｐｂの幅が、ｂｗである場合、モニタポイントのＹ座標は、Ｙｏ－（ｂｗ／２）及びＹｏ＋（ｂｗ／２）となる。オフセット量Ｙｏは、予め記憶装置１６９に記憶されている。なお、バケット１０の幅方向の中心のＹ座標が０（ゼロ）である場合、モニタポイントのＹ座標は、（－ｂｗ／２）及び（＋ｂｗ／２）となる。

　ショベル基準座標系における第１ＧＮＳＳアンテナ３５ａからショベル基準座標系の原点へ向かうベクトルを（ｏｆｆｓｅｔ＿Ｘ，ｏｆｆｓｅｔ＿Ｙ，ｏｆｆｓｅｔ＿Ｚ)、ショベル基準座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸を中心に回転する回転行列をＲｘ（θｒ），Ｒｙ（θｐ），Ｒｚ（θｙ）、ショベル基準座標系におけるモニタポイントの位置座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、現場座標系の原点から第１ＧＮＳＳアンテナ３５ａの位置座標へ向かうベクトルを（ｏｆｆｓｅｔ＿Ｅ，ｏｆｆｓｅｔ＿Ｎ，ｏｆｆｓｅｔ＿Ｈ)とすると、現場座標系におけるモニタポイントの位置座標（Ｅ，Ｎ，Ｈ）は、以下の式（３）により算出される。

　図５に示す補完情報演算部１１２は、軌跡演算部１１１で演算された作業装置１００ａのバケット１０の軌跡（モニタポイントの位置座標）と、目標面設定装置１６１で設定された目標面とに基づいて、補完情報を演算する。補完情報は、後述する地形データを補完する情報であり、バケット１０の軌跡を構成する面の情報である。本実施形態では、補完情報演算部１１２は、バケット１０が通過した軌跡を構成する面の法線ベクトルを補完情報として演算する。

　図７は、バケット１０の軌跡を構成する面の法線ベクトルｎを示す図である。補完情報演算部１１２は、図７に示すように、バケット１０の軌跡を構成する面上の点の中から、点Ｐ１、点Ｐ２、点Ｐ３の３点を選ぶ。補完情報演算部１１２は、ベクトルＰ１Ｐ２とベクトルＰ１Ｐ３の外積から、点Ｐ１、点Ｐ２、点Ｐ３を含む面に垂直な法線ベクトルｎ（ｎｅ，ｎｎ，ｎｈ）を算出する。ベクトルＰ１Ｐ２は、点Ｐ１と点Ｐ２を結ぶベクトルであり、ベクトルＰ１Ｐ３は、点Ｐ１と点Ｐ３を結ぶベクトルである。点Ｐ１、点Ｐ２、点Ｐ３は、バケット１０の軌跡を構成する面上に存在している任意の異なる３点であればよい。なお、ｎｅは法線ベクトルｎのＥ軸方向の成分であり、ｎｎは法線ベクトルｎのＮ軸方向の成分であり、ｎｈは法線ベクトルｎのＨ軸方向の成分である。

　油圧ショベル１００が掘削動作を行っている場合には、補完情報演算部１１２は、ある瞬間におけるバケット１０（移動前のバケット１０）の爪先の左右端を点Ｐ１、点Ｐ２とし、所定時間経過後のバケット１０（移動後のバケット１０）の爪先の左右端のどちらかを点Ｐ３とする。油圧ショベル１００が締固め動作を行っている場合には、補完情報演算部１１２は、ある瞬間におけるバケット１０（移動前のバケット１０）の背面上の特定の部位の左右端を点Ｐ１、点Ｐ２とし、所定時間経過後のバケット１０（移動後のバケット１０）の背面上の特定の部位の左右端のどちらかを点Ｐ３とする。油圧ショベル１００が土羽打ち動作を行っている場合には、補完情報演算部１１２は、バケット１０が地面にたたきつけられた瞬間のバケット１０の底面の四隅の４点のうちの任意の３点を点Ｐ１～Ｐ３とする。

　補完情報演算部１１２は、油圧ショベル１００が掘削動作を行っている場合には、掘削動作により移動する作業装置１００ａ上の任意の点（バケット１０の爪先Ｐｂの左右端の２点）の位置座標に基づいて、バケット１０の軌跡を構成する面の情報である法線ベクトルｎを演算する。補完情報演算部１１２は、油圧ショベル１００が締固め動作を行っている場合には、締固め動作により移動する作業装置１００ａ上の任意の点（バケット１０の背面の特定の部位の左右端の２点）の位置座標に基づいて、バケット１０の軌跡を構成する面の情報である法線ベクトルｎを演算する。補完情報演算部１１２は、油圧ショベル１００が土羽打ち動作を行っている場合には、作業装置１００ａにおける地面を押圧する面上の任意の点（バケット１０の底面の四隅の４点）の位置座標に基づいて、バケット１０の軌跡を構成する面の情報である法線ベクトルｎを演算する。

　図８は、バケット１０の軌跡を構成する曲面上の法線ベクトルｎ１，ｎ２を示す図である。図８に示すように、バケット１０が通過した軌跡が曲面となる場合、点の選び方によって法線ベクトルが異なることがあり得る。例えば、点Ｐ１、点Ｐ２、点Ｐ３を選択した場合の法線ベクトルｎ１と、点Ｐ２、点Ｐ３、点Ｐ４を選択した場合の法線ベクトルｎ２とは異なる。なお、本実施形態では、掘削動作が行われている場合には、点Ｐ１、点Ｐ２は、移動前のバケット１０の爪先Ｐｂの左右端の２点であり、点Ｐ３、点Ｐ４は、移動後のバケット１０の爪先Ｐｂの左右端の２点である。締固め動作が行われている場合には、点Ｐ１、点Ｐ２は、移動前のバケット１０の背面の特定の部位の左右端の２点であり、点Ｐ３、点Ｐ４は、移動後のバケット１０の背面の特定の部位の左右端の２点である。土羽打ち動作が行われている場合には、点Ｐ１～点Ｐ４は、バケット１０の底面の四隅の４点である。

　本実施形態では補完情報演算部１１２は、目標面設定装置１６１により設定された目標面Ｓｔと、モニタポイント（点Ｐ１～Ｐ４）との間の鉛直方向（Ｈ軸方向）の距離（目標面間距離とも記す）を演算する。補完情報演算部１１２は、移動前後のバケット１０の爪先Ｐｂの左右端である点Ｐ１～Ｐ４の全てが同一平面上にない場合、目標面間距離がより近い３点を選び、その３点に基づいて法線ベクトルｎを演算する。

　図５に示す施工履歴生成部１１３は、軌跡演算部１１１で演算された作業装置１００ａのバケット１０の軌跡（モニタポイントの位置座標）と、補完情報演算部１１２で演算された補完情報（法線ベクトル）と、目標面設定装置１６１で設定された目標面と、に基づいて、施工履歴データを生成する。施工履歴生成部１１３は、生成した施工履歴データを記憶装置１６９に記憶する。

　図９は、施工履歴データの例について示す図である。図９に示すように、施工履歴データ（施工履歴データ）は、所定の時間（図９に示す例では１[ｓｅｃ]）毎に、時刻（タイムスタンプ）とともに記録されるログデータの集合体である。施工履歴データのログデータには、バケット１０の軌跡をグリッド化した軌跡構成点の位置座標（軌跡の位置座標）と、補完情報演算部１１２で演算された補完情報（法線ベクトル）と、軌跡演算部１１１で判定された動作判定の結果と、補完情報演算部１１２で演算されたモニタポイント（バケット１０の爪先）から目標面Ｓｔまでの距離（目標面間距離）と、が含まれる。

　施工履歴生成部１１３は、バケット１０の軌跡の位置情報（モニタポイントの位置座標）及び補完情報（法線ベクトルｎ）等をグリッド毎に記録することにより、施工履歴データを生成する。つまり、施工履歴データには、バケット１０の軌跡の位置情報と、バケット１０の軌跡を構成する面の情報とが対応付けられて記憶されている。施工履歴生成部１１３は、軌跡構成点の位置座標を、以下のようにして演算する。

　図１０～図１２を参照して、軌跡構成点の位置座標の演算方法について説明する。図１０は、グリッド処理が施された作業領域Ａについて示す図である。図１０に示すように、施工履歴生成部１１３は、現場座標系のＥ軸及びＮ軸に平行なＥＮ平面（Ｈ軸に直交するＥＮ平面）における所定領域（作業領域）Ａを格子状に区画するグリッド処理を実行する。グリッド処理により、現場座標系に対し一意に定まる一定間隔毎のグリッドＧが設定される。

　図１１は、グリッド幅Ｇｗ及びグリッド中心点Ｇｅｎについて示す図である。図１１に示すように、本実施形態では、グリッドＧのＥ軸方向の幅（グリッド幅Ｇｗ）とＮ軸方向の幅（グリッド幅Ｇｗ）は同じである。図１１に示す例では、グリッド幅Ｇｗが１ｍに設定される。なお、グリッド幅Ｇｗは、施工履歴データのデータ容量、及び、後述する地形データを構成する点群の密度などを考慮して任意の値が設定される。ＥＮ平面上のグリッドＧの中心点Ｇｅｎの位置座標（Ｅｃ，Ｎｃ）は、Ｅｃ＝Ｇｗ×（ｎ＋０．５）であり、Ｎｃ＝Ｇｗ×（ｍ＋０．５）である。ここで、ｎ，ｍは、ＥＮ平面の原点の位置座標（０，０）を基準に設定される整数であり、図１１におけるグリッドＧの左隅の位置座標に相当する。例えば、図１１に示す位置座標（２，０）を左隅の位置座標として有するグリッドＧの中心点Ｇｅｎの位置座標（Ｅｃ，Ｎｃ）は、Ｅｃ＝１×（２＋０．５）＝２．５であり、Ｎｃ＝１×（０＋０．５）＝０．５となる。

　図１１では、バケット１０の軌跡をＥＮ平面上に投影して示している。施工履歴生成部１１３は、所定時間幅（例えば、１秒間）において投影したバケット１０の軌跡の内部にグリッド中心点Ｇｅｎが存在するか否かを判定する。

　図１２は、バケット１０の軌跡のグリッド化について示す図である。図１２に示すように、施工履歴生成部１１３は、投影したバケット１０の軌跡の内部にグリッド中心点が存在すると判定された場合、ＥＮ平面上のグリッド中心点Ｇｅｎを通り、かつ、Ｈ軸と平行な軸（以下、グリッド中心軸とも記す）と、モニタポイントの位置座標から求められるバケット１０の軌跡を構成する面との交点を軌跡構成点Ｇｔとして、その位置座標を演算する。軌跡構成点Ｇｔの位置座標は、施工履歴データを構成するバケット１０の軌跡情報であり、図９に示すように、施工履歴データのログファイルのフォーマットに従って記録される。

　なお、グリッド幅Ｇｗが小さく、同一のタイムスタンプのログデータに対して複数の軌跡構成点Ｇｔの位置座標を記録する必要がある場合、図１３に示すように、同一のタイムスタンプにおけるグリッド数を記録するとともに、１つのログデータ（同一時刻でのログデータ）を可変長のものとしてもよい。これにより、施工履歴データのデータ容量の低減を図ることができる。

　図５に示す送信部１１４は、施工履歴生成部１１３で生成され、記憶装置１６９に記憶されている施工履歴データのログデータを管理コントローラ１５０へ送信する。

　図１４を参照して、車体コントローラ１１０により実行される施工履歴データ生成処理について説明する。図１４に示すフローチャートの処理は、例えば、イグニッションスイッチ（不図示）がオンされることにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、所定の演算周期で繰り返し実行される。

　図１４に示すように、ステップＳ１００において、車体コントローラ１１０は、操作検出装置１６３で検出される操作情報（操作方向及び操作量）、姿勢検出装置１３０で検出される姿勢情報（油圧ショベル１００の位置座標、ブーム角α、アーム角β、バケット角γ、ピッチ角θｐ、ロール角θｒ及び方位角θｙ）、及び、圧力検出装置１６２で検出される圧力情報等を取得し、ステップＳ１１０へ進む。

　ステップＳ１１０において、車体コントローラ１１０は、ステップＳ１００で取得した操作情報及び圧力情報に基づいて、掘削動作、締固め動作、及び、土羽打ち動作のいずれかが行われているか否かを判定する動作判定処理を実行する。ステップＳ１１０において、掘削動作、締固め動作、及び、土羽打ち動作のいずれかが行われていると判定されると、ステップＳ１２０へ進み、掘削動作、締固め動作、及び、土羽打ち動作のいずれも行われていないと判定されると、本演算サイクルにおける図１４のフローチャートに示す処理を終了し、次の演算サイクルにおけるステップＳ１００へ進む。

　ステップＳ１２０において、車体コントローラ１１０は、バケット１０の軌跡（モニタポイントの位置座標）を演算し、ステップＳ１３０へ進む。ステップＳ１３０において、車体コントローラ１１０は、一つ前の演算サイクルのステップＳ１２０で演算されたモニタポイントの位置座標（例えば、図７に示す点Ｐ１，Ｐ２の位置座標）と、本演算サイクルのステップＳ１２０で演算されたモニタポイントの位置座標（例えば、図７に示す点Ｐ３の位置座標）とに基づいて、法線ベクトルｎを補完情報として演算し、ステップＳ１４０へ進む。

　ステップＳ１４０において、車体コントローラ１１０は、ステップＳ１２０及びステップＳ１３０で演算された軌跡情報及び補完情報に基づいて、施工履歴データのログデータを生成し、記憶装置１６９に記録して、図１４のフローチャートに示す処理を終了する。なお、ステップＳ１００～Ｓ１３０の処理は、所定の演算周期ｔ１（例えば、１０[ｍｓｅｃ]）で実行されるのに対して、施工履歴データの記録処理（Ｓ１４０）は、所定時間ｔ２毎（例えば１[ｓｅｃ]毎）に行われる（ｔ２＞ｔ１）。施工履歴データの記録処理（Ｓ１４０）を実行しない演算サイクルでは、ステップＳ１３０が終了すると、次の演算サイクルのステップＳ１００へ進む。

　図１４のフローチャートに示す処理が繰り返し実行されることにより、施工履歴データのログデータが記憶装置１６９に蓄積される。記憶装置１６９に蓄積された施工履歴データのログデータは、所定の送信周期で、管理サーバ５１に送信される。

　図５に示すように、管理サーバ５１の管理コントローラ（第２処理装置）１５０は、油圧ショベル１００の車体コントローラ１１０から送信された施工履歴データを受信し、受信した施工履歴データに含まれるバケット１０の軌跡の位置情報（軌跡構成点の位置座標）及びバケット１０の軌跡を構成する面の情報（補完情報である法線ベクトルｎ）に基づいて地形データを生成する処理を実行する。以下、管理コントローラ１５０の機能について、詳しく説明する。

　管理コントローラ１５０は、受信部１５１、抽出部１５２、補完部１５３、及び、出力部１５４として機能する。受信部１５１は、油圧ショベル１００の車体コントローラ１１０から送信された施工履歴データを受信し、受信した施工履歴データのログデータを記憶装置５２に記憶する。

　受信部１５１は、特定の油圧ショベル１００が出力する施工履歴データのログデータを記憶装置５２に蓄積する。なお、受信部１５１は、複数の油圧ショベル１００が出力する施工履歴データを記憶装置５２に蓄積してもよい。

　記憶装置５２に施工履歴データのログデータが蓄積されると、ログデータの中に施工領域が重複するログデータが含まれる場合がある。抽出部１５２は、記憶装置５２に記憶された施工履歴データのログデータのうち、バケット１０の軌跡が現況地形形状に近いものを推定して抽出する。つまり、施工履歴データが掘削動作あるいは締固め動作により得られたデータの場合には、抽出部１５２は、バケット１０が現況地形に沿って移動したと推定されるときのログデータを抽出することになる。以下、抽出部１５２によって抽出されたログデータを抽出ログデータとも記す。

　抽出部１５２は、記憶装置５２に記憶された施工履歴データのログデータに対し、施工領域が重複するか否か（すなわち、Ｅ座標及びＮ座標の組み合わせが同じログデータが２つ以上存在しているか否か）を判定する。抽出部１５２は、施工領域が重複しないと判定されたログデータ、すなわちＥ座標及びＮ座標の組み合わせが重複しないログデータは、そのまま抽出ログデータとして採用する。抽出部１５２は、施工領域が重複すると判定されたログデータ、すなわちＥ座標及びＮ座標の組み合わせが他のログデータと重複するログデータは、それらのログデータの中で目標面間距離が最小となるログデータを現況地形形状に最も近いログデータと推定して抽出する。

　補完部１５３は、抽出部１５２で抽出されたログデータの軌跡構成点Ｇｔ間の地形情報を補完する補完位置情報（補完点Ｇｃの位置座標）を演算する補完処理を実行する。補完部１５３は、抽出ログデータに含まれる全ての軌跡構成点Ｇｔの位置座標と、補完点Ｇｃの位置座標とを含む地形データ（補完済みの地形データ）を生成する。つまり、補完部１５３は、抽出ログデータに基づいて、地形データを生成する。

　図１５を参照して、補完処理について、具体的に説明する。図１５は、あるグリッド中心軸Ｇａ１上の軌跡構成点Ｇｔ１と、そのグリッド中心軸Ｇａ１にＥ軸方向で隣接するグリッド中心軸Ｇａ２上の軌跡構成点Ｇｔ２とを通り、ＥＨ平面に平行な平面（以下、断面とも呼ぶ）による断面図であり、図１２の一部を拡大して示す図である。なお、以下では、ＥＨ平面に平行な平面（断面）上でＥ軸方向に隣接する軌跡構成点Ｇｔ間の補完点Ｇｃの演算方法について説明するが、ＮＨ平面に平行な平面（断面）上でＮ軸方向に隣接する軌跡構成点Ｇｔ間の補完点Ｇｃの演算方法も同様である。

　補完部１５３は、ある軌跡構成点Ｇｔに関し、抽出ログデータの中にＥ軸方向に隣接する軌跡構成点Ｇｔに関するログデータがあるか否かを判定する。隣接する軌跡構成点Ｇｔに関するログデータが無い場合には、次の軌跡構成点Ｇｔに関し、同様の処理を実行する。隣接する軌跡構成点Ｇｔに関するログデータが有る場合には、以下の処理を行う。

　補完部１５３は、複数のグリッド毎に記憶されたバケット１０の軌跡の位置情報（軌跡構成点の位置座標）及びバケット１０の軌跡を構成する面の情報（補完情報）に基づいて、グリッドにおける軌跡の接平面を演算する。例えば、補完部１５３は、あるグリッドＧ１の情報として記憶されている軌跡構成点Ｇｔ１の位置座標及び補完情報である法線ベクトルｎ１に基づいて、軌跡構成点Ｇｔ１を通り法線ベクトルが「ｎ１」となる接平面Ｔ１を演算する。また、補完部１５３は、グリッドＧ１にＥ軸方向で隣接するグリッドＧ２の情報として記憶されている軌跡構成点Ｇｔ２の位置座標及び補完情報である法線ベクトルｎ２に基づいて、軌跡構成点Ｇｔ２を通り法線ベクトルが「ｎ２」となる接平面Ｔ２を演算する。

　補完部１５３は、隣り合うグリッド間において、隣り合うグリッドそれぞれの軌跡の接平面同士の交線に関する位置情報（交点の位置座標）を補完位置情報（補完点の位置座標）として演算し、バケット１０の軌跡の位置情報（軌跡構成点の位置座標）及び補完位置情報（補完点の位置座標）に基づいて地形データを生成する。

　例えば、補完部１５３は、接平面Ｔ１と接平面Ｔ２の交線を求め、この交線と断面との交点を補完点Ｇｃ１２として、補完点Ｇｃ１２の位置座標を補完位置情報として地形データに加えて記録する。ここで、図１６に示すように隣接する接平面Ｔ１，Ｔ２が平行に近いとき、あるいは図１７に示すように地形形状の複雑さに比べてグリッド幅Ｇｗが広い場合、２つの接平面Ｔ１，Ｔ２の交線と断面の交点Ｇｃ１２が、２つの軌跡構成点Ｇｔ１，Ｇｔ２の間に存在しないことがあり得る。

　補完部１５３は、接平面Ｔ１，Ｔ２の交線と断面の交点Ｇｃ１２が、軌跡構成点Ｇｔ１，Ｇｔ２間に存在するか否かを判定する。交点Ｇｃ１２が、軌跡構成点Ｇｔ１，Ｇｔ２の間に存在すると判定された場合、補完部１５３は、交点Ｇｃ１２の位置座標を、軌跡構成点Ｇｔ１，Ｇｔ２間の地形情報を補完する補完位置情報（補完点の位置座標）として演算し、当該軌跡構成点Ｇｔ１，Ｇｔ２を対象とした補完処理を終了する。交点Ｇｃ１２が、軌跡構成点Ｇｔ１，Ｇｔ２間に存在しないと判定された場合、補完部１５３は、軌跡構成点Ｇｔ１，Ｇｔ２間の地形情報を補完する補完位置情報は無いものとして、当該軌跡構成点Ｇｔ１，Ｇｔ２を対象とした補完処理を終了する。

　補完部１５３は、軌跡構成点Ｇｔ１，Ｇｔ２を対象とした補完処理が終了したら、次の軌跡構成点Ｇｔ２，Ｇｔ３（図１２参照）を対象とした補完処理を行う。補完部１５３は、全ての隣接する軌跡構成点を対象にした補完処理が終了したら、地形データの生成処理を終了する。このようにして生成された地形データは、バケット１０の軌跡の位置情報（グリッドに対応した軌跡構成点の位置座標）と、補完位置情報（隣り合うグリッド間の地形情報を補完する補完点の位置座標）と、で構成される。

　図５に示す出力部１５４は、補完部１５３で生成された補完済み地形データを、点群データまたはＴＩＮ（Triangulated Irregular Network：不整三角形網)データに変換し、変換後のデータを現況地形データとして進捗管理システム１９０へ出力する。

　進捗管理システム１９０は、管理コントローラ１５０で生成された現況地形データに基づいて、出来高、出来形などの進捗管理情報を演算する。進捗管理システム１９０は、進捗管理情報を表示装置５３に出力し、表示装置５３の表示画面に進捗管理情報を表示させることで管理者に対して情報提示を行う。なお、情報提示方法はこれに限らない。進捗管理システム１９０は、進捗管理情報を印刷装置（不図示）に出力し、印刷装置によって紙媒体に進捗管理情報を印刷させるようにしてもよい。

　また、進捗管理システム１９０は、進捗管理情報を、油圧ショベル１００に搭載された表示装置１６４の表示画面、油圧ショベル１００の周囲で作業を行っている作業員が携帯するスマートフォン、タブレット、ノートＰＣ等の携帯端末の表示画面などに表示させるようにしてもよい。なお、進捗管理システム１９０の機能は、管理コントローラ１５０が備えるようにしてもよい。

　図１８を参照して、管理コントローラ１５０により実行される地形データ生成・出力処理について説明する。図１８に示すフローチャートの処理は、管理サーバ５１の入力装置５４により、地形データ生成・出力処理の実行操作が行われることにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、実行される。

　ステップＳ１５０において、管理コントローラ１５０は、記憶装置５２に記憶されている施工履歴データのログデータのうち、目標面に最も近いログデータを抽出してステップＳ１６０へ進む。

　ステップＳ１６０において、管理コントローラ１５０は、ステップＳ１５０で抽出したログデータに基づいて、軌跡構成点間の地形情報を補完する補完位置情報（補完点の位置座標）を演算する補完処理を実行し、軌跡構成点と補完点とで構成される補完済みの地形データを生成し、ステップＳ１７０へ進む。

　ステップＳ１７０において、管理コントローラ１５０は、ステップＳ１６０で生成した補完済みの地形データを点群データまたはＴＩＮデータに変換し、変換後のデータを現況地形データとして進捗管理システム１９０に出力し、図１８のフローチャートに示す処理を終了する。

　図１９Ａ及び図１９Ｂを参照して、本実施形態に係る管理システム１により生成される地形データと、本実施形態の比較例に係る管理システムにより生成される地形データとの違いについて説明する。本実施形態の比較例に係る管理システムは、施工履歴データのログデータの中に補完情報が含まれておらず、補完処理を実行することなく軌跡構成点のみで地形データを生成する。

　このため、本実施形態の比較例に係る管理システムでは、図１９Ｂにおいて二点鎖線で示すように、軌跡構成点Ｇｔのみで現況地形データが生成されるため、法肩及び法尻等の特徴的な部分の地形形状９９を正確に再現することができない場合がある。これに対して、本実施形態に係る管理システム１では、図１９Ａに示すように、軌跡構成点Ｇｔ間に補完点Ｇｃが演算され、地形情報が補完される。つまり、本実施形態では、軌跡構成点Ｇｔと補完点Ｇｃとで現況地形データが生成されるため、法肩及び法尻等の特徴的な部分の地形形状９９を正確に再現することができる。

　上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

　（１）油圧ショベル（作業機械）１００の管理システム１は、油圧ショベル１００の姿勢を検出する姿勢検出装置１３０の検出結果に基づいて油圧ショベル１００の作業装置１００ａによる出来形を示す地形データを生成する地形データ生成システム１８０を備える。地形データ生成システム１８０の車体コントローラ１１０は、油圧ショベル１００の姿勢に基づいて作業装置１００ａのバケット１０の軌跡を演算し、バケット１０の軌跡に基づいて、軌跡を構成する面の情報（補完情報）を演算し、所定領域（作業領域Ａ）を格子状に区画した複数のグリッド毎に、バケット１０の軌跡の位置情報（軌跡構成点Ｇｔの位置座標）及び軌跡を構成する面の情報（補完情報）を記録することにより、施工履歴データを生成する。地形データ生成システム１８０の管理コントローラ１５０は、施工履歴データに含まれるバケット１０の軌跡の位置情報（軌跡構成点Ｇｔの位置座標）及び軌跡を構成する面の情報（補完情報）に基づいて、地形データを生成する。

　この構成では、地形データ生成システム１８０の管理コントローラ１５０は、バケット１０の軌跡の位置座標とバケット１０の軌跡を構成する面の情報（補完情報）に基づいて、グリッド間の地形情報を補完する補完位置情報（補完点Ｇｃの位置座標）を演算することにより、地形データを生成することができる。このため、施工履歴データに含まれる位置情報（軌跡構成点の位置座標）のみで地形データを生成する場合に比べて、法肩及び法尻等の特徴的な地形を含む現況地形形状を正確に再現した地形データを生成することができる。

　つまり、本実施形態では、グリッド幅を細かく設定することなく、精度の高い地形データを生成することができる。したがって、本実施形態によれば、地形データの生成に必要な施工履歴データの量を低減しつつ、精度の高い地形データを生成可能な油圧ショベル１００の管理システム１を提供することができる。

　（２）本実施形態では、地形データ生成システム１８０の車体コントローラ１１０が、複数のグリッド毎に記録されたバケット１０の軌跡の位置情報（軌跡構成点Ｇｔの位置座標）及び軌跡を構成する面の情報（補完情報）に基づいて、各グリッドにおける軌跡の接平面を演算し、隣り合うグリッド間において、隣り合うグリッドそれぞれの軌跡の接平面（例えば、Ｔ１，Ｔ２）同士の交線に関する位置情報（例えば、交点Ｇｃ１２の位置座標）を補完位置情報（例えば、補完点Ｇｃ１２の位置座標）として演算し、バケット１０の軌跡の位置情報（軌跡構成点Ｇｔの位置座標）及び補完位置情報（補完点Ｇｃの位置座標）に基づいて地形データを生成する。これにより、現況地形形状に近い地形データを生成することができる。

　（３）地形データ生成システム１８０は、施工履歴データのログデータを蓄積し、施工履歴データのログデータのうち、バケット１０の軌跡が現況地形形状に近いものを推定して抽出し、抽出されたログデータに基づいて、地形データを生成する。これにより、現況地形形状に近い地形データをより精度よく生成することができる。

　（４）地形データ生成システム１８０は、油圧ショベル１００に設けられ、姿勢検出装置１３０で検出された油圧ショベル１００の姿勢に基づいて施工履歴データを生成し、生成した施工履歴データを油圧ショベル１００の外部の管理サーバ（サーバ）５１に送信する処理を実行する車体コントローラ（第１処理装置）１１０と、管理サーバ（サーバ）５１に設けられ、施工履歴データを受信し、受信した施工履歴データに基づいて地形データを生成する処理を実行する管理コントローラ（第２処理装置）１５０と、を有する。

　この構成では、油圧ショベル１００から送信された施工履歴データに基づいて、管理者が操作する管理サーバ５１によって地形データが生成される。このため、管理者は、油圧ショベル１００から離れた場所で、油圧ショベル１００による作業の進捗管理を容易に行うことができる。

　（５）軌跡を構成する面の情報は、バケット１０の軌跡を構成する面の法線ベクトルｎを表す情報である。このため、一のグリッドにおける面の情報を３成分とすることができる。

　（６）地形データ生成システム１８０は、油圧ショベル１００のバケット１０が地面に接触しているか否かを判定し、油圧ショベル１００のバケット１０が地面に接触している場合には、移動する作業装置上の任意の点の位置座標に基づいてバケット１０の軌跡を構成する面の情報を演算する。これにより、バケット１０が地面に接触していない場合には、バケット１０の軌跡を構成する面の情報の演算処理を行う必要がないため、演算負荷を低減することができるとともに、生成されるデータ量を低減することができる。

　（７）油圧ショベル１００が掘削動作を行っている場合には、バケット１０の爪先の左右端の２点がモニタポイントに設定され、油圧ショベル１００が締固め動作を行っている場合には、バケット１０の背面の特定の部位の左右端の２点がモニタポイントに設定され、油圧ショベル１００が土羽打ち動作を行っている場合には、バケット１０の底面の四隅の点がモニタポイントに設定される。これにより、作業内容に応じて、適切にバケット１０の軌跡を演算することができる。その結果、作業に関わらずモニタポイントを変更しない場合に比べて、精度よく地形データを生成することができる。

　次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

　＜変形例１＞
　上記実施形態では、点Ｐ１～Ｐ４（図７、図８参照）を用いて法線ベクトルｎを算出する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。図２０は、本実施形態の変形例１に係る管理システム１により生成される補完情報について示す図である。図２０に示すように、本変形例では、バケット１０が移動する方向のベクトル（移動方向ベクトルとも記す）Ｖｍと、バケット１０における接地する２点を結んだベクトル（以下、接地線ベクトルとも記す）Ｖｃとの外積から得られる法線ベクトルｎが、補完情報として算出される。

　接地線ベクトルＶｃは、モニタポイントの位置情報から算出される。移動方向ベクトルＶｍは、ブーム８、アーム９及びバケット１０の寸法Ｌｂｍ，Ｌａｍ，Ｌｂｋｔ、姿勢情報（方位角θｙ、ロール角θｒ、ピッチ角θｐ、ブーム角α、アーム角β及びバケット角γを用いて式（４）に基づいて算出される。

　なお、ここで用いられるＸ，Ｙ，Ｚは式（３）で用いられるものと同一である。ｄＸ/ｄｔ，ｄＹ／ｄｔ，ｄＺ／ｄｔは、Ｘ，Ｙ，Ｚの時間微分である。

　本変形例１では、補完情報演算部１１２が、移動方向ベクトルＶｍと、接地線ベクトルＶｃとの外積から補完情報としての法線ベクトルｎを算出する。このような変形例によれば、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。本変形例１では、掘削動作及び締固め動作のように、バケット１０が地面に接触しながら移動する動作において法線ベクトルを算出することができる。

　＜変形例２＞
　上記実施形態では、補完情報が、バケット１０の軌跡を構成する面の法線ベクトルｎを表す情報である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。補完情報は、バケット１０の軌跡を構成する面の情報であればよく、法線ベクトルｎを特定することのできる情報（法線ベクトルｎに関する情報）であればよい。以下、補完情報の変形例について説明する。

　＜変形例２－１＞
　上記実施形態では、３成分で表される法線ベクトルｎ（ｎｅ，ｎｎ，ｎｈ）を補完情報とする例について説明した。これに対して、本変形例２－１では、補完情報が、バケット１０の軌跡を構成する面のＥ軸に対する傾きＡｅ、及び、Ｎ軸に対する傾きＡｎの２成分とされる。軌跡を構成する面のＥ軸に対する傾きＡｅ＝ｎｈ／ｎｅであり、軌跡を構成する面のＮ軸に対する傾きＡｎ＝ｎｈ／ｎｎである。

　補完部１５３は、傾きＡｅ，Ａｎに基づいて、法線ベクトルｎ＝（１／Ａｅ，１／Ａｎ，１）を演算する。これにより、上記実施形態と同様の方法で、地形データを生成することができる。このように、本変形例２－１では、補完情報が、バケット１０の軌跡を構成する面の基準面（水平面、Ｅ－Ｎ平面等）に対する傾きに関する情報である。この構成では、補完情報の次元数を「２」にすることができるので、上記実施形態に比べて、施工履歴データのデータ容量を小さくすることができる。その結果、記憶装置５２，１６９のメモリ容量、及び、通信量の低減を図ることができる。

　＜変形例２－２＞
　さらに次元数を減らす場合、例えば、目標面データなど、バケット１０の軌跡と類似した形状となることが推測される形状データ上の特定の面の法線ベクトルと、バケット１０の軌跡を構成する面の法線ベクトルとを紐づける情報を補完情報としてもよい。例えば、目標面データを構成する全ての面に固有の識別情報としてのＩＤを設定しておき、ある時点におけるモニタポイントに最も近い目標面のＩＤを補完情報としてもよい。

　補完部１５３は、目標面のＩＤに基づいて、法線ベクトルｎを演算する。これにより、上記実施形態と同様の方法で、地形データを生成することができる。このように、本変形例２－２では、補完情報が、バケット１０の軌跡の近傍の目標面（軌跡構成点Ｇｔに最も近い目標面）を特定するための情報（ＩＤ）である。この構成では、補完情報の次元数を「１」にすることができるので、施工履歴データのデータ容量を変形例２－１に比べてさらに低減することができる。その結果、記憶装置５２，１６９のメモリ容量、及び、通信量のさらなる低減を図ることができる。

　＜変形例３＞
　上記実施形態では、抽出部１５２は、施工領域が重複すると判定されたログデータ、すなわちＥ座標及びＮ座標の組み合わせが他のログデータと重複するログデータは、それらのログデータの中で目標面間距離が最小となるログデータを現況地形形状に最も近いログデータと推定して抽出する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。それらのログデータの時刻、あるいは、Ｈ軸方向の高さを比較し、その比較結果に基づいて、ログデータを抽出してもよい。

　図２１は、施工履歴データのログデータの抽出条件の設定方法の例について説明するフローチャートである。図２１に示すように、まず、施工履歴データのログデータに、目標面間距離情報が含まれる場合、現況地形は目標面に漸近すると考えられるため、「目標面間距離が最小値」を抽出条件として設定することが好ましい。施工履歴データのログデータに、目標面間距離情報が含まれず、かつ、現場に盛土部分が存在しない場合(切土のみが存在する場合)、現況地形の高さは常に低くなる方向に変化することが考えられるため、「Ｈ軸方向が最低値」の抽出条件を採用することが好ましい。施工履歴データのログデータに、目標面間距離情報が含まれず、かつ、現場に盛土部分が存在する場合、現況地形の高さが高くなったり低くなったりすることが想定されるため、高さ方向の条件ではなく、時刻情報を用いた抽出条件「時刻が最新値」を用いることが好ましい。

　このように、施工領域が重複するログデータ間でＨ軸方向の高さを比較し、Ｈ軸方向の高さが最も低いログデータを抽出したり、施工領域が重複するログデータ間で時刻が最新値のログデータを抽出したりすることにより、目標面データが存在しない領域においてもログデータを抽出することができる。

　＜変形例４＞
　上記実施形態では、油圧ショベル１００に設けられる車体コントローラ１１０が、姿勢検出装置１３０で検出された油圧ショベル１００の姿勢に基づいて施工履歴データを生成し、生成した施工履歴データを油圧ショベル１００の外部の管理サーバ５１に送信する処理を実行する第１処理装置として機能し、管理サーバ５１に設けられる管理コントローラ１５０が、車体コントローラ１１０から受信した施工履歴データに基づいて地形データを生成する処理を実行する第２処理装置として機能する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。油圧ショベル１００の車体コントローラ１１０に、第２処理装置としての機能を持たせてもよい。

　＜変形例５＞
　上記実施形態では、操作装置（２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ）が電気式の操作装置である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。電気式の操作装置に代えて、油圧パイロット式の操作装置を採用してもよい。

　＜変形例６＞
　上記実施形態では、補完情報演算部１１２が点Ｐ１～点Ｐ４（図８参照）のうち、目標面Ｓｔに近い３点を選択して法線ベクトルｎを演算する例について説明したが、目標面Ｓｔとは異なる面を基準面として設定し、基準面に近い３点を選択して法線ベクトルｎを演算してもよい。また、取得した複数の点の全ての組み合わせで法線ベクトルｎを演算し、それらの平均や重みづけ平均を取ってもよい。

　＜変形例７＞
　姿勢センサとして、角度センサ３０，３１，３２を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。角度センサ３０，３１，３２に代えて、ブームシリンダ５、アームシリンダ６及びバケットシリンダ７のシリンダ長を検出するストロークセンサを姿勢センサとして採用してもよい。この場合、姿勢検出装置は、ストロークセンサで検出されたシリンダ長に基づいて、ブーム角α、アーム角β及びバケット角γを演算する。

　＜変形例８＞
　上記実施形態では、作業機械がクローラ式の油圧ショベルである場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。作業機械は、ホイール式の油圧ショベル、ブルドーザ、ホイールローダ等であってもよい。

　＜変形例９＞
　上記実施形態では、アクチュエータとして、油圧モータ、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータを備える例に説明したが、アクチュエータとして、電動モータ、電動シリンダ等の電動アクチュエータを備える作業機械に本発明を適用してもよい。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　１…管理システム、５…ブームシリンダ（アクチュエータ）、６…アームシリンダ（アクチュエータ）、７…バケットシリンダ（アクチュエータ）、８…ブーム（被駆動部材）、９…アーム（被駆動部材）、１０…バケット（被駆動部材）、１１…走行体、１２…旋回体、１４…エンジン、１７…運転室、２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ…操作装置、３０…ブーム角度センサ、３１…アーム角度センサ、３２…バケット角度センサ、３３ａ…車体前後傾斜角度センサ、３３ｂ…車体左右傾斜角度センサ、３５ａ…第１ＧＮＳＳアンテナ、３５ｂ…第２ＧＮＳＳアンテナ、３６…ＧＮＳＳ受信装置、５０…管理センタ、５１…管理サーバ（サーバ）、５２…記憶装置、５３…表示装置、５４…入力装置、５５…通信装置、１００…油圧ショベル、１００ａ…作業装置、１００ｂ…車体（機体）、１１０…車体コントローラ（第１処理装置）、１１１…軌跡演算部、１１２…補完情報演算部、１１３…施工履歴生成部、１１４…送信部、１３０…姿勢検出装置、１３１…作業装置姿勢検出部、１３２…車体位置検出部、１３３…車体角度検出部、１５０…管理コントローラ（第２処理装置）、１５１…受信部、１５２…抽出部、１５３…補完部、１５４…出力部、１６１…目標面設定装置、１６２…圧力検出装置、１６３…操作検出装置、１６９…記憶装置、１８０…地形データ生成システム、Ａ…所定領域（作業領域）、Ｇ…グリッド、Ｇｃ…補完点、Ｇｅｎ…グリッド中心点、Ｇｔ…軌跡構成点、Ｇｗ…グリッド幅、ｎ…法線ベクトル、Ｓｔ…目標面、Ｔ１，Ｔ２…接平面、Ｖｃ…接地線ベクトル、Ｖｍ…移動方向ベクトル

Claims

　作業機械の姿勢を検出する姿勢検出装置の検出結果に基づいて前記作業機械の作業装置による出来形を示す地形データを生成する地形データ生成システムを備える作業機械の管理システムにおいて、
　前記地形データ生成システムは、
　　前記作業機械の姿勢に基づいて前記作業装置の軌跡を演算し、
　　前記作業装置の軌跡に基づいて前記軌跡を構成する面の情報を演算し、
　　所定領域を格子状に区画した複数のグリッド毎に、前記作業装置の軌跡の位置情報及び前記軌跡を構成する面の情報を記録することにより、施工履歴データを生成し、
　　前記施工履歴データに含まれる前記作業装置の軌跡の位置情報及び前記軌跡を構成する面の情報に基づいて、前記地形データを生成する
　ことを特徴とする作業機械の管理システム。
　請求項１に記載の作業機械の管理システムにおいて、
　前記地形データ生成システムは、
　　前記複数のグリッド毎に記録された前記作業装置の軌跡の位置情報及び前記軌跡を構成する面の情報に基づいて、各グリッドにおける前記軌跡の接平面を演算し、
　　隣り合うグリッド間において、前記隣り合うグリッドそれぞれの前記軌跡の接平面同士の交線に関する位置情報を補完位置情報として演算し、
　　前記作業装置の軌跡の位置情報及び前記補完位置情報に基づいて前記地形データを生成する
　ことを特徴とする作業機械の管理システム。
　請求項１に記載の作業機械の管理システムにおいて、
　前記地形データ生成システムは、
　　前記施工履歴データのログデータを蓄積し、
　　前記施工履歴データのログデータのうち、前記作業装置の軌跡が現況地形形状に近いものを推定して抽出し、
　　抽出された前記ログデータに基づいて、前記地形データを生成する
　ことを特徴とする作業機械の管理システム。
　請求項１に記載の作業機械の管理システムにおいて、
　前記地形データ生成システムは、
　　前記作業機械に設けられ、前記姿勢検出装置で検出された前記作業機械の姿勢に基づいて前記施工履歴データを生成し、生成した前記施工履歴データを前記作業機械の外部のサーバに送信する処理を実行する第１処理装置と、
　　前記サーバに設けられ、前記施工履歴データを受信し、受信した前記施工履歴データに基づいて前記地形データを生成する処理を実行する第２処理装置と、を有する
　ことを特徴とする作業機械の管理システム。
　請求項１に記載の作業機械の管理システムにおいて、
　前記軌跡を構成する面の情報は、前記作業装置の軌跡を構成する面の法線ベクトルに関する情報である
　ことを特徴とする作業機械の管理システム。
　請求項１に記載の作業機械の管理システムにおいて、
　前記軌跡を構成する面の情報は、前記作業装置が移動する方向のベクトルと、前記作業装置における接地する２点を結んだベクトルとの外積から算出される法線ベクトルに関する情報である
　ことを特徴とする作業機械の管理システム。
　請求項１に記載の作業機械の管理システムにおいて、
　前記軌跡を構成する面の情報は、前記作業装置の軌跡を構成する面の基準面に対する傾きに関する情報である
　ことを特徴とする作業機械の管理システム。
　請求項１に記載の作業機械の管理システムにおいて、
　前記軌跡を構成する面の情報は、前記作業装置の軌跡の近傍の目標面の情報である
　ことを特徴とする作業機械の管理システム。
　請求項１に記載の作業機械の管理システムにおいて、
　前記地形データ生成システムは、
　　前記作業機械の作業装置が地面に接触しているか否かを判定し、
　　前記作業機械の作業装置が地面に接触している場合には、移動する前記作業装置上の任意の点の位置座標に基づいて前記作業装置の軌跡を構成する面の情報を演算する
　ことを特徴とする作業機械の管理システム。
　請求項１に記載の作業機械の管理システムにおいて、
　前記地形データ生成システムは、
　　前記作業機械が掘削動作を行っているか否かを判定し、
　　前記作業機械が掘削動作を行っている場合には、掘削動作により移動する前記作業装置上の任意の点の位置座標に基づいて前記作業装置の軌跡を構成する面の情報を演算する
　ことを特徴とする作業機械の管理システム。
　請求項１に記載の作業機械の管理システムにおいて、
　前記地形データ生成システムは、
　　前記作業機械が土羽打ち動作を行っているか否かを判定し、
　　前記作業機械が土羽打ち動作を行っている場合には、前記作業装置における地面を押圧する面上の任意の点の位置座標に基づいて、前記作業装置の軌跡を構成する面の情報を演算する
　ことを特徴とする作業機械の管理システム。