WO2022239296A1 - 施工支援システムおよび施工支援方法 - Google Patents

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WO2022239296A1
WO2022239296A1 PCT/JP2021/048815 JP2021048815W WO2022239296A1 WO 2022239296 A1 WO2022239296 A1 WO 2022239296A1 JP 2021048815 W JP2021048815 W JP 2021048815W WO 2022239296 A1 WO2022239296 A1 WO 2022239296A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
construction
construction support
curved surface
closed curved
reference closed
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/048815
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English (en)
French (fr)
Inventor
徳雄 高木
伸吾 関口
満 酒井
Original Assignee
コベルコ建機株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by コベルコ建機株式会社 filed Critical コベルコ建機株式会社
Publication of WO2022239296A1 publication Critical patent/WO2022239296A1/ja

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • 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
    • 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
    • E02F9/26—Indicating devices

Definitions

  • the present invention relates to a technique for preventing erroneous damage to an underground buried object while excavating the ground with a work machine.
  • the buried object information is retrieved according to the three-dimensional position information of the work machine, and if the buried object exists within a predetermined range from the work machine, the three-dimensional position information of the work machine is calculated. Then, when it is determined that the buried object exists within a predetermined range from the working machine based on the three-dimensional position information and the buried object information, the operation of the working machine is stopped.
  • JP 2003-096811 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-216143
  • the object of the present invention is to provide a system and the like that can support construction by working machines targeting areas where buried objects exist in the ground and their surrounding areas.
  • the construction support system of the present invention is an embedded object recognition element for recognizing the spatial occupation mode of an underground embedded object in a construction target area by a working machine;
  • a first reference plane recognition element that recognizes a first reference closed curved surface extending into the ground so as to cover the buried object from above based on the space occupation mode of the buried object recognized by the buried object recognition element.
  • a second reference plane recognizing element that recognizes a second reference closed curved surface that is spaced downward from the ground surface of the construction target area and horizontally separated from the first reference closed curved surface and extends into the ground
  • a construction support information generation element that generates construction support information for supporting construction of the construction target area by the working machine as a result of combining the first reference closed curved surface and the second reference closed curved surface
  • a first construction target area first reference closed curved surface (e.g., spaced above the underground ) and the second construction target area (second reference closed curved surface (e.g., underground
  • the construction support information is generated in a form in which the relative arrangement mode or mixed mode with the area corresponding to the closed plane on the side of the buried object, which is on the same plane as the bottom surface of the buried object, is comprehensively considered. Therefore, by using the construction support information for construction by the work machine, the work machine can perform appropriate construction in consideration of the relative arrangement mode or mixed mode of the first construction target area and the second construction target area in the construction target area. construction becomes possible.
  • a “closed curved surface” is a concept that includes planes and curved surfaces surrounded by closed curves.
  • a component of the present invention "recognizes" information (or data) by obtaining such information by receiving, reading, searching, etc.; It is a concept encompassing all processes such as determining, measuring, identifying, estimating, predicting, etc. information that prepare the information in a form that can be used for execution of subsequent computations.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram regarding recognition processing of the first and second reference closed curved surfaces;
  • FIG. 10 is an explanatory diagram relating to recognition processing of a composite reference closed curved surface;
  • FIG. 11 is an explanatory diagram relating to another embodiment of recognition processing of a combined reference closed curved surface;
  • the construction support system shown in FIG. 1 is composed of a construction support server 10 which is configured to be capable of mutual network communication with each of the remote control device 20 and the work machine 40 .
  • a construction support system may be configured by the construction support server 10 , the remote controller 20 and/or the work machine 40 .
  • the mutual communication network of construction support server 10 and remote control device 20 and the mutual communication network of construction support server 10 and work machine 40 may be the same or different.
  • the construction support server 10 includes a database 102 , a buried object recognition element 120 , a first reference plane recognition element 121 , a second reference plane recognition element 122 and a construction support information generation element 124 .
  • the database 102 stores, in addition to captured image data, the spatial occupation mode of each underground buried object in the construction target area.
  • the database 102 may be configured by a database server separate from the construction support server 10 .
  • Each component of the construction support server 10 is configured by an arithmetic processing device (single-core processor or multi-core processor or a processor core that constitutes this), reads necessary data and software from a storage device such as a memory, and processes the data as a target. , the later-described arithmetic processing is executed according to the software.
  • the remote control device 20 includes a remote control device 200 , a remote input interface 210 and a remote output interface 220 .
  • the remote control device 200 is configured by an arithmetic processing device (single-core processor or multi-core processor or a processor core constituting this), reads necessary data and software from a storage device such as a memory, and uses the data as a target for the software. Execute the arithmetic processing accordingly.
  • the remote input interface 210 includes a remote control mechanism 211.
  • Remote output interface 220 includes remote image output device 221 , remote audio output device 222 , and remote wireless communication device 224 .
  • the remote control mechanism 211 includes a traveling operating device, a turning operating device, a boom operating device, an arm operating device, and a bucket operating device.
  • Each operating device has an operating lever that receives a rotating operation.
  • An operating lever (running lever) of the operating device for running is operated to move the lower running body 410 of the work machine 40 .
  • the travel lever may also serve as a travel pedal.
  • a traction pedal may be provided that is fixed to the base or lower end of the traction lever.
  • a control lever (swing lever) of the swing operation device is operated to move a hydraulic swing motor that constitutes the swing mechanism 430 of the work machine 40 .
  • An operating lever (boom lever) of the boom operating device is operated to move the boom cylinder 442 of the work machine 40 .
  • An operating lever (arm lever) of the arm operating device is operated to move the arm cylinder 444 of the working machine 40 .
  • An operating lever (bucket lever) of the bucket operating device is operated to move the bucket cylinder 446 of
  • each control lever that constitutes the remote control mechanism 211 is arranged around the seat St on which the operator sits.
  • the seat St is in the form of a high-back chair with armrests, a low-back chair without a headrest, or a chair without a backrest. may be
  • Left and right traveling levers 2110 corresponding to the left and right crawlers are arranged side by side in front of the seat St.
  • One operating lever may serve as a plurality of operating levers.
  • the left operation lever 2111 provided in front of the left frame of the seat St shown in FIG. 2 functions as an arm lever when operated in the longitudinal direction, and when operated in the lateral direction. function as a pivot lever.
  • the right operation lever 2112 provided in front of the right frame of the seat St shown in FIG. It may function as a bucket lever in some cases.
  • the lever pattern may be arbitrarily changed by an operator's operation instruction.
  • the remote image output device 221 includes a central remote image output device 2210 having substantially rectangular screens arranged in front, diagonally forward left, and diagonally forward right of the sheet St. It consists of a left remote image output device 2211 and a right remote image output device 2212 .
  • the shapes and sizes of the respective screens (image display areas) of the central remote image output device 2210, the left remote image output device 2211 and the right remote image output device 2212 may be the same or different.
  • the remote image output device 221 may consist of a single curved or bendable image output device, two or four or more image output devices arranged to surround the front of the sheet St.
  • the left remote image is tilted such that the screen of the central remote image output device 2210 and the screen of the left remote image output device 2211 form an inclination angle ⁇ 1 (for example, 120° ⁇ 1 ⁇ 150°).
  • the right edge of output device 2211 is adjacent to the left edge of central remote image output device 2210 .
  • the right remote image is tilted such that the screen of the central remote image output device 2210 and the screen of the right remote image output device 2212 form an inclination angle ⁇ 2 (eg, 120° ⁇ 2 ⁇ 150°).
  • the left edge of output device 2212 is adjacent to the right edge of central remote image output device 2210 .
  • the tilt angles ⁇ 1 and ⁇ 2 may be the same or different.
  • the respective screens of the central remote image output device 2210, the left remote image output device 2211, and the right remote image output device 2212 may be parallel to the vertical direction or may be inclined with respect to the vertical direction.
  • At least one of the central remote image output device 2210, the left remote image output device 2211 and the right remote image output device 2212 may be composed of a plurality of divided image output devices.
  • the central remote image output device 2210 may consist of vertically adjacent image output devices having generally rectangular screens.
  • the remote sound output device 222 is composed of one or more speakers, for example, as shown in FIG. , a left sound output device 2221 and a right sound output device 2222 .
  • the specifications of the central sound output device 2220, the left sound output device 2221, and the right sound output device 2222 may be the same or different.
  • the working machine 40 includes a real machine control device 400 , a real machine input interface 41 , a real machine output interface 42 , and a working mechanism 440 .
  • Each of the components of the actual machine control device 400 is configured by an arithmetic processing device (single-core processor or multi-core processor, or a processor core constituting this), reads necessary data and software from a storage device such as a memory, and stores the data. Arithmetic processing according to the software is executed as an object.
  • the work machine 40 is, for example, a crawler excavator (construction machine), and as shown in FIG. and an upper revolving body 420 .
  • a cab 424 (driver's cab) is provided on the front left side of the upper swing body 420 .
  • a work mechanism 440 is provided in the front central portion of the upper swing body 420 .
  • the real machine input interface 41 includes a real machine operation mechanism 411 , a real machine imaging device 412 , and a positioning device 414 .
  • the actual machine operating mechanism 411 includes a plurality of operating levers arranged around a seat arranged inside the cab 424 in the same manner as the remote operating mechanism 211 .
  • the cab 424 is provided with a drive mechanism or a robot that receives a signal corresponding to the operation mode of the remote control lever and moves the actual machine control lever based on the received signal.
  • the actual machine imaging device 412 is installed inside the cab 424, for example, and images the environment including at least part of the working mechanism 440 through the front window and the left and right side windows. Some or all of the front window and side windows may be omitted.
  • the positioning device 414 is composed of a GPS and, if necessary, a gyro sensor or the like.
  • the real machine output interface 42 includes a real machine wireless communication device 422 .
  • a work attachment 440 as a work mechanism includes a boom 441 attached to the upper rotating body 420 so as to be able to rise and fall, and an arm 443 rotatably connected to the tip of the boom 441. and a bucket 445 rotatably connected to the tip of the arm 443 .
  • the working mechanism 440 is equipped with a boom cylinder 442, an arm cylinder 444, and a bucket cylinder 446, which are configured by telescopic hydraulic cylinders.
  • the boom cylinder 442 is interposed between the boom 441 and the upper slewing body 420 so as to expand and contract when supplied with hydraulic oil and rotate the boom 441 in the hoisting direction.
  • the arm cylinder 444 is interposed between the arm 443 and the boom 441 so as to expand and contract when supplied with hydraulic oil to rotate the arm 443 about the horizontal axis with respect to the boom 441 .
  • the bucket cylinder 446 is interposed between the bucket 445 and the arm 443 so as to expand and contract when supplied with hydraulic oil to rotate the bucket 445 with respect to the arm 443 about the horizontal axis.
  • the remote control device 200 transmits a ground condition confirmation request to the construction support server 10 through the remote wireless communication device 224 (FIG. 4/STEP 210).
  • the presence or absence of the first designation operation through the remote input interface 210 may be determined by the operator, and the ground condition confirmation request may be transmitted when the determination result is affirmative.
  • the “first specifying operation” is, for example, an operation such as tapping on the remote input interface 210 for specifying the work machine 40 intended for remote operation by the operator.
  • the first reference plane recognition element 121 transmits the ground condition confirmation request to the relevant work machine 40 (Fig. 4/C10).
  • the actual device control device 400 acquires the captured image through the actual device imaging device 412, and the actual device wireless communication device 422 , the captured image data subjected to the image processing is transmitted to the construction support server 10 (FIG. 4/STEP 410).
  • the environmental image data corresponding to the captured image is transmitted to the remote control device 20 by the second reference plane recognition element 122. (FIG. 4/STEP 110).
  • the environmental image data is image data representing a simulated environmental image generated based on the captured image as well as the captured image data itself.
  • the remote control device 20 When the remote control device 20 receives environmental image data through the remote wireless communication device 224 (FIG. 4/C21), the remote control device 200 outputs an environmental image corresponding to the environmental image data to the remote image output device 221. (FIG. 4/STEP 212).
  • the remote control device 200 transmits an underground situation confirmation request to the construction support server 10 through the remote wireless communication device 224 (FIG. 4/STEP 220).
  • the presence or absence of the second specifying operation through the remote input interface 210 may be determined by the operator, and the underground condition confirmation request may be transmitted when the determination result is affirmative.
  • the "second specifying operation" is, for example, an operation such as tapping on the remote input interface 210 for specifying the work machine 40 intended for remote operation by the operator.
  • the second specifying operation may be the same operation as the first specifying operation, or may be a different operation.
  • the buried object recognition element 120 recognizes the spatial occupation of the underground buried object in the construction target area related to the underground condition confirmation request. Aspects are recognized (FIG. 4/STEP 120). As a result, for example, as shown in FIG. 6A, two cylindrical buried objects E1 and E2 which are not vertically overlapped but horizontally separated and extend at approximately the same underground depth position. Space occupation patterns in the ground are recognized.
  • a construction target area is specified, for example, by a set of coordinate values (X (longitude), Y (latitude)) in the world coordinate system representing its boundary.
  • the construction target area is based on communication between the construction support server 10 and the remote control device 20 or the work machine 40 to be operated by the remote control device 20, for example, based on an identifier for identifying the remote control device 20 and/or the work machine 40. It is recognized by searching the database 102 .
  • the space occupation mode of a buried object is specified, for example, by a set of coordinate values (X (longitude), Y (latitude), Z (altitude above sea level or distance from the ground surface)) of the world coordinate system representing its outer surface.
  • the space occupancy of buried objects in the ground is measured by, for example, an underground probe, and the measurement results are registered in the database 102 in advance.
  • the space occupancy state of the buried object in the ground is recognized by searching the database 102 based on the construction target area, for example.
  • the first reference plane recognition element 121 recognizes the first reference extending into the ground so as to cover the buried object from above. A closed curved surface is recognized (FIG. 4/STEP 121).
  • the first slab extends in the ground at a depth position spaced a first specified distance d1 above the upper ends of the buried objects E1 and E2 in the ground.
  • Reference closed surfaces S11 and S12 are recognized.
  • the first designated area d1 may be defined by the construction plan for the construction target area stored in the database 102 .
  • the first reference closed curved surfaces S11 and S12 may be defined as curved surfaces defined by a plurality of control points such as Bezier curved surfaces and/or NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) curved surfaces.
  • the curved surface may be defined as a curved surface having continuity (G1 continuity, G2 continuity or G3 continuity).
  • G1 continuity, G2 continuity or G3 continuity For example, when the first reference closed curved surfaces S11 and S12 are defined by Bezier triangular curved surfaces, the domain of the control net of the Bezier triangular curved surfaces is defined by a triangular mesh stretched on the horizontal plane, and the underground buried objects E1 and E2 are defined by triangular meshes.
  • the first reference closed curved surfaces S11 and S12 are defined so as to ensure the continuity of the triangular patches, with the control point being a point spaced upward from the upper end by the first designated distance d1.
  • the second reference closed curved surface is recognized by the second reference surface recognition element 122 (FIG. 4/STEP 122).
  • the second reference closed curved surfaces S21 and S22 extending underground at a depth position spaced downward from the ground surface by the second specified distance d2 are recognized.
  • the second designated distance d2 may be defined by the construction plan for the construction target area stored in the database 102 .
  • the second designated distance d2 may be defined such that the second reference closed curved surfaces S21 and S22 are recognized at the same depth position as the lower ends of the buried objects E1 and E2.
  • the second reference closed curved surfaces S21 and S22 are defined by a plurality of control points such as Bezier curved surfaces and/or NURBS (non-uniform rational B-spline) curved surfaces, like the first reference closed curved surfaces S11 and S12. It may be defined as a curved surface.
  • the curved surface may be defined as a curved surface having continuity (G1 continuity, G2 continuity or G3 continuity).
  • the domain of the control net of the Bezier triangular curved surfaces is defined by a triangular mesh stretched on the horizontal plane, and is downwardly defined by a second designated distance d2 from the ground surface.
  • the second reference closed curved surfaces S21 and S22 are defined so as to ensure the continuity of the triangular patches, with points spaced apart by .
  • the construction support information generating element 124 generates construction support information as a result of combining the first reference closed surface and the second reference closed surface, and transmits the construction support information to the remote control device 20 (Fig. 4/ STEP 124).
  • a single composite reference closed curved surface CS is defined based on the first reference closed curved surfaces S11, S12 and the first reference closed curved surfaces S21, S22, and the single reference closed curved surface CS is defined as shown in FIG. is generated as the construction support information.
  • the adjacent first reference closed curved surfaces S11 and S12 are continuously connected or combined by the interpolation curved surface S00 to define a single new first reference closed curved surface.
  • Interpolated surfaces S00, S01 and S02 may be defined as surfaces defined by a plurality of control points, such as Bezier surfaces and/or NURBS surfaces.
  • a first composite reference closed curved surface is defined by continuously connecting the first reference closed curved surface S11 and the second reference closed curved surface S21 adjacent thereto by the interpolation curved surface S01.
  • the second composite reference closed curved surface is defined by continuously connecting the adjacent second reference closed curved surfaces S22 by the interpolation curved surface S02, and the first composite reference closed curved surface (S11+S01+S21) and the second composite reference closed curved surface (S12+S02+S22 ) may be continuously connected or combined by the interpolating curved surface S00 to define a single combined reference closed curved surface CS.
  • the remote control device 20 When the remote control device 20 receives construction support information through the remote wireless communication device 224 (FIG. 4/C22), the remote control device 200 outputs a construction support image corresponding to the construction support information to the remote image output device 221. (FIG. 4/STEP 222).
  • the construction support image representing the extension of the composite reference closed curved surface CS in the construction target area is output to the remote image output device 221 in a form superimposed on the environment image.
  • the extension of the composite reference closed curved surface CS represented by the construction support information is defined in the world coordinate system, the extension of the composite reference closed curved surface CS is coordinate-transformed into the environment image coordinate system.
  • the coordinate values in the world coordinate system of the work machine 40 are measured using GPS or the like, and the actual machine coordinate system of the actual machine imaging device 412 (the coordinate system whose position and attitude are fixed with respect to the upper rotating body 420) ) may be stored in the storage device and/or the database 102 constituting the remote control device 200 .
  • the operator can operate the control lever that configures the remote control mechanism 211 to move the bucket 445 while viewing the environment image output to the remote image output device 221 and the construction support image superimposed thereon.
  • a three-dimensional model image representing the spatial occupancy of the work machine 40, the buried objects E1 and E2, and the composite reference closed curved surface CS is sent to the remote image output device 221 as a construction support image. may be output. Since the extended form of the composite reference closed curved surface CS represented by the construction support information is defined in the world coordinate system, the coordinate values in the world coordinate system of the work machine 40 are measured using GPS or the like, and the remote control device 200 is controlled. It may be stored and held in a constituent storage device and/or database 102 .
  • the operation mode of the remote control mechanism 211 is recognized by the remote control device 200, and a remote operation command corresponding to the operation mode is transmitted to the construction support server 10 through the remote wireless communication device 224. (FIG. 4/STEP 220).
  • the remote operation command when the remote operation command is received by the second reference plane recognition element 122, the remote operation command is transmitted to the work machine 40 by the first reference plane recognition element 121 (Fig. 4/C14).
  • the actual machine control device 400 receives an operation command through the actual machine wireless communication device 422 (FIG. 4/C44), the operation of the working mechanism 440 and the like is controlled (FIG. 4/STEP 414).
  • the bucket 445 digs up and scoops the soil in the construction target area in front of the work machine 40, rotates the upper revolving body 420, and then drops the soil from the bucket 445 outside the construction target area.
  • the first construction target area (the area corresponding to the first reference closed curved surfaces S11 and S12) in which it is necessary to avoid interference between the work machine 40 and the buried objects E1 and E2 ) and the second construction target area (areas corresponding to the second reference closed curved surfaces E21 and E22) where there is no possibility of interference with the buried object by the work machine 40 but construction with the ground surface as the reference is required.
  • Construction support information is generated in a form in which the mode or mixed mode is comprehensively considered (see FIGS. 6A, 6B, and 6C).
  • the construction by the work machine 40 can be performed in consideration of the relative arrangement mode or mixed mode of the first construction target area and the second construction target area in the construction target area. Appropriate construction becomes possible (see FIGS. 5 and 7).
  • a single new reference surface having continuity (G1, G2 or G3 continuity) as a result of combining adjacent first reference closed curved surfaces S11 and S12 corresponding to each of a plurality of buried objects E1 and E2.
  • the construction support information is generated in a form in which the construction standard for the gap is defined or clarified. Therefore, by using the construction support information for construction by the work machine, appropriate or efficient construction by the work machine 40 can be achieved in view of the relative arrangement mode or mixed mode of the first construction target area and the second construction target area. construction becomes possible.
  • the first reference closed surface S11 (or S12, or (S11+S00+S12)) and the second reference closed surface S21 (or S22, or S21 and S22) are combined
  • the first reference closed surface By interpolating the underground space existing in the gap between the curved surface and the second reference closed curved surface with the interpolated curved surface S01 (or S02, or S01 and S02), construction is performed in a form in which the construction standard in the gap is defined or clarified. Supporting information is generated. Therefore, by using the construction support information for construction by the work machine, appropriate or efficient construction by the work machine 40 can be achieved in view of the relative arrangement mode or mixed mode of the first construction target area and the second construction target area. construction becomes possible.
  • the construction support system is composed of the construction support server 10 in the above embodiment, it may be composed of the remote control device 20 and/or the work machine 40 as another embodiment. That is, the embedded object recognition element 120, the first reference plane recognition element 121, the second reference plane recognition element 122 and/or the construction support information generation element 124 are configured by the remote controller 200 and/or the actual machine controller 400. good too.
  • the construction support information is generated by recognizing the composite reference closed curved surface CS obtained by combining the first reference closed curved surface and the second reference closed curved surface (see FIG. 6C).
  • the process of recognizing the composite reference closed curved surface CS may be omitted, and the construction support information may be generated according to only the space occupation mode of each of the first reference closed curved surface and the second reference closed curved surface.
  • the process of recognizing the single new first reference closed curved surface may be omitted.
  • the operation of the work machine 40 is controlled by the operator through the operation of the remote control mechanism 211 that constitutes the remote control device 20.
  • the actual machine operation mechanism 411 is controlled by the operator riding in the cab 424. Operation of work machine 40 may be controlled through manipulation.
  • the construction support information is transmitted from the construction support server 10 to the corresponding work machine 40 (see FIG. 4/STEP 122), and the actual machine image output device arranged inside the cab 424, which constitutes the actual machine output interface 42, executes the construction. Assistance images may be output (see FIGS. 5 and 7).
  • the remote control device 20 may be omitted.
  • the construction support information generating element 124 may transmit the construction support information to the work machine 40 or the actual machine control device 400 to cause the actual machine control device to control the operation of the work machine 40 .
  • Appropriate or efficient construction can be performed by the working machine 40 whose operation is automatically controlled in view of the relative arrangement mode or mixed mode of the first construction target area and the second construction target area.
  • the construction support information generation element 124 determines the curvature of curvature according to the angle ⁇ between the adjacent directions of at least two first reference closed curved surfaces and the operation direction of the work mechanism 440 of the work machine 40 or the baguette 445 in the construction target area.
  • the construction support information may be generated by recognizing a new first reference closed curved surface with a different change mode.
  • the curvature in the x direction is A single first reference closed curved surface CCS2 with a relatively large change (cumulative value) is recognized.
  • the single first reference closed curved surface is defined such that the cumulative value of changes in curvature of the single first reference closed curved surface is an increasing function of ⁇ (0° ⁇ 90°). ing.
  • ⁇ a decreasing function or an increasing/decreasing function may be employed in addition to an increasing function.
  • Construction support information is generated in the form of Therefore, by using the construction support information, in view of the operation characteristics of the working machine 40 or the working mechanism 440 in addition to the relative arrangement mode or mixed mode of the first construction target area and the second construction target area, Appropriate or efficient construction by the working machine 40 becomes possible.
  • the construction support information generating element 124 generates a compound curve in which the curvature changes differently according to the angle between the adjacent direction of the first reference closed curved surface and the second reference closed curved surface and the operation direction of the construction target area of the work machine 40 .
  • the construction support information may be generated by recognizing the reference closed curved surface.
  • the work Construction support information is generated in a form that takes into consideration the operating characteristics of the machine 40 or the work mechanism 440 . Therefore, by using the construction support information, in view of the operation characteristics of the working machine 40 or the working mechanism 440 in addition to the relative arrangement mode or mixed mode of the first construction target area and the second construction target area, Appropriate or efficient construction by the working machine 40 becomes possible.
  • the construction support information generation element recognizes a single continuous first reference closed curved surface as a result of combining the adjacent first reference closed curved surfaces recognized by the first reference surface recognition element.
  • the construction support information is generated by:
  • construction support system having this configuration, when the adjacent first reference closed curved surfaces are combined, the underground space existing in the gap between the first reference closed curved surfaces is interpolated, so that the construction reference in the gap is is defined or clarified, construction support information is generated. Therefore, by using the construction support information for construction by the work machine, appropriate or efficient construction by the work machine can be achieved in view of the relative arrangement mode or mixed mode of the first construction target area and the second construction target area. becomes possible.
  • the construction support information generation element generates a curvature of It is preferable that the construction support information is generated by recognizing the single first reference closed curved surface having different modes of change.
  • the construction support system having this configuration, in addition to the relative arrangement of the first construction target area that corresponds to the adjacent first reference closed curved surface, the operation characteristics of the work machine or the work mechanism are taken into consideration. Construction support information is generated. Therefore, by using the construction support information, in addition to the relative arrangement mode or mixed mode of the first construction target area and the second construction target area, the operation characteristics of the work machine or the work mechanism can be considered. Appropriate or efficient installation by machine becomes possible.
  • the construction support information generating element recognizes a single composite reference closed curved surface having continuity as a result of combining the adjacent first reference closed curved surface and the second reference closed curved surface, thereby providing the construction support. It is preferred to generate information.
  • the construction support information is generated in a form that defines or clarifies the construction standard in the gap. Therefore, by using the construction support information for construction by the work machine, appropriate or efficient construction by the work machine can be achieved in view of the relative arrangement mode or mixed mode of the first construction target area and the second construction target area. becomes possible.
  • the construction support information generation element is formed by the adjacent direction of the first reference closed curved surface and the second reference closed curved surface, and the operation direction of the working machine or a working mechanism that constitutes the working machine in the construction target area. It is preferable that the construction support information is generated by recognizing the composite reference closed curved surface having different curvature change modes according to the angle.
  • the work Construction support information is generated in a form that takes into consideration the operating characteristics of the machine or working mechanism. Therefore, by using the construction support information, in addition to the relative arrangement mode or mixed mode of the first construction target area and the second construction target area, the operation characteristics of the work machine or the work mechanism can be considered. Appropriate or efficient installation by machine becomes possible.
  • the construction support information generation element transmits the construction support information to a control device to cause the control device to control the operation of the work machine.
  • the construction support information is used to control the operation of the work machine by the control device, thereby (while reducing the arithmetic processing load required for the control) the first construction target area.
  • the relative arrangement mode or mixed mode of the second construction target area and the second construction target area appropriate or efficient construction by the working machine becomes possible.
  • the construction support information generating element transmits the construction support information or the construction support image corresponding thereto to the operation device (actual machine operation device/remote operation device), thereby transmitting the construction support to the output interface constituting the operation device. It is preferable to output an image.
  • the construction support image corresponding to the construction support information is output to the output interface that constitutes the operation device, thereby assisting the operator in operating the work machine through the operation device.
  • the work machine can perform appropriate or Efficient construction becomes possible.
  • Construction support server 20
  • Remote control device 40
  • Work machine 102
  • Database 120
  • Embedded object recognition element 121
  • First reference plane recognition element 122
  • Second reference plane recognition element 124
  • Construction support Information generation elements 200
  • Remote control device 210
  • Remote input interface 211
  • Remote operation mechanism 220 Remote output interface 221
  • Remote image output device 222
  • Remote sound output device 400
  • Actual machine control device 41
  • Actual machine input interface 42
  • Actual machine output interface 424 440
  • Work mechanism 445 Bucket (work unit) CS Composite reference closed curved surface E1, E2 Buried object S00, S01, S02 Interpolation curved surface S11, S12 First reference closed curved surface S21, S22 Second reference closed curved surface.

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Abstract

地中に埋設物が存在する領域およびその周辺領域を対象とした作業機械による施工を支援することができるシステム等を提供する。施工対象領域における作業機械４０と埋設物Ｅ１、Ｅ２との干渉を回避する必要がある第１施工対象領域（第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２に対応する領域）と、作業機械４０による埋設物との干渉可能性がないものの地表を基準とした施工が必要である第２施工対象領域（第２基準閉曲面Ｅ２１、Ｅ２２に対応する領域）との相対配置態様または混在態様が総合勘案された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が当該作業機械４０による施工に利用されることにより、施工対象領域における第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械４０による適当な施工が可能になる。

Description

施工支援システムおよび施工支援方法
　本発明は、作業機械によって地中を掘削中に、地中の埋設物を誤って損傷することを防止するための技術に関する。
　ガス管、水道管、電力ケーブル、通信ケーブルなどの地中の埋設物に標識体を設置することを必要とせずに、掘削作業車によって地中を掘削中に、当該埋設物を誤って損傷することを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、地上座標系における地中の埋設物の位置データと、車体座標系における作業車の特定部位の計測座標データが地上座標系の座標データに変換された結果と、に基づき、埋設物と特定部位との離間距離が求められる。そして、当該離間距離が設定距離以下になった場合に、特定部位の接触による埋設物の損傷を回避させるための特定動作が実行される。
　同じく、掘削作業機によって地中を掘削中に、地中の埋設物を誤って損傷することを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、作業機の３次元位置情報に応じて埋設物情報が検索され、作業機から所定の範囲内に埋設物が存在する場合、作業機の３次元位置情報が計算される。そして、この３次元位置情報と埋設物情報とをもとに作業機から所定範囲内に埋設物が存在すると判定された場合、作業機の稼動が停止される。
特開２００３－０９６８１１号公報 特開２００８－２１６１４３号公報
　しかし、地中に埋設物が存在する領域のみならず埋設物が存在しない周辺領域も作業機械による施工対象であるにもかかわらず、埋設物が存在しない領域に関する施工情報が不足または欠如している状況では、当該作業機械による施工効率が低下する可能性がある。
　そこで、本発明は、地中に埋設物が存在する領域およびその周辺領域を対象とした作業機械による施工を支援することができるシステム等を提供することを目的とする。
　本発明の施工支援システムは、
　作業機械による施工対象領域における地中の埋設物の空間占有態様を認識する埋設物認識要素と、
　前記埋設物認識要素により認識された前記埋設物の空間占有態様に基づき、前記埋設物の上方から覆うように地中に延在している第１基準閉曲面を認識する第１基準面認識要素と、
　前記施工対象領域の地表から下方に離間し、かつ、前記第１基準閉曲面から水平方向に離間して地中に延在している第２基準閉曲面を認識する第２基準面認識要素と、
　前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての、前記作業機械による前記施工対象領域の施工を支援するための施工支援情報を生成する施工支援情報生成要素と、
を備えている。
　当該構成の施工支援システムによれば、施工対象領域における作業機械と埋設物との干渉を回避する必要がある第１施工対象領域（第１基準閉曲面（例：地中埋設物の上方に離間する閉平面）に対応する領域）と、作業機械による埋設物との干渉可能性がないものの地表を基準とした施工が必要である第２施工対象領域（第２基準閉曲面（例：地中埋設物の下面と同一平面上にある、当該埋設物の脇にある閉平面）に対応する領域）との相対配置態様または混在態様が総合勘案された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が当該作業機械による施工に利用されることにより、施工対象領域における第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械による適当な施工が可能になる。「閉曲面」とは、閉曲線により囲まれた平面および曲面を包含する概念である。
　本発明の構成要素が情報（またはデータ）を「認識する」とは、当該情報を受信、読み取りまたは検索等により取得すること、基礎となるデータまたは信号に対して演算処理を実行することにより当該情報を決定、測定、同定、推定、予測等することなど、当該情報を後続の演算処理の実行に際して利用可能な形態で準備するあらゆる処理を包含する概念である。
施工支援システムの構成に関する説明図。 遠隔操作装置の構成に関する説明図。 作業機械の構成に関する説明図。 施工支援システム（施工支援システム）の機能に関する説明図。 作業環境画像に関する説明図。 埋設物の認識処理に関する説明図。 第１および第２基準閉曲面の認識処理に関する説明図。 複合基準閉曲面の認識処理に関する説明図。 作業機械による施工支援情報を用いた施工例に関する説明図。 複合された基準閉曲面の認識処理の他の実施形態に関する説明図。
　（施工支援システムの構成）
　図１に示されている施工支援システムは、遠隔操作装置２０および作業機械４０のそれぞれと相互にネットワーク通信可能に構成されている施工支援サーバ１０により構成されている。施工支援システムが、施工支援サーバ１０と、遠隔操作装置２０および／または作業機械４０と、により構成されていてもよい。施工支援サーバ１０および遠隔操作装置２０の相互通信ネットワークと、施工支援サーバ１０および作業機械４０の相互通信ネットワークと、は同一であってもよく相違していてもよい。
　（施工支援サーバの構成）
　施工支援サーバ１０は、データベース１０２と、埋設物認識要素１２０と、第１基準面認識要素１２１と、第２基準面認識要素１２２と、施工支援情報生成要素１２４と、を備えている。データベース１０２は、撮像画像データのほか、施工対象領域のそれぞれの地中の埋設物の空間占有態様等を記憶保持する。データベース１０２は、施工支援サーバ１０とは別個のデータベースサーバにより構成されていてもよい。施工支援サーバ１０の各構成要素は、演算処理装置（シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア）により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった後述の演算処理を実行する。
　（遠隔操作装置の構成）
　遠隔操作装置２０は、遠隔制御装置２００と、遠隔入力インターフェース２１０と、遠隔出力インターフェース２２０と、を備えている。遠隔制御装置２００は、演算処理装置（シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア）により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行する。
　遠隔入力インターフェース２１０は、遠隔操作機構２１１を備えている。遠隔出力インターフェース２２０は、遠隔画像出力装置２２１と、遠隔音響出力装置２２２と、遠隔無線通信機器２２４と、を備えている。
　遠隔操作機構２１１には、走行用操作装置と、旋回用操作装置と、ブーム用操作装置と、アーム用操作装置と、バケット用操作装置と、が含まれている。各操作装置は、回動操作を受ける操作レバーを有している。走行用操作装置の操作レバー（走行レバー）は、作業機械４０の下部走行体４１０を動かすために操作される。走行レバーは、走行ペダルを兼ねていてもよい。例えば、走行レバーの基部または下端部に固定されている走行ペダルが設けられていてもよい。旋回用操作装置の操作レバー（旋回レバー）は、作業機械４０の旋回機構４３０を構成する油圧式の旋回モータを動かすために操作される。ブーム用操作装置の操作レバー（ブームレバー）は、作業機械４０のブームシリンダ４４２を動かすために操作される。アーム用操作装置の操作レバー（アームレバー）は作業機械４０のアームシリンダ４４４を動かすために操作される。バケット用操作装置の操作レバー（バケットレバー）は作業機械４０のバケットシリンダ４４６を動かすために操作される。
　遠隔操作機構２１１を構成する各操作レバーは、例えば、図２に示されているように、オペレータが着座するためのシートＳｔの周囲に配置されている。シートＳｔは、アームレスト付きのハイバックチェアのような形態であるが、ヘッドレストがないローバックチェアのような形態、または、背もたれがないチェアのような形態など、オペレータが着座できる任意の形態の着座部であってもよい。
　シートＳｔの前方に左右のクローラに応じた左右走行レバー２１１０が左右横並びに配置されている。一つの操作レバーが複数の操作レバーを兼ねていてもよい。例えば、図２に示されているシートＳｔの左側フレームの前方に設けられている左側操作レバー２１１１が、前後方向に操作された場合にアームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合に旋回レバーとして機能してもよい。同様に、図２に示されているシートＳｔの右側フレームの前方に設けられている右側操作レバー２１１２が、前後方向に操作された場合にブームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合にバケットレバーとして機能してもよい。レバーパターンは、オペレータの操作指示によって任意に変更されてもよい。
　遠隔画像出力装置２２１は、例えば図２に示されているように、シートＳｔの前方、左斜め前方および右斜め前方のそれぞれに配置された略矩形状の画面を有する中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２により構成されている。中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２のそれぞれの画面（画像表示領域）の形状およびサイズは同じであってもよく相違していてもよい。遠隔画像出力装置２２１は、単一の湾曲したまたは湾曲可能な画像出力装置、シートＳｔの前方を囲むように配置される２つまたは４つ以上の画像出力装置により構成されていてもよい。
　図２に示されているように、中央遠隔画像出力装置２２１０の画面および左側遠隔画像出力装置２２１１の画面が傾斜角度θ１（例えば、１２０°≦θ１≦１５０°）をなすように、左側遠隔画像出力装置２２１１の右縁が、中央遠隔画像出力装置２２１０の左縁に隣接している。図２に示されているように、中央遠隔画像出力装置２２１０の画面および右側遠隔画像出力装置２２１２の画面が傾斜角度θ２（例えば、１２０°≦θ２≦１５０°）をなすように、右側遠隔画像出力装置２２１２の左縁が、中央遠隔画像出力装置２２１０の右縁に隣接している。当該傾斜角度θ１およびθ２は同じであっても相違していてもよい。
　中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２のそれぞれの画面は、鉛直方向に対して平行であってもよく、鉛直方向に対して傾斜していてもよい。中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２のうち少なくとも１つの画像出力装置が、複数に分割された画像出力装置により構成されていてもよい。例えば、中央遠隔画像出力装置２２１０が、略矩形状の画面を有する上下に隣接する画像出力装置により構成されていてもよい。
　遠隔音響出力装置２２２は、一または複数のスピーカーにより構成され、例えば図２に示されているように、シートＳｔの後方、左アームレスト後部および右アームレスト後部のそれぞれに配置された中央音響出力装置２２２０、左側音響出力装置２２２１および右側音響出力装置２２２２により構成されている。中央音響出力装置２２２０、左側音響出力装置２２２１および右側音響出力装置２２２２のそれぞれの仕様は同じであってもよく相違していてもよい。
　（作業機械の構成）
　作業機械４０は、実機制御装置４００と、実機入力インターフェース４１と、実機出力インターフェース４２と、作業機構４４０と、を備えている。実機制御装置４００の構成要素のそれぞれは、演算処理装置（シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア）により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行する。
　作業機械４０は、例えばクローラショベル（建設機械）であり、図３に示されているように、クローラ式の下部走行体４１０と、下部走行体４１０に旋回機構４３０を介して旋回可能に搭載されている上部旋回体４２０と、を備えている。上部旋回体４２０の前方左側部にはキャブ４２４（運転室）が設けられている。上部旋回体４２０の前方中央部には作業機構４４０が設けられている。
　実機入力インターフェース４１は、実機操作機構４１１と、実機撮像装置４１２と、測位装置４１４と、を備えている。実機操作機構４１１は、キャブ４２４の内部に配置されたシートの周囲に遠隔操作機構２１１と同様に配置された複数の操作レバーを備えている。遠隔操作レバーの操作態様に応じた信号を受信し、当該受信信号に基づいて実機操作レバーを動かす駆動機構またはロボットがキャブ４２４に設けられている。実機撮像装置４１２は、例えばキャブ４２４の内部に設置され、フロントウィンドウおよび左右サイドウィンドウ越しに作業機構４４０の少なくとも一部を含む環境を撮像する。フロントウィンドウおよびサイドウィンドウのうち一部または全部が省略されていてもよい。測位装置４１４は、ＧＰＳおよび必要に応じてジャイロセンサ等により構成されている。
　実機出力インターフェース４２は、実機無線通信機器４２２を備えている。
　図３に示されているように、作業機構としての作業アタッチメント４４０は、上部旋回体４２０に起伏可能に装着されているブーム４４１と、ブーム４４１の先端に回動可能に連結されているアーム４４３と、アーム４４３の先端に回動可能に連結されているバケット４４５と、を備えている。作業機構４４０には、伸縮可能な油圧シリンダにより構成されているブームシリンダ４４２、アームシリンダ４４４およびバケットシリンダ４４６が装着されている。
　ブームシリンダ４４２は、作動油の供給を受けることにより伸縮してブーム４４１を起伏方向に回動させるように当該ブーム４４１と上部旋回体４２０との間に介在する。アームシリンダ４４４は、作動油の供給を受けることにより伸縮してアーム４４３をブーム４４１に対して水平軸回りに回動させるように当該アーム４４３と当該ブーム４４１との間に介在する。バケットシリンダ４４６は、作動油の供給を受けることにより伸縮してバケット４４５をアーム４４３に対して水平軸回りに回動させるように当該バケット４４５と当該アーム４４３との間に介在する。
　（機能）
　前記構成の施工支援システムおよび撮像機能制御システムの機能について図４に示されているフローチャートを用いて説明する。当該フローチャートにおいて「Ｃ●」というブロックは、記載の簡略のために用いられ、データの送信および／または受信を意味し、当該データの送信および／または受信を条件として分岐方向の処理が実行される条件分岐を意味している。
　遠隔操作装置２０において、遠隔制御装置２００により、遠隔無線通信機器２２４を通じて、施工支援サーバ１０に対して地上状況確認要求が送信される（図４／ＳＴＥＰ２１０）。オペレータにより遠隔入力インターフェース２１０を通じた第１指定操作の有無が判定され、当該判定結果が肯定的である場合に地上状況確認要求が送信されてもよい。「第１指定操作」は、例えば、オペレータが遠隔操作を意図する作業機械４０を指定するための遠隔入力インターフェース２１０におけるタップなどの操作である。
　施工支援サーバ１０において、地上状況確認要求が受信された場合、第１基準面認識要素１２１により当該地上状況確認要求が該当する作業機械４０に対して送信される（図４／Ｃ１０）。
　作業機械４０において、実機無線通信機器４２２を通じて地上状況確認要求が受信された場合（図４／Ｃ４０）、実機制御装置４００が実機撮像装置４１２を通じて撮像画像を取得され、かつ、実機無線通信機器４２２を通じて、当該画像処理が施された撮像画像データが施工支援サーバ１０に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ４１０）。
　施工支援サーバ１０において、第１基準面認識要素１２１により撮像画像データが受信された場合（図４／Ｃ１１）、第２基準面認識要素１２２により撮像画像に応じた環境画像データが遠隔操作装置２０に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ１１０）。環境画像データは、撮像画像データそのもののほか、撮像画像に基づいて生成された模擬的な環境画像を表わす画像データである。
　遠隔操作装置２０において、遠隔無線通信機器２２４を通じて環境画像データが受信された場合（図４／Ｃ２１）、遠隔制御装置２００により、環境画像データに応じた環境画像が遠隔画像出力装置２２１に出力される（図４／ＳＴＥＰ２１２）。
　これにより、例えば、図５に示されているように、キャブ４２４を画定する窓枠を通じて、キャブ４２４の前方において、作業機構４４０の一部であるブーム４４１、アーム４４３および施工対象領域における（バケット４４５による作業対象である）瓦礫または土砂の山が映り込んでいる環境画像が遠隔画像出力装置２２１に出力される。
　遠隔操作装置２０において、遠隔制御装置２００により、遠隔無線通信機器２２４を通じて、施工支援サーバ１０に対して地中状況確認要求が送信される（図４／ＳＴＥＰ２２０）。オペレータにより遠隔入力インターフェース２１０を通じた第２指定操作の有無が判定され、当該判定結果が肯定的である場合に地中状況確認要求が送信されてもよい。「第２指定操作」は、例えば、オペレータが遠隔操作を意図する作業機械４０を指定するための遠隔入力インターフェース２１０におけるタップなどの操作である。第２指定操作は、第１指定操作と同一の操作であってもよいし異なる操作であってもよい。
　施工支援サーバ１０において、地中状況確認要求が受信された場合（図４／Ｃ２０）、埋設物認識要素１２０により、当該地中状況確認要求に係る施工対象領域における地中の埋設物の空間占有態様が認識される（図４／ＳＴＥＰ１２０）。これにより、例えば、図６Ａに示されているように、上下方向に重ならずに水平方向に離間し、略同じ地中深さ位置で延在する２つの円管状の埋設物Ｅ１およびＥ２の地中における空間占有態様が認識される。
　施工対象領域は、例えばその境界を表わす世界座標系の座標値（Ｘ（経度），Ｙ（緯度））の集合により特定される。施工対象領域は、施工支援サーバ１０と遠隔操作装置２０またはその操作対象である作業機械４０との通信に基づき、例えば、遠隔操作装置２０および／または作業機械４０を識別するための識別子に基づき、データベース１０２が検索されることにより認識される。埋設物の空間占有態様は、例えばその外表面を表わす世界座標系の座標値（Ｘ（経度），Ｙ（緯度），Ｚ（海抜高さまたは地表からの距離））の集合により特定される。地中の埋設物の空間占有態は、例えば、地中探査機により測定され、当該測定結果がデータベース１０２にあらかじめ登録されている。地中の埋設物の空間占有態は、例えば、施工対象領域に基づき、データベース１０２が検索されることにより認識される。
　続いて、埋設物認識要素１２０により認識された埋設物の空間占有態様に基づき、第１基準面認識要素１２１により、当該埋設物の上方から覆うように地中に延在している第１基準閉曲面が認識される（図４／ＳＴＥＰ１２１）。
　これにより、例えば、図６Ｂに示されているように、地中の埋設物Ｅ１およびＥ２のそれぞれの上端から上方に第１指定距離ｄ１だけ離間した深さ位置で地中において延在する第１基準閉曲面Ｓ１１およびＳ１２が認識される。第１指定領域ｄ１は、データベース１０２に記憶保持されている施工対象領域における施工計画により定義されていてもよい。
　第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２は、Ｂｅｚｉｅｒ（ベジエ）曲面および／またはＮＵＲＢＳ（非一様有理Ｂスプライン）曲面などの複数の制御点により定義される曲面として定義されていてもよい。当該曲面は連続性（Ｇ１連続性、Ｇ２連続性またはＧ３連続性）を有する曲面として定義されていてもよい。例えば、第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２がベジエ三角形曲面によって定義される場合、ベジエ三角形曲面の制御ネットの定義域が水平面に張られた三角形メッシュにより定義され、地中の埋設物Ｅ１、Ｅ２の上端から上方に第１指定距離ｄ１だけ離間した点が制御点とされたうえで、三角パッチの連続性が確保されるように第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２が定義される。
　さらに、施工対象領域の地表から下方に離間し、かつ、第１基準面認識要素１２１により認識された第１基準閉曲面から水平方向に離間して（上下方向に重ならず）地中に延在している第２基準閉曲面が第２基準面認識要素１２２により認識される（図４／ＳＴＥＰ１２２）。
　これにより、例えば、図６Ｂに示されているように、地表から下方に第２指定距離ｄ２だけ離間した深さ位置で地中において延在する第２基準閉曲面Ｓ２１およびＳ２２が認識される。第２指定距離ｄ２は、データベース１０２に記憶保持されている施工対象領域における施工計画により定義されていてもよい。第２指定距離ｄ２は、埋設物Ｅ１、Ｅ２の下端と同じ深さ位置に第２基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２が認識されるように定義されていてもよい。
　第２基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２は、第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２と同様に、Ｂｅｚｉｅｒ（ベジエ）曲面および／またはＮＵＲＢＳ（非一様有理Ｂスプライン）曲面などの複数の制御点により定義される曲面として定義されていてもよい。当該曲面は連続性（Ｇ１連続性、Ｇ２連続性またはＧ３連続性）を有する曲面として定義されていてもよい。例えば、第２基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２がベジエ三角形曲面によって定義される場合、ベジエ三角形曲面の制御ネットの定義域が水平面に張られた三角形メッシュにより定義され、地表から下方に第２指定距離ｄ２だけ離間した点が制御点とされたうえで、三角パッチの連続性が確保されるように第２基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２が定義される。
　そして、施工支援情報生成要素１２４により、第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての施工支援情報が生成され、かつ、遠隔操作装置２０に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ１２４）。
　これにより、例えば、図６Ｃに示されているように、第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２および第１基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２に基づいて単一の複合基準閉曲面ＣＳが定義され、当該単一の複合基準閉曲面の延在態様を表わす情報またはデータが施工支援情報として生成される。具体的には、隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１およびＳ１２が、補間曲面Ｓ００により連続的に接続または複合されることにより単一の新たな第１基準閉曲面として定義される。また、当該新たな第１基準閉曲面（＝Ｓ１１＋Ｓ００＋Ｓ１２）およびこれに隣接する第２基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２が、補間曲面Ｓ０１、Ｓ０２により連続的に接続または複合されることにより単一の複合基準閉曲面ＣＳとして定義される。補間曲面Ｓ００、Ｓ０１およびＳ０２は、Ｂｅｚｉｅｒ曲面および／またはＮＵＲＢＳ曲面などの複数の制御点により定義される曲面として定義されていてもよい。
　第１基準閉曲面Ｓ１１およびこれに隣接する第２基準閉曲面Ｓ２１が、補間曲面Ｓ０１により連続的に接続されることにより第１複合基準閉曲面が定義され、第１基準閉曲面Ｓ１２およびこれに隣接する第２基準閉曲面Ｓ２２が、補間曲面Ｓ０２により連続的に接続されることにより第２複合基準閉曲面が定義され、第１複合基準閉曲面（Ｓ１１＋Ｓ０１＋Ｓ２１）および第２複合基準閉曲面（Ｓ１２＋Ｓ０２＋Ｓ２２）が、補間曲面Ｓ００により連続的に接続または複合されることにより単一の複合基準閉曲面ＣＳが定義されてもよい。
　遠隔操作装置２０において、遠隔無線通信機器２２４を通じて施工支援情報が受信された場合（図４／Ｃ２２）、遠隔制御装置２００により、施工支援情報に応じた施工支援画像が遠隔画像出力装置２２１に出力される（図４／ＳＴＥＰ２２２）。
　これにより、例えば、図５に示されているように、施工対象領域における複合基準閉曲面ＣＳの延在態様を表わす施工支援画像が、環境画像に重畳された形で遠隔画像出力装置２２１に出力される。施工支援情報により表わされる複合基準閉曲面ＣＳの延在態様が世界座標系で定義されているので、複合基準閉曲面ＣＳの延在態様が環境画像座標系に座標変換される。この座標変換のため、作業機械４０の世界座標系における座標値がＧＰＳ等を用いて測定され、実機撮像装置４１２の実機座標系（上部旋回体４２０に対して位置および姿勢が固定された座標系）が、遠隔制御装置２００を構成する記憶装置および／またはデータベース１０２に記憶保持されていてもよい。オペレータは、遠隔画像出力装置２２１に出力された環境画像およびこれに重畳された施工支援画像を見ながら、バケット４４５を動かすように遠隔操作機構２１１を構成する操作レバーを操作することができる。
　そのほか、図７に示されているように、作業機械４０、埋設物Ｅ１、Ｅ２および複合基準閉曲面ＣＳのそれぞれの空間占有態様を表わす３次元モデル画像が施工支援画像として遠隔画像出力装置２２１に出力されてもよい。施工支援情報により表わされる複合基準閉曲面ＣＳの延在態様が世界座標系で定義されているので、作業機械４０の世界座標系における座標値がＧＰＳ等を用いて測定され、遠隔制御装置２００を構成する記憶装置および／またはデータベース１０２に記憶保持されていてもよい。
　遠隔操作装置２０において、遠隔制御装置２００により遠隔操作機構２１１の操作態様が認識され、かつ、遠隔無線通信機器２２４を通じて、当該操作態様に応じた遠隔操作指令が施工支援サーバ１０に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ２２０）。
　遠隔操作支援サーバ１０において、第２基準面認識要素１２２により当該遠隔操作指令が受信された場合、第１基準面認識要素１２１により、当該遠隔操作指令が作業機械４０に対して送信される（図４／Ｃ１４）。
　作業機械４０において、実機制御装置４００により、実機無線通信機器４２２を通じて操作指令が受信された場合（図４／Ｃ４４）、作業機構４４０等の動作が制御される（図４／ＳＴＥＰ４１４）。例えば、バケット４４５により作業機械４０の前方の施工対象領域の土を掘り起こしてすくい、上部旋回体４２０を旋回させたうえで施工対象領域の外にバケット４４５から土を落とす作業が実行される。
　（作用効果）
　当該構成の施工支援システムによれば、施工対象領域における作業機械４０と埋設物Ｅ１、Ｅ２との干渉を回避する必要がある第１施工対象領域（第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２に対応する領域）と、作業機械４０による埋設物との干渉可能性がないものの地表を基準とした施工が必要である第２施工対象領域（第２基準閉曲面Ｅ２１、Ｅ２２に対応する領域）との相対配置態様または混在態様が総合勘案された形で施工支援情報が生成される（図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃ参照）。このため、当該施工支援情報が当該作業機械４０による施工に利用されることにより、施工対象領域における第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械４０による適当な施工が可能になる（図５および図７参照）。
　複数の埋設物Ｅ１、Ｅ２のそれぞれに対応する、隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２が複合された結果としての、連続性（Ｇ１、Ｇ２またはＧ３連続性）を有する単一の新たな第１基準閉曲面（＝Ｓ１１＋Ｓ００＋Ｓ１２）が認識される（図６Ｃ参照）。
　当該構成の採用により、隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１およびＳ１２が複合される際に、当該第１基準閉曲面Ｓ１１およびＳ１２の間隙に存在する地中空間が補間曲面Ｓ００によって補間されることにより、当該間隙における施工基準が定義または明確化された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が作業機械による施工に利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械４０による適当なまたは効率的な施工が可能になる。
　隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１（もしくはＳ１２または（Ｓ１１＋Ｓ００＋Ｓ１２））および第２基準閉曲面Ｓ２１（もしくはＳ２２またはＳ２１およびＳ２２）が複合された結果としての、連続性（Ｇ１、Ｇ２またはＧ３連続性）を有する単一の複合基準閉曲面ＣＳが認識されたうえで施工支援情報が生成される（図６Ｃ参照）。
　当該構成の採用により、隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１（もしくはＳ１２、または（Ｓ１１＋Ｓ００＋Ｓ１２））および第２基準閉曲面Ｓ２１（もしくはＳ２２、またはＳ２１およびＳ２２）が複合される際に、第１基準閉曲面および第２基準閉曲面の間隙に存在する地中空間が補間曲面Ｓ０１（もしくはＳ０２、またはＳ０１およびＳ０２）によって補間されることにより、当該間隙における施工基準が定義または明確化された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が作業機械による施工に利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械４０による適当なまたは効率的な施工が可能になる。
　（本発明の他の実施形態）
　前記実施形態では、施工支援システムが施工支援サーバ１０により構成されていたが、他の実施形態として遠隔操作装置２０および／または作業機械４０により構成されていてもよい。すなわち、埋設物認識要素１２０、第１基準面認識要素１２１、第２基準面認識要素１２２および／または施工支援情報生成要素１２４が、遠隔制御装置２００および／または実機制御装置４００により構成されていてもよい。
　前記実施形態では、第１基準閉曲面および第２基準閉曲面が複合された複合基準閉曲面ＣＳが認識されることにより施工支援情報が生成されたが（図６Ｃ参照）、他の実施形態として、複合基準閉曲面ＣＳの認識処理が省略され、第１基準閉曲面および第２基準閉曲面のそれぞれの空間占有態様のみに応じた施工支援情報が生成されてもよい。前記実施形態では、隣接する少なくとも２つの第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２が複合された結果としての単一の新たな第１基準閉曲面（＝Ｓ１１＋Ｓ００＋Ｓ１２）が認識されたが（図６Ｃ参照）、他の実施形態として当該単一の新たな第１基準閉曲面の認識処理が省略されてもよい。
　前記実施形態では、オペレータによる遠隔操作装置２０を構成する遠隔操作機構２１１の操作を通じて作業機械４０の動作が制御されていたが、他の実施形態としてキャブ４２４に搭乗したオペレータによる実機操作機構４１１の操作を通じて作業機械４０の動作が制御されてもよい。この場合、施工支援サーバ１０から施工支援情報が該当する作業機械４０に送信され（図４／ＳＴＥＰ１２２参照）、実機出力インターフェース４２を構成する、キャブ４２４の内部に配置された実機画像出力装置に施工支援画像が出力されてもよい（図５および図７参照）。また、遠隔操作装置２０が省略されてもよい。
　施工支援情報生成要素１２４が、施工支援情報を作業機械４０または実機制御装置４００に送信することにより、当該実機制御装置に作業機械４０の動作を制御させてもよい。第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて、動作が自動制御される作業機械４０による適当なまたは効率的な施工が可能になる。
　施工支援情報生成要素１２４が、少なくとも２つの第１基準閉曲面の隣接方向と、作業機械４０の作業機構４４０またはバゲット４４５の施工対象領域における動作方向と、のなす角度θに応じて、曲率の変化態様が異なる新たな第１基準閉曲面を認識することにより施工支援情報を生成してもよい。
　例えば、図８に示されているように、施工対象領域のｘ－ｚ平面に平行な地中断面において、複数の埋設物Ｅ１～Ｅ５のそれぞれに対応する複数の第１基準閉曲面Ｓ１１～Ｓ１５が認識された状況について考える。この状況で、作業機構４４０の施工対象領域における動作方向（バケット４４５を動かす方向）がｘ方向である場合（θ＝０°である場合）、図８に一点鎖線で示されているようにｘ方向について曲率変化（累積値）が比較的小さい単一の第１基準閉曲面ＣＣＳ１が認識される。その一方、この状況で、作業機構４４０の施工対象領域における動作方向がｙ方向である場合（θ＝９０°である場合）、図８に二点鎖線で示されているようにｘ方向について曲率変化（累積値）が比較的大きい単一の第１基準閉曲面ＣＣＳ２が認識される。この実施例では、単一の第１基準閉曲面の曲率変化の累積値がθ（０°≦θ≦９０°）の増加関数になるように、当該単一の第１基準閉曲面が定義されている。当該θの関数として、増加関数のほか、減少関数または増減する関数が採用されてもよい。
　当該構成の施工支援システムによれば、隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１～Ｓ１５に対応する隣接する第１施工対象領域の相対配置態様に加えて、作業機械４０または作業機構４４０の動作特性が勘案された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に加えて、作業機械４０または作業機構４４０の動作特性に鑑みて、当該作業機械４０による適当なまたは効率的な施工が可能になる。
　施工支援情報生成要素１２４が、第１基準閉曲面および第２基準閉曲面の隣接方向と、作業機械４０の施工対象領域における動作方向と、のなす角度に応じて、曲率の変化態様が異なる複合基準閉曲面を認識することにより施工支援情報を生成してもよい。
　当該構成の施工支援システムによれば、隣接する第１基準閉曲面および第２基準閉曲面のそれぞれに対応する隣接する第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様に加えて、作業機械４０または作業機構４４０の動作特性が勘案された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に加えて、作業機械４０または作業機構４４０の動作特性に鑑みて、当該作業機械４０による適当なまたは効率的な施工が可能になる。
　前記構成の施工支援システムにおいて、
　前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準面認識要素により認識された、隣接する前記第１基準閉曲面が複合された結果としての、連続性を有する単一の第１基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
ことが好ましい。
　当該構成の施工支援システムによれば、隣接する第１基準閉曲面が複合される際に、当該第１基準閉曲面の間隙に存在する地中空間が補間されることにより、当該間隙における施工基準が定義または明確化された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が作業機械による施工に利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。
　前記構成の施工支援システムにおいて、
　前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準閉曲面の隣接方向と、前記作業機械または当該作業機械を構成する作業機構の前記施工対象領域における動作方向と、のなす角度に応じて、曲率の変化態様が異なる前記単一の第１基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
ことが好ましい。
　当該構成の施工支援システムによれば、隣接する第１基準閉曲面に対応するりんせつする第１施工対象領域の相対配置態様に加えて、作業機械または作業機構の動作特性が勘案された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に加えて、作業機械または作業機構の動作特性に鑑みて、当該作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。
　前記構成の施工支援システムにおいて、
　前記施工支援情報生成要素が、隣接する前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての、連続性を有する単一の複合基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
ことが好ましい。
　当該構成の施工支援システムによれば、隣接する第１基準閉曲面および第２基準閉曲面が複合される際に、当該第１基準閉曲面および当該第２基準閉曲面の間隙に存在する地中空間が補間されることにより、当該間隙における施工基準が定義または明確化された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が作業機械による施工に利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。
　前記構成の施工支援システムにおいて、
　前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面の隣接方向と、前記作業機械または当該作業機械を構成する作業機構の前記施工対象領域における動作方向と、のなす角度に応じて、曲率の変化態様が異なる前記複合基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
ことが好ましい。
　当該構成の施工支援システムによれば、隣接する第１基準閉曲面および第２基準閉曲面のそれぞれに対応する隣接する第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様に加えて、作業機械または作業機構の動作特性が勘案された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に加えて、作業機械または作業機構の動作特性に鑑みて、当該作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。
　前記構成の施工支援システムにおいて、
　前記施工支援情報生成要素が、前記施工支援情報を制御装置に送信することにより、前記制御装置に前記作業機械の動作を制御させる
ことが好ましい。
　当該構成の施工支援システムによれば、施工支援情報が制御装置による作業機械の動作の制御に利用されることにより、（当該制御に要する演算処理負荷の軽減を図りながら、）第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。
　前記構成の施工支援システムにおいて、
　前記施工支援情報生成要素が、前記施工支援情報またはこれに応じた施工支援画像を操作装置（実機操作装置・遠隔操作装置）に送信することにより、前記操作装置を構成する出力インターフェースに前記施工支援画像を出力させる
ことが好ましい。
　当該構成の施工支援システムによれば、施工支援情報に応じた施工支援画像が操作装置を構成する出力インターフェースに出力されることにより、オペレータによる当該操作装置を通じた作業機械の操作が支援される。これにより、（当該施工支援画像の出力制御に要する演算処理負荷の軽減を図りながら、）第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。
１０‥施工支援サーバ、２０‥遠隔操作装置、４０‥作業機械、１０２‥データベース、１２０‥埋設物認識要素、１２１‥第１基準面認識要素、１２２‥第２基準面認識要素、１２４‥施工支援情報生成要素、２００‥遠隔制御装置、２１０‥遠隔入力インターフェース、２１１‥遠隔操作機構、２２０‥遠隔出力インターフェース、２２１‥遠隔画像出力装置、２２２‥遠隔音響出力装置、４００‥実機制御装置、４１‥実機入力インターフェース、４２‥実機出力インターフェース、４２４‥キャブ（運転室）、４４０‥作業機構、４４５‥バケット（作業部）、ＣＳ‥複合基準閉曲面、Ｅ１、Ｅ２‥埋設物、Ｓ００、Ｓ０１、Ｓ０２‥補間曲面、Ｓ１１、Ｓ１２‥第１基準閉曲面、Ｓ２１、Ｓ２２‥第２基準閉曲面。

Claims (8)

  1. 　作業機械による施工対象領域における地中の埋設物の空間占有態様を認識する埋設物認識要素と、
    　前記埋設物認識要素により認識された前記埋設物の空間占有態様に基づき、前記埋設物の上方から覆うように地中に延在している第１基準閉曲面を認識する第１基準面認識要素と、
    　前記施工対象領域の地表から下方に離間し、かつ、前記第１基準閉曲面から水平方向に離間して地中に延在している第２基準閉曲面を認識する第２基準面認識要素と、
    　前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての、前記作業機械による前記施工対象領域の施工を支援するための施工支援情報を生成する施工支援情報生成要素と、
    を備えている施工支援システム。
  2. 　請求項１に記載の施工支援システムにおいて、
    　前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準面認識要素により認識された、隣接する前記第１基準閉曲面が複合された結果としての、連続性を有する単一の第１基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
    施工支援システム。
  3. 　請求項２に記載の施工支援システムにおいて、
    　前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準閉曲面の隣接方向と、前記作業機械または当該作業機械を構成する作業機構の前記施工対象領域における動作方向と、のなす角度に応じて、曲率の変化態様が異なる前記単一の第１基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
    施工支援システム。
  4. 　請求項１～３のうちいずれか１項に記載の施工支援システムにおいて、
    　前記施工支援情報生成要素が、隣接する前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての、連続性を有する単一の複合基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
    施工支援システム。
  5. 　請求項４に記載の施工支援システムにおいて、
    　前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面の隣接方向と、前記作業機械または当該作業機械を構成する作業機構の前記施工対象領域における動作方向と、のなす角度に応じて、曲率の変化態様が異なる前記複合基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
    施工支援システム。
  6. 　請求項１～５のうちいずれか１項に記載の施工支援システムにおいて、
    　前記施工支援情報生成要素が、前記施工支援情報を制御装置に送信することにより、前記制御装置に前記作業機械の動作を制御させる
    施工支援システム。
  7. 　請求項１～６のうちいずれか１項に記載の施工支援システムにおいて、
    　前記施工支援情報生成要素が、前記施工支援情報またはこれに応じた施工支援画像を操作装置に送信することにより、前記操作装置を構成する出力インターフェースに前記施工支援画像を出力させる
    施工支援システム。
  8. 　作業機械による施工対象領域における地中の埋設物の空間占有態様を認識する埋設物認識過程と、
    　前記埋設物認識過程において認識された前記埋設物の空間占有態様に基づき、前記埋設物の上方から覆うように地中に延在している第１基準閉曲面を認識する第１基準面認識過程と、
    　前記施工対象領域の地表から下方に離間し、かつ、前記第１基準閉曲面から水平方向に離間して地中に延在している第２基準閉曲面を認識する第２基準面認識過程と、
    　前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての、前記作業機械による前記施工対象領域の施工を支援するための施工支援情報を生成する施工支援情報生成過程と、
    を含んでいる施工支援方法。
     
     
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