WO2023084794A1 - 管路位置取得装置、管路位置取得方法及びプログラム - Google Patents

管路位置取得装置、管路位置取得方法及びプログラム Download PDF

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WO2023084794A1
WO2023084794A1 PCT/JP2021/041974 JP2021041974W WO2023084794A1 WO 2023084794 A1 WO2023084794 A1 WO 2023084794A1 JP 2021041974 W JP2021041974 W JP 2021041974W WO 2023084794 A1 WO2023084794 A1 WO 2023084794A1
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WO
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pipeline
unit
heavy equipment
arm
heavy
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/041974
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English (en)
French (fr)
Inventor
勇祐 吉村
陽 伊藤
琢也 石川
Original Assignee
日本電信電話株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to PCT/JP2021/041974 priority Critical patent/WO2023084794A1/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant

Definitions

  • the present disclosure relates to a pipeline position acquisition device, a pipeline position acquisition method, and a program.
  • Patent Document 1 in order to acquire the coordinates of an underground pipeline, the coordinates of the pipeline are acquired using a GNSS (Global Navigation Satellite System) and a stereo camera before the pipeline is buried in the ground. is disclosed.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the purpose of the present disclosure which has been made in view of such circumstances, is to improve the technique of grasping the position of buried pipelines.
  • a pipeline position acquisition device includes a communication unit that communicates with a heavy machine that includes an arm unit that is connected to an excavating unit that excavates a trench in the ground, and an arm that indicates the ground clearance of the arm unit via the communication unit. Height information is acquired, and when the ground clearance of the arm unit is less than a predetermined value, heavy machinery position information indicating the position of the heavy machinery is acquired through the communication unit, and based on the heavy machinery position information and a control unit that acquires pipeline position information indicating the position of the pipeline laid in the groove.
  • a pipeline position acquisition method is a pipeline position acquisition method executed by a pipeline position acquisition device including a communication unit, and includes an arm unit connected to an excavation unit that excavates a trench in the ground. a communication step of communicating with a heavy machine; acquiring arm height information indicating the ground clearance of the arm through the communication unit; through the communication unit, and acquires pipeline position information representing the position of the pipeline laid in the trench based on the heavy machinery position information.
  • program according to the present disclosure causes the computer to function as the conduit position acquisition device according to the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a system according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. It is a figure for demonstrating excavation operation of a heavy machine. It is a figure for demonstrating the positioning part of heavy machinery.
  • Figure 4 shows a cross-section along line C1-C2 of Figure 3 immediately after the trench has been excavated;
  • FIG. 4 is a view showing a cross section taken along line C1-C2 of FIG. 3 when a pipeline is laid vertically in one stage in a groove;
  • FIG. 4 is a view showing a cross section taken along line C1-C2 of FIG. 3 when pipe lines are laid vertically in two stages in grooves;
  • FIG. 2 illustrates operation of a system according to an embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 2 illustrates operation of a system according to an embodiment of the present disclosure;
  • the system 1 includes a heavy machine 10 and a pipeline position acquisition device 20 .
  • the heavy machinery 10 and the conduit position acquisition device 20 are communicably connected to a network 30 including, for example, the Internet and a mobile communication network.
  • the heavy machine 10 is, for example, a trencher, but is not limited to this, and may be any heavy machine that excavates the ground for laying the pipeline P, such as a bulldozer.
  • the number of heavy machines 10 provided in the system 1 may be determined arbitrarily.
  • the heavy equipment 10 is operated by a driver in this embodiment, the operation may be automated at any level.
  • the level of automation is, for example, one of level 1 to level 5 in the SAE (Society of Automotive Engineers) classification.
  • the heavy equipment 10 includes an excavating section 16 that excavates a trench 40 in the ground and an arm section 15 connected to the excavating section, as described below.
  • the conduit position acquisition device 20 is a computer such as a server belonging to a cloud computing system or other computing system.
  • the pipeline position acquisition device 20 can communicate with the heavy equipment 10 via the network 30 .
  • the network 30 includes the Internet, at least one WAN (Wide Area Network), at least one MAN (Metropolitan Area Network), or any combination thereof.
  • Network 30 may include at least one wireless network, at least one optical network, or any combination thereof.
  • the wireless network is, for example, an ad-hoc network, a cellular network, a wireless LAN (local area network), a satellite communication network or a terrestrial microwave network.
  • a pipeline location acquisition device 20 communicates with a heavy machine 10 that includes an arm portion 15 connected to an excavator 16 that excavates a trench 40 in the ground.
  • the pipeline position acquisition device 20 acquires arm height information indicating the ground clearance of the arm unit 15, and acquires heavy equipment position information indicating the position of the heavy equipment 10 when the ground clearance of the arm unit 15 is less than a predetermined value. do.
  • the pipeline position acquisition device 20 acquires pipeline position information indicating the position of the pipeline P laid in the trench 40 based on the heavy equipment position information.
  • the groove 40 is a groove for burying equipment including the pipeline P.
  • the excavation position and the excavation depth D of the trench 40 are determined in advance according to the burying plan of the pipeline P connecting the manholes.
  • a pipeline P is a pipeline into which a communication cable, a power cable, or the like is inserted.
  • the pipeline P is not limited to this, and may be a water pipe, a gas pipe, or the like.
  • the “heavy equipment position information” includes information indicating the position of the heavy equipment 10 in three-dimensional coordinates and information indicating the azimuth angle in which the heavy equipment 10 is traveling. Coordinates specifically include latitude, longitude or altitude.
  • “Arm height information” is information indicating the ground clearance of the arm section 15 of the heavy equipment 10 .
  • the ground clearance specifically means the height from the ground to the lower end of the arm portion 15 at a predetermined position.
  • the control unit 11 may acquire the ground clearance of the arm unit 15 by calculating it from a control value acquired when controlling the operation of the arm unit 15, or by using an accelerometer and an angular velocity It may be obtained by calculating from the amount of motion detected by an arbitrary sensor such as a meter.
  • the altitude measured by the GNSS receiver provided in the arm section 15 may be included in the arm height information as the ground clearance of the arm section 15 .
  • “Pipe position information" includes information indicating the position of the pipe P in three-dimensional coordinates. As described below, the pipeline position acquisition device 20 calculates pipeline position information based on the heavy machinery position information.
  • X1, X2, and X3 in FIG. 2 indicate respective stages of operation of the heavy equipment 10, X1 being the stage when the heavy equipment 10 is proceeding to the excavation site, and X2 being the stage when the heavy equipment 10 is digging a trench 40 in the ground.
  • X3 indicate the stage when the mining is finished and the heavy machine 10 moves away from the mining site. At stage X2, when the heavy machine 10 reaches the excavation site, it drives the excavation unit 16 .
  • the arm portion 15 of the heavy machine 10 is lowered in the direction of the black arrow so that the excavating portion 16 can excavate the trench 40 while being in contact with the ground.
  • the ground clearance of the arm portion 15 of the heavy equipment 10 becomes less than a predetermined value
  • acquisition of the heavy equipment position information of the heavy equipment 10 is started, and the acquired heavy equipment position information is transferred to the pipeline. It is transmitted to the position acquisition device 20 .
  • the heavy machine 10 advances a predetermined distance while excavating the trench 40 .
  • the traveling distance may be determined in advance according to the construction plan of the pipeline P.
  • the heavy machine 10 When the heavy machine 10 reaches the position where the excavation of the trench 40 is completed, it raises the arm portion 15 again to separate the excavation portion 16 from the ground as indicated by the stage X3 in FIG. At this time, as described below, when the ground clearance of the arm portion 15 of the heavy machine 10 reaches or exceeds a predetermined value, the acquisition of the heavy machine position information of the heavy machine 10 is terminated. In this way, the acquisition of the heavy equipment position information of the heavy equipment 10 is performed only during the stage X2 in FIG. will be
  • the heavy equipment position information of the heavy equipment 10 is automatically acquired simply by excavating the trench, and the pipeline position information can be acquired based on the heavy equipment position information. Therefore, it is possible to improve the technique of grasping the position of the pipeline to be buried.
  • the heavy equipment 10 includes a control unit 11 , a storage unit 12 , a communication unit 13 , a positioning unit 14 , an arm unit 15 and an excavation unit 16 .
  • Each unit of the heavy machinery 10 may be connected to communicate with each other by an in-vehicle network such as CAN (Controller Area Network).
  • CAN Controller Area Network
  • the control unit 11 is realized by a control arithmetic circuit (controller).
  • the control arithmetic circuit may be configured by dedicated hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field-Programmable Gate Array), or may be configured by a processor, or may include both.
  • the processor is, but not limited to, a general-purpose processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit), or a dedicated processor specialized for specific processing.
  • An ECU (Electronic Control Unit) mounted on the heavy equipment 10 may function as the control unit 11 .
  • the control unit 11 controls the operation of the heavy machinery 10 as a whole.
  • the control unit 11 can control the arm unit 15 and the excavating unit 16 so as to excavate the trench 40 at a preset excavating depth D.
  • the storage unit 12 includes one or more memories.
  • the memory is, for example, a semiconductor memory, a magnetic memory, an optical memory, or the like, but is not limited to these.
  • Each memory included in the storage unit 12 may function, for example, as a main memory device, an auxiliary memory device, or a cache memory.
  • the storage unit 12 stores arbitrary information used for the operation of the heavy equipment 10 .
  • the information stored in the storage unit 12 may be updateable with information acquired from the network 30 via the communication unit 13, for example.
  • the communication unit 13 includes one or more communication interfaces that connect to the network 30.
  • the communication interface is, for example, an interface compatible with mobile communication standards such as LTE, 4G standards, or 5G standards.
  • an in-vehicle communication device such as a DCM (Data Communication Module) may function as the communication unit 13 .
  • the communication unit 13 receives information used for the operation of the heavy machinery 10 and transmits information obtained by the operation of the heavy machinery 10 .
  • the heavy equipment 10 communicates with the pipeline position acquisition device 20 via the communication unit 13 and the network 30 .
  • the positioning unit 14 includes at least one GNSS receiver.
  • GNSS includes, for example, GPS (Global Positioning System), QZSS (Quasi-Zenith Satellite System), BeiDou, GLONASS (Global Navigation Satellite System), and at least one of Galileo.
  • the positioning unit 14 acquires the latitude ⁇ 1, longitude L1, and altitude Z1 of the heavy equipment 10 and the azimuth angle ⁇ 1 in which the heavy equipment 10 is traveling, and outputs them to the control unit 11 as heavy equipment position information.
  • the positioning unit 14 may include a sensor such as an electronic compass, and detect the azimuth angle ⁇ 1 using the electronic compass.
  • FIG. 3 shows an example of positions where the positioning unit 14 is provided.
  • the positioning unit 14 may be provided anywhere on the heavy equipment 10, but in order to facilitate calculation of the position of the pipeline P and reception of radio waves from the GNSS, which will be described below, It is desirable to be provided at a position on an extension line along the longitudinal direction.
  • the arm section 15 connects the body section of the heavy equipment 10 and the excavation section 16 .
  • Arm portion 15 is controlled by control portion 11 .
  • the arm portion 15 can change the vertical height of the excavating portion 16 in order to press the excavating portion 16 against the ground.
  • the excavating unit 16 is a chainsaw type cutter in this embodiment, it is not limited to this, and an arbitrary cutter such as a drum cutter may be incorporated according to the width or excavating depth D of the groove 40 .
  • Arm 15 and excavator 16 can be driven hydraulically or electrically.
  • the conduit position acquisition device 20 includes a control section 21 , a storage section 22 , a communication section 23 , an input section 24 and an output section 25 .
  • the control unit 21 is implemented by a control arithmetic circuit (controller).
  • the control arithmetic circuit may be composed of dedicated hardware such as ASIC or FPGA, or may be composed of a processor, or may be composed of both.
  • the processor is, but not limited to, a general-purpose processor such as a CPU or GPU, or a dedicated processor specialized for specific processing.
  • the control unit 21 executes processing related to the operation of the pipeline position acquisition device 20 while controlling each component of the pipeline position acquisition device 20 .
  • the control unit 21 can transmit and receive information to and from external devices via the communication unit 23 and the network 30 .
  • the storage unit 22 includes one or more memories.
  • the memory is, for example, a semiconductor memory, a magnetic memory, an optical memory, or the like, but is not limited to these.
  • Each memory included in the storage unit 22 may function, for example, as a main memory device, an auxiliary memory device, or a cache memory.
  • the storage unit 22 stores arbitrary information used for the operation of the pipeline position acquisition device 20 .
  • the information stored in the storage unit 22 may be updateable with information acquired from the network 30 via the communication unit 23, for example.
  • the storage unit 22 does not necessarily have to be provided inside the pipeline position acquisition device 20 , and may be configured to be provided outside the pipeline position acquisition device 20 .
  • the storage unit 22 stores pipeline position information indicating the position of the pipeline P calculated by the control unit 21 as described below.
  • the storage unit 22 stores positioning unit information indicating the horizontal distance S from the positioning unit 14 to the end of the excavating unit 16 opposite to the main body of the heavy machine 10 and the ground clearance T of the positioning unit 14 .
  • FIG. 3 shows locations corresponding to the distance S and the ground clearance T. As shown in FIG. The distance S may be set for each excavation depth D at which the excavator 16 excavates the groove 40 .
  • the positioning unit information may be stored in association with identification information that identifies the heavy equipment 10 .
  • the storage unit 22 further stores an excavation depth D of the trench 40 excavated by the heavy equipment 10, a height D1 of the bed sand 50 laid in the trench 40, an outer diameter D2 of the pipeline P laid in the trench 40, and Laying information including the number of stages E of the pipeline P and the height D3 of the pipeline spacer is stored.
  • the pipeline spacer is a support member that is inserted between the pipeline P in the upper stage and the pipeline P in the lower stage to maintain the interval between the pipelines P when the pipeline P has two or more stages.
  • FIG. 4A, 4B and 4C each show a cross section of the groove 40 in FIG. 3 along the line C1-C2.
  • FIG. 4A shows the state immediately after the trench 40 is excavated at the excavation depth D by the heavy equipment 10 .
  • FIGS. 4B and 4C show a state in which the sand 50 and the pipeline P are laid in the trench 40.
  • FIG. 4B shows an example of the cross section of the groove 40 when the pipeline P is laid vertically in one stage
  • FIG. 4C shows the groove 40 when the pipeline P is laid vertically in two stages. shows an example of a cross section of As shown in FIGS.
  • the pipelines P are laid side by side in two rows in the lateral direction of the groove 40, that is, in the X-axis direction. It is not limited to this.
  • the asterisks in FIGS. 4B and 4C represent examples of specific positions indicated by latitude ⁇ 2, longitude L2, and altitude Z2 calculated as the position of pipeline P, which will be described below.
  • the installation information may be stored in association with identification information for identifying the pipeline P.
  • the laying information is not limited to this, and may include arbitrary information related to laying of the pipeline P, such as a protective member for the pipeline P.
  • the communication unit 23 includes one or more communication interfaces that connect to the network 30.
  • the communication interface corresponds to, for example, a mobile communication standard, a wired LAN standard, or a wireless LAN standard, but is not limited to these, and may correspond to any communication standard.
  • the communication unit 23 receives information used for the operation of the pipeline position acquisition device 20 and transmits information obtained by the operation of the pipeline position acquisition device 20 .
  • the pipeline position acquisition device 20 communicates with the heavy equipment 10 via the communication unit 23 and the network 30 .
  • the input unit 24 includes at least one input interface.
  • the input interface is, for example, a physical key, a capacitive key, a pointing device, a touch screen integrated with the display, or a microphone.
  • the input unit 24 receives an operation of inputting data used for the operation of the pipeline position acquisition device 20 .
  • the input unit 24 may be connected to the pipeline position acquisition device 20 as an external input device instead of being provided in the pipeline position acquisition device 20 .
  • any method such as USB (Universal Serial Bus), HDMI (High-Definition Multimedia Interface) (registered trademark), or Bluetooth (registered trademark) can be used.
  • the output unit 25 includes at least one output interface.
  • the output interface is, for example, a display or speaker.
  • the display is, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electro Luminescence) display.
  • the output unit 25 outputs data obtained by the operation of the pipeline position acquisition device 20 .
  • the output unit 25 may be connected to the pipeline position acquisition device 20 as an external output device instead of being provided in the pipeline position acquisition device 20 .
  • any method such as USB, HDMI (registered trademark), or Bluetooth (registered trademark) can be used.
  • the control unit 21 receives arm height information indicating the ground clearance of the arm unit 15 from the heavy machinery 10 via the communication unit 23 .
  • the control unit 21 determines whether the ground clearance of the arm unit 15 is less than a predetermined value.
  • the predetermined value is the ground clearance of the arm portion 15 when the excavating portion 16 connected to the arm portion 15 begins to excavate the ground and form the trench 40 , and may be arbitrarily set according to the heavy equipment 10 .
  • the control section 21 transmits a signal to the heavy machinery 10 instructing it to start acquiring the heavy machinery position information.
  • the control unit 21 may transmit the signal after a predetermined time has elapsed since it was determined that the ground clearance of the arm unit 15 is less than a predetermined value.
  • the predetermined time may be arbitrarily set by the user. As a result, the signal can be sent after the heavy equipment 10 certainly starts excavating the trench 40 .
  • the control unit 11 of the heavy machinery 10 Upon receiving the signal, the control unit 11 of the heavy machinery 10 acquires the latitude ⁇ 1, longitude L1, altitude Z1, and azimuth angle ⁇ 1 of the heavy machinery 10 as heavy machinery position information. Specifically, the positioning unit 14 is controlled to detect and output the latitude ⁇ 1, longitude L1 and altitude Z1 of the heavy machinery 10 and the azimuth angle ⁇ 1 toward which the heavy machinery 10 is facing. The control unit 11 transmits heavy equipment position information to the pipeline position acquisition device 20 . The control unit 21 of the pipeline position acquisition device 20 acquires the heavy machinery position information by receiving it from the heavy machinery 10 .
  • the control unit 21 refers to the positioning unit information stored in the storage unit 22, and obtains the ground clearance T of the positioning unit 14 of the heavy equipment 10 and the position of the excavating unit 16 opposite to the main body of the heavy equipment 10 from the positioning unit 14 of the heavy equipment 10. Read out the horizontal distance S to the end of the side.
  • the control unit 21 calculates the position of the pipeline P using the heavy equipment position information acquired from the heavy equipment 10 and the ground clearance T and the distance S read from the storage unit 22 .
  • the control unit 21 calculates the latitude ⁇ 2 and the longitude L2 of the pipeline P using the Vincenty method.
  • the Vincenty method is described in Reference 1 below and is well known, so a detailed description is omitted. Without being limited to this, the control unit 21 may calculate the position of the pipeline P using any method such as the Karney method or Hubeny's formula. (Reference 1) T. Vincenty, “Direct And Inverse Solutions of Geodesics On The Ellipsoid With Application of Nested Equations”, Survey Review XXII, 176, April 1975
  • the control unit 21 may be able to determine which method to use to calculate the position of the conduit P, for example, according to an instruction from the user.
  • the control unit 21 may calculate the position of the pipeline P by using the Vincenty method if the calculation is desired to be performed with higher accuracy, or using the Hubeny's formula if the calculation is to be performed with a higher calculation speed.
  • the control unit 21 may calculate the position of the conduit P by averaging the results calculated using a plurality of methods.
  • the control unit 21 sequentially performs the following calculations by the Vincenty method.
  • the earth is assumed to be a spheroid according to WGS (World Geodetic System) 84, and the equatorial radius, oblateness, and minor axis radius of the earth are set.
  • WGS World Geodetic System
  • a is the major axis radius (equatorial radius)
  • f is the flatness
  • b (1-f)
  • a is the minor axis radius (polar radius)
  • ⁇ 1 is the latitude of the heavy equipment 10
  • ⁇ 2 is the pipeline.
  • the control unit 21 stores the values calculated from the above equations 11 and 15, that is, the latitude ⁇ 2 and the longitude L2 of the pipeline P in the storage unit 22 as pipeline position information.
  • the control unit 21 refers to the laying information stored in the storage unit 22, and determines the excavation depth D of the trench 40 excavated by the excavator 16 of the heavy machine 10, the height D1 of the bed sand 50 laid in the trench 40, The outer diameter D2 of the pipeline P laid in the groove 40, the number of stages E of the pipeline P, and the height D3 of the pipeline spacer are read.
  • the control unit 21 calculates the altitude Z2 of the pipeline P by calculating the following equation 17.
  • T indicates the ground clearance T of the positioning section 14 of the heavy equipment 10 read with reference to the positioning section information.
  • [Number 17] Z2 Z1-T-D+D1+D2+(D2+D3) ⁇ (E-1) (17)
  • the control unit 21 calculates the value Z1 ⁇ TD+D1+D2 based on the above equation 17 as the pipeline position information indicating the altitude Z2 of the pipeline. , and stored in the storage unit 22 .
  • conduit position information indicating the altitude Z2 of P.
  • control unit 21 may calculate the altitude Z2 of the pipeline P using arbitrary information included in the installation information.
  • the asterisks in FIGS. 4B and 4C represent specific positions indicated by the latitude ⁇ 2, longitude L2, and altitude Z2 of the pipeline P calculated as described above.
  • the position is between pipelines aligned in the lateral direction, and is the position of the end in the upward direction of pipeline P, but is not limited to this. Any position can be set.
  • the control unit 21 associates the latitude ⁇ 2, the longitude L2, and the altitude Z2 of the pipeline P calculated as described above with, for example, identification information for identifying the pipeline P, and stores them in the storage unit 22 as pipeline position information. you can This makes it easier for the user to refer to the information indicating the position of the pipeline P of interest.
  • the control unit 21 may display the pipeline position information to the user via the output unit 25 or may transmit the information to an external device such as a user's terminal device via the communication unit 23 .
  • the control unit 21 again determines whether the ground clearance of the arm unit 15 of the heavy equipment 10 is less than the predetermined value.
  • the control unit 21 determines that the ground clearance of the arm unit 15 indicated by the arm height information acquired by receiving from the heavy machinery 10 is equal to or greater than a predetermined value
  • the control unit 21 instructs the heavy machinery 10 to finish acquisition of the heavy machinery position information.
  • Send a signal The control unit 11 of the heavy equipment 10 that has received the signal controls the positioning unit 14 to end the acquisition of the heavy equipment position information.
  • ⁇ Program> It is also possible to use a computer capable of executing program instructions in order to function as the conduit position acquisition device 20 described above.
  • the computer may be a general-purpose computer, a dedicated computer, a workstation, a PC (Personal Computer), an electronic notepad, or the like.
  • Program instructions may be program code, code segments, etc. for performing the required tasks.
  • a computer includes a processor, a storage unit, an input unit, an output unit, and a communication interface.
  • the processor is a CPU, MPU (Micro Processing Unit), GPU, DSP (Digital Signal Processor), SoC (System on a Chip), etc., and may be composed of multiple processors of the same or different types.
  • the processor reads a program from the storage unit and executes it, thereby controlling the above components and performing various kinds of arithmetic processing. Note that at least part of these processing contents may be realized by hardware.
  • the input unit is an input interface that receives user's input operations and acquires information based on the user's operations, and includes a pointing device, keyboard, mouse, and the like.
  • the output unit is an output interface that outputs information, such as a display and a speaker.
  • a communication interface is an interface for communicating with an external device.
  • the program may be recorded on a computer-readable recording medium.
  • the recording medium on which the program is recorded may be a non-transitory recording medium.
  • the non-transitory recording medium is not particularly limited, but may be, for example, a CD-ROM, a DVD-ROM, a USB memory, or the like.
  • this program may be downloaded from an external device via a network.
  • step S ⁇ b>1 the heavy machinery 10 advances to the excavation site, and when it reaches the excavation site, it starts excavating the trench 40 .
  • step S2 the control unit 11 of the heavy machinery 10 acquires arm height information indicating the ground clearance of the arm unit 15.
  • the control unit 11 may acquire the ground clearance of the arm unit 15 by calculating it from a control value acquired when controlling the operation of the arm unit 15, or by using an accelerometer and an angular velocity It may be obtained by calculating from the amount of motion detected by an arbitrary sensor such as a meter.
  • step S ⁇ b>3 the control unit 11 transmits arm height information to the conduit position acquisition device 20 .
  • step S4 the control unit 21 of the conduit position acquisition device 20 acquires arm height information by receiving it from the heavy machinery 10.
  • step S5 the control unit 21 determines whether the ground clearance of the arm unit 15 of the heavy equipment 10 is less than a predetermined value. When it is determined that the ground clearance of the arm portion 15 is equal to or greater than the predetermined value, the operation of the control portion 21 returns to step S4. When it is determined that the ground clearance of the arm portion 15 is less than the predetermined value, the operation of the control portion 21 proceeds to step S6.
  • step S6 the control unit 21 transmits a signal to the heavy machinery 10 instructing it to start acquiring the heavy machinery position information.
  • the control unit 21 may transmit the signal after a predetermined time has elapsed since it was determined that the ground clearance of the arm unit 15 is less than a predetermined value.
  • step S7 the control unit 11 of the heavy equipment 10 receives a signal from the pipeline position acquisition device 20.
  • step S8 the control unit 11 acquires the latitude ⁇ 1, longitude L1, altitude Z1, and azimuth angle ⁇ 1 of the heavy machinery 10 as heavy machinery position information. Specifically, the positioning unit 14 is controlled to detect and output the latitude ⁇ 1, longitude L1 and altitude Z1 of the heavy machinery 10 and the azimuth angle ⁇ 1 toward which the heavy machinery 10 is facing.
  • step S ⁇ b>9 the control unit 11 transmits the acquired heavy equipment position information to the pipeline position acquisition device 20 .
  • step S ⁇ b>10 the control unit 21 of the pipeline position acquisition device 20 acquires the heavy machinery position information by receiving it from the heavy machinery 10 .
  • step S ⁇ b>11 the control unit 21 refers to the positioning unit information stored in the storage unit 22 , and obtains the ground clearance T of the positioning unit 14 of the heavy equipment 10 and , and the horizontal distance S to the opposite end of the body.
  • step S12 of FIG. 5B the control unit 21 calculates the position of the pipeline P using the heavy equipment position information acquired from the heavy equipment 10 and the ground clearance T and distance S read from the storage unit 22.
  • the control unit 21 calculates the latitude ⁇ 2 and the longitude L2 of the pipeline P using the Vincenty method. Specifically, the control unit 21 calculates the latitude ⁇ 2 and the longitude L2 of the pipeline P by performing the calculations of the above equations 1 to 16. Thus, the control unit 21 calculates the latitude ⁇ 2 and the longitude L2 of the pipeline P based on the latitude ⁇ 1 and the longitude L1 of the heavy equipment 10 .
  • the control unit 21 stores the calculated latitude ⁇ 2 and longitude L2 of the pipeline P in the storage unit 22 as pipeline position information.
  • step S13 the control unit 21 refers to the laying information stored in the storage unit 22, and determines the excavation depth D of the trench 40 excavated by the heavy equipment 10, the height D1 of the bed sand 50 laid in the trench 40, The outer diameter D2 of the pipeline P to be laid in the pipe, the number of stages E of the pipeline P, and the height D3 of the pipeline spacer are read out.
  • step S14 the control unit 21 calculates the altitude Z2 of the pipeline P by calculating the above equation 17. In this way, the control unit 21 subtracts the ground clearance of the positioning unit 14 and the excavation depth D by the excavation unit 16 from the altitude of the heavy equipment 10, and furthermore, the height D1 of the bed sand 50 laid in the trench 40 and the pipeline
  • the altitude of the pipeline P is calculated by adding the outer diameter D2 of P.
  • the control unit 21 stores the calculated altitude Z2 of the pipeline P in the storage unit 22 as pipeline position information.
  • control unit 21 acquires pipeline position information indicating the position of the pipeline P laid in the trench 40 based on the heavy equipment position information.
  • step S15 the control unit 21 again determines whether the ground clearance of the arm unit 15 of the heavy equipment 10 is less than the predetermined value. When it is determined that the ground clearance of the arm portion 15 is less than the predetermined value, the operation of the control portion 21 returns to step S6. When it is determined that the ground clearance of the arm portion 15 is equal to or greater than the predetermined value, the operation of the control portion 21 proceeds to step S16.
  • step S16 the control unit 21 transmits a signal to the heavy machinery 10 instructing it to stop acquiring the heavy machinery position information.
  • step S ⁇ b>17 the control unit 11 of the heavy equipment 10 receives a signal from the pipeline position acquisition device 20 .
  • the control unit 11 finishes acquiring the heavy equipment position information. Specifically, the positioning unit 14 is controlled to terminate the detection of the latitude ⁇ 1, longitude L1, altitude Z1, and azimuth angle ⁇ 1 of the heavy equipment 10 . Thereafter, the operation of system 1 ends.
  • the heavy equipment position information is acquired. , the acquisition of heavy equipment position information is terminated.
  • the pipeline position acquisition device 20 includes the communication unit 23 that communicates with the heavy equipment 10 that includes the arm unit 15 connected to the excavation unit 16 that excavates the trench 40 in the ground, and the communication unit 23 acquires arm height information indicating the ground clearance of the arm unit 15 via the communication unit 23, and when the ground clearance of the arm unit 15 is less than a predetermined value, heavy equipment position information indicating the position of the heavy equipment 10 is transmitted via the communication unit 23 and a control unit 21 for acquiring pipeline position information indicating the position of the pipeline P laid in the trench 40 based on the heavy equipment position information.
  • the heavy equipment position information of the heavy equipment 10 is acquired only from the time when the heavy equipment 10 starts excavating the trench to the time when the excavation is finished, and the pipeline position information is acquired based on the heavy equipment position information. Since heavy equipment position information is not acquired at unnecessary locations, the position of the pipeline P can be calculated with high accuracy while reducing costs. Therefore, it is possible to improve the technique of grasping the position of the pipeline to be buried.
  • the heavy machinery 10 further includes the positioning unit 14 that acquires the latitude ⁇ 1, the longitude L1, and the altitude Z1 of the heavy machinery 10.
  • the positioning unit 14 that acquires the latitude ⁇ 1, the longitude L1, and the altitude Z1 of the heavy machinery 10.
  • Calculate the latitude ⁇ 2 and longitude L2 of the pipeline P based on the latitude ⁇ 1 and longitude L1 of 10 subtract the ground height T of the positioning unit 14 and the excavation depth D by the excavation unit 16 from the altitude Z1 of the heavy equipment 10, Further, by adding the height D1 of the bed sand 50 laid in the groove 40 and the outer diameter D2 of the pipeline P, the altitude Z2 of the pipeline P is calculated.
  • the heavy machinery position information including the three-dimensional coordinates is acquired, and the position of the pipeline P is calculated based on the heavy machinery position information. be done. Since the position of the pipeline P can be automatically calculated according to the excavation operation of the heavy equipment 10, the cost can be reduced and the pipeline position information can be obtained efficiently. Therefore, it is possible to improve the technique of grasping the position of the pipeline to be buried.
  • control unit 21 calculates the latitude and longitude of the conduit P using the Vincenty method.
  • the horizontal position of the pipeline P can be calculated with higher accuracy. Therefore, it is possible to improve the technique of grasping the position of the pipeline to be buried.
  • the control unit 21 acquires an image of the heavy equipment 10 during excavation operation captured by a camera, and uses an arbitrary image analysis technique to move the arm unit 15 of the heavy equipment 10 downward to excavate. It may be possible to determine that unit 16 is digging trench 40 .
  • the camera may be provided on the heavy equipment 10 or may be provided around the heavy equipment 10 . According to this modification, it is possible to obtain the heavy equipment position information of the heavy equipment 10 only while the trench 40 is being excavated based on the image of the camera, so that the pipeline position information can be obtained more accurately.
  • the control unit 21 may determine the latitude ⁇ 1 and the longitude L1 of the heavy equipment 10 as the latitude ⁇ 2 and the longitude L2 of the pipeline P, and acquire the pipeline position information. .
  • the altitude Z2 of the pipeline P may be calculated by Equation 17 as in the above embodiment. According to this modification, the burden on the control unit 21 can be reduced, and the position of the pipeline P can be calculated quickly.

Abstract

本開示に係る管路位置取得装置（２０）は、地面に溝（４０）を掘削する掘削部（１６）に接続されたアーム部（１５）を備える重機（１０）と通信する通信部（２３）と、通信部（２３）を介してアーム部（１５）の地上高を示すアーム高さ情報を取得し、アーム部（１５）の地上高が所定値未満である場合に、重機（１０）の位置を示す重機位置情報を、通信部（２３）を介して取得し、前記重機位置情報に基づいて、前記溝（４０）に敷設される管路の位置を示す管路位置情報を取得する制御部（２１）とを備える。

Description

管路位置取得装置、管路位置取得方法及びプログラム
　本開示は、管路位置取得装置、管路位置取得方法及びプログラムに関する。
　従来、地下に埋設された管路等の目視不可な設備の設置位置を正確に特定し、当該設備の維持管理を効率的に行うことが求められている。例えば特許文献１には、地下管路の座標を取得するため、管路が地中に埋設される前に、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）とステレオカメラとを用いて管路の座標を取得することが開示されている。
国際公開第２０２０／２５５２６６号
　従来技術では、管路の距離が長距離になると、管路の座標の取得の進捗が作業者の歩行速度に制約される。そのため、埋設される管路の位置を把握する技術には改善の余地があった。
　かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、埋設される管路の位置を把握する技術を改善することである。
　本開示に係る管路位置取得装置は、地面に溝を掘削する掘削部に接続されたアーム部を備える重機と通信する通信部と、前記通信部を介して前記アーム部の地上高を示すアーム高さ情報を取得し、前記アーム部の前記地上高が所定値未満である場合に、前記重機の位置を示す重機位置情報を、前記通信部を介して取得し、前記重機位置情報に基づいて、前記溝に敷設される管路の位置を示す管路位置情報を取得する制御部とを備える。
　また、本開示に係る管路位置取得方法は、通信部を備える管路位置取得装置が実行する管路位置取得方法であって、地面に溝を掘削する掘削部に接続されたアーム部を備える重機と通信する通信ステップと、前記通信部を介して前記アーム部の地上高を示すアーム高さ情報を取得し、前記アーム部の前記地上高が所定値未満である場合に、前記重機の位置を示す重機位置情報を、前記通信部を介して取得し、前記重機位置情報に基づいて、前記溝に敷設される管路の位置を示す管路位置情報を取得する制御ステップとを含む。
　また、本開示に係るプログラムは、コンピュータを、本開示に係る管路位置取得装置として機能させる。
　本開示によれば、埋設される管路の位置を把握する技術を改善することができる。
本開示の一実施形態に係るシステムの概略構成を示すブロック図である。 重機の掘削動作を説明するための図である。 重機の測位部について説明するための図である。 溝が掘削された直後の、図３のＣ１－Ｃ２線の断面を示す図である。 溝に管路が上下方向に１段敷設される場合の、図３のＣ１－Ｃ２線の断面を示す図である。 溝に管路が上下方向に２段敷設される場合の、図３のＣ１－Ｃ２線の断面を示す図である。 本開示の一実施形態に係るシステムの動作を示す図である。 本開示の一実施形態に係るシステムの動作を示す図である。
　以下、本開示の実施形態について適宜図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明における「上」、「下」とは、図面に描かれた座標軸表示のＺ軸に平行な方向を意味するものとし、「水平」とは、図面に描かれた座標軸表示のＸＹ平面に平行な方向を意味するものとする。各図面中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。以下に説明する実施形態は本開示の構成の例であり、本開示は、以下の実施形態に制限されるものではない。
＜システム１の構成＞
　図１を参照して、本開示の実施形態に係るシステム１の概要について説明する。システム１は、重機１０と、管路位置取得装置２０と、を備える。重機１０と管路位置取得装置２０とは、例えばインターネット及び移動体通信網等を含むネットワーク３０と通信可能に接続される。
　重機１０は、例えばトレンチャーであるがこれに限られず、ブルドーザ等、管路Ｐの敷設のため地面を掘削する任意の重機であってよい。システム１が備える重機１０の数は、任意に定められてもよい。重機１０は、本実施形態では運転手によって運転されるが、任意のレベルで運転が自動化されていてもよい。自動化のレベルは、例えば、ＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）のレベル分けにおけるレベル１からレベル５のいずれかである。重機１０は、以下で説明するように、地面に溝４０を掘削する掘削部１６と当該採掘部に接続されたアーム部１５とを備える。
　管路位置取得装置２０は、クラウドコンピューティングシステム又はその他のコンピューティングシステムに属するサーバ等のコンピュータである。管路位置取得装置２０は、ネットワーク３０を介して重機１０と通信可能である。
　ネットワーク３０は、インターネット、少なくとも１つＷＡＮ（Wide Area Network）、少なくとも１つのＭＡＮ（Metropolitan Area Network）、又はこれらの任意の組合せを含む。ネットワーク３０は、少なくとも１つの無線ネットワーク、少なくとも１つの光ネットワーク、又はこれらの任意の組合せを含んでもよい。無線ネットワークは、例えば、アドホックネットワーク、セルラーネットワーク、無線ＬＡＮ（local area network）、衛星通信ネットワーク、又は地上マイクロ波ネットワークである。
　まず、本実施形態の概要について説明し、詳細については後述する。管路位置取得装置２０は、地面に溝４０を掘削する掘削部１６に接続されたアーム部１５を備える重機１０と通信する。管路位置取得装置２０は、アーム部１５の地上高を示すアーム高さ情報を取得し、アーム部１５の地上高が所定値未満である場合に、重機１０の位置を示す重機位置情報を取得する。管路位置取得装置２０は、重機位置情報に基づいて、溝４０に敷設される管路Ｐの位置を示す管路位置情報を取得する。
　溝４０は管路Ｐを含む設備を埋設するための溝である。溝４０は、マンホール間を結ぶ管路Ｐの埋設計画に応じてその掘削位置、掘削深度Ｄが予め決定されている。管路Ｐは、通信ケーブル、電力ケーブル等が挿入される管路である。これに限られず、管路Ｐは水道管、ガス管等であってもよい。「重機位置情報」は、重機１０の位置を三次元の座標で示す情報と、重機１０の進行している方位角とを示す情報とを含む。座標とは具体的には、緯度、経度又は標高を含む。「アーム高さ情報」は、重機１０のアーム部１５の地上高を示す情報である。地上高とは具体的には、地面からアーム部１５の所定の位置の下端までの高さをいう。制御部１１は、アーム部１５の地上高を、アーム部１５の動作を制御する際に取得される制御値から算出して取得してもよいし、アーム部１５に設けられた加速度計、角速度計等任意のセンサが検出した動作量から算出して取得してもよい。これに限られず、アーム部１５に設けられたＧＮＳＳ受信機により測定された標高が、アーム部１５の地上高としてアーム高さ情報に含まれてもよい。「管路位置情報」は、管路Ｐの位置を三次元の座標で示す情報を含む。以下で説明するように、管路位置取得装置２０は、重機位置情報に基づいて管路位置情報を算出する。
　図２を参照しながら重機１０の掘削動作を説明する。図２中、重機１０は地面の上を白抜き矢印の方向で進行し、溝４０を採掘する。図２中のＸ１、Ｘ２、Ｘ３は重機１０の動作の各段階を示し、Ｘ１は重機１０が掘削場所まで進行中の段階を、Ｘ２は重機１０が地面に溝４０を採掘している段階を、Ｘ３は採掘が終了し、重機１０が採掘場所から離れていく段階を示す。Ｘ２の段階において、重機１０は掘削場所まで到着すると、掘削部１６を駆動させる。このとき、掘削部１６が地面に接して溝４０を掘削できるよう、重機１０のアーム部１５は黒矢印の方向に下がる。この際、以下で説明するように、重機１０のアーム部１５の地上高が所定値未満となった場合に、重機１０の重機位置情報の取得が開始され、取得された重機位置情報が管路位置取得装置２０へ送信される。重機１０は溝４０を掘削しながら所定の距離進行する。進行する距離は、管路Ｐの敷設計画に応じて予め定められていてよい。重機１０は、溝４０の掘削を終了する位置まで到着すると、図２中のＸ３の段階で示すように再びアーム部１５を上げて掘削部１６を地面から離す。この際、以下で説明するように、重機１０のアーム部１５の地上高が所定値以上となった場合に、重機１０の重機位置情報の取得が終了される。このように、重機１０の重機位置情報の取得は、図２中のＸ２の段階、すなわち重機１０がアーム部１５を所定の高さ未満の位置まで下げて溝４０を掘削している間のみ行われる。
　このように、本実施形態によれば、重機１０が溝を掘削するだけで、自動で重機１０の重機位置情報が取得され、当該重機位置情報に基づいて管路位置情報を取得できる。よって、埋設される管路の位置を把握する技術を改善することができる。
＜重機１０＞
　再び図１に示すように、重機１０は、制御部１１と、記憶部１２と、通信部１３と、測位部１４と、アーム部１５と、掘削部１６とを備える。重機１０の各部は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載ネットワークにより互いに通信可能に接続されてもよい。
　制御部１１は、制御演算回路（コントローラ）により実現される。該制御演算回路は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の専用のハードウェアによって構成されてもよいし、プロセッサによって構成されてもよいし、双方を含んで構成されてもよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）若しくはＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の汎用プロセッサ、又は特定の処理に特化した専用プロセッサであるがこれらに限られない。重機１０に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）が、制御部１１として機能してもよい。制御部１１は、重機１０全体の動作を制御する。制御部１１は、予め設定された掘削深度Ｄで溝４０を掘削するよう、アーム部１５及び掘削部１６を制御できる。
　記憶部１２は、１つ以上のメモリを含む。メモリは、例えば半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリ等であるが、これらに限られない。記憶部１２に含まれる各メモリは、例えば主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部１２は、重機１０の動作に用いられる任意の情報を記憶する。記憶部１２に格納された情報は、例えば通信部１３を介してネットワーク３０から取得される情報で更新可能であってもよい。
　通信部１３は、ネットワーク３０に接続する１つ以上の通信用インターフェースを含む。通信用インターフェースは、例えば、ＬＴＥ、４Ｇ規格、若しくは５Ｇ規格等の移動通信規格に対応したインターフェースである。例えば、ＤＣＭ（Data Communication Module）等の車載通信機が、通信部１３として機能してもよい。通信部１３は、重機１０の動作に用いられる情報を受信し、また重機１０の動作によって得られる情報を送信する。本実施形態において、重機１０は、通信部１３及びネットワーク３０を介して管路位置取得装置２０と通信する。
　測位部１４は、少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機が含まれる。ＧＮＳＳには、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）、ＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite System）、ＢｅｉＤｏｕ、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、及びＧａｌｉｌｅｏの少なくともいずれかが含まれる。測位部１４は、重機１０の緯度φ１、経度Ｌ１、及び標高Ｚ１と、重機１０の進行している方位角α１とを取得し、制御部１１に重機位置情報として出力する。測位部１４は、電子コンパス等のセンサを含んで、当該電子コンパスにより方位角α１を検出してもよい。図３に、測位部１４が設けられる位置の例を示す。測位部１４は、重機１０のどこに設けられてもよいが、以下で説明する管路Ｐの位置の算出及びＧＮＳＳからの電波受信を容易にするため、掘削部１６の短手方向中央であって長手方向に沿った延長線上の位置に設けられることが望ましい。
　アーム部１５は、重機１０の本体部と掘削部１６とを接続する。アーム部１５は制御部１１によって制御される。アーム部１５は、掘削部１６を地面に押し当てるため掘削部１６の鉛直方向の高さを変更させることができる。掘削部１６は、本実施形態ではチェーンソー型のカッタであるがこれに限られず、溝４０の幅又は掘削深度Ｄに応じて、ドラムカッタ等任意のカッタが組み込まれてよい。アーム部１５及び掘削部１６は油圧又は電気で駆動可能である。
＜管路位置取得装置２０＞
　再び図１に示すように、管路位置取得装置２０は、制御部２１と、記憶部２２と、通信部２３と、入力部２４と、出力部２５とを備える。
　制御部２１は、制御演算回路（コントローラ）により実現される。該制御演算回路は、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の専用のハードウェアによって構成されてもよいし、プロセッサによって構成されてもよいし、双方を含んで構成されてもよい。プロセッサは、ＣＰＵ若しくはＧＰＵ等の汎用プロセッサ、又は特定の処理に特化した専用プロセッサであるがこれらに限られない。制御部２１は、管路位置取得装置２０の各部を制御しながら、管路位置取得装置２０の動作に関わる処理を実行する。制御部２１は、外部装置との情報の送受信を、通信部２３及びネットワーク３０を介して行うことができる。
　記憶部２２は、１つ以上のメモリを含む。メモリは、例えば半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリ等であるが、これらに限られない。記憶部２２に含まれる各メモリは、例えば主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部２２は、管路位置取得装置２０の動作に用いられる任意の情報を記憶する。記憶部２２に格納された情報は、例えば通信部２３を介してネットワーク３０から取得される情報で更新可能であってもよい。記憶部２２は、必ずしも管路位置取得装置２０が内部に備える必要はなく、管路位置取得装置２０の外部に備える構成としてもよい。記憶部２２には、以下で説明するように制御部２１が算出した管路Ｐの位置を示す管路位置情報が格納される。
　記憶部２２には、測位部１４から、掘削部１６の重機１０の本体と反対側端部までの水平方向の距離Ｓと、測位部１４の地上高Ｔとを示す測位部情報が格納される。図３に、距離Ｓと地上高Ｔとに対応する箇所を示す。距離Ｓは、掘削部１６が溝４０を掘削する掘削深度Ｄごとに設定されていてもよい。測位部情報は、重機１０を識別する識別情報と対応づけて格納されていてよい。
　記憶部２２にはさらに、重機１０が掘削する溝４０の掘削深度Ｄと、当該溝４０に敷設される敷砂５０の高さＤ１と、溝４０に敷設される管路Ｐの外径Ｄ２及び管路Ｐの段数Ｅと、管路スペーサの高さＤ３とを含む敷設情報が格納される。管路スペーサは、管路Ｐが２段以上である場合に、上段の管路Ｐと下段の管路Ｐとの間に挿入され、管路Ｐの間隔を保持する支持材である。
　図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃはそれぞれ、図３中の溝４０のＣ１－Ｃ２線での断面を示す。図４Ａは、重機１０により、掘削深度Ｄで溝４０が掘削された直後の状態を示す。図４Ｂ及び図４Ｃは、溝４０に敷砂５０及び管路Ｐが敷設された状態を示す。図４Ｂは、溝４０に管路Ｐが上下方向に１段敷設される場合の溝４０の断面の例を示し、図４Ｃは、管路Ｐが上下方向に２段敷設される場合の溝４０の断面の例を示す。図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、本実施形態では管路Ｐは溝４０の短手方向、すなわちＸ軸方向に二列並んで敷設されるが、並んで敷設される管路Ｐの数はこれに限られない。図４Ｂ及び図４Ｃの星印は、以下で説明する、管路Ｐの位置として算出される緯度φ２、経度Ｌ２及び標高Ｚ２の示す具体的な位置の例を表す。敷設情報は、管路Ｐを識別する識別情報と対応づけて格納されていてよい。これに限られず、敷設情報は、管路Ｐの保護部材等、管路Ｐの敷設に関連する任意の情報を含んでよい。
　通信部２３は、ネットワーク３０に接続する１つ以上の通信用インターフェースを含む。当該通信用インターフェースは、例えば移動通信規格、有線ＬＡＮ規格、又は無線ＬＡＮ規格に対応するが、これらに限られず、任意の通信規格に対応してもよい。通信部２３は、管路位置取得装置２０の動作に用いられる情報を受信し、また管路位置取得装置２０の動作によって得られる情報を送信する。本実施形態において、管路位置取得装置２０は、通信部２３及びネットワーク３０を介して重機１０と通信する。
　入力部２４は、少なくとも１つの入力用インターフェースを含む。入力用インターフェースは、例えば、物理キー、静電容量キー、ポインティングデバイス、ディスプレイと一体的に設けられたタッチスクリーン、又はマイクである。入力部２４は、管路位置取得装置２０の動作に用いられるデータを入力する操作を受け付ける。入力部２４は、管路位置取得装置２０に備えられる代わりに、外部の入力機器として管路位置取得装置２０に接続されてもよい。接続方式としては、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）（登録商標）、又はBluetooth（登録商標）等の任意の方式を用いることができる。
　出力部２５は、少なくとも１つの出力用インターフェースを含む。出力用インターフェースは、例えば、ディスプレイ又はスピーカである。ディスプレイは、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイである。出力部２５は、管路位置取得装置２０の動作によって得られるデータを出力する。出力部２５は、管路位置取得装置２０に備えられる代わりに、外部の出力機器として管路位置取得装置２０に接続されてもよい。接続方式としては、例えば、ＵＳＢ、ＨＤＭＩ（登録商標）、又はBluetooth（登録商標）などの任意の方式を用いることができる。
　制御部２１は、通信部２３を介して、重機１０から、アーム部１５の地上高を示すアーム高さ情報を受信する。制御部２１は、アーム部１５の地上高が所定値未満かどうかを判断する。所定値は、アーム部１５に接続された掘削部１６が地面を掘削して溝４０を形成し始めるときのアーム部１５の地上高であり、重機１０に応じて任意に設定されてよい。
　アーム部１５の地上高が所定値未満であると判断した場合、制御部２１は重機１０に対し、重機位置情報の取得を開始するよう指示する信号を送信する。制御部２１は、当該信号を、アーム部１５の地上高が所定値未満であると判断してから所定の時間が経過後に送信してもよい。所定の時間とは、ユーザが任意に設定できてよい。これにより、確実に重機１０が溝４０の掘削を開始してから、当該信号を送ることができる。
　信号を受信した重機１０の制御部１１は、重機１０の緯度φ１、経度Ｌ１及び標高Ｚ１と方位角α１とを重機位置情報として取得する。具体的には、測位部１４を制御して、重機１０の緯度φ１、経度Ｌ１及び標高Ｚ１と、重機１０の向いている方位角α１とを検出して出力させることで取得する。制御部１１は、管路位置取得装置２０に対し重機位置情報を送信する。管路位置取得装置２０の制御部２１は、重機１０から重機位置情報を受信することで取得する。
　制御部２１は、記憶部２２に記憶された測位部情報を参照し、重機１０の測位部１４の地上高Ｔと、重機１０の測位部１４から、掘削部１６の、重機１０の本体と反対側の端部までの水平方向の距離Ｓとを読み出す。
　制御部２１は、重機１０から取得した重機位置情報と、記憶部２２から読み出した地上高Ｔと距離Ｓとを用いて管路Ｐの位置を算出する。本実施形態では、制御部２１はＶｉｎｃｅｎｔｙ法を用いて管路Ｐの緯度φ２及び経度Ｌ２を算出する。Ｖｉｎｃｅｎｔｙ法は、以下の参考文献１に記載されており、既知であるため、詳細な説明は省略する。これに限られず、制御部２１は、Karney法、Hubenyの公式等、任意の手法を採用して管路Ｐの位置を算出してよい。
（参考文献１）T. Vincenty, “Direct And Inverse Solutions of Geodesics On The Ellipsoid With Application of Nested Equations”, Survey Review XXII, 176, April 1975
　制御部２１は、例えばユーザからの指示に応じていずれの手法を用いて管路Ｐの位置を算出するかを決定できてよい。制御部２１は、精度をより向上させて算出したい場合はVincenty法を、算出速度を向上させて算出したい場合はHubenyの公式を用いて管路Ｐの位置を算出できてよい。制御部２１は、複数の手法を用いて算出した結果の平均値をとり、管路Ｐの位置として算出してもよい。
　制御部２１は、以下のＶｉｎｃｅｎｔｙ法による計算を順に行う。本実施形態では、地球をＷＧＳ（World Geodetic System）８４に従う回転楕円体とし、地球の赤道半径、扁平率、及び短軸半径が設定される。以下の式において、aは長軸半径（赤道半径）、ｆは扁平率、ｂ＝（１－ｆ）ａは短軸半径(極半径)、φ１は重機１０の緯度、φ２は管路Ｐの緯度、Ｕ１＝arctan［（１－ｆ）tanφ1］とＵ2＝arctan［（１－ｆ）tanφ2］とは更成緯度（補助球上の緯度）、Ｌ１は重機１０の経度、Ｌ２は管路Ｐの経度、Ｌ＝Ｌ１－Ｌ２は２点間の経度差、λ１，λ２は補助球上の経度、α１は重機１０の方位角、α２は管路Ｐの方位角、αは赤道上での方位角、ｓは上述の距離Ｓ、σは補助球上の弧の長さと定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　制御部２１は、上記の式１１及び式１５から算出された値、すなわち管路Ｐの緯度φ２及び経度Ｌ２を、管路位置情報として記憶部２２に格納する。
　次に制御部２１は、記憶部２２に記憶された敷設情報を参照し、重機１０の掘削部１６が掘削する溝４０の掘削深度Ｄ、溝４０に敷設される敷砂５０の高さＤ１、溝４０に敷設される管路Ｐの外径Ｄ２、管路Ｐの段数Ｅ、及び管路スペーサの高さＤ３を読み出す。制御部２１は、以下の式１７を計算して管路Ｐの標高Ｚ２を算出する。以下の式において、Ｔは、測位部情報を参照して読み出した、重機１０の測位部１４の地上高Ｔを示す。
　　［数１７］
Ｚ２＝Ｚ１－Ｔ－Ｄ＋Ｄ１＋Ｄ２＋（Ｄ２＋Ｄ３）×（Ｅ－１）            （１７）
　図４Ｂに示すように管路Ｐの段数が１段である場合、制御部２１は、上記式１７に基づき、Ｚ１－Ｔ－Ｄ＋Ｄ１＋Ｄ２を算出した値を管路の標高Ｚ２を示す管路位置情報として記憶部２２に格納する。
　図４Ｃに示すように管路Ｐの段数が２段である場合、制御部２１は、上記式１７に基づき、Ｚ１－Ｔ－Ｄ＋Ｄ１＋Ｄ２＋（Ｄ２＋Ｄ３）×（２－１）を算出した値を管路Ｐの標高Ｚ２を示す管路位置情報として記憶部２２に格納する。
　上述に限られず、制御部２１は、敷設情報に含まれる任意の情報を用いて管路Ｐの標高Ｚ２を算出してよい。図４Ｂ及び図４Ｃの星印は、上述のようにして算出された管路Ｐの緯度φ２、経度Ｌ２、及び標高Ｚ２の示す具体的な位置を表す。当該位置は短手方向に並ぶ管路間であって、管路Ｐの上方向の端部の位置であるが、これに限られず、管路Ｐの緯度φ２、経度Ｌ２及び標高Ｚ２の示す具体的な位置は任意に設定できてよい。
　制御部２１は、上記のように算出した管路Ｐの緯度φ２、経度Ｌ２及び標高Ｚ２を、例えば管路Ｐを識別する識別情報と対応付けて、管路位置情報として記憶部２２に格納してよい。これにより、ユーザが対象とする管路Ｐの位置を示す情報を参照しやすくなる。制御部２１は、管路位置情報を、出力部２５を介してユーザに対して表示してもよいし、ユーザの端末装置等、外部装置に通信部２３を介して送信してもよい。
　制御部２１は再び、重機１０のアーム部１５の地上高が所定値未満であるかどうかを判断する。制御部２１は、重機１０から受信することで取得したアーム高さ情報が示すアーム部１５の地上高が所定値以上であると判断した場合、重機１０に対し重機位置情報の取得を終了するよう信号を送信する。当該信号を受信した重機１０の制御部１１は、重機位置情報の取得を終了するよう測位部１４を制御する。
＜プログラム＞
　上述した管路位置取得装置２０として機能させるために、プログラム命令を実行可能なコンピュータを用いることも可能である。ここで、コンピュータは、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、ワークステーション、ＰＣ（Personal Computer）、電子ノートパッドなどであってもよい。プログラム命令は、必要なタスクを実行するためのプログラムコード、コードセグメントなどであってもよい。
　コンピュータは、プロセッサと、記憶部と、入力部と、出力部と、通信インターフェースとを備える。プロセッサは、ＣＰＵ、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＧＰＵ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＳｏＣ（System on a Chip）などであり、同種又は異種の複数のプロセッサにより構成されてもよい。プロセッサは、記憶部からプログラムを読み出して実行することで、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。なお、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェアで実現することとしてもよい。入力部は、ユーザの入力操作を受け付けてユーザの操作に基づく情報を取得する入力インターフェースであり、ポインティングデバイス、キーボード、マウスなどである。出力部は、情報を出力する出力インターフェースであり、ディスプレイ、スピーカなどである。通信インターフェースは、外部の装置と通信するためのインターフェースである。
　プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。このような記録媒体を用いれば、プログラムをコンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録された記録媒体は、非一過性（non-transitory）の記録媒体 であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＵＳＢメモリなどであってもよい。また、このプログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
＜システム１の動作＞
　次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、本実施形態に係るシステム１の動作について説明する。この動作に含まれる管路位置取得装置２０の動作は、本実施形態に係る管路位置取得方法に相当する。システム１の動作において、重機１０と管路位置取得装置２０との間の情報の送受信は、通信部１３及び通信部２３を介して行われる。
　ステップＳ１において、重機１０は掘削場所まで進行し、掘削場所に到着すると、溝４０の掘削を開始する。
　ステップＳ２において、重機１０の制御部１１は、アーム部１５の地上高を示すアーム高さ情報を取得する。制御部１１は、アーム部１５の地上高を、アーム部１５の動作を制御する際に取得される制御値から算出して取得してもよいし、アーム部１５に設けられた加速度計、角速度計等任意のセンサが検出した動作量から算出して取得してもよい。
　ステップＳ３において、制御部１１は、アーム高さ情報を管路位置取得装置２０へ送信する。
　ステップＳ４において、管路位置取得装置２０の制御部２１は、重機１０からアーム高さ情報を受信することで取得する。
　ステップＳ５において、制御部２１は、重機１０のアーム部１５の地上高が所定値未満であるかどうかを判断する。アーム部１５の地上高が所定値以上であると判断した場合、制御部２１の動作はステップＳ４へ戻る。アーム部１５の地上高が所定値未満であると判断した場合、制御部２１の動作はステップＳ６へ進む。
　ステップＳ６において、制御部２１は、重機１０に対し、重機位置情報の取得を開始するよう指示する信号を送信する。制御部２１は、当該信号を、アーム部１５の地上高が所定値未満であると判断してから所定の時間が経過後に送信してもよい。
　ステップＳ７において、重機１０の制御部１１は、管路位置取得装置２０から信号を受信する。
　ステップＳ８において、制御部１１は、重機１０の緯度φ１、経度Ｌ１及び標高Ｚ１と方位角α１とを重機位置情報として取得する。具体的には、測位部１４を制御して、重機１０の緯度φ１、経度Ｌ１及び標高Ｚ１と、重機１０の向いている方位角α１とを検出して出力させることで取得する。
　ステップＳ９において、制御部１１は、取得した重機位置情報を管路位置取得装置２０へ送信する。
　ステップＳ１０において、管路位置取得装置２０の制御部２１は、重機１０から重機位置情報を受信することで取得する。
　ステップＳ１１において、制御部２１は、記憶部２２に記憶された測位部情報を参照し、重機１０の測位部１４の地上高Ｔと、重機１０の測位部１４から、掘削部１６の、重機１０の本体と反対側の端部までの水平方向の距離Ｓとを読み出す。
　図５ＢのステップＳ１２において、制御部２１は、重機１０から取得した重機位置情報と、記憶部２２から読み出した地上高Ｔと距離Ｓとを用いて管路Ｐの位置を算出する。本実施形態では、制御部２１はＶｉｎｃｅｎｔｙ法を用いて管路Ｐの緯度φ２及び経度Ｌ２を算出する。具体的には、制御部２１は上記式１から式１６の計算を行い、管路Ｐの緯度φ２及び経度Ｌ２を算出する。このように、制御部２１は、重機１０の緯度φ１と経度Ｌ１とに基づいて管路Ｐの緯度φ２と経度Ｌ２とを算出する。制御部２１は、算出した管路Ｐの緯度φ２及び経度Ｌ２を管路位置情報として記憶部２２に格納する。
　ステップＳ１３において、制御部２１は、記憶部２２に記憶された敷設情報を参照し、重機１０が掘削する溝４０の掘削深度Ｄ、溝４０に敷設される敷砂５０の高さＤ１、溝４０に敷設される管路Ｐの外径Ｄ２、管路Ｐの段数Ｅ、及び管路スペーサの高さＤ３を読み出す。
　ステップＳ１４において、制御部２１は、上記の式１７を計算して管路Ｐの標高Ｚ２を算出する。このように、制御部２１は、重機１０の標高から測位部１４の地上高と掘削部１６による掘削深度Ｄとを差し引き、さらに溝４０に敷設される敷砂５０の高さＤ１と、管路Ｐの外径Ｄ２とを加えることにより管路Ｐの標高を算出する。制御部２１は、算出した管路Ｐの標高Ｚ２を管路位置情報として記憶部２２に格納する。
　ステップＳ１２からステップＳ１４に示す通り、制御部２１は、重機位置情報に基づいて、溝４０に敷設される管路Ｐの位置を示す管路位置情報を取得する。
　ステップＳ１５において、制御部２１は再び、重機１０のアーム部１５の地上高が所定値未満であるかどうかを判断する。アーム部１５の地上高が所定値未満であると判断した場合、制御部２１の動作はステップＳ６へ戻る。アーム部１５の地上高が所定値以上であると判断した場合、制御部２１の動作はステップＳ１６へ進む。
　ステップＳ１６において、制御部２１は、重機１０に対し、重機位置情報の取得を終了するよう指示する信号を送信する。
　ステップＳ１７において、重機１０の制御部１１は管路位置取得装置２０から信号を受信する。
　ステップＳ１８において、制御部１１は重機位置情報の取得を終了する。具体的には、測位部１４を制御して、重機１０の緯度φ１、経度Ｌ１及び標高Ｚ１と、方位角α１との検出を終了させる。その後、システム１の動作は終了する。
　これにより、重機１０が進行して溝４０を掘削している間中、重機位置情報が取得され、重機１０が掘削を終了してアーム部１５を上げることで掘削部１６を地面から離したとき、重機位置情報の取得が終了される。
　上述のように、本実施形態にかかる管路位置取得装置２０は、地面に溝４０を掘削する掘削部１６に接続されたアーム部１５を備える重機１０と通信する通信部２３と、通信部２３を介してアーム部１５の地上高を示すアーム高さ情報を取得し、アーム部１５の地上高が所定値未満である場合に、重機１０の位置を示す重機位置情報を、通信部２３を介して取得し、重機位置情報に基づいて、溝４０に敷設される管路Ｐの位置を示す管路位置情報を取得する制御部２１とを備える。
　本実施形態によれば、重機１０が溝を掘削し始めてから終了するまでの間のみ、重機１０の重機位置情報が取得され、当該重機位置情報に基づいて管路位置情報が取得される。不要な場所における重機位置情報の取得は行われないため、コストを低減しつつ、精度よく管路Ｐの位置を算出することができる。よって、埋設される管路の位置を把握する技術を改善することができる。
　上述のように、本実施形態にかかる管路位置取得装置２０において、重機１０は、重機１０の緯度φ１と経度Ｌ１と標高Ｚ１とを取得する測位部１４をさらに備え、制御部２１は、重機１０の緯度φ１と経度Ｌ１とに基づいて管路Ｐの緯度φ２と経度Ｌ２とを算出し、重機１０の標高Ｚ１から測位部１４の地上高Ｔと掘削部１６による掘削深度Ｄとを差し引き、さらに溝４０に敷設される敷砂５０の高さＤ１と、管路Ｐの外径Ｄ２とを加えることにより管路Ｐの標高Ｚ２を算出する。
　本実施形態によれば、実際に管路Ｐを敷設するための溝４０を掘削する際に三次元座標を含む重機位置情報が取得され、当該重機位置情報に基づいて管路Ｐの位置が算出される。重機１０の掘削動作に伴って自動的に管路Ｐの位置を算出できるため、コストを低減し、効率よく管路位置情報を取得できる。よって、埋設される管路の位置を把握する技術を改善することができる。
　上述のように、本実施形態にかかる管路位置取得装置２０において、制御部２１は、Ｖｉｎｃｅｎｔｙ法を用いて管路Ｐの緯度と経度とを算出する。
　本実施形態によれば、より精度よく管路Ｐの水平方向の位置を算出できる。よって、埋設される管路の位置を把握する技術を改善することができる。
　本開示を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。
　本開示の第１の変形例として、例えば制御部２１は、カメラで撮影された掘削動作中の重機１０の画像を取得し、任意の画像解析技術により、重機１０のアーム部１５が下がって掘削部１６が溝４０を掘削していることを判断できもよい。この場合、当該カメラは重機１０に設けられてもよいし、重機１０の周囲に設けられてもよい。本変形例によれば、カメラの画像に基づいて、溝４０が掘削されている間のみ重機１０の重機位置情報の取得を行うことができ、より精度よく管路位置情報を取得できる。
　本開示の第２の変形例として、例えば制御部２１は、重機１０の緯度φ１と経度Ｌ１とを、管路Ｐの緯度φ２と経度Ｌ２として決定し、管路位置情報として取得してもよい。この場合、管路Ｐの標高Ｚ２は上述の実施形態と同様に式１７により算出してもよい。本変形例によれば、制御部２１の負担を減じ、管路Ｐの位置を素早く算出することができる。
　　１０　重機
　　１１　制御部
　　１２　記憶部
　　１３　通信部
　　１４　測位部
　　１５　アーム部
　　１６　掘削部
　　２０　管路位置取得装置
　　２１　制御部
　　２２　記憶部
　　２３　通信部
　　２４　入力部
　　２５　出力部
　　３０　ネットワーク
　　４０　溝
　　５０　敷砂

Claims (7)

  1. 　地面に溝を掘削する掘削部に接続されたアーム部を備える重機と通信する通信部と、
    　前記通信部を介して前記アーム部の地上高を示すアーム高さ情報を取得し、
    　前記アーム部の前記地上高が所定値未満である場合に、前記重機の位置を示す重機位置情報を、前記通信部を介して取得し、
    　前記重機位置情報に基づいて、前記溝に敷設される管路の位置を示す管路位置情報を取得する制御部と
    を備える、管路位置取得装置。
  2. 　前記重機は、前記重機の緯度と経度と標高とを取得する測位部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記重機の緯度と経度とに基づいて前記管路の緯度と経度とを算出し、
    　前記重機の標高から前記測位部の地上高と前記掘削部による掘削深度とを差し引き、さらに前記溝に敷設される敷砂の高さと、前記管路の外径とを加えることにより前記管路の標高を算出する、請求項１に記載の管路位置取得装置。
  3. 　前記制御部は、Ｖｉｎｃｅｎｔｙ法を用いて前記管路の緯度と経度とを算出する、請求項２に記載の管路位置取得装置。
  4. 　通信部を備える管路位置取得装置が実行する管路位置取得方法であって、
    　地面に溝を掘削する掘削部に接続されたアーム部を備える重機と通信する通信ステップと、
    　前記通信部を介して前記アーム部の地上高を示すアーム高さ情報を取得し、
    　前記アーム部の前記地上高が所定値未満である場合に、前記重機の位置を示す重機位置情報を、前記通信部を介して取得し、
    　前記重機位置情報に基づいて、前記溝に敷設される管路の位置を示す管路位置情報を取得する制御ステップと
    を含む、管路位置取得方法。
  5. 　前記重機は、前記重機の緯度と経度と標高とを取得する測位部をさらに備え、
    　前記制御ステップは、前記重機の緯度と経度とに基づいて前記管路の緯度と経度とを算出し、
    　前記重機の標高から前記測位部の地上高と前記掘削部による掘削深度とを差し引き、さらに前記溝に敷設される敷砂の高さと、前記管路の外径とを加えることにより前記管路の標高を算出する算出ステップとをさらに含む、請求項４に記載の管路位置取得方法。
  6. 　前記制御ステップは、Ｖｉｎｃｅｎｔｙ法を用いて前記管路の緯度と経度とを算出する算出ステップをさらに含む、請求項５に記載の管路位置取得方法。
  7. 　コンピュータを、請求項１から３のいずれか一項に記載の管路位置取得装置として機能させるためのプログラム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH08506870A (ja) * 1993-12-08 1996-07-23 キャタピラー インコーポレイテッド 作業場所に対して地形変更マシンを操作する方法と装置
JP2019128299A (ja) * 2018-01-26 2019-08-01 セイコーエプソン株式会社 電子時計、および電子時計の制御方法
JP2020056169A (ja) * 2018-09-28 2020-04-09 東起業株式会社 地上及び地下での接近報知機能を備え、かつ新規埋設物の施工デ−タを取得可能な建設機械

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