特許 6782270 施工管理システムおよび作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6782270

(24)【登録日】2020年10月21日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】施工管理システムおよび作業機械

(51)【国際特許分類】

   G06Q 50/08 20120101AFI20201102BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20201102BHJP

【ＦＩ】

   G06Q50/08

   E02F9/20 N

【請求項の数】5

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2018-44784(P2018-44784)

(22)【出願日】2018年3月12日

(65)【公開番号】特開2019-159727(P2019-159727A)

(43)【公開日】2019年9月19日

【審査請求日】2019年12月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂本 博史

(72)【発明者】

【氏名】石川 広二

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏明

(72)【発明者】

【氏名】中野 寿身

(72)【発明者】

【氏名】千葉 孝昭

【審査官】 上田 威

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１７／０６１５１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−１７９９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０１／０７３２２３（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開２０１７−０４３８８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｑ １０／００ − ９９／００

Ｅ０２Ｆ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械で利用される情報を算出するサーバコンピュータを備えた施工管理システムにおいて、
前記サーバコンピュータは、
施工現場で稼動する作業機械から出力される前記作業機械の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記施工現場の現況地形データを取得する現況地形データ取得部と、
前記施工現場の設計地形データを取得する設計地形データ取得部と、
前記作業機械の少なくとも種類及び車格の情報を含む原単位データを記憶する原単位データ記憶部と、
予め取得した少なくとも土質データ及び気象データの情報を含む変動要因データを記憶する変動要因データ記憶部と、
前記現況地形データ、前記設計地形データ、前記原単位データ、及び、前記変動要因データに基づいて、前記施工現場における土砂の少なくとも切土計画データ及び盛土計画データを含む施工計画データを算出する施工計画データ算出部と、
前記施工計画データと前記位置情報とに基づいて、前記作業機械の作業目標とする目標地形データを算出する目標地形データ算出部と、
前記変動要因データと前記目標地形データとに基づいて、前記作業機械の車体に取り付けられた作業装置の駆動に係る目標速度を含む目標機械データを算出する目標機械データ算出部と、
少なくとも前記目標機械データを前記作業機械に出力する出力部と
を有することを特徴とする施工管理システム。

【請求項2】

請求項１記載の施工管理システムにおいて、
前記サーバコンピュータの前記出力部は、前記目標地形データに前記目標機械データを付加して出力することを特徴とする施工管理システム。

【請求項3】

請求項１に記載の施工管理システムにおいて、
前記作業機械は、
前記作業機械の車体に取り付けられた前記作業装置と、
前記作業装置を駆動するための少なくとも１つのアクチュエータとを備え、
前記施工管理システムは、
前記作業機械の動作を制御する車体コントローラと、
表示装置とを備え、
前記車体コントローラは、
前記作業機械および前記作業装置の姿勢情報を検出する姿勢検出部と、
前記作業機械の位置情報を検出する位置検出部と、
前記施工管理システムの前記サーバコンピュータの前記出力部から出力された前記目標地形データを取得する目標地形データ取得部と、
前記目標地形データに付加されて前記施工管理システムから出力された前記目標機械データを取得する目標機械データ取得部と、
前記姿勢情報、前記位置情報、及び、前記目標地形データに基づいて、前記作業装置による作業の基準となる目標面を設定し、前記目標面と前記作業装置との位置関係の情報を前記表示装置に出力して表示することによりオペレータに伝達するガイダンス部と、
前記姿勢情報、前記位置情報、前記目標地形データ、及び、前記目標機械データに基づいて、前記作業装置の目標速度を含む目標アクチュエータ出力を設定する目標アクチュエータ出力設定部とを備え、
前記ガイダンス部は、前記目標面に前記目標アクチュエータ出力を付加してオペレータに伝達することを特徴とする施工管理システム。

【請求項4】

請求項３に記載の施工管理システムにおいて、
前記車体コントローラは、
前記目標面に応じて前記作業装置の姿勢を制御する姿勢制御部と、
前記目標アクチュエータ出力に応じて前記アクチュエータの出力を制御するアクチュエータ出力制御部と
をさらに備えたことを特徴とする施工管理システム。

【請求項5】

施工現場で稼動する作業機械であって、
前記作業機械の車体に取り付けられた作業装置と、
前記作業装置を駆動するための少なくとも１つのアクチュエータと、
前記作業機械の動作を制御する車体コントローラと、
表示装置とを備えた作業機械において、
前記車体コントローラは、
前記作業機械および前記作業装置の姿勢情報を検出する姿勢検出部と、
前記作業機械の位置情報を検出する位置検出部と、
前記施工現場の現況地形データを取得する現況地形データ取得部と、
前記施工現場の設計地形データを取得する設計地形データ取得部と、
前記作業機械の少なくとも種類及び車格の情報を含む原単位データを記憶する原単位データ記憶部と、
予め取得した少なくとも土質データ及び気象データの情報を含む変動要因データを記憶する変動要因データ記憶部と、
前記現況地形データ、前記設計地形データ、前記原単位データ、及び、前記変動要因データに基づいて、前記施工現場における土砂の少なくとも切土計画データ及び盛土計画データを含む施工計画データを算出する施工計画データ算出部と、
前記施工計画データと前記位置情報とに基づいて、前記作業機械の作業目標とする目標地形データを算出する目標地形データ算出部と、
前記変動要因データと前記目標地形データとに基づいて、前記作業機械の車体に取り付けられた作業装置の駆動に係る目標速度を含む目標機械データを算出する目標機械データ算出部と、
前記姿勢情報、前記位置情報、前記目標地形データ、及び、前記目標機械データに基づいて、前記作業装置の目標速度を含む目標アクチュエータ出力を設定する目標アクチュエータ出力設定部と、
前記姿勢情報、前記位置情報、及び、前記目標地形データに基づいて、前記作業装置による作業の基準となる目標面を設定し、前記目標面と前記作業装置との位置関係の情報を前記表示装置に出力して表示することによりオペレータに伝達するガイダンス部とを備え、
前記ガイダンス部は、前記目標面に前記目標アクチュエータ出力を付加してオペレータに伝達することを特徴とする作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、施工管理システムおよび作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

近年では、施工現場において情報化施工の導入が進められている。情報化施工とは、建設事業の調査、設計、施工、監督・検査、維持管理という建設生産プロセスのうち「施工」に注目して、ＩＣＴ（Information and Communication Technology）の活用により各プロセスから得られる電子情報を活用して高効率・高精度な施工を実現し、さらに施工で得られる電子情報を他のプロセスに活用することによって、建設生産プロセス全体における生産性の向上や品質の確保を図ることを目的としたシステムである。また、これらのシステムを活用し、設計図から作成した３次元データ（以降、設計地形データと称する）と作業機械の機体本体に取り付けられた作業装置の位置情報をオペレータに提示することによってオペレータの操作を支援するガイダンス装置や、作業装置を自動または半自動で制御することによってオペレータの操作を支援するコントロール装置が実用化されつつある。

【0003】

また、例えば、特許文献１には、建設業界の高齢化や若年層の就労敬遠などによる労働力不足の解消を目的として、施工現場の生産性向上を図る施工管理システム及び施工管理方法が開示されている。特許文献１に記載の施工管理システムによれば、施工現場の現況地形データ、設計地形データ、機械の原単位データ（種別等）、及び、予め取得した土質データ等を含む変動要因データから施工計画（切土／盛土計画）データを出力することによって現場全体の施工効率向上を図っている。そして、この施工管理システムでは、切土／盛土計画に基づいて土砂量のバランスを算出し、外部から土砂を運搬する必要があるかどうかを判断している。また、施工計画データとして機械の種別や投入台数を算出し、どんな機械を何台投入すればよいかを判断している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１６／２０８２７６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記従来技術においては、予め取得した土質データ等を用いて施工計画を立案することにより現場全体の施工効率向上を図っている。その一方で、新たな機械の導入や複数の機械を維持・管理することはコストアップに繋がる可能性があるため、現場全体の施工効率向上と併せて機械本体の作業効率を向上させることが望ましい。

【0006】

しかしながら、上記従来技術が対象とするガイダンス装置やコントロール装置は、設計地形データから得られる目標面と作業装置との位置関係に基づいてオペレータを支援するものであり、掘削面の土質や固さを考慮していない。したがって、掘削面の土質や固さによってはオペレータの操作を上手く支援できない場合がある。例えば、柔らかい土質の法面を油圧ショベル等の作業機械で掘削する場合には、掘削速度が速過ぎると作業装置のバケットから土がこぼれて作業効率が低下してしまう。また、固い土質の法面を掘削する場合には、作業装置の駆動力が弱いと作業装置が浮き上がり、掘削面の仕上げ精度が低下してしまう。

【0007】

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、予め取得した土質データを含む変動要因データに応じて作業機械の作業効率を向上させ、施工現場全体の施工効率を向上させることができる施工管理システムおよび作業機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、作業機械で利用される情報を算出するサーバコンピュータを備えた施工管理システムにおいて、前記サーバコンピュータは、施工現場で稼動する作業機械から出力される前記作業機械の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記施工現場の現況地形データを取得する現況地形データ取得部と、前記施工現場の設計地形データを取得する設計地形データ取得部と、前記作業機械の少なくとも種類及び車格の情報を含む原単位データを記憶する原単位データ記憶部と、予め取得した少なくとも土質データ及び気象データの情報を含む変動要因データを記憶する変動要因データ記憶部と、前記現況地形データ、前記設計地形データ、前記原単位データ、及び、前記変動要因データに基づいて、前記施工現場における土砂の少なくとも切土計画データ及び盛土計画データを含む施工計画データを算出する施工計画データ算出部と、前記施工計画データと前記位置情報とに基づいて、前記作業機械の作業目標とする目標地形データを算出する目標地形データ算出部と、前記変動要因データと前記目標地形データとに基づいて、前記作業機械の車体に取り付けられた作業装置の駆動に係る目標速度を含む目標機械データを算出する目標機械データ算出部と、少なくとも前記目標機械データを前記作業機械に出力する出力部とを有するものとする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、予め取得した土質データを含む変動要因データに応じて作業機械の作業効率を向上させ、施工現場全体の施工効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施の形態に係る施工管理システムと作業機械の関係を模式的に示す図である。

【図2】本発明の一実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図である。

【図3】施工管理システムの処理内容を示す機能ブロック図である。

【図3A】施工計画データ算出部の処理を示すフローチャートである。

【図3B】目標地形データ算出部の処理を示すフローチャートである。

【図4】各地形データの相対関係を示す模式図である。

【図5】変動要因データの１つである土質データの一例を模式的に示す図である。

【図6】変動要因データの１つである気象データの一例として降水量データを示す図である。

【図7】目標機械データ算出部の処理内容を示すブロック図である。

【図7A】目標機械データ算出部の処理を示すフローチャートである。

【図8】目標機械データ算出部から出力される目標機械データの一例を模式的に示す図である。

【図9】油圧ショベルの処理システムの処理内容を示す機能ブロック図である。

【図10】目標アクチュエータ出力設定部の処理内容を示す機能ブロック図である。

【図11】表示装置における表示の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、作業装置（フロント装置）によって施工現場の切土、盛土、整地などの作業を行う油圧ショベルを作業機械の一例として説明するが、例えば、作業装置によって土砂を運搬するホイールローダなどの他の作業機械に本発明を適用しても構わない。

【0012】

図１は、本発明の一実施の形態に係る施工管理システムのサーバコンピュータおよび作業機械の関係を関連構成とともに模式的に示す図である。また、図２は、本発明の一実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図である。

【0013】

図１において、施工管理システム１は、調査、設計、施工、検査、及び、維持管理を含む各工程から得られる電子情報に基づいて施工計画とその進捗状況を出力して可視化するシステムである。施工管理システム１は、サーバコンピュータ２を備えており、サーバコンピュータ２は、通信回路網１６（例えば、衛星通信回路を含むインターネット通信網など）を介して施工会社１２、施工現場３、及び、サービスセンタ１４等と電子情報のやり取りを行うことによって、施工現場３の施工計画を導出して施工管理を実施する。

【0014】

施工現場３には、切土、盛土、整地などの作業を行う油圧ショベル（作業機械）４が配置されるほか、施工現場３を管理するための現場事務所９が設置されており、現場事務所９では作業者Ｗａがパソコン等の情報端末を用いて管理作業を行う。また、作業者Ｗａは、携帯型情報端末７を所持しており、油圧ショベル４と連携させることによって電子情報の授受を行い管理作業を行うことができる。

【0015】

施工現場３では、現況地形を示すデータ（現況地形データ）の生成が行われる。現況地形データの生成方法としては種々のものが考えられるが、例えば、所定の計測装置による計測結果（測量図面など）やステレオカメラ等で撮影された画像などの現況地形を表す情報から現況地形データを生成する方法のほか、現況地形を検出するためのドローン（無人飛行機）１０に搭載されたカメラ１１によって得られた画像データから現況地形データを生成する方法などがある。例えば、施工現場３で稼動するドローン１０は、施工現場３を空撮するためのカメラ１１を有しており、無線通信等を用いた遠隔操作によって施工現場３の上空を所定の飛行ルートに沿って飛行する。ドローン１０のカメラ１１で空撮した画像のデータは、施工会社１２の情報端末１３や現場事務所９の情報端末８、サーバコンピュータ２などで処理が行われ、施工現場３の現況地形データが生成される。

【0016】

油圧ショベル４は情報化施工に対応しており、車体本体２００に取り付けられた作業装置（フロント装置）２０１を有している。油圧ショベル４は、ＧＰＳアンテナ５０とＧＰＳ受信機（ＧＮＳＳ受信機であり、後述する位置検出部９０２にその機能が含まれている）とを備えており、測位衛星６を含むＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）によって、グローバル基準の座標系における油圧ショベル４の位置（すなわち、地球に対する絶対位置）が検出される。また、油圧ショベル４には、作業装置２０１の姿勢を検出する姿勢検出装置（後述の姿勢センサ２２１〜２２３）が設けられている。そして、これらの装置で検出した情報に基づき、油圧ショベル４の絶対位置と、油圧ショベル４の車体本体２００の姿勢、及び、車体本体２００に対する作業装置２０１の相対的な姿勢に応じて作業装置２０１の所定部位の絶対位置が検出される。

【0017】

施工会社１２では、施工現場３の設計地形が作成される。設計地形は、施工現場３における地面の目標形状である。施工会社１２には、パソコン等の情報端末１３が設置されており、作業者Ｗｂは情報端末１３を用いて２次元または３次元の設計地形のデータ（設計地形データ）を作成する。

【0018】

サービスセンタ１４では、施工現場３から要求された設計地形の変更や３次元画像データの作成などを行う。サービスセンタ１４には、パソコン等の情報端末１５が設置されており、作業者Ｗｃは情報端末１５を用いて作業を行う。

【0019】

なお、上記において、施工管理システム１を構成するサーバコンピュータ２の設置場所については特に限定していないが、例えば、施工現場３の現場事務所９に設置したり、或いは、施工現場３から離れた遠隔地に設置したりしても良い。また、サーバコンピュータ２は、施工現場３に対応するサービスセンタ１４に設置しでも良く、サービスセンタ１４に設置された情報端末１５にサーバコンピュータ２の機能を持たせて処理を行っても良い。

【0020】

図２において、油圧ショベル４は、垂直方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材（ブーム２３１、アーム２３２、バケット２３３）を連結して構成された多関節型の作業装置２０１（フロント装置）と、車体本体２００を構成する上部旋回体２００Ａ及び下部走行体２００Ｂ（走行装置）とを備えており、上部旋回体２００Ａは下部走行体２００Ｂに対して旋回可能に設けられている。上部旋回体２００Ａは、基部となる旋回フレーム３１上に各部材を配置して構成されており、上部旋回体２００Ａを構成する旋回フレーム３１が下部走行体２００Ｂに対して旋回可能となっている。また、作業装置２０１のブーム２３１の基端は上部旋回体２００Ａの前部にブームピン２４１を介して垂直方向に回動可能に支持されており、アーム２３２の一端はブーム２３１の基端とは異なる端部（先端）にアームピン２４２を介して垂直方向に回動可能に支持されており、アーム２３２の他端にはバケット２３３がバケットピン２４３を介して垂直方向に回動可能に支持されている。

【0021】

下部走行体２００Ｂは、左右一対のクローラフレーム２５１ａ（２５１ｂ）にそれぞれ掛け回された一対のクローラ２５２ａ（２５２ｂ）と、クローラ２５２ａ（２５２ｂ）をそれぞれ駆動する走行油圧モータ２５０ａ（２５０ｂ）（図示しない減速機構を含む）とから構成されている。なお、図２において、下部走行体２００Ｂの各構成については、左右一対の構成のうちの一方のみを図示して符号を付し、他方の構成については図中に括弧書きの符号のみを示して図示を省略する。

【0022】

フロント部材２３１〜２３３は油圧アクチュエータであるブームシリンダ２１１、アームシリンダ２１２、及び、バケットシリンダ２１３により駆動されて回動動作を行い、下部走行体２００Ｂは左右の走行油圧モータ２５０ａ（２５０ｂ）によりそれぞれ駆動されて走行動作を行う。また、上部旋回体２００Ａは油圧アクチュエータである旋回油圧モータ３２により駆動されて下部走行体２００Ｂに対して旋回動作を行う。

【0023】

作業装置２０１のフロント部材２３１〜２３３には、それぞれの姿勢情報を取得するための姿勢センサとして、ブーム角センサ２２１、アーム角センサ２２２、及びバケット角センサ２２３が配置されている。また、上部旋回体２００Ａには、上部旋回体２００Ａ（つまり、車体本体２００）の姿勢情報として傾斜角情報（ロール角、ピッチ角、ヨー角）を検出する姿勢センサとして車体傾斜センサ２２４が配置されている。姿勢センサ２２１〜２２４は、例えば、それらが設置された各フロント部材２３１〜２３３及び上部旋回体２００Ａの角速度及び加速度を計測するＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）である。

【0024】

姿勢センサ２２１〜２２４に設定されたＩＭＵ座標系における加速度や角速度の計測値を出力する。そして、これらの計測値と、姿勢センサ２２１〜２２４の取り付け状態（つまり、ブーム角センサ２２１、アーム角センサ２２２、及びバケット角センサ２２３と各フロント部材２３１〜２３３との相対的な位置関係、及び、車体傾斜センサ２２４と上部旋回体２００Ａとの相対的な位置関係）などの情報とを用いることでフロント部材２３１〜２３３の姿勢（例えば、対地角）および及び上部旋回体２００Ａの傾斜角（例えば、水平面などの基準面に対する上部旋回体２００Ａの傾斜角情報）を知ることができる。

【0025】

上部旋回体２００Ａを構成する旋回フレーム３１上には、エンジン等の原動機３３と、原動機３３によって駆動される油圧ポンプ３４と、油圧ポンプ３４から吐出されてブームシリンダ２１１、アームシリンダ２１２、バケットシリンダ２１３、旋回油圧モータ３２及び左右の走行油圧モータ２５０ａ，２５０ｂなどの油圧アクチュエータに供給される作動油の方向及び流量を制御するコントロールバルブ３５とが配置されており、油圧回路システムが構成されている。また、上部旋回体２００Ａには、油圧ショベル４の起動や停止、動作全般などを制御する車体コントローラ２０２が配置されており、各油圧アクチュエータ２１１〜２１３，３２，２５０ａ，２５０ｂの動作制御は、それぞれの操作に対応した操作レバー装置５から出力される操作信号に基づいて車体コントローラ２０２によりコントロールバルブ３５を制御することで行われる。

【0026】

上部旋回体２００Ａを構成する旋回フレーム３１上の前部であって、作業装置２０１のブーム２３１の基端の支持部の横側（本実施の形態では左側）には、オペレータが搭乗して油圧ショベル４の運転を行うための運転室２０５が配置されている。運転室２０５には、操作レバー装置５のほかに、オペレータに各種情報を伝達するためのモニタなどの表示装置２０４などが配置されている。

【0027】

また、上部旋回体２００Ａの上部には、測位衛星６からの電波を受信し、後述する位置検出部９０２に出力するＧＰＳアンテナ５０が備えられている。位置検出部９０２は、測位衛星６から受信した電波を復調して測位信号を抽出し、複数の測位衛星６からの測位信号に基づいて位置情報を算出するＧＰＳ受信機としての機能を有しており、ＧＰＳアンテナ５０で得られた受信信号から車体本体２００の絶対位置を算出し、位置情報として出力する。

【0028】

なお、図示しないが、上部旋回体２００Ａには、施工管理システム１のサーバコンピュータ２と通信回路網１６を介して通信するための通信端末が備えられており、サーバコンピュータ２から設計地形データや現況地形データ等の電子情報を取得すると共に、ＧＰＳ（位置検出部９０２）によって取得した車体本体２００の絶対位置をサーバコンピュータ２に出力する。

【0029】

図３は、施工管理システムの処理内容を示す機能ブロック図である。

【0030】

施工管理システム１のサーバコンピュータ２は、通信回路網１６を介して施工現場の油圧ショベル４（作業機械）、携帯型情報端末７、情報端末８、及び、ドローン１０とデータ通信可能なインターフェース（図示せず）を備えている。また、サーバコンピュータ２は、通信回路網１６を介して施工会社１２の情報端末１３、及び、サービスセンタ１４の情報端末１５とデータ通信可能なインターフェース（図示せず）を備えている。

【0031】

図３において、サーバコンピュータ２は、油圧ショベル４から出力された車体本体２００の位置情報を取得する位置情報取得部３０１と、施工現場３の現況地形を示す測量図面等を記憶する現況地形情報記憶部３０２ａと、現況地形情報記憶部３０２ａに記憶された測量図面に基づいて現況地形データを取得する現況地形データ取得部３０２と、施工現場３の設計図面等を記憶する設計図面記憶部３０３ａと、設計図面記憶部３０３ａに記憶された設計図面に基づいて設計地形データを取得する設計地形データ取得部３０３とを有している。

【0032】

また、サーバコンピュータ２は、施工現場３で稼働する作業機械（ここでは、油圧ショベル４）の種別や車格などの原単位データを記憶する原単位データ記憶部３０４と、施工現場３で予め取得した土質データや気象データ等の変動要因データを記憶する変動要因データ記憶部３０５とを有している。

【0033】

さらに、サーバコンピュータ２は、現況地形データと設計地形データとを照合し、原単位データと変動要因データに応じて施工計画データを算出する施工計画データ算出部３０６と、施工計画データと車体本体２００の位置情報とを照合し、油圧ショベル４が作業するための目標地形データを算出する目標地形データ算出部３０７と、変動要因データや目標地形データなどに基づいて油圧ショベル４が作業するための作業装置２０１の目標速度を含む目標機械データを算出する目標機械データ算出部３０９と、目標地形データ算出部３０７で算出された目標地形データに目標機械データ算出部３０９で算出された目標機械データを付加して油圧ショベル４に出力する出力装置３０８とを有している。

【0034】

ここで、施工管理システム１で扱う現況地形データ、設計地形データ、変動要因データ、施工計画データ、目標地形データ、及び、目標機械データについて説明する。

【0035】

現況地形データは、例えば、ドローン１０に設けられたカメラ１１で撮像された画像データや測量図面などの現況地形情報記憶部３０２ａに記憶された現況地形を表す情報を現況地形データ取得部３０２で取得し、取得した情報に種々の処理を施して、例えば、点群等で表される所定のフォーマットのデータに変換することにより生成する。なお、本実施の形態では、現況地形データ取得部３０２は、現況地形を表す情報を現況地形情報記憶部３０２ａから取得する場合を例示して説明したが、これに限られず、例えば、ドローン１０のカメラ１１で撮影された画像データを無線通信などによって直接的に取得するように構成してもよい。

【0036】

設計地形データは、設計図面記憶部３０３ａに記憶された施工現場３の設計図面を設計地形データ取得部３０３で取得し、取得した設計図面に種々の処理を施して、例えば、例えば、点群等で表される所定のフォーマットのデータに変換することにより生成する。なお、本実施の形態では、設計地形データ取得部３０３は、設計図面を設計図面記憶部３０３ａから取得する場合を例示して説明したが、これに限られず、例えば、施工会社１２で作成した施工現場３の設計図面を施工会社１２の情報端末１３からインターネットを介して直接的に取得するように構成しても良い。

【0037】

原単位データは、施工現場３で稼働する作業機械の種類や車格などの情報を含むデータであり、施工現場３で稼動する作業機械（ここでは、油圧ショベル４）の作業能力を表す指標となるデータである。原単位データ記憶部３０４には、例えば、作業機械が油圧ショベル４である場合、車格とバケット種別等に応じて設定された切土量（一回で掘削可能な量）、盛土量（一回で盛ることができる土砂の量）、最大掘削速度（バケット２３３の爪先２３３Ｐの最大速度）、最大掘削力（例えば、エンジン３３や油圧ポンプ３４の最大トルク）が原単位データとして記憶されている。なお、これらの原単位データは、施工現場３で稼動する可能性のある種類の作業機械の全てについてサーバコンピュータ２の原単位データ記憶部３０４に予め記憶していても良いが、施工現場３における作業機械の稼働状況に応じて原単位データ記憶部３０４に記憶されている原単位データを逐次変更するようにしても良い。

【0038】

変動要因データは、施工現場３の土質データや気象データを含むデータであり、施工現場３で稼動する作業機械（ここでは油圧ショベル４）の作業能力に与える影響を表す指標となるデータ（すなわち、作業能力に変動を与えうる要因に関するデータ）であり、変動要因データ記憶部３０５に記憶されている。土質データは、例えば、施工現場３における施工前に実施されるボーリング調査の結果の情報を含むデータである（後の図５参照）。また、気象データは、例えば、気象庁や気象会社から取得した日照時間や降水量などの情報を含むデータである（後の図６参照）。

【0039】

施工計画データは、施工現場３における土砂の切士計画データ、及び、土砂の盛土計画データを含むデータである。切土計画データは、例えば、施工範囲における土砂の切土（掘削）を行う部位を示すデータであり、盛土計画データは、土砂の盛土（補填）を行う部位を示すデータである。なお、ここでいう施工範囲における部位とは、例えば、施工範囲に水平方向のｘ軸及びｙ軸と垂直方向のｚ軸とで設定した３次元座標系における位置であり、水平方向の位置と垂直方向の位置（深さや高さ）の情報により構成されている。

【0040】

施工計画データは、施工計画データ算出部３０６で設計地形データ取得部３０３から出力された設計地形データと現況地形データ取得部３０２から出力された現況地形データとを参照し、原単位データと変動要因データを加味して切士計画データや盛土計画データを油圧ショベル４による施工範囲を示すデータに変換することにより生成する。

【0041】

目標地形データは、施工計画データと油圧ショベル４の車体本体２００の位置を照合し、油圧ショベル４の施工範囲に応じて施工計画データの一部を抽出したものである。なお、施工計画データから目標地形データとして抽出する範囲は、油圧ショベル４に出力可能なデータ容量や通信速度に応じて設定することが望ましい。

【0042】

目標機械データは、変動要因データと目標地形データを照合して算出する。算出された目標機械データは、油圧ショベル４が作業するための目標速度を含むデータである。なお、目標機械データ算出部３０９、及び、目標機械データの詳細については後述する。

【0043】

次に、図４〜図６を用いて、施工管理システム１で扱う、現況地形データ、設計地形データ、施工計画データ、目標地形データなどの各地形データの詳細および関係について説明する。

【0044】

図４は、各地形データの相対関係を示す模式図である。

【0045】

図４では、油圧ショベル４の周辺地形の縦断面図を模式的に示している。なお、施工管理システム１で扱う各データは所定のフォーマットに従う点群であり、油圧ショベル４について考える場合には、図４に示すように、Ｘ軸に油圧ショベル４の前方（例えば、油圧ショベル４のブーム２３１、アーム２３２、バケット２３３で構成される作業装置２０１が向いている方向）の水平方向の座標を、Ｚ軸に鉛直方向の座標（例えば、標高）を示す。

【0046】

図４では、施工現場３のうち、Ｘ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの６地点における各地形データを抜き出して示している。すなわち、図４では、現況地形データ取得部３０２で取得した現況地形データのうち、油圧ショベル４の周辺データ、すなわち、Ｚ＝ｈ０上の６地点（それぞれ、Ｘ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ)のものを抜き出して示している。同様に、設計地形データ取得部３０３で取得した設計地形データのうち、油圧ショベル４の周辺データ、すなわち、Ｚ＝ｈｆ上の６地点のものを抜き出して示している。

【0047】

目標地形データ算出部３０７で抽出する目標地形データの範囲、すなわち、油圧ショベル４の施工範囲を、例えば、図４に示したＸ＝Ａ，・・・，Ｆの範囲とすると、施工計画データ算出部３０６では、油圧ショベル４の種別や車格に応じて１回目の作業における施工計画データ（施工現場３におけるＺ＝ｈ１の全データに相当）を算出し、目標地形データ算出部３０７では算出した施工計画データと油圧ショベル４の車体本体２００の位置を照合して１回目の目標地形データとしてＺ＝ｈ１上のＸ＝Ａ，・・・，Ｆにそれぞれ対応する６地点を抽出する。同様に、施工計画データ算出部３０６では油圧ショベル４の種別や車格に応じて２回目の作業における施工計画データ（施工現場３におけるＺ＝ｈ１のデータに相当）を算出し、目標地形データ算出部３０７では算出した施工計画データと油圧ショベル４の車体本体２００の位置を照合して２回目の目標地形データとしてＺ＝ｈ１上のＸ＝Ａ，・・・，Ｆにそれぞれ対応する６地点を抽出する。

【0048】

このように、施工管理システム１では、現況地形データと設計地形データ、及び、油圧ショベル４の種別や車格に応じて複数の施工計画データを算出し、算出した施工計画データと油圧ショベル４の車体本体２００の位置を照合することにより油圧ショベル４の周辺の目標地形データを算出する。

【0049】

図５は、変動要因データの１つである土質データの一例を模式的に示す図である。

【0050】

図５では、油圧ショベル４の周辺地形の縦断面図を模式的に示している。なお、施工管理システム１で扱う各データは所定のフォーマットに従う点群であり、油圧ショベル４について考える場合には、図５に示すように、Ｘ軸に油圧ショベル４の前方（例えば、油圧ショベル４のブーム２３１、アーム２３２、バケット２３３で構成される作業装置２０１が向いている方向）の水平方向の座標を、Ｚ軸に鉛直方向の座標（例えば、標高）を示す。なお、図５で示す座標軸や各地形データ、各地点などは図４とそれぞれ対応している。

【0051】

変動要因データ記憶部３０５には、施工前に実施されたボーリング調査の結果が、例えば、図５に示す形式で格納されている。図５は図４の各地形データと対応している。図５に示す土質データでは、土質の分布は水平方向の各地点（Ｘ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ）で異なっている場合を例示している。図５に示す土質データの例えばＡ地点では、Ｚ＝ｈ０〜原点Ｏの間では概ね砂質で柔らかく、Ｚ＝原点Ｏ〜ｈ２の間では概ね砂利質で砂質よりも固い構成であることがわかる。また、設計図面に近い深い領域Ｚ＝ｈ２〜ｈｆの間では概ね粘土質であり、かなり固い構成であることがわかる。このように、変動要因データ記憶部３０５には土質データとして、施工現場３の各地点の土質を示す情報（例えば、土質に関する分類名や固さを示す数値等）が３次元データとしてマッピングされたデータ（土質データマップ）が記憶されている。

【0052】

図６は、変動要因データの１つである気象データの一例として降水量データを示す図である。

【0053】

図６では、降水量データとして、ある地方の所定の計測地点における１時間前、３時間前、２４時間前、４８時間前、及び、７２時間前から現時点までの降水量の一例を示している。また、降水量データには、予め設定した施工現場３から各計測地点までの距離も含まれており、施工現場３に近い計測地点がわかるようになっている。例えば、図６においては、施工現場３からの距離が最も近いのは計測地点Ｘ４であり、この計測地点Ｘ４の現時点までの２４時間の降水量は０ｍｍであることがわかる。また、計測地点Ｘ４の現時点までの４８時間および７２時間の降水量は共に６０ｍｍであり、現時点からみて４８時間前〜２４時間前の間に降水量が多かったことがわかる。

【0054】

変動要因データ記憶部３０５には、例えば、施工現場３からの距離が最も近い計測地点Ｘ４の降水量データが、図６に示す時間経過に応じたテーブル（降水量データテーブル）として記憶されており、サーバコンピュータ２とインターネットを介して所定のタイミングで更新されるように構成されている。

【0055】

図３Ａは、施工計画データ算出部の処理を示すフローチャートである。

【0056】

図３Ａにおいて、施工計画データ算出部３０６は、まず、設計地形データ取得部３０３から設計地形データを取得するとともに（ステップＳ１００）、現況地形データ取得部３０２から現況地形データを取得する（ステップＳ１１０）。

【0057】

続いて、設計地形データと現況地形データとから、切土計画データと盛土計画データとを算出する（ステップＳ１２０）。切土計画データは施工範囲における土砂の切土（掘削）を行う部位を示すデータ、盛土計画データは土砂の盛土（補填）を行う部位を示すデータであり、例えば、現況地形データと設計地形データの差分から算出することができる。すなわち、現況地形データと設計地形データの各部位における差分をその差分の正負によって分別することで、施工範囲における土砂の切土（掘削）を行う部位（切土計画データ）と土砂の盛土（補填）を行う部位（盛土計画データ）とを算出することができる。

【0058】

続いて、原単位データ記憶部３０４から原単位データ読み込むとともに（ステップＳ１３０）、変動要因データ記憶部３０５から変動要因データを読み込む（ステップＳ１４０）。

【0059】

続いて、原単位データと変動要因データとを加味しつつ、切土計画データと盛土計画データを変換することによって、施工計画データを算出する（ステップＳ１５０）。施工計画データは、３次元空間における作業機械４が施工する範囲（すなわち、掘削や補充を行う部位）を、施工範囲に水平方向のｘ軸及びｙ軸と垂直方向のｚ軸とで設定した３次元座標系における位置で示すデータであり、原単位データ（すなわち、油圧ショベル４の作業能力の指標となるデータ）を加味することにより、切土計画データと盛土計画データを図４で説明したような段階的な複数の施工計画データに変換する。本実施の形態においては変換方法を限定しないが、例えば、原単位データに示される最大掘削速度や最大掘削力などが大きくなるほど１回の作業における作業量が大きくなるように施工計画データを算出するように構成することが考えられる。なお、施工計画データ算出部３０６では、施工現場３の全体について施工計画データを算出するが、図４ではその一部（目標地形データに相当）を例示して示している。

【0060】

図３Ｂは、目標地形データ算出部の処理を示すフローチャートである。

【0061】

図３Ｂにおいて、目標地形データ算出部３０７は、まず、施工計画データ算出部で算出された施工計画データを取得するとともに（ステップＳ２００）、位置情報取得部３０１から油圧ショベル４の位置情報を読み込む（ステップＳ２１０）。続いて、位置情報に基づく油圧ショベル４の施工範囲に応じて施工計画データの一部（すなわち、油圧ショベル４の周囲の一定範囲の施工計画データ）を目標地形データ（図４参照）として抽出する（ステップＳ２２０）。

【0062】

図７は、目標機械データ算出部の処理内容を示すブロック図である。

【0063】

図７において、目標機械データ算出部３０９は、変動要因データ記憶部３０５に変動要因データとして記憶された土質データマップと目標地形データ算出部３０７で算出された目標地形データの点群座標とから、油圧ショベル４の施工範囲の土質に関する情報を抽出（推定）する土質抽出部３０９ａと、土質抽出部３０９ａで抽出した土質の情報に基づき、予め定めた土質出力変換テーブルを用いて出力を算出する出力算出部３０９ｂと、変動要因データ記憶部３０５に変動要因データとして記憶された気象データのうち、例えば、降水量データテーブルに基づいて、油圧ショベル４の施工範囲の過去の降水量を見積もる降水量算出部３０９ｃと、降水量算出部３０９ｃで算出された降水量に基づき、予め定めた出力補正係数テーブルを用いて出力補正係数を算出する出力補正係数算出部３０９ｄと、出力算出部３０９ｂで算出された出力を出力補正係数算出部３０９ｄで算出された出力補正係数で補正して出力する出力補正部３０９ｅとを有している。

【0064】

例えば、図４に示した目標地形データ（油圧ショベル４の周辺地形の縦断面）において、Ｙ座標をＹｓｈとすると、各地点（Ｘ＝Ａ，・・・，Ｆ）における点群座標は、（Ｘａ，Ｙｓｈ，Ｚａ）、・・・、（Ｘｆ，Ｙｓｈ，Ｚｆ）で表される。土質抽出部３０９ａでは、図５に示した土質データマップ（土質の分布を示すマップ）において、点群座標を用いることにより各地点の土質を推定する。例えば、１回目の作業における目標地形データを例として考えると、Ａ地点では高さＺ＝ｈ１において土質は砂質であると推定する。また、Ｃ地点では高さＺ＝ｈ１において砂質もしくは砂利質の中間の土質であると推定する。

【0065】

出力算出部３０９ｂでは、土質抽出部３０９ａから出力された土質の情報と土質出力変換テーブルとに基づいて、油圧ショベル４が作業する際に推奨される目標出力を算出する。なお、各油圧アクチュエータ２１１〜２１３，３２，２５０ａ，２５０ｂの駆動速度と出力の大きさとは関係性があるため、目標出力は油圧アクチュエータ２１１〜２１３，３２，２５０ａ，２５０ｂの目標速度（例えば、バケット２３３の爪先２３３Ｐの目標速度）の一形態と考えることができる。したがって、以降の説明においては、油圧アクチュエータの目標速度を目標出力と記載する場合や目標出力（目標速度）などと記載することがある。また、出力算出部３０９ｂでは、各油圧アクチュエータ２１１〜２１３，３２，２５０ａ，２５０ｂの駆動速度と関係性のある目標掘削速度や目標掘削力等の値を目標速度の他の形態として算出してもよい。例えば、施工現場３で稼働する油圧ショベル４の油圧システム（作業装置を駆動する油圧アクチュエータを制御するシステム）がオープンセンタ方式の場合は、圧油の流量をコントロールするシステムのため、目標掘削速度を目標速度の一形態として算出して出力することが望ましい。一方で、クローズドセンタ方式の場合は、圧油の圧力をコントロールするシステムのため、目標掘削力を目標速度の一形態として算出して出力することが望ましい。なお、これらの方式は、油圧ショベル４の種別を表す原単位データによって判断可能である。

【0066】

出力算出部３０９ｂに予め設定する土質出力変換テーブルは、例えば、土質が砂質の場合は柔らかく、作業装置２０１による掘削速度や掘削力が大きすぎると崩れてしまう懸念があるため、目標出力（目標速度、目標掘削速度、目標掘削力）として低出力値を出力するよう設定されたものが推奨される。また、土質出力変換テーブルは、土質が粘土質の場合は固く、掘削速度や掘削力が小さすぎると作業精度が粗くなるため、目標出力（目標速度、目標掘削速度、目標掘削力）として高出力値を出力するよう設定されたものが推奨される。

【0067】

出力補正係数算出部３０９ｄでは、降水量算出部３０９ｃで算出された降水量降水量と出力補正係数テーブルとに基づいて出力補正係数を算出する。一般的には、直近の降水量が多ければ多いほど土砂が重くなるため、油圧ショベル４の掘削速度や掘削力を増加させる必要がある。また、長期間にわたり降水量がゼロの場合は、土砂が完全に乾燥して固くなるため、油圧ショベル４の掘削速度や掘削力を増加させる必要がある。なお、本実施の形態では説明の簡単のため、気象データとして日照時間（直射日光が地表を照射した時間）を用いる場合については説明を省略するが、例えば、変動要因データ記憶部３０５に気象データとして記憶した日照時間データテーブルから得られる日照時間の情報を出力補正係数算出部３０９ｄでさらに取得し、降水量と日照時間とに基づいて出力補正係数を算出するように構成してもよい。

【0068】

出力補正部３０９ｅでは、出力算出部３０９ｂで算出された目標出力（目標速度）を出力補正係数算出部３０９ｄで算出された出力補正係数で補正し、目標機械データ算出部３０９の出力である目標機械データとして出力する。なお、出力補正部３０９ｅの出力値（目標機械データ）は、出力算出部３０９ｂの出力である目標出力（目標速度）を補正したものであり、油圧ショベル４の作業範囲の各地点における油圧ショベル４の目標出力（Ｐａ，・・・，Ｐｆ）や、掘削速度（Ｖａ，・・・，Ｖｆ）、或いは掘削力（Ｆａ，・・・，Ｆｆ）等、油圧ショベル４が作業する際の指標を示す値である。

【0069】

図８は、目標機械データ算出部から出力される目標機械データの一例を模式的に示す図である。

【0070】

図８においては、油圧ショベル４の周辺地形の縦断面図を模式的に示している。なお、施工管理システム１で扱う各データは所定のフォーマットに従う点群であり、油圧ショベル４について考える場合には、図５に示すように、Ｘ軸に油圧ショベル４の前方（例えば、油圧ショベル４のブーム２３１、アーム２３２、バケット２３３で構成される作業装置２０１が向いている方向）の水平方向の座標を、Ｚ軸に鉛直方向の座標（例えば、標高）を示す。なお、図８で示す座標軸や各地形データ、各地点などは図４及び図５とそれぞれ対応している。

【0071】

目標機械データ算出部３０９で算出した目標機械データは、油圧ショベル４が作業する際の指標として、例えば、図８に示す形式で算出される。図８に示すように、目標機械データは、油圧ショベル４に推奨される目標速度（目標出力、目標掘削速度、目標掘削力）の高低がわかるような形式、すなわち、高低を段階的に示した形式（例えば、Ｈｉｇｈ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｌｏｗの３段階）でマッピングされている。

【0072】

例えば、図８において、１回目の作業における目標地形データの近傍（Ｚ＝ｈ１付近）を例として考えると、図５におけるＡ地点は砂質になっているため、目標機械データとしては「Ｌｏｗ」が出力され、ゆっくりと掘削することが推奨される。また、図５におけるＣ地点は砂質もしくは砂利質の中間層になっているため、目標機械データとしては「Ｌｏｗ／Ｍｉｄｄｌｅ」が出力され、通常よりも弱めに掘削することが推奨される。

【0073】

また、２回目の作業における目標地形データの近傍（Ｚ＝ｈ２付近）を例として考えると、図５におけるＡ地点は砂利質と粘土質の中間層になっているため、目標機械データとしては「Ｍｉｄｄｌｅ／Ｈｉｇｈ」が出力され、通常よりも強めに掘削することが推奨される。また、図５におけるＢ地点は粘土質になっているため、目標機械データとしては「Ｈｉｇｈ」が出力され、速く力強い掘削が推奨される。

【0074】

なお、本実施の形態においては、目標機械データをＨｉｇｈ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｌｏｗの３段階とする場合を例示したが、３段階以外の段階に設定してもよい。また、各段階に数値を設定しても良く、例えば、目標機械データとして油圧アクチュエータの目標速度を考える場合には、Ｈｉｇｈ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｌｏｗのそれぞれの段階に相当する値として、例えば、７００ｍｍ／ｓｅｃ、４００ｍｍ／ｓｅｃ、１５０ｍｍ／ｓｅｃが出力されるようにしても良い。

【0075】

出力装置３０８は、目標地形データに目標機械データを付加して出力することを特徴とする。目標地形データ算出部３０７において、１回目の目標地形データが算出されている場合、出力装置３０８は目標地形データとしてＺ＝ｈ１の６地点（Ｘ＝Ａ，・・・，Ｆ）に加え、図８の破線で示す部分（現況地形データ近傍から目標地形データ（１ｓｔ）近傍まで）の目標機械データを油圧ショベル４に出力する。この方式により、油圧ショベル４では目標地形データ近傍までの目標機械データを取得することが可能となり、目標地形データの近傍で油圧ショベルに推奨される出力、掘削速度、掘削量等の指標をオペレータに提示することができるため、ガイダンス部９０５の性能を向上することができる。

【0076】

図７Ａは、目標機械データ算出部の処理を示すフローチャートである。

【0077】

図７Ａにおいて、目標機械データ算出部３０９の土質抽出部３０９ａは、まず、目標地形データ算出部３０７で算出された目標地形データを読み込むとともに（ステップＳ３００）、変動要因データ記憶部３０５に変動要因データの一つとして記憶された土質データマップを読み込み（ステップＳ３１０）、目標地形データを構成する点群座標に対応する部位の土質を抽出する（ステップＳ３２０）。土質抽出部３０９ａで抽出される土質に関するデータは、目標地形データのＸ座標がＸ＝Ａ，・・・，Ｆである部位に関するものである場合には、図５に示したように、各部位におけるＺ軸方向の土質を示すデータとなり、例えば、Ａ地点における土質は、高さＺ＝ｈ１では砂質、Ｚ＝０においては砂質もしくは砂利質の中間、Ｚ＝ｈ２においては砂利質と粘土の中間、Ｚ＝ｈｆにおいては粘土となる。

【0078】

続いて、出力算出部３０９ｂは、原単位データ記憶部３０４から原単位データ読み込み（ステップＳ３３０）、土質抽出部３０９ａの抽出結果（土質に関するデータ）から土質出力変換テーブルに基づいて目標出力（目標速度）を算出する（ステップＳ３４０）。出力算出部３０９ｂで算出される目標出力（目標速度）は、油圧ショベル４が作業する際の指標である目標機械データと同様の形式、すなわち、図８に示した形式で算出される。すなわち、目標出力（目標速度）は、目標機械データと同様に、油圧ショベル４に推奨される目標速度（目標出力、目標掘削速度、目標掘削力）の高低がわかるような形式、すなわち、高低を段階的に示した形式（例えば、Ｈｉｇｈ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｌｏｗの３段階）でマッピングされている。

【0079】

続いて、降水量算出部３０９ｃは、変動要因データ記憶部３０５に変動要因データの一つとして記憶された降水量データテーブルを読み込み（ステップＳ３５０）、降水量データテーブルから出力補正係数テーブルに基づいて補正係数を算出する（ステップＳ３６０）。例えば、施工現場３の直近の降水量が多ければ多いほど土砂が重くなるため、油圧ショベル４の掘削速度や掘削力を増加させるような補正係数を算出する。また、長期間にわたり降水量がゼロの場合は、土砂が完全に乾燥して固くなるため、油圧ショベル４の掘削速度や掘削力を増加させるような補正係数を算出する。

【0080】

続いて、出力補正部３０９ｅは、出力算出部３０９ｂで算出された目標出力（目標速度）に出力補正係数算出部３０９ｄで算出された補正係数を反映し、目標機械データ算出部３０９の出力である目標機械データとして出力する（ステップＳ３７０）。補正係数の反映方法は、出力算出部３０９ｂで算出された目標出力（目標速度）の形式によって異なるが、例えば、油圧ショベル４の掘削速度や掘削力を増加させるような補正係数の場合を考えると、出力算出部３０９ｂで算出された目標出力（目標速度）を一段階増加させる、すなわち、ＨｉｇｈはＨｉｇｈに、ＭｉｄｄｌｅはＨｉｇｈに、ＬｏｗはＭｉｄｄｌｅに増加させることが考えられる。また、目標機械データとして油圧アクチュエータの目標速度を考える場合には、Ｈｉｇｈ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｌｏｗのそれぞれの段階に相当する値として各段階に設定された数値に補正係数を乗算することも考えられる。

【0081】

次に、本発明の一実施の形態に係る油圧ショベルの処理システムについて説明する。

【0082】

図９は、油圧ショベルの処理システムの処理内容を示す機能ブロック図である。

【0083】

油圧ショベル４における処理システムの各機能は、図２に示した油圧ショベル４の例えば、車体コントローラ２０２により適宜実現されている。なお、車体コントローラ２０２により実現される処理システムは、通信回路網１６（例えば、衛星通信回路を含むインターネット通信網など）を介してサーバコンピュータ２や施工現場３の携帯型情報端末７、情報端末８などとデータ通信可能なＷｉ−Ｆｉなどのインターフェース（図示せず）を備えている。

【0084】

図９において、油圧ショベル４の処理システムである車体コントローラ２０２は、ＧＰＳアンテナ５０の受信結果に基づいて油圧ショベル４のグローバル座標系における絶対位置を検出する位置検出部９０２と、位置検出部９０２の検出結果、すなわち、油圧ショベル４のグローバル座標系における位置情報（絶対位置）をサーバコンピュータ２に出力する位置出力部９０３と、サーバコンピュータ２で算出、出力されて油圧ショベル４で受信した目標地形データ取得部９０４と、油圧ショベル４で受信した目標地形データに付加された目標機械データを抽出して取得する目標機械データ取得部９０６と、姿勢センサ２２１〜２２４からの検出結果に基づいて作業装置２０１および車体本体２００の姿勢情報を取得する姿勢検出部９０１と、姿勢検出部９０１で検出した姿勢情報と位置検出部９０２で検出した位置情報と目標地形データ取得部９０４で取得した目標地形データと目標機械データ取得部９０６で取得した目標機械データとに基づいて、作業装置２０１を駆動する油圧アクチュエータの目標速度を含む目標アクチュエータ速度を設定する目標アクチュエータ出力設定部９０７と、姿勢検出部９０１で検出した姿勢情報と位置検出部９０２で検出した位置情報と目標地形データ取得部９０４で取得した目標地形データとに基づいて作業装置２０１での掘削における目標面を設定し、目標アクチュエータ出力設定部９０７で設定した目標アクチュエータ出力を目標面の情報とともに付加情報として表示装置２０４に出力して表示することによりオペレータに伝達するガイダンス部９０５とを備えている。

【0085】

位置検出部９０２は、姿勢情報として、車体傾斜（車体本体２００のロール角、ピッチ角、ヨ一角）と、ブーム２３１、アーム２３２、及びバケット２３３の対地角から算出される各リンクの角度であるリンク角度とを算出して出力する。また、ガイダンス部９０５は、油圧ショベル４の周辺の目標地形データからバケット爪先付近のデータを抽出して目標面を設定し、この目標面とバケット２３３の爪先２３３Ｐとの位置関係を運転室２０５内に配置されたモニタ等の表示装置２０４に表示して伝達することによりオペレータを支援する。

【0086】

図１０は、目標アクチュエータ出力設定部の処理内容を示す機能ブロック図である。

【0087】

図１０において、目標アクチュエータ出力設定部９０７は、姿勢検出部９０１で検出した姿勢情報（車体傾斜、リンク角度）、及び、位置検出部９０２で検出した車体本体２００の位置情報（絶対位置）に基づいて、バケット２３３の爪先２３３Ｐの位置を算出する爪先位置算出部１００１と、目標地形データ取得部９０４で取得した目標地形データと爪先位置算出部１００１で算出したバケット２３３の爪先２３３Ｐの位置（爪先位置）をと比較して目標面を設定する目標面設定部１００２と、目標機械データ取得部９０６で取得した目標速度（バケット２３３の爪先２３３Ｐの目標速度）、目標面設定部１００２で設定した目標面、及び、爪先位置算出部１００１で算出した爪先位置に基づいて、目標面に対して爪先位置が追従するように、かつ、可能な限り目標速度を実現するように作業装置２０１の各油圧アクチュエータ２１１〜２１３を動作させるための制御速度（バケット２３３の爪先２３３Ｐの推奨速度）を算出して出力する姿勢制御部１００３と、姿勢制御部１００３で算出した制御速度、及び、姿勢検出部９０１からのリンク角度に応じて各油圧アクチュエータ２１１〜２１３の速度（ブーム２３１、アーム２３２、バケット２３３の角速度）を設定し、目標速度を含めて目標アクチュエータ速度として出力する目標アクチュエータ速度設定部１００４とを有している。

【0088】

爪先位置算出部１００１は、予め記憶されている作業装置２０１の各フロント部材２３１〜２３３の寸法値とリンク角度を用いて、ブームピン２４１を基準とする座標系における爪先２３３Ｐの位置を幾何学的に算出し、算出された爪先２３３Ｐの位置を、車体傾斜を加味して車体本体２００の位置を表す座標系（車体座標系）上の位置に変換することによりバケット２３３の爪先２３３Ｐの位置（爪先位置）を算出する。

【0089】

目標面設定部１００２は、例えば、目標地形データとして、図５におけるＺ＝ｈ１上の６地点（Ｘ＝Ａ，・・・，Ｆ）が与えられたとすると、この点群データからバケット２３３の爪先２３３Ｐの位置（爪先位置）に近い複数の点を選択し、これらの点を結ぶことによって目標面を生成する。

【0090】

姿勢制御部１００３は、例えば、目標面と爪先位置の偏差に応じたフィードバック指令値を算出するフィードバック制御を行い、目標速度に対してフィードバック指令値を加算することにより制御速度を算出する。

【0091】

目標アクチュエータ速度設定部１００４は、例えば、ロボットアームの分野で良く知られているヤコビ行列等を用いた運動学モデルを用い、制御速度と各リンク角度とに応じて各油圧アクチュエータ２１１〜２１３の速度（ブーム２３１、アーム２３２、及び、バケット２３３の角速度）を算出する。なお、本実施の形態では図示及び説明を省略するが、目標アクチュエータ速度として旋回速度を含んで設定する場合もある。

【0092】

図１１は、表示装置における表示の一例を示す図である。

【0093】

表示装置２０４は、作業機械の一つである油圧ショベル４の運転室２０５内に配置され、ガイダンス部９０５からの目標面や、目標面とバケット２３３の爪先２３３Ｐとの位置関係、爪先２３３Ｐの目標速度などの情報を表示することによりオペレータに伝達するものである。図１１においては、表示装置２０４に、目標面とバケット２３３の爪先２３３Ｐとの位置関係、目標速度などの情報が表示される支援情報表示部１１２０と、各油圧アクチュエータ２１１〜２１３，３２の目標速度を示す目標操作量ゲージ１１２１，１１２２が表示されている場合を例示している。

【0094】

支援情報表示部１１２０には、目標面を模式的に示す目標面画像１１０２と、目標面に対する爪先２３３Ｐの相対位置を模式的に示すバケット画像１１０１とが表示されている。このように、支援情報表示部１１２０にバケット画像１１０１と目標面画像１１０２を合わせて表示することにより、バケット２３３の爪先２３３Ｐと目標面の距離１１０３を、オペレータが視覚的、直感的に認識できる。

【0095】

また、支援情報表示部１１２０には、目標面画像１１０２の周辺に油圧ショベル４が作業する際の目標速度を示す目標速度伝達領域１１１１〜１１１４が表示されている。図１１の例では、目標面画像１１０２の左側上方、左側下方、右側上方、及び、右側下方に、目標速度伝達領域１１１１，１１１２，１１１３，１１１４がそれぞれ配置されている。目標速度伝達領域１１１１〜１１１４の目標速度の表示方法としては、目標速度の大きさに応じて表示方法を段階的に変えることによってオペレータが目標速度を視覚的、直感的に認識できる表示であれば良いが、例えば、目標速度が小さい場合（図８のＬｏｗに相当）には無地の領域（例えば、目標速度伝達領域１１１１〜１１１３）で表示し、目標速度が中程度の場合（図８のＭｉｄｄｌｅに相当）には、他の領域と異なる色や濃度、ハッチングなど（例えば、図１１の目標速度伝達領域１１１４に薄いハッチングで示すような表示方法）で表示する。また、目標速度が大きい場合（図８のＨｉｇｈに相当）には、他の目標速度の場合とさらに異なる色や濃度、ハッチングなどで目標速度伝達領域１１１１〜１１１３を表示する。

【0096】

図１１においては、目標地形データとして図５に示すＺ＝ｈ１上の６地点（Ｘ＝Ａ，・・・，Ｆ）が与えられており、バケット２３３の爪先２３３Ｐの位置が図５における地点Ｂと地点Ｃの間、かつ、目標地形データ（Ｚ＝ｈ１）よりも上方にある状態を例示している。このとき、Ｚ＝ｈ１上の６地点（Ｘ＝Ａ，・・・，Ｆ）の点群データから、バケット２３３の爪先２３３Ｐの位置に近い２点（地点Ｂおよび地点Ｃ）が選択され、これらの点を結ぶことによって目標面が生成される。

【0097】

目標操作量ゲージ１１２１，１１２２は、各油圧アクチュエータ２１１〜２１３，３２の目標速度に対応する操作レバー装置５の目標操作量を表示しており、運転室２０５に配置された操作レバー装置５の位置および操作方向に対応するように、すなわち、オペレータが感覚的に分かりやすいように、左側の目標操作量ゲージ１１２１には、右旋回（ＳＷＲ）、左旋回（ＳＷＬ）、アームダンプ（ＡＭＤ）、及び、アームクラウド（ＡＭＣ）の各操作に対応する目標速度に関する情報が、右側の目標操作量ゲージ１１２２には、ブーム下げ（ＢＭＤ）、ブーム上げ（ＢＭＵ）、バケットクラウド（ＭＫＣ）、及び、バケットダンプ（ＢＫＤ）の各操作に対応する目標速度に関する情報がそれぞれ表示されている。また、各目標操作量ゲージ１１２１，１１２２では、目標アクチュエータ出力設定部９０７で設定した目標アクチユエータ速度（ブーム２３１、アーム２３２、及び、バケット２３３の角速度、及び上部旋回体２００Ａの旋回速度）の目標速度に対応する目標操作量に応じて、その速度（操作量）の大小がわかるように、目標操作量ゲージ１１２１，１１２２に黒のマーカーをプロットしている。なお、図１１では、旋回操作が不要な状態を例示しているため、旋回の目標操作量として白のマーカーが目標操作量ゲージ１１２１の原点（基準位置）付近にプロットされている。

【0098】

このように、バケット２３３の爪先２３３Ｐと目標面の距離の上方に加えて、バケット２３３の爪先２３３Ｐの目標速度、及び、各油圧アクチュエータ（ブーム２３１、アーム２３２、バケット２３３）の目標速度に対応する目標操作量を表示することにより、適切な作業を行うための指標をオペレータに提供できるため、油圧ショベル４の作業効率を向上することができる。

【0099】

なお、油圧ショベル４の例えば車体コントローラ２０２には、目標アクチュエータ出力設定部９０７で設定した目標アクチュエータ出力に応じて各油圧アクチュエータ２１１〜２１３，３２の出力を制御するアクチュエータ出力制御部２０２Ａが備えられている。アクチュエータ出力制御部２０２Ａでは、目標アクチュエータ出力設定部９０７で設定した各油圧アクチュエータの速度（ブーム２３１、アーム２３２、及び、バケット２３３の角速度）を各シリンダの速度（ブームシリンダ２１１、アームシリンダ２１２、及び、バケットシリンダ２１３の速度）に変換し、変換した速度を実現するように各油圧シリンダ２１１〜２１３を駆動する。例えば、油圧ショベル４で良く知られている油圧パイロット方式の場合には、パイロット圧を制御する電磁弁の駆動電流を制御することにより各油圧シリンダ２１１〜２１３の速度を所定の値に制御する。このように、車体コントローラ２０２に実装されたアクチュエータ出力制御部２０２Ａによって、目標アクチュエータ出力設定部９０７で設定した各油圧アクチュエータ２１１〜２１３の速度を制御することができるため、オペレータの操作をより適切にアシストすることが可能となり、油圧ショベル４の作業効率を向上することができる。

【0100】

なお、本実施の形態の施工管理システム１においては、目標機械データを付加した目標地形データをサーバコンピュータ２で生成して油圧ショベル４に出力する場合を例示して説明したがこれに限られず、例えば、目標機械データおよび目標地形データの少なくとも一方を油圧ショベル４の処理システムである車体コントローラ２０２で生成するように構成してもよい。すなわち、例えば、油圧ショベル４の車体コントローラ２０２に、現況地形データ取得部３０２、設計地形データ取得部３０３、原単位データ記憶部３０４、変動要因データ記憶部３０５、施工計画データ算出部３０６、目標地形データ算出部３０７、目標機械データ算出部３０９の各機能部を配置し、それらの各機能部で必要な情報を通信機能などにより適宜外部から取得して、油圧ショベル４の車体コントローラ２０２で目標機械データおよび目標地形データを生成することが考えられる。或いは、油圧ショベル４の車体コントローラ２０２に上記各機能部の少なくとも一部を配置し、目標機械データや目標地形データの生成の工程の一部を油圧ショベル４の車体コントローラ２０２で行うように構成してもよい。

【0101】

以上のように構成した本実施の形態の特徴を説明する。

【0102】

（１）上記の実施の形態では、作業機械で利用される情報を算出するサーバコンピュータ２を備えた施工管理システム１において、前記サーバコンピュータは、施工現場で稼動する作業機械（例えば、油圧ショベル４）から出力される前記作業機械の位置情報を取得する位置情報取得部３０１と、前記施工現場の現況地形データを取得する現況地形データ取得部３０２と、前記施工現場の設計地形データを取得する設計地形データ取得部３０３と、前記作業機械の少なくとも種類及び車格の情報を含む原単位データを記憶する原単位データ記憶部３０４と、予め取得した少なくとも土質データ及び気象データの情報を含む変動要因データを記憶する変動要因データ記憶部３０５と、前記現況地形データ、前記設計地形データ、前記原単位データ、及び、前記変動要因データに基づいて、前記施工現場における土砂の少なくとも切土計画データ及び盛土計画データを含む施工計画データを算出する施工計画データ算出部３０６と、前記施工計画データと前記位置情報とに基づいて、前記作業機械の作業目標とする目標地形データを算出する目標地形データ算出部３０７と、前記変動要因データと前記目標地形データとに基づいて、前記作業機械の車体に取り付けられた作業装置の駆動に係る目標速度を含む目標機械データを算出する目標機械データ算出部３０９と、少なくとも前記目標機械データを前記作業機械に出力する出力部（例えば、出力装置３０８）とを有するものとした。

【0103】

（２）また、上記（１）の施工管理システムにおいて、前記サーバコンピュータの前記出力部は、前記目標地形データに前記目標機械データを付加して出力するものとした。

【0104】

（３）また、上記（１）の施工管理システムにおいて、前記作業機械は、前記作業機械の車体に取り付けられた前記作業装置２０１と、前記作業装置を駆動するための少なくとも１つのアクチュエータ（例えば、ブームシリンダ２１１、アームシリンダ２１２、バケットシリンダ２１３）とを備え、前記施工管理システムは、前記作業機械の動作を制御する車体コントローラ２０２と、表示装置とを備え、前記車体コントローラは、前記作業機械および前記作業装置の姿勢情報を検出する姿勢検出部９０１と、前記作業機械の位置情報を検出する位置検出部と、前記施工管理システムの前記サーバコンピュータの前記出力部から出力された前記目標地形データを取得する目標地形データ取得部９０４と、前記目標地形データに付加されて前記施工管理システムから出力された前記目標機械データを取得する目標機械データ取得部９０６と、前記姿勢情報、前記位置情報、及び、前記目標地形データに基づいて、前記作業装置による作業の基準となる目標面を設定し、前記目標面と前記作業装置との位置関係の情報をオペレータに伝達するガイダンス部９０５と、前記姿勢情報、前記位置情報、前記目標地形データ、及び、前記目標機械データに基づいて、前記作業装置の目標速度を含む目標アクチュエータ出力を設定する目標アクチュエータ出力設定部９０７とを備え、前記ガイダンス部は、前記目標面に前記目標アクチュエータ出力を付加してオペレータに伝達するものとした。

【0105】

（４）また、上記（３）の作業機械（例えば、油圧ショベル４）において、前記車体コントローラは、前記目標面に応じて前記作業装置の姿勢を制御する姿勢制御部１００３と、前記目標アクチュエータ出力に応じて前記アクチュエータの出力を制御するアクチュエータ出力制御部２０２Ａとをさらに備えるものとした。

【0106】

（５）また、上記の実施の形態では、施工現場で稼動する作業機械（例えば、油圧ショベル４）であって、前記作業機械の車体に取り付けられた作業装置２０１と、前記作業装置を駆動するための少なくとも１つのアクチュエータ（例えば、ブームシリンダ２１１、アームシリンダ２１２、バケットシリンダ２１３）と、前記作業機械の動作を制御する車体コントローラ２０２と、表示装置とを備えた作業機械において、前記車体コントローラは、前記作業機械および前記作業装置の姿勢情報を検出する姿勢検出部９０１と、前記作業機械の位置情報を検出する位置検出部９０２と、前記施工現場の現況地形データを取得する現況地形データ取得部３０２と、前記施工現場の設計地形データを取得する設計地形データ取得部３０３と、前記作業機械の少なくとも種類及び車格の情報を含む原単位データを記憶する原単位データ記憶部３０４と、予め取得した少なくとも土質データ及び気象データの情報を含む変動要因データを記憶する変動要因データ記憶部３０５と、前記現況地形データ、前記設計地形データ、前記原単位データ、及び、前記変動要因データに基づいて、前記施工現場における土砂の少なくとも切土計画データ及び盛土計画データを含む施工計画データを算出する施工計画データ算出部３０６と、前記施工計画データと前記位置情報とに基づいて、前記作業機械の作業目標とする目標地形データを算出する目標地形データ算出部３０７と、前記変動要因データと前記目標地形データとに基づいて、前記作業機械の車体に取り付けられた作業装置の駆動に係る目標速度を含む目標機械データを算出する目標機械データ算出部３０９と、前記姿勢情報、前記位置情報、前記目標地形データ、及び、前記目標機械データに基づいて、前記作業装置の目標速度を含む目標アクチュエータ出力を設定する目標アクチュエータ出力設定部と、前記姿勢情報、前記位置情報、及び、前記目標地形データに基づいて、前記作業装置による作業の基準となる目標面を設定し、前記目標面と前記作業装置との位置関係の情報をオペレータに伝達するガイダンス部９０５とを備え、前記ガイダンス部は、前記目標面に前記目標アクチュエータ出力を付加してオペレータに伝達するものとした。

【0107】

＜付記＞
なお、上記の実施の形態においては、エンジン等の原動機で油圧ポンプを駆動する一般的な油圧ショベルやホイールローダを例に挙げて説明したが、油圧ポンプをエンジン及びモータで駆動するハイブリッド式の油圧ショベルや、油圧ポンプをモータのみで駆動する電動式の油圧ショベルやホイールローダ等にも本発明が適用可能であることは言うまでもない。

【0108】

また、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

【符号の説明】

【0109】

１…施工管理システム、２…サーバコンピュータ、３…施工現場、４…油圧ショベル（作業機械）、５…操作レバー装置、６…測位衛星、７…携帯型情報端末、８，１３，１５…情報端末、９…現場事務所、１０…ドローン（無人飛行機）、１１…カメラ、１２…施工会社、１４…サービスセンタ、１６…通信回路網、３１…旋回フレーム、３２…旋回油圧モータ、３３…エンジン、３４…油圧ポンプ、３５…コントロールバルブ、５０…ＧＰＳアンテナ、２００…車体本体、２００Ａ…上部旋回体、２００Ｂ…下部走行体、２０１…作業装置（フロント装置）、２０２…車体コントローラ、２０２Ａ…アクチュエータ出力制御部、２０４…表示装置、２０５…運転室、２１１…ブームシリンダ、２１２…アームシリンダ、２１３…バケットシリンダ、２２１…ブーム角センサ、２２２…アーム角センサ、２２３…バケット角センサ、２２４…車体傾斜センサ、２３１…ブーム、２３２…アーム、２３３…バケット、２３３Ｐ…爪先、２４１…ブームピン、２４２…アームピン、２４３…バケットピン、２５０ａ，２５０ｂ…走行油圧モータ、２５１ａ，２５１ｂ…クローラフレーム、２５２ａ，２５２ｂ…クローラ、３０１…位置情報取得部、３０２…現況地形データ取得部、３０２ａ…現況地形情報記憶部、３０３…設計地形データ取得部、３０３ａ…設計図面記憶部、３０４…原単位データ記憶部、３０５…変動要因データ記憶部、３０６…施工計画データ算出部、３０７…目標地形データ算出部、３０８…出力装置、３０９…目標機械データ算出部、３０９ａ…土質抽出部、３０９ｂ…出力算出部、３０９ｃ…降水量算出部、３０９ｄ…出力補正係数算出部、３０９ｅ…出力補正部、９０１…姿勢検出部、９０２…位置検出部、９０３…位置出力部、９０４…目標地形データ取得部、９０５…ガイダンス部、９０６…目標機械データ取得部、９０７…目標アクチュエータ出力設定部、１００１…爪先位置算出部、１００２…目標面設定部、１００３…姿勢制御部、１００４…目標アクチュエータ速度設定部、１１０１…バケット画像、１１０２…目標面画像、１１０３…距離、１１１１〜１１１４…目標速度伝達領域、１１２０…支援情報表示部、１１２１，１１２２…目標操作量ゲージ

【図1】

【図2】

【図3】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図7A】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】