(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022146622
(43)【公開日】2022-10-05
(54)【発明の名称】建設機械
(51)【国際特許分類】
E02F 9/20 20060101AFI20220928BHJP
G01S 5/02 20100101ALI20220928BHJP
【ＦＩ】
E02F9/20 C
E02F9/20 N
G01S5/02 A
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021047680
(22)【出願日】2021-03-22
(71)【出願人】
【識別番号】593053988
【氏名又は名称】東起業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110319
【弁理士】
【氏名又は名称】根本 恵司
(72)【発明者】
【氏名】田口 雅邦
【テーマコード（参考）】
2D003
5J062
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB01
2D003AB02
2D003AB03
2D003AB04
2D003AC09
2D003BA07
2D003DA04
2D003DB04
2D003DB05
2D003FA02
5J062AA05
5J062BB01
5J062BB08
5J062HH00
5J062HH09
(57)【要約】
【課題】建設機械により地面を掘削する際に作業装置が埋設物に対して接近したことを高精度で検出できるようにする。
【解決手段】三次元測量機２は、試験掘により露出した埋設物３０４，３０５の三次元相対位置の測定データと、自身の三次元絶対位置の測定データに基づいて、埋設物３０４，３０５の三次元絶対位置データを算出し、建設機械１へ送信する。建設機械１は、バケット７３の三次元相対位置の検出データと、自身の三次元絶対位置の測定データとに基づいて、バケット７３の三次元絶対位置データを算出する。建設機械１は、バケット７３の三次元相対位置データと、埋設物３０４，３０５の三次元絶対位置データに基づいて、バケット７３と埋設物３０４，３０５との間の距離を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】三次元測量機２は、試験掘により露出した埋設物３０４，３０５の三次元相対位置の測定データと、自身の三次元絶対位置の測定データに基づいて、埋設物３０４，３０５の三次元絶対位置データを算出し、建設機械１へ送信する。建設機械１は、バケット７３の三次元相対位置の検出データと、自身の三次元絶対位置の測定データとに基づいて、バケット７３の三次元絶対位置データを算出する。建設機械１は、バケット７３の三次元相対位置データと、埋設物３０４，３０５の三次元絶対位置データに基づいて、バケット７３と埋設物３０４，３０５との間の距離を算出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
試験掘により露出した埋設物の三次元絶対位置データを受け取る手段と、
自身の三次元絶対位置を測定する手段と、
自身の作業装置の三次元相対位置を検出する手段と、
自身の三次元絶対位置の測定データ及び自身の作業装置の三次元相対位置の検出データに基づいて、自身の作業装置の三次元絶対位置データを算出する手段と、
前記作業装置の三次元絶対位置データと前記埋設物の三次元絶対位置データとに基づき、前記作業装置と前記埋設物との間の距離を算出する手段と、
を有する建設機械。
自身の三次元絶対位置を測定する手段と、
自身の作業装置の三次元相対位置を検出する手段と、
自身の三次元絶対位置の測定データ及び自身の作業装置の三次元相対位置の検出データに基づいて、自身の作業装置の三次元絶対位置データを算出する手段と、
前記作業装置の三次元絶対位置データと前記埋設物の三次元絶対位置データとに基づき、前記作業装置と前記埋設物との間の距離を算出する手段と、
を有する建設機械。
【請求項2】
請求項１に記載された建設機械において、
前記距離の算出値が減少して必要離隔距離に所定距離を加えた安全離隔距離になったとき、警報を出力する手段を有する建設機械。
前記距離の算出値が減少して必要離隔距離に所定距離を加えた安全離隔距離になったとき、警報を出力する手段を有する建設機械。
【請求項3】
請求項２に記載された建設機械において、
前記距離の算出値が前記安全離隔距離になったとき、前記作業装置を停止させる手段を有する建設機械。
前記距離の算出値が前記安全離隔距離になったとき、前記作業装置を停止させる手段を有する建設機械。
【請求項4】
請求項２又は３に記載された建設機械において、
前記作業装置の三次元絶対位置データを含む稼働履歴データを保存する保存手段を有する建設機械。
前記作業装置の三次元絶対位置データを含む稼働履歴データを保存する保存手段を有する建設機械。
【請求項5】
請求項４に記載された建設機械において、
前記稼働履歴データは、前記作業装置が前記埋設物から前記必要離隔距離と前記安全離隔距離の範囲の位置で停止した時の履歴を含む建設機械。
前記稼働履歴データは、前記作業装置が前記埋設物から前記必要離隔距離と前記安全離隔距離の範囲の位置で停止した時の履歴を含む建設機械。
【請求項6】
請求項４又は５に記載された建設機械において、
前記保存手段は、前記稼働履歴データを前記埋設物の管理データに紐付けて保存する建設機械。
前記保存手段は、前記稼働履歴データを前記埋設物の管理データに紐付けて保存する建設機械。
【請求項7】
三次元測量機と、建設機械とを有する掘削システムであって、
前記三次元測量機は、
自身の三次元絶対位置を測定する手段と、
試験掘により露出した埋設物の三次元相対位置を測定する手段と、
自身の三次元絶対位置の測定データ及び埋設物の三次元相対位置の測定データに基づいて、埋設物の三次元絶対位置データを算出する手段と、を有し、
前記建設機械は、
前記埋設物の三次元絶対位置データを受け取る手段と、
自身の三次元絶対位置を測定する手段と、
自身の作業装置の三次元相対位置を検出する手段と、
自身の三次元絶対位置の測定データ及び自身の作業装置の三次元相対位置の検出データに基づいて、自身の作業装置の三次元絶対位置データを算出する手段と、
前記作業装置の三次元絶対位置データと前記埋設物の三次元絶対位置データとに基づき、前記作業装置と前記埋設物との間の距離を算出する手段と、
を有する掘削システム。
前記三次元測量機は、
自身の三次元絶対位置を測定する手段と、
試験掘により露出した埋設物の三次元相対位置を測定する手段と、
自身の三次元絶対位置の測定データ及び埋設物の三次元相対位置の測定データに基づいて、埋設物の三次元絶対位置データを算出する手段と、を有し、
前記建設機械は、
前記埋設物の三次元絶対位置データを受け取る手段と、
自身の三次元絶対位置を測定する手段と、
自身の作業装置の三次元相対位置を検出する手段と、
自身の三次元絶対位置の測定データ及び自身の作業装置の三次元相対位置の検出データに基づいて、自身の作業装置の三次元絶対位置データを算出する手段と、
前記作業装置の三次元絶対位置データと前記埋設物の三次元絶対位置データとに基づき、前記作業装置と前記埋設物との間の距離を算出する手段と、
を有する掘削システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建設機械及び掘削システムに関する。
【背景技術】
【0002】
パワーショベル、バックホウ等の建設機械を使用する場合、その周辺に存在する作業者、電柱、架空線、樹木等、様々な地上障害物の正確な位置を把握し、建設機械が障害物に接近した際に警報を出力し、接触防止を図ることに関して、公知技術が存在する（例えば特許文献１、２）。
【0003】
一方、水道管、ガス管、通信ケーブル等の地下埋設物については、地中レーダを使用して探知する公知技術があるものの、精度が低いため、精確な位置の把握や、石や木材との判別が困難なことが多い。
【0004】
すなわち、例えば特許文献３に記載された地下埋設物掘削システムは、地中レーダにより埋設物の三次元絶対位置を測定し、ＧＰＳ受信機付き建設機械へ送り、ＧＰＳ受信機付き建設機械は、自己の基準点の三次元絶対位置を測定するとともに、基準点に対する作業装置（バケット等）の三次元相対位置を検出し、作業装置の三次元絶対位置を算出する。そして、作業装置の三次元絶対位置が埋設物の三次元絶対位置に接近したときに警報を出力する。
【0005】
しかし、この埋設物掘削システムでは、埋設物の詳細なデータ（数cm単位の土被り、正確な管径、管種、条数等）を把握することは困難であるため、建設機械により地面を掘削する際に作業装置であるバケットが埋設物に対して接近したことを高精度で検知することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平５－１１２９７７号公報
【特許文献2】特許第２９５５０７８公報
【特許文献3】特開２００３－５６０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、建設機械により地面を掘削する際に作業装置が埋設物に対して接近したことを高精度で検知できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、試験掘により露出した埋設物の三次元絶対位置データを受け取る手段と、自身の三次元絶対位置を測定する手段と、自身の作業装置の三次元相対位置を検出する手段と、自身の三次元絶対位置の測定データ及び自身の作業装置の三次元相対位置の検出データに基づいて、自身の作業装置の三次元絶対位置データを算出する手段と、前記作業装置の三次元絶対位置データと前記埋設物の三次元絶対位置データとに基づき、前記作業装置と前記埋設物との間の距離を算出する手段と、を有する建設機械である。
また、本発明は、三次元測量機と、建設機械とを有する掘削システムであって、前記三次元測量機は、自身の三次元絶対位置を測定する手段と、試験掘により露出した埋設物の三次元相対位置を測定する手段と、自身の三次元絶対位置の測定データ及び埋設物の三次元相対位置の測定データに基づいて、埋設物の三次元絶対位置データを算出する手段と、を有し、前記建設機械は、前記埋設物の三次元絶対位置データを受け取る手段と、自身の三次元絶対位置を測定する手段と、自身の作業装置の三次元相対位置を検出する手段と、自身の三次元絶対位置の測定データ及び自身の作業装置の三次元相対位置の検出データに基づいて、自身の作業装置の三次元絶対位置データを算出する手段と、前記作業装置の三次元絶対位置データと前記埋設物の三次元絶対位置データとに基づき、前記作業装置と前記埋設物との間の距離を算出する手段と、を有する掘削システムである。
また、本発明は、三次元測量機と、建設機械とを有する掘削システムであって、前記三次元測量機は、自身の三次元絶対位置を測定する手段と、試験掘により露出した埋設物の三次元相対位置を測定する手段と、自身の三次元絶対位置の測定データ及び埋設物の三次元相対位置の測定データに基づいて、埋設物の三次元絶対位置データを算出する手段と、を有し、前記建設機械は、前記埋設物の三次元絶対位置データを受け取る手段と、自身の三次元絶対位置を測定する手段と、自身の作業装置の三次元相対位置を検出する手段と、自身の三次元絶対位置の測定データ及び自身の作業装置の三次元相対位置の検出データに基づいて、自身の作業装置の三次元絶対位置データを算出する手段と、前記作業装置の三次元絶対位置データと前記埋設物の三次元絶対位置データとに基づき、前記作業装置と前記埋設物との間の距離を算出する手段と、を有する掘削システムである。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、建設機械により地面を掘削する際に作業装置が埋設物に対して接近したことを高精度で検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態に係る掘削システムよる掘削作業の概要について説明するための図である。
【図2】本発明の実施形態に係る建設機械の電気的構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施形態に係る三次元測量機の電気的構成を示すブロック図である。
【図4】埋設物の三次元絶対位置データを取得する方法の概要について説明するための図である。
【図5】三次元測量機が埋設物の三次元位置データを取得する手順を示すフローチャートである。
【図6】建設機械の掘削作業時の動作手順を示すフローチャートである。
【図7】建設機械の作業装置と埋設物との間の必要離隔距離及び安全離隔距離の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
【0012】
本発明の実施形態に係る掘削システムは、建設機械１と、三次元測量機２とを備えている。
【0013】
建設機械１は、ＩＣＴ（Information and Communication Technology）重機であり、複数（ここでは４個）のＧＰＳ衛星Ｓａから送信されるＧＰＳ信号を受信し、自身の三次元絶対位置、すなわち地球に設定された絶対座標系における三次元位置である緯度、経度、及び高度（標高）を測定することができる。
【0014】
また、建設機械１は、自身の作業装置７のバケット７３の三次元相対位置、すなわち建設機械１に設定された相対座標系における三次元位置（方位角、俯仰角、距離）を検出する機能、並びに、測定した自身の三次元絶対位置及び検出した自身のバケット７３の三次元相対位置から、自身のバケット７３の三次元絶対位置を算出する機能を備えている。
【0015】
また、建設機械１は、掘削作業時に、三次元測量機２から埋設物の三次元絶対位置データを受信し、バケット７３の三次元絶対位置が埋設物の三次元絶対位置から安全離隔距離に接近した時、警報を出力する機能を備えている。なお、安全離隔距離については後述する。
【0016】
また、建設機械１は、作業装置７から作業員３１１や、図示されていない電柱、電線等の地上障害物までの距離を検出し、その距離が予め定められた離隔距離（一定の安全離隔を含む距離）になった時に警報を出力する機能を備えている。
【0017】
また、建設機械１は、作業装置７の動作履歴（例えば埋設物に対して安全離隔距離まで接近して停止した状態）を記録する機能を備えている。
【0018】
三次元測量機２は、ＧＰＳ受信機能を有する三次元レーザスキャナ装置からなる。三次元測量機２は、建設機械１と同様にＧＰＳ衛星Ｓａから送信されるＧＰＳ信号を受信し、自身の三次元絶対位置、すなわち、地球に設定された絶対座標系における三次元位置である緯度、経度、及び高度（標高）を測定することができる。
【0019】
また、三次元測量機２は、自身に対する被測定物（本実施形態では、試験掘により露出した埋設物）の三次元相対位置、すなわち三次元測量機２に設定された相対座標系における三次元位置（方位角、俯仰角、距離）から、被測定物の三次元絶対位置データを算出する機能、及び算出した三次元絶対位置データを建設機械１へ送信する機能を備えている。
【0020】
以上、建設機械１と三次元測量機２の機能について説明した。次に建設機械１の概略構造について説明する。建設機械１は、移動自在な下部走行体３と、下部走行体３上に設けられた旋回自在な車体５と、車体５の前部に設けられた俯仰動自在な作業装置７とを有する。
【0021】
下部走行体３は、左右一対のクローラ３１を有しており、クローラ３１を回転させて進行（前進・後進）する。また、左右のクローラ３１の回転速度差により進行方向（左・右）を変えることができる。
【0022】
車体５は、ターンテーブル（旋回サークル：図示せず）を介して、下部走行体３に対して旋回自在に装着されている。車体５は、運転室５１と、エンジン収納部５２とを有する。
【0023】
作業装置７は、ブーム７１と、アーム７２と、バケット７３とを有する。ブーム７１は、その基端部が車体５の前部に俯仰動自在に装着されており、車体５とブーム７１との間に装着されたブームシリンダ７４の伸縮により俯仰動する。アーム７２は、その基端部がブーム７１の先端部に俯仰動自在に装着されており、ブーム７１とアーム７２との間に装着されたアームシリンダ７５の伸縮により俯仰動する。バケット７３は、その基端部がアーム７２の先端部に俯仰動自在に装着されており、アーム７２とバケット７３の間に装着されたバケットシリンダ７６の伸縮により俯仰動する
【0024】
次に建設機械１に設けられた各種センサについて説明する。建設機械１に設けられたセンサには、建設機械１が掘削作業中の地中の埋設物、周辺空間内に存在する様々な物体、例えば作業者、電柱、架空線、樹木等に接近したことを検出するための接近センサがある。
【0025】
接近センサとしては、ブーム７１の左側面に設けられた前方左側探査用レーザスキャナ装置１０６（図２参照。以下、同じ）、ブーム７１の右側面に設けられた前方右側探査用レーザスキャナ装置１０７、アーム７２の左側面に設けられた側方左側探査用レーザスキャナ装置１０８、アーム７２の右側面に設けられた側方右側探査用レーザスキャナ装置１０９、車体５におけるブーム７１の基端付近に設けられたバケット位置検出用レーザスキャナ装置１１０、及び車体５の後部に設けられた後方探査用レーザスキャナ装置１１１、作業者３１１が所持しているＩＤ発信手段としてのビーコン発信器から送信されるビーコン信号を受信するビーコン受信機１１４がある。
【0026】
これらのレーザスキャナ装置は、本願の出願人が先に出願した特願２０１８－１８５６０５号（特開２０２０－５６１６９号公報）における同名のレーザスキャナ装置と同様の構成及び配置を有するものであり、それぞれの探査範囲（水平方向、垂直方向）に対して数十フレーム／秒の速度で周期的にレーザ光を放射し、その反射光を検出し、スキャン位置毎の反射光の強度データ、及び放射から反射光の検出までの時間差に基づくスキャン位置毎の距離データを取得する機能を有する三次元レーザスキャナ装置である。
【0027】
また、建設機械１はＧＰＳ受信機１１２及び無線通信機１１３を備えている。ＧＰＳ受信機１１２、無線通信機１１３、及び前述したビーコン受信機１１４は、それぞれのアンテナが例えば運転室５１の屋根上に設けられ、本体が運転室５１の内部に設けられている。また、図２を用いて後述する各センサの検出信号の処理や各センサの設定等を行う制御部、周辺空間に存在する物体に接近したことを警報音で報知する音声出力部等が運転室５１の内部に設けられている。
【0028】
〈建設機械の電気的構成〉
図２は、本発明の実施形態に係る建設機械の電気的構成を示すブロック図である。
図示のように、建設機械１は、制御部１０１と、それぞれが制御部１０１に接続された前述した各種センサとしての前方左側探査用レーザスキャナ装置１０６、前方右側探査用レーザスキャナ装置１０７、側方左側探査用レーザスキャナ装置１０８、側方右側用レーザスキャナ装置１０９、バケット位置検出用レーザスキャナ装置１１０、後方探査用レーザスキャナ装置１１１を備えている。
図２は、本発明の実施形態に係る建設機械の電気的構成を示すブロック図である。
図示のように、建設機械１は、制御部１０１と、それぞれが制御部１０１に接続された前述した各種センサとしての前方左側探査用レーザスキャナ装置１０６、前方右側探査用レーザスキャナ装置１０７、側方左側探査用レーザスキャナ装置１０８、側方右側用レーザスキャナ装置１０９、バケット位置検出用レーザスキャナ装置１１０、後方探査用レーザスキャナ装置１１１を備えている。
【0029】
また、建設機械１は、記憶部１０２、操作入力部１０３、音声出力部１０４、表示部１０５を備えている。
【0030】
制御部１０１は、例えばマイクロプロセッサ及びその周辺回路等で構成され、記憶部１０２に格納されたプログラムやデータを用いて各部を制御して、建設機械１全体の制御や演算処理等を行う。
【0031】
記憶部１０２は、ＲＯＭ等の不揮発性メモリ、フラッシュメモリ等の書換可能な不揮発性メモリ、ＲＡＭ等の揮発性メモリ、及びハードディスクからなる。そして、ＲＯＭには建設機械１を動作させるために必要な制御プログラムが格納されている。また、ＲＡＭは制御部１０１が実行中の各プログラムや、それらの実行に必要なデータのワークエリアとなる。また、書換可能な不揮発性メモリには、建設機械１における各種設定データ（例えば、探査範囲、警報音等の出力する接近距離の閾値）等が格納される。また、ハードディスクには、建設機械１の稼働履歴情報等が記憶される。
【0032】
操作入力部１０３は、ボタンやスイッチ、タッチパネルからなり、建設機械１に対する所定の設定を入力するためのユーザＩ／Ｆ（インタフェース）である。音声出力部１０４はスピーカ及びその駆動回路により構成されており、警報音を含む各種音声を出力する。表示部１０５は、ＬＣＤ等で構成されており、建設機械１の動作状態等を表示するユーザＩ／Ｆである。
【0033】
また、建設機械１は、ＧＰＳ受信機１１２、無線通信機１１３、及びビーコン受信機１１４を備えている。ＧＰＳ受信機１１２は、ＧＰＳ衛星ＳａからのＧＰＳ信号を受信し、建設機械１（正確にはＧＰＳ受信機１１２のアンテナ）の緯度、経度、高度（標高）を算出する。無線通信機１１３は、三次元測量機２の後述する無線通信機２０７（図３）と通信する手段であり、本実施形態では、試験掘の際に三次元測量機２が取得した埋設物の三次元絶対位置データを含む埋設物管理データを受信する。埋設物管理データの内容については後述する。ビーコン受信機１１４は、作業者３１１が所持しているビーコン発信器から送信されるビーコン信号を受信する。
【0034】
〈三次元測量機の電気的構成〉
図３は、本発明の実施形態に係る三次元測量機の電気的構成を示すブロック図である。図示のように、三次元測量機２は、制御部２０１と、それぞれが制御部２０１に接続された記憶部２０２、操作入力部２０３、表示部２０４、距離測定部２０５、ＧＰＳ受信機２０６、無線通信機２０７を備えている。
図３は、本発明の実施形態に係る三次元測量機の電気的構成を示すブロック図である。図示のように、三次元測量機２は、制御部２０１と、それぞれが制御部２０１に接続された記憶部２０２、操作入力部２０３、表示部２０４、距離測定部２０５、ＧＰＳ受信機２０６、無線通信機２０７を備えている。
【0035】
制御部２０１は、例えばマイクロプロセッサ及びその周辺回路等で構成され、記憶部２０２に格納されたプログラムやデータを用いて各部を制御して、三次元測量機２全体の制御や演算処理等を行う。
【0036】
記憶部２０２は、ＲＯＭ等の不揮発性メモリ、フラッシュメモリ等の書換可能な不揮発性メモリ、ＲＡＭ等の揮発性メモリからなる。そして、ＲＯＭには三次元測量機２を動作させるために必要な制御プログラムが格納されている。また、ＲＡＭは制御部２０１が実行中の各プログラムや、それらの実行に必要なデータのワークエリアとなる。また、書換可能な不揮発性メモリには、三次元測量機２における各種設定データ（例えば、スキャン角度、スキャン速度）等が格納される。
【0037】
操作入力部２０３は、ボタンやスイッチ、タッチパネルからなり、三次元測量機２に対する所定の設定を入力するためのユーザＩ／Ｆである。表示部２０４は、ＬＣＤ等で構成されており、三次元測量機２の動作状態等を表示するユーザＩ／Ｆである。
【0038】
距離測定部２０５は、レーザ光の発光部、受光部、それらの水平方向（方位角方向）、垂直方向（俯仰角方向）の駆動部等からなる。本実施形態では、試験掘時に埋設物の三次元相対位置（方位角、俯仰角、距離）を測定する。
【0039】
ＧＰＳ受信機２０６は、ＧＰＳ衛星ＳａからのＧＰＳ信号を受信し、三次元測量機２（正確にはＧＰＳ受信機２０６のアンテナ）の緯度、経度、高度（標高）を算出する。無線通信機２０７は、建設機械１の無線通信機１１３と通信する手段であり、本実施形態では、試験掘時に取得した埋設物の三次元絶対位置データ等を送信する。
【0040】
〈埋設物の三次元絶対位置データの取得〉
図４は、埋設物の三次元位置データを取得する方法の概要について説明するための図であり、図５は、三次元測量機が埋設物の三次元位置データを取得する手順を示すフローチャートである。これらの図を参照して、埋設物の三次元絶対位置データを取得する方法について説明する。
図４は、埋設物の三次元位置データを取得する方法の概要について説明するための図であり、図５は、三次元測量機が埋設物の三次元位置データを取得する手順を示すフローチャートである。これらの図を参照して、埋設物の三次元絶対位置データを取得する方法について説明する。
【0041】
図４に示されているように、まず既設埋設物を調査するため、地面３０１を試験掘し、布掘り又はつぼ掘りを行って掘削溝３０３を形成し、既設埋設物である埋設物３０４，３０５を露出させ、三次元測量機２を地面３０１から掘削溝３０３内に移動させる。なお、この試験掘は、例えば埋設物３０４，３０５と交差する方向に新たに電線ケーブルを埋設する際、埋設物３０４，３０５の図面情報に基づいて埋設物３０４，３０５の正確な位置などを調査するために行うものである。
【0042】
次に、三次元測量機２は、ＧＰＳ衛星ＳａからのＧＰＳ信号を受信して、自身の三次元絶対位置を測定する（図５のステップＳ１）。次いで、三次元測量機２は、埋設物３０４，３０５の三次元相対位置（自身に対する方位角、俯角、距離）を測定する（ステップＳ２）。ここで、測定により取得する三次元相対位置のデータは、埋設物の表面の位置に対応する点群座標からなるデータである。
【0043】
次に、三次元測量機２は、ステップＳ１で測定した自身の三次元絶対位置の測定データと、ステップＳ２で測定した自身に対する埋設物３０４，３０５の三次元相対位置の測定データに基づいて、埋設物３０４，３０５の三次元絶対位置（緯度、経度、標高）を算出する（ステップＳ３）。そして、算出された埋設物３０４，３０５の三次元絶対位置データに、目視により確認した埋設物３０４，３０５の埋設企業、管種、管径、条数を付加し、互いに紐付けた埋設物管理データを記憶部２０２に記憶し、この図に示されているフローを終了させる。
【0044】
ここで、ステップＳ３で三次元埋設物３０４，３０５の三次元絶対位置を算出する際、三次元測量機２の正確な三次元絶対位置であるＧＰＳ受信機２０６のアンテナの位置と、埋設物３０４，３０５の三次元相対位置の測定の基準位置（例えば距離測定部２０５の位置）とのオフセットを必要に応じて補正する。
【0045】
なお、図４に示されているように、複数の埋設物が存在する場合は、それぞれに対してステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４を実行する。また、複数の埋設物の位置を測定する際、三次元測量機２の掘削溝３０３内の設置位置を変えた場合は、ステップＳ１も実行する。掘削溝３０３内に存在する全ての埋設物の三次元絶対位置データの記憶が終了したら、三次元測量機２を掘削溝３０３内から地面３０１に戻し、他の場所を試験掘する場合は、その場所へ移動させる。
【0046】
〈建設機械による掘削作業〉
図６は、建設機械の掘削作業時の動作を示すフローチャートである。図１、図２及び図６を参照して、建設機械の掘削作業時の動作について説明する。なお、建設機械１がこのフローチャーチに示されている動作を開始する際、建設機械１が掘削作業開始位置に停止しているものとする。
図６は、建設機械の掘削作業時の動作を示すフローチャートである。図１、図２及び図６を参照して、建設機械の掘削作業時の動作について説明する。なお、建設機械１がこのフローチャーチに示されている動作を開始する際、建設機械１が掘削作業開始位置に停止しているものとする。
【0047】
まず建設機械１は、三次元測量機２から埋設物３０４，３０５の三次元絶対位置データを含む埋設物管理データを受け取る（ステップＳ１１）。すなわち、三次元測量機２が送信した埋設物３０４，３０５の埋設物管理データを受信する。これらのデータは記憶部１０２に記憶される。
【0048】
次に建設機械１は、掘削作業開始位置における自身の三次元絶対位置を測定して現在時刻と共に記憶し、さらにバケット７３の三次元絶対位置を算出し、現在時刻と共に記憶する（ステップＳ１２）。より詳しくは、建設機械１はＧＰＳ衛星ＳａからのＧＰＳ信号を受信して、三次元絶対位置を測定し、測定データに現在時刻データを付加して記憶部１０２に記憶し、さらにバケット位置検出用レーザスキャナ装置１１０により、バケット７３の三次元相対位置（自身に対する方位角、俯仰角、距離）を検出し、自身の三次元絶対位置の測定データと、バケット７３の三次元相対位置の検出データとに基づき、バケット７３の三次元絶対位置を算出し、算出データに現在時刻データを付加して記憶部１０２に記憶する。すなわち、建設機械１は、後述するステップＳ１５と同じ手順で掘削作業開始位置における自身の三次元絶対位置を測定し、後述するステップＳ１６，Ｓ１７と同じ手順で掘削作業開始位置におけるバケット７３の三次元絶対位置を算出する。
【0049】
次に、建設機械１は、埋設物３０４，３０５の付近の地面３０１を掘削する時の必要離隔距離及び安全離隔距離を設定する（ステップＳ１３）。ここで、必要離隔距離とは、埋設企業により機械堀りや、杭打ちが容認されている距離であり、埋設物の種類（ガス管、水道管、電線、通信ケーブル）に応じて、埋設企業により１ｍ、３０ｃｍ等に定められる。また、安全離隔距離とは、警報の出力からオペレータによる停止操作に基づくバケット７３の停止までの遅延時間や、バケット７３のガタツキなどを考慮してより安全な掘削を確保するために、掘削作業の施工企業が必要離隔距離に所定距離（例えば１０ｃｍ）加算した距離である。
【0050】
ここで、必要離隔距離及び安全離隔距離について具体例を挙げて説明する。図７は、必要離隔距離及び安全離隔距離の一例を示す図である。より詳しくは、図７は、埋設物３０４に対する必要離隔距離及び安全離隔距離を示している。
【0051】
図７に示されているように、断面円環状の管体からなる埋設物３０４（例えば直径２００ｍｍのガス管）の場合、必要離隔距離は、第１離隔距離面３０４ａとして、埋設物３０４の外周面の外側全周（３６０°）に亘って断面同心円状に三次元絶対位置データとして設定される。また、安全離隔距離は、第２離隔距離面３０４ｂとして、第１離隔距離面３０４ａの外側から所定距離（例えば１０ｃｍ）の全周（３６０°）に亘って断面同心円状に三次元絶対位置データとして設定される。すなわち、埋設物３０４の外周面から第１離隔距離面３０４ａまでの距離が必要離隔距離であり、埋設物３０４の外周面から第２離隔距離面３０４ｂまでの距離が安全離隔距離である。なお、図４に示されている２条３段の管体からなる埋設物３０５の場合、必要離隔距離及び安全離隔距離は、埋設物３０５の外周面の外側全周（３６０°）に亘って三次元絶対位置データとして設定される。
【0052】
図６の説明に戻る。次に建設機械１は掘削作業を開始する（ステップＳ１４）。掘削作業を開始した建設機械１は、ＧＰＳ受信機１１２により自身の三次元絶対位置をリアルタイムで測定し（ステップＳ１５）、バケット位置検出用レーザスキャナ装置１１０により、バケット７３の三次元相対位置（自身に対する方位角、俯仰角、距離）をリアルタイムで検出し（ステップＳ１６）、ステップＳ１５で測定した自身の三次元絶対位置の測定データと、ステップＳ１６で検出したバケット７３の三次元相対位置の検出データとに基づき、制御部１０１によりバケット７３の三次元絶対位置をリアルタイムで算出する（ステップＳ１７）。この三次元絶対位置のデータは、バケット７３の稼働時絶対位置座標データである。
【0053】
次に、建設機械１は、バケット７３の三次元絶対位置と埋設物３０４，３０５の三次元絶対位置との間の距離を制御部１０１によりリアルタイムで算出する（ステップＳ１８）。
【0054】
なお、ステップＳ１７でバケット７３の三次元絶対位置を算出する際、建設機械１の正確な三次元絶対位置であるＧＰＳ受信機１１２のアンテナの位置と、バケット７３の三次元相対位置の測定の基準位置（例えばバケット位置検出用レーザスキャナ装置１１０の位置）とのオフセットを必要に応じて補正する。
【0055】
次に、算出距離が安全離隔距離より長いか否かを判定する（ステップＳ１９）。すなわち、例えば図７の場合、バケット７３が掘削方向へ進行しているときに第２離隔距離面３０４ｂの外側に位置するか否かを判定する。そして、算出距離が安全離隔距離より長い場合は（ステップＳ１９：YES）、掘削作業を継続し（ステップＳ２０）、ステップＳ１５に戻る。また、算出距離が安全離隔距離以下の場合は（ステップＳ１９：NO）、警報を出力する（ステップＳ２１）。このとき、警報は音声出力部１０４から警報音として出力することで建設機械１のオペレータ及び周辺の作業者３１１に報知する。
【0056】
警報によりバケット７３が埋設物に接近したことを把握したオペレータの停止操作に基づきバケット７３が停止し（ステップＳ２２）、バケット７３が停止した位置を表す三次元絶対位置データに現在時刻データを付加し、埋設物の埋設物管理データに紐付けたバケット稼働履歴データを記憶部１０２に記憶する（ステップＳ２３）。
【0057】
掘削作業が終了するまで、ステップステップＳ１５～Ｓ１９、及びステップＳ１９の判定結果に基づくステップを実行する。なお、図示を省略したが、ステップＳ１７における算出データに対して、定期的に現在時刻データを付加し、バケット稼働履歴データとし、記憶部１０２に記憶している。
【0058】
ここで、ステップＳ２３でバケット７３の三次元絶対位置データと現在時刻データを埋設物３０４，３０５の埋設物管理データに紐付け、バケット稼働履歴データとして保存しておくことの意義を説明する。埋設物３０４，３０５が掘削前に損傷していることがある。本実施形態では、例えば図７において、バケット７３の先端が第２離隔距離面３０４ｂに到達した時点で警報が出力される。バケット７３が停止する位置は、警報を聞いたオペレータによる停止操作までの遅延、制御部１０１の応答遅延、及びバケット７３のガタツキ等により、第２離隔距離面３０４ｂの内側に入るものの、第１離隔距離面３０４ａの内側には入らないように、所定距離（必要離隔距離に対する加算距離＝第１離隔距離面３０４ａと第２離隔距離面３０４ｂとの間隔）が設定されているので、バケット７３は埋設物３０４に対して必要離隔距離を確保した状態で停止する。したがって、停止位置を時刻情報ともに埋設物管理データに紐付けて保存しておけば、埋設物３０４，３０５が掘削前に損傷していたことの証拠となる。
【0059】
以上、建設機械１が掘削作業を行う際に作業装置７のバケット７３が埋設物３０４に接近した時の動作について説明した。建設機械１は、作業装置７が地上の障害物（作業者、電柱、架空線、樹木等）に接近した時にも警報と自動停止を行う機能を備えている。この機能を実現する具体的手段は、前述した本願の出願人の先願である特願２０１８－１８５６０５号（特開２０２０－５６１６９号公報）に開示したものと同じなので概略を説明する。
【0060】
建設機械１は、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）を用いて、周辺のマッピングと自身の位置及び姿勢の推定を同時に行うことができる。これらの処理は、掘削作業と並行して行うこともできるが、ここでは掘削作業の前に行うものとして説明する。
【0061】
建設機械１は、作業領域内を後方（図１における右方）へ走行しながら、後方探査用レーザスキャナ装置１１１により探査範囲に存在する物体までのスキャン位置毎の距離データを取得し、周辺のマッピング及び自己の位置と姿勢（向き）の推定を同時に行う。マッピングにより、建設機械１周辺のマップが作成され、記憶部１０２に格納される。
【0062】
次に建設機械１は、作成したマップを参照しながら、掘削作業を実行する。
まず、各レーザスキャナ装置はスキャンを開始し、ビーコン受信機１１４はビーコン信号の受信電波強度に基づく測距を開始する。
まず、各レーザスキャナ装置はスキャンを開始し、ビーコン受信機１１４はビーコン信号の受信電波強度に基づく測距を開始する。
【0063】
次に建設機械１は、建設機械周辺のマップを参照し、作業装置７の旋回範囲に基づき、動的な監視領域を設定する。すなわち、バケット位置検出用レーザスキャナ装置１１０の出力に基づいて、バケット７３の先端の位置、即ち作業装置７の先端の位置をリアルタイムで検出し、作業装置７の基端の位置、即ちブーム７１の基端の位置を中心として、作業装置７から所定の角度及び高度の範囲を計算し、設定する。
【0064】
次に建設機械１は、監視領域へ近接又は侵入した地物を検知する。すなわち、各レーザスキャナ装置は、探査範囲内のスキャン位置毎のレーザ光の放射時刻と反射光の受信時刻との差から計算した距離データ、及び反射光の強度データを制御部１０１に送り、制御部１０１は、スキャン位置毎の距離データと反射光強度からなる距離画像を生成し、さらに距離画像から監視領域内の部分を抽出し、その画像上のサイズや形状から地物（例えば立木、作業用車両、作業者）があるか否かを判定する。また、制御部１０１は、距離画像の画像上のサイズや形状から、地物を抽出し、それが接近しているか否かを判定する。
【0065】
制御部１０１は、地物が検知されると、簡単な警告及び制御を行う。例えば音声出力部１０４による警報音の出力及び表示部１０５による警報表示を行わせる。オペレータが、この警報音や警報表示により、作業装置７の一時停止等、さらなる接近と接触を回避する操作を行うことで、接触や衝突を防止することができる。
【0066】
制御部１０１は、上記の警告及び制御と並行して、ビーコン信号で監視領域内の作業者を識別する。即ち、レーザ測距結果とビーコン測距結果を照合し、ビーコン発信機の発信機ＩＤを識別することで、検知された地物のうちの作業者３１１を識別する。
【0067】
制御部１０１は、作業者の識別に基づいて、高度な警告、例えば作業者個人に対する警告を音声出力部から行う。この警告を作業者３１１が所持しているスマートフォン等に対して行うように構成してもよい。
【0068】
以上詳細に説明したように、本発明の実施形態に係る埋設物掘削システムによれば、下記（１）～（３）の効果が得られる。
（１）建設機械１は、試験掘により正確に測定された埋設物の三次元絶対位置データを参照し、バケット７３の三次元絶対位置が埋設物の三次元絶対位置に接近したときに警報を出力するので、バケット７３が埋設物に対して接近したことを高精度でオペレータ及び付近の作業者３１１に報知することができる。このため、建設機械１のオペレータは、作業中にバケット７３が埋設物に接近したことを把握することができる。また、作業者３１１もバケット７３が埋設物に接近した危険な状態であることを把握することができる。また、バケット７３が埋設物に接触することによる埋設物の損傷を防止することができる。
（２）バケット７３の稼働履歴を保存するので、その稼働履歴を埋設物が掘削前に損傷していた場合の証拠として提示することができる。
（３）建設機械１の作業装置７（ブーム７１、アーム７２、バケット７３）が地上の障害物に接近したことを建設機械１のオペレータや付近の作業者３１１に報知することができる。このため、建設機械１のオペレータは、作業中にバケット７３が地上の障害物に接近したことを把握でき、接触による被害を防止することができる。また、作業者３１１も作業装置７が地上の障害物に接近した危険な状態であることを把握することができる。
（１）建設機械１は、試験掘により正確に測定された埋設物の三次元絶対位置データを参照し、バケット７３の三次元絶対位置が埋設物の三次元絶対位置に接近したときに警報を出力するので、バケット７３が埋設物に対して接近したことを高精度でオペレータ及び付近の作業者３１１に報知することができる。このため、建設機械１のオペレータは、作業中にバケット７３が埋設物に接近したことを把握することができる。また、作業者３１１もバケット７３が埋設物に接近した危険な状態であることを把握することができる。また、バケット７３が埋設物に接触することによる埋設物の損傷を防止することができる。
（２）バケット７３の稼働履歴を保存するので、その稼働履歴を埋設物が掘削前に損傷していた場合の証拠として提示することができる。
（３）建設機械１の作業装置７（ブーム７１、アーム７２、バケット７３）が地上の障害物に接近したことを建設機械１のオペレータや付近の作業者３１１に報知することができる。このため、建設機械１のオペレータは、作業中にバケット７３が地上の障害物に接近したことを把握でき、接触による被害を防止することができる。また、作業者３１１も作業装置７が地上の障害物に接近した危険な状態であることを把握することができる。
【0069】
本発明は、上記実施形態に対して下記(i)～(v)のような変形が可能である。
（i）ＧＰＳ受信機、三次元レーザスキャナ装置、及びカメラを搭載したＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）により地上の障害物及び作業装置７の三次元絶対位置データと画像データを取得し、建設機械１へ送信する。建設機械１はそれらデータを併用して、障害物と作業装置７が接近したことを検出する。これにより、より確実な接近検出が可能となる。
（ii）地下の埋設物や地上の障害物に接近し、警報を出力したこと作業場所から離れた場所にいる作業会社の現場職員３１２の携帯端末（タブレット端末、スマートフォン等）に通知する。こうすることで、地上、地下を問わず、警報が出力された場合、作業場所での危険状態を現場関係者の共通情報とすることができる。作業場所から遠く離れた図示されていない作業会社のオフィスに通知してもよい。
（iii）三次元測量機２が取得した埋設物の三次元絶対位置データをメモリカード等の携帯可能なメモリに書き込み、そのメモリを介して建設機械１へ入力する。
（iv）バケット７３が埋設物３０４，３０５に対して安全離隔距離まで接近した時の作業者３１１に対する警報を打音警報器の装着されたヘルメット、すなわち例えば建設機械１から無線で送信された制御信号の受信手段と、その制御信号により動作し、ヘルメットを叩くことによる打音を発生するハンマーを装着したヘルメットにより行う。作業装置７の旋回範囲内や建設機械１の走行範囲内に作業者３１１が接近した時にその警報を行ってもよい。
（v）バケット７３が埋設物３０４，３０５に対して安全離隔距離まで接近した時に警報を出力すると共にバケット７３を自動的に停止させる。
（i）ＧＰＳ受信機、三次元レーザスキャナ装置、及びカメラを搭載したＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）により地上の障害物及び作業装置７の三次元絶対位置データと画像データを取得し、建設機械１へ送信する。建設機械１はそれらデータを併用して、障害物と作業装置７が接近したことを検出する。これにより、より確実な接近検出が可能となる。
（ii）地下の埋設物や地上の障害物に接近し、警報を出力したこと作業場所から離れた場所にいる作業会社の現場職員３１２の携帯端末（タブレット端末、スマートフォン等）に通知する。こうすることで、地上、地下を問わず、警報が出力された場合、作業場所での危険状態を現場関係者の共通情報とすることができる。作業場所から遠く離れた図示されていない作業会社のオフィスに通知してもよい。
（iii）三次元測量機２が取得した埋設物の三次元絶対位置データをメモリカード等の携帯可能なメモリに書き込み、そのメモリを介して建設機械１へ入力する。
（iv）バケット７３が埋設物３０４，３０５に対して安全離隔距離まで接近した時の作業者３１１に対する警報を打音警報器の装着されたヘルメット、すなわち例えば建設機械１から無線で送信された制御信号の受信手段と、その制御信号により動作し、ヘルメットを叩くことによる打音を発生するハンマーを装着したヘルメットにより行う。作業装置７の旋回範囲内や建設機械１の走行範囲内に作業者３１１が接近した時にその警報を行ってもよい。
（v）バケット７３が埋設物３０４，３０５に対して安全離隔距離まで接近した時に警報を出力すると共にバケット７３を自動的に停止させる。
【符号の説明】
【0070】
１…建設機械、２…三次元測量機、７…作業装置、７３…バケット、１０４…音声出力部、１１２，２０６…ＧＰＳ受信機、１１３，２０７…無線通信機、２０５…距離測定部、３０４，３０５…埋設物、３０４ａ…第１離隔距離面、３０４ｂ…第２離隔距離面、Ｓａ…ＧＰＳ衛星。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2022-06-20
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0001】
本発明は、建設機械に関する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0008】
本発明は、掘削機能を有するバケットを備えた建設機械であって、試験掘りにより取得された、埋設管の表面の三次元絶対位置に対応する点群座標からなる埋設管三次元絶対位置データ並びに埋設企業、管種、管径及び条数のデータを有する埋設物管理データを受け取る手段と、前記埋設物管理データに基づき設定された前記埋設管の外周面に対する必要離隔距離及び安全離隔距離の設定値を記憶する手段と、前記バケットの三次元絶対位置データを算出する手段と、前記バケットの三次元絶対位置データと前記埋設管三次元絶対位置データとに基づき、前記バケットと前記埋設管の外周面との間の距離を算出する手段と、前記距離の算出値が減少して前記安全離隔距離になったとき、警報を出力する手段と、を有する建設機械（ただし、必要離隔距離とは、埋設企業により機械堀りや、杭打ちが容認されている距離であり、安全離隔距離とは、警報の出力からオペレータによる停止操作に基づくバケットの停止までの遅延時間や、バケットのガタツキを考慮してより安全な掘削を確保するために、掘削作業の施工企業が必要離隔距離に所定距離加算した距離である。）である。
【手続補正4】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
掘削機能を有するバケットを備えた建設機械であって、
試験掘りにより取得された、埋設管の表面の三次元絶対位置に対応する点群座標からなる埋設管三次元絶対位置データ並びに埋設企業、管種、管径及び条数のデータを有する埋設物管理データを受け取る手段と、
前記埋設物管理データに基づき設定された前記埋設管の外周面に対する必要離隔距離及び安全離隔距離の設定値を記憶する手段と、
前記バケットの三次元絶対位置データを算出する手段と、
前記バケットの三次元絶対位置データと前記埋設管三次元絶対位置データとに基づき、前記バケットと前記埋設管の外周面との間の距離を算出する手段と、
前記距離の算出値が減少して前記安全離隔距離になったとき、警報を出力する手段と、
を有する建設機械。
（ただし、必要離隔距離とは、埋設企業により機械堀りや、杭打ちが容認されている距離であり、安全離隔距離とは、警報の出力からオペレータによる停止操作に基づくバケットの停止までの遅延時間や、バケットのガタツキを考慮してより安全な掘削を確保するために、掘削作業の施工企業が必要離隔距離に所定距離加算した距離である。）
試験掘りにより取得された、埋設管の表面の三次元絶対位置に対応する点群座標からなる埋設管三次元絶対位置データ並びに埋設企業、管種、管径及び条数のデータを有する埋設物管理データを受け取る手段と、
前記埋設物管理データに基づき設定された前記埋設管の外周面に対する必要離隔距離及び安全離隔距離の設定値を記憶する手段と、
前記バケットの三次元絶対位置データを算出する手段と、
前記バケットの三次元絶対位置データと前記埋設管三次元絶対位置データとに基づき、前記バケットと前記埋設管の外周面との間の距離を算出する手段と、
前記距離の算出値が減少して前記安全離隔距離になったとき、警報を出力する手段と、
を有する建設機械。
（ただし、必要離隔距離とは、埋設企業により機械堀りや、杭打ちが容認されている距離であり、安全離隔距離とは、警報の出力からオペレータによる停止操作に基づくバケットの停止までの遅延時間や、バケットのガタツキを考慮してより安全な掘削を確保するために、掘削作業の施工企業が必要離隔距離に所定距離加算した距離である。）
【請求項2】
請求項１に記載された建設機械において、
前記距離の算出値が前記安全離隔距離になったとき、前記バケットを停止させる手段を有する建設機械。
前記距離の算出値が前記安全離隔距離になったとき、前記バケットを停止させる手段を有する建設機械。
【請求項3】
請求項１又は２に記載された建設機械において、
前記バケットの三次元絶対位置データを含む稼働履歴データを保存する保存手段を有する建設機械。
前記バケットの三次元絶対位置データを含む稼働履歴データを保存する保存手段を有する建設機械。
【請求項4】
請求項３に記載された建設機械において、
前記稼働履歴データは、前記バケットが前記埋設管から前記必要離隔距離と前記安全離隔距離の範囲の位置で停止した時の履歴を含む建設機械。
前記稼働履歴データは、前記バケットが前記埋設管から前記必要離隔距離と前記安全離隔距離の範囲の位置で停止した時の履歴を含む建設機械。
【請求項5】
請求項３又は４に記載された建設機械において、
前記保存手段は、前記稼働履歴データを前記埋設物管理データに紐付けて保存する建設機械。
前記保存手段は、前記稼働履歴データを前記埋設物管理データに紐付けて保存する建設機械。