特開 2024-139389 出来形管理装置、出来形管理方法および出来形管理プログラム

(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】P2024139389

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】出来形管理装置、出来形管理方法および出来形管理プログラム

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/00 20060101AFI20241002BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20241002BHJP

   G01C 7/02 20060101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

E21D9/00 Z

G01B11/24 A

G01C7/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050300

(22)【出願日】2023-03-27

(71)【出願人】

【識別番号】000140292

【氏名又は名称】株式会社奥村組

(74)【代理人】

【識別番号】110002170

【氏名又は名称】弁理士法人翔和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松田 顕伍

(72)【発明者】

【氏名】石井 敏之

(72)【発明者】

【氏名】川澄 悠馬

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA04

2F065AA53

2F065CC40

2F065FF11

2F065GG04

2F065QQ25

2F065RR08

2F065SS13

(57)【要約】

【課題】より正確な出来形を計測して、出来形を管理すること。
【解決手段】出来形管理装置であって、掘削中の掘削対象領域の設計データを取得する設計データ取得部と、掘削対象領域にレーザ光を走査させて掘削対象領域の３次元形状を計測した点群データを取得する点群データ取得部と、掘削対象領域を所定メッシュサイズで区切り、掘削対象領域と対応付けした複数のグリッドを生成するグリッド生成部と、複数のグリッドのうち所定グリッドに属する設計データと、所定グリッドの点群データと、の差分量を算出する差分量算出部と、算出された差分量に基づいて、所定グリッドに対応付けられた掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定部と、掘削状態判定部による判定結果に基づいて、複数のグリッドのそれぞれを識別可能に表示させる表示制御部と、を備えた。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘削中の掘削対象領域の設計データを取得する設計データ取得部と、
前記掘削対象領域にレーザ光を走査させて前記掘削対象領域の３次元形状を計測した点群データを取得する点群データ取得部と、
前記掘削対象領域を所定メッシュサイズで区切り、前記掘削対象領域と対応付けした複数のグリッドを生成するグリッド生成部と、
前記複数のグリッドのうち所定グリッドに属する設計データと、前記所定グリッドの点群データと、の差分量を算出する差分量算出部と、
算出された差分量に基づいて、前記所定グリッドに対応付けられた掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定部と、
前記掘削状態判定部による判定結果に基づいて、前記複数のグリッドのそれぞれを識別可能に表示させる表示制御部と、
を備えた出来形管理装置。

【請求項2】

前記複数のグリッドのそれぞれに対応する設計データが存在するか否かを判定し、対応する設計データが存在しないグリッドに対して、隣接する複数のグリッドの設計データから内挿または外挿して、前記対応する設計データが存在しないグリッドの設計データを補間する設計データ補間部をさらに備える請求項１に記載の出来形管理装置。

【請求項3】

前記所定グリッドに属する設計データのうち、少なくとも１つの設計データを選択設計データとして選択し、選択された前記選択設計データを中心とする所定半径の同心円の内側の領域に存在する点群データを抽出点群データとして抽出する点群データ抽出部と、
前記抽出点群データについて、高さ方向のデータである高さデータの平均として高さデータ平均値を算出する平均値算出部と、
をさらに備え、
前記差分量算出部は、前記高さデータ平均値と、前記所定グリッドの設計データのうち高さ方向のデータである設計高さデータと、の差分量を算出する請求項１または２に記載の出来形管理装置。

【請求項4】

前記点群データ抽出部は、前記同心円の内側の領域に存在する点群データのうち、前記中心から近い順に５０点の点群データを前記抽出点群データとして抽出する請求項３に記載の出来形管理装置。

【請求項5】

前記掘削状態判定部は、前記掘削状態として、当たりの有無を判定する請求項１～４のいずれか１項に記載の出来形管理装置。

【請求項6】

前記掘削状態判定部は、前記掘削状態として、当たりが有ると判定された場合、当たり量をさらに判定する請求項５に記載の出来形管理装置。

【請求項7】

掘削中の掘削対象領域の設計データを取得する設計データ取得ステップと、
前記掘削対象領域にレーザ光を走査させて前記掘削対象領域の３次元形状を計測した点群データを取得する点群データ取得ステップと、
前記掘削対象領域を所定メッシュサイズで区切り、前記掘削対象領域と対応付けした複数のグリッドを生成するグリッド生成ステップと、
前記複数のグリッドのうち所定グリッドの設計データと、前記所定グリッドの点群データと、の差分量を算出する差分量算出ステップと、
算出された差分量に基づいて、前記所定グリッドに対応付けられた掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定ステップと、
を含む出来形管理方法。

【請求項8】

掘削中の掘削対象領域の設計データを取得する設計データ取得ステップと、
前記掘削対象領域にレーザ光を走査させて前記掘削対象領域の３次元形状を計測した点群データを取得する点群データ取得ステップと、
前記掘削対象領域を所定メッシュサイズで区切り、前記掘削対象領域と対応付けした複数のグリッドを生成するグリッド生成ステップと、
前記複数のグリッドのうち所定グリッドの設計データと、前記所定グリッドの点群データと、の差分量を算出する差分量算出ステップと、
算出された差分量に基づいて、前記所定グリッドに対応付けられた掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定ステップと、
をコンピュータに実行させる出来形管理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、出来形管理装置、出来形管理方法および出来形管理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

上記技術分野において、特許文献１には、トンネル掘削工事における掘削箇所の出来形を測定するために、掘削箇所にレーザ光を照射して取得した点群データと設計データとからコンター図を生成し、生成したコンター図を格子状に分割して複数の領域を設定する。そして、設定された各領域の４つの交点の座標を点群データから得られる各点の座標データから内挿して算出し、掘削箇所の出来形を計測する技術が開示されている（同文献段落［００１４］、［００２８］～［００２９］等）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１５１９６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、出来形計測に用いる４つの交点の座標は、点群データから内挿して算出されたものであり、正確な出来形を計測して、出来形を管理することができなかった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するため、本発明に係る出来形管理装置は、
掘削中の掘削対象領域の設計データを取得する設計データ取得部と、
前記掘削対象領域にレーザ光を走査させて前記掘削対象領域の３次元形状を計測した点群データを取得する点群データ取得部と、
前記掘削対象領域を所定メッシュサイズで区切り、前記掘削対象領域と対応付けした複数のグリッドを生成するグリッド生成部と、
前記複数のグリッドのうち所定グリッドに属する設計データと、前記所定グリッドの点群データと、の差分量を算出する差分量算出部と、
算出された差分量に基づいて、前記所定グリッドに対応付けられた掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定部と、
前記掘削状態判定部による判定結果に基づいて、前記複数のグリッドのそれぞれを識別可能に表示させる表示制御部と、
を備えた。

【0006】

また、上記目的を達成するため、本発明に係る出来形管理方法は、
掘削中の掘削対象領域の設計データを取得する設計データ取得ステップと、
前記掘削対象領域にレーザ光を走査させて前記掘削対象領域の３次元形状を計測した点群データを取得する点群データ取得ステップと、
前記掘削対象領域を所定メッシュサイズで区切り、前記掘削対象領域と対応付けした複数のグリッドを生成するグリッド生成ステップと、
前記複数のグリッドのうち所定グリッドの設計データと、前記所定グリッドの点群データと、の差分量を算出する差分量算出ステップと、
算出された差分量に基づいて、前記所定グリッドに対応付けられた掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定ステップと、
を含む。

【0007】

さらに、上記目的を達成するため、本発明に係る出来形管理プログラムは、
掘削中の掘削対象領域の設計データを取得する設計データ取得ステップと、
前記掘削対象領域にレーザ光を走査させて前記掘削対象領域の３次元形状を計測した点群データを取得する点群データ取得ステップと、
前記掘削対象領域を所定メッシュサイズで区切り、前記掘削対象領域と対応付けした複数のグリッドを生成するグリッド生成ステップと、
前記複数のグリッドのうち所定グリッドの設計データと、前記所定グリッドの点群データと、の差分量を算出する差分量算出ステップと、
算出された差分量に基づいて、前記所定グリッドに対応付けられた掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定ステップと、
をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、より正確な出来形を計測して、出来形を管理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】本発明の第１実施形態に係る出来形管理装置による出来形管理の概要を説明するための図である。

【図1B】本発明の第１実施形態に係る出来形管理装置による識別可能表示の一例を説明するための図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る出来形管理装置の構成を説明するためのブロック図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る出来形管理装置が有するデータテーブルの一例を説明するための図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る出来形管理装置のハードウェア構成を説明するための図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る出来形管理装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。

【図6A】本発明の第２実施形態に係る出来形管理装置の構成を説明するためのブロック図である。

【図6B】本発明の第２実施形態に係る出来形管理装置による線形補間について説明するための図である。

【図7】本発明の第２実施形態に係る出来形管理装置が有するデータテーブルの一例を説明するための図である。

【図8】本発明の第２実施形態に係る出来形管理装置のハードウェア構成を説明するための図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係る出来形管理装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。

【図10A】本発明の第３実施形態に係る出来形管理装置の構成を説明するためのブロック図である。

【図10B】本発明の第３実施形態に係る出来形管理装置による差分量の算出を説明するための図である。

【図11】本発明の第３実施形態に係る出来形管理装置が有するデータテーブルの一例を説明するための図である。

【図12】本発明の第３実施形態に係る出来形管理装置のハードウェア構成を説明するための図である。

【図13】本発明の第３実施形態に係る出来形管理装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

【0011】

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての出来形管理装置１００について、図１Ａ～図５を参照して説明する。まず、図１Ａおよび図１Ｂを参照して本実施形態に係る出来形管理装置１００による出来形管理の概要を説明する。山岳トンネル１２０の工事におけるインバートの設置は、例えば、片側車線を通行止めにして、バックホー１０１などの掘削用重機で掘削対象領域１０２を掘削して、掘削が完了したら、掘削完了したところにインバートを構築することにより行われる。

【0012】

ここで、インバートの掘削においては、掘削された掘削面１０３の出来形を確認しながら工事が進められる。掘削面１０３の出来形の確認は、作業員が、トンネル側壁に高さの基準を設置して、定規を使って掘削面１０３の高さを測定する。そして、計測した値と設計値とを比較することで、当たりの有無を判定し、これが存在する場合には、設計値に近くづくように再掘削が必要となる。このような工法に従って、インバート部の掘削面１０３の出来形の確認が行われている。しかしながら、このような工法では、掘削面１０３の計測は、作業員による手作業で行われるため、正確性に欠けたり、時間がかかったり、また、掘削面１０３を計測する作業員と掘削重機とが接触する危険性が生じたりすることがあった。

【0013】

本実施形態の出来形管理装置１００においては、例えば、作業員が、バックホー１０１などの掘削用重機を用いて掘削した掘削対象領域１０２が、設計通りの出来形となっているかを、掘削箇所にレーザ光を照射することで、確認できるようになっている。つまり、作業員は、バックホー１０１の運転席から降りることなく、掘削箇所が、計画通りの形状となっているか否かを、例えば、運転席に設置されたモニター画面を見ながら確認することができるようになっている。

【0014】

バックホー１０１には、レーザセンサ１０４が搭載されており、レーザセンサ１０４から照射されるレーザ光で、掘削対象領域１０２を走査する。ここで、レーザセンサ１０４は、例えば、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）センサであり、光を用いた計測技術である。レーザセンサ１０４は、レーザ光をパルス状に照射して、対象物に当たって跳ね返ってくるまでの時間差により、対象物とレーザセンサ１０４との間の距離を計測している。

【0015】

出来形管理装置１００は、バックホー１０１に搭載されているレーザセンサ１０４から照射されるレーザ光を用いて、各点における計測値である点群データ１０６を取得する。そして、取得した点群データ１０６から得られる各点における高さデータを設計データ１０７と比較することで、当たりまたは余掘りの有無などを確認する。このように、本実施形態の出来形管理装置１００においては、作業員が、レーザ光を用いて掘削された掘削対象領域１０２の形状を確認しながら作業を進めることができる。

【0016】

掘削対象領域１０２の掘削においては、出来形管理の行い易さの観点から、掘削対象領域１０２を所定メッシュサイズで区切って、グリッド１０５を生成し、グリッド単位で出来形の管理を行っている。

【0017】

出来形管理装置１００は、区切られたグリッド１０５のそれぞれの点群データ１０６から高さデータを算出して、設計データ１０７と比較する。比較の結果、出来形管理装置１００は、グリッド１０５ごとに、当たりの存在の有無を判定し、判定結果は、例えば、バックホー１０１の運転席のモニターなどに識別可能に表示される。作業員は、モニターの表示に従って、当たりが生じているグリッド１０５に対しては、さらに、掘削をして、設計データ１０７に近づくようにする。

【0018】

例えば、グリッド１０５の掘削状態を判定する場合には、出来形管理装置１００は、レーザセンサ１０４からレーザ光を照射して点群データ１０６を取得する。出来形管理装置１００は、取得した点群データ１０６を、出来形の判定対象となるグリッド（所定グリッド１０５ａ）の設計データ１０７と比較して、差分量を算出する。そして、図１Ｂに示したように、出来形管理装置１００は、算出した差分量に基づいて、グリッド１０５（所定グリッド１０５ａ）のそれぞれを着色表示するなどして、作業員が、掘削の状態を把握し易いようにする。作業員は、グリッド１０５の着色状態に応じた作業を行う。

【0019】

次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本実施形態に係る出来形管理装置１００の構成について説明する。出来形管理装置１００は、設計データ取得部２０１、点群データ取得部２０２、グリッド生成部２０３、差分量算出部２０４、掘削状態判定部２０５および表示制御部２０６を有する。

【0020】

設計データ取得部２０１は、掘削中の掘削対象領域１０２の設計データ１０７を取得する。設計データは、３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ‐Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）を用いて生成された、掘削対象領域の完成形示すデータである。設計データは、出来形管理装置１００において生成しても、出来形管理装置１００とは異なる装置で生成してもよい。

【0021】

点群データ取得部２０２は、掘削対象領域１０２にレーザ光を走査させて掘削対象領域１０２の３次元形状を計測した点群データ１０６を取得する。掘削対象領域１０２に照射されて走査されるレーザ光は、バックホー１０１に搭載されたレーザセンサ１０４から照射される。例えば、バックホー１０１のオペレータが、掘削対象領域１０２の掘削中または掘削終了後に、掘削対象領域１０２にレーザ光を照射して、点群データ取得部２０２が、点群データ１０６を取得できるようにしてもよい。なお、点群データ取得部２０２は、掘削面１０３の計測のタイミングにより、１つのグリッド１０５に対して、複数の点群データ１０６が存在する場合には、最新の点群データ１０６を取得するようにしてもよい。

【0022】

また、バックホー１０１による掘削作業中、レーザセンサ１０４から掘削対象のグリッド１０５等にレーザ光を照射してもよい。このように、レーザ光を走査させるタイミングは、掘削作業が開始された以降のタイミングであれば、いずれのタイミングであってもよい。なお、レーザセンサ１０４は、バックホー１０１に搭載しなくてもよく、レーザセンサ１０４から照射されたレーザ光が、掘削対象領域１０２に届く位置であれば、いずれの位置に配置してもよい。

【0023】

レーザセンサ１０４は、上述したように、ＬｉＤＡＲセンサである。ＬｉＤＡＲには、距離測定方法の違いによりＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ、飛行時間）方式とＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ、周波数連続変調）方式の２種類がある。しかしながら、いずれの方式のＬｉＤＡＲを用いてもよい。また、本実施形態においては、測距可能なセンサであれば、レーザセンサ１０４は、ＬｉＤＡＲセンサには、限定されない。なお、レーザ光の走査は、グリッド１０５単位で行っても、掘削対象領域１０２全体で行ってもよい。

【0024】

グリッド生成部２０３は、掘削対象領域１０２を所定メッシュサイズで区切り、掘削対象領域１０２と対応付けした複数のグリッド１０５（所定グリッド１０５ａ）を生成する。グリッド１０５は、掘削対象領域１０２の掘削が開始される前の状態で生成されるため、略水平な平面上に生成される。

【0025】

実際の掘削面１０３は、盤膨れ対策のため、逆アーチ状の形状（曲面を含む形状）となる。そのため、実際の掘削面１０３におけるグリッドの形状は、生成されたグリッド１０５を掘削面１０３に対して正射影した形状となる。なお、図１に示した例では、トンネルの片側のみを図示しているため、逆アーチ形状の半分のみが図示されている。

【0026】

また、グリッド生成部２０３は、掘削対象領域１０２の出来形管理の精度を高めるため、所定メッシュサイズで区切ったグリッド１０５を複数生成する。生成されるグリッド１０５は、正方形であっても、長方形であってもよい。また、生成されるグリッド１０５の縦横のサイズは、掘削対象領域１０２の面積（大きさ）、バックホー１０１のバケットの容量などに応じて決定できる。なお、グリッド１０５のサイズを小さくすれば、出来形管理の精度を向上させることができる。さらに、掘削対象領域１０２において、異なるメッシュサイズのグリッド１０５が存在していてもよい。掘削対象領域１０２の中であっても、細かく、精度高く出来形を管理したい場所と、比較的緩やかな出来形管理で十分な場所とが混在する場合には、グリッド１０５のサイズが統一されている必要はない。例えば、インバートの傾斜が大きくなる部分については、メッシュサイズを細かくして、小さいサイズのグリッド１０５を生成し、その他の部分では、メッシュサイズを通常の大きさとして、通常のサイズのグリッド１０５を生成する。

【0027】

例えば、図１Ａに示した例においては、グリッド生成部２０３は、９個（３×３）のグリッド１０５を生成している。グリッド生成部２０３は、生成したグリッド１０５のそれぞれを区別するための識別子や一意の番号などをグリッド１０５のそれぞれに付与してもよい。これにより、グリッド１０５の管理が容易になる。

【0028】

なお、上述した設計データ取得部２０１は、設計データ１０７が、例えば、２つのグリッドの中間の位置に存在する場合には、これら２つのグリッド１０５に属する設計データ１０７としてそのデータを取得する。同様に、設計データ取得部２０１は、４つのグリッド１０５の格子点上の位置に設計データ１０７が存在する場合には、これら４つのグリッド１０５に属する設計データ１０７としてそのデータを取得する。

【0029】

差分量算出部２０４は、複数のグリッド１０５のうち所定グリッド１０５ａに属する設計データ１０７と、所定グリッド１０５ａの点群データ１０６と、の差分量を算出する。所定グリッド１０５ａは、例えば、掘削対象領域１０２のうち、掘削状態を判定して、出来形を確認したい場所である。そのため、差分量算出部２０４は、まず、所定グリッド１０５aに属する設計データ１０７を抽出する。設計データ１０７は、掘削面１０３の形状をどのような形状とするかに関するデータであり、例えば、所定グリッド１０５ａの領域では、どの程度、地面を掘り進めるかを示すデータとなっている。

【0030】

次に、差分量算出部２０４は、所定グリッド１０５ａを掘削面に対して正射影した領域に含まれる点群データを所定グリッド１０５ａの点群データ１０６として抽出する。点群データ１０６は、所定グリッド１０５ａにおいて、実際に計測された出来形に関するデータとなっている。そして、差分量算出部２０４は、点群データ１０６と設計データ１０７との差分量を算出する。

【0031】

掘削状態判定部２０５は、算出された差分量に基づいて、所定グリッド１０５aに対応付けられた掘削対象領域１０２の掘削状態を判定する。差分量算出部２０４で算出された差分量が、実際に掘削された掘削面１０３と設計上の掘削面との間に、どの程度の違いがあるかを示す量となっている。例えば、差分量がプラス（＋）の場合、掘削面１０３が設計上の掘削面よりも高い（掘削量が足りない）状態、すなわち、「当たり」の状態にあることを示す。例えば、差分量がマイナス（－）の場合、掘削面１０３が、設計上の掘削面よりも低い（掘削量が多い）状態、すなわち、「余掘り」の状態にあることを示す。また、差分量がプラスマイナスゼロ（±０）の場合、掘削面１０３が、設計データ通りに掘削されていることを示している。

【0032】

掘削状態判定部２０５においては、所定グリッド１０５ａについての掘削状態が、当たりの状態にあるか否かを判定する。掘削状態判定部２０５は、掘削状態として、当たりの場合には、それに応じた施工を行わなければならいないため、掘削状態判定部２０５は、当たりの有無を判定し、さらに、この状態が判定された場合には、当たり量を判定する。当たり量が分かると、バックホー１０１のオペレータに対して、具体的な施工方針を示すことが可能となる。なお、掘削状態判定部２０５は、算出された差分量に基づいて、余掘りの有無および余掘り量の判定をしてもよい。

【0033】

表示制御部２０６は、掘削状態判定部２０５による判定結果に基づいて、複数のグリッド１０５のそれぞれを識別可能に表示させる。表示制御部２０６は、所定グリッド１０５ａを含むグリッド１０５のそれぞれに対して、掘削状態に応じた着色を施して、バックホー１０１に搭載されたディスプレイに表示させる。

【0034】

例えば、表示制御部２０６は、掘削前のグリッド１０５については、無色で表示し、掘削中のグリッド１０５であって、当たりのあるグリッド１０５については、赤色表示し、当たり量に応じたグラデーションで表示する。すなわち、表示制御部２０６は、当たり量が多い状態から少ない状態へ移行するに従って、濃い赤色から薄い赤色へと遷移するようにグラデーション表示する。そして、表示制御部２０６は、設計通りにグリッドの掘削が行われると、赤色表示から緑色表示へと着色表示を変化させる。

【0035】

なお、グリッド１０５の着色表示は、ここに示した例には、限定されない。また、グリッド１０５のそれぞれに着色表示する他に、グリッド１０５に、掘削状態を示す文字を表示させたり、また、グリッド１０５を点滅表示させたりしてもよい。点滅表示させる場合、グリッド１０５の点滅の間隔により、掘削状態を表現してもよい。さらに、出来形管理装置１００において、表示制御部２０６は、余掘りが発生したグリッドについては、そのグリッドを青色表示してもよい。表示制御部２０６は、余掘り量が少ない状態から多い状態へ移行するに従って、薄い青色から濃い青色へと遷移するようにグラデーション表示してもよい。

【0036】

そして、作業員は、バックホー１０１の運転席のモニターに表示されたグラデーション表示を見ながら、掘削対象領域１０２の掘削箇所の掘削量を判断しながら掘削を行う。つまり、モニター上の掘削対象領域１０２の表示が、例えば、赤の表示となっているところを掘削した後、計測すると、緑表示もしくは青色表示となり、当たりが解消される。

【0037】

図３を参照して、出来形管理装置１００が有するデータテーブル３０１の一例について説明する。データテーブル３０１は、グリッドＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）３１１に関連付けて、設計データ３１２および点群データ３１３を記憶する。グリッドＩＤ３１１は、生成されたグリッド１０５のそれぞれを識別するための識別子である。設計データ３１２は、掘削対象領域１０２の最終的な出来形を示すデータであり、これを、生成されたグリッド１０５のそれぞれに割り当てたデータとなっている。グリッド１０５の中には、複数の設計データが割り当てられているグリッドも存在する。なお、点群データは、計測したタイミングに応じて、１つのグリッド１０５に複数の点群データが存在していてもよい。複数の点群データが存在する場合、点群データ取得部２０２は、最新の点群データを取得する。そして、出来形管理装置１００は、データテーブル３０１を参照して、掘削対象領域１０２（掘削面１０３）の掘削状態を判定する。

【0038】

図４を参照して、出来形管理装置１００のハードウェア構成について説明する。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４１０は、演算制御用のプロセッサであり、プログラムを実行することで図２の出来形管理装置１００の各機能構成を実現する。ＣＰＵ４１０は複数のプロセッサを有し、異なるプログラムやモジュール、タスク、スレッドなどを並行して実行してもよい。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４２０は、初期データおよびプログラムなどの固定データおよびその他のプログラムを記憶する。また、ネットワークインタフェース４３０は、ネットワークを介して他の装置などと通信する。なお、ＣＰＵ４１０は１つに限定されず、複数のＣＰＵであっても、あるいは画像処理用のＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んでもよい。また、ネットワークインタフェース４３０は、ＣＰＵ４１０とは独立したＣＰＵを有して、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４４０の領域に送受信データを書き込みあるいは読み出しするのが望ましい。また、ＲＡＭ４４０とストレージ４５０との間でデータを転送するＤＭＡＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を設けるのが望ましい（図示なし）。さらに、ＣＰＵ４１０は、ＲＡＭ４４０にデータが受信あるいは転送されたことを認識してデータを処理する。また、ＣＰＵ４１０は、処理結果をＲＡＭ４４０に準備し、後の送信あるいは転送はネットワークインタフェース４３０やＤＭＡＣに任せる。

【0039】

ＲＡＭ４４０は、ＣＰＵ４１０が一時記憶のワークエリアとして使用するランダムアクセスメモリである。ＲＡＭ４４０には、本実施形態の実現に必要なデータを記憶する記憶領域が確保されている。設計データ４４１は、掘削対象領域１０２の最終的な出来形を示すデータである。点群データ４４２は、所定のタイミングで、掘削面１０３にレーザ光を照射して計測した、掘削面１０３とレーザセンサ１０４との間の距離などのデータである。設計高さデータ４４３は、掘削面１０３の設計高さを示すデータであり、設計データ４４１から算出される。計測高さデータ４４４は、所定のタイミングで計測した、所定グリッド１０５aに属する掘削面１０３の高さを示すデータであり、点群データ４４２から算出される。

【0040】

送受信データ４４５は、ネットワークインタフェース４３０を介して送受信されるデータである。また、ＲＡＭ４４０は、各種アプリケーションモジュールを実行するためのアプリケーション実行領域４４６を有する。

【0041】

ストレージ４５０には、データベースや各種パラメータ、あるいは本実施形態の実現に必要な以下のデータまたはプログラムが記憶されている。ストレージ４５０は、データテーブル３０１を格納する。データテーブル３０１は、図３に示した、グリッドＩＤ３１１と設計データ３１２などとの関係を管理するテーブルである。

【0042】

ストレージ４５０は、さらに、設計データ取得モジュール４５１、点群データ取得モジュール４５２、グリッド生成モジュール４５３、差分量算出モジュール４５４、掘削状態判定モジュール４５５および表示制御モジュール４５６を格納する。設計データ取得モジュール４５１は、掘削中の掘削対象領域１０２の設計データ１０７を取得するモジュールである。点群データ取得モジュール４５２は、掘削対象領域１０２にレーザ光を走査させて掘削対象領域１０２の３次元形状を計測した点群データ１０６を取得するモジュールである。グリッド生成モジュール４５３は、掘削対象領域１０２を所定メッシュサイズで区切り、掘削対象領域１０２と対応付けした複数のグリッド１０５を生成するモジュールである。差分量算出モジュール４５４は、複数のグリッド１０５のうち所定グリッド１０５aに属する設計データ１０７と、所定グリッド１０５aの点群データとの、差分量を算出するモジュールである。掘削状態判定モジュール４５５は、算出された差分量に基づいて、所定グリッド１０５aに対応付けられた掘削対象領域１０２の掘削状態を判定するモジュールである。表示制御モジュール４５６は、判定結果に基づいて、複数のグリッドのそれぞれを識別可能に表示させるモジュールである。これらのモジュール４５１～４５６は、ＣＰＵ４１０によりＲＡＭ４４０のアプリケーション実行領域４４６に読み出され、実行される。制御プログラム４５７は、出来形管理装置１００の全体を制御するためのプログラムである。

【0043】

入出力インタフェース４６０は、入出力機器との入出力データをインタフェースする。入出力インタフェース４６０には、表示部４６１、操作部４６２、が接続される。また、入出力インタフェース４６０には、さらに、記憶媒体４６４が接続されてもよい。さらに、音声出力部であるスピーカ４６３や、音声入力部であるマイク（図示せず）、あるいは、ＧＰＳ位置判定部が接続されてもよい。なお、図４に示したＲＡＭ４４０やストレージ４５０には、出来形管理装置１００が有する汎用の機能や他の実現可能な機能に関するプログラムやデータは図示されていない。

【0044】

次に図５に示したフローチャートを参照して、出来形管理装置１００の処理手順について説明する。このフローチャートは、図４のＣＰＵ４１０がＲＡＭ４４０を使用して実行し、図２の出来形管理装置１００の各機能構成を実現する。

【0045】

ステップＳ５０１において、設計データ取得部２０１は、掘削中の掘削対象領域１０２の設計データを取得する。ステップＳ５０３において、点群データ取得部２０２は、掘削対象領域１０２にレーザ光を走査させて掘削対象領域１０２の３次元形状を計測した点群データを取得する。ステップＳ５０５において、グリッド生成部２０３は、掘削対象領域１０２を所定メッシュサイズで区切り、掘削対象領域１０２と対応付けした複数のグリッド１０５を生成する。

【0046】

ステップＳ５０７において、差分量算出部２０４は、複数のグリッド１０５のうち所定グリッド１０５ａに属する設計データ１０７と、所定グリッド１０５ａの点群データ１０６と、の差分量を算出する。ステップＳ５０９において、掘削状態判定部２０５は、算出された差分量に基づいて、所定グリッド１０５ａに対応付けられた掘削対象領域１０２の掘削状態を判定する。

【0047】

ステップＳ５１１において、出来形管理装置１００は、全てのグリッド１０５について、掘削状態の判定が終了したか否かを判定する。掘削状態の判定が終了していない場合（ステップＳ５１１のＮＯ）、出来形管理装置１００は、ステップＳ５０７へ戻る。掘削状態の判定が終了している場合（ステップＳ５１１のＹＥＳ）、出来形管理装置１００は、ステップＳ５１３へ進む。ステップＳ５１３において、表示制御部２０６は、ステップＳ５０９における判定結果に基づいて、複数のグリッド１０５のそれぞれを識別可能に表示させる。

【0048】

本実施形態によれば、掘削対象領域の掘削状態を正確に判定できるので、出来形を確実に管理することができる。また、判定された掘削状態をグリッドごとに識別可能に表示させるので、バックホーのオペレータが、バックホーから降りたり、他の作業員が掘削対象領域に出入りしたりする必要がないので、安全、確実に出来形を管理できる。

【0049】

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る出来形管理装置６００について、図６Ａ～図９を用いて説明する。図６Ａは、本実施形態に係る出来形管理装置６００の構成を説明するためのブロック図である。本実施形態に係る出来形管理装置６００は、上記第１実施形態と比べると、設計データ補間部６０１を有する点で異なる。その他の構成および動作は第１実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

【0050】

出来形管理装置６００は、設計データ補間部６０１をさらに備える。設計データ補間部６０１は、複数のグリッド１０５のそれぞれに対応する設計データ１０７が存在するか否かを判定し、対応する設計データ１０７が存在しないグリッド１０５に対して、隣接する複数のグリッド１０５の設計データ１０７から内挿して、対応する設計データ１０７が存在しないグリッド１０５の設計データ１０７を補間する。

【0051】

ここで、設計データ取得部２０１が、掘削対象領域１０２の設計データ１０７を取得するが、生成されるグリッド１０５のそれぞれとの関係において、一部のグリッド１０５に対応する設計データ１０７が存在しないことがある。

【0052】

例えば、掘削対象領域１０２の形状によっては、生成されるグリッド１０５の形状が、矩形とならない場合もあり、このような場合、当該グリッド１０５について、設計データ１０７が存在しないことがある。また、設計データ１０７は、グリッド１０５が生成される前に生成されるため、例えば、グリッド１０５に合わせて等間隔で生成されず、グリッド１０５の並びとは無関係にランダムに生成される場合もある。このような場合、当該グリッド１０５について、掘削状態を判定しようとしても、判定の基準となる設計データ１０７が存在しないので、掘削状態を判定できない。

【0053】

したがって、設計データが存在しない一部のグリッドについては、掘削状態が判定できない事態を回避するため、隣接するグリッドであって、設計データ１０７が存在するグリッドの設計データを用いて補間する。

【0054】

図６Ｂに示したように、トンネルの軸方向６２４に６個のグリッド、幅方向６２５に９個のグリッドが並んでいる掘削対象領域６２０を例に設計データの補間について説明する。グリッド６２２は、設計データ６２１が存在し、グリッド６２３は、設計データ６２１が存在していない。

【0055】

初めに、設計データ６２１ａが存在しているグリッド６２２ａおよび設計データ６２１ｂが存在しているグリッド６２２ｂの間に存在する設計データ６２１が存在しないグリッド６２３ａの設計データの補間について説明する。すなわち、グリッド６２１ａからグリッド６２１ｂへ向けて、幅方向６２５へ、設計データを補間する場合について説明する。なお、掘削面の高さは、グリッド６２２ａからグリッド６２２ｅへ向かって高くなるように設計されている。

【0056】

まず、グリッド６２２ａの設計データ６２１ａとグリッド６２２ｂの設計データ６２１ｂとを直線で結び、内挿することで、グリッド６２３ｂの中心付近の位置の高さをグリッド６２３ａの高さとして線形補間して、グリッド６２３ａの設計データとする。グリッド６２３ｂ，６２３ｃ，６２３ｄについても、設計データ６２１ｂ，６２１ｃ，６２１ｄ，６２１ｅを用いて、設計データを補間できる。このようにして、グリッド６２２ａから幅方向６２５へ進む位置にある、設計データのないグリッド６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃ，６２３ｄの設計データを補間できる。同様の方法で、グリッド６２２ｆから幅方向６２５に並ぶ設計データの存在しないグリッドについても、設計データを補間できる。このようにして、掘削対象領域６２０の幅方向６２５への設計データの補間を行うことができる。

【0057】

次に、掘削対象領域６２０の軸方向６２４への設計データの補間について説明する。例えば、グリッド６２１ａからグリッド６２１ｆへ向けて、軸方向６２４へ、設計データを補間する場合は、上述したように、設計データ６２１ａと設計データ６２１ｆとを直線で結んで、内挿することで、これら２つのグリッドの間に存在するグリッド６２３の設計データを線形補間できる。このような手順を、グリッド６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃ，６２３ｄから軸方向６２４へ並ぶグリッドについても行うことで、これらのグリッドの設計データを補間することができる。以上のようにして、掘削対象領域６２０において、設計データの存在しないグリッドの設計データを補間することができる。

【0058】

なお、ここでは、設計データの存在しないグリッドの両側に設計データの存在するグリッドがある場合について、内挿により設計データを補間する例を説明した。しかしながら、例えば、設計データの存在しないグリッドの片側だけに設計データの存在するグリッドがある場合であっても、片側のグリッドの設計データから外挿することで設計データを補間することができる。

【0059】

以上説明したように、設計データが存在しないグリッドの設計データの補間は、幅方向６２５に並ぶ設計データが存在するグリッドの設計データを用いて、内挿または外挿することにより行うことができる。同様に、設計データが存在しないグリッドの設計データの補間は、軸方向６２４に並ぶ設計データが存在するグリッドの設計データを用いて、内挿または外挿することにより行うことができる。また、設計データが存在しないグリッドの軸方向６２４および幅方向６２５に並ぶ、設計データの存在するグリッドが存在しない場合であっても、近傍の設計データの存在するグリッドから線形補間すればよい。

【0060】

そして、差分量算出部２０４において、補間された設計データを用いて、設計データの存在しないグリッド６２３等の差分量を算出し、掘削状態判定部２０５により、グリッド６２３等の掘削状態を判定することが可能となる。

【0061】

図７を参照して、出来形管理装置６００が有するデータテーブル７０１の一例について説明する。データテーブル７０１は、グリッドＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）３１１に関連付けてグリッドサイズ７１１を記憶する。グリッドサイズ７１１は、複数のグリッド１０５のそれぞれの縦横の長さ（メッシュサイズ）を示している。グリッドサイズ７１１は、複数のグリッド１０５の一部においては、当該グリッドの配置位置により、他のグリッド１０５のサイズとは異なるサイズのものが存在している。そして、設計データ補間部６０１は、データテーブル７０１に基づいて、設計データ１０７を補間する。

【0062】

図８を参照して、出来形管理装置６００のハードウェア構成について説明する。ＲＡＭ８４０は、ＣＰＵ４１０が一時記憶のワークエリアとして使用するランダムアクセスメモリである。ＲＡＭ８４０には、本実施形態の実現に必要なデータを記憶する記憶領域が確保されている。メッシュ間隔データ８４１は、複数のグリッド１０５の縦横の長さに関するデータである。

【0063】

ストレージ８５０には、データベースや各種パラメータ、あるいは本実施形態の実現に必要な以下のデータまたはプログラムが記憶されている。ストレージ８５０は、データテーブル７０１を格納する。データテーブル７０１は、図７に示した、グリッドＩＤ３１１とグリッドサイズ７１１との関係を管理するテーブルである。

【0064】

ストレージ８５０は、さらに、設計データ補間モジュール８５１を格納する。設計データ補間モジュール８５１は、複数のグリッド１０５に対応する設計データ１０７が存在するか否かを判定し、対応する設計データ１０７が存在しないグリッド１０５に対して、隣接する複数のグリッド１０５の設計データ１０７から内挿して、対応する設計データ１０７が存在しないグリッド１０５の設計データ１０７を補間するモジュールである。このモジュール８５１は、ＣＰＵ４１０によりＲＡＭ８４０のアプリケーション実行領域４４６に読み出され、実行される。

【0065】

次に図９に示したフローチャートを参照して、出来形管理装置６００の処理手順について説明する。このフローチャートは、図８のＣＰＵ４１０がＲＡＭ８４０を使用して実行し、図６の出来形管理装置６００の各機能構成を実現する。

【0066】

ステップＳ９０１において、設計データ補間部６０１は、複数のグリッド１０５のそれぞれに対応する設計データ１０７が存在するか否かを判定する。設計データ１０７が存在しないグリッドが存在しない場合（ステップＳ７０１のＮＯ）、出来形管理装置６００は、ステップＳ５０７へ進む。設計データ１０７が存在しないグリッド１０５が存在する場合、出来形管理装置６００は、ステップＳ９０３へ進む。ステップＳ９０３において、設計データ補間部６０１は、対応する設計データ１０７が存在しないグリッド１０５に対して、隣接する複数のグリッド１０５の設計データ１０７から内挿して、対応する設計データ１０７が存在しないグリッド１０５の設計データ１０７を補間する。

【0067】

本実施形態によれば、設計データを補間するので、掘削対象領域に設計データがランダムに存在する場合であっても、生成された全てのグリッド１０５について、掘削状態を判定することができる。

【0068】

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る出来形管理装置１０００について、図１０Ａ～図１３を用いて説明する。図１０Ａは、本実施形態に係る出来形管理装置１０００の構成を説明するためのブッロク図である。また、図１０Ｂは、本実施形態に係る出来形管理装置１０００による差分量の算出について説明するための図である。本実施形態に係る出来形管理装置１０００は、上記第１実施形態と比べると、点群データ抽出部１００１および平均値算出部１００２を有する点で異なる。その他の構成および動作は第１実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

【0069】

出来形管理装置１０００は、点群データ抽出部１００１および平均値算出部１００２をさらに備える。点群データ抽出部１００１は、所定グリッド１０５ａに属する設計データ１０７のうち、少なくとも１つの設計データ１０７を選択設計データ１０７ａとして選択し、選択された選択設計データ１０７ａを中心とする所定半径の同心円１０８の内側の領域に存在する点群データ１０６を抽出点群データ１０６ａとして抽出する。例えば、点群データ抽出部１００１は、半径の５ｃｍの同心円１０８の内側の領域に存在する点群データ１０６を抽出する。

【0070】

点群データ１０６は、掘削対象領域１０２の全体にレーザ光を満遍なく走査させて得られるデータであり、データ点数としては相当数のデータが得られる。このような場合、１つのグリッド１０５に存在する全ての点群データ１０６を拾うと、拾い上げるデータの点数が多くなり過ぎ、後述する平均値の算出において、精度が下がる。

【0071】

そのため、点群データ抽出部１００１は、１つのグリッド１０５に存在する点群データ１０６のうちいくつかのデータに絞って、点群データ１０６を抽出する。例えば、点群データ抽出部８０１は、同心円１０８の内側の領域に存在する点群データ１０６のうち、中心から近い順に５０点の点群データ１０６を抽出点群データ１０６ａとして抽出する。

【0072】

そして、平均値算出部１００２は、抽出点群データ１０６ａについて、高さ方向のデータである高さデータの平均として高さデータ平均値を算出する。これにより、精度高く平均値を算出することができる。

【0073】

また、平均値算出部１００２は、高さデータ平均値を算出する際、同心円の中心に近い点群データ１０６に対して、重み付けを大きく、中心から離れるにしたがって、重み付けを小さくして、高さデータ平均値を算出してもよい。これにより、より精度高く平均値を算出することができる。

【0074】

そして、差分量算出部２０４は、高さデータ平均値と、所定グリッド１０５ａの設計データ１０７のうち高さ方向のデータである設計高さデータと、の差分量を算出する。掘削状態判定部２０５は、算出された差分量に基づいて、複数のグリッド１０５に対応付けられた掘削対象領域１０２の掘削状態を判定する。

【0075】

図１１を参照して、出来形管理装置１０００が有するデータテーブル１１０１の一例について説明する。データテーブル１１０１は、グリッドＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）３１１に関連付けて距離１１１１を記憶する。距離１１１１は、所定半径の同心円１０８の内側の領域に存在する点群データ１０６の同心円１０８の中心からの距離である。そして、点群データ抽出部１００１は、距離１１１１に基づいて、点群データ１０６を抽出する。

【0076】

図１２を参照して、出来形管理装置１０００のハードウェア構成について説明する。ＲＡＭ１２４０は、ＣＰＵ４１０が一時記憶のワークエリアとして使用するランダムアクセスメモリである。ＲＡＭ１２４０には、本実施形態の実現に必要なデータを記憶する記憶領域が確保されている。距離データ１２４１は、所定半径の同心円１０８の内側の領域に存在する点群データ１０６の同心円１０８の中心からの距離を表す。

【0077】

ストレージ１２５０には、データベースや各種パラメータ、あるいは本実施形態の実現に必要な以下のデータまたはプログラムが記憶されている。ストレージ１２５０は、データテーブル１１０１を格納する。データテーブル１１０１は、図１１に示した、グリッドＩＤ３１１と距離１１１１との関係を管理するテーブルである。

【0078】

ストレージ１２５０は、さらに、点群データ抽出モジュール１２５１および平均値算出モジュール１２５２を格納する。点群データ抽出モジュール１２５１は、選択設計データ１０７ａを中心とする所定半径の同心円１０８の内側の領域に存在する点群データ１０６を抽出点群データ１０６ａとして抽出するモジュールである。平均値算出モジュール１２５２は、抽出点群データ１０６ａについて、高さ方向のデータである高さデータの平均として高さデータ平均値を算出するモジュールである。これらのモジュール１２５１～１２５２は、ＣＰＵ４１０によりＲＡＭ１２４０のアプリケーション実行領域４４６に読み出され、実行される。

【0079】

次に図１３に示したフローチャートを参照して、出来形管理装置１０００の処理手順について説明する。このフローチャートは、図１２のＣＰＵ４１０がＲＡＭ１２４０を使用して実行し、図１０の出来形管理装置１０００の各機能構成を実現する。

【0080】

ステップＳ１３０１において、点群データ抽出部１００１は、選択設計データ１０７ａを中心とする所定半径の同心円１０８の内側の領域に存在する点群データ１０６を抽出点群データ１０６ａとして抽出する。ステップＳ１３０３において、平均値算出部１００２は、抽出点群データ１０６ａについて、高さ方向のデータである高さデータの平均として高さデータ平均値を算出する。

【0081】

本実施形態によれば、設計データを中心として所定の範囲内にある点群データを用いて、掘削状態を判定するので、より正確な出来形の管理を行うことができる。

【0082】

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されず適宜変更可能である。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。

【0083】

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に供給され、内蔵されたプロセッサによって実行される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、プログラムを実行するプロセッサも本発明の技術的範囲に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の技術的範囲に含まれる。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】