知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特開2024-139390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】P2024139390
(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】
E02F 9/26 20060101AFI20241002BHJP
G01C 15/00 20060101ALI20241002BHJP
G01C 7/02 20060101ALI20241002BHJP
【ＦＩ】
E02F9/26 B
G01C15/00 103Z
G01C7/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023050301
(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）】
2D015
【Ｆターム（参考）】
2D015HA03
2D015HB04
2D015HB05
(57)【要約】 （修正有）
【課題】正確な出来形を計測して出来形を管理する。
【解決手段】出来形管理装置は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、掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに照射したレーザ光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得部と、取得した反射時間データおよび反射方向データから、レーザ光座標系における、第１リフレクタ、第２リフレクタ、第３リフレクタおよび第４リフレクタのレーザ光座標を導出するレーザ光座標導出部と、第１、第２、第３および第４レーザ光座標のそれぞれを、設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１、第２、第３および第４絶対座標を導出する絶対座標導出部と、第１、第２、第３および第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定部とを備えた。
【選択図】図２Ａ
【解決手段】出来形管理装置は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、掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに照射したレーザ光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得部と、取得した反射時間データおよび反射方向データから、レーザ光座標系における、第１リフレクタ、第２リフレクタ、第３リフレクタおよび第４リフレクタのレーザ光座標を導出するレーザ光座標導出部と、第１、第２、第３および第４レーザ光座標のそれぞれを、設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１、第２、第３および第４絶対座標を導出する絶対座標導出部と、第１、第２、第３および第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定部とを備えた。
【選択図】図２Ａ
【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、
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得部と、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出部と、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出部と、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定部と、
を備えた出来形管理装置。
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得部と、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出部と、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出部と、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定部と、
を備えた出来形管理装置。
【請求項2】
前記４つのリフレクタのうち、３つのリフレクタは同一平面上に配置され、残りの１つのリフレクタは、前記３つのリフレクタのいずれかの鉛直方向上方または鉛直方向下方に配置される請求項１に記載の出来形管理装置。
【請求項3】
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、
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得ステップと、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出ステップと、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出ステップと、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記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。
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得ステップと、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出ステップと、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出ステップと、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記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4】
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、
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得ステップと、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出ステップと、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出ステップと、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記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。
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得ステップと、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出ステップと、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出ステップと、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記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、点群データから得られる位置座標をそのまま用いて出来形を計測しているので、設計データにおける位置座標と点群データにおける位置座標とが一致せず、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、
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得部と、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出部と、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出部と、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定部と、
を備えた。
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、
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得部と、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出部と、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出部と、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記掘削対象領域の掘削状態を判定する掘削状態判定部と、
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、
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得ステップと、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出ステップと、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出ステップと、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記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。
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、
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得ステップと、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出ステップと、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出ステップと、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記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、
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得ステップと、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出ステップと、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出ステップと、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記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。
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、
掘削対象領域の周囲に、前記掘削対象領域を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する反射光データ取得ステップと、
取得した前記反射時間データおよび前記反射方向データから、前記レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標系における、第１リフレクタの第１レーザ光座標、第２リフレクタの第２レーザ光座標、第３リフレクタの第３レーザ光座標および第４リフレクタの第４レーザ光座標を導出するレーザ光座標導出ステップと、
前記第１レーザ光座標、前記第２レーザ光座標、前記第３レーザ光座標および前記第４レーザ光座標のそれぞれを、前記設計データにおける座標系である絶対座標系に変換した、第１絶対座標、第２絶対座標、第３絶対座標および第４絶対座標を導出する絶対座標導出ステップと、
前記第１絶対座標、前記第２絶対座標、前記第３絶対座標および前記第４絶対座標の少なくともいずれかを基準として、前記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】本発明の好ましい実施形態に係る出来形管理装置による出来形管理の全景イメージを示す図である。
【図1B】本発明の好ましい実施形態に係る出来形管理装置により出来形管理される掘削対象領域の（ａ）部分拡大斜視図および（ｂ）平面図である。
【図2A】本発明の好ましい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2B】本発明の好ましい実施形態に係る出来形管理装置による座標変換について説明するための図である。
【図3】本発明の好ましい実施形態に係る出来形管理装置が有する座標系テーブルの一例を説明するための図である。
【図4】本発明の好ましい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】本発明の好ましい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】
本発明の好ましい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、掘削完了したインバート部にインバートを設置することにより行われる。
【0012】
ここで、インバート部の掘削においては、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、当たりまたは余掘りの有無を判定し、これら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が、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。
【0014】
出来形管理装置１００においては、例えば、バックホー１０１に搭載したレーザセンサ１０４から掘削対象領域１０２および掘削面１０３にレーザ光を照射して得られた点群データと設計データとを比較して掘削対象領域１０２等の掘削状態を判定する。しかしながら、点群データと設計データとの位置情報とが合っていないと、正確な掘削状態の判定はできない。
【0015】
すなわち、点群データは、バックホー１０１に搭載されたレーザセンサ１０４から照射されたレーザ光の反射光として計測されるため、レーザセンサ１０４を中心とした位置データを持つこととなる。すなわち、バックホー１０１が移動してしまうと、計測の中心にずれが生じることとなる。
【0016】
これに対して、設計データは、バックホー１０１に搭載されたレーザセンサ１０４の位置とは無関係に作られるデータであり、掘削対象領域１０２（掘削面１０３）の絶対座標を基に作られるデータとなっている。このように、点群データと設計データとでは、座標系の中心が異なっているため、正確な掘削位置の把握や正確な掘削状態の判定などの管理を十分に行うことが困難となっていた。
【0017】
そこで、出来形管理装置１００においては、掘削対象領域１０２の掘削の開始前に、レーザセンサ１０４により形成される座標系（レーザ光座標系）と設計データにより形成される座標系（絶対座標系）とを合致させる作業（キャリブレーション）を行う。具体的には、出来形管理装置１００は、レーザセンサ１０４によるレーザ光座標系と絶対座標系との間で、座標の変換を行い、レーザセンサ１０４の絶対座標系における位置を求めて、両者の間の整合性を取る。
【0018】
そのため、本実施形態においては、掘削対象領域１０２の外側の領域、例えば、掘削対象領域１０２の四隅のうち３点にレーザ光を反射するリフレクタ１４１，１４２，１４３を設置する。さらに、３点に設置されたリフレクタ１４１，１４２，１４３のうちの１つのリフレクタ１４３の真上の位置に、もう１つのリフレクタ１４４を設置する。これにより、掘削対象領域１０２の周囲に４つのリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４が配置されることとなる。
【0019】
そして、レーザセンサ１０４から４つのリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４へレーザ光を照射し、反射光のデータから、４つのリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４の座標を求め、これらを絶対座標系に変換する。これにより、レーザ光座標系と絶対座標系との間で座標変換を行うことができるので、設計データと現場データとの整合性を取ることができ、より正確な出来形管理を行うことが可能となる。
【0020】
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、反射光データ取得部２０２、レーザ光座標導出部２０３、絶対座標導出部２０４および掘削状態判定部２０５を有する。
【0021】
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。設計データは、掘削対象領域１０２の掘削後の状態を示すデータであり、例えば、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。
【0022】
反射光データ取得部２０２は、掘削対象領域１０２の周囲に、掘削対象領域１０２を取り囲むように設置された４つのリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４に対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する。
【0023】
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、リフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４に当たって跳ね返ってくるまでの時間差により、リフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４とレーザセンサ１０４との間の距離を計測することができる。
【0024】
また、反射光の飛来方向から、リフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４の方向を計測することができる。そのため、反射光データ取得部２０２は、レーザ光の反射時間データおよび反射方向データを取得する。なお、レーザセンサ１０４から照射されるレーザ光の強度や波長、周波数などのレーザ光の照射条件は、掘削対象領域１０２の周辺環境などに応じて設定される。
【0025】
４つのリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４のうち、３つのリフレクタ１４１，１４２，１４３は、同一平面上に配置され、残りの１つのリフレクタ１４４は、３つのリフレクタ１４１，１４２，１４３のいずれかの鉛直方向上方または鉛直方向下方に配置される。本実施形態においては、リフレクタ１４４がリフレクタ１４３の鉛直方向上方に配置されている。このように、リフレクタ１４４は、他の３つのリフレクタ１４１，１４２，１４３が配置される平面とは、異なる平面に配置されるようになる。
【0026】
ここで、リフレクタ１４３，１４４は、同じ棒状の治具に、高さ位置を調整できるように取り付けられている。２つのリフレクタ１４３，１４４を同じ治具に取り付けることにより、リフレクタ１４４を他の３つのリフレクタ１４１，１４２，１４３とは異なる平面に配置することが可能となる。すなわち、リフレクタ１４４は、３つのリフレクタ１４１，１４２，１４３により張られる平面とは異なる平面上に配置される。
【0027】
レーザ光座標導出部２０３は、取得した反射時間データおよび反射方向データから、レーザ光の照射源を基準とするレーザ光座標における、リフレクタ１４１のレーザ光座標、リフレクタ１４２のレーザ光座標、リフレクタ１４３のレーザ光座標およびリフレクタ１４４のレーザ光座標を導出する。レーザ光座標導出部２０３は、取得した反射光の反射時間データおよび反射方向データを用いて、レーザセンサ１０４を原点とする、リフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４の位置座標をリフレクタのそれぞれのレーザ光座標として導出する。なお、リフレクタ１４１，１４２，１４３は、同じ平面上に存在しているので、高さ方向の軸（Ｚ軸）の座標は、同じ座標となっている。また、リフレクタ１４３，１４４の縦横方向の軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の座標は、同じ座標となっており、Ｚ軸方向の座標が異なっている。
【0028】
絶対座標導出部２０４は、リフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４のレーザ光座標のそれぞれを、設計データにおける座標系であるリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４の絶対座標に変換した絶対座標を導出する。
【0029】
ここで、図２Ｂを参照しながら、レーザ光座標系から絶対座標系への座標変換について説明する。図２Ｂに示したような、レーザ光座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ；原点Ｐ）と設計座標系（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０；原点О）を考える。
【0030】
測点Ｑを、レーザ光座標系と設計座標系とで表すと、両者の関係は式（１）で表される。
【0031】
【数1】
【0032】
ここで、
［Ｒ］：回転行列
【0033】
式（１）において、平行移動と回転移動とをひとつの行列（同時変換行列）で表すと式（２）、式（３）となる。
【0034】
【数2】
【数3】
【0035】
２つの座標系を関連付けるためには、式（２）に示す同時変換行列を求めればよい。同時変換行列の未知成分は、式（３）におけるＲ１１～Ｒ３３、Ｘoｐ～Ｚoｐの１２個である。よって、同じ測点でのレーザ光とレーザセンサ１０４（ＴＳ測定）の座標が４点あれば、同時変換行列が求まる。
【0036】
点Ｑのレーザ光測定と設計座標測定（ＴＳ測定）との座標値を式（４）、式（５）に示す。
【0037】
【数4】
【数5】
【0038】
式（２）に式（４）、式（５）を代入すると式（６）が得られる。
【0039】
【数6】
【0040】
【数7】
【0041】
式（７）において、（Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｘｏｐ）、（Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｙｏｐ）、（Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３，Ｚｏｐ）を未知数とした３組の４元１次連立方程式を解くことにより、未知数Ｒ１１～Ｒ３３、Ｘｏｐ～Ｚｏｐが求まる。
【0042】
一例として、未知数が（Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｘｏｐ）である４元１次連立方程式、式（８）を解く。
【0043】
【数8】
【0044】
【数9】
【0045】
【数10】
【0046】
式（１０）において、１組の解が求まるためには係数行列の逆行列が存在する必要がある。逆行列が存在する条件は、式（９）の係数行列が正則でなければならない。係数行列が正則とは、係数行列の行列式が零でないことである。
【0047】
本実施形態におけるリフレクタ１４１～１４４の設置高さは、３点（例えば、Ａ＝（Ｘ１，Ｙ１Ｚ１），Ｂ＝（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２），Ｃ＝（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３））をほぼ同じ高さに設置するようにしている。
【0048】
そして、４点目（Ｄ＝（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）を他の３点と同じ高さに設置すると、Ｄは平面ＡＢＣ上に存在することになる。これにより、
は、式（１０）に示すように他の３つのベクトル
で表すことができる。
【0049】
【数11】
【0050】
【数12】
【0051】
【数13】
【0052】
【数14】
【0053】
原因は、４点目のＤを平面ＡＢＣ上に設定したことにより、Ｄ点を他のベクトルで表すことができたためである。これを避けるためには、Ｄ点を平面ＡＢＣの面外に設定すれば、Ｄ点を他のベクトルで表すことができなくなり、行列式が零にならなくなる。したがって、本実施形態においては、リフレクタ１４４の高さ位置を、他の３つのリフレクタ１４１，１４２，１４３の高さ位置とは異なる高さ位置となるようにしている。
【0054】
掘削状態判定部２０５は、リフレクタ１４１の絶対座標、リフレクタ１４２の絶対座標、リフレクタ１４３の絶対座標およびリフレクタ１４４の絶対座標の少なくともいずれかを基準として、掘削対象領域１０２の掘削状態を判定する。
【0055】
掘削状態の判定は、レーザセンサ１０４からレーザ光を照射して、掘削面の点群データを得ることにより行われる。ここで得られる点群データは、レーザセンサ１０４を中心とするレーザ光座標系において得られたデータとなっている。設計データと点群データ（レーザ光座標）との間での位置合わせを行っているので、掘削状態判定部２０５は、正確な掘削状態の判定を行うことができる。
【0056】
図３を参照して、出来形管理装置１００が有する座標系テーブル３０１の一例について説明する。リフレクタＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）３１１は、４つのリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４のそれぞれを識別するための識別子である。レーザ光座標系３１２は、レーザセンサ１０４を中心とする座標系におけるリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４の位置座標である。設計座標系３１３は、設計データにおける位置座標（絶対座標）である。出来形管理装置１００は、座標系テーブル３０１を用いて、レーザ光座標系と絶対座標系との間の座標変換を行う。
【0057】
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。
【0058】
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。反射光データ４４２は、レーザセンサ１０４から照射したレーザ光が、リフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４に反射して戻ってきた反射光の反射時間や反射方向のデータである。レーザ光データ４４３は、レーザセンサ１０４から照射されるレーザ光の強度や振幅、波長などのデータである。レーザ座標系４４４は、リフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４のレーザセンサ１０４を中心とする座標系における位置座標である。設計座標系４４５は、掘削対象領域１０２に含まれる各点の絶対座標における位置座標である。
【0059】
送受信データ４４６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４４７を有する。
【0060】
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、座標系テーブル３０１を格納する。座標系テーブル３０１は、図３に示した、リフレクタＩＤ３１１とレーザ光座標系３１２などとの関係を管理するテーブルである。
【0061】
ストレージ４５０は、さらに、設計データ取得モジュール４５１、反射光データ取得モジュール４５２、レーザ光座標導出モジュール４５３、絶対座標導出モジュール４５４、掘削状態判定モジュール４５５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。反射光データ取得モジュール４５２は、掘削対象領域１０２を取り囲むように設置された４つのリフレクタに対して照射したレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得するモジュールである。レーザ光座標導出モジュール４５３は、取得した反射時間データおよび反射方向データから、レーザ光の照射源であるレーザセンサ１０４を基準とするリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４のレーザ光座標を導出する。絶対座標導出モジュール４５４は、リフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４のレーザ光座標のそれぞれを、設計データにおける座標系である絶対座標である絶対座標系に変換したリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４の絶対座標を導出するモジュールである。掘削状態判定モジュール４５５は、リフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４のいずれかを基準として、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。これらのモジュール４５１～４５５は、ＣＰＵ４１０によりＲＡＭ４４０のアプリケーション実行領域４４７に読み出され、実行される。制御プログラム４５６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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
ステップＳ５０１において、設計データ取得部２０１は、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、反射光データ取得部２０２は、４つのリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４に対して照射されたレーザ光の反射光の反射時間データおよび反射方向データを取得する。ステップＳ５０５において、レーザ光座標導出部２０３は、取得した反射時間データおよび反射方向データから、レーザセンサ１０４を基準とするレーザ光座標におけるリフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４の座標を導出する。ステップＳ５０７において、絶対座標導出部２０４は、リフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４のレーザ光座標を、設計データにおける座標系である絶対座標系に変換して、絶対座標値を導出する。ステップＳ５０９において、掘削状態判定部２０５は、リフレクタ１４１，１４２，１４３，１４４の絶対座標のいずれかを基準として、掘削対象領域１０２の掘削状態を判定する。
【0065】
本実施形態によれば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などがない環境下であっても、掘削対象領域に含まれる各点の座標を絶対座標系の座標へと変換することができる。そのため、正確かつ確実な出来形管理を実施することができる。
【0066】
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。
【0067】
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2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】