特開 2024-158006 地盤情報取得システム及び地盤情報取得方法

(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】P2024158006

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】地盤情報取得システム及び地盤情報取得方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20241031BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20241031BHJP

   G01V 1/00 20240101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

E02F9/26 B

E02F9/20 M

G01V1/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072779

(22)【出願日】2023-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 啓介

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

2G105

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB04

2D003BA06

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB04

2D003DB05

2D015HA03

2G105AA02

2G105BB01

2G105CC01

2G105DD02

2G105EE01

2G105GG04

2G105LL01

(57)【要約】

【課題】作業機械の下方の地盤中の情報を取得可能な地盤情報取得システムを提供すること。
【解決手段】地盤情報取得システム１０１は、打撃部であるバケット６を有する作業機械１００と、バケット６による打撃によって、地盤Ｇ１に伝達されて地盤Ｇ１の内部を進行した振動を計測可能な計測器１１１と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

打撃部を有する作業機械と、
前記打撃部による打撃によって、地盤に伝達されて前記地盤の内部を進行した振動を計測可能な計測器と、を備える、地盤情報取得システム。

【請求項2】

前記計測器によって計測した計測結果に基づいて、前記作業機械の下方の地盤のリスクレベルを判定するリスクレベルを判定し、前記地盤のリスクレベルを報知する、請求項１に記載の地盤情報取得システム。

【請求項3】

前記計測器によって計測した計測結果に基づいて、前記作業機械の下方の地盤の状態を判定し、前記地盤の状態に応じて、前記作業機械の燃費を算出する、請求項１に記載の地盤情報取得システム。

【請求項4】

前記作業機械は、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、前記打撃部を有するアタッチメントと、
を備え、
前記計測器によって計測した計測結果に基づいて、前記作業機械の周辺の地盤の状態を判定し、前記地盤の状態に応じて、前記アタッチメントの姿勢を変更可能である、請求項１に記載の地盤情報取得システム。

【請求項5】

前記作業機械は、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、前記打撃部であるバケットを有するアタッチメントと、
前記作業機械の位置を測位する測位装置と、
を備え、
前記作業機械の位置、及び前記バケットの姿勢の変化に基づいて、前記バケットによる前記地盤への実際の打撃位置を算出する、請求項１に記載の地盤情報取得システム。

【請求項6】

前記作業機械は、
第１位置に配置された第１作業機械と、
第２位置に配置された第２作業機械と、を含み、
前記計測器は、
前記第１作業機械の前記打撃部によって、前記第１位置の地盤に伝達されて当該地盤の内部を進行した振動を計測可能な第１計測器と、
前記第２作業機械の前記打撃部によって、前記第２位置の地盤に伝達されて当該地盤の内部を進行した振動を計測可能な第２計測器と、を含み、
前記第１計測器によって計測された計測結果、及び前記第２計測器によって計測された計測結果を格納する記憶部を更に備える、請求項１に記載の地盤情報取得システム。

【請求項7】

作業機械を用いて地盤を打撃する工程と、
前記地盤を打撃することにより前記地盤に伝達されて、前記地盤の内部を進行した振動を計測する工程と、を含む、地盤情報取得方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、地盤情報取得システム及び地盤情報取得方法に関する。

【背景技術】

【0002】

アタッチメントを有し、アタッチメントの姿勢の推移に基づいて作業対象の地面の形状に関する情報を取得するショベルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－７３４０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

作業機械による作業後の地面の形状に関する情報の取得だけではなく、作業機械の下方の地盤中の情報を取得することも必要となるおそれがある。

【0005】

本開示は、作業機械の下方の地盤中の情報を取得可能な地盤情報取得システム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】

【0006】

本開示の一態様に係る地盤情報取得システムは、打撃部を有する作業機械と、打撃部による打撃によって、地盤に伝達されて前記地盤の内部を進行した振動を計測可能な計測器と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示は、作業機械の下方の地盤中の情報を取得可能な地盤情報取得システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態に係る地盤情報取得システムが適用されるショベルの側面図である。

【図2】ショベルの側面図であり、ショベルに搭載された姿勢検出装置によって検出される情報の一例を示す図である。

【図3】ショベルに搭載された基本システムを示すブロック図である。

【図4】地盤情報取得システムを示す機能ブロック図である。

【図5】地盤情報取得システムを示す概略図である。

【図6】地盤情報取得システムを示す概略図である。された地盤の内部を示す断面図である。

【図7】弾性波探査装置による測定結果の一例を示す図である。

【図8】表示装置に表示された表示内容の一例を示す図である。

【図9】地盤情報取得方法における手順を示すフローチャートである。

【図10】地盤情報管理システムを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１実施形態）
本開示の一実施形態に係る地盤情報取得システム及び地盤情報取得方法について説明する。まず、地盤情報取得システム１０１が適用されるショベル１００について説明する。地盤情報取得システム１０１では、ショベル１００を用いて、ショベル１００の下方の地盤Ｇ１の内部の情報を取得する。図１は、一実施形態に係る地盤情報取得システム１０１が適用されるショベル１００の側面図である。ショベル１００は、作業機械の一例である。

【0010】

図１に示すショベル１００は、下部走行体１、上部旋回体３、及びアタッチメントＡＴを備える。下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられる。作業要素としてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントＡＴの一例である掘削アタッチメントを構成する。

【0011】

なお、アタッチメントは、床堀アタッチメント、均しアタッチメント、浚渫アタッチメント等の他のアタッチメントであってもよい。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ、エンジン１１等の駆動源が搭載される。上部旋回体３には通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、姿勢検出装置Ｍ３、及びシリンダ圧検出装置Ｍ４が取り付けられる。

【0012】

通信装置Ｍ１は、ショベル１００と外部との間の通信を制御する装置である。通信装置Ｍ１は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）測量システムとショベル１００との間の無線通信を制御する。具体的には、通信装置Ｍ１は、例えば１日１回の頻度で、ショベル１００の作業を開始する際に作業現場の地形情報を取得する。ＧＮＳＳ測量システムは、例えばネットワーク型ＲＴＫ－ＧＮＳＳ測位方式を採用する。

【0013】

測位装置Ｍ２は、ショベル１００の位置及び向きを測定する装置である。測位装置Ｍ２は、電子コンパスを組み込んだＧＮＳＳ受信機であり、ショベル１００の存在位置の緯度、経度、高度を測定し、且つ、ショベル１００の向きを測定する。

【0014】

姿勢検出装置Ｍ３は、アタッチメントＡＴの姿勢を検出する装置である。

【0015】

シリンダ圧検出装置Ｍ４は、油圧シリンダ内の作動油の圧力を検出する装置である。シリンダ圧検出装置Ｍ４は、ブームシリンダ７のボトム側油室の圧力（以下、「ブームボトム圧」とする。）を検出するブームボトム圧センサを含む。

【0016】

図２は、ショベル１００の側面図であり、ショベル１００に搭載された姿勢検出装置Ｍ３によって検出される情報の一例を示す図である。姿勢検出装置Ｍ３は、ブーム角度センサＭ３ａ、アーム角度センサＭ３ｂ、バケット角度センサＭ３ｃ、及び車体傾斜センサＭ３ｄを含む。

【0017】

ブーム角度センサＭ３ａは、ブーム角度θ１を取得するセンサであり、例えば、ブームフートピンの回転角度を検出する回転角度センサ、ブームシリンダ７のストローク量を検出するストロークセンサ、ブーム４の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。ブーム角度θ１は、ＸＺ平面において、ブームフートピン位置Ｐ１とアーム連結ピン位置Ｐ２とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。

【0018】

アーム角度センサＭ３ｂは、アーム角度θ２を取得するセンサであり、例えば、アーム連結ピンの回転角度を検出する回転角度センサ、アームシリンダ８のストローク量を検出するストロークセンサ、アーム５の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。アーム角度θ２は、ＸＺ平面において、アーム連結ピン位置Ｐ２とバケット連結ピン位置Ｐ３とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。

【0019】

バケット角度センサＭ３ｃは、バケット角度θ３を取得するセンサであり、例えば、バケット連結ピンの回転角度を検出する回転角度センサ、バケットシリンダ９のストローク量を検出するストロークセンサ、バケット６の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。バケット角度θ３は、ＸＺ平面において、バケット連結ピン位置Ｐ３とバケット爪先位置Ｐ４とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。

【0020】

車体傾斜センサＭ３ｄは、ショベルのＹ軸回りの傾斜角θ４、及び、ショベルのＸ軸回りの傾斜角θ５（図示せず。）を取得するセンサであり、例えば２軸傾斜（加速度）センサ等を含む。なお、図２のＸＹ平面は水平面である。

【0021】

次に、図３を参照してショベルの基本システムについて説明する。ショベルの基本システムは、主に、エンジン１１、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、コントローラ３０、及びエンジン制御装置（ＥＣＵ）７４を含む。

【0022】

エンジン１１はショベル１００の駆動源であり、例えばディーゼルエンジンである。エンジン１１は、所定の回転数を維持するように動作する。エンジン１１の出力軸はメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に接続される。

【0023】

メインポンプ１４は、高圧油圧ライン１６を介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する油圧ポンプであり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。パイロットポンプ１５は、パイロットライン２５を介して各種油圧制御機器に作動油を供給するための油圧ポンプであり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。

【0024】

コントロールバルブ１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御バルブである。コントロールバルブ１７は、レバー又はペダル２６Ａ～２６Ｃの操作方向及び操作量に応じた圧力変化に応じて、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａのうちの一又は複数のものに対し、メインポンプ１４から高圧油圧ライン１６を通じて供給された作動油を選択的に供給する。なお、以下の説明では、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａを集合的に「油圧アクチュエータ」と称する。レバー又はペダル２６Ａ～２６Ｃは、キャビン１０に設けられ、操作者によって操作される。

【0025】

操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置２６は、パイロットライン２５を介してパイロットポンプ１５から供給された作動油を、流量制御弁のパイロットポートに供給する。操作装置２６は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに作動油を供給する。なお、パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応するレバー又はペダル２６Ａ～２６Ｃの操作方向及び操作量に応じた圧力とされる。

【0026】

コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置であり、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータで構成される。コントローラ３０のＣＰＵは、ショベル１００の動作や機能に対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭにロードしながらプログラムを実行することで、それらプログラムのそれぞれに対応する処理を実行させる。

【0027】

コントローラ３０は、メインポンプ１４の吐出流量の制御を行う。例えば、ネガコン弁（不図示）のネガコン圧に応じて上記制御電流を変化させ、レギュレータ１４ａを介してメインポンプ１４の吐出流量を制御する。

【0028】

エンジン制御装置（ＥＣＵ）７４は、エンジン１１を制御する装置である。例えば、コントローラ３０からの指令に基づき、後述するエンジン回転数調整ダイヤル７５により操作者が設定したエンジン回転数（モード）に応じてエンジン１１の回転数を制御するための燃料噴射量等をエンジン１１に出力する。

【0029】

エンジン回転数調整ダイヤル７５は、キャビン１０内に設けられている。エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジンの回転数を調整するためのダイヤルである。操作者は、エンジン回転数調整ダイヤル７５を回転操作することにより、エンジン１１の回転数を例えば５段階で切り替えることができる。エンジン回転数調整ダイヤル７５を操作することにより、例えば「Ｒｍａｘ」、「Ｒ４」、「Ｒ３」、「Ｒ２」、及び「Ｒ１」の５段階に、エンジン１１の回転数を変更できる。例えば、「Ｒｍａｘ」、「Ｒ４」、「Ｒ３」、「Ｒ２」、及び「Ｒ１」の順で、エンジン１１の回転数は高くなる。

【0030】

Ｒｍａｘは、エンジン１１の最高回転数であり、作業量を優先したい場合に選択される。Ｒ４は、２番目に高いエンジン回転数であり、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される。Ｒ３及びＲ２は、３番目及び４番目に高いエンジン回転数であり、燃費を優先させながら低騒音でショベルを稼働させたい場合に選択される。Ｒ１は、最も低いエンジン回転数（アイドリング回転数）であり、エンジン１１をアイドリング状態にしたい場合に選択されるアイドリングモードにおけるエンジン回転数である。

【0031】

例えば、Ｒｍａｘ（最高回転数）を２０００ｒｐｍ、Ｒ１（アイドリング回転数）を１０００ｒｐｍとし、その間を２５０ｒｐｍ毎に、Ｒ４（１７５０ｒｐｍ）、Ｒ３（１５００ｒｐｍ）、Ｒ２（１２５０ｒｐｍ）と多段階に設定してよい。そして、エンジン１１は、エンジン回転数調整ダイヤル７５で設定されたエンジン回転数で一定に回転数制御される。なお、ここでは、エンジン回転数調整ダイヤル７５による５段階でのエンジン回転数調整の事例を示したが、５段階には限られず何段階であってもよい。

【0032】

ショベル１００は、キャビン１０の内部に配置された表示装置４０を備える。表示装置４０には、例えば操作者による運転を補助するための画像が表示される。操作者は表示装置４０の入力部４２を利用して情報や指令をコントローラ３０に入力できる。また、ショベル１００の運転状況や制御情報を表示装置４０に表示させることで、運転者に情報を提供できる。表示装置４０は、例えば液晶表示装置である。

【0033】

表示装置４０は、ＣＡＮ、ＬＩＮ等の通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続される。なお、表示装置４０は、専用線を介してコントローラ３０に接続されてもよい。

【0034】

表示装置４０は、表示する画像を生成する処理部４０ａを含む。処理部４０ａは、撮像装置Ｍ５の出力に基づいて画像表示部４１上に表示するカメラ画像を生成する。そのため、撮像装置Ｍ５は、例えば専用線を介して表示装置４０に接続される。また、処理部４０ａは、コントローラ３０の出力に基づいて表示装置４０に表示する画像を生成する。

【0035】

なお、処理部４０ａは、表示装置４０が有する機能としてではなく、コントローラ３０が有する機能として実現されてもよい。この場合、撮像装置Ｍ５は、表示装置４０ではなく、コントローラ３０に接続される。

【0036】

また、表示装置４０は、例えばタッチパネルでもよい。表示装置４０は、入力部として機能する。表示装置４０は、操作者によって操作される入力画面を表示できる。

【0037】

ショベル１００は、蓄電池７０を備える。表示装置４０は、蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。なお、蓄電池７０はエンジン１１のオルタネータ１１ａ（発電機）で発電した電力で充電される。蓄電池７０の電力は、コントローラ３０及び表示装置４０以外のショベル１００の電装品７２等にも供給される。また、エンジン１１のスタータ１１ｂは、蓄電池７０からの電力で駆動され、エンジン１１を始動する。

【0038】

エンジン１１は、上述のとおり、エンジン制御装置（ＥＣＵ）７４により制御される。ＥＣＵ７４からは、エンジン１１の状態を示す各種データ（例えば、水温センサ１１ｃで検出される冷却水温（物理量）を示すデータ）がコントローラ３０に常時送信される。したがって、コントローラ３０は一時記憶部（メモリ）３０ａにこのデータを蓄積しておき、必要なときに表示装置４０に送信することができる。

【0039】

また、コントローラ３０には以下のように各種のデータが供給され、コントローラ３０の一時記憶部３０ａに格納される。

【0040】

まず、可変容量式油圧ポンプであるメインポンプ１４のレギュレータ１４ａから斜板の傾転角を示すデータがコントローラ３０に供給される。また、メインポンプ１４の吐出圧力を示すデータが、吐出圧力センサ１４ｂからコントローラ３０に送られる。これらのデータ（物理量を表すデータ）は一時記憶部３０ａに格納される。また、メインポンプ１４が吸入する作動油が貯蔵されたタンクとメインポンプ１４との間の管路には、油温センサ１４ｃが設けられており、その管路を流れる作動油の温度を表すデータが、油温センサ１４ｃからコントローラ３０に供給される。

【0041】

また、レバー又はペダル２６Ａ～２６Ｃを操作した際に、パイロットライン２５ａを通じてコントロールバルブ１７に送られるパイロット圧が、油圧センサ１５ａ、１５ｂで検出され、検出したパイロット圧を示すデータがコントローラ３０に供給される。

【0042】

また、エンジン回転数調整ダイヤル７５からは、エンジン回転数の設定状態を示すデータがコントローラ３０に常時送信される。

【0043】

ショベル１００は、外部演算装置３０Ｅを備える。外部演算装置３０Ｅは、通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、姿勢検出装置Ｍ３、シリンダ圧検出装置Ｍ４、撮像装置Ｍ５等の出力に基づいて各種演算を行い、演算結果をコントローラ３０に対して出力する制御装置である。

【0044】

次に、図４を参照して外部演算装置３０Ｅの機能について説明する。図４は、外部演算装置３０Ｅの構成例を示す機能ブロック図である。外部演算装置３０Ｅは、通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、姿勢検出装置Ｍ３、シリンダ圧検出装置Ｍ４の出力を受けて各種演算を実行する。外部演算装置３０Ｅは、その演算結果をコントローラ３０に対して出力する。

【0045】

外部演算装置３０Ｅは、ＣＰＵ及び記憶部を有する。記憶部は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び、不揮発性メモリを含む。記憶部は、ＣＰＵを動作させるためのプログラムを記憶する。記憶部は、外部演算装置３０Ｅが入力した各種データを記憶する。記憶部は、各種データのデータベースを記憶する。記憶部は、ブームボトム圧に関するデータを記憶する。記憶部に記憶されたブームボトム圧に関するデータをブーム圧参照テーブルと記載する場合がある。記憶部は、例えば土砂特性（密度、粘性等）に関するデータを記憶する。

【0046】

コントローラ３０は、例えば、その演算結果に応じた制御指令を制御弁Ｅ１に対して出力する。制御弁Ｅ１はアタッチメントの動きを制御するための弁であり、例えば、再生解除弁５０、パイロット圧を調整する減圧弁、リリーフ弁等である。

【0047】

外部演算装置３０Ｅは、地形データベース更新部３１、位置座標更新部３２、地面形状情報取得部３３、及び地面接触判定部３４を含む。

【0048】

地形データベース更新部３１は、地形データベースを更新する機能要素である。地形データベースは、ショベル１００が存在する作業現場の地形情報を参照可能に体系的に記憶する。地形データベース更新部３１は、例えばショベル１００の起動時に通信装置Ｍ１を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。作業現場の地形情報は、例えば世界測位系に基づく３次元地形モデルで記述される。

【0049】

位置座標更新部３２は、ショベル１００の現在位置を表す座標及び向きを更新する機能要素である。位置座標更新部３２は、測位装置Ｍ２の出力に基づいて世界測位系におけるショベル１００の位置座標及び向きを取得する。位置座標更新部は、記憶部に記憶されているショベル１００の現在位置を表す座標及び向きに関するデータを更新する。

【0050】

地面形状情報取得部３３は、作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する機能要素である。地面形状情報取得部３３は、地形データベース更新部３１が更新した地形情報と、位置座標更新部３２が更新したショベル１００の現在位置を表す座標及び向きと、姿勢検出装置Ｍ３が検出したアタッチメントＡＴの姿勢の過去の推移と、シリンダ圧検出装置Ｍ４が検出したブームボトム圧とに基づいて掘削対象地面の現在の形状に関する情報を取得する。

【0051】

地面形状情報取得部３３は、バケット６の軌跡に関する情報を取得する。地面形状情報取得部３３は、姿勢検出装置Ｍ３から入力したデータ、及びバケット６の形状のデータに基づいて、バケット６の軌跡を算出する。

【0052】

地面形状情報取得部３３は、前回の掘削動作が行われる前の掘削対象地面の形状から、前回の掘削動作の際にバケット６が通過した空間に対応する部分を取り除くことで掘削対象地面の現在の形状を導き出す。地面形状情報取得部３３は、掘削動作後の地面形状を推定できる。地面形状情報取得部３３は、３次元メッシュモデルで表現された３次元地形モデルを作成することができる。

【0053】

地面形状情報取得部３３は、排土動作後の地面形状に関する情報を取得することができる。地面形状情報取得部３３は、排土動作が行われたときに排土後の地面形状を取得する処理を実行する。地面形状情報取得部３３は、例えば掘削動作後にバケット６の開き操作が行われた場合に排土後の地面形状を取得する処理を実行する。

【0054】

地面形状情報取得部３３は、土砂積載量を推定することができる。地面形状情報取得部３３は、姿勢検出装置Ｍ３が検出するアタッチメントＡＴの姿勢とシリンダ圧検出装置Ｍ４が検出するブームボトム圧とに基づいて土砂積載量を推定することができる。土砂積載量は掘削動作によってバケット６に積載される土砂の量である。土砂積載量は、例えば、バケット６に積載される土砂の容積でもよい。土砂積載量は所定の最大積載量によって制限される。

【0055】

地面形状情報取得部３３は、ブームボトム圧参照テーブルを参照して現在の掘削アタッチメントの姿勢に対応する非積載時ブームボトム圧を取得する。非積載時ブームボトム圧は、バケット６に土砂が積載されていないときのブームボトム圧を意味する。ブームボトム圧テーブルは、ＲＯＭ等に予め記憶される参照テーブルであり、実測データの分析に基づいて生成される。具体的には、ブームボトム圧テーブルは、姿勢検出装置Ｍ３によって検出されるアタッチメントの姿勢に関連付けて非積載時ブームボトム圧を記憶する。そして、現在のブームボトム圧と非積載時ブームボトム圧との差に基づいてバケット６に積載された土砂の重量を推定する。そして、その推定された土砂の重量と予め入力された土砂特性（密度、粘性等）とからバケット６に積載された土砂の容積を推定する。

【0056】

地面形状情報取得部３３は、記憶部に記憶されているブームボトム圧参照テーブルを参照することができる。地面形状情報取得部３３は、現在のアタッチメントＡＴの姿勢に対応する非積載時のブームボトム圧を取得することができる。「非積載時のブームボトム圧」は、バケット６に土砂が積載されていないときのブームボトム圧を意味する。

【0057】

「ブームボトム圧テーブル」は、記憶部に予め記憶される参照テーブルであり、実測データの分析に基づいて生成される。記憶部は、姿勢検出装置Ｍ３によって検出されるアタッチメントＡＴの姿勢に関連付けて非積載時のブームボトム圧を、ブームボトム圧テーブルとして記憶する。地面形状情報取得部３３は、現在のブームボトム圧と非積載時ブームボトム圧との差に基づいてバケット６に積載された土砂の重量を推定することができる。地面形状情報取得部３３は、その推定された土砂の重量と予め入力された土砂特性（密度、粘性等）に基づいて、バケット６に積載された土砂の容積を推定する。

【0058】

地面形状情報取得部３３は、地面形状の変化に基づいて土砂積載量を推定してもよい。

【0059】

地面形状情報取得部３３は土砂排土量を算出することができる。地面形状情報取得部３３は、土砂積載量と土砂排土率とに基づいて土砂排土量を算出することができる。地面形状情報取得部３３は、土砂積載量に土砂排土率を乗じて土砂排土量を算出することができる。

【0060】

土砂排土量は、排土動作によってバケット６から排土される土砂の量であり、土砂積載量に土砂排土率を乗じることで算出される。土砂排土量は、例えば、土砂積載量と同様に、バケット６によって排土される土砂の容積として算出される。

【0061】

土砂排土率は、土砂積載量に対する土砂排土量の比率であり、排土動作の際のアタッチメントの姿勢の推移、動作速度の推移、土砂特性等に基づいて決定される。地面形状情報取得部３３は土砂排土率テーブルを参照して土砂排土率を決定する。

【0062】

「土砂排土率テーブル」は、記憶部に予め記憶される参照テーブルであり、実測データの分析に基づいて生成される。記憶部は、土砂排土率テーブルとして、姿勢検出装置Ｍ３によって検出される排土動作の際のバケット角度に関連付けて土砂排土率を記憶する。

【0063】

記憶部は、バケット角度θ３と土砂排土率との関係を示すデータを記憶する。例えば、土砂排土率はバケット角度θ３が略１５０度以上の場合に０［％］に設定される。地面形状情報取得部３３は、バケット角度θ３が略１５０度以上であればバケット６内の土砂が未だ排土されていないと推定することができる。

【0064】

土砂排土率はバケット角度θ３が略１５０度を下回るにつれて増大し、バケット角度θ３が略５０度以下となった場合に１００［％］に達する。地面形状情報取得部３３は、バケット角度θ３が略５０度以下であればバケット６内の土砂の全てが排土されたと推定することができる。

【0065】

地面形状情報取得部３３は排土動作後の地面形状を推定することができる。地面形状情報取得部３３は、土砂排土量、直近の排土動作が行われる前の地面形状、排土動作の際の地面に対するバケット６の高さ、排土動作の際のアタッチメントＡＴの姿勢の推移、動作速度の推移、土砂特性に基づいて排土動作後の地面形状を推定することができる。

【0066】

記憶部は、排土動作後の地面形状に関する情報を記憶することができる。記憶部は、排土された土砂とショベル１００との位置関係に関するデータを記憶することができる。

【0067】

地面形状情報取得部３３は、地面形状の基準点を算出することができる。地面形状情報取得部３３は、バケット６の中心点をショベルが位置する水平面上に投影することにより、地面形状の基準点を算出することができる。

【0068】

地面形状情報取得部３３は、排土動作後の地面形状のうち直近の排土動作によって更新された部分の形状（以下、「更新部分形状」とする。）を算出することができる。また、更新部分形状をもたらした排土動作の条件（例えば土砂排土量等を含む。）を「基準排土条件」と記載する。

【0069】

地面形状情報取得部３３は、土砂排土量が大きいほど大きくなるように、更新部分形状を決定することができる。地面形状情報取得部３３は、直近の排土動作が行われる前の地面形状の陥没部分の大きさ（深さ）に応じて、更新部分形状を決定することができる。

【0070】

地面形状情報取得部３３は、直近の排土動作の際のバケット６の基準点に対する高さが基準排土条件のときよりも高い場合の更新部分形状を算出することができる。地面形状情報取得部３３は、直近の排土動作の際のバケット６の高さが高いほど低く且つ周囲に拡がるように、更新部分形状を算出することができる。

【0071】

地面形状情報取得部３３は、排土される土砂の粘度に基づいて、更新部分の形状を算出することができる。地面形状情報取得部３３は、排土動作で排土された土砂の粘度が低いほど低く且つ周囲に拡がるように、更新部分形状を算出することができる。

【0072】

地面形状情報取得部３３は、排土動作の際のバケット６の動作速度（開き動作）に基づいて、更新部分の形状を算出することができる。地面形状情報取得部３３は、排土動作の際のバケット６の開き速度が速いほど基準点に関してバケット６の開き方向に偏るように、更新部分形状を算出することができる。

【0073】

地面形状情報取得部３３は、更新部分形状テーブルを参照して更新部分形状を決定することができる。更新部分形状テーブルは、記憶部に予め記憶される参照テーブルであり、実測データの分析に基づいて生成される。記憶部は、更新部分形状テーブルとして、土砂排土量、直近の排土動作が行われる前の地面形状、排土動作の際のバケット６の高さ、排土動作の際のアタッチメントの姿勢の推移、動作速度の推移、土砂特性等に関連付けて更新部分形状を記憶する。

【0074】

このようにして、地面形状情報取得部３３は、排土動作後の地面形状を推定できる。そのため、地面形状情報取得部３３は、掘削動作後の地面形状に関する情報ばかりでなく、排土動作後の地面形状に関する情報も取得できる。すなわち、地面形状情報取得部３３は、掘削動作が行われる前の掘削対象地面の形状をより正確に把握できる。

【0075】

表示装置４０は、掘削動作後の地面形状、及び排土動作後の地面形状に関する画像を表示することができる。通信装置Ｍ１は、複数台のショベル１００の稼働状況を管理する管理装置へ、各種データを送信することができる。

【0076】

地面接触判定部３４は、アタッチメントＡＴが地面と接触しているかを判定してアタッチメントＡＴを制御する機能要素である。地面接触判定部３４は、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいてバケット６が地面と接触しているかを判定してアタッチメントＡＴを制御する。

【0077】

地面接触判定部３４は、姿勢検出装置Ｍ３が検出するアタッチメントＡＴの現在の姿勢と、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいて掘削状態を判断することができる。地面接触判定部３４は、バケット６の爪先が掘削対象地面に接触しているかを判定する。バケット６の爪先が掘削対象地面に接触していると判定した場合、地面接触判定部３４は、コントローラ３０に対して判定結果を出力する。

【0078】

判定結果を受けたコントローラ３０は、制御弁Ｅ１としての再生解除弁５０に対して制御指令を出力してその開口面積を増大させる。地面接触判定部３４は、バケット６の爪先が掘削対象地面に接触する直前にコントローラ３０に対してバケット６の爪先が掘削対象地面に接触するとの判定結果を出力してもよい。さらに、予め入力された土砂密度情報に基づいて掘削アタッチメントを制御してもよい。

【0079】

次に、図４～図６を参照して、地盤情報取得システム１０１について説明する。図５及び図６は、地盤情報取得システム１０１を示す概略図である。図５及び図６では、ショベル１００が配置される地盤Ｇ１，Ｇ２が異なっている。図５及び図６では、地盤Ｇ１，Ｇ２の断面が示されている。地盤情報取得システム１０１は、ショベル１００と、弾性波探査装置１１０とを含む。

【0080】

図５及び図６に示されるように、地盤情報取得システム１０１は、ショベル１００を用いて地盤Ｇ１，Ｇ２に振動を加えて、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部を通過した振動を計測することができる。ショベル１００は、バケット６を用いて、地盤Ｇ１，Ｇ２を打撃することはできる。バケット６は、打撃部の一例である。ショベル１００は、例えば、バケット６の底面６ａを地盤Ｇ１，Ｇ２の地表に当てることにより、地盤Ｇ１，Ｇ２に振動を加えることができる。

【0081】

バケット６は、掘削した土砂を収容するための凹部形状を有する。この凹部形状は、バケット６の開口とは反対側に膨らむように形成されている。バケット６は、凹部形状を有するので、土砂を収容することができる。バケット６の底面６ａは、凹部形状を形成する。底面６ａは、バケット６の開口とは反対側の面を形成する。

【0082】

ショベル１００は、図４に示される位置座標更新部３２によって、バケット６の位置を検出することができる。外部演算装置３０Ｅは、バケット６の形状に関するデータ、及びバケット６の軌跡の推移に基づいて、バケット６の底面６ａの位置を算出することができる。バケット６の底面６ａは、地盤Ｇ１，Ｇ２に当たる位置である。

【0083】

位置座標更新部３２は、図２に示す、バケット爪先位置Ｐ４、及びバケット角度θ３に基づいて、バケット６の底面６ａの位置である打撃位置を算出することができる。なお、位置座標更新部３２は、アタッチメントＡＴのその他の位置に基づいて、バケット６による打撃位置を算出してもよい。また、打撃位置は、バケット６の底面６ａの位置に限定されない。例えば、ショベル１００のその他の部位を、地盤Ｇ１，Ｇ２に当てることにより、地盤Ｇ１，Ｇ２に打撃を加えてもよい。この場合には、ショベル１００のうち、地盤Ｇ１，Ｇ２に当てられる位置が打撃位置となる。また、例えば、アタッチメントＡＴは、地盤Ｇ１，Ｇ２に当てられるその他の打撃部を備えていてもよい。例えば、アタッチメントＡＴには、打撃用のハンマーが取り付けられていてもよい。操作者は、アタッチメントＡＴを動作させて、打撃部を地盤Ｇ１，Ｇ２に当てることより、地盤Ｇ１，Ｇ２に振動を加えることができる。

【0084】

また、操作者は、例えば、バケット６を操作することにより、バケット６に保持されている物体を上方から落下させ、地盤Ｇ１，Ｇ２に打撃を加えて、地盤Ｇ１，Ｇ２に振動を加えてもよい。ショベル１００は、打撃により、地盤Ｇ１，Ｇ２中に弾性波を発生させることができる。

【0085】

図４に示すように、弾性波探査装置１１０は、計測器１１１と、解析部１１２と、通信部１１３とを含む。

【0086】

計測器１１１は、例えば、地盤Ｇ１，Ｇ２に差し込まれて、地盤Ｇ１，Ｇ２の振動を検出できるセンサである。計測器１１１は、地盤Ｇ１，Ｇ２を進行して計測器１１１に到達した弾性波を検出することができる。

【0087】

解析部１１２は、例えば、ＣＰＵ及び記憶部を含む。解析部１１２は、計測器１１１によって計測された弾性波に関する信号を受信して、解析することができる。解析部１１２は、受信した弾性波に関する信号を増幅することができる。弾性波探査装置１１０は、計測器１１１によって計測された弾性波に関するデータを出力することができる。

【0088】

図７は、弾性波探査装置１１０による側的結果の一例を示す図である。図７では、横軸に時間の経過を示し、縦軸に位置を示す。縦軸に示す位置は、計測器１１１の位置を示す。計測器１１１の位置は、例えば、計測の基準となる位置からの距離である。基準となる位置は、ショベル１００の位置でもよく、その他の位置でもよい。

【0089】

弾性波探査装置１１０は、図５及び図６に示されるように、１つの計測器１１１を用いて、弾性波を計測してもよく、複数の計測器１１１を用いて弾性波を計測してもよい。計測器１１１の位置は、任意の位置でよい。ショベル１００によって作業される現場では、事前にボーリング調査を行うことにより、地盤Ｇ１，Ｇ２の情報が取得される。計測器１１１による計測位置は、ボーリング調査による調査位置と異なる位置でもよく、同じ位置でもよい。例えば、ボーリング調査による調査位置と異なる位置に、計測器１１１を配置することにより、ボーリング調査による調査結果を補完する情報を取得することができる。例えば、ボーリング調査による調査位置と同じ位置に、計測器１１１を配置することにより、ボーリング調査による調査結果の信頼性の向上を図ることができる。

【0090】

ショベル１００による打撃により生じた弾性波は、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部を進行する。例えば、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の地層の境界において、弾性波が反射する。弾性波探査装置１１０は、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部を進行した弾性波を計測することにより、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報を取得できる。

【0091】

弾性波探査装置１１０は、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報として、地盤Ｇ１，Ｇ２の硬さに関するデータを取得することができる。弾性波探査装置１１０は、地盤Ｇ１,Ｇ２の内部の情報として、地層に関するデータを取得することができる。地層には、切土層、盛土層、砂層、シルト層、粘土層、岩盤層などがある。弾性波探査装置１１０は、地盤Ｇ１,Ｇ２の内部の情報として、地層の深さに関するデータ、及び地層の厚さに関するデータを取得することができる。地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報は、「地盤の状態」の一例である。

【0092】

図４に示すショベル１００の外部演算装置３０Ｅは、地盤情報取得部３５、地盤データベース更新部３６、リスクレベル判定部３７、燃費算出部３８、及び制御部３９を含む。

【0093】

地盤情報取得部３５は、作業対象の地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報を取得する。弾性波探査装置１１０にから送信された情報を入力することにより取得する。弾性波探査装置１１０の解析部１１２による解析結果を入力することができる。地盤情報取得部３５は、通信装置Ｍ１を介して、弾性波探査装置１１０から送信されたデータを受信することができる。地盤情報取得部３５は、弾性波探査装置１１０の計測器１１１によって計測された情報を取得して、取得した情報を解析することにより、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報を取得してもよい。

【0094】

地盤データベース更新部３６は、地盤データベースを更新する。地形データベースは、ショベル１００が存在する作業現場の地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報を参照可能に体系的に記憶する。地盤データベース更新部３６は、例えばショベル１００の起動時に通信装置Ｍ１を通じて作業現場の地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報を取得して地盤データベースを更新する。作業現場の地盤情報は、例えば世界測位系に基づく３次元モデルで記述されてもよい。

【0095】

リスクレベル判定部３７は、地盤情報取得部３５によって取得された地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報、及び地盤データベースに格納されている情報に基づいて、地盤Ｇ１，Ｇ２のリスクレベルを判定する。リスクレベル判定部３７は、例えば、地盤Ｇ１，Ｇ２の硬さに関する情報に基づいて、リスクレベルを判定することができる。

【0096】

リスクレベル判定部３７は、地盤Ｇ１，Ｇ２が軟らかい場合には、地盤Ｇ１，Ｇ２が硬い場合よりもリスクレベルが高いと判定することができる。リスクレベルが高いとは、リスクレベルが低い場合と比較して、ショベル１００による作業が危険な状態であることを示す。

【0097】

リスクレベル判定部３７は、地盤Ｇ１，Ｇ２が硬い場合には、地盤Ｇ１，Ｇ２が軟らかい場合よりもリスクレベルが低いと判定することができる。リスクレベルが低いとは、リスクレベルが高い場合と比較して、ショベル１００による作業が安全であることを示す。

【0098】

リスクレベル判定部３７は、弾性波探査装置１１０から受信した情報、及び、ボーリング調査による結果に基づいて、地盤Ｇ１，Ｇ２のリスクレベルを判定してもよい。リスクレベル判定部３７は、その他の情報を考慮して、リスクレベルを判定してもよい。その他の情報とは、例えば天気に関する情報や、地形の表面形状に関する情報が挙げられる。リスクレベル判定部３７は、例えば、雨量が多い場合には、雨量が少ない場合と比較して、リスクレベルが高いと判定してもよい。リスクレベル判定部３７は、地形の表面形状の変化が大きい場合には、地形の表面形状の変化が小さい場合と比較して、リスクレベルが高いと判定してもよい。

【0099】

燃費算出部３８は、地盤情報取得部３５によって取得された地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報、及び地盤データベースに格納されている情報に基づいて、エンジン１１の燃費を算出することができる。

【0100】

燃費算出部３８は、例えば、地盤Ｇ１，Ｇ２が硬い場合には、地盤Ｇ１，Ｇ２が軟らかい場合と比較して、燃費が低くなるように、燃費を算出することができる。地盤Ｇ１，Ｇ２が硬い場合には、掘削動作の動力が増加する傾向にあるため、燃費算出部３８は、燃費が低くなるように、燃費を算出することができる。

【0101】

燃費算出部３８は、例えば、地盤Ｇ１，Ｇ２の地層の種類に応じて、燃費が異なるように、燃費を算出してもよい。燃費算出部３８は、例えば、地層の密度が高い場合には、地層の密度が低い場合と比較して、燃費が低くなるように、燃費を算出することができる。掘削される土砂の密度が高い場合には、バケット６によって掘削される土砂の重量が増加して、掘削動作の動力が増加する傾向にあるため、燃費算出部３８は、燃費が低くなるように、燃費を算出することができる。

【0102】

制御部３９は、地盤情報取得部３５によって取得された地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報、及び地盤データベースに格納されている情報に基づいて、ショベル１００における動作を制御することができる。制御部３９は、リスクレベル判定部３７によって判定されたリスクレベルに応じて、ショベル１００における動作を制御することができる。制御部３９は、燃費算出部３８によって算出された燃費に応じて、ショベル１００における動作を制御することができる。制御部３９は、コントローラ３０に指令信号を出力することにより、ショベル１００の動作を制御することができる。

【0103】

制御部３９は、地盤Ｇ１，Ｇ２が硬い場合には、地盤Ｇ１，Ｇ２が軟らかい場合と比較して、遅く動作させるように、ショベル１００を制御することができる。制御部３９は、地盤Ｇ１，Ｇ２が軟らかい場合には、地盤Ｇ１，Ｇ２が硬い場合と比較して、速く動作させるように、ショベル１００を制御することができる。

【0104】

制御部３９は、地盤Ｇ１，Ｇ２が硬い場合には、地盤Ｇ１，Ｇ２が軟らかい場合と比較して、掘削動作における掘削量が少なるように、バケット６の動作を制御することができる。制御部３９は、地盤Ｇ１，Ｇ２が軟らかい場合には、地盤Ｇ１，Ｇ２が硬い場合と比較して、掘削動作における掘削量が多くなるように、バケット６の動作を制御することができる。

【0105】

制御部３９は、地盤Ｇ１，Ｇ２の硬さに応じて、アタッチメントＡＴの姿勢を変更するように、ショベル１００の動作を制御することができる。制御部３９は、地盤Ｇ１，Ｇ２が硬い場合には、地盤Ｇ１，Ｇ２が軟らかい場合と比較して、バケット角度θ３を大きくするように、アタッチメントＡＴの姿勢を制御してもよい。制御部３９は、地盤Ｇ１，Ｇ２が軟らかい場合には、地盤Ｇ１，Ｇ２が硬い場合と比較して、バケット角度θ３を小さくするように、アタッチメントＡＴの姿勢を制御してもよい。

【0106】

制御部３９は、リスクレベル判定部３７によって判定されたリスクレベルが高い場合には、操作者に注意喚起を行うように、表示装置４０を制御することができる。制御部３９は、リスクレベル判定部３７によって判定されたリスクレベルが低い場合には、掘削作業が安全に実行できる旨を操作者に報知するように、表示装置４０を制御することができる。制御部３９は、例えば、スピーカなどの音声出力部を制御して、リスクレベルを報知してもよい。表示装置４０及びスピーカは、報知部の一例である。

【0107】

制御部３９は、燃費算出部３８によって算出された燃費が高い場合には、燃費が低い場合と比較して、ショベル１００における動作速度を速くしてもよい。制御部３９は、燃費算出部３８によって算出された燃費が低い場合には、燃費が高い場合と比較して、ショベル１００における動作速度を遅くしてもよい。

【0108】

制御部３９は、燃費算出部３８によって算出された燃費に関する情報を、表示装置４０に表示するように、コントローラ３０を制御することができる。制御部３９は、地盤情報取得部３５によって取得された地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報を、表示装置４０に表示するように、コントローラ３０を制御することができる。

【0109】

次は、図８を参照して、表示装置４０に表示される表示内容について説明する。図８は、表示装置４０に表示された表示内容の一例を示す図である。表示装置４０は、図３に示されるコントローラ３０からの指示に従い、画像を表示できる。

【0110】

表示装置４０は、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報について、表示することができる。表示装置４０は、地盤Ｇ１の地層、地層の深さ、地層の厚さに関する情報を、画像表示することができる。表示装置４０は、地層の種類によって、色や模様を変えてもよい。表示装置４０は、地盤Ｇ１の硬さに応じて、画像表示を変えてもよい。

【0111】

表示装置４０は、ショベル１００の位置、バケット６による打撃位置、及び計測器１１１による計測位置を表示してもよい。

【0112】

また、表示装置４０は、地盤Ｇ１の状態に応じた燃費の変化に関する情報を表示してもよい。また、表示装置４０は、地盤Ｇ１の状態に応じたリスクレベルに関する情報を表示してもよい。表示装置４０は、地盤Ｇ１の状態に応じたリスクレベルに関する情報として、文字情報を表示してもよい。表示装置４０は、地盤Ｇ１のリスクレベルが高い場合には、例えば「危険」との文字を表示してもよい。また、表示装置４０は、リスクレベルに応じて、文字の大きさや、色を変えてもよい。

【0113】

また、表示装置４０は、地盤Ｇ１の状態に応じて、アタッチメントＡＴの姿勢を変更するように、案内表示を行ってもよい。表示装置４０は、アタッチメントＡＴの姿勢を変更することを促す案内表示として、動画を用いてもよく、静止画を用いてもよく、文字を用いてよい。

【0114】

次に、図９を参照して、地盤情報取得方法における手順について説明する。図９は、地盤情報取得方法における手順を示すフローチャートである。地盤情報取得方法は、ショベル１００を用いて地盤Ｇ１，Ｇ２を打撃する工程と、地盤Ｇ１，Ｇ２を打撃することにより地盤Ｇ１，Ｇ２に伝達されて、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部を進行した振動を計測する固定と、を含む。

【0115】

地盤情報取得方法は、例えばショベル１００による掘削作業の実行前に実行される。なお、地盤情報取得方法は、ショベル１００による掘削作業の実行後に実行されてもよい。また、地盤情報取得方法は、ショベル１００による掘削作業の途中で実行されてもよい。

【0116】

まず、ショベル１００は、バケット６を用いて、地盤Ｇ１，Ｇ２を打撃する（ステップＳ１１）。操作者は、アタッチメントＡＴを動かして、バケット６を下方に移動させることにより、地面を打撃する。ショベル１００は、バケット６を揺動させて、底面６ａを地面に打ち付ける。

【0117】

バケット６を用いて地面を打撃することにより、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部に振動が伝達される。地盤Ｇ１，Ｇ２に伝達された振動は、適宜、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部を進行する。振動は、例えば、地層の境界で反射する。また、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の状況に応じて、振動の伝達速度が異なる。

【0118】

次に、弾性波探査装置１１０の計測器１１１は、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部を進行した振動を検出する（ステップＳ１２）。弾性波探査装置１１０の解析部１１２は、計測器１１１によって計測された結果を解析する。

【0119】

次に、弾性波探査装置１１０は、計測結果をショベル１００に出力する（ステップＳ１３）。なお、ここでいう計測結果は、解析結果を含む。弾性波探査装置１１０の通信部１１３は、計測結果に関する信号を送信する。ショベル１００の通信装置Ｍ１は、弾性波探査装置１１０から送信された計測結果に関する信号を受信する。

【0120】

次に、ショベル１００の外部演算装置３０Ｅは、弾性波探査装置１１０による計測結果に基づいて、地盤Ｇ１，Ｇ２のリスクレベルを評価する（ステップＳ１４）。外部演算装置３０Ｅのリスクレベル判定部３７は、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の状態を把握して、地盤Ｇ１，Ｇ２のリスクレベルを判定する。なお、リスクレベルの一例については、上述している。また、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の状態の一例についても、上述している。

【0121】

次に、外部演算装置３０Ｅは、地盤Ｇ１，Ｇ２の状態に応じて、ショベル１００の燃費を算出する（ステップＳ１５）。外部演算装置３０Ｅの燃費算出部３８は、地盤Ｇ１，Ｇ２の状態に応じて、ショベル１００の燃費を算出する。なお、燃費の算出の一例については、上述している。

【0122】

次に、外部演算装置３０Ｅは、地盤Ｇ１，Ｇ２の状態に応じて、アタッチメントＡＴの姿勢を制御する（ステップＳ１６）。外部演算装置３０Ｅの制御部３９は、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の状態に応じて、アタッチメントＡＴの姿勢を変更するように、アタッチメントＡＴの動作を制御できる。なお、アタッチメントＡＴの姿勢の制御の一例は、上述している。制御部３９は、地盤Ｇ１，Ｇ２の硬さに応じて、バケット６の姿勢を変更してもよい。

【0123】

次に、外部演算装置３０Ｅは、ショベル１００による地盤Ｇ１，Ｇ２の掘削後の地面の表面形状を算出する（ステップＳ１７）。外部演算装置３０Ｅの地面形状情報取得部３３は、地面の表面形状を算出することができる。なお、地面の表面形状の算出の一例については上述している。また、ショベル１００は、その他の方法により、地面の表面形状の算出を行ってもよい。例えば、ショベル１００は、地面に対してレーザーを照射することにより、地面の表面形状を計測することができる。

【0124】

次に、外部演算装置３０Ｅは、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報と、地面の表面形状に関する情報とを関連づけて保存する（ステップＳ１８）。外部演算装置３０Ｅは、例えば、平面視における位置を関連づけることにより、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報と、地面の表面形状とを関連づけることができる。なお、ステップＳ１７，１８における処理は、ショベル１００の掘削動作の後に実行される。ステップＳ１７，１８は、掘削動作の前に実行されてもよい。

【0125】

また、地盤情報取得方法における処理は、適宜、順番を変えて実施してもよく、同時に実施してもよい。地盤情報取得方法において、ショベル１００の燃費を算出した後に、地盤Ｇ１，Ｇ２のリスクレベルを判定してもよい。

【0126】

（作用効果）
本実施形態に係る地盤情報取得システム１０１は、打撃部であるバケット６を有するショベル１００と、バケット６による打撃によって地盤Ｇ１，Ｇ２に伝達されて地盤Ｇ１，Ｇ２の内部を進行した振動を計測可能な計測器１１１と、を備える。

【0127】

この地盤情報取得システム１０１によれば、バケット６を用いて地盤Ｇ１，Ｇ２を打撃することにより、地盤Ｇ１，Ｇ２に弾性波を発生させることができる。地盤情報取得システム１０１によれば、計測器１１１を用いて、地盤Ｇ１，Ｇ２を通過した弾性波を計測することにより、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の状態を把握できる。

【0128】

また、地盤情報取得システム１０１は、計測器１１１によって計測した計測結果に基づいて、ショベル１００の下方の地盤Ｇ１，Ｇ２のリスクレベルを判定し、地盤Ｇ１，Ｇ２のリスクレベルを報知する。この地盤情報取得システム１０１によれば、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報に基づいて、リスクレベルを判定することができる。

【0129】

また、地盤情報取得システム１０１よれば、判定結果であるリスクレベルをショベル１００の操作者に報知することができる。操作者は、キャビン１０に設けられた表示装置４０を見ることにより、ショベル１００の下方の地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の情報に基づくリスクレベルを認識することができる。操作者は、リスクレベルに基づいて、ショベル１００による掘削作業を中断したり、慎重に操作したりするなど、様々な対応をとることができる。その結果、ショベル１００による掘削作業の安全性を向上させることができる。

【0130】

また、地盤情報取得システム１０１は、計測器１１１によって計測した計測結果に基づいて、ショベル１００の下方の地盤Ｇ１，Ｇ２の状態を判定し、地盤Ｇ１，Ｇ２の状態に応じて、ショベル１００の燃費を算出する。この地盤情報取得システム１０１によれば、ショベル１００の下方の地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の状態に基づいて、ショベル１００の燃費を算出し、算出された燃費に応じて、ショベル１００における運転を適宜調整することができる。操作者は、地盤Ｇ１，Ｇ２の内部の状態に基づいて、ショベル１００の燃費を考慮して、運転を変更することができる。例えば、操作者は、燃費を気にすることなく、掘削作業に集中することができる。また、操作者は、燃費が低下しないように、運転を調整することができる。

【0131】

また、地盤情報取得システム１０１では、ショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられ、打撃部であるバケット６を有するアタッチメントＡＴと、ショベル１００の位置を測位する測位装置Ｍ２と、を備え、ショベル１００の位置、及びバケット６の姿勢の変化に基づいて、バケット６による地盤への実際の打撃位置を算出する。ショベル１００では、地面接触判定部３４によって、バケット６と地盤Ｇ１，Ｇ２との接触位置を検出することができる。ショベル１００では、自動で打撃位置を計測することができる。その結果、地盤情報取得システム１０１では、弾性波探査装置１１０における計測精度の向上を図ることができる。

【0132】

また、地盤情報取得システム１０１では、弾性波探査装置１１０により常時計測を行ってもよい。これにより、地盤情報取得システム１０１によれば、リアルタイムで地盤の内部の情報を取得することができる。地盤情報取得システム１０１では、リアルタイムで地盤の内部の情報を取得できるので、例えば、長雨などによる地盤の硬さの変化、地盤の緩みの変化を早急に把握することができる。そのため、ショベル１００の操作者に地盤の緩みなどのリスク情報をリアルタイムで報知できる。

【0133】

また、地盤情報取得システム１０１では、地盤の内部の硬さを把握することができるので、地盤の内部の硬さに応じて、ショベル１００の燃費を予測し、この燃費の予測に基づいて、ショベル１００における動作を制御することができる。

【0134】

また、地盤情報取得システム１０１では、地盤の内部の硬さに応じて、アタッチメントＡＴの姿勢を制御することができる。

【0135】

また、地盤情報取得システム１０１では、掘削の進捗に応じて、弾性波探査装置１１０による計測を実施してもよい。これにより、地盤の内部の状態を把握して、地層の変化や地盤の内部の水分の含有率などを把握してもよい。また、地盤情報取得システム１０１では、取得した情報をリアルタイムで、操作者に通知することができる。例えば、ショベル１００の表示装置４０は、地層の変化や、水分の含有率の変化、硬さの変化等を色の違いにより表示してもよい。ショベル１００では、弾性波探査装置１１０によって取得した情報に基づいて、ショベル１００の操作者に注意喚起を行うことができる。

【0136】

また、地盤情報取得システム１０１では、ボーリング調査による取得した情報を、予め記憶部に記憶させておき、ボーリング調査による調査結果と弾性波探査装置１１０による計測結果とを比較することができる。ショベル１００では、ボーリング調査による調査結果と、弾性波探査装置１１０による計測結果とに基づいて、ショベル１００における動作を制御してもよい。ショベル１００では、弾性波探査装置１１０による計測結果に応じて、ショベル１００における運転モードを変更してもよい。

【0137】

また、地盤情報取得システム１０１では、ショベル１００によるバケット６を用いて、地盤Ｇ１，Ｇ２に打撃を加えて、弾性波を発生させることができることにより、従来実施されていた、例えば、木槌を用いて人が打撃を加える場合と比較して、広範囲の地盤の内部の状況を把握できる。また、地盤情報取得システム１０１では、人が木槌を用いて、地盤を打撃する必要がないため、作業性の向上を図ることができる。

【0138】

また、地盤情報取得システム１０１では、従来実施されていた、例えば、ダイナマイトを用いて地盤中に弾性波を発生させる方法と比較して、容易に実施することができる。地盤情報取得システム１０１では、ダイナマイトを使用せずに、弾性波探査装置１１０による計測範囲を広げることができ、危険作業を削減することができる。ダイナマイトを使用する場合には、ダイナマイトの管理、運搬等に注意が必要であったが、地盤情報取得システム１０１ではその必要がない。

【0139】

地盤情報取得システム１０１によれば、作業現場に存在するショベル１００を用いて、地盤の内部の状況を掘削作業の前後に容易に実施できる。地盤情報取得システム１０１では、ショベル１００による掘削作業を実施することができると共に、ショベル１００を用いて打撃を行い、弾性波探査装置１１０を用いて、地盤の内部の状況を容易に把握できる。

【0140】

（第２実施形態）
次に、図１０を参照して、地盤情報管理システム１２０について説明する。図１０は、地盤情報管理システム１２０を示す概略図である。地盤情報管理システム１２０は、複数の作業現場に配置された地盤情報取得システム１０１Ａ～Ｃから、情報を取得し、取得した情報を保存し、管理するシステムである。地盤情報管理システム１２０は、複数の地盤情報取得システム１０１Ａ～Ｃと、管理装置１２１とを含む。

【0141】

地盤情報取得システム１０１Ａ～Ｃは、上述した地盤情報取得システム１０１と同じ構成である。地盤情報取得システム１０１Ａのショベル１００Ａは、地盤Ｇ１に配置され、地盤情報取得システム１０１Ｂのショベル１００Ｂは、地盤Ｇ２に配置され、地盤情報取得システム１０１Ｃのショベル１００Ｃは、地盤Ｇ３に配置されている。ショベル１００は、上述したショベル１００と同じ構成である。ショベル１００Ａ～Ｃは、第１作業機械及び第２作業機械の一例である。地盤Ｇ１～Ｇ３の打撃位置は、第１位置及び第２位置の一例である。

【0142】

管理装置１２１は、ＣＰＵ１２２及び記憶部１３０を備える。記憶部１３０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び、不揮発性メモリを含む。記憶部１３０は、ＣＰＵ１２２を動作させるためのプログラムを記憶する。記憶部１３０は、管理装置１２１が入力した各種データを記憶する。

【0143】

記憶部１３０は、地面形状データベース１３１及び地盤情報データベース１３２を格納する。地面形状データベース１３１は、地盤情報取得システム１０１から送信された地面形状に関するデータを記憶する。地面形状データベース１３１は、上述した地面形状情報取得部３３で取得した情報を記憶する。

【0144】

地盤情報データベース１３２は、地盤情報取得システム１０１から送信された地盤の内部の状態に関するデータを記憶する。地盤情報データベース１３２は、上述した地盤情報取得部３５で取得した情報を記憶する。

【0145】

記憶部１３０は、地面形状データベース１３１に記憶されている情報と、地盤情報データベース１３２に記憶されている情報とを、関連付けて記憶する。記憶部１３０は、位置情報に基づいて、地面形状に関するデータと、地盤の内部の状態に関するデータを記憶することができる。記憶部１３０は、ショベル１００によって掘削された領域Ｋｎの地面形状に関する情報と、領域Ｋｎの下方の地盤の内部の情報とを関連付けて記憶する。領域Ｋｎの位置情報は、ショベル１００の測位装置Ｍ２によって計測された位置情報である。

【0146】

本実施形態に係る地盤情報管理システム１２０は、互いに異なる複数の位置に配置された複数のショベル１００Ａ～Ｂを含み、ショベル１００Ａのバケット６によって、地盤Ｇ１に伝達されて当該地盤Ｇ１の内部を進行した弾性波を計測可能な計測器１１１と、ショベル１００Ｂのバケット６によって、地盤Ｇ２に伝達されて当該地盤Ｇ２の内部を進行した弾性波を計測可能な計測器１１１と、ショベル１００Ｃのバケット６によって、地盤Ｇ３に伝達されて当該地盤Ｇ３の内部を進行した弾性波を計測可能な１１１と、を含む。地盤情報管理システム１２０は、地盤情報取得システム１０１Ａの計測器１１１によって計測された計測結果、地盤情報取得システム１０１Ｂの計測器１１１によって計測された計測結果、地盤情報取得システム１０１Ｃの計測器１１１によって計測された計測結果を格納する記憶部１３０を備える。地盤情報取得システム１０１Ａ～Ｃの計測器１１１は、第１計測器及び第２計測器の一例である。

【0147】

このような地盤情報管理システム１２０によれば、複数の現場の地盤Ｇ１～Ｇ３の内部の状態に関するデータを統合して管理することができる。地盤情報管理システム１２０では、複数の現場について、地面形状に関する情報、及び地盤の内部の状態に関する情報を一元管理することができる。地盤情報管理システム１２０では、地盤情報取得システム１０１によって取得された地盤の内部の状態に関する情報を有効活用することができ、地盤に関する情報を把握して対策を施すことができる。地盤情報管理システム１２０に記憶されているデータを活用して、災害対策を事前に実行することにより、土地の有効活用を促進できる。

【0148】

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0149】

上記のショベル１００は、キャビン１０に操作者が搭乗して運転操作するものでもよく、例えば、リモート運転又は自動掘削運転（無人運転）を実行可能なものでもよい。

【0150】

また、ショベル１００の撮像装置Ｍ５はショベルの周辺の画像を取得する装置である。撮像装置Ｍ５は、ショベルの上部旋回体３に取り付けられるカメラでもよく、撮像した画像に基づいてショベルの周囲の地面までの距離を認識して作業現場の地形情報を取得することができる。なお、撮像装置Ｍ５はステレオカメラ、距離画像カメラ、３次元レーザスキャナ等であってもよい。

【0151】

また、撮像装置Ｍ５はショベルの外部に取り付けられていてもよい。この場合、外部演算装置３０Ｅは、通信装置Ｍ１を介して撮像装置Ｍ５が出力する地形情報を取得してもよい。具体的には、撮像装置Ｍ５は、空撮用マルチコプタ、作業現場に設置された鉄塔等に取り付けられ、作業現場を上から見た画像に基づいて作業現場の地形情報を取得してもよい。また、撮像装置Ｍ５は、空撮用マルチコプタに取り付けられた場合、１時間に１回程度の頻度で或いはリアルタイムで、作業現場を上から見た画像を撮像して作業現場の地形情報を取得してもよい。撮像装置Ｍ５が取得した地形情報は地形データベースの更新に用いられる。その更新間隔は、地形情報の所得間隔が１時間以上の場合には、姿勢検出装置Ｍ３からの信号に基づく地形データベースの更新間隔よりも長い。

【0152】

また、上述の実施形態では、外部演算装置３０Ｅはコントローラ３０の外部にある別の演算装置として説明されたが、コントローラ３０に一体的に統合されてもよい。

【0153】

また、上記の実施形態では、打撃部としてバケット６を有するショベル１００を備える地盤情報取得システム１０１について例示しているが、打撃部はバケット６に限定されない。打撃部は、上下方向に動作し、地盤に打撃可能なその他の部位でもよい。例えば、ショベル１００は、アタッチメントＡＴに設けられたフック（打撃部）を降下させて、地盤を打撃してもよい。

【0154】

また、上記の実施形態では、作業機械としてショベル１００を備える地盤情報取得システム１０１について例示しているが、作業機械はショベル１００に限定されない。作業機械は、例えばブルドーザーでもよい。例えば、ブルドーザーは、バケットを上昇させた後、バケットを降下させることにより、地盤を打撃してもよい。

【0155】

また、地盤情報取得システム１０１は、複数の計測器１１１を用いて、地盤の内部を進行した弾性波を計測してもよく、１つの計測器１１１を用いて、弾性波を計測してもよい。計測器１１１は、弾性波を計測可能な位置に配置されていればよく、任意の位置に配置される。計測器１１１は、ショベル１００の前方に配置されていてもよく、ショベル１００の後方に配置されていてもよく、ショベル１００の側方に配置されていてもよい。計測器１１１は、ショベル１００よりも上方に配置されていてもよく、ショベル１００よりも下方に配置されていてもよい。

【0156】

また、上記の実施形態では、駆動源としてエンジン１１を備えるショベル１００について例示しているが、駆動源はエンジン１１に限定されない。ショベル１００は、駆動源として、モータを備えるものでもよく、エンジン及びモータを備えるものでもよい。モータに供給される電力は、エンジンによって発電された電力でもよく、バッテリに蓄電された電力でもよい。

【符号の説明】

【0157】

１０１，１０１Ａ～Ｃ 地盤情報取得システム
１００，１００Ａ～Ｃ ショベル（作業機械、第１作業機械、第２作業機械）
１ 下部走行体
３ 上部旋回体
６ バケット（打撃部）
３５ 地盤情報取得部
３７ リスクレベル判定部
３８ 燃費算出部
４０ 表示装置（報知部）
１１１ 計測器（第１計測器、第２計測器）
１２０ 地盤情報管理システム（地盤情報取得システム）
ＡＴ アタッチメント
Ｇ１～Ｇ３ 地盤
Ｍ２ 測位装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】