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(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】P2024039017
(43)【公開日】2024-03-21
(54)【発明の名称】ＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム
(51)【国際特許分類】
G06T 19/00 20110101AFI20240313BHJP
G06F 3/01 20060101ALI20240313BHJP
G06F 3/04815 20220101ALI20240313BHJP
H04N 21/234 20110101ALI20240313BHJP
H04N 21/431 20110101ALI20240313BHJP
G06Q 50/08 20120101ALI20240313BHJP
【ＦＩ】
G06T19/00 300B
G06F3/01 510
G06F3/04815
H04N21/234
H04N21/431
G06Q50/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023146231
(22)【出願日】2023-09-08
(31)【優先権主張番号】P 2022143088
(32)【優先日】2022-09-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り １．開催日 令和４年９月１４日～９月１６日 ２．集会名、開催場所 地盤技術フォーラム２０２２、東京ビッグサイト（東京都江東区有明３－１１－１）
(71)【出願人】
【識別番号】390025759
【氏名又は名称】株式会社ワイビーエム
(74)【代理人】
【識別番号】110001759
【氏名又は名称】弁理士法人よつ葉国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100093687
【弁理士】
【氏名又は名称】富崎 元成
(74)【代理人】
【識別番号】100168468
【弁理士】
【氏名又は名称】富崎 曜
(72)【発明者】
【氏名】落合 幸治
(72)【発明者】
【氏名】川崎 賢一郎
(72)【発明者】
【氏名】坂本 光弘
【テーマコード（参考）】
5B050
5C164
5E555
5L049
【Ｆターム（参考）】
5B050AA07
5B050BA09
5B050BA11
5B050BA13
5B050BA20
5B050CA07
5B050CA08
5B050DA01
5B050EA04
5B050EA19
5B050EA26
5B050FA02
5B050FA05
5B050FA13
5B050FA14
5C164FA07
5C164FA14
5C164SB01P
5C164SB08S
5C164SC04S
5C164UA31S
5C164UB10S
5C164UB81P
5E555AA16
5E555AA27
5E555AA28
5E555BA02
5E555BA03
5E555BA05
5E555BA06
5E555BA70
5E555BB02
5E555BB03
5E555BB05
5E555BB06
5E555BC18
5E555BD01
5E555BE16
5E555BE17
5E555CA02
5E555CA06
5E555CA17
5E555CA18
5E555CA19
5E555CA29
5E555CA44
5E555CA45
5E555CA47
5E555CB19
5E555CB21
5E555CB45
5E555CB64
5E555CB74
5E555CC01
5E555CC03
5E555CC11
5E555DA08
5E555DB31
5E555DB32
5E555DB41
5E555DB53
5E555DB56
5E555DB58
5E555DC09
5E555DC13
5E555DC19
5E555DC35
5E555DC43
5E555DC63
5E555DD06
5E555DD07
5E555EA05
5E555EA08
5E555EA11
5E555FA00
5L049CC07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】地中に造成される柱状改良体について現在から過去・未来に到る工事の進捗状況を遠隔で管理する地盤改良工事の遠隔施工管理システムを提供する。
【解決手段】システムは、施工機の各種情報、固化剤の各種情報、実地盤改良工事現場の３次元形状データ、地盤情報及び機械のＣＡＤデータに基づいて仮想的に再現された仮想（ＶＲ）地盤改良工事現場２００の視聴を提供するクラウドサーバー１０を設定し、施工機及び固化剤の各種情報等を、施工機の通信装置６０、７０がクラウドサーバー１０に送信し、記憶部１２に保存する。工事の当事者は、ユーザー端末装置２０を用いてクラウドサーバー１０にアクセスして、ＶＲ地盤改良工事現場２００をダウンロードし、ダウンロードしたＶＲ地盤改良工事現場２００について、頭部装着ディスプレイ３０の表示部３３にＶＲ３次元画像として表示させる。
【選択図】図１
【解決手段】システムは、施工機の各種情報、固化剤の各種情報、実地盤改良工事現場の３次元形状データ、地盤情報及び機械のＣＡＤデータに基づいて仮想的に再現された仮想（ＶＲ）地盤改良工事現場２００の視聴を提供するクラウドサーバー１０を設定し、施工機及び固化剤の各種情報等を、施工機の通信装置６０、７０がクラウドサーバー１０に送信し、記憶部１２に保存する。工事の当事者は、ユーザー端末装置２０を用いてクラウドサーバー１０にアクセスして、ＶＲ地盤改良工事現場２００をダウンロードし、ダウンロードしたＶＲ地盤改良工事現場２００について、頭部装着ディスプレイ３０の表示部３３にＶＲ３次元画像として表示させる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
地中に造成される柱状改良体（９）に係る地盤改良工事の遠隔施工管理システム（１００）であって、
実際の地盤改良工事現場（３００）を模した所定のコンピュータプログラムによって仮想的に再現された仮想地盤改良工事現場（２００）を提供するサーバー装置（１０）と、
前記サーバー装置（１０）にネットワーク（５０）を介してユーザーがアクセスするためのユーザー端末装置（２０）と、
前記仮想地盤改良工事現場（２００）をユーザーが視聴するためのディスプレイ（３０）と、
前記仮想地盤改良工事現場（２００）でユーザーが仮想的に動作するための操作機（４０）と、
施工機（１）に係る各種情報および前記柱状改良体（９）に係る各種情報を前記サーバー装置（１０）に送信する通信装置（６０、７０）とを備え、
前記柱状改良体（９）は、前記施工機（１）に係る各種情報および前記柱状改良体（９）に係る各種情報に基づいて前記コンピュータプログラムによって前記仮想地盤改良工事現場（２００）の一部分として仮想的に再現され、前記ディスプレイ（３０）においてＶＲ３次元画像として表示される
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
実際の地盤改良工事現場（３００）を模した所定のコンピュータプログラムによって仮想的に再現された仮想地盤改良工事現場（２００）を提供するサーバー装置（１０）と、
前記サーバー装置（１０）にネットワーク（５０）を介してユーザーがアクセスするためのユーザー端末装置（２０）と、
前記仮想地盤改良工事現場（２００）をユーザーが視聴するためのディスプレイ（３０）と、
前記仮想地盤改良工事現場（２００）でユーザーが仮想的に動作するための操作機（４０）と、
施工機（１）に係る各種情報および前記柱状改良体（９）に係る各種情報を前記サーバー装置（１０）に送信する通信装置（６０、７０）とを備え、
前記柱状改良体（９）は、前記施工機（１）に係る各種情報および前記柱状改良体（９）に係る各種情報に基づいて前記コンピュータプログラムによって前記仮想地盤改良工事現場（２００）の一部分として仮想的に再現され、前記ディスプレイ（３０）においてＶＲ３次元画像として表示される
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項2】
請求項１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記ユーザーは、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において仮想人物（４００、４１０、４２０）として登場し前記ディスプレイ（３０）に表示可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記ユーザーは、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において仮想人物（４００、４１０、４２０）として登場し前記ディスプレイ（３０）に表示可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項3】
請求項１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記ユーザーは、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において他のユーザーと対話可能であり、対話内容は前記仮想地盤改良工事現場（２００）にテキスト表示可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記ユーザーは、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において他のユーザーと対話可能であり、対話内容は前記仮想地盤改良工事現場（２００）にテキスト表示可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項4】
請求項１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記仮想地盤改良工事現場（２００）において一の前記ユーザーが掲示したファイルを他の前記ユーザーが閲覧することが可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記仮想地盤改良工事現場（２００）において一の前記ユーザーが掲示したファイルを他の前記ユーザーが閲覧することが可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項5】
請求項１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記ユーザーは、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において地中内を仮想的に移動可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記ユーザーは、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において地中内を仮想的に移動可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項6】
請求項１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記柱状改良体（９）は、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において所定深度当たりの固化剤の区間流量と所定深度当たりの撹拌翼（３ｂ）の区間羽根切り回数に基づいてカラー表示され、前記柱状改良体（９）に係る出来高・出来形管理図（４５０、４５０’、４５１、４５１’）も併せて表示可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記柱状改良体（９）は、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において所定深度当たりの固化剤の区間流量と所定深度当たりの撹拌翼（３ｂ）の区間羽根切り回数に基づいてカラー表示され、前記柱状改良体（９）に係る出来高・出来形管理図（４５０、４５０’、４５１、４５１’）も併せて表示可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項7】
請求項１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記仮想地盤改良工事現場（２００）は、工事開始時から現在に到る時間軸に係る時系列シークバー（５００）を備え、前記ユーザーが前記時系列シークバー（５００）を前記工事開始時へ移動させることにより、過去のある時点における前記仮想工事現場（２００）が仮想的に再現される
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記仮想地盤改良工事現場（２００）は、工事開始時から現在に到る時間軸に係る時系列シークバー（５００）を備え、前記ユーザーが前記時系列シークバー（５００）を前記工事開始時へ移動させることにより、過去のある時点における前記仮想工事現場（２００）が仮想的に再現される
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項8】
請求項１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記サーバー装置（１０）は、ユーザーが指定した特定の前記柱状改良体（９）についての施工開始から施工完了に到る履歴を前記仮想地盤改良工事現場（２００）に再現する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記サーバー装置（１０）は、ユーザーが指定した特定の前記柱状改良体（９）についての施工開始から施工完了に到る履歴を前記仮想地盤改良工事現場（２００）に再現する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項9】
請求項１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記サーバー装置（１０）は、前記柱状改良体（９）の過去から現在までの施工実績を基に、ユーザーが指定した未来のある時点迄までに施工完了が見込まれる前記柱状改良体（９）の施工本数を予測可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記サーバー装置（１０）は、前記柱状改良体（９）の過去から現在までの施工実績を基に、ユーザーが指定した未来のある時点迄までに施工完了が見込まれる前記柱状改良体（９）の施工本数を予測可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項10】
請求項９に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記サーバー装置（１０）は、施工計画より遅れる又は進むと予測される前記柱状改良体（９）については、施工計画通りに施工が完了すると予測される他の柱状改良体（９）とは異なる色彩を付して前記仮想地盤改良工事現場（２００）に再現する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記サーバー装置（１０）は、施工計画より遅れる又は進むと予測される前記柱状改良体（９）については、施工計画通りに施工が完了すると予測される他の柱状改良体（９）とは異なる色彩を付して前記仮想地盤改良工事現場（２００）に再現する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項11】
請求項１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
「前記仮想地盤改良工事現場（２００）で仮想的に稼働し」前記施工機（１）に対応する仮想施工機（１ｖ）は、前記操作機（４０）によって前記ディスプレイ（３０）上で仮想的に操作可能に構成され、
前記仮想施工機（１ｖ）に対する前記操作機（４０）による操作指令は、前記ユーザー端末装置（２０）によって前記施工機（１）に対する操作指令に変換されて前記施工機（１）の機械制御装置（８０）に送信され、
前記操作指令を受信した前記機械制御装置（８０）は、前記操作指令に基づいて前記施工機（１）を制御すると共に、前記操作指令を実行した後の前記施工機（１）に係る機械情報および施工情報を前記サーバー装置（１０）に送信し、
前記機械情報および施工情報を受信した前記サーバー装置（１０）は、前記仮想地盤改良工事現場（２００）を最新の状態に更新しその更新情報を前記ユーザー端末装置（２０）に送信する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
「前記仮想地盤改良工事現場（２００）で仮想的に稼働し」前記施工機（１）に対応する仮想施工機（１ｖ）は、前記操作機（４０）によって前記ディスプレイ（３０）上で仮想的に操作可能に構成され、
前記仮想施工機（１ｖ）に対する前記操作機（４０）による操作指令は、前記ユーザー端末装置（２０）によって前記施工機（１）に対する操作指令に変換されて前記施工機（１）の機械制御装置（８０）に送信され、
前記操作指令を受信した前記機械制御装置（８０）は、前記操作指令に基づいて前記施工機（１）を制御すると共に、前記操作指令を実行した後の前記施工機（１）に係る機械情報および施工情報を前記サーバー装置（１０）に送信し、
前記機械情報および施工情報を受信した前記サーバー装置（１０）は、前記仮想地盤改良工事現場（２００）を最新の状態に更新しその更新情報を前記ユーザー端末装置（２０）に送信する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項12】
請求項１１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記ユーザー端末装置（２０）は、前記施工機（１）によって造成される柱状改良体（９）についての「番号、座標、杭条件設定（４３０）及び工程設定（４４０）」を含むマシンガイダンスデータ又はその更新情報を前記サーバー装置（１０）に送信し、
前記サーバー装置（１０）は前記機械制御装置（８０）からの要求に基づいて前記マシンガイダンスデータ又はその更新情報を前記機械制御装置（８０）に送信し、
前記機械制御装置（８０）は前記マシンガイダンスデータ又はその更新情報を所定の記憶部に保存し、前記ユーザー端末装置（２０）からの開始指令に基づいて柱状改良体（９）を自動的に造成する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記ユーザー端末装置（２０）は、前記施工機（１）によって造成される柱状改良体（９）についての「番号、座標、杭条件設定（４３０）及び工程設定（４４０）」を含むマシンガイダンスデータ又はその更新情報を前記サーバー装置（１０）に送信し、
前記サーバー装置（１０）は前記機械制御装置（８０）からの要求に基づいて前記マシンガイダンスデータ又はその更新情報を前記機械制御装置（８０）に送信し、
前記機械制御装置（８０）は前記マシンガイダンスデータ又はその更新情報を所定の記憶部に保存し、前記ユーザー端末装置（２０）からの開始指令に基づいて柱状改良体（９）を自動的に造成する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項13】
請求項１１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記実際の地盤改良工事現場（３００）は所定の衛星測位システム（ＧＮＳＳ）に対応した平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’）を有し、
前記仮想地盤改良工事現場（２００）は前記平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’）に対応した仮想平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ）を有し、
「前記仮想施工機（１ｖ）の前記仮想平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ）における寸法、座標、移動方向および移動量」は、「対応する前記施工機（１）の前記平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’）における寸法、座標、移動方向および移動量」に等しくなるように構成されている
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記実際の地盤改良工事現場（３００）は所定の衛星測位システム（ＧＮＳＳ）に対応した平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’）を有し、
前記仮想地盤改良工事現場（２００）は前記平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’）に対応した仮想平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ）を有し、
「前記仮想施工機（１ｖ）の前記仮想平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ）における寸法、座標、移動方向および移動量」は、「対応する前記施工機（１）の前記平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’）における寸法、座標、移動方向および移動量」に等しくなるように構成されている
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項14】
請求項１１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記仮想施工機（１ｖ）は、前記施工機（１）の全ての構成部品についての正投影図法に係る２次元図面データを３次元図面データに変換し、各構成部品についての３次元図面データを所定の３次元設計アプリケーション上で実際の組立工程に従って仮想的に組み立てた、外部構造だけでなく内部構造まで再現された前記施工機（１）の３次元コンピュータグラフィックモデルに相当する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記仮想施工機（１ｖ）は、前記施工機（１）の全ての構成部品についての正投影図法に係る２次元図面データを３次元図面データに変換し、各構成部品についての３次元図面データを所定の３次元設計アプリケーション上で実際の組立工程に従って仮想的に組み立てた、外部構造だけでなく内部構造まで再現された前記施工機（１）の３次元コンピュータグラフィックモデルに相当する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項15】
請求項１１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記仮想地盤改良工事現場（２００）の一部又は全部は、測距・測角装置（１１）によって取得された座標の測点群データを、隣り合う一の測点と他の測点を直線で結んで多角形の網目にした多角形メッシュデータによって表されている
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記仮想地盤改良工事現場（２００）の一部又は全部は、測距・測角装置（１１）によって取得された座標の測点群データを、隣り合う一の測点と他の測点を直線で結んで多角形の網目にした多角形メッシュデータによって表されている
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項16】
請求項１１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記仮想地盤改良工事現場（２００）は、施工に係る仮想位置（ＰＴｖ）、仮想施工手段（Ｃｔｖ）又は仮想施工対象物（９ｖ）に対し、図形、記号、ピクトグラム、数値、グラフまたは色彩を重ねて表示させる、或いはハイライトさせることが可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記仮想地盤改良工事現場（２００）は、施工に係る仮想位置（ＰＴｖ）、仮想施工手段（Ｃｔｖ）又は仮想施工対象物（９ｖ）に対し、図形、記号、ピクトグラム、数値、グラフまたは色彩を重ねて表示させる、或いはハイライトさせることが可能である
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項17】
請求項１１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記サーバー装置（１０）又は前記ユーザー端末装置（２０）は、前記仮想施工機（１ｖ）の移動可能領域を規定する仮想境界線（ＢＬｖ）を前記仮想地盤改良工事現場（２００）に設定し、前記仮想施工機（１ｖ）が前記仮想境界線（ＢＬｖ）から外れる前記操作機（４０）による操作を無効化することができる
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記サーバー装置（１０）又は前記ユーザー端末装置（２０）は、前記仮想施工機（１ｖ）の移動可能領域を規定する仮想境界線（ＢＬｖ）を前記仮想地盤改良工事現場（２００）に設定し、前記仮想施工機（１ｖ）が前記仮想境界線（ＢＬｖ）から外れる前記操作機（４０）による操作を無効化することができる
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項18】
請求項１１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記サーバー装置（１０）又は前記ユーザー端末装置（２０）は、前記施工機（１）に対する操作順、操作間隔および操作量をまとめて一括操作指令として記憶し、必要に応じ前記機械制御装置（８０）に送信し、
前記機械制御装置（８０）は前記一括操作指令を記憶する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記サーバー装置（１０）又は前記ユーザー端末装置（２０）は、前記施工機（１）に対する操作順、操作間隔および操作量をまとめて一括操作指令として記憶し、必要に応じ前記機械制御装置（８０）に送信し、
前記機械制御装置（８０）は前記一括操作指令を記憶する
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【請求項19】
請求項１１に記載のＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムにおいて、
前記仮想施工機（１ｖ）は、実際の展示場を模した前記所定のコンピュータプログラムによって仮想的に再現された仮想展示場（７００）に仮想的に展示されている
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
前記仮想施工機（１ｖ）は、実際の展示場を模した前記所定のコンピュータプログラムによって仮想的に再現された仮想展示場（７００）に仮想的に展示されている
ことを特徴とするＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は地盤改良工事の遠隔施工管理システムに関し、より詳細には地中に造成される柱状改良体について現在から過去・未来に到る工事の進捗状況を遠隔で管理することができ、且つ柱状改良体を造成する施工機について遠隔で運転管理することができるＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
バーチャルリアリティ（ＶＲ）技術は、コンピュータのディスプレイ上で仮想的に再現された仮想世界に、ヘッドマウントディスプレイ（頭部装着ディスプレイ）と呼ばれ内部にディスプレイを有するゴーグル型のディスプレイを介してユーザーが仮想世界に没入するための技術である。ＶＲ技術はユーザーに現実世界とは異なる仮想世界を視覚・視聴させるだけでなく、ユーザー自身が仮想人物（アバター）として仮想世界の中に入り込み、専用のコントローラ（操作機）によってその仮想人物を操作することによってプレイすることを可能にしている。また、ＶＲ技術の他に現実世界に仮想世界を重ね合わせた合成画像をヘッドマウントディスプレイに表示させるＡＲ技術も色々な分野で利用されている。仮想世界に重ね合わされる現実世界は、ヘッドマウントディスプレイに備わるカメラによって撮像されるのが一般的である。
【0003】
建築土木分野においてもＡＲ技術を用いた発明が提案されている。例えば、工事現場以外の場所にいる人が工事現場に行かずとも工事現場に行った場合と遜色のない精度で工事現場の状況を把握できるようにする状況把握支援システムに係る発明が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【0004】
この状況把握支援システムでは、工事現場にいる作業者が検査対象物についてヘッドマウントディスプレイによって様々な方向から撮影し、その合成画像（実画像に仮想画像が重畳された画像）を工事現場に設けられた現場コンピュータに送信している。そして、合成画像を受信した現場コンピュータは、その合成画像を基に検査対象物の３次元形状を測定し、その３次元形状を表す３次元形状データを生成している。そして、現場コンピュータによって作成された検査対象物の３次元形状データは、空間的に離れた別室の事務所コンピュータに送信される。そして、その検査対象物の３次元形状データを受信した事務所コンピュータは、検査対象物の３次元形状データに対し検査結果の入力欄が重畳されたデータを生成し、そのデータは、工事現場の座標系と同じ座標系を持った検査員のヘッドマウントディスプレイに送信される。そして、検査員はヘッドマウントディスプレイを介して検査対象物の３次元形状を検査することができることとされている。
【0005】
また、ＡＲ技術では現実画像に仮想画像が重畳されるため、現実画像の座標系と仮想画像の座標系を一致させるための標識（ＡＲマーカー）又は座標が既知の複数の基準点が現実画像において必要となる。作業者はヘッドマウントディスプレイに備わるカメラでそのＡＲマーカーを視認することにより、現実画像の座標系と仮想画像の座標系との間の位置合わせが行われることになる。
【0006】
ところで、ＡＲマーカーを使用することなく現実画像の撮影位置での位置ずれをなくし、現実画像と仮想画像を重ね合わせて合成画像を作成する際に、ずれのない正確な合成画像を作成することができる地盤改良工事の合成画像表示方法に係る発明が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。この地盤改良工事の合成画像表示方法では、施工機（地盤改良機）に取り付けられた２つのＧＮＳＳ受信機と傾斜計の各計測信号によって、先ずコンピュータは施工機の「座標」と「進行方向」と「傾斜」（施工機の位置情報）を算出している。次に、コンピュータはこの施工機の位置情報を基にカメラが撮影している現実画像の撮影中心点の座標を算出している。そして、作業者はこの撮影中心点にＧＮＳＳ受信機を実際に設置し、コンピュータはこの設置されたＧＮＳＳ受信機の計測信号を基に撮影中心点の基準座標を算出している。そして、コンピュータはこの「撮影中心点の基準座標」と、先に施工機の位置情報を基に算出された「撮影中心点の座標」とを比較して、カメラが撮影している現実画像の撮影位置を補正している。そして、コンピュータはその補正した現実画像と仮想画像を合成することとしている。
【0007】
その他のＡＲマーカーを用いないその他の合成画像表示システムとして、撮像画像とその撮像画像に対応した仮想画像とにおいて同一の特徴点を抽出し特徴点の座標位置が重なり合う座標変換を行い、撮像画像に仮想画像を重ね合わせて表示する合成画像表示システムに係る発明が知られている（例えば、特許文献３を参照。）。
【0008】
ところで、建設機械（ショベル）に取り付けられた複数のカメラによって撮像された画像、並びに工事現場に設置されたカメラによって撮像された写真画像を、遠隔操作室の遠隔コントローラがネットワーク経由で受信して、これらの画像を基に「仮にキャビン内の運転席に操作者が着座しているならば操作者の目の位置に対応する」仮想視点画像を生成し遠隔地の操作者の表示装置に表示させることができるとする建設機械の管理システムに係る発明が知られている（例えば、特許文献４の［００２２］、［００６３］及び［００６５］を参照。）。遠隔地の操作者は、この仮想視点画像を見ながら操作装置を操作して、その操作信号は遠隔コントローラによって工事現場の建設機械（ショベル）に送信され、建設機械（ショベル）は遠隔で操されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開２０２１－０４７６１０号公報
【特許文献2】特開２０２０－５２６１６号公報
【特許文献3】特開２０１４－２６４５号公報
【特許文献4】特開２０２２－１５７６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
近年、軟弱地盤における「支持力強化」、「沈下低減」、「液状化防止」および「既設構造物の耐震補強」を目的として、機械撹拌工法（スラリー式機械撹拌工法）によって地中に地盤改良杭を多数造成する地盤改良工事が増えている。地盤改良杭は、ケーシングロッドの先端に取り付けられた撹拌翼によって地盤を所定の深度まで掘削しながら同時にセメント系の固化剤を土壌に注入し撹拌混合することによって円柱状に造成される。
【0011】
上記特許文献に記載されたＡＲ技術では、作業者のヘッドマウントディスプレイ又は施工機（地盤改良機）に取り付けられたカメラによって現実画像を撮像している。作業者または施工機は地中を進行することはできないため、地中の現実画像についてはカメラによって撮像されないことになる。そのため、現実画像と仮想画像を重ね合わせた合成画像（ＡＲ画像）において地中に造成された地盤改良杭についてはリアルタイムで表示することはできない。その結果、地中に造成された地盤改良杭については、リアルタイムで現在の工事の進捗を把握することができないという問題がある。
【0012】
また、工事の進捗状況については過去のある時点まで遡って確認したい場合が起こり得る。その場合、過去の工事の進捗についてはカメラが撮像した撮像範囲内で確認作業が行われることになる。同様に、地中に造成された地盤改良杭について過去の工事の進捗を把握することができないという問題がある。
【0013】
また、上記特許文献４に記載の「建設機械の管理システム」では、操作者が見る仮想視点画像については、建設機械や工事現場のカメラ等によって撮像された写真画像を基に生成される。そのため、建設機械の周囲の様子を表す写真画像が、管理センター（サーバー）を経由をしてリアルタイムに遠隔操作室の遠隔コントローラに送信されて来る。工事現場では複数の建設機械が稼働しているため、「建設機械と管理センターを結ぶ通信回線」または「管理センターと遠隔コントローラ」を結ぶ通信回線としては、高速・大容量の通信回線が必要となるという問題がある。
【0014】
また、操作者が見る仮想視点画像に係る視点位置については、カメラの撮像範囲内に限定される。従って、カメラの撮像範囲外の視点位置、例えば撮像範囲外の高所から建設機械を見たい場合、操作者は仮想視点画像を通して見ることができないという問題がある。
【0015】
そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであり、その目的は地中に造成される柱状改良体について現在から過去・未来に到る工事の進捗状況を遠隔で管理することができ、且つ柱状改良体を造成する施工機について遠隔で運転管理することができるＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記目的を達成するための本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムは、地中に造成される柱状改良体（９）に係る地盤改良工事の遠隔施工管理システム（１００）であって、実際の地盤改良工事現場（３００）を模した所定のコンピュータプログラムによって仮想的に再現された仮想地盤改良工事現場（２００）を提供するサーバー装置（１０）と、前記サーバー装置（１０）にネットワーク（５０）を介してユーザーがアクセスするためのユーザー端末装置（２０）と、前記仮想地盤改良工事現場（２００）をユーザーが視聴するためのディスプレイ（３０）と、前記仮想地盤改良工事現場（２００）でユーザーが仮想的に動作するための操作機（４０）と、施工機（１）に係る各種情報および前記柱状改良体（９）に係る各種情報を前記サーバー装置（１０）に送信する通信装置（６０、７０）とを備え、前記柱状改良体（９）は、前記施工機（１）に係る各種情報および前記柱状改良体（９）に係る各種情報に基づいて前記コンピュータプログラムによって前記仮想地盤改良工事現場（２００）の一部分として仮想的に再現され、前記ディスプレイ（３０）においてＶＲ３次元画像として表示されることを特徴とする。
【0017】
上記構成では、柱状改良体（９）は仮想地盤改良工事現場（２００）の一部分として仮想的に再現され、ディスプレイ（３０）においてＶＲ３次元画像として表示されることになる。これにより、ユーザーの視界には仮想地盤改良工事現場（２００）以外の不要な画像情報（ノイズ）は一切混入されなくなる。その結果、ユーザーは仮想地盤改良工事現場（２００）に没入し集中して所望の柱状改良体（９）の施工進捗状況（出来高・出来形）についての確認作業を行うことが可能となる。
【0018】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第２の特徴は、前記ユーザーは、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において仮想人物（４００、４１０、４２０）として登場し前記ディスプレイ（３０）に表示可能であることである。
【0019】
上記構成では、地盤改良工事の当事者が遠隔に居ながら一同に会し、柱状改良体（９）の施工進捗状況（出来高・出来形）についての確認作業を同時に行うことが可能となる。
【0020】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第３の特徴は、前記ユーザーは、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において他のユーザーと対話可能であり、対話内容は前記仮想地盤改良工事現場（２００）にテキスト表示可能であることである。
【0021】
上記構成では、地盤改良工事の当事者が遠隔に居ながら一同に会し、柱状改良体（９）の施工進捗状況（出来高・出来形）について互いに同意を取りながら確認作業を行うことが可能となる。
【0022】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第４の特徴は、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において一の前記ユーザーが掲示したファイルを他の前記ユーザーが閲覧することが可能であることである。
【0023】
上記構成では、地盤改良工事の当事者が遠隔に居ながら一同に会し、柱状改良体（９）の施工進捗状況（出来高・出来形）について資料を参照しながら詳細な確認作業を行うことが可能となる。
【0024】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第５の特徴は、前記ユーザーは、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において地中内を仮想的に移動可能であることである。
【0025】
上記構成では、地盤改良工事の当事者が遠隔に居ながら一同に会し、地表面から所定深度に沿って柱状改良体（９）に対する立ち位置を変更しながら柱状改良体（９）の施工進捗状況（出来高・出来形）についての確認作業を行うことが可能となる。
【0026】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第６の特徴は、前記柱状改良体（９）は、前記仮想地盤改良工事現場（２００）において所定深度当たりの固化剤の区間流量と所定深度当たりの撹拌翼（３ｂ）の区間羽根切り回数に基づいてカラー表示され、前記柱状改良体（９）に係る出来高・出来形管理図（４５０、４５０’、４５１、４５１’）も併せて表示可能であることである。
【0027】
上記構成では、地盤改良工事の当事者が遠隔に居ながら一同に会し、柱状改良体（９）の施工進捗状況（出来高・出来形）についての確認作業が容易となるため、チェック漏れがなくなる。
【0028】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第７の特徴は、前記仮想地盤改良工事現場（２００）は、工事開始時から現在に到る時間軸に係る時系列シークバー（５００）を備え、前記ユーザーが前記時系列シークバー（５００）を前記工事開始時へ移動させることにより、過去のある時点における前記仮想工事現場（２００）が仮想的に再現されることである。
【0029】
上記構成では、地盤改良工事の当事者が遠隔に居ながら一同に会し、柱状改良体（９）の施工進捗状況（出来高・出来形）について現在だけでなく過去のある時点における確認作業が容易となるため、現在だけでなく過去のある時点におけるチェック漏れがなくなる。
【0030】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第８の特徴は、前記サーバー装置（１０）は、ユーザーが指定した特定の前記柱状改良体（９）についての施工開始から施工完了に到る履歴を前記仮想地盤改良工事現場（２００）に再現することである。
【0031】
上記構成では、例えば特定の柱状改良体（９）についての事後検査が可能となる。
【0032】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第９の特徴は、前記サーバー装置（１０）は、前記柱状改良体（９）の過去から現在までの施工実績を基に、ユーザーが指定した未来のある時点迄までに施工完了が見込まれる前記柱状改良体（９）の施工本数を予測可能であることである。
【0033】
上記構成では、未来のある時点における地盤改良工事の進捗状況について、施工計画に対する遅れ又は進み程度を定量的に把握することができるため、遅れを取り戻す対策を事前に講じることが可能となる。
【0034】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第１０の特徴は、施工計画より遅れる又は進むと予測される前記柱状改良体（９）については、施工が完了すると予測される他の柱状改良体（９）とは異なる色彩を付して前記仮想地盤改良工事現場（２００）に再現されることである。
【0035】
上記構成では、仮想地盤改良工事（２００）において一目で工事の進捗状況を確認することが可能となる。
【0036】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第１１の特徴は、「前記仮想地盤改良工事現場（２００）で仮想的に稼働し」前記施工機（１）に対応する仮想施工機（１ｖ）は、前記操作機（４０）によって前記ディスプレイ（３０）上で仮想的に操作可能に構成され、前記仮想施工機（１ｖ）に対する前記操作機（４０）による操作指令は、前記ユーザー端末装置（２０）によって前記施工機（１）に対する制御指令に変換して前記施工機（１）の機械制御装置（８０）に送信され、前記制御指令を受信した前記機械制御装置（８０）は、前記制御指令に基づいて前記施工機（１）を制御すると共に、前記制御指令を実行した後の前記施工機（１）に係る機械情報および施工情報を前記サーバー装置（１０）に送信し、前記機械情報および施工情報を受信した前記サーバー装置（１０）は、前記仮想地盤改良工事現場（２００）を最新の状態に更新しその更新情報を前記ユーザー端末装置（２０）に送信することである。
【0037】
上記構成では、オペレータが直接操作する対象は仮想施工機（１ｖ）である。一方、実際の施工機（１）は機械制御装置（８０）によって操作されることになる。そのため、ネットワーク（５０）上でやり取りされるデータは、操作指令、機械情報および施工情報、並びに仮想地盤改良工事現場（２００）の更新情報等の情報量の少ないデータである。その結果、ネットワーク（５０）として高速・大容量の通信回線は不要となり、低速・小容量の通信回線で済むことになる。
【0038】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第１２の特徴は、前記ユーザー端末装置（２０）は、前記施工機（１）によって造成される柱状改良体（９）についての「番号、座標、杭条件設定（４３０）及び工程設定（４４０）」を含むマシンガイダンスデータ又はその更新情報を前記サーバー装置（１０）に送信し、前記サーバー装置（１０）は前記機械制御装置（８０）からの要求に基づいて前記マシンガイダンスデータ又はその更新情報を前記機械制御装置（８０）に送信し、前記機械制御装置（８０）は前記マシンガイダンスデータ又はその更新情報を所定の記憶部に保存し、前記ユーザー端末装置（２０）からの開始指令に基づいて柱状改良体（９）を自動的に造成することである。
【0039】
上記構成では、オペレータは機械制御装置（８０）に対し、開始指令として柱状改良体（９）の番号を送信することにより、機械制御装置（８０）はマシンガイダンスデータを参照してその番号に対応する柱状改良体（９）を自動的に造成することになる。
【0040】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第１３の特徴は、前記実際の地盤改良工事現場（３００）は所定の衛星測位システム（ＧＮＳＳ）に対応した平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’）を有し、前記仮想地盤改良工事現場（２００）は前記平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’）に対応した仮想平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ）を有し、「前記仮想施工機（１ｖ）の前記仮想平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ）における寸法、座標、移動方向および移動量」は、「対応する前記施工機（１）の前記平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’）における寸法、座標、移動方向および移動量」に等しくなるように構成されていることである。
【0041】
上記構成では、「仮想平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ）における仮想施工機（１ｖ）の動作」と、「衛星測位システムに対応した平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’）における施工機（１）の動作」は互いに１対１に対応することになる。これにより、オペレータが仮想平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ）上で仮想施工機（１ｖ）を操作することと、オペレータが衛星測位システムに対応した平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’）上で実際の施工機（１）を操作することは、互いに同値な関係となる。
【0042】
そのため、仮想平面直角座標系（Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ）を有する仮想地盤改良工事現場（２００）では、オペレータの視点位置（目線の高さ、視線方向、視野）を自由に変更することができるため、仮想施工機（１ｖ）の操作、ひいては実際の施工機（１）の操作が容易となる。
【0043】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第１４の特徴は、前記仮想施工機（１ｖ）は、前記施工機（１）の全ての構成部品についての正投影図法に係る２次元図面データを３次元図面データに変換し、各構成部品についての３次元図面データを所定の３次元設計アプリケーション上で実際の組立工程に従って仮想的に組み立てた、外部構造だけでなく内部構造まで再現された前記施工機（１）の３次元コンピュータグラフィックモデルに相当することである。
【0044】
上記構成では、仮想地盤改良工事現場（２００）に没入したオペレータは、実際の施工機（１）を操作する感覚で仮想施工機（１ｖ）を操作することが可能となる。
【0045】
また、仮想施工機（１ｖ）を「仮想地盤改良工事現場（２００）等の仮想空間」に仮想的に展示して、仮想施工機（１ｖ）を使用して「実機の購入を検討している顧客」に対して実機の機能・性能等についての説明、さらには顧客を実機に仮想的に試乗させることが可能となる。
【0046】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第１５の特徴は、前記仮想地盤改良工事現場（２００）の一部又は全部は、測距・測角装置（１１）によって取得された座標の測点群データを、隣り合う一の測点と他の測点を直線で結んで多角形の網目にした多角形メッシュデータによって表されていることである。
【0047】
上記構成では、仮想施工機（１ｖ）の周囲の状況について、座標が既知の三次元的立体情報を取得することが可能となる。その結果、例えば、地表面の傾斜、凹凸が分かるようになる。
【0048】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第１６の特徴は、前記仮想地盤改良工事現場（２００）は、施工に係る仮想目標位置（ＰＴｖ）、仮想施工手段（Ｃｔｖ）又は仮想施工対象物（９ｖ）に対し、図形、記号、ピクトグラム、数値、グラフまたは色彩を重ねて表示させる、或いはハイライトさせることが可能であることである。
【0049】
上記構成では、オペレータが仮想施工機（１ｖ）を仮想目標位置（ＰＴｖ）に仮想的に誘導することが容易になると共に、仮想施工対象物（９ｖ）を仮想的に造成することが容易になる。
【0050】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第１７の特徴は、前記サーバー装置（１０）又は前記ユーザー端末装置（２０）は、前記仮想施工機（１ｖ）の移動可能領域を規定する仮想境界線（ＢＬｖ）を前記仮想地盤改良工事現場（２００）に設定し、前記仮想施工機（１ｖ）が前記仮想境界線（ＢＬｖ）から外れる前記操作機（４０）による操作を無効化することができることである。
【0051】
上記構成では、仮想境界線（ＢＬｖ）によって移動可能領域が目視可能に表示されるため、仮想施工機（１ｖ）を仮想施工目標位置（ＰＴｖ）に誘導する経路を安心して決めることが可能となる。
【0052】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第１８の特徴は、前記サーバー装置（１０）又は前記ユーザー端末装置（２０）は、前記施工機（１）に対する操作順、操作間隔および操作量をまとめて一括操作指令として記憶し、必要に応じ前記機械制御装置（８０）に送信し、前記機械制御装置（８０）は前記一括操作指令を記憶することである。
【0053】
上記構成では、オペレータからの施工開始の指令を機械制御装置（８０）が受信する場合、例えば、地盤改良杭（９ｖ）の品質を左右する「攪拌翼（３ｂ）の区間羽根切り回数」ならびに「固化剤の区間流量」等をオペレータが手動で調整することなく、機械制御装置（８０）によって施工機（１）が地盤改良杭（９ｖ）を自動的に造成することが可能となる。
【0054】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムの第１９の特徴は、前記仮想施工機（１ｖ）は、実際の展示場を模した前記所定のコンピュータプログラムによって仮想的に再現された仮想展示場（７００）に仮想的に展示されていることである。
【0055】
上記構成では、実機を顧客のもとに搬入することなく、仮想施工機（１ｖ）を使用して「実機の購入を検討している顧客」に対して実機の機能・性能等についての説明、さらには顧客を実機に仮想的に試乗させることが可能となる。
【0056】
また、実際の展示会に参加する場合、実機の搬入に伴う作業コスト及びマンパワーを全て削減することができる。また、展示ブースの面積も小さくて済むことになる。これにより、展示会に参加するコストを大幅に削減することができる。
【発明の効果】
【0057】
本発明に係るＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システムによれば、地中に造成される柱状改良体について現在から過去・未来に到る工事の進捗状況を遠隔で管理することが可能となる。また、柱状改良体を造成する施工機について遠隔で運転管理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】本発明の一実施形態に係る地盤改良工事の遠隔施工管理システムの構成を示すブロック図である。
【図2】クラウドサーバーによって仮想的に再現される仮想工事現場に対応した実際の地盤改良工事現場を示す説明図である。
【図3】実地盤改良工事現場の仮想世界に相当するＶＲ地盤改良工事現場の参加機能を示す説明図である。
【図4】実地盤改良工事現場の仮想世界に相当するＶＲ地盤改良工事現場の対話機能を示す説明図である。
【図5】実地盤改良工事現場の仮想世界に相当するＶＲ地盤改良工事現場のファイル共有機能の一例を示す説明図である。
【図6】実地盤改良工事現場の仮想世界に相当するＶＲ地盤改良工事現場の工事現場巡回機能の一例を示す説明図である。
【図7】実地盤改良工事現場の仮想世界に相当するＶＲ地盤改良工事現場の工事進捗確認機能の一例を示す説明図である。
【図8】実地盤改良工事現場の仮想世界に相当するＶＲ地盤改良工事現場の工事履歴確認機能の一例を示す説明図である。
【図9】実地盤改良工事現場の仮想世界に相当するＶＲ地盤改良工事現場の工事履歴確認機能の他の例を示す説明図である。
【図10】実地盤改良工事現場の仮想世界に相当するＶＲ地盤改良工事現場の工事進捗予測確認機能の一例を示す説明図である。
【図11】ＶＲ地盤改良工事現場におけるアバターの前進移動の一例を示す説明図である。
【図12】ＶＲ地盤改良工事現場におけるアバターの後退移動の一例を示す説明図である。
【図13】ＶＲ地盤改良工事現場におけるアバターの左側移動の一例を示す説明図である。
【図14】ＶＲ地盤改良工事現場におけるアバターの右側移動の一例を示す説明図である。
【図15】ＶＲ地盤改良工事現場におけるアバターの上方移動の一例を示す説明図である。
【図16】本発明の第２実施形態に係る地盤改良工事の遠隔運転管理システムを示す説明図である。
【図17】オペレータがＶＲ地盤改良機を操作して実地盤改良機を実際に移動させるための概略手順を示すフロー図である。
【図18】ネットワークにおけるオペレータ端末装置とクラウドサーバーと施工機制御装置との間のデータのやり取りを示す説明図である。
【図19】オペレータがＶＲ地盤改良機を操作して実地盤改良機を実際に移動させる場合のネットワークにおけるオペレータ端末装置とクラウドサーバーと施工機制御装置との間のデータのやり取りを示す説明図である。本発明の第２実施形態に係る施工機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図20】ＧＮＳＳ衛星測位システムに対応した平面直角座標系と、実地盤改良機上構築された機械座標系とを示す説明図である。
【図21】本発明の第２実施形態に係る三角形メッシュデータを示す説明図である。
【図22】本発明の第２実施形態に係るＶＲ地盤改良機の要部正面を示す説明図である。
【図23】オペレータの視点位置を変えた場合のＶＲ地盤改良機を示す説明図である。
【図24】ＶＲ地盤改良機の仮想部品移動機能を示す説明図である。
【図25】ＶＲ地盤改良機の仮想部品透明化機能を示す説明図である。
【図26】ＶＲ地盤改良機を使用した地盤改良杭の自動施工を示すフロー図である。
【図27】自動改良杭の自動施工時におけるネットワークにおけるデータのやり取りを示す説明図である。
【図28】ＶＲ地盤改良機の仮想キャビン部から見える仮想視界を示す説明図である。
【図29】仮想施工目標位置に対するオペレータの視点位置を変えた場合のＶＲ３次元画像を示す説明図である。
【図30】ＶＲ地盤改良工事現場において仮想的に造成されている仮想地盤改良杭を示す説明図である。
【図31】本発明の第３実施形態に係るＶＲ地盤改良機展示場を示す説明図である。
【図32】実地盤改良機の油圧操作盤を示す説明図である。
【図33】マシンガイダンスデータにおける施工目標位置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0059】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0060】
図１は、本発明の一実施形態に係る地盤改良工事の遠隔施工管理システム１００の構成を示すブロック図である。図２は、後述する本発明に係るＶＲ地盤改良工事現場２００に対応する実際の実地盤改良工事現場３００を表す説明図である。なお、「ＶＲ」とは、「Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ」の略語でありコンピュータのディスプレイ上で仮想的に再現された仮想空間、仮想現実世界または仮想世界等を意味している。また、ＶＲ地盤改良工事現場２００の詳細については図３～図１０を参照しながら後述する。
【0061】
この地盤改良工事の遠隔施工管理システム１００は、実地盤改良工事現場３００（施工現場）から離れた場所にいる工事の当事者（ユーザー）が、施工現場に行かずとも施工現場に行った場合と遜色のない精度で実地盤改良工事現場３００の現在の施工進捗状況ならびに施工開始時から現在に到る過去の施工実績、更には現在から未来のある時点における予測される施工進捗状況について確認することを可能にする施工管理システムである。なお、説明の都合上、本実施形態における工事の当事者（ユーザー）としては、工事委託業者、工事受託業者および工事施工業者の三者としている。
【0062】
図１に示されるように、この地盤改良工事の遠隔施工管理システム１００の構成は、実地盤改良工事現場３００の仮想世界に相当するＶＲ地盤改良工事現場２００をユーザーに提供するクラウドサーバー１０と、ＶＲ地盤改良工事現場２００の各種機能を使用するための１又は複数のユーザー端末装置２０と、そのＶＲ地盤改良工事現場２００を視覚可能に表示するための頭部装着ディスプレイ３０と、ＶＲ地盤改良工事現場２００を操作するための操作機４０と、クラウドサーバー１０とユーザー端末装置２０との間で双方向のデータのやり取りを可能にするネットワーク５０と、地盤改良機１の各種情報をクラウドサーバー１０に送信する施工機の通信装置６０と、固化剤の各種情報をクラウドサーバー１０に送信する固化剤の通信装置７０と、実地盤改良工事現場３００の地上の３次元形状データ（ＸＹＺ座標値）を測定しクラウドサーバー１０に送信する３Ｄレーザースキャナー１１とを具備して構成されている。以下、各構成について更に説明する。
【0063】
クラウドサーバー１０は、ＶＲ地盤改良工事現場２００（施工管理プログラム）の各種機能を処理するための制御部１１と、ＶＲ地盤改良工事現場２００を仮想的に再現する施工管理プログラム並びに、施工機および固化剤についての各種情報、実工事現場の３次元形状データ、地盤情報（Ｎ値、土質）、機械のＣＡＤデータ及びユーザー情報（アカウント情報）等を記憶する記憶部１２と、ユーザーの指令（要求）を受信すると共に、その指令（要求）を処理した処理済みデータを全ユーザーに送信するための入出力部１３とを備えている。
【0064】
なお、ここで言う「各種情報」には、機械情報、施工情報、位置情報等を含むものとする。施工機の「各種情報」については、例えば、地盤改良機１の位置および方向、地盤改良杭９の施工位置（Ｘ，Ｙ）および掘削深度（ｍ）、スイベルヘッド１ａ（図２）の回転速度（回／分）および回転トルク（ｋＮ・ｍ）、リーダー１ｂ（図２）の昇降速度（ｍ／分）および給圧力（Ｎ）を含むものとする。一方、固化剤の「各種情報」については、例えばセメント比重、セメント添加量（ｋｇ／ｍ３）、配合比、区間流量（Ｌ）、瞬時流量（Ｌ／分）、積算流量（Ｌ）を含むものとする。
【0065】
また、ここで言う「機械のＣＡＤデータ」には、地盤改良機１、固化剤生成装置４および固化剤用ポンプ５のＣＡＤデータを含むものとする。
【0066】
制御部１１は、ＶＲ地盤改良工事現場作成機能を有している。即ち、制御部１１はユーザーから「記憶部１２に保存されている施工管理プログラムを起動せよ」という指令（要求）があった場合、記憶部１２に保存されている地盤改良機１の各種情報、固化剤の各種情報、実地盤改良工事現場３００の３次元形状データ、地盤情報に基づいて、実地盤改良工事現場３００の仮想世界に相当するＶＲ地盤改良工事現場２００を仮想的に再現する。再現されたＶＲ地盤改良工事現場２００は、クラウドサーバー１０から各ユーザーのユーザー端末装置２０に送信され、ユーザー端末装置２０においてＶＲ３次元画像に加工される。そして、各ユーザーは頭部装着ディスプレイ３０によって加工されたＶＲ地盤改良工事現場２００のＶＲ３次元画像を視聴することになる。なお、ここで言う「ＶＲ３次元画像」とは、所望の仮想世界の画像（ＶＲ地盤改良工事現場２００）のみがユーザーの視界全体に映し出された奥行き感のあるその画像についての立体画像（３Ｄ画像）を意味している。
【0067】
また、その他の制御部１１の機能としては、例えば、「参加機能」、「対話機能」、「ファイル共有機能」、「工事現場巡回機能」、「工事進捗確認機能」、「工事履歴確認機能」、「工事進捗予測確認機能」等が挙げられる。これらの機能については図３～図９を参照しながら後述する。次に、ユーザー端末装置２０について説明する。
【0068】
ユーザー端末装置２０は、クラウドサーバー１０によって提供されるＶＲ地盤改良工事現場２００をダウンロードしてＶＲ３次元画像に加工する。加工されたＶＲ地盤改良工事現場２００のＶＲ３次元画像は、ユーザー端末装置２０から頭部装着ディスプレイ３０に送信される。
【0069】
ユーザー端末装置２０は、入出力部２１と、データ処理部２２と、記憶部２３と、表示部２４とを有し、デスクトップ型、ノート型、又はタブレット型のコンピュータ、或いはスマートフォン等の携帯端末装置によって構成することができる。ユーザー端末装置２０はネットワーク５０に接続し、クラウドサーバー１０、他のユーザー端末装置２０、頭部装着ディスプレイ３０及び操作機４０との間で双方向の通信することができる双方向通信機能を有している。
【0070】
頭部装着ディスプレイ３０は、ＶＲ地盤改良工事現場２００のＶＲ３次元画像をユーザーが視覚可能に表示する。頭部装着ディスプレイ３０は、入出力部３１と、データ処理部３２と、表示部３３と、マイク－ヘッドフォン３４とを有し、メガネ型又はゴーグル型の非透過型のディスプレイによって構成することができる。従って、一のユーザーは、ＶＲ地盤改良工事現場２００を視聴しながらマイク－ヘッドフォン３４によって他のユーザーと対話することができる。
【0071】
操作機４０は、入出力部４１と、データ処理部４２と、動作検出部４３と、十字パッド又はスティック等の操作部４４とを有し、動作検出部３４によりユーザーの動作（操作部４４）を検出し、そのユーザーの動作に係るデータをユーザー端末装置２０に送信する。ユーザーの動作に係るデータを受信したユーザー端末装置２０は、クラウドサーバー１０に送信する。ユーザーの動作に係るデータを受信したクラウドサーバー１０は、ＶＲ地盤改良工事現場２００内の対応するアバターに反映し、アバターが更新されたＶＲ地盤改良工事現場２００はクラウドサーバー１０によって各ユーザーのユーザー端末装置２０にそれぞれ送信されることになる。また、操作機４０として、ゲーム機に使用されている既存のコントローラを使用することも可能である。
【0072】
ネットワーク５０は、例えば携帯電話会社が提供する無線通信網、或いはその無線通信網とインターネット等の有線通信網との組合せ、或いはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信とインターネット等の有線通信網との組合せ、或いは無線通信網、有線通信網および近距離無線通信の組合せによって構成することができる。
【0073】
施工機の通信装置６０は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信機能を有すると共に、携帯電話事業者の無線通信網に接続することができる移動体通信機能も有している。従って、施工機の各種情報（機械情報、施工情報、位置情報）については、施工機の通信装置６０から直接的に又は間接的にネットワーク５０を介してクラウドサーバー１０に送信されるようになっている。クラウドサーバー１０が受信した施工機の各種情報については、記憶部１２に保存され、ＶＲ地盤改良工事現場２００を再現する際に使用されるようになっている。
【0074】
固化剤の通信装置７０は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信機能を有すると共に、携帯電話事業者の無線通信網に接続することができる移動体通信機能も有している。従って、固化剤の各種情報については、固化剤の通信装置７０から直接的に又は間接的にネットワーク５０を介してクラウドサーバー１０に送信されるようになっている。クラウドサーバー１０が受信した固化剤の各種情報については、記憶部１２に保存され、ＶＲ地盤改良工事現場２００を再現する際に使用されるようになっている。
【0075】
３Ｄレーザースキャナー１１は、光波による測距機能とエンコーダによる測角機能を併せ持つノンプリズム式の光学式計測器で、例えば１秒間に最大３００００点の被測定対象物についての座標（測点）を取得することができるスキャン機能を有している。３Ｄレーザースキャナー１１によって取得された点群データについては、３Ｄレーザースキャナー１１から直接的に又は間接的にネットワーク５０を介してクラウドサーバー１０に送信されるようになっている。クラウドサーバー１０が受信した点群データは、「実地盤改良工事現場３００の３次元形状データ」として記憶部１２に保存され、ＶＲ地盤改良工事現場２００を再現する際に使用されるようになっている。
【0076】
図２は、ＶＲ地盤改良工事現場２００に対応する実地盤改良工事現場３００を示す説明図である。この実地盤改良工事現場３００は、軟弱地盤における「支持力強化」、「沈下低減」、「液状化防止」又は「既設構造物の耐震補強」を目的とした、機械撹拌工法（スラリー式機械撹拌工法）によって地中に地盤改良杭９を多数造成する地盤改良工事現場である。
【0077】
「機械撹拌工法」とは、地盤改良機１のスイベルヘッド１ａを回転させ且つリーダー１ｂでケーシングロッド２を鉛直下方に給進させながら、ケーシングロッド２の先端に取り付けられた撹拌装置３によって地盤を掘削してセメント系の固化剤を土砂に注入し撹拌混合することにより、円柱状の地盤改良杭９を造成する地盤改良工法である。なお、撹拌装置３は地盤を掘削する掘削翼３ａと、固化剤と土砂を撹拌する撹拌翼３ｂと、土砂が撹拌翼３ｂと一緒に回転することを防止する供回り防止翼３ｃとから構成されている。撹拌装置３の先端付近には固化剤が噴射する噴射口（図示せず）が設けられている。
【0078】
地盤改良機１は、ケーシングロッド２を把持して回転させるスイベルヘッド１ａと、スイベルヘッド１ａを支持しながら所定の給進力で昇降させるリーダー１ｂとを備える。ケーシングロッド２の上端にはロッドの回転をホース６に伝達することなくホース６を接続するためのウォータースイベル機構が設けられている。
【0079】
地盤改良機１は、ＧＮＳＳ衛星による測位システムを利用した杭芯位置誘導システムを備えている。この杭芯位置誘導システムでは、杭芯の現在位置と施工目標位置までのＸ軸方向のズレ量（±ΔＸ）およびＹ軸方向のズレ量（±ΔＹ）がモニタ画面（図示）に表示され、オペレータはそのモニタ画面を見ながら杭芯位置を施工目標位置に誘導することになる。施工目標位置が表示されたマシンガイダンスデータについては、ネットワーク５０を経由して、例えばクラウドサーバー１０からモニタ画面（図示せず）へ送信されて来る。
【0080】
従って、地盤改良杭９の施工位置については、ＧＮＳＳ衛星による測位システムを利用した杭芯位置誘導システムによって精度良く計測されることになる。また、地盤改良杭９の造成長（空堀深度９ａ、改良長９ｂ）についてはリーダー１ｂに設けられた深度計（図示せず）によって精度良く計測されることになる。従って、杭芯位置誘導システムによって計測された地盤改良杭９の施工位置、並びに深度計（図示せず）によって計測された地盤改良杭９の深度については、施工機の通信装置６０に取り込まれ直接的に又は間接的にネットワーク５０を介してクラウドサーバー１０に送信されるようになっている。
【0081】
セメント系の固化剤は、プラント設備である固化剤生成装置４によって生成され、生成された固化剤は固化剤用ポンプ５によってホース６を介してケーシングロッド２の内部に供給される。ケーシングロッド２の内部に供給された固化剤は撹拌装置３から土砂に噴射・混合され、撹拌翼３ｂによって撹拌されることになる。ケーシングロッド２の内部に供給された固化剤は流量計７によって計測され、その計測値は固化剤の通信装置７０に取り込まれ直接的に又は間接的にネットワーク５０を介してクラウドサーバー１０に送信されるようになっている。
【0082】
地盤改良杭９は、固化剤が混入されなかった空堀深度９ａの部分と、固化剤が混入・撹拌された改良長９ｂの部分と、鉛直方向に直交した断面を表す杭径９ｃの部分とから構成されている。地盤改良杭９についての施工データとしては、掘削深度（ｍ）、空堀深度９ａ（ｍ）、改良長９ｂ（ｍ）、杭径９ｃ（ｍｍ）、区間深度当たりの固化剤の区間流量（Ｌ）、区間深度当たりの撹拌翼３ｂの羽根切り回数（回）、固化剤の瞬時流量［Ｌ／ｍｉｎ］、固化剤の積算流量［Ｌ］等である。
【0083】
また、地盤改良機１の施工位置については、ＧＮＳＳ用衛星の測位システムによって取得された位置情報を基に算出されることになる。
【0084】
このように、地盤改良機１、固化剤生成装置４および固化剤用ポンプ５の稼働状況を示す機械情報、地盤改良杭９の施工状況を示す施工情報、地盤改良機１および地盤改良杭９の各位置情報については、施工機の通信装置６０又は固化剤の通信装置７０からネットワーク５０を経由してクラウドサーバー１０に送信され、クラウドサーバー１０がＶＲ地盤改良工事現場２００を再現する際に使用されるようになっている。以下に、ＶＲ地盤改良工事現場２００について説明する。
【0085】
図３は、実地盤改良工事現場３００の仮想世界に相当するＶＲ地盤改良工事現場２００を示す説明図である。なお、説明の都合上、実地盤改良工事現場３００の固化剤生成装置４、固化剤用ポンプ５、３Ｄレーザースキャナー１１等については図示を省略されている。以降においても同様とする。
【0086】
このＶＲ地盤改良工事現場２００は、地盤改良機１がマシンガイダンスデータ（地盤改良杭９の施工位置・杭条件が記されたデータ）に基づいて地盤改良杭９を造成している仮想地盤改良工事現場を表している。地盤改良機１はＣＡＤデータを基に仮想的に再現されている。ＣＡＤデータは、地盤改良機１を構成する各部品のＣＡＤデータを含んでいる。また、図３で示される画像は、ユーザー端末装置２０の表示部２４に表される画像であり、頭部装着ディスプレイ３０の表示部３３に表されるＶＲ３次元画像とは異なる。
【0087】
このＶＲ地盤改良工事現場２００では、工事当事者（工事委託業者、工事受託業者、工事施工業者）がＶＲ地盤改良工事現場２００の参加機能を使用して、アバター（仮想人）としてＶＲ地盤改良工事現場２００に表示されている。
【0088】
ここで言う「参加機能」とは、クラウドサーバー１０によって認証されたユーザーをアバターを介してＶＲ地盤改良工事現場２００に登場（没入）させる機能である。この参加機能を利用するためには、主催者（ホスト）である工事受託業者は、自己のユーザー端末装置２０の表示部２４に予め作成されている施工管理プログラムのショートカットをタップし、クラウドサーバー１０にアクセスするための認証手続き（例えば、ログイン名とパスワードの入力）を行う。これにより、クラウドサーバー１０の記憶部１２に保存されている施工管理プログラムが起動される。施工管理プログラムは、工事受託業者がアバター（以下「Ａアバター」）４００として没入した第１ＶＲ地盤改良工事現場を再現し、その第１ＶＲ地盤改良工事現場を工事受託業者のユーザー端末装置２０に送信する。ユーザー端末装置２０が受信した第１ＶＲ地盤改良工事現場は、工事受託業者の頭部装着ディスプレイ３０に送信され、表示部３３にＶＲ３次元画像として表示されることになる。
【0089】
同様に、招待者（ゲスト）である工事施工業者についても、自己のユーザー端末装置２０の表示部２４に予め作成されている施工管理プログラムのショートカットをタップし、クラウドサーバー１０にアクセスするための認証手続き（例えば、ログイン名とパスワードの入力）を行う。これにより、施工管理プログラムは、先に再現した第１ＶＲ地盤改良工事現場に工事施工業者がアバター（以下「Ｂアバター」）４１０として没入した第２ＶＲ地盤改良工事現場を再現し、その第２ＶＲ地盤改良工事現場を工事受託業者と工事施工業者の各ユーザー端末装置２０にそれぞれ送信する。各ユーザー端末装置２０が受信した第２ＶＲ地盤改良工事現場は、工事受託業者と工事施工業者の各頭部装着ディスプレイ３０にそれぞれ送信され、各表示部３３にＶＲ３次元画像としてそれぞれ表示されることになる。
【0090】
同様に、招待者（ゲスト）である工事委託業者についても、自己のユーザー端末装置２０の表示部２４に予め作成されている施工管理プログラムのショートカットをタップし、クラウドサーバー１０にアクセスするための認証手続き（例えば、ログイン名とパスワードの入力）を行う。これにより、施工管理プログラムは、先に再現した第２ＶＲ地盤改良工事現場に工事委託業者がアバター（以下「Ｃアバター」）４２０として没入した第３ＶＲ地盤改良工事現場を再現し、その第３ＶＲ地盤改良工事現場を全ユーザー（工事受託業者、工事施工業者、工事委託業者）の各ユーザー端末装置２０にそれぞれ送信する。各ユーザー端末装置２０がそれぞれ受信した第３ＶＲ地盤改良工事現場は、各ユーザーの各頭部装着ディスプレイ３０にそれぞれ送信され、各表示部３３にＶＲ３次元画像としてそれぞれ表示されることになる。従って、図３は第３ＶＲ地盤改良工事現場に相当する。
【0091】
このように、実地盤改良工事現場３００から離れた場所にいる工事受託者、工事施工業者および工事委託業者は、クラウドサーバー１０にアクセスすることが認証される（ログインが成功する）と、ＶＲ地盤改良工事現場２００にＡアバター４００、Ｂアバター４１０、Ｃアバター４２０としてそれぞれ表示され、仮想的な同一場所で一同に会することになる。
【0092】
図４は、ＶＲ地盤改良工事現場２００の対話機能を示す説明図である。「対話機能」とは、ユーザー同士がアバターを介してＶＲ地盤改良工事現場２００内で自由に対話することを可能にする機能である。ユーザーが頭部装着ディスプレイ３０のマイク－ヘッドフォン３４を介して発信した音声信号については、クラウドサーバー１０が他のユーザーのユーザー端末装置２０に送信すると共に、音声認識アプリケーションによってテキストデータに変換し、ＶＲ地盤改良工事現場２００に貼り付け、各ユーザーに送信する。その音声信号を受信した他のユーザーは、頭部装着ディスプレイ３０のマイク－ヘッドフォン３４を介して聞くことができると共に、テキストが貼り付けられたＶＲ地盤改良工事現場２００は、頭部装着ディスプレイ３０の表示部３３にＶＲ３次元画像として表示され見ることができる。
【0093】
このように、Ａアバター４００、Ｂアバター４１０及びＣアバター４２０は、頭部装着ディスプレイ３０のマイク－ヘッドフォン３４を介して互いに自由に話し・聞くことができると共に、会話の内容は音声認識アプリケーションによってテキストデータに変換され、ＶＲ地盤改良工事現場２００に添付されることになる。会話の内容が添付されたＶＲ地盤改良工事現場２００のＶＲ３次元画像については、各ユーザーの各頭部装着ディスプレイ３０の各表示部３３において見ることができる。また、対話の内容は、議事録としてクラウドサーバー１０の記憶部１２のユーザー情報に保存されることになる。以下に、ＶＲ地盤改良工事現場２００のファイル共有機能の一例について説明する。
【0094】
図５は、ＶＲ地盤改良工事現場２００のファイル共有機能の一例を示す説明図である。「ファイル共有機能」とは、ＶＲ地盤改良工事現場２００内で一のユーザーが掲示した書類（ファイル）を他のユーザーが閲覧することを可能にする機能である。クラウドサーバー１０は、一のユーザーが選択したファイルをＶＲ地盤改良工事現場２００に貼り付け、そのファイルが貼り付けられたＶＲ地盤改良工事現場２００を全ユーザーに送信する。
【0095】
従って、各ユーザーは自己のユーザー端末装置２０の記憶部２３に保存されているファイルについて、ＶＲ地盤改良工事現場２００のファイル共有機能を利用することによって、ＶＲ地盤改良工事現場２００に掲示することができる。ファイルの選択方法については、例えばＶＲ地盤改良工事現場２００でプルダウンメニューを開き、その中の「ファイルを共有する」を選択し、添付したいファイルを選択することにより行われる。ファイルが添付されたＶＲ地盤改良工事現場２００のＶＲ３次元画像については、各ユーザー端末装置２０を介して各ユーザーの各頭部装着ディスプレイ３０にそれぞれ送信され、各ユーザーは各表示部３３においてそれを閲覧することができる。
【0096】
図５では、工事受託業者であるＡアバター４００が、ＶＲ地盤改良工事現場２００に添付したいファイルとして杭条件設定４３０と工程設定４４０の２つのファイルを選択し、ＶＲ地盤改良工事現場２００に掲示している。
【0097】
このように、ファイル共有機能を使用することによって、一のユーザーは遠隔に居ながら他のユーザーに対し、地盤改良工事の詳細について説明することができる。因みに、杭条件設定４３０は、地盤改良杭９の改良長９ｂ（図２）（ｍ）、空堀深度９ａ（図２）（ｍ）、杭径（ｍｍ）、使用されるセメントの比重、１ｍ３当たりのセメント添加量（ｋｇ／ｍ３）、水とセメントの混合比、ケーシングロッド２が１ｍ貫入する毎の羽根切り回数（回／ｍ）、撹拌翼３ｂ（図２）の羽根枚数（枚）、管理トルク（ｋＮ・ｍ）、着底トルク判定（ｍ）、吐出切替距離（ｍ）、区間深度（ｍ）、区間流量（Ｌ）、区間羽根切り回数（回）等を示している。
【0098】
一方、工程設定４４０は、撹拌装置３の注入下降・停滞・着底部練返し上昇・着底部練返し下降・撹拌上昇、固化剤の積算流量（Ｌ）、基準吐出量（Ｌ／ｍｉｎ）、撹拌装置３の基準貫入速度（ｍ／ｍｉｎ）、停滞時間（ｓ）、羽根切確保制御、回転方向（正転、逆転）等を示している。以下に、ＶＲ地盤改良工事現場２００の工事現場巡回機能の一例について説明する。
【0099】
図６及び図１１－図１５は、ＶＲ地盤改良工事現場２００の工事現場巡回機能の一例を示す説明図である。「工事現場巡回機能」とは、ユーザー同士がアバターを介してＶＲ地盤改良工事現場２００内を移動する（ウォークスルー）ことを可能にする機能である。クラウドサーバー１０はユーザーの移動方向に沿ってＶＲ地盤改良工事現場２００を連続的に仮想的に再現し、あたかも実際の実地盤改良工事現場３００を巡回しているような感覚をユーザーに与える。
【0100】
図６では、Ａアバター４００、Ｂアバター４１０及びＣアバター４２０が地中を移動し、造成中の地盤改良杭９’についての施工状況を確認しているところである。施工状況については、「ファイル共有機能」によってＶＲ地盤改良工事現場２００内に掲示することができる。
【0101】
この「工事現場巡回機能」によって、工事当事者は地盤改良杭９の施工状況について視覚的かつ定量的に確認することができる。また、地中については土質に応じてカラー表示されている。また、地盤改良杭９については固化剤の区間流量（Ｌ）及び区間羽根切り回数（回）に応じてカラー表示されている。この地盤改良杭９のカラー表示については、特開２０２０－８４５０１号公報に記載されている「杭施工データの図表現方法」に基づいて表示されていても良い。
【0102】
因みに、図１１ではＡアバター４００、Ｂアバター４１０及びＣアバター４２０が、地盤改良機１に向かって前進したところである。同様に、図１２ではＡアバター４００、Ｂアバター４１０及びＣアバター４２０が、地盤改良機１から後退したところである。
【0103】
同様に、図１３ではＡアバター４００、Ｂアバター４１０及びＣアバター４２０が、地盤改良機１から左側に移動したところである。同様に、図１４ではＡアバター４００、Ｂアバター４１０及びＣアバター４２０が、地盤改良機１から右側に移動したところである。同様に、図１５では、Ａアバター４００、Ｂアバター４１０及びＣアバター４２０が、地盤改良機１から上方に移動したところである。以下に、ＶＲ地盤改良工事現場２００の工事進捗確認について説明する。
【0104】
図７は、ＶＲ地盤改良工事現場２００の工事進捗確認機能の一例を示す説明図である。「工事進捗確認機能」とは、ユーザー同士がアバターを介してＶＲ地盤改良工事現場２００内で地盤改良工事の出来形／出来高（現在の工事の進捗状況）をチェックすることを可能にする機能である。工事の進捗状況については、「ファイル共有機能」によって、工事出来高管理図４５０と工事出来形管理図４５１をＶＲ地盤改良工事現場２００内に掲示することにより行うことができる。
【0105】
図７では、Ａアバター４００、Ｂアバター４１０及びＣアバター４２０が、地盤改良工事の現在の進捗状況を確認しているところである。地盤改良工事の現在の進捗状況については、工事出来形管理図４５０をＶＲ地盤改良工事現場２００に表示させることによって、三者間で確認することができる。また、地盤改良杭９に色彩を付することによって、現在の進捗状況について一目で確認することができる。例えば、施工計画より進んでいる地盤改良杭９については黒色で表示されている。また、固化剤の区間流量又は区間羽根切り回数が所定の基準値を満足せずに不合格となった地盤改良杭９については例えば赤色で表示されている。
【0106】
工事出来高管理図４５０では、施工計画については杭番号に「予」と付記され、施工が完了している杭番号については実線の円で囲まれ且つ「済み」と付記されている。また、施工は完了しているが、固化剤の区間流量又は区間羽根切り回数が所定の基準値を満足せずに不合格となった杭番号については「×」と付記されている。因みに、杭番号：Ｄ－８～Ｄ－１０の３本の地盤改良杭９については、施工計画より進んでいることを示している。すなわち、施工計画では杭番号：Ｄ－１からＤ－７の７本の地盤改良杭９の施工完了が予定されているが、現在の工事進捗状況では杭番号：Ｄ－１からＤ－１０の１０本の地盤改良杭９の施工完了が見込まれている。また、杭番号：Ｄ－６については不合格となっている。一方、工事出来形管理図４５１は、施工が完了した杭番号：Ｄ－１からＤ－７の地盤改良杭９について実際の寸法等を示している。以下に、ＶＲ地盤改良工事現場２００の工事履歴確認機能について説明する。
【0107】
図８は、ＶＲ地盤改良工事現場２００の工事履歴確認機能の一例を示す説明図である。「工事履歴確認機能」とは、ユーザーが過去のある時点のＶＲ地盤改良工事現場２００における工事の進捗状況を遡ってチェックすることを可能にする機能である。
【0108】
過去のどの時点を再現させるかは、ユーザーが時系列シークバー５００をＶＲ地盤改良工事現場２００に表示させ、時系列シークバー５００のドット５０１をユーザーが確認したい過去の時点まで移動させることによって行われる。過去の時点が確定すると、クラウドサーバー１０（施工管理プログラム）は、記憶部１２に保存されているその過去の時点における施工機の各種情報、固化剤の各種情報、および実地盤改良工事現場の３次元形状データ等に基づいて、その過去の時点のＶＲ地盤改良工事現場２００を仮想的に再現することになる。
【0109】
図８では、杭番号：Ｄ－１～Ｄ－５の５本の地盤改良杭９の施工が完了した過去の時点におけるＶＲ地盤改良工事現場２００まで遡って、工事の進捗状況を確認している。過去の工事出来高管理図４５０’では、施工計画通りに地盤改良杭９の施工が完了したことを示している。
【0110】
また、特定の地盤改良杭９の工事の履歴についても確認することができる。例えば、図９に示されるように、ユーザーが杭番号：Ｄ－５の地盤改良杭９を選択する場合、クラウドサーバー１０（施工管理プログラム）は、記憶部１２に保存されているその杭番号：Ｄ－５の施工開始時刻から施工完了時刻に到る施工機の各種情報、固化剤の各種情報、および実地盤改良工事現場の３次元形状データ等に基づいて、施工開始時刻から施工完了時刻に到るＶＲ地盤改良工事現場２００を連続的に再現することになる。
【0111】
図８に戻って、工事カレンダー４５２を使用することにより、過去の特定の期間（年月日・時刻の範囲、例：２０２２年８月１日００：００～２０２２年８月３１日２４：００）を指定することによって、過去の工事の進捗状況を確認することも可能である。この場合、工事カレンダー４５２において「開始の年月日・時刻」と「終了の年月日・時刻」をそれぞれ指定・入力することになる。以下に、ＶＲ地盤改良工事現場２００の工事進捗予測確認機について説明する。
【0112】
図１０は、ＶＲ地盤改良工事現場２００の工事進捗予測確認機能の一例を示す説明図である。「工事進捗予測確認機能」とは、現在の工事の進捗状況を基にユーザーが指定した未来のある時点の工事の進捗状況を予測する機能である。これにより、未来のある時点の工事出来高が施工計画に対し遅れているのか否かを予測することができる。
【0113】
図１０では、ユーザーは２０２２年８月１７日１８：００における未来の工事の進捗状況を確認している。確認したい日付・時刻の指定は、例えば、ユーザーがプルダウンメニューから工事カレンダー４５２を開いて日付けを指定すると、時刻入力画面４５３が別途自動的に表示され、ユーザーは時刻入力画面４５３で所望の時刻を入力することになる。
【0114】
確認したい日付・時刻の入力が完了すると、施工管理プログラムは、現在の工事の進捗状況を基に２０２２年８月１７日１８：００における未来の工事の進捗を計算し、その未来の工事進捗状況をＶＲ地盤改良工事現場２００に再現することになる。未来の工事の進捗状況については、例えば地盤改良杭９に付する色彩と、未来の工事出来高管理図４５４によって表示される。
【0115】
未来の工事出来高管理図４５４では、現在から２０２２年の８月１７日迄の施工計画については杭番号に「予」と付記され、施工計画において施工完了が見込まれる杭番号については実線の円で囲まれている。すなわち、施工計画では杭番号：Ｃ－１からＣ－７の７本の地盤改良杭９の施工完了が予定されているが、ＶＲ地盤改良工事現場２００の予測では杭番号：Ｃ－１からＣ－５の５本の地盤改良杭９の施工完了が見込まれることを示している。従って、これは、現在の工事ペースで工事が進行する場合、杭番号：Ｃ－６とＣ－７の２本の地盤改良杭９は施工が完了しない可能性があることを意味している。これにより、工事施工業者は、工事の進捗がこれ以上施工計画に対し遅れないような、或いは遅れを取り戻すような対策を事前に講じることが可能となる。
【0116】
また、杭番号：Ｃ－６とＣ－７の２本の地盤改良杭９が白色で表示されているのは、工事が施工計画より遅れていることを示している。一方、未来の工事の進捗が施工計画より進んでいる場合は、対象の地盤改良杭９が白色以外の色彩（例えば黒色）で表示されることになる。これにより、ユーザーは未来の工事の進捗が施工計画より遅れているか否かを一目で判別することができる。
【0117】
以上の通り、本発明の一実施形態に係る「地盤改良工事の遠隔施工管理システム１００」について説明してきたが、本発明の実施形態は上記にのみに限定されることはない。すなわち、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲内で種々の修正・変更を追加することは可能である。例えば、「ファイル共有機能」については、テキストファイルだけでなく、画像ファイル（静止画、動画）についてもＶＲ地盤改良工事現場２００に掲示することが可能である。これにより、実改良工事現場３００や地盤改良機１に３６０°カメラを設置し、ＶＲ仮想地盤改良工事現場２００から３６０°カメラによるリアルタイム画像を見ることが可能になる。
【0118】
また、地盤改良機１はＶＲ仮想地盤改良工事現場２００を走行可能としても良い。この場合、Ａアバター４００、Ｂアバター４１０及びＣアバター４２０と地盤改良機１と間の相対位置関係については常に固定することができるようにしても良い。従って、地盤改良機１が移動する場合、Ａアバター４００、Ｂアバター４１０及びＣアバター４２０も地盤改良機１と間の相対位置関係を保持した状態で供に移動することになる。
【0119】
また、本発明に係るＶＲ地盤改良工事現場２００は、ロッドを回転させながら固化剤を地中に高圧で噴射しながら柱状の固形改良体を造成する高圧噴射撹拌工法（ジェットグラウト工法）による地盤改良工事現場に対しても同様に適用可能である。
【0120】
（第２実施形態）
図１６は、本発明の第２実施形態に係る地盤改良工事の遠隔運転管理システム６００を示す説明図である。
既述の地盤改良工事の遠隔施工管理システム１００は、地盤改良機１によって地中に造成された、或いはこれから造成される地盤改良杭９についての現在から過去・未来に到る工事の進捗状況（出来形・出来高）を、ＶＲ技術を用いてユーザー（工事施工業者、工事受託業者、工事委託業者）がネットワーク５０を介してＶＲ地盤改良工事現場２００に没入することによって、遠隔地に居ながら、あたかも実地盤改良工事現場３００に居るかの如く地盤改良杭９についての現在から過去・未来に到る工事の進捗状況を管理するものである。
図１６は、本発明の第２実施形態に係る地盤改良工事の遠隔運転管理システム６００を示す説明図である。
既述の地盤改良工事の遠隔施工管理システム１００は、地盤改良機１によって地中に造成された、或いはこれから造成される地盤改良杭９についての現在から過去・未来に到る工事の進捗状況（出来形・出来高）を、ＶＲ技術を用いてユーザー（工事施工業者、工事受託業者、工事委託業者）がネットワーク５０を介してＶＲ地盤改良工事現場２００に没入することによって、遠隔地に居ながら、あたかも実地盤改良工事現場３００に居るかの如く地盤改良杭９についての現在から過去・未来に到る工事の進捗状況を管理するものである。
【0121】
それに対し、この地盤改良工事の遠隔運転管理システム６００は、ユーザー（以下「オペレータ」という）が同様にネットワーク５０を介して「ＶＲ地盤改良工事現場２００で仮想的に稼働している地盤改良機１」をＶＲ地盤改良工事現場２００上で仮想的に操作することによって、結果的に「実地盤改良工事現場３００で実際に稼働している地盤改良機１」が施工機制御装置８０によって施工目標位置ＰＴに誘導されて地盤改良杭９を造成するように構成されている。なお、以降において「実地盤改良工事現場３００で実際に稼働している地盤改良機１」を「実地盤改良機１」と言い、「ＶＲ地盤改良工事現場２００で仮想的に稼働している地盤改良機１」を「ＶＲ地盤改良機１ｖ」と言い両者を区別することにする。同様に、以降において「ＶＲ地盤改良工事現場２００」および「ＶＲ地盤改良機１ｖ」の各構成部品については、例えば実地盤改良機１のリーダー１ｂに相当するものについては「仮想リーダー１ｂｖ」と言い、名称には「仮想」を、部品番号には「ｖ」をそれぞれ付記して実物と仮想物を区別することにする。
【0122】
ＶＲ地盤改良機１ｖは、オペレータによって操作機４０を介して操作される。一方、実地盤改良機１は施工機制御装置８０によって操作される。そのため、「ＶＲ地盤改良工事現場２００上の仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖにおけるＶＲ地盤改良機１ｖの動作」と、「実地盤改良工事現場３００上の平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における実地盤改良機１の動作」は互いに１対１に対応するように構成されている。なお、ここで言う「動作と動作が互いに１対１に対応している」とは、例えば実地盤改良工事現場３００の平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における実地盤改良機１の移動方向（単位方向ベクトルｉ）と移動量（その単位方向ベクトルｉの絶対値のスカラー倍Ｋ）と、ＶＲ地盤改良工事現場２００の仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖにおけるＶＲ地盤改良機１ｖの移動方向（単位方向ベクトルｉｖ）と移動量（その単位方向ベクトルｉｖの絶対値のスカラー倍Ｋｖ）とは、それぞれ互いに等しいこと（ｉ＝ｉｖ且つＫ＝Ｋｖ）を意味している。
【0123】
また、詳細については図２２から図２５を参照しながら後述するが、ＶＲ地盤改良機１ｖは、実地盤改良機１の全ての構成部品についての２次元ＣＡＤデータ（例えば、正投影図法の２次元図面データ）を３次元ＣＡＤデータ（３次元図面データ）に変換し、全ての仮想構成部品を３次元ＣＡＤ上で実際の組立工程に従って仮想的に組み立てた、外部構造だけでなく内部構造まで再現された実地盤改良機１の３次元コンピュータグラフィック（３次元モデル）に相当するものである。ＶＲ地盤改良機１ｖの部品点数は、実地盤改良機１の部品点数と同じであり、実地盤改良機１と同様に全ての仮想構成部品は取外し／再取付け可能に構成されている。
【0124】
そのため、ＶＲ地盤改良機１ｖの仮想寸法と実地盤改良機１の実寸法は互いに１対１に対応している。ここで言う「寸法と寸法が互いに１対１に対応している」とは、例えば、「仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖにおけるＶＲ地盤改良機１ｖ」の任意の２点間距離は、それに対応する「平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における実地盤改良機１」の２点間距離に等しいことを意味している。
【0125】
同様に、平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における施工対象物（例えば地盤改良杭９）に係る位置（例えば施工目標位置ＰＴ）の座標と、仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖにおける対応する仮想施工対象物（例えば仮想地盤改良杭９ｖ）に係る位置（例えば仮想施工目標位置ＰＴｖ）の座標は互いに等しくなるように構成されている。
【0126】
このように、「仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖにおけるＶＲ地盤改良機１ｖの位置、寸法、動作」と、「平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における実地盤改良機１の位置、寸法、動作」は互いに１対１に対応しており、且つ「平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における施工対象物に係る位置の座標」と、「仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖにおける対応する仮想施工対象物に係る位置の座標」は互いに等しくなるように構成されている。なお、「仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ」は「ＶＲ地盤改良工事現場２００」の意味で使われる場合もあり、逆の場合もある。同様に、「衛星測位システムに対応した平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’」は「実地盤改良工事現場３００」の意味で使われる場合もあり、逆の場合もある。
【0127】
その結果、オペレータがＶＲ地盤改良機１ｖを操作してＶＲ地盤改良工事現場２００の仮想施工目標値ＰＴｖに誘導し仮想地盤改良杭９ｖを仮想的に造成することにより、実地盤改良工事現場３００の施工目標位置ＰＴに施工機制御装置８０によって地盤改良杭９が実際に造成されることになる。
【0128】
図１７は、オペレータがＶＲ地盤改良機１ｖを操作して実地盤改良機１を実際に移動させるための概略手順を示すフロー図である。
先ずステップＳ１では、オペレータはオペレータ端末装置２０を立ち上げ、クラウドサーバー１０にログインしてクラウドサーバー１０の記憶部１２に保存されている運転管理プログラムを起動する。運転管理プログラムが起動すると、オペレータの端末装置２０に最新のＶＲ地盤改良工事現場２００がクラウドサーバー１０より送信される。その結果、頭部装着ディスプレイ３０に最新のＶＲ地盤改良工事現場２００が表示される。
先ずステップＳ１では、オペレータはオペレータ端末装置２０を立ち上げ、クラウドサーバー１０にログインしてクラウドサーバー１０の記憶部１２に保存されている運転管理プログラムを起動する。運転管理プログラムが起動すると、オペレータの端末装置２０に最新のＶＲ地盤改良工事現場２００がクラウドサーバー１０より送信される。その結果、頭部装着ディスプレイ３０に最新のＶＲ地盤改良工事現場２００が表示される。
【0129】
次にステップＳ２では、オペレータは頭部装着ディスプレイ３０に表示されているＶＲ地盤改良工事現場２００を見ながら、ＶＲ地盤改良機１ｖを操作機４０によって操作する。ＶＲ地盤改良機１ｖに対するオペレータの操作動作は、操作機４０によって「ＶＲ地盤改良機１ｖに対する操作指令」として電気信号に変換され、オペレータ端末装置２０に送信される。なお、本実施形態における操作機４０については、実地盤改良機１の動作（前進、後進、旋回、並びにリーダー１ｂの昇降、起倒・スイング、スイベルヘッド１ａの正転・逆転）に対応しているものであれば良く、例えば、実際のコックピットを模擬したレバー、スイッチ又はボタン等で構成された操作盤（図２８、図３２）、或いはスティック、ボタン又は十字パッドで構成されたもの、或いはキーボードとマウスの組合せ等を使用することが可能である。
【0130】
次にステップＳ３では、「ＶＲ地盤改良機１ｖに対する操作指令」は、オペレータ端末装置２０によって「実地盤改良機１に対する操作指令」に変換されネットワーク５０を経由して施工機制御装置８０に送信される。
【0131】
次にステップＳ４では、オペレータからの「実地盤改良機１に対する操作指令」を受信した施工機制御装置８０は、その操作指令に係る動作（目標値）を実地盤改良機１が実行するように各駆動部を制御する。
【0132】
次にステップＳ５では、施工機制御装置８０は、「実地盤改良機１に対する操作指令」を実行した後の実地盤改良機１の状態および施工結果を、機械情報および施工情報（位置情報、センサ計測値）としてクラウドサーバー１０に送信する。
【0133】
次にステップＳ６では、実地盤改良機１に係る機械情報および施工情報を受信したクラウドサーバー１０は、これらの情報をＶＲ地盤改良工事現場２００に反映し、ＶＲ地盤改良工事現場２００を最新の状態に更新する。
【0134】
次にステップＳ７では、クラウドサーバー１０はＶＲ地盤改良工事現場２００の更新情報をオペレータ端末装置２０に送信する。
【0135】
次にステップＳ８では、クラウドサーバー１０からＶＲ地盤改良工事現場２００の更新情報を受信したオペレータ端末装置２０は、ＶＲ地盤改良工事現場２００を最新の状態に更新すると共に、頭部装着ディスプレイ３０に表示されているＶＲ３次元画像についても最新の状態に更新する。
【0136】
オペレータの操作が終了する迄上記ステップＳ２から上記ステップＳ８が繰り返される。
【0137】
図１８は、オペレータがＶＲ地盤改良機１ｖを操作して実地盤改良機１を実際に移動させる場合のネットワーク５０におけるオペレータ端末装置２０とクラウドサーバー１０と施工機制御装置８０との間のデータのやり取りを示す説明図である。
オペレータ端末装置２０から施工機制御装置８０へは、「実地盤改良機１に対する操作指令」が送信される。クラウドサーバー１０からオペレータ端末装置２０へは、主として「ＶＲ地盤改良工事現場２００の更新情報」が送信される。一方、施工機制御装置８０からクラウドサーバー１０へは、主として「機械情報や施工情報」が送信される。このように、ネットワーク５０上でやり取りされる情報は、何れも操作指令、機械情報や施工情報、更新情報等の情報量の比較的少ないデータである。
オペレータ端末装置２０から施工機制御装置８０へは、「実地盤改良機１に対する操作指令」が送信される。クラウドサーバー１０からオペレータ端末装置２０へは、主として「ＶＲ地盤改良工事現場２００の更新情報」が送信される。一方、施工機制御装置８０からクラウドサーバー１０へは、主として「機械情報や施工情報」が送信される。このように、ネットワーク５０上でやり取りされる情報は、何れも操作指令、機械情報や施工情報、更新情報等の情報量の比較的少ないデータである。
【0138】
その結果、ネットワーク５０に要求される通信回線については、操作指令、機械情報や施工情報、更新情報等の情報量の比較的少ないデータを送受信することができる程度の低速・低容量の通信回線で済むことになる。そのため、本発明に係る地盤改良工事の遠隔運転管理システム６００では、実地盤改良機１を含む実地盤改良工事現場３００の一部または全部についての写真画像をリアルタイムに送信することができる高速・大容量の通信回線は必要とされなくなる。
【0139】
ネットワーク５０上でやり取りされる情報量が比較的少ないことにより、オペレータ端末装置２０から送信される「実地盤改良機１に対する操作指令」は、施工機制御装置８０によって確実に受信される。また、施工機制御装置８０から送信される「機械情報・施工情報」はクラウドサーバー１０によって確実に受信される。さらに、クラウドサーバー１０から送信される「機械情報・施工情報が反映されたＶＲ地盤改良工事現場２００の更新情報」は、オペレータ端末装置２０によって確実に受信されることになる。その結果、遠隔地に居るオペレータは、ＶＲ地盤改良工事現場２００において仮想的に稼働しているＶＲ地盤改良機１ｖを操作することによって、実地盤改良工事現場３００で実際に稼働している実地盤改良機１をリアルタイムに遠隔操作することが可能となる。
【0140】
再び図１６に戻って、クラウドサーバー１０の制御部１１には、「遠隔操縦支援機能」、「遠隔工法支援機能」、「施工対象物表示機能」、「施工結果表示機能」、「危険予知機能」、「移動領域逸脱防止機能」及び「操作手順記憶機能」等の遠隔運転を支援する機能が追加されている。以下、各機能について簡単に説明する。
【0141】
「遠隔操縦支援機能」とは、ＶＲ地盤改良機１ｖを操作するオペレータが、ケーシングロッド２の現在の杭芯位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴに効率良く誘導することを支援する機能である。例えば、現在の仮想杭芯位置Ｐ３’ｖと仮想施工目標位置ＰＴｖとの相対位置関係（ΔＸＭＶ、ΔＹＭＶ）を所望の視点から見ることを可能にすることである。これについては図２９を参照しながら後述する。
【0142】
「遠隔工法支援機能」とは、オペレータが、例えば、機械攪拌工法および高圧噴射撹拌工法（ジェットグラウト工法）を効率よく実施することを支援する機能である。例えば、攪拌翼３ｂの区間羽根切り回数（回／ｍ）、リーダー１ｂの昇降速度（ｍ／ｍｉｎ）、固化剤の区間流量（Ｌ）、固化剤用ポンプ５の基準吐出量（Ｌ／ｍｉｎ）、固化剤の積算流量（Ｌ）等の重要な施工情報（マシンガイダンスデータ）をオペレータに示す機能である。
【0143】
「施工対象物表示機能」とは、施工対象における特徴点などの、施工にかかわる重要な判断材料については、図形、記号、ピクトグラム、数値、グラフ、色などを使用しＶＲ地盤改良工事現場２００又はＶＲ地盤改良機１ｖに重ね合わせて表示する機能である。「施工対象物表示機能」の一例を挙げると、仮想施工目標位置ＰＴｖを図形、記号等でハイライトすることにより、オペレータに重要な情報であることを示すことである。
【0144】
「施工結果表示機能」とは、ＶＲ地盤改良機１ｖによる施工結果をＶＲ地盤改良工事現場２００又はＶＲ地盤改良機１ｖに重ね合わせて表示する機能である。
【0145】
「危険予知機能」とは、施工状況の悪化、人などを含む物体への衝突や干渉、その他危険が予知される状況等、注意喚起が必要な状況が発生した場合は、ＶＲ地盤改良工事現場２００又はＶＲ地盤改良機１ｖにおいて図形、記号、ピクトグラム、色、音声などによりオペレータに通知する機能である。
【0146】
「移動領域逸脱防止機能」とは、ＶＲ地盤改良工事現場２００上に移動可能領域を定める事ができ、その領域から外れる操作については、操作を無効にする機能、もしくは、領域内にとどめる操作に改める機能である。
【0147】
「操作手順記憶機能」とは、実地盤改良機１の駆動部に関する操作順、操作間隔、操作量（実地盤改良機１に対する操作指令）をまとめて一括記憶する機能であると共に、一括記憶した操作指令を施工機制御装置８０に送信する機能である。なお、ここで言う「駆動部」とは、例えばスイベルヘッド１ａの回転駆動部１ａＤ、リーダー１ｂの昇降駆動部１ｂＤ、固化剤用ポンプ５のポンプ駆動部５Ｄ等を意味している。
【0148】
また、クラウドサーバー１０の記憶部１２に保存されている実工事現場（施工対象物、例えば実地盤改良工事現場３００の地表面）の３次元形状データについては、３Ｄレーザースキャナー１１によって計測された座標測点から成る「点群データ」と、その「点群データ」中の隣り合う一の座標測点と他の座標測点とを直線で結んで三角形の網目にした「三角形メッシュデータ」とによって構成されている。３次元形状データを三角形メッシュデータとすることにより、施工対象物の三次元形状をＶＲ地盤改良工事現場２００上で正確に再現することができるようになる。この三角形メッシュデータについては、図２１を参照しながら後述することにする。
【0149】
施工機制御装置８０は、オペレータ端末装置２０から送信される「実地盤改良機１に対する操作指令」に従って、実地盤改良機１を自動制御する。具体的には施工機制御装置８０は、対応するアクチュエータの駆動部を操作して実地盤改良機１の各動作がその操作指令（操作順、操作間隔、操作量）に等しくなるように自動制御する。以下に、施工機制御装置８０について説明する。
【0150】
図１９は、本発明の第２実施形態に係る施工機制御装置８０の構成を示すブロック図である。
施工機制御装置８０は、オペレータ端末装置２０からの「実地盤改良機１に対する操作指令」を受信する入力部８１と、実地盤改良機１の走行に関連する動作をその操作指令に等しくなるように制御する走行制御部８２と、リーダー１ｂの起倒角又はスイング角をその操作指令に等しくなるように制御するリーダー傾斜制御部８３と、リーダー１ｂの昇降方向／速度またはスイベルヘッド１ａの回転方向／速度をその操作指令に等しくなるようにそれぞれ制御すると共に、固化剤用ポンプ５からの固化剤（セメントミルク）の吐出量をその操作指令に等しくなるように制御する削孔制御部８４と、各計測センサによって測定された計測信号（電気信号）を所望の計測値に変換する測定部８５と、変換された計測値がその操作指令の所定範囲内に入っているか否かを判定する判定部８６と、測定部８５で算出された各計測値を「実地盤改良機１の機械情報」と「実地盤改良工事現場３００の施工情報」としてクラウドサーバー１０に送信する出力部８７とを具備して構成されている。以下、各構成について更に説明する。
施工機制御装置８０は、オペレータ端末装置２０からの「実地盤改良機１に対する操作指令」を受信する入力部８１と、実地盤改良機１の走行に関連する動作をその操作指令に等しくなるように制御する走行制御部８２と、リーダー１ｂの起倒角又はスイング角をその操作指令に等しくなるように制御するリーダー傾斜制御部８３と、リーダー１ｂの昇降方向／速度またはスイベルヘッド１ａの回転方向／速度をその操作指令に等しくなるようにそれぞれ制御すると共に、固化剤用ポンプ５からの固化剤（セメントミルク）の吐出量をその操作指令に等しくなるように制御する削孔制御部８４と、各計測センサによって測定された計測信号（電気信号）を所望の計測値に変換する測定部８５と、変換された計測値がその操作指令の所定範囲内に入っているか否かを判定する判定部８６と、測定部８５で算出された各計測値を「実地盤改良機１の機械情報」と「実地盤改良工事現場３００の施工情報」としてクラウドサーバー１０に送信する出力部８７とを具備して構成されている。以下、各構成について更に説明する。
【0151】
上述した通り、「ＶＲ地盤改良工事現場２００におけるＶＲ地盤改良機１ｖの位置、寸法、動作」と、「実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１の位置、寸法、動作」は互いに１対１に対応している。そのため、ＶＲ地盤改良工事現場２００（仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ）におけるＶＲ地盤改良機１ｖの位置情報については、平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における実地盤改良機１の位置情報から自動的に算出されることになる。
【0152】
特に、ケーシングロッド２の現在の杭芯位置（ベクトルＯ’Ｐ３’）の測定については、下記式１によって算出される「平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’におけるケーシングロッド２の当初の杭芯位置（ベクトルＯ’Ｐ３）」に対し、平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における当初の杭芯位置（ベクトルＯ’Ｐ３）からのズレ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）を加えた下記式２によって正確に算出している。なお、ここで言う「当初」とは、「キャリブレーション時（施工基準姿勢時）」という意味である。また、図２０に示されるように、「平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’」はＧＮＳＳ衛星測位システムに対応したグローバル座標系であり、「機械座標系ＯＸＹ」は実地盤改良機１の第１アンテナ１ｃＡを原点とする実地盤改良機１上に構築されたローカル座標系である。
（式１）
（式２）
（式１）
【0153】
また、現在の杭芯位置（ベクトルＯ’Ｐ３’）を施工目標位置（ベクトルＯ’ＰＴ）に誘導する誘導作業は、誘導作業が簡素化される機械座標系ＯＸＹ上での誘導量ΔＭ（ΔＸＭ、ΔＹＭ）に基づいて行われる。機械座標系ＯＸＹ上での誘導量ΔＭ（ΔＸＭ、ΔＹＭ）は、平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’上での現在の杭芯位置（ベクトルＯ’Ｐ３’）に対する施工目標位置（ベクトルＯ’ＰＴ）のベクトルに、「機械座標系ＯＸＹを平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’に変換する座標変換Ｔ」の逆行列Ｔ－１を施した下記式３に示されるベクトル量に等しくなる。
（式３）
（式３）
【0154】
なお、詳細についてここでは省略するが、平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’上での上記ずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）は、施工機本体１ｅの左右方向または前後方向の水平面に対する傾斜角度θ１,θ２が発生し、なお且つリーダー１ｂの左右方向または前後方向の鉛直方向に対する傾斜角度θ３,θ４が発生した場合の「機械座標系ＯＸＹ上における当初の杭芯位置（ベクトルＯＰ３）」からのずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）に上記座標変換Ｔを施した下記式４の座標に等しくなる。
（式４）
なお、上記傾斜角度θ１,θ２は、施工機本体１ｅに取り付けられた本体部傾斜角センサ１０４（二軸傾斜センサ）によって計測される。また、上記傾斜角度θ３,θ４は、リーダー１ｂに取り付けられたリーダー傾斜角センサ１０５（二軸傾斜センサ）によって計測される。さらに、座標変換Ｔ中の上記方向角度θ（Ｘ’軸から計った方位角）は、「第１アンテナ１ｃＡと第２アンテナ１ｃＢとを結ぶベクトルＯＰ２」と真北との成す角度δ（真方位角）から、機械座標系ＯＸＹのＹ軸と上記ベクトルＯＰ２との成す角度φと、子午線収差角γを差し引くことにより算出される。
（式５）
θ＝δ－φ－γ
（式４）
（式５）
θ＝δ－φ－γ
【0155】
このように、実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１の位置情報については、平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における第１アンテナ１ｃＡの位置（ベクトルＯ’Ｐ１）と第２アンテナ１ｃＢの位置（ベクトルＯ’Ｐ２）、さらに本体部傾斜角センサ１０４（二軸傾斜センサ）によって計測される施工機本体１ｅの左右方向または前後方向の水平面に対する傾斜角度θ１,θ２、リーダー傾斜角センサ１０５（二軸傾斜センサ）によって計測されるリーダー１ｂの左右方向または前後方向の鉛直方向に対する傾斜角度θ３,θ４、並びにＸ’軸から計った実地盤改良機１の方向角度θによって、平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’上（実地盤改良工事現場３００）において正確に算出されることになる。
【0156】
従って、ＶＲ地盤改良工事現場２００（仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ）におけるＶＲ地盤改良機１ｖの位置情報は、平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における実地盤改良機１の位置情報から自動的に正確に算出されることになる。
【0157】
図２１は、本発明の第２実施形態に係る三角形メッシュデータを示す説明図である。
図２１（ａ）に示されるように、点群データは３Ｄレーザースキャナー１１によって取得された無数の座標測点から構成されている。各座標測点は、３Ｄレーザースキャナー１１の計測座標系Ｘ”Ｙ”Ｚ”上で計測されたＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を有している。計測座標系Ｘ”Ｙ”Ｚ”を平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’に変換する座標変換を施すことにより、３Ｄレーザースキャナー１１によって計測された各座標測点は、実地盤改良機１と同じ平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’上で計測されたＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を有するようになる。
図２１（ａ）に示されるように、点群データは３Ｄレーザースキャナー１１によって取得された無数の座標測点から構成されている。各座標測点は、３Ｄレーザースキャナー１１の計測座標系Ｘ”Ｙ”Ｚ”上で計測されたＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を有している。計測座標系Ｘ”Ｙ”Ｚ”を平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’に変換する座標変換を施すことにより、３Ｄレーザースキャナー１１によって計測された各座標測点は、実地盤改良機１と同じ平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’上で計測されたＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を有するようになる。
【0158】
上述した通り、「平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における施工対象物に係る位置の座標」と、「仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖにおける対応する仮想施工対象物に係る位置の座標」は互いに等しくなるように構成されている。
【0159】
従って、３Ｄレーザースキャナー１１によって計測された平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’上での座標点群は、ＶＲ地盤改良工事現場２００に構築される仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖ上で同一座標によって表示されることになる。しかし、隣り合う座標測点と座標測点との間には空白領域が存在するため、座標点群のみによって被測定対象物（例えば、実地盤改良工事現場３００の地表面）の三次元形状を認識することはできない場合がある。
【0160】
一方、図２１（ｂ）に示されるように、三角形メッシュデータは、隣り合う一の座標測点と他の座標測点を直線で結んで網目が三角形である三角形網によって構成されている。被測定対象物が三角形メッシュデータによって構成されているため、空白領域は存在しなくなる。その結果、仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖにおいて三角形メッシュデータによって表された被測定対象物の三次元形状は、ユーザーの視覚を通じて認識することが容易となる。
【0161】
また、各三角形の各頂点Ｐ１ｖ,Ｐ２ｖ,Ｐ３ｖは、仮想平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’_ｖにおける正確な座標をそれぞれ有している。そのため、各三角形に垂直な法線ベクトルｈｖが一意的に算出されることになる。この法線ベクトルｈｖによって、被測定対象物の表面の傾斜状態を把握することが容易となる。
【0162】
図２２は、本発明の第２実施形態に係るＶＲ地盤改良機１ｖの要部正面を示す説明図である。
上述した通り、ＶＲ地盤改良機１ｖは、実地盤改良機１の全ての構成部品についての２次元ＣＡＤデータ（例えば、正投影図法の２次元図面データ）を３次元ＣＡＤデータ（３次元図面データ）に変換し、全ての仮想構成部品を３次元ＣＡＤ上で実際の組立工程に従って仮想的に組み立てた、外部構造だけでなく内部構造まで再現された実地盤改良機１の３次元コンピュータグラフィック（３次元モデル）に相当するものである。そのため、ＶＲ地盤改良機１ｖでは、実地盤改良機１と同様に全ての仮想構成部品（ＶＲ部品）は取外し／再取付け可能に構成されている。
上述した通り、ＶＲ地盤改良機１ｖは、実地盤改良機１の全ての構成部品についての２次元ＣＡＤデータ（例えば、正投影図法の２次元図面データ）を３次元ＣＡＤデータ（３次元図面データ）に変換し、全ての仮想構成部品を３次元ＣＡＤ上で実際の組立工程に従って仮想的に組み立てた、外部構造だけでなく内部構造まで再現された実地盤改良機１の３次元コンピュータグラフィック（３次元モデル）に相当するものである。そのため、ＶＲ地盤改良機１ｖでは、実地盤改良機１と同様に全ての仮想構成部品（ＶＲ部品）は取外し／再取付け可能に構成されている。
【0163】
また、図２３に示されるように、オペレータはＶＲ地盤改良機１ｖを操作しながら、ＶＲ地盤改良機１ｖに対するオペレータの視点位置を自由に変えることができることになる。なお、ここで言う「視点位置」とは、目線の高さ、目線の方向および視野の範囲を含むものとする。
【0164】
上述した通り、「ＶＲ地盤改良工事現場２００におけるＶＲ地盤改良機１ｖの位置、寸法、動作」と、「実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１の位置、寸法、動作」は互いに１対１に対応している。従って、オペレータは視点位置を自由に変えながらＶＲ地盤改良機１ｖを操作することにより、結果的に実地盤改良機１に対しても視点位置を自由に変えながら操作することが可能となる。以下に、ＶＲ地盤改良機１ｖの仮想部品移動機能について簡単に説明する。
【0165】
図２４は、ＶＲ地盤改良機１ｖの仮想部品移動機能を示す説明図である。
図２４に示されるＶＲ地盤改良機１ｖは、図２２に示されるＶＲ地盤改良機１ｖの仮想キャビン部から「仮想キャビンフレーム」と「仮想フロントガラス」を取り外し、更にＶＲ地盤改良機１ｖの仮想リーダー１ｂｖから「仮想リーダーフレーム」を取り外したものに相当する。この仮想部品移動機能を利用することにより、実地盤改良機１から実部品を取り外すことなく、即ち実地盤改良機１を実際に用意することなく、実地盤改良機１の内部構造を見ることが可能となる。
図２４に示されるＶＲ地盤改良機１ｖは、図２２に示されるＶＲ地盤改良機１ｖの仮想キャビン部から「仮想キャビンフレーム」と「仮想フロントガラス」を取り外し、更にＶＲ地盤改良機１ｖの仮想リーダー１ｂｖから「仮想リーダーフレーム」を取り外したものに相当する。この仮想部品移動機能を利用することにより、実地盤改良機１から実部品を取り外すことなく、即ち実地盤改良機１を実際に用意することなく、実地盤改良機１の内部構造を見ることが可能となる。
【0166】
仮想部品移動機能により取り外されたＶＲ部品は、削除することも元に戻すこと（リセットすること）も可能である。また、実地盤改良機１の内部構造を見るためのその他の機能として、「仮想部品透明化機能」を使用することも可能である。以下に、ＶＲ地盤改良機１ｖの仮想部品透明化機能について簡単に説明する。
【0167】
図２５は、ＶＲ地盤改良機１ｖの仮想部品透明化機能を示す説明図である。
図２５に示されるＶＲ地盤改良機１ｖは、図２２で示されるＶＲ地盤改良機１ｖの仮想キャビン部から「仮想キャビンフレーム」と「仮想フロントガラス」を透明化し、更にＶＲ地盤改良機１ｖの仮想リーダー１ｂｖから「ＶＲリーダーフレーム」を透明化したものに相当する。ＶＲ部品を透明化することにより、実地盤改良機１から実部品を取り外すことなく、即ち実地盤改良機１を実際に用意することなく、実地盤改良機１の内部構造を見ることが可能となる。次に、ＶＲ地盤改良機１ｖを使用した地盤改良杭９の造成について説明する。
図２５に示されるＶＲ地盤改良機１ｖは、図２２で示されるＶＲ地盤改良機１ｖの仮想キャビン部から「仮想キャビンフレーム」と「仮想フロントガラス」を透明化し、更にＶＲ地盤改良機１ｖの仮想リーダー１ｂｖから「ＶＲリーダーフレーム」を透明化したものに相当する。ＶＲ部品を透明化することにより、実地盤改良機１から実部品を取り外すことなく、即ち実地盤改良機１を実際に用意することなく、実地盤改良機１の内部構造を見ることが可能となる。次に、ＶＲ地盤改良機１ｖを使用した地盤改良杭９の造成について説明する。
【0168】
【0169】
先ずステップＳ１では、オペレータはクラウドサーバー１０に最新のマシンガイダンスデータをクラウドサーバー１０にアップロードする。具体的には、オペレータ端末装置２０からクラウドサーバー１０に対し最新のマシンガイダンスデータが送信される。クラウドサーバー１０は、受信した最新のマシンガイダンスデータを記憶部１２に上書き保存する。
【0170】
ここで言う「マシンガイダンスデータ」とは、造成される各杭の杭番号についての杭座標（図３３）と、「杭条件設定４３０および工程設定４４０」（図３０）が紐付けられた施工データである。すなわち、杭番号が分かれば、その地盤改良杭９についての「杭座標、杭条件設定、工程設定」を知ることができるようになっている。
【0171】
「杭条件設定および工程設定」は「杭改良データ」或いは「施工パターン」とも言われ、「地盤改良杭９の出来形仕様（空堀深度９ａ、改良長９ｂ、杭径９ｃ、セメント比重、セメント添加量、水／セメントの配合比等）」、「各工程（「注入下降」、「停滞」、「着底部練返し上昇」、「着底部練返し下降」、「撹拌上昇」）」、並びに「各工程における固化剤（スラリー等）の積算流量（Ｌ）、固化剤の区間流量（Ｌ／ｍ）、固化剤用ポンプ５の基準吐出量（Ｌ／ｍｉｎ）、リーダー１ｂの昇降速度（ｍ／ｍｉｎ）、区間羽根切り回数（回／ｍ）、撹拌装置３の回転方向等」をそれぞれ規定している。
【0172】
「杭座標」は、地盤改良杭９を造成すべき場所（施工目標位置ＰＴ）のＧＮＳＳ等の衛星測位システムに対応した平面直角座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’における座標である。
【0173】
次にステップＳ２では、施工機制御装置８０は最新のマシンガイダンスデータをクラウドサーバー１０にダウンロード要求する。施工機制御装置８０は起動すると、クラウドサーバー１０に対しマシンガイダンスの更新状態（バージョン）を確認するようになっている。自身が保有するマシンガイダンスデータが古いバージョンのものである場合に、クラウドサーバー１０に対し最新のマシンガイダンスデータを送信するようにダウンロード要求を発信する。
【0174】
次にステップＳ３では、クラウドサーバー１０は施工機制御装置８０に最新のマシンガイダンスデータを送信する。施工機制御装置８０は、クラウドサーバー１０から送信された最新のマシンガイダンスを自身の記憶部に上書き保存する。
【0175】
次にステップＳ４では、オペレータがＶＲ地盤改良機１ｖを操作して、仮想ケーシングロッド２ｖの現在の仮想杭芯位置Ｐ３’ｖを仮想施工目標位置ＰＴｖに誘導する（いわゆる「杭芯位置設定」）。上述した通り、「ＶＲ地盤改良工事現場２００におけるＶＲ地盤改良機１ｖの位置、寸法および動作」と、「実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１の位置、寸法および動作」は互いに１対１に対応している。そのため、オペレータが「仮想ケーシングロッド２ｖの現在の仮想杭芯位置Ｐ３’ｖ」を「仮想施工目標位置ＰＴｖ」に誘導する場合、結果的に施工機制御装置８０によって「ケーシングロッド２の現在の杭芯位置Ｐ３’」が「施工目標位置ＰＴ」に誘導されることになる。仮想ケーシングロッド２ｖの「現在の仮想杭芯位置Ｐ３’ｖ」を仮想施工目標位置（杭座標）ＰＴｖに誘導する杭芯位置誘導作業については、図２８及び図２９を参照しながら後述する。
【0176】
次にステップＳ５では、オペレータは施工機制御装置８０に対し施工開始指令を出す。具体的には、オペレータはこれから造成される地盤改良杭９の杭番号を施工機制御装置８０に送信することになる。
【0177】
次にステップＳ６では、施工機制御装置８０は該当する杭番号の施工パターンを実行する。施工機制御装置８０は、マシンガイダンスデータから該当する杭番号の施工パターンを抽出し、抽出した施工パターンに従って、スイベルヘッド１ａの回転速度（回／ｍｉｎ）、リーダー１ｂの昇降速度（ｍ／ｍｉｎ）、並びに固化剤用ポンプ５の基準吐出量（Ｌ／ｍｉｎ）等を操作して地盤改良杭９を自動的に造成する。なお、これらスイベルヘッド１ａ及びリーダー１ｂと固化剤用ポンプ５の手動操作については、図３２に示される「油圧操作盤」における「切替えレバー」、「切替えスイッチ」、「調整ボリューム」（以下、「操作機器」という。）をオペレータがそれぞれ操作することになる。
【0178】
しかし、施工機制御装置８０による自動運転モードでは、「スイベルヘッド１ａ及びリーダー１ｂと固化剤用ポンプ５等」の各操作機器の操作順、操作間隔および操作量が一括操作指令として一まとめにデータ化されている。一括操作指令は、オペレータ端末装置２０から施工機制御装置８０に送信されるようになっている。或いは、クラウドサーバー１０の記憶部１２に予め保存され、施工機制御装置８０からのダウンロード要求に応じて、クラウドサーバー１０から施工機制御装置８０に送信されるようになっている。
【0179】
また、一括操作指令はマシンガイダンスデータの施工パターンに紐付けられている。従って、マシンガイダンスデータを受信した施工機制御装置８０は、一括操作指令に基づいてスイベルヘッド１ａ及びリーダー１ｂと固化剤用ポンプ５等を操作することになる。
【0180】
図３０に示されるように、オペレータはＶＲ地盤改良工事現場２００に没入して仮想地中に移動することによって、ＶＲ地盤改良工事現場２００において仮想的に造成されている仮想地盤改良杭９ｖ（すなわち、地中に実際に造成される地盤改良杭９）を見ることができる。
【0181】
例えば、仮想ケーシングロッド２ｖが仮想鉛直方向（仮想Ｚ’軸）に平行であること（すなわち、ケーシングロッド２が鉛直方向（Ｚ’軸）に平行であること）は、仮想モニタ画面１０７ａｖ上で「現在の杭芯仮想位置Ｐ３’ｖ」が「当初の杭芯仮想位置Ｐ３ｖ」に一致していることにより確認することができる。
【0182】
同様に、固化剤が土壌に十分に撹拌されていることは、ＶＲ地盤改良工事現場２００における固化剤の区間流量（Ｌ／ｍ）が目標値（２５６）以上であり、且つ区間羽根切り回数（回／ｍ）が目標値（３５０）以上であり、且つ仮想撹拌翼３ａｖの昇降方向・回転方向が工程設定４４０通りであることを以て確認することができる。なお、固化剤の区間流量（Ｌ／ｍ）、区間羽根切り回数（回／ｍ）等は、機械情報・施工情報に含まれ、施工機制御装置８０からクラウドサーバー１０に送信される。クラウドサーバー１０は、「固化剤の区間流量（Ｌ／ｍ）、区間羽根切り回数（回／ｍ）等」をＶＲ地盤改良工事現場２００に反映することになっている。
【0183】
次にステップＳ７では、施工パターンに対する計画変更の要求（リクエスト）が有るか否かを判定する。地盤改良杭９の造成は、施工機制御装置８０が「施工パターンに対応した一括操作指令」を実行することによって行われる。しかしながら、杭座標または施工パターンの何れかの項目（例えば、杭座標の変更、杭番号の追加または削除、リーダー１ｂの昇降速度（ｍ／ｍｉｎ）、固化剤用ポンプ５の基準吐出量（Ｌ／ｍｉｎ）等）が変更される場合が起こり得る。そのような場合、計画変更後のマシンガイダンスデータがオペレータ端末装置２０からクラウドサーバー１０に送信される。
【0184】
施工パターンに対する計画変更の要求（リクエスト）が有る場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３を繰り返し実行する。一方、施工パターンに対する計画変更の要求（リクエスト）が無い場合（ＮＯ）、ステップＳ８を実行する。
【0185】
ステップＳ８では、未施工の杭番号が有るか否かを判定する。施工済みの杭番号は、マシンガイダンスデータ(図３３)上のチェックボックス内にチェックマークが入っている。一方、未施工の杭番号は、マシンガイダンスデータ(図３３)上のチェックボックス内が空白になっている。従って、マシンガイダンスデータ上に空白のチェックボックスが有る場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４を繰り返し実行する。一方、空白のチェックボックスが無い場合（ＮＯ）、地盤改良杭９の自動施工を終了する。
【0186】
図２８は、ＶＲ地盤改良機１ｖの仮想キャビン部から見える仮想視界を示す説明図である。
仮想キャビン部内には、ＶＲ地盤改良機１ｖを仮想的に走行・旋回または仮想リーダー１ｂｖを起倒・スイングさせるための仮想レバー・仮想スイッチ類が仮想的に設けられている。例えば、オペレータが仮想スタータースイッチＳＳｖを押して仮想安全レバーＬＳｖを手前側に倒すことにより、ＶＲ地盤改良機１ｖの走行・旋回・リーダー操作等が可能となる。この場合、「ＶＲ地盤改良機１ｖに対するオペレータの操作指令」は、オペレータ端末装置２０によって「実地盤改良機１に対する操作指令」に変換され、施工機制御装置８０に送信されるため、実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１も走行・旋回・リーダー操作等が可能となる。
仮想キャビン部内には、ＶＲ地盤改良機１ｖを仮想的に走行・旋回または仮想リーダー１ｂｖを起倒・スイングさせるための仮想レバー・仮想スイッチ類が仮想的に設けられている。例えば、オペレータが仮想スタータースイッチＳＳｖを押して仮想安全レバーＬＳｖを手前側に倒すことにより、ＶＲ地盤改良機１ｖの走行・旋回・リーダー操作等が可能となる。この場合、「ＶＲ地盤改良機１ｖに対するオペレータの操作指令」は、オペレータ端末装置２０によって「実地盤改良機１に対する操作指令」に変換され、施工機制御装置８０に送信されるため、実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１も走行・旋回・リーダー操作等が可能となる。
【0187】
仮想右クローラレバーＬＣＲｖと仮想左クローラレバーＬＣＬｖを同時に奥側に倒すと、ＶＲ地盤改良機１ｖは直進走行する。この場合、同様に実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１も直進走行する。
【0188】
一方、仮想右クローラレバーＬＣＲｖと仮想左クローラレバーＬＣＬｖを同時に手前側に倒すと、ＶＲ地盤改良機１ｖは後進走行する。この場合、同様に実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１も後進走行する。
【0189】
また、仮想リーダーレバーＬＬｖを奥側に倒すと、仮想リーダー１ｂｖはレバー操作量に応じて前方に倒れる。この場合、同様に実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１のリーダー１ｂもレバー操作量に応じて前方に倒れる。
【0190】
一方、仮想リーダーレバーＬＬｖを手前側に倒すと、仮想リーダー１ｂｖはレバー操作量に応じて後方に倒れる。この場合、同様に実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１のリーダー１ｂもレバー操作量に応じて後方に倒れる。
【0191】
また、仮想リーダーレバーＬＬｖを右側に倒すと、仮想リーダー１ｂｖはレバー操作量に応じて右側にスイングする。この場合、同様に実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１のリーダー１ｂもレバー操作量に応じて右側にスイングする。
【0192】
一方、仮想リーダーレバーＬＬｖを左側に倒すと、仮想リーダー１ｂｖはレバー操作量に応じて左側にスイングする。この場合、同様に実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１のリーダー１ｂもレバー操作量に応じて左側にスイングする。
【0193】
また、仮想旋回レバーＬＴｖを右側に倒すと、ＶＲ地盤改良機１ｖの機械本体１ｅｖは右回りに旋回する。この場合、同様に実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１の機械本体１ｅも右回りに旋回する。
【0194】
一方、仮想旋回レバーＬＴｖを左側に倒すと、ＶＲ地盤改良機１ｖの機械本体１ｅｖは左回りに旋回する。この場合、同様に実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１の機械本体１ｅも左回りに旋回する。
【0195】
仮想ケーシングロッド２ｖの「現在の仮想杭芯位置Ｐ３’ｖ」を誘導する仮想施工目標位置ＰＴｖについては、オペレータが容易に認識することができるように、改良杭をイメージした円筒が付され、なお且つハイライト表示されている。また、ＶＲ地盤改良機１ｖの移動可能領域を規定する「仮想境界線ＢＬｖ」が表示されている。なお、ＶＲ地盤改良機１ｖが仮想境界線をＢＬｖを超える場合は、オペレータのＶＲ地盤改良機１ｖに対する操作指令が無効化され、同時に実地盤改良機１に対する操作指令についても無効化されるようになっている。また、地盤改良杭９の造成が完了した施工完了位置に対応した仮想施工完了位置ＰＥｖについてもハイライト表示されている。
【0196】
また、仮想モニタ画面１０７ａｖにも仮想施工目標位置ＰＴｖが表示され、同時に「現在の仮想杭芯位置Ｐ３’ｖ」と「仮想施工目標位置ＰＴｖ」との間の機械座標系ＯＸＹ上でのズレ量ΔＭｖ（ΔＸＭｖ、ΔＹＭｖ）についても表示されている。
【0197】
また、「現在の仮想杭芯位置Ｐ３’ｖ」と「仮想施工目標位置ＰＴｖ」との位置関係を、仮想キャビン部以外の異なる視点位置から見たときの画像Ｇ１,Ｇ２,Ｇ３についても、オペレータの仮想視界に表示されている。従って、オペレータは仮想モニタ画面１０７ａｖ、或いは画像Ｇ１,Ｇ２,Ｇ３を見ながら、仮想ケーシングロッド２ｖの「現在の仮想杭芯位置Ｐ３’ｖ」を「仮想施工目標位置ＰＴｖ」に誘導することになる。なお、仮想旋回円Ｃｔｖを使用して「現在の仮想杭芯位置Ｐ３’ｖ」を「仮想施工目標位置ＰＴｖ」に誘導することも可能である。
【0198】
図２９は、仮想施工目標位置ＰＴｖに対するオペレータの視点位置を変えた場合のＶＲ３次元画像を示す説明図である。
図２９（ａ）は、オペレータの視点位置をＶＲ地盤改良機１ｖの後方且つ仮想スイベルヘッド１ａｖの高さ位置から仮想施工目標位置ＰＴｖを見た場合のＶＲ３次元画像を表している。この視点位置では、仮想施工目標位置ＰＴｖに対する仮想Ｘ軸方向Ｘｖの仮想ズレ量ΔＸＭｖについてはよく分かる。一方、仮想Ｙ軸方向Ｙｖの仮想ズレ量ΔＹＭｖについてはあまり分からない。
図２９（ａ）は、オペレータの視点位置をＶＲ地盤改良機１ｖの後方且つ仮想スイベルヘッド１ａｖの高さ位置から仮想施工目標位置ＰＴｖを見た場合のＶＲ３次元画像を表している。この視点位置では、仮想施工目標位置ＰＴｖに対する仮想Ｘ軸方向Ｘｖの仮想ズレ量ΔＸＭｖについてはよく分かる。一方、仮想Ｙ軸方向Ｙｖの仮想ズレ量ΔＹＭｖについてはあまり分からない。
【0199】
図２９（ｂ）は、オペレータの視点位置をＶＲ地盤改良機１ｖの左方且つ仮想スイベルヘッド１ａｖの高さ位置から仮想施工目標位置ＰＴｖを見た場合のＶＲ３次元画像を表している。この視点位置では、仮想施工目標位置ＰＴｖに対する仮想Ｙ軸方向Ｙｖの仮想ズレ量ΔＹＭｖについてはよく分かる。仮想リーダー１ｂの前後方向の傾斜についてもよく分かる。
【0200】
図２９（ｃ）は、オペレータの視点位置をＶＲ地盤改良機１ｖの前方且つ仮想ケーシングロッド２ｖの先端の高さ位置から仮想施工目標位置ＰＴｖを見た場合のＶＲ３次元画像を表している。この視点位置では、仮想施工目標位置ＰＴｖに対する仮想Ｘ軸方向Ｘｖの仮想ズレ量ΔＸＭｖ、仮想Ｙ軸方向Ｙｖの仮想ズレ量ΔＹＭｖともによく分かる。
【0201】
このように、ＶＲ地盤改良工事現場２００ではオペレータは視点位置を自由に変えながらＶＲ地盤改良機１ｖを操作することができる。従って、ＶＲ地盤改良工事現場２００においてＶＲ地盤改良機１ｖを使用して「現在の仮想杭芯位置Ｐ３’ｖ」を「仮想施工目標位置ＰＴｖ」に誘導することにより、実地盤改良工事現場３００における実際の杭芯位置誘導作業を効率良く行うことが可能となる。
【0202】
以上の通り、本発明の地盤改良工事の遠隔運転管理システム６００では、「ＶＲ地盤改良工事現場２００におけるＶＲ地盤改良機１ｖの位置、寸法、動作」と、「実地盤改良工事現場３００における実地盤改良機１の位置、寸法、動作」は互いに１対１に対応している。また、「実地盤改良工事現場３００における施工対象物に係る位置の座標」と、「ＶＲ地盤改良機展示場２００における対応する仮想施工対象物に係る位置の座標」は互いに等しくなるように構成されている。これにより、オペレータが直接操作する対象がＶＲ地盤改良機１ｖであっても、結果的に実地盤改良機１を施工目標位置ＰＴに誘導して地盤改良杭９を造成することができる。特に、ＶＲ地盤改良機展示場２００においてオペレータは視点位置を自由に変えながらＶＲ地盤改良機を操作することができるため、視点位置が固定される実地盤改良機１を操作するよりも容易に実地盤改良機１の現在の杭芯位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴに誘導することが可能となる。
【0203】
また、オペレータが直接操作する対象はＶＲ地盤改良機１ｖであるため、ネットワーク５０上でやり取りされるデータは、操作指令、機械情報・施工情報、ＶＲ地盤改良工事現場２００の更新情報、マシンガイダンスデータ及びその更新情報等の何れも情報量が少ないデータばかりである。そのため、ネットワーク５０に要求される通信回線については比較的低速・低容量の通信回線を使用することが可能となる。
【0204】
また、実地盤改良機１の周囲の三次元対象物についての点群データは、ＶＲ地盤改良工事現場２００において三角形メッシュデータによって再現されているため、直接操作する対象がＶＲ地盤改良機１ｖであっても、オペレータは三次元対象物の形状的特徴（傾斜状況）を容易に認識することができるようになる。
【0205】
また、施工機制御装置８０による地盤改良杭９の自動造成について、スイベルヘッド１ａ、リーダー１ｂ及び固化剤用ポンプ５等の各操作機器についての操作順、操作間隔および操作量は、一括操作指令として一つにまとめられてデータ化されているため、オペレータは実地盤改良機１を施工目標位置ＰＴに誘導することに集中することができると共に、同一品質の地盤改良杭９を反復して造成することが可能となる。
【0206】
（第３実施形態）
図３１は、本発明の第３実施形態に係るＶＲ地盤改良機展示場７００を示す説明図である。
このＶＲ地盤改良機展示場７００は、ＶＲ地盤改良工事現場２００におけるＶＲ地盤改良機１ｖの周囲を、実際の展示場を再現したＶＲ展示場に置換し、そのＶＲ展示場にＶＲ地盤改良機１ｖを仮想的に展示したものである。
図３１は、本発明の第３実施形態に係るＶＲ地盤改良機展示場７００を示す説明図である。
このＶＲ地盤改良機展示場７００は、ＶＲ地盤改良工事現場２００におけるＶＲ地盤改良機１ｖの周囲を、実際の展示場を再現したＶＲ展示場に置換し、そのＶＲ展示場にＶＲ地盤改良機１ｖを仮想的に展示したものである。
【0207】
上述した通り、ＶＲ地盤改良機１ｖは、実地盤改良機１の全ての構成部品についての２次元ＣＡＤデータ（例えば、正投影図法の２次元図面データ）を３次元ＣＡＤデータ（３次元図面データ）に変換し、全ての仮想構成部品を３次元ＣＡＤ上で実際の組立工程に従って仮想的に組み立てた、外部構造だけでなく内部構造まで再現された実地盤改良機１の３次元コンピュータグラフィック（３次元モデル）に相当するものである。ＶＲ地盤改良機１ｖの部品点数は、実地盤改良機１の部品点数と同じであり、実地盤改良機１と同様に全ての仮想構成部品は取外し／再取付け可能に構成されている。
【0208】
ＶＲ地盤改良機展示場７００には、カタログに記載されている全ての機種に対応する全てのＶＲ地盤改良機１ｖを仮想的に展示することができる。従って、例えばメーカー担当者（Ｄアバター）と来訪者（Ｅアバター）が、ユーザー端末装置２０を介してＶＲ地盤改良機展示場７００に没入することにより、メーカー担当者（Ｄアバター）は、来訪者（Ｅアバター）が希望するＶＲ地盤改良機１ｖを仮想的に用意して、実機の機能・性能等について説明することができるようになる。すなわち、このＶＲ地盤改良機展示場７００を使用することにより、実機を展示場に搬入するための全ての作業が不要となる。その結果、実機の搬入に伴う作業コスト及びマンパワーを全て削減することができる。また、展示ブースの面積も小さくて済むことになる。これにより、展示会に参加するコストを大幅に削減することができる。
【0209】
以上、図面を参照しながら本発明の複数の実施形態について説明してきたが、本発明の実施形態は上記だけに限定されることはない。すなわち、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲内において種々の修正・変更を加えることが可能である。例えば、３Ｄレーザースキャナー１１によって取得された点群データについて、隣り合う一の測点と他の測点とを直線で結んで形成される図形については三角形の他、四角形であっても良い。また、点群データを取得する計測装置については、近接センサー、ＬＩＤＡＲ、ＲＡＤＥＲ、又はステレオカメラを使用した計測装置であっても良い。
【符号の説明】
【0210】
１ 地盤改良機（施工機）
１ａ スイベルヘッド
１ｂ リーダー
１ｃＡ ＧＮＳＳアンテナ
１ｃＢ ＧＮＳＳアンテナ
１ｄ ネットワーク通信用アンテナ
１ｅ 施工機本体
１ｖ ＶＲ地盤改良機（仮想施工機）
２ ケーシングロッド
３ 撹拌装置
３ａ 掘削翼
３ｂ 撹拌翼
３ｃ 供回り防止翼
４ 固化剤生成装置
５ 固化剤用ポンプ
６ ホース
７ 流量計
８ 比重計
９ 地盤改良杭（柱状改良体）
９ａ 空堀深度
９ｂ 改良長
９ｃ 杭径
１０ クラウドサーバー（サーバー装置）
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ 入出力部
１４ ３Ｄレーザースキャナー（測距・測角装置）
２０ ユーザー端末装置（オペレータ端末装置）
２１ 入出力部
２２ データ処理部
２３ 記憶部
２４ 表示部
３０ 頭部装着ディスプレイ
３１ 入出力部
３２ データ処理部
３３ 表示部
３４ マイク／ヘッドフォン
４０ 操作機
４１ 入出力部
４２ データ処理部
４３ 動作検出部
４４ 操作部
５０ ネットワーク
６０ 施工機の通信装置
７０ 固化剤の通信装置
８０ 施工機制御装置（機械制御装置）
１００ 地盤改良工事の遠隔施工管理システム（ＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム）
２００ ＶＲ地盤改良工事現場（仮想地盤改良工事現場）
３００ 実地盤改良工事現場（実際の地盤改良工事現場）
４００ アバターＡ（仮想人物）
４１０ アバターＢ（仮想人物）
４２０ アバターＣ（仮想人物）
４３０ 杭条件設定
４３１ 杭施工履歴
４４０ 工程設定
４５０ 出来高管理図
４５１ 出来形管理図
４５２ 工事カレンダー
４５３ 時刻入力画面
４５４ 未来の工事出来高管理図
５００ 時系列シークバー
６００ 地盤改良工事の遠隔運転管理システム（ＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム）
７００ ＶＲ地盤改良機展示場（ＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム）
１ａ スイベルヘッド
１ｂ リーダー
１ｃＡ ＧＮＳＳアンテナ
１ｃＢ ＧＮＳＳアンテナ
１ｄ ネットワーク通信用アンテナ
１ｅ 施工機本体
１ｖ ＶＲ地盤改良機（仮想施工機）
２ ケーシングロッド
３ 撹拌装置
３ａ 掘削翼
３ｂ 撹拌翼
３ｃ 供回り防止翼
４ 固化剤生成装置
５ 固化剤用ポンプ
６ ホース
７ 流量計
８ 比重計
９ 地盤改良杭（柱状改良体）
９ａ 空堀深度
９ｂ 改良長
９ｃ 杭径
１０ クラウドサーバー（サーバー装置）
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ 入出力部
１４ ３Ｄレーザースキャナー（測距・測角装置）
２０ ユーザー端末装置（オペレータ端末装置）
２１ 入出力部
２２ データ処理部
２３ 記憶部
２４ 表示部
３０ 頭部装着ディスプレイ
３１ 入出力部
３２ データ処理部
３３ 表示部
３４ マイク／ヘッドフォン
４０ 操作機
４１ 入出力部
４２ データ処理部
４３ 動作検出部
４４ 操作部
５０ ネットワーク
６０ 施工機の通信装置
７０ 固化剤の通信装置
８０ 施工機制御装置（機械制御装置）
１００ 地盤改良工事の遠隔施工管理システム（ＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム）
２００ ＶＲ地盤改良工事現場（仮想地盤改良工事現場）
３００ 実地盤改良工事現場（実際の地盤改良工事現場）
４００ アバターＡ（仮想人物）
４１０ アバターＢ（仮想人物）
４２０ アバターＣ（仮想人物）
４３０ 杭条件設定
４３１ 杭施工履歴
４４０ 工程設定
４５０ 出来高管理図
４５１ 出来形管理図
４５２ 工事カレンダー
４５３ 時刻入力画面
４５４ 未来の工事出来高管理図
５００ 時系列シークバー
６００ 地盤改良工事の遠隔運転管理システム（ＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム）
７００ ＶＲ地盤改良機展示場（ＶＲ技術を用いた地盤改良工事の遠隔施工管理システム）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
