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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】P2024052331
(43)【公開日】2024-04-11
(54)【発明の名称】作業現場の検出システム及び作業現場の検出方法
(51)【国際特許分類】
G06Q 50/08 20120101AFI20240404BHJP
E02F 3/84 20060101ALI20240404BHJP
G05D 1/43 20240101ALI20240404BHJP
【ＦＩ】
G06Q50/08
E02F3/84 A
G05D1/02 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022158986
(22)【出願日】2022-09-30
(71)【出願人】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】尾崎 将崇
(72)【発明者】
【氏名】峯後 俊秀
(72)【発明者】
【氏名】松田 豊久
【テーマコード（参考）】
2D003
5H301
5L049
5L050
【Ｆターム（参考）】
2D003AA02
2D003AB01
2D003BA07
2D003BB07
2D003DA04
2D003DB04
2D003DB05
2D003FA02
5H301AA03
5H301BB02
5H301CC03
5H301CC06
5H301CC10
5H301DD07
5H301DD17
5H301GG07
5H301LL01
5H301LL03
5H301LL06
5H301LL08
5H301LL11
5L049CC07
5L050CC07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】作業現場に存在する崖を認識する作業現場の検出システム及び作業現場の検出方法を提供する。
【解決手段】作業現場の検出システム１００において、作業機械の制御装置は、作業機械が稼働する作業現場の３次元データを取得する３次元データ取得部と、３次元データに基づいて作成された現況地形データと時刻とを対応付けて記憶する現況地形データ記憶部と、現況地形データ記憶部に記憶された記憶データに基づいて、作業現場に崖が存在するか否かを判定する判定部と、を備える。
【選択図】図５
【解決手段】作業現場の検出システム１００において、作業機械の制御装置は、作業機械が稼働する作業現場の３次元データを取得する３次元データ取得部と、３次元データに基づいて作成された現況地形データと時刻とを対応付けて記憶する現況地形データ記憶部と、現況地形データ記憶部に記憶された記憶データに基づいて、作業現場に崖が存在するか否かを判定する判定部と、を備える。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
作業機械が稼働する作業現場の３次元データを取得する３次元データ取得部と、
前記３次元データに基づいて作成された現況地形データと時刻とを対応付けて記憶する現況地形データ記憶部と、
前記現況地形データ記憶部に記憶された記憶データに基づいて、前記作業現場に崖が存在するか否かを判定する判定部と、を備える、
作業現場の検出システム。
前記３次元データに基づいて作成された現況地形データと時刻とを対応付けて記憶する現況地形データ記憶部と、
前記現況地形データ記憶部に記憶された記憶データに基づいて、前記作業現場に崖が存在するか否かを判定する判定部と、を備える、
作業現場の検出システム。
【請求項2】
前記現況地形データ記憶部は、前記３次元データが前記３次元データ取得部により取得された場合に前記時刻を更新し、前記３次元データが前記３次元データ取得部により取得されない場合に前記時刻を更新せず、
前記判定部は、時刻が更新されない非更新期間が所定期間を超えた現況地形データに対応する作業現場に崖が存在すると判定する、
請求項１に記載の作業現場の検出システム。
前記判定部は、時刻が更新されない非更新期間が所定期間を超えた現況地形データに対応する作業現場に崖が存在すると判定する、
請求項１に記載の作業現場の検出システム。
【請求項3】
前記現況地形データは、前記作業現場の地形の表面に規定される複数の検出点のそれぞれの高さデータを含み、
前記判定部は、複数の前記検出点のそれぞれの高さデータが取得された時刻に基づいて、崖が存在するか否かを判定する、
請求項１に記載の作業現場の検出システム。
前記判定部は、複数の前記検出点のそれぞれの高さデータが取得された時刻に基づいて、崖が存在するか否かを判定する、
請求項１に記載の作業現場の検出システム。
【請求項4】
前記現況地形データ記憶部は、前記検出点の高さデータが前記３次元データ取得部により取得された場合に前記検出点に対応する時刻を更新し、前記検出点の高さデータが前記３次元データ取得部により取得されない場合に前記検出点に対応する時刻を更新せず、
前記判定部は、時刻が更新されない非更新期間が所定期間を超えた検出点に対応する作業現場に崖が存在すると判定する、
請求項３に記載の作業現場の検出システム。
前記判定部は、時刻が更新されない非更新期間が所定期間を超えた検出点に対応する作業現場に崖が存在すると判定する、
請求項３に記載の作業現場の検出システム。
【請求項5】
前記判定部は、前記非更新期間が所定期間を超えてない検出点と前記非更新期間が所定期間を超えた検出点とに基づいて、崖の位置を特定する、
請求項４に記載の作業現場の検出システム。
請求項４に記載の作業現場の検出システム。
【請求項6】
前記判定部は、複数の前記検出点から算出される前記作業現場の地形の斜度に基づいて、崖が存在するか否かを判定する、
請求項３に記載の作業現場の検出システム。
請求項３に記載の作業現場の検出システム。
【請求項7】
前記作業機械は、前記作業現場の３次元形状を検出する３次元センサを有し、
前記３次元データ取得部は、前記３次元データとして前記３次元センサの検出データを取得する、
請求項１に記載の作業現場の検出システム。
前記３次元データ取得部は、前記３次元データとして前記３次元センサの検出データを取得する、
請求項１に記載の作業現場の検出システム。
【請求項8】
前記作業機械の現況位置を示す位置データを取得する位置データ取得部を備え、
前記現況地形データ記憶部は、前記現況地形データと前記時刻と前記現況位置とを対応付けて記憶する、
請求項１に記載の作業現場の検出システム。
前記現況地形データ記憶部は、前記現況地形データと前記時刻と前記現況位置とを対応付けて記憶する、
請求項１に記載の作業現場の検出システム。
【請求項9】
作業機械が稼働する作業現場の３次元データを取得することと、
前記３次元データに基づいて作成された現況地形データと時刻とを対応付けて記憶することと、
前記記憶された記憶データに基づいて、前記作業現場に崖が存在するか否かを判定することと、を含む、
作業現場の検出方法。
前記３次元データに基づいて作成された現況地形データと時刻とを対応付けて記憶することと、
前記記憶された記憶データに基づいて、前記作業現場に崖が存在するか否かを判定することと、を含む、
作業現場の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、作業現場の検出システム及び作業現場の検出方法に関する。
【背景技術】
【0002】
作業機械に係る技術分野において、特許文献１に開示されているような作業車両が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－２１４８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
鉱山のような作業現場においては崖が存在する可能性がある。崖の存在を認識しないまま作業機械が作業を続けると、作業現場の生産性が低下する可能性がある。
【0005】
本開示は、作業現場に存在する崖を認識することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に従えば、作業機械が稼働する作業現場の３次元データを取得する３次元データ取得部と、３次元データに基づいて作成された現況地形データと時刻とを対応付けて記憶する現況地形データ記憶部と、現況地形データ記憶部に記憶された記憶データに基づいて、作業現場に崖が存在するか否かを判定する判定部と、を備える、作業現場の検出システムが提供される。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、作業現場に存在する崖を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【0010】
［管理システム］
図１は、実施形態に係る作業現場の管理システム１を模式的に示す図である。実施形態において、作業現場は、鉱山である。鉱山とは、鉱物を採掘する場所又は事業所をいう。鉱山として、金属を採掘する金属鉱山、石灰石を採掘する非金属鉱山、又は石炭を採掘する石炭鉱山が例示される。作業現場において、複数の作業機械２が稼働する。実施形態において、作業機械２は、ブルドーザである。作業機械２は、作業現場において所定の作業を実施する。作業機械２が実施する作業として、掘削作業、押土作業、及び整地作業が例示される。
図１は、実施形態に係る作業現場の管理システム１を模式的に示す図である。実施形態において、作業現場は、鉱山である。鉱山とは、鉱物を採掘する場所又は事業所をいう。鉱山として、金属を採掘する金属鉱山、石灰石を採掘する非金属鉱山、又は石炭を採掘する石炭鉱山が例示される。作業現場において、複数の作業機械２が稼働する。実施形態において、作業機械２は、ブルドーザである。作業機械２は、作業現場において所定の作業を実施する。作業機械２が実施する作業として、掘削作業、押土作業、及び整地作業が例示される。
【0011】
管理システム１は、管理装置３と、通信システム４とを備える。管理装置３は、コンピュータシステムを含む。管理装置３は、作業機械２の外部に配置される。管理装置３は、作業現場の管制施設５に設置される。管理装置３は、作業現場及び作業機械２を管理する。管制施設５に管理者が存在する。通信システム４として、インターネット（internet）、携帯電話通信網、衛星通信網、又はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）が例示される。ローカルエリアネットワークとして、無線ＬＡＮの１つの規格であるＷｉ－Ｆｉ（登録商標）が例示される。
【0012】
作業機械２は、制御装置６と、無線通信機４Ａとを有する。制御装置６は、コンピュータシステムを含む。無線通信機４Ａは、制御装置６に接続される。通信システム４は、制御装置６に接続される無線通信機４Ａと、管理装置３に接続される無線通信機４Ｂとを含む。管理装置３と作業機械２の制御装置６とは、通信システム４を介して無線通信する。
【0013】
［作業機械］
図２は、実施形態に係る作業機械２を模式的に示す側面図である。図２に示すように、作業機械２は、車体７と、走行装置８と、掘削作業機９と、リッパ作業機１０と、位置センサ１１と、傾斜センサ１２と、３次元センサ１３と、障害物センサ１４とを備える。車体７は、エンジン室１５を有する。エンジン室１５にエンジン１６が収容される。エンジン１６は、作業機械２の駆動源である。走行装置８は、車体７を支持して走行する。走行装置８は、一対の履帯１７を有する。履帯１７が回転することにより、作業機械２が走行する。
図２は、実施形態に係る作業機械２を模式的に示す側面図である。図２に示すように、作業機械２は、車体７と、走行装置８と、掘削作業機９と、リッパ作業機１０と、位置センサ１１と、傾斜センサ１２と、３次元センサ１３と、障害物センサ１４とを備える。車体７は、エンジン室１５を有する。エンジン室１５にエンジン１６が収容される。エンジン１６は、作業機械２の駆動源である。走行装置８は、車体７を支持して走行する。走行装置８は、一対の履帯１７を有する。履帯１７が回転することにより、作業機械２が走行する。
【0014】
掘削作業機９は、作業対象の掘削作業、押土作業、又は整地作業を実施する。掘削作業機９は、車体７に取り付けられる。掘削作業機９の少なくとも一部は、車体７の前方に配置される。掘削作業機９は、掘削ブレード１８と、リフトフレーム１９と、チルトシリンダ２０と、リフトシリンダ２１とを有する。
【0015】
掘削ブレード１８は、車体７の前方に配置される。掘削ブレード１８は、切刃１８Ａを有する。リフトフレーム１９は、掘削ブレード１８を支持する。リフトフレーム１９の一端部は、回動機構を介して掘削ブレード１８の背面に連結される。リフトフレーム１９の他端部は、回動機構を介して車体７に連結される。なお、リフトフレーム１９の他端部は、回動機構を介して走行装置８に連結されてもよい。
【0016】
チルトシリンダ２０及びリフトシリンダ２１のそれぞれは、掘削ブレード１８を動作させる。チルトシリンダ２０は、掘削ブレード１８をチルト動作させるために駆動する。リフトシリンダ２１は、掘削ブレード１８を上下動作させるために駆動する。チルトシリンダ２０の一端部は、回動機構を介して掘削ブレード１８の背面に連結される。チルトシリンダ２０の他端部は、リフトフレーム１９の上面に接続される。チルトシリンダ２０が伸縮することにより、掘削ブレード１８のチルト角が変化する。リフトシリンダ２１の一端部は、回動機構を介してリフトフレーム１９に連結される。リフトシリンダ２１の他端部は、回動機構を介して車体７に接続される。リフトシリンダ２１が伸縮することにより、掘削ブレード１８が上下方向に移動する。
【0017】
リッパ作業機１０は、作業対象の切削又は破砕を含むリッピング作業を実施する。リッパ作業機１０は、車体７に取り付けられる。リッパ作業機１０の少なくとも一部は、車体７の後方に配置される。リッパ作業機１０は、シャンク２２と、リッパアーム２３と、チルトシリンダ２４と、リフトシリンダ２５と、ビーム２６とを有する。シャンク２２は、車体７の後方に配置される。シャンク２２は、リッパポイント２２Ａを有する。リッパポイント２２Ａは、シャンク２２の先端部に設けられる。リッパアーム２３は、シャンク２２を支持する。リッパアーム２３は、車体７とシャンク２２とを連結する。リッパアーム２３の一端部は、回動機構を介して車体７の後部に連結される。リッパアーム２３の他端部は、ビーム２６に連結される。ビーム２６は、リッパアーム２３に回動可能に連結される。シャンク２２は、ビーム２６を介してリッパアーム２３に連結される。
【0018】
チルトシリンダ２４及びリフトシリンダ２５のそれぞれは、シャンク２２を動作させる。チルトシリンダ２４及びリフトシリンダ２５のそれぞれは、車体７に連結される。チルトシリンダ２４は、シャンク２２をチルト動作させるために駆動する。リフトシリンダ２５は、シャンク２２を上下動作させるために駆動する。チルトシリンダ２４の一端部は、回動機構を介してビーム２６に連結される。チルトシリンダ２４の他端部は、車体７の後部に連結される。チルトシリンダ２４が伸縮することにより、シャンク２２のチルト角が変化する。チルトシリンダ２４は、シャンク２２を前後方向に移動させる。リフトシリンダ２５の一端部は、回動機構を介してビーム２６に連結される。リフトシリンダ２５の他端部は、車体７の後部に連結される。リフトシリンダ２５が伸縮することにより、シャンク２２が上下方向に移動する。リフトシリンダ２５は、シャンク２２を上下方向に移動させる。
【0019】
リッパ作業機１０は、リッパポイント２２Ａを作業対象に突き刺す。リッパポイント２２Ａが作業対象に突き刺された状態で走行装置８が走行することにより、作業対象が切削又は破砕される。走行装置８が走行中に、シャンク２２が上下方向及び前後方向に移動されてもよい。
【0020】
位置センサ１１は、作業機械２の位置を検出する。作業機械２の位置は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用して検出される。全地球航法衛星システムは、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）を含む。全地球航法衛星システムは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定されるグローバル座標系の位置を検出する。グローバル座標系とは、地球に固定された座標系をいう。位置センサ１１は、ＧＮＳＳ受信機を含む。位置センサ１１は、グローバル座標系における作業機械２の位置を検出する。位置センサ１１は、車体７に配置される。
【0021】
傾斜センサ１２は、車体７の傾きを検出する。傾斜センサ１２は、水平面に対する車体７の傾斜角度を検出する。傾斜センサ１２は、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を含む。傾斜センサ１２は、車体７に配置される。
【0022】
３次元センサ１３は、検出対象の３次元形状を検出する。３次元センサ１３は、検出対象に非接触で検出対象の３次元形状を検出する。３次元センサ１３の検出対象は、作業現場を含む。３次元センサ１３は、作業現場の３次元形状を検出する。作業現場の３次元形状は、作業現場の地形を含む。３次元センサ１３は、検出対象の表面までの距離を検出する。３次元センサ１３は、検出対象の表面の複数の検出点のそれぞれとの相対距離を検出することにより、検出対象の表面の３次元形状を検出する。検出対象の３次元形状を示す３次元データは、複数の検出点からなる点群データを含む。３次元データは、３次元センサ１３と検出対象に規定される複数の検出点のそれぞれとの相対距離及び相対位置を含む。３次元データは、複数の検出点のそれぞれの高さデータを含む。３次元センサ１３として、レーザ光を射出することにより検出対象を検出するレーザセンサ（ＬＩＤＡＲ：Light Detection and Ranging）が例示される。なお、３次元センサ１３は、ステレオカメラのような３次元カメラでもよい。３次元センサ１３は、車体７に配置される。
【0023】
障害物センサ１４は、作業現場に存在する作業機械２の障害物を検出する。障害物センサ１４は、障害物に非接触で障害物を検出する。障害物センサ１４として、電波を射出することにより障害物を検出するレーダセンサ（ＲＡＤＡＲ：Radio Detection and Ranging）が例示される。なお、障害物センサ１４は、赤外光を射出することにより障害物を検出する赤外線センサでもよい。障害物センサ１４は、車体７に配置される。
【0024】
図３は、実施形態に係る３次元センサ１３及び障害物センサ１４を模式的に示す平面図である。図３に示すように、３次元センサ１３は、検出範囲１３０を有する。３次元センサ１３は、検出範囲１３０に配置された検出対象の３次元データを検出する。実施形態において、３次元センサ１３は、車体７の前方の３次元データを検出する３次元センサ１３Ｆと、車体７の後方の３次元データを検出する３次元センサ１３Ｂとを含む。３次元センサ１３の検出範囲１３０は、３次元センサ１３Ｆの検出範囲１３０Ｆと、３次元センサ１３Ｂの検出範囲１３０Ｂとを含む。検出範囲１３０Ｆの少なくとも一部は、掘削作業機９よりも前方に規定される。検出範囲１３０Ｂの少なくとも一部は、リッパ作業機１０よりも後方に規定される。
【0025】
図３に示すように、障害物センサ１４は、検出範囲１４０を有する。障害物センサ１４は、検出範囲１４０に配置された障害物を検出する。実施形態において、障害物センサ１４は、車体７の後方の障害物を検出する。障害物センサ１４は、左右方向において車体７の中心よりも左側に配置される障害物センサ１４Ｌと、右側に配置される障害物センサ１４Ｒとを含む。障害物センサ１４の検出範囲１４０は、障害物センサ１４Ｌの検出範囲１４０Ｌと、障害物センサ１４Ｒの検出範囲１４０Ｒとを含む。検出範囲１４０Ｌの少なくとも一部及び検出範囲１４０Ｒの少なくとも一部は、車体７の後方に規定される。検出範囲１４０Ｌの少なくとも一部は、車体７よりも左方に規定される。検出範囲１４０Ｒの少なくとも一部は、車体７よりも右方に規定される。
【0026】
［作業機械の動作］
図４は、実施形態に係る作業機械２の動作の一例を模式的に示す図である。実施形態において、作業機械２は、スロットドージング（slot dozing）を実施することができる。スロットドージングとは、作業対象に形成されたスロット状の掘削レーンに沿って作業機械２が前進と後進とを繰り返しながら作業対象を掘削する施工法をいう。実施形態において、作業機械２は、自動制御によりスロットドージングを実施する。図４に示すように、作業機械２は、現況地形が最終設計面２７Ｚに沿った形状になるように、スロットドージングする。図４に示す例において、作業機械２は、第１回目の掘削において、現況地形が第１中間設計面２７Ａに沿った形状になるように、掘削開始点２７Ｓから前進しながら掘削作業機９で作業対象を掘削する。第１回目の掘削が終了した後、作業機械２は、掘削開始点２７Ｓに戻るために後進する。作業機械２は、第２回目の掘削において、現況地形が第２中間設計面２７Ｂに沿った形状になるように、掘削開始点２７Ｓから前進しながら掘削作業機９で作業対象を掘削する。作業機械２は、現況地形が最終設計面２７Ｚに沿って形状になるまで、前進と後進とを繰り返す。
図４は、実施形態に係る作業機械２の動作の一例を模式的に示す図である。実施形態において、作業機械２は、スロットドージング（slot dozing）を実施することができる。スロットドージングとは、作業対象に形成されたスロット状の掘削レーンに沿って作業機械２が前進と後進とを繰り返しながら作業対象を掘削する施工法をいう。実施形態において、作業機械２は、自動制御によりスロットドージングを実施する。図４に示すように、作業機械２は、現況地形が最終設計面２７Ｚに沿った形状になるように、スロットドージングする。図４に示す例において、作業機械２は、第１回目の掘削において、現況地形が第１中間設計面２７Ａに沿った形状になるように、掘削開始点２７Ｓから前進しながら掘削作業機９で作業対象を掘削する。第１回目の掘削が終了した後、作業機械２は、掘削開始点２７Ｓに戻るために後進する。作業機械２は、第２回目の掘削において、現況地形が第２中間設計面２７Ｂに沿った形状になるように、掘削開始点２７Ｓから前進しながら掘削作業機９で作業対象を掘削する。作業機械２は、現況地形が最終設計面２７Ｚに沿って形状になるまで、前進と後進とを繰り返す。
【0027】
なお、作業機械２の自動制御は、操作者による手動操作と合わせて実施される半自動制御でもよいし、手動操作無しで実施される完全自動制御でもよい。半自動制御の場合、手動操作のための操作装置が作業機械２に搭載され、作業機械２に搭乗した操作者により搭乗操作されてもよい。手動操作のための操作装置が作業機械２の外部に配置され、作業機械２の外部に存在する操作者により遠隔操作されてもよい。
【0028】
［検出システム］
図５は、実施形態に係る作業機械２の検出システム１００を示すブロック図である。管理システム１は、検出システム１００を含む。検出システム１００は、作業現場に存在する崖を検出する。検出システム１００は、制御装置６と、位置センサ１１と、傾斜センサ１２と、３次元センサ１３とを有する。制御装置６は、位置データ取得部６１と、３次元データ取得部６２と、現況地形データ作成部６３と、現況地形データ記憶部６４と、判定部６５とを有する。
図５は、実施形態に係る作業機械２の検出システム１００を示すブロック図である。管理システム１は、検出システム１００を含む。検出システム１００は、作業現場に存在する崖を検出する。検出システム１００は、制御装置６と、位置センサ１１と、傾斜センサ１２と、３次元センサ１３とを有する。制御装置６は、位置データ取得部６１と、３次元データ取得部６２と、現況地形データ作成部６３と、現況地形データ記憶部６４と、判定部６５とを有する。
【0029】
位置データ取得部６１は、作業機械２の現況位置を示す位置データを取得する。作業機械２の現況位置は、位置センサ１１の検出データを含む。位置データ取得部６１は、位置データとして、位置センサ１１の検出データを取得する。位置データ取得部６１は、作業機械２の姿勢を示す姿勢データを取得する。作業機械２の姿勢は、傾斜センサ１２の検出データを含む。位置データ取得部６１は、姿勢データとして、傾斜センサ１２の検出データを取得する。
【0030】
３次元データ取得部６２は、作業機械２が稼働する作業現場の３次元形状を示す３次元データを取得する。作業現場の３次元データは、３次元センサ１３の検出データを含む。３次元データ取得部６２は、３次元データとして、３次元センサ１３の検出データを取得する。
【0031】
現況地形データ作成部６３は、３次元データ取得部６２により取得された３次元データ、位置データ取得部６１により取得された作業機械２の現況位置を示す位置データ、及び位置データ取得部６１により取得された作業機械２の姿勢を示す姿勢データに基づいて、作業現場の現況地形データを作成する。現況地形データ作成部６３は、３次元センサ１３の検出データ、位置センサ１１の検出データ、及び傾斜センサ１２の検出データに基づいて、作業現場の現況地形データを作成する。
【0032】
現況地形データ記憶部６４は、現況地形データ作成部６３により作成された作業現場の現況地形データを記憶する。現況地形データ記憶部６４は、現況地形データと時刻とを対応付けて記憶する。また、現況地形データ記憶部６４は、位置データ取得部６１により取得された作業機械２の現況位置を示す位置データに基づいて、現況地形データと時刻と作業機械２の現況位置とを対応付けて記憶する。現況地形データに対応付けられる時刻は、３次元センサ１３が検出対象を検出した時刻、又は位置データ取得部６１が位置データを取得した時刻である。現況地形データに対応付けられる作業機械２の現況位置は、３次元センサ１３が検出対象を検出したときの作業機械２の現況位置、又は位置データ取得部６１が位置データを取得したときの作業機械２の現況位置である。
【0033】
判定部６５は、現況地形データ記憶部６４に記憶された記憶データに基づいて、作業現場に崖が存在するか否かを判定する。
【0034】
現況地形データ記憶部６４は、３次元データが３次元データ取得部６２により取得された場合に、現況地形データに対応する時刻を更新する。現況地形データ記憶部６４は、位置データが位置データ取得部６１により取得された場合に、現況地形データに対応する時刻を更新する。現況地形データ記憶部６４は、３次元データが３次元データ取得部６２により取得されない場合又は位置データが位置データ取得部６１により取得されない場合に、現況地形データに対応する時刻を更新しない。判定部６５は、時刻が更新されない非更新期間が予め定められた所定期間を超えた現況地形データに対応する作業現場に崖が存在すると判定する。
【0035】
管理装置３は、現況地形データ作成部３１と、現況地形データ記憶部３２とを有する。上述のように、作業現場に複数の作業機械２が存在する。複数の作業機械２のそれぞれは、現況地形データ記憶部６４に記憶されている現況地形データを、通信システム４を介して管理装置３に送信する。現況地形データ作成部３１は、複数の作業機械２のそれぞれから送信された現況地形データを統合して、作業現場の現況地形データを作成する。現況地形データ記憶部３２は、現況地形データ作成部３１により作成された現況地形データを記憶する。複数の作業機械２のそれぞれは、現況地形データを所定の時間間隔で管理装置３に送信する。複数の作業機械２のそれぞれは、例えば１秒ごとに現況地形データを管理装置３に送信する。現況地形データ作成部３１は、現況地形データを受信する度に現況地形データを作成する。現況地形データ作成部３１が現況地形データを作成する度に、現況地形データ記憶部３２に記憶される現況地形データが更新される。
【0036】
［記憶データ］
図６は、実施形態に係る現況地形データ記憶部６４に記憶される記憶データを説明するための図である。図６に示すように、作業現場の３次元データは、作業現場の地形の表面に規定される複数の検出点２８のそれぞれの高さデータを含む。３次元データが取得されたときの作業機械２の現況位置、作業機械２の姿勢、及び３次元データに基づいて、グローバル座標系における複数の検出点２８のそれぞれの位置が定められる。なお、検出点２８の位置は、グローバル座標系において規定されてもよいし、作業機械２に設定されたローカル座標系のような所定の座標系において規定されてもよい。複数の検出点２８のそれぞれに、時刻を示す時刻データが付与される。時刻データが示す時刻とは、３次元データ取得部６２が検出点２８を取得した時刻、又は位置データ取得部６１が検出点２８に対応する位置データを取得した時刻をいう。なお、時刻データの時刻は、３次元センサ１３が検出点２８を検出した時刻とみなされてもよい。時刻データは、複数の検出点２８のそれぞれに対応付けて記憶される。また、複数の検出点２８のそれぞれに、属性を示す属性データが付与される。属性データが示す属性とは、検出点２８の属性をいう。検出点２８の属性は、作業現場の地形に係る属性及び作業現場に存在する障害物に係る属性を含む。属性データは、複数の検出点２８のそれぞれに対応付けて記憶される。
図６は、実施形態に係る現況地形データ記憶部６４に記憶される記憶データを説明するための図である。図６に示すように、作業現場の３次元データは、作業現場の地形の表面に規定される複数の検出点２８のそれぞれの高さデータを含む。３次元データが取得されたときの作業機械２の現況位置、作業機械２の姿勢、及び３次元データに基づいて、グローバル座標系における複数の検出点２８のそれぞれの位置が定められる。なお、検出点２８の位置は、グローバル座標系において規定されてもよいし、作業機械２に設定されたローカル座標系のような所定の座標系において規定されてもよい。複数の検出点２８のそれぞれに、時刻を示す時刻データが付与される。時刻データが示す時刻とは、３次元データ取得部６２が検出点２８を取得した時刻、又は位置データ取得部６１が検出点２８に対応する位置データを取得した時刻をいう。なお、時刻データの時刻は、３次元センサ１３が検出点２８を検出した時刻とみなされてもよい。時刻データは、複数の検出点２８のそれぞれに対応付けて記憶される。また、複数の検出点２８のそれぞれに、属性を示す属性データが付与される。属性データが示す属性とは、検出点２８の属性をいう。検出点２８の属性は、作業現場の地形に係る属性及び作業現場に存在する障害物に係る属性を含む。属性データは、複数の検出点２８のそれぞれに対応付けて記憶される。
【0037】
判定部６５は、複数の検出点２８のそれぞれの高さデータが３次元データ取得部６２により取得された時刻、又は複数の検出点２８のそれぞれに対応する位置データが位置データ取得部６１により取得された時刻に基づいて、崖が存在するか否かを判定する。
【0038】
［崖の存否の判定方法］
図７、図８、図９、及び図１０のそれぞれは、実施形態に係る判定部６５による崖の存否の判定方法を説明するための図である。スロットドージングにおいて、作業機械２は、掘削レーンに沿って前進と後進とを繰り返しながら地面を掘削する。３次元センサ１３は、作業機械２が走行する地面の３次元形状を検出する。検出点２８に、その検出点２８が３次元データ取得部６２により取得されたときの時刻を示す時刻データが付与される。検出範囲１３０に配置される複数の検出点２８は、同時に検出される。図７に示すように、作業現場に崖が存在しない場合、３次元データ取得部６２は、検出範囲１３０に配置された複数の検出点２８の高さデータのそれぞれを同時に取得する。図７は、時刻ｔ１に３次元データ取得部６２が検出点２８の高さデータを取得した例を示す。複数の検出点２８のそれぞれに、時刻データとして時刻ｔ１が付与される。
図７、図８、図９、及び図１０のそれぞれは、実施形態に係る判定部６５による崖の存否の判定方法を説明するための図である。スロットドージングにおいて、作業機械２は、掘削レーンに沿って前進と後進とを繰り返しながら地面を掘削する。３次元センサ１３は、作業機械２が走行する地面の３次元形状を検出する。検出点２８に、その検出点２８が３次元データ取得部６２により取得されたときの時刻を示す時刻データが付与される。検出範囲１３０に配置される複数の検出点２８は、同時に検出される。図７に示すように、作業現場に崖が存在しない場合、３次元データ取得部６２は、検出範囲１３０に配置された複数の検出点２８の高さデータのそれぞれを同時に取得する。図７は、時刻ｔ１に３次元データ取得部６２が検出点２８の高さデータを取得した例を示す。複数の検出点２８のそれぞれに、時刻データとして時刻ｔ１が付与される。
【0039】
例えば崩落により作業現場に崖が生成される場合がある。図８に示すように、急峻な下り崖が生成された場合、３次元センサ１３は、崖よりも手前の地面を検出することができるものの、崖を検出することができない。３次元センサ１３がレーザセンサである場合、３次元センサ１３から射出されたレーザ光は、崖よりも手前の地面に照射されるものの、崖に照射されないので、３次元センサ１３は、崖を検出することができない。３次元データ取得部６２は、崖よりも手前の地面の検出点２８の高さデータを取得することができるものの、崖の検出点２８の高さデータを取得することができない。崖が時刻ｔ１よりも後に生成された場合、３次元データ取得部６２は、崖よりも手前の地面の検出点２８の高さデータを時刻ｔ１よりも後の時刻ｔ２に取得することができる。
【0040】
現況地形データ記憶部６４は、検出点２８の高さデータが３次元データ取得部６２により取得された場合に検出点２８に対応する時刻を更新し、検出点２８の高さデータが３次元データ取得部６２により取得されない場合に検出点２８に対応する時刻を更新しない。すなわち、現況地形データ記憶部６４は、検出点２８の高さデータが３次元データ取得部６２により取得された場合に検出点２８に付与される時刻データを更新し、検出点２８の高さデータが３次元データ取得部６２により取得されない場合に検出点２８に付与される時刻データを更新しない。図７及び図８に示す例においては、崖よりも手前の地面の検出点２８の高さデータが３次元データ取得部６２により取得される。崖の検出点２８の高さデータは３次元データ取得部６２により取得されない。現況地形データ記憶部６４は、高さデータが３次元データ取得部６２により取得された崖よりも手前の地面の検出点２８に付与される時刻データを時刻ｔ１から時刻ｔ２に更新する。現況地形データ記憶部６４は、高さデータが３次元データ取得部６２により取得されない崖の検出点２８に付与される時刻データを時刻ｔ１から更新しない。
【0041】
すなわち、実施形態において、３次元センサ１３が高さデータを検出できた検出点２８の時刻データは、最新の時刻に更新される。３次元センサ１３が高さデータを検出できない検出点２８の時刻データは、更新されず、過去の時刻に維持される。
【0042】
判定部６５は、時刻が更新されない非更新期間が予め定められた所定期間を超えた検出点２８に対応する作業現場に崖が存在すると判定する。スロットドージングにおいては、作業現場の同一エリアの３次元形状が３次元センサ１３により複数回検出される。３次元センサ１３は、崖を永続的に検出することができず、３次元データ取得部６２は、崖の検出点２８の高さデータを永続的に取得することができない。そのため、崖の検出点２８の時刻データは、永続的に更新されない。判定部６５は、時刻データが永続的に更新されない検出点２８に対応する作業現場の位置に崖が存在すると判定することができる。判定部６５は、第１の検出点２８の時刻データと、第１の検出点２８に隣接する第２の検出点２８の時刻データとを比較する。判定部６５は、第１の検出点２８の時刻データが第２の検出点２８の時刻データよりも所定期間古いと判定した場合、第１の検出点２８に対応する作業現場に崖が存在すると判定してもよい。
【0043】
また、判定部６５は、非更新期間が所定期間を超えていない検出点２８と非更新期間が所定期間を超えた検出点２８とに基づいて、崖の位置を特定することができる。図８に示す例において、判定部６５は、時刻データが時刻ｔ２に更新された検出点２８と、時刻データが時刻ｔ１のまま更新されない検出点２８との境界に、崖が存在すると判定することができる。
【0044】
なお、作業現場の崖が上り崖の場合又は緩やかな下り崖の場合、３次元センサ１３は、崖を検出することができる。判定部６５は、複数の検出点から算出される作業現場の地形の斜度に基づいて、崖が存在するか否かを判定することができる。
【0045】
図９に示すように、作業機械２の前方に障害物として他の作業機械２Ｂが存在する場合、３次元センサ１３は、他の作業機械２Ｂよりも奥側の地面を検出することができない。３次元データ取得部６２は、他の作業機械２Ｂよりも手前の地面の検出点２８の高さデータを取得することができるものの、他の作業機械２Ｂよりも奥側の地面の検出点２８の高さデータを取得することができない。他の作業機械２Ｂよりも手前の地面の検出点２８に付与される時刻データは、時刻ｔ１から時刻ｔ２に更新されるものの、他の作業機械２Ｂよりも奥側の地面の検出点２８に付与される時刻データは、時刻ｔ１に維持される。
【0046】
他の作業機械２Ｂは、移動可能な移動体である。図１０に示すように、他の作業機械２Ｂが作業機械２の前方から退いた場合、３次元センサ１３は、地面を検出することができる。他の作業機械２Ｂが退いた後、３次元センサ１３が地面を時刻ｔ３に検出した場合、図９において時刻ｔ２が付与されていた検出点２８の時刻データは、時刻ｔ２から時刻ｔ３に更新される。図９において時刻ｔ１が付与されていた検出点２８の時刻データは、時刻ｔ１から時刻ｔ３に更新される。判定部６５は、非更新期間が所定期間以下である検出点２８に対応する作業現場の位置に崖は存在しないと判定することができる。
【0047】
［検出方法］
図１１は、実施形態に係る作業現場の検出方法を示すフローチャートである。判定部６５は、３次元データ取得部６２がある検出点２８の高さデータを取得できたか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、３次元データ取得部６２が検出点２８の高さデータを取得できたと判定された場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、現況地形データ記憶部６４は、高さデータを取得できた検出点の時刻を更新する（ステップＳ２）。ステップＳ１において、３次元データ取得部６２が検出点２８の高さデータを取得できないと判定された場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、現況地形データ記憶部６４は、高さデータを取得できなかった検出点２８の時刻を更新しない（ステップＳ４）。判定部６５は、時刻を更新されなかった検出点２８の時刻の非更新期間が所定期間を超えたか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、検出点２８の時刻の非更新期間が所定期間を超えたと判定した場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、判定部６５は、検出点２８に対応する位置に崖が存在すると判定する（ステップＳ６）。検出点２８の時刻の非更新期間が所定期間を超えていないと判定した場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、判定部６５は、検出点２８に対応する位置に崖が存在しないと判定する。ステップＳ２，Ｓ５，Ｓ６のいずれかの処理が終了した後、崖の検出処理を終了するか否かが判定される（ステップＳ３）。ステップＳ３において、崖の検出処理を終了しないと判定された場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻り、別の検出点２８についてステップＳ１からステップＳ６の処理が実行される。ステップＳ３において、崖の検出処理を終了すると判定された場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、崖の検出処理が終了する。
図１１は、実施形態に係る作業現場の検出方法を示すフローチャートである。判定部６５は、３次元データ取得部６２がある検出点２８の高さデータを取得できたか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、３次元データ取得部６２が検出点２８の高さデータを取得できたと判定された場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、現況地形データ記憶部６４は、高さデータを取得できた検出点の時刻を更新する（ステップＳ２）。ステップＳ１において、３次元データ取得部６２が検出点２８の高さデータを取得できないと判定された場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、現況地形データ記憶部６４は、高さデータを取得できなかった検出点２８の時刻を更新しない（ステップＳ４）。判定部６５は、時刻を更新されなかった検出点２８の時刻の非更新期間が所定期間を超えたか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、検出点２８の時刻の非更新期間が所定期間を超えたと判定した場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、判定部６５は、検出点２８に対応する位置に崖が存在すると判定する（ステップＳ６）。検出点２８の時刻の非更新期間が所定期間を超えていないと判定した場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、判定部６５は、検出点２８に対応する位置に崖が存在しないと判定する。ステップＳ２，Ｓ５，Ｓ６のいずれかの処理が終了した後、崖の検出処理を終了するか否かが判定される（ステップＳ３）。ステップＳ３において、崖の検出処理を終了しないと判定された場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻り、別の検出点２８についてステップＳ１からステップＳ６の処理が実行される。ステップＳ３において、崖の検出処理を終了すると判定された場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、崖の検出処理が終了する。
【0048】
［コンピュータシステム］
図１２は、実施形態に係るコンピュータシステム１０００を示すブロック図である。上述の管理装置３及び制御装置６のそれぞれは、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述の管理装置３及び制御装置６のそれぞれの機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、コンピュータプログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、プログラムに従って上述の処理を実行する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。
図１２は、実施形態に係るコンピュータシステム１０００を示すブロック図である。上述の管理装置３及び制御装置６のそれぞれは、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述の管理装置３及び制御装置６のそれぞれの機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、コンピュータプログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、プログラムに従って上述の処理を実行する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。
【0049】
コンピュータシステム１０００又はコンピュータプログラムは、上述の実施形態に従って、作業機械２が稼働する作業現場の３次元データを取得することと、３次元データに基づいて作成された現況地形データと時刻とを対応付けて記憶することと、記憶された記憶データに基づいて、作業現場に崖が存在するか否かを判定することと、を実行することができる。
【0050】
［効果］
以上説明したように、実施形態に係る作業現場の検出システム１００は、作業機械２が稼働する作業現場の３次元データを取得する３次元データ取得部６２と、３次元データに基づいて作成された現況地形データと時刻とを対応付けて記憶する現況地形データ記憶部６４と、現況地形データ記憶部６４に記憶された記憶データに基づいて、作業現場に崖が存在するか否かを判定する判定部６５と、を備える。３次元データは、複数の検出点２８のそれぞれの高さデータを含む。判定部６５は、複数の検出点２８のそれぞれの高さデータが取得された時刻に基づいて、崖が存在するか否かを判定することができる。崖の存在を認識することができるので、作業現場の生産性の低下が抑制される。
以上説明したように、実施形態に係る作業現場の検出システム１００は、作業機械２が稼働する作業現場の３次元データを取得する３次元データ取得部６２と、３次元データに基づいて作成された現況地形データと時刻とを対応付けて記憶する現況地形データ記憶部６４と、現況地形データ記憶部６４に記憶された記憶データに基づいて、作業現場に崖が存在するか否かを判定する判定部６５と、を備える。３次元データは、複数の検出点２８のそれぞれの高さデータを含む。判定部６５は、複数の検出点２８のそれぞれの高さデータが取得された時刻に基づいて、崖が存在するか否かを判定することができる。崖の存在を認識することができるので、作業現場の生産性の低下が抑制される。
【0051】
［その他の実施形態］
上述の実施形態において、現況地形データ作成部６３は、少なくとも３次元データ取得部６２により取得された３次元データに基づいて、作業現場の現況地形データを作成してもよい。また、現況地形データ作成部６３は、少なくとも位置データ取得部６１により取得された作業機械２の現況位置を示す位置データに基づいて、作業現場の現況地形データを作成してもよい。
上述の実施形態において、現況地形データ作成部６３は、少なくとも３次元データ取得部６２により取得された３次元データに基づいて、作業現場の現況地形データを作成してもよい。また、現況地形データ作成部６３は、少なくとも位置データ取得部６１により取得された作業機械２の現況位置を示す位置データに基づいて、作業現場の現況地形データを作成してもよい。
【0052】
上述の実施形態において、制御装置６の機能の少なくとも一部が、管理装置３に設けられてもよい。管理装置３の機能の少なくとも一部が、制御装置６に設けられてもよい。
【0053】
上述の実施形態において、例えば、位置データ取得部６１、３次元データ取得部６２、現況地形データ作成部６３、現況地形データ記憶部６４、及び判定部６５のそれぞれが、別々のハードウエアにより構成されてもよい。
【0054】
上述の実施形態において、作業機械２は、ブルドーザであることとした。作業機械２は油圧ショベル、ホイールローダ、モータグレーダ等の他の作業機械でもよい。
【符号の説明】
【0055】
１…管理システム、２…作業機械、３…管理装置、４…通信システム、４Ａ…無線通信機、４Ｂ…無線通信機、５…管制施設、６…制御装置、７…車体、８…走行装置、９…掘削作業機、１０…リッパ作業機、１１…位置センサ、１２…傾斜センサ、１３…３次元センサ、１３Ｆ…３次元センサ、１３Ｂ…３次元センサ、１４…障害物センサ、１４Ｌ…障害物センサ、１４Ｒ…障害物センサ、１５…エンジン室、１６…エンジン、１７…履帯、１８…掘削ブレード、１８Ａ…切刃、１９…リフトフレーム、２０…チルトシリンダ、２１…リフトシリンダ、２２…シャンク、２２Ａ…リッパポイント、２３…リッパアーム、２４…チルトシリンダ、２５…リフトシリンダ、２６…ビーム、２７Ａ…第１中間設計面、２７Ｂ…第２中間設計面、２７Ｓ…掘削開始点、２７Ｚ…最終設計面、２８…検出点、３１…現況地形データ作成部、３２…現況地形データ記憶部、６１…位置データ取得部、６２…３次元データ取得部、６３…現況地形データ作成部、６４…現況地形データ記憶部、６５…判定部、１００…検出システム、１３０…検出範囲、１３０Ｆ…検出範囲、１３０Ｂ…検出範囲、１４０…検出範囲、１４０Ｌ…検出範囲、１４０Ｒ…検出範囲、１０００…コンピュータシステム、１００１…プロセッサ、１００２…メインメモリ、１００３…ストレージ、１００４…インターフェース。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】