特開 2025-82707 建設機械の安全確認支援システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025082707

(43)【公開日】2025-05-29

(54)【発明の名称】建設機械の安全確認支援システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/24 20060101AFI20250522BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20250522BHJP

【ＦＩ】

E02F9/24 H

E02F9/26 A

E02F9/24 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023196219

(22)【出願日】2023-11-17

【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．令和５年６月７、８日に建設技術展示会ＥＥ東北’２３において展示。 ２．令和５年７月２４日に北海道建設新聞に掲載。 ３．令和５年８月１日から４日に下水道展’２３において展示。 ４．令和５年８月２日に北海道建設新聞に掲載。 ５．令和５年１０月１日に（一財）全国建設研修センター 機関紙 国づくりと研修のウェブサイトに掲載。 ６．令和５年１０月６日にＮＨＫ ５分でわかる経済トレンドにおいて放送。

(71)【出願人】

【識別番号】000158389

【氏名又は名称】岩田地崎建設 株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520145702

【氏名又は名称】株式会社ネクステラス

(74)【代理人】

【識別番号】100140006

【弁理士】

【氏名又は名称】渕上 宏二

(72)【発明者】

【氏名】遠田 康英

(72)【発明者】

【氏名】碓井 裕介

(72)【発明者】

【氏名】木下 大也

(72)【発明者】

【氏名】真柄 毅

【テーマコード（参考）】

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D015GA03

2D015GB04

2D015HA03

(57)【要約】

【課題】ＡＲ技術を活用して建設機械と埋設物の位置関係を可視表示することにより、建設機械の操縦時における安全確認を支援する。
【解決手段】オペレーターは、情報端末装置１２のタッチパネルディスプレイに表示される映像とフロントスクリーン越しに視認できる現実世界の２つの像を同時に確認しながらバックホウの操作を行う。タッチパネルディスプレイにはカメラによって撮影された現実世界の映像にバケットおよび埋設管の３Ｄモデルが重ね合わされた状態で表示されるため、オペレーターは本来的には視認できない埋設管の位置を３Ｄモデルによって認識し、同じく３Ｄモデル化されたバケットとの位置関係をタッチパネルディスプレイを通じて確認することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

埋設物との接触を未然に防止するための建設機械の安全確認支援システムであって、
施工箇所を撮影するとともに建設機械の作業部の近傍に表示されたＡＲマーカーを同時に撮影する手段と、
前記施工箇所の地下に埋設されている埋設物の形態に関するデータを入力する手段と、
前記作業部の形態に関するデータを入力する手段と、
撮影された前記施工箇所の映像を背景として、前記施工箇所の地下に埋設されている前記埋設物の３ＤモデルをＡＲ表示するとともに前記施工箇所に対して移動する前記作業部の３ＤモデルをＡＲ表示する手段、
を備える、安全確認支援システム。

【請求項2】

前記埋設物の３Ｄモデルに対して前記作業部の３Ｄモデルが接近したときに警報を発動する手段を備える、
請求項１に記載の安全確認支援システム。

【請求項3】

前記施工箇所において基準点と方向点の２つのポイントを特定することにより前記埋設物の３Ｄモデルの表示位置を設定する手段を備える、
請求項１または２に記載の安全確認支援システム。

【請求項4】

前記施工箇所の近傍に設置されたマーカーを撮影することにより前記埋設物の３Ｄモデルの表示位置のキャリブレーションを実施する、
請求項３に記載の安全確認支援システム。

【請求項5】

前記全ての手段が専用のアプリケーションソフトウェアをインストールされた一台の情報端末装置に集約されている、
請求項４に記載の安全確認支援システム。

【請求項6】

請求項５に記載の安全確認支援システムを用いた建設機械操縦時の安全確認方法であって、
前記情報端末を、前記建設機械の操縦席のフロントスクリーンの近傍であり、内蔵カメラの視野に前記ＡＲマーカーが常時映り込み、かつオペレーターが内蔵タッチパネルディスプレイに表示される映像を視認しやすい位置に設置する工程と、
前記内蔵タッチパネルディスプレイに表示される映像と前記フロントスクリーン越しに視認できる現実世界の２つの像を同時に確認しながら前記建設機械を操縦する工程と、
警報の発動を契機として前記建設機械の操縦を停止または中断する工程、
を含む、安全確認方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、ＡＲ技術を活用して建設機械と埋設物の位置関係を可視表示することにより、建設機械の操縦時における安全確認を支援する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

既存の構造物の近傍において建設機械を用いた施工を行う場合、建設機械の操作ミスや不注意などによって構造物と接触することがないように十分に配慮しなければならない。特にバックホウを用いた床掘りや掘削工事の場合、地中に敷設されているガス管、水道管などの埋設物にバケットが接触する事故が起こりやすく、その被害も甚大なものになるため、施工に際しては万全の安全確認が必要である。しかし、事前に埋設物の敷設位置を確認し、施工中も看板やマーキングなどによる注意喚起を行っていたとしても、ヒューマンエラーにより接触事故に至ってしまう例は決して少なくはない。

【0003】

従来、このような接触事故を回避するため、例えばＧＮＳＳを利用した位置確認などが行われている。具体的には、埋設物の敷設位置を示す既知の座標とＧＮＳＳを用いて取得した建設機械の位置座標から両者の位置関係をリアルタイムに把握し、これに基づいて安全確認を行うというものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２３－５９７３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ＧＮＳＳには衛星電波の受信圏外では使用できないという物理的な制約がある。また、座標による位置管理は厳密な精度が求められる場合には適しているが、建設機械の頻繁な移動や俊敏な動作に対する即応性は期待できない。また、ヒューマンエラーをいかにして回避するのかという解決すべき課題に対しては、座標による位置管理というデジタル的な手法では建設機械の操縦者の感性に訴えることは難しい。

【0006】

このような課題を解決するため、発明者らは、ヒューマンエラーの排除による接触事故の未然防止という開発目標のもと、ＧＮＳＳほどの精度は必要としないが、操縦者が直感的に把握できるようなアナログ的な情報提示が可能であれば、前述した床掘りや掘削工事における安全確認の手段として活用できると考え、ＡＲ技術を活用して建設機械と埋設物の位置関係を可視表示することにより、建設機械の操縦時における安全確認を支援する技術を開発した。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、埋設物との接触を未然に防止するための建設機械の安全確認支援システムであって、施工箇所を撮影するとともに建設機械の作業部の近傍に表示されたＡＲマーカーを同時に撮影する手段と、前記施工箇所の地下に埋設されている埋設物の形態に関するデータを入力する手段と、前記作業部の形態に関するデータを入力する手段と、撮影された前記施工箇所の映像を背景として、前記施工箇所の地下に埋設されている前記埋設物の３ＤモデルをＡＲ表示するとともに前記施工箇所に対して移動する前記作業部の３ＤモデルをＡＲ表示する手段を備える、安全確認支援システムを提供する。

【0008】

安全確認支援システムは、前記埋設物の３Ｄモデルに対して前記作業部の３Ｄモデルが接近したときに警報を発動する手段を備えてもよい。

【0009】

安全確認支援システムは、前記施工箇所において基準点と方向点の２つのポイントを特定することにより前記埋設物の３Ｄモデルの表示位置を設定する手段を備えてもよい。

【0010】

安全確認支援システムは、前記施工箇所の近傍に設置されたマーカーを撮影することにより前記埋設物の３Ｄモデルの表示位置のキャリブレーションを実施してもよい。

【0011】

安全確認支援システムは、前記全ての手段が専用のアプリケーションソフトウェアをインストールされた一台の情報端末装置に集約されていてもよい。

【0012】

本発明は、前述の安全確認支援システムを用いた建設機械操縦時の安全確認方法であって、前記情報端末を、前記建設機械の操縦席のフロントスクリーンの近傍であり、内蔵カメラの視野に前記ＡＲマーカーが常時映り込み、かつオペレーターが内蔵タッチパネルディスプレイに表示される映像を視認しやすい位置に設置する工程と、前記内蔵タッチパネルディスプレイに表示される映像と前記フロントスクリーン越しに視認できる現実世界の２つの像を同時に確認しながら前記建設機械を操縦する工程と、警報の発動を契機として前記建設機械の操縦を停止または中断する工程を含む、安全確認方法を提供する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によると、建設機械のオペレーターは、施工箇所の映像を背景としてＡＲ表示される埋設物および作業部の３Ｄモデルの映像と、フロントスクリーン越しに視認できる現実世界の２つの像を同時に確認しながら建設機械を操縦することが可能となるため、埋設物の存在や位置の失念のようなヒューマンエラーを排除し、接触事故の未然防止を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】安全確認支援システムの概念図

【図2】安全確認支援システムの構成を示すブロック図

【図3】ロケーションマーカーの推奨される設置位置を示す概念図

【図4】安全確認支援システムにおける警報エリアの概念図

【図5】安全確認支援システムの運用手順を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら説明する。
〔システムの概要〕
最初に、本発明の安全確認支援システムの概要について、バックホウを用いた掘削工事を挙例して説明する。

【0016】

安全確認支援システム１０は、図１に示すように、情報端末装置１２、バケットマーカー１４、ロケーションマーカー１６により構成される。情報端末装置１２は、図２に示すように、ＬｉＤＡＲ１８、ＩＭＵ２０、タッチパネルディスプレイ２２、カメラ２４、スピーカー２６を備える。情報端末装置１２は、ＡＲＭＧアプリケーション（安全確認支援システム専用のアプリケーションソフト）２８をインストールすることにより、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ：拡張現実）技術を利用した安全情報表示手段として機能する。情報端末装置１２は、図１の示すように、カメラ２４の視野にバケットマーカー１４が常時映り込み、かつオペレーターがタッチパネルディスプレイ２２に表示される映像を視認しやすい位置である操縦席のフロントスクリーンの近傍に設置する。オペレーターは、情報端末装置１２のタッチパネルディスプレイ２２に表示される映像とフロントスクリーン越しに視認できる現実世界の２つの像を同時に確認しながらバックホウの操作を行う。オペレータールディスプレイ２２にはカメラ２４によって撮影された現実世界の映像にバケットおよび埋設管の３Ｄモデルが重ね合わされた状態で表示されるため、オペレーターは現実には視認できない埋設管の位置を３Ｄモデルによって認識し、同じく３Ｄモデル化されたバケットとの位置関係をタッチパネルディスプレイ２２を通じて確認することができる。なお、安全確認支援システム１０において使用する情報端末装置１２としては、ＬｉＤＡＲ、ＩＭＵ、ＡＲＫｉｔ（登録商標）を全て標準で備えるｉＰａｄ Ｐｒｏ（登録商標）が推奨される。

【0017】

安全確認支援システム１０は、マーカー型ＡＲとマーカーレス型ＡＲの２つの手法を併用してバケットおよび埋設管の３Ｄモデルを適切な位置に表示する。バケット３Ｄモデルの表示にはマーカー型ＡＲ手法が用いられ、バケットマーカー１４がバケット３Ｄモデルの表示のトリガーとなるＡＲマーカーとして機能する。カメラ２４によってバケットマーカー１４が撮影されると、現実世界の映像を背景としてバケット３Ｄモデルが重ね合わせられてタッチパネルディスプレイ２２に表示される。表示されるバケット３Ｄモデルの位置や大きさは、タッチパネルディスプレイ２２から入力するデータ、例えばバケットマーカー１４のサイズ、バケットの幅、バケットマーカー１４の下端からバケットのリンク（回転軸）までの距離、リンクからバケット刃先までの距離などのデータに基づいて設定する。

【0018】

一方、埋設管３Ｄモデルの表示にはマーカーレス型ＡＲ手法が用いられる。埋設管３ＤモデルはＦＢＸ形式で作成された埋設管のＢＩＭ／ＣＩＭモデル３０に基づいて表示される。埋設管３Ｄモデルと現実世界における埋設位置との紐付けは、情報端末装置１２を現実世界の埋設位置まで移動させ、カメラ２４で撮影した埋設位置の映像に重ねて表示される基準点と方向点の２つのポイントをタッチパネルディスプレイ２２から設定することで行う。この紐付けにより埋設管３Ｄモデルの配置が完了する。紐付け配置後にカメラ２４で埋設位置を撮影すると、基準点から方向点に向けて埋設管３Ｄモデルが背景映像に重ね合わされた状態でタッチパネルディスプレイ２２に表示される。

【0019】

マーカーレス型ＡＲはマーカー型ＡＲに較べると位置精度が甘く、特にバックホウの旋回に影響されて埋設管３Ｄモデルの位置に誤差が生じやすい。そのため、安全確認補助システム１０の運用に際してはロケーションマーカー１６を用いてキャリブレーションを行うことが望ましい。図３に示すように、ロケーションマーカー１６を埋設箇所２８の近傍に設置しておき、埋設管３Ｄモデルの紐付け配置の作業に続けてバックホウ３０に設置した情報端末装置１２のカメラ２４でロケーションマーカー１６を撮影する。これによりロケーションマーカー１６と埋設管３Ｄモデルの配置が紐づけられ、埋設管３Ｄモデルのキャリブレーション設定が完了する。キャリブレーション設定後は、カメラ２４がロケーションマーカー１６を撮影する度に、キャリブレーション設定された位置に埋設管３Ｄモデルが表示される。

【0020】

安全確認支援システム１０は、バケットと埋設管の異常接近を警告音によりバックホウオペレーターに注意喚起する。警告音の発報は注意エリアと警告エリアの２段階の設定により行われる。図４に示すように、これらのエリアはバケットのリンク（回転軸）を基準とする距離で設定され、リンクを中心とする同心円状に設定される。例えばバケットのリンクから刃先までの距離を考慮して、「刃先からの埋設管までの距離５０ｃｍ」を警告エリア、「刃先からの埋設管までの距離１００ｃｍ」を注意エリアとして設定することができる。横方向はバケットの幅に左右それぞれ１０ｃｍを加えたエリアを注意／警告エリアとしている。バックホウの操作中にバケットが埋設管に接近すると、設定エリアに応じて情報端末装置１２のスピーカー２６から警報音が発せられ、オペレーターに聴覚を通じて注意喚起を行う。

【0021】

バックホウの操作中は、タッチパネルディスプレイ２２にバックホウオペレーターの操作ガイダンスとなる映像、すなわち、カメラ２４によって撮影された現実世界の映像にバケットおよび埋設管の３Ｄモデルが重ね合わされた状態で表示される。タッチパネルディスプレイ２２に表示される映像は、バックホウの移動に同期してカメラ２４によって映し出される現実世界の映像の範囲が変わり、またアームの稼働に伴って移動するバケットマーカー１４の動きに同期してバケット３Ｄモデルの表示位置が変わる。

【0022】

〔システムの運用〕
次に、本発明の安全確認支援システムの運用方法について、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
第１工程Ｓ１：情報端末装置にインストールされているＡＲＭＧアプリケーションを起動させる。またＡＲＭＧアプリケーションの起動と前後してバケットマーカー、ロケーションマーカーを所定の場所に設置する。ＡＲＭＧアプリケーションを起動させると、「初回」または「前回の続き」のどちらかを選択するように促されるため、状況に応じて何れかを選択する。
第２工程Ｓ２：「初回」を選択した場合、最初に機器設定を行う。具体的には、バケットサイズの入力、注意／警告エリアの入力、その他の諸機能のＯＮ／ＯＦＦの設定などを行う。
第３工程Ｓ３：次に埋設管の３Ｄモデルの選択を行う。埋設管の３Ｄモデルは情報端末装置にＦＢＸ形式で保存されたものの中から任意のものを選択する。多くの場合はこれから施工する箇所に既設の埋設管を選択することになる。
第４工程Ｓ４：選択した埋設管の３Ｄモデルに対して原点と方向点を指定する。情報端末装置のタッチパネルディスプレイに表示された３Ｄモデルの２箇所をタップすることで原点と方向点が設定される。なお、前回の施工で使用したバックホウと埋設管が同じものであれば、第１工程Ｓ１で「前回の続き」を選択することで第２工程Ｓ２および第３工程Ｓ３を省略して第４工程Ｓ４にショートカットすることができる。
第５工程Ｓ５：第４工程Ｓ４では埋設管の３Ｄモデルに対して原点および方向点を指定したが、今度は現地の実際に埋設管が敷設されている箇所に対して原点および方向点を指定する。これにより埋設管の３Ｄモデルが現実の位置および方向と紐付けされて適正に配置される。情報端末装置のカメラによって埋設管の敷設箇所を撮影し、タッチパネルディスプレイに表示された敷設箇所の映像の２箇所をタップすることで原点と方向点が設定される。
第６工程Ｓ６：ロケーションマーカーを使用するかしないかについて選択する。埋設管３Ｄモデルの表示にはマーカーレス型ＡＲ手法が用いられるため、ロケーションマーカーは必至ではないが、精度を向上させたい場合、バックホウが頻繁に回転したり移動したりするような場合などにはロケーションマーカーを使用することが望ましい。
第７工程Ｓ７：ロケーションマーカーを使用する選択をした場合、情報端末装置のカメラによってロケーションマーカーを撮影してＡＲマーカーとして認識させる。
第８工程Ｓ８：ロケーションマーカーを使用して埋設管の３Ｄモデルをタッチパネルディスプレイに表示させたとき、表示位置と敷設位置との間に位置ずれ等があれば、タッチパネルディスプレイに表示されたガイドをタップして微調整を行う。
第９工程Ｓ９：全ての設定を終えた情報端末装置をバックホウ操縦席に設置し、バケットマーカーおよびロケーションマーカー（使用する場合のみ）を認識させながら実際の施工を行う。
第１０工程Ｓ１０：バックホウの操作中にバケットが埋設管に接近すると、第２工程Ｓ２において設定したエリアに応じて情報端末装置のスピーカーから警報音が発せられ、オペレーターに聴覚を通じて注意喚起を行う。タッチパネルディスプレイにも同様の警報が表示される。
第１１工程Ｓ１１：予定した全ての施工を終えると、ＡＲＭＧアプリケーションを終了させるか、情報端末装置の電源をＯＦＦにする。

【符号の説明】

【0023】

１０ 安全確認支援システム
１２ 情報端末装置
１４ バケットマーカー
１６ ロケーションマーカー
１８ ＬｉＤＡＲ
２０ ＩＭＵ
２２ タッチパネルディスプレイ
２４ カメラ
２６ スピーカー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】