特許 7268995 地表面推定方法、計測領域表示システムおよびクレーン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-25

(45)【発行日】2023-05-08

(54)【発明の名称】地表面推定方法、計測領域表示システムおよびクレーン

(51)【国際特許分類】

   G01C 7/02 20060101AFI20230426BHJP

   B66C 13/22 20060101ALN20230426BHJP

【ＦＩ】

G01C7/02

B66C13/22 Y

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018231049

(22)【出願日】2018-12-10

(65)【公開番号】P2020094834

(43)【公開日】2020-06-18

【審査請求日】2021-09-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000148759

【氏名又は名称】株式会社タダノ

(73)【特許権者】

【識別番号】399030060

【氏名又は名称】学校法人 関西大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002217

【氏名又は名称】弁理士法人矢野内外国特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川 巖

(72)【発明者】

【氏名】小阪 孝幸

(72)【発明者】

【氏名】窪田 諭

(72)【発明者】

【氏名】田中 成典

(72)【発明者】

【氏名】中村 健二

(72)【発明者】

【氏名】山本 雄平

(72)【発明者】

【氏名】中原 匡哉

【審査官】九鬼 一慶

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３２３６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２６１７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３６６９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０４８２３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ ７／０２

Ｂ６６Ｃ １３／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザスキャナによって、計測領域にレーザを照射して点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出する点群データ取得工程と、
前記点群データを演算処理するデータ処理手段によって、
前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定するグリッド生成処理工程と、
前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識する連続領域認識工程と、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定する地表面推定工程と、
を備え、
前記グリッド生成処理工程は、
前記グリッド毎に当該グリッドを水平の方向にスライスして、前記グリッド毎にスライスされて形成される範囲内の前記点群データの平均標高値を算出する、ことを特徴とする地表面推定方法。

【請求項2】

レーザスキャナによって、計測領域にレーザを照射して点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出する点群データ取得工程と、
前記点群データを演算処理するデータ処理手段によって、
前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定するグリッド生成処理工程と、
前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識する連続領域認識工程と、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定する地表面推定工程と、
を備え、
前記連続領域認識工程は、
前記レーザスキャナから前記代表点までの距離に応じて前記閾値を変更する、ことを特徴とする地表面推定方法。

【請求項3】

レーザスキャナによって、計測領域にレーザを照射して点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出する点群データ取得工程と、
前記点群データを演算処理するデータ処理手段によって、
前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定するグリッド生成処理工程と、
前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識する連続領域認識工程と、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定する地表面推定工程と、
を備え、
前記グリッド生成処理工程は、
前記計測領域の所定の範囲内における、前記連続領域の数に応じて前記グリッドの幅を変更する、ことを特徴とする地表面推定方法。

【請求項4】

計測領域にレーザを照射して点群データを取得するレーザスキャナを備えたデータ取得部と、
取得した点群データを演算処理するデータ処理部と、
データ表示部と、を備え、
前記データ処理部は、
前記データ取得部から前記点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出し、
前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、
前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、
前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記データ表示部に表示し、
前記平均標高値を算出する際には、前記グリッド毎に当該グリッドを水平の方向にスライスして、前記グリッド毎にスライスされて形成される範囲内の前記点群データの平均標高値を算出する、ことを特徴とする計測領域表示システム。

【請求項5】

計測領域にレーザを照射して点群データを取得するレーザスキャナを備えたデータ取得部と、
取得した点群データを演算処理するデータ処理部と、
データ表示部と、を備え、
前記データ処理部は、
前記データ取得部から前記点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出し、
前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、
前記レーザスキャナから前記代表点までの距離に応じて閾値を変更し、前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、
前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記データ表示部に表示する、ことを特徴とする計測領域表示システム。

【請求項6】

計測領域にレーザを照射して点群データを取得するレーザスキャナを備えたデータ取得部と、
取得した点群データを演算処理するデータ処理部と、
データ表示部と、を備え、
前記データ処理部は、
前記データ取得部から前記点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出し、
前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、
前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、
前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記データ表示部に表示し、
前記計測領域を複数の前記グリッドに分割する前に、前記計測領域の所定の範囲内における、前記連続領域の数に応じて前記グリッドの幅を変更する、ことを特徴とする計測領域表示システム。

【請求項7】

旋回台と、
前記旋回台に設けられるブームと、
前記ブームに取り付けられ、点群データを取得するレーザスキャナと、
取得した点群データを演算処理する制御装置と、
表示装置と、を備えるクレーンにおいて、
前記旋回台の旋回操作と、前記ブームの伸縮操作と起伏操作と、に伴って前記レーザスキャナを移動させながらレーザを照射させることで、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の点群データを取得し、
前記制御装置は、
前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の前記点群データを取得し、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置とその姿勢とに基づいてレーザ照射時の位置毎の前記点群データを重ね合わせ、照射点の標高値を算出し、
計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、
前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、
前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記表示装置に表示し、
前記平均標高値を算出する際には、前記グリッド毎に当該グリッドを水平の方向にスライスして、前記グリッド毎にスライスされて形成される範囲内の前記点群データの平均標高値を算出する、ことを特徴とするクレーン。

【請求項8】

旋回台と、
前記旋回台に設けられるブームと、
前記ブームに取り付けられ、点群データを取得するレーザスキャナと、
取得した点群データを演算処理する制御装置と、
表示装置と、を備えるクレーンにおいて、
前記旋回台の旋回操作と、前記ブームの伸縮操作と起伏操作と、に伴って前記レーザスキャナを移動させながらレーザを照射させることで、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の点群データを取得し、
前記制御装置は、
前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の前記点群データを取得し、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置とその姿勢とに基づいてレーザ照射時の位置毎の前記点群データを重ね合わせ、照射点の標高値を算出し、
計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、
前記レーザスキャナから前記代表点までの距離に応じて閾値を変更し、前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、
前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記表示装置に表示する、ことを特徴とするクレーン。

【請求項9】

旋回台と、
前記旋回台に設けられるブームと、
前記ブームに取り付けられ、点群データを取得するレーザスキャナと、
取得した点群データを演算処理する制御装置と、
表示装置と、を備えるクレーンにおいて、
前記旋回台の旋回操作と、前記ブームの伸縮操作と起伏操作と、に伴って前記レーザスキャナを移動させながらレーザを照射させることで、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の点群データを取得し、
前記制御装置は、
前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の前記点群データを取得し、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置とその姿勢とに基づいてレーザ照射時の位置毎の前記点群データを重ね合わせ、照射点の標高値を算出し、
計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、
前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、
前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、
前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記表示装置に表示し、
前記計測領域を複数の前記グリッドに分割する前に、前記計測領域の所定の範囲内における、前記連続領域の数に応じて前記グリッドの幅を変更する、ことを特徴とするクレーン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地表面推定方法、計測領域表示システムおよびクレーンに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モニタに表示されたガイド情報に基づいて、荷物や荷物の周辺の状態を確認し、クレーン作業の効率化を図る技術が知られている。斯かる技術は、例えば、以下の特許文献１に開示されている。

【0003】

特許文献１には、吊荷（荷物）周辺の物体高さを通知する高さ情報通知システムに係る技術が開示されている。特許文献１記載の吊荷周辺の物体の高さ情報通知システムでは、レーザ距離センサ、マイクロ波距離センサ、ステレオカメラ等の距離計測手段によって、ブームの先端から吊荷周辺までの距離を計測する。そして、距離の計測結果を用いて吊荷周辺の物体の位置を検出するとともに高さを算出し、カメラによって撮像（撮影）された撮像画像（カメラ画像）に吊荷周辺の物体の位置および高さを対応させた処理画像（ガイド情報）を作成（生成）し、その処理画像をモニタに表示する構成としている。

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された従来技術は、ブームの先端から吊荷周辺までの距離を計測し、この距離を用いて吊荷周辺の物体の高さを算出する構成である。つまり、従来技術においては、吊荷周辺で局所的に計測した地点の高さを地表面の高さとして地物の高さが算出されている。このため、地表面が吊荷周辺の計測した地点から傾斜して高くなる場所がある場合、吊荷周辺の計測地点からの高さとして表示されて、オペレータがその高さの地物が存在すると誤って認識してしまう可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－１２０１７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、傾斜や凹凸によって地表面の高さが変動していても連続した地表面として認識できる地表面推定方法、計測領域表示システムおよびクレーンの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

【0008】

即ち、請求項１に係る発明は、レーザスキャナによって、計測領域にレーザを照射して点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出する点群データ取得工程と、前記点群データを演算処理するデータ処理手段によって、前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定するグリッド生成処理工程と、前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識する連続領域認識工程と、前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定する地表面推定工程と、を備え、前記グリッド生成処理工程は、前記グリッド毎に当該グリッドを水平の方向にスライスして、前記グリッド毎にスライスされて形成される範囲内の前記点群データの平均標高値を算出する、ことを特徴とする地表面推定方法である。

【0010】

請求項２に係る発明は、レーザスキャナによって、計測領域にレーザを照射して点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出する点群データ取得工程と、前記点群データを演算処理するデータ処理手段によって、前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定するグリッド生成処理工程と、前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識する連続領域認識工程と、前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定する地表面推定工程と、を備え、前記連続領域認識工程は、前記レーザスキャナから前記代表点までの距離に応じて前記閾値を変更する、ことを特徴とする地表面推定方法である。

【0011】

請求項３に係る発明は、レーザスキャナによって、計測領域にレーザを照射して点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出する点群データ取得工程と、前記点群データを演算処理するデータ処理手段によって、前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定するグリッド生成処理工程と、前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識する連続領域認識工程と、前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定する地表面推定工程と、を備え、前記グリッド生成処理工程は、前記計測領域の所定の範囲内における、前記連続領域の数に応じて前記グリッドの幅を変更する、ことを特徴とする地表面推定方法である。

【0012】

請求項４に係る発明は、計測領域にレーザを照射して点群データを取得するレーザスキャナを備えたデータ取得部と、取得した点群データを演算処理するデータ処理部と、データ表示部と、を備え、前記データ処理部は、前記データ取得部から前記点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出し、前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記データ表示部に表示し、前記平均標高値を算出する際には、前記グリッド毎に当該グリッドを水平の方向にスライスして、前記グリッド毎にスライスされて形成される範囲内の前記点群データの平均標高値を算出する、ことを特徴とする計測領域表示システムである。
請求項５に係る発明は、計測領域にレーザを照射して点群データを取得するレーザスキャナを備えたデータ取得部と、取得した点群データを演算処理するデータ処理部と、データ表示部と、を備え、前記データ処理部は、前記データ取得部から前記点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出し、前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、前記レーザスキャナから前記代表点までの距離に応じて閾値を変更し、前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記データ表示部に表示する、ことを特徴とする計測領域表示システムである。
請求項６に係る発明は、計測領域にレーザを照射して点群データを取得するレーザスキャナを備えたデータ取得部と、取得した点群データを演算処理するデータ処理部と、データ表示部と、を備え、前記データ処理部は、前記データ取得部から前記点群データを取得し、前記点群データから照射点の標高値を算出し、前記計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記データ表示部に表示し、前記計測領域を複数の前記グリッドに分割する前に、前記計測領域の所定の範囲内における、前記連続領域の数に応じて前記グリッドの幅を変更する、ことを特徴とする計測領域表示システムである。

【0013】

請求項７に係る発明は、旋回台と、前記旋回台に設けられるブームと、前記ブームに取り付けられ、点群データを取得するレーザスキャナと、取得した点群データを演算処理する制御装置と、表示装置と、を備えるクレーンにおいて、前記旋回台の旋回操作と、前記ブームの伸縮操作と起伏操作と、に伴って前記レーザスキャナを移動させながらレーザを照射させることで、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の点群データを取得し、前記制御装置は、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の前記点群データを取得し、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置とその姿勢とに基づいてレーザ照射時の位置毎の前記点群データを重ね合わせ、照射点の標高値を算出し、計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記表示装置に表示し、前記平均標高値を算出する際には、前記グリッド毎に当該グリッドを水平の方向にスライスして、前記グリッド毎にスライスされて形成される範囲内の前記点群データの平均標高値を算出する、ことを特徴とするクレーンである。
請求項８に係る発明は、旋回台と、前記旋回台に設けられるブームと、前記ブームに取り付けられ、点群データを取得するレーザスキャナと、取得した点群データを演算処理する制御装置と、表示装置と、を備えるクレーンにおいて、前記旋回台の旋回操作と、前記ブームの伸縮操作と起伏操作と、に伴って前記レーザスキャナを移動させながらレーザを照射させることで、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の点群データを取得し、前記制御装置は、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の前記点群データを取得し、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置とその姿勢とに基づいてレーザ照射時の位置毎の前記点群データを重ね合わせ、照射点の標高値を算出し、計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、前記レーザスキャナから前記代表点までの距離に応じて閾値を変更し、前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記表示装置に表示する、ことを特徴とするクレーンである。
請求項９に係る発明は、旋回台と、前記旋回台に設けられるブームと、前記ブームに取り付けられ、点群データを取得するレーザスキャナと、取得した点群データを演算処理する制御装置と、表示装置と、を備えるクレーンにおいて、前記旋回台の旋回操作と、前記ブームの伸縮操作と起伏操作と、に伴って前記レーザスキャナを移動させながらレーザを照射させることで、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の点群データを取得し、前記制御装置は、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置毎の前記点群データを取得し、前記レーザスキャナのレーザ照射時の位置とその姿勢とに基づいてレーザ照射時の位置毎の前記点群データを重ね合わせ、照射点の標高値を算出し、計測領域を複数のグリッドに分割し、前記グリッド毎に、当該グリッドの重心位置と当該グリッド内の前記点群データの平均標高値とを算出し、前記平均標高値における前記重心位置を前記グリッド毎の代表点の位置として設定し、前記複数のグリッドのうち、一のグリッドの代表点と隣接する他のグリッドの代表点との標高値の差が閾値以下であれば、前記一のグリッドと前記他のグリッドとが連続する領域である連続領域として認識し、前記連続領域のうち、最も前記グリッドの数が多い連続領域を地表面と推定し、前記地表面と推定された連続領域を他の領域と区別して前記表示装置に表示し、前記計測領域を複数の前記グリッドに分割する前に、前記計測領域の所定の範囲内における、前記連続領域の数に応じて前記グリッドの幅を変更する、ことを特徴とするクレーンである。

【発明の効果】

【0014】

本発明は、以下に示すような効果を奏する。

【0015】

請求項１に係る発明および請求項４に係る発明においては、標高値の差が閾値以内の領域を連続する領域として認識するので、傾斜面のように標高値が連続して変化する領域、および閾値以内の高さの凹凸がある領域であっても、連続する領域として認識される。これにより、傾斜や凹凸によって地表面の高さが変動していても連続した地表面として認識できる。また、地表面に凹凸があり、地表面の凹凸の側面にレーザが照射された場合でも、地表面の凹凸の上面にレーザが照射され取得されたと推定される点群データを用いて、標高値が算出される。これにより、地表面に凹凸があっても、地表面の凹凸の上面を地表面として認識できる。

【0017】

請求項２に係る発明、および請求項５に係る発明においては、標高値の差が閾値以内の領域を連続する領域として認識するので、傾斜面のように標高値が連続して変化する領域、および閾値以内の高さの凹凸がある領域であっても、連続する領域として認識される。これにより、傾斜や凹凸によって地表面の高さが変動していても連続した地表面として認識できる。また、点群データの計測誤差を考慮した閾値に変更することによって、より計測結果のばらつきを考慮して連続する領域が認識される。これにより、傾斜や凹凸によって地表面の高さが変動していても連続した地表面として認識できる。

【0018】

請求項３に係る発明、および請求項６に係る発明においては、標高値の差が閾値以内の領域を連続する領域として認識するので、傾斜面のように標高値が連続して変化する領域、および閾値以内の高さの凹凸がある領域であっても、連続する領域として認識される。これにより、傾斜や凹凸によって地表面の高さが変動していても連続した地表面として認識できる。また、地表面の領域が小さくなる場合でも、グリッドの幅を小さくすることによって、より小さな地表面の領域が認識される。これにより、傾斜や凹凸によって地表面の高さが変動していても連続した地表面として認識できる。

【0019】

請求項７に係る発明においては、旋回台やブームの動作に伴ってクレーンの作業領域における点群データが取得され、標高値の差が閾値以内の領域を連続している領域として認識するので、標高値が連続して変化する領域および閾値以内の高さの凹凸がある領域が広範囲であっても、連続する領域として認識される。これにより、クレーンの作業領域において、傾斜や凹凸によって地表面の高さが変動していても連続した地表面として認識できる。また、地表面に凹凸があり、地表面の凹凸の側面にレーザが照射された場合でも、地表面の凹凸の上面にレーザが照射され取得されたと推定される点群データを用いて、標高値が算出される。これにより、地表面に凹凸があっても、地表面の凹凸の上面を地表面として認識できる。
請求項８に係る発明においては、旋回台やブームの動作に伴ってクレーンの作業領域における点群データが取得され、標高値の差が閾値以内の領域を連続している領域として認識するので、標高値が連続して変化する領域および閾値以内の高さの凹凸がある領域が広範囲であっても、連続する領域として認識される。これにより、クレーンの作業領域において、傾斜や凹凸によって地表面の高さが変動していても連続した地表面として認識できる。また、点群データの計測誤差を考慮した閾値に変更することによって、より計測結果のばらつきを考慮して連続する領域が認識される。これにより、傾斜や凹凸によって地表面の高さが変動していても連続した地表面として認識できる。
請求項９に係る発明においては、旋回台やブームの動作に伴ってクレーンの作業領域における点群データが取得され、標高値の差が閾値以内の領域を連続している領域として認識するので、標高値が連続して変化する領域および閾値以内の高さの凹凸がある領域が広範囲であっても、連続する領域として認識される。これにより、クレーンの作業領域において、傾斜や凹凸によって地表面の高さが変動していても連続した地表面として認識できる。また、地表面の領域が小さくなる場合でも、グリッドの幅を小さくすることによって、より小さな地表面の領域が認識される。これにより、傾斜や凹凸によって地表面の高さが変動していても連続した地表面として認識できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態に係るクレーンの全体構成を示す模式図。

【図2】本発明の一実施形態に係る計測領域表示システムとクレーンとの制御構成を示す模式図。

【図3】レーザスキャナによるレーザの照射状況の説明図、（Ａ）Ｙ軸方向視模式図、（Ｂ）Ｚ軸方向視模式図。

【図4】計測領域、個別計測領域、作業領域を説明する平面模式図。

【図5】個別計測領域とレーザにより描かれる軌跡との関係を示す模式図。

【図6】グリッド生成処理の説明図、（Ａ）点群データの分割、グリッドのスライス、平均標高値の算出の説明図、（Ｂ）代表点の設定の説明図。

【図7】三次元地図更新処理の説明図、（Ａ）設定したグリッド毎の代表点と現在時刻よりも前に生成した三次元地図の代表点との説明図、（Ｂ）同一のグリッド内に複数の代表点が存在する場合における代表点の削除の説明図。

【図8】グリッドの標高値を濃淡で表した三次元地図の表示状態を示す図。

【図9】ラベリング処理の説明図、（Ａ）三次元地図のグリッドの模式図、（Ｂ）ラベルの付与の説明図、（Ｃ）ラベルの付与完了時の説明図、（Ｄ）ラベルの上書き前の説明図、（Ｅ）ラベルの上書き後の説明図。

【図10】地物領域推定処理の説明図、（Ａ）４番のラベルの連続領域と６番のラベルの連続領域とその周辺の領域を示す図、（Ｂ）標高値の平均値の説明図、（Ｃ）地物と地表面との推定の説明図。

【図11】ガイド情報の表示状態を示す図、（Ａ）カメラ画像を表示したデータ表示部を示す図、（Ｂ）カメラ画像とガイド情報を重畳表示したデータ表示部を示す図。

【図12】連続領域毎に領域を区別して表した三次元地図の表示状態を示す図。

【図13】データ処理部によるデータ処理の流れを示すフロー図。

【図14】グリッド生成処理を示すフロー図。

【図15】三次元地図更新処理を示すフロー図。

【図16】ラベリング処理を示すフロー図。

【図17】ラベリング処理の説明図、（Ａ）レーザスキャナによるレーザの照射状況のＸ軸方向視模式図、（Ｂ）三次元地図のグリッドの模式図。

【図18】ラベリング処理の説明図、（Ａ）クレーンのＹ軸方向視模式図と平面模式図、（Ｂ）クレーンのＹ軸方向視模式図。

【図19】ラベリング処理を示すフロー図。

【図20】グリッド生成処理におけるグリッドの幅を変更する説明図、（Ａ）所定の範囲とその範囲内の連続領域との説明図、（Ｂ）グリッドの幅を変更した後における地表面の領域の説明図。

【図21】グリッド生成処理を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に、本発明の第一実施形態に係る計測領域表示システム５０を備えたクレーン１について説明する。尚、本実施形態においては、クレーン１として移動式クレーン（ラフテレーンクレーン）について説明を行うが、トラッククレーン等でもよい。

【0022】

図１に示すように、クレーン１は、不特定の場所に移動可能な移動式クレーンである。クレーン１は、車両２、クレーン装置６を有する。

【0023】

車両２は、クレーン装置６を搬送する走行車両である。車両２は、複数の車輪３を有し、エンジン４を動力源として走行する。車両２には、アウトリガ５が設けられている。アウトリガ５は、車両２の幅方向両側に油圧によって延伸可能な張り出しビームと地面に垂直な方向に延伸可能な油圧式のジャッキシリンダとから構成されている。

【0024】

クレーン装置６は、荷物Ｗをワイヤロープによって吊り上げる作業装置である。クレーン装置６は、旋回台７、ブーム９、ジブ９ａ、メインフックブロック１０、サブフックブロック１１、起伏用油圧シリンダ１２、メインウインチ１３、メインワイヤロープ１４、サブウインチ１５、サブワイヤロープ１６、キャビン１７、制御装置１８（図２参照）等を具備する。

【0025】

旋回台７は、クレーン装置６を旋回可能に構成する駆動装置である。旋回台７は、円環状の軸受を介して車両２のフレーム上に設けられる。旋回台７は、円環状の軸受の中心を回転中心として回転自在に構成されている。旋回台７には、アクチュエータである油圧式の旋回用油圧モータ８が設けられている。

【0026】

旋回用油圧モータ８は、電磁比例切換弁である旋回用バルブ２３（図２参照）によって回転操作されるアクチュエータである。旋回用バルブ２３は、旋回用油圧モータ８に供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。つまり、旋回台７は、旋回用バルブ２３によって回転操作される旋回用油圧モータ８を介して任意の旋回速度に制御可能に構成されている。旋回台７には、旋回台７の旋回位置（角度）と旋回速度とを検出する旋回角度検出手段である旋回用センサ２７（図２参照）が設けられている。

【0027】

ブーム９は、荷物Ｗを吊り上げ可能な状態にワイヤロープを支持する可動支柱である。ブーム９は、複数のブーム部材から構成されている。ブーム９は、各ブーム部材をアクチュエータである図示しない伸縮用油圧シリンダで移動させることで軸方向に伸縮自在に構成されている。ブーム９は、ベースブーム部材の基端が旋回台７の略中央に揺動可能に設けられている。

【0028】

図示しない伸縮用油圧シリンダは、電磁比例切換弁である伸縮用バルブ２４（図２参照）によって伸縮操作されるアクチュエータである。伸縮用バルブ２４は、伸縮用油圧シリンダに供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。つまり、ブーム９は、伸縮用バルブ２４によって任意のブーム長さに制御可能に構成されている。ブーム９には、ブーム９の長さを検出する伸縮長さ検出手段である伸縮用センサ２８（図２参照）が設けられている。

【0029】

メインフックブロック１０とサブフックブロック１１とは、荷物Ｗを吊る吊り具である。メインフックブロック１０には、メインワイヤロープ１４が巻き掛けられる複数のフックシーブと、荷物Ｗを吊るメインフック１０ａとが設けられている。サブフックブロック１１には、荷物Ｗを吊るサブフック１１ａが設けられている。

【0030】

起伏用油圧シリンダ１２は、電磁比例切換弁である起伏用バルブ２５（図２参照）によって伸縮操作される。起伏用バルブ２５は、起伏用油圧シリンダ１２に供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。つまり、ブーム９は、起伏用バルブ２５によって任意の起伏速度に制御可能に構成されている。ブーム９には、ブーム９の起伏角度を検出する旋回角度検出手段である起伏用センサ２９（図２参照）や荷物Ｗの重量を検出する重量センサ等が設けられている。

【0031】

メインウインチ１３とサブウインチ１５とは、メインワイヤロープ１４とサブワイヤロープ１６との繰り入れ（巻き上げ）および繰り出し（巻き下げ）を行う巻回装置である。メインウインチ１３は、メインワイヤロープ１４が巻きつけられるメインドラムがアクチュエータである図示しないメイン用油圧モータによって回転され、サブウインチ１５は、サブワイヤロープ１６が巻きつけられるサブドラムがアクチュエータである図示しないサブ用油圧モータによって回転されるように構成されている。

【0032】

メイン用油圧モータは、電磁比例切換弁であるメイン用バルブ２６ｍ（図２参照）によって回転操作される。メイン用バルブ２６ｍは、メイン用油圧モータに供給される作動油の流量を任意の流量に制御することができる。つまり、メインウインチ１３は、メイン用バルブ２６ｍによって任意の繰り入れおよび繰り出し速度に制御可能に構成されている。同様に、サブウインチ１５は、電磁比例切換弁であるサブ用バルブ２６ｓ（図２参照）によって任意の繰り入れおよび繰り出し速度に制御可能に構成されている。メインウインチ１３とサブウインチ１５とには、メインワイヤロープ１４とサブワイヤロープ１６との繰り出し量をそれぞれ検出する巻回用センサ３０（図２参照）が設けられている。

【0033】

キャビン１７は、運転座席を覆うものである。運転座席には、車両２を走行操作するための操作具やクレーン装置６を操作するための旋回操作具１９、伸縮操作具２０、起伏操作具２１、メインドラム操作具２２ｍ、サブドラム操作具２２ｓ等が設けられている（図２参照）。旋回操作具１９は、旋回用油圧モータ８を操作することができる。伸縮操作具２０は、伸縮用油圧シリンダを操作することができる。起伏操作具２１は、起伏用油圧シリンダ１２を操作することができる。メインドラム操作具２２ｍは、メイン用油圧モータを操作することができる。サブドラム操作具２２ｓは、サブ用油圧モータを操作することができる。

【0034】

このように構成されるクレーン１は、車両２を走行させることで任意の位置にクレーン装置６を移動させることができる。また、クレーン１は、起伏操作具２１の操作によって起伏用油圧シリンダ１２でブーム９を任意の起伏角度に起立させて、伸縮操作具２０の操作によってブーム９を任意のブーム長さに延伸させたりすることでクレーン装置６の揚程や作業半径を拡大することができる。また、クレーン１は、メインドラム操作具２２ｍ等によって荷物Ｗを吊り上げて、旋回操作具１９の操作によって旋回台７を旋回させることで荷物Ｗを搬送することができる。

【0035】

図２に示すように、制御装置１８は、各バルブを介してクレーン装置６のアクチュエータを制御する。制御装置１８は、キャビン１７内に設けられている。制御装置１８は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。制御装置１８は、各アクチュエータ、センサ等の動作を制御するために種々のプログラムやデータが格納されている。

【0036】

制御装置１８は、旋回操作具１９、伸縮操作具２０、起伏操作具２１、メインドラム操作具２２ｍ、サブドラム操作具２２ｓに接続され、旋回操作具１９、伸縮操作具２０、起伏操作具２１、メインドラム操作具２２ｍ、サブドラム操作具２２ｓのそれぞれの操作量を取得することができる。

【0037】

制御装置１８は、旋回用バルブ２３、伸縮用バルブ２４、起伏用バルブ２５、メイン用バルブ２６ｍ、サブ用バルブ２６ｓに接続され、旋回用バルブ２３、伸縮用バルブ２４、起伏用バルブ２５、メイン用バルブ２６ｍ、サブ用バルブ２６ｓに制御信号を伝達することができる。

【0038】

制御装置１８は、旋回用センサ２７、伸縮用センサ２８、起伏用センサ２９、重量センサ、巻回用センサ３０に接続され、旋回台７の旋回位置、ブーム長さ、起伏角度、荷物Ｗの重量、メインワイヤロープ１４とサブワイヤロープ１６との繰り出し量を取得することができる。

【0039】

制御装置１８は、旋回台７の旋回位置、ブーム長さ、起伏角度、荷物Ｗの重量、メインワイヤロープ１４とサブワイヤロープ１６との繰り出し量等のクレーン１に関する情報を計測領域表示システム５０に伝達することができる。

【0040】

尚、本説明では、ブーム９の起伏支点の軸方向を基準として、図１に示すようなＸＹＺ座標系を規定している（以下の説明においても同様）。
Ｘ軸方向（奥行方向とも呼ぶ）は、ブーム９の起伏支点の軸方向に対して垂直、かつ、水平な方向である。また、Ｙ軸方向（水平方向とも呼ぶ）は、ブーム９の起伏支点の軸方向に対して平行、かつ、水平な方向である。さらに、Ｚ軸方向は、鉛直下方向である。即ち、ＸＹＺ座標系は、ブーム９を基準としたローカル座標系として規定している（図４参照）。

【0041】

次に、本発明の一実施形態に係る計測領域表示システム５０について、説明する。
クレーン１は、図２に示すような計測領域表示システム５０を備えている。
計測領域表示システム５０は、本発明に係る計測領域表示システム５０の一例であり、図１に示すようなクレーン１による作業を効率よく、かつ、安全に行うことを可能にするために、計測領域表示システム５０が計測対象とする領域（以下、計測領域ＫＡという（図４参照））の情報（以下、ガイド情報という）を画像で表示し、オペレータに提示するためのシステムである。

【0042】

図２に示すように、計測領域表示システム５０は、データ取得部６０、データ処理部７０、データ表示部８０、データ入力部９０によって、構成されている。

【0043】

データ取得部６０は、計測領域ＫＡにおけるガイド情報を生成するために必要なデータを取得する部位であり、カメラ６１、レーザスキャナ６２、慣性計測装置（ＩＭＵ）６３、第一ＧＮＳＳ受信機６４ａ、第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂを備えている。カメラ６１、レーザスキャナ６２、慣性計測装置（ＩＭＵ）６３、第一ＧＮＳＳ受信機６４ａは、フレーム体に対して固定され、一体に構成されたセンサユニット６５となっている。

【0044】

センサユニット６５は、クレーン１のブーム９の先端部分に付設されており、荷物Ｗの真上に位置するブーム９の先端部分から真下の状況を捉えることができる状態で配置されている（図１参照）。尚、ここでいう荷物Ｗの「真上」は、荷物Ｗの鉛直上方の位置と、その位置を基準とした一定範囲（例えば、荷物Ｗの上面の範囲）の位置と、を含む概念である。

【0045】

センサユニット６５は、ブーム９の先端部分に対してジンバル６６（図１参照）を介して付設されており、旋回台７の旋回操作、ブーム９の起伏操作、伸縮操作が行われたときに、センサユニット６５の姿勢（Ｚ軸方向に向けた姿勢）を略一定に保持することができるように構成されている。これにより、カメラ６１とレーザスキャナ６２とを常に荷物Ｗに向けておくことができる。このため、センサユニット６５は、カメラ６１とレーザスキャナ６２とによって、荷物Ｗとその下方の地表面Ｆから、常にデータを取得することができる。また、荷物Ｗの下方の地表面Ｆに地物Ｅが存在する場合には、カメラ６１とレーザスキャナ６２とによって、地物Ｅのデータを取得することができる。

【0046】

カメラ６１は、センサユニット６５の下方の領域（以下、個別計測領域ｋａという（図４参照））の画像を撮影するためのデジタルビデオカメラであり、撮影したカメラ画像をリアルタイムで外部に出力する機能を有している。また、カメラ６１は、適切なガイド情報の生成に必要なデータ量を考慮した画素数、画角、フレームレート、画像伝送レートを有している。

【0047】

レーザスキャナ６２は、計測対象物にレーザを照射し、そのレーザの計測対象物における反射光を受光することによって、その反射点に係る情報を取得し、計測対象物の点群データを取得する装置である。レーザスキャナ６２は、センサユニット６５を介してブーム９の先端部分に取り付けられている。レーザスキャナ６２の計測対象物は、荷物Ｗ、地物Ｅ、地表面Ｆである。また、レーザスキャナ６２には、計測時刻を取得するための第三ＧＮＳＳ受信機６４ｃが接続されている。
そして、レーザスキャナ６２は、個別計測領域ｋａに向けて照射されるレーザにより描かれる軌跡がＹ軸方向に対して平行となるように配置されている（図３（Ｂ）参照）。また、レーザスキャナ６２は、レーザの照射角度を変更する基準軸が、Ｘ軸方向に対して平行とされている。
計測領域表示システム５０は、レーザスキャナ６２によって、リアルタイムに平面的な三次元点群データを取得する。

【0048】

慣性計測装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ、以下ＩＭＵという）６３は、データ取得時におけるカメラ６１とレーザスキャナ６２との姿勢データを取得するための装置である。ＩＭＵ６３は、リアルタイムで姿勢角を計測することが可能であり、レーザスキャナ６２によって取得した点群データの補正に利用可能な計測精度を有している。また、ＩＭＵ６３には、計測時刻を取得するための第四ＧＮＳＳ受信機６４ｄが接続されている。

【0049】

第一ＧＮＳＳ受信機６４ａは、衛星から測距電波を受信し、座標である緯度、経度、標高値を算出するための装置である。データ処理部７０は、第一ＧＮＳＳ受信機６４ａとレーザスキャナ６２とが離間する距離が設定されており、設定された距離に基づいてリアルタイムでレーザスキャナ６２の座標を算出可能である。

【0050】

第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂは、衛星から測距電波を受信し、座標である緯度、経度、標高値を算出するための装置である。第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂは、旋回台７の旋回中心位置に配置されている。第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂは、リアルタイムで旋回台７の旋回中心の座標を算出可能である。

【0051】

本実施形態では、第一ＧＮＳＳ受信機６４ａと第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂとには、測定精度の高いＲＴＫ－ＧＰＳ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ＧＰＳ）測位方式を採用する。ＲＴＫ－ＧＰＳ測位方式を採用することにより、レーザスキャナ６２の位置と旋回台７の旋回中心の位置の測定精度を高めることができる。尚、ＲＴＫ－ＧＰＳ測位方式に限定されず、他の測位方法を採用してもよい。

【0052】

第一ＧＮＳＳ受信機６４ａと第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂとを結ぶ直線と、レーザスキャナ６２の計測軸と、ＩＭＵ６３の計測軸と、が同一直線上にあるように、第一ＧＮＳＳ受信機６４ａが配置される。また、第一ＧＮＳＳ受信機６４ａが算出するレーザスキャナ６２の座標と、第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂが算出する旋回台７の旋回中心の座標と、によって、ブーム９を基線としたＧＮＳＳコンパスを構成し、レーザスキャナ６２の向き（方位）を算出可能である。第一ＧＮＳＳ受信機６４ａと第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂとは、レーザスキャナ６２によって取得した点群データの補正に利用可能な計測精度を有している。

【0053】

図３に示すように、レーザスキャナ６２は、合計１６個のレーザ送受信センサを備えており、同時に１６本のレーザを計測対象物に照射して、計測対象物の点群データを取得することができる装置である。図３（Ａ）に示すように、レーザスキャナ６２の１６個の各レーザ送受信センサは、Ｘ軸方向において２°ずつ照射角度を異ならせて配置されており、計測対象物に対して、全体で３０°の拡がりを持ってレーザを照射可能に構成されている。また、レーザスキャナ６２の各レーザ送受信センサは、Ｘ軸回りに３６０°（全方位）回転可能に構成されている。図３（Ｂ）に示すように、個別計測領域ｋａに向けて照射されるレーザにより描かれる軌跡は、Ｙ軸方向に対して平行であり、レーザスキャナ６２では、１６本の当該軌跡が同時に描かれる。

【0054】

尚、レーザスキャナ６２は、ブーム９の最高到達高さを考慮して、その最高到達高さ（例えば、約１００ｍ）から計測対象物の三次元形状を計測可能な機器が選択される。また、レーザスキャナ６２は、適切なガイド情報を生成するために必要なデータ量およびデータ精度を考慮して、計測スピード、計測ポイント数、計測精度等の各仕様について所定の性能を有する機器が選択される。

【0055】

尚、本実施形態では、合計１６個のレーザ送受信センサを備えたレーザスキャナ６２を用いる場合を例示しているが、本発明に係る計測領域表示システム５０は、レーザスキャナ６２を構成するレーザ送受信センサの個数によっては限定されない。即ち、本発明に係る計測領域表示システム５０では、クレーン１のブーム９（ジブ９ａ）の最高到達高さ等に応じて、最適な仕様のレーザスキャナ６２が適宜選択される。

【0056】

センサユニット６５によって個別計測領域ｋａにおいて取得するデータには、荷物Ｗ、荷物Ｗの下方の地表面Ｆ、荷物Ｗの下方の地表面Ｆに存在する地物Ｅをカメラ６１によって撮影した画像データが含まれる。また、センサユニット６５によって個別計測領域ｋａにおいて取得するデータには、荷物Ｗ、地表面Ｆ、地物Ｅをレーザスキャナ６２によってスキャンして取得した点群データが含まれる。尚、ここでいう地表面Ｆには、荷物Ｗの搬送元および搬送先となる面を広く含み、地上面のみならず、建物屋上の床面や屋根面等も含まれる。

【0057】

データ処理手段であるデータ処理部７０は、データ取得部６０で取得したデータを演算処理して、オペレータに提示するガイド情報を生成するための部位であり、本実施形態では、所定のデータ処理プログラムがインストールされた汎用のパーソナルコンピュータによって構成している。
また、データ処理部７０は、クレーン１の制御装置１８と電気的に接続されており、制御装置１８から出力される旋回台７の旋回位置、ブーム長さ、起伏角度、荷物Ｗの重量、メインワイヤロープ１４とサブワイヤロープ１６との繰り出し量等のクレーン１に関する情報が入力される。

【0058】

データ表示部８０は、オペレータに提示するガイド情報を表示するための部位であり、データ処理部７０に接続された表示装置により構成される。
データ表示部８０は、計測領域ＫＡの三次元地図と個別計測領域ｋａのカメラ画像とをリアルタイムに表示する。

【0059】

ここで、計測領域ＫＡとガイド情報とについて説明する。

【0060】

計測領域ＫＡとは、ガイド情報を生成する対象となる領域である。
図４に示すように、計測領域表示システム５０は、センサユニット６５の下方の個別計測領域ｋａに存在する荷物Ｗ、地表面Ｆ、地物Ｅを計測する。センサユニット６５は、旋回台７の旋回操作、起伏操作、ブーム９の伸縮操作に応じて移動する。このため、個別計測領域ｋａも、センサユニット６５の移動に応じて移動する。計測領域ＫＡは、異なる位置から計測された個別計測領域ｋａを併せた領域である。計測領域ＫＡは、計測領域表示システム５０が計測可能な領域の全体を計測した場合、ブーム９の先端部分が稼動可能な領域である作業領域ＳＡを含む領域となる。

【0061】

ここでいうガイド情報は、オペレータがクレーン１によって荷物Ｗを搬送するときに、ブーム９の長さ・旋回位置・起伏角度、メインワイヤロープ１４とサブワイヤロープ１６との繰り出し量等の良否について、オペレータの判断を補助する情報である。ガイド情報には、計測領域ＫＡの三次元地図、カメラ画像情報、荷物Ｗと地物Ｅとの形状に係る情報、荷物Ｗの高さ情報、地物Ｅの高さ情報、荷物Ｗの動線に係る情報等が含まれる。

【0062】

図２に示すように、データ入力部９０は、データ処理部７０に対して、設定値等を入力するための部位であり、タッチパネル、マウス、キーボード装置等の入力装置により構成される。

【0063】

図１に示すように、データ表示部８０とデータ入力部９０は、キャビン１７内の運転座席の前方のオペレータが見やすい位置に配置する。データ処理部７０は、センサユニット６５の近傍に配置することが好ましい。尚、計測領域表示システム５０は、データ処理部７０、データ表示部８０、データ入力部９０をタブレットＰＣによって一体的に構成した場合には、データ処理部７０をキャビン１７内に配置する構成としてもよい。
データ取得部６０とデータ処理部７０間のデータの伝送は、有線ＬＡＮによることが好ましい。尚、データ取得部６０とデータ処理部７０間のデータの伝送は、無線ＬＡＮを採用してもよく、あるいは、電力線通信を採用してもよい。

【0064】

ここで、データ取得部６０によるデータの取得状況を説明する。
データ取得部６０は、カメラ６１によって、個別計測領域ｋａを連続的に撮影し、個別計測領域ｋａのカメラ画像を取得する。

【0065】

図５に示すように、データ取得部６０は、レーザスキャナ６２によって、個別計測領域ｋａを連続的にスキャンし、個別計測領域ｋａにおける計測対象物の点群データを取得する。以下では、レーザスキャナ６２によって取得する点群データを、点群データＰと呼ぶ。点群データＰは、点データｐの集合であり、点データｐは、個別計測領域ｋａに存在する地表面Ｆ、荷物Ｗ、地物Ｅに位置する点を表している。

【0066】

データ取得部６０は、レーザスキャナ６２によって点群データＰを取得すると同時に、第三ＧＮＳＳ受信機６４ｃによって複数の測位衛星から時間情報を受信する。そして、データ処理部７０は、点データｐに対して、該点データｐの取得時間ｔｐに係る情報を付与する。

【0067】

また、データ取得部６０は、レーザスキャナ６２によって、点群データＰを取得すると同時に、ＩＭＵ６３によって所定の周期でレーザスキャナ６２の姿勢データＱを取得し、第一ＧＮＳＳ受信機６４ａと第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂとによってレーザスキャナ６２の位置データＲと方位データＤとを取得する。尚、データ処理部７０は、第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂによって取得される旋回台７の旋回中心の位置と、制御装置１８から出力される旋回台７の旋回位置、ブーム長さ、起伏角度に基づいて、レーザスキャナ６２の位置と向きとを算出してもよい。

【0068】

姿勢データＱには、レーザスキャナ６２のＸ・Ｙ・Ｚ軸の各軸方向に対する角度と加速度に係る情報が含まれる。尚、ＩＭＵ６３による姿勢データＱの取得周期は、レーザスキャナ６２による点群データＰの取得周期よりも短くする。姿勢データＱは、計測周期ごとに計測される個別姿勢データｑの集合である。

【0069】

データ取得部６０は、ＩＭＵ６３によって姿勢データＱを取得すると同時に、第四ＧＮＳＳ受信機６４ｄによって、複数の測位衛星から時間情報を受信する。データ処理部７０は、個別姿勢データｑに対して、該個別姿勢データｑの取得時間に係る情報として取得時間ｔｑを付与する。

【0070】

位置データＲには、レーザスキャナ６２のＸＹＺ座標系における位置に係る情報が含まれる。尚、第一ＧＮＳＳ受信機６４ａと第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂとによる位置データＲの取得周期は、レーザスキャナ６２による点群データＰの取得周期よりも短くする。位置データＲは、計測周期ごとに計測される個別位置データｒの集合である。データ処理部７０は、個別位置データｒに基づいて個別方位データｄを算出する。方位データＤは、計測周期ごとに計測される個別方位データｄの集合である。

【0071】

第一ＧＮＳＳ受信機６４ａと第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂとは、位置データＲと方位データＤとを取得すると同時に、複数の測位衛星から時間情報を受信する。データ処理部７０は、位置データＲと方位データＤとに対して、該位置データＲと該方位データＤとの取得時間に係る情報として取得時間ｔｒを付与する。

【0072】

次に、データ処理部７０によるデータの処理状況を説明する。

【0073】

本発明の一実施形態に係る地表面推定方法は、点群データ取得工程、グリッド生成処理工程、連続領域認識工程、地表面推定工程を備える。

【0074】

（点群データ取得工程）
データ処理部７０は、計測データを取得する。具体的には、データ処理部７０は、点群データＰのストリームデータから、１フレーム分の点群データＰを切り出して出力する。１フレーム分の点群データＰは、レーザスキャナ６２によるレーザの照射方向がＸ軸回りに１周する間に取得する点データｐの集合である。また、データ処理部７０は、カメラ６１のカメラ画像、ＩＭＵ６３の姿勢データＱ、第一ＧＮＳＳ受信機６４ａと第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂとによって取得する位置データＲおよび方位データＤを計測データとして取得する。

【0075】

データ処理部７０は、１フレーム分の点群データＰに含まれる点データｐを、ＩＭＵ６３によって取得した姿勢データＱと、第一ＧＮＳＳ受信機６４ａと第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂとによって取得した位置データＲおよび方位データＤと、時間によって対応付ける（図１３の時刻対応処理（ＳＴＥＰ－１０１）参照）。
具体的には、データ処理部７０は、姿勢データＱについて、個々の点データｐにおいて、その点データｐの取得時間ｔｐに最も近い個別姿勢データｑの取得時間ｔｑを探索し、該取得時間ｔｑにおける個別姿勢データｑを、その点データｐに対応付ける。また、データ処理部７０は、位置データＲおよび方位データＤについて、個々の点データｐにおいて、その点データｐの取得時間ｔｐに最も近い位置データＲおよび方位データＤの取得時間ｔｒを探索し、該取得時間ｔｒにおける個別位置データｒおよび個別方位データｄを、その点データｐに対応付ける。

【0076】

このようにしてデータ処理部７０は、個別姿勢データｑ、個別位置データｒ、個別方位データｄとが時間によって対応付けられた点データｐを出力する。

【0077】

データ処理部７０は、時間によって対応付けられた点データｐ、個別姿勢データｑ、個別位置データｒ、個別方位データｄの組み合わせに対して剛体変換処理を行う（図１３の剛体変換処理（ＳＴＥＰ－１０２）参照）。具体的には、データ処理部７０は、個別姿勢データｑ、個別位置データｒ、個別方位データｄとに基づいて点群データＰのアフィン変換を行って、点群データＰを平面直角座標系に変換する。これにより、傾き、位置、向きが補正された点群データＰが出力される。点データｐの標高値は、傾き、位置、向きが補正された点データｐのＺ座標の値となる。つまり、レーザスキャナ６２の照射点の標高値は、点データｐのＺ座標の値として算出されている。但し、Ｚ軸は、鉛直下方向の軸であるため、Ｚ座標の値が大きくなるに応じて、標高が低い位置となる。

【0078】

（グリッド生成処理工程）
図６に示すように、データ処理部７０は、補正された点群データＰの全体を一定の大きさのグリッドｇで分割し、グリッドｇの代表点ｐｒを設定する（図１３のグリッド生成処理Ａ（ＳＴＥＰ－１０３））。具体的には、まず、データ処理部７０は、補正された点群データＰを重ね合わせる。図６（Ａ）に示すように、次に、データ処理部７０は、重ね合わせた点群データＰの全体を一定の大きさのグリッドｇで分割する。

【0079】

重ね合わせた点群データＰには、地物Ｅや地表面Ｆの上面だけではなく、地物Ｅや地表面Ｆの側面にレーザが照射され取得された点データｐが含まれる可能性がある。地物Ｅや地表面Ｆの上面を対象としてガイド情報を生成するため、まず、データ処理部７０は、グリッドｇ毎に、グリッドｇを任意の間隔で水平の方向にスライスする。そして、データ処理部７０は、グリッドｇ毎に、スライスされて形成される層Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３・・・のうち、点データｐが存在し、かつ、最も標高が高い位置にある層Ｌ１の点データｐ（点群データＰ）の標高値の平均値である平均標高値Ｈを算出する。また、データ処理部７０は、グリッドｇ毎に、グリッドｇの重心位置を算出する。図６（Ｂ）に示すように、最後に、データ処理部７０は、グリッドｇ毎に、算出した平均標高値Ｈにおけるグリッドｇの重心位置をグリッドｇの代表点ｐｒの位置として設定する。これにより、データ処理部７０は、地表面Ｆに凹凸があり、地表面Ｆの凹凸の側面にレーザが照射された場合でも、地表面Ｆの凹凸の上面にレーザが照射され取得されたと推定される点群データＰの代表点ｐｒを設定できる。

【0080】

尚、平均標高値Ｈを算出する層は、層Ｌ１に限定されず、各層における、点データｐの数、点データｐの位置、点データｐの密度に基づいて選択される層であってもよい。例えば、各層のうち、点データｐの数が最も多い層が選択されてもよい。或いは、任意の数以上の点データｐが存在する層のうち、最も高い層が選択されてもよい。或いは、Ｚ方向視で均等に点データｐが存在する層は、地物Ｅの上面に照射された点データｐである可能性が高いため、Ｚ方向視で均等に点データｐが存在する層が選択されてもよい。

【0081】

図７に示すように、データ処理部７０は、設定したグリッドｇ毎の代表点ｐｒを用いて現在時刻よりも前に生成した三次元地図全体を更新する（図１３の三次元地図更新処理Ｂ（ＳＴＥＰ－１０４））。図７（Ａ）左図は、設定したグリッドｇ毎の代表点ｐｒを代表点ｐｒ１として、グリッドｇに代表点ｐｒ１のみを示した図である。図７（Ａ）右図は、現在時刻よりも前に生成した三次元地図の代表点ｐｒを代表点ｐｒ２として、グリッドｇに代表点ｐｒ２のみを示した図である。具体的には、まず、データ処理部７０は、代表点ｐｒ１と代表点ｐｒ２とをグリッドｇ毎に取得する。図７（Ｂ）に示すように、データ処理部７０は、同一のグリッドｇ内に複数の代表点ｐｒが存在する場合は、代表点ｐｒ２を削除する。データ処理部７０は、削除後の全ての代表点ｐｒ毎にグリッドｇの大きさの面を生成し、計測領域ＫＡの三次元地図として出力する。図８に示すように、三次元地図Ｍをデータ表示部８０に表示した場合、グリッドｇの代表点ｐｒの標高値が高くなるに応じて面Ｓの色が濃く表示される。

【0082】

（連続領域認識工程）
図９に示すように、データ処理部７０は、三次元地図を用いて連続領域毎にラベルを付与する（図１３のラベリング処理Ｃ（ＳＴＥＰ－１０５）参照）。連続領域とは、隣接するグリッドｇの代表点ｐｒの標高値の差が閾値以下となる領域である。閾値は、レーザスキャナ６２のＺ軸方向の計測誤差に基づいて設定されており、例えば、０．１ｍとしている。ラベルは、１番から順番に番号で付与される。以下では、説明のため、グリッドｇの代表点ｐｒの標高値は、標高が最も低い位置に存在する代表点ｐｒの標高値を基準として、基準とした代表点ｐｒからの高さとしている。

【0083】

図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、具体的には、まず、データ処理部７０は、三次元地図のグリッドｇから注目グリッドｇａを選択する。注目グリッドｇａの代表点ｐｒの標高値と、その左上、上、右上、左の４近傍（以下、単に４近傍という）にある各グリッドｇの代表点ｐｒの標高値と、の比較が行われる。注目グリッドｇａが選択される順番は、三次元地図の左上を起点に左端から右に、右端に到達すると一つ下の段の左端から右に選択される。

【0084】

データ処理部７０は、注目グリッドｇａの代表点ｐｒの標高値とその４近傍にある各グリッドｇの代表点ｐｒの標高値との差のいずれかが閾値以下の場合は、標高値の差が閾値以下であるグリッドｇと同一のラベルを注目グリッドｇａに付与し、注目グリッドｇａの代表点ｐｒの標高値とその４近傍にある各グリッドｇの代表点ｐｒの標高値との差が全て閾値よりも大きい場合は、新たなラベルを付与する。新たなラベルとは、この時点までに付与されたラベルの番号のうち、最も大きい番号を１だけ増加させた番号のラベルである。但し、データ処理部７０は、注目グリッドｇａの代表点ｐｒの標高値とその４近傍にある各グリッドｇの代表点ｐｒの標高値との差が閾値以下であるグリッドｇのラベルの種類が複数の場合は、標高値の差が閾値以下であるグリッドｇのラベルのうち、最も番号が小さいラベルを付与する。これらの処理を全てのグリッドｇに対して行うことで、注目グリッドｇａとその左上、上、右上、左、右、左下、下、右下の８近傍にあるグリッドｇとの比較ができる。

【0085】

例えば、データ処理部７０は、図９（Ｂ）に示す注目グリッドｇａが選択されている場合、注目グリッドｇａの代表点ｐｒの標高値とその４近傍にある各グリッドｇの代表点ｐｒの標高値との差を、全て０．５ｍと算出する。データ処理部７０は、注目グリッドｇａの代表点ｐｒの標高値とその４近傍にある各グリッドｇの代表点ｐｒの標高値との差が全て閾値０．１ｍよりも大きいため、１番のラベルの番号を１だけ増加させた２番のラベルを注目グリッドｇａに付与している。

【0086】

図９（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）に示すように、データ処理部７０は、全てのグリッドｇにラベルが付与された後に、グリッドｇから注目グリッドｇａを再び選択する。注目グリッドｇａが選択される順番は、ラベルを付与する際と同様に、三次元地図の左上を起点に左端から右に、右端に到達すると一つ下の段の左端から右に選択される。

【0087】

データ処理部７０は、注目グリッドｇａの代表点ｐｒの標高値とその４近傍にある各グリッドｇの代表点ｐｒの標高値とを比較する。データ処理部７０は、注目グリッドｇａの４近傍のグリッドｇに、標高値の差が閾値以下で、かつ、注目グリッドｇａと異なるラベルが付与されている場合は、標高値の差が閾値以下で、かつ、注目グリッドｇａと異なるラベルが付与されているグリッドｇのラベルを注目グリッドｇａのラベルで上書きする。

【0088】

例えば、データ処理部７０は、図９（Ｄ）に示す注目グリッドｇａが選択されている場合、その左と右上にある各グリッドｇの代表点ｐｒとの標高値の差を、それぞれ０ｍと算出し、その左上と上にある各グリッドｇの代表点ｐｒとの標高値の差を、それぞれ２ｍと算出する。さらに、注目グリッドｇａの左にあるグリッドｇは、５番のラベルが付与されており、注目グリッドｇａに付与されている３番のラベルと異なる。従って、注目グリッドｇａの左にあるグリッドｇは、標高値の差が閾値０．１ｍ以下で、かつ、注目グリッドｇａと異なるラベルが付与されている。図９（Ｅ）に示すように、このため、データ処理部７０は、注目グリッドｇａの左にあるグリッドｇのラベルを３番のラベルで上書きしている。

【0089】

最後に、データ処理部７０は、グリッドｇにラベルが付与された三次元地図を出力する。このように、データ処理部７０は、隣接するグリッドｇの間で代表点ｐｒの標高値を比較して、傾斜の有無によらず、同一のラベルが付与されたグリッドｇを、連続領域として認識している。

【0090】

（地表面推定工程）
データ処理部７０は、ラベルが付与された三次元地図の中から、地表面Ｆ、荷物Ｗとそれら以外の領域を示すラベルを推定する（図１３の同一領域推定処理（ＳＴＥＰ－１０６））。具体的には、データ処理部７０は、地表面Ｆの領域が最も広いと考えられるため、グリッドｇの数が最も多い同一のラベルを地表面Ｆのグリッドｇに付与されたラベルとする。つまり、データ処理部７０は、連続領域のうち、最もグリッドｇの数が多い連続領域を地表面Ｆと推定する。データ処理部７０は、このような地表面Ｆの推定をリアルタイムで自動的に行うことができる。図９（Ｅ）に示すように、例えば、データ処理部７０は、１番のラベルのグリッドｇが最も多いため、１番のラベルの連続領域を地表面Ｆと推定する（白抜き部分参照）。データ処理部７０は、三次元地図Ｍをデータ表示部８０に表示した場合、地表面Ｆの領域を他の領域と色や濃淡を区別して表示する（図１２参照）。

【0091】

このような地表面推定方法を実施する計測領域表示システム５０は、隣り合うグリッドｇの標高値の差が閾値以内の領域を連続する領域として認識するので、傾斜面のように標高値が連続して変化する領域、および閾値以内の高さの凹凸がある領域であっても、連続する領域として認識される。これにより、傾斜や凹凸によって地表面Ｆの高さが変動していても連続した地表面Ｆとして認識できる。

【0092】

本実施形態において、計測領域表示システム５０がクレーン１から独立した構成として説明したが、データ取得部６０が備える各種センサ６１～６４ｄ、データ表示部８０が備える表示装置、データ入力部９０が備える入力装置をクレーン１が具備し、データ処理部７０が行うデータ処理を制御装置１８が行う構成であってもよい。

【0093】

このようなクレーン１においては、旋回台７やブーム９の動作に伴ってクレーン１の作業領域ＳＡにおける点群データＰが取得され、標高値の差が閾値以内の領域を連続している領域として認識するので、標高値が連続して変化する領域および閾値以内の高さの凹凸がある領域が広範囲であっても、連続する領域として認識される。これにより、クレーン１の作業領域ＳＡにおいて、傾斜や凹凸によって地表面Ｆの高さが変動していても連続した地表面Ｆとして認識できる。尚、計測領域表示システム５０は、クレーン１以外のその他の作業車両に用いることもできる。例えば、高所作業車等にも用いることができる。

【0094】

データ処理部７０は、手動で入力された荷物Ｗの範囲（図１１（Ｂ）参照）にあるグリッドｇの代表点ｐｒの中で最も標高値の低い代表点ｐｒのグリッドｇのラベルを取得し、荷物Ｗのグリッドｇに付与されたラベルとする。これは、グリッドｇの中に荷物Ｗのグリッドｇとフックやワイヤのグリッドｇが含まれる場合、フックやワイヤロープのグリッドｇにおける代表点ｐｒの標高値よりも荷物Ｗのグリッドｇにおける代表点ｐｒの標高値の方が低いためである。尚、荷物Ｗの高さ（Ｚ軸方向の長さ）は、ブーム９の先端部分からでは荷物Ｗの側面や下部を計測できないため、実測されてデータ処理部７０に入力されている。

【0095】

図１０に示すように、データ処理部７０は、グリッドｇに付与されたラベルを用いて、地物Ｅ毎の領域を推定する（図１３の地物領域推定処理（ＳＴＥＰ－１０７））。具体的には、データ処理部７０は、同一領域推定処理において推定された地表面Ｆ、荷物Ｗ以外の連続領域毎に本処理を行う。まず、データ処理部７０は、連続領域とその最近傍にある地表面Ｆの領域とにおいて、代表点ｐｒの標高値の平均値を算出する。ここでいう「最近傍にある地表面Ｆの領域」は、連続領域と地表面Ｆの領域とが隣接する場合、連続領域に隣接するグリッドｇから構成される領域であり、連続領域と地表面Ｆの領域とが隣接しない場合、連続領域と地表面Ｆの領域との間にある他の連続領域に隣接するグリッドｇから構成される領域である。連続領域に隣接しないグリッドｇ、または、連続領域と地表面Ｆの領域との間にある他の連続領域に隣接しないグリッドｇ、を含んで「最近傍にある地表面Ｆの領域」が構成されると、傾斜による標高値の変化の影響が大きくなるため、「最近傍にある地表面Ｆの領域」を上述の領域としている。但し、「最近傍にある地表面Ｆの領域」は、上述の領域に限定されず、任意の範囲の領域に設定可能である。そして、データ処理部７０は、標高値の平均値の差が閾値以下の場合、連続領域を地表面Ｆと推定し、標高値の平均値の差が閾値よりも大きい場合、連続領域を地物Ｅと推定する。

【0096】

図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、例えば、同一領域推定処理において、１番のラベルの連続領域が地表面Ｆと推定されており、４番のラベルと６番のラベルとの連続領域が地表面Ｆまたは荷物Ｗと推定されていないものとする。６番のラベルの連続領域は、地表面Ｆと推定された領域（１番のラベルの連続領域）から４番のラベルの連続領域によって分断されている。４番のラベルと６番のラベルとの最近傍にある地表面Ｆの領域は、図１０（Ａ）の斜線部に示している。データ処理部７０は、４番のラベルの連続領域における代表点ｐｒの標高値の平均値を、１．７５ｍと算出している。データ処理部７０は、６番のラベルの連続領域における代表点ｐｒの標高値の平均値を、０．３ｍと算出している。データ処理部７０は、４番のラベルの連続領域と６番のラベルの連続領域との最近傍にある地表面Ｆの領域における代表点ｐｒの標高値の平均値を、０．３７５ｍと算出している。図１０（Ｃ）に示すように、データ処理部７０は、４番のラベルの連続領域とその最近傍にある地表面Ｆの領域とにおける、標高値の平均値の差が閾値０．１ｍより大きいため、４番のラベルの連続領域を地物Ｅと推定する。データ処理部７０は、６番のラベルの連続領域とその最近傍にある地表面Ｆの領域とにおける、標高値の平均値の差が閾値０．１ｍ以下であるため、６番のラベルの連続領域を地表面Ｆと推定する。

【0097】

最後に、データ処理部７０は、グリッドｇに付与されたラベルに基づいて、荷物Ｗ、地表面Ｆ、地物Ｅ毎に、グリッドｇの代表点ｐｒの集合を出力する。このように、データ処理部７０は、周囲の地表面Ｆから地物Ｅによって分断された領域を地表面Ｆとして認識できる。

【0098】

データ処理部７０はグリッドｇの代表点ｐｒの集合を用いて、荷物Ｗ、地物Ｅ毎に大きさと高さをカメラ画像上に可視化する（図１３の領域可視化処理（ＳＴＥＰ－１０８））。具体的には、まず、データ処理部７０は、第一ＧＮＳＳ受信機６４ａと第二ＧＮＳＳ受信機６４ｂとの計測データから現在時刻のレーザスキャナ６２の位置と向き（方位）とを算出する。次に、データ処理部７０は、算出したレーザスキャナ６２の位置と向きとに基づいて座標軸を決定し、荷物Ｗや地物Ｅ等の代表点ｐｒのカメラ画像上における位置を合わせて表示する。

【0099】

図１１に示すように、データ処理部７０は、荷物Ｗや地物Ｅ等の代表点ｐｒのカメラ画像Ｉ上における位置を用いて、荷物Ｗや地物Ｅをカメラ画像Ｉ上で内包する外形線を算出し、外形線が成す外形図形をガイド情報ＧＤ１としてカメラ画像Ｉ上に表示する。最後に、データ処理部７０は、ガイド情報ＧＤ１の上に荷物Ｗや地物Ｅの標高値と地表面Ｆの標高値の差分値をガイド情報ＧＤ２（高さの情報）として表示する。尚、ガイド情報ＧＤ１の描画色は、荷物Ｗや地物Ｅの高さに応じて濃淡を変更した所定の色で表示する。また、荷物Ｗや地物Ｅの高さの有効桁数は、小数第一位とする。

【0100】

図１２に示すように、データ処理部７０は、荷物Ｗ、地表面Ｆ、地物Ｅ毎にラベルが付与された計測領域ＫＡの三次元地図を用いて、それぞれの三次元空間における位置関係と大きさを可視化する（図１３の三次元地図可視化処理（ＳＴＥＰ－１０９））。具体的には、まず、データ処理部７０は、荷物Ｗ、地表面Ｆ、地物Ｅ毎の代表点ｐｒの位置と標高値とに基づいて、代表点ｐｒを重心とする面Ｓを生成する。このとき、面Ｓの幅は代表点ｐｒの生成時に用いたグリッドｇの幅とする。そして、データ処理部７０は、荷物Ｗ、地表面Ｆ、地物Ｅ毎に面Ｓに色付けを行い、三次元空間における三次元地図Ｍとしてデータ表示部８０に可視化する。

【0101】

尚、クレーン１や計測領域ＫＡの状況に合わせてグリッドｇの幅が変更されて、三次元地図Ｍの可視性が調整される。例えば、データ処理部７０は、ブーム９の先端部分の高さが高くなるに応じてグリッドｇの幅を小さくすると、高い位置から計測された広範囲の計測領域ＫＡを、より細かな面Ｓの三次元地図Ｍで可視化できる。データ処理部７０は、計測領域ＫＡにおいて高さの差が閾値以内である複数の地物Ｅが互いに近接している場合、グリッドｇの幅を大きくすると、複数の地物Ｅを一つの地物Ｅとして三次元地図Ｍに可視化できる。

【0102】

以下に、計測領域表示システム５０の制御態様について具体的に説明する。

【0103】

図１３に示すように、データ処理部７０は、計測データが入力され、ＳＴＥＰ－１０１に移行する。

【0104】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－１０１において、時刻対応処理を行い、ＳＴＥＰ－１０２に移行する。

【0105】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－１０２において、剛体変換処理を行い、ＳＴＥＰ－１０３に移行する。

【0106】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－１０３において、グリッド生成処理Ａを開始し、ＳＴＥＰ－２０１に移行する（図１４参照）。そして、グリッド生成処理Ａが終了するとＳＴＥＰ－１０４に移行する。

【0107】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－１０４において、三次元地図更新処理Ｂを開始し、ＳＴＥＰ－３０１に移行する（図１５参照）。そして、三次元地図更新処理Ｂが終了するとＳＴＥＰ－１０５に移行する。尚、データ処理部７０は、現在時刻よりも前に三次元地図が生成されていない場合は、新に三次元地図を生成する。

【0108】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－１０５において、ラベリング処理Ｃを開始し、ＳＴＥＰ－４０１に移行する（図１６参照）。そして、ラベリング処理Ｃが終了するとＳＴＥＰ－１０６に移行する。

【0109】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－１０６において、同一領域推定処理を行い、ＳＴＥＰ－１０７に移行する。

【0110】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－１０７において、地物領域推定処理を行い、ＳＴＥＰ－１０８に移行する。

【0111】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－１０８において、領域可視化処理を行い、ＳＴＥＰ－１０９に移行する。

【0112】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－１０９において、三次元地図可視化処理を行い、可視化結果を出力する。可視化結果とは、三次元地図Ｍやカメラ画像情報等である。

【0113】

図１４に示すように、データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－２０１において、グリッド生成処理Ａを開始し、補正された点群データＰを重ね合わせて、ＳＴＥＰ－２０２に移行する。

【0114】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－２０２において、重ね合わせた点群データＰを一定の大きさのグリッドｇで分割し、ＳＴＥＰ－２０３に移行する。

【0115】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－２０３において、点群データＰが存在するグリッドｇを任意の間隔で水平の方向にスライスし、複数の層Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３・・・を形成し、ＳＴＥＰ－２０４に移行する。

【0116】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－２０４において、各層のうち、点データｐが存在し、かつ、最も標高が高い位置にある層Ｌ１の点データｐの平均標高値Ｈを算出し、ＳＴＥＰ－２０５に移行する。

【0117】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－２０５において、グリッドｇの重心位置を算出し、ＳＴＥＰ－２０６に移行する。

【0118】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－２０６において、算出した平均標高値Ｈにおけるグリッドｇの重心位置をグリッドｇの代表点ｐｒの位置として設定し、ＳＴＥＰ－２０７に移行する。

【0119】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－２０７において、点群データＰが存在する全てのグリッドｇで代表点ｐｒの設定が完了したか否かを判定する。
その結果、データ処理部７０は、点群データＰが存在する全てのグリッドｇで代表点ｐｒの設定が完了した場合、グリッド生成処理Ａを終了し、ＳＴＥＰ－１０４に移行する。
一方、データ処理部７０は、点群データＰが存在する全てのグリッドｇで代表点ｐｒの設定が完了していない場合、ＳＴＥＰ－２０３に移行して、代表点ｐｒの設定が行われていないグリッドｇに対してＳＴＥＰ－２０３を行う。

【0120】

図１５に示すように、データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－３０１において、三次元地図更新処理Ｂを開始し、グリッドｇにおける、設定した代表点ｐｒと、現在時刻より前に生成されている三次元地図の代表点ｐｒと、を取得する。

【0121】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－３０２において、同一のグリッドｇ内に複数の代表点ｐｒが存在するか否かを判定する。
その結果、データ処理部７０は、同一のグリッドｇ内に複数の代表点ｐｒが存在する場合、ＳＴＥＰ－３０３に移行する。
一方、データ処理部７０は、同一のグリッドｇ内に複数の代表点ｐｒが存在しない場合、ＳＴＥＰ－３０４に移行する。

【0122】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－３０３において、現在時刻よりも前に生成されている三次元地図の代表点ｐｒを削除し、ＳＴＥＰ－３０４に移行する。

【0123】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－３０４において、全てのグリッドｇでＳＴＥＰ－３０１、３０２が完了したか否かを判定する。
その結果、データ処理部７０は、全てのグリッドｇでＳＴＥＰ－３０１、３０２が完了した場合、ＳＴＥＰ－３０５に移行する。
一方、データ処理部７０は、全てのグリッドｇでＳＴＥＰ－３０１、３０２が完了していない場合、ＳＴＥＰ－３０１に移行して、ＳＴＥＰ－３０１、３０２が行われていないグリッドｇに対してＳＴＥＰ－３０１を行う。

【0124】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－３０５において、グリッドｇと同じ大きさの面を生成し、計測領域ＫＡの三次元地図を出力して、三次元地図更新処理Ｂを終了し、ＳＴＥＰ－１０５に移行する。

【0125】

図１６に示すように、データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－４０１において、ラベリング処理Ｃを開始し、注目グリッドｇａの代表点ｐｒの標高値とその４近傍にある各グリッドｇの代表点ｐｒの標高値との差を算出し、ＳＴＥＰ－４０２に移行する。

【0126】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－４０２において、算出した標高値の差のいずれかが閾値以下か否かを判定する。尚、データ処理部７０は、４近傍のグリッドｇがない（注目グリッドｇａが三次元地図の左上にある）場合は、ＳＴＥＰ－４０４に移行して注目グリッドｇａに１番のラベルを付与する。
その結果、データ処理部７０は、算出した標高値の差のいずれかが閾値以下である場合、ＳＴＥＰ－４０３に移行する。
一方、データ処理部７０は、算出した標高値の差が全て閾値よりも大きい場合、ＳＴＥＰ－４０４に移行する。

【0127】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－４０３において、標高値の差が閾値以下のグリッドｇの中で最も番号が小さいラベルを注目グリッドｇａに付与し、ＳＴＥＰ－４０５に移行する。

【0128】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－４０４において、注目グリッドｇａに新たなラベルを付与し、ＳＴＥＰ－４０５に移行する。

【0129】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－４０５において、全てのグリッドｇに対してラベルの付与が完了したか否かを判定する。
その結果、データ処理部７０は、全てのグリッドｇに対してラベルの付与が完了した場合、ＳＴＥＰ－４０６に移行する。
一方、データ処理部７０は、全てのグリッドｇに対してラベルの付与が完了していない場合、ＳＴＥＰ－４０１に移行し、注目グリッドｇａの右隣または次の行のグリッドｇを次の注目グリッドｇａとしてＳＴＥＰ－４０１を行う。

【0130】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－４０６において、注目グリッドｇａの代表点ｐｒの標高値とその４近傍にある各グリッドｇの代表点ｐｒの標高値との差を算出し、ＳＴＥＰ－４０７に移行する。

【0131】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－４０７において、注目グリッドｇａの４近傍のグリッドｇに、標高値の差が閾値以下で、かつ、注目グリッドｇａと異なるラベルが付与されているか否かを判定する。
その結果、データ処理部７０は、注目グリッドｇａの４近傍のグリッドｇに、標高値の差が閾値以下で、かつ、注目グリッドｇａと異なるラベルが付与されている場合、ＳＴＥＰ－４０８に移行する。
一方、データ処理部７０は、注目グリッドｇａの４近傍のグリッドｇに、標高値の差が閾値以下で、かつ、注目グリッドｇａと異なるラベルが付与されていない場合、ＳＴＥＰ－４０９に移行する。

【0132】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－４０８において、標高値の差が閾値以下で、かつ、注目グリッドｇａと異なるラベルが付与されているグリッドｇのラベルを注目グリッドｇａのラベルで上書きし、ＳＴＥＰ－４０９に移行する。

【0133】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－４０９において、全てのグリッドｇに対してＳＴＥＰ－４０６、４０７の処理が完了したか否かを判定する。
その結果、データ処理部７０は、全てのグリッドｇに対してＳＴＥＰ－４０６、４０７の処理が完了した場合、ＳＴＥＰ－４１０に移行する。
一方、データ処理部７０は、全てのグリッドｇに対してＳＴＥＰ－４０６、４０７の処理が完了していない場合、ＳＴＥＰ－４０６に移行し、注目グリッドｇａの右隣または次の行のグリッドｇを次の注目グリッドｇａとしてＳＴＥＰ－４０６を行う。

【0134】

データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－４１０において、グリッドｇにラベルが付与された三次元地図を出力して、ラベリング処理Ｃ処理を終了し、ＳＴＥＰ－１０６に移行する。

【0135】

以下に、レーザスキャナ６２から各代表点ｐｒまでの距離Ｌａに応じて閾値を変更する地表面推定方法について説明する。

【0136】

データ処理部７０は、レーザスキャナ６２から各代表点ｐｒまでの距離Ｌａとレーザスキャナ６２の計測性能とに基づいて、閾値を変更する。距離Ｌａは、点群データＰの座標に基づいて算出される。図１７（Ａ）（Ｂ）に示すように、例えば、データ処理部７０は、距離Ｌａが増加して所定の距離Ｌｂを越えた場合、閾値を０．１ｍから０．２ｍに増加させている。所定の距離Ｌｂは、閾値を変更する条件となる距離である。これにより、データ処理部７０は、距離Ｌａが増加することによって、レーザスキャナ６２の計測誤差（計測結果のばらつき）が増加したとしても、増加させた閾値の範囲内で、計測誤差が増加したグリッドｇを連続領域と認識できる。

【0137】

或いは、図１８（Ａ）左図に示すように、データ処理部７０は、ブーム長さ、起伏角度、レーザスキャナ６２の配置位置から、センサユニット６５に配置されたレーザスキャナ６２の高さＨ１を算出する。データ処理部７０は、算出したレーザスキャナ６２の高さＨ１に基づいて、水平面である仮想地表面Ｆａを設定する。具体的には、データ処理部７０は、仮想地表面Ｆａからのレーザスキャナ６２の高さが算出したレーザスキャナ６２の高さＨ１と等しくなるように、仮想地表面Ｆａを設定する。そして、データ処理部７０は、レーザスキャナ６２から所定の距離Ｌｂとなるような仮想地表面Ｆａ上の位置を、レーザスキャナ６２の高さＨ１と所定の距離Ｌｂとに基づいて算出する。

【0138】

図１８（Ａ）右図に示すように、データ処理部７０は、所定の距離Ｌｂが複数ある場合、算出した仮想地表面Ｆａ上の位置が同一の円の縁Ｎａの位置となるような、Ｚ軸方向視で同心円状の領域Ｎを設定する。設定される同心円状の領域Ｎは、同心円の中心がセンサユニット６５に配置されたレーザスキャナ６２の鉛直下方向の位置となる。データ処理部７０は、同心円で区切られる仮想地表面Ｆａの領域毎に閾値を設定する。例えば、データ処理部７０は、同心円で区切られる仮想地表面Ｆａの領域毎に０．１ｍ、０．１１ｍ、０．１２ｍ、０，１３ｍの閾値を設定している。

【0139】

データ処理部７０は、所定の距離Ｌｂが一つの場合、算出した仮想地表面Ｆａ上の位置が円の縁の位置となるような、Ｚ軸方向視で円状の領域を設定する。設定される円状の領域は、円の中心がセンサユニット６５に配置されたレーザスキャナ６２の鉛直下方向の位置となる。データ処理部７０は、円で区切られる仮想地表面の領域毎に閾値を設定する。

【0140】

或いは、データ処理部７０は、ブーム９の先端部分の高さＨ２に基づいて、全ての代表点ｐｒの閾値を一律に変更する。図１８（Ｂ）に示すように、例えば、ブーム９の先端部分の高さが高くなり所定の高さＨ３を超えた場合に、全ての代表点ｐｒの閾値を一律に０．１ｍから０．２ｍに増加させている。所定の高さＨ３は、閾値を変更する条件となる高さである。或いは、荷物Ｗの重量やブーム長さによっても、ブーム９の揺れが大きくなり計測誤差が大きくなるため、荷物Ｗの重量やブーム長さに応じて閾値を変更してもよい。

【0141】

以下に、計測領域表示システム５０の制御態様について具体的に説明する。

【0142】

図１９に示すように、データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－４１１において、レーザスキャナ６２から代表点ｐｒまでの距離Ｌａを算出し、レーザスキャナ６２から代表点ｐｒまでの距離Ｌａとレーザスキャナ６２の計測性能とに基づいて閾値を変更し、ＳＴＥＰ－４０２に移行する。

【0143】

このような地表面推定方法は、点群データＰの計測誤差を考慮した閾値に変更することによって、より計測結果のばらつきを考慮して連続する領域が認識される。これにより、傾斜や凹凸によって地表面Ｆの高さが変動していても連続した地表面Ｆとして認識できる。

【0144】

以下に、計測領域ＫＡの所定の範囲内における、連続領域の数に応じてグリッドｇの幅を変更する地表面推定方法について説明する。

【0145】

図２０（Ａ）に示すように、所定の範囲内に所定の数以上の連続領域がある場合、地表面Ｆの領域が狭くなり、より小さな地表面Ｆの領域が認識されていない可能性がある。所定の範囲と所定の数とは、任意に設定されている。データ処理部７０は、所定の範囲Ｊａを三次元地図のグリッドｇ上の全体で移動させながら、所定の範囲Ｊａ内に所定の数以上の連続領域があるか否かを判定していく。

【0146】

例えば、所定の範囲Ｊａをグリッドｇ上で移動させていくと、所定の範囲Ｊａに１番から４番のラベルの連続領域がある場合があるとする。また、所定の数が４に設定されているとする。このとき、データ処理部７０は、所定の範囲Ｊａ内に所定の数である４以上の連続領域があるため、グリッドｇの幅を半分に減少させて、再びラベリング処理Ｃを行う。図２０（Ｂ）に示すように、データ処理部７０は、グリッドｇの幅を減少させることによって、３番のラベルと４番のラベルとの間の、より小さな地表面Ｆ（１番のラベル）の領域を認識している。尚、グリッドｇの幅の変化率は、任意に設定可能とする。また、データ処理部７０は、グリッドｇの幅を小さくしても連続領域の形状が変わらなかった場合、小さくする前のグリッドｇの幅に戻してもよい。

【0147】

以下に、計測領域表示システム５０の制御態様について具体的に説明する。

【0148】

図２１に示すように、データ処理部７０は、ＳＴＥＰ－２０８において、所定の範囲内にある連続領域の数に応じてグリッドｇの幅を変更し、ＳＴＥＰ－２０２に移行する。

【0149】

このような地表面推定方法は、地表面Ｆの領域が小さくなる場合でも、グリッドｇの幅を小さくすることによって、より小さな地表面Ｆの領域が認識される。これにより、傾斜や凹凸によって地表面Ｆの高さが変動していても連続した地表面Ｆとして認識できる。

【0150】

上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

【符号の説明】

【0151】

１ クレーン
６１ カメラ
６２ レーザスキャナ
７０ データ処理部
Ｆ 地表面
ｇ グリッド
Ｈ 平均標高値
ＫＡ 計測領域
ｐ 点データ
Ｐ 点群データ
ｐｒ 代表点

【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】