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(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】2024-01-12
(45)【発行日】2024-01-22
(54)【発明の名称】作業機械
(51)【国際特許分類】
G01S 19/28 20100101AFI20240115BHJP
E02F 9/20 20060101ALI20240115BHJP
【ＦＩ】
G01S19/28
E02F9/20 N
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020045822
(22)【出願日】2020-03-16
(65)【公開番号】P2021148467
(43)【公開日】2021-09-27
【審査請求日】2023-01-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000005522
【氏名又は名称】日立建機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】菅原 一宏
(72)【発明者】
【氏名】泉 枝穂
(72)【発明者】
【氏名】小竹 伸一
【審査官】▲高▼場 正光
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１３９９３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０７９６７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－０６２４９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－３２５１４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１８８７９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－００４８３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２５８７５９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２８３６７４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－１７２４２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１７３９２０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１０－５３４８４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１６７０２２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ５／００ － Ｇ０１Ｓ ５／１４
Ｇ０１Ｓ １９／００ － Ｇ０１Ｓ １９／５５
Ｅ０２Ｆ １／００ － Ｅ０２Ｆ ９／２８
Ａ０１Ｂ １／００ － Ａ０１Ｂ ７９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下部走行体と、前記下部走行体の上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
前記上部旋回体の前方に取り付けられ所定の動作平面上で動作する作業装置と、
前記作業装置及び前記上部旋回体に取り付けられた複数の姿勢センサと、
前記上部旋回体に固定され、複数の測位衛星からの衛星信号を受信するための２つのＧＮＳＳアンテナと、
前記２つのＧＮＳＳアンテナで受信される複数の衛星信号及び基準局から送信される補正データに基づいて、前記２つのＧＮＳＳアンテナのうち少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナの位置と前記２つのＧＮＳＳアンテナ間の方位とを演算する受信機と、
前記少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナの位置、前記２つのＧＮＳＳアンテナ間の方位、及び前記複数の姿勢センサの検出信号に基づいて、前記作業装置の方位及び位置を演算するコントローラとを備えた作業機械において、
前記２つのＧＮＳＳアンテナは、それぞれ前記上部旋回体の上面における前記作業装置の後方の領域に位置し，前記作業装置の前後方向に間隔を介して配置されており、
前記コントローラは、前記２つのＧＮＳＳアンテナが前記複数の測位衛星から衛星信号を受信する際に前記作業装置が障害物となり得る範囲にマスク範囲を設定し、
前記受信機は、前記複数の測位衛星から前記コントローラで設定された前記マスク範囲に位置する測位衛星を除いた残りの測位衛星から送信される衛星信号に基づいて、前記少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナの位置と前記２つのＧＮＳＳアンテナ間の方位を演算する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項2】
請求項１の作業機械において、前記コントローラは、演算された前記作業装置の方位に基づいて、前記複数の測位衛星から送信される衛星信号が前記２つのＧＮＳＳアンテナに到達するまでに前記作業装置によって遮蔽される得る第１の方位角の範囲と、前記複数の測位衛星から送信される衛星信号が前記作業装置に反射して前記２つのＧＮＳＳアンテナに受信され得る第２の方位角の範囲とに前記マスク範囲を設定する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項3】
請求項１の作業機械において、前記コントローラは、
前記複数の姿勢センサの検出信号に基づいて前記作業装置の上面の傾斜角を演算し、
演算された前記作業装置の方位と、前記複数の姿勢センサの検出信号とに基づいて、前記複数の測位衛星から送信される衛星信号が前記２つのＧＮＳＳアンテナに到達するまでに前記作業装置によって遮蔽される得る第１の方位角及び仰角の範囲を決定し、
演算された前記作業装置の方位と、演算された前記作業装置の上面の傾斜角とに基づいて、前記複数の測位衛星から送信される衛星信号が前記作業装置の上面に反射して前記２つのＧＮＳＳアンテナに受信され得る第２の方位角及び仰角の範囲を決定し、
前記第１の方位角及び仰角の範囲と前記第２の方位角及び仰角の範囲とに前記マスク範囲を設定する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項4】
請求項１の作業機械において、前記２つのＧＮＳＳアンテナは、それぞれ、前記作業装置の左右方向における左側最外端を通り前記動作平面に平行な第１仮想平面と、前記作業装置の左右方向における右側最外端を通り前記動作平面に平行な第２仮想平面とに挟まれた領域に位置し、前記作業装置の前後方向に間隔を介して配置されている
ことを特徴とする作業機械。
【請求項5】
請求項１の作業機械において，前記２つのＧＮＳＳアンテナは、それぞれ、前記上部旋回体の上面と前記動作平面との交線の上方に配置されている
ことを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、土木工事等に使用され、ＧＮＳＳを用いて作業装置の位置検出を行う作業機械に関する。
【背景技術】
【0002】
ブーム，アーム及びバケットなどの複数のフロント部材を連結して構成される作業装置を備えた作業機械（例えば油圧ショベル）として、３次元施工図面から生成され施工目標の完成形状を規定する施工目標面を作業装置とともに運転室内のモニタに表示するマシンガイダンス機能や，作業装置が施工目標面を超えないように作業装置の動作（すなわちフロント部材を駆動するアクチュエータの動作）に制限をかけるマシンコントロール機能を備えたものが土木工事等で利用されている。
【0003】
この種の作業機械には、施工目標面と共通の座標系における作業装置の位置（例えばバケット先端位置）を演算するために、各フロント部材及び作業機械本体の姿勢を検出する複数の姿勢センサ（例えばＩＭＵ（Inertial Measurement Unit））と、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）用の２つのアンテナ（ＧＮＳＳアンテナ）とが搭載されることがある。作業装置の位置を演算する場合、２つのＧＮＳＳアンテナが受信した複数の衛星信号から、少なくとも一方のＧＮＳＳアンテナの位置と当該２つのＧＮＳＳアンテナ間の方位が演算される。そして、演算された位置と方位に、複数の姿勢センサの検出結果を組合わせることで作業装置の位置（例えば、作業現場に設定される現場座標系や地理座標系（グローバル座標系）における位置）が演算される。
【0004】
また、高い測位精度が要求されるＧＮＳＳ測位では、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）－ＧＮＳＳ測位の利用が好ましい。この測位方式は、既知点に設置したＧＮＳＳ基準局から無線送信される補正データを作業機械（移動局）で受信し、補正データを受信した作業機械（移動局）にて基準局との相対位置を算出し、既知点（基準局）の座標とあわせて作業機械（移動局）の３次元座標を求めるものである。２つのＧＮＳＳアンテナの方位は、２つのＧＮＳＳアンテナで受信したデータ（衛星信号）を比較することにより算出する。また、１つのＧＮＳＳアンテナで受信したデータから補正データを生成し、その補正データをもう１つのＧＮＳＳアンテナの受信機に送信して２つのＧＮＳＳアンテナ間の方位演算を行う方式であるムービングベースＲＴＫの利用も可能である。
【0005】
施工目標面に対して精度の良い施工を行うためには、少なくとも一方のＧＮＳＳアンテナの位置と２つのＧＮＳＳアンテナ間の方位を高精度に求める必要がある。しかしながら、ＧＮＳＳ測位では、２つのＧＮＳＳアンテナの周囲に存在する障害物の影響により測位精度が低下することが知られている。このような課題に対して特許文献１では、カメラで取得した画像から建築物を抽出し、第１位置と第２位置間の距離及び第１位置及び第２位置における当該建築物の画像上の仰角θ１、θ２から当該建築物の実際の高さＨを算出し、算出した建築物の実際の高さＨと第２位置においてＧＮＳＳ受信機１０で取得したＧＮＳＳ衛星の位置情報とに基づき、当該建築物がＧＮＳＳ衛星からの電波を受信する際に障害になるか否かを判定し、障害になると判定した場合には当該ＧＮＳＳ衛星から受信している電波をマルチパスと判定して、当該ＧＮＳＳ衛星受信した電波の情報を用いないで測位演算を行う移動体測位装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１２－１５９３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで作業機械では、可動部位であるブームやアームがＧＮＳＳアンテナより高所に位置することがある。この場合のブームやアームは測位精度を悪化させる障害物となり得るが、これらの可動部位を特許文献１のようにカメラで検出するのはカメラの設置位置や処理負荷の関係で好適とは言えない。また、一般的にカメラを屋外で使用する場合、昼間の太陽光や夜間の作業灯のような強い光の影響により障害物を検出できないことがあり、そもそも安定的に障害物を検出できないという課題もある。
【0008】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、ＧＮＳＳアンテナより高所に位置しうる作業装置を有する作業機械において、高精度で可用性の高い位置と方位を検出できる作業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、下部走行体と、前記下部走行体の上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、前記上部旋回体の前方に取り付けられ所定の動作平面上で動作する作業装置と、前記作業装置及び前記上部旋回体に取り付けられた複数の姿勢センサと、前記上部旋回体に固定され、複数の測位衛星からの衛星信号を受信するための２つのＧＮＳＳアンテナと、前記２つのＧＮＳＳアンテナで受信される複数の衛星信号及び基準局から送信される補正データに基づいて、前記２つのＧＮＳＳアンテナのうち少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナの位置と前記２つのＧＮＳＳアンテナ間の方位とを演算する受信機と、前記少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナの位置、前記２つのＧＮＳＳアンテナ間の方位、及び前記複数の姿勢センサの検出信号に基づいて、前記作業装置の方位及び位置を演算するコントローラとを備えた作業機械において、前記２つのＧＮＳＳアンテナは、それぞれ前記上部旋回体の上面における前記作業装置の後方の領域に位置し，前記作業装置の前後方向に間隔を介して配置されており、前記コントローラは、前記２つのＧＮＳＳアンテナが前記複数の測位衛星から衛星信号を受信する際に前記作業装置が障害物となり得る範囲にマスク範囲を設定し、前記受信機は、前記複数の測位衛星から前記コントローラで設定された前記マスク範囲に位置する測位衛星を除いた残りの測位衛星から送信される衛星信号に基づいて、前記少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナの位置と前記２つのＧＮＳＳアンテナ間の方位を演算することとする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、測位結果から演算される作業装置の方位に基づいてマスク範囲を容易に設定できるとともに、ＧＮＳＳアンテナの配置によってマスク範囲をコンパクトにできるで、高精度で可用性の高い位置と方位の検出が容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態に係る作業機械の側面図である。
【図2】本発明の実施形態に係る作業機械の上面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る作業機械のシステム構成図である。
【図4】本発明の実施形態に係るブームに関する角度の説明図である。
【図5】ＧＮＳＳでの位置計測原理の説明図。
【図6】ＧＮＳＳでの位置計測原理の説明図。
【図7】ブームを備える作業機械でのＧＮＳＳ測位結果の一例を示す図。
【図8】従来のアンテナ配置で設定すべきマスク範囲の説明図。
【図9】比較例のアンテナ配置で設定すべきマスク範囲の説明図。
【図10】本実施形態のアンテナ配置で設定すべきマスク範囲の説明図。
【図11】従来のアンテナ配置で設定すべきマスク範囲の説明図。
【図12】比較例のアンテナ配置で設定すべきマスク範囲の説明図。
【図13】本実施形態のアンテナ配置で設定すべきマスク範囲の説明図。
【図14】本実施形態のアンテナ配置で設定すべきマスク範囲の一例。
【図15】従来のアンテナ配置で設定すべきマスク範囲（方位角の範囲）の一例。
【図16】日本で観察可能なＧＮＳＳ衛星軌道の天空図。
【図17】ＧＮＳＳ衛星の配置と測位精度の目安となるＤＯＰを算出した例である。
【図18】本実施形態のアンテナ配置のときに作業装置によって衛星が遮蔽され得る仰角の範囲の説明図。
【図19】本実施形態のアンテナ配置のときに作業装置によって衛星が反射され得る仰角の範囲の説明図。
【図20】本実施形態のアンテナ配置で設定すべきマスク範囲（方位角と仰角の範囲）の一例。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下，本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。以下の実施の形態は，作業機械としてクローラ式の油圧ショベルに本発明を適用したものであり，バケット先端と施工目標面の位置関係を運転室内のモニタに表示するマシンガイダンス機能と、バケット先端が施工目標面を超えないように作業装置の動作（すなわちフロント部材を駆動するアクチュエータの動作）に制限をかけるマシンコントロール機能とを有している。なお，各図において同じ部分には同じ符号を付し，重複した説明は適宜省略するものとする。
【0013】
（第１の実施形態）
＜対象機械＞
図１は第１の実施形態に係る油圧ショベル１及びＧＮＳＳ基準局８の側面図であり、図２は図１の油圧ショベル１の上面図である。これらの図に示す油圧ショベル１は，クローラ式の走行体（下部走行体）２と，走行体２の上部に旋回可能に取り付けられた旋回体（上部旋回体）３と，一端（基端）が旋回体３の前方に取り付けられた多関節型のリンク機構よりなるフロント作業装置（単に「作業装置」と称することもある）６とを備えている。図中の符号３０は地面を表す。
＜対象機械＞
図１は第１の実施形態に係る油圧ショベル１及びＧＮＳＳ基準局８の側面図であり、図２は図１の油圧ショベル１の上面図である。これらの図に示す油圧ショベル１は，クローラ式の走行体（下部走行体）２と，走行体２の上部に旋回可能に取り付けられた旋回体（上部旋回体）３と，一端（基端）が旋回体３の前方に取り付けられた多関節型のリンク機構よりなるフロント作業装置（単に「作業装置」と称することもある）６とを備えている。図中の符号３０は地面を表す。
【0014】
フロント作業装置６は，一端が旋回体３に連結されたブーム６Ａと，一端がブーム６Ａの他端に連結されたアーム６Ｂと，一端がアーム６Ｂの他端に連結されたバケット６Ｃとを有しており，これら各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃは，それぞれ上下方向に回動するように構成されている。
【0015】
また，各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの回動を行う駆動アクチュエータとして，ブームシリンダ１１Ａ，アームシリンダ１１Ｂ，バケットシリンダ１１Ｃが備えられている。旋回体３は図示しない旋回モータによって旋回中心軸Ｏを中心に旋回駆動される。
【0016】
ブーム６Ａ、アーム６Ｂ及びバケット６Ｃは，フロント作業装置６を含む共通の平面上で動作し，以下ではこの平面を動作平面と称することがある。つまり動作平面とは，ブーム６Ａ、アーム６Ｂ及びバケット６Ｃの回動軸に直交する平面であり，例えばブーム６Ａ、アーム６Ｂ及びバケット６Ｃの幅方向の中心（すなわち各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの回動軸の中心）に設定できる。本実施形態では，ブーム６Ａ、アーム６Ｂ及びバケット６Ｃの幅方向の中心を通過する面を動作平面Ｐｏ（図２参照）とする。
【0017】
＜姿勢センサ＞
油圧ショベル１には，フロント作業装置６と旋回体３の姿勢を検出するための複数の姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３が備えられている。本実施形態では各姿勢センサに，角度（または角速度）と加速度を検出可能な慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）を用いている。これら姿勢センサのうち，ブーム６Ａにはブーム姿勢センサ７５Ａが，アーム６Ｂにはアーム姿勢センサ７５Ｂが，バケット６Ｃにはバケット姿勢センサ７５Ｃが取り付けられている（図１参照）。また，旋回体３には旋回体姿勢センサ２３が取り付けられており（図１参照），それにより旋回体３の傾斜角度（ピッチ角及びロール角），旋回速度及び旋回角度を計測である。姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３の出力（検出信号）は，接続線を介して車載コントローラ４０に入力されている。なお，フロント作業装置６の姿勢センサとしては，各フロント部材の回動角度を検出する角度センサを用いても良い。
油圧ショベル１には，フロント作業装置６と旋回体３の姿勢を検出するための複数の姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３が備えられている。本実施形態では各姿勢センサに，角度（または角速度）と加速度を検出可能な慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）を用いている。これら姿勢センサのうち，ブーム６Ａにはブーム姿勢センサ７５Ａが，アーム６Ｂにはアーム姿勢センサ７５Ｂが，バケット６Ｃにはバケット姿勢センサ７５Ｃが取り付けられている（図１参照）。また，旋回体３には旋回体姿勢センサ２３が取り付けられており（図１参照），それにより旋回体３の傾斜角度（ピッチ角及びロール角），旋回速度及び旋回角度を計測である。姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３の出力（検出信号）は，接続線を介して車載コントローラ４０に入力されている。なお，フロント作業装置６の姿勢センサとしては，各フロント部材の回動角度を検出する角度センサを用いても良い。
【0018】
旋回体３には，オペレータによって操作される操作装置（図示せず），バケット６Ｃと施工目標面の位置関係等が表示されるモニタ６０が設けられた運転席４と，複数の測位衛星（ＧＮＳＳ衛星）から衛星信号を受信するための２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂと，基準局８から送信されるＧＮＳＳ補正データを受信するための無線機７と，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのうち少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナの地理座標系（グローバル座標系）における位置座標と，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位（すなわち旋回体３の方位）とを演算するＧＮＳＳ受信機５１と，ＧＮＳＳ受信機５１で演算された位置及び方位と、複数の姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３の検出信号とに基づいて、フロント作業装置６上の所望の位置座標を演算するコンピュータである車載コントローラ４０とが備えられている。なお，本実施形態では２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置及び旋回体３の方位角を１つのＧＮＳＳ受信機で演算する構成を採っているが、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのそれぞれに対応する２つのＧＮＳＳ受信機５１Ａ，５１Ｂを搭載する構成を採っても良い。
【0019】
＜ＧＮＳＳ基準局＞
油圧ショベル１の無線機７に対してＧＮＳＳ補正データを無線送信するＧＮＳＳ基準局８について説明する。地理座標系における座標位置が既知であるＧＮＳＳ基準局８には，複数の測位衛星（ＧＮＳＳ衛星）から衛星信号を受信するためのＧＮＳＳアンテナ８０と，ＧＮＳＳアンテナ８０で受信された衛星信号に基づいてＧＮＳＳアンテナ８０の地理座標系における位置座標を演算するＧＮＳＳ受信機８１と，ＧＮＳＳアンテナ８０で受信された複数の衛星信号に基づいて無線機７に無線送信するためのＧＮＳＳ補正データを生成する基準局コントローラ８２と，基準局コントローラ８２で生成されたＧＮＳＳ補正データを無線機７に送信する無線機８７が備えられている。ＧＮＳＳ基準局アンテナ８０に接続したＧＮＳＳ受信機８１は，基準局コントローラ８２を経由して無線機８７よりＧＮＳＳ補正データを無線送信する。無線機７で受信されたＧＮＳＳ補正データをＧＮＳＳ受信機５１での測位に利用するとセンチメートル級の高精度な測位が可能となる。
油圧ショベル１の無線機７に対してＧＮＳＳ補正データを無線送信するＧＮＳＳ基準局８について説明する。地理座標系における座標位置が既知であるＧＮＳＳ基準局８には，複数の測位衛星（ＧＮＳＳ衛星）から衛星信号を受信するためのＧＮＳＳアンテナ８０と，ＧＮＳＳアンテナ８０で受信された衛星信号に基づいてＧＮＳＳアンテナ８０の地理座標系における位置座標を演算するＧＮＳＳ受信機８１と，ＧＮＳＳアンテナ８０で受信された複数の衛星信号に基づいて無線機７に無線送信するためのＧＮＳＳ補正データを生成する基準局コントローラ８２と，基準局コントローラ８２で生成されたＧＮＳＳ補正データを無線機７に送信する無線機８７が備えられている。ＧＮＳＳ基準局アンテナ８０に接続したＧＮＳＳ受信機８１は，基準局コントローラ８２を経由して無線機８７よりＧＮＳＳ補正データを無線送信する。無線機７で受信されたＧＮＳＳ補正データをＧＮＳＳ受信機５１での測位に利用するとセンチメートル級の高精度な測位が可能となる。
【0020】
＜ＧＮＳＳアンテナ５０の配置＞
２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂは，それぞれマスト（アンテナ支持部材）５２ａ，５２ｂを介して上部旋回体３に固定されており，上部旋回体３の上面におけるフロント作業装置６の後方の領域の上方にそれぞれ位置し，フロント作業装置６の前後方向に所定の間隔を介して配置されている。本実施形態の２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂは，図１等に示すように，上部旋回体３の上面（第１領域）と動作平面Ｐｏとの交線の上方に中心が位置するように配置されており，フロント作業装置６の前後方向に沿って配置されている。このように２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂを配置すると，衛星からの電磁波がフロント作業装置６に遮蔽される領域を動作平面Ｐｏの延長面の近傍に限定でき，他の領域ではフロント作業装置６による電磁波の遮蔽は略行われないこととなる。
２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂは，それぞれマスト（アンテナ支持部材）５２ａ，５２ｂを介して上部旋回体３に固定されており，上部旋回体３の上面におけるフロント作業装置６の後方の領域の上方にそれぞれ位置し，フロント作業装置６の前後方向に所定の間隔を介して配置されている。本実施形態の２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂは，図１等に示すように，上部旋回体３の上面（第１領域）と動作平面Ｐｏとの交線の上方に中心が位置するように配置されており，フロント作業装置６の前後方向に沿って配置されている。このように２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂを配置すると，衛星からの電磁波がフロント作業装置６に遮蔽される領域を動作平面Ｐｏの延長面の近傍に限定でき，他の領域ではフロント作業装置６による電磁波の遮蔽は略行われないこととなる。
【0021】
２本のマスト５２ａ，５２ｂはそれぞれ上部旋回体３の上方でＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂを支持するためのポール状の支持部材である。本実施形態の２本のマスト５２ａ，５２ｂは，ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂと同様に上部旋回体３の上面（第１領域）と動作平面Ｐｏの交線上に配置されている。図２に示した例では，各マスト５２ａ，５２ｂの基端は上部旋回体３の上面に固定されており，各マスト５２ａ，５２ｂは当該基端から略垂直に伸びている。そして各マスト５２ａ，５２ｂの先端には，中心部が軸方向に膨らんだ略円盤状の外形を有するＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂが取り付けられており，各マスト５２ａ，５２ｂは自身の中心軸心が各ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの中心軸心を通過するように各アンテナ５０Ａ，５０Ｂを支持している。なお，ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの支持部材は，ポール状のマスト５２ａ，５２ｂに限らず，種々の形状の支持部材による支持が可能である。
【0022】
なお、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの配置は次の場合も許容される。まず，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂは，フロント作業装置６の左右方向における左側最外端を通り動作平面Ｐｏに平行な第１仮想平面Ｐｖ１と，フロント作業装置６の左右方向における右側最外端を通り動作平面Ｐｏに平行な第２仮想平面Ｐｖ２とに挟まれた領域に位置するように配置することができる。ここで「フロント作業装置６の左右方向における左側最外端」とは，動作平面Ｐｏの左側（図１の紙面上では動作平面Ｐｏの下側）に位置するフロント作業装置６を構成する全ての部材上の点で動作平面Ｐｏから最も遠い位置に存在する点であり，同様に「フロント作業装置６の左右方向における右側最外端」とは，動作平面Ｐｏの右側（図１の紙面上では動作平面Ｐｏの上側）に位置するフロント作業装置６を構成する全ての部材上の点で動作平面Ｐｏから最も遠い位置に存在する点である。バケット６Ｃの左右方向の幅にもよるが，例えば，フロント作業装置６の左右方向における左側最外端と右側最外端は，図２に示すようにバケット６Ｃの左側最外端と右側最外端となることがある。
【0023】
ただし，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂは，ブーム６Ａの左右方向における左側最外端を通り動作平面Ｐｏに平行な第３仮想平面Ｐｖ３と，ブーム６Ａの左右方向における右側最外端を通り動作平面Ｐｏに平行な第４仮想平面Ｐｖ４とに挟まれた領域に位置するように配置することが好ましい。すなわち、ＧＮＳＳアンテナ５０（５０Ａ，５０Ｂ）はフロント作業装置６の後方のブーム６Ａの最大幅内の「幅Ｂ」の内側に配置することが好ましい。このとき、ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの中心点が「幅Ｂ」内にあればよい。これはフロント作業装置６を構成する部材の中で通常ブーム６Ａが最も大きいため衛星からの電磁波（航法信号）を遮蔽する力が強く，ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの測位誤差に与える影響が大きいためである。なお，「ブーム６Ａの左右方向における左側最外端（右側最外端）」とは動作平面Ｐｏの左側（右側）に位置するブーム６Ａ上の点で動作平面Ｐｏから最も遠い位置に存在する点である。図１ではブーム６Ａの左右幅は前後方向に一定であり第３，第４仮想平面Ｐｖ３，４はブーム６Ａの左右側面に位置している。なお，例えば基端に向かって左右方向の幅が拡大しているブーム６Ａであればブーム幅は基端で最大となるため，第３，第４仮想平面Ｐｖ３，４はそれぞれブーム６Ａの基端における左右端を通過する平面となる。
【0024】
さらに，上記のような油圧ショベル１の左右方向の領域に２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂを配置したうえで，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂはさらに次のように配置することが好ましい。すなわち，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂは，上部旋回体３の上面（すなわち第１領域及び第２領域）と動作平面Ｐｏとの交線の上方，または，上部旋回体３の上面（すなわち第１領域及び第２領域）と動作平面Ｐｏに平行な面との交線の上方に各ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの中心が一直線上に位置するようにマスト５２ａ，５２ｂで支持して配置することが好ましい。
【0025】
＜ＧＮＳＳ受信機５１＞
ＧＮＳＳ受信機５１は、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂで受信される複数の衛星信号と、無線機７で受信されたＧＮＳＳ補正データとに基づいて、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのうち少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナ（例えば、ＧＮＳＳアンテナ５０Ｂ）の地理座標系（グローバル座標系）における位置座標と，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位（すなわち旋回体３の方位）とを演算する。
ＧＮＳＳ受信機５１は、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂで受信される複数の衛星信号と、無線機７で受信されたＧＮＳＳ補正データとに基づいて、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのうち少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナ（例えば、ＧＮＳＳアンテナ５０Ｂ）の地理座標系（グローバル座標系）における位置座標と，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位（すなわち旋回体３の方位）とを演算する。
【0026】
複数の測位衛星からは送信時刻情報を含んだ電磁波（衛星信号）が送信されている。ＧＮＳＳ受信機５１は，各ＧＮＳＳ衛星からの電磁波の受信時刻とその電磁波に含まれた送信時刻とから到達時間差を演算し，その到達時間差を基に各ＧＮＳＳ衛星とＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ，８０との距離を推測してＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ，８０の位置を算出する。ＧＮＳＳ衛星は精巧な時計を搭載しており，各衛星からの電磁波を復調して得られる到達時間差に電磁波の速度を乗算することにより各ＧＮＳＳ衛星とＧＮＳＳアンテナ間の距離が算出される。
【0027】
また，電磁波には各衛星の軌道情報を変調したものが含まれており，これを復調することで各ＧＮＳＳ衛星の位置情報をＧＮＳＳ受信機５１にて算出することができる。例えば３基の衛星からの電磁波をＧＮＳＳアンテナ５０Ａで受信した場合を平面で示すと，各衛星の軌道情報より求めた衛星位置を中心とし距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を半径とする３つの球を描いても１点には収束しない。これは距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に誤差が含まれるためであるが，最小二乗法によりＧＮＳＳアンテナ５０Ａの位置を推定できる。
【0028】
合計３基の衛星からの電磁波で平面上の位置（Ｘ，Ｙ）を求めることができるが，合計で４基の衛星からの電磁波が受信できれば３次元空間での位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が計測可能である。衛星が４基の場合は衛星位置を中心とし距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を半径とする球は必ずしも１点で交差しないが，各球からの差が最も少なくなる点をＧＮＳＳアンテナ５０Ａの位置と推測できる。また，衛星数が４個以上ある場合も同様に各球からの差が最も少なくなる点をＧＮＳＳアンテナの位置と推測することができる。
【0029】
ここで，各衛星からの距離に応じた球の交点が１点にならない理由は，算出した各ＧＮＳＳ衛星と各ＧＮＳＳアンテナとの距離に誤差が含まれるためである。この誤差は，ＧＮＳＳ衛星とＧＮＳＳアンテナ間に存在する電離層や水蒸気によって発生する電磁波の速度変化が方位や仰角が異なる各ＧＮＳＳ衛星の位置毎に異なることや，各ＧＮＳＳ衛星より電磁波で送られる軌道情報が実際の位置と若干異なることや，各ＧＮＳＳ衛星間の時計情報に若干の誤差があること等の要因により発生する。
【0030】
このような誤差はＲＴＫ－ＧＮＳＳ（リアルタイムキネマティックＧＮＳＳ）を利用することで低減できる。例えば，油圧ショベル１の近くに（数ｋｍ以内）設置した絶対位置が既知の基準局ＧＮＳＳアンテナ８０の測位とＧＮＳＳ補正データの演算を基準局ＧＮＳＳ受信機８１で行い，その補正データを無線機８７にてショベル１の受信機５１に送信する。そして２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ（５０Ｂ），８０間の絶対位置ではなく相対位置（ベクトル）を測定することで誤差を低減することができる。
【0031】
無線機８７より送信された補正データは，油圧ショベル１に搭載された無線機７で受信されＧＮＳＳ受信機５１に送信される。ＧＮＳＳ受信機５１ではＧＮＳＳアンテナ５０Ａ（移動局）で受信した衛星信号と補正データより得た基準局ＧＮＳＳアンテナ８０の信号を比較演算することにより，基準局ＧＮＳＳアンテナ８０とＧＮＳＳアンテナ５０Ａ間の相対的な位置（方向と距離）を算出する。このとき，補正情報として基地局アンテナ８０が受信した衛星からの衛星信号の搬送波位相情報を送信し，これを移動局アンテナ５０Ａが受信した衛星信号の搬送波位相情報とＧＮＳＳ受信機５１で比較演算する。これにより数ｃｍオーダーの移動局アンテナ５０Ａの測位が可能となり，ほぼ一点に収束した高精度の相対測位が可能となる。さらに，前述した補正データのなかに基準局ＧＮＳＳアンテナ８０の位置情報を含めることで，移動局であるＧＮＳＳアンテナ５０Ａの絶対位置を求めることが可能となる。また，基準局ＧＮＳＳアンテナ８０とＧＮＳＳアンテナ５０Ａの距離が近距離（一般的に数ｋｍ以内）の場合は，前述した誤差要因（電磁波の速度変化，各ＧＮＳＳ衛星間の時計情報誤差）をよく相殺することが可能となる。２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位や、もう１つのＧＮＳＳアンテナ５０Ｂの位置についても同様に演算できる。ＧＮＳＳ受信機５１はそれぞれのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの緯度，経度，ジオイド高さを含むＮＭＥＡフォーマットなどでＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの測位結果を出力可能である。
【0032】
ところで，本実施形態のＧＮＳＳ受信機５１の測位対象には２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂが存在するため，一方のＧＮＳＳアンテナ５０Ａを基準局とし他方のＧＮＳＳアンテナ５０Ｂを移動局とみなすことができる。このような手法がムービングベース方式である。ＧＮＳＳアンテナ５０Ａの受信信号にて生成した補正データをＧＮＳＳアンテナ５０Ｂとの相対位置（ベクトル）の測定に利用することで２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の相対位置（ベクトル）を測定することが可能となる。ムービングベース方式では無線機８７から送信される補正データを利用することなく相対位置（ベクトル）を演算可能である。
【0033】
また，別の方向算出方法として，基準局ＧＮＳＳアンテナ８０からＧＮＳＳアンテナ５０ＡとＧＮＳＳアンテナ５０Ｂの位置をそれぞれ演算して，その位置の差分から方向を求める方法もある。そして，このようにして演算した２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方向に，ショベル１における２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの取り付け位置に起因した定数を考慮することにより，上部旋回体２（車体）及びフロント作業装置６の方角（方向）が算出可能である。
【0034】
また，本実施形態では基準局ＧＮＳＳアンテナ８０から補正データを無線送信して上部旋回体３やフロント作業装置６の方向を演算するシステムについて説明したが，ＶＲＳ（仮想基準点方式）や準天頂衛星等の補正データをネットワークで配信するサービスを用いても良い。
【0035】
【0036】
車載コントローラ４０は、ＧＮＳＳ受信機５１で演算された２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置と旋回体３の方位と、複数の姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３の検出信号に基づいて、フロント作業装置６を構成する各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの位置座標を演算するコンピュータである。
【0037】
車載コントローラ４０は，演算処理装置（例えばＣＰＵ（図示せず）），記憶装置（例えば，ＲＯＭ，ＲＡＭ等の半導体メモリ）５６，インタフェース（入出力装置（図示せず））を備えており，記憶装置５６内に予め保存されているプログラム（ソフトウェア）を演算処理装置で実行し，プログラム内で規定されているデータとインタフェースから入力されたデータに基づいて演算処理装置が演算処理を行い，インタフェースから外部に信号（演算結果）を出力する。なお，ＧＮＳＳ受信機５１，８１も車載コントローラ４０と同種のハードウェアを備えることができる。また、記憶装置５６はコントローラ４０から独立した装置としても良い。
【0038】
車載コントローラ４０は，インタフェースを介して，ＧＮＳＳ受信機５１，姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３，モニタ６０，及び無線機７と接続されており、データの入出力が可能になっている。
【0039】
車載コントローラ４０の記憶装置５６には、例えば、油圧ショベル１の施工対象である施工目標面の位置を定義した施工目標面データ５５と、車体形状寸法データと、演算処理装置によって実行される各種プログラム等が記憶されている。
【0040】
車載コントローラ４０は，記憶装置５６内に格納されたプログラムを実行することで，作業装置位置・姿勢演算部４１、測位結果入力部４２、衛星位置抽出部４３、除外衛星決定部４４、マスク範囲演算部４５、マスク除去範囲演算部４６、及びブーム背面角演算部４７として機能する。
【0041】
ブーム背面角演算部４７は，ブーム姿勢センサ７５Ａの出力から演算されたブーム角度値と、旋回体姿勢センサ２３の傾斜角値（ピッチ角）と、記憶装置５６に記憶されたブームのブーム背面オフセット角（車体形状寸法データ）の値とに基づいて、ブーム背面角を演算し、演算したブーム背面角をマスク除去範囲演算部４６に出力する。ブーム背面角は水平面を基準としたブーム背面（ブーム上面）の角度である。ブーム背面角の演算に利用される車体寸法データとして、ブーム角度値とブーム背面角との差分であるブーム背面オフセット角θ１，θ２，θ３，θ４（図４参照）が格納されている。図１に示すように本実施形態のブームの形状は直線ではなく曲がった形状をしているため、複数のブーム背面オフセット角が格納されており、本実施形態では複数のブーム背面角を計算する場合がある。図４はブーム背面とブーム背面オフセット角の説明図である。本実施形態のブーム６Ａの背面は、図４に例を示すよう、２つの直線（平面）と、当該２つの直線を補完するような曲線（曲面）で構成されているものとする。ブーム角度値は、ブーム６Ａを上部旋回体３に接続する基端側の回動部のピン（ブームピン）と、ブーム６Ａをアーム６Ｂに接続する先端側の回動部のピン（アームピン）とを動作平面Ｐｏ上で結ぶ直線６１が水平面となす角度である。ブーム背面オフセット角は、このピン間を結ぶ直線６１と各ブーム背面がなす角度である。図４の例では直線部分のオフセット角はθ１，θ４となる。一方，曲線部分は２つの直線（近似直線）で近似して各近似直線のオフセット角をθ２，θ３とした。このようにブーム背面オフセット角をブーム背面の形状に合わせて予め記憶しておき、それらと、検出した旋回体３の傾斜角（ピッチ角）及びブーム角度値とを利用すれば、ブーム背面角演算部４７により各ブーム背面の角度であるブーム背面角を算出できる。
【0042】
マスク除去範囲演算部４６は、複数の姿勢センサ（７５Ａ、７５Ｂ、７５Ｃ、２３）の出力から演算される各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの角度値に基づいて、衛星信号がブーム６Ａによって遮蔽されることなくＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂに到達し得るＧＮＳＳ衛星の位置（方位及び仰角）の範囲を演算する。また、ブーム背面角演算部４７で演算されたブーム背面角に基づいて、衛星信号がブーム６Ａの背面で反射されることなくＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂに到達し得るＧＮＳＳ衛星の位置（方位及び仰角）の範囲を演算する。そして、演算した上記の２つの範囲を合併した範囲（マスク除去範囲）をマスク範囲演算部４５に出力する。マスク除去範囲は、方位及び仰角の範囲で規定されており、油圧ショベル１に設定された車体座標系に設定できる。
【0043】
測位結果入力部４２は、ＧＮＳＳ受信機５１で演算される地理座標系における２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置データと，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位データ（上部旋回体３の方位データ）とを入力する。
【0044】
マスク範囲演算部４５は、測位結果入力部４２から入力する上部旋回体３の方位データ（地理座標系における方位角）と、マスク除去範囲演算部４６で演算されたマスク除去範囲（方位及び仰角）とに基づいて、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂが複数の測位衛星から衛星信号を受信する際に作業装置６が障害物となり得る範囲であるマスク範囲（方位及び仰角）を地理座標系において演算し、演算したマスク範囲を除外衛星決定部４４に出力する。この「作業装置６が障害物となり得る範囲」には、複数の測位衛星から送信される衛星信号が２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂに到達するまでに作業装置６によって遮蔽される範囲（第１の範囲）と、複数の測位衛星から送信される衛星信号が作業装置６に反射して２つのＧＮＳＳアンテナに受信され得る範囲（第２の範囲）とが含まれる。第１の範囲と第２の範囲は、方位角の範囲で定義される場合と、方位角及び仰角の範囲で定義される場合がある（詳細は後述）。
【0045】
衛星位置抽出部４３は、ＧＮＳＳ受信機５１が衛星信号を捕捉している複数の衛星の位置（地理座標系における仰角及び方位角）を抽出し、除外衛星決定部４４に出力する。
【0046】
除外衛星決定部４４は、マスク範囲演算部４５で演算されたマスク範囲と、衛星位置抽出部４３から入力するＧＮＳＳ受信機５１が捕捉している測位衛星の位置（仰角・方位角）とに基づいて、ＧＮＳＳ受信機５１が測位演算に利用しない除外衛星を決定する。具体的には、除外衛星決定部４４は、衛星位置抽出部４３で抽出された複数の衛星の中からマスク範囲に位置する衛星を除外衛星として決定し、その除外衛星のリストをＧＮＳＳ受信機５１に出力する。
【0047】
ＧＮＳＳ受信機５１は、除外衛星決定部４４から出力される除外衛星のリストを取得し、その時点で衛星信号を捕捉可能な複数の測位衛星の中から当該リストに含まれる衛星を除外した衛星の衛星信号に基づいて、地理座標系における少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナ５０の位置と，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位（上部旋回体３の方位）とを演算する。演算された位置と方位は測位結果入力部４２に入力される。
【0048】
作業装置位置・姿勢演算部４１は、測位結果入力部４２から入力するＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置及び上部旋回体３の方位と、複数の姿勢センサ（７５Ａ、７５Ｂ、７５Ｃ、２３）の出力から演算される各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの角度値及び上部旋回体３の傾斜角（ピッチ角及びロール角）と、記憶装置５６に記憶された車体形状寸法データとに基づいて、作業装置６の位置及び姿勢（例えば、現場座標系におけるバケット６Ｃの先端位置及び姿勢）を演算する。作業装置６の位置及び姿勢の演算に利用される車体形状寸法データとしては、例えば、ブーム６Ａの両端に位置する２つのピン間の長さ（ブームピン間長ＬＢ（図４参照））と、アーム６Ｂの両端に位置する２つのピン間の長さ（アームピン間長）と、バケット６Ｃの先端とバケットピン間の長さ（バケット先端長）と、上部旋回体３における２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置関係を車体座標系における方位角で規定したＧＮＳＳ取付オフセット方位角がある。
【0049】
モニタ６０は、作業装置位置・姿勢演算部４１で演算された現場座標系における作業装置６の位置及び姿勢データと、記憶装置５６に記憶された現場座標系における施工目標面の位置データとに基づいて演算される作業装置６と施工目標面の位置関係を表示できる。この表示によりオペレータは施工目標面に対する作業装置６の位置・姿勢を容易に把握することができる。
【0050】
なお、車載コントローラ４０により、作業装置位置・姿勢演算部４１で演算された現場座標系における作業装置６の位置及び姿勢データと、記憶装置５６に記憶された現場座標系における施工目標面の位置データとに基づいて、バケット先端が施工目標面を超えないように作業装置６の動作（すなわちフロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃを駆動するアクチュエータ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの動作）に制限をかけるマシンコントロールを実行しても良い。
【0051】
また、上記のマスク範囲演算部４５はマスク範囲を方位角と仰角で規定したが、方位角だけでマスク範囲を規定しても良い。
【0052】
＜マスク範囲の設定＞
マスク範囲の説明に入る前に、ＧＮＳＳでの位置計測原理を簡略化して説明する。ＧＮＳＳでの位置は図５のように複数のＧＮＳＳ衛星２００Ａ，２００Ｂ，２００ＣからＧＮＳＳアンテナ５０Ａまでの距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を求めることで測定するものである。実際にはＬ１，Ｌ２，Ｌ３の距離は正確に測定することが困難であるため最小二乗法等で最も誤差が少なくなる位置が決定される。これはＬ１，Ｌ２，Ｌ３での誤差が均等に発生すると考えると妥当な位置になるが，どれか１つの衛星からの距離に大きな誤差が発生すると計測位置も大きな誤差が生ずる。
マスク範囲の説明に入る前に、ＧＮＳＳでの位置計測原理を簡略化して説明する。ＧＮＳＳでの位置は図５のように複数のＧＮＳＳ衛星２００Ａ，２００Ｂ，２００ＣからＧＮＳＳアンテナ５０Ａまでの距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を求めることで測定するものである。実際にはＬ１，Ｌ２，Ｌ３の距離は正確に測定することが困難であるため最小二乗法等で最も誤差が少なくなる位置が決定される。これはＬ１，Ｌ２，Ｌ３での誤差が均等に発生すると考えると妥当な位置になるが，どれか１つの衛星からの距離に大きな誤差が発生すると計測位置も大きな誤差が生ずる。
【0053】
例えば図５の衛星配置でのＧＮＳＳ衛星２００ＣとＧＮＳＳアンテナ５０Ａの距離Ｌ３の演算に関し、ＧＮＳＳ衛星２００ＣとＧＮＳＳアンテナ５０Ａとの間にブーム６Ａが位置して電波を一部遮るので測位結果に誤差が発生する。また、図６の衛星配置での距離Ｌ３の演算に関し、ＧＮＳＳ衛星２００ＣとＧＮＳＳアンテナ５０Ａとの間にブーム６Ａは位置しないが、ＧＮＳＳ衛星２００ＣとＧＮＳＳアンテナ５０Ａ間を直線で伝搬する電波と、ブーム６Ａに反射してＧＮＳＳアンテナ５０Ａに伝搬する電波とがあると、距離Ｌ３の誤差が大きくなり測位結果に誤差が生じる。このようにして発生する誤差は図７の測位結果が示すようにブーム６Ａのような障害物がある方位に大きくなることからも分かる。このような誤差は、各ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂからみて、ブーム６ＡがＧＮＳＳ衛星を遮る方向（方位）に位置する衛星と、ブーム６ＡにてＧＮＳＳ衛星からの信号がＧＮＳＳアンテナに反射される方向（方位）に位置する衛星とを使用せずに測位演算をすることで大幅に軽減できる。
【0054】
次に、マスク範囲演算部４５によるマスク範囲設定の詳細について説明する。マスク範囲は、フロント作業装置６の方位と姿勢を考慮しながら、フロント作業装置６による測位信号の遮蔽と反射を考慮して設定することが好ましい。しかし、以下では、まず、フロント作業装置６の姿勢（さらに具体的には、マスク除去範囲演算部４６で演算されるマスク除去範囲）は考慮せず、フロント作業装置６の方位のみを考慮することで、方位角の範囲にマスク範囲を設定する場合から説明する。
【0055】
（１）作業装置６の方位を考慮したマスク範囲の設定
（１－１）作業装置６により衛星信号が遮蔽される範囲に基づくマスク範囲
まず、作業装置６によって衛星信号が「遮蔽」される方位角の範囲とアンテナ配置の関係について図８，９，１０を用いて説明する。図８は２つのＧＮＳＳアンテナの配置が従来の場合に設定すべきマスク範囲Ｒａｍ１の説明図であり、図９は２つのＧＮＳＳアンテナをブーム側面の延長面上に配置した場合に設定すべきマスク範囲Ｒａｍ２の説明図であり、図１０は２つのＧＮＳＳアンテナの配置が図２の場合（すなわち本実施形態の場合）に設定すべきマスク範囲Ｒａｍ３の説明図である。
（１－１）作業装置６により衛星信号が遮蔽される範囲に基づくマスク範囲
まず、作業装置６によって衛星信号が「遮蔽」される方位角の範囲とアンテナ配置の関係について図８，９，１０を用いて説明する。図８は２つのＧＮＳＳアンテナの配置が従来の場合に設定すべきマスク範囲Ｒａｍ１の説明図であり、図９は２つのＧＮＳＳアンテナをブーム側面の延長面上に配置した場合に設定すべきマスク範囲Ｒａｍ２の説明図であり、図１０は２つのＧＮＳＳアンテナの配置が図２の場合（すなわち本実施形態の場合）に設定すべきマスク範囲Ｒａｍ３の説明図である。
【0056】
図８に示す従来技術のように、上部旋回体の左右方向にブーム幅（図２のＢ参照）より大きい間隔をあけて配置された２つのＧＮＳＳアンテナ５０ａ，５０ｂが搭載されている場合には、いずれかのＧＮＳＳアンテナ５０ａ，５０ｂに到達する衛星からの電波（衛星信号）に障害物（例えばブーム）による遮蔽があっても測位精度が悪化する。このため，電波が障害物に遮蔽される範囲に位置する衛星は、測位に利用する衛星から除外することが好ましい。そこで図８の場合に設定すべきマスク範囲は図中の矢印で示した範囲Ｒａｚ１となる。この範囲Ｒａｚ１は、２つのアンテナ５０ａ，５０ｂに到達するＧＮＳＳ衛星電波の一部をブームが遮蔽し得る方位角の範囲を示している。このように従来技術では比較的広い範囲の衛星が遮蔽される可能性がある。
【0057】
次に図９に示すように、２つのＧＮＳＳアンテナ５０ａ，５０ｂをブームの後ろ側においてブームの左右の側面の延長面上に位置するように配置した場合（この場合の両アンテナの左右方向の間隔はブーム幅Ｂとなる）には、ブームがＧＮＳＳ衛星電波の一部を遮蔽する方位角の範囲（すなわちマスク範囲）は範囲Ｒａｚ２となる。範囲Ｒａｚ２は従来の範囲Ｒａｚ１（図８）より小さくなる。
【0058】
図１０に示すように、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂをブーム６Ａの後方の領域に収まるように油圧ショベル１の前後方向に一列に配置した場合（本実施の形態の場合）には、ブームがＧＮＳＳ衛星電波の一部を遮蔽する方位角の範囲は図９の場合よりも狭い範囲Ｒａｚ３となる。そこで本実施形態のマスク範囲演算部４５は、範囲Ｒａｚ３にマスク範囲を設定する。なお、マスク範囲Ｒａｚ３は、各ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの中心から延びる放射状の直線を描くとき、作業装置６（ブーム６Ａだけでも良い）と交差する直線が描ける方位角の範囲に設定できる。本実施形態のようなアンテナ配置にすれば、図８，９，１０に示した３つの例の中でマスク範囲を最も狭くできる。
【0059】
（１－２）作業装置６により衛星信号が反射される範囲に基づくマスク範囲
次に、作業装置６によって衛星信号が「反射」される方位角の範囲とアンテナ配置の関係について図１１，１２，１３を用いて説明する。なお、図１１，１２，１３のアンテナ配置は図８，９，１０のアンテナ配置に一致する。
次に、作業装置６によって衛星信号が「反射」される方位角の範囲とアンテナ配置の関係について図１１，１２，１３を用いて説明する。なお、図１１，１２，１３のアンテナ配置は図８，９，１０のアンテナ配置に一致する。
【0060】
図１１の従来技術のようなアンテナ配置の場合には、ブームだけでなくアームでの反射波も影響を与える可能性がある。また、ブームやアームの側面での反射波も影響を与えるためブーム（油圧ショベル１）の前方の衛星も考慮する必要がある。そのため、設定すべきマスク範囲は、ショベル後方の範囲Ｒａｒ１１と、ショベル前方の範囲Ｒａｒ１２の２つとなる。なお、ショベル後方の範囲Ｒａｒ１１はアンテナ５０ａ，５０ｂが作業装置６の動作平面Ｐｏ（図２参照）から離れるにつれて大きくなる傾向がある。
【0061】
次に図１２のアンテナ配置の場合には、アームでの反射波はブームにて遮られるために影響はなく、ブームやアームの側面の反射波もブームの幅内にアンテナ５０ａ，５０ｂを配置したため到達しない。このため、設定すべきマスク範囲はショベル後方の範囲Ｒａｒ２のみとなる。
【0062】
最後に図１３に示す本実施形態のアンテナ配置の場合には、反射波が到達し得る範囲が図１２に示したマスク範囲Ｒａｒ２よりもさらに狭い範囲Ｒａｒ３となる。そこで本実施形態のマスク範囲演算部４５は、範囲Ｒａｒ３にマスク範囲を設定する。なお、マスク範囲Ｒａｒ３は、複数の測位衛星から送信される衛星信号が作業装置６（ブーム６Ａだけでも良い）に反射して２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのいずれかに受信され得る方位角の範囲に設定できる。本実施形態のようなアンテナ配置にすれば、図１１，１２，１３に示した３つの例の中でマスク範囲を最も狭くできる。
【0063】
（１－３）作業装置６による遮蔽と反射に基づくマスク範囲（方位角の範囲）
上記を踏まえて、本実施形態のマスク範囲演算部４５が作業装置６の方位を考慮して設定するマスク範囲は図１４に示した範囲Ｒａｍ３と範囲Ｒａｒ３を合併した範囲となる。ただし、図１４は作業装置６（上部旋回体３）の方位が東を向いているときのマスク範囲であり、実際の処理ではマスク範囲演算部４５は、測位結果入力部４２から入力される上部旋回体３の方位に合わせてマスク範囲を回転させる。すなわち、例えば作業装置６が北を向いている場合には、図１４のマスク範囲を左回りに９０度回転させたものが実際のマスク範囲となる。
上記を踏まえて、本実施形態のマスク範囲演算部４５が作業装置６の方位を考慮して設定するマスク範囲は図１４に示した範囲Ｒａｍ３と範囲Ｒａｒ３を合併した範囲となる。ただし、図１４は作業装置６（上部旋回体３）の方位が東を向いているときのマスク範囲であり、実際の処理ではマスク範囲演算部４５は、測位結果入力部４２から入力される上部旋回体３の方位に合わせてマスク範囲を回転させる。すなわち、例えば作業装置６が北を向いている場合には、図１４のマスク範囲を左回りに９０度回転させたものが実際のマスク範囲となる。
【0064】
なお、図１４のマスク範囲では、測位精度を向上させる観点から、仰角がゼロに近い所定の範囲（図の例で仰角がゼロから１５度の範囲）Ｒｅｌ０をマスク範囲に加えているが、この範囲Ｒｅｌ０はマスク範囲演算部４５が設定するマスク範囲から削除可能である。
【0065】
（１－４）本実施形態の効果１
以上のように、本実施形態の油圧ショベル１では、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂを、それぞれ上部旋回体３の上面における作業装置６の後方の領域に位置して、作業装置６の前後方向に間隔を介して配置しつつ、ＧＮＳＳ受信機５１で演算された作業装置６の方位に基づいて、複数の測位衛星から送信される衛星信号が２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂに到達するまでに作業装置６によって遮蔽される得る方位角の範囲（第１の範囲）Ｒａｍ３と、複数の測位衛星から送信される衛星信号が作業装置６に反射して２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂに受信され得る方位角の範囲（第２の範囲）Ｒａｒ３とにマスク範囲を設定することとした。
以上のように、本実施形態の油圧ショベル１では、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂを、それぞれ上部旋回体３の上面における作業装置６の後方の領域に位置して、作業装置６の前後方向に間隔を介して配置しつつ、ＧＮＳＳ受信機５１で演算された作業装置６の方位に基づいて、複数の測位衛星から送信される衛星信号が２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂに到達するまでに作業装置６によって遮蔽される得る方位角の範囲（第１の範囲）Ｒａｍ３と、複数の測位衛星から送信される衛星信号が作業装置６に反射して２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂに受信され得る方位角の範囲（第２の範囲）Ｒａｒ３とにマスク範囲を設定することとした。
【0066】
このような構成した油圧ショベル１によれば、ＧＮＳＳ受信機５１の測位結果から演算される作業装置６の方位に基づいてマスク範囲を容易に設定できるので、例えば特許文献１のようにカメラによる障害物検出に基づいてマスク範囲を設定する場合に比べてコントローラの処理負荷を小さくでき、昼間の太陽光や夜間の作業灯のような強い光の影響等を受けることなくマスク範囲が設定できるので、高精度な位置と方位角の検出が容易に可能となる。さらに、ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂをブーム６Ａの後方の領域に作業装置６の前後方向に沿って配置したことにより、従前のアンテナ配置で設定される図１５のマスク範囲（図８の範囲Ｒａｍ１と図１１の範囲Ｒａｒ１１を合併した範囲）よりも狭小なマスク範囲（図１４参照）が設定されるので、測位演算の際に除外される衛星数を最小限に抑えることができ、衛星数の減少による測位精度の劣化が発生し難く、可用性の高い高精度な位置と方位の検出が可能となる。
【0067】
ところで、一般的に、ＧＮＳＳ衛星の衛星軌道は北極や南極の高緯度地域上空には飛来せず中緯度地域上空を周回する。図１６に日本で観察可能なＧＮＳＳ衛星軌道の天空図を示す。この図に示すように、北半球に位置する日本では北方向の低仰角で衛星の観察ができず、衛星が飛来しない範囲も存在し得る。したがって、実際に測位演算に利用可能な衛星が存在する範囲は、マスク範囲を除外した範囲からさらに限定されることになる。このような観点からも、本実施形態のように狭小なマスク範囲が設定されることは大きなメリットとなる。
【0068】
また、図１７はＧＮＳＳ衛星の配置と測位精度の目安となるＤＯＰ（Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ（精度低下率））を算出した例である。図中の黒丸が衛星位置を示す。図１７の右図のように衛星が３方向以上に概ね均等に配置された場合は水平方向のＤＯＰ（ＨＤＯＰ）が１．１であるのに対して、図１７の左図のように衛星配置が２方向に偏る場合はＨＤＯＰが２．４２となっており、右図に比して２倍以上精度が劣化する。従前のアンテナ配置をして図１５に示すマスク範囲に基づいて衛星を除外する場合、図１７の左図のような偏りが生じる可能性が大きい。これに対して本実施形態のアンテナ配置では、設定されるマスク範囲が狭小なため、図１７の左図のような偏りは生じにくく、衛星数の減少により測位精度が劣化しにくく可用性の高い高精度な位置と方位の検出が可能となる。
【0069】
なお、マスク範囲は２つＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂごとに異なるものを設定しても良いが、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂで共通のものを設定することが好ましい。後者の場合には２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの測位に共通の衛星を利用できるので測位精度が向上し得る。従前のアンテナ配置で２つのアンテナに共通のマスク範囲を設定すると測位に利用可能な衛星が極端に減少して測位精度に大きな影響を与える可能性があるが、本実施形態で設定されるマスク範囲は図１４に示すように従前に比して極めて狭小なので２つのアンテナに共通のマスク範囲を設定しやすく、測位精度を向上しやすいというメリットがある。
【0070】
（２）フロント作業装置６の方位と姿勢を考慮したマスク範囲の設定
次に、フロント作業装置６の姿勢（具体的にはブーム背面角演算部４７で演算されるブーム背面角）と方位の双方を考慮することで、方位角及び仰角の範囲にマスク範囲を設定する場合について説明する。
次に、フロント作業装置６の姿勢（具体的にはブーム背面角演算部４７で演算されるブーム背面角）と方位の双方を考慮することで、方位角及び仰角の範囲にマスク範囲を設定する場合について説明する。
【0071】
ここでは、マスク範囲演算部４５は、上記（１）の説明に従ってフロント作業装置６の方位を考慮して設定したマスク範囲（図１４の範囲Ｒａｍ３と範囲Ｒａｒ３を合併した範囲）から、フロント作業装置６の姿勢を考慮してマスク除去範囲演算部４６で演算されるマスク除去範囲を除去することで、フロント作業装置６の方位と姿勢を考慮したマスク範囲（後述の図２０参照）を設定する。
【0072】
（２－１）作業装置６により衛星信号が遮蔽される範囲に基づくマスク範囲
図１８は本実施形態のアンテナ配置のときに作業装置６によって衛星が遮蔽され得る仰角の範囲の説明図である。この図に示すように、ブーム６Ａやアーム６Ｂによって衛星が遮蔽される範囲は、ブーム６Ａやアーム６Ｂの姿勢によって変化する。この場合、衛星が遮蔽され得る仰角の範囲の最大値（上限値）は、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのうち作業装置６（ブーム６Ａ）に近いＧＮＳＳアンテナ５０Ａの基準点（例えば、アンテナ５０Ａの中心点）を通過し、作業装置６に接する直線（作業装置６に対する接線）Ｌｃが水平面となす角度θｅに一致する。すなわち、図１８の例では、マスク除去範囲演算部４６は、アンテナ５０Ａの中心点を通過し、作業装置６と接点Ｐｃ１で接する破線で示した直線Ｌｃを算出し、その直線Ｌｃが水平面となす角度θｅを「衛星が遮蔽される仰角の範囲の最大値」とする。そして、マスク除去範囲演算部４６は、ＧＮＳＳアンテナ５０Ａからショベル前方側において仰角がθｅを超える範囲をマスク除去範囲として演算する。その際、複数の姿勢センサ（７５Ａ、７５Ｂ、７５Ｃ、２３）の出力から演算される各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの角度値からその時刻の作業装置６の姿勢が特定でき、これに既知の各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの形状を考慮することで接線Ｌｃと角度θｅが特定できる。
図１８は本実施形態のアンテナ配置のときに作業装置６によって衛星が遮蔽され得る仰角の範囲の説明図である。この図に示すように、ブーム６Ａやアーム６Ｂによって衛星が遮蔽される範囲は、ブーム６Ａやアーム６Ｂの姿勢によって変化する。この場合、衛星が遮蔽され得る仰角の範囲の最大値（上限値）は、２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのうち作業装置６（ブーム６Ａ）に近いＧＮＳＳアンテナ５０Ａの基準点（例えば、アンテナ５０Ａの中心点）を通過し、作業装置６に接する直線（作業装置６に対する接線）Ｌｃが水平面となす角度θｅに一致する。すなわち、図１８の例では、マスク除去範囲演算部４６は、アンテナ５０Ａの中心点を通過し、作業装置６と接点Ｐｃ１で接する破線で示した直線Ｌｃを算出し、その直線Ｌｃが水平面となす角度θｅを「衛星が遮蔽される仰角の範囲の最大値」とする。そして、マスク除去範囲演算部４６は、ＧＮＳＳアンテナ５０Ａからショベル前方側において仰角がθｅを超える範囲をマスク除去範囲として演算する。その際、複数の姿勢センサ（７５Ａ、７５Ｂ、７５Ｃ、２３）の出力から演算される各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの角度値からその時刻の作業装置６の姿勢が特定でき、これに既知の各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの形状を考慮することで接線Ｌｃと角度θｅが特定できる。
【0073】
なお、図１８の例では、その時刻の各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの姿勢からマスク除去範囲を決定したが、各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの最大可動範囲を基準にして接線Ｌｃ及び角度θｅを決定しても良い。後者の場合、作業中に各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃが動作してもマスク範囲が変化することが無いので測位精度が安定し得る。
【0074】
（２－２）作業装置６により衛星信号が反射される範囲に基づくマスク範囲
次に作業装置６により衛星信号が反射される仰角の範囲の算出方法について図１９を用いて説明する。ここではブーム背面角演算部４７の説明で触れたようにブーム６Ａを４本の線分（直線）で近似し、各線分の端点を図１９に示すようにＰＢ１～ＰＢ５と設定した。ここで、２点ＰＢ１，ＰＢ２を通過する直線（直線ＰＢ１－ＰＢ２）で規定されるブーム背面で衛星信号が反射する場合を検討すると、ブーム６Ａに近いＧＮＳＳアンテナ５０Ａの測位に影響を与える反射波は点ＰＢ１から点ＰＢ２の間で反射する。この場合、ＧＮＳＳアンテナ５０Ａよりも高い点ＰＢ２で反射してＧＮＳＳアンテナ５０Ａに到達する衛星信号の仰角θｓを演算すればマスク除去範囲を演算できる。まず、直線ＰＢ１－ＰＢ２の傾斜角θｂはブーム背面角演算部４７にて算出可能である。同様に車体座標系における点ＰＢの位置とＧＮＳＳアンテナ５０Ａの取付位置とから、ＧＮＳＳアンテナ５０Ａの中心点と点ＰＢ２を通過する直線の仰角θｇが算出可能である。このとき、マスク除去範囲演算部４６は、直線ＰＢ１－ＰＢ２と点ＰＢ２で反射しＧＮＳＳアンテナ５０Ａに到達する可能性のある衛星の仰角θｓを次式（１）に基づいて算出する。
次に作業装置６により衛星信号が反射される仰角の範囲の算出方法について図１９を用いて説明する。ここではブーム背面角演算部４７の説明で触れたようにブーム６Ａを４本の線分（直線）で近似し、各線分の端点を図１９に示すようにＰＢ１～ＰＢ５と設定した。ここで、２点ＰＢ１，ＰＢ２を通過する直線（直線ＰＢ１－ＰＢ２）で規定されるブーム背面で衛星信号が反射する場合を検討すると、ブーム６Ａに近いＧＮＳＳアンテナ５０Ａの測位に影響を与える反射波は点ＰＢ１から点ＰＢ２の間で反射する。この場合、ＧＮＳＳアンテナ５０Ａよりも高い点ＰＢ２で反射してＧＮＳＳアンテナ５０Ａに到達する衛星信号の仰角θｓを演算すればマスク除去範囲を演算できる。まず、直線ＰＢ１－ＰＢ２の傾斜角θｂはブーム背面角演算部４７にて算出可能である。同様に車体座標系における点ＰＢの位置とＧＮＳＳアンテナ５０Ａの取付位置とから、ＧＮＳＳアンテナ５０Ａの中心点と点ＰＢ２を通過する直線の仰角θｇが算出可能である。このとき、マスク除去範囲演算部４６は、直線ＰＢ１－ＰＢ２と点ＰＢ２で反射しＧＮＳＳアンテナ５０Ａに到達する可能性のある衛星の仰角θｓを次式（１）に基づいて算出する。
【0075】
θｓ＝θｇ＋（９０－θｂ） …式（１）
【0076】
仰角θｓの範囲は０～９０度で考えればよい。点ＰＢ１での仰角は０以下になるため、直線ＰＢ１－ＰＢ２で反射する反射波が影響を及ぼす仰角範囲は０～θｓである。したがって、マスク除去範囲演算部４６は、ブーム背面角演算部４７で演算されたブーム背面角に基づいて、衛星信号がブーム６Ａの背面（ただし、直線ＰＢ１－ＰＢ２の間）で反射されることなくＧＮＳＳアンテナ５０Ａに到達し得るＧＮＳＳ衛星の方位及び仰角の範囲として、仰角がθｓを超える範囲を演算する。同様に直線ＰＢ２－ＰＢ３、直線ＰＢ３－ＰＢ４、直線ＰＢ４－ＰＢ５で衛星信号が反射されことなくＧＮＳＳアンテナ５０Ａに到達し得る範囲を演算し、マスク除去範囲を演算する。図１９の作業装置６（ブーム６Ａ）の姿勢では、マスク除去範囲演算部４６は、ＧＮＳＳアンテナ５０Ａからショベル後方側において仰角がθｓを超える範囲を最終的なマスク除去範囲として演算する。
【0077】
（２－３）作業装置６による遮蔽と反射に基づくマスク範囲（方位角及び仰角の範囲）
上記を踏まえて、本実施形態のマスク範囲演算部４５が作業装置６の方位と姿勢を考慮して設定するマスク範囲は図２０に示した範囲Ｒａｍ３’と範囲Ｒａｒ３’を合併した範囲となる。図２０は、図１８の仰角θｅが６０度、図１９の仰角θｓが４５度の場合を示し、範囲Ｒａｍ３’は図１４の範囲Ｒａｍから仰角が６０度を超える領域を除去した範囲であり、範囲Ｒａｒ３’は図１４の範囲Ｒａｒから仰角θｓが４５度を超える領域を除去した範囲である。
上記を踏まえて、本実施形態のマスク範囲演算部４５が作業装置６の方位と姿勢を考慮して設定するマスク範囲は図２０に示した範囲Ｒａｍ３’と範囲Ｒａｒ３’を合併した範囲となる。図２０は、図１８の仰角θｅが６０度、図１９の仰角θｓが４５度の場合を示し、範囲Ｒａｍ３’は図１４の範囲Ｒａｍから仰角が６０度を超える領域を除去した範囲であり、範囲Ｒａｒ３’は図１４の範囲Ｒａｒから仰角θｓが４５度を超える領域を除去した範囲である。
【0078】
なお、図２０は図１４と同様に作業装置６（上部旋回体３）の方位が東を向いているときのマスク範囲であり、実際の処理ではマスク範囲演算部４５は、測位結果入力部４２から入力される上部旋回体３の方位に合わせてマスク範囲を回転させる。また、範囲Ｒｅｌ０は削除可能である。
【0079】
（２－４）本実施形態の効果２
以上のように、本実施形態の油圧ショベル１では、前記複数の姿勢センサ（７５Ａ、７５Ｂ、７５Ｃ、２３）の検出信号に基づいてブーム６Ａ（作業装置６）の上面の傾斜角を演算し、ＧＮＳＳ受信機５１の測位結果から演算された作業装置６の方位と、複数の姿勢センサ（７５Ａ、７５Ｂ、７５Ｃ、２３）の検出信号とに基づいて、複数の測位衛星から送信される衛星信号が２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂに到達するまでに作業装置６によって遮蔽される得る方位角及び仰角の範囲（第１の範囲）Ｒａｍ３’を決定し、演算された作業装置６の方位と、演算されたブーム６Ａの上面の傾斜角とに基づいて、複数の測位衛星から送信される衛星信号がブーム６Ａの上面に反射して２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂに受信され得る方位角及び仰角の範囲（第２の範囲）Ｒａｒ３’を決定し、第１の範囲Ｒａｍ３’と第２の範囲Ｒａｒ３’とにマスク範囲を設定することとした。
以上のように、本実施形態の油圧ショベル１では、前記複数の姿勢センサ（７５Ａ、７５Ｂ、７５Ｃ、２３）の検出信号に基づいてブーム６Ａ（作業装置６）の上面の傾斜角を演算し、ＧＮＳＳ受信機５１の測位結果から演算された作業装置６の方位と、複数の姿勢センサ（７５Ａ、７５Ｂ、７５Ｃ、２３）の検出信号とに基づいて、複数の測位衛星から送信される衛星信号が２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂに到達するまでに作業装置６によって遮蔽される得る方位角及び仰角の範囲（第１の範囲）Ｒａｍ３’を決定し、演算された作業装置６の方位と、演算されたブーム６Ａの上面の傾斜角とに基づいて、複数の測位衛星から送信される衛星信号がブーム６Ａの上面に反射して２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂに受信され得る方位角及び仰角の範囲（第２の範囲）Ｒａｒ３’を決定し、第１の範囲Ｒａｍ３’と第２の範囲Ｒａｒ３’とにマスク範囲を設定することとした。
【0080】
このような構成した油圧ショベル１によれば、作業装置６の方位のみを考慮して設定した図１４のマスク範囲と比較して、仰角の範囲においてマスク範囲を縮小できるので、測位計算に使用しない衛星数を少なくできる。そのためより測位精度が劣化しにくく可用性の高い高精度な位置と方位の検出が可能となる。
【0081】
＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
【0082】
例えば、上記では図２０のマスク範囲（作業装置６の方位と姿勢を考慮したマスク範囲）を測位に利用したが、図１４のマスク範囲（作業装置６の方位を考慮したマスク範囲）を利用してもよい。この場合、コントローラ４０からブーム背面角演算部４７と、マスク除去範囲演算部４６は省略可能である。
【0083】
また、上記では作業装置６の方位に基づいてまず図１４のマスク範囲を設定し、図１８及び図１９を用いて説明したマスク除去範囲を決定し、そのマスク除去範囲を図１４のマスク範囲から除去することで最終的な図２０のマスク範囲を決定したが、図１４のマスク範囲を経由することなく最初から図２０のマスク範囲を決定しても良い。
【0084】
また、上記のコントローラ４０に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また、上記のコントローラ４０に係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることでコントローラ４０の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶することができる。
【0085】
また、上記の各実施の形態の説明では、制御線や情報線は、当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが、必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
【符号の説明】
【0086】
１…油圧ショベル、２…走行体（下部走行体）、３…旋回体（上部旋回体）、４…運転席、６…フロント作業装置（作業装置）、６Ａ…ブーム、６Ｂ…アーム、６Ｃ…バケット、７…無線機、８…基準局、１０…ＧＮＳＳ受信機、１１Ａ…ブームシリンダ、１１Ｂ…アームシリンダ、１１Ｃ…バケットシリンダ、２３…旋回体姿勢センサ（姿勢センサ）、４０…車載コントローラ（制御装置）、４１…作業装置位置・姿勢演算部、４２…測位結果入力部、４３…衛星位置抽出部、４４…除外衛星決定部、４５…マスク範囲演算部、４６…マスク除去範囲演算部、４７…ブーム背面角演算部、５０Ａ…ＧＮＳＳアンテナ、５０Ｂ…ＧＮＳＳアンテナ、５１…ＧＮＳＳ受信機、５２ａ…マスト（アンテナ支持部材）、５２ｂ…マスト（アンテナ支持部材）、５５…施工目標面データ、５６…記憶装置、６０…モニタ、７５Ａ…ブーム姿勢センサ、７５Ｂ…アーム姿勢センサ、７５Ｃ…バケット姿勢センサ、８０…ＧＮＳＳ基準局アンテナ、８１…基準局ＧＮＳＳ受信機、８２…基準局コントローラ、８７…無線機、２００Ａ…ＧＮＳＳ衛星、２００Ｂ…ＧＮＳＳ衛星、２００Ｃ…ＧＮＳＳ衛星
【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】