(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】2024-06-05
(45)【発行日】2024-06-13
(54)【発明の名称】施工管理方法
(51)【国際特許分類】
E02D 5/18 20060101AFI20240606BHJP
E02F 9/20 20060101ALI20240606BHJP
E02D 5/20 20060101ALI20240606BHJP
【ＦＩ】
E02D5/18 102
E02F9/20 N
E02D5/20 102
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020124412
(22)【出願日】2020-07-21
(65)【公開番号】P2022021055
(43)【公開日】2022-02-02
【審査請求日】2023-06-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】長澤 正明
(72)【発明者】
【氏名】清水 譲
【審査官】五十幡 直子
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－０２９１６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－１４４３１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－０４８８３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－０２５９８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０９８５３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０４５６３５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｄ ５／００－５／２０
Ｅ０２Ｆ ３／４２，４３，８４，８５
Ｅ０２Ｆ ９／２０，２２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
掘削機による施工を管理する施工管理方法であって、掘削動作を行っている掘削機の位置と前記掘削機の姿勢を含む施工情報を計測する計測ステップと、
コンピュータが、前記計測ステップで計測した前記掘削機の施工情報に基づいて、掘削動作中の前記掘削機の三次元空間上の位置及び姿勢を含む三次元情報を、リアルタイムで表示画面に表示させる表示ステップと、
を含み、
前記施工情報に基づいて前記掘削機が掘削した掘削溝の出来形の三次元モデルである出来形モデルを生成する出来形生成ステップを含み、
前記表示ステップは、前記出来形生成ステップで生成された前記出来形モデルを表示画面に表示させ、
前記表示ステップは、前記出来形生成ステップで生成された前記出来形モデルと、予め設計された溝の形状である設計形状と、を比較し、前記設計形状に対して過掘りとなる領域を第１の態様で前記表示画面に表示し、前記設計形状に対して未掘りとなる領域を第１の態様とは異なる第２の態様で前記表示画面に三次元表示させ、
前記第１の態様と前記第２の態様とは表示色を異ならせて前記表示画面に表示させる施工管理方法。
【請求項2】
前記三次元情報は、掘削動作中の前記掘削機の三次元モデルである掘削機モデルを含み、前記表示ステップは、前記掘削機モデルを掘削深度に関連付けてリアルタイムで表示画面に表示させる、
請求項１に記載の施工管理方法。
【請求項3】
前記表示ステップは、前記掘削機が遠隔操作されている操作内容をリアルタイムで表示させる、請求項１又は請求項２に記載の施工管理方法。
【請求項4】
前記施工情報を時系列で記録媒体に格納する格納ステップを含み、前記表示ステップは、前記記録媒体に格納されている前記施工情報を読み取り、読み取った前記施工情報に基づいて前記掘削機の軌跡に沿って前記掘削機モデルの動画を表示画面で再生する、
請求項２に記載の施工管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、施工管理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献１には、地中連続壁の構築するための溝掘り用として、地盤を掘削する掘削機と、掘削機をワイヤー等で吊り下げて支持する地上装置と、を有する掘削装置が開示されている。掘削機のオペレータは、地上装置に設けられた操作室内から掘削機を遠隔制御している。
【0003】
具体的には、操作室内には、掘削機本体を平面から見た場合における掘削機の二次元の位置情報を表示する表示装置が設置されている。オペレータは、表示装置に表示される掘削機の二次元の位置情報を確認することで掘削機本体の状態を把握しながら、操作部を遠隔操作している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平１１－６１８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年では、熟練者のオペレータが減少しており、非熟練者がオペレータとして掘削機を遠隔操作する機会が多くなってきている。ただし、非熟練者にとって、表示装置に表示される掘削機の二次元の位置情報だけでは、掘削機の状態を把握することが困難である。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、掘削機の状態の把握を支援することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
（１）本発明の一態様は、掘削機による施工を管理する施工管理方法であって、掘削動作を行っている掘削機の位置と前記掘削機の姿勢を含む施工情報を計測する計測ステップと、コンピュータが、前記計測ステップで計測した前記掘削機の施工情報に基づいて、掘削動作中の前記掘削機の三次元空間上の位置及び姿勢を含む三次元情報を、リアルタイムで表示画面に表示させる表示ステップと、を含み、前記施工情報に基づいて前記掘削機が掘削した掘削溝の出来形の三次元モデルである出来形モデルを生成する出来形生成ステップを含み、前記表示ステップは、前記出来形生成ステップで生成された前記出来形モデルを表示画面に表示させ、前記表示ステップは、前記出来形生成ステップで生成された前記出来形モデルと、予め設計された溝の形状である設計形状と、を比較し、前記設計形状に対して過掘りとなる領域を第１の態様で前記表示画面に表示し、前記設計形状に対して未掘りとなる領域を第１の態様とは異なる第２の態様で前記表示画面に三次元表示させ、前記第１の態様と前記第２の態様とは表示色を異ならせて前記表示画面に表示させる施工管理方法である。
【0008】
（２）上記（１）の施工管理方法であって、前記三次元情報は、掘削動作中の前記掘削機の三次元モデルである掘削機モデルを含み、前記表示ステップは、前記掘削機モデルを掘削深度に関連付けてリアルタイムで表示画面に表示させてもよい。
【0010】
（３）上記（１）または上記（２）の施工管理方法であって、前記表示ステップは、前記掘削機が遠隔操作されている操作内容をリアルタイムで表示させてもよい。
【0013】
（４）上記（２）の施工管理方法であって、前記施工情報を時系列で記録媒体に格納する格納ステップを含み、前記表示ステップは、前記記録媒体に格納されている前記施工情報を読み取り、読み取った前記施工情報に基づいて前記掘削機の軌跡に沿って前記掘削機モデルの動画を表示画面で再生してもよい。
【発明の効果】
【0014】
以上説明したように、本発明によれば、掘削機本体の状態の把握を支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本実施形態に係る施工管理システムの概略構成の一例を示す図である。
【図2】本実施形態に係る遠隔操作装置の概略構成の一例を示す図である。
【図3】本実施形態に係る遠隔操作装置内にある操作室内の模式図である。
【図4】本実施形態に係る掘削機１１０の上部における設計上の掘削位置と実際の掘削位置とを示す図である。
【図5】本実施形態に係る掘削機１１０の下部における設計上の掘削位置と実際の掘削位置とを示す図である。
【図6】本実施形態の表示装置３２０の表示画面の一例を示す図である。
【図7】本実施形態の出来形モデルが表示されている表示装置３２０の表示画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本実施形態に係る施工管理方法及び施工管理システムを、図面を用いて説明する。
【0017】
図１は、本実施形態に係る施工管理システム１の概略構成の一例を示す図である。施工管理システム１は、地中連続壁の掘削工事の施工を行う。ただし、これに限定されず、施工管理システム１は、あらゆる工種の施工管理に適用可能である。
【0018】
図１に示すように、施工管理システム１は、掘削装置１００、位置検出システム２００及び遠隔操作装置３００を備える。
【0019】
掘削装置１００は、掘削機１１０及び地上装置１２０を備える。
【0020】
掘削機１１０は、地盤を掘削するものである。本実施形態の掘削機１１０は、例えば水平多軸式の地中連続壁掘削機である。掘削機１１０は、水平軸の周りに回転するドラムカッター１１１によって掘削する。具体的には、掘削機１１０は、下端部に２個のドラムカッター１１１ａ，１１１ｂが並列に配置されている。掘削機１１０は、地上装置１２０から繰り出されるワイヤーＬ１，Ｌ２で吊り下げられている。掘削の進行にともなってワイヤーＬ１，Ｌ２が繰り出されて所定の深さの溝が形成される。
【0021】
掘削機１１０の側部には、地盤に反力を取らせて掘削機１１０の掘削方向を修正するアジャスターガイド１１２が複数配置されている。
【0022】
アジャスターガイド１１２は、掘削機１１０の四方の側面の上下に配されており、不図示の油圧ジャッキによって水平方向に伸縮する。アジャスターガイド１１２が伸長することで、掘削機１１０の姿勢が修正される。例えば、掘削機１１０の側部には、１２個のアジャスターガイド１１２（１１２－１～１１２－１２）が設けられている。
【0023】
地上装置１２０は、ワイヤーＬ１，Ｌ２で掘削機１１０を吊り下げており、ワイヤーＬ１，Ｌ２が繰り出すことで溝を形成する。地上装置１２０には、掘削機１１０を遠隔操作する操作室１３０が設けられている。オペレータは、操作室１３０内から掘削機１１０を遠隔操作する。
【0024】
位置検出システム２００は、地中の掘削機１１０のＸＹ平面上の位置及び掘削機１１０の傾斜を検出する。ここで、ＸＹ平面とは、掘削機１１０の掘削方向に対して垂直な平面である。本実施形態の一例として、位置検出システム２００は、位置検出装置２００ａ及び位置検出装置２００ｂを備える。
【0025】
位置検出装置２００ａと掘削機１１０とは、ワイヤー２１０ａを用いて鉛直方向に接続されている。すなわち、ワイヤー２１０ａは、ワイヤー２１０ａの一端が位置検出装置２００ａの上部に接続されており、他端が掘削機１１０に接続されている。位置検出装置２００ａは、ワイヤー２１０ａに対して張力をかけることで、ワイヤー２１０ａを弛まず鉛直方向に一直線となるように制御する。ワイヤー２１０ａの他端と掘削機１１０の上部との接続点を測定点Ｓ１とする。位置検出装置２００ａは、ワイヤー２１０ａの変位と傾斜とを計測することで測定点Ｓ１の絶対位置（Ｘ１，Ｙ１）を求める。位置検出装置２００ａは、求めた測定点Ｓ１の絶対位置（Ｘ１，Ｙ１）を、遠隔操作装置３００に対して無線又は有線で送信する。
【0026】
位置検出装置２００ｂと掘削機１１０とは、ワイヤー２１０ｂを用いて鉛直方向に接続されている。すなわち、ワイヤー２１０ｂは、ワイヤー２１０ｂの一端が位置検出装置２００ｂの上部に接続されており、他端が掘削機１１０に接続されている。位置検出装置２００ｂは、ワイヤー２１０ｂに対して張力をかけることで、ワイヤー２１０ｂを弛まず鉛直方向に一直線となるように制御する。ワイヤー２１０ｂの他端と掘削機１１０の上部との接続点を測定点Ｓ２とする。位置検出装置２００ｂは、ワイヤー２１０ｂの変位と傾斜とを計測することで測定点Ｓ２の絶対位置（Ｘ２，Ｙ２）を求める。位置検出装置２００ｂは、求めた測定点Ｓ２の絶対位置（Ｘ２，Ｙ２）を、遠隔操作装置３００に対して無線又は有線で送信する。
【0027】
遠隔操作装置３００は、操作室１３０内に配置されている。遠隔操作装置３００は、掘削機１１０を遠隔操作する。図２は、本実施形態の遠隔操作装置３００の概略構成図である。図２に示すように、遠隔操作装置３００は、操作装置３１０、表示装置３２０及び情報処理装置３３０を備える。
【0028】
操作装置３１０は、オペレータにより操作される。図３は、操作室１３０内の模式図のである。オペレータは、操作装置３１０を操作することで掘削機１１０の掘削方向を調整したり、掘削動作に関する設定値を変更することができる。例えば、操作装置３１０は、掘削方向を調整するための複数のスイッチ（押下スイッチなど）や、掘削動作に関する設定値を入力する入力装置などが設けられている操作盤である。例えば、設定値とは、掘削機１１０における掘削方向の速度、ドラムカッター１１１ａ，１１１ｂの回転数、ドラムカッター１１１ａ，１１１ｂの回転方向などである。操作装置３１０は、オペレータにより操作されると、その操作に応じた操作信号を情報処理装置３３０に送信する。例えば、操作装置３１０は、スイッチが押下されると、押下されたスイッチに対応する操作信号を情報処理装置３３０に出力する。例えば、操作装置３１０には、複数のアジャスターガイド１１２のそれぞれに対応するスイッチが設けられている。
【0029】
表示装置３２０は、情報処理装置３３０からの情報を表示する。例えば、表示装置３２０は、掘削動作中の掘削機１１０をリアルタイムで三次元表示する。例えば、表示装置３２０は、リアルタイムでの掘削溝の出来形を三次元で表示可能である。例えば、表示装置３２０は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイである。ここで、本実施形態においてリアルタイムとは、掘削動作中の掘削機１１０に対する遠隔制御に求められる応答性を実現することが可能な程度に短い周期であり、より短いことが望ましいが、完全に同時である必要はなく、ネットワークを介した通信によるタイムラグや、情報処理装置３３０，位置検出システム２００，掘削装置１００などの装置の処理速度によるタイムラグなどを含む。
【0030】
情報処理装置３３０は、遠隔制御部４００、情報収集部４１０、計測部４２０、モデル生成部４３０、出来形生成部４４０、格納部４５０及び表示制御部４６０を備える。
【0031】
遠隔制御部４００は、操作装置３１０から送信された操作信号に基づいて、掘削機１１０の掘削動作を制御する。遠隔制御部４００は、操作装置３１０から送信された操作信号が掘削方向を修正する操作内容である場合には、複数のアジャスターガイド１１２のうち、少なくともいずれかのアジャスターガイド１１２を伸長させるように制御する。例えば、遠隔制御部４００は、アジャスターガイド１１２－１に対応するスイッチが操作された場合には、アジャスターガイド１１２－１を伸長させるように制御する。また、遠隔制御部４００は、操作装置３１０により設定された掘削速度の設定値に基づいて、掘削機１１０の掘削速度を制御する。遠隔制御部４００は、操作装置３１０から送信された操作信号がドラムカッター１１１ａ，１１１ｂの回転数を変更する操作内容である場合には、その操作内容に応じてドラムカッター１１１ａやドラムカッター１１１ｂの回転速度を制御する。回転するドラムカッター１１１ａやドラムカッター１１１ｂが地盤を掘削することにより、ドラムカッター１１１ａやドラムカッター１１１ｂに負荷が生じ、ドラムカッター１１１ｂに流れる電流値が上昇又は減少する。また、遠隔制御部４００は、操作装置３１０から送信された操作信号がドラムカッター１１１ａ，１１１ｂの回転方向を変更する操作内容である場合には、その操作内容に応じてドラムカッター１１１ａ，１１１ｂの回転方向を制御する。
【0032】
情報収集部４１０は、位置検出装置２００ａから測定点Ｓ１の絶対位置（Ｘ１，Ｙ１）の情報をリアルタイムで取得する。情報収集部４１０は、位置検出装置２００ｂから測定点Ｓ２の絶対位置（Ｘ２，Ｙ２）の情報をリアルタイムで取得する。
【0033】
計測部４２０は、測定点Ｓ１の絶対位置（Ｘ１，Ｙ１）と、測定点Ｓ２の絶対位置（Ｘ２，Ｙ２）と、に基づいて、掘削動作を行っている掘削機１１０の上部の位置情報（以下、「上部位置情報」という。）と、掘削機１１０の下部の位置情報（以下、「下部位置情報」という。）と、をリアルタイムで計測する。計測部４２０は、掘削動作を行っている掘削機１１０の傾斜をリアルタイムで計測する。例えば、計測部４２０は、掘削機１１０に取り付けられた傾斜計（不図示）からの信号に基づいて、掘削機１１０の傾斜を計測する。計測部４２０は、ワイヤーＬ１を巻き取るドラムのドラム径と、当該ドラムの回転速度と、ワイヤーＬ１の張力とに基づいて掘削機１１０の深度を計測する。計測部４２０は、各ドラムカッターの電流値を計測する。計測部４２０は、掘削機１１０をワイヤーＬ１で吊っているときの吊り荷重を計測する。計測部４２０は、掘削機１１０に取り付けられた水中ポンプ（不図示）の揚水量を計測する。例えば、計測部４２０は、掘削装置１００に取り付けられた流量計などからの信号に基づいて、水中ポンプの揚水量を計測する。一例として、水中ポンプは、２つのドラムカッター１１１ａ，１１１ｂの間に位置しており、掘削ずりを安定液と共に吸込口から吸い込んで地上へ揚水する。
【0034】
モデル生成部４３０は、計測部４２０によって計測された最新の施工情報に基づいて掘削動作中の掘削機１１０の三次元モデルである掘削機モデルを生成する。施工情報は、少なくとも、掘削動作を行っている掘削機１１０の位置（上部位置情報、下部位置情報）と掘削機１１０の姿勢と、深度との情報を含む。掘削機１１０の姿勢とは、掘削機１１０のねじれ角及び傾斜の少なくともいずれかを含む。本実施形態の一例として、施工情報は、各ドラムカッター１１１ａ，１１１ｂの電流値、吊り荷重及び揚水量を含んでもよい。
【0035】
以下において、掘削機モデルの生成方法を、図４及び図５を用いて説明する。図４は、掘削機１１０の上部における設計上の掘削位置と実際の掘削位置とを示す図である。図５は、掘削機１１０の下部における設計上の掘削位置と実際の掘削位置とを示す図である。
【0036】
モデル生成部４３０は、計測部４２０で計測された上部位置情報と下部位置情報とを用いて設計上の掘削機１１０の掘削位置に対する実際の掘削機１１０の掘削位置のずれ（変位）を算出する。
【0037】
具体的には、計測部４２０は、絶対位置（Ｘ１，Ｙ１）と絶対位置（Ｘ２，Ｙ２）とを含む施工情報に基づいて、実際の掘削機１１０の上部の中心位置Ｏ’を求める。この中心位置Ｏ’は、ＸＹ平面上における現在の掘削機１１０の上部の中心位置である。中心位置Ｏ’は、上部位置情報の一例である。計測部４２０は、絶対位置（Ｘ１，Ｙ１）と絶対位置（Ｘ２，Ｙ２）とを含む施工情報とに基づいて、実際の掘削機１１０の下部の中心位置Ｏ’’を求める。この中心位置Ｏ’’は、ＸＹ平面上における現在の掘削機１１０の下部の中心位置である。中心位置Ｏ’’は、下部位置情報の一例である。
【0038】
モデル生成部４３０は、設計上の中心位置Ｏ１と、実際の中心位置Ｏ’とを比較して、中心位置Ｏ１から中心位置Ｏ’へのＸ軸方向及びＹ軸方向の変位（ｘ’、ｙ’）を算出する。中心位置Ｏ１は、掘削機１１０の上部における設計上の中心位置である。このｘ’は、実際の掘削機１１０の掘削位置が設計上の掘削機１１０の掘削位置に対してＸ軸方向にどのくらい移動しているかを表すものである。このｙ’は、実際の掘削機１１０の掘削位置が設計上の掘削機１１０の掘削位置に対してＹ軸方向にどのくらい移動しているかを表すものである。設計上の掘削機１１０の掘削位置は、予め情報処理装置３３０に登録されている。
【0039】
モデル生成部４３０は、設計上の掘削機１１０の掘削位置を基準として、絶対位置（Ｘ１，Ｙ１）と絶対位置（Ｘ２，Ｙ２）とに基づいて、ねじれ角αを求める。
【0040】
モデル生成部４３０は、変位（ｘ’、ｙ’）、掘削機１１０の傾斜、及び掘削機１１０の下部と上部の各深度とに基づいて、中心位置Ｏ２から中心位置Ｏ’’へのＸ軸方向及びＹ軸方向の変位（ｘ’’、ｙ’’）を算出する。中心位置Ｏ２は、掘削機１１０の下部における設計上の中心位置である。中心位置Ｏ’’は、実際の掘削機１１０の下部の中心位置である。
【0041】
なお、x’、y’、x”,ｙ”の値は、位置検出システム２００によって算出されてもよい。この場合には、モデル生成部４３０は、位置検出システム２００からx’、y’、x”,ｙ”の値を取得する。
【0042】
掘削機１１０のＸ軸方向の辺長をｘ、Ｙ軸方向の辺長をyとすると、モデル生成部４３０は、下記に示す式（１）～（４）を用いて、掘削機１１０の上部における四隅の各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの座標を算出する。
【0043】
点Ａ：(-x×cosα-y×sinα+x’、-x×sinα+y×cosα+y’) …(１)
点Ｂ：( x×cosα-y×sinα+x’、 x×sinα+y×cosα+y’) …(２)
点Ｃ：( x×cosα+y×sinα+x’、 x×sinα-y×cosα+y’) …(３)
点Ｄ：(-x×cosα-y×sinα+x’、-x×sinα-y×cosα+y’) …(４)
点Ｂ：( x×cosα-y×sinα+x’、 x×sinα+y×cosα+y’) …(２)
点Ｃ：( x×cosα+y×sinα+x’、 x×sinα-y×cosα+y’) …(３)
点Ｄ：(-x×cosα-y×sinα+x’、-x×sinα-y×cosα+y’) …(４)
【0044】
また、モデル生成部４３０は、下記に示す(５)～(８)を用いて、掘削機１１０の下部における四隅の各点Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’を算出する。
【0045】
点Ａ’：(-x×cosα-y×sinα+x”、-x×sinα+y×cosα+y”) …(５)
点Ｂ’：( x×cosα-y×sinα+x”、 x×sinα+y×cosα+y”) …(６)
点Ｃ’：( x×cosα+y×sinα+x”、 x×sinα-y×cosα+y”) …(７)
点Ｄ’：(-x×cosα-y×sinα+x”、-x×sinα-y×cosα+y”) …(８)
点Ｂ’：( x×cosα-y×sinα+x”、 x×sinα+y×cosα+y”) …(６)
点Ｃ’：( x×cosα+y×sinα+x”、 x×sinα-y×cosα+y”) …(７)
点Ｄ’：(-x×cosα-y×sinα+x”、-x×sinα-y×cosα+y”) …(８)
【0046】
モデル生成部４３０は、掘削機１１０の上部の四隅の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄと、掘削機１１０の下部の四隅の点Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’と、に基づいて、掘削動作中の掘削機１１０をリアルタイムで三次元モデル化する。なお、掘削機モデルにおいて、アジャスターガイド１１２もモデル化されている。アジャスターガイド１１２の三次元モデルを「アジャスターガイドモデル」と称する。
【0047】
出来形生成部４４０は、施工情報に基づいて掘削機１１０が掘削した掘削溝の出来形の三次元モデルである出来形モデルを生成する。出来形生成部４４０は、施工情報に基づいて掘削動作中における掘削機１１０の軌跡を算出し、この軌跡と掘削機モデルとを組み合わせることで出来形モデルを生成する。出来形生成部４４０は、リアルタイムで出来形モデルを生成してもよいし、掘削溝が形成されて後に格納部４５０から施工情報を読み込んで出来形モデルを生成してもよい。
【0048】
格納部４５０には、計測部４２０で計測された施工情報を時系列で格納する。格納部４５０には、情報収集部４１０が収集した絶対位置（Ｘ１，Ｙ１）、絶対位置（Ｘ２，Ｙ２）が時系列で格納されてもよい。
【0049】
表示制御部４６０は、掘削機１１０の施工情報に基づいて、掘削動作中の掘削機１１０の三次元空間上の位置及び姿勢を示す三次元情報を、リアルタイムで表示装置３２０の表示画面に表示させる。例えば、表示制御部４６０は、掘削動作中の掘削機１１０の三次元空間上の位置及び姿勢を含む三次元情報を数値で表示装置３２０の画面上に表示させてもよい。例えば、表示制御部４６０は、中心位置Ｏ’、中心位置Ｏ’’、掘削機１１０の深度を三次元空間上の位置として、また、掘削機１１０の傾斜及びねじれ角を掘削機１１０の姿勢として表示装置３２０にリアルタイムで表示してもよい。
【0050】
また、表示制御部４６０は、掘削動作中の掘削機１１０の三次元空間上の位置及び姿勢を示す三次元情報を三次元モデルで表示装置３２０に表示してもよい。
【0051】
図６は、本実施形態の表示装置３２０の表示画面の一例である。図６に示すように、表示画面の表示領域は、大別して３つの表示領域５１０～５３０に分かれている。表示制御部４６０は、表示領域５１０に対して、モデル生成部４３０で生成される掘削機モデルをリアルタイムで表示する。この際、表示制御部４６０は、掘削機モデルを掘削深度に関連付けてリアルタイムで表示領域５１０に表示させてもよい。また、表示制御部４６０は、表示領域５１０に対して現在時刻、掘削機１１０の深度、掘削機１１０の傾斜、ねじれ角を掘削機モデルとは別に、数値としてリアルタイムで表示してもよい。
【0052】
ここで、上述したように、表示制御部４６０は、掘削機モデルをリアルタイムで表示するにあたって、例えば、掘削動作中における実際の掘削機１１０の姿勢や位置，深度と、表示制御部４６０によって表示装置３２０に表示される三次元情報（例えば、掘削機モデルの姿勢や位置など）とは、完全に一致する必要はなく、三次元情報の演算処理や三次元情報の表示処理に要する時間によってやや遅れて三次元情報に表示されてもよい。例えば、三次元情報（掘削機モデルの動き（例えば、姿勢）や深度の値）は、逐次計測している施工情報に基づいて掘削動作中における実際の掘削機１１０の動きや深度に連動するように変化するが、その連動には、前記タイムラグが含まれてもよい。
【0053】
表示制御部４６０は、操作信号に基づいて、掘削機１１０が遠隔操作されている操作内容を表示装置３２０にリアルタイムで表示させてもよい。例えば、表示制御部４６０は、掘削機モデルを表示装置３２０に表示するにあたって、掘削機モデルにおける複数のアジャスターガイド１１２のうち、遠隔操作されているアジャスターガイド１１２に対応するアジャスターガイドモデル６００を第１の色で表示し、遠隔操作されていないアジャスターガイド１１２に対応するアジャスターガイドモデル６１０を第１の色とは異なる第２の色で表示する。すなわち、アジャスターガイド１１２の伸縮状態を色で表してもよい。ここで、遠隔操作されているとは、伸長している状態である。遠隔操作されていない状態とは、伸長していない状態である。このように、表示制御部４６０は、表示装置３２０において、アジャスターガイド１１２の伸縮状態を色で表現することにより、アジャスターガイド１１２の伸縮状態を可視化することができる。
【0054】
表示制御部４６０は、掘削機１１０の深度、ドライムカッターの電流値、吊り荷重、水中ポンプの揚水量の各数値を表示領域５２０に対して時系列でグラフ表示してもよい。例えば、表示制御部４６０は、計測部４２０で計測された施工情報を表示領域５２０に対してグラフで表示してもよい。なお、表示領域５２０に表示される項目は、オペレータによって任意に変更可能である。
【0055】
表示制御部４６０は、表示領域５３０に対して、掘削機１１０の深度、ドライムカッターの電流値、吊り荷重、水中ポンプの揚水量のうち、一つ以上の数値をリアルタイムで表示してもよい。また、表示制御部４６０は、表示領域５３０に対して、掘削に関する情報である掘削情報を表示してもよい。例えば、掘削情報は、掘削すべて溝の長さや掘削位置などの情報である。
【0056】
図７は、出来形モデルが表示されている表示装置３２０の表示画面の一例である。表示制御部４６０は、出来形生成部４４０で生成された出来形モデルを表示装置３２０に表示可能である。表示制御部４６０は、出来形生成部４４０で生成された出来形モデルを表示装置３２０に表示可能である。例えば、表示制御部４６０は、出来形モデルを表示するにあたって、出来形生成部４４０で生成された出来形モデルと、予め設計された溝の形状である設計形状と、を比較し、設計形状に対して過掘りとなる領域を第１の態様（例えば、赤色）で表示画面に表示し、設計形状に対して未掘りとなる領域を第１の態様とは異なる第２の態様（例えば、青色）で表示装置３２０に三次元表示させる。
【0057】
表示制御部４６０は、表示領域５１０に対して出来形モデルをリアルタイムで表示してもよいし、掘削溝が形成されて後に表示領域５１０に対して出来形モデルを表示してもよい。出来形モデルの表示は、オペレータが、タッチパネル、キーボード等に代表されるハードウェアキー、マウス等のポインティングデバイスを用いて行われてもよい。表示制御部４６０は、掘削機モデルに対して重ねて出来形モデルを表示してもよいし、掘削機モデルを非表示にし、出来形モデルを表示してもよい。この設定は、オペレータが、タッチパネル、キーボード等に代表されるハードウェアキー、マウス等のポインティングデバイスを用いて行われてもよい。
【0058】
表示制御部４６０は、格納部４５０に格納されている施工情報を読み取り、読み取った施工情報に基づいて掘削機１１０の軌跡に沿って掘削機モデルを表示装置３２０の表示画面で動かす動画（掘削モデル映像）を再生してもよい。すなわち、表示制御部４６０は、実際の掘削機１１０の掘削動作の動きを、掘削機モデルで表示装置３２０の表示画面において再現してもよい。オペレータは、タッチパネル、キーボード等に代表されるハードウェアキーやマウス等のポインティングデバイスを操作することで、掘削機モデルを表示装置３２０の表示画面で動かすことができる。例えば、表示制御部４６０は、掘削モデル映像の再生、停止、コマ送り、早送り、巻き戻し等を制御するボタンを含むコントローラを表示領域５３０に対して表示してもよい。オペレータは、このコントローラの各ボタンを押下することで掘削モデル映像の再生、停止、コマ送り、早送り、巻き戻し等を行うことができる。
【0059】
次に、本実施形態の施工管理システム１の動作を説明する。
【0060】
オペレータは、操作室１３０内に設置されている操作装置３１０を操作して、掘削機１１０の掘削動作を開始させる。掘削機１１０の掘削動作が開始されると、情報処理装置３３０は、掘削動作を行っている掘削機１１０の位置と掘削機１１０の姿勢を含む施工情報を逐次計測する。そして、情報処理装置３３０は、この施工情報に基づいて掘削動作中の掘削機１１０の三次元空間上の位置及び姿勢を含む三次元情報を、例えばリアルタイムで一つの画面上に表示させる。このように、例えば、表示制御部４６０は、施工情報を逐次計測していき、その施工情報に基づいて掘削機１１０における最新の三次元情報を表示装置３２０に順次表示させる。
【0061】
一例として、情報処理装置３３０は、計測した最新の施工情報に基づいて、掘削動作中の掘削機１１０の三次元モデルである掘削機モデルを生成する。そして、情報処理装置３３０は、生成した掘削機モデルを、計測した掘削機１１０の深度に関連付けてリアルタイムで表示装置３２０にリアルタイム表示させる。これにより、表示装置３２０には現在の深度とともに、掘削機モデルが表示されるため、オペレータは、表示装置３２０の表示画面を確認することで、現在の掘削機１１０の姿勢などの状態を把握することができる。例えば、実際の掘削機１１０の姿勢が第１の姿勢から第２の姿勢に変化した場合には、表示装置３２０に表示される掘削機モデルの姿勢も第１の姿勢から第２の姿勢に変化する。これにより、オペレータは、表示装置３２０の表示画面を確認することで、現在の掘削機１１０の姿勢をリアルタイムで把握することができる。そして、オペレータは、表示装置３２０に表示されている掘削機モデルを確認しながら操作装置３１０を操作することで設計どおりの掘削溝を形成するように掘削機１１０の掘削動作を制御する。なお、情報処理装置３３０は、オペレータが操作装置３１０を操作した場合には、その操作内容を掘削機モデルが表示されている画面にリアルタイムで表示させてもよい。
【0062】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【0063】
（変形例１）本実施形態の施工管理システム１では、掘削機１１０の位置をワイヤー２１０ａ，２１０ｂで計測したが、これに限定されない。施工管理システム１は、ジャイロを用いて掘削機１１０の位置を計測してもよいし、傾斜計を用いて掘削機１１０の位置を計測してもよい。
【0064】
（変形例２）本実施形態の情報処理装置３３０は、作成した掘削機モデルや出来形モデルを紙媒体や電子データで出力してもよいし、掘削機モデルや出来形モデルを三次元図面又は二次元図面として紙媒体や電子データで出力してもよい。掘削溝の出来形を三次元モデルで出力することにより、掘削工事以降の工事（例えば、土留めとして使用されるのであれば、開削工事等）の作業を効率化させることが可能である。例として、内部掘削土量の3次元モデルによる数量算出、出力された３次元モデルと設計図を用いた内部構築物との干渉の有無の確認、３次元モデルを用いた山留支保工の形状の決定、３次元モデルを用いた足場や支保工等の仮設材の使用の決定等に用いることが挙げられる。
【0065】
（変形例３）上記表示装置３２０は、操作室１３０に設けられていなくもよく、例えば、スマートフォンやタブレット、ウェアラブル端末に設けられた表示装置であってもよい。これにより、遠隔地でも施工状況をリアルタイムで確認が可能であるため、掘削機１１０のオペレータだけではなく、施工管理者も施工状況を把握することが可能であるため、的確な管理・監督が可能となる。
【0066】
上述したように、本実施形態の施工管理システム１は、掘削機１１０による施工を管理する施工管理方法であって、掘削動作を行っている掘削機１１０の位置と掘削機１１０の姿勢を含む施工情報を計測する。そして、施工管理システム１は、計測した掘削機１１０の施工情報に基づいて、掘削動作中の掘削機１１０の三次元空間上の位置及び姿勢を含む三次元情報を、リアルタイムで表示画面に表示させる。
【0067】
このような構成により、オペレータによる掘削機１１０の状態の把握が容易となる。したがって、施工管理システム１は、掘削機１１０の状態の把握を支援することができる。
【0068】
ここで、現在において、掘削した溝の出来形を測定するには、超音波計測装置を用いた計測を行うことが一般的である。超音波計測装置を使用する際は、計測する溝の真上に計測装置をセットし、超音波計測装置内にあるセンサーユニットを溝内に挿入する作業が必要である。また、計測を行う際も溝の上端から下端まで同じ速度で計測する必要があるため、溝の深度が深くなるほど計測時間が長く必要となる。その際、掘削機が溝内にあると、超音波計測を阻害してしまう。そのため、超音波計測装置による出来形計測を行う際は、掘削機を溝の外へ出す必要がある。つまり、現在の技術においては掘削作業と出来形の確認作業は、平行作業ができず、掘削機の待機が必要となるため、工程に大きく影響を及ぼしている。例えば掘削機での作業終了後、掘削機を溝から出して、溝内の泥水の動きが収まってから、超音波計測装置を用いて溝の測定を行うが、測定結果が設計に対して出来形不足になった場合は、掘削機は再掘削を行う必要があるため、測定結果が出るまで掘削機は待機している必要がある。そのため、待機している掘削機は別の溝の掘削準備・掘削作業ができないこと、また再掘削を行う必要がある場合は移動・掘削準備・掘削作業を行うこと等により、作業効率が低下し、工程へ影響を及ぼす。
【0069】
一方、本実施形態の情報処理装置３３０は、掘削機モデルの軌跡情報から出来形を計測する。具体的には、情報処理装置３３０は、施工情報に基づいて出来形モデルを生成し、生成した出来形モデルを表示画面に表示させる。このような構成により、超音波計測装置を用いることなく、出来形を計測することができるため、出来形計測に時間をかける必要がなく、作業効率を低下させることなく、工程を進めることができる。
【0070】
また、従来では、施工情報は記録として残っておらず、掘削作業の記録も残らないため、何かしらのトラブルが発生したときに客観的なフィードバックができず、適切な不具合対策ができないまま施工を進めてしまい、同じような不具合が発生してしまって、効率的な施工ができない場合がある。
【0071】
一方、本実施形態の情報処理装置３３０は、施工情報を記録しているため、何かしらのトラブルが発生したときに客観的なフィードバックができきる。また、掘削作業・掘削溝を再現可能である。そのため、掘削終了後に掘削溝の設計に対する出来形の合否判定を再現にて確認することも可能となる。また、掘削途中でオペレータが交代した場合に情報を容易に引き継ぐことができる。さらに、不具合発生時に施工情報を再現することで不具合の再発防止対策を的確に立てることが可能となる。
【0072】
また、本実施形態の情報処理装置３３０は、施工情報をグラフなどで同一画面中に、リアルタイムに表示可能であるため、施工状況を統合的に把握することができ、効率的な掘削が可能となる。
【0073】
なお、上述した情報処理装置３３０の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。この場合、上記コンピュータは、ＣＰＵ、ＧＰＵなどのプロセッサ及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えてもよい。そして、情報処理装置３３０の全部または一部の機能をコンピュータで実現するためのプログラムを上記コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムを上記プロセッサに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。ここで、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【符号の説明】
【0074】
１…施工管理システム、１００…掘削装置、１１０…掘削機、１２０…地上装置、２００…位置検出システム、３００…遠隔操作装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】