特許 7552494 施工支援システムおよび施工支援方法

(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】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】施工支援システムおよび施工支援方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240910BHJP

   E02F 3/43 20060101ALI20240910BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 N

E02F3/43 C

E02F9/26 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021079728

(22)【出願日】2021-05-10

(65)【公開番号】P2022173801

(43)【公開日】2022-11-22

【審査請求日】2024-03-14

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000246273

【氏名又は名称】コベルコ建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】高木 徳雄

(72)【発明者】

【氏名】関口 伸吾

(72)【発明者】

【氏名】酒井 満

【審査官】山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０９８２４４９０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０２１－００１１６０９（ＫＲ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１３３１２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１２４５４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－３１７９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５０９２７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／００ － ９／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械による施工対象領域における地中の埋設物の空間占有態様を認識する埋設物認識要素と、
前記埋設物認識要素により認識された前記埋設物の空間占有態様に基づき、前記埋設物の上方から覆うように地中に延在している第１基準閉曲面を認識する第１基準面認識要素と、
前記施工対象領域の地表から下方に離間し、かつ、前記第１基準閉曲面から水平方向に離間して地中に延在している第２基準閉曲面を認識する第２基準面認識要素と、
前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての、前記作業機械による前記施工対象領域の施工を支援するための施工支援情報を生成する施工支援情報生成要素と、
を備えている施工支援システム。

【請求項2】

請求項１に記載の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準面認識要素により認識された、隣り合う前記第１基準閉曲面が複合された結果としての、連続性を有する単一の第１基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
施工支援システム。

【請求項3】

請求項２に記載の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準閉曲面の隣り合う方向と、前記作業機械または当該作業機械を構成する作業機構の前記施工対象領域における動作方向と、のなす角度に応じて、曲率の変化態様が異なる前記単一の第１基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
施工支援システム。

【請求項4】

請求項１～３のうちいずれか１項に記載の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、隣り合う前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての、連続性を有する単一の複合基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
施工支援システム。

【請求項5】

請求項４に記載の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面の隣り合う方向と、前記作業機械または当該作業機械を構成する作業機構の前記施工対象領域における動作方向と、のなす角度に応じて、曲率の変化態様が異なる前記複合基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
施工支援システム。

【請求項6】

請求項１～５のうちいずれか１項に記載の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、前記施工支援情報を制御装置に送信することにより、前記制御装置に前記作業機械の動作を制御させる
施工支援システム。

【請求項7】

請求項１～６のうちいずれか１項に記載の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、前記施工支援情報またはこれに応じた施工支援画像を操作装置に送信することにより、前記操作装置を構成する出力インターフェースに前記施工支援画像を出力させる
施工支援システム。

【請求項8】

作業機械による施工対象領域における地中の埋設物の空間占有態様を認識する埋設物認識過程と、
前記埋設物認識過程において認識された前記埋設物の空間占有態様に基づき、前記埋設物の上方から覆うように地中に延在している第１基準閉曲面を認識する第１基準面認識過程と、
前記施工対象領域の地表から下方に離間し、かつ、前記第１基準閉曲面から水平方向に離間して地中に延在している第２基準閉曲面を認識する第２基準面認識過程と、
前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての、前記作業機械による前記施工対象領域の施工を支援するための施工支援情報を生成する施工支援情報生成過程と、
を含んでいる施工支援方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械によって地中を掘削中に、地中の埋設物を誤って損傷することを防止するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ガス管、水道管、電力ケーブル、通信ケーブルなどの地中の埋設物に標識体を設置することを必要とせずに、掘削作業車によって地中を掘削中に、当該埋設物を誤って損傷することを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、地上座標系における地中の埋設物の位置データと、車体座標系における作業車の特定部位の計測座標データが地上座標系の座標データに変換された結果と、に基づき、埋設物と特定部位との離間距離が求められる。そして、当該離間距離が設定距離以下になった場合に、特定部位の接触による埋設物の損傷を回避させるための特定動作が実行される。

【0003】

同じく、掘削作業機によって地中を掘削中に、地中の埋設物を誤って損傷することを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、作業機の３次元位置情報に応じて埋設物情報が検索され、作業機から所定の範囲内に埋設物が存在する場合、作業機の３次元位置情報が計算される。そして、この３次元位置情報と埋設物情報とをもとに作業機から所定範囲内に埋設物が存在すると判定された場合、作業機の稼動が停止される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００３－０９６８１１号公報

【文献】特開２００８－２１６１４３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、地中に埋設物が存在する領域のみならず埋設物が存在しない周辺領域も作業機械による施工対象であるにもかかわらず、埋設物が存在しない領域に関する施工情報が不足または欠如している状況では、当該作業機械による施工効率が低下する可能性がある。

【0006】

そこで、本発明は、地中に埋設物が存在する領域およびその周辺領域を対象とした作業機械による施工を支援することができるシステム等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】

【0007】

本発明の施工支援システムは、
作業機械による施工対象領域における地中の埋設物の空間占有態様を認識する埋設物認識要素と、
前記埋設物認識要素により認識された前記埋設物の空間占有態様に基づき、前記埋設物の上方から覆うように地中に延在している第１基準閉曲面を認識する第１基準面認識要素と、
前記施工対象領域の地表から下方に離間し、かつ、前記第１基準閉曲面から水平方向に離間して地中に延在している第２基準閉曲面を認識する第２基準面認識要素と、
前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての、前記作業機械による前記施工対象領域の施工を支援するための施工支援情報を生成する施工支援情報生成要素と、
を備えている。

【0008】

当該構成の施工支援システムによれば、施工対象領域における作業機械と埋設物との干渉を回避する必要がある第１施工対象領域（第１基準閉曲面（例：地中埋設物の上方に離間する閉平面）に対応する領域）と、作業機械による埋設物との干渉可能性がないものの地表を基準とした施工が必要である第２施工対象領域（第２基準閉曲面（例：地中埋設物の下面と同一平面上にある、当該埋設物の脇にある閉平面）に対応する領域）との相対配置態様または混在態様が総合勘案された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が当該作業機械による施工に利用されることにより、施工対象領域における第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械による適当な施工が可能になる。「閉曲面」とは、閉曲線により囲まれた平面および曲面を包含する概念である。

【0009】

本発明の構成要素が情報（またはデータ）を「認識する」とは、当該情報を受信、読み取りまたは検索等により取得すること、基礎となるデータまたは信号に対して演算処理を実行することにより当該情報を決定、測定、同定、推定、予測等することなど、当該情報を後続の演算処理の実行に際して利用可能な形態で準備するあらゆる処理を包含する概念である。

【0010】

前記構成の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準面認識要素により認識された、隣り合う前記第１基準閉曲面が複合された結果としての、連続性を有する単一の第１基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
ことが好ましい。

【0011】

当該構成の施工支援システムによれば、隣り合う第１基準閉曲面が複合される際に、当該第１基準閉曲面の間隙に存在する地中空間が補間されることにより、当該間隙における施工基準が定義または明確化された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が作業機械による施工に利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。

【0012】

前記構成の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準閉曲面の隣り合う方向と、前記作業機械または当該作業機械を構成する作業機構の前記施工対象領域における動作方向と、のなす角度に応じて、曲率の変化態様が異なる前記単一の第１基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
ことが好ましい。

【0013】

当該構成の施工支援システムによれば、隣り合う第１基準閉曲面に対応する隣り合う第１施工対象領域の相対配置態様に加えて、作業機械または作業機構の動作特性が勘案された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が利用されることにより、第１施工対象領域および第２ 施工対象領域の相対配置態様または混在態様に加えて、作業機械または作業機構の動作特性に鑑みて、当該作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。

【0014】

前記構成の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、隣り合う前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての、連続性を有する単一の複合基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
ことが好ましい。

【0015】

当該構成の施工支援システムによれば、隣り合う第１基準閉曲面および第２基準閉曲面が複合される際に、当該第１基準閉曲面および当該第２基準閉曲面の間隙に存在する地中空間が補間されることにより、当該間隙における施工基準が定義または明確化された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が作業機械による施工に利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。

【0016】

前記構成の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、前記第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面の隣り合う方向と、前記作業機械または当該作業機械を構成する作業機構の前記施工対象領域における動作方向と、のなす角度に応じて、曲率の変化態様が異なる前記複合基準閉曲面を認識することにより前記施工支援情報を生成する
ことが好ましい。

【0017】

当該構成の施工支援システムによれば、隣り合う第１基準閉曲面および第２基準閉曲面のそれぞれに対応する隣り合う第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様に加えて、作業機械または作業機構の動作特性が勘案された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に加えて、作業機械または作業機構の動作特性に鑑みて、当該作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。

【0018】

前記構成の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、前記施工支援情報を制御装置に送信することにより、前記制御装置に前記作業機械の動作を制御させる
ことが好ましい。

【0019】

当該構成の施工支援システムによれば、施工支援情報が制御装置による作業機械の動作の制御に利用されることにより、（当該制御に要する演算処理負荷の軽減を図りながら、）第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。

【0020】

前記構成の施工支援システムにおいて、
前記施工支援情報生成要素が、前記施工支援情報またはこれに応じた施工支援画像を操作装置（実機操作装置・遠隔操作装置）に送信することにより、前記操作装置を構成する出力インターフェースに前記施工支援画像を出力させる
ことが好ましい。

【0021】

当該構成の施工支援システムによれば、施工支援情報に応じた施工支援画像が操作装置を構成する出力インターフェースに出力されることにより、オペレータによる当該操作装置を通じた作業機械の操作が支援される。これにより、（当該施工支援画像の出力制御に要する演算処理負荷の軽減を図りながら、）第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械による適当なまたは効率的な施工が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】施工支援システムの構成に関する説明図。

【図2】遠隔操作装置の構成に関する説明図。

【図3】作業機械の構成に関する説明図。

【図4】施工支援システム（施工支援システム）の機能に関する説明図。

【図5】作業環境画像に関する説明図。

【図6A】埋設物の認識処理に関する説明図。

【図6B】第１および第２基準閉曲面の認識処理に関する説明図。

【図6C】複合基準閉曲面の認識処理に関する説明図。

【図7】作業機械による施工支援情報を用いた施工例に関する説明図。

【図8】複合された基準閉曲面の認識処理の他の実施形態に関する説明図。

【発明を実施するための形態】

【0023】

（施工支援システムの構成）
図１に示されている施工支援システムは、遠隔操作装置２０および作業機械４０のそれぞれと相互にネットワーク通信可能に構成されている施工支援サーバ１０により構成されている。施工支援システムが、施工支援サーバ１０と、遠隔操作装置２０および／または作業機械４０と、により構成されていてもよい。施工支援サーバ１０および遠隔操作装置２０の相互通信ネットワークと、施工支援サーバ１０および作業機械４０の相互通信ネットワークと、は同一であってもよく相違していてもよい。

【0024】

（施工支援サーバの構成）
施工支援サーバ１０は、データベース１０２と、埋設物認識要素１２０と、第１基準面認識要素１２１と、第２基準面認識要素１２２と、施工支援情報生成要素１２４と、を備えている。データベース１０２は、撮像画像データのほか、施工対象領域のそれぞれの地中の埋設物の空間占有態様等を記憶保持する。データベース１０２は、施工支援サーバ１０とは別個のデータベースサーバにより構成されていてもよい。施工支援サーバ１０の各構成要素は、演算処理装置（シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア）により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった後述の演算処理を実行する。

【0025】

（遠隔操作装置の構成）
遠隔操作装置２０は、遠隔制御装置２００と、遠隔入力インターフェース２１０と、遠隔出力インターフェース２２０と、を備えている。遠隔制御装置２００は、演算処理装置（シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア）により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行する。

【0026】

遠隔入力インターフェース２１０は、遠隔操作機構２１１を備えている。遠隔出力インターフェース２２０は、遠隔画像出力装置２２１と、遠隔音響出力装置２２２と、遠隔無線通信機器２２４と、を備えている。

【0027】

遠隔操作機構２１１には、走行用操作装置と、旋回用操作装置と、ブーム用操作装置と、アーム用操作装置と、バケット用操作装置と、が含まれている。各操作装置は、回動操作を受ける操作レバーを有している。走行用操作装置の操作レバー（走行レバー）は、作業機械４０の下部走行体４１０を動かすために操作される。走行レバーは、走行ペダルを兼ねていてもよい。例えば、走行レバーの基部または下端部に固定されている走行ペダルが設けられていてもよい。旋回用操作装置の操作レバー（旋回レバー）は、作業機械４０の旋回機構４３０を構成する油圧式の旋回モータを動かすために操作される。ブーム用操作装置の操作レバー（ブームレバー）は、作業機械４０のブームシリンダ４４２を動かすために操作される。アーム用操作装置の操作レバー（アームレバー）は作業機械４０のアームシリンダ４４４を動かすために操作される。バケット用操作装置の操作レバー（バケットレバー）は作業機械４０のバケットシリンダ４４６を動かすために操作される。

【0028】

遠隔操作機構２１１を構成する各操作レバーは、例えば、図２に示されているように、オペレータが着座するためのシートＳｔの周囲に配置されている。シートＳｔは、アームレスト付きのハイバックチェアのような形態であるが、ヘッドレストがないローバックチェアのような形態、または、背もたれがないチェアのような形態など、オペレータが着座できる任意の形態の着座部であってもよい。

【0029】

シートＳｔの前方に左右のクローラに応じた左右走行レバー２１１０が左右横並びに配置されている。一つの操作レバーが複数の操作レバーを兼ねていてもよい。例えば、図２に示されているシートＳｔの左側フレームの前方に設けられている左側操作レバー２１１１が、前後方向に操作された場合にアームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合に旋回レバーとして機能してもよい。同様に、図２に示されているシートＳｔの右側フレームの前方に設けられている右側操作レバー２１１２が、前後方向に操作された場合にブームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合にバケットレバーとして機能してもよい。レバーパターンは、オペレータの操作指示によって任意に変更されてもよい。

【0030】

遠隔画像出力装置２２１は、例えば図２に示されているように、シートＳｔの前方、左斜め前方および右斜め前方のそれぞれに配置された略矩形状の画面を有する中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２により構成されている。中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２のそれぞれの画面（画像表示領域）の形状およびサイズは同じであってもよく相違していてもよい。遠隔画像出力装置２２１は、単一の湾曲したまたは湾曲可能な画像出力装置、シートＳｔの前方を囲むように配置される２つまたは４つ以上の画像出力装置により構成されていてもよい。

【0031】

図２に示されているように、中央遠隔画像出力装置２２１０の画面および左側遠隔画像出力装置２２１１の画面が傾斜角度θ１（例えば、１２０°≦θ１≦１５０°）をなすように、左側遠隔画像出力装置２２１１の右縁が、中央遠隔画像出力装置２２１０の左縁に隣接している。図２に示されているように、中央遠隔画像出力装置２２１０の画面および右側遠隔画像出力装置２２１２の画面が傾斜角度θ２（例えば、１２０°≦θ２≦１５０°）をなすように、右側遠隔画像出力装置２２１２の左縁が、中央遠隔画像出力装置２２１０の右縁に隣接している。当該傾斜角度θ１およびθ２は同じであっても相違していてもよい。

【0032】

中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２のそれぞれの画面は、鉛直方向に対して平行であってもよく、鉛直方向に対して傾斜していてもよい。中央遠隔画像出力装置２２１０、左側遠隔画像出力装置２２１１および右側遠隔画像出力装置２２１２のうち少なくとも１つの画像出力装置が、複数に分割された画像出力装置により構成されていてもよい。例えば、中央遠隔画像出力装置２２１０が、略矩形状の画面を有する上下に隣接する画像出力装置により構成されていてもよい。

【0033】

遠隔音響出力装置２２２は、一または複数のスピーカーにより構成され、例えば図２に示されているように、シートＳｔの後方、左アームレスト後部および右アームレスト後部のそれぞれに配置された中央音響出力装置２２２０、左側音響出力装置２２２１および右側音響出力装置２２２２により構成されている。中央音響出力装置２２２０、左側音響出力装置２２２１および右側音響出力装置２２２２のそれぞれの仕様は同じであってもよく相違していてもよい。

【0034】

（作業機械の構成）
作業機械４０は、実機制御装置４００と、実機入力インターフェース４１と、実機出力インターフェース４２と、作業機構４４０と、を備えている。実機制御装置４００の構成要素のそれぞれは、演算処理装置（シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア）により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行する。

【0035】

作業機械４０は、例えばクローラショベル（建設機械）であり、図３に示されているように、クローラ式の下部走行体４１０と、下部走行体４１０に旋回機構４３０を介して旋回可能に搭載されている上部旋回体４２０と、を備えている。上部旋回体４２０の前方左側部にはキャブ４２４（運転室）が設けられている。上部旋回体４２０の前方中央部には作業機構４４０が設けられている。

【0036】

実機入力インターフェース４１は、実機操作機構４１１と、実機撮像装置４１２と、測位装置４１４と、を備えている。実機操作機構４１１は、キャブ４２４の内部に配置されたシートの周囲に遠隔操作機構２１１と同様に配置された複数の操作レバーを備えている。遠隔操作レバーの操作態様に応じた信号を受信し、当該受信信号に基づいて実機操作レバーを動かす駆動機構またはロボットがキャブ４２４に設けられている。実機撮像装置４１２は、例えばキャブ４２４の内部に設置され、フロントウィンドウおよび左右サイドウィンドウ越しに作業機構４４０の少なくとも一部を含む環境を撮像する。フロントウィンドウおよびサイドウィンドウのうち一部または全部が省略されていてもよい。測位装置４１４は、ＧＰＳおよび必要に応じてジャイロセンサ等により構成されている。

【0037】

実機出力インターフェース４２は、実機無線通信機器４２２を備えている。

【0038】

図３に示されているように、作業機構としての作業アタッチメント４４０は、上部旋回体４２０に起伏可能に装着されているブーム４４１と、ブーム４４１の先端に回動可能に連結されているアーム４４３と、アーム４４３の先端に回動可能に連結されているバケット４４５と、を備えている。作業機構４４０には、伸縮可能な油圧シリンダにより構成されているブームシリンダ４４２、アームシリンダ４４４およびバケットシリンダ４４６が装着されている。

【0039】

ブームシリンダ４４２は、作動油の供給を受けることにより伸縮してブーム４４１を起伏方向に回動させるように当該ブーム４４１と上部旋回体４２０との間に介在する。アームシリンダ４４４は、作動油の供給を受けることにより伸縮してアーム４４３をブーム４４１に対して水平軸回りに回動させるように当該アーム４４３と当該ブーム４４１との間に介在する。バケットシリンダ４４６は、作動油の供給を受けることにより伸縮してバケット４４５をアーム４４３に対して水平軸回りに回動させるように当該バケット４４５と当該アーム４４３との間に介在する。

【0040】

（機能）
前記構成の施工支援システムおよび撮像機能制御システムの機能について図４に示されているフローチャートを用いて説明する。当該フローチャートにおいて「Ｃ●」というブロックは、記載の簡略のために用いられ、データの送信および／または受信を意味し、当該データの送信および／または受信を条件として分岐方向の処理が実行される条件分岐を意味している。

【0041】

遠隔操作装置２０において、遠隔制御装置２００により、遠隔無線通信機器２２４を通じて、施工支援サーバ１０に対して地上状況確認要求が送信される（図４／ＳＴＥＰ２１０）。オペレータにより遠隔入力インターフェース２１０を通じた第１指定操作の有無が判定され、当該判定結果が肯定的である場合に地上状況確認要求が送信されてもよい。「第１指定操作」は、例えば、オペレータが遠隔操作を意図する作業機械４０を指定するための遠隔入力インターフェース２１０におけるタップなどの操作である。

【0042】

施工支援サーバ１０において、地上状況確認要求が受信された場合、第１基準面認識要素１２１により当該地上状況確認要求が該当する作業機械４０に対して送信される（図４／Ｃ１０）。

【0043】

作業機械４０において、実機無線通信機器４２２を通じて地上状況確認要求が受信された場合（図４／Ｃ４０）、実機制御装置４００が実機撮像装置４１２を通じて撮像画像を取得され、かつ、実機無線通信機器４２２を通じて、当該画像処理が施された撮像画像データが遠隔操作装置１０に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ４１０）。

【0044】

施工支援サーバ１０において、第１基準面認識要素１２１により撮像画像データが受信された場合（図４／Ｃ１１）、第２基準面認識要素１２２により撮像画像に応じた環境画像データが遠隔操作装置２０に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ１１０）。環境画像データは、撮像画像データそのもののほか、撮像画像に基づいて生成された模擬的な環境画像を表わす画像データである。

【0045】

遠隔操作装置２０において、遠隔無線通信機器２２４を通じて環境画像データが受信された場合（図４／Ｃ２１）、遠隔制御装置２００により、環境画像データに応じた環境画像が遠隔画像出力装置２２１に出力される（図４／ＳＴＥＰ２１２）。

【0046】

これにより、例えば、図５に示されているように、キャブ４２４を画定する窓枠を通じて、キャブ４２４の前方において、作業機構４４０の一部であるブーム４４１、アーム４４３および施工対象領域における（バケット４４５による作業対象である）瓦礫または土砂の山が映り込んでいる環境画像が遠隔画像出力装置２２１に出力される。

【0047】

遠隔操作装置２０において、遠隔制御装置２００により、遠隔無線通信機器２２４を通じて、施工支援サーバ１０に対して地中状況確認要求が送信される（図４／ＳＴＥＰ２２０）。オペレータにより遠隔入力インターフェース２１０を通じた第２指定操作の有無が判定され、当該判定結果が肯定的である場合に地中状況確認要求が送信されてもよい。「第２指定操作」は、例えば、オペレータが遠隔操作を意図する作業機械４０を指定するための遠隔入力インターフェース２１０におけるタップなどの操作である。第２指定操作は、第１指定操作と同一の操作であってもよいし異なる操作であってもよい。

【0048】

施工支援サーバ１０において、地中状況確認要求が受信された場合（図４／Ｃ２０）、埋設物認識要素１２０により、当該地中状況確認要求に係る施工対象領域における地中の埋設物の空間占有態様が認識される（図４／ＳＴＥＰ１２０）。これにより、例えば、図６Ａに示されているように、上下方向に重ならずに水平方向に離間し、略同じ地中深さ位置で延在する２つの円管状の埋設物Ｅ１およびＥ２の地中における空間占有態様が認識される。

【0049】

施工対象領域は、例えばその境界を表わす世界座標系の座標値（Ｘ（経度），Ｙ（緯度））の集合により特定される。施工対象領域は、施工支援サーバ１０と遠隔操作装置２０またはその操作対象である作業機械４０との通信に基づき、例えば、遠隔操作装置２０および／または作業機械４０を識別するための識別子に基づき、データベース１０２が検索されることにより認識される。埋設物の空間占有態様は、例えばその外表面を表わす世界座標系の座標値（Ｘ（経度），Ｙ（緯度），Ｚ（海抜高さまたは地表からの距離））の集合により特定される。地中の埋設物の空間占有態は、例えば、地中探査機により測定され、当該測定結果がデーベース１０２にあらかじめ登録されている。地中の埋設物の空間占有態は、例えば、施工対象領域に基づき、データベース１０２が検索されることにより認識される。

【0050】

続いて、埋設物認識要素１２０により認識された埋設物の空間占有態様に基づき、第１基準面認識要素１２１により、当該埋設物の上方から覆うように地中に延在している第１基準閉曲面が認識される（図４／ＳＴＥＰ１２１）。

【0051】

これにより、例えば、図６Ｂに示されているように、地中の埋設物Ｅ１およびＥ２のそれぞれの上端から上方に第１指定距離ｄ１だけ離間した深さ位置で地中において延在する第１基準閉曲面Ｓ１１およびＳ１２が認識される。第１指定領域ｄ１は、データベース１０２に記憶保持されている施工対象領域における施工計画により定義されていてもよい。

【0052】

第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２は、Ｂｅｚｉｅｒ（ベジエ）曲面および／またはＮＵＲＢＳ（非一様有理Ｂスプライン）曲面などの複数の制御点により定義される曲面として定義されていてもよい。当該曲面は連続性（Ｇ１連続性、Ｇ２連続性またはＧ３連続性）を有する曲面として定義されていてもよい。例えば、第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２がベジエ三角形曲面によって定義される場合、ベジエ三角形曲面の制御ネットの定義域が水平面に張られた三角形メッシュにより定義され、地中の埋設物Ｅ１、Ｅ２の上端から上方に第１指定距離ｄ１だけ離間した点が制御点とされたうえで、三角パッチの連続性が確保されるように第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２が定義される。

【0053】

さらに、施工対象領域の地表から下方に離間し、かつ、第１基準面認識要素１２１により認識された第１基準閉曲面から水平方向に離間して（上下方向に重ならず）地中に延在している第２基準閉曲面が第２基準面認識要素１２２により認識される（図４／ＳＴＥＰ１２２）。

【0054】

これにより、例えば、図６Ｂに示されているように、地表から下方に第２指定距離ｄ２だけ離間した深さ位置で地中において延在する第２基準閉曲面Ｓ２１およびＳ２２が認識される。第２指定距離ｄ２は、データベース１０２に記憶保持されている施工対象領域における施工計画により定義されていてもよい。第２指定距離ｄ２は、埋設物Ｅ１、Ｅ２の下端と同じ深さ位置に第２基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２が認識されるように定義されていてもよい。

【0055】

第２基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２は、第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２と同様に、Ｂｅｚｉｅｒ（ベジエ）曲面および／またはＮＵＲＢＳ（非一様有理Ｂスプライン）曲面などの複数の制御点により定義される曲面として定義されていてもよい。当該曲面は連続性（Ｇ１連続性、Ｇ２連続性またはＧ３連続性）を有する曲面として定義されていてもよい。例えば、第２基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２がベジエ三角形曲面によって定義される場合、ベジエ三角形曲面の制御ネットの定義域が水平面に張られた三角形メッシュにより定義され、地表から下方に第２指定距離ｄ２だけ離間した点が制御点とされたうえで、三角パッチの連続性が確保されるように第２基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２が定義される。

【0056】

そして、施工支援情報生成要素１２４により、第１基準閉曲面および前記第２基準閉曲面が複合された結果としての施工支援情報が生成され、かつ、遠隔操作装置２０に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ１２４）。

【0057】

これにより、例えば、図６Ｃに示されているように、第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２および第１基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２に基づいて単一の複合基準閉曲面ＣＳが定義され、当該単一の複合基準閉曲面の延在態様を表わす情報またはデータが施工支援情報として生成される。具体的には、隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１およびＳ１２が、補間曲面Ｓ００により連続的に接続または複合されることにより単一の新たな第１基準閉曲面として定義される。また、当該新たな第１基準閉曲面（＝Ｓ１１＋Ｓ００＋Ｓ１２）およびこれに隣接する第２基準閉曲面Ｓ２１、Ｓ２２が、補間曲面Ｓ０１、Ｓ０２により連続的に接続または複合されることにより単一の複合基準閉曲面ＣＳとして定義される。補間曲面Ｓ００、Ｓ０１およびＳ０２は、Ｂｅｚｉｅｒ曲面および／またはＮＵＲＢＳ曲面などの複数の制御点により定義される曲面として定義されていてもよい。

【0058】

第１基準閉曲面Ｓ１１およびこれに隣接する第２基準閉曲面Ｓ２１が、補間曲面Ｓ０１により連続的に接続されることにより第１複合基準閉曲面が定義され、第１基準閉曲面Ｓ１２およびこれに隣接する第２基準閉曲面Ｓ２２が、補間曲面Ｓ０２により連続的に接続されることにより第２複合基準閉曲面が定義され、第１複合基準閉曲面（Ｓ１１＋Ｓ０１＋Ｓ２１）および第２複合基準閉曲面（Ｓ１２＋Ｓ０２＋Ｓ２２）が、補間曲面Ｓ００により連続的に接続または複合されることにより単一の複合基準閉曲面ＣＳが定義されてもよい。

【0059】

遠隔操作装置２０において、遠隔無線通信機器２２４を通じて施工支援情報が受信された場合（図４／Ｃ２２）、遠隔制御装置２００により、施工支援情報に応じた施工支援画像が遠隔画像出力装置２２１に出力される（図４／ＳＴＥＰ２２２）。

【0060】

これにより、例えば、図５に示されているように、施工対象領域における複合基準閉曲面ＣＳの延在態様を表わす施工支援画像が、環境画像に重畳された形で遠隔画像出力装置２２１に出力される。施工支援情報により表わされる複合基準閉曲面ＣＳの延在態様が世界座標系で定義されているので、複合基準閉曲面ＣＳの延在態様が環境画像座標系に座標変換される。この座標変換のため、作業機械４０の世界座標系における座標値がＧＰＳ等を用いて測定され、実機撮像装置４１２の実機座標系（上部旋回体４２０に対して位置および姿勢が固定された座標系）が、遠隔制御装置２００を構成する記憶装置および／またはデータベース１０２に記憶保持されていてもよい。オペレータは、遠隔画像出力装置２２１に出力された環境画像およびこれに重畳された施工支援画像を見ながら、バケット４４５を動かすように遠隔操作機構２１１を構成する操作レバーを操作することができる。

【0061】

そのほか、図７に示されているように、作業機械４０、埋設物Ｅ１、Ｅ２および複合基準閉曲面ＣＳのそれぞれの空間占有態様を表わす３次元モデル画像が施工支援画像として遠隔画像出力装置２２１に出力されてもよい。施工支援情報により表わされる複合基準閉曲面ＣＳの延在態様が世界座標系で定義されているので、作業機械４０の世界座標系における座標値がＧＰＳ等を用いて測定され、遠隔制御装置２００を構成する記憶装置および／またはデータベース１０２に記憶保持されていてもよい。

【0062】

遠隔操作装置２０において、遠隔制御装置２００により遠隔操作機構２１１の操作態様が認識され、かつ、遠隔無線通信機器２２４を通じて、当該操作態様に応じた遠隔操作指令が遠隔操作支援サーバ１０に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ２２０）。

【0063】

遠隔操作支援サーバ１０において、第２支援処理要素１２２により当該遠隔操作指令が受信された場合、第１支援処理要素１２１により、当該遠隔操作指令が作業機械４０に対して送信される（図４／Ｃ１４）。

【0064】

作業機械４０において、実機制御装置４００により、実機無線通信機器４２２を通じて操作指令が受信された場合（図４／Ｃ４４）、作業機構４４０等の動作が制御される（図４／ＳＴＥＰ４１４）。例えば、バケット４４５により作業機械４０の前方の施工対象領域の土を掘り起こしてすくい、上部旋回体４１０を旋回させたうえで施工対象領域の外にバケット４４５から土を落とす作業が実行される。

【0065】

（作用効果）
当該構成の施工支援システムによれば、施工対象領域における作業機械４０と埋設物Ｅ１、Ｅ２との干渉を回避する必要がある第１施工対象領域（第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２に対応する領域）と、作業機械４０による埋設物との干渉可能性がないものの地表を基準とした施工が必要である第２施工対象領域（第２基準閉曲面Ｅ２１、Ｅ２２に対応する領域）との相対配置態様または混在態様が総合勘案された形で施工支援情報が生成される（図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃ参照）。このため、当該施工支援情報が当該作業機械４０による施工に利用されることにより、施工対象領域における第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械４０による適当な施工が可能になる（図５および図７参照）。

【0066】

複数の埋設物Ｅ１、Ｅ２のそれぞれに対応する、隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２が複合された結果としての、連続性（Ｇ１、Ｇ２またはＧ３連続性）を有する単一の新たな第１基準閉曲面（＝Ｓ１１＋Ｓ００＋Ｓ１２）が認識される（図６Ｃ参照）。

【0067】

当該構成の採用により、隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１およびＳ１２が複合される際に、当該第１基準閉曲面Ｓ１１およびＳ１２の間隙に存在する地中空間が補間曲面Ｓ００によって補間されることにより、当該間隙における施工基準が定義または明確化された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が作業機械による施工に利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械４０による適当なまたは効率的な施工が可能になる。

【0068】

隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１（もしくはＳ１２または（Ｓ１１＋Ｓ００＋Ｓ１２））および第２基準閉曲面Ｓ２１（もしくはＳ２２またはＳ２１およびＳ２２）が複合された結果としての、連続性（Ｇ１、Ｇ２またはＧ３連続性）を有する単一の複合基準閉曲面ＣＳが認識されたうえで施工支援情報が生成される（図６Ｃ参照）。

【0069】

当該構成の採用により、隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１（もしくはＳ１２、または（Ｓ１１＋Ｓ００＋Ｓ１２））および第２基準閉曲面Ｓ２１（もしくはＳ２２、またはＳ２１およびＳ２２）が複合される際に、第１基準閉曲面および第２基準閉曲面の間隙に存在する地中空間が補間曲面Ｓ０１（もしくはＳ０２、またはＳ０１およびＳ０２）によって補間されることにより、当該間隙における施工基準が定義または明確化された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が作業機械による施工に利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて作業機械４０による適当なまたは効率的な施工が可能になる。

【0070】

（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、施工支援システムが施工支援サーバ１０により構成されていたが、他の実施形態として遠隔操作装置２０および／または作業機械４０により構成されていてもよい。すなわち、埋設物認識要素１２０、第１基準面認識要素１２１、第２基準面認識要素１２２および／または施工支援情報生成要素１２４が、遠隔制御装置２００および／または実機制御装置４００により構成されていてもよい。

【0071】

前記実施形態では、第１基準閉曲面および第２基準閉曲面が複合された複合基準閉曲面ＣＳが認識されることにより施工支援情報が生成されたが（図６Ｃ参照）、他の実施形態として、複合基準閉曲面ＣＳの認識処理が省略され、第１基準閉曲面および第２基準閉曲面のそれぞれの空間占有態様のみに応じた施工支援情報が生成されてもよい。前記実施形態では、隣接する少なくとも２つの第１基準閉曲面Ｓ１１、Ｓ１２が複合された結果としての単一の新たな第１基準閉曲面（＝Ｓ１１＋Ｓ００＋Ｓ１２）が認識されたが（図６Ｃ参照）、他の実施形態として当該単一の新たな第１基準閉曲面の認識処理が省略されてもよい。

【0072】

前記実施形態では、オペレータによる遠隔操作装置２０を構成する遠隔操作機構２１１の操作を通じて作業機械４０の動作が制御されていたが、他の実施形態としてキャブ４２４に搭乗したオペレータによる実機操作機構４１１の操作を通じて作業機械４０の動作が制御されてもよい。この場合、施工支援サーバ１０から施工支援情報が該当する作業機械４０に送信され（図４／ＳＴＥＰ１２２参照）、実機出力インターフェース４２を構成する、キャブ４２４の内部に配置された実機画像出力装置に施工支援画像が出力されてもよい（図５および図７参照）。また、遠隔操作装置２０が省略されてもよい。

【0073】

施工支援情報生成要素１２４が、施工支援情報を作業機械４０または実機制御装置４００に送信することにより、当該実機制御装置に作業機械４０の動作を制御させてもよい。第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に鑑みて、動作が自動制御される作業機械４０による適当なまたは効率的な施工が可能になる。

【0074】

施工支援情報生成要素１２４が、少なくとも２つの第１基準閉曲面の隣接方向と、作業機械４０の作業機構４４０またはバゲット４４５の施工対象領域における動作方向と、のなす角度θに応じて、曲率の変化態様が異なる新たな第１基準閉曲面を認識することにより施工支援情報を生成してもよい。

【0075】

例えば、図８に示されているように、施工対象領域のｘ－ｚ平面に平行な地中断面において、複数の埋設物Ｅ１～Ｅ５のそれぞれに対応する複数の第１基準閉曲面Ｓ１１～Ｓ１５が認識された状況について考える。この状況で、作業機構４４０の施工対象領域における動作方向（バケット４４５を動かす方向）がｘ方向である場合（θ＝０°である場合）、図８に一点鎖線で示されているようにｘ方向について曲率変化（累積値）が比較的小さい単一の第１基準閉曲面ＣＣＳ１が認識される。その一方、この状況で、作業機構４４０の施工対象領域における動作方向がｙ方向である場合（θ＝９０°である場合）、図８に二点鎖線で示されているようにｘ方向について曲率変化（累積値）が比較的大きい単一の第１基準閉曲面ＣＣＳ２が認識される。この実施例では、単一の第１基準閉曲面の曲率変化の累積値がθ（０°≦θ≦９０°）の増加関数になるように、当該単一の第１基準閉曲面が定義されている。当該θの関数として、増加関数のほか、減少関数または増減する関数が採用されてもよい。

【0076】

当該構成の施工支援システムによれば、隣接する第１基準閉曲面Ｓ１１～Ｓ１５に対応する隣接する第１施工対象領域の相対配置態様に加えて、作業機械４０または作業機構４４０の動作特性が勘案された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に加えて、作業機械４０または作業機構４４０の動作特性に鑑みて、当該作業機械４０による適当なまたは効率的な施工が可能になる。

【0077】

施工支援情報生成要素１２４が、第１基準閉曲面および第２基準閉曲面の隣接方向と、作業機械４０の施工対象領域における動作方向と、のなす角度に応じて、曲率の変化態様が異なる複合基準閉曲面を認識することにより施工支援情報を生成してもよい。

【0078】

当該構成の施工支援システムによれば、隣接する第１基準閉曲面および第２基準閉曲面のそれぞれに対応する隣接する第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様に加えて、作業機械４０または作業機構４４０の動作特性が勘案された形で施工支援情報が生成される。このため、当該施工支援情報が利用されることにより、第１施工対象領域および第２施工対象領域の相対配置態様または混在態様に加えて、作業機械４０または作業機構４４０の動作特性に鑑みて、当該作業機械４０による適当なまたは効率的な施工が可能になる。

【符号の説明】

【0079】

１０‥施工支援サーバ、２０‥遠隔操作装置、４０‥作業機械、１０２‥データベース、１２０‥埋設物認識要素、１２１‥第１基準面認識要素、１２２‥第２基準面認識要素、１２４‥施工支援情報生成要素、２００‥遠隔制御装置、２１０‥遠隔入力インターフェース、２１１‥遠隔操作機構、２２０‥遠隔出力インターフェース、２２１‥遠隔画像出力装置、２２２‥遠隔音響出力装置、４００‥実機制御装置、４１０‥実機入力インターフェース、４２０‥実機出力インターフェース、４２４‥キャブ（運転室）、４４０‥作業機構、４４５‥バケット（作業部）、ＣＳ‥複合基準閉曲面、Ｅ１、Ｅ２‥埋設物、Ｓ００、Ｓ０１、Ｓ０２‥補間曲面、Ｓ１１、Ｓ１２‥第１基準閉曲面、Ｓ２１、Ｓ２２‥第２基準閉曲面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】