JP2020183696A - 建設機械管理システム、建設機械管理プログラム、建設機械管理方法、建設機械および建設機械の外部管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】建設機械による施工箇所をその建設機械からみて自律的にモニタすることで、当該モニタを簡便かつ高精度に行うことを可能にする。【解決手段】施工現場エリア１を移動可能な建設機械２に搭載される検出センサ部１１と、前記施工現場エリア１に設置された外部指標１ａについての前記検出センサ部１１での検出結果と、前記建設機械２が有する可動作業具３に付された可動指標３ａについての前記検出センサ部１１での検出結果とを基に、前記施工現場エリア１での前記可動作業具３による施工箇所の位置情報を認識する位置認識部１３ａと、を備えて建設機械管理システムを構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械管理システム、建設機械管理プログラム、建設機械管理方法、建設
機械および建設機械の外部管理装置に関する。

近年、建設施工現場においては、その施工現場エリアで用いられる建設機械による施工
箇所について、電子機器を利用してモニタするといったことが行われている。建設機械に
よる施工箇所を認識できれば、例えば、その認識結果を地形データと照合することにより
、施工中の作業管理等が可能となるからである。

従来、建設機械による施工箇所のモニタは、例えば、トータルステーション（Total St
ation、以下「ＴＳ」ともいう。）として知られているレーザ発光装置を施工現場エリア
に設置し、そのレーザ発光装置が出射するレーザ光を利用して行われる（例えば、特許文
献１参照）。また、その他に、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）に代表さ
れる全球測位衛星システム（Global Navigation Satellite System、以下「ＧＮＳＳ」と
もいう。）を利用して行われることもある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−３４０５５６号公報 特表平０９−５００７００号公報

上述した従来技術では、建設機械による施工箇所のモニタが、ＴＳまたはＧＮＳＳを利
用して行われる。つまり、建設機械からみたら外部システムとなるＴＳまたはＧＮＳＳを
利用しつつ、その建設機械についてのモニタが他律的に行われることになる。

しかしながら、外部システムを利用した他律的なモニタでは、以下のような難点が生じ
得る。例えば、ＴＳまたはＧＮＳＳは総じて高価であり、また利用にあたり専門的な知識
を要するため、必ずしも建設機械についてのモニタを簡便に行えるとは言えない。また、
外部システムを利用する施工現場エリアの環境や条件等によっては、建設機械に届くはず
のレーザ光または衛星電波が遮られ、そのことがモニタ精度に悪影響を及ぼしてしまうお
それがある。

そこで、本発明は、建設機械による施工箇所をその建設機械からみて自律的にモニタす
ることで、当該モニタを簡便かつ高精度に行うことを可能にする技術を提供することを目
的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、その一態様は以下のとおりで
ある。

本発明の一態様によれば、
施工現場エリアを移動可能な建設機械に搭載される検出センサ部と、
前記施工現場エリアに設置された外部指標についての前記検出センサ部での検出結果と
、前記建設機械が有する可動作業具に付された可動指標についての前記検出センサ部での
検出結果とを基に、前記施工現場エリアでの前記可動作業具による施工箇所の位置情報を
認識する位置認識部と、
を備える建設機械管理システムが提供される。

本発明によれば、建設機械に搭載される検出センサ部の利用により、その建設機械によ
る施工箇所を自律的にモニタし得るので、当該モニタを簡便かつ高精度に行うことが可能
になる。

本発明の基本的な技術思想を説明する図であり、当該技術思想が適用される建設機械管理システムの概略構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第一実施形態において施工現場エリアで用いられる建設機械の一例であるバックホウの概略構成例を模式的に示す説明図である。 本発明の第一実施形態に係る建設機械管理システムで用いられるマーカ図形の二次元パターンの例を示す説明図であり、（ａ）はマーカ図形の一具体例を示す図、（ｂ）はマーカ図形の他の具体例を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る建設機械管理システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第一実施形態に係る建設機械管理方法の処理手順の流れの一例を示すフロー図である。 本発明の第一実施形態で用いられる２カメラ画像による測量技術の概要を示す説明図である。 本発明の第一実施形態で用いられるバケット施工箇所の位置認識モデルの概要を示す説明図である。 本発明の第一実施形態に係る建設機械管理システムが出力する操作ガイダンス情報の例を示す説明図であり、（ａ）は操作ガイダンス情報の一具体例を示す図、（ｂ）は操作ガイダンス情報の他の具体例を示す図である。 本発明の第二実施形態において施工現場エリアで用いられる建設機械の一例であるスリップフォーム機の基本的な構成例を模式的に示す側面図である。 本発明の第二実施形態においてスリップフォーム機を用いて行うスリップフォーム工法の施工状況を示す説明図である。 本発明の第二実施形態におけるスリップフォーム機を構成する前部切削機の構成例を模式的に示す説明図であり、（ａ）は正面から見た図、（ｂ）は要部を側面から見た図である。 本発明の第二実施形態におけるスリップフォーム機を構成する後部成型機の構成例を模式的に示す説明図であり、（ａ）は正面から見た図、（ｂ）は要部を側面から見た図である。 本発明の第二実施形態において施工現場エリアで用いられる建設機械の一例であるスリップフォーム機の概略構成例を模式的に示す斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る建設機械管理システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第二実施形態に係る建設機械管理方法の処理手順の流れの一例を示すフロー図である。 本発明の第二実施形態で用いられる測量技術の概要を示す説明図であり、（ａ）はカメラとマーカ図形の関係を示す図、（ｂ）はカメラ座標系のベクトルを説明する図、（ｃ）は高さを求めるためにモデル化した図、（ｄ）は（ｃ）をＯＯ´の向きに透視した図である。 本発明の第二実施形態に係る建設機械管理システムが出力する操作ガイダンス情報の例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜１．基本的な技術思想の概要＞
まず、本発明の基本的な技術思想について、その概要を説明する。
図１は、本発明の基本的な技術思想が適用される建設機械管理システムの概略構成例を
示す機能ブロック図である。

（システムの概要）
図例の建設機械管理システムは、建設施工現場の施工現場エリア１で用いられる建設機
械２について、その建設機械２が有する可動作業具３による施工箇所をモニタして、その
モニタ結果（すなわち、施工箇所についての認識結果）を取得するように構成されたもの
である。さらには、建設機械２による施工箇所のモニタ結果を取得したら、そのモニタ結
果に基づいて施工中の作業管理等を行い得るように構成されたものである。

ここで、施工現場エリア１とは、建設機械２を用いた施工の対象となる領域のことであ
る。施工とは、建設機械２を用いて行う工事または処理のことをいう。施工の内容（種類
）については、建設機械２を用いて行うものであれば、特に限定されることはない。
また、施工現場エリア１については、施工後の状態（例えば工事後の地形）についての
設計データに相当する施工計画データが予め用意されているものとする。施工計画データ
は、施工後状態を特定し得るものであれば、データ形式等が特に限定されることはない。
なお、施工現場エリア１における施工前状態または施工中状態と、施工計画データによ
って特定される施工後状態とは、例えばその施工現場エリア１内に設定された基準点を利
用することで、互いに対応付けられるようになっている。

施工現場エリア１の施工を行う建設機械２は、その施工現場エリア１内の任意位置に移
動可能に構成されている。施工現場エリア１内の移動は、自走によるものであってもよい
し、他の動力源を利用するものであってもよい。また、建設機械２は、停止状態または移
動中に動作させることが可能な可動作業具３を有しており、その可動作業具３を動作させ
ることで、施工現場エリア１に対する施工を行うように構成されている。このような建設
機械２において、可動作業具３による施工箇所は、その可動作業具３が実際に被施工物（
例えば地面）と接する箇所となる。

このような建設機械２については、代表的な例として、油圧ショベルやブルドーザ等と
いった土木用途の建設機械が挙げられる。例えば、油圧ショベルであれば、アームの先端
に取り付けられたバケット（ショベル）が、可動作業具３に相当することになる。ただし
、ここでいう建設機械２は、土木用途に限定されることはなく、可動作業具３を有して移
動可能に構成されたものであれば、広義な意味での様々な作業機械が含まれる。例えば、
ここでいう建設機械２には、油圧ショベルやブルドーザ等の土木用途機械の他に、トラッ
クやローダ等の運搬機械、クレーン等の荷役機械、基礎工事用機械、せん孔機械、トンネ
ル工事用機械、圧砕機等のコンクリート機械、舗装機械、道路維持用機械等が含まれ、さ
らには圧雪車や自走型草刈機についても含まれ得る。

（発明者が得た知見）
ところで、建設機械２の可動作業具３による施工箇所のモニタにあたっては、そのモニ
タを簡便かつ高精度に行えることが好ましい。しかしながら、既述の従来技術によるモニ
タでは、外部システムを利用して他律的に行うため、必ずしもモニタを簡便かつ高精度に
行えるとは限らない。

施工箇所のモニタは、例えば、そのモニタ結果に基づいて施工中の作業管理等を可能に
するために行う。よって、モニタによる施工箇所の位置認識は、数ｍオーダーの精度では
足りず、少なくとも数ｃｍオーダーの高精度で行う必要がある。このような高精度でのモ
ニタを行う場合、非常に高価であるＴＳまたはＧＮＳＳを利用すれば対応可能であるが、
非常に高価であるが故に必ずしも簡単に導入し得るものではない。しかも、ＴＳまたはＧ
ＮＳＳの利用にあたり専門的な知識を要するため、利便性の点でも難がある。つまり、Ｔ
ＳまたはＧＮＳＳといった外部システムを利用して高精度でモニタを行う場合には、その
モニタを必ずしも簡便に行えるとは言えない。

また、施工現場エリア１については、様々な環境下や条件下等に設定されることが想定
される。具体的には、例えば、市街地のようにレーザ光の照射を控えるべき場所に施工現
場エリア１が設定されたり、地下空間のように衛星電波が届かない場所に施工現場エリア
１が設定されたりすることがあり得る。そのため、外部システムを利用してモニタを行う
場合、施工現場エリア１の環境や条件等によってはレーザ光または衛星電波が遮られ、そ
のことがモニタ精度に悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。

これらのことを踏まえた上で鋭意検討を重ねた結果、本願の発明者は、建設機械２に搭
載される検出センサ部１１の利用により、建設機械２による施工箇所をその建設機械２か
らみて自律的にモニタすることで、当該モニタを簡便かつ高精度に行うことが可能になる
のではないかという着想を得るに至った。つまり、ここで説明する基本的な技術思想は、
外部システムを利用した他律的なモニタではなく、建設機械２による施工箇所をその建設
機械２が自律的にモニタするという、従来にはない新規な着想に基づいて案出されたもの
である。

（システム構成例）
具体的には、図１に示すように、建設機械管理システムが以下のような構成を備えてい
る。すなわち、建設機械管理システムは、少なくとも、建設機械に搭載される検出センサ
部１１と、外部管理装置２０との間で情報授受を行う情報通信部１２と、検出センサ部１
１および情報通信部１２に接続されたコンピュータ部１３と、を備えている。

検出センサ部１１は、建設機械２または当該建設機械２が有する可動作業具３の位置、
姿勢または方位を検出するために用いられるものである。ここでいう位置とは、施工現場
エリア１を三次元座標空間と考えた場合の座標位置である。姿勢とは、水平面に対する傾
きの量である。方位とは、移動方向または可動方向の向きである。
このような検出センサ部１１としては、例えば、イメージセンサ（カメラ）、傾斜計、
加速度センサ、ジャイロセンサ（角加速度センサ）の少なくとも一つ、好ましくはこれら
を適宜組み合わせて構成されたものが挙げられる。また、検出センサ部１１として、単独
計測タイプのＧＰＳ装置を複数用いることも考えられる。

情報通信部１２は、外部管理装置２０との間の通信を確立するためのものである。この
ような情報通信部１２としては、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）回線、Ｗｉ−
Ｆｉ（Wireless Fidelity）、ブルートゥース（登録商標）等といった公知の無線通信技
術を利用して、外部管理装置２０との通信を確立するものを用いればよい。
情報通信部１２の通信相手となる外部管理装置２０としては、例えば、建設機械２とは
離れて（施工現場エリア１内または施工現場エリア１外の別を問わず）配置されるコンピ
ュータ装置が挙げられる。ただし、これに限定されることはなく、コンピュータ装置と同
視できる機能を有していれば、例えば、可搬性を有するタブレット端末を外部管理装置２
０としてもよい。外部管理装置２０が可搬性を有する場合、その外部管理装置２０を持つ
者は、建設機械２に搭乗した状態においても、その外部管理装置２０を利用することが可
能となる。

コンピュータ部１３は、例えば、いわゆるシングルボードコンピュータ（Single Board
Computer、以下「ＳＢＣ」ともいう。）を用いて構成されたもので、予め設定された所
定プログラムを実行することにより、以下に述べる機能を実現するように構成されたもの
である。すなわち、コンピュータ部１３は、コンピュータとしてのハードウエア資源を備
えており、所定プログラムを実行することで、そのプログラム（ソフトウエア）とハード
ウエア資源とが協働して、位置認識部１３ａ、データ取得部１３ｂ、差分情報抽出部１３
ｃ、ガイダンス出力部１３ｄ、動作計画生成部１３ｅおよび動作指示部１３ｆとして機能
するように構成されている。

位置認識部１３ａは、施工現場エリア１に設置された外部指標１ａについての検出セン
サ部１１での検出結果と、建設機械２が有する可動作業具３に付された可動指標３ａにつ
いての検出センサ部１１での検出結果とを基に、施工現場エリア１での建設機械２の可動
作業具３による施工箇所の位置情報を認識する機能である。
外部指標１ａとしては、例えば、施工現場エリア１内の基準点に設置された標尺、また
はこれに準ずるものを用いる。外部指標１ａは、施工現場エリア１に単数が設置されてい
てもよいし、複数が設置されていてもよい。
外部指標１ａを検出する検出センサ部１１としては、例えば、外部指標１ａの画像を撮
像するイメージセンサ（カメラ）を用いる。その場合に、外部指標１ａには、画像パター
ンで識別される二次元のマーカ図形、または、発光パターンで識別される二次元の発光面
を有する発光器、若しくは、発光パターンの一例としての点滅パターンで識別される点光
源を有する発光器が付設されていると、当該外部指標１ａの識別が容易になる点で好まし
い。ただし、外部指標１ａを検出可能であれば、イメージセンサ以外の検出センサ部１１
を用いてもよい。
また、可動指標３ａは、建設機械２の可動作業具３に予め付設されているものとする。
可動作業具３についての検出は、外部指標１ａの場合と同様に、例えば、可動作業具３
に関する画像を撮像するイメージセンサ（カメラ）を用いる。その場合に、可動作業具３
には、可動指標３ａとして、外部指標１ａとは異なるパターンの二次元のマーカ図形、ま
たは、外部指標１ａとは異なるパターンの二次元の発光面を有する発光器、若しくは、外
部指標１ａとは異なる点滅パターンの点光源を有する発光器が付設されていると、当該可
動作業具３についての検出および当該可動指標３ａの識別が容易になる点で好ましい。ま
た、可動指標３ａの検出は、外部指標１ａの場合と同様に、イメージセンサ以外の検出セ
ンサ部１１を用いて行ってもよい。

そして、位置認識部１３ａは、外部指標１ａについての検出結果と、可動指標３ａにつ
いての検出結果とを基に、例えば詳細を後述する測量技術を利用しつつ、少なくとも建設
機械２の可動作業具３による施工箇所の位置を認識する。これにより、可動作業具３によ
る施工箇所について、施工現場エリア１（三次元座標空間）内の座標位置を認識すること
ができる。
なお、位置認識部１３ａは、施工箇所の位置に加えて、傾斜計やジャイロセンサ等とい
った検出センサ部１１での検出結果を基に、建設機械２の姿勢または方位を認識するもの
であってもよい。つまり、位置認識部１３ａが認識する位置情報には、少なくとも建設機
械２の位置に関する情報が含まれており、さらに好ましくは位置に加えて姿勢や方位等の
情報が含まれているものとする。

データ取得部１３ｂは、施工現場エリア１についての施工計画データ（設計データ）を
取得する機能である。施工計画データの取得手法については、特に限定されることはなく
、例えば、コンピュータ部１３における記憶領域に施工計画データを予め格納しておくこ
とで取得可能としてもよいし、情報通信部１２を通じて外部から取得し得るようにしても
よい。

差分情報抽出部１３ｃは、位置認識部１３ａでの認識結果を建設機械２の可動作業具３
による施工箇所のモニタ結果として得た上で、そのモニタ結果をデータ取得部１３ｂが取
得した施工計画データと対比して、施工計画データに対する可動作業具３による施工箇所
の差分を差分情報として抽出する機能である。差分情報の抽出手法については、特に限定
されることはなく、例えば、公知の演算手法を利用して行えばよい。

ガイダンス出力部１３ｄは、差分情報抽出部１３ｃが抽出した差分情報を基に可動作業
具３の操作ガイダンス情報を生成するとともに、生成した操作ガイダンス情報の出力を行
う機能である。操作ガイダンス情報は、建設機械２の可動作業具３による施工箇所を施工
計画データに合致させるために、当該建設機械２において必要となる操作を案内する情報
である。このような操作ガイダンス情報の生成および出力は、建設機械の技術分野でいわ
ゆるマシンガイダンスとして知られている公知技術を利用して行えばよい。なお、操作ガ
イダンス情報の出力先としては、例えば、建設機械２のオペレータが操作する操作パネル
、またはこれに準ずるものが挙げられるが、これに限定されることはなく、情報通信部１
２を通じて外部管理装置２０に出力しても構わない。

動作計画生成部１３ｅは、差分情報抽出部１３ｃが抽出した差分情報を基に、建設機械
２における可動作業具３の動作計画情報を生成する機能である。動作計画情報は、建設機
械２の可動作業具３による施工箇所を施工計画データに合致させるために、当該可動作業
具３をどのように動作させればよいかを特定する情報である。つまり、動作計画情報は、
建設機械２の動作の自動制御（運転の自動化）を実現するために必要となる情報である。
なお、ここでいう自動制御は、建設機械の技術分野でいわゆるマシンコントロールとして
知られている公知技術を利用して実現したものであればよい。

動作指示部１３ｆは、動作計画生成部１３ｅが生成した動作計画情報を基に、建設機械
２が有する駆動制御部４に対する動作指示を与える機能である。動作指示部１３ｆが動作
指示を与えると、建設機械２では、その動作指示に従いつつ、駆動制御部４が可動作業具
３を動作させることになる。なお、建設機械２への動作指示は、上述した自動制御の一端
を担うものであり、いわゆるマシンコントロールとして知られている公知技術を利用して
実現したものであればよい。

以上に説明した各部１３ａ〜１３ｆとしての機能は、コンピュータ部１３が所定プログ
ラムを実行することによって実現される。つまり、各部（各手段）１３ａ〜１３ｆとして
の機能を実現する所定プログラムは、本発明に係る「建設機械管理プログラム」の一実施
形態に相当する。その場合に、各機能を実現する所定プログラムは、コンピュータ部１３
にインストール可能なものであれば、当該コンピュータ部１３で読み取り可能な記録媒体
（例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等）に格納されて
提供されるものであってもよいし、インターネットや専用回線等のネットワークを通じて
外部から提供されるものであってもよい。

なお、ここでは、コンピュータ部１３が各部１３ａ〜１３ｆとしての機能の全てを備え
ている場合を例に挙げているが、必ずしもこれに限定されることはなく、コンピュータ部
１３は少なくとも位置認識部１３ａとしての機能を備えたものであればよい。位置認識部
１３ａを除く他の各部１３ｂ〜１３ｆとしての機能については、コンピュータ部１３では
なく外部管理装置２０が備えていてもよいし、コンピュータ部１３と外部管理装置２０と
が重複して備えていてもよいし、コンピュータ部１３と外部管理装置２０とのいずれも備
えていなくてもよい。

（処理動作例）
続いて、上述した構成の建設機械管理システムにおける処理動作を説明する。ここで例
に挙げる処理動作は、建設機械管理方法の一具体例に相当する。

施工現場エリア１において建設機械２を用いて施工を行う場合には、まず、その建設機
械２の移動後の位置において、建設機械２に搭載される検出センサ部１１により、施工現
場エリア１内の基準点に設置された外部指標１ａについての検出を行う。例えば、検出セ
ンサ部１１としてイメージセンサを用いる場合であれば、外部指標１ａの画像を撮像でき
るまで、その外部指標１ａについての検出を継続的に行う。複数の外部指標１ａが設置さ
れている場合には、少なくとも一つの外部指標１ａを検出する。

また、検出センサ部１１は、建設機械２の移動後の位置において、外部指標１ａの検出
に加えて、可動指標３ａについての検出も行う。

そして、検出センサ部１１が外部指標１ａおよび可動指標３ａを検出したら、これらの
検出結果を基に、例えば詳細を後述する測量技術を利用しつつ、建設機械２の可動作業具
３による施工箇所の位置を認識する。これにより、位置認識部１３ａは、可動作業具３に
よる施工箇所について、施工現場エリア１内における位置（三次元座標値）を認識するこ
とになる。このとき、位置認識部１３ａは、必要に応じて、可動作業具３の姿勢または方
位についても認識する。

このようにして得た認識結果によれば、建設機械２が有する可動作業具３による施工箇
所について、基準点を基準とした場合の施工現場エリア１内の絶対的な位置（必要に応じ
て姿勢または方位を含む。）を特定することが可能となる。つまり、建設機械２に搭載さ
れる検出センサ部１１を利用しつつ、外部指標１ａおよび可動指標３ａの検出結果に基づ
く位置認識部１３ａでの認識処理を経ることで、ＴＳまたはＧＮＳＳといった外部システ
ムを要することなく、建設機械２による施工箇所を、その建設機械２からみて自律的にモ
ニタし得るようになる。

位置認識部１３ａでの認識処理を経て、建設機械２の可動作業具３による施工箇所のモ
ニタ結果を得たら、差分情報抽出部１３ｃが、そのモニタ結果をデータ取得部１３ｂが取
得した施工計画データと対比して、当該施工計画データとの差分情報を抽出する。差分情
報抽出部１３ｃが差分情報を抽出したら、以下のようなマシンガイダンス処理動作または
マシンコントロール処理動作を行うことが可能となる。

マシンガイダンス処理動作を行う場合には、差分情報抽出部１３ｃが抽出した差分情報
を基に、ガイダンス出力部１３ｄが操作ガイダンス情報を生成する。そして、生成した操
作ガイダンス情報を、例えば、建設機械２の操作パネルまたはこれに準ずるもので出力す
る。これにより、建設機械２のオペレータは、操作パネルの出力内容を参照することで、
施工計画データによる施工内容、当該建設機械２の姿勢や動き等を把握しつつ、当該建設
機械２（すなわち自機）の操作を行うことができる。したがって、オペレータにとっては
、建設機械２の可動作業具３による施工箇所を施工計画データに合致させる上で、非常に
利便性に優れたものとなる。なお、操作ガイダンス情報の出力先は、情報通信部１２を介
して接続された外部管理装置２０であってもよい。その場合には、例えば、建設機械２を
実際に操作するオペレータが非熟練者であっても、建設機械２とは離れて配置される外部
管理装置２０の出力内容を参照した熟練者が、建設機械２による施工の状況を把握しつつ
、非熟練者に対して操作の助言を行うといったことが実現可能となる。

マシンコントロール処理動作を行う場合には、差分情報抽出部１３ｃが抽出した差分情
報を基に、その差分情報による差分を低減させるように、動作計画生成部１３ｅが動作計
画情報を生成する。そして、動作計画生成部１３ｅが生成した動作計画情報を基に、動作
指示部１３ｆが建設機械２の駆動制御部４に対して動作指示を与える。これにより、建設
機械２は、可動作業具３による施工箇所を施工計画データに合致させるように、当該建設
機械２（すなわち自機）の動作や姿勢等が自動運転されることになる。なお、建設機械２
の自動運転を行う場合、差分情報抽出部１３ｃが抽出した差分情報や動作計画生成部１３
ｅが生成した動作計画情報等を、情報通信部１２を介して接続された外部管理装置２０に
出力し、その外部管理装置２０から建設機械２の動作や姿勢等を補助的に制御し得るよう
にしてもよい。このようにすれば、例えば、外部管理装置２０を操作する熟練者が、建設
機械２による施工の状況を把握しつつ、当該建設機械２に対する制御内容を適宜修正する
ことが可能となるので、当該建設機械２の自動運転についての精度や信頼性等の向上が図
れるようになる。

（作用効果）
以上に説明した建設機械管理システムにおいては、建設機械２に搭載される検出センサ
部１１を利用しつつ、外部指標１ａおよび可動指標３ａの検出結果を組み合わせ、これら
の検出結果に基づく位置認識部１３ａでの認識処理を経ることで、建設機械２の可動作業
具３による施工箇所のモニタ結果を得る。したがって、ＴＳまたはＧＮＳＳといった外部
システムを要することなく、建設機械２の可動作業具３による施工箇所を自律的にモニタ
することが可能になる。

検出センサ部１１を利用した自律的なモニタであれば、非常に高価であるＴＳまたはＧ
ＮＳＳを利用する場合に比べると、簡単に導入し得るようになる。検出センサ部１１とし
て、イメージセンサ（カメラ）や傾斜計等といった普及品の使用が可能だからである。し
かも、ＴＳまたはＧＮＳＳのように専門的な知識を必要としないため、利便性の点でも優
れている。つまり、検出センサ部１１を利用した自律的なモニタであれば、ＴＳまたはＧ
ＮＳＳといった外部システムを利用する場合に比べて、そのモニタを簡便に行えるように
なる。

また、検出センサ部１１を利用した自律的なモニタであれば、外部からのレーザ光また
は衛星電波が必須とはならないので、様々な環境下や条件下等に施工現場エリア１が設定
されることが想定される場合であっても、これに柔軟かつ適切に対応することが可能とな
る。例えば、市街地のようにレーザ光の照射を控えるべき場所に施工現場エリア１が設定
されたり、地下空間のように衛星電波が届かない場所に施工現場エリア１が設定されたり
しても、建設機械２の可動作業具３による施工箇所について柔軟かつ適切にモニタするこ
とができ、そのモニタ精度に悪影響が及んでしまうこともない。

また、検出センサ部１１を利用した自律的なモニタを行う場合であっても、その検出セ
ンサ部１１およびその検出対象となる外部指標１ａ等の設定、並びに、位置認識部１３ａ
での認識処理アルゴリズムの設定によっては、そのモニタを数ｃｍオーダーの高精度で行
うことが可能である。つまり、検出センサ部１１を利用した自律的なモニタによっても、
建設機械２の可動作業具３による施工箇所について、高精度での位置や姿勢等の認識を行
うことができる。

以上のように、本実施形態の技術的思想によれば、建設機械２に搭載される検出センサ
部１１の利用により、その建設機械２の可動作業具３による施工箇所を自律的にモニタし
得るので、当該モニタを簡便かつ高精度に行うことが可能になる。

＜２．第一実施形態＞
次に、上述の技術思想が具現化された実施形態について、具体例を挙げて説明する。
まず、建設機械２が油圧ショベルの一種であるバックホウである場合を、第一実施形態
として説明する。

（建設機械）
図２は、第一実施形態において施工現場エリアで用いられる建設機械の一例であるバッ
クホウの概略構成例を模式的に示す説明図である。
建設機械の一例であるバックホウ２は、油圧ショベルと称される建設機械のうち、バケ
ット（ショベル）をオペレータ側向きに取り付けたものであり、主として施工現場エリア
１の掘削用途に用いられる。さらに詳しくは、バックホウ２は、走行装置としての右無限
軌道２ａおよび左無限軌道２ｂを有しており、施工現場エリア１内を移動可能に構成され
ている。また、バックホウ２は、走行装置に支持される旋回可能な機台２ｃを有しており
、その機台２ｃにオペレータが搭乗して操作（操縦）を行うように構成されている。

バックホウ２の機台２ｃには、可動作業具３としての第一アーム３ｂ、第二アーム３ｃ
およびバケット３ｄが取り付けられており、これらを動作させることで地表面に対して掘
削等の施工を行うようになっている。つまり、バケット３ｄの剣先位置が、そのバケット
３ｄによる施工箇所に相当する。

また、バックホウ２には、検出センサ部１１として、画像を撮像するイメージセンサ（
カメラ）１１ａ，１１ｂと、二軸方向の傾き（具体的には、左右方向および前後方向の傾
き）を検出可能な傾斜センサ１１ｃと、が搭載されている。イメージセンサ１１ａ，１１
ｂは、バックホウ２における優れた視野の箇所（例えば、機台２ｃの天井面または前面等
）に同方向を向いて並設された複数（例えば、二つ）のカメラ１１ａ，１１ｂによって構
成されている。
さらに、バックホウ２が有する可動作業具３には、バケット３ｄの向き（傾き）を検出
可能な傾斜センサ１１ｄが取り付けられている。
なお、カメラ１１ａ，１１ｂおよび傾斜センサ１１ｃ，１１ｄは、いずれも、公知のも
のを用いればよい。また、バックホウ２には、これらに加えて、さらに他の検出センサ部
１１が設けられていてもよい。

このようなバックホウ２が用いられる施工現場エリア１には、基準点となる位置（予め
座標が特定されている位置）に、外部指標１ａとしての標尺またはこれに準ずるものが立
設されている。そして、外部指標１ａには、画像パターンで識別される二次元のマーカ図
形１ｂが付設されている。なお、外部指標１ａには、マーカ図形１ｂに代えて、発光パタ
ーンで識別される二次元の発光面を有する発光器、または、発光パターンの一例としての
点滅パターンで識別される点光源を有する発光器が付設されていてもよい。外部指標１ａ
におけるマーカ図形１ｂは、カメラ１１ａ，１１ｂによる撮像対象となるものである。

施工現場エリア１に複数の基準点が設定されている場合には、それぞれの基準点に外部
指標１ａおよびマーカ図形１ｂが配置されていてもよい。つまり、外部指標１ａおよびマ
ーカ図形１ｂは、施工現場エリア１内の異なる位置のそれぞれに個別に設置されていても
よい。

また、バックホウ２が有する可動作業具３には、例えば第二アーム３ｃにおけるバケッ
ト３ｄの近傍箇所に、可動指標としてのマーカ図形３ａが付設されている。なお、マーカ
図形３ａに代えて、発光パターンで識別される二次元の発光面を有する発光器、または、
発光パターンの一例としての点滅パターンで識別される点光源を有する発光器が付設され
ていてもよい。可動指標としてのマーカ図形３ａは、外部指標１ａにおけるマーカ図形１
ｂと同様に、カメラ１１ａ，１１ｂによる撮像対象となるものである。

ただし、可動指標としてのマーカ図形３ａと、外部指標１ａにおけるマーカ図形１ｂと
は、それぞれが互いに異なる二次元パターンによって構成されていることが好ましい。な
お、発光器の場合は、発光パターンまたは点滅パターンが互いに異なることが好ましい。
図３は、本実施形態に係る建設機械管理システムで用いられるマーカ図形の二次元パタ
ーンの例を示す説明図である。
例えば、図３（ａ）に示す二次元パターンをマーカ図形１ｂとして用いる場合には、図
３（ｂ）に示す二次元パターンをマーカ図形３ａとして用いることが考えられる。このよ
うにすれば、各マーカ図形１ｂ，３ａについての検出を、同一のイメージセンサ（カメラ
）１１ａ，１１ｂを用いて行う場合であっても、それぞれの識別を容易かつ的確に行える
ようになる。

（システム構成例）
次に、第一実施形態における建設機械管理システムの構成例を説明する。
図４は、第一実施形態に係る建設機械管理システムの構成例を示すブロック図である。

第一実施形態に係る建設機械管理システムは、バックホウ２に搭載される検出センサ部
１１としてのカメラ１１ａ，１１ｂおよび傾斜センサ１１ｃ，１１ｄと、これらに接続さ
れたＳＢＣ１３と、を備えている。ＳＢＣ１３は、既述のコンピュータ部１３として機能
するものである。

ＳＢＣ１３には、情報通信部１２としてのデータ通信端末１２を介して、外部管理装置
２０が接続されている。また、ＳＢＣ１３には、Ｗｉ−Ｆｉ端末３１を介して、タブレッ
ト端末３２が接続されている。タブレット端末３２は、バックホウ２のオペレータが利用
するもので、当該バックホウ２の操作パネルに準ずるものに相当する。なお、バックホウ
２の操作パネルが画像を表示する機能を有していれば、タブレット端末３２は省略しても
構わない。

さらに、ＳＢＣ１３には、バックホウ２が有する駆動制御部４としての機構制御部４ａ
および油圧制御部４ｂが接続されている。機構制御部４ａは、右無限軌道２ａの前後進、
左無限軌道２ｂの前後進、機台２ｃの旋回等をコントロールするものである。油圧制御部
４ｂは、可動作業具３を構成する第一アーム３ｂ、第二アーム３ｃおよびバケット３ｄの
動作をコントロールするものである。

なお、ＳＢＣ１３と外部との接続は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）またはＩ
２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）を利用して行うことが考えられるが、これに限定され
ることはなく、他の公知の通信方式を利用して行うようにしても構わない。

（処理動作例）
次に、上述した構成の建設機械管理システムにおける処理動作例、すなわち第一実施形
態における建設機械管理方法を説明する。
図５は、第一実施形態に係る建設機械管理方法の処理手順の流れの一例を示すフロー図
である。

上述した構成の建設機械管理システムでは、バックホウ２による施工箇所のモニタにあ
たり、まず、施工現場エリア１の基準点に設置された外部指標１ａについてのマーカ認識
を行う（ステップ１０１、以下ステップを「Ｓ」と略す。）。具体的には、外部指標１ａ
に付設されたマーカ図形１ｂをカメラ１１ａ，１１ｂで撮像して、そのマーカ図形１ｂに
ついての撮像画像を得る。このときの撮像は、複数（例えば、二つ）のカメラ１１ａ，１
１ｂを用いることから、施工現場エリア１に配置されたいずれか一つのマーカ図形１ｂに
ついて行えば、後述する測量技術を利用した位置認識を行うことができる。施工現場エリ
ア１に複数のマーカ図形１ｂが配置されていれば、ある一つのマーカ図形１ｂとバックホ
ウ２との間に遮蔽物が存在していても、他のマーカ図形１ｂについての撮像画像を得るこ
とが可能となるので、外部指標１ａについてのマーカ認識に支障を来してしまうことがな
い。

また、マーカ認識は、外部指標１ａのマーカ図形１ｂのみならず、バックホウ２の可動
作業具３に付設された可動指標としてのマーカ図形３ａについても行う（Ｓ１０１）。具
体的には、可動作業具３に付設されたマーカ図形３ａをカメラ１１ａ，１１ｂで撮像して
、そのマーカ図形３ａについての撮像画像を得る。このとき、各マーカ図形１ｂ，３ａに
ついての撮像を、同一のカメラ１１ａ，１１ｂを用いて行えば、検出センサ部１１の構成
が複雑化してしまうのを抑制することができる。

さらに、建設機械管理システムでは、傾斜センサ１１ｃがバックホウ２自体についての
傾斜認識を行うとともに、傾斜センサ１１ｄが可動作業具３のバケット３ｄについての傾
斜認識を行う（Ｓ１０２）。

マーカ認識および傾斜認識を行うと、建設機械管理システムでは、続いて、ＳＢＣ１３
における位置認識部１３ａとしての機能が、バックホウ２のバケット３ｄによる施工箇所
についての位置判定（位置認識）を行う（Ｓ１０３）。

位置判定に際して、位置認識部１３ａは、第一認識処理と、第二認識処理と、を行う。
まず、第一認識処理として、外部指標１ａのマーカ図形１ｂについての撮像結果を基に、
施工現場エリア１におけるバックホウ２の位置情報を認識する。具体的には、一方のカメ
ラ１１ａで得た撮像結果と、他方のカメラ１１ｂで得た撮像結果と、カメラ１１ａ，１１
ｂ同士の位置関係とを基に、以下に説明する２カメラ画像による測量技術を利用して、マ
ーカ図形１ｂとカメラ１１ａ，１１ｂとの位置関係を認識する。

図６は、第一実施形態で用いられる２カメラ画像による測量技術の概要を示す説明図で
ある。
図中において、Ａ、Ｂは各カメラ１１ａ，１１ｂの位置を、またＴは測量対象（例えば
、マーカ図形１ｂ）の位置を、ＡＡ´、ＢＢ´は各カメラ１１ａ，１１ｂの光軸を、それ
ぞれ表している。また、ＱはＡＢの中点を、Ｑ´はＡ´Ｂ´の中点を、それぞれ表してい
る。したがって、ＡＱ＝ＢＱ、Ａ´Ｑ´＝Ｂ´Ｑ´、ＡＡ´‖ＱＱ´‖、ＢＢ´の関係が
成り立つ。なお、Ａ´、Ｏ、Ｑ´、Ｂ´の各点はＱＱ´に垂直な面上の仮想点であり、Ａ
´およびＢ´は各カメラ１１ａ，１１ｂで得られる撮像画像の中心点（原点）に相当する
ことになる。

ここで、例えば、点Ｉと点Ｊの実距離をＩＪと表記し、点Ｉと点Ｊの画像上の画素距離
をＩＪｐと表記し、被写体の大きさと被写体の画素距離とから被写体までの距離を求める
ための予め測定可能なカメラ１１ａ，１１ｂの特性値をｋとする場合を考える。その場合
、以下に示す関係式が成り立つ。

以上の関係式を基にすれば、カメラ１１ａ，１１ｂについてのＡ、Ｂの位置関係と、そ
れぞれによる撮像画像におけるＡ´、Ｏ、Ｑ´、Ｂ´の各点の位置関係とから、測量対象
との間の距離ＱＴ、光軸面上の測量対象までの距離ＱＯ、および、光軸面から測量対象ま
での高さ距離ＯＴを求めることが可能となる。また、傾斜センサ１１ｃによる線分ＱＯの
水平面からの仰角の検出結果から、点Ｔから点Ｑへの距離と仰角を求めることが可能であ
る。また、例えば二つのマーカ図形１ｂまでの距離と仰角を測定することで、点Ｑの絶対
座標を求めることも可能である。

つまり、位置認識部１３ａは、以上に説明した２カメラ画像による測量技術を利用しつ
つ、バックホウ２の位置を特定する上で基準となる当該バックホウ２の所定部分（例えば
、各カメラ１１ａ，１１ｂの設置点の中点である点Ｑ）点について、マーカ図形１ｂ（す
なわち、施工現場エリア１内の基準点）に対する三次元座標位置を算出して認識する。こ
のようにして認識した三次元座標位置は、施工現場エリア１におけるバックホウ２の所定
部分の絶対位置に相当する。

このとき、位置認識部１３ａは、マーカ図形１ｂの撮像結果を基に外部指標１ａが設置
された基準点の位置を特定することで、施工現場エリア１内におけるバックホウ２の方位
（すなわち、機台２ｃが向いている方向）を認識することができる。さらに、位置認識部
１３ａは、傾斜センサ１１ｃによる検出結果を基に、バックホウ２自体の姿勢（すなわち
、施工現場エリア１内での傾きの状態）についても認識することができる。

位置判定に際して、上述した第一認識処理を行うと、位置認識部１３ａは、続いて、第
二認識処理を行う。第二認識処理では、可動指標としてのマーカ図形３ａについての撮像
結果を基に、バケット３ｄによる施工箇所の位置情報を認識する。具体的には、一方のカ
メラ１１ａで得た撮像結果と、他方のカメラ１１ｂで得た撮像結果と、マーカ図形３ａと
バケット３ｄとの位置関係と、さらにはバケット３ｄについての傾斜センサ１１ｄでの検
出結果とを基に、上述した２カメラ画像による測量技術を利用しつつ、マーカ図形３ａと
カメラ１１ａ，１１ｂとの位置関係を認識した上で、さらにマーカ図形３ａとバケット３
ｄによる施工箇所との位置関係を認識する。

図７は、第一実施形態で用いられるバケット施工箇所の位置認識モデルの概要を示す説
明図である。
図中において、Ｓは第一アーム３ｂのサイズ、Ｒは第二アーム３ｃのサイズ、Ｐはバケ
ット３ｄのサイズ、Ｒ１，Ｒ２は第二アーム３ｃにおけるマーカ図形３ａの位置を、それ
ぞれ表しており、いずれもバックホウ２の利用時点で既知の値である。したがって、上述
した２カメラ画像による測量技術を利用しつつ、カメラ１１ａ，１１ｂのＡＢ光軸面上の
点Ｑからマーカ図形３ａまでの水平距離Ｍおよび垂直距離Ｈを認識した上で、傾斜センサ
１１ｄによる検出結果を基にバケット３ｄの回転角（傾き）がわかれば、点Ｑ（すなわち
、バックホウ２の位置を特定する上で基準となる当該バックホウ２の所定部分）に対する
バケット３ｄの剣先位置の三次元座標位置を算出して認識することができる。バケット３
ｄの剣先位置は、当該バケット３ｄによる施工箇所の位置に相当する。つまり、このよう
にして認識した三次元座標位置は、バケット３ｄによる施工箇所についてのバックホウ２
の所定部分に対する相対位置に相当することになる。

このとき、位置認識部１３ａは、第一認識処理でのバックホウ２の姿勢等についての認
識結果を反映させることで、可動作業具３の姿勢または方位についても認識する。これに
より、位置認識部１３ａは、例えばバックホウ２に傾き等が生じた状態であっても、その
バックホウ２におけるバケット３ｄの剣先位置を正しく認識することができる。

このようにして得た第一認識処理での絶対位置の認識結果と第二認識処理での相対位置
の認識結果とを組み合わせることで、位置認識部１３ａは、バックホウ２のバケット３ｄ
による施工箇所について、基準点を基準とした場合の施工現場エリア１内の絶対的な位置
のモニタ結果を得ることが可能となる。

その後、図５に示すように、建設機械管理システムでは、ＳＢＣ１３における差分情報
抽出部１３ｃとしての機能が、施工現場エリア１の施工計画データに対するバックホウ２
の姿勢認識を行う（Ｓ１０４）。具体的には、バックホウ２のバケット３ｄによる施工箇
所についてのモニタ結果を、施工現場エリア１の施工計画データにおける該当位置の座標
値と対比して、それぞれの間の差分情報を抽出する。

差分情報を抽出したら、建設機械管理システムでは、ＳＢＣ１３におけるガイダンス出
力部１３ｄとしての機能が、マシンガイダンス処理動作を行って操作ガイダンス情報を出
力することで、バックホウ２のオペレータに対して当該バックホウ２の姿勢表示を行う（
Ｓ１０５）。このとき、操作ガイダンス情報の出力は、外部管理装置２０で行うようにし
てもよい。つまり、外部管理装置２０を扱うセンター熟練者に対して、バックホウ２の姿
勢表示を行うようにしてもよい（Ｓ１０６）。

操作ガイダンス情報の出力は、例えば、以下のような態様で行う。
図８は、第一実施形態に係る建設機械管理システムが出力する操作ガイダンス情報の例
を示す説明図である。

操作ガイダンス情報の出力は、例えば、図８（ａ）に示すような表示画面４１によって
行うことが考えられる。図例の表示画面４１は、施工計画データに基づいて三次元形状が
ワイヤーフレーム形式で描画された施工面４１ａに対して、バックホウ２のバケット３ｄ
を表す画像４１ｂが、抽出された差分情報が反映された位置に表示されて構成されている
。表示画面４１中には、バケット３ｄの現在位置を施工面４１ａに導くためのガイド線（
誘導曲線）４１ｃが表示されていてもよい。さらに、表示画面４１中には、関連の数値（
例えば、座標値）が表示されていてもよい。

また、操作ガイダンス情報を出力は、必ずしも三次元形式の表示画面４１による必要は
なく、例えば、図８（ｂ）に示すような二次元形式の表示画面４２によるものであっても
よいし、必要に応じて三次元形式と二次元形式を切り換え可能なものであってもよい。

このような表示画面４１，４２によって操作ガイダンス情報の出力を行えば、オペレー
タにとっては、バックホウ２のバケット３ｄによる施工箇所を施工計画データに合致させ
る上で、非常に利便性に優れたものとなる。また、操作ガイダンス情報の出力を外部管理
装置２０で行うようにすれば、例えば、バックホウ２を実際に操作するオペレータが非熟
練者であっても、遠隔箇所にいるセンター熟練者が、バックホウ２による施工の状況を把
握しつつ、非熟練者に対して操作の助言を行うといったことが実現可能となる。

また、建設機械管理システムでは、上述したマシンガイダンス処理動作とは別に、また
はマシンガイダンス処理動作に加えて、ＳＢＣ１３における動作計画生成部１３ｅおよび
動作指示部１３ｆとしての機能が、マシンコントロール処理動作を行うものであってもよ
い。具体的には、図５に示すように、まず、動作計画生成部１３ｅが、動作計画情報とし
てバケット３ｄを施工面に移動させる移動曲線を生成する処理（すなわち、図中の姿勢制
御）を行うとともに（Ｓ１０７）、その移動を行うための動作を、第一アーム３ｂの油圧
動作、第二アーム３ｃの油圧動作、バケット３ｄの油圧動作、右無限軌道２ａまたは左無
限軌道２ｂの前後進動作、機台２ｃの旋回動作の各シーケンスで構成する処理（すなわち
、図中の制御生成）を行う（Ｓ１０８）。そして、動作指示部１３ｆが、各シーケンスに
よる動作指示を、機構制御部４ａおよび油圧制御部４ｂに与える処理（すなわち、図中の
制御指示）を行う（Ｓ１０９）。この動作指示を受けて、機構制御部４ａが必要に応じて
右無限軌道２ａ、左無限軌道２ｂまたは機台２ｃを動作させるとともに（Ｓ１１０）、油
圧制御部４ｂが必要に応じて第一アーム３ｂ、第二アーム３ｃまたはバケット３ｄを動作
させることで（Ｓ１１１）、バックホウ２のバケット３ｄを所定位置に導く。

このようなマシンコントロール処理動作を行うことで、施工面に沿ってバケット３ｄが
動くように、バックホウ２の位置調整を自動的に行うことが可能となる。つまり、バケッ
ト３ｄによる施工箇所を施工計画データに合致させるように、バックホウ２の動作や姿勢
等が自動運転されることになる。

なお、マシンコントロール処理動作を行う場合において、ここでは姿勢制御（Ｓ１０７
）、制御生成（Ｓ１０８）および制御指示（Ｓ１０９）をＳＢＣ１３で行っているが、こ
れらの処理をＳＢＣ１３に比べて高い処理能力を有する外部管理装置２０で行うようにし
ても構わない。

また、姿勢制御（Ｓ１０７）で生成した動作計画情報（移動曲線等）については、外部
管理装置２０で出力し、その外部管理装置２０での制御監視に供するようにしてもよい（
Ｓ１１２）。このようにすれば、例えば、外部管理装置２０からバックホウ２の動作や姿
勢等を補助的に制御し得るようになる。したがって、遠隔箇所にいるセンター熟練者が、
バックホウ２による施工の状況を把握しつつ、当該バックホウ２に対する制御内容を適宜
修正することが可能となるので、当該バックホウ２の自動運転についての精度や信頼性等
の向上が図れるようになる。

（作用効果）
以上に説明した第一実施形態によれば、バックホウ２に搭載される検出センサ部１１の
利用により、そのバックホウ２のバケット３ｄによる施工箇所を自律的にモニタし得るの
で、当該モニタを簡便かつ高精度に行うことが可能になる。

また、第一実施形態によれば、バケット３ｄによる施工箇所についてのモニタ結果を、
施工現場エリア１の施工計画データと対比して、これらの間の差分を差分情報として抽出
する。したがって、抽出した差分情報を基にマシンガイダンス処理動作またはマシンコン
トロール処理動作を行うことが可能となり、バックホウ２が自律的に得たモニタ結果を有
効に活用する上で非常に好適なものとなる。

また、第一実施形態で説明したように、自律的なモニタ結果に基づいて、マシンガイダ
ンス処理動作またはマシンコントロール処理動作を行うようにすれば、バックホウ２のオ
ペレータにとって、非常に利便性に優れたものとなる。しかも、これらの処理動作が自律
的なモニタ結果（すなわち、簡便かつ高精度に得られるモニタ結果）に基づいて行われる
ので、その処理動作に対する信頼性等も担保し得るようになる。

また、第一実施形態で説明したように、外部管理装置２０との間で、差分情報または当
該差分情報からの導出情報である動作計画情報等を授受すれば、遠隔箇所にいるセンター
熟練者による助言や補助制御等が可能となる。したがって、オペレータやセンター熟練者
等にとって非常に利便性に優れたものとなり、しかもバックホウ２による施工の精度、効
率、信頼性等についても非常に優れたものとすることができる。

また、第一実施形態では、バックホウ２には検出センサ部１１としてイメージセンサ（
カメラ）１１ａ，１１ｂが搭載されており、そのイメージセンサ１１ａ，１１ｂで得た画
像に対する認識処理を行うことで、バックホウ２の絶対位置およびバケット３ｄの相対位
置の認識を行う。このように、カメラ１１ａ，１１ｂを用いて位置認識を行えば、非常に
高価であるＴＳまたはＧＮＳＳを利用する場合に比べて簡単に導入し得るようになり、ま
たＴＳまたはＧＮＳＳのように専門的な知識を必要としないため利便性の点でも優れてお
り、結果としてシステム構築を簡便に行えるようになる。しかも、カメラ１１ａ，１１ｂ
で得た画像を解析して位置認識を行うので、その解析アルゴリズムの設定次第で、必要十
分な位置精度（例えば、数ｃｍオーダーの高精度）での位置認識を行うことが可能である
。

また、第一実施形態では、外部指標１ａにおけるマーカ図形１ｂについての検出と、第
二アーム３ｃにおける可動指標としてのマーカ図形３ａについての検出とを、バックホウ
２に搭載された同一のイメージセンサ（カメラ）１１ａ，１１ｂを用いて行う。そのため
、バックホウ２の絶対位置およびバケット３ｄの相対位置の認識にあたり、マーカ図形１
ｂとマーカ図形３ａとの検出が必要となる場合であっても、それぞれに対応するイメージ
センサ（カメラ）を個別に設ける必要がなく、センサ構成が複雑化してしまうのを抑制す
ることができる。このことは、センサ導入コストの抑制や画像処理のための処理負荷軽減
等にも繋がるため、システム構築を簡便に行えるようにする上でも好適である。

また、第一実施形態では、イメージセンサが同方向を向いて並設された複数（例えば、
二つ）のカメラ１１ａ，１１ｂによって構成されている。つまり、一つのマーカ図形１ｂ
，３ａについての検出結果として、複数（例えば、二つ）の撮像画像が得られる。したが
って、例えば２カメラ画像による測量技術を利用することが可能となり、検出対象となる
マーカ図形１ｂ，３ａが単数の場合であっても、高精度での位置認識を行うことが可能と
なる。

また、第一実施形態では、外部指標１ａに二次元パターンのマーカ図形１ｂ（または発
光器）が付設されている。そのため、外部指標１ａについての検出にイメージセンサ（カ
メラ）１１ａ，１１ｂを用いる場合において、パターン認識技術を利用し得るようになる
ので、撮像画像に含まれるマーカ図形１ｂの識別および抽出を容易かつ的確に行うことが
できる。
さらに、第一実施形態では、バックホウ２の第二アーム３ｃに可動指標としてのマーカ
図形３ａ（または発光器）が付設されているので、外部指標１ａにおけるマーカ図形１ｂ
の場合と同様に、マーカ図形３ａの識別および抽出を容易かつ的確に行うことができる。
しかも、マーカ図形１ｂとは異なるパターンのマーカ図形３ａとすれば、これらを混同し
てしまうこともない。

＜３．第二実施形態＞
次に、建設機械２が、いわゆるスリップフォーム工法で用いられるスリップフォーム機
である場合を、第二実施形態として説明する。なお、ここでは、主として第一実施形態と
の相違点について説明し、第一実施形態の場合と同様の内容については説明を省略する。

（建設機械）
図９は、第二実施形態において施工現場エリアで用いられる建設機械の一例であるスリ
ップフォーム機の基本的な構成例を模式的に示す側面図である。
建設機械の一例であるスリップフォーム機２は、少なくとも、進行方向の前方側に配さ
れる前部切削機（以下、単に「切削機」ともいう。）２ｄと、進行方向の後方側に配され
る後部成型機（以下、単に「成型機」ともいう。）２ｅと、を備えて構成されている。切
削機２ｄと成型機２ｅとは、互いに連結されて一体で移動するようになっているが、それ
ぞれが別々の機械として移動するように構成されていてもよい。

ここで、スリップフォーム機２を用いて行うスリップフォーム工法について簡単に説明
する。
図１０は、スリップフォーム機を用いて行うスリップフォーム工法の施工状況を示す説
明図である。
スリップフォーム工法による施工にあたっては、まず、切削機２ｄを用いて溝を掘削す
る掘削工程を行う。掘削溝を形成したら、続いて、その掘削溝の溝内に成型機２ｅが有す
る鋼製型枠（モールド）を配置する。そして、モールド内に生コンクリートを投入し、そ
の内部で生コンクリートを所定形状に締固め、成型する成型工程を行う。これらの工程は
、切削機２ｄおよび成型機２ｅを移動させながら行う。
このように、スリップフォーム工法では、自走機能を持つスリップフォーム機を用いて
、同一断面のコンクリート構造物（例えばＵ字溝）を連続的に打設していくのである。
なお、コンクリート構造物は、内部に鉄筋が敷設されたものであってもよい。その場合
には、切削機２ｄと成型機２ｅとを離して配置し、切削機２ｄと成型機２ｅとの間で鉄筋
の敷設を行うようにすればよい。

このようなスリップフォーム工法による施工を行うために、スリップフォーム機２にお
ける切削機２ｄおよび成型機２ｅは、それぞれが以下に述べるように構成されている。

図１１は、第二実施形態におけるスリップフォーム機を構成する前部切削機の構成例を
模式的に示す説明図である。
図１１（ａ）に示すように、切削機２ｄは、無限軌道（クローラ）やタイヤ等の走行装
置２ｆと、その走行装置２ｆに支持される車体部２ｇとを有し、施工現場エリア内を移動
可能に構成されている。車体部２ｇには、油圧で動作するアクチュエータ２ｈを介して、
可動作業具３としての上部筐体３ｅおよび掘削ドラム３ｆが取り付けられている。掘削ド
ラム３ｆは、上部筐体３ｅに回転可能に支持されているとともに、その外周面に複数のカ
ッタービット３ｇが設けられている。
このような構成の切削機２ｄでは、アクチュエータ２ｈが上部筐体３ｅを動かし、これ
により掘削ドラム３ｆの位置および姿勢を制御するようになっている。また、図１１（ｂ
）に示すように、掘削ドラム３ｆを回転させることで、地表面に対して掘削等の施工を行
うようになっている。なお、掘削ドラム３ｆの回転によって生じる掘削物（土、砂、石、
アスファルト片等）は、前方側に延びる搬送コンベア２ｉによって搬送されるものとする
。

つまり、切削機２ｄでは、進行する際に可動する上部筐体３ｅ、掘削ドラム３ｆおよび
カッタービット３ｇが、建設機械２の可動作業具３に相当する。また、回転する掘削ドラ
ム３ｆの外周面に設けられたカッタービット３ｇの先端位置が、可動作業具３による施工
箇所に相当する。

図１２は、第二実施形態におけるスリップフォーム機を構成する後部成型機の構成例を
模式的に示す説明図である。
図１２（ａ）に示すように、成型機２ｅは、上述した切削機２ｄと同様に、走行装置２
ｊと、その走行装置２ｊに支持される車体部２ｋとを有し、施工現場エリア内を移動可能
に構成されている。車体部２ｋには、油圧で動作するアクチュエータ２ｌを介して、可動
作業具３としての上部筐体３ｈおよびモールド３ｉが取り付けられている。
モールド３ｉには、図１２（ｂ）に示すように、モールド内に生コンクリートを投入す
るためのコンクリート注入器２ｍが接続されている。さらに、モールド３ｉには、振動で
モールド内に生コンクリートを充填させるためのバイブレータ３ｊが付設されている。
このような構成の成型機２ｅでは、アクチュエータ２ｌが上部筐体３ｈを動かし、これ
によりモールド３ｉの位置および姿勢を制御するようになっている。また、位置および姿
勢が制御されるモールド３ｉへのコンクリート注入を行いつつ、そのモールド３ｉを進行
方向に移動させることで、同一断面のコンクリート構造物を連続的に打設するようになっ
ている。

つまり、成型機２ｅでは、進行する際に可動する上部筐体３ｈおよびモールド３ｉが、
建設機械２の可動作業具３に相当する。また、モールド３ｉが配された位置が、可動作業
具３による施工箇所に相当する。

ところで、ここで説明する第二実施形態において、スリップフォーム機２には、検出セ
ンサ部１１が搭載されている。
図１３は、第二実施形態において施工現場エリアで用いられる建設機械の一例であるス
リップフォーム機の概略構成例を模式的に示す斜視図である。
スリップフォーム機２には、検出センサ部１１として、画像を撮像するイメージセンサ
（カメラ）１１ｅ〜１１ｈと、傾きを検出可能な傾斜センサ１１ｉ，１１ｊと、が搭載さ
れている。イメージセンサ１１ｅ〜１１ｈは、切削機２ｄにおける上部筐体３ｅの側面に
下方向を向いて並設された複数（例えば、二つ）のカメラ１１ｅ，１１ｆと、成型機２ｅ
における上部筐体３ｈの側面に下方向を向いて並設された複数（例えば、二つ）のカメラ
１１ｇ，１１ｈと、によって構成されている。なお、切削機２ｄと成型機２ｅとが連結さ
れている場合、切削機２ｄの上部筐体３ｅにおけるカメラ１１ｆと成型機２ｅの上部筐体
３ｈにおけるカメラ１１ｇとは、必ずしも別体で備える必要はなく、一つのカメラで共用
するようにしてもよい。また、傾斜センサ１１ｉ，１１ｊは、切削機２ｄの上部筐体３ｅ
と成型機２ｅの上部筐体３ｈとのそれぞれに個別に配置されている。
なお、カメラ１１ｅ〜１１ｈおよび傾斜センサ１１ｉ，１１ｊは、いずれも、公知のも
のを用いればよい。また、スリップフォーム機２には、これらに加えて、さらに他の検出
センサ部１１が設けられていてもよい。

このようなスリップフォーム機２が用いられる施工現場エリア１には、基準点となる位
置（予め座標が特定されている位置）に、外部指標１ａとして、画像パターンで識別され
る二次元のマーカ図形１ｃが配置されている。マーカ図形１ｃは、カメラ１１ｅ〜１１ｈ
による撮像対象となるものであり、スリップフォーム機２の進行方向に沿って複数が所定
間隔で配列されているものとする。なお、マーカ図形１ｃに代えて、発光パターンで識別
される二次元の発光面を有する発光器、または、点滅パターンで識別される点光源を有す
る発光器が配置されていてもよい。

また、切削機２ｄの可動作業具３を構成する上部筐体３ｅと、成型機２ｅの可動作業具
３を構成する上部筐体３ｈとには、それぞれにおけるカメラ１１ｅ〜１１ｈの個別に対応
するように、可動指標としてのマーカ図形３ｋが付設されている。マーカ図形３ｋは、外
部指標１ａとしてのマーカ図形１ｃと同様に、カメラ１１ｅ〜１１ｈによる撮像対象とな
るものである。そのため、マーカ図形３ｋは、マーカ図形１ｃとは異なる二次元パターン
によって構成されていることが好ましい。なお、マーカ図形３ｋに代えて、発光パターン
で識別される二次元の発光面を有する発光器、または、点滅パターンで識別される点光源
を有する発光器が付設されていてもよい。

（システム構成例）
次に、第二実施形態における建設機械管理システムの構成例を説明する。
図１４は、第二実施形態に係る建設機械管理システムの構成例を示すブロック図である
。

第二実施形態に係る建設機械管理システムは、切削機２ｄの上部筐体３ｅに搭載される
検出センサ部１１としてのカメラ１１ｅ，１１ｆおよび傾斜センサ１１ｉと、成型機２ｅ
の上部筐体３ｈに搭載される検出センサ部１１としてのカメラ１１ｇ，１１ｈおよび傾斜
センサ１１ｊと、これらに接続されたＳＢＣ１３と、を備えている。ＳＢＣ１３は、切削
機２ｄまたは成型機２ｅの少なくとも一方に搭載されていればよく、既述のコンピュータ
部１３として機能するものである。

ＳＢＣ１３に、データ通信端末１２を介して外部管理装置２０が接続されており、Ｗｉ
−Ｆｉ端末３１を介してタブレット端末３２が接続されている点は、第一実施形態の場合
と同様である。

さらに、ＳＢＣ１３には、スリップフォーム機２が有する駆動制御部４としての油圧制
御部４ｃが接続されている。油圧制御部４ｃは、切削機２ｄにおけるアクチュエータ２ｈ
および成型機２ｅにおけるアクチュエータ２ｌの動作をコントロールするものである。

（処理動作例）
次に、上述した構成の建設機械管理システムにおける処理動作例、すなわち第二実施形
態における建設機械管理方法を説明する。
図１５は、第二実施形態に係る建設機械管理方法の処理手順の流れの一例を示すフロー
図である。

上述した構成の建設機械管理システムでは、スリップフォーム機２による施工箇所のモ
ニタにあたり、まず、施工現場エリア１に設置されたマーカ図形１ｃについてのマーカ認
識を行うとともに、上部筐体３ｅ，３ｈに付設されたマーカ図形３ｋについてのマーカ認
識を行う（Ｓ２０１）。具体的には、マーカ図形１ｃ，３ｋを各カメラ１１ｅ〜１１ｈで
撮像して、そのマーカ図形１ｃ，３ｋについての撮像画像を得る。このときの撮像は、そ
れぞれのカメラ１１ｅ〜１１ｈにおいて、少なくとも二つのマーカ図形１ｃと一つのマー
カ図形３ｋとが一つの画像内に収まるように行う。少なくとも二つのマーカ図形１ｃと一
つのマーカ図形３ｋとを撮像すれば、各カメラ１１ｅ〜１１ｈでの撮像結果のそれぞれに
おいて、後述する測量技術を利用した位置認識を行うことができる。そのために、マーカ
図形１ｃは、各カメラ１１ｅ〜１１ｈの画角を考慮して設定された所定間隔で配列されて
いるものとする。

さらに、建設機械管理システムでは、傾斜センサ１１ｉが切削機２ｄの上部筐体３ｅに
ついての傾斜認識を行うとともに、傾斜センサ１１ｊが成型機２ｅの上部筐体３ｈについ
ての傾斜認識を行う（Ｓ２０２）。

マーカ認識および傾斜認識を行うと、建設機械管理システムでは、続いて、ＳＢＣ１３
における位置認識部１３ａとしての機能が、スリップフォーム機２による施工箇所につい
ての位置判定（位置認識）を行う（Ｓ２０３）。

位置判定に際して、位置認識部１３ａは、マーカ図形１ｃ，３ｋについての撮像画像を
基に、切削機２ｄによる施工箇所と成型機２ｅによる施工箇所とのそれぞれを認識する。
具体的には、各カメラ１１ｅ〜１１ｈ別に、それぞれで得た撮像結果に基づいて、以下に
説明する測量技術を利用して、カメラ１１ｅ〜１１ｈを搭載した上部筐体３ｅ，３ｈの位
置を認識する。

図１６は、第二実施形態で用いられる測量技術の概要を示す説明図である。
ここでは、図１６（ａ）に示すように、カメラ１１ｅでのマーカ図形１ｃ，３ｋについ
ての撮像画像を基に、切削機２ｄの上部筐体３ｅの側方距離および高さを測量する技術に
ついて説明する。なお、他のカメラ１１ｆ〜１１ｈでの撮像画像に対しても、全く同様の
測量技術を適用可能であることは言うまでもない。
図１６（ａ）中において、Ｐはカメラ１１ｅの位置を、Ａ，Ｂは二つのマーカ図形１ｃ
のそれぞれの位置を、Ｒはマーカ図形３ｋの位置を、それぞれ表している。各マーカ図形
１ｃの間の距離ＡＢは、これらの設置時に規定されて既知であるものとする。カメラ１１
ｅとマーカ図形３ｋとの間の距離ＰＲは、これらの上部筐体３ｅへの設置時に測定されて
既知であるものとする。また、カメラ１１ｅは、上部筐体３ｅが水平状態の場合に光軸が
鉛直方向に沿い、かつ、光軸がマーカ図形３ｋの中心近傍を通るように、調整された状態
で上部筐体３ｅに設置されているものとする。

また、図１６（ｂ）〜（ｄ）中において、Ｏはカメラ１１ｅによる撮像画像の中心を、
ｄは上部筐体３ｅの傾斜角（水平状態で０、マーカ図形１ｃ側に傾く方向に＋）を、それ
ぞれ表している。

ここで、例えば、点Ｉと点Ｊの実距離をＩＪと表記し、点Ｉと点Ｊの画像上の画素距離
をＩＪｐと表記し、被写体の大きさと被写体の画素距離とから被写体までの距離を求める
ための予め測定可能なカメラ１１ｅの特性値をｋとする場合を考える。また、カメラ１１
ｅの設置時に、上部筐体３ｅのカメラ設置面と水平面上で直交し、上部筐体３ｅからマー
カ図形１ｃの向きの、カメラ座標系のおける任意のベクトルを、ベクトルＳとして求めて
おく。Ｃは、カメラ座標上でＲからベクトルＳ方向の直線と線分ＡＢとの交点である。ま
た、カメラ座標上でのＯから線分ＲＣへの垂線の足をＯ´とする。
そうすると、ＡＣＰとＢＣＰとの按分により、ＡとＢから実座標Ｃが求まる。なお、カ
メラ座標上で∠ＡＣＯ´をθとする。また、光軸ＰＯに垂直でＣを含む面上へのＲの射影
をＲ´とする。Ｏ´も同面上で扱う。
その場合、以下に示す関係式が成り立つ。

以上の関係式を基にすれば、ある一つのカメラ１１ｅの位置と二つのマーカ図形１ｃの
それぞれの位置と一つのマーカ図形３ｋの位置との関係から、カメラ１１ｅが設置された
上部筐体３ｅの位置について、側方距離ＣＤおよび高さＰＤを求めることが可能となる。
そして、距離ＣＤおよび高さＰＤがわかれば、これらに基づいて、マーカ図形３ｋの位
置である点Ｒを求めることが可能となる。マーカ図形３ｋの位置である点Ｒは、点Ｃから
上部筐体３ｅに向け線分ＡＢと角度θをなす直線上で、点Ｃから上部筐体３ｅに向けた距
離ＣＤ−ＰＲｓｉｎ（ｄ）に位置し、点Ｃからの高さＰＤ−ＰＲｃｏｓ（ｄ）に位置する
点となる。

つまり、位置認識部１３ａは、以上に説明した測量技術を利用しつつ、マーカ図形１ｃ
の点Ａ，Ｂを絶対的な位置、これに対するマーカ図形３ｋの点Ｒを相対的な位置と捉え、
これらの検出結果に基づいて、上部筐体３ｅの位置を特定する上で基準の一つとなる当該
上部筐体３ｅの所定部分（具体的には、マーカ図形３ｋが付された点Ｒの位置）について
、その三次元座標位置を算出して認識する。

位置認識部１３ａは、以上のような位置認識処理を、カメラ１１ｅによる検出結果のみ
ならず、他のカメラ１１ｆ〜１１ｈによる検出結果についても、全く同様に行う。これに
より、位置認識部１３ａは、各カメラ１１ｅ〜１１ｈのそれぞれに対応する上部筐体３ｅ
，３ｈの所定部分について、三次元座標位置の認識結果を得ることになる。

位置判定に際して、各カメラ１１ｅ〜１１ｈの対応部分についての位置認識結果を得る
と、次いで、位置認識部１３ａは、これらの位置認識結果を組み合わせて、上部筐体３ｅ
，３ｈの位置情報を認識する。

具体的には、例えば上部筐体３ｅであれば、カメラ１１ｅの検出結果に基づく位置認識
結果と、カメラ１１ｆの検出結果に基づく位置認識結果とから、当該上部筐体３ｅにおけ
る２箇所のマーカ図形３ｋ（点Ｒ）のそれぞれの三次元座標位置が特定されるので、位置
認識部１３ａは、これらの三次元座標位置に基づき、施工現場エリア１内での上部筐体３
ｅの位置、方位、姿勢（傾きの状態）等を認識する。このとき、位置認識部１３ａは、傾
斜センサ１１ｉによる検出結果を基に、上部筐体３ｅの姿勢について認識する。

このように、位置認識部１３ａは、カメラ１１ｅの検出結果に基づく位置認識結果とカ
メラ１１ｆの検出結果に基づく位置認識結果とを組み合わせ、さらには傾斜センサ１１ｉ
による検出結果を基にしつつ、上部筐体３ｅの位置情報を認識する。これにより、切削機
２ｄについては、可動作業具３としての上部筐体３ｅ、掘削ドラム３ｆおよびカッタービ
ット３ｇによる施工箇所について、基準点であるマーカ図形１ｃの位置を基準とした場合
の施工現場エリア１内の絶対的な位置のモニタ結果を得ることが可能となる。

また、例えば上部筐体３ｈであれば、カメラ１１ｇの検出結果に基づく位置認識結果と
、カメラ１１ｈの検出結果に基づく位置認識結果とから、当該上部筐体３ｈにおける２箇
所の三次元座標位置が特定されるので、位置認識部１３ａは、これらの三次元座標位置に
基づき、施工現場エリア１内での上部筐体３ｈの位置、方位、姿勢（傾きの状態）等を認
識する。このとき、位置認識部１３ａは、傾斜センサ１１ｊによる検出結果を基に、上部
筐体３ｈの姿勢について認識する。

このように、位置認識部１３ａは、カメラ１１ｇの検出結果に基づく位置認識結果とカ
メラ１１ｈの検出結果に基づく位置認識結果とを組み合わせ、さらには傾斜センサ１１ｊ
による検出結果を基にしつつ、上部筐体３ｈの位置情報を認識する。これにより、成型機
２ｅについては、可動作業具３としての上部筐体３ｈおよびモールド３ｉによる施工箇所
について、基準点であるマーカ図形１ｃの位置を基準とした場合の施工現場エリア１内の
絶対的な位置のモニタ結果を得ることが可能となる。

その後、図１５に示すように、建設機械管理システムでは、ＳＢＣ１３における差分情
報抽出部１３ｃとしての機能が、施工現場エリア１の施工計画データに対するスリップフ
ォーム機２の姿勢認識を行う（Ｓ２０４）。具体的には、スリップフォーム機２の切削機
２ｄおよび成型機２ｅによる施工箇所についてのモニタ結果を、施工現場エリア１の施工
計画データにおける該当位置の座標値と対比して、それぞれの間の差分情報を抽出する。

差分情報を抽出したら、建設機械管理システムでは、ＳＢＣ１３におけるガイダンス出
力部１３ｄとしての機能が、マシンガイダンス処理動作を行って操作ガイダンス情報を出
力することで、スリップフォーム機２を扱う現場作業者に対して当該スリップフォーム機
２の姿勢表示を行う（Ｓ２０５）。

操作ガイダンス情報の出力は、例えば、以下のような態様で行う。
図１７は、第二実施形態に係る建設機械管理システムが出力する操作ガイダンス情報の
例を示す説明図である。

操作ガイダンス情報の出力は、例えば、図１７に示すような表示画面４３によって行う
ことが考えられる。図例の表示画面４３は、施工計画データに基づいて描画された施工面
４３ａに対して、スリップフォーム機２を表す画像４３ｂが、抽出された差分情報が反映
された位置に表示されて構成されている。表示画面４３中には、スリップフォーム機２の
切削機２ｄおよび成型機２ｅの現在位置を施工面４３ａに導くためのガイド線（誘導曲線
）４３ｃが表示されていてもよい。さらに、表示画面４３中には、関連の数値（例えば、
座標値）が表示されていてもよい。

このような表示画面４３によって操作ガイダンス情報の出力を行えば、現場作業者にと
っては、スリップフォーム機２の切削機２ｄおよび成型機２ｅによる施工箇所を施工計画
データに合致させる上で、非常に利便性に優れたものとなる。

なお、図１５に示すように、施工計画データに対するスリップフォーム機２の姿勢認識
（Ｓ２０６）、および、操作ガイダンス情報の出力によるスリップフォーム機２の姿勢表
示（Ｓ２０７）については、外部管理装置２０で行うようにしてもよい。操作ガイダンス
情報の出力を外部管理装置２０で行うようにすれば、例えば、スリップフォーム機２を実
際に操作する現場作業者が非熟練者であっても、遠隔箇所にいるセンター熟練者が、スリ
ップフォーム機２による施工の状況を把握しつつ、非熟練者に対して操作の助言を行うと
いったことが実現可能となる。

また、外部管理装置２０は、マシンガイダンス処理動作とは別に、またはマシンガイダ
ンス処理動作に加えて、マシンコントロール処理動作を行うものであってもよい。具体的
には、外部管理装置２０は、スリップフォーム機２の切削機２ｄおよび成型機２ｅを施工
面に移動させる移動曲線を生成する処理（すなわち、図中の姿勢制御）を行うとともに（
Ｓ２０８）、その移動を行うための動作を、アクチュエータ２ｈ，２ｌの油圧動作等の各
シーケンスで構成する処理（すなわち、図中の制御生成）を行う（Ｓ２０９）。そして、
各シーケンスによる動作指示を、油圧制御部４ｃに与える処理（すなわち、図中の制御指
示）を行う（Ｓ２１０）。この動作指示を受けて、油圧制御部４ｃが必要に応じてアクチ
ュエータ２ｈ，２ｌを動作させることで（Ｓ２１１）、切削機２ｄにおける上部筐体３ｅ
、掘削ドラム３ｆおよびカッタービット３ｇ、並びに、切削機２ｅにおける上部筐体３ｈ
およびモールド３ｉを所定位置に導く。

このようなマシンコントロール処理動作を行うことで、施工面に沿って切削機２ｄにお
ける上部筐体３ｅ、掘削ドラム３ｆおよびカッタービット３ｇ、並びに、切削機２ｅにお
ける上部筐体３ｈおよびモールド３ｉが動くように、切削機２ｄおよび成型機２ｅの位置
調整を自動的に行うことが可能となる。つまり、切削機２ｄおよび成型機２ｅによる施工
箇所を施工計画データに合致させるように、スリップフォーム機２の動作や姿勢等が自動
運転されることになる。

なお、マシンコントロール処理動作を行う場合において、ここでは姿勢制御（Ｓ２０８
）、制御生成（Ｓ２０９）および制御指示（Ｓ２１０）を外部管理装置２０で行う場合を
例に挙げたが、これらの処理をスリップフォーム機２のＳＢＣ１３で行うようにしても構
わない。

また、姿勢制御（Ｓ２０８）で生成した動作計画情報（移動曲線等）については、外部
管理装置２０での制御監視に供するようにしてもよい（Ｓ２１２）。このようにすれば、
例えば、外部管理装置２０からスリップフォーム機２の動作や姿勢等を補助的に制御し得
るようになる。したがって、遠隔箇所にいるセンター熟練者が、スリップフォーム機２に
よる施工の状況を把握しつつ、当該スリップフォーム機２に対する制御内容を適宜修正す
ることが可能となるので、当該スリップフォーム機２の自動運転についての精度や信頼性
等の向上が図れるようになる。

（作用効果）
以上に説明した第二実施形態によれば、スリップフォーム機２に搭載される検出センサ
部１１の利用により、そのスリップフォーム機２の切削機２ｄおよび成型機２ｅによる施
工箇所を自律的にモニタし得るので、上述した第一実施形態の場合とほぼ同様の作用効果
が得られる。

また、第二実施形態では、検出センサ部１１として、切削機２ｄの上部筐体３ｅに複数
のカメラ１１ｅ，１１ｆが搭載され、成型機２ｅの上部筐体３ｈにも複数のカメラ１１ｇ
，１１ｈが搭載されている。各カメラ１１ｅ〜１１ｈは、それぞれが、少なくとも二つの
マーカ図形１ｃと一つのマーカ図形３ｋとを検出対象とする。つまり、イメージセンサが
同方向を向いて並設された複数（例えば、一筐体あたり二つ）のカメラ１１ｅ〜１１ｈに
よって構成されており、各カメラ１１ｅ〜１１ｈが複数の指標（具体的には、二つのマー
カ図形１ｃと一つのマーカ図形３ｋ）を検出対象とする。そして、位置判定に際して、位
置認識部１３ａは、各カメラ１１ｅ〜１１ｈでの検出結果について個別に位置認識を行う
とともに、これらの位置認識結果を適宜組み合わせて上部筐体３ｅ，３ｈの位置情報を認
識する。したがって、第二実施形態においては、上部筐体３ｅ，３ｈのそれぞれについて
、各カメラ１１ｅ〜１１ｈでの検出結果から、三次元座標位置のみならず、その方位や姿
勢（傾きの状態）等についても認識することができ、しかもその認識を高精度に行うこと
が可能となる。

また、第二実施形態では、外部指標１ａとして、所定間隔で配列された複数のマーカ図
形１ｃを用いる。したがって、自走機能を持つスリップフォーム機２を用いて長尺状のコ
ンクリート構造物を連続的に打設していく場合に適用して非常に好適なものとなる。例え
ば、スリップフォーム工法では、スリップフォーム機２の進行方向に沿って長尺状の連続
体からなるセンサラインを敷設し、そのセンサラインに沿ってスリップフォーム機２を移
動させることがある。これに対して、外部指標１ａとして複数のマーカ図形１ｃを用いれ
ば、連続体の敷設を要することなく、当該マーカ図形１ｃを点在させることで、スリップ
フォーム機２を高精度に移動させることが可能となる。しかも、センサラインの場合とは
異なり、姿勢（傾斜）についても認識することが可能となる。そのため、スリップフォー
ム工法のように、建設機械を所定方向に移動させながら施工を行う場合に適用して非常に
好適なものとなる。

＜４．他の実施形態＞
以上に、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明の技術的範囲は上述の実施形
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で種々変更可能である。

例えば、第一実施形態ではバックホウ２を、また第二実施形態ではスリップフォーム機
２を、それぞれ建設機械として例示したが、本発明の技術的範囲がこれらに限定されるこ
とはない。つまり、本発明は、土木用途機械、運搬機械、荷役機械、基礎工事用機械、せ
ん孔機械、トンネル工事用機械、圧砕機等のコンクリート機械、舗装機械、道路維持用機
械、圧雪車、自走型草刈機等、様々な種類の建設機械に適用可能である。
建設機械が圧雪車である場合には、例えば、スキー場のゲレンデに外部指標を配置する
ことで、その圧雪車のブレードによる施工箇所（圧雪箇所）を、当該圧雪車が自律的にモ
ニタすることが可能になる。また、建設機械が自走型草刈機である場合には、例えば、ゴ
ルフ場のコースに外部指標を配置することで、その自走型草刈機のカッタ刃による施工箇
所（草刈箇所）を、当該自走型草刈機が自律的にモニタすることが可能になる。

また、第一実施形態では、外部指標１ａにマーカ図形１ｂが付設されている場合を例に
挙げたが、本発明の技術的範囲がこれに限定されることはない。つまり、マーカ図形１ｂ
が付設されていなくても、例えば、外部指標１ａとして標尺またはこれに準ずるものを用
いれば、その標尺の目盛等の画像を解析することで、その外部指標１ａが配置された基準
点の位置を特定することが可能である。

また、第一実施形態および第二実施形態では、いずれも、検出センサ部１１としてイメ
ージセンサ（カメラ）１１ａ，１１ｂ，１１ｅ〜１１ｈを用いる場合を例に挙げたが、本
発明の技術的範囲がこれに限定されることはない。つまり、検出センサ部１１は、少なく
とも建設機械の位置認識を行い得るものであれば、イメージセンサに代えて、またはイメ
ージセンサに加えて、他のセンサを用いてもよい。
例えば、他のセンサとして、赤外線カメラまたは赤外線センサを用いることが考えられ
る。赤外線を利用したものであれば、夜間やトンネル工事現場等といった特殊な環境下で
あっても、照明の影響等を抑制しつつ、高精度な位置認識を行うことが可能となる。
また、位置認識を行い得る他のセンサとしては、例えば、単独計測タイプのＧＰＳ装置
を複数用いることが考えられる。単独計測タイプのＧＰＳ装置であれば近年安価なものが
流通しており、またＧＰＳ装置同士の相対位置であれば高精度に認識し得るという特性を
利用しつつ、複数のＧＰＳ装置を用いることで、少なくとも数ｃｍオーダーの高精度な位
置認識を行うことが可能となる。

また、第一実施形態および第二実施形態では、いずれも、検出センサ部１１としてイメ
ージセンサ（カメラ）１１ａ，１１ｂ，１１ｅ〜１１ｈと傾斜センサ１１ｃ，１１ｄ，１
１ｉ，１１ｊとを組み合わせてを用いる場合を例に挙げたが、本発明の技術的範囲がこれ
に限定されることはない。例えば、検出センサ部１１がイメージセンサ（カメラ）のみに
よって構成されている場合であっても、その検出結果に基づいて位置認識を行うことは可
能である。ただし、第一実施形態および第二実施形態で説明したように、イメージセンサ
（カメラ）と傾斜センサとを組み合わせて用いれば、検出センサ部１１としての構成が複
雑化してしまうのを抑制しつつ、高精度の位置認識を行うことが実現可能となる。

また、第一実施形態では、第二認識処理に際して、可動指標としてのマーカ図形３ａの
撮像結果を基にバケット３ｄによる施工箇所の位置認識をする場合を例に挙げたが、例え
ば、第一アーム３ｂ、第二アーム３ｃおよびバケット３ｄのそれぞれに傾斜センサが設け
られていれば、各傾斜センサによる検出結果を利用して位置認識をするようにしてもよい
。第一アーム３ｂ、第二アーム３ｃおよびバケット３ｄのそれぞれの回転角の検出結果を
組み合わせれば、バケット３ｄの剣先位置を特定することが可能だからである。

また、第二実施形態では、スリップフォーム工法によりコンクリート構造物（例えばＵ
字溝）を打設する場合を例に挙げたが、Ｕ字溝の他に、縁石、側溝、円形水路、防護柵、
路面舗装等を施工対象物とする場合であっても、全く同様に本発明を適用することが可能
である。
また、第二実施形態では、主として切削機２ｄと成型機２ｅを連動させる場合について
説明したが、切削機２ｄと成型機２ｅとが別々の建設機械として運転するようにしてもよ
い。その場合に、マシンガイダンス処理動作およびマシンコントロール処理動作は、それ
ぞれに対して別々に行われることになる。
また、第二実施形態では、マシンコントロール処理動作にあたり、アクチュエータ２ｈ
，２ｌの油圧動作等を制御する場合を例に挙げたが、例えば、切削機２ｄの走行装置２ｆ
や成型機２ｅの走行装置２ｊ等に対する動作制御を行うようにしてもよい。
また、第二実施形態では、スリップフォーム工法で用いられるスリップフォーム機２に
本発明を適用した場合を例に挙げたが、進行方向に移動しながら施工を行う建設機械であ
れば、例えば、オープンシールド機（オープンピット機）の前筐体と後筐体等のように、
別工法において用いられる建設機械であっても、全く同様に本発明を適用することが可能
である。

また、上述の各実施形態では、本発明の技術思想を「建設機械管理システム」として具
現化した場合を例に挙げたが、必ずしもこれに限定されることはない。
例えば、本発明は、各実施形態で説明した建設機械の自律的なモニタ処理をコンピュー
タに実行させる「建設機械管理プログラム」としても成立し得る。つまり、本発明は、
「施工現場エリアを移動可能な建設機械に搭載される検出センサ部に接続されたコンピュ
ータを、
前記施工現場エリアに設置された外部指標についての前記検出センサ部での検出結果と
、前記建設機械が有する可動作業具に付された可動指標についての前記検出センサ部での
検出結果とを基に、前記施工現場エリアでの前記可動作業具による施工箇所の位置情報を
認識する位置認識手段、
として機能させる建設機械管理プログラム。」としても成立し得る。

また、例えば、本発明は、各実施形態で説明した建設機械の自律的なモニタ処理を行う
「建設機械管理方法」としても成立し得る。つまり、本発明は、
「施工現場エリアを移動可能な建設機械に搭載される検出センサ部を用い、
前記施工現場エリアに設置された外部指標についての前記検出センサ部での検出結果と
、前記建設機械が有する可動作業具に付された可動指標についての前記検出センサ部での
検出結果とを基に、前記施工現場エリアでの前記可動作業具による施工箇所の位置情報を
認識する
建設機械管理方法。」としても成立し得る。

また、例えば、本発明は、各実施形態で説明した自律的なモニタ処理を行う機能を備え
た「建設機械」としても成立し得る。つまり、本発明は、
「施工現場エリアを移動可能な建設機械であって、
前記建設機械に搭載される検出センサ部と、
前記検出センサ部に接続されたコンピュータ部と、を備え、
前記コンピュータ部は、前記施工現場エリアに設置された外部指標についての前記検出
センサ部での検出結果と、前記建設機械が有する可動作業具に付された可動指標について
の前記検出センサ部での検出結果とを基に、前記施工現場エリアでの前記可動作業具によ
る施工箇所の位置情報を認識する位置認識部を有する
建設機械。」としても成立し得る。

また、例えば、本発明は、建設機械との間で情報授受を行うように構成されるとともに
、各実施形態で説明した建設機械の自律的なモニタ処理を行うように構成された「建設機
械の外部管理装置」としても成立し得る。つまり、本発明は、
「施工現場エリアを移動可能な建設機械と離れて配置され、前記建設機械との間で情報授
受を行うように構成された建設機械の外部管理装置であって、
施工現場エリアを移動可能な建設機械に搭載される検出センサ部を用い、
前記施工現場エリアに設置された外部指標についての前記検出センサ部での検出結果と
、前記建設機械が有する可動作業具に付された可動指標についての前記検出センサ部での
検出結果とを基に、前記施工現場エリアでの前記可動作業具による施工箇所の位置情報を
認識した認識結果について、
少なくとも前記認識結果または当該認識結果からの導出情報のいずれかを出力するよう
に構成されている、
建設機械の外部管理装置。」としても成立し得る。

１…施工現場エリア、１ａ…外部指標、１ｂ，１ｃ…マーカ図形、２…建設機械（バッ
クホウ、スリップフォーム機）、２ａ…右無限軌道、２ｂ…左無限軌道、２ｃ…機台、２
ｄ…前部切削機、２ｅ…後部成型機、２ｆ…走行装置、２ｇ…車体部、２ｈ…アクチュエ
ータ、３…可動作業具、３ａ，３ｋ…可動指標（マーカ図形）、３ｂ…第一アーム、３ｃ
…第二アーム、３ｄ…バケット、３ｅ…上部筐体、３ｆ…掘削ドラム、３ｇ…カッタービ
ット、３ｈ…上部筐体、３ｉ…モールド、３ｊ…バイブレータ、１１…検出センサ部、１
１ａ，１１ｂ，１１ｅ〜１１ｈ…イメージセンサ（カメラ）、１１ｃ，１１ｄ，１１ｉ，
１１ｊ…傾斜センサ、１２…情報通信部（データ通信端末）、１３…コンピュータ部（Ｓ
ＢＣ）、１３ａ…位置認識部、１３ｂ…データ取得部、１３ｃ…差分情報抽出部、１３ｄ
…ガイダンス出力部、１３ｅ…動作計画生成部、１３ｆ…動作指示部、２０…外部管理装
置

Claims (13)

1. 施工現場エリアを移動可能な建設機械に搭載される検出センサ部と、
   前記施工現場エリアの基準点となる位置に設置された外部指標についての前記検出センサ部での検出結果と、前記建設機械が有する可動作業具に付された可動指標についての前記検出センサ部での検出結果とを基に、前記外部指標および前記可動指標の各位置と前記検出センサ部の位置との位置関係を利用した測量演算を行って、前記外部指標と前記検出センサ部との位置関係を認識し、前記可動指標と前記検出センサ部との位置関係を認識し、さらに前記可動指標と前記可動作業具による施工箇所との位置関係を認識し、これらの認識結果を組み合わせることで前記基準点を基準とした場合の前記施工現場エリアでの前記可動作業具による施工箇所の三次元座標値を含む位置情報を認識する位置認識部と、
   を備える建設機械管理システム。
2. 前記位置認識部は、前記外部指標と前記検出センサ部との位置関係に基づいて前記建設機械の位置情報を認識する第一認識処理と、前記可動指標と前記検出センサ部との位置関係に基づいて前記可動作業具による施工箇所の位置情報を認識する第二認識処理とを順に経て、当該施工箇所について前記三次元座標値を含む位置情報の認識を行う
   請求項１に記載の建設機械管理システム。
3. 前記検出センサ部は、所定方向に移動しながら施工を行う前記建設機械に搭載される
   請求項１に記載の建設機械管理システム。
4. 前記位置認識部が認識する位置情報は、前記可動作業具の姿勢または方位の少なくとも一方を含む
   請求項１から３のいずれか１項に記載の建設機械管理システム。
5. 前記位置認識部での認識結果を前記施工現場エリアについての施工計画データと対比して、前記施工計画データに対する前記施工箇所の差分を差分情報として抽出する差分情報抽出部
   を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の建設機械管理システム。
6. 前記差分情報抽出部が抽出した差分情報を基に生成した前記可動作業具の操作ガイダンス情報を出力するガイダンス出力部
   を備える請求項５に記載の建設機械管理システム。
7. 前記差分情報抽出部が抽出した差分情報を基に、前記施工箇所を前記施工計画データに合致させるための前記可動作業具の動作計画情報を生成する動作計画生成部と、
   前記動作計画生成部が生成した動作計画情報を基に、前記建設機械が有する駆動制御部に対する動作指示を与える動作指示部と、
   を備える請求項５または６に記載の建設機械管理システム。
8. 前記建設機械と離れて配置される外部管理装置との間で情報授受を行う情報通信部を備え、
   前記情報通信部が授受する情報には、少なくとも前記差分情報抽出部が抽出した差分情報または当該差分情報からの導出情報のいずれかが含まれる
   請求項５から７のいずれか１項に記載の建設機械管理システム。
9. 前記検出センサ部は、画像を撮像するイメージセンサを有しており、
   前記位置認識部は、前記イメージセンサで得た画像に対する認識処理を行うことで、位置情報認識を行うように構成されている
   請求項１から８のいずれか１項に記載の建設機械管理システム。
10. 施工現場エリアを移動可能な建設機械に搭載される検出センサ部に接続されたコンピュータを、
    前記施工現場エリアの基準点となる位置に設置された外部指標についての前記検出センサ部での検出結果と、前記建設機械が有する可動作業具に付された可動指標についての前記検出センサ部での検出結果とを基に、前記外部指標および前記可動指標の各位置と前記検出センサ部の位置との位置関係を利用した測量演算を行って、前記外部指標と前記検出センサ部との位置関係を認識し、前記可動指標と前記検出センサ部との位置関係を認識し、さらに前記可動指標と前記可動作業具による施工箇所との位置関係を認識し、これらの認識結果を組み合わせることで前記基準点を基準とした場合の前記施工現場エリアでの前記可動作業具による施工箇所の三次元座標値を含む位置情報を認識する位置認識手段、
    として機能させる建設機械管理プログラム。
11. 施工現場エリアを移動可能な建設機械に搭載される検出センサ部を用い、
    前記施工現場エリアの基準点となる位置に設置された外部指標についての前記検出センサ部での検出結果と、前記建設機械が有する可動作業具に付された可動指標についての前記検出センサ部での検出結果とを基に、前記外部指標および前記可動指標の各位置と前記検出センサ部の位置との位置関係を利用した測量演算を行って、前記外部指標と前記検出センサ部との位置関係を認識し、前記可動指標と前記検出センサ部との位置関係を認識し、さらに前記可動指標と前記可動作業具による施工箇所との位置関係を認識し、これらの認識結果を組み合わせることで前記基準点を基準とした場合の前記施工現場エリアでの前記可動作業具による施工箇所の三次元座標値を含む位置情報を認識する
    建設機械管理方法。
12. 施工現場エリアを移動可能な建設機械であって、
    前記建設機械に搭載される検出センサ部と、
    前記検出センサ部に接続されたコンピュータ部と、を備え、
    前記コンピュータ部は、前記施工現場エリアの基準点となる位置に設置された外部指標についての前記検出センサ部での検出結果と、前記建設機械が有する可動作業具に付された可動指標についての前記検出センサ部での検出結果とを基に、前記外部指標および前記可動指標の各位置と前記検出センサ部の位置との位置関係を利用した測量演算を行って、前記外部指標と前記検出センサ部との位置関係を認識し、前記可動指標と前記検出センサ部との位置関係を認識し、さらに前記可動指標と前記可動作業具による施工箇所との位置関係を認識し、これらの認識結果を組み合わせることで前記基準点を基準とした場合の前記施工現場エリアでの前記可動作業具による施工箇所の三次元座標値を含む位置情報を認識する位置認識部を有する
    建設機械。
13. 施工現場エリアを移動可能な建設機械と離れて配置され、前記建設機械との間で情報授受を行うように構成された建設機械の外部管理装置であって、
    施工現場エリアを移動可能な建設機械に搭載される検出センサ部を用い、
    前記施工現場エリアの基準点となる位置に設置された外部指標についての前記検出センサ部での検出結果と、前記建設機械が有する可動作業具に付された可動指標についての前記検出センサ部での検出結果とを基に、前記外部指標および前記可動指標の各位置と前記検出センサ部の位置との位置関係を利用した測量演算を行って、前記外部指標と前記検出センサ部との位置関係を認識し、前記可動指標と前記検出センサ部との位置関係を認識し、さらに前記可動指標と前記可動作業具による施工箇所との位置関係を認識し、これらの認識結果を組み合わせることで前記基準点を基準とした場合の前記施工現場エリアでの前記可動作業具による施工箇所の三次元座標値を含む位置情報をした認識結果について、
    少なくとも前記認識結果または当該認識結果からの導出情報のいずれかを出力するように構成されている、
    建設機械の外部管理装置。