JP6094240B2 - 部材設置判定システム - Google Patents

Description

本発明は、施工現場を上方から観測し、部材の設置が完了しているか否かを判定して、施工完了した部材やエリアを表示し、施工歩掛データを取得するシステムに関する。

施工現場における工事の進捗状況を簡単に管理することを目的として、計測用ステレオカメラ等の、立体情報が取得可能な観測装置を用いた施工管理システムが開示されている（特許文献１参照）。そして、特許文献１の施工管理システムにおいて、図３、４、６等によれば、観測装置は、床上やクレーンの中程に設置され、対象部材の距離画像データ（距離情報群）のうち、正面や側面のデータを水平方向又は斜め下方向から取得することが想定される。

特開２０１１−１８６５５１号公報

しかしながら、観測装置が対象部材を水平方向から観測すると、複数の部材同士が入り組んでいる場合には、必ずしもすべての部材を見通すことはできず、必要な画像データを取得できない部材も存在し得る。すなわち、観測装置から見たときに、奥行方向に隠れた部材や領域の施工進捗を管理することができないという問題がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、施工現場における部材の設置、未設をもれなく判定することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、施工現場に部材が設置されているか否かを判定する部材設置判定システムであって、前記施工現場に設置された各部材の、少なくとも上方から見える各面の、所定の３次元座標系における座標値の範囲を示す設計データである部材面データを記憶する手段と、上方から前記施工現場を観測し、現場点群データを取得する観測手段と、前記取得した現場点群データから、前記記憶した各部材の部材面データのうち、所定の部材の所定の面の部材面データが示す前記範囲に座標値が含まれる点群を抽出する手段と、前記抽出した点群の個数をカウントする手段と、前記カウントした点群の個数を、前記所定の面の面積で除算して、前記所定の面における点群密度を算出する手段と、前記観測手段の位置の座標値及び前記抽出した点群の座標値に基づいて、前記観測手段と、前記所定の面との間の距離を計算する手段と、前記算出した点群密度と、前記計算した距離とに基づいて、前記所定の部材が設置されているか否かを判定する手段と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、施工現場の上方から部材を観測することにより、水平方向からでは他の部材や障害物等に隠れて取得できなかった部材の点群データをもれなく取得することができる。そして、部材面の点群数をカウントし、その点群数を部材面の面積で除算した点群密度、及び、観測手段と、部材面との間の距離を考慮することにより、部材設置の判定を精度よく行うことができる。

また、本発明の上記部材設置判定システムにおいて、前記所定の面の面積は、前記部材面データに基づいて求められる面積の設計値、又は、前記現場点群データから抽出した点群が占める面積の計算値であることとしてもよい。

また、本発明の上記部材設置判定システムにおいて、前記施工現場において前記現場点群データを取得すべき前記観測手段の位置座標の範囲である点群取得領域を記憶する手段をさらに備え、前記観測手段は、前記記憶した点群取得領域の範囲内に位置付いた場合に、前記現場点群データを取得するように制御されることとしてもよい。

この構成によれば、施工現場が広いため、複数回に分けて点群データを取得する際に、点群データを取得すべきポイントを、観測手段の位置座標の範囲として事前に設定しておく。そして、観測手段が、上記範囲内に位置付いたときに、点群データを取得する。これによれば、設定した複数のポイントから観測した施工現場の点群データを取得できるので、それらを合わせることにより、施工現場全体の点群データを取得することができる。また、人手（例えば、クレーンのオペレータ）を煩わせることなく、自動で点群データを取得することができる。なお、観測手段の位置に関する判断は、観測手段自身が行ってもよいし、別の手段が判断して、観測手段に点群データの取得を指示してもよい。

また、本発明の上記部材設置判定システムにおいて、前記判定した結果に応じて、前記施工現場において、設置されている部材と、設置されていない部材とを識別可能に表示する手段をさらに備えることとしてもよい。

この構成によれば、施工現場において設置すべき部材のうち、設置が完了した部材と、未了の部材とが区別できるように表示する。これによれば、施工の進捗状況が明らかになり、分かりやすいので、多くの施工関係者の間で施工進捗に対する認識を共有することができる。

また、本発明の上記部材設置判定システムにおいて、前記施工現場の部位及び部材ごとの施工予定を示す施工予定データを記憶する手段と、前記判定した結果と、前記記憶した施工予定データとに基づいて、部位及び部材ごとの施工状況を示す施工歩掛データを作成し、記憶する手段と、をさらに備えることとしてもよい。

この構成によれば、施工現場に関する施工歩掛データを収集することが可能になり、施工見積等の各種データに反映することができる。

また、本発明の上記部材設置判定システムにおいて、前記施工現場は、建物の各階のフロアであり、前記手段それぞれによる処理は、前記建物の階ごとに実行されることとしてもよい。

この構成によれば、例えば、高層ビルの建設工事に用いられるタワークレーンを、部材設置判定システムに利用することが考えられる。すなわち、タワークレーンは工事対象の階が上がる度に上昇するので、観測手段をタワークレーンで吊るすか、タワークレーンのブームに設置することにより、階ごとに当該フロアにおける部材の設置を判定することができる。なお、点群取得領域は、水平面上の２次元座標の範囲であるとすれば、必ずしも階ごとに設定する必要はなく、共通化することができる。

その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、施工現場における部材の設置、未設をもれなく判定することができる。

部材設置判定システム１の構成を示す図である。 観測装置座標系を示す図である。 部材設置判定システム１を施工現場に適用した例を示す図である。 観測装置２により画像データを取得すべき領域を示す図である。 観測装置２の位置を求める方法の一例を示す図である。 サーバ３のハードウェア構成を示す図である。 サーバ３の記憶部３５に記憶されるデータの構成を示す図である。 ４本の柱及び４本の大梁が設置された状態を示す図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は正面図を示す。 面モデルリストデータ３５２のデータ例を示す図である。 部材設置判定システム１の処理を示すフローチャートである。 部材設置判定システム１の処理を示すフローチャートである。 施工完了データ３５７の具体例を示す図である。 施工完了データ３５７の具体例を示す図である。 施工完了データ３５７の具体例を示す図である。 部位が柱である場合の施工歩掛データ３５８の具体例を示す図である。 部位が梁である場合の施工歩掛データ３５８の具体例を示す図である。 部位が床である場合の施工歩掛データ３５８の具体例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施の形態に係る部材設置判定システムは、予め３次元ＣＡＤ上における部材の設計データから面の集合データ（部材面データ）を抽出する。

施工現場における部材の設置を判定する際には、まず、下方の部材を撮影するための観測装置をクレーンで吊り、又は、クレーンに設置し、建物の最上階に基準点を設け、クレーンを移動させながら、観測装置により上方から最上階を撮影する。その基準点を含む撮影結果及び基準点の位置から、観測装置の位置を特定する。次に、撮影結果から施工現場の３次元点群データ（現場点群データ）を取得し、部材面データ及び施工誤差を用いて絞り込み、部材ごとに分類する。そして、部材ごとに絞り込んだ３次元点群データの点群密度及び観測装置からの距離に基づいて、建方の完了、未了（すなわち、部材の設置、未設）を判定する。さらに、判定結果を表示するとともに、判定結果に基づいて施工歩掛を計算し、記憶する。

なお、部材設置判定システムは、複数の平面からなる（例えば、直方体形状の）部材を設置判定の対象とし、観測装置の位置及び設計データ上の部材の位置（観測装置に対する部材の相対位置）が撮影画像ごとに把握されるものとする。部材には、柱、梁、床、デッキプレート、型枠、鉄筋等が含まれる。

これによれば、施工現場において、設計データ上の部材が設置されているか否かをもれなく判定することができる。そして、施工歩掛を確認することにより、翌日の作業計画を立てることができる。

≪システムの構成と概要≫
図１は、部材設置判定システム１の構成を示す図である。部材設置判定システム１は、観測装置２及びサーバ３を備える。観測装置２は、対象部材４を含む施工現場を撮影し、その撮影した画像から３次元点群データを取得し、サーバ３に送信する装置であり、実際の装置としては、複数台のレーザースキャナやステレオカメラ、１台の単眼カメラ等が施工現場で用いられる。サーバ３は、観測装置２から対象部材４の３次元点群データを受信し、そのデータを処理することにより、対象部材４の設置、未設を判定する。

図１に示すように、対象部材４の位置を特定する座標系として、各観測装置２に固有の観測装置座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、施工現場に固有の現場ローカル座標系（ｘ、ｙ、ｚ）とが設定される。次に、３つの基準点ＭＫ１、ＭＫ２及びＭＫ３が設置され、それぞれの現場ローカル座標位置を（ｘ_ｍ１、ｙ_ｍ１、ｚ_ｍ１）、（ｘ_ｍ２、ｙ_ｍ２、ｚ_ｍ２）及び（ｘ_ｍ３、ｙ_ｍ３、ｚ_ｍ３）とする。そして、観測装置２から基準点ＭＫ１、ＭＫ２及びＭＫ３を撮影することにより、実際のマーカのサイズ及び撮影したマーカのサイズから、観測装置２及び各基準点を結ぶ直線と、各基準点を含むｘ−ｙ平面との角度が計算され、３つの基準点から観測装置２を見た方向が特定される。

さらに、３つの基準点から観測装置２を見た方向が特定されることにより、それら３つの方向と、３つの基準点の現場ローカル座標系の位置とに基づいて、観測装置２の現場ローカル座標系の位置（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）が計算される。

観測装置２の現場ローカル座標系の位置（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）を用いることにより、図１に示す観測装置座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）から現場ローカル座標系（ｘ、ｙ、ｚ）への変換が可能になる。その変換は、次の式１で行われる。

ｘ＝ｘ_ｃ＋Ｘ
ｙ＝ｙ_ｃ＋Ｙ
ｚ＝ｚ_ｃ−Ｚ ・・・式１

図２は、観測装置座標系を示す図である。観測装置２は、ステレオカメラである場合、右レンズＬｒ及び左レンズＬｌを備えており、両レンズは、基線長Ｂの間隔を空けて固定される。右レンズＬｒは、右光軸上焦点距離ｆの位置に右撮像面を有し、対象点を撮影すると、右撮像面上の２次元座標系にある点の座標（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ）が特定される。一方、左レンズＬｌは、左光軸上焦点距離ｆの位置に左撮像面を有し、対象点を撮影すると、左撮像面上の２次元座標系にある点の座標（ｘ_l、ｙ_l）が特定される。このとき、視差として、右撮像面上にある点と、左撮像面上にある点との間の距離ｄが、次の式２により求められる。そして、観測装置座標系のＺ軸として、左レンズＬｌの左光軸を適用すれば、対象点の座標位置は、式３により求められる。

ｄ＝Ｂ＋ｘ_ｒ−ｘ_ｌ ・・・式２

Ｚ＝Ｂｆ／（Ｂ−ｄ）＝Ｂｆ／（ｘ_ｌ−ｘ_ｒ）
Ｘ＝Ｚｘ_ｌ／ｆ＝Ｂｘ_ｌ／（ｘ_ｌ−ｘ_ｒ）
Ｙ＝Ｚｙ_ｌ／ｆ＝Ｂｙ_ｌ／（ｘ_ｌ−ｘ_ｒ） ・・・式３

以上によれば、まず、観測装置２を用いて対象点を撮影した際に、右撮像面上にある点の座標（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ）及び左撮像面上にある点の座標（ｘ_l、ｙ_l）を取得する。次に、式２及び式３を用いて、（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ）及び（ｘ_l、ｙ_l）から観測装置座標系の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を計算する。そして、式１を用いて、観測装置座標系の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）から現場ローカル座標系の位置（ｘ、ｙ、ｚ）を計算する。これにより、対象点の現場ローカル座標系の位置を求めることができる。

図３は、部材設置判定システム１を実際の施工現場に適用した例を示す図である。タワークレーン５は、例えば、高層ビルの建設現場に設置され、ブーム５１、ワイヤ５２及びフックブロック５３を備える。ブーム５１の先端部にはワイヤ５２が掛けられ、ワイヤ５２の下部にはフックブロック５３が設けられる。フックブロック５３にはワイヤ５４が掛けられ、ワイヤ５４により吊り天秤５５が吊り下げられる。

吊り天秤５５は、荷物を運搬するための吊り治具であるが、部材設置判定用として、観測装置２、旋回制御装置６及びＧＰＳ（Global Positioning System）装置７が固設される。観測装置２は、ステレオカメラであり、吊り天秤５５の下面両端に設けられる。そして、鉛直方向下方にある鉄骨梁、鉄骨柱等の対象部材４を撮影し、その撮影した画像データを、タワークレーン５の所定箇所に設置されたサーバ３に送信する。観測装置２の撮影方向は、基本的には下向きであり、部材の上面に基づいて有無が判断される。ただし、撮影方向は、斜め下向きであってもよい。斜めに撮影することにより、部材の上面に加えて側面が見えるので、上面に基づいて基本的な判断を行った上で、側面も補完的な判断に用いることができる。吊り天秤５５を固定した状態で、ブーム１１を移動させることにより、観測装置２の撮影範囲を変更して、広範囲の画像データを取得できる。

旋回制御装置６及びＧＰＳ装置７は、必ずしも基本的な構成ではないので、その詳細は後記する。

図４は、観測装置２により画像データを取得すべき領域を示す図である。建物の最上階を撮影する際に、フロアを１回で撮影するのが無理である場合に、複数回に分けて撮るために、例えば、４箇所の撮影指示領域をサーバ３に設定する。撮影指示領域は、水平面上の２次元座標（以下、簡単に「２次元座標」という）による範囲を示す。ブーム５１を移動させながら、撮影指示領域の範囲内に、図３に示すフックブロック５３の軸（すなわち、観測装置２の撮影範囲の中心）が位置付いたときに、観測装置２がシャッタを切って撮影を行うように、サーバ３が制御する。これによれば、クレーンのオペレータの手を煩わせることなく、１フロアについて、複数の撮影画像を自動で取得できる。

なお、複数の撮影範囲同士に重複部分があってもよいので、撮影指示領域の範囲は、それほど厳密である必要はない。また、撮影指示領域は、水平面上の２次元座標であるので、一度設定すれば、対象部材４の設置される階数や高さが変わっても、そのまま適用することができ、複数の撮影画像を１つに合わせる処理を共通化することができる。

図５は、観測装置２の位置を求める方法の一例を示す図である。タワークレーン５に観測装置２を吊るす方式において、観測装置２による撮影範囲の中心の２次元座標は、ブーム５１の先端部の２次元座標と同じである。図５（ａ）は、側方から見たブーム５１の外観を示す。図５（ｂ）は、上方から見たブーム５１の外観を示す。ブーム５１の長さをＬ、水平面との角度である起伏角をθ、水平面上のｘ軸との角度である旋回角をφとすれば、ポイントＰを２次元座標の原点とした場合に、ブーム５１の先端部（すなわち、図３に示すフックブロック５３の軸）の２次元座標は、次の式４により求められる。

ｘ＝Ｌｃｏｓθｃｏｓφ
ｙ＝Ｌｃｏｓθｓｉｎφ ・・・式４

これによれば、ポイントＰの位置を示す２次元座標を予め把握しておくことにより、ブーム５１が移動したときの、観測装置２による撮影範囲の中心位置を特定することができる。なお、固定値であるブーム長Ｌ、変動値である起伏角θ及び旋回角φは、２台以上のタワークレーン５の衝突を防止するための監視システム（センサ）から取得することが可能である。

図６は、サーバ３のハードウェア構成を示す図である。サーバ３は、通信部３１、表示部３２、入力部３３、処理部３４及び記憶部３５を備え、各部がバス３６を介してデータを送受信可能なように構成される。通信部３１は、無線ネットワークを介して観測装置２や監視システムとＩＰ（Internet Protocol）通信等を行う部分であり、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）等によって実現される。表示部３２は、処理部３４からの指示によりデータを表示する部分であり、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）等によって実現される。入力部３３は、オペレータがデータ（例えば、基準点ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３の座標位置等のデータ）や指示を入力する部分であり、例えば、キーボードやマウス、タッチパネル等によって実現される。処理部３４は、所定のメモリを介して各部間のデータの受け渡しを行うととともに、サーバ３全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が所定のメモリに格納されたプログラムを実行することによって実現される。記憶部３５は、処理部３４からデータを記憶したり、記憶したデータを読み出したりするものであり、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性記憶装置によって実現される。

≪データの構成≫
図７は、サーバ３の記憶部３５に記憶されるデータの構成を示す図である。記憶部３５には、建物の施工階ごとに、部材モデルデータ３５１、面モデルリストデータ３５２、座標変換式データ３５３、３次元点群データ３５４、施工誤差データ３５５、撮影指示領域データ３５６、施工完了データ３５７及び施工歩掛データ３５８が記憶される。

部材モデルデータ３５１は、施工現場に設置される部材の３次元ＣＡＤデータであり、立体である部材を平面図、立面図、断面図、透視図等の図面として表現したデータである。

図８は、４本の柱及び４本の大梁が設置された状態を示す図であり、部材モデルデータ３５１の例を示す。図８（ａ）は平面図を示し、図８（ｂ）は正面図を示す。それぞれにおいて、現場ローカル座標系における、各部分の座標位置が示される。例えば、柱ＣＸ１Ｙ１は、ｘ座標の−３００から３００までの間にあり、ｙ座標の−３００から３００までの間にあり、ｚ座標の０から４０００までの間にある直方体である。一方、大梁ＧＹ１Ｘ１は、ｘ座標の３００から５７００までの間にあり、ｙ座標の−２００から２００までの間にあり、ｚ座標の３０００から４０００までの間にある直方体である。

面モデルリストデータ３５２は、部材モデルデータ３５１により表現される部材のうち、外部の観測装置２から撮影可能な面を定義し、その中から所定値以上の面積を持つ面を抽出したもの（面リスト）である。詳細には、現場ローカル座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を法線ベクトルとする部材の各面を矩形とみなし、それらの各矩形面に関して、現場ローカル座標系における範囲（各座標の始点及び終点）を規定する。

図９は、面モデルリストデータ３５２の例を示す図である。面モデルリストデータ３５２は、部材名、法線ベクトル、ｘ始点、ｘ終点、ｙ始点、ｙ終点、ｚ始点及びｚ終点を含む、部材の個数分及び各部材の面数分のレコードからなる。図８（ａ）及び（ｂ）を参照しながら図９を説明すると、例えば、柱ＣＸ１Ｙ１において、ｘ軸を法線ベクトルとする平面は２つあり、ｘ座標はそれぞれ−３００及び３００であり、ｙ座標は−３００〜３００、ｚ座標は０〜４０００であることが規定されている。また、大梁ＧＹ１Ｘ１において、ｙ軸を法線ベクトルとする平面は２つあり、ｙ座標はそれぞれ−２００及び２００であり、ｘ座標は３００〜５７００、ｚ座標は３０００〜４０００であることが規定されている。

座標変換式データ３５３は、観測装置２ごとに、観測装置座標系の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を現場ローカル座標系の位置（ｘ、ｙ、ｚ）に変換する式を示すデータであり、例えば、式１が記憶される。３次元点群データ３５４は、観測装置２により取得された、建築現場の施工状況を示すデータであり、詳細には、大量の対象点（撮影画像における各画素）の座標値が所定の時間間隔ごとに複数組記憶される。３次元点群データ３５４としては、観測装置座標系及び現場ローカル座標系のそれぞれの座標位値が記憶される。

施工誤差データ３５５は、設計情報である面モデルリストデータ３５２と、実際に設置された対象部材４の位置との間における座標値の誤差を示すデータであり、所定の部材面に対して当該誤差の範囲内にあるピクセルは、当該部材面を構成するピクセルとみなされる。撮影指示領域データ３５６は、建物の各階における、撮影を行うべき観測装置２の位置の範囲を示すデータであり、水平面上の２次元座標により表わされる。

施工完了データ３５７は、当該施工階において、施工が完了した箇所と、未了の箇所とを明示したデータである。施工歩掛データ３５８は、部位ごと及び当該部位の部材ごとに、施工状況を示すデータである。施工完了データ３５７及び施工歩掛データ３５８に関しては、具体例を後記する。

≪システムの処理≫
図１０は、部材設置判定システム１（観測装置２及びサーバ３）の処理を示すフローチャートである。本処理は、対象となる建物の階ごとに行われ、主として、サーバ３において、処理部３４が、通信部３１により観測装置２との間でデータ通信を行い、記憶部３５のデータを参照、更新しながら、観測装置２から取得した３次元点群データを処理して、対象部材４の建方の完了、未了を判定し、判定結果を表示するものである。

なお、事前に、建物の階ごとに、設置判定すべき部材やエリアの３次元ＣＡＤモデルを作成し、部材モデルデータ３５１としてサーバ３の記憶部３５に記憶させておく。次に、サーバ３は、部材モデルデータ３５１から各部材のデータを面の集合モデルとして作成する。そして、作成した面の集合モデルのうち、所定値以上の面積を持つ面リストを各部材ごとに作成し、面モデルリストデータ３５２として記憶する。以上の処理により、施工現場において部材の建方が完了しているか否かを判定するための基礎データがサーバ３の記憶部３５に設定される。

まず、オペレータが、現場ローカル座標が既知である基準点を設置する（Ｓ１００１）。すなわち、建物の最上階に、図１に示すような基準点ＭＫを３点以上設置し、各基準点ＭＫの現場ローカル座標を特定し、サーバ３に入力し、記憶させる。次に、荷物を運搬する通常の作業として、タワークレーン５を動作させる（Ｓ１００２）。

サーバ３は、吊り天秤５５に設置された観測装置２が撮影指示領域を通過したか否かを判定する（Ｓ１００３）。具体的には、所定時間ごとに上記の監視システムからブーム５１の長さＬ、起伏角θ及び旋回角φを取得し、式４を用いてブーム５１の先端部の２次元座標を求め、その２次元座標が撮影指示領域データ３５６の範囲に含まれるか否かを判定する。観測装置２が撮影指示領域を通過していないと判定したとき（Ｓ１００３のＮｏ）、タワークレーン５の動作（Ｓ１００２）を続けながら、観測装置２の位置を監視する（Ｓ１００３）。これは、建物の当該階に設定された撮影指示領域のすべて（例えば、図４の例では、４箇所）を観測装置２が通過するまで行われる。

観測装置２が撮影指示領域を通過したと判定したとき（Ｓ１００３のＹｅｓ）、サーバ３は、観測装置２に下方の画像撮影を指示するメッセージを送信し、そのメッセージに対する応答として、観測装置２からステレオ画像データを取得し、３次元点群データ３５４として記憶部３５に記憶する（Ｓ１００４）。このとき、観測装置２は、サーバ３からの撮影指示のメッセージを受信し、そのメッセージに従って建物の最上階を上方から撮影し、その撮影した画像データをサーバ３に送信する。ただし、３点以上の基準点ＭＫを含む画像データが有効になる。

次に、サーバ３は、ステレオ画像データに含まれる基準点ＭＫ１、ＭＫ２及びＭＫ３の計測データを用いて、観測装置２の現場ローカル座標系の位置（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）を特定し、この位置データを用いて、観測装置座標系の位置を現場ローカル座標系の位置に変換する式（例えば、式１）を設定し、座標変換式データ３５３として記憶部３５に記憶する（Ｓ１００５）。そして、観測装置座標系の位置を示す３次元点群データ３５４を、座標変換式データ３５３により現場ローカル座標系の位置に変換し、観測装置座標系の位置及び現場ローカル座標系の位置を記憶部３５に記憶する（Ｓ１００６）。

続いて、サーバ３は、設計情報として、法線ベクトルがｚ軸に平行である面モデルリストデータ３５２に含まれる座標値に対して、±施工誤差データ３５５の値の範囲内にある３次元点群データ３５４を抽出し、部材ごとに分類する（Ｓ１００７）。例えば、図９の面モデルリストデータ３５２のうち、下から１番目のレコードに示される、大梁ＧＹ１Ｘ１の、ｚ軸を法線ベクトルとし、ｚ座標が４０００である面に関しては、施工誤差を１０とすれば、ｚ座標が３９９０〜４０１０であり、ｘ座標が３００〜５７００であり、ｙ座標が−２００〜２００である座標値を抽出する。そして、抽出した座標値を大梁ＧＹ１Ｘ１の点群データとして分類する。

次に、サーバ３は、３次元点群データ３５４を３次元ＣＡＤデータ上の面モデルに正射影する（Ｓ１００８）。詳細には、点群データの座標値には、設計情報に基づく面モデルリストデータ３５２で規定される平面上だけでなく、施工誤差の範囲内に含まれるものもあるので、その範囲内にある座標値を観測装置２の方向に沿って上記平面に射影する。これにより、施工誤差の範囲内にある点群データを設計上の部材面に集約することができる。例えば、施工誤差を１０とすれば、ｚ座標が４０００±１０の範囲（すなわち、３９９０〜４０１０）のデータをｚ座標の４０００に集約する。

続いて、サーバ３は、正射影により集約した３次元点群データ３５４と、面モデルリストデータ３５２とを照合し、観測装置２からの距離に応じた点群密度が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１００９）。この判定方法は、観測装置２で取得した対象部材４の点群数は、観測装置２と、対象部材４との間の距離に応じて変化することに基づく。すなわち、対象部材４が同じであっても、観測装置２との間の距離が短ければ、点群が密になって点群数は多くなり、その距離が長ければ、点群が疎になって点群数は少なくなる。そこで、点群密度及び距離に基づいて、部材が設置されているか否かを判定する。

詳細には、面モデルリストデータ３５２から、対象となる部材面の面積を取得して点群密度を計算し、点群密度×観測装置２からの距離が所定値以上であるか否かを判定する。例えば、図９の面モデルリストデータ３５２のうち、下から１番目のレコードに係る設計面積は、（ｘ終点−ｘ始点）×（ｙ終点−ｙ始点）＝（５７００−３００）×（２００＋２００）＝５４００×４００＝２１６００００と計算される。

ここで、対象部材４の上に人がいることはあるが、上方から撮影するので、人によって隠れる部分が小さいため、部材面の大方の点群データを取得できることから、部材面の面積として面モデルリストデータ３５２の設計値を用いることができる。なお、３次元点群データ３５４を用いて、点群が存在する画素領域の面積である点群支配面積を画像処理により計算し、その点群支配面積を部材面の面積としてもよい。一方、対象点群の観測装置２からの距離（例えば、平均距離）を計算する際には、３次元点群データ３５４のうち、観測装置座標系の座標値を用いる。

点群密度が所定値未満であれば（Ｓ１００９のＮｏ）、サーバ３は、部材が設置されていないとして、施工未了と判定する（Ｓ１０１０）。そして、施工未了の箇所が区別できるデータを表示部３２に表示する（Ｓ１０１１）。

一方、点群密度が所定値以上であれば（Ｓ１００９のＹｅｓ）、部材が設置されているとして、施工完了と判定する（Ｓ１０１２）。そして、施工完了の箇所が区別できるデータを表示部３２に表示する（Ｓ１０１３）。さらに、作業日報等のデータから工数を抽出して、対象となる工区分の施工完了データ３５７を作成し、記憶部３５に記憶し（Ｓ１０１４）、工程表に含まれる、施工現場の部位及び部位ごとの施工予定データから施工歩掛データ３５８を作成し、記憶部３５に記憶する（Ｓ１０１５）。

以上によれば、Ｓ１００７〜Ｓ１０１３の処理を、設計情報から作成した面モデルリストデータ３５２を参照しながら、施工現場に設置される予定の部材ごとに行うことにより、当該部材が既に設置されているか否かを把握し、その結果を表示することができる。

図１１は、部材設置判定システム１の処理を示すフローチャートである。本処理は、図１０が示す処理と基本的に同様であるが、施工の完了又は未了の判定方法が少々異なる。

具体的には、図１１のＳ１１０１〜Ｓ１１０６及びＳ１１１１〜Ｓ１１１６の処理は、図１０のＳ１００１〜Ｓ１００６及びＳ１０１０〜Ｓ１０１５の処理と同様であるので、簡単に説明する。一方、図１１のＳ１１０７〜Ｓ１１１０の処理は、図１０のＳ１００７〜Ｓ１００９の処理とは異なるので、詳細に説明する。

まず、オペレータが、現場ローカル座標が既知である基準点を設置する（Ｓ１１０１）。次に、荷物を運搬する通常の作業として、タワークレーン５を動作させる（Ｓ１１０２）。

サーバ３は、吊り天秤５５に設置された観測装置２が撮影指示領域を通過したか否かを判定する（Ｓ１１０３）。撮影指示領域を通過していないと判定したとき（Ｓ１１０３のＮｏ）、タワークレーン５の動作（Ｓ１１０２）を続けながら、観測装置２の位置を監視する（Ｓ１１０３）。これは、建物の当該階に設定された撮影指示領域のすべて（例えば、図４の例では、４箇所）を観測装置２が通過するまで行われる。

観測装置２が撮影指示領域を通過したと判定したとき（Ｓ１１０３のＹｅｓ）、サーバ３は、観測装置２に下方の画像撮影を指示するメッセージを送信し、観測装置２からステレオ画像データを取得し、３次元点群データ３５４として記憶部３５に記憶する（Ｓ１１０４）。

次に、サーバ３は、ステレオ画像データに含まれる基準点ＭＫ１、ＭＫ２及びＭＫ３の計測データを用いて、観測装置２の現場ローカル座標系の位置（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）を特定し、この位置データを用いて、観測装置座標系の位置を現場ローカル座標系の位置に変換する式（例えば、式１）を設定し、座標変換式データ３５３として記憶部３５に記憶する（Ｓ１１０５）。そして、観測装置座標系の位置を示す３次元点群データ３５４を、座標変換式データ３５３により現場ローカル座標系の位置に変換し、観測装置座標系の位置及び現場ローカル座標系の位置を記憶部３５に記憶する（Ｓ１１０６）。

続いて、サーバ３は、設計情報として、法線ベクトルごとに、面モデルリストデータ３５２に含まれる座標値に対して、±施工誤差データ３５５の値の範囲内にある３次元点群データ３５４を抽出し、部材ごとに分類する（Ｓ１１０７）。例えば、図９の面モデルリストデータ３５２のうち、上から３番目のレコードに示される、柱ＣＸ１Ｙ１の、ｙ軸を法線ベクトルとし、ｙ座標が−３００である面に関しては、施工誤差を１０とすれば、ｙ座標が−３１０〜−２９０であり、ｘ座標が−３００〜３００であり、ｚ座標が０〜４０００である座標値を抽出する。そして、他の５面に関して抽出した座標値とともに、柱ＣＸ１Ｙ１の点群データとして分類する。

次に、サーバ３は、３次元点群データ３５４を３次元ＣＡＤデータ上の面モデルに正射影する（Ｓ１１０８）。詳細には、点群データの座標値には、設計情報に基づく面モデルリストデータ３５２で規定される平面上だけでなく、施工誤差の範囲内に含まれるものもあるので、その範囲内にある座標値を観測装置２の方向に沿って上記平面に射影する。これにより、施工誤差の範囲内にある点群データを設計上の部材面に集約することができる。例えば、施工誤差を１００とすれば、ｙ座標が３００±１００の範囲（すなわち、２００〜４００）のデータをｙ座標の３００に集約する。

続いて、サーバ３は、正射影により集約した３次元点群データ３５４と、法線ベクトルがｚ軸に平行である面モデルリストデータ３５２とを照合し、観測装置２からの距離に応じた点群密度が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１１０９）。詳細には、面モデルリストデータ３５２から、対象となる部材面の面積を取得して点群密度を計算し、点群密度×観測装置２からの距離が所定値以上であるか否かを判定する。例えば、図９の面モデルリストデータ３５２のうち、下から１番目のレコードに係る設計面積は、（ｘ終点−ｘ始点）×（ｙ終点−ｙ始点）＝（５７００−３００）×（２００＋２００）＝５４００×４００＝２１６００００と計算される。なお、部材面の面積は、３次元点群データ３５４を用いて、点群が存在する画素領域の面積である点群支配面積を画像処理により計算してもよい。また、対象点群の観測装置２からの距離（例えば、平均距離）を計算する際には、３次元点群データ３５４のうち、観測装置座標系の座標値を用いる。

点群密度が所定値未満であれば（Ｓ１１０９のＮｏ）、サーバ３は、正射影により集約した３次元点群データ３５４と、法線ベクトルがｘ軸及びｙ軸に平行である面モデルリストデータ３５２とを照合し、観測装置２からの距離に応じた点群密度が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１１１０）。点群密度が所定値未満であれば（Ｓ１１１０のＮｏ）、部材が設置されていないとして、施工未了と判定する（Ｓ１１１１）。そして、施工未了の箇所が区別できるデータを表示部３２に表示する（Ｓ１１１２）。

一方、点群密度が所定値以上であれば（Ｓ１１０９のＹｅｓ又はＳ１１１０のＹｅｓ）、部材が設置されているとして、施工完了と判定する（Ｓ１１１３）。そして、施工完了の箇所が区別できるデータを表示部３２に表示する（Ｓ１１１４）。さらに、作業日報等のデータから工数を抽出して、対象となる工区分の施工完了データ３５７を作成し、記憶部３５に記憶し（Ｓ１１１５）、工程表に含まれる、施工現場の部位及び部位ごとの施工予定データから施工歩掛データ３５８を作成し、記憶部３５に記憶する（Ｓ１１１６）。

以上によれば、Ｓ１１０７〜Ｓ１１１４の処理を、設計情報から作成した面モデルリストデータ３５２を参照しながら、施工現場に設置される予定の部材ごとに行うことにより、当該部材が既に設置されているか否かを把握し、その結果を表示することができる。

≪出力データの具体例≫
図１２〜１４は、施工完了データ３５７の具体例を示す図である。各図は、ＰＣａ部材の施工進捗状況を示すものであり、図１０のＳ１００９及び図１１のＳ１１０９、Ｓ１１１０における、施工完了又は未了の判定結果に応じて、サーバ３の表示部３２に表示される。なお、ある部材が設置されたと判定した場合には、点群密度の判定を行った面だけでなく、部材の表面全体を色付けるものとする。

図１２（ａ）は、当日の建方予定を示す。図１２（ｂ）は、前日の建方完了及び当日の建方予定を示す。図１２（ｃ）は、前日とそれ以前の建方完了及び当日の建方予定を示す。

図１５〜１７は、施工歩掛データ３５８の具体例を示す図である。図１５は、部位が柱である場合のデータを示す。図１６は、部位が梁である場合のデータを示す。図１７は、部位が床である場合のデータを示す。施工歩掛データ３５８は、部位ごとに集計され、部材名称、施工状況、施工順、施工予定日及び施工完了日を含む、部材ごとのレコードからなる。施工状況は、施工の進捗状況を数値コードで示すものであり、２が施工完了を示し、１が施工予定を示し、０が施工未了を示す。

上記実施の形態では、図６に示すサーバ３の各部を機能させるために、処理部３４で実行されるプログラムをコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録し、その記録したプログラムをコンピュータに読み込ませ、実行させることにより、本発明の実施の形態に係る部材設置判定システム１が実現されるものとする。この場合、プログラムをインターネット等のネットワーク経由でコンピュータに提供してもよいし、プログラムが書き込まれた半導体チップ等をコンピュータに組み込んでもよい。

以上説明した本発明の実施の形態によれば、部材設置判定システム１を用いることにより、以下の効果が得られる。

（１）図３に示すように、上方から建物の最上階を観測することにより、水平方向からの観測では、他の部材や障害物等により３次元点群データ３５４が取得できなかった部材の施工状況を、確実に把握することができる。また、ステレオカメラ等の観測装置２をタワークレーン５で吊るす方式とすることにより、タワークレーン５の延伸とともに観測装置２が上昇したとしても、撮影指示領域（図４）は、水平面上の２次元座標の範囲であり、共通化することができる。これによれば、タワークレーン５のクライミングステップによらず、観測装置２による施工現場の撮影範囲を一定にすることができる。

（２）観測装置２をタワークレーン５に吊るすか、固定することにより、安全に撮影可能であり、付け替える必要がなく、タワークレーン５を伸ばすのは全体作業の中で必要なことであり、タワークレーン５とともに観測装置２も上昇するので、別途観測装置２を上げる必要はない。

（３）図４に示すように、複数回に分けて３次元点群データ３５４を取得する際に、データを取得すべき観測装置２２のポイントを撮影指示領域として事前に記憶しておくことにより、荷物を運搬する通常の作業におけるタワークレーン５の動作に伴って、観測装置２が撮影指示領域の範囲内に位置付いたときに、サーバ３が観測装置２２に撮影を指示する。これによれば、観測装置２２による撮影位置を任意に決めることができ、点群データを自動的に取得することができる。

（４）図１０のＳ１００９及び図１１のＳ１１０９、Ｓ１１１０に示すように、サーバ３は、「点群密度×観測装置２からの平均距離」に基づく判定を行うことにより、観測装置２及び対象部材４の間の距離に拠らず、部材の建方完了、未了を精度よく判断することができる。また、図１０のＳ１００７に示すように、部材ごとに、その各面のうち、法線ベクトルがｚである面だけを残すことにより、下方に向く観測装置２に対して最も正対する面だけで部材の建方完了、未了を判断でき、すべての面を処理する必要がないので、システムの負荷軽減を図ることができる。そして、図１０のＳ１００７及び図１１のＳ１１０７に示すように、施工誤差を加味して建方完了、未了を判断するので、多少の施工誤差があっても適切な判定を行うことができる。

（５）図１、図１０のＳ１００１及び図１１のＳ１１０１に示すように、基準点ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３を用いることにより、ＧＰＳデータが受信できないエリアであっても、観測装置２の位置を測定することができる。

（６）図１２〜図１４に示すように、設置が完了した部材と、未了の部材とを異なる色で表示することにより、施工現場の進捗状況（完了／未了）が分かりやすくなるので、多人数の施工関係者の間において、施工現場に関する情報を共有することが可能になる。

（７）図１５〜図１７に示すように、自動的に施工歩掛データ３５８を収集することが可能になり、施工見積等の各種データに反映することができる。

≪その他の実施の形態≫
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、以下のような実施の形態が考えられる。

（１）図３において、旋回制御装置６は、吊り天秤５５の下面中心に設けられ、フックブロック５３の鉛直方向軸を中心に吊り天秤５５を回転させることにより、観測装置２を回転させる。この場合、観測装置２の撮影方向を斜め下向きにすることにより、広範囲の画像データを取得できる。ＧＰＳ装置７は、観測装置２の３次元位置情報を取得し、その位置情報を、タワークレーン５の所定箇所に設置されたサーバ３に送信する。例えば、移動式クレーンを用いる際には、図４に示すポイントＰの２次元座標が変化するので、ＧＰＳ装置７による位置の取得が有効である。

なお、観測装置２として、３次元画像を撮影可能な単眼カメラ（以下、簡単に「単眼カメラ」という）１台を用いるようにしてもよい。この場合、単眼カメラを、吊り天秤５５の下面のうち、旋回制御装置６から離れた箇所に設置してもよい。この場合、ブーム５１を固定した状態で、旋回制御装置６により吊り天秤５５を回転させることにより、単眼カメラを回転させて、広範囲の画像データを取得できる。

また、単眼カメラを回転させる回転装置を吊り天秤５５の下面中心に設けた上で、撮影方向が所定の角度（例えば、鉛直方向下方から４５度）になるように、単眼カメラを回転装置に設置してもよい。この場合、ブーム５１及び吊り天秤５５を固定した状態で、回転装置により単眼カメラを回転させながら、斜め下方向を撮影することにより、広範囲の施工現場の画像データを取得できる。

（２）上記実施の形態では、部材設置判定にタワークレーン５を用いる際に、ステレオカメラや単眼カメラ等の観測装置２を吊り天秤５５に設置するように説明したが、観測装置２をブーム５１に設置してもよい。この場合、観測装置２の撮影方向を下向き又は斜め下向きにして、ブーム５１を移動させることにより、観測装置２の撮影範囲を変更しながら、広範囲の画像データを取得できる。

また、観測装置２を回転させる回転装置をブーム５１に設置し、その回転装置に観測装置２を設置してもよい。この場合、ブーム５１を固定した状態で、回転装置により、観測装置２を回転させる。このとき、観測装置２の撮影方向を斜め下向きにすることにより、広範囲の画像データを取得できる。

（３）上記実施の形態では、サーバ３が、撮影指示領域データ３５６を記憶し、観測装置２が当該領域に位置した場合に、撮影指示を出すように説明したが、観測装置２が、撮影指示領域データ３５６を記憶して、自身の位置が当該領域に入った場合に、撮影を行うようにしてもよい。

（４）上記実施の形態では、サーバ３が、点群密度及び観測装置２からの平均距離の乗算値を所定の閾値と比較することにより、部材の建方完了、未了を判定するように説明したが、それらの乗算値に限ることなく、上記点群密度が大きいほど、かつ、上記平均距離が大きいほど、大きく算出される評価値であれば、そのような評価値を用いて判定してもよい。

（５）上記実施の形態では、図１０のＳ１００７〜Ｓ１００８及び図１１のＳ１１０７〜Ｓ１１０８に示すように、法線ベクトルの座標軸に関してだけ施工誤差を適用し、その誤差範囲に含まれる点群データを面モデルに正射影するように説明したが、面モデルの当該平面上の範囲に関しても施工誤差を適用し、その誤差範囲内で外れた点群データも画素数のカウントに含めるようにしてもよい。

１ 部材設置判定システム
２ 観測装置（観測手段）
３ サーバ（点群取得指示手段）
３４ 処理部
３５ 記憶部
３５２ 面モデルリストデータ（部材面データ）
３５４ ３次元点群データ（現場点群データ）
３５６ 撮影指示領域データ（点群取得領域）
３５７ 施工完了データ
３５８ 施工歩掛データ
４ 対象部材
ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３ 基準点

Claims (6)

1. 施工現場に部材が設置されているか否かを判定する部材設置判定システムであって、
   前記施工現場に設置された各部材の、少なくとも上方から見える各面の、所定の３次元座標系における座標値の範囲を示す設計データである部材面データを記憶する手段と、
   上方から前記施工現場を観測し、現場点群データを取得する観測手段と、
   前記取得した現場点群データから、前記記憶した各部材の部材面データのうち、所定の部材の所定の面の部材面データが示す前記範囲に座標値が含まれる点群を抽出する手段と、
   前記抽出した点群の個数をカウントする手段と、
   前記カウントした点群の個数を、前記所定の面の面積で除算して、前記所定の面における点群密度を算出する手段と、
   前記観測手段の位置の座標値及び前記抽出した点群の座標値に基づいて、前記観測手段と、前記所定の面との間の距離を計算する手段と、
   前記算出した点群密度と、前記計算した距離とに基づいて、前記所定の部材が設置されているか否かを判定する手段と、
   を備えることを特徴とする部材設置判定システム。
2. 請求項１に記載の部材設置判定システムであって、
   前記所定の面の面積は、前記部材面データに基づいて求められる面積の設計値、又は、前記現場点群データから抽出した点群が占める面積の計算値である
   ことを特徴とする部材設置判定システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の部材設置判定システムであって、
   前記施工現場において前記現場点群データを取得すべき前記観測手段の位置座標の範囲である点群取得領域を記憶する手段
   をさらに備え、
   前記観測手段は、前記記憶した点群取得領域の範囲内に位置付いた場合に、前記現場点群データを取得するように制御される
   ことを特徴とする部材設置判定システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の部材設置判定システムであって、
   前記判定した結果に応じて、前記施工現場において、設置されている部材と、設置されていない部材とを識別可能に表示する手段
   をさらに備えることを特徴とする部材設置判定システム。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の部材設置判定システムであって、
   前記施工現場の部位及び部材ごとの施工予定を示す施工予定データを記憶する手段と、
   前記判定した結果と、前記記憶した施工予定データとに基づいて、部位及び部材ごとの施工状況を示す施工歩掛データを作成し、記憶する手段と、
   をさらに備えることを特徴とする部材設置判定システム。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の部材設置判定システムであって、
   前記施工現場は、建物の各階のフロアであり、
   前記手段それぞれによる処理は、前記建物の階ごとに実行される
   ことを特徴とする部材設置判定システム。

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