JP7039746B1 - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業装置の動作に伴う衛星測位精度の低下を抑制し得る作業機械を提供すること。【解決手段】作業機械に備えたコントローラ４０には，受信機５１によるアンテナ５０の位置の演算に利用する測位衛星を選択するための複数のマスク範囲であって，作業装置６及び旋回体３の姿勢に基づいてアンテナを基準に設定される大きさの異なる複数のマスク範囲２１Ａ，２２Ａが記憶されている。コントローラは，複数のマスク範囲のそれぞれを利用して選択される測位衛星の衛星関連データと，複数のマスク範囲のいずれも利用することなく選択される測位衛星の衛星関連データとに基づいて複数の測位精度をそれぞれ演算し，受信機５１は，演算した前記複数の測位精度の中で最も測位精度が良い場合に選択される測位衛星の衛星信号に基づいてアンテナの位置を演算する。【選択図】 図６

Description

本発明は測位衛星システムを用いた位置検出が行われる作業機械に関する。

近年，施工現場において情報化施工の導入が進められている。情報化施工とは，調査，設計，施工，検査，管理などからなる一連の建設工程のうち，施工に注目して，電子データとＩＣＴ（Information and Communication Technology：情報通信技術）の活用により施工の高効率化を実現するシステムである。情報化施工に対応する機械としては，車***置やフロント作業装置（作業装置と称すこともある）の位置及び姿勢を施工目標面の位置データとともにモニタに表示するガイダンス機能や，バケットが施工目標面を掘り過ぎないようにフロント作業装置を制御するマシンコントロール機能を搭載する油圧ショベルに代表される作業機械が知られている。このような情報化施工に対応した作業機械は，３次元座標データを持つ情報化施工データをもとに，オペレータに対して情報提示し，作業支援，運転支援する機能を提供する。例えば油圧ショベルのマシンガイダンスにおいては，車体の位置及び姿勢のデータやフロント作業装置の姿勢データからバケット先端位置が演算され，施工目標面に対するバケットの位置がモニタを介してオペレータに提示される。

この種の油圧ショベルには，グローバル座標系（地理座標系）における上部旋回体（車体）の位置を演算する為に，上部旋回体に取り付けられた測位アンテナを介して測位衛星からの測位信号を受信することで上部旋回体の位置を演算する衛星測位システム（例えばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム））が搭載されることがある。しかし，油圧ショベルにおいては，ブーム，アーム，バケット等のフロント部材が，衛星測位システムの測位アンテナよりも上方に存在することがあり，これらが直線的なルートによる測位信号の受信を妨害することがある。このような場合，測位アンテナは，測位信号をマルチパスと呼ばれる回折波や反射波として受信する可能性が高い。回折波や反射波を受信して測位演算に使用すると測位結果に誤差を含む可能性が高くなる。

そこで，マルチパスの影響の低減を試みた技術として，例えば特許文献１のものがある。特許文献１には，ＧＰＳ受信機の周囲の電波障害物の配置などに基づいて定めたＧＰＳ衛星の選択規則を表すマスク範囲（マスク情報）を所定地域毎にデータベースに記憶し，当該データベースからＧＰＳ信号の受信地域に対応するマスク範囲を取得し，天空を航行する複数のＧＰＳ衛星のうち当該マスク範囲の外に位置するＧＰＳ衛星の中から測位に利用するＧＰＳ衛星を選択するＧＰＳ受信機の制御装置が開示されている。

特開２００４－１８４１２１号公報

特許文献１に記載の技術は，移動しない電波障害物のみを想定しており，油圧ショベルのフロント作業装置のように移動し得る電波障害物が測位アンテナの周囲に存在する場合のマスク範囲には触れられていない。つまり，作業機械の分野における衛星測位精度の向上には，移動し得る電波障害物であるフロント作業装置の姿勢を考慮したマスク範囲を設定することが重要である。

そこでフロント作業装置の姿勢の変化に応じて衛星選択に利用するマスク範囲を都度変更すると（または変化させると）測位精度の低下を抑制できそうだが話はそう単純ではない。まず，作業機械ではフロント作業装置を動作させて作業を行うため，フロント作業装置の姿勢変更（例えばブームの上げ下げ動作）が頻繁に行われる。その姿勢変更に合わせてマスク範囲を変更すると，測位演算に利用される衛星が頻繁に切り替わってしまい，マスク範囲を変更した方が却って測位精度が低下する可能性がある。また，測位演算に利用可能な衛星が極端に少ない場合にフロント作業装置の姿勢に応じたマスク範囲を利用すると，その少ない衛星でさえも測位に利用できない時間帯が出てくるため，マスク範囲を利用しない方が却って測位精度の低下を抑えられる場合もある。

このように電波障害物たり得るフロント作業装置の姿勢が作業中に頻繁に変化し得る作業機械では，フロント作業装置が存在する領域に位置する衛星を測位演算の際に単純に除外するだけでは作業中の測位精度の低下を抑制できない場合がある。

なお，上記では主に衛星配置に起因した測位精度低下について触れたが，上記の他に例えば衛星数や衛星信号のＳＮ比（信号とノイズの比）に起因した測位精度低下も起こりうる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり，その目的は，作業装置の動作に伴う衛星測位精度の低下を抑制し得る作業機械を提供することにある。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが，その一例を挙げるならば，下部走行体と，前記下部走行体の上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と，前記上部旋回体に取り付けられた多関節型の作業装置と，前記作業装置及び前記上部旋回体の姿勢を検出するための複数の姿勢センサと，前記上部旋回体に取り付けられ，複数の測位衛星からの衛星信号を受信するための測位アンテナと，前記測位アンテナで受信される衛星信号に基づいて前記測位アンテナの位置を演算する受信機と，前記複数の姿勢センサの検出信号に基づいて，前記作業装置の姿勢と前記上部旋回体の姿勢とを演算するコントローラとを備えた作業機械において，前記コントローラには，前記受信機による前記測位アンテナの位置の演算に利用する測位衛星を選択するために，前記作業装置及び前記上部旋回体の姿勢に基づいて前記測位アンテナを基準に設定される大きさの異なる複数のマスク範囲が記憶されており，前記コントローラは，前記複数のマスク範囲のそれぞれを利用して測位衛星を選択した場合のそれぞれの測位精度と，前記複数のマスク範囲のいずれも利用することなく測位衛星を選択した場合の測位精度とを含む複数の測位精度を，選択した前記測位衛星の衛星関連データに基づいて演算し，前記受信機は，前記複数の測位精度のうち最も測位精度が良い場合に選択した前記測位衛星の衛星信号に基づいて前記測位アンテナの位置を演算することを特徴とする。

本発明によれば，フロント作業装置の動作とともにフロント作業装置の姿勢を反映したマスク範囲が変化しても，最も測位精度が良いマスク範囲が選択される。これにより作業装置の動作に伴う測位精度の低下が抑制でき，作業機械による作業精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベル１及びＧＮＳＳ基準局８の側面図。 図１の油圧ショベル１に搭載された車載コントローラ４０の機能ブロック図。 ＧＮＳＳアンテナ５０Ａを基準とする第１アンテナ座標系の斜視図。 第１アンテナ座標系におけるＺ軸上から油圧ショベル１を見下ろした図（平面図）。 第１アンテナ座標系における＋Ｙ軸方向から油圧ショベル１を見た図（側面図）。 フロント作業装置６の姿勢を規定する角度の説明図。 ＧＮＳＳアンテナ５０Ａに設定される第１マスク範囲２１Ａの一例を衛星配置図上に示した図。 ＧＮＳＳアンテナ５０Ａに設定される第２マスク範囲２２Ａの一例を衛星配置図上に示した図。 本実施形態に係るコントローラ４０及びＧＮＳＳ受信機５１によるＧＮＳＳアンテナ５０Ａの測位処理のフローチャート。 ブーム６Ａの角度（ブーム角度）とＰＤＯＰの時間変化の一例を示した図。 或る時刻の衛星配置と第２マスク範囲２２Ａを示す図。

以下，本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。以下の実施の形態は，作業機械としてクローラ式の油圧ショベルに本発明を適用したものであり，バケット先端と施工目標面の位置関係を運転室内のモニタに表示するマシンガイダンス機能と，バケット先端が施工目標面を超えないように作業装置の動作（すなわちフロント部材を駆動するアクチュエータの動作）に制限をかけるマシンコントロール機能とを有している。なお，各図において同じ部分には同じ符号を付し，重複した説明は適宜省略するものとする。

＜対象機械＞
図１は本発明の実施形態に係る油圧ショベル１及びＧＮＳＳ基準局８の側面図である。この図に示す油圧ショベル１は，クローラ式の走行体（下部走行体）２と，走行体２の上部に旋回可能に取り付けられた旋回体（上部旋回体）３と，一端（基端）が旋回体３の前方に取り付けられた多関節型のリンク機構よりなるフロント作業装置（単に「作業装置」と称することもある）６とを備えている。図中の符号３０は地面を表す。

フロント作業装置６は，一端が旋回体３に連結されたブーム６Ａと，一端がブーム６Ａの他端に連結されたアーム６Ｂと，一端がアーム６Ｂの他端に連結されたバケット６Ｃとを有しており，これら各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃは，それぞれ上下方向に回動するように構成されている。

また，各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの回動を行うアクチュエータ（油圧シリンダ）として，ブームシリンダ１１Ａ，アームシリンダ１１Ｂ，バケットシリンダ１１Ｃが備えられている。旋回体３は図示しない旋回モータによって旋回中心軸Ｏを中心に左右に旋回駆動可能である。

ブーム６Ａ，アーム６Ｂ及びバケット６Ｃは，フロント作業装置６を含む共通の平面上で動作し，以下ではこの平面を動作平面と称することがある。つまり動作平面とは，ブーム６Ａ，アーム６Ｂ及びバケット６Ｃの回動軸に直交する平面であり，例えばブーム６Ａ，アーム６Ｂ及びバケット６Ｃの幅方向の中心（すなわち各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの回動軸の中心）に設定できる。

＜姿勢センサ＞
油圧ショベル１には，フロント作業装置６と旋回体３の姿勢を検出するための複数の姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３が備えられている。本実施形態では各姿勢センサに，角度（または角速度）と加速度を検出可能な慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）を用いている。これら姿勢センサのうち，ブーム６Ａにはブーム姿勢センサ７５Ａが，アーム６Ｂにはアーム姿勢センサ７５Ｂが，バケット６Ｃにはバケット姿勢センサ７５Ｃが取り付けられている（図１参照）。また，旋回体３には旋回体姿勢センサ２３が取り付けられており（図１参照），それにより旋回体３の傾斜角度（ピッチ角及びロール角），旋回速度及び旋回角度の計測が可能となっている。姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３の出力（検出信号）は，接続線を介してコントローラ４０に入力されている。なお，フロント作業装置６の姿勢センサとしては，各フロント部材の回動角度を検出する角度センサ（例えば，ポテンショメータやロータリエンコーダ）を用いても良い。またバケット姿勢センサ７５Ｃはバケットでなくバケットリンクに取り付けられていてもよい。

旋回体３には，オペレータによって操作される複数の操作レバー（図示せず），バケット６Ｃと施工目標面の位置関係等が表示されるモニタ６０が設置された運転席４と，複数の測位衛星（ＧＮＳＳ衛星）から衛星信号を受信するための２つのＧＮＳＳアンテナ（測位アンテナ）５０Ａ，５０Ｂと，基準局８から送信されるＧＮＳＳ補正データを受信するための無線機７と，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのうち少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナの地理座標系（グローバル座標系）における位置座標と，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位（すなわち旋回体３の方位）とを演算するＧＮＳＳ受信機５１と，ＧＮＳＳ受信機５１で演算された位置及び方位と，複数の姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３の検出信号とに基づいて，フロント作業装置６上の所望の位置座標を演算するコンピュータであるコントローラ４０とが備えられている。なお，本実施形態では２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置及び旋回体３の方位角を１つのＧＮＳＳ受信機で演算する構成を採っているが，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのそれぞれに対応する２つのＧＮＳＳ受信機５１Ａ，５１Ｂを搭載する構成を採っても良い。

＜ＧＮＳＳ基準局＞
油圧ショベル１の無線機７に対してＧＮＳＳ補正データを無線送信するＧＮＳＳ基準局８について説明する。地理座標系における座標位置が既知であるＧＮＳＳ基準局８には，複数の測位衛星（ＧＮＳＳ衛星）から衛星信号を受信するためのＧＮＳＳアンテナ８０と，ＧＮＳＳアンテナ８０で受信された衛星信号（衛星信号には衛星のコード，キャリア，衛星軌道及び衛星信号受信レベル等が含まれる）に基づいてＧＮＳＳアンテナ８０の地理座標系における位置座標を演算するＧＮＳＳ受信機８１と，ＧＮＳＳアンテナ８０で受信された複数の衛星信号に基づいて無線機７に無線送信するためのＧＮＳＳ補正データを生成する基準局コントローラ８２と，基準局コントローラ８２で生成されたＧＮＳＳ補正データを無線機７に送信する無線機８７が備えられている。ＧＮＳＳ基準局アンテナ８０に接続されたＧＮＳＳ受信機８１は，基準局コントローラ８２を経由して無線機８７よりＧＮＳＳ補正データを無線送信する。無線機７で受信されたＧＮＳＳ補正データをＧＮＳＳ受信機５１での測位に利用するとセンチメートル級の高精度な測位が可能となる。

＜ＧＮＳＳアンテナ５０＞
２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂは，それぞれマスト（アンテナ支持部材）５２ａ，５２ｂを介して上部旋回体３に固定されており，上部旋回体３の上面にそれぞれ位置し，フロント作業装置６の前後方向に所定の間隔を介して配置されている。

２本のマスト５２ａ，５２ｂはそれぞれ上部旋回体３の上方でＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂを支持するためのポール状の支持部材である。本実施形態の２本のマスト５２ａ，５２ｂは，ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂと同様に上部旋回体３の上面（第１領域）に配置されている。各マスト５２ａ，５２ｂの基端は上部旋回体３の上面に固定されており，各マスト５２ａ，５２ｂは当該基端から略垂直に伸びている。そして各マスト５２ａ，５２ｂの先端には，中心部が軸方向に膨らんだ略円盤状の外形を有するＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂが取り付けられており，各マスト５２ａ，５２ｂは自身の中心軸心が各ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの中心軸心を通過するように各アンテナ５０Ａ，５０Ｂを支持している。なお，ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの支持部材は，ポール状のマスト５２ａ，５２ｂに限らず，種々の形状の支持部材による支持が可能である。

＜ＧＮＳＳ受信機５１＞
ＧＮＳＳ受信機５１は，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂで受信される複数の衛星信号（衛星のコード，キャリア，衛星軌道及び衛星信号受信レベル等が含まれる）に基づいて，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのうち少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナ（例えば，ＧＮＳＳアンテナ５０Ｂ）の地理座標系（グローバル座標系）における位置座標と，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位（すなわち旋回体３やフロント作業装置６の方位（ヘディングとも称する））とを演算する。

複数の測位衛星からは送信時刻情報を含んだ電磁波（衛星信号）が送信されている。ＧＮＳＳ受信機５１は，各ＧＮＳＳ衛星からの電磁波の受信時刻とその電磁波に含まれた送信時刻とから到達時間差を演算し，その到達時間差を基に各ＧＮＳＳ衛星とＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂとの距離を推測してＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置を算出する。ＧＮＳＳ衛星は精巧な時計を搭載しており，各衛星からの電磁波を復調して得られる到達時間差に電磁波の速度を乗算することにより各ＧＮＳＳ衛星とＧＮＳＳアンテナ間の距離が算出される。

算出した各ＧＮＳＳ衛星と各ＧＮＳＳアンテナとの距離に誤差が含まれ得る。この誤差は，ＧＮＳＳ衛星とＧＮＳＳアンテナ間に存在する電離層や水蒸気によって発生する電磁波の速度変化が方位や仰角が異なる各ＧＮＳＳ衛星の位置毎に異なることや，各ＧＮＳＳ衛星より電磁波で送られる軌道情報が実際の位置と若干異なることや，各ＧＮＳＳ衛星間の時計情報に若干の誤差があること等の要因により発生する。

このような誤差は，ＧＮＳＳ基準局８から送信されるＧＮＳＳ補正データを受信して測位するＲＴＫ－ＧＮＳＳ（リアルタイムキネマティックＧＮＳＳ）を利用することで低減できる。例えば，油圧ショベル１の近くに（数ｋｍ以内）設置した絶対位置が既知の基準局ＧＮＳＳアンテナ８０の測位とＧＮＳＳ補正データの演算を基準局ＧＮＳＳ受信機８１で行い，その補正データを無線機８７にてショベル１の受信機５１に送信する。そして２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ（５０Ｂ），８０間の絶対位置ではなく相対位置（ベクトル）を測定することで誤差を低減することができる。

ＧＮＳＳ基準局８の無線機８７より送信された補正データは，油圧ショベル１に搭載された無線機７で受信されＧＮＳＳ受信機５１に送信される。ＧＮＳＳ受信機５１ではＧＮＳＳアンテナ５０Ａ（移動局）で受信した衛星信号と補正データより得た基準局ＧＮＳＳアンテナ８０の信号を比較演算することにより，基準局ＧＮＳＳアンテナ８０とＧＮＳＳアンテナ５０Ａ間の相対的な位置（方向と距離）を算出する。このとき，補正情報として基地局アンテナ８０が受信した衛星からの衛星信号の搬送波位相情報を送信し，これを移動局アンテナ５０Ａが受信した衛星信号の搬送波位相情報とＧＮＳＳ受信機５１で比較演算する。これにより数ｃｍオーダーの移動局アンテナ５０Ａの測位が可能となり，ほぼ一点に収束した高精度の相対測位が可能となる。さらに，前述した補正データのなかに基準局ＧＮＳＳアンテナ８０の位置情報を含めることで，移動局であるＧＮＳＳアンテナ５０Ａの絶対位置を求めることが可能となる。また，基準局ＧＮＳＳアンテナ８０とＧＮＳＳアンテナ５０Ａの距離が近距離（一般的に数ｋｍ以内）の場合は，前述した誤差要因（電磁波の速度変化，各ＧＮＳＳ衛星間の時計情報誤差）をよく相殺することが可能となる。２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位や，もう１つのＧＮＳＳアンテナ５０Ｂの位置についても同様に演算できる。ＧＮＳＳ受信機５１はそれぞれのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの緯度，経度，ジオイド高さを含むＮＭＥＡフォーマットなどでＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの測位結果を出力可能である。

ところで，本実施形態のＧＮＳＳ受信機５１の測位対象には２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂが存在するため，一方のＧＮＳＳアンテナ５０Ａを基準局とし他方のＧＮＳＳアンテナ５０Ｂを移動局とみなすことができる。このような手法がムービングベース方式である。ＧＮＳＳアンテナ５０Ａの受信信号にて生成した補正データをＧＮＳＳアンテナ５０Ｂとの相対位置（ベクトル）の測定に利用することで２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の相対位置（ベクトル）を測定することが可能となる。ムービングベース方式では無線機８７から送信される補正データを利用することなく相対位置（ベクトル）を演算可能である。

また，別の方向算出方法として，基準局ＧＮＳＳアンテナ８０からＧＮＳＳアンテナ５０ＡとＧＮＳＳアンテナ５０Ｂの位置をそれぞれ演算して，その位置の差分から方向を求める方法もある。そして，このようにして演算した２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方向に，ショベル１における２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの取り付け位置に起因した定数を考慮することにより，上部旋回体２（車体）及びフロント作業装置６の方角（方向）が算出可能である。

また，本実施形態では基準局ＧＮＳＳアンテナ８０から補正データを無線送信して上部旋回体３やフロント作業装置６の方向を演算するシステムについて説明したが，ＶＲＳ（仮想基準点方式）や準天頂衛星等の補正データをネットワークで配信するサービスを用いても良い。なお，言うまでもないが，測位精度が許容される範囲であれば，基準局８等からの補正データを利用することなくＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの測位をしても良い。

＜コントローラ４０＞
図２は図１の油圧ショベル１に搭載されたコントローラ４０の機能ブロック図である。

コントローラ４０は，ＧＮＳＳ受信機５１で演算された２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置と旋回体３の方位（ヘディング）と，複数の姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３の検出信号に基づいて，フロント作業装置６を構成する各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの位置座標を演算するコンピュータである。

コントローラ４０は，演算処理装置（例えばＣＰＵ（図示せず）），記憶装置（例えば，ＲＯＭ，ＲＡＭ等の半導体メモリ）５６，インタフェース（入出力装置（図示せず））を備えており，記憶装置５６内に予め保存されているプログラム（ソフトウェア）を演算処理装置で実行し，プログラム内で規定されているデータとインタフェースから入力されたデータに基づいて演算処理装置が演算処理を行い，インタフェースから外部に信号（演算結果）を出力する。なお，ＧＮＳＳ受信機５１，８１もコントローラ４０と同種のハードウェアを備えることができる。また，記憶装置５６はコントローラ４０から独立した装置としても良い。

コントローラ４０は，インタフェースを介して，ＧＮＳＳ受信機５１，姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３，モニタ６０，及び無線機７と接続されており，データの入出力が可能になっている。

コントローラ４０の記憶装置５６には，例えば，油圧ショベル１の施工対象である施工目標面の位置を定義した施工目標面データ５５と，車体形状寸法データと，演算処理装置によって実行される各種プログラム等が記憶されている。

コントローラ４０は，記憶装置５６内に格納されたプログラムを実行することで，作業装置位置・姿勢演算部４１，測位結果入力部４２，衛星位置抽出部４３，除外衛星決定部４４，マスク範囲演算部４５，精度演算部４６，及びマスク選択部４７として機能する。

（測位結果入力部４２）
測位結果入力部４２は，ＧＮＳＳ受信機５１で演算される地理座標系における２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置データと，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位データ（上部旋回体３のヘディングデータ）とを入力する。

（マスク範囲演算部４５）
マスク範囲演算部４５は，ＧＮＳＳ受信機５１による２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置の演算（測位）に利用する測位衛星を選択するために用いられる複数のマスク範囲を演算する。マスク範囲演算部４５によって演算された複数のマスク範囲はコントローラ４０内の記憶装置５６に記憶される。マスク範囲演算部４５は，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのそれぞれを基準にして複数のマスク範囲を演算（設定）する。ここで演算されるマスク範囲には，大きさの異なる複数のマスク範囲が含まれており，その中には演算時（言い換えると姿勢センサ７５Ａ－７５Ｃ，２３による姿勢検出時）のフロント作業装置６及び上部旋回体３の姿勢に基づいて変化するマスク範囲が含まれ得る。以下では，主にＧＮＳＳアンテナ５０Ａのマスク範囲の演算や設定について説明するが，ＧＮＳＳアンテナ５０Ｂについても同様にマスク範囲の演算や設定が行われる。

（第１マスク範囲２１Ａ及び第２マスク範囲２２Ａ）
ＧＮＳＳアンテナ５０Ａのマスク範囲には，ＧＮＳＳアンテナ５０Ａが衛星信号を受信する際にフロント作業装置６が障害物となり得る範囲に設定された第１マスク範囲２１Ａと，第１マスク範囲２１Ａに包含される範囲に設定された第２マスク範囲２２Ａが含まれる。

第１マスク範囲２１Ａは，上部旋回体３におけるＧＮＳＳアンテナ５０Ａの取付位置と，旋回体姿勢センサ２３を介して検出された上部旋回体３の姿勢と，フロント作業装置６の最大可動領域とに基づいて，ＧＮＳＳアンテナ５０Ａが衛星信号を受信する際にフロント作業装置が障害物となり得る最大範囲に設定しても良い。

第２マスク範囲２２Ａは，上部旋回体３におけるＧＮＳＳアンテナ５０Ａの取付位置と，旋回体姿勢センサ２３を介して検出された上部旋回体３の姿勢と，姿勢センサ７５Ａ－７５Ｃを介して検出されたフロント作業装置６の姿勢とに基づいて，フロント作業装置６の姿勢演算時（姿勢検出時）におけるフロント作業装置６が，ＧＮＳＳアンテナ５０Ａが衛星信号を受信する際にフロント作業装置が障害物となる範囲に設定しても良い。

本実施形態では，第１マスク範囲２１Ａ及び第２マスク範囲２２Ａを，ＧＮＳＳアンテナ５０Ａを基準とする座標系を利用して,例えば地理座標系上に設定している。なお，ＧＮＳＳアンテナ５０Ａを基準とする座標系を第１アンテナ座標系と称し，同様にＧＮＳＳアンテナ５０Ｂを基準とする座標系を第２アンテナ座標系と称することがある。また,第１マスク範囲２１Ａ及び第２マスク範囲２２Ａを設定する座標系は地理座標系に限られず,例えば作業現場上に原点を有する現場座標系に設定しても良い。

第１アンテナ座標系の定義について説明する。

図３はＧＮＳＳアンテナ５０Ａを基準とする第１アンテナ座標系を表す図であり，図３Ａは第１アンテナ座標系の斜視図，図３Ｂは第１アンテナ座標系におけるＺ軸上から油圧ショベル１を見下ろした図（平面図），図３Ｃは第１アンテナ座標系における＋Ｙ軸方向から油圧ショベル１を見た図（側面図）である。

図３Ａに示すように，第１アンテナ座標系は，旋回体３に搭載されたＧＮＳＳアンテナ５０Ａの中心を原点とする座標系であり,ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ,すなわち旋回体３に固定されている。第１アンテナ座標系のＸ軸は旋回体３の前後方向に沿って延びる直線であり，旋回体３の前方が正の方向である。Ｙ軸は旋回体３の左右方向に沿って延びる直線であり，旋回体３の左方向が正の方向である。Ｚ軸はＸ軸及びＹ軸に直交しており，上方が正の方向である。各座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを中心とした回転角（ロール角，ピッチ角，ヨー角（ヘディング））の＋方向が図中に記入されている。

図３Ｂ中に示したヘディング（heading)は，旋回体３やフロント作業装置６が向いている方向（方位）であり，第１アンテナ座標系のＸ軸を水平面に正射影した線と真北の成す角度で表される。本実施形態では，真北の方向を０度と定義し，Ｘ軸を鉛直上方から見下ろして時計回り方向が正とする。これによりヘディングは０度から３６０度の間で規定される。つまり,ヘディングはＧＮＳＳ受信機５１で演算される方位に一致する。

地理座標系における座標値は緯度，経度及び楕円体高からなり，平面直角座標系，地心直交座標系及び現場座標系の座標値はＸ，Ｙ，Ｚ座標等からなる３次元直交座標系である。地理座標系座標値はガウス・クリューゲルの等角投影法などを用いて平面直角座標系などの３次元直交座標系に変換可能である。また，平面直角座標系，地心直交座標系及び現場座標系はアフィン変換またはヘルマート変換などを用いることで相互に変換可能である。

図４を用いてフロント作業装置６の姿勢を規定する角度であって姿勢センサ７５Ａ－７５Ｃによって検出される角度（ブーム角，アーム角，バケット角）について説明する。この図において，ブーム角は，ブーム６Ａの回動軸であるブームピンの中心から水平に延びる直線（車体Ｘ軸(図３ＡのＸ軸と同様)）を基準として，ブームピンの中心とアーム６Ｂの回動軸であるアームピンの中心を通る直線７１が回転した角度である。アーム角は，直線７１を基準として，アームピンの中心とバケット６Ｃの回動軸であるバケットピンの中心を通る直線７２が回転した角度である。バケット角は，直線７２を基準として，バケットピンの中心とバケット先端を通る直線７３が回転した角度である。ブーム角，アーム角，バケット角は，それぞれ，ブーム姿勢センサ７５Ａ，アーム姿勢センサ７５Ｂ，バケット姿勢センサ７５Ｃによって検出される。

マスク範囲演算部４５は，ブーム姿勢センサ７５Ａ，アーム姿勢センサ７５Ｂ，バケット姿勢センサ７５Ｃの検出信号に基づいて，ブーム角，アーム角，バケット角を演算する。次に演算した３つの角度を利用して，記憶装置５６に記憶されたフロント作業装置６の３次元モデルに回転移動と平行移動を適宜加え，その３次元モデルの姿勢を実際のフロント作業装置６の姿勢に合わせる。また，マスク範囲演算部４５は旋回体姿勢センサ２３の検出信号に基づいて旋回体３の傾斜角であるロール角及びピッチ角を演算し，実際と同じ姿勢のフロント作業装置６の３次元モデルに対して，演算したロール角及びピッチ角の値と，ＧＮＳＳ受信機５１で演算されたヘディング（旋回体３の方位）の値とを加えて回転させる。ここでは地理座標系におけるＧＮＳＳアンテナ５０Ａの中心の座標を（Ｘ０,Ｙ０,Ｚ０）とし，同様にフロント作業装置６上の任意の点Ｐｎの座標を（Ｘｎ,Ｙｎ,Ｚｎ）とおく。ただしｎは自然数であり,その最大値はフロント作業装置６の３次元モデルを規定する頂点の数である。このときＧＮＳＳアンテナ５０Ａの中心からフロント作業装置６上の任意の点ＰｎまでのベクトルＶは下記の式１で表すことが出来る。ただし,Ｘ’ｎ＝Ｘｎ－Ｘ０, Ｙ’ｎ＝Ｙｎ－Ｙ０, Ｚ’ｎ＝Ｚｎ－Ｚ０とする。ベクトルＶを示す座標（Ｘ’ｎ,Ｙ’ｎ,Ｚ’ｎ）は第１アンテナ座標系上の座標である。

このベクトルＶを第１アンテナ座標系におけるＸＹ平面上に投影したベクトルＶｘｙは下記の式２で表すことが出来る。

ＸＹ平面上で北方向からベクトルＶｘｙまでの角を方位角θａｎ（図３Ｂ参照）と表すと，その角度は第１アンテナ座標系上の座標値Ｘ’ｎ,Ｙ’ｎとヘディング（ヘディング角）とを利用して下記の式３で表すことができる。なお，下記式３では，Ｘ’ｎ,Ｙ’ｎの組み合わせに応じて方位角θａｎの演算式を５つの場合に分けている。

ベクトルＶｘｙとベクトルＶのなす角を仰角θｅｎ（図３Ｃ参照）と表すと,その角度は第１アンテナ座標系上の座標値Ｘ’ｎ,Ｙ’ｎ,Ｚ’ｎを利用して下記の式４の通り計算できる。なお，下記式４では，Ｘ’ｎ,Ｙ’ｎ,Ｚ’ｎの組み合わせに応じて仰角θｅｎの演算式を５つの場合に分けている。

上記の式３，４より,方位角θａｎ及び仰角θｅｎはフロント作業装置６上の点Ｐｎの第１アンテナ座標系における座標値から演算できる。フロント作業装置６（ブーム６Ａ,アーム６Ｂ,バケット６Ｃ）の寸法は既知である（例えば，車体形状寸法データ（詳細は後述）として予め記憶装置５６に格納されている）ため,姿勢センサ７５Ａ－７５Ｃによってフロント作業装置６の姿勢（ブーム角,アーム角,バケット角）を特定すれば,その姿勢におけるフロント作業装置６上の任意の点Ｐｎに係る方位角θａｎ及び仰角θｅｎを演算できる。

本実施形態では,マスク範囲を方位角θａｎの範囲と仰角θｅｎの範囲の組み合わせによって定義した。つまり,本実施形態のマスク範囲は２つの方位角θａｎと２つの仰角θｅｎという４つのパラメータによって規定されている。

図５はＧＮＳＳアンテナ５０Ａに設定される第１マスク範囲２１Ａ及び第２マスク範囲２２Ａの一例をスカイプロット（衛星配置図）上に示した図である。図５ではＧＮＳＳアンテナ５０Ａを基準とする天空を方位角及び仰角の２つをパラメータとする二次元座標で表しており,マスク範囲にドットを付してグレーで表している。円の中心がＧＮＳＳアンテナ５０Ａの中心を示し,当該円の周方向が方位角を,当該円の径方向が仰角を示している。図中のアルファベットＧ，Ｒと２桁の数字を内包する複数の円は，それぞれ，ＧＮＳＳ受信機５１によって補足された測位衛星の位置を示し，アルファベットＧ，Ｒと２桁の数字は各測位衛星の番号（衛星番号）である。

図５Ａに第１マスク範囲２１Ａの一例を示す。この図の第１マスク範囲２１Ａは,方位角がα１以上かつα２以下の範囲（但しα２＞α１）であって,仰角がα３以上かつα４以下の範囲（但しα４＞α３）に設定されている。α１,α２,α３，α４はフロント作業装置６の最大可動領域に基づいて決定されている。α１は旋回体３がフロント作業装置６を最大可動領域内で動作させた場合に方位角θｅｎが取り得る値の最小値であり,α２は同条件で方位角θｅｎが取り得る値の最大値である。同様に,α３は同条件で仰角θｅｎが取り得る値の最小値であり,α４は同条件で仰角θｅｎが取り得る値の最大値である。例えば，図５Ａの場合，α１＝１３０，α２＝２１０，α３＝０，α４＝７５である。第１マスク範囲２１Ａ及びそれを規定する４つのパラメータは，油圧ショベル１（旋回体３）が旋回動作や走行動作をしない限り固定される。

図５Ｂに第２マスク範囲２２Ａの一例を示す。この図の第２マスク範囲２２Ａは,方位角がβ１以上かつβ２以下の範囲（但しβ２＞β１）であって,仰角がβ３以上かつβ４以下の範囲（但しβ４＞β３）に設定されている。β１，β２，β３，β４は，フロント作業装置６と旋回体３の姿勢（ブーム角,アーム角,バケット角,ピッチ角,ロール角,ヘディング）を演算した時刻ｔにおけるフロント作業装置６の姿勢がＧＮＳＳアンテナ５０Ａの上空を覆う範囲に基づいて決定されている。

具体的には，第２マスク範囲２２Ａの演算に際してマスク範囲演算部４５は，上記の式（３），（４）を利用して,フロント作業装置６と旋回体３の姿勢（ブーム角,アーム角,バケット角,ピッチ角,ロール角,ヘディング）を演算した或る時刻ｔにおけるフロント作業装置６の３次元モデル上の全ての頂点Ｐｎについて方位角θａｎと仰角θｅｎの組み合わせを求める。ここでは，時刻ｔにおける方位角θａｎと仰角θｅｎの組み合わせを，（θａ１（ｔ），θｅ１（ｔ）），（θａ２（ｔ），θｅ２（ｔ）），（θａ３（ｔ），θｅ３（ｔ）），…（θａｎ（ｔ），θｅｎ（ｔ））と表す。マスク範囲演算部４５は，求めた組み合わせの中から最も大きい方位角θａ_ｍａｘ（ｔ）と最も大きい仰角θｅ_ｍａｘ（ｔ）と最も小さい方位角θａ_ｍｉｎ（ｔ）と最も小さい仰角θｅ_ｍｉｎ（ｔ）を選択する。第１マスク範囲２１Ａと同様，第２マスク範囲２２Ａも４つのパラメータ（β１，β２，β３，β４）によって規定されており，β１＝θａ_ｍｉｎ（ｔ），β２＝θａ_ｍａｘ（ｔ），β３＝θｅ_ｍｉｎ（ｔ），β４＝θｅ_ｍａｘ（ｔ）とする。例えば，図５Ｂの場合，β１＝１４７，α２＝１８５，α３＝０，α４＝３８である。第２マスク範囲２２Ａ及びそれを規定する４つのパラメータは，例えば，フロント作業装置６の姿勢が変更される都度演算される。第２マスク範囲２２Ａは，その性質上，第１マスク範囲２１Ａよりも小さくかつ第１マスク範囲２１Ａに内包される（図５Ｂ参照）。

なお，図５Ａの場合にはヘディングとα１を同じ値で表現できたが，図５Ｂの場合には，ヘディングとβ１が異なる。よって，必ずしもヘディングがθａ_ｍｉｎ（ｔ）になるとは限らない。

上記のように生成されるマスク範囲２１Ａ,２２Ａは旋回体３に搭載されたＧＮＳＳアンテナ５０Ａの位置を基準に生成されるため，旋回体３を走行動作させたり旋回動作させたりすることでＧＮＳＳアンテナ５０Ａの地理座標系上における位置を変化させてもＧＮＳＳアンテナ５０Ａと共に動く。つまり，地理座標系を基準にしてマスク範囲２１Ａ,２２Ａが固定される訳ではなく，図３Ａに示した第１アンテナ座標系に固定されることになる。

なお,本実施形態では４つのパラメータによってマスク範囲を規定するが,例えば,フロント作業装置６Ａを最大可動領域内で動作させた場合にＧＮＳＳアンテナ５０Ａの上空を覆うフロント作業装置６Ａの輪郭を第１マスク範囲２１の輪郭に設定しても良い。

（精度演算部４６）
精度演算部４６は,マスク範囲演算部４５で演算された複数のマスク範囲（例えば，第１マスク範囲２１Ａ,第２マスク範囲２２Ａ）のそれぞれを利用して測位衛星を選択した場合と,当該複数のマスク範囲のいずれも利用することなく測位衛星を選択した場合（マスク範囲による衛星選択を中断した場合）とを含む複数の場合におけるＧＮＳＳ受信機５１の測位精度をそれぞれ演算（推定）する部分である。ここにおける「複数の場合」の数Ｎは,ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂごとに存在し,各ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ,５０Ｂに設定されたマスク範囲の総数のそれぞれに１（つまり,マスク範囲を使用しない場合）を加えた数値が該当する。すなわち,ＧＮＳＳアンテナ５０Ａに２つマスク範囲が設定されている場合にはＮ＝３となる。なお,ＧＮＳＳアンテナ５０ＢのＮの数値はＧＮＳＳアンテナ５０ＡのＮの数値と異なっていても良い。Ｎをマスク範囲の選択パターンの数と称することもある。

ＧＮＳＳ受信機５１の測位精度とは,ＧＮＳＳ受信機５１による各ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ,５０Ｂの測位結果の精度であり,以下では単に「測位精度」と称することもある。この測位精度は,各マスク範囲を利用した後に選択可能な測位衛星に関連するデータ（測位に利用可能な測位衛星の数や配置（例えば，ＰＤＯＰ（Position Dilution of Precision））と，測位に利用可能な測位衛星から受信した衛星信号のＳＮ比やレベルなど（以下,これらを「衛星関連データ」と称することがある））から演算できる。測位精度は上記した衛星関連データのうち少なくとも１つに基づいて演算できるが,測位精度の演算に利用する衛星関連データはＮ個の場合全てで一致させることが好ましい。なお,上記のようにＮ＝３の場合,精度演算部４６によって演算される測位精度の個数も３となる。

一般的に，衛星数が多いほど，ＰＤＯＰの値が小さいほど，衛星信号のＳＮ比やレベルが高いほど，測位精度は良くなる。本実施形態では，このことを勘案して衛星関連データから測位精度を示す指標値（測位精度指標値）を演算し，その指標値の高低により精度を評価するものとする。以下では測位精度指標値が高いほど精度が良いものとして説明する。なお，衛星関連データは，ＧＮＳＳ受信機５１から受信しても良いし，ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂで受信した衛星信号に基づいてコントローラ４０で演算しても良い。ＧＮＳＳ受信機５１から受信する場合には，衛星関連データの演算に利用する際に除外する衛星のリスト（後述の除外衛星リスト）をコントローラ４０から送信しても良い。

精度演算部４６には,ＧＮＳＳ受信機５１が捕捉している衛星の情報が衛星位置抽出部４３から入力される。精度演算部４６は,各ＧＮＳＳアンテナ５０に設定された複数のマスク範囲のうちの或るマスク範囲（ここでいう「マスク範囲」にはマスクを使用しない場合も含まれるものとする）を利用した後に選択可能な衛星の衛星関連データを,衛星位置抽出部４３から入力される複数の衛星の中から当該或るマスク範囲に含まれる衛星を除いた残りの衛星の情報から取得している。

この点を具体例で説明する。図５の例では，精度演算部４６は，第１マスク範囲２１Ａを利用した場合，第２マスク範囲２２Ａを利用した場合，いずれのマスク範囲も利用しない場合の測位精度を演算する。

すなわち，第１マスク範囲２１Ａを利用して測位衛星を選択する場合（第１の場合）の測位精度（第１測位精度）は，ＧＮＳＳ受信機５１が補足したスカイプロット上の全衛星から第１マスク範囲２１Ａに含まれる衛星（Ｇ１７,Ｇ１９，Ｒ１２，Ｒ２２）を除外した衛星の衛星関連データに基づいて精度演算部４６によって演算される。第２マスク範囲２２Ａを利用して測位衛星を選択する場合（第２の場合）の測位精度（第２測位精度）は，ＧＮＳＳ受信機５１が補足したスカイプロット上の全衛星から第２マスク範囲２２Ａに含まれる衛星（Ｇ１７）を除外した衛星の衛星関連データに基づいて精度演算部４６によって演算される。いずれのマスク範囲も利用せずに測位衛星を選択する場合（第３の場合）の測位精度（第３測位精度）は，ＧＮＳＳ受信機５１が補足したスカイプロット上の全衛星の衛星関連データに基づいて精度演算部４６によって演算される。

精度演算部４６で演算されたＮ個の場合の測位精度はマスク選択部４７に出力される。

（マスク選択部４７）
マスク選択部４７は,精度演算部４６で演算されたＮ個の場合の測位精度の中で,最も測位精度が良い場合を選択する。最も測位精度が良い場合には,各ＧＮＳＳアンテナ５０Ａ,５０Ｂに設定された複数のマスク範囲のうち１つが選択されるだけでなく,マスク範囲を利用しない場合が選択されることもある。マスク選択部４７で選択されたマスク範囲の情報は除外衛星決定部４４に出力される。

（衛星位置抽出部４３）
衛星位置抽出部４３は，ＧＮＳＳ受信機５１が衛星信号を捕捉している複数の衛星の位置（地理座標系における仰角及び方位角）を抽出し，除外衛星決定部４４と精度演算部４６に出力する。

（除外衛星決定部４４）
除外衛星決定部４４は，マスク選択部４７で選択されたマスク範囲と，衛星位置抽出部４３から入力するＧＮＳＳ受信機５１が捕捉している測位衛星の位置（仰角・方位角）とに基づいて，ＧＮＳＳ受信機５１が測位演算に利用しない除外衛星を決定する。具体的には，除外衛星決定部４４は，衛星位置抽出部４３で抽出された複数の衛星の中からマスク選択部４７で選択されたマスク範囲に位置する衛星を除外衛星として決定し，その除外衛星のリストをＧＮＳＳ受信機５１に出力する。

（ＧＮＳＳ受信機５１）
ＧＮＳＳ受信機５１は，除外衛星決定部４４から出力される除外衛星のリストを取得し，その時点で衛星信号を捕捉可能な複数の測位衛星の中から当該リストに含まれる衛星を除外した衛星の衛星信号に基づいて，地理座標系における少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナ５０の位置と，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位（上部旋回体３の方位）とを演算する。これによりＧＮＳＳ受信機５１は，精度演算部４６が演算したＮ個の測位精度の中で最も測位精度が良い場合に選択される測位衛星の衛星信号に基づいて地理座標系における少なくとも１つのＧＮＳＳアンテナ５０の位置と，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位を演算することとなる。演算された位置と方位は測位結果入力部４２に入力される。

なお，ＧＮＳＳ受信機５１から出力される位置計測結果は，上記の地理座標系の他にも，平面直角座標系，地心直交座標系，及び現場座標系の少なくとも１つ以上の座標系の座標値を出力可能にしても良い。

（作業装置位置・姿勢演算部４１）
作業装置位置・姿勢演算部４１は，測位結果入力部４２から入力するＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置及び上部旋回体３の方位と，複数の姿勢センサ（７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，２３）の出力から演算される各フロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃの角度値及び上部旋回体３の傾斜角（ピッチ角及びロール角）と，記憶装置５６に記憶された車体形状寸法データとに基づいて，作業装置６の位置及び姿勢（例えば，現場座標系におけるバケット６Ｃの先端位置及び姿勢）を演算する。作業装置６の位置及び姿勢の演算に利用される車体形状寸法データとしては，例えば，ブーム６Ａの両端に位置する２つのピン間の長さ（ブームピン間長ＬＢ（図４参照））と，アーム６Ｂの両端に位置する２つのピン間の長さ（アームピン間長）と，バケット６Ｃの先端とバケットピン間の長さ（バケット先端長）と，上部旋回体３における２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの位置関係を車体座標系における方位角で規定したＧＮＳＳ取付オフセット方位角と，上部旋回体３における２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの車体座標系おける取付位置（アンテナ取付位置）と，２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂのそれぞれを基準としたフロント作業装置６の最大可動領域がある。

モニタ６０は，作業装置位置・姿勢演算部４１で演算された現場座標系における作業装置６の位置及び姿勢データと，記憶装置５６に記憶された現場座標系における施工目標面の位置データとに基づいて演算される作業装置６と施工目標面の位置関係を表示できる。この表示によりオペレータは施工目標面に対する作業装置６の位置・姿勢を容易に把握することができる。

なお，コントローラ４０により，作業装置位置・姿勢演算部４１で演算された現場座標系における作業装置６の位置及び姿勢データと，記憶装置５６に記憶された現場座標系における施工目標面の位置データとに基づいて，バケット先端が施工目標面を超えないように作業装置６の動作（すなわちフロント部材６Ａ，６Ｂ，６Ｃを駆動するアクチュエータ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの動作）に制限をかけるマシンコントロールを実行しても良い。

また，上記のマスク範囲演算部４５はマスク範囲を方位角と仰角で規定したが，方位角だけでマスク範囲を規定しても良い。

次に，上述したマスク範囲について図５を用いて説明を追加する。

図５Ａが，フロント作業装置６が障害物としてＧＮＳＳアンテナ５０Ａの上空視界を最も遮った場合のスカイプロットを表しているとする。この場合，第１マスク範囲２１Ａと第２マスク範囲２２Ａが同じ範囲になり，第１マスク範囲２１Ａにまとめて表すことができる。

しかし，図５Ｂの場合にはブーム６Ａが図５Ａの場合よりも下がっており，フロント作業装置６が障害物としてＧＮＳＳアンテナ５０Ａの上空視界を遮蔽する範囲が図５Ａの場合よりも狭くなっている。この場合，第１マスク範囲２１Ａと第２マスク範囲２２Ａが異なるため，それぞれのマスク範囲２１Ａ,２２Ａを利用した場合に選択される衛星数も変わる。図５Ｂの場合に第１マスク範囲２１Ａを測位に適用すると，当該第１マスク範囲２１Ａによって衛星Ｒ１２，Ｇ１９，Ｒ２２，Ｇ１７の合計４つの衛星が測位時に使える衛星から除外される。しかし，図５Ｂの場合に第２マスク範囲２２Ａを測位に適用すると，当該第２マスク範囲２２Ａによって衛星Ｇ１７のみが測位時に使える衛星から除外される。そのため，第１マスク範囲２１Ａを利用した場合よりも測位に使える衛星数が３つ増えて測位精度を上げられる。

このように精度演算部４６は各マスク範囲を適用した場合（但し，いずれのマスク範囲も利用しない場合を含めても良い）に測位に使える衛星を抽出し，抽出後の衛星の衛星関連データに基づいて各マスク範囲を利用した場合の測位精度を演算する。マスク選択部４７は，精度演算部４６が演算した複数の測位精度を比較し，最も良い測位精度を出すマスク範囲を決定し，そのマスク範囲を利用してＧＮＳＳ受信機５１によってＧＮＳＳアンテナ５０の測位が行われる。以上の一連の流れを図６のフローチャートで説明する。

＜測位処理のフローチャート＞
図６は本実施形態に係るコントローラ４０及びＧＮＳＳ受信機５１によるＧＮＳＳアンテナ５０Ａの測位処理のフローチャートである。この処理フローは，一定周期間隔（例えば１００ｍｓ）で繰返し演算される。なお，ここではＧＮＳＳアンテナ５０Ａの測位についてのみ説明するが，ＧＮＳＳアンテナ５０Ｂについても同様の処理が行われ，両方のＧＮＳＳアンテナ５０Ａ,５０Ｂの測位結果に基づいて２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位の演算が行われるものとする。

ステップ５１において，コントローラ４０（衛星位置抽出部４３）は，ＧＮＳＳ受信機５１が衛星信号を捕捉している複数の衛星のデータ（位置データなどを含む）をＧＮＳＳ受信機５１から取得する。

ステップ５２において，コントローラ４０（マスク範囲演算部４５）は，旋回体姿勢センサ２３の検出信号に基づいて旋回体３の姿勢（ピッチ角，ロール角）を演算する。

ステップ５３において，コントローラ４０（マスク範囲演算部４５）は,３つの姿勢センサ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃの検出信号に基づいてフロント作業装置６の姿勢を演算する。

ステップ５４において，コントローラ４０（マスク範囲演算部４５）は，ステップ５２で演算した旋回体３の姿勢と，記憶装置５６に記憶されたフロント作業装置６の最大可動領域と，前回の周期で演算され記憶装置５６に記憶されたＧＮＳＳアンテナ５０Ａの位置と，前回の周期で演算され記憶装置５６に記憶された旋回体３の方位（この方位（ヘディング）は，前回の周期で演算された２つのＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ間の方位に基づいて演算されて記憶装置５６に記憶されている）とに基づいて，第１マスク範囲２１Ａを演算する。また，コントローラ４０（マスク範囲演算部４５）は，ステップ５２で演算した旋回体３の姿勢と，ステップ５３で演算したフロント作業装置６の姿勢と，前回の周期に演算したＧＮＳＳアンテナ５０Ａの位置と，前回の周期に演算した旋回体３の方位（ヘディング）とに基づいて，第１マスク範囲２１Ａに包含される第２マスク範囲２２Ａを演算する。

ステップ５５において，コントローラ４０（精度演算部４６）は，第１マスク範囲２１Ａに位置する衛星を除外して残りの衛星を選択する第１の場合に補足される衛星の衛星関連データ（衛星関連データは，例えば，衛星数，ＰＤＯＰ（衛星配置），衛星信号のＳＮ比の少なくとも１つであり，衛星位置抽出部４３を介してＧＮＳＳ受信機５１から取得できる）に基づいて第１の場合における測位精度である第１測位精度を演算する。同様に，第２マスク範囲２２Ａに位置する衛星を除外して残りの衛星を選択する第２の場合に補足される衛星の衛星関連データ（但し，第１測位精度を演算した際に利用したものと同じ種類とする）に基づいて第２の場合における測位精度である第２測位精度を演算し，いずれのマスク範囲も利用せずに衛星を選択する第３の場合における衛星関連データ（但し，第１測位精度を演算した際に利用したものと同じ種類とする）に基づいて第３の場合における測位精度である第３測位精度を演算する。

ステップ５６において，コントローラ４０（マスク選択部４７）は，ステップ５５で演算した第１測位精度と第２測位精度を比較する。第１測位精度が第２測位精度よりも測位精度が良い場合にはステップ５７に進み，第１測位精度が第２測位精度と測位精度が同じまたは悪い場合にはステップ５９に進む。

ステップ５７において，コントローラ４０（マスク選択部４７）は，ステップ５１で位置が取得された複数の衛星の中から第１マスク範囲２１Ａに位置する衛星を除外衛星として決定し，その除外衛星のリスト（除外衛星リスト）をＧＮＳＳ受信機５１に出力する。

ここで，第１測位精度が第２測位精度よりも測位精度が良い場合，すなわち，第２マスク範囲２２Ａよりも大きい第１マスク範囲２１Ａを利用した方が測位精度が良くなる場合の具体例について図７を用いて説明する。図７はブーム６Ａの角度（ブーム角度）とＰＤＯＰの時間変化の一例を示した図である。この図において短時間にブーム角度が上昇するタイミングは２回あるが，このタイミングではフロント作業装置６におけるブーム上げ操作と旋回体３の旋回動作が複合され，ダンプトラックなどへの放土作業が行われる。一方，ブーム角度が５０度未満に保持される期間が３回あるが，このタイミングではフロント作業装置６による掘削作業が行われる。すなわち，図７は掘削と放土（旋回動作）が繰り返し行われている状況を示している。この図のように掘削と旋回動作を繰り返す場合に第２マスク範囲２２Ａの利用を継続すると，ブーム６Ａの姿勢変化と旋回角度（旋回体３の方位）の変化によって遮蔽される衛星が大きく変化して図に示すようにブーム上げのタイミングの前後でＰＤＯＰが大きくなる，すなわち測位精度が低下することがある。そのため，このような場合には，より範囲の広い第１マスク範囲２１Ａを利用してマスク範囲の変動を抑制した方が第２マスク範囲２２Ａを利用するよりも測位精度が向上する可能性がある。

ステップ５８において，ＧＮＳＳ受信機５１は，ステップ５１でコントローラ４０にデータを送信した衛星からステップ５７の除外衛星リストに含まれる衛星を除外し，その残りの衛星の衛星信号に基づいてＧＮＳＳアンテナ５０Ａの位置を演算し，それをＧＮＳＳアンテナ５０Ａの測位結果としてコントローラ４０に出力する。

ステップ５９において，コントローラ４０（マスク選択部４７）は，ステップ５５で演算した第２測位精度と第３測位精度を比較する。第２測位精度が第３測位精度よりも測位精度が良い場合にはステップ６０に進み，第２測位精度が第３測位精度と測位精度が同じ又は悪い場合にはステップ６２に進む。

ステップ６０において，コントローラ４０（マスク選択部４７）は，ステップ５１で位置が取得された複数の衛星の中から第２マスク範囲２２Ａに位置する衛星を除外衛星として決定し，その除外衛星のリスト（除外衛星リスト）をＧＮＳＳ受信機５１に出力する。

ステップ６１において，ＧＮＳＳ受信機５１は，ステップ５１でコントローラ４０にデータを送信した衛星からステップ６０の除外衛星リストに含まれる衛星を除外し，その残りの衛星の衛星信号に基づいてＧＮＳＳアンテナ５０Ａの位置を演算し，それをＧＮＳＳアンテナ５０Ａの測位結果としてコントローラ４０に出力する。

ステップ６２において，ＧＮＳＳ受信機５１は，ステップ５１でコントローラ４０にデータを送信した衛星の衛星信号に基づいてＧＮＳＳアンテナ５０Ａの位置を演算し，それをＧＮＳＳアンテナ５０Ａの測位結果としてコントローラ４０に出力する。

ここで，第３測位精度が第２測位精度よりも測位精度が良い場合，すなわち，いずれのマスク範囲も使用しない方が第２マスク範囲２２Ａを使用するよりも測位精度が良くなる場合（ステップ６２に進む場合）の具体例について図８を用いて説明する。図８は或る時刻の衛星配置と第２マスク範囲２２Ａを示す図である。この図の場合，フロント作業装置６の方位に存在する衛星は１つ（Ｇ２８）のみであり，フロントの方位の反対側の方位（１８０度加えた方位）に存在する衛星数も少ない。このような場合，第２マスク範囲２２Ａで衛星Ｇ２８を除外してしまうと衛星数が充分でなく測位精度が低下し易い。つまり，第２マスク範囲２２Ａを利用すると却って測位精度が低下するため，いずれのマスク範囲も使用しない方が測位精度が良くなる。

上記のように構成された油圧ショベル１では，複数のマスク範囲が設定されている場合に，各マスク範囲を利用した場合の衛星関連データに基づいてコントローラ４０が各マスク範囲を利用した場合の測位精度を演算し，当該演算した測位精度に基づいて当該複数のマスク範囲の中からＧＮＳＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの測位に利用するマスク範囲を１つ選択する。これによりフロント作業装置６の姿勢に基づいてマスク範囲を選択する場合よりも測位精度が向上し得る。

図６のフローチャートでは，コントローラ４０は，大きさの異なる複数のマスク範囲を利用した場合（マスク範囲を設定しない場合も含む）におけるそれぞれの衛星関連データに基づいて各場合の測位精度を演算し，その中から最も測位精度が良い場合に係るマスク範囲を１つ選択する。つまり，マスク範囲の選択に衛星関連データが考慮されることにより，フロント作業装置６の姿勢とともにマスク範囲（上記実施形態では第２マスク範囲２２Ａ）を変化させる場合よりも測位精度の低下を抑制できるので，結果的に油圧ショベル１による作業精度を向上させることができる。

特に本実施形態では，マスク範囲の候補として，フロント作業装置６の可動領域の全てをカバーする第１マスク範囲２１Ａと，そのときのフロント作業装置６の姿勢で隠れる領域をカバーする第２マスク範囲２２Ａとが含まれる。これによりマスク範囲の選択及び測位精度の演算にフロント作業装置６の姿勢が考慮されることになり，フロント作業装置６が測位信号を遮蔽することが測位精度に与える影響も小さくできる。

＜その他＞
図６のフローにおいて，ステップ５６で第１測位精度が第２測位精度より精度が良いと判定された場合には，さらに第１測位精度と第３測位精度を比較する判定処理を追加しても良い。この判定処理において，第１測位精度の方が精度が良いと判定された場合にはステップ５７に進み，第３測位精度の方が精度が良いと判定された場合にはステップ６２と同じ処理（すなわち，いずれのマスク範囲を使うことなく測位する処理）を行うようにしても良い。

本実施形態では２つのマスク範囲２１Ａ，２２Ａを利用する場合について説明したが，各マスク範囲が異なっていれば，利用可能なマスク範囲の数に限定はない。例えば，第１マスク範囲より大きいものを設定しても良い。また，油圧ショベルで繰り返し行われる作業（例えば，掘削作業，運搬作業，放土作業）のうち，同一の作業におけるフロントの動作範囲を考慮してマスク範囲を設定し，油圧ショベルで行われる作業を推定して当該作業に設定されたマスク範囲を利用するようにしても良い。後者の場合のマスク範囲は，第１マスク範囲２１Ａより小さく，第２マスク範囲２２Ａより大きくなることが想定される。

なお，本発明は，上記の実施の形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば，本発明は，上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず，その構成の一部を削除したものも含まれる。また，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

また，上記のコントローラ４０に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は，それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また，上記のコントローラ４０に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該コントローラ４０の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は，例えば，半導体メモリ（フラッシュメモリ，ＳＳＤ等），磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク，光ディスク等）等に記憶することができる。

また，上記の各実施の形態の説明では，制御線や情報線は，当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが，必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

１…油圧ショベル，２…走行体（下部走行体），３…旋回体（上部旋回体），４…運転席，６…フロント作業装置，６Ａ…ブーム，６Ｂ…アーム，６Ｃ…バケット，７…無線機，８…ＧＮＳＳ基準局，８…基準局，１１Ａ…ブームシリンダ，１１Ｂ…アームシリンダ，１１Ｃ…バケットシリンダ，２１Ａ…第１マスク範囲，２２Ａ…第２マスク範囲，２３…旋回体姿勢センサ，４０…コントローラ，４１…作業装置位置・姿勢演算部，４２…測位結果入力部，４３…衛星位置抽出部，４４…除外衛星決定部，４５…マスク範囲演算部，４６…精度演算部，４７…マスク選択部，５０Ａ…ＧＮＳＳアンテナ（測位アンテナ），５０Ｂ…ＧＮＳＳアンテナ（測位アンテナ），５１…ＧＮＳＳ受信機，５６…記憶装置，６０…モニタ，７５Ａ…ブーム姿勢センサ，７５Ｂ…アーム姿勢センサ，７５Ｃ…バケット姿勢センサ，８０…基準局ＧＮＳＳアンテナ，８１…ＧＮＳＳ受信機，８２…基準局コントローラ，８７…無線機

Claims (9)

1. 下部走行体と，
   前記下部走行体の上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と，
   前記上部旋回体に取り付けられた多関節型の作業装置と，
   前記作業装置及び前記上部旋回体の姿勢を検出するための複数の姿勢センサと，
   前記上部旋回体に取り付けられ，複数の測位衛星からの衛星信号を受信するための測位アンテナと，
   前記測位アンテナで受信される衛星信号に基づいて前記測位アンテナの位置を演算する受信機と，
   前記複数の姿勢センサの検出信号に基づいて，前記作業装置の姿勢と前記上部旋回体の姿勢とを演算するコントローラとを備えた作業機械において，
   前記コントローラには，前記受信機による前記測位アンテナの位置の演算に利用する測位衛星を選択するために，前記作業装置及び前記上部旋回体の姿勢に基づいて前記測位アンテナを基準に設定される大きさの異なる複数のマスク範囲が記憶されており，
   前記コントローラは，前記複数のマスク範囲のそれぞれを利用して測位衛星を選択した場合のそれぞれの測位精度と，前記複数のマスク範囲のいずれも利用することなく測位衛星を選択した場合の測位精度とを含む複数の測位精度を，選択した前記測位衛星の衛星関連データに基づいて演算し，
   前記受信機は，前記複数の測位精度のうち最も測位精度が良い場合に選択した前記測位衛星の衛星信号に基づいて前記測位アンテナの位置を演算する
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１の作業機械において，
   前記複数のマスク範囲には，
   前記測位アンテナが衛星信号を受信する際に前記作業装置が障害物となり得る範囲に設定された第１マスク範囲と，
   前記第１マスク範囲に包含される範囲に設定された第２マスク範囲と
   が含まれていることを特徴とする作業機械。
3. 請求項２の作業機械において，
   前記第１マスク範囲は，演算した前記上部旋回体の姿勢と，前記作業装置の最大可動領域とに基づいて，前記測位アンテナが衛星信号を受信する際に前記作業装置が障害物となり得る最大範囲に設定されており，
   前記第２マスク範囲は，演算した前記上部旋回体の姿勢と，演算した前記作業装置の姿勢とに基づいて，前記作業装置の姿勢演算時における前記作業装置が，前記測位アンテナが前記複数の測位衛星から衛星信号を受信する際に障害物となる範囲に設定されている
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項２または３の作業機械において，
   前記コントローラは，
   前記第１マスク範囲を利用した第１の場合における前記衛星関連データに基づいて前記第１の場合における測位精度である第１測位精度を演算し，
   前記第２マスク範囲を利用した第２の場合における前記衛星関連データに基づいて前記第２の場合における測位精度である第２測位精度を演算し，
   いずれのマスク範囲も利用しない第３の場合における前記衛星関連データに基づいて前記第３の場合における測位精度である第３測位精度を演算し，
   前記受信機は，前記第１測位精度，前記第２測位精度および前記第３測位精度の中で最も測位精度が良い場合に選択される測位衛星の衛星信号に基づいて前記測位アンテナの位置を演算する
   ことを特徴とする作業機械。
5. 請求項２または３の作業機械において，
   前記コントローラは，
   前記第１マスク範囲を利用した第１の場合における前記衛星関連データに基づいて前記第１の場合における測位精度である第１測位精度を演算し，
   前記第２マスク範囲を利用した第２の場合における前記衛星関連データに基づいて前記第２の場合における測位精度である第２測位精度を演算し，
   いずれのマスク範囲も利用しない第３の場合における前記衛星関連データに基づいて前記第３の場合における測位精度である第３測位精度を演算し，
   前記受信機は，前記第１測位精度が前記第２測位精度よりも測位精度が良い場合には，前記受信機は，前記第１マスク範囲を利用した場合に選択される測位衛星の衛星信号に基づいて前記測位アンテナの位置を演算する
   ことを特徴とする作業機械。
6. 請求項５の作業機械において，
   前記第１測位精度が前記第２測位精度と測位精度が同じ又は悪い場合であって，前記第２測位精度が前記第３測位精度よりも測位精度が良い場合には，前記受信機は，前記第２マスク範囲を利用した場合に選択される測位衛星の衛星信号に基づいて前記測位アンテナの位置を演算する
   ことを特徴とする作業機械。
7. 請求項６の作業機械において，
   前記第１測位精度が前記第２測位精度と測位精度が同じ又は悪い場合であって，前記第２測位精度が前記第３測位精度と測位精度が同じ又は悪い場合には，前記受信機は，いずれの衛星マスクも利用することなく選択される測位衛星の衛星信号に基づいて前記測位アンテナの位置を演算する
   ことを特徴とする作業機械。
8. 請求項１の作業機械において，
   前記衛星関連データには，測位に利用可能な測位衛星の数と，測位に利用可能な測位衛星の配置と，測位に利用可能な測位衛星の衛星信号のＳＮ比とのうち少なくとも１つが含まれることを特徴とする作業機械。
9. 請求項１の作業機械において，
   前記測位アンテナは第１測位アンテナであり，
   前記上部旋回体に取り付けられ，前記複数の測位衛星からの衛星信号を受信するための第２測位アンテナをさらに備え，
   前記受信機は，前記第１測位アンテナ及び前記第２測位アンテナの２つの測位アンテナで受信される衛星信号に基づいて，前記２つの測位アンテナ間の方位を演算し，
   前記コントローラは，前記第１測位アンテナの位置と，前記２つの測位アンテナ間の方位とに基づいて，前記上部旋回体の方位を演算し，
   前記複数のマスク範囲は，前記作業装置及び前記上部旋回体の姿勢と，前記上部旋回体の方位とに基づいて設定されている
   ことを特徴とする作業機械。

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