JP7217483B1 - Pile core position investigation system - Google Patents
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Abstract
【課題】杭芯位置を調査するためのシステムを提供する。【解決手段】RTK補正情報を提供する基地局と、調査ロボットであって、複数の基準点が記録されている設計図データを保存する手段と、前記基地局を介して自己位置のRTK測位をする手段とを有する調査ロボットと、を備え、前記調査ロボットは、前記設計図データが示す基準点をRTK測位し、当該測位された基準点の座標に基づいて設計図データの杭芯座標をRTK座標系に変換し、当該変換された杭芯座標へ自走して到着した後、XYプロッターで誤差修正を行い、専用マーカを被せた従来手法で定めた杭芯を前記3D撮像手段で撮影し、画像認識により杭芯位置を検出して杭芯座標との誤差を計算することを特徴とする、システムを提供する。【選択図】図1A system for surveying pile core locations. A base station that provides RTK correction information, a survey robot that stores design drawing data in which a plurality of reference points are recorded, and RTK positioning of its own position via the base station. and means for RTK positioning the reference point indicated by the design drawing data, and RTK the pile core coordinates of the design drawing data based on the coordinates of the positioned reference point. After converting to the coordinate system and arriving at the converted pile core coordinates by self-running, error correction is performed with an XY plotter, and the pile core determined by the conventional method covered with a special marker is photographed by the 3D imaging means. , detecting the pile core position by image recognition and calculating the error from the pile core coordinates. [Selection drawing] Fig. 1
Description
本発明は、杭芯位置の調査を自動化するRTK杭芯位置調査ロボットシステムに関する。 The present invention relates to an RTK pile core position survey robot system that automates the survey of pile core positions.
基礎杭工事における杭芯位置の確認は最重要項目であるが、基礎杭工事の熟練技術者による目測を要し、判断の属人化による位置確認誤りが起こりうる。高齢化に伴い熟練技術者が減少した場合、属人判断による誤りは更に増加が見込まれる。そのような問題を解決する一例として、自律走行ロボットを用いて自動化するシステムが期待されてきている。近年は、RTK(Real Time Kinematics)測位が普及し、衛星を利用して、数cm以内の誤差で杭芯位置の確認をすることも可能になっており、RTK測位システムを搭載した自走ロボットによって杭芯位置測位を行うことにより、従来手法の測位結果と比較し誤り検知、精度確認を行うことが可能となる。また、自走ロボットの導入により杭芯位置確認の省力化も図ることができる。 Confirmation of the pile core position is the most important item in foundation pile construction, but it requires visual measurement by a skilled engineer of foundation pile construction, and position confirmation errors may occur due to individualized judgment. If the number of skilled engineers decreases due to the aging of society, errors due to individual judgments are expected to increase further. As an example of solving such problems, an automated system using an autonomous mobile robot has been expected. In recent years, RTK (Real Time Kinematics) positioning has become widespread, and it has become possible to confirm the pile core position with an error within a few centimeters using satellites. By positioning the position of the pile core by using the method, it is possible to detect errors and check the accuracy by comparing the positioning results of the conventional method. In addition, by introducing a self-propelled robot, it is possible to save labor in confirming the pile core position.
本願の先行技術の一例として、以下のような特許文献が挙げられる。 Examples of the prior art of the present application include the following patent documents.
特許文献1では、基準点に光学式測量機をセットし、杭芯位置の墨出を行い、杭を打設する前に、GPS測量機により墨出位置の確認作業を行うシステムが提案されている。
特許文献2では、杭を含む工事現場の画像をカメラを用いて複数枚撮影して、工事現場の三次元モデルを生成し、当該三次元モデル内から杭頭を検出して、検出された杭頭と、予め取得した設計情報との整合を判別するシステムが提案されている。
In
本発明の目的のひとつは、あらかじめ他の手法で決定され、現場にマーキングされた杭芯位置を示す仮杭に対して、設計値との誤差を調査するためのRTK杭芯位置調査ロボットシステムを提供することである。本発明による測定を従来手法による測定に先行して行う場合は、従来手法による測定に予め目安位置を与え、測定を省力化することが可能となる。 One of the objects of the present invention is an RTK pile core position investigation robot system for investigating the error from the design value for temporary piles indicating the pile core position that is determined in advance by another method and marked on the site. to provide. When the measurement according to the present invention is performed prior to the measurement according to the conventional method, it is possible to provide a reference position in advance to the measurement according to the conventional method, thereby saving labor in the measurement.
本発明のRTK杭芯位置調査システムでは、RTK測位を変換したRTK座標を建設現場の設計図上の寸法、方向に合わせて変換する。この際、設計図上で建設現場の基準となるX軸及びY軸は東西南北の方位に従って決められるわけではないため、RTK測位の緯度経度情報から変換した東西南北座標を設計図上の座標として表すには、設計図上のX軸方向、Y軸方向に合わせて角度補正する必要がある。角度補正は、RTK測位結果のうちの角度補正の基準とする2点を設計図上の2点との差から補正角を求め、RTK取得結果全体を補正角を用いて回転することで行う。また、RTK取得結果は周辺環境やGNSS衛星の状況によって数cmの誤差が生じる場合があるため、角度補正に用いた2点の基準点を距離補正にも使用し、RTKの2点間距離と図面上の2点間距離を合わせることで、測定対象とする建設現場全体のRTK距離補正の基準値を得る。杭芯位置の調査においては、建設現場のx軸、y軸のゼロ位置となる1点とRTK取得結果との間の角度、距離を、先述の方法で導き出した補正角度を用いて回転し、基準距離との比率を用いて微調整を行い、ゼロ位置からのx軸、y軸それぞれのミリメートル座標値に変換する。現場にマーキングされた杭芯位置の誤差計測に際しては、本システムのRTK測位結果と比較し、直線距離、x軸、y軸各方向への距離の差を求める。距離の差は本システム上に記憶し、直線距離が許容誤差を超える場合は杭芯マーキング位置の再確認を促し、x軸、y軸方向の誤差表示と合わせ、施工精度是正のために用いる。RTK座標と杭芯位置の比較に際しては、専用マーカを被せた杭芯を3Dカメラで撮影し、画像認識による杭芯位置を検出してRTKが取得した杭芯座標との誤差を計算する。専用マーカは、土砂などにより変色する杭の検出を画像処理で高精度化するため、建設現場に特化した配色を用いる。 In the RTK pile core position investigation system of the present invention, the RTK coordinates obtained by converting the RTK positioning are converted according to the dimensions and directions on the design drawing of the construction site. At this time, since the X-axis and Y-axis, which are the standards of the construction site on the blueprint, are not determined according to the north, south, east, west direction, the north, south, east, west coordinates converted from the latitude and longitude information of RTK positioning are used as the coordinates on the blueprint. To express this, it is necessary to correct the angle in accordance with the X-axis direction and the Y-axis direction on the design drawing. Angle correction is performed by obtaining a correction angle from the difference between two points of the RTK positioning result that are used as references for angle correction and two points on the design drawing, and rotating the entire RTK acquisition result using the correction angle. In addition, since the RTK acquisition result may have an error of several cm depending on the surrounding environment and the situation of the GNSS satellite, the two reference points used for angle correction are also used for distance correction, and the distance between the two RTK points and By matching the distance between two points on the drawing, a reference value for RTK distance correction for the entire construction site to be measured is obtained. In the investigation of the pile core position, the angle and distance between one point that is the zero position of the x-axis and y-axis of the construction site and the RTK acquisition result are rotated using the correction angle derived by the above method, Fine adjustment is performed using the ratio to the reference distance, and conversion is made to millimeter coordinate values of the x-axis and y-axis from the zero position. When measuring the error of the position of the pile core marked on the site, the distance difference in each direction of the straight line, x-axis, and y-axis is obtained by comparing with the RTK positioning result of this system. The difference in distance is stored in this system, and if the linear distance exceeds the allowable error, it prompts reconfirmation of the pile core marking position, and together with the error display in the x-axis and y-axis directions, it is used to correct construction accuracy. When comparing the RTK coordinates and the pile core position, the pile core covered with the dedicated marker is photographed with a 3D camera, the pile core position is detected by image recognition, and the error with the pile core coordinates acquired by the RTK is calculated. The special marker uses a color scheme specific to the construction site in order to improve the accuracy of detection of piles that are discolored by earth and sand through image processing.
専用マーカと本システムの画像認識は、建設現場内の任意位置の座標計測にも用いることができる。任意位置の計測に際しては、任意位置に設置した専用マーカの中心位置を画像認識により特定してRTK測位し、上述の角度補正、距離補正を行うことにより、任意位置の座x座標、y座標を設計図上のゼロ位置からの距離として取得する。 The dedicated markers and the image recognition of this system can also be used for coordinate measurement of arbitrary positions within the construction site. When measuring an arbitrary position, the center position of a dedicated marker installed at an arbitrary position is specified by image recognition, RTK positioning is performed, and the above-mentioned angle correction and distance correction are performed to obtain the locus x-coordinate and y-coordinate of the arbitrary position. Obtained as the distance from the zero position on the blueprint.
本システムにより取得したRTK座標と設計図上のx軸、y軸座標及び杭芯マーキング位置との差異の距離はシステム内に記憶され、設計図画像上への座標描画や距離の一覧表形式など、任意の方法で閲覧することが可能である。 The distance between the RTK coordinates obtained by this system and the x-axis and y-axis coordinates on the design drawing and the pile core marking position is stored in the system, and the coordinate drawing on the design drawing image and the distance list format, etc. , can be viewed in any way.
RTK杭芯位置調査システムを専用マーカーを中心とした誤差計測範囲内に自動的に到達、設置させるための手段として、次項の建設現場屋外自律走行ロボットに搭載する。 As a means to automatically reach and install the RTK pile core position investigation system within the error measurement range centered on the dedicated marker, it is installed in the outdoor autonomous traveling robot at the construction site described in the next section.
建設現場屋外自律走行ロボットでは、建設現場図面データと図面データ内で指定された地点をRTK座標に変換したものを到達目標地点とし、ロボットは自機に搭載されたRTKモジュールで取得する自己位置のRTK座標と到達目標地点のRTK座標との距離を特定しながら、到達目標地点に向かい走行する。走行中、自機前方に搭載された3Dカメラにより地面状況の撮影と画像認識、走行可否の分類を行い、重機走行跡や掘削土砂などの凹凸、雨後の水たまり等の走行を妨げる場所は回避すべき場所として検知する。回避動作は低速走行によるスリップ防止、高速走行による凹凸の乗り潰し、方向転換による完全回避から、3Dカメラで取得した画像と事前に学習し回避動作別に分類された地点データとの突合により自動で選択、実行される。方向転換による回避を行う場合は、周囲をLiDAR(Light Detection And Ranging)と3Dカメラにより周囲状況を探査し、走行ルートを再設定する。
低速走行の対象:下り坂、走行及び内部機構に支障をきたさないぬかるみ
高速走行の対象:乗り越えられる角度・高さの土、敷き鉄板との段差
方向転換の対象:LiDARで反射の得られない箇所(水たまり、または大きな凹みと
みなす)、高速走行、低速走行対象のうち、各上限を超える場所
図面に無く設置された障害物
通常走行の対象:丈の短い草、高速走行、低速走行対象のうち、各下限を下回る場所
The construction site outdoor autonomous mobile robot uses the construction site drawing data and the point specified in the drawing data converted to RTK coordinates as the target point, and the robot acquires its own position with the RTK module installed in itself. While specifying the distance between the RTK coordinates and the RTK coordinates of the target point, the vehicle travels toward the target point. While driving, the 3D camera mounted in front of the machine captures the ground condition, recognizes the image, and classifies whether it can run or not, and avoids places that hinder driving such as unevenness such as heavy equipment running tracks, excavated earth and sand, and puddles after rain. Detect as a place to be. Avoidance actions are automatically selected from slip prevention by low-speed driving, bumping over bumps by high-speed driving, and complete avoidance by changing direction, by matching images acquired with a 3D camera with point data that has been learned in advance and classified by avoidance action. , is executed. When avoiding by turning, the surroundings are searched by LiDAR (Light Detection And Ranging) and a 3D camera, and the driving route is reset.
Targets for low-speed driving: Downhills, mud that does not interfere with running and internal mechanisms Targets for high-speed driving: Soil at an angle and height that can be overcome, steps with iron plates Targets for direction change: Locations where LiDAR cannot obtain reflection (puddles or large dents and
(deemed), high-speed driving, low-speed driving, places where each upper limit is exceeded
Obstacles that were not shown in the drawings Objects for normal driving: Places below the lower limits of the short grass, high-speed driving, and low-speed driving targets
本発明のRTK測位システムは、建設現場において従来手法で得られた杭芯位置の精度確認と施工誤りの是正に有効である。また、本発明のRTK自律走行ロボットにより、作業員が専用マーカを用いて計測位置を示すだけで自動的な複数地点の測位が可能となり、作業効率の向上に有効となる。
本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
The RTK positioning system of the present invention is effective in confirming the accuracy of pile core positions obtained by conventional methods at construction sites and in correcting construction errors. In addition, the RTK autonomous mobile robot of the present invention enables automatic positioning of multiple points simply by indicating the measurement position using a dedicated marker, which is effective in improving work efficiency.
Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention taken in conjunction with the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施例によるRTK杭芯位置調査ロボットシステム100の構成をブロック図で示す。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an RTK pile core position
本実施例のRTK杭芯位置調査ロボットシステム100は、RTK杭芯位置調査システム200、RTK基地局300、建設現場自律走行ロボット400を含む。
An RTK pile core position
RTK杭芯位置調査システム200は、RTK測位を活用して、杭芯位置を調査するシステムである。 The RTK pile core position investigation system 200 is a system that utilizes RTK positioning to investigate the pile core position.
RTK基地局300は、RTK杭芯位置調査システムが杭芯位置のRTK測位を行うに際してのRTK測定精度を向上させる手段である。 The RTK base station 300 is means for improving the RTK measurement accuracy when the RTK pile core position investigation system performs RTK positioning of the pile core position.
RTK基地局300のうち、RTK測位機能は有料サービスなどの既存の基地局に置き換えても良い。RTK測位機能を有料サービスに置き換える場合、RTK基地局300からRTKモジュール310が不要となる。 Of the RTK base station 300, the RTK positioning function may be replaced with an existing base station such as a pay service. When replacing the RTK positioning function with a paid service, the RTK module 310 from the RTK base station 300 becomes unnecessary.
建設現場自律走行ロボット400は、RTK測位と画像解析とセンサー情報を活用して建設現場屋外の地面を目的地に向けて自律走行するロボットである。 The construction site autonomous traveling robot 400 is a robot that autonomously travels toward a destination on the ground outside the construction site using RTK positioning, image analysis, and sensor information.
図2は、本発明の一実施例によるシステムで使用するRTK杭芯位置調査システム200の構成をブロック図で示す。 FIG. 2 shows, in block diagram form, the configuration of an RTK pile core location survey system 200 for use in a system according to one embodiment of the present invention.
RTK杭芯位置調査ロボット200は、RTKモジュール210、RTKモジュール位置調整機構220、レーザ照射機構230、バッテリ240、3Dカメラ250、インターネット接続260から構成される。 The RTK pile core position investigation robot 200 is composed of an RTK module 210 , an RTK module position adjustment mechanism 220 , a laser irradiation mechanism 230 , a battery 240 , a 3D camera 250 and an Internet connection 260 .
RTKモジュール210は、RTK測量を行うための手段である。 The RTK module 210 is a means for performing RTK surveys.
RTKモジュール位置調整機構220は、RTKモジュール210を地面から垂直に保持する手段であり、RTKモジュールを水平に移動させる手段である。RTKモジュールがオペレータから与えられた座標に対して自律的に移動するため、RTKモジュール位置調整機構はRTKモジュールから与えられる水平方向の縦横移動距離情報に従ってRTKモジュールを到達目標地点まで移動させる。 The RTK module positioning mechanism 220 is a means for holding the RTK module 210 vertically from the ground and a means for moving the RTK module horizontally. Since the RTK module autonomously moves with respect to the coordinates given by the operator, the RTK module position adjusting mechanism moves the RTK module to the target point according to the horizontal longitudinal and lateral movement distance information given from the RTK module.
レーザマーカ照射機構230は、RTKモジュールの到達点から下向き垂直にレーザー光を照射し、RTKモジュールの示す到達地点を明示するための手段である。 The laser marker irradiation mechanism 230 is means for irradiating a laser beam vertically downward from the arrival point of the RTK module to clearly indicate the arrival point indicated by the RTK module.
バッテリ240は、システム全体を動作させるためのエネルギーを供給する手段である。 Battery 240 is a means of supplying energy to operate the entire system.
3Dカメラ250は、杭心などの計測対象地点に被せられた計測地点認識専用マーカを探査する手段である。 The 3D camera 250 is means for searching for a measurement point recognition dedicated marker placed on a point to be measured such as a pile center.
インターネット接続260は、後述のRTK基地局300との間でインターネットを介したRTK補正情報の授受や、DBサーバ330との計測地点情報及び計測結果の送受信を行う手段である。 The Internet connection 260 is a means for transmitting/receiving RTK correction information via the Internet to/from an RTK base station 300 (to be described later) and transmitting/receiving measurement point information and measurement results to/from the DB server 330 .
図3は、本発明の一実施例によるシステムで使用するRTK基地局300の構成をブロック図で示す。 FIG. 3 illustrates, in block diagram form, the structure of an RTK base station 300 for use in a system according to one embodiment of the invention.
RTK基地局300は、RTKモジュール310、ネット接続320、DBサーバ330、RTK座標変換・調整340、バッテリ350、から構成される。 The RTK base station 300 includes an RTK module 310 , network connection 320 , DB server 330 , RTK coordinate conversion/adjustment 340 , and battery 350 .
RTKモジュール310は、RTK測量を行うための手段である。 The RTK module 310 is a means for performing RTK surveys.
ネット接続320は、インターネット接続するための手段である。 A network connection 320 is means for connecting to the Internet.
DBサーバ330は、RTK杭芯調査システム200とRTK基地局300との間の接続の確立と維持を行い、計測基準点情報を共有させるための手段である。 The DB server 330 is a means for establishing and maintaining a connection between the RTK pile core investigation system 200 and the RTK base station 300 and sharing measurement reference point information.
RTK座標変換・解析340は、RTK計測基準点情報の保持と、RTK測位結果を現場図面データ上にプロットするための角度及び縮尺補正値の算出及び保持と、3Dカメラ260などで撮像した計測地点認識専用マーカからの計測地点特定のための画像処理と、RTKモジュール210が特定したRTK測位対象位置と画像処理後の計測対象地点との距離計測および誤差解析を行う手段である。 The RTK coordinate conversion/analysis 340 holds RTK measurement reference point information, calculates and holds angle and scale correction values for plotting the RTK positioning results on the site drawing data, and measures points captured by the 3D camera 260 or the like. It is means for performing image processing for specifying a measurement point from the recognition dedicated marker, distance measurement between the RTK positioning target position specified by the RTK module 210 and the measurement target point after image processing, and error analysis.
バッテリ350は、RTK基地局300全体を動作させるためのエネルギーを供給する手段である。 Battery 350 is a means of supplying energy for operating the entire RTK base station 300 .
図4は、本発明の一実施例によるシステムの情報処理の一例を示す。 FIG. 4 illustrates an example of information processing in a system according to one embodiment of the present invention.
S4010では、基地局と無線ネットワーク環境を準備する。具体的には、機器のネットワーク接続を行う。また、RTK基地局設置を行う。RTK基地局の設置はRTK測位対象となる建設現場内が望ましいが、建設現場がビルなどの遮蔽物に囲まれRTK測位が難しい場合は、RTK基地局は概ね半径10km以内の見晴らしのいい地点に設置してもよい。なお、RTK基地局は、有料サービスなどの既存の基地局に置き換えても良い。 In S4010, the base station and wireless network environment are prepared. Specifically, the device is connected to the network. Also, an RTK base station will be installed. It is desirable to install the RTK base station inside the construction site where RTK positioning is targeted, but if the construction site is surrounded by obstructions such as buildings and RTK positioning is difficult, the RTK base station should be placed within a radius of about 10km with a good view. may be installed. Note that the RTK base station may be replaced with an existing base station such as a paid service.
S4020では、RTK測位を行う目標地点に目標位置登録専用マーカを設置する。具体的には、杭芯等の別手法で測位、設置された精度確認対象地点をRTK測位によって精度確認する場合は精度確認対象地点上に専用マーカを設置し、任意地点のRTK測位と設計図データ上への測位地点プロットのみを行う場合は、測位対象の地面上に専用マーカを設置する。 In S4020, a marker dedicated to target position registration is installed at the target point for RTK positioning. Specifically, when using RTK positioning to check the accuracy of the accuracy confirmation target point that has been positioned and installed by another method such as a pile core, a dedicated marker is installed on the accuracy confirmation target point, and the RTK positioning and design drawing of the arbitrary point are used. When only plotting the positioning points on the data, a dedicated marker is placed on the ground to be positioned.
S4030では、測位対象地点のRTK測位を行う。具体的には、杭芯位置調査システムに目標杭芯位置データを登録し、杭芯位置調査システム本体を専用マーカ上に設置し、調査開始指令を行い、測位対象地点のRTK測位を行う。測位対象地点と目標杭芯位置データの差異を測定する場合は、RTKモジュールは事前投入された目標杭芯位置データに従いRTK測位を行い、目標地点との差異をRTK座標からミリメートル情報に変換したXY平面上の移動指示情報としてRTK位置調整機構に伝達し、RTK位置調整機構は、伝達された移動指示情報に基づき、RTKモジュールを移動させる。任意地点のRTK測位を行う場合は、RTK杭芯位置調査システムを設置した位置から3Dカメラにより検出した専用マーカの中心位置の垂直上方に、RTK位置調整機構によりRTKモジュールを移動する。測位対象地点が複数ある場合は、複数の測位対象地点を登録のうえ、S4030のRTK測位を繰り返す。また、3Dカメラは専用マーカの検出に加えRTKモジュール到達地点の撮影を行い、検査位置写真として後述のレポートに出力するため記録する。 In S4030, RTK positioning of the positioning target point is performed. Specifically, the target pile core position data is registered in the pile core position investigation system, the pile core position investigation system main body is installed on the dedicated marker, a survey start command is issued, and RTK positioning of the positioning target point is performed. When measuring the difference between the positioning target point and the target pile core position data, the RTK module performs RTK positioning according to the target pile core position data input in advance, and converts the difference from the target point from RTK coordinates to millimeter information XY It is transmitted to the RTK position adjustment mechanism as movement instruction information on the plane, and the RTK position adjustment mechanism moves the RTK module based on the transmitted movement instruction information. When performing RTK positioning of an arbitrary point, the RTK module is moved by the RTK position adjustment mechanism vertically above the center position of the dedicated marker detected by the 3D camera from the position where the RTK pile core position investigation system is installed. If there are a plurality of positioning target points, the plurality of positioning target points are registered, and the RTK positioning of S4030 is repeated. In addition to detecting the dedicated marker, the 3D camera photographs the arrival point of the RTK module and records it as an inspection position photograph for output to a report described later.
S4040では、S4030で取得したRTK測位結果のうち2地点を、建設現場データと照合するための基準地点とし、角度補正及び距離補正を行う。 In S4040, two points among the RTK positioning results acquired in S4030 are set as reference points for matching with construction site data, and angle correction and distance correction are performed.
S4050では、S4030で取得したRTK測位結果をS4040で算出した角度補正値により回転させ、距離補正比率を用いて縮尺調整を行う。 In S4050, the RTK positioning result obtained in S4030 is rotated by the angle correction value calculated in S4040, and scale adjustment is performed using the distance correction ratio.
S4060では、S4050で補正を行ったRTK測位結果を用いて、専用マーカ位置とRTK測位結果の差異を算出する。この際、設計図データのx、y座標開始位置をゼロ地点とし、目標地点とRTK取得結果の直線距離、x距離及びy距離の差異を算出する。任意地点の専用マーカ上のRTK測位を行う場合は、距離の差異算出は行わず、設計図データのx、y座標開始位置をゼロ地点とした、専用マーカ位置のx座標地点、y座標地点の算出のみを行う。目標杭芯位置データ全てに対してのS4060完了をもって杭芯位置確認は終了となる。具体的には、調査レポートを作成し、終了する。 In S4060, the difference between the dedicated marker position and the RTK positioning result is calculated using the RTK positioning result corrected in S4050. At this time, the x, y coordinate start position of the design drawing data is set to the zero point, and the differences in the straight distance, x distance, and y distance between the target point and the RTK acquisition result are calculated. When performing RTK positioning on a dedicated marker at an arbitrary point, the distance difference calculation is not performed, and the x and y coordinate points of the dedicated marker position are set to the zero point with the x and y coordinate start positions of the design drawing data Calculate only. When S4060 is completed for all the target pile core position data, the pile core position confirmation ends. Concretely, a survey report is created and then finished.
本発明の一実施例によるシステムの情報処理のデータ処理の一例を図8、図9に示す。 8 and 9 show an example of data processing for information processing in the system according to one embodiment of the present invention.
図5は、本発明の一実施例によるシステムで使用する杭芯位置検知用マーカの一例を示す。 FIG. 5 shows an example of pile core position detection markers used in a system according to an embodiment of the present invention.
本実施例の専用マーカは、土砂などにより変色する杭芯の検出を画像処理で高精度化するため、建設現場に特化した配色を用いる。好ましくは、検知用マーカの形状は、傘状または円盤状である。好ましくは、外側を白地とし、中央に青色の塗り潰し。反射が少ない「艶なし」を使用。更に、中心部に覗き穴を設けて、杭または木杭の十字印を確認できるようにする。これにより、設置精度を確保することができる。まあ、外側の白地にはメモ書きを可能とする。 The special marker of this embodiment uses a color scheme specialized for construction sites in order to improve the accuracy of detection of pile cores that are discolored by earth and sand by image processing. Preferably, the shape of the detection marker is umbrella-shaped or disk-shaped. Preferably white on the outside with a blue fill in the middle. Uses "matte" with less reflection. Furthermore, a peephole is provided in the center so that the cross mark on the stake or wooden stake can be checked. Accordingly, installation accuracy can be ensured. Well, the outer white background allows memos to be written.
図6は、本発明の一実施例によるシステムで使用する杭芯位置検知用マーカを検出するための情報処理の一例を示すものであり、S4060の情報処理の一部を詳細に示すものである。 FIG. 6 shows an example of information processing for detecting the pile core position detection marker used in the system according to one embodiment of the present invention, and shows in detail a part of the information processing of S4060. .
S7010では、特定の範囲の色(本実施例では、青色)を抽出する。 In S7010, a color within a specific range (blue in this embodiment) is extracted.
S7020では、画像の平滑化を行う。 In S7020, the image is smoothed.
S7030では、Canny法によりエッジを検出を行う。Cannyエッジ検出器は、画像の輪郭(エッジ)部分を検出するアルゴリズムである。ここで、Canny法とは、エッジ検出のためのアルゴリズムのひとつである。 In S7030, edges are detected by the Canny method. The Canny edge detector is an algorithm that detects contour (edge) portions of an image. Here, the Canny method is one of algorithms for edge detection.
S7040では、領域抽出を行う。 At S7040, region extraction is performed.
S7050では、最小外接円の検出を行う。 At S7050, the minimum circumscribed circle is detected.
図7は、本発明の一実施例によるRTK杭芯位置確認システムを本発明の一実施例によるRTK自律走行ロボットに搭載して運用する場合の構成例を示す。 FIG. 7 shows a configuration example in which an RTK pile core position confirmation system according to an embodiment of the present invention is mounted on an RTK autonomous mobile robot according to an embodiment of the present invention and operated.
図8A、8B、8Cは、本発明の一実施例によるシステムの情報処理のデータ処理の一例を示す。本発明によるシステムの専用マーカ位置RTK測位では補正されたGNSS情報が取得され、RTK座標へ変換した後、建設現場の縮尺、補正角を与えることで建設現場設計図データ上にRTK測位結果が配置される。配置されたデータと杭芯位置を比較する場合は、設計図データ上に杭芯位置とRTK位置の各座標と距離の差が描画される。 Figures 8A, 8B, and 8C illustrate an example of data processing for information processing in a system according to one embodiment of the present invention. In the dedicated marker position RTK positioning of the system according to the present invention, the corrected GNSS information is acquired, converted to RTK coordinates, and then given the scale of the construction site and the correction angle, and the RTK positioning result is arranged on the construction site blueprint data. be done. When comparing the arranged data and the pile core position, each coordinate of the pile core position and the RTK position and the difference in distance are drawn on the design drawing data.
図9A、図9B、図9Cは、本発明の一実施例によるシステムの情報処理のデータ処理の別の一例を示す。RTK測位結果、杭芯位置座標、基準となる補正角及び縮尺はテキストデータとして入出力されるため、描画画面の構成は一様ではなく柔軟に設計可能である。 9A, 9B, and 9C illustrate another example of data processing for information processing in a system according to one embodiment of the present invention. Since the RTK positioning result, the pile core position coordinates, the reference correction angle and the scale are input and output as text data, the configuration of the drawing screen is not uniform and can be designed flexibly.
図10は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの構成をブロック図で示す。 FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of a construction site autonomous mobile robot according to an embodiment of the present invention.
建設現場自律走行ロボットは、RTKモジュール410、インターネット接続420、LiDAR430、経路解析440、サスペンション450、移動機構460から構成される。RTKモジュール410は、RTKによる自己位置及び到達目標地点を測位するための手段であり、自己位置の測位を行うRTK1と、ロボットの先頭方向を認識するためのRTK2及びRTK3で構成される。RTK2とRTK3はRTK1とは先頭方向に対して後方にRTK1から等距離となる左右位置に配置されており、RTK1と同時にRTK測位を行ってRTK1よりも目標地点のRTK座標から離れていれば、ロボット本体の先頭部は目標地点に向かっているとみなし、目標地点のRTK座標からRTK2、3が近ければロボット本体の先頭部は目標地点の逆方向を向いているとみなす。RTK2、RTK3によりロボット本体の進行方向を把握し、RTK1により目標地点との距離を測位して進行方向を定める。 The construction site autonomous running robot is composed of an RTK module 410 , Internet connection 420 , LiDAR 430 , route analysis 440 , suspension 450 and movement mechanism 460 . The RTK module 410 is means for positioning the self position and the target point to be reached by RTK, and is composed of RTK1 for positioning the self position and RTK2 and RTK3 for recognizing the head direction of the robot. RTK2 and RTK3 are arranged at left and right positions that are equidistant from RTK1 behind RTK1 with respect to the head direction. It is assumed that the head of the robot body is heading toward the target point, and if RTK2 and RTK3 are close to the RTK coordinates of the target point, the head of the robot body is considered to face the opposite direction of the target point. RTK2 and RTK3 determine the traveling direction of the robot main body, and RTK1 determines the traveling direction by measuring the distance to the target point.
インターネット接続420は、前述のRTK基地局300との間でインターネットを介したRTK補正情報の授受を行う。 Internet connection 420 exchanges RTK correction information with RTK base station 300 via the Internet.
LiDAR430は、ロボットシステム400の周辺の障害物情報をレーザー光によって収集する。LiDAR430に使用するセンサは、3Dカメラや3D-LiDARなどである。収集した障害物情報は、経路解析440によって走行ルート補正のために使用される。 The LiDAR 430 collects obstacle information around the robot system 400 with laser light. The sensors used for LiDAR430 are 3D cameras, 3D-LiDAR, and the like. Collected obstacle information is used by path analysis 440 for travel route correction.
経路解析440は、RTKモジュール410によって取得されたRTK測位情報と、経路解析440によって取得された周辺障害物情報と、後述の移動機構460によって取得されたモータートルク情報を用いて、目標地点への走行ルート補正を行う。 The route analysis 440 uses the RTK positioning information acquired by the RTK module 410, the peripheral obstacle information acquired by the route analysis 440, and the motor torque information acquired by the movement mechanism 460 described later to determine the route to the target point. Correct the driving route.
サスペンション450は、移動機構460による走行中の振動から上部に配置される各機構を保護して故障を防止するとともに、RTK410の測位を安定させる。 Suspension 450 protects each mechanism arranged on the upper part from vibration during running by movement mechanism 460 to prevent failure, and stabilizes positioning of RTK 410 .
なお、図7に示すRTK杭芯位置確認システムとRTK自律走行ロボットに搭載して運用する構成とする場合は、RTK杭芯位置確認システムに搭載するRTKモジュールがRTK自律走行ロボットのRTKモジュールのうち自己位置測位を行うRTK1の役割を兼ね、RTK1を省略することが可能である。 In the case of installing and operating the RTK pile core position confirmation system and the RTK autonomous traveling robot shown in FIG. 7, the RTK module installed in the RTK pile core position confirmation system It also serves as the RTK1 that performs self-positioning, and the RTK1 can be omitted.
図11は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの情報処理の一例を示す。
S11010では、基地局・ネットワーク環境準備をおこなう。
S11020では、ロボットシステム目標座標設定をおこなう。
S11030では、ロボットシステム初期位置決定をおこなう。
S11040では、ロボットシステム自律走行をおこなう。
FIG. 11 shows an example of information processing of a construction site autonomous mobile robot according to an embodiment of the present invention.
In S11010, base station/network environment preparation is performed.
In S11020, robot system target coordinate setting is performed.
At S11030, the initial position of the robot system is determined.
At S11040, the robot system autonomously travels.
図12は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの情報処理の一例を示す。 FIG. 12 shows an example of information processing of a construction site autonomous mobile robot according to an embodiment of the present invention.
建設現場自律走行ロボットは作業員から走行指示を受けると、RTK自己位置測位S12010により自己位置のRTK測位を行い、設計図データから渡された専用マーカ座標をRTK変換した目標地点座標をもとに目標地点への直線距離での走行経路を決定する。 When the construction site autonomous traveling robot receives a travel instruction from the worker, it performs RTK positioning of its own position by RTK self-positioning S12010, and based on the target point coordinates obtained by RTK conversion of the dedicated marker coordinates passed from the blueprint data Determine a travel route in a straight line to a target point.
S12020の周辺障害物サーチでは、LiDARによる周辺障害物情報の3Dデータ収集を行い、S12010のRTK自己位置測位で取得した走行経路周辺の走行不能場所の存在を明らかにする。 In the peripheral obstacle search of S12020, 3D data of peripheral obstacle information is collected by LiDAR, and the existence of untravelable places around the travel route acquired by the RTK self-positioning of S12010 is clarified.
S12030の経路・中継地点決定では、S12010で取得したRTK測位結果とS12020で取得した走行不能場所情報の3Dデータを重ね合わせ、目標地点座標への経路上に走行不能場所が存在する場合には、3Dデータと設計図データを重ね合わせたデータ上で迂回経路を決定する。迂回により目標地点がLiDAR到達範囲外となる場合には、LiDAR到達範囲内の走行可能場所に中継地点を定め、RTK座標に変換して次の移動先情報とする。これらの周辺障害物情報を用いた迂回経路設定には、別途収集した建設現場地面の画像情報、ロボットの走行にかかるモーター負荷情報を用いた事前学習データに基づく強化学習による自立判断を行ってもよい。 In determining the route and relay points in S12030, the RTK positioning result obtained in S12010 and the 3D data of the impassable location information obtained in S12020 are superimposed, and if there is an impassable location on the route to the target point coordinates, A detour route is determined on data in which 3D data and blueprint data are superimposed. When the target point is out of the LiDAR reachable range due to the detour, a relay point is determined at a travelable place within the LiDAR reachable range, converted to RTK coordinates, and used as the next destination information. Detour route setting using this surrounding obstacle information can be done independently through reinforcement learning based on pre-learning data using separately collected image information of the construction site ground and motor load information on robot travel. good.
S12040の走行、S12050の地面状態検知・ルート補正、S12060の走行は、S12070の目標地点到達に至るまで、周辺障害物情報の収集による迂回経路及び中継地点の決定を繰り返し行うことを示す。 Traveling in S12040, ground condition detection/route correction in S12050, and traveling in S12060 indicate that detour routes and relay points are determined repeatedly by collecting peripheral obstacle information until reaching the target point in S12070.
S12070の目標地点到達後、次の目標地点情報がある場合には次の目標地点情報をRTK変換した座標を目標地点として図12の情報処理を繰り返し行う。また、S12070の目標地点到達後にRTK杭芯調査システム200の杭芯位置測位処理が指定されている場合は、本情報処理は杭芯位置測位処理からの終了判断を受け取るまで待機した後、次の目標地点情報の有無の判断と本情報処理の継続に移行する。 After reaching the target point in S12070, if there is the next target point information, the information processing in FIG. 12 is repeated with the coordinates obtained by RTK conversion of the next target point information as the target point. Further, when the pile core position positioning process of the RTK pile core investigation system 200 is specified after reaching the target point in S12070, this information processing waits until receiving the end determination from the pile core position positioning process, and then performs the following processing. It shifts to the determination of the presence or absence of target point information and the continuation of this information processing.
図13は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの走行経路判定処理の一例を示す。 FIG. 13 shows an example of travel route determination processing of the construction site autonomous mobile robot according to an embodiment of the present invention.
S13010の水たまり計測・迂回路マップ作製では、LiDARによる周辺照射を行った結果、反射が得られない箇所を水たまりその他走行に適さない地面状況と判断し、RTK目的地情報と設計図データを基にした迂回経路および中継地点情報の作成を行う。 In the puddle measurement and detour map creation in S13010, as a result of illuminating the surroundings with LiDAR, areas where reflection is not obtained are judged to be puddles or other ground conditions that are not suitable for driving, and based on the RTK destination information and blueprint data Create detour route and relay point information.
S13020の凹凸計測・速度調整マップ作製では、LiDARによる周辺照射結果のうち迂回経路として選定された経路上に存在する凹凸の情報を元に、自律走行ロボットが乗り越えるために必要なモータートルク数と想定される速度を算出する。算出に際しては、別途建設現場を同一の移動機構によって手動走行して得られたモータートルク数、速度情報を事前学習データとした強化学習によって算出を行ってもよい。 In step S13020, measuring unevenness and creating a speed adjustment map, the amount of motor torque required for the autonomous mobile robot to overcome is assumed based on the information on unevenness existing on the route selected as a detour route among the results of illumination of the surrounding area by LiDAR. Calculate the speed at which the The calculation may be performed by reinforcement learning using the motor torque number and speed information obtained by manually traveling the construction site separately with the same moving mechanism as pre-learning data.
図14は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの走行可否判定処理の一例を示す。 FIG. 14 shows an example of a process for judging whether or not a construction site autonomous mobile robot can travel according to an embodiment of the present invention.
S14010では、移動機構からクローラトルクを取得する。 In S14010, the crawler torque is obtained from the moving mechanism.
S14020では、S14010で取得したクローラトルクとロボット本体の加速度や傾き情報からロボット本体の走行速度を算出する。 In S14020, the traveling speed of the robot main body is calculated from the crawler torque acquired in S14010 and the acceleration and inclination information of the robot main body.
S14030の速度調整マップ読み込みでは、スリップなどの走行を妨げる地面状況でない場合に移動機構が出すべき走行速度を、走行経路上の各地点での走行速度情報として取得する。 In reading the speed adjustment map in S14030, the traveling speed to be output by the moving mechanism when the ground condition does not impede traveling, such as slipping, is acquired as traveling speed information at each point on the traveling route.
S14040の現在地予定速度取得では、S14030速度調整マップ読み込みで得た経路上の各地点での予定速度情報とRTKによって取得したロボット本体の自己位置とを対比し、経路上のロボット自己位置における予定速度を取得する。 In S14040, the estimated velocity at the current position is acquired. The estimated velocity information at each point on the route obtained by reading the velocity adjustment map in S14030 is compared with the self-position of the robot main body acquired by RTK, and the estimated velocity at the robot's self-position on the route is calculated. to get
S14050の走行速度予実比較では、S14040現在地予定速度取得で取得したRTK自己位置における予定速度と、S14020で得たロボット本体の走行速度を比較する。 In the running speed prediction/actual comparison in S14050, the scheduled speed at the RTK self-position acquired in S14040 Current location scheduled speed acquisition is compared with the running speed of the robot main body acquired in S14020.
S14060の停止・迂回判断では、S14050走行速度予実比較の結果から速度の予実差が移動機構の走行を妨げる閾値を超過するかどうかを判断し、閾値を超過した場合には停止及び迂回の判断を行う。 In the stop/detour decision of S14060, it is determined whether or not the difference in expected/actual speed exceeds the threshold value that prevents the movement of the moving mechanism from the results of the actual/predicted traveling speed comparison of S14050. conduct.
S14070の周辺経路・中継地点決定では、S14071のRTK自己位置測位、S14072の周辺障害物サーチ、S14073の経路・中継地点決定として、S12010、S12020、S12030と同様の迂回経路・中継地点の決定を行う。図13におけるこれらの走行可否判定処理に際しては、別途建設現場を同一の移動機構によって手動走行して得られたモータートルク数、速度情報を事前学習データとした強化学習によって算出を行ってもよい。 In determining the peripheral route and relay points in S14070, the same detour route and relay points as in S12010, S12020, and S12030 are determined as RTK self-positioning in S14071, surrounding obstacle search in S14072, and route and relay point determination in S14073. . 13 may be calculated by reinforcement learning using the motor torque number and speed information obtained by manually traveling the construction site separately with the same moving mechanism as pre-learned data.
以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。 Although the embodiment of the present invention has been described as above, various alternatives, modifications, or variations are possible for those skilled in the art based on the above description, and the present invention can be implemented in various ways without departing from the scope of the invention. It encompasses alternatives, modifications or variations.
Claims (3)
RTK補正情報を提供する基地局と、
調査機器であって、
専用マーカを撮像する3D撮像手段と、
複数の基準点が記録されている設計図データを記録する手段と、
前記撮像された前記専用マーカの中心位置を特定し、前記専用マーカの中心位置の垂直上方に移動することによって、前記基地局を介して、前記専用マーカ上でRTK測位をする手段と
を有する調査機器と、
を備え、
前記調査機器は、前記専用マーカが設置された基準点2点をRTK測位し、当該RTK測位により得られた前記基準点2点間から平面直角座標系のRTK座標へ変換したのち、方位角の東西と北南を設計図データのそれぞれx軸とy軸方向に基づいて変換して得る角度補正値、そして距離を設計図データ上の基準点2点間の距離とを比較して得る距離補正比率を導き、前記専用マーカを被せた杭芯上で、前記3D撮像手段により撮像された前記専用マーカの中心位置を特定し、前記RTK測位をする手段を前記専用マーカの前記垂直上方に固定し、前記杭芯位置の前記垂直上方でRTK測位を行って得られたRTK座標に対して前記角度補正値及び距離補正比率を用いて設計図データ上の座標に変換された杭芯座標と、前記専用マーカを被せた前記杭芯の前記設計図データ上の座標に変換された杭芯座標に対応する前記設計図データ上での前記杭芯の目標座標との誤差を計算することを特徴とする、システム。 A system for investigating a pile core position of a pile core,
a base station that provides RTK correction information;
A survey device,
3D imaging means for imaging the dedicated marker;
means for recording design drawing data in which a plurality of reference points are recorded;
means for performing RTK positioning on the dedicated marker via the base station by identifying the center position of the imaged dedicated marker and moving vertically above the center position of the dedicated marker. equipment and
with
The survey device performs RTK positioning of the two reference points on which the dedicated markers are installed , converts the distance between the two reference points obtained by the RTK positioning into RTK coordinates in a planar rectangular coordinate system, and then determines the azimuth angle . Angle correction value obtained by converting east-west and north-south directions based on the x-axis and y-axis directions of the design drawing data , and distance correction obtained by comparing the distance between two reference points on the design drawing data. Deriving the ratio, specifying the center position of the dedicated marker imaged by the 3D imaging means on the pile core covered with the dedicated marker, and fixing the means for performing RTK positioning vertically above the dedicated marker , the pile core coordinates converted into coordinates on the design drawing data using the angle correction value and the distance correction ratio with respect to the RTK coordinates obtained by performing RTK positioning vertically above the pile core position ; An error between the target coordinates of the pile core on the design drawing data corresponding to the pile core coordinates converted into the coordinates on the design drawing data of the pile core covered with the special marker and the target coordinates is calculated. ,system.
前記専用マーカの中心部には、前記杭芯の前記中心位置を確認するための覗き穴が設けられているとともに、建設現場の地面上において画像認識による精度を高めるための艶なしの青色で着色されていることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。 The dedicated marker is an umbrella shape covering the RTK positioning target point in the field,
At the center of the dedicated marker, a peephole is provided for confirming the center position of the pile core, and it is colored matte blue to improve the accuracy of image recognition on the ground of the construction site. 2. The system of claim 1, wherein:
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