JP7630421B2 - 走行管理システム - Google Patents

Description

本発明は、圃場を走行しながら農作業を行う作業車の走行管理システムに関する。

作業車の走行を管理する際に、圃場の外縁部の高さを把握することは重要である。例えば特許文献１に記載の作業車（文献では「コンバイン」）では、作業車の前部に検出部（文献では符号「２」で示された「レーダーセンサ」）が備えられている。この検出部は作業車の前方の物体を検出可能に構成され、この検出部の検出結果に基づいて圃場外縁部の高さ（文献では「畦高さ」）が算出される。

特開２０１６－０８６６６８号公報

ところで特許文献１に開示された検出部は、作業車の前部に固定されているため、この検出部で作業車の前方における圃場外縁部の高さを算出すると、作業車の対地高さを基準とした圃場外縁部の高さが算出される。しかし、圃場が湿田であったり傾斜地であったりする場合等では、圃場面が一律に同じ高さとは限らない。このため、検出部が前方の圃場外縁部の高さを算出するタイミングにおいて作業車が位置する圃場面と、検出部が前方の圃場外縁部の高さを算出した後で作業車が前進する圃場面と、の夫々の高度が異なる場合が考えられる。このような場合、単に検出部で圃場外縁部の高さを算出するだけの構成では、圃場面に対する圃場外縁部の高さを算出できない虞がある。

本発明の目的は、圃場面に対する圃場外縁部の高さを好適に算出できる走行管理システムを提供することにある。

本発明は、走行装置で圃場を走行しながら農作業を行う作業車の走行管理システムであって、前記作業車による前記圃場における外周部分の周回走行中に、前記圃場よりも外側の圃場外縁部を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて平面視における前記作業車に対する前記圃場外縁部の離間距離を取得する離間距離取得部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記圃場外縁部のうち前記作業車に対して前記離間距離だけ離間した箇所における前記作業車に対する高さを示す第一高さデータを経時的に取得する第一高さ取得部と、衛星測位によって前記作業車の三次元位置情報を経時的に取得する測位情報取得部と、前記第一高さデータと前記三次元位置情報とを経時的に記憶する記憶部と、前記第一高さデータと前記三次元位置情報とに基づいて圃場面に対する前記圃場外縁部の高さを示す第二高さデータを算出する第二高さ算出部と、が備えられ、前記測位情報取得部は、前記作業車が前記離間距離に亘って走行する前後において、前記離間距離だけ離間した二地点における前記三次元位置情報の夫々を取得するように構成され、前記第二高さ算出部は、前記二地点のうち前記作業車が前記離間距離に亘って走行する前の地点において前記第一高さ取得部によって取得された前記第一高さデータと、前記二地点における前記三次元位置情報の夫々の高さ成分の差と、に基づいて、前記第二高さデータを算出するように構成されていることを特徴とする。

本発明によると、検出部の検出結果が、圃場外縁部の高さを示す第一高さデータとして経時的に取得されるとともに、作業車の三次元位置情報が測位情報取得部によって経時的に取得される。衛星測位によって取得される三次元位置情報には、高度に関する情報も含まれている。このことから、本発明は、検出部が前方の圃場外縁部の高さを算出するタイミングにおいて作業車が位置する圃場面と、検出部が前方の圃場外縁部の高さを算出した後で作業車が前進する圃場面と、の夫々の高度を把握できる。これにより、圃場外縁部の高さを、圃場面に対する圃場外縁部の高さを好適に算出できる走行管理システムが実現される。
また、本構成は、予め設定された離間距離だけ作業車から前方に離間した地点における圃場外縁部の高さを検出部が算出するタイミングにおいて作業車が位置する圃場面と、作業車が当該離間距離だけ前進したタイミングにおいて作業車が位置する圃場面と、の夫々の高度差を取得できる。これにより、本構成は、作業車が当該離間距離だけ前進したタイミングにおいて作業車が位置する圃場面を基準に、圃場外縁部の高さを好適に算出できる。

本発明に係る走行管理システムの別の好適な特徴は、前記検出部は、横方向に沿って光ビームを走査することによって測距データを二次元座標で取得する光学式測距装置であって、前記第一高さ取得部は、前記作業車が走行しているときの前記測距データに基づいて前記第一高さデータを経時的に取得するように構成されている点にある。

本構成によると、検出部が、測距データを二次元座標で取得する方式の光学式測距装置で構成されている。二次元座標で取得する方式の光学式測距装置は、三次元座標で取得する方式の光学式測距装置と比較して、応答性に優れ、低価格である。本構成であれば、作業車が走行しながら光学式測距装置が光ビームを照射する。このため、三次元座標で取得する方式の光学式測距装置を採用する構成と比較して、機体の進行方向に沿って第一高さデータを連続的に取得する構成が、低コストで実現される。

本発明において、前記第一高さ取得部は、前記走行装置の底部を基準に前記第一高さデータを取得するように構成されている点にある。

本構成であれば、第一高さデータが走行装置の底部を基準とした圃場外縁部の高さとして示されるため、管理者やオペレータは、第一高さデータの数値を直感的に理解し易くなる。

本発明に係る走行管理システムの別の好適な特徴は、前記第二高さ算出部は、前記圃場外縁部における第一位置に対応する前記第一高さデータと、前記第一位置の近傍の前記圃場面である第二位置に対応する前記三次元位置情報と、に基づいて、前記第二位置に対する前記第一位置の相対高さを、前記第一位置に対応する前記第二高さデータとして算出するように構成されている点にある。

本構成は、作業車が第一位置の近傍に位置する状態で取得された三次元位置情報に基づいて、第二位置を基準に圃場外縁部の高さを好適に算出できる。

本発明に係る走行管理システムの別の好適な特徴は、前記第二高さ算出部は、前記第一高さ取得部によって前記圃場の一周分に相当する前記第一高さデータが取得されてから、前記第二高さデータを算出するように構成されている点にある。

第一高さデータの取得と第二高さデータの算出とが同時に行われる構成であると、演算処理の負荷が増大したりネットワークのトラフィック負荷が増大したりする虞が考えられる。本構成によると、圃場の一周分に相当する第一高さデータが揃った後に、第二高さデータが算出される。これにより、演算処理の負荷が増大したりネットワークのトラフィック負荷が増大したりする虞が軽減される。

本発明に係る走行管理システムの別の好適な特徴は、前記圃場外縁部の高さを表示する表示装置が備えられ、前記第二高さ算出部は、前記圃場の一周分に相当する前記第二高さデータを前記表示装置へ一括送信するように構成され、前記表示装置は、前記第二高さデータを前記圃場外縁部の高さとして表示するように構成されている点にある。

本構成によって、管理者やオペレータは、圃場外縁部の高さを圃場の一周分に亘って俯瞰でき、第二高さデータが適切に算出されたか否かを確認できる。

本発明に係る走行管理システムの別の好適な特徴は、前記第二高さ算出部は、前記第二高さデータを経時的に算出するように構成されている点にある。また、本発明に係る走行管理システムの好適な特徴は、前記圃場外縁部の高さを表示する表示装置が備えられ、前記第二高さ算出部は、経時的に算出された前記第二高さデータを前記表示装置へ逐次送信するように構成され、前記表示装置は、逐次送信された前記第二高さデータを前記圃場外縁部の高さとして逐次表示するように構成されている点にある。

本構成によって、第二高さ算出部がリアルタイムに算出される。これにより、例えば管理者やオペレータは、圃場の一周分に相当する第一高さデータが取得されるのを待たなくても、第二高さデータが適切に算出されたか否かをリアルタイムに確認できる。

本発明に係る走行管理システムの別の好適な特徴は、前記第二高さデータの集合体に基づいて、圃場走行中の前記作業車が越境不能な境界を示す外縁マップを生成するマップ生成部が備えられている点にある。また、本発明に係る走行管理システムの好適な特徴は、前記外縁マップに基づいて、前記作業車の自動走行を制御する走行制御部が備えられている点にある。

本構成であれば、例えば作業車が圃場を越境する場合に、実際に何処で越境不能になるのかの把握が外縁マップによって容易になる。これにより、作業車は、圃場外側の障害物等との接触を回避しながら圃場内を効率よく走行可能となる。

圃場外縁部を検出しながら圃場を走行するコンバインの平面図である。 走行管理システムの構成を示すブロック図である。 第二高さデータの算出と、外縁マップの生成と、の流れを示すフローチャート図である。 第一高さデータを取得する様子を示すコンバインの側面図である。 第二高さデータを算出する様子を示すコンバインの側面図である。 外縁マップを示す図である。

本発明を実施するための形態について、図面に基づき説明する。なお、以下の説明においては、特に断りがない限り、図１、図４及び図５に示す矢印「Ｆ」の方向を「前」、矢印「Ｂ」の方向を「後」とする。図１に示す矢印「Ｌ」の方向を「左」、矢印「Ｒ」の方向を「右」とする。また、図４及び図５に示す矢印「Ｕ」の方向を「上」、矢印「Ｄ」の方向を「下」とする。

本発明の走行管理システムが適用される作業車の一例である普通型のコンバイン１について説明する。図１、図４及び図５に示すように、コンバイン１の機体１０に、機体フレーム９と、クローラ式の走行装置１１と、運転部１２と、脱穀装置１３と、穀粒タンク１４と、収穫部１５と、搬送部１６と、穀粒排出装置１８と、衛星測位モジュール８０と、検出部８１と、が備えられている。

走行装置１１は、エンジン（図示せず）からの動力によって駆動する。運転部１２には、コンバイン１を操作または監視するオペレータが搭乗可能である。なお、オペレータは、コンバイン１の機外からコンバイン１の作業を監視していても良い。

収穫部１５は、機体１０における前部に備えられている。収穫部１５は、刈取シリンダ１７を介して機体フレーム９に対して昇降可能に構成されている。そして、搬送部１６は、収穫部１５の後方に設けられている。収穫部１５は、圃場５の作物を収穫する。そして、コンバイン１は、収穫部１５によって圃場５の植立穀稈を刈り取りながら走行装置１１によって走行する刈取走行が可能である。なお、本実施形態における「作業走行」は、具体的には刈取走行である。なお、「作業走行」は、走行しながら、植立穀稈の刈り取り以外の作業を行うものであっても良い。

収穫部１５により収穫された刈取穀稈は、搬送部１６によって機体後方へ搬送される。これにより、刈取穀稈は脱穀装置１３へ搬送される。脱穀装置１３において、刈取穀稈は脱穀処理される。脱穀処理により得られた穀粒は、穀粒タンク１４に貯留される。穀粒タンク１４に貯留された穀粒は、必要に応じて、穀粒排出装置１８によって機外に排出される。

ここで、コンバイン１は、圃場外縁部６よりも内側に位置する圃場５において、作物を収穫するように構成されている。なお、圃場外縁部６は、圃場５を囲む状態で設けられている。圃場外縁部６には、例えば、畦畔６１、給排水ポンプ（不図示）、水口（不図示）等が含まれている。換言すると、圃場外縁部６は圃場５よりも外側の領域である。

衛星測位モジュール８０及び検出部８１は、運転部１２の上部に取り付けられている。なお、衛星測位モジュール８０による衛星航法を補完するために、ジャイロ加速度センサや磁気方位センサを組み込んだ慣性航法ユニットが衛星測位モジュール８０に組み込まれている。もちろん、慣性航法ユニットは、コンバイン１において衛星測位モジュール８０と別の箇所に配置されても良い。

衛星測位モジュール８０は、ＧＮＳＳ（グローバル・サテライト・ナビゲーション・システム、例えばＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＱＺＳＳ、ＢｅｉＤｏｕ、等）で用いられる人工衛星ＧＳからの測位信号を受信する。

検出部８１は、例えば、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）測定方式の光学式測距装置である。検出部８１は、二次元スキャンＬｉＤＡＲであって、赤外線レーザー光のような光ビームを横方向に沿って走査することによって測距データを二次元座標で取得するように構成されている。検出部８１が検出対象物に対して当該光ビームを照射すると、当該光ビームの光波は空中伝搬して検出対象物の表面で反射し、反射光波が空中伝搬して検出部８１へ到達する。検出部８１は、検出対象物の表面で反射した光波を、反射信号として取得する。そして、検出部８１は、光ビームを照射してから反射信号を取得するまでの時間に基づいて、検出部８１と検出対象物との距離を算出するように構成されている。このため、検出部８１は、ＴｏＦ測定方式の測定結果に基づいて光ビームの照射範囲ＦＡ（図１及び図４参照）に存在する物体の位置及び高さを検出可能である。このように、検出部８１は、コンバイン１の圃場走行中に、コンバイン１の前方に位置する圃場外縁部６を検出するように構成されている。なお、『前方』とは、コンバイン１の真前に限定されず、コンバイン１の左右斜め前方も含まれる。

〔システムの構成〕
本実施形態の走行管理システムを図２に基づいて説明する。図２に示すように、本発明の走行管理システムに、コントローラ２０とデータ算出ユニット３０とが備えられている。コンバイン１には、多数のＥＣＵと呼ばれる電子制御ユニットが備えられている。コントローラ２０は、コンバイン１における電子制御ユニットの一構成であって、コンバイン１の各種入出力機器等と車載ＬＡＮなどの配線網を通じて信号通信（データ通信）を可能に構成されている。データ算出ユニット３０は、コンバイン１に備えられず、例えば遠隔地に設けられた管理コンピュータに組み込まれたものであって、コントローラ２０と通信ネットワークを介してデータの送受信を可能に構成されている。

コントローラ２０に、測位情報取得部２１と、第一高さ取得部２２と、形状記憶部２３と、走行制御部２４と、が備えられている。

衛星測位モジュール８０は、受信した測位信号に基づいて、コンバイン１の自車位置を示す測位データを測位情報取得部２１へ送る。測位情報取得部２１は、衛星測位モジュール８０により出力された測位データに基づいて、コンバイン１の三次元位置情報Ｐを経時的に取得する。

検出部８１は、検出結果である測距データを第一高さ取得部２２へ経時的に送る。第一高さ取得部２２は、コンバイン１の圃場走行中にコンバイン１の進行方向前方において検出部８１によって検出された物体の二次元座標を経時的に取得する。そして第一高さ取得部２２は、検出部８１によって取得された二次元座標に基づいて、コンバイン１に対する物体の高さを算出可能なように構成されている。コンバイン１に対する物体の高さとは、走行装置１１の底部を基準とした物体の高さである。なお、第一高さ取得部２２が、どの部分を基準にして物体の高さを算出するかに関しては、走行装置１１の底部以外にも適宜変更可能である。

第一高さ取得部２２は、圃場外縁部６のうち、コンバイン１の進行方向前方における畦畔６１（図１，図４及び図５参照）や給排水ポンプ（不図示）、水口（不図示）等の高さを示すデータを取得する。コンバイン１に対する圃場外縁部６の高さに関するデータを、『第一高さデータＨ１』と称する。つまり、第一高さ取得部２２は、コンバイン１が走行しているときの検出部８１の検出結果に基づいてコンバイン１に対する圃場外縁部６の高さを示す第一高さデータＨ１を経時的に取得する。本実施形態において、第一高さ取得部２２は、走行装置１１の底部を基準に第一高さデータＨ１を取得する。

また、本実施形態における第一高さ取得部２２は、圃場外縁部６だけでなく、圃場５の物体の高さに関するデータも取得可能に構成されている。例えば、第一高さ取得部２２は、圃場５における植立穀稈や倒伏穀稈、雑草等の高さを示すデータも取得可能である。

離間距離取得部２５は、検出部８１の検出結果に基づいて平面視におけるコンバイン１に対する圃場外縁部６の離間距離Ｌ１を取得する。図４に示す例では、検出部８１から照射された光ビームが、コンバイン１の右前方の畦畔６１における照射ポイントＩＲで反射している。図４に示す照射ポイントＩＲは、コンバイン１の進行方向において、検出部８１から機体前方へ離間距離Ｌ１（図４及び図５では『Ｌ１（ｉ）』と示している）だけ離間している。

なお、照射ポイントＩＲは畦畔６１の上端部に位置し、圃場５の圃場面と畦畔６１の上端部との間は、畦畔６１における法面であって傾斜している。第一高さ取得部２２は、検出部８１の検出結果に基づいて、畦畔６１における法面の高さも取得可能である。

なお、本実施形態において「圃場走行」は、圃場５において走行することを意味する。例えば、圃場５における外周部分を周回走行することは、本発明に係る「圃場走行」の具体例である。また、圃場５における外周部分よりも内側を走行することも、本発明に係る「圃場走行」の具体例である。

第一高さ取得部２２によって取得された第一高さデータＨ１と、離間距離取得部２５によって取得された離間距離Ｌ１と、は経時的に記憶部３１へ送られる。また、測位情報取得部２１により算出されたコンバイン１の三次元位置情報Ｐは、経時的に記憶部３１へ送られる。

図２に示すデータ算出ユニット３０に、記憶部３１と、第二高さ算出部３２と、閾値設定部３３と、マップ生成部３４と、報知部３５と、が備えられている。

記憶部３１は、位置情報記憶部３１Ａと、第一高さデータ記憶部３１Ｂと、第二高さデータ記憶部３１Ｃと、閾値記憶部３１Ｄと、マップ記憶部３１Ｅと、を有する。

測位情報取得部２１によって算出されたコンバイン１の三次元位置情報Ｐは、取得したタイミングにおける時間情報と、取得したタイミングにおける慣性航法ユニット（不図示）の検出結果（例えばピッチ角、ロール角、ヨー角）と、に関連付けられる。そして、時間情報と慣性航法ユニットの検出結果とに関連付けられた三次元位置情報Ｐが、位置情報記憶部３１Ａに経時的に記憶される。この結果、位置情報記憶部３１Ａにコンバイン１の走行軌跡が記憶される。

なお、取得したタイミングにおける三次元位置情報Ｐが、取得したタイミングにおける慣性航法ユニットの検出結果に基づいて補正される構成であっても良い。つまり、衛星測位モジュール８０によって測位された位置情報はコンバイン１の傾斜分だけ誤差を生じるが、この位置情報の誤差が、慣性航法ユニットの検出結果に応じて補正される構成であっても良い。位置情報記憶部３１Ａに多数の三次元位置情報Ｐが記憶されている。

第一高さ取得部２２によって取得された第一高さデータＨ１は、第一高さデータＨ１の取得タイミングにおける時間情報と、当該取得タイミングにおける慣性航法ユニットの検出結果と、に関連付けられる。そして、時間情報と慣性航法ユニットの検出結果とに関連付けられた第一高さデータＨ１が、第一高さデータ記憶部３１Ｂに経時的に記憶される。また、第一高さデータＨ１の取得タイミングにおいて離間距離取得部２５によって取得された離間距離Ｌ１は、当該取得タイミングにおける時間情報と関連付けられる。そして、時間情報に関連付けられた離間距離Ｌ１が、第一高さデータ記憶部３１Ｂに経時的に記憶される。このことから、第一高さデータＨ１を離間距離Ｌ１と時間情報と慣性航法ユニットの検出結果とに関連付ける構成が可能である。第一高さデータ記憶部３１Ｂに多数の第一高さデータＨ１及び離間距離Ｌ１が記憶されている。

このように、記憶部３１は、第一高さデータＨ１と離間距離Ｌ１と三次元位置情報Ｐとを経時的に記憶する。第二高さデータ記憶部３１Ｃと、閾値記憶部３１Ｄと、マップ記憶部３１Ｅと、に関しては後述する。

本実施形態では、図４に示すように、任意のタイミングにおいて、検出部８１が照射範囲ＦＡとして示す光ビームを照射し、当該光ビームがコンバイン１の前方の畦畔６１の上端部における照射ポイントＩＲで反射している。そして第一高さ取得部２２は、走行装置１１を基準に、照射ポイントＩＲにおける第一高さデータＨ１（ｉ）を取得する。また、第一高さ取得部２２が第一高さデータＨ１（ｉ）を取得したタイミングで、離間距離取得部２５が離間距離Ｌ１（ｉ）を取得し、測位情報取得部２１が三次元位置情報Ｐ（ｉ）を取得する。

ここで、「ｉ」とは、第一高さ取得部２２が第一高さデータＨ１を取得したタイミング、及び、測位情報取得部２１が三次元位置情報Ｐを取得したタイミングを意味し、後述の「時系列カウンタｉ」と同じである。本実施形態では、任意の時系列カウンタｉにおいて取得された第一高さデータＨ１を第一高さデータＨ１（ｉ）と記載し、任意の時系列カウンタｉにおいて取得された離間距離Ｌ１を離間距離Ｌ１（ｉ）と記載し、任意の時系列カウンタｉにおいて取得された三次元位置情報Ｐを三次元位置情報Ｐ（ｉ）と記載する。なお、「ｉ」の値が同一であると、三次元位置情報Ｐ（ｉ）と第一高さデータＨ１（ｉ）と離間距離Ｌ１（ｉ）との夫々は、同一のタイミングに取得されたものである。

図４及び図５に示す例では、コンバイン１の右方に、圃場外縁部６の畦畔６１が存在し、コンバイン１は畦畔６１に沿って圃場５の外周領域を走行している。

図４及び図５に示す例では、圃場５においてコンバイン１の前方の領域が、前下がりに傾斜して、三次元位置情報Ｐ（ｉ）を取得した地点よりも低地になっている。実際にコンバイン１の前方には作物が植立しているため、検出部８１の検出結果だけでは、圃場５におけるコンバイン１の前方の領域の高さを正確に取得できない場合が多い。第一高さデータＨ１（ｉ）は、走行装置１１の底部を基準に取得される。このため、図４及び図５に示す例では、第一高さデータＨ１（ｉ）が、圃場５に対する実際の圃場外縁部６の高さと相違している。このため、本実施形態では、圃場５に対する実際の圃場外縁部６の正確な高さを算出するための処理として、図３に示すステップ＃０１～ステップ＃０９の処理が行われる。

図３は、圃場５の外縁マップを生成するフローチャートを示している。コンバイン１が圃場５の外周領域に沿って周回走行している間、第一高さ取得部２２は第一高さデータＨ１を経時的に取得し（ステップ＃０１）、離間距離取得部２５は離間距離Ｌ１を経時的に取得し（ステップ＃０２）、測位情報取得部２１は三次元位置情報Ｐを経時的に取得する（ステップ＃０３）。ステップ＃０１及びステップ＃０３は、コンバイン１が圃場５を一周するまで継続する。ステップ＃０４において、データ算出ユニット３０は、コンバイン１が圃場５を一周したか否かを判定する。

第一高さ取得部２２によって圃場５の一周分に相当する第一高さデータＨ１が取得されると（ステップ＃０４：Ｙｅｓ）、第二高さ算出部３２は、ステップ＃０５～ステップ＃０９の処理に基づいて、第二高さデータＨ２を算出する。

位置情報記憶部３１Ａに、圃場５の一周分に相当する三次元位置情報Ｐの配列が、時系列順にＰ（０），Ｐ（１），Ｐ（２）…と並んでいる。また、第一高さデータ記憶部３１Ｂに、圃場５の一周分に相当する第一高さデータＨ１の配列が、時系列順にＨ１（０），Ｈ１（１），Ｈ１（２）…と並んでいる。加えて、第一高さデータ記憶部３１Ｂに、圃場５の一周分に相当する離間距離Ｌ１の配列が、時系列順にＬ１（０），Ｌ１（１），Ｌ１（２）…と並んでいる。

ステップ＃０５では、データ算出ユニット３０は時系列カウンタｉをゼロに設定する。ステップ＃０６において第二高さ算出部３２は、第一高さデータＨ１（ｉ）と離間距離Ｌ１（ｉ）と三次元位置情報Ｐ（ｉ）とを読み出し、更に、三次元位置情報Ｐ（ｉ）と異なる時系列カウンタｉを有する三次元位置情報Ｐ（ｊ）を読み出す。三次元位置情報Ｐ（ｊ）は、三次元位置情報Ｐ（ｉ）で示す位置から離間距離Ｌ１（ｉ）だけコンバイン１の前方へ離間した地点の三次元位置情報Ｐである。第一高さデータＨ１（ｉ）は、三次元位置情報Ｐ（ｉ）で示す位置からコンバイン１の前方へ向けて離間距離Ｌ１（ｉ）だけ離間した位置における圃場外縁部６の高さを示している。このことから、図５に示すように、三次元位置情報Ｐ（ｊ）の位置は、第一高さデータＨ１（ｉ）を取得した照射ポイントＩＲの位置の近傍である。

ステップ＃０５で時系列カウンタｉがゼロに設定される。この直後にステップ＃０６に移行すると、第二高さ算出部３２は、最初に取得された第一高さデータＨ１（０）と、最初に取得された離間距離Ｌ１（０）と、最初に取得された三次元位置情報Ｐ（０）と、を読み出す。第一高さデータＨ１（０）は、三次元位置情報Ｐ（０）の位置からコンバイン１の前方へ向けて離間距離Ｌ１（０）だけ離間した位置における圃場外縁部６の高さである。そして第二高さ算出部３２は、三次元位置情報Ｐ（０）の位置からコンバイン１の前方へ向けて離間距離Ｌ１（０）だけ離間した位置における三次元位置情報Ｐ（ｊ）を読み出す。三次元位置情報Ｐ（ｊ）は、第一高さデータＨ１（０）を取得した照射ポイントＩＲに対応する。

ステップ＃０６において第二高さ算出部３２は、三次元位置情報Ｐ（ｉ）の高さ成分情報Ｐｚ（ｉ）と、三次元位置情報Ｐ（ｊ）の高さ成分情報Ｐｚ（ｊ）と、を算出し、高さ成分情報Ｐｚ（ｉ）と高さ成分情報Ｐｚ（ｊ）との差を算出する。これにより、図５に示すように、圃場５において三次元位置情報Ｐ（ｉ）で示す位置と三次元位置情報Ｐ（ｊ）で示す位置との高さの差が算出される。そして、第一高さデータＨ１（ｉ）と高さ成分情報Ｐｚ（ｉ）と高さ成分情報Ｐｚ（ｊ）とに基づいて、下記の式で第二高さデータＨ２（ｉ）が算出される。

Ｈ２（ｉ）＝Ｈ１（ｉ）＋｛Ｐｚ（ｉ）－Ｐｚ（ｊ）｝

図５に示す例では、検出部８１が機体前方に離間距離Ｌ１（ｉ）だけ離間した照射ポイントＩＲを照射した（図４参照）後にコンバイン１が離間距離Ｌ１（ｉ）だけ走行したタイミングで、測位情報取得部２１が三次元位置情報Ｐ（ｊ）を取得する。このため、図５において三次元位置情報Ｐ（ｊ）が取得されるタイミングは、衛星測位モジュール８０が、図４に示す照射ポイントＩＲの真横に位置するタイミングである。

つまり、図４及び図５に示す例では、測位情報取得部２１は、コンバイン１が離間距離Ｌ１（ｉ）に亘って前進走行する前後において、離間距離Ｌ１（ｉ）だけ離間した二地点における三次元位置情報Ｐ（ｉ），Ｐ（ｊ）の夫々を取得するように構成されている。そして第二高さ算出部３２は、第一高さデータＨ１（ｉ）と、当該二地点における三次元位置情報Ｐ（ｉ），Ｐ（ｊ）の夫々の高さ成分情報Ｐｚ（ｉ），Ｐｚ（ｊ）の差と、に基づいて、第二高さデータＨ２（ｉ）を算出するように構成されている。

図４に示す例では、検出部８１から照射された光ビームの先に検出対象物として照射ポイントＩＲが畦畔６１の上端部分に存在する。この畦畔６１における照射ポイントＩＲが、圃場外縁部６における『第一位置』に相当する。このときに第一高さ取得部２２は第一位置に対応する第一高さデータＨ１を取得する。

図５において、三次元位置情報Ｐ（ｊ）の位置する地点が、当該第一位置の近傍の圃場面である『第二位置』に相当する。このときに測位情報取得部２１は第二位置に対応する三次元位置情報Ｐを取得する。

つまり、本実施形態では、第二高さ算出部３２は、第一位置に対応する第一高さデータＨ１と、第一位置の近傍の圃場面である第二位置に対応する三次元位置情報Ｐと、に基づいて、第二位置に対する第一位置の相対高さを、第一位置に対応する第二高さデータＨ２として算出するように構成されている。

このように、第二高さ算出部３２は、第一高さデータＨ１と三次元位置情報Ｐとに基づいて圃場面に対する圃場外縁部６の高さを示す第二高さデータＨ２を算出する。

第二高さ算出部３２が任意の時系列カウンタｉにおける第二高さデータＨ２（ｉ）を算出すると、第二高さ算出部３２は第二高さデータＨ２（ｉ）を第二高さデータ記憶部３１Ｃに記憶する（ステップ＃０７）。

第二高さ算出部３２が、任意の時系列カウンタｉにおける第二高さデータＨ２（ｉ）を第二高さデータ記憶部３１Ｃに記憶すると、データ算出ユニット３０は時系列カウンタｉをインクリメント（ステップ＃０８）する。そして、時系列カウンタｉが最大値に到達していなければ（ステップ＃０９：Ｎｏ）、第二高さ算出部３２はステップ＃０６～ステップ＃０８の処理を繰り返す。時系列カウンタｉの最大値とは、圃場５の一周分に亘って第一高さデータＨ１が取得された回数に相当する。つまり、時系列カウンタｉが最大値に到達するまで第二高さデータＨ２（ｉ）の算出が繰り返されると、圃場５の一周分に相当する第二高さデータＨ２が算出される。

このように、第二高さ算出部３２は、第一高さ取得部２２によって圃場５の一周分に相当する第一高さデータＨ１が取得されてから、第二高さデータＨ２を算出するように構成されている。

時系列カウンタｉが最大値に到達し、圃場５の一周分の第二高さデータＨ２が算出されると（ステップ＃０９：Ｙｅｓ）、ステップ＃１０において、第二高さ算出部３２は圃場５の一周分に相当する第二高さデータＨ２を報知部３５へ一括送信する（ステップ＃１０）。そして報知部３５は、表示装置４が第二高さデータＨ２を圃場外縁部６の高さとして表示するように、表示装置４を制御する。表示装置４は、例えば運転部１２に設けられたモニターであっても良いし、オペレータや管理者等が携帯するスマートフォンやタブレットコンピュータであっても良い。つまり、第二高さ算出部３２は、圃場５の一周分に相当する第二高さデータＨ２を表示装置４へ一括送信するように構成され、表示装置４は、第二高さデータＨ２を圃場外縁部６の高さとして表示するように構成されている。報知部３５は、音声等を報知する構成であっても良い。

ステップ＃１１において、マップ生成部３４は高さ閾値ＨＴを閾値記憶部３１Ｄから読み出す。高さ閾値ＨＴは閾値設定部３３によって設定され、閾値記憶部３１Ｄに記憶される。

閾値設定部３３は、第二高さデータＨ２に関する高さ閾値ＨＴを設定する。高さ閾値ＨＴは、例えば、走行装置１１の底部の高さや、機体フレーム９の下端部の対地高さや、収穫部１５が最も上昇した状態における収穫部１５の下端部の対地高さ等である。閾値記憶部３１Ｄは、これら複数の異なる高さ閾値ＨＴを記憶可能に構成されている。例えば閾値設定部３３は、コンバイン１のオペレータが手入力で設定した値を受け付けて高さ閾値ＨＴとして設定しても良いし、外部の管理コンピュータから通信ネットワークを介して送られてきたデータ値を受け付けて高さ閾値ＨＴとして設定しても良い。つまり、高さ閾値ＨＴは、コンバイン１における種々の部分の対地高さに応じて設定可能である。閾値記憶部３１Ｄに一つ以上の高さ閾値ＨＴが記憶され、閾値設定部３３が閾値記憶部３１Ｄから高さ閾値ＨＴを読み出す。

ステップ＃１２において、マップ生成部３４は、時系列カウンタｉごとに第二高さデータＨ２（ｉ）が高さ閾値ＨＴよりも高いか低いかを判定する。また、ステップ＃１３においてマップ生成部３４は高さ閾値ＨＴよりも高い第二高さデータＨ２の集合体に基づいて、圃場走行中のコンバイン１が越境不能な境界を示す外縁マップを生成する。外縁マップは、圃場走行中のコンバイン１が越境不能な境界を示すものである。そしてステップ＃１４において、生成された外縁マップが、マップ生成部３４からマップ記憶部３１Ｅへ送られ、マップ記憶部３１Ｅに記憶される。

閾値記憶部３１Ｄは、複数の異なる高さ閾値ＨＴを記憶可能に構成されている。このため、複数の異なる高さ閾値ＨＴごとに、ステップ＃１１～ステップ＃１４の処理が行われて、複数の異なる高さ閾値ＨＴの夫々に対応する外縁マップが生成される構成であっても良い。つまり、マップ生成部３４は、複数の異なる高さ閾値ＨＴを基準にした複数の判定処理が可能であり、マップ生成部３４は、複数の判定処理ごとに外縁マップを生成する。

図６に示す例では、走行装置１１の底部と、機体フレーム９の下端部と、収穫部１５が最も上昇した状態における収穫部１５の下端部と、の夫々で高さ閾値ＨＴが設定される。そして、図６に示す例では、三つの高さ閾値ＨＴの夫々を基準としてマップ生成部３４による判定処理が行われ、当該判定処理ごとの外縁マップが示されている。

図６において、機体フレーム９の下端部を基準に生成された外縁マップの外縁線Ｌ３２が、走行装置１１の底部を基準に生成された外縁マップの外縁線Ｌ３１よりも圃場外側に位置する。この場合、機体フレーム９の下端部の対地高さが、畦畔６１（図１，図４及び図５参照）の高さよりも高いため、走行装置１１が圃場５に位置する状態で、機体フレーム９が圃場５よりも外側の畦畔６１にはみ出すことが可能となる。

また、図６において、収穫部１５が最も上昇した状態における収穫部１５の下端部を基準に生成された外縁マップの外縁線Ｌ３３が、走行装置１１の底部を基準に生成された外縁マップの外縁線Ｌ３１よりも圃場外側に位置する。この場合、収穫部１５を最上昇位置まで上昇させれば、走行装置１１が圃場５に位置する状態で、収穫部１５が圃場５よりも外側の畦畔６１にはみ出すことが可能となる。

コンバイン１のコントローラ２０に形状記憶部２３（図２参照）が備えられている。形状記憶部２３にコンバイン１の主要な部位の形状情報が記憶されている。主要な部位の形状情報とは、例えば三次元座標に基づく形状であったり、主要な部位の高さ情報であったり、走行装置１１に対する主要な部位のオーバーハングの長さであったりする。

走行制御部２４（図２参照）はマップ記憶部３１Ｅから外縁マップを読み出し可能に構成されている。走行制御部２４は、外縁マップと、コンバイン１の位置情報と、主要な部位の形状情報と、に基づいてコンバイン１の自動走行を制御する。また、走行制御部２４は、刈取シリンダ１７を制御可能に構成されている。走行制御部２４が刈取シリンダ１７を伸び方向に制御すると、収穫部１５及び搬送部１６は、一体的に、収穫部１５が上昇する方向に揺動する。また、走行装置１１にはモンロー機構が備えられ、走行制御部２４がモンロー機構を上昇させる制御を行うと、機体フレーム９の高さが上昇する。つまり、走行制御部２４は、コンバイン１の主要な部位が、その主要な部位の高さに対応する高さ閾値ＨＴを基準として生成された外縁マップの外縁線Ｌ３を越境しないように、コンバイン１の走行を制御する。

〔別実施形態〕
本発明は、上述の実施形態に例示された構成に限定されるものではなく、以下、本発明の代表的な別実施形態を例示する。

（１）上述の実施形態では、データ算出ユニット３０は、コンバイン１に備えられず、例えば遠隔地に設けられた管理コンピュータに組み込まれたものであって、コントローラ２０と通信ネットワークを介してデータの送受信を可能に構成されている。この実施形態に限定されず、例えば、データ算出ユニット３０がコンバイン１における電子制御ユニットの一構成であっても良い。

（２）上述の実施形態では、コンバイン１が圃場外縁部６に沿って圃場５を周回走行した際に三次元位置データが取得されるが、この実施形態に限定されない。例えば、コンバイン１が圃場５において１８０度の旋回走行を伴う往復走行を繰り返しながら、第一高さ取得部２２が圃場外縁部６から第一高さデータＨ１を取得する構成であっても良い。つまり、第二高さ算出部３２は、第一高さ取得部２２によって圃場５の一周分に相当する第一高さデータＨ１が取得されてから、第二高さデータＨ２を算出するように構成されても良い。

（３）上述の実施形態では、第二高さ算出部３２は、第一高さ取得部２２によって圃場５の一周分に相当する第一高さデータＨ１が取得されてから、第二高さデータＨ２を算出するように構成されている。この実施形態に限定されず、コンバイン１が圃場外縁部６に沿って圃場５を周回走行している最中に、第二高さ算出部３２は、第二高さデータＨ２を経時的に算出するように構成されても良い。

また、上述の実施形態では、第二高さ算出部３２は、圃場５の一周分に相当する第二高さデータＨ２を表示装置４へ一括送信するように構成され、表示装置４は、第二高さデータＨ２を圃場外縁部６の高さとして表示するように構成されている。この実施形態に限定されず、第二高さ算出部３２は、経時的に算出された第二高さデータＨ２を表示装置４へ逐次送信するように構成され、表示装置４は、逐次送信された第二高さデータＨ２を圃場外縁部６の高さとして逐次表示するように構成されても良い。

（４）上述の実施形態では、第一高さデータ記憶部３１Ｂには圃場５の一周分の第一高さデータＨ１が記憶されるが、この実施形態に限定されない。一般的にコンバイン１は、最初に圃場５の外周領域において二回～三回の周回走行を行う。このため、コンバイン１が外周領域において二回～三回の周回走行を行うと、第一高さデータ記憶部３１Ｂには、圃場外縁部６に関する第一高さデータＨ１が、二回～三回の周回走行の分だけ重複して記憶される構成であっても良い。

（５）図２に示す測位情報取得部２１と第一高さ取得部２２との少なくとも一方は、コントローラ２０ではなくデータ算出ユニット３０に設けられても良い。

（６）測位情報取得部２１と衛星測位モジュール８０とが一体的に構成されても良い。

（７）第一高さ取得部２２と検出部８１とが、一体的に構成されても良い。

（８）走行制御部２４は、自動走行を可能な構成であっても良いし、手動走行をアシストする構成であっても良い。走行制御部２４が手動走行をアシストする構成である場合、コンバイン１に例示されるコンバイン１の一部が外縁線Ｌ３を越境しそうになると、コンバイン１が自動的に停車する構成であっても良い。

（９）上述した実施形態において、測位情報取得部２１は、コンバイン１が離間距離Ｌ１（ｉ）に亘って前進走行する前後において、離間距離Ｌ１（ｉ）だけ離間した二地点における三次元位置情報Ｐ（ｉ），Ｐ（ｊ）の夫々を取得するように構成されている。この実施形態に限定されず、例えば、測位情報取得部２１は、コンバイン１が離間距離Ｌ１（ｉ）に亘って後進走行する前後において、離間距離Ｌ１（ｉ）だけ離間した二地点における三次元位置情報Ｐ（ｉ），Ｐ（ｊ）の夫々を取得するように構成されも良い。このとき、第一高さ取得部２２は、コンバイン１が後進走行しているときの検出部８１の検出結果に基づいてコンバイン１に対する圃場外縁部６の高さを示す第一高さデータＨ１を経時的に取得する構成であっても良い。

（１０）上述の実施形態では、作業車としてコンバイン１が示されているが、作業車は、例えばトウモロコシ、サトウキビ、根菜類等に応じた種々の収穫機であっても良い。また、作業車は、例えばトラクタ、田植機、施肥機、散布機、畝立機等であっても良い。

（１１）上述の実施形態では、検出部８１はコンバイン１の前方における圃場外縁部６を検出するが、この実施形態に限定されない。例えば、検出部８１がコンバイン１の後部に備えられ、検出部８１はコンバイン１の後方における圃場外縁部６を検出する構成であっても良い。このとき、離間距離取得部２５はコンバイン１の後方への離間距離Ｌ１を取得する構成であっても良い。そして第二高さ算出部３２は、第一高さデータＨ１と、離間距離Ｌ１だけ離間した二地点における三次元位置情報Ｐの夫々の高さ成分情報Ｐｚの差と、に基づいて、第二高さデータＨ２を算出する構成であっても良い。

なお、上述の実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、圃場を走行しながら農作業を行う作業車の走行管理システムに適用できる。

１ ：コンバイン
４ ：表示装置
５ ：圃場
６ ：圃場外縁部
２１ ：測位情報取得部
２２ ：第一高さ取得部
２４ ：走行制御部
２５ ：離間距離取得部
３１ ：記憶部
３２ ：第二高さ算出部
３４ ：マップ生成部
８０ ：衛星測位モジュール
８１ ：検出部
Ｈ１ ：第一高さデータ
Ｈ２ ：第二高さデータ
ＩＲ ：照射ポイント（第一位置）
Ｌ１ ：離間距離
Ｐ ：三次元位置情報
Ｐｚ ：高さ成分情報（高さ成分）

Claims (10)

1. 走行装置で圃場を走行しながら農作業を行う作業車の走行管理システムであって、
   前記作業車による前記圃場における外周部分の周回走行中に、前記圃場よりも外側の圃場外縁部を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて平面視における前記作業車に対する前記圃場外縁部の離間距離を取得する離間距離取得部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて、前記圃場外縁部のうち前記作業車に対して前記離間距離だけ離間した箇所における前記作業車に対する高さを示す第一高さデータを経時的に取得する第一高さ取得部と、
   衛星測位によって前記作業車の三次元位置情報を経時的に取得する測位情報取得部と、
   前記第一高さデータと前記三次元位置情報とを経時的に記憶する記憶部と、
   前記第一高さデータと前記三次元位置情報とに基づいて圃場面に対する前記圃場外縁部の高さを示す第二高さデータを算出する第二高さ算出部と、が備えられ、
   前記測位情報取得部は、前記作業車が前記離間距離に亘って走行する前後において、前記離間距離だけ離間した二地点における前記三次元位置情報の夫々を取得するように構成され、
   前記第二高さ算出部は、前記二地点のうち前記作業車が前記離間距離に亘って走行する前の地点において前記第一高さ取得部によって取得された前記第一高さデータと、前記二地点における前記三次元位置情報の夫々の高さ成分の差と、に基づいて、前記第二高さデータを算出するように構成されている走行管理システム。
2. 前記検出部は、横方向に沿って光ビームを走査することによって測距データを二次元座標で取得する光学式測距装置であって、
   前記第一高さ取得部は、前記作業車が走行しているときの前記測距データに基づいて前記第一高さデータを経時的に取得するように構成されている請求項１に記載の走行管理システム。
3. 前記第一高さ取得部は、前記走行装置の底部を基準に前記第一高さデータを取得するように構成されている請求項１または２に記載の走行管理システム。
4. 前記第二高さ算出部は、前記圃場外縁部における第一位置に対応する前記第一高さデータと、前記第一位置の近傍の前記圃場面である第二位置に対応する前記三次元位置情報と、に基づいて、前記第二位置に対する前記第一位置の相対高さを、前記第一位置に対応する前記第二高さデータとして算出するように構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の走行管理システム。
5. 前記第二高さ算出部は、前記第一高さ取得部によって前記圃場の一周分に相当する前記第一高さデータが取得されてから、前記第二高さデータを算出するように構成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の走行管理システム。
6. 前記圃場外縁部の高さを表示する表示装置が備えられ、
   前記第二高さ算出部は、前記圃場の一周分に相当する前記第二高さデータを前記表示装置へ一括送信するように構成され、
   前記表示装置は、前記第二高さデータを前記圃場外縁部の高さとして表示するように構成されている請求項５に記載の走行管理システム。
7. 前記第二高さ算出部は、前記第二高さデータを経時的に算出するように構成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の走行管理システム。
8. 前記圃場外縁部の高さを表示する表示装置が備えられ、
   前記第二高さ算出部は、経時的に算出された前記第二高さデータを前記表示装置へ逐次送信するように構成され、
   前記表示装置は、逐次送信された前記第二高さデータを前記圃場外縁部の高さとして逐次表示するように構成されている請求項７に記載の走行管理システム。
9. 前記第二高さデータの集合体に基づいて、圃場走行中の前記作業車が越境不能な境界を示す外縁マップを生成するマップ生成部が備えられている請求項１から８のいずれか一項に記載の走行管理システム。
10. 前記外縁マップに基づいて、前記作業車の自動走行を制御する走行制御部が備えられている請求項９に記載の走行管理システム。

Images