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JP7758520B2 - OBJECT RECOGNITION DEVICE, ENVIRONMENTAL DATA GENERATION DEVICE, MODEL GENERATION DEVICE, OBJECT RECOGNITION METHOD, AND PROGRAM - Google Patents
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JP7758520B2 - OBJECT RECOGNITION DEVICE, ENVIRONMENTAL DATA GENERATION DEVICE, MODEL GENERATION DEVICE, OBJECT RECOGNITION METHOD, AND PROGRAM - Google Patents

OBJECT RECOGNITION DEVICE, ENVIRONMENTAL DATA GENERATION DEVICE, MODEL GENERATION DEVICE, OBJECT RECOGNITION METHOD, AND PROGRAM

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JP7758520B2 JP2021155720A JP2021155720A JP7758520B2 JP 7758520 B2 JP7758520 B2 JP 7758520B2 JP 2021155720 A JP2021155720 A JP 2021155720A JP 2021155720 A JP2021155720 A JP 2021155720A JP 7758520 B2 JP7758520 B2 JP 7758520B2
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Description

本発明は、物体認識装置、環境データ生成装置、モデル生成装置、物体認識方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to an object recognition device, an environmental data generation device, a model generation device, an object recognition method, and a program.

近年、現場の省人化を目指し、施工現場において自律施工するロボットの開発が進められている。ロボットによる自律施工を実現するためには、施工現場の環境を正しく認識する必要がある。しかし、施工現場では、作業の進行により、掘削した土を盛るなど、環境の状況が変化するため、静的なマップを事前に用意して環境を認識させることは難しい。特に、ブルドーザーの自律施工の場合は、他建機や土管などへの接触を避けるため、対象物と相対的な距離を認識する必要がある。加えて、盛土を均す場所の判断や均す制御には、盛土の形状や相対距離を認識する必要もある。 In recent years, efforts have been made to develop autonomous construction robots at construction sites, with the aim of reducing the number of workers required. To achieve autonomous construction by robots, it is necessary for them to correctly recognize the environment at the construction site. However, at construction sites, the environmental conditions change as work progresses, such as when excavated soil is piled up, making it difficult to prepare a static map in advance and have the robot recognize the environment. In particular, when using autonomous bulldozers, it is necessary to recognize the relative distance to objects in order to avoid contact with other construction machinery, drainage pipes, etc. Additionally, it is necessary to recognize the shape and relative distance of the embankment in order to determine where to level the embankment and to control the leveling process.

施工現場の環境を認識するため、従来、例えばカメラにより撮像した画像を用いて環境の認識を行っていた(例えば、特許文献1参照)。しかし、カメラの画像を用いた認識では、物体や盛土を認識することはできたものの、対象物までの距離やその対象物の大きさを正確に測定することは難しい。また、カメラの画像を用いた場合の認識精度は、天候などの外部要因に大きく左右される。 In the past, to recognize the environment at a construction site, images captured by a camera, for example, were used to recognize the environment (see, for example, Patent Document 1). However, while recognition using camera images can recognize objects and embankments, it is difficult to accurately measure the distance to the target object or the size of that object. Furthermore, the recognition accuracy when using camera images is heavily dependent on external factors such as the weather.

特開2019-044480号公報JP 2019-044480 A

このような問題に対して、物体の大きさや相対的な距離を正確に計測する手法として、人工知能(AI;Artificial Intelligence)を構築し、3D-LiDAR(3D-Light Detection and Ranging、以下LiDAR)より計測された点群データを用いて物体認識するものがある。点群データを用いた物体認識を用いることで、認識された点群の集合から、認識した物体の大きさや形状と相対的な距離が算出可能となる。これにより、土木建機が自律的行動するための制御値の決定に、物体の大きさや形状と相対的な距離を利用することができる。 To address these issues, one method for accurately measuring the size and relative distance of an object is to develop artificial intelligence (AI) and recognize objects using point cloud data measured by 3D-LiDAR (3D-Light Detection and Ranging, hereafter referred to as LiDAR). Using point cloud data for object recognition makes it possible to calculate the size, shape, and relative distance of a recognized object from the set of recognized points. This makes it possible to use the size, shape, and relative distance of an object to determine control values for autonomous operation of construction machinery.

点群データを認識するAIを構築するには、各点ごとに建機や障害物などのアノテーションを施した大量の点群データを訓練データとして用意する必要がある。しかし、建機や障害物などのアノテーションを施した大量の点群データはなく、例えば大量の点群データにアノテーションを施すには多大な労力を要する。このため、容易にAIを構築することができず、物体認識の精度を高めるのは難しかった。 To build AI that can recognize point cloud data, it is necessary to prepare a large amount of point cloud data as training data, with each point annotated with construction equipment, obstacles, etc. However, there is no large amount of point cloud data annotated with construction equipment, obstacles, etc., and annotating large amounts of point cloud data, for example, requires a great deal of effort. This makes it difficult to build AI and improve the accuracy of object recognition.

本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、施工現場における物体認識の精度を高めることができる物体認識装置、環境データ生成装置、モデル生成装置、物体認識方法、およびプログラムを提供することを目的としている。 The present invention was developed based on the above-mentioned problem recognition, and aims to provide an object recognition device, environmental data generation device, model generation device, object recognition method, and program that can improve the accuracy of object recognition at construction sites.

この発明に係る物体認識装置、環境データ生成装置、モデル生成装置、物体認識方法、およびプログラムは、以下の構成を採用した。
(1):この発明の一態様に係る物体認識装置は、土木作業の施工環境における点群データを生成する点群データ生成装置により生成された前記点群データを含むデータセットを用いた学習により得られたモデルを取得するモデル取得部と、取得された前記モデルを用いて、前記施工環境に存在する物体を認識する認識部と、を備える、物体認識装置である。
The object recognition device, the environment data generation device, the model generation device, the object recognition method, and the program according to the present invention employ the following configuration.
(1): An object recognition device according to one aspect of the present invention is an object recognition device including: a model acquisition unit that acquires a model obtained by learning using a dataset including point cloud data generated by a point cloud data generation device that generates point cloud data in a construction environment of civil engineering work; and a recognition unit that recognizes objects present in the construction environment using the acquired model.

(2):上記(1)の態様において、前記点群データ生成装置は、前記施工環境を仮想したシミュレータを含み、前記シミュレータは、前記物体に基づいて前記点群データを生成する、ものである。 (2): In the aspect (1) above, the point cloud data generation device includes a simulator that simulates the construction environment, and the simulator generates the point cloud data based on the object.

(3):上記(2)の態様において、前記データセットは、前記モデルの入力データとして前記シミュレータのシミュレーション上でタグデータがタグ付けされた前記物体に関する施工環境データを含み、前記モデルの出力データとして前記施工環境データに基づいて前記点群データの各点に付与されたアノテーションのデータを含む、ものである。 (3): In the above aspect (2), the data set includes, as input data for the model, construction environment data relating to the object tagged with tag data in the simulation of the simulator, and includes, as output data for the model, annotation data assigned to each point of the point cloud data based on the construction environment data.

(4):また、本発明の一態様に係る環境データ生成装置は、上記(1)から(3)のうちいずれかの物体認識装置と、前記物体認識装置により認識された前記物体に基づいて、前記施工環境の状態を表す環境データを生成する環境データ生成部と、を備える、環境データ生成装置である。 (4): Furthermore, an environmental data generation device according to one aspect of the present invention is an environmental data generation device that includes an object recognition device according to any one of (1) to (3) above, and an environmental data generation unit that generates environmental data representing the state of the construction environment based on the object recognized by the object recognition device.

(5):また、本発明の一態様に係るモデル生成装置は、土木作業の施工環境の施工環境データと、前記施工環境データに基づいて点群データ生成装置により生成された点群データと、をデータセットとした学習によりモデルを生成する学習部を備え、前記データセットは、前記モデルの入力データとして、前記施工環境を仮想したシミュレータのシミュレーション上でタグデータがタグ付けされた物体に関する施工環境データを含み、前記モデルの出力データとして前記施工環境データに基づいて前記点群データの各点に付与されたアノテーションのデータを含む、モデル生成装置である。 (5): Furthermore, a model generation device according to one aspect of the present invention includes a learning unit that generates a model by learning using, as a dataset, construction environment data of a construction environment for civil engineering work and point cloud data generated by a point cloud data generation device based on the construction environment data, wherein the dataset includes, as input data for the model, construction environment data relating to objects tagged with tag data in a simulation of a simulator that virtualizes the construction environment, and includes, as output data for the model, annotation data assigned to each point of the point cloud data based on the construction environment data.

(6):また、本発明の一態様に係る物体認識方法は、物体認識装置のコンピュータが、土木作業の施工環境における点群データを生成する点群データ生成装置により生成された前記点群データを含むデータセットを用いた学習により得られたモデルを取得し、取得された前記モデルを用いて、前記施工環境に存在する物体を認識する、物体認識方法である。 (6): Another aspect of the present invention is an object recognition method in which a computer of an object recognition device acquires a model obtained by learning using a dataset including point cloud data generated by a point cloud data generation device that generates point cloud data in a construction environment for civil engineering work, and recognizes objects present in the construction environment using the acquired model.

(7):また、本発明の一態様に係るプログラムは、物体認識装置のコンピュータに、土木作業の施工環境における点群データを生成する点群データ生成装置により生成された前記点群データを含むデータセットを用いた学習により得られたモデルを取得させ、取得された前記モデルを用いて、前記施工環境に存在する物体を認識させる、プログラムである。 (7): Another aspect of the present invention provides a program that causes a computer of an object recognition device to acquire a model obtained by learning using a dataset including point cloud data generated by a point cloud data generation device that generates point cloud data in a construction environment for civil engineering work, and recognizes objects present in the construction environment using the acquired model.

上述した(1)~(7)の態様によれば、施工現場における物体認識の精度を高めることができる。 According to the above-mentioned aspects (1) to (7), the accuracy of object recognition at construction sites can be improved.

実施形態に係る環境データ生成システム1の構成図である。1 is a configuration diagram of an environmental data generation system 1 according to an embodiment. 環境データ生成装置100が盛土を認識するイメージを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an image of how the environmental data generating device 100 recognizes an embankment. モデル生成装置200における処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of processing in the model generating device 200. 環境データ生成装置100における処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of processing in the environmental data generating device 100. 環境データ生成装置のハードウェア構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of an environmental data generating apparatus.

以下、図面を参照し、本発明の物体認識装置、環境データ生成装置、モデル生成装置、物体認識方法、およびプログラムの実施形態について説明する。 Embodiments of the object recognition device, environmental data generation device, model generation device, object recognition method, and program of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[全体構成]
図1は、実施形態に係る環境データ生成システム1の構成図である。環境データ生成システム1は、例えば、環境データ生成装置100と、モデル生成装置200と、を備える。環境データ生成装置100は、例えば、土木建機10に搭載される。土木建機10と、モデル生成装置200とは、通信ネットワークNWを介した通信が可能とされている。
[Overall configuration]
1 is a configuration diagram of an environmental data generation system 1 according to an embodiment. The environmental data generation system 1 includes, for example, an environmental data generation device 100 and a model generation device 200. The environmental data generation device 100 is mounted on, for example, a construction machine 10. The construction machine 10 and the model generation device 200 are capable of communicating with each other via a communication network NW.

環境データ生成装置100が搭載される土木建機10は、例えば、ブルドーザーや、油圧ショベル、振動ローラーなどである。以下の説明においては、施工現場において、盛った土(盛土)を均すブルドーザーを、環境データ生成装置100が搭載された土木建機10として想定して説明する。 The construction machine 10 on which the environmental data generating device 100 is mounted is, for example, a bulldozer, hydraulic excavator, or vibratory roller. In the following explanation, we will assume that the construction machine 10 on which the environmental data generating device 100 is mounted is a bulldozer that levels piled up soil (embankment) at a construction site.

土木建機10は、例えば、運転操作子11と、運転制御装置12と、走行駆動力出力装置13と、施工駆動力出力装置14と、LiDAR15と、カメラ16と、通信装置17と、位置測位装置18と、環境データ生成装置100と、を備える。図1に示す構成はあくまで一例であり、構成の一部が省略されてもよいし、さらに別の構成要素が追加されてもよい。 The construction machine 10 includes, for example, a driving operator 11, a driving control device 12, a traveling driving force output device 13, a construction driving force output device 14, a LiDAR 15, a camera 16, a communication device 17, a positioning device 18, and an environmental data generation device 100. The configuration shown in Figure 1 is merely an example, and some of the configuration may be omitted, or other components may be added.

例えば、図1に示す土木建機10から位置測位装置18が省略されてもよい。あるいは、土木建機10の速度を検出する速度センサ、加速度を検出する加速度センサ、鉛直軸回りの角速度を検出するヨーレートセンサ、土木建機10の向きを検出する方位センサなどのセンサが追加されてもよい。 For example, the positioning device 18 may be omitted from the construction machine 10 shown in Figure 1. Alternatively, sensors such as a speed sensor that detects the speed of the construction machine 10, an acceleration sensor that detects acceleration, a yaw rate sensor that detects the angular velocity around the vertical axis, and a direction sensor that detects the orientation of the construction machine 10 may be added.

運転操作子11は、施工現場の作業員が手動で土木建機10の動作を制御するための操作子である。運転操作子11には、土木建機10を走行(移動)させる際に操作される操作子や、土木建機10が備える施工機材で施工を行う際に操作される操作子など、土木建機10を動作させるための複数の操作子が含まれる。 The driving operators 11 are operators that are used by workers at the construction site to manually control the operation of the civil engineering and construction machine 10. The driving operators 11 include multiple operators for operating the civil engineering and construction machine 10, such as operators that are operated when traveling (moving) the civil engineering and construction machine 10 and operators that are operated when performing construction work using the construction equipment equipped on the civil engineering and construction machine 10.

操作子は、例えば、操作レバー、ジョイスティック、ハンドグリップ、操作ボタンなどである。運転操作子11には、操作子の操作量あるいは操作の有無を検出するセンサが取り付けられており、その検出結果は、運転制御装置12、もしくは、走行駆動力出力装置13および施工駆動力出力装置14のうち一部または全部に出力される。 Operators include, for example, control levers, joysticks, hand grips, and operation buttons. The driving operator 11 is fitted with a sensor that detects the amount of operation of the operator or whether or not it is being operated, and the detection results are output to the driving control device 12 or some or all of the traveling driving force output device 13 and construction driving force output device 14.

運転制御装置12は、施工現場の作業員によって土木建機10が手動で施工の運転をされる場合、運転操作子11に取り付けられているセンサにより出力された検出結果に応じて、走行駆動力出力装置13や施工駆動力出力装置14を制御する。一方、運転制御装置12は、土木建機10が自律型の建設機械であり、土木建機10が自律的に施工の動作を行う場合、環境データ生成装置100により出力された環境データや制御値に従って、走行駆動力出力装置13や施工駆動力出力装置14を制御する。 When the construction machine 10 is manually operated by a worker at the construction site, the operation control device 12 controls the traveling drive force output device 13 and the construction drive force output device 14 in accordance with the detection results output by the sensor attached to the driving operator 11. On the other hand, when the construction machine 10 is an autonomous construction machine and performs construction operations autonomously, the operation control device 12 controls the traveling drive force output device 13 and the construction drive force output device 14 in accordance with the environmental data and control values output by the environmental data generation device 100.

走行駆動力出力装置13は、土木建機10が施工現場内を走行するための走行駆動力(トルク)を、例えば、クローラやホイールに出力する。走行駆動力出力装置13は、例えば、内燃機関と、制御装置と、を備える。制御装置は、運転制御装置12から入力される情報、あるいは運転操作子11から入力される情報に従って、内燃機関を制御する。 The driving force output device 13 outputs driving force (torque) to, for example, crawlers or wheels, for the civil engineering/construction machine 10 to travel within a construction site. The driving force output device 13 includes, for example, an internal combustion engine and a control device. The control device controls the internal combustion engine in accordance with information input from the operation control device 12 or information input from the driving operator 11.

施工駆動力出力装置14は、土木建機10によって施工現場で施工作業を行う際に、内燃機関の駆動力(トルク)を、例えば、ブレードや、アーム、バゲットなどの作業装置に連結された油圧装置のシリンダに油圧を発生させるための駆動力として出力する。施工駆動力出力装置14は、運転制御装置12から入力される情報、あるいは運転操作子11から入力される情報に従って、施工時の駆動力を出力する。 When the civil engineering and construction machine 10 performs construction work at a construction site, the construction driving force output device 14 outputs the driving force (torque) of the internal combustion engine as driving force to generate hydraulic pressure in the cylinders of hydraulic devices connected to work equipment such as blades, arms, and baguettes. The construction driving force output device 14 outputs driving force during construction in accordance with information input from the operation control device 12 or information input from the operation operator 11.

LiDAR15は、土木建機10によって施工を行う施工現場において、土木建機10の前方の所定の範囲である施工環境の空間内に光を照射し、照射した光が物体で反射された反射光(散乱光)を受光する。LiDAR15は、光の照射から反射光の受光までの時間に基づいて、施工環境内に存在する物体までの距離を計測する。LiDAR15は、施工環境、つまり、物体までの距離を計測する計測範囲内の複数の計測点に対して光を照射し、物体までの距離をそれぞれの計測点ごとに計測する。こうして、LiDAR15は、施工環境の状態を計測する。 At the construction site where construction is being carried out by the civil engineering and construction machine 10, the LiDAR 15 irradiates light into the space of the construction environment, which is a predetermined range in front of the civil engineering and construction machine 10, and receives the reflected light (scattered light) that is reflected by objects. The LiDAR 15 measures the distance to objects in the construction environment based on the time between irradiating the light and receiving the reflected light. The LiDAR 15 irradiates light to multiple measurement points within the construction environment, i.e., the measurement range for measuring the distance to objects, and measures the distance to the objects for each measurement point. In this way, the LiDAR 15 measures the state of the construction environment.

LiDAR15は、それぞれの計測点ごとの物体までの距離を、例えば、周期的に繰り返し計測する。LiDAR15が照射する光は、例えば、パルス状のレーザー光である。LiDAR15は、それぞれの計測点において計測した物体までの距離を表す施工環境の点群データを、環境データ生成装置100に出力する。LiDAR15は、土木建機10の任意の箇所に取り付けられる。LiDAR15は、例えば、作業員が搭乗する操縦室の屋根部分に取り付けられる。 The LiDAR 15 measures the distance to the object at each measurement point, for example, periodically and repeatedly. The light emitted by the LiDAR 15 is, for example, pulsed laser light. The LiDAR 15 outputs point cloud data of the construction environment representing the distance to the object measured at each measurement point to the environmental data generating device 100. The LiDAR 15 can be attached to any location on the civil engineering and construction machine 10. For example, the LiDAR 15 can be attached to the roof of the operator's cabin where the workers are seated.

カメラ16は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などの固体撮像素子を利用したデジタルカメラである。カメラ16は、施工環境の範囲(または施工環境よりも広い範囲)を、例えば、周期的に繰り返し撮像する。カメラ16は、施工環境の範囲を撮像することにより、施工環境の状態を計測する。 Camera 16 is a digital camera that uses a solid-state imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Camera 16 captures images of the construction environment (or an area wider than the construction environment) periodically, for example. Camera 16 measures the state of the construction environment by capturing images of the construction environment.

カメラ16は、モノカメラでもよいし、ステレオカメラでもよい。カメラ16は、撮像した画像データを、環境データ生成装置100に出力する。カメラ16は、例えば、LiDAR15と同じ箇所や、操縦室内の天井の前部に取り付けられる。土木建機10のその他の任意の箇所に取り付けられてもよい。 The camera 16 may be a mono camera or a stereo camera. The camera 16 outputs captured image data to the environmental data generating device 100. The camera 16 is mounted, for example, in the same location as the LiDAR 15 or at the front of the ceiling inside the cockpit. It may also be mounted at any other location on the construction machine 10.

通信装置17は、例えば、セルラー網や、Wi-Fi網などを利用して、管理者が施工計画を決定するために使用する管理装置や、施工計画を管理するサーバ装置などとの間で通信を行う。通信装置17は、例えば、モデル生成装置200により送信される情報を受信する。通信装置17は、受信した情報を環境データ生成装置100に出力する。通信装置17は、環境データ生成装置100に設けられていてもよい。 The communication device 17 communicates, for example, via a cellular network or Wi-Fi network, with a management device used by an administrator to determine a construction plan, a server device that manages the construction plan, and the like. The communication device 17 receives, for example, information transmitted by the model generation device 200. The communication device 17 outputs the received information to the environmental data generation device 100. The communication device 17 may be provided in the environmental data generation device 100.

位置測位装置18は、例えば、GPS(Global Positioning System)衛星から受信した信号に基づいて、土木建機10の位置を測位する。位置測位装置18は、測位した土木建機10の位置を表す情報を環境データ生成装置100に出力する。環境データ生成装置100は、位置測位装置18により出力された土木建機10の位置の情報を参照して、土木建機10を自律的に動作させるための制御値を生成し、土木建機10に出力する。位置測位装置18は、環境データ生成装置100により生成された制御値からの要求に応じて、土木建機10の位置を測位してもよい。 The positioning device 18 measures the position of the construction machine 10 based on signals received from GPS (Global Positioning System) satellites, for example. The positioning device 18 outputs information indicating the measured position of the construction machine 10 to the environmental data generating device 100. The environmental data generating device 100 references the position information of the construction machine 10 output by the positioning device 18, generates control values for autonomously operating the construction machine 10, and outputs them to the construction machine 10. The positioning device 18 may measure the position of the construction machine 10 in response to a request from the control values generated by the environmental data generating device 100.

土木建機10に搭載された環境データ生成装置100は、周囲の物体、例えば盛土を認識する。図2は、環境データ生成装置100が盛土を認識するイメージを示す図である。環境データ生成装置100は、LiDAR15により出力された点群データ及びカメラ16により出力された画像データを取得する。環境データ生成装置100は、取得した点群データを学習済モデルに入力し、出力結果に基づいて盛土Mなどの物体を認識するとともに、盛土Mまで距離や盛土Mの高さを認識する。学習済モデルは、モデルの一例である。環境データ生成装置100は、点群データとともに画像データを学習済モデルに入力し、出力結果に基づいて物体を認識してもよい。 The environmental data generating device 100 mounted on the construction machine 10 recognizes surrounding objects, such as embankments. Figure 2 is a diagram illustrating how the environmental data generating device 100 recognizes embankments. The environmental data generating device 100 acquires point cloud data output by the LiDAR 15 and image data output by the camera 16. The environmental data generating device 100 inputs the acquired point cloud data into a trained model and recognizes objects such as embankment M based on the output results, as well as the distance to and height of the embankment M. The trained model is one example of a model. The environmental data generating device 100 may input image data along with the point cloud data into the trained model and recognize objects based on the output results.

環境データ生成装置100は、例えば、物体認識部110と、環境データ生成部120と、制御値生成部130とを備える。物体認識部110、環境データ生成部120、及び制御値生成部130は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)などのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予め環境データ生成装置100のHDDやフラッシュメモリなどの記憶装置(非一過性の記憶媒体を備える記憶装置)に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体(非一過性の記憶媒体)がドライブ装置に装着されることで環境データ生成装置100のHDDやフラッシュメモリにインストールされてもよい。 The environmental data generating device 100 includes, for example, an object recognition unit 110, an environmental data generation unit 120, and a control value generation unit 130. The object recognition unit 110, the environmental data generation unit 120, and the control value generation unit 130 are realized by, for example, a hardware processor such as a CPU (Central Processing Unit) executing a program (software). Furthermore, some or all of these components may be realized by hardware (including circuitry) such as an LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), or GPU (Graphics Processing Unit), or may be realized by a combination of software and hardware. The program may be stored in advance in a storage device (a storage device with a non-transitory storage medium) such as the HDD or flash memory of the environmental data generating device 100, or may be stored on a removable storage medium such as a DVD or CD-ROM, and installed in the HDD or flash memory of the environmental data generating device 100 by inserting the storage medium (non-transitory storage medium) into a drive device.

物体認識部110は、例えば、取得部111と、認識部112とを備える。取得部111は、例えば、モデル取得部111Aと、点群データ取得部111Bと、画像データ取得部111Cと、を備える。モデル取得部111Aは、モデル生成装置200により送信され、通信装置17によって受信された学習済モデルを取得する。物体認識部110は、物体認識装置の一例である。実施形態において、物体認識装置は、物体認識部110として環境データ生成装置100に含まれるが、物体認識装置は、環境データ生成装置100から独立して設けられてもよい。 The object recognition unit 110 includes, for example, an acquisition unit 111 and a recognition unit 112. The acquisition unit 111 includes, for example, a model acquisition unit 111A, a point cloud data acquisition unit 111B, and an image data acquisition unit 111C. The model acquisition unit 111A acquires the trained model transmitted by the model generation device 200 and received by the communication device 17. The object recognition unit 110 is an example of an object recognition device. In the embodiment, the object recognition device is included in the environment data generation device 100 as the object recognition unit 110, but the object recognition device may also be provided independently from the environment data generation device 100.

点群データ取得部111Bは、LiDAR15により出力された点群データを取得する。点群データ取得部111Bは、取得した点群データを認識部112に出力する。画像データ取得部111Cは、カメラ16により出力された画像データを取得する。画像データ取得部111Cは、取得した画像データを認識部112に出力する。点群データ取得部111Bおよび画像データ取得部111Cは、LiDAR15により周期的に出力される点群データと、カメラ16によりから周期的に出力される画像データとを逐次取得して、認識部112に出力する。点群データ取得部111Bおよび画像データ取得部111Cは、取得した点群データや画像データを、メモリ(不図示)に記憶させてもよい。この場合、認識部112は、メモリに記憶された点群データや画像データに基づいて、以下の機能を実行する。 The point cloud data acquisition unit 111B acquires the point cloud data output by the LiDAR 15. The point cloud data acquisition unit 111B outputs the acquired point cloud data to the recognition unit 112. The image data acquisition unit 111C acquires image data output by the camera 16. The image data acquisition unit 111C outputs the acquired image data to the recognition unit 112. The point cloud data acquisition unit 111B and the image data acquisition unit 111C sequentially acquire the point cloud data periodically output by the LiDAR 15 and the image data periodically output by the camera 16, and output them to the recognition unit 112. The point cloud data acquisition unit 111B and the image data acquisition unit 111C may store the acquired point cloud data and image data in memory (not shown). In this case, the recognition unit 112 performs the following functions based on the point cloud data and image data stored in memory.

認識部112は、モデル取得部111Aにより取得された学習済モデルに、点群データ取得部111Bにより取得された点群データを入力データとして学習済モデルに入力する。認識部112は、点群データを入力された学習済モデルの出力結果に基づいて、物体認識を実行する。認識部112は、物体認識により、例えば、盛土などの施工を行う施工対象の対象物や、他の建設機械、資材など、施工環境内に存在する物体を認識する。 The recognition unit 112 inputs the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition unit 111B as input data into the trained model acquired by the model acquisition unit 111A. The recognition unit 112 performs object recognition based on the output results of the trained model to which the point cloud data has been input. Through object recognition, the recognition unit 112 recognizes objects that exist in the construction environment, such as construction targets for embankments and other construction work, other construction machinery, and materials.

認識部112は、画像データ取得部111Cにより取得された画像データに基づく物体認識を実行する。画像データに基づく物体認識は、例えば、画像データを第2の学習済モデルに入力することにより実行される。認識部112は、テンプレートを用いた画像解析などの他の手段により画像データに基づく物体認識を行ってもよい。認識部112は、第2の学習済モデルの出力結果に基づいて、画像データに基づく物体認識を実行する。認識部112は、画像データに基づく物体認識の結果を用いて、学習済モデルの出力結果による物体認識の結果を補正する。認識部112は、補正した後の認識結果において認識した物体のうち、少なくとも対象物の情報を点群データに紐付けた対象物情報を、環境データ生成部120に出力する。対象物情報には、例えば、LiDAR15が計測した対象物との相対的な距離の情報に加えて、認識部112が認識した対象物の属性や、大きさ、高さ、形状などの情報が含まれる。対象物の属性は、例えば、対象物が盛土であるか、盛土以外の土の変化、つまり、施工現場の地形の変化であるかなどを表す情報である。 The recognition unit 112 performs object recognition based on the image data acquired by the image data acquisition unit 111C. Object recognition based on image data is performed, for example, by inputting the image data into a second trained model. The recognition unit 112 may also perform object recognition based on image data by other means, such as image analysis using a template. The recognition unit 112 performs object recognition based on image data based on the output result of the second trained model. The recognition unit 112 corrects the result of object recognition based on the output result of the trained model using the result of object recognition based on image data. The recognition unit 112 outputs object information, in which at least information about the objects recognized in the corrected recognition result is linked to point cloud data, to the environmental data generation unit 120. The object information includes, for example, information about the relative distance to the object measured by LiDAR 15, as well as information about the attributes, size, height, shape, etc. of the object recognized by the recognition unit 112. The attributes of an object are information that indicates, for example, whether the object is an embankment or a change in soil other than an embankment, i.e., a change in the topography of the construction site.

対象物情報には、認識部112が認識した他の建設機械や資材などの物体との相対的な距離に加えて、例えば、ダンプトラックなど、他の建設機械の種類や、例えば、配管など、資材の種類を表す物体の属性を表す情報が含まれてもよい。認識部112は、点群データ取得部111Bから点群データが出力されるごとに、上述した物体認識機能を実行し、対象物情報を逐次更新して環境データ生成部120に出力する。認識部112は、点群データ取得部111Bにより取得された点群データおよび画像データ取得部111Cにより取得された画像データを入力データとして、施工環境内の物体を認識してもよい。 The object information may include information representing the relative distance to other objects such as construction machinery and materials recognized by the recognition unit 112, as well as information representing the attributes of the object, such as the type of other construction machinery, e.g., a dump truck, or the type of material, e.g., piping. Each time point cloud data is output from the point cloud data acquisition unit 111B, the recognition unit 112 executes the object recognition function described above, sequentially updates the object information, and outputs it to the environmental data generation unit 120. The recognition unit 112 may recognize objects in the construction environment using the point cloud data acquired by the point cloud data acquisition unit 111B and the image data acquired by the image data acquisition unit 111C as input data.

環境データ生成部120は、物体認識部110が備える認識部112により出力された対象物情報に基づいて、施工環境の状態を表す環境データを生成する。環境データは、例えば、土木建機10が施工を行う対象の対象物との間の距離、つまり、対象物が存在する施工現場内の位置の情報と、施工現場内に存在する他の建設機械や資材などの施工を行う対象ではない物体の位置の情報とが含まれる、施工現場のマップ(地図)である。環境データ生成部120は、生成した環境データを制御値生成部130に出力する。環境データ生成部120は、認識部112によって対象物情報が更新されるごとに環境データを逐次更新して制御値生成部130に出力する。 The environmental data generation unit 120 generates environmental data representing the state of the construction environment based on the object information output by the recognition unit 112 included in the object recognition unit 110. The environmental data is, for example, a map of the construction site that includes the distance between the civil engineering construction machine 10 and the object being constructed, i.e., information on the location within the construction site where the object is located, and information on the locations of other construction machinery, materials, and other objects within the construction site that are not the target of construction. The environmental data generation unit 120 outputs the generated environmental data to the control value generation unit 130. Each time the object information is updated by the recognition unit 112, the environmental data generation unit 120 sequentially updates the environmental data and outputs it to the control value generation unit 130.

制御値生成部130は、環境データ生成部120により出力された環境データに基づいて、土木建機10が自律的に施工の動作を行う場合の土木建機10の運転を制御する制御値を生成する。制御値は、例えば、施工現場内で土木建機10を走行(移動)させるための指示内容や、対象物の場所で土木建機10に施工作業を行わせるための指示内容を表す制御情報である。制御値生成部130は、生成した制御値を、運転制御装置12に出力する。運転制御装置12は、制御値生成部130から入力された制御値に従って、走行駆動力出力装置13や施工駆動力出力装置14を制御する。 Based on the environmental data output by the environmental data generation unit 120, the control value generation unit 130 generates control values for controlling the operation of the civil engineering and construction machine 10 when the civil engineering and construction machine 10 autonomously performs construction operations. The control values are control information that represent, for example, instructions for causing the civil engineering and construction machine 10 to travel (move) within a construction site or instructions for causing the civil engineering and construction machine 10 to perform construction work at a target location. The control value generation unit 130 outputs the generated control values to the operation control device 12. The operation control device 12 controls the traveling driving force output device 13 and the construction driving force output device 14 in accordance with the control values input from the control value generation unit 130.

モデル生成装置200は、例えば、点群データ生成部210と、学習部220と、を備える。点群データ生成部210は、例えば、入力インターフェース211と、シミュレーション部212と、を備える。点群データ生成部210は、学習部220における学習に用いられる点群データを含むデータセットを生成する。点群データ生成部210は、点群データ生成装置の一例である。 The model generation device 200 includes, for example, a point cloud data generation unit 210 and a learning unit 220. The point cloud data generation unit 210 includes, for example, an input interface 211 and a simulation unit 212. The point cloud data generation unit 210 generates a dataset including point cloud data used for learning in the learning unit 220. The point cloud data generation unit 210 is an example of a point cloud data generation device.

入力インターフェース211は、作業員等の入力操作に基づいて提供されるデータをシミュレーション部に出力する。入力インターフェース211としては、例えば、マウスやキーボード、タッチパネル、ドラッグボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、カメラ、赤外線センサ、マイク等が用いられる。 The input interface 211 outputs data provided based on input operations by workers, etc. to the simulation unit. Examples of the input interface 211 include a mouse, keyboard, touch panel, drag ball, switch, button, joystick, camera, infrared sensor, microphone, etc.

シミュレーション部212は、入力インターフェース211の入力操作に基づいて提供される施工現場の再現データに基づいてシミュレーションを実行する。シミュレーション部212は、シミュレーションを実行することにより、施工現場の再現データに基づいて、仮想した施工現場を再現した施工環境データを生成する。 The simulation unit 212 executes a simulation based on the reproduction data of the construction site provided based on the input operation of the input interface 211. By executing the simulation, the simulation unit 212 generates construction environment data that reproduces a virtual construction site based on the reproduction data of the construction site.

施工現場の再現データとしては、例えば、BIM(Building Information Modeling)/CIM(Construction Information Modeling)で作成した3Dデータやドローンなどで計測した3D点群マップデータなどを挙げることもできる。施工環境データは、仮想した施工現場に代えて、環境データ生成装置100により生成された施工環境データに基づく施工現場でもよい。 Examples of reconstruction data of a construction site include 3D data created using BIM (Building Information Modeling)/CIM (Construction Information Modeling) and 3D point cloud map data measured using a drone or similar. Instead of a virtual construction site, the construction environment data may also be a construction site based on construction environment data generated by the environmental data generating device 100.

施工現場のシミュレーション上には、盛土や土木建機などの複数の物体(以下、オブジェクトともいう)が存在する。シミュレーション上のオブジェクトには、それぞれの属性情報がタグ付けされている。施工環境データには、オブジェクトにタグ付けされた属性情報が含まれる。 In the construction site simulation, there are multiple objects, such as embankments and civil engineering machinery. Each object in the simulation is tagged with attribute information. The construction environment data includes the attribute information tagged to the objects.

シミュレーション部212は、再現した施工現場を3DLiDARで計測するシミュレーションを、生成した施工環境データに基づいて実行し、シミュレーションの結果として点群データを生成する。シミュレーション部212は、生成した点群データについて、複数のオブジェクトのそれぞれについてタグ付けされた属性情報に基づいて、アノテーションを付与する。属性情報は、タグデータの一例である。 The simulation unit 212 performs a simulation of measuring the recreated construction site using 3D LiDAR based on the generated construction environment data, and generates point cloud data as a result of the simulation. The simulation unit 212 adds annotations to the generated point cloud data based on attribute information tagged for each of the multiple objects. The attribute information is an example of tag data.

シミュレーション部212は、様々なシチュエーションを想定して、大量の施工現場を再現する。シミュレーション部212は、大量の施工現場を再現し、それらの施工現場のそれぞれについて、施工環境データを用いた上記のシミュレーションと同様のシミュレーションを実行し、アノテーションが付与された点群データを生成する。 The simulation unit 212 recreates a large number of construction sites, assuming a variety of situations. The simulation unit 212 recreates a large number of construction sites, and for each of these construction sites, performs a simulation similar to the above-mentioned simulation using construction environment data, and generates annotated point cloud data.

シミュレーション部212は、シミュレーションを実行した結果として、アノテーションが付与された点群データを大量に生成する。点群データ生成部210は、シミュレーション部212により生成されたオブジェクトに属性情報がタグ付けされた大量の施工環境データ及びアノテーションが付与された大量の点群データを含むデータセットを学習部220に出力する。シミュレーション部212は、シミュレータの一例である。シミュレータ(シミュレーション部)は、点群データ生成部210やモデル生成装置200とは独立して設けられていてもよい。 The simulation unit 212 generates a large amount of annotated point cloud data as a result of executing the simulation. The point cloud data generation unit 210 outputs to the learning unit 220 a dataset including a large amount of construction environment data in which objects generated by the simulation unit 212 are tagged with attribute information and a large amount of annotated point cloud data. The simulation unit 212 is an example of a simulator. The simulator (simulation unit) may be provided independently of the point cloud data generation unit 210 and the model generation device 200.

学習部220は、シミュレーション部212により生成された大量の施工環境データ及び点群データをデータセットとした学習として機械学習を行う。学習部220は、例えば、属性情報がタグ付けされた施工環境データを入力データとし、アノテーションが付与された点群データを出力データとした機械学習を行う。学習部220は、機械学習を行った成果としての学習済モデルを生成する。学習部220は、生成した学習済モデルを環境データ生成装置100に送信する。 The learning unit 220 performs machine learning by learning the large amount of construction environment data and point cloud data generated by the simulation unit 212 as a data set. The learning unit 220 performs machine learning, for example, using construction environment data tagged with attribute information as input data and point cloud data with annotations as output data. The learning unit 220 generates a trained model as a result of the machine learning. The learning unit 220 transmits the generated trained model to the environmental data generation device 100.

学習済モデルは、環境データ生成装置100において、物体認識に用いられるモデルである。学習済モデルは、例えば、ディープラーニングやパターンマッチングなどの学習により生成されたAI(Artificial Intelligence;人工知能)による物体認識のためのモデルである。学習済モデルは、サポートベクトルマシン(SVM:Support Vector Machine)、決定木、k-nn(k-nearest neighbor)分類器などの学習により生成されてもよい。学習は、ルールベースに基づく学習でもよい。 A trained model is a model used for object recognition in the environmental data generating device 100. A trained model is a model for object recognition by AI (Artificial Intelligence), generated through learning such as deep learning or pattern matching. A trained model may be generated through learning using a support vector machine (SVM), decision tree, k-nn (k-nearest neighbor) classifier, or the like. Learning may also be rule-based.

次に、環境データ生成システム1における処理について説明する。環境データ生成システム1では、施工現場における施工を実行する際の環境データを生成するが、環境データを生成する前に、モデル生成装置200において環境データを生成するための学習済モデルを生成する。そこで、学習済モデルの生成について説明し、続いて、環境データの生成について説明する。 Next, we will explain the processing in the environmental data generation system 1. The environmental data generation system 1 generates environmental data when carrying out construction at a construction site, but before generating the environmental data, the model generation device 200 generates a trained model for generating the environmental data. Therefore, we will explain the generation of the trained model, and then explain the generation of the environmental data.

図3は、モデル生成装置200における処理の一例を示すフローチャートである。図3に示す処理は、学習済モデルの生成を開始する際に開始される。学習済モデルを生成するにあたり、モデル生成装置200は、まず、点群データ生成部210のシミュレーション部212において、入力インターフェース211に入力された情報に基づいて、施工現場を再現する施工環境データを生成する(ステップS101)。施工現場にはオブジェクトが含まれている。オブジェクトは、点の集合で表現されており、オブジェクトの各点には、それぞれ属性情報がタグ付けされている。 Figure 3 is a flowchart showing an example of processing in the model generation device 200. The processing shown in Figure 3 is initiated when starting to generate a trained model. To generate a trained model, the model generation device 200 first generates construction environment data that reproduces a construction site in the simulation unit 212 of the point cloud data generation unit 210 based on information input to the input interface 211 (step S101). The construction site includes objects. The objects are represented by a set of points, and each point of the object is tagged with attribute information.

続いて、シミュレーション部212は、再現した施工現場にLiDAR15により光を照射するシミュレーションを実行し、シミュレーションに基づく点群データを生成する。生成された点群データにおける各点は、それぞれオブジェクトを構成する施工環境データのいずれかの点に対応する。 The simulation unit 212 then performs a simulation in which the LiDAR 15 illuminates the recreated construction site, and generates point cloud data based on the simulation. Each point in the generated point cloud data corresponds to one of the points in the construction environment data that constitutes the object.

シミュレーション部212は、点群データにおける各点に対応するオブジェクトの点にタグ付けされた属性情報を判定し、判定された属性情報に応じたアノテーションを点群データにおける各点に付与する(ステップS103)。例えば、施工環境データに含まれる点に「盛土」の属性情報がタグ付けされていた場合に、対応する点群データの点に「盛土」のアノテーションを付与する。シミュレーション部212は、同様にして点群データに含まれるすべての点にアノテーションを付与することにより、点群データを生成する(ステップS105)。 The simulation unit 212 determines the attribute information tagged to the points of the object corresponding to each point in the point cloud data, and assigns annotations to each point in the point cloud data according to the determined attribute information (step S103). For example, if a point included in the construction environment data is tagged with attribute information of "embankment," the simulation unit 212 assigns the annotation "embankment" to the corresponding point in the point cloud data. The simulation unit 212 similarly assigns annotations to all points included in the point cloud data, thereby generating point cloud data (step S105).

続いて、シミュレーション部212は、施工環境データにおける属性情報と点群データにおけるアノテーションのデータをセットとした大量のデータセットを生成する(ステップS107)。続いて、シミュレーション部212は、生成した大量のデータセットを学習部220に出力する(ステップS109)。 The simulation unit 212 then generates a large amount of data set that includes attribute information in the construction environment data and annotation data in the point cloud data (step S107). The simulation unit 212 then outputs the generated large amount of data set to the learning unit 220 (step S109).

学習部220は、シミュレーション部212により出力された大量のデータセットを用いて機械学習を行い、学習済モデルを生成する(ステップS111)。学習部220は、生成した学習済モデルを環境データ生成装置100に送信する(ステップS113)。こうして、モデル生成装置200は、図3に示す処理を終了する。 The learning unit 220 performs machine learning using the large amount of data set output by the simulation unit 212 to generate a trained model (step S111). The learning unit 220 transmits the generated trained model to the environmental data generating device 100 (step S113). In this way, the model generating device 200 ends the processing shown in FIG. 3.

続いて、環境データ生成装置100における処理について説明する。図4は、環境データ生成装置100における処理の一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、土木建機10が自律的な動作を開始するときに開始される。以下の説明においては、土木建機10がすでに施工作業を行う対象物の位置(場所)に到着しているものとする。 Next, the processing in the environmental data generating device 100 will be described. Figure 4 is a flowchart showing an example of the processing in the environmental data generating device 100. The processing in this flowchart begins when the construction machine 10 begins autonomous operation. In the following explanation, it is assumed that the construction machine 10 has already arrived at the position (location) of the object where construction work will be performed.

まず、土木建機10における自律的な動作を開始すると、環境データ生成装置100は、決定された施工計画を、例えば通信装置17を介して取得する(ステップS201)。続いて、モデル取得部111Aは、モデル生成装置200により送信される学習済モデルを、例えば通信装置17を介して取得する(ステップS203)。モデル取得部111Aは、取得した学習済モデルを認識部112に出力する(ステップS205)。 First, when the autonomous operation of the civil engineering construction machine 10 begins, the environmental data generating device 100 acquires the determined construction plan, for example, via the communication device 17 (step S201). Next, the model acquisition unit 111A acquires the trained model transmitted by the model generating device 200, for example, via the communication device 17 (step S203). The model acquisition unit 111A outputs the acquired trained model to the recognition unit 112 (step S205).

続いて、環境データ生成装置100は、LiDAR15及びカメラ16に対して施工環境の状態を計測させる(ステップS207)。LiDAR15及びカメラ16は、計測した施工環境の状態に応じた点群データ及び画像データを出力する。続いて、点群データ取得部111Bは、LiDAR15により出力された点群データを取得する(ステップS209)。点群データ取得部111Bは、取得した点群データを認識部112に出力する。 Next, the environmental data generating device 100 causes the LiDAR 15 and camera 16 to measure the state of the construction environment (step S207). The LiDAR 15 and camera 16 output point cloud data and image data corresponding to the measured state of the construction environment. Next, the point cloud data acquisition unit 111B acquires the point cloud data output by the LiDAR 15 (step S209). The point cloud data acquisition unit 111B outputs the acquired point cloud data to the recognition unit 112.

また、画像データ取得部111Cは、カメラ16により出力された画像データを取得する(ステップS211)。画像データ取得部111Cは、取得した画像データを認識部112に出力する(ステップS213)。ステップS207及びステップS209の処理とステップS211及びステップS213の処理とは、同時に行ってもよいし互いに入れ替えてもよい。 The image data acquisition unit 111C also acquires image data output by the camera 16 (step S211). The image data acquisition unit 111C outputs the acquired image data to the recognition unit 112 (step S213). The processing of steps S207 and S209 and the processing of steps S211 and S213 may be performed simultaneously or may be interchanged.

続いて、認識部112は、点群データ取得部111Bにより出力された点群データを、モデル取得部111Aにより出力された学習済モデルに入力データとして入力する。認識部112は、学習済モデルにより出力される出力データに基づいて、今回施工を行う施工対象の対象物(例えば、盛土など)を認識する(ステップS215)。認識部112は、認識した対象物の情報を点群データに紐付けた対象物情報を、環境データ生成部120に出力する(ステップS217)。 Next, the recognition unit 112 inputs the point cloud data output by the point cloud data acquisition unit 111B as input data to the trained model output by the model acquisition unit 111A. The recognition unit 112 recognizes the object to be constructed (e.g., an embankment) based on the output data output by the trained model (step S215). The recognition unit 112 outputs object information, in which information about the recognized object is linked to the point cloud data, to the environmental data generation unit 120 (step S217).

環境データ生成部120は、認識部112により出力された対象物情報に基づいて、今回施工を行う施工環境の状態を表す環境データを生成する(ステップS219)。続いて、環境データ生成部120は、生成した環境データを制御値生成部130に出力する(ステップS221)。 The environmental data generation unit 120 generates environmental data representing the state of the construction environment where construction will be performed, based on the object information output by the recognition unit 112 (step S219). Next, the environmental data generation unit 120 outputs the generated environmental data to the control value generation unit 130 (step S221).

制御値生成部130は、施工計画と環境データとを照合、つまり、施工計画が表す施工環境の状態と、環境データが表す現時点の施工環境の状態とを照合する(ステップS223)。そして、制御値生成部130は、施工計画と環境データとを照合した結果に基づいて制御値を生成する(ステップS225)。制御値生成部130は、生成した制御値を、運転制御装置12に出力し、走行駆動力出力装置13や施工駆動力出力装置14を制御することにより、土木建機10が自律的に動作する。 The control value generation unit 130 compares the construction plan with the environmental data, that is, compares the state of the construction environment represented by the construction plan with the current state of the construction environment represented by the environmental data (step S223). The control value generation unit 130 then generates control values based on the results of comparing the construction plan with the environmental data (step S225). The control value generation unit 130 outputs the generated control values to the operation control device 12, which controls the traveling driving force output device 13 and the construction driving force output device 14, thereby causing the civil engineering and construction machine 10 to operate autonomously.

以上説明した環境データ生成システム1は、LiDAR15及びカメラ16により計測した施工環境の状態を示す点群データを学習済モデルに入力した結果に基づいて環境データを生成する。このため、施工現場の施工環境をより正確に認識することができる。 The environmental data generation system 1 described above generates environmental data based on the results of inputting point cloud data indicating the state of the construction environment measured by LiDAR 15 and camera 16 into a trained model. This allows for more accurate recognition of the construction environment at the construction site.

さらに、環境データを生成するための学習済モデルは、モデル生成装置200により生成される。モデル生成装置200では、シミュレーション部212を備える点群データ生成部210を利用して大量の点群データを生成するので、学習済モデルを生成するために利用される大量の点群データを容易に生成することができる。したがって、容易にAIを構築することができるので、施工現場における物体認識の精度を高めることができる。 Furthermore, the trained model for generating environmental data is generated by the model generation device 200. The model generation device 200 generates large amounts of point cloud data using the point cloud data generation unit 210 equipped with the simulation unit 212, making it easy to generate large amounts of point cloud data used to generate trained models. This makes it easy to build AI, thereby improving the accuracy of object recognition at construction sites.

さらに、施工現場では、建設作業等が行われるので、施工現場の施工環境は時々刻々変化する。このような状況下においては、施工環境の変化に応じて環境データを生成することが求められるが、施工環境が変化するごとに環境データを生成するのには手間がかかる。この点、実施形態の環境データ生成システム1では、モデル生成装置200を用いたシミュレーションを行って環境データを生成するための学習済モデルを生成するので、精度の高い学習済モデルを容易に提供することができる。したがって、変化する割合が高い施工現場において、施工環境の変化に応じて環境データを容易に生成することができる。 Furthermore, as construction work and other activities are carried out at construction sites, the construction environment at the construction site changes from moment to moment. Under such circumstances, it is necessary to generate environmental data in accordance with changes in the construction environment, but generating environmental data every time the construction environment changes is time-consuming. In this regard, the environmental data generation system 1 of the embodiment generates a trained model for generating environmental data by performing a simulation using the model generation device 200, making it easy to provide a highly accurate trained model. Therefore, at construction sites where the rate of change is high, environmental data can be easily generated in accordance with changes in the construction environment.

上記の実施形態では、土木建機10が、施工現場において、盛った土(盛土)を均すブルドーザーである場合を想定したが、土木建機10がブルドーザー以外の建設機械であっても同様である。例えば、土木建機10が、ローラーによって土砂を押し固める施工作業を自律的行う振動ローラーである場合にも、環境データ生成装置100は、目的の施工作業に合わせた環境データ(例えば、施工現場のマップ)を生成することができる。 In the above embodiment, it is assumed that the civil engineering and construction machine 10 is a bulldozer that levels piled-up earth (embankment) at a construction site, but the same applies if the civil engineering and construction machine 10 is a construction machine other than a bulldozer. For example, even if the civil engineering and construction machine 10 is a vibrating roller that autonomously performs construction work by compacting earth and sand with a roller, the environmental data generating device 100 can generate environmental data (e.g., a map of the construction site) tailored to the target construction work.

上記の実施形態では、ブルドーザーなどの土木建機が利用される土木作業の施工環境を対象としているが、土木作業の施工環境は、他の環境でもよい。例えば、土木作業の施工環境は、トンネル内での事故を減らすためのトンネルの施工現場でもよい。この場合、シミュレーション部212では、例えば、トンネル内で建機と人を配置したシミュレーションを実行して点群データを生成し、学習部220で学習させることができる。この場合には、トンネル内のオブジェクトの認識が可能となり、建機と人の接触を防止する接触防止システムなどとして機能させることができる。 In the above embodiment, the target is a civil engineering work environment in which construction machinery such as bulldozers is used, but the civil engineering work environment may be other environments. For example, the civil engineering work environment may be a tunnel construction site to reduce accidents within the tunnel. In this case, the simulation unit 212 can, for example, run a simulation in which construction machinery and people are placed within the tunnel to generate point cloud data, which can then be learned by the learning unit 220. In this case, it becomes possible to recognize objects within the tunnel, and the system can function as a contact prevention system to prevent contact between construction machinery and people.

[ハードウェア構成]
図5は、実施形態の物体認識装置800のハードウェア構成の一例を示す図である。図示するように、物体認識装置800は、通信コントローラ800-1、CPU800-2、ワーキングメモリとして使用されるRAM(Random Access Memory)800-3、ブートプログラムなどを格納するROM(Read Only Memory)800-4、フラッシュメモリやHDD(Hard Disk Drive)などの記憶装置800-5、ドライブ装置800-6などが、内部バスあるいは専用通信線によって相互に接続された構成となっている。通信コントローラ800-1は、物体認識装置800以外の構成要素との通信を行う。記憶装置800-5には、CPU800-2が実行するプログラム800-5aが格納されている。このプログラムは、DMA(Direct Memory Access)コントローラ(不図示)などによってRAM800-3に展開されて、CPU800-2によって実行される。これによって、物体認識部110における取得部111(モデル取得部111A、点群データ取得部111B、画像データ取得部111C)及び認識部112のうち一部または全部が実現される。
[Hardware configuration]
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the hardware configuration of an object recognition device 800 according to an embodiment. As illustrated, the object recognition device 800 includes a communication controller 800-1, a CPU 800-2, a random access memory (RAM) 800-3 used as a working memory, a read-only memory (ROM) 800-4 for storing a boot program and the like, a storage device 800-5 such as a flash memory or a hard disk drive (HDD), and a drive device 800-6, all interconnected via an internal bus or a dedicated communication line. The communication controller 800-1 communicates with components other than the object recognition device 800. The storage device 800-5 stores a program 800-5a executed by the CPU 800-2. This program is loaded into the RAM 800-3 by a direct memory access (DMA) controller (not shown) or the like and executed by the CPU 800-2. This realizes part or all of the acquisition unit 111 (model acquisition unit 111A, point cloud data acquisition unit 111B, image data acquisition unit 111C) and recognition unit 112 in the object recognition unit 110.

上記説明した実施形態は、以下のように表現することができる。
プログラムを記憶した記憶装置と、
ハードウェアプロセッサと、を備え、
前記ハードウェアプロセッサが前記記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、
土木作業の施工環境における点群データを生成する点群データ生成装置により生成された前記点群データを含むデータセットを用いた学習により得られたモデルを取得し、
取得された前記モデルを用いて、前記施工環境に存在する物体を認識する、
ように構成されている、物体認識装置。
The above-described embodiment can be expressed as follows.
a storage device storing a program;
a hardware processor;
The hardware processor executes the program stored in the storage device,
a model obtained by learning using a dataset including point cloud data generated by a point cloud data generating device that generates point cloud data in a construction environment of civil engineering work;
Recognizing objects present in the construction environment using the acquired model.
The object recognition device is configured as follows.

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。 The above describes the form for carrying out the present invention using an embodiment, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and substitutions can be made without departing from the spirit of the present invention.

1・・・環境データ生成システム、10・・・土木建機、11・・・運転操作子、12・・・運転制御装置、13・・・走行駆動力出力装置、14・・・施工駆動力出力装置、15・・・LiDAR、16・・・カメラ、17・・・通信装置、18・・・位置測位装置、100・・・環境データ生成装置、110・・・物体認識部、111・・・取得部、111A・・・モデル取得部、111B・・・点群データ取得部、111C・・・画像データ取得部、112・・・認識部、120・・・環境データ生成部、130・・・制御値生成部、200・・・モデル生成装置、210・・・点群データ生成部、211・・・入力インターフェース、212・・・シミュレーション部、220・・・学習部 1...Environmental Data Generation System, 10...Construction Machine, 11...Driving Operator, 12...Driving Control Device, 13...Travel Driving Force Output Device, 14...Construction Driving Force Output Device, 15...LiDAR, 16...Camera, 17...Communication Device, 18...Positioning Device, 100...Environmental Data Generation Device, 110...Object Recognition Unit, 111...Acquisition Unit, 111A...Model Acquisition Unit, 111B...Point Cloud Data Acquisition Unit, 111C...Image Data Acquisition Unit, 112...Recognition Unit, 120...Environmental Data Generation Unit, 130...Control Value Generation Unit, 200...Model Generation Device, 210...Point Cloud Data Generation Unit, 211...Input Interface, 212...Simulation Unit, 220...Learning Unit

Claims (7)

土木作業の施工環境における点群データを生成する点群データ生成装置により生成された前記点群データを含むデータセットを用いた学習により得られたモデルを取得するモデル取得部と、
取得された前記モデルを用いて、前記施工環境に存在する物体を認識する認識部と、を備え
前記点群データ生成装置は、前記施工環境を仮想したシミュレータを含み、
前記モデルは、前記施工環境に光を照射したシミュレーションを前記シミュレータで行って生成された点群データを含むデータセットを用いた学習により得られたモデルである、
物体認識装置。
a model acquisition unit that acquires a model obtained by learning using a dataset including point cloud data generated by a point cloud data generation device that generates point cloud data in a construction environment of civil engineering work;
a recognition unit that recognizes an object present in the construction environment using the acquired model ,
the point cloud data generation device includes a simulator that simulates the construction environment,
The model is a model obtained by learning using a dataset including point cloud data generated by performing a simulation of irradiating light on the construction environment using the simulator.
Object recognition device.
前記シミュレーションは、照射した光の反射光の受光した際の前記照射から前記受光までの時間に基づいて計測された距離を利用したシミュレーションを含む、The simulation includes a simulation using a distance measured based on a time from the irradiation of the irradiated light to the reception of the reflected light,
請求項1に記載の物体認識装置。The object recognition device according to claim 1 .
前記データセットは、前記モデルの入力データとして前記シミュレータのシミュレーション上でタグデータがタグ付けされた前記物体に関する施工環境データを含み、前記モデルの出力データとして前記施工環境データに基づいて前記点群データの各点に付与されたアノテーションのデータを含む、
請求項1または2に記載の物体認識装置。
The data set includes, as input data of the model, construction environment data relating to the object tagged with tag data in the simulation of the simulator, and includes, as output data of the model, data of annotations assigned to each point of the point cloud data based on the construction environment data.
The object recognition device according to claim 1 or 2.
請求項1から3のうちいずれか1項に記載の物体認識装置と、
前記物体認識装置により認識された前記物体に基づいて、前記施工環境の状態を表す環境データを生成する環境データ生成部と、を備える、
環境データ生成装置。
An object recognition device according to any one of claims 1 to 3;
an environment data generation unit that generates environment data representing a state of the construction environment based on the object recognized by the object recognition device,
Environmental data generator.
土木作業の施工環境の施工環境データと、前記施工環境データに基づいて点群データ生成装置により生成された点群データと、をデータセットとした学習によりモデルを生成する学習部を備え、
前記データセットは、前記モデルの入力データとして、前記施工環境を仮想したシミュレータの前記施工環境に光を照射したシミュレーション上でタグデータがタグ付けされた物体に関する施工環境データを含み、前記モデルの出力データとして前記施工環境データに基づいて前記点群データの各点に付与されたアノテーションのデータを含む、
モデル生成装置。
a learning unit that generates a model by learning using data sets of construction environment data of a construction environment of civil engineering work and point cloud data generated by a point cloud data generating device based on the construction environment data;
The data set includes, as input data of the model, construction environment data relating to objects tagged with tag data in a simulation in which light is irradiated onto the construction environment of a simulator that virtualizes the construction environment, and includes, as output data of the model, data of annotations assigned to each point of the point cloud data based on the construction environment data.
Model generation device.
物体認識装置のコンピュータが、
土木作業の施工環境における点群データを生成する点群データ生成装置により生成された前記点群データを含むデータセットを用いた学習により得られたモデルを取得し、
取得された前記モデルを用いて、前記施工環境に存在する物体を認識
前記点群データ生成装置は、前記施工環境を仮想したシミュレータを含み、
前記モデルは、前記施工環境に光を照射したシミュレーションを前記シミュレータで行って生成された点群データを含むデータセットを用いた学習により得られたモデルである、
物体認識方法。
The computer of the object recognition device
a model obtained by learning using a dataset including point cloud data generated by a point cloud data generating device that generates point cloud data in a construction environment of civil engineering work;
Using the acquired model, recognize objects present in the construction environment;
the point cloud data generation device includes a simulator that simulates the construction environment,
The model is a model obtained by learning using a dataset including point cloud data generated by performing a simulation of irradiating light on the construction environment using the simulator.
Object recognition method.
物体認識装置のコンピュータに、
土木作業の施工環境における点群データを生成する点群データ生成装置により生成された前記点群データを含むデータセットを用いた学習により得られたモデルを取得させ、
取得された前記モデルを用いて、前記施工環境に存在する物体を認識させ
前記点群データ生成装置は、前記施工環境を仮想したシミュレータを含み、
前記モデルは、光を照射したシミュレーションを前記シミュレータで行って生成された点群データを含むデータセットを用いた学習により得られたモデルである、
プログラム。
The object recognition device's computer
acquiring a model obtained by learning using a dataset including point cloud data generated by a point cloud data generating device that generates point cloud data in a construction environment of civil engineering work;
Using the acquired model, objects present in the construction environment are recognized ;
the point cloud data generation device includes a simulator that simulates the construction environment,
The model is a model obtained by learning using a dataset including point cloud data generated by performing a simulation of light irradiation using the simulator.
program.
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