(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中のある範囲の３次元形状を１送波で即時的に計測し、位置データを持った３次元映像として可視化できる３次元ソナーと、ジャイロスコープ又は慣性航法装置と、全地球測位システム装置と、音速度計装置と、これらの各装置をそれぞれ有線若しくは無線で接続され各データを入力して記憶装置にデータ収録させ及びモニタに３次元表示させる３次元解析用パーソナルコンピューターとで構成されている３次元ソナーによる施工管理装置を計測点に設置し、
前記３次元ソナーを前記計測点から作業域の水中に没入させて吊持して、
工事エリア内の予め設定したエリアを工事作業中に連続して計測し、
前記３次元解析用パーソナルコンピューターによってモニタに目的の水底とその周辺を３次元映像で表示させ、該モニタの３次元映像を常時視覚的に確認しながらの浚渫作業，水中盛土作業，捨石作業やブロックの据え付け作業を行うことができるようにしたこと、
を特徴とする３次元ソナーによる施工管理方法。
【請求項２】
予め設計形状をデータ入力して記憶装置に登録しておいて３次元解析用パーソナルコンピューターによってモニタに設計と実測の形状を重ね合わせてリアルタイムに３次元表示させ、作業中において、前記モニタの３次元映像を常時視覚的に確認しながら作業できるようにしたこと、
を特徴とする請求項１に記載の３次元ソナーによる施工管理方法。
【請求項３】
所望位置の断面図または土量変化若しくは土量差をデータ処理するとともにモニタに表示させる３次元解析用パーソナルコンピューターを設けて、予め設計形状をデータ入力して記憶装置に登録しておいて、前記３次元解析用パーソナルコンピューターによってモニタに設計と実測の断面形状を重ね合わせてリアルタイムに３次元表示させ、作業中において前記モニタの３次元映像を常時視覚的に確認しながら作業管理ができるようにしたこと、
を特徴とする請求項１に記載の３次元ソナーによる施工管理方法。
【請求項４】
３次元ソナーによる施工管理装置の計測部を、作業域に２カ所〜８カ所のいずれかに配置させ、この複数箇所の計測点に配置した計測部により前記作業域の水底とその周辺を任意の方向から見た形状をリアルタイムで処理・表示部におけるモニタに表示できるようにすること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３次元ソナーによる施工管理方法。
【請求項５】
浚渫用，捨石用，盛土用，ブロック据付け用のいずれかの施工管理装置と３次元ソナーによる施工管理装置とを組み合わせて、あらかじめ登録した設計形状と施工された浚渫，捨石，盛土，ブロック据付けのいずれかの出来形をリアルタイムに計測しながら、前記３次元ソナーによる施工管理装置から計測データを前記浚渫用，捨石用，盛土用，ブロック据付け用のいずれかの施工管理装置に伝達し、前記設計形状に不足する部分の位置と大きさを認識させて浚渫作業，捨石作業，盛土作業，ブロック据付け作業のいずれかを施工すること、
を特徴とする請求項１に記載の３次元ソナーによる施工管理方法。
【請求項６】
水中のある範囲の３次元形状を１送波で即時的に計測し、位置データを持った３次元映像として可視化できる３次元ソナーと、ジャイロスコープ又は慣性航法装置と、全地球測位システム装置と、音速度計装置と、これらの各装置をそれぞれ有線若しくは無線で接続され各データを入力して記憶装置にデータ収録させ及びモニタに３次元表示させる３次元解析用パーソナルコンピューターとを少なくとも有して施工管理装置が構成され、
前記施工管理装置を構成する計測部を複数箇所の計測点に配置し、前記複数箇所の計測部からの計測データを伝達されて３次元処理及び３次元表示する処理・表示部を１カ所に配置していること、
を特徴とする３次元ソナーによる施工管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、港湾工事，水底の浚渫作業や水中盛土作業などを施工する際に、リアルタイムで水底掘削状況の様子若しくは盛土状況の様子を把握しながら施工する３次元ソナーによる施工管理方法とその施工管理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、港湾工事などにおける捨石工事では、出来形確認は捨石投入作業を中断してガット船を移動させた後、深浅測量を行ったり、1日の作業の終わりや翌日の作業の最初に深浅測量を行い、測量データを処理して水底形状を確認したのち、浚渫作業へと反映していた。もしくは、捨石投入場所付近を適時レッドで計測することで、水底深度を確認しながら捨石投入していた。効率よく捨石投入を行うための捨石投入支援装置は既知（特許文献１参照）である。ガット船のグラブを操作するオペレーターは、装置に表示される画面を確認しながらグラブの位置入れ、および開閉を行っている。また、投入毎にシミュレーションされた堆積形状を画面上で確認しながら投入を行う。
【０００３】
また、浚渫作業支援システムとして、港湾工事などにおける浚渫工事では、出来形確認は浚渫作業を中断して浚渫船を移動させた後、深浅測量を行ったり、1日の作業の終わりや翌日の作業の最初に深浅測量を行い、測量データを処理して水底形状を確認したのち、浚渫作業へと反映していた。もしくは、浚渫付近を適時レッドで計測することで、水底深度を確認しながら浚渫していた。効率よく浚渫を行うための浚渫管理装置等は既知（特許文献２参照）である。浚渫船のグラブを操作するオペレーターは、装置に表示される画面を確認しながらグラブの位置入れ、浚渫の設計深度までのグラブの下げ降ろし、および開閉を行っている。
【０００４】
そして、これらの浚渫施工若しくは水中捨石施工や水中盛土施工において、浚渫や盛土をした後の出来形確認に関しては、一旦作業を中断して深浅測量を行ったり、１日の作業の終わりや翌日の作業の最初に深浅測量を行い、測量データを処理して水底状況を確認した後、浚渫・盛土の作業へと反映させたり、若しくは、浚渫・盛土付近を適時レッドで計測することで、水底深度を確認しながら作業へと反映させたりしている。このほか、捨石マウンド均し面の計測の方法として、潜水士を不要とするためにマウンド面に沿って移動する水中移動装置と、これに信号・動力ケーブルで連結された支援船と、位置標定のための装置と、均し面を計測する計測装置と、演算装置などで捨石マウンド均し面の絶対位置を演算できるようにしたシステムが知られている（特許文献３参照）。また、埋立地の施工管理として、沈下量をマルチビームソナーで土砂の投入前後を面的に測定するようにした施工管理方法が知られている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許公開２００９−２４４００号公報
【特許文献２】特許公開２００４−１５００１５号公報
【特許文献３】特開平０７−６２６６０号公報
【特許文献４】特開２００１−１６４５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の海中への捨石・ブロック盛土工法においては、上記装置等を使用して捨石投入する場合、グラブの動揺による位置ずれや潮流の影響などにより、想定どおりの出来形には捨石投入できない。捨石投入後の深浅測量の結果がでるまで出来形がわからなかったため、出来形不足があった場合は、再度その箇所に投入しなおさなければならず、効率が悪かった。従来、レッドにより捨石投入しながらの計測は可能であったが、点での出来形確認しかできないため、海底形状の面的な把握ができず、不完全な方法であった。更に、ブロック据付の場合に潜水士の誘導とクレーンオペレーターによる操作のタイムラグがあるため、目標の位置へ据付けるために時間が掛かるなど作業効率が悪く、据付精度はオペレータの技量によるところが大きかった。
【０００７】
また、従来の浚渫工事等の出来形を確認する方法では、グラブの動揺による位置ずれやグラブの旋回などにより、想定どおりの出来形には浚渫できない。浚渫後の深浅測量の結果がでるまで出来形がわからなかったため、掘り残しがあった場合は、再度その箇所を浚渫しなおさなければならず、効率が悪かった。また、再度浚渫しなおす事態を避けるために、余掘り量を多くして浚渫した場合は、浚渫土量が増えるため、その処分に余計な費用がかかるなどの問題があり、近年では出来うる限り正確な（設計に準じた）出来形と浚渫土量で浚渫を行うことが望まれているが、施工精度はオペレータの技量によるところが大きい。従来、レッドにより浚渫しながらの計測は可能であったが、点での出来形確認しかできないため、海底形状の面的な把握ができず、不完全な方法であった。また、土砂の埋立地施工管理方法では、土砂投入前後の面の位置を測定しているので、投入状況によって正確にブロック等の投入位置を確認できるという作業管理工法ではない。本発明に係る３次元ソナーによる施工管理方法とその施工管理装置は、このような課題を解決するために提案されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る３次元ソナーによる施工管理方法の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、水中のある範囲の３次元形状を１送波で即時的に計測し、位置データを持った３次元映像として可視化できる３次元ソナーと、ジャイロスコープ又は慣性航法装置と、全地球測位システム装置と、音速度計装置と、これらの各装置をそれぞれ有線若しくは無線で接続され各データを入力して記憶装置にデータ収録させ及びモニタに３次元表示させる３次元解析用パーソナルコンピューターとで構成されている３次元ソナーによる施工管理装置を計測点に設置し、前記３次元ソナーを前記計測点から作業域の水中に没入させて吊持して、工事エリア内の予め設定したエリアを工事作業中に連続して計測し、前記３次元解析用パーソナルコンピューターによってモニタに目的の水底とその周辺を３次元映像で表示させ、該モニタの３次元映像を常時視覚的に確認しながらの浚渫作業，水中盛土作業，捨石作業やブロックの据え付け作業を行うことができるようにしたことである。
【０００９】
また、予め設計形状をデータ入力して記憶装置に登録しておいて３次元解析用パーソナルコンピューターによってモニタに設計と実測の形状を重ね合わせてリアルタイムに３次元表示させ、作業中において、前記モニタの３次元映像を常時視覚的に確認しながら作業できるようにしたことを含むものである。
更に、所望位置の断面図または土量変化若しくは土量差をデータ処理するとともにモニタに表示させる３次元解析用パーソナルコンピューターを設けて、予め設計形状をデータ入力して記憶装置に登録しておいて、前記３次元解析用パーソナルコンピューターによってモニタに設計と実測の断面形状を重ね合わせてリアルタイムに３次元表示させ、作業中において前記モニタの３次元映像を常時視覚的に確認しながら作業管理ができるようにしたことである。
【００１０】
前記３次元ソナーによる施工管理装置の計測部を、作業域に２カ所〜８カ所のいずれかに配置させ、この複数箇所の計測点に配置した計測部により前記作業域の水底とその周辺を任意の方向から見た形状をリアルタイムで処理・表示部におけるモニタに表示できるようにすることである。
更に、浚渫用，捨石用，盛土用，ブロック据付け用のいずれかの施工管理装置と３次元ソナーによる施工管理装置とを組み合わせて、あらかじめ登録した設計形状と施工された浚渫，捨石，盛土，ブロック据付けのいずれかの出来形をリアルタイムに計測しながら、前記３次元ソナーによる施工管理装置から計測データを前記浚渫用，捨石用，盛土用，ブロック据付け用のいずれかの施工管理装置に伝達し、前記設計形状に不足する部分の位置と大きさを認識させて浚渫作業，捨石作業，盛土作業，ブロック据付け作業のいずれかを施工することを含むものである。
【００１１】
本発明に係る３次元ソナーによる施工管理装置の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、水中のある範囲の３次元形状を１送波で即時的に計測し、位置データを持った立体映像として可視化できる３次元ソナーと、ジャイロスコープ又は慣性航法装置と、全地球測位システム装置と、音速度計装置と、これらの各装置をそれぞれ有線若しくは無線で接続され各データを入力して記憶装置にデータ収録させ及びモニタに３次元表示させる３次元解析用パーソナルコンピューターとを少なくとも有して施工管理装置が構成され、前記施工管理装置を構成する計測部を複数箇所の計測点に配置し、前記複数箇所の計測部からの計測データを伝達されて３次元処理及び３次元表示する処理・表示部を１カ所に配置したことである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の３次元ソナーによる施工管理方法とその施工管理装置によれば、海水中の３次元形状をリアルタイムに把握することができて、その３次元形状が座標を持つ立体映像として可視化される。よって、ブロック等の据付け、浚渫工事，盛土施工において、設計形状に沿ってケレーン操作などが可能となり、迅速に作業を推進できるとともに、潜水士の付き添いが不要となって作業の安全性も向上するものである。また、土量変化や土量差をリアルタイムで把握することができるので、作業効率を高めることとなり、無駄を省いてコスト低減となる、など数々の優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る３次元ソナーによる施工管理方法の実施例を示す斜視図（Ａ）と、３次元ソナー２を取付架台に取り付けて行う計測状態を示す斜視図（Ｂ）である。
【図２−Ａ】同本発明に係るブロック等の据付けの場合の、３次元ソナー２による施工管理装置１の構成を示す説明図である。
【図２−Ｂ】同本発明に係る浚渫作業の場合の、３次元ソナー２による施工管理装置１の構成を示す説明図である。
【図２−Ｃ】同本発明に係る捨石作業の場合の、３次元ソナー２による施工管理装置１の構成を示す説明図である。
【図３】従来のマルチビームソナー計測の様子を示す概略図である。
【図４】３次元ソナー２による断面形状を求める手順を示す説明図である。
【図５−Ａ】同３次元ソナー２による断面形状を求める手順を示す説明図である。
【図５−Ｂ】同３次元ソナー２による断面形状を迅速に簡易的に求める手順を示す説明図である。
【図６】本発明の３次元ソナーによるブロック据付けの施工管理方法の一例を示す作業フロー図（Ａ）と、比較する従来例の作業フロー図（Ｂ）とである。
【図７−Ａ】本発明に係る実施例３の浚渫工事を示す説明図である。
【図７−Ｂ】本発明に係る実施例４における設計と実測を重ね合わせること示す説明図である。
【図７−Ｃ】本発明の３次元ソナーによる浚渫作業の施工管理方法の一例を示す作業フロー図（Ａ）と、比較する従来例の作業フロー図（Ｂ）とである。
【図７−Ｄ】本発明に係る実施例６に係る説明図（Ａ），（Ｂ）と、時系列の土量変化を示す説明図（Ｃ）である。
【図７−Ｅ】本発明に係る実施例７における切断三角柱を示す説明図である。
【図７−Ｆ】本発明に係る実施例５，実施例７における余掘り厚の説明図である。
【図８−Ａ】本発明に係る実施例８の捨石工事又は盛土工事を示す説明図である。
【図８−Ｂ】本発明に係る実施例９における設計と実測を重ね合わせること示す説明図である。
【図８−Ｃ】本発明の３次元ソナーによる捨石工事又は盛土工事における施工管理方法の一例を示す作業フロー図（Ａ）と、比較する従来例の作業フロー図（Ｂ）とである。
【図８−Ｄ】本発明に係る実施例１０における水底の設計形状と実測を重ね合わせること示す説明図である。
【図８−Ｅ】本発明に係る実施例１１における、あるエリアにおける時系列に従った石材量変化又は盛土量変化をリアルタイムに把握する説明図（Ａ）と、時系列に従った石材変化量を示す説明図（Ｂ）である。
【図８−Ｆ】本発明に係る実施例１１における切断三角柱を示す説明図である。
【図９】本発明に係る実施例１３の説明図であって、概略的に示す平面（Ａ）と断面図（Ｂ）とである。
【図１０】本発明に係る実施例１３における施工管理装置１の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る３次元ソナーによる施工管理方法とその施工管理装置は、図１に示すように、３次元ソナーを主体とした施工管理装置を形成して、それにより、据付け工事、浚渫工事や盛土工事をリアルタイムで３次元映像を確認しながら、施工できるようにするものである。
【実施例１】
【００１５】
本発明に係る施工管理装置１は、図２−Ａに示すように、３次元ソナー（３Ｄソナーともいう）２と、ジャイロスコープ又は慣性航法装置（ＩＮＳ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  以下同じ）３と、全地球測位システム装置（Global Positioning System：ＧＰＳ以下同じ）４と、音速度計装置５と、これらの各装置（以下、計測部１ａ）をそれぞれ有線若しくは無線で接続され各データを入力して記憶装置６ａにデータ収録させ及びモニタ６ｂに３次元表示させる３次元解析用パーソナルコンピューター（以下、パソコン）６（以下、処理・表示部１ｂ）とで構成されている。
【００１６】
前記３次元ソナー２とは、超音波により、ある範囲を即時的に計測し、位置データを持った立体映像として可視化できる装置である。図１（Ａ）に示すように、水中の３次元形状を１送波で計測する。また、図１（Ｂ）に示すように、３次元ソナー２をパン・チルト構造を有する取付架台で支持させることもできる。稼働範囲はパンが±１８０゜、チルトが±９０゜として、これらを稼働させ計測範囲を拡大させながら計測することができる。そして、一例として、５０゜×５０゜の範囲を計測してそれぞれ座標を持った立体映像として可視化することができる。この３次元ソナー２によれば、例えば、図３に示すように、従来のマルチビームソナー計測では、船を航行させながら２次元スキャニングするので、計測後に連続した断面形状を処理することで３次元形状の確認をしていたので、リアルタイムで３次元画像を可視化することができないという不都合を、解消することができるようになるものである。
【００１７】
前記ジャイロスコープ又は慣性航法装置（ＩＮＳ）３は、計測点としての作業船９の現在位置（停止している場合は不要）と、方位，ロール，ピッチ，ヒーブ等を求めるものである。これは、艤装した作業船９の姿勢が波や潮位で変化した場合、それぞれの相対位置座標と角度が変化するため、作業船９の姿勢（ロール、ピッチ、ヒーブ、方位）を計測し、３次元ソナー２による位置データを補正するものである。前記計測点は、例えば、作業船や測量船のほかに岸壁や防波堤，ケーソン，浮体構造物等における計測点を含むものである。
【００１８】
また、前記ＧＰＳ４は、作業船９の位置を正確に求めるものである。前記音速度計５は、水中の音速を計測して、超音波による距離測定の補正をするために計測するものである。具体的には、水中音速度は1500m/s程度であるが、水温、圧力、塩分濃度などにより変化する。よって、音速度の補正をしなければ、正確な計測がなされないため、一般的に音速度計測、および音速度補正を実施する。 例えば、海水中の音速（m/s）の式、Ｖ＝１４４９．１４＋△ＶＰ＋△ＶＳ＋△ＶＴ＋△ＶＳＴＰ  （Ｐ：圧力ｋｇ／ｃｍ２の補正項、Ｓ：塩分０／００の補正項、Ｔ：温度℃の補正項、ＳＴＰ：圧力，塩分，温度の補正項）である。
【００１９】
前記パソコン６は、そのＣＰＵ（中央演算処理装置）に、３次元表示用のプログラムに、Ｏｐｅｎ  ＧＬ（Graphics Library）、Ｏｐｅｎ  ＣＬ（Computing Language）、ＤｉｒｅｃｔＸなどの公知の３次元グラフィックスＡＰＩ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）が組み込まれるものである。  
【００２０】
図２−Ａに示すように、前記パソコン６で所望位置の断面図若しくは土量変化をデータ処理する。前記パソコン６で、断面図をＴＩＮ（Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ  Ｉｒｒｅｇｕｌａｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ、以下同じ）法によって作成するには、図４に示すように、予め指定した２点の平面座標Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）、Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２）から、予め指定した範囲１０で、計測した点群データＡを記憶装置６ａから抽出する。そして、前記点群データＡの任意の１点Ｔ１を中心とし、予め直径を指定した円１１の範囲に含まれる点群Ｂを抽出する。
【００２１】
１）前記点群Ｂの中からＴ１に平面距離が近い２点Ｔ２，Ｔ３を検索し、抽出する。
２）このとき、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が一直線上にあれば、前記１）のＴ２，Ｔ３の抽出に
戻って、Ｔ３の次にＴ１に平面距離が近いＴ４を抽出する。
３）こうして抽出されたＴ１，Ｔ２，Ｔ３が一直線上にない時は、この３点を結んでで
きる三角形の外接円１２を作り、その円内に他の点が含まれない場合には、Ｔ１，
Ｔ２，Ｔ３で構成される三角形を面として確定する。
この円内に他の点が含まれている場合には、前記１）に戻って点群Ｂの中から新た
なＴ２，Ｔ３を見つけて三角形を確定する。
４）前記Ｔ１，Ｔ２で２分割される平面のうち、Ｔ３を含まないエリア内で直線Ｔ１，
Ｔ２にもっとも距離の近い点Ｔｘを検索する。  
５）上記３）からの処理を繰り返す。図５−Ａに示すように、Ａのエリアを複数の三角
形で構成される面に分割する。
（各三角形の１辺の長さは、点群Ｂの円１１の直径を越えることはない）
６）上記５９で作成した各三角面と前記Ｐ１，Ｐ２を含む面との交線を求める。
以上のようにして、断面図を作成するものである。
【００２２】
なお、図５−Ｂに示すように、簡易的に断面図を求めることもできる。即ち、断面図作成のために予め指定した２点の平面座標Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）、Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２）から、予め指定した範囲で、計測した点群データＡを記憶装置６ａから抽出する。前記Ａに含まれる点からＰ１，Ｐ２面へ垂線をおろし、交点を求める。前記求めた交点を結び、断面図を作成するものである。
【実施例２】
【００２３】
以上のように構成される、図２−Ａに示す、３次元ソナーによる施工管理装置１を用いて、各港湾作業の説明をする。作業フローを図６（Ａ）に示すように、根固ブロックや被覆ブロック等を水中に据付ける場合は、３次元ソナーによる施工管理装置１を前記作業船９に積載する。そして、作業船９を所定の作業海域で停止させ、前記３次元ソナー１をクレーン近傍またはブロック据付位置近傍の水中に設置する。
【００２４】
そして、ＧＰＳ４との組み合わせにより、前記３次元ソナー２の計測したデータに位置データを付加する。また、艤装した浮体である作業船９の姿勢が波により変化するので、ジャイロスコープ又はＩＮＳ３で方位，ロール，ピッチ，ヒーブ等の補正行う。更に、海水の温度を測定して、水中音速度の補正を音速度計５により行う。
【００２５】
目的の水底とその周辺を、前記パソコン６によってモニタ６ｂに表示させながら、クレーンによるブロックの据付け作業を行う。こうして、クレーンのオペレーターが前記モニタ６ｂの映像と、位置データを確認しながら、効率よくブロック等の据付け作業ができる。
【００２６】
そして、予め据付目標位置をデータ入力して記憶装置６ａに登録しておいてパソコン６によってモニタ６ｂに設計と実測の形状を重ね合わせてリアルタイムに３次元表示させ、作業中において、前記オペレーターが前記モニタ６ｂの３次元映像を視覚的に確認しながら施工できる。モニタ６ｂに表示されたブロックは、座標を持った３次元映像として表示されるので、据付誘導も正確に行うことができる。また、比較のために、従来例による潜水士が水中に潜ってブロックの据付位置を誘導指示する据付作業手順のフローを図６（Ｂ）に示す。本発明により、大幅に作業工程が省略されることがわかるとともに、潜水士が水中に存在しないので作業の安全性も確保されるものである。
【実施例３】
【００２７】
また、浚渫工事における出来形確認を行う場合には、図２−Ｂに示す施工管理装置１を使用する。そして、図７−Ａに示すように、本装置をグラブ浚渫船７または、浚渫エリア付近に設置することにより、浚渫状況を3次元映像として表示する。これによりグラブ浚渫船７のクレーンオペレーターは映像を確認しながら効率よく浚渫することが可能となる。なお、リアルタイム３Dソナーで取得したデータを使用してコンピューター上に3次元表示するには、例えばOpen GL、Open CL、またはDirectXなどの３DグラフィックスAPIを表示用プログラムに組み込む方法がある。
【実施例４】
【００２８】
また、図７−Ｂに示すように、あらかじめ設計形状を3次元座標で登録しておくことにより、設計と実測を重ね合わせてリアルタイムに水底地形の3次元表示や2次元表示を行う。これにより掘り残しの状況を視覚的に、かつ座標値で確認しながら作業を行うことができる。この場合、上記既知の発明（特許文献２参照）と組み合わせて使用することにより、グラブ浚渫船７のクレーンオペレーターは、掘り残し位置とグラブ位置の両方をモニタ画面で確認しながらクレーン操作およびグラブの開閉操作を行えるため、掘り残しがなく余掘りの少ない、効率がよく精度の高い浚渫を行うことができる。
【実施例５】
【００２９】
更に、予め水底の設計形状を3次元で登録しておくことにより、リアルタイム３Ｄソナー２の計測値から複数断面の実測値を抽出し、リアルタイムな断面表示をする。計測断面に重ねて、設計値、底面余掘厚、および法面余掘厚（図７−Ｆ参照）などを表示できるため、リアルタイムに断面管理が行え、精度の高い浚渫ができる。図７−Ｃ（Ａ），（Ｂ）に本発明の手順と従来例の作業手順との作業フロー図を示す。
【実施例６】
【００３０】
また、図７−Ｄ（Ａ），（Ｂ）に示すように、３Dソナー２により、工事エリアのあらかじめ設定したエリアを、工事作業中連続して計測する。３Ｄソナー２からは、毎秒データが出力される。３Dソナー２により計測した、ある時刻における点群データを使用して、ある平面からの体積を求めることにより、あるエリアにおける時系列に従った土量変化をリアルタイムに把握することが可能となる。または図７−Ｄ（Ｃ）に示すような、時系列に従った土量変化量をリアルタイムに把握することが可能となる。
【実施例７】
【００３１】
３Dソナー２などの３次元形状計測装置により計測した点群データから体積を求めるには、TINを使用して、点群データから三角網を生成する。三角網の各三角形において、ある平面からの切断三角柱が形成される。土量は、各切断三角柱の体積の総和により求められる（図７−Ｅ参照）。または、リアルタイムで３Ｄソナー２の計測値から複数断面の実測値を抽出する前記手法により求めた複数断面から、平均断面法により土量を求めることができる。
【実施例８】
【００３２】
水中捨石施工若しくは水中盛土施工においては、図２−Ｃに示す３次元ソナーによる施工管理装置１をガット船８もしくは測量船（作業船）９で捨石投入エリア付近に設置する。図８−Ａに示すように、捨石投入状況を３次元映像として表示する。これによりクレーンオペレーターは映像を確認しながら効率よく捨石投入することが可能となる。なお、リアルタイムに３Dソナー２で取得したデータを使用してコンピューター上に３次元表示するには、例えばOpen GL、Open CL、またはDirectXなどの３DグラフィックスAPIを表示用プログラムに組み込む方法がある。
【実施例９】
【００３３】
また、予め設計形状を３次元座標で登録しておくことにより、図８−Ｂに示すように、設計と実測を重ね合わせてリアルタイムに水底地形の3次元表示や２次元表示を行う。これにより投入不足の状況を視覚的に、かつ座標値で確認しながら作業を行うことができる。この場合、図８−Ａに示すように、捨石投入管理システムと組み合わせて使用することにより、ガット船８のクレーンオペレーターは、投入不足位置とグラブ位置の両方をモニタ画面で確認しながらクレーン操作およびグラブの開閉操作を行えるため、投入不足がなく、効率がよく精度の高い捨石投入を行うことができる。この作業フローと従来例に係る作業フローとを、図８−Ｃ（Ａ），（Ｂ）に示す。
【実施例１０】
【００３４】
図８−Ｄに示すように、あらかじめ水底の設計形状を３次元で登録しておくことにより、リアルタイムに３Ｄソナー２の計測値から複数断面の実測値を抽出し、リアルタイムな断面表示ができる。計測断面に重ねて、設計の天端高、法面、天端幅、および延長などを表示できるため、リアルタイムに断面管理が行え、精度の高い捨石投入ができる。
【実施例１１】
【００３５】
３Ｄソナーにより、工事エリアの予め設定したエリアを工事作業中連続して計測する。３Ｄソナー２からは、毎秒データが出力される。３Dソナー２により計測した、ある時刻における点群データを使用して、ある平面からの体積を求めることにより、図８−Ｅ（Ａ）に示すような、あるエリアにおける時系列に従った石材量変化をリアルタイムに把握することが可能となる。または、図８−Ｅ（Ｂ）に示すような、時系列に従った石材変化量をリアルタイムに把握することが可能となる。
【実施例１２】
【００３６】
また、３Ｄソナー２などの３次元形状計測装置により計測した点群データから体積を求めるには、TINを使用して、点群データから三角網を生成する。三角網の各三角形において、ある平面からの切断三角柱が形成される。石材量は、各切断三角柱の体積の総和により求められる（図８−Ｆ参照）。または、上記水底の設計形状を３次元で登録しリアルタイムに３Ｄソナー２の計測値から複数断面の実測値を抽出する手法により求めた複数断面から、平均断面法により石材量を求めることができる。
【実施例１３】
【００３７】
施工管理装置１を構成する計測部１ａを複数箇所の計測点に配置し、前記複数箇所の計測部からの計測データを伝達されて３次元処理及び３次元表示する処理・表示部１ｂを１カ所に配置されている実施例である。例えば、３次元ソナーによる施工管理装置１を積載した作業船（ａ，ｂ，ｃ・・）を、図９（Ａ）に示すように、作業域を中心にして適宜半径の周方向に均等配置で２カ所〜８カ所のいずれかに配置させ、この複数箇所に配置した前記作業船により作業域の水底とその周辺を任意の方向から見た形状をリアルタイムでモニタに表示できるようにする。ブロック等の作業対象物の全周囲をリアルタイムに瞬時に計測するには、最低で２カ所に前記施工管理装置１を設置すればよいが、通常は、４カ所に設置する。そして図９（Ｂ）と図１０とに示すように、作業対象物ｅを４箇所の計測部１ａと、１カ所の処理・表示部１ｂとで施工管理装置１を構成して、前記作業対象物ｅを同時に超音波計測し、未計測部分をなくしてオペレーターの希望する方向からリアルタイムでパソコン６を介してモニタ６ｂで、前記作業対象物ｅの３次元状況を把握する事ができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る施工管理装置１、それを使用した施工管理方法は、港湾工事，水中工事に限らず、湖沼工事や河川工事にも広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１          施工管理装置、                            １ａ      計測部、
１ｂ        処理・表示部  
２          ３次元ソナー（３Ｄソナー）、
３          ジャイロスコープ又は慣性航法装置（ＩＮＳ）、
４          全地球測位システム装置（ＧＰＳ）、
５          音速度計装置、
６          ３次元解析用パーソナルコンピューター（パソコン）、
６ａ        記憶装置、                                ６ｂ        モニタ、
７          グラブ浚渫船、
８          ガット船、
９          作業船（測量船）、
１０        予め指定した範囲、
１１        予め直径を指定した円、
１２          外接円。
【図１】
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【図２−Ａ】
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【図２−Ｂ】
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【図２−Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５−Ａ】
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【図５−Ｂ】
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【図６】
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【図７−Ａ】
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【図７−Ｂ】
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【図７−Ｃ】
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【図７−Ｄ】
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【図７−Ｅ】
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【図７−Ｆ】
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【図８−Ａ】
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【図８−Ｂ】
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【図８−Ｃ】
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【図８−Ｄ】
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【図８−Ｅ】
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【図８−Ｆ】
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【図９】
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【図１０】
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