(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機と埋設管との間に接続される１又は２以上の計測管と、上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位を計測できる角度偏位計測手段と、上記シールド掘進機及び上記計測管の推進起点からの推進距離を計測できる推進距離計測手段と、少なくとも最後尾の計測管に設けられるとともに、水平面に対する角度姿勢を計測できる角度姿勢計測手段と、上記各計測手段の出力から、上記推進軌跡及び上記推進姿勢を算出する演算装置と、上記演算装置から出力される推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示する表示装置及び／又は出力する出力装置とを備えて構成され、掘削しながら管路を敷設する推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置であって、
上記角度偏位計測手段は、
上記シールド掘進機及び上記各計測管に設けた二次元ターゲットと、
前方及び／又は後方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットを撮像して、上記二次元ターゲットの二次元の方向偏位と回転角度偏位を検出できるＣＣＤ撮像手段とを備えて構成されるとともに、
上記演算装置は、各ターゲットとこれを撮像する各ＣＣＤ撮像手段との間の距離と、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記偏位とから、上記隣接角度偏位を求める角度偏位算出手段を備えて構成されている、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。
【請求項２】
上記角度偏位計測手段は、前方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットを撮像して画像情報を出力できるＣＣＤ撮像手段と、後方を推進する計測管に設けた上記二次元ターゲットを撮像して画像情報を出力するＣＣＤ撮像手段とを備える、請求項１に記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。
【請求項３】
上記角度偏位計測手段は、上記二次元ターゲット及び上記ＣＣＤ撮像手段を、上記シールド掘進機及び各計測管の軸心に沿って配置して構成される、請求項１に記載の推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。
【請求項４】
上記ターゲットを照らす光源を設けるとともに、上記二次元ターゲットを光反射シートを備えて構成した、請求項１から請求項３のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。
【請求項５】
上記各二次元ターゲットは、複数のＬＥＤ発光体を配列して構成されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。
【請求項６】
上記演算装置は、最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を基準として、前方を推進するシールド掘進機ないし計測管の推進位置及び姿勢を各計測手段からの出力から演算する一方、
最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を、前方を推進する上記シールド掘進機及び計測管が上記推進位置を通過する際に演算された上記位置情報及び姿勢情報を統計的に処理して求めるように構成されている、請求項１から請求項５に記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。
【請求項７】
上記演算装置と、上記推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示する表示装置及び／又は出力する出力装置とが、計画された計画推進軌跡又は／及び計画推進姿勢と、計測値から演算された推進軌跡及び／又は推進姿勢とのずれを演算して表示するように構成されている、請求項１から請求項６のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載した計測装置と、
上記計測装置によって得られる情報に基づいて上記シールド掘進機の制御操作情報を演算して出力し及び／又は表示する制御操作情報出力手段を備える、推進軌跡管理装置。
【請求項９】
上記制御操作情報出力手段が、計画された計画推進軌跡又は／及び計画推進姿勢と、計測推進軌跡及び／又は計測推進姿勢とのずれに対応する補正操作を出力し及び／又は表示する、請求項８に記載の推進軌跡管理装置。
【請求項１０】
シールド掘進機と埋設管との間に１又は２以上の計測管を接続するとともに、上記シールド掘進機及び各計測管の推進基点からの推進距離と、隣接する上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位と、少なくとも最後尾の計測管の水平面に対する角度偏位とを計測し、これら各計測値に基づいて上記推進軌跡及び推進姿勢を求める、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法であって、
上記シールド掘進機及び上記各計測管に二次元ターゲットを設け、前方及び／又は後方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットをＣＣＤ撮像手段によって撮像し、上記二次元ターゲットの二次元の方向偏位と回転角度偏位を検出することにより、隣接する上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位を計測する、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。
【請求項１１】
上記シールド掘進機及び上記各計測管に設けた二次元ターゲットを、前方を推進するシールド掘進機又は計測管に設けたＣＣＤ撮像手段と、後方を推進する計測管に設けたＣＣＤ撮像手段とによって撮像し、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記画像偏位を検出する、請求項１０に記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。
【請求項１２】
上記二次元ターゲット及び上記ＣＣＤ撮像手段を、上記シールド掘進機及び各計測管の軸心に沿って配置するとともに、各二次元ターゲットを前方又は後方を推進する掘進機又は計測管に設けた上記ＣＣＤ撮像手段によって撮像し、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記画像偏位を検出する、請求項１１に記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。
【請求項１３】
最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を基準にして、上記各計測情報から前方を推進するシールド掘進機及び各計測管の推進位置及び推進姿勢を演算する一方、
最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を、前方を推進するシールド掘進機及び各計測管が上記推進位置を通過する際に演算された上記推進位置情報及び推進姿勢情報を統計的に処理して求める、請求項１０又は請求項１２のいずれかに記載のに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。
【請求項１４】
上記最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を、前方を推進するシールド掘進機及び各計測管が上記推進位置を通過する際に演算された推進位置情報及び推進姿勢情報を非線形最小二乗法により処理して求める、請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。
【請求項１５】
所定の推進距離ごとに最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を求めて推進軌跡を決定するとともに、この最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を基準として、前方を推進する掘進機及び計測管の推進位置及び姿勢を求める、請求項１０から請求項１４のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。
【請求項１６】
上記計測方法によって得られる上記推進軌跡及び上記推進姿勢の計画推進軌跡及び計画推進姿勢に対するずれを演算して表示する、請求項１０から請求項１５のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。
【請求項１７】
請求項１０から請求項１６に記載した計測方法によって得られた計測情報に基づいて上記シールド掘進機の推進方向を指示する制御情報を演算し、この制御情報を表示し及び／又は上記シールド掘進機に出力してシールド掘進機の制御を行う、推進シールド工法におけるシールド掘進機の軌跡管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中に上下水道管等を敷設する場合、シールド掘進機によって地中を掘削しながらシールド掘進機に接続した埋設管を推し進めて敷設する推進シールド工法が採用されることが多い。上記推進シールド工法において、埋設管を計画位置に正確に埋設するには、地中を掘削するシールド掘進機の推進軌跡及び推進姿勢を管理する必要がある。
【０００３】
特に、人が直接推進軌跡や推進姿勢を計測できない小径の管路を敷設する場合、シールド掘進機の推進軌跡及び推進姿勢をリアルタイムに把握できないと、計画した経路に沿って管路を設けることができない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３３８７２１号
【特許文献２】
特開２０００−１９３４１４号
【０００５】
特許文献１に記載されたシールド掘進機の姿勢計測装置は、シールド掘進機の後方に接続した複数の誘導管に、各誘導管の間の折れ角を検出するストロークセンサと、シールド掘進機の推進高さを検出する液圧差検出システムと、シールド掘進機のローリング及びピッチングを検出する傾斜計と、シールド掘進機の起点からの累積推進距離を検出する距離計と、上記各センサ等で検出された出力からシールド掘進機の姿勢を演算するコンピュータシステムとを備えて構成されている。上記姿勢計測装置からの計測結果に基づいて、シールド掘進機の姿勢を制御し、計画した推進軌跡に沿うように管路を敷設する。
【０００６】
特許文献２に記載された位置検出装置は、隣接する推進管に拡散光源と、この光源から照射される拡散光を受光して上記光源との相対位置を検出する位置検出素子とを設け、各推進管の位置関係を求めてシールド掘進機の姿勢等を制御するように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載されている姿勢計測装置は、シールド掘進機の姿勢を計測することによりシールド掘進機の方向制御を行うが、推進軌跡の全体を把握してシールド掘進機の制御を行うことができない。また、シールド掘進機に接続された各埋設管の位置、姿勢等をリアルタイムに把握することも困難である。このため、シールド掘進機を的確に制御して操作を行うことができない。また、計画軌跡に対するずれ（偏位量）を定量的に把握できないため、ずれに対する修正動作をシールド掘進機に的確に指示することも困難である。
【０００８】
また、シールド掘進機の姿勢は、シールド掘進機に設けた傾斜計によってローリング及びピッチングの計測が行われる。ところが、上記シールド掘進機には推進にともなう大きな振動が生じているばかりでなく、推進力の作用の仕方によっては、シールド掘進機自体が進行方向に向かって傾斜した状態で推進作業が行われている場合も考えられる。このため、シールド掘進機に設けたセンサ出力から得られる推進姿勢情報を用いてシールド掘進機を制御すると、長い経路を推進する場合に累積誤差が大きくなって、推進軌跡を精度高く計測することができない。
【０００９】
上記特許文献２に記載されている位置計測装置は、計測基点を発進立坑に設定するとともに、この計測基点らシールド掘進機までの間のすべての軌跡を光学的に計測するものである。したがって、原理的には各推進管の推進基点を原点とする基準座標位置及び姿勢を正確に計測することができる。しかしながら、推進距離が長くなると中継計測点が多くなり、装置及び演算処理が複雑になる。また、一つの光源あるいは位置検出素子が故障したり、計測精度が低下すると、正確な推進軌跡を計測できなくなって計測誤差が増大するといった問題がある。
【００１０】
本願発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、上記従来の問題を解決し、推進距離が長くなった場合においても、推進軌跡の全体を把握しつつ推進作業を行うことができるとともに、シールド掘進機の姿勢を精度高く計測してシールド掘進機の制御操作を行うことができる、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置、計測方法、シールド掘進機の軌跡管理装置及び軌跡管理方法を提供することをその課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記改題を解決するため、本願発明では次の技術的手段を講じている。
【００１２】
本願の請求項１に記載した発明は、シールド掘進機と埋設管との間に接続される１又は２以上の計測管と、上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位を計測できる角度偏位計測手段と、上記シールド掘進機及び上記計測管の推進起点からの推進距離を計測できる推進距離計測手段と、少なくとも最後尾の計測管に設けられるとともに、水平面に対する角度姿勢を計測できる角度姿勢計測手段と、上記各計測手段の出力から、上記推進軌跡及び上記推進姿勢を算出する演算装置と、上記演算装置から出力される推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示する表示装置及び／又は出力する出力装置とを備えて構成され、掘削しながら管路を敷設する推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置に関するものである。上記角度偏位計測手段は、上記シールド掘進機及び上記各計測管に設けた二次元ターゲットと、前方及び／又は後方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットを撮像して、上記二次元ターゲットの二次元の方向偏位と回転角度偏位とを検出できるＣＣＤ撮像手段とを備えて構成されるとともに、上記演算装置は、各ターゲットとこれを撮像する各ＣＣＤ撮像手段との間の距離と、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記偏位とから、上記隣接角度偏位を求める角度偏位算出手段を備えて構成されている。
【００１３】
上記推進シールド工法の具体的手法は特に限定されることはなく、先端部に掘進機を設けてこれに埋設管を接続し、上記埋設管列の最後尾を押圧しながら地中等に配管を敷設する工法に広く適用できる。
【００１４】
本願発明における上記計測管の数は特に限定されることはないが、正確な推進軌跡を求めるため、２以上の計測管を設けるのが望ましい。また、いずれかの計測管の計測装置に障害が発生した場合に対応するためには、３以上の計測管を設けるのが望ましい。高い精度が要求される場合には、推進軌跡の全範囲に対応する計測管を接続してもよい。上記計測管は、上記シールド掘進機に続いて推進軌跡を通過するとともに、より後方を推進する計測管においては、振動等が少なくまた姿勢も安定しているため、高い精度で推進軌跡等を計測することができる。
【００１５】
上記推進距離計測手段は、基準点から推進させたシールド掘進機、計測管及び埋設管の累積推進距離を計測できるものであればよく、一般的な距離計を採用できる。たとえば、ロータリーエンコーダ等を利用して、推進を開始した埋設管の中間部位における累積推進距離を計測できるように構成するのが望ましい。なお、実際に計測するのは直線方向に推進する場合の距離であり、シールド掘進機、計測管及び埋設管の中心軸における実際の推進軌跡に対応する距離、すなわち角度偏位を考慮した推進距離は、上述したシールド掘進機、各計測管及び各埋設管の角度偏位を用いて演算により求められる。
【００１６】
本願発明においては、少なくとも最後尾の計測管に設けられるとともに、水平面に対する角度姿勢を計測できる角度姿勢計測手段を設ける。これにより、最後尾の計測管の水平面に対するローリング角度及びピッチング角度を正確に求めることができる。
【００１７】
最後尾の計測管は、シールド掘進機からの振動等が伝わることも少なく、安定した姿勢を保持した状態で推進が行われる。本願発明では、後述するように、最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を基準として、前方の計測管及び推進軌跡を求める。したがって、最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を精度高く求める必要がある。上記角度姿勢計測手段は、特に限定されることはないが、鉛直方向と水平方向の２軸の角度姿勢を地磁気や地球の自転等の影響を受けることなく計測できるものを採用するのが望ましい。たとえば、直交２軸の傾斜角度を内蔵の液面静電容量型傾斜計で計測して出力できる２軸傾斜計を採用することができる。
【００１８】
上記角度姿勢計測手段は、少なくとも最後尾の計測管に設けることができる。なお、計測精度を上げるために２以上の計測管に設けることもできる。
【００１９】
上記演算装置の種類も限定されることはない。汎用のコンピュータや専用の集積回路を用いたものを採用することができる。これら演算装置に、上記演算を行うプログラムを書き込んで実行させる。
【００２０】
さらに、本願発明では、上記シールド掘進機の制御操作を容易に行えるように、上記演算装置から出力される推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示する表示装置及び／又は出力する出力装置装置を備える。上記表示装置として、汎用コンピュータのディスプレイ装置を採用できる。また、上記出力装置として、プリンタ装置を採用できる。リアルタイムに計測を行うとともに、シールド掘進機の制御操作を行うにはディスプレイ装置を採用するのが望ましい。
【００２１】
上記推進軌跡情報として、上記計測結果から演算される推進軌跡や推進姿勢のみならず、計画された計画推進軌跡や計画推進姿勢をディスプレイ装置の画面に同時に表示することもできる。これにより、シールド掘進機のそれまでに掘削した推進軌跡全体を考慮して、シールド掘進機の制御操作を行うことが可能となる。
【００２２】
本願発明における、上記角度偏位計測手段は、上記各ＣＣＤ撮像手段から出力される画像情報をもとに、二次元画像解析によって、撮像された各ターゲット画像の二次元の相対方向偏位と相対角度偏位とを求め、これら偏位情報から上記シールド掘進機及び計測管の隣接角度偏位を求め、変化する隣接角度偏位と上記各計測手段から出力される情報から、基準点に対するシールド掘進機及び計測管の推進軌跡及び推進姿勢を求めるように構成されている。
【００２３】
上記ＣＣＤ撮像手段は、デジタルカメラに採用されている市販の撮像素子を利用できる。また、ターゲットの全体を上記撮像手段に受像させるために、レンズを組み合わせて撮像手段を構成できる。
【００２４】
上記二次元ターゲットの形態も、特に限定されることはなく、撮像した画像の二次元の方向偏位と回転角度偏位を検出できるものであれば、どのような形態でも採用できる。たとえば、十字状や、矢印状の形態のターゲットは、二次元直交座標系におけるＸ及びＹ方向の偏位を計測できるとともに、これら形状の図心回りの回転角度偏位を検出できるため、本願発明に係るターゲットとして採用できる。一方、たとえば、円形のターゲットでは回転角度偏位を検出できないため、これら形態のターゲットは本願発明のターゲットとして採用できない。すなわち、本願発明では、上記ターゲットを撮像して得られる図形を画像処理することにより、ターゲットの二次元座標系の偏位と、回転偏位とを求めるものである。なお、上記ターゲットは一体である必要はなく、複数の部分が離間した形態のものを採用することもできる。
【００２５】
上記演算装置は、各ターゲットとこれを撮像する各ＣＣＤ撮像手段との間の距離と、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記偏位とから、上記隣接角度偏位を求める角度偏位算出手段を備えて構成されている。
【００２６】
本願の請求項２に記載した発明は、上記角度偏位計測手段を、前方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットを撮像して画像情報を出力できるＣＣＤ撮像手段と、後方を推進する計測管に設けた上記二次元ターゲットを撮像して画像情報を出力するＣＣＤ撮像手段とを備えて構成したものである。
【００２７】
本願発明は、隣接する各シールド掘進機と計測管との対向する角度を、双方向から計測するとともに、上記ターゲットと上記ＣＣＤ撮像手段との間の距離から、シールド掘進機及び計測管の相対的な角度偏位を求め、基準点に対して推進軌跡の先端がどの方向を向いて推進しているかを求めるものである。
【００２８】
向き合うターゲットを双方向から撮像することにより、ターゲット画像の偏位が、計測管の屈曲偏位で生じたものか、あるいは計測管の軸回りの回転によって生じたものであるかを判断できる。これにより、隣接するシールド掘進機あるいは計測管の偏位を精度高く計測することが可能となる。これらシールド掘進機と計測管の相対座標偏位を、基準点に対する座標変換することにより、シールド掘進機及び各計測管の位置と姿勢を精度高く求めることが可能となる。
【００２９】
なお、各計測管内に前方のＣＣＤ撮像手段によって撮像されるターゲットと、後方のＣＣＤ撮像手段によって撮像されるターゲットを別途設けることもできるし、前後のＣＣＤ撮像手段によって撮像される一つのターゲットを設けることもできる。
【００３０】
上記ターゲットを構成する材料も特に限定されることはない。ＣＣＤ撮像手段の近傍から発せられる光を反射して撮像されるターゲットを設けることができる。請求項４に記載した発明のように、上記ターゲットを照らす光源を設けるとともに、上記二次元ターゲットを光反射シートを備えて構成することができる。
【００３１】
また、二次元形態を備える種々の面状発光体を採用できる。さらに、ターゲットの形態を透光性のある部材で形成して、バックライトによって面状に発光するように形成してもよい。
【００３２】
さらに、ターゲットを発光体を配列して構成することもできる。たとえば、請求項５に記載した発明のように、上記各二次元ターゲットを、複数のＬＥＤ発光体を配列して構成することができる。また、上記発光体の光を前方及び後方に向けて照射できるように構成し、前方及び後方のＣＣＤ撮像手段によって撮像できるように構成してもよい。
【００３３】
本願の請求項３に記載した発明は、上記角度偏位計測手段における上記二次元ターゲット及び上記ＣＣＤ撮像手段を、上記シールド掘進機及び各計測管の軸心に沿って配置したものである。
【００３４】
上記構成を採用することにより、一組のＣＣＤ撮像手段と二次元ターゲットによって、隣接する掘進機及び計測管の角度偏位を計測することが可能となる。すなわち、ＣＣＤ撮像手段と二次元ターゲットを軸心に配置することによって、上記画像の回転角度偏位が掘進機あるいは計測管の軸心回りの相対回転偏位を表すことになる。したがって、画像の直交座標系の偏位と、ターゲットを撮像した画像の図心回りの回転偏位角度を画像処理によって計測することにより、請求項２に記載したような双方向からのターゲットの撮像を要することなく隣接する上記掘進機及び上記計測管の相対角度偏位を精度多角求めることが可能になるのである。
【００３５】
本願の請求項６に記載した発明は、上記演算装置を、最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を基準として、前方を推進するシールド掘進機ないし計測管の推進位置及び姿勢を各計測手段からの出力から演算する一方、最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を、前方を推進する上記シールド掘進機及び計測管が上記推進位置を通過する際に演算された上記位置情報及び姿勢情報を統計的に処理して求めるように構成したものである。
【００３６】
推進シールド工法においては、上記シールド掘進機が土中を掘削しながら、計画された軌跡にできるだけ沿うように推進作業が行われる。ところが、シールド掘進機には振動や衝撃が発生しているため、その姿勢が不安定になりやすい。また、シールド掘進機の振動等が後続の計測管に伝わり、計測管に設けた計測手段が必ずしも正確な計測値を出力するとは限らない。このため、シールド掘進機や計測管に設けた個々のセンサからの出力のみで推進軌跡を演算してシールド掘進機を制御操作すると、計画推進軌跡に沿う精度の高い施工は困難である。また、いずれかの計測手段に障害が生じて使用できなくなる場合も考えられる。
【００３７】
最後尾の計測管は、シールド掘進機から最も離れており、推進姿勢も安定している。一方、本願発明では、隣接するシールド掘進機及び各計測管の角度偏位は、上記角度偏位計測手段により精度高く求めることができる。また、最後尾の計測管に、上記角度姿勢計測手段が設けられているため、水平面に対する角度偏位は正確に求めることができる。したがって、これらの情報に基づいて最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を正確に求めることができれば、前方を推進するシールド掘進機、各計測管の推進位置及び推進姿勢を正確に推定することが可能となる。
【００３８】
最後尾の計測管がこれから推進しようとする軌跡は、すでに他の計測管が通過しているはずであるから、原理的には同一になるはずである。ところが、軌跡における位置が同一でも推進中に管軸回りの回転偏位等が生じたり、推進姿勢等が変化することも考えられる。また、計測誤差も生じる。したがって、最後尾の推進軌跡及び推進姿勢が、一つ前方を推進する計測管と同一であるという仮定で推進位置を決定し、この位置を基準として、それより前方の計測管等の推進軌跡及び推進姿勢を演算すると正確な推進軌跡等を得られない。
【００３９】
本願発明では、上記問題を解決するため、最後尾の推進管の推進軌跡を決定するのに、この推進位置を通過した際に出力された複数の計測管からの出力、あるいはこれら計測値から演算した結果に統計的処理を施し、より正確な最後尾の計測管の推進軌跡を求める。そして、このようにして求められた推進軌跡及び推進姿勢を基準として、前方のシールド掘進機ないし計測管の推進位置及び姿勢を再演算する。推進基点を離れた最後尾の計測管についてこの操作を繰り返すことにより、推進軌跡を決定しながら埋設管を推進させるのである。
【００４０】
上記統計的処理は、所定の推進位置を通過した際の、シールド掘進機及び各計測管の推進位置情報及び推進姿勢情報を、統計的に処理して求めることができる。たとえば、各計測管が上記推進位置を通過したときのベクトルを非線形最小二乗法によって処理し、最後尾の計測管が推進する軌跡を決定することができる。また、各推進位置を決定するための情報が多数ある場合には、最大及び最小値を無視して演算を行うこともできる。しかも、最後尾の計測管に設けられた上記角度姿勢計測手段の出力によって、計測管列のローリング、ピッチングを補正した推進姿勢を求めることができる。このようにして、推進基点を離れた最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を連続的に決定して推進軌跡を求め、この最後尾の推進位置及び推進姿勢を基準として、前方のシールド掘進機ないし計測管の推進位置及び姿勢を演算することにより、従来にない精度でシールド掘進機の位置及び姿勢を求めることが可能となる。
【００４１】
推進軌跡を求める間隔は特に限定されることはない。所定の時間ごとあるいは推進距離ごとに演算を行って求めることもできるし、計測間隔を短く設定して連続的に推進軌跡を求めることもできる。上記手法を採用することにより、従来にない精度でシールド掘進機の推進位置及び推進姿勢を求めることが可能となり、これに基づいてシールド掘進機を制御操作することにより、推進軌跡の精度も大幅に高まる。しかも、１以上の角度偏位が測定できれば、推進軌跡及び推進姿勢を求めることが可能であるため、いずれかの角度偏位計測手段が故障しても作業を続行することはできる。このため、信頼性が高い。
【００４２】
本願の請求項７に記載した発明は、上記演算装置と、上記推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示し及び／又は出力する装置とが、計画された計画推進軌跡又は／及び計画推進姿勢と、計測値から演算された推進軌跡及び／又は推進姿勢とのずれを演算して表示するように構成されているものである。
【００４３】
従来の計測装置は、実際の推進軌跡が計画された推進軌跡からどの程度ずれているかをリアルタイムに認識できず、シールド掘進機の姿勢情報のみからシールド掘進機の制御操作を行うことが多かった。このため、推進作業を精度高く管理することが困難であった。
【００４４】
本願発明では、計画推進軌跡及び／又は計画推進姿勢とのずれをリアルタイムに認識しながら、シールド掘進機の制御操作等を行える。したがって、精度の高い推進作業を行えるだけでなく、シールド掘進機の制御操作も容易になる。
【００４５】
本願の請求項８に記載した発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載した計測装置と、上記計測装置によって得られる情報に基づいて上記シールド掘進機の制御操作情報を演算して出力し及び／又は表示する制御操作情報出力手段を備えて推進軌跡管理装置を構成したものである。
【００４６】
従来の推進シールド工法においては、シールド掘進機の操作を行う者が、シールド掘進機の姿勢情報等に基づいてシールド掘進機が計画軌跡に近接するように、シールド掘進機の制御操作を行っていた。また、上記制御操作も、シールド掘進機の方向を変更するだけであり制御量等を指示することはなかった。このため、作業者の感に頼ることも多く、操作を行うのに熟練を要した。
【００４７】
本願発明では、上記シールド掘進機の制御操作情報を演算して出力し及び／又は表示する制御操作情報出力手段を設けているため、シールド掘進機の操作が極めて容易になり、制御操作に熟練を要することもない。また、シールド掘進機の操作を自動化することも可能となる。
【００４８】
たとえば、請求項９に記載した発明のように、上記制御操作情報出力手段を、計画された計画推進軌跡又は／及び計画推進姿勢と、計測推進軌跡及び／又は計測推進姿勢とのずれに対応する補正操作を出力し及び／又は表示するように構成できる。これにより、作業者の感に頼ることなく、精度の高い推進作業を行うことができる。
【００４９】
本願の請求項１０から請求項１６に係る発明は、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法に係るものである。
【００５０】
本願の請求項１０に記載した発明は、シールド掘進機と埋設管との間に１又は２以上の計測管を接続するとともに、上記シールド掘進機及び各計測管の推進基点からの推進距離と、隣接する上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位と、少なくとも最後尾の計測管の水平面に対する角度偏位とを計測し、これら各計測値に基づいて上記推進軌跡及び推進姿勢を求める、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法であって、上記シールド掘進機及び上記各計測管に二次元ターゲットを設け、前方及び／又は後方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットをＣＣＤ撮像手段によって撮像し、上記二次元ターゲットの二次元の方向偏位と回転角度偏位を検出することにより、隣接する上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位を計測することを特徴としている。
【００５１】
本願の請求項１１に記載した発明は、上記シールド掘進機及び上記各計測管に設けた二次元ターゲットを、前方を推進するシールド掘進機又は計測管に設けたＣＣＤ撮像手段と、後方を推進する計測管に設けたＣＣＤ撮像手段とによって撮像し、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記画像偏位を検出することを特徴としている。
【００５２】
本願の請求項１２に記載した発明は、上記二次元ターゲット及び上記ＣＣＤ撮像手段を、上記シールド掘進機及び各計測管の軸心に沿って配置するとともに、各二次元ターゲットを前方又は後方を推進する掘進機又は計測管に設けた上記ＣＣＤ撮像手段によって撮像し、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記画像偏位を検出することを特徴としている。
【００５３】
本願の請求項１３に記載した発明は、最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を基準にして、上記各計測情報から前方を推進するシールド掘進機及び各計測管の推進位置及び推進姿勢を演算する一方、最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を、前方を推進するシールド掘進機及び各計測管が上記推進位置を通過する際に演算された上記推進位置情報及び推進姿勢情報を統計的に処理して求めるものである。最後尾の計測管が推進基点を離れた後、上記演算を繰り返して推進軌跡を決定していくのである。
【００５４】
上記統計処理は、最後尾の計測管より前方を推進するシールド掘進機及び計測管から収集した種々のデータ及び処理方法を用いて行うことができる。
【００５５】
たとえば、請求項１４に記載した発明のように、上記最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を、前方を推進するシールド掘進機及び各計測管が上記推進位置を通過する際に演算された推進位置情報及び推進姿勢情報を非線形最小二乗法により処理して求めることができる。
【００５６】
具体的には、最後尾の計測管が進行する方向のベクトルを上記手法を用いて演算により求めることができる。上記手法により、最後尾の計測管における推進ベクトルを推進基点から連続的に求めていき、推進軌跡を決定していくのである。
【００５７】
請求項１５に記載した発明は、所定の推進間隔ごとに最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を求めて推進軌跡を決定するとともに、この最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を基準として、前方を推進する掘進機及び計測管の推進位置及び姿勢を求めるものである。
【００５８】
計測を行って推進軌跡を求める上記間隔は特に限定されることはない。時間的間隔ごとに、あるいは推進距離間隔ごとに推進軌跡を求めることができる。また
【００５９】
請求項１６に記載した発明は、上記計測方法によって得られる上記推進軌跡及び上記推進姿勢の計画推進軌跡及び計画推進姿勢に対するずれを演算して表示するように構成したものである。
【００６０】
請求項１７に記載した発明は、請求項１０から請求項１６に記載した計測方法によって得られた計測情報に基づいて上記シールド掘進機の推進方向を指示する制御情報を演算し、この制御情報を表示し及び／又は上記シールド掘進機に出力してシールド掘進機の制御を行うように構成したものである。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を図に基づいて具体的に説明する。
【００６２】
図１に、本願発明に係る計測方法が適用される推進シールド工法を行う装置の全体構成の概要を示す。
【００６３】
地中Ｅには、シールド掘進機１を先頭にして、５本の計測管２，３，４，５，６が列状に接続され、さらに、上記計測管２，３，４，５，６の後に埋設管７，７……が接続される。上記シールド掘進機１及び上記埋設管７は、従来から使用されている種々の掘進機及び埋設管を採用することができる。
【００６４】
上記シールド掘進機１には、先端にモータ８によって駆動される掘削ヘッド９が設けられており、上記掘削ヘッド９によって掘削された土砂は、地表から図示しない注入パイプを介して注入される滑材と混合されて泥水となり、排泥管１０及び泥水ポンプ１１を介して外部に設けた泥水処理装置１２に導かれて処理される。
【００６５】
なお、符号１３を付した装置は滑材注入装置である。また、符号１４を付した装置はシールド掘進機、計測管及び埋設管を推進するための圧力を発生させる油圧ユニットである。また、符号１５を付した装置は、泥水の量を計測する電磁流量計である。これら装置は、従来の推進シールド工法に用いられるものを採用することができる。
【００６６】
上記シールド掘進機１及び計測管２，３，４，５，６の内部に、推進にともなって変化する隣接角度偏位をそれぞれ計測する角度偏位計測手段５１を設ける。
【００６７】
図２から図７に示すように、本実施の形態に係る角度偏位計測手段５１は、シールド掘進機１及び計測管２〜６にそれぞれ設けた二次元ターゲット５２と、これら二次元ターゲットを前後に接続したシールド掘進機又は計測管から撮像できるＣＣＤ撮像素子５３，５４とを備えて構成される。上記ＣＣＤ撮像素子５３，５４によって上記ターゲット５２の二次元形状を撮像し、上記ターゲットの画像の偏位から、隣合う上記シールド掘進機及び上記計測管の角度偏位を求めるものである。
【００６８】
図２に、図１に示す装置概要の平面図を示す。なお、排泥管１０は省略している。シールド掘進機１には、二次元ターゲット５２と後方を向けたＣＣＤ撮像素子５３が設置されている。また、最後尾に接続された計測管には、二次元ターゲット５２と前方を向けたＣＣＤ撮像素子５４とが設置されている。上記以外の中間部に位置する各計測管には、前後方向から撮像される二次元ターゲット５２と、前方及び後方を向けたＣＣＤ撮像素子５４，５３とがそれぞれ設置されている。なお、図１４に示すターゲットは、理解を容易にするため模式的に描いてある。
【００６９】
上記各撮像素子５３，５４は、図３及び図４に示すように、上記シールド掘進機１及び各計測管２〜６の軸方向の所定位置に配置された基板５５に軸方向に向かうように接合保持されている。上記基板５５は、上記ＣＣＤ撮像素子を保持する部分から上方に延出させられており、この延出部に上記ターゲット５２が形成されている。なお、本実施の形態に係る上記ターゲット５２は、基板の上方に一つ形成されているが、ターゲットの数は特に限定されることはない。
【００７０】
上記ターゲット５２は、内部にＬＥＤ発光素子を配列して構成されており、各ターゲットは、前方と後方に向けて光を放射し、対向するＣＣＤ撮像素子によって撮像されるように構成されている。なお、掘進機に設けたターゲットと、最後尾に接続された計測管のターゲットは、一方向に向けて光を放射できるように構成すれば足りる。
【００７１】
図６に、ターゲットを撮像した画面の状態を示す。画面中央部に撮像された画像６６ａは、図４に示すように、隣接する埋設管ないし計測管の軸が一致した場合に撮像される画像である。すなわち、推進開始時に、上記ターゲット５２が上記画面６８の原点Ｏに位置するように、上記ターゲット５２及び上記ＣＣＤ撮像素子５３，５４が調整されて推進が開始される。
【００７２】
上記掘進機及び計測管が図５に示すように屈曲して推進すると、図６に示すように、上記ターゲットの画像が、６６ａの基準位置から６６ｂの位置まで偏位する。また、偏位後の上記ターゲット画像６６ｂには、Ｚ軸に対して角度偏位θが生じている。上記各画像は、処理ボードＢ1 〜Ｂ5 を介して自動計測装置１６に出力され、画像処理プログラムによって、ターゲット画像のＸ方向及びＹ方向の偏位ｘ，ｚと回転偏位θが自動的に求められるように構成されている。
【００７３】
本実施の形態では、図２に示すように、隣接する掘進機１及び計測管２〜６のターゲット５２を前後から互いに撮像しあうように構成されている。また、各ターゲット５２とこれを撮像するＣＣＤ撮像素子５３，５４との間の距離は搭載位置から求めることができる。したがって、図７に示すように、隣接する掘進機及び計測管の相対角度偏位を上記画像の偏位から容易に求めることができる。
【００７４】
本実施の形態では、掘進機と計測管の相対角度偏位を求めることにより、最後尾の計測管の推進位置及び推進方向を基準として、上記各角度偏位と以下に説明するセンサ出力とから、前方を推進する計測管及び掘進機の位置及び姿勢を順次精度高く求めるように構成している。
【００７５】
最後尾の計測管に設置される上記傾斜計Ｇは、直交する２軸の傾斜角度を内蔵された液面静電容量型傾斜計で計測できるように構成されており、実施の形態では、管軸方向の傾斜（ピッチング）と、管軸回りの傾斜（ローリング）を水平面に対して計測できるように構成されている。
【００７６】
一方、上記シールド掘進機１、これに続く計測管２〜６及び埋設管７を送り出す油圧押出装置１８は、縦穴１９内に設けられており、上記油圧ユニット１４で発生した油圧によって作動させられる油圧シリンダ装置２０を備えて構成される。上記油圧シリンダ装置２０には、推進距離計測手段として押出積算距離を計測できる距離センサ１７が設けられている
。
【００７７】
上記距離センサ１７として、種々の距離センサを採用できる。実施の形態では、上記シリンダ装置の偏位量を電気抵抗値変化量に変換して距離を計測するリニア型のポテンシオメータを採用している。この距離センサ１７によって、上記シールド掘進機１の推進距離をリアルタイムに計測することができる。なお、距離センサも実施の形態に限定されることはなく、種々の形式のものを採用できる。
【００７８】
上記処理ボードＢ１  〜Ｂ５  及び傾斜計Ｇの信号出力は、配線Ｌを介して地表に設置した自動計測装置１６に伝送できるように構成している。また、距離センサ１７の出力も上記自動計測装置１６に伝送される。
【００７９】
上記自動計測装置１６は、演算装置と、上記演算装置から出力される推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示するディスプレイ装置を備えて構成されている。上記演算装置は、上記各処理ボードＢ1 〜Ｂ5 、上記傾斜計Ｇの信号出力及び距離センサ１７からの信号出力から、シールド掘進機及び計測管の推進軌跡及び推進姿勢を演算して、上記ディスプレイに表示する。
【００８０】
以下、本願発明に係る推進軌跡及び推進姿勢の計測方法の原理を図に基づいて説明する。
【００８１】
図２に示すように、シールド掘進機１を先頭とした管列は、曲線状の軌跡を描いて推進させられており、隣接する各シールド掘進機、計測管及び埋設管の角度偏位が生じているのがわかる。
【００８２】
図８に、推進基点Ｏを原点とする基準三次元座標空間（Ｘ０  ，Ｙ０  ，Ｚ０  ）における管列の推進状態を模式的に示す。この図において、Ｌ１  〜Ｌ６  は、シールド掘進機及び計測管の管軸方向長さ、Ｅ１  〜Ｅ６  は、シールド掘進機及び各計測管の推進ベクトル、Ｐ１  からＰ６  は、シールド掘進機及び計測管の管軸の交点を表している。各管に生じる管軸の３次元の角度偏位をα１  〜α５  で示す。
【００８３】
掘進機と各計測管とは、縁部の一点において接触した状態で３次元の方向に推進していると考えられる。図９に計測管３と計測管４の各管軸と、支点Ｒ5 を含む平面での偏位状態を示す。この図に示すように、計測管５と計測管６には、α５  の角度偏位が生じている。上記α５  は、上記ＣＣＤ撮像素子よって検出された二次元ターゲットの相対座標偏位及び回転偏位に基づいて求められる。
【００８４】
本実施の形態では、各ＣＣＤ撮像素子によって検出された２次元ターゲットの位置偏位情報及び角度偏位情報を各処理ボードＢ１  〜Ｂ５  からの出力させ、隣接するシールド掘進機及び各計測管の間の各相対角度偏位α１  〜α５  が検出される。一方、最後尾の計測管６に設けた傾斜計Ｇから最後尾の計測管６のローリング及びピッチングの角度偏位を求めることができる。
【００８５】
上記各ＣＣＤ撮像素子によって撮像された画像偏位と、ＣＣＤ撮像素子と二次元ターゲットの距離等から、図９に示すように、管軸座標系の推進ベクトルｅｖ５  を求めることができる。同様に、シールド掘進機１及び各計測管２〜５の上記各推進ベクトルを求める。これにより、最後尾の計測管６の推進基点を原点とする基準座標系の座標値及び推進姿勢が求まれば、前方を推進するシールド掘進機１及び計測管２〜５の基準座標系における推進位置及び姿勢が求まる。
【００８６】
図８から明らかなように、最後尾の計測管が推進を開始するまでは、基点Ｏの座標（原点）と上記各管軸系相対角度偏位から、シールド掘進機１及び各計測管２〜６の推進位置及び姿勢を演算することができる。最後尾の計測管が基点Ｏを離れた後に、どのようにして最後尾の計測管６の推進位置及び推進姿勢を決定していくかが問題となる。
【００８７】
最後尾の計測管６の軌跡を求めるのに、前方を推進する計測管５と同じ軌跡を推進すると仮定して、すなわち、最後尾の計測管６と一つ前方を推進する計測管５の間の角度偏位が、最後尾の計測管が進行する間変化しないと仮定して、最後尾の計測管６の推進ベクトルないし軌跡を求めることができる。
【００８８】
ところが、一つ前方を推進する計測管５は、より前方を推進する計測管あるいはシールド掘進機の影響によって角度偏位が生じることがある。また、最後尾の計測管と直前の計測管との間の画像出力に誤差が生じることも考えられる。したがって、最後尾の計測管と直前の計測管との間で検出された角度偏位のみによって最後尾の計測管の推進姿勢及び推進位置を求め、この値から前方のシールド掘進機ないし計測管の推進位置及び姿勢を求めると、誤差が累積される恐れがあり、正確な推進軌跡を求めることができない。
【００８９】
本願発明は、上記問題を解決するため、最後尾の計測管６の推進位置及び推進姿勢を、前方を推進するシールド掘進機１及び計測管２〜５が、最後尾の計測管６が通過する位置において出力した複数の偏位データを利用して求める。すなわち、過去に通過した地点において、シールド掘進機及び計測管から出力された複数の角度偏位をもとに、最後尾の計測管の推進姿勢を演算するのである。
【００９０】
さらに、最後尾の計測管６に傾斜計を設けているため、ローリング及びピッチングに対する補正も容易に行うことができる。上記各情報から、最後尾の計測管６の推進位置及び姿勢を演算することにより、推進基点Ｏを離れた最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を精度高く推定することが可能となった。
【００９１】
そして、上記のようにして求めた最後尾の計測管６の推進軌跡及び姿勢に基づいて、前方の計測管２〜５及びシールド掘進機１の推進位置及び姿勢を再演算して求め、これを基にシールド掘進機１を計画推進軌跡に沿うように制御して掘進作業を行う。
【００９２】
なお、精度の高い推進軌跡を形成する必要がある場合には、推進軌跡の全長に渡って計測管を推進させるとともに、これら計測管を埋設管に置き換えることも考えられる。上述したように、最後尾の計測管の後端部が起点Ｏ（座標原点）にある場合、シールド掘進機及び計測管の隣接する角度偏位が求まれば、演算によって掘進機１及び全ての計測管の推進位置及び姿勢が一義的に決定されるからである。
【００９３】
さらに、本実施の形態では、図１０及び図１１に示すように、上記計測によって得られた推進軌跡Ｔ1 と予め設定された計画軌跡Ｔ2 とを対比して、上記自動計測装置１６のディスプレイに表示できるように構成している。
【００９４】
図１０では、計測された上記推進軌跡Ｔ1 と上記計画軌跡Ｔ2 の水平面（ｘ−ｙ座標）に沿う全体形状及び現在における推進位置を表示する一方、図１１では、推進累積距離Ｄに対する上記推進軌跡Ｔ１  の計測推進軌跡、すなわち、管軸に沿う距離Ｄを横軸にとって、深さ方向（ｚ方向）の推進軌跡を表している。これら表示から、推進作業が目標点に対してどの程度まで進行しているかを一目で理解することができる。また、実際の推進軌跡と計画軌跡のずれ（偏位量）を直観的に判断することができる。これに基づいて、シールド掘進機を制御操作することにより、より計画軌跡に沿った推進軌跡を形成することができる。
【００９５】
さらに、上記シールド掘進機１の制御操作を確実に行うため、図１２及び図１３に示すように、シールド掘進機、計測管及び埋設管の推進姿勢と、これらの計画軌跡Ｔ2 に対するずれ（偏位量）δを数値で表示できるように構成している。図１２には、推進軌跡Ｔ２  の曲率半径方向のずれをδとして表示するとともに、Ｘ軸及びＹ軸方向のずれδx ，δy に分解して表示している。また、シールド掘進機１の現在の推進位置において、シールド掘進機１の進行方向の計画軌跡方向からの角度のずれθXYを表示している。
【００９６】
図１３には、鉛直方向の推進軌跡及び推進姿勢のずれδz を推進距離Ｄに対して表示している。なお、上記表示の態様はこれら実施の形態に限定されることはなく、種々の表示形態を採用できる。
【００９７】
上記表示からシールド掘進機１の姿勢を正確に把握できるとともに、シールド掘進機１の制御操作を的確に行うことが可能となる。また、ずれの程度を表示できるため、経験や感にたよることなく、シールド掘進機１の制御操作を極めて容易に行うことができる。
【００９８】
以下、図１４及び図１５に基づいて、本実施の形態に係るシールド推進工法における計測方法の手順を具体的に説明する。
【００９９】
本願発明では、計測を連続的に行うこともできるし、間欠的に行うこともできる。たとえば、１本の埋設管の推進操作ごとに計測を行うこともできるし、１本の埋設管を推進させている間の推進軌跡及び姿勢を連続的にに計測することもできる。
【０１００】
本実施の形態では、シールド掘進機１及び計測管２〜６のみを推進させる場合と、計測管に続いて埋設管７を推進させる場合とに分けて説明する。
【０１０１】
図１４に基づいて、シールド掘進機１及び計測管２〜６のみを推進させる場合を説明する。
【０１０２】
推進作業を始める場合、まず設計軌跡を読み込む（Ｓ１０２）。そして、自動計測装置１６のディスプレイに設計軌跡を表示する（Ｓ１０５）。また、推進させる掘削機１ないし各計測管２〜６のセンサ出力等の初期設定を行う。具体的には推進起点（Ｏ点）位置の各座標等を読み込む。推進工程途中である場合には、保存データを読み込むことができる（Ｓ１０１，Ｓ１０４）。なお、本実施の形態では、シールド掘進機１と５台の計測管２〜６のみが推進している場合と、これに引き続いて埋設管が推進している場合とを区別するため、ｎが６より大きくなった場合に、計測管に引き続いて埋設管を推進させるものとして演算を行う。
【０１０３】
まず、ｎ＝１とおいて計測を開始する（Ｓ１０６）。推進を開始後、推進作業にともなう各センサ出力（角度偏位及び推進距離等）を取得して（Ｓ１０８）、シールド掘進機ないし計測管の各管軸座標系の推進ベクトル（図８のＥ１  〜Ｅ６  ）を演算する（Ｓ１０９）。なお、シールド掘進機１ないし計測管２〜６を推進させる途中で保存した場合には（Ｓ１０７でＮ）、対応する推進ベクトルの演算から開始する。
【０１０４】
上記管軸座標系の推進ベクトルＥ１  〜Ｅ６  のままでは、推進位置情報を得ることができないため、これらの推進ベクトルを、基準座標系の推進ベクトルに変換する（Ｓ１１０）。実施の形態では、最後尾の計測管６が原点に位置するため、原点における基準座標系ベクトルが確定している。したがって、これを基準に前方を推進する各計測管及びシールド掘進機の基準座標系の推進ベクトルを求めることができる。
【０１０５】
次に、上記基準座標系ベクトルから、各計測管及びシールド掘進機の推進位置及び姿勢を求める（Ｓ１１１）。上記手順を最後尾の計測管６を推進させるまで繰り返す（Ｓ１１２，Ｓ１１３）。本実施の形態では、シールド掘進機１及び計測管２〜６の推進軌跡を決定した時点で推進軌跡及び推進姿勢を表示する（Ｓ１１４，Ｓ１１５）。
【０１０６】
次に、シールド掘進機１及び計測管２〜６に引き続いて埋設管７を推進させる場合を、図１５に基づいて説明する。
【０１０７】
埋設管７，７…を推進させる場合にも、各センサ出力を取得する（Ｓ２０１）。なお、上記各センサ出力には、最後尾の計測管６に設けた傾斜計Ｇの出力が含まれる。そして、シールド掘進機１及び各計測管２〜５の管軸座標系の推進ベクトルを演算する（Ｓ２０２）。
【０１０８】
この場合、推進基点にいずれかの計測管が位置している場合には、上述したように、基準座標系の推進ベクトルを容易に求めることができるが、埋設管が推進しているため、最後尾の計測管６の推進位置が確定できない。
【０１０９】
そこで、本実施の形態では、最後尾の計測管６の推進位置及び推進姿勢を、前方を推進するシールド掘進機１及び計測管２〜５の推進データを利用して決定していく。すなわち、推進基点Ｏから離れようとする最後尾の計測管６の推進位置及び推進姿勢を、前方を推進するシールド掘進機１及び計測管２〜５の複数のデータを利用して決定する（Ｓ２０３）。
【０１１０】
上記最後尾の計測管６の推進位置を求める具体的手法として、最後尾の計測管６より前方を推進するシールド掘進機１及び計測管２〜５が、上記最後尾の計測管位置にあったときの各管軸方向ベクトルを非線形最小二乗法によって処理し、最後尾の計測管６の推進ベクトルを求める。そして、推進基点を離れた最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を上記推進ベクトルから求める。そして、上記最後尾の計測管６の推進軌跡を確定推進軌跡とする（Ｓ２０４）。上記手法を採用することにより、埋設管を推進させる場合の推進軌跡の計測精度が格段に高まる。
【０１１１】
さらに、上記のようにして求めた確定推進軌跡に計測管６が推進したものとして、そのときの最後尾の推進位置及び推進姿勢を基準にして、演算により求められたシールド掘進機１及び各計測管２〜５の推進ベクトルを基準座標系の推進ベクトルに変換する（Ｓ２０５）。
【０１１２】
最後尾の計測管６には、傾斜計が設けられているため、ピッチング方向の角度偏位及びローリング方向の角度偏位を正確に計測することができるため、この値を上記演算に反映させて、シールド掘進機１及び計測管２〜５の推進位置及び推進姿勢を求める（Ｓ２０６）。
【０１１３】
次に、上記シールド掘進機１の推進位置と、計画推進軌跡及び姿勢のずれを演算する（Ｓ２０７）。また、上記ずれを修正するための制御操作方向及び制御量を演算する（Ｓ２０８）。
【０１１４】
そして、上記推進軌跡及び制御操作量、軌跡の計画軌跡からの偏位量、シールド掘進機の姿勢等をディスプレイに表示し（Ｓ２０９，２１０）、制御操作を行う者が上記の表示情報からシールド掘進機１に制御信号を送り、シールド掘進機の制御操作を行う。
【０１１５】
上記計測演算された各データは各位置におけるデータとして保存され（Ｓ２１１）、目標点に到達するまで（Ｓ２１２でＹ）、上記計測が連続的に繰り返される（Ｓ２０１〜Ｓ２１２）。そして、シールド掘進機１あるいは計測管２〜６が目標点に到達することにより、最終データを保存し（Ｓ２１３）計測作業が終了する。
【０１１６】
本願発明は上述の実施の形態に限定されることはない。実施の形態では、５台の計測管２〜６をシールド掘進機１の後部に接続したが、１台あるいは６台以上の計測管を接続することができる。また、また、推進軌跡の全部に計測管を接続して精度の高い推進軌跡を形成することもできる。
【０１１７】
さらに、実施の形態では、最後尾の計測管の推進位置を求めるために、前方を推進するシールド掘進機及び計測管のデータを用いた例を示したが、前方を推進する各計測管の推進位置及び推進姿勢を求めるために、それよれ前方を推進する計測管及びシールド掘進機のデータを最小二乗法で処理して求めることができる。
【０１１８】
また、本願発明では、掘進機及び計測管に設けた二次元ターゲットを前後に隣接して推進する計測管に設けたＣＣＤ撮像素子によって撮像するように構成したが、上記ＣＣＤ撮像素子とターゲットを、隣接する掘進機あるいは計測管の軸心に沿って配置することにより、一組のＣＣＤ撮像素子と二次元ターゲットによって、隣接する掘進機及び計測管の角度偏位を計測することが可能となる。すなわち、ＣＣＤ撮像素子と二次元ターゲットを軸心に配置することによって、上記画像の回転偏位が掘進機及あるいは計測管の軸心回りの回転偏位を表すことになる。このため、画像の直交座標系の偏位と、ターゲットを撮像した画像の図心回りの回転偏位角度を画像処理によって計測することにより、隣接する上記掘進機及び上記計測管の角度偏位を精度高く求めることが可能となる。
【０１１９】
【発明の効果】
本願発明においては、地磁気や地球の自転によって影響をうけるセンサを用いることなく、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢を、リアルタイムにしかも精度高く計測することができる。また、シールド掘進機の推進軌跡及び推進姿勢を表示しながら作業を行うことができる。さらに、計画軌跡に対する推進軌跡のずれを認識しながら操作を行えるとともに、シールド掘進機の姿勢を制御する情報を得ることもできる。このため、シールド掘進機の制御操作を極めて容易に行えるとともに、精度の高い推進軌跡を形成することができる。
【０１２０】
また、複数の計測値から最後尾の計測管の推進軌跡及び姿勢を求めてこれを基準としてシールド掘進機の推進姿勢を求めるものであるため、計測手段の一部が故障しても、推進作業を続行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る推進シールド工法を行うための装置構成の概要を示す断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】計測管の内部構造及びＣＣＤ撮像素子及びターゲットの状態を示す図であり、図２における III−III 線に沿う断面図である。
【図４】掘進機及び計測管が一つの直線上を推進する状態を模式的に表す断面図である。
【図５】掘進機及び計測管に角度偏位が生じた状態を模式的に表す断面図である。
【図６】ＣＣＤ撮像素子の画面の状態を表す図である。
【図７】掘進機及び計測管の角度偏位から、推進軌跡及び推進姿勢をもとめる手法を説明する図である。
【図８】シールド掘進機及び計測管の３次元の推進状態を模式的に表す図である。
【図９】図８に示した推進状態を管軸系座標で表した図面である。
【図１０】計測された推進軌跡と計画軌跡とを水平面において比較した表示態様を示す図である。
【図１１】計測された推進軌跡と計画軌跡の深さ方向のずれを、推進距離を横軸にとって比較した表示態様を示す図である。
【図１２】シールド掘進機及び計測管の姿勢及び計画軌跡からの水平面におけるずれの表示態様を示す図である。
【図１３】シールド掘進機及び計測管の姿勢及び計画軌跡からの深さ方向のずれを、推進距離を横軸にとって表した表示態様を示す図である。
【図１４】本願発明に係る計測方法の手順を表すフローチャートである。
【図１５】本願発明に係る計測方法の手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
２  計測管
３  計測管
４  計測管
５  計測管
６  計測管
７  埋設管
１７  推進距離計測手段
１６  自動計測装置（演算・表示装置）
５１  角度偏位計測手段
５２  二次元ターゲット
５３  ＣＣＤ撮像手段
５４  ＣＣＤ撮像手段
Ｇ  角度姿勢計測手段
【図１】
0003610460.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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