(57)【要約】      （修正有）【課題】水陸両用建設機械を用いた浅水域の施工において、水陸両用建設機械を走行させながら、水陸両用建設機械の位置情報及び、浅水域の地盤の正確な三次元情報を得ることができ、施工後の地盤の出来形を自動計測可能とし、また、リアルタイムに施工後の出来形の設計値に対する、施工時の地盤の状態をオペレータに知らせることが可能な水陸両用建設機械の施工支援システムを提供する。【解決手段】水陸両用建設機械の上部位置に、衝撃緩衝装置を介して計測装置１が設けられ、計測装置が、無線測位システム移動局１３を備え、水陸両用建設機械とは異なる位置に、計測装置の位置データを取得するために基準とする無線測位システム基準局２と、無線測位システム移動局及び無線測位システム基準局から送信された位置データを受信して演算処理するデータ演算処理装置３と、その演算処理の結果を表示するための施工状況参照用モニター４を備えている。【選択図】図１
0003197633.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
水陸両用建設機械の上部位置に、衝撃緩衝装置を介して計測装置が設けられ、前記計測装置が、無線測位システム移動局を備え、
前記水陸両用建設機械とは異なる位置に、前記計測装置の位置データを取得するために基準とする無線測位システム基準局と、前記無線測位システム移動局及び前記無線測位システム基準局から送信された位置データを受信して演算処理するデータ演算処理装置と、その演算処理の結果を表示する施工状況参照用モニターを備え、
前記無線測位システム移動局と、前記無線測位システム基準局との位置データから、前記データ演算処理装置により水陸両用建設機械の三次元座標データを取得し、取得した前記三次元座標データを前記データ演算処理装置に予め入力しておいた設計値と比較して、その情報を施工状況参照用モニターに表示することを特徴とする水陸両用建設機械の施工支援システム。
【請求項２】
前記計測装置は水陸両用建設機械の吸排気ダクトの上部に設けられ、前記衝撃緩衝装置は、衝撃吸収機構と、前記計測装置を設置するための架台を備え、
前記架台は、前記衝撃吸収機構に懸垂するように保持され、
前記架台に加わる衝撃を前記衝撃吸収機構により吸収するとともに、前記架台の状態を重力に対して鉛直方向に保持することを特徴とする請求項１に記載の水陸両用建設機械の施工支援システム。
【請求項３】
前記無線測位システム移動局のＧＮＳＳアンテナが、衝撃緩衝装置の衝撃吸収機構に懸垂するように保持された架台の上位部分に干渉板を介して設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水陸両用建設機械の施工支援システム。
【請求項４】
前記計測装置に、データ演算処理装置の処理結果を可視化するための信号灯を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の水陸両用建設機械の施工支援システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、水陸両用建設機械の施工支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、浅水域における掘削、改修工事等の施工には、水陸両用ブルドーザ、水陸両用クローラダンプ等の水陸両用建設機械が用いられている。
【０００３】
浅水域の掘削、改修工事としては、例えば、漁港・漁場の整備工事、養浜・離岸堤・人工リーフ等の海岸工事等や、近年では、治水としての河道掘削、改修工事、あるいは災害復旧工事等がある。
【０００４】
このような掘削、改修工事等に用いられる水陸両用建設機械における水中での操縦は、水中走路の視認性の悪さや、潮流・波浪のある海洋工事、水量や流速の変化する河川工事でのオペレータの危険を回避するために、通常、特定小電力無線による遠隔操縦方式が採用されている。
【０００５】
しかしながら、このような水陸両用建設機械を用いた遠隔操縦方式による施工においては、地上で行う丁張に代表されるような施工の目印の設置が難しいことや、浅水域の地盤の状態が視覚的に判断できないという基本的な制約があるため、施工する範囲の管理（施工範囲管理）や、施工地盤の高さの管理（施工高さ管理）、また、施工が完了した出来形の管理（出来形管理）は、従来以下の方法で行われていた。
１．施工範囲管理：浅水域の地盤に、竹竿等の浮標を設置して管理する方法。
２．施工高さ管理：水面を基準として、水陸両用建設機械に設けられた吸排気ダクトに、高さごとに色分けされた塗装の標尺から判断して施工する方法。
３．出来形管理：施工範囲の不連続な管理測点を深浅測量する方法。
【０００６】
しかしながら、上記のような各管理方法については、それぞれ以下のような問題があった。
１．施工範囲管理
水中に竹竿等に代表される浮標を設置しての施工範囲の管理では、
・遠方の浮標は、距離が認識しづらく水平位置の把握が曖昧になる。
・竹竿等が施工の障害になるとともに、設置・撤去に人手や測量の手間がかかる。
２．施工高さ管理
水面を基準として吸排気ダクトに塗装された標尺から判断しての施工高さの管理では、
・潮汐等、水位が変化する場合には常に水位標高を考慮しながら施工しなければならない。
・施工の設計断面に勾配が含まれる場合、設計標高を正確に把握することが難しい。
３．出来形管理
オペレータの感覚的な判断や不連続な管理測点を深浅測量することで行う出来形管理では、
・浅水域の地盤状況が把握できないため、進捗状況はオペレータの感覚的な判断に頼らざるを得ない。
・進捗状況が確認できず、以降の施工計画の立案に影響が生じる。
・施工履歴が確認できず、未施工部分探索のための非効率的な走行が避けられない。
・深浅測量には人手と手間がかかる。
・不連続な管理測点だけの管理では、施工精度の信頼性が低い。
・出来形を土量換算する場合、不連続な横断面の深浅測量値だけでは誤差が大きくなる。
【０００７】
一方、従来の上記のような問題に対して、水陸両用建設機械による施工について、これまでにも工夫、改善が試みられている。例えば、水面に浮遊するフローターに取り付けられたＧＰＳアンテナと、このフローター及び水中施工機械に取り付けられた音響測位送受信機からなる計測機械装置により、水陸両用建設機械の位置における水中の地盤面のＸ，Ｙ，Ｚ座標からなる３次元座標データを取得して、遠隔操作画面にリアルタイムに情報を表示する技術が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００８】
この技術によれば、ＧＰＳアンテナと音響測位送受信機により、水陸両用建設機械の位置を自動的に計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２９３３８８号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の装備を備えた水陸両用建設機械にあっても、水陸両用建設機械とフローターの間を可撓管で繋ぐため、特に走行中における水陸両用建設機械の位置計測精度が低く、また、計測装置も規模の大きなものとなるといった問題があった。
【００１１】
本考案は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、水陸両用建設機械を用いる浅水域の施工において、水陸両用建設機械を走行させながら、水陸両用建設機械の位置情報及び浅水域の地盤の正確な三次元情報を得ることができ、施工後の地盤の出来形を自動計測可能とし、また、リアルタイムに施工後の出来形の設計値に対する、施工時の地盤の状態をオペレータに知らせることが可能な、新しい水陸両用建設機械の施工支援システムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
即ち、本考案は以下のことを特徴としている。
【００１３】
水陸両用建設機械の上部位置に、衝撃緩衝装置を介して計測装置が設けられ、前記計測装置が、無線測位システム移動局となり、前記水陸両用建設機械とは異なる位置に、前記計測装置の位置データを取得するために基準とする無線測位システム基準局と、前記無線測位システム移動局及び前記無線測位システム基準局から送信された位置データを受信して演算処理するデータ演算処理装置と、その演算処理の結果を表示する施工状況参照用モニターを備え、前記無線測位システム移動局と、前記無線測位システム基準局との位置データから、前記データ演算処理装置により水陸両用建設機械の三次元座標データを取得し、取得した前記三次元座標データを前記データ演算処理装置に予め入力しておいた設計値と比較して、その情報を施工状況参照用モニターに表示することを特徴とする水陸両用建設機械の施工支援システムである。
【００１４】
この水陸両用建設機械の施工支援システムにおいては、前記計測装置は水陸両用建設機械の吸排気ダクトの上部に設けられ、前記衝撃緩衝装置は、衝撃吸収機構と、前記計測装置を設置するための架台を備え、前記架台は、前記衝撃吸収機構に懸垂するように保持され、前記架台に加わる衝撃を前記衝撃吸収機構により吸収するとともに、前記架台の状態を重力に対して鉛直方向に保持することが好ましい。
【００１５】
また、前記無線測位システム移動局のＧＮＳＳアンテナが、衝撃緩衝装置の衝撃吸収機構に懸垂するように保持された架台の上位部分に干渉板を介して設置されていることが好ましい。
【００１６】
さらには、前記計測装置に、データ演算処理装置の処理結果を可視化するための信号灯を備えることが好ましい。
【考案の効果】
【００１７】
本考案の施工支援システムによれば、水陸両用建設機械を走行させながら、水陸両用建設機械の位置情報及び、浅水域の地盤の正確な三次元情報を得ることができ、施工後の地盤の出来形を自動計測可能とし、また、リアルタイムに施工後の出来形の設計値に対する、施工時の地盤の状態をオペレータに知らせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本考案の水陸両用建設機械の施工支援システムの一実施形態を示した概略システムブロック図である。
【図２】図１の実施形態のシステム構成における、システムの稼働を示すフロー図である。
【図３】吸排気ダクト上部に衝撃緩衝装置を介して計測装置を設置した状態を示す概略図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は衝撃緩衝装置及び計測装置の斜視図、（ｃ）は側面図である。
【図４】データ演算処理装置の処理結果を可視化した概略図である。
【図５】衝撃加速度分布の比較グラフである。
【考案を実施するための形態】
【００１９】
以下、本考案の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本考案の水陸両用建設機械の施工支援システムの一実施形態を示した概略システムブロック図である。
【００２１】
この支援システムは、計測装置１、無線測位システム基準局（以下、単に基準局と略称する）２、データ演算処理装置３及び施工状況参照用モニター４から構成されている。
【００２２】
計測装置１は、水陸両用建設機械の上部位置に設けられるものであって、ＧＮＳＳアンテナ１１及び無線データ送受信装置１２を備え、これらにより無線測位システム移動局（以下、単に移動局と略称する）１３を構築している。また、データ演算処理装置３からのデータを受信して可視化するための信号灯１４を備えている。
【００２３】
また、基準局２、データ演算処理装置３及び施工状況参照用モニター４は、水陸両用建設機械以外の場所、例えば水陸両用建設機械を視認できる地上の基地等に設置される。
【００２４】
水陸両用建設機械に設置された計測装置１の移動局１３及び、地上に設置された基準局２により、移動局１３の位置を正確な位置データとして取得可能な測位システムを構築している。
【００２５】
この測位システムは、通常、土地計測や移動体の位置情報を取得するために用いられる測位システムであれば特に制限なく採用することができ、例えば、汎地球航法衛星システムであるＲＴＫ−ＧＮＳＳ（realtime kinematic−Global Navigation Satellite System）、自動追尾式トータルステーション等を挙げることができる。これらの中でも、より正確な位置データが取得できることからＲＴＫ−ＧＮＳＳを採用するのが好ましい。
【００２６】
このＲＴＫ−ＧＮＳＳは、予め位置情報がわかっている基準局と、計測地点となる移動局から構成される測位システムであり、位置情報をリアルタイムに算定して、移動局の測位を行うことができる。測位精度は、通常、水平で２〜３ｃｍ、鉛直で３〜４ｃｍ程度とされている。
【００２７】
以下、本実施形態ではＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位を前提として説明する。
【００２８】
基準局２は、ＧＮＳＳアンテナ２１、ＧＮＳＳ制御器２２、無線データ送信装置２３を備えており、ＧＮＳＳアンテナ２１により、予め測量して位置データを取得し、ＧＮＳＳ制御機２２によりこの位置データの補正観測情報を取得し、この補正観測情報を無線データ送信装置２３を用いてリアルタイムに移動局１３のＧＮＳＳアンテナ１１に送信することで移動局１３の位置の計測を高精度に行うことができる。
【００２９】
データ演算処理装置３は、例えば、パソコン３１、無線受信機３２、無線送信機３３を備え、データ受信機３２により、基地局及び移動局からの位置情報の取得、また、データ送信器３３により、解析処理した情報の施工状況参照用モニター４及び信号灯１４への送信、制御を行っている。また、各機器のリセット等の制御をパソコン３１により行っている。
【００３０】
データ演算処理装置３は、移動局１３で計測した位置データを無線受信機３２により受信し、この位置データをパソコン３１のデータ変換ソフトにより三次元座標データに変換した後、予めパソコン３１に入力しておいた設計値と比較して、その差異情報をリアルタイムに演算する。また、この演算結果を無線送信機３３により、計測装置１の信号灯１４及び施工状況参照用モニター４に送信して可視化させる。
【００３１】
施工状況参照用モニター４は、データ受信機４１及びモニター４２を備えており、データ演算処理装置３から送信されたデータを受信して、水陸両用建設機械を操縦するオペレータに現地盤標高を可視化表示した出来形情報としてモニター４２に画像情報として提供する。水陸両用建設機械を操縦するオペレータは、これらの画像情報を参照することにより高精度な施工を実施することができる。
【００３２】
図２は、図１の実施形態のシステム構成における、システムの稼働を示すフロー図である。以下、本考案のシステムの動作について、図２のフロー図を用いて説明する。
【００３３】
なお、本システム構成においては、事前にデータ演算処理装置３のパソコン３１に以下の情報の入力が必要である。
・施工設計データ入力及びシステム用データ（正方格子（メッシュ）単位）入力。
・基準局の現地測量と測量結果の入力。
・移動局の設置位置測量と測量結果の入力。
【００３４】
まず、データ演算処理装置３により各部の動作確認を行い、移動局１３において位置（経度・緯度・高さ）の計測を開始する。なお、この位置データの測定位置はＧＮＳＳアンテナ１１の位置である。そして、移動局１３で計測した位置データは、データ演算処理装置３に送信される。
【００３５】
次に、データ演算処理装置３の無線受信機３２で受信した位置データは、パソコン３１のデータ変換ソフトにより、移動局１３の位置（ＧＮＳＳアンテナ１１の位置）の三次元座標データに変換され、さらに地盤位置座標に変換する。
【００３６】
このデータ処理を連続的に行うことにより前回の地盤位置座標と今回の地盤位置座標の変化から、水陸両用建設機械の進行方向や、施工状況を立体的に把握することができる。
【００３７】
また、これらの地盤位置座標から、施工面が含まれるメッシュを特定することができ、この特定結果から、現在施工している施工面が、当初設定された施工範囲に入っているか否かを判定する。この判定の結果、施工面が施工範囲外の場合には、その情報を移動局１３のＧＮＳＳアンテナ１１に送信して、あらためて移動局１３での位置データの計測をやり直す。
【００３８】
また、施工面が施工範囲内に入っている場合には、特定されたメッシュ毎に設定値と比較して差異を計算する。そして、差異情報を基に、特定されたメッシュ毎に色別表示データとして生成する。そして、その生成した色別表示データをデータ演算処理装置３の無線送信機３３から施工状況参照モニター４のデータ受信機４１に無線送信して、例えば、図４に示すような出来形情報としてモニター４２に表や画像で表示させる。
【００３９】
また、同時に、生成した色別表示データをデータ演算処理装置３の無線送信機３３から計測装置１の無線データ送受信装置１２に送信し信号灯１４を色別表示データに応じて点灯させる。なお、信号灯１４は特に限定されるものではないが、省スペースで視認性よく多色の色が表示できることから、積層表示灯１４を好適に用いることができる。
【００４０】
水陸両用建設機械のオペレータは、信号灯１４の点灯情報を参照しながら水陸両用建設機械を操縦して施工を行い、設計通りの施工を行う。
【００４１】
この、移動局１３での位置データの計測から、色別表示データによるモニター４２への画像の表示及び信号灯１４の点灯までの一連のプロセスは、オペレータの判断により継続される。
【００４２】
上記の本考案の実施形態によれば、水陸両用建設機械の位置情報及び、浅水域の地盤の正確な三次元情報を得ることができ、施工後の地盤の出来形を自動計測可能とし、また、リアルタイムに施工後の出来形の設計値に対する、施工時の地盤の状態をオペレータに知らせることを実現することができる。
【００４３】
なお、水陸両用建設機械の位置情報を正確なものとするためには、計測装置の設置条件が非常に重要となる。例えば、水陸両用建設機械に固定せずフロートに設置してケーブルを介して水面に浮かべる構成とした場合、地盤の起伏データを取得することができず、また、ケーブル長さを調整する必要があるため装置規模が大きくなるといった問題がある。
【００４４】
これらの点を考慮して、本考案では、水陸両用建設機械の上部位置に、より好ましくは吸排気ダクト上部に、衝撃緩衝装置を介して計測装置を設置する。もちろん、吸排気ダクト以外の位置であってもよく、例えば、ポール等を設けて、そのポールの上部位置に衝撃緩衝装置を介して計測装置を設置してもよい。
【００４５】
図３（ａ）〜（ｃ）は、水陸両用建設機械５の吸排気ダクト６上部に、衝撃緩衝装置８を介して計測装置１を設置した実施形態の概略図である。
【００４６】
衝撃緩衝装置８は、衝撃吸収機構８１と、計測装置１を設置するための架台８２を備えている。また、この実施形態では、衝撃緩衝装置８は、排気ダクト６に設置された梯子７にステー８３を介して取り付けられている。また、梯子とステーの間には防振部材８４が設けられている。これにより、水陸両用建設機械５の振動を衝撃緩衝装置８に伝達することを抑制することができる。
【００４７】
衝撃緩衝装置８は、架台８２が衝撃吸収機構８１に懸垂するように保持されており、架台８２に加わる衝撃を吸収するとともに、架台８２の状態を重力に対して鉛直方向に保持する機能を有している。
【００４８】
衝撃吸収機構８１は、水陸両用建設機械５の振動を架台８２に極力伝達しないようにするものであれば特に限定されるものではなく、例えば、空気ダンパーや金属バネ、また、これらを組み合わせたサスペンションを採用することができる。
【００４９】
上記の構成の衝撃緩衝装置８に設置した計測装置１は、水陸両用建設機械５からの振動を緩和できるため、振動により測定位置が不安定になったり、計測装置１の故障を低減することが可能となる。また、ＧＮＳＳアンテナ１１の方向を重力に対して一定に保持することができるため、より正確な位置データを取得することが可能となる。
【００５０】
なお、ＧＮＳＳアンテナ１１を搭載した計測装置１は、衛星の受信を得やすくするために、また、水の影響を受けないようにするためにできるだけ高い場所に設置することが望ましい。
【００５１】
そのために、本考案では、施工時に常に一部が水面より高い位置にある吸排気ダクト６に設置している。衝撃緩衝装置８の吸排気ダクト６への設置位置は、水面上に相当する高さであれば特に制限はなく、施工条件に応じて適宜設定することができるが、通常、水陸両用建設機械５の最下位置から８〜１０ｍ程度、好ましくは９ｍ程度の位置に取り付けるのが好ましい。
【００５２】
また、ＧＮＳＳアンテナ１１は、より正確な位置データを取得するために、特に上方に設置することが望ましいため、図３（ｂ）、（ｃ）に示すような、衝撃緩衝装置８の架台８２の上位部分で、吸排気ダクト６から見て衝撃吸収機構８１の外側で、架台８２の上部に防振部材８４を介して設置することが望ましい。衝撃緩衝装置８の架台８２の上部に設置することにより、搖動する架台８２接続部の支点部分に設置することになるため、ＧＮＳＳアンテナ１１の搖動が少なくなり、位置データの測定精度がより良好となる。
【００５３】
また、衝撃緩衝装置８及び計測装置１は、滑車又は動滑車等使用を使用し、人力により容易に吸排気ダクト６に取り付けることができる。また、吸排気ダクト６の長手方向にレールを設置し、これに衝撃緩衝装置８を外れないように沿わせて移動可能に設置することにより、任意の高さに調整可能に固定、設置することもできる。
【００５４】
上記衝撃緩衝装置８による緩衝効果を検証するために、２台の加速度計を使用して、１台を高さ１０ｍの吸排気ダクト（吸排気ダクトの天部の位置が水陸両用建設機械の最下位置から１０ｍ）の、水陸両用建設機械の最下位置から９ｍの高さに設置した衝撃緩衝装置に、他方の１台をその衝撃緩衝装置の近くの吸排気ダクトに直接設置した。
【００５５】
そして、水陸両用建設機械を稼働させて振動を発生させ、同時に加速度を計測した。その測定結果を図５に加速度（Ｇ）の度数で示した衝撃加速度分布の比較グラフとして示す。
【００５６】
この結果から、衝撃緩衝装置の使用により度数分布が小さくなる方向に移動しており、またピークの加速度（Ｇ）の値は、１．４Ｇから０．６Ｇに移動していることが確認された。これらの結果から、本考案に係る衝撃緩衝装置が、水陸両用建設機械の振動を効率的に吸収していることが確認された。
【００５７】
以上、本考案を一実施形態に基づいて説明したが、本考案は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、ＲＴＫ−ＧＮＳＳの基地局を、水陸両用建設機械とは別の場所の地上に設置したが、ネットワーク型ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（ＶＲＳ，ＦＫＰ)により、位置情報サービス事業者が国土地理院の基準点から求めた補正データを通信回線から受信し測位を行う方式を採用することもできる。
【符号の説明】
【００５８】
１  計測装置
１１  ＧＮＳＳアンテナ
１３  無線測位システム移動局
１４  信号灯
２  無線測位システム基準局
３  データ演算処理装置
４  施工状況参照用モニター
５  水陸両用建設機械
６  吸排気ダクト
８  衝撃緩衝装置
【図１】
0003197633.tif 000003
【図２】
0003197633.tif 000004
【図３】
0003197633.tif 000005
【図４】
0003197633.tif 000006
【図５】
0003197633.tif 000007