(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブル等の地中管路の相対方位の検出方法において、
地中管路の計画ラインに従った地上基準方向に偏光軸を合わせたレーザ光を鉛直下方に照射すると共に、管路方向に一致させた推進機械に設置した目盛板上の受光側偏光板を約±３°の角度範囲で動かし、透過した光量が最小となる角度から管路の相対方位を得ることを特徴とする地中管路の相対方位検出方法。
【請求項２】
ケーブル等の地中管路の相対方位検出装置において、
レーザ光源と、
地上基準方向に偏光軸を合わせた第１の偏光板と、
推進機械に設置し、管路方位に一致させた目盛板上の第２の偏光板と、
該第２の偏光板を約±３°の角度範囲内で動かす駆動手段と、
を備えており、
レーザ光を鉛直下方に照射して、第１と第２の偏光板を透過する光量が最小となる角度から地上基準と地中管路との相対方位を得ることを特徴とする地中管路の相対方位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電話ケーブル、電力ケーブル、ファイバーケーブル等を地中に布設するための管路を水平に掘る推進機械のスタート地点での管路の方位を正確に測定するための地中管路の相対方位検出方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電話ケーブル、電力ケーブル、ファイバーケーブル等を地中数ｍの深さに布設するための管路を水平に掘る工法は、高精度の位置検知システムと圧力による推進方式を採用し、高速で長距離・曲線推進を可能とするとともにコンピュータによる推進制御機能を付加した小口径推進システムにより行っている。この工法に使用される推進機械は、その先端にカッターと磁界発信コイルを備えると共に、先端ジャッキ、方向修正ジャッキ、中折れジャッキ等よりなる先端装置と元押し装置とより構成され、元押し装置により所定長さの推進管を１つずつ連結して押し込むことにより、管路を堀り進むものである。管路の堀り進む方向は、磁界発信コイルから発生する交流磁界を、地上に設けた位置検知装置である磁界受信機で検知して、その推進機械の先端の位置を確認すると共に、堀削した管路の方向を知ることができた。
しかしながら、地上に障害物が存在したり、交通量が多かったりして、磁界受信機を設けることができないようなところでは、堀削した管路の方向や位置を確認することができない。
【０００３】
そこで、従来はトランシットを用いて管路のスタート地点で水平面内の方位を測定して管路の堀削方向を計画ラインに合わせるようにしている。これは、図４に示されるような方法で行っていた。即ち、地上より垂直方向に約３ｍ巾で数ｍの深さの縦孔Ａを堀ると共に、その一側面に被測定管路Ｂが水平に掘られる。この被測定管路Ｂに一部を挿入する形で測定用棒Ｃが設けられる。測定用棒Ｃの上面には、一定の間隔、例えば１ｍの間隔でマーカＤが設けられている。まず、被測定管路Ｂの向かいの地面上に設置されたトランシットＥにより、地上方位基準マーカＦをみて、管路の計画ラインに沿った方位基準を測定する。次にこのトランシットＥで測定用棒ＣのマーカＤを見て地上方位基準との水平面内での相対角を得る。これを少くとも２点で行うことにより、測定用棒、即ち被測定管路の地上方位基準に対しての方向を測定していた。
【０００４】
しかしこの場合、地上トランシットＥから測定用棒Ｃまで上下方向にかなりの角度を付けて測定する必要があるため、誤差が生じ易い。そこで、この垂直の縦孔Ａの側面に足場Ｇを設け、ここにトランシットを移す中継点を設けて、地上の基準点をここに移して、測定用棒ＣのマーカＤを見る上下方向の角度を小さくして、正確に被測定管路の地上方位基準に対する方向を測定するようにしてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のトランシットを使用する測定の方法では、トランシットによる目視であるため、１ｍで±１ｍｍ程度、即ち±３．４′程度の精度しかでず、これ以上の精度は実質的に不可能であった。また視野、角度、障害物等によりトランシット測定が１個所で済むことは難しく、手間や時間がかかる等の問題があった。
そこで本発明は、上記の問題に鑑み、更に精度良く地中の管路の方位を測定できると共に、手間や時間がかからずにすぐに地中の管路の相対方位を知ることができ、かつ場所の制約のない地中管路の相対方位の検出方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載されたとおりの地中管路の相対方位の検出方法及びその装置を提供する。
請求項１に記載の地中管路の相対方位の検出方法は、地中管路の相対方位の検出を従来のトランシットの使用による目視に代えて、２つの偏光板を通過する光強度の変化を利用して相対方位を検出しようとするもので、特に一方の偏光板の偏光軸を地上基準方向に合わせると共に、他方の偏光板は、管路方位に一致させた目盛板上に配置し、この他方の偏光板を約±３°の角度範囲内で回転振動させることで、最小の透過光量となる角度を精度良く検出し、約±１′の精度で非常に正確な相対方位が計測できるようにしたものである。即ち、後で説明するような光の偏向方向の変化に伴う検出信号の強度変化は、出力信号が最大値及び最小値になる付近では緩やかに変化するため、最大値及び最小値を高精度で検出するのは難しいが、本発明では、出力信号が最小値になるであろうと予測される角度範囲内で、一方の偏向板を回転振動させて、この角度範囲内でのデータを多く採取して、正確にその極小点を測定するようにしたものである。
請求項２に記載の地中管路の相対方位検出装置は、請求項１の該検出方法を用いた装置であり、実質的に同様の作用効果を奏するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を使用して、本発明の実施の形態の地中管路の相対方位の検出方法及びその装置を説明する。
図１は、本発明の地中管路の相対方位の検出方法の概念図であり、図２は、本発明の偏光を利用した相対方位検出装置の全体の概略構成の説明図である。
本発明の地中管路の相対方位検出装置は、基本的に光源部１と受光部２とで構成される。光源部１は、レーザ発光源３と第１の偏光板４とを有している。図１に示されるようにこの光源部１は、第１の偏光板４の偏光軸が地上基準方向に合わされる形で、地上に設置され、レーザ光を鉛直下方に照射する。
【０００８】
受光部２は、指示針１５が取り付けられた第２の偏光板５、目盛板６及びフォトセンサ７と、を有しており、これらが地中に水平に管路を堀削して行く推進機械８に設置される。この第２の偏光板５は、目盛板６上に配置されており、その下にフォトセンサ７が配置される。この推進機械８が、垂直な縦孔Ａの側面にあけられた水平な被測定管路Ｂ内にセットされる。そして、この推進機械８の水平面内の方向が、地上基準方位に合致しているかが計測される。
【０００９】
この検出原理自体は、公知であるが、最初にこれを説明する。レーザ発光源３と第１の偏光板４とは固定されており、偏光軸が地上基準方向に合わされて、レーザ光は鉛直下方に偏光して放射される。この偏光方向の角度が基準角度となる。第２の偏光板５は、この偏向した光を受けるように配置されている。更にフォトセンサ７は、第２の偏光板５を通過した光を受けるように配置されている。第２の偏光板５を通過する光は、第１と第２の偏光板４，５の偏光方向が一致した時にもっとも大きくなり、９０°異なるときにもっとも小さくなりフォトセンサ７にはほとんど光が入射しなくなる。従って、もし第２の偏光板５を回転すると、フォトセンサ７の出力は、正弦波のように変化する。即ち、フォトセンサ７の出力は、第２の偏光板５の偏光方向の第１の偏光板の偏光方向に対する角度をθとすると、関数Ｉｍａｘ  （１＋ｃｏｓ２θ）／２に従って変化する。従って、レーザ発光源３の出力する光強度が一定であれば、θが０°及び１８０°等の時のフォトセンサ７の出力の最大強度Ｉｍａｘ  は一定であり、検出した信号強度がＩであれば、そのときの角度θは、
θ＝ａｒｃｃｏｓ（２Ｉ／Ｉｍａｘ  −１）／２          …（１）
で表され、フォトセンサ７の出力信号の強度から角度θが算出できる。
【００１０】
こうして、図３に示されるように受光部２からの信号は、増巾器９を通り、Ａ／Ｄ変換器１０でディジタル信号に変換された後、ＣＰＵ１１，ＲＯＭ１２，ＲＡＭ１３，Ｉ／Ｏポート１４等で構成されるコンピュータで処理され、フォトセンサ７の出力する信号が所定値になる時点の光源部１の放射するレーザ光の偏光方向から、所定の初期方向に対する受光部２の相対角度が算出される。
【００１１】
光源部１から放射され偏光されたレーザ光は、第２の偏光板５により偏光方向が所定の周期で変化すると、光源部１の方向が一定であっても、フォトセンサ７の出力信号はこの所定の周期で変化する。例えば、光源部１から放射される光の偏光方向と第２の偏光板５の偏光方向が一致した時に、即ち、方向の差が０°のときに周期的に変化する値が最大値になり、方向の差が９０°のときには最小値となり、方向の差が４５°のときには最大値と最小値の中間値になる。従って、フォトセンサ７の出力信号が最大値、最小値又は最大値と最小値の中間値等の所定の値になる時点の光源部１から放射される光の偏光方向が特定されれば、第２の偏光板５の偏光方向が判明する。
【００１２】
しかしながら光源部１から放射され偏光されたレーザ光の第２の偏光板５の偏光方向の変化に伴う検出信号の強度変化は、出力信号が最大値及び最小値になる付近では緩やかに変化するため、最大値及び最小値を高精度で検出するのは難しい。また外乱光が入ってきて簡単に最小値を精度良く検出するのは難しい。
【００１３】
一方、地中管路の堀削を行う推進機械のスタート時の向きが、地上基準方位に合致しているかどうかで求められる精度は、±１′の精度である。即ち、推進機械の向きを地上基準方位に±１°の精度で合わすことは、目視によりかなりの精度で行えるものであるが、±１°の精度では、数百ｍも堀削を進めて行くと、最終的に目標の地中管路の計画ラインよりもかなりのずれを生じてしまう。そのため、±１′の精度が要求されている。
【００１４】
そこで、本発明においては、フォトセンサ７の出力信号の最小値を高精度で検出するために、第２の偏光板５を約±３°の範囲内で正逆に回動させるか又は回転振動させることで、最小値周辺のデータを多数計測し、正確に最小値になる角度を求めている。この第２の偏光板５の正逆回動又は回転振動は、モータ等の適宜の駆動手段１６に行われる。
【００１５】
本発明の相対方位検出装置を用いて地中管路の水平面内の方向を計測する場合、まずレーザ発光源３からのレーザ光が鉛直下方に照射するように、光源部１の第１の偏光板４の偏光軸が地上基準方向に合わせられて、光源部１が地上にセットされる。次に受光部２を設置された推進機械８が、被測定管路Ｂにセットされる。このとき、目盛板６が管路方向に合わされる。このセットした時点で基本的には、推進機械８の向きは、地上基準方向とほぼ±１°の精度で合わせられている。即ち、レーザ光の検出信号の強度が最小値になるように、第１と第２の偏光板４，５のそれぞれの偏光軸が、ほぼ直交するような形でセットされる。
【００１６】
次いで、レーザ光が放射されると共に、第２の偏光板５を最小値が含まれる±３°の範囲内で回転振動させて、レーザ光の検出信号の強度が最小値になる角度を±１′の精度で正確に計測する。これにより、水平面内での推進機械８の向きと地上基準方位との相対変位、即ちずれが、±１′の精度で計測できる。この後、推進機械８の向きが、このずれ分だけ修正される。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源部から放射され偏光されたレーザ光が第２の偏光板を通過する光強度の変化を、その最小値付近で多数データを計測することで、正確な最小値点を求めることができ、地上基準方位と地中管路の方向との相対変位を±１′の精度で正確に計測できるようになった。
また、従来のトランシットを使用した測定のような手間や時間を必要とすることなく、すぐにかつ正確に相対変位を計測できる。更に従来のトランシットによる測定のような場所の制約を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の相対方位検出装置を用いて、地中管路の相対方位を検出する概念図である。
【図２】本発明の実施の形態の地中管路の相対方位検出装置の全体の概略構成を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態の地中管路の相対方位検出装置の信号処理を説明する図である。
【図４】従来のトランシットを用いて地中管路の相対方位を検出する方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…光源部
２…受光部
３…レーザ発光源
４…第１の偏光板
５…第２の偏光板
６…目盛板
７…フォトセンサ
８…推進機械
１６…駆動手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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