(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内の既知座標位置の天井部に吊下げ設置され、
トンネル内の任意位置に設置されるターゲットを自動視準して、前記ターゲットまでの距離と角度とを測定する測距測角部と、
前記測距測角部の測定値に基づいて、予め記憶している位置情報またはパターン情報を切羽面や内壁面などのトンネル内に照射表示するレーザーマーキング部と、
トンネル内の任意の位置を撮影する撮像部とを備えたトンネル用綜合計測装置において、
前記天井部に吊下げ固定される装置本体と、
前記装置本体に上下および旋回移動自在に支持されるヘッド部と、
前記ヘッド部を上下および旋回移動させる移動機構部と、
前記移動機構部をコントロールする制御部とを備え、
前記ヘッド部に前記測距測角部，レーザーマーキング部および撮像部の光学系部品を配置し、
前記位置情報には、支保工の建込位置，セントル型枠の設置位置，排水設備の設置位置を含み、前記レーザーマーキング部は、これらの各位置を掘削サイクルに応じて表示させるとともに、
前記ターゲットは、トンネルの内面に沿って複数設置する反射ターゲットであって、前記測距測角部により前記反射ターゲットを視準して、前記トンネルの内空を測定することを特徴とするトンネル用総合計測装置。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル用総合計測装置は、前記測距測角部，レーザーマーキング部，撮像部，制御部に制御信号を送出する主制御部を有し、この主制御部をトンネル内に設置したことを特徴とするトンネル用総合計測装置。
【請求項３】
前記装置本体は、外部に設置される主制御装置との間で、情報の授受を行う通信部を有することを特徴とする請求項１記載のトンネル用総合計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トンネル用総合計測装置に関し、特に、トンネル内で行われる測距，レーザーマーキング，監視などの各種の計測を１台に集約したトンネル用総合計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時のトンネル構築工事では、坑内に、各種の計測や作業確認のために様々な装置が設けられている。この種の装置は、例えば、トンネル坑内ないしは坑内，外間での連絡を行う電話，無線，コンピュータなどの連絡，通信設備、防災用の警報機，検知機、トンネル内空の変位を測定するための変位計測機，トンネル内の位置、例えば、切羽面の位置を測定する光波距離計、支保工の建込み位置を表示する照射機、切羽面に発破用の穿孔位置を表示するレーザーマーキング装置などである。
【０００３】
このような装置は、従来、専用の装置が開発され、実際のトンネル工事現場に用いられているが、このような手段には、以下に説明する問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、トンネル工事現場において、多種多様の装置を用いると、それぞれ１台毎に設置場所を確保しなければならず、狭い抗内において、それぞれの設置場所を確保することが難しい。
【０００５】
また、設置場所が確保されたとしても、各装置での計測，表示時間などは、極短く、稼動時間の割には、専有スペースが大きく、スペース効率が非常に悪い。
【０００６】
さらに、個々の専用装置の取扱や操作方法について、機能に一部重複した部分があったとしても、個別に習熟する必要があって、時間の無駄が多くなる。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、トンネル内において行われる測距，レーザーマーキング，監視などの作業を１台の装置で行うことにより、上述した如き問題が解決できる装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、トンネル内の既知座標位置の天井部に吊下げ設置され、トンネル内の任意位置に設置されるターゲットを自動視準して、前記ターゲットまでの距離と角度とを測定する測距測角部と、前記測距測角部の測定値に基づいて、予め記憶している位置情報またはパターン情報を切羽面や内壁面などのトンネル内に照射表示するレーザーマーキング部と、トンネル内の任意の位置を撮影する撮像部とを備えたトンネル用綜合計測装置において、前記天井部に吊下げ固定される装置本体と、前記装置本体に上下および旋回移動自在に支持されるヘッド部と、前記ヘッド部を上下および旋回移動させる移動機構部と、前記移動機構部をコントロールする制御部とを備え、前記ヘッド部に前記測距測角部，レーザーマーキング部および撮像部の光学系部品を配置し、前記位置情報には、支保工の建込位置，セントル型枠の設置位置，排水設備の設置位置を含み、前記レーザーマーキング部は、これらの各位置を掘削サイクルに応じて表示させるとともに、前記ターゲットは、トンネルの内面に沿って複数設置する反射ターゲットであって、前記測距測角部により前記反射ターゲットを視準して、前記トンネルの内空を測定するようにした。
この構成によれば、測距測角部およびレーザーマーキング部，撮像部で共通している光学系部品を共用することができるので、装置の簡略化が図れる。
前記総合計測装置は、前記測距測角部，レーザーマーキング部，撮像部，制御部に制御信号を送出する主制御部を有し、この主制御部をトンネル内に設置することができる。
この構成によれば、主制御部をトンネル内に設置することにより、現場で確認しながら各種の作業を行うことができる。
前記装置本体には、トンネルの外部に設置される主制御装置との間で、情報の授受を行う通信部を設けることができる。
この構成によれば、トンネルの外部に設置される主制御装置から信号を送出することにより、トンネル内において、測距，レーザーマーキング，遠隔監視などの作業を制御することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照にして詳細に説明する。図１から図４は、本発明にかかるトンネル用総合計測装置の一実施例を示している。
【００１０】
同図に示したトンネル用総合計測装置１０は、図１にその使用状態を示すように、トンネル１２内の天井部に吊下げ設置されている。この総合計測装置１０の設置位置の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）は、基準ターゲット１４が設けられている坑内基準点（ｘ0，ｙ0，ｚ0）からの座標値が求められた既知座標位置になっている。
【００１１】
トンネル１２内においては、坑口部近傍に覆工コンクリート層を形成するためのセントル型枠１６が待機させられている。また、このセントル型枠１６の近傍には、ドレーン１８を有する中央排水設備２０が同様に待機させられている。
【００１２】
トンネル１２内の切羽２２の近傍には、トンネルジャンボ２４が設置されていて、切羽２２の所定の位置に削孔作業を行っている。また、切羽２２の近傍には、アーチ状の支保工２６が建て込まれ、支保工２６の近傍には、形成したトンネル１２の内空を測定するためのターゲット２８が設置されている。
【００１３】
総合計測装置１０には、車両に搭載された主制御部３０が接続されている。また、トンネル１２内および坑口の外方には、中継アンテナ３２が設置されていて、現場事務所に設置された主制御装置３４からも総合計測装置１０に制御信号が送出されるようになっている。
【００１４】
図２，３は、総合計測装置１０の詳細図であって、同図に示した総合計測装置１０は、装置本体１０ａと、ヘッド部１０ｂと、移動機構部１０ｃと、移動制御部１０ｄとを備えている。
【００１５】
装置本体１０ａは、トンネル１２内の既知座標値（ｘ，ｙ，ｚ）上に吊下げ設置され、内部にマイク１０ｅ，スピーカー１０ｆ，移動制御部１０ｄ，メモリなどが内蔵され、入出力用のキースイッチや表示部なども設けられている。
【００１６】
ヘッド部１０ｂは、中心に貫通孔１００ｂが設けられた球体部１０１ｂと、この球体部１０１ｂを上下方向に移動自在に支持する球座部１０２ｂとを備えていて、球材部１０２ｂが装置本体１０ａに旋回移動自在に支持されている。
【００１７】
移動制御部１０ｄは、旋回および上下移動機構部１０ｃに制御信号を送出して、ヘッド部１０ｂを旋回および上下方向に移動させるものであって、旋回および上下移動機構部１０ｃは、図示省略の旋回駆動モータ，上下駆動モータなどを備えている。ヘッド部１０ｂの貫通孔１００ｂ内には、ハーフミラー１０ｆと、対物レンズ１０ｇが同じ光軸上に設けられている。
【００１８】
また、貫通孔１００ｂの後端側には、接眼レンズ１０ｈが配置されていて、この接眼レンズ１０ｈには、ヘッド部１０ｂの側方に配置されたレーザー光発生器１０ｉから発射されたレーザー光Ｌが、複数の反射鏡１０ｊを介して反射させた後に、入射するようになっている。
【００１９】
一方、ヘッド部１０ｂの球体部１０１ｂには、対物レンズ１０ｇを介して、取込まれた外部光を、ハーフミラー１０ｆで反射させて入射させるＣＣＤ素子１０ｋが設けられている。
【００２０】
また、この球体部１０１ｂには、対物レンズ１０ｇを介して、取込まれたレーザー光Ｌの反射光をハーフミラー１０ｆで反射させた後に、入射させる受光部１０ｌが設けられている。
【００２１】
図４は、上述した総合計測装置１０の制御系と、主制御部３０との関係を示すブロック図である。同図において、通信部１０ｍは、装置本体１０ａ内に設けられていて、外部の主制御装置３４との間での制御信号を授受する際に用いられる。
【００２２】
以上のように構成したトンネル用総合計測装置１０においては、トンネル内の任意位置に設置される反射ターゲットを自動視準して、反射ターゲットまでの距離を測定する▲１▼．測距測角機能と、測距測角部の測定値に基づいて、予め記憶している位置情報またはパターン情報を切羽面や内壁面などのトンネル内に照射表示する▲２▼．レーザーマーキング機能と、トンネル内の任意の位置を撮影する▲３▼．撮像機能とを備えている。
▲１▼．測距測角機能
本実施例の総合計測装置１０の測距機能は、光発生器１０ｉから発射させたレーザー光Ｌを対物レンズ１０ｇを介して、反射ターゲットに照射し、反射ターゲットから反射したレーザー光を受光部１０ｌで受光し、この際の、発射および反射光の位相差に基づいて、ターゲットまでの距離と、角度とを測定する光波距離計である。
【００２３】
この場合、移動制御部１０ｄに制御信号を送出し、移動機構部１０ｃによりヘッド部１０ｂを旋回と上下移動とを組合せて行わせて、反射ターゲットの周囲をジクザクないしは迷路状に走査移動させながら、反射光を受光部１０ｌで受けて、反射エネルギーの最大点を求めることにより、反射ターゲットの中心を決定する自動視準機能も備えている。
【００２４】
図５には、本実施例の総合計測装置１０の▲１▼．測距測角機能を用いてトンネル１２内で行われる複数の作業を例示している。図５（Ａ）は、現在の切羽２２の座標値（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を測定する場合であって、この場合には、切羽２２に反射ターゲット３６を設置して、自動視準することにより切羽２２の座標値が求められる。
【００２５】
また、同図（Ｂ）に示した例は、トンネル１２の内空を測定する場合であって、この場合には、トンネル１２の内面に沿って複数の反射ターゲット３６を設置し、各ターゲット３６までの距離を求めることにより、所定の演算式より内空の大きさを求めることができる。
【００２６】
さらに、同図（Ｃ）に示すように、トンネル１２内の任意の位置に反射ターゲット３６を設置して、自動視準させることにより任意の位置の座標値が求められる。
▲２▼．レーザーマーキング機能
この機能は、トンネル１２の切羽面２２に削孔位置のパターンをスポットにより表示したり、あるいは、セントル型枠１６の設置位置，支保工２６の建込み位置，中央排水設備２０の設置位置をスポットにより表示する機能である。
【００２７】
この機能は、光発生器１０ｉから発射した光Ｌを移動制御部１０ｄにより制御することにより発揮させることができる。この場合、削孔位置のパターン情報は、切羽２２の位置座標と対応させて、予めメモリに記憶させておく。
【００２８】
また、セントル型枠１６の設置位置，支保工２６の建込み位置，中央排水設備２０の設置位置は、支保工２６は、トンネル掘削のサイクル毎に設定する必要があり、また、セントル型枠１６や中央排水設備２０は、予め設定することができる。従って、例えば、掘削サイクル数などに対応させて、予めメモリに記憶させておく。
【００２９】
図６には、本実施例の総合計測装置１０の▲２▼．レーザーマキング機能を用いてトンネル１２内で行われる複数の作業を例示している。同図（Ａ）は、削孔パターンを切羽２２に表示する場合であって、このような削孔パターンを表示させる場合には、図５（Ａ）で示したように、総合計測装置１０の▲１▼．測距測角機能を用いて、切羽２２の座標値（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を求める。
【００３０】
切羽２２の座標値（ｘ1，ｙ1，ｚ1）が求められると、この座標値に対応して削孔パターンが記憶されているので、この削孔パターンを読み出して、レーザー光発生器１０ｉを作動させて、移動機構部１０ｃを移動制御部１０ｄにより制御すると、レーザー光のスポットで削孔位置を示す所定の削孔パターンが切羽２２に表示される。
【００３１】
図６（Ｂ）は、支保工２６の建込み位置を指示する場合であって、この場合には、支保工２６の建込み位置は、掘削サイクル数によって決まるので、現在の掘削サイクル数を入力すると、支保工２６の建込み位置が判る。
【００３２】
支保工２６の建込み位置が判ると、レーザー光発生器１０ｉを作動させて、移動機構部１０ｃを移動制御部１０ｄにより制御すると、支保工２６の建込み位置がトンネル１２の内壁面に表示される。
【００３３】
この場合、支保工２６は、１回の掘削サイクルで複数本使用されるので、その使用本数に対応させて表示させることもできる。図６（Ｃ）は、セントル型枠１６の設置位置をマーキングする場合であり、同図（Ｄ）は、中央排水設備２０のセンタードレン１８をマーキングする場合であって、これらはいずれも支保工２６の設置位置をレーザーマーキングする場合と実質的に同じなのでその説明を省略する。
▲３▼．撮像機能
この機能は、トンネル１２内の任意の位置を撮影する機能であって、対物レンズ１０ｇを介して、入射する外部光を第１ハーフミラー１０ｆを介してＣＣＤ素子１０ｋに受光させ、ＣＣＤ素子１０ｋの出力信号を電気的に処理して、主制御部３０や主制御装置３４のモニター画像に表示したり、あるいは、画像信号を記録することもできる。
【００３４】
図７には、本実施例の総合計測装置１０の▲３▼．撮像機能を用いてトンネル１２内で行われる複数の作業を例示している。図７（Ａ）は、切羽２２の観察と記録である、同図（Ｂ）は、切羽２２で行われている坑内作業の観察，監視を行う場合を示している。
【００３５】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかるトンネル用総合計測装置によれば、トンネル内において行われる測距，レーザーマーキング，監視などの作業を１台の装置で行うことにより、スペースの効率的な利用や、測量，計測の自動化などが図れる。
【００３６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるトンネル用総合計測装置の一実施例を示す使用状態の説明図である。
【図２】図１の総合計測装置の側面説明図である。
【図３】図１の総合計測装置の側面説明図である。
【図４】図１に示した総合計測装置の電気系統のブロック構成図である。
【図５】図１に示した総合計測装置の測距機能を利用する作業の説明図である。
【図６】図１に示した総合計測装置のレーザーマーキング機能を利用する作業の説明図である。
【図７】図１に示した総合計測装置の撮像機能を利用する作業の説明図である。
【符号の簡単な説明】
１０        総合計測装置
１０ａ      装置本体
１０ｂ      ヘッド部
１０ｃ      移動機構部
１０ｄ      移動制御部
１０ｉ      光発生器
１０ｋ      ＣＣＤ素子
１０ｌ      受光部
１２        トンネル
１４        基準ターゲット
２２        切羽
２６        支保工
【図１】
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【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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