(57)【要約】【課題】二次元方向の変位と回転変位とを同一の手段で計測できる、シールド推進工法における推進体の推進軌跡の計測装置を提供する。【解決手段】前方及び後方の二次元ターゲット１６を撮像する一対のＣＣＤ撮像手段と、前方及び後方のＣＣＤ撮像手段によって撮像される二次元ターゲットとを有する中間計測機４ａ，４ｂ，４ｃと、最後方の中間計測機４ｃの上記ターゲット１６を撮像するＣＣＤ撮像手段と、上記最後方の撮像手段によって撮像される二次元ターゲットとを有する計測基点計測機６と、最前方の上記中間計測機のＣＣＤ撮像手段によって撮像される二次元先端ターゲットを設けた先端計測機５と、各ターゲット１６とこれを撮像する各計測機間の距離を求めることのできる距離計測手段と、上記各ＣＣＤ撮像手段から得られる画像変位情報と、上記距離計測手段から得られる距離情報とに基づいて、上記各ターゲット間又は各計測機間の変位を求めるとともに、計測基点に対するシールド掘進機１及び埋設管２の推進軌跡を求める演算手段７とを備えて構成される。【選択図】  図１
2004184094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機の後方に埋設管を接続して、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体の推進位置の計測装置であって、前方の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、後方の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、前方及び後方のＣＣＤ撮像手段によって撮像される二次元ターゲットとを有し、地中を推進する上記埋設管内に所定間隔をあけて設けられる中間計測機と、
計測基点に配置され、最後方に配置された上記中間計測機の上記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、上記最後方に配置された上記中間計測機の撮像手段によって撮像される二次元ターゲットとを有する計測基点計測機と、
上記シールド掘進機又はこれに続く埋設管内に設けられ、最前方に配置された上記中間計測機のＣＣＤ撮像手段によって撮像される二次元先端ターゲットを設けた先端計測機と、
各ターゲットとこれを撮像する各計測機間の距離を求めることのできる距離計測手段と、
上記各ＣＣＤ撮像手段から得られる画像変位情報と、上記距離計測手段から得られる距離情報とに基づいて、上記各ターゲット間又は各計測機間の変位を求めるとともに、計測基点に対するシールド掘進機及び埋設管の推進軌跡を求める演算手段とを備える、シールド推進工法における推進体の推進軌跡の計測装置。
【請求項２】
上記中間計測機は、上記二つのＣＣＤ撮像手段を背中合わせに連結して一体化する一方、
上記一体化した撮像手段の軸方向中央の外周部から、前方のＣＣＤ撮像手段及び後方のＣＣＤ撮像手段によって撮像できる二次元ターゲットを延出形成した、請求項１に記載のシールド推進工法における推進体の推進軌跡の計測装置。
【請求項３】
上記先端計測機は、後方の中間計測機のターゲットを撮像して画像情報を出力できるＣＣＤ撮像手段を備える、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の推進シールド工法における推進体の推進軌跡の計測装置。
【請求項４】
上記演算手段は、上記距離情報と、撮像された上記ターゲット画像の二次元方向変位及び角度変位に基づいて、上記各ターゲット又は各中間計測機の相対変位を求めるとともに、これらターゲット又は各中間計測機の上記計測基点に対する推進位置を求める推進位置演算手段を含んで構成されている、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体の推進軌跡の計測装置。
【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体の推進軌跡の計測装置。
【請求項６】
上記距離計測手段は、
向かい合う一方の計測機に設けられるとともに光源部と受光部とを有する光波距離計と、
向かい合う他方の計測機に設けられて、上記光源部から発せられた光を上記受光部に向けて反射する反射部材とを備えて構成されている、請求項１から請求項５のいずれかに記載の推進シールド工法における推進体の推進軌跡の計測装置。
【請求項７】
上記距離計測手段の上記光源部から照射される光によって上記二次元ターゲットを照射し、上記ＣＣＤ撮像手段に撮像させるように構成されている、請求項６に記載の推進シールド工法における推進体の推進軌跡の計測装置。
【請求項８】
上記距離計測手段は、各計測機間に介挿され、上記ターゲット間又は上記計測機間の距離を計測しあるいは設定できるスケール部材を備えて構成されている、請求項１から請求項５のいずれかに記載の推進シールド工法における推進体の推進軌跡の計測装置。
【請求項９】
シールド掘進機の後方に埋設管を接続して、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体の推進位置の計測装置であって、前方又は後方の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、埋設管の軸方向に所定間隔を開けて配置され、前方又は後方に配置されたＣＣＤ撮像手段によって撮像される一対の離間ターゲットとを有する中間計測機と、計測基点に配置され、最後方に配置された上記中間計測機の上記離間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、又は上記最後方の中間計測機の上記ＣＣＤ撮像手段によって撮像される一対の離間ターゲットを有する計測基点計測機と、
上記シールド掘進機又はこれに接続された上記埋設管に設けられ、最前方に配置された上記中間計測機のＣＣＤ撮像装置によって撮像される一対の離間ターゲット、又は後方の中間計測機に設けた一対の離間ターゲットを撮像できるＣＣＤ撮像装置を有する先端計測機と、
各ターゲットとこれを撮像する各計測機間の距離を計測できる距離計測手段と、
上記各ＣＣＤ撮像手段から得られる画像変位情報と、上記距離計測手段から得られる距離情報とに基づいて、上記各ターゲット間又は各計測機間の変位を求めるとともに、計測基点に対するシールド掘進機及び埋設管の推進軌跡を求める演算手段とを備える、シールド推進工法における推進体の推進軌跡の計測装置。
【請求項１０】
シールド掘進機の後方に埋設管を接続して、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体の推進位置の計測方法であって、
前方の二次元ターゲット及び／又は後方の二次元ターゲットを撮像手段によって撮像してこれらの変位画像情報を出力する撮像行程と、
各ターゲットとこれを撮像する各撮像手段との距離を求める距離計測行程と、上記変位画像情報及び上記距離情報から、各ターゲットの二次元相対変位を求める二次元相対変位演算行程と、
上記変位画像情報及び上記距離情報から、各ターゲットを配置した掘進機又は埋設管の相対角度変位を求める相対角度変位演算行程と、
上記二次元相対変位演算行程及び上記相対推進角度演算行程においてもとめた相対変位情報と上記相対推進角度情報に基づいて、推進基点を基準とした掘進機及び埋設管の推進位置及び推進方向を求める推進軌跡演算行程とを含む、推進シールド工法における推進体の推進位置の計測方法。
【請求項１１】
シールド掘進機の後方に埋設管を接続して、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体の推進位置の計測方法であって、
前方又は後方を推進する掘進機又は埋設管に設けた一対の離間ターゲットを撮像手段によって撮像してこれらの変位画像情報を出力する撮像行程と、
上記離間ターゲットとこれを撮像するＣＣＤ撮像手段の間の距離を計測する距離計測行程と、
上記変位画像情報及び上記距離情報から、上記掘進機及び埋設管の相対変位を求める相対変位演算行程と、
上記一対の離間ターゲットの相対変位から、これを設けた掘進機又は埋設管の相対推進角度を求める相対推進角度演算行程と、
上記相対変位演算行程及び上記相対推進角度演算行程においてもとめた、相対変位情報と上記相対推進角度情報に基づいて、推進基点を基準とした掘進機及び埋設管の推進位置及び推進方向を求める推進軌跡演算行程とを含む、推進シールド工法における推進体の推進位置の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、シールド推進工法における推進体の推進軌跡の計測装置ならびに計測方法に関する。
【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上記シールド掘進機に連結した埋設管を推し進めて敷設するシールド推進工法が採用されることが多い。
【０００３】
上記推進シールド工法において、埋設管を計画した位置に敷設するには、地中を掘進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。上記シールド掘進機及び埋設管の推進軌跡を計測する装置として、下記の特許出願がなされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２５２０号
【特許文献２】
特開２０００−３９３２０号
【０００５】
上記特許文献１に記載された位置計測装置は、基点計測ユニットと、被測点計測ユニットと、中間計測ユニットとを設けるとともに、これら計測ユニット間の距離を計測できる光波距離計及び光反射手段を備えて構成される。上記各計測ユニットは、前方及び／又は後方に拡散光を発する光源と、前方及び／又は後方からの拡散光を集光する集光手段及び受光手段を備える。上記受光手段によって検出した上記光源の方向と、上記距離計で求められた距離に基づいて、計測基点に対する各計測ユニットの位置を演算手段で演算して求めるように構成されている。
【０００６】
上記特許文献２に記載された位置計測装置は、レーザビーム発生手段とこのレーザビームの受光位置を検出できる位置検出用受光手段とによって推進位置を計測できるように構成するとともに、拡散光を発する光源及びこの拡散光の受光位置に基づいて光源の方向を検出できる姿勢検出用受光手段とによって、推進体の推進姿勢を検出できるように構成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載された位置計測装置は、推進位置を検出するために一つの光源から発生する拡散光を用いている。上記受光手段によって、上記光源の二次元方向の変位を検出することができる。ところが、上記光源の回転変位、すなわち、推進体の軸周りの回転を検出することはできない。したがって、推進体が回転しながら推進している場合には、上記光源の二次元変位が、推進体の推進方向が変わったことによるものか、推進体が軸周りに回転して生じるものかを判断することができない。このため、軸周りの回転角度変位を検出する計測装置を別途設けるとともに、この回転角度変位による上記二次元変位を補正して、推進位置を決定する必要がある。
【０００８】
上記特許文献２に記載された位置計測装置は、上記文献１に記載された問題を解決するために、位置検出用のレーザビーム発生手段及び受光手段と、上記推進体の回転姿勢を検出するための光源及び受光手段とを設けて構成されている。上記構成によって、推進体の回転姿勢を検出することが可能となる。
【０００９】
しかしながら、光源に拡散光を採用しているために、位置検出用の手段と、回転変位検出用の手段とを別途設けなければならない。このため、装置が複雑になるとともに、製作コストも大きくなる。
【００１０】
本願発明は、上記従来の問題を解決するものであって、上記従来の問題を解決し、二次元方向の変位と回転変位とを同一の手段で計測できる、シールド推進工法における推進体の推進軌跡の計測装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、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、シールド掘進機の後方に埋設管を接続して、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体の推進位置の計測装置であって、前方の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、後方の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、前方及び後方のＣＣＤ撮像手段によって撮像される二次元ターゲットとを有し、地中を推進する上記埋設管内に所定間隔をあけて設けられる中間計測機と、計測基点に配置され、最後方に配置された上記中間計測機の上記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、上記最後方に配置された上記中間計測機の撮像手段によって撮像される二次元ターゲットとを有する計測基点計測機と、上記シールド掘進機又はこれに続く埋設管内に設けられ、最前方に配置された上記中間計測機のＣＣＤ撮像手段によって撮像される二次元先端ターゲットを設けた先端計測機と、各ターゲットとこれを撮像する各計測機間の距離を求めることのできる距離計測手段と、上記各ＣＣＤ撮像手段から得られる画像変位情報と、上記距離計測手段から得られる距離情報とに基づいて、上記各ターゲット間又は各計測機間の変位を求めるとともに、計測基点に対するシールド掘進機及び埋設管の推進軌跡を求める演算手段とを備えて構成される。
【００１３】
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。
【００１４】
上記二次元ターゲットの形態は特に限定されることはなく、二次元の方向変位と回転角度変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方向の変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変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、円形のターゲットでは回転角度変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変位と、回転変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。
【００１５】
また、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、両ＣＣＤ撮像手段によって撮像される一つのターゲットを採用することもできる。
【００１６】
たとえば、請求項２に記載した発明のように、上記中間計測機を、上記二つのＣＣＤ撮像手段を背中合わせに連結して一体化する一方、上記一体化した撮像手段の軸方向中央の外周部から、前方のＣＣＤ撮像手段及び後方のＣＣＤ撮像手段によって撮像できる二次元ターゲットを延出形成することができる。
【００１７】
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撮像素子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。たとえば、ＬＥＤ光源等を用いてターゲットを照射する一方、ターゲットを反射性のシートで形成し、光源からの光を上記シートに反射させて、上記ＣＣＤ撮像手段に受光させることもできる。
【００１８】
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。
【００１９】
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、発光体の光を前方及び後方にむけて照射し、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。
【００２０】
上記中間計測機を設ける間隔は、前後のターゲットを撮像できれば、特に限定されることはない。また、各埋設管ごとに設ける必要はなく、たとえば、埋設管５本に１箇所の割合で中間計測機を設けることができる。
【００２１】
計測基点、たとえば推進基点となる位置には、上記計測基点計測機が配置される。上記計測基点計測機には、前方の中間計測機、すなわち、その時点の推進軌跡の最後方に配置された上記中間計測機の上記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、上記最後方に配置された上記中間計測機の撮像手段によって撮像される二次元ターゲットとが設けられる。これにより、上記推進基点計測機の位置及び方向を基準とする、各計測機又はターゲットの変位を求めることが可能となる。
【００２２】
一方、推進軌跡の最先端に位置する掘進機又はこれに続く埋設管には、後方に配置された上記中間計測機のＣＣＤ撮像手段によって撮像される二次元先端ターゲットを設けた先端計測機が設けられる。上記二次元先端ターゲットも、上記中間計測機に設けたターゲットと同様の形態に形成される。上記ターゲットを後方のＣＣＤ撮像手段によって撮像するとともに、これらの距離を計測することにより、上記先端計測機の上記撮像手段に対する変位を求めるとともに、掘進機及び埋設管の推進軌跡を求めることが可能となる。
【００２３】
さらに、請求項３に記載した発明を採用することにより、上記先端計測機を設けた掘進機又は埋設管の角度変位を求め、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ことができる。請求項３に記載した発明は、上記先端計測機が、後方の中間計測機のターゲットを撮像して画像情報を出力できるＣＣＤ撮像手段を備えて構成されるものである。先端計測機に上記ＣＣＤ撮像手段を設けることにより、上記後方の中間計測機を設けた埋設管に対する角度変位を求めることが可能となる。
【００２４】
上記距離計測手段も特に限定されることはなく、各ターゲットとこれを撮像する各計測機間の距離を計測できれば種々の手段を採用できる。上記各ターゲットとこれを撮像する各計測機間の距離は、直接的に求めるものであっても、間接的に求めるものであってもよい。
【００２５】
たとえば、請求項６に記載した発明のように、上記距離計測手段を、向かい合う一方の計測機に設けられるとともに光源部と受光部とを有する光波距離計と、向かい合う他方の計測機に設けられて、上記光源部から発せられた光を上記受光部に向けて反射する反射部材とを備えて構成することができる。
【００２６】
上記光波距離計は、発射光の波長の変化を計測して距離を求めるものであり、種々の形態の光波距離計を採用できる。たとえば、光波距離計の受光手段近傍に上記光源部を設けるとともに、反射部材として再帰反射シートを採用することができる。
【００２７】
また、上記光波距離計を採用する場合、請求項７に記載した発明のように、上記距離計測手段の上記光源部から発せられる光によって、上記二次元ターゲットを照射し、上記ＣＣＤ撮像手段に撮像させるように構成することができる。
【００２８】
また、請求項８に記載した発明のように、上記距離計測手段を、各計測機間に介挿され、上記ターゲット間又は上記計測機間の距離を計測しあるいは設定できるスケール部材を備えて構成することができる。
【００２９】
たとえば、両端部をユニバーサル継手を介して上記各中間計測機に連結される棒状のスケール部材を介挿しながら、上記中間計測機を埋設管内に配置することができる。これにより、各計測機間の距離、あるいは撮像対象となるターゲットとＣＣＤ撮像手段との距離を容易に求めることができる。
【００３０】
上記演算手段は、上記各ＣＣＤ撮像手段から得られる画像変位情報と、上記距離計測手段から得られる距離情報とに基づいて、上記各ターゲット間又は各計測機間の変位を求めるとともに、計測基点に対するシールド掘進機及び埋設管の推進軌跡を求めることができるように構成される。
【００３１】
本願発明は、二次元画像解析によって、撮像されたターゲット画像の二次元相対変位と相対角度変位を求めるように構成される。画像解析を採用することにより、一つのＣＣＤ撮像手段によって、上記二つのデータを得ることが可能となり、装置を簡単に構成することができる。
【００３２】
たとえば、請求項４に記載した発明のように、上記演算手段を、上記距離情報と、撮像された上記ターゲット画像の二次元方向変位及び角度変位に基づいて、上記各ターゲット又は各中間計測機の相対変位を求めるとともに、これらターゲット又は各中間計測機の上記計測基点に対する推進位置を求める推進位置演算手段を含んで構成することができる。
【００３３】
上記ターゲットの撮像基準点は、連続する埋設管が直線状に推進する場合の位置、すなわち、推進開始時の位置に設定できる。上記基準点にある画像をあらかじめ演算手段等に記憶させておき、変位したターゲットの像の位置及び回転角度と比較することにより、二次元方向変位量と回転角度変位量とを求めることができる。
【００３４】
本願発明では、中間計測機に設けたターゲットを前後のＣＣＤ撮像手段によって撮像することにより、上記ターゲット画像の変位が、埋設管の屈曲変位によって生じたものか、あるいは埋設管の軸周りの回転によって生じたものかを判断することが可能となる。これにより、隣接する計測機管の変位を精度高く計測することが可能となる。これら各計測機間の相対座標変位を、計測基点に対する座標に変換することにより、各計測機の位置を精度高く求めることができる。
【００３５】
本願の請求項９に記載した発明は、シールド掘進機の後方に埋設管を接続して、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体の推進位置の計測装置であって、前方又は後方の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、埋設管の軸方向に所定間隔を開けて配置され、前方又は後方に配置されたＣＣＤ撮像手段によって撮像される一対の離間ターゲットとを有する中間計測機と、計測基点に配置され、最後方に配置された上記中間計測機の上記離間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、又は上記最後方の中間計測機の上記ＣＣＤ撮像手段によって撮像される一対の離間ターゲットを有する計測基点計測機と、上記シールド掘進機又はこれに接続された上記埋設管に設けられ、最前方に配置された上記中間計測機のＣＣＤ撮像装置によって撮像される一対の離間ターゲット、又は後方の中間計測機に設けた一対の離間ターゲットを撮像できるＣＣＤ撮像装置を有する先端計測機と、各ターゲットとこれを撮像する各計測機間の距離を計測できる距離計測手段と、上記各ＣＣＤ撮像手段から得られる画像変位情報と、上記距離計測手段から得られる距離情報とに基づいて、上記各ターゲット間又は各計測機間の変位を求めるとともに、計測基点に対するシールド掘進機及び埋設管の推進軌跡を求める演算手段とを備えて構成される。
【００３６】
請求項１に記載した発明では、各計測機あるいはターゲットの基点に対する座標を求めて推進軌跡を求めることができる。ところが、計測時点での掘進機の推進方向が上記計画軌跡に向かっていれば、掘進機の推進方向を変更する必要がないか、変更してもその制御量は少なくてもよい。したがって、上記掘進機の推進方向を求めることにより、掘進機の制御を正確かつ容易に行うことができる。掘進機の推進方向を求めるには、それまでの推進軌跡から掘進機を方向を推定するか、あるいは請求項３に記載した発明に係る先端計測機を設けなければならない。しかし、推進軌跡から推進方向を推定する手法では、精度の高い制御を行うことができない。一方、請求項３に記載した発明では、先端計測機を掘進機に設けなければならないが、掘進機には掘進機構のみならず、種々の装置が搭載されており、ＣＣＤ撮像手段を設けるスペースが確保できない場合もある。
【００３７】
請求項９に記載した発明は、所定距離だけ離間させた一対のターゲットを一つのＣＣＤ撮像装置によって撮像する。これらターゲットを撮像した一対の画像が基準位置にある場合は、ターゲットを設けた掘進機あるいは埋設管と、ＣＣＤ撮像手段を設けた埋設管とが一直線状にあることになる。一方、上記一対の画像が基準位置から変位している場合には、上記ターゲットを設けた掘進機あるいは埋設管が、ＣＣＤ撮像手段を設けた埋設管に対して角度変位が生じていることになる。上記一対のターゲット間の距離、及び各ターゲットとこれを撮像するＣＣＤ撮像手段の間の距離は既知であるから、上記一対のターゲットを設けた掘進機あるいは埋設管のＣＣＤ撮像手段を設けた埋設管に対する推進角度を求めることができる。
【００３８】
上記一対のターゲットを各中間計測機にそれぞれ設けて、各中間計測機を設けた埋設管の相対推進角度を求めるとともに、先端ターゲットを掘進機に設け、掘進機の基点に対する推進方向を容易に求めることができる。掘進機に上記一対のターゲットを設けるだけで、推進方向を計測できるため、計測機を設置するのに必要なスペースを削減することが可能となる。また、装置の構成がが簡単になるため、計測装置のコストを削減することも可能となる。
【００３９】
なお、上記ＣＣＤ撮像手段、上記各ターゲット、上記距離計測手段は、請求項１に記載した発明に係るものと同様のものを採用できる。また、上記演算手段は、上記離間ターゲット間の画像変位情報と離間ターゲット間の距離とから上記離間ターゲットを設けた掘進機あるいは埋設管の相対角度変位を求め、この相対角度変位と上記距離計測手段からの距離情報から上記掘進機及び埋設管の推進位置及び推進角度を求めるように構成される。
【００４０】
本願の請求項１０に記載した発明は、シールド掘進機の後方に埋設管を接続して、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体の推進位置の計測方法であって、前方の二次元ターゲット及び／又は後方の二次元ターゲットを撮像手段によって撮像してこれらの変位画像情報を出力する撮像行程と、各ターゲットとこれを撮像する各撮像手段との距離を求める距離計測行程と、上記変位画像情報及び上記距離情報から、各ターゲットの二次元相対変位を求める二次元相対変位演算行程と、上記変位画像情報及び上記距離情報から、各ターゲットを配置した掘進機又は埋設管の相対角度変位を求める相対角度変位演算行程と、上記二次元相対変位演算行程及び上記相対推進角度演算行程においてもとめた相対変位情報と上記相対推進角度情報に基づいて、推進基点を基準とした掘進機及び埋設管の推進位置及び推進方向を求める推進軌跡演算行程とを含んで構成される。
【００４１】
本願の請求項１１に記載した発明は、シールド掘進機の後方に埋設管を接続して、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体の推進位置の計測方法であって、前方又は後方を推進する掘進機又は埋設管に設けた一対の離間ターゲットを撮像手段によって撮像してこれらの変位画像情報を出力する撮像行程と、上記離間ターゲットとこれを撮像するＣＣＤ撮像手段の間の距離を計測する距離計測行程と、上記変位画像情報及び上記距離情報から、上記掘進機及び埋設管の相対変位を求める相対変位演算行程と、上記一対の離間ターゲットの相対変位から、これを設けた掘進機又は埋設管の相対推進角度を求める相対推進角度演算行程と、上記相対変位演算行程及び上記相対推進角度演算行程においてもとめた、相対変位情報と上記相対推進角度情報に基づいて、推進基点を基準とした掘進機及び埋設管の推進位置及び推進方向を求める推進軌跡演算行程とを含んで構成される。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明に係る実施の形態を図に基づいて具体的に説明する。
【００４３】
図１に、本願発明に係る計測装置を設けた掘進機１及びこれに列状に連結された複数の埋設管２から構成される推進体が地中を推進している状態の平面図を示す。なお、理解を容易にするため、図では、紙面に沿う方向の変位及び角度を示しているが、実際には、３次元の変位が生じている。また、実施の形態では、３つの中間計測機を設けたが、推進距離等に応じて必要な数の中間計測機が用いられる。
【００４４】
本実施の形態に係る推進軌跡の計測装置は、埋設管列の内部に所定の間隔で配置される中間計測機４ａ，４ｂ，４ｃと、掘進機１に設けられる先端計測機５と、推進基点Ｓに設けられる基点計測機６と、上記各計測機から得られるデータに基づいて、各計測機の推進位置を求めることができるプログラムを実行するコンピュータ７及びディスプレイ７ａとを備えて構成される。
【００４５】
図２は、図１における上記中間計測機４ａ，４ｂ，４ｃを配置した埋設管内の構造を示す縦断面図である。図３は、図２における  ＩＩＩ−ＩＩＩ  線に沿う断面図である。これらの図に示すように、各中間計測機４には、前方を向けたＣＣＤ撮像素子８と、後方を向けたＣＣＤ撮像素子９と、両側面にターゲット１６，１６を形成した基板１０と、前方を向けた光波距離計１１と、後方を向けた光波距離計１２と、これらの機器を設置した台車１３とを備えて構成されている。上記台車１３には、４つの車輪１４が設けられており、埋設管列内を軸方向に移動できるように構成されている。図３に示すように、各埋設管２の下部には、送泥管１５と排泥管１６とが配置されており、これら送泥管１５及び排泥管１６の上方空間に、上記中間計測機４が配置される。
【００４６】
上記前方を向けたＣＣＤ撮像素子８と後方を向けたＣＣＤ撮像素子９とは、背面が上記基板１０に接合されて一体化されている。また、前方を向けた光波距離計１１と後方を向けた光波距離計１２とが、上記ＣＣＤ撮像素子８，９と同様に背部が上記基板１０に接合されて一体化されている。
【００４７】
図３に示すように、本実施の形態では、上記基板１０は、ＣＣＤ撮像素子８，９及び光波距離計１１，１２を保持した部分から左右側方に延出する大きさに形成されており、この左右延出部にそれぞれターゲット１６を設けている。また、上記ターゲット１６は、上記基板１０の前方面と後方面とにそれぞれ形成されている。上記ターゲット１６は、上記光波距離計１１の光源部１７から発せられるＬＥＤ光を反射できる反射テープを貼着して構成されている。また、上記ターゲット１６は、上記ＣＣＤ撮像素子によって得えられた画像の上下方向への偏位と図心周りの回転角度を計測できる形状に形成されている。なお、上記ターゲットの数及び形状は特に限定されるものではない。
【００４８】
本実施の形態に係る上記光波距離計１１は、上記光源部１７から発せられたＬＥＤ光を、上記ターゲット１６によって受光部１９に向けて反射させ、ＬＥＤ光の波長のずれから上記光波距離計１１と上記ターゲット１６の距離を計測できるように構成されている。
【００４９】
本実施の形態では、上記光波距離計１１の光源部１７から発生させられるＬＥＤ光を利用して、上記ターゲット１６を上記ＣＣＤ撮像素子８，９に撮像させ、上記ターゲット１６の変位を計測できるように構成している。上記ＣＣＤ撮像素子８，９は、上記ターゲット１６の全範囲を撮像できるように調整されており、必要に応じてレンズが組み合わされる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、上記光波距離計１１，１２のＬＥＤ光を利用して、ターゲットの画像を撮像するように構成したが、撮像用の光源を別途設けることもできる。また、本実施の形態では、光波距離計のＬＥＤ光を利用してターゲットの画像をＣＣＤ撮像素子に撮像させるように構成しているため、前後方向を向けた一対の上記光波距離計１１，１２を設けたが、距離のみ計測する場合には、前方又は後方の光波距離計で足りる。
【００５１】
本実施の形態では、図１に示すように、埋設管５本に一つの割合で中間計測機４ａ，４ｂ，４ｃを設置している。また、掘進機１には、ターゲット１６と、後方の中間計測機４ａのターゲット１６を撮像できるＣＣＤ撮像素子を備える先端計測機５を設置している。なお、上記先端計測機５に設けたＣＣＤ撮像素子は、上述した中間計測機のものと同様であるので説明は省略する。
【００５２】
図４に上記ターゲット１６をＣＣＤ撮像素子で撮像した画面１８を示す。画面１８の中央部に撮像された画像１６ａは、ターゲット１６を配置した埋設管又は掘進機の軸と、このターゲットを撮像するＣＣＤ撮像素子を設けた埋設管の軸が一致した場合の画像である。すなわち、推進開始時に、上記ターゲット１６が上記画面１８の原点Ｏに位置するように、上記ターゲット１６及び上記ＣＣＤ撮像素子８，９が調整されて推進が開始される。
【００５３】
上記掘進機１及び上記埋設管２が屈曲して推進すると、上記ターゲット１６の画像が、１６ａの基準位置から１６ｂの位置まで変位する。また、変位後の上記ターゲット画像１６ｂには、ｚ軸に対して角度変位θが生じている。上記各画像は上記コンピュータに出力され、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Ｚ方向の変位ｘ，ｚと、回転変位θが自動的に求められる。
【００５４】
図１及び図２に示すように、各中間計測機４には、前方を向けたＣＣＤ撮像素子８と後方を向けたＣＣＤ撮像素子９とが設けられているとともに、基板１０の前後面に上記ターゲット１６，１６を設けられている。これにより、隣接して設けられる中間計測機の上記ターゲットを互いに撮像し合うように構成されている。また、先端測定機５のターゲット１６を最前方に配置された中間測定機４ａのＣＣＤ撮像素子で撮像するとともに、上記先端測定機５に設けたＣＣＤ撮像素子によって上記中間測定機４ａのターゲットを撮像できるように構成されている。
【００５５】
たとえば、図５に示す基点計測機６から中間計測機４ｃのターゲットを撮像すると、上記ＣＣＤ撮像素子による計測値（ｘ，ｚ，θ）と光波距離計からの距離データＬ０  から、基点計測機６の軸２０に対する中間計測機４ｃのターゲットの方向角度α０  及びターゲットの位置座標が求まる。しかしながら、上記ターゲットの方向角度α０  と位置座標が求まっただけでは、上記中間計測機４ｃの前方に配置された中間計測機４ｂの方向角度及び位置座標を求めることができない。なぜなら、上記情報のみでは、中間計測機４ｃを設置した埋設管の軸がどの方向に向いているかを求めることはできないからである。
【００５６】
本実施の形態では、上記中間計測機４ｃに、後方を向けたＣＣＤ撮像素子を設けて、上記基点計測機６に設けたターゲットを撮像し、中間計測機４ｃの軸２１に対する対向角度β０  を求めることができる。これにより、上記中間計測機４ｃと基点計測機６の各軸２０，２１に対する対向角度α０  ，β０  を求めることができる。
【００５７】
図５から明らかなように、各中間計測機４ａ，４ｂ，４ｃ及び掘進機１の各対向角度α１  ，β１  ，α２  ，β２  ，α３  ，β３  と、距離Ｌ１  ，Ｌ２  ，Ｌ３  が求まると、隣合う上記各中間計測機の相対位置と相対推進角度とを求めることが可能となる。上記各中間計測機のデータを用いて、上記基点計測機６を設けた位置及び方向を基準として各中間計測機の相対変位を順次座標変換すると、上記各中間計測機の上記基点計測機６に対する推進位置が求まり、先端掘進機までの推進軌跡が求まる。また、上記掘進機１の掘進方向も求まる。
【００５８】
図６に示すフローチャートに基づいて、本実施の形態に係る計測方法及び掘進機の掘進方向を求める手順を説明する。
【００５９】
まず、推進作業の開始時には（Ｓ１００でＹ）、あらかじめ設定された設計軌跡をコンピュータに読み込んで設定する（Ｓ１０１）。上記設計軌跡は、コンピュータのディスプレイ上に表示される（Ｓ１０２）。推進開始時の原点位置、高さ、角度等を上記設計軌跡の推進基点に設定する（Ｓ１０３）。
【００６０】
所定距離掘進した後、掘進作業を停止して、各中間計測機によって計測を行い、各データ（ｘ，ｚ，θ，Ｌ）を収集する（Ｓ１０４）。これら計測データに基づいて、各中間計測機の上記推進基点に対する推進位置と推進方向とを演算によって求める（Ｓ１０５）。そして、各中間計測機及び先端計測機の位置、すなわち、これを設けた掘進機及び埋設管の位推進置と推進方向を上記ディスプレイ上に表示する。（Ｓ１０６）。
【００６１】
さらに、上記設計軌跡と計測した上記推進軌跡との偏位量が計算されるとともにディスプレイ上に表示され（Ｓ１０７，Ｓ１０８）、この偏位量に基づいて、必要があれば掘進機の方向が制御される（Ｓ１０９）。なお、本実施の形態では、上記データの計測及び演算が自動的に行われ、上記偏位量が求められる。
【００６２】
上記各計測データは順次保存され（Ｓ１１０）、少なくとも掘進機が目標点に到達するまで上記演算が繰り返される（Ｓ１１１でＮ）。目標点に到達することにより、最終データが保存されるとともに（Ｓ１１２）、推進作業が終了する。
【００６３】
なお、推進作業は、数日にわたって行われることが多い。このため、中途で工事を中断して再開した場合には（Ｓ１００でＮ）、上記行程（Ｓ１１０）で保存したデータを読み込んだ後（Ｓ１１３）、新たな位置データの計測を開始するように構成されている（Ｓ１０４）。
【００６４】
上記構成によって、各ターゲットあるいは計測機の位置を正確に求めることができる。また、対向したターゲットを撮像するＣＣＤ撮像素子の画像から、相対的な推進方向が求まるため、別途推進姿勢を求める装置等を必要としない。
【００６５】
図７から図１２に、本願発明の第２の実施の形態を示す。
【００６６】
図７に示すように、第２の実施の形態に係る推進軌跡の計測装置は、埋設管列の内部に所定の間隔で配置される中間計測機５４ａ〜５４ｃと、掘進機１に設けられる先端ターゲット５５と、推進基点Ｓに設けられる基点計測機５６と、上記各計測機から得られるデータに基づいて、各計測機及び先端ターゲットの推進位置を求めることができるプログラムを格納したコンピュータ５７とを備えて構成される。
【００６７】
図８は、図７における上記中間計測機５４ａ〜５４ｃを配置した埋設管内の縦断面図である。図９は、図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。これらの図に示すように、各中間計測機５４ａ，５４ｂ，５４ｃには、前方を向けたＣＣＤ撮像素子５８と、前方を向けた光波距離計６１と、一対のターゲット基板６０ａ，６０ｂと、これらの機器を設置した台車６３とを備えて構成されている。上記台車６３の構成、第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００６８】
上記ＣＣＤ撮像素子５８は、上記基板６０ｂの前面に接合されている。また、上記光波距離計６１も、上記ＣＣＤ撮像素子５８と同様に背部が上記基板６０ｂに接合されて、これら機器が一体化されている。
【００６９】
上記基板６０ａ及び基板６０ｂは、上記台車の上面から埋設管の軸に直交するように延出形成されており、これら基板６０ａ，６０ｂの後面に、後方の中間計測機のＣＣＤ撮像素子によって撮像される一対のターゲット６６ａ，６６ｂからなるターゲット６６が形成されている。
【００７０】
上記一対の基板６０ａ，６０ｂは、距離ｌだけ離間して設置されており、上記前方の基板６０ｂの後面に形成された大ターゲット６６ｂと小ターゲット６６ａもｌだけ離間した状態で配置されている。
【００７１】
図９に示すように、上記大ターゲット６６ｂ及び上記小ターゲット６６ａは、大きさの異なる十字形の絵柄を光反射シートを用いて形成したものである。なお、上記小ターゲット６６ａと上記大ターゲット６６ｂとで、光反射シートの色あるいは反射光が異なるように設定し、ＣＣＤ撮像素子によって撮像された画像の処理を容易に行えるように構成することができる。また、本実施の形態も第１の実施の形態と同様に、上記光波距離計６１の光源から発せられる光によって、上記ターゲットの画像を撮像できるように構成されている。なお、上記光波距離計６１によって、上記大ターゲット６６ｂあるいは上記小ターゲット６６ａとの間の距離を計測するように構成されている。
【００７２】
図１０から図１３に、掘進機５１の内部に、大ターゲット５６ｂと小ターゲット５６ａとを備えて構成される先端ターゲット５５を設ける一方、上記掘進機５１から後方２本目の埋設管５２に中間計測機５４ａを設けて、上記掘進機５１の変位を求める例を示す。なお、上記先端ターゲット５５は、上記中間計測機のターゲット６６と同様の手法で設けることができる。
【００７３】
図１０は、掘進機５１の軸と中間計測機５４ａを設けた軸とが一致した状態を表す図であり、初期設定の状態を表す図である。上記状態において、ＣＣＤ撮像素子５８を用いて上記一対のターゲット５５ａ，５５ｂを撮像すると、図１１に示す画像が得られる。
【００７４】
図１１の画面６８には、画面の原点Ｏ、Ｚ軸及びＸ軸に重なりあう、二つの十字状の画像７７ｂ，７７ａが得られる。
【００７５】
図１０の状態から推進作業を開始して、掘進機５１と後続の埋設管に変位が生じた状態を、図１２に示す。この図から明らかなように、掘進機５１と各埋設管５２には相対変位が生じるとともに、ＣＣＤ撮像素子５８とターゲット５５にも変位が生じているのが判る。
【００７６】
図１３に示すように、小ターゲット５５ａを撮像した画像７８ａには、原点ＯからＺ方向への変位ｚと、Ｘ方向への変位ｘと、回転変位θが生じていることが判る。また、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同様に、上記光波距離計６１から、上記ＣＣＤ撮像素子５８と、上記小ターゲット５５ａの間の距離Ｌを求める。そして、第１の実施の形態と同様に、上記画像７８ａの変位と上記距離Ｌとから、上記掘進機５１の小ターゲット５５ａの上記撮像素子５８に対する相対推進位置が求められる。
【００７７】
しかしながら、掘進機５１の角度姿勢を求めなければ、推進方向を求めることができない。また、各中間計測機における推進方向を求めなければ、推進基点からの座標変換を行うことができず、上記掘進機及び上記埋設管の推進基点に対する位置及び推進方向を求めることができない。
【００７８】
本実施の形態では、図１３に示すように、上記大ターゲット５５ｂと小ターゲット５５ａを撮像した画像７８ｂ，７８ａの相対変位ｘ０  ，ｚ０  を計測することができる。しかも、上記大ターゲット５５ｂと小ターゲット５５ａの離間距離ｌは既知である。
【００７９】
図１４に示すように、上記相対変位ｘ０  ，ｚ０  と離間距離ｌとによって、上記掘進機５１の軸７１と、上記中間計測機５４を設けた埋設管の軸７２の３次元の角度変位γを求めることができる。したがって、上記手法を、推進基点から適用することによって、上記掘進機５１及び各中間計測機を設けた埋設管の推進位置及び方向を求めることが可能となる。
【００８０】
第２の実施の形態では、前方又は後方を向けた一つのＣＣＤ撮像素子によって、掘進機５１及び上記中間計測機５４を設けた埋設管の推進方向を求めることができる。このため、計測装置の構造を簡略化することが可能となる。
【００８１】
本願発明は、上述の実施の形態に限定されることはない。第１の実施の形態では、シールド掘進機に後方のターゲットを撮像するＣＣＤ撮像素子を備える先端計測機を設けたが、推進軌跡から推進方向を求める場合は、これを設ける必要がない。
【００８２】
また、第１の実施の形態において、掘進機の推進角度を求めるために、第２の実施の形態に係る一対の離間ターゲットを設けることもできる。
【００８３】
また、実施の形態では、各ターゲットと各中間計測機との間の距離を光波距離計で計測したが、掘進機及び各中間計測機間に、これらの間の距離を規定できる位置決め棒のスケールを介挿して、上記距離を求めることもできる。
【００８４】
さらに、紐状体に種々の手段で計測目盛を形成し、各計測機に上記目盛を読み取れるスケール読み取り装置を設け、上記ターゲット間あるいは中間計測機間の距離を求めることもできる。
【００８５】
また、実施の形態では、光波距離計のＬＥＤ光を用いて上記ターゲットを照らし、その反射光からターゲットの画像を得るように構成したが、ターゲットを複数のＬＥＤ光源を用いて形成し、上記ＬＥＤ光源の画像を用いて計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る推進軌跡の計測装置の概要を示す平面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る埋設管内部の構造を示す縦断面図である。
【図３】図２における  ＩＩＩ−ＩＩＩ  線に沿う断面図である。
【図４】ＣＣＤ撮像素子で撮像した画面の状態を示す説明図である。
【図５】図１に係る掘進機及び埋設管の推進軌跡をもとめる手法を示す説明図である。
【図６】第１の実施の形態に係る推進軌跡の計測方法を表したフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態に係る推進軌跡の計測装置の概要を示す平面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る埋設管内部の構造を示す縦断面図である。
【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】第２の実施の形態の計測装置の説明図である。
【図１１】第２の実施の形態における計測画像の状態を表す説明図である。
【図１２】第２の実施の形態の計測装置の説明図である。
【図１３】第２の実施の形態における計測画像の状態を表す説明図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る計測方法を説明する図である。
【符号の説明】
１  掘進機
２  埋設管
４ａ  中間計測機
４ｂ  中間計測機
４ｃ  中間計測機
５  先端計測機
６  計測基点計測機
１６  ターゲット
【図１】
2004184094.tif 000003
【図２】
2004184094.tif 000004
【図３】
2004184094.tif 000005
【図４】
2004184094.tif 000006
【図５】
2004184094.tif 000007
【図６】
2004184094.tif 000008
【図７】
2004184094.tif 000009
【図８】
2004184094.tif 000010
【図９】
2004184094.tif 000011
【図１０】
2004184094.tif 000012
【図１１】
2004184094.tif 000013
【図１２】
2004184094.tif 000014
【図１３】
2004184094.tif 000015
【図１４】
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