(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計画法面と現地盤とが交差する位置に誘導するための位置誘導装置において、
現地盤上の現在位置を測定する位置測定装置と、
計画法面の形状に関する情報を記録する記憶装置と、
位置測定装置により測定された現地盤の現在位置を通る水平面を演算し、その演算された水平面と記憶装置に記憶された計画法面との交線を演算し、前記位置測定装置により測定された現地盤上の現在位置から交線上に設定された任意の仮開始点との距離及び方向を演算する演算解析装置と、
前記距離及び前記方向を表示する表示装置と
を備えることを特徴とする位置誘導装置。
【請求項２】
演算解析装置が、設定された開始点を含む所定の鉛直面に対して、位置測定装置により測定された現地盤上の現在位置の距離及び方向を演算することを特徴とする請求項１に記載の位置誘導装置。
【請求項３】
位置測定装置により測定された現地盤上の現在位置から、交線上に設定された仮開始点までの距離がゼロになったとき、その現在位置を開始点とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置誘導装置。
【請求項４】
計画法面の形状が複雑な曲面である場合、演算解析装置が、複数の多角形状の面の組み合わせとして近似で演算することにより、水平面と計画法面との交線を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の位置誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計画法面と現地の地盤（現地盤）とが交差する位置、例えば法面切り出し開始点、切り盛境界、或いは盛出し開始点（以下、法面切り出し開始点  等）に誘導するための位置誘導装置に関し、とくに土木工事に最適の位置誘導装置に関するものである。
【０００２】
ここで、法面切り出し開始点とは、現地盤を切削して法面を形成する場合に現地盤の切削を開始する位置を示す点のことである。
【０００３】
盛出し開始点とは、法面の形成のために現地盤に対して盛土が必要な場合、盛土を開始する位置を示す点である。
【０００４】
切り盛境界とは、前記切り出しと盛出しがともに必要な場合の境界のことである。
【０００５】
【従来の技術】
土木工事において、現地盤のデータが不明又は不正確であっても、丁張り設置位置つまり法面切り出し開始点等を見つける方法は公知である。
【０００６】
たとえば、まず丁張りを設置する横断面を予め決定し、その横断面に含まれる法面（直線）と、現在位置の水平面との交点を求め、その交点に対して誘導す  る。誘導の方法は、まず、横断面まで誘導し、次に横断面上を移動し、計画法面と現在位置の高さが一致する位置に丁張り設置を行う等の方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法においては、予め丁張りを設置する横断面を決定し、丁張り設置位置をポイントとして誘導するため、現場の多様な状況に対して迅速に対応できないという欠点があった。
【０００８】
たとえば、誘導された丁張り設置位置が岩等の堅い岩盤や軟弱な土壌であるため杭が敷設できない場合、或いは丁張り設置位置を急遽変更する必要が生じた場合には、新たに横断面を画面上或いは数値で指定し直さなければならなかった。
【０００９】
また、従来の方法では、丁張り設置を連続して行う場合、各丁張り毎に横断面を設定する事が必要であり、また所定の間隔で設定された横断面に従って誘導、杭打ちを順次行わなくてはならなかった。
【００１０】
本発明の目的は、従来は必須であった横断面の設定を指定することなく、計画法面と現地の地盤（現地盤）とが交差する任意の位置、例えば法面切り出し開始点等の設置位置にオペレータを、現場の状況に柔軟に対応しながら、自由かつ効率的に誘導することを可能にする位置誘導装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段の１つは、計画法面と現地盤とが交差する位置、例えば法面切り出し開始点等に誘導するための位置誘導装置において、現地盤上の現在位置を測定する位置測定装置と、計画法面の形状に関する情報を記録する記憶装置  と、位置測定装置により測定された現地盤の現地位置を通る水乎面を演算し、その演算された水平面と記億装置に記憶された計画法面との交線を演算する演算解析装置を備えることを特徴とする位置誘導装置である。
【００１２】
この位置誘導装置においては、好ましくは、位置測定装置により測定された現地盤上の現在位置から、交線上に設定された仮の法面切り出し開始点等（以下、仮開始点）までの距離がゼロになったとき、その現在位置を法面切り出し開始点等とする。そして、演算解析装置が、位置測定装置により測定された現地盤上の現在位置と、交線上に設定された任意の仮開始点との距離を演算するものであることが好ましい。
【００１３】
また、演算解析装置が、位置測定装置により測定された現地盤上の現在位置から、交線上に設定された任意の仮開始点への方向を演算するものであることが好ましい。
【００１４】
さらに、前述の位置誘導装置はオペレータに対して表示を行う。たとえば、位置測定装置により測定された現地盤上の現在位置から、交線上に設定された仮開始点までの距離と方向を表示する表示装置を設ける。
【００１５】
本発明の別の実施態様によれば、演算解析装置が、設定された開始点を含む所定の鉛直面に対して、位置測定装置により測定された現地盤の現在位置の距離及び方向を演算する。
【００１６】
また、計画法面の形状が複雑な曲面である場合、演算解析装置が、複数の多角形状の面の組み合わせとして近似で演算することにより、水平面と計画法面との交線を求めるようにすると、演算解析が効率的になる。
【００１７】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【００１８】
図１、２、３、８に示されているように、計画法面１と現地盤２が交差する法面切り出し線３上の任意の位置に誘導するための位置誘導装置である。施工状況により、図１の法面切り出し開始点３は、切り盛境界点や盛出し開始点と呼ばれる。一般に、法面切り出し開始点とは、現地盤を切削して法面を形成する場合に現地盤の切削を開始する位置を示す点である。盛出し開始点とは、法面の形成のために現地盤に対して盛土が必要な場合に盛土を開始する位置を示す点である。切り盛境界とは、切り出しと盛出しがともに必要な場合であって、それらの境界のことである。本発明による位置誘導装置は、現地盤２上の現在位置Ａ１を測定する位置測定装置８１と、計画法面１の形状及び座標に関する情報を記録する記憶装置８２と、位置測定装置８１により測定された現地盤２の現在位置Ａ１を通る水平面Ｓ１を演算し、その演算された水平面Ｓ１と記憶装置８２に記憶された計画法面１との交線Ｍ１を演算する演算解析装置８３を備えている。
【００１９】
その演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤上の現在位置Ａ１と、交線Ｍ１上の任意の点である仮開始点Ｑ１との距離及び方向を演算し、表示装置８５に距離と方向を表示し、仮開始点Ｑ１への誘導を行う。
【００２０】
位置測定装置８１の好適な例は、現地盤２上の現在位置Ａ１の座標を測定するもので、従来から測量に用いられているＧＰＳ（Ｇ１ｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｔｅｍ）や、トータルステーション、光波距離計、トランシットのような測量機器である。
【００２１】
記憶装置８２には、計画法面１の形伏及び座標に関する情報のみでなく、演算結果や測点データ等も記憶される。
【００２２】
演算解析装置８３は、CPU、演算用メモリ、キーボード等の入力手段、プリン タ等の出力手段を備えている。
【００２３】
図１は、計画法面１と、現地盤２と、それらが交差する法面切り出し線３と、現地盤２上の現在位置Ａ１と、位置測定装置８１により測定された現地盤２の現在位置Ａ１を通る水平面Ｓ１と、水平面Ｓ１と記憶装置８２に記憶された計画法面１との演算された交線Ｍ１を示している。
【００２４】
演算解析装置８３では、仮開始点Ｑ１が交線Ｍ１上の任意の位置に設定され  る。
【００２５】
たとえば、次のいずれかの方法により仮開始点Ｑ１を交線Ｍ１上の任意の位置に設定する。
【００２６】
（１）前回測定された現在位置からの経路を参照して決める仮開始点
（２）オペレータの指示により決める仮開始点
（３）今回測定された現在位置から最も近い交線Ｍ１上の仮開始点
（４）プログラムにより自動的に決められる仮開始点
演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の現在位置Ａ１と、交線Ｍ１上に設定された任意の仮開始点Ｑ１との距離を演算し、か  つ、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の現在位置Ａ１から、交線Ｍ１上に設定された任意の仮開始点Ｑ１への方向（矢印Ｌ１）を演算する。
【００２７】
図２を参照して、計画法面１と現地盤２とが交差する任意の法面切り出し開始点Ｐに誘導する手順を説明する。
【００２８】
まずオペレータは、作業地点に該当する計画法面１の形伏及び座標に関するデータを記憶装置８２にデータ入力して記録する。または、前記データが既に入力された記録媒体（メモリーカード等）をインターフェースを介して接続することで、記憶装置８２として用いても良い。
【００２９】
他方、オペレータは、位置測定装置８１により現地盤２上の１回目の現在位置Ａ１を測定する。このとき、予め設定されたプログラムにより自動的に現在位置を測定しても良い。
【００３０】
演算解析装置８３は、計画法面データと測定データに基づいて、現地盤２の１回目の現在位置Ａ１を通る１回目の水平面Ｓ１を演算し、さらに、その演算された１回目の水平面１４と記憶装置８２に記憶された計画法面１との１回目の交線Ｍ１を演算する。
【００３１】
そして、演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の１回目の現在位置Ａ１と、ｌ回目の交線Ｍ１上に前記（１）〜（４）の方法で設定された任意の１回目の仮開始点Ｑ１との距離を演算し、かつ、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の１回目の現在位置Ａ１から、１回目の仮開始点Ｑ１への方向を演算し、その結果を表示装置８５に表示する。
【００３２】
オペレータは、表示装置８５に表示された距離及び方向を参照して現地盤２上を移動する。このとき、表示される方向を厳密に守る必要はなく、現地盤２の形状及び状況に応じて移動が困難な経路を避けたり、移動に容易な経路に沿って移動する事が可能である。
【００３３】
しかるのち、位置測定装置８１により現地盤２上の２回目の現在位置Ａ２を測定する。このときも、予め設定されたプログラムにより自動的に現在位置を測定しても良い。
【００３４】
演算解析装置８３は、測定データに基いて現地盤２の２回目の現在位置Ａ２を通る２回目の水平面Ｓ２を演算し、さらに、その演算された２回目の水平面Ｓ２と記憶装置８２に記憶された計画法面１との２回目の交線Ｍ２を演算する。
【００３５】
そして、演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の２回目の現在位置Ａ２と、２回目の交線Ｍ２上に前記（１）〜（４）の方法で設定された任意の２回目の仮開始点Ｑ２との距離を演算し、かつ、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の２回目の現在位置Ａ２から、２回目の交線Ｍ２に設定された任意の２回目の仮開始点Ｑ２への方向を演算し、その結果を表示装置８５に表示する。
【００３６】
オペレータは、表示装置８５に表示された距離及び方向を参照して移動する。
【００３７】
オペレータは、このように測定と移動を繰り返し、指示誘導される距離を順次小さくし、所定の許容範囲に入れることで、任意の法面切り出し開始点Ｐ１へ誘導される。
【００３８】
図３は、法面を切り出す方向を与える方向杭の設置場所をガイドする概念図である。
【００３９】
これは設置した法面切り出し線３上にある法面切り出し開始点Ｐ１における接線と直角な鉛直面、例えば法面切り出し開始点Ｐ１に関する横断面Ｄと現地盤２との交線である方向杭設置線１９上に方向杭を設置する際の位置にオペレーターを誘導するものである。
【００４０】
矢印Ｋ１は、位置測定装置により測定された現地盤２上の現在位置Ａ３から、方向杭設置線１９への距離及び方向を示している。この距離を所定の許容範囲に収めることで、容易に方向杭を設置できる。
【００４１】
図４を参照して、複数の多角形状の組み合わせとして近似で演算する方法を説明する。
【００４２】
計画法面１の形状が複雑な曲面である場合、図４に示すように、演算解析装置８３が、複数の多角形状の面の組み合わせとして近似で演算することにより、水平面Ｓ１と計画法面１との交線Ｍ１を求める。このようにすると、演算解析が効率的になる。
【００４３】
次は、図５、６を参照して、多角形状の面の組合わせによる近似演算について説明する。
【００４４】
一般に、任意の面Cは多角形（C0,C1,C2,,,Cn）の集合として近似することができる。そして、多角形を構成する頂点は3次元（ｘ、ｙ、ｚ）の値を持つ。
【００４５】
ここで、標高値Zｓなる水平面Cｓと面Cを構成する多角形との交線上の任意の 点Ksの座標は以下の方法で求めることができる。
【００４６】
１．水平面Cｓと交差する多角形の検索
まず、面Cを構成する各多角形毎に頂点の標高値の最小値及び頂点ID、最大値 及び頂点IDをコンピュータで演算・判断し、メモリー上に表１を作成する。
【００４７】
【表１】
0004460123.tif 000002
次に、作成した表１を用い、与えられた水平面Cｓの標高値Zｓが
Zn-min≦Zs≦Zn-max
なる条件を満たす多角形Cnを、コンピューターで検索してメモリー上に表２を作成する。
【００４８】
２．水平面Cｓと交差する辺（多角形Cnを構成する）の検索
検索された多角形Cnを構成する隣り合う頂点Cn-0とCn-1、Cn-1とCn-2、、Cn-mとCn-m+1、、Cn-pとCn-0の組み合わせで（ｐは多角形の角数―１）、頂点Cn-ｍ の標高値Zn-mと頂点Cn-m+1の標高値Zn-m+1の関係が
Zn-m≦Zs≦Zn-m+1
なる条件を満たす辺Ln-ｍをコンピュータで検索し、表２に順次追加する。
【００４９】
【表２】
0004460123.tif 000003
３．水平面Cｓと交差する辺（多角形Cnを構成する）の方向ベクトルの計算
一般に3次元空間内で2点（Cn-m及びCn-m+1）を通過する直線Lの方向ベクトルU（ａ，ｂ，ｃ）は、
Ｃn-m及びCn-m+1の座標値をそれぞれ（ｘn-m、ｙn-m、ｚn-m）、（ｘn-m+1、ｙn-m+1、ｚn-m+1）としたとき、
ａ＝ｘn-m+1−ｘn-m
ｂ＝ｙn-m+1−ｙn-m      （１）式
ｃ＝ｚn-m+1−ｚn-m
で一意に求めることができる。
【００５０】
したがって、（１）式により直線Lは
ｘ＝ｘn-m＋ｔ＊a
ｙ＝ｙn-m＋ｔ＊ｂ      （２）式
ｚ＝ｚn-m＋ｔ＊ｃ      （ｔは媒介変数）
で表される。
【００５１】
４．水平面Cｓと交差する辺（多角形Cnを構成する）との交点K（ｘｋ、ｙｋ）の計算
（２）式において、ｚ＝Zsなので
ｔ＝（ｚn-m-Zs）／ｃ    （３）式
（３）式で求まったｔを順次（２）式に代入すれば、交点Kの座標（ｘｋ、ｙ ｋ）を求めることができる。
【００５２】
５．水平面Cs上で任意の点Gから所定の傾きθ０を持つ方向線GVの近傍にある 交点を求める
水平面Cs上で、点GのXY座標を（Xg、Yg）とし、４．項で求めた交点Kiの座標 を（Xi、Yi）とすれば、
点Gから交点Kiへの方向を、（４）（５）式を用いて求める。
【００５３】
θi＝arcｔａｎ（γｉ）  （４）式
ここで、γi＝（ｙｉ−ｙｇ）／（ｙｉ−ｙｇ）  （５）式
次に、求めたθiの内、
θn≦θ０≦θn＋１      （６）式
なる条件（６）式を満たす交点Kｎ及び交点Kn+1をコンピュータで検索し、決定 する。
【００５４】
６．交点Kｎと交点Kｎ+1を結ぶ直線の式を求める
交点Kｎ及びKn+1の座標をそれぞれ、（ｘｎ、ｙｎ、ｚｓ）、（ｘｎ+1、ｙｎ+1、ｚｓ）とすれば、
交点Kｎと交点Kｎ+1を結ぶ直線Lは次式で表される。
【００５５】
ｙ＝θｋ＊ｘ＋ｙｎ−θｋ＊ｘｎ  （７）式
ここで、θｋ＝（ｙｎ+1−ｙｎ）／（ｘｎ+1−ｘｎ）  （８）式
７．交点Kｎと交点Kｎ+1とを結ぶ直線Lと方向線GVとの交点Ksを求める
方向線GVは、次式で表すことができる。
【００５６】
ｙ＝θ０＊ｘ＋ｙｇ−θ０＊ｘｇ  （９）式
次に、（７）、（８）、（９）式から、
交点Kｎと交点Kｎ+1とを結ぶ直線Lと方向線GVとの交点Ksの座標（ｘｇｋ、ｙｇ ｋ）は、
ｘｇｋ＝（ｙｇ−ｙｎ＋θｋ＊ｘｎ−θ０＊ｘｇ）／（θｋ−θ０）
ｙｇｋ＝θ０＊ｘｇｋ＋ｙｇ−θ０＊ｘｇ                      （１０）式
により求めることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、現地盤の形状が不明であっても、作業者を容易に法面切り出し開始点等へ誘導することができる。
【００５８】
とくに、本発明では横断面を指定する必要がないため、現場の状況に柔軟に対応できる。また、決められた順序によらず、自由にかつ連続的に法面切り出し開始点等へ誘導することができるため、丁張り設置等の効率を上げることができ  る。
【００５９】
また、設置した法面切り出し開始点等に関する方向杭を設置する場合、オペーレータに現在位置から方向杭を設置すべき位置への方向と距離を表示すること  で、方向杭の設置を極めて容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による位置誘導装置を使用して、現地盤の現在位置を適る水平面を演算し、計画法面と水平面との交線を求め、任意の仮開始点を演算する手順を示す概念図。
【図２】本発明による位置誘導装置を使用して、法面切り出し開始点等に誘導する手順を示す緩念図。
【図３】本発明による位置誘導装置を使用して、法面切り出し開始点等に誘導した後、法切りの方向を示す方向杭を設置する概念図。
【図４】計画法面が複雑な曲面である場合、多角形の面の組合せで近似するようすを示す概念図。
【図５】多角形で構成された計画法面と水平面との交線を求める場合の説明図。
【図６】交線上にある任意の点を求める場合の説明図。
【図７】本発明による位置誘導装置の処理を示すフローチャート。
【図８】本発明による位置誘導装置の概略構成を示すプロック図。
【符号の説明】
１  計画法面
２  現地盤
Ａｎ(n=1,2…)  現在位置
Ｓn  水平面
Ｍn  交線
Ｑn  仮開始点
８１  位置測定装置
８２  記億装置
８３  演算解析装置
８５  表示装置
【図１】
0004460123.tif 000004
【図２】
0004460123.tif 000005
【図３】
0004460123.tif 000006
【図４】
0004460123.tif 000007
【図５】
0004460123.tif 000008
【図６】
0004460123.tif 000009
【図７】
0004460123.tif 000010
【図８】
0004460123.tif 000011