(57)【要約】【課題】トンネルなどの構造物の表面上の測量対象点を見通せる任意の位置から、測量器を移動させることなく、この構造物の所望の横断面上の測量対象点の位置を測量することが可能な測量方法及び測量システムを提供する。【解決手段】測量方法１００は、トンネル内部に測量器を設置する測量器設置工程１１０と、測量器により第１の点の座標を測量する測量工程１２０と、第１の点から第２の点の座標を計算する第１計算工程１３０と、第２の点から第３の点の座標を計算する第２計算工程１４０と、第３の点から視準点と第３の点との距離を計算し、この距離が所定の近似条件を満たすか否かを判定する判定工程１５０とを備え、近似条件を満たせば第３の点の座標を測量対象点の座標とし、近似条件を満たさなければ、これら１１０〜１５０の工程を繰り返す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基準軸に直交する各横断面における設計断面形状が既知の構造物について、前記基準軸上の所与の位置を通り前記所定の基準軸に直交する横断面（以下、対象横断断面という）内での、前記基準軸から見て所与の方向における表面上の点を測量対象点としてその座標を測量する測量方法であって、
前記測量対象点を見通せる適宜な点を基準点として、この基準点に、視準点に向かう方向に位置する対象物表面上の点の座標を測量可能な測量器を設置する測量器設置工程と、
前記測量器により、前記対象横断面内での、前記基準軸から見て前記所与の方向における前記設計断面形状上の点を視準点として、前記基準点と前記視準点とを結ぶ直線が前記構造物の表面と交わる第１の点の座標を測量する測量工程と、
前記第１の点の座標に基づいて、前記視準点を前記対象横断面内にて更新する視準点更新工程と、
前記更新前の視準点と前記更新後の視準点との距離を計算し、この距離が所定の近似条件を満たすか否かを判定する判定工程とを備え、
前記所定の近似条件を満たせば、前記更新後の視準点の座標を前記測量対象点の座標とし、前記所定の近似条件を満たさなければ、前記更新後の視準点を用いて、前記測量工程、前記視準点更新工程、及び判定工程を繰り返すことを特徴とする構造物の測量方法。
【請求項２】
前記視準点更新工程は、
前記第１の点を、前記対象横断断面上へ、前記対象横断断面と直交する向きに投影した第２の点の座標を計算する第１計算工程と、
前記対象横断断面上において、前記基準軸からの距離が前記第２の点と同じで、かつ、前記基準軸から見た向きが前記視準点と同じである第３の点を更新後の視準点としてその座標を計算する第２計算工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の測量方法。
【請求項３】
前記測量器はレーザー光を出射して、前記レーザー光が対象物表面に照射された点の座標を測量する光波測量器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の測量方法。
【請求項４】
前記基準軸は直線又は曲線であることを特徴とする請求項１〜３のうち何れかに記載の測量方法。
【請求項５】
前記近似条件は、前記距離が所定値以下であることを特徴とする請求項１〜４のうち何れかに記載の測量方法。
【請求項６】
前記構造物はトンネルであることを特徴とする請求項１〜５のうち何れかに記載の測量方法。
【請求項７】
所定の基準軸に直交する各横断面における設計断面形状が既知の構造物について、前記基準軸上の所与の位置を通り前記所定の基準軸に直交する横断面（以下、対象横断面という）内での、前記基準軸から見て所与の方向における表面上の点を測量対象点としてその座標を測量する測量システムであって、
視準点に向かう方向に位置する対象物表面上の点の座標を計測可能な測量部と、
前記測量部の視準点を調整する視準点調整部と、
前記測量対象点を見通せる適宜な点を基準点とし、前記対象横断面内での、前記基準軸から見て前記所与の方向における前記設計断面形状上の点を視準点として、前記基準点に設置された前記測量部により、前記基準点と前記視準点とを結ぶ直線が前記構造物の表面と交わる第１の点の座標を測量した時の、第１の点の座標を取得する測量値取得部と、
前記第１の点の座標に基づいて、前記視準点を前記対象横断面内にて更新する視準点更新部と、
前記更新前の視準点と前記更新後の視準点との距離を計算し、この距離が所定の近似条件を満たすか否かを判定し、前記所定の近似条件を満たせば、前記更新後の視準点の座標を前記測量対象点の座標とし、前記所定の近似条件を満たさなければ、前記更新後の視準点を用いて前記視準点調整部、前記測量値取得部、及び前記視準点更新部による処理を行わせる制御部と、を備えることを特徴とする測量システム。
【請求項８】
前記視準点更新部は、
前記測量値取得部により取得された前記第１の点を、前記対象横断断面上へ、前記対象横断断面と直交する向きに投影した第２の点の座標を計算する第１計算部と、
前記第１計算部により計算された前記第２の点から、前記対象横断面上において、前記基準軸からの距離が前記第２の点と同じで、かつ、前記基準軸から見た向きが前記視準点と同じである第３の点を更新後の視準点としてその座標を計算する第２計算部と、を備えることを特徴とする請求項７記載の測量システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、トンネルなどの構造物の測量方法及び測量システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に、従来のトンネルの内壁面上の点の位置を測量する方法の一例を示す。
【０００３】
トンネルの掘削後には、例えば、図７に示すように、トンネル６０の施工において計画設計された設計壁面２０と、実際に掘削した後のトンネル内壁面である実壁面３０との寸法の誤差の測量を行ったり、また、掘削後に実壁面３０上に、寸法用の測量点、アンカーボルト、又は壁面ボーリングなどを設置するための位置を設定する測量を行ったりする。
【０００４】
このような測量では、図７の（ａ）に示すように、まず、トンネル６０の空間内の適宜な位置に測量器１０を設置して、測量を行いたいトンネル横断面５０と、このトンネル横断面５０と直交する基準軸である、例えば、トンネル基軸４０との交点Ｏの位置を測量する。次に、図７の（ｂ）に示すように、交点Ｏを新たな測量を実施する基準点として、測量器１０を基準点Ｏへ移動し、基準点Ｏから、トンネル横断面５０上の測定したい方向αに位置する設計壁面２０上の点Ａ０を視準し、基準点Ｏから点Ａ０を通り延伸する半直線ｒと、実壁面３０との交点である点Ｍの位置を測量することで、実壁面３０上の測量対象となる点Ｍの座標を求める。
【０００５】
従来より、このようなトンネル横断面の内周壁面上の点の位置の測量には、例えば、特許文献１に記載されるように、トンネル横断面上に配置された光波測距機から発生されるレーザー光を、横断面に沿ってトンネル内周壁面に所定の角度毎に順次照射して、光波測距機で各角度における内周壁面を測距し、その測量結果に基づき、トンネル形状の断面データを作成する測量技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−６５７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されるような従来の測量方法では、実壁面３０上における点の位置を測量するためには、トンネル６０の空間内の適宜な位置に設置された測量器１０による測量により、点Ｏを求めた後、測量器１０を点Ｏに移動させなければならない。特に、測定対象となる点Ｍが複数のトンネル横断面にわたって位置する場合、その度に、測量器を繰り返して移動させなければならず、手間と労力を要してしまう。また、トンネル横断面５０上に資器材が設置される場合や、切羽断面の内周壁面上の点の位置の測量及び位置出し測量などには、横断面上に測量器１０を設置できないため、この方法は適用できない。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、トンネルなどの構造物の表面上の測量対象点を見通せる任意の位置から、測量器を移動させることなく、この構造物の所望の横断面上の測量対象点の位置を測量することが可能な測量方法及び測量システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明は、所定の基準軸に直交する各横断面における設計断面形状が既知の構造物について、前記基準軸上の所与の位置を通り前記所定の基準軸に直交する横断面（以下、対象横断断面という）内での、前記基準軸から見て所与の方向における表面上の点を測量対象点としてその座標を測量する測量方法であって、
前記測量対象点を見通せる適宜な点を基準点として、この基準点に、視準点に向かう方向に位置する対象物表面上の点の座標を測量可能な測量器を設置する測量器設置工程と、
前記測量器により、前記対象横断面内での、前記基準軸から見て前記所与の方向における前記設計断面形状上の点を視準点として、前記基準点と前記視準点とを結ぶ直線が前記構造物の表面と交わる第１の点の座標を測量する測量工程と、
前記第１の点の座標に基づいて、前記視準点を前記対象横断面内にて更新する視準点更新工程と、
前記更新前の視準点と前記更新後の視準点との距離を計算し、この距離が所定の近似条件を満たすか否かを判定する判定工程とを備え、
前記所定の近似条件を満たせば、前記更新後の視準点の座標を前記測量対象点の座標とし、前記所定の近似条件を満たさなければ、前記更新後の視準点を用いて、前記測量工程、前記視準点更新工程、及び判定工程を繰り返すことを特徴とする（第１の発明）。
【０００９】
本発明による測量方法によれば、構造物内の任意の位置に測量器を設置しても、測量器を移動することなく、構造物の所望の横断面の内周壁に位置する測量対象点の近似位置を導出できる。また、測量対象点が複数の横断面に位置する場合にも、測量器を移動する必要がなく測量対象点の近似位置を特定できるため、作業効率が大幅に向上する。
【００１０】
また、中空空間における所望の横断面上に、資器材が設置される場合や、トンネル切羽断面上の内周壁を測量する場合などにも、資器材が設置場所以外の所や、切羽面から離れた所などから測量できる。これにより、測量可能な範囲が広くなるだけでなく、安全に測量を実施できるとともに、掘削工事と並行した測量も実施できる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記視準点更新工程は、前記第１の点を、前記対象横断断面上へ、前記対象横断断面と直交する向きに投影した第２の点の座標を計算する第１計算工程と、前記対象横断断面上において、前記基準軸からの距離が前記第２の点と同じで、かつ、前記基準軸から見た向きが前記視準点と同じである第３の点を更新後の視準点としてその座標を計算する第２計算工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記測量器はレーザー光を出射して、前記レーザー光が対象物表面に照射された点の座標を測量する光波測量器であることを特徴とする。
【００１３】
第４の発明は、第１〜３の発明において、前記基準軸は直線又は曲線であることを特徴とする。
【００１４】
第５の発明は、第１〜４の発明において、前記近似条件は、前記距離が所定値以下であることを特徴とする。
【００１５】
第６の発明は、第１〜５の発明において、前記構造物はトンネルであることを特徴とする。
【００１６】
第７の発明は、所定の基準軸に直交する各横断面における設計断面形状が既知の構造物について、前記基準軸上の所与の位置を通り前記所定の基準軸に直交する横断面（以下、対象横断面という）内での、前記基準軸から見て所与の方向における表面上の点を測量対象点としてその座標を測量する測量システムであって、視準点に向かう方向に位置する対象物表面上の点の座標を計測可能な測量部と、前記測量部の視準点を調整する視準点調整部と、前記測量対象点を見通せる適宜な点を基準点とし、前記対象横断面内での、前記基準軸から見て前記所与の方向における前記設計断面形状上の点を視準点として、前記基準点に設置された前記測量部により、前記基準点と前記視準点とを結ぶ直線が前記構造物の表面と交わる第１の点の座標を測量した時の、第１の点の座標を取得する測量値取得部と、前記第１の点の座標に基づいて、前記視準点を前記対象横断面内にて更新する視準点更新部と、前記更新前の視準点と前記更新後の視準点との距離を計算し、この距離が所定の近似条件を満たすか否かを判定し、前記所定の近似条件を満たせば、前記更新後の視準点の座標を前記測量対象点の座標とし、前記所定の近似条件を満たさなければ、前記更新後の視準点を用いて前記視準点調整部、前記測量値取得部、及び前記視準点更新部による処理を行わせる制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
第８の発明は、第７の発明において、前記視準点更新部は、前記測量値取得部により取得された前記第１の点を、前記対象横断断面上へ、前記対象横断断面と直交する向きに投影した第２の点の座標を計算する第１計算部と、前記第１計算部により計算された前記第２の点から、前記対象横断面上において、前記基準軸からの距離が前記第２の点と同じで、かつ、前記基準軸から見た向きが前記視準点と同じである第３の点を更新後の視準点としてその座標を計算する第２計算部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、トンネルなどの構造物の表面上の測量対象点を見通せる任意の位置から、測量器を移動させることなく、この構造物の所望の横断面上の測量対象点の位置を測量することが可能な測量方法及び測量システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
図３は、本実施形態のトンネル６０の内壁面上の点の位置を測量する方法の一例を示す斜視図である。なお、図３において、図７に対応する部分は同一の符号を付している。本実施形態では、トンネル６０について、所定の基準軸上の所与の位置を通り、この基準軸と直交する横断面内での、基準軸から見て所与の方向における内面上の点の測量を、測量器１０を移動させることなく行うものである。なお、本実施形態では、図７の場合と同様に、基準軸をトンネル基軸４０とし、トンネル基軸４０上の所与の点Ｏにてトンネル基軸４０と直交するトンネル横断面５０内での、点Ｏから見て方向αにある実壁面３０の位置Ｍ（座標）を測量するものとする。
【００２１】
図３に示すように、トンネル６０の内空間の任意の位置Ｓに設置される測量器１０から、トンネル基軸４０に直交するトンネル横断面５０において、トンネル基軸４０からみて方向αにおける設計壁面２０上の点Ａ０を視準した場合、測量される点は、測量位置Ｓから点Ａ０に直線を結んだ視準線ＳＡ０を延伸し、実壁面３０との交点である点Ａ１となる。本実施形態では、この点Ａ１の座標を基として、所定の計算及び測量を繰り返しながら、視準点を繰り返し設定し、徐々にその視準点を測量対象点Ｍへと移動させて、測量対象点Ｍの近似座標を確定する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る測量方法１００の手順を示すフローチャートである。
【００２３】
図１に示すように、測量方法１００は、測量器設置工程１１０と、測量工程１２０と、視準点更新工程１２５と、判定工程１５０と、視準点再設定工程１６０と、測量対象点決定工程１７０とから構成される。なお、視準点更新工程１２５は、第１計算工程１３０と、第２計算工程１４０により構成される。
【００２４】
測量器設置工程１１０は、測量器１０の設置を行う工程である。図３に示すように、測量器１０は、足場が良く、測量器１０が固定設置できる場所で、測量対象点Ｍを見通せる場所であれば、トンネル６０の空間内の任意の位置に設置できる。
【００２５】
また、測量工程１２０では、トンネル横断面５０とトンネル基軸４０との交点である点Ｏから見て、トンネル横断面５０内で方向αに位置する設計壁面２０上の点Ａ０を視準点として、位置Ｓと視準点Ａ０とを結ぶ直線がトンネル６０の実壁面３０と交わる点の位置を測量し、この点を第１の点Ａ１としてその座標を求める。
【００２６】
図４〜図６は、第１計算工程１３０及び第２計算工程１４０を説明するための図であり、それぞれＸＺ平面、ＸＹ平面及びＹＺ平面に夫々投影した投影図である。
【００２７】
第１計算工程１３０では、図４及び図５に示すように、測量工程１２０で測量した第１の点Ａ１の座標を用いて、この第１の点Ａ１を、トンネル横断面５０へ、トンネル横断面５０と直交する向き投影した点である第２の点Ａ２の座標を計算する。
【００２８】
第２計算工程１４０では、図６に示すように、第１計算工程１３０で計算された第２の点Ａ２と、点Ｏとの距離ＯＡ２を計算し、点Ｏからの距離が距離ＯＡ２と同じで、かつ、点Ｏから点Ａ０を通り延伸する半直線ｒ上にある第３の点Ａ３の座標を計算する。すなわち、第３の点Ａ３は、測量された第１の点Ａ１を測定対象であるトンネル横断面５０へトンネル基軸４０の方向に投影した点（第２の点Ａ２）を、点Ｏを中心に、所望の方向αへ回転した点であり、以下に述べるように、この第３の点Ａ３を新たな視準点として測量を繰り返すことで、視準点を次第に測量対象点Ｍに近づけることができる。
【００２９】
判定工程１５０では、視準点Ａ０と、第２計算工程１４０で計算した第３の点Ａ３との距離ｄＡを計算し、この距離ｄＡが、所定の近似条件（例えば、距離Ｄ以下であること）を満たすか否かを判定する。
【００３０】
そして、距離ｄＡがこの近似条件を満たさなければ、第３の点Ａ３が、測量に用いる新たな視準点Ｂ０として設定され（視準点再設定工程１６０）、測量工程１２０により第１の点Ｂ１が測量され、第１計算工程１３０により第２の点Ｂ２の座標が計算され、第２計算工程１４０により第３の点Ｂ３の座標が計算される。そして、再び、判定工程１５０にて視準点Ｂ０と第３の点Ｂ３との距離ｄＢが求められ、前述した近似条件を満たすか否かを判定する。このように、これらの工程１２０〜１５０は、近似条件を満たすまで繰り返される。一方、第３の点と視準点との距離が近似条件を満たせば、第３の点の座標を測量対象点の座標として決定し（測量対象点決定工程１７０）、測量方法１００を終了する。
【００３１】
図２は、上記測量方法１００を実施するための一例を示す測量システム２００の機能ブロック図である。
【００３２】
同図に示すように、測量システム２００は、測量部２１０と、視準点調整部２２０と、測量値取得部２３０と、視準点更新部２３５と、これら２１０〜２３５を制御する制御部２６０とから構成される。なお、視準点更新部２３５は、第１計算部２４０と、第２計算部２５０により構成される。
【００３３】
測量部２１０は、視準点に向かう方向に位置する対象点の座標を計測可能な、例えば、ノンプリズム光波式のトータルステーションを用いる。  
視準点調整部２２０は、測量部２１０の姿勢を、後述する制御部２６０から指示された視準点に視準するように調整する。  
測量値取得部２３０は、測量部２１０により測量された対象点の座標を、測量部２１０から取得する。
【００３４】
第１計算部２４０は、測量値取得部２３０により取得された座標に基づき、前述した第１計算工程１３０を行い、第２の点の座標の計算を行う。  
第２計算部２５０は、第１計算部２４０により計算された第２の点の座標に基づき、前述した第２計算工程１４０を行い、第３の点を更新後の視準点としてその座標の計算を行う。
【００３５】
制御部２６０は、第２計算部２５０により計算された第３の点の座標に基づき、前述した判定工程１５０を行うことにより、前述した近似条件を満たすか否かを判定し、これらの各部２１０〜２５０を、図１のフローチャートに示す工程１２０〜１７０に則して制御し、最終的に測量対象点Ｍの位置を決定する。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態による測量方法１００及び測量システム２００によれば、トンネル６０の空間内の任意の位置Ｓに測量器１０を設置しても、測量器１０を移動することなく、所望のトンネル横断面５０の実壁面３０に位置する測量対象点Ｍの近似位置を導出できる。すなわち、測量対象点Ｍが複数のトンネル横断面５０に位置する場合にも、測量器１０を移動する必要なく測量対象点Ｍの近似位置を特定できるため、作業効率が大幅に向上する。
【００３７】
また、トンネル横断面５０上に、資器材が設置される場合や、トンネル切羽断面の内周壁面上の点の位置を測量する場合などにも、資器材が設置場所以外の所や、切羽面から離れた所などから測量できる。これにより、測量可能な範囲が広くなるだけでなく、安全に測量を実施できるとともに、掘削工事と並行した測量も実施できる。
【００３８】
なお、本発明による測量システム２００に、特定された測量対象点Ｍを指し示すことが可能な可視レーザー光を出射する装置を備えてもよい。これにより、例えば、測量点やアンカーボルトなどの位置出しを行う際に、その位置を簡便に指示参照できる。
【００３９】
なお、本実施形態では、基準軸をトンネル基軸４０としたが、これに限らず、基準軸の取り方は任意である。図８は、基準軸を、設計壁面２０上の点Ａ０から、鉛直下方向の鉛直方向基準軸４０ａに設定した場合と、水平方向の水平方向基準軸４０ｂに設定した場合の測量対象点の位置を示す斜視図である。
【００４０】
例えば、図８に示すように、基準軸を鉛直方向基準軸４０ａとした場合には、トンネル横断面５０と鉛直方向基準軸４０ａとの交点である点Ｏａから、点Ａ０の方向へ延長した実壁面３０との交点Ｍａが測量対象点となり、基準軸を水平方向基準軸４０ｂとした場合には、トンネル横断面５０と水平方向基準軸４０ｂとの交点である点Ｏｂから、点Ａ０の方向へ延長した実壁面３０との交点Ｍｂが測量対象点となる。このように、基準軸を変更することにより、設計壁面２０上の点Ａ０からの、任意の方向における実壁面３０上の投影点を測量することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、測量対象をトンネルの内壁面としたが、これに限らず、例えば、ボックスカルバートの壁面や、切土・盛土又は土砂掘削の法面や、円筒形竪坑などの曲面部などの構造物でも、基準軸と、その基準軸に直交する横断面とが既知の構造物であって、測量対象点を見通せる位置に測定器を設置することにより、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係る測量方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】本実施形態に係る測量システムの全体構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本実施形態のトンネルの内壁面上の点の位置を測量する方法の一例を示す斜視図である。
【図４】第１計算工程及び第２計算工程を説明するためのＸＺ平面投影図である。
【図５】第１計算工程及び第２計算工程を説明するためのＸＹ平面投影図である。
【図６】第１計算工程及び第２計算工程を説明するためのＹＺ平面投影図である。
【図７】従来のトンネルの内壁面上の点の位置を測量する方法の一例を示す斜視図である。
【図８】基準軸を、設計壁面２０上の点Ａ０から、鉛直下方向の鉛直方向基準軸４０ａに設定した場合と、水平方向の水平方向基準軸４０ｂに設定した場合の測量対象点の位置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  測量器                          ２０  設計壁面
３０  実壁面                          ４０  トンネル基軸
４０ａ  鉛直方向基準軸                ４０ｂ  水平方向基準軸
５０  トンネル横断面                  ６０  トンネル
１００  測量方法                      １１０  測量器設置工程
１２０  測量工程                      １２５  視準点更新工程
１３０  第１計算工程                  １４０  第２計算工程
１５０  判定工程                      １６０  視準点再設定工程
１７０  測量対象点決定工程            ２００  測量システム
２１０  測量部                        ２２０  視準点調整部
２３０  測量値取得部                  ２３５  視準点更新部
２４０  第１計算部                    ２５０  第２計算部
２６０  制御部                        Ａ０、Ｂ０、Ｃ０  視準点
Ａ１、Ｂ１、Ｃ１  第１の点              Ａ２、Ｂ２  第２の点
Ａ３、Ｂ３  第３の点                    Ｍ、Ｍａ、Ｍｂ  測量対象点
Ｏ、Ｏａ、Ｏｂ  トンネル横断面と基準軸との交点
Ｓ  測量器設置位置
ｄＡ、ｄＢ  視準点と第３の点との距離
ｒ  点Ｏから方向αに延伸する半直線
α  トンネル横断面上の所定の方向
【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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【図８】
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