(57)【要約】【課題】  推進管がローリングしても複数のターゲットの画像を処理して推進管の位置を正確に求めること。【解決手段】  計測装置１６−（ｉ−１）がローリングした場合、計測装置１６−（ｉ−１）よりも推進方向Ｘで１つ後方の計測装置１６−ｉにおいて、計測装置１６−（ｉ−１）に配置された２つの前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの中点の座標（Ｘ３，Ｙ３）と計測装置１６−（ｉ−１）のローリング角φを算出し、これらの算出結果を基に、計測装置１６−（ｉ−１）においてローリングに伴う画像１０４、１０６をローリング前の画像１００、１０２に変換し、計測装置１６−（ｉ−１）における挟角θｉを正確に求めるようにしているので、計測装置１６−（ｉ−１）がローリングしても、推進管の位置を正確に求めることができる。【選択図】  図８
2007212222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中で掘削しながら推進する推進機に順次連結されて前記地中に敷設される推進管群のうち少なくとも２個以上の推進管に設置される複数の計測装置と、前記各計測装置と情報の授受を行って前記推進機の位置を演算する演算装置とを備え、前記各計測装置は、推進方向後方の他の計測装置に対するターゲットとなる複数の前方用ターゲットおよび推進方向前方の他の計測装置に対するターゲットとなる複数の後方用ターゲットと、前記推進機のターゲットまたは前記前方用ターゲットを撮像する前方用撮像手段と、前記前方用撮像手段と光軸が同軸上に配置されて前記後方用ターゲットを撮像する後方用撮像手段とを有し、前記演算装置は、前記各計測装置から前記前方用撮像手段の撮像による画像と前記後方用撮像手段の撮像による画像をそれぞれ取り込んで処理して、前記前方用撮像手段の光軸と前記後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸上に仮想の測点を設定するとともに、前記仮想の測点と前記推進機のターゲットの重心または前記各前方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺と、前記仮想の測点と前記各後方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺との挟角を前記各計測装置について算出し、前記各画像を処理する過程で、前記いずれかの計測装置のローリングに伴う画像があるときには、当該画像を構成する複数の前方用ターゲットの画素情報を基にローリングした計測装置のローリング角と前記複数の前方用ターゲットの位置を算出し、前記各算出結果を基に前記ローリングした計測装置に配置された前方用撮像手段の撮像による画像と後方用撮像手段の撮像による画像をそれぞれ補正し、前記補正された画像を処理して、前記ローリングした計測装置の挟角を算出し、前記各計測装置について得られた挟角と前記推進管の管長を基に前記推進機の位置を求めてなる推進機位置計測システム。
【請求項２】
地中で掘削しながら推進する推進機に順次連結されて前記地中に敷設される推進管群のうち少なくとも２個以上の推進管に設置される複数の計測装置と、前記各計測装置と情報の授受を行って前記推進機の位置を演算する演算装置とを備え、前記各計測装置は、推進方向後方の他の計測装置に対するターゲットとなる複数の前方用ターゲットおよび推進方向前方の他の計測装置に対するターゲットとなる複数の後方用ターゲットと、前記推進機のターゲットまたは前記前方用ターゲットを撮像する前方用撮像手段と、前記前方用撮像手段と光軸が同軸上に配置されて前記後方用ターゲットを撮像する後方用撮像手段と、前記前方用撮像手段の撮像による画像と前記後方用撮像手段の撮像による画像をそれぞれ取り込んで処理して、前記前方用撮像手段の光軸と前記後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸上に仮想の測点を設定するとともに、前記仮想の測点と前記推進機のターゲットの重心または前記各前方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺と、前記仮想の測点と前記各後方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺との挟角を算出する画像処理手段とを有し、前記各計測装置における画像処理手段は、画像を処理する過程で、推進方向前方の計測装置のローリングに伴う画像を処理するときには、当該画像を構成する複数の前方用ターゲットの画素情報を基に前記推進方向前方の計測装置のローリング角と前記複数の前方用ターゲットの位置を算出し、前記算出結果をローリング情報として前記推進方向前方の計測装置に配置された画像処理手段に転送し、当該画像処理手段は、前記転送されたローリング情報を基に前方用撮像手段の撮像による画像と後方用撮像手段の撮像による画像をそれぞれ補正し、前記補正された画像を処理して真の挟角を算出してなり、前記演算装置は、前記各計測装置について得られた挟角と前記推進管の管長を基に前記推進機の位置を求めてなる推進機位置計測システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の推進機位置計測システムにおいて、前記複数の前方用ターゲットと前記複数の後方用ターゲットはそれぞれ円形ターゲットで構成され、前記各前方用円形ターゲットは、前記前方用撮像手段の光軸と前記後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸を中点として配置され、前記各後方用円形ターゲットは、前記前方用撮像手段の光軸と前記後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸を中点として配置されてなることを特徴とする推進機位置計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推進工法にしたがって地中で掘削しながら推進する推進機の位置を計測するように構成された推進機位置計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に上下水道管や電力管などを敷設するに際して、推進機によって地中を掘削しながら推進機に接続された上下水道管や電力管などを推進管として推し進めて敷設する推進工法が採用されている。推進工法を用いて、予め設定された計画線に沿って正しく土を掘削するに際しては、推進機の位置を正確に計測する必要がある。そこで、推進管内に順次トータルステーションを配置し、トータルステーションを用いてトラバース測量を行って推進機の位置を計測する方法が行われている。
【０００３】
一方、近年では、推進管として直径８００ｍｍ以下の小口径の推進管を用い、この推進管を推進工法によって敷設することが行われるようになってきた。この場合、小口径の推進管では、人が推進管の中に入ることができず、トータルステーションを用いて推進機の位置を計測することができない。このため、小口径の推進管を推進工法で敷設するに際しては、小口径の推進管内にパイプレーザを配置し、パイプレーザを用いて推進機の位置を計測することが行われている。
【０００４】
しかし、パイプレーザを用いた場合、推進管を直線上に敷設するときには、推進機の位置を計測することはできるが、推進管の数が多くなって推進路が長くなると、温度と湿度の不均一性に伴ってレーザ光の屈折、散乱の影響が大きくなり、推進路の直線性を正確に確認することが困難になる。しかも、パイプレーザを用いたのでは、推進管を曲線に沿って敷設するときには推進機の位置の計測を行うことはできなくなる。
【０００５】
そこで、推進機に、二次元ターゲットと推進機後方に向けたＣＣＤ撮像素子を設置するとともに、最後尾に接続された計測管７に、二次元ターゲットと前方を向けたＣＣＤ撮像素子を設置し、中間に位置する各計測管には、前後方向から撮像可能な二次元ターゲットと、前方および後方に向けたＣＣＤ撮像素子をそれぞれ設置し、各ＣＣＤ撮像素子の撮像による画像を処理し、管径の大小、直線路・曲線路によらず、推進機の位置を計測するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許第３６１０４６０号公報（第１１頁〜第１４頁、図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来技術では、向き合うターゲットを双方向から撮像し、ターゲット画像の偏位が、計測管の屈曲偏位（ピッチング）で生じたものか、あるいは計測管の軸周りの回転（ローリング）によって生じたものであるかを判別するようにしているので、硬い岩盤などを掘削するときに計測管がローリングしても、推進機および各計測管の位置と姿勢を精度高く求めることができる。
【０００８】
しかし、ターゲットとして、一つのターゲットを用いることしか想定していないので、特殊形状のターゲットを用いることが余儀なくされ、円形ターゲットを用いることができない。すなわち、一つの円形ターゲットを用いた場合、計測管がローリングしないときには、円形ターゲットの画像を処理することで、円形ターゲットの上下・左右の位置関係を判別することは可能である。しかし、円形ターゲットには形状に特徴がないので、計測管のローリングに伴って円形ターゲットの画像が変位したときには、円形ターゲットの画像処理で円形ターゲットの重心位置は判別できても、計測管のローリング前後における円形ターゲットの上下・左右の位置関係を判別することはできない。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、特殊形状のターゲットを用いることなく、推進管がローリングしても複数のターゲットの画像を処理して推進機および推進管の位置を正確に求めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、請求項１に係る推進機位置計測システムにおいては、地中で掘削しながら推進する推進機に順次連結されて前記地中に敷設される推進管群のうち少なくとも２個以上の推進管に設置される複数の計測装置と、前記各計測装置と情報の授受を行って前記推進機の位置を演算する演算装置とを備え、前記各計測装置は、推進方向後方の他の計測装置に対するターゲットとなる複数の前方用ターゲットおよび推進方向前方の他の計測装置に対するターゲットとなる複数の後方用ターゲットと、前記推進機のターゲットまたは前記前方用ターゲットを撮像する前方用撮像手段と、前記前方用撮像手段と光軸が同軸上に配置されて前記後方用ターゲットを撮像する後方用撮像手段とを有し、前記演算装置は、前記各計測装置から前記前方用撮像手段の撮像による画像と前記後方用撮像手段の撮像による画像をそれぞれ取り込んで処理して、前記前方用撮像手段の光軸と前記後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸上に仮想の測点を設定するとともに、前記仮想の測点と前記推進機のターゲットの重心または前記各前方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺と、前記仮想の測点と前記各後方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺との挟角を前記各計測装置について算出し、前記各画像を処理する過程で、前記いずれかの計測装置のローリングに伴う画像があるときには、当該画像を構成する複数の前方用ターゲットの画素情報を基にローリングした計測装置のローリング角と前記複数の前方用ターゲットの位置を算出し、前記各算出結果を基に前記ローリングした計測装置に配置された前方用撮像手段の撮像による画像と後方用撮像手段の撮像による画像をそれぞれ補正し、前記補正された画像を処理して、前記ローリングした計測装置の挟角を算出し、前記各計測装置について得られた挟角と前記推進管の管長を基に前記推進機の位置を求めてなる構成とした。
【００１１】
（作用）演算装置において、各計測装置から前方用撮像手段の撮像による画像と後方用撮像手段の撮像による画像をそれぞれ取り込んで処理して、前方用撮像手段の光軸と後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸上に仮想の測点を、例えば、画像の中心あるいはＸＹ座標の原点に対応づけて設定し、仮想の測点と推進機のターゲットの重心または複数の前方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺と、仮想の測点と複数の後方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺との挟角を各計測装置について算出し、各計測装置について算出された挟角と推進管群の管長を基に推進機の位置を求めるに際して、各画像を処理する過程で、いずれかの計測装置のローリングに伴う画像があるときには、当該画像を構成する複数の前方用ターゲットの画素情報を基にローリングした計測装置のローリング角と複数の前方用ターゲットの位置を算出し、各算出結果を基に、ローリングした計測装置に配置された前方用撮像手段と後方用撮像手段の画像をそれぞれ補正し、補正された画像を処理して、ローリングした計測装置についての挟角を算出するようにしたため、硬い岩盤などを掘削するときに推進管とともに計測装置がローリングしても、ローリングした計測装置についての挟角が補正されるので、推進機の位置を正確に求めることができる。
【００１２】
請求項２に係る請求項１に係る推進機位置計測システムにおいては、地中で掘削しながら推進する推進機に順次連結されて前記地中に敷設される推進管群のうち少なくとも２個以上の推進管に設置される複数の計測装置と、前記各計測装置と情報の授受を行って前記推進機の位置を演算する演算装置とを備え、前記各計測装置は、推進方向後方の他の計測装置に対するターゲットとなる複数の前方用ターゲットおよび推進方向前方の他の計測装置に対するターゲットとなる複数の後方用ターゲットと、前記推進機のターゲットまたは前記前方用ターゲットを撮像する前方用撮像手段と、前記前方用撮像手段と光軸が同軸上に配置されて前記後方用ターゲットを撮像する後方用撮像手段と、前記前方用撮像手段の撮像による画像と前記後方用撮像手段の撮像による画像をそれぞれ取り込んで処理して、前記前方用撮像手段の光軸と前記後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸上に仮想の測点を設定するとともに、前記仮想の測点と前記推進機のターゲットの重心または前記各前方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺と、前記仮想の測点と前記各後方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺との挟角を算出する画像処理手段とを有し、前記各計測装置における画像処理手段は、画像を処理する過程で、推進方向前方の計測装置のローリングに伴う画像を処理するときには、当該画像を構成する複数の前方用ターゲットの画素情報を基に前記推進方向前方の計測装置のローリング角と前記複数の前方用ターゲットの位置を算出し、前記算出結果をローリング情報として前記推進方向前方の計測装置に配置された画像処理手段に転送し、当該画像処理手段は、前記転送されたローリング情報を基に前方用撮像手段の撮像による画像と後方用撮像手段の撮像による画像をそれぞれ補正し、前記補正された画像を処理して真の挟角を算出してなり、前記演算装置は、前記各計測装置について得られた挟角と前記推進管の管長を基に前記推進機の位置を求めてなる構成とした。
【００１３】
（作用）各計測装置において、前方用撮像手段の撮像による画像と後方用撮像手段の撮像による画像をそれぞれ取り込んで処理して、前方用撮像手段の光軸と後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸上に仮想の測点を、例えば、画像の中心あるいはＸＹ座標の原点に対応づけて設定し、仮想の測点と推進機のターゲットの重心または複数の前方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺と、仮想の測点と複数の後方用ターゲットの重心間の中点とを結ぶ辺との挟角を算出し、この算出結果を演算装置に転送し、演算装置において、各計測装置から転送された挟角と推進管群の管長を基に推進機の位置を求めるに際して、各画像処理手段で画像を処理する過程で、いずれかの計測装置がローリングし、推進方向前方の計測装置のローリングに伴う画像を処理するときには、当該画像を構成する複数の前方用ターゲットの画素情報を基に推進方向前方の計測装置のローリング角と前記複数の前方用ターゲットの位置を算出し、この算出結果をローリング情報として推進方向前方の計測装置に配置された画像処理手段に転送し、当該画像処理手段は、転送されたローリング情報を基に前方用撮像手段の撮像による画像と後方用撮像手段の撮像による画像をそれぞれ補正し、補正された画像を処理して真の挟角を算出するようにしたため、硬い岩盤などを掘削するときに推進管とともに計測装置がローリングしても、ローリングした計測装置についての挟角が補正されるので、推進機の位置を正確に求めることができる。
【００１４】
請求項３に係る推進機位置計測システムにおいては、請求項１または２に記載の推進機位置計測システムにおいて、前記複数の前方用ターゲットと前記複数の後方用ターゲットはそれぞれ円形ターゲットで構成され、前記各前方用円形ターゲットは、前記前方用撮像手段の光軸と前記後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸を中点として配置され、前記各後方用円形ターゲットは、前記前方用撮像手段の光軸と前記後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸を中点として配置されてなる構成とした。
【００１５】
（作用）複数の前方用ターゲットと複数の後方用ターゲットをそれぞれ円形ターゲットで構成し、各前方用円形ターゲットを、前方用撮像手段の光軸と記後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸を中点として配置し、各後方用円形ターゲットを、前方用撮像手段の光軸と後方用撮像手段の光軸とを結ぶ光軸を中点として配置することで、複数の前方用ターゲットの重心間の中点と複数の後方用ターゲットの重心間の中点を簡単な計算式で容易に求めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る推進機位置計測システムによれば、計測装置がローリングしても、推進機の位置を正確に求めることができる。
【００１７】
請求項２に係る推進機位置計測システムによれば、計測装置がローリングしても、推進機の位置を正確に求めることができる。
【００１８】
請求項３によれば、複数の前方用ターゲットの重心間の中点と複数の後方用ターゲットの重心間の中点を簡単な計算式で容易に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す推進機位置計測システムの全体構成を示す模式図、図２は、計測装置の正面図、図３は、計測装置の側面図、図４は、計測装置の正面断面図、図５は、計測装置の側面断面図、図６は、計測装置のブロック構成図、図７（ａ）は、計測装置相互の関係を説明するための平面図、（ｂ）は、計測装置相互の関係を説明するための側面図、図８（ａ）〜（ｃ）は、計測装置の画像処理方法を説明するための図、図９（ａ）〜（ｄ）は、ローリング発生時における計測装置の画像処理方法を説明するための図である。
【００２０】
これらの図において、推進機１０は、竪坑内に挿入されて、推進工法に従って竪坑内から地中を掘削しながら推進するようになっている。この推進機１０の後方には、図１に示すように、上水道管、電力管などで構成される推進管１２−１〜１２−ｉが順次連結され、最後尾の推進管１２−ｉを油圧ジャッキ（図示せず）で押すことにより、推進機１０が各推進管１２−１〜１２−ｉととも推進し、各推進管１２−１〜１２−ｉが地中に敷設されるようになっている。推進機１０には円形のターゲット１４が設置され、各推進管１２−１〜１２−ｉには、直線路等のように見通しできる場合を除いて計測装置１６−１〜１６−ｉが設置されるようになっている。ターゲット１４は円板または重心の位置の判別が容易な反射板となっていて、間隔をもって１個または複数で構成されていてもよい。各計測装置１６−１〜１６−ｉは、通信手段、例えば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して、竪坑外に配置された演算装置１８に接続されている。演算装置１８は、ＬＡＮを介して各計測装置１６−１〜１６−ｉと情報の授受を行って推進機１０の位置を演算するように構成されている。
【００２１】
各計測装置１６−１〜１６−ｉは、図２〜図５に示すように、円筒状に形成された筐体２０を備えており、筐体２０の前方側には前方用カバー２２が固定され、後方側には後方用カバー２４が固定されている。前方用カバー２２の中央部には円盤状の防塵ガラス２６が装着され、後方用カバー２４の中央部には円盤状の防塵ガラス２８が装着されている。筐体２０の長手方向（軸方向）における中心部外周側には、筐体２０の軸心を通る直線に沿って、一対のブラケット３０、３２が左右に分かれて固定されており、各ブラケット３０、３２の先端側には円板３４、３６が連結されている。この円板３４、３６の形状は各円板の重心位置が求め易い形状のものであればよい。各円板３４、３６は、その中心が筐体２０の同心円上に配置されており、各円板３４、３６の周囲には反射材が塗布されている。各円板３４、３６のうち一方（後方側）の面には、推進方向Ｘに対して後方の他の計測装置１６−１〜１６−ｉに対するターゲットとなる前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａが形成され、他方（前方側）の面には、推進方向Ｘに対して前方の他の計測装置１６−１〜１６−ｉに対するターゲットとなる後方用円形ターゲット３４ｂ、３６ｂが形成されている。また、筐体２０の中心部外周側にはＴの字状に形成された一対の脚３８、４０が連結されており、筐体２０は脚３８、４０を介して推進管１２−１〜１２−ｉ内に設置されるようになっていて転倒しないような形状に構成されている。また、前方用カバー２２には、他の計測装置１６−１〜１６−ｉにおける前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａを照明するための前方照明用ＬＥＤ４２が設置されており、後方用カバー２４には、他の計測装置１６−１〜１６−ｉにおける後方用円形ターゲット３４ｂ、３６ｂを照明するための後方照明用ＬＥＤ４４が設けられている。
【００２２】
また、筐体２０内には、図６に示す画像処理ユニット４６が配置されているとともに、前方用レンズ部４８、後方用レンズ部５０、前方用撮像素子５２、後方用撮像素子５４が筐体２０の軸心に沿って互いに相前後して収納されている。前方用撮像素子５２は、推進機１０のターゲット１４または推進方向Ｘ前方に位置する前方用ターゲット３４ａ、３６ａを前方用レンズ部４８を介して撮像し、撮像による画像を画像処理ユニット４６に出力するようになっており、前方用レンズ部４８とともに前方用撮像手段として構成されている。後方用撮像素子５４は、推進方向Ｘ後方に位置する後方用ターゲット３４ｂ、３６ｂを後方用レンズ部５０を介して撮像し、撮像による画像を画像処理ユニット４６に出力するようになっており、後方用レンズ部５０とともに後方用撮像手段として構成されている。この場合、前方用撮像手段の光軸Ｌ１と後方用撮像手段の光軸Ｌ２は同軸上に形成されている。前方用撮像素子５２および後方用撮像素子５４としては、例えば、ＣＣＤ素子（ＣＣＤイメージセンサ）やＣＭＯＳ撮像素子を用いることができる。
【００２３】
画像処理ユニット４６は、図６に示すように、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）５６、ＲＯＭ５８、ＲＡＭ６０、ＬＡＮ回路６２、ＡＣ／ＤＣコンバータ６４を備えて構成されており、ＡＣ／ＤＣコンバータ６４には交流電源が接続され、ＡＣ／ＤＣコンバータ６４から各部に直流電源が供給されるようになっている。ＤＳＰ５６は、前方照明用ＬＥＤ４２、後方照明用ＬＥＤ４４の点灯を制御するとともに、前方用撮像素子５２、後方用撮像素子５４からの画像を取り込んで処理し、この処理結果をＬＡＮ回路６２を介して演算装置１８に転送するようになっている。
【００２４】
ＤＳＰ５６は、前方用撮像素子５２の撮像による画像と後方用撮像素子５４の撮像による画像を処理して、ターゲット１４の重心位置を算出するとともに、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２とを結ぶ光軸上の仮想の測点Ｓｉを各計測装置１６−１〜１６−ｉについての定数として記憶し、各計測装置１６−１〜１６−ｉにおける測点Ｓｉとターゲット１４の重心位置または各計測装置１６−１〜１６−ｉに対して推進方向Ｘにおいて前方となる計測装置１６−１〜１６−ｉの測点Ｓｉとを結ぶ辺と、各計測装置１６−１〜１６−ｉにおける測点Ｓｉと各計測装置１６−１〜１６−ｉに対して推進方向Ｘにおいて後方となる計測装置１６−１〜１６−ｉの測点Ｓｉとを結ぶ辺との挟角を算出するようになっている。
例えば、計測装置１６−（ｉ−１）におけるＤＳＰ５６は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２が同軸上に形成されていることを考慮し、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２とを結ぶ光軸上のうち、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、前方用撮像素子５２と後方用撮像素子５４との中間点となる位置に仮想の測点Ｓｉを、前方用撮像素子５２の撮像による画像（計測装置１６−（ｉ−２）を撮像して得られた画像）１００の中心Ｏ１（画像１００をＸＹ座標系としたときの座標の原点）と後方用撮像素子５４の撮像による画像（計測装置１６−ｉを撮像して得られた画像）１０２の中心Ｏ２（画像１０２をＸＹ座標系としたときの座標の原点）に対応づけて設定する。さらに、計測装置１６−（ｉ−１）におけるＤＳＰ５６は、取り込んだ画像１００、１０２を処理して、計測装置１６−（ｉ−２）を撮像して得られた画像１００のうち前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの重心Ｘ１１、Ｘ１２を算出するとともに、重心Ｘ１１、Ｘ１２間の中点Ｘ１を算出し、計測装置１６−ｉを撮像して得られた画像１０２のうち後方用円形ターゲット３４ｂ、３６ｂの重心Ｘ２１、Ｘ２２を算出するとともに、重心Ｘ２１、Ｘ２２間の中点Ｘ２を算出し、辺ｈ１と光軸Ｌ１とのなす角α１、β１と、辺ｈ２と光軸Ｌ２とのなす角α２、β２をそれぞれ算出し、各算出結果から辺ｈ１と辺ｈ２との挟角θｉを算出するようになっている。なお、α１、α２は水平方向における角度であり、β１、β２は垂直方向における角度である。また、計測装置１６−（ｉ−１）と計測装置１６−（ｉ−２）が直線状に配置されて、互いにの光軸が一致したときには、図８（ｃ）に示すように、計測装置１６−（ｉ−２）を撮像して得られた画像１００のうち前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの重心Ｘ１１、Ｘ１２間の中点Ｘ１は、画像１００の中心Ｏ１と一致する。
【００２５】
ここで、前方用撮像素子５２の撮像による画像１００と後方用撮像素子５４の撮像による画像１０２の水平方向の有効画素数をＨ、鉛直方向の有効画素数をＶとし、前方用撮像素子５２、後方用撮像素子５４における水平方向の視野角をＨφとし、鉛直方向の視野角をＶφとすると、水平方向の１画素当たりの角度Ｈθは、Ｈθ＝Ｈφ／Ｈ、鉛直方向の１画素当たりの角度Ｖθは、Ｖθ＝Ｖφ／Ｖで表される。
【００２６】
次に、前方用撮像素子５２の撮像による画像１００の中心をＯ１とすると、ターゲット１４の重心または前方用円形ターゲット３４ａと前方用円形ターゲット３６ａの中点（中心画素位置）Ｘ１は、画像１００の中心Ｏ１からの画素数となり、中心Ｏ１と中点Ｘ１とを結ぶ直線とＸ軸とのなす角度がα１であるときには、α１＝Ｈφ×Ｘ１として求めることができる。
【００２７】
同様に、後方用撮像素子５４の撮像による画像１０２の中心をＯ２とすると、後方用円形ターゲット３４ｂと後方用円形ターゲット３６ｂの中点（中心画素位置）Ｘ２は、画像１０２の中心Ｏ２からの画素数となり、画像１０２の中心Ｏ２と中点Ｘ２とを結ぶ直線とＸ軸とのなす角度がα２であるときには、α２＝Ｈθ×Ｘ２として求めることができる。
【００２８】
そして挟角θｉは、θｉ＝１８０度−α１−α２から求めることができる。挟角θｉ（θ１、θ２、…、θｎは、）は、図１に示すように、各計測装置１６−１〜１６−ｉにおいて求められ、各挟角θｉに関する情報はＬＡＮ回路６２を介して演算装置１８に転送されることになる。
【００２９】
なお、ＤＳＰ５６において挟角θｉを求めるに際しては、前方用レンズ部４８、後方用レンズ部５０にレンズ歪みがある場合を考慮し、予めレンズの歪み係数、レンズ中心画素位置（主点）、焦点距離などを求めておくこととしている。この際、レンズ歪み係数を予め求めておいて、レンズ歪み係数を基に各円形ターゲットの重心（中心画素位置）を補正したり、主点からの画素位置を求めたりすることが可能になる。これらによりレンズ歪を補正する。
【００３０】
また、焦点距離から求めた視野角あるいは実験的に求めた視野角から１画素当たりの角度を求めることも可能である。
【００３１】
演算装置１８は、各計測装置１６−１〜１６−ｉの画像処理ユニット４６の処理結果を基にトラバース測量計算にしたがって推進機１０の位置を求めるようになっている。この場合、図１に示すように、先頭の推進管１２−１と２番目の推進管１２−２との挟角θ１、２番目の推進管１２−２と３番目の推進管１２−３との挟角θ２などの情報は各計測装置１６−１〜１６−ｉの画像処理ユニット４６から得られるようになっており、最後尾の推進管１２−ｉと既知点である測点Ｓｎとを結ぶ直線と、測点Ｓｎと基準点６６とを結ぶ直線との挟角θｎは、最後尾の推進管１２−ｉの計測を行う毎に測定し、測定値として演算装置１８に入力されるようになっている。また各推進管１２−１〜１２−ｉの長さは規格で設定されているため、演算装置１８において、各推進管１２−１〜１２−ｉの長さと挟角θｉを基にトラバース測量計算にしたがって推進機１０の位置を求めることができる。
【００３２】
各計測装置１６−１〜１６−ｉに設けられた画像処理ユニット４６において、ターゲット１４または前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの画像の重心と後方用円形ターゲット３４ｂ、３６ｂの画像の重心を求めに際して、円形のターゲット画像の重心を算出するようにしているので、各ターゲット１４、３４ａ、３４ｂ、３６ａ、３６ｂの画像の重心を簡単な計算式に従って求めることができる。
【００３３】
一方、岩盤などを掘削するときなどに推進管１２−１〜１２−ｉがローリングすると、推進管１２−１〜１２−ｉのローリングに伴って計測装置１６−１〜１６−ｉもローリングするが、本実施例では、ローリングした計測装置１６−（ｉ−１）についての挟角θｉをローリング角度に応じて補正し、計測装置１６−１〜１６−ｉがローリングしても、この影響を受けることなく推進機１０の位置を正確に求めることができるようになっている。
【００３４】
具体的には、図９（ａ）に示すように、計測装置１６−（ｉ−１）がローリングした場合、図９（ｂ）に示すように、計測装置１６−（ｉ−１）に配置された前方用撮像素子５２の撮像による画像１０４は、ローリング前の画像１００に対して角度φだけ傾斜した状態となり、一方、後方用撮像素子５４の撮像による画像１０６は、図９（ｃ）に示すように、ローリング前の画像１０２に対して角度−φだけ傾斜した状態となる。すなわち、前方用撮像素子５２の撮像による画像１０４のうち前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの重心Ｘ１１、Ｘ１２は、ローリング前の画像１００に対して角度φだけ傾斜した位置に移動し、後方用撮像素子５４の撮像による画像１０６のうち後方用円形ターゲット３４ｂ、３６ｂの重心Ｘ２１、Ｘ２２は、ローリング前の画像１０２に対して角度−φだけ傾斜した位置に移動することになる。
【００３５】
一方、計測装置１６−（ｉ−１）に対して、推進方向Ｘにおいて１つ後方となる計測装置１６−ｉの前方用撮像素子５２には、計測装置１６−（ｉ−１）に配置された前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａが傾斜して撮像され、図９（ｄ）に示すような画像１０８が写し出される。この場合、計測装置１６−ｉは、前方用撮像素子５２の撮像による画像１０８のうち画像１０８の中心をＯ３とし、計測装置１６−（ｉ−１）に配置された前方用円形ターゲット３４ａの重心を座標（Ｘ０１、Ｙ０１）として、前方用円形ターゲット３６ａの重心を座標（Ｘ０２、Ｙ０２）として算出するとともに、計測装置１６−（ｉ−１）に配置された前方用円形ターゲット３４ａの重心と計測装置１６−（ｉ−１）に配置された前方用円形ターゲット３６ａの重心との中点の座標Ｘ３、Ｙ３をそれぞれＸ３＝（Ｘ０１＋Ｘ０２）／２、Ｙ３＝（Ｙ０１＋Ｙ０２）／２として算出し、さらに、計測装置１６−（ｉ−１）のローリング角φを、ローリング角φ＝ｔａｎ−１（Ｙ０２−Ｙ０１）／（Ｘ０２−Ｘ０１）として算出することができる。
【００３６】
そこで、計測装置１６−ｉから計測装置１６−（ｉ−１）に、計測装置１６−（ｉ−１）に配置された前方用円形ターゲット３４ａと前方用円形ターゲット３６ａとの中点の座標Ｘ３＝（Ｘ０１＋Ｘ０２）／２、Ｙ３＝（Ｙ０１＋Ｙ０２）／２に関するデータと、計測装置１６−（ｉ−１）のローリング角φ＝ｔａｎ−１（Ｙ０２−Ｙ０１）／（Ｘ０２−Ｘ０１）に関するデータをローリング情報として転送し、計測装置１６−（ｉ−１）において、ローリング情報を基にローリングに伴う画像１０４、１０６をローリング前の画像１００、１０２に変換することとしている。
【００３７】
具体的には、ローリングに伴う画像１０４は、ローリング前の画像１００に対して角度φだけ傾斜して写し出されるので、画像１０８から求めた２つの前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの中点の座標（Ｘ３，Ｙ３）＝｛（Ｘ０１＋Ｘ０２）／２，（Ｙ０１＋Ｙ０２）／２｝に角度φの回転行列を掛け算することで、ローリングに伴う画像１０４をローリング前の画像１００に変換することができる。同様にして、ローリングに伴う画像１０６は、ローリング前の画像１０２に対して角度−φだけ傾斜して写し出されるので、画像１０８から求めた２つの前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの中点の座標（Ｘ３，Ｙ３）＝｛（Ｘ０１＋Ｘ０２）／２，（Ｙ０１＋Ｙ０２）／２｝に角度−φの回転行列を掛け算することで、ローリングに伴う画像１０６をローリング前の画像１０２に変換することができる。ローリング前の画像１００、１０２が得られたときには、計測装置１６−（ｉ−１）がローリングしなかったときと同様の処理により、画像１００、１０２を基に計測装置１６−（ｉ−１）における挟角θｉを算出することができる。
【００３８】
このように、計測装置１６−（ｉ−１）がローリングした場合、計測装置１６−（ｉ−１）よりも推進方向Ｘにおいて１つ後方の計測装置１６−ｉにおいて、計測装置１６−（ｉ−１）に配置された２つの前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの中点の座標（Ｘ３，Ｙ３）と計測装置１６−（ｉ−１）のローリング角φを算出し、これらの算出結果をローリング情報として計測装置１６−（ｉ−１）に転送し、計測装置１６−（ｉ−１）において、ローリング情報を基にローリングに伴う画像１０４、１０６をローリング前の画像１００、１０２に変換するようにしているので、計測装置１６−（ｉ−１）がローリングしても、計測装置１６−（ｉ−１）における挟角θｉを正確に求めることができる。
【００３９】
また、全ての計測装置１６−１〜１６−ｉがローリングした場合でも、竪坑内の基準点６６からの挟角θｎをトータルステーションなどで求めるときに、竪坑に最も近い計測装置１６−１〜１６−ｉに配置された２つの前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの傾きをローリング角としてトータルステーションで求め、このローリング角を基に竪坑に最も近い計測装置１６−１〜１６−ｉのローリング角を補正し、ローリング角の補正された計測装置１６−１〜１６−ｉにより、この計測装置１６−１〜１６−ｉよりも推進方向Ｘにおいて１つ前方の計測装置１６−１〜１６−ｉのローリング角を求め、このローリング角を基に１つ前方の計測装置１６−１〜１６−ｉのローリング角を補正する処理を順番に実行することで、全ての計測装置１６−１〜１６−ｉのローリング角を補正し、補正されたローリング角を基に各計測装置１６−１〜１６−ｉにおける挟角θｉを求めることができる。
【００４０】
本実施例によれば、計測装置１６−（ｉ−１）がローリングした場合、計測装置１６−（ｉ−１）よりも推進方向Ｘにおいて１つ後方の計測装置１６−ｉにおいて、計測装置１６−（ｉ−１）に配置された２つの前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの中点の座標（Ｘ３，Ｙ３）と計測装置１６−（ｉ−１）のローリング角φを算出し、これらの算出結果を基に、ローリングに伴う画像１０４、１０６をローリング前の画像１００、１０２に変換するようにしているので、計測装置１６−（ｉ−１）がローリングしても、計測装置１６−（ｉ−１）における挟角θｉを正確に求めることができる。
【００４１】
また、本実施例によれば、前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａを、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２とを結ぶ光軸を中点として互いに離隔して配置し、後方用円形ターゲット３４ｂ、３６ｂを、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２とを結ぶ光軸を中点として互いに離隔して配置しているので、前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの重心間の中点と後方用円形ターゲット３４ｂ、３６ｂの重心間の中点を簡単な計算式で容易に求めることができる。
【００４２】
さらに、本実施例によれば、前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａの画像の重心と後方用円形ターゲット３４ｂ、３６ｂの画像の重心を求めているので、推進管１２−１〜１２−ｉが直線路や曲線路に沿って敷設されて場合でも、各円形ターゲット３４ａ、３６ａ、３４ｂ、３６ｂの画像の重心を容易に求めることができる。また、挟角θｉが常に一定になるように管理することで、推進管１２−１〜１２−ｉを直線路に沿って敷設することができる。
【００４３】
本実施例においては、画像処理ユニット４６において、挟角θｉを求めるものについて述べたが、画像処理ユニット４６の画像処理手段としての機能を演算装置１８に設け、前方用撮像素子５２、後方用撮像素子５４の撮像による画像情報をＬＡＮ回路６２を介して演算装置１８に転送し、演算装置１８において画像を処理する構成を採用することもできる。
【００４４】
また、通信手段としてＬＡＮ回路６２を用いる代わりに、１対複数の通信が可能なＲＳ４８５を利用したり、同軸ケーブルまたは光ファイバケーブルを用いてＮＴＳＣコンポジット信号を演算装置１８に転送したりする方式を採用することもできる。また無線ＬＡＮなどの無線を使用することも可能である。
【００４５】
また、挟角θｉを正確に求めるに際して、撮像素子５２、５４の分解能を上げるために、高画素の撮像素子を使用することで、レンズ部４８、５０が同じものであっても１画素当たりの角度が小さくなり、分解能を高めることができる。またレンズ部４８、５０の焦点距離を大きくして画角を狭くしても、１画素当たりの角度を小さくすることで、分解能を高めることができる。この場合、ターゲットの大きさと測定可能範囲を考慮する必要がある。
【００４６】
また、撮像素子５２、５４によって映し出された画像を処理するに際して、サブピクセル単位まで求める方法を採用することで分解能を高めることもできる。
【００４７】
また、測点Ｓｉ間の距離に関して、推進管１２−１〜１２−ｉの長さから求めることができるが、各計測装置１６−１〜１６−ｉに光波距離計を搭載し、ターゲットまでの距離を求めることで、高精度に測点間の距離を求めることができる。
【００４８】
さらに、前方用円形ターゲット３４ａ、３６ａおよび後方用円形ターゲット３４ｂ、３６ｂとして、円板３４、３６に反射材を塗布したものを用いたが、ＬＥＤを利用した自発光式の円形ターゲットを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例を示す推進機位置計測システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】計測装置の正面図である。
【図３】計測装置の側面図である。
【図４】計測装置の正面断面図である。
【図５】計測装置の側面断面図である。
【図６】計測装置のブロック構成図である。
【図７】（ａ）は、計測装置相互の関係を説明するための平面図、（ｂ）は、計測装置相互の関係を説明するための側面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、計測装置の画像処理方法を説明するための図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、ローリング発生時における計測装置の画像処理方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  推進機
１２−１〜１２−ｉ  推進管
１４  ターゲット
１６−１〜１６−ｉ  計測装置
１８  演算装置
２０  筐体
３４ａ、３６ａ  前方用円形ターゲット
３４ｂ、３６ｂ  後方用円形ターゲット
４６  画像処理ユニット
５２  前方用撮像素子
５４  後方用撮像素子
【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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【図９】
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