(57)【要約】      （修正有）【課題】掘進機の位置及び向きの自動測量に関し、掘進機の位置及び向きを、測量することができる自動測量方法を提供する。【解決手段】下記の手順により掘進機の位置及び向きを自動測量する。（１）自動追尾式測距測角儀の前回測量時の位置データ及びそれ以降の移動データから、自動追尾式測距測角儀の今回測量時の位置及び向きを予測し、坑口側に設置した複数の基準点の視準角を予測する工程。（２）（１）の予測結果をもとに、自動追尾式測距測角儀から、坑口側の複数の基準点を視準して自動追尾式測距測角儀の位置を検出する工程。（３）掘進機の測量位置データから、掘進機に設置した複数のターゲットの位置及び視準角を予測する工程。（４）（３）の予測結果をもとに、自動追尾式測距測角儀から掘進機に設置した複数のターゲットの位置を検出する工程。（５）掘進機の複数のターゲットの位置の検出結果をもとに、掘進機の位置と向きを求める工程。【選択図】図２
2012042400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘進坑内での、掘進機の位置及び向きの測量方法であって、下記（１）から（５）の手順により掘進機の位置及び向きを自動測量することを特徴とする自動測量方法。
（１）自動追尾式測距測角儀の前回測量時の位置データ及びそれ以降の移動データから、自動追尾式測距測角儀の今回測量時の位置及び向きを予測し、坑口側に設置した複数の基準点の視準角を予測する工程。
（２）（１）の予測結果をもとに、自動追尾式測距測角儀から、坑口側に設けた複数の基準点を視準して自動追尾式測距測角儀の位置を検出する工程。
（３）掘進機の測量位置データから、掘進機に設置した複数のターゲットの位置及び視準角を予測する工程。
（４）（３）の予測結果をもとに、自動追尾式測距測角儀から掘進機に設置した複数のターゲットを視準して複数のターゲットの位置を検出する工程。
（５）（４）で得られた、掘進機の複数のターゲットの位置の検出結果をもとに、掘進機の位置と向きを求める工程。
【請求項２】
自動追尾式測距測角儀を、掘進機に牽引された後方台車に搭載することを特徴とする請求項１に記載の自動測量方法。
【請求項３】
自動追尾式測距測角儀を走行台車に搭載し、掘進機に牽引された後方台車の後方に走行台車を連結し、又は走行台車を自走式とし、走行台車を後方台車の進行・停止とは独立してこれに追従するようにし、掘進機の掘進時に走行台車を静止させることを特徴とする請求項１に記載の自動測量方法。
【請求項４】
掘進機の掘進とともに牽引する後方台車に搭載した自動追尾式測距測角儀、又は掘進機の掘進とともに牽引する後方台車の後方の走行台車に搭載した自動追尾式測距測角儀が、後方台車、又は走行台車に対して上下及び／又は水平方向に移動可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載の自動測量方法。
【請求項５】
トンネル掘進坑内において、坑内の覆工部に自動追尾式測距測角儀を設置することを特徴とする請求項１に記載の自動測量方法。
【請求項６】
掘進機が中折れ式の場合に、自動追尾式測距測角儀が掘進機に設置した複数のターゲットの視準角を、掘進機の方位角と掘進機のジャッキ伸び量から得られる管理点の座標を求め、掘進機中折れ点の座標を求め、掘進機に設置した複数のターゲットの座標を求めた後、この掘進機に設置した複数のターゲットの座標と自動追尾式測距測角儀の座標から求めることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の自動測量方法。
【請求項７】
自動追尾式測距測角儀が、掘進機に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の自動測量方法。
【請求項８】
トンネルの工法がシールド工法であって、複数のターゲットがセグメントに設置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の自動測量方法。
【請求項９】
自動追尾式測距測角儀と坑口側の複数の基準点からトンネル線形に応じて、ワイズバッハトライアングルメソッド及び／又は後方交会法により、自動追尾式測距測角儀の位置を検出することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の自動測量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘進坑内における自動測量方法に関するものである。詳しくは、トンネル掘進において計画線に沿ってトンネルの築造を可能にするための効率的な測量方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法をはじめとして、トンネル築造においては計画通りの線形に沿ってトンネルを敷設することが技術的にも必須の条件となっており、特に、機械的に掘進していくシールド工法においては、そのためのシールド掘進機の位置の正確な測量が極めて大切な要件となっている。このようなシールド工法における掘進機の位置測定とトンネルの計画線に沿った築造のための測量においは、従来より、人力による測量の方法と、自動測量による方法とが知られている。
【０００３】
このうちの自動測量の方法としては、自動追尾式測距測角儀やジャイロコンパスを用いる方法がある。この自動測量方法は、人力測量に比べ、短時間で測量することができるため、測量回数を多くすることが可能となり、その結果きめ細かな掘進管理ができるので、現在普及している。
【０００４】
しかしながら、このように優れた利点を有する自動測量方法ではあるが、自動追尾式測距測角儀を用いる方法においては、トンネル線形が曲線の場合、自動追尾式測距測角儀の盛り替え回数が増加し、また、自動追尾式測距測角儀とシールド掘進機との間に障害物があると自動追尾式測距測角儀が発するレーザー光が遮られる等の欠点がある。また、ジャイロコンパスを使用する方法の場合には、シールド掘進機が水平方向へ同じ角度で横移動したときに、ジャイロコンパスは移動する前後で同方向を指針しているために、あたかもその同方向に進んでいるかのように計測され、それが誤差となって現れるという欠点がある。
【０００５】
そこで、本発明者は、シールド掘進抗内において、シールド機の掘進とともに自動追尾式測距測角儀を進行させ、自動追尾式測距測角儀と立抗側に位置する複数の基準点からトンネル線形に応じて、ワイズバッハトライアングルメソッド及び／又は後方交会法により自動追尾式測距測角儀の位置を自動的に求めた後、その既知点の位置からシールド掘進機の位置を自動測量することを特徴とするシールド測量方法を発明している（特許文献１参照）。
【０００６】
このシールド測量方法によれば、その既知点の位置からシールド掘進機の位置を自動測量する方法として、既知点の自動追尾式測距測角儀の位置からシールド掘進機までは、自動追尾式測距測角儀から直接シールド掘進機に位置する反射プリズムにレーザー光を照射して、既知点とプリズムを結ぶ直線の距離と角度を測ることで、シールド掘進機の位置を出す。この測量方法により、シールド工法において、シールドトンネルを計画線に沿って築造するための、効率的で精度のよい測量方法が実現される。
【０００７】
しかしながら、このように優れた利点を有する自動測量方法ではあるが、自動追尾式測距測角儀はモータードライブを内蔵しており、パソコンによる自動制御で３〜４個のプリズムを順次視準して測量が行われるが、自動追尾式測距測角儀は後続台車に搭載されているため、掘進に伴って測量機が移動、回転する。従来の制御プログラムでは、前回の自動測量時にパソコンに記録された視準角を読み出して、その角度に自動追尾式測距測角儀を回転制御している。
【０００８】
１リング毎に実施する場合や曲線区間以外の場合は、測量機がそれほど移動、回転をしないため、視準角が大きく変化しないため問題は無いが、何リング分か実施しなかったり、シールド掘進機が曲線始点を通過した直後や自動追尾式測距測角儀が曲線区間に位置した場合などは視準角が大きく変化するため、反射プリズムをサーチするのに時間がかかったり、反射プリズムをサーチできず視準不能になることがある。
【０００９】
このように視準不能になった場合は、自動測量を行わないか、現場職員が視準角を予測するか、坑内に入って手動操作で実際に視準角を調べるかして、パソコンに記録された前回測量時の視準角を書き換えてから再度実施することになる。このような対処方法は、その状況に応じて行うこととなる。また、複数のプリズムが、サーチ範囲内に入った場合、それらの中心を視準する場合や、目標以外のプリズムを視準して自動測量が失敗する場合もある。
【００１０】
また、複数のプリズムをそれぞれ迅速にサーチするために、サーチするそれぞれの反射プリズムをシャッターが開閉するボックス内に格納し、視準するときにシャッターの開閉を順次行い視準し、測距及び測角する、又は１つの反射プリズムが２位置間を移動可能として、それぞれの位置で視準し、測距及び測角することで、反射プリズムの交互位置個別測距測角を行い、掘進機の位置及び向きを検出する測量方法が提供されている（特許文献２参照）。これにより、目的の反射プリズムを視準することができる。
【００１１】
しかしながら、これらの視準方法は優れた利点を有する自動測量方法ではあるが、盛り替えに時間がかかったり、シャッターが開閉するボックスの製作、掘進機への取付けを要し、また設備としても大きくなるため、設置場所の確保もしなければならない等課題が残っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平５−２４８８６１号公報
【特許文献２】特開平７−１９８３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、トンネル掘進工法における、掘進機の位置及び向きの自動測量に関し、如何なる状況であっても掘進機の位置及び向きを、簡単且つ正確に測量することができる自動測量方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【００１５】
第１に、トンネル掘進坑内での、掘進機の位置及び向きの測量方法であって、下記（１）から（５）の手順により掘進機の位置及び向きを自動測量することを特徴とする自動測量方法である。
（１）自動追尾式測距測角儀の前回測量時の位置データ及びそれ以降の移動データから、自動追尾式測距測角儀の今回測量時の位置及び向きを予測し、坑口側に設置した複数の基準点の視準角を予測する工程。
（２）（１）の予測結果をもとに、自動追尾式測距測角儀から、坑口側に設けた複数の基準点を視準して自動追尾式測距測角儀の位置を検出する工程。
（３）掘進機の測量位置データから、掘進機に設置した複数のターゲットの位置及び視準角を予測する工程。
（４）（３）の予測結果をもとに、自動追尾式測距測角儀から掘進機に設置した複数のターゲットを視準して複数のターゲットの位置を検出する工程。
（５）（４）で得られた、掘進機の複数のターゲットの位置の検出結果をもとに、掘進機の位置と向きを求める工程。
【００１６】
第２に、上記第１の発明の自動測量方法において、自動追尾式測距測角儀を、掘進機に牽引された後方台車に搭載する。
【００１７】
第３に、上記第１の発明の自動測量方法において、自動追尾式測距測角儀を走行台車に搭載し、掘進機に牽引された後方台車の後方に走行台車を連結し、又は走行台車を自走式とし、走行台車を後方台車の進行・停止とは独立してこれに追従するようにし、掘進機の掘進時に走行台車を静止させる。
【００１８】
第４に、上記第２又は第３の発明の自動測量方法において、掘進機の掘進とともに牽引する後方台車に搭載した自動追尾式測距測角儀、又は掘進機の掘進とともに牽引する後方台車の後方の走行台車に搭載した自動追尾式測距測角儀が、後方台車、又は走行台車に対して上下及び／又は水平方向に移動可能である。
【００１９】
第５に、上記第１の発明の自動測量方法において、トンネル掘進坑内の覆工部に自動追尾式測距測角儀を設置する。
【００２０】
第６に、上記第１から第５の発明の自動測量方法において、掘進機が中折れ式の場合に、自動追尾式測距測角儀が掘進機に設置した複数のターゲットの視準角を、掘進機の方位角と掘進機のジャッキ伸び量から得られる管理点の座標を求め、掘進機中折れ点の座標を求め、掘進機に設置した複数のターゲットの座標を求めた後、この掘進機に設置した複数のターゲットの座標と自動追尾式測距測角儀の座標から求める。
【００２１】
第７に、上記第１の発明の自動測量方法において、自動追尾式測距測角儀が、掘進機に搭載されている。
【００２２】
第８に、上記第１から第７の発明の自動測量方法において、トンネルの掘進がシールドトンネル掘進であって、複数のターゲットがセグメントに設置されている。
【００２３】
第９に、上記第１から第８の発明の自動測量方法において、自動追尾式測距測角儀と坑口側の複数の基準点からトンネル線形に応じて、ワイズバッハトライアングルメソッド及び／又は後方交会法により、自動追尾式測距測角儀の位置を検出する。
【発明の効果】
【００２４】
上記第１の発明によれば、（１）から（５）の手順による自動測量方法としたので、前回の測量データ及び移動情報から自動追尾式測距測角儀がサーチすべき方向が予測でき、どのような状況であっても坑口側の複数の基準点及び掘進機に設置した複数のターゲットを失敗せず視準することができる。またこれにより掘進機の位置と向きの自動測量時間を短縮することができる。
【００２５】
上記第２の発明によれば、自動追尾式測距測角儀を、掘進機が牽引する後方台車に搭載したので、自動追尾式測距測角儀と掘進機の距離が一定に保たれ、それぞれの移動距離が同一となるので、より精度の高い測量をすることができる。
【００２６】
上記第３の発明によれば、掘進機の掘進とともに牽引する後方台車の後方に自動追尾式測距測角儀を搭載した走行台車を走行・停止自在に連結するか、又はこの走行台車を自走式として配置し、走行台車を後方台車の進行・停止とは独立して、後方台車に追従していくようにし、掘進機の掘進時に、自動追尾式測距測角儀を搭載する走行台車を静止させたので、リアルタイムに測量ができ、トンネルを計画線に沿って築造するための効率的で、精度のよい測量方法が実現される。また、自動計測のタイミングを適宜設定することが可能となり、更に連続自動測量を可能とすることもできる。
【００２７】
上記第４の発明によれば、上記第２、第３の発明において、掘進機の掘進とともに牽引する後方台車に搭載した自動追尾式測距測角儀、又は掘進機の掘進とともに牽引する後方台車の後方の走行台車に搭載した自動追尾式測距測角儀が、掘進機に設置した複数のターゲットを視準するに際し、後方台車、又は走行台車に対して上下あるいは水平方向に移動可能な自動追尾式測距測角儀としたので、測量途中で障害物が発生してレーザー光や光波等による掘進機のターゲットを照射する測量が妨害された場合でも、自動追尾式測距測角儀を障害物から回避した位置に移動し、掘進機に設置した複数のターゲットを視準して掘進機の位置と向きを測量することができる。
【００２８】
上記第５の発明によれば、トンネル掘進坑内において、坑内の覆工部に自動追尾式測距測角儀を設置したので、一度坑口側の複数の基準点をもとにして自動追尾式測距測角儀の位置を検出した後は、掘進機に設置した複数のターゲットを視準できる範囲内であれば、自動追尾式測距測角儀を盛り替えすることなく常に掘進機の位置と向きを求めることができる。
【００２９】
上記第６の発明によれば、掘進機が中折れ式の場合に、自動追尾式測距測角儀が掘進機に設置した複数のターゲットの視準角を、掘進機の方位角と掘進機のジャッキ伸び量から得られる管理点の座標を求め、その後掘進機中折れ点の座標を求め、その後掘進機に設置した複数のターゲットの座標を求めた後、この掘進機に設置した複数のターゲットの座標と自動追尾式測距測角儀の座標から求めるようにしたので、掘進機のタイプに関係なく本発明の自動測量方法を実施することができる。
【００３０】
上記第７の発明によれば、トンネル坑内を移動する自動追尾式測距測角儀が、掘進機に搭載した自動追尾式測距測角儀であって、坑口側の複数の基準点を視準して、自動追尾式測距測角儀の位置を測量するに際し、坑口側の複数の基準点を視準する時点での自動追尾式測距測角儀の位置と向きを予測し、これらのデータをもとに自動追尾式測距測角儀から坑口側の複数の基準点の視準角を自動的に演算し、視準し、掘進機の位置と方位を求めるので、自動追尾式測距測角儀から掘進機の視準が容易になり、測量をより正確に行うことができる。
【００３１】
上記第８の発明によれば、シールドトンネル掘進坑内で、自動追尾式測距測角儀が、坑口側の複数の基準点をもとにしてセグメントに設置した複数のターゲットを視準するに際し、セグメントに設置した複数のターゲットを視準する時点での自動追尾式測距測角儀の位置と向き及びセグメントに設置した複数のターゲットの位置を予測し、これらのデータをもとに自動追尾式測距測角儀からの坑口側の複数の基準点とセグメントに設置した複数のターゲットのそれぞれの視準角を自動的に演算し、視準し、セグメントの位置と向きを求めるので、掘進の状況をより正確に測量することができる。また、この発明は、推進工法において、複数のターゲットが推進管に設置されている場合にも適用できる。
【００３２】
上記第９の発明によれば、自動追尾式測距測角儀と坑口側の複数の基準点からトンネル線形に応じて、ワイズバッハトライアングルメソッド及び／又は後方交会法により、自動追尾式測距測角儀の位置を検出することとしたので、計画線が直線の時のように見通しのよい場合はワイズバッハトライアングルメソッドを用い、計画線が曲線の時のように見通しの悪い場合は後方交会法を用いるように、状況に応じて自動追尾式測距測角儀の位置を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の自動測量方法のフロー図である。
【図２】図１のフロー図の内容を手順に沿って示した概略図である。
【図３】直線区間内において何リング分か測量を実施しなかった場合の概略図である。
【図４】曲線区間内において何リング分か測量を実施しなかった場合の概略図である。
【図５】シールド掘進機が曲線始点通過後（自動追尾式測距測角儀は直線区間）の場合を示す概略図である。
【図６】自動追尾式測距測角儀がＢＣ（曲線始点）を通過後の場合を示す概略図である。
【図７】自動追尾式測距測角儀が独立して後方台車に追従する場合を示した平面図である。
【図８】自動追尾式測距測角儀が測量の際、障害物回避のために移動する場合を示した平面図である。
【図９】自動追尾式測距測角儀がズリトロ用レールを走行して測量する場合を示した平面図である。
【図１０】自動追尾式測距測角儀を覆工部に設置して測量する場合を示した平面図である。
【図１１】手順（２）について、掘進機が中折れ式の場合の掘進機に設置したターゲット１、ターゲット２の位置を逆算するための概略図である。
【図１２】自動追尾式測距測角儀を掘進機に搭載して測量する場合を示した平面図である。
【図１３】セグメント測量をする場合を示した平面図である。
【図１４】セグメント測量をする場合を示した立面図である。
【図１５】図１３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図１６】基準点との測量においてワイズバッハトライアングルメソッドを用いた場合を示した平面図である。
【図１７】基準点との測量において後方交会法を用いた場合を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の自動測量方法について具体的に説明する。もちろん、以下の説明は、発明の趣旨をより良く理解可能とするためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００３５】
本発明の自動測量方法は、図１及び図２に示す以下の手順１から５に沿って行うものである。
手順１：自動追尾式測距測角儀の位置と向き及び基準点の視準角の予測
手順２：自動追尾式測距測角儀の位置の検出
手順３：掘進機に設置した複数のターゲットの位置と視準角の予測
手順４：掘進機に設置した複数のターゲットの位置の検出
手順５：掘進機の位置及び方向の検出
以下に手順１から手順５について図を用いて詳細に説明する。
＜手順１：自動追尾式測距測角儀の位置と向き及び基準点の視準角の予測＞
手順１では、自動追尾式測距測角儀の前回の測量位置データ及びそれ以降の移動データ（距離、線形（トンネルの設計データ）等）から、自動追尾式測距測角儀の位置及び向きを予測し、更に、坑口側に設置した基準点の視準角を予測する。
【００３６】
具体的な手順について、掘進機と自動追尾式測距測角儀の移動状況が、直線区間内で移動した場合と、曲線区間内で移動した場合で分けて説明する。
【００３７】
なお、本発明において用いられる「視準角」の用語は、任意に定めた基準方向、例えば、トンネル設計上の東西南北、単曲線の中心方向、トンネルの設計中心線と直交する方向等から、目標物、例えば、基準点、ターゲットを見たときの角度（基準方向から右回りの角度）を意味する。
（直線区間内で移動した場合の位置及び向きの予測）
図３に、シールドトンネル掘進坑内において、掘進機と自動追尾式測距測角儀が直線区間内で何リングか測量を実施せず移動した場合を示す。
（位置の予測）
図３に示すように、移動前の自動追尾式測距測角儀２０（前回測量時）の位置座標を（Ｘｔ０，Ｙｔ０）、移動後の自動追尾式測距測角儀２０（今回測量時）の位置座標を（Ｘｔ１，Ｙｔ１）とし、基準点３１の位置座標を（Ｘｓ１，Ｙｓ１）、基準点３２の位置座標を（Ｘｓ２，Ｙｓ２）とする。そして、移動前の自動追尾式測距測角儀２０の位置から、移動後の自動追尾式測距測角儀２０の位置の距離（自動追尾式測距測角儀の移動距離）をＬとする。
【００３８】
また、θは、自動追尾式測距測角儀２０がトンネルの設計中心線３０と平行に移動すると仮定し、直線区間のトンネルの設計方位角を適用する。
【００３９】
ここで、前回測量時の自動追尾式測距測角儀２０の位置（Ｘｔ０，Ｙｔ０）から、今回測量時（移動後）の自動追尾式測距測角儀２０の位置（Ｘｔ１，Ｙｔ１）は下記式１で求めることができる。
【００４０】
【数１】
2012042400.tif 000003
【００４１】
（視準角の予測）
この直線区間内での移動の場合、自動追尾式測距測角儀２０とターゲット１１、ターゲット１２の相対位置はあまり変わらないため、ターゲット１１、ターゲット１２の視準角はほとんど変化しないが、基準点３１、基準点３２との相対位置は大きく変わるため、基準点３１、基準点３２の視準角はα０からα１のように変化する。
【００４２】
移動後の自動追尾式測距測角儀２０の位置座標（Ｘｔ１，Ｙｔ１）から基準点３１（Ｘｓ１，Ｙｓ１）への方位角θ１は下記式２から求めることができる。
【００４３】
【数２】
2012042400.tif 000004
【００４４】
同様にして移動後の自動追尾式測距測角儀２０の位置座標（Ｘｔ１，Ｙｔ１）から基準点３２（Ｘｓ２，Ｙｓ２）への方位角θ２を求めることができる。
【００４５】
移動前の自動追尾式測距測角儀の座標から基準点３１への方位角をθ０、視準角をα０とすると、今回測量時（移動後）の基準点３１への視準角α１は下記式２’で求めることができる。
【００４６】
【数３】
2012042400.tif 000005
【００４７】
同様にして自動追尾式測距測角儀２０の座標から基準点３２への視準角α２を求めることができる。
（曲線区間で移動した場合の位置と向きの予測）
図４に、シールドトンネル掘進坑内において、掘進機と自動追尾式測距測角儀が曲線区間内で何リングか測量を実施せず移動した場合を示す。
（位置及び向きの予測）
図４において、移動後の自動追尾式測距測角儀２０の座標（Ｘｔ１，Ｙｔ１）は、移動前の自動追尾式測距測角儀２０の座標（Ｘｔ０，Ｙｔ０）をもとに、トンネルの設計中心線３０である単曲線の中心点座標を（Ｘ０，Ｙ０）とすると下記式３で求めることができる。
【００４８】
【数４】
2012042400.tif 000006
【００４９】
なお、θは移動距離Ｌのときの単曲線の中心点を中心とした回転角であり、下記式４で求めることができる。
【００５０】
【数５】
2012042400.tif 000007
【００５１】
（視準角の予測）
この場合も、図３に示す場合と同様に、ターゲット１１、ターゲット１２の視準角はほとんど変化しないが、基準点３１、基準点３２の視準角は図４のα０からα１ように変化する。
【００５２】
移動後の自動追尾式測距測角儀２０の座標（Ｘｔ１，Ｙｔ１）から基準点３１（Ｘｓ１，Ｙｓ１）への方位角θ１は（直線区間で移動した場合の予測）の場合と同様に式２で求めることができる。また、移動後の自動追尾式測距測角儀２０の座標（Ｘｔ１，Ｙｔ１）から基準点３２（Ｘｓ２，Ｙｓ２）への方位角θ２も同様に求めることができる。
【００５３】
自動追尾式測距測角儀は曲線区間を移動することで、位置座標が変化するだけでなく、向きがθ変化する。
【００５４】
前回測量時(移動前)の自動追尾式測距測角儀から基準点３１への方位角をθ０、視準角をα０、今回測量時(移動後)の自動追尾式測距測角儀から基準点３１への方位角をθ１とすると、移動後の基準点１への視準角α１は下記式４’で求めることができる。
【００５５】
【数６】
2012042400.tif 000008
【００５６】
同様にして基準点２への視準角α２を求めることができる。
【００５７】
以上の手順により移動後の自動追尾式測距測角儀の視準角を予測することができる。
＜手順２：自動追尾式測距測角儀の位置の検出＞
手順２では、手順１で得られた自動追尾式測距測角儀の視準角の予測結果から、自動追尾式測距測角儀を回転制御して基準点を視準し、その測距測角値をワイズバッハトライアングルメソッド及び／又は後方交会法により自動追尾式測距測角儀の正確な位置を検出する。検出された位置座標を（Ｘｔ，Ｙｔ）とする。
【００５８】
自動追尾式測距測角儀と坑口側の複数の基準点から計画線が直線の時のように見通しのよい場合は、ワイズバッハトライアングルメソッドを用い、計画線が曲線の時のように見通しの悪い場合は、後方交会法を用いて、測距測角儀の位置を計測する。このように測量方法をトンネル線形に応じて使い分けて、より高い測量精度を得ることができる。もちろんこの発明の方法においては、精度確保の目的や施工現場の状況等に応じてワイズバッハトライアングルメソッドと後方交会法を同時に使用してもよい。測量手段と演算方法等システム全体を自動化させることにより、効率よく２つの測量方法を適宜用いることができる。なお、坑口側に設置する基準点及び掘進機に設置するターゲットは、反射プリズムとなっており、自動追尾式測距測角儀はこれらの反射プリズムをレーザー光や光波等により自動視準して測距、測角を行う。
【００５９】
以下にワイズバッハトライアングルメソッド及び後方交会法について説明する。
（ワイズバッハトライアングルメソッド）
図１６は、基準点との測量においてワイズバッハトライアングルメソッドを用いた場合を示した平面図である。
【００６０】
図１６において、ワイズバッハトライアングルメソッドを使用した場合の求点の座標（Ｘ，Ｙ）は、下記式１．１、式１．２で求めることができる。
【００６１】
【数７】
2012042400.tif 000009
【００６２】
（後方交会法）
図１７は、基準点との測量において後方交会法を用いた場合を示した平面図である。
【００６３】
図１７において、後方交会法を使用した場合の求点の座標（Ｘ，Ｙ）は、下記式２．１、式２．２で求めることができる。
【００６４】
【数８】
2012042400.tif 000010
【００６５】
＜手順３：掘進機に設置した複数のターゲットの位置と視準角の予測＞
手順３では、掘進時に掘進機から得られる管理点座標データ及び管理点からターゲット１及び２までの距離から、掘進機に設置したターゲット１及び２の位置と視準角を予測する。
【００６６】
なお、掘進機に設けられたターゲットの位置と視準角の予測を、掘進機の種類として単胴タイプと中折れタイプに区別して説明する。
（単胴タイプ掘進機の位置の予測）
以下に、掘進機のターゲットの位置の予測について図５を用いて説明する。
【００６７】
単胴タイプ掘進機においては、掘進機に設置したターゲット１１、ターゲット１２の位置を、掘進中の計測方法で掘進時に得られる掘進機内の管理点（ジャッキストローク＋ジャイロ方位）の位置データ、掘進機に設置したターゲット１１、ターゲット１２の設置位置情報（掘進機後端部からの距離、掘進機中心からの距離）を用いて逆算して予測する。
【００６８】
図５に示すように、自動追尾式測距測角儀２０が直線区間内で、シールド掘進機１０だけが曲線区間にある場合はα０からα１のようにターゲット１１、ターゲット１２の視準角が大きく変化する。
【００６９】
ターゲット１１の座標（Ｘｍ１，Ｙｍ１）及びターゲット１２の座標（Ｘｍ２，Ｙｍ２）は、掘進時に得られる管理点座標（Ｘｋ，Ｙｋ）及び管理点からターゲット１１までの距離Ｌ１及び管理点からターゲットＬ２までの距離データ、また、ターゲット１１の方位角β１及びターゲットの方位角β２を用いて下記式５、６により求めることができる。
【００７０】
【数９】
2012042400.tif 000011
【００７１】
【数１０】
2012042400.tif 000012
【００７２】
以上の手順により、掘進機に設けられたターゲット１１及び１２の、前回終了時の位置座標を予測することができる。
（中折れタイプ掘進機の位置の予測）
以下に、掘進機のターゲットの位置の予測について図１１を用いて説明する。
【００７３】
掘進機１０が、前胴と後胴からなる中折れタイプにおいては、掘進機１０に設置したターゲット１１、ターゲット１２の位置を、掘進中の計測方法で掘進時に得られる掘進機内の管理点Ｋ（ジャッキストローク）の位置データ、前胴方位角Ａｚ（ジャイロ方位）、掘進機に設置したターゲット１１、ターゲット１２の設置位置情報（掘進機後端部からの距離、掘進機中心からの距離）を用いて逆算して予測する。
【００７４】
管理点Ｋの座標値は掘進中にシールド掘進機に搭載したジャイロコンパスから得られる掘進機１０の方位角と掘進機１０のジャッキ伸び量から得られる掘進機１０の掘進距離によって演算され、１リング毎の掘進終了時に（Ｘｋ，Ｙｋ）として得られる。この座標値からターゲット１１、ターゲット１２の座標値は式８〜式１０で求まる。
【００７５】
【数１１】
2012042400.tif 000013
【００７６】
【数１２】
2012042400.tif 000014
【００７７】
【数１３】
2012042400.tif 000015
【００７８】
（ターゲットへの視準角の予測）
今回測量時(移動後)の自動追尾式測距測角儀２０の位置からターゲット１１の方位角θ１は、ワイズバッハトライアングルメソッド及び／又は後方交会法により得られる自動追尾式測距測角儀２０の位置座標を（Ｘｔ，Ｙｔ）とすると、下記式７から求めることができる。
【００７９】
【数１４】
2012042400.tif 000016
【００８０】
また、前回測量時(移動前)の自動追尾式測距測角儀からターゲット１１への方位角をθ０、視準角をα０とすると、今回測量時(移動後)のターゲット１１への視準角α１は式２’で求めることができる。同様にしてターゲット１２への視準角を求めることができる。
＜手順４：掘進機に設置したターゲットの位置の検出＞
手順４では、手順３で得られた掘進機のターゲットの位置及び視準角の予測結果をもとに、自動追尾式測距測角儀から掘進機のターゲットを視準してターゲットの位置を検出する。
＜手順５：掘進機の位置及び方向の検出＞
手順４で得られた、自動追尾式測距測角儀の位置検出結果から、掘進機の位置と向きを求める。
【００８１】
以上の手順により、迷うことなく、迅速に自動追尾式測距測角儀がターゲット１、ターゲット２を視準することができ、掘進機の位置と方位を求めることができる。
【００８２】
なお、この際掘進機のローリング（前胴）、ピッチング（前胴）、中折れ上下角度、前胴と後胴のねじれ（ローリングの差）は、これらにより生じる平面位置の変位が自動追尾式測距測角儀がターゲット１、ターゲット２をサーチする際に照射するレーザー光や光波等の範囲と比較して微小である為に考慮する必要はない。
【００８３】
上記の各手順による説明では、種々の自動追尾式測距測角儀と掘進機の位置関係のケースを例に挙げて説明したが、より複雑な移動状態における測量であっても、上記各手順を場合分けにして組み合わせることにより、掘進機の位置と方位を正確に求めることができる。
【００８４】
例えば、図６に示すような、前回測量時と今回測量時の間に自動追尾式測距測角儀２０が曲線始点３３を通過した場合であって、基準点３１、基準点３２、ターゲット１１、ターゲット１２すべての視準角が大きく変化する。このような場合においても、前回測量時の自動追尾式測距測角儀２０の座標を（Ｘｔ０，Ｙｔ０）、移動途中の曲線始点上の自動追尾式測距測角儀２０の座標を（Ｘｔ１，Ｙｔ１）、今回測量時（移動後）の自動追尾式測距測角儀２０の座標を（Ｘｔ２，Ｙｔ２）とすると（Ｘｔ１，Ｙｔ１）はＡの場合と同様に式１〜２により求められる。
【００８５】
（Ｘｔ２，Ｙｔ２）は、手順１の曲線移動の場合と同様に式３〜４を適用して求めることができる。ターゲット１１、ターゲット１２の座標は式５、６、ターゲット１１、ターゲット１２の視準角は式４’により求めることができる。そしてこれらのデータをもとに、手順５により掘進機の位置と方位を求めることができる。
【００８６】
なお、上記の各ケースを用いての説明に於いては、説明を簡潔にするために基準点及びターゲットを２箇所としたが、坑口側に設置する基準点及び掘進機に設置するターゲットは、より正確な位置を計測するために２箇所以上の設置も可能である。
【００８７】
本発明による自動測量方法は、シールド工法、山岳トンネル工法、推進工法等のトンネル工法において、掘進機を用いる場合に適用できる。
【００８８】
以下に、上記で説明した本発明の自動測量方法が適用可能な構成を実施例として説明する。
【実施例】
【００８９】
＜実施例１＞
（自動追尾式測距測角儀が独立して後方台車に追従する場合）
図７に、自動追尾式測距測角儀が独立して後方台車に追従する場合の平面図を示す。この構成では、掘進機１０の掘進とともに牽引する後方台車４の後方にあるいは後方台車４の中に自動追尾式測距測角儀２０を搭載した走行台車６をワイヤ５等によって走行・停止自在として連結することができる。この場合、走行台車６を自走式として配置し、走行台車６を後方台車４の進行・停止とは独立してこれに追従する。
【００９０】
掘進機１０の掘進時にも、この自動追尾式測距測角儀２０を搭載する走行台車６を静止させた状態で、自動追尾式測距測角儀２０をターゲット１１、１２を視準する時点での自動追尾式測距測角儀２０の位置と向きを予測し、これらのデータをもとに自動追尾式測距測角儀２０から坑口側の複数の基準点３１、３２及び掘進機１０に設置した複数のターゲット１１、１２のそれぞれの視準角を自動的に演算し、視準し、掘進機１０の位置と方位を求める。本発明による自動測量方法は、シールド工法、山岳トンネル工法、推進工法等において、掘進機及び後方台車を用いる場合に適用できる。
＜実施例２＞
（自動追尾式測距測角儀が測量の際、障害物回避のために移動する場合）
図８に、自動追尾式測距測角儀が測量の際、障害物回避のために移動する場合の平面図を示す。この構成では、掘進機１０の掘進とともに牽引する後方台車４に搭載した自動追尾式測距測角儀２０が、掘進機１０に設置したターゲット１１、１２を視準するに際し、自動追尾式測距測角儀２０を回転台２１の上に設置し、自動測量時に、回転台２１を水平方向に回転させ、自動測量を実施する。
【００９１】
これにより、測量途中で障害物が発生して、掘進機１０のターゲット１１、１２の見通しが確保できない場合でも、自動追尾式測距測角儀２０を障害物から回避した位置に移動し、掘進機１０に設置したターゲット１１、１２を視準できる状態で、ターゲット１１、１２を視準する時点での自動追尾式測距測角儀２０の位置と向きを予測し、これらのデータをもとに自動追尾式測距測角儀２０から坑口側の基準点３１、３２及び掘進機１０に設置したターゲット１１、１２のそれぞれの視準角を自動的に演算し、視準し、掘進機１０の位置と向きを求める。もちろん、障害物回避の移動方向は、上下、水平方向への直線移動でもよい。
【００９２】
また、移動に際しては、自動追尾式測距測角儀２０の移動位置、向きを考慮し、掘進機１０の位置と向きを測量するに際し、掘進機１０に設置したターゲット１１、１２を視準する時点での自動追尾式測距測角儀２０の位置と向きを予測する。また、この場合、実施例１で説明した掘進機の掘進とともに牽引する後方台車４の後方の走行台車６に搭載した自動追尾式測距測角儀２０で実施する。本発明による自動測量方法は、シールド工法、山岳トンネル工法、推進工法等において、掘進機及び後方台車を用いる場合に適用できる。
＜実施例３＞
（自動追尾式測距測角儀がズリトロ用レールを走行して測量する場合）
図９に、自動追尾式測距測角儀がズリトロ用レールを走行して測量する場合の平面図を示す。この構成では、後方台車４と並行するズリトロ用レール３４上を走行して移動する自動走行台車２２に自動追尾式測距測角儀２０を設置して、坑口側の基準点３１、３２をもとにして掘進機１０に設置したターゲット１１、１２を検出する。
【００９３】
これにより、より見通しがよい位置で、坑口側の基準点３１、３２をもとに、自動追尾式測距測角儀２０の位置を検出し、その後に掘進機１０に設置したターゲット１１、１２を視準して掘進機１０の位置と向きを測量するに際し、掘進機１０に設置したターゲット１１、１２を視準する時点での自動追尾式測距測角儀２０の位置と向きを予測し、これらのデータをもとに自動追尾式測距測角儀２０から坑口側の基準点３１、３２及び掘進機１０に設置したターゲット１１、１２のそれぞれの視準角を自動的に演算し、視準し、掘進機１０の位置と向きを求めることができる。この場合、後方台車４の上や後方台車用の軌道の横に平行に新たに自動追尾式測距測角儀２０を走行させる軌道を設置し、走行させることもできる。
【００９４】
ここで、自動追尾式測距測角儀２０を設置してある自動走行台車２２は、測量時に、人力でズリトロ用レール３４にセットするか、あるいは、掘進機１０の掘進とともに牽引する後方台車４に置かれ、測量時に後方台車４に備え付けてある機械アームで、セット、回収をするようにしてもよい。本発明による自動測量方法は、シールド工法、山岳トンネル工法、推進工法等において、掘進機、及びズリトロ用レールあるいは後方台車を用いる場合に適用できる。
＜実施例４＞
（自動追尾式測距測角儀を覆工部に設置して測量する場合）
図１０に、自動追尾式測距測角儀を覆工部に設置して測量する場合の平面図を示す。この構成では、トンネル掘進坑内の覆工部２２に自動追尾式測距測角儀２０を設置し、坑口側の基準点３１、３２をもとにして掘進機１０に設置したターゲット１１、１２を検出する。これにより、掘進機１０のターゲット１１、１２を視準して掘進機１０の位置と向きを測量するに際し、ターゲット１１、１２の位置を予測し、これらのデータをもとに自動追尾式測距測角儀２０からのターゲット１１、１２の視準角を自動的に演算し、視準し、掘進機１０の位置と方位を求める。
＜実施例５＞
（自動追尾式測距測角儀を掘進機に搭載して測量する場合）
図１２に、自動追尾式測距測角儀を掘進機に搭載して測量する場合の平面図を示す。この構成では、トンネル掘進坑内で、掘進機１０に自動追尾式測距測角儀２０を搭載し、この自動追尾式測距測角儀２０が坑口側の基準点３１、３２を視準して、自動追尾式測距測角儀２０の位置を検出する。これにより、基準点３１、３２を視準し、自動追尾式測距測角儀２０の位置を検出するに際し、基準点３１、３２を視準する時点での自動追尾式測距測角儀２０の位置と向きを予測し、これらのデータをもとに自動追尾式測距測角儀２０から基準点３１、３２の視準角を自動的に演算し、視準し、掘進機１の位置と向きを求める。
本発明による自動測量方法は、シールド工法、山岳トンネル工法、推進工法等において、掘進機を用いる場合に適用できる。
＜実施例６＞
（自動追尾式測距測角儀が、トンネル坑口から切羽に向かってシールド掘進機近傍のセグメントにあるターゲットを視準する場合）
図１３に、自動追尾式測距測角儀が、トンネル坑口から切羽に向かってシールド掘進機近傍のセグメントの左右の位置にある２つのターゲットを視準する場合の平面図を示す。この構成では、２つのターゲット１３、１４は、トンネル坑口から切羽に向かって、セグメント３５の右側ターゲット１３、セグメント３５の左側ターゲット１４があり、この２つのターゲット１３、１４の位置座標を求めると共に、左右のセグメントのリード差を求める。この際、２つのターゲット１３、１４は、人的に設置してもよく、また、自動装置を使用して自動的に設置するようにしてもよい。
【００９５】
図１４に、自動追尾式測距測角儀が、トンネル坑口から切羽に向かってシールド掘進機近傍のセグメントの上下の位置にある２つのターゲットを視準する場合の立面図を示す。２つのターゲット１３、１４は、トンネル坑口から切羽に向かって、セグメント３５の上部ターゲット１３、下部ターゲット１４があり、この２つのターゲットの位置座標を求めると共に、上下のセグメント３５のリード差を求める。この際、図１３における左右ターゲットの設置と同様に、ターゲットの設置は、人的設置、自動装置による設置のどちらでもよい。
【００９６】
図１５は、図１３におけるＡ−Ａ断面を示したものである。長さが既知のスタッフなどのバー３６のセンター３７から左右の定位置にあらかじめ２つのターゲット１３、１４となるプリズムを固定し、そのスタッフなどのバー３６を自動追尾式測距測角儀からプリズムを見通すことができるセグメント３５にセットし、順次プリズムを視準する。
【００９７】
上記の通り、セグメントの位置を求め、そのリード差より向きを求めて、セグメント測量を行う。このセグメント測量は、通常シールド掘進機の直後のセグメントから５〜６リング後ろのセグメントまでを測量するが、特に測量する数は特定しない。本発明による自動測量方法は、シールド工法、推進工法等において、自動追尾測距測角儀を用いる場合に適用できる。
【符号の説明】
【００９８】
１０  掘進機
１１〜１４  ターゲット
２０  自動追尾式測距測角儀
２１  回転台
２２  覆工部
３０  中心線
３１  基準点
３２  基準点
３３  曲線始点
３４  ズリトロ用レール
３５  セグメント
３６  バー
３７  センター
４  後方台車
５  ワイヤ
６  走行台車
Ｋ  管理点
Ｃ  掘進機の折れ点
Ａｚ  掘進機の前胴方位角
Ａｔ  中折れ角
【図１】
2012042400.tif 000017
【図２】
2012042400.tif 000018
【図３】
2012042400.tif 000019
【図４】
2012042400.tif 000020
【図５】
2012042400.tif 000021
【図６】
2012042400.tif 000022
【図７】
2012042400.tif 000023
【図８】
2012042400.tif 000024
【図９】
2012042400.tif 000025
【図１０】
2012042400.tif 000026
【図１１】
2012042400.tif 000027
【図１２】
2012042400.tif 000028
【図１３】
2012042400.tif 000029
【図１４】
2012042400.tif 000030
【図１５】
2012042400.tif 000031
【図１６】
2012042400.tif 000032
【図１７】
2012042400.tif 000033