(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路の埋設位置を計測するための管路埋設位置計測システムであって、
角速度を出力する角速度センサと、
あらかじめ定めた電波を発信する発信器と、
前記角速度センサと前記発信器とを、前記管路内を移動させる牽引装置と、
前記角速度センサの移動量を求める計尺器と、
前記発信器からの電波を受信し、前記発信器の位置を探索する探索装置と、
前記角速度センサからの角速度の情報と、前記計尺器からの前記角速度センサの移動量の情報と、前記探索装置からの前記発信器の位置情報とから、前記管路の埋設位置を求める演算装置と
を備える管路埋設位置計測システム。
【請求項２】
請求項１記載の管路埋設位置計測システムであって、
前記探索装置は、世界測地系座標を測定するＧＰＳ測量部も有しており、前記発信器の位置情報を世界測地系座標で出力し、
前記演算装置は、前記管路の埋設位置を世界測地系座標で出力する
ことを特徴とする管路埋設位置計測システム。
【請求項３】
請求項１記載の管路埋設位置計測システムを用いた管路埋設位置計測方法であって、
前記角速度センサと前記発信器とは、前記牽引装置によって、一緒に、あらかじめ定めた条件に従って移動と停止とを行い、
前記角速度センサが移動しているときには、前記角速度センサが角速度を計測し、前記計尺器が前記角速度センサの移動量を求め、
前記発信器が停止しているときには、前記探索装置が前記発信器の位置を探索し、
前記演算装置は、前記探索装置からの前記発信器の位置情報から、前記管路の離散的な位置を求め、前記角速度センサからの角速度の情報と前記計尺器からの前記角速度センサの移動量の情報から、前記管路の離散的な位置の間の軌跡を求める
ことを特徴とする管路埋設位置計測方法。
【請求項４】
請求項２記載の管路埋設位置計測システムを用いた管路埋設位置計測方法であって、
前記角速度センサと前記発信器とは、前記牽引装置によって、一緒に、あらかじめ定めた条件に従って移動と停止とを行い、
前記角速度センサが移動しているときには、前記計尺器が前記角速度センサの移動量を求め、
前記発信器が停止しているときには、前記探索装置が前記発信器の世界測地系座標での位置を探索し、
前記演算装置は、前記探索装置からの前記発信器の位置情報から、前記管路の離散的な世界測地系座標での位置を求め、前記角速度センサからの角速度の情報と前記計尺器からの前記角速度センサの移動量の情報から、前記管路の離散的な位置の間の軌跡を求める
ことを特徴とする管路埋設位置計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管路の埋設位置を、短時間に精度よく計測する管路埋設位置計測システムおよび管路埋設位置計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路工事や建設工事などの際には、電力管路や通信管路、ガス管などの埋設位置を予め知っておく必要がある。交通が繁雑な地域、他の建設部の地下、埋設位置の深い管路などでは、埋設位置を土木測量によって直接知ることができない。このため、角速度センサや方位計、傾斜計を用いる計測方法が採用されている。
図１は、角速度センサを用いた従来の計測システムを示している。角速度センサ１は、地下の管路（埋設管）９内を移動できるようになっている。角速度センサ１には電源供給及び検出データ送信のための給電・通信ケーブル４が接続されている。計尺器３は、角速度センサ１が移動するときの給電・通信ケーブル４の送出量を検出する。コンピュータ６は角速度センサ１や計尺器３からのデータを演算処理する。また、角速度センサ１は、管路９の反対側の管口から通されたワイヤに接続されており、牽引装置５によって牽引される。このとき、計尺器３によって給電・通信ケーブル４の送出量が計測され、角速度センサ１によって進行方向の変化が角速度の変化として検出される。これらのデータは、コンピュータ６に取り込まれ、送出量から移動距離が演算され、角速度センサの検出データから進行方向が演算され、これら移動距離と進行方向とから移動軌跡が演算され、管路９の埋設位置が特定される。なお、角速度センサ１の代わりに方位計を用いることもできる。
【０００３】
また、角速度センサと方位計とを組み合わせて計測誤差を低減した例が特許文献１に示されている。
【特許文献１】特開平８−２１９７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の角速度センサを用いた方法は、計測した角速度出力の積分により、角速度センサの方位や傾斜を得て管路ルートを計算している。ところが、角速度を加算していくこの手法では、計測時間が長くなるにつれて、方位や傾斜の計差が積算されて大きくなるという欠点がある。また、計測途 中に計測レンジを越えた角速度が発生した場合に、それ以降の方位や傾斜が不確定となり管路計測誤差が著しく大きくなる。また、角速度センサには角速度計測 誤差、静止ドリフトなどがあるため、管路中央部の誤差が大きくなるという欠点がある。
【０００５】
方位計を用いた方法では、方位計が振動、衝撃に弱く影響を受けやすいため、牽引速度を小さくしたり、また、機種によっては移動時の計測が困難であるため頻繁に停止したりして方位計測を行うことになり、連続的な位置検出ができず、計測時間が長くなるという欠点がある。
角速度センサに方位計や傾斜計を組み合わせた方法では、センサ全体が大きくなり、適用できる管路径に制約を生じると共にセンサが高価になるという欠点がある。また、方位計を組み合わせても、方位の補正は可能であるが、位置の補正はできないので、位置の誤差は残ったままである。
【０００６】
さらに、昨今の道路図面等は電子化されており、各道路施設の位置が世界測地系座標で記述されており、計測した管路の埋設位置を図面に記述する場合、改めて埋設位置を測量により計測しなければならない不便さがあった。
本発明の目的は、上記課題を解決し、短時間に精度よく管路埋設位置を計測する管路埋設位置計測システムおよび及び管路埋設位置計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の管路埋設位置計測システムは、角速度センサ、発信器、牽引装置、計尺器、探索装置、演算装置を備える。角速度センサは、角速度を検出し、出力する。発信器は、あらかじめ定めた電波を発信する。牽引装置は、角速度センサと発信器とを一緒に、管路内を移動させる。計尺器は、角速度センサの移動量を求める。探索装置は、発信器からの電波を受信し、発信器の位置を探索する。演算装置は、角速度センサからの角速度の情報と、計尺器からの角速度センサの移動量の情報と、探索装置からの発信器の位置情報とから、管路の埋設位置を求める。探索装置は、世界測地系座標を測定するＧＰＳ（Global Positioning System）測量部も有し、発信器の位置情報を世界測地系座標で出力してもよい。この場合、演算装置は、管路の埋設位置を世界測地系座標で出力する。
【０００８】
本発明の管路埋設位置計測方法では、角速度センサと発信器とは、牽引装置によって、一緒に、あらかじめ定めた条件に従って移動と停止とを行う。角速度センサが移動しているときには、角速度センサが角速度を計測し、計尺器が角速度センサの移動量を求める。発信器が停止しているときには、探索装置が発信器の位置を探索する。演算装置は、探索装置からの発信器の位置情報から、管路の離散的な位置（発信器が停止した位置）を求め、角速度センサからの角速度の情報と計尺器からの角速度センサの移動量の情報から、管路の離散的な位置の間の軌跡を求める。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の管路埋設位置計測システムと管路埋設位置計測方法によれば、管路内を角速度センサと一緒に移動させるのは発信器である。したがって、方位計などよりも非常に小さくできる。また、探索装置によって発信器の位置を特定できるので、位置を特定するごとに、位置の誤差を０にでき、誤差の最大値を小さくできる。さらに、ＧＰＳ測量部を備えれば、世界測地座標での管路の埋設位置を計測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、具体的な実施例を示す。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付す。
【実施例１】
【００１１】
図２は本発明の管路埋設位置計測システムの構成例を示す図である。本発明の管路埋設位置計測システムは、角速度センサ１、発信器２、牽引装置５、計尺器３、探索装置７、演算装置１０を備える。角速度センサ１は、角速度を検出し、出力する。発信器２は、あらかじめ定めた電波を発信する。牽引装置５は、角速度センサ１と発信器２とを一緒に、管路９内を移動させる。図２では、牽引装置５は、角速度センサ１や発信器２に接続されたロープとウィンチで構成した例を示している。しかし、この方法に限定する必要はなく、例えば管路９内を自走する装置によって牽引してもよい。
【００１２】
計尺器３は、角速度センサ１の移動量を求める。図２では、角速度センサ１への電源供給と検出データ通信のための給電・通信ケーブル４が用いた例が示されており、この場合には、計尺器３は、給電・通信ケーブル４の送出量を、角速度センサの移動量として検出する。しかし、この方法に限る必要はなく、角速度センサ１がバッテリーを保有し、電波によって角速度の情報などを通信してもよい。このような場合には、給電・通信ケーブル４の代わりに単なるロープを用いてもよい。
探索装置７は、発信器２からの電波を受信し、発信器２の位置を探索する。そして、そのエリアの零点などを利用して発信器２の位置を特定する。演算装置１０は、角速度センサ１からの角速度の情報と、計尺器３からの角速度センサ１の移動量の情報と、探索装置７からの発信器の位置情報とから、管路９の埋設位置を求める。
【００１３】
本発明の管路埋設位置計測方法は、上述の管路埋設位置計測システムを用いた計測方法である。その処理フローを図３に示す。本発明の管路埋設位置計測方法では、まず、始点の位置情報を、探索装置７を用いた計測によって、または既知の情報（マンホールなどの位置情報）から取得する（Ｓ１００）。角速度センサ１と発信器２とは、牽引装置５によって、一緒に、あらかじめ定められた条件に従って次の停止位置まで移動する。そして、その移動の間には、角速度センサ１が角速度を計測し、計尺器３が角速度センサ１の移動量を求める（Ｓ２００）。なお、あらかじめ定めた停止位置は、移動量をパラメータとして１ヶ所以上を決めておけばよい。あらかじめ定めた停止位置に到達すると、角速度センサ１と発信器２は停止する（Ｓ３００）。終点に達していない場合（Ｓ４００がＮｏの場合）には、探索装置７は、発信器２を探索するとともに位置を特定する（Ｓ５００）。探索が終了すると、ステップＳ２００に戻る。終点に達している場合（Ｓ４００がＹｅｓの場合）には、終点の位置情報を、探索装置７を用いた計測によって、または既知の情報（マンホールなどの位置情報）から取得する（Ｓ６００）。演算装置１０は、探索装置７からの発信器２の位置情報から、管路９の離散的な位置（発信器が停止した位置）を求める。そして、角速度センサ１からの角速度の情報と計尺器３からの角速度センサ１の移動量の情報から、管路９の離散的な位置の間の軌跡を求める（Ｓ７００）。
【００１４】
図４に、本発明によって得られる効果のイメージを示す。図４（ａ）は、図１の方法で計測した場合の誤差のイメージを示す図である。図４（ｂ）は、本発明の方法で計測した場合の誤差のイメージを示す図である。図４では、簡単な例として、直線形状の管路を計測する場合を説明する。また、位置の補正は管路長手方向のほぼ中点で行うものとする。直線形状の管路を計測しているのであるから、計測された移動軌跡は始点２１から終点２２まで直線となるのが理想であるが、角速度センサ１の出力には角速度ドリフトや角速度計測誤差が重畳されている。この誤差が一様であったとすると、図４（ａ）に示されるように、移動軌跡の誤差２３は徐々に増加する。したがって、移動軌跡２４を求めると始点２１と終点２２は既知であるため最終的には誤差はδ１の半分となる。これに対し、管路長手方向のほぼ中点で位置の計測を行い、補正を行うと、図４（ｂ）に示されるように、移動軌跡の誤差２６は、中点２５において０に戻される。このため、蓄積される最大の誤差δ２は、補正をしない場合の最大の誤差δ１の半分程度にでき、移動軌跡２４よりも正確な移動軌跡２７が得られる。補正を行う箇所を多くすれば、蓄積される誤差が小さくできる。即ち、極力短い時間間隔で角速度センサ１の牽引を停止して絶対位置を計測すれば誤差は小さくなる。なお、探索装置７によれば垂直面内での移動軌跡の補正をも行うことができる。
【００１５】
このように、本発明の管路埋設位置計測システムと管路埋設位置計測方法によれば、管路内を角速度センサと一緒に移動させるのは発信器である。したがって、方位計などよりも非常に小さくできる。また、探索装置によって発信器の位置を特定できるので、位置を特定するごとに、位置の誤差を０にでき、誤差の最大値を小さくできる。
［変形例］
図５に、本発明の管路埋設位置計測システムの変形例の構成例を示す。変形例では、探索装置７’は、世界測地系座標を測定するＧＰＳ（Global Positioning System）測量部８も有し、発信器２の位置情報を世界測地系座標で出力する。そして、演算装置１１は、管路９の埋設位置を世界測地系座標で出力する。その他は、実施例１の管路埋設位置計測システムと同じである。
【００１６】
本変形例の管路埋設位置計測方法は、図５の管路埋設位置計測システムを用いた計測方法である。その処理フローを図３に示す。この管路埋設位置計測方法では、まず、始点の世界測地系座標での位置情報を、ＧＰＳ測量部８を用いた探索装置７’の計測によって、または既知の情報（マンホールなどの位置情報）から取得する（Ｓ１１０）。ステップＳ２００からＳ４００は、実施例１と同じである。終点に達していない場合（Ｓ４００がＮｏの場合）には、探索装置７’は、発信器２を探索し、ＧＰＳ測量部８で得た世界測地系座標での位置情報を取得する（Ｓ５１０）。探索が終了すると、ステップＳ２００に戻る。終点に達している場合（Ｓ４００がＹｅｓの場合）には、終点の世界測地系座標での位置情報を、ＧＰＳ測量部８を用いた探索装置７’の計測によって、または既知の情報（マンホールなどの位置情報）から取得する（Ｓ６１０）。演算装置１１は、探索装置７’からの発信器２の世界測地系座標での位置情報から、管路９の離散的な世界測地系座標での位置（発信器が停止した位置）を求める。そして、角速度センサ１からの角速度の情報と計尺器３からの角速度センサ１の移動量の情報から、管路９の離散的な位置の間の軌跡を求める（Ｓ７００）。
【００１７】
本変形例の場合にも、実施例１と同様の効果が得られる。さらに、世界測地座標での管路の埋設位置を計測できる。したがって、道路図面等は電子化に対応するために、改めて埋設位置を測量により計測する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】角速度センサを用いた従来の計測システムの構成を示す図。
【図２】本発明の管路埋設位置計測システムの構成例を示す図。
【図３】本発明の管路埋設位置計測方法の処理フローを示す図。
【図４】本発明によって得られる効果のイメージを示す図。
【図５】本発明の変形例の管路埋設位置計測システムの構成例を示す図。
【符号の説明】
【００１９】
１  角速度センサ                            ２  発信器
３  計尺器                                  ４  給電・通信ケーブル
５  牽引装置                                ７、７’  探索装置
８  ＧＰＳ測量部                            ９  管路
１０、１１  演算装置
【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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