JP2003240552A - 推進ヘッド位置方向計測方法及び推進ヘッド位置方向計測装置 - Google Patents
推進ヘッド位置方向計測方法及び推進ヘッド位置方向計測装置Info
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- JP2003240552A JP2003240552A JP2002043505A JP2002043505A JP2003240552A JP 2003240552 A JP2003240552 A JP 2003240552A JP 2002043505 A JP2002043505 A JP 2002043505A JP 2002043505 A JP2002043505 A JP 2002043505A JP 2003240552 A JP2003240552 A JP 2003240552A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】磁気が空間的に乱れていても、推進ヘッドの位
置及び方向を正確に測定する。 【解決手段】 推進ヘッド100に設けられ、磁界の方位
角を測定する複数の磁界検出器101,102と、推進ヘッド1
00の傾斜角を検出する姿勢検出器110と、推進ヘッド100
の推進距離を測定する推進距離検出器120と、地磁気の
方位角，傾斜角，及び推進距離に基づいて、推進ヘッド
100の位置及び方向を演算する第１の演算処理器130と、
地中の推進ヘッド100の進行に伴って移動する人工磁場
発生器150と、この人工磁場発生器150により発生した磁
場の方位角を前記磁界検出器で計測した結果から推進ヘ
ッド100の位置及び方向を算出する第２の演算処理器13
1,132と、第２の演算処理機131,132で求められた位置及
び方向に基づいて、第１の演算処理機130で求められた
位置及び方向を補正する補正演算器130とを具備する。
置及び方向を正確に測定する。 【解決手段】 推進ヘッド100に設けられ、磁界の方位
角を測定する複数の磁界検出器101,102と、推進ヘッド1
00の傾斜角を検出する姿勢検出器110と、推進ヘッド100
の推進距離を測定する推進距離検出器120と、地磁気の
方位角，傾斜角，及び推進距離に基づいて、推進ヘッド
100の位置及び方向を演算する第１の演算処理器130と、
地中の推進ヘッド100の進行に伴って移動する人工磁場
発生器150と、この人工磁場発生器150により発生した磁
場の方位角を前記磁界検出器で計測した結果から推進ヘ
ッド100の位置及び方向を算出する第２の演算処理器13
1,132と、第２の演算処理機131,132で求められた位置及
び方向に基づいて、第１の演算処理機130で求められた
位置及び方向を補正する補正演算器130とを具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非開削で配管を地
中に敷設するための掘進工法における推進ヘッドの推進
ヘッドの方向および位置を計測する推進ヘッド位置方向
計測方法及び推進ヘッド位置方向計測装置に関する。
中に敷設するための掘進工法における推進ヘッドの推進
ヘッドの方向および位置を計測する推進ヘッド位置方向
計測方法及び推進ヘッド位置方向計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】非開削で配管を地中に敷設するための推
進工法においては、その施工中の推進パイプ先端の位置
及びその方向を検出することは、推進方向を修正して管
路軌跡を所定の管理範囲内に制御するために重要な情報
である。
進工法においては、その施工中の推進パイプ先端の位置
及びその方向を検出することは、推進方向を修正して管
路軌跡を所定の管理範囲内に制御するために重要な情報
である。
【０００３】従来、推進ヘッド位置を計測する技術とし
て、地磁気を利用するものがあった。この技術を図３を
用いて説明する。図３に示すように、推進ヘッド１００
の先端に、推進ヘッドに対する地磁気の方位角を求める
地磁界検出器７０１と、水平方向に対する推進方向の傾
斜角と推進方向を軸とする回転角を検出できる角度検出
器７０２と、演算器７１０とから構成されている。この
装置では、検出される推進ヘッド１００の方位角と傾斜
角から推進距離に応じて変位量を計算し、積算すること
で推進ヘッド位置を求める。なお、推進方向の位置は、
推進中の推進パイプの長さを管理することで求まる。し
たがって、この方式では、推進方向に対して、水平位置
と深さ位置が求められることとなる。
て、地磁気を利用するものがあった。この技術を図３を
用いて説明する。図３に示すように、推進ヘッド１００
の先端に、推進ヘッドに対する地磁気の方位角を求める
地磁界検出器７０１と、水平方向に対する推進方向の傾
斜角と推進方向を軸とする回転角を検出できる角度検出
器７０２と、演算器７１０とから構成されている。この
装置では、検出される推進ヘッド１００の方位角と傾斜
角から推進距離に応じて変位量を計算し、積算すること
で推進ヘッド位置を求める。なお、推進方向の位置は、
推進中の推進パイプの長さを管理することで求まる。し
たがって、この方式では、推進方向に対して、水平位置
と深さ位置が求められることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図３に示した装置で
は、地磁気を利用しているが、特に都市部においては、
測定場所近傍に存在する磁性体からなる自動車や構造
物、他の埋設管の影響を受け、地磁気は空間的に乱れて
いることが多い。そのため、方位角度は誤差を持つ。こ
の誤差が小さくても、これを用いて求めた変位量を積算
してえられる推進ヘッド位置は、大きな誤差を持ち、都
市部では実用にならないという問題があった。
は、地磁気を利用しているが、特に都市部においては、
測定場所近傍に存在する磁性体からなる自動車や構造
物、他の埋設管の影響を受け、地磁気は空間的に乱れて
いることが多い。そのため、方位角度は誤差を持つ。こ
の誤差が小さくても、これを用いて求めた変位量を積算
してえられる推進ヘッド位置は、大きな誤差を持ち、都
市部では実用にならないという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、磁気が空間的に乱れてい
ても、推進ヘッドの位置を正確に測定することが可能な
推進ヘッド位置方向計測方法及び推進ヘッド位置方向計
測装置を提供することにある。
ても、推進ヘッドの位置を正確に測定することが可能な
推進ヘッド位置方向計測方法及び推進ヘッド位置方向計
測装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のように構成されている。
成するために以下のように構成されている。
【０００７】（１）本発明に係わる推進ヘッド位置方向
計測方法は、推進ヘッドに設けられた第１の磁界検出器
を用いて、第１の磁界方位角を求めるステップと、前記
推進ヘッドの推進距離を測定するステップと、測定され
た推進距離が距離Ｌになった時、前記推進ヘッドに設け
られ、第１の磁界検出器から距離Ｌ離れた箇所に位置す
る第２の磁界検出器を用いて、第２の磁界方位角を求め
るステップと、第１の磁界方位角と第２の磁界方位角と
を比較して、前記推進ヘッドの水平方向の変化を演算す
るステップと、第１及び／又は第２の磁界方位角測定時
に、第１及び第２の磁界検出器が設けられた推進ヘッド
の傾斜角を測定するステップと、測定された傾斜角に基
づいて前記推進ヘッドの深さ方向の変化を測定するステ
ップと、前記水平方向及び深さ方向の変化を複数回測定
し、複数の水平位置及び深さ方向の変化に基づいて、前
記推進ヘッドの位置及び方向を求めるステップと、前記
推進ヘッドの掘進に伴い人工磁場発生器を移動させつ
つ、人工磁場発生器により人工磁場を発生させるステッ
プと、前記一方の磁界検出器を用いて人工磁場の磁界方
位角を求めるステップと、求められた人工磁場の磁界方
位角と人工磁場発生器の位置とから、前記推進管の位置
を求めるステップと、人工磁場の磁界方位角と人工磁場
発生器の位置とから、前記推進管の位置を求めるステッ
プを複数回繰り返して、前記推進ヘッドの位置及び方向
を補正する事を特徴とする。
計測方法は、推進ヘッドに設けられた第１の磁界検出器
を用いて、第１の磁界方位角を求めるステップと、前記
推進ヘッドの推進距離を測定するステップと、測定され
た推進距離が距離Ｌになった時、前記推進ヘッドに設け
られ、第１の磁界検出器から距離Ｌ離れた箇所に位置す
る第２の磁界検出器を用いて、第２の磁界方位角を求め
るステップと、第１の磁界方位角と第２の磁界方位角と
を比較して、前記推進ヘッドの水平方向の変化を演算す
るステップと、第１及び／又は第２の磁界方位角測定時
に、第１及び第２の磁界検出器が設けられた推進ヘッド
の傾斜角を測定するステップと、測定された傾斜角に基
づいて前記推進ヘッドの深さ方向の変化を測定するステ
ップと、前記水平方向及び深さ方向の変化を複数回測定
し、複数の水平位置及び深さ方向の変化に基づいて、前
記推進ヘッドの位置及び方向を求めるステップと、前記
推進ヘッドの掘進に伴い人工磁場発生器を移動させつ
つ、人工磁場発生器により人工磁場を発生させるステッ
プと、前記一方の磁界検出器を用いて人工磁場の磁界方
位角を求めるステップと、求められた人工磁場の磁界方
位角と人工磁場発生器の位置とから、前記推進管の位置
を求めるステップと、人工磁場の磁界方位角と人工磁場
発生器の位置とから、前記推進管の位置を求めるステッ
プを複数回繰り返して、前記推進ヘッドの位置及び方向
を補正する事を特徴とする。
【０００８】（２）本発明に係わる推進ヘッド位置方向
計測装置は、推進ヘッドに設けられ、磁界の方位角を測
定する複数の磁界検出器と、前記推進ヘッドの傾斜角を
検出する姿勢検出器と、前記推進ヘッドの推進距離を測
定する推進距離検出器と、各磁界検出器により測定され
た地磁気の方位角，前記姿勢検出器により測定された傾
斜角，及び前記推進距離検出器により測定された推進距
離に基づいて、前記推進ヘッドの位置及び方向を演算す
る第１の演算処理器と、地中の推進ヘッドの進行に伴っ
て移動する人工磁場発生器と、この人工磁場発生器によ
り発生した磁場の方位角を前記磁界検出器で計測した結
果から推進ヘッドの位置、並びに方向を算出する第２の
演算処理器と、第２の演算処理器で求められた推進ヘッ
ドの位置及び方向に基づいて、第１の演算処理器で求め
られた推進ヘッドの位置及び方向を補正する補正演算器
とを具備してなる。
計測装置は、推進ヘッドに設けられ、磁界の方位角を測
定する複数の磁界検出器と、前記推進ヘッドの傾斜角を
検出する姿勢検出器と、前記推進ヘッドの推進距離を測
定する推進距離検出器と、各磁界検出器により測定され
た地磁気の方位角，前記姿勢検出器により測定された傾
斜角，及び前記推進距離検出器により測定された推進距
離に基づいて、前記推進ヘッドの位置及び方向を演算す
る第１の演算処理器と、地中の推進ヘッドの進行に伴っ
て移動する人工磁場発生器と、この人工磁場発生器によ
り発生した磁場の方位角を前記磁界検出器で計測した結
果から推進ヘッドの位置、並びに方向を算出する第２の
演算処理器と、第２の演算処理器で求められた推進ヘッ
ドの位置及び方向に基づいて、第１の演算処理器で求め
られた推進ヘッドの位置及び方向を補正する補正演算器
とを具備してなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態
に係わる推進ヘッド位置方向計測装置の概略構成を示す
図である。図１に示すように、推進ヘッド１００は、高
剛性の柱状体からなり、先端が掘削機能を有し地中を推
進する。推進ヘッド１００は、推進パイプ１０３の先端
に取り付けられる。推進パイプ１０３はパイプ又はロッ
ドよりなり、推進ヘッド１００に回転と推進力を伝達す
る。推進パイプ１０３は推進ヘッド１００より柔軟性を
有する。
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態
に係わる推進ヘッド位置方向計測装置の概略構成を示す
図である。図１に示すように、推進ヘッド１００は、高
剛性の柱状体からなり、先端が掘削機能を有し地中を推
進する。推進ヘッド１００は、推進パイプ１０３の先端
に取り付けられる。推進パイプ１０３はパイプ又はロッ
ドよりなり、推進ヘッド１００に回転と推進力を伝達す
る。推進パイプ１０３は推進ヘッド１００より柔軟性を
有する。
【００１０】地中の推進ヘッド１００内に第１の磁界検
出器１０１と第２の磁界検出器１０２とが設置されてい
る。第１の磁界検出器１０１は推進ヘッド１００に設置
され、第２の磁界検出器１０２は第１の磁界検出器１０
１の後方Ｌだけ離れた位置に設置されている。高い精度
を得るためには、第１の磁界検出器１０１は先端に近い
位置に設置することが好ましい。推進ヘッド１００内に
は、重力加速度方向検出器１１０が設置されている。重
力加速度方向検出器１１０により測定された３軸方向の
重力加速度から、推進ヘッド１００の傾斜角と回転角と
が求められる。更に、この求められた傾斜角と回転角を
用いて、３軸方向の地磁気の測定値を座標変換すること
で、推進ヘッド１００の推進方向に対する地磁気の方位
角を測定することができる。なお、以下では推進ヘッド
１００の推進方向に対する地磁気の方位角を地磁気の方
位角と略記する。
出器１０１と第２の磁界検出器１０２とが設置されてい
る。第１の磁界検出器１０１は推進ヘッド１００に設置
され、第２の磁界検出器１０２は第１の磁界検出器１０
１の後方Ｌだけ離れた位置に設置されている。高い精度
を得るためには、第１の磁界検出器１０１は先端に近い
位置に設置することが好ましい。推進ヘッド１００内に
は、重力加速度方向検出器１１０が設置されている。重
力加速度方向検出器１１０により測定された３軸方向の
重力加速度から、推進ヘッド１００の傾斜角と回転角と
が求められる。更に、この求められた傾斜角と回転角を
用いて、３軸方向の地磁気の測定値を座標変換すること
で、推進ヘッド１００の推進方向に対する地磁気の方位
角を測定することができる。なお、以下では推進ヘッド
１００の推進方向に対する地磁気の方位角を地磁気の方
位角と略記する。
【００１１】推進ヘッド１００の推進距離を測定する推
進距離測定器１２０が地上に設けられている。第１及び
第２の磁界検出器１０１，１０２、重力加速度方向検出
器１１０、並びに推進距離測定器１２０に、それぞれの
測定結果から推進ヘッド１００の水平位置と深さ位置を
算出する演算処理器１３０が設けられている。ここで推
進ヘッド１００の位置とは、推進ヘッド１００の先端部
や中央部等、工事を進めるのに必要な部位の位置のこと
である。必要に応じて任意に設定する。通常は推進ヘッ
ド１００の先端位置を用いる。任意に設定された位置
は、推進ヘッド１００と第１の磁界検出器１０１及び／
又は第２の磁界検出器１０２（及び必要に応じて重力加
速度方向検出器）との位置関係を用いて、算出された第
１の磁界検出器１０１又は第２の磁界検出器１０２の水
平位置、深さ位置を補正することで求めることができ
る。第１の磁界検出器１０１が充分推進ヘッド１００先
端に近ければ、第１の磁界検出器１０１の水平位置、深
さ位置を推進ヘッド１００の先端位置として用いても良
い。
進距離測定器１２０が地上に設けられている。第１及び
第２の磁界検出器１０１，１０２、重力加速度方向検出
器１１０、並びに推進距離測定器１２０に、それぞれの
測定結果から推進ヘッド１００の水平位置と深さ位置を
算出する演算処理器１３０が設けられている。ここで推
進ヘッド１００の位置とは、推進ヘッド１００の先端部
や中央部等、工事を進めるのに必要な部位の位置のこと
である。必要に応じて任意に設定する。通常は推進ヘッ
ド１００の先端位置を用いる。任意に設定された位置
は、推進ヘッド１００と第１の磁界検出器１０１及び／
又は第２の磁界検出器１０２（及び必要に応じて重力加
速度方向検出器）との位置関係を用いて、算出された第
１の磁界検出器１０１又は第２の磁界検出器１０２の水
平位置、深さ位置を補正することで求めることができ
る。第１の磁界検出器１０１が充分推進ヘッド１００先
端に近ければ、第１の磁界検出器１０１の水平位置、深
さ位置を推進ヘッド１００の先端位置として用いても良
い。
【００１２】以下の記述では、簡略化するため、第１の
磁界検出器１０１の位置を推進ヘッド１００位置とした
場合について説明するが、この推進ヘッド１００位置は
第１の磁界検出器１０１の位置に限るものではない。
磁界検出器１０１の位置を推進ヘッド１００位置とした
場合について説明するが、この推進ヘッド１００位置は
第１の磁界検出器１０１の位置に限るものではない。
【００１３】第１及び第２の磁界検出器１０１，１０２
としては、半導体型の高感度磁界検出器を使用した。第
１及び第２の磁界検出器１０１，１０２は、推進方向
（Ｚ’軸）及び推進方向に垂直な平面における水平方向
（Ｙ’軸）及び鉛直方向（Ｘ’軸）の３軸方向の磁界強
度（Ｈx'，Ｈy'，Ｈz'）の直交する３軸方向の磁界を検
出する。
としては、半導体型の高感度磁界検出器を使用した。第
１及び第２の磁界検出器１０１，１０２は、推進方向
（Ｚ’軸）及び推進方向に垂直な平面における水平方向
（Ｙ’軸）及び鉛直方向（Ｘ’軸）の３軸方向の磁界強
度（Ｈx'，Ｈy'，Ｈz'）の直交する３軸方向の磁界を検
出する。
【００１４】また、重力加速度方向検出器１１０は、推
進方向（Ｚ’軸）及び推進方向に垂直な平面における水
平方向（Ｙ’軸）及び鉛直方向（Ｘ’軸）の３軸方向の
重力加速度の大きさ（ｇx'，ｇy'，ｇz'）を検出し、推
進ヘッド１００の姿勢に対する重力加速度を計測する。
重力加速度方向検出器１１０にはサーボ型加速度計を使
用した。これらの検出器は非磁性体であるＳＵＳ材で作
られた剛性のある推進ヘッド部ケーシング内部に設けら
れている。
進方向（Ｚ’軸）及び推進方向に垂直な平面における水
平方向（Ｙ’軸）及び鉛直方向（Ｘ’軸）の３軸方向の
重力加速度の大きさ（ｇx'，ｇy'，ｇz'）を検出し、推
進ヘッド１００の姿勢に対する重力加速度を計測する。
重力加速度方向検出器１１０にはサーボ型加速度計を使
用した。これらの検出器は非磁性体であるＳＵＳ材で作
られた剛性のある推進ヘッド部ケーシング内部に設けら
れている。
【００１５】本装置では、第１及び第２の磁界検出器１
０１，１０２で磁界を検出してから、推進ヘッド１００
が一定距離Ｌだけ推進するたびに、第２の磁界検出器１
０２により地磁気１４０を検出する。また、重力加速度
方向検出器１１０により、３軸方向の重力加速度の大き
さ（ｇx'，ｇy'，ｇz'）を検出し、推進ヘッド１００の
姿勢に対する重力加速度を計測する。
０１，１０２で磁界を検出してから、推進ヘッド１００
が一定距離Ｌだけ推進するたびに、第２の磁界検出器１
０２により地磁気１４０を検出する。また、重力加速度
方向検出器１１０により、３軸方向の重力加速度の大き
さ（ｇx'，ｇy'，ｇz'）を検出し、推進ヘッド１００の
姿勢に対する重力加速度を計測する。
【００１６】演算処理器１３０により、非開削工法にお
いて地中の推進ヘッド１００に設けられた第１の磁界検
出器１０１と、同じ推進ヘッド１００内で第１の磁界検
出器１０１から一定間隔Ｌだけ後方に離れた位置に設け
た第２の磁界検出器１０２と、同じ推進ヘッド１００に
設けられた重力加速度方向検出器１１０と、推進距離を
測定する推進距離測定器１２０と、これらの検出器から
の情報から推進ヘッド１００の水平位置と深さ位置を算
出する。
いて地中の推進ヘッド１００に設けられた第１の磁界検
出器１０１と、同じ推進ヘッド１００内で第１の磁界検
出器１０１から一定間隔Ｌだけ後方に離れた位置に設け
た第２の磁界検出器１０２と、同じ推進ヘッド１００に
設けられた重力加速度方向検出器１１０と、推進距離を
測定する推進距離測定器１２０と、これらの検出器から
の情報から推進ヘッド１００の水平位置と深さ位置を算
出する。
【００１７】演算処理器１３０は、二つの磁界検出器１
０１，１０２で検出された地磁気１４０の方位角を比較
することによって、推進ヘッド１００の推進方向の変化
を計測する。また、推進方向の変化と、推進距離とか
ら、水平方向の変位量に変換して推進ヘッド１００の水
平位置を求める。また、演算処理器１３０は、前記の重
力加速度方向検出器１１０から得られる傾斜角と推進距
離とから、深さ方向の変位量に変換し積算して推進ヘッ
ド１００の深さを求める。
０１，１０２で検出された地磁気１４０の方位角を比較
することによって、推進ヘッド１００の推進方向の変化
を計測する。また、推進方向の変化と、推進距離とか
ら、水平方向の変位量に変換して推進ヘッド１００の水
平位置を求める。また、演算処理器１３０は、前記の重
力加速度方向検出器１１０から得られる傾斜角と推進距
離とから、深さ方向の変位量に変換し積算して推進ヘッ
ド１００の深さを求める。
【００１８】ここでの地磁気を用いた推進ヘッド１００
の位置・方向の検出について説明する。なお、より詳細
な検出方法は、特願２０００−２３９８４４に記載され
ている。重力の推進方向成分ｇZ'と垂直方向成分ｇx'と
から、推進計画線に対して直行する平面において、推進
計画線に対する傾斜角θyを演算すると共に、垂直方向
成分ｇx'と水平方向成分ｇy'とから推進計画方向を軸と
する回転角θrを演算する。
の位置・方向の検出について説明する。なお、より詳細
な検出方法は、特願２０００−２３９８４４に記載され
ている。重力の推進方向成分ｇZ'と垂直方向成分ｇx'と
から、推進計画線に対して直行する平面において、推進
計画線に対する傾斜角θyを演算すると共に、垂直方向
成分ｇx'と水平方向成分ｇy'とから推進計画方向を軸と
する回転角θrを演算する。
【００１９】そして、第１及び第２の磁界測定器１０
１，１０２での測定値に対して、推進ヘッド１００の回
転角θri及び傾斜角θyiを用いて座標変換を行うことに
よって、地磁気の方位角φαi，φβiを演算する。
１，１０２での測定値に対して、推進ヘッド１００の回
転角θri及び傾斜角θyiを用いて座標変換を行うことに
よって、地磁気の方位角φαi，φβiを演算する。
【００２０】次に、第ｉ番目の測定時点で得られた地磁
気の方位角φβiから、前回の第ｉ−１番目の測定時点
で第１の磁界測定器で得られた地磁気の方位角φαi-1
を減算して、推進ヘッド１００の方位角変化分φｉ、 φｉ＝φβi−φαi-1 を求める。
気の方位角φβiから、前回の第ｉ−１番目の測定時点
で第１の磁界測定器で得られた地磁気の方位角φαi-1
を減算して、推進ヘッド１００の方位角変化分φｉ、 φｉ＝φβi−φαi-1 を求める。
【００２１】第ｉ番目の推進を終えた時点での推進の計
画線方向に対する推進ヘッド１００の方位角θｉはθｉ
＝φ0＋φ1＋φ2＋…＋φiとなる。そこで、第ｉ番目に
おける推進距離１ｍ分に対する推進ヘッド１００の水平
方向の位置変化Ｘｉは、 Ｘｉ＝１×tanθi で求められる。
画線方向に対する推進ヘッド１００の方位角θｉはθｉ
＝φ0＋φ1＋φ2＋…＋φiとなる。そこで、第ｉ番目に
おける推進距離１ｍ分に対する推進ヘッド１００の水平
方向の位置変化Ｘｉは、 Ｘｉ＝１×tanθi で求められる。
【００２２】そこで、これまでの推進回数ｍにおける水
平方向の推進ヘッド１００位置Ｘは、Ｘ0を初期値とす
れば、Ｘiの積算すなわち次式にしたがって求まる。
平方向の推進ヘッド１００位置Ｘは、Ｘ0を初期値とす
れば、Ｘiの積算すなわち次式にしたがって求まる。
【００２３】
【数１】
【００２４】この様にして、求められた推進ヘッド１０
０位置の水平方向位置が求められる。
０位置の水平方向位置が求められる。
【００２５】一方、深さ方向の位置Ｙは、Ｙ0を初期値
として、所定距離推進するごとに測定され、求められた
傾斜角θyiを用いて、
として、所定距離推進するごとに測定され、求められた
傾斜角θyiを用いて、
【数２】
から求められる。
【００２６】この方法では、近傍の磁性体による地磁気
の歪みが存在しても、二つの磁界検出器１０１，１０２
の検出値の差分をとることにより、地磁気の歪みが打ち
消され、推進ヘッド１００の方向変化のみを検出するこ
とができる。
の歪みが存在しても、二つの磁界検出器１０１，１０２
の検出値の差分をとることにより、地磁気の歪みが打ち
消され、推進ヘッド１００の方向変化のみを検出するこ
とができる。
【００２７】しかし、実際の磁化計測においては、多種
のノイズにより誤差が生じることがある。そこで、この
誤差を補正する方法を以下に説明する。
のノイズにより誤差が生じることがある。そこで、この
誤差を補正する方法を以下に説明する。
【００２８】掘進計画線上に、人工磁場発生器１５０を
位置Ｐaに配置する。なお、人工磁場発生器１５０とし
ては、直径１ｍ或いは１．５ｍの円形コイルを用いた。
コイルの駆動電流は、０．５から１０Ｈｚ程度の周波数
の矩形波を用いて人工磁場成分を地磁気成分と分離して
計測できるようにしている。人工磁場発生器１５０は、
台車に搭載し、コイルは振り子構造の支持部で支持し、
地表面に対して常に水平を保持するようにしている。
位置Ｐaに配置する。なお、人工磁場発生器１５０とし
ては、直径１ｍ或いは１．５ｍの円形コイルを用いた。
コイルの駆動電流は、０．５から１０Ｈｚ程度の周波数
の矩形波を用いて人工磁場成分を地磁気成分と分離して
計測できるようにしている。人工磁場発生器１５０は、
台車に搭載し、コイルは振り子構造の支持部で支持し、
地表面に対して常に水平を保持するようにしている。
【００２９】推進ヘッド１００内の一方の磁界検出器、
例えば第２の磁界検出器１０２がこの人工磁場発生器１
５０の真下に来た時に、第２の磁界検出器１０２により
人工磁場を計測すると共に、重力加速度方向検出器１１
０により、重力加速度方向検出器１１０により測定され
た３軸方向の重力加速度を求める。３軸方向の重力加速
度から、推進ヘッド１００の傾斜角と回転角とが求めら
れる。更に、この求められた傾斜角と回転角を用いて、
３軸方向の人工磁場の測定値を座標変換することで、推
進ヘッド１００の推進方向に対する人工磁場の方位角を
測定することができる。なお、以下では推進ヘッド１０
０の推進方向に対する人工磁場の方位角を人工磁場の方
位角と略記する。推進ヘッド１００先端の姿勢及び先端
での磁場から推進ヘッド１００先端位置を求める方法に
ついては、公知の方法を用いれば良く、詳細な説明を省
略する。
例えば第２の磁界検出器１０２がこの人工磁場発生器１
５０の真下に来た時に、第２の磁界検出器１０２により
人工磁場を計測すると共に、重力加速度方向検出器１１
０により、重力加速度方向検出器１１０により測定され
た３軸方向の重力加速度を求める。３軸方向の重力加速
度から、推進ヘッド１００の傾斜角と回転角とが求めら
れる。更に、この求められた傾斜角と回転角を用いて、
３軸方向の人工磁場の測定値を座標変換することで、推
進ヘッド１００の推進方向に対する人工磁場の方位角を
測定することができる。なお、以下では推進ヘッド１０
０の推進方向に対する人工磁場の方位角を人工磁場の方
位角と略記する。推進ヘッド１００先端の姿勢及び先端
での磁場から推進ヘッド１００先端位置を求める方法に
ついては、公知の方法を用いれば良く、詳細な説明を省
略する。
【００３０】推進ヘッド位置演算器１３１は、求められ
た人工磁場の方位角から、人工磁場発生器１５０が設け
られた位置Ｐaに対する、推進ヘッド１００の先端位置
Ｑaを算出する。この測定を適宜実施して、推進ヘッド
１００の位置情報による推進ヘッド１００の位置補正を
行うことができる。
た人工磁場の方位角から、人工磁場発生器１５０が設け
られた位置Ｐaに対する、推進ヘッド１００の先端位置
Ｑaを算出する。この測定を適宜実施して、推進ヘッド
１００の位置情報による推進ヘッド１００の位置補正を
行うことができる。
【００３１】更に、推進ヘッド１００の方向補正を行う
場合には、人工磁場発生器１５０を位置Ｐbの位置に移
動させる。そして、更に推進ヘッド１００を進ませて、
第２の磁界検出器１０２が位置Ｐbの真下に来たとき
に、第２の磁界検出器１０２により人工磁場を計測す
る。そして、推進ヘッド位置演算器１３１により推進ヘ
ッド１００の位置Ｑbを演算する。
場合には、人工磁場発生器１５０を位置Ｐbの位置に移
動させる。そして、更に推進ヘッド１００を進ませて、
第２の磁界検出器１０２が位置Ｐbの真下に来たとき
に、第２の磁界検出器１０２により人工磁場を計測す
る。そして、推進ヘッド位置演算器１３１により推進ヘ
ッド１００の位置Ｑbを演算する。
【００３２】そして、推進ヘッド１００の二つの位置の
検出値Ｑa，Ｑbから、推進ヘッド方向演算器１３２は、
次式により推進ヘッド１００の方向の絶対値を求める。
検出値Ｑa，Ｑbから、推進ヘッド方向演算器１３２は、
次式により推進ヘッド１００の方向の絶対値を求める。
【００３３】
【数３】
【００３４】そして、補正器１３３は、演算処理器１３
０により求められた推進ヘッド１００の位置及び方向
を、推進ヘッド位置演算器１３１により求められた位
置、並びに推進ヘッド方向演算器１３２により求めたれ
た方向に基づいて補正する。
０により求められた推進ヘッド１００の位置及び方向
を、推進ヘッド位置演算器１３１により求められた位
置、並びに推進ヘッド方向演算器１３２により求めたれ
た方向に基づいて補正する。
【００３５】推進ヘッド１００の補位置補正及び方向補
正は、実施頻度の一例について図２を参照して説明す
る。図２は、掘進現場上から眺めた平面図である。通
常、人工磁場を利用したす推進ヘッド１００の位置補正
は１０ｍごと（Ｐ1−Ｐ2）に行い、方向補正は２０ｍご
とに行う。なお、位置Ｐaと位置Ｐbとの間隔は、位置補
正時に１ｍ程度とし、方向補正時に３ｍ程度とした。
正は、実施頻度の一例について図２を参照して説明す
る。図２は、掘進現場上から眺めた平面図である。通
常、人工磁場を利用したす推進ヘッド１００の位置補正
は１０ｍごと（Ｐ1−Ｐ2）に行い、方向補正は２０ｍご
とに行う。なお、位置Ｐaと位置Ｐbとの間隔は、位置補
正時に１ｍ程度とし、方向補正時に３ｍ程度とした。
【００３６】本発明では、推進ヘッドの先端の方向が正
確に測定できるので、実際の掘進工事で生ずる掘進方向
の修正作業に資する有効な情報が測定できる。また、本
発明によれば、先端部の方向変化を正確に測定できるの
で、掘進方向修正の作業にも有効な情報を与えることが
できる。このように、本発明は特に都市部のように近傍
に、鉄骨製の建造物あるいは他の埋設配管が存在して地
磁気が歪んでいるような状況でも、実用的な工事が可能
となる。
確に測定できるので、実際の掘進工事で生ずる掘進方向
の修正作業に資する有効な情報が測定できる。また、本
発明によれば、先端部の方向変化を正確に測定できるの
で、掘進方向修正の作業にも有効な情報を与えることが
できる。このように、本発明は特に都市部のように近傍
に、鉄骨製の建造物あるいは他の埋設配管が存在して地
磁気が歪んでいるような状況でも、実用的な工事が可能
となる。
【００３７】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することが可能である。
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することが可能である。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、近
傍の磁性体構造物による地磁気の乱れが存在しても、そ
の空間的な乱れによらず推進ヘッドの真の方位角を求め
る、これを掘進距離に応じて変位に変換し、積算するこ
とで推進ヘッドの位置が正確に測定することができ、さ
らに、このとき磁界測定に伴うノイズなどの影響により
生ずる推進ヘッドの測定位置に対する誤差のみならず、
推進ヘッドの方向測定値に対する誤差をも補正できるの
で、現実的に高精度な推進ヘッド先端位置計測が可能と
なる。
傍の磁性体構造物による地磁気の乱れが存在しても、そ
の空間的な乱れによらず推進ヘッドの真の方位角を求め
る、これを掘進距離に応じて変位に変換し、積算するこ
とで推進ヘッドの位置が正確に測定することができ、さ
らに、このとき磁界測定に伴うノイズなどの影響により
生ずる推進ヘッドの測定位置に対する誤差のみならず、
推進ヘッドの方向測定値に対する誤差をも補正できるの
で、現実的に高精度な推進ヘッド先端位置計測が可能と
なる。
【図１】本発明の一実施形態に係わる推進ヘッド位置方
向計測装置の概略構成を示す図。
向計測装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係わる掘進現場上から眺
めた平面図。
めた平面図。
【図３】従来の推進ヘッド位置方向計測装置の概略構成
を示す図。
を示す図。
１００…推進ヘッド
１０１…第１の磁界検出器
１０２…第２の磁界検出器
１０３…推進パイプ
１１０…重力加速度方向検出器
１２０…推進距離測定器
１３０…演算処理器
１３１…推進ヘッド位置演算器
１３２…推進ヘッド方向演算器
１３３…補正器
１４０…地磁気
１５０…人工磁場発生器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 藤本 幸二
東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日
本鋼管株式会社内
Ｆターム(参考） 2D054 AC18 GA04 GA17 GA62 GA65
GA85
Claims (2)
- 【請求項１】推進ヘッドに設けられた第１の磁界検出器
を用いて、第１の磁界方位角を求めるステップと、 前記推進ヘッドの推進距離を測定するステップと、 測定された推進距離が距離Ｌになった時、前記推進ヘッ
ドに設けられ、第１の磁界検出器から距離Ｌ離れた箇所
に位置する第２の磁界検出器を用いて、第２の磁界方位
角を求めるステップと、 第１の磁界方位角と第２の磁界方位角とを比較して、前
記推進ヘッドの水平方向の変化を演算するステップと、 第１及び／又は第２の磁界方位角測定時に、第１及び第
２の磁界検出器が設けられた推進ヘッドの傾斜角を測定
するステップと、 測定された傾斜角に基づいて前記推進ヘッドの深さ方向
の変化を測定するステップと、 前記水平方向及び深さ方向の変化を複数回測定し、複数
の水平位置及び深さ方向の変化に基づいて、前記推進ヘ
ッドの位置及び方向を求めるステップと、 前記推進ヘッドの掘進に伴い人工磁場発生器を移動させ
つつ、人工磁場発生器により人工磁場を発生させるステ
ップと、 前記一方の磁界検出器を用いて人工磁場の磁界方位角を
求めるステップと、求められた人工磁場の磁界方位角と
人工磁場発生器の位置とから、前記推進管の位置を求め
るステップと、 人工磁場の磁界方位角と人工磁場発生器の位置とから、
前記推進管の位置を求めるステップを複数回繰り返し
て、前記推進ヘッドの位置及び方向を補正する事を特徴
とする推進ヘッド位置方向計測方法。 - 【請求項２】推進ヘッドに設けられ、磁界の方位角を測
定する複数の磁界検出器と、 前記推進ヘッドの傾斜角を検出する姿勢検出器と、 前記推進ヘッドの推進距離を測定する推進距離検出器
と、 各磁界検出器により測定された地磁気の方位角，前記姿
勢検出器により測定された傾斜角，及び前記推進距離検
出器により測定された推進距離に基づいて、前記推進ヘ
ッドの位置及び方向を演算する第１の演算処理器と、 地中の推進ヘッドの進行に伴って移動する人工磁場発生
器と、 この人工磁場発生器により発生した磁場の方位角を前記
磁界検出器で計測した結果から推進ヘッドの位置、並び
に方向を算出する第２の演算処理器と、 第２の演算処理器で求められた推進ヘッドの位置及び方
向に基づいて、第１の演算処理器で求められた推進ヘッ
ドの位置及び方向を補正する補正演算器とを具備してな
ることを特徴とする推進ヘッド位置方向計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002043505A JP2003240552A (ja) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | 推進ヘッド位置方向計測方法及び推進ヘッド位置方向計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002043505A JP2003240552A (ja) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | 推進ヘッド位置方向計測方法及び推進ヘッド位置方向計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003240552A true JP2003240552A (ja) | 2003-08-27 |
Family
ID=27783279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002043505A Pending JP2003240552A (ja) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | 推進ヘッド位置方向計測方法及び推進ヘッド位置方向計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003240552A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102102522A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-06-22 | 浙江大学 | 盾构掘进过程中的轨迹姿态复合控制方法 |
| CN102878976A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-01-16 | 三一重型装备有限公司 | 掘进机位姿检测系统和掘进机 |
| CN105909270A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-08-31 | 上海建科工程咨询有限公司 | 一种盾构机轴线控制系统 |
| CN110195592A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-09-03 | 华中科技大学 | 基于混合深度学习的盾构掘进位姿智能预测方法及系统 |
| JP2021006804A (ja) * | 2019-06-27 | 2021-01-21 | 護 見浪 | 移動距離計測システム及び水中ロボット |
-
2002
- 2002-02-20 JP JP2002043505A patent/JP2003240552A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102102522A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-06-22 | 浙江大学 | 盾构掘进过程中的轨迹姿态复合控制方法 |
| CN102878976A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-01-16 | 三一重型装备有限公司 | 掘进机位姿检测系统和掘进机 |
| CN105909270A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-08-31 | 上海建科工程咨询有限公司 | 一种盾构机轴线控制系统 |
| CN110195592A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-09-03 | 华中科技大学 | 基于混合深度学习的盾构掘进位姿智能预测方法及系统 |
| JP2021006804A (ja) * | 2019-06-27 | 2021-01-21 | 護 見浪 | 移動距離計測システム及び水中ロボット |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20050203 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050726 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051129 |