JP2004169393A

JP2004169393A - 浚渫開始箇所の位置決め方法

Info

Publication number: JP2004169393A
Application number: JP2002335948A
Authority: JP
Inventors: Fujio Osawa; 不爾男大沢
Original assignee: Koden Electronics Co Ltd
Current assignee: Koden Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】熟練した人手を要せず、簡易・迅速で、しかも操船に手間をかけることもなく、掘削機の先端のバケットを浚渫中断箇所などに再現性よく位置決めできる位置決め方法を提供する。
【課題解決手段】本発明に係わる浚渫開始箇所の位置決め方法によれば、浚渫船（１）の先端部に取り付けられた掘削機のブーム（２ｂ）の背後に第１のＧＰＳ受信機（ＧＰＳ１）が設置され、旋回台（２ａ）の旋回軸ｚの箇所に第２のＧＰＳ受信機（ＧＰＳ２）または方位センサ（Ｓ）が設置され、第１または第２のＧＰＳ受信機で検出した位置と、第１，第２のＧＰＳ受信機または方位センサで検出した方位と、掘削機の寸法とからブーム先端部の位置が算定され、この位置が浚渫開始箇所として設定される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、浚渫開始箇所の位置決め方法に関するものであり、特に、ＧＰＳ受信機を利用して簡単、迅速に位置決め可能な浚渫開始箇所の位置決め方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
港湾内などでは、河川や波浪などで運ばれてきた土砂が海底に堆積して水深が浅くなる。所定の水深を確保するために、海底に堆積した土砂を掘削して除去する浚渫作業が行われる。
【０００３】
図７は、浚渫船１とその先端部に取り付けられた掘削機２の関係を示す概念図である。掘削機２は、浚渫船１に取り付けられてほぼ水平な面内で旋回可能な旋回台２ａと、この旋回台２ａの旋回軸の近傍に鉛直方向に回動可能に取り付けられたブーム２ｂと、このブーム２ｂの先端部に鉛直方向に回動可能に取り付けられたアーム２ｃと、このアーム２ｃの先端部に鉛直方向に回動可能に取り付けられたバケット２ｄを備えている。
【０００４】
この浚渫作業では、海底から掘削した土砂を浚渫船上に堆積し、これが満杯になると、浚渫作業を一時中断して岸壁などの土砂捨て場に移動して廃棄し、再び浚渫現場にもどって浚渫を再開するという作業が反復される。
【０００５】
前回中断した箇所にもどって浚渫を再開するには、正確な位置決めが必要になる。従来このような位置決めは、三角測量によって行われていた（例えば、特許文献１参照）。すなわち、陸上や海上に固定した既知の２点と浚渫船上に設定した測定点間の距離と方位とを検出し、幾何学上の計算に基づき浚渫船の位置決めを行っている。また、掘削土量を検出する目的で、海底の掘削状況を超音波センサで検出するという手法も知られている（例えば特許文献２参照）。この超音波センサを利用する海底の掘削状況の検出手法を、上述した三角測量方法に併用すれば、掘削中断箇所を高精度で検出することができる。
【０００６】
従来の三角測量を利用する方法の他に、ＧＰＳ受信機を利用して浚渫作業などを行う船舶の位置決めを行う技術も知られている（例えば、特許文献３，４）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２９２０２１９（特開平４−４７２１２号公報）（図１）
【特許文献２】
特公平４−２７４８４号公報（図１）
【特許文献３】
特開平１０−１５９１２５号公報
【特許文献４】
特開２００１−９０１０１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記掘削再開箇所を三角測量で検出する方法は、熟練した人手が必要になるとともに、位置決めに時間と労力がかさみ、浚渫作業に時間がかかるという問題がある。超音波センサを利用して水底の掘削状態を探索する方法についても同様である。
【０００９】
上記特許文献３，４に開示されたＧＰＳ受信機を利用して船舶の位置決めを行う方法では、作業用の機械が船体に固定されると共に寸法も変化しない。このため、船体の位置と方位を検出することにより、船体と作業用の機械との位置関係とから作業用の機械の作業箇所の水平面上の位置が正確に位置決めできる。しかしながら、図７に例示した浚渫作業に用いる掘削機では、旋回台２ａが船体に対して３６０°の範囲にわたって旋回すると共に、ブーム２ｂの根元からアーム２ｃを経てバケット２ｄまでの２０メートル余りにも達するリンク機構の屈伸に伴い船体と先端のバケットとの位置関係が大幅に変化する。掘削機の全長は典型的な船の長さ、４０メートルの半分にも達する。
【００１０】
バケット２ｄやアーム２ｃにＧＰＳ受信機を設置できれば、作業箇所と船体の位置関係が不明なことから生ずる問題点は解決する。しかし、掘削時に発生する強い振動によってＧＰＳ受信機が破壊されてしまうため、これは困難である。また、アームが水中に没するため受信機を防水構造とする必要があるほか、水中ではＧＰＳの電波を受信できないという問題もある。
【００１１】
作業箇所と船体の位置関係を明確にする次善の策として、浚渫を中断したり、再開したりする際に、掘削機の姿勢を所定の初期状態に保つことが考えられる。しかしながら、この場合、例えば、掘削を中断するときは掘削機を作業中の状態から所定の初期状態に変更した分、船体の位置や方位を変更しなければならず、操船に手間取るという問題がある。
【００１２】
従って、本発明の一つの目的は、熟練した人手が不要で、簡易迅速な位置決め方法を提供することにある。本発明の他の目的は、操船に手間をかけなくともバケットの先端を掘削中断箇所に再現性よく戻すことができる位置決め方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する本発明の位置決め方法は、浚渫船に取り付けられてほぼ水平な面内で旋回可能な旋回台、この旋回台の旋回軸の箇所またはその近傍に鉛直方向に回動可能に取り付けられたブーム、このブームの先端部に鉛直方向に回動可能に取り付けられたアームおよびこのアームの先端部に鉛直方向に回動可能に取り付けられたバケットを備えた掘削機を操作して水底の土砂を掘削する際に、浚渫開始箇所を指定箇所または保存中の前回の浚渫中断箇所に位置決めするための方法である。そして、本第１の発明の位置決め方法は、ブームの背後に第１のＧＰＳ受信機を設置し、旋回軸の箇所に第２のＧＰＳ受信機を設置し、第１または第２のＧＰＳ受信機で検出した位置と、第１および第２のＧＰＳ受信機で検出した方位と、掘削機の寸法とからブーム先端部の位置を算定し、これを浚渫開始箇所として設定するように構成されている。
【００１４】
本第２の発明の位置決め方法は、ブームの背後に第１のＧＰＳ受信機を設置し、旋回軸の箇所に方位センサを設置し第１のＧＰＳ受信機で検出した位置と、方位センサで検出した方位と、前記掘削機の寸法とからブーム先端部の位置を算定し、これを前記浚渫開始箇所として設定するように構成されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本第１，第２の発明の好適な実施の形態によれば、第１のＧＰＳ受信機は、ブームの中心線と旋回軸を結ぶ線分を後方に延長した直線上に設置される。
【００１６】
【実施例】
図１は、上記実施例を説明するための概念図である。ブーム２ｂの中心軸と旋回台２ａの旋回軸ｚを結ぶ線分を後方に延長した線分上に第１のＧＰＳ受信機ＧＰＳ１が設置されると共に、旋回軸ｚの箇所に第２のＧＰＳ受信機ＧＰＳ２が設置されている。設定する座標としては、緯度・経度および平面直角座標などがある。緯度・経度は海上保安庁が作成している海図に基づくものであり、平面直角座標は、緯度・経度から座標変換して求めた国土地理院が設定している座標系である。この実施例では、緯度・経度から座標変換した平面直角座標を設定するものとする。
【００１７】
第１，第２のＧＰＳ受信機ＧＰＳ１，ＧＰＳ２が検出した緯度と経度によるそれぞれの位置を国土地理院の平面直角座標に変換したものを（ｘ_１，ｙ_１），（ｘ_２，ｙ_２）とおき、旋回台２ａの旋回軸ｚと各ＧＰＳ受信機との距離をそれぞれＬ_１，Ｌ_２とおくと、ブーム２ｂの先端部Ｐの座標（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）は、
ｘ_ｐ＝ｘ_２＋（Ｌ_２／Ｌ_１）（ｘ_２−ｘ_１）
ｙ_ｐ＝ｙ_２＋（Ｌ_２／Ｌ_１）（ｙ_２−ｙ_１）
となる。
【００１８】
図７を参照すれば、掘削作業を中断してブーム２ｂを起立させた状態では、その先端部の位置がブーム２ｂ、アーム２ｃを一杯に延ばして掘削中の状態の掘削箇所のほぼ上空に位置することがわかる。この結果、ブームの先端部の位置を管理する本発明の方法は、掘削の中断箇所を管理する方法として優れている。
【００１９】
図２は、本第２の発明の実施例を説明するための概念図である。ブーム２ｂの中心軸と旋回台２ａの旋回軸ｚを結ぶ線分を延長した線分上にＧＰＳ受信機ＧＰＳ１が設置されると共に、旋回軸ｚの箇所に方位センサＳが設置される。方位センサＳは、ジャイロを利用するものなど公知の適宜なものでよい。ＧＰＳ１が検出した緯度と経度によるＧＰＳ受信機の位置を国土地理院の平面直角座標に変換したもの（以下「座標」と称する）を（ｘ_１，ｙ_１）、旋回台２ａの旋回軸ｚと各ＧＰＳ受信機との距離をそれぞれＬ_１，Ｌ_２、方位センサＳが検出した絶対方位をｙ軸との角度に変換したものをαとおく。
【００２０】
ブームの先端部Ｐの位置は、
ｘ_ｐ＝ｘ_１＋（Ｌ_１＋Ｌ_２）ｓｉｎα
ｙ_ｐ＝ｙ_１＋（Ｌ_１＋Ｌ_２）ｃｏｓα
と求まる。
【００２１】
図１、図２のいずれの場合も、第１のＧＰＳ受信機ＧＰＳ１がブーム２ｂの中心軸と旋回台２ａの旋回軸ｚを結ぶ線分を後方に延長した直線上に設置された。しかしながら、何らかの都合により、そのような配置が困難な場合も考えられる。そのような場合、第１のＧＰＳ受信機ＧＰＳ１をブーム２ｂの中心軸と旋回段２ａの旋回軸ｚを結ぶ線分を延長した直線から離れた位置に設置する他の実施例を採用することができる。
【００２２】
図３は、上記２台のＧＰＳ受信機を設置する第１の発明の他の実施例を説明するための概念図である。ブーム２ｂの中心軸と旋回台２ａの旋回軸ｚを結ぶ線分と角度γをなす直線上に第１のＧＰＳ受信機ＧＰＳ１が設置されると共に、旋回軸ｚの箇所に第２のＧＰＳ受信機ＧＰＳ２が設置される。第１のＧＰＳ受信機ＧＰＳ１の座標を（ｘ_１，ｙ_１）、第２のＧＰＳ受信機ＧＰＳ２の座標を（ｘ_２，ｙ_２）、旋回台２ａの旋回軸ｚと各ＧＰＳ受信機との距離をそれぞれＬ_１，Ｌ_２とする。
【００２３】
ブーム２ｂの先端部Ｐの座標（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）は、
ｘ_ｐ＝ｘ_２＋Ｌ_２ｓｉｎα
ｙ_ｐ＝ｙ_２＋Ｌ_２ｃｏｓα
α＝γ＋β−１８０°
β＝ｔａｎ ^−１［（ｘ_２−ｘ_１）／（ｙ_２−ｙ_１）］
と求まる。
【００２４】
図４は、上記第２の発明の他の実施例を説明するための概念図である。ブーム２ｂの中心軸と旋回台２ａの旋回軸ｚを結ぶ線分と角度γをなす直線上に第１のＧＰＳ受信機ＧＰＳ１が設置されると共に、旋回台２ａの旋回軸ｚの箇所に方位センサＳが設置される。ＧＰＳ受信機ＧＰＳ１の座標を（ｘ_１，ｙ_１）、方位センサＳが検出した絶対方位をｙ軸との角度に変換したものをα、旋回台２ａの旋回軸ｚと各ＧＰＳ受信機との距離をそれぞれＬ_１，Ｌ_２とする。
【００２５】
ブーム２ｂの先端部Ｐの座標（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）は、
ｘ_ｐ＝ｘ_１＋Ｌ_１ｓｉｎβ＋Ｌ_２ｓｉｎα
ｙ_ｐ＝ｙ_１＋Ｌ_１ｃｏｓβ＋Ｌ_２ｃｏｓα
β ＝１８０°＋α−γ
と求まる。
【００２６】
図５は、上記本第１，第２の発明に係わる浚渫開始箇所の位置決め方法を実行する装置の構成の一例を示す機能ブロック図であり、１０はＣＰＵ、１１は第１のＧＰＳ受信機、１２は第２のＧＰＳ受信機または方位センサ、１３はキーボード、１４は入力インターフェイス回路、１５はＲＯＭ／ＲＡＭ、１６は画像メモリ、１７は表示部である。
【００２７】
第１のＧＰＳ受信機１１と第２のＧＰＳ受信機が検出した緯度と経度の位置データは、所定周期で入力インターフェイス回路１４を介してＣＰＵ１０に転送される。第２のＧＰＳ受信機の代わりに位置センサが設置する場合には、緯度・経度の代わりに絶対方位が所定周期で入力インターフェイス回路１４を介してＣＰＵ１０に転送されてくる。
【００２８】
ＣＰＵ１０、ＲＯＭ／ＲＡＭ１５に格納された処理プログラムと、キーボード１３から入力された操作者の指令とに従って動作する。ＣＰＵ１０は、ＧＰＳ受信機１１，１２から転送されてきた緯度・経度データを処理し、ブーム２ｂの先端部の座標（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）を算定し、これを画像データに保持された画像データに書き込む。表示部１７は、画像メモリ１６に書き込まれた画像データを所定周期で読みだし、これを液晶表示装置などに表示する。
【００２９】
図６は、図５の表示部１７に表示される表示画面の一例を示す概念図である。国土地理院の平面直角座標（ｘ，ｙ）の中に、浚渫対象領域が四隅Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを結んだ太線の四角形で指定される。この浚渫対象区域が、さらに、複数の短冊状の小領域に分割され、各領域に対してその配列の順序に従って浚渫が行われる。
【００３０】
図中の点ｐは、浚渫再開箇所である。この点ｐは、浚渫されて船上に堆積された土砂が満杯になったため、浚渫を中断した時点の掘削機のブーム２ｂの先端部の位置を示す。この位置の登録は図６の装置のキーボード１３からの指令に従って行われる。点ｐの登録がすむと、浚渫船は岸壁に戻り、満杯になった土砂を待機中のダンプカーの荷台などに下ろす。こののち、浚渫を再開するため、浚渫再開箇所として登録されている地点ｐを目的地とする航行を開始する。
【００３１】
点ｑは、そのような浚渫再開箇所ｐにもどる途中の浚渫船の位置、正確にはその船首に取り付けられた掘削機２のブーム２ｂの先端部の現在位置である。実線で示す航跡は、岸壁から戻る途中の現在位置ｑまでの移動軌跡を示し、点線は現在位置ｑから浚渫再開箇所ｐまでの最短の予定航路を示している。
【００３２】
表示画面の中央部の線図による二次元表示と併せて、画面の左側に浚渫再開箇所、ブーム先端部の現在位置、両者のずれ距離が、メートルを単位とするｘ，ｙ座標値によって算用数字で表示される。最下段のズレ距離の表示によれば、ｘ軸方向にあと２８０メートル、ｙ軸方向にあと２９０メートル航行すると、ブーム２ｂの先端が浚渫再開箇所ｐの上空に位置決めされることが分かる。
【００３３】
以上、国土地理院が設定した平面直角座標を位置決めに利用する場合を例示した。しかしながら、灯台付近などの浚渫作業には、海上保安庁が作成している海図に基づいた緯度・経度を採用することができる。どの座標系を採用するかに応じて適宜な座標変換を位置決め処理の中に加えればよい。
【００３４】
また、ブームの先端を浚渫開始箇所として指定された箇所または前回の浚渫中断箇所に位置決めする場合を例示した。しかながら、土砂のサンプル採取箇所など他の適宜な箇所に位置決めする場合にも本発明を適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係わる浚渫再開箇所の位置決め方法によれば、水平面内において船体との位置関係が固定されていない掘削機にＧＰＳ受信機や方位センサが取り付けられる。このため、受信機やセンサを船体に取り付ける構成とは異なり、浚渫を中断したり再開したりする際に、船体と掘削機との位置関係を所定の初期状態に戻す必要がなくなり、作業能率が大幅に向上するという利点が奏される。
【００３６】
また、船体ではなく掘削機にＧＰＳ受信機やセンサを取り付けるといっても、水底の掘削作業に伴って強い振動が加えられたり、水中に没したりするバケットやアームやブームにＧＰＳ受信機や方位センサを取り付けるのではなく、旋回台の旋回軸の近傍やその背後に取り付ける構成である。このため、受信機やセンサの機械的な破壊や水による劣化を有効に回避しつつ、船体との位置関係が定まらない掘削機の先端の作業箇所の位置を正確に位置決めすることができるという利点がある。
【００３７】
さらに、掘削作業の中断してブームを起立させた状態では、その先端部の位置が掘削箇所のほぼ上空に位置するため、ブームの先端部の位置を管理する本発明の方法は掘削中断箇所を管理する方法として利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本第１の発明の一実施例に係わる浚渫再開箇所の位置決め方法を説明するための概念図である。
【図２】本第２の発明の一実施例に係わる浚渫再開箇所の位置決め方法を説明するための概念図である。
【図３】本第１の発明の他の実施例に係わる浚渫再開箇所の位置決め方法を説明するための概念図である。
【図４】本第２の発明の他の実施例に係わる浚渫再開箇所の位置決め方法を説明するための概念図である。
【図５】本発明に係わる浚渫再開箇所の位置決め方法を実施するための装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図６】図６の表示部７に表示される表示画面の一例を示す概念図である。
【図７】本発明を適用する浚渫船とその船首に取り付けられた掘削機の位置関係を説明するための図である。
【符号の説明】
１浚渫船の船体
２掘削機
２ａ旋回台
２ｂブーム
２ｃアーム
２ｄバケット
ｚ旋回台の旋回軸
ＧＰＳ１第１のＧＰＳ受信機
ＧＰＳ２第２のＧＰＳ受信機
Ｓ方位センサ
Ｐブーム先端部
ｐ浚渫再開箇所
ｑ浚渫船の現在位置

Claims

浚渫船に取り付けられてほぼ水平な面内で旋回可能な旋回台、この旋回台の旋回軸の箇所またはその近傍に鉛直方向に回動可能に取り付けられたブーム、このブームの先端部に鉛直方向に回動可能に取り付けられたアームおよびこのアームの先端部に鉛直方向に回動可能に取り付けられたバケットを備えた掘削機を操作して水底の土砂を掘削する際に、浚渫開始箇所を指定箇所または保存中の前回の浚渫中断箇所等に位置決めするための方法であって、
前記ブームの背後に第１のＧＰＳ受信機を設置し、前記旋回軸の箇所に第２のＧＰＳ受信機を設置し、第１または第２のＧＰＳ受信機で検出した位置と、第１および第２のＧＰＳ受信機で検出した方位と、前記掘削機の寸法とからブーム先端部の位置を算定し、これを前記浚渫開始箇所として設定することを特徴とする浚渫開始箇所の位置決め方法。
浚渫船に取り付けられてほぼ水平な面内で旋回可能な旋回台、この旋回台の旋回軸の箇所またはその近傍に鉛直方向に回動可能に取り付けられたブーム、このブームの先端部に鉛直方向に回動可能に取り付けられたアームおよびこのアームの先端部に鉛直方向に回動可能に取り付けられたバケットを備えた掘削機を操作して水底の土砂を掘削する際に、浚渫開始箇所を指定箇所または保存中の前回の浚渫中断箇所等に位置決めするための方法であって、
前記ブームの背後に第１のＧＰＳ受信機を設置し、前記旋回軸の箇所に方位センサを設置し、第１のＧＰＳ受信機で検出した位置と、方位センサで検出した方位と、前記掘削機の寸法とからブーム先端部の位置を算定し、これを前記浚渫開始箇所として設定することを特徴とする浚渫開始箇所の位置決め方法。
請求項１，２のそれぞれにおいて、
前記第１のＧＰＳ受信機は、前記ブームの中心軸と前記旋回軸とを結ぶ線分を後方に延長した直線上に設置されたことを特徴とする浚渫開始箇所の位置決め方法。