JP2004191288A

JP2004191288A - Remote surveying system in tunnel

Info

Publication number: JP2004191288A
Application number: JP2002361922A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Asanuma; 廉樹浅沼; Yukihiro Watabe; 幸浩渡部
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: JP4139207B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To survey even a curved part of a tunnel 2 and to improve survey accuracy. <P>SOLUTION: This remote surveying system in a tunnel is provided with: a docking trolley 30 coupled to a rear trolley 3 capable of traveling over a first rail 22 underlaid in the tunnel 2; a self-propelled surveying vehicle 4 capable of traveling over a second rail 23 underlaid in the tunnel in parallel with the first rail 22 and storable in the docking trolley 30; a transfer means 34 for storing the self-propelled surveying vehicle 4 in the docking trolley 30 or transferring it to the second rail 23; a surveying means 44 mounted to the self-propelled surveying vehicle 4 for surveying points of measurement of a shield driving machine 1; an imaging means 45 mounted to the self-propelled surveying vehicle 4; a remote-control means for remote-controlling the operation of the self-propelled surveying vehicle 4, the transfer means 34, the surveying means 44, and the imaging means 45; and a computing means for computing the self-location of the surveying means 44 from both image data on dowel points A<SB>n</SB>and B<SB>n</SB>from the imaging means 45 and known absolute coordinates. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機による掘進工法において、トンネル内の測量を遠隔制御によって行う測量をシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上下水道等のトンネル工事には、シールド工法が採用される。良く知られているように、シールド工法は、シールド掘進機で地中掘進を行い、その後方で、一次覆工のためのセグメントを順次組み立てて行くものである。そして、このような工事においては、計画線（予め計画された掘進経路）に対する施工のずれを最小にするために、シールド掘進機の位置及び掘進方向を確認するための測量が行われており、その典型的な従来技術が、下記の特許文献に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６６１３３
【０００４】
すなわち、従来の技術においては、シールド掘進機の後方で走行する台車に格納された測量器（トータルステーション）を、前記台車に設けられた旋回アームで軌条上に移し、この軌条上で測量台車と共に移動可能な測量器が、既知の２箇所の後方測点を測距・測角して２点夾角法によって自己位置を算出すると共に、シールド掘進機の任意の箇所に設けた未知の測点を計測することによって、シールド掘進機の位置及び掘進方向の測量を行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術によれば、測量器が台車に取り付けられたものであるため、測量器とシールド掘進機との距離が固定であり、したがってトンネルのカーブ部分などでは、シールド掘進機の位置及び掘進方向の測量ができないことがあった。また、測量車の移動に伴って、既知の複数の後方測点からの距離が長くなると、夾角が小さくなって、測量誤差が増大するおそれがある。このため、新たに既知の座標上に後方測点を位置出しして設置する作業が必要となり、測量に時間がかかるといった問題が指摘される。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、トンネルがカーブした部分でも測量を可能とし、かつ測量の精度を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、掘進機によるトンネル工事過程でトンネル内の遠隔測量を行うシステムであって、前記トンネル内に敷設した第一軌条上を走行可能な格納台車と、前記第一軌条と並行して前記トンネル内に敷設した第二軌条上を走行可能かつ前記台車に格納可能な自走測量車と、前記格納台車に設けられて前記自走測量車を前記格納台車に格納又は前記第二軌条へ載置させる移載手段と、前記自走測量車に搭載されて前記トンネル内の測点を測量する測量手段と、前記自走測量車に搭載されて前記トンネル内の任意の既知点を撮像する撮像手段と、前記自走測量車、前記移載手段、前記測量手段、及び前記撮像手段の動作を遠隔制御する遠隔制御手段と、前記撮像手段からの画像データにおける前記既知点のローカル座標及び予め入力された前記既知点の絶対座標から前記測量手段の自己位置を演算する演算手段とを備えるものである。
【０００８】
請求項２の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、自走測量車の測量車本体が、ヒンジを介して折り畳み可能としたものである。
【０００９】
請求項３の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、移載手段が、昇降及び旋回動作可能な移載アームと、この移載アームに設けられたフォークとを備え、このフォークが、自走測量車に設けられた掛合孔へ走行方向に挿入されることによって、前記自走測量車を吊支可能となるものである。
【００１０】
請求項４の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、任意の既知点が、トンネル施工に伴い既知の座標上に設置された各複数のダボ点からなるものである。
【００１１】
請求項５の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、遠隔制御手段及び演算手段が、トンネル外部に設置されたものである。
【００１２】
請求項６の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項５に記載された構成において、撮像手段が、自走測量車の走行の際にその走行方向の状況を撮影する手段を兼ねており、トンネル外部に、前記撮像手段からの画像データを画像表示するモニタが設置されたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、シールド工法によるトンネル施工に本発明に係るトンネル内の遠隔測量システムを採用した好ましい実施の形態について説明する。図１は、本形態を概略的に示す平面図、図２は同じく立面図、図３は図１におけるIII方向の部分的な矢視図、図４は本形態で使用される自走測量車４を示す側面図、図５は図１におけるＶ方向の矢視図、図６は格納台車３０に設けられた移載装置３４による自走測量車４に対する移載動作を示す概略的な平面図、図７〜図９は格納台車３０に設けられた移載装置３４による自走測量車４に対する移載動作をトンネルの延長方向から見た図、図１０は本形態における制御系のブロック図、図１１は本発明による自己位置算出方法を示す説明図である。
【００１４】
まず図１及び図２において、参照符号１はシールド掘進機、２はこのシールド掘進機１により施工されたトンネルである。シールド掘進機１は、良く知られた構造を有するもので、基本的には図２に示されるように、略円筒形のシールドフレーム１１の前端で、多数のカッタビットを有する円盤状のカッタフェイス１２を回転させて地盤を掘削し、これによって発生したズリ（掘削土）を、カッタフェイス１２に形成されたスリットからチャンバ１３内に取り込み、撹拌して、スクリュコンベア１４を介して後方へ送り出し、後方台車３によって外部へ搬送する。
【００１５】
一方、シールドフレーム１１の後端では、掘削された坑内壁の崩落を防止するために、図示されていないエレクタによって複数のセグメントを環状に組み立てて継ぎ足していくことにより、一次覆工２１を施している。そして、その先端に油圧ジャッキ１５を当てて後方へ押圧することによって、その反力でシールド掘進機１が、カッタフェイス１２による掘削に伴い、地中を推進して行くようになっているのである。
【００１６】
一次覆工２１等が施された既設のトンネル２内には、図１に示されるように、後方台車３が走行するための第一軌条２２と、後述する自走測量車４が走行するための第二軌条２３が、トンネル２の延長方向へ互いに並行して敷設されている。第一軌条２２及び第二軌条２３は、シールド掘進機１の掘進によるトンネル２の延長に伴って、順次継ぎ足して延長されて行くものである。
【００１７】
後方台車３には、シールド掘進機１のスクリュコンベア１４から排出されたズリを積み込んで立坑２ａ側へ搬送するものや、シールド掘進機１のエレクタへ一次覆工２１用のセグメントを供給するためのものなどがあり、図示されていない牽引車によって牽引され、第一軌条２２上を走行する。後方台車３における後部には、格納台車３０が連結されており、したがって、この格納台車３０も、後方台車３と共に第一軌条２２上を走行する。
【００１８】
トンネル２の下部には、図３に示されるように、第一軌条２２及び第二軌条２３を支持する枕木２４が、その延長方向に対する所定の間隔で架設されている。枕木２４の下側には、複数の台座２５がトンネル２の延長方向所定間隔で設置されており、各台座２５には、２個１組のダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎ，Ａ_ｎ−１，Ｂ_ｎ−１，Ａ_ｎ−２，Ｂ_ｎ−２，…が打ち込まれている。ダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎ，Ａ_ｎ−１，Ｂ_ｎ−１，Ａ_ｎ−２，Ｂ_ｎ−２，…は、良く知られているように、測量釘の一種であって、予め求められた絶対座標上に、測量の基準として打設されるものであり、それぞれ合成樹脂のコーティングにより赤、あるいは青などの彩色が施されている。なお、図示の形態では、ダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎ，Ａ_ｎ−１，Ｂ_ｎ−１，Ａ_ｎ−２，Ｂ_ｎ−２，…が枕木２４の下側に設置した台座２５上に打ち込まれているが、トンネル２の覆工面などに打設されたものであっても良い。
【００１９】
一方、シールド掘進機１の所定箇所には、図１に示されるように、測点として、コーナキューブリフレクタ等による反射プリズムからなる複数のターゲットＴ_１，Ｔ_２…が設置されている。
【００２０】
自走測量車４は、図３及び図４に示されるように、前輪４１ａ及び後輪４１ｂによって第二軌条２３上を走行可能な測量車本体４１を有し、この測量車本体４１には、前輪４１ａを駆動させるための車輪駆動装置４２と、バッテリ４３と、トータルステーション（光波測距測角儀）４４と、カメラ４５と、制御装置４６と、モデム４７及び充電装置４８等が搭載されている。測量車本体４１は、図４に破線で示されるように、後部４ｂ側が、ヒンジ４ａを介して下方へほぼ直角に屈曲可能となっている。
【００２１】
自走測量車４に搭載されたトータルステーション４４は、請求項１に記載された測量手段に相当するものであって、良く知られているように、光波によってターゲットを自動的に視準し、かつ視準された測点の測距及び測角するものであり、整準台４４ａによって旋回動作可能に支持され、旋回軸を鉛直に保つようになっている。
【００２２】
自走測量車４に搭載されたカメラ４５は、請求項１に記載された撮像手段に相当するものであって、連続撮影可能なＣＣＤカメラ等が採用され、すなわち光学像を画像信号に変換するものである。レンズ面が水平（光軸が鉛直）になるように保持可能であると共に、整準台４４ａにカメラ支持アーム４５ａを介して俯仰動作可能に取り付けられている。また、このカメラ４５は、整準台４４ａによって、トータルステーション４４と共に水平旋回可能となっている。
【００２３】
格納台車３０は、図５に示されるように、第一軌条２２上を走行可能な測量車本体３１と、この測量車本体３１上に設けられて自走測量車４を格納可能なハウジング３２を備え、このハウジング３２の側面には、図６に示されるスライド扉３２ａによって開閉可能であると共に自走測量車４を出し入れ可能な開口部が設けられている。前記スライド扉３２ａは、扉駆動装置３３によって駆動するエンドレスワイヤ３３ａを介して、図５における左右方向、すなわち測量車本体３１の前後方向へ開閉動作されるものである。また、スライド扉３２ａによって密閉される格納室内は、適切に湿度管理されている。
【００２４】
格納台車３０のハウジング３２には、自走測量車４を出し入れするための移載装置３４が設けられている。この移載装置３４は、請求項１に記載の移載手段に相当するものであって、図５に示されるように、互いに同心の上部支持軸３４１及び下部支持軸３４２によって鉛直軸心の周りに回転可能に支持された旋回枠３４３と、この旋回枠３４３の揺動端位置に鉛直に設けた案内軸３４４に上下移動可能に取り付けられた昇降スライダ３４５と、この昇降スライダ３４５から水平に延在された移載アーム３４６とを備える。
【００２５】
図３及び図４に示されるように、自走測量車４の測量車本体４１には、左右一対の掛合孔４１ｃが形成されている。一方、移載アーム３４６は、図４に一点鎖線で示されるように、この掛合孔４１ｃへ挿入されることによって自走測量車４を揚重可能となる一対のフォーク３４６ａ（図４では片側のフォークのみ示される）が略水平に突設されている。
【００２６】
移載装置３４における旋回枠３４３は、旋回駆動部３５と、その出力軸に設けたウォーム３５ａと、前記下部支持軸３４２に設けられてウォーム３５ａに噛合されたウォームホイール（不図示）によって旋回動作されるものである。また、昇降スライダ３４５は、昇降駆動部３６と、旋回枠３４３に案内軸３４４と平行（すなわち鉛直）に設けられると共に図示されていないギヤを介して昇降駆動部３６の駆動により回転される送り螺子３６１と、この送り螺子３６１に噛合されたナット３６２を介して、案内軸３４４に沿って昇降動作される。
【００２７】
移載装置３４の移載アーム３４６は、図６に実線で示され、かつ図８に示されるように、格納台車３０の走行方向（前後方向）に対して直角となる位置まで水平旋回した状態では、この移載アーム３４６に、図４に示されるフォーク３４６ａによって支持された自走測量車４の車輪４１ａ，４１ｂが、第二軌条２３上に位置するように、前記フォーク３４６ａの取付位置が調整されている。したがって、この状態から昇降駆動部３６の駆動によって、昇降スライダ３４５を介して移載アーム３４６を降下させれば、図９に示されるように、自走測量車４の車輪４１ａ，４１ｂが、第二軌条２３上に支持されるので、フォーク３４６ａを図４に示される掛合孔４１ｃから抜き出すことができると共に、自走測量車４が第二軌条２３上を走行可能な状態となる。
【００２８】
また、図５に示されるように、移載アーム３４６を昇降スライダ３４５のストローク上限付近まで上昇させると共に、図６に一点鎖線で示されるように、格納台車３０の走行方向に対して平行となる位置まで水平旋回させた状態では、この移載アーム３４６にフォーク３４６ａを介して支持された自走測量車４は、ハウジング３２内に収容状態となる。このとき、測量車本体４１は、図４に破線で示されるように、後部４ｂ側を、ヒンジ４ａを介して下方へほぼ直角に屈曲させることによって、図７に示されるように、格納台車３０のハウジング３２内に完全に収容することができる。
【００２９】
図２に示されるように、地上には、トンネル２における立坑２ａの開口付近に監視事務所５が設けられている。この監視事務所５内には、自走測量車４の車輪駆動装置４２への動作指令や、トータルステーション４４への視準・測距・測角動作等の動作指令や、カメラ４５の撮影動作及びそのカメラ支持アーム４５ａへの動作指令や、格納台車３０における扉駆動装置３３及び移載装置３４（旋回駆動部３５，昇降駆動部３６等）への動作指令等を送ることによって、トータルステーション４４、カメラ４５、扉駆動装置３３及び移載装置３４等を遠隔制御する遠隔制御ユニット５１と、トータルステーション４４によるトンネル１４内の測量データや、カメラ４５からの画像データを処理して座標の演算等を行う、請求項１に記載された演算手段に相当するパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略称する）５２が設置されている。
【００３０】
この形態における制御系を、図１０を参照しながら説明すると、参照符号３７は格納台車３０に搭載された制御装置であり、この制御装置３７には、格納台車３０における扉駆動装置３３、旋回駆動部３５及び昇降駆動部３６等が接続されている。シールド掘進機１に設けられたターゲットＴ_１，Ｔ_２…は、個別に視準できるようにシャッタ機能を備えており、その機構を制御する為に、このターゲットＴ_１，Ｔ_２…も制御装置３７と接続されている。すなわち、ターゲットＴ_１，Ｔ_２…は、その視準時にのみ、制御装置３７からの指令によって個別にシャッタが開かれるものである。また、制御装置３７は、モデム３９を介して監視事務所５側のモデム５３及び自走測量車４に搭載されたモデム４７に接続されている。
【００３１】
自走測量車４のモデム４７には、制御装置４６が接続されており、この制御装置４６には、シールド掘進機１に取り付けられたターゲットＴ_１，Ｔ_２…に対してトータルステーション４４を自動的に視準する視準制御部４４１、視準に伴いトータルステーション４４を自動的に測距・測角動作させる測距・測角制御部４４２、前輪４１ａを駆動させるための車輪駆動装置４２、トータルステーション４４の中心軸が鉛直になるように整準するための整準台４４ａを制御する整準制御部４４３、カメラ４５の撮影動作やカメラ支持アーム４５ａの動作を制御するカメラ制御部４５１等が接続されている。また、カメラ４５からの画像データを処理する画像処理部４５２は、前記モデム４７に接続されている。一方、監視事務所５側のモデム５３には、遠隔制御ユニット５１及びパソコン５２が接続され、さらに画像処理部５４を介してモニタ５５が接続されている。
【００３２】
上述の構成を備える本形態の遠隔測量システムの動作は、次のように行われる。まず、遠隔制御ユニット５１や、パソコン５２等、監視事務所５における各種機器の電源を投入し、かつ格納台車３０や自走測量車４に搭載された各種機器の電源を投入して、これらを動作可能な状態に維持しておく。なお、このとき自走測量車４は、図５及び図７に示されるように、格納台車３０のハウジング３２内に格納されており、自走測量車４の走行や各種動作に必要な電源であるバッテリ４３は、十分に充電されているものとする。また、各ダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎ，Ａ_ｎ−１，Ｂ_ｎ−１，Ａ_ｎ−２，Ｂ_ｎ−２，…の絶対座標データは、パソコン５２のメモリに記憶されている。
【００３３】
シールド掘進機１の掘進位置を遠隔測量する場合は、監視事務所５の遠隔制御ユニット５１から、移載動作の指令を行う。この移載動作指令データは、図１０に示されるモデム５３、モデム３９を介して制御装置３７に送信されることによって、制御装置３７は測量車移載動作プログラムによる制御を開始する。
【００３４】
測量車移載動作においては、まず、図１０に示される制御装置３７からの扉開放指令によって、格納台車３０における扉駆動装置３３が、図６に示されるハウジング３２のスライド扉３２ａを開放方向へスライド移動させる。そしてスライド扉３２ａが完全に開かれたことが、リミットスイッチ（不図示）等により検出された時点で、制御装置３７から扉駆動装置３３に停止指令が出力されると共に、旋回駆動部３５への駆動指令が出力され、旋回駆動部３５の駆動によって、移載装置３４の移載アーム３４６が、図６に太い矢印で示されるように旋回動作する。このため、図８に示されるように、移載アーム３４６に吊支された自走測量車４は、この移載アーム３４６の旋回動作によってハウジング３２の外部へ出される。
【００３５】
次に、移載アーム３４６が、図６に実線で示されるように、格納台車３０の走行方向（前後方向）に対して直角となる位置まで水平旋回されたことが、図示されていないリミットスイッチ等の検出手段によって検出された時点で、制御装置３７から旋回駆動部３５への駆動停止指令が出力され、移載アーム３４６の旋回動作が停止する。このとき、移載アーム３４６にフォーク３４６ａを介して吊支された自走測量車４は、図８に示されるように、車輪４１ａ，４１ｂが第二軌条２３の真上に位置している。
【００３６】
次に、図１０に示される制御装置３７からの下降指令によって、昇降駆動部３６が駆動し、図５に示される旋回枠３４３における案内軸３４４に沿って昇降スライダ３４５が下降移動することにより、自走測量車４は、移載アーム３４６と共に下降し、図９に示されるように、自走測量車４の車輪４１ａ，４１ｂが第二軌条２３上に載置され、すなわち自走測量車４が第二軌条２３上に移載される。そして、自走測量車４が第二軌条２３上に移載されたことが、図示されていないリミットスイッチ等からなるストローク下限センサによって検出された時点で、制御装置３７から昇降駆動部３６への駆動停止指令が出力される。
【００３７】
自走測量車４が第二軌条２３上に移載された状態では、この第二軌条２３上で自走測量車４を適宜移動させるか、移載アーム３４６を水平旋回させることによって、フォーク３４６ａが、図３及び図４に示される掛合孔４１ｃから相対的に抜き出され、自走測量車４は、第二軌条２３上を走行可能な状態となる。このようにしてフォーク３４６ａから自走測量車４が離れた後は、制御装置３７からの復帰指令によって、昇降駆動部３６及び旋回駆動部３５が上述の移載動作と逆のステップで動作し、移載アーム３４６が格納台車３０のハウジング３２内へ復帰される。
【００３８】
なお、自走測量車４は、格納台車３０のハウジング３２に格納されていた時点では、図４に破線で示され、あるいは図５に示されるように、測量車本体４１の後部４ｂ側が、下方へほぼ直角に屈曲されているが、上述した移載の過程で、図示されていない駆動手段等によって、図４に実線で示されるように略水平状態に変位され、これによって、第二軌条２３上を転動可能な状態となる。
【００３９】
以上のようにして、第二軌条２３への自走測量車４の移載が完了すると、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１の操作によって、モデム５３及び自走測量車４側のモデム４７を介して自走測量車４の制御装置４６へ前進指令を送信し、これによって制御装置４６が車輪駆動装置４２を起動し、自走測量車４が第二軌条２３上をシールド掘進機１側へ向けて走行する。また、このとき、予め制御装置４６からの制御指令によって、カメラ制御部４５１が、カメラ支持アーム４５ａを、カメラ４５が水平かつ前方を向くように動作させる。
【００４０】
自走測量車４の走行に伴って、カメラ４５で連続的に撮影される走行方向の状況は、画像処理部４５２からモデム４７を介して地上の監視事務所５へ送信され、モデム５３から画像処理部５４を介してモニタ５５にリアルタイムで画像出力される。このため、監視事務所５の係員は、モニタ５５の画面に映し出される測量車前方の映像を見ながら、遠隔制御ユニット５１を操作することによって、自走測量車４の走行を遠隔制御することができる。
【００４１】
自走測量車４が、図１に参照符号４”で示されるように、シールド掘進機１に設けられたターゲットＴ_１，Ｔ_２…に対するトータルステーション４４の測量（視準、測距、測角）動作が容易に可能となる位置に存在するダボ点、例えばシールド掘進機１の最寄のダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎの打設箇所へ接近したら、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１の操作によって、モデム５３，４７を介して自走測量車４の自己位置計測指令を自走測量車４の制御装置４６へ送信する。これによって、カメラ制御部４５１が、カメラ支持アーム４５ａを、カメラ４５が鉛直下方へ向くように、言い換えればレンズ面が水平になるように動作させるため、自走測量車４がダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎの上に達した時点で、カメラ４５が、このダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎを映し出すことになる。そして監視事務所５の係員は、モニタ５５の画面にダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎが映し出された時点で、遠隔制御ユニット５１からの操作によって、自走測量車４を停止させる。
【００４２】
次に、カメラ４５から画像処理部４５２及びモデム４７を介して監視事務所５へ送信されたダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎの画像データ、及びパソコン５２のメモリに記憶されているダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎの既知の絶対座標データから、パソコン５２によって、自走測量車４に搭載されたトータルステーション４４の自己位置を算出する。図１１は、その算出方法を示す説明図である。
【００４３】
ダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎは、先に説明したように、予め求められた絶対座標上に、測量の基準として打設されるものであるため、その座標値は絶対座標系（図１１におけるＸＹ座標系）で既知のものである。このため、まず、ダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎの既知の絶対座標データにより、ＸＹ座標系における線分ＡＢの絶対傾きγが求められる。
【００４４】
次に、カメラ４５によって映し出された画像上のχψ座標系（これをカメラ座標系と仮称する）における線分ＡＢのローカル座標傾きβが求められる。そして、絶対傾きγとローカル座標傾きβとの差によって、絶対座標系（ＸＹ座標系）でのカメラ４５の傾きαを求めることができる（α＝γ−β）。なお、カメラ４５の傾きαは、整準台４４ａによる旋回角に由来するものである。
【００４５】
次に、ダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎの絶対座標値とカメラ４５の傾きαを用いて、カメラ中心点Ｏの絶対座標値を算出する。カメラ中心点Ｏは、画面の中心に相当する。この中心点Ｏとトータルステーション４４の位置関係は固定であるため、ダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎとの距離と角度γから、トータルステーション４４の自己位置の絶対座標Ｐを算出することができる。
【００４６】
上述のように、本形態によれば、トータルステーション４４の自己位置の計測に、トンネル２の施工において設置された既知のダボ点Ａ_ｎ，Ｂ_ｎ，Ａ_ｎ−１，Ｂ_ｎ−１，Ａ_ｎ−２，Ｂ_ｎ−２，…の座標データを利用するため、先に述べた特許文献１に記載された従来技術のように、トータルステーション４４の自己位置を計測するための既知点となる後方測点ターゲットを新たに設置する必要がない。このため、既知点への後方測点ターゲットの位置出し設置作業が不要となって、測量時間を短縮できるほか、２点夾角法のように、後方測点ターゲットに対する自己位置の変化によって測量精度が低下するようなことがない。
【００４７】
パソコン５２によってトータルステーション４４の自己位置の絶対座標Ｐが求められたら、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１から、トータルステーション４４による自動測距・測角動作の指令を送信する。この自動測距・測角動作においては、まず制御装置４６から整準台４４ａの整準制御部４４３に対して整準動作指令が送信されることによって、整準制御部４４３が整準台４４ａを動作させ、整準台４４ａを水平（トータルステーション４４の旋回軸を鉛直）に保持させる。
【００４８】
次に、自走測量車４における制御装置４６は、視準制御部４４１に対し視準動作指令を送信し、これによりトータルステーション４４を、図１に示されるシールド掘進機１に設置した測量対象のターゲットＴ_１，Ｔ_２…に自動的に向け、ターゲットＴ_１，Ｔ_２…を、それぞれ自動的に視準する。シャッタ付きコーナキューブリフレクタからなるターゲットＴ_１，Ｔ_２…は、視準に際して、格納台車３０側の制御装置３７からの指令によってシャッタが自動的に開かれ、トータルステーション４４による自動視準を可能にする。そして、この視準動作に伴い測距・測角制御部４４２が動作して、トータルステーション４４から各ターゲットＴ_１，Ｔ_２…へ向けて光波を出射することにより、これら各ターゲットＴ_１，Ｔ_２…までの距離及び角度を順に測量し、その測量データが、制御装置４６からモデム４７を介して監視事務所５へ送信される。
【００４９】
監視事務所５では、トータルステーション４４から送信されたターゲットＴ_１，Ｔ_２…の測量データを、モデム５３を通してパソコン５２で受信し、トータルステーション４４の位置データ及び方向角に基づいて演算処理することにより、シールド掘進機１の位置及び掘進方向を算出する。
【００５０】
ここで、例えばトータルステーション４４が、格納台車３０に取り付けられているような場合、図１のようなトンネル２のカーブ部分では、トータルステーション４４によるターゲットＴ_１，Ｔ_２…の測量が困難になる場合もあり得るのに対し、本形態によれば、トータルステーション４４が、格納台車３０から離れて第二軌条２３上を自在に走行可能な自走測量車４に搭載されており、シールド掘進機１の位置や方向の測量が可能となる位置まで、トータルステーション４４を移動できるため、トンネル２のカーブ部分でも、確実にシールド掘進機１の位置や方向を測量することができる。
【００５１】
各ターゲットＴ_１，Ｔ_２…の測量が終了したら、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１の操作によって、モデム５３及び自走測量車４側のモデム４７を介して自走測量車４の制御装置４６へ帰還指令を送信し、これによって自走測量車４が第二軌条２３上を格納台車３０側へ向けて帰還するように走行する。このとき、予め制御装置４６からの制御指令によって、カメラ制御部４５１が、カメラ支持アーム４５ａを、カメラ４５が水平かつ後方を向くように動作させる。そして、自走測量車４の走行に伴って、カメラ４５で連続的に撮影される画像データは、画像処理部４５２からモデム４７を介して地上の監視事務所５へ送信され、モデム５３から画像処理部５４を介してモニタ５５にリアルタイムで画像出力される。このため、監視事務所５の係員は、モニタ５５の画面に映し出される測量車後方の映像を見ながら、遠隔制御ユニット５１を操作することによって、自走測量車４の走行を遠隔制御することができる。
【００５２】
一方、遠隔制御ユニット５１からは、格納台車３０の制御装置４６へ格納動作指令が送信され、先に説明した測量車移載動作時と同様に、制御装置３７によって、まずスライド扉３２ａが開放方向へスライド移動し、次に旋回駆動部３５によって、移載装置３４の移載アーム３４６が、図６に実線で示されるように、格納台車３０の走行方向（前後方向）に対して直角となる位置まで水平旋回され、更に昇降駆動部３６によって、図５に示される旋回枠３４３における案内軸３４４に沿って昇降スライダ３４５が下降移動することにより、図示されていないストローク下限センサによる検出高さまで移載アーム３４６が下降し、待機状態となる。
【００５３】
そして、第二軌条２３上を走行して来た自走測量車４が、格納台車３０の側面位置へ到達することによって、その測量車本体４１に設けられた左右一対の掛合孔４１ｃが、格納台車３０から張り出した移載アーム３４６に左右一対設けられたフォーク３４６ａに差し込まれる。
【００５４】
次に、自走測量車４の掛合孔４１ｃが移載アーム３４６のフォーク３４６ａに差し込まれたことが、図示されていないリミットスイッチ等により検出されると、自走測量車４の制御装置４６によって、車輪駆動装置４２が停止されると共に、格納台車３０の制御装置３７から昇降駆動部３６に対して上昇指令が出力される。このため、昇降駆動部３６の駆動によって、図５に示される旋回枠３４３における案内軸３４４に沿って昇降スライダ３４５が移載アーム３４６を上昇移動させ、フォーク３４６ａを介して吊支された自走測量車４が、図８に示されるように、移載アーム３４６と共に上昇して第二軌条２３から揚重される。
【００５５】
そして、移載アーム３４６が図示されていないリミットスイッチ等からなるストローク上限センサによる検出高さまで上昇した時点で、制御装置３７から昇降駆動部３６に停止指令が出力されると共に、旋回駆動部３５に格納方向の旋回指令が出力され、旋回駆動部３５が格納方向に駆動することによって、移載アーム３４６が図６に示される太い矢印と逆方向へように旋回動作する。このため、図７に示されるように、移載アーム３４６にフォーク３４６ａを介して吊支された自走測量車４は、この移載アーム３４６の旋回動作によってハウジング３２内へ格納される。
【００５６】
なお、自走測量車４が移載アーム３４６によって第二軌条２３から揚重され、ハウジング３２内へ格納される過程では、測量車本体４１の後部４ｂ側が、図示されていない駆動手段等によって、図４に破線で示され、あるいは図５に示されるように、ヒンジ４ａを介して下方へほぼ直角に屈曲され、これによってハウジング３２へ格納可能なサイズとなる。
【００５７】
ハウジング３２内への自走測量車４の格納が完了したことがリミットスイッチ等により検出されると、旋回駆動部３５が停止し、扉駆動装置３３の駆動によって、スライド扉３２ａがハウジング３２の開口部を閉鎖する方向へスライド移動し、これによって、一連の自動測量動作が終了する。また、ハウジング３２内へ自走測量車４が格納されることによって、図４に示される充電装置４８が、格納台車３０に設けられた電源（不図示）に接続され、自走測量車４のバッテリ４３に充電が開始される。
【００５８】
なお、上述の形態では、自走測量車４が、格納台車３０から出されて第二軌条２３を任意のダボ点へ向けて走行した後、移載アーム３４６が格納台車３０のハウジング３２内へいったん収納されるものとしたが、この移載アーム３４６は、測量が終了した自走測量車４が帰還するまで、格納台車３０の外側へ張り出した状態で待機するようにしても良い。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、トンネル内に敷設した第一軌条上を走行可能な後方台車に連結された格納台車に格納された自走測量車が、移載手段によって格納台車から第二軌条上に移載されることによって自在に走行可能であり、この自走測量車に、測量手段と、自己位置測定のための既知点を撮像する撮像手段を搭載しているため、自走測量車が、格納台車から離れて、シールド掘進機の位置や方向の測量が可能となる位置まで移動することによって、トンネルのカーブ部分等、測量が難しい箇所でも、確実にシールド掘進機の位置や方向を測量することができる。また、自走測量車は、撮像手段からの画像データと、既知点の既知座標データによって測量手段の自己位置を求めることができる。
【００６０】
請求項２の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、自走測量車の測量車本体が、ヒンジを介して折り畳み可能であるため、格納台車内の狭い格納スペースに格納可能であり、走行時には、折り畳み状態から測量車本体が開かれることによって、安定して走行及び測量を行うことができる。
【００６１】
請求項３の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、請求項１に記載された移載手段が、昇降及び旋回動作可能な移載アームと、この移載アームに設けられたフォークとを備え、このフォークが、自走測量車に設けられた掛合孔へ走行方向に挿入されるものであるため、自走測量車が第二軌条上を移動することによって、前記掛合孔へのフォークの挿入による吊支可能状態又はフォークからの離脱が可能となり、複雑なチャック機構等を必要としない。
【００６２】
請求項４の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、請求項１に記載された任意の既知点が、トンネル施工に伴い既知の座標上に設置された各複数のダボ点からなるため、既知点としての後方測点ターゲットを新たに設置する必要がない。このため、後方測点ターゲットの位置出し設置作業が不要となって、測量時間を短縮できるばかりでなく、後方測点ターゲットに対する自己位置の変化によって測量精度が低下するのを防止できる。
【００６３】
請求項５の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、遠隔制御手段及び演算手段が、トンネル外部に設置されているため、自走測量車に対する移載手段による移載動作、自走測量車の走行、撮像手段による撮像動作、測量手段による測量動作等を、トンネル外部から遠隔制御することができる。
【００６４】
請求項６の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、撮像手段が、自走測量車の走行方向の状況を撮影する手段を兼ねているため、トンネル外部に設置されたモニタによって、走行方向の状況を視認しながら、自走測量車の走行を遠隔制御手段によって遠隔制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るトンネル内の遠隔測量システムを採用したシールド工法によるトンネル施工状況を概略的に示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るトンネル内の遠隔測量システムを採用したシールド工法によるトンネル施工状況を概略的に示す立面図である。
【図３】図１におけるIII方向の部分的な矢視図である。
【図４】本発明の実施の形態で使用される自走測量車４を示す側面図である。
【図５】図１におけるＶ方向の矢視図である。
【図６】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による自走測量車４に対する移載動作を示す概略的な平面図である。
【図７】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による自走測量車４の格納状態をトンネルの延長方向から見た図である。
【図８】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による自走測量車４の移載過程をトンネルの延長方向から見た図である。
【図９】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による第二軌条２３への自走測量車４の載置状態をトンネルの延長方向から見た図である。
【図１０】本発明の実施の形態における制御系を示すブロック図である。
【図１１】自己位置の算出方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１シールド掘進機
２トンネル
２２第一軌条
２３第二軌条
２５台座
３後方台車
３０格納台車
３４移載装置（移載手段）
３４６移載アーム
３４６ａフォーク
３５旋回駆動部
３６昇降駆動部
３７制御装置
３９，４７，５３モデム
４自走測量車
４ａヒンジ
４１測量車本体
４１ｃ掛合孔
４２車輪駆動装置
４３バッテリ
４４トータルステーション（測量手段）
４５カメラ（撮像手段）
４５１カメラ制御部
４６制御装置
４８充電装置
５監視事務所
５１遠隔制御ユニット（遠隔制御手段）
５２パソコン（演算手段）
５５モニタ
Ａ_ｎ，Ｂ_ｎ，Ａ_ｎ−１，Ｂ_ｎ−１，Ａ_ｎ−２，Ｂ_ｎ−２，… ダボ点（既知点）
Ｔ_１，Ｔ_２… ターゲット（測点）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surveying system for performing surveying in a tunnel by remote control in a tunneling method using a shield machine.
[0002]
[Prior art]
For tunnel works such as water supply and sewerage, a shield method is adopted. As is well known, the shield method involves digging underground with a shield excavator, and sequentially assembling segments for primary lining behind the excavation. In such construction, surveying is performed to confirm the position and direction of the shield machine, in order to minimize the deviation of the construction from the planning line (a previously planned excavation route). The typical prior art is disclosed in the following patent documents.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-66133
[0004]
That is, in the prior art, a surveying instrument (total station) stored in a bogie traveling behind a shield machine is moved onto a rail by a swing arm provided on the bogie, and is moved together with the survey bogie on this rail. A possible surveying instrument measures the distance and angle of two known rear measuring points, calculates its own position by the two-point included angle method, and measures the unknown measuring point provided at an arbitrary point on the shield machine By doing so, the position of the shield machine and the survey direction are measured.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above-mentioned prior art, since the surveying instrument is attached to the bogie, the distance between the surveying instrument and the shield excavator is fixed, and therefore, the position of the shield excavator in a curved portion of a tunnel or the like. And sometimes it was not possible to measure the direction of excavation. In addition, if the distance from a plurality of known rear measurement points increases with the movement of the survey vehicle, the included angle may decrease and the measurement error may increase. For this reason, it is necessary to newly locate and install the rear measurement point on the known coordinates, and it is pointed out that the survey takes time.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and a technical problem thereof is to enable surveying even in a curved portion of a tunnel and to improve the accuracy of the surveying.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a means for effectively solving the above technical problem, a telemetry system in a tunnel according to the invention of claim 1 is a system for performing telemetry in a tunnel in a tunnel construction process by an excavator, A storage truck that can run on a first rail laid in a tunnel, and a self-propelled survey vehicle that can run on a second rail laid in the tunnel in parallel with the first rail and can be stored in the bogie. A transfer means provided on the stowage truck for storing the self-propelled surveying vehicle in the stowage truck or mounting the self-propelled surveying vehicle on the second rail, and measuring a survey point in the tunnel mounted on the self-propelled surveying vehicle. Surveying means, an imaging means mounted on the self-propelled surveying vehicle and imaging an arbitrary known point in the tunnel, and operations of the self-propelled surveying vehicle, the transfer means, the surveying means, and the imaging means Remote control And control means, in which and a calculating means for calculating a self-location of the local coordinates and the surveying device from the absolute coordinates of the previously inputted said known point of said known point in the image data from the imaging means.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a remote surveying system in a tunnel, wherein the surveying vehicle body of the self-propelled surveying vehicle is foldable via a hinge in the configuration described in the first aspect.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the remote surveying system in a tunnel, in the configuration described in the first aspect, the transfer means includes a transfer arm capable of raising and lowering and turning, and a fork provided on the transfer arm. The fork is inserted into a hooking hole provided in the self-propelled survey vehicle in the traveling direction, so that the self-propelled survey vehicle can be suspended.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the remote surveying system in a tunnel, in the configuration described in the first aspect, the arbitrary known point includes a plurality of dowel points installed on known coordinates with the construction of the tunnel. Things.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a remote surveying system in a tunnel, wherein the remote control means and the arithmetic means are installed outside the tunnel in the configuration described in the first aspect.
[0012]
According to a sixth aspect of the present invention, in the remote surveying system in a tunnel, in the configuration described in the fifth aspect, when the self-propelled survey vehicle travels, the imaging means also serves as a means for photographing the situation in the traveling direction. In addition, a monitor for displaying an image of the image data from the imaging means is provided outside the tunnel.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment in which a telemetry system in a tunnel according to the present invention is used for tunnel construction by a shield method will be described. 1 is a plan view schematically showing the present embodiment, FIG. 2 is an elevational view thereof, FIG. 3 is a partial arrow view in the direction III in FIG. 1, and FIG. 4 is a self-propelled survey used in the present embodiment. FIG. 5 is a side view showing the car 4, FIG. 5 is a view in the direction of the arrow V in FIG. 1, and FIG. FIGS. 7 to 9 are views of the transfer operation of the transfer device 34 provided on the storage cart 30 to the self-propelled survey vehicle 4 as viewed from the direction in which the tunnel extends, and FIG. 10 is a block diagram of a control system in the present embodiment. FIG. 11 is an explanatory diagram showing a self-position calculation method according to the present invention.
[0014]
First, in FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a shield machine, and 2 denotes a tunnel constructed by the shield machine 1. The shield machine 1 has a well-known structure. Basically, as shown in FIG. 2, a disk-shaped cutter face having a number of cutter bits is provided at a front end of a substantially cylindrical shield frame 11. 12 is rotated to excavate the ground, and the generated scrap (excavated soil) is taken into the chamber 13 through a slit formed in the cutter face 12, stirred, and sent out backward through the screw conveyor 14. It is transported to the outside by the rear cart 3.
[0015]
On the other hand, at the rear end of the shield frame 11, in order to prevent the excavated inner wall from collapsing, a plurality of segments are assembled in an annular shape by an unillustrated erector and the primary lining 21 is applied. I have. Then, when the hydraulic jack 15 is applied to the tip and pressed rearward, the shield excavator 1 is propelled underground with the excavation by the cutter face 12 due to the reaction force. .
[0016]
As shown in FIG. 1, a first rail 22 for the rear bogie 3 to travel and a self-propelled survey vehicle 4 to be described later travel in the existing tunnel 2 provided with the primary lining 21 and the like. Are laid in parallel with each other in the extension direction of the tunnel 2. The first rail 22 and the second rail 23 are successively added and extended as the tunnel 2 is extended by the excavation of the shield machine 1.
[0017]
The rear bogie 3 is used to load the waste discharged from the screw conveyor 14 of the shield excavator 1 and transport it to the shaft 2a side, or to supply a segment for the primary lining 21 to the erector of the shield excavator 1. The vehicle is towed by a towing vehicle (not shown) and travels on the first rail 22. A storage trolley 30 is connected to the rear of the rear trolley 3, so that the storage trolley 30 also runs on the first rail 22 together with the rear trolley 3.
[0018]
As shown in FIG. 3, a sleeper 24 that supports the first rail 22 and the second rail 23 is provided at a lower portion of the tunnel 2 at a predetermined interval in an extension direction thereof. Under the sleeper 24, a plurality of pedestals 25 are installed at predetermined intervals in the extension direction of the tunnel 2, and each pedestal 25 has a set of two dowel points A _n , B _n , A _n-1 , B _n-1 , A _n-2 , B _n-2 , ... are being driven in. Dowel point A _n , B _n , A _n-1 , B _n-1 , A _n-2 , B _n-2 , ..., as is well known, is a kind of survey nail, which is set as a reference for survey on the absolute coordinates obtained in advance, and is red or Colors such as blue are given. In the illustrated embodiment, the dowel point A _n , B _n , A _n-1 , B _n-1 , A _n-2 , B _n-2 Are driven on a pedestal 25 installed under the sleeper 24, but may be driven on a lining surface of the tunnel 2 or the like.
[0019]
On the other hand, as shown in FIG. 1, a plurality of targets T composed of reflecting prisms such as corner cube reflectors are provided at predetermined locations of the shield machine 1 as shown in FIG. ₁ , T ₂ … Is installed.
[0020]
As shown in FIGS. 3 and 4, the self-propelled surveying vehicle 4 has a surveying vehicle main body 41 that can travel on the second rail 23 by a front wheel 41 a and a rear wheel 41 b. A wheel driving device 42 for driving the front wheel 41a, a battery 43, a total station (lightwave distance measuring angle gauge) 44, a camera 45, a control device 46, a modem 47, a charging device 48, and the like are mounted. . As shown by the broken line in FIG. 4, the survey vehicle main body 41 has a rear portion 4b that can be bent downward at a substantially right angle via a hinge 4a.
[0021]
The total station 44 mounted on the self-propelled surveying vehicle 4 corresponds to the surveying means described in claim 1, and automatically collimates the target by light waves, as is well known, and It measures the distance and angle of the collimated measuring point, is supported by the leveling table 44a so as to be able to perform a turning operation, and keeps the turning axis vertically.
[0022]
The camera 45 mounted on the self-propelled survey vehicle 4 corresponds to the image pickup means described in claim 1, and employs a CCD camera capable of continuously photographing, that is, converts an optical image into an image signal. Things. The lens can be held so that the lens surface is horizontal (the optical axis is vertical), and is mounted on the leveling table 44a via a camera support arm 45a so as to be capable of raising and lowering. The camera 45 can be turned horizontally together with the total station 44 by the leveling table 44a.
[0023]
As shown in FIG. 5, the storage cart 30 includes a surveying vehicle main body 31 that can travel on the first rail 22 and a housing 32 that is provided on the surveying vehicle main body 31 and that can store the self-propelled surveying vehicle 4. The housing 32 has a side surface provided with an opening which can be opened and closed by a slide door 32a shown in FIG. The sliding door 32a is opened and closed in the left-right direction in FIG. 5, that is, in the front-rear direction of the survey vehicle main body 31, via an endless wire 33a driven by a door driving device 33. Further, the storage room sealed by the slide door 32a is appropriately controlled in humidity.
[0024]
A transfer device 34 for taking the self-propelled surveying vehicle 4 in and out is provided in the housing 32 of the storage trolley 30. This transfer device 34 corresponds to the transfer means according to the first aspect, and as shown in FIG. 5, the upper support shaft 341 and the lower support shaft 342 concentric with each other around the vertical axis. Frame 343 rotatably supported by the robot, a lifting slider 345 vertically movably mounted on a guide shaft 344 provided vertically at the swinging end position of the rotation frame 343, and extending horizontally from the lifting slider 345. And a transfer arm 346 located there.
[0025]
As shown in FIGS. 3 and 4, the survey vehicle main body 41 of the self-propelled survey vehicle 4 is formed with a pair of left and right engaging holes 41 c. On the other hand, as shown by a dashed line in FIG. 4, the transfer arm 346 is inserted into the engagement hole 41c so that the self-propelled surveying vehicle 4 can be lifted by a pair of forks 346a (one side in FIG. 4). (Only a fork is shown) projecting substantially horizontally.
[0026]
The turning frame 343 of the transfer device 34 is turned by a turning drive unit 35, a worm 35a provided on an output shaft thereof, and a worm wheel (not shown) provided on the lower support shaft 342 and meshed with the worm 35a. Is what is done. Further, the lifting slider 345 is provided with a lifting driver 36 and a feed screw that is provided on the revolving frame 343 in parallel with (ie, vertical to) the guide shaft 344 and is rotated by driving the lifting driver 36 via a gear (not shown). 361 and a nut 362 meshed with the feed screw 361 to move up and down along a guide shaft 344.
[0027]
The transfer arm 346 of the transfer device 34 is horizontally turned to a position perpendicular to the traveling direction (back and forth direction) of the storage trolley 30 as shown by a solid line in FIG. 6 and as shown in FIG. Then, the mounting position of the fork 346a is set on the transfer arm 346 such that the wheels 41a and 41b of the self-propelled surveying vehicle 4 supported by the fork 346a shown in FIG. Has been adjusted. Therefore, if the transfer arm 346 is lowered via the lifting slider 345 by driving the lifting drive unit 36 from this state, the wheels 41a and 41b of the self-propelled surveying vehicle 4 are moved to the second position as shown in FIG. Since it is supported on the two rails 23, the fork 346a can be pulled out from the engaging hole 41c shown in FIG. 4, and the self-propelled surveying vehicle 4 can run on the second rail 23.
[0028]
Also, as shown in FIG. 5, the transfer arm 346 is raised to near the upper limit of the stroke of the lifting slider 345, and becomes parallel to the traveling direction of the storage cart 30 as shown by a dashed line in FIG. In a state in which the self-propelled survey vehicle 4 is supported by the transfer arm 346 via the fork 346 a in a state where the self-propelled survey vehicle 4 is horizontally turned to the position, the self-propelled surveying vehicle 4 is housed in the housing 32. At this time, as shown by the broken line in FIG. 4, the surveying vehicle main body 41 bends the rear part 4b side substantially downward at a right angle via the hinge 4a, thereby storing the storage cart 30 as shown in FIG. Can be completely accommodated in the housing 32.
[0029]
As shown in FIG. 2, a monitoring office 5 is provided on the ground near the opening of the shaft 2a in the tunnel 2. In the monitoring office 5, operation commands to the wheel driving device 42 of the self-propelled surveying vehicle 4, operation commands such as collimation, distance measurement, and angle measurement to the total station 44, photographing operation of the camera 45, By transmitting operation commands to the camera support arm 45a and operation commands to the door driving device 33 and the transfer device 34 (the turning driving unit 35, the lifting driving unit 36, etc.) in the storage cart 30, the total station 44, the camera 45, a remote control unit 51 that remotely controls the door driving device 33, the transfer device 34, and the like, and processes survey data in the tunnel 14 by the total station 44 and image data from the camera 45 to calculate coordinates and the like. A personal computer (hereinafter, abbreviated as a personal computer) 52 corresponding to the calculating means according to claim 1 is provided.
[0030]
The control system in this embodiment will be described with reference to FIG. 10. Reference numeral 37 denotes a control device mounted on the stowage truck 30. The control device 37 includes a door driving device 33 in the stowage truck 30, a turning drive The section 35 and the lifting drive section 36 are connected. Target T provided on shield machine 1 ₁ , T ₂ Have a shutter function so that they can be individually collimated. In order to control the mechanism, this target T ₁ , T ₂ Are also connected to the control device 37. That is, the target T ₁ , T ₂ Are shutters that are individually opened by a command from the control device 37 only during the collimation. The control device 37 is connected to a modem 53 on the monitoring office 5 side and a modem 47 mounted on the self-propelled survey vehicle 4 via a modem 39.
[0031]
A control device 46 is connected to the modem 47 of the self-propelled surveying vehicle 4. The control device 46 includes a target T mounted on the shield machine 1. ₁ , T ₂ , A collimation control unit 441 that automatically collimates the total station 44, a distance measurement / angle measurement control unit 442 that automatically performs a distance measurement / angle measurement operation with the collimation, and drives the front wheel 41a. Drive unit 42, a leveling control unit 443 for controlling a leveling table 44a for leveling so that the central axis of a total station 44 is vertical, and controlling the photographing operation of the camera 45 and the operation of the camera support arm 45a. The camera control unit 451 and the like are connected. An image processing unit 452 for processing image data from the camera 45 is connected to the modem 47. On the other hand, a remote control unit 51 and a personal computer 52 are connected to a modem 53 on the monitoring office 5 side, and a monitor 55 is connected via an image processing unit 54.
[0032]
The operation of the telemetry system of the present embodiment having the above-described configuration is performed as follows. First, various devices in the monitoring office 5 such as the remote control unit 51 and the personal computer 52 are turned on, and various devices mounted on the stowage truck 30 and the self-propelled survey vehicle 4 are turned on. Keep it operable. At this time, the self-propelled surveying vehicle 4 is stored in the housing 32 of the storage trolley 30 as shown in FIGS. It is assumed that a certain battery 43 is sufficiently charged. Also, each dowel point A _n , B _n , A _n-1 , B _n-1 , A _n-2 , B _n-2 ,... Are stored in the memory of the personal computer 52.
[0033]
When the excavation position of the shield excavator 1 is remotely surveyed, a command for a transfer operation is issued from the remote control unit 51 of the monitoring office 5. The transfer operation command data is transmitted to the control device 37 via the modem 53 and the modem 39 shown in FIG. 10, so that the control device 37 starts control according to the survey vehicle transfer operation program.
[0034]
In the survey vehicle transfer operation, first, in response to a door opening command from the control device 37 shown in FIG. 10, the door driving device 33 in the storage cart 30 moves the sliding door 32 a of the housing 32 shown in FIG. Slide to move. When it is detected by a limit switch (not shown) or the like that the slide door 32a is completely opened, a stop command is output from the control device 37 to the door drive device 33, and the rotation drive unit 35 The drive command is output, and the transfer arm 346 of the transfer device 34 is turned by the drive of the turning drive unit 35 as indicated by the thick arrow in FIG. For this reason, as shown in FIG. 8, the self-propelled survey vehicle 4 suspended from the transfer arm 346 is moved out of the housing 32 by the turning operation of the transfer arm 346.
[0035]
Next, as shown by a solid line in FIG. 6, the limit switch (not shown) indicates that the transfer arm 346 has been horizontally turned to a position perpendicular to the traveling direction (front-back direction) of the storage cart 30. At this time, a drive stop command is output from the control device 37 to the turning drive unit 35, and the turning operation of the transfer arm 346 is stopped. At this time, in the self-propelled survey vehicle 4 suspended from the transfer arm 346 via the fork 346a, the wheels 41a and 41b are located right above the second rail 23 as shown in FIG.
[0036]
Next, the elevating drive unit 36 is driven by a descent command from the control device 37 shown in FIG. 10, and the elevating slider 345 is moved down along the guide shaft 344 of the revolving frame 343 shown in FIG. The self-propelled survey vehicle 4 descends together with the transfer arm 346, and the wheels 41a and 41b of the self-propelled survey vehicle 4 are mounted on the second rail 23 as shown in FIG. Is transferred onto the second rail 23. Then, when the movement of the self-propelled surveying vehicle 4 on the second rail 23 is detected by a stroke lower limit sensor including a limit switch (not shown), the control device 37 sends a signal to the lifting drive unit 36. A drive stop command is output.
[0037]
In a state in which the self-propelled surveying vehicle 4 is transferred on the second rail 23, the self-propelled surveying vehicle 4 is appropriately moved on the second rail 23 or the transfer arm 346 is horizontally turned to fork 346a. Is relatively extracted from the engaging hole 41c shown in FIGS. 3 and 4, and the self-propelled surveying vehicle 4 can run on the second rail 23. After the self-propelled surveying vehicle 4 is separated from the fork 346a in this way, the return drive command from the control device 37 causes the lifting drive unit 36 and the turning drive unit 35 to operate in reverse steps to the above-described transfer operation, The transfer arm 346 is returned into the housing 32 of the storage cart 30.
[0038]
When the self-propelled surveying vehicle 4 is stored in the housing 32 of the storage trolley 30, the rear part 4b side of the surveying vehicle main body 41 is indicated by a broken line in FIG. 4 or, as shown in FIG. In the course of the above-mentioned transfer, it is displaced to a substantially horizontal state as shown by a solid line in FIG. It becomes a state where it can roll on the top.
[0039]
As described above, when the transfer of the self-propelled survey vehicle 4 to the second rail 23 is completed, the staff of the monitoring office 5 operates the remote control unit 51 to operate the modem 53 and the self-propelled survey vehicle 4 side. A forward command is transmitted to the control device 46 of the self-propelled surveying vehicle 4 via the modem 47, whereby the control device 46 activates the wheel driving device 42, and the self-propelled surveying vehicle 4 is shielded on the second rail 23 by the excavator. Drive toward one side. At this time, in response to a control command from the control device 46 in advance, the camera control unit 451 operates the camera support arm 45a so that the camera 45 is horizontal and forward.
[0040]
As the self-propelled survey vehicle 4 travels, the traveling direction situation continuously photographed by the camera 45 is transmitted from the image processing unit 452 to the monitoring office 5 on the ground via the modem 47, The image is output to the monitor 55 via the processing unit 54 in real time. For this reason, the clerk of the monitoring office 5 can remotely control the traveling of the self-propelled survey vehicle 4 by operating the remote control unit 51 while watching the image in front of the survey vehicle projected on the screen of the monitor 55. it can.
[0041]
A self-propelled surveying vehicle 4 is provided with a target T provided on a shield machine 1 as shown by reference numeral 4 ″ in FIG. ₁ , T ₂ Are located at positions where surveying (collimation, distance measurement, angle measurement) of the total station 44 with respect to... Can be easily performed, for example, the nearest dowel point A of the shield machine 1 _n , B _n Is approached, the staff of the monitoring office 5 operates the remote control unit 51 to transmit a self-position measurement command of the self-propelled survey vehicle 4 via the modems 53 and 47 to the control device of the self-propelled survey vehicle 4. Send to 46. Accordingly, the camera control unit 451 operates the camera support arm 45a so that the camera 45 faces vertically downward, in other words, the lens surface becomes horizontal. _n , B _n When the camera 45 reaches the position above the camera, _n , B _n Will be projected. Then, the staff of the monitoring office 5 displays the dowel point A on the screen of the monitor 55. _n , B _n Is displayed, the self-propelled surveying vehicle 4 is stopped by an operation from the remote control unit 51.
[0042]
Next, the dowel point A transmitted from the camera 45 to the monitoring office 5 via the image processing unit 452 and the modem 47 _n , B _n Image data and the dowel point A stored in the memory of the personal computer 52 _n , B _n The self-position of the total station 44 mounted on the self-propelled survey vehicle 4 is calculated by the personal computer 52 from the known absolute coordinate data. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the calculation method.
[0043]
Dowel point A _n , B _n Is, as described above, placed on the previously obtained absolute coordinates as a reference for surveying, and its coordinate values are known in the absolute coordinate system (the XY coordinate system in FIG. 11). It is. Therefore, first, dowel point A _n , B _n Is used to determine the absolute inclination γ of the line segment AB in the XY coordinate system.
[0044]
Next, the local coordinate inclination β of the line segment AB in the χψ coordinate system (tentatively referred to as a camera coordinate system) on the image projected by the camera 45 is obtained. Then, the inclination α of the camera 45 in the absolute coordinate system (XY coordinate system) can be obtained from the difference between the absolute inclination γ and the local coordinate inclination β (α = γ−β). Note that the inclination α of the camera 45 is derived from the turning angle of the leveling table 44a.
[0045]
Next, dowel point A _n , B _n And the inclination α of the camera 45 are used to calculate the absolute coordinate value of the camera center point O. The camera center point O corresponds to the center of the screen. Since the positional relationship between the center point O and the total station 44 is fixed, the dowel point A _n , B _n From the distance and the angle γ, the absolute coordinates P of the self-position of the total station 44 can be calculated.
[0046]
As described above, according to the present embodiment, the measurement of the self-position of the total station 44 is performed by using the known dowel point A installed in the construction of the tunnel 2. _n , B _n , A _n-1 , B _n-1 , A _n-2 , B _n-2 In order to use the coordinate data of...,..., A rear measurement target serving as a known point for measuring the self-position of the total station 44 is newly installed as in the related art described in Patent Document 1 described above. No need. This eliminates the need to locate and install the rear measurement target at a known point, shortening the surveying time. In addition, as in the two-point included angle method, the change in the self-position with respect to the rear measurement target increases the measurement accuracy. It does not decrease.
[0047]
When the absolute coordinates P of the self-position of the total station 44 are obtained by the personal computer 52, the clerk of the monitoring office 5 sends a command for the automatic distance measurement and angle measurement operation by the total station 44 from the remote control unit 51. In the automatic ranging / angle measurement operation, first, a leveling operation command is transmitted from the control device 46 to the leveling control unit 443 of the leveling table 44a, so that the leveling control unit 443 causes the leveling table 44a. Is operated to keep the leveling table 44a horizontal (the pivot axis of the total station 44 is vertical).
[0048]
Next, the control device 46 in the self-propelled surveying vehicle 4 transmits a collimation operation command to the collimation control unit 441, and thereby the total station 44 is set to the survey target installed in the shield machine 1 shown in FIG. Target T ₁ , T ₂ Automatically aim at… target T ₁ , T ₂ ... are automatically collimated. Target T consisting of corner cube reflector with shutter ₁ , T ₂ ..., when collimating, the shutter is automatically opened by a command from the control device 37 on the storage trolley 30 side, and automatic collimation by the total station 44 is enabled. Then, in accordance with this collimation operation, the distance measurement / angle measurement control unit 442 operates, and the target T ₁ , T ₂ By emitting a light wave toward each of these targets T ₁ , T ₂ Are measured in order, and the survey data is transmitted from the control device 46 to the monitoring office 5 via the modem 47.
[0049]
In the monitoring office 5, the target T transmitted from the total station 44 is ₁ , T ₂ .. Are received by the personal computer 52 through the modem 53, and are subjected to arithmetic processing based on the position data and the direction angle of the total station 44, thereby calculating the position and the direction of the shield machine 1.
[0050]
Here, for example, when the total station 44 is attached to the storage trolley 30, in the curved portion of the tunnel 2 as shown in FIG. ₁ , T ₂ According to the present embodiment, the total station 44 is mounted on the self-propelled surveying vehicle 4 which can travel freely on the second rail 23 away from the storage trolley 30 while the surveying of the... Since the total station 44 can be moved to a position where the position and direction of the shield machine 1 can be measured, the position and direction of the shield machine 1 can be reliably measured even at the curved portion of the tunnel 2. .
[0051]
Each target T ₁ , T ₂ When the surveying of... Is completed, the staff of the monitoring office 5 operates the remote control unit 51 to return a command to the control device 46 of the self-propelled survey vehicle 4 via the modem 53 and the modem 47 of the self-propelled survey vehicle 4. Is transmitted, whereby the self-propelled surveying vehicle 4 travels back on the second rail 23 toward the storage trolley 30. At this time, in response to a control command from the control device 46 in advance, the camera control unit 451 operates the camera support arm 45a such that the camera 45 faces horizontally and backward. Image data continuously captured by the camera 45 as the self-propelled survey vehicle 4 travels is transmitted from the image processing unit 452 to the monitoring office 5 on the ground via the modem 47, and The image is output to the monitor 55 via the processing unit 54 in real time. Therefore, the clerk of the monitoring office 5 can remotely control the traveling of the self-propelled surveying vehicle 4 by operating the remote control unit 51 while watching the image behind the surveying vehicle displayed on the screen of the monitor 55. it can.
[0052]
On the other hand, a storage operation command is transmitted from the remote control unit 51 to the control device 46 of the storage trolley 30, and the slide door 32a is first opened in the opening direction by the control device 37 as in the case of the survey vehicle transfer operation described above. Then, the transfer arm 346 of the transfer device 34 is perpendicular to the traveling direction (the front-rear direction) of the storage trolley 30 as shown by the solid line in FIG. 5 is moved horizontally along the guide shaft 344 of the swivel frame 343 shown in FIG. 5 by the elevating drive unit 36, thereby moving to the height detected by the stroke lower limit sensor (not shown). The mounting arm 346 descends and enters a standby state.
[0053]
When the self-propelled survey vehicle 4 traveling on the second rail 23 reaches the side position of the stowage truck 30, the pair of left and right engagement holes 41 c provided in the survey vehicle main body 41 is stored. The pair of forks 346a provided on the left and right sides of the transfer arm 346 projecting from the carriage 30 is inserted.
[0054]
Next, when it is detected by a limit switch (not shown) that the engaging hole 41c of the self-propelled survey vehicle 4 is inserted into the fork 346a of the transfer arm 346, the control device 46 of the self-propelled survey vehicle 4 is used. Then, the wheel drive device 42 is stopped, and the control device 37 of the storage trolley 30 outputs a lift command to the lift drive unit 36. Therefore, the lifting slider 345 moves up and down the transfer arm 346 along the guide shaft 344 of the revolving frame 343 shown in FIG. As shown in FIG. 8, the survey vehicle 4 is lifted together with the transfer arm 346 and lifted from the second rail 23.
[0055]
When the transfer arm 346 has risen to the height detected by the stroke upper limit sensor including a limit switch (not shown), a stop command is output from the control device 37 to the lifting / lowering drive unit 36, and the turning drive unit 35 When the turning command in the storage direction is output and the turning drive unit 35 is driven in the storage direction, the transfer arm 346 turns in the direction opposite to the thick arrow shown in FIG. For this reason, as shown in FIG. 7, the self-propelled survey vehicle 4 suspended from the transfer arm 346 via the fork 346a is stored in the housing 32 by the turning operation of the transfer arm 346.
[0056]
In the process in which the self-propelled surveying vehicle 4 is lifted from the second rail 23 by the transfer arm 346 and stored in the housing 32, the rear portion 4b side of the surveying vehicle main body 41 is driven by a driving unit (not shown) or the like. As shown by a broken line in FIG. 4 or as shown in FIG. 5, it is bent downward at a substantially right angle via the hinge 4a, so that it becomes a size that can be stored in the housing 32.
[0057]
When it is detected by the limit switch or the like that the storage of the self-propelled surveying vehicle 4 in the housing 32 is completed, the turning drive unit 35 is stopped, and the door 32 is opened by the drive of the door driving device 33. The part is slid in the closing direction, thereby ending a series of automatic surveying operations. When the self-propelled survey vehicle 4 is stored in the housing 32, the charging device 48 shown in FIG. 4 is connected to a power supply (not shown) provided in the storage cart 30, and Charging of the battery 43 is started.
[0058]
In the above-described embodiment, after the self-propelled surveying vehicle 4 is moved out of the storage trolley 30 and travels with the second rail 23 toward an arbitrary dowel point, the transfer arm 346 is moved into the housing 32 of the storage trolley 30. Although the transfer arm 346 is temporarily stored, the transfer arm 346 may be in a state of protruding outside the storage trolley 30 until the self-propelled survey vehicle 4 whose survey has been completed returns to the outside.
[0059]
【The invention's effect】
According to the remote surveying system in a tunnel according to the invention of claim 1, the self-propelled surveying vehicle stored in the storage truck connected to the rear bogie that can run on the first rail laid in the tunnel is transferred. The self-propelled survey vehicle is equipped with surveying means and imaging means for imaging a known point for self-position measurement. Therefore, the self-propelled surveying vehicle moves away from the storage trolley and moves to a position where surveying of the position and direction of the shield machine is possible, so that it can be reliably used even in places where surveying is difficult, such as a curved part of a tunnel. The position and direction of the shield machine can be measured. In addition, the self-propelled survey vehicle can determine the self-position of the surveying means based on the image data from the imaging means and the known coordinate data of the known point.
[0060]
According to the remote surveying system in the tunnel according to the invention of claim 2, since the surveying vehicle main body of the self-propelled surveying vehicle is foldable via the hinge, it can be stored in a narrow storage space in the storage trolley, During traveling, the surveying vehicle body is opened from the folded state, so that traveling and surveying can be performed stably.
[0061]
According to the telemetry system in a tunnel according to the third aspect of the present invention, the transfer means according to the first aspect includes a transfer arm capable of raising and lowering and turning, and a fork provided on the transfer arm. Since the fork is inserted in the traveling direction into a hooking hole provided in the self-propelled surveying vehicle, the self-propelled surveying vehicle moves on the second rail so that the fork to the hooking hole is provided. Can be suspended or detached from the fork by inserting it, and a complicated chuck mechanism or the like is not required.
[0062]
According to the telemetry system in a tunnel according to the fourth aspect of the present invention, the arbitrary known point described in the first aspect consists of a plurality of dowel points installed on known coordinates with the construction of the tunnel. It is not necessary to newly install a rear measuring point target as a known point. For this reason, the positioning and installation work of the rear measurement target becomes unnecessary, and not only the surveying time can be shortened, but also a decrease in the measurement accuracy due to a change in the self-position with respect to the rear measurement target can be prevented.
[0063]
According to the remote surveying system in a tunnel according to the fifth aspect of the present invention, since the remote control means and the arithmetic means are installed outside the tunnel, the transfer operation by the transfer means for the self-propelled survey vehicle, the self-propelled surveying The traveling of the car, the imaging operation by the imaging means, the surveying operation by the surveying means, and the like can be remotely controlled from outside the tunnel.
[0064]
According to the remote surveying system in a tunnel according to the invention of claim 6, since the imaging means also serves as a means for photographing the situation in the traveling direction of the self-propelled surveying vehicle, the traveling is performed by the monitor installed outside the tunnel. The traveling of the self-propelled survey vehicle can be remotely controlled by the remote control means while visually checking the situation in the direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view schematically showing a tunnel construction state by a shield method employing a telemetry system in a tunnel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an elevational view schematically showing a tunnel construction state by a shield method employing a telemetry system in a tunnel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a partial arrow view in the direction III in FIG. 1;
FIG. 4 is a side view showing the self-propelled survey vehicle 4 used in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view in the direction of arrow V in FIG. 1;
FIG. 6 is a schematic plan view showing a transfer operation to the self-propelled survey vehicle 4 by the transfer device 34 used in the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the storage state of the self-propelled survey vehicle 4 by the transfer device 34 used in the embodiment of the present invention, as viewed from the extension direction of the tunnel.
FIG. 8 is a diagram illustrating a process of transferring the self-propelled survey vehicle 4 by the transfer device 34 used in the embodiment of the present invention, as viewed from a direction in which the tunnel extends.
FIG. 9 is a diagram showing a state where the self-propelled surveying vehicle 4 is mounted on the second rail 23 by the transfer device 34 used in the embodiment of the present invention, as viewed from an extension direction of the tunnel.
FIG. 10 is a block diagram showing a control system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a method for calculating a self-position.
[Explanation of symbols]
1 shield machine
2 tunnel
22 First Rail
23 Second Rail
25 pedestals
3 Back trolley
30 storage trolley
34 Transfer Equipment (Transfer Means)
346 Transfer arm
346a fork
35 Swivel drive
36 lifting drive
37 Control device
39, 47, 53 Modem
4 Self-propelled surveying vehicle
4a hinge
41 Surveying car body
41c hook hole
42 Wheel drive
43 Battery
44 total station (surveying means)
45 camera (imaging means)
451 Camera control unit
46 Controller
48 Charger
5 monitoring office
51 Remote control unit (remote control means)
52 PC (calculation means)
55 monitors
A _n , B _n , A _n-1 , B _n-1 , A _n-2 , B _n-2 , ... Dowel point (known point)
T ₁ , T ₂ … Target (measurement point)

Claims

A system for performing remote surveying in a tunnel in the course of tunnel construction by an excavator, comprising: a storage truck that can run on a first rail laid in the tunnel, and a trolley laid in the tunnel in parallel with the first rail. A self-propelled surveying vehicle capable of traveling on the second rail and being stored in the bogie, and a transfer provided in the stowage vehicle for storing the self-propelled surveying vehicle in the storage bogie or placing it on the second rail. Means, surveying means mounted on the self-propelled surveying vehicle to measure survey points in the tunnel, imaging means mounted on the self-propelled surveying vehicle to image any known point in the tunnel, A self-propelled surveying vehicle, remote control means for remotely controlling operations of the transfer means, the surveying means, and the imaging means; local coordinates of the known point in the image data from the imaging means; Absolute point Remote surveying system in the tunnel, characterized in that it comprises a calculating means for calculating a self position of the surveying device from the coordinates.

2. The remote surveying system in a tunnel according to claim 1, wherein the surveying vehicle body of the self-propelled surveying vehicle is foldable via a hinge.

The transfer means includes a transfer arm capable of raising and lowering and turning, and a fork provided on the transfer arm, and the fork is inserted in a traveling direction into a hook hole provided on the self-propelled surveying vehicle. 2. The remote surveying system in a tunnel according to claim 1, wherein the self-propelled surveying vehicle can be suspended.

2. The telemetry system in a tunnel according to claim 1, wherein the arbitrary known point comprises a plurality of dowel points set on known coordinates during construction of the tunnel.

The telemetry system in a tunnel according to claim 1, wherein the remote control means and the arithmetic means are installed outside the tunnel.

The imaging means also serves as means for photographing the situation in the traveling direction when the self-propelled surveying vehicle travels, and a monitor for displaying image data from the imaging means is installed outside the tunnel. The telemetry system in a tunnel according to claim 5.