JP2007040773A - 計測管理システム、および計測管理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡略な操作で施行管理をしやすくした計測管理システム、および計測管理プログラムの提供。
【解決手段】 ＣＰＵ２は、メモリ３に記憶されている汎用の表計算プログラムを起動し、トンネル周辺地域の地表面などの計測対象個所のＸＹＺ座標の３次元計測データを計測管理フォルダ１０から読み出す。次に、ＣＰＵ２は、前記各計測データに基づきＸＹＺ座標の変位量を演算し、前記計測データの座標を変換する。さらに、ＣＰＵ２は、前記座標変換後の計測データに基づき所定様式のデータシートを作成し、前記データシートに基づき所定様式のグラフと図形を前記汎用の表計算プログラムの実行により作成して、前記グラフと図形をモニタ４に出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、簡略な操作でトンネルなどの施行管理をしやすくした計測管理システム、および計測管理プログラムに関する。

トンネルエ事では、坑口部を掘削する際、トンネル坑口部の斜面安定を確認するため、地表面の沈下量を計測することが義務付けられている。ここで、設計基準・仕様書などで義務付けられているのは沈下量（Ｚ軸方向の変位）の計測なので、これまではレベル（水準儀）とスタッフ（標尺）を使って、測定点の標高を測定していた。最近では、地表面に測量用のターゲット（反射シートやプリズムなど）を設置し、トータルステーション（光波測距儀）を使って、ターゲットのＸＹＺ座標を測定するのが一般的になってきている。

例えば、特許文献１には、山岳斜面などの測定対象物における空間位置を計測するためにトータルステーションを用いる例が記載されている。トータルステーションを使った測定では、ＸＹＺ座標が得られるが、そのうちＺ座標のみを使って沈下量の計測管理を行い、ＸＹ方向の変位は使われていない。

特開２００２−３１５２９号

しかしながら、地表面の変位をより正確に把握するには、ＸＹ方向の変位も利用することが望ましい。このため、コンピュータを使った測量専用の高度な専門プログラムでは、ＸＹ方向の変位量も図化するものがあったが、トンネルの計測管理用プログラムとは一体化しておらず、汎用性に乏しく、費用も嵩むため、ほとんど使われていないという問題があった。また、計測結果は経時グラフに表示していたが、これでは、トンネル坑口斜面の挙動が把握しにくいという問題があった。さらに、沈下分布図などは別途ＣＡＤで描いていたため、現揚職員の負担が大きくなるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、簡略な操作でトンネルなどの施工管理をしやすくした計測管理システム、および計測管理プログラムの提供を目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の計測管理システムは、汎用の表計算プログラムを格納する手段、計測対象個所の基準座標系でのＸＹＺ座標の３次元計測データの入力手段、前記各計測データを記憶する手段、前記各計測データに基づきＸＹＺ座標の変位量を演算する手段、前記計測データの座標を所定の座標系に変換する手段、前記座標変換後の計測データに基づき所定様式のデータシートを作成する手段、前記データシートに基づき所定様式のグラフと図形を前記汎用の表計算プログラムの実行により作成する手段、前記グラフと図形を出力する手段、とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の計測管理システムは、前記グラフは、計測対象個所におけるＸＹＺ成分のそれぞれの変位量の経時変化であることを特徴とする。

また、本発明の計測管理システムは、前記計測対象個所は、トンネル工事周辺地域の地表面であり、前記グラフは、前記トンネルの切羽進行と変位量の関係を示すグラフであることを特徴とする。

また、本発明の計測管理システムは、前記グラフは、計測対象個所の沈下量分布図であることを特徴とする。

また、本発明の計測管理システムは、前記図形は、前記ＸＹＺ成分のうちの２方向の変位量をベクトル表示した図形であることを特徴とする。

また、本発明の計測管理システムは、前記計測対象個所は、トンネル工事周辺地域の地表面であり、前記図形は、前記トンネルの平面図、縦断面図、正面図に対応させて表示した前記ＸＹＺ成分の変位量であることを特徴とする。

本発明の計測管理プログラムは、コンピュータに、計測対象個所のＸＹＺ座標の３次元計測データを入力する手順と、前記各計測データを記憶する手順と、前記各計測データに基づきＸＹＺ座標の変位量を演算する手順と、前記計測データの座標を変換する手順と、前記座標変換後の計測データに基づき所定様式のデータシートを作成する手順と、前記データシートに基づき所定様式のグラフと図形を汎用の表計算プログラムの実行により作成する手順と、前記グラフと図形を出力する手順と、を実行させるための計測管理プログラムであって、前記計測対象個所は、トンネル工事周辺地域の地表面であり、前記グラフと図形を作成する手順は、（１）前記ＸＹＺ成分の変位量の経時変化グラフ、（２）切羽進行と変位量の関係のグラフ、（３）沈下量分布図、（４）変位量のベクトル表示図、のいずれか、またはすべてを作成する手順であることを特徴とする。

本発明の計測管理システムにおいては、自動入力、自動作図機能を有しているので、測定対象個所の変位量を判断するためのグラフや図形作成のための現場職員の省力化が図れた。また、測定対象個所であるトンネル坑口の地表変位が、分布図やベクトル図でビジュアルに表示され、施工管理がしやすくなるという利点がある。さらに、計測管理プログラムにより、コンピュータを設置している環境において、工事現場などでも時間や場所の制約を受けずに所定のグラフや図形を作成することが可能となった。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明にかかる計測管理システムの実施形態を示す全体のシステム構成図である。図１において、計測管理システム１には、ＣＰＵ２、汎用ソフトウェア（プログラム）を記憶するメモリ３、モニタ４、計測管理フォルダ１０を有する記憶手段が設けられている。ＣＰＵ２を起動し、メモリ３に記憶されている汎用ソフトウェアを読み出す。この汎用ソフトウェアは、データシート、グラフ、線を作図できる市販の表計算ソフトのようなソフトウェアである。

モニタ４に汎用ソフトウェアのメニュー画面を表示し、指定されたファイルを開く。ここで、記憶手段に記憶されている計測管理フォルダ１０には、地表変位計測フォルダ１１、他の計測項目のフォルダ（１）１２、他の計測項目のフォルダ（２）１３などが設けられている。例えば、地表変位計測フォルダ１１には地表変位計測用ファイル２０が設定されており、地表変位計測用ファイル２０は各種シートや表示図のファイルが設定されるツリー構造となっている。地表変位計測用ファイル２０には、測定値のシート２１、変位量のシート２２、経時変化グラフのシート２３、切羽進行と変位量グラフのシート２４、沈下量分布作成図２５、変位量ベクトル表示図２６が設定されている。

図２は、本発明の処理手順を示すフローチャートである。図２において、処理プログラムをスタートさせ（Ｓ１）、対象測定点の計測を行う（Ｓ２）。この計測は、測量機器（光波測距儀）による測量で、対象測定点の基準座標系（基準座標系としては例えば公共測量座標系がある）でのＸＹＺ座標（３次元直交座標：Ｘ、Ｙは水平方向、Ｚは鉛直方向）を取得する。次に、計測管理システムを起動して、既往の計測データファイルを呼び出す（Ｓ３）。以下の破線内（Ａ）の処理は、システムの自動処理となる。

データ転送（Ｓ４）では、ＳＤメモリカードなどの記憶媒体で測量機器からコンピュータ（パソコン）にデータを入力する。変位量計算（Ｓ５）では、測定値と初期値とを比較して、各測定点のＸＹＺ座標の変位量を計算する。座標変換（Ｓ６）は、変位量を表示する際に視覚で見やすくするために行う。具体的には、実際の工事の際の測量において使用している基準座標系から、工事個所、例えばトンネルに向かって「手前がＸ＋」、「右側がＹ＋」の所定の座標系（本）に変換する。この座標変換については、図４で後述する。

グラフ作成（Ｓ７）では、ＸＹＺ成分の変位量の経時変化グラフ、および切羽進行と変位量の関係のグラフを作成する。沈下量分布図作成（Ｓ８）では、沈下量の分布図を作成する。変位量ベクトル図作成（Ｓ９）では、各測定点における水平方向、垂直方向の変位量を分かりやすくベクトル表示した図を作成する。これらの各処理が終了すれば、処理プログラムを終了する（Ｓ１０）。

図３は、本発明の実施形態にかかる仮想のトンネルＴの地表沈下測定結果を示す説明図である。図３（ａ）は、トンネルＴの坑口から１０ｍの横断面図、図３（ｂ）は、トンネルＴの坑口から４０ｍまでのトンネルセンター縦断面図である。Ｂ―１−１〜Ｂ―１−８は測定点を示している。これらの各測定点の位置関係は、図４（ｂ）に示されている。図３（ｂ）では、各測定点における２００５年２月１１日〜同年同月２３日までの５回の測定日（測定時間はいずれも１２時）の、杭口からの距離に対応するＺ成分の沈下量（ｍｍ）を表示している。

図３（ｂ）のトンネルセンター縦断面において、（イ）〜（ホ）で示すようにトンネル工事が進行したものとする。図３は、（イ）〜（ホ）の工事進行に合わせた地表の沈下量を示すものであり、図３（ａ）には、坑口から１０ｍ内部の位置に対応させたＢ―１−１〜Ｂ―１−５の測定点における地表沈下が示されている。また、図３（ｂ）には、坑口から掘削方向（水平方向）に対応させたＢ―１−１、Ｂ―１−６、Ｂ―１−７、Ｂ―１−８の各測定点における地表沈下が示されている。図３（ａ）、（ｂ）の（Ｘ）は、各測定点における初期値である。図３（ｂ）においては、切羽の位置と沈下量の関係がわかるように、沈下量と切羽位置を同色で表示することができる。

図４は、本発明の実施形態における座標変換の説明図である。図４（ａ）は、トンネルＴの周辺における基準座標系での地表の実際の測定データのＸ軸（＋）、Ｙ軸（＋）方向を示しており、図４（ｂ）は、座標変換後のＸ軸（＋）、Ｙ軸（＋）方向を示している。図４（ａ）では、基準点１（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標が０、０、０）に対して、測定データのＸ軸（＋）方向は、図示左方向に設定されている。また、測定データのＹ軸（＋）方向は、図示下側に設定されている。Ｐは測定機械の設置位置を示している。

図４（ｂ）は、図３（ｂ）のトンネルセンター縦断面に対応する平面図である。図４（ｂ）において、工事座標系への座標変換後のＸ軸（＋）方向は、図示右側方向に設定されており、座標変換後のＹ軸（＋）方向は、図示上側方向に設定されている。Ｂ−１−１〜Ｂ−１−１２は測定点であり、Ｂ−１−１、Ｂ−１−６〜Ｂ−１−８はトンネルの中心線上に設定される。また、測定点Ｂ−１−１〜Ｂ−１−５は杭口から１０ｍのほぼ等距離の位置に、坑口の横方向平面と平行に設定されており、測定点Ｂ−１−８〜Ｂ−１−１２は坑口から遠いほぼ等距離の位置に、杭口の横方向平面と平行に設定されている。

図７は、仮想のトンネル工事における地表沈下測定データシートの例を示す説明図である。このデータシートには、縦方向に時系列で配列された計測日時に対応させて、横方向に切羽の位置（上半、下半、インバート）、各測定点Ｂ−１−１、Ｂ−１−２、・・・の基準座標系でのＸＹＺ座標の記録を表示している。測定点の数は任意に設定されるが、図４のような設定とすると１２個所となる。

図８は、図７のような地表沈下測定データシートの測定値から得られる変位量を、工事座標系へ座標変換した変位量のデータシートの例を示す説明図である。このデータシートは、座標変換しているが、Ｚ座標は鉛直方向で変わりはないので、測定データから得られた変位量を座標変換せずそのまま表示している。坑口正面に向かって「手前に変位をＸ＋」、「右に変位をＹ＋」としている。なお、図８は変位量の座標変換の例示であって、図７の測定値と対応しているものではない。

図９は、沈下量の経時変化を示すグラフである。横軸には経過時間（日）をとり、縦軸には沈下量（ｍｍ）と、坑口からの切羽進行（ｍ）がとられている。また、図１０は、坑口からの切羽進行と沈下量の関係を示すグラフである。図１０の横軸には坑口からの切羽進行（ｍ）をとり、縦軸には沈下量（ｍｍ）をとっている。図９、図１０は、図８のデータシートに基づいて作成され、測定点はＢ−１−１〜Ｂ−１−１２の１２個所である。これらのＢ−１−１〜Ｂ−１−１２の測定点は、図４で説明した測定点と対応させることができる。

図９、図１０のグラフにおいては、例えばトンネル工事をしている際の坑道周辺の地表沈下量（Ｚ座標）を、工事経過時間、または坑口からの切羽進行に伴いどのように変化しているかを視覚により把握できる。このため、坑道周辺の岩盤構造の強度などの情報が得られ、地表沈下量が規定値よりも大きい個所に対する対応策などを、事前に処理することが可能になる。

本発明の実施形態においては、Ｚ座標の沈下量のみならず、ＸＹ座標の平面の変位量を表示することができる。図５は、このような本発明のＸＹＺ座標の変位量を表示する例を示す説明図である。図５の例では、測定点は図５（ａ）に示されているようにＢ−１−１〜Ｂ−１−１２の１２個所と、Ｂ−２−１〜Ｂ−２−７の７個所の合計１９点である。

図５（ａ）は、ＸＹ断面の平面図、図５（ｂ）は、ＸＺ断面のトンネル縦断方向における各測定点Ｂ−１−１〜Ｂ−２−７の変位量を表示している。図５（ａ）においては、トンネルＴの手前方向となるＸ方向の変位表示のスケールを５０ｍｍ、トンネルＴの図示右方向となるとなるＹ方向の変位表示のスケールを５０ｍｍとしている。図５（ａ）は、このようなＸ方向およびＹ方向の変位表示のスケールを設定した際に、各測定点のＸ方向およびＹ方向の変位（ＸＹ座標）を測定日時毎に求め、これらのＸＹ座標を線分で結び表示している。

図５（ｂ）においては、トンネルＴの手前方向となるＸ方向の変位表示のスケールを５０ｍｍ、トンネルＴの図示下方向となるとなるＺ方向の変位表示のスケールを５０ｍｍとしている。図５（ｂ）は、このようなＸ方向およびＺ方向の変位表示のスケールを設定した際に、各測定点のＸ方向およびＺ方向の変位（ＸＺ座標）を測定日時毎に求め、これらのＸＺ座標を線分で結び表示している。

図５（ａ）、（ｂ）は、各測定点におけるＸＹ平面方向、およびＸＺ縦方向における変位量を測定日時に合わせて逐次表示している。このため、各方向の経時的変位量を把握することができる。また、この例では１９点すべての測定点の変位量を表示しているので、各測定点の変位量を視覚により対比判断することができる。

図６は、図５に示した各測定点における変位量から、ある測定日時における変位方向をベクトル表示した例を示す説明図である。図６（ａ）は図５（ａ）に対応しており、図６（ｂ）は図５（ｂ）に対応している。図６（ａ）のようなＸＹ平面方向の変位ベクトルから、地表沈下のみならず、地表の転石変位の方向も判断することが可能となる。

図１のＣＰＵ２は、メモリ３に記憶されている汎用の表計算プログラムを起動し、トータルステーションで計測されて計測管理フォルダ１０に格納されている
トンネル周辺地域の地表面などの計測対象個所の基準座標系でのＸＹＺ座標の３次元計測データを計測管理フォルダ１０から読み出す。次に、ＣＰＵ２は、前記各計測データに基づきＸＹＺ座標の変位量を演算し、前記計測データの座標を工事座標系に変換する。

さらに、ＣＰＵ２は、前記座標変換後の計測データに基づき測定値のシート２１〜変位量ベクトル表示図２６などのファイルで所定様式のデータシートを作成し、前記データシートに基づき所定様式のグラフと図形を前記汎用の表計算プログラムの実行により作成して、前記グラフと図形をモニタ４に出力する。なお、グラフと図形をプリンタのような出力手段に出力する構成とすることもできる。

また、図２のフローチャートから、本発明の実施形態にかかる計測管理プログラムは、コンピュータに、計測対象個所の基準座標系でのＸＹＺ座標の３次元計測データを入力する手順（Ｓ１〜Ｓ４）と、前記各計測データを記憶する手順（Ｓ４）と、前記各計測データに基づきＸＹＺ座標の変位量を演算する手順（Ｓ５）と、前記計測データの座標を工事座標系に変換する手順（Ｓ６）と、前記座標変換後の計測データに基づき所定様式のデータシートを作成する手順（Ｓ６からＳ７への移行の際の処理）と、前記データシートに基づき所定様式のグラフと図形を汎用の表計算プログラムの実行により作成する手順（Ｓ７〜Ｓ９）と、前記グラフと図形を出力する手順（Ｓ９以後の処理）と、を実行させるものである。

この計測管理プログラムは、具体的には、前記計測対象個所は、トンネル工事周辺地域の地表面であり、前記グラフと図形を作成する手順は、（１）前記ＸＹＺ成分の変位量の経時変化グラフ（Ｓ７）、（２）切羽進行と変位量の関係のグラフ（Ｓ７）、（３）沈下量分布図（Ｓ８）、（４）変位量のベクトル表示図（Ｓ９）、のいずれか、またはすべてを作成する手順である。

本発明の実施形態にかかる構成においては、汎用の表計算ソフトを用いて計測管理システムを作成する。マクロプログラムにより以下の機能を作成する。（１）データの自動入力を可能にする。トータルステーションのデータ記録媒体から、測定データを測定データー覧表に取り込む（キーボード入力は不要、直接テキストファイルを読み取る）。（２）基準座標系から、トンネルの斜面安定を表現しやすい工事座標系に変換する（図４参照）。（３）変位量を計算して経時変化グラフを作成する（図９参照）。（４）沈下量分布図を自動作図する。切羽の位置と沈下量の関係がわかるように、沈下量と切羽位置を同色で表示する（図３参照）。（５）水平方向の変位を表現するため、トンネル平面図・縦断図に、変位の軌跡と変位量のベクトル表示を行う（図５、図６参照）。

このように、本発明においては、パソコン上で動き、表やグラフを扱う汎用プログラムを使用して、測定結果の基準座標系でのＸＹＺ座標を処理し、トンネル上部斜面の変位を図化するものである。図１の図示番号２１〜２６に示されているように、測定値データシート、変位量データシート、変位量の経時変化グラフ、変位量と切羽進行のグラフなどが表計算ソフトのシートに常時作成されている。また、モニタ４に表示されている作図ボタンをクリックすると、沈下量分布図と、変位量ベクトル表示図が自動作図される。

本発明の計測管理システムは、汎用プログラム上で動き、データシート、グラフ、沈下量分布図、変位量ベクトル表示図などは、すべて表計算ソフトのシート上に作成されるので、データの追加修正や、成果の後利用が簡単である。また、すでに開発運用されている汎用プログラム上で作動するトンネル計測管理プログラムと、一体化した操作が可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、簡略な操作でトンネルなどの施行管理をしやすくした計測管理システム、および計測管理プログラムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る全体構成を示すシステム構成図である。 本発明の実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る説明図である。 本発明の実施形態に係る説明図である。 本発明の実施形態に係る説明図である。 本発明の実施形態に係る説明図である。 本発明の実施形態に係る説明図である。 本発明の実施形態に係る説明図である。 本発明の実施形態に係る説明図である。 本発明の実施形態に係る説明図である。

符号の説明

１・・・計測管理システム、２・・・ＣＰＵ、３・・・メモリ、４・・・モニタ、１０・・・計測管理フォルダ、１１・・・地表変位計測ファイル、１２、１３・・・他の計測項目のフォルダ、２０・・・地表変位計測用ファイル、２１・・・測定用のシート、２２・・・変位量のシート、２３・・・経時変化のグラフ、２４・・・切羽進行と変位量グラフのシート、２５・・・沈下量分布図作成、２６・・・変位量ベクトル表示図

Claims (7)

1. 汎用の表計算プログラムを格納する手段、計測対象個所の基準座標系でのＸＹＺ座標の３次元計測データの入力手段、前記各計測データを記憶する手段、前記各計測データに基づきＸＹＺ座標の変位量を演算する手段、前記計測データの座標を所定の座標系に変換する手段、前記座標変換後の計測データに基づき所定様式のデータシートを作成する手段、前記データシートに基づき所定様式のグラフと図形を前記汎用の表計算プログラムの実行により作成する手段、前記グラフと図形を出力する手段、とを備えたことを特徴とする、計測管理システム。
2. 前記グラフは、計測対象個所におけるＸＹＺ成分のそれぞれの変位量の経時変化であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の計測管理システム。
3. 前記計測対象個所は、トンネル工事周辺地域の地表面であり、前記グラフは、前記トンネルの切羽進行と変位量の関係を示すグラフであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の計測管理システム。
4. 前記グラフは、計測対象個所の沈下量分布図であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の計測管理システム。
5. 前記図形は、前記ＸＹＺ成分のうちの２方向の変位量をベクトル表示した図形であることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の計測管理システム。
6. 前記計測対象個所は、トンネル工事周辺地域の地表面であり、前記図形は、前記トンネルの平面図、縦断面図、正面図に対応させて表示した前記ＸＹＺ成分の変位量であることを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の計測管理システム。
7. コンピュータに、計測対象個所のＸＹＺ座標の３次元計測データを入力する手順と、前記各計測データを記憶する手順と、前記各計測データに基づきＸＹＺ座標の変位量を演算する手順と、前記計測データの座標を変換する手順と、前記座標変換後の計測データに基づき所定様式のデータシートを作成する手順と、前記データシートに基づき所定様式のグラフと図形を汎用の表計算プログラムの実行により作成する手順と、前記グラフと図形を出力する手順と、を実行させるための計測管理プログラムであって、前記計測対象個所は、トンネル工事周辺地域の地表面であり、前記グラフと図形を作成する手順は、（１）前記ＸＹＺ成分の変位量の経時変化グラフ、（２）切羽進行と変位量の関係のグラフ、（３）沈下量分布図、（４）変位量のベクトル表示図、のいずれか、またはすべてを作成する手順であることを特徴とする、計測管理プログラム。

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