JP2008064712A - 管路位置の検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、管路位置計測装置の姿勢・方位角センサーを最終地点で１８０°旋回させて計測することにより、管路位置の誤差を高精度に除去することを目的とする。
【解決手段】本発明による管路位置の検出方法は、管路位置計測装置(3)が管路(1)の出発地点(4)から最終地点(5)に到達した状態で、姿勢・方位角センサー(7)を１８０°旋回させた後に元に戻し、姿勢・方位角のＸ軸ベクトルと速度方向ベクトルの平行度誤差を管路(1)の位置の誤差として補正する方法である。
【選択図】図１
【解決手段】本発明による管路位置の検出方法は、管路位置計測装置(3)が管路(1)の出発地点(4)から最終地点(5)に到達した状態で、姿勢・方位角センサー(7)を１８０°旋回させた後に元に戻し、姿勢・方位角のＸ軸ベクトルと速度方向ベクトルの平行度誤差を管路(1)の位置の誤差として補正する方法である。
【選択図】図１
Description
本発明は、管路位置の検出方法に関し、特に、管路を通す時の往路と復路において管路位置計測装置内の姿勢・方位角センサーを１８０°旋回させることにより、管路位置計測装置が検出する姿勢・方位角のＸ軸ベクトルと装置が管路を進行する際の速度方向ベクトルの平行度誤差を計測結果から算出して誤差を除去し、管路の位置を正しく検出するための新規な改良に関する。
従来、用いられていた管路位置の検出方法としては、ここでは特にその方法を示すための特許文献等を開示していないが、管路内を進行する管路位置計測装置が出力する姿勢・方位角と、管路位置計測装置が進行する際の速度を用いて装置側では姿勢・方位角のＸ軸ベクトルと、管路を進行する速度ベクトルを用いて、管路の位置を計測していた。
従来の管路位置の検出方法は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、管路位置計測装置が計測する姿勢・方位角のＸ軸ベクトルと、管路を進行する速度ベクトルとが平行である必要があるが、この平行度に誤差があるため、正しい管路位置を計測することが困難であった。
すなわち、管路位置計測装置が計測する姿勢・方位角のＸ軸ベクトルと、管路を進行する速度ベクトルとが平行である必要があるが、この平行度に誤差があるため、正しい管路位置を計測することが困難であった。
本発明による管路位置の検出方法は、管路内に姿勢・方位角センサーを有する管路位置計測装置を通し、前記管路位置計測装置から出力される姿勢・方位角を用いて、前記管路を進行する速度を分解・合成し積分することにより、前記管路の位置を計測する管路位置の検出方法において、前記管路位置計測装置が前記管路の出発地点から管路内の最終地点に到達した状態で前記姿勢・方位角センサーをＺ軸回りで１８０°旋回させた後に、前記管路位置計測装置を前記出発地点まで進ませ、前記管路位置計測装置が検出する姿勢・方位角のＸ軸ベクトルと前記管路位置計測装置が前記管路を進行する際の速度方向ベクトルの平行度誤差を前記管路の位置の誤差として除去することにより、前記管路の位置を正しく検出する方法である。
本発明による管路位置の検出方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、管路位置計測装置が管路の出発地点から管路内最終地点に到達した状態で姿勢・方位角センサーを１８０°旋回させた後に、管路計測装置を出発地点まで進ませ、管路計測装置が検出する姿勢・方位角のＸ軸ベクトルと管路位置計測装置が管路を進行する際の速度方向ベクトルの平行度誤差を管路の位置の誤差として除去しているため、管路位置を高精度に検出することができる。
すなわち、管路位置計測装置が管路の出発地点から管路内最終地点に到達した状態で姿勢・方位角センサーを１８０°旋回させた後に、管路計測装置を出発地点まで進ませ、管路計測装置が検出する姿勢・方位角のＸ軸ベクトルと管路位置計測装置が管路を進行する際の速度方向ベクトルの平行度誤差を管路の位置の誤差として除去しているため、管路位置を高精度に検出することができる。
本発明は、管路を通す時の往路と復路において管路位置計測装置内の姿勢・方位角センサーを１８０°旋回させることにより、管路位置計測装置が検出する姿勢・方位角のＸ軸ベクトルと装置が管路を進行する際の速度方向ベクトルの平行度誤差を計測結果から算出して誤差を除去し、管路の位置を正しく検出するようにした管路位置の検出方法を提供することを目的とする。
以下、図面と共に本発明による管路位置の検出方法の好適な実施の形態について説明する。
図１及び図２において符号１で示されるものは、例えば、トンネル、下水道等の管路であり、この管路１内にはケーブル２を介して往復動自在な管路位置計測装置３が出発地点４から最終地点５に向けて往路として通されると共に、その逆に、復路として、前記最終地点５から出発地点４に向けて通されるように構成されている。
図１及び図２において符号１で示されるものは、例えば、トンネル、下水道等の管路であり、この管路１内にはケーブル２を介して往復動自在な管路位置計測装置３が出発地点４から最終地点５に向けて往路として通されると共に、その逆に、復路として、前記最終地点５から出発地点４に向けて通されるように構成されている。
前記管路位置計測装置３の下部にはローラ６が回転自在に設けられ、このローラ６が管路１内の底部１ａを走行することにより、管路位置計測装置３が管路１内を走行することができるように構成されている。
前記管路位置計測装置３内には、加速度計を有する３軸検出センサーからなる周知の姿勢・方位角センサー７が、その軸回りで１８０°旋回することができるように構成されている。
前記管路位置計測装置３内には、加速度計を有する３軸検出センサーからなる周知の姿勢・方位角センサー７が、その軸回りで１８０°旋回することができるように構成されている。
次に、動作について述べる。まず、ケーブル２を、図示しないケーブル駆動装置を介して往復移動させた場合、検出されたケーブル速度を、前記姿勢・方位角センサー７の出力を用いて図１の速度Ｖｘ，Ｖｚに分解し、この速度Ｖｘ，Ｖｚを積分することにより管路の位置を原点である出発地点４からの相対位置として算出する。
尚、図１は、Ｘ−Ｚ軸平面であるが、Ｘ−Ｙ軸平面についても前述と同様に算出することができる。
尚、図１は、Ｘ−Ｚ軸平面であるが、Ｘ−Ｙ軸平面についても前述と同様に算出することができる。
次に、管路位置計測装置３のＸ軸ベクトルと管路１を進行する速度ベクトルの各並行度を補正するための工程は次の通りである。
(１)初期姿勢角の算出
まず、管路位置計測装置３を管路１内の底部１ａ上に設置し、姿勢・方位角センサー７の加速度計(図示せず)により初期姿勢角を算出する。この時、方位は零（０）である。
(１)初期姿勢角の算出
まず、管路位置計測装置３を管路１内の底部１ａ上に設置し、姿勢・方位角センサー７の加速度計(図示せず)により初期姿勢角を算出する。この時、方位は零（０）である。
（２）往路
前記管路位置計測装置３を出発地点４から最終地点５まで進ませる。この場合の管路１内の進行中は、前記管路位置計測装置３が出力する加速度、角速度及び速度を記録データとして記録する。
前記管路位置計測装置３を出発地点４から最終地点５まで進ませる。この場合の管路１内の進行中は、前記管路位置計測装置３が出力する加速度、角速度及び速度を記録データとして記録する。
（３）最終地点５での旋回
前記管路位置計測装置３が管路１内の最終地点５に到達した時点で、姿勢・方位角センサー７をＺ軸回りに１８０°旋回させる。
前記管路位置計測装置３が管路１内の最終地点５に到達した時点で、姿勢・方位角センサー７をＺ軸回りに１８０°旋回させる。
（４）復路
前記姿勢・方位角センサー７が１８０°旋回（図３で図示）した後に、前記管路位置計測装置３を前記最終地点５から出発地点迄進行させ、前述の往路と同様に管路１を進行中は、管路位置計測装置３が出力する加速度、角速度及び速度を記録データとして記録する。
前記姿勢・方位角センサー７が１８０°旋回（図３で図示）した後に、前記管路位置計測装置３を前記最終地点５から出発地点迄進行させ、前述の往路と同様に管路１を進行中は、管路位置計測装置３が出力する加速度、角速度及び速度を記録データとして記録する。
（５）管路位置の演算
前述のように、前記管路位置計測装置３を管路１内で往復移動させて得られた前記角速度及び加速度を用いて姿勢・方位角を算出し、得られた姿勢・方位角を用いて速度を分解し、積分することにより出発地点４からの相対的な管路１の位置を求めることができる。
前述のように、前記管路位置計測装置３を管路１内で往復移動させて得られた前記角速度及び加速度を用いて姿勢・方位角を算出し、得られた姿勢・方位角を用いて速度を分解し、積分することにより出発地点４からの相対的な管路１の位置を求めることができる。
前述の場合、前記管路位置計測装置３のＸ軸ベクトルと速度ベクトルの平行度の誤差は、そのまま、管路位置の誤差となり、往路での最終地点５での位置誤差は次の(１)式で与えられる。
位置誤差εＺ＝Ｌ×ｓｉｎ（εθ）・・・・（１）
但し、εＺ：Ｚ方向の位置誤差
εθ：ピッチ角誤差
Ｌ：走行距離
位置誤差εＺ＝Ｌ×ｓｉｎ（εθ）・・・・（１）
但し、εＺ：Ｚ方向の位置誤差
εθ：ピッチ角誤差
Ｌ：走行距離
また、前記管路位置計測装置３内の姿勢・方位角センサー７を１８０°旋回させているため、復路でも往路と同じピッチ角誤差はεθとなり、復路でも同様の管路位置の誤差が出力される。
従って、前記管路位置計測装置３が管路１を往復して、同一出発点に戻った時には、次の（２）式の位置誤差が計測される。
位置誤差εＺ＝２×Ｌ×ｓｉｎ（εθ）・・・（２）
但し、εＺ：Ｚ方向の位置誤差
εθ：ピッチ角誤差
Ｌ：走行距離
従って、前記管路位置計測装置３が管路１を往復して、同一出発点に戻った時には、次の（２）式の位置誤差が計測される。
位置誤差εＺ＝２×Ｌ×ｓｉｎ（εθ）・・・（２）
但し、εＺ：Ｚ方向の位置誤差
εθ：ピッチ角誤差
Ｌ：走行距離
（６）誤差の修正
前記（２）式より、ピッチ角誤差εθを算出することができるため、この誤差を補正した上で、これまでの前記記録データを用いて再度管路位置を計算し、前述の往路及び復路で計算した前記出発地点４が一致するまで繰り返す。
尚、このピッチ角の補正は、周知の座標変換行列を作成し、管路位置計測装置３が出力する姿勢方位をこの座標変換行列を用いて変換することにより実施する。
また、以上の説明は、ピッチ角の誤差を計測したＺ方向の誤差より算出する方法であるが、方位角の誤差については、前記最終地点５で前記姿勢・方位角センサー７をＸ軸回りに旋回させることにより求めることが可能である。
また、本形態の方法は、計測された誤差を全て平行度の誤差として補正量を求めた一例であるが、他の誤差としては、姿勢・方位角センサー７の加速度計（図示せず）のバイアス誤差、ＳＦ誤差、ジャイロ（図示せず）のバイアス誤差、ＳＦ誤差を起因とするものも含まれるため、これらの誤差と併せて平行度の誤差を周知のカルマンフィルタを用いて推定することもできる。
前記（２）式より、ピッチ角誤差εθを算出することができるため、この誤差を補正した上で、これまでの前記記録データを用いて再度管路位置を計算し、前述の往路及び復路で計算した前記出発地点４が一致するまで繰り返す。
尚、このピッチ角の補正は、周知の座標変換行列を作成し、管路位置計測装置３が出力する姿勢方位をこの座標変換行列を用いて変換することにより実施する。
また、以上の説明は、ピッチ角の誤差を計測したＺ方向の誤差より算出する方法であるが、方位角の誤差については、前記最終地点５で前記姿勢・方位角センサー７をＸ軸回りに旋回させることにより求めることが可能である。
また、本形態の方法は、計測された誤差を全て平行度の誤差として補正量を求めた一例であるが、他の誤差としては、姿勢・方位角センサー７の加速度計（図示せず）のバイアス誤差、ＳＦ誤差、ジャイロ（図示せず）のバイアス誤差、ＳＦ誤差を起因とするものも含まれるため、これらの誤差と併せて平行度の誤差を周知のカルマンフィルタを用いて推定することもできる。
１ 管路
２ ケーブル
３ 管路位置計測装置
４ 出発地点
５ 最終地点
７ 姿勢・方位角センサー
２ ケーブル
３ 管路位置計測装置
４ 出発地点
５ 最終地点
７ 姿勢・方位角センサー
Claims (1)
- 管路(1)内に姿勢・方位角センサー(7)を有する管路位置計測装置(3)を通し、前記管路位置計測装置(3)から出力される姿勢・方位角を用いて、前記管路(1)を進行する速度を分解・合成し積分することにより、前記管路(1)の位置を計測する管路位置の検出方法において、
前記管路位置計測装置(3)が前記管路(1)の出発地点(4)から管路(1)内の最終地点(5)に到達した状態で前記姿勢・方位角センサー(7)をＺ軸回りで１８０°旋回させた後に、前記管路位置計測装置(3)を前記出発地点(4)まで進ませ、前記管路位置計測装置(3)が検出する姿勢・方位角のＸ軸ベクトルと前記管路位置計測装置(3)が前記管路(1)を進行する際の速度方向ベクトルの平行度誤差を前記管路(1)の位置の誤差として除去することにより、前記管路(1)の位置を正しく検出することを特徴とする管路位置の検出方法。
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| JP2009300352A (ja) * | 2008-06-17 | 2009-12-24 | Tool Depot:Kk | 測長器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60123715A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-02 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 水平管路の曲り計測方法及び計測用プロ−ブ |
| JPS6126114A (ja) * | 1984-07-16 | 1986-02-05 | Mitsubishi Electric Corp | 産業機械の制御装置 |
| JP2004125511A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Tokimec Inc | ジャイロ装置及び掘削用ジャイロ装置の使用方法 |
| JP2006118972A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-05-11 | Jfe Engineering Kk | パイプラインの形状計測評価方法及びその装置 |
| JP2008032622A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Tamagawa Seiki Co Ltd | 管路位置の検出方法 |
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2006
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