JP2013145225A

JP2013145225A - 土砂量測定方法

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Publication number: JP2013145225A
Application number: JP2012261783A
Authority: JP
Inventors: Minoru Hayashi; 稔林; Hiroaki Yamada; 浩章山田; Atsushi Sugimoto; 淳杉本; Tsunehei Yamamoto; 常平山本; Koichi Kawano; 浩一川野
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Sugano Farm Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Hitachi Zosen Corp; Sugano Farm Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-07-25

Abstract

【課題】効率よく堆積土砂を除去するために、速やかに且つ正確に堆積土砂の量を測定する土砂量測定方法を提供する。
【解決手段】津波により農地に堆積した異物混在土砂（堆積土砂Ｔと称する）の表面に所定地点及び多数の計算点Ｐ（Ｐ_１〜Ｐ_ｋ〜Ｐ_ｎ）を設定し、除去すべき堆積土砂Ｔの体積（量）を算出する土砂量計測方法であって、上記所定地点における高さを測量し、上記所定地点と上記計算点との高さの差をＧＰＳにより測定し、測量された高さと測定された高さの差とを加算して、計算点における高さを算出し、所定地点および計算点における高さを、それぞれ、除去すべき堆積土砂Ｔの所定地点および計算点における深さとし、除去すべき堆積土砂Ｔの所定地点および各計算点における深さから、除去すべき堆積土砂Ｔの体積を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、土砂量測定方法に関するものである。

東日本大震災により発生した大津波は、海底から多量の土砂を巻き上げるとともに、到達した海岸および陸地から空き缶などの異物を巻き込み、被災地に運び上げた。そして、被災地では、大津波による海水とともに多量の土砂および異物が、堆積土砂として残されている。このように、大津波に襲われた地域では、異物および海水中の塩分を含む多量の堆積土砂（津波堆積物とも言われる）が残るので、これら堆積土砂の速やかな除去が必要となる。そして、速やかに堆積土砂を除去するには、その作業時間を予測するためにも、除去しなければならない堆積土砂の量（体積）を事前に把握しておくことが望ましい。

ところで、農地の高さを均一にする均平技術に関しては、ＧＰＳ受信機を搭載したトラクタにより高低マップデータを作成し、これを利用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この技術は、除去すべき上記堆積土砂の体積（量）を直接測定できるものではない。

特許第４７３９８６０号公報

上記の通り、上記特許文献１に記載の方法は、農地の高さを均一にする均平技術に関するものであり、津波堆積物のような瓦礫や石を含む堆積土砂を対象としていない。このため、上記特許文献１の方法を堆積土砂に適用しても、高精度に堆積土砂の量を測定することができない。

そこで、本発明は、効率よく堆積土砂を除去するために、速やかに且つ正確に堆積土砂の量を測定する土砂量測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る土砂量測定方法は、津波により農地に堆積した異物混在土砂の表面に所定地点および多数の計算点を設定し、除去すべき上記異物混在土砂の体積を算出する土砂量測定方法であって、
上記所定地点における高さを測量し、
上記所定地点と上記計算点との高さの差を衛星測位システムにより測定し、
測量された上記高さと測定された上記高さの差とを加算して、上記計算点における高さを算出し、
上記所定地点および上記計算点における高さを、それぞれ、除去すべき異物混合土砂の上記所定地点および上記計算点における深さとし、
除去すべき異物混在土砂の上記所定地点および上記各計算点における深さから、除去すべき異物混在土砂の体積を算出するものである。

また、本発明の請求項２に係る土砂量測定方法は、請求項１に記載の土砂量測定方法において、所定地点と計算点との高さの差を衛星測位システムにより測定する方法として、衛星測位システムの受信機を備えた測定用車両を走行させるものである。

さらに、本発明の請求項３に係る土砂量測定方法は、請求項２に記載の土砂量測定方法において、多数の計算点の平面視における間隔が、測定用車両の走行速度により決定されるものである。

また、本発明の請求項４に係る土砂量測定方法は、請求項１または２に記載の土砂量測定方法において、多数の計算点の平面視における間隔が、一定であるものである。

上記土砂量測定方法によると、速やかに且つ正確に堆積土砂の量を測定することができる。

本発明の実施の形態に係る土砂量測定方法に使用する機器を示す概略構成図である。同土砂量測定方法に使用するトラクタに備えられた制御装置のブロック図である。同土砂量測定方法における計算方法を説明するための図である。同トラクタに設けられたモニタの画像図である。

以下、本発明の実施の形態に係る土砂量測定方法について図面に基づき説明する。
この土砂量測定方法は、概略的に説明すると、図１に示すように、ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）方式における移動局ＧＰＳ受信機３４を備えたトラクタ（測定用車両の一例である）１を測定対象の土砂Ｔの上に走行させることにより、当該土砂Ｔの高さの分布を測定し、この測定の結果から当該土砂Ｔの量（体積）算出するものである。この土砂Ｔは、津波により農地（地面Ｇ）に運ばれたもので、津波に巻き込まれた瓦礫Ｒなどの異物を含み、異物混在土砂とも言える。なお、以下では、この異物混在土砂を単に堆積土砂Ｔと称する。

ここで、上記ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）方式について簡単に説明する。ＲＴＫ方式は、位置が既知である基地局からのデータを用いて移動局の位置を測定する相対測位方式で、詳しくは動的干渉測位方式である。ＲＴＫ方式によると、ＧＰＳ衛星からの搬送波の位相を計測することで、リアルタイム性を確保しつつセンチメートルオーダーの精度で測定することができる。

まず、この土砂測定方法を使用するための機器について説明する。
トラクタ１は、ＲＴＫ方式における移動局として用いられるので、ＧＰＳ衛星Ｓの搬送波を受信する移動局ＧＰＳアンテナ３２と、ＲＴＫ方式における基地局４１からの補正情報を受信する無線受信機３３とを備えている。一方、上記移動局ＧＰＳ受信機３４は、これら移動局ＧＰＳアンテナ３２および無線受信機３３に接続されて、ＲＴＫ方式により、トラクタ１の水平位置と、トラクタ１の高さの差（変位）とを測定するものである。また、上記トラクタ１は、移動局ＧＰＳ受信機３４により測定された結果などに基づいて上記堆積土砂Ｔの量を算出する制御装置２を備えている。

一方、上記基地局４１は、基地局ＧＰＳ受信機４４を備え、堆積土砂Ｔの近傍に設けられる。この基地局４１は、ＧＰＳ衛星Ｓの搬送波を受信する基地局ＧＰＳアンテナ４２と、ＲＴＫ方式における移動局（正確にはトラクタ１に備えられた無線受信機３３）に補正情報を送信する無線送信機４３とを備えている。また、上記現実の上記基地局４１の代わりに、仮想基地局を設定してもよい。この仮想基地局は、現実の基地局４１に必要な機器４２〜４４を有することなく、仮想的な基地局を堆積土砂Ｔの近傍に設定し、現実の基地局４１が設けられた場合と同程度の測定の精度を担保する。

次に、この制御装置２により堆積土砂Ｔの量を算出する計算方法について図３に基づき説明する。
まず、図３に示すように、堆積土砂Ｔに基準となる所定地点Ｂを任意に設定し、その所定地点Ｂにおける堆積土砂Ｔの高さｈ_０を、例えば掘削し、測量により求める。そして、所定地点Ｂとこれに隣接する点Ｐ_１との堆積土砂Ｔの高さの差Δｈ_１をＧＰＳにより測定する。この堆積土砂Ｔの高さの差Δｈ_１と上記所定地点Ｂでの堆積土砂Ｔの高さｈ_０とを加算して、隣接する点Ｐ_１における堆積土砂Ｔの高さｈ_１を算出する。同様にして、所定地点Ｂとこれに隣接する点Ｐ_２との堆積土砂Ｔの高さの差Δｈ_２をＧＰＳにより測定する。この堆積土砂Ｔの高さの差Δｈ_２と上記所定地点Ｂでの堆積土砂Ｔの高さｈ_０とを加算して、隣接する点Ｐ_２における堆積土砂Ｔの高さｈ_２を算出する。同様にして、点Ｐ_３，点Ｐ_４・・・と次々に堆積土砂Ｔの高さｈ_ｋを、堆積土砂Ｔの高さの差Δｈ_ｋと上記所定地点Ｂでの堆積土砂Ｔの高さｈ_０とにより算出する。なお、これらの点Ｐは、以下では計算点Ｐと称し、堆積土砂Ｔの表面における全面に設定されている。また、隣接する計算点Ｐの平面視における間隔ｄは、一定であってもよく、トラクタ１の走行速度により決定されてもよい。すなわち、堆積土砂Ｔには、平面視で等間隔またはトラクタ１の走行速度により決定される計算メッシュが設定される。

次に、上記制御装置２の構成を図２に基づき説明する。
この制御装置２は、図２に示すように、トラクタ１のキャビン内に設けられた入力器（例えばテンキー）５により上記所定地点Ｂにおける堆積土砂Ｔの高さｈ_０が入力される測量データ入力部２５と、移動局ＧＰＳ受信機３４から各計算点Ｐにおけるデータ（水平位置および堆積土砂Ｔの高さの差Δｈ_ｋ）が入力されるＧＰＳデータ入力部２３と、これら所定地点Ｂにおける堆積土砂Ｔの高さｈ_０および上記データに基づき各計算点ＰにおけるＸＹＺ座標を算出するＸＹＺ座標演算部２２と、このＸＹＺ座標演算部２２により算出された各計算点ＰにおけるＸＹＺ座標に基づき堆積土砂Ｔの高低マップを作成する高低マップ作成部２６と、上記ＸＹＺ座標演算部２２により算出された各計算点ＰにおけるＸＹＺ座標に基づき堆積土砂Ｔの量（体積）を算出する土砂量演算部２７と、上記高低マップ作成部２６および土砂量演算部２７により算出された結果をトラクタ１のキャビン内に設けられたモニタ８に出力する出力部２８とが具備されている。

上記ＸＹＺ座標演算部２２は、図３に基づき説明した計算方法による演算を行うようにされている。また、上記高低マップ作成部２６は、上記計算メッシュを画像にし、各メッシュ内に堆積土砂Ｔの高さｈ_ｋを表示するようにされている。さらに、上記土砂量演算部２７は、Ｖを堆積土砂Ｔの量（体積）、ｎを最後の計算点Ｐとして、間隔ｄが一定の場合には下の式による演算を行うようにされている。

なお、間隔ｄが一定でない場合には、上の式におけるｄをｋの関数として演算を行う。

また、上記モニタ８は、図４に示すように、一例として、左側に高低マップ８ａを表示し、右側に堆積土砂Ｔの量（図４では一例として単位ｍ^３）８ｂを表示する。上記高低マップ８ａは、画像にされた計算メッシュと、各メッシュ内に表示された堆積土砂Ｔの高さｈ_ｋ（図４では一例として単位ｃｍ）とからなる。なお、高低マップ８ａは、堆積土砂Ｔを除去した後に表れる地面Ｇ（農地であれば作土層および心土層）を均平にする作業にも用いられる。

以下、上記土砂量測定方法について説明する。
まず、所定地点Ｂにおける堆積土砂Ｔの高さｈ_０を測量により求め、トラクタ１のキャビン内に設けられた入力器５により入力する。そして、トラクタ１を所定地点Ｂまで移動させるとともに移動局ＧＰＳ受信機３４をＯＮにして、そこからトラクタ１を走行させる。

トラクタ１が計算点Ｐを通過すると、移動局ＧＰＳ受信機３４から計算点ＰにおけるデータがＸＹＺ座標演算部２２に入力される。または、移動局ＧＰＳ受信機３４からデータがＸＹＺ座標演算部２２に入力される時のトラクタ１の位置を、計算点Ｐに設定する。こうして、トラクタ１を走行させることにより、次々に計算点Ｐ_ｋにおける堆積土砂Ｔの高さｈ_ｋが算出される。トラクタ１を堆積土砂Ｔの隅々まで走行させ、トラクタ１が最後の計算点Ｐ_ｎにまで達すると、高低マップ作成部２６により高低マップが作成されるとともに、土砂量演算部２７により堆積土砂Ｔの量が算出される。そして、モニタ８に高低マップ８ａおよび堆積土砂Ｔの量８ｂが表示される。

算出された堆積土砂Ｔの量は、その後の工程のために用いられる。その後の工程は、例えば堆積土砂の掘削および浄化である。堆積土砂Ｔの量を把握することにより、上記掘削に必要な重機や、浄化に必要なプラントが選定される。浄化された土砂は、必要に応じて、掘削された場所に戻されるとともに均平にされる。

このように、上記土砂量測定方法によると、計算点Ｐ_ｋにおける堆積土砂Ｔの高さｈ_ｋを算出するのに、所定地点Ｂと計算点Ｐ_ｋとの堆積土砂Ｔの高さの差Δｈ_ｋを用いる。このため、ＧＰＳにより高さｈ_ｋを直接測定する従来の方法のように、トラクタ１が瓦礫Ｒに乗り上げた際に発生するおそれのあった異常値を抑えられる。したがって、この土砂量測定方法によると、高精度に計算点Ｐ_ｋにおける堆積土砂Ｔの高さｈ_ｋが算出されるので、正確に堆積土砂Ｔの量を測定することができる。

また、仮想基地局を設定することにより、現実の基地局４１の設置およびその準備が不要になるので、速やかに堆積土砂Ｔの量を測定することができる。
さらに、計算点Ｐの平面視における間隔ｄが一定であることにより、堆積土砂Ｔの高さｈ_ｋに基づき測定される堆積土砂Ｔの量の誤差が小さくなるので、より正確に堆積土砂Ｔの量を測定することができる。

また、計算点Ｐの平面視における間隔ｄがトラクタ１の走行速度により決定されることにより、計算点Ｐの設定が容易になるので、より速やかに堆積土砂Ｔの量を測定することができる。

また、測定用車両としてトラクタ１が用いられることにより、瓦礫Ｒを含むような堆積土砂Ｔの走行に適しており、より速やかに且つ正確に堆積土砂Ｔの量を測定することができる。

ところで、上記実施の形態では、最後の計算点Ｐ_ｎにまで達した後に堆積土砂Ｔの量を測定するとして説明したが、トラクタ１が走行中にリアルタイムで堆積土砂Ｔの量を測定するとしてもよい。

また、上記実施の形態では、測定用車両の一例としてトラクタ１について説明したが、瓦礫Ｒを含むような堆積土砂Ｔの走行に適した車両であればよい。
さらに、上記実施の形態では、図３に示すように、計算点Ｐ_ｋにおける堆積土砂Ｔの高さｈ_ｋを算出するのに、上記所定地点Ｂにおける堆積土砂Ｔの高さｈ_０を用いたが、隣接する計算点Ｐ_ｋ−１における堆積土砂Ｔの高さｈ_ｋ−１や、他の計算点Ｐにおける堆積土砂Ｔの高さを用いてもよい。

Ｂ所定地点
Ｐ計算点
Ｔ堆積土砂
Ｒ瓦礫
Ｇ地面
１トラクタ
５入力器
８モニタ
３２移動局ＧＰＳアンテナ
３３無線受信機
４１基地局
４２基地局ＧＰＳアンテナ
４３無線送信機

Claims

津波により農地に堆積した異物混在土砂の表面に所定地点および多数の計算点を設定し、除去すべき上記異物混在土砂の体積を算出する土砂量測定方法であって、
上記所定地点における高さを測量し、
上記所定地点と上記計算点との高さの差を衛星測位システムにより測定し、
測量された上記高さと測定された上記高さの差とを加算して、上記計算点における高さを算出し、
上記所定地点および上記計算点における高さを、それぞれ、除去すべき異物混合土砂の上記所定地点および上記計算点における深さとし、
除去すべき異物混在土砂の上記所定地点および上記各計算点における深さから、除去すべき異物混在土砂の体積を算出することを特徴とする土砂量測定方法。
所定地点と計算点との高さの差を衛星測位システムにより測定する方法として、衛星測位システムの受信機を備えた測定用車両を走行させることを特徴とする請求項１に記載の土砂量測定方法。
多数の計算点の平面視における間隔が、測定用車両の走行速度により決定されることを特徴とする請求項２に記載の土砂量測定方法。
多数の計算点の平面視における間隔が、一定であることを特徴とする請求項１または２に記載の土砂量測定方法。