JP2017186837A - 鋼板セルの据え付け方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】水底の所定位置に据え付ける鋼板セルの平面位置をリアルタイムで一段と精度よく把握することができる鋼板セルの据え付け方法およびシステムを提供する。【解決手段】クレーン１１により吊り下げた筒状の鋼板セル１０の移動工程では、鋼板セル１０の平面位置Ｐを光波距離計３により逐次検知し、移動工程後の位置決め工程では、複数の非プリズムレーザ距離計４により平面位置Ｐを逐次検知し、鋼板セル１０の傾斜角度Ａを傾斜角度検知手段５により逐次検知し、鋼板セル１０の筒軸心ＣＬを中心にした回転角度Ｒを回転角度検知手段６により逐次検知して、平面位置Ｐを水底の所定位置Ｄに位置決めし、設置工程では、位置決めした位置で鋼板セル１０を下方移動させて所定位置Ｄに据え付ける。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板セルの据え付け方法およびシステムに関し、さらに詳しくは、水底の所定位置に据え付ける鋼板セルの平面位置をリアルタイムで一段と精度よく把握することができる鋼板セルの据え付け方法およびシステムに関するものである。

海域の所定範囲を区画したり、護岸を構築する等の目的で、水底地盤に対して筒状の鋼板セルを据え付ける工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。鋼板セルを据え付ける方式には、水底地盤上に鋼板セルを設置する置きセル方式と、水底地盤中に鋼板セルを打ち込む根入れ方式がある。この鋼板セルは、作業船に搭載されたクレーンを用いて順次、予め設定した位置に位置決めして、隣り合う鋼板セルを所定間隔あけて据え付ける必要がある。

そこで、鋼板セルを据え付ける際には、クレーンにより吊り下げた鋼板セルの平面位置、傾斜角度および筒軸心を中心にした回転角度を検知しながら作業を行う。従来、鋼板セルの平面位置を計測するには、例えば光波距離計を備えた自動追尾型トータルステーションを用いている。この光波距離計は、陸上側に設置された計測器と、鋼板セル側に設置された反射器（光波用プリズム）とを有している（例えば、特許文献２参照）。この自動追尾型トータルステーションでは、計測器が反射器で反射された反射光を逐次、検知して計測器と反射器との距離を測定するとともに、参照点に対する反射器の方向角を検知して、鋼板セルの平面位置を計測する。

ところで、鋼板セルを据え付ける現場海域が例えば外洋の場合は、波動や風等の環境条件に起因して鋼板セルが大きく動揺し、また、その動揺が頻繁に変化することがある。このような現場では、鋼板セルの水平位置を高精度でリアルタイムに把握しなければ、鋼板セルを予め設定された位置に据え付けることが困難になる。しかしながら、上述した光波距離計による測定では、反射光を検知する検知周期が２〜３秒間隔（０．３Ｈｚ〜０．５Ｈｚ程度）である。この検知周期では、頻繁に動揺する鋼板セルの平面位置をリアルタイムで精度よく把握するには不十分であり、改善の余地がある。

特開２０１５−１０５４６８号公報 特開２０１２−９２５９０号公報

本発明の目的は、水底の所定位置に据え付ける鋼板セルの平面位置をリアルタイムで一段と精度よく把握することができる鋼板セルの据え付け方法およびシステムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の鋼板セルの据え付け方法は、クレーンにより吊り下げた筒状の鋼板セルの平面位置、傾斜角度および筒軸心を中心にした回転角度を検知しながら水底の所定位置に据え付ける鋼板セルの据え付け方法において、前記鋼板セルの位置決め工程では、前記平面位置を複数の非プリズムレーザ距離計により逐次検知することを特徴とする。

本発明の鋼板セルの据え付けシステムは、クレーンにより吊り下げた筒状の鋼板セルの平面位置を逐次検知する位置検知手段と、前記鋼板セルの傾斜角度を逐次検知する傾斜角度検知手段と、前記鋼板セルの筒軸心を中心にした回転角度を逐次検知する回転角度検知手段と、前記位置検知手段、前記傾斜角度検知手段および前記回転角度検知手段による検知データが逐次入力される演算装置と、この演算装置により算出された結果が表示されるモニタとを備えた鋼板セルの据え付けシステムにおいて、前記鋼板セルの位置決め工程で用いる前記位置検知手段として複数の非プリズムレーザ距離計を有することを特徴とする。

本発明によれば、水底の所定位置に据え付ける鋼板セルの位置決め工程では、クレーンにより吊り下げた鋼板セルの平面位置を、従来の光波距離計よりも検知周期を短くすることができる複数の非プリズムレーザ距離計により逐次検知する。これにより、鋼板セルの動揺の変化が頻繁な現場であっても、鋼板セルの平面位置をリアルタイムで一段と精度よく把握することが可能になる。

本発明の鋼板セルの据え付けシステムの使用状況を側面視で例示する説明図である。 図１の鋼板セルおよび陸上に設置された本システムの構成装置を平面視で例示する説明図である。 傾斜した鋼板セルを正面視で例示する説明図である。 図２の非プリズムレーザ距離計により、最初に据え付ける鋼板セルの平面位置を検知する方法を例示する説明図である。 既に据え付けた鋼板セルに隣接して鋼板セルを位置決めする工程を例示する説明図である。 モニタの表示を例示する説明図である。

以下、本発明の鋼板セルの据え付け方法およびシステムを図に示した実施形態に基づいて説明する。本発明は、鋼板セルを据え付ける方式が置きセル方式でも根入れ方式でも適用できるが、以下の実施形態では、置きセル方式を例にして説明する。

図１〜図３に例示するように、本発明の鋼板セルの据え付けシステム１（以下、システム１という）は、筒状の鋼板セル１０を海や河川等の水底の所定位置Ｄに据え付ける際に使用する。複数の鋼板セル１０が横並びになって、隣り合う鋼板セル１０は予め設定された所定間隔をあけて据え付けられる。

鋼板セル１０の据え付け作業には、作業船１３に搭載されたクレーン１１を用いる。この実施形態では、円筒状の鋼板セル１０の上端面に円環状の据付治具９を接続して、据付治具９を介してクレーン１１の吊りワイヤ１２によって鋼板セル１０を吊り下げる。尚、根入れ方式においては、据付治具９はベースリングと称されている。システム１では、鋼板セル１０（鋼板セル１０の筒軸心ＣＬ）の平面位置Ｐ、傾斜角度Ａおよび筒軸心ＣＬを中心にした回転角度Ｒを逐次、検知する。

このシステム１は、鋼板セル１０の平面位置Ｐを逐次検知する位置検知手段２と、鋼板セル１０の傾斜角度Ａを逐次検知する傾斜角度検知手段５と、鋼板セル１０の筒軸心ＣＬを中心にした回転角度Ｒを逐次検知する回転角度検知手段６と、演算装置７（７ａ、７ｂ）と、モニタ８とを備えている。

演算装置７には、位置検知手段２、傾斜角度検知手段５および回転角度検知手段６による検知データが逐次入力される。傾斜角度検知手段５としては、種々の傾斜センサを用いることができる。演算装置７としては、各種のコンピュータ等を用いることができる。モニタ８には、演算装置７により算出された結果が逐次表示される。表示内容としては、鋼板セル１０の平面視の形状（移動軌跡）、鋼板セル１０の側面視の形状（移動軌跡）、平面位置Ｐや所定位置Ｄを示す図形（点）や数値、傾斜角度Ａおよび回転角度Ｒの数値等を例示できる。モニタ８は、クレーン１１の操作を行うオペレータ室に設置される。

位置検知手段２としては、光波距離計３と非プリズムレーザ距離計４の２種類を備えている。この実施形態では、光波距離計３による検知データが逐次入力される演算装置７ａと、非プリズムレーザ距離計４による検知データが逐次入力される演算装置７ｂとが別々になっているが、共通の１つの演算装置７にすることもできる。光波距離計３は、陸上１４に設置される２つの計測器３ａと、鋼板セル１０側に設置される複数の反射器３ｂとを有している。反射器３ｂとしては、光波用プリズムが用いられる。反射器３ｂは、例えば据付治具９に周方向に間隔をあけて設置される。

それぞれの計測器３ａは別々の反射器３ｂに光を照射し、その反射器３ｂで反射された光を逐次、検知する。これにより、光波距離計３は計測器３ａと反射器３ｂとの距離を計測し、また、その反射器３ｂの方向角を計測する。これに基づいて鋼板セル１０の平面位置Ｐが検知される。また、光波距離計３は、後述するように回転角度検知手段６として機能する。

それぞれの計測器３ａは、その向きが、光を照射する反射器３ｂの動き(即ち、鋼板セル１０の動き)に合わせて、その反射器３ｂの方向に向くように制御されていて、いわゆる自動追尾型トータルステーションになっている。計測器３ａが、反射器３ｂで反射された反射光を逐次、検知する検知周期は、例えば、０．３Ｈｚ〜０．５Ｈｚ程度である。この検知周期をさらに短くすることは現状では困難である。

そこで、本発明のシステム１は、複数の非プリズムレーザ距離計４を備えている。それぞれの非プリズムレーザ距離計４は陸上１４に設置されて、鋼板セル１０の外周面の任意の位置にレーザ光を照射し、鋼板セル１０で反射したレーザ光を逐次、検知する。これにより、非プリズムレーザ距離計４は、非プリズムレーザ距離計４と鋼板セル１０との距離を計測するとともに、鋼板セル１０のレーザ光を反射した位置の方向角を計測し、これに基づいて鋼板セル１０の平面位置Ｐが検知される。平面位置Ｐを検知(算出)する方法は、従来の自動追尾型トータルステーションと同様である。

非プリズムレーザ距離計４によるレーザ光の検知周期は、光波距離計３による反射光の検知周期よりも短くすることができる。例えば、非プリズムレーザ距離計４によるレーザ光の検知周期は２Ｈｚ以上にすることができ、１００Ｈｚまで短くすることが可能である。

以下、このシステム１を用いて鋼板セル１０を水底の所定位置に据え付ける際の本発明の据え付け方法の手順の一例を説明する。

鋼板セル１０は、順に移動工程、位置決め工程、設置工程を経て、水底の所定位置Ｄに据え付けられる。移動工程では、クレーン１１の吊りワイヤ１２により鋼板セル１０を吊り下げて所定領域に移動させる。この移動工程は、鋼板セル１０を目標とする所定位置Ｄを含むある所定領域に移動させる工程なので、鋼板セル１０の平面位置Ｐを高精度で把握する必要はない。そのため、位置検知手段２として、非プリズムレーザ距離計４ではなく、光波距離計３を用いることもできる。位置検知手段２により平面位置Ｐを把握する手順は後述する。

位置検知手段２により逐次検知された検知データに基づいて、演算装置７により鋼板セル１０の平面位置Ｐが逐次算出される。算出された平面位置Ｐは、図６に例示するようにモニタ８に表示される。図６では、最新の鋼板セル１０の下端における平面視の形状が実線で表示され、それ以前の直近の複数時点の鋼板セル１０の平面視の形状が二点鎖線で表示されている。また、それぞれの時点の鋼板セル１０の下端における平面位置Ｐおよびその軌跡と、所定位置Ｄも表示されている。クレーン１１のオペレータは、モニタ８を参照して、鋼板セル１０の下端における平面位置Ｐを所定位置Ｄに近づけるようにクレーン１１を操作する。

鋼板セル１０の平面位置Ｐが所定位置Ｄを含む所定領域に移動した後は、位置決め工程になる。位置決め工程では、クレーン１１により吊り下げた鋼板セル１０の平面位置Ｐ、傾斜角度Ａおよび回転角度Ｒを検知しながら作業を行う。

最初に据え付ける鋼板セル１０の位置決め工程では、図４に例示するように、２つの非プリズムレーザ距離計４を用いて平面位置Ｐを検知する。それぞれの非プリズムレーザ距離計４から、鋼板セル１０の外周面の同じ高さ位置の任意の位置Ｐａ、Ｐｂに向かってレーザ光を照射して、反射したレーザ光を逐次検知する。これにより、それぞれの非プリズムレーザ距離計４と位置Ｐａ、位置Ｐｂとの距離を計測する。ここで、平面座標が既知の参照点Ｐｒを用いて、平面位置Ｐの座標を以下のとおり算出する。

一方の非プリズムレーザ距離計４と位置Ｐａを結ぶ線分と、この非プリズムレーザ距離計４と参照点Ｐｒとを結ぶ線分との間の方向角（角度θ１）は把握することができる。それ故、一方の非プリズムレーザ距離計４と位置Ｐａとの距離と、角度θ１と、参照点Ｐｒの平面座標とに基づいて位置Ｐａの平面座標を算出できる。同様に、他方の非プリズムレーザ距離計４と位置Ｐｂを結ぶ線分と、この非プリズムレーザ距離計４と参照点Ｐｒとを結ぶ線分との間の方向角(角度θ２)は把握することができる。それ故、他方の非プリズムレーザ距離計４と位置Ｐｂとの距離と、角度θ２と、参照点Ｐｒの平面座標とに基づいて位置Ｐｂの平面座標を算出できる。

位置Ｐａと位置Ｐｂとの距離Ｌは、これらの平面座標に基づいて算出することができる。また、鋼板セル１０の筒軸心ＣＬと位置Ｐａ、Ｐｂとの距離は、鋼板セル１０の既知の半径ｒである。距離Ｌおよび半径ｒに余弦定理を適用すると、位置Ｐａと筒軸心ＣＬとを結ぶ線分と、位置ｐａと位置Ｐｂとを結ぶ線分との間の角度θ３を算出できる。角度θ３が判明すると、位置Ｐａの平面座標と半径ｒが判明しているので、非プリズムレーザ距離計４により照射したレーザ光を反射させた高さ位置における鋼板セル１０の平面位置Ｐ（平面座標）を算出することができる。

傾斜角度Ａは、傾斜角度検知手段５により逐次、検知される。図３に例示するように、鋼板セル１０が傾斜角度Ａで傾いている場合、鋼板セル１０の下端における平面位置Ｐは鋼板セル１０での高さ位置によって変化する。非プリズムレーザ距離計４により検知した位置Ｐａの高さ位置での平面位置Ｐは把握できる。また、位置Ｐａと鋼板セル１０の下端までの距離も把握できる。例えば、光波距離計３を用いた従来の自動追尾型トータルステーションによる検知データにより、鋼板セル１０の高さ位置を把握することができ、これに伴い、位置Ｐａと鋼板セル１０の下端までの距離が把握できる。それ故、位置Ｐａの高さ位置での平面位置Ｐと、位置Ｐａと鋼板セル１０の下端までの距離と、傾斜角度Ａに基づいて、鋼板セル１０の下端での平面位置Ｐを把握することができる。鋼板セル１０が傾斜している場合は、鋼板セル１０の下端での平面位置Ｐを所定位置Ｄに一致させるように位置決めする。

回転角度Ｒは、鋼板セル１０の所望部分の周方向位置を予め設定した位置にするために逐次、検知する。基準位置からの回転角度Ｒを計測することで、鋼板セル１０の所望部分が基準位置に対して周方向にどの程度ずれているのかを把握できる。

回転角度Ｒを計測するには、例えば２組の光波距離計３を使用する。それぞれの光波距離計３の計測器３ａから、鋼板セル１０側に設置された別々の反射器３ｂに向かって光を照射して、反射した光を逐次検知する。これにより、それぞれの計測器３ａと反射器３ｂとの距離を計測する。

上述した非プリズムレーザ距離計４による平面位置Ｐを算出する手順と同様に、参照点Ｐｒを利用して、それぞれの反射器３ｂの平面座標および鋼板セル１０の平面位置Ｐを算出することができる。それぞれの反射器３ｂは鋼板セル１０と一体的に動くので、算出した平面位置Ｐを中心とした反射器３ｂの平面座標の相対的な位置の変化を把握することにより、鋼板セル１０の筒軸心ＣＬを中心にした回転角度Ｒを算出することができる。

位置決め工程では、このようにしてクレーン１１により吊り下げた鋼板セル１０の平面位置Ｐ、傾斜角度Ａおよび回転角度Ｒを検知しながら、モニタ８の表示を参照してクレーン１１を操作する。これにより、鋼板セル１０の下端における平面位置Ｐを所定位置Ｄに一致させ、かつ、鋼板セル１０の所望部分を予め設定した周方向位置に位置決めする。

図５に例示するように、既に据え付けた鋼板セル１０に対して、順次、鋼板セル１０を横並びで据え付ける場合も、位置決め工程の内容は上述した内容と同様である。この場合は、隣り合う鋼板セル１０どうしを予め設定された所定間隔をあけて位置決めする必要がある。

次いで、設置工程では、吊りワイヤ１２を繰り出すことにより、鋼板セル１０を位置決めした位置で下方移動させて水底に着底させる。鋼板セル１０の下方移動量は、例えば、吊りワイヤ１２の繰り出し量に基づいて把握することができる。着底させた鋼板セル１０の内部に、中詰砂等を投入することにより、鋼板セル１０を水底の所定位置Ｄに据え付ける作業が完了する。

本発明によれば、非プリズムレーザ距離計４を用いることにより、クレーン１１により吊り下げている鋼板セル１０の下端における平面位置Ｐを、従来に比して短い検知周期で検知できる。それ故、非プリズムレーザ距離計４による検知データに基づいて算出された下端における平面位置Ｐを、タイムラグを最小にしてモニタ８に表示できる。これに伴い、リアルタイムで一段と精度よく平面位置Ｐを把握するには有利になっている。クレーン１１のオペレータは、モニタ８の表示を参照することで、より正確かつ容易に、下端における平面位置Ｐを所定位置Ｄに位置決めできる。

算出した平面位置Ｐが許容範囲（閾値）を超えそうな場合には、オペレータは位置ずれを是正するようにクレーン１１を操作する。これにより、鋼板セル１０の動揺の変化が頻繁な現場であっても、鋼管セル１０を水底の所定位置Ｄに精度よく据え付けるには有利になる。

鋼板セル１０の平面位置Ｐを高精度で把握するには、非プリズムレーザ距離計４による平面位置Ｐの検知周期を２Ｈｚ以上にするとよい。好ましい検知周期の範囲は例えば、２Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下である。

位置決め工程だけでなく移動工程においても非プリズムレーザ距離計４を用いて鋼板セル１０の平面位置Ｐを計測することができる。しかし、移動工程では、位置決め工程のような高精度で平面位置Ｐを把握する必要がないので、光距離計３により平面位置Ｐを逐次検知してもよい。

非プリズムレーザ距離計４により検知した平面位置Ｐのうち、直近の複数時点の平面位置Ｐを重複させてモニタ８に図示表示し、この図示表示の色を現時点に近い程、濃くするとよい。これにより、クレーン１１のオペレータは、モニタ８の表示を見れば、平面位置Ｐの移動軌跡を即座に把握することができる。これに伴い、モニタ８に同時に表示されている所定位置Ｄに平面位置Ｐを一致させる位置決め作業がさらに容易になる。

鋼板セル１０の下端における平面位置Ｐが所定位置Ｄと見なせる許容範囲になった場合に、その平面位置Ｐが許容範囲内にあることを知らせる警告を発する構成にすることもできる。この警告として、例えば、モニタ８に、その平面位置Ｐが許容範囲内にあることを知らせる文字を表示したり、モニタ８に特定の色を表示させる。或いは、警報を発したり、警告灯を点灯させることにより、警告を発する構成にすることもできる。この警告の有無に基づいてクレーン１１のオペレータはクレーン操作をすればよいので、位置決め作業が容易になる。

１ システム
２ 位置検知手段
３ 光波距離計
３ａ 計測器
３ｂ 反射器
４ 非プリズムレーザ距離計
５ 傾斜角度検知手段
６ 回転角度検知手段
７、７ａ、７ｂ 演算装置
８ モニタ
９ 据付治具
１０ 鋼板セル
１０ａ、１０ｂ 接続部
１１ クレーン
１２ 吊りワイヤ
１３ 作業船
１４ 陸上

Claims (6)

1. クレーンにより吊り下げた筒状の鋼板セルの平面位置、傾斜角度および筒軸心を中心した回転角度を検知しながら水底の所定位置に据え付ける鋼板セルの据え付け方法において、
   前記鋼板セルの位置決め工程では、前記平面位置を複数の非プリズムレーザ距離計により逐次検知することを特徴とする鋼板セルの据え付け方法。
2. 前記非プリズムレーザ距離計による前記平面位置の検知周期を２Ｈｚ以上にする請求項１に記載の鋼板セルの据え付け方法。
3. 前記位置決め工程の前に行う前記鋼板セルの移動工程では、光距離計により前記平面位置を逐次検知する請求項１または２に記載の鋼板セルの据え付け方法。
4. 前記非プリズムレーザ距離計により検知した前記平面位置のうち、直近の複数時点の平面位置を重複させて、前記所定位置とともにモニタに図示表示し、この図示表示の色を現時点に近い程、濃くする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼板セルの据え付け方法。
5. 前記平面位置が前記所定位置と見なせる許容範囲になった場合に、前記平面位置が前記許容範囲内にあることを知らせる警告を発する請求項１〜４のいずれかに記載の鋼板セルの据え付け方法。
6. クレーンにより吊り下げた筒状の鋼板セルの平面位置を逐次検知する位置検知手段と、前記鋼板セルの傾斜角度を逐次検知する傾斜角度検知手段と、前記鋼板セルの筒軸心を中心にした回転角度を逐次検知する回転角度検知手段と、前記位置検知手段、前記傾斜角度検知手段および前記回転角度検知手段による検知データが逐次入力される演算装置と、この演算装置により算出された結果が表示されるモニタとを備えた鋼板セルの据え付けシステムにおいて、
   前記鋼板セルの位置決め工程で用いる前記位置検知手段として、複数の非プリズムレーザ距離計を有することを特徴とする鋼板セルの据え付けシステム。

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