JP2543246B2 - シ―ルド工法における地中前方探査の埋設物位置決定方法 - Google Patents
シ―ルド工法における地中前方探査の埋設物位置決定方法Info
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- JP2543246B2 JP2543246B2 JP26010490A JP26010490A JP2543246B2 JP 2543246 B2 JP2543246 B2 JP 2543246B2 JP 26010490 A JP26010490 A JP 26010490A JP 26010490 A JP26010490 A JP 26010490A JP 2543246 B2 JP2543246 B2 JP 2543246B2
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- Japan
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- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はシールド工法によりトンネルを掘削する際
に、シールド掘進機前方の地山中埋設物の位置決定する
方法に関する。
に、シールド掘進機前方の地山中埋設物の位置決定する
方法に関する。
従来の技術 従来、地中の前方探査は、たとえば特開昭61−193090
号公報に音波反射法による埋設物検出法が開示されてい
る。
号公報に音波反射法による埋設物検出法が開示されてい
る。
発明が解決しようとする課題 しかし、上記埋設物検出法は地中埋設物の有無をチェ
ックするのみで、その位置を正確に三次元的に把握する
のはむづかしかった。これは音波反射法により配設物を
三次元的に検出するには、バラツキのない正確なデータ
が必要であり、音波反射法ではそのようなデータを得る
のがむづかしいためである。
ックするのみで、その位置を正確に三次元的に把握する
のはむづかしかった。これは音波反射法により配設物を
三次元的に検出するには、バラツキのない正確なデータ
が必要であり、音波反射法ではそのようなデータを得る
のがむづかしいためである。
本発明は上記問題点を解決して、埋設物の存在する位
置を三次元画像として高精度で得られるシールド工法に
おける前方の埋設物位置決定方法を提供することを目的
とする。
置を三次元画像として高精度で得られるシールド工法に
おける前方の埋設物位置決定方法を提供することを目的
とする。
課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明は、シールド掘進
機のカッターヘッドに設けられて前方の地中に音波を発
信する送波器および地山からの反射波を受信する受波器
を使用して前方の埋設物の位置を決定するに際し、シー
ルド掘進機前方の地山に対応して、左右方向および上下
方向にそれぞれ濃度値を記憶する複数の画素を有する二
次元画像メモリーを前後方向に複数面配置した三次元画
像メモリーを設定し、カッターヘッドの任意の回転位置
で受信した反射波データの反射波到達時間から送波器と
埋設物の距離および埋設物と受波器との距離の合計距離
を求め、三次元画像メモリーの画素のうちでこの合計距
離を満足し前記送波器および受波器を焦点とする埋設物
の存在可能位置の楕円面上の各画素に、反射波データか
ら得られた濃度値を入力し、次いでカッターヘッドの回
転角度の異なる位置で、上記手順を用いて得られた濃度
値を前記三次元画像メモリーの画素に重ねて入力し、濃
度値が重なりあって濃度が高くなった位置を埋設物の存
在位置とするものである。
機のカッターヘッドに設けられて前方の地中に音波を発
信する送波器および地山からの反射波を受信する受波器
を使用して前方の埋設物の位置を決定するに際し、シー
ルド掘進機前方の地山に対応して、左右方向および上下
方向にそれぞれ濃度値を記憶する複数の画素を有する二
次元画像メモリーを前後方向に複数面配置した三次元画
像メモリーを設定し、カッターヘッドの任意の回転位置
で受信した反射波データの反射波到達時間から送波器と
埋設物の距離および埋設物と受波器との距離の合計距離
を求め、三次元画像メモリーの画素のうちでこの合計距
離を満足し前記送波器および受波器を焦点とする埋設物
の存在可能位置の楕円面上の各画素に、反射波データか
ら得られた濃度値を入力し、次いでカッターヘッドの回
転角度の異なる位置で、上記手順を用いて得られた濃度
値を前記三次元画像メモリーの画素に重ねて入力し、濃
度値が重なりあって濃度が高くなった位置を埋設物の存
在位置とするものである。
作用 上記方法によれば、まずカッターヘッドが適宜回転位
置にある時の受波器一点から得られた反射波データによ
り、三次元画像メモリーのうち発信器から埋設物，埋設
物から受信器との合計距離に等しい三次元画像メモリー
の画素に、濃度値をそれぞれ入力し、次いでカッターヘ
ッドの回転角の異なる点についてもそこから得られた反
射波データの濃度値を前記三次元画像メモリーの画素に
重ねて入力することにより、濃度値が重なり合って濃度
の高くなった位置を埋設物の存在位置とするので、音波
反射法であっても埋設物の位置を三次元的に高精度で決
定することができる。
置にある時の受波器一点から得られた反射波データによ
り、三次元画像メモリーのうち発信器から埋設物，埋設
物から受信器との合計距離に等しい三次元画像メモリー
の画素に、濃度値をそれぞれ入力し、次いでカッターヘ
ッドの回転角の異なる点についてもそこから得られた反
射波データの濃度値を前記三次元画像メモリーの画素に
重ねて入力することにより、濃度値が重なり合って濃度
の高くなった位置を埋設物の存在位置とするので、音波
反射法であっても埋設物の位置を三次元的に高精度で決
定することができる。
実施例 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図に示すように、シールド掘進機11のカッターヘ
ッド12には、半径方向に所定間隔あけて発信器13および
受信器14がそれぞれ取り付けられ、カッターヘッド12が
回転した複数位置で、発信器13から前方地山中に音波を
発信し、埋設物15に反射した反射波を受信器14で受信す
るように構成される。
ッド12には、半径方向に所定間隔あけて発信器13および
受信器14がそれぞれ取り付けられ、カッターヘッド12が
回転した複数位置で、発信器13から前方地山中に音波を
発信し、埋設物15に反射した反射波を受信器14で受信す
るように構成される。
この反射波データは、第１図に示すように、発信器13
と埋設物15の距離ａと、埋設物15と受信器14の距離ｂと
の和は、反射波の到達時間ｔ×土中の音速ｆと等しく、
また反射波の強度はたとえば０〜１で表される。
と埋設物15の距離ａと、埋設物15と受信器14の距離ｂと
の和は、反射波の到達時間ｔ×土中の音速ｆと等しく、
また反射波の強度はたとえば０〜１で表される。
以下にこの反射波データの処理を順に説明する。
反射波データの前処理〔第３図〕 前記反射波データが図示するように加工される。ｈは
濃度値、ｗは前後方向の距離（例えば埋設物15の推定長
さ）である。
濃度値、ｗは前後方向の距離（例えば埋設物15の推定長
さ）である。
濃淡画像メモリーの設定〔第４図（ａ），（ｂ）〕 シールド掘進機11前方の地山に対応し、左右方向およ
び上下方向にそれぞれ濃度値を記憶する複数の画素を有
する二次元画像メモリー16を前後方向に複数面配置した
三次元画像メモリー17として設定する。すなわち、三次
元画像メモリー17を左右方向の複数画素×上下方向の複
数画素×前後方向の複数面で三次元空間を構成し、シー
ルド掘進機11のカッターヘッド12から所定距離Ｄ離れた
前方の地山空間（左右方向の範囲Ａ×上下方向の範囲Ｂ
×前後方向の範囲Ｃ）を三次元画像メモリー17に割り当
てる。
び上下方向にそれぞれ濃度値を記憶する複数の画素を有
する二次元画像メモリー16を前後方向に複数面配置した
三次元画像メモリー17として設定する。すなわち、三次
元画像メモリー17を左右方向の複数画素×上下方向の複
数画素×前後方向の複数面で三次元空間を構成し、シー
ルド掘進機11のカッターヘッド12から所定距離Ｄ離れた
前方の地山空間（左右方向の範囲Ａ×上下方向の範囲Ｂ
×前後方向の範囲Ｃ）を三次元画像メモリー17に割り当
てる。
濃度の分布〔第５図（ａ），（ｂ）〕，〔第６図〕 発信器13と濃度値を分布する位置18との距離a1,受信
器14と濃度値を分布する位置18との距離b1とを演算す
る。第５図（ａ），（ｂ）においてX,Y,Zを濃度値を分
布する位置18の座標とすると、 つぎに、第６図に示すように、a1＋b1は発信器13から
埋設物15に反射して受信機14に至る音波の通過合計距離
を示し、各二次元画像メモリー16に合計距離a1＋b1を満
足する所要の二次元画像メモリー16の各画素に濃度値h1
を入力する。〔実際には、全ての二次元画像メモリー16
の各画素は、測定位置の発信器13とその画素との距離と
その画素から受信器14までの距離との合計値がそれぞれ
対応付けられており、この合計値と距離a1＋b1とが一致
する各画素にのみ濃度値h1が入力される。この距離a1＋
b1満足する埋設物存在可能位置は、発信器13と受信器14
を焦点とする楕円面上に位置し、三次元画像メモリー17
においてはこの楕円面上の各画素に濃度値がそれぞれの
入力される。たとえば第７図（ａ）に示すように、任意
の二次元画像メモリー16の各画素のうち、a1＋b1を満足
する各画素ｎ（発信器13と受信器14とを焦点とする楕円
面上に位置する画素）に濃度値h1が入力され、a1＋b1よ
りも短いあるいは長い距離の画素ｍについては濃度値０
が入力される。〕 以上のように１カ所の計測につき、上記の処理を行
う。
器14と濃度値を分布する位置18との距離b1とを演算す
る。第５図（ａ），（ｂ）においてX,Y,Zを濃度値を分
布する位置18の座標とすると、 つぎに、第６図に示すように、a1＋b1は発信器13から
埋設物15に反射して受信機14に至る音波の通過合計距離
を示し、各二次元画像メモリー16に合計距離a1＋b1を満
足する所要の二次元画像メモリー16の各画素に濃度値h1
を入力する。〔実際には、全ての二次元画像メモリー16
の各画素は、測定位置の発信器13とその画素との距離と
その画素から受信器14までの距離との合計値がそれぞれ
対応付けられており、この合計値と距離a1＋b1とが一致
する各画素にのみ濃度値h1が入力される。この距離a1＋
b1満足する埋設物存在可能位置は、発信器13と受信器14
を焦点とする楕円面上に位置し、三次元画像メモリー17
においてはこの楕円面上の各画素に濃度値がそれぞれの
入力される。たとえば第７図（ａ）に示すように、任意
の二次元画像メモリー16の各画素のうち、a1＋b1を満足
する各画素ｎ（発信器13と受信器14とを焦点とする楕円
面上に位置する画素）に濃度値h1が入力され、a1＋b1よ
りも短いあるいは長い距離の画素ｍについては濃度値０
が入力される。〕 以上のように１カ所の計測につき、上記の処理を行
う。
上記の計測をカッターヘッド12の１回転中に複数カ所
で行い、それぞれの加工データ三次元画像メモリー17の
画素に重ねて加える。（濃度値が加算される。）ここ
で、各画素に入力される濃度値ｈの最大値は、メモリー
の記憶容量を考慮して決定され、たとえば各計測点の最
大濃度値を全て加えた場合でも、オーバーフローしない
値に設定されている。
で行い、それぞれの加工データ三次元画像メモリー17の
画素に重ねて加える。（濃度値が加算される。）ここ
で、各画素に入力される濃度値ｈの最大値は、メモリー
の記憶容量を考慮して決定され、たとえば各計測点の最
大濃度値を全て加えた場合でも、オーバーフローしない
値に設定されている。
上記処理により、第７図に示すように、１カ所の計測
において三次元画像には発信器13および受信器14を焦点
とする回転楕円体が表れ、他の計測地点からの楕円体と
重なった部分の画素の濃度値が高くなる。これにより、
濃度値が高い画素位置に対応する地山位置に埋設物15が
存在すると判断される。
において三次元画像には発信器13および受信器14を焦点
とする回転楕円体が表れ、他の計測地点からの楕円体と
重なった部分の画素の濃度値が高くなる。これにより、
濃度値が高い画素位置に対応する地山位置に埋設物15が
存在すると判断される。
なお、カッターヘッド12に複数の受信器14あるいは複
数の発信器13と受信器14を設けることにより、カッター
ヘッド12の同一の回転角度位置でも複数地点の計測が可
能となる。
数の発信器13と受信器14を設けることにより、カッター
ヘッド12の同一の回転角度位置でも複数地点の計測が可
能となる。
次に上記の具体例を第８図〜第13図により説明する。
第８図は埋設物検出装置の構成を示す。発信器13およ
び受信器14は前方探査装置19に接続され、前方探査装置
19からの信号は本発明に係る位置決定装置20により信号
処理され、画像表示装置21により表示される。
び受信器14は前方探査装置19に接続され、前方探査装置
19からの信号は本発明に係る位置決定装置20により信号
処理され、画像表示装置21により表示される。
その画像表示例を第９図〜第11図により説明する。第
９図は前後方向の任意距離Ｅにおける横断画像で、進行
方向任意距離Ｅにおける断面とカッターヘッド12からの
距離が表示されて、埋設物15の方向が推定される。第10
図は左右方向任意距離Ｆにおける縦断面画像で、幅方向
任意距離Ｆにおける断面とシールド掘進機11中心からの
距離が表示されて、埋設物15までの距離が推定される。
第11図は２値化画像で、上記で求めた濃淡画像を任意の
濃度閾値で２値化する。閾値は連続的に変更可能とし、
埋設物15の存在する可能性の高い所のみを表示する。ま
た濃度域毎に色分けして表示すれば、埋設物15の存在す
る可能性を色によって判断できる。
９図は前後方向の任意距離Ｅにおける横断画像で、進行
方向任意距離Ｅにおける断面とカッターヘッド12からの
距離が表示されて、埋設物15の方向が推定される。第10
図は左右方向任意距離Ｆにおける縦断面画像で、幅方向
任意距離Ｆにおける断面とシールド掘進機11中心からの
距離が表示されて、埋設物15までの距離が推定される。
第11図は２値化画像で、上記で求めた濃淡画像を任意の
濃度閾値で２値化する。閾値は連続的に変更可能とし、
埋設物15の存在する可能性の高い所のみを表示する。ま
た濃度域毎に色分けして表示すれば、埋設物15の存在す
る可能性を色によって判断できる。
距離計算の具体例を第12図，第13図により説明する。
ここで、左右方向Ａの画素数を128、上下方向Ｂの画
素数を108の二次元画像メモリー16を前後方向に20面配
置して構成する。シールド掘進機12の中心Ｏを原点とす
ると、発信器13の座標は（r1 sinθ,r1 cosθ,0）、受
信器14の座標は（r2 sinθ,r2 cosθ,0） 第０面，第０画素の座標は 座標ｘ＝−〔A/2−A/（128×２）〕 座標ｙ＝B/2−B/（108×２） 座標ｚ＝Ｄ＋C/（20×２） １画素幅（ｘ方向）:A/128 １画素幅（ｙ方向）:B/108 １画素幅（ｚ方向）:C/ 20 第ｌ画面,x方向ｍ画素目,y方向ｎ画素目の座標は 座標ｘ＝−〔A/2−A/（128×２）−ｍ×A/128〕 座標ｙ＝B/2−B/（108×２）−ｎ×B/108 座標ｚ＝Ｄ＋C/（20×２）＋ｌ×C/20 ｍ＝０〜127 ｎ＝０〜107 ｌ＝０〜19 原点Ｏから発信器13までの距離:r1 原点Ｏから発信器14までの距離:r2 カッターヘッド12の回転角：θとすると、 発信器13から高濃度値分布位置18までの距離： 受信器14から高濃度値分布位置18までの距離： この合計距離a2＋b2を満足する埋設物存在可能位置の
三次元画像メモリー17の画素に濃度値h2を入力する。
素数を108の二次元画像メモリー16を前後方向に20面配
置して構成する。シールド掘進機12の中心Ｏを原点とす
ると、発信器13の座標は（r1 sinθ,r1 cosθ,0）、受
信器14の座標は（r2 sinθ,r2 cosθ,0） 第０面，第０画素の座標は 座標ｘ＝−〔A/2−A/（128×２）〕 座標ｙ＝B/2−B/（108×２） 座標ｚ＝Ｄ＋C/（20×２） １画素幅（ｘ方向）:A/128 １画素幅（ｙ方向）:B/108 １画素幅（ｚ方向）:C/ 20 第ｌ画面,x方向ｍ画素目,y方向ｎ画素目の座標は 座標ｘ＝−〔A/2−A/（128×２）−ｍ×A/128〕 座標ｙ＝B/2−B/（108×２）−ｎ×B/108 座標ｚ＝Ｄ＋C/（20×２）＋ｌ×C/20 ｍ＝０〜127 ｎ＝０〜107 ｌ＝０〜19 原点Ｏから発信器13までの距離:r1 原点Ｏから発信器14までの距離:r2 カッターヘッド12の回転角：θとすると、 発信器13から高濃度値分布位置18までの距離： 受信器14から高濃度値分布位置18までの距離： この合計距離a2＋b2を満足する埋設物存在可能位置の
三次元画像メモリー17の画素に濃度値h2を入力する。
発明の効果 以上に述べたごとく本発明によれば、まずカッターヘ
ッドが適宜回転位置にある時の受波器一点から得られた
反射波データにより、三次元画像メモリーのうち発信器
から埋設物，埋設物から受信器との合計距離に等しい三
次元画像メモリーの画素に、濃度値をそれぞれ入力し、
次いでカッターヘッドの回転角の異なる点についてもそ
こから得られた反射波データの濃度値を前記三次元画像
メモリーの画素に重ねて入力し、濃度値が重なり合って
濃度の高くなった位置を埋設物の存在位置とするので、
音波反射法であっても埋設物の位置を高精度で三次元的
に検出することができる。
ッドが適宜回転位置にある時の受波器一点から得られた
反射波データにより、三次元画像メモリーのうち発信器
から埋設物，埋設物から受信器との合計距離に等しい三
次元画像メモリーの画素に、濃度値をそれぞれ入力し、
次いでカッターヘッドの回転角の異なる点についてもそ
こから得られた反射波データの濃度値を前記三次元画像
メモリーの画素に重ねて入力し、濃度値が重なり合って
濃度の高くなった位置を埋設物の存在位置とするので、
音波反射法であっても埋設物の位置を高精度で三次元的
に検出することができる。
【図面の簡単な説明】 図面は本発明の一実施例を示し、第１図〜第３図は反射
波データの前処理を示す説明図、第４図（ａ）（ｂ）は
それぞれ三次元画像メモリーの説明図、第５図（ａ）
（ｂ），第６図は距離計算および濃度割当てを示す説明
図、第７図（ａ），（ｂ）はそれぞれ濃度分布の説明
図、第８図は埋設物検出装置の概略構成図、第９図
（ａ）（ｂ）〜第11図（ａ）（ｂ）はそれぞれ画像表示
例を示す説明図、第12図，第13図はそれぞれ座標計算の
説明図である。 11……シールド掘進機、12……カッターヘッド、13……
発信器、14……受信器、15……埋設物、16……二次元画
像メモリー、17……三次元画像メモリー、18……高濃度
分布位置、19……前方探査装置、20……位置決定装置、
21……画像表示装置。
波データの前処理を示す説明図、第４図（ａ）（ｂ）は
それぞれ三次元画像メモリーの説明図、第５図（ａ）
（ｂ），第６図は距離計算および濃度割当てを示す説明
図、第７図（ａ），（ｂ）はそれぞれ濃度分布の説明
図、第８図は埋設物検出装置の概略構成図、第９図
（ａ）（ｂ）〜第11図（ａ）（ｂ）はそれぞれ画像表示
例を示す説明図、第12図，第13図はそれぞれ座標計算の
説明図である。 11……シールド掘進機、12……カッターヘッド、13……
発信器、14……受信器、15……埋設物、16……二次元画
像メモリー、17……三次元画像メモリー、18……高濃度
分布位置、19……前方探査装置、20……位置決定装置、
21……画像表示装置。
Claims (1)
- 【請求項１】シールド掘進機のカッターヘッドに設けら
れて前方の地中に音波を発信する送波器および地山から
の反射波を受信する受波器を使用して前方の埋設物の位
置を決定するに際し、 シールド掘進機前方の地山に対応して、左右方向および
上下方向にそれぞれ濃度値を記憶する複数の画素を有す
る二次元画像メモリーを前後方向に複数面配置した三次
元画像メモリーを設定し、 カッターヘッドの任意の回転位置で受信した反射波デー
タの反射波到達時間から送波器と埋設物の距離および埋
設物と受波器との距離の合計距離を求め、三次元画像メ
モリーの画素のうちでこの合計距離を満足し前記送波器
および受波器を焦点とする埋設物の存在可能位置の楕円
面上の各画素に、反射波データから得られた濃度値を入
力し、 次いでカッターヘッドの回転角度の異なる位置で、上記
手順を用いて得られた濃度値を前記三次元画像メモリー
の画素に重ねて入力し、 濃度値が重なりあって濃度が高くなった位置を埋設物の
存在位置とする ことを特徴とするシールド工法における地中前方探査の
埋設物位置決定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26010490A JP2543246B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | シ―ルド工法における地中前方探査の埋設物位置決定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26010490A JP2543246B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | シ―ルド工法における地中前方探査の埋設物位置決定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04134292A JPH04134292A (ja) | 1992-05-08 |
| JP2543246B2 true JP2543246B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=17343347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26010490A Expired - Lifetime JP2543246B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | シ―ルド工法における地中前方探査の埋設物位置決定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2543246B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6313853B1 (en) * | 1998-04-16 | 2001-11-06 | Nortel Networks Limited | Multi-service user interface |
| JP3668690B2 (ja) * | 2001-02-16 | 2005-07-06 | 株式会社光電製作所 | 超音波測定装置 |
| JP5736327B2 (ja) * | 2012-02-24 | 2015-06-17 | 大成建設株式会社 | 隣接する地下構造物の探査装置と探査方法 |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP26010490A patent/JP2543246B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04134292A (ja) | 1992-05-08 |
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