JP3045458B2 - シールド機の自動測量方法 - Google Patents

シールド機の自動測量方法

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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明は、シールド機の自動測
量方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】昨今、シールド機の位置を自動追尾装置
付きトータルステーション(自動追尾トータルステーシ
ョン)で測量することが試みられている。すなわち、図
6に示すように、シールド機101の後部に設けた自動
追尾トータルステーション103により、シールド機1
01に設けたターゲット105までの距離と角度とを測
定し、シールド機101の位置を測定するものである。
なお、図6において、107はセグメントを示す。
【0003】また、自動追尾トータルステーションにC
CDカメラを取り付け、画像解析によりシールド機の位
置を測量することも試みられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
自動追尾トータルステーションを用いて測量する場合、
測距精度は十分であるが、測角精度は、特にシールド機
の掘進中は不十分であるという問題がある。
【0005】また、従来の自動追尾トータルステーショ
ンにCCDカメラを取り付けて、シールド機の位置を測
量するシステムは、高価格であるうえ、機能構造が複雑
であり、取り扱いにくい等の問題がある。
【0006】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、測量精度が良く、
安価で、取扱の簡単なシールド機の自動測量方法を提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】 前述した目的を達成す
るために本発明は、座標既知点に設置されており、シー
ルド機に設置されたターゲットを自動追尾してターゲッ
トまでの距離を測定する自動追尾トータルステーション
と、シールド機の内部に設置され、シールド機の方位角
を測定する方位角測定手段と、シールド機の内部に設置
され、シールド機のピッチング角を測定するピッチング
角測定手段と、を備え、移動前のターゲットの座標が既
知であり、前記自動追尾トータルステーションで移動前
と移動後のターゲット迄の距離を測定し、前記方位角測
定手段で移動前と移動後のシールド機の方位角を測定
し、前記ピッチング角測定手段で移動前と移動後のシー
ルド機のピッチング角を測定し、前記各測定値を用いて
移動後のターゲットの座標を算出することを特徴とする
シールド機の自動測量方法である。
【0008】
【作用】本発明では、シールド機に搭載されたジャイロ
コンパスから方位角を、ピッチング計からピッチング角
を得て、シールド機の後方に設置された自動追尾トータ
ルステーションから測距データを得て、パーソナルコン
ピュータ等で累積演算を行ない、シールド機の位置を求
める。
【0009】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は、本発明に係る自動測量システムの
概略構成図である。シールド機1の内部には、ジャイロ
コンパス3およびピッチング計5が設けられている。シ
ールド機1の後方には、自動追尾装置付きトータルステ
ーション(自動追尾トータルステーション)7が、セグ
メント9の内部壁面等に固定されて設けられる。シール
ド機1の後部には、自動追尾トータルステーション7か
ら視準できる位置に、反射プリズム等のターゲット11
が固定される。シールド機1に連結された後続台車12
には、パーソナルコンピュータ(パソコン)13が設置
されており、パソコン13は、ジャイロコンパス3およ
びピッチング計5とライン15により、自動追尾トータ
ルステーション7と入力ケーブル17により接続されて
いる。
【0010】ジャイロコンパス3は、シールド機1の方
位角を測定し、ピッチング計5は、シールド機1のピッ
チング角を測定する。自動追尾トータルステーション7
は、座標の既知点に設けられ、シールド機1のターゲッ
ト11を自動追尾して、ターゲット11までの距離と角
度を測定する。ジャイロコンパス3、ピッチング計5お
よび自動追尾トータルステーション7からのデータは、
パソコン13に送られて演算され、シールド機1の位置
が計算される。
【0011】図2は、シールド機1の位置等の自動測量
を示すフローチャートである。まず、自動追尾トータル
ステーション7による自動追尾を開始する(ステップ2
01)。次にパソコン13に、自動追尾トータルステー
ション7によって求められた測距、測角データを入力す
る(ステップ202)。次に、ジャイロコンパス3によ
って測定されたシールド機1の方位角およびピッチング
計5によって測定されたシールド機1の進行方向のピッ
チング角のデータをパソコン13に入力する(ステップ
203)。
【0012】次に、ターゲット11が定点として認識で
きるか否かを判定する(ステップ204)。ステップ2
04でターゲット11が定点として認識できる場合、す
なわち、シールド機1が停止している場合には、パソコ
ン13は自動追尾トータルステーション7によって求め
られた測距、測角データを用いて、ターゲット11の座
標を計算する(ステップ205)。
【0013】シールド機1の掘進中等の場合には、ステ
ップ204で、ターゲット11は定点とは認識されな
い。シールド機1の掘進開始から停止までは、ジャイロ
コンパス3によって測定されたシールド機1の方位角お
よびピッチング計5によって測定されたシールド機1の
ピッチング角のデータと、自動追尾トータルステーショ
ン7によって求められた測距データとを用いて、パソコ
ン13で、ターゲット11の座標を、累積演算によって
求める(ステップ206)。
【0014】次にステップ205またはステップ206
によって求められたターゲット11の座標を出力する
(ステップ207)。
【0015】次に、シールド機1による掘進が終了した
か否かを判定し(ステップ208)、掘進が終了してい
ない場合、ステップ202に戻って、シールド機1の位
置および向きの測定を継続する。なお、シールド機1が
図1(a)の状態から図1(b)の位置まで掘進し、入
力ケーブル17の余裕がなくなるか、あるいは、シール
ド機1が曲線部に入り、自動追尾トータルステーション
7からターゲット11が視準できなくなった場合等に
は、自動追尾トータルステーション7を盛り変える。ス
テップ208で、シールド機1による掘進が終了した場
合には、すべての自動測量作業を終了する。
【0016】次に、ステップ205の累積演算について
説明する。図3は、自動追尾トータルステーション7
と、ターゲット11との関係を示す説明図、図4は、方
位角、ピッチング角、ローリング角の説明図、図5は、
累積演算の原理の説明図である。 図3で、シールド機
が、位置Aから位置Bに移動したとする。累積開始点の
ターゲット11の座標をP0(X0,Y0,Z0)、移
動後のターゲット11の座標をP1(X1,Y1,Z
1)とする。なお、X0、Y0、Z0の値は既知であ
る。自動追尾トータルステーション7から点P0までの
距離をL0、自動追尾トータルステーション7から点P
1までの距離をL1、点P0から点P1までの距離をΔ
Lとする。
【0017】方位角は、図4(a)に示すように、真北
をX軸方向とし、X軸を0(ゼロ)度とし、右回り方向
を正として、0(ゼロ)度から360度までの値で表示
される。ピッチング角は、図4(b)に示すように、水
平を0(ゼロ)度とし、上向き傾斜を正、下向き傾斜を
負とする。ローリング角は、図4(c)に示すように、
鉛直を0(ゼロ)度とし、右傾斜を正、左傾斜を負とす
る。
【0018】図5(a)に示すように、XY座標に、P
0(X0,Y0,Z0)およびP1(X1,Y1,Z
1)の位置を投影する。また、θr は算出すべき方位
角、θr0はP0点の方位角、θr1はP1点の方位角であ
る。図5(b)に示すように、ZL座標に、P0(X
0,Y0,Z0)およびP1(X1,Y1,Z1)の位
置を投影する。θp は算出すべきピッチング角、θp0
P0点のピッチング角、θP1はP1点のピッチング角で
ある。なお、Lは、シールド機1の進行方向を示す。
【0019】累積演算を行なうには、図5で、θr とΔ
LLまたはΔLとがわかればよいが、計測はできない。
したがって、以下のように近似する。
【0020】 θr =(θr0+θr1)/2 ……(1) ΔLL=L1cosθP1−L0cosθp0 (ΔL=L1−L0)…(2) θp =(θp0+θP1)/2 ……(3) P1の座標(X1,Y1,Z1)は、 X1=X0+ΔLLcosθr ……(4) Y1=Y0+ΔLLsinθr ……(5) Z1=Z0+ΔLsinθp ……(6) であるので、式(4)、(5)、(6)に、式(1)、
(2)、(3)を代入して、 X1=X0+(L1cosθp1−L0cosθp0)cos((θr0+θr1) /2) ……(7) Y1=Y0+(L1cosθp1−L0cosθp0)sin((θr0+θr1) /2) ……(8) Z1=Z0+(L1−L0)sin((θp0+θp1)/2) ……(9) となる。
【0021】このように、ジャイロコンパス3により、
方位角θr0、θr1を、ピッチング計5によりピッチング
角θp0、θP1を、自動追尾トータルステーション7によ
り距離L0、L1を測定すれば、式(7)、(8)、
(9)により、移動後のターゲット11の位置を算出で
きる。
【0022】なお、ピッチング角のローリング補正を行
なわなければならないが、シールド機1の実際の動き方
を考えると、ほとんどローリング角の影響はないためロ
ーリング補正は、行なっていない。
【0023】このように、本実施例では、掘進中のシー
ルド機1の位置を自動的、連続的に測量することができ
る。また、自動追尾トータルステーション7は、従来の
製品をそのまま用いればよく、改造等の必要は一切な
い。また、ほとんどのシールド機に搭載されているジャ
イロコンパスとピッチング計とを組み合わせているの
で、構成が簡単で、かつ安価なシールド機の自動測量シ
ステムを提供することができる。
【0024】なお、本実施例では、ローリング補正を行
なわないものとしたが、ローリング補正を合わせて行な
うことも可能である。
【0025】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、測量精度が良く、安価で、取扱の簡単なシールド
機の自動測量方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 自動測量システムの概略構成図
【図2】 シールド機1の位置等の自動測量方法を示す
フローチャート
【図3】 自動追尾トータルステーション7と、ターゲ
ット11との関係を示す説明図
【図4】 方位角、ピッチング角、ローリング角の説明
【図5】 累積演算の原理の説明図
【図6】 従来の自動追尾トータルステーション103
の説明図
【符号の説明】
1………シールド機 3………ジャイロコンパス 5………ピッチング計 7………自動追尾装置付きトータルステーション(自動
追尾トータルステーション) 9………セグメント 11………ターゲット 12………後続台車 13………パーソナルコンピュータ(パソコン) 15………ライン 17………入力ケーブル

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 座標既知点に設置されており、シールド
    機に設置されたターゲットを自動追尾してターゲットま
    での距離を測定する自動追尾トータルステーションと、 シールド機の内部に設置され、シールド機の方位角を測
    定する方位角測定手段と、 シールド機の内部に設置され、シールド機のピッチング
    角を測定するピッチング角測定手段と、 を備え、 移動前のターゲットの座標が既知であり、前記自動追尾
    トータルステーションで移動前と移動後のターゲット迄
    の距離を測定し、 前記方位角測定手段で移動前と移動後のシールド機の方
    位角を測定し、 前記ピッチング角測定手段で移動前と移動後のシールド
    機のピッチング角を測定し、 前記各測定値を用いて移動後のターゲットの座標を算出
    することを特徴とするシールド機の自動測量方法。
  2. 【請求項2】 移動前のターゲットの座標(X0,Y
    0,Z0)、移動後のターゲットの座標(X1,Y1,
    Z1)、前記自動追尾トータルステーションで測定され
    る移動前のターゲット迄の距離L0、前記自動追尾トー
    タルステーションで測定される移動後のターゲット迄の
    距離L1、前記方位角測定手段で測定される移動前のシ
    ールド機の方位角θr0、前記方位角測定手段で測定さ
    れる移動後のシールド機の方位角θr1、前記ピッチン
    グ角測定手段で測定される移動前のシールド機のピッチ
    ング角θp0、前記ピッチング角測定手段で測定される
    移動後のシールド機のピッチング角θp1、とした場
    合、 X1=X0+(L1cosθp1−L0cosθp0)
    cos((θr0+θr1)/2) Y1=Y0+(L1cosθp1−L0cosθp0)
    sin((θr0+θr1)/2) Z1=Z0+(L1−L0)sin((θp0+θp
    1)/2) により、移動後のシールド機の位置を算出することを特
    徴とする請求項1記載のシールド機の自動測量方法。
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CN103712616B (zh) * 2012-10-09 2016-08-24 同济大学 自动全站仪和陀螺仪组合导向盾构姿态自动测量方法及装置
CN113566798B (zh) * 2021-07-20 2023-03-21 上海米度测量技术有限公司 一种双护盾掘进机姿态测量系统及其测量方法

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