JP3118173B2 - 測地システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＧＰＳ受信機を
搭載した土木機械によって測地するシステムに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニ
ング・システム）アンテナを、工事着手前，工事途中，
工事完了後に、地上面の所定ポイントにセットして、こ
の地上面の各ポイント毎の３次元座標位置データを抽出
して測地し、この測地データに基づいて、工事前，後，
途中の地形を測量するようにしていた。このシステムで
は、測地担当者が、ポール先端にＧＰＳアンテナを取付
けたものを把持し、地上面の所定ポイントに上記ポール
を立て、この建てた時の上記ＧＰＳアンテナの３次元座
標位置を抽出する。この場合、固定局側には固定局ＧＰ
Ｓアンテナが設けられており、実質的に測地担当者によ
り地上面に立てられるＧＰＳアンテナからは、上記固定
局側アンテナの位置を基準とする３次元座標位置のデー
タが出力される。このようにして、各ポイント毎に求め
た３次元位置データにポールの長さ分の所定の補正を加
えたものを測地データとしてコンピュータのモニタに表
示すれば、地上面出来形の地形を正確に知ることがで
き、しかも工事の経過を迅速に知ることができ、工事が
正確に行われているかどうかを評価できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来は測地担
当者がポールを把持，運搬して測地を行わければならな
いので、工事面積が広く、また工事地面の起伏が激しい
場合にはそれ程軽くはないポールを持って測地するのは
担当者にとって大きな負担となっていた。しかも、火山
現場の近く，海底，極寒地にあっては、このような所に
人員が出向くのは法規制で不可能、ないしは無理が伴
い、測地を行ない難かった。

【０００４】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたもので、測地担当者が、ＧＰＳアンテナを有するポ
ールを持ち運ぶ必要がなく、しかも工事面積が広く、そ
の起伏が激しい場所であっても、さらには火山現場等人
の接近することが困難な場所であっても、無理なく測地
ができるようにする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】 この請求項１に係る発
明の測地システムは、地上面に対する位置データを出力
するＧＰＳアンテナ１３等の検知手段を、土木機械１１
の土砂処理部に取付け、上記検知手段から送られてくる
位置データを取り込む監視局１２側には、当該取り込ん
だデータを表示手段（モニタ２４）に出力させるか否か
を選択できるスイッチ（クリックスイッチ１２ｋ）を設
け、上記土砂処理部の所定部位が所望の測地ポイントに
接地したときに上記スイッチをオンすることによりその
ときの上記検知手段からの位置データを上記表示手段に
出力させ、この出力データに対し、土砂処理部への上記
検出手段の実際の取付け位置に対応する補正を加えて測
地データとして得るようにしたものである。

【０００６】この請求項２に係る発明の測地システム
は、土木機械１１の土砂処理部であるバックホウのバケ
ット甲面部Ｂａを地面に接地させるようにし、この接地
状態のバケットＢに対し、垂直なポールを設け、このポ
ールの先端に地上面に対する位置データを出力するＧＰ
Ｓアンテナ１３等の検知手段を取付けたものである。

【０００７】この請求項３に係る発明の測地システム
は、ポールの基端に、下方に突出する支持棒を介してウ
エイトを設け、ポールの基端は、ポールを左右，前後方
向に回動自在に支承する自在保持装置に取付けたもので
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１，図２，図３は本発明による測地シ
ステムの一実施形態を示す図、図４はコンピュータの構
成図、図５，図６，図７は動作説明図、図８はアンテナ
の取付状態を示す図であり、各図において、符号１１は
バックホウから成るラジコン遠隔操縦型の土木機械であ
り、１２は監視局である。該土木機械１１は例えばバッ
クホウから成る移動局を構成するもので、これにはＧＰ
Ｓアンテナ１３及びＧＰＳ用の受信機１４（図３参照）
を搭載してあり、この受信機１４にて約２２０００ｋｍ
上空の米国の人工衛星（現在２４個の衛星が使用可能）
の電波を受信し、コード情報をコンピュータ１５にて解
析することにより、上記ＧＰＳアンテナ１３の位置（実
際には後述する処理によってバケットＢの甲面部Ｂａ）
を３次元座標のデータとしてリアルタイムに検出する。

【０００９】本実施の形態１では図３に示すように土木
機械１１に搭載した受信機１４とは別個に、図３に示す
ように地上に設けた固定局４０に、ＧＰＳアンテナ１６
及びＧＰＳ用の受信機１７を設置してある。該受信機１
７にて受信した人工衛星の電波信号は、無線送信機１８
によりアンテナ１８ａから、土木機械１１のアンテナ１
９ａを介して土木機械１１へ送られ、土木機械１１に搭
載した無線受信機１９によって受信される。そして、Ｇ
ＰＳの受信機１４，１７にて受信したコード情報に基づ
き、コンピュータ１５によって該土木機械１１に搭載し
たＧＰＳアンテナ１３の正確な３次元座標位置を検出す
る。

【００１０】また、土木機械１１には磁気方位センサま
たはジャイロコンパス（図示せず）を搭載し、この磁気
方位センサの回転角に基づいて土木機械１１の車体の方
位角（進行方向）を検出する。上記ＧＰＳアンテナ１３
の位置データは、アンテナ２１ａから監視局１２のアン
テナ２２ａを介して無線受信機（送受信機）２２にて、
上記土木機械１１から送られたデータを受信し、このデ
ータを図４に示す制御部であるコンピュータ２３にて処
理する。該コンピュータ２３のメモリにはあらかじめ工
事予定計画図のデータが記録されており、このデータに
基づき監視局１２内のモニタ２４には、図４のコンピュ
ータ２３の工事予定計画管理手段２３ａの出力に基づ
き、図５に示すような工事予定計画図２４ａが表示され
る。また、ＧＰＳアンテナ１３の３次元座標位置のデー
タはコンピュータ２３内のＧＰＳアンテナ位置検出手段
２３ｂで検出され、このＧＰＳアンテナ位置検出手段２
３ｂの信号を処理するバケット甲部位置検出手段２３ｃ
により、バケットＢの甲面部Ｂａの位置を示す位置表示
部１３ａが表示される。監視局１２中には、図４に示す
クリックスイッチ１２ｋが設けられ、このクリックスイ
ッチ１２ｋを、上記甲面部Ｂａが地上面の所定ポイント
Ｐ１に接地したときにオンすることにより、測地データ
管理手段２３ｄの出力に基づき、図５に示すように、接
地位置のポイントＰ１を（図中、△印）表示し、しか
も、甲面部Ｂａの接地位置の３次元座標位置データ（ｘ
１，ｙ１，ｚ１）をピックアップして表示Ｆとしてポイ
ントＰ１の近傍に画面表示できる。他のポイントＰ２，
Ｐ３に接地した場合も同様に、そのポイントＰ２，Ｐ３
とともに、その近傍に座標位置データがピックアップし
て表示される。これら、ポイントＰ１〜Ｐ３に対する座
標位置データＦは図７に示すようにテーブルで記憶保存
される。図５において、モニタ２４に、工事予定計画図
２４ａを表示する工事予定計画管理手段２３ａは、図示
の如く工事予定計画図２４ａのＸＹ画面を表示できる
が、例えば、２点２４ｂ，２４ｃをカーソルで指定する
ことで、この２点間を結ぶ線分の断面形状も表示できる
ようにした通常のＣＡＤシステムであってもよい。

【００１１】図２に示すように土木機械１１にはバケッ
トＢ近傍全体を撮像する監視カメラ１１ｆが装着されて
おり、この監視カメラ１１ｆで撮像された画面は監視局
１２側に備えられた監視モニタ１２ｐに送られて表示さ
れる。監視局１２としては、図１に示すように本実施の
形態１では複数の作業員，制御機器を収容し得るように
大型車両が用いられ、この車両を監視局１２として用
い、その中の図外のラジコン制御部に基づいて工事現場
内の土木機械１１を操作できる。図１に示す場合、作業
現場としては、例えば火山現場近くを想定できる。この
ような現場に近接して走行道路Ｊを設け、走行道路Ｊを
監視局１２が走行し得るもので、万が一の火山活動発生
時には走行道路Ｊ上を走行して安全地域まで容易に退避
できる。

【００１２】図８（ａ），（ｂ）はバケットＢへのＧＰ
Ｓアンテナ１３の取付け状態を示す図であり、同図にお
いて、アーム６０，ロッド６１で支承されるバケットＢ
は、その甲面部Ｂａが地上面に接地した状態において、
垂直なポール６２がブラケット６３を介して側面６４に
固定され、ポール６２の先端に検知手段としてのＧＰＳ
アンテナ１３が取付けられる。

【００１３】この場合、コンピュータ２３内のバケット
甲部位置検出手段２３ｃは、あらかじめ測定して求めら
れている甲面部Ｂａに対するアンテナ１３の実際の取付
け位置の座標位置データ分だけ、ＧＰＳアンテナ位置検
出手段２３ｂで求められたＧＰＳアンテナ１３の３次元
座標位置データから相殺したデータを、甲面部Ｂａの位
置データとして出力し、この位置データで位置表示部１
３ａが表示される。すなわち、通常はＧＰＳアンテナ１
３の３次元位置座標データが出力され、甲面部Ｂａの位
置データは出力されないのであるが、ＧＰＳアンテナ１
３の座標位置データに対してＧＰＳアンテナ１３の取付
け位置の座標に基づく修正を加えて、甲面部Ｂａの３次
元座標位置データを割り出し出力し、これによりモニタ
２４には甲面部Ｂａに対応するポイント１３ａが表示さ
れる。また、監視モニタ１２ｐでバケットＢ近傍の状況
を見ながら、土木機械１１をラジコンで運転し、バケッ
トＢを前後，左右，回転方向に振りながら調整した後、
バケットＢを下降させて、その甲面部Ｂａが図５，図６
に示すように地上面の所定の測地ポイントＰ１に接地し
たときに、クリックスイッチ１２ｋをオンすることによ
り、この測地ポイントＰ１に相当する３次元位置座標デ
ータＦをポイントＰ１とともに表示することができる。

【００１４】この場合、工事予定計画図２４ａにおける
測地ポイントＰ１近傍の計画ポイントＰａをカーソルで
クリックして３次元位置座標データＦｍを表示すること
により、これ等表示された３次元位置座標データＦ，３
次元位置座標データＦｍに基づき実際の工事出来形の計
画図に対するずれ量を判断でき、工事の監理が可能とな
る。

【００１５】工事の経過に伴い、測地ポイントＰ２，Ｐ
３で同様の測定を行えば、工事経過を把握できるので、
工事の進捗を知ることができる。しかも、本実施の形態
１では、測地が完了した測地ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３
を画面にポイントを表示するようにしているので、測地
が重複して行われないようにすることができる。

【００１６】以上の構成において、動作は次のとおりで
ある。すなわち、図５に示すようにモニタ２４に工事予
定計画図２４ａが表示されている状態において、モニタ
２４中にはバケットＢの甲面部Ｂａに対応する位置表示
部１３ａが表示されている。いま、例えば測地ポイント
Ｐ１の位置の測地データを知りたいときは、測地ポイン
トＰ１の近傍まで土木機械１１を運転する。この運転は
モニタ２４中の位置表示部１３ａを見ながら、あるいは
監視モニタ１２ｐに表示される、土木機械１１のバケッ
トＢ近傍（土木機械１１の前方）を見ながら行われるの
であるが、土木機械１１が遠くないときは監視局１２の
車両の中から直接土木機械１１を見ながら運転してもよ
い。次に監視モニタ１２ｐで土木機械１１のバケットＢ
近傍を見ながら、測地ポイントＰ１を探し出し（この場
合では、測地ポイントＰ１は何も目印が有るわけではな
いので、監視モニタ１２ｐで、地形を見ながら探し出さ
れる。）、ラジコン操作でバケットＢを上向きにして甲
面を下向きにし、このバケットＢを下降させ、測地ポイ
ントＰ１の接地位置で停止させ、クリックスイッチ１２
ｋをクリックして、この測地ポイントＰ１の位置におけ
る３次元座標位置データを取込んで、測地ポイントＰ１
とともに、その近傍にこのデータＦを表示する。この３
次元座標位置データＦで土砂の処理（本例では埋めた
て）が計画通りの高さ及び量分だけなされているかどう
かを知ることができる。

【００１７】なお、必要ならば、測地ポイントＰ１に対
応する工事予定計画図２４ａ中の計画ポイントＰａを図
外のカーソルで指定してクリックして、３次元位置座標
データＦｍを表示することにより、測地ポイントＰ１の
出来形が、計画に対し、どの程度ずれているかを比較の
上知ることができる。このような操作を、一定期間の工
事の経過毎に、例えば、Ｐ２，Ｐ３でも行えば、工事の
進捗状況を判断できる。しかも、本実施の形態１では測
地データ管理手段２３ｄに基づいてモニタ２４中に測地
完了の測地ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３を表示するように
しているので、測地が重複して行われるのを防止でき
る。

【００１８】なお、測地ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３のそ
れぞれの近傍に、甲面部Ｂａの接地位置の３次元座標位
置を表示するとして説明したが、これを表示することに
より画面の表示内容が繁雑になるときは、図７に示すテ
ーブルを工事予定計画図２４ａとは別の画面に、あるい
は工事予定計画図と同一の画面上の離れたウインドに表
示してもよい。また、工事の計画毎に、計画ポイントＰ
ａに相当する測地ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３を測地する
として説明したが、図９に示すように工事前，後，途中
において複数のポイントＰ１ａを測地して、このポイン
トＰ１ａを表示することにより、出来形（地形）Ｗを知
ることができる。このように、目的に合わせて上述の測
地を組合せて行うことにより、出来形，進捗等を正確に
知ることができる。

【００１９】この図９に示すように、複数個所の測地を
行うときは、キー操作，マウス操作の入力に基づきコン
ピュータ２３内の測地予定ポイント表示手段２３ｅを働
かせて、あらかじめ測地予定ポイントＭａ，Ｍｂ・・・
・をモニタ２４内の画面上に１個づつ表示しておけば良
い。 これによれば、画面上の測地予定ポイントＭａ，
Ｍｂ，Ｍｃ・・・・に合うように土木機械１１を誘導し
て、位置表示部１３ａを測地予定ポイントＭａ，Ｍｂ，
Ｍｃ・・・・に合致させてクリックスイッチ１２ｋをク
リックして行えば、測地予定ポイントＭａ，Ｍｂ，Ｍｃ
・・・・毎に３次元位置座標データを得ることができ
る。

【００２０】この場合、測地予定ポイント表示手段２３
ｅには分割表示手段２３ｆが設けられている。これは図
１０に示すように２個の測地予定ポイントＭａ，Ｍｅを
キー操作，マウス操作の入力に基づき表示したときに、
測地予定ポイントＭａ，Ｍｅを結ぶ直線ラインを、例え
ば４分割してこの分割地点に他の測地予定ポイントＭｂ
〜Ｍｄを表示するような機能を有するものである。これ
によれば、２点を結ぶ直線ラインを等間隔に自動的に分
割した地点に測地予定ポイントＭａ〜Ｍｅを表示できる
ので、１個づつ等間隔に測地予定ポイントＭａ〜Ｍｅを
表示する手間を省くことが可能となる。なお、上記分割
数は選択自在である。

【００２１】分割表示手段２３ｆは、以上のように直線
ラインを分割する機能の他に、キー操作等の制御に基づ
き、選択切換えされることに基づき、図１１に示すよう
に２点の測地予定ポイントＭａ，Ｍｅ間を結ぶ円弧ライ
ン上を例えば４分割して、分割点に測地予定ポイントＭ
ｂ〜Ｍｄを表示する機能も有する。これによれば、円弧
ライン上に、測地予定ポイントＭａ〜Ｍｅを自由に設定
でき、図１０に示す直線ラインの分割表示のものと組合
せることにより、種々の態様の測地予定ポイントを設定
できる。

【００２２】尚、図１２，図１３，図１４，図１５に示
すように、ポール６２から下方向にウエイト保持棒６２
ａを突出させ、ウエイト保持棒６２ａ下端よりやや上側
にウエイト６２ｂを固定して、ポール６２の基端は、２
軸水平保持装置６２ｃで保持する。２軸水平保持装置６
２ｃはポール６２を回動自在に保持する軸受け６２ｄ，
６２ｄをフレーム６２ｅで支承し、このフレーム６２ｅ
を軸受け６２ｄと直角方向に延長する軸受け６２ｈで支
承することにより、ポール６２を軸受け６２ｄ，６２ｈ
を介してｘ，ｙ両方向（前後，左右方向）に回動自在と
したものである。フレーム６２ｅはブラケット６２ｆを
介してバケットＢの側面６４に固定される。

【００２３】このような構成によれば、バケットＢがど
のような傾斜状態で地面に着地してもウエイト６２ｂの
重さでポール６２を垂直に保持できる。バケットＢの着
地時、ウエイト保持棒６２ａの先端６２ｇを地面に貫入
すれば、アンテナ高さは一定となる。ポール６２の基部
は２軸水平保持装置６２ｃで保持されることに限定され
ず、渦巻きスプリングで保持するようにしても良い。

【００２４】以上説明したように、新たに開発したこの
測地システムは、ＧＰＳ受信機を搭載した土木機械１１
の正確な位置を、遠く離れた場所においてコンピュータ
を通してリアルタイムに把握できるもので、火山現場等
での土石流除石工事に採用したとき、大きな成果を得る
ことができる。

【００２５】この通常、火山現場工事の無人化施工区域
は終日立ち入りが禁じられており、出来形地形を人力で
測量するこができない。このため、ラジコン操作による
無人の土木機械（例えばバックホウ）にＧＰＳ受信機を
搭載し、無人土木機械を移動させながらこの位置データ
を無線送信することにより移動局のコンピュータでリア
ルタイムに測定を行うことができる。

【００２６】 通常のリアルタイムキネマティック測量
では、１秒間に１回程度の測位データが連続的に出力さ
れるため、膨大な測位データとなり、データ解析に多大
な労力を要していたが、本システムでは双方向通信によ
る対話型となっており、クリックスイッチ１２ｋを操作
することによって、必要とする場所のデータのみを測定
することができるため、出来形測量に必要なのり肩やの
り尻などの地形の変化点を選択して測量することができ
る。

【００２７】また、その際データ通信に無指向性の特定
小電力無線を使用し、ＧＰＳアンテナを土木機械（バッ
クホウ）のバケットに設置すれば、ブームの旋回・伸縮
機能を利用してバケットを自由に動かし地形の変化点を
精度よく捉えることができる。

【００２８】本システムにより、着工前の現況地形測
量、施工中の出来形地形測量を実施し、得られた出来形
情報は、土工量管理システムに取り込まれ、出来高数量
の算出、出来形地形の断面図、等高線図等を出力し、掘
削計画や出来高管理に大きな成果をあげることができ
る。なお、本発明はバックホウに限らずショベルロー
ダ，ホイールエキスカベータにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の測地システムの一実施の形態を示
す図である。

【図２】 この発明の測地システムの一実施の形態を示
す図である。

【図３】 この発明の測地システムの一実施の形態を示
す構成図である。

【図４】 この発明の測地システムの一実施の形態のコ
ンピュータを示す構成図である。

【図５】 この発明の測地システムの一実施の形態のモ
ニタ画面を示す図である。

【図６】 この発明の測地システムの一実施の形態のモ
ニタ画面を示す図である。

【図７】 この発明の測地システムの一実施の形態のモ
ニタ画面を示す図である。

【図８】 この発明の測地システムの一実施の形態のバ
ケットのＧＰＳアンテナの取付け状態を示す図である。

【図９】 この発明の測地システムの一実施の形態の測
地を示す図である。

【図１０】 この発明の測地システムの一実施の形態の
測地を示す図である。

【図１１】 この発明の測地システムの一実施の形態の
測地を示す図である。

【図１２】 この発明の測地システムにおいてバケット
に対するポールの取付け例を説明する説明図である。

【図１３】 この発明の測地システムにおいてポールの
垂直を保つ状態を説明する説明図である。

【図１４】 この発明の測地システムにおいてポールの
垂直を保つ機構の具体例を説明する説明図である。

【図１５】 この発明の測地システムにおいてポールの
垂直を保つ機構の具体例を説明する説明図である。

【符号の説明】

１１ 土木機械 １１ｆ 監視カメラ １２ 監視局 １２ｋ クリックスイッチ １２ｐ 監視モニタ １３，１６ ＧＰＳアンテナ １４，１７，１９ 受信機 １５，２３ コンピュータ １８ 無線送信機 １８ａ，１９ａ，２２ａ アンテナ ２２ 無線受信機 ２３ａ 工事予定計画管理手段 ２３ｂ ＧＰＳアンテナ位置検出手段 ２３ｃ バケット甲部位置検出手段 ２３ｄ 測地データ管理手段 ２３ｅ 測地予定ポイント表示手段 ２３ｆ 分割表示手段 ２４ モニタ ２４ａ 工事予定計画図 ４０ 固定局 ５０ 移動局 ６０ アーム ６１ ロッド ６２ ポール ６３ ブラケット ６４ 側面 Ｂ バケット Ｂａ 甲面部 Ｊ 走行道路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平４−121108（ＪＰ，Ｕ) 国際公開95／16228（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 15/00 E02F 9/20 G01S 5/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地上面に対する位置データを出力するＧ
   ＰＳアンテナ等の検知手段を、土木機械の土砂処理部に
   取付け、上記検知手段から送られてくる位置データを取
   り込む監視局側には、当該取り込んだデータを表示手段
   に出力させるか否かを選択できるスイッチを設け、 上記土砂処理部の所定部位が所望の測地ポイントに接地
   したときに上記スイッチをオンすることによりそのとき
   の上記検知手段からの位置データを上記表示手段に出力
   させ、この出力データに対し、土砂処理部への上記検出
   手段の実際の取付け位置に対応する補正を加えて測地デ
   ータとして得るようにしたことを特徴とする測地システ
   ム。
2. 【請求項２】 上記土砂処理部はバックホウのバケット
   で、このバケットの甲面部を地面に接地させるように
   し、この接地状態のバケットに対し、垂直なポールを設
   け、このポールの先端に上記検知手段を取付けたことを
   特徴とする請求項１に記載の測地システム。
3. 【請求項３】 ポールの基端に、下方に突出する支持棒
   を介してウエイトを設け、ポールの基端は、ポールを左
   右，前後方向に回動自在に支承する自在保持装置に取付
   けたことを特徴とする請求項２に記載の測地システム。