JP3131487B2 - 測距測角装置並びに平面線形測量方法及び平面線形測量装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測距測角装置並びに平
面線形測量方法及び平面線形測量装置に関する。例えば
小口径シ−ルドトンネルの平面線形測量、道路線形測
量、幅員測量等の工事管理測量が本発明の技術分野に含
まれる。

【０００２】

【従来の技術】例えば小口径シ−ルドトンネルなどのト
ンネル掘削工事に際しては、トンネルが設計通りに掘削
されているか否かを判断するために、トンネルの実際の
平面線形を測量し、その設計平面線形からの偏差を求め
ている。

【０００３】平面線形測量の一つの方法として、測量者
の視凖に基づく各種の測量機器、例えばトランミット若
しくはセオドライトによりトンネルの枕口から掘削側に
向かって測量する方法がある。

【０００４】また、他の方法としてレ−ザ−測量方法が
知られている。この方法では、トンネル設計平面線形の
中心線上において、トンネル枕口にレ−ザ−光源、トン
ネル掘削側にタ−ゲットがそれぞれ配置される。

【０００５】そして、レ−ザ−光源から可視レ−ザ−光
をタ−ゲットへ照射し、このタ−ゲットによりトンネル
線形中心からの偏差を判読する。タ−ゲットとしては、
非透過性板に目盛が設けられたものか、或いはレ−ザ照
射点を電気的に読み取りディジタル表示されるものが用
いられる。

【０００６】一方、道路工事における平面線形測量にも
トランミット若しくはセオドライトが使用されている。
特に近年では、一般にトータルステーションと称される
高精度なタキオメータ（測距測角儀）もしばしば使用さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、小口径
シ−ルドトンネル内は作業空間が狭いので、測量機の常
設が困難であり、作業環境も悪い。そのため、測量作業
には多大な時間と熟練を要する。

【０００８】本発明は係る問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、熟練を要することな
く、測量作業を短時間で実行可能な測距測角装置並びに
平面線形測量方法及び平面線形測量装置を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、計測光ビームを少なくとも二つのターゲ
ットに順次に入反射させることにより、上記計測光ビー
ムの出射位置と何れか一つの反射位置との間の水平直線
距離と、上記計測光ビームの出射位置と二つの反射位置
とがなす水平角度とを測定する測距測角装置であって、
計測光ビームを出射し、この計測光ビームに対する一つ
の上記ターゲットから反射した反射光ビームの検出に基
づき、上記計測光ビームの出射位置と一つの反射位置と
の間の直線距離を計測する測距手段と、この測距手段
に、その光軸と同軸に配置された同軸視準光学系と、上
記反射光ビームが検出されている期間に亘って反射光ビ
ーム検出信号を発生する検出信号発生手段と、上記測距
手段の光軸上に配置され、計測光ビームと反射光ビーム
とを互いに直角に偏角させ、且つ反射光ビームには計測
光ビームの光路を逆行させる光路変換手段と、上記測距
手段の光軸と同軸な回転中心軸線回りに、上記光路変換
手段を一定速度で回転させる回転手段と、上記直線距離
が水平直線距離となるように、少なくとも上記測距手段
と光路変換手段と回転手段とを整準させる整準手段と、
上記回転手段の回転角に比例するパルスを発生するパル
ス発生手段と、上記パルスと上記反射光検出信号とに基
づいて、上記水平角度を計測する測角手段と、計測され
た上記水平直線距離及び水平角度のデータ信号を外部へ
送信すると共に、上記測距測角装置の制御のために外部
から与えられるべき制御信号を受信する送受信手段とを
備えると共に、外部からの計測光ビームを反射させる反
射体を更に備えることにより、他の位置に配置された上
記測距測角装置に対するターゲットとしての役割を兼ね
ることを特徴とす。上記送受信手段は、上記データ信号
及び制御信号を無線で送受する無線送受信手段であって
もよく、或いは有線で送受信する有線送受信手段であっ
てもよい。本発明の平面線形測量装置は、複数の区間に
分割されるべき中心線を有してなるトンネルまたは道路
等の設計平面線形に対し、各区間の実際の水平直線距離
及び隣接する二つの区間がなす実際の水平角度を計測す
るための装置であって、上記中心線上の各区間の始点と
終点とにそれぞれ配置されたターゲットを備え、且つ、
これらターゲットは、上記中心線の始点に配置された一
つを除いては、請求項１乃至３の何れか１項に記載の複
数の測距測角装置であり、上記中心線上において二つの
上記ターゲットの間に位置する上記測距測角装置から、
上記二つのターゲットに対して対して上記計測光ビーム
を入反射させることにより、各区間の始点と終点との間
の水平直線距離と、隣接する二つの区間がなす水平角度
とを計測することを特徴とする。上記設計平面線形の中
心線は、直線、円曲線、クロソイド、三次元放物線のう
ちの少なくとも何れかを包含してもよい。

【００１０】本発明の平面線形測量方法は、トンネル、
道路などの設計平面線形に対する実際の平面線形の偏差
を測量する平面線形測量方法であって、上記中心線の始
点の座標を予め計測する行程と、請求項４または５に記
載の平面線形測量装置により、上記各区間の実際の水平
直線距離及び隣接する二つの区間がなす実際の水平角度
を計測する行程と、上記予め計測された始点の座標と上
記計測された実際の水平直線距離及び水平角度とに基づ
いて、実際の平面線形のデータとしての上記各区間の始
点と終点との座標を算出する行程と、上記実際の平面線
形のデータと予め与えられた設計平面線形のデータとに
基づいて、設計平面線形と実際の平面線形との偏差を求
める行程と、からなることを特徴とする。

【００１１】また、上記平面線形測量装置は、平面線形
測量装置に備えられた上記測距測角装置から離隔されて
配置され、各々の上記測距測角装置の送受信手段が送信
した実際の平面線形のデータに対応する上記水平直線距
離及び水平角度のデータを受信する受信手段と、上記設
計平面線形のデータ及び上記中心線の始点の座標が予め
記憶された記憶手段と、上記受信されたデータと上記記
憶されたデータとに基づいて、実際の平面線形のデータ
としての上記各区間の始点と終点との座標を算出すると
共に、上記設計平面線形に対する実際の平面線形の偏差
を算出する演算手段と、を更に備えてもよい。

【００１２】或いは、上記平面線形測量装置に備えられ
た上記測距測角装置から離隔されて配置され、各々の上
記測距測角装置の送受信手段に対し、上記測距測角装置
を制御するための制御信号を送信する送信手段を更に備
えてもよい。

【００１３】

【作用】本発明の測距測角装置によれば、測距測角装置
の整準手段による整準が調整済みであるとすると、光波
距離計の計測光ビームは水平面の法線方向へ出射された
後、光路変換手段により水平面に沿った方向へ光路変換
される。この計測光ビームは、光路変換手段の回転によ
り水平面に沿って３６０度方向へ回転照射される。ここ
で計測光ビームが一つのターゲットを通過すると、この
一つのターゲットからの反射光ビームが計測光ビームの
光路を逆行して光波距離計に検出され、この検出に基づ
いて計測光ビームの出射位置と反射位置との間の水平距
離が計測される。

【００１４】一方、計測光ビームの出射位置と二つの反
射位置とがなす水平角は、光路変換手段の回転角度とし
て計測することができる。即ち、光路変換手段の一回転
において、計測光ビームが一方のターゲットから他方の
ターゲットに達するまでの間の光路変換手段の回転角で
ある。この回転角は、測角手段により計測することがで
きる。

【００１５】本発明の平面線形測量装置によれば、平面
線形の中心線の始点にターゲットが配置され、この始点
に連続する中心線に沿ってターゲット付きの測距測角装
置が複数配置されている。従って、隣接する三台の測距
測角装置の組み合わせ、または中心線の始点のターゲッ
トとこれに隣接する二台の測距測角装置との組み合わせ
により、平面線形の中心線の各部分についての水平直線
距離及び水平角を計測できる。これら水平直線距離及び
水平角度は、実際の平面線形のデータに対応しているの
で、設計平面線形との比較に供することができる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係るプレーン型
測距測角儀１２を示す。このプレーン型測距測角儀１２
は、後述の本発明の平面線形測量装置１１０に使用され
る。

【００１７】プレーン型測距測角儀１２は、測距測角儀
本体１４と、この本体１４が取り付けられた整準機構１
６とを備えている。ここで本体１４に固定された三次元
座標系は小文字ｘｙｚで示されている。また、大文字Ｘ
ＹＺで示す三次元座標系は、プレーン型測距測角儀１２
が配置された水平面をＸＹ平面、このＸＹ平面の法線方
向をＺ方向とする座標系である。これらｘｙｚ座標系と
ＸＹＺ座標系とは、本体１４の整準調整により一致させ
ることができる。本体１４は円筒形の外筒１８を備えて
いる。この外筒１８の円周面に沿ったビーム透過窓部２
０は、防塵ガラスにより形成されている。

【００１８】図２に示すように、外筒１８の内部におい
て、減速器付モータ２２のモータ軸２４の回転は、モー
タ２２に内臓された減速器（図示しない）により減速さ
れ、出力軸２６に伝達される。この出力軸２６にはペン
タプリズム固定金具２８が取り付けられ、この固定金具
２８には、光路変換手段として例えばペンタプリズム３
０が固定されている。

【００１９】従ってペンタプリズム３０はモータ２２の
出力軸２６の駆動により回転される。このペンタプリズ
ム３０は入射光ビームと出射光ビームとを直角に光路変
更させる。即ち、ペンタプリズム３０の鉛直方向（ｚ方
向）の下方から入射した光ビームは、ペンタプリズム３
０の第１反射面３２で反射され、更に第２反射面３４で
反射され、ｚ方向に直交する方向へ出射される。

【００２０】ここで仮にペンタプリズム３０が図２の状
態で静止しているとすると、ペンタプリズム３０からの
出射光ビームは防塵ガラス２０を介してｘ方向へ出射す
る。逆にｘ方向からペンタプリズム３０へ入射した光ビ
ームは、ペンタプリズム３０の第２反射面３４で反射さ
れ、次に第１反射面３２で反射されｘ方向に直交するｚ
方向へ出射される。

【００２１】このペンタプリズム３０の下方には、ター
ゲット点までの距離Ｌを計測するための光波距離計３６
が配置されている。この光波距離計３６は、その対物レ
ンズ部３８がペンタプリズム３０に対面するように配置
され、この対物レンズ部３８は、計測光ビームＢ₁ の出
射部及びこの計測光ビームＢ₁ に対する反射光ビームＢ
₂ の入射部を兼ねる。

【００２２】対物レンズ部３８からｚ方向に出射してペ
ンタプリズム３０に入射した計測光ビームＢ₁ は、ペン
タプリズム３０の回転に伴いｘｙ平面に水平な３６０°
方向に出射され、計測点の反射面に入射する。この反射
面からの反射光ビームＢ₂ は、計測光ビームＢ₁ の光路
を逆行して対物レンズ部３８に戻る。この反射光ビーム
Ｂ₂ の検出に基いて計測点までの光路長、即ち直線距離
が位相差方式による光波距離計３６で計測される。

【００２３】尚、プレーン型測距測角儀１２から計測点
までの光路長は、光波距離計３６からｚ方向に出射され
た計測光ビームＢ₁ をｘｙ方向へ光路変換するために必
要な内部パスを含むため、実際の直線距離よりも長くな
る。しかし、内部パスの長さについては予め計測可能で
あるから、光波距離計３６に内部パスの長さをオフセッ
ト値として設定しておくことにより、実際の直線距離Ｌ
を計測可能である。また、二つの計測点がプレーン型測
距測角儀１２に対してなす水平角θを計測するための構
成は以下の通りである。

【００２４】減速器付直流モータ２２のモータ軸２４に
はエンコーダ４０（パルス発生手段）が設けられ、この
エンコーダ４０はモータ軸２４の回転角に比例したパル
スを出力することにより、ペンタプリズム３０の回転角
を検出する。

【００２５】ここでエンコーダ４０をモータ２２の出力
軸２６ではなくモータ軸２４に設けたのは、出力軸２６
が減速されている（回転数が少ない）ために、モータ軸
２４側のほうがペンタプリズム３０の回転角の分解能を
高め得るためである。このエンコーダ４０の検出信号
は、外筒１８に内臓された制御装置４２に与えられ、こ
こで計測点が原点座標に対してなす水平角θが演算され
る。

【００２６】上記のようなペンタプリズム３０、エンコ
ーダ４０、制御装置４２により、水平角θを演算する原
理について説明する。ここで、ペンタプリズム３０の回
転方向に沿った二つの計測点には、それぞれ第１と第２
のターゲットが配置され、これらターゲットの反射面の
幅中心は計測点に一致しているものとする。

【００２７】水平角θは、ペンタプリズム３０の回転角
として表すことができる。即ち、ペンタプリズム３０の
一回転において、計測光ビームが第１のターゲットの反
射面の幅中心で反射するペンタプリズム３０の回転位置
をθ_I 、計測光ビームが第２のターゲットの反射面の幅
中心で反射するペンタプリズム３０の回転位置をθ_IIと
すると、水平角θは、θ_I とθ_IIとがペンタプリズム３
０の回転方向でなす角度（θ_II−θ_I ）として表され
る。

【００２８】これらθ_I 及びθ_IIに対応するペンタプリ
ズム３０の回転のタイミングｔ_I 及びｔ_IIは、光波距離
計３６による反射光ビーム検出信号により検出できる。

【００２９】従って、求めるべき角度θ＝θ_II−θ
_I は、タイミングｔ_I 〜ｔ_II間のペンタプリズム３０の
回転角度である。この回転角度は、エンコーダ４０によ
るペンタプリズム３０の回転角に比例するパルスから算
出できる。図３は上記制御装置４２のブロック構成図を
示す。

【００３０】制御装置４２に必要な電源は、外筒１８に
内臓されたバッテリー４４から制御装置４２の電源回路
５０を介して供給される。代替的に、バッテリー４４に
代えて外部の交流電源を用いてもよい。この場合、電源
回路５０は、外筒１８の電源用コネクタ４６ａを通じ
て、外筒１８の外部に配置されたＡＣ／ＤＣアダプタ７
０にに接続される。このＡＣ／ＤＣアダプタ７０は外部
交流電源７２に接続される。そして、交流電源７２から
の交流電流は、ＡＣ／ＤＣアダプタ７０により直流電流
に変換され、制御装置４２の電源回路５０へ供給され
る。

【００３１】エンコーダ４０からのパルスは、制御装置
４２の波形整形回路５２に与えられて波形整形された
後、カウンタ回路５４でカウントされる。そのカウント
値のうち、回転角θ_I に対応するカウント値は第１のレ
ジスタ５６に記憶され、回転角θ_IIに対応するカウント
値は第２のレジスタ５８に記憶される。これら記憶され
た二つのカウント値に基づいて、ＣＰＵ（中央処理装
置）６０はθ_II−θ_I を演算し、水平角θを得る。光波
距離計３６で求められた距離ＬもＣＰＵ６０に与えられ
る。更にＣＰＵ６０は、光波距離計３６の測距動作の開
始／終了を制御すると共に、モータドライブ回路６２を
通じてモータ２２の駆動／停止を制御する。

【００３２】このＣＰＵ６０による制御は、プレーン型
測距測角儀１２から離隔した場所に配置された後述の遠
隔制御装置からの制御信号により実行される。一方、Ｃ
ＰＵ６０に得られた水平角θ及び距離Ｌは、測距測角デ
ータ信号として上記遠隔制御装置へ与えられる。

【００３３】これらＣＰＵ６０と遠隔制御装置との間の
信号の送受は、制御装置４２の送受信回路６４を通じて
無線または有線で実行される。ここで無線を用いる場合
には、送受信回路６４には、例えば外筒１８の上面に取
り付けられたアンテナ４８が接続される。また遠隔制御
装置も適宜な無線送信手段を備えているものとする。遠
隔制御装置からの無線で送信された制御信号信号は、ア
ンテナ４８で受信されて送受信回路６４を通じてＣＰＵ
６０へ与えられる。また、ＣＰＵ６０からの測距測角デ
ータ信号も送受信回路６４及びアンテナ４８により遠隔
制御装置へ送信される。一方、信号送受を有線で実行す
る場合には、外筒１８に設けられた入出力コネクタ４６
ｂと遠隔制御装置とをケーブルで接続する。

【００３４】モータ２２を制御するためのモータドライ
ブ回路６２には、波形整形回路５２を介してエンコーダ
４０の出力がフィードバックされる。このフィードバッ
ク信号に基づいて、モータドライブ回路４８はモータ２
２の回転速度を一定に制御する。

【００３５】再度、図１及び図２を参照すると、外筒１
８には、ダイアゴナルミラー７４を介して視準望遠鏡７
６が取り付けられている。この視準望遠鏡７６は、視野
の静止時に、ダイアゴナルミラー７４、光波距離計３６
の対物レンズ部２８、ペンタプリズム３０を経て視野内
のターゲットを観測するものである。ここで光波距離計
３６は、対物レンズ部２８、ペンタプリズム３０、ダイ
アゴナルミラー７４及び視準望遠鏡７６からなる視準光
学系と、測距のための測距光学系とが同軸とされてい
る。

【００３６】外筒１８の下部にはターゲット７８が取り
付けられている。このターゲット７８には、その周面に
配列された複数の反射プリズム８０が保持されている。
このようなターゲット７８は、後述するように、プレー
ン型測距測角儀１２を複数台用いて平面線形測量を実行
する際に、他のプレーン型測距測角儀１２に対するター
ゲットとしての役割を果たすものである。

【００３７】外筒１８の周面には測距測角儀本体１４の
整準調整のための整準機構１６が取り付けられてる。整
準機構１６は上下に一対の上盤８２と下盤８４を備え、
このうちの上盤８２のみが外筒周面に取り付けられ、下
盤８４は適宜な三脚（図示せず）に固定されている。こ
れら上盤８２と下盤８４との間の間隔は、整準ねじ８６
により可変に調整できる。更に、外筒１８の上面及びタ
ーゲット７８の下面には、整準調整の判断基準とされる
気泡管８８が設けられている。

【００３８】図４に示すように、整準ねじ８６は外筒１
８の外壁１８ａの外周面に沿って例えば３個所に配置さ
れ、これら３個所の整準ねじ８６を気泡管８８を参照し
ながら適宜に調整することによりプレーン型測距測角儀
本体１４が整準調整される。ここで本体１４を正しく整
準調整することにより、ｘｙｚ座標系とＸＹＺ座標系と
が一致すると、本体１４から３６０°方向に出射される
計測光ビームは、ＸＹ平面に沿った水平面に出射される
ことになる。

【００３９】図５において、符号１２ａ，１２ｂ，１２
ｃは、上述したと同様なプレーン型測距測角儀１２を示
す。但し、両側のプレーン型測距測角儀１２ａ，１２ｃ
は、本体１４を整準機構１６に対して上下逆に取り付け
ることにより、上下逆向きに配置されている。この場
合、中央のプレーン型測距測角儀１２ｂにより両側のプ
レーン型測距測角儀１２ａ，１２ｃのターゲット７８へ
計測光ビームＢ₁ を入反射させることにより、プレーン
型測距測角儀１２ｂは、三台のプレーン型測距測角儀１
２ａ，１２ｂ，１２ｃのなす水平角θと、二台のプレー
ン型測距測角儀１２ａ，１２ｂまたは１２ｂ，１２ｃ間
の水平距離Ｌを計測できる。同様に、プレーン型測距測
角儀１２ａまたは１２ｂは、プレーン型測距測角儀１２
ｂのターゲット７８に対して計測光ビームＢ₁ を入反射
させることができる。

【００４０】図６は、本発明のプレーン型測距測角儀を
複数台用いた本発明の平面線形測量装置を小口径シール
ドトンネルの平面線形測量に適用した実施例を示す。測
量対象の小口径シールドトンネル１００の杭口（トンネ
ル開始点）Ａの中心には、バックポイント用プリズム１
０２が設置されている。このプリズム１０２の座標は予
めゼオライト等で測量されている。

【００４１】本発明の平面線形測量装置１１０は、トン
ネル１００内に配置された第１乃至第４のプレーン型測
距測角儀１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを備えてい
る。各プレーン型測距測角儀１２ａ〜１２ｄは、上述の
プレーン型測距測角儀１２と全く同様である。但し、電
源としては各プレーン型測距測角儀１２ａ〜１２ｄに内
臓されたバッテリーを用いるものとし、後述の送受信イ
ンタ−フェ−スユニット１１４との間の信号の送受は、
有線ケーブル１１２によるものとする。

【００４２】各プレーン型測距測角儀１２ａ〜１２ｄ
は、トンネル１００の設計平面線形の中心線１０４（ト
ンネル１００の設計計画におけるトンネル中心線が立体
的に描く形状を平面的に見た線形の中心線）上に沿っ
て、トンネル杭口Ａからトンネル切羽口１０８へ向かっ
て順次に配置されている。

【００４３】更に詳しくは、プレーン型測距測角儀１２
ａは第１の直線終点（第１の円曲線始点）Ｂに、プレー
ン型測距測角儀１２ｂは第１の円曲線終点（第２の円曲
線始点）Ｃに、プレーン型測距測角儀１２ｃは第２の円
曲線終点（第２の直線始点）Ｃに、プレーン型測距測角
儀１２ｄは路線終点（第２の直線終点）Ｅにそれぞれ配
置されている。

【００４４】更に平面線形測量装置１１０は、トンネル
１００の外部において、送受信インタフェースユニット
１１４と、このユニット１１４に順次に接続された例え
ばパーソナルコンピュータ１１６などの遠隔制御装置
と、ＸＹプロッタ１２０またはプリンタなどの出力装置
を備えている。

【００４５】送受信インタフェースユニット１１４は、
ケーブル１１２により各プレーン型測距測角儀１２ａ〜
１２ｄの入出力コネクタ４６ｂ（図１乃至図３参照）に
接続されている。

【００４６】コンピュータ１１６は、送受信インタフェ
ースユニット１１４及びケーブル１１２を通じて各プレ
ーン型測距測角儀１２ａ〜１２ｄと信号を送受し、各プ
レーン型測距測角儀１２ａ〜１２ｄにより得られたプレ
ーン型測距測角データの処理や、各プレーン型測距測角
儀１２ａ〜１２ｄの制御を実行する。また、プレーン型
測距測角データを処理して得られた測量結果はＸＹプロ
ッタ１２０により作図または作表される。

【００４７】コンピュータ１１６の図示しないメモリー
（記憶手段）には、トンネル設計平面線形のデータが、
コンピュータ１１６に付属するキーボード１１８から予
め入力されている。この入力データは、コンピュータ１
１６の例えばフロッピーディスクなどの記録媒体に記録
される。

【００４８】トンネル設計平面線形データの入力は、例
えば図示のトンネル平面線形のように、路線Ａ〜Ｅが、
順次に第１の直線ＡＢ、第１の円曲線ＢＣ、第２の円曲
線ＣＤ、第２の直線ＤＥからなる線形を例にとると以下
の通りである。

【００４９】先ずトンネル開始点（路線開始点）ＡのＸ
Ｙ座標値（Ｘ_Ａ，Ｙ_Ａ）と方位角θ_Ａとを入力し、次に
第１の直線ＡＢの終点（第１の円曲線ＢＣの始点）Ｂの
ＸＹ座標値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）と方位角θ_Ｂとを入力する。
そして第１の円曲線ＢＣの終点（第２の円曲線ＣＤの始
点）ＣのＸＹ座標値（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）と方位角θ_Ｃとを入
力し、次に第２の円曲線ＣＤの終点（第２の直線ＤＥの
始点）ＤのＸＹ座標値（Ｘ_Ｄ，Ｙ_Ｄ）と方位角θ_Ｄとを
入力し、更に路線終点（第２の直線ＤＥの終点）ＥのＸ
Ｙ座標値（Ｘ_Ｅ，Ｙ_Ｅ）と方位角θ_Ｅとを入力する。

【００５０】プレーン型測距測角儀１２ａは、バックポ
イント用プリズム１０２をターゲットとして、第１の直
線ＡＢの距離Ｌ₁ を計測し、且つプレーン型測距測角儀
１２ｂのプリズム７８をターゲットとして距離Ｌ₂ を計
測する。更にプレーン型測距測角儀１２ａは、バックポ
イント用プリズム１０２及びプレーン型測距測角儀１２
ｂのプリズム７８をターゲットとしてＡ，Ｂ，Ｃのなす
角度θ₁ を計測する。プレーン型測距測角儀１２ｂは、
プレーン型測距測角儀１２ｃのプリズム７８をターゲッ
トとして、第２の円曲線ＣＤの距離Ｌ₃ を計測すると共
に、プレーン型測距測角儀１２ａ，１２ｃのプリズム７
８をターゲットとして、Ｂ，Ｃ，Ｄのなす角度θ₂ を計
測する。

【００５１】プレーン型測距測角儀１２ｃは、プレーン
型測距測角儀１２ｄのプリズム７８をターゲットとし
て、第２の直線ＤＥの距離Ｌ₄ を計測すると共に、プレ
ーン型測距測角儀１２ｂ，１２ｄのプリズム７８をター
ゲットとして、Ｃ，Ｄ，Ｅのなす角度θ₃ を計測する。

【００５２】これらの距離計測（測距）及び角度計測
（測角）の詳細については後述する。トンネル１００の
設計平面線形において、第１の直線ＡＢをＸ軸に採り、
このＸ軸に直交する軸をＹ軸とし、杭口ＡのＸＹ座標値
（Ｘ_A ，Ｙ_A ）を（０，０）とおき、計測された各距離
Ｌ₁ ，Ｌ₂ ，Ｌ₃ ，Ｌ₄ 、各角度θ₁ ，θ₂ ，θ₃ を用
いると、各プレーン型測距測角儀１２ａ〜１２ｄの実際
のＸＹ座標値は以下のように示される。第１のプレーン
型測距測角儀１２ａ（計測点Ｂ）のＸＹ座標値（Ｘ_B ，
Ｙ_B ） Ｘ_B ＝Ｌ₁ ……(i) Ｙ_B ＝０ ……(ii)

【００５３】第２のプレーン型測距測角儀１２ｂ（計測
点Ｃ）のＸＹ座標値（Ｘ_C ，Ｙ_C ） Ｘ_C ＝Ｘ_B ＋｜Ｌ₂ ×cos θ₁ ｜ ……(iii) Ｙ_C ＝Ｌ₂ ×sin θ₁ ……(iV) 第３のプレーン型測距測角儀１２ｃ（計測点Ｄ）のＸＹ
座標値（Ｘ_D ，Ｙ_D ） Ｘ_D ＝Ｘ_C ＋｜Ｌ₃ ×cos θ₂ ｜ ……(V) Ｙ_D ＝Ｙ_C ＋｜Ｌ₃ ×sin θ₂ ｜ ……(Vi) 第４のプレーン型測距測角儀１２ｄ（計測点Ｅ）のＸＹ
座標値（Ｘ_E ，Ｙ_E ） Ｘ_E ＝Ｘ_D ＋｜Ｌ₄ ×cos θ₃ ｜ ……(Vii) Ｙ_E ＝Ｙ_D ＋｜Ｌ₄ ×sin θ₃ ｜ ……(Viii)

【００５４】これら各プレーン型測距測角儀１２ａ〜１
２ｄのＸＹ座標値のＸＹ成分を求めるための演算式(i)
〜(Viii)は、予めコンピュータ１１６に入力されている
ものとする。

【００５５】これら演算式(i) 〜(Viii)に従って求めら
れた各プレーン型測距測角儀１２ａ〜１２ｄのＸＹ座標
値と予めパーソナルコンピュータ１１６に入力されたト
ンネル平面線形データとの差が求めるべき測量結果であ
る。掘削工事の途中で、このような差を測量することに
より、トンネル１００が設計通りに掘削されているか否
かを判別できる。

【００５６】仮に、差が存在しないか、或いは差が僅か
であれば、トンネル１００は設計通りに掘削されている
ものと確認できる。一方、差が存在するならば、この差
をなくすようにトンネル１００を調整または矯正する。

【００５７】次に、上記のプレーン型測距測角儀１２若
しくは平面線形測量装置１１０の動作について、図６に
示すトンネル平面線形測量を例として、図７に示すフロ
ーチャートに沿って説明する。

【００５８】位置Ａにバックポイント用プリズム１０２
を設置し、このプリズム１０２の座標を測量する（ステ
ップＳ１）。第１乃至第４のプレーン型測距測角儀１２
ａ〜１２ｄを各々の視準光学系を観測しながら、それぞ
れ位置Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに設置して整準調整する（ステッ
プＳ２）。各プレーン型測距測角儀１２ａ〜１２ｄの本
体１４とパーソナルコンピュータ１１６とをケーブル１
１２、送受信インターフェース１１４を介して接続する
（ステップＳ３）。位置Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの設計平面線形
における座標をパーソナルコンピュータ１１６に入力す
る（ステップＳ４）

【００５９】以上で計測の準備が完了するが、ここまで
の準備作業は必ずしもステップＳ１〜Ｓ４の順序に限る
ものではない。計測準備が完了したら、パーソナルコン
ピュータ１１６から制御装置４２に計測開始指令を与
え、制御装置４２の制御により光波距離計３６から計測
光を出射させると共に、減速器付モータ２２を一定速度
で駆動させる( ステップＳ５）。各プレーン型測距測角
儀１２ａ〜１２ｄにより、角度θ₁ ，θ₂ ，θ₃ の測角
を実行する（ステップＳ６）。

【００６０】この測角は、バックポイント用プリズム１
０２とプレーン型測距測角儀１２ｂのプリズム７８との
二つのプリズムをターゲットとして、プレーン型測距測
角儀１２ａによりθ₁ が計測される。また、プレーン型
測距測角儀１２ａ，１２ｃの二つのプリズム７８をター
ゲットとしてプレーン型測距測角儀１２ｂによりθ
₂が、プレーン型測距測角儀１２ｂ，１２ｄの二つのプ
リズム７８をターゲットとしてプレーン型測距測角儀１
２ｃによりθ₃ が計測される。このステップＳ６で求め
るべき角度θ_N （Ｎ＝１，２，３）は、 θ_N ＝θ_II−θ_I ……(ix)

【００６１】と表せる。ここでθ_I は、ペンタプリズム
３０の一回転において、計測光ビームが第１の反射位
置、即ち二つのうちの一方のターゲットに達するまでの
ペンタプリズム３０の回転角である。また、θ_IIは、計
測光ビームが第２の反射位置、即ち他方のターゲットに
達するまでのペンタプリズム３０の回転角である。

【００６２】制御装置４２は、モータ軸２４の３６０度
回転に相当するエンコーダパルス数ｎと、ペンタプリズ
ム３０の回転角θ_I に相当するエンコーダパルス数Δｎ
_I とから、上記角度θ_I を次式に従って求める。 θ_I ＝（３６０・Δｎ_I ）／ｎ ……(x) 同様にして制御装置４２は、角度θ_IIに比例するパルス
数をΔｎ_IIとして、 θ_II＝（３６０・Δｎ_II）／ｎ ……(xi) を求める。

【００６３】更に、制御装置４２は、これら二つの角度
θ_I ，θ_IIにより、(ix)式からθ_Nを求める。これら(i
X)，(x) ，(xi)式は予め制御装置４２に記憶されている
ものとする。このような測角をＮ＝１，２，３について
実行することにより、角度θ₁ 〜θ₄ が求められる。以
上の測角動作を数回繰り返し、角度θ₁ 〜θ₄ を平均値
として求めることにより、計測の信頼性を高めることが
できる。

【００６４】このようにして求められた角度θ₁ 〜θ₄
は、制御装置４２のＣＰＵ６０から送受信回路６４、ケ
ーブル１１２、送受信インターフェース１１４を介して
パーソナルコンピュータ１１６のメモリーに与えられ
る。

【００６５】次に、測距を実行する（ステップＳ７）。
ここでプレーン型測距測角儀１２ａによる計測点Ａにつ
いての測距の際には、制御装置４２が上記測角ステップ
Ｓ６により得られた角度θ₁ の回転位置でプレーン型測
距測角儀１２ａのペンタプリズム３０を停止させる。こ
の状態では、プレーン型測距測角儀１２ａのペンタプリ
ズム３０が杭口Ａのプリズム７８と正対することにな
る。この状態で光波距離計３６は、杭口Ａ（０，０）か
ら位置Ｂまでの水平距離Ｌ₁ を求める。

【００６６】同様の測距動作が、プレーン型測距測角儀
１２ｂによりプレーン型測距測角儀１２ａのプリズム７
８をターゲットとして計測点Ｂについて、プレーン型測
距測角儀１２ｃによりプレーン型測距測角儀１２ｂのプ
リズム７８をターゲットとして計測点Ｄについて、プレ
ーン型測距測角儀１２ｄによりプレーン型測距測角儀１
２ｃのプリズム７８をターゲットとして計測点Ｄについ
て、順次に実行されることにより、距離Ｌ₂ 〜Ｌ₄ も求
まる。

【００６７】このようにして求められた距離Ｌ₁ 〜Ｌ₄
は、角度θ₁ 〜θ₄ と同様にして制御装置４２のＣＰＵ
６０からコンピュータ１１６のメモリーに与えられる。

【００６８】次に、計測点の座標値を求める（ステップ
Ｓ８）。コンピュータ１１６のＣＰＵは、メモリーに与
えられた距離Ｌ₁ 〜Ｌ₄ 及び角度θ₁ 〜θ₄ を上述の
(i) 〜(Viii)式に代入して、計測点Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥのＸ
Ｙ座標値を順次に求める。

【００６９】次いで、コンピュータ１１６のＣＰＵは、
全ての計測点Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅについての座標演算が完了
したか否かを判断する（ステップＳ９）。その判断の結
果が否である場合は、制御装置４２を介して上記ステッ
プＳ６〜ステップＳ９を繰り返す。そして、全ての計測
点についての座標演算が完了すると、コンピュータ１１
６は制御装置４２を介して光波距離計３６及びモータ２
２を停止させ、計測を終了させる（ステップＳ１０）。

【００７０】次に、コンピュータ１１６のＣＰＵは、算
出された座標に基づいて、予め与えられた設計平面線形
に対する実際の平面線形の差を求め、ＸＹプロッタ１２
０により出力する（ステップＳ１１）。

【００７１】ここで差の算出例として、Ｃ点の差を示
す。図６において、ＢＤ間の曲線のなす弧の中心をＯ、
半径をＲとする。また、直線ＢＯとＤＯとがなす交角を
ＩＡとする。Ｃ点の設計計画平面座標値は、 Ｄ_ＸＣ＝Ｘ_Ｂ＋Ｌ_２×cos δ ……(Xii) Ｄ_ＹＣ＝Ｙ_Ｂ＋Ｌ_２×sin δ ……(Xii) として与えられる。ここでδは、距離Ｌ_２の直線ＢＣが
Ｘ軸に対してなす角度であり、 δ＝｛１８０°−（１８０°−α）｝／２＝α／２ ……(XiV) である。ここでαは、ＢＯＣのなす角度である。次にこ
の角度αを求める。

【００７２】プレーン型測距測角儀１２ａ，１２ｂは設
計計画トンネル断面上に設置されているため、トンネル
断面の中心から離芯しても、隣接する二台のプレーン型
測距測角儀間の距離誤差は非常に小さく、ＢＣ間の計測
距離Ｌ₂ は正しいと見做せる。従って、この距離Ｌ₂ を
用いて角度αを求めると、 α＝cos ^-1｛（２Ｒ² −Ｌ₂ ² ）／２Ｒ｝ ……(xV) である。従って、Ｃ点の設計計画平面座標値は、 Ｄ_XC＝Ｘ_B ＋Ｌ₂ ×cos （α／２） ……(XVi) Ｄ_YC＝Ｙ_B ＋Ｌ₂ ×sin （α／２） ……(XVii) として与えられる。このＣ点の設計計画平面座標値と、
先に算出した実際のＸＹ座標値（(iii) ，(iV) 式）と
の差ΔＸ_C ，ΔＹ_C は、 ΔＸ_C ＝Ｄ_XC−Ｘ_C ……(XViii) ΔＹ_C ＝Ｄ_YC−Ｙ_C ……(XiX) として求まる。

【００７３】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、様々な変形が可能である。例えば平面線形を測量
すべき対象は、トンネル１００に限らず、道路等を対象
としても上記実施例と同様な効果が奏される。

【００７４】また、周囲が開けた道路などのように、プ
レーン型測距測角儀１２の周囲に無線障害物が存在しな
い現場においては、パーソナルコンピュータ１１６と制
御装置４２との間の信号送受は、有線方式に限らず無線
方式も採用可能である。更に、トンネル、道路等の設計
平面線形は、直線と曲線との組み合わせの他に、クロソ
イド、三次放物線等も適用可能である。

【００７５】また、計測点の数、即ちプレーン型測距測
角儀１２の配置台数も上記実施例に限定されるものでは
なく、トンネル、道路等の工事進行状況に応じて更に少
数または多数に設定することが可能である。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の測距測角装
置によれば、測距測角を光学的に自動的に実行できる。
また、この測距測角装置を複数台用いた平面線形測量方
法及び平面線形測量装置によれば、例えば小口径トンネ
ル内のプレーン型測距測角装置をトンネル外部から遠隔
操作することにより、トンネルの平面線形を測量でき
る。従って、作業環境の劣るトンネル内の測量において
も、作業者の負担が軽減され、作業時間が短縮し、作業
の合理化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプレーン型測距測角儀を示す側面図で
ある。

【図２】図１のプレーン型測距測角儀の要部を示すブロ
ック図である。

【図３】図２の制御装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】図１のプレーン型測距測角儀の平面図である。

【図５】図１のプレーン型測距測角儀を複数台用いてプ
レーン型測距測角を実行する例を示す説明図である。

【図６】本発明の平面線形測量装置をトンネル測量に適
用して模式的に示す構成図である。

【図７】図６の計測行程を説明するフローチャートであ
る。

【符号の説明】 １２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…プレーン型測
距測角儀（測距測角装置）、１６…整準機構（整準手
段）、２２…モータ（回転手段）、３０…ペンタプリズ
ム（光路変換手段）、３６…光波距離計（プレーン型測
距手段）、１２…エンコーダ（パルス発生手段）、４２
…制御装置（測角手段）、６４…送受信回路（送受信手
段）、７６…視準望遠鏡、７８…プリズム（反射体）、
１１４…送受信インターフェース（送信／送信手段）、
１１６…コンピュータ（記憶／演算手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 15/00 - 15/14 G01S 17/00 - 17/88 G01S 7/48 - 7/50

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測光ビームを少なくとも二つのターゲ
   ットに順次に入反射させることにより、上記計測光ビー
   ムの出射位置と何れか一つの反射位置との間の水平直線
   距離と、上記計測光ビームの出射位置と二つの反射位置
   とがなす水平角度とを測定する測距測角装置であって、 計測光ビームを出射し、この計測光ビームに対する一つ
   の上記ターゲットから反射した反射光ビームの検出に基
   づき、上記計測光ビームの出射位置と一つの反射位置と
   の間の直線距離を計測する測距手段と、 この測距手段に、その光軸と同軸に配置された同軸視準
   光学系と、 上記反射光ビームが検出されている期間に亘って反射光
   ビーム検出信号を発生する検出信号発生手段と、 上記測距手段の光軸上に配置され、計測光ビームと反射
   光ビームとを互いに直角に偏角させ、且つ反射光ビーム
   には計測光ビームの光路を逆行させる光路変換手段と、 上記測距手段の光軸と同軸な回転中心軸線回りに、上記
   光路変換手段を一定速度で回転させる回転手段と、 上記直線距離が水平直線距離となるように、少なくとも
   上記測距手段と光路変換手段と回転手段とを整準させる
   整準手段と、 上記回転手段の回転角に比例するパルスを発生するパル
   ス発生手段と、 上記パルスと上記反射光検出信号とに基づいて、上記水
   平角度を計測する測角手段と、 計測された上記水平直線距離及び水平角度のデータ信号
   を外部へ送信すると共に、上記測距測角装置の制御のた
   めに外部から与えられるべき制御信号を受信する送受信
   手段とを備えると共に、 外部からの計測光ビームを反射させる反射体を更に備え
   ることにより、他の位置に配置された上記測距測角装置
   に対するターゲットとしての役割を兼ねることを特徴と
   する測距測角装置。
2. 【請求項２】 上記送受信手段が、上記データ信号及び
   制御信号を無線で送受する無線送受信手段であることを
   特徴とする請求項１記載の測距測角装置。
3. 【請求項３】 上記送受信手段が、上記データ信号及び
   制御信号を有線で送受信する有線送受信手段であること
   を特徴とする請求項１記載の測距測角装置。
4. 【請求項４】 複数の区間に分割されるべき中心線を有
   してなるトンネルまたは道路等の設計平面線形に対し、
   各区間の実際の水平直線距離及び隣接する二つの区間が
   なす実際の水平角度を計測するための装置であって、 上記中心線上の各区間の始点と終点とにそれぞれ配置さ
   れたターゲットを備え、且つ、これらターゲットは、上
   記中心線の始点に配置された一つを除いては、請求項１
   乃至３の何れか１項に記載の複数の測距測角装置であ
   り、 上記中心線上において二つの上記ターゲットの間に位置
   する上記測距測角装置から、上記二つのターゲットに対
   して対して上記計測光ビームを入反射させることによ
   り、各区間の始点と終点との間の水平直線距離と、隣接
   する二つの区間がなす水平角度とを計測することを特徴
   とする平面線形測量装置。
5. 【請求項５】 上記設計平面線形の中心線が、直線、円
   曲線、クロソイド、三次元放物線のうちの少なくとも何
   れかを包含することを特徴とする請求項４記載の平面線
   形測量装置。
6. 【請求項６】 トンネル、道路などの設計平面線形に対
   する実際の平面線形の偏差を測量する平面線形測量方法
   であって、 上記中心線の始点の座標を予め計測する行程と、 請求項４または５に記載の平面線形測量装置により、上
   記各区間の実際の水平直線距離及び隣接する二つの区間
   がなす実際の水平角度を計測する行程と、 上記予め計測された始点の座標と上記計測された実際の
   水平直線距離及び水平角度とに基づいて、実際の平面線
   形のデータとしての上記各区間の始点と終点との座標を
   算出する行程と、 上記実際の平面線形のデータと予め与えられた設計平面
   線形のデータとに基づいて、設計平面線形と実際の平面
   線形との偏差を求める行程と、からなることを特徴とす
   る平面線形測量方法。
7. 【請求項７】 上記平面線形測量装置に備えられた上記
   測距測角装置から離隔されて配置され、各々の上記測距
   測角装置の送受信手段が送信した実際の平面線形のデー
   タに対応する上記水平直線距離及び水平角度のデータを
   受信する受信手段と、 上記設計平面線形のデータ及び上記中心線の始点の座標
   が予め記憶された記憶手段と、 上記受信されたデータと上記記憶されたデータとに基づ
   いて、実際の平面線形のデータとしての上記各区間の始
   点と終点との座標を算出すると共に、上記設計平面線形
   に対する実際の平面線形の偏差を算出する演算手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項４または５記載の
   平面線形測量装置。
8. 【請求項８】 上記平面線形測量装置に備えられた上記
   測距測角装置から離隔されて配置され、各々の上記測距
   測角装置の送受信手段に対し、上記測距測角装置を制御
   するための制御信号を送信する送信手段を更に備えるこ
   とを特徴とする請求項４，５または７の何れか１項に記
   載の平面線形測量装置。