JP4139207B2 - トンネル内の遠隔測量システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機による掘進工法において、トンネル内の測量を遠隔制御によって行う測量をシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上下水道等のトンネル工事には、シールド工法が採用される。良く知られているように、シールド工法は、シールド掘進機で地中掘進を行い、その後方で、一次覆工のためのセグメントを順次組み立てて行くものである。そして、このような工事においては、計画線（予め計画された掘進経路）に対する施工のずれを最小にするために、シールド掘進機の位置及び掘進方向を確認するための測量が行われており、その典型的な従来技術が、下記の特許文献に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６６１３３
【０００４】
すなわち、従来の技術においては、シールド掘進機の後方で走行する台車に格納された測量器（トータルステーション）を、前記台車に設けられた旋回アームで軌条上に移し、この軌条上で測量台車と共に移動可能な測量器が、既知の２箇所の後方測点を測距・測角して２点夾角法によって自己位置を算出すると共に、シールド掘進機の任意の箇所に設けた未知の測点を計測することによって、シールド掘進機の位置及び掘進方向の測量を行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術によれば、測量器が台車に取り付けられたものであるため、測量器とシールド掘進機との距離が固定であり、したがってトンネルのカーブ部分などでは、シールド掘進機の位置及び掘進方向の測量ができないことがあった。また、測量車の移動に伴って、既知の複数の後方測点からの距離が長くなると、夾角が小さくなって、測量誤差が増大するおそれがある。このため、新たに既知の座標上に後方測点を位置出しして設置する作業が必要となり、測量に時間がかかるといった問題が指摘される。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、トンネルがカーブした部分でも測量を可能とし、かつ測量の精度を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、掘進機によるトンネル工事過程でトンネル内の遠隔測量を行うシステムであって、前記トンネル内に敷設した第一軌条上を走行可能な格納台車と、前記第一軌条と並行して前記トンネル内に敷設した第二軌条上を走行可能かつ前記台車に格納可能な自走測量車と、前記格納台車に設けられて前記自走測量車を前記格納台車に格納又は前記第二軌条へ載置させる移載手段と、前記自走測量車に搭載されて前記トンネル内の測点を測量する測量手段と、前記自走測量車に搭載されて前記トンネル内の任意の既知点を撮像する撮像手段と、前記自走測量車、前記移載手段、前記測量手段、及び前記撮像手段の動作を遠隔制御する遠隔制御手段と、前記撮像手段からの画像データにおける前記既知点のローカル座標及び予め入力された前記既知点の絶対座標から前記測量手段の自己位置を演算する演算手段とを備えるものである。
【０００８】
請求項２の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、自走測量車の測量車本体が、ヒンジを介して折り畳み可能としたものである。
【０００９】
請求項３の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、移載手段が、昇降及び旋回動作可能な移載アームと、この移載アームに設けられたフォークとを備え、このフォークが、自走測量車に設けられた掛合孔へ走行方向に挿入されることによって、前記自走測量車を吊支可能となるものである。
【００１０】
請求項４の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、任意の既知点が、トンネル施工に伴い既知の座標上に設置された各複数のダボ点からなるものである。
【００１１】
請求項５の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、遠隔制御手段及び演算手段が、トンネル外部に設置されたものである。
【００１２】
請求項６の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項５に記載された構成において、撮像手段が、自走測量車の走行の際にその走行方向の状況を撮影する手段を兼ねており、トンネル外部に、前記撮像手段からの画像データを画像表示するモニタが設置されたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、シールド工法によるトンネル施工に本発明に係るトンネル内の遠隔測量システムを採用した好ましい実施の形態について説明する。図１は、本形態を概略的に示す平面図、図２は同じく立面図、図３は図１におけるIII方向の部分的な矢視図、図４は本形態で使用される自走測量車４を示す側面図、図５は図１におけるＶ方向の矢視図、図６は格納台車３０に設けられた移載装置３４による自走測量車４に対する移載動作を示す概略的な平面図、図７〜図９は格納台車３０に設けられた移載装置３４による自走測量車４に対する移載動作をトンネルの延長方向から見た図、図１０は本形態における制御系のブロック図、図１１は本発明による自己位置算出方法を示す説明図である。
【００１４】
まず図１及び図２において、参照符号１はシールド掘進機、２はこのシールド掘進機１により施工されたトンネルである。シールド掘進機１は、良く知られた構造を有するもので、基本的には図２に示されるように、略円筒形のシールドフレーム１１の前端で、多数のカッタビットを有する円盤状のカッタフェイス１２を回転させて地盤を掘削し、これによって発生したズリ（掘削土）を、カッタフェイス１２に形成されたスリットからチャンバ１３内に取り込み、撹拌して、スクリュコンベア１４を介して後方へ送り出し、後方台車３によって外部へ搬送する。
【００１５】
一方、シールドフレーム１１の後端では、掘削された坑内壁の崩落を防止するために、図示されていないエレクタによって複数のセグメントを環状に組み立てて継ぎ足していくことにより、一次覆工２１を施している。そして、その先端に油圧ジャッキ１５を当てて後方へ押圧することによって、その反力でシールド掘進機１が、カッタフェイス１２による掘削に伴い、地中を推進して行くようになっているのである。
【００１６】
一次覆工２１等が施された既設のトンネル２内には、図１に示されるように、後方台車３が走行するための第一軌条２２と、後述する自走測量車４が走行するための第二軌条２３が、トンネル２の延長方向へ互いに並行して敷設されている。第一軌条２２及び第二軌条２３は、シールド掘進機１の掘進によるトンネル２の延長に伴って、順次継ぎ足して延長されて行くものである。
【００１７】
後方台車３には、シールド掘進機１のスクリュコンベア１４から排出されたズリを積み込んで立坑２ａ側へ搬送するものや、シールド掘進機１のエレクタへ一次覆工２１用のセグメントを供給するためのものなどがあり、図示されていない牽引車によって牽引され、第一軌条２２上を走行する。後方台車３における後部には、格納台車３０が連結されており、したがって、この格納台車３０も、後方台車３と共に第一軌条２２上を走行する。
【００１８】
トンネル２の下部には、図３に示されるように、第一軌条２２及び第二軌条２３を支持する枕木２４が、その延長方向に対する所定の間隔で架設されている。枕木２４の下側には、複数の台座２５がトンネル２の延長方向所定間隔で設置されており、各台座２５には、２個１組のダボ点Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，…が打ち込まれている。ダボ点Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，…は、良く知られているように、測量釘の一種であって、予め求められた絶対座標上に、測量の基準として打設されるものであり、それぞれ合成樹脂のコーティングにより赤、あるいは青などの彩色が施されている。なお、図示の形態では、ダボ点Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，…が枕木２４の下側に設置した台座２５上に打ち込まれているが、トンネル２の覆工面などに打設されたものであっても良い。
【００１９】
一方、シールド掘進機１の所定箇所には、図１に示されるように、測点として、コーナキューブリフレクタ等による反射プリズムからなる複数のターゲットＴ１，Ｔ２…が設置されている。
【００２０】
自走測量車４は、図３及び図４に示されるように、前輪４１ａ及び後輪４１ｂによって第二軌条２３上を走行可能な測量車本体４１を有し、この測量車本体４１には、前輪４１ａを駆動させるための車輪駆動装置４２と、バッテリ４３と、トータルステーション（光波測距測角儀）４４と、カメラ４５と、制御装置４６と、モデム４７及び充電装置４８等が搭載されている。測量車本体４１は、図４に破線で示されるように、後部４ｂ側が、ヒンジ４ａを介して下方へほぼ直角に屈曲可能となっている。
【００２１】
自走測量車４に搭載されたトータルステーション４４は、請求項１に記載された測量手段に相当するものであって、良く知られているように、光波によってターゲットを自動的に視準し、かつ視準された測点の測距及び測角するものであり、整準台４４ａによって旋回動作可能に支持され、旋回軸を鉛直に保つようになっている。
【００２２】
自走測量車４に搭載されたカメラ４５は、請求項１に記載された撮像手段に相当するものであって、連続撮影可能なＣＣＤカメラ等が採用され、すなわち光学像を画像信号に変換するものである。レンズ面が水平（光軸が鉛直）になるように保持可能であると共に、整準台４４ａにカメラ支持アーム４５ａを介して俯仰動作可能に取り付けられている。また、このカメラ４５は、整準台４４ａによって、トータルステーション４４と共に水平旋回可能となっている。
【００２３】
格納台車３０は、図５に示されるように、第一軌条２２上を走行可能な測量車本体３１と、この測量車本体３１上に設けられて自走測量車４を格納可能なハウジング３２を備え、このハウジング３２の側面には、図６に示されるスライド扉３２ａによって開閉可能であると共に自走測量車４を出し入れ可能な開口部が設けられている。前記スライド扉３２ａは、扉駆動装置３３によって駆動するエンドレスワイヤ３３ａを介して、図５における左右方向、すなわち測量車本体３１の前後方向へ開閉動作されるものである。また、スライド扉３２ａによって密閉される格納室内は、適切に湿度管理されている。
【００２４】
格納台車３０のハウジング３２には、自走測量車４を出し入れするための移載装置３４が設けられている。この移載装置３４は、請求項１に記載の移載手段に相当するものであって、図５に示されるように、互いに同心の上部支持軸３４１及び下部支持軸３４２によって鉛直軸心の周りに回転可能に支持された旋回枠３４３と、この旋回枠３４３の揺動端位置に鉛直に設けた案内軸３４４に上下移動可能に取り付けられた昇降スライダ３４５と、この昇降スライダ３４５から水平に延在された移載アーム３４６とを備える。
【００２５】
図３及び図４に示されるように、自走測量車４の測量車本体４１には、左右一対の掛合孔４１ｃが形成されている。一方、移載アーム３４６は、図４に一点鎖線で示されるように、この掛合孔４１ｃへ挿入されることによって自走測量車４を揚重可能となる一対のフォーク３４６ａ（図４では片側のフォークのみ示される）が略水平に突設されている。
【００２６】
移載装置３４における旋回枠３４３は、旋回駆動部３５と、その出力軸に設けたウォーム３５ａと、前記下部支持軸３４２に設けられてウォーム３５ａに噛合されたウォームホイール（不図示）によって旋回動作されるものである。また、昇降スライダ３４５は、昇降駆動部３６と、旋回枠３４３に案内軸３４４と平行（すなわち鉛直）に設けられると共に図示されていないギヤを介して昇降駆動部３６の駆動により回転される送り螺子３６１と、この送り螺子３６１に噛合されたナット３６２を介して、案内軸３４４に沿って昇降動作される。
【００２７】
移載装置３４の移載アーム３４６は、図６に実線で示され、かつ図８に示されるように、格納台車３０の走行方向（前後方向）に対して直角となる位置まで水平旋回した状態では、この移載アーム３４６に、図４に示されるフォーク３４６ａによって支持された自走測量車４の車輪４１ａ，４１ｂが、第二軌条２３上に位置するように、前記フォーク３４６ａの取付位置が調整されている。したがって、この状態から昇降駆動部３６の駆動によって、昇降スライダ３４５を介して移載アーム３４６を降下させれば、図９に示されるように、自走測量車４の車輪４１ａ，４１ｂが、第二軌条２３上に支持されるので、フォーク３４６ａを図４に示される掛合孔４１ｃから抜き出すことができると共に、自走測量車４が第二軌条２３上を走行可能な状態となる。
【００２８】
また、図５に示されるように、移載アーム３４６を昇降スライダ３４５のストローク上限付近まで上昇させると共に、図６に一点鎖線で示されるように、格納台車３０の走行方向に対して平行となる位置まで水平旋回させた状態では、この移載アーム３４６にフォーク３４６ａを介して支持された自走測量車４は、ハウジング３２内に収容状態となる。このとき、測量車本体４１は、図４に破線で示されるように、後部４ｂ側を、ヒンジ４ａを介して下方へほぼ直角に屈曲させることによって、図７に示されるように、格納台車３０のハウジング３２内に完全に収容することができる。
【００２９】
図２に示されるように、地上には、トンネル２における立坑２ａの開口付近に監視事務所５が設けられている。この監視事務所５内には、自走測量車４の車輪駆動装置４２への動作指令や、トータルステーション４４への視準・測距・測角動作等の動作指令や、カメラ４５の撮影動作及びそのカメラ支持アーム４５ａへの動作指令や、格納台車３０における扉駆動装置３３及び移載装置３４（旋回駆動部３５，昇降駆動部３６等）への動作指令等を送ることによって、トータルステーション４４、カメラ４５、扉駆動装置３３及び移載装置３４等を遠隔制御する遠隔制御ユニット５１と、トータルステーション４４によるトンネル１４内の測量データや、カメラ４５からの画像データを処理して座標の演算等を行う、請求項１に記載された演算手段に相当するパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略称する）５２が設置されている。
【００３０】
この形態における制御系を、図１０を参照しながら説明すると、参照符号３７は格納台車３０に搭載された制御装置であり、この制御装置３７には、格納台車３０における扉駆動装置３３、旋回駆動部３５及び昇降駆動部３６等が接続されている。シールド掘進機１に設けられたターゲットＴ１，Ｔ２…は、個別に視準できるようにシャッタ機能を備えており、その機構を制御する為に、このターゲットＴ１，Ｔ２…も制御装置３７と接続されている。すなわち、ターゲットＴ１，Ｔ２…は、その視準時にのみ、制御装置３７からの指令によって個別にシャッタが開かれるものである。また、制御装置３７は、モデム３９を介して監視事務所５側のモデム５３及び自走測量車４に搭載されたモデム４７に接続されている。
【００３１】
自走測量車４のモデム４７には、制御装置４６が接続されており、この制御装置４６には、シールド掘進機１に取り付けられたターゲットＴ１，Ｔ２…に対してトータルステーション４４を自動的に視準する視準制御部４４１、視準に伴いトータルステーション４４を自動的に測距・測角動作させる測距・測角制御部４４２、前輪４１ａを駆動させるための車輪駆動装置４２、トータルステーション４４の中心軸が鉛直になるように整準するための整準台４４ａを制御する整準制御部４４３、カメラ４５の撮影動作やカメラ支持アーム４５ａの動作を制御するカメラ制御部４５１等が接続されている。また、カメラ４５からの画像データを処理する画像処理部４５２は、前記モデム４７に接続されている。一方、監視事務所５側のモデム５３には、遠隔制御ユニット５１及びパソコン５２が接続され、さらに画像処理部５４を介してモニタ５５が接続されている。
【００３２】
上述の構成を備える本形態の遠隔測量システムの動作は、次のように行われる。まず、遠隔制御ユニット５１や、パソコン５２等、監視事務所５における各種機器の電源を投入し、かつ格納台車３０や自走測量車４に搭載された各種機器の電源を投入して、これらを動作可能な状態に維持しておく。なお、このとき自走測量車４は、図５及び図７に示されるように、格納台車３０のハウジング３２内に格納されており、自走測量車４の走行や各種動作に必要な電源であるバッテリ４３は、十分に充電されているものとする。また、各ダボ点Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，…の絶対座標データは、パソコン５２のメモリに記憶されている。
【００３３】
シールド掘進機１の掘進位置を遠隔測量する場合は、監視事務所５の遠隔制御ユニット５１から、移載動作の指令を行う。この移載動作指令データは、図１０に示されるモデム５３、モデム３９を介して制御装置３７に送信されることによって、制御装置３７は測量車移載動作プログラムによる制御を開始する。
【００３４】
測量車移載動作においては、まず、図１０に示される制御装置３７からの扉開放指令によって、格納台車３０における扉駆動装置３３が、図６に示されるハウジング３２のスライド扉３２ａを開放方向へスライド移動させる。そしてスライド扉３２ａが完全に開かれたことが、リミットスイッチ（不図示）等により検出された時点で、制御装置３７から扉駆動装置３３に停止指令が出力されると共に、旋回駆動部３５への駆動指令が出力され、旋回駆動部３５の駆動によって、移載装置３４の移載アーム３４６が、図６に太い矢印で示されるように旋回動作する。このため、図８に示されるように、移載アーム３４６に吊支された自走測量車４は、この移載アーム３４６の旋回動作によってハウジング３２の外部へ出される。
【００３５】
次に、移載アーム３４６が、図６に実線で示されるように、格納台車３０の走行方向（前後方向）に対して直角となる位置まで水平旋回されたことが、図示されていないリミットスイッチ等の検出手段によって検出された時点で、制御装置３７から旋回駆動部３５への駆動停止指令が出力され、移載アーム３４６の旋回動作が停止する。このとき、移載アーム３４６にフォーク３４６ａを介して吊支された自走測量車４は、図８に示されるように、車輪４１ａ，４１ｂが第二軌条２３の真上に位置している。
【００３６】
次に、図１０に示される制御装置３７からの下降指令によって、昇降駆動部３６が駆動し、図５に示される旋回枠３４３における案内軸３４４に沿って昇降スライダ３４５が下降移動することにより、自走測量車４は、移載アーム３４６と共に下降し、図９に示されるように、自走測量車４の車輪４１ａ，４１ｂが第二軌条２３上に載置され、すなわち自走測量車４が第二軌条２３上に移載される。そして、自走測量車４が第二軌条２３上に移載されたことが、図示されていないリミットスイッチ等からなるストローク下限センサによって検出された時点で、制御装置３７から昇降駆動部３６への駆動停止指令が出力される。
【００３７】
自走測量車４が第二軌条２３上に移載された状態では、この第二軌条２３上で自走測量車４を適宜移動させるか、移載アーム３４６を水平旋回させることによって、フォーク３４６ａが、図３及び図４に示される掛合孔４１ｃから相対的に抜き出され、自走測量車４は、第二軌条２３上を走行可能な状態となる。このようにしてフォーク３４６ａから自走測量車４が離れた後は、制御装置３７からの復帰指令によって、昇降駆動部３６及び旋回駆動部３５が上述の移載動作と逆のステップで動作し、移載アーム３４６が格納台車３０のハウジング３２内へ復帰される。
【００３８】
なお、自走測量車４は、格納台車３０のハウジング３２に格納されていた時点では、図４に破線で示され、あるいは図５に示されるように、測量車本体４１の後部４ｂ側が、下方へほぼ直角に屈曲されているが、上述した移載の過程で、図示されていない駆動手段等によって、図４に実線で示されるように略水平状態に変位され、これによって、第二軌条２３上を転動可能な状態となる。
【００３９】
以上のようにして、第二軌条２３への自走測量車４の移載が完了すると、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１の操作によって、モデム５３及び自走測量車４側のモデム４７を介して自走測量車４の制御装置４６へ前進指令を送信し、これによって制御装置４６が車輪駆動装置４２を起動し、自走測量車４が第二軌条２３上をシールド掘進機１側へ向けて走行する。また、このとき、予め制御装置４６からの制御指令によって、カメラ制御部４５１が、カメラ支持アーム４５ａを、カメラ４５が水平かつ前方を向くように動作させる。
【００４０】
自走測量車４の走行に伴って、カメラ４５で連続的に撮影される走行方向の状況は、画像処理部４５２からモデム４７を介して地上の監視事務所５へ送信され、モデム５３から画像処理部５４を介してモニタ５５にリアルタイムで画像出力される。このため、監視事務所５の係員は、モニタ５５の画面に映し出される測量車前方の映像を見ながら、遠隔制御ユニット５１を操作することによって、自走測量車４の走行を遠隔制御することができる。
【００４１】
自走測量車４が、図１に参照符号４”で示されるように、シールド掘進機１に設けられたターゲットＴ１，Ｔ２…に対するトータルステーション４４の測量（視準、測距、測角）動作が容易に可能となる位置に存在するダボ点、例えばシールド掘進機１の最寄のダボ点Ａｎ，Ｂｎの打設箇所へ接近したら、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１の操作によって、モデム５３，４７を介して自走測量車４の自己位置計測指令を自走測量車４の制御装置４６へ送信する。これによって、カメラ制御部４５１が、カメラ支持アーム４５ａを、カメラ４５が鉛直下方へ向くように、言い換えればレンズ面が水平になるように動作させるため、自走測量車４がダボ点Ａｎ，Ｂｎの上に達した時点で、カメラ４５が、このダボ点Ａｎ，Ｂｎを映し出すことになる。そして監視事務所５の係員は、モニタ５５の画面にダボ点Ａｎ，Ｂｎが映し出された時点で、遠隔制御ユニット５１からの操作によって、自走測量車４を停止させる。
【００４２】
次に、カメラ４５から画像処理部４５２及びモデム４７を介して監視事務所５へ送信されたダボ点Ａｎ，Ｂｎの画像データ、及びパソコン５２のメモリに記憶されているダボ点Ａｎ，Ｂｎの既知の絶対座標データから、パソコン５２によって、自走測量車４に搭載されたトータルステーション４４の自己位置を算出する。図１１は、その算出方法を示す説明図である。
【００４３】
ダボ点Ａｎ，Ｂｎは、先に説明したように、予め求められた絶対座標上に、測量の基準として打設されるものであるため、その座標値は絶対座標系（図１１におけるＸＹ座標系）で既知のものである。このため、まず、ダボ点Ａｎ，Ｂｎの既知の絶対座標データにより、ＸＹ座標系における線分ＡＢの絶対傾きγが求められる。
【００４４】
次に、カメラ４５によって映し出された画像上のχψ座標系（これをカメラ座標系と仮称する）における線分ＡＢのローカル座標傾きβが求められる。そして、絶対傾きγとローカル座標傾きβとの差によって、絶対座標系（ＸＹ座標系）でのカメラ４５の傾きαを求めることができる（α＝γ−β）。なお、カメラ４５の傾きαは、整準台４４ａによる旋回角に由来するものである。
【００４５】
次に、ダボ点Ａｎ，Ｂｎの絶対座標値とカメラ４５の傾きαを用いて、カメラ中心点Ｏの絶対座標値を算出する。カメラ中心点Ｏは、画面の中心に相当する。この中心点Ｏとトータルステーション４４の位置関係は固定であるため、ダボ点Ａｎ，Ｂｎとの距離と角度γから、トータルステーション４４の自己位置の絶対座標Ｐを算出することができる。
【００４６】
上述のように、本形態によれば、トータルステーション４４の自己位置の計測に、トンネル２の施工において設置された既知のダボ点Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，…の座標データを利用するため、先に述べた特許文献１に記載された従来技術のように、トータルステーション４４の自己位置を計測するための既知点となる後方測点ターゲットを新たに設置する必要がない。このため、既知点への後方測点ターゲットの位置出し設置作業が不要となって、測量時間を短縮できるほか、２点夾角法のように、後方測点ターゲットに対する自己位置の変化によって測量精度が低下するようなことがない。
【００４７】
パソコン５２によってトータルステーション４４の自己位置の絶対座標Ｐが求められたら、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１から、トータルステーション４４による自動測距・測角動作の指令を送信する。この自動測距・測角動作においては、まず制御装置４６から整準台４４ａの整準制御部４４３に対して整準動作指令が送信されることによって、整準制御部４４３が整準台４４ａを動作させ、整準台４４ａを水平（トータルステーション４４の旋回軸を鉛直）に保持させる。
【００４８】
次に、自走測量車４における制御装置４６は、視準制御部４４１に対し視準動作指令を送信し、これによりトータルステーション４４を、図１に示されるシールド掘進機１に設置した測量対象のターゲットＴ１，Ｔ２…に自動的に向け、ターゲットＴ１，Ｔ２…を、それぞれ自動的に視準する。シャッタ付きコーナキューブリフレクタからなるターゲットＴ１，Ｔ２…は、視準に際して、格納台車３０側の制御装置３７からの指令によってシャッタが自動的に開かれ、トータルステーション４４による自動視準を可能にする。そして、この視準動作に伴い測距・測角制御部４４２が動作して、トータルステーション４４から各ターゲットＴ１，Ｔ２…へ向けて光波を出射することにより、これら各ターゲットＴ１，Ｔ２…までの距離及び角度を順に測量し、その測量データが、制御装置４６からモデム４７を介して監視事務所５へ送信される。
【００４９】
監視事務所５では、トータルステーション４４から送信されたターゲットＴ１，Ｔ２…の測量データを、モデム５３を通してパソコン５２で受信し、トータルステーション４４の位置データ及び方向角に基づいて演算処理することにより、シールド掘進機１の位置及び掘進方向を算出する。
【００５０】
ここで、例えばトータルステーション４４が、格納台車３０に取り付けられているような場合、図１のようなトンネル２のカーブ部分では、トータルステーション４４によるターゲットＴ１，Ｔ２…の測量が困難になる場合もあり得るのに対し、本形態によれば、トータルステーション４４が、格納台車３０から離れて第二軌条２３上を自在に走行可能な自走測量車４に搭載されており、シールド掘進機１の位置や方向の測量が可能となる位置まで、トータルステーション４４を移動できるため、トンネル２のカーブ部分でも、確実にシールド掘進機１の位置や方向を測量することができる。
【００５１】
各ターゲットＴ１，Ｔ２…の測量が終了したら、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１の操作によって、モデム５３及び自走測量車４側のモデム４７を介して自走測量車４の制御装置４６へ帰還指令を送信し、これによって自走測量車４が第二軌条２３上を格納台車３０側へ向けて帰還するように走行する。このとき、予め制御装置４６からの制御指令によって、カメラ制御部４５１が、カメラ支持アーム４５ａを、カメラ４５が水平かつ後方を向くように動作させる。そして、自走測量車４の走行に伴って、カメラ４５で連続的に撮影される画像データは、画像処理部４５２からモデム４７を介して地上の監視事務所５へ送信され、モデム５３から画像処理部５４を介してモニタ５５にリアルタイムで画像出力される。このため、監視事務所５の係員は、モニタ５５の画面に映し出される測量車後方の映像を見ながら、遠隔制御ユニット５１を操作することによって、自走測量車４の走行を遠隔制御することができる。
【００５２】
一方、遠隔制御ユニット５１からは、格納台車３０の制御装置４６へ格納動作指令が送信され、先に説明した測量車移載動作時と同様に、制御装置３７によって、まずスライド扉３２ａが開放方向へスライド移動し、次に旋回駆動部３５によって、移載装置３４の移載アーム３４６が、図６に実線で示されるように、格納台車３０の走行方向（前後方向）に対して直角となる位置まで水平旋回され、更に昇降駆動部３６によって、図５に示される旋回枠３４３における案内軸３４４に沿って昇降スライダ３４５が下降移動することにより、図示されていないストローク下限センサによる検出高さまで移載アーム３４６が下降し、待機状態となる。
【００５３】
そして、第二軌条２３上を走行して来た自走測量車４が、格納台車３０の側面位置へ到達することによって、その測量車本体４１に設けられた左右一対の掛合孔４１ｃが、格納台車３０から張り出した移載アーム３４６に左右一対設けられたフォーク３４６ａに差し込まれる。
【００５４】
次に、自走測量車４の掛合孔４１ｃが移載アーム３４６のフォーク３４６ａに差し込まれたことが、図示されていないリミットスイッチ等により検出されると、自走測量車４の制御装置４６によって、車輪駆動装置４２が停止されると共に、格納台車３０の制御装置３７から昇降駆動部３６に対して上昇指令が出力される。このため、昇降駆動部３６の駆動によって、図５に示される旋回枠３４３における案内軸３４４に沿って昇降スライダ３４５が移載アーム３４６を上昇移動させ、フォーク３４６ａを介して吊支された自走測量車４が、図８に示されるように、移載アーム３４６と共に上昇して第二軌条２３から揚重される。
【００５５】
そして、移載アーム３４６が図示されていないリミットスイッチ等からなるストローク上限センサによる検出高さまで上昇した時点で、制御装置３７から昇降駆動部３６に停止指令が出力されると共に、旋回駆動部３５に格納方向の旋回指令が出力され、旋回駆動部３５が格納方向に駆動することによって、移載アーム３４６が図６に示される太い矢印と逆方向へように旋回動作する。このため、図７に示されるように、移載アーム３４６にフォーク３４６ａを介して吊支された自走測量車４は、この移載アーム３４６の旋回動作によってハウジング３２内へ格納される。
【００５６】
なお、自走測量車４が移載アーム３４６によって第二軌条２３から揚重され、ハウジング３２内へ格納される過程では、測量車本体４１の後部４ｂ側が、図示されていない駆動手段等によって、図４に破線で示され、あるいは図５に示されるように、ヒンジ４ａを介して下方へほぼ直角に屈曲され、これによってハウジング３２へ格納可能なサイズとなる。
【００５７】
ハウジング３２内への自走測量車４の格納が完了したことがリミットスイッチ等により検出されると、旋回駆動部３５が停止し、扉駆動装置３３の駆動によって、スライド扉３２ａがハウジング３２の開口部を閉鎖する方向へスライド移動し、これによって、一連の自動測量動作が終了する。また、ハウジング３２内へ自走測量車４が格納されることによって、図４に示される充電装置４８が、格納台車３０に設けられた電源（不図示）に接続され、自走測量車４のバッテリ４３に充電が開始される。
【００５８】
なお、上述の形態では、自走測量車４が、格納台車３０から出されて第二軌条２３を任意のダボ点へ向けて走行した後、移載アーム３４６が格納台車３０のハウジング３２内へいったん収納されるものとしたが、この移載アーム３４６は、測量が終了した自走測量車４が帰還するまで、格納台車３０の外側へ張り出した状態で待機するようにしても良い。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、トンネル内に敷設した第一軌条上を走行可能な後方台車に連結された格納台車に格納された自走測量車が、移載手段によって格納台車から第二軌条上に移載されることによって自在に走行可能であり、この自走測量車に、測量手段と、自己位置測定のための既知点を撮像する撮像手段を搭載しているため、自走測量車が、格納台車から離れて、シールド掘進機の位置や方向の測量が可能となる位置まで移動することによって、トンネルのカーブ部分等、測量が難しい箇所でも、確実にシールド掘進機の位置や方向を測量することができる。また、自走測量車は、撮像手段からの画像データと、既知点の既知座標データによって測量手段の自己位置を求めることができる。
【００６０】
請求項２の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、自走測量車の測量車本体が、ヒンジを介して折り畳み可能であるため、格納台車内の狭い格納スペースに格納可能であり、走行時には、折り畳み状態から測量車本体が開かれることによって、安定して走行及び測量を行うことができる。
【００６１】
請求項３の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、請求項１に記載された移載手段が、昇降及び旋回動作可能な移載アームと、この移載アームに設けられたフォークとを備え、このフォークが、自走測量車に設けられた掛合孔へ走行方向に挿入されるものであるため、自走測量車が第二軌条上を移動することによって、前記掛合孔へのフォークの挿入による吊支可能状態又はフォークからの離脱が可能となり、複雑なチャック機構等を必要としない。
【００６２】
請求項４の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、請求項１に記載された任意の既知点が、トンネル施工に伴い既知の座標上に設置された各複数のダボ点からなるため、既知点としての後方測点ターゲットを新たに設置する必要がない。このため、後方測点ターゲットの位置出し設置作業が不要となって、測量時間を短縮できるばかりでなく、後方測点ターゲットに対する自己位置の変化によって測量精度が低下するのを防止できる。
【００６３】
請求項５の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、遠隔制御手段及び演算手段が、トンネル外部に設置されているため、自走測量車に対する移載手段による移載動作、自走測量車の走行、撮像手段による撮像動作、測量手段による測量動作等を、トンネル外部から遠隔制御することができる。
【００６４】
請求項６の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、撮像手段が、自走測量車の走行方向の状況を撮影する手段を兼ねているため、トンネル外部に設置されたモニタによって、走行方向の状況を視認しながら、自走測量車の走行を遠隔制御手段によって遠隔制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るトンネル内の遠隔測量システムを採用したシールド工法によるトンネル施工状況を概略的に示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るトンネル内の遠隔測量システムを採用したシールド工法によるトンネル施工状況を概略的に示す立面図である。
【図３】図１におけるIII方向の部分的な矢視図である。
【図４】本発明の実施の形態で使用される自走測量車４を示す側面図である。
【図５】図１におけるＶ方向の矢視図である。
【図６】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による自走測量車４に対する移載動作を示す概略的な平面図である。
【図７】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による自走測量車４の格納状態をトンネルの延長方向から見た図である。
【図８】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による自走測量車４の移載過程をトンネルの延長方向から見た図である。
【図９】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による第二軌条２３への自走測量車４の載置状態をトンネルの延長方向から見た図である。
【図１０】本発明の実施の形態における制御系を示すブロック図である。
【図１１】自己位置の算出方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機
２ トンネル
２２ 第一軌条
２３ 第二軌条
２５ 台座
３ 後方台車
３０ 格納台車
３４ 移載装置（移載手段）
３４６ 移載アーム
３４６ａ フォーク
３５ 旋回駆動部
３６ 昇降駆動部
３７ 制御装置
３９，４７，５３ モデム
４ 自走測量車
４ａ ヒンジ
４１ 測量車本体
４１ｃ 掛合孔
４２ 車輪駆動装置
４３ バッテリ
４４ トータルステーション（測量手段）
４５ カメラ（撮像手段）
４５１ カメラ制御部
４６ 制御装置
４８ 充電装置
５ 監視事務所
５１ 遠隔制御ユニット（遠隔制御手段）
５２ パソコン（演算手段）
５５ モニタ
Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，… ダボ点（既知点）
Ｔ１，Ｔ２… ターゲット（測点）
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機による掘進工法において、トンネル内の測量を遠隔制御によって行う測量をシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上下水道等のトンネル工事には、シールド工法が採用される。良く知られているように、シールド工法は、シールド掘進機で地中掘進を行い、その後方で、一次覆工のためのセグメントを順次組み立てて行くものである。そして、このような工事においては、計画線（予め計画された掘進経路）に対する施工のずれを最小にするために、シールド掘進機の位置及び掘進方向を確認するための測量が行われており、その典型的な従来技術が、下記の特許文献に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６６１３３
【０００４】
すなわち、従来の技術においては、シールド掘進機の後方で走行する台車に格納された測量器（トータルステーション）を、前記台車に設けられた旋回アームで軌条上に移し、この軌条上で測量台車と共に移動可能な測量器が、既知の２箇所の後方測点を測距・測角して２点夾角法によって自己位置を算出すると共に、シールド掘進機の任意の箇所に設けた未知の測点を計測することによって、シールド掘進機の位置及び掘進方向の測量を行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術によれば、測量器が台車に取り付けられたものであるため、測量器とシールド掘進機との距離が固定であり、したがってトンネルのカーブ部分などでは、シールド掘進機の位置及び掘進方向の測量ができないことがあった。また、測量車の移動に伴って、既知の複数の後方測点からの距離が長くなると、夾角が小さくなって、測量誤差が増大するおそれがある。このため、新たに既知の座標上に後方測点を位置出しして設置する作業が必要となり、測量に時間がかかるといった問題が指摘される。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、トンネルがカーブした部分でも測量を可能とし、かつ測量の精度を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、掘進機によるトンネル工事過程でトンネル内の遠隔測量を行うシステムであって、前記トンネル内に敷設した第一軌条上を走行可能な格納台車と、前記第一軌条と並行して前記トンネル内に敷設した第二軌条上を走行可能かつ前記台車に格納可能な自走測量車と、前記格納台車に設けられて前記自走測量車を前記格納台車に格納又は前記第二軌条へ載置させる移載手段と、前記自走測量車に搭載されて前記トンネル内の測点を測量する測量手段と、前記自走測量車に搭載されて前記トンネル内の任意の既知点を撮像する撮像手段と、前記自走測量車、前記移載手段、前記測量手段、及び前記撮像手段の動作を遠隔制御する遠隔制御手段と、前記撮像手段からの画像データにおける前記既知点のローカル座標及び予め入力された前記既知点の絶対座標から前記測量手段の自己位置を演算する演算手段とを備えるものである。
【０００８】
請求項２の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、自走測量車の測量車本体が、ヒンジを介して折り畳み可能としたものである。
【０００９】
請求項３の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、移載手段が、昇降及び旋回動作可能な移載アームと、この移載アームに設けられたフォークとを備え、このフォークが、自走測量車に設けられた掛合孔へ走行方向に挿入されることによって、前記自走測量車を吊支可能となるものである。
【００１０】
請求項４の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、任意の既知点が、トンネル施工に伴い既知の座標上に設置された各複数のダボ点からなるものである。
【００１１】
請求項５の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項１に記載された構成において、遠隔制御手段及び演算手段が、トンネル外部に設置されたものである。
【００１２】
請求項６の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムは、請求項５に記載された構成において、撮像手段が、自走測量車の走行の際にその走行方向の状況を撮影する手段を兼ねており、トンネル外部に、前記撮像手段からの画像データを画像表示するモニタが設置されたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、シールド工法によるトンネル施工に本発明に係るトンネル内の遠隔測量システムを採用した好ましい実施の形態について説明する。図１は、本形態を概略的に示す平面図、図２は同じく立面図、図３は図１におけるIII方向の部分的な矢視図、図４は本形態で使用される自走測量車４を示す側面図、図５は図１におけるＶ方向の矢視図、図６は格納台車３０に設けられた移載装置３４による自走測量車４に対する移載動作を示す概略的な平面図、図７〜図９は格納台車３０に設けられた移載装置３４による自走測量車４に対する移載動作をトンネルの延長方向から見た図、図１０は本形態における制御系のブロック図、図１１は本発明による自己位置算出方法を示す説明図である。
【００１４】
まず図１及び図２において、参照符号１はシールド掘進機、２はこのシールド掘進機１により施工されたトンネルである。シールド掘進機１は、良く知られた構造を有するもので、基本的には図２に示されるように、略円筒形のシールドフレーム１１の前端で、多数のカッタビットを有する円盤状のカッタフェイス１２を回転させて地盤を掘削し、これによって発生したズリ（掘削土）を、カッタフェイス１２に形成されたスリットからチャンバ１３内に取り込み、撹拌して、スクリュコンベア１４を介して後方へ送り出し、後方台車３によって外部へ搬送する。
【００１５】
一方、シールドフレーム１１の後端では、掘削された坑内壁の崩落を防止するために、図示されていないエレクタによって複数のセグメントを環状に組み立てて継ぎ足していくことにより、一次覆工２１を施している。そして、その先端に油圧ジャッキ１５を当てて後方へ押圧することによって、その反力でシールド掘進機１が、カッタフェイス１２による掘削に伴い、地中を推進して行くようになっているのである。
【００１６】
一次覆工２１等が施された既設のトンネル２内には、図１に示されるように、後方台車３が走行するための第一軌条２２と、後述する自走測量車４が走行するための第二軌条２３が、トンネル２の延長方向へ互いに並行して敷設されている。第一軌条２２及び第二軌条２３は、シールド掘進機１の掘進によるトンネル２の延長に伴って、順次継ぎ足して延長されて行くものである。
【００１７】
後方台車３には、シールド掘進機１のスクリュコンベア１４から排出されたズリを積み込んで立坑２ａ側へ搬送するものや、シールド掘進機１のエレクタへ一次覆工２１用のセグメントを供給するためのものなどがあり、図示されていない牽引車によって牽引され、第一軌条２２上を走行する。後方台車３における後部には、格納台車３０が連結されており、したがって、この格納台車３０も、後方台車３と共に第一軌条２２上を走行する。
【００１８】
トンネル２の下部には、図３に示されるように、第一軌条２２及び第二軌条２３を支持する枕木２４が、その延長方向に対する所定の間隔で架設されている。枕木２４の下側には、複数の台座２５がトンネル２の延長方向所定間隔で設置されており、各台座２５には、２個１組のダボ点Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，…が打ち込まれている。ダボ点Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，…は、良く知られているように、測量釘の一種であって、予め求められた絶対座標上に、測量の基準として打設されるものであり、それぞれ合成樹脂のコーティングにより赤、あるいは青などの彩色が施されている。なお、図示の形態では、ダボ点Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，…が枕木２４の下側に設置した台座２５上に打ち込まれているが、トンネル２の覆工面などに打設されたものであっても良い。
【００１９】
一方、シールド掘進機１の所定箇所には、図１に示されるように、測点として、コーナキューブリフレクタ等による反射プリズムからなる複数のターゲットＴ１，Ｔ２…が設置されている。
【００２０】
自走測量車４は、図３及び図４に示されるように、前輪４１ａ及び後輪４１ｂによって第二軌条２３上を走行可能な測量車本体４１を有し、この測量車本体４１には、前輪４１ａを駆動させるための車輪駆動装置４２と、バッテリ４３と、トータルステーション（光波測距測角儀）４４と、カメラ４５と、制御装置４６と、モデム４７及び充電装置４８等が搭載されている。測量車本体４１は、図４に破線で示されるように、後部４ｂ側が、ヒンジ４ａを介して下方へほぼ直角に屈曲可能となっている。
【００２１】
自走測量車４に搭載されたトータルステーション４４は、請求項１に記載された測量手段に相当するものであって、良く知られているように、光波によってターゲットを自動的に視準し、かつ視準された測点の測距及び測角するものであり、整準台４４ａによって旋回動作可能に支持され、旋回軸を鉛直に保つようになっている。
【００２２】
自走測量車４に搭載されたカメラ４５は、請求項１に記載された撮像手段に相当するものであって、連続撮影可能なＣＣＤカメラ等が採用され、すなわち光学像を画像信号に変換するものである。レンズ面が水平（光軸が鉛直）になるように保持可能であると共に、整準台４４ａにカメラ支持アーム４５ａを介して俯仰動作可能に取り付けられている。また、このカメラ４５は、整準台４４ａによって、トータルステーション４４と共に水平旋回可能となっている。
【００２３】
格納台車３０は、図５に示されるように、第一軌条２２上を走行可能な測量車本体３１と、この測量車本体３１上に設けられて自走測量車４を格納可能なハウジング３２を備え、このハウジング３２の側面には、図６に示されるスライド扉３２ａによって開閉可能であると共に自走測量車４を出し入れ可能な開口部が設けられている。前記スライド扉３２ａは、扉駆動装置３３によって駆動するエンドレスワイヤ３３ａを介して、図５における左右方向、すなわち測量車本体３１の前後方向へ開閉動作されるものである。また、スライド扉３２ａによって密閉される格納室内は、適切に湿度管理されている。
【００２４】
格納台車３０のハウジング３２には、自走測量車４を出し入れするための移載装置３４が設けられている。この移載装置３４は、請求項１に記載の移載手段に相当するものであって、図５に示されるように、互いに同心の上部支持軸３４１及び下部支持軸３４２によって鉛直軸心の周りに回転可能に支持された旋回枠３４３と、この旋回枠３４３の揺動端位置に鉛直に設けた案内軸３４４に上下移動可能に取り付けられた昇降スライダ３４５と、この昇降スライダ３４５から水平に延在された移載アーム３４６とを備える。
【００２５】
図３及び図４に示されるように、自走測量車４の測量車本体４１には、左右一対の掛合孔４１ｃが形成されている。一方、移載アーム３４６は、図４に一点鎖線で示されるように、この掛合孔４１ｃへ挿入されることによって自走測量車４を揚重可能となる一対のフォーク３４６ａ（図４では片側のフォークのみ示される）が略水平に突設されている。
【００２６】
移載装置３４における旋回枠３４３は、旋回駆動部３５と、その出力軸に設けたウォーム３５ａと、前記下部支持軸３４２に設けられてウォーム３５ａに噛合されたウォームホイール（不図示）によって旋回動作されるものである。また、昇降スライダ３４５は、昇降駆動部３６と、旋回枠３４３に案内軸３４４と平行（すなわち鉛直）に設けられると共に図示されていないギヤを介して昇降駆動部３６の駆動により回転される送り螺子３６１と、この送り螺子３６１に噛合されたナット３６２を介して、案内軸３４４に沿って昇降動作される。
【００２７】
移載装置３４の移載アーム３４６は、図６に実線で示され、かつ図８に示されるように、格納台車３０の走行方向（前後方向）に対して直角となる位置まで水平旋回した状態では、この移載アーム３４６に、図４に示されるフォーク３４６ａによって支持された自走測量車４の車輪４１ａ，４１ｂが、第二軌条２３上に位置するように、前記フォーク３４６ａの取付位置が調整されている。したがって、この状態から昇降駆動部３６の駆動によって、昇降スライダ３４５を介して移載アーム３４６を降下させれば、図９に示されるように、自走測量車４の車輪４１ａ，４１ｂが、第二軌条２３上に支持されるので、フォーク３４６ａを図４に示される掛合孔４１ｃから抜き出すことができると共に、自走測量車４が第二軌条２３上を走行可能な状態となる。
【００２８】
また、図５に示されるように、移載アーム３４６を昇降スライダ３４５のストローク上限付近まで上昇させると共に、図６に一点鎖線で示されるように、格納台車３０の走行方向に対して平行となる位置まで水平旋回させた状態では、この移載アーム３４６にフォーク３４６ａを介して支持された自走測量車４は、ハウジング３２内に収容状態となる。このとき、測量車本体４１は、図４に破線で示されるように、後部４ｂ側を、ヒンジ４ａを介して下方へほぼ直角に屈曲させることによって、図７に示されるように、格納台車３０のハウジング３２内に完全に収容することができる。
【００２９】
図２に示されるように、地上には、トンネル２における立坑２ａの開口付近に監視事務所５が設けられている。この監視事務所５内には、自走測量車４の車輪駆動装置４２への動作指令や、トータルステーション４４への視準・測距・測角動作等の動作指令や、カメラ４５の撮影動作及びそのカメラ支持アーム４５ａへの動作指令や、格納台車３０における扉駆動装置３３及び移載装置３４（旋回駆動部３５，昇降駆動部３６等）への動作指令等を送ることによって、トータルステーション４４、カメラ４５、扉駆動装置３３及び移載装置３４等を遠隔制御する遠隔制御ユニット５１と、トータルステーション４４によるトンネル１４内の測量データや、カメラ４５からの画像データを処理して座標の演算等を行う、請求項１に記載された演算手段に相当するパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略称する）５２が設置されている。
【００３０】
この形態における制御系を、図１０を参照しながら説明すると、参照符号３７は格納台車３０に搭載された制御装置であり、この制御装置３７には、格納台車３０における扉駆動装置３３、旋回駆動部３５及び昇降駆動部３６等が接続されている。シールド掘進機１に設けられたターゲットＴ１，Ｔ２…は、個別に視準できるようにシャッタ機能を備えており、その機構を制御する為に、このターゲットＴ１，Ｔ２…も制御装置３７と接続されている。すなわち、ターゲットＴ１，Ｔ２…は、その視準時にのみ、制御装置３７からの指令によって個別にシャッタが開かれるものである。また、制御装置３７は、モデム３９を介して監視事務所５側のモデム５３及び自走測量車４に搭載されたモデム４７に接続されている。
【００３１】
自走測量車４のモデム４７には、制御装置４６が接続されており、この制御装置４６には、シールド掘進機１に取り付けられたターゲットＴ１，Ｔ２…に対してトータルステーション４４を自動的に視準する視準制御部４４１、視準に伴いトータルステーション４４を自動的に測距・測角動作させる測距・測角制御部４４２、前輪４１ａを駆動させるための車輪駆動装置４２、トータルステーション４４の中心軸が鉛直になるように整準するための整準台４４ａを制御する整準制御部４４３、カメラ４５の撮影動作やカメラ支持アーム４５ａの動作を制御するカメラ制御部４５１等が接続されている。また、カメラ４５からの画像データを処理する画像処理部４５２は、前記モデム４７に接続されている。一方、監視事務所５側のモデム５３には、遠隔制御ユニット５１及びパソコン５２が接続され、さらに画像処理部５４を介してモニタ５５が接続されている。
【００３２】
上述の構成を備える本形態の遠隔測量システムの動作は、次のように行われる。まず、遠隔制御ユニット５１や、パソコン５２等、監視事務所５における各種機器の電源を投入し、かつ格納台車３０や自走測量車４に搭載された各種機器の電源を投入して、これらを動作可能な状態に維持しておく。なお、このとき自走測量車４は、図５及び図７に示されるように、格納台車３０のハウジング３２内に格納されており、自走測量車４の走行や各種動作に必要な電源であるバッテリ４３は、十分に充電されているものとする。また、各ダボ点Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，…の絶対座標データは、パソコン５２のメモリに記憶されている。
【００３３】
シールド掘進機１の掘進位置を遠隔測量する場合は、監視事務所５の遠隔制御ユニット５１から、移載動作の指令を行う。この移載動作指令データは、図１０に示されるモデム５３、モデム３９を介して制御装置３７に送信されることによって、制御装置３７は測量車移載動作プログラムによる制御を開始する。
【００３４】
測量車移載動作においては、まず、図１０に示される制御装置３７からの扉開放指令によって、格納台車３０における扉駆動装置３３が、図６に示されるハウジング３２のスライド扉３２ａを開放方向へスライド移動させる。そしてスライド扉３２ａが完全に開かれたことが、リミットスイッチ（不図示）等により検出された時点で、制御装置３７から扉駆動装置３３に停止指令が出力されると共に、旋回駆動部３５への駆動指令が出力され、旋回駆動部３５の駆動によって、移載装置３４の移載アーム３４６が、図６に太い矢印で示されるように旋回動作する。このため、図８に示されるように、移載アーム３４６に吊支された自走測量車４は、この移載アーム３４６の旋回動作によってハウジング３２の外部へ出される。
【００３５】
次に、移載アーム３４６が、図６に実線で示されるように、格納台車３０の走行方向（前後方向）に対して直角となる位置まで水平旋回されたことが、図示されていないリミットスイッチ等の検出手段によって検出された時点で、制御装置３７から旋回駆動部３５への駆動停止指令が出力され、移載アーム３４６の旋回動作が停止する。このとき、移載アーム３４６にフォーク３４６ａを介して吊支された自走測量車４は、図８に示されるように、車輪４１ａ，４１ｂが第二軌条２３の真上に位置している。
【００３６】
次に、図１０に示される制御装置３７からの下降指令によって、昇降駆動部３６が駆動し、図５に示される旋回枠３４３における案内軸３４４に沿って昇降スライダ３４５が下降移動することにより、自走測量車４は、移載アーム３４６と共に下降し、図９に示されるように、自走測量車４の車輪４１ａ，４１ｂが第二軌条２３上に載置され、すなわち自走測量車４が第二軌条２３上に移載される。そして、自走測量車４が第二軌条２３上に移載されたことが、図示されていないリミットスイッチ等からなるストローク下限センサによって検出された時点で、制御装置３７から昇降駆動部３６への駆動停止指令が出力される。
【００３７】
自走測量車４が第二軌条２３上に移載された状態では、この第二軌条２３上で自走測量車４を適宜移動させるか、移載アーム３４６を水平旋回させることによって、フォーク３４６ａが、図３及び図４に示される掛合孔４１ｃから相対的に抜き出され、自走測量車４は、第二軌条２３上を走行可能な状態となる。このようにしてフォーク３４６ａから自走測量車４が離れた後は、制御装置３７からの復帰指令によって、昇降駆動部３６及び旋回駆動部３５が上述の移載動作と逆のステップで動作し、移載アーム３４６が格納台車３０のハウジング３２内へ復帰される。
【００３８】
なお、自走測量車４は、格納台車３０のハウジング３２に格納されていた時点では、図４に破線で示され、あるいは図５に示されるように、測量車本体４１の後部４ｂ側が、下方へほぼ直角に屈曲されているが、上述した移載の過程で、図示されていない駆動手段等によって、図４に実線で示されるように略水平状態に変位され、これによって、第二軌条２３上を転動可能な状態となる。
【００３９】
以上のようにして、第二軌条２３への自走測量車４の移載が完了すると、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１の操作によって、モデム５３及び自走測量車４側のモデム４７を介して自走測量車４の制御装置４６へ前進指令を送信し、これによって制御装置４６が車輪駆動装置４２を起動し、自走測量車４が第二軌条２３上をシールド掘進機１側へ向けて走行する。また、このとき、予め制御装置４６からの制御指令によって、カメラ制御部４５１が、カメラ支持アーム４５ａを、カメラ４５が水平かつ前方を向くように動作させる。
【００４０】
自走測量車４の走行に伴って、カメラ４５で連続的に撮影される走行方向の状況は、画像処理部４５２からモデム４７を介して地上の監視事務所５へ送信され、モデム５３から画像処理部５４を介してモニタ５５にリアルタイムで画像出力される。このため、監視事務所５の係員は、モニタ５５の画面に映し出される測量車前方の映像を見ながら、遠隔制御ユニット５１を操作することによって、自走測量車４の走行を遠隔制御することができる。
【００４１】
自走測量車４が、図１に参照符号４”で示されるように、シールド掘進機１に設けられたターゲットＴ１，Ｔ２…に対するトータルステーション４４の測量（視準、測距、測角）動作が容易に可能となる位置に存在するダボ点、例えばシールド掘進機１の最寄のダボ点Ａｎ，Ｂｎの打設箇所へ接近したら、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１の操作によって、モデム５３，４７を介して自走測量車４の自己位置計測指令を自走測量車４の制御装置４６へ送信する。これによって、カメラ制御部４５１が、カメラ支持アーム４５ａを、カメラ４５が鉛直下方へ向くように、言い換えればレンズ面が水平になるように動作させるため、自走測量車４がダボ点Ａｎ，Ｂｎの上に達した時点で、カメラ４５が、このダボ点Ａｎ，Ｂｎを映し出すことになる。そして監視事務所５の係員は、モニタ５５の画面にダボ点Ａｎ，Ｂｎが映し出された時点で、遠隔制御ユニット５１からの操作によって、自走測量車４を停止させる。
【００４２】
次に、カメラ４５から画像処理部４５２及びモデム４７を介して監視事務所５へ送信されたダボ点Ａｎ，Ｂｎの画像データ、及びパソコン５２のメモリに記憶されているダボ点Ａｎ，Ｂｎの既知の絶対座標データから、パソコン５２によって、自走測量車４に搭載されたトータルステーション４４の自己位置を算出する。図１１は、その算出方法を示す説明図である。
【００４３】
ダボ点Ａｎ，Ｂｎは、先に説明したように、予め求められた絶対座標上に、測量の基準として打設されるものであるため、その座標値は絶対座標系（図１１におけるＸＹ座標系）で既知のものである。このため、まず、ダボ点Ａｎ，Ｂｎの既知の絶対座標データにより、ＸＹ座標系における線分ＡＢの絶対傾きγが求められる。
【００４４】
次に、カメラ４５によって映し出された画像上のχψ座標系（これをカメラ座標系と仮称する）における線分ＡＢのローカル座標傾きβが求められる。そして、絶対傾きγとローカル座標傾きβとの差によって、絶対座標系（ＸＹ座標系）でのカメラ４５の傾きαを求めることができる（α＝γ−β）。なお、カメラ４５の傾きαは、整準台４４ａによる旋回角に由来するものである。
【００４５】
次に、ダボ点Ａｎ，Ｂｎの絶対座標値とカメラ４５の傾きαを用いて、カメラ中心点Ｏの絶対座標値を算出する。カメラ中心点Ｏは、画面の中心に相当する。この中心点Ｏとトータルステーション４４の位置関係は固定であるため、ダボ点Ａｎ，Ｂｎとの距離と角度γから、トータルステーション４４の自己位置の絶対座標Ｐを算出することができる。
【００４６】
上述のように、本形態によれば、トータルステーション４４の自己位置の計測に、トンネル２の施工において設置された既知のダボ点Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，…の座標データを利用するため、先に述べた特許文献１に記載された従来技術のように、トータルステーション４４の自己位置を計測するための既知点となる後方測点ターゲットを新たに設置する必要がない。このため、既知点への後方測点ターゲットの位置出し設置作業が不要となって、測量時間を短縮できるほか、２点夾角法のように、後方測点ターゲットに対する自己位置の変化によって測量精度が低下するようなことがない。
【００４７】
パソコン５２によってトータルステーション４４の自己位置の絶対座標Ｐが求められたら、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１から、トータルステーション４４による自動測距・測角動作の指令を送信する。この自動測距・測角動作においては、まず制御装置４６から整準台４４ａの整準制御部４４３に対して整準動作指令が送信されることによって、整準制御部４４３が整準台４４ａを動作させ、整準台４４ａを水平（トータルステーション４４の旋回軸を鉛直）に保持させる。
【００４８】
次に、自走測量車４における制御装置４６は、視準制御部４４１に対し視準動作指令を送信し、これによりトータルステーション４４を、図１に示されるシールド掘進機１に設置した測量対象のターゲットＴ１，Ｔ２…に自動的に向け、ターゲットＴ１，Ｔ２…を、それぞれ自動的に視準する。シャッタ付きコーナキューブリフレクタからなるターゲットＴ１，Ｔ２…は、視準に際して、格納台車３０側の制御装置３７からの指令によってシャッタが自動的に開かれ、トータルステーション４４による自動視準を可能にする。そして、この視準動作に伴い測距・測角制御部４４２が動作して、トータルステーション４４から各ターゲットＴ１，Ｔ２…へ向けて光波を出射することにより、これら各ターゲットＴ１，Ｔ２…までの距離及び角度を順に測量し、その測量データが、制御装置４６からモデム４７を介して監視事務所５へ送信される。
【００４９】
監視事務所５では、トータルステーション４４から送信されたターゲットＴ１，Ｔ２…の測量データを、モデム５３を通してパソコン５２で受信し、トータルステーション４４の位置データ及び方向角に基づいて演算処理することにより、シールド掘進機１の位置及び掘進方向を算出する。
【００５０】
ここで、例えばトータルステーション４４が、格納台車３０に取り付けられているような場合、図１のようなトンネル２のカーブ部分では、トータルステーション４４によるターゲットＴ１，Ｔ２…の測量が困難になる場合もあり得るのに対し、本形態によれば、トータルステーション４４が、格納台車３０から離れて第二軌条２３上を自在に走行可能な自走測量車４に搭載されており、シールド掘進機１の位置や方向の測量が可能となる位置まで、トータルステーション４４を移動できるため、トンネル２のカーブ部分でも、確実にシールド掘進機１の位置や方向を測量することができる。
【００５１】
各ターゲットＴ１，Ｔ２…の測量が終了したら、監視事務所５の係員は、遠隔制御ユニット５１の操作によって、モデム５３及び自走測量車４側のモデム４７を介して自走測量車４の制御装置４６へ帰還指令を送信し、これによって自走測量車４が第二軌条２３上を格納台車３０側へ向けて帰還するように走行する。このとき、予め制御装置４６からの制御指令によって、カメラ制御部４５１が、カメラ支持アーム４５ａを、カメラ４５が水平かつ後方を向くように動作させる。そして、自走測量車４の走行に伴って、カメラ４５で連続的に撮影される画像データは、画像処理部４５２からモデム４７を介して地上の監視事務所５へ送信され、モデム５３から画像処理部５４を介してモニタ５５にリアルタイムで画像出力される。このため、監視事務所５の係員は、モニタ５５の画面に映し出される測量車後方の映像を見ながら、遠隔制御ユニット５１を操作することによって、自走測量車４の走行を遠隔制御することができる。
【００５２】
一方、遠隔制御ユニット５１からは、格納台車３０の制御装置４６へ格納動作指令が送信され、先に説明した測量車移載動作時と同様に、制御装置３７によって、まずスライド扉３２ａが開放方向へスライド移動し、次に旋回駆動部３５によって、移載装置３４の移載アーム３４６が、図６に実線で示されるように、格納台車３０の走行方向（前後方向）に対して直角となる位置まで水平旋回され、更に昇降駆動部３６によって、図５に示される旋回枠３４３における案内軸３４４に沿って昇降スライダ３４５が下降移動することにより、図示されていないストローク下限センサによる検出高さまで移載アーム３４６が下降し、待機状態となる。
【００５３】
そして、第二軌条２３上を走行して来た自走測量車４が、格納台車３０の側面位置へ到達することによって、その測量車本体４１に設けられた左右一対の掛合孔４１ｃが、格納台車３０から張り出した移載アーム３４６に左右一対設けられたフォーク３４６ａに差し込まれる。
【００５４】
次に、自走測量車４の掛合孔４１ｃが移載アーム３４６のフォーク３４６ａに差し込まれたことが、図示されていないリミットスイッチ等により検出されると、自走測量車４の制御装置４６によって、車輪駆動装置４２が停止されると共に、格納台車３０の制御装置３７から昇降駆動部３６に対して上昇指令が出力される。このため、昇降駆動部３６の駆動によって、図５に示される旋回枠３４３における案内軸３４４に沿って昇降スライダ３４５が移載アーム３４６を上昇移動させ、フォーク３４６ａを介して吊支された自走測量車４が、図８に示されるように、移載アーム３４６と共に上昇して第二軌条２３から揚重される。
【００５５】
そして、移載アーム３４６が図示されていないリミットスイッチ等からなるストローク上限センサによる検出高さまで上昇した時点で、制御装置３７から昇降駆動部３６に停止指令が出力されると共に、旋回駆動部３５に格納方向の旋回指令が出力され、旋回駆動部３５が格納方向に駆動することによって、移載アーム３４６が図６に示される太い矢印と逆方向へように旋回動作する。このため、図７に示されるように、移載アーム３４６にフォーク３４６ａを介して吊支された自走測量車４は、この移載アーム３４６の旋回動作によってハウジング３２内へ格納される。
【００５６】
なお、自走測量車４が移載アーム３４６によって第二軌条２３から揚重され、ハウジング３２内へ格納される過程では、測量車本体４１の後部４ｂ側が、図示されていない駆動手段等によって、図４に破線で示され、あるいは図５に示されるように、ヒンジ４ａを介して下方へほぼ直角に屈曲され、これによってハウジング３２へ格納可能なサイズとなる。
【００５７】
ハウジング３２内への自走測量車４の格納が完了したことがリミットスイッチ等により検出されると、旋回駆動部３５が停止し、扉駆動装置３３の駆動によって、スライド扉３２ａがハウジング３２の開口部を閉鎖する方向へスライド移動し、これによって、一連の自動測量動作が終了する。また、ハウジング３２内へ自走測量車４が格納されることによって、図４に示される充電装置４８が、格納台車３０に設けられた電源（不図示）に接続され、自走測量車４のバッテリ４３に充電が開始される。
【００５８】
なお、上述の形態では、自走測量車４が、格納台車３０から出されて第二軌条２３を任意のダボ点へ向けて走行した後、移載アーム３４６が格納台車３０のハウジング３２内へいったん収納されるものとしたが、この移載アーム３４６は、測量が終了した自走測量車４が帰還するまで、格納台車３０の外側へ張り出した状態で待機するようにしても良い。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、トンネル内に敷設した第一軌条上を走行可能な後方台車に連結された格納台車に格納された自走測量車が、移載手段によって格納台車から第二軌条上に移載されることによって自在に走行可能であり、この自走測量車に、測量手段と、自己位置測定のための既知点を撮像する撮像手段を搭載しているため、自走測量車が、格納台車から離れて、シールド掘進機の位置や方向の測量が可能となる位置まで移動することによって、トンネルのカーブ部分等、測量が難しい箇所でも、確実にシールド掘進機の位置や方向を測量することができる。また、自走測量車は、撮像手段からの画像データと、既知点の既知座標データによって測量手段の自己位置を求めることができる。
【００６０】
請求項２の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、自走測量車の測量車本体が、ヒンジを介して折り畳み可能であるため、格納台車内の狭い格納スペースに格納可能であり、走行時には、折り畳み状態から測量車本体が開かれることによって、安定して走行及び測量を行うことができる。
【００６１】
請求項３の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、請求項１に記載された移載手段が、昇降及び旋回動作可能な移載アームと、この移載アームに設けられたフォークとを備え、このフォークが、自走測量車に設けられた掛合孔へ走行方向に挿入されるものであるため、自走測量車が第二軌条上を移動することによって、前記掛合孔へのフォークの挿入による吊支可能状態又はフォークからの離脱が可能となり、複雑なチャック機構等を必要としない。
【００６２】
請求項４の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、請求項１に記載された任意の既知点が、トンネル施工に伴い既知の座標上に設置された各複数のダボ点からなるため、既知点としての後方測点ターゲットを新たに設置する必要がない。このため、後方測点ターゲットの位置出し設置作業が不要となって、測量時間を短縮できるばかりでなく、後方測点ターゲットに対する自己位置の変化によって測量精度が低下するのを防止できる。
【００６３】
請求項５の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、遠隔制御手段及び演算手段が、トンネル外部に設置されているため、自走測量車に対する移載手段による移載動作、自走測量車の走行、撮像手段による撮像動作、測量手段による測量動作等を、トンネル外部から遠隔制御することができる。
【００６４】
請求項６の発明に係るトンネル内の遠隔測量システムによれば、撮像手段が、自走測量車の走行方向の状況を撮影する手段を兼ねているため、トンネル外部に設置されたモニタによって、走行方向の状況を視認しながら、自走測量車の走行を遠隔制御手段によって遠隔制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るトンネル内の遠隔測量システムを採用したシールド工法によるトンネル施工状況を概略的に示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るトンネル内の遠隔測量システムを採用したシールド工法によるトンネル施工状況を概略的に示す立面図である。
【図３】図１におけるIII方向の部分的な矢視図である。
【図４】本発明の実施の形態で使用される自走測量車４を示す側面図である。
【図５】図１におけるＶ方向の矢視図である。
【図６】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による自走測量車４に対する移載動作を示す概略的な平面図である。
【図７】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による自走測量車４の格納状態をトンネルの延長方向から見た図である。
【図８】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による自走測量車４の移載過程をトンネルの延長方向から見た図である。
【図９】本発明の実施の形態で使用される移載装置３４による第二軌条２３への自走測量車４の載置状態をトンネルの延長方向から見た図である。
【図１０】本発明の実施の形態における制御系を示すブロック図である。
【図１１】自己位置の算出方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機
２ トンネル
２２ 第一軌条
２３ 第二軌条
２５ 台座
３ 後方台車
３０ 格納台車
３４ 移載装置（移載手段）
３４６ 移載アーム
３４６ａ フォーク
３５ 旋回駆動部
３６ 昇降駆動部
３７ 制御装置
３９，４７，５３ モデム
４ 自走測量車
４ａ ヒンジ
４１ 測量車本体
４１ｃ 掛合孔
４２ 車輪駆動装置
４３ バッテリ
４４ トータルステーション（測量手段）
４５ カメラ（撮像手段）
４５１ カメラ制御部
４６ 制御装置
４８ 充電装置
５ 監視事務所
５１ 遠隔制御ユニット（遠隔制御手段）
５２ パソコン（演算手段）
５５ モニタ
Ａｎ，Ｂｎ，Ａｎ−１，Ｂｎ−１，Ａｎ−２，Ｂｎ−２，… ダボ点（既知点）
Ｔ１，Ｔ２… ターゲット（測点）
Claims (6)
- 掘進機によるトンネル工事過程でトンネル内の遠隔測量を行うシステムであって、前記トンネル内に敷設した第一軌条上を走行可能な格納台車と、前記第一軌条と並行して前記トンネル内に敷設した第二軌条上を走行可能かつ前記台車に格納可能な自走測量車と、前記格納台車に設けられて前記自走測量車を前記格納台車に格納又は前記第二軌条へ載置させる移載手段と、前記自走測量車に搭載されて前記トンネル内の測点を測量する測量手段と、前記自走測量車に搭載されて前記トンネル内の任意の既知点を撮像する撮像手段と、前記自走測量車、前記移載手段、前記測量手段、及び前記撮像手段の動作を遠隔制御する遠隔制御手段と、前記撮像手段からの画像データにおける前記既知点のローカル座標及び予め入力された前記既知点の絶対座標から前記測量手段の自己位置を演算する演算手段とを備えることを特徴とするトンネル内の遠隔測量システム。
- 自走測量車の測量車本体が、ヒンジを介して折り畳み可能であることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内の遠隔測量システム。
- 移載手段が、昇降及び旋回動作可能な移載アームと、この移載アームに設けられたフォークとを備え、このフォークが、自走測量車に設けられた掛合孔へ走行方向に挿入されることによって、前記自走測量車を吊支可能となるものであることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内の遠隔測量システム。
- 任意の既知点が、トンネル施工に伴い既知の座標上に設置された各複数のダボ点からなることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内の遠隔測量システム。
- 遠隔制御手段及び演算手段が、トンネル外部に設置されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内の遠隔測量システム。
- 撮像手段が、自走測量車の走行の際にその走行方向の状況を撮影する手段を兼ねており、トンネル外部に、前記撮像手段からの画像データを表示するモニタが設置されたことを特徴とする請求項５に記載のトンネル内の遠隔測量システム。
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