JP4317900B2 - 地下埋設管路配設状況表示システム - Google Patents
地下埋設管路配設状況表示システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP4317900B2 JP4317900B2 JP18233799A JP18233799A JP4317900B2 JP 4317900 B2 JP4317900 B2 JP 4317900B2 JP 18233799 A JP18233799 A JP 18233799A JP 18233799 A JP18233799 A JP 18233799A JP 4317900 B2 JP4317900 B2 JP 4317900B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carriage
- pipe
- pipeline
- underground
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Sewage (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水道工事等の地下に埋設される管路の配設状況を正確に測定し、三次元的に表示することのできる地下埋設管路配設状況表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、各家庭から排出される生活廃水を道路の側溝に流しており、電力線も電柱に架設され、この電力線用の電柱を利用して電話線を架設しており、地下に埋設するものは上水道管くらいで、地下埋設物が少なく、新たに地下に埋設するものがあっても上水道の管路に注意するくらいで地下を掘削するにも大して気を使う必要がなかった。
【０００３】
ところが、近年、住宅の大都市集中化現象と大都市周辺における人口増加にともない、住宅需要の飛躍的な拡大が図られている。この住宅需要の拡大は、宅地の乱開発を助長し、宅地の狭小化現象を現出しており、大都市周辺における住宅事情は、切迫した状態となっている。このような宅地の急増は、下水道の整備を余儀無くし、従来、道路の側溝に流していた各家庭から排出される生活廃水が、道路上の往来が激しい点及び衛生の点を考慮して、一か所に集められ、一括して輸送する方法が採られ、この生活廃水輸送用の下水道管等の配管は、地中に埋設する方法が取られてるようになっている。
このような背景から、現在では首都圏における下水道の普及率も１００％既成を達成し、普及を中心とした第一世代下水道の整備が終りを告げたが、これまでに築いてきた管渠の維持管理がこれまで以上に重要視されている。
【０００４】
地下埋設物は、下水道管だけに限られるものではなく、電力ケーブルの地下埋設、電話線の地下埋設、ガス管の地下埋設、上水道管の地下埋設、さらには地下鉄の洞道等、地下に埋設されるものは年々多くなっている。このような管路、洞道等の埋設は、他人の土地の地下を配設する場合、その土地の所有権等の諸権利関係の問題から難しい問題を含んでいるため、地上の空間及び地下を自由に使用できる公共道路の上下が使用され、多く公共道路の地下に埋設することが行われている。
【０００５】
ところが、公共道路の幅は無限にあるわけではなく、特に都市圏においては非常に限られたものとなっている。このため使用電力の増大、使用電話回線の増大、使用ガス量の増大、使用水道量の増大、地下鉄路線の拡大等から各埋設される管路、洞道等の径が拡大し、地下、特に公共道路の地下埋設可能面積が狭小化しつつある。しかも、公共道路の地下は、幅が公共道路の幅の範囲と限られているため、勢い深さ方向に乱設される傾向にある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような状態において、新たに下水道の管路を埋設、電力ケーブルの地下埋設、電話線の地下埋設、ガス管の地下埋設、上水道管の地下埋設のための掘削工事を行ったり、あるいはこれら管路の埋め代えを行ったり、地下鉄の洞道の布設工事を行うような場合には、道路上においても、埋設物が輻輳している中にさらに新たな占用物件が加わったり、占用物件の条件が変わったりするため、現在使用されている幹線の主要枝線の正確な占用位置が管理者より要求されたり、道路の拡幅などによって道路形態が変わって占用位置の特定が困難な管渠の占用位置を正確に、かつ明確に把握しておかないと、新たに布設する管路の作業の際、既に埋設されている管路を破壊してしまう恐れがある。
【０００７】
ところが、下水道の管路の埋設工事を行う業者、電力ケーブルの地下埋設工事を行う業者、電話線の地下埋設工事を行う業者、ガス管の地下埋設工事を行う業者、上水道管の地下埋設工事を行う業者、地下鉄の洞道の布設工事を行うを行う業者は全て異なった業者で、それぞれが独立して施工工事を行っている。このため、各業者は、自らの工事を行った管路の埋設位置については、正確に把握しているが、他の業者の管路の埋設位置については把握しておらず、管路の埋設工事を行う場合、埋設作業を行う業者が当該工事を行う箇所で埋設工事を行った他の業者を集めて埋設位置の確認を行っている。
【０００８】
これら道路下の占用位置の測定については、
▲１▼測量による方法
▲２▼ボーリング探査による方法
等が用いられているが、下水道管渠内は、▲１▼の測量による方法にあっては、常時汚水が流下しており、入孔間が長いスパンや曲線での測量が、水中に基準点を設置して機械を盛り替えることが困難であるため適しておらず、また、▲２▼のボーリング探査による方法にあっては、下水道管の埋設位置が深くなるほど精度が低下し、要求される精度を得るのが難しく正確な占用位置の測定を行うことが難しいという問題を有している。
【０００９】
そこで近年では、これらの管路の配設状態の測定について、特開平８−１７８６５３号公報、特開平９−２５７４５０号公報に示す如く、管径の小さいものについて光ファイバジャイロ（ＯＦＧ）センサを２軸（Ｘ−Ｙ，Ｘ−Ｚ平面）、または、３軸（Ｘ−Ｙ，Ｘ−Ｚ，Ｙ−Ｚ平面）組み合わせることにより三次元の角度変化を検出し、三次元的に測定することが知られている。これらの方法によって埋設した管路の位置を確実に把握している業者もあるが、少数の業者だけで、かつ、自社の工事を行った分の把握しかしていない。
【００１０】
本発明の目的は、下水道工事等の地下に新たに管路を埋設する工事を行うに当たって、既に埋設されている各種管路の配管状況を正確に、かつ明確に三次元的に表現し、一目で各種管路の配管状況が把握できるようにしようということにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に記載の地下埋設管路配設状況表示システムは、予め径の大きさが明確になっている管路内に台車を設置し、この台車の測定開始点となる走行測定基準位置を三次元座標位置上で特定し、管路内を台車を走行させ、この台車が管路内における基準走行位置を走行するようにディスプレイの表示に基づいて走行方向を修正して走行せしめ、台車が測定開始点から一定の移動距離毎に測定基準位置からのＸ−Ｙ−Ｚ方向の変位量を求め、変位量に基づいて台車の移動した各位置における測定点の三次元座標位置を得、これら各位置における測定点の三次元座標位置をプロットし、各三次元座標を直線で結ぶことにより該直線上に管路を形成し、地中に埋設された地下埋設管路配設状況をディスプレイ上に表示するようにしたものである。
このように構成することにより本願請求項１に記載の発明によると、下水道工事等の地下に新たに管路を埋設する工事を行うに当たって、管路内を人が台車を押して走行させても、この管路の埋設位置を正確に把握でき、この既に埋設されている各種管路の配管状況を正確に、かつ明確に三次元的に表現し、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００１４】
本願請求項２に記載の地下埋設管路配設状況表示システムは、台車に、台車走行中に管路に接続される接続管路の位置を検出する接続管路接続箇所検出手段を設けたものである。
このように構成することにより本願請求項２に記載の発明によると、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、この既に埋設されている各種管路の配管に接続される枝管路の状況をも正確に把握し、かつ明確に三次元的に表現することができ、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００１５】
本願請求項３に記載の地下埋設管路配設状況表示システムは、台車に、台車走行中に管路内における破損状況を逐次検出する管路内破損状況検出手段を設けたものである。
このように構成することにより本願請求項３に記載の発明によると、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、この既に埋設されている各種管路の配管の内部破損状況を正確に把握し、かつ明確に三次元的に表現することができ、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００１６】
本願請求項４に記載の地下埋設管路配設状況表示システムは、台車移動点の三次元座標位置の検出を、３軸ジャイロスコープを用いて行うようにしたものである。
このように構成することにより本願請求項４に記載の発明によると、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、既に埋設されている各種管路の配管状況も正確に把握することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。
図１には、本発明に係る地下埋設管路配設状況表示システムの一実施の形態が示されている。この図示地下埋設管路配設状況表示システムは、図２に示す如く管路１内を矢印Ａに示す方向に走行する台車２に搭載されるものである。そして、この台車２に搭載される地下埋設管路配設状況表示システムは、１軸の光ファイバジャイロを利用したものである。
【００１８】
図において、３、４、５は超音波変位センサで、台車２の前方左に超音波変位センサ３が、台車２の後方左に超音波変位センサ４が、台車２の後方右に超音波変位センサ５がそれぞれ設けられている。この台車２は、管路１が直径８００mm未満のような小径の場合は、自走させるが、管路１の直径が８００mm以上にも及ぶものについては、台車２を人が押して走行させてもよい。この台車２を人が押して走行させる場合には、逐次、超音波変位センサ３、４、５によって、台車２の向きをチェックすることができ、超音波変位センサ４、５によって、台車２のずれ量をチェックし、補正することができ、ずれを起こすことなく管路１の中心線に沿って走行させることができる。
超音波変位センサ３、４、５は、送受信型のセンサで、超音波を発信し、この発信した超音波が壁面に衝突して反射して帰ってきた超音波を受信することによって壁面までの距離を求めるもので、超音波の発信から超音波の受信までの時間によって超音波変位センサ３、４、５から壁面までの距離を演算して求めるものである。
【００１９】
この超音波変位センサ３と超音波変位センサ４とによって、図３に示す如く、管路１の中心線６に対する台車２の中心線７との成す角度（変位角）α1 を求めるている。変位角α1 は、
α1 ＝ｔａｎ-1（ｄ3 ／ｄ0 ）
ｄ3 ＝ｄ1 −ｄ2
但）ｄ0 ：超音波変位センサ３と超音波変位センサ４との距離
ｄ1 ：超音波変位センサ３で計測された左側壁面８から台車２までの距離
ｄ2 ：超音波変位センサ４で計測された左側壁面８から台車２までの距離
ｄ3 ：超音波変位センサ３で計測された左側壁面８から台車２までの距離と超音波変位センサ４で計測された左側壁面８から台車２までの距離の差の距離
で求まる。この変位角α1 によって台車２の向きが分かる。
【００２０】
また、超音波変位センサ４と超音波変位センサ５とによって、図４に示す如く、管路２の中心線６に対する台車２のずれ量（位置変位）ΔＤを求めるている。この位置変位ΔＤは、
ΔＤ＝（ｄ4 −ｄ5 ）
但）ｄ4 ：超音波変位センサ４で計測された左側壁面８から台車２までの距離
ｄ5 ：超音波変位センサ５で計測された右側壁面９から台車２までの距離
で求まる。この位置変位ΔＤによって台車２の中心線６からの左右のずれ量が分かる。図４においては、台車２は、中心線６からの右側にΔＤの距離分だけずれている。
【００２１】
１０はＸ軸傾斜計、１１はＹ軸傾斜計で、Ｘ軸傾斜計１０は、台車２が走行した場合、台車２の走行方向（Ｚ軸）に対して水平な面上で、走行方向（Ｚ軸）に対してどの位傾斜しているかを計測するもので、Ｙ軸傾斜計１１は、台車２が走行した場合、台車２の走行方向（Ｚ軸）に垂直な面上で、走行方向（Ｚ軸）に対してどの位傾斜しているかを計測するもので、これによって管路１の走行方向に対して左右にどれくらい屈曲あるいは蛇行しているかを測定する。このＸ軸傾斜計１０と、Ｙ軸傾斜計１１によって、管路１の左右方向（Ｘ−Ｙ方向）の曲りを測定できる。
【００２２】
１２は光ファイバジャイロセンサで、管路１の走行方向に対してどれくらい屈曲あるいは蛇行しているか、すなわち、管路１の進行方向（Ｚ軸方向）の変位を測定する。
１３は、ロータリエンコーダで、台車２の走行距離を正確に測定するもので、このロータリエンコーダ１３と、Ｘ軸傾斜計１０と、Ｙ軸傾斜計１１と、光ファイバジャイロ１２によって、管路１の、長さ方向に対するＸ−Ｙ−Ｚ方向（三次元空間における）の変化が測定される。
【００２３】
１４は、コンピュータで、例えば、パーソナルコンピュータである。このコンピュータ１４は、基本的には、入出力ポート（Ｉ／Ｏポート）と、ＣＰＵと、メモリとによって構成されている。すなわち、このコンピュータ１４は、Ａ／Ｄ変換ボード１５と、ＲＳ２３２Ｃボード１６と、ＤＩ／Ｏボード１７と、前方左側壁面距離処理部１８と、後方左側壁面距離処理部１９と、後方右側壁面距離処理部２０と、ロール角処理部２１と、ピッチ角処理部２２と、管路中心線角度処理部２３と、移動距離変換処理部２４と、進行方向角度処理部２５と、進行方向変位処理部２６と、時系列計測データ２７と、補正点座標入力処理部２８と、位置補正処理部２９と、管路中心位置データ３０と、制御部（図示せず）、プログラム管理部（図示せず）等を供えて、各ハードウェアを処理するとともに、各管理部をマルチタスク処理で起動して誘導画面の表示を行いながらデータ収集を行う。
【００２４】
１５は、Ａ／Ｄ変換ボードで、超音波変位センサ３、４、５からの出力アナログ電圧信号をデジタル信号に変換して、Ｘ軸傾斜計１０とＹ軸傾斜計１１からの出力アナログ信号をデジタル信号に変換して演算処理部に送出するものである。また、１６は、ＲＳ２３２Ｃボードで、光ファイバジャイロセンサ１２の出力を演算処理部に送出するものである。さらに、１７はＤＩ／Ｏボード（デジタル入出力ボード）で、ロータリエンコーダ１３のパルス出力をデジタル値のまま演算処理部に送出するものである。
これらＡ／Ｄ変換ボード１５、ＲＳ２３２Ｃボード１６、ＤＩ／Ｏボード１７が入出力ポートに相当する。
【００２５】
１８は前方左側壁面距離処理部で、この前方左側壁面距離処理部１８は、超音波変位センサ３から超音波を発信したときから壁面に反射して帰ってきた超音波を受信したときまでの計測時間を入力し、この計測時間から超音波変位センサ３から前方左側壁面までの距離を演算し、この演算結果をメモリに記憶するものである。
１９は後方左側壁面距離処理部で、この後方左側壁面距離処理部１９は、超音波変位センサ４から超音波を発信したときから壁面に反射して帰ってきた超音波を受信したときまでの計測時間を入力し、この計測時間から超音波変位センサ４から後方左側壁面までの距離を演算し、この演算結果をメモリに記憶するものである。
２０は後方右側壁面距離処理部で、この後方右側壁面距離処理部２０は、超音波変位センサ５から超音波を発信したときから壁面に反射して帰ってきた超音波を受信したときまでの計測時間を入力し、この計測時間から超音波変位センサ５から後方右側壁面までの距離を演算し、この演算結果をメモリに記憶するものである。
【００２６】
２１はロール角処理部で、このロール角処理部２１は、Ａ／Ｄ変換ボード１５を介して入力されたＸ軸傾斜計１０の出力信号を台車２の進行方向に対する回転角Δθｘｙ（ロール角）に変換するものである。
２２はピッチ角処理部で、このピッチ角処理部２２は、Ａ／Ｄ変換ボード１５を介して入力されたＹ軸傾斜計１１の出力信号を台車２の進行方向と直角な軸に対する回転角Δθｙｚ（ピッチ角）に変換するものである。
【００２７】
２３は管路中心線角度処理部で、この管路中心線角度処理部２３は、ＲＳ２３２Ｃボード１６を介して入力された光ファイバジャイロセンサ１２の出力信号（角速度）を積分し、管路１の中心線６の各点における変位角θｇに変換するものである。
２４は移動距離変換処理部で、この移動距離変換処理部２４は、ＤＩ／Ｏボード（デジタル入出力ボード）１７を介して入力されるロータリエンコーダ１３からのパルスをカウントし、台車２の移動距離Ｌｒに変換するものである。
【００２８】
２５は進行方向角度処理部で、この進行方向角度処理部２５は、前方左側壁面距離処理部１８のメモリに記憶された前方左側壁面距離と後方左側壁面距離処理部１９のメモリに記憶された後方左側壁面距離とから、管路１の中心線６に対する台車２の変位角Δα1 （ヨー角）を計算するものである。このΔα1 （ヨー角）の計算は、前述した通りである。
２６は進行方向変位処理部で、この進行方向変位処理部２６は、後方左側壁面距離処理部１９のメモリに記憶された後方左側壁面距離と後方右側壁面距離処理部２０のメモリに記憶された後方右側壁面距離とから、管路１の中心線６からの台車２の位置変位ΔＤを計算するものである。この位置変位ΔＬの計算は、前述した通りである。
【００２９】
２７は収集ファイルで、この収集ファイル２７は、進行方向角度処理部２５、ロール角処理部２１、ピッチ角処理部２２、管路中心線角度処理部２３は、移動距離変換処理部２４で計算・変換された、管路１の中心線６に対する台車２の変位角Δα1 （ヨー角）、台車２の進行方向に対する回転角Δθｘｙ（ロール角）、進行方向と直角な軸に対する回転角Δθｙｚ（ピッチ角）、管路中心線の各点での変位角θｇ、台車２の移動距離Ｌｒを、１００ｍｓｅｃ（ミリ秒）といった一定時間間隔で記憶するものである。
２８は補正点座標入力処理部で、この補正点座標入力処理部２８は、台車２が補正点に到達したときに、その座標を入力し、メモリに記憶するものである。
【００３０】
２９は位置補正処理部で、この位置補正処理部２９は、収集ファイル２７に記憶されている各センサー等からのデータ及び補正点座標入力処理部２８により入力された補正点座標をもとに、管路中心位置座標に変換するものである。
この位置補正処理部２９の処理について説明する。位置補正処理部２９で変換される管路中心位置座標は、測量で使用される座標系である。
まず、収集ファイル２７に記憶された光ファイバジャイロセンサ１２からの管路中心線角度θｇには、光ファイバジャイロセンサ１２が１軸であるため、水平方向及び進行方向に対する回転角（ロール角、ピッチ角）が合成されている。管路中心線角度θｇから水平方向及び進行方向に対する回転角（ロール角、ピッチ角）を取り除き、管路１の進行方向に対する変位角θｇ´を次式によって計算する。
【００３１】
θｇ´＝θｇ／cos Δθｘｙ／cos Δθｙｚ
但）Δθｘｙ：Ｘ軸傾斜計５により計測された回転角（ロール角）
Δθｙｚ：Ｙ軸傾斜計６により計測された回転角（ピッチ角）
さらに、台車２は管路１の中心線６に対する変位角α1 （ヨー角）をもって走行するため、実際の管路１の中心線６の曲がり角θｋ及び台車２が実際に管路１の中心線６に沿って進んだ距離Ｌｋを次式により計算する。
【００３２】
θｋ＝θｇ´−α1
α1 ：管路中心線に対する走行台車１の管路進行方向の変位角
Ｌｋ＝Ｌｒ・cos α1
Ｌｒ：ロータリエンコーダの検出距離
α1 ：管路中心線に対する走行台車１の管路進行方向の変位角
実際の管路１の中心線６の曲がり角θｋと管路１の中心線６に沿った台車２の移動距離Ｌｒをもとに、補正点間の管路１の中心線６の座標Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎを式１、式２、式３により計算する。
【００３３】
【式１】
【００３４】
【式２】
【００３５】
【式３】
式１、式２、式３によって計算した座標Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎの値に対し、補正点座標入力処理部２８で入力された計測開始補正点の座標Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ、計測終了補正点の座標Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ、による補正処理を実施する。補正処理ではまず、補正点間の実距離と走行台車移動距離との比率Ｌｒ、測量座標系ｘｙ平面上での補正始終点間と対応する管路位置ベクトル（ＸＺ平面）の角度差Δθｘｙ、測量座標系ｙｚ平面上での補正始終点間と対応する管路位置ベクトル（ＺＹ平面）の角度差Δθｙｚを式４、式５、式６により計算する。
【００３６】
【式４】
【００３７】
【式５】
【００３８】
【式６】
この式４、式５、式６によって計算したＬｒ、Δθｘｙ、Δθｙｚを利用し、式１、式２、式３の各式の各管路位置中心座標を以下の式７〜式１３の各式で変換し、補正された管路中心位置座標Ｘｎ”、Ｙｎ”、Ｚｎ”を求め、この各管路中心位置座標Ｘｎ”、Ｙｎ”、Ｚｎ”を管理中心位置データファイル３０に出力する。《ＸＹ平面での回転》
【００３９】
【式７】
Ｘｎ’＝Ｘｎ・cos Δθｙｚ−Ｚｎ・sin Δθｘｙ
【００４０】
【式８】
Ｙｎ’＝Ｘｎ・sin Δθｘｙ＋Ｚｎ・cos Δθｘｙ
《ＹＺ平面での回転》
【００４１】
【式９】
Ｘｎ”＝Ｙｎ・cos Δθｙｚ−Ｙｎ・sin Δθｙｚ
【００４２】
【式１０】
Ｚｎ’＝Ｙｎ・sin Δθｙｚ＋Ｚｎ・cos Δθｙｚ
《スケーリング》
【００４３】
【式１１】
Ｘｎ”＝Ｘｎ’・Ｌｒ
【００４４】
【式１２】
Ｙｎ''' ＝Ｙｎ”・Ｌｒ
【００４５】
【式１３】
Ｚｎ”＝Ｚｎ’・Ｌｒ
このようにして補正された管路中心位置座標Ｘｎ”、Ｙｎ''' 、Ｚｎ”を管理中心位置データファイル３０に出力した後、そのファイルをＦＤ３３にコピーする。
【００４６】
このようにして下水道管路内を走行する台車２に、３つの超音波変位センサ３、４、５と、２つの傾斜計１０、１１と、光ファイバジャイロセンサ１２と、ロータリーエンコーダ１３と、これらのセンサにコンピュータ１４等を組み合わせて構成した下水道管路計測システムを搭載し、この計測システムによって台車２の傾き（ピッチ角、ロール角、ヨー角）や走行距離をリアルタイムで収集しながら、図２に示す画面により台車２が管路１の中心線６から外れないように誘導するとともに、一定間隔で設置された補正点に来たときにその位置座標を入力することによって、収集された傾きと走行距離から下水道管路１の中心位置を計算し、ＦＤ３３に保存するものである。
【００４７】
３１はディスプレー（ＣＲＴ）で、このディスプレー３１は、計測システムによって台車２の傾き（ピッチ角、ロール角、ヨー角）や走行距離をリアルタイムで収集しながら、図２に示す如く表示するものである。
図２においては、下水道管路１内で台車２が自走するときの走行状態Ｋｉを示し、下水道管路１の中心線６に対する台車２の進行方向の変位角α1 （ヨー角）と水平面に対する台車２の変位角Δθｘｙ（ロール角）は度で、下水道管路１の中心線６から台車２の位置変位はミリメートルで、計測開始点（１つ前の補正点）からの走行距離はメートルで表示してある。
【００４８】
ディスプレー（ＣＲＴ）３１に表示される画面は、台車２を自走させずに、人が下水道管路１内で台車２を押しているときの誘導画像Ｋｉとして利用することができ、進行方向角度処理部２５、進行方向変位処理部２６、ロール角処理部２１、移動距離変換処理部２４で計算された、管路１の中心線６に対する台車２の変位角α1 （ヨー角）、管路１の中心線６からの台車２の位置変位ΔＬ、台車２の進行方向に対する回転角Δθｘｙ（ロール角）、台車２の移動距離Ｌｒが表示される。
【００４９】
図５に示されるディスプレー（ＣＲＴ）３１に表示される画面において、数値表示部Ｄｉには４つの数値を表示する。進行方向ズレ角表示部Ｙｉには、進行方向角度処理部２５、進行方向変位処理部２６で計算された管路１の中心線６に対する台車６の変位角α1 （ヨー角）と管路１の中心線６からの台車２の位置変位ΔＬにしたがって、壁面８、９と台車２の位置・進行方向を図示する。
また、ロール角表示部Ｒｉには、ロール角処理部２１、進行方向変位処理部２６に計算・変換された、台車２の進行方向に対する回転角Δθｘｙ（ロール角）と管路１の中心線６からの台車２の位置変位ΔＬに従って、管路１と台車２の位置・回転角Δθｘｙを図示する。
【００５０】
これらの各座標を入孔間を一定の間隔でプロットし、繋ぎ合わせることで三次元空間における座標系が完成し、この座標に基づいてコンピュータ処理を施すことにより、三次元映像として三次元的に表示することができる。この三次元映像を各管路に対して表示を行うことにより、各種管路の位置関係が三次元映像として捕らえることができ、このように表現することにより、各管路の位置関係を明確に知ることができる。
【００５１】
図７には、地下埋設管路配設状況表示システムにおける三次元表示処理システムが示されている。
図に示す三次元表示処理システムは、地下埋設管路配設状況表示システムで計測された下水道管路１の中心線６の座標データ、及び、道路４０の中心の座標データ、道路縁の座標データを入力し、その結果を３次元的に表示するシステムである。
【００５２】
この地下埋設管路配設状況表示システムにおいては、データ変換処理部６１、６２とＣＡＤソフト（市販の三次元ＣＡＤソフト）６５によって構成される。ＦＤ７０及びＦＤ７５は地下埋設管路配設状況表示システムの出力データであり、ＦＤ７０には下水道管路１の中心座標データ、ＦＤ７５には道路４０の中心線座標データと道路縁座標データが格納されている。
【００５３】
データ変換処理部６１では、道路４０の中心線座標データＦＤ７０を入力し、ＣＡＤソフト６５が入力できるフォーマットに変換し、データファイル６３に格納する。データ変換処理部６２では、道路４０の中心線、道路縁座標データＦＤ７５を入力し、ＣＡＤソフト６５が入力できるフォーマットに変換し、データファイル６４に格納する。
【００５４】
ＣＡＤソフト６５は、下水道管路１の中心座標データを変換したデータファイル７３を入力し、管路１の径と管路１の厚さをキーボード８０から入力することにより、下水道管１の３次元の表示が行える。また、道路４０の中心線座標データ、道路縁座標データを変換したデータファイル６１を入力し、メッシュ単位の道路表面の標高データを作成し、下水道管路と併せて３次元表示する。さらに、下水道管路１の中心線方向の縦断面図、下水道管路１の中心線と直角な横断面図を表示することができる。
【００５５】
このように構成される地下埋設管路配設状況表示システムを動かすには、まず、台車２を道路４０の地下深さＤの距離に埋設されている予め径の大きさの分かっている管路１内に載置し、管路１内を走行させる。この台車２の走行は、自走も、人が押して走行させてもよい。
台車２を管路１内に載置させると、まず、地下埋設管路配設状況表示システムにより、管路１の入孔５０、５１間の道路４０の座標を測定する。この測定する座標は、２つの道路縁と道路中心の座標データである。入孔５０、入孔５１の座標はＧＰＳにより測量されたものである。入孔５０を開始補正点、入孔５１を終了補正点と考えることにより、下水道管路１の中心座標と同じ手法により、各点のＸ、Ｙ、Ｚの座標が計算される。これらの各座標を入孔間を一定の間隔でプロットし、繋ぎ合わせることで三次元空間における座標系を完成することができ、この座標に基づいてコンピュータ処理を施すことにより、三次元映像として三次元的にＣＲＴ９０に表示することができる。この三次元映像を各管路に対して１つのＣＲＴ９０に表示することにより、各種管路の位置関係が三次元映像として捕らえることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、１軸の光ファイバジャイロ（ＯＦＧ）センサを利用した例を示しているが、光ファイバジャイロ（ＯＦＧ）センサを２軸（Ｘ−Ｙ，Ｘ−Ｚ平面）、または、３軸（Ｘ−Ｙ，Ｘ−Ｚ，Ｙ−Ｚ平面）組み合わせることができ三次元の角度変化を検出することが可能で、この場合、本実施の形態における傾斜計は不要となる。
【００５７】
また、本発明で台車に搭載する台車走行中に管路に接続される分岐管路の位置を検出する分岐管路接続箇所検出手段としては、テレビカメラ等ディスプレー３１に表示できるものが適している。さらに、台車に搭載する台車走行中に管路内における破損状況を逐次検出する管路内破損状況検出手段も、テレビカメラ等ディスプレー３１に表示できるものが適している。
【００５８】
【発明の効果】
本願請求項１に記載の発明によれば、下水道工事等の地下に新たに管路を埋設する工事を行うに当たって、管路内を人が台車を押して走行させても、この管路の埋設位置を正確に把握でき、この既に埋設されている各種管路の配管状況を正確に、かつ明確に三次元的に表現し、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００６１】
本願請求項２に記載の発明によれば、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、この既に埋設されている各種管路の配管に接続される枝管路の状況をも正確に把握し、かつ明確に三次元的に表現することができ、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００６２】
本願請求項３に記載の発明によれば、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、この既に埋設されている各種管路の配管の内部破損状況を正確に把握し、かつ明確に三次元的に表現することができ、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００６３】
本願請求項４に記載の発明によれば、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、既に埋設されている各種管路の配管状況も正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】地下埋設管路配設状況表示システムの一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムを搭載する台車を管路内に載置した状態を示す図である。
【図３】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムによる変位角α1 を測定する手法を示す図である。
【図４】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムによる位置変位ΔＤを測定する手法を示す図である。
【図５】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムに基づく変位角α1 、位置変位ΔＤの表示状態を示す図である。
【図６】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムを搭載する台車を管路内に載置したときの道路との位置関係を示す図である。
【図７】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムにおける三次元表示処理システム構成図である。
【符号の説明】
１………………………………管路
２………………………………台車
３，４，５……………………超音波変位センサ
６………………………………管路の中心線
７………………………………台車の中心線
８………………………………左側壁面
９………………………………右側壁面
１０……………………………Ｘ軸傾斜計
１１……………………………Ｙ軸傾斜計
１２……………………………光ファイバジャイロセンサ
１３……………………………ロータリエンコーダ
１４……………………………コンピュータ
３１……………………………ディスプレー
６１，６２……………………データ変換処理部
６５……………………………三次元ＣＡＤソフト
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水道工事等の地下に埋設される管路の配設状況を正確に測定し、三次元的に表示することのできる地下埋設管路配設状況表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、各家庭から排出される生活廃水を道路の側溝に流しており、電力線も電柱に架設され、この電力線用の電柱を利用して電話線を架設しており、地下に埋設するものは上水道管くらいで、地下埋設物が少なく、新たに地下に埋設するものがあっても上水道の管路に注意するくらいで地下を掘削するにも大して気を使う必要がなかった。
【０００３】
ところが、近年、住宅の大都市集中化現象と大都市周辺における人口増加にともない、住宅需要の飛躍的な拡大が図られている。この住宅需要の拡大は、宅地の乱開発を助長し、宅地の狭小化現象を現出しており、大都市周辺における住宅事情は、切迫した状態となっている。このような宅地の急増は、下水道の整備を余儀無くし、従来、道路の側溝に流していた各家庭から排出される生活廃水が、道路上の往来が激しい点及び衛生の点を考慮して、一か所に集められ、一括して輸送する方法が採られ、この生活廃水輸送用の下水道管等の配管は、地中に埋設する方法が取られてるようになっている。
このような背景から、現在では首都圏における下水道の普及率も１００％既成を達成し、普及を中心とした第一世代下水道の整備が終りを告げたが、これまでに築いてきた管渠の維持管理がこれまで以上に重要視されている。
【０００４】
地下埋設物は、下水道管だけに限られるものではなく、電力ケーブルの地下埋設、電話線の地下埋設、ガス管の地下埋設、上水道管の地下埋設、さらには地下鉄の洞道等、地下に埋設されるものは年々多くなっている。このような管路、洞道等の埋設は、他人の土地の地下を配設する場合、その土地の所有権等の諸権利関係の問題から難しい問題を含んでいるため、地上の空間及び地下を自由に使用できる公共道路の上下が使用され、多く公共道路の地下に埋設することが行われている。
【０００５】
ところが、公共道路の幅は無限にあるわけではなく、特に都市圏においては非常に限られたものとなっている。このため使用電力の増大、使用電話回線の増大、使用ガス量の増大、使用水道量の増大、地下鉄路線の拡大等から各埋設される管路、洞道等の径が拡大し、地下、特に公共道路の地下埋設可能面積が狭小化しつつある。しかも、公共道路の地下は、幅が公共道路の幅の範囲と限られているため、勢い深さ方向に乱設される傾向にある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような状態において、新たに下水道の管路を埋設、電力ケーブルの地下埋設、電話線の地下埋設、ガス管の地下埋設、上水道管の地下埋設のための掘削工事を行ったり、あるいはこれら管路の埋め代えを行ったり、地下鉄の洞道の布設工事を行うような場合には、道路上においても、埋設物が輻輳している中にさらに新たな占用物件が加わったり、占用物件の条件が変わったりするため、現在使用されている幹線の主要枝線の正確な占用位置が管理者より要求されたり、道路の拡幅などによって道路形態が変わって占用位置の特定が困難な管渠の占用位置を正確に、かつ明確に把握しておかないと、新たに布設する管路の作業の際、既に埋設されている管路を破壊してしまう恐れがある。
【０００７】
ところが、下水道の管路の埋設工事を行う業者、電力ケーブルの地下埋設工事を行う業者、電話線の地下埋設工事を行う業者、ガス管の地下埋設工事を行う業者、上水道管の地下埋設工事を行う業者、地下鉄の洞道の布設工事を行うを行う業者は全て異なった業者で、それぞれが独立して施工工事を行っている。このため、各業者は、自らの工事を行った管路の埋設位置については、正確に把握しているが、他の業者の管路の埋設位置については把握しておらず、管路の埋設工事を行う場合、埋設作業を行う業者が当該工事を行う箇所で埋設工事を行った他の業者を集めて埋設位置の確認を行っている。
【０００８】
これら道路下の占用位置の測定については、
▲１▼測量による方法
▲２▼ボーリング探査による方法
等が用いられているが、下水道管渠内は、▲１▼の測量による方法にあっては、常時汚水が流下しており、入孔間が長いスパンや曲線での測量が、水中に基準点を設置して機械を盛り替えることが困難であるため適しておらず、また、▲２▼のボーリング探査による方法にあっては、下水道管の埋設位置が深くなるほど精度が低下し、要求される精度を得るのが難しく正確な占用位置の測定を行うことが難しいという問題を有している。
【０００９】
そこで近年では、これらの管路の配設状態の測定について、特開平８−１７８６５３号公報、特開平９−２５７４５０号公報に示す如く、管径の小さいものについて光ファイバジャイロ（ＯＦＧ）センサを２軸（Ｘ−Ｙ，Ｘ−Ｚ平面）、または、３軸（Ｘ−Ｙ，Ｘ−Ｚ，Ｙ−Ｚ平面）組み合わせることにより三次元の角度変化を検出し、三次元的に測定することが知られている。これらの方法によって埋設した管路の位置を確実に把握している業者もあるが、少数の業者だけで、かつ、自社の工事を行った分の把握しかしていない。
【００１０】
本発明の目的は、下水道工事等の地下に新たに管路を埋設する工事を行うに当たって、既に埋設されている各種管路の配管状況を正確に、かつ明確に三次元的に表現し、一目で各種管路の配管状況が把握できるようにしようということにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に記載の地下埋設管路配設状況表示システムは、予め径の大きさが明確になっている管路内に台車を設置し、この台車の測定開始点となる走行測定基準位置を三次元座標位置上で特定し、管路内を台車を走行させ、この台車が管路内における基準走行位置を走行するようにディスプレイの表示に基づいて走行方向を修正して走行せしめ、台車が測定開始点から一定の移動距離毎に測定基準位置からのＸ−Ｙ−Ｚ方向の変位量を求め、変位量に基づいて台車の移動した各位置における測定点の三次元座標位置を得、これら各位置における測定点の三次元座標位置をプロットし、各三次元座標を直線で結ぶことにより該直線上に管路を形成し、地中に埋設された地下埋設管路配設状況をディスプレイ上に表示するようにしたものである。
このように構成することにより本願請求項１に記載の発明によると、下水道工事等の地下に新たに管路を埋設する工事を行うに当たって、管路内を人が台車を押して走行させても、この管路の埋設位置を正確に把握でき、この既に埋設されている各種管路の配管状況を正確に、かつ明確に三次元的に表現し、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００１４】
本願請求項２に記載の地下埋設管路配設状況表示システムは、台車に、台車走行中に管路に接続される接続管路の位置を検出する接続管路接続箇所検出手段を設けたものである。
このように構成することにより本願請求項２に記載の発明によると、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、この既に埋設されている各種管路の配管に接続される枝管路の状況をも正確に把握し、かつ明確に三次元的に表現することができ、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００１５】
本願請求項３に記載の地下埋設管路配設状況表示システムは、台車に、台車走行中に管路内における破損状況を逐次検出する管路内破損状況検出手段を設けたものである。
このように構成することにより本願請求項３に記載の発明によると、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、この既に埋設されている各種管路の配管の内部破損状況を正確に把握し、かつ明確に三次元的に表現することができ、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００１６】
本願請求項４に記載の地下埋設管路配設状況表示システムは、台車移動点の三次元座標位置の検出を、３軸ジャイロスコープを用いて行うようにしたものである。
このように構成することにより本願請求項４に記載の発明によると、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、既に埋設されている各種管路の配管状況も正確に把握することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。
図１には、本発明に係る地下埋設管路配設状況表示システムの一実施の形態が示されている。この図示地下埋設管路配設状況表示システムは、図２に示す如く管路１内を矢印Ａに示す方向に走行する台車２に搭載されるものである。そして、この台車２に搭載される地下埋設管路配設状況表示システムは、１軸の光ファイバジャイロを利用したものである。
【００１８】
図において、３、４、５は超音波変位センサで、台車２の前方左に超音波変位センサ３が、台車２の後方左に超音波変位センサ４が、台車２の後方右に超音波変位センサ５がそれぞれ設けられている。この台車２は、管路１が直径８００mm未満のような小径の場合は、自走させるが、管路１の直径が８００mm以上にも及ぶものについては、台車２を人が押して走行させてもよい。この台車２を人が押して走行させる場合には、逐次、超音波変位センサ３、４、５によって、台車２の向きをチェックすることができ、超音波変位センサ４、５によって、台車２のずれ量をチェックし、補正することができ、ずれを起こすことなく管路１の中心線に沿って走行させることができる。
超音波変位センサ３、４、５は、送受信型のセンサで、超音波を発信し、この発信した超音波が壁面に衝突して反射して帰ってきた超音波を受信することによって壁面までの距離を求めるもので、超音波の発信から超音波の受信までの時間によって超音波変位センサ３、４、５から壁面までの距離を演算して求めるものである。
【００１９】
この超音波変位センサ３と超音波変位センサ４とによって、図３に示す如く、管路１の中心線６に対する台車２の中心線７との成す角度（変位角）α1 を求めるている。変位角α1 は、
α1 ＝ｔａｎ-1（ｄ3 ／ｄ0 ）
ｄ3 ＝ｄ1 −ｄ2
但）ｄ0 ：超音波変位センサ３と超音波変位センサ４との距離
ｄ1 ：超音波変位センサ３で計測された左側壁面８から台車２までの距離
ｄ2 ：超音波変位センサ４で計測された左側壁面８から台車２までの距離
ｄ3 ：超音波変位センサ３で計測された左側壁面８から台車２までの距離と超音波変位センサ４で計測された左側壁面８から台車２までの距離の差の距離
で求まる。この変位角α1 によって台車２の向きが分かる。
【００２０】
また、超音波変位センサ４と超音波変位センサ５とによって、図４に示す如く、管路２の中心線６に対する台車２のずれ量（位置変位）ΔＤを求めるている。この位置変位ΔＤは、
ΔＤ＝（ｄ4 −ｄ5 ）
但）ｄ4 ：超音波変位センサ４で計測された左側壁面８から台車２までの距離
ｄ5 ：超音波変位センサ５で計測された右側壁面９から台車２までの距離
で求まる。この位置変位ΔＤによって台車２の中心線６からの左右のずれ量が分かる。図４においては、台車２は、中心線６からの右側にΔＤの距離分だけずれている。
【００２１】
１０はＸ軸傾斜計、１１はＹ軸傾斜計で、Ｘ軸傾斜計１０は、台車２が走行した場合、台車２の走行方向（Ｚ軸）に対して水平な面上で、走行方向（Ｚ軸）に対してどの位傾斜しているかを計測するもので、Ｙ軸傾斜計１１は、台車２が走行した場合、台車２の走行方向（Ｚ軸）に垂直な面上で、走行方向（Ｚ軸）に対してどの位傾斜しているかを計測するもので、これによって管路１の走行方向に対して左右にどれくらい屈曲あるいは蛇行しているかを測定する。このＸ軸傾斜計１０と、Ｙ軸傾斜計１１によって、管路１の左右方向（Ｘ−Ｙ方向）の曲りを測定できる。
【００２２】
１２は光ファイバジャイロセンサで、管路１の走行方向に対してどれくらい屈曲あるいは蛇行しているか、すなわち、管路１の進行方向（Ｚ軸方向）の変位を測定する。
１３は、ロータリエンコーダで、台車２の走行距離を正確に測定するもので、このロータリエンコーダ１３と、Ｘ軸傾斜計１０と、Ｙ軸傾斜計１１と、光ファイバジャイロ１２によって、管路１の、長さ方向に対するＸ−Ｙ−Ｚ方向（三次元空間における）の変化が測定される。
【００２３】
１４は、コンピュータで、例えば、パーソナルコンピュータである。このコンピュータ１４は、基本的には、入出力ポート（Ｉ／Ｏポート）と、ＣＰＵと、メモリとによって構成されている。すなわち、このコンピュータ１４は、Ａ／Ｄ変換ボード１５と、ＲＳ２３２Ｃボード１６と、ＤＩ／Ｏボード１７と、前方左側壁面距離処理部１８と、後方左側壁面距離処理部１９と、後方右側壁面距離処理部２０と、ロール角処理部２１と、ピッチ角処理部２２と、管路中心線角度処理部２３と、移動距離変換処理部２４と、進行方向角度処理部２５と、進行方向変位処理部２６と、時系列計測データ２７と、補正点座標入力処理部２８と、位置補正処理部２９と、管路中心位置データ３０と、制御部（図示せず）、プログラム管理部（図示せず）等を供えて、各ハードウェアを処理するとともに、各管理部をマルチタスク処理で起動して誘導画面の表示を行いながらデータ収集を行う。
【００２４】
１５は、Ａ／Ｄ変換ボードで、超音波変位センサ３、４、５からの出力アナログ電圧信号をデジタル信号に変換して、Ｘ軸傾斜計１０とＹ軸傾斜計１１からの出力アナログ信号をデジタル信号に変換して演算処理部に送出するものである。また、１６は、ＲＳ２３２Ｃボードで、光ファイバジャイロセンサ１２の出力を演算処理部に送出するものである。さらに、１７はＤＩ／Ｏボード（デジタル入出力ボード）で、ロータリエンコーダ１３のパルス出力をデジタル値のまま演算処理部に送出するものである。
これらＡ／Ｄ変換ボード１５、ＲＳ２３２Ｃボード１６、ＤＩ／Ｏボード１７が入出力ポートに相当する。
【００２５】
１８は前方左側壁面距離処理部で、この前方左側壁面距離処理部１８は、超音波変位センサ３から超音波を発信したときから壁面に反射して帰ってきた超音波を受信したときまでの計測時間を入力し、この計測時間から超音波変位センサ３から前方左側壁面までの距離を演算し、この演算結果をメモリに記憶するものである。
１９は後方左側壁面距離処理部で、この後方左側壁面距離処理部１９は、超音波変位センサ４から超音波を発信したときから壁面に反射して帰ってきた超音波を受信したときまでの計測時間を入力し、この計測時間から超音波変位センサ４から後方左側壁面までの距離を演算し、この演算結果をメモリに記憶するものである。
２０は後方右側壁面距離処理部で、この後方右側壁面距離処理部２０は、超音波変位センサ５から超音波を発信したときから壁面に反射して帰ってきた超音波を受信したときまでの計測時間を入力し、この計測時間から超音波変位センサ５から後方右側壁面までの距離を演算し、この演算結果をメモリに記憶するものである。
【００２６】
２１はロール角処理部で、このロール角処理部２１は、Ａ／Ｄ変換ボード１５を介して入力されたＸ軸傾斜計１０の出力信号を台車２の進行方向に対する回転角Δθｘｙ（ロール角）に変換するものである。
２２はピッチ角処理部で、このピッチ角処理部２２は、Ａ／Ｄ変換ボード１５を介して入力されたＹ軸傾斜計１１の出力信号を台車２の進行方向と直角な軸に対する回転角Δθｙｚ（ピッチ角）に変換するものである。
【００２７】
２３は管路中心線角度処理部で、この管路中心線角度処理部２３は、ＲＳ２３２Ｃボード１６を介して入力された光ファイバジャイロセンサ１２の出力信号（角速度）を積分し、管路１の中心線６の各点における変位角θｇに変換するものである。
２４は移動距離変換処理部で、この移動距離変換処理部２４は、ＤＩ／Ｏボード（デジタル入出力ボード）１７を介して入力されるロータリエンコーダ１３からのパルスをカウントし、台車２の移動距離Ｌｒに変換するものである。
【００２８】
２５は進行方向角度処理部で、この進行方向角度処理部２５は、前方左側壁面距離処理部１８のメモリに記憶された前方左側壁面距離と後方左側壁面距離処理部１９のメモリに記憶された後方左側壁面距離とから、管路１の中心線６に対する台車２の変位角Δα1 （ヨー角）を計算するものである。このΔα1 （ヨー角）の計算は、前述した通りである。
２６は進行方向変位処理部で、この進行方向変位処理部２６は、後方左側壁面距離処理部１９のメモリに記憶された後方左側壁面距離と後方右側壁面距離処理部２０のメモリに記憶された後方右側壁面距離とから、管路１の中心線６からの台車２の位置変位ΔＤを計算するものである。この位置変位ΔＬの計算は、前述した通りである。
【００２９】
２７は収集ファイルで、この収集ファイル２７は、進行方向角度処理部２５、ロール角処理部２１、ピッチ角処理部２２、管路中心線角度処理部２３は、移動距離変換処理部２４で計算・変換された、管路１の中心線６に対する台車２の変位角Δα1 （ヨー角）、台車２の進行方向に対する回転角Δθｘｙ（ロール角）、進行方向と直角な軸に対する回転角Δθｙｚ（ピッチ角）、管路中心線の各点での変位角θｇ、台車２の移動距離Ｌｒを、１００ｍｓｅｃ（ミリ秒）といった一定時間間隔で記憶するものである。
２８は補正点座標入力処理部で、この補正点座標入力処理部２８は、台車２が補正点に到達したときに、その座標を入力し、メモリに記憶するものである。
【００３０】
２９は位置補正処理部で、この位置補正処理部２９は、収集ファイル２７に記憶されている各センサー等からのデータ及び補正点座標入力処理部２８により入力された補正点座標をもとに、管路中心位置座標に変換するものである。
この位置補正処理部２９の処理について説明する。位置補正処理部２９で変換される管路中心位置座標は、測量で使用される座標系である。
まず、収集ファイル２７に記憶された光ファイバジャイロセンサ１２からの管路中心線角度θｇには、光ファイバジャイロセンサ１２が１軸であるため、水平方向及び進行方向に対する回転角（ロール角、ピッチ角）が合成されている。管路中心線角度θｇから水平方向及び進行方向に対する回転角（ロール角、ピッチ角）を取り除き、管路１の進行方向に対する変位角θｇ´を次式によって計算する。
【００３１】
θｇ´＝θｇ／cos Δθｘｙ／cos Δθｙｚ
但）Δθｘｙ：Ｘ軸傾斜計５により計測された回転角（ロール角）
Δθｙｚ：Ｙ軸傾斜計６により計測された回転角（ピッチ角）
さらに、台車２は管路１の中心線６に対する変位角α1 （ヨー角）をもって走行するため、実際の管路１の中心線６の曲がり角θｋ及び台車２が実際に管路１の中心線６に沿って進んだ距離Ｌｋを次式により計算する。
【００３２】
θｋ＝θｇ´−α1
α1 ：管路中心線に対する走行台車１の管路進行方向の変位角
Ｌｋ＝Ｌｒ・cos α1
Ｌｒ：ロータリエンコーダの検出距離
α1 ：管路中心線に対する走行台車１の管路進行方向の変位角
実際の管路１の中心線６の曲がり角θｋと管路１の中心線６に沿った台車２の移動距離Ｌｒをもとに、補正点間の管路１の中心線６の座標Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎを式１、式２、式３により計算する。
【００３３】
【式１】
【式２】
【式３】
【００３６】
【式４】
【式５】
【式６】
【００３９】
【式７】
Ｘｎ’＝Ｘｎ・cos Δθｙｚ−Ｚｎ・sin Δθｘｙ
【００４０】
【式８】
Ｙｎ’＝Ｘｎ・sin Δθｘｙ＋Ｚｎ・cos Δθｘｙ
《ＹＺ平面での回転》
【００４１】
【式９】
Ｘｎ”＝Ｙｎ・cos Δθｙｚ−Ｙｎ・sin Δθｙｚ
【００４２】
【式１０】
Ｚｎ’＝Ｙｎ・sin Δθｙｚ＋Ｚｎ・cos Δθｙｚ
《スケーリング》
【００４３】
【式１１】
Ｘｎ”＝Ｘｎ’・Ｌｒ
【００４４】
【式１２】
Ｙｎ''' ＝Ｙｎ”・Ｌｒ
【００４５】
【式１３】
Ｚｎ”＝Ｚｎ’・Ｌｒ
このようにして補正された管路中心位置座標Ｘｎ”、Ｙｎ''' 、Ｚｎ”を管理中心位置データファイル３０に出力した後、そのファイルをＦＤ３３にコピーする。
【００４６】
このようにして下水道管路内を走行する台車２に、３つの超音波変位センサ３、４、５と、２つの傾斜計１０、１１と、光ファイバジャイロセンサ１２と、ロータリーエンコーダ１３と、これらのセンサにコンピュータ１４等を組み合わせて構成した下水道管路計測システムを搭載し、この計測システムによって台車２の傾き（ピッチ角、ロール角、ヨー角）や走行距離をリアルタイムで収集しながら、図２に示す画面により台車２が管路１の中心線６から外れないように誘導するとともに、一定間隔で設置された補正点に来たときにその位置座標を入力することによって、収集された傾きと走行距離から下水道管路１の中心位置を計算し、ＦＤ３３に保存するものである。
【００４７】
３１はディスプレー（ＣＲＴ）で、このディスプレー３１は、計測システムによって台車２の傾き（ピッチ角、ロール角、ヨー角）や走行距離をリアルタイムで収集しながら、図２に示す如く表示するものである。
図２においては、下水道管路１内で台車２が自走するときの走行状態Ｋｉを示し、下水道管路１の中心線６に対する台車２の進行方向の変位角α1 （ヨー角）と水平面に対する台車２の変位角Δθｘｙ（ロール角）は度で、下水道管路１の中心線６から台車２の位置変位はミリメートルで、計測開始点（１つ前の補正点）からの走行距離はメートルで表示してある。
【００４８】
ディスプレー（ＣＲＴ）３１に表示される画面は、台車２を自走させずに、人が下水道管路１内で台車２を押しているときの誘導画像Ｋｉとして利用することができ、進行方向角度処理部２５、進行方向変位処理部２６、ロール角処理部２１、移動距離変換処理部２４で計算された、管路１の中心線６に対する台車２の変位角α1 （ヨー角）、管路１の中心線６からの台車２の位置変位ΔＬ、台車２の進行方向に対する回転角Δθｘｙ（ロール角）、台車２の移動距離Ｌｒが表示される。
【００４９】
図５に示されるディスプレー（ＣＲＴ）３１に表示される画面において、数値表示部Ｄｉには４つの数値を表示する。進行方向ズレ角表示部Ｙｉには、進行方向角度処理部２５、進行方向変位処理部２６で計算された管路１の中心線６に対する台車６の変位角α1 （ヨー角）と管路１の中心線６からの台車２の位置変位ΔＬにしたがって、壁面８、９と台車２の位置・進行方向を図示する。
また、ロール角表示部Ｒｉには、ロール角処理部２１、進行方向変位処理部２６に計算・変換された、台車２の進行方向に対する回転角Δθｘｙ（ロール角）と管路１の中心線６からの台車２の位置変位ΔＬに従って、管路１と台車２の位置・回転角Δθｘｙを図示する。
【００５０】
これらの各座標を入孔間を一定の間隔でプロットし、繋ぎ合わせることで三次元空間における座標系が完成し、この座標に基づいてコンピュータ処理を施すことにより、三次元映像として三次元的に表示することができる。この三次元映像を各管路に対して表示を行うことにより、各種管路の位置関係が三次元映像として捕らえることができ、このように表現することにより、各管路の位置関係を明確に知ることができる。
【００５１】
図７には、地下埋設管路配設状況表示システムにおける三次元表示処理システムが示されている。
図に示す三次元表示処理システムは、地下埋設管路配設状況表示システムで計測された下水道管路１の中心線６の座標データ、及び、道路４０の中心の座標データ、道路縁の座標データを入力し、その結果を３次元的に表示するシステムである。
【００５２】
この地下埋設管路配設状況表示システムにおいては、データ変換処理部６１、６２とＣＡＤソフト（市販の三次元ＣＡＤソフト）６５によって構成される。ＦＤ７０及びＦＤ７５は地下埋設管路配設状況表示システムの出力データであり、ＦＤ７０には下水道管路１の中心座標データ、ＦＤ７５には道路４０の中心線座標データと道路縁座標データが格納されている。
【００５３】
データ変換処理部６１では、道路４０の中心線座標データＦＤ７０を入力し、ＣＡＤソフト６５が入力できるフォーマットに変換し、データファイル６３に格納する。データ変換処理部６２では、道路４０の中心線、道路縁座標データＦＤ７５を入力し、ＣＡＤソフト６５が入力できるフォーマットに変換し、データファイル６４に格納する。
【００５４】
ＣＡＤソフト６５は、下水道管路１の中心座標データを変換したデータファイル７３を入力し、管路１の径と管路１の厚さをキーボード８０から入力することにより、下水道管１の３次元の表示が行える。また、道路４０の中心線座標データ、道路縁座標データを変換したデータファイル６１を入力し、メッシュ単位の道路表面の標高データを作成し、下水道管路と併せて３次元表示する。さらに、下水道管路１の中心線方向の縦断面図、下水道管路１の中心線と直角な横断面図を表示することができる。
【００５５】
このように構成される地下埋設管路配設状況表示システムを動かすには、まず、台車２を道路４０の地下深さＤの距離に埋設されている予め径の大きさの分かっている管路１内に載置し、管路１内を走行させる。この台車２の走行は、自走も、人が押して走行させてもよい。
台車２を管路１内に載置させると、まず、地下埋設管路配設状況表示システムにより、管路１の入孔５０、５１間の道路４０の座標を測定する。この測定する座標は、２つの道路縁と道路中心の座標データである。入孔５０、入孔５１の座標はＧＰＳにより測量されたものである。入孔５０を開始補正点、入孔５１を終了補正点と考えることにより、下水道管路１の中心座標と同じ手法により、各点のＸ、Ｙ、Ｚの座標が計算される。これらの各座標を入孔間を一定の間隔でプロットし、繋ぎ合わせることで三次元空間における座標系を完成することができ、この座標に基づいてコンピュータ処理を施すことにより、三次元映像として三次元的にＣＲＴ９０に表示することができる。この三次元映像を各管路に対して１つのＣＲＴ９０に表示することにより、各種管路の位置関係が三次元映像として捕らえることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、１軸の光ファイバジャイロ（ＯＦＧ）センサを利用した例を示しているが、光ファイバジャイロ（ＯＦＧ）センサを２軸（Ｘ−Ｙ，Ｘ−Ｚ平面）、または、３軸（Ｘ−Ｙ，Ｘ−Ｚ，Ｙ−Ｚ平面）組み合わせることができ三次元の角度変化を検出することが可能で、この場合、本実施の形態における傾斜計は不要となる。
【００５７】
また、本発明で台車に搭載する台車走行中に管路に接続される分岐管路の位置を検出する分岐管路接続箇所検出手段としては、テレビカメラ等ディスプレー３１に表示できるものが適している。さらに、台車に搭載する台車走行中に管路内における破損状況を逐次検出する管路内破損状況検出手段も、テレビカメラ等ディスプレー３１に表示できるものが適している。
【００５８】
【発明の効果】
本願請求項１に記載の発明によれば、下水道工事等の地下に新たに管路を埋設する工事を行うに当たって、管路内を人が台車を押して走行させても、この管路の埋設位置を正確に把握でき、この既に埋設されている各種管路の配管状況を正確に、かつ明確に三次元的に表現し、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００６１】
本願請求項２に記載の発明によれば、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、この既に埋設されている各種管路の配管に接続される枝管路の状況をも正確に把握し、かつ明確に三次元的に表現することができ、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００６２】
本願請求項３に記載の発明によれば、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、この既に埋設されている各種管路の配管の内部破損状況を正確に把握し、かつ明確に三次元的に表現することができ、一目で各種管路の配管状況を把握することができる。
【００６３】
本願請求項４に記載の発明によれば、各種管路の埋設位置を正確に把握できると共に、既に埋設されている各種管路の配管状況も正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】地下埋設管路配設状況表示システムの一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムを搭載する台車を管路内に載置した状態を示す図である。
【図３】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムによる変位角α1 を測定する手法を示す図である。
【図４】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムによる位置変位ΔＤを測定する手法を示す図である。
【図５】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムに基づく変位角α1 、位置変位ΔＤの表示状態を示す図である。
【図６】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムを搭載する台車を管路内に載置したときの道路との位置関係を示す図である。
【図７】図１に図示の地下埋設管路配設状況表示システムにおける三次元表示処理システム構成図である。
【符号の説明】
１………………………………管路
２………………………………台車
３，４，５……………………超音波変位センサ
６………………………………管路の中心線
７………………………………台車の中心線
８………………………………左側壁面
９………………………………右側壁面
１０……………………………Ｘ軸傾斜計
１１……………………………Ｙ軸傾斜計
１２……………………………光ファイバジャイロセンサ
１３……………………………ロータリエンコーダ
１４……………………………コンピュータ
３１……………………………ディスプレー
６１，６２……………………データ変換処理部
６５……………………………三次元ＣＡＤソフト
Claims (4)
- 予め径の大きさが明確になっている管路内に台車を設置し、該台車の測定開始点となる走行測定基準位置を三次元座標位置上で特定し、
前記管路内を前記台車を走行させ、
前記台車が該管路内における基準走行位置を走行するようにディスプレイの表示に基づいて走行方向を修正して走行せしめ、
前記台車が測定開始点から一定の移動距離毎に測定基準位置からのＸ−Ｙ−Ｚ方向の変位量を求め、
該変位量に基づいて前記台車の移動した各位置における測定点の三次元座標位置を得、
これら各位置における測定点の三次元座標位置をプロットし、各三次元座標を直線で結ぶことにより該直線上に管路を形成し、地中に埋設された地下埋設管路配設状況をディスプレイ上に表示するようにした地下埋設管路配設状況表示システム。 - 上記台車は、上記台車走行中に上記管路に接続される接続管路の位置を検出する接続管路接続箇所検出手段を設けたものである請求項１に記載の地下埋設管路配設状況表示システム。
- 上記台車は、上記台車走行中に上記管路内における破損状況を逐次検出する管路内破損状況検出手段を設けたものである請求項１又は２に記載の地下埋設管路配設状況表示システム。
- 上記台車移動点の三次元座標位置の検出は、３軸ジャイロスコープを用いて行うものである請求項１，２又は３に記載の地下埋設管路配設状況表示システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18233799A JP4317900B2 (ja) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | 地下埋設管路配設状況表示システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18233799A JP4317900B2 (ja) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | 地下埋設管路配設状況表示システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001012947A JP2001012947A (ja) | 2001-01-19 |
| JP4317900B2 true JP4317900B2 (ja) | 2009-08-19 |
Family
ID=16116554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18233799A Expired - Lifetime JP4317900B2 (ja) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | 地下埋設管路配設状況表示システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4317900B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3969721B2 (ja) * | 2002-12-05 | 2007-09-05 | ライト工業株式会社 | 削孔位置検出方法およびこれに用いる削孔装置 |
| JP5060382B2 (ja) * | 2008-05-07 | 2012-10-31 | 通信土木コンサルタント株式会社 | 管路埋設位置計測システム、管路埋設位置計測方法 |
| KR101041780B1 (ko) * | 2009-01-14 | 2011-06-17 | 한국건설기술연구원 | 지중관로 위치정보 획득 장치 |
| JP6202559B2 (ja) * | 2013-07-26 | 2017-09-27 | 積水化学工業株式会社 | 埋設管路の計測装置、及び、埋設管路の計測方法 |
-
1999
- 1999-06-28 JP JP18233799A patent/JP4317900B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001012947A (ja) | 2001-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2022001104A1 (zh) | 一种堆石坝内、外变形一体化监测方法 | |
| KR100814642B1 (ko) | 지중매설 관로 탐지 시스템 | |
| CN2890951Y (zh) | 地下管网信息采集车 | |
| CN110109191A (zh) | 一种基于mems和里程计组合的地下管线探测方法 | |
| Wang et al. | The inertial technology based 3-dimensional information measurement system for underground pipeline | |
| KR20100083645A (ko) | 지중관로 위치정보 획득 장치 및 그 방법 | |
| KR20130060867A (ko) | 지하 매설물에 대한 정보 획득 방법 및 장치 | |
| JP4642576B2 (ja) | 基線測定システムおよび基線測定方法 | |
| CN106855410A (zh) | 一种基于惯性技术的地下管道定位测量设备 | |
| CN102842265B (zh) | 地下管线平面与横断面一体化展现方法 | |
| CN116663762A (zh) | 一种城市规划地下空间勘察测绘方法及系统 | |
| Chen et al. | Internal deformation monitoring for earth-rockfill dam via high-precision flexible pipeline measurements | |
| JP4317900B2 (ja) | 地下埋設管路配設状況表示システム | |
| CN111983562A (zh) | 一种地下非金属管线探测定位方法 | |
| CN100402979C (zh) | 大坝面板挠度或坝体内部变形的监测管道 | |
| KR101499173B1 (ko) | 시설물의 위치 및 변위량 측정장치 | |
| CN108517872B (zh) | 一种基坑变形的测量方法 | |
| CN102168806B (zh) | 一种天然气长输管道位置信息采集方法 | |
| JP5060382B2 (ja) | 管路埋設位置計測システム、管路埋設位置計測方法 | |
| CN116105727A (zh) | 一种地下管道三维轨迹定位测量方法 | |
| KR102266812B1 (ko) | 자이로센서와 엔코더를 이용한 지하관로의 3차원 위치 매핑시스템 | |
| JP3759281B2 (ja) | 地中掘進機の位置計測装置 | |
| CN113959417A (zh) | 一种针对地下非开挖牵引管的精确三维坐标数据采集的方法 | |
| KR102525896B1 (ko) | 이동통신과 모바일 단말기를 이용한 지하시설물 측량장치 | |
| JPS63115003A (ja) | 地下管路位置計測装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060609 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080813 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081007 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081208 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090213 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20090305 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090305 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20090305 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090424 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120605 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4317900 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120605 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120605 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120605 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120605 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130605 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130605 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140605 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |