JP4708558B2 - 位置誘導装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導システムに関する。
【０００２】
たとえば、本発明は、設計データに基づく計画法面と現地又は現況の地盤（現地盤）とが交差する位置、例えば法面切り出し開始点、切り盛境界、或いは盛出し開始点（以下、法面切り出し開始点等）に誘導するための位置誘導システム及び装置に関し、とくに土木工事に最適の位置誘導装置に関するものである。
【０００３】
ここで、法面切り出し開始点とは、現地盤を切削して法面を形成する場合に現地盤の切削を開始する位置を示す点のことである。
【０００４】
盛出し開始点とは、法面の形成のために現地盤に対して盛土が必要な場合、盛土を開始する位置を示す点である。
【０００５】
切り盛境界とは、前記切り出しと盛出しがともに必要な場合の境界のことである。
【０００６】
【従来の技術】
土木工事において、現地盤のデータが不明又は不正確であっても、丁張り設置位置つまり法面切り出し開始点等を見つける方法は公知である。
【０００７】
たとえば、まず丁張りを設置する横断面を予め決定し、その横断面に含まれる法面（直線）と、現在位置の水平面との交点を求め、その交点に対して誘導す る。誘導の方法は、まず、横断面まで誘導し、次に横断面上を移動し、計画法面と現在位置の高さが一致する位置に丁張り設置を行う等の方法が知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の法面の切り出し点への誘導方法では、予め計画道路の中央線を基準とした垂直な横断面を決定し、この横断面内における法面の設計データと現地盤との交点を丁張りを設置するための丁張り設置位置として誘導するため、現場の多様な状況に対して迅速に対応できないという欠点があった。
【０００９】
たとえば、誘導された丁張り設置位置が岩等の堅い岩盤や軟弱な土壌であるため、杭が敷設できない場合、あるいは丁張り設置位置を急遽変更する必要が生じた場合には、新たに横断面を画面上あるいは数値で指定し直すことで、丁張りの設置位置を設定し直さなければならなかった。
【００１０】
また、従来の方法では、丁張り設置を連続して行う場合、各丁張り毎に横断面を設定する事が必要であるため、予め設定された横断面の存在する所定の間隔に従って誘導、杭打ちを順次行わなくてはならなかった。このため、丁張りを設定に適切な場所が有ったとしても、それが設定された横断面の間隙であった場合、正確な丁張り設定位置を誘導により知ることが出来なかった。
【００１１】
本発明の目的は、目標地点や仮目標地点にオペレータを、現場の状況に柔軟に対応しながら、自由かつ効率的に誘導することを可能にする位置誘導システムを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、請求項１〜５に記載の位置誘導装置である。
【００１３】
（１）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、現在位置座標を測定可能な位置座標検出手段により測定された現在位置座標データを受けとり、計画された設計データを設計データ記憶手段に記録し、受けとった現在位置座標データから現在位置を含む水平面を求め、設計データ記憶手段から現在位置を含む水平面との交線を求め、交線上に仮目標点を設定し、現在位置座標データと仮目標点間の距離と方向を求め、求められた仮目標点への距離及び方向を表示手段に表示させることを特徴とする位置誘導プログラム。
【００１４】
（２）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、入力された現在位置座標データを位置座標データ記憶手段に記憶し、入力された現在位置座標データと位置座標データ記憶手段に記憶された前回の位置座標データから、両座標間の方向を求め、現在位置座標を起点として得られた方向の水平成分と交線との交点を仮目標点として設定させることを特徴とする位置誘導プログラム。
【００１５】
（３）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、求められた仮目標点への距離及び方向を距離に応じた長さを有した方向を指示し得る図形として表示手段に表示させることを特徴とする前述の位置誘導プログラム。
【００１６】
（４）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、求められた仮目標点への距離及び方向に関して、距離と方向を指示し得る図形として方向を、それぞれ表示手段に表示させることを特徴とする前述の位置誘導プログラム。
【００１７】
（５）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、現在位置座標を測定可能な位置座標検出手段により測定された現在位置座標データを受けとり、計画された設計データを設計データ記憶手段に記憶し、受けとった現在位置座標データから現在位置を含む水平面を求め、設計データ記憶手段から現在位置を含む水平面との交線を求め、交線上に仮目標点を設定し、現在位置座標データと仮目標点間の距離と方向を求め、求められた仮目標点への距離及び方向を表示手段に表示させることを特徴とする位置誘導プログラムを記録した位置誘導装置に読み込み可能な記録媒体。
【００１８】
（６）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置であって、現在位置座標を測定可能な位置座標検出手段により測定された現在位置座標データを入力する手段、計画された法面の設計データを記録しておく設計データ記憶手 段、入力された現在位置座標データから現在位置を含む水平面を得る手段、設計データ記憶手段から現在位置を含む水平面との交線を得る手段、交線上に仮目標点を設定する手段、現在位置座標データと仮目標点間の距離と方向を得る手段、得られた仮目標点への距離及び方向を表示する表示手段を備えてなる位置誘導装置。
【００１９】
（７）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、表示手段の表示画面に設計データが表示され、その設計データに重ねて、現地盤上の現在位置と、その現在位置に至る軌跡とが示されることを特徴とする位置誘導装置。
【００２０】
（８）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、表示手段の表示画面に設計データが表示され、その設計データに重ねて、現地盤上の現在位置から目標地点又は仮目標地点までの方向が現地盤上の現在位置から目標地点又は仮目標地点まで延びる矢印で表示されることを特徴とする位置誘導装 置。
【００２１】
（９）表示手段の表示画面に、現地盤上の現在位置から目標地点又は仮目標地点までの距離が表示されることを特徴とする前述の位置誘導装置。
【００２２】
（１０）表示手段の表示画面が、指定した点へ誘導するポイント誘導画面、現在位置から法きり方向へ誘導する法抗誘導画面、敷設した法抗に対応する方向杭で誘導する方向杭誘導画面のいずれか１つの誘導画面に選択可能になっていることを特徴とする前述の位置誘導装置。
【００２３】
（１１）表示手段の表示画面に、現在位置の標高と設計データとの標高差を示すことを特徴とする前述の位置誘導装置。
【００２４】
（１２）現在位置と座標既知点とのＸ、Ｙ、Ｈの各座標値の差を示すことを特徴とする前述の位置誘導装置。
【００２５】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【００２６】
図１、２、３、８、１８に示されているように、本発明による位置誘導装置 は、計画法面１と現地盤２が交差する法面切り出し線３上の任意の位置に誘導するための位置誘導装置である。施工状況により、図１の法面切り出し開始点３ は、切り盛境界点や盛出し開始点と呼ばれる。一般に、法面切り出し開始点と は、現地盤を切削して法面を形成する場合に現地盤の切削を開始する位置を示す点である。盛出し開始点とは、法面の形成のために現地盤に対して盛土が必要な場合に盛土を開始する位置を示す点である。切り盛境界とは、切り出しと盛出しがともに必要な場合であって、それらの境界のことである。
【００２７】
図１８に示すように、本発明による位置誘導装置は、現地盤２上の現在位置Ａ１を測定する位置測定装置８１から測点の位置座標データを得る測点データ入力インターフェース８８と、計画法面１の形状及び座標に関する設計データを記録する記憶装置８２と、位置測定装置８１により測定され、入力された現地盤２上での現在位置Ａ１を含む水平面Ｓ１を演算し、その演算された水平面Ｓ１と記憶装置８２に記憶された設計データに基づく計画法面１との交線Ｍ１を演算する演算解析装置８３と、種々のデータを表示する表示装置８５と、オペーレータが所望の操作や数値を入力可能とする操作装置８６を備えている。
【００２８】
演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤上の現在位置Ａ１と、交線Ｍ１上の任意の点である仮開始点Ｑ１との距離及び方向を演算し、表示装置８５に距離と方向を表示し、仮開始点Ｑ１への誘導を行う。
【００２９】
位置測定装置８１の好適な例は、現地盤２上の現在位置Ａ１の座標を測定するもので、従来から測量に用いられているＧＰＳ（Ｇ１ｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｔｅｍ）や、トータルステーション、光波距離計、トランシットのような測量機器である。測量機器には測定対象を自動追尾する機能があると好ましい。
【００３０】
記憶装置８２には、計画法面１の形伏及び座標に関する設計データのみでな く、演算結果や位置測定手段８１から入力される３次元位置座標の測点データ等も記憶される。
【００３１】
演算解析装置８３は、ＣＰＵ、演算用メモリ、キーボード等の入力手段、プリンタ等の出力手段を備えるか、接続可能となっている。
【００３２】
また、表示装置８５上の表示に対して、オペレーターが表示画面上にて入力可能とすることで、表示装置８５が操作装置８６を兼ねることもできる。
【００３３】
表示装置８５の表示画面を操作装置８６として入力可能とする場合、ペン形状の入力手段を用いて、より正確で詳細な操作を可能とすることもできる。
【００３４】
表示画面上の入力検知には圧力感知方式や静電感知式等が用いられるが、両者を組み合わせることで入力の誤検出に基づく誤動作を防止することも可能であ る。
【００３５】
図１は、計画法面１と、現地盤２と、それらが交差する法面切り出し線３と、現地盤２上の現在位置Ａ１と、位置測定装置８１により測定された現地盤２の現在位置Ａ１を含む水平面Ｓ１と、水平面Ｓ１と記憶装置８２に記憶された計画法面１との演算された交線Ｍ１を示している。
【００３６】
演算解析装置８３では、仮開始点Ｑ１が交線Ｍ１上の任意の位置に設定され る。
【００３７】
たとえば、次のいずれかの方法により仮開始点Ｑ１を交線Ｍ１上の任意の位置に設定する。
【００３８】
（１）前回（n-1）測定された現在位置からの経路を参照して決める仮開始点 （図２０を参照）
（２）オペレータの指示により決める仮開始点（図１９を参照）
（３）今回測定された現在位置から最も近い交線Ｍ１上の仮開始点
（４）プログラムにより自動的に決められる仮開始点
演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の現在位置Ａ１と、交線Ｍ１上に設定された任意の仮開始点Ｑ１との距離を演算し、か つ、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の現在位置Ａ１から、交線Ｍ１上に設定された任意の仮開始点Ｑ１への方向（矢印Ｌ１）を演算する。
【００３９】
図２、図１８、図１９を参照して、設計データに基づく計画法面１と現地盤２とが交差する任意の法面切り出し開始点Ｐに誘導する手順を説明する。
【００４０】
まずオペレータは作業地点に該当する計画法面１の形伏及び座標に関するデータ（設計データ）を記憶装置８２にデータ入力して記録する。または、前記データが既に入力された記録媒体８７（メモリーカード等）を外部メモリインターフェース８９を介して接続することで、記憶装置８２として用いても良い。
【００４１】
他方、オペレータは、位置測定装置８１により現地盤２上の１回目の現在位置Ａ１における位置座標を測定する。このとき、予め設定されたプログラムにより自動的に現在位置を測定しても良い。
【００４２】
演算解析装置８３は、計画法面の設計データと測定データに基づいて、現地盤２の１回目の現在位置Ａ１を含む１回目の水平面Ｓ１を演算し、さらに、その演算された１回目の水平面１４と記憶装置８２に記憶された設計データに基づく計画法面１との１回目の交線Ｍ１を演算する。
【００４３】
そして、演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の１回目の現在位置Ａ１と、ｌ回目の交線Ｍ１上に前記（１）〜（４）の方法で設定された任意の１回目の仮開始点Ｑ１との距離を演算し、かつ、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の１回目の現在位置Ａ１から、１回目の仮開始点Ｑ１への方向を演算し、その結果を表示装置８５に表示する。
【００４４】
オペレータは、表示装置８５に表示された距離及び方向を参照して現地盤２上を移動する。このとき、表示される方向を厳密に守る必要はなく、現地盤２の形状及び状況に応じて移動が困難な経路を避けたり、移動に容易な経路に沿って移動する事が可能である。
【００４５】
しかるのち、位置測定装置８１により現地盤２上の２回目の現在位置Ａ２における位置座標を測定する。このときも、予め設定されたプログラムにより自動的に現在位置を測定しても良い。
【００４６】
演算解析装置８３は、測定データに基いて現地盤２の２回目の現在位置Ａ２を含む２回目の水平面Ｓ２を演算し、さらに、その演算された２回目の水平面Ｓ２と記憶装置８２に記憶された設計データに基づく計画法面１との２回目の交線Ｍ２を演算する。
【００４７】
そして、演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の２回目の現在位置Ａ２と、２回目の交線Ｍ２上に前記（１）〜（４）の方法で設定された任意の２回目の仮開始点Ｑ２との距離を演算し、かつ、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の２回目の現在位置Ａ２から、２回目の交線Ｍ２に設定された任意の２回目の仮開始点Ｑ２への方向を演算し、その結果を表示装置８５に表示する。
【００４８】
オペレータは、表示装置８５に表示された距離、方向その他のデータを参照して移動する。
【００４９】
オペレータは、このように測定と移動を繰り返し、指示誘導される距離を順次小さくし、所定の許容範囲に入れることで、任意の法面切り出し開始点Ｐ１へ誘導される。
【００５０】
図３は、法面を切り出す方向を与える方向杭の設置場所をガイドする概念図である。
【００５１】
これは設置した法面切り出し線３上にある法面切り出し開始点Ｐ１における接線と直角な鉛直面、例えば法面切り出し開始点Ｐ１に関する横断面Ｄと現地盤２との交線である方向杭設置線１９上に方向杭を設置する際の位置にオペレーターを誘導するものである。
【００５２】
矢印Ｋ１は、位置測定装置により測定された現地盤２上の現在位置Ａ３から、方向杭設置線１９への距離及び方向を示している。この距離を所定の許容範囲に収めることで、容易に方向杭を設置できる。
【００５３】
図４を参照して、複数の多角形状の組み合わせとして近似で演算する方法を説明する。
【００５４】
計画法面１の形状が複雑な曲面である場合、図４に示すように、演算解析装置８３が、複数の多角形状の面の組み合わせとして近似で演算することにより、水平面Ｓ１と計画法面１との交線Ｍ１を求める。このようにすると、演算解析が効率的になる。
【００５５】
次は、図５、６を参照して、多角形状の面の組合わせによる近似演算について説明する。
【００５６】
一般に、任意の面Ｃは多角形（Ｃ0，Ｃ1，Ｃ2，，，Ｃn）の集合として近似することができる。そして、多角形を構成する頂点は３次元（ｘ、ｙ、ｚ）の値を持つ。
【００５７】
ここで、標高値Ｚsなる水平面Ｃsと面Ｃを構成する多角形との交線上の任意の点Ｋsの座標は以下の方法で求めることができる。
【００５８】
１．水平面Ｃsと交差する多角形の検索
まず、面Ｃを構成する各多角形毎に頂点の標高値の最小値及び頂点ＩＤ、最大値及び頂点ＩＤをコンピュータで演算・判断し、メモリー上に表１を作成する。
【００５９】
【表１】
次に、作成した表１を用い、与えられた水平面Ｃsの標高値Ｚsが
Ｚn-min≦Ｚs≦Ｚn-max
なる条件を満たす多角形Ｃnを、コンピューターで検索してメモリー上に表２を 作成する。
【００６０】
２．水平面Ｃsと交差する辺（多角形Ｃnを構成する）の検索
検索された多角形Ｃnを構成する隣り合う頂点Ｃn-0とＣn-1、Ｃn-1とＣn- 2、、Ｃn-mとＣn-m+1、、Ｃn-pとＣn-0の組み合わせで（ｐは多角形の角数― １）、頂点Ｃn-mの標高値Ｚn-mと頂点Ｃn-m+1の標高値Ｚn-m+1の関係が
Ｚn-m≦Ｚs≦Ｚn-m+1
なる条件を満たす辺Ｌn-mをコンピュータで検索し、表２に順次追加する。
【００６１】
【表２】
３．水平面Ｃsと交差する辺（多角形Ｃnを構成する）の方向ベクトルの計算
一般に３次元空間内で２点（Ｃn-m及びＣn-m+1）を通過する直線Lの方向ベク トルＵ（ａ，ｂ，ｃ）は、
Ｃn-m及びＣn-m+1の座標値をそれぞれ（ｘn-m、ｙn-m、ｚn-m）、（ｘn-m+1、ｙn-m+1、ｚn-m+1）としたとき、
ａ＝ｘn-m+1−ｘn-m
ｂ＝ｙn-m+1−ｙn-m （１）式
ｃ＝ｚn-m+1−ｚn-m
で一意に求めることができる。
【００６２】
したがって、（１）式により直線Lは
ｘ＝ｘn-m＋ｔ＊ａ
ｙ＝ｙn-m＋ｔ＊ｂ （２）式
ｚ＝ｚn-m＋ｔ＊ｃ （ｔは媒介変数）
で表される。
【００６３】
４．水平面Ｃsと交差する辺（多角形Ｃnを構成する）との交点Ｋ（ｘｋ、ｙ ｋ）の計算
（２）式において、ｚ＝Ｚsなので
ｔ＝（ｚn-m-Ｚs）／ｃ （３）式
（３）式で求まったｔを順次（２）式に代入すれば、交点Ｋの座標（ｘｋ、ｙｋ）を求めることができる。
【００６４】
５．水平面Ｃs上で任意の点Ｇから所定の傾きθ０を持つ方向線ＧＶの近傍に ある交点を求める
水平面Ｃs上で、点ＧのＸＹ座標を（Ｘｇ、Ｙｇ）とし、４．項で求めた交点 Ｋｉの座標を（Ｘi、Ｙi）とすれば、
点Ｇから交点Ｋiへの方向を、（４）（５）式を用いて求める。
【００６５】
θi＝arcｔａｎ（γｉ） （４）式
ここで、γi＝（ｙｉ−ｙｇ）／（ｙｉ−ｙｇ） （５）式
次に、求めたθiの内、
θn≦θ0≦θn+1 （６）式
なる条件（６）式を満たす交点Ｋn及び交点Ｋn+1をコンピュータで検索し、決定する。
【００６６】
６．交点Ｋnと交点Ｋn+1を結ぶ直線の式を求める
交点Ｋn及びＫn+1の座標をそれぞれ、（ｘn、ｙn、ｚs）、（ｘn+1、ｙn+1、 ｚs）とすれば、
交点Ｋnと交点Ｋn+1を結ぶ直線Lは次式で表される。
【００６７】
ｙ＝θｋ＊ｘ＋ｙn−θｋ＊ｘn （７）式
ここで、θｋ＝（ｙn+1−ｙn）／（ｘn+1−ｘn） （８）式
７．交点Ｋnと交点Ｋn+1とを結ぶ直線Lと方向線ＧＶとの交点Ｋsを求める
方向線ＧＶは、次式で表すことができる。
【００６８】
ｙ＝θ0＊ｘ＋ｙｇ−θ0＊ｘｇ （９）式
次に、（７）、（８）、（９）式から、
交点Ｋnと交点Ｋn+1とを結ぶ直線Lと方向線ＧＶとの交点Ｋsの座標（ｘｇｋ、ｙｇｋ）は、
ｘｇｋ＝（ｙｇ−ｙn＋θｋ＊ｘn−θ0＊ｘｇ）／（θｋ−θ0）
ｙｇｋ＝θ0＊ｘｇｋ＋ｙｇ−θ0＊ｘｇ （１０）式により求めることができる。
【００６９】
次は、図９〜１５を参照して、表示装置８５の具体例を説明する。
【００７０】
図９は、表示装置８５、とくに、その表示画面の上方エッジに沿って設定す操作ボタンの一例である。
【００７１】
表示装置８５の基本画面には、好ましくは、基準点、現況、設計データ、現在位置を示す。
【００７２】
誘導の態様は、ポイント誘導、法杭誘導、方向杭誘導の３つがあり、それらのいずれの表示画面も、図９の左側に列挙されている操作ボタンにより選択可能になっている。
【００７３】
図９において、上から下に向けて順に各ボタンを説明する。１番目のボタン は、ポイント誘導、つまり指定した点への誘導を行う。２番目のボタンは、法杭誘導、つまり現在位置から任意の方向で法きり誘導を行う。３番目のボタンは、方向杭誘導、つまり敷設した法杭に対応する方向杭の誘導を行う。４番目のボタンは、標高差、つまり現在位置の標高と設計データとの標高差を計算・表示す る。５番目のボタンは、座標差、つまり現在位置と座標既知点とのＸ、Ｙ、Ｈの差を計算表示する。６番目のボタンは、点名、座標の記録をする。７番目のボタンは、ポイント誘導時に点名／座標で目標地点を指定する。８番目のボタンは、設計データ全体を表示する。９番目のボタンは、画面中心を中心として、一定の比率で拡大する。１０番目のボタンは、画面中心を中心として、一定の比率で縮小する。１１番目のボタンは、指定されたボックス領域が画面全体に表示されるように拡大する。
【００７４】
ポイント誘導
基本画面でポイント誘導ボタンを押し、画面上で目標地点をポインティングすると、所定のポイント誘導画面のダイアログが表示される。
【００７５】
そのようなポイント指定ダイアログの１つでは、画面上の所定箇所にマイナス（−）の符号や数字（０〜９）を入力することにより、ポイント指定を行う。たとえば、Ｘを−２５４４７．１０３ｍとし、Ｙを−１１４４５．２６６ｍとし、Ｈを４１．４８５ｍとする。
【００７６】
基本画面上で設計データのフレーム上或るいは座標点をポインティングし、目標地点とすることができる。画面上で１点をクリックすると、ＸＹＨが表示されるようにできる。
【００７７】
このような入力のあと、ポイント指定ダイアログでＯＫボタンを押すと、基本画面上に目標地点及び距離が表示される。
【００７８】
また、基本画面でポイント誘導ボタンを押して、点名選択／座標入力ボタンを押して、次のような別のダイアログを表示することも可能である。
【００７９】
この別のポイント指定ダイアログでは、点名および座標入力によるポイント指定を行う。たとえば、点名を１０１とし、Ｘを−２５４４７．１０３ｍとし、Ｙを−１１４４５．２６６ｍとし、Ｈを４１．４８５ｍとする。
【００８０】
基準点データの中から、点名を選択することが出来る。プルダウンメニューから点名を選択すると、座標入力ボックスに設定座標値が表示される。また、座標値の手入力が可能である。
【００８１】
図１０〜１２は、ポイント誘導画面の一例を示している。図１０は、指定直後の画面表示、図１１は移動中の画面表示、図１２は、移動中の別の画面表示をそれぞれ示している。
【００８２】
図１０において、移動中の測定データ数点を基に進行方向へ正対するように画像が回転するように構成されている。
【００８３】
図１１において、文字ガイダンスにしたがい目標地点に近付き、所定の許容範囲に入ればボタンを押す。ガイダンスは音声でも読み上げられる。
【００８４】
法杭誘導
法杭誘導では、まず、基本画面またはポイント誘導で所定の法面近くまで移動する。
【００８５】
法杭誘導ボタンを押すと、現在地の水平面上でかつ進行方向の法きり位置（法面切り出し開始点）或いは盛出し位置、要するに仮目標地点までの水平距離が表示される。また、法杭誘導を中止する場合は、法杭誘導中止ボタンを押すと、基本画面に戻る。
【００８６】
また、誘導時には開始点から見た設計面への法線方向が表示される。さらに、断面窓には設計データ、法線方向への設計現況データ、現在地、仮目標地点、現在地点までの軌跡が表示される。
【００８７】
図１３は、法杭誘導画面の一例を示している。
【００８８】
図１４は、そのように仮目標地点に近いときの画面表示の一例を示している。
座標値及び法長が表示され、点名を入力する。問題がなければ、ＯＫボタンを押す。このとき、点名を入力せずに、ＯＫボタンを押すと、座標値のみが記録される。
【００８９】
このようなダイアログの一例を示す。
【００９０】
点名 １０１
Ｘ −２５４４７．１０３ｍ
Ｙ −１１４４５．２６６ｍ
Ｈ ４１．４８５ｍ
法長 ５．６７ｍ
方向杭誘導
方向杭誘導においては、敷設した法杭に対して、方向杭誘導を行う。
【００９１】
基本画面から方向杭誘導ボタンを押す。対応する法杭の点名を選択／入力す る。又は、画面上で法杭をポインティングする。
【００９２】
画面上でポインティングする場合、方向杭誘導ボタンを押した後、画面上で法杭をダブルタップする。
【００９３】
法杭ポインティング後、点名入力ダイアログが表示される。
【００９４】
法杭点名入力ダイアログの一例を示す。
【００９５】
点名 １０１
Ｘ −２５４４７．１０３ｍ
Ｙ −１１４４５．２６６ｍ
Ｈ ４１．４８５ｍ
点名入力／選択の場合、方向杭誘導ボタンを押した後、点名選択／座標入力ボタンを押すと、このようなダイアログが表示される。（点名入力窓には直前に記録された法杭の点名が初期値として表示される。）
図１５は、方向杭誘導の表示画面の一例を示している。
【００９６】
法杭を画面中心とし、方向杭の方向が中心線になるように画像が回転する。
【００９７】
方向線上近辺で所定の精度に入ったならば記録ボタンを押し、点名を入力す る。
【００９８】
方向杭のデータを記録しない場合、方向杭誘導中止ボタンを押す。
【００９９】
方向杭点名入力のダイアログの一例を示す。
【０１００】
点名 １１１
Ｘ −２５４４７．１０３ｍ
Ｙ −１１４４５．２６６ｍ
Ｈ ４１．４８５ｍ
法杭点名 １０１
標高差測定
基本画面、ポイント誘導、法杭誘導、方向杭誘導の各画面で標高差ボタンを押すと、現在位置と設計データの標高差を計算し、表示する。
【０１０１】
標高差測定結果は、次のように示す。
【０１０２】
標高差 １２．３４５ｍ
Ｘ ２３４．５６７ｍ
Ｙ ３４５．６７８ｍ
測定Ｈ ５６．７８９ｍ
設計Ｈ ４４．４４４ｍ
座標差測定
基本画面、ポイント誘導、法杭誘導、方向杭誘導の各画面で、座標差ボタンを押すと、基準となる点と現在値との座標差を計算して表示する。
【０１０３】
座標差を測定したい基準点等にアンテナを置き、座標差ボタンを押すと、座標差測定ダイアログが表示される。点名あるいは座標値を入力すると、登録された座標値と測定値との差を計算し表示する。
【０１０４】
座標差のデータは、次のように表示する。
【０１０５】
点名 １０１
登録Ｘ −２５４４７．１０３ｍ
登録Ｙ −１１４４５．２６６ｍ
登録Ｈ ４１．４８５ｍ
測定Ｘ −２５４４６．１０３ｍ
測定Ｙ −１１４４５．３６６ｍ
測定Ｈ ４１．４９５ｍ
座標差Ｘ １．０００ｍ
座標差Ｙ ０．１００ｍ
座標差Ｈ ０．０１０ｍ
辺長（ＸＹ） １．０１０ｍ
現在位置記録
基本画面、ポイント誘導画面で現在位置を記録する。
【０１０６】
現在位置の点名入力ダイアログの一例を示す。
【０１０７】
点名 １１１
Ｘ −２５４４７．１０３ｍ
Ｙ −１１４４５．２６６ｍ
Ｈ ４１．４８５ｍ
【０１０８】
【発明の効果】
本発明のプログラム、記録媒体、システム又は装置等によれば、現地盤の形状が不明であっても、作業者を容易に法面切り出し開始点等へ誘導することができる。
【０１０９】
とくに、本発明のプログラム、記録媒体、システム又は装置等では横断面を指定する必要がないため、現場の状況に柔軟に対応できる。また、決められた順序によらず、自由にかつ連続的に法面切り出し開始点等へ誘導することができるため、丁張り設置等の効率を上げることができる。
【０１１０】
また、設置した法面切り出し開始点等に関する方向杭を設置する場合、オペーレータに現在位置から方向杭を設置すべき位置への方向と距離を表示すること で、方向杭の設置を極めて容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による位置誘導装置を使用して、現地盤の現在位置を通る水平面を演算し、設計データに基づく計画法面と水平面との交線を求め、任意の仮開始点を演算する手順を示す概念図。
【図２】本発明の実施例による位置誘導装置を使用して、法面切り出し開始点等に誘導する手順を示す概念図。
【図３】本発明の実施例による位置誘導装置を使用して、法面切り出し開始点等に誘導した後、法切りの方向を示す方向杭を設置する概念図。
【図４】計画法面が複雑な曲面である場合、多角形の面の組合せで近似するようすを示す概念図。
【図５】多角形で構成された計画法面と水平面との交線を求める場合の説明図。
【図６】交線上にある任意の点を求める場合の説明図。
【図７】本発明による位置誘導装置の処理例を示すフローチャート。
【図８】本発明による位置誘導装置の概略構成を示すブロック図。
【図９】表示装置８５に設ける操作ボタンの一例を示す。
【図１０】ポイント誘導の表示画面を示す。
【図１１】ポイント誘導の他の表示画面を示す。
【図１２】ポイント誘導の他の表示画面を示す。
【図１３】法杭誘導の画面表示の一例を示す。
【図１４】仮目標地点に近いときの画面表示の一例を示す。
【図１５】方向杭誘導の表示画面の一例を示す。
【図１６】現地盤、設計データ、盛出し位置、法きり位置等の関係の一例を示す説明図。
【図１７】本発明による法面形成用の位置誘導システム構成図。
【図１８】本発明による位置誘導装置の１つの処理例を示すフローチャート。
【図１９】本発明による位置誘導装置の他の処理例（目標点の決め方の変形例）を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 計画法面
２ 現地盤
Ａn(n=1,2…) 現在位置
Ｓn 水平面
Ｍn 交線
Ｑn 仮開始点
８１ 位置測定装置
８２ 記億装置
８３ 演算解析装置
８５ 表示装置
８６ 操作装置
８７ 外部メモリ
８８ 測点データ入力インターフェース
８９ 外部メモリインターフェース
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導システムに関する。
【０００２】
たとえば、本発明は、設計データに基づく計画法面と現地又は現況の地盤（現地盤）とが交差する位置、例えば法面切り出し開始点、切り盛境界、或いは盛出し開始点（以下、法面切り出し開始点等）に誘導するための位置誘導システム及び装置に関し、とくに土木工事に最適の位置誘導装置に関するものである。
【０００３】
ここで、法面切り出し開始点とは、現地盤を切削して法面を形成する場合に現地盤の切削を開始する位置を示す点のことである。
【０００４】
盛出し開始点とは、法面の形成のために現地盤に対して盛土が必要な場合、盛土を開始する位置を示す点である。
【０００５】
切り盛境界とは、前記切り出しと盛出しがともに必要な場合の境界のことである。
【０００６】
【従来の技術】
土木工事において、現地盤のデータが不明又は不正確であっても、丁張り設置位置つまり法面切り出し開始点等を見つける方法は公知である。
【０００７】
たとえば、まず丁張りを設置する横断面を予め決定し、その横断面に含まれる法面（直線）と、現在位置の水平面との交点を求め、その交点に対して誘導す る。誘導の方法は、まず、横断面まで誘導し、次に横断面上を移動し、計画法面と現在位置の高さが一致する位置に丁張り設置を行う等の方法が知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の法面の切り出し点への誘導方法では、予め計画道路の中央線を基準とした垂直な横断面を決定し、この横断面内における法面の設計データと現地盤との交点を丁張りを設置するための丁張り設置位置として誘導するため、現場の多様な状況に対して迅速に対応できないという欠点があった。
【０００９】
たとえば、誘導された丁張り設置位置が岩等の堅い岩盤や軟弱な土壌であるため、杭が敷設できない場合、あるいは丁張り設置位置を急遽変更する必要が生じた場合には、新たに横断面を画面上あるいは数値で指定し直すことで、丁張りの設置位置を設定し直さなければならなかった。
【００１０】
また、従来の方法では、丁張り設置を連続して行う場合、各丁張り毎に横断面を設定する事が必要であるため、予め設定された横断面の存在する所定の間隔に従って誘導、杭打ちを順次行わなくてはならなかった。このため、丁張りを設定に適切な場所が有ったとしても、それが設定された横断面の間隙であった場合、正確な丁張り設定位置を誘導により知ることが出来なかった。
【００１１】
本発明の目的は、目標地点や仮目標地点にオペレータを、現場の状況に柔軟に対応しながら、自由かつ効率的に誘導することを可能にする位置誘導システムを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、請求項１〜５に記載の位置誘導装置である。
【００１３】
（１）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、現在位置座標を測定可能な位置座標検出手段により測定された現在位置座標データを受けとり、計画された設計データを設計データ記憶手段に記録し、受けとった現在位置座標データから現在位置を含む水平面を求め、設計データ記憶手段から現在位置を含む水平面との交線を求め、交線上に仮目標点を設定し、現在位置座標データと仮目標点間の距離と方向を求め、求められた仮目標点への距離及び方向を表示手段に表示させることを特徴とする位置誘導プログラム。
【００１４】
（２）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、入力された現在位置座標データを位置座標データ記憶手段に記憶し、入力された現在位置座標データと位置座標データ記憶手段に記憶された前回の位置座標データから、両座標間の方向を求め、現在位置座標を起点として得られた方向の水平成分と交線との交点を仮目標点として設定させることを特徴とする位置誘導プログラム。
【００１５】
（３）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、求められた仮目標点への距離及び方向を距離に応じた長さを有した方向を指示し得る図形として表示手段に表示させることを特徴とする前述の位置誘導プログラム。
【００１６】
（４）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、求められた仮目標点への距離及び方向に関して、距離と方向を指示し得る図形として方向を、それぞれ表示手段に表示させることを特徴とする前述の位置誘導プログラム。
【００１７】
（５）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、現在位置座標を測定可能な位置座標検出手段により測定された現在位置座標データを受けとり、計画された設計データを設計データ記憶手段に記憶し、受けとった現在位置座標データから現在位置を含む水平面を求め、設計データ記憶手段から現在位置を含む水平面との交線を求め、交線上に仮目標点を設定し、現在位置座標データと仮目標点間の距離と方向を求め、求められた仮目標点への距離及び方向を表示手段に表示させることを特徴とする位置誘導プログラムを記録した位置誘導装置に読み込み可能な記録媒体。
【００１８】
（６）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置であって、現在位置座標を測定可能な位置座標検出手段により測定された現在位置座標データを入力する手段、計画された法面の設計データを記録しておく設計データ記憶手 段、入力された現在位置座標データから現在位置を含む水平面を得る手段、設計データ記憶手段から現在位置を含む水平面との交線を得る手段、交線上に仮目標点を設定する手段、現在位置座標データと仮目標点間の距離と方向を得る手段、得られた仮目標点への距離及び方向を表示する表示手段を備えてなる位置誘導装置。
【００１９】
（７）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、表示手段の表示画面に設計データが表示され、その設計データに重ねて、現地盤上の現在位置と、その現在位置に至る軌跡とが示されることを特徴とする位置誘導装置。
【００２０】
（８）目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、表示手段の表示画面に設計データが表示され、その設計データに重ねて、現地盤上の現在位置から目標地点又は仮目標地点までの方向が現地盤上の現在位置から目標地点又は仮目標地点まで延びる矢印で表示されることを特徴とする位置誘導装 置。
【００２１】
（９）表示手段の表示画面に、現地盤上の現在位置から目標地点又は仮目標地点までの距離が表示されることを特徴とする前述の位置誘導装置。
【００２２】
（１０）表示手段の表示画面が、指定した点へ誘導するポイント誘導画面、現在位置から法きり方向へ誘導する法抗誘導画面、敷設した法抗に対応する方向杭で誘導する方向杭誘導画面のいずれか１つの誘導画面に選択可能になっていることを特徴とする前述の位置誘導装置。
【００２３】
（１１）表示手段の表示画面に、現在位置の標高と設計データとの標高差を示すことを特徴とする前述の位置誘導装置。
【００２４】
（１２）現在位置と座標既知点とのＸ、Ｙ、Ｈの各座標値の差を示すことを特徴とする前述の位置誘導装置。
【００２５】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【００２６】
図１、２、３、８、１８に示されているように、本発明による位置誘導装置 は、計画法面１と現地盤２が交差する法面切り出し線３上の任意の位置に誘導するための位置誘導装置である。施工状況により、図１の法面切り出し開始点３ は、切り盛境界点や盛出し開始点と呼ばれる。一般に、法面切り出し開始点と は、現地盤を切削して法面を形成する場合に現地盤の切削を開始する位置を示す点である。盛出し開始点とは、法面の形成のために現地盤に対して盛土が必要な場合に盛土を開始する位置を示す点である。切り盛境界とは、切り出しと盛出しがともに必要な場合であって、それらの境界のことである。
【００２７】
図１８に示すように、本発明による位置誘導装置は、現地盤２上の現在位置Ａ１を測定する位置測定装置８１から測点の位置座標データを得る測点データ入力インターフェース８８と、計画法面１の形状及び座標に関する設計データを記録する記憶装置８２と、位置測定装置８１により測定され、入力された現地盤２上での現在位置Ａ１を含む水平面Ｓ１を演算し、その演算された水平面Ｓ１と記憶装置８２に記憶された設計データに基づく計画法面１との交線Ｍ１を演算する演算解析装置８３と、種々のデータを表示する表示装置８５と、オペーレータが所望の操作や数値を入力可能とする操作装置８６を備えている。
【００２８】
演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤上の現在位置Ａ１と、交線Ｍ１上の任意の点である仮開始点Ｑ１との距離及び方向を演算し、表示装置８５に距離と方向を表示し、仮開始点Ｑ１への誘導を行う。
【００２９】
位置測定装置８１の好適な例は、現地盤２上の現在位置Ａ１の座標を測定するもので、従来から測量に用いられているＧＰＳ（Ｇ１ｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｔｅｍ）や、トータルステーション、光波距離計、トランシットのような測量機器である。測量機器には測定対象を自動追尾する機能があると好ましい。
【００３０】
記憶装置８２には、計画法面１の形伏及び座標に関する設計データのみでな く、演算結果や位置測定手段８１から入力される３次元位置座標の測点データ等も記憶される。
【００３１】
演算解析装置８３は、ＣＰＵ、演算用メモリ、キーボード等の入力手段、プリンタ等の出力手段を備えるか、接続可能となっている。
【００３２】
また、表示装置８５上の表示に対して、オペレーターが表示画面上にて入力可能とすることで、表示装置８５が操作装置８６を兼ねることもできる。
【００３３】
表示装置８５の表示画面を操作装置８６として入力可能とする場合、ペン形状の入力手段を用いて、より正確で詳細な操作を可能とすることもできる。
【００３４】
表示画面上の入力検知には圧力感知方式や静電感知式等が用いられるが、両者を組み合わせることで入力の誤検出に基づく誤動作を防止することも可能であ る。
【００３５】
図１は、計画法面１と、現地盤２と、それらが交差する法面切り出し線３と、現地盤２上の現在位置Ａ１と、位置測定装置８１により測定された現地盤２の現在位置Ａ１を含む水平面Ｓ１と、水平面Ｓ１と記憶装置８２に記憶された計画法面１との演算された交線Ｍ１を示している。
【００３６】
演算解析装置８３では、仮開始点Ｑ１が交線Ｍ１上の任意の位置に設定され る。
【００３７】
たとえば、次のいずれかの方法により仮開始点Ｑ１を交線Ｍ１上の任意の位置に設定する。
【００３８】
（１）前回（n-1）測定された現在位置からの経路を参照して決める仮開始点 （図２０を参照）
（２）オペレータの指示により決める仮開始点（図１９を参照）
（３）今回測定された現在位置から最も近い交線Ｍ１上の仮開始点
（４）プログラムにより自動的に決められる仮開始点
演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の現在位置Ａ１と、交線Ｍ１上に設定された任意の仮開始点Ｑ１との距離を演算し、か つ、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の現在位置Ａ１から、交線Ｍ１上に設定された任意の仮開始点Ｑ１への方向（矢印Ｌ１）を演算する。
【００３９】
図２、図１８、図１９を参照して、設計データに基づく計画法面１と現地盤２とが交差する任意の法面切り出し開始点Ｐに誘導する手順を説明する。
【００４０】
まずオペレータは作業地点に該当する計画法面１の形伏及び座標に関するデータ（設計データ）を記憶装置８２にデータ入力して記録する。または、前記データが既に入力された記録媒体８７（メモリーカード等）を外部メモリインターフェース８９を介して接続することで、記憶装置８２として用いても良い。
【００４１】
他方、オペレータは、位置測定装置８１により現地盤２上の１回目の現在位置Ａ１における位置座標を測定する。このとき、予め設定されたプログラムにより自動的に現在位置を測定しても良い。
【００４２】
演算解析装置８３は、計画法面の設計データと測定データに基づいて、現地盤２の１回目の現在位置Ａ１を含む１回目の水平面Ｓ１を演算し、さらに、その演算された１回目の水平面１４と記憶装置８２に記憶された設計データに基づく計画法面１との１回目の交線Ｍ１を演算する。
【００４３】
そして、演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の１回目の現在位置Ａ１と、ｌ回目の交線Ｍ１上に前記（１）〜（４）の方法で設定された任意の１回目の仮開始点Ｑ１との距離を演算し、かつ、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の１回目の現在位置Ａ１から、１回目の仮開始点Ｑ１への方向を演算し、その結果を表示装置８５に表示する。
【００４４】
オペレータは、表示装置８５に表示された距離及び方向を参照して現地盤２上を移動する。このとき、表示される方向を厳密に守る必要はなく、現地盤２の形状及び状況に応じて移動が困難な経路を避けたり、移動に容易な経路に沿って移動する事が可能である。
【００４５】
しかるのち、位置測定装置８１により現地盤２上の２回目の現在位置Ａ２における位置座標を測定する。このときも、予め設定されたプログラムにより自動的に現在位置を測定しても良い。
【００４６】
演算解析装置８３は、測定データに基いて現地盤２の２回目の現在位置Ａ２を含む２回目の水平面Ｓ２を演算し、さらに、その演算された２回目の水平面Ｓ２と記憶装置８２に記憶された設計データに基づく計画法面１との２回目の交線Ｍ２を演算する。
【００４７】
そして、演算解析装置８３は、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の２回目の現在位置Ａ２と、２回目の交線Ｍ２上に前記（１）〜（４）の方法で設定された任意の２回目の仮開始点Ｑ２との距離を演算し、かつ、位置測定装置８１により測定された現地盤２上の２回目の現在位置Ａ２から、２回目の交線Ｍ２に設定された任意の２回目の仮開始点Ｑ２への方向を演算し、その結果を表示装置８５に表示する。
【００４８】
オペレータは、表示装置８５に表示された距離、方向その他のデータを参照して移動する。
【００４９】
オペレータは、このように測定と移動を繰り返し、指示誘導される距離を順次小さくし、所定の許容範囲に入れることで、任意の法面切り出し開始点Ｐ１へ誘導される。
【００５０】
図３は、法面を切り出す方向を与える方向杭の設置場所をガイドする概念図である。
【００５１】
これは設置した法面切り出し線３上にある法面切り出し開始点Ｐ１における接線と直角な鉛直面、例えば法面切り出し開始点Ｐ１に関する横断面Ｄと現地盤２との交線である方向杭設置線１９上に方向杭を設置する際の位置にオペレーターを誘導するものである。
【００５２】
矢印Ｋ１は、位置測定装置により測定された現地盤２上の現在位置Ａ３から、方向杭設置線１９への距離及び方向を示している。この距離を所定の許容範囲に収めることで、容易に方向杭を設置できる。
【００５３】
図４を参照して、複数の多角形状の組み合わせとして近似で演算する方法を説明する。
【００５４】
計画法面１の形状が複雑な曲面である場合、図４に示すように、演算解析装置８３が、複数の多角形状の面の組み合わせとして近似で演算することにより、水平面Ｓ１と計画法面１との交線Ｍ１を求める。このようにすると、演算解析が効率的になる。
【００５５】
次は、図５、６を参照して、多角形状の面の組合わせによる近似演算について説明する。
【００５６】
一般に、任意の面Ｃは多角形（Ｃ0，Ｃ1，Ｃ2，，，Ｃn）の集合として近似することができる。そして、多角形を構成する頂点は３次元（ｘ、ｙ、ｚ）の値を持つ。
【００５７】
ここで、標高値Ｚsなる水平面Ｃsと面Ｃを構成する多角形との交線上の任意の点Ｋsの座標は以下の方法で求めることができる。
【００５８】
１．水平面Ｃsと交差する多角形の検索
まず、面Ｃを構成する各多角形毎に頂点の標高値の最小値及び頂点ＩＤ、最大値及び頂点ＩＤをコンピュータで演算・判断し、メモリー上に表１を作成する。
【００５９】
【表１】
Ｚn-min≦Ｚs≦Ｚn-max
なる条件を満たす多角形Ｃnを、コンピューターで検索してメモリー上に表２を 作成する。
【００６０】
２．水平面Ｃsと交差する辺（多角形Ｃnを構成する）の検索
検索された多角形Ｃnを構成する隣り合う頂点Ｃn-0とＣn-1、Ｃn-1とＣn- 2、、Ｃn-mとＣn-m+1、、Ｃn-pとＣn-0の組み合わせで（ｐは多角形の角数― １）、頂点Ｃn-mの標高値Ｚn-mと頂点Ｃn-m+1の標高値Ｚn-m+1の関係が
Ｚn-m≦Ｚs≦Ｚn-m+1
なる条件を満たす辺Ｌn-mをコンピュータで検索し、表２に順次追加する。
【００６１】
【表２】
一般に３次元空間内で２点（Ｃn-m及びＣn-m+1）を通過する直線Lの方向ベク トルＵ（ａ，ｂ，ｃ）は、
Ｃn-m及びＣn-m+1の座標値をそれぞれ（ｘn-m、ｙn-m、ｚn-m）、（ｘn-m+1、ｙn-m+1、ｚn-m+1）としたとき、
ａ＝ｘn-m+1−ｘn-m
ｂ＝ｙn-m+1−ｙn-m （１）式
ｃ＝ｚn-m+1−ｚn-m
で一意に求めることができる。
【００６２】
したがって、（１）式により直線Lは
ｘ＝ｘn-m＋ｔ＊ａ
ｙ＝ｙn-m＋ｔ＊ｂ （２）式
ｚ＝ｚn-m＋ｔ＊ｃ （ｔは媒介変数）
で表される。
【００６３】
４．水平面Ｃsと交差する辺（多角形Ｃnを構成する）との交点Ｋ（ｘｋ、ｙ ｋ）の計算
（２）式において、ｚ＝Ｚsなので
ｔ＝（ｚn-m-Ｚs）／ｃ （３）式
（３）式で求まったｔを順次（２）式に代入すれば、交点Ｋの座標（ｘｋ、ｙｋ）を求めることができる。
【００６４】
５．水平面Ｃs上で任意の点Ｇから所定の傾きθ０を持つ方向線ＧＶの近傍に ある交点を求める
水平面Ｃs上で、点ＧのＸＹ座標を（Ｘｇ、Ｙｇ）とし、４．項で求めた交点 Ｋｉの座標を（Ｘi、Ｙi）とすれば、
点Ｇから交点Ｋiへの方向を、（４）（５）式を用いて求める。
【００６５】
θi＝arcｔａｎ（γｉ） （４）式
ここで、γi＝（ｙｉ−ｙｇ）／（ｙｉ−ｙｇ） （５）式
次に、求めたθiの内、
θn≦θ0≦θn+1 （６）式
なる条件（６）式を満たす交点Ｋn及び交点Ｋn+1をコンピュータで検索し、決定する。
【００６６】
６．交点Ｋnと交点Ｋn+1を結ぶ直線の式を求める
交点Ｋn及びＫn+1の座標をそれぞれ、（ｘn、ｙn、ｚs）、（ｘn+1、ｙn+1、 ｚs）とすれば、
交点Ｋnと交点Ｋn+1を結ぶ直線Lは次式で表される。
【００６７】
ｙ＝θｋ＊ｘ＋ｙn−θｋ＊ｘn （７）式
ここで、θｋ＝（ｙn+1−ｙn）／（ｘn+1−ｘn） （８）式
７．交点Ｋnと交点Ｋn+1とを結ぶ直線Lと方向線ＧＶとの交点Ｋsを求める
方向線ＧＶは、次式で表すことができる。
【００６８】
ｙ＝θ0＊ｘ＋ｙｇ−θ0＊ｘｇ （９）式
次に、（７）、（８）、（９）式から、
交点Ｋnと交点Ｋn+1とを結ぶ直線Lと方向線ＧＶとの交点Ｋsの座標（ｘｇｋ、ｙｇｋ）は、
ｘｇｋ＝（ｙｇ−ｙn＋θｋ＊ｘn−θ0＊ｘｇ）／（θｋ−θ0）
ｙｇｋ＝θ0＊ｘｇｋ＋ｙｇ−θ0＊ｘｇ （１０）式により求めることができる。
【００６９】
次は、図９〜１５を参照して、表示装置８５の具体例を説明する。
【００７０】
図９は、表示装置８５、とくに、その表示画面の上方エッジに沿って設定す操作ボタンの一例である。
【００７１】
表示装置８５の基本画面には、好ましくは、基準点、現況、設計データ、現在位置を示す。
【００７２】
誘導の態様は、ポイント誘導、法杭誘導、方向杭誘導の３つがあり、それらのいずれの表示画面も、図９の左側に列挙されている操作ボタンにより選択可能になっている。
【００７３】
図９において、上から下に向けて順に各ボタンを説明する。１番目のボタン は、ポイント誘導、つまり指定した点への誘導を行う。２番目のボタンは、法杭誘導、つまり現在位置から任意の方向で法きり誘導を行う。３番目のボタンは、方向杭誘導、つまり敷設した法杭に対応する方向杭の誘導を行う。４番目のボタンは、標高差、つまり現在位置の標高と設計データとの標高差を計算・表示す る。５番目のボタンは、座標差、つまり現在位置と座標既知点とのＸ、Ｙ、Ｈの差を計算表示する。６番目のボタンは、点名、座標の記録をする。７番目のボタンは、ポイント誘導時に点名／座標で目標地点を指定する。８番目のボタンは、設計データ全体を表示する。９番目のボタンは、画面中心を中心として、一定の比率で拡大する。１０番目のボタンは、画面中心を中心として、一定の比率で縮小する。１１番目のボタンは、指定されたボックス領域が画面全体に表示されるように拡大する。
【００７４】
ポイント誘導
基本画面でポイント誘導ボタンを押し、画面上で目標地点をポインティングすると、所定のポイント誘導画面のダイアログが表示される。
【００７５】
そのようなポイント指定ダイアログの１つでは、画面上の所定箇所にマイナス（−）の符号や数字（０〜９）を入力することにより、ポイント指定を行う。たとえば、Ｘを−２５４４７．１０３ｍとし、Ｙを−１１４４５．２６６ｍとし、Ｈを４１．４８５ｍとする。
【００７６】
基本画面上で設計データのフレーム上或るいは座標点をポインティングし、目標地点とすることができる。画面上で１点をクリックすると、ＸＹＨが表示されるようにできる。
【００７７】
このような入力のあと、ポイント指定ダイアログでＯＫボタンを押すと、基本画面上に目標地点及び距離が表示される。
【００７８】
また、基本画面でポイント誘導ボタンを押して、点名選択／座標入力ボタンを押して、次のような別のダイアログを表示することも可能である。
【００７９】
この別のポイント指定ダイアログでは、点名および座標入力によるポイント指定を行う。たとえば、点名を１０１とし、Ｘを−２５４４７．１０３ｍとし、Ｙを−１１４４５．２６６ｍとし、Ｈを４１．４８５ｍとする。
【００８０】
基準点データの中から、点名を選択することが出来る。プルダウンメニューから点名を選択すると、座標入力ボックスに設定座標値が表示される。また、座標値の手入力が可能である。
【００８１】
図１０〜１２は、ポイント誘導画面の一例を示している。図１０は、指定直後の画面表示、図１１は移動中の画面表示、図１２は、移動中の別の画面表示をそれぞれ示している。
【００８２】
図１０において、移動中の測定データ数点を基に進行方向へ正対するように画像が回転するように構成されている。
【００８３】
図１１において、文字ガイダンスにしたがい目標地点に近付き、所定の許容範囲に入ればボタンを押す。ガイダンスは音声でも読み上げられる。
【００８４】
法杭誘導
法杭誘導では、まず、基本画面またはポイント誘導で所定の法面近くまで移動する。
【００８５】
法杭誘導ボタンを押すと、現在地の水平面上でかつ進行方向の法きり位置（法面切り出し開始点）或いは盛出し位置、要するに仮目標地点までの水平距離が表示される。また、法杭誘導を中止する場合は、法杭誘導中止ボタンを押すと、基本画面に戻る。
【００８６】
また、誘導時には開始点から見た設計面への法線方向が表示される。さらに、断面窓には設計データ、法線方向への設計現況データ、現在地、仮目標地点、現在地点までの軌跡が表示される。
【００８７】
図１３は、法杭誘導画面の一例を示している。
【００８８】
図１４は、そのように仮目標地点に近いときの画面表示の一例を示している。
座標値及び法長が表示され、点名を入力する。問題がなければ、ＯＫボタンを押す。このとき、点名を入力せずに、ＯＫボタンを押すと、座標値のみが記録される。
【００８９】
このようなダイアログの一例を示す。
【００９０】
点名 １０１
Ｘ −２５４４７．１０３ｍ
Ｙ −１１４４５．２６６ｍ
Ｈ ４１．４８５ｍ
法長 ５．６７ｍ
方向杭誘導
方向杭誘導においては、敷設した法杭に対して、方向杭誘導を行う。
【００９１】
基本画面から方向杭誘導ボタンを押す。対応する法杭の点名を選択／入力す る。又は、画面上で法杭をポインティングする。
【００９２】
画面上でポインティングする場合、方向杭誘導ボタンを押した後、画面上で法杭をダブルタップする。
【００９３】
法杭ポインティング後、点名入力ダイアログが表示される。
【００９４】
法杭点名入力ダイアログの一例を示す。
【００９５】
点名 １０１
Ｘ −２５４４７．１０３ｍ
Ｙ −１１４４５．２６６ｍ
Ｈ ４１．４８５ｍ
点名入力／選択の場合、方向杭誘導ボタンを押した後、点名選択／座標入力ボタンを押すと、このようなダイアログが表示される。（点名入力窓には直前に記録された法杭の点名が初期値として表示される。）
図１５は、方向杭誘導の表示画面の一例を示している。
【００９６】
法杭を画面中心とし、方向杭の方向が中心線になるように画像が回転する。
【００９７】
方向線上近辺で所定の精度に入ったならば記録ボタンを押し、点名を入力す る。
【００９８】
方向杭のデータを記録しない場合、方向杭誘導中止ボタンを押す。
【００９９】
方向杭点名入力のダイアログの一例を示す。
【０１００】
点名 １１１
Ｘ −２５４４７．１０３ｍ
Ｙ −１１４４５．２６６ｍ
Ｈ ４１．４８５ｍ
法杭点名 １０１
標高差測定
基本画面、ポイント誘導、法杭誘導、方向杭誘導の各画面で標高差ボタンを押すと、現在位置と設計データの標高差を計算し、表示する。
【０１０１】
標高差測定結果は、次のように示す。
【０１０２】
標高差 １２．３４５ｍ
Ｘ ２３４．５６７ｍ
Ｙ ３４５．６７８ｍ
測定Ｈ ５６．７８９ｍ
設計Ｈ ４４．４４４ｍ
座標差測定
基本画面、ポイント誘導、法杭誘導、方向杭誘導の各画面で、座標差ボタンを押すと、基準となる点と現在値との座標差を計算して表示する。
【０１０３】
座標差を測定したい基準点等にアンテナを置き、座標差ボタンを押すと、座標差測定ダイアログが表示される。点名あるいは座標値を入力すると、登録された座標値と測定値との差を計算し表示する。
【０１０４】
座標差のデータは、次のように表示する。
【０１０５】
点名 １０１
登録Ｘ −２５４４７．１０３ｍ
登録Ｙ −１１４４５．２６６ｍ
登録Ｈ ４１．４８５ｍ
測定Ｘ −２５４４６．１０３ｍ
測定Ｙ −１１４４５．３６６ｍ
測定Ｈ ４１．４９５ｍ
座標差Ｘ １．０００ｍ
座標差Ｙ ０．１００ｍ
座標差Ｈ ０．０１０ｍ
辺長（ＸＹ） １．０１０ｍ
現在位置記録
基本画面、ポイント誘導画面で現在位置を記録する。
【０１０６】
現在位置の点名入力ダイアログの一例を示す。
【０１０７】
点名 １１１
Ｘ −２５４４７．１０３ｍ
Ｙ −１１４４５．２６６ｍ
Ｈ ４１．４８５ｍ
【０１０８】
【発明の効果】
本発明のプログラム、記録媒体、システム又は装置等によれば、現地盤の形状が不明であっても、作業者を容易に法面切り出し開始点等へ誘導することができる。
【０１０９】
とくに、本発明のプログラム、記録媒体、システム又は装置等では横断面を指定する必要がないため、現場の状況に柔軟に対応できる。また、決められた順序によらず、自由にかつ連続的に法面切り出し開始点等へ誘導することができるため、丁張り設置等の効率を上げることができる。
【０１１０】
また、設置した法面切り出し開始点等に関する方向杭を設置する場合、オペーレータに現在位置から方向杭を設置すべき位置への方向と距離を表示すること で、方向杭の設置を極めて容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による位置誘導装置を使用して、現地盤の現在位置を通る水平面を演算し、設計データに基づく計画法面と水平面との交線を求め、任意の仮開始点を演算する手順を示す概念図。
【図２】本発明の実施例による位置誘導装置を使用して、法面切り出し開始点等に誘導する手順を示す概念図。
【図３】本発明の実施例による位置誘導装置を使用して、法面切り出し開始点等に誘導した後、法切りの方向を示す方向杭を設置する概念図。
【図４】計画法面が複雑な曲面である場合、多角形の面の組合せで近似するようすを示す概念図。
【図５】多角形で構成された計画法面と水平面との交線を求める場合の説明図。
【図６】交線上にある任意の点を求める場合の説明図。
【図７】本発明による位置誘導装置の処理例を示すフローチャート。
【図８】本発明による位置誘導装置の概略構成を示すブロック図。
【図９】表示装置８５に設ける操作ボタンの一例を示す。
【図１０】ポイント誘導の表示画面を示す。
【図１１】ポイント誘導の他の表示画面を示す。
【図１２】ポイント誘導の他の表示画面を示す。
【図１３】法杭誘導の画面表示の一例を示す。
【図１４】仮目標地点に近いときの画面表示の一例を示す。
【図１５】方向杭誘導の表示画面の一例を示す。
【図１６】現地盤、設計データ、盛出し位置、法きり位置等の関係の一例を示す説明図。
【図１７】本発明による法面形成用の位置誘導システム構成図。
【図１８】本発明による位置誘導装置の１つの処理例を示すフローチャート。
【図１９】本発明による位置誘導装置の他の処理例（目標点の決め方の変形例）を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 計画法面
２ 現地盤
Ａn(n=1,2…) 現在位置
Ｓn 水平面
Ｍn 交線
Ｑn 仮開始点
８１ 位置測定装置
８２ 記億装置
８３ 演算解析装置
８５ 表示装置
８６ 操作装置
８７ 外部メモリ
８８ 測点データ入力インターフェース
８９ 外部メモリインターフェース
Claims (5)
- 目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、表示手段の表示画面に設計データが表示され、その設計データに重ねて、現地盤上の現在位置と、その現在位置に至る軌跡とが示され、表示手段の表示画面が、指定した点へ誘導するポイント誘導画面、現在位置から法きり方向へ誘導する法抗誘導画面、敷設した法抗に対応する方向杭で誘導する方向杭誘導画面のいずれか１つの誘導画面に選択可能になっていることを特徴とする位置誘導装置。
- 目標地点又は仮目標地点に誘導するための位置誘導装置において、表示手段の表示画面に設計データが表示され、その設計データに重ねて、現地盤上の現在位置から目標地点又は仮目標地点までの方向が現地盤上の現在位置から目標地点又は仮目標地点まで延びる矢印で表示され、表示手段の表示画面が、指定した点へ誘導するポイント誘導画面、現在位置から法きり方向へ誘導する法抗誘導画面、敷設した法抗に対応する方向杭で誘導する方向杭誘導画面のいずれか１つの誘導画面に選択可能になっていることを特徴とする位置誘導装置。
- 表示手段の表示画面に、現地盤上の現在位置から目標地点又は仮目標地点までの距離が表示されることを特徴とする請求項１または２に記載の位置誘導装置。
- 表示手段の表示画面に、現在位置の標高と設計データとの標高差を示すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置誘導装置。
- 現在位置と座標既知点とのＸ、Ｙ、Ｈの各座標値の差を示すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置誘導装置。
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