JP5378577B1 - 杭打機のオペレータに情報を提供するシステムと方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２台の測量機を使用せずに，また，傾斜計を使用せずに，正確に直杭及び斜杭の傾斜を管理できるシステムと方法を提供する。
【解決手段】長軸１０９を有する杭１０１を地盤に打設する杭打機１０を制御するために杭打機１０のオペレータに情報を提供するシステム１は，第１の座標系における，杭１０１の傾斜に関する第１のデータを取得する第１の手段１４と，第１のデータを，少なくとも２点Ｐｌ，Ｐｒによって定義される第２の座標系における第２のデータに変換する第２の手段１６と，前記第２のデータに基づいて，第２の座標系における杭１０１の傾斜を表示する表示手段１７を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は，杭打機のオペレータに情報を提供するシステムと方法に関する。

杭打作業では，杭の傾斜を適正に管理することが大切である。そのために，従来，杭を地盤に対して垂直に（すなわち，傾斜ゼロで）打設する場合，２台の測量機で直交２方向から杭の傾斜を観察しながら傾斜を修正する方法が採られている。また，杭を地盤に対して斜めに（すなわち，所定の傾斜をもって）打設する場合，杭の中心線を含む垂直面上に一台の測量機を設置して杭の左右の傾斜を確認しつつ，傾斜計を使って杭の傾斜角を測定し，それらの情報をもとに傾斜を修正する方法が採られている。

特開２００９−０６８２６２号公報 特開平０６−０５７７４６号公報

しかし，前者の方法は２台の測量機を必要とする。また，後者の方法では，杭の中心軸を含む垂直面上に正しく傾斜計を設置することが容易でなく，正確に傾斜を計測できない，という問題がある。

その他，角度表示器を使ってリーダの傾斜角度を表示する技術が特許文献１で提案されている。また，傾斜センサを使ってリーダの傾斜角を読み取る技術が特許文献２に提案されている。しかし，これらの技術は特殊な角度表示器又は傾斜センサを使用するものである。

そこで，本発明は，２台の測量機を使用せずに，また，傾斜計を使用せずに，正確に直杭及び斜杭の傾斜を管理できるシステムと方法を提供する。

この目的を達成するために，本発明のシステムは，長軸を有する杭を地盤に打設する杭打機を制御するために杭打機のオペレータに情報を提供するもので，
第１の座標系における，前記杭の傾斜に関する第１のデータを取得する第１の手段と，
前記第１のデータを，少なくとも２点によって定義される第２の座標系における第２のデータに変換する第２の手段と，
前記第２のデータに基づいて，前記第２の座標系における前記杭の傾斜を表示する表示手段を有する。

また，本発明の方法は，長軸を有する杭を地盤に打設する杭打機を制御するために杭打機のオペレータに情報を提供するもので，
第１の座標系における，前記杭の傾斜に関する第１のデータを取得する工程と，
前記第１のデータを，少なくとも２点によって定義される第２の座標系における第２のデータに変換する工程と，
前記第２のデータに基づいて，前記第２の座標系における前記杭の傾斜を表示する工程を有する。

このシステムによれば，２台の測量機を使用せずに，また，傾斜計を使用せずに，正確に直杭及び斜杭の傾斜を管理できる。

本発明に係るシステムを利用した杭打作業を示す図。 杭打作業を説明する図。 本発明に係るシステムの構成とデータの流れを示す図。 第１の座標系（基準座標系）と第２の座標系（オペレータ座標系）の関係を示す図。 杭の中心を計測する原理を説明する図。 杭の傾斜を説明する図。 表示装置の表示を説明する図。 表示装置の他の表示説明する図。 他の形態の杭打機を示す図。 ターゲットの他の配置を示す図。 測量装置の斜視図。 図１１に示す測量装置の構成と機能を示すブロック図。 図１１に示す測量装置の望遠鏡の概略構成を示す断面図。 図１３に示す焦点板に投影された参照スケールを示す図。 図１４の焦点板に現れる像と望遠鏡の関係を示す図。 傾斜した電柱を望遠鏡で視準した状態を示す図。 測距部の構成を示す図。 図１１に示す入力部と表示部の詳細を示す図。 光学装置を用いて電柱を視準する状況を示す図。 基準座標と電柱との関係を示す図。 測定原理を示す図。 電柱の中心軸上にある中心点を求め，撓み量を求め，判定するまでのプロセスを示す図。

以下，添付図面を参照して本発明に係る，地盤に杭を打設する杭打機のオペレータに情報（具体的には，杭の傾斜に関する情報）を提供するシステムと方法の実施例を説明する。

［１．杭打機］
図１は，本発明に係るシステムが適用される杭打機（全体を符号１０で示す。）の一例を示す。図示する杭打機１０は，住友金属工業株式会社によって開発された，回転貫入鋼管杭工法（ＧＷＰII）（商標名：ジオウィング・パイル）に使用される３点支持式杭打機である。この工法で用いる杭１０１は，鋼管の先端（下端）に略円錐形状の２枚の翼１０２が取り付けられた鋼管杭である。施工にあたっては，図２に示すように，補助クレーン１０３を用いて三点支持式杭打機１０に杭１０１を建て込み，杭打機１０のオーガモータ１０４に連結された回転キャップ１０５を杭１０１の頭に被せる。次に，杭１０１の下部を振れ止め１０６で保持し，杭１０１の中心を目的の打設位置に設定する。以上の準備が完了すると，オーガモータ１０４を駆動し，杭１０１を回転しながら，所定深さまで地盤に貫入する。通常，一本の鋼管の長さは約１０ｍである。したがって，例えば３０ｍの杭を打設する場合，翼１０２を付けた杭１０１の上に２つの鋼管（翼なし）が継ぎ足される。そして，杭１０１の傾斜を管理するため，杭１０１の打設中，後に説明する方法によって杭１０１の傾斜を適宜観測し，必要であれば左右の油圧シリンダ１０７を駆動してリーダ１０８の傾斜を調節する。

［２．システムの構成］
図３は，杭１０１の傾斜を制御するために必要な杭の傾斜情報を杭打機１０のオペレータに提供するシステム（全体を符号１で示す。）を示す。図示するように，システム１は，杭１０１の傾斜と杭打機１０の向きに関連した基礎データを取得する第１サブシステム１２と，第１サブシステム１２で取得された基礎データを用いて，杭打機１０のオペレータ（図示する）が杭打機１０を操作して杭１０１を目標の傾斜に制御するために必要な制御データを取得し表示する第２サブシステム１３を有する。

図１に示すように，第１サブシステム１２は，杭打機１０から離れた場所に設置された測量装置１４を有する。測量装置１４には，例えば，人が近づけない場所にある円柱構造物の測量を正確かつ簡単に行える中心座標計測技術「ＴＲＩＮＯＳ」（登録商標）を搭載した，ライカジオシステムズ株式会社から市販されている専用トータルステーション（Ｖｉｖａシリーズ「ＴＲＩＮＯＳ」）が好適に利用できる。この中心座標計測技術は，特許第４４４１５６１号及び対応米国特許第７，９９６，９９８号に詳細に説明されているとおり，円柱構造物を遠隔地から観測して該円柱構造物の中心座標及び中心軸を計測するもので，専用トータルステーションで視準した杭の中心座標を求めることができる。中心座標計測技術に関連して測量装置１４が備えている構成及びそれを用いた計測方法は後に説明する。

図３を参照すると，測量装置１４には，通信機能を備えた第１処理装置（コンピュータ）が接続されている。図面上，測量装置１４は有線で第１処理装置１５に通信可能に接続されているが，測量装置１４と第１処理装置１５は無線で通信可能に接続することも可能である。後に詳細に説明するが，測量装置１４から送信される計測データには，杭打機１０に支持されている杭１０１の視準点（Ｐ１,Ｐ２）を測量装置１４で視準して得られた視準点の座標データ，杭打機１０に設定された２点（Ｐｌ，Ｐｒ）を測量装置１４で視凖して得られた座標データ，等が含まれる。第１処理装置１５は，測量装置１４から送信された計測データを所定のプログラムにしたがって処理して杭の傾斜と杭打機１０の向きに関連した基礎データを作成する機能と，作成された基礎データを無線で発信する機能を有する。

図１に示すように，第２サブシステム１３は，例えば，杭打機１０の操作部の近く，具体的には杭打機１０の操作室に設置されている。第２サブシステム１３は，通信機能を備えた第２処理装置（コンピュータ）１６と，表示装置１７を有する。第２処理装置１６は，第１処理装置１５から発信された基礎データを所定のプログラムに基づいて処理する機能を有する。ここでの処理機能は，基礎データをもとに，杭打機１０のオペレータを基準にした座標系（オペレータ座標系）を設定する機能と，このオペレータ座標系に関する杭の位置と傾斜量を計算する機能と，これら杭の位置と傾斜量のデータ（制御データ）を表示装置１７に送信する機能を有する。表示装置１７は，第２処理装置１６と有線又は無線で通信可能に接続されており，第２処理装置１６から発信される制御データを取得し，その制御データを視覚的に表示する機能を有する。

［３．システムの動作］
杭打作業とそれに関連したシステム１の動作を説明する。

測量装置１４のオペレータは，図１に示すように，工事区域に設定された測量基準点（ベンチマーク）１８を視凖し，測量装置１４の機械座標（以下，「機械基準点」という。）Ｐｍ（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）を求める。以下，機械基準点Ｐｍを原点とし，東西方向をＹ方向，南北方向をＸ方向，鉛直方向をＺ方向とする座標系を基準座標系（第１の座標系）という。

杭打機１０のオペレータは，杭打設位置の近くに杭打機１０を移動する。次に，補助クレーン１０３のオペレータと協働して，杭１０１を杭打機１０に建て込む（図２（ａ）参照）。次に，杭打機１０のオペレータは，杭打機１０を操作して，建て込んだ杭１０１の先端を設計上の杭打設位置（ｘ０，ｙ０）に位置させる（（図２（ｂ）参照））。

杭打機１０の杭打準備が完了すると，図４に示すように，測量装置１４のオペレータは，杭打機１０に設定されている２つのターゲットＰｌ，Ｐｒを視凖し，基準座標系におけるターゲットＰｌ，Ｐｍの座標（ｘｌ，ｙｌ），（ｘｒ，ｙｒ）を求める。図示するように，２つのターゲットＰｌ，Ｐｍは，杭打機１０の前後方向の中心軸と直交する水平方向の垂直面上に設定することが好ましい。ターゲットＰｌ，Ｐｍは，単なるマーク（シール）であってもよいし，測量用ターゲットであってもよい。

測量装置１４で取得された座標データＰｍ（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ），Ｐｌ（ｘｌ，ｙｌ，ｚｌ），Ｐｒ（ｘｒ，ｙｒ，ｚｒ）は，杭打機１０の向きを求めるために有益な情報で，第１処理装置１５に送信される。第１処理装置１５は，これらの座標データをもとに，杭打設位置（ｘ０，ｙ０）と工事区域の設計基準レベル（ＦＬ＝ｚ０）によって定義される点を原点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とし，ターゲットＰｌ，Ｐｍを通る垂直面ＶＰ（Ｐｌ，Ｐｒ）に平行な水平方向をＹ'方向とし，Ｙ'方向に直交する水平方向をＸ'方向とするオペレータ座標系（第２の座標系）と定める。

測量装置１４における以上の処理が完了した後，杭打機１０の杭打ち作業が始まると，測量装置１４のオペレータは，図１に示すように，杭１０１の中央２点Ｐ１，Ｐ２を視凖し，それら２つの視凖点Ｐ１，Ｐ２の座標データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２）と取得する。視凖点Ｐ１，Ｐ２は，測量装置１４を通じて杭１０１を見たときに杭１０１の左右縁の中央に位置する，杭表面上の点である。図１に示すように，視凖点Ｐ１は，回転キャップ１０５で覆われた杭頭から所定距離Ｌ１の位置に付けられたマーク１９上の点であることが好ましい。視凖点Ｐ２は，視凖点Ｐ１から杭中心軸方向に適当な距離をあけた点で，オペレータが任意に決定できる。測量装置１４で測定された視凖点Ｐ１，Ｐ２の座標データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２）は，第１処理装置１５に送信される。

第１処理装置１５は，機械基準点Ｐｍと視凖点Ｐ１，Ｐ２の座標データ（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ），（ｘ１，ｙ１，ｚ１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２）をもとに，これら３点を通る視凖面を定義する。図５に示すように，視凖面は，杭１０１の中心軸１０９を含む面である。次に，第１処理装置１５は，視凖面上で，点Ｐ１，Ｐ２を，点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ線分と直交する方向に杭１０の半径ｒ（既知）だけ移動した点Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃの座標（ｘ１ｃ，ｙ１ｃ，ｚ１ｃ），（ｘ２ｃ，ｙ２ｃ，ｚ２ｃ）と，これらの点Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃを結ぶ杭中心軸１０９の式を求める。次に，第１処理装置１５は，杭中心軸１０９の式と，点Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃの座標（ｘ１ｃ，ｙ１ｃ，ｚ１ｃ），（ｘ２ｃ，ｙ２ｃ，ｚ２ｃ）と，点Ｐ１ｃから杭頭までの距離Ｌ１と杭１０１の長さＬ０（Ｌ1,Ｌ０：既知）をもとに，杭１０１の先端中心Ｐ３ｃの座標（ｘ３ｃ，ｙ３ｃ，ｚ３ｃ），杭頭中心Ｐ４ｃの座標（ｘ４ｃ，ｙ４ｃ，ｚ４ｃ），基準レベルＦＬにおける杭中心Ｐ０ｃの座標（ｘ０ｃ，ｙ０ｃ，ｚ０ｃ）（ｚ０ｃ＝０）を計算する。

第１処理装置１５で計算されたＰ３ｃ，Ｐ４ｃ，Ｐ０ｃの基準座標系座標データ（ｘ３ｃ，ｙ３ｃ，ｚ３ｃ），（ｘ４ｃ，ｙ４ｃ，ｚ４ｃ）及び（ｘ０ｃ，ｙ０ｃ，ｚ０ｃ）は，杭１０１の傾斜を計算するうえで有益な情報であり，第２処理装置１６に送信される。次に，第２処理装置１６は，受信した基準座標系座標データをオペレータ座標系（第２の座標系）座標データ（ｘ３ｃ’，ｙ３ｃ’，ｚ３ｃ’），（ｘ４ｃ’，ｙ４ｃ’，ｚ４ｃ’）及び（ｘ０ｃ’，ｙ０ｃ’，ｚ０ｃ’）（図６参照）に変換し，変換後の座標データをもとに，オペレータ座標系における杭１０１の傾斜を計算する。

具体的に，第２処理装置１６は，杭打機１０の前後方向（Ｘ'方向）と左右方向（Ｙ'方向）の傾斜量［実測値］（傾斜角θｘ’，θｙ’）（図６参照）と，設計値（傾斜角θｘ，θｙ）と実測値（傾斜角θｘ’，θｙ’）の傾斜誤差δθｘ（＝θｘ−θｘ’），δθｙ（＝θｙ−θｙ’）を計算する。また，基準レベルＦＬにおける，杭中心の設計値座標（ｘ０ｃ，ｙ０ｃ）と実測値座標（ｘ０ｃ’，ｙ０ｃ’）の差である偏心量ｅｘ（＝ｘ０ｃ−ｘ０ｃ’），ｅｙ（＝ｙ０ｃ−ｙ０ｃ’）を計算する。なお，一般的に，斜杭を施工する場合，杭打機１０はその前後方向中心軸を杭の傾斜方向に向けて配置され，左右方向の傾斜角θｙ’が常にゼロになるように左右の油圧シリンダ１０７が調整される。

第２処理装置１６は，傾斜誤差δθｘ，δθｙ（傾斜量）と偏心量ｅｘ，ｅｙ（杭の位置）を表示装置１７に送信する。表示装置１７は，これらの傾斜誤差δθｘ，δθｙと偏心量ｅｘ，ｅｙを表示する。表示装置１７の表示画面の一例を図７に示す。図示するように，表示装置１７の画面２０は３つの表示部２１，２２，２３を有する。表示部２１は，基準レベルＦＬにおける杭中心の偏心量ｅｘ，ｅｙを表示する画面である。表示部２２は，オペレータ座標系におけるＸ’方向（杭打機の前後方向）の傾斜誤差δθｘを表示する画面である。なお，図７の表示部２２は直杭（地盤に垂直に打設する杭）の設計値を示し，図８の表示部２２は斜杭の設計値を示す。表示部２３は，オペレータ座標系におけるＹ’方向（杭打機の左右方向）の傾斜誤差δθｙを表示する画面である。

表示装置１７の画面２０には，複数のモード設定キーを設けることができる。例えば，実施例では，詳細データ表示キー２４が設定されており，このキー２４が押されると，表示部２３の画面表示が切り替わり，基準レベルＦＬにおけるＸ’方向とＹ’方向の偏心量ｅｘ，ｅｙと，前後方向と左右方向の傾斜誤差δθｘ，δθｙが別の表示態様で表示される。

杭１０１の打設中，測量装置１４は適当な時間間隔をあけてＰ１,Ｐ２を視凖してそれらの座標データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を取得する。視凖点Ｐ１は，常に視凖マーク１９上の点である。視凖点Ｐ２は，測定の度に違ってもよい。そして，上述のように，第１処理装置１５は，座標データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２），座標データ（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ），点Ｐ１ｃから杭頭までの距離Ｌ１と杭１０１の長さＬ０をもとに，Ｐ３ｃ，Ｐ４ｃ，Ｐ０ｃの座標データ（ｘ３ｃ，ｙ３ｃ，ｚ３ｃ），（ｘ４ｃ，ｙ４ｃ，ｚ４ｃ）及び（ｘ０ｃ，ｙ０ｃ，ｚ０ｃ）を計算する。また，第２処理装置１６は，杭１０１の傾斜誤差δθｘ，δθｙと偏心量ｅｘ，ｅｙを計算し，それらの値を表示装置１７に表示する。

杭１０１に鋼管を継ぎ足した場合，杭の長さＬ０が新たな値に更新される。例えば，最初の翼付杭１０１が１０ｍで，継ぎ足した杭の長さが１０ｍの場合，Ｌ０は２０ｍに更新され，更新された値が後の計算に使用される。

このように，本発明のシステムによれば，測量装置１４のオペレータの視点からではなく，杭打機１０のオペレータから見た前後左右の傾斜量が表示装置１７に表示されるため，オペレータによる傾斜制御が簡単に行える。また，杭の傾斜量を計測するために２台の測量装置を必要としないし，傾斜計を使って杭の傾斜を計測する必要もない。

［４．他の形態］
本発明は上述した実施例に限定されるものでなく，種々改変可能である。

例えば，図９は，杭打機に全周回転圧入式杭打機１１０を用いた例を示す。図示する杭打機１１０は，杭１０１を回転しながら地中に圧入する杭打機で，中央に開口部（図示せず）を有する，四角形の下部フレーム１１１及び上部フレーム１１２と，下部フレーム１１１と上部フレーム１１２を連結する４本の油圧ジャッキ１１３と，上部フレーム１１２に設けられ，中央開口部に挿入された杭１０１を把持する機構と該杭１０１を回転する機構（図示せず）と，杭打機１１０の浮き上がりを防止するウェイト１１４を有する。そして，施工時，ウェイト１１４を下部フレーム１１１に載せた状態で，補助クレーン１０３によって杭１０１が中央開口部に挿入される。挿入された杭１０１は上部フレーム１１２の把持機構によって把持され，回転機構によって杭１０１に回転が加えられ，油圧ジャッキ１１３によって下方に向けて圧力が加えられ，これら回転と圧力によって杭１１０が地盤に貫入される。

このような杭打機１１０を使用する場合，オペレータ座標系を定義するための視準ターゲットＰｌ，Ｐｒは，四角形の上部フレーム１１２の一辺上で，測量装置１４から見えやすい場所に取り付ける。したがって，杭打機１１０のオペレータは，ターゲットＰｌ，Ｐｒの正面に位置し，図上矢印１１５で示す方向から杭打機１１０を見て，図７，８の表示装置１７の画面２１〜２３を見ながら，リモートコントローラ１１６を操作し，油圧ジャッキ１１３の速度を調整して前後左右方向の杭１０１の傾斜角を調整する。

視準ターゲットＰｌ，Ｐｒは杭打機１１０に設けることが必須ではない。例えば，図１０に示すように，杭打機１１０の一辺の正面側で地盤上に固定してもよい。この場合，オペレータはターゲットＰｌ，Ｐｒを用いて定義されるオペレータ座標系において杭の傾斜を容易に調整できる。

なお、以上の説明では、第１サブシステム１２に第１処理装置１５を設けたが、第１処理装置１５の機能を測量装置１４に内蔵し、測量装置１４から第２サブシステム１３に対して基礎データ又は計測データを送信してもよい。また、第２処理装置１６の機能を表示装置１７に内蔵し、第１処理装置１５又は第１処理装置１５の機能を組み込んだ測量装置１４から表示装置１７に基礎データ又は計測データを送信してもよい。さらに、第１処理装置１５を第２処理装置１６に組み込んで一つの処理装置を構成し、測量装置１４から該処理装置に計測データ又は基礎データを有線又は無線で送信してもよいし、第２の処理装置１６を第１処理装置１５に組み込んで一つの処理装置を構成し、測量装置１４から該処理装置に有線又は無線で計測データ又は基礎データを送信してもよい。さらに、第１処理装置１５と第２処理装置１６の機能を測量装置１４又は表示装置１７に内蔵し、測量装置１４から表示装置１７に計測データ、基礎データ、制御データを有線又は無線で送信してもよい。そしてまた、以上の説明では、一人のオペレータが測量装置を操作し、別のオペレータが杭打機を操作するものとしたが、図９、図１０に示す実施例では、一人のオペレータが測量装置と杭打機を操作することができる。

［５．中心座標計測技術］
中心座標計測技術について説明する。

《１−１：測量装置》
図１１は，測量装置１４を示す。測量装置１４は，図示しない三脚に着脱自在に連結されて固定される基台１０１２と，垂直軸（Ｚ軸）を中心として回転可能に基台１０１２に連結された本体１０１４と，水平軸（Ｘ軸）を中心として回転可能に本体１０１４に連結された望遠鏡１０１６を備えている。測量装置１４は，３つの軸−垂直軸（Ｚ軸），水平軸（Ｘ軸），および望遠鏡１０１６の中心軸である光軸１０１８に一致するＹ軸−が交叉する基準点（基準座標）Ｐ_ｍと，望遠鏡１０１６によって視準された物体（図示せず）との距離を測定するとともにその測定時における望遠鏡１０１６の仰角（水平軸Ｘに対する光軸１０１８の角度）を測定する計測手段又は計測部（図１２に符号１０２０で示されている。）を有する。実施の形態では，測量装置１４は，測量に必要なデータを入力するための入力部１０２２と，測量結果等を表示する表示部１０２４，入力部１０２２から入力されたデータや測量結果のデータを第１の処理装置１５に出力する出力部１０２６を有する。

図１２は，測量装置１４の構成を機能の観点から表したブロック図である。図示するように，測量装置１４は制御部１０３０を有する。制御部１０３０は，計測部１０２０，入力部１０２２，表示部１０２４，出力部１０２６と電気的に接続されており，後に詳細に説明するように，これら計測部１０２０，入力部１０２２，表示部１０２４，出力部１０２６を総合的に制御する。制御部１０３０は，杭の中心座標を演算する演算部１０３２，必要な判定を実行する判定部１０３４，及びそれらの演算に必要なプログラムやデータを格納する記憶部１０３６を有する。その他，図示しないが，測量装置１４は，測量に必要な構成要素，例えば，整準器，測角部などを有する。

《１−２：望遠鏡》
図１３は，望遠鏡１０１６の概略構成を示す。図示するように，望遠鏡１０１６は，鏡筒内に，物体側から測量オペレータ側（図の左側から右側）に向かって，光軸１０１８に沿って順番に，対物レンズ１０４０，合焦レンズ１０４２，正立プリズム１０４４，焦点板（投影板）１０４６，接眼レンズ１０４８を備えており，視準された物体像（例えば，クラック像）が対物レンズ１０４０，合焦レンズ１０４２，正立プリズム１０４４を介して焦点板４６に結像され，それにより物体像が接眼レンズ１０４８を介してオペレータによって拡大観察されるようになっている。

《１−３：焦点板および参照スケール》
図１４は，焦点板１０４６に描かれている参照スケール１０５０を示す。参照スケール１０５０は，光軸１０１８を中心として描かれた複数の同心円５１を有する。以下の説明では，光軸１０１８からｎ番目にある円を符号１０５１（ｎ）で表す。本実施形態では，複数の同心円１０５１は，光軸１０１８から一定の間隔をあけて形成されているが，隣接する同心円１０５１の間の距離は一定である必要はない。また，実施形態では，５本ごとに円１０５１を描く線が太くしてあるが，すべての円の線幅は同一であってもよい。

本発明では，図１５に示すように，焦点板１０４６に投影された杭像１１０２の左右両縁１１０２Ｌ，１１０２Ｒが光軸１０１８から等距離に現れるように望遠鏡１０１６を設定した状態で光軸１０１８から両縁１１０２Ｌ，１１０２Ｒに下ろした垂線の長さをスケール値ｎ_αとする。このスケール値ｎ_αは，図示するように，望遠鏡１０１６で杭１１００を視準したときの杭１１００の視角（２α）に対応している。

図１５に示す例では，杭像１１０２の左右両縁１１０２Ｌ，１１０２Ｒが「７番目」の円１０５１（７）と完全に一致している。したがって，スケール値ｎ_αは「７」であり，そのスケール値は視角（２α）に対応している。しかし，杭像１１０２の左右両縁１１０２Ｌ，１１０２Ｒが完全に円５１と一致していることは稀である。例えば，左右両縁１１０２Ｌ，１１０２Ｒが「７番目」の円１０５１（７）と「８番目」の円１０１５１（８）のちょうど中間に位置している場合，スケール値ｎ_αは「７．５」である。

図１５は鉛直状態にある杭１１００の杭像１１０２を示しているが，杭１１００が傾いていれば，図１６に示すように，焦点板１０４６に表れる杭像１１０２も傾いている。この場合，上述と同様に，傾いている杭像１１０２の左右両縁１１０２Ｌ，１１０２Ｒが光軸１０１８から等距離にあるように望遠鏡１０１６を調整した状態で光軸１０１８から左右両縁１１０２Ｌ，１１０２Ｒに下ろした垂線の長さをスケール値ｎ_αとする。図示する例では，左右両円縁１１０２Ｌ，１１０２Ｒは円１０５１（７），１０５２（８）の間にあるため，これらの円を参照して読み取られるスケール値ｎ_αは「７．２」である。

スケール値ｎ_αと視角（２α）の関係は，関数又はテーブルの形で記憶部１０３６に記憶されている。したがって，例えば，入力部１０２２を通じてオペレータがスケール値ｎ_αを入力すると，演算部３２は記憶部１０３６に記憶されている関数又はテーブルを参照して視角（２α）を計算する。

《１−４：計測部》
図１２に示すように，計測部１０２０は，望遠鏡１０１６で視準された物体と基準座標Ｐｍとの斜距離を計測する測距部１０５２と，望遠鏡１０１６の仰角（θ）〔光軸１０１８が水平面となす角度〕と方位角（β）〔光軸１０１８が特定方位又は特定の水平方向となす角度〕を計測する測角部５４を有する。図１７に示すように，測距部１０５２は，レーザ光１０５６を出力する，例えばレーザダイオードなどの発光部（レーザ装置）１０５８と，物体からのレーザ反射光を受光する受光部１０６０と，レーザ光１０５６が発射されてから受光されるまでの時間をもとに，物体から基準点Ｐｍまでの距離を算出する演算部１０６２と，発光部１０５８から出射されたレーザ光１０５６を望遠鏡１０１６の光軸１０１８に沿って物体に案内すると共に光軸１０１８に沿って物体から帰ってくるレーザ光１０５６を受光部１０６０に案内する光学系１０６４を有する。図示するように，光学系１０６４の一部を構成するプリズム１０６６が望遠鏡１０１６の内部に配置されており，これによりレーザ光１０５６の進路が望遠鏡１０１６の光軸１０１８と一致させてある。なお，レーザ測距部１０２０における距離計算は，発光から受光までの時間を利用する方法に限るものでなく，例えば，両者の位相差から距離を求めることもできる。

《１−５：入力部》
図１８に示すように，入力部１０２２は，複数のキー，例えばファンクションキー６８，テンキー１０７０，カーソル移動キー１０７２，エンターキー１０７４を有する。ここで，ファンクションキー１０６８は，後述する計測の実行を指示するために利用される。また，テンキー１０７０は，焦点板４６の参照スケール１０５０から読み取ったスケール値ｎ_αを入力するために利用される。

《１−６：表示部》
図１１に戻り，表示部１０２４は液晶ディスプレイを有する。液晶ディスプレイには，計測部１０２０で測定された数値（例えば，距離，仰角，方位角），テンキー１０７０を介して入力されたスケール値ｎ_α，演算部３２の演算結果等の情報が表示される。

《１−７：出力部》
出力部１０２６は，表示部１０２４に表示される種々の情報（測定結果等），また表示部１０２４に表示されない種々の情報（例えば，測量装置が記憶している測量データ等）を，そこに接続された第１処理装置１５に出力する。

《２−１：中心座標の演算》
図１９に示すように，測量装置１０１４を用いて，杭１１００の各高さにおける中心点をつなぐ中心軸１１１０の座標を得る方法について説明する。まず，座標演算の基本的な考えについて説明する。なお，以下の説明を簡単にするため，図２０に示すように，杭１１００の各断面中心はＺ軸上に存在するものと仮定する（すなわち，ｘ軸と直交するｙ軸に関する中心座標値ｙは「０」と仮定する。）。

図１９に示すように，望遠鏡１０１６で杭１００の上部を視準した場合を考える。このとき，図２１（a）に示すように，光軸１０１８が視準された杭の表面中央点Ｐｓ（すなわち，図５，６に示すように，杭１００の左右両縁１１０２Ｌ，１１０２Ｒが光軸１０１８から等距離の位置にあるように望遠鏡１０１６が調整されている状態で光軸１０１８上に現れる杭１１００の表面部）と，光軸１０１８の延長上にある杭１１００の中心点Ｐｃは，以下の数式１，２で示す座標を異なるｘ座標，ｚ座標を有する。

図２１（ｂ）は，光軸１０１８を含み水平面と仰角θをなす平面上に現れる杭１１００の横断面１１０４と，中央点Ｐｓ又は中心点Ｐｃを含む水平面上に現れる杭１１００の横断面１１０６を示す。図示するように，断面１１０６は半径ｒの円形であるが，断面１１０４は楕円（長軸長さ２ｒ’，短軸長さ２ｒ）である。

この場合，図２１（ｂ）を参照すると，楕円断面１１０４の長軸の長さを表す長軸半径ｒ’と， 基準点Ｐｍと中央点Ｐｓまでの斜距離Ｌと，断面１１０４，１１０６の短軸半径ｒと，焦点板１０４６に現れた杭像１１０２の視角αは，以下の数式３の関係を有する。

また，図２１（ａ）を参照すると，半径ｒ，ｒ’と仰角θは，以下の数式４の関係を有する。

これら数式３，４から，断面１０６の半径ｒは，数式５で与えられる。

したがって，数式５で得られる半径ｒを数式２に代入することにより，光軸１０１８上にある杭１１００の中心点Ｐｃの座標Ｐｃｉ（ｘｉ，ｚｉ）が求まる。

《２−２：制御部の処理》
図２２を参照して制御部１０３０の処理を説明する。

ステップＳ１０１：入力部１０２２の中心軸座標測定モードキー（ファンクションキー）をオンする。これにより，制御部１０３０は，そのオン信号に基づいて，中心軸座標測定モードを開始する。

ステップＳ１０２：杭１１００の測定位置Ｐ１を視準する（図１９参照）。このとき，図１５，１６に示すように，杭１１００の中心点Ｐｃが光軸１０１８上に位置するように，すなわち，杭１１００の左右両縁１１０２Ｌ，１１０２Ｒが光軸１０１８から等距離に位置するように，望遠鏡１０１６を調整する。

ステップＳ１０３：入力部１０２２の測距キー（ファンクションキー）をオンする。制御部１０３０は，そのオン信号に基づいて測距部１０５２を駆動し，基準点Ｐｍから光軸１０１８上にある杭中央点Ｐｓまでの距離Ｌを測定する。測定された距離Ｌは記憶部１０３６に記憶される。また，制御部１０３０は，測角部１０５４を駆動し，仰角θと方位角βを測定する。測定された距離Ｌ，仰角θ，方位角βは，記憶部１０３６に記憶される。

ステップＳ１０４：オペレータがスケール値ｎ_αを読み取る。読み取ったスケール値ｎ_αは，入力部１０２２のテンキー１０７０を使って入力される。

ステップ１０５：演算部３２は，入力されたスケール値ｎ_αに対応する関数又はテーブルを参照して視角（２α）を計算する。計算された視角αは，記憶部１０３６に記憶される。

ステップ１０６：演算部１０３２は，記憶部１０３６から距離Ｌ，仰角θ，視角αを読み出すとともに，記憶部１０３６に記憶されている数式２を利用して，光軸１０１８上にある中心点Ｐｃの座標を計算する。計算された中心点Ｐｃの座標は記憶部１０３６に記憶される。

ステップＳ１０７：ステップ１０２〜１０６の処理を，杭１１００のＰ２について実行する。

ステップＳ１０８：中心点座標の読取が終了すると，演算部１０３２は，記憶部１０３６に記憶されている杭１１００の中心点座標Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃを読み出し，これら複数の中心点座標をつなぐ関数（三次元の直線関数）を求める。

１：システム
１０：杭打機
１２：第１サブシステム
１３：第２サブシステム
１４：測量装置
１５：第１処理装置
１６：第２処理装置
１７：表示装置
１８：ベンチマーク
１９：視凖マーク
２０：画面
２１〜２３：表示部
１１０：杭打機
１０１：杭
１０２：翼
１０３：補助クレーン
１０４：オーガモータ
１０５：回転キャップ
１０６：振れ止め
１０７：油圧シリンダ
１０８：リーダ
１０９：中心軸
１１０：杭打機
１１１：下部フレーム
１１２：上部フレーム
１１３：油圧ジャッキ
１１４：ウェイト
Ｐ１，Ｐ２：視準点
Ｐｌ，Ｐｒ：ターゲット

Claims (14)

1. 杭（１０１）を地盤に打設する杭打機（１０）を制御するために杭打機オペレータに情報を提供する方法は、
   ［ａ］ トータルステーション（１４）を設置する工程と、
   ［ｂ］ 前記トータルステーション（１４）の機械座標（Ｐｍ：ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）を求める工程と、
   ［ｃ］ 前記機械座標Ｐｍを原点とする第１の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系）を定義する工程と、
   ［ｄ］ 前記トータルステーション（１４）で前記杭（１０）の第１の中心を視準し、前記トータルステーション（１４）の視準軸上に位置する前記杭の表面上の第１の点（Ｐ１）の前記第１の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における第１の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を求める工程と、
   ［ｅ］ 前記トータルステーション（１４）で前記杭（１０）の第２の中心を視準し、前記トータルステーション（１４）の視準軸上に位置する前記杭の表面上の第２の点（Ｐ２）の前記第１の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系）における第２の座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を求める工程と、
   ［ｆ］ 前記杭打機（１０）又は前記杭打機（１０）以外の場所に第１と第２のターゲット（Ｐｌ，Ｐｒ）をそれぞれ設定する工程と、
   ［ｇ］ 前記トータルステーション（１４）を用い、前記第１の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系）における前記第１と第２のターゲット（Ｐｌ，Ｐｒ）の座標（ｘｌ、ｙｌ）、（ｘｒ、ｙｒ）を求める工程と、
   ［ｈ］ 前記第１と第２のターゲット（Ｐｌ，Ｐｒ）の座標（ｘｌ、ｙｌ）、（ｘｒ、ｙｒ）を含む垂直面に平行な第１の水平方向（Ｙ’方向）と、該第１の水平方向に直交する別の第２の水平方向（Ｘ’方向）と、前記杭の打設位置基準点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）をもとに第２の座標系（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’座標系）を定義する工程と、
   ［ｉ］ 前記第１と第２の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）によって定まる前記杭の中心軸上にある第１と第２の中心点Ｐ３ｃ、Ｐ４ｃに関する前記第１の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系）における第１の座標データ（ｘ３ｃ，ｙ３ｃ，ｚ３ｃ）、（ｘ４ｃ，ｙ４ｃ，ｚ４ｃ）を前記第２の座標系（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’座標系）における第２の座標データ（ｘ３ｃ’，ｙ３ｃ’，ｚ３ｃ’）、（ｘ４ｃ’，ｙ４ｃ’，ｚ４ｃ’）に変換する工程と、
   ［ｊ］ 前記第２の座標データ（ｘ３’，ｙ３’，ｚ３’）、（ｘ４’，ｙ４’，ｚ４’）をもとに、前記第２の座標系における前記杭の傾斜量（δθｘ、δθｙ）を求める工程を備えたことを特徴とする杭打機のオペレータに情報を提供する方法。
2. ［ｋ］ 前記傾斜量（δθｘ、δθｙ）を表示する工程を備えたことを特徴とする請求項１の方法。
3. 前記傾斜量（δθｘ、δθｙ）は、前記第２の座標系（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）を定義する前記第１と第２の水平方向（Ｘ’方向とＹ’方向）に関するそれぞれの傾斜量（δθｘ、δθｙ）を含むことを特徴とする請求項１又は２の方法。
4. 前記第１の中心点（Ｐ３ｃ）が前記杭の中心軸上で且つ前記杭の下端にある点で、前記第２の中心点（Ｐ４ｃ）が前記杭の中心軸上で且つ前記杭の上端にある点であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの方法。
5. 前記第１の点（Ｐ１）は前記杭の上端から所定距離（Ｌ１）の位置にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの方法。
6. 前記工程［ｉ］は、
   前記第１と第２の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）をもとに前記第１の座標系において前記中心軸を定義する工程［ｉ１］と、
   前記第１の座標系において前記第１と第２の中心点（Ｐ３ｃ）、（Ｐ４ｃ）の座標（ｘ３ｃ，ｙ３ｃ，ｚ３ｃ）、（ｘ４ｃ，ｙ４ｃ，ｚ４ｃ）を求める工程［ｉ２］と、
   前記第１の座標系における前記第１と第２の中心点Ｐ３ｃ、Ｐ４ｃの座標データ（ｘ３ｃ，ｙ３ｃ，ｚ３ｃ）、（ｘ４ｃ，ｙ４ｃ，ｚ４ｃ）を前記第２の座標系の座標データ（ｘ３ｃ’，ｙ３ｃ’，ｚ３ｃ’）、（ｘ４ｃ’，ｙ４ｃ’，ｚ４ｃ’）に変換する工程［ｈｉ］を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかの方法。
7. 前記工程［ｉ１］は、
   前記第１と第２の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、及び前記機械座標Ｐｍ（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）をもとに、前記第１の点（Ｐ１）、第２の点（Ｐ２）、及び前記機械基準点（Ｐｍ）を含む視準面を定義する工程と、
   前記視準面上において、前記第１と第２の点を結ぶ線に直交する方向に、前記第１と第２の点（Ｐ１），（Ｐ２）を前記杭の径（ｒ）だけ前記機械基準点から離れる方向に移動した前記中心軸上の２つの点（Ｐ１ｃ）、（Ｐ２ｃ）の座標（ｘ１ｃ、ｙ１ｃ、ｚ１ｃ）、（ｘ２ｃ、ｙ２ｃ、ｚ２ｃ）を求める工程と、
   前記中心軸上の２つの点（Ｐ１ｃ）、（Ｐ２ｃ）の座標（ｘ１ｃ、ｙ１ｃ、ｚ１ｃ）、（ｘ２ｃ、ｙ２ｃ、ｚ２ｃ）をもとに前記中心軸を定義する工程を含むことを特徴とする請求項６の方法。
8. 杭（１０１）を地盤に打設する杭打機（１０）を制御するために杭打機オペレータに情報を提供するシステムは、
   トータルステーション（１４）と、前記トータルステーション（１４）で取得したデータをもとに前記杭の傾斜量を求める処理装置（１５，１６）とを含み、
   前記処理装置（１５，１６）は、
   前記トータルステーション（１４）の機械座標Ｐｍ（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）を原点とする第１の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系）を定義する手段１と、
   前記トータルステーション（１４）で前記杭（１０）の第１の中心を視準したときに前記トータルステーションの視準軸上に位置する前記杭の表面上の第１の点（Ｐ１）の前記第１の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における第１の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と、前記トータルステーション（１４）で前記杭（１０）の第２の中心を視準したときに前記トータルステーションの視準軸上に位置する前記杭の表面上の第２の点（Ｐ２）の前記第１の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系）における第２の座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を、前記トータルステーション（１４）で前記第１の点（Ｐ１）と前記第２の点（Ｐ２）を視準して得られるデータをもとに求める手段２と、
   前記杭打機（１０）又は前記杭打機（１０）以外の場所に設定された第１と第２のターゲット（Ｐｌ，Ｐｒ）の座標（ｘｌ、ｙｌ）、（ｘｒ、ｙｒ）を、前記トータルステーション（１４）で前記第１と第２のターゲット（Ｐｌ，Ｐｒ）を視準して得られるデータをもとに求める手段３と、
   前記第１と第２のターゲットの座標を含む垂直面に平行な第１の水平方向（Ｙ’方向）と、該第１の水平方向に直交する別の第２の水平方向（Ｘ’方向）と、前記杭の打設位置基準点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）をもとに第２の座標系（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’座標系）を定義する手段４と、
   前記第１と第２の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）によって定まる前記杭の中心軸上にある第１と第２の中心点Ｐ３ｃ、Ｐ４ｃに関する前記第１の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系）における第１の座標データ（ｘ３ｃ，ｙ３ｃ，ｚ３ｃ）、（ｘ４ｃ，ｙ４ｃ，ｚ４ｃ）を前記第２の座標系（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’座標系）における第２の座標データ（ｘ３ｃ’，ｙ３ｃ’，ｚ３ｃ’）、（ｘ４ｃ’，ｙ４ｃ’，ｚ４ｃ’）に変換する手段５と、
   前記第２の座標データ（ｘ３’，ｙ３’，ｚ３’）、（ｘ４’，ｙ４’，ｚ４’）をもとに、前記第２の座標系における前記杭の傾斜量（δθｘ、δθｙ）を求める手段６と備えたことを特徴とする杭打機のオペレータに情報を提供するシステム。
9. 前記処理装置で求めた前記杭の傾斜量を表示する表示装置（１７）を備えたことを特徴とする請求項８のシステム。
10. 前記傾斜量（δθｘ、δθｙ）は、前記第２の座標系（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）を定義する前記第１と第２の水平方向（Ｘ’方向とＹ’方向）に関するそれぞれの傾斜量（δθｘ、δθｙ）を含むことを特徴とする請求項８又は９のシステム。
11. 前記第１の中心点Ｐ３ｃが前記杭の中心軸上で且つ前記杭の下端にある点で、前記第２の中心点Ｐ４ｃが前記杭の中心軸上で且つ前記杭の上端にある点であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかのシステム。
12. 前記第１の点（Ｐ１）は前記杭の上端から所定距離（Ｌ１）の位置であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかのシステム。
13. 前記手段６は、
    前記第１と第２の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）をもとに前記第１の座標系において前記中心軸を定義する手段と、
    前記第１の座標系において前記第１と第２の中心点Ｐ３ｃ、Ｐ４ｃの座標（ｘ３ｃ，ｙ３ｃ，ｚ３ｃ）、（ｘ４ｃ，ｙ４ｃ，ｚ４ｃ）を求める手段と、
    前記第１の座標系における前記第１と第２の中心点Ｐ３ｃ、Ｐ４ｃの座標データ（ｘ３ｃ，ｙ３ｃ，ｚ３ｃ）、（ｘ４ｃ，ｙ４ｃ，ｚ４ｃ）を前記第２の座標系の座標データ（ｘ３ｃ’，ｙ３ｃ’，ｚ３ｃ’）、（ｘ４ｃ’，ｙ４ｃ’，ｚ４ｃ’）に変換する手段を含むことを特徴とする請求項８〜１２のいずれかのシステム。
14. 前記中心軸を定義する手段は、
    前記第１と第２の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、及び前記機械座標Ｐｍ（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）をもとに、前記第１の点、第２の点、及び前記機械基準点を含む視準面を定義する手段と、
    前記視準面上において、前記第１と第２の点を結ぶ線に直交する方向に、前記第１と第２の点（Ｐ１，Ｐ２）を前記杭の径（ｒ）だけ前記機械基準点から離れる方向に移動した前記中心軸上の２つの点（Ｐ１ｃ、Ｐ２ｃ）の座標（ｘ１ｃ、ｙ１ｃ、ｚ１ｃ）、（ｘ２ｃ、ｙ２ｃ、ｚ２ｃ）を求める手段と、
    前記中心軸上の２つの点（Ｐ１ｃ、Ｐ２ｃ）の座標（ｘ１ｃ、ｙ１ｃ、ｚ１ｃ）、（ｘ２ｃ、ｙ２ｃ、ｚ２ｃ）をもとに前記中心軸を定義する手段を含むことを特徴とする請求項１３のシステム。