JP6214864B2 - 地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システム - Google Patents

Description

本発明は、地上にいる作業員が、リアルタイムで、自身と地中のシールド機や切羽との位置関係を容易かつ明確に把握することが可能な地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システムに関する。

シールド機の運用にあたり、当該シールド機の位置情報を利用する技術として、特許文献１〜３が知られている。特許文献１の「地中掘進機の位置計測装置」は、掘進位置の計測の際、光を受光手段に当てるための操作をしなくても済み、そのための操作機構を要しない地中掘進機の位置計測装置を提供することを課題とし、計測ユニットを、全ての隣接する計測ユニットに拡散光を発することのできる光源と、隣接する計測ユニットの全ての光源からの拡散光を集めることのできる凸レンズと、凸レンズにより集められた光を受光しその受光した光の位置により隣接する計測ユニットの光源の方向を検出し得るように配置されたＣＣＤ撮像素子とで構成し、各計測ユニットでの検出結果に基づいて得られる各光源の方向に関するデータと、別途収集した隣接する計測ユニット間の各距離に関するデータとを中央演算処理装置の演算部に入力し、同演算部により、計測基点に対する被計測点の相対位置を演算して計測するように、地中掘進機の位置計測装置を構成している。

特許文献２の「シールド掘進機の位置計測方法」は、地上からの探り孔や到達位置付近からの水平ボーリングによる位置確認孔の施工を必要とせず、リアルタイムでシールド掘進機位置を確認することのできる方法を提供することを課題とし、所定の掘進到達予定位置から地盤中へ、シールド掘進機による掘進予定位置の周囲へ向けて、導波棒を、掘進計画基線と直交する平面における前記掘進計画基線との交点を原点とするｘｙ座標系の各象限を通るように複数挿入し、シールド掘進機から各導波棒に伝達された振動を、各導波棒に取り付けた加速度センサによって検出し、検出値の大きさやその比較によってシールド掘進機の位置を求めるようにしている。

特許文献３の「シールド掘進機の到達位置計測方法」は、到達立坑側からシールド掘進機の位置ずれを物理的に確認することで、到達立坑の坑内に進入させる際のシールド掘進機の位置を、精度良く確実に計測できるようにすることを課題とし、到達立坑に到達するシールド掘進機を到達立坑の坑内に進入させるのに先立って、シールド掘進機の位置を到達立坑側から計測する到達位置計測方法であって、到達立坑の壁面から地中に向けて、シールド掘進機の掘削予定外周線上及び／又は掘削予定外周線から径方向に所定間隔離れた位置に、シールド掘進機による到達掘進方向に沿って導電用電線を所定の長さで埋設配線しておき、導電用電線がシールド掘進機の回転カッターにより切断されて通電が遮断されるのを、導電用電線と接続する電球によって確認することにより、シールド掘進機の掘削予定外周線からのずれを計測するようにしている。

特開平１０−２９３０２８号公報 特開２００６−２８９０３号公報 特開２００７−６３８３２号公報

シールド機による施工では、地中をシールド機で掘削する一方、地上に作業員を配備している。地上作業員は、地盤沈下や路面変状等を観測したり計測するなどして、事故を未然に防止する。地上作業員は、予め用意されている路線図などを参照すると共に、シールド機の運用を管理するシステムから現在のシールド機位置や切羽位置の情報を受け取り、受け取った位置情報と路線図等とを照合して、地上で観測等の作業を行う。

しかしながら、地上作業員にとっては、路線図等やシールド機等の位置情報が提供されても、地中のシールド機を直接監視することはできないので、地上にいる自身とシールド機等の位置関係をおおよそ推測し得るに止まり、両者の位置関係を的確に把握できているとは言えなかった。

地上にいて計測などを行う作業員が、リアルタイムで、自分の位置を知り、そしてまた掘削作業を進行しているシールド機の位置や切羽の位置を知って、両者の位置関係を明確に把握できる方策の案出が望まれていて、これにより、安全管理のための観測等を的確に行うことが可能となる。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、地上にいる作業員が、リアルタイムで、自身と地中のシールド機や切羽との位置関係を容易かつ明確に把握することが可能な地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システムを提供することを目的とする。

本発明にかかる地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システムは、シールド機から出力される現在の地中における該シールド機の切羽位置情報を取得し、取得した切羽位置情報をＧＰＳ座標系の切羽位置データに変換して出力するシールド機管理装置と、地上作業員が携帯し、少なくともＧＰＳ座標系に基づく地図を表示する表示部を有して、地上作業員の位置データをＧＰＳ機能により取得して該地図上に示す携帯端末と、上記シールド機の切羽位置データを上記シールド機管理装置から取得して上記携帯端末へ提供するＷＥＢサーバとを備え、上記携帯端末の上記表示部には、現在の地上作業員の位置データ及び現在の上記シールド機の切羽位置データ双方が、上記の同じ地図上に表示されることを特徴とする。

前記シールド機管理装置は前記シールド機から取得した土被りデータを前記ＷＥＢサーバに出力し、該ＷＥＢサーバは土被りデータを前記携帯端末へ提供し、該携帯端末は提供された土被りデータを前記表示部に表示することを特徴とする。

本発明にかかる地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システムにあっては、地上にいる作業員が、リアルタイムで、自身と地中のシールド機や切羽との位置関係を容易かつ明確に把握することができる。詳細には、携帯端末の表示部に表示される地図上に、リアルタイムで、地上作業員の位置データ及びシールド機の切羽位置データの双方が示されるので、地上作業員は、自身と地中のシールド機や切羽との位置関係を、目で見ているようにして、ピンポイントで明確に把握することができる。このようにシールド機や切羽の位置を可視化することができるので、地上作業員は、リアルタイムで、シールド機や切羽の直上の地表面位置を知って、また、当該地表面位置へ移動して、観測や計測を行うことができる。

本発明に係る地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システムの好適な一実施形態を示す概略構成図である。 図１に示したシステムに適用される携帯端末の表示部に表示されるＧＰＳ座標系に基づく地図上に、現在の地上作業員の位置データと現在のシールド機の切羽位置データとを示している様子を示す説明図である。 図１に示したシステムの利用状態を示す説明図である。

以下に、本発明にかかる地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システムの好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システム１の概略構成図、図２は、図１に示した地上作業員への切羽位置可視化システム１における携帯端末２の表示部２ａに表示されるＧＰＳ座標系ＣＡに基づく地図Ｍ上に、現在の地上作業員Ｐの位置データＰＤと現在のシールド機３の切羽位置データＦＤとを示している様子を示す説明図、図３は、図１に示した地上作業員への切羽位置可視化システム１の利用状態を示す説明図である。

地中Ｇを掘削施工するシールド機３としては各種形式のものが周知であり、いずれのシールド機３であっても、本発明を適用することができる。シールド機３には、掘削作業を制御する制御装置４が設けられた運転室５が備えられる。運転室５の制御装置４は、発進立坑６周辺に設置されるシールド機管理装置７に有線ＬＡＮ８で接続される。シールド機管理装置７は、パソコンなどのコンピュータによって構成される。

制御装置４からは、シールド機管理装置７へ向けて、現在の地中Ｇにおけるシールド機３の切羽位置情報や現在の土被りデータを含む各種の掘削作業情報がリアルタイムで出力され、シールド機管理装置７は、この掘削作業情報を取得する。

シールド機管理装置７は、シールド機３の切羽位置情報を、ＧＰＳ座標系ＣＡの切羽位置データＦＤに変換する。シールド機３の掘削施工は一般に、路線図などで管理される。路線図などは通常、日本測地系ＣＢに基づいて作成される。他方、後述する地上作業員Ｐの位置データＰＤは、衛星通信技術によるＧＰＳ座標系（例えば、ＷＧＳ−８４座標系）ＣＡで取り扱うことが便利である。

ＧＰＳ座標系ＣＡと日本測地系ＣＢとではズレがあるため、シールド機管理装置７には、このズレをなくして、日本測地系ＣＢに基づくシールド機３の切羽位置情報をＧＰＳ座標系ＣＡのシールド機３の切羽位置データＦＤに変換する変換プログラム９が搭載され、この変換プログラム９は、ＧＰＳ座標系ＣＡの切羽位置データＦＤを出力する。座標系の変換処理は周知であり、その変換プログラムも定法に従って作成することができる。

地上Ｓで、地盤沈下や路面変状等を観察したり計測する地上作業員Ｐは、携帯端末２を携帯する。携帯端末２としては、インターネット１０によるブラウジングが可能なスマートフォンやタブレットパソコンなどのタブレット型端末が用いられる。携帯端末２は、少なくともＧＰＳ座標系ＣＡに基づく地図Ｍを表示する表示部２ａ、すなわちディスプレイを備える。ＧＰＳ座標系ＣＡに基づく地図Ｍとしては、例えばＧｏｏｇｌｅ−Ｍａｐ（登録商標）がある。

よく知られているように、携帯端末２を携帯する地上作業員Ｐの位置データＰＤは、ＧＰＳ衛星１１を利用したＧＰＳ機能により、リアルタイムで、携帯端末２の表示部２ａに表示させることができる。すなわち、携帯端末２は、地上作業員Ｐの位置データＰＤをＧＰＳ機能により取得して、リアルタイムで表示部２ａの地図Ｍ上に示す操作が可能である。

携帯端末２へ、シールド機３の運用に関する専用の情報を、インターネット１０を介して提供するために、ＷＥＢサーバ１２がシールド機管理装置７の近くに備えられる。ＷＥＢサーバ１２は、有線や無線のＬＡＮ１３を介して、シールド機管理装置７と接続される。ＷＥＢサーバ１２は、シールド機管理装置７から、ＧＰＳ座標系ＣＡに変換された切羽位置データＦＤを取得し、インターネット１０を介して、携帯端末２へリアルタイムで提供する。

また、ＷＥＢサーバ１２は、シールド機管理装置７から取得した土被りデータを、インターネット１０を介して、携帯端末２へリアルタイムで提供する。携帯端末２の表示部２ａには、表示操作に従って、提供された土被りデータが表示される。

そして特に、携帯端末２の表示部２ａには、表示操作に従って、現在の地上作業員Ｐの位置データＰＤを示している地図Ｍ上に、ＷＥＢサーバ１２から提供された現在のシールド機３の切羽位置データ（シールド機の現在位置にも相当する）ＦＤが表示される。図２には、現在の地上作業員Ｐの位置データＰＤ及び現在の切羽位置データＦＤ双方が、ＧＰＳ座標系ＣＡに基づく、同じ地図Ｍ上に表示される様子が示されている。

これにより、地上の作業員Ｐは、自分自身の現在位置、現在のシールド機３位置もしくは切羽Ｆ位置、そしてまた両者の位置関係をリアルタイムで明確に把握することができる。殊に、携帯端末２の表示部２ａに、シールド機３位置や切羽Ｆ位置が可視化して表示されるので、地上作業員Ｐは、シールド機３や切羽Ｆを、あたかも目で見ているようにして、それらの位置を把握することができる。

このようにシールド機３や切羽Ｆの位置を可視化することができるので、図３に示すように、地上作業員Ｐは、リアルタイムで、シールド機３や切羽Ｆの直上の地表面位置Ｓａを知って、また、当該地表面Ｓａ位置へ移動して、観測や計測を行うことができる。

次に、本実施形態に係る地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システム１の作用について説明する。シールド機３の運転室５の制御装置４はリアルタイムで、現在のシールド機３の切羽位置情報や現在の土被りデータを含む各種の掘削作業情報をシールド機管理装置７に出力する。シールド機管理装置７は、シールド機３の切羽位置情報を、ＧＰＳ座標系ＣＡの切羽位置データＦＤに変換する。

シールド機管理装置７は少なくとも、変換した切羽位置データＦＤ及び土被りデータをＷＥＢサーバ１２へ出力する。ＷＥＢサーバ１２は、取得した切羽位置データＦＤ及び土被りデータ等のシールド機３の運用に関する専用の情報を、インターネット１０を介して携帯端末２へ提供する。

地上作業員Ｐは、携帯端末２を携帯しており、ＷＥＢサーバ１２から提供されるシールド機３の運用に関する専用の情報を取得する。また、地上作業員Ｐの携帯端末２は、当該携帯端末２が有するＧＰＳ機能を利用して、ＧＰＳ衛生１１から地上作業員Ｐ自身の位置データＰＤを取得する。

地上作業員Ｐが、携帯端末２の表示操作を行うことで、表示部２ａには地図Ｍが表示され、この地図Ｍ上には、現在の地上作業員Ｐの位置データＰＤ及び現在のシールド機３の切羽位置データＦＤ双方がリアルタイムで示される。また、端末装置２の表示操作を行うことで、表示部２ａには、現在の土被りデータがリアルタイムで示される。

本実施形態に係る地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システム１では、携帯端末２の表示部２ａに表示される地図Ｍ上に、リアルタイムで、地上作業員Ｐの位置データＰＤ及びシールド機３の切羽位置データＦＤの双方が示されるので、地上作業員Ｐは、自身と地中Ｇのシールド機３や切羽Ｆとの位置関係を、目で見ているようにして、ピンポイントで明確に把握することができる。

これにより、図３に示すように、地上作業員Ｐは、自身の位置とシールド機３や切羽Ｆの位置との間の距離に基づいて、あるいはシールド機３や切羽Ｆの直上に移動したりして、地盤沈下や路面変状等に関する観測や計測等を行うことができ、施工時における迅速な対応が可能となって、事故を未然に防止する安全管理の品質を向上することができる。

また、システム構成としては、従前より備えられているシールド機管理装置７に加えて、座標系変換処理機能（図中、符号９参照）を備えると共に、地図Ｍを表示する表示部２ａ及びＧＰＳ機能を有する携帯端末２及び携帯端末２へシールド機管理装置７からの情報を提供するＷＥＢサーバ１２を備えるだけで足り、これら装置類は既知であって、従って、これらを組み合わせるという簡単な構成で完成できる一方で、簡単な構成でありながら、シールド機３の切羽Ｆ位置の地表面Ｓ上での可視化という新規な課題に対して、地上作業員Ｐがシールド機３の切羽Ｆ位置との位置関係及び距離関係を的確に認知できて、安全管理作業を格段に向上できるという有利な作用効果を奏することができる。

さらに、地盤沈下や路面変状に関する土被りデータを携帯端末２に提供して、その表示部２ａに表示するようにしたので、路面変状等を監視する地上作業員Ｐの作業を的確に支援することができる。

１ 地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システム
２ 携帯端末
２ａ 表示部
３ シールド機
７ シールド機管理装置
１２ ＷＥＢサーバ
ＣＡ ＧＰＳ座標系
Ｆ 切羽
ＦＤ シールド機の切羽位置データ
Ｇ 地中
Ｍ 地図
Ｐ 地上作業員
ＰＤ 地上作業員の位置データ

Claims (2)

1. シールド機から出力される現在の地中における該シールド機の切羽位置情報を取得し、取得した切羽位置情報をＧＰＳ座標系の切羽位置データに変換して出力するシールド機管理装置と、
   地上作業員が携帯し、少なくともＧＰＳ座標系に基づく地図を表示する表示部を有して、地上作業員の位置データをＧＰＳ機能により取得して該地図上に示す携帯端末と、
   上記シールド機の切羽位置データを上記シールド機管理装置から取得して上記携帯端末へ提供するＷＥＢサーバとを備え、
   上記携帯端末の上記表示部には、現在の地上作業員の位置データ及び現在の上記シールド機の切羽位置データ双方が、上記の同じ地図上に表示されることを特徴とする地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システム。
2. 前記シールド機管理装置は前記シールド機から取得した土被りデータを前記ＷＥＢサーバに出力し、該ＷＥＢサーバは土被りデータを前記携帯端末へ提供し、該携帯端末は提供された土被りデータを前記表示部に表示することを特徴とする請求項１に記載の地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システム。

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