JP6538032B2 - 杭を打設するための方法及びシステム - Google Patents

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Description

本発明は、パイルの打設についての技術分野に関する。特に、必須ではないが、本発明は、パイルのパラメータ及び／又はパイルを打設するためのパラメータを決定又は計測するための方法、システム、及びコンピュータプログラム製品に関する。
パイル打設は、パイル（又は一般に基礎要素と呼称される）を地面に打ち込むために利用される。パイルは、一般に、例えば風力タービンのような構造物を構造的に支持し、当該構造物は、地面に打ち込まれたパイルの頂部に概略的に配置されている。パイルの据付の際に、測量技師は、パイルが適切に地面に打ち込まれるように、パイルが十分に例えば垂直に配置されることを確実にするために、パイルの据付を調整するためのパイルのパラメータを手作業で計算する。例えば、測量技師は、パイルが可能な限り垂直に配置されるように、据付の際にパイルの傾斜を決定する。パイルのパラメータを計測するために、様々なシステムが利用されている。
特許文献１は、プランクそれぞれの水中壁を製造するための装置を開示している。これにより、プランクは、リーダに据え付けられた衛星部分とプランク案内装置の先端に対してガイドレール脚部の位置を決定するための傾斜計の鎖とによって案内される。
特許文献２は、図１において、海上を航行しているパイルのための船舶に据え付けられた、２つの移動式衛星利用測位システム（ＲＴＫ−ＧＰＳ）ユニットを利用することを開示している。さらに、ミラー、リーダ、及びパイルを位置決めするためのハンマーが、船舶に据え付けられている。
非特許文献１は、打設装置のアクチュエータの位置及びフレームの配向を計測するために、２つのＲＴＫ−ＧＰＳ受信機と打設装置に据え付けられているセンサとを備えている案内システムを開示している。
特許文献３は、パイルを打設する際にパイルの垂直度を制御するための計測システムを開示している。計測システムは、パイル打設システムのスリーブの垂直度を計測するための少なくとも１つの計測装置を具備する計測フレームを備えている。
欧州特許第１２７０８２４号明細書 日本国特許第３６７６２７７号明細書 国際公報第２０１２／１３４２７９号
Viljamaa等著、「UTILIZATION OF A 3D DESIGN DATA IN CONTROLLING PILE DRIVING」、２０１０年
本発明は、パイルの据付の際に、パイルの１つ以上のパラメータを決定するように構成されているパイル計測システムであって、パイルが、杭打機によって地面に打設可能とされ、杭打機が、ハンマーとスリーブとを備えており、ハンマーとスリーブとが、パイルが地面内部に据え付けられた場合に、パイルの頂部に配置されている、パイル計測システムに関する。
パイル計測システムが、好ましくはスリーブの所定位置に取り付けられているか又は取り付け可能とされる少なくとも１つの位置センサであって、スリーブの所定位置それぞれの位置座標を計測するように構成されている少なくとも１つの位置センサを備えている。優位には、計測は、パイル計測システムすなわち少なくとも１つの位置センサによって実施され、既知のシステムより高い精度とされる。パイル計測システムは、好ましくはパイルの頂部に、すなわち適切且つ正確に構造物をパイルの頂部に配置するために最も重要であるパイルの部分に可能な限り近接して据え付けられるからである。
パイル計測システムは、少なくとも１つの位置センサによって計測された位置座標からパイルの１つ以上のパラメータを決定するためのパラメータ計算機を備えている。優位には、パイルのパラメータは、据付の際にパイルを調整するように構成されている制御システムに記録及び／又は通信される。さらに、少なくとも１つの位置センサとパラメータ計算機との組み合わせは、一般的にパイルの計測に費やされる工数を削減すると共に、パイルの据付の際に手作業で計測を実施し又は手作業でパラメータを計算することによって生じる遅延を削減することによって、パイルを計測するための十分なシステムを提供する。測量技師に対する信頼性の要求を低減することによって、良好な計測が可能となるので、据付の際にパイルのパラメータを計測する際の精度を高めることができる。
一の実施態様では、パラメータ計算機によって決定される１つ以上のパラメータが、パイルの位置情報、配向情報、傾斜情報、及び深度情報のうち少なくとも１つの情報を備えている。優位には、パイル計測システムは、既知のシステムより良好にパイルのパラメータを決定することができる。
パラメータ計算機が、１つ以上のパラメータをパイル打設制御システムに付与するように構成されており、パイル打設制御システムが、グリッパを移動させるための１つ以上のアクチュエータパラメータを、１つ以上のパラメータから決定するように構成されている。グリッパは、パイルを位置決めするように構成されている。グリッパに対する１つ以上のアクチュエータパラメータ及び／又は指令に基づいて、グリッパが、据付の際にパイルの位置を調整するように構成されている。優位には、パイル駆動制御システムによって、自動的に（少なくとも半自動的に）パイルを打設することができる。グリッパによる調整によって、パイルの所望の１つ以上のパラメータがパイルの適切な据付に適合するように、パイルが移動される。例えば、パラメータ計算機によって決定される位置情報に基づいて、パイル打設制御システムは、パイルを所望の位置に向かって移動させるようにグリッパに指令するためのアクチュエータパラメータを特定の大きさの力で決定することができる。また、配向情報（方位）及び傾斜情報（垂直度）は、パイルの所望の配向及び所望の傾斜に到達するための１つ以上のアクチュエータパラメータを決定するために利用されるパラメータ計算機によって決定されるパラメータである。
一の実施態様では、パラメータ計算機が、１つ以上のパラメータをパイル打設制御システムに付与するように構成されている。パイル打設制御システムが、ハンマーのエネルギを制御するための１つ以上のハンマーパラメータを決定するように構成されている。優位には、パイル打設制御システムは、ハンマーがパイルに作用させる打撃のエネルギをパイルの深度に基づいて制御することによって、パイルが地面に打設される速度を制御するように構成されている。パイルを地面にさらに打ち込むための打撃のエネルギは、パイルが地面に打設された深さによって変化する速度に基づいて調整される。パイルが地面に打設される速度とパイルに作用する打撃の回数（例えば特定の深さの距離又は変化についてのパイルを地面に打設するための打撃の回数）との関係は、パイルの一体性を確保するための重要な要因とされる。
一の実施態様では、少なくとも１つの位置センサが、スリーブの上面に取り付けられているか、又は取り付け可能とされる。他の態様では、位置センサそれぞれが、パイルの最上位部分（すなわち、据付の際に地面から最も離隔しているパイルの部分）又はその近傍の位置座標を計測するように構成されている。優位には、位置センサは、構造物をパイルの頂部に据え付けるために最も重要とされる位置であるパイルの頂部（最上位部分）においてパイルのパラメータをより直接的に計測することができる。一の実施例では、パイルの上縁部と位置センサとの間における距離が、５メートルより小さい、好ましくは２メートルより小さい、好ましくは１メートルより小さい。
一の実施態様では、位置センサそれぞれが、少なくとも３つの異なる衛星信号を受信するように構成されている全地球位置発見システムアンテナとされる。位置座標が、少なくとも３つの異なる衛星信号から決定可能とされる。位置座標が、緯度情報及び経度情報と、好ましくは高度情報とを備えている。位置座標は、１つ以上のパイルパラメータが計算するための基礎となるパイルの基本的な計測値を提供する。位置センサがスリーブに配置されている位置に基づいて（及びパイル自体に関連して）、パラメータ計算機は、例えば１つ以上の幾何学式を利用することによって、パイルの様々なパラメータを決定するように構成されている。
一の実施態様では、少なくとも１つの位置センサが、２つの位置センサとされ、パラメータ計算機によって決定可能とされる１つ以上のパラメータが、パイルの位置情報、配向情報、第１の方向における傾斜情報、及び深度情報のうち少なくとも１つの情報を備えている。
一の実施態様では、少なくとも１つの位置センサが、３つ以上の位置センサとされ、パラメータ計算機によって決定可能とされる１つ以上のパラメータが、パイルの位置情報、配向情報、第１の方向における傾斜情報、第２の方向における傾斜情報、及び深度情報のうち少なくとも１つの情報を備えている。
パイル計測システムが、パイルの据付後にパイルに取り付け可能とされるか、又は取り付けられる位置誘導用ビーコンを備えている。位置誘導用ビーコンは、据え付けられたパイルの位置座標を衛星信号から計測するように構成されているを備えている。パイル計測システムが、さらなるパイルの据付の際に、据え付けられたパイルに設けられた位置誘導用ビーコンの、衛星信号から計測された位置座標と据え付けられたパイルにおける位置誘導用ビーコンの既知の位置座標との差異を、パラメータ計算機に付与するように構成されている。優位には、位置誘導用ビーコンは、特に位置パラメータが正確に知られていない位置、例えば洋上位置において、少なくとも１つの位置センサによって計測されたさらなるパイルの位置座標の精度を高める。
また、本発明は、パイルのパラメータを決定するための方法に関する。例えばパイルのパラメータとしては、パイルの位置情報、配向情報、傾斜情報、及び深度情報が挙げられる。当該方法は、パイルの据付の際に、例えば上述のパイル計測システムと共に利用するのに適している。パイルが、杭打機によって地面に打設可能とされる。杭打機が、ハンマーとスリーブとを備えており、ハンマーとスリーブとが、パイルの頂部に配置されている。
当該方法は、スリーブの所定位置に取り付け可能とされる少なくとも１つの位置センサを準備するステップを備えている。さらに、当該方法は、少なくとも１つの位置センサによって、スリーブの所定位置の位置座標を計測するステップを備えている。さらに、当該方法は、少なくとも１つの位置センサによって計測された位置座標から、パイルの１つ以上のパラメータをパラメータ計算機によって決定するステップを備えている。
一の実施態様では、当該方法は、パラメータ計算機によって、１つ以上のパラメータをパイル打設制御システムに付与するステップを備えている。パイル打設制御システムが、パイルを位置決めするように構成されているグリッパを移動させるための１つ以上のアクチュエータパラメータを決定するように構成されているグリッパパラメータ計算機を備えている。グリッパは、パイルを位置決めするように構成されている。グリッパパラメータ計算機の代替として、又はグリッパパラメータ計算機に加えて、パイル打設制御システムは、ハンマーのエネルギを制御するための１つ以上のハンマーパラメータを決定するように構成されているハンマーパラメータ計算機を含んでいる。
一の実施態様では、当該方法は、パイルの据付後にパイルに取り付け可能とされる位置誘導用ビーコンを準備するステップをさらに備えている。位置誘導用ビーコンが、衛星信号からパイルの位置座標を計測するように構成されている。さらに、当該方法は、他のパイルの据付の際に、衛星信号から計測されたパイルの位置座標とパイルにおける位置誘導用ビーコンの既知の位置座標との差異をパラメータ計算機において受信するステップを備えている。
また、本発明は、コンピュータ読み取り可能とされる非一時的なストレージメディア上で実行可能とされるコンピュータプログラム製品であって、コンピュータ上で実行される場合に上述のステップを実行する世に構成されているコンピュータプログラム製品に関する。コンピュータプログラム製品は、パラメータ計算機、パイル打設制御システム、グリッパパラメータ計算機、ハンマーパラメータ計算機、位置計算機、配向計算機、傾斜計算機、深度計算機、レポート作成プログラム等のうち任意のものの上で好ましくは少なくとも部分的に実行される。
本発明について、本発明の実施例を概略的に表わす添付図面を参照しつつ説明する。１つ以上の上述の課題を緩和することを目的とする本発明の実施例について、以下に詳述する。
図面に表わす例示的な実施例を参照しつつ、本発明の実施態様について詳述する。
従来技術に基づくパイル打設システムを表わす。 本発明の位置の実施態様における、パイルのパラメータを決定するための例示的なパイル計測システムと、パイルを打設するためのパイル打設システムとを表わす。 本発明の実施例における位置センサの構成を表わす。 本発明の実施例における位置センサの構成を表わす。 本発明の実施例における位置センサの構成を表わす。 本発明の実施例における位置センサの構成を表わす。 本発明の一の実施例における、計測を改善するために位置センサをパイルに係合するための取付機構を表わす。 本発明の一の実施例における、例示的なパイル計測システムと例示的なパイル打設制御システムとを表わす。 本発明の一の実施例における、パイルを計測し、パイルの打設を制御するためのコンピュータシステムを表わす。 本発明の一の実施例における、一連のパイルの据付の際にパイルの１つ以上のパラメータを計測するための方法を表わす。 本発明の一の実施例における、一連のパイルの据付の際にパイルの１つ以上のパラメータを計測するための方法を表わす。
図１は、従来技術に基づくパイル打設システムを表わす。図示するように、従来技術に基づくパイル打設システムは、例えばモノパイルのようなパイル１０２を地面（例えば海底）に打設するのに適している。パイルの直径は１メートル〜１０メートルとされ、一般に、パイルは複数の被溶接部分を備えており、パイルが垂直姿勢になっている場合に、一の部分が溶接されており、他の部分の頂部に積み重ねられる。本明細書では、パイルの頂部は、当該パイルの最上部を示している。
一般に、パイルは、据付のために意図／所望した位置から１メートル以内の位置に、垂直から０．５°以内で配置される必要がある。幾つかの場合には、パイルが、ケーブル導入口のための方位すなわち配向に配置される必要がある。パイルは、当該パイルの頂部において例えば風力タービンのような構造体を支持するために、海に据え付けられる場合がある。従って、パイルの据付精度は、主にパイル、特にパイルの頂部が許容限度の範囲内で据え付けられるか否かに依存する。例えば位置情報及び垂直度のようなパイルのパラメータが、一の被溶接部分と他の被溶接部分において著しく相違する場合がある。さらに、パイルの頂部に対する構造体の据付精度は、主にトラジションピース、すなわち当該構造体をパイルに接続するためのパイルの頂部に位置する部品のパラメータに依存する。トラジションピースは、垂直から０．０５°の範囲内で配置される必要がある場合がある。パイルが複数の被溶接部分を備えているので、パイルの頂部とは異なる部分におけるパイルの計測は、パイルの頂部におけるパイルの計測ほど正確ではない。
本明細書では、パイルの位置決めは、決定された１つ以上のパラメータに基づいて特定の要件に従って当該パイルを配置するために、当該パイルの特定パラメータを決定し、パイル打設システムを調整することに関連する。パイルのパラメータは、位置情報、配向情報、傾斜情報、及び深度情報のうち少なくとも１つを含んでいる。
パイル打設システムは、杭打機を備えている。杭打機は、ハンマ１０４（図解を目的としてハンマの一部分のみを表わす）とスリーブ１０６とを備えている。さらに、パイル打設システムは、パイルを移動させる（例えば案内及び／又は調整する）ためのグリッパ１０８を備えている。パイルの据付の際に、当該パイルのパラメータは打撃毎に変化する。従って、例えば船上にいるパイル打設システムの作業員１１０は、据付の際に時間を置いて、例えば手作業で例えば測量技師から当該パラメータを収集した後に、パイル打設システムをどのように調整するのかについて決定する。作業員１１０は、据付の際にパイルの位置を調整するためにグリッパ１０８を利用することができる。
１つ以上の指標１１２が、パイルの深度情報を測量技師に示すために、パイルに形成されている。幾つかの場合には、１つ以上の指標１１４が、パイルの配向情報を測量技師に示すための基準点を形成するために、パイルに形成されているので、例えば測量技師は、例えばパイルの開口部１１６がケーブル導入口への方向に向かっているか否かを決定することができる。測量技師は、傾斜情報を決定するためにスリーブ上で作業をするか、又は船舶に据え付けられたミラーを利用する。パイルの位置情報は、船舶の位置とパイルに対する船舶の相対位置とに基づいて計算される。本発明は、図１に関連して説明される従来手段を改善した方法及びシステムに関連する。
図２は、本発明の一の実施例におけるパイル及びパイルを打設するためのパイル打設システムの１つ以上のパラメータを決定するための例示的なパイル計測システムの概略図である。パイル計測システムは、パイルの据付の際にパイルの１つ以上のパラメータを計測するように構成されている。パイル打設システムは、パイルを例えば水中の海底のような地面に打設する。
パイル打設システムは、例えば液圧式ハンマーのような杭打機を備えている。杭打機は、一般にハンマー２０４とスリーブ２０６とを有している。ハンマー２０４及びスリーブ２０６は、パイルの頂部に配置されており、パイルを地面２００の内部に向かって下方に打設するように構成されている。スリーブ２０６は、頂部分２０８と、パイルの上側部分から小さい距離で、例えば約１インチ離隔した状態を維持しつつパイルの上側部分を囲んでいる周囲部分２１０とを備えている。ハンマー２０４は、パイルの上側部分においてスリーブ２０６と協働し、パイルの最上位部分に配置されているアンビル２１２に当接するように構成されている。ハンマー２０４は、パイルを打設するためにアンビルに打撃を加える。アンビルは、当該打撃の衝撃から得られたエネルギをハンマー２０４からパイルに伝達させるように構成されている。打撃それぞれによって、パイルがさらに地面の内部に連続的に打設される。グリッパ２１４は、パイルの位置を調整するように構成されているパイル打設システムの一部分として、例えば船舶２１６に設けられている。グリッパ２１４は、グリッパ２１４を移動させるための、ひいては（すなわちパイルを移動させることによって）パイルの位置を調整するための複数のアクチュエータを、例えば複数の液圧式アクチュエータを備えている。パイルは、海中の地面の内部に据え付けられており、グリッパは、船舶（図示しない）に取り付けられている場合がある。グリッパ２１４は、例えば揚重、回転、シフト、チルト、押し出し等によってパイルを移動させるように構成されている。
パイル打設システムは、パイルの１つ以上のパラメータを計測し、好ましくは、１つ以上のパラメータは、パイルの据付の際にパイル打設システムに提供され、パイル打設システムによって利用される。さらに、パイル計測システムは、少なくとも１つの位置センサによって計測された位置座標から当該１つ以上のパラメータを決定するための、又は当該位置座標に基づいて当該１つ以上のパラメータを計算するための、パラメータ計算機２１８を備えている。例えば、幾何学の公式が、１つ以上の位置センサがパイルに（及び／又は２つ以上の位置センサが利用される場合には、互いに）関連して据え付けられている位置に基づいてパラメータを計算するために利用される。
パイルのパラメータは、位置情報、配向情報、傾斜情報、及び深度情報のうち少なくとも１つの情報を含んでいる。位置情報は、地形の基準座標系で定義される位置座標を備えているか、又は当該位置座標に関連している。位置情報は、パイル２２０の上側端部／最上位端部における（上から見た場合の）円状領域の中心点の位置に関連している場合がある。位置座標は、経度座標と緯度座標とを含んでいるか、又は適切な基準座標系の任意の他の座標を含んでいる。配向情報は、例えばコンパス方位のようなパイルの基準点の向きを備えているか、又は当該向きに関連している。基準点は、ケーブル導入口のためのパイルの開口部２２２に関連している。従って、配向情報は、開口部２２２の向きに関連している。傾斜情報は、垂直からの傾斜角度を備えているか、又は当該傾斜角度に関連しており、第１の方向及び第２の方向で定義されている。深度情報は、パイルの上側部分における高度に関する情報若しくはパイルが地面からどのくらい離隔しているかに関する情報を備えているか、又は当該情報に関連している。例えば、深度情報は、パイルの上側端部における高度、例えば海面からの距離や地心からの距離に関連している。
パイル計測システムは、少なくとも１つの位置センサを、例えば位置センサ２２６及び位置センサ２２８を備えている。位置センサそれぞれは、当該位置センサの位置における位置座標を計測するように構成されている。
全地球位置発見システム（ＧＰＳ）技術を利用するアンテナが、複数の衛星信号に基づいて位置座標を決定するように構成されている位置センサとして利用される。一般に、位置センサそれぞれが、少なくとも３つの異なる衛星信号を又は４つ以上の衛星信号を受信するように構成されている。衛星信号から、経度情報及び緯度情報を備えている位置座標が決定される。幾つかの場合には、位置座標が高度情報を備えている。位置センサの精度は、好ましくは５センチメートル以内又は５センチメートルより小さい。計測された位置座標によって、パラメータ計算機は、パイルの位置情報、配向情報、傾斜情報、及び深度情報のうち少なくとも１つの情報を決定することができる。
当該実施例では、好ましくは、位置センサは、所定の位置においてスリーブに取り付けられているか、又は取り付け可能とされる。従って、位置センサによって計測される位置座標は、位置センサが取り付けられているスリーブの位置それぞれに対応している。優位には、スリーブにおいて位置座標を計測することによって、パイルの位置情報（すなわちパイルの頂端部における中心点の位置）が、リーダー又は船舶から間接的に位置情報を計測するシステムと比較して、概略的に直接且つ正確に計測される。幾つかの場合には、スリーブにおいて位置座標を計測することによって、パイルの実際の位置から約１インチの誤差の範囲内で、パイルの位置情報を計測することができる。
位置センサの精度は、位置センサが障害の無い天空の視界を確保することができた場合（すなわち、衛星信号が劣化しないで受信可能とされる場合）には向上する。従って、少なくとも１つ以上の位置センサが、好ましくは、所定の位置においてスリーブの頂部分に取り付けられているか、又は取り付け可能とされる。例えば、少なくとも1つの位置センサが、スリーブの上側表面に取り付けられているか、又は取り付け可能とされる。幾つかの実施例では、位置センサは、パイルの最上位部分すなわちパイルの頂部分に近傍の位置において、位置座標を計測するように構成されている。パイルの最上位部分すなわち頂部分において位置を正確に計測可能とされることが優位である。パイルの最上位部分すなわち頂部分がパイルの上に構造体を載置するために最も重要な部分であるからである。
パイルの頂端部における（上方から見た）円状領域の中心点は、アンビル及びハンマーが障害となるので、直接計測することができない。しかしながら、少なくとも１つの位置センサをスリーブの上面に設けることによって、円状領域の中心点に関連する位置情報が、計測された位置座標、及び位置センサの位置と円状領域の中心点との想定される／既知の距離に基づいて導出可能とされる一方、中心点に可能な限り接近して位置座標を計測することができる。
２つの位置センサが図示されているが、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、又は７つ以上の位置センサが利用可能であることに留意すべきである。位置センサの数量は、所望するパイルのパラメータの数に依存する。さらに、多くの位置センサを設けることによって、計測される情報の冗長性を確保することができるので、一部の位置センサによって計測値を導出するように構成することによって、精度を高めることができる。
少なくとも２つの位置センサが利用される場合には、多くのパラメータが決定可能となる。例えば、スリーブの頂部分の上面によって概略的に形成されている平面において少なくとも２つの位置センサが異なる位置に設けられている場合には、パラメータ計算機は、パイルの位置情報、配向情報、第１の方向における傾斜情報、及び（位置センサが高度情報を得ることができる場合における）深度情報のうち少なくとも１つを決定することができる。
スリーブの頂部分の上面によって概略的に形成されている平面において少なくとも３つの位置センサが異なる位置に設けられている場合には、パラメータ計算機は、パイルの位置情報、配向情報、第１の方向における傾斜情報、第２の方向における傾斜情報、及び深度情報を決定することができる。
また、位置センサは、例えば傾斜情報を計測するための構造に従って、スリーブの周囲部分２１０に配置されている。例えば、少なくとも２つの位置センサが、第１の方向における傾斜角度を計測するための垂直線に沿って、スリーブの側部に配置されている。少なくとも２つ以上の位置センサが、他の方向における傾斜角度を計測するための異なる垂直線に沿って、スリーブの側部に配置されている。
パイル打設システムは、パイル計測システムによって決定されたパイルの１つ以上のパラメータに基づいて制御されるか、又は制御可能とされる。優位には、パイル打設システムは、パイルの据付の際におけるパイルの１つ以上のパラメータの変化を調整可能とされる。
パラメータ計算機は、パイル打設制御システム２３０に１つ以上のパラメータを付与するように構成されている。パイル打設制御システム２３０は、優位には、パイルの据付の際における測量技師及び作業員による工数を低減することができる。また、従来技術に基づく方法及びシステムと比較して、精度が向上する。
幾つかの実施例では、パイル打設制御システム２３０は、パイルの１つ以上のパラメータから、グリッパ２１４を移動させるための１つ以上のアクチュエータパラメータを決定するように構成されている。パイル打設制御システム２３０は、グリッパ２１４を移動させるための指令を決定及び指令する場合がある。パイル打設制御システム２３０は、好ましくは、パイルを所望の位置又は計画された位置に向かって移動させるようにパイルを調整又は位置決めするように構成されている。
幾つかの実施例では、パイル打設制御システム２３０は、ハンマーのエネルギを制御するためのハンマーパラメータを決定するように構成されている。ハンマーは、ハンマーパラメータに基づいて、パイルに作用させる打撃を調整するように構成されている。特に、パイル打設制御システム２３０は、パラメータ計算機から深度情報を受信する場合があり、パイル打設制御システムは、深度情報から打撃回数を決定する。打撃回数は、一般に、パイルの所定の深度距離／変化に対する、パイルを地面に打設するための打撃の回数すなわち数である。パラメータ計算機によって付与される一連の深度情報に基づいて、パイル打設制御システムは、例えば２５センチメートル単位でパイルを打設するための打撃回数についての一覧表を作成する。パイルの据付の際には、計画された仕様が、例えば強度、寿命、構造的一体性についてパイルの理想的な結果を得るための打撃回数を維持するための据付を要求する場合がある。従って、パイル打設制御システム２３０は、所望の打撃回数を実現するために、ハンマーのエネルギを調整することができる。
図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の幾つかの実施例における位置センサの構成を表わす。図３Ａ〜図３Ｃは、少なくとも２つの位置センサ（黒く塗りつぶされた小さい円として表わす）を具備するスリーブ（大きい円として表わす）の上面図である。図示の如く、位置センサは、例えばスリーブの上面のようなスリーブの頂部分に取り付けられているか、又は取り付け可能とされる。
幾つかの実施例では、例えば図３Ａに表わす構成では、２つの位置センサが、指標“Ｘ”によって示される中心点を通過する線に沿って、スリーブの頂部分に取り付けられているか、又は取り付け可能とされる。そうすると、パラメータ計算機は、２つの位置センサによって計測された位置座標から、パイルの位置情報を、すなわち、パイルの頂端部における円状領域の中心点の位置を決定することができる。従って、２つの位置センサによって計測された位置座標から、２つの地点と、当該２つの地点を結んだ直線とを得ることができる。パイルの位置情報は、２つの位置センサによって計測された位置座標によって付与される２つの地点を接続する直線の中点から導出可能とされる。配向情報は、当該直線の向きに基づいて決定される。傾斜情報（一の方向における傾斜、特に、２つの位置センサを接続する直線の向き）は、２つの位置センサによって計測された高度情報から、例えば当該直線と水平線とが成す角度に基づいて決定される。深度情報は、例えば中心点における高度情報を計算することによって、同様に高度情報から決定される。例えば、当業者であれば、２つの位置センサによって計測された高度情報の平均を得ることができる。当業者は、パイルのパラメータを決定するための適切な計算式を決定するに、幾何学的な概念をパラメータ計算機に適用することができる。
幾つかの実施例では、例えば図３Ｂ及び図３Ｃに表わす構成では、３つの位置センサが、３つの位置においてスリーブの頂部分に配置されている。図３Ｂでは、３つの位置センサが、互いから略等間隔の位置において、スリーブの頂部分に取り付けられているか、又は取り付け可能とされる。図３Ｃでは、３つの位置センサのうち２つの位置センサは、中心点を通過する第１の直線に沿った所定位置に取り付けられているか、又は取り付け可能とされ、３つのセンサのうち１つの位置センサは、第１の直線に対して垂直に且つ中心点を通過する第２の直線に沿って取り付けられているか、又は取り付け可能とされる。当業者であれば、位置情報、配向情報、第１の方向における傾斜情報、第２の方向における傾斜情報、及び深度情報のうち少なくとも１つの情報を含む、パイルのパラメータを決定するために、幾何学的な概念をパラメータ計算機に適用することができる。
幾つかの実施例では、例えば図３Ｄに表わす構成では、４つの位置センサが、互いから略等間隔の４つの位置において、スリーブの頂部分に取り付けられているか、又は取り付け可能とされる。当該構成では、パイルの同一のパラメータセットが決定される。しかしながら、他の構成と比較して、追加された位置センサが冗長性を付与するので、パイル打設制御システムは、任意の一の位置センサに起因する誤差に対する許容度を高めることができる。幾つかの他の実施例では、５つ、６つ、又は７つ以上の位置センサが利用される場合がある。
図４は、本発明の一の実施例における、計測を改善するために位置センサをパイルに係合させるための取付機構を表わす。位置センサは、パイルの据付の際に位置センサをパイルに係合するための、及びパイルから係合解除するための取付機構を備えている。位置センサがパイルに直接配置されている場合には、打撃の際に、パイルに対するハンマーの衝撃によって、損傷又は他の問題が発生する場合がある。従って、位置センサは、パイルではなく、スリーブに取り付けられているか、又は取り付け可能とされる。しかしながら、スリーブとパイルとの距離は、位置センサによって計測された位置座標からパイルのパラメータ自体を導出可能とする精度を低下させる。従って、取付機構は、位置センサをパイルに直接取り付ける必要なく、位置センサの損傷を防止するための第１の位置（“ａ”によって示される）及び第２の位置（“ｂ”によって示される）を具備している。第１の位置では、位置センサはパイルから係合解除される。好ましくは、打撃の際に、取付機構は第１の位置に位置している。第２の位置では、位置センサはパイルと係合している。好ましくは、打撃の前及び／又は後において、取付機構は第２の位置に位置しているので、位置座標を計測し、当該位置座標をパラメータ計算機に付与することができる。優位には、位置センサをパイルに直接取り付けることなく、パイルのパラメータを一層直接的に計測することができる。
図５は、本発明の一の実施例における、例示的なパイル計測システムと例示的なパイル打設制御システムを表わす。例示的なパイル計測システムは、１つ以上の位置センサ５０２とパラメータ計算機５０６とを備えている。幾つかの実施例では、例えば空圧センサ、デジタルコンパス等のような他のセンサ５０４が、１つ以上の位置センサに加えて設けられている。１つ以上の位置センサは、位置座標をパラメータ計算機に付与するように構成されている。他のセンサは、例えば高度情報、方向等のようなパイルのパラメータに関連する他の情報を付与する。パイルの１つ以上のパラメータを決定するために、パラメータ計算機は、位置計算機５１０、配向計算機５１２、傾斜計算機５１４、及び深度計算機５１６のうち少なくとも１つの計算機を備えている。位置計算機５１０は、位置センサによって付与される少なくとも１つの位置座標から位置情報を決定するように構成されている。配向計算機５１２は、位置センサによって付与される少なくとも１つの位置座標から配向情報を決定するように構成されている。傾斜計算機５１４は、位置センサによって付与される少なくとも１つの位置座標から第１の方向及び／又は第２の方向における傾斜情報を決定するように構成されている。深度計算機５１６は、位置センサによって付与される、例えば高度情報のような少なくとも１つの位置座標から深度情報を決定するように構成されている。
パイルの決定された１つ以上のパラメータが、例示的なパイル打設制御システム５０８に付与される。パイル打設制御システム５０８は、グリッパパラメータ計算機５１８及びハンマーパラメータ計算機５２０のうち少なくとも１つの計算機を備えている。グリッパパラメータ計算機５１８は、パイルを位置決めするように構成されているグリッパを移動させるための１つ以上のアクチュエータパラメータを決定するように構成されている。ハンマーパラメータ計算機５２０は、エネルギ及び／又はタイミングに従ってパイルに打撃を作用させるように構成されているハンマーのエネルギを制御するための１つ以上のハンマーパラメータを決定するように構成されている。さらに、パイル打設制御システム５０８は、アクチュエータパラメータ及びハンマーパラメータに基づいた指令を発生させるように構成されている。アクチュエータパラメータ及び／若しくはハンマーパラメータ（又はこれらパラメータから導出された指令）がそれぞれ、グリッパ５２４及びハンマー５２６に付与される。
幾つかの実施例では、報告書作成プログラム５２２が、パイル計測システムによって付与されるパイルのパラメータを例えばストレージに記録するために、パイル打設制御システム５０８に設けられている。このような報告書は、パイルのパラメータの時系列リポートを含んでいる。幾つかの場合には、グリッパパラメータ及び／又はハンマーパラメータによって決定されたアクチュエータパラメータ及び／又はハンマーパラメータが、時系列リポートに記録及び付与される。
パイル打設制御システム２３０は、パイルの１つ以上のパラメータ、１つ以上のアクチュエータパラメタ―タ、１つ以上のハンマーパラメータ、及び時系列リポートのうち少なくとも１つをディスプレイ５２８に表示するために描画する。作業員は、ディスプレイ５２８でパイル打設制御システム２３０を監視することができる。
図６は、本発明の一の実施例における、パイルを計測するための、及び、パイルの打設を制御するためのコンピュータシステムを表わす。コンピュータシステム６０２は、入力部６０４と、出力部６０６と、プロセッサ６０８と、ストレージ６１０と、パイルを打設するためのパイル打設アプリケーション６１２とを備えている。入力部６０４は、有線接続又は無線接続を介して１つ以上の位置センサ５０２及び他のセンサ５０４から位置座標を受信するための通信ポートを含んでいる。出力部６０６は、アクチュエータパラメータ、ハンマーパラメータ、又は指令を付与するために、グリッパ５２４及びハンマー５２６のための通信ポートを含んでいる。幾つかの実施例では、コンピュータシステムはディスプレイ５２８をさらに備えている。パイル打設アプリケーション６１２は、プロセッサ６０８上で動作するように構成されており、パイル打設アプリケーション６１２を動作させるための指令は、ストレージ６１０に格納されている。パイル打設アプリケーション６１２は、パイル計測システム及び／又はパイル打設制御システムの機能を実行するように構成されている。位置座標、パイルのパラメータ、アクチュエータパラメータ、ハンマーパラメータ、及び／又は任意の適切なデータが、ストレージ６１０に格納されている場合がある。
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の一の実施例における、一連のパイルを据え付けする際にパイルの１つ以上のパラメータを計測するための方法を表わす。一連のパイルは、第１のパイル７０４と第２のパイル７０６と第３のパイル７０８とを含んでいる。位置センサの近傍において位置誘導用ビーコンを利用することによって、位置センサは、５センチメートル以内の精度を得ることができる。パイル計測システムは、例えば当該精度を得ることができる位置誘導用ビーコンを含んでいる。一般に、数百の位置誘導用ビーコンが、世界中の、例えば陸上の既知の位置に据え付けられている。しかしながら、幾つかのパイルは、位置誘導用ビーコンから離隔した位置に配置される必要があるので、パイル打設システムの一部として位置誘導用ビーコンを利用する際に信頼性を確保することが困難である場合がある。
一般に、位置誘導用ビーコンは、衛星信号から当該位置誘導用ビーコンの位置座標を計測するように構成されている。さらに、位置誘導用ビーコンは、衛星信号から計測された位置座標と位置誘導用ビーコンの既知の位置座標との差異を獲得／送信するように構成されている。既知の位置座標は初期設定で付与されるか、又は、所定期間に亘って記録された計測済みの位置座標から得られる。
図７Ａでは、当該方法は、本発明における方法及びシステムを利用することによって、第１のパイル７０４の据付の際に、例えば地上の位置７０２において（星印によって示された）位置誘導用ビーコンを利用する。第１のパイル７０４を据え付けた後に、図７Ｂに表わすように、当該方法によって、衛星信号から第１のパイル７０４の位置座標を計測するように構成されている位置誘導用ビーコンは、据え付けられたパイルに取り付け可能とされるか、又は取り付けられる。従って、第１のパイル７０４は、位置誘導用ビーコンのための位置になるので、優位には、例えば第２のパイル及び第３のパイルのようなさらなるパイルが、（陸上位置７０２と比較して）位置誘導用ビーコンの近傍の位置に据付可能とされる。さらに、当該位置誘導用ビーコンは、第２のパイル及び／又は第３のパイルの据付の際に、衛星信号から計測された第１のパイルの位置座標と第１のパイルについての位置誘導用ビーコンの既知の位置座標との差異をパラメータ計算機５０６に付与するように構成されている。
幾つかの変更に関して、当業者であれば、本発明の実施例を拡張して、他の技術を加えることができる。
本発明の様々な実施例が、コンピュータシステム又はプロセッサと共に利用するためのプログラム製品として実行可能とされる。プログラム製品の１つ以上のプログラムが、（本発明における方法を含む）実施例の機能を定義している。一の実施例では、１つ以上のプログラムが、様々なコンピュータ読み取り可能とされる非一時的なストレージメディア（一般的には“ストレージ”と呼称される）に格納されている。本明細書で用いられるように、“コンピュータ読み取り可能とされる非一時的なストレージメディア”は、唯一の例外として一時的な伝送信号を除いて、すべてのコンピュータ読み取り可能なメディアを含んでいる。他の実施例では、１つ以上のプログラムが、様々な一時的なコンピュータ読み取り可能なストレージメディアに格納されている。図示のコンピュータ読み取り可能なストレージメディアとしては、（ｉ）書き込み不能なストレージメディア（例えばＣＤ−ＲＯＭデバイスによって読み取り可能とされるＣＤ−ＲＯＭディスク、ＲＯＭチップ、又は任意のタイプの固体不揮発性半導体メモリのような、コンピュータ内部の読み取りのみ可能なメモリデバイス）、並びに、（ｉｉ）変更可能な情報が格納されている書き込み可能なストレージメディア（例えばフラッシュメモリ、ディスケットドライブ内部のフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクドライブ、又は任意のタイプの固体ランダムアクセス半導体メモリ）が挙げられるが、これらに限定される訳ではない。
任意の一の実施例に関連して説明された任意の特徴は、単独で若しくは説明された他の特徴と組み合わせて利用することができ、又は、任意の他の実施例の１つ以上の特徴若しくは任意の他の実施例の任意の組み合わせと組み合わせても利用することができることに留意すべきである。さらに、本発明は、上述の実施例に限定されず、特許請求の範囲内で変更可能とされる。
２００ 地面
２０４ ハンマー
２０６ スリーブ
２０８ （スリーブ２０６の）頂部分
２１０ （スリーブ２０６の）周囲部分
２１２ アンビル
２１４ グリッパ
２１６ 船舶
２１８ パラメータ計算機
２２０ パイル
２２２ （パイル２２０の）開口部
２３０ パイル打設制御システム
５０２ 位置センサ
５０４ 他のセンサ
５０６ パラメータ計算機
５１０ 位置計算機
５１２ 配向計算機
５１４ 傾斜計算機
５１６ 深度計算機
５１８ グリッパパラメ―タ計算機
５２０ ハンマーパラメータ計算機
５２２ 報告書作成プログラム
５２４ グリッパ
５２６ ハンマー
６０２ コンピュータシステム
６０４ 入力部
６０６ 出力部
６０８ プロセッサ
６１０ ストレージ
６１２ パイル打設アプリケーション
７０４ 第１のパイル
７０６ 第２のパイル
７０８ 第３のパイル

Claims (13)

  1. パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の据付の際に、前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の１つ以上のパラメータを決定するように構成されているパイル計測システムであって、前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）が、杭打機によって地面（２００）に打設可能とされ、前記杭打機が、ハンマー（１０４，２０４）とスリーブ（１０６，２０６，５０２）とを備えており、前記ハンマー（１０４，２０４）と前記スリーブ（１０６，２０６，５０２）とが、前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の頂部に配置されている、前記パイル計測システムにおいて、
    前記パイル計測システムが、
    前記スリーブ（１０６，２０６）の所定位置に取り付けられているか又は取り付け可能とされる少なくとも１つの位置センサ（２２６，２２８，５０２）であって、前記スリーブ（１０６，２０６）の前記所定位置それぞれの位置座標を計測するように構成されている少なくとも１つの前記位置センサ（２２６，２２８，５０２）と、
    少なくとも１つの前記位置センサ（２２６，２２８，５０２）によって計測された前記位置座標から前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の１つ以上の前記パラメータを決定するためのパラメータ計算機（２１６，５０６）と、
    を備えており、
    前記パイル計測システムがさらに、
    前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の据付後に前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）に取り付け可能とされるか、又は取り付けられている位置誘導用ビーコンであって、据え付けられた前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の位置座標を衛星信号から計測するように構成されている前記位置誘導用ビーコンを備えており、
    前記パイル計測システムが、さらなるパイル（７０６，７０８）の据付の際に、据え付けられた前記パイル（１０２，２２０，７０４）に設けられた前記位置誘導用ビーコンの、衛星信号から計測された位置座標と据え付けられた前記パイル（１０２，２２０，７０４）における前記位置誘導用ビーコンの既知の位置座標との差異を、前記パラメータ計算機（２１８，５０６）に付与するように構成されていることを特徴とするパイル計測システム。
  2. １つ以上の前記パラメータが、前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の位置情報、配向情報、傾斜情報、及び深度情報のうち少なくとも１つの情報を備えていることを特徴とする請求項１に記載のパイル計測システム。
  3. 前記パラメータ計算機（２１８，５０６）が、１つ以上の前記パラメータをパイル打設制御システム（２３０，５０８）に付与するように構成されており、
    前記パイル打設制御システム（２３０，５０８）が、前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）を位置決めするように構成されているグリッパ（１０８，２１４，５２４）を移動させるための１つ以上のアクチュエータパラメータを、１つ以上の前記パラメータから決定するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパイル計測システム。
  4. 前記パラメータ計算機（２１８，５０６）が、１つ以上の前記パラメータをパイル打設制御システム（２３０，５０８）に付与するように構成されており、
    前記パイル打設制御システム（２３０，５０８）が、前記ハンマー（１０４，２０４）のエネルギを制御するための１つ以上のハンマーパラメータを決定するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のパイル計測システム。
  5. 少なくとも１つの前記位置センサ（２２６，２２８，５０２）が、前記スリーブ（１０６，２０６）の上面に取り付けられているか、又は取り付け可能とされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のパイル計測システム。
  6. 前記位置センサ（２２６，２２８，５０２）それぞれが、前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の最上位部分又はその近傍の位置座標を計測するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のパイル計測システム。
  7. 前記位置センサ（２２６，２２８，５０２）それぞれが、少なくとも３つの異なる衛星信号を受信するように構成されている全地球位置発見システムアンテナとされ、
    前記位置座標が、少なくとも３つの異なる前記衛星信号から決定可能とされ、
    前記位置座標が、緯度情報及び経度情報と、好ましくは高度情報とを備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のパイル計測システム。
  8. 少なくとも１つの前記位置センサ（２２６，２２８，５０２）が、２つの位置センサ（２２６，２２８，５０２）とされ、
    前記パラメータ計算機（２１８，５０６）によって決定可能とされる１つ以上の前記パラメータが、前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の位置情報、配向情報、第１の方向における傾斜情報、及び深度情報のうち少なくとも１つの情報を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のパイル計測システム。
  9. 少なくとも１つの前記位置センサ（２２６，２２８，５０２）が、３つ以上の位置センサ（２２６，２２８，５０２）とされ、
    前記パラメータ計算機（２１８，５０６）によって決定可能とされる１つ以上の前記パラメータが、前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の位置情報、配向情報、第１の方向における傾斜情報、第２の方向における傾斜情報、及び深度情報のうち少なくとも１つの情報を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のパイル計測システム。
  10. パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の据付の際に例えば前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の位置情報、配向情報、傾斜情報、及び深度情報のような前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）のパラメータを決定するための方法であって、前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）が、杭打機によって地面に打設可能とされ、前記杭打機が、ハンマー（１０４，２０４，５２６）とスリーブ（１０６，２０６，５０２）とを備えており、前記ハンマー（１０４，２０４，５２６）と前記スリーブ（１０６，２０６，５０２）とが、前記パイルの頂部に配置されている、前記方法において、
    前記スリーブ（１０６，２０６，５０２）の所定位置に取り付け可能とされる少なくとも１つの位置センサ（２２６，２２８，５０２）を準備するステップと、
    少なくとも１つの前記位置センサ（２２６，２２８，５０２）によって、前記スリーブ（１０６，２０６，５０２）の前記所定位置の位置座標を計測するステップと、
    少なくとも１つの前記位置センサ（２２６，２２８，５０２）によって計測された前記位置座標から、前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の１つ以上の前記パラメータをパラメータ計算機（２１８，５０６）によって決定するステップと、
    を備えており、
    前記方法はさらに、
    前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の据付後に前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）に取り付け可能とされる位置誘導用ビーコンを準備するステップであって、前記位置誘導用ビーコンが、衛星信号から前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の位置座標を計測するように構成されている、前記ステップと、
    他のパイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の据付の際に、前記衛星信号から計測された前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）の位置座標と前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）における前記位置誘導用ビーコンの既知の位置座標との差異を前記パラメータ計算機（２１８，５０６）において受信するステップと、
    を備えていることを特徴とする方法。
  11. 前記方法が、パラメータ計算機（２１８，５０６）によって、１つ以上の前記パラメータをパイル打設制御システム（２３０，５０８）に付与するステップを備えており、
    前記パイル打設制御システム（２３０，５０８）が、
    前記パイル（１０２，２２０，７０４，７０６，７０８）を位置決めするように構成されているグリッパ（１０８，２１４，５２４）を移動させるための１つ以上のアクチュエータパラメータを決定するように構成されているグリッパパラメータ計算機（５１８）、及び／又は、
    ハンマー（１０４，２０４，５２４）のエネルギを制御するための１つ以上のハンマーパラメータを決定するように構成されているハンマーパラメータ計算機（５２０）、
    を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 前記方法が、請求項１〜９のいずれか一項に記載の前記パイル計測システムと共に利用するようになっていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
  13. コンピュータ読み取り可能とされる非一時的なストレージメディア上で実行可能とされるコンピュータプログラム製品であって、コンピュータ上で実行される場合に請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のステップを実行するように構成されていることを特徴とするコンピュータプログラム製品。
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