JP6596622B2 - 懸垂式掘削機の位置計測システム、これに用いる測量装置及び施工法、および吊対象物の位置計測システム - Google Patents

Description

本発明は、懸垂式掘削機の位置計測システム、これに用いる測量装置及び施工法、および吊対象物の位置計測システムに関するものである。

地中連続壁の構築等のために地盤を掘削する掘削機として、クレーン等から掘削機を懸垂するタイプの懸垂式掘削機が知られている。この懸垂式掘削機は大深度掘削に適した掘削機であり、懸垂式掘削機をクレーン等からワイヤーにより吊り下げて、地面に対して垂直に掘削していくものである。

ここで、懸垂式掘削機により掘削する際には、掘削方向を地面に対して常に垂直にするための姿勢制御が必要となる。そして、そのためには懸垂式掘削機の位置を高い精度で計測することにより掘削状態を管理することが非常に重要となる。

懸垂式掘削機の位置を計測する手段としては、これまでに、計測用のワイヤーを用いた掘削機の位置計測システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

このような、掘削機の位置計測システムでは、掘削機本体に計測用のワイヤーを取り付け、計測ワイヤーが緩まないように、トルクモータを用いて大きな力で牽引し、計測ワイヤーの繰り出し長さを測定、監視することにより懸垂式掘削機の位置を計測している。

したがって、この掘削機の位置計測システムでは、計測用ワイヤーが弛まないように、常に計測用ワイヤーに大きなテンションをかけておく必要がある。

一方、地中連続壁の構築等のための掘削において掘削機を移動させる場合には、この計測システム全体も掘削機の移動と合わせて移動させる必要がある。

特開２００１−２３４５５５号公報

しかしながら、このような位置計測システムにおける、計測用ワイヤーが緩まないようにするためのトルクモータは、非常に大型で大きな重量であり、その移動にはクレーン等が必要となることから、位置計測が非常に煩雑となり、費用と時間を要するといった問題があった。

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、ハンドリング性の良好な位置測量装置を用いて、より簡便、且つ正確に懸垂式掘削機の位置と姿勢を計測することが可能な懸垂式掘削機の位置計測システム、これに用いる測量装置及び施工法を提供することを課題としている。

即ち、本発明の懸垂式掘削機の位置計測システム、これに用いる測量装置及び施工法は以下のことを特徴としている。

第１に、クレーンからワイヤーで懸垂式掘削機を懸垂して掘削する懸垂式掘削機の位置計測システムであって、地面に対して垂直状態の前記ワイヤーの初期座標を取得するワイヤー初期座標取得手段と、地上に出ている前記ワイヤーの２点以上の高さの位置を２台以上のカメラにより撮像する測量装置を２台以上用い、それぞれ異なる位置から撮像する撮像手段と、掘削時における前記撮像手段により得られる２点以上の高さの撮像のワイヤーの位置変化から、それぞれの高さの前記ワイヤーの実際の移動量を求めるワイヤー移動量取得手段と、前記ワイヤー初期座標取得手段により取得したワイヤーの初期座標と、前記ワイヤー移動量取得手段により取得したそれぞれの高さの前記ワイヤーの実際の移動量から、それぞれの高さの移動後のワイヤーの座標を求める移動後ワイヤー座標取得手段と、前記クレーンから繰り出した前記ワイヤーの繰り出し長さから前記懸垂式掘削機の掘削深度を計測する掘削深度計測手段と、前記移動後ワイヤー座標取得手段により取得した２点以上の高さの移動後のワイヤーの座標と、前記掘削深度計測手段により取得した前記懸垂式掘削機の掘削深度から、前記懸垂式掘削機の座標を求める掘削機座標取得手段と、前記掘削機座標取得手段により求めた前記懸垂式掘削機の座標を表示する掘削機座標表示手段を備えることを特徴とする懸垂式掘削機の位置計測システムである。

第２に、前記第１の発明の懸垂式掘削機の位置計測システムにおいて、少なくとも２台の前記測量装置の設置場所が、上から見て、ワイヤーを頂点としてそれぞれの測量装置のなす角度が０°より大きく１８０°未満の範囲であることが好ましい。

第３に、前記第１又は第２の発明の懸垂式掘削機の位置計測システムにおいて、ワイヤー移動量取得手段が、掘削時における前記撮像手段により得られる２点以上の高さの撮像のワイヤーの位置変化を、予め記録したワイヤーの初期基準位置の撮像データと移動後の撮像データを画像処理して撮像のワイヤーの移動量を求め、前記撮像のワイヤーの移動量とカメラの倍率から実際のワイヤーの移動量を求めることが好ましい。

第４に、前記第１から第３の発明の懸垂式掘削機の位置計測システムにおいて、前記ワイヤーを挟んで、前記カメラとは反対側の延長線上に、背景板が配置され、前記撮像手段は、前記背景板を背景として、前記ワイヤーを撮像可能であってもよい。

第５に、前記第４の発明の懸垂式掘削機の位置計測システムにおいて、さらに、照明が配置され、前記照明は、前記背景板を照射可能であってもよい。

第６に、前記第１から第５の発明の懸垂式掘削機の位置計測システムに用いる測量装置であって、三脚と、前記三脚に設けられた地面に対して垂直に設置可能な支柱と、前記支柱に位置変更可能に取り付けられる、少なくとも２台以上のカメラと、前記支柱を地面に対して垂直方向に昇降可能とする昇降機構と、前記支柱を地面に対して水平方向に回転可能とする水平回転機構を備え、さらに、前記支柱に望遠鏡又は、前記望遠鏡から位置を確認するための照準印を備えたことを特徴とする測量装置である。

第７に、前記第１から第５の発明の懸垂式掘削機の位置計測システムを用いてソイルセメント地中連続壁又はコンクリート地中連続壁を構築することを特徴とする施工法である。

第８に、クレーンからワイヤーで吊対象物を吊降ろす際の、吊対象物の位置計測システムであって、地面に対して垂直状態の前記ワイヤーの初期座標を取得するワイヤー初期座標取得手段と、地上に出ている前記ワイヤーの２点以上の高さの位置を２台以上のカメラにより撮像する測量装置を２台以上用い、それぞれ異なる位置から撮像する撮像手段と、吊対象物の吊降ろし時における前記撮像手段により得られる２点以上の高さの撮像のワイヤーの位置変化から、それぞれの高さの前記ワイヤーの実際の移動量を求めるワイヤー移動量取得手段と、前記ワイヤー初期座標取得手段により取得したワイヤーの初期座標と、前記ワイヤー移動量取得手段により取得したそれぞれの高さの前記ワイヤーの実際の移動量から、それぞれの高さの移動後のワイヤーの座標を求める移動後ワイヤー座標取得手段と、前記クレーンから繰り出した前記ワイヤーの繰り出し長さから前記吊対象物の深度を計測する深度計測手段と、前記移動後ワイヤー座標取得手段により取得した２点以上の高さの移動後のワイヤーの座標と、前記深度計測手段により取得した前記吊対象物の深度から、前記吊対象物の座標を求める吊対象物座標取得手段と、前記吊対象物座標取得手段により求めた前記吊対象物の座標を表示する吊対象物座標表示手段を備えることを特徴とする吊対象物の位置計測システムである。

本発明の懸垂式掘削機の位置計測システム、これに用いる測量装置及び施工法によれば、ハンドリング性の良好な位置測量装置を用いて、より簡便、安価で且つ正確に懸垂式掘削機の位置と姿勢を計測することが可能となる。

本発明の懸垂式掘削機の位置計測システムに用いる測量装置の一実施形態を示す概略図であり、（Ａ）は横から見た概略図、（Ｂ）は上から見た概略図である。 測量装置の一実施形態を示す概略図である。 クレーンからワイヤーで懸垂式掘削機を地面に対して垂直に設置した状態を示す概略図である。 測量装置Ａと測量装置Ｂ及びワイヤーＷの基準の状態を上から見た概略図及びそれぞれのカメラの撮像の概略図である。 ワイヤーＷの移動後の状態を上から見た概略図及びそれぞれのカメラの撮像の概略図であり、（Ａ）は高さＺ１における移動後のワイヤーＷの座標及びカメラの撮像、（Ｂ）は高さＺ２における移動後のワイヤーＷの座標及びカメラの撮像である。 ワイヤーＷの移動後の座標及び懸垂式掘削機の座標を示した概略図である。 カメラ、クレーン、掘削機からのデータを演算処理装置により演算処理して表示する説明ブロック図である。 他の実施形態を示す図である。

本発明の懸垂式掘削機（以下単に掘削機と略称する）の位置計測システムは、地面に対して垂直状態のワイヤーの初期座標を取得するワイヤー初期座標取得手段と、地上に出ているワイヤーの２点以上の高さの位置を２台以上のカメラにより撮像する測量装置を２台以上用い、それぞれ異なる位置から撮像する撮像手段と、掘削時における撮像手段により得られる２点以上の高さの撮像のワイヤーの位置変化から、それぞれの高さのワイヤーの実際の移動量を求めるワイヤー移動量取得手段と、ワイヤー初期座標取得手段により取得したワイヤーの初期座標と、ワイヤー移動量取得手段により取得したそれぞれの高さのワイヤーの実際の移動量から、それぞれの高さの移動後のワイヤーの座標を求める移動後ワイヤー座標取得手段と、クレーンから繰り出したワイヤーの繰り出し長さから懸垂式掘削機の掘削深度を計測する掘削深度計測手段と、移動後ワイヤー座標取得手段により取得した２点以上の高さの移動後のワイヤーの座標と、掘削深度計測手段により取得した懸垂式掘削機の掘削深度から、懸垂式掘削機の座標を求める掘削機座標取得手段と、掘削機座標取得手段により求めた懸垂式掘削機の座標を表示する掘削機座標表示手段を備えることを特徴とする懸垂式掘削機の位置計測システムである。

まず、本発明の掘削機の位置計測システムに用いる測量装置の一実施形態について説明する。

測量装置は、少なくとも２台以上を１セットとして使用するものであり、図１に示す実施形態では２台の測量装置Ａ、測量装置Ｂを示している。

まず、測量装置Ａについて説明する。測量装置Ａは、図２に示すように三脚３と、三脚３に地面に対して垂直に接続された支柱４を備えており、この支柱４には、上部にカメラＡ１が、下部にカメラＡ２が取り付けられている。これらのカメラＡ１、Ａ２は、クレーン１から繰り出したワイヤーＷを撮像するために設けられるものであり、それぞれ任意の位置調整が可能に支柱４に取り付けられている。

また、測量装置Ａには、カメラＡ１、Ａ２の下部に望遠鏡５が取り付けられている。この望遠鏡５は、後述する測量装置Ｂと高さを合わせるために用いるものである。

また、三脚３の上部には、支柱４の昇降機構６及び水平回転機構７が設けられており、昇降機構６は、昇降ハンドル６’の操作により支柱４自体が地面に対して垂直方向に上下に昇降可能となっている。また、水平回転機構７は、水平回転ハンドル７’の操作により支柱４が地面に対して水平方向に回転可能となっている。すなわち、昇降ハンドル６’及び水平回転ハンドル７’の操作により、支柱４及びこれに取付けられているカメラＡ１、Ａ２、望遠鏡５の高さと向きを自由に調整することが可能となっている。

なお、カメラＡ１、Ａ２及び望遠鏡５は支柱４に対して直角且つ平行に、向きは全てが正確に同一方向に取り付けられている。また、カメラＡ１、カメラＡ２、カメラＢ１、カメラＢ２は、動画が記録可能なものであれば特に制限なく用いることができ、画素数が大きなものであれば精度を高めることができる。

また、支柱４の下部には、測量装置の中心座標点を測量できるように表示器８が設けられている。

次に測量装置Ｂについて説明する。測量装置Ｂの三脚３、支柱４、カメラＢ１、カメラＢ２、昇降機構６、昇降ハンドル６’、水平回転機構７、水平回転ハンドル７’、表示器８の構成及び動作については、上記測量装置Ａの対応する三脚３、支柱４、カメラＡ１、カメラＡ２、昇降機構６、昇降ハンドル６’、水平回転機構７、水平回転ハンドル７’、表示器８と同等のものであるため説明を省略する。なお、測量装置ＢのカメラＢ１、Ｂ２の下部の、測量装置Ａの望遠鏡５に対応する位置には照準印９が設けられている。そして、カメラＢ１、Ｂ２及び照準印９は支柱４に対して直角且つ平行に、向きは全てが正確に同一方向となるように取り付けられている。

また、これら測量装置Ａ及び測量装置Ｂにおいて、測量装置Ａの支柱４に取付けられたカメラＡ１とＡ２の間隔は、測量装置Ｂの支柱４に取付けられたカメラＢ１とＢ２の間隔と同じ間隔となっており、測量装置ＡのカメラＡと望遠鏡５の間隔と、測量装置ＢのカメラＢと照準印９の間隔は同じ間隔となっている。

そして、カメラＡ１、カメラＡ２及びカメラＢ１、Ｂ２の高さデータ、カメラで撮像したワイヤーＷの撮像データ及び測量装置Ａ、測量装置Ｂの座標データは、コンピュータに取り込み可能となっている。なお、これらのデータのコンピュータの取り込みは、測量装置Ａ、Ｂからデータ送信ケーブルをコンピュータに接続して取り込んでもよいし、無線通信によるデータ送信によりコンピュータに取り込んでもよい。

以下に、上記測量装置Ａ、測量装置Ｂを使用した、本発明の掘削機の位置計測システムについて詳述する。

まず、図３に示すように、クレーン１からワイヤーＷで懸垂された掘削機２を掘削地点にセットし、掘削機２を懸垂しているワイヤーＷが地面に対して垂直の状態で固定する。ここで、クレーン１のワイヤーＷが複数本ある場合には、その中の１本を基準となるワイヤーＷとして決定しておく。

次に、測量装置Ａ、測量装置ＢをワイヤーＷを測量装置Ａ及び測量装置Ｂのカメラのフレーム内に収まる撮像可能な場所に設置する。この設置場所は、上から見て、ワイヤーＷを頂点として測量装置Ａと測量装置Ｂのなす角度が０°より大きく１８０°未満の範囲とする必要がある。また、９０°前後とするのが特に望ましい。測量装置Ａ及び測量装置Ｂの設置では、それぞれの支柱４が地面から垂直になるように三脚３を調整して設置する。

この状態で、まず測量装置Ａと測量装置Ｂそれぞれの水平回転ハンドル７’を操作して、水平回転機構７によりお互いが向い合せとなるように調整する。そして、測量装置Ａの望遠鏡５から測量装置Ｂの照準印９を視認して、照準印９が望遠鏡５の中心にくるように昇降ハンドル６’を操作して、昇降機構６により高さを調整する。

前記したように、予め測量装置Ａの支柱４に取付けられたカメラＡ１とカメラＡ２の間隔を、測量装置Ｂの支柱４に取付けられたカメラＢ１とＢ２の間隔と同じ間隔とし、測量装置ＡのカメラＡと望遠鏡５の間隔と、測量装置ＢのカメラＢと照準印９の間隔を同じ間隔としているので、前記の望遠鏡５と照準印９による高さ調整の操作により、測量装置ＡのカメラＡ１と測量装置ＢのカメラＢ１、測量装置ＡのカメラＡ２と測量装置ＢのカメラＢ２の高さを全て同じ高さとすることができる。
＜ワイヤー初期座標取得手段＞
図４（Ａ）、（Ｂ）に、測量装置Ａと測量装置Ｂ及びワイヤーＷの基準の状態を上から見た概略図及びそれぞれのカメラの撮像の概略図を示す。

まず、図４に示すように、上記の状態を基準の状態として、測量装置Ａの座標と測量装置Ｂの座標及びワイヤーＷの座標を、予め、トランシット及びレベル等で測量して取得しておく。この座標の取得によって、測量装置Ａと測量装置Ｂとワイヤーとのそれぞれの距離を求めることができる。

これは、後述する倍率調整値を求めるためのものである。次に、図４（Ａ）に示すように、高さの座標（Ｚ１）における測量装置ＡのカメラＡ１の座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、高さの座標（Ｚ２）におけるカメラＡ２の座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ２）及び、図４（Ｂ）に示すように、高さの座標（Ｚ１）における測量装置ＢのカメラＢ１の座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ１）、高さの座標（Ｚ２）におけるカメラＢ２の座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を取得し、さらに、カメラＡ１、カメラＢ１で撮像されるワイヤーＷの座標（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ１）、カメラＡ２、Ｂ２で撮像されるワイヤーＷの座標（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ２）を取得する。このワイヤーＷの座標（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ１）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ２）をワイヤー初期座標とする。

なお、ここで取得する座標は、グローバル座標、ローカル座標のいずれでもよいが、実際に作業するオペレータの作業性を考慮した場合ローカル座標が好ましい。
＜撮像手段＞
次に、この状態で、先ず、測量装置Ａの水平回転ハンドル７’を操作して、水平回転機構７により、カメラＡ１及びカメラＡ２をワイヤーＷの方向に向け、カメラＡ１、Ａ２のフレーム内、画面中央でワイヤーＷを撮像するように調整する。そして、予め測量で求めた座標より、カメラＡ１及びカメラＡ２とワイヤーＷとの距離を取得する。また、掘削中にワイヤーＷが振れて移動する幅を予測し、その予測の幅がカメラＡ１及びカメラＡ２のフレーム内に収まるようにズーム機能で倍率を調整し、各カメラの倍率調整値を記録する。なお、この状態での図４に示すカメラＡ１、Ａ２のフレーム内に撮像されたワイヤーＷの位置をワイヤーＷの初期基準位置とする。

次に、上記測量装置Ａの調整と同様に、測量装置Ｂの水平回転ハンドル７’を操作して、水平回転機構７により、カメラＢ１及びカメラＢ２をワイヤーＷの方向に向け、カメラＢ１、Ｂ２のフレーム内、画面中央でワイヤーＷを撮像するように調整する。そして、予め測量で求められた座標より、カメラＢ１及びカメラＢ２とワイヤーＷとの距離を取得する。また、掘削中にワイヤーＷが振れて移動する幅を予測し、その予測の幅がカメラＢ１及びカメラＢ２のフレーム内に収まるようにズーム機能で倍率を調整し、各カメラの倍率調整値を記録する。この状態での図４に示すカメラＢ１、Ｂ２のフレーム内に撮像されたワイヤーＷの位置をワイヤーＷの初期基準位置とする。

なお、上記のカメラの倍率を調整する方法としては、機械的な方式と電気的な方式がある。機械的な方式であるとワイヤーＷの位置を検出する画像処理での精度が向上する。また、倍率のデータをコンピュータで確認できるカメラを採用することで、コンピュータへの入力を省くことができる。

これに対して電気的な方式は、撮像を見ながらコンピュータから自動で調整できる利点があるが、画像認識でのワイヤー検出精度が弱まる可能性がある。また、この倍率の調整はコンピュータから操作でき、同時に倍率データも確認できる。

また、上記のカメラのズーム機能を用いた倍率調整値とは、カメラとワイヤーＷとの距離をＳとしてカメラのフレームの視野がｍとなる値（ｍ／Ｓ）を基準として、何倍となったかを知る調整値である。

この倍率調整値は、カメラＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の撮像で、ワイヤーＷが初期基準位置から移動した時に、撮像上におけるワイヤーＷの初期基準位置からの移動量を、実際のワイヤーＷの移動量に変換するための数値である。

そして、この状態で、カメラＡ１、カメラＡ２及びカメラＢ１、カメラＢ２でワイヤーＷを撮像して監視しながら掘削機２による掘削を開始する。通常Ｂ、掘削機２が掘削地点の地面に対して垂直に掘削している状態では、カメラＡ１、Ａ２及びカメラＢ１、カメラＢ２フレーム内のワイヤーＷの撮像は初期基準位置から変化しない。すなわち、カメラＡ１、カメラＢ１で撮像されるワイヤーＷの座標データ（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ１）、カメラＡ２、カメラＢ２で撮像されるワイヤーＷの座標データ（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ２）は変化しない。

しかしながら、掘削機２が動き始めてワイヤーＷが左右、前後に動いた場合には、カメラに映ったワイヤーＷの撮像が左右に移動することになる。
＜ワイヤー移動量取得手段＞
実際のワイヤー移動量は、予め記録したワイヤーの初期基準位置の撮像データと移動後の撮像データを画像処理して撮像のワイヤーの移動量を求め、撮像のワイヤーの移動量とカメラの倍率から実際のワイヤーの移動量を取得することができる。

具体的には、カメラの撮像のワイヤーＷの初期基準位置から左右に移動したワイヤーＷの位置を撮像の画素（ピクセル）から求めた撮像の移動量の値に、上記のカメラＡ１の倍率調整値で補正することにより取得することができる。カメラＢ１も同様に補正してカメラＢ１の撮像から実際のワイヤー移動量を取得することができる。
＜移動後ワイヤー座標取得手段＞
このカメラＡ１の撮像のワイヤー移動量と、カメラＢ１の撮像のワイヤー移動量から、実際のワイヤーＷの移動量を求めることにより、図５（Ａ）に示すように、カメラＡ１とカメラＢ１の高さ（Ｚ１）の撮像から移動後のワイヤーＷの座標（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ１）を求めることができる。

また、カメラＡ１とカメラＢ１の撮像により求めた移動後のワイヤーＷの座標（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ１）と同様の手順により、図５（Ｂ）に示すように、カメラＡ２とカメラＢ２の高さ（Ｚ２）の撮像から移動後のワイヤーＷの座標（Ｘ５、Ｙ５、Ｚ２）を求めることができる。
＜掘削深度取得手段＞
通常、クレーン１にはワイヤーＷの送り出し長さをエンコーダ等で計測し、掘削機２の深度を常に計測している。本発明では、クレーン１からのワイヤーＷの送り出し長さから掘削機２の掘削深度（Ｚ３）を取得する。
＜掘削機座標取得手段＞
次に、図６に示すように、高さ（Ｚ１）におけるワイヤーＷの座標（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ１）と，高さ（Ｚ２）におけるワイヤーＷの座標（Ｘ５、Ｙ５、Ｚ２）から、深度（Ｚ３）における掘削機２の座標（Ｘ６、Ｙ６、Ｚ３）を求める。

具体的には、上記条件において、
（Ｚ３−Ｚ１）／（Ｚ２−Ｚ１）＝αとすると
Ｘ６＝（Ｘ５−Ｘ４）×Ａ＋Ｘ４
の演算式により掘削機２の座標のＸ６を求めることができる。
同様に、
Ｙ６＝（Ｙ５−Ｙ４）×Ａ＋Ｙ４
の演算式により掘削機２の座標のＹ６を求めることができ、掘削機２の深度（Ｚ３）における座標（Ｘ６、Ｙ６、Ｚ３）を取得することができる。

また、掘削機２の座標（Ｘ６、Ｙ６、Ｚ３）における傾き、捻じれ等の状態については、掘削機２に鉛直方向に、Ｘ及びＹの２軸の傾斜計を設置し、この傾斜計からの掘削機傾斜データを取得することにより把握することが可能である。また、掘削機２に方位を出力するジャイロセンサーを搭載し、掘削機２の方位を取得することも可能である。
＜掘削機座標表示手段＞
なお、本発明では、予め取得した測量装置ＡのカメラＡ１の座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、カメラＡ２の座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ２）、及び測量装置ＢのカメラＢ１の座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ１）、カメラＢ２の座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、ワイヤーＷの初期座標（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ１）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ２）の初期データをコンピュータの記憶部に記億させておき、図７に示すように、各カメラからの撮像データから得られる実際のワイヤーＷの移動量及びこれに対する移動後のワイヤーＷの座標（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ１）、（Ｘ５、Ｙ５、Ｚ２）及び、掘削機２の深度（Ｚ３）のデータをコンピュータの演算処理手段により演算処理して、掘削機２の座標（Ｘ６、Ｙ６、Ｚ３）を求め、モニターに表示させる。

また、併せて、掘削機２に設置された傾斜計からの掘削機傾斜データ及び、掘削機２に設置されたジャイロセンサーからの方位角データをコンピュータに入力し、掘削機２の姿勢をモニターに表示させることもできる。

次に、第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態を示す概念図である。なお、以下の説明において、図１〜図７に示した各構成と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態では、前述した実施形態と異なり、カメラＡ１、Ａ２でワイヤーＷを撮像する際に、ワイヤーＷを挟んで、カメラＡ１、Ａ２とは反対側の延長線上（各カメラとワイヤーとを結ぶそれぞれの直線上であって、各カメラに対して、ワイヤーを挟んで反対側の延長線上）に、背景板１０が配置される。同様に、カメラＢ１、Ｂ２でワイヤーＷを撮像する際に、ワイヤーＷを挟んで、カメラＢ１、Ｂ２とは反対側の延長線上（各カメラとワイヤーとを結ぶそれぞれの直線上であって、各カメラに対して、ワイヤーを挟んで反対側の延長線上）に、背景板１０が配置される。なお、以下の説明では、カメラＡ１、Ａ２を用いた例について説明するが、カメラＢ１、Ｂ２に対しても同様である。

背景板１０は、例えば、他の光学装置の支柱に固定される。光学装置は、例えば、図２の測量装置のカメラに代えて、カメラＡ１、Ａ２と略同一の間隔で支柱に背景板１０が固定されたものである。このような光学装置を用いることで、背景板１０の高さをカメラＡ１、Ａ２と同一の高さに調整することができるとともに、背景板１０の向きを回転させることができる。また、背景板１０の面をカメラＡ１、Ａ２の方向に対して直交する方向に向けることができる。なお、背景板１０は、カメラＡ１，Ａ２の撮像方向に垂直にすることが望ましいが、多少ずらした角度としてもよい。

カメラＡ１、Ａ２の映像は、カメラＡ１、Ａ２からＬ１離れたワイヤーＷに焦点を合わせてある。また、ワイヤーＷから背景板１０までの距離をＬ２とする。そのＬ１地点のカメラの視野のサイズをＸ１とすると、カメラＡ１、Ａ２からＬ１＋Ｌ２離れた地点のカメラの視野Ｘ２は次の式で求められる。
Ｘ２＝（Ｌ１＋Ｌ２）×Ｘ１／Ｌ１

ここで、前述した様に、Ｌ１地点のカメラの視野は、ワイヤーＷが動く予測の範囲で決定される。この範囲は掘削する地盤の強度に影響を受けるが、実測値では壁の厚さ方向での、ワイヤーの振れ幅は概ね±２００ｍｍ以内である。また、測量装置及び背景板の設置場所は、過去の経験から５ｍ程度離れれば、比較的安全な場所であると考えられる。したがって、測量装置と背景板がワイヤーＷより同じ距離を離して設置すると、Ｌ１＝Ｌ２＝５００ｃｍ、X１＝４０ｃｍより、反射板の横幅は、８０ｃｍ程度となる。

背景板１０は、例えば、太陽光の光を反射して光るようにすることが望ましい。例えば、背景板１０は、アルミの板に反射テープ若しくはシートを貼り付けた構造とすることができる。また、背景板１０の表面に蛍光塗料を塗布してもよい。また、別途、照明１１を設置してもよい。照明１１は、背景板１０の表面に向けて光を照射可能である。照明１１で背景板１０を照らすことで、背景板１０の表面を均一に明るくすることができる。

このような背景板１０が、ワイヤーＷの背景部分に位置するように、各背景板１０の位置が調整される。背景板１０を背景として、カメラＡ１、Ａ２によってワイヤーＷを撮像すると、ワイヤーＷが、背景板１０によって際立つため、ワイヤーＷが背景に紛れてしまい、位置の把握が困難となることを防止することができる。また、照明１１を用いることで、背景板１０をより明るく光らせることができるため、ワイヤーＷを背景板１０に対して影のようにより際立たせることができる。

このように、本実施形態によれば、ワイヤーの位置をより確実に把握することができる。また、ワイヤーＷの背景を均一化することで、ワイヤーＷの画像認識率を向上させることができる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、もちろん本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、２台の測量装置Ａ及び測量装置Ｂによりワイヤーを撮像したが、測量装置の台数を増やして撮像することも可能である。これにより、さらに制度の高い掘削機の位置計測が可能となる。

本発明の懸垂式掘削機の位置計測システムによれば、非常にコンパクトな計測装置を用いて、掘削機に取り付けた１本のワイヤーを測定用のワイヤーとして撮像し、掘削機の状態を座標として表示するので、簡便、安価で且つ正確に掘削機の位置と姿勢を計測することが可能となる。

また、前述した説明では、掘削機２をワイヤーＷで吊り下げて、掘削機の２の位置を把握する事例について説明した。このような掘削機２を用いて立坑を掘削し、例えば、地下構造物であるソイルセメント地中連続壁又はコンクリート地中連続壁を構築することができる。

また、本発明は、汎用のクレーンを用いて、吊対象物を吊降ろす際に、吊対象物（フック）位置を計測する際にも利用可能である。これにより、従来は、クレーンのオペレータとは別に、誘導員が必要であったところ、本発明を用いれば、オペレータ室にある表示手段によって、オペレータは誘導員を必要とせず作業を行うことができる。さらに、画像からコンピュータに入力された吊対象物の位置情報から、吊り荷の位置を自動で制御することもできる。

このような、クレーンからワイヤーで吊対象物を吊降ろす際の、吊対象物の位置計測システムとしては、前述したのと同様の方法で実施することができる。この場合には、前述した「懸垂式掘削機の位置計測システム」に対して、「ワイヤー移動量取得手段」は、吊対象物の吊降ろし時における撮像手段により得られる２点以上の高さの撮像のワイヤーの位置変化から、それぞれの高さの前記ワイヤーの実際の移動量を求めるものとする。また、前述した「掘削機深度計測手段」は、前記クレーンから繰り出した前記ワイヤーの繰り出し長さから前記吊対象物の深度を計測する「深度計測手段」とする。また、「掘削深度計測手段」は、前記移動後ワイヤー座標取得手段により取得した２点以上の高さの移動後のワイヤーの座標と、前記深度計測手段により取得した前記吊対象物の深度から、前記吊対象物の座標を求める「吊対象物座標取得手段」とする。また「掘削機座標表示手段」は、前記吊対象物座標取得手段により求めた前記吊対象物の座標を表示する「吊対象物座標表示手段」とする。

１ クレーン
２ 掘削機
Ａ，Ｂ 測量装置
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２ カメラ
３ 三脚
４ 支柱
５ 望遠鏡
６ 昇降機構
６’ 昇降ハンドル
７ 水平回転機構
７’ 水平回転ハンドル
８ 測量機器
９ 照準印
１０ 背景板
１１ 照明

Claims (8)

1. クレーンからワイヤーで懸垂式掘削機を懸垂して掘削する懸垂式掘削機の位置計測システムであって、
   地面に対して垂直状態の前記ワイヤーの初期座標を取得するワイヤー初期座標取得手段と、
   地上に出ている前記ワイヤーの２点以上の高さの位置を２台以上のカメラにより撮像する測量装置を２台以上用い、それぞれ異なる位置から撮像する撮像手段と、
   掘削時における前記撮像手段により得られる２点以上の高さの撮像のワイヤーの位置変化から、それぞれの高さの前記ワイヤーの実際の移動量を求めるワイヤー移動量取得手段と、
   前記ワイヤー初期座標取得手段により取得したワイヤーの初期座標と、前記ワイヤー移動量取得手段により取得したそれぞれの高さの前記ワイヤーの実際の移動量から、それぞれの高さの移動後のワイヤーの座標を求める移動後ワイヤー座標取得手段と、
   前記クレーンから繰り出した前記ワイヤーの繰り出し長さから前記懸垂式掘削機の掘削深度を計測する掘削深度計測手段と、
   前記移動後ワイヤー座標取得手段により取得した２点以上の高さの移動後のワイヤーの座標と、前記掘削深度計測手段により取得した前記懸垂式掘削機の掘削深度から、前記懸垂式掘削機の座標を求める掘削機座標取得手段と、
   前記掘削機座標取得手段により求めた前記懸垂式掘削機の座標を表示する掘削機座標表示手段を備えることを特徴とする懸垂式掘削機の位置計測システム。
2. 少なくとも２台の前記測量装置の設置場所が、上から見て、ワイヤーを頂点としてそれぞれの測量装置のなす角度が０°より大きく１８０°未満の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の懸垂式掘削機の位置計測システム。
3. 前記ワイヤー移動量取得手段が、掘削時における前記撮像手段により得られる２点以上の高さの撮像のワイヤーの位置変化を、予め記録したワイヤーの初期基準位置の撮像データと移動後の撮像データを画像処理して撮像のワイヤーの移動量を求め、前記撮像のワイヤーの移動量とカメラの倍率から実際のワイヤーの移動量を求めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の懸垂式掘削機の位置計測システム。
4. 前記ワイヤーを挟んで、前記カメラとは反対側の延長線上に、背景板が配置され、前記撮像手段は、前記背景板を背景として、前記ワイヤーを撮像可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の懸垂式掘削機の位置計測システム。
5. さらに、照明が配置され、前記照明は、前記背景板を照射可能であることを特徴とする請求項４記載の懸垂式掘削機の位置計測システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の懸垂式掘削機の位置計測システムに用いる測量装置であって、
   三脚と、
   前記三脚に設けられた地面に対して垂直に設置可能な支柱と、
   前記支柱に位置変更可能に取り付けられる、少なくとも２台以上のカメラと、
   前記支柱を地面に対して垂直方向に昇降可能とする昇降機構と、
   前記支柱を地面に対して水平方向に回転可能とする水平回転機構を備え、
   さらに、前記支柱に望遠鏡又は、前記望遠鏡から位置を確認するための照準印を備えたことを特徴とする測量装置。
7. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の懸垂式掘削機の位置計測システムを用いてソイルセメント地中連続壁又はコンクリート地中連続壁を構築することを特徴とする施工法。
8. クレーンからワイヤーで吊対象物を吊降ろす際の、吊対象物の位置計測システムであって、
   地面に対して垂直状態の前記ワイヤーの初期座標を取得するワイヤー初期座標取得手段と、
   地上に出ている前記ワイヤーの２点以上の高さの位置を２台以上のカメラにより撮像する測量装置を２台以上用い、それぞれ異なる位置から撮像する撮像手段と、
   吊対象物の吊降ろし時における前記撮像手段により得られる２点以上の高さの撮像のワイヤーの位置変化から、それぞれの高さの前記ワイヤーの実際の移動量を求めるワイヤー移動量取得手段と、
   前記ワイヤー初期座標取得手段により取得したワイヤーの初期座標と、前記ワイヤー移動量取得手段により取得したそれぞれの高さの前記ワイヤーの実際の移動量から、それぞれの高さの移動後のワイヤーの座標を求める移動後ワイヤー座標取得手段と、
   前記クレーンから繰り出した前記ワイヤーの繰り出し長さから前記吊対象物の深度を計測する深度計測手段と、
   前記移動後ワイヤー座標取得手段により取得した２点以上の高さの移動後のワイヤーの座標と、前記深度計測手段により取得した前記吊対象物の深度から、前記吊対象物の座標を求める吊対象物座標取得手段と、
   前記吊対象物座標取得手段により求めた前記吊対象物の座標を表示する吊対象物座標表示手段を備えることを特徴とする吊対象物の位置計測システム。
   

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