JP6864150B1 - ケーソンの水面位置推定システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業室内における水面の有無についての情報に基づき水面位置を推定することができるケーソンの水面位置推定システムを提供する。【解決手段】ニューマチックケーソン工法において作業室内における水面位置を推定するケーソンの水面位置推定システムにおいて、掘削面に光を照射する光源と、光源から照射された照射光が反射された反射光を受光する画像センサと、掘削面を画像センサにより反射光が受光される第１領域とそれ以外の領域である第２領域とに分割する領域分割手段と、領域分割手段により分割された第１領域と第２領域のうち、第２領域を水面であると推定する推定手段とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、ケーソンの水面位置推定システムに関する。

作業室床部の地面を掘削し、掘削された土砂を地上に搬出しながらケーソンを地中に沈下させていくニューマチックケーソン工法では、作業室に水圧と見合っただけの空気圧をかけることで地下水の侵入を防いでいる。作業室内の水位とは、水圧と空気圧のバランスを知る重要なパラメータであり、水面の有無や水面の高さを正確に知ることが必要である。

水面の位置を検出する技術が開示されている文献として、特許文献１が挙げられる。特許文献１には、ＴＯＦ（Time of Flight）方式を用いた距離画像センサより浴槽の槽内部を検出した距離画像を取得し、取得された距離画像に基づいて浴槽に張られた水の水面の位置を検出する技術が開示されている。

特開２０２０−５２８００号公報

ところで、ニューマチックケーソン工法では、浴槽とは異なり、作業室内において掘削地面の一部として水面が存在する。しかしながら、掘削地面中に水面が存在しているか否かという情報が必要であるにも拘らず、特許文献１に記載の技術では、水面以外の障害物についての情報までも取得してしまい、作業室内の水面位置を推定することが困難であるという問題点があった。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、作業室内における水面の有無についての情報に基づき水面位置を推定することができるケーソンの水面位置推定システムを提供することにある。

本発明を適用したケーソンの水面位置推定システムは、ニューマチックケーソン工法において作業室内における水面位置を推定するケーソンの水面位置推定システムにおいて、掘削面に光を照射する光源と、上記光源から照射された照射光が反射された反射光を受光する画像センサと、上記掘削面を上記画像センサにより反射光が受光される第１領域とそれ以外の領域である第２領域とに分割する領域分割手段と、上記領域分割手段により分割された上記第１領域と上記第２領域のうち、上記第２領域を水面であると推定する推定手段と、上記光源から照射された照射光と上記画像センサにより受光された反射光との時間差に基づいて、上記画像センサから上記掘削面までの距離を測定する測定手段と、上記領域分割手段により分割された上記第１領域と上記第２領域との境界を検知する境界検知手段と、上記測定手段により測定された上記画像センサから上記掘削面までの距離に基づいて上記境界検知手段により検知された複数地点の境界の高さを取得する取得手段と、上記取得手段により取得された上記複数地点の境界の高さのうち最大値と最小値の差が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段とを備え、上記推定手段は、上記判定手段により上記境界の高さが所定の範囲内であると判定された場合には、上記第２領域を水面であると推定することを備えることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、作業室内における水面の有無についての情報に基づき作業室内の水面位置を推定することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るニューマチックケーソン工法の主要設備を示す縦断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る作業機の一例である掘削機の側面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る掘削機における制御系統を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態に係るケーソンの水面位置推定システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図５は、作業室の側面図である。 図６は、掘削地面との距離を示す模式図である。 図７は、本発明の測定例を示す図である。

以下、本発明を適用したケーソンの水面位置推定システムについて、図面を参照しながら詳細に説明をする。

図１は、本発明に係る作業機の一例である掘削機が用いられるニューマチックケーソン工法の主要設備の一例を示す図である。ニューマチックケーソン工法は、掘削設備Ｅ１、艤装設備Ｅ２、排土設備Ｅ３、送気設備Ｅ４及び予備・安全設備Ｅ５を用いて、鉄筋コンクリート製のケーソン１を地中に沈下させていくことにより、地下構造物を構築する。

掘削設備Ｅ１は、例えば、掘削機１００（以下、ケーソンショベル１００という）と、土砂自動積込装置１１と、地上遠隔操作室１３とを備える。ケーソンショベル１００は、ケーソン１の底部に設けられた作業室２内に設置される。土砂自動積込装置１１は、ケーソンショベル１００により掘削された土砂を円筒状のアースバケット３１に積み込む。地上遠隔操作室１３は、ケーソンショベル１００の作動を地上から遠隔操作する遠隔操作装置１２を備える。

艤装設備Ｅ２は、例えば、マンシャフト２１と、マンロック２２（エアロック）と、マテリアルシャフト２３と、マテリアルロック２４（エアロック）とを備える。マンシャフト２１は、作業者が作業室２へ出入りするために地上と作業室２とを繋ぐ円筒状の通路であり、例えば、螺旋階段２５が設けられている。マンロック２２は、マンシャフト２１に設けられ地上の大気圧と作業室２内の圧力差を調節する二重扉構造の気密扉である。マテリアルシャフト２３は、土砂自動積込装置１１により土砂が積み込まれたアースバケット３１を地上に運び出すために地上と作業室２とを繋ぐ円筒状の通路である。マテリアルロック２４は、材料等を搬出入するためのマテリアルシャフト２３に設けられた地上の大気圧と作業室２内の圧力差を調節する二重扉構造の気密扉である。マンロック２２及びマテリアルロック２４は、作業室２内の気圧が変化することを抑えて作業者やアースバケット３１を作業室２へ出入りさせることが可能になるように構成されている。

排土設備Ｅ３は、例えば、アースバケット３１と、キャリア装置３２と、土砂ホッパー３３とを備える。アースバケット３１は、ケーソンショベル１００により掘削された土砂が積み込まれる有底円筒状の容器である。キャリア装置３２は、アースバケット３１を、マテリアルシャフト２３を介して地上まで引き上げて運び出す装置である。土砂ホッパー３３は、アースバケット３１及びキャリア装置３２により地上に運び出された土砂を一時的に貯めておく設備である。

送気設備Ｅ４は、例えば、空気圧縮機４２と、空気清浄装置４３と、送気圧力調整装置４４と、自動減圧装置４５とを備える。空気圧縮機４２は、送気管４１及びケーソン１に形成された送気路３を介して作業室２内に圧縮空気を送る装置である。空気清浄装置４３は、空気圧縮機４２により送り込む圧縮空気を浄化する装置である。送気圧力調整装置４４は、作業室２内の気圧が地下水圧と略等しくなるように空気圧縮機４２から作業室２内へ送る圧縮空気の量（圧力）を調整する装置である。自動減圧装置４５は、マンロック２２内の気圧を減圧する装置である。

予備・安全設備Ｅ５は、例えば、非常用空気圧縮機５１と、ホスピタルロック５３とを備える。非常用空気圧縮機５１は、空気圧縮機４２の故障又は点検などの時に空気圧縮機４２に代わって作業室２内に圧縮空気を送ることが可能な装置である。ホスピタルロック５３は、作業室２内で作業を行った作業者が入り、当該作業者の身体を徐々に大気圧に慣らしていくための減圧室である。

次に、本発明に係るケーソンショベル１００について図２〜図３を用いて説明する。ケーソンショベル１００は、図２に示すように、例えば、走行体１１０と、ブーム１３０と、バケットアタッチメント１５０とを備える。走行体１１０は、作業室２の天井部に設けられた左右一対の走行レール４に取り付けられ、左右の走行レール４に懸下された状態で走行レール４に沿って走行移動する。ブーム１３０は、走行体１１０の旋回フレーム１２１に上下方向に揺動可能に枢結される。バケットアタッチメント１５０は、ブーム１３０の先端部に取り付けられる。

走行体１１０は、走行フレーム１１１と、旋回フレーム１２１と、走行ローラ１１３とを備える。旋回フレーム１２１は、走行フレーム１１１の下面側に旋回自在に設けられる。走行ローラ１１３は、走行フレーム１１１の上面側前後に、設けられている前後左右の４個のローラである。走行体１１０は、前後左右の走行ローラ１１３を回転駆動させて左右の走行レール４に沿って走行移動するように構成されている。

ブーム１３０は、例えば、基端ブーム１３１と、先端ブーム１３２と、伸縮シリンダ１３３と、起伏シリンダ１３４とを備える。基端ブーム１３１は、旋回フレーム１２１に起伏自在（上下方向に揺動自在）に取り付けられる。先端ブーム１３２は、基端ブーム１３１に入れ子式に組み合わされ、構成される。伸縮シリンダ１３３は、基端ブーム１３１内に設けられている。起伏シリンダ１３４は、基端ブーム１３１の左右に２個設けられている。ブーム１３０は、伸縮シリンダ１３３を伸縮させると、基端ブーム１３１に対して先端ブーム１３２が長手方向に移動し、これによりブーム１３０が伸縮するように構成されている。２個の起伏シリンダ１３４の基端部は基端ブーム１３１の左右側部にそれぞれ回動自在に取り付けられている。

バケットアタッチメント１５０は、ベース部材１５１と、バケット１５２と、バケットシリンダ１５３とを備える。ベース部材１５１は、先端ブーム１３２に取り付けられる。バケット１５２は、ベース部材１５１の先端部に上下揺動自在に取り付けられる。バケットシリンダ１５３は、ベース部材１５１に対してバケット１５２を上下揺動させるように構成される。

コントロールユニット１６５は、図３に示すように、メインコントローラ１６５ａと、走行体用コントローラ１６５ｂと、ブーム・バケット用コントローラ１６５ｃとを備える。メインコントローラ１６５ａは、遠隔操作装置１２からの操作信号を受けて、その操作信号に応じた駆動制御信号を出力する。走行体用コントローラ１６５ｂは、メインコントローラ１６５ａから出力された駆動制御信号に応じて、走行体１１０を駆動させるように構成されている。メインコントローラ１６５ａ及び走行体用コントローラ１６５ｂは、走行体１１０の旋回フレーム１２１に配設されている。ブーム・バケット用コントローラ１６５ｃは、メインコントローラ１６５ａから出力された駆動制御信号に応じて、ブーム１３０及びバケットアタッチメント１５０を駆動させるように構成されている。ブーム・バケット用コントローラ１６５ｃは、ブーム１３０の基端ブーム１３１の側部に配設されている。

ケーソンショベル１００は、図３に示すように、例えば、走行体位置センサ２０１と、旋回角度センサ２０２と、ブーム起伏角度センサ２０３と、ブーム伸長量センサ２０４と、バケット揺動角度センサ２０５と、外界センサ２０６とを備える。走行体位置センサ２０１は、走行体１１０が走行レール４の何処の位置に位置しているかを検出する。旋回角度センサ２０２、走行フレーム１１１に対する旋回フレーム１２１の旋回角度を検出する。ブーム起伏角度センサ２０３は、旋回フレーム１２１に対するブーム１３０の起伏角度を検出する。ブーム伸長量センサ２０４は、ブーム１３０の伸長量を検出する。バケット揺動角度センサ２０５は、ブーム１３０（バケットアタッチメント１５０のベース部材１５１）に対するバケット１５２の揺動角度を検出する。外界センサ２０６は、走行体１１０に設けられて作業室２内の掘削地面Ｇまでの距離、掘削地面Ｇの形状などの情報を取得する。

走行体位置センサ２０１は、例えば、走行体１１０の走行フレーム１１１に配設されたレーザセンサによって構成される。走行体位置センサ２０１は、レーザ光を走行レール４の端部（もしくは作業室２の壁部）に向けて照射して走行レール４の端部（もしくは作業室２の壁部）において反射して戻ってくるまでの時間を測定する。走行体位置センサ２０１は、この時間に基づいて走行レール４の端部（もしくは作業室２の壁部）から走行体１１０までの距離を検出する。旋回角度センサ２０２は、例えば、走行体１１０の旋回フレーム１２１に配設された光学式のロータリーエンコーダによって構成される。旋回角度センサ２０２は、走行フレーム１１１に対する旋回フレーム１２１の旋回量を電気信号に変換する。旋回角度センサ２０２は、その信号を演算処理して旋回フレーム１２１の旋回角度（旋回方向及び位置）を検出する。なお、走行体位置センサ２０１及び旋回角度センサ２０２は一例を説明したもので、走行体の二次元的な位置を検出する他のセンサ、旋回フレーム１２１の旋回角度を検出する他のセンサをそれぞれ用いてもよい。

ブーム起伏角度センサ２０３は、例えば、起伏シリンダ１３４のシリンダボトムの側部に配設されたレーザセンサによって構成される。ブーム起伏角度センサ２０３は、レーザ光を旋回フレーム１２１に向けて照射して旋回フレーム１２１において反射して戻ってくるまでの時間を測定する。ブーム起伏角度センサ２０３は、この時間に基づいて起伏シリンダ１３４の伸長量を検出し、その起伏シリンダ１３４の伸長量に基づいて旋回フレーム１２１に対するブーム１３０の起伏角度（起伏位置）を検出する。ブーム起伏角度センサ２０３も一例を説明したものであり、光学式ロータリーエンコーダ、ポテンショメータなどによりブーム１３０の起伏角を直接検出する他のセンサを用いてもよい。

ブーム伸長量センサ２０４は、例えば、ブーム１３０の基端ブーム１３１に配設されたレーザセンサによって構成される。ブーム伸長量センサ２０４は、レーザ光を先端ブーム１３２の先端部に取り付けられたバケットアタッチメント１５０のベース部材１５１に向けて照射してベース部材１５１において反射して戻ってくるまでの時間を測定する。ブーム伸長量センサ２０４は、この時間に基づいてブーム１３０の伸長量（基端ブーム１３１に対する先端ブーム１３２の伸長量）を検出する。ブーム伸長量センサ２０４も一例を説明したものであり、ブーム伸縮とともに伸縮するケーブルの伸長量を直接測定する他のセンサを用いてもよい。

バケット揺動角度センサ２０５は、例えば、バケットシリンダ１５３の油路に配設された流量センサによって構成される。バケット揺動角度センサ２０５は、バケットシリンダ１５３に供給される作動油の流量を検出し、その流量の積分値を算出する。バケット揺動角度センサ２０５は、この流量積分値に基づいてバケットシリンダ１５３のピストンロッドの伸長量を求め、そのバケットシリンダ１５３の伸長量に基づいて、バケットアタッチメント１５０のベース部材１５１（ブーム１３０）に対するバケット１５２の揺動角度（揺動位置）を検出する。バケット揺動角度センサ２０５も一例を説明したものであり、光学式ロータリーエンコーダ、ポテンショメータなどによりバケット１５２の揺動角度を直接検出他のセンサや、レーザセンサによりバケットシリンダ１５３の伸長量を求める他のセンサを用いてもよい。

外界センサ２０６は、例えば、走行体１１０の旋回フレーム１２１に配設されたＲＧＢ−Ｄセンサによって構成される。外界センサ２０６は、掘削地面Ｇに向けてＴＯＦ（Time of Flight）測距のための光を発光して掘削地面ＧのＲＧＢ画像（カラー画像）及び距離画像を取得し、それらの画像に基づいて掘削地面Ｇまでの距離情報を取得する。即ち、外界センサ２０６は、掘削地面Ｇに光を照射する光源として機能するとともに、照射光が反射された反射光を受光するＴＯＦ方式の画像センサとして機能する。外界センサ２０６は、ＲＧＢ−Ｄセンサの他の例として、ステレオカメラや超音波距離計、レーザセンサなどを用いてもよい。

走行体位置センサ２０１、旋回角度センサ２０２、ブーム起伏角度センサ２０３、ブーム伸長量センサ２０４、バケット揺動角度センサ２０５及び外界センサ２０６により検出されたそれぞれの情報は、コントロールユニット１６５のメインコントローラ１６５ａに送信される。メインコントローラ１６５ａは、走行体位置測定部２１１と、バケット位置測定部２１２と、地盤形状測定部２１３と、測定部２１４と、境界検知部２１５と、取得部２１６と、判定部２１７と、推定部２１８とを備える。また、本実施の形態に係るケーソンの水面位置推定システム２００は、外界センサ２０６、測定部２１４と、境界検知部２１５と、取得部２１６と、判定部２１７と、推定部２１８と、分割部２１９とを備える。

走行体位置測定部２１１は、走行体位置センサ２０１により検出された走行レール４の端部（もしくは作業室２の壁部）から走行体１１０までの距離情報と、当該走行レール４が作業室２内の何処の位置に設けられた走行レールであるかという情報（この情報は、走行体１１０が取り付けられた走行レール４の情報であり、走行体１１０が取り付けられたときに走行体位置測定部２１１に設定される）とを用いて、走行体１１０が作業室２内の何処に位置しているかを算出する。また、走行体位置センサ２０１による距離情報の検出を周囲複数箇所に対して検出することにより走行体１１０の天井内における二次元的な位置（走行体１１０の向きを含む位置）を検出しても良い。

バケット位置測定部２１２は、旋回角度センサ２０２により検出された走行フレーム１１１に対する旋回フレーム１２１の旋回角度（旋回方向及び位置）と、ブーム起伏角度センサ２０３により検出された旋回フレーム１２１に対するブーム１３０の起伏角度（起伏位置）と、ブーム伸長量センサ２０４により検出されたブーム１３０の伸長量と、バケット揺動角度センサ２０５により検出されたブーム１３０に対するバケット１５２の揺動角度（揺動位置）とを用いて、走行体１１０の走行フレーム１１１に対するバケット１５２の位置を算出する。

地盤形状測定部２１３は、走行体位置測定部２１１により求められた作業室２内における走行体１１０の位置と、及び旋回角度センサ２０２により検出された走行フレーム１１１に対する旋回フレーム１２１の旋回角度（旋回方向及び位置）とを用いて、旋回フレーム１２１に設けられた外界センサ２０６の位置と、外界センサ２０６により距離情報を取得する方向とを特定することにより、距離情報から地盤形状の情報に変換する。

測定部２１４は、外界センサ２０６から照射された照射光と外界センサ２０６により受光された反射光との時間差に基づいて、外界センサ２０６から掘削地面Ｇまでの距離を測定する。測定部２１４は、例えば３次元点群データを外界センサ２０６から掘削地面Ｇまでの距離として測定してもよい。

境界検知部２１５は、掘削地面Ｇのうち、外界センサ２０６により反射光が受光される領域（第１領域）とそれ以外の領域（第２領域）との境界を検知する。ここでのそれ以外の領域とは、例えば掘削地面Ｇに存在する水面や掘削地面Ｇ上に存在する障害物Ｄのことである。

取得部２１６は、測定部２１４により測定された外界センサ２０６から掘削地面Ｇまでの距離に基づいて境界検知部２１５により検知された境界の高さを取得する。例えば、測定部２１４により測定された３次元点群データのうち、外界センサ２０６から掘削地面Ｇまでの距離に相当するｚ座標の値に基づいて境界の高さを取得する。

判定部２１７は、取得部２１６により取得された境界の高さが所定の範囲内であるか否かを判定する。一般的に水面は全領域に亘り高さの差が検出されない。そこで、判定部２１７は、水面の周囲、即ち境界を構成する複数地点の高さのうち、最大値と最小値の差が所定値以下であるか否かに応じて、境界が水面の境界であるか否かを判定する。

推定部２１８は、判定部２１７により境界の高さが所定の範囲内であると判定された場合には、境界で囲まれた領域を水面であると推定する。具体的には、反射光が受光される領域（第１領域）と反射光が受光されない領域（第２領域）のうち、第２領域を水面であると推定する。

分割部２１９は、掘削地面Ｇを、外界センサ２０６により反射光が受光される領域（第１領域）とそれ以外の領域（第２領域）とに分割する。

次に、本実施形態におけるケーソンの水面位置推定システム２００の動作の一例について説明する。図４は、本実施形態におけるケーソンの水面位置推定システム２００の動作の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１１０において、外界センサ２０６は、掘削地面Ｇから反射された反射光を受光する。図５は、作業室２の側面図である。例えば、図５に示すように、外界センサ２０６は、掘削地面Ｇに向けて照射し、掘削地面Ｇから反射された反射光を受光する。

ステップＳ１２０において、測定部２１４は、外界センサ２０６により掘削地面Ｇに向けて照射された照射光と外界センサ２０６により受光された反射光との時間差に基づいて、掘削地面Ｇから外界センサ２０６までの距離を測定する。図６は、複数地点における掘削地面Ｇから外界センサ２０６までの距離を示す図である。図６に示すように、作業室２内におけるケーソンショベル１００の移動に伴い、外界センサ２０６から掘削地面Ｇまでの距離ｄが測定される。例えば、距離ｄは、外界センサ２０６により取得された距離画像に基づいて得られる３次元点群情報のうち、ｚ座標の値とすればよい。

掘削地面Ｇには、実線矢印で示される反射光が受光される範囲と、破線矢印で示される反射光が受光されない範囲が存在する。これは、掘削地面Ｇの形状、掘削地面Ｇを構成する材料により、外界センサ２０６により反射光が受光される場所とそうでない場所が混在するためである。なお、外界センサ２０６から掘削地面Ｇまでの距離ｄは、一台のケーソンショベル１００により測定されてもよく、複数台のケーソンショベル１００により測定されてもよい。距離ｄは、掘削地面Ｇの形状、障害物Ｄの有無により変化する。これらの情報は、コントロールユニット１６５に送付される。

ステップＳ１３０において、境界検知部２１５は、掘削地面Ｇのうち、外界センサ２０６により反射光が受光される領域（第１領域）とそれ以外の領域（第２領域）とに分割された上で、第１領域と第２領域との境界を検知する。第１領域と第２領域との分割は、分割部２１９により行われる。図７は、本発明の測定例を示す図である。図７（ａ）は、反射光が受光される領域である第１領域Ｘ１と、反射光が受光されない領域である第２領域Ｙ１（図中ハッチング部分）及び第２領域Ｙ２（図中ハッチング部分）を示す。第１領域Ｘ１と第２領域Ｙ１との境界は境界Ｌ１とされ、第１領域Ｘ１と第２領域Ｙ２との境界は境界Ｌ２とされる。境界Ｌ１は、反射光が受光される臨界点である距離ｄ１，ｄ２，ｄ３…ｄ１０を示す複数の地点を結んで構成される。境界Ｌ２は、反射光が受光される臨界点である距離ｄ１１，ｄ１２，ｄ１３…ｄ１６を示す複数の地点を結んで構成される。境界検知部２１５は、境界Ｌ１と境界Ｌ２を検知する。

ステップＳ１４０において、取得部２１６は、測定部２１４により測定された外界センサ２０６から掘削地面Ｇまでの距離に基づいて境界検知部２１５により検知された境界の高さを取得する。具体的には、取得部２１６は、境界Ｌ１と境界Ｌ２のｚ方向の高さを取得する。

ステップＳ１５０において、判定部２１７は、取得部２１６により取得された境界の高さが所定の範囲内であるか否かを判定する。具体的には、境界Ｌ１における距離ｄ１，ｄ２，ｄ３…ｄ１０の値のうち最大値をｄｍａｘ、最小値をｄｍｉｎとした場合、判定部２１７は、ｄｍａｘ及びｄｍｉｎが、式１の条件を満たすか否か判定する。

ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ≦Ｓ１・・・式１
（Ｓ１：所定値）

同様に、境界Ｌ２における距離ｄ１１，ｄ１２，ｄ１３…ｄ１６のうち最大値をｄｍａｘ、最小値をｄｍｉｎとした場合、判定部２１７は、ｄｍａｘ及びｄｍｉｎが、式１の条件を満たすか否か判定する。

ステップＳ１６０において、判定部２１７により境界を構成する複数地点の高さのうち、最大値ｄｍａｘと最小値ｄｍｉｎの差が所定値Ｓ１以下であると判定された場合には、推定部２１８は、境界Ｌ１で囲まれた領域（第２領域Ｙ１）あるいは境界Ｌ２で囲まれた領域（第２領域Ｙ２）を水面であると推定し、所定値Ｓ１以下ではないと判定された場合には、推定部２１８は、第２領域Ｙ１あるいは第２領域Ｙ２を水面でないと推定する。例えば、図７（ｂ）に示すように、境界Ｌ１において最大値ｄｍａｘであるｈ１を示す距離ｄ１と最小値ｄｍｉｎであるｈ７を示す距離ｄ７との測定値の差が所定値Ｓ１以下である場合、推定部２１８は、第２領域Ｙ１を水面Ｆであると推定する。一方、境界Ｌ２において最大値ｄｍａｘであるｈ１４を示す距離ｄ１４と最小値ｄｍｉｎであるｈ１１を示す距離ｄ１１との測定値の差が所定値Ｓ１以下でない場合、推定部２１８は、第２領域Ｙ２を水面ではなく、例えば障害物Ｄであると推定する。

なお、境界Ｌ１における距離ｄ１，ｄ２，ｄ３…ｄ１０の値あるいは境界Ｌ２における距離ｄ１１，ｄ１２，ｄ１３…ｄ１６の値の標準偏差σが所定値Ｓ２以下であることで式２の条件を満たすか否かにより第２領域Ｙ１あるいは第２領域Ｙ２が水面であるか否かを判定してもよい。

σ≦Ｓ２・・・式２
（Ｓ２：所定値）

例えば、判定部２１７により境界Ｌ１における距離ｄ１，ｄ２，ｄ３…ｄ１０の値の標準偏差σが式２の条件を満たしていると判定された場合、推定部２１８は第２領域Ｙ１を水面であると推定する。また、判定部２１７により境界Ｌ２における距離ｄ１１，ｄ１２，ｄ１３…ｄ１６の値の標準偏差σが式２の条件を満たしていないと判定された場合、推定部２１８は第２領域Ｙ１を水面ではないと推定する。更に、境界Ｌ１あるいは境界Ｌ２における距離ｄの値の平均値と最大値あるいは最小値とを比較し、その差分が所定の範囲内であると判定された場合には、第２領域Ｙ１、Ｙ２を水面であると推定してもよい。

上述した構成からなる本発明によれば、測定部２１４はＴＯＦ方式の画像センサ（外界センサ２０６）から掘削地面Ｇまでの距離ｄを測定し、境界検知部２１５は画像センサにより反射光が受光される第１領域Ｘ１とそれ以外の第２領域Ｙ１、Ｙ２との境界Ｌ１あるいは境界Ｌ２を検知する。判定部２１７により境界Ｌ１あるいは境界Ｌ２の高さが所定の範囲内であると判定された場合には、推定部２１８は第２領域Ｙ１、Ｙ２を水面であると推定する。これにより、簡易な構成により作業室内における水面の有無についての情報に基づき水面位置を推定することができる。なお、境界Ｌ１あるいは境界Ｌ２の高さの標準偏差が基準値以下であると判定された場合には、推定部２１８は第２領域Ｙ１、Ｙ２を水面であると推定してもよい。これにより、掘削地面Ｇにおける水面の有無を高い精度で推定することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ ケーソン
２ 作業室
３ 送気路
４ 走行レール
１１ 土砂自動積込装置
１２ 遠隔操作装置
１３ 地上遠隔操作室
１００ 掘削機（ケーソンショベル）
１１０ 走行体
１３０ ブーム
１５０ バケットアタッチメント
２００ 水面位置推定システム
２０６ 外界センサ
２１４ 測定部
２１５ 境界検知部
２１６ 取得部
２１７ 判定部
２１８ 推定部
２１９ 分割部
Ｇ 掘削地面
Ｘ１ 第１領域
Ｙ１ 第２領域
Ｙ２ 第２領域

Claims (3)

1. ニューマチックケーソン工法において作業室内における水面位置を推定するケーソンの水面位置推定システムにおいて、
   掘削面に光を照射する光源と、
   上記光源から照射された照射光が反射された反射光を受光する画像センサと、
   上記掘削面を上記画像センサにより反射光が受光される第１領域とそれ以外の領域である第２領域とに分割する領域分割手段と、
   上記領域分割手段により分割された上記第１領域と上記第２領域のうち、上記第２領域を水面であると推定する推定手段と
   上記光源から照射された照射光と上記画像センサにより受光された反射光との時間差に基づいて、上記画像センサから上記掘削面までの距離を測定する測定手段と、
   上記領域分割手段により分割された上記第１領域と上記第２領域との境界を検知する境界検知手段と、
   上記測定手段により測定された上記画像センサから上記掘削面までの距離に基づいて上記境界検知手段により検知された複数地点の境界の高さを取得する取得手段と、
   上記取得手段により取得された上記複数地点の境界の高さのうち最大値と最小値の差が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段とを備え、
   上記推定手段は、上記判定手段により上記境界の高さが所定の範囲内であると判定された場合には、上記第２領域を水面であると推定すること
   を特徴とするケーソンの水面位置推定システム。
2. 上記推定手段は、上記判定手段により上記境界の高さの標準偏差が基準値以下であると判定された場合には、上記第２領域を水面であると推定すること
   を特徴とする請求項１記載のケーソンの水面位置推定システム。
3. 上記画像センサは、ＴＯＦ(Time of Flight)方式の画像センサであること
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載のケーソンの水面位置推定システム。

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