JP7040810B2 - 地盤改良機用施工位置誘導システム - Google Patents

Description

本発明は地盤改良機用施工位置誘導システムに関し、より詳細にはＧＰＳ等の衛星測位システムを利用した地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて地盤改良機の施工姿勢が変化する地盤状況であっても実際に杭を施工した実杭施工位置と施工目標位置との間のずれ（誤差）を最小限に抑えることが可能な地盤改良機用施工位置誘導システムに関するものである。

国内の建設業界では、今後１０年間で技能労働者の１／３にあたる約１１０万人が高齢化等により離職すると想定され、労働力不足が深刻な問題となっており、生産性向上は避けられない課題となっている。このような背景から、国土交通省では、２０１６年を「生産性革命元年」と位置づけ、先進的な取り組みとして「生産性革命プロジェクト」が実施されており、調査・測量から設計、施工、維持管理まで全ての建設生産プロセスにおいてＩＣＴを活用した技術（ｉ－Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ（登録商標））がすすめられ、建設現場の生産性を２０２５年までに２割向上させることを目指している。ｉ－Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ（登録商標）の３つの柱の一つである、「ＩＣＴの全面的な活用」において、「ＩＣＴ施工の工種拡大」や「ＩＣＴを活用した施工管理、出来高、出来形管理の効率化」など２０１６年度のＩＣＴ土工を皮切りに、地盤改良工、舗装工、法面工など積算や技術基準等が整備され始めている。

ところで、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の衛星測位システムから得られる位置情報を基に、地盤改良機を施工目標位置に誘導するＧＰＳを利用した施工管理システムが知られている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。衛星測位システムとは、４つの衛星からの電波を受信して受信機と衛星との距離を測定し、この測距データをもとにユーザの受信機の位置と時刻を計算するコンピュータシステムである。測位の原理は、各衛星からの電波（位置と時刻のデータが乗った搬送波）を受信して、電波が人工衛星から受信機まで伝播する電波伝播時間をそれぞれ計測する。その電波伝播時間に電波の速度（光速）をかけて各衛星と受信機までの４つの距離をそれぞれ算出する。そして、受信機の位置は、各衛星の位置を中心座標とし且つ受信機までの距離を半径とした４つの球（４つの球面の方程式）が１つに交わる点（４つの方程式の解）として求められる。なお、衛星に備わる時計と受信機に備わる時計との間にはずれ（誤差）があるため、少なくとも４つの衛星からの電波を受信する必要がある。

特開２０１４－１８５４７２号公報 特開２００５－１３４０１５号公報

図１４及び図１５は、従来のＧＰＳ等の衛星測位システムを利用した地盤改良機用施工位置誘導システムの問題点を示す説明図である。図１４に示されるように、地盤改良機を施工位置に誘導する際の誘導点としては、杭芯が水平面に交差する仮想位置（以下、「杭芯先端位置」という。）を選定することができる。この場合、杭芯先端位置の座標（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）は、衛星測位システムによって算出されるＧＮＳＳアンテナ１の座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）とその座標からの各オフセット量（相対位置ベクトルＰ１）、或いはＧＮＳＳアンテナ２の座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）とその座標からの各オフセット量（相対位置ベクトルＰ２）によって一意的に決定される。なお、アンテナの座標からの各オフセット量（相対位置ベクトルＰ１及びＰ２）は、ＧＮＳＳアンテナ１及びＧＮＳＳアンテナ２に対する杭芯先端位置の相対位置を規定するものである。

従って、地盤改良機のオペレータはＧＮＳＳ衛星からの電波を受信してディスプレイ画面上に表示される現在の地盤改良機の杭芯先端位置と施工目標位置（目標座標）とを目視にて確認しながら、本体を操作して杭芯先端位置を施工目標位置に誘導することになる。そして、オペレータは杭芯先端位置を施工目標位置に誘導した後、リーダー装置を鉛直方向に設置した状態で杭を地盤に貫入させて杭の造成を行うことになる。

図１５（ａ）に示されるように、施工面が水平面に関して地盤改良機の前後方向に傾斜している場合、本体は水平面に対し傾斜し、杭芯方向も鉛直方向に対し時計方向に傾斜するようになる。従って、地盤改良機が杭を施工面に打ち付ける際、杭芯方向が鉛直方向になるようにリーダー装置を反時計方向に起こす必要がある。

しかし、図１５（ｂ）に示されるように、リーダー装置を反時計方向に起こす場合、当初の杭芯先端位置が図上右側にずれることになる。その結果、杭は目標座標からずれた施工位置に打設されることにある。

また、図１６に示されるように、施工面が基準面に関して地盤改良機の左右方向に傾斜している場合、地盤改良機が杭を施工面に打ち付ける際、図１５（ｂ）と同様に杭芯方向が鉛直方向になるようにリーダー装置を時計方向に揺動（スイング）させる必要がある。その結果、杭は目標座標からずれた施工位置に打設されることになる。つまり、地盤改良機の本体及びリーダー装置の傾斜角度を考慮せずに、衛星測位システムから得られるＧＮＳＳアンテナの座標とその座標からの各オフセット量（相対位置ベクトルＰ１及びＰ２）に基づいて杭芯先端位置を規定する場合、施工時の地盤状況によっては実際に杭を施工した実杭施工位置と施工目標位置との間にずれが生じるという問題がある。

また、杭芯先端位置を施工目標位置に誘導する場合、オペレータが誘導画面を見ながらクローラ装置を操作して杭芯先端位置を施工目標位置に誘導することになる。

しかし、地盤改良機はクローラ走行に平行な方向（例えば縦方向）の移動は得意であるが、クローラ走行に直角な方向（例えば横方向）の移動はできない。そのため、オペレータは施工目標位置に対する縦方向のずれ量は容易に修正することは出来るが、横方向のずれ量については修正することが難しい。例えば、図２８に示されるように、クローラ走行方向の５ｃｍのずれ量の修正は容易であるが、クローラ走行に直角な方向の６ｃｍのずれ量の修正は難しい。その結果、杭芯先端位置を施工目標位置に誘導する作業に、時間がかかる上に複雑な操作が必要となるという問題がある。

そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであり、その目的は、ＧＰＳ等の衛星測位システムを利用した地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて地盤改良機の施工姿勢が変化する地盤状況であっても実際に杭を施工した実杭施工位置と施工目標位置との間のずれ（誤差）を最小限に抑えることが可能な地盤改良機用施工位置誘導システムを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムは、衛星測位システムに係る電波を受信する複数のアンテナ（１０１Ａ、１０１Ｂ）及び受信装置（１０２Ａ、１０２Ｂ）と、一の前記アンテナ（１０１Ａ）を原点とする前記地盤改良機（２００）上で規定される所定の局所座標系（ＯＸＹ）と、前記衛星測位システムに対応した地球表面上で規定される所定の全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）と、前記電波に含まれる位置及び時間情報を基にして、地盤改良機（２００）を施工目標位置（ＰＴ）に誘導する際の誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）を算出する演算処理部（１０３）と、前記誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）と施工目標位置（ＰＴ）とを表示する表示部（１０７ａ）と、前記地盤改良機（２００）の本体（２０）及びリーダー装置（３０）についての少なくとも前後方向、左右方向及び進行方向の所定の施工基準姿勢・基準軸からの各変化角度（θ１,θ２,θ３,θ４,θ）を個別にリアルタイムに計測する角度計測部（１０４、１０５、１０６）と、を備えた地盤改良機用施工位置誘導システム（１００）であって、前記演算処理部（１０３）は、前記各変化角度（θ１,θ２,θ３,θ４,θ）に基づいて、前記誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）についての前記全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）上での当初位置（Ｐ３）からのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）をリアルタイムに算出し、当該ずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）を基に前記誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）から前記施工目標位置（ＰＴ）に到る前記局所座標系（ＯＸＹ）上での誘導量（ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ））をリアルタイムに修正し、当該誘導量（ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ））を前記表示部（１０７ａ）にリアルタイムに表示することを特徴とする。

上記構成では、地盤改良機（２００）の施工目標位置（ＰＴ）までの誘導作業は、表示部（１０７ａ）を介して地盤改良機（２００）上で規定される局所座標系（ＯＸＹ）上で行われることになる。これにより、地盤改良機（２００）についての表示部（１０７ａ）上での移動は、地盤改良機（２００）の本体前部が定方向（Ｙ軸方向）を指向した状態でのＹ軸方向（縦方向）又はＸ軸方向（横方向）の移動のみに簡素化される。その結果、オペレータは表示部（１０７ａ）を目視にて確認しながら、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）を施工目標位置（ＰＴ）に円滑に誘導することが可能となる。

それに加えて、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）について、上記角度計測部（１０４、１０５、１０６）によってリアルタイムに計測される上記各変化角度（θ１,θ２,θ３,θ４,θ）に基づいて、施工基準姿勢に相当する上記当初位置（Ｐ３）からのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）がリアルタイムに正確に算出されることになる。これにより、全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）上での誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）と施工目標位置（ＰＴ）とをリアルタイムに正確に算出することが可能となる。その結果、後述の全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）から局所座標系（ＯＸＹ）への座標変換（Ｔ^－１）によって、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）から施工目標位置（ＰＴ）に到る局所座標系（ＯＸＹ）上での誘導量（ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ））をリアルタイムに正確に算出することが可能となる。

まとめると、上記構成によれば、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）を施工目標位置（ＰＴ）に円滑に誘導することが出来るようになると共に、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）についての当初位置（Ｐ３）からのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）を正確に算出することが出来るようになる。そのため、地盤改良機の施工姿勢が変化する地盤状況であっても実際に杭を施工した実杭施工位置と施工目標位置との間のずれ（誤差）を最小限に抑えることが可能となる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第２の特徴は、前記局所座標系（ＯＸＹ）は、前記地盤改良機（２００）上に取り付けられ且つ前記アンテナ（１０１Ａ、１０１Ｂ）を取り付け可能なブラケット（２９Ａ、２９Ｂ）であって、水平に調整可能な矩形面（２９Ａａ、２９Ｂａ）を有する前記ブラケット（２９Ａ、２９Ｂ）によって構築されることである。

上記構成では、地盤改良機（２００）の本体（２０）を水平に設置し、且つブラケット（２９Ｂ）の矩形面（２９Ｂａ）を水平に調整した状態で、その矩形面（２９Ｂａ）上に２つのターゲット（１０１Ｂ、１２０）を設置し、トータルステーション等の測距装置（１１０）によって２つのターゲット（１０１Ｂ、１２０）を視準することにより、矩形面（２９Ｂａ）内に鉛直方向に直交した局所座標系（ＯＸＹ）に係る一方の基準軸（Ｙ軸方向の基底ベクトル）を地盤改良機（２００）上に構築することができる。更に、構築したその基準軸に９０°の回転行列を施すことによって、もう一方の基準軸（Ｘ軸方向の基底ベクトル）を地盤改良機（２００）上に構築することができる。これにより、地盤改良機（２００）上に局所座標系（ＯＸＹ）を構築することができる。これにより、トータルステーション等の測距装置（１１０）によって、局所座標系（ＯＸＹ）上での誘導基準点の当初位置（Ｐ３）についての原点（１０１Ａ）からの各オフセット量を正確に計測することが可能となる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第３の特徴は、前記ブラケット（２９Ｂ）の矩形面（２９Ｂａ）は、前記地盤改良機（２００）の長手方向に平行になるように設定されていることである。

上記構成では、地盤改良機（２００）の進行方向が局所座標系（ＯＸＹ）の基準軸（Ｙ軸方向）に平行になる。また、表示部（１０７ａ）において地盤改良機（２００）を、本体前部が施工目標位置（ＰＴ）を対向しながら縦方向に配向することができる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第４の特徴は、前記演算処理部（１０３）は、前記局所座標系（ＯＸＹ）の原点に配置された前記アンテナ（１０１Ａ）についての前記受信装置（１０２Ａ）から取得される第１の位置情報と、前記矩形面（２９Ｂａ）に配置された他のアンテナ（１０１Ｂ）についての前記受信装置（１０２Ｂ）から取得される第２の位置情報とに基づいて、前記地盤改良機（２００）の前記全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）上での方向角度（θ）を算出することである。

上記構成では、上記第１の位置情報と上記第２の位置情報とに基づいて、原点（１０１Ａ）と他のアンテナ（１０１Ｂ）を結ぶ方向ベクトルについての真北方向に対する真方位角（δ）を算出することができる。更に、方向ベクトルと局所座標系（ＯＸＹ）の基準軸（Ｙ軸方向）の規定ベクトルとの内積に基づいて、その方向ベクトルと基準軸（Ｙ軸方向）との成す角度（φ）を算出することができる。これにより、その基準軸（Ｙ軸方向）についての真北方向に対する真方位角（θ’）を算出することができる。そして、子午線収差角（γ）に基づいて地盤改良機（２００）の全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）上での方向角度（θ）を算出することができる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第５の特徴は、前記演算処理部（１０３）は、前記アンテナ（１０１Ａ）を原点とする前記地盤改良機（２００）上での所定の局所座標系（ＯＸＹ）上で前記誘導基準点の当初位置（Ｐ３）を規定し、前記各変化角度（θ１,θ２,θ３,θ４,θ）に基づいて前記誘導基準点の前記現在位置（Ｐ３’）についての前記局所座標系（ＯＸＹ）上での前記当初位置（Ｐ３）からのずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）をリアルタイムに算出し、次に前記局所座標系（ＯＸＹ）から前記全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）に変換する座標変換（Ｔ）に基づいて前記ずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）をリアルタイムに算出する。

上記構成では、誘導基準点の当初位置（Ｐ３）は、アンテナ（１０１Ａ）を原点とする地盤改良機（２００）上での局所座標系（ＯＸＹ）で規定されることになる。誘導基準点の当初位置（Ｐ３）の各座標軸からの各オフセット量については、トータルステーション等の測距装置を使用することによって、正確に測定することができる。これにより、誘導基準点の当初位置（Ｐ３）は、局所座標系（ＯＸＹ）上で正確に規定することが可能となる。その結果、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）についての局所座標系（ＯＸＹ）上での当初位置（Ｐ３）からのずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）を正確に算出することができる。更に、局所座標系（ＯＸＹ）から全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）に変換する座標変換（Ｔ）が既知である場合は、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）についての全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）上での当初位置（Ｐ３）からのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）についても正確に算出することができる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第６の特徴は、前記演算処理部（１０３）は、前記リーダー装置（３０）の前後方向についての傾斜中心（２４ａ）を第１基準点と、前記リーダー装置（３０）の左右方向についての傾斜中心（２５ａ）を第２基準点とし、前記アンテナ（１０１Ａ）から前記第１基準点（２４ａ）を経由して前記誘導基準点の当初位置（Ｐ３）に到る第１仮想折れ線（Ｐ１ａｂｃＰ３）並びに前記アンテナ（１０１Ａ）から前記第２基準点（２５ａ）を経由して前記誘導基準点の当初位置（Ｐ３）に到る第２仮想折れ線（Ｐ１ｄｅｆＰ３）に基づいて前記局所座標系（ＯＸＹ）上での前記誘導基準点の前記当初位置（Ｐ３）からの前記ずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）をリアルタイムに算出することである。

上記構成では、アンテナ（１０１Ａ）を中心とする第１仮想折れ線（Ｐ１ａｂｃＰ３）または第２仮想折れ線（Ｐ１ｄｅｆＰ３）の回転変換に帰着させることができるため、上記ずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）を正確に算出することができる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第７の特徴は、前記施工基準姿勢では、前記リーダー装置（３０）は鉛直方向に設置され且つ前記本体（２０）は水平方向に設置され、前記角度計測部（１０４、１０５、１０６）は計測基準点に校正されることである。

上記構成では、本体（２０）についての前後・左右方向及び進行方向、並びにリーダー装置（３０）についての前後・左右方向の各施工基準姿勢と、対応する各計測部（１０４、１０５、１０６）についての各計測基準点（例えばゼロ点）とが１対１に対応付けられることになる。これにより、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）についての局所座標系（ＯＸＹ）上での当初位置（Ｐ３）からのずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）を正確に算出することが可能となる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第８の特徴は、前記誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）が前記施工目標位置（ＰＴ）から所定距離（Ｘ）の範囲内に入るときに、前記演算処理部（１０３）は、前記リーダー装置（３０）を鉛直方向になるように制御することである。

上記構成では、リーダー装置（３０）を自動的に鉛直方向にすることにより、オペレータの操作を省力化すると共に、地盤改良機の誘導作業を効率的に行うことが可能となる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第９の特徴は、施工目標位置（ＰＴ）を規定するガイダンス用データを提供するサーバー（１１１）又は前記アンテナ（１０１Ａ）に対する前記誘導基準点の前記局所座標系（ＯＸＹ）上でのオフセット量を計測する測距装置（１１０）との間で演算処理部（１０３）がデータの送受信を行う無線通信装置（１０８）を備えることである。

上記構成では、オペレータは無線通信装置（１０８）を介してガイダンス用データをシステムにダウンロードすることが可能となる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第１０の特徴は、前記地盤改良機（２００）の作業実績を電子データとして保存するデータ記憶部（１０９）を備えることである。

上記構成では、オペレータは無線通信装置（１０８）を介して作業実績に係る電子データをサーバー又は他の端末に送信することが可能となる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第１１の特徴は、前記演算処理部（１０３）は、前記地盤改良機（２００）の本体（２０）の旋回中心（ＰＣｔ）から前記誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）に到る距離（Ｒｔ）を算出し、該距離（Ｒｔ）を旋回半径とする旋回円（Ｃｔ）を前記表示部（１０７ａ）に表示させることである。

上記構成では、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）は上記旋回円（Ｃｔ）上に常に位置している。従って、施工目標位置（ＰＴ）が旋回円（Ｃｔ）上に位置する場合、オペレータが本体（２０）を旋回させることによって、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）を施工目標位置（ＰＴ）に一致させることが可能となる。また、上記旋回円（Ｃｔ）を表示部（１０７ａ）に表示させることにより、オペレータが施工目標位置（ＰＴ）を旋回円（Ｃｔ）上に乗せることが容易となる。これにより、オペレータはクローラ装置（１０）の前進／後進移動と本体（２０）の旋回動作を組み合わせることによって、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）を施工目標位置（ＰＴ）にスムーズに効率良く誘導させることが可能となる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第１２の特徴は、前記演算処理部（１０３）は、前記地盤改良機（２００）のクローラ装置（１０）の走行方向を示す走行線（ＬＳ１、ＬＳ２）を前記旋回円（Ｃｔ）と共に前記表示部（１０７ａ）に表示させることである。

上記構成では、クローラ装置（１０）の走行方向を示す走行線（ＬＳ１、ＬＳ２）を表示部（１０７ａ）に表示することによって、局所座標系（ＯＸＹ）において施工目標位置（ＰＴ）に対するクローラ装置（１０）の走行方向が明確となる。これにより、オペレータは表示部（１０７ａ）を見ながら施工目標位置（ＰＴ）を旋回円（Ｃｔ）上にスムーズに乗せることが可能となる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの第１３の特徴は、前記演算処理部（１０３）は、前記旋回円（Ｃｔ）及び前記走行線（ＬＳ１、ＬＳ２）と共に、前記施工目標位置（ＰＴ）を通るガイド線（ＬＧ１、ＬＧ２）を前記表示部（１０７ａ）に表示させることである。

上記構成では、オペレータはクローラ装置（１０）を上記ガイド線（ＬＧ１、ＬＧ２）に沿って走行方向させることにより、施工目標位置（ＰＴ）を上記旋回円（Ｃｔ）上にスムーズに乗せることが可能となる。

本発明に係る地盤改良機用施工位置誘導システムによれば、誘導基準点（杭芯先端）の現在位置（Ｐ３’）を施工目標位置（ＰＴ）に誘導する誘導作業は、表示部（１０７ａ）を介して地盤改良機（２００）上で規定される局所座標系（ＯＸＹ）上で行われることになる。これにより、地盤改良機（２００）についての表示部（１０７ａ）上での移動は、地盤改良機（２００）の本体前部が定方向（Ｙ軸方向）を指向した状態でのＹ軸方向（縦方向）又はＸ軸方向（横方向）の移動のみに簡素化される。

他方、誘導基準点（杭芯先端）の現在位置（Ｐ３’）については、地盤改良機（２００）の本体（２０）及びリーダー装置（３０）についての少なくとも前後方向、左右方向及び進行方向に関する所定の施工基準姿勢・基準軸からの各変化角度（θ１,θ２,θ３,θ４,θ）をリアルタイムにそれぞれ計測しながら、衛星測位システムに対応した全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）上での所定の施工基準姿勢からのずれ量（Δ’（Δｘ’、Δｙ’））をリアルタイムに算出し、そのずれ量（Δ’（Δｘ’、Δｙ’））に基づいて誘導基準点（杭芯先端）の現在位置（Ｐ３’）から施工目標位置（ＰＴ）に到る局所座標系（ＯＸＹ）上での誘導量（ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ））をリアルタイムに算出するように構成されている。

その結果、誘導基準点（杭芯先端）の現在位置（Ｐ３’）を施工目標位置（ＰＴ）に円滑に誘導することが出来るようになると共に、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）についての施工基準姿勢に相当する当初位置（Ｐ３）からの全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）上でのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）を正確に算出することが出来るようになる。そのため、ＧＰＳ等の衛星測位システムを利用した地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて地盤改良機（２００）の施工姿勢が変化する地盤状況であっても実際に鋼管杭（１）を打設した実杭施工位置と施工目標位置（ＰＴ）との間のずれ（誤差）を最小限に抑えることが可能になる。

また、本体（２０）の旋回中心（ＰＣｔ）から誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）に到る距離（Ｒｔ）を半径とする旋回円（Ｃｔ）を表示部（１０７ａ）に表示させることにより、オペレータはクローラ装置（１０）の前進／後進移動と本体（２０）の旋回動作を組み合わせて、誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）を施工目標位置（ＰＴ）にスムーズに効率よく誘導させることが可能となる。

また、上記旋回円（Ｃｔ）に加えて、クローラ装置（１０）の走行方向を示す走行線（ＬＳ１、ＬＳ２）又は施工目標位置（ＰＴ）を通るガイド線（ＬＧ１、ＬＧ２）が表示部（１０７ａ）に表示される場合、オペレータは施工目標位置（ＰＴ）を上記旋回円（Ｃｔ）に容易に乗せることが可能となる。これにより、よりスムーズに効率よく誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）を施工目標位置（ＰＴ）に誘導させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る地盤改良機用施工位置誘導システムの構成を示すブロック図である。 本発明の地盤改良機用施工位置誘導システムが適用される地盤改良機の右側面図である。 本発明の地盤改良機用施工位置誘導システムが適用される地盤改良機の正面図である。 本発明に係る機械座標系と平面直角座標系を示す説明図である。 地盤改良機がＸ’軸との成す方向角度θを保持して前進する状態を示す説明図である。 本発明に係る計測部キャリブレーションを示す説明図である。 本体のみが左右方向に角度θ１だけ傾斜した場合の当初の杭芯先端位置のＸ軸方向についてのずれ量を算出する過程を示す説明図である。 本体のみが前後方向に角度θ２だけ傾斜した場合の当初の杭芯先端位置のＹ軸方向についてのずれ量を算出する過程を示す説明図である。 リーダー装置のみが左右方向に角度θ３だけ傾斜した場合の当初の杭芯先端位置のＸ軸方向についてのずれ量を算出する過程を示す説明図である。 リーダー装置のみが前後方向に角度θ４だけ傾斜した場合の当初の杭芯先端位置のＹ軸方向についてのずれ量を算出する過程を示す説明図である。 現在の杭芯先端位置と施工目標位置とが比較的離れている場合の本発明に係るディスプレイ上での杭誘導を示す説明図である。 現在の杭芯先端位置と施工目標位置とが比較的近接している場合の本発明に係るディスプレイ上での杭誘導を示す説明図である。 本発明に係るリーダーの垂直制御を示す説明図である。 従来のＧＰＳ等の衛星測位システムを利用した地盤改良機用施工位置誘導システムにおける誘導点（杭芯先端位置）の規定を示す説明図である。 従来のＧＰＳ等の衛星測位システムを利用した地盤改良機用施工位置誘導システムにおける施工面が水平面に対し本体の前後方向に傾斜している場合の実杭施工位置と施工目標位置とのずれ（誤差）を示す説明図である。 従来のＧＰＳ等の衛星測位システムを利用した地盤改良機用施工位置誘導システムにおける施工面が水平面に対し本体の左右方向に傾斜している場合の実杭施工位置と施工目標位置とのずれ（誤差）を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る地盤改良機用施工位置誘導システムを示す説明図である。 旋回中心の設定画面を示す説明図である。 本発明に係る旋回半径の具体例を示す説明図である。 本発明に係る旋回円を利用した施工目標位置への誘導手順を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る地盤改良機用施工位置誘導システムを示す説明図である。 本体の旋回角度を計測する計測機構を示す説明図である。 本体の旋回角度を検出する原理を示す説明図である。 クローラ装置の走行方向の描画を示す説明図である。 本発明に係る第１走行線と旋回円を利用した施工目標位置への誘導手順を示す説明図である。 本発明に係る第１走行線、第１ガイド線及び旋回円を利用した施工目標位置への誘導手順を示す説明図である。 本発明に係る第１走行線、第２ガイド線及び旋回円を利用した施工目標位置への誘導手順を示す説明図である。 従来の地盤改良機用施工位置誘導システムによる誘導手順を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る地盤改良機用施工位置誘導システム１００の構成を示すブロック図である。

この地盤改良機用施工位置誘導システム１００は、ＧＰＳ等の衛星測位システムを利用して例えば、図２に示される地盤改良機２００等に取り付けられる鋼管杭１の杭芯先端位置（誘導基準点）Ｐ３を、施工目標位置ＰＴに誘導するための地盤改良機２００等に特化した施工位置誘導システムである。特に、現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴに誘導する誘導作業については、ディスプレイ１０７を介して地盤改良機２００上で規定される機械座標系ＯＸＹ上で行われるように構成されている。また、誘導基準点となる現在の杭芯先端位置Ｐ３’については、施工地盤状況に起因して発生する施工基準姿勢からの平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上でのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）を本体２０及びリーダー装置３０についての各傾斜角度に基づいてリアルタイムに算出し、そのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）に基づいて現在の杭芯先端位置Ｐ３’から施工目標位置ＰＴに到る機械座標系ＯＸＹ上での誘導量ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ）をリアルタイムに修正するようにこの地盤改良機用施工位置誘導システム１００は構成されている。なお、杭芯先端位置（誘導基準点）については、施工基準姿勢（図４、図６）における杭芯先端位置を「当初の杭芯先端位置Ｐ３」とする一方、施工目標位置ＰＴに誘導中の杭芯先端位置を「現在の杭芯先端位置Ｐ３’」としてそれぞれ区別することにする。以降において同じ。また、機械座標系ＯＸＹ及び平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’については図４及び図５を参照しながら後述する。さらに、上記ずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）については図７から図１０を参照しながら後述する。

主な構成として、ＧＰＳ電波を受信する第１アンテナ１０１Ａ及び第２アンテナ１０１Ｂと、受信したＧＰＳ電波から衛星の位置情報及び時刻情報（以下「測位信号」又は「測位データ」という。）を取得する受信装置１０２と、取得した測位信号に基づいて現在の杭芯先端位置Ｐ３’をリアルタイムに算出すると共に、その現在の杭芯先端位置Ｐ３’についての衛星測位システムに対応した平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’（図４）上での施工基準姿勢からのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）をリアルタイムに算出し、そのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）を基に杭芯先端の誘導位置（施工目標位置ＰＴ）を修正する演算処理装置１０３と、地盤改良機２００の本体２０の基準面（例えば水平面）に対する前後方向及び左右方向についての傾斜角度θ１,θ２を計測する本体角度計測部１０４と、地盤改良機２００のリーダー装置３０の基準方向（例えば鉛直方向）に対する左右方向（スイング方向）及び前後方向（起倒方向）についての傾斜角度θ３,θ４を計測するリーダー角度計測部１０５と、基準方向（例えばＸ’軸）に対する地盤改良機２００の方向角度θ（進行方向）を計測する方向角度計測部１０６と、現在の杭芯先端位置Ｐ３’、施工目標位置ＰＴおよび上記ずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）等を表示するディスプレイ１０７と、携帯電話用データ通信（以下「ＬＴＥ」）又は近距離無線通信（以下「無線ＬＡＮ」）を介して外部機器（例えば測距装置１１０、サーバー１１１）と双方向データ通信を行うためのＬＴＥ送受信装置／無線ＬＡＮ１０８と、実際に鋼管杭１を打設した実施工位置データ等を保存するデータ記憶部１０９と、地盤改良機２００の機械座標系ＯＸＹの原点（第１アンテナ１０１Ａ）からの当初の杭芯先端位置Ｐ３のオフセット量を計測する測距装置１１０と、鋼管杭１の施工目標位置ＰＴについての位置情報（ガイダンス用データ）を演算処理装置１０３に送信するサーバー１１１と、本体２０の旋回角度を計測する旋回角度計測部１１２と、を具備して、この地盤改良機用施工位置誘導システム１００は構成される。以下、各構成について更に説明する。

第１アンテナ１０１Ａ及び第２アンテナ１０１Ｂは、例えばマイクロストリップ平面アンテナである。第１アンテナ１０１Ａ及び第２アンテナ１０１Ｂで受信されるＧＰＳ電波は、周波数が１５７５．４２ＭＨｚの搬送波に測位データがＣ／Ａコードによって符号化された電波である。本実施形態では第１アンテナ１０１Ａは地盤改良機２００（図２）の操縦室２２の上部に第１ブラケット２９Ａを介して設けられ、第２アンテナ１０１Ｂは地盤改良機２００（図２）のカウンターウェイト２１の上方に第２ブラケット２９Ｂを介して設けられている。

第１受信装置１０２Ａ及び第２受信装置１０２Ｂは、第１アンテナ１０１Ａ、第２アンテナ１０１Ｂで受信したＧＰＳ電波からＣ／Ａコードによって符号化された符号化信号を分波して、更にＣ／Ａコードを無効化して符号化信号に含まれる衛星の位置情報及び時刻情報に係る測位信号を取り出す処理（以下「ＧＰＳ信号処理」という。）を行う。第１受信装置１０２Ａ及び第２受信装置１０２Ｂは、例えば２０チャンネルを有し２０基のＧＰＳ衛星から送信されて来るＧＰＳ電波について同時に（パラレルに）ＧＰＳ信号処理を行うことが可能である。

演算処理装置１０３はＲＡＭ及びＲＯＭを備え、第１受信機１０２Ａで得られた複数の衛星からの測位信号と第２受信機１０２Ｂで得られた複数の衛星からの測位信号を基にいわゆる相対測位を行うことによって、衛星測位システムに対応した平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’（図４）上での第１アンテナ１０１Ａの位置Ｐ１および第２アンテナ１０１Ｂの位置Ｐ２を正確に算出する。そして、予め測距装置１１０によって計測された機械座標系ＯＸＹ（図４）上での第１アンテナ１０１Ａの位置Ｐ１と当初の杭芯先端位置Ｐ３との間のオフセット量（相対位置関係）、並びに地盤改良機２００の本体２０及びリーダー装置３０についての施工基準姿勢からの各傾斜角度θ１,θ２,θ３,θ４を基に、現在の杭芯先端位置Ｐ３’についての機械座標系ＯＸＹ上での施工基準姿勢からのずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）をリアルタイムに算出する。なお、ここで言う「リアルタイムに」とは、「鋼管杭１の杭芯先端を施工目標位置に誘導している間所定のタイミングで」ということを意味している。以降において同じ。

さらに、演算処理装置１０３はそのずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）に機械座標系ＯＸＹから平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’への座標変換Ｔ（式１）を施して、現在の杭芯先端位置Ｐ３’についての平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での施工基準姿勢からのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）をリアルタイムに算出する。そして、そのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）に基づいて現在の杭芯先端位置Ｐ３’から施工目標位置ＰＴに到る機械座標系ＯＸＹ上での誘導量ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ）をリアルタイムに修正する。なお、機械座標系ＯＸＹ上での施工基準姿勢からの上記ずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）の算出については、図７から図１０を参照しながら後述する。

本体角度計測部１０４は、地盤改良機２００の本体２０の前後方向・左右方向の水平面に対する傾斜角度をリアルタイムに計測する。ここで言う「前後方向」とは、地盤改良機２００の機械座標系ＯＸＹ（図４）上でのＹ軸方向を意味している。また、「左右方向」とは、同機械座標系ＯＸＹ（図４）上でのＸ軸方向を意味している。従って、「本体２０の左右方向の水平面に対する傾斜角度θ１」とは、Ｙ軸方向から本体２０を見た場合に施工面とＸ軸との成す角度θ１を意味している。また、「本体２０の前後方向の水平面に対する傾斜角度θ２」とは、Ｘ軸方向から本体２０を見た場合に施工面とＹ軸との成す角度θ２を意味している。

なお、上記「本体２０の左右方向の水平面に対する傾斜角度θ１」および上記「本体２０の前後方向の水平面に対する傾斜角度θ２」をリアルタイムに同時に計測する傾斜センサとしては、例えばifm efector株式会社製の型式ＪＮ２２０１を使用することができる。

リーダー角度計測部１０５は、地盤改良機２００のリーダー装置３０の左右方向・前後方向の鉛直方向に対する傾斜角度をリアルタイムに計測する。「左右方向」及び「前後方向」の意味については、本体角度計測部１０４と同じである。また、ここで言う「リーダー装置３０の左右方向の鉛直方向に対する傾斜角度θ３」とは、本体２０の機械座標系ＯＸＹのＹ軸方向から見た場合のリーダー装置３０（杭芯方向）のＺ軸方向に対する傾斜角度を意味している。また、ここで言う「リーダー装置３０の前後方向の鉛直方向に対する傾斜角度θ４」とは、本体２０の機械座標系ＯＸＹのＸ軸方向から見た場合のリーダー装置３０（杭芯方向）のＺ軸方向に対する傾斜角度を意味している。

なお、上記「リーダー装置３０の左右方向の鉛直方向に対する傾斜角度θ３」および上記「リーダー装置３０の前後方向の鉛直方向に対する傾斜角度θ４」をリアルタイムに同時に計測する傾斜センサとしては、例えばifm efector株式会社製の型式ＪＮ２２０１を使用することができる。

方向角度計測部１０６は、地盤改良機２００の進行方向（機械座標系ＯＸＹのＹ軸）と基準方向（平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’のＸ’軸）との成す角度（方向角度θ）をリアルタイムに計測する。この方向角度θは、第１アンテナ１０１Ａの位置情報（緯度経度情報）及び第２アンテナ１０１Ｂの位置情報（緯度経度情報）を基に上記演算処理装置１０３によってリアルタイムに算出される。なお、詳細については図５を参照しながら後述するが、この方向角度θは、「第１アンテナ１０１Ａと第２アンテナ１０１Ｂとを結ぶベクトルＯＰ２」と真北との成す角度δ（真方位角）から、機械座標系ＯＸＹのＹ軸と上記ベクトルＯＰ２との成す角度φと、子午線収差角γを差し引くことにより算出される。

ディスプレイ１０７は、例えば液晶タッチパネルから構成されている。タッチパネルには施工目標位置ＰＴ、現在の杭芯先端位置（誘導点）Ｐ３’、現在の杭芯先端位置Ｐ３’についての機械座標系ＯＸＹ上での施工目標位置ＰＴに到達するまでの誘導量ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ）等が表示されている。ディスプレイ１０７の詳細については図１１及び図１２を参照しながら後述する。

ＬＴＥ送受信装置１０８は、携帯電話用電波をアンテナ（図示せず）を介して受信して、その電波に含まれる所定のデータ、例えば鋼管杭１についての座標が規定された施工位置データ（ガイダンス用データ）を取得する。他方、ＬＴＥ送受信装置１０８は、例えば実際に施工した鋼管杭１の実施工位置（貫入位置）についての実施工位置データ（出来高・出来形）を携帯電話用電波に乗せてアンテナ（図示せず）を介して所定のサーバー１１１または他の端末装置に送信する。

また、ＬＴＥ送受信装置１０８は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）等の無線ＬＡＮを有し、無線ＬＡＮを介して各種データ、例えば測距装置１１０による計測データ（第１アンテナ１０１Ａの位置Ｐ１と当初の杭芯先端位置Ｐ３との間のオフセット量）を受信する。

データ記憶部１０９は、ハードディスク（ＨＤ）又はソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等の半導体メモリから成る大容量の補助記憶装置、或いはＵＳＢメモリ等の可搬型メモリから成る。サーバー１１１から送信されて来る地盤改良機２００の施工位置に係るガイダンス用データに加え、造成中の鋼管杭１に係る掘削深度、流量、羽根切り回数、回転トルクなどの施工データについてもデータ記憶部１０９に保存される。

測距装置１１０は、例えばトータルステーションを使用することが出来る。トータルステーションは、光波（計測光）による測距機能とエンコーダーによる測角機能とを併せ持つ光位置計測装置である。計測者が計測したい位置（計測点）に計測ターゲット用プリズムを設置して、そのプリズムに光波を照射しその反射光を受光することによってトータルステーションの座標中心点（器械点）に対する計測点の位置を正確に算出することができる。なお、精度は落ちるが計測ターゲット用プリズムを使用せずに光波（計測光）を計測点に直接照射して計測することも可能である。

サーバー１１１は、オペレータからの要求に基づいて地盤改良機２００の施工位置に係るガイダンス用データをこの地盤改良機用施工位置誘導システム１００に送信する。また、地盤改良機用施工位置誘導システム１００から送信されて来る実際の施工データ（杭径、セメント添加量、混合比、回転トルク、深度）を保存する。

旋回角度計測部１１２は、地盤改良機２００の本体２０についての旋回中心ＰＣｔ（図１７）を中心とした旋回角度θ５を計測する。なお、この旋回角度θ５を計測する機構については、図２３を参照しながら後述する。旋回角度θ５を計測するセンサとしては、磁気センサ、例えばバルーフ株式会社の型式BML SL1-ALZ1-UEZZ-AU1L-KA05の磁気センサを使用することができる。

図２及び図３は、本発明の地盤改良機用施工位置誘導システム１００が適用される地盤改良機２００を示す説明図である。図２は右側面図を表し、図３は正面図を表している。なお、鋼管杭１は図示されていない。

この地盤改良機２００は、本体２０を前後進・左右旋回等させるクローラ装置１０と、オペレータを収容するための操縦室２２ならびにエンジン、油圧ポンプ及びこれらの制御機器等を収容する動力室２３が配置された本体２０と、スイベルヘッド４０を昇降させるためのリーダー装置３０と、鋼管杭１に回転トルクを与えるスイベルヘッド４０とを具備して構成される。以下、各構成について簡単に説明する。

図３に示されるように、クローラ装置１０は、左右独立の走行モータ（図示せず）を有し、各走行モータに直結した左右独立の駆動輪１１,１１と、回転自在な左右独立の遊動輪１２,１２と、駆動輪１１と遊動輪１２との間に巻き掛けられる左右独立の無限履帯１３,１３と、駆動輪１１と遊動輪１２との間に配置され無限履帯１３の張りを保持する回転自在な左右独立の複数の転輪１４とを具備しながら、本体２０を前後進・左右旋回させる。

本体２０は、上記操縦室２２及び上記動力室２３以外にも、リーダー装置３０を本体２０の前後方向に傾斜させる起倒シリンダ２４と、リーダー装置３０を本体２０の左右方向に傾斜させるスイングシリンダ２５と、スイベルヘッド４０に油圧を供給する油圧ホース（図示せず）を高い位置で支持するためのリレーブラケット２６と、リーダー装置３０全体を本体２０に対し上下に昇降させるスライドシリンダ２７と、本体２０を地面に押し付ける推力を発生させる４個のアウトリガ２８と、第１アンテナ１０１Ａを取り付ける第１矩形面２９Ａａ（図４）を有する第１アンテナブラケット２９Ａと、第２アンテナ１０１Ｂを取り付けるための第２矩形面２９Ｂａ（図４）を有する第２アンテナブラケット２９Ｂとを備えている。

第２アンテナブラケット２９Ｂには、第２アンテナ１０１Ｂ以外にも、本体２０についての水平方向からの前後・左右の各傾斜角（後述のθ１、θ２）を計測する本体角度計測部１０５、並びに機械座標系ＯＸＹのＹ軸方向を規定するための機械座標基準点１２０がそれぞれ取り付けられている。なお、機械座標系ＯＸＹのＸ軸方向は第１アンテナブラケット２９Ａに基づいて規定される。従って、第１アンテナブラケット２９Ａと第２アンテナブラケット２９Ｂは互いに直交した関係にある。

リーダー装置３０は、スイベルヘッド４０をチェーン３１によって上下に昇降させる。チェーン３１はリーダー装置３０の両端部に設けられた駆動スプロケット（図示せず）と遊動スプロケット（図示せず）との間に巻き掛けられている。従って、スイベルヘッド４０によって回転駆動している鋼管杭１を、チェーン３１によって地中に押し下げる、又は地中から地面に引き上げることが可能となる。

リーダー装置３０は、起倒シリンダ２４によって前後リーダー支点２４ａを中心として本体２０の前後方向に傾斜可能に構成されている。また、リーダー装置３０は、スライドシリンダ２７によって本体２０の上下方向に変位可能に構成されている。更に、図３に示されるように、リーダー装置３０はスイングシリンダ２５によって左右リーダー支点２５ａを中心として左右方向にスイング可能に構成されている。

スイベルヘッド４０は、鋼管杭１を回転させる油圧モータ（図示せず）と、油圧モータの回転トルクを鋼管杭１に伝達するスピンドル（図示せず）と、鋼管杭１の径方向に係合して鋼管杭１の軸方向の移動を拘束するチャック（図示せず）とを備えている。また、地盤改良剤を鋼管杭１に供給する注入ホース部が鋼管杭１と共に回転することを防止する為のパイプを支持するパイプクランプ４１もスイベルヘッド４０は備えている。

また、鋼管杭１の先端には攪拌工具（図示せず）を取り付けることが可能である。撹拌工具は地盤土壌を撹拌するための撹拌羽根と地盤を掘削するための掘削羽根とを備えている。また、撹拌工具は地盤改良剤の注出口を備えており、鋼管杭１の中空部を通して供給された地盤改良剤を地盤中に注入することができる。この撹拌工具により地盤中に円柱形状の柱状改良杭を造成することができる。なお、使用される地盤改良剤としては、例えばセメントミルク等である。

図４は、本発明に係る機械座標系ＯＸＹと平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’を示す説明図である。機械座標系ＯＸＹは、第１アンテナ１０１Ａの位置Ｐ１を原点Ｏ（基準点Ｏ）とし、水平面内の第１アンテナ１０１Ａを通る直線であって第２アンテナ１０１Ｂと機械座標基準点１２０とを結ぶ直線（方向ベクトル）に平行な直線をＹ軸とし、水平面内の第１アンテナ１０１Ａを通るＹ軸に直交する直線をＸ軸とする地盤改良機２００についてのローカル座標系である。機械座標系ＯＸＹは、地盤改良機２００上での第１アンテナ１０１Ａに対する当初の杭芯先端位置Ｐ３の相対位置を規定している。なお、ここで言う「水平面」とは、鉛直方向に垂直な平面を意味している。

また、本体２０の機械座標系ＯＸＹとは別に、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’が設定されている。この平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’は、鋼管杭１の施工目標位置ＰＴ（目標座標）を規定する衛星測位システムに対応したグローバル座標系である。なお、「衛星測位システムに対応した」とは、この平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’がその衛星測位システムの座標系（緯度経度座標系）に等しいか、或いは座標原点（基準点）又は／及び座標軸（基準軸）の位相を同じくすると互いに重なる直交座標系であることを意味している。上記ディスプレイ１０７に表示される全ての計測点の座標は、この平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’によって規定される座標である。

従って、第１アンテナ１０１Ａの位置Ｐ１と第２アンテナ１０１Ｂの位置Ｐ２については、ＧＰＳ電波に含まれる測位信号から直に算出される座標である。それに対し、これら以外の地盤改良機２００上での杭芯先端位置Ｐ３,Ｐ３’については、機械座標系ＯＸＹによって規定される座標（Ｘ１、Ｙ１）である。そのため、杭芯先端位置Ｐ３,Ｐ３’を平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上に正確に表示させるためには、機械座標系ＯＸＹから平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’への座標変換Ｔを上記座標（Ｘ１、Ｙ１）に作用させる操作が必要となる。なお、左記座標（Ｘ１、Ｙ１）については上記測距装置（トータルステーション）１１０によって計測される。従って、以下に上記測距装置１１０を使用した座標計測について簡単に説明し、その後上記座標変換Ｔについて説明する。

図５は、地盤改良機２００がＸ’軸との成す方向角度θを保持して前進する状態を示す説明図である。説明の都合上、測距装置１１０の計測座標系Ｏ”Ｘ”Ｙ”は、そのＺ”軸が鉛直方向を指向し機械座標系ＯＸＹのＺ軸と平行関係にあるものと仮定する。従って、測距装置１１０の計測座標系Ｏ”Ｘ”Ｙ”と地盤改良機２００の機械座標系ＯＸＹは、原点を一致させた状態で計測座標系Ｏ”Ｘ”Ｙ”を時計方向に角度ωだけ回転させると各軸が互いに重なる関係にある。

ここで、計測座標系Ｏ”Ｘ”Ｙ”のＸ軸方向の基底ベクトルをｉ”（＝（１、０、０））とし、Ｙ軸方向の基底ベクトルをｊ”（＝（０、１、０））とする。計測座標系Ｏ”Ｘ”Ｙ”における機械座標系ＯＸＹのＹ軸方向についての基底ベクトルｊは下記式１の通り算出される。
（式１）ｊ＝（Ｐ４”－Ｐ２”）／｜Ｐ４”－Ｐ２”｜
但し、上記Ｐ４”は測距装置１１０によって計測された機械座標基準点１２０の座標である。また、上記Ｐ２”は測距装置１１０によって計測された第２アンテナ１０１Ｂの座標である。また、｜｜は長さを表す。

従って、計測座標系Ｏ”Ｘ”Ｙ”における機械座標系ＯＸＹのＸ軸方向についての基底ベクトルｉは下記式２に示される通り算出される。
（式２）ｉ＝Ｒ（９０°）ｊ
但し、上記Ｒ（９０°）は回転角が９０°の回転行列である。

従って、計測座標系Ｏ”Ｘ”Ｙ”と機械座標系ＯＸＹとの間の位相差を表す上記角度ωは、下記式３及び下記式４の連立方程式の解として算出される。
（式３）cosω＝ｊ・ｊ”
（式４）－sinω＝ｊ・ｉ”
但し、・は内積を表す。
従って、計測座標系Ｏ”Ｘ”Ｙ”から機械座標系ＯＸＹへの座標変換行列Ｔ１は、下記式５に示される通り回転角がωの回転行列Ｒ（ω）に等しくなる。
（式５）

従って、機械座標系ＯＸＹ上での当初の杭芯先端位置Ｐ３の座標（ベクトルＯＰ３）は、下記式６に示される通り測距装置１１０による第１アンテナ１０１Ａの計測値（座標）及び当初の杭芯先端位置Ｐ３の計測値（座標）から一意的に算出される。なお、ここで言う「当初」とは計測部キャリブレーション時または施工基準姿勢時（本体２０を水平状態に且つリーダー装置３０を鉛直方向に設置した時）という意味である。
（式６）ＯＰ３＝Ｔ１（Ｐ３”－Ｐ１”）
但し、上記Ｐ１”は測距装置１１０によって計測された第１アンテナ１０１Ａの座標である。また、上記Ｐ３”は測距装置１１０によって計測された当初の杭芯先端位置Ｐ３の座標である。

一方、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’のＸ’軸に対する機械座標系ＯＸＹのＹ軸についての方向角度をθとすると（θの符号についてはＸ’軸から時計方向に回転する方向を正としている）、左記方向角度θは、第１ＧＰＳ受信装置１０２Ａから取得される第１アンテナ１０１Ａについての位置情報（緯度経度情報）と第２ＧＰＳ受信装置１０２Ｂから取得される第２アンテナ１０１Ｂについての位置情報（緯度経度情報）から一意的に算出される。

すなわち、第１アンテナ１０１Ａと第２アンテナ１０１Ｂとを結ぶベクトルＯＰ２についての真方位角δは第１アンテナ１０１Ａと第２アンテナ１０１Ｂの各位置情報（経度緯度情報）から算出される。他方、ベクトルＯＰ２についての機械座標系ＯＸＹのＹ軸に対する方向角度φは下記式７に示される通り算出される。
（式７）φ＝cos^－１｛ｊ・（ベクトルＯＰ２）／｜ベクトルＯＰ２｜｝
従って、機械座標系ＯＸＹのＹ軸についての真方位角θ’は、下記式８に示される通り算出される。
（式８）θ’＝δ－φ
従って、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’のＸ’軸に対する機械座標系ＯＸＹのＹ軸の方向角度θは、子午線収差角γ（Ｘ’軸の真北からのずれ角度）から下記式９に示される通り算出される。
（式９）θ＝θ’－γ

平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’は、（１）機械座標系ＯＸＹを反時計方向にθだけ回転させて、（２）Ｘ軸とＹ軸を入れ替えた座標系に相当する。従って、機械座標系ＯＸＹから平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’への座標変換Ｔは、下記式１０の行列Ｔに相当する。
（式１０）

従って、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での当初の杭芯先端位置Ｐ３の座標（ベクトルＯ’Ｐ３）は、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での第１アンテナ１０１Ａの座標（ベクトルＯ’Ｐ１）に、機械座標系ＯＸＹ上での当初の杭芯先端位置Ｐ３の座標（ベクトルＯＰ３）に行列Ｔを施した座標を加えた下記式１１の座標に等しくなる。
（式１１）

なお、上記式１１中の平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での第１アンテナ１０１Ａの座標（ベクトルＯ’Ｐ１）については、ＧＰＳ電波に含まれる測位信号から直に算出されるのに対し、機械座標系ＯＸＹ上での当初の杭芯先端位置Ｐ３の座標（ベクトルＯＰ３）については、後述の計測部キャリブレーション（施工基準姿勢の設定）時で取得されたオフセット量（座標）を使用する。

従って、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での現在の杭芯先端位置Ｐ３’の座標は、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での当初の杭芯先端位置Ｐ３の座標（ベクトルＯ’Ｐ３）に、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上でのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）を加えた下記式１１ａの座標に等しくなる。
（式１１ａ）

なお、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上でのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）は、計測部キャリブレーション（施工基準姿勢の設定）時で取得されたずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）に上記座標変換Ｔを施した下記式１２の座標に等しくなる。
（式１２）

因みに、現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴに誘導する誘導作業は、誘導作業が簡素化される機械座標系ＯＸＹ上での誘導量ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ）に基づいて行われる。機械座標系ＯＸＹ上での誘導量ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ）は、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での現在の杭芯先端位置Ｐ３’に対する施工目標位置ＰＴのベクトルに、上記座標変換Ｔの逆行列Ｔ^－１を施した下記式１２ａに示されるベクトル量に等しくなる。
（式１２ａ）

なお、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での施工目標位置ＰＴ（ペクトルＯ’ＰＴ）については、サーバー１１１より送信されて来るガイダンス用データから取得される。また、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での現在の杭芯先端位置Ｐ３’（ベクトルＯ’Ｐ３’）については、上記式１１ａから得られる。以下、本体２０及びリーダー装置３０についての施工基準姿勢を規定する計測部キャリブレーションについて説明する。

図６は、本発明に係る計測部キャリブレーションを示す説明図である。図６（ａ）は地盤改良機２００の平面図であり、図６（ｂ）は左側面図であり、図６（ｃ）は正面図である。ここで言う「計測部キャリブレーション」とは、地盤改良機２００を施工の基準となる姿勢（施工基準姿勢）に設置したときの各計測部（本体角度、リーダー角度、方向角度）の出力値を所定の基準値（例えば、ゼロ）に設定することを意味している。本実施形態における「施工基準姿勢」とは、例えば本体２０をアウトリガ２８によって水平状態にしてリーダー装置３０を鉛直方向に設置し、さらに第２アンテナ１０１Ｂと方向角度計測部１０６を結んだ仮想直線を平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’のＸ’軸に平行に設置したときの地盤改良機２００の姿勢を意味している。従って、本体角度計測部１０４のゼロ点は水平状態であり、リーダー角度計測部１０５のゼロ点は鉛直状態であり、方向角度計測部１０６のゼロ点は平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’のＸ’軸に平行な方向である。

図６（ａ）に示されるように、施工基準姿勢における第１アンテナ１０１Ａからの当初の杭芯先端位置Ｐ３のＸ軸方向・Ｚ軸方向オフセット量（Ｘ１、Ｙ１）は（－９１３ｍｍ、３１２３.３ｍｍ）である。なお、「杭芯先端」とは鋼管杭１の杭芯Ｌ１が基準面（施工面）に交差する仮想点を意味している。以降において同じ。

図６（ｂ）に示されるように、第１アンテナ１０１Ａからの当初の杭芯先端位置Ｐ３のＺ軸方向オフセット量Ｚ１は２９２６.９ｍｍである。また、前後リーダー支点２４ａからの当初の杭芯先端位置Ｐ３のＹ軸方向・Ｚ軸方向オフセット量（Ｙ３、Ｚ３）は（９９２ｍｍ、－１５７４.５ｍｍ）である。なお、第１アンテナ１０１Ａからの前後リーダー支点２４ａのＹ軸方向・Ｚ軸方向オフセット量（Ｙ２、Ｚ２）は（２１３１.３ｍｍ、１３５２.４ｍｍ）である。

図６（ｃ）に示されるように、左右リーダー支点２５ａからの当初の杭芯先端位置Ｐ３のＺ軸方向・Ｘ軸方向オフセット量（Ｚ４、Ｘ３）は（－１２６９.５ｍｍ、－２７５ｍｍ）である。なお、第１アンテナ１０１Ａからの左右リーダー支点２５ａのＺ軸方向・Ｘ軸方向オフセット量（Ｚ５、Ｘ２）は（－１６５７.４ｍｍ、－６３８ｍｍ）である。

もし、本体２０又はリーダー装置３０の各姿勢が施工基準姿勢に対し何ら変化しない場合、当初の杭芯先端位置Ｐ３は、第１アンテナ１０１ＡからＸ軸方向に沿ってＸ１、Ｙ軸方向に沿ってＹ１、Ｚ軸方向に沿ってＺ１オフセットしたところに位置している。しかし、実施工時の地盤状況は、計測部キャリブレーション時の地盤状況とは異なるため、本体２０は水平方向に対し前後方向及び／又は左右方向に傾斜する。更にリーダ－装置３０についても鉛直方向に対し前後方向（起倒方向）及び／又は左右方向（スイング方向）に傾斜する。つまり、実施工時の現在の杭芯先端位置Ｐ３’は、計測部キャリブレーション時（施工基準姿勢）における当初の杭芯先端位置Ｐ３からずれることになる。従って、このずれた状態で杭芯Ｌ１を鉛直方向に設置する場合、実杭施工位置と施工目標位置ＰＴとの間にずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）が生じることになる。従って、現在の杭芯先端位置Ｐ３’については、杭芯Ｌ１を鉛直方向に設置した際にずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）が生じない修正誘導位置に誘導する必要がある。

図６（ｂ）の太折れ線は、当初の杭芯先端位置Ｐ３についてのＹ軸方向のずれ量ΔＹを算出するための、Ｙ軸方向・Ｚ軸方向についての第１アンテナ１０１Ａと当初の杭芯先端位置Ｐ３との相対位置関係を示すＹＺ仮想折れ線Ｐ１ａｂｃＰ３である。同様に、図６（ｃ）の折れ線は、当初の杭芯先端位置Ｐ３についてのＸ軸方向のずれ量ΔＸを算出するための、Ｚ軸方向・Ｘ軸方向についての第１アンテナ１０１Ａと当初の杭芯先端位置Ｐ３との相対位置関係を示すＺＸ仮想折れ線Ｐ１ｄｅｆＰ３である。

なお、上記ずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）の算出については、先ず本体２０のみが傾斜しリーダー装置３０は傾斜しないと仮定した場合のずれ量（ΔＸ’、ΔＹ’）を算出し、次いでリーダー装置３０のみが傾斜し本体２０は傾斜しないと仮定した場合のずれ量（ΔＸ”、ΔＹ”）を算出し、これらを合算したずれ量（ΔＸ’＋ΔＸ”、ΔＹ’＋ΔＹ”）を上記ずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）としている。なお、上記ずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）は機械座標系ＯＸＹにおけるベクトル量であるため、ディスプレイ１０７上に表示させる場合は、上記式１で示される行列Ｔを掛けて平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’におけるベクトル量に変換する必要がある。以下、ＹＺ仮想折れ線Ｐ１ａｂｃＰ３又はＺＸ仮想折れ線Ｐ１ｄｅｆＰ３を使用した上記ずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）の算出の一例について説明する。

図７は、本体２０のみが左右方向に角度θ１だけ傾斜した場合の当初の杭芯先端位置Ｐ３のＸ軸方向についてのずれ量ΔＸ’を算出する過程を示す説明図である。図７（ａ）は、計測部キャリブレーション時の本体２０の姿勢状態を示す。図７（ｂ）は、本体２０が左右方向に角度θ１だけ傾斜したときの姿勢状態を示す。図７（ｃ）は、傾斜前におけるＺＸ仮想折れ線Ｐ１ｄｅｆ及び傾斜後におけるＺＸ仮想折れ線Ｐ１ｄ’ｅ’ｆ’を示す。なお、説明の都合上、変化の前後において第１アンテナ１０１ＡのＸ座標は同じとし、線分ｅｆの長さと方向は変化しないものと仮定する。また、リーダー装置３０は傾斜しないものと仮定する。

図７（ｃ）に示されるように、ＺＸ仮想折れ線Ｐ１ｄｅは、第１アンテナ１０１Ａを中心に時計方向に角度θ１だけ回転した場合、点ｄは点ｄ’に変位し、点ｅは点ｅ’に変位し、点ｆは点ｆ’に変位する。線分ｅ’ｆ’の長さと方向は線分ｅｆの長さと方向に等しい。従って、計測部キャリブレーション時の第１アンテナ１０１Ａからの左右リーダー支点２５ａのオフセット量｜Ｘ２｜は、｜Ｘ２’｜（＝ｄ’ｈ’－ｄ’ｈ）に変化する。なお、点ｈは、点ｄ’から点ｅ’を通るＺ軸方向に平行な直線に下ろした垂線の足である。点ｈ’は、点ｄ’から点Ｐ１を通るＺ軸方向に平行な直線に下ろした垂線の足である。

本体２０が左右方向に角度θ１だけ傾斜した場合の、第１アンテナ１０１Ａからの左右リーダー支点２５ａのオフセット量Ｘ２’は、下記の通り算出される。
（式１３）｜Ｘ２’｜＝ｄ’ｈ’－ｄ’ｈ＝Ｐ１ｄ’＊cosθ１－ｄ’ｅ’＊sinθ１＝｜Ｘ２｜＊cosθ１－｜Ｚ５｜＊sinθ１＝６３８＊cosθ１－１６５７.４＊sinθ１

従って、本体２０が左右方向に角度θ１だけ傾斜した場合の当初の杭芯先端位置Ｐ３のＸ軸方向についてのずれ量ΔＸ’は、下記の通り算出される。
（式１４）ΔＸ’＝｜Ｘ２｜－｜Ｘ２’｜＝６３８－（６３８＊cosθ１－１６５７.４＊sinθ１）＝６３８＊（１－cosθ１）＋１６５７.４＊sinθ１

図８は、本体２０のみが前後方向に角度θ２だけ傾斜した場合の当初の杭芯先端位置Ｐ３のＹ軸方向についてのずれ量ΔＹ’を算出する過程を示す説明図である。図８（ａ）は、計測部キャリブレーション時の本体２０の姿勢状態を示す。図８（ｂ）は、本体２０が前後方向に角度θ２だけ傾斜したときの姿勢状態を示す。図８（ｃ）は傾斜前におけるＹＺ仮想折れ線Ｐ１ａｂｃ及び傾斜後におけるＹＺ仮想折れ線Ｐ１ａ’ｂ’ｃ’を示す。なお、説明の都合上、変化の前後において第１アンテナ１０１ＡのＹ座標は同じとし、線分ｂｃの長さと方向は変化しないものと仮定する。また、リーダー装置３０は傾斜しないものと仮定する。

図８（ｃ）に示されるように、ＹＺ仮想折れ線Ｐ１ａｂｃは、第１アンテナ１０１Ａを中心に反時計方向に角度θ２だけ回転した場合、点ａは点ａ’に変位し、点ｂは点ｂ’に変位し、点ｃは点ｃ’に変位する。線分ｂ’ｃ’の長さと方向は線分ｂｃの長さと方向に等しい。従って、計測部キャリブレーション時の第１アンテナ１０１Ａからの前後リーダー支点２４ａのオフセット量Ｙ２は、Ｙ２’（＝Ｐ１Ｈ＋Ｈ’ｂ’）に変化する。なお、点Ｈは、点ａ’から点Ｐ１を通るＹ軸方向に平行な直線に下ろした垂線の足である。点Ｈ’は、点ａ’から点ｂ’を通るＹ軸方向に平行な直線に下ろした垂線の足である。

本体２０が前後方向に角度θ２だけ傾斜した場合の、第１アンテナ１０１Ａからの前後リーダー支点２４ａのオフセット量Ｙ２’は、下記の通り算出される。
（式１５）Ｙ２’＝Ｐ１Ｈ＋Ｈ’ｂ’＝Ｐ１ａ’＊cosθ２＋ａ’ｂ’＊sinθ２＝Ｐ１ａ＊cosθ２＋ａｂ＊sinθ２＝Ｙ２＊cosθ２＋｜Ｚ２｜＊sinθ２＝２１３１.３＊cosθ２＋１３５２.４＊sinθ２

従って、本体２０が前後方向に角度θ２だけ傾斜した場合の当初の杭芯先端位置Ｐ３のＹ軸方向についてのずれ量ΔＹ’は、下記の通り算出される。
（式１６）ΔＹ’＝Ｙ２’－Ｙ２＝（２１３１.３＊cosθ２＋１３５２．４＊sinθ２）－２１３１.３＝２１３１.３＊（cosθ２－１）＋１３５２.４＊sinθ２

図９は、リーダー装置３０のみが左右方向に角度θ３だけ傾斜した場合の当初の杭芯先端位置Ｐ３のＸ軸方向についてのずれ量ΔＸ”を算出する過程を示す説明図である。図９（ａ）は、計測部キャリブレーション時のリーダー装置３０の姿勢状態を示す。図９（ｂ）は、リーダー装置３０が左右方向（スイング方向）に角度θ３だけ傾斜したときの姿勢状態を示す。図９（ｃ）は、傾斜前におけるＺＸ仮想折れ線ｅｆＰ３及び傾斜後におけるＺＸ仮想折れ線ｅ’ｆ’Ｐ３’を示す。なお、説明の都合上、変化の前後において第１アンテナ１０１Ａ及び左右リーダー支点２５ａの各Ｘ座標は同じと仮定する。また、本体２０は傾斜しないものと仮定する。

図９（ｃ）に示されるように、ＺＸ仮想折れ線ｅｆＰ３を左右リーダー支点２５ａを中心に時計方向に角度θ３だけ回転した場合、点ｆは点ｆ’に変位し、点Ｐ３は点Ｐ３’に変位する。また、杭芯Ｌ１は、杭芯Ｌ１’に変位する。ここで、杭芯Ｌ１と杭芯Ｌ１’との交点をｆ''とする。直角三角形ｆ”ｅｆと直角三角形ｆ”ｅｆ’は、斜辺と他の１辺が等しいので合同になる。その結果、角度∠ｆ”ｅｆと角度∠ｆ”ｅｆ’は、θ３／２に等しくなる。従って、当初の杭芯先端位置Ｐ３のＸ軸方向についてのずれ量ΔＸ”は、下記の通り算出される。
（式１７）ΔＸ”＝ｆ”Ｐ３＊tanθ３＝（ｆＰ３-ｆｆ”）＊tanθ３＝（｜Ｚ４｜－Ｘ３＊tan（θ３／２））＊tanθ３＝（１２６９.５－２７５＊tan（θ３／２））＊tanθ３

従って、本体２０のみが左右方向に角度θ１だけ傾斜し且つリーダー装置３０のみが左右方向に角度θ３だけ傾斜した場合の杭芯先端位置Ｐ３のＸ軸方向についてのずれ量ΔＸは、式１４と式１７を合算することにより、下記の通り算出される。
（式１８）ΔＸ＝ΔＸ’＋ΔＸ”＝６３８＊（１－cosθ１）＋１６５７.４＊sinθ１＋（１２６９.５－２７５＊tan（θ３／２））＊tanθ３

図１０は、リーダー装置３０のみが前後方向に角度θ４だけ傾斜した場合の当初の杭芯先端位置Ｐ３のＹ軸方向についてのずれ量ΔＹ”を算出する過程を示す説明図である。図１０（ａ）は、計測部キャリブレーション時のリーダー装置３０の姿勢状態を示す。図１０（ｂ）は、リーダー装置３０が前後方向（起倒方向）に角度θ４だけ傾斜したときの姿勢状態を示す。図１０（ｃ）は、傾斜前におけるＹＺ仮想折れ線ｂｃＰ３及び傾斜後におけるＹＺ仮想折れ線ｂｃ’Ｐ３’を示す。なお、説明の都合上、変化の前後において第１アンテナ１０１Ａ及び前後リーダー支点２４ａの各Ｙ座標は同じと仮定する。また、本体２０は傾斜しないものと仮定する。

図１０（ｃ）に示されるように、ＹＺ仮想折れ線ｂｃＰ３を前後リーダー支点２４ａを中心に反時計方向に角度θ４だけ回転した場合、点ｃは点ｃ’に変位し、点Ｐ３は点Ｐ３’に変位する。また、杭芯Ｌ１は、杭芯Ｌ１’に変位する。ここで、杭芯Ｌ１と杭芯Ｌ１’との交点をｃ”とする。直角三角形ｃ”ｂｃと直角三角形ｃ”ｂｃ’は、斜辺と他の１辺が等しいので合同になる。その結果、角度∠ｃ”ｂｃと角度∠ｃ”ｂｃ’は、θ4／２に等しくなる。従って、当初の杭芯先端位置Ｐ３のＹ軸方向についてのずれ量ΔＹ”は、下記の通り算出される。
（式１９）ΔＹ”＝ｃ”Ｐ３＊tanθ４＝（ｃＰ３+ｃｃ”）＊tanθ４＝（｜Ｚ３｜+Ｙ３＊tan（θ４／２））＊tanθ４＝｛１５７４.５＋９９２＊tan（θ４／２）｝＊tanθ４

従って、本体２０のみが前後方向に角度θ２だけ傾斜し且つリーダー装置３０のみが前後方向に角度θ４だけ傾斜した場合の杭芯先端位置Ｐ３のＹ軸方向についてのずれ量ΔＹは、式１６と式１９を合算することにより、下記の通り算出される。
（式２０）ΔＹ＝ΔＹ’＋ΔＹ”＝２１３１.３＊（cosθ２－１）＋１３５２.４＊sinθ２＋｛１５７４.５＋９９２＊tan（θ４／２）｝＊tanθ４

上記ずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）に上記式１で示される行列Ｔを掛けることにより、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’におけるずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）は上記式１２の通り算出される。
（式２１）

再び図５に戻って、上記ずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）については、現在の杭芯先端位置Ｐ３’が図６に示される計測部キャリブレーション時（施工基準姿勢）の当初の杭芯先端位置Ｐ３に比べ、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’においてＸ’方向にΔｘ’、Ｙ’方向にΔｙ’ずれていることを意味している。

従って、もし当初の杭芯先端位置Ｐ３がずれた状態でオペレータが計測部キャリブレーション時の施工基準姿勢を取る場合、現在の杭芯先端位置Ｐ３’は、施工目標位置ＰＴからＸ’方向に－Δｘ’、Ｙ’方向に－Δｙ’に移動し、施工目標位置ＰＴと実杭施工位置との間にずれを生じることになる。従って、オペレータは現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴからＸ’方向に＋Δｘ’、Ｙ’方向に＋Δｙ’にずれた修正誘導位置ＰＴ^＊に誘導しなければならないことが分かる。

図１１及び図１２は、本発明に係るディスプレイ１０７の表示画面１０７ａを示す説明図である。図１１は現在の杭芯先端位置Ｐ３’と施工目標位置ＰＴとが比較的離れている場合の表示画面１０７ａ上での杭誘導を表している。図１２は現在の杭芯先端位置Ｐ３’と施工目標位置ＰＴとが比較的近接している場合の表示画面１０７ａ上での杭誘導を表している。上述した通り、鋼管杭１の誘導は、本体の移動が簡素化された機械座標系ＯＸＹ上で行われる。そのため、現在の杭芯先端位置Ｐ３’の施工目標位置ＰＴに対するずれ量を示す誘導量ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ）は、上記式１２ａで示される機械座標系ＯＸＹ上での値となる。

また、地盤改良機２００の移動姿勢についても機械座標系ＯＸＹに基づいて表示画面１０７ａ上に表示される。すなわち、地盤改良機２００の移動姿勢は、本体前部が施工目標ＰＴを対向しながら本体長手方向がＹ軸に平行に表示画面１０７ａ上に表示される。従って、地盤改良機２００の表示画面１０７上での移動は、本体長手方向がＹ軸に平行に保持された状態で表示画面１０７ａの縦方向（Ｙ軸方向）または横方向（Ｘ軸方向）に沿っての移動となる。

誘導のターゲットとなる施工目標位置ＰＴについては、同心二重円１０７ｂで表示されている。誘導される現在の杭芯先端位置Ｐ３’については円十字１０７ｃで表示され、施工目標位置ＰＴと区別されている。また、Ｙ軸方向の誘導量ΔＹ_ＭおよびＸ軸方向の誘導量ΔＸ_Ｍについては、方向と移動量が大きい文字サイズで強調されて表示されている。従って、オペレータは、施工目標位置ＰＴを表す同心二重円１０７ｂと現在の杭芯先端位置Ｐ３を表す円十字１０７ｃを参考にすることにより、現在の杭芯先端位置Ｐ３’をスムーズに施工目標位置ＰＴに誘導することが可能となる。なお、図１１では現在の杭芯先端位置Ｐ３’の施工目標位置ＰＴに対する誘導量ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ）は、Ｘ軸方向左方に１１ｃｍ、Ｙ軸方向上方に３.０ｍとなっている。図１２では現在の杭芯先端位置Ｐ３’の施工目標位置ＰＴに対する誘導量ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ）は、Ｘ軸方向左方に６ｃｍ、Ｙ軸方向下方に８ｃｍと図１１に対し修正されていることが分かる。

図１３は、本発明に係るリーダーの垂直制御を示す説明図である。このリーダーの垂直制御は、地盤改良機２００が施工目標位置（ＰＴ）から所定の範囲内に近づくとリーダー装置３０（杭芯Ｌ１）を鉛直方向に設置する制御技術である。図１３（ａ）に示されるように、現在の杭芯先端位置Ｐ３’と施工目標位置ＰＴとの距離ｄが閾値Ｌ以下になるときに、演算処理装置１０３はリーダー装置３０を鉛直方向になるようにする。具体的には、演算処理装置１０３は、スイングシリンダ２５及び起倒シリンダ２４を駆動して左右方向の傾斜角θ３及び前後方向に対する傾斜角θ４をゼロになるようにする。

以上の通り、本発明の一実施形態に係る地盤改良機用施工位置誘導システム１００によれば、現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴに誘導する誘導作業が、ディスプレイ１０７の表示画面１０７ａを介して、本体の移動方向が縦・横のみに簡素化された機械座標系ＯＸＹ上で行われるように構成されている。そのため、杭の誘導作業を円滑に行うことが可能となる。

他方、誘導基準点である現在の杭芯先端位置Ｐ３’については、地盤改良機２００の本体２０及びリーダー装置３０についての少なくとも前後方向、左右方向及び進行方向に関する所定の施工基準姿勢・基準軸からの各傾斜角度θ１,θ２,θ３,θ４,θをリアルタイムにそれぞれ計測しながら、現在の杭芯先端位置Ｐ３’についての平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での当初位置Ｐ３からのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）をリアルタイムに算出し、そのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）に基づいて現在の杭芯先端位置Ｐ３’から施工目標位置ＰＴに到る機械座標系ＯＸＹ上での誘導量ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ）をリアルタイムに修正するため、ＧＰＳ等の衛星測位システムを利用した地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて地盤改良機２００の施工姿勢が変化する地盤状況であっても実際に鋼管杭１を打設した実杭施工位置と施工目標位置ＰＴとの間のずれ（誤差）を最小限に抑えることが可能になる。

なお、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る地盤改良機用施工位置誘導システム１００について説明してきたが、本発明の実施形態は上記のみに限定されることはない。すなわち、本発明の技術的特徴を逸脱しない範囲内において種々の変更・追加等を加えることが可能である。例えば、施工基準姿勢については、本体２０は水平状態からずれていてもよく、リーダー装置３０についても鉛直状態からずれていても良い。

また、機械座標系ＯＸＹについては、地盤改良機２００上の直交座標系であれば良く、本体長手方向がＹ軸に平行な関係になくても良い。また、方向角度θの計測については、ジャイロセンサー等を使用しても良い。

（第２実施形態）
図１７は、本発明の第２実施形態に係る地盤改良機用施工位置誘導システム１００を示す説明図である。ディスプレイ１０７の表示画面１０７ａには、施工目標位置ＰＴを表す同心二重円１０７ｂと現在の杭芯先端位置Ｐ３’を表す円十字１０７ｃに加えて、地盤改良機２００の旋回中心ＰＣｔを中心とし且つ、旋回中心ＰＣｔから現在の杭芯先端位置Ｐ３’に到る距離を旋回半径Ｒｔとする旋回円Ｃｔが表示されている。

旋回中心ＰＣｔは、本体２０の旋回中心を意味している。旋回中心ＰＣｔは不動点であるのに対し、現在の杭芯先端位置Ｐ３’は、地盤改良機２００の本体２０の基準面（例えば水平面）に対する前後方向及び左右方向についての傾斜角度θ１,θ２と、地盤改良機２００のリーダー装置３０の基準方向（例えば鉛直方向）に対する左右方向（スイング方向）及び前後方向（起倒方向）についての傾斜角度θ３,θ４とに応じて時々刻々に変化している。従って、旋回半径Ｒｔは、本体２０の上記傾斜角度θ１,θ２及びリーダー装置３０の上記傾斜角度θ３,θ４に応じてその大きさが変化する。旋回中心ＰＣｔの設定については図１８を参照しながら後述する。

図１８は、旋回中心ＰＣｔの設定画面を示す説明図である。オペレータは、旋回中心寸法値の設定画面にて旋回中心ＰＣｔの座標（Ｘｔ、Ｙｔ）を、例えばＹ寸法入力ボックス１３０及びＸ寸法入力ボックス１３１をタップしてテンキー１３２から直接入力することになる。

なお、この旋回中心ＰＣｔの座標（Ｘｔ、Ｙｔ）は、機械座標系ＯＸＹ上での座標である。従って、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での旋回中心ＰＣｔの座標（ベクトルＯ’ＰＣｔ）は、機械座標系ＯＸＹから平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’への座標変換Ｔ（式１０）を用いて、下記式２２の通り求められる。
（式２２）

また、旋回円Ｃｔの旋回半径Ｒｔの長さについては、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での現在の杭芯先端位置Ｐ３’の座標（式１１ａ）と、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での旋回中心ＰＣｔの座標（式２２）を用いて、下記式２３の通り求められる。
（式２３）

なお、この旋回半径Ｒｔの長さは機械座標系ＯＸＹにおいても同じ値となる。また、旋回半径Ｒｔは、旋回中心ＰＣｔの座標（式２２）を中心に、上記式１１ａで得られた現在の杭芯先端位置Ｐ３’の座標を通るように描画されることになる。旋回半径Ｒｔの長さは、式２２の第４行から明らかな通り、現在の杭芯先端位置Ｐ３’についての当初の杭芯先端位置Ｐ３からのずれ量Δ’（式１２）に応じて変化することになる。以下に旋回半径Ｒｔの具体例について説明する。

図１９は、本発明に係る旋回半径Ｒｔの具体例を示す説明図である。図上点線で示されているケース１の旋回半径Ｒｔ－１は、例えばリーダー装置３０が地面に対し垂直状態にある地盤改良機２００の施工姿勢における旋回半径を表している。

図上一点鎖線で示されているケース２の旋回半径Ｒｔ－２は、例えばリーダー装置３０の杭芯先端位置Ｐ３－２がケース１の杭芯先端位置Ｐ３－１よりも外側（＋Ｙ方向側）に位置する程度に、リーダー装置３０が地面に対し傾斜している施工姿勢における旋回半径を表している。

図上二点鎖線で示されているケース３の旋回半径Ｒｔ－３は、例えばリーダー装置３０の杭芯先端位置Ｐ３－３がケース１の杭芯先端位置Ｐ３－１よりも内側（－Ｙ方向側）に位置する程度に、リーダー装置３０が地面に対し傾斜している施工姿勢における旋回半径を表している。

このように、ディスプレイ１０７の表示画面１０７ａに表示される旋回半径Ｒｔは、リーダー装置３０の地面に対する傾斜状態に応じて描画されることになる。

図２０は、本発明に係る旋回円Ｃｔを利用した施工目標位置への誘導手順を示す説明図である。

表示画面１０７ａは、機械座標系ＯＸＹを基準座標系としている。そのため、地盤改良機２００は見かけ上静止し、従って、現在の杭芯先端位置Ｐ３’，旋回円Ｃｔ及び旋回中心ＰＣｔも見かけ上静止している。他方、施工目標位置ＰＴは見かけ上相対移動する。すなわち、地盤改良機２００が上方に移動する場合、施工目標位置ＰＴは下方に見かけ上相対移動する。その逆に、地盤改良機２００が下方に移動する場合、施工目標位置ＰＴは上方に見かけ上相対移動する。従って、図中の点線の矢印は、地盤改良機２００（現在の杭芯先端位置Ｐ３’）の表示画面１０７ａ上での実際の移動方向を表し、実線の矢印は、施工目標位置ＰＴの表示画面１０７ａ上での見かけの移動方向を表している。

図２０（ａ）に示されるように、オペレータが地盤改良機２００を上方に前進移動させる場合、施工目標位置ＰＴは下方に見かけ上相対移動する。オペレータは施工目標位置ＰＴの中心が旋回円Ｃｔ上に位置するまで、地盤改良機２００を上方に前進移動させる。

図２０（ｂ）に示されるように、施工目標位置ＰＴの中心が旋回円Ｃｔ上に位置するときに、オペレータはクローラ装置１０の前進移動を停止し、本体２０の旋回動作に切り替える。因みに本体２０の旋回動作は、本体２０に内蔵される旋回モータ（図２２）によって行われる。オペレータが本体２０を図上反時計方向に旋回させる場合、施工目標位置ＰＴは、旋回中心ＰＣｔを中心として旋回円Ｃｔに沿って図上時計方向に見かけ上相対移動する。

図２０（ｃ）に示されるように、施工目標位置ＰＴの中心が、旋回円Ｃｔに沿って現在の杭芯先端位置Ｐ３’に重複するときに、オペレータは本体２０の旋回動作を停止する。

このように、地盤改良機２００の旋回中心ＰＣｔを中心とし、その旋回中心ＰＣｔから現在の杭芯先端位置Ｐ３’に到る距離を旋回半径Ｒｔとする旋回円Ｃｔを表示画面１０７ａに表示させながら、「クローラ装置１０の前進／後進移動」に、「本体２０の旋回動作」を組み合わせることにより、現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴへスムーズに誘導することが可能となる。

以上の通り、本発明の第２実施形態に係る地盤改良機用施工位置誘導システム１００によれば、「クローラ装置１０の前進／後進移動」に「本体２０の旋回動作」という２つの動作によって、現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴへスムーズに効率良く誘導することが可能となる。

（第３実施形態）
図２１は、本発明の第３実施形態に係る地盤改良機用施工位置誘導システム１００を示す説明図である。ディスプレイ１０７の表示画面１０７ａには、上記旋回円Ｃｔに加えて、クローラ装置１０の走行方向を表す第１走行線ＬＳ１と、第１走行線ＬＳ１に平行で「現在の杭芯先端位置Ｐ３’」を通る第２走行線ＬＳ２と、「施工目標位置ＰＴの中心」と「直前の施工済み位置ＰＴ’の中心」とを通る第１ガイド線ＬＧ１と、「現在の杭芯先端位置Ｐ３’」と「施工目標位置ＰＴの中心」とを通る第２ガイド線ＬＧ２とのうちの全部又は一部が表示されている。

図上点線で示される第１走行線ＬＳ１は、機械座標系ＯＸＹ上におけるクローラ装置１０の走行方向に関する情報をオペレータに与えるものである。また、図上実線で示される第２走行線ＬＳ２は、機械座標系ＯＸＹ上においてクローラ装置１０が走行する場合の「現在の杭芯先端位置Ｐ３’」と「施工目標位置ＰＴの中心」との位置関係をオペレータに与える。

図上二点鎖線で示される第１ガイド線ＬＧ１は、機械座標系ＯＸＹ上における施工目標位置ＰＴの並び（配置）に関する情報をオペレータに与えるものである。また、図上一点鎖線で示される第２ガイド線ＬＧ２は、機械座標系ＯＸＹ上において現在の杭芯先端位置Ｐ３’から施工目標位置ＰＴの中心に到る方位及び距離に関する情報をオペレータに与えるものである。

なお、上記第１ガイド線ＬＧ１については、機械座標系ＯＸＹにおける施工目標位置ＰＴの座標を基に表示画面１０７ａ上に表示される。また、施工目標位置ＰＴの座標については、サーバー１１１より送信されて来る地盤改良機２００の施工位置に係るガイダンス用データから取得される。なお、ガイダンス用データから取得される施工目標位置ＰＴの座標は、平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’上での座標であるため、下記式２４に示される通り、上記式１０で示される行列Ｔ（機械座標系ＯＸＹから平面直角座標系Ｏ’Ｘ’Ｙ’への座標変換行列）の逆行列Ｔ^－１を作用させる必要がある。
（式２４）

また、上記第２ガイド線ＬＧ２については、機械座標系ＯＸＹにおける施工目標位置ＰＴの座標と現在の杭芯先端位置Ｐ３’の座標を基に表示画面１０７ａ上に表示される。なお、現在の杭芯先端位置Ｐ３’の機械座標系ＯＸＹにおける座標については、機械座標系ＯＸＹ上での当初の杭芯先端位置Ｐ３の座標（計測部キャリブレーション時で取得された座標）に、上記式１８及び式２０によって得られた機械座標系ＯＸＹ上でのずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）を加えた下記式２５の座標に等しくなる。
（式２５）

一方、上記第１走行線ＬＳ１及び第２走行線ＬＳ２については、機械座標系ＯＸＹにおけるクローラ装置１０の側面の接線を基に表示画面１０７ａ上に表示される。このクローラ装置１０の側面の接線は、本体２０の旋回中心ＰＣｔに関する旋回角度θ５によって決定される。従って、以下にこの旋回角度θ５を計測する機構について説明する。

図２２は、本体２０の旋回角度θ５を計測する計測機構を示す説明図である。
この計測機構は、旋回ロックディスク１５の外周端面の全面に取り付けられた磁気テープ１４０と、その磁気テープ１４０に対向する形態で本体２０に磁気リニアエンコーダ用ブラケット１４２を介して取り付けられた磁気リニアエンコーダ１４１とを具備して構成されている。

旋回ロックディスク１５は、クローラ装置１０の円筒軸１６にスペーサ１７を介して一体化されている。旋回ロックディスク１５に摩擦係合する揺動アーム２０ｄは、揺動アーム用ブラケット２０ｆに揺動軸２０ｅの回りに回転可能に取り付けられている。揺動アーム２０ｄの一端２０ｄａは、油圧シリンダ２０ｂのロッド２０ｃに係合している。

従って、油圧シリンダ２０ｂのロッド２０ｃが図上左側に変位する場合、揺動アーム２０ｄが揺動軸２０ｅを支点として反時計回りに回転する。そして、揺動アーム２０ｄの他端に位置する係合片２０ｄｂが旋回ロックディスク１５に摩擦接合して、本体２０は静止する。

他方、油圧シリンダ２０ｂのロッド２０ｃが図上右側に変位する場合、揺動アーム２０ｄが揺動軸２０ｅを支点として時計回りに回転する。そして、先端に位置する係合片２０ｄｂが旋回ロックディスク１５から離れ、本体２０は旋回可能状態（フリー状態）になる。

油圧シリンダ２０ｂ、揺動アーム用ブラケット２０ｆ及び旋回モータ２０ａは、本体２０のフレーム２０ｇに取り付けられている。旋回モータ２０ａは、クローラ装置１０の軸受け内輪１９の内周面に形成された周状ギア１９ａに噛み合っている。軸受け内輪１９は、本体２０のフレーム２０ｇに取り付けられた軸受け外輪２０ｈ、及び鋼球２０ｉと共に円筒軸１６の軸受けを構成している。

また、本体２０は、旋回スイベル１８によって鉛直方向に対し回転可能に支持されている。従って、旋回モータ２０ａが回転駆動される場合、旋回モータ２０ａは周状ギア１９ａと噛み合いながら、軸受け内輪１９の内周（周状ギア１９ａ）に沿って移動する。これにより、本体２０は旋回スイベル１０の回りに旋回することになる。なお、旋回スイベル１８の軸芯は旋回中心ＰＣｔに一致する。

図２３は、本体２０の旋回角度θ５を検出する原理を示す説明図である。なお、図２３（ａ）は、地盤改良機２００における磁気テープ１４０と磁気リニアエンコーダ１４１との相対位置関係を示している。図２３（ｂ）は、同（ａ）の相対位置関係を直線状に展開した場合の磁気テープ１４０と磁気リニアエンコーダ１４１との相対位置関係を示している。

図２３（ａ）に示されるように、クローラ装置１０の旋回ロックディスク１５の外周端には、Ｎ極とＳ極が交互に配置された磁気テープ１４０が１周に渡って取り付けられている。他方、磁気テープ１４０の磁極を検出する磁気リニアエンコーダ１４１が、旋回ロックディスク１５の外周端に対向する形態で本体２０側に取り付けられている。従って、本体２０が旋回中心ＰＣｔの回りに旋回する場合、磁気リニアエンコーダ１４１は、磁気テープ１４０との間に所定の隙間ＣＬ５を空けて磁気テープ１４０上を移動することになる。従って、磁気リニアエンコーダ１４１が移動した移動距離ＬＳ５は、本体２０の旋回中心ＰＣｔの回りの旋回角度θ５に１対１に対応する。なお、移動距離ＬＳ５は、磁気リニアエンコーダ１４１が検出した磁極のカウント数に１対１に対応する。従って、演算処理装置１０３はそのカウント数を基に移動距離ＬＳ５を算出する。

図２３（ｂ）に示されるように、本体２０が旋回中心ＰＣｔの回りを３６０°旋回する場合、磁気リニアエンコーダ１４１の移動距離は磁気テープ１４０の全周長ＬＳ０に等しくなる。なお、磁気テープ１４０の全周長は、２π×Ｒ５（旋回ロックディスク１５の半径）に等しくなる。従って、本体２０の旋回角度θ５は、下記式２６の通り求められる。
（式２６）：θ５＝ＬＳ５／ＬＳ０×３６０°
以下に、クローラ装置１０の走行方向ＬＳ１の描画について説明する。

図２４は、クローラ装置１０の走行方向ＬＳ１の描画を示す説明図である。なお、図２４（ａ）は本体２０の長手方向がクローラ装置１０の走行方向ＬＳ１と平行になる状態を示している。図２４（ｂ）は本体２０が旋回中心ＰＣｔの回りに旋回角度θ５だけ旋回する状態を示している。また、本体２０の長手方向は機械座標系ＯＸＹのＹ軸と平行になるように設定されている。

図２４（ａ）に示されるように、クローラ装置１０の走行方向ＬＳ１としては、例えば、図上右側の無限履帯１３の右側面の接線を選定することができる。また、この接線の方程式は、接線上の任意の２つの基準点Ｐ６,Ｐ７から一意的に決定される。

ここで本体２０が旋回中心ＰＣｔに関して反時計方向に旋回したと仮定する。この場合、無限履帯１３,１３は見かけ上、旋回中心ＰＣｔに関して図上時計方向に旋回することになる。従って、磁気リニアエンコーダ１４１の位置を示す基準点Ｐ５は、見かけ上静止する一方、クローラ装置１０の走行方向ＬＳ１を決定する基準点Ｐ６,Ｐ７は旋回中心ＰＣｔに関して図上時計方向に回転する。

図２４（ｂ）に示されるように、旋回中心ＰＣｔの回りの本体２０の旋回角度をθ５とする場合、基準点Ｐ６,Ｐ７の旋回後の機械座標系ＯＸＹ上の座標Ｐ６’,Ｐ７’は、上記式５に示される回転行列Ｒを用いて下記式２７及び式２８の通り求められる。
（式２７）

（式２８）：

従って、本体２０が旋回中心ＰＣｔの回りに旋回角度θ５で旋回した場合のクローラ装置１０の走行方向ＬＳ１については、上記座標Ｐ６’,Ｐ７’を通る直線として表示されることになる。以下に上記走行線ＬＳ１,ＬＳ２及び上記ガイド線ＬＧ１,ＬＧ２を利用した施工目標位置ＰＴへの誘導手順について説明する。

図２５は、本発明に係る第１走行線ＬＳ１と旋回円Ｃｔを利用した施工目標位置への誘導手順を示す説明図である。なお、施工目標位置ＰＴと地盤改良機２００との位置関係は初め、図２０（ａ）の状態にあるものとする。また、実線の矢印は見かけの移動方向を表し、点線の矢印は実際の移動方向を表しているものとする。

図２５（ａ）に示されるように、オペレータは本体２０を図上時計方向に旋回させて、クローラ装置１０の走行方向（第１走行線ＬＳ１）をＸ軸方向と平行になるように設定する。この場合、本体２０は見かけ上静止し、クローラ装置１０と施工目標位置ＰＴは、相対位置関係を保持したまま見かけ上旋回中心ＰＣｔの回りを旋回する。

図２５（ｂ）に示されるように、第１走行線ＬＳ１がＸ軸方向と平行になる場合、オペレータは本体２０の旋回動作を停止し、地盤改良機２００を図上左方向の－Ｘ方向に沿ってクローラ走行させる。この場合、施工目標位置ＰＴが、図上右方向の＋Ｘ方向に沿って見かけ上相対移動する。

施工目標位置ＰＴの中心が旋回円Ｃｔ上に位置するときに、オペレータはクローラ走行を停止し、本体２０の旋回動作に切り替える。オペレータは本体２０を図上反時計方向に旋回させる。

図２５（ｃ）に示されるように、オペレータが本体２０を図上反時計方向に旋回させる場合、施工目標位置ＰＴは旋回円Ｃｔに沿って図上時計方向に見かけ上相対移動し、終いには現在の杭芯先端位置Ｐ３’に重なるようになる。

このように、クローラ装置１０の走行方向を示す第１走行線ＬＳ１を利用することにより、オペレータは施工目標位置ＰＴを旋回円Ｃｔ上に乗せることが容易となる。施工目標位置ＰＴを旋回円Ｃｔに乗せた後は図２０に示される誘導手順によって現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴにスムーズに一致させることが可能となる。

なお、上記例では第１走行線ＬＳ１がＸ軸方向と平行になるように、オペレータは本体２０を旋回させたが、施工目標位置ＰＴの並びを示す上記第１ガイド線ＬＧ１、或いは「現在の杭芯先端位置Ｐ３’」と「施工目標位置ＰＴ」とを結ぶ第２ガイド線ＬＧ２と平行になるように地盤改良機２００を旋回させて、現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴに一致させることも可能である。以下にこれらについて説明する。

図２６は、本発明に係る第１走行線ＬＳ１、第１ガイド線ＬＧ１及び旋回円Ｃｔを利用した施工目標位置ＰＴへの誘導手順を示す説明図である。なお、第１ガイド線ＬＧ１は「施工目標位置ＰＴの中心」と「直前の施工済み位置ＰＴ’の中心」とを通るガイド線である。

図２６（ａ）に示されるように、オペレータは例えば地盤改良機２００を図上左方向に旋回させて、クローラ装置１０の走行方向（第１走行線ＬＳ１）を第１ガイド線ＬＧ１と平行になるように設定する。この場合、地盤改良機２００は見かけ上静止し、施工目標位置ＰＴと直前の施工済み位置ＰＴ’と第１ガイド線ＬＧ１は、地盤改良機２００の旋回方向と逆方向に見かけ上相対移動する。

図２６（ｂ）に示されるように、オペレータはクローラ装置１０の走行方向（第１走行線ＬＳ１）が第１ガイド線ＬＧ１と平行になるときに、地盤改良機２００の旋回移動を停止する。この場合、施工目標位置ＰＴが現在の杭芯先端位置Ｐ３’よりも図上下側に位置しているため、オペレータは地盤改良機２００を－Ｙ方向に後進移動させることになる。地盤改良機２００が－Ｙ方向に後進移動する場合、施工目標位置ＰＴが、第３ガイド線Ｌ３に沿って図上上側（＋Ｙ方向）に見かけ上相対移動する。

図２６（ｃ）に示されるように、施工目標位置ＰＴの中心が旋回円Ｃｔ上に位置するときに、オペレータは地盤改良機２００の後進移動を停止し、本体２０の旋回動作に切り替える。オペレータが本体２０を図上時計方向に旋回させる場合、施工目標位置ＰＴが旋回円Ｃｔに沿って図上反時計方向に見かけ上相対移動し、終いには施工目標位置ＰＴが現在の杭芯先端位置Ｐ３’に重なるようになる。

以上、図２６に示される通り、クローラ装置１０の走行方向を示す第１走行線ＬＳ１を、「施工目標位置ＰＴの中心」と「直前の施工済み位置ＰＴ’の中心」とを通る第１ガイド線ＬＧ１に平行となるように地盤改良機２００を旋回させて、次にクローラ装置１０を前進／後進移動させて施工目標位置ＰＴを旋回円Ｃｔ上に乗せ、そして本体２０を旋回中心ＰＣｔの回りに旋回させることにより、現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴにスムーズに効率良く一致させることが可能となる。

なお、上記誘導手順は、第１走行線ＬＳ１に代えて第１走行線ＬＳ１と平行関係にある第２走行線ＬＳ２を利用しても同様に実施することができる。

図２７は、本発明に係る第１走行線ＬＳ１、第２ガイド線ＬＧ２及び旋回円Ｃｔを利用した施工目標位置ＰＴへの誘導手順を示す説明図である。なお、第２ガイド線ＬＧ２は、「現在の杭芯先端位置Ｐ３’」と「施工目標位置ＰＴの中心」とを通るガイド線である。

図２７（ａ）に示されるように、オペレータは例えば本体２０を図上反時計方向に旋回させて、クローラ装置１０の走行方向（第１走行線ＬＳ１）を第２ガイド線ＬＧ２と平行になるように設定する。本体２０が図上反時計方向に旋回する場合、施工目標位置ＰＴ及びクローラ装置１０は見かけ上旋回中心ＰＣｔの回りを図上時計方向に旋回する。

図２７（ｂ）に示されるように、オペレータはクローラ装置１０の走行方向（第１走行線ＬＳ１）が第２ガイド線ＬＧ２と平行になるときに、本体２０の旋回動作を停止し、クローラ装置１０を前進移動させる。この場合、施工目標位置ＰＴが、第２ガイド線Ｌ２に沿って図上斜め左方向に見かけ上相対移動する。第１走行線ＬＳ１と第２ガイド線ＬＧ２の平行状態が維持される場合、施工目標位置ＰＴはやがて現在の杭芯先端位置Ｐ３’に重なることになる。

しかしながら、第１走行線ＬＳ１と第２ガイド線ＬＧ２の平行状態が保持されない場合は、図２７（ｃ）に示されるように、オペレータはクローラ装置１０を前進させて施工目標位置ＰＴの中心を旋回円Ｃｔ上に乗せる。その後は、旋回中心ＰＣｔを中心として本体２０を図上時計方向に旋回させることにより、現在の杭芯先端位置Ｐ３’が施工目標位置ＰＴに重なることになる。

以上、図２７に示される通り、クローラ装置１０の走行方向を示す第１走行線ＬＳ１を、「施工目標位置ＰＴの中心」と「現在の杭芯先端位置Ｐ３’」とを通る第２ガイド線ＬＧ２に平行となるように本体２０を旋回させて、次にクローラ装置１０を前進／後進移動させて施工目標位置ＰＴを旋回円Ｃｔ上に乗せ、そして本体２０を旋回中心ＰＣｔの回りに旋回させることにより、現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴにスムーズに効率良く一致させることが可能となる。

以上の通り、第２実施形態および第３実施形態に係る地盤改良機用施工位置誘導システム１００によれば、本体２０の旋回中心ＰＣｔから現在の杭芯先端位置Ｐ３’に到る距離を半径Ｒｔとする旋回円Ｃｔを表示画面１０７ａに表示させることにより、オペレータはクローラ装置１０の前進／後進移動と本体２０の旋回動作を組み合わせて、現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴにスムーズに効率よく誘導させることが可能となる。

また、上記旋回円Ｃｔに加えて、上記クローラ装置１０の走行方向を示す第１走行線ＬＳ１と、第１走行線ＬＳ１に平行で「現在の杭芯先端位置Ｐ３’」を通る第２走行線ＬＳ２と、「施工目標位置ＰＴの中心」と「直前の施工済み位置ＰＴ’の中心」とを通る第１ガイド線ＬＧ１と、「現在の杭芯先端位置Ｐ３’」と「施工目標位置ＰＴの中心」とを通る第２ガイド線ＬＧ２との内の全部又は一部を表示画面１０７ａに表示させることにより、オペレータは施工目標位置ＰＴを上記旋回円Ｃｔに容易に乗せることが可能となる。これにより、よりスムーズに効率よく現在の杭芯先端位置Ｐ３’を施工目標位置ＰＴに誘導させることが可能となる。

１ 鋼管杭（杭）
１０ クローラ装置
２０ 本体
２２ 操縦室
２３ 動力室
２４ 起倒シリンダ
２４ａ 前後リーダー支点
２５ スイングシリンダ
２５ａ 左右リーダー支点
２６ リレーブラケット
２７ スライドシリンダ
２８ アウトリガ
２９Ａ 第１アンテナブラケット
２９Ａａ 第１矩形面
２９Ｂ 第２アンテナブラケット
２９Ｂａ 第２矩形面
３０ リーダー装置
４０ スイベルヘッド（杭打手段）
１００ 地盤改良機用施工位置誘導システム
１０１Ａ 第１アンテナ
１０１Ｂ 第２アンテナ
１０２Ａ 第１ＧＰＳ受信装置
１０２Ｂ 第２ＧＰＳ受信装置
１０３ 演算処理装置（演算処理部）
１０４ 本体角度計測部
１０５ リーダー角度計測部
１０６ 方向角度計測部
１０７ ディスプレイ
１０８ ＬＴＥ送受信装置／無線ＬＡＮ
１０９ データ記憶部
１１０ 測距装置
１１１ サーバー
１２０ 機械座標基準点
１３０Ｙ Ｙ寸法入力ボックス
１３０Ｘ Ｘ寸法入力ボックス
１４０ 磁気テープ
１４１ 磁気リニアエンコーダ
２００ 地盤改良機（杭打機）

Claims (13)

1. 衛星測位システムに係る電波を受信する複数のアンテナ（１０１Ａ、１０１Ｂ）及び受信装置（１０２Ａ、１０２Ｂ）と、
   一の前記アンテナ（１０１Ａ）を原点とする前記地盤改良機（２００）上で規定される所定の局所座標系（ＯＸＹ）と、
   他の前記アンテナ（１０１Ｂ）と共に前記局所座標系（ＯＸＹ）の一の座標軸（Ｙ軸）を形成するために前記地盤改良機（２００）の同一平面上に設置された機械基準点（１２０）と、
   前記衛星測位システムに対応した地球表面上で規定される所定の全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）と、
   前記電波に含まれる位置及び時間情報を基にして、地盤改良機（２００）を施工目標位置（ＰＴ）に誘導する際の誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）を算出する演算処理部（１０３）と、
   前記誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）と施工目標位置（ＰＴ）とを表示する表示部（１０７ａ）と、
   前記地盤改良機（２００）の本体（２０）及びリーダー装置（３０）について前記本体（２０）を基準面に平行に且つ前記リーダー装置（３０）を基準方向に平行に設置する施工基準姿勢時の前記本体（２０）の前記基準面に関する、前記局所座標系（ＯＸＹ）の前記一の座標軸（Ｙ軸）に平行な方向である前後方向と該一の座標軸（Ｙ軸）に直交した前記局所座標系（ＯＸＹ）内の他の座標軸（Ｘ軸）に平行な方向である左右方向についての各変化角度（θ１,θ２）、ならびに前記施工基準姿勢時の前記リーダー装置（３０）の前記基準方向に関する前記左右方向と前記前後方向についての各変化角度（θ３,θ４）、ならびに前記施工基準姿勢時の前記前記本体（２０）の前記前後方向に関する前記全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）の一の基準方向（Ｘ’軸）から見た方向である進行方向についての変化角度（θ）を個別にリアルタイムに計測する角度計測部（１０４、１０５、１０６）と、を備えた地盤改良機用施工位置誘導システム（１００）であって、
   前記演算処理部（１０３）は、前記各変化角度（θ１,θ２,θ３,θ４,θ）に基づいて、前記誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）についての前記全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）上での当初位置（Ｐ３）からのずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）をリアルタイムに算出し、
   当該ずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）を基に前記誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）から前記施工目標位置（ＰＴ）に到る前記局所座標系（ＯＸＹ）上での誘導量（ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ））をリアルタイムに修正し、
   当該誘導量（ΔＭ（ΔＸ_Ｍ、ΔＹ_Ｍ））を前記表示部（１０７ａ）にリアルタイムに表示する
   ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
2. 請求項１に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
   前記局所座標系（ＯＸＹ）は、前記地盤改良機（２００）上に取り付けられ且つ前記アンテナ（１０１Ａ、１０１Ｂ）を取り付け可能なブラケット（２９Ａ、２９Ｂ）であって、水平に調整可能な矩形面（２９Ａａ、２９Ｂａ）を有する複数の前記ブラケット（２９Ａ、２９Ｂ）によって構築される
   ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
3. 請求項２に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
   一の前記ブラケット（２９Ｂ）の矩形面（２９Ｂａ）は、前記地盤改良機（２００）の長手方向に平行になるように設定されている
   ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
4. 請求項２又は３に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
   前記演算処理部（１０３）は、前記局所座標系（ＯＸＹ）の原点に配置された前記アンテナ（１０１Ａ）についての前記受信装置（１０２Ａ）から取得される第１の位置情報と、前記矩形面（２９Ｂａ）に配置された他のアンテナ（１０１Ｂ）についての前記受信装置（１０２Ｂ）から取得される第２の位置情報とに基づいて、前記地盤改良機（２００）の前記全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）上での方向角度（θ）を算出する
   ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
   前記演算処理部（１０３）は、前記局所座標系（ＯＸＹ）上で前記誘導基準点の当初位置（Ｐ３）を規定し、前記各変化角度（θ１,θ２,θ３,θ４,θ）に基づいて前記誘導基準点の前記現在位置（Ｐ３’）についての前記局所座標系（ＯＸＹ）上での前記当初位置（Ｐ３）からのずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）をリアルタイムに算出し、
   次に前記局所座標系（ＯＸＹ）から前記全体座標系（Ｏ’Ｘ’Ｙ’）に変換する座標変換（Ｔ）に基づいて前記ずれ量Δ’（Δｘ’、Δｙ’）をリアルタイムに算出する
   ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
6. 請求項５に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
   前記演算処理部（１０３）は、前記リーダー装置（３０）の前後方向についての傾斜中心（２４ａ）を第１基準点と、前記リーダー装置（３０）の左右方向についての傾斜中心（２５ａ）を第２基準点とし、前記アンテナ（１０１Ａ）から前記第１基準点（２４ａ）を経由して前記誘導基準点の当初位置（Ｐ３）に到る第１仮想折れ線（Ｐ１ａｂｃＰ３）並びに前記アンテナ（１０１Ａ）から前記第２基準点（２５ａ）を経由して前記誘導基準点の当初位置（Ｐ３）に到る第２仮想折れ線（Ｐ１ｄｅｆＰ３）に基づいて前記局所座標系（ＯＸＹ）上での前記誘導基準点の前記当初位置（Ｐ３）からの前記ずれ量Δ（ΔＸ、ΔＹ）をリアルタイムに算出する
   ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
   前記施工基準姿勢では、前記リーダー装置（３０）は鉛直方向に設置され且つ前記本体（２０）は水平方向に設置されると共に、
   前記角度計測部（１０４、１０５、１０６）は出力値を所定の基準値に設定される
   ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
   前記演算処理部（１０３）は、前記誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）が前記施工目標位置（ＰＴ）から所定距離（Ｘ）の範囲内に入るときに、
   前記リーダー装置（３０）を鉛直方向になるように制御する
   ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
9. 請求項１から８の何れか１項に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
   施工目標位置（ＰＴ）を規定するガイダンス用データを提供するサーバー（１１１）又は前記アンテナ（１０１Ａ）に対する前記誘導基準点の前記局所座標系（ＯＸＹ）上でのオフセット量を計測する測距装置（１１０）との間で前記演算処理部（１０３）がデータの送受信を行う無線通信装置（１０８）を備える
   ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
10. 請求項１から９の何れか１項に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
    前記地盤改良機（２００）の作業実績を電子データとして保存するデータ記憶部（１０９）を備える
    ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
11. 請求項１から１０の何れか１項に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
    前記演算処理部（１０３）は、前記地盤改良機（２００）の本体（２０）の旋回中心（ＰＣｔ）から前記誘導基準点の現在位置（Ｐ３’）に到る距離（Ｒｔ）を算出し、
    該距離（Ｒｔ）を旋回半径とする旋回円（Ｃｔ）を前記表示部（１０７ａ）に表示させる
    ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
12. 請求項１１に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
    前記演算処理部（１０３）は、前記地盤改良機（２００）のクローラ装置（１０）の走行方向を示す走行線（ＬＳ１、ＬＳ２）を前記旋回円（Ｃｔ）と共に前記表示部（１０７ａ）に表示させる
    ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。
13. 請求項１２に記載の地盤改良機用施工位置誘導システムにおいて、
    前記演算処理部（１０３）は、前記旋回円（Ｃｔ）及び前記走行線（ＬＳ１、ＬＳ２）と共に、前記施工目標位置（ＰＴ）を通るガイド線（ＬＧ１、ＬＧ２）を前記表示部（１０７ａ）に表示させる
    ことを特徴とする地盤改良機用施工位置誘導システム。

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