JPH0335184A

JPH0335184A - 地中掘削機の位置計測装置

Info

Publication number: JPH0335184A
Application number: JP17041989A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Sakanishi; 坂西　昇一; Tetsuya Shinpo; 新保　哲也
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1991-02-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は地中掘削機の位置計測装置に係り、特に、シー
ルド機械等の地中掘削機の三次元座標位置を求めること
のできる地中掘削機の位置計測装置に関する。

（従来の技術）従来から、例えば、シールド工法におけるシールド掘削
機運転のための測量は、トランシットなどによる坑内測
量の他に、シールド掘削機の発進立坑内にレーザー等の
コヒーレントな光を発生させる光学発振装置を設置して
、該装置より、トンネル計画路線を照射し、シールド掘
削機に取り付けたターゲット上の光点を読み取ることに
よって、シールド掘削機の偏位、偏角を求めている。

あるいは、方位ジャイロと圧力式沈下計、傾斜計および
、セグメントの長さを基準とする恵方距離計を組合せて
、基準位置からの相対的な位置を求める方法も知られて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、トンネルが屈曲して掘削される場合、トラン
シットなどによる坑内測量は測定点を多くもつ必要があ
ってリアルタイムに計測できず実際的ではない、また、
レーザ光を用いる方法は、立坑からのレーザー光がター
ゲットに照射できない状態が生じ、光学発振装置を適切
な位置に移動しなければならない、しかも、トンネル計
画路線が屈曲していると、レーザ光を直接計画路線全長
に照射できないので、ターゲットと光学測量装置とトン
ネル計画線との位置関係を夫々互いの角度や距離を測定
し、その結果から計算により計画路線を求めた後にシー
ルド掘削機の優位、偏角が算出されることになる。この
ため、光学発振装置の移設や測定および計算に人手が掛
かり、掘進作業の能率が低下するという問題がある。更
に、ジャイロを用いた方法は、累積誤差の問題があり、
長路Ｈ掘削には向かず、また急曲線、連続曲線に対して
も同様に不向きである。

本発明は、上記従来の問題点に着目し、トンネル計画路
線が長距離や曲線である場合であってもリアルタイムに
地中掘削機の三次元位置を自動的かつ効率的に計測する
ことができる地中掘削機の位置計測装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕上記目的を遠戚するために、本発明に係る地中掘削機の
位置計測装置は、地上あるいは地中の定位置に設置され
地中伝播電波を送信する３以上の固定送信局と、地中掘
削機に搭載され前記地中伝播電波を受信する移動受信局
と、前記各固定送信局からの電波送信時刻を検出する同
期手段と、この同期手段からの検出時刻と前記移動受信
局の受信時刻を取り込み各固定送信局からの電波の伝播
時間を検出することにより前記地中掘削機の座標位置を
算出する演算手段とを備えた構成とした。

〔作用〕

上記構成によれば、地中伝播電波を送信する３つ以上の
送信局を地表面、地質探査用に掘られる探査立坑、ある
いは、掘削機の発進立坑内の既知の位置に固定配置する
。これにより各固定送信局の関係位置が既知となる。一
方、シールド掘削機に各固定送信局からの地中伝播電波
を受信する受信器を設置し、これを移動受信局とする。

移動受信局と固定送信局間は、有線あるいは精密時計等
の同期手段によって同期が取られ、電波送信時刻が検出
できるようにされている。したがって、送信局それぞれ
から地中伝播電波を送信し、同期手段によって送信時刻
が検出され、移動受信局での地中伝播電波を受信した時
刻が演算手段に取り込まれる。これにより、固定送信局
から移動受信局までの地中伝播電波の伝播時間が計測さ
れ、既知の固定送信局の位置座標から、地中のシールド
掘削機の位置を算出することができるのである。

〔実施例〕

以下、本発明に係る地中掘削機の位置計測装置の実施例
を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図に実施例に係る地中掘削機の位置計測装置のシス
テムのブロック図を示す０図に示すように、この地中掘
削機の位置計測装置は、位置座標が既知の３ｗＩ所の異
なる場所に固・定的に設置される第一固定送信局ｌＯ１
第二固定送信局１２、および第三固定送信局１４を備え
ている。これらの固定送信局１０，１２．１４はそれぞ
れ同期信号発生部１６１．１６□、１６．と低周波発振
器１８１．１８□、１８３を具備したもので、前記低周
波発振器１８＋、１８ｇ、１８３からＩＭｋ以下の地中
伝播電波ｍＨ、ｍｚ　％　ｍ２を送信可能としている。

一方、地中を掘削しているシールド掘削機２゜があり、
このシールド掘削機２０には前記固定送信局１０，１２
．１４から送信された地中伝播電波ｍｌ　％　ｍｔ　、
ｍ２を・受信するための移動受信局２２が搭載されてい
る。この移動受信局２２は地中を伝播してきた地中伝播
電波ｍｌ　％　ｍｌ　％　ｍｓを受信する受信器２３と
、符号化された地中伝播電波ｍｌ　、ｍ、　、ｍ、を弁
別して検出する弁別器２４とを備えている。また、シー
ルド掘削機２０には、固定送信局１０，１２．１４と移
動受信局２２の信号を取り込み処理する処理手段２６が
装備されている。この処理手段２６は各固定送信局１Ｏ
１１２，１４の同期信号発生部１６１．１６８．１６ｓ
から出力される同期信号の伝送ケーブル２８＋、２８ｔ
、２８ｓからなる同期手段を備え、これら伝送ケーブル
２Ｂ＋、２８ｇ、２８ｓを介して送られる固定送信局１
０．１２．１４からの同期信号を入力し、また前記移動
受信局２２における弁別器２４からの地中伝播電波ｍｌ
、ｍ１、ｍ、の受信信号を入力する演算手段３０から構
成されている。演算手段３０は各固定送信局１Ｏ５１２
，１４の同期信号発生部１６＋、１６ｔ、１６．から出
力される同期信号を電波送信時刻として検知し、また移
動受信局２２での地中伝播電波ｍ、　、ｍ、、ｍ、の受
信タイミングを検知することによって各固定送信局１０
．１２．１４からの移動受信局２２に達するまでの地中
伝播時間ＬＩ％　Ｌｚｓ　Ｌｓを検出するようにしてい
る。また、電磁波の伝播速度は媒質によって異なり、空
中で３ＸＩＯ’ｍ／ｓであることが既知であるので、予
め規定距離に送信局と受信局を設置して検定しておき、
これを伝播速度に適用する。この検定伝播速度Ｃを用い
、前記検知した地中伝播時間Ｌｌ、Ｌｔ、Ｌ、から各固
定送信局１０．１２．１４と移動受信局２２との間の距
離Ｌｌ、Ｌ、ｔ、Ｌ、を前記演算手段３０によって算出
するようにしている。前記算出された距離Ｌｌ　、Ｌｔ
　、Ｌｓは既知の固定送信局１０，１２．１４の位置座
標と求めようとする移動受信局２２の未知の位ｌ座標と
の関係から連立方程式が立てられるので、こ、れを演算
することにより移動受信局２２、ひいてはシールド掘削
８２０と掘削位置が求められる。

第２図は、この実施例で想定しているトンネル掘削現場
であり第一固定送信局ｌＯ１第二固定送信局１２、およ
び第三固定送信局１４は地表面又は立坑の適宜の位置に
配設してあり、シールド掘削機２０には移動受信局２２
が搭載しである。

第一固定送信局１０を原点として（ｘ、ｙ。

２）座標を考える。第二固定送信局１２と第三固定送信
局１４の位置は予め既知であり、その位置は第二固定送
信局１２が（Ｘｚ、Ｙｚ、Ｚｔ）、第三固定送信局１４
が（Ｘ　３．　Ｖ　ｓ、　Ｚ　ｘ　）であるとする。

また移動受信局２２の位置を（Ｘ４．７ｉ、ｚ、）とす
る、上記第一固定送信局１０、第二固定送信局１２、お
よび第三固定送信局１４と、移動受信局２２とを結んだ
距１１Ｌ１．Ｌ！、およびり、は次式り、−（式’ｙ５
７−Ｔ下Ｌ　ｔ　”　　Ｘｔ−Ｘａ　　＋　Ｖｔ−Ｖ＜　　＋　
Ｚｓ−ＺａＬ３　＝　　Ｘｚ−１１ａ　　’＋　Ｖｓ−
Ｖｉ　　＋　Ｚｓ−Ｚ４”””（１）によって表すこと
ができる。

すなわち、距Ｎ　Ｌ　ｔ、　Ｌ　富、　Ｌ　ｓを前記各
固定送信局１Ｏ１１２，１４からの送信される地中伝播
電波ｍ　＋　ｓ　ｍ　Ｚ　ｓ　ｍ　２が移動受信局２２
に達するまでの地中伝播時間Ｌｌ、Ｔ−雪、ｔ、によっ
て演算計測することにより、式（１）より移動受信局２
２の位置（Ｘ４．Ｆ４．Ｚ４）が検出できるのである。

このような構成による計測処理のタイムチャートを第３
図に示す、各固定送信局１０，１２．１４から地中伝播
電波ｍｌ　、ｍｓ　、ｍｓを順次一定間隔をおいて送信
すると同時に同期信号を伝送ケーブル２８＋、２８ｇ、
２８＊から処理手段２６に送信する。同期信号から時間
的遅れをもって移動受信局２２が個々の地中伝播電波ｆ
ｎ　Ｉｓ　ｆｎ　ｔ、ｍ、を受信する。同期信号を受信
信号とは処理手段２６に入力され、個々の固定送信局１
０．１２．１４からの地中伝播時間Ｌ＋、Ｌｍ、ｔ３が
同期信号と受信信号の時間差として検知される。演算手
段３０は周期的に計測された地中伝播時間１＋、ＬＲ１
ｔ３を検知して平均値を求める。一方演算手段３０には
ｉ磁波の地中伝播速度Ｃが予め記憶格納されており、通
常６Ｘ１０’ｍ／ｓ程度であるので、この地中伝播速度
Ｃと算出地中伝播時間１１％　Ｌｔ、Ｌ２を乗算処理し
、固定送信局１０１１２．１４からの距！ＩＬＩ　、Ｌ
ｘ　、Ｌ３を算出する。その後は上記（］）式から移動
受信局２２の三次元座標位Ｗ（Ｘ４％　、、ｚ４）を演
算処理することによりｆＭ４１に位置計測が完了する。

この結果は、処理手段２６に付帯接続したプリンタやデ
イスプレィ等の表示手段３２を通じて表示すればよい。

上記の実施例では、各固定送信局１Ｏ１１２，１４から
の受信タイミング信号を伝送ケーブル２Ｂ＋、２８ｔ−
２８ｓによって処理手段２６に伝送していたが、第４図
に示すように第一固定送信局ｌＯ１第二固定送信局１２
、第三固定送信局１４、および移動受信局２２に精密時
計３４を設けることによって送信開始時刻の同期を取り
、地中伝播電波ｍ＋　、ｍｔ　、ｍｓの伝搬時間を測定
することもできる。このような実施例構成にすることに
より、伝送ケーブル２８＋、２８ｍ、２８ｓの敷設作業
が不要になり、局を独立して適宜設置でき、ケーブル敷
設による計測範囲の規制がなくなって、より長距離のト
ンネル計画路線の計測が可能とな゛る利点が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る地中掘削機の位置計
測装置によれば、シールド掘削機等の掘進機の３次元的
な位置を自動的、連続的、かつリアルタイムに計測でき
るとともに、計測に伴う掘削作業休止の必要がなく、ま
た計測による人手がいらないので作業効率が向上する。

更には計画路線が急曲線、連続曲線掘削であっても、あ
るいはシールド径のサイズに影響されることなく計測が
可能となり、誤差の累積等の不都合のない計測処理がで
きるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る地中掘削機の位置計測装置の全体
のブロック説明図、第２図は実施例をトンネル［１１現
場に適用してシールド掘削機の位置を測定する場合に用
いた説明斜視図、第３図は計測信号のタイムチャート、
第４図は第二実施例を示すものであって精密時計を用い
て同期をとる構成とした地中掘削機の位置計測装置のブ
ロック説明図である。１Ｏ１１２，１４・・・・・・固定送信局、２０・・・
・・・シールド掘削機、２２・・・・・・移動受信局、
２６・・・・・・処理手段、２Ｂ、、２８ｇ、２１Ｌ２
Ｂ・・・・・・伝送ケーブル、３０・・・・・・演算手
段、３４・・・・・・精密時計。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）地上あるいは地中の定位置に設置され地中伝播電
波を送信する３以上の固定送信局と、地中掘削機に搭載
され前記地中伝播電波を受信する移動受信局と、前記各
固定送信局からの電波送信時刻を検出する同期手段と、
この同期手段からの検出時刻と前記移動受信局の受信時
刻を取り込み各固定送信局からの電波の伝播時間を検出
することにより前記地中掘削機の座標位置を算出する演
算手段とを備えたことを特徴とする地中掘削機の位置計
測装置。