JPH04181119A - レーザー定点マーキング機能を備えたレーザー測量システム - Google Patents

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、建築土木構造物などにおいて工事乃至測定の
対象となる定点の自動測量を行なえると共に、測量結果
データに基づいて前記定点をレーザーパターンによって
マーキング対象面に表示できる定点マーキング機能を有
するレーザー測量システムに関する。

［従来の技術］ 建築土木構造物の各種工事乃至構造物メンテナスなどに
必要な測量には、高い精度が望め、しかも、取扱いが簡
便なレーザー測量装置が広く用いられるようになった。

また、前記の測量装置で得られた測量データをもとに、
各種構造物に定点をマーキングすることがあり、レーザ
ーよるマーキング装置では、レーザー投光器からレーザ
ーを出射して前記測量データに基づく定点位置にレーザ
ースポットを形成しながら塗料などで印を付ける、いわ
ゆる定点マーキングが施される。視認できるレーザーの
使用は、暗視野の状況で進められるトンネル掘削工事に
おいて特に、有効と言える。

一例として、現場計測の管理のもとにトンネル掘削を行
なうナトム（ＮＡＴＭ）工法では、硬質岩盤などの切羽
面で爆薬を発破して掘進作業が行なわれるが、この発破
工法において切羽面に設けられる装薬用の穿孔は位置と
数が厳密な設計に基づいて決定される。心抜きを含む装
薬穿孔の位置、穿孔数、装薬量はコンピュータによって
自動的に求めることができるようになったが、装薬穿孔
の位置を切羽面に設定する定点マーキング作業は人手に
頼っていた・ ［発明が解決しようとする課題］ 各種建築土木構造物に測量基準点乃至測定点を光学的に
設定する方式に採用されていたレーザー投光器は通常、
定点マーキング対象面にル−ザースポットを投射して、
レーザー投射位置を塗料などを用いて手作業でマーキン
グして定点を設定するため、定点マーキング作業に時間
と手間が掛かった。

たとえば、トンネル掘削工事において発破用の装薬孔を
切羽面に穿孔する場合、切羽面にレーザー投光器から投
光されたレーザーによるレーザースポットに塗料で人為
的にマーキングし、１穿孔位置のマーキングを終えたら
レーザー投射位置を次の穿孔位置に移動させて定点マー
キングを繰り返す方法が採られるが、これには多大な手
間と時間が掛かり、定点マーキングの完全自動化に対応
し得ない、しかも、この方法では、トンネル切羽面の１
箇所だけにレーザースポットが形成されるため、全ての
装薬用穿孔位置の全体状況の把握が困難であるなどの問
題もある。

また、定点マーキングに必要な測量装置は、マーキング
が手作業、あるいは、自動のいずれで行なわれるにせよ
、マーキング作業中は使用されず、測量装置の稼動率が
低下する問題もある。すなわち、−例として、トンネル
掘削工事において切羽面に爆薬発破用装薬穿孔の位置を
マーキングする作業に並行して、支保工などのトンネル
工事部分が地山荷重などによるトンネルの変位変形を継
続的に測定する必要があるが、マーキング定点を確定す
るために用いるレーザー測量装置はマーキング完了まで
使用不能になるので、構造物の変位変形を継続的に実施
する目的のために、別にレーザー測量装置を設置する必
要が考えられ、不合理であるなどの欠点があった。

しかして、本発明の目的は、各種建築土木構造物に対す
る測量に付帯する複数定点の設定をレーザーパターンに
よって表示して定点マーキングを自動化し、且つ、複数
定点表示のレーザーパターン表示中にレーザー測量装置
を独立させて他の対象の測量に供することを可能にし、
装置の稼動率を高め合理的に各種測量に供することがで
きるレーザ一定点マーキング機能を備えたレーザー測量
装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、定点マーキングおよび測量に要す
る制御を遠隔操作できるシステムを採用してマーキング
作業および測量作業の簡便化を高めたレーザ一定点マー
キング機能を備えたレーザー測量装置を提供することに
ある。

［課題を解決しようとする手段］ 上記目的を達成するために、本発明のレーザー測量装置
は、レーザーを用いて測距および測角を行なうレーザー
測量装置と、レーザーによって定点マーキング対象面に
定点パターンを投影するレーザープロジェクタ−と、前
記レーザー測量装置からの出力測距測角値を演算処理し
て測量データを求めると共に、予め設定入力した定点パ
ターン設定値および前記測量データに基づいてレーザー
プロジェクタ−を駆動制御して所期の定点パターンを投
影させる演算制御装置とからなり、前記定点マーキング
対象面に前記レーザープロジェクタ−によって定点パタ
ーンを継続投影中に前記レーザー測量装置を独立して他
の対象の測量に適用可能にしたことを特徴とする。

前記レーザー測量装置を前記レーザープロジェクタ−に
対して独立して全周旋回可能に設けるとよい。また、前
記演算処理装置を遠隔操作する遠隔コントローラユニッ
トを設けるとよい。

［作用］ 測距・測角が可能なレーザー測量装置を測量基点に設置
し、演算制御装置に制御信号などの設定値を入力してレ
ーザー測量装置を駆動制御する。レーザー測量装置によ
る測距測角はレーザー測量装置からの出射レーザーを適
宜設定した測点のターゲットに反射させ、その反射光の
出射レーザーに対する時間差から、測点の相対位置座標
を演算制御装置における演算処理によって求める。

一方、定点設定のためのマーキング対象面の適宜箇所の
位置座標データを上記演算制御装置による演算処理によ
って求め、予め定められた複数の４針足点を上記位置座
標データに基づいて位置決定し、演算制御装置を介して
レーザープロジェクタ−を駆動し、定点マーキング対象
面に上記定点を含むレーザーパターンを継続的に投影す
る。

レーザー測量装置はレーザープロジェクタ−に独立して
全周旋回可能に設けられ、独立して制御できるので、レ
ーザープロジェクタ−による定点パターン投影時に、他
の測量対象に指向させて別の測量に独立して適用するこ
とができる。

前記演算制御装置を遠隔コントローラユニットを介して
ワイヤレス操作できるので、マーキング作業乃至測量作
業に応じて演算制御装置によるレーザー測量装置の駆動
管理、更には、測量定点設定に要する演算処理を遠隔制
御することが可能になる。トンネル掘削工事においては
、マーキング対象面となるトンネル切羽に複数の対象定
点である発破用の装薬穿孔位置をレーザーパターンとし
て穿孔作業の間、継続的に投影することが可能であり、
しかも、レーザーパターンの投影中に他の対象の測量を
実施できる。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を添付の図面に基づいて説明す
る。

第１図および第２図に示すように、本発明によるレーザ
ー測量システム１は測量基点Ｐｏに設置され、任意に設
定される測点Ｐｎ　（ｎ・１，２．３−・・）までの距
離と相対角度を測定する測距・測角機能を有するレーザ
ー測量装置ｌＯと、定点マーキング対象面Ｆｃに所期の
レーザーパターンを投影するレーザープロジェクタ−２
０と、前記レーザー測量装置ｌＯで得られた測定データ
を演算処理すると共に、レーザー測量装置ｌＯおよびレ
ーザープロジェクタ−２０を駆動制御するための演算処
理装置３ｏよりなる。

上記レーザー測量装置１０、レーザープロジェクタ−２
０は、支持フレーム４０に保持されており、測量基点に
設置固定可能な固定部材４２に据え付けられている。こ
こでは、この実施例のレーザー測量システムｌをトンネ
ル工事に適用するので、第２図に示すように支持フレー
ム４０をトンネル内壁Ｔｗの冠部に固定させる固定部材
４２が懸吊手段になっているが、地面に設置するのであ
れば、三脚あるいはテーブルなどであってもよい。

上記レーザー測量装置ＩＯは、レーザー投光器１２から
レーザー光ｂｌを出射し、測点Ｐｎに設けた反射ターゲ
ットＴｌｌ〜ＴＩ３からの反射光ｂ２を受光してその時
間差によって高精度に測点Ｐｎに対する測距・測角を行
ない、測点Ｐｎまでの距離データと相対角度データを出
力する。レーザー測量装置１０として、トータルステー
ションなどの構成を利用することもできる。

レーザー測量装置ＩＯには、水平方向に全周回転駆動さ
せる水平旋回モータ１４ａと、垂直方向に角回転駆動さ
せる垂直旋回モータ１４ｂが設けられており、両旋回モ
ータ１４ａ、　１４ｂを協働的に作動させることでレー
ザー測量装置ＩＯを実質的にあらゆる方向に指向させる
ことができる。

レーザープロジェクタ−２０として、出射するレーザー
ビームを水平および垂直方向に偏向走査して定点マーキ
ング対象面Ｆｃに所期の定点パターンＰｄを投射する一
般的な映像表示システムが応用できる。

レーザープロジェクタ−２０には、これを水平垂直方向
に角運動させることができる方向変換装置２４が設けら
れている。

演算制御装置３０は通常、キーボード、ＣＲＴなどのデ
イスプレィと、データを格納蓄積するメモリなどを備え
ており、汎用のパーソナルコンピュータ、あるいは、専
用のマイクロモジュールで構築できる。パソコンを利用
するのであればハンドベルトタイプが好ましい。また、
プリンタ３２を使用して、測量結果データの管理をする
ようにしてもよい。

この実施例では、遠隔操作で演算制御装置３０を制御可
能にしている。すなわち、演算制御装置３０に接続され
た送受信ベースユニット３４ａと、測量作業者が携帯す
るハンドユニット３４ｂとで構成した遠隔コントローラ
ユニット３４を用いている。

これによって、測量作業者がハンドユニット３４ｂに、
レーザー測量装置ｌＯの作動および方向制御指令と、レ
ーザープロジェクタ−２０の駆動制御指令を入力するこ
とで、遠隔操作でこれらの駆動要素を制御できる。

以上の構成による本発明のレーザー測量システム１を用
いて、先ず、トンネル掘削工事における爆薬発破用装薬
穿孔の位置をトンネル切羽面に定点マーキングする手順
を第３図（Ａ）　、　（Ｂ）にしたがって説明する。言
うまでもなく、トンネル切羽面への装薬穿孔の位置マー
キングは本発明の一例であって、建築土木等の建設分野
のみならず、あらゆる産業分野における定点マーキング
のための技術に応用可能である。

トンネル掘削工事の施工に際しては通常、事前調査、地
盤評価、計画設計、実施設計を通して予め切羽発破のた
めの爆薬装填用の穿孔の孔数（ｎ）および位置が設計の
段階で設定されている。

前記穿孔位置の座標はＹ軸、Ｙ軸、Ｙ軸の夫々の方向の
角度で与えることができる。よって、実際の装薬用の穿
孔作業時には設計穿孔位置を切羽に設定するマーキング
作業が必要になる６本発明ではこれを光学的に行ない、
穿孔作業の間、継続して定点パターンを投影するように
なっている。

このマーキング作業に際して先ず、トンネル切羽面（マ
ーキング対象面）　ＦＣの手前の位置を基準点Ｐ０とし
てレーザー測量システム１を設置する。

基準点Ｐ。は既知の位置座標（Ｘｏ、　Ｙｏ、　Ｚｏｌ
を持っている。基準点Ｐ０へのレーザー測量システムｌ
の設置は、トンネル断面上のどこに据え付けてもよいが
、第２図に示したようにトンネル冠部、つまり、トンネ
ルの上壁面中央部に固定部材４２を用いて支持フレーム
４０に保持されたレーザー測量装置ｌＯおよびレーザー
プロジェクタ−２０を懸吊している。また、演算制御装
置３０を適当な場所に設置し、レーザー測量装置ｌＯお
よびレーザープロジェクタ−２０に接続する。

次に、トンネル内の任意断面位置（参照面）ＦＲの複数
箇所（ここでは、３点）に反射ターゲットＴｌｌ〜Ｔ１
３を設置する。これらターゲットＴｌｌ〜Ｔ１３の位置
座標（Ｘｒ＋ｃ、　Ｙｒｍ、　Ｚｒｋ）［ｋ＝１．２．
３］は、測量基点Ｐｏに設置したレーザー測量装置ｌＯ
によって決定される。第３図（Ａ）における参照面Ｆ＋
ｅは掘進対象の切羽Ｆｃである。

反射ターゲットＴｌｌ−７１３としては、キューブコー
ナ・リフレクタ−などのように入射角に関係なく入射光
を正反射させる反射プリズム素子が適用できる。

こうして測量準備が完了したら、第３図（Ａ）に示すよ
うに、レーザー測量装置ＩＯを作動させて反射ターゲッ
トＴｌｌ〜ＴＩ３にレーザー光ｂｌを照射し、それによ
る反射光ｂ２と出射光ｂｌの時間差からターゲットまで
の距離を求めると同時に、レーザー照射角を測定する。

ターゲットＴｌｌ〜Ｔ１３の３点について得られる測距
データと測角データ（Ｘ軸偏角θＸとＹ軸偏角θｙ）に
よってターゲットに対するレーザー測量装置ＩＯの相対
位置［座標（Ｘｏ、　Ｙｏ、　Ｚ（１）　）が正確に把
握できる。

レーザー測量装置ｌＯと参照面Ｆ、　（切羽Ｆｃ）の絶
対位置座標を測量したら、予め定められている切羽にお
ける装薬用穿孔の位置データを演算制御装置３０に入力
して、レーザープロジェクタ−２０への制御信号Ｓｈ、
　Ｓｖを演算して求める。ここでの制御信号Ｓｈ、Ｓｖ
は、レーザープロジェクタ−２０から発振されるレーザ
ー光の垂直偏向・水平偏向を制御するためのものである
。

演算制御装置３０で求められた水平・垂直偏向制御信号
Ｓｈ、　Ｓｖをレーザープロジェクタ−２０に入力する
ことで、ここから発振されるレーザー光を連続的に偏向
させ、第３図（Ｂ）に示すように、切羽Ｆｃに爆薬装填
用の穿孔ｈ　Ｉ”　ｈ−〜ｈ、、の全てを同時に定点パ
ターンＰｄとしてマーキング投影できる。

レーザープロジェクタ−２０によって投影される定点パ
ターンＰｄを手掛かりに所期の穿孔作業を行なう。穿孔
完了後、爆薬装填、発破、掘削ずつの搬出、吹き付けな
どの支保工を経て切羽の推進が完了する。

切羽が掘進されて、第３図（Ｃ）に示すように参照面Ｆ
Ｒより前方に切羽Ｆｃ’が移動しても、レーザー測量装
置ｌＯで切羽の位置を確認することで設計通りの定点パ
ターンＰｄをレーザープロジェクタ−２０によって切羽
面に投影できる。

また、定点パターンＰｄを定点マーキング対象面（切羽
）に継続的に投影している間に、レーザー測量装置ＩＯ
を旋回させて他の対象の測量を実行できる。ここでは、
第２の測量対象として切羽と反対側のトンネル入口に向
かう任意の参照面Ｆｔを測量するものとする。

すなわち、反射ターゲットＴｌ１−Ｔ１３の位置データ
を演算制御装置３０に蓄積しておき、レーザー測量装置
ｌＯを、第２の参照面Ｆｔに設定した任意測点（ターゲ
ットＴ２１−Ｔ２３）に向かってレーザー光ｂｌ’を出
射する。ここでも、上記測量データの演算処理と同じ方
法で、レーザー測量装置ＩＯでは出射レーザー光ｂｌ’
　とターゲットＴ２１−　Ｔ２３からの反射光ｂ２’の
時間差データとと出射レーザーの出射角データによって
測点の相対位置座標を認識する。

同様にその他の参照面の測点を測定して、逐次演算制御
装置３０に入力してデータを蓄積させることも可能であ
る。こうした複数の測量点のデータを統括的に解析すれ
ば、測量構造物の総体的な変形、変位などの状態を簡単
、正確に把握することが可能となる。また、演算制御装
置３０に入力したデータ、あるいは、基準点、参照点、
切羽面の測量結果、更には、定点設計値などの必要なデ
ータを逐次、演算制御装置３０のデイスプレィに表示し
たり、プリンタ３２に出力することができ、しかも、測
量の事後評価にも適用可能である。

いずれの作業も作業現場の如何なる場所からでも、作業
員が遠隔コントローラユニット３４を駆使することで、
定点パターンの投影調整、位置確認、補正、更には、レ
ーザー測量装置ｌＯの制御　　４などの一切の作業を遠
隔で容易に実行することができる。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明のレーザー測量システム
は、測距および測角を行なうレーザー測量装置を、レー
ザーによって定点マーキング対象面に定点パターンを投
影するレーザープロジェクタ−に対して独立して全周旋
回可能にしたので、各種建築土木構造物に対する測量に
付帯する複数定点の設定をレーザーパターンによって自
動的に表示できると共に、レーザープロジェクタ−によ
り定点マーキングパターンを表示しながらレーザー測量
装置を独立させて他の対象の測量に供することができる
。したがって、高精度で簡便に定点マーキングが実行で
き、しかも、装置の稼動率を高め合理的に各種測量に供
することができる。

また、定点マーキングおよび測量に要する制御を遠隔操
作できるので、定点マーキングの作業および測量作業の
簡便化を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレーザー測量システムの概略構成
図、第２図は一例として本発明のレーザー測量システム
をトンネル工事に適用した場合の設置状態図、第３図（
Ａ）〜（Ｃ）は使用状態の説明図である。 １−・・レーザー測量システム、 １０・・・レーザー量装置、 ２０・・・レーザープロジェクタ−１ ３０・・・演算制御装置、 ３４・・・遠隔コントローラユニット、Ｆｃ・・・定点
マーキング対象面、 Ｐｃ・・・定点パターン。 第］國

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザーを用いて測距および測角を行なうレーザ
   ー測量装置と、レーザーによって定点マーキング対象面
   に定点パターンを投影するレーザープロジェクターと、
   該レーザー測量装置からの出力測距測角値を演算処理し
   て測量データを求めると共に、予め設定入力した定点パ
   ターン設定値および該測量データに基づいてレーザープ
   ロジェクターを駆動制御して所期の定点パターンを投影
   させる演算制御装置とからなり、前記定点マーキング対
   象面に該レーザープロジェクターによって定点パターン
   を継続投影中に該レーザー測量装置を独立して他の対象
   の測量に適用可能にしたことを特徴とするレーザー測量
   システム。
2. （２）該レーザー測量装置を該レーザープロジェクター
   に対して独立して全周旋回可能に設けた特許請求の範囲
   第１項記載のレーザー測量システム。
3. （３）該演算処理装置を遠隔操作する遠隔コントローラ
   ユニットを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第２項記載のレーザー測量システム。