JPH04204108A - 自動位置測定システム - 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、大深度地下開発等において用いられる自動位
置測定システムに関し、更に詳しくは、例えばトンネル
掘削時に掘削機の位置を自動的に測定するシステムに関
する。

〈従来の技術〉 トンネル掘削作業においては、掘削機が予め決められた
掘削計画線に沿って移動しながら掘削作業を行う必要が
ある。

従来は、掘削したトンネル内において、作業者が例えば
レーザーを利用した測量機材等を用いて掘削機の位置を
測定していた。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な従来の位置測定は、測定距離が
せいぜい２００ｍ程度の短い距離で長距離の測定は困難
であった。また、測定には専門的な知識と熟練した測定
技術が必要で、たれても簡単に測定を行うことができな
かった。

本発明は、これらの状況に鑑みてなされたもので、比較
的長距離での位置測定を、無人で行うことができる”自
動位置測定システムを提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記した課題を解決する本発明は、 ターゲットを搭載し測定位置に置かれる自走可能に構成
された先行台車と、 ターゲットを搭載し自走可能に構成された後方台車と、 前記先行台車と後方台車との間の挾まれた位置に置かれ
、前記後方車のターゲットまでの距離と相対角度、前記
先行車のターゲットまでの距離と相対角度とを測定する
距離測定手段と角度測定手段を搭載し、自走可能に構成
された測量台車とを備えて構成される。

く作用〉 先行台車は、測定台車に先行してトンネル内の先端部付
近に自走し、測定台車は先行台車と後方台車の間を自走
し、先行台車および後方台車に搭載されているターゲッ
トまでの距離と相対角度とをそれぞれ尺取り動作シーケ
ンスを行いながら測定する。

測定台車から得られる距離と相対角度のデータは演算手
段に印加され、そこで先行台車および後方台車に搭載さ
れているターゲットまでの距離と相対角度とに基づいて
、所定の演算を行い先行台車の位置を求める。

〈実施例〉 以下図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。図において、１はターゲット１１を搭載し、測定位
置である例えばトンネル先端部に置かれる先行台車で、
例えば無線による指令を受けて自走できるように構成さ
れている。ターゲット１１としては、例えばレーザビー
ムを反射するような反射板が用いられている。

２はターゲット２１を搭載した後方台車で、先行台車１
と同様に無線による指令を受けて自走できるように構成
されている。

３は先行台車１と後方台車２の間に挾まれるようにして
置かれる測定台車で、後方車２のターゲット２１までの
距離と相対角度、先行台車１のターゲット１１までの距
離と相対角度を測定する距離測定手段３１、相対角度測
定手段３２とを搭載している。この測定台車も無線によ
る指令を受けて自走できるように構成されている。ここ
で、距離測定手段３１としては、例えばレーザビームあ
るいは超音波信号をターゲットに向けて送波し、それが
ターゲットで反射して戻ってくるまでの時間を測定する
ことで、距離を測定するような手段が使用できる。また
、相対角度測定手段３２としては、ジャイロ・コンパス
とレベル計を組み合わせた手段や傾斜計を用いることが
できる。

４はアンテナ線で、この実施例では各台車を無線で自走
させる制御信号の伝送の為に設けられている。また、測
定台車３で測定された各種のデータは、このアンテナ線
４を経て、外部に送り出されるようにしである。

５は制御装置で、例えばコンピュータを含んで構成され
ており、アンテナ線４を介して各台車の動きを制御する
と共に、アンテナ線４を経て送られた各データを受け、
所定の演算を行って、先行台車の位置を求めるようにし
ている。

このように構成したシステムの動作を説明すれば、以下
の通りである。

第２図は、トンネル掘削の場合を想定した測量動作の概
念を示す図で、ここでは説明を簡単にするために、掘削
方向を２次元的に示すが、実際は３次元の位置を求める
必要があり、本発明は３次元の位置測定に適用される。

本発明においては、位置測定を実施する場合、先ず先行
台車１を先行させそれをターゲット・ポイントとし、後
方台車２をバックポインとして、後方台車２と測定台車
３とを結ぶ直線Ｐｏ−Ｐｉを基線にとり、測定台車３自
身を先行台車１のターゲット１１にめがけて測定角度を
振り、この方向の角度θ１．θ２・・・を順次得るよう
にしている。

第３図は、各台車が尺取り動作を行いながら先端部位置
を測定する場合のシーケンスを示す概念図であり、第４
図はこの尺取り動作シーケンンスにより得られるデータ
から位置座標を求めるための概念図である。

第３図において、ステップ１ては測定台車３を、スター
ト地点ＰＯに設置する。この地点は、予めその座標位置
か決められていて、ここでスタート地点での基準角度θ
０を設定する。ステップ２では、はじめに、先行台車１
がＰｌの位置に移動する。この状態で、測定台車３は、
先行台車１方向に対して両者の間の距離Ｌ１の測定と、
角度θ１の測定を行う。

ステップ３．４で、測定台車３はスタート地点Ｐｏを離
れて移動すると共に、代わりに後方台車２をスタート地
点Ｐｏに移動させそこに設置する。

各台車の移動や設置は、全て無線により制御装置５から
の制御信号に基づいて行われる。

ステップ５〜７では、測定台車３が先行台車１がステッ
プ２で設置されていたＰｌの位置まで移動する。この測
定台車３の１１点への移動は、後方台車２との間の距離
を測定しながら、この間の距離がＬｌに等しくなるよう
に制御装置５からの移動指示を受けながら行われる。１
１点に移動したところで、角度θ１１を測定する。そし
て、ここで得られた角度θ１１により、ステップ２て得
られている角度θ１を必要に応じて補正する。

ステップ８ては、先行台車１を先端部位置Ｐ２に移動す
る。そして、この状態で、測定台車３は、先行台車１方
向に対して両者の間の距離Ｌ２の測定と、角度θ２の測
定を行う。続いて、ステップ９〜１１で、後方台車２を
位置２１点に移動する。

また、ステップ１２〜１４で測定台車３を先端部位置Ｐ
２に移動する。この測定台車３の２２点への移動は、後
方台車２との間の距離を測定しながら、この間の距離が
Ｌ２に等しくなるように制御装置５によりの移動指示を
受けなから行われる。

２２点に移動したところで、角度θ２１を測定する。こ
こで得られた角度θ２１により、ステップ８で得られて
いる角度θ２を必要に応して補正する。

いま、スタート地点ＰＯの座標をｘｏ、ｙｏ。

ＺＯとし、３次元直交座標位置を考えると、各点ＰＩ、
Ｐ２の位置は、以下の式で示される。

Ｐｏ　　；　　（ＸＯ，ＹＯ，ＺＯ） ＰＩ　　；　　（Ｘｉ、Ｙｌ、　　Ｚｌ）Ｐ２；　　（
Ｘ２．Ｙ２．　　Ｚ２） ここで、 Ｘ１＝ＸＯ＋ＬＬ　・　　５ｉｎａ　１　　φ　ｃｏｓ
θＩＹ１−ＹＯ＋Ｌ１・ｓｉｎα１拳ｓｉｎθＩＺｌ＝
ＺＯ＋ＬＬ　・ｃｏｓ　ａ　Ｉ Ｘ２”ＸＯ＋Ｘｌ＋Ｌ２　−　ｓｉｔ＋α２　　・　ｃ
ｏｓ　　（θ１　＋　０２　）Ｙ２−ＹＯ＋Ｙ１＋Ｌ２
　　争　ｓｌｎ　ａ２　　・　ｃｏｓ　　（θｌ　＋　
θ２　）Ｙ２−ＹＯ＋Ｙｌ＋Ｌ２−　５ｉｎａ２　拳ｓ
ｉｎ　（θ１＋θ２）Ｚ２−ＺＯ＋Ｚ１＋Ｌ２　・ｃｏ
ｓ　（αｔ　＋　ａ２　）である。なお、θ１は、ＸＹ
平面上に投影した直線Ｐ　ｉ−２−Ｐ　ｉ−１に対する
直線ｐｉ−ｔ−ｐ＋のなす角である。また、α１は、基
準の平面に対する直線Ｐｉ−１−Ｐｉがなす角度である
（第４図はα１−０の場合の図である）。

従って、制御装置５内の演算手段は、次のような所定の
演算を行うことで、先端部位置Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｘｎ
）を求めることができる。

Ｘｎ−ΣＸｌ＋Ｌｎ　・５ｉｎａｎ−ｃｏｓ　（Σθ１
）Ｙ２−　ΣＹｌ＋Ｌｎ　　−５ｉｎｃｒｎ　　拳　ｓ
ｉｎ　（Σθ【　）ｚ２−　ΣＺｌ＋Ｌｎ　　−ｃｏｓ
　（Σαｉ　）第３図に示すような各台車の尺取り動作
シーケンスは、スタート地点ＰＯから無人で誘導しなが
ら、先端部位置に達することが可能で、先端部位置の測
定を自動的に行うことができる。なお、先行台車の誘導
は、例えばＣＣＤカメラを搭載して遠隔操作により行う
ようにしてもよい。

位置測定が完了すると、前述した尺取り動作シーケンス
の逆動作を実施することにより、各台車をスタート地点
に帰還させることができ、次回の測定に備えられる（通
常の土木施工は、先端部での掘削作業の進捗状況に応じ
て、スタート地点からの反復測量が行われている）。

なお、スタート地点は、必ずしも、例えばトンネル入口
でなくともよく、既に位置測定が完了した地点を基準点
にしてもよい。この場合、基準点として選定する位置は
、比較的安定した場所や平坦位置が望ましい。また、前
述した各点ＰＩ、Ｐ２・・・は、予め測量予定点として
設計値に基づき設定しておき、−施工の進捗に伴ってこ
れらの点をプログラムして、実際の位置測定時に照合す
るようにしてもよい。

また、シールドトンネル内の現場では、各台車をレール
走行させることとし、台車の停止位置ぎめをリミットス
イッチなどで行うようにしてもよい。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明によれば、測定台車
を中間に挟んだ状態で、ターゲットを搭載した先行台車
と後方台車を尺取り動作シーケンスで移動させ、その間
に得られるデータから先端部位置を測定するようにした
もので、比較的長距離にある位置の測定を、無人でしか
も正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、 第２図はトンネル掘削の場合を想定した測量動作の概念
を示す図、 第３図は各台車が尺取り動作を行いながら先端位置を測
定する場合のシーケンスを示す概念図、第４図は第３図
に示すシーケンンスにより得られるデータから位置座標
を求めるための概念図である。 １・・・先行台車 −２・・・後方台車 ３・・・測定台車 １１．２１・・・ターゲット ３１・・・距離測定手段 ３２・・・角度測定手段 ４・・・アンテナ線 ５・・・制御装置 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ターゲットを搭載し測定位置に置かれる自走可能に構成
   された先行台車と、 ターゲットを搭載し自走可能に構成された後方台車と、 前記先行台車と後方台車の間に挾まれた位置に置かれ、
   前記後方車のターゲットまでの距離と相対角度、前記先
   行車のターゲットまでの距離と相対角度とを測定する距
   離測定手段と角度測定手段を搭載し、自走可能に構成さ
   れた測量台車とを備え、 測定台車から前記後方車のターゲットまでの距離と相対
   角度、測定台車から前記先行車のターゲットまでの距離
   と相対角度とに基づいて、前記先行台車の位置を知るよ
   うにしたことを特徴とする自動位置測定システム。