JPH0529844B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は測距および測角を１つの装置で行う
ことのできる自動測量装置および方向探査方法に
関する。

＜従来の技術＞ シールド工法において、シールド機は掘進計画
線に沿つて進める必要があり、そのためにシール
ド機の位置、機軸の方向を測量し、計画線からず
れている場合には掘進方向を修正する。ずれがで
きるだけ小さいうちに修正するには測量データを
常に知つていることが望ましく、そのために測量
は作業手順の一要素として掘進作業に組込まれて
いる。

従来、上記の測量は個々に独立したトランシツ
トやレベル等の測量器械を順次用いて行なわれて
いた。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、上記従来の測量は、トランシツ
トによる水平測量とレベルによる水準測量を個々
に行い、さらに別のたとえば光波測距手段により
測距を行うため、測量作業が煩雑となり、かつ測
角と測距が１つの装置で連続的に行えないため、
測量に時間がかかり、測量の作業能率および測定
精度が悪いという問題があつた。また、このた
め、常に測量によリシールド機の位置および機軸
の方向を知るというわけにはゆかず、掘進方向を
制御する時間を失い、シールド機が計画路線から
はずれることがあつた。特に、掘進路線形が曲線
である場合は上記測量作業を頻繁に行う必要が生
じるため、測量の作業能率の悪さ、シールド工法
における掘進作業の能率向上の大きな妨げになる
という問題があつた。また、基準点とシールド機
が見通せなくなるため、測量装置を頻繁に基準点
を見通せる位置に移設するいわゆる盛り替えを行
う必要が生じるが、上述のように従来のトランシ
ツトやレベル等を用いる測量は、作業能率が悪い
ため、盛り替えが容易に行えず、盛り替えに手間
と時間がかかり、さらに掘進作業の能率向上の大
きな妨げになるという問題があつた。また上述の
ように測角と測距が同時に行うことができないた
め、一連の測量作業全体が自動で行えないという
問題があつた。

そこで、この発明の目的は、測角と測距が１つ
の装置で連続的に行えると共に、測角における平
面測量と水準測量が同時に行え、かつ自動的に能
率良く測角および測距を行つて測量結果を得るこ
とができ、いわゆる盛り替えも容易に能率良く行
うことができる自動測量装置を提供することにあ
る。

また、この発明の目的は、上記自動測量装置を
用いて自動的に、かつ正確にコーナーキユーブの
上記自動測量装置に対する方向を探査する方法お
よび上記自動測量装置を能率良く動作させるのに
必要な方法を提供することにある。

＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するため、この発明の自動測量
装置は、光ビームを発生する光発生手段と、上記
光ビームを鉛直軸を中心に旋回させて走査する水
平光ビーム走査手段と、上記光ビームを水平軸を
中心に旋回させて走査する鉛直光ビーム走査手段
と、上記光ビームを平行に反射する少くとも２個
のコーナーキユーブからの反射光を受光する受光
手段と、上記水平光ビーム走査手段の走査する光
ビームが、上記受光手段により受光されたときの
この光ビームの鉛直軸回りの水平角を検出する水
平角検出手段と、上記鉛直光ビーム走査手段の走
査する光ビームが、上記受光手段により受光され
たときのこの光ビームの水平軸回りの鉛直角を検
出する鉛直角検出手段と、上記光ビームの方向と
直角で、上記鉛直軸と水平軸の交点を含む面から
上記コーナーキユーブまでの距離を測定する上記
光ビームと平行に測距用光ビームを発振する光波
測距手段と、上記水平角、鉛直角検出手段から出
力される光ビーム方向信号と上記光波測距手段か
ら出力される距離信号より、上記コーナーキユー
ブと上記鉛直水平軸の交点との相対的な位置を算
出する位置算出手段とを備えたことを特徴として
いる。

また、この発明のコーナーキユーブの方向探査
方法は、上記自動測量装置を用い、鉛直光ビーム
走査手段または水平光ビーム走査手段の一方を第
１光ビーム走査手段とし、他方を第２光ビーム走
査手段とし、かつ、上記第１光ビーム走査手段の
走査角度を検出する角度検出手段を第１角度検出
手段とし、上記第２光ビーム走査手段の走査角度
を検出する角度検出手段を第２角度検出手段と
し、まず、上記第１光ビーム走査手段により光発
生手段の発生する光ビームを、コーナーキユーブ
の受光幅よりも大きい寸法に相当する角度だけ旋
回走査させた後、第１光ビーム走査手段の旋回を
固定し、上記第２光ビーム走査手段により上記光
ビームをコーナーキユーブの受光幅よりも小さい
寸法に相当する角度旋回して、第２光ビーム走査
手段の旋回を固定し、しかる後再び上記第１光ビ
ーム走査手段により光ビームを旋回走査すること
を、光ビームがコーナーキユーブに照射するまで
繰り返すことを特徴としている。

また、この発明のコーナーキユーブの方向探査
方法は、上記方向探査方法において、上記コーナ
ーキユーブからの反射光を受光手段で受光して、
この受光手段が受光を開始するときおよび受光を
終了するときの受光手段からの受光信号に基づい
て上記コーナーキユーブを照射した第１光ビーム
走査手段の旋回角度を第１角度検出手段で検出
し、次いで、上記第１光ビーム走査手段を上記第
１角度検出手段で検出された旋回角度を平均した
角度の方向に固定して、上記第２光ビーム走査手
段により上記光ビームを旋回させて走査し、上記
コーナーキユーブからの反射光を受光手段で受光
して、この受光手段が受光を開始するときおよび
受光を終了するときの受光手段からの受光信号に
基づいて上記コーナーキユーブを照射した第２光
ビーム走査手段の旋回角度を上記第２角度検出手
段で検出し、上記第１、第２角度検出手段で検出
した旋回角度を夫々平均することにより上記コー
ナーキユーブの水平および鉛直方向を検出するよ
うにしている。

また、この発明の水平、鉛直光ビーム走査手段
の走査範囲決定方法は、上記自動測量装置を用
い、位置の停止と移動を繰り返すコーナーキユー
ブに向つて光発生手段の発生する光ビームを走査
する水平、鉛直光ビーム走査手段の走査範囲を決
定するに際して、移動前の測定によつて求められ
たコーナーキユーブの測定位置が移動後の走査範
囲の中心になるように走査範囲を決定するように
している。

また、この発明の光波測距手段の光軸の調整方
法は、上記自動測量装置を用い、位置の停止と移
動を繰り返すコーナーキユーブまでの距離を測定
するに際して、光波測距手段と光発生手段との離
間距離と、移動前に測定された上記光波測距手段
とコーナーキユーブとの距離とに基づいて、移動
後の距離測定時の上記光波測距手段の光軸の方向
を算出して、上記光波測距手段の光軸の方向を調
整するようにしている。

＜作用＞ 請求項１に記載の自動測量装置において、水平
光ビーム走査手段および鉛直光ビーム走査手段
は、光発生手段の発生する光ビームを夫々鉛直軸
および水平軸を中心に旋回させ、水平、鉛直走査
する。一方、水平角検出手段および鉛直角検出手
段は、水平、鉛直光ビーム走査手段により走査さ
れ、少くとも２個のコーナーキユーブにより平行
に反射された反射光を夫々受光手段が受光したと
きの水平角および鉛直角を検出する。また、光波
測距手段は、コーナーキユーブまでの距離を測定
する。この光波測距手段から出力される測距信号
と水平角検出手段および鉛直角検出手段から出力
される光ビーム方向信号より、位置算出手段はコ
ーナーキユーブの相対的な位置を算出する。

請求項２に記載の方向探査方法において、コー
ナーキユーブの水平および鉛直方向を、水平、鉛
直光ビーム走査手段により光ビームを走査して検
出するには、上記両光ビーム走査手段の一方たる
第１光ビーム走査手段により光発生手段の発生す
る光ビームを、コーナーキユーブの受光幅よりも
大きい寸法に相当する角度だけ旋回走査させた
後、第１光ビーム走査手段の旋回を固定し、上記
両光ビーム走査手段の他方たる第２光ビーム走査
手段により上記光ビームをコーナーキユーブの受
光幅よりも小さい寸法に相当する角度旋回して、
第２光ビーム走査手段の旋回を固定し、しかる後
再び上記第１光ビーム走査手段により光ビームを
旋回走査することを、光ビームがコーナーキユー
ブに照射するまで繰り返す。そして、上記コーナ
ーキユーブからの反射光を受光手段で受光して、
この受光手段からの受光信号に基づいて上記コー
ナーキユーブを照射した第１光ビーム走査手段の
旋回方向を第１角度検出手段で検出する。次い
で、上記第１光ビーム走査手段を第１角度検出手
段で検出された旋回方向に固定して、上記第２光
ビーム走査手段により上記光ビームを旋回させて
走査し、上記コーナーキユーブからの反射光の上
記受光手段からの受光信号に基づいて上記コーナ
ーキユーブを照射した第２光ビーム走査手段の旋
回方向を第２角度検出手段で検出する。そして、
上記第１、第２角度検出手段で検出した旋回方向
により上記コーナーキユーブの水平および鉛直方
向を検出する。

コーナーキユーブの方向は、上記光ビーム走査
手段により走査され、コーナーキユーブからの反
射光を受光手段が受光を開始するときおよび受光
を終了するときの検出方向に基づいて決定され
る。

請求項４に記載の走査範囲決定方法は、光ビー
ム走査手段の移動後の走査範囲は、移動前の測定
によつて求められたコーナーキユーブの測定位置
が移動後の走査範囲の中心になるように決定され
る。

請求項５に記載の光波測距手段の光軸の方向の
調整は、光波測距手段と光発生手段との離間距離
と、移動前に測定された上記光波測距手段とコー
ナーキユーブとの距離とに基づいて、移動後の距
離測定時の光軸の方向を算出して行なわれる。

＜実施例＞ 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説
明する。

第１図はこの発明の自動測量装置の要部の縦断
面図である。ベース１は略箱状をしており、ベー
ス１の底部に設けた複数のレベル調整ネジ１ａ，
１ａ…を調整して、ベース１を常に水平に保つこ
とができるようにしている。

ベース１の上部１ｂには、第１図の紙面に垂直
な方向、つまり前後方向略中央に、前後方向に直
交する幅方向に２つの貫通孔２，３を設けてい
る。ベース１の内部には一方の貫通孔２に、軸４
を鉛直方向に挿通して上部１ｂの上面に軸端を突
出させた状態で、水平光ビーム方向検出手段とし
てのロータリーエンコーダ５を配置し、ベース１
の上部１ｂ下面に固定している。ベース１の上面
より鉛直軸４であるロータリーエンコーダ５の軸
の上方に突出した部分の軸方向略中央には、外歯
歯車６を固定している。また、ベース１の内部に
は、他方の貫通孔３に軸７ａを鉛直方向に挿通し
た状態で、駆動手段としてのパルスモータ７を固
定している。そして、上面より上方に突出した軸
７ａの端部に外歯歯車８を固定し、この外歯歯車
８を上記外歯歯車６に噛合させている。これによ
り、後述する信号に応じて回転するパルスモータ
７の動きは、噛合した一対の歯車６，８を介して
ロータリーエンコーダ５によりその回転角に応じ
た数のパルス信号が出力される。

鉛直軸４の軸端には矩形板を略Ｕ字状に曲げた
形状の支持部材１０のＵ字の底に相当する水平部
１０ａの中心を互いに直角になるように固定して
いる。パルスモータ７、一対の歯車６，８、鉛直
軸４および保持部材１０により、水平光ビーム走
査手段Ａが構成される。

支持部材１０の一対の鉛直部１０ｂ，１０ｃに
は、上記鉛直軸４と直交する水平方向の貫通孔１
１，１１を設けている。そして、すべり軸受１
２，１２を介して、保持部材１３を水平軸回りに
旋回可能に保持している。この保持部材１３は、
略四角筒状の保持部１４と、保持部１４の互いに
水平方向に対向する部材１４ａ，１４ａに水平方
向両側に外側に向かつて軸を完全に一致させて突
設された一対の軸部１５ａ，１５ｂからなる水平
軸１５とで構成され、この水平軸１５の一対の軸
部１５ａ，１５ｂの両端に夫々外嵌して固定され
た一対の略円筒形のカツプリング１６，１６のつ
ば部を除く円筒部１６ａ，１６ｂを上記すべり軸
受１２，１２に夫々内嵌して、支持部材１０に鉛
直旋回可能に支持されている。この水平軸１５の
軸線と上記鉛直軸４の軸線とは互いに直交点Ｏで
直交している。この直交点Ｏは後述するレーザー
光の旋回中心となる。

支持部材１０の一方の鉛直部１０ｂの外側に
は、パルスモータ１７を固定し、その回転軸はカ
ツプリング１６を介して水平軸１５の軸部１５ａ
に接続してある。また、他方の鉛直部１０ｃの外
側には、ロータリエンコーダ１８を固定し、その
軸をカツプリング１６を介して軸部１５ｂに接続
している。そして、この保持部材１３を支持部材
１０に対して、後述する信号に応じてパルスモー
タ１７により水平軸１５回りに鉛直旋回させると
共に、その水平軸１５回りの旋回角に応じた数の
パルス信号を上記ロータリーエンコーダ１８から
出力するようにしている。上記保持部材１３およ
びパルスモータ１７により鉛直光ビーム走査手段
Ｂが構成される。

上記四角筒状の保持部１４の上側部材１４ｂの
上面の端部には、略矩形の板状の取付部材１９の
端部１９ａを固定して、片持梁状に突設してい
る。そして、この取付部材１９に、レーザ発振器
２１を一対のまくら部材２０，２０を介して固定
している。そして、所定の方向（第１図の状態で
は紙面に垂直、かつ紙面の背面側に向かう方向）
にレーザー光を発するようにしている。

一方、保持部材１３の保持部１４内には、入射
光を平行光にするための略円筒形のビームエキス
パンダー２２を、その軸が鉛直軸４と水平軸１５
との上記直交点Ｏを通り鉛直軸４と水平軸１５の
両方に直交するように配置している。そして、図
示しない装置により保持部１４に固定している。
このビームエキスパンダー２２は、第２図に示す
ように、上記レーザー発振器２１の発射口２１ａ
から発射され、保持部４の後端面に固定された側
面が略Ｌ字形の支持部材２３の鉛直部２３ａに支
持された一対の光路変更部材２４，２４により、
光路を直角に２度曲げられてビームエキスパンダ
ー２２の軸上に導かれたレーザー光をこのビーム
エキスパンダー２２の軸に平行な平行光にすると
共に、その平行光にされ、直交点Ｏを通るレーザ
ー光を、出光側２２ａから図中矢印で示すように
発射する。上記レーザー発振器２１、光路変更部
材２４，２４およびビームエキスパンダー２２に
より光発生手段Ｃが構成される。レーザー光すな
わちレーザービームは、第２図の右側下方に突設
された矩形の板状の支持部材２５の上面に固定さ
れ、第３図に示すように、水平軸１５に対して
45°傾いて配置された反射板２６の中心孔２６ａ
を通過し、次いで支持部材２５（第３図では図示
を省略）のさらにレーザービームの発射方向前方
に光路にその軸を一致させて固定された集光レン
ズ２７の中心孔２７ａを通過して発射される。集
光レンズ２７に中心孔２７ａを設け、レーザービ
ームをその中心孔２７ａを通るようにしたのは、
発射レーザービームがレンズの収差の影響を受け
ないようにするためである。レーザービームは、
上記パルスモータ７により鉛直軸４回りの水平角
度成分を制御されると共に、パルスモータ１７に
より水平軸１５回りの鉛直角度成分を制御され
て、ベース１と離れた座標の既知点あるいは未知
点に配置された光反射手段としてのコーナーキユ
ーブCCに向けて発射される（以下、一般的なコ
ーナーキユーブをさす場合はCCと記述し、特定
のコーナーキユーブをさす場合はさらに番号ある
いは英字を付加して記述する。）。

コーナーキユーブCCは、常に入射光に平行に
光を反射する公知のものであり、入射光は、第８
図に示すように、コーナーキユーブCCの要部を
構成するプリズムの互いに直角な３つの反射面
ｒ，ｒ，ｒにより反射され、第３図に示すよう
に、反射面ｒ，ｒ，ｒで形成されるコーナーＸに
対して常に点対称となる位置から出ていく。この
ため、コーナーキユーブCCにより平行に反射さ
れた反射レーザービームは、コーナーキユーブ
CCに向かつて発射された発射レーザービームに
対して平行、かつ、ずれた状態で集光レンズ２７
に向かい、集光レンズ２７に入光する。この発射
レーザービームと反射レーザービームの光路のず
れの大きさ（第３図中Ｓで示す）は、発射レーザ
ービームがコーナーキユーブCCの周縁部で反射
され、集光レンズ２７に戻る光路をたどるとき最
も大きくなる。そのため、集光レンズ２７は、コ
ーナーキユーブCCに反射され最大限平行にずれ
て戻つてくる反射レーザー光でも確実に集光でき
るだけの大きさのレンズ径を有している。反射レ
ーザービームは、集光レンズ２７の光軸に平行に
入光するので、集光レンズ２７のビームエキスパ
ンダー２２側の焦点ｆに向かう。しかし、集光レ
ンズ２７と焦点ｆの中間の位置に反射板２６が設
けられているため、反射レーザービームはこの反
射板２６に反射されて、実際は、焦点ｆと反射板
２６の反射面に関して対称な焦点f′に向かう。こ
の焦点f′上、あるいは、この焦点f′近傍にはフオ
トダイオード等の支持部材２５上に固定した受光
素子２８を配置している。そして、その受光面２
８ａにより反射レーザービームをすべて受光する
ようにしている。この受光素子２８、反射レーザ
ービームの受光があるときに、受光があることを
示し受光信号を出力する。集光レンズ２７と反射
鏡２６と受光素子２８により受光手段Ｄが構成さ
れる。

一方、第１図に示すように、保持部１４の上側
部材１４ｂの上面には、測距手段としての光波測
距装置３０をその測距原点が直交点Ｏの鉛直線上
に位置するように配置している。そしてその測距
方向が、光発生手段Ｃから発射する発射レーザー
ビームを含む鉛直平面内において発射レーザービ
ームと平行になるように固定している。そして、
この光波測距装置３０から所定の間隔で発射され
た測距光パルスとそれのコーナーキユーブCCか
らの反射光パルスとの干渉に基づいて、コーナー
キユーブCCと光波測距装置３０の測距原点の間
の距離を測定し、その測定結果を測距信号として
出力するようになつている。

光波測距装置３０の測距光の光軸と上記発射レ
ーザービームの光軸とは上記鉛直面内で平行、か
つ所定の距離ｄだけ離れている。そのため、コー
ナーキユーブCCに向けて発射された発射レーザ
ービームが、第３図に示すようにコーナーキユー
ブCCを捕捉している状態から、上記光波測距装
置３０をコーナーキユーブCCに向ける（第１０
図参照）ためには、上記鉛直面内で、鉛直光ビー
ム走査手段Ｂと光波測距装置３０との距離ｄの存
在に起因する角度だけ測距方向を下げる、つまり
測距方向を調整する必要があるが、詳細は後述す
る。以上のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより、測距測角器Ｅ
が構成される。そして、上記直交点（旋回中心）
Ｏは、この測距測角器Ｅの座標を代表する。

測距測角器Ｅは、第４図に示すように、掘進作
業を行うシールド機３１の所定の位置に固定さ
れ、移動する測点としてのコーナーキユーブCCs
と、座標が既知の基準点３３，３３の鉛直方向既
知寸法上方に位置するようにセグメント３２に固
定された基準のコーナーキユーブCC１，CC２と
を完全に見通せる中間の任意の地点に据え付けら
れ、上記２つの基準コーナーキユーブCC１，CC
２に対する測距測角器Ｅ自身の座標が測量により
求められる。そして、光発生手段Ｃの発生する発
射レーザービームを水平、鉛直光ビーム走査手段
Ａ，Ｂにより走査して、コーナーキユーブCCsを
捕捉して、上記コーナーキユーブCCsの測距測角
器Ｅに対する方向を検出する。

測距測角器Ｅには、制御部３５と通信伝送部３
６とからなる補助装置３４を信号線ａを介して接
続している。この補助装置３４は上記測距測角器
Ｅの近傍に配置されている。

制御部３５は、測距測角器Ｅのロータリエンコ
ーダ５，１８から信号線ａを介して入力されるロ
ータリエンコーダ５，１８の回転角、つまりレー
ザービームの旋回角に応じて発生される水平、鉛
直パルス信号を夫々、水平、鉛直パルスカウンタ
（図示せず）によりカウントする。このカウント
は、水平、鉛直基準方位をカウントの開始方位と
して行われる。このため、上記水平、鉛直パルス
カウンタのカウント値は、基準方位である0°方位
からのレーザービームの水平角θおよび鉛直角α
に比例した値となる（第５図参照）。つまり、制
御部３５は、測距測角器Ｅのロータリエンコーダ
５，１８が回転角に応じて発信する水平、鉛直パ
ルス信号を水平、鉛直パルスカウンタによりカウ
ントし、この水平、鉛直パルス信号を、水平、鉛
直角θ，αに比例した水平、鉛直カウント信号に
変換する。そして、測距測角器Ｅがコーナーキユ
ーブCC（第４図ではCCs）を捕捉し、それによ
り、測距測角器Ｅの受光素子２８から受光信号が
この制御部３５に入力されるとき、この受光信号
を契機として、そのときの水平、鉛直カウント信
号を後述するコンピユータ３７に出力する。詳し
くは、光発生手段Ｃから発生され発射されたレー
ザービームが水平あるいは鉛直光ビーム走査手段
Ａ，Ｂにより走査されて、第６図中矢印で示すよ
うに（第６図は水平走査の場合を示している。）、
コーナーキユーブCCを横切り、それに併ない受
光素子２８から第７図に示すように受光信号が出
力されたとき、受光信号の立上りｃおよび立下が
りｄ、つまり受光素子の受光開始および受光終了
を契機として、水平走査の場合は受光開始時の水
平カウント信号と受光終了時の水平カウント信号
とを、また、鉛直走査の場合は受光開始時の鉛直
カウント信号と受光終了時の鉛直カウント信号と
を、第４図に示すように、通信伝送部３５および
信号線ｂを介して、コンピユータ本体３８と
CRT３９とプリンタ４０とキーボード４１とか
らなるコンピユータ３７のコンピユータ本体３８
に出力する。この受光開始時の水平カウント信号
と受光終了時の水平カウント信号に基づいて後述
するようにコーナーキユーブCCの中心の水平角
θが、また、受光開始時の鉛直カウント信号と受
光終了時の鉛直カウント信号に基づいて後述する
ようにコーナーキユーブCCの中心の鉛直角αが
算出される。また、制御部３５は、光波測距装置
３０から入力される測距信号を、通信伝送部３６
および信号線ｂを介してコンピユータ本体３８
に、そのまま出力する。また、制御部３５は、コ
ンピユータ本体３８が後述の処理を行つて出力す
る測角時の走査信号および測距時の測距方向調整
信号に基づいて、測距測角器Ｅのパルスモータ
７，１７を駆動するための駆動信号を信号線ａを
介して測距測角器Ｅに出力する。通信伝送部３６
は、信号線ｂを介して、制御部３５とコンピユー
タ本体３８の信号の授受を受けもつ。

コンピユータ本体３８は、後述する走査信号を
補助装置３４に出力し、この補助装置３４を介し
て、測距測角器Ｅの水平、鉛直光ビーム走査手段
Ａ，Ｂの要部を構成するパルスモータ７，１７を
駆動して、光発生手段Ｃの発するレーザービーム
を走査すると共に、この走査により測距測角器Ｅ
の発射するレーザービームがコーナーキユーブ
CCを捕捉したときに付属装置３４の制御部３５
から通信伝送部３６および信号線ｂを介して伝え
られる受光開始時の水平カウント信号あるいは鉛
直カウント信号と、受光終了時の水平カウント信
号あるいは鉛直カウント信号に基づいて、コーナ
ーキユーブCCの座標を代表するコーナーキユー
ブCCの中心の水平角θあるいは鉛直角αを算出
する。すなわち、水平走査の場合は受光開始時の
水平カウント信号と受光終了時の水平カウント信
号との相加平均を、また鉛直走査の場合は受光開
始時の鉛直カウント信号と受光終了時の鉛直カウ
ント信号との相加平均を算出し、さらに、この算
出された水平、鉛直平均カウント信号を基準方位
からの水平角θ、鉛直角αに変換して、コーナー
キユーブCCの中心の水平角θ、鉛直角αを夫々
算出する。そして、この水平角θ、鉛直角αと、
捕捉状態から測距方向調整信号に基づいて測距方
向をコーナーキユーブCCに向けて後、測定した
光波測距装置３０からの測距信号つまり測距デー
タＬとを所定のメモリに今回の測量データとして
格納すると共に、この水平角θ、鉛直角αおよび
測距データＬとに基づいて、コーナーキユーブ
CCの測距測角器Ｅに相対座標を算出し、コーナ
ーキユーブCCの座標を算出する（第４図では、
CCsの座標が算出される）。そして、この座標値
と、上記コンピユータ３７の本体３８にアンプ４
４を介して接続されると共に、上記シールド機３
１に固定されたローリング計42、ピツチング計43
およびヨーイング計（ヨーイング計は図示を省
略）からのローリング、ピツチング、ヨーイング
信号に基づいて算出したローリング角、ピツチン
グ角およびヨーイング角とに基づいて、シールド
機３１の中心と掘進計画路線（図示せず）との距
離つまりシールド機３１の中心に計画路線に対す
る水平、鉛直方向のズレ、掘進距離、シールド機
３１の姿勢を求める。そして、CRT３９に測量
結果を視覚的にとらえることができるようにグラ
フ化して表示する。測量に必要な諸データはキー
ボード４１から入力する。また、上記測量結果は
必要時、プリンター４０からプリントアウトされ
る。

以下に、測距測角器Ｅをコンピユータ３７から
の走査信号に基づいて補助装置３４の制御部３５
を介して駆動してレーザービームを走査し、この
走査によりコーナーキユーブCCを捕捉する方法、
つまたコーナーキユーブCCの測距測角器Ｅに対
する方向を検出するコーナーキユーブの方向探査
方法について説明する。

この探査は、まず水平走査手段Ａによる水平走
査を後述する走査範囲内で繰り返してコーナーキ
ユーブCCの水平角θを検知し次いで、この検知
された水平角θに水平光ビーム走査手段Ａを固定
した状態で鉛直走査手段Ｂによる鉛直走査を行
い、コーナーキユーブCCの鉛直角αを検知する
ことにより、行われる。

まず走査されるレーザービームの動きを中心に
説明する。

上記レーザービームの走査は、第８図に示すよ
うに、コーナーキユーブの中心Occの近傍を走査
範囲の中心Ｐとし、コーナーキユーブCCをその
範囲内に含む水平走査距離ｈ、鉛直走査距離ｖの
矩形の走査範囲Ｒ内をレーザー光を通過するよう
に行われ、この走査範囲Ｒの大きさを示す上記水
平走査距離ｈおよび鉛直走査距離ｖは、予想され
る測点の変化量よりも大きくなるように設定され
る。

まず、第８図中矢印で示すように、レーザービ
ームは走査範囲Ｒのコーナーの走査開始位置５０
から水平走査手段Ａにより水平走査距離ｈだけ水
平走査h₁される。次いで、コーナーキユーブCC
での反射に携わる部分の直径よりも小さい下げ幅
v′だけ水平走査範囲端で鉛直装置手段Ｂにより鉛
直下げ走査v′₁され、再び水平走査距離ｈだけ上
記水平走査h₁と逆方向に水平走査h₂される。次い
で上記とは反対側の水平走査範囲端で下げ幅v′だ
け鉛直下げ走査v′₂され、上記水平走査h₂は逆方
向に水平走査h₃される。以下、上述の走査が、レ
ーザービームがコーナーキユーブCCにより平行
に反射され、その反射レーザービームが上述のよ
うにして受光素子２８に受光されて、この受光素
子２８の出力する受光信号に基づいて前述のよう
にしてコーナーキユーブCCの中心Occの水平角
θが検出されるまで継続され繰り返される。この
水平走査は走査範囲Ｒの中心Ｐに関して水平方向
にｈ／２づつ対称になるように行われる。水平角
θが検出されると、続いて、レーザービームは、
この検出されたコーナーキユーブCCの水平角θ
に水平光ビーム走査手段Ａを固定した状態で、鉛
直光ビーム走査手段Ｂにより上記走査範囲Ｒ内で
走査範囲端から鉛直走査され、同じく受光素子２
８からの受光信号に基づいてコーナーキユーブ
CCの中心Occの鉛直角αが検出されるまで走査
される。このとき、既にコーナーキユーブCCの
中心Occの水平角θが検出されているため、鉛直
走査されるレーザービームは必ずコーナーキユー
ブCCの中心Occを通過する。そのため、鉛直角
αは、水平角θを検出する場合と異なり、一回の
鉛直走査により検出される。鉛直走査も、走査範
囲Ｒの中心Ｐに関し鉛直方向ｖ／２づい対称にな
るように行われる。

次に、コンピユータ３７が付属装置３４の制御
部３５に走査信号を出力し、この付属装置３４の
制御部３５を介して、測距測角器Ｅの水平、鉛直
光ビーム走査手段Ａ，Ｂを駆動し、上述のように
レーザービームを走査してコーナーキユーブCC
の方向を探査する方法、すわなち、コーナーキユ
ーブの方向探査方法を、第１２，１３図のフロー
チヤートを参照しつつ説明する。ただし、コーナ
ーキユーブの方向探査方法は、第４図に示すよう
に、シールド機３１の掘進と共に移動するシール
ド機３１側のコーナーキユーブCCsを、２つの基
準コーナーキユーブCC１，CC２の位置および測
距測角器Ｅの位置を変えずに所定の測量間隔で連
続的に探査する場合、つまり定常測量における探
査の場合と、そうでない場合、すなわち測距測角
器Ｅの初期設置時における基準コーナーキユーブ
CC１，CC２あるいはシールド機３１側のコーナ
ーキユーブCCsの探査や、いわゆる盛り替え時に
おける基準コーナーキユーブCC１あるいはCC２
の探査の場合とで、今回の走査を決める概算デー
タの有無という点で異なるため、まず前者の場合
を説明し、続いて後者の場合の前者の場合と異な
るところのみを説明する。

第１２，１３図のフローチヤートを夫々後述す
る第１１図１，２，３のフローチヤートのサブプ
ログラムを構成している。

まず、上記前者の場合を説明する。第１２図の
ステツプSA1で、コーナーキユーブCCsの水平捜
査が開始される。ステツプSA2では、レーザー光
の発射方向をコーナーキユーブCCsの近くに向け
る。つまりコーナーキユーブCCsの方向にほぼ一
致する方向に捜査範囲Ｒの中心Ｐ方向を概略設定
し、レーザー光をその方向に向ける。ここでは、
前回の測量により得られたコーナーキユーブCCs
の方向に今回の走査範囲Ｒの中心Ｐ方向を向ける
ようにする。なぜならば、シールド機３１の掘進
速度は遅いので、コーナーキユーブCCsの位置は
その前に測定したときの位置と大きく変化しない
からである。そこで走査範囲Ｒの中心Ｐ方向に前
回の測定のコーナーキユーブCCsの中心Occ方向
を指定すれば、今回測量しようとするコーナーキ
ユーブCCsは走査範囲内に存在することになるか
らである。定常測量の場合レーザービームは、前
回の測量の終了時にコーナーキユーブCCsの中心
Occ方向を向いて停止するためレーザー光はすで
に今回の測量のコーナーキユーブCCsの近く向け
られている。

次にステツプSA3では測量するコーナーキユー
ブCCの番号をコンピユータ本体３８の所定のメ
モリ（図示せず）に入力する。ここでは、既に前
回の測量時にコーナーキユーブCCsに対応する番
号が入力済みである。

次のSA4では、コンピユータ本体３８は、同じ
コンピユータ本体３８に設けられた上記所定のメ
モリに測定毎にアドレスを変えて格納されている
同一のコーナーキユーブ番号（ここではCCsに対
応する番号）の測量データのうちの直前回の測量
時のデータ、つまり、走査範囲Ｒの水平走査距離
ｈ、鉛直走査距離ｖ、下げ幅v′および測距データ
Ｌを読み出す。前回の測量時のコーナーキユーブ
CCsの位置において水平走査距離ｈ、鉛直走査距
離ｖにより定められる今回の走査範囲Ｒは、その
大きさｈ，ｖが前述のように予め測点つまり、シ
ールド機側コーナーキユーブCCsの予測される移
動量よりも大きく設けられるため、上記ステツプ
SA2で走査範囲Ｒの中心Ｐ方向を前回の測量にお
いて検出されたコーナーキユーブCCsの方向に向
けることと相俟つて、コーナーキユーブCCsを確
実にその範囲に含む。

ステツプSA5では、コンピユータ３７はステツ
プSA4で読み出された水平走査距離ｈ、鉛直走査
距離ｖ、下げ幅v′と上記前回の測距データＬとか
らパルスモータ７，１７の水平走査角度θh、鉛
直走査角度αvおよび下げ幅の角度αv′を算出す
る。この算出は次式による（第９図参照）。

tanθh＝ｈ／Ｌ、tanαv＝ｖ／Ｌ、tanαv′＝v′／Ｌ 上記式から明らかなように距離Ｌの点において
一定の走査距離だけ走査するのに必要なパルスモ
ータ７，１７の水平、鉛直走査角度θh，αvおよ
び下げ幅の角度αv′は、測距データＬが長くなる
ほど小さくなる。そのため、上記走査角度θh，
αv，αv′は、常に前回の測距データＬに基づいて
測定毎に新たに算出される。続いてコンピユータ
３７は、パルスモータ７，１７を夫々上記水平走
査角度θhの1/2の角度だけ回転させるのに必要な
パルス数を算出し、その算出したパルス数に基づ
いてパルスモータ７，１７を駆動し、現在走査範
囲Ｒの中心Ｐ方向を向いているレーザービームの
発射方向を、上述の水平走査開始位置５０の方向
に向ける。

次のステツプSA6では、コンピユータ３７は、
レーザー光の現在位置（ここでは水平走査開始位
置５０）の水平角θと移動すべき位置の水平角θ
までのパルス数、つまり、上記ステツプSA5で算
出した水平走査角度θhだけパルスモータ７を回
転させるのに必要な水平走査パルス数を算出す
る。そして、ステツプSA7に進む。

ステツプSA7では、コンピユータ３７は、上記
水平走査開始位置５０の方向に発射されているレ
ーザービームを、パルスモータ７に上記水平走査
パルス数の制御信号を付属装置３４を介して与え
て、上記水平走査角θhだけ扇状に水平移動させ
る。つまり水平走査する。そして次のステツプ
SA8に進む。

ステツプSA8では、コンピユータ３７は上記水
平走査中に、発光素子２８に受光があつたか否
か、つまり、発射レーザービームがコーナーキユ
ーブCCsを捕捉したか否か判別する。そして受光
がない、つまり未だレーザービームがコーナーキ
ユーブCCsを捕捉していないと判別するとステツ
プSA9に進む。

ステツプSA9〜SA10ではコンピユータ３７は、
レーザー光の現在位置の鉛直角αと移動すべき位
置の鉛直角αまでのパルス数つまりパルスモータ
１７を上記下げ幅の角度αv′だけ回転させるのに
必要な下げパルス数を算出し、この算出した下げ
パルス数に応じた制御信号を付属装置３４を介し
てパルスモータ１７に出力して、発射レーザービ
ームを上記下げ幅の角度αv′だけ旋回中心Ｏを中
心に扇状に鉛直移動させる。つまり、鉛直下げ走
査する。このとき、上記水平走査を行うパルスモ
ータ７は、上記ステツプSA7の水平走査の終了点
の水平角θに固定されている。ステツプSA10で
鉛直下げ走査が終了すると、パルスモータ１７は
この鉛直下げ走査の終了点の鉛直角αに固定さ
れ、再びステツプSA6に戻る。以下ステツプSA8
で受光素子２８が受光したと判別されるまで、上
記ステツプSA6，SA7，SA7，SA8，SA9，
SA10で形成されるループを繰り返し、既に第８
図を参照しつつ説明したように水平走査、鉛直下
げ走査、水平走査、鉛直下げ走査…を順に繰り返
す。

一方、ステツプSA8で、受光素子２８が受光し
たと、つまりレーザービームがコーナーキユーブ
CCsを捕捉したと判別するとステツプSA11に進
み、コンピユータ３７は、前に詳細に述べたよう
に、上記受光素子２８の出力する受光信号を契機
として付属装置３４の制御部３５が通信伝送部３
６を介して出力する受光開始時および受光終了時
の水平カウント信号を受けると共に所定のタイミ
ングで水平走査を停止させる。そして、次に続く
ステツプSA12でこの受光開始時および受光終了
時の水平カウント信号の相加平均を算出し、さら
にこの水平平均カウント値に基づいてコーナーキ
ユーブCCs中心に基準方位からの水平角θsを算出
する。そしてこの水平角θsをメモリの所定のアド
レスに格納する。

ステツプSA13では、コンピユータ３７は、現
在停止しているレーザービームを上記算出した水
平角θsまで移動させる水平走査信号を出力して、
発射レーザービームの水平角θをコーナーキユー
ブの中心の水平角θsに一致させ水平走査を完了す
る。

水平捜査が完了すると、続いて鉛直捜査を行
う。以下、鉛直捜査を第１３図のフローチヤート
を参照しつつ説明すると、ステツプSB1で、コン
ピユータ３７はコーナーキユーブCCsの鉛直走査
を開始し、ステツプSB2で前回の測量データＬお
よび鉛直走査距離ｖを上記メモリから読み出す。
次いで、ステツプSB3で上記測量データＬと鉛直
走査距離ｖに基づいて、上記水平走査の場合と同
様にして、鉛直走査角度αvを算出する。次いで
ステツプSB4で、鉛直走査角度αvだけパルスモ
ータ１７を回転させるのに必要な鉛直走査パルス
数を算出する。次いでステツプSB5で、まず、上
記鉛直走査パルス数の1/2のパルス信号をパルス
モータ１７に与えて、レーザービームを鉛直走査
角度αvの1/2だけ鉛直走査してレーザービームを
鉛直方向走査範囲端に向け、次いでパルスモータ
１７に上記鉛直走査パルス数のパルス信号を与え
て一方の鉛直走査範囲端から他方の鉛直走査範囲
端まで鉛直走査する。このとき、既にコーナーキ
ユーブCCsの水平角θsが検出されているため、鉛
直走査されるレーザービームは必ずコーナーキユ
ーブCCsの中心Occを通過する。このため、鉛直
走査は、鉛直走査範囲端から１回だけ行われる。
そして、次のステツプSB6で鉛直走査による受光
素子２８からの受光信号を受けると、次のステツ
プSB7でコンピユータ３７は、受光信号を契機と
して、付属装置３４の制御部３５が通信伝送部３
６を介して出力する受光開始時および受光終了時
の鉛直カウント信号を受け取る。そして、次のス
テツプSB8でこの受光開始時および受光終了時の
鉛直カウント信号の相加平均を算出し、さらに、
この鉛直平均カウント値に基づいてシールド機側
のコーナーキユーブCCsの中心Occの基準方位か
らの鉛直角αsを算出する。そして、この鉛直角
αsをメモリの所定のアドレスに格納された上記
水平角θsと対応させて格納する。次いで、ステツ
プSB9で、レーザービームをこの鉛直角αsまで移
動させた後固定する。これによりレーザービーム
はコーナーキユーブCCSの中心に向けて正確に発
射される。この発射方向は、シールド機３１の掘
進作業と共に今回の測量の位置より前進した上記
コーナーキユーブCCsの次回の測量時の走査範囲
Ｒの中心Ｐ方向となる。以上により、定常測量に
おけるコーナーキユーブの方向探査が完了する。
このように定常測量は以上を繰り返して自動的に
行われる。

次に、第１２，１３図のフローチヤートにおい
て、上記後者の場合、つまり、測距測角器Ｅの初
期設置時に基準のコーナーキユーブCC１，CC２
の位置を測量して測距測角器Ｅ自身の上記基準コ
ーナーキユーブCC１，CC２に対する位置を測量
する場合や、上記定常測量を開始する１回目のシ
ールド機側のコーナーキユーブCCsの位置を測量
する場合や基準のコーナーキユーブCC１あるい
はCC２の一方を座標が既知の測距測角器Ｅおよ
び他方の基準コーナーキユーブCC１あるいはCC
２を基準として新たな所望の位置に移設するいわ
ゆる盛り替えを行う場合等における上記前者の定
常測量の場合と異なるステツプのみを説明する。

第１２図のフローチヤートのステツプSA2で
は、測距測角器Ｅに対する測量するコーナーキユ
ーブCCの方向が未知である為、前回のデータを
今回の走査に用いるというわけにはゆかず、レー
ザー光を手動でコーナーキユーブCCの近くに向
け、この方向を走査範囲Ｒの中心Ｐ方向とするこ
とが必要となる。また、ステツプSA3では、新規
の測量であるため、今回測量としようとするコー
ナーキユーブ番号をキーボード４１を介して介コ
ンピユータ３７を入力する。また、次のステツプ
SA4では、今回の測角における走査の水平走査角
度θh、鉛直走査角度αvおよび下げ幅の角度αv′を
決定する基となる測距測角器Ｅとコーナーキユー
ブCCとの距離、水平走査距離ｈ、鉛直走査距離
ｖおよび下げ幅v′の大きさが未知であるため、コ
ンピユータ３７には、キーボード４１を介して予
め後述する第１１図１のステツプS1でキーボー
ド４１から入力された概算の位置（座標）に基づ
いて算出した概算距離Ｌと、同じく第１１図１ス
テツプS2でキーボード４１から入力され、設定
された走査範囲（水平、鉛直走査距離ｈ，ｖ）お
よび下げ幅v′とをメモリから読み出す。また、第
１３図のフローチヤートのステツプSB2でも、上
記概算距離Ｌおよび鉛直走査距離ｖ、下げ幅v′を
メモリから読み出す。

次に、コーナーキユーブの方向探査つまり、測
角の完了と共に続いて行われる測距について、第
１４図のフローチヤートを参照しつつ説明する。
この測距の場合も、上記測角の場合と同様上記前
者の場合と後者の場合で異なるため、まず最初に
上記前者の場合つまり定常測量を行う場合につい
て説明し、続いて上記後者の場合の前者の場合と
異なる部分を説明する。

まず前者の場合、ステツプSC1で測距がスター
トすると、コンピユータ３７は次のステツプSC2
で前回の測量時の測距データＬをメモリから読み
出す。そして次のステツプSC3で、前回の測距デ
ータＬと、測距測角器Ｅの発射レーザー光の光軸
と光波測距装置３０の測距光の光軸との上記距離
ｄ（第１図参照）とに基づいて tanβ＝ｄ／Ｌ より測距方向調整角度βを算出し（第１０図参
照）、さらにこの調整角度βだけパルスモータ１
７を回転させるのに必要なパルス数を算出し、こ
の算出したパルス数の信号を測距方向調整信号と
して出力し、次のステツプSC4でこの測距方向調
整信号に基づいてパルスモータ１７を制御部３５
を介して上記調整角度βだけ回転させ、光波測距
装置３０の測距方向を上記コーナーキユーブCCs
の方向に向ける。このとき、測距測角器Ｅの発射
レーザー光の光軸と光波測距装置３０の測距光の
光軸が同一鉛直面上に存在するため、光波測距装
置３０の測距方向の調整は鉛直旋回のみで行われ
る。これにより、今回の測距の準備が完了する。
ステツプSC4で測距の準備が完了すると、次のス
テツプSC5で、測距測角器Ｅの光波測距装置３０
は、前述のように、光波測距装置から所定の間隔
で発射された測距光パルスとそれのコーナーキユ
ーブCCsにより平行に発射されて戻つてくる反射
パルスとの干渉に基づいて、上記コーナーキユー
ブCCsと測距測角器Ｅの間の距離を測定し、この
測距データをコンピユータ３７に測距信号として
出力する。

上記後者の場合は、前回データが無いため、上
記ステツプSC2で、後述する第１１図１のステツ
プS1でキーボードから入力され、設定された概
算の位置（座標）に基づいて算出した概算距離Ｌ
をメモリから読み出す。

コンピユータ３７は、光波測距装置３０からの
測距信号、つまり測距データＬを、上記メモリに
既に格納された今回の測量におけるコーナーキユ
ーブ番号、測角データ（水平、鉛直角θ，α）、
水平走査距離ｈ、鉛直走査距離ｖ、下げ幅v′と対
応させて所定のアドレスに格納すると共に、この
測距データＬと上記測角データである水平、鉛直
角θ，αに基づいて、コーナーキユーブCCの測
距測角器Ｅに対する相対座標を算出し、この算出
結果に基づいて、上記コーナーキユーブCCの座
標を算出する。以上の一連の測角、測距および測
角データθ，αと測距データＬとに基づくコーナ
ーキユーブCCの座標の計算により１測点の測量
が完了する。以上の測量は、上記後者の場合にお
けるレーザー光をコーナーキユーブCCの近くに
向けて走査範囲Ｒの中心Ｐの方向を初期設定する
ときと、走査に必要な上記データを前述のように
キーボード４１から入力するときを除いて、すべ
て自動的に行われる。

次に上記構成の自動測量装置を用い、トラバー
ス測量によりシールド工法におけるシールド機３
１の位置を自動測量する方法を第１１図１，２，
３図のフローチヤート（前述の第１２，１３，１
４図のフローチヤートのメインフローチヤートで
ある。）を参照しつつ説明する。

今、自動測量装置の測距測角機Ｅは、第４図に
示すように、シールド機側のコーナーキユーブ
CCsとシールド機３１後方に２点設けられた座標
が既知の基準点３３，３３の上に設置された基準
コーナーキユーブCC１，CC２の３つすべてを見
通せるコーナーキユーブCCsおよび基準コーナー
キユーブCC１，CC２の中間の任意の位置にレベ
ル調整され、設置されたところで、未だ測距測角
器Ｅ自身の位置の測量およびその後に行われるコ
ーナーキユーブCCsの位置の測量はまだ行なわれ
ない、測距測角Ｅ以外の付属装置３４は、コンピ
ユータ３７およびローリング計42、ピツチング計
43等は第４図に示すように設置され、接続されて
いる状態であるとして以下の説明を行う。

第１１図１のステツプS1〜S7で、測距測角器
Ｅからの２つの基準狐疑CC1、CC2の方向（水平
角θ₁，θ₂ 鉛直角α₁，α₂）と距離L₁，L₂を測定す
ることにより、座標が未知の任意の位置に置かれ
た測距測角器Ｅ自身の座標を求める（第５図参
照）。

まず、ステツプS1で、コンピユータ本体３８、
にキーボード４１から上記２つの基準コーナーキ
ユーブCC１，CC２の位置（３軸座標値）およ
び、測距測角器Ｅの概略位置（３軸座標値）を入
力する。これらの位置データに基づいて、測距測
角器Ｅからの各基準コーナーキユーブCC１，CC
２との概算距離および方向が算出される。

次に続くステツプS2では、走査範囲Ｒつまり
水平走査距離ｈ、鉛直走査距離ｖと、下げ幅v′を
入力する。

次に続くステツプS3では、基準化を行う。す
なわち、測距測角器Ｅの光発生手段Ｃの発するレ
ーザービームの方向をロータリエンコーダ５，１
８の0°の方向に向け、そのときの付属装置３４の
制御部３５の有する水平、鉛直パルスカウンタを
リセツトする。これにより、レーザー光の水平、
鉛直旋回によつてロータリーエンコーダ５，１８
が出力するパルス信号をカウントした水平、鉛直
パルスカウンタからのカウント信号は、ロータリ
ーエンコーダ５，１８が0°の方向を基準とする水
平角、鉛直角に比例した信号となる。

次のステツプS4−１〜S4−３では、ステツプ
S1で入力した上記基準コーナーキユーブCC１、
CC２の座標と測距測角器Ｅの概略の座標に基づ
いて算出された上記概略距離および概略の方向と
ステツプS2で入力した走査範囲（水平走査距離
ｈ、鉛直走査距離ｖ）および下げ幅v′とに基づい
て、２つの基準コーナーキユーブCC１，CC２の
うちの一方の基準コーナーキユーブCC１の水平
角θ₁の測定、鉛直角α₁測定、距離L₁測定を、既に
説明した第１２，１３，１４図のサブフローチヤ
ートを順にコールして、行う。そして次のステツ
プS5に進む。

ステツプS5では、基準コーナーキユーブを２個
測定したか否か、つまり、未知の点から既知の２
点の方向および距離を測定することにより、未知
の点の既知の点に対する相対座標を求めることが
できるが、その条件が満足されたか否かを判定す
る。そして、基準コーナーキユーブを２個測定し
ていないと判定するが、再びS4−１〜S4−３を
繰り返し、残りの未測量の基準コーナーキユーブ
CC２の水平角θ₂、鉛直角α₂、距離L₂の測定を行
う。一方、ステツプS5で基準コーナーキユーブ
を２個測定したと判定すると、次のステツプS6
に進み、上記一方の基準コーナーキユーブCC１
の水平角θ₁、鉛直角α₁および距離L₁と、他方の基
準コーナーキユーブCC２の水平角θ₂、鉛直角α₂
および距離L₂（第５図参照）とに基づいて、測距
測角器Ｅの位置（座標）を算出する。そして、次
のステツプS7で、上記結果を前述のように、表
示、記録し、次の第１１図２のステツプS8に進
む。

ステツプS8では、ステツプS1〜S7により座標
が既知となつた測距測角器Ｅにより、シールド機
側のコーナーキユーブCCsの水平角θs、鉛直角αs
および距離Lsを、同じく第１２，１３，１４図
のサブフローチヤートを順にコールして測定す
る。そして次のステツプS9に進む。この最初の
コーナーキユーブCCsの測量に際し、第１２図の
ステツプSA2でレーザー光は測定者によりコーナ
ーキユーブCCsの近くに向けられる。ステツプS9
では、ステツプS8で測定された水平角θs、鉛直
角αs、距離Lsと測距測角器の座標データとに基
づいて、コーナーキユーブCCsの座標値を算出す
る。このとき、上記ステツプS1〜S7で測距測角
器Ｅ自身の座標を求めたときに、今設置されてい
る測距測角器Ｅのロータリーエンコーダ５，１８
の0°の方向が、２点の基準コーナーキユーブCC
１，CC２を結ぶ基準方向に対して何度の方向で
あるかが既知となつているため、つまり、ロータ
リーエンコーダ５，１８の0°の方向の位置座標系
における方向が既知となつているため、コーナー
キユーブCCsの座標は、２つの基準のコーナーキ
ユーブCC１，CC２から測距測角器Ｅ自身の座標
を求めた場合と異なり、測距測角器Ｅからコーナ
ーキユーブCCsの水平角θs、鉛直角αs、距離Lsを
測定するだけで算出できる。

次のステツプS10では、測定したコーナーキユ
ーブCCsの座標値と上記ローリング計42、ピツチ
ング計43、ヨーイング計からの信号に基づいてシ
ールド機軸の位置と傾きを求め、計画線との偏
倚、偏角を求める。そして、次のステツプS11で
上記比較演算結果であるシールド機３１の偏倚と
偏角とを表示、記録する。

次のステツプS12では、上記偏倚、偏角に基づ
いて計画線からのズレを無くするように、シール
ド機３１を推進操作する。そして、次のステツプ
S13でシールド機３１の推進が終了か否かを判別
する。ステツプS13でシールド機３１の推進が終
了であると判別すると、測量で終了する。一方、
ステツプS13でシールド機３１の推進が終了でな
い、つまり、まだ継続してシールド機３１の推進
つまり掘進を行うと判定すると、次のステツプ
S14に進み、ステツプS14で測距測角器Ｅ等を盛
り替えるか否かを判別する。ステツプS14で測距
測角器Ｅ等を盛り替えないと判定すると、再びス
テツプS8に戻り、上記ステツプS12で行つたシー
ルド機３１の推進より測距測角機Ｅから遠ざかる
方向に移動した移動後のコーナーキユーブCCsの
水平角θs、鉛直角αs、距離Lsを新たに計測する。
このとき、上述のように、今回の走査範囲Ｒの中
心方向を前回の測量において検知したコーナーキ
ユーブCCsの中心Occの方向に自動的に向けると
共に、今回の走査の水平、鉛直走査角度θh，θv
および下げ幅θv′を前回の測量時のコーナーキユ
ーブCCの位置における水平、鉛直走査距離ｈ，
ｖおよび下げ幅v′が前回と同じ寸法になるように
算出して、その算出結果に基づいて走査を行い、
計測する。そして、今回の計測の水平角θs、鉛直
角αs、距離Lsと測距測角器の座標データに基づ
いて、今回のコーナーキユーブCCsの位置、つま
り座標を算出する。そしてステツプS10で再び計
画線と移動後のシールド機側コーナーキユーブ
CCsの座標との比較演算を行い、次のステツプ
S11で、上記比較演算結果であるシールド機の偏
倚、偏角を表示、記録するそして再びステツプ
S12で上記偏倚、偏角に基づいて、計画線とのズ
レがなくなるように推進方向に修正しつつ、シー
ルド機３１の推進操作を行う。そして、次のステ
ツプS13で再びシールド機３１の推進終了か否か
を判定し、終了であれば軽量を終了し、終了でな
く継続して推進を行う場合、次のステツプS14に
進む。そしてステツプS14で測距測角器等を盛り
替えると判定するまで、上記ステツプS8〜S14を
繰り返す。これは、前述の定常測量にほかならな
い。このように、定常測量時には、シールド機側
のコーナーキユーブCCsのみの走査、検出を自動
的に繰り返し、常に計測結果を出力する。上記結
果は、測角、測距および位置の演算に要する時間
毎に１回出力される。

ここで、盛り替えについて説明すると、盛り替
えには、測距測角器Ｅの盛り替えと基準コーナー
キユーブCC１あるいはCC２の盛り替えがある。

盛り替えを行う状況には、 測距測角器Ｅとシールド機側コーナーキユー
ブCCsとの見通しがきかなくなる場合（第１５
図参照）。

測距測角器Ｅと後方の２つの基準コーナーキ
ユーブCC１，CC２のどちらか一方の基準コー
ナーキユーブとの見通しがきかなくなる場合
（第１６図参照）。

の２つのケースがあり、の場合が上記測距測角
器Ｅの盛り替えを行う場合であり、の場合が上
記基準コーナーキユーブCC１あるいはCC２の盛
り替えを行う場合である。

の場合は、第１６図に示すようにの場合に
おいて測距測角器Ｅをシールド機側のコーナーキ
ユーブCCsが見通せる位置に盛り替える場合に従
属的に生じる。したがつて、の場合の測距測角
器の盛り替え時にの場合が生じるときは、予め
見通しがきかなくなる基準コーナーキユーブCC
１あるいはCC２を、第１６図中破線の矢印で示
すように測距測角器Ｅの盛り替えを行う前に盛り
替える必要がある（第１６図はCC１の場合を示
している）。測距測角器Ｅの盛り替えを行つても
が生じないとき（第１５図参照）、つまり、後
方の２つの基準コーナーキユーブCC１、CC２が
見通せる場合は原則として盛り替えは必要ない。

基準コーナーキユーブCC１あるいはCC２の盛
り替えを必要としない通常の測距測角器Ｅの盛り
替えは、測距測角器Ｅを第１５図中に矢印で示す
ようにコーナーキユーブCCsが見通せる位置に移
設して行う。そして、後方の基準コーナーキユー
ブCC１、CC２の夫々の距離L₁，L₂および方向
（水平角θ₁，θ₂、鉛直角α₁，α₂）を測量して、測
距測角器Ｅ自身の位置を求める。これは、三角形
を形成する３点のうち２点の位置が既知であれ
ば、未知の点から既知の２点の方向と距離を夫々
測定することにより、未知の点の位置を求めるこ
とができるからである。

一方、基準コーナーキユーブの盛り替えを必要
とする測距測角器Ｅの盛り替えは、まず、測距測
角器Ｅは動かさずに、測距測角器Ｅの盛り替えを
行うと見通せなくなる方の基準コーナーキユーブ
CC１（CC１として話をすすめる。）を装置の盛
り替え後においても見通すことが可能な任意の位
置に移設する（第１６図参照）。そして、移設後
の基準コーナーキユーブCC１の方向θ₁，α₁と距
離L₁を測距測角器Ｅにより測定し、この方向θ₁，
α₁と距離L₁と既知である測距測角９Ｅ自身の位
置とこの測距測角器Ｅに対する他方の基準コーナ
ーキユーブCC２の方向θ₂，α₂と距離データL₂に
基づいて、移設後の基準コーナーキユーブCC１
の位置を求める。これは、三角形を形成する３点
のうち２点の位置が既知であれば、一方の既知の
１点から未知の１点との距離および上記未知の１
点と他方の既知の１点とのなす挾角を測定するこ
とにより未知の１点の位置を求めることができる
からである。

一方の基準コーナーキユーブCC１の位置が求
まり盛り替えが完了すると、必要があれば、上記
盛り替えた一方の基準コーナーキユーブCC１と
測距測角器Ｅを上述の既知の２点に適用して、残
された他方の基準のコーナーキユーブCC２の盛
り替えを上記と同様に行う。

１つのあるいは２つの基準のコーナーキユーブ
の盛り替えが完了すると、次いで測距測角器Ｅを
シールド機側のコーナーキユーブCCsが見通せる
位置に盛り替える。この測距測角器Ｅの盛り替え
は、上述の基準のコーナーキユーブの盛り替えを
必要としない測距測角器の盛り替えになるので、
説明を省略する。このように、この自動測量装置
は、他の測量方法の介在を必要とせずに容易に正
確に盛り替えを行うことができる。

以下、再び第１１図２のフローチヤートを説明
する。

上記ステツプS14で、測距測角器等つまり、測
距測角器Ｅあるいは基準コーナーキユーブを盛り
替えると判別すると、次の第１１図３のステツプ
S15に進む。

ステツプS15では、基準コーナーキユーブを盛
り替えるか否かを判定する。上述のように基準コ
ーナーキユーブの盛り替えが必要な場合は、ステ
ツプS16〜S18で基準コーナーキユーブCCを盛り
替え、盛り替えたコーナーキユーブの水平角θ、
鉛直角α、距離Ｌを計測し、盛り替え後の基準コ
ーナーキユーブの位置を算出する。そして次のス
テツプS19に進む。次のステツプS19でみ、基準
コーナーキユーブを２個盛り替えるか否かを判別
する。そしてステツプS19で２個盛り替えると判
別した場合は再びステツプS16に戻り残された基
準コーナーキユーブを、ステツプS16〜S18を繰
り返して盛り替える。一方、ステツプS19で基準
コーナーキユーブを２個盛り替えない、つまり移
設は一つで良いと判別すると（２個とも盛り替え
た場合も含む）、次のステツプS20に進む。

ステツプS20〜S23では、前述のように、測距
測角器Ｅを盛り替え、既知の２点である基準コー
ナーキユーブCC１，CC２の夫々の水平角θ₁，θ₂、
鉛直角α₁，α₂、距離L₁，L₂を計測し、この計測
結果に基づいて、盛り替え後の新たな測距測角器
Ｅの位置を演算する。そして、測距測角器Ｅの位
置を表示、記録する。そして、次に続くステツプ
S24で盛り替えを終了し、再び、第１１図２のス
テツプS8に戻る。そして、再びステツプS8〜S14
を繰り返しシールド機側コーナーキユーブCCsの
定常測量を上述のように自動的に行う。そして、
シールド機３１の推進と共に再び測距測角器Ｅ等
の盛り替えが必要となり、ステツプS14で装着等
を盛り替えると判別すると第１１図３のステツプ
S15〜S24を行つてステツプS8に戻る。このよう
にして、第１１図にのステツプS13でシールド機
３１の推進操作が終了と判定されるまで以上を繰
り返し、シールド機３１の掘進と共に移動するコ
ーナーキユーブCCsを測定することにより、シー
ルド機３１の位置を自動的に測量する。そしてそ
の結果をコンピユータ３７のCRT３９上にグラ
フ化して表示する。

このように、この自動測量装置は、測点に設置
されたコーナーキユーブCCの方向を、光発生手
段Ｃにより発生され、水平、鉛直光ビーム走査手
段Ａ，Ｂにより旋回中心（直交点）Ｏを中心とし
て鉛直軸４、水平軸１５回りの２自由度の任意の
方向に発射することが可能なレーザー光を、予め
入力した概算データあるいは前回の測定データに
基づいたコンピユータ３７からの走査信号に基づ
いて、上記コーナーキユーブCCを含む走査範囲
内でまず上記水平、鉛直光ビーム走査手段Ａ，Ｂ
により第８図に示すように水平走査と鉛直下げ走
査からなる水平走査を行つて水平角θを検知し、
次いで、この水平角θに水平光ビーム走査手段を
固定した状態でレーザー光を鉛直走査して鉛直角
αを検知することにより行うので、迅速、かつ自
動的に確実にコーナーキユーブCCの方向を検出
することができる。

また、この自動測量装置は、コーナーキユーブ
CCにより平行に反射されたレーザー光が受光手
段Ｄにより受光されたときの受光開始時と受光終
了時の水平、鉛直光ビーム方向検出手段５，１８
の検出した水平角および鉛直角に基づいてコーナ
ーキユーブCCの中心方向を決定するようにして
いるため、容易に正確にコーナーキユーブCCの
中心Occ方向を検出することができる。

また、この自動測量装置は、定常測量時、走査
を前回の測定データに基づいて自動的に決定し、
コーナーキユーブCCを捜査するので、一度測距
測角器Ｅの初期設定時に、コーナーキユーブCC
の走査データを入力すると共にレーザービームを
手動でコーナーキユーブCCsの近くに向けると、
あとは、盛り替えの必要がない限り何ら測定者が
操作を行わなくとも自動的に測量を行うことがで
きる。

また、この自動測量装置は、測角終了後続いて
測距を行うときに、前回の測距データＬと光発生
手段Ｃと光波測距装置３０の鉛直面内における距
離ｄとに基づいて演算を行つて、鉛直光ビーム走
査手段Ｂにより光波測距装置３０の光軸を自動的
にコーナーキユーブCCの方向に自動調整するの
で、測角に連続して迅速、かつ自動的に測距を行
うことができる。

また、この自動測量装置により測量を行うに際
し、シールド機３１や後方の基準点33等の測定点
には、入射方向に対して光を平行に反射する小さ
なコーナーキユーブCCを設置するだけでよく、
かつ、１つの測定点に測角と測距の共用のコーナ
ーキユーブCCを１つの設置するだけでよい。上
記コーナーキユーブCCは、設置に際し、設置ス
ペースが狭くて済み、かつ容易に設置できると共
に、移設に際し容易に移設することができる。ま
た、コーナーキユーブCCは、単に光を反射する
だけであるため、たとえば受光装置を用いる場合
に必要な配線等を全く必要としない。

このように、この自動測量装置は、測距と測角
をこの自動測量装置１つで連続的に行うことがで
き、かつ、測角における平面測量と水準測量とを
同時に行うことができると共に、測距測角器Ｅの
初期設定時や盛り替え時における機器等の設置と
レーザー光の誘導の作業を除いて、一連の測距、
測角、測量結果の算出の繰り返しからなる測量を
完全に自動的に能率良く、かつ精度良く行うこと
ができる。

したがつて、この自動測量装置を用いてシール
ド機３１の位置を自動的に測量しつつシールド工
法を行うと、常に掘進計画路線と現在のシールド
機３１の偏倚および偏角を常に把握し、この偏倚
偏角に基づいてこの偏倚、偏角が無くなる方向に
常に方向を修正しつつ掘進作業を行うことがで
き、掘進計画路線どおりに正確に掘進することが
できる。また、この自動測量装置は、盛り替えを
他の測量機器等によらずこの自動測量装置自身１
つで容易に能率良く行うことができる。したがつ
て、この自動測量装置は、掘進経路が曲線で盛り
替えが頻繁に必要な場合でも容易に対応可能であ
ると共に、盛り替えを、セグメント３２の組立時
に必然的に生じるシールド機３１の掘進停止時間
内に確実に完了することができ、セグメント３２
組立時以外に測量や盛り替えのために特にシール
ド機の掘進を停止させたりする必要がなく、シー
ルド機の稼働率を高めることができる。

上記実施例では、盛り替えに際し、シールド機
側のコーナーキユーブCCsを用いなかつたが、シ
ールド機３１の掘進が停止され、かつ、シールド
機側コーナーキユーブCCsの座標が既知の状態で
あり、さらに地盤の歪の影響によるシールド機側
コーナーキユーブCCsの移動が無いか無視できる
場合、シールド機側コーナーキユーブCCsを、測
距測角器Ｅあるいは基準コーナーキユーブCC１，
CC２を盛り替える場合における上記座標が既知
の２点のうちの１点として用いることも可能であ
る。

また上記実施例では、シールド機の機軸３１ａ
の掘進計画路線とのなす角度、つまり偏角を、シ
ールド機に設けたローリング計、ピツチング計お
よびヨーイング計により検出するようにしたが、
シールド機３１に上記シールド機側コーナーキユ
ーブCCsに加えてもう１つあるいは２つのコーナ
ーキユーブを取り付け、測距測角器Ｅから測量毎
にこの２〜３のコーナーキユーブの位置を夫々測
量し、この２〜３の測量結果に基づいてシールド
機の機軸の方向を知るようにしてもよい。

＜発明の効果＞ 以上より明らかなように、この発明の自動測量
装置を、光ビーム発生手段の発生する光ビームを
水平、鉛直の両光ビーム走査手段により夫々鉛
直、水平軸の回りに旋回走査し、少くとも２つの
コーナーキユーブで反射された光ビームを受光手
段により受光し、この受光手段が反射光を受光し
たときの両光ビーム走査手段の走査する光ビーム
方向を夫々水平、鉛直の両角検出手段により検出
し、この両角検出手段から出力される光ビーム方
向信号と、光波測距手段から出力されるコーナー
キユーブまでの距離信号に基づいて、位置算出手
段によりコーナーキユーブと光発生手段との相対
的な位置を算出するものである。したがつて、こ
の発明によれば、測角、測距および平面、水準測
量を１つの装置で自動的に行うことができ、しか
もこれらの測定結果に基づいて、位置算出手段に
よりコーナーキユーブと光発生手段との相対的位
置および両者間の距離を正確かつ自動的に算出す
ることができる。

また、この発明は、コーナーキユーブを用いる
ので、光反射手段を容易に、かつ小スペースで設
置することができ、配線等を必要としない。また
正確に方向を定めて設置する必要がない。

また、この発明のコーナーキユーブの方向探査
方法によれば、容易かつ確実にコーナーキユーブ
の方向を探査することができると共に、探査を自
動化することができる。また、コーナーキユーブ
方向を正確に決定することができる。

また、この発明の水平、鉛直光ビーム走査手段
の走査範囲決定方法によれば、移動前の測定によ
つて求められたコーナーキユーブの測定位置が移
動後の走査範囲の中心になるように走査範囲を決
定するので、コーナーキユーブに向つて光発生手
段の発生する光ビームを走査する水平、鉛直光ビ
ーム走査手段の走査範囲を、常に確実にコーナー
キユーブを含むように自動的に決定することがで
き、ひいては、測量を自動化することができる。

また、この発明の光波測距手段の光軸調整方法
によれば、光波測距手段と光発生手段との離間距
離と、光波測距手段によつて移動前に測定された
コーナーキユーブまでの距離とに基づいて、移動
後の距離測定時の光波測距手段の光軸の方向を算
出するので、光波測距手段の光軸をコーナーキユ
ーブの方向に向くように調整することができ、測
距を正確に行えるようにすることができ、光波測
距手段の光軸の調整を自動化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の自動測量装置の一実施例の
要部の縦断面図、第２図は第１図の側面図、第３
図は第１図の光学系の説明図、第４図はこの発明
の自動測量装置の一実施例をシールド工法におけ
るシールド機の位置の測量に適用した概略図、第
５図は測量方法の説明図、第６図はコーナーキユ
ーブの方向検出の説明図、第７図は受光信号の説
明図、第８図はレーザー光の走査の説明図、第９
図は走査角の算出の説明図、第１０図は測距装置
の測距方向の調整の説明図、第１１図１，２，３
は第４図の自動測量装置を用いてシールド工法に
おけるシールド機の測量を行う方法を説明するた
めのフローチヤート、第１２，１３，１４図は
夫々、第１１図１，２，３のフローチヤートでコ
ールされ、水平走査、鉛直走査、測距を説明する
ためのフローチヤート、第１５，１６図は盛り替
えの説明図である。 １……ベース、４……鉛直軸、５，１８……ロ
ータリーエンコーダ、６，８……歯車、７，１７
……パルスモータ、１０，１３……保持部材、１
５……水平軸、２１……レーザー発振器、２２…
…ビームエキスパンダー、２４……光路変更部
材、２６……反射板、２７……集光レンズ、２８
……受光素子、３０……光波測距装置、３１……
シールド機、３４……付属装置、３７……コンピ
ユータ、CC……コーナーキユーブ、Ａ……水平
光ビーム走査手段、Ｂ……鉛直光ビーム走査手
段、Ｃ……光発生手段、Ｄ……受光手段、Ｅ……
測距測角器、ｄ……光波測距装置と光発生手段と
の距離、θ……水平角、α……鉛直角、Ｌ……距
離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光ビームを発生する光発生手段と、 上記光ビームを鉛直軸を中心に旋回させて走査
   する水平光ビーム走査手段と、 上記光ビームを水平軸を中心に旋回させて走査
   する鉛直光ビーム走査手段と、 上記光ビームを平行に反射する少くとも２個の
   コーナーキユーブからの反射光を受光する受光手
   段と、 上記水平光ビーム走査手段の走査する光ビーム
   が、上記受光手段により受光されたときのこの光
   ビームの鉛直軸回りの水平角を検出する水平角検
   出手段と、 上記鉛直光ビーム走査手段の走査する光ビーム
   が、上記受光手段により受光されたときのこの光
   ビームの水平軸回りの鉛直角を検出する鉛直角検
   出手段と、 上記光ビームの方向と直角で、上記鉛直軸と水
   平軸の交点を含む面から上記コーナーキユーブま
   での距離を測定する上記光ビームと平行に測距用
   光ビームを発振する光波測距手段と、 上記水平角、鉛直角検出手段から出力される光
   ビーム方向信号と上記光波測距手段から出力され
   る距離信号より、上記コーナーキユーブと上記鉛
   直水平軸の交点との相対的な位置を算出する位置
   算出手段とを備えたことを特徴とする自動測量装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の自動測量装置
   を用い、 鉛直光ビーム走査手段または水平光ビーム走査
   手段の一方の第１光ビーム走査手段とし、他方を
   第２光ビーム走査手段とし、かつ、上記第１光ビ
   ーム走査手段の走査角度を検出する角度検出手段
   を第１角度検出手段とし、上記第２光ビーム走査
   手段の走査角度を検出する角度検出手段を第２角
   度検出手段とし、 まず、上記第１光ビーム走査手段により光発生
   手段の発生する光ビームを、コーナーキユーブの
   受光幅よりも大きい寸法に相当する角度だけ旋回
   走査させた後、第１光ビーム走査手段の旋回を固
   定し、上記第２光ビーム走査手段により上記光ビ
   ームをコーナーキユーブの受光幅よりも小さい寸
   法に相当する角度旋回して、第２光ビーム走査手
   段の旋回を固定し、しかる後再び上記第１光ビー
   ム走査手段により光ビームを旋回走査すること
   を、光ビームがコーナーキユーブに照射するまで
   繰り返すことを特徴とするコーナーキユーブの方
   向探査方法。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の方向探査方法
   において、 上記コーナーキユーブからの反射光を受光手段
   で受光して、この受光手段が受光を開始するとき
   および受光を終了するときの受光手段からの受光
   信号に基づいて上記コーナーキユーブを照射した
   第１光ビーム走査手段の旋回角度を第１角度検出
   手段で検出し、 次いで、上記第１光ビーム走査手段を上記第１
   角度検出手段で検出された旋回角度を平均した角
   度の方向に固定して、上記第２光ビーム走査手段
   により上記光ビームを旋回させて走査し、上記コ
   ーナーキユーブからの反射光を受光手段で受光し
   て、この受光手段が受光を開始するときおよび受
   光を終了するときの受光手段からの受光信号に基
   づいて上記コーナーキユーブを照射した第２光ビ
   ーム走査手段の旋回角度を上記第２角度検出手段
   で検出し、 上記第１、第２角度検出手段で検出した旋回角
   度を夫々平均することにより上記コーナーキユー
   ブの水平および鉛直方向を検出するコーナーキユ
   ーブの方向探査方法。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の自動測量装置
   を用い、 位置の停止と移動を繰り返すコーナーキユーブ
   に向かつて光発生手段の発生する光ビームを走査
   する水平、鉛直光ビーム走査手段の走査範囲を決
   定するに際して、 移動前の測定によつて求められたコーナーキユ
   ーブの測定位置が移動後の走査範囲の中心になる
   ように走査範囲を決定する水平、鉛直光ビーム走
   査手段の走査範囲決定方法。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載の自動測量装置
   を用い、 位置の停止と移動を繰り返すコーナーキユーブ
   までの距離を測定するに際して、光波測距手段と
   光発生手段との離間距離と、移動前に測定された
   上記光波測距手段とコーナーキユーブとの距離と
   に基づいて、移動後の距離測定時の上記光波測距
   手段の光軸の方向を算出して、上記光波測距手段
   の光軸の方向を調整する光波測距手段の光軸の調
   整方法。