JPH07127397A - 後続台車の位置の自動測量方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 後続台車の車輪５とレール１の接点３の方位
角、ピッチング角、移動距離を所定の時間間隔で測定
し、これらの値を基にして累積演算を行い、接点３の座
標を算出する。 【効果】 曲線部や水平区間から勾配のある区間への変
曲点近辺においても誤差の生じることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド工事において
掘削動作中の後続台車の任意の一点の位置を自動的かつ
連続的に測量する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シールド工事用の後続台車の位置を自動
的に測量する方法を本出願人は既に出願している（特願
平４−３３１０５６号）。この測量方法は後続台車に取
り付けたジャイロコンパス、傾斜計、走行距離計により
後続台車の方位角、ピッチング角、走行距離を計測し、
所定時間間隔で後続台車の位置を測定し、累積演算を行
って後続台車の位置を自動的に測量するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この自
動測量方法ではヨーイング方向についていえば、後続台
車の基準点としてジャイロコンパスの中心点を取り上げ
ており、後続台車が直線区間を走行する際は問題はない
が、後続台車が直線と曲線との変曲点および曲線区間を
走行する際は、その基準点の進行方向とジャイロコンパ
スの方位角とは一致せず、後続台車が横滑りしながら走
行するように見受けられるという問題が生じる。

【０００４】図１２は、後続台車が曲線区間を走行する
場合の説明図である。図１２において１０１は曲線状の
レール、１０３は移動前の後続台車、１０３ａは移動後
の後続台車、１０５は移動前の後続台車の車輪、１０５
ａは移動後の後続台車の車輪、１０７は移動前のジャイ
ロコンパス、１０７ａは移動後のジャイロコンパスを示
す。

【０００５】後続台車が１０３で示す位置から、１０３
ａで示す位置に移動した場合、ジャイロコンパス１０７
の中心点はＡ１からＡ２へと破線Ｃで示す軌跡を描き移
動する。このとき、点Ａ１、Ａ２でのジャイロコンパス
１０７、１０７ａの方位角と後続台車の進行方向は一致
しないため、ジャイロコンパス１０７、１０７ａの方位
角を用いて累積演算を行った場合、破線Ｃの軌跡を描く
ことができず、前述したように、後続台車が横滑りしな
がら走行するように見受けられるという問題が生じる。

【０００６】ピッチング方向についていえば、後続台車
の基準点として前後傾斜計の中心点を取り上げており、
水平区間から勾配のある区間への変曲点で前後傾斜計の
ピッチング角と、前後傾斜計の中心点の進行方向のピッ
チング角は一致せず、また前後傾斜計の中心点の移動量
はレールを基準とした走行距離計では捕らえることが難
しいという問題がある。

【０００７】図１３は、後続台車が水平区間から勾配の
ある区間へ移動する場合の説明図である。図１３におい
て１０３は移動前の後続台車、１０３ｂは移動後の後続
台車、１０５は移動前の後続台車の車輪、１０５ｂは移
動後の後続台車の車輪、１０９は移動前の前後傾斜計、
１０９ｂは移動後の前後傾斜計を表わす。

【０００８】後続台車が１０３の位置から１０３ｂの位
置へ移動した場合、前後傾斜計１０９、１０９ｂの中心
点はＢ１からＢ２へと破線Ｄの軌跡を描き移動する。こ
のとき、点Ｂ１、Ｂ２での前後傾斜計１０９、１０９ｂ
のピッチング角と進行方向は一致していないため、前後
傾斜計１０９、１０９ｂで測定されるピッチング角を用
いて累積演算を行った場合、破線Ｄの軌跡を描くことは
できない。

【０００９】このように、従来の後続台車の位置の自動
測量方法では後続台車の測定すべき点がジャイロコンパ
スの中心や前後傾斜計の中心であったため、曲線部、直
線区間から曲線区間の変曲点、水平区間から勾配のある
区間への変曲点等で誤差が生じるという問題があった。

【００１０】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、曲線部や水平区間
から勾配のある区間への変曲点近辺においても誤差の生
じることがない後続台車の位置の自動測量方法を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために本発明は、後続台車の車輪とレールとの接点の方
位角およびピッチング角を測定する工程と、前記接点の
移動距離を測定する工程と、所定の時間間隔で測定され
た前記方位角、前記ピッチンク角および前記移動距離を
累積演算して前記接点の座標を算出する工程と、を具備
する後続台車の位置の自動測量方法である。

【００１２】

【作用】本発明では、図１に示すようにレール１と後続
台車の車輪５の接点３の方位角、ピッチング角、移動距
離を測定し、これらを累積演算して接点の座標を算出す
るので、曲線部、直線区間から曲線区間の変曲点、水平
区間から勾配のある区間への変曲点付近においても誤差
を生じることはない。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。図２は、本発明の１実施例に係る後続台車
およびシールド機の模式図である。図２において１はレ
ール、７はシールド機、９は後続台車、５、６は後続台
車の車輪、１１はレール方向検出器、１３は距離計測用
の車輪、１５は車輪１３の回転数を計測して後続台車９
の移動距離を測定する距離計、１６は演算装置である。

【００１４】図３は、レール方向検出器１１の斜視図で
ある。このレール方向検出器１１では本体２１の前後に
スライド軸２３、２３ａが設けられる。スライド軸２３
に一対のスライド部２５、２５がスライド可能に設けら
れる。スライド部２５の下方にローラ２７が鉛直軸回り
に回転可能に設けられる。ローラ２７はレール１の側面
と接触しつつ回転する。一対のスライド部２５、２５間
にはバネ２９が設けられ、このバネ２９によりレール１
がスライド部２５、２５で挟まれた状態となる。３１は
ワイヤ、３３は本体２１に固定されたワイヤ変位計であ
り、スライド部２５、２５がスライド軸２３上を摺動す
ると、ワイヤ３１の長さが変わり、ワイヤ変位計３３は
ワイヤ３１の長さＤＡ１を測定する。

【００１５】同様に、本体２１の後部に設けられたワイ
ヤ変位計（図示せず）はスライド部２５ａの摺動に伴う
ワイヤ（図示せず）の長さＤＡ２を測定する。

【００１６】また、本体２１にはレーザ変位計３５、３
５ａが設けられる。レーザ変位計３５、３５ａは、その
レーザ変位計３５、３５ａの底面からレール１の上面ま
での距離を測定する。

【００１７】つぎに、後続台車の車輪５とレール１の接
点３の方位角（以下レール方位と称す。）と、ピッチン
グ角（以下レールピッチと称す。）および移動距離を計
測する方法を示す。

【００１８】図４は、レール１の曲線部における後続台
車９のレール方位を測定する場合の説明図である。図４
において４１はジャイロコンパス、θ_G はジャイロコン
パス４１の指示値、θ_RGは求めるべきレール方位であ
る。前述したレール方向検出器１１のワイヤ変位形３３
により距離ＤＡ１、ＤＡ２を測定すると、 θ_A ＝tan ^-1［（ＤＡ１−ＤＡ２）／ＤＡ］ となる。ここでＤＡは一対のワイヤ変位形３３の間の距
離であり、既知である。

【００１９】図５は、θ_G 、θ_A の定義を示すもので、
θ_G はジャイロコンパス４１の指示値で、後続台車９の
向きを真北から右回りにとった角度で表わす。そして、
測定範囲は０≦θ_G ＜３６０である。θ_A は右回りを
負、左回りを正にとる。したがって、 θ_RG＝θ_G −θ_A ＝θ_G −tan ^-1［（ＤＡ１−ＤＡ２）
／ＤＡ］ となり、レール方位θ_RGが算出される。

【００２０】図６は、水平区間から勾配のある区間への
変曲点付近での後続台車９のレールピッチを測定する場
合の説明図である。図６において４３は前後傾斜計、θ
_P は前後傾斜計４３の指示値、θ_RPは求めるべきレール
ピッチである。前述したレール方向検出器１１のレーザ
変位形３５、３５ａにより距離ＤＢ１、ＤＢ２を測定す
ると、 θ_B ＝tan ^-1［（ＤＢ１−ＤＢ２）／ＤＢ］ となる。ここで、ＤＢは一対のレーザ変位形３５、３５
ａの間の距離であり、既知である。

【００２１】図７は、θ_P の定義を示すもので、θ_P は
後続台車９に搭載された前後傾斜計４３の指示値であ
り、水平を基準とし、前上がりを正、前下がりを負とす
る。図８は、θ_B の定義を示すもので、θ_B は後続台車
９の前後傾斜角を基準にして、前上がりを負、前下がり
を正にとる。したがって、 θ_RP＝θ_P −θ_B ＝θ_P −tan ^-1［（ＤＢ１−ＤＢ２）
／ＤＢ］ となり、レールピッチθ_RPが算出される。また、距離計
１５により、後続台車９の移動距離△Ｌを計測する。

【００２２】図９は水平平面上における接点３の軌跡を
示す図、図１０は鉛直平面上における接点３の軌跡を示
す図である。図９、図１０に示されるようにレール方位
θ_RG、レールピッチθ_RP、移動距離△Ｌが算出される
と、後続台車９の車輪５とレール１との接点３の座標は
以下の式によって算出される。

【００２３】Ｘ_n ＝Ｘ_n-1 ＋△Ｌ・cos θ_RP・cos θ_RG Ｙ_n ＝Ｙ_n-1 ＋△Ｌ・cos θ_RP・sin θ_RG Ｚ_n ＝Ｚ_n-1 ＋△Ｌ・sin θ_RP ここで、（Ｘ_n ，Ｙ_n ，Ｚ_n ）は時刻ｎにおける接点３
の座標である。すなわち、時刻（ｎ−１）における接点
の座標成分にそれぞれ△Ｌ・cos θ_RP・cos θ_RG、△Ｌ
・cos θ_RP・sin θ_RG、△Ｌ・sin θ_RPを加えたものが
時刻ｎにおける接点の座標成分となる。このようにして
接点３の座標を累積演算することによって所定の時刻に
おける接点３の座標を算出することができる。なお、こ
のような演算は、演算装置１６が行う。

【００２４】つぎに、後続台車９の任意の一点の座標を
求める手順について説明する。図１１は、後続台車９の
任意の一点Ａの座標を算出する場合の説明図である。こ
こで、後続台車９に取り付けられたジャイロコンパス、
左右傾斜計、前後傾斜計の３軸をｘ−ｙ−ｚ軸とし、車
輪５とレール１の接点を原点Ｏとする。Ｘ−Ｙ−Ｚは現
場座標系である。θ_G はジャイロコンパスで測定される
方位角、θ_R は左右傾斜計で測定されるローリング角、
θ_P は前後傾斜計で測定されるピッチング角である。

【００２５】ｘ−ｙ−ｚ座標系でのＡ点の座標は
（ｘ_A ，ｙ_A ，ｚ_A ）であり、後続台車９の姿勢によら
ず常に一定である。このＡ点はＸ−Ｙ−Ｚ座標系では
（Ｘ_A ，Ｙ_A，Ｚ_A ）で表わされる。

【００２６】（ｘ_A ，ｙ_A ，ｚ_A ）を（Ｘ_A ，Ｙ_A ，Ｚ
_A ）に変換する変換式は次のようである。

【００２７】 Ｘ_A ＝Ｘ₀ ＋Ｍ₁₁・ｘ_A ＋Ｍ₁₂・ｙ_A ＋Ｍ₁₃・ｚ_A Ｙ_A ＝Ｙ₀ ＋Ｍ₂₁・ｘ_A ＋Ｍ₂₂・ｙ_A ＋Ｍ₂₃・ｚ_A Ｚ_A ＝Ｚ₀ ＋Ｍ₃₁・ｘ_A ＋Ｍ₃₂・ｙ_A ＋Ｍ₃₃・ｚ_A ただし、 Ｍ₁₁＝cos θ_P ・cos θ_G Ｍ₁₂＝cos θ_Ｒ・cos （θ_G ＋θ） Ｍ₁₃＝（sin ² θ_P ＋sin ² θ_R ）^1/2 ・cos （θ_G ＋
θ´） Ｍ₂₁＝cos θ_P ・sin θ_G Ｍ₂₂＝cos θ_R ・sin （θ_G ＋θ） Ｍ₂₃＝（sin ² θ_P ＋sin ² θ_R ）^1/2 ・sin （θ_G ＋
θ´） Ｍ₃₁＝sin θ_P Ｍ₃₂＝−sin θ_R Ｍ₃₃＝（cos ² θ_P −sin ² θ_R ）^1/2 θ＝cos ^-1（tan θ_R ・tan θ_P ） θ´＝１８０°−cos ^-1［｛（cos ² θ_P −sin ² θ_R ） ／（sin ² θ_P ＋sin ² θ_R ）｝^1/2 ・tan θ_P ］……θ_R ＞０ ＝−１８０°＋cos ^-1［｛（cos ² θ_P −sin ² θ_R ） ／（sin ² θ_P ＋sin ² θ_R ）｝^1/2 ・tan θ_P ］……θ_R ＜０ ＝０°……θ_R ＝０ かつ θ_P ≦０ ＝１８０°……θ_R ＝０ かつ θ_P ＞０ である。このようにして後続台車９の任意の一点Ａの座
標を求めることができる。なお、光波測距測角儀でＡ点
を測量し、後続台車９の姿勢データからＯ点を逆算すれ
ば累積演算の始点を求めることができる。

【００２８】このように、本実施例では後続台車９の車
輪５とレール１との接点３の座標を逐次求めていき、累
積演算することにより、所定の時刻の接点３の座標を求
めることができる。したがって、曲線部や水平区間から
勾配のある区間への変曲点付近においても誤差を生じる
ことがない。また、後続台車９の姿勢データを考慮して
後続台車９の任意の一点の座標を求めることもできる。
さらに、後続台車９の任意の一点からシールド機７の任
意の一点を自動的に測量する装置と併用すれば、従来人
手により掘削停止中にしか測量できなかったものが掘削
中においても自動的かつ連続的に測量することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、曲線部や水平区間から勾配のある区間への変曲点
近辺においても誤差の生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 後続台車の車輪５とレール１との接触部の模
式図

【図２】 シールド機７および後続台車９の概略構成図

【図３】 レール方向検出器１１の斜視図

【図４】 曲線部におけるレール方位を算出する場合の
説明図

【図５】 θ_G 、θ_RG、θ_A の定義を示す図

【図６】 水平区間から勾配のある区間への変曲点付近
でのレールピッチを算出する場合の説明図

【図７】 θ_P の定義を示す図

【図８】 θ_B の定義を示す図

【図９】 水平平面上における接点３の軌跡を示す図

【図１０】 鉛直平面上における接点３の軌跡を示す図

【図１１】 後続台車９の任意の一点Ａの座標を算出す
る場合の説明図

【図１２】 従来の自動測量方法における曲線部の測量
の説明図

【図１３】 従来の自動測量方法における水平区間から
勾配のある区間への変曲点付近での測量の説明図

【符号の説明】

１………レール ３………接点 ５………車輪 ７………シールド機 ９………後続台車 １１………レール方向検出器 １５………距離計 １６………演算装置 ３３………ワイヤ変位計 ３５、３５ａ………レーザ変位計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 竜郎 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 水谷 亮 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 後続台車の車輪とレールとの接点の方位
   角およびピッチング角を測定する工程と、 前記接点の移動距離を測定する工程と、 所定の時間間隔で測定された前記方位角、前記ピッチン
   グ角および前記移動距離を累積演算して前記接点の座標
   を算出する工程と、 を具備する後続台車の位置の自動測量方法。
2. 【請求項２】 算出された前記接点の座標と、前記後続
   台車の姿勢データとを用いて、前記後続台車の任意の一
   点の座標を算出する工程を、 をさらに具備する請求項１記載の後続台車の位置の自動
   測量方法。