JPH08170914A - 推進工事における偏位測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 推進工事にあって推進機の計画推進線に対す
る偏位を、より簡易にかつ正確に観測することを可能と
し、偏位修正を容易に行うことを目的とする。 【構成】 推進機３内のターゲット１５に対する一定後
方位置に配設されるテレビカメラ１９で、ターゲット１
５をモニタすることとし、推進前の測定開始状態（初期
化状態）を基準として、各推進状態における設定した測
定対象点（レーザマーク）の偏位量を、予め既知の値と
して認識されるターゲット１５上の離隔寸法（レーザマ
ークと参照マーク間の寸法）とこれに対応する画素数で
求められる画素ピッチＰを利用し、偏位量を実数値で求
めることができることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地中内を推進機により
掘削あるいは振動しながら推進し、上下水道、地下道、
トンネル道等の地中路を施工する推進工事における偏位
測定方法および装置に関する。

【０００２】近年、上下水道、地下道、トンネル道等の
施工には、発進立抗を堀った後に、該発進立抗から到達
立抗に至る計画推進線に沿って、地中内を推進機で掘削
あるいは振動しながら推進し、地中路を施工する推進工
法が多く用いられている。推進工法には、従来より多種
多様な方法が提案されており、例えば地下鉄道、大型の
下水道、海底トンネル道の施工にあってはＴＢＭシール
ド工法が、水道路、ガス管路、共同溝路の施工にあって
はロックマン工法、圧密・無排土工法、泥水工法、オー
ガ工法等が用いられている。

【０００３】こうした推進工法にあっては、推進機が計
画推進線に沿って、地中を推進できるよう常時推進機の
進行状態がモニタされ、また推進機内にジャイロ、傾斜
計等の計測機械を搭載し、推進機の進行方向を制御して
いた。そしてこうした推進機を用いた推進工法において
は、堀り進んでいく際に地盤の固さがいつも一定ではな
く、岩盤、砂、礫等様々な層変化により、掘削抵抗が様
々に変化する現象が見られる。またこうした様々な掘削
抵抗の変化（三次元的変化）により、掘削ビットの掘削
面が徐々に変化し、推進機が計画推進線から逸れてしま
うことが多々ある。特にオーガ式工法にあっては、掘削
ビットの回転方向が常に一定方向であるため、堀り進ん
でいくうちに推進機がねじれ方向にローリングしてしま
い、推進機が計画推進線から大きく沿れてしまう不具合
もあった。

【０００４】このため従来こうした推進工法にあって
は、推進機の内部に傾斜計を設置するとともに、発進立
抗の後方部にセオドライトを設置し、推進機の計画推進
線に対する偏位状態を常時モニタすることとしていた。
セオドライトによる偏位検知は、該セオドライトにより
推進機内のターゲットを常時オペレータが視認すること
により行われていた。すなわち、セオドライトは連接さ
れる管の中心に対する後方に配役され、各管を通して推
進機内に設置されるターゲットを視認することとしてい
た。セオドライトとしては、従来一般に用いられている
電子式セオドライト（例えば実公昭５９−１０５６６，
特開昭６２−３４００８）に変え、最近では株式会社ニ
コンジオテックス社製のテレビカメラ付セオドライトが
多用されている。ターゲットはＬＥＤターゲットと呼ば
れる電子ターゲットが用いられ、該ターゲットは平板部
の中心に十字状からなる複数個のＬＥＤ発光体を配役し
て構成される。そして、先ず推進開始前にセオドライト
のモニタ画面において、十字状のＬＥＤ発光体とモニタ
画面の十字状のカーソルを対応させるようにする。こう
してオペレータが常時モニタ画面を監視しながら推進作
業を開始し、推進機の偏位状態を観測することとしてい
た。そして、例えばカーソルに対し、ターゲットのＬＥ
Ｄ発光体の中心が外れ、またローリングが観測された
ら、推進機の方向修正シリンダを選択的に伸張させ、推
進機の偏位を修正して、カーソルと十字状のＬＥＤ発光
体が元のように重なるよう運転調整を行うこととしてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
従来の推進機の偏位修正にあっては、オペレータが常時
ターゲットを観測する上において、どの程度の大きさの
偏位が発生しているかを数値として把握することが困難
とされ、特にモニタ画面上においてオペレータが推進機
の中心に対し、どの程度の偏位が生じているかを把握す
るには熟練とカンに頼るところとなっていた。

【０００６】このため、こうしたオペレータの経験やカ
ンに頼ることなく、推進機の計画推進線に対する偏位を
いち早く数値として観測することのできる方法として、
出願人は先に特願平６−２５８６９号に示す推進工事に
おける偏位測定方法および装置の提案を行ったものであ
る。本発明は、さらに簡易にかつ正確にこうした偏位測
定を可能にしたものである。

【０００７】すなわち、本発明は、推進工事にあって推
進機の計画推進線に対する偏位を、より簡易にかつ正確
に観測することを可能とし、偏位修正を容易に行うこと
を可能にしたものである。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに、本発明は地中内を推進機により掘削あるいは振動
しながら推進し、上下水道、地下道、トンネル道等の地
中路を計画推進線に沿って施工する推進工事であって、
推進時における計画推進線に対する偏位状態を認知する
推進工事における偏位測定装置において、 １）回転もしくは振動する推進機内の略中心に配設さ
れ、任意の位置に少なくとも１点の参照マークを備える
ターゲットと、 ２）推進機内のターゲットの一定後方位置に配設され、
ターゲットを画像として撮影するテレビカメラと、 ３）推進機の推進方向に対する後方の地中路上に固定設
置され、ターゲットに向けて計画推進線に沿うレーザ光
を発光し、ターゲット上にレーザマークを照射するレー
ザ発振器と、 ４）上記テレビカメラから入力されるターゲット画像に
おいて、画面上Ｘ軸およびＹ軸並びに原点を設定する原
点設定手段と、 ５）測定開始前の状態において、上記原点設定手段によ
り原点とされた位置とターゲット上でＸ方向またはＹ方
向に離隔された参照マークの位置間の距離、あるいは参
照マークが２以上の場合、各参照マーク間の距離を既知
の各寸法として認識し、ターゲット画像上においてこれ
ら既知の離隔寸法に基づき画素に対応する距離、すなわ
ち距離換算計数を算出する距離換算計数の算出手段と、 ６）推進機が推進を開始する測定開始状態において、タ
ーゲット画像における任意の座標位置に位置決めされた
レーザマークの位置を測定対象点として設定しする測定
対象点の設定手段と、 ７）上記測定開始状態を基準として、各推進状態におけ
る原点に対する測定対象点の画素上の座標変化を求め、
これを上記距離換算係数の算出手段にて算出された距離
換算係数で換算して、測定対象点の偏位量を実数値とし
て求める偏位量の演算手段と、を備えることとしたもの
である。

【０００９】また、本発明は、地中内を推進機により掘
削あるいは振動しながら推進し、上下水道、地下道、ト
ンネル道等の地中路を計画推進線に沿って施工する推進
工事であって、推進時における計画推進線に対する偏位
状態を認知する推進工事における偏位測定装置におい
て、 １）回転もしくは振動する推進機内の略中心に配設され
るターゲットと、 ２）推進機内のターゲットの一定後方位置に配設され、
ターゲットを画像として撮影するテレビカメラと、
３）推進機の推進方向に対する後方の地中路上に固定設
置され、ターゲットに向けて計画推進線に沿うレーザ光
並びにこれと並行し補助レーザ光を発光し、 ターゲ
ット上に各レーザ光に対応するレーザマークを照射する
レーザ発振器 と、 ４）上記テレビカメラから入力されるターゲット画像に
おいて、画面上にＸ軸 およびＹ軸並びに原点を設定
する原点設定手段と、 ５）測定開始前の状態において、上記原点設定手段によ
り原点とされた位置と 補助レーザ光のレーザマーク
の位置間の距離を既知の離隔寸法として認識し、 タ
ーゲット画像上において、当該既知の離隔寸法に基づき
画素と対応する距 離、すなわち距離換算計数を算出
する距離換算計数の算出手段と、 ６）推進機が推進を開始する測定開始状態において、タ
ーゲット画像における計画推進線に沿うレーザ光のレー
ザマークの位置を測定対象点として設定する測定対象点
の設定手段と、 ７）上記測定開始状態を基準として、各推進状態におけ
る原点に対する測定対象点の画素上の座標変化を求め、
これを上記距離換算計数の算出手段にて算出された距離
換算計数で換算して、測定対象点の偏位量を実数値とし
て求める偏位量の演算手段と、を備えることとしたもの
である。

【００１０】

【作用】本発明によれば、推進機内のターゲットに対す
る一定後方位置に配設されるテレビカメラで、ターゲッ
トをモニタすることとし、推進前の測定開始状態を基準
として、各推進状態における設定した測定対象点（レー
ザマーク）の偏位量を、予め既知の値として認識される
ターゲット上の離隔寸法（例えばレーザマークと参照マ
ーク間の寸法、各参照マーク間の寸法等）とそれに対応
する画素数により求められる値を距離換算係数として、
測定対象点の画素上の座標変化を求めて、モニタ上で上
記距離換算係数に基づき原点に対する測定対象点の偏位
量を実数値として求めることが可能となる。この結果、
推進工事にあって推進機の計画推進線に対する偏位を、
より簡易にかつ正確に観測することを可能とし、偏位修
正を容易に行うことが可能となる。さらに実数値として
求められた偏位量に基づき、推進機の自動運行操作を行
うことができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図２０は推進工法のうち、オーガ工法により下水
道を掘削する状態を示す断面図である。この工法は、発
進立抗１を露天掘りした後に、該発進立抗１から計画推
進線２に沿って推進機３により掘り進むものであり、該
推進機３は図１７あるいは図１８に示すように先端部に
掘削ビット４を配役してなる。掘削ビット４は推進機３
の頭部を矢印Ａ方向に回転して地中を掘り進むものであ
り、推進機３頭部の矢印Ａ方向に回転は推進機３内のモ
ータ５の回転力を頭部６に伝達して行われる（図２０参
照）。推進機３内には送水管７Ａおよび排水土管７Ｂが
配設される（図１９参照）。送水管７Ａは推進機３の頭
部６に向けて水を供給し、該水は推進機３の頭部６の先
端における中心に配設される複数のノズル８より、地中
に向けて噴射される。一方、排水土管７Ｂは掘削ビット
４により掘削された土、岩等を水とともに推進機３の後
方に圧送する。すなわち、掘削ビット４により掘削され
た土、岩等は、推進機３の頭部６内における貯溜室９に
水とともに流入され（図２０矢印Ｂ参照）、続いて排水
土管７Ｂにより推進機３の後方へと圧送され、さらに発
進立抗１より地上へと送られることとなる。

【００１２】推進機３の後方には、推進機３と略同径の
管１０が順次接続される。推進機３の頭部６と後部１１
との間には、周方向に沿って８つの油圧方向修正シリン
ダ１２が配設される。これら各方向修正シリンダ１２を
選択的に伸張させることで推進機３の頭部６における掘
削面を可変に調整し、推進機３の推進方向を修正可能と
している。さらに推進機３に対しては、後方に連接され
る複数の管１０を介して掘削方向（Ｃ方向）に押圧力が
加えられ、該押圧力は発進立抗１に配設されるジャッキ
（不図示）により推進機３に作用される。こうして、推
進機３が計画推進線２に沿って順次矢印Ｃ方向に推進さ
れると、推進方向に対する後方の発進立抗１には新たに
管１０が搬入され、連接されたこととなる。

【００１３】推進機３の推進方向（Ｃ方向）に対する後
方の発進立抗１にはレーザ発振器１３が設置される。レ
ーザ発振器１３は、計画推進線２に沿うレーザ光を推進
機３に向けて発光可能としている。推進機３内の中心に
は、図２１に示すフレーム１４が吊り下げられ、このフ
レーム１４に対しては図５に示すターゲット１５が支持
される。ターゲット１５のフレーム１４に対する支持
は、フレーム１４のネジ孔１６に対し、ネジ１７を用い
てターゲット１５をネジ止めすることにより行われる。
こうしてターゲット１５が、図１９あるいは図２０に示
すように推進機３内の中心に位置決めされることとな
る。推進機３内のターゲット１５に対する一定後方位置
に設置される架台１８には、テレビカメラ１９が支持さ
れる。このテレビカメラ１９は、常時ターゲット１５を
画像として撮影可能とし、ターゲット１５上における画
像変化を認識するものに係る。ここで、ターゲット１５
とテレビカメラ１９は、同じ推進機３内の本体後方に一
体に支持されるものである。

【００１４】フレーム１４に支持されるターゲット１５
は、図５に示すように黒板状とされ、表面に１０ｍｍの
方眼の目盛りを備えてなる。さらにターゲット１５の中
心に対する右側（Ｘ方向右側）５０ｍｍの位置には白色
の参照マーク２０が備えられる。ここで図５において、
ターゲット１５の中心に照射された円形のマークは、レ
ーザ発振器１３から計画推進線２に沿って照射されたレ
ーザマーク２６である。テレビカメラ１９により撮影さ
れたターゲット１５の画像は、図１に示すように偏位測
定装置におけるフレームメモリ２１に入力される。フレ
ームメモリ２１は、モニタ画面ＣＲＴ２２に映像信号を
そのまま出力するとともに、横方向（Ｘ方向）が５１
２、縦方向（Ｙ方向）が５１２の画素にて構成される画
面２４（図６参照）上にターゲット１５の解折映像をメ
モリし、これをＣＰＵ２３に出力することとする。すな
わち、モニタ画面ＣＲＴ２２はフレームメモリ２１から
送信される映像信号に基づき、ターゲット１５の画像を
図５に示すようにそのまま表示することとしている。一
方フレームメモリ２１からＣＰＵに対し送信される解析
映像は、一定数の画素上の画面２４を備えた画面表示部
ＣＲＴ２５に出力され、図６に示すようにモニタ表示さ
れることとなる。

【００１５】ＣＰＵ２３には図１に示すように、「座標
軸・原点設定プログラム」、「重心算出プログラム」、
「距離換算係数（画素ピッチ）算出プログラム」、「偏
位量算出プログラム」、「ローリング値算出プログラ
ム」の各プログラムが備えられる。そしてフレームメモ
リ２１からＣＰＵ２３に入力された解析映像において、
画面２４の二値化を行い、さらにレーザマーク２６およ
び参照マーク２０の画素上の番地を特定する。画面２４
の二値化は、黒板上のターゲット１５における輝度レベ
ルの変化を図６の下方に示す電圧変化でモニタして行わ
れ、こうした走査を画面２４のＸＹ方向で行うことによ
り、参照マーク２０およびレーザマーク２６の各位置の
確認が可能となる。さらに、これら参照マーク２０およ
びレーザマーク２６の画素上の番地は、オペレータが図
６に示すように各マーク２０、２６にウインドウ２７を
対応移動操作し、「重心算出プログラム」により各マー
ク２０、２６の重心位置を求めることにより行われる。

【００１６】 次に、図２〜図４に基づき、図１の偏
位測定装置の実施例１に係る偏位測定に関する操作手順
を説明する。操作は図２に示す順序で測定、設定等の作
業が行われる。推進機３が推進を開始する前の状態にお
いて、先ず偏位測定装置の画像処理に関する初期化操作
を行う。初期化操作においては、図２に示す「参照マー
ク及びレーザマークの測定手段３０」において、各マー
ク２０、２６のモニタ画面ＣＲＴ２２あるいは画像表示
部ＣＲＴ２５上での測定が行われる（図３、操作１、画
像の取り込み）。画像表示部ＣＲＴ２５においては、上
記のようにオペレータがウインドウ２７を移動操作し
て、マーク２０、２６にウインドウ２７を対応させ、各
マーク２０、２６の重心を求めてその画面２４上での位
置（画素上の番地）を求めることとする（図３、操作
２、操作３）。一方、モニタ画面ＣＲＴ２２において
は、オペレータが図５に示すモニタ画面を目視し、この
際モニタ画面上でＸ方向に離隔された各マーク２０、２
６間の寸法をターゲット１５上に表示された目盛で読み
取るようにする。図５において、各マーク２０、２６は
Ｘ方向に５０ｍｍ離隔していることが目盛上で確認で
き、これがターゲット１５における実寸としての両マー
ク２０、２６間の離隔寸法として認識されることとな
る。この離隔寸法はオペレータによりＣＰＵ２３に入力
され、データ記憶部２９に記憶される。

【００１７】次に、図２に示す「座標軸・原点設定手段
３１」において、画像表示部ＣＲＴ２５の画面２４にお
ける原点並びにＸＹ座標が設定される。原点並びにＸＹ
座標の設定は、ＣＰＵ２３において「座標軸・原点設定
プログラム」により行われ、測定されるレーザマーク２
６並びに参照マーク２０の重心間を図８に示すように線
で結び先ずＸ軸を設定する。次に、Ｘ軸に交差する線を
レーザマーク２６の重心上に設定してＹ軸を構成し、Ｘ
軸とＹ軸との交点（レーザマーク２６の重心）を原点０
とする（図３、操作４）。これらのデータについては、
データ記憶部２９に記憶される。

【００１８】こうして、画面２４上において画素上の原
点、座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）が設定されたら、次に図２に
示す「距離換算係数（画素ピッチ）の算出手段３２」に
おいて、画面２４におけるレーザマーク２６と参照マー
ク２０の重心間の画素上の座標間距離が算出され、続い
て上記目視により求めれた各マーク２０、２６間の離隔
寸法により、一画素に対応する画面２４上の実寸距離、
すなわち画素ピッチＰが算出されることとなる（図３、
操作５）。画素ピッチＰはＣＰＵ２３において、「距離
換算係数（画素ピッチ）算出プログラム」により演算さ
れる。例えば、図６において、Ｘ方向における各マーク
２０、２６の重心間の画素数が測定の結果、１９２画素
である場合、画素ピッチＰは上記離隔寸法５０ｍｍに基
づき、Ｐ＝５０ｍｍ／１９２として算出されることとな
る。こうして算出された画素ピッチＰは、ＣＰＵ２３か
らデータ記憶部２９に出力され、記憶されることとな
る。

【００１９】こうして、図３に示す初期化操作が行われ
たら、ターゲット１５におけるレーザマーク２６を画面
２４上で測定対象点として設定し、その後推進機３が推
進する状態での測定対象点の座標変化、すなわち偏位量
を図４に基づき観測するようにする。ここで測定対象点
の位置は設定した原点０の位置とされ、初期化時におけ
るレーザマーク２６の重心と設定した原点とが同じ位置
にあるが、例えばレーザマーク２６を原点に対する所定
の座標位置（−１０，０）に対応させることとしてもよ
い。こうしてターゲット１５の画像における任意の座標
位置に測定対象点（レーザマーク）が位置設定された
ら、推進機３の推進駆動（掘削駆動）を開始する。

【００２０】 推進機３の推進状態での偏位量は、
図２に示す「偏位量の演算手段３３」にてリアルタイム
で演算される。偏位量の演算はＣＰＵ２３において「偏
位量算出プログラム」に基づき、その演算が行われる。
偏位量は、画像表示部ＣＲＴ２５において、推進状態で
のターゲット１５の新規画像を順次取り込み（図４、操
作１）、次いで画面２４上において、測定対象点（レー
ザマーク２６）を二値化により抽出して行う（図４、操
作２）。ここで推進状態において、推進機３の先端が矢
印Ａ方向に回転することにより、地中でターゲット１５
を支持する推進機３の後部が反力によりＡ方向と反対方
向に回転したり、また同じくＡ方向に従動する場合があ
る。しかし、こうした状態においても、ターゲット１５
とテレビカメラ１９は同じく推進機３内の後方に支持さ
れ、相対的に常に一定の位置関係にあるためターゲット
１５を画像として常に捕促できることについて変化はな
い。そして抽出された測定対象点（レーザマーク２６）
において、Ｘ軸、Ｙ軸並びに原点に対する座標変化の観
測をリアルタイムで行うこととする。例えば図８に示す
ように測定対象点の位置が２６Ａと推進開始時より変化
した場合、その位置の座標を初期化時の原点に対し求め
ることとすればよい。図８において測定対象点２６Ａは
原点（０，０）に対し、座標点（−４８画素，９６画
素）の位置にあることが観測できる。この座標に対し、
前記初期化の際に演算され、データ記憶部２９に記憶さ
れた画素ピッチＰを距離換算係数として、画素ピッチＰ
を各座標値に乗じ、この結果、原点に対する上下左右の
偏位量を実数値で求めることが可能となる（図４、操作
３）。すなわち、測定対象点２６Ａにおいては原点に対
し、Ｘ方向に−（５０×４８）／１９２ｍｍが、またＹ
方向に（５０×９６）／１９２ｍｍが偏位量となり、こ
うした実数値をもとに、推進機３の各方向修正シリンダ
１２を選択的に伸縮させ、測定対象点（レーザマーク２
６）が原点０に相応するように推進機３を運転制御すれ
ばよいこととなる。

【００２１】このように、実施例１によれば、推進機３
内のターゲット１５に対する一定後方位置に配設される
テレビカメラ１９で、ターゲット１５をモニタすること
とし、推進前の測定開始状態（初期化状態）を基準とし
て、各推進状態における設定した測定対象点（レーザマ
ーク）の偏位量を、予め既知の値として認識されるター
ゲット１８上の離隔寸法（レーザマークと参照マークの
間の寸法）とこれに対応する画素数で求められる画素ピ
ッチＰを利用し、偏位量を実数値で求めることができる
こととなる。この結果、推進工事にあって推進機３の計
画推進線２に対する偏位を、より簡易にかつ正確に観測
することを可能とし、偏位修正を容易に行うことが可能
となる。

【００２２】上記実施例１によれば、図３に示す初期化
操作に際してモニタ画面ＣＲＴ２２上においてターゲッ
ト１５の目盛上でレーザマーク２６と参照マーク２０間
の離隔寸法を目視により確認し、これに基づき、画素ピ
ッチＰを算出することとしている。しかし、推進機３の
内部は暗所とされるため、モニタ画面ＣＲＴ２２におい
てオペレータが目盛を目視することが困難な場合が多々
ある。また、目視においては正確な離隔寸法が確認でき
ない場合があるため、こうした場合については参照マー
クがターゲット１５上において２点存在する実施例２に
示す偏位測定方法が好適とされる。以下、実施例２を説
明する。

【００２３】図７に示す画面２４上には、２点の参照マ
ーク３５Ａ，３５Ｂを備えたターゲット１５の解析映像
が表示される（図３、操作１、画像の取り込み）。この
ターゲット１５の参照マーク３５Ａ，３５Ｂはそれぞれ
ＬＥＤ発光体にて構成され、各参照マーク３５Ａ，３５
Ｂはターゲット１５上において重心間の離隔寸法（Ｘ方
向における離隔寸法）が既知の値、７０ｍｍとして予め
認識されている。この値は予めデータ記億部２９に設定
入力される。こうしたターゲット１５を用いての偏位測
定にあたっても、上記実施例１と同様に図３に示す初期
化操作が行われ、初期化操作に際しては先ずフレームメ
モリ２１から入力された解析映像に対し、ＣＰＵ２３が
画面２４の二値化を行う（図３、操作２）。画面２４の
二値化は、ターゲット１５の輝度レベルの変化を図７の
下方に示す電圧変化でモニタして行われ、こうした走査
を画面２４のＸＹ方向で行うことにより、２つの参照マ
ーク３５Ａ，３５Ｂおよびレーザマーク２６の画素上の
番地（座標位置）が特定できることとなる。画素上の番
地はオペレータが各マーク２６、３５Ａ、３５Ｂにウイ
ンドウ２７を対応移動操作し、「重心算出プログラム」
により各マーク２６、３５Ａ，３５Ｂの重心位置を求め
ることにより行われる（図３、操作３）。こうして各マ
ーク２６、３５Ａ、３５Ｂの画素上の番地が特定された
ら、図２に示す「座標軸・原点設定手段３１」におい
て、画面２４における原点並びＸＹ座標を設定する。原
点並びにＸＹ座標の設定は、ＣＰＵ２３において座標軸
・原点設定プログラムにより行われ、測定される参照マ
ーク３５Ａ，３５Ｂの重心間を図９に示すように線で結
び先ずＸ軸を設定する。次に、Ｘ軸に交差する線を参照
マーク３５Ａの重心上に設定してＹ軸を構成し、Ｘ軸と
Ｙ軸との交点を原点０とする（図３、操作４）。

【００２４】こうして、画面２４において画素上の原
点、座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）が設定されたら、次に図２に
示す「距離換算係数（画素ピッチ）算出手段３２」にお
いて、２つの参照マーク３５Ａ，３５Ｂの重心間の画素
上の座標間距離が算出され、続いて予めデータ記憶部２
９に設定入力された参照マーク３５Ａ、３５Ｂ間の離隔
寸法７０ｍｍにより、一画素に対応するターゲット１５
上の実寸距離、すなわち画素ピッチＰが算出されること
となる（図３、操作５）。画素ピッチＰはＣＰＵ２３に
おいて、距離換算係数（画素ピッチ）算出プログラムに
より演算される。例えば、図７において参照マーク３５
Ａ，３５Ｂの重心間の画素数が測定の結果、１９２画素
である場合、画素ピッチＰは上記離隔寸法７０ｍｍに基
づき、Ｐ＝７０ｍｍ／１９２として算出されることとな
る。こうして算出された画素ピッチＰは、ＣＰＵ２３か
らデータ記憶部２９に出力され、記憶されることとな
る。

【００２５】ここで本実施例においては、図９に示すよ
うにＸ軸並びにＹ軸と交差する位置に原点０を設定し、
計画推進線２に沿うレーザ光のレーザマーク２６の重心
を原点に対する上方８０画素の座標位置（０，８０）に
対応させている。こうして画面２４上に位置されたレー
ザマーク２６を測定対象点として、上記実施例１と同様
に推進後における座標変化を観測するようにする。推進
機３の推進状態での偏位量の演算は、前記実施例と同様
図４の操作１→操作２→操作３の順に行われる。すなわ
ち、偏位量は、画素表示部ＣＲＴ２５において、推進状
態でのターゲット１５の新規画像を順次取り込み（図
４、操作１）、測定対象点（レーザマーク２６）を二値
化して抽出する（図４、操作２）。そして抽出された測
定対象点の座標変化をリアルタイムで観測し、初期化時
の座標（０，７０）に対する変化を求めるようにする。
例えば図９の測定対象点２６Ｂのように、推進後におい
てレーザマークが座標位置（４０，６０）に移動された
状態が観測されると、これは初期化時の座標位置（０，
８０）に対し、Ｘ方向に４０画素、Ｙ方向に−２０画素
の座標変化が発生したこととなる。こうして観測された
座標変化（４０画素、−２０画素）に対し、データ記憶
部２９に記憶された画素ピッチＰを乗じ、この結果、測
定開始後における上下左右の偏位量を実数値で求めるこ
とが可能となる（図４、操作３）。すなわち、測定対象
点２６Ｂにおいては、初期化時の座標位置に対してＸ方
向に（７０×４０）／１９２ｍｍ、またＹ方向に−（７
０×２０）／１９２ｍｍの偏位量が発生していることと
なり、こうした実数値をもとに、推進機３の各方向修正
シリンダ１２を選択的に伸縮させ、測定対象点が初期化
時の座標位置に復帰するよう推進機３を運転制御するよ
うにすればよい。

【００２６】 上記各実施例においては、ターゲット１
５上に計画推進線２に沿うレーザ光のレーザマーク２６
を１点照射し、これを測定対象点として設定するように
している。これに対し、以下に説明する実施例３におい
ては、ターゲット１５上に２つのレーザマークＬ１、Ｌ
２を照射し、これを用いて偏位測定を行なうものであ
る。

【００２７】 すなわち、実施例３においては、図
２０に示すレーザ発振器１３から照射されるレーザ光を
２本の平行なレーザ光とし、１本のレーザ光を計画推進
線２に沿うレーザ光Ｌ１、他のレーザ光を計画推進線２
と平行に発光する補助レーザ光Ｌ２とするものである。
各レーザ光はレーザ発振器１３に２つのレーザ発光源を
備えることとしてもよく、また図１５に示すように、レ
ーザ発振器１３のレーザ光の発光部の前部に、分光体３
５を配設して構成してもよい。この分光体３５は、図１
６の原理図に示すように、内部にプリズム３６を備えて
構成され、該プリズム３６はレーザ発光源３７より発光
されるレーザ光を、計画推進線２に沿うレーザ光Ｌ１と
補助レーザ光Ｌ２に分光可能にしている。こうして、発
光される各レーザ光はターゲット１５上において、Ｙ方
向に離隔された２つのレーザマークＬ１、Ｌ２として、
解析映像の画面２４上で認識することが可能とされ（図
１０参照）、同時にターゲット１５上に配置された参照
マーク２０についても認識されることが可能とされる。
ここで上下のレーザマークＬ１、Ｌ２間の重心間の離隔
寸法（Ｙ方向における離隔寸法）が既知の値、５０ｍｍ
として予め認識されている。この値は、上記各実施例と
同様に、予めデータ記憶部２９に設定入力される。こう
した２つのレーザマークＬ１、Ｌ２を用いての偏位測定
にあたっても、上記各実施例１と同様に図３に示す初期
化操作が行われ、初期化操作に際しては先ずフレームメ
モリ２１から入力された解析映像に対し、ＣＰＵ２３が
画像２４の二値化を行う（図３、操作２）。画面２４の
二値化は、上記各実施例と同様にターゲット１５の輝度
レベルの変化を電圧変化でモニタして行われ、こうした
走査を画面２４のＸＹ方向で行うことにより、２つのマ
ークＬ１、Ｌ２の画素上の番地（座標位置）が特定でき
ることとなる。画素上の番地は、オペレータが各マーク
Ｌ１、Ｌ２にウインドウを対応移動操作し、「重心算出
プログラム」により各マークＬ１、Ｌ２の重心位置を求
めることにより行われる（図３、操作３）。こうして各
マークＬ１、Ｌ２の画素上の番地が特定されたら、図２
に示す「座標軸・原点設定手段３１」において、画面２
４における原点並びＸＹ座標を設定する。原点並びにＸ
Ｙ座表の設定は、ＣＰＵ２３において座標軸・原点設定
プログラムにより行われ、測定されるレーザマークＬ
１、Ｌ２の重心間を図１０に示すように線で結び、先ず
Ｙ軸を設定する。次に、Ｙ軸に交差する線をレーザマー
クＬ２の重心上に設定してＸ軸を構成し、Ｘ軸とＹ軸と
の交点、すなわちレーザマークＬ２の重心をを原点０と
する（図３、操作４）。

【００２８】こうして、画面２４において画素上の原
点、座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）が設定されたら、次に図２に
示す「距離換算係数（画素ピッチ）算出手段３２」にお
いて、２つのレーザマークＬ１、Ｌ２の重心間の画素上
の座標間距離が算出され、続いて予めデータ記憶部２９
に設定入力された各レーザマークＬ１、Ｌ２間の離隔寸
法５０ｍｍにより、一画素に対応する画面２４上の実寸
距離、すなわち画素ピッチＰが算出されることとなる
（図３、操作５）。画素ピッチＰはＣＰＵ２３におい
て、距離換算係数（画素ピッチ）算出プログラムにより
演算される。例えば、図１０においてＹ方向におけるレ
ーザマークＬ１、Ｌ２の重心間の画素数が測定の結果、
１４２画素である場合、画素ピッチＰは上記離隔寸法５
０ｍｍに基づき、Ｐ＝５０ｍｍ／１４２として算出され
ることとなる。こうして算出された画素ピッチＰは、Ｃ
ＰＵ２３からデータ記憶部２９に出力され、記憶される
こととなる。

【００２９】このようにして、図３に示す初期化操作が
行われたら、２つのレーザマークＬ１、Ｌ２のうち、計
画推進線２に沿うレーザマークＬ１を測定対象点とし、
推進機３の推進状態での偏位を、測定対象点の座標変化
に基づき認識することが可能となる。偏位量は、画像表
示部ＣＲＴ２５において、推進状態でのターゲット１５
の新規画像を順次取り込み（図４、操作１）、次いで画
面２４において測定対象点（レーザマークＬ１）を二値
化により抽出して行う（図４、操作２）。そして例えば
図１０に示すように測定対象点の位置が初期化時におけ
る座標位置（０、１４２）に対し、Ｌ１Ａの座標位置
（−１０、１２０）に移動された状態が観測されたとす
る。この値は初期化時の座標位置（０、１４２）に対
し、Ｘ方向に−１０画素、Ｙ方向に−２２画素の座標変
化が発生したこととなる。こうして観測された座標変化
（−１０画素、−２２画素）に対し、データ記憶部２９
に記憶された画素ピッチＰを乗じ、この結果、測定開始
後における上下左右の偏位量を実数値で求めることが可
能となる（図４、操作３）。すなわち、測定対象点Ｌ１
Ａにおいては、初期化時の座標位置に対してＸ方向に−
（５０×１０）／１４２ｍｍまたＹ方向に−（５０×２
２）／１４２ｍｍの偏位量が発生していることとなり、
こうした実数値をもとに、推進機３の各方向修正シリン
ダ１２を選択的に伸縮させ、測定対象点が初期化時の座
標位置に復帰するよう推進機３を運転制御するようにす
ればよい。

【００３０】こうした偏位量の測定については、実施例
２のように２つの参照マーク３５Ａ、３５Ｂを備えたタ
ーゲット１５についても同様に行うことができ、この場
合図１１に示すように２つのレーザマークＬ１、Ｌ２間
の離隔寸法とこれに対応する画素数、２つの参照マーク
３５Ａ、３５Ｂ間の離隔寸法とこれに対応する画素数を
求めて、それぞれＸ方向並びにＹ方向で画素ピッチＰを
算出し、より正確な偏位測定を行うこととしてもよい。

【００３１】さらに、こうした２つのレーザマークＬ
１、Ｌ２をターゲット１５に照射する実施例３にあって
は、推進機３の推進時におけるローリング状態について
も測定することが可能となる。ローリングは、図２に示
すローリング値の演算手段３４にて行われ、ＣＰＵ２３
のローリング値算出プログラムにて演算されることとな
る。すなわち、ローリングは、図１２に示すように初期
化時における２つのレーザマークＬ１、Ｌ２が結ぶ直線
と、推進後における２つのレーザマークＬ１Ｐ、Ｌ２Ｑ
が結ぶ直線の傾きの変化を演算することにより求められ
る(図４、操作４)。したがって、ローリング値は、図１
２に示す角度αで表わすことが可能とされ、図１２の下
方に表示した式にて求められることとなる。

【００３２】ここでローリング値を求める上において、
ターゲット１５上のレーザマークＬ１（計画推進線２）
が推進機３の中心からＬだけ離れている場合がある。こ
のような場合には、図１３に示す方法により、それぞれ
水平偏位△ｘ、垂直偏位△ｙをＣＰＵ２３にて演算し、
これらの値を用いて、さらに推進機３の運転を制御すれ
ば、より正確な推進工事を行うことができる。

【００３３】さらに、上記各実施例において、初期化の
際に「座標軸・原点設定手段３１」によるＸ軸並びにＹ
軸の設定を例えば２つの参照マーク３５Ａ、３５Ｂの重
心間を直線で結んだり、また２つのレーザマークＬ１、
Ｌ２の重心間を直線で結ぶ方法により行っていた。しか
し、テレビカメラ１９の取付精度の誤差により、ターゲ
ット画像が僅かに右あるいは左に傾いて撮像される場合
がある。このような場合には、例えば図１４に示すよう
に（図９と同様のターゲット）、補正された状態でのＸ
軸並びにＹ軸の式を求め、これに基づき偏位量も補正す
るようにすればよい。

【００３４】このようにして、実施例１〜３によりそれ
ぞれ演算されたデータ（偏位量、ローリング値）は、リ
アルタイムでデータ表示部ＣＲＴ２８に実数値で表示す
ることができ、またこれらのデータをそのまま推進機３
の制御部に伝送し、方向修正シリンダ１２の作動データ
に用いることができる。すなわち、推進機３はこれらの
データに基づき、自動制御運転することができ、推進機
３が常時計画推進線２に沿うよう駆動運転可能となる。
さらに、データ記憶部２９においては、これら推進機３
の実際の推進状態が遂時記憶されるため、計画推進線２
に対する実際の推進線３８の軌跡（ずれ）を図２２に示
す状態で数値によりモニタ表示することが可能となり、
これらのデータは後日行われる施工作業（例えば、接続
部のシール作業等）に用いるデータとして、用いること
ができる。

【発明の効果】以上のように、本発明によれば推進工事
にあって推進機の計画推進線に対する偏位を正確かつ確
実に観測することを可能とし、偏位修正を容易に行うこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る偏位測定装置の概要を
示すブロック図である。

【図２】偏位測定装置の操作手順の概要を示すフローチ
ャートである。

【図３】画像処理初期化に関するフローチャートであ
る。

【図４】偏位量等の演算操作に関するフローチャートで
ある。

【図５】モニタ画面ＣＲＴ上に映ったターゲットの画像
を示すモニタ図である。

【図６】画像表示部ＣＲＴ上のターゲット画像のモニタ
とこれに対応するＸ方向に沿って走査した輝度出力波形
図である。

【図７】ＬＥＤターゲットをモニタした図６と同様のモ
ニタおよび輝度出力波形図である。

【図８】実施例１に係る偏位測定状態を示すターゲット
画像のモニタ図である。

【図９】実施例２に係る偏位測定状態を示すターゲット
画像のモニタ図である。

【図１０】実施例３に係る偏位測定状態を示すターゲッ
ト画像のモニタ図である。

【図１１】実施例３における他の偏位測定状態を示すタ
ーゲット画像のモニタ図である。

【図１２】実施例３において、ローリング値の演算過程
を示すターゲット画像のモニタ図である。

【図１３】ローリング値の補正方法を示すターゲット画
像のモニタ図である。

【図１４】Ｘ軸並びにＹ軸の補正方法を示すターゲット
画像のモニタ図である。

【図１５】分光体を取着してなるレーザ発振器を示す側
面図である。

【図１６】図１５に示す分光体の原理図である。

【図１７】推進機の全体を示す斜視図である。

【図１８】推進機を前方より観た図２０のＸＩＩＩＶ−
ＸＩＩＩＶ線に沿う矢視図である。

【図１９】推進機の内部を示す図２０のＸＩＸ−ＸＩＸ
線に沿う矢視図である。

【図２０】地中を推進する推進機の断面図である。

【図２１】ターゲットを支持するフレームの正面図であ
る。

【図２２】推進機の実際の推進状態を示す軌跡図であ
る。

【符号の説明】

１ 発進立抗 ２ 計画推進線 ３ 推進機 ４ 掘削ビット ５ モータ ６ 頭部 ７Ａ 送水管 ７Ｂ 排水土管 ８ ノズル ９ 貯溜室 １０ 管 １１ 後部 １２ 方向修正シリンダ １３ レーザ発振機 １４ フレーム １５ ターゲット １６ ネジ孔 １７ ネジ １８ 架台 １９ テレビカメラ ２０、３５Ａ、３５Ｂ 参照マーク ２１、 フレームメモリ ２２ モニタ画面ＣＲＴ ２３ ＣＰＵ ２４ 画面 ２５ 画像表示部ＣＲＴ ２６、２６Ａ、２６Ｂ レーザマーク ２７ ウインドウ ２８ データ表示部ＣＲＴ ２９ データ記憶部 ３０ 参照マーク及びレーザマークの測定手段 ３１ 座標軸・原点設定手段 ３２ 距離換算係数算出手段 ３３ 偏位量の演算手段 ３４ ローリング値の演算手段 ３５ 分光体 ３６ プリズム ３７ レーザ発光原 ３８ 実際の推進線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地中内を推進機により掘削あるいは振動
   しながら推進し、上下水道、地下道、トンネル道等の地
   中路を計画推進線に沿って施工する推進工事であって、
   推進時における計画推進線に対する偏位状態を認知する
   推進工事における偏位測定装置において、 １）回転もしくは振動する推進機内の略中心に配設さ
   れ、任意の位置に少なくとも１点の参照マークを備える
   ターゲットと、 ２）推進機内のターゲットの一定後方位置に配設され、
   ターゲットを画像として撮影するテレビカメラと、 ３）推進機の推進方向に対する後方の地中路上に固定設
   置され、ターゲットに向けて計画推進線に沿うレーザ光
   を発光し、ターゲット上にレーザマークを照射するレー
   ザ発振器と、 ４）上記テレビカメラから入力されるターゲット画像に
   おいて、画面上にＸ軸およびＹ軸並びに原点を設定する
   原点設定手段と、 ５）測定開始前の状態において、上記原点設定手段によ
   り原点とされた位置とターゲット上でＸ方向またはＹ方
   向に離隔された参照マークの位置間の距離、 あるい
   は参照マークが２以上の場合、各参照マーク間の距離を
   既知の離隔寸 法として認識し、ターゲット画像上に
   おいてこれら既知の離隔寸法に基づき 画素に対応す
   る距離、すなわち距離換算計数を算出する距離換算計数
   の算出 手段と、 ６）推進機が推進を開始する測定開始状態において、タ
   ーゲット画像における任意の座標位置に位置設定された
   レーザマークの位置を測定対象点として設定する測定対
   象点の設定手段と、 ７）上記測定開始状態を基準として、各推進状態におけ
   る原点に対する測定対象点の画素上の座標変化を求め、
   これを上記距離換算計数の算出手段にて算出された距離
   換算計数で換算して、測定対象点の偏位量を実数値とし
   て求める偏位量の演算手段と、 を備えてなる推進工事における偏位測定装置。
2. 【請求項２】 地中内を推進機により掘削あるいは振動
   しながら推進し、上下水道、地下道、トンネル道等の地
   中路を計画推進線に沿って施工する推進工事であって、
   推進時における計画推進線に対する偏位状態を認知する
   推進工事における偏位測定装置において、 １）回転もしくは振動する推進機内の略中心に配設され
   るターゲットと、 ２）推進機内のターゲットの一定後方位置に配設され、
   ターゲットを画像として撮影するテレビカメラと、 ３）推進機の推進方向に対する後方の地中路上に固定設
   置され、ターゲットに向けて計画推進線に沿うレーザ光
   並びにこれと平行に補助レーザ光を発光し、ターゲット
   上に各レーザ光に対応するレーザマークを照射するレー
   ザ発振器と、 ４）上記テレビカメラから入力されるターゲット画像に
   おいて、画面上にＸ軸およびＹ軸並びに原点を設定する
   原点設定手段と、 ５）測定開始前の状態において、上記計画推進線に沿う
   レーザ光のレーザマークの位置と補助レーザ光のレーザ
   マークの位置間の距離を既知の離隔寸法として認識し、
   ターゲット画像上において、当該既知の離隔寸法に基づ
   き画素に対応する距離、すなわち距離換算係数を算出す
   る距離換算係数の算出手段と、 ６）推進機が推進を開始する測定開始状態において、タ
   ーゲット画像における計画推進線に沿うレーザ光のレー
   ザマークの位置を測定対象点として設定する測定対象点
   の設定手段と、 ７）上記測定開始状態を基準として、各推進状態におけ
   る原点に対する測定対象点の画素上の座標変化を求め、
   これを上記距離換算係数の算出手段にて算出された距離
   換算係数で換算して、測定対象点の偏位量を実数値とし
   て求める偏位量の演算手段と、 を備えてなる推進工事における偏位測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、レーザ発振器は計画
   推進線に沿うレーザ光の発光体の前部に、プリズムを備
   えた平行光線発光用の分光体を配設して構成されるもの
   である推進工事における偏位測定装置。
4. 【請求項４】 請求項２において、測定開始状態におけ
   るターゲット画像上の各レーザマークが結ぶ直線の傾き
   と、推進開始後におけるターゲット画像上の各レーザマ
   ークが結ぶ直線の傾きの変化を演算する推進工事におけ
   る偏位測定方法。