JPH08271251A - トンネル掘進機の位置姿勢計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 急曲進施工や、勾配施工や、高さが途中で変
化する施工でも、トンネル掘進機の位置及び姿勢を高精
度に計測する。 【構成】 (1) トンネル掘進機５の後方の測点Ｂからト
ンネル掘進機５の測点Ｃに設けられたターゲットを視準
する際に、トンネル掘進機５の測点Ｃに設けられたター
ゲットの任意に定めた点を測点Ｂから視準するように
し、且つ、測点Ｃに設けられたターゲットから測点Ｂを
臨む角が任意に定めた角度になるようにし、(2) 測点Ｂ
から測点Ｃのターゲットを臨む角度と距離及び任意に定
めた点の位置を用いて、測点Ｃの位置を算出し、(3) 測
点Ｃに設けられたターゲットから測点Ｂを臨む角度とタ
ーゲットの水平レベルＳ或いはトンネル掘進機５の水平
レベルＳ’からトンネル掘進機５の姿勢を算出し、(4)
トンネル掘進機５の測量中の任意の時に、トンネル掘進
機５の後方に設けられた測点Ｂから、さらに後方に設け
られた既知の測点Ａに設けられたターゲットを視準する
ことにより、測点Ｂの位置を算出し、トンネル掘進機５
の位置を既知の測点Ａから算出することとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル掘進機の位置
姿勢計測方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル掘進機の位置及び姿勢を計測す
ることは、例えばトンネル掘進機を的確に方向修正した
り、またトンネル掘進機が後工程で組立てたセグメント
と干渉したりすることを避ける上で重要な技術である。
特に近時、地下構造物や既存トンネルが多い地域では掘
進線形が複雑化し、急曲線化するため、また下水道施工
等では施工線形の高精度化が要求されるため、より高級
な位置姿勢計測技術が要請される。さらにまた、トンネ
ル掘進機の高速掘進化に伴い、人手による位置姿勢計測
では対応し辛く、位置姿勢計測技術の自動化も要請され
ている。かかる要請に対し、従来、種々のトンネル掘進
機の位置姿勢計測装置及び方法が提案されている。

【０００３】（１）例えば、重力を利用した傾斜計や地
球の自転を利用した方位ジャイロを利用してトンネル掘
進機の姿勢を測定することができる。

【０００４】（２）特開平６−１１３４４号公報では、
自動追尾式測距測角儀により、測量基準となる３点のタ
ーゲットを設置した移動体の移動前のターゲットの３次
元座標位置を求め、次いで移動後のターゲットの３次元
座標位置を求めて、移動体の位置を検出するとともに、
移動前後の３点のターゲットの座標変化量から移動体の
傾斜量を検出する移動体の位置姿勢測量方法が開示され
ている。

【０００５】（３）特公平４−７４６４９号公報では、
レーザ発振器及び光測距器を一体に保持し同一方向に向
けた状態で首振り可能な架台に固定し、架台から離間し
た位置にレーザ発振器からのレーザ光をハウジングの前
面に設けられたスクリーンで受光し受光スポットの位置
座標を上記ハウジングの内部に設けられたカメラで検出
する位置検出用ターゲットと、光測距器からの光を反射
させる測距用ターゲットとを移動体に可動に取り付けた
自動測量装置を用い、レーザ発振器の光をスクリーンに
垂直に当てるように、ハウジングを回転させる測量方法
が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来技術
には、次のような問題がある。 （１）方位ジャイロによるトンネル掘進機の方位（掘進
機の向きを水平面に投影した方向と真北方向とのなす角
であってヨーイング角である）と、傾斜計の示す角（掘
進機の向きと水平面のなす角度であるピッチング角と、
掘進方向を軸とする角度成分なるロ−リング角とからな
る) とから、トンネル掘進機の位置を知るには、これら
を元に測定間の掘進距離（通常、トンネル掘進機のジャ
ッキストローク長）を積分して行く方法があるが、トン
ネル掘進機は横滑りを起こしながら掘進してゆくことが
あり、真の掘進方向に沿った掘進距離を計測することが
実際上困難という問題がある。

【０００７】（２）特開平６−１１３４４号公報記載の
技術では、傾斜量の精度が、位置測定精度と３点のター
ゲットの配置面積とで決定されるという問題がある。具
体的には、回転角度精度を例えば３分で測定しようとし
たとき、長さに対する精度は１／１０００以上必要であ
り、１ｍｍ精度の測量器を用いたとすれば、相互間隔が
１ｍであるようなターゲット配置が必要である。ところ
がトンネル掘進機の内部は、ジャッキや排送泥管等が煩
雑に多数設置されているため、このような配置間隔のタ
ーゲットを複数配置したり、また各ターゲットに対して
視準できる空間を確保することは困難である。特に、よ
り大きな視準空間を必要とする曲進施工では、実際使用
が困難である。

【０００８】（３）特公平４−７４６４９号公報記載の
技術は、上記曲線施工に対応できる構成とされている。
ところがこの技術では、受光器の方向をレーザ発振器に
対して垂直に向ける方法の記載が無く、このため直線施
工部と曲線施工部との複合施工の場合や、曲率が掘進途
中で変化したり、また掘進結果として若干蛇行したよう
な場合において、自動追従が困難である。従ってこの場
合、人手による頻繁な調整が必要であり、そのため時間
的効率が低下する実用上の問題が生じる。尚、この技術
はトンネル掘進機の位置を検出する技術であり、姿勢検
出については何ら記載されていない。

【０００９】即ち、従来技術によれば、視準空間の確保
が困難なターゲットが必要であったり、光の入射角に制
限があるため自動追従しにくい等の問題があり、この結
果、急曲進施工や、勾配施工や、高さが途中で変化する
施工では、トンネル掘進機の位置及び姿勢を高精度に計
測でき難いという問題があった。

【００１０】本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、近
年施工事例が生じた急曲進施工や、勾配施工や、高さが
途中で変化する施工でも、トンネル掘進機の位置及び姿
勢を高精度に計測できるトンネル掘進機の位置姿勢計測
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のトンネル掘進機の位置姿勢計測方法は、ト
ラバース測量の要領にてトンネル掘進機の位置姿勢計測
方法において、 (1) トンネル掘進機５の後方の測点Ｂからトンネル掘進
機５の測点Ｃに設けられたターゲットを視準する際に、 ・トンネル掘進機５の測点Ｃに設けられたターゲットの
任意に定めた点を測点Ｂから視準するようにし、 ・且つ、測点Ｃに設けられたターゲットから測点Ｂを臨
む角が任意に定めた角度になるようにし、 (2) 測点Ｂから測点Ｃのターゲットを臨む角度と距離及
び任意に定めた点の位置を用いて、測点Ｃの位置を算出
し、 (3) 測点Ｃに設けられたターゲットから測点Ｂを臨む角
度とターゲットの水平レベルＳ或いはトンネル掘進機５
の水平レベルＳ’からトンネル掘進機５の姿勢を算出
し、 (4) トンネル掘進機５の測量中の任意の時に、トンネル
掘進機５の後方に設けられた測点Ｂから、さらに後方に
設けられた既知の測点Ａに設けられたターゲットを視準
することにより、測点Ｂの位置を算出し、トンネル掘進
機５の位置を既知の測点Ａから算出することを特徴とし
ている。

【００１２】他方、本発明のトンネル掘進機の位置姿勢
計測装置は、図１に示すように、トンネル掘進機の位置
及び姿勢を計測することを達成してなるトンネル掘進機
の位置姿勢計測装置において、 (1) トンネル掘進機５の測点Ｃに、 ・レーザ発振器２１と光波距離計２４と対してほぼ正対
可能なるように、レーザ発振器２１からのレーザ光を受
光してその入射位置と入射角度とを検出できる受光器３
１と、反射プリズム３２とを少なくとも水平方向へ回転
自在に設けると共に、 ・受光器３１の水平レベルＳ或いはトンネル掘進機の水
平レベルＳ’を検出する傾斜計３３を設け、 (2) トンネル掘進機５の後方の測点Ｂに、 ・前記受光器３１と前記反射プリズム３２とに対してほ
ぼ正対可能なるように、かつさらに後方の測点Ａに反射
プリズム１を設置したときは後視してこの反射プリズム
１に対してもほぼ正対可能なるように、前記レーザ発振
器２１と、前記光波距離計２４とを俯仰方向及び水平方
向へ回転自在に設けると共に、 ・前記反射プリズム１、３２で反射した前記レーザ発振
器２１からのレーザ光を受光する光検出器２３を設け、 (3) 所望位置に、 ・レーザ発振器２１と光波距離計２４との俯仰方向及び
水平方向への回転角度と、 ・受光器３１と反射プリズム３２との少なくとも水平方
向への回転角度とを制御調整し、 ・レーザ発振器２１と光波距離計２４との俯仰方向及び
水平方向への回転角度と、 ・受光器３１と反射プリズム３２との少なくとも水平方
向への回転角度と、 ・受光器３１により検出された光の入射位置と入射角
と、 ・光波距離計２４からの反射プリズム１、３２との間の
それぞれの距離と、 ・傾斜計３３から受光器３１の水平レベルＳ或いはトン
ネル掘進機５の水平レベルＳ’とを読込んでトンネル掘
進機５の位置及び姿勢を算出する制御器４と、を備えた
ことを特徴としている。

【００１３】

【作用】本発明の方法によれば、トンネル掘進機５の後
方の測点Ｂからトンネル掘進機５の測点Ｃに設けられた
ターゲットを視準する際に、トンネル掘進機５の測点Ｃ
に設けられたターゲットの任意に定めた点を測点Ｂから
視準するようにし、且つ、測点Ｃに設けられたターゲッ
トから測点Ｂを臨む角が任意に定めた角度になるようし
ているため、測点Ｂに設けられる機器（例えば、測量
器）と測点Ｃに設けられるターゲットを、たとえトンネ
ル掘進機５が運転中であっても、互いに正対させること
が明記していない制御器４の指令により、自動、且つ、
容易に行うことができる。そして、測点Ｂから測点Ｃの
ターゲットを臨む角度と距離及び任意に定めた点の位置
を用いて、測点Ｃの位置を算出し、測点Ｃに設けられた
ターゲットから測点Ｂを臨む角度とターゲットの水平レ
ベルＳ或いはトンネル掘進機５の水平レベルＳ’からト
ンネル掘進機５の姿勢を算出することにより、測点Ｂを
位置基準として、測点Ｃの位置が分かり、測点Ｂから測
点Ｃを臨む水平角を基準にトンネル掘進機５の水平角と
しての掘進方向と水平レベルの姿勢がわかる。そして、
トンネル掘進機５の測量中の任意の時に、トンネル掘進
機５の後方に設けられた測点Ｂから、さらに後方に設け
られた既知の測点Ａに設けられたターゲットを視準する
ことにより、測点Ｂの位置を算出し、測点Ａと測点Ｃが
見通せる位置関係になくても、トンネル掘進機５の位置
を既知の測点Ａから算出することができるため、曲線施
工にも対応することができる。

【００１４】また、本発明の装置によれば、トンネル掘
進機５の後方の測点Ｂに、レーザ発振器２１と、光波距
離計２４とを俯仰方向及び水平方向へ回転自在に設ける
と共に、トンネル掘進機５の測点Ｃに、レーザ発振器２
１からのレーザ光を受光してその入射位置と入射角度と
を検出できる受光器３１と、反射プリズム３２とを少な
くとも水平方向へ回転自在に設けているので、受光器３
１により検出される入射位置を任意に定めた位置となる
ように、レーザ発振器２１と、光波距離計２４との俯仰
角及び水平角を制御器４の指令に基づき調整することが
可能であり、且つ、受光器３１の検出する入射角（逆に
見れば、測点Ｃから測点Ｂを臨む角）を、受光器３１と
反射プリズム３２とがその少なくとも水平に回転自在に
取り付けた架台角度を調整することにより任意に定めら
れた角度になるようにすることができる。つまり、レー
ザ発振器２１と受光器３１は、トンネル掘進機５が掘進
中にあってもほぼ正対した配置を制御器４の指令により
成し得ることができる。そして、光波距離計２４は、反
射プリズム３２及び後述する測点Ａに設けられた反射プ
リズム１との間の距離を計測する。レーザ発振器２１と
光波距離器２２の俯仰角、水平角、光波距離計２２によ
り計測された距離、さらに、受光器３１により検出され
た光の入射位置を加味することにより、測点Ｂの位置か
ら測点Ｃの位置を算出することができる。

【００１５】ところで、受光器３１のレベルＳとトンネ
ル掘進機５のレベルＳ’は、回転による変換をより互い
に関係づけることができるから、トンネル掘進機５のレ
ベルＳ’を検出する位置に傾斜計３３を設けて、受光器
３１の姿勢を演算することは容易である。そこで、受光
器３１の水平レベルＳ或いはトンネル掘進機の水平レベ
ルＳ’を検出する傾斜計３３を設け、受光器３１が検出
する光の入射角と傾斜計３３の信号を制御器４が読込、
受光器３１のローリングにより生じる誤差を補正し、受
光器３１が検出する光の入射角を絶対水平レベルを基準
にヨーイング成分とピッチング角成分に演算することが
できる構成になっている。さらに、制御器４は、受光器
３１の少なくとも水平方向への回転自在の取り付けられ
た角度を読込、それらの回転変換を行うことによりトン
ネル掘進機５の姿勢を、光の入射角の水平成分を基準と
したトンネル掘進機５の掘進方向のヨーイング角を含め
て演算することができる。

【００１６】また、別な手段（通常の測量）により位置
を定めた、測点Ｂのさらに後方の測点Ａに反射プリズム
１を設置し、レーザ発振器２１が反射プリズム１を視準
することにより、視準した俯仰角、水平角、及び光波距
離計２４の測定する距離を基に測点Ｂの位置を既知の測
点Ａの位置より求めることが可能な構成になっている。
このとき、レーザ発振器２１が反射プリズム１を視準し
ているかどうかを、反射プリズム１から戻ってくる光を
受光する光検出器２３をレーザ発振器２１と共に設けた
構成にしている。

【００１７】

【実施例】図１〜図１１を参照して実施例を説明する。
図１〜図９は第１実施例、図１０は第２実施例を説明す
る図、図１１は図８の一部変更図である。第１実施例
は、図１に示すように、反射プリズム１をトンネル掘進
機５の後方の既知位置に、レーザ発振部架台２を反射プ
リズム１とトンネル掘進機５との間に、受光部架台３を
トンネル掘進機５の既知位置に、そして制御器４を例え
ばトンネル６の立坑内等に配置して構成される。詳しく
は、次の通りである。

【００１８】レーザ発振部架台２と受光部架台３とは、
いずれも架台の機器取付台上に、詳細を後述する各種機
器を設けて構成される。先ず図２を参照して架台７を説
明する。架台７は、直交する２軸を備え、例えばステッ
プモータ７１、７２によって機器取付台７３を各軸回り
に俯仰方向及び水平方向へ回転自在としてある。

【００１９】機器取付台７３上には、レーザ発振部架台
２であれば、図３の配置例に示すように、レーザ発振器
２１、ビームスプリッタ２２、光検出器２３及び光波距
離計２４等の各種機器が配置されている。尚、ここでレ
ーザ発振器２１と光波距離計２４とは、それぞれの光軸
が同一方向で概ね並行した位置で視準できるように配置
してある。他方、受光部架台３であれば、図４の配置例
に示すように、受光器３１及び反射プリズム３２等の各
種機器が配置されている。尚、ここで受光器３１と反射
プリズム３２とは、各々の受光面が同一方向を向くよう
に配置してある。従って、受光器３１と反射プリズム３
２とは、俯仰水平方向へ回転することにより、前記レー
ザ発振器２１や光波距離計２４に対してほぼ正対可能と
なっている。またこの受光部架台３には、図１に示すよ
うに、受光器３１の水平レベル（即ち、傾斜角）を検出
する傾斜計３３も配置してある。以下、各機器の詳細を
順を追って説明する。

【００２０】レーザ発振器２１は、受光器３１にレーザ
光を投射して受光器３１から受光位置と、入射角度を得
させるための光源であると共に、反射プリズム１を後視
したときの光源でもある。レーザ光は、長距離でもビー
ム径が広がり難いため、受光器３１での受光位置や反射
プリズム１、２３への視準を小さなスポット径で行い、
このため、詳細を後述するように、より高精度な位置測
定、水平角測定及び姿勢角測定を行うことができる。

【００２１】尚、このレーザ発振器２１は、本実施例で
は１個であるが、受光器３１や反射プリズム１、３２の
特性（例えば使用波長等との兼ね合い）から見て個別に
備えた方がよい場合は複数配置してもよい。また後述す
る光波距離計２４に内蔵された光源がレーザ発振器であ
る場合、ＬＥＤであっても光学系により光放射のビーム
径が広がり難い設計の場合はレーザ発振器２１に代替え
させてよい（この場合、光波距離計２４には、後述する
ビームスプリッタ２２と光検出器２３による反射プリズ
ム１、３２に対して中心探知機能を備えている必要があ
り、中心探知機能を備えていないと、視準誤差を生ず
る。また、後述する受光器３１で受光可能波長であるこ
とが必要である。）

【００２２】ビームスプリッタ２２は、反射プリズム１
を後視したとき、また後述する反射プリズム３２を前視
したとき、レーザ発振器２１からのレーザ光を透過さ
せ、その後、反射プリズム１、３２で反射したレーザ光
を受光して光路を後述する光検出器２３へと変更するも
のである。

【００２３】即ち、光検出器２３は、反射プリズム１、
３２からの反射レーザ光を受光すると共に、この受光に
よって前視及び後視の達成を検出するものであって、且
つ、反射プリズム１、３２の反射特性（図７（ａ）に示
すように、入射光に対して平行に反射光を返すと共に、
ビーム径がプリズム径より小さな光の場合、図７（ｂ）
に示すように、中心からずれた位置に入射した光は、中
心から対象な位置から光を返す）から、レーザ発振器２
１から放射する光と同一経路で戻ってきた光を検出する
（検出器の全面などにピンホールを配したりすることに
より達成できる）ことにより、プリズム中心を探知する
ことができ視準誤差をなくすことができる。尚、光検出
器２３は、放射光と戻り光の位置ズレ（放射光と同一経
路で戻ってきたときの検出器への入射位置をゼロとした
平面位置）を検出できるように、多数平面的に配列した
もので構成しても良いし、後述する受光器３１で使用し
ているような平面の光入射位置を検出できるもので作ら
れていてもよく、この位置ズレ量をゼロにするようにレ
ーザ発振器２１の俯仰角、水平角を制御し、反射プリズ
ム１、３２の中心を探知するようにしてもよい。また、
この検出器２３とレーザ発振器２１との間には、他の有
効な光学系を介在させてもよい。

【００２４】光波距離計２４は、レーザ発振部架台２か
ら反射プリズム１までの後視距離Ｌ１と、反射プリズム
３２までの前視距離Ｌ２とをそれぞれ測定するためのも
のである。

【００２５】受光器３１は、細いビーム（本実施例で
は、レーザ発振器２１からのレーザ光）が入射すること
で、受光面の中心位置とレーザ光の受光位置との位置ズ
レ量と、受光面の法線方向に対するレーザ光の入射角と
を同時に計測できるものを用いる。これにより、光を用
いてトンネル掘進機１の位置姿勢を計測する際に問題と
なっている光路の確保を小さく抑えている。尚、このよ
うな受光器３１としては、例えば、図５（ａ）及びその
斜視図（ｂ）に示すように、透光性を備えた第１受光面
と、この後方に配置されて第１受光面３１ａからの透過
光を受光する第２受光面３２ｂとを備えたものや、図６
（ａ）に示すように、両受光面３１ａ、３１ｂの間に第
２受光面３１ｂの中心Ｏ2 を焦点とした集光レンズ３１
ｃを備えたものや、図６（ｂ）に示すように、第１受光
面３１ａの前方に第２受光面３１ｂの中心Ｏ2 を焦点と
した集光レンズ３１ｃを備えたものを例示できる。尚、
図５の受光器３１を例として説明すれば、位置ズレ量
（ｙ1 、ｚ1 ）がレーザ光に対する受光器３１の位置を
与え、入射角がレーザ光に対する光検出器２３のヨーイ
ング角（＝ｔａｎ^-1｛（ｙ2 −ｙ1)／Ｌ｝）とピッチン
グ角（＝ｔａｎ^-1｛（ｚ2 −ｚ1)／Ｌ｝）とを与えるこ
とが容易に分かる。言い換えれば、レーザ光が水平に放
射され、かつ、受光器３１がローリングしていないとす
れば、位置ズレ量（ｙ1 、ｚ1 ）は受光器３１の絶対的
位置を与え、他方、入射角は受光器３１の絶対的ピッチ
ング角と絶対的ヨーイング角とを与える。

【００２６】反射プリズム３２は、前述したように、光
波距離計２４からのレーザ光を反射して光波距離計２４
で前視距離Ｌ２を測定可能とさせる他、レーザ発振器２
１からのレーザ光を反射して光検出器２３で検知させる
ものである。

【００２７】傾斜計３３は、受光器３１の２方向で水平
レベルＳを検出するためのものである。尚、受光器３１
の２方向での水平レベルＳとトンネル掘進機５の水平レ
ベルＳ’とは、受光部架台３の可動回転軸の角度を用い
て回転量の変換を行うことにより関連づけることができ
るので、傾斜計３３は、トンネル掘進機５に取り付ける
ようにしてもよい。また、ピッチング角の検出に関して
は、受光器３１と傾斜計３３により冗長になっている
が、測定精度の高い方を採用すればよく、将来的には傾
斜計３３は、受光器３１のローリング角或いはトンネル
掘進機５のローリング角のみを計測するだけでよい構成
とすることができる。

【００２８】尚、反射プリズム１は、後述するトラバー
ス測量における基準点となるもので、前述したように、
レーザ発振器２１からのレーザ光を反射してこの反射レ
ーザ光を光検出器２３で検知させるものである。

【００２９】以上、各機器について説明したが、制御器
４の説明に先立ち、また制御器４の理解を助けるため
に、上記各機器間の相互関連を次に説明する。 （１）レーザ発振部架台２は、前方の受光器３１と、後
方の反射プリズム１とを視準するために水平方向への回
転が可能とされ、またそれぞれの設置高さが違ったり、
掘進中に高さが変化しても視準できるように、俯仰方向
への回転も可能とされている。尚、これら俯仰水平回転
の基準は次の通りである。

【００３０】水平角θs1の基準は、反射プリズム１（後
視）から受光器３１（前視）までの挟角を測定するだけ
であるから敢えて設定する必要はない。但し、レーザ発
振部架台２の簡便性を図るため、かつ、トンネル掘進機
５のヨーイング角を掘進方位として算出するとき、反射
プリズム１からレーザ発振器２１を結んだ方位を基準と
することから、レーザ発振器２１が反射プリズム１を臨
んだとき等を基準としもよい。尚、水平回転軸が傾いて
いると、挟角に誤差が伴うから、この場合は別途用意し
た水準器で水平回転軸の鉛直性を補正し、前記誤差の解
消する。

【００３１】これに対し、俯仰角θf1の基準は、レーザ
発振器２１が水平面内にレーザ放射が可能であるとき等
を基準とすればよく、このような基準に基づき俯仰させ
ればよい。

【００３２】（２）傾斜計３３で検出した受光器３１の
傾きと、受光部架台３の俯仰水平角θf2、θs2とによ
り、トンネル掘進機１のローリング角を算出できること
は明らかである。また仮にレーザ光の放射方向（例え
ば、水平かつ真北に放射されていること）が予め知れて
おれば、受光器３１が検出したレーザ光の入射角と、受
光部架台３の俯仰水平角θf2、θs2とにより、トンネル
掘進機１のヨーイング角及びピッチング角も算出できる
ことも明らかである。即ち、トンネル掘進機１の姿勢
（ローリング角、ヨーイング角、ピッチング角）を計測
できるのである。

【００３３】（３）受光器３１の第１受光面での受光位
置（即ち、前記位置ズレ量（ｙ1 、ｚ1 ））をトンネル
掘進機１の任意の位置から座標変換することでトンネル
掘進機１に対する受光器３１の受光位置を算出できるこ
とも明らかである。従って、光波距離計２４による距離
データＬ１、Ｌ２と、挟角とによるトラバース測量を加
味することにより、トンネル掘進機１の位置を計測でき
る。

【００３４】（４）尚、上記算出における留意事項を捕
捉説明すれば、レーザ発振部架台２の俯仰水平角θf1、
θs1によってレーザ発振器２１からのレーザ光の放射方
向が予め知れているため、レーザ光は受光器３１の受光
面に対して垂直に受光される必要はない。また逆に、受
光器３１は入射角を検出できるため、レーザ光が受光器
３１の受光面に垂直に受光されてもよい。そしてこのよ
うになるように、詳細を後述する制御器４によって受光
部架台３の俯仰水平角θf2、θs2を自動制御してもよ
い。尚、制御器４によってこのような追従動作の自動化
を行うときは、制御器４は、トンネル掘進機１に対する
受光器３１の取付け位置、受光部架台３が水平回転する
ときの回転原点（０度）と掘進方向（ヨーイング角）と
の差異及び受光部架台３が俯仰するときの回転原点に対
するトンネル掘進機１のピッチング角の差異等を製造時
に知り得る情報として、予め入力し、記憶し、適宜使用
できるようにしておく。

【００３５】以上の説明から明らかなように、本第１実
施例における制御器４は、次に列記するような機能を備
えている。

【００３６】（１）レーザ発振部架台２の俯仰水平角θ
f1、θs1と、受光部架台３の俯仰水平角θf2、θs2とを
それぞれ制御すると共に、これら制御された各俯仰水平
角θf1、θs1、θf2、θs2と、受光器３１からの受光レ
ーザ光の位置ズレ量及び入射角と、傾斜計３３からの受
光器３１の傾きと、光波距離計２４からの２つの反射プ
リズム１、３２までの距離データＬ１、Ｌ２と、挟角と
からトンネル掘進機１の位置姿勢を算出する。

【００３７】（２）レーザ発振器２１の取付け時やトン
ネル掘進機１の掘進中の適当な時刻に、反射プリズム１
を視準する必要がある。このためこの後視時には、レー
ザ発振部架台２の俯仰水平角θf1、θs1を後視のための
角度に設定すると共に、このときの水平振り角と、距離
データＬ１とから反射プリズム１から見たレーザ発振器
２１の自己位置を検証し、トンネル掘進機１の位置姿勢
の算出値の修正の有無を検証し、修正があれば、これを
修正する。

【００３８】（３）レーザ発振部架台２の俯仰水平角θ
f1、θs1と、受光部架台３の俯仰水平角θf2、θs2とを
それぞれある角度に設定した後、受光器３１の検出デー
タであるべきレーザ光の入射位置と入射角とが得られな
いときは、レーザ発振部架台２の俯仰水平角θf1、θs1
の設定を調整すると共に、受光器３１が入射位置及び入
射角のデータを得られる範囲となるように受光部架台３
の俯仰水平角θf2、θs2の設定を再調整する。また同様
に、レーザ発振部架台２の俯仰水平角θf1、θs1と、受
光部架台３の俯仰水平角θf2、θs2とをそれぞれある角
度に設定した後、反射プリズム１を後視できないとき
は、レーザ発振部架台２の俯仰水平角θf1、θs1の設定
を再調整する。他方、仮にレーザ発振器２１からのレー
ザ光が受光器３１の受光面と反射プリズム１とに適当に
投射されたとしても、光波距離計２４からの測距用レー
ザ光が両反射プリズム１、３２に投射されないときは、
このときも、レーザ発振部架台２の俯仰水平角θf1、θ
s1の設定を調整する。

【００３９】（４）制御器４によってこのような追従動
作の自動化を行うときは、前述したように、例えばトン
ネル掘進機１に対する受光器３１の取付け位置や、受光
部架台３が水平回転するときの回転原点（０度）と掘進
方向（ヨーイング角）との差異や、受光部架台３が俯仰
するときの回転原点に対するトンネル掘進機１のピッチ
ング角の差異等のように、トンネル掘進機１の位置姿勢
を算出する際に必要となり、かつ製造時に既知となる各
種データを予め入力し、蓄積し、計算時に適宜使用す
る。

【００４０】以下、第１実施例装置における設置手順例
と、本発明におけるトンネル掘進機の位置姿勢計測方法
とを図８に基づいて説明する。先ず、反射プリズム１及
びレーザ発振部架台２の設置手順例と、レーザ発振部架
台２及び受光部架台３の姿勢調整手順例とを述べる。

【００４１】（ステップ１００）トンネル掘進機５の後
方に反射プリズム１を概ねレーザ発振部架台２に向かっ
て設置し、またトンネル掘進機５と反射プリズム１の中
間位置にレーザ発振部架台２を設置する。両設置位置
は、予め行った精密測量又は施工中の測量によって既知
とされた位置とする。

【００４２】（ステップ２００）次に、レーザ発振部架
台２の俯仰水平角θf1、θs1を設定する。詳しくは次の
通りである。反射プリズム１及びレーザ発振部架台２の
位置は上述の通り既知である。従って、水平方向の回転
基準角を例えばトンネル掘進機１の方向に予め決めてお
くことができる。そこでこの基準を元に、制御器４は、
レーザ発振部架台２を俯仰水平回転させ、レーザ発振器
２１を反射プリズム１に正対させる。次いでレーザ発振
器２１を発振させて反射プリズム１からの反射レーザ光
を光検出器２３で検出する。先に図７（ａ）、（ｂ）を
参照して記載したように、反射プリズムの光の反射特性
から、レーザ発振部架台２の俯仰水平角を微旋回させ、
反射プリズム１の中心を検出させることができるため、
反射プリズム１を臨むレーザ発振部架台２の精密な俯仰
水平角を測定することができる。光検出器２３が反射レ
ーザ光を検出できないとき、制御器４は、レーザ発振部
架台２を俯仰水平方向へ微旋回させ、反射プリズム１を
検索させる。以上において、光検出器２３が反射レーザ
光を受光し、この受光信号が制御器４に出力されると、
反射プリズム１に対する視準（後視）が達成される。反
射プリズム１の視準が達成されたならば、制御部４は、
レーザ発振部架台の俯仰水平角θf1、θs1を記憶する。
尚、俯仰水平角を図示しないロータリエンコーダ等によ
り測定する時には、その測定値を制御部４が読込むこと
としてもよい。尚、上記視準までの俯仰水平動作及び視
準は、上記のように、制御器４で自動動作されるのでは
なく、レーザ発振部架台２又はその近傍に設けられ、か
つ制御器４に接続されたサブ制御器で、制御器４からの
指令に基づき、自動動作されるようにしてもよい。勿
論、上記視準までの動作及び視準を人手で行い、その動
作結果である俯仰水平角θf1、θs1を制御器４に別途入
力してもよい。

【００４３】（ステップ３００）次に、光波距離計２４
によってレーザ発振部架台２から反射プリズム１までの
距離Ｌ１を測定する。制御器４は、測定されたレーザ発
振部架台２から反射プリズム１までの距離Ｌ１を読込み
記憶する。尚、レーザ発振器２１と光波距離計２４との
取付け上の位置ズレのため、反射プリズム１が光波距離
計２４の視準内に入らないとき、光波距離計２４から出
力（即ち、距離データＬ１）が得られない。このような
ときは、取付け上の位置ズレを補正するために、俯仰水
平角θf1、θs1を再調整して光波距離計２４から出力が
得られるようにする。尚、この補正に必要な俯仰水平角
θf1、θs1は、互いの測点間の位置関係によって異なる
ため、その手順は図示されないステップ２５０として、
ステップ２００とステップ３００の間に実行されるよう
になっている。

【００４４】尚、上記（ステップ１００）〜（ステップ
３００）での設定は、反射プリズム１とレーザ発振部架
台２とのそれぞれの位置が予め判っていることが前提で
あるが、レーザ発振部架台２の水平角の基準が明確であ
れば、レーザ発振部架台２の位置は予め判っている必要
は無い。また、トンネル掘進機５の後方になると、付属
機械等が無くなり、測量のために使える空間が広くなる
ため、反射プリズム１を複数配置することが可能になる
ことがある。このときには、後方交会法等の測量手段に
より、レーザ発振部架台２の位置を求めることができる
と同時に、水平角の基準も得ることができるので、レー
ザ発振部架台２の位置、水平角基準を予め判っている必
要はない。そして、この場合は、図示されないループに
よりステップ１００からステップ３００を設置された反
射プリズム１の個数だけ繰り返せばよい。

【００４５】（ステップ４００）次に、レーザ発振部架
台２の位置と水平角の基準の見直しを行う。詳しくは、
水平角制御器４は、記憶したレーザ発振部架台２の俯仰
水平角θf1、θs1及びレーザ発振部架台２と反射プリズ
ム１との距離Ｌ１より、レーザ発振部架台２の位置を算
出すると共に、水平角の基準を再設定する。そして、制
御器４が蓄積していたレーザ発振部架台２の位置と水平
角基準に差異があればそれを修正する。通常、装置の設
置手順内においては、反射プリズム１とレーザ発振部架
台２は別の手段で予め位置が判っているので、本ステッ
プ４００は省略、または、ステップ２００で得られたレ
ーザ発振部架台２の水平角を基準として再定義してやる
だけである。従って、本ステップ４００が機能するの
は、トンネル掘進機５の掘進中の適当な時刻に、反射プ
リズム１を視準し、掘進によりレーザ発振部架台２の位
置や水平角の基準を検証する時である。尚、前記のよう
にレーザ発振部架台２の位置或いは水平角の基準が予め
判っていないときには、装置の設置手順内の処理におい
ても、本ステップ４００は有効であり、また、レーザ発
振部架台２の位置を算出するのに後方交会法などの処理
を本ステップ４００の中で行うことは何等問題は無い。
また、本ステップ４００に使用されるデータを制御器４
が記憶し、後述するトンネル掘進機５の位置演算するス
テップ６００の中で実施することもできる。

【００４６】（ステップ５００）次に、レーザ発振部架
台２と受光部架台３との姿勢を調整する。詳しくは次の
通りである。

【００４７】（ステップ５１０）受光器３１に対するレ
ーザ発振器２１の向きをレーザ発振部架台２の俯仰水平
角θf1、θs1で調整し、これとほぼ同時に、受光器３１
の受光面がレーザ光を受光できそうな向きに受光部架台
３の俯仰水平角θf2、θs2を調整する。

【００４８】（判断５１０）ステップ５１０の処理を実
施し、受光器３１が受光しているか、或いは、レーザ光
が反射プリズム３２に当たりその反射光を光検出器２３
が検出できているかをそれぞれのデータを制御器４は読
込み判断する。

【００４９】（ステップ５１１）前記の判断５１０で、
受光器３１が受光しないとき、或いは、レーザ光が反射
プリズム３２に当たりその反射光を光検出器２３が検出
できないときには、受光部架台３を固定し（即ち、受光
器３１と反射プリズム３２の姿勢を固定し）、レーザ発
振部架台２を制御器４が予め記憶した手順で俯仰水平へ
回転させて、受光器３１で受光する、或いは、反射プリ
ズム３２からの反射光を光検出器２３で検出できるよう
にする。もし、レーザ発振器２１からの光を反射プリズ
ム３２が反射し、光検出器２３が検知したときには、受
光器３１と反射プリズム３２との設置時の幾何学的な関
係から、再度レーザ発振部架台２の俯仰水平角度を微調
整し、受光器３１にレーザ発振器２１の光を受光できる
ようにする。このとき、受光器３１は只単に受光するこ
とが基準であり、入射角が受光器３１の検出範囲でなく
ともよい。

【００５０】（判断５１１）ステップ５１１の探索手順
が正常に終了したことを判断する。ここで、正常に終了
しない場合は、ステップ５００で受光部架台３の姿勢を
設定したにも係わらず、受光器３１の受光面がレーザ発
振器２１から臨んで全く見えないような向きであった場
合などである。

【００５１】（ステップ５２０）レーザ光の入射角が受
光器３１の検出範囲に入るように、レーザ発振部架台２
を固定し（即ち、レーザ発振器２１と光波距離計２４の
姿勢を固定し）、受光部架台３を制御器４が予め記憶し
た手順で俯仰水平角θf2、θs2を、受光が可能な範囲内
で、回転させて光の入射角を検出できるようにする。

【００５２】（判断５２０）制御器４に予め記憶させて
いる手順で、入射角が受光器３１で検出可能範囲に入っ
たかをデータを読込み判断する。

【００５３】（ステップ５２１）ステップ５２０の処理
を行って、入射角が受光器３１の検出範囲に入らないと
きには、入射角検出範囲に入るように受光部架台３の姿
勢をさらに大きく変える必要がある。但し、受光部架台
３の姿勢を大きく変えると、受光器３１にレーザ光が当
たらなくなることもあり得るので、例えば次のように行
う。受光器３１の受光面を下に向けるような姿勢付近に
おいて入射角の検出可能範囲を探す場合、先ず、レーザ
発振部架台２の俯仰水平角を微調整し、レーザ光が受光
器３１の下の位置（図５を参照したとき、Ｚ軸のマイナ
ス側）で受光できているようにし、次に、受光器３１の
姿勢操作の処理を、先のステップ５２０に戻して、入射
角検出範囲に入る受光器３１の姿勢を探索してゆく。

【００５４】（判断５２１）受光器姿勢を探索する手順
も制御器４に予め記憶させておく。この手順に、予め探
索する姿勢範囲を定めておき、探索する領域が残ってい
るかを判断する。

【００５５】（ステップ５３０）次に、受光器３１の定
められた任意の受光位置に、レーザ光が当たるようにレ
ーザ発振部架台２の俯仰水平角θf1、θs1を微調整す
る。例えば、定められた任意の位置は、反射プリズム３
２からレーザ発振器２１と光波距離計２４との装置の設
置間隔だけ離れた位置とすることができ、このとき、受
光器３１が光の入射位置と入射角度を計測すると同時
に、光波距離計２４と反射プリズム３２間の距離Ｌ２を
計測できる。また、同時計測を行うために、傾斜計３３
により測定された受光器３１のローリング角度分を補正
した位置を定められた受光位置としてもよいことはいう
までもない。但し、この処理を実施するにあたり、光の
入射角を監視し、入射角が受光器３１で検出可能な範囲
にあるところでその処理中止し、次のステップ５４０に
移るものとする。

【００５６】（ステップ５４０）次に、入射角が任意に
定めた範囲になるように、受光器３１の姿勢を、その時
点の入射角度を参照して、受光部架台３の俯仰水平角θ
f2、θs2を微調整する。例えば、入射角度は受光面に垂
直として、姿勢を調整する。但し、このステップにおい
ても、入射位置を監視し、受光器３１での受光範囲をあ
るところで、その操作を終了する。

【００５７】（判断５４０）ステップ５３０、５４０に
よって、受光器３１で受光されるレーザ光が、入射位置
と入射角が所望の値になっているか判断し、値になって
いなければ、図９に示すように、ステップ５３０にその
処理を戻し、所望の値まで繰り返す。尚、この判断５４
０において、定められた入射位置と入射角に範囲を設け
て、その範囲内であればよいとする判断も本判断５４０
の中に含まれるのは当然である。

【００５８】以上のステップ５００の関する処理を通し
て、レーザ発振部架台２と受光部架台３は、ほぼ正対し
た状態に人手をかけずに成し得るので自動化が容易であ
る。また、（ステップ５９９）として、各判断の段階
で、受光器３１が探索できない、光の入射角が適当範囲
内の入らない等のときには、制御器４はエラー信号を図
示されない表示器等に出力し、人手によるレーザ発振部
架台２と受光部架台３との姿勢を、一方或いは両方を再
調整し、エラーのあった次のステップ或いはステップ５
１０に戻るようにしてもよい。そのときには、人手によ
り調整されたレーザ発振部架台２と受光部架台３の一方
若しくは両方の姿勢データを、制御部４に入力してもよ
い。

【００５９】尚、ステップ５００の手順は、トンネル掘
進機５の位置がおおよそ明確な場合（例えば、トンネル
掘進機５の掘進途中において、反射プリズム１を視準
し、再度、トンネル掘進機５の位置姿勢を計測するため
に受光部架台３を視準するような場合）であり、不明確
な場合（最初の装置設置や、レーザ発振部架台の場所の
移設（盛り換え）等による場合）は、人手によってレー
ザ発振部架台２と受光部架台３の姿勢を設置し、その設
置値を制御器４に入力し、ステップ５００の処理を行
う、または、姿勢を調整が正確であればステップ５００
の処理をとばしてもよい。

【００６０】（ステップ６００）次に、制御器４は、レ
ーザ発振部架台２の俯仰水平角、受光部架台３の俯仰水
平角、光波距離計２４と反射プリズム３２との距離Ｌ
２、受光器３１の検出する入射位置、入射角及び傾斜計
３３の検出する受光器３１の水平レベルＳをデータとし
て読込、トンネル掘進機５の位置、姿勢を演算する。さ
らに言えば、受光器３１の検出する入射角と傾斜計３３
の計測する受光器３１の水平レベルＳ、及び受光部架台
３の俯仰水平角から、トンネル掘進機５の姿勢を算出
し、レーザ発振部架台２の俯仰水平角、光波距離計２４
と反射プリズム３２との距離Ｌ２、及び受光器３１の検
出する入射位置より受光器位置もしくは反射プリズム位
置を算出する。但し、これはレーザ発振部架台２を基準
とした位置であるので、ステップ４００で求めたレーザ
発振部架台２の位置を使えば、反射プリズム１からの位
置を算出することができる。通常トンネル掘進機５の位
置は、先端部にとるが、受光器３１若しくは反射プリズ
ム３２の位置が求められ、トンネル掘進機５の姿勢が決
定されれば、その位置座標の変換は、容易にできる。
尚、求められたトンネル掘進機５の姿勢は、ピッチ角、
ローリング角は、重力基準に算出されるが、ヨーイング
角は、レーザ発振器２１のだすレーザ光の水平角を基準
にした角度が算出される。レーザ発振器２１の水平角基
準は、後方に設置された反射プリズム１を臨む角を基準
としているので、つまるところ、レーザ発振部架台２と
反射プリズム１を結んだ線の向きを基準にトンネル掘進
機５のヨーイング角を算定していることになる。従っ
て、このレーザ発振部架台２と反射プリズム１を結んだ
線の向きを方位と関係付けておけば、トンネル掘進機５
のヨーイング角を掘進する方位として表すことができる
ことはいうまでもない。

【００６１】（判断７００）トンネル掘進機５の掘進中
においては、ステップ５３０若しくはステップ５００に
処理を渡し、トンネル掘進機５の位置姿勢計測を繰り返
す（ループ７０１）。また、レーザ発振部架台２を微調
整することを繰り返すため、その水平角基準が狂ってい
ないかを検証するために、例えば、トンネル掘進機５の
掘進距離５０ｃｍ毎に後方の反射プリズム１を視準する
動作を行わせるときには、ステップ２００へ制御を渡す
（ループ７０２）。そして、トンネル掘進機５の掘進が
進み、レーザ発振部架台２を移設させるときには（即
ち、盛り替えするときには）、移設後のレーザ発振部架
台２の姿勢設定が容易になるように、トンネル掘進機５
の位置姿勢を保管し、計測の処理を終了させる。

【００６２】以上のステップの内、装置の設置、或い
は、装置の移設により、人手が介在することがあり得る
のは、設置手順の部分のルーチン（ステップ１００〜ス
テップ５００）を最初に通る時であり、トンネル掘進機
の掘進中における位置姿勢計測方法の部分はルーチン
（ステップ２００〜ステップ７００）である。

【００６３】上記第１実施例によれば、次の効果を奏す
る。 （１）受光器３１は俯仰水平回転自在な架台７上に備え
てあるため、急曲進施工でも、水平回転させることによ
り、受光器３１が持つ入射角の制限範囲に抑えることが
でき、また勾配施工や高さが途中で変化する施工でも、
俯仰回転させることにより、上記同様、受光器３１が持
つ入射角の制限範囲に抑えることができる。即ち、近年
施工事例が生じた急曲進施工や、勾配施工や、高さが途
中で変化する施工でも、トンネル掘進機の位置及び姿勢
を高精度に計測できる。

【００６４】（２）レーザ発振部架台２は、後方の１個
の反射プリズム１、前方の反射プリズム３２及びこの反
射プリズム３２に近接設置された受光器３１の受光面を
臨めるところであれば、どこでも自在に設置できる。即
ち、視準空間の設定自由度が高くなる。例えばトンネル
掘進機１の掘進が進んだり、急曲進したり、勾配が生じ
たりして視準が不能となったときでも、レーザ発振部架
台２の設置位置を視準できる位置へ自在に変えることに
より、トンネル掘進機の位置及び姿勢を高精度に計測で
きる。

【００６５】（３）しかも受光器３１は、１本の細い光
ビームが入射するだけで、受光面の受光中心位置とレー
ザ受光位置との位置ズレ量及び受光面の法線方向に対す
る入射角を同時に計測できるものを用いている。このた
め、従来、光を用いて位置及び姿勢を計測する際に問題
となっていた光路確保が容易となる。この光路確保の容
易化も、引いては、急曲進施工や、勾配施工や、高さが
途中で変化する施工でも、トンネル掘進機の位置及び姿
勢を高精度に計測できる原因となっている。そして、受
光面の受光中心位置とレーザ受光位置との位置ズレ量及
び受光面の法線方向に対する入射角を同時に計測できる
ものを用いているので、レーザ発振部架台２と受光部架
台３をほぼ正対させる条件を容易に求めることができる
ので、自動化により人手による煩雑な視準調整を省く原
因ともなっている。

【００６６】第１０図の第２実施例装置を説明する。こ
の受光部架台３は、上記第１実施例の受光部架台３が俯
仰水平方向へ回転できるのに対し、水平方向の回転しか
できない例である。他は、上記第１実施例に準ずる。
尚、本実施例のレーザ発振部架台２の架台は、図１０に
示すように、水平回転ステージをＵ字形ブロックに成形
し、Ｕ字形間に水平軸を設け、この水平軸回りにレーザ
発振器２１、ビームスプリッタ２２、光検出器２３及び
光波距離計２４が一体的に俯仰回転可能に固設されてい
る。

【００６７】このような第２実施例は、トンネル掘進機
１のローリングが少ない施工や、少なくなるような運転
を行う場合のトンネル掘進機１の位置及び姿勢の計測に
有効である。尚、後者ローリングが少なくなるような運
転とは、ローリングが大きくなりそうなところでは、ロ
ーリングの発生を阻止するために、トンネル掘進機１を
逆回転掘削させる運転を例示できる。

【００６８】尚、本第２実施例は、上記第１実施例と同
様の効果を得られることは言うまでもない。

【００６９】尚、先に説明した装置の設置手順及び位置
姿勢計測方法のうち、ステップ５２０から判断５４０に
到るまでの手順は、図１１に示すように、以下のように
してもよい。受光器３１の受光位置情報から光波距離計
２４が反射プリズム３２を視準できるように、レーザ発
振部架台２の姿勢を調整し、光波距離計２４と反射プリ
ズム間の距離Ｌ２を計測する（ステップ５２０ａ）。レ
ーザ発振部架台２の位置とステップ５２０ａで計測され
た光波距離計２４と反射プリズム間の距離Ｌ２をもと
に、制御器４若しくは別のコンピュータ上にあるトンネ
ル掘進機５の施工計画線データを参照し、現在のトンネ
ル掘進機５の位置姿勢を推定する（ステップ５３０
ａ）。推定された位置姿勢から、受光部架台３の姿勢を
決め、少なくとも水平角を調整する。このとき、レーザ
発振架台２の姿勢は、受光器３１により入射位置が検出
できる位置にあればそのままにしておき、はずれるよう
であればステップ５２０ａに入る前にもっていた俯仰水
平角に再調整する（ステップ５４０ａ）。これにより、
入射角が受光器３１で検出できているか判断する（判断
５４０ａ）。入射角が検出できる範囲でなければ、レー
ザ発振部架台の姿勢を固定し、受光器３１の姿勢を調整
する。この手順は予め制御器４に記憶されている（ステ
ップ５４１ａ）。ステップ５４１ａが正常に終了したか
を判断する（判断５４１ａ）。ステップ５９９以下は前
出のまま使用できる。本ルーチンは、トンネル掘進機が
施工計画線から大きく離れていない（具体的には、受光
器３１の受光面の大きさの半分程度）ときに受光器３１
がすばやく入射位置と入射角を検出できるようになるに
は非常に有効な手順である。尚、本ルーチンと先に示し
たルーチンを混合して、本ルーチンにて受光器３１がレ
ーザ光の入射位置、入射角を検出できなければ、図８に
示したルーチンのステップ５２０に入るようにしてもよ
い。

【００７０】

【発明の効果】上記実施例の説明から明らかなように、
本発明は特許請求の範囲に記載の手段を講じたものであ
り、上記実施例の説明から分かるように、近年施工事例
が生じた急曲進施工や、勾配施工や、高さが途中で変化
する施工でも、トンネル掘進機の位置及び姿勢を高精度
に計測できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の要素配置図である。

【図２】実施例における架台の斜視図である。

【図３】実施例におけるレーザ発振部の要素配置図であ
る。

【図４】実施例における受光部の要素配置図である。

【図５】実施例における第１例なる受光器の要素配置図
であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。

【図６】実施例における受光器の他の要素配置図であ
り、（ａ）は第２例の側面図、（ｂ）は第３例の側面図
である。

【図７】実施例における反射プリズムの図であり、
（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。

【図８】実施例における設置及び位置姿勢計測の手順を
示すフローチャートである。

【図９】レーザ発振器と受光器との相対回転を示す図で
ある。

【図１０】第２実施例の要素配置図である。

【図１１】図８の一部を変更したフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１：反射プリズム ３２：反射プリズム ４：制御器 ３３：傾斜計 ５：トンネル掘進機 Ｌ２：距離データ ２１：レーザ発振器 Ｓ：水平レベル ２３：光検出器 θf1、θf2：俯仰角 ２４：光波距離計 θs1、θs2：水平角
Ｌ１。 ３１：受光器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トラバース測量の要領にてトンネル掘進
   機の位置姿勢計測方法装置において、 (1) トンネル掘進機５の後方の測点Ｂからトンネル掘進
   機５の測点Ｃに設けられたターゲットを視準する際に、 ・トンネル掘進機５の測点Ｃに設けられたターゲットの
   任意に定めた点を測点Ｂから視準するようにし、 ・且つ、測点Ｃに設けられたターゲットから測点Ｂを臨
   む角が任意に定めた角度になるようにし、 (2) 測点Ｂから測点Ｃのターゲットを臨む角度と距離及
   び任意に定めた点の位置を用いて、測点Ｃの位置を算出
   し、 (3) 測点Ｃに設けられたターゲットから測点Ｂを臨む角
   度とターゲットの水平レベルＳ或いはトンネル掘進機５
   の水平レベルＳ’からトンネル掘進機５の姿勢を算出
   し、 (4) トンネル掘進機５の測量中の任意の時に、トンネル
   掘進機５の後方に設けられた測点Ｂから、さらに後方に
   設けられた既知の測点Ａに設けられたターゲットを視準
   することにより、測点Ｂの位置を算出し、トンネル掘進
   機５の位置を既知の測点Ａから算出することを特徴とす
   るトンネル掘進機の位置姿勢計測方法。
2. 【請求項２】 トンネル掘進機の位置及び姿勢を計測す
   ることを達成してなるトンネル掘進機の位置姿勢計測装
   置において、 (1) トンネル掘進機５の測点Ｃに、 ・レーザ発振器２１と光波距離計２４と対してほぼ正対
   可能なるように、レーザ発振器２１からのレーザ光を受
   光してその入射位置と入射角度とを検出できる受光器３
   １と、反射プリズム３２とを少なくとも水平方向へ回転
   自在に設けると共に、 ・受光器３１の水平レベルＳ或いはトンネル掘進機の水
   平レベルＳ’を検出する傾斜計３３を設け、 (2) トンネル掘進機５の後方の測点Ｂに、 ・前記受光器３１と前記反射プリズム３２とに対してほ
   ぼ正対可能なるように、かつさらに後方の測点Ａに反射
   プリズム１を設置したときは後視してこの反射プリズム
   １に対してもほぼ正対可能なるように、前記レーザ発振
   器２１と、前記光波距離計２４とを俯仰方向及び水平方
   向へ回転自在に設けると共に、 ・前記反射プリズム１、３２で反射した前記レーザ発振
   器２１からのレーザ光を受光する光検出器２３を設け、 (3) 所望位置に、 ・レーザ発振器２１と光波距離計２４との俯仰方向及び
   水平方向への回転角度と、 ・受光器３１と反射プリズム３２との少なくとも水平方
   向への回転角度とを制御調整し、 ・レーザ発振器２１と光波距離計２４との俯仰方向及び
   水平方向への回転角度と、 ・受光器３１と反射プリズム３２との少なくとも水平方
   向への回転角度と、 ・受光器３１により検出された光の入射位置と入射角
   と、 ・光波距離計２４からの反射プリズム１、３２との間の
   それぞれの距離と、 ・傾斜計３３から受光器３１の水平レベルＳ或いはトン
   ネル掘進機５の水平レベルＳ’と、を読み込んでトンネ
   ル掘進機５の位置及び姿勢を算出する制御器４と、を備
   えたことを特徴とするトンネル掘進機の位置姿勢計測装
   置。