JPH112520A - Position measuring device of underground excavator - Google Patents

Position measuring device of underground excavator

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JPH112520A
JPH112520A JP15539097A JP15539097A JPH112520A JP H112520 A JPH112520 A JP H112520A JP 15539097 A JP15539097 A JP 15539097A JP 15539097 A JP15539097 A JP 15539097A JP H112520 A JPH112520 A JP H112520A
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light
measurement
measuring
light source
unit
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JP15539097A
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Takashi Moro
茂呂  隆
Yasuaki Ishikawa
泰昭 石川
Yoshiaki Shimomura
義昭 下村
Minoru Noguchi
稔 野口
Yasuhiko Hara
靖彦 原
Masaharu Nakamura
正治 中村
Hideki Hagiwara
秀樹 萩原
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position measuring device of an underground excavator which does not require the operation of applying light to a light receiving means during measurement of an excavated position, and therefore an operating mechanism for it. SOLUTION: Each of measuring units 4, 5, 6 comprises: a light source 42 which emits diffused light to all of the adjacent measuring units; a light-source-direction detecting means 41 having a convex lens which collects the diffused light from all the light sources 42 of the adjacent measuring units and having a CCD imaging element which receives the light collected by the convex lens to detect the directions of the light sources of the adjacent measuring units from the position of the light received; a light-wave range finder 10 attached to one of the adjacent measuring units to emit a light wave consisting of the diffused light; and a reflecting prism 11 attached to the other measuring unit to reflect the light wave toward the lightwave range finder 10. The relative position of a point for measurement to the start point of measurement is computed by a central processing unit 7 according to data about the direction of each light source 42 which are obtained from the results detected by the measuring units 4, 5, 6 and data about the distances between the measuring units 4, 5, 6 which are obtained by means of the light-wave range finder 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、地下坑を掘削しな
がら地中を掘進する、管推進機(人が入れない小口径の
管を地中に埋設する小口径管推進機や人が入れる大口径
の管を地中に埋設するセミシールド機)及びシールド掘
進機等の地中掘進機の掘進位置の計測に用いられる地中
掘進機の位置計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pipe propelling machine (a small-diameter pipe propelling machine for burying a small-diameter pipe that cannot be inserted by humans or a human being). The present invention relates to a position measuring device for an underground excavator used for measuring the excavation position of an underground excavator such as a semi-shielding machine in which a large diameter pipe is buried in the ground.

【0002】[0002]

【従来の技術】地下坑を掘削しながら地中を掘進する、
管推進機及びシールド掘進機等の地中掘進機では、予め
設定された掘進経路である計画線に沿って正しく掘進で
きるようにする必要がある。そのためには、掘進中の地
中掘進機の現在位置がリアルタイムにかつ的確に計測で
きるようにすることが望ましい。すなわち、地中掘進機
の現在位置に関する信頼性の高い情報がオペレータにリ
アルタイムに提供されると、地中掘進機が計画線から外
れて掘進しようとしたときに、オペレータは、これをい
ち早く見つけて早期に対応することができ、地中掘進機
を計画線に沿って掘進させる管理が楽に行え、施工精度
の向上も期待できる。地中掘進機の掘進位置を計測する
技術としては、従来、「トランシットを用いて人手によ
り計測する」方法、「地中掘進機に誘導磁界を発生する
発信コイルを設置し、その誘導磁界の強度を地上の受信
コイルで測定して地中掘進機の掘進位置を計測する」方
法、「逆に、地上に電路を敷設し、この電路に電流を流
して誘導磁界を発生させ、その誘導磁界の強度を地中掘
進機に設置した受信コイルで検出して掘進位置を計測す
る」方法等の各種の方法が用いられていた。しかしなが
ら、これら従来用いられている地中掘進機の位置計測技
術は、掘進位置のリアルタイムな計測が本来的に行えな
かったり、原理的には行えても実際上困難であったりし
た。
2. Description of the Related Art Drilling underground while excavating an underground pit,
Underground excavators such as a pipe propulsion machine and a shield excavator need to be able to excavate correctly along a planning line which is a preset excavation route. For this purpose, it is desirable that the current position of the underground excavator being excavated can be accurately measured in real time. In other words, when reliable information on the current position of the underground excavator is provided to the operator in real time, when the underground excavator attempts to excavate out of the planning line, the operator can quickly find this. It is possible to respond early, and it is easy to manage the underground excavator along the planning line, and it is expected that the construction accuracy will be improved. Conventionally, techniques for measuring the excavation position of an underground excavator include the method of "measuring manually by using a transit", and "installing a transmitting coil that generates an induced magnetic field on the underground excavator, and the strength of the induced magnetic field To measure the excavation position of the underground excavator by measuring with a receiving coil on the ground '', `` Conversely, laying an electric circuit on the ground, flowing a current through this electric circuit to generate an induced magnetic field, and Various methods have been used, such as a method of measuring the excavation position by detecting the strength with a receiving coil installed in an underground excavator. However, these conventional underground excavator position measurement techniques have inherently been unable to perform real-time measurement of the excavation position, or have been practically difficult to do in principle.

【0003】こうした問題を改善する地中掘進機の位置
計測技術として、特開昭61ー45092号公報に記載
のシールド掘進機の方向検出装置が提案されている。こ
の従来提案されているシールド掘進機の方向検出装置
は、「前方のトンネル内へ向けて照射する第1レーザビ
ーム発振器と前方からのレーザビームを受光することが
できる第1レーザビーム受光器とをサーボモータでX方
向(ヨーイング方向)、Y方向(ピッチング方向)に回
転できるように架台に取り付け、かつ、その回転角度を
センサで検知できるようにした計測用機器をトンネルの
入口部に設置するとともに、後方の第1レーザビーム受
光器へ向けて照射する第2レーザビーム発振器と後方の
第1レーザビーム発振器からのレーザビームを受光する
ことができる第2レーザビーム受光器と前方のシールド
掘進機方向に向けて照射する第3レーザビーム発振器と
をサーボモータでX,Y方向に回転できるように架台に
取り付け、かつ、その回転角度をセンサで検知できるよ
うにした計測用の中継器をトンネルの中間部に設置し、
また、後方の第2レーザビーム発振器からのレーザビー
ムを受光することができ、かつ、X,Y方向及びローリ
ング角を検知可能にした第3レーザビーム受光器とピッ
チングローリング計とをシールド掘進機に取り付けるよ
うにした」装置である。
As a technique for measuring the position of an underground excavator to solve such a problem, a direction detecting device for a shield excavator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-45092 has been proposed. The direction detection device of the shield tunneling machine proposed in the prior art includes “a first laser beam oscillator that irradiates a forward tunnel and a first laser beam receiver that can receive a laser beam from the front. At the entrance of the tunnel, a measuring device that is attached to the gantry so that it can be rotated in the X direction (yaw direction) and Y direction (pitching direction) by a servomotor, and whose rotation angle can be detected by a sensor, is installed. A second laser beam oscillator for irradiating the first laser beam receiver on the rear side, a second laser beam receiver for receiving a laser beam from the first laser beam oscillator on the rear side, and a shield excavator in the forward direction And a third laser beam oscillator for irradiating the laser beam on a mount so that the laser beam can be rotated in the X and Y directions by a servomotor. The rotation angle repeaters for measurement were to be detected by a sensor installed in the middle of the tunnel,
In addition, a third laser beam receiver capable of receiving a laser beam from the rear second laser beam oscillator and capable of detecting the X, Y directions and the rolling angle and a pitching rolling meter are used in a shield machine. It is a device that is "attached".

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来の
装置は、収束度の高いレーザ光であるレーザビームをレ
ーザビーム受光器の所定位置に照射するように、レーザ
ビーム発振器をヨーイング方向やピッチング方向に回転
操作してその回転角度を検知し、検知した回転角度に基
づいて、シールド掘進機の計画線からのずれ位置をコン
ピュータで演算して求めるようにしている。そのため、
地中掘進機の掘進位置を計測する際、レーザビームをレ
ーザビーム受光器の所定位置に的確に当てるようにレー
ザビーム発振器を回転させる操作を要して操作が複雑で
あるばかりでなく、サーボモータ等レーザビーム発振器
を回転させるための回転機構を要して機構も複雑にな
り、これに伴って種々の問題がもたらされることとな
る。例えば、こうした回転機構を設けたことにより、装
置が地下坑内に配置するものにしては大型化し、製作費
が割高になるのは勿論のこと、回転機構が機械的なもの
であるために、光学的な誤差に機械的な誤差が加わって
高い計測精度を確保することが困難であるとともに振動
に対しても弱い。
In this conventional apparatus, a laser beam oscillator is driven in a yawing direction or a pitching direction so as to irradiate a predetermined position of a laser beam receiver with a laser beam having a high convergence degree. Then, a rotation operation is performed to detect the rotation angle, and based on the detected rotation angle, the position of the shield excavator deviating from the planning line is calculated by a computer. for that reason,
When measuring the excavation position of an underground excavator, not only is the operation required to rotate the laser beam oscillator to accurately apply the laser beam to the predetermined position of the laser beam receiver, but also the operation is complicated, and the servo motor A rotating mechanism for rotating the equal laser beam oscillator is required, and the mechanism becomes complicated, which causes various problems. For example, the provision of such a rotation mechanism increases the size of the device to be placed in an underground mine, which not only increases the manufacturing cost but also the mechanical rotation of the optical mechanism. It is difficult to secure high measurement accuracy due to the addition of mechanical errors to mechanical errors, and it is also vulnerable to vibration.

【0005】本発明は、こうした従来の技術にみられる
問題を解消しようとするものであって、その技術課題
は、地中掘進機の掘進位置を計測する際に光を受光手段
に当てるための操作をしなくても済み、そのための操作
機構を要しない地中掘進機の位置計測装置を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art. The technical problem of the present invention is to measure the position of an underground excavator by exposing light to light receiving means. An object of the present invention is to provide a position measuring device of an underground excavator that does not require an operation and does not require an operation mechanism for the operation.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明のこうした技術課
題は、「地下坑を掘削しながら地中を掘進する地中掘進
機の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に配置し
その掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘進方向
後方に配置し計測の基点となる計測基点との位置関係で
計測する地中掘進機の位置計測装置」を、「前方に拡散
光を発することのできる光源と前方の光源からの拡散光
を集めることのできる集光手段と集光手段により集めら
れた光を受光しその受光した光の位置により前方の光源
の方向を検出し得るように配置された受光手段とを有し
計測基点を設定する基点計測ユニットと、後方に拡散光
を発することのできる光源と後方の光源からの拡散光を
集めることのできる集光手段と集光手段により集められ
た光を受光しその受光した光の位置により後方の光源の
方向を検出し得るように配置された受光手段とを有し被
計測点を設定する被測点計測ユニットと、前方及び後方
に拡散光を発することのできる光源と前方及び後方の光
源からの拡散光をそれぞれ集めることのできる集光手段
と集光手段によりそれぞれ集められた光を受光しその受
光した各光の位置により前方及び後方の各光源の方向を
検出し得るように配置された受光手段とを有し地下坑内
における基点計測ユニットと被測点計測ユニットとの間
に配置される少なくとも一つの中間計測ユニットとを設
けるとともに、これら基点計測ユニット、被測点計測ユ
ニット及び中間計測ユニットの各計測ユニットにおける
隣接する計測ユニットの一方の計測ユニットに拡散光に
よる光波を発する光波距離計を付設し他方の計測ユニッ
トにその光波を光波距離計に向かって反射する光反射手
段を付設して構成し、各計測ユニットでの検出結果に基
づいて得られる各光源の方向に関するデータと光波距離
計により得られる各計測ユニットにおける隣接する計測
ユニット間の各距離に関するデータとに基づいて、計測
基点に対する被計測点の相対位置を演算手段で演算して
計測するようにした」ことにより達成される。
An object of the present invention is to provide a method for measuring the excavation position of an underground excavator that excavates underground while excavating an underground pit, and is disposed in the excavation direction in front of the excavation direction. The position measurement device of the underground excavator that measures the position of the measured point that is the position index behind the excavation direction and measures it in relation to the measurement base point that is the measurement base point A light source capable of collecting diffused light from a light source in front of the light source and a light collecting means for receiving the light collected by the light collecting means so that the direction of the light source in front can be detected by the position of the received light. A base point measurement unit having an arranged light receiving means and setting a measurement base point, a light source capable of emitting diffused light behind, a light collecting means capable of collecting diffused light from a rear light source, and a light collecting means Receiving the collected light A measuring point measuring unit for setting a measuring point having light receiving means arranged so as to be able to detect the direction of the rear light source according to the position of the emitted light, and capable of emitting diffused light forward and backward The light source and the light collecting means capable of collecting the diffused light from the front and rear light sources, respectively, receive the light collected by the light collecting means, and determine the direction of each of the front and rear light sources according to the position of the received light. Providing at least one intermediate measurement unit disposed between the base point measurement unit and the measured point measurement unit in the underground pit having light receiving means arranged so as to be detectable, and these base point measurement units, An optical distance meter that emits light waves due to diffused light is attached to one of the adjacent measuring units in each of the measuring point measuring unit and the intermediate measuring unit. The other measuring unit is provided with a light reflecting means for reflecting the light wave toward the light wave distance meter, and the data on the direction of each light source obtained based on the detection result of each measuring unit and the light wave distance meter are used. The relative position of the measured point with respect to the measurement base point is calculated and calculated by the calculation means based on the data on each distance between adjacent measurement units in each measurement unit to be measured. "

【0007】本発明の地中掘進機の位置計測装置は、こ
うした技術手段を採用したことにより、中間計測ユニッ
トは、前後に隣接する計測ユニットの前後双方の光源か
ら発せられた拡散光を各集光手段で集めてその集められ
た各光を受光手段で受光し、その受光した各光の位置に
より中間計測ユニットに対する前後の双方の各光源の相
対的な方向を検出することができて、その検出結果に基
づいて各光源の方向に関するデータが得られる。その場
合、光源として、特に拡散光を発することのできる光源
を用い、この光源からの拡散光を集光手段で集めて受光
手段に当てるようにしているため、従来のように光源か
らの光を的確に受光手段に当てるための操作をしなくて
も済む。こうして各光源の方向に関するデータが得られ
ると、隣接する各計測ユニット間を結ぶ各掘進路線の発
進方向線に対する各角度を、その発進方向線との関係で
直接的に検出しなくても、演算により間接的に求めるこ
とができる。その場合、その角度は、中間計測ユニット
や被測点計測ユニットがその取付時の姿勢によって変化
したり、地中掘進機の掘進時のヨーイングやピッチング
によって変化したりしても、こうした影響を排除した状
態で正しく求めることができる。一方、隣接する計測ユ
ニットの一方の計測ユニットの光波距離計から発せられ
た光波を他方の計測ユニットに付設した光反射手段でそ
の光波距離計に向かって反射し、光波距離計で受光する
ことにより、隣接する計測ユニット間の各距離に関する
データが得られる。その場合、光波として、特に拡散光
による光波を用いて、この拡散光による光波を光反射手
段で光波距離計に向かって反射するようにしているた
め、光波距離計からの光波を光反射手段に当てて反射さ
せ、その反射した光波を光波距離計で的確に受光できる
ようにするための操作をしなくても済む。こうして得ら
れた各距離に関するデータと演算により求められた前記
の各角度に関するデータとから計測基点に対する被計測
点の相対位置を演算して計測することができる。
The underground excavator position measuring apparatus of the present invention employs such technical means, so that the intermediate measuring unit collects the diffused light emitted from the front and rear light sources of the adjacent measuring units. Each light collected by the light means is received by the light receiving means, and the relative direction of each light source before and after with respect to the intermediate measurement unit can be detected by the position of each received light. Data on the direction of each light source is obtained based on the detection result. In this case, a light source capable of emitting diffused light is used as the light source, and the diffused light from the light source is collected by the light condensing means and applied to the light receiving means. It is not necessary to perform an operation for precisely hitting the light receiving means. When data relating to the direction of each light source is obtained in this way, calculation can be performed without directly detecting each angle of each excavation route connecting each adjacent measurement unit with respect to the start direction line in relation to the start direction line. Can be obtained indirectly by In this case, even if the angle changes depending on the attitude of the intermediate measuring unit or the measuring point measuring unit when it is mounted, or if it changes due to yawing or pitching when excavating the underground excavator, such an effect is eliminated. It can be obtained correctly in the state where it was done. On the other hand, the light wave emitted from the light wave distance meter of one of the adjacent measurement units is reflected toward the light wave distance meter by light reflecting means attached to the other measurement unit, and is received by the light wave distance meter. , Data on each distance between adjacent measurement units is obtained. In this case, since the light wave due to the diffused light is reflected toward the light wave distance meter by the light reflecting means, particularly, the light wave due to the diffused light is used as the light wave, so that the light wave from the light wave distance meter is transmitted to the light reflecting means. It is not necessary to perform an operation for allowing the reflected light waves to be accurately received by the lightwave distance meter. The relative position of the point to be measured with respect to the measurement base point can be calculated from the data on each distance obtained in this way and the data on each angle obtained by the calculation.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明が実際上どのように
具体化されるのかを示す具体化例を図1乃至図21に基
づいて説明することにより、本発明の実施の形態を明ら
かにする。本発明の具体化例の地中掘進機の位置計測装
置は、何れも、地下坑を掘削しながら地中を掘進する地
中掘進機の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に
配置しその掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘
進方向後方に配置し計測の基点となる計測基点との位置
関係で計測する装置である。まず、図1乃至図5を用い
て、本発明の第1具体化例の地中掘進機の位置計測装置
の構造及び用法について説明する。図1は、本発明の第
1具体化例の地中掘進機の位置計測装置の全体像を概略
的に示す水平断面図、図2は、図1の地中掘進機の位置
計測装置における中間計測ユニットを詳細に示す水平断
面図、図3は、図1の地中掘進機の位置計測装置におけ
る中間計測ユニットの後方側からみた斜視図、図4は、
図1の地中掘進機の位置計測装置における中間計測ユニ
ットの前方側からみた斜視図、図5は、光波距離計の概
略的な構造を示す断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will now be described with reference to FIGS. 1 to 21 which illustrate embodiments of the present invention. I do. The position measuring device of the underground excavator according to the embodiment of the present invention is used for measuring the excavation position of an underground excavator that excavates underground while excavating an underground pit, and is disposed in the forward direction of the excavation. This is an apparatus that measures the position of a measurement point, which is an index of the excavation position, at the rear of the excavation direction in relation to a measurement base point that is a measurement base point. First, the structure and usage of a position measuring device for an underground excavator according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a horizontal sectional view schematically showing an entire image of a position measuring device for an underground excavator according to a first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a horizontal cross-sectional view showing the measuring unit in detail, FIG. 3 is a perspective view seen from the rear side of the intermediate measuring unit in the underground excavator position measuring device in FIG. 1, and FIG.
FIG. 5 is a perspective view of the intermediate measuring unit in the underground excavator position measuring device of FIG. 1 as viewed from the front side, and FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of an optical distance meter.

【0009】図1乃至図4において、1は地中掘進機の
主要部をなす掘削機、2はシールド掘進機で掘削した坑
道又は管推進機で掘削した管渠等の地下坑、3は地中掘
進機の掘進の出発点となる発進立坑、4は地下坑2内に
おける後記基点計測ユニット5と後記被測点計測ユニッ
ト6との間に配置された中間計測ユニット、5は発進立
坑3に配置された基点計測ユニット、6は掘削機1内に
配置された被測点計測ユニット、7はこれら中間計測ユ
ニット4、基点計測ユニット5及び被測点計測ユニット
6とそれぞれ通信ラインで接続され地中掘進機の掘進位
置を演算する中央演算処理装置、8は中央演算処理装置
7での演算結果やその演算結果に基づいて得られる情報
をオペレータの操縦の便のために数値やグラフで表示す
る表示装置である。掘削機1は、管推進機及びシールド
掘進機等、地下坑を掘削しながら地中を掘進する地中掘
進機の掘削機であれば、何れのものでもよい。地下坑2
は、管推進機であれば、ヒューム管、鋼管等の埋設管で
坑壁が形成され、シールド掘進機であれば、鋼製又はコ
ンクリート製のセグメントで坑壁が形成される。中間計
測ユニット4、基点計測ユニット5及び被測点計測ユニ
ット6は、大別すると、隣接する計測ユニットの光源4
2から光を受けてその光の方向を検出できるように構成
された光源方向検出手段41と光源42とからなり、距
離検出手段を構成する光波距離計10及び反射プリズム
11の少なくとも一つを付設していて、何れも基本的な
構造は変わらない。
1 to 4, reference numeral 1 denotes an excavator which is a main part of an underground excavator; 2, an underground pit excavated by a shield excavator or a sewer excavated by a pipe propulsion machine; A starting shaft 4 serving as a starting point for excavation of the inner excavator, an intermediate measuring unit 4 disposed between a base point measuring unit 5 described later and a measured point measuring unit 6 described later in the underground shaft 2, and 5 a starting shaft 3. The arranged base point measuring unit, 6 is the measured point measuring unit arranged in the excavator 1, and 7 is the intermediate measuring unit 4, the base point measuring unit 5, and the measured point measuring unit 6, which are connected by communication lines respectively to the ground. A central processing unit 8 for calculating the excavation position of the middle excavator, displays the calculation result of the central processing unit 7 and information obtained based on the calculation result in numerical values and graphs for the convenience of the operator's operation. Display device The excavator 1 may be any excavator, such as a pipe propulsion machine and a shield excavator, as long as it is an underground excavator that excavates underground while excavating an underground shaft. Underground pit 2
In the case of a pipe propulsion machine, a pit wall is formed by a buried pipe such as a fume pipe or a steel pipe, and in the case of a shield excavator, a pit wall is formed by steel or concrete segments. The intermediate measurement unit 4, the base point measurement unit 5, and the measured point measurement unit 6 can be roughly classified into light sources 4 of adjacent measurement units.
At least one of a light wave distance meter 10 and a reflecting prism 11 which comprises light source direction detecting means 41 and a light source 42, which are configured to receive light from the light source 2 and detect the direction of the light, is provided. In any case, the basic structure does not change.

【0010】そこで、これらの計測ユニット4,5,6
を代表して、中間計測ユニット4の構造を図2に基づい
て説明する。中間計測ユニット4は、図2に詳細を示す
ように、隣接する計測ユニットに向けて拡散光を発する
ことのできる光源42と、隣接する計測ユニットの光源
42からの拡散光を集めることのできる集光手段として
の凸レンズ411と、この凸レンズ411により集めら
れた光を受光しその受光した光の位置を検出することの
できる受光手段としてのCCD撮像素子412(CCD
はCharge−Coupled−Deviceの略称
である。)を備えている。この受光手段としてのCCD
撮像素子412は、後に詳述するように、集光手段とし
ての凸レンズ411に対して受光した光の位置により隣
接する計測ユニットの光源の方向を検出し得るように配
置されている。図示の光源方向検出手段41は、これら
凸レンズ411とCCD撮像素子412との集合体のこ
とである。中間計測ユニット4では、光源42が地中掘
進機の掘進方向を基準に前方及び後方に向けてそれぞれ
拡散光を発することができるように図2の左右にそれぞ
れ配置されている。また、凸レンズ411は、前後に隣
接する別の計測ユニットの光源42からの各拡散光をそ
れぞれ集めることができるように、同じく左右に配置さ
れているとともに、CCD撮像素子412も、各凸レン
ズ411でそれぞれ集められた光を受光することができ
るように左右に配置されている。各凸レンズ411及び
各CCD撮像素子412は、互いに平行に配置して中間
計測ユニット4のケース内に取り付け、光源42は、同
ケースの外側に取り付ける。
Therefore, these measuring units 4, 5, 6
The structure of the intermediate measurement unit 4 will be described with reference to FIG. As shown in detail in FIG. 2, the intermediate measurement unit 4 includes a light source 42 that can emit diffused light toward an adjacent measurement unit and a collection device that can collect diffused light from the light source 42 of the adjacent measurement unit. A convex lens 411 as light means, and a CCD image pickup device 412 (CCD) as light receiving means capable of receiving light collected by the convex lens 411 and detecting the position of the received light
Is an abbreviation for Charge-Coupled-Device. ). CCD as this light receiving means
As will be described in detail later, the imaging element 412 is arranged so that the direction of the light source of the adjacent measurement unit can be detected based on the position of the light received with respect to the convex lens 411 as the light collecting means. The illustrated light source direction detecting means 41 is an aggregate of the convex lens 411 and the CCD image pickup device 412. In the intermediate measurement unit 4, the light sources 42 are arranged on the left and right sides of FIG. 2 so as to be able to emit diffused light forward and backward, respectively, based on the direction of excavation of the underground excavator. In addition, the convex lenses 411 are similarly arranged on the left and right so as to collect the respective diffused lights from the light sources 42 of the different measurement units adjacent to each other in the front and rear, and the CCD image pickup device 412 is also mounted on each of the convex lenses 411. They are arranged on the left and right so that they can receive the collected light. Each convex lens 411 and each CCD image sensor 412 are arranged in parallel with each other and mounted inside the case of the intermediate measurement unit 4, and the light source 42 is mounted outside the case.

【0011】CCD撮像素子412は、一次元のライン
センサでもよいが、本具体化例では二次元の面センサを
使用することを前提にしている。受光手段として、本具
体化例ではCCD撮像素子412を用いているが、これ
に代えて、フォトダイオードの表面抵抗を利用して光ス
ポットの位置を知ることのできるPSD(Positi
on−Sensitive−Device)のようなも
のを用いてもよく、要は、凸レンズ411のような集光
手段により集められた光を受光しその受光した光の位置
を検出することのできるものであればよく、その種類は
問わない。光源42には、いわゆる点光源のようなもの
を用い、レーザビームのような収束度の高い光線を発す
るものは用いることができないが、基本的には、微小な
エリアから放射状に拡がるいわゆる拡散光を発するよう
なものであれば、何のようなものでも使用することがで
きる。中間計測ユニット4は、多くの場合5m乃至50
mの間隔で地下坑3内に取り付けられるが、光源42
は、こうした5m乃至50m先の地下坑内の略全域を照
らし得る広がりをもつ収束度の低い光であればよい。す
なわち、地下坑3の内径にもよるが、少なくとも5°乃
至10°の角度で広がる光であれば、本発明に用いるこ
とができる。したがって、レーザ光であっても、こうし
た角度以上の角度で広がる収束度の低いレーザ光であれ
ば実用に供することができる。発明が解決しようとする
課題の項で述べたように、従来の装置にあっては、レー
ザビームを光源に用いているため、地中掘進機の掘進位
置の計測の際、レーザビームをレーザビーム受光器の所
定位置に的確に当てるようにレーザビーム発振器を回転
させる操作を必要としたが、本発明では、光源に拡散光
を発するものを用いたため、地下坑2の掘削中に何れか
の測量ユニットの姿勢が変動しても、光源42の光を受
光手段としてのCCD撮像素子412に確実に当てるこ
とができて、こうした操作をしなくても済む。
Although the CCD image pickup device 412 may be a one-dimensional line sensor, this embodiment assumes that a two-dimensional surface sensor is used. Although the CCD image pickup device 412 is used as the light receiving means in this embodiment, a PSD (Position) that can know the position of the light spot using the surface resistance of the photodiode instead is used.
On-Sensitive-Device) may be used. In other words, any device that can receive light collected by a light condensing unit such as a convex lens 411 and detect the position of the received light can be used. Any type is acceptable. As the light source 42, a light source such as a so-called point light source is used, and a light source that emits a light beam having a high degree of convergence, such as a laser beam, cannot be used. However, basically, a so-called diffused light that spreads radially from a small area. Anything can be used as long as it emits. The intermediate measuring unit 4 is often 5 m to 50 m
m at a distance of m
May be any light having a low convergence and having a spread capable of illuminating substantially the entire area of the underground pit 5 m to 50 m away. That is, although it depends on the inner diameter of the underground pit 3, any light that spreads at an angle of at least 5 ° to 10 ° can be used in the present invention. Therefore, even a laser beam can be put to practical use as long as the laser beam has a low convergence and spreads at an angle larger than such an angle. As described in the section of the problem to be solved by the invention, in the conventional apparatus, since the laser beam is used as a light source, the laser beam is used when measuring the excavation position of the underground excavator. Although it was necessary to rotate the laser beam oscillator so as to accurately hit the predetermined position of the light receiver, in the present invention, since a light source that emits diffused light was used, any Even if the posture of the unit changes, the light from the light source 42 can be reliably applied to the CCD image pickup device 412 as the light receiving means, and such an operation is not required.

【0012】以上述べた構造は、計測基点に対する被計
測点の相対位置を計測するのに必要な第1のデータであ
る各計測ユニット4,5,6の各光源42の方向に関す
るデータを得るための手段であるが、次に、その相対位
置を計測するのに必要な第2のデータである各計測ユニ
ット4,5,6間の距離に関するデータを得るための手
段を、中間計測ユニット4の構造を中心に図1及び図2
に基づいて説明する。こうした距離に関するデータを得
るための手段は、隣接する計測ユニットの一方の計測ユ
ニットに付設され拡散光による光波を発する光波距離計
10と、他方の計測ユニットに付設されこの光波距離計
10に向ってこれの発する光波を反射する光反射手段と
しての反射プリズム11で構成する。図2に示す中間計
測ユニット4を例にして説明すると、中間計測ユニット
4の前後の一方の側には、送光器101と受光器102
とを有する光波距離計10を付設して、その送光器10
1の発する光波を隣接する計測ユニットの反射プリズム
11に向けて送るようにするとともに、この隣接する計
測ユニットの反射プリズム11で反射した光波を受光器
102で受光するようにしている。この光波は、パルス
状の断続光を意味し、換言すると変調光のことである。
中間計測ユニット4の前後の他方の側には、反射プリズ
ム11を付設して、隣接する計測ユニットの発する光波
をその隣接する計測ユニットの受光器102に向けて反
射するようにしている。
The above-described structure is used to obtain data relating to the direction of each light source 42 of each of the measurement units 4, 5, and 6, which is the first data necessary for measuring the relative position of the measured point with respect to the measurement base point. Next, means for obtaining data on the distance between the measurement units 4, 5, and 6, which is the second data necessary for measuring the relative position, is provided by the intermediate measurement unit 4. 1 and 2 focusing on the structure
It will be described based on. Means for obtaining such data on the distance include a lightwave distance meter 10 attached to one of the adjacent measurement units and emits light waves due to diffused light, and a lightwave distance meter 10 attached to the other measurement unit. It is composed of a reflecting prism 11 as a light reflecting means for reflecting the light wave generated by the light. The intermediate measurement unit 4 shown in FIG. 2 will be described as an example. The transmitter 101 and the light receiver 102 are provided on one side before and after the intermediate measurement unit 4.
And an optical distance meter 10 having
The light wave emitted from the first measuring unit is transmitted toward the reflecting prism 11 of the adjacent measuring unit, and the light wave reflected by the reflecting prism 11 of the adjacent measuring unit is received by the light receiver 102. This light wave means pulsed intermittent light, in other words, modulated light.
A reflection prism 11 is provided on the other side before and after the intermediate measurement unit 4 so that light waves emitted from an adjacent measurement unit are reflected toward the light receiver 102 of the adjacent measurement unit.

【0013】この反射プリズム11には、送光器101
の発する光波が拡散光によるため拡がった状態で入射す
るが、光反射手段にこうした反射プリズム11を用いる
と、その拡がって入射した光波をその入射方向に反射さ
せて返すことができるため、その反射した光波は、拡が
りはするものの受光器102を包むようにして確実に照
らすことができる。光波を発生させる光波発生源に、本
具体化例では発光ダイオードを用いているが、光源42
と同様の拡がりをもつ拡散光の光波を発するようなもの
であれば、本発明に用いることができ、したがって、レ
ーザ光であっても、こうした拡がりをもつ収束度の低い
レーザ光であれば実用に供することができる。このよう
に、光波として、特に拡散光による光波を用いて、この
拡散光による光波を反射プリズム11で光波距離計10
に向かって反射するようにしているため、光波距離計1
0からの光波を反射プリズム11に当てて反射させ、そ
の反射した光波を光波距離計10で的確に受光できるよ
うにするための操作をしなくても済む。
The reflecting prism 11 includes a light transmitter 101
Is emitted by the diffused light and thus enters in a spread state. However, if such a reflecting prism 11 is used as the light reflecting means, the spread and incident light wave can be reflected back in the incident direction and returned. Although the spread light wave spreads, it can be illuminated reliably so as to surround the light receiver 102. In this embodiment, a light emitting diode is used as a light wave generation source for generating a light wave.
Anything that emits a light wave of diffused light having the same spread can be used in the present invention. Therefore, even a laser light having such a spread and a low convergence degree can be used practically. Can be provided. As described above, a light wave caused by the diffused light is used as the light wave, and the light wave caused by the diffused light is reflected by the reflecting prism 11 to the lightwave distance meter 10.
The light wave distance meter 1
There is no need to perform an operation for causing the light wave from 0 to strike the reflecting prism 11 and reflect the light wave, and for the reflected light wave to be accurately received by the lightwave distance meter 10.

【0014】計測ユニット4では、光源42から拡散光
を発するとともに光波距離計10から光波を発するよう
にしていて二種類の拡散光を発するようにしている。そ
のため、光源方向検出手段41で光源42からの拡散光
を受光して光源42の方向に関するデータを得る場合
に、光波距離計10が発する光波も受光してそのデータ
に悪影響を及ぼす恐れがある。逆に、光波距離計10で
反射プリズム11からの拡散光を受光して距離に関する
データを得る場合に、光源42が発する光波も受光して
そのデータに悪影響を及ぼす恐れがある。こうしたこと
を防止するには、光源42と光波距離計10が発する拡
散光に波長の異なる光を用いて光源方向検出手段41や
光波距離計10の受光部にフィルターをかけることによ
り、フィルターで必要な光だけを透過させ不要な光を吸
収するようにすればよい。また、光源方向検出手段41
で光の方向を検出する時間帯と光波距離計10で距離を
検出する時間帯とをずらして時分割により検出するよう
にしてもよい。
The measuring unit 4 emits diffused light from the light source 42 and emits light waves from the lightwave distance meter 10 so as to emit two types of diffused light. Therefore, when the light source direction detecting means 41 receives the diffused light from the light source 42 and obtains data on the direction of the light source 42, the light wave emitted by the lightwave distance meter 10 may also be received and adversely affect the data. Conversely, when the lightwave distance meter 10 receives the diffused light from the reflecting prism 11 and obtains data on the distance, the lightwave emitted from the light source 42 may also be received and adversely affect the data. In order to prevent this, the light source 42 and the light receiving unit of the lightwave distance meter 10 are filtered by using light having different wavelengths as the diffused light emitted by the light source 42 and the lightwave distance meter 10, so that the filter is necessary. Only unnecessary light may be transmitted and unnecessary light may be absorbed. Further, the light source direction detecting means 41
Alternatively, the time zone for detecting the direction of light and the time zone for detecting the distance with the lightwave distance meter 10 may be shifted to detect by time division.

【0015】この光波距離計10の概略的な構造を図5
に基づいて説明する。101はパルス状の等間隔の断続
光でかつ収束度の低い光すなわち拡散光を発する発光ダ
イオード等により構成された送光器、102は反射プリ
ズム11で反射された送光器101の光波を受光しその
受光した光の強弱を電圧信号に変換する光電変換素子
(フォトセンサ)等で構成された受光器、104は後記
凹面鏡107で反射された送光器101の光波を受光し
てその強弱を電圧信号に変換する光電変換素子、105
はこれら受光器102及び光電変換素子104からそれ
ぞれ出力される電圧信号が入力される光波距離演算手
段、106は光波距離演算手段105の指令に従って送
光器101に前記パルス状の断続光を発生させるための
基準パルスを発生するパルス発生器、107は送光器1
01の発する光波の一部を光電変換素子104で受光で
きるように反射させる凹面鏡である。
FIG. 5 shows a schematic structure of the lightwave distance meter 10.
It will be described based on. Reference numeral 101 denotes a light transmitter composed of a light emitting diode or the like which emits light having a low convergence, that is, light having a low convergence, which is a pulse-like intermittent light having an equal interval, and 102 receives a light wave of the light transmitter 101 reflected by the reflection prism 11. A light receiver 104 constituted by a photoelectric conversion element (photo sensor) or the like for converting the intensity of the received light into a voltage signal, receives a light wave of the light transmitter 101 reflected by the concave mirror 107 described later, and determines the intensity. Photoelectric conversion element for converting to a voltage signal, 105
Is a lightwave distance calculating means to which voltage signals respectively output from the light receiver 102 and the photoelectric conversion element 104 are input, and 106 generates the pulse-like intermittent light in the light transmitter 101 in accordance with a command of the lightwave distance calculating means 105. Generator for generating a reference pulse for the light source 107
01 is a concave mirror that reflects a part of the light wave emitted by the photoelectric conversion element 104 so that it can be received.

【0016】受光器102は、光電変換素子104と同
質のものであり、これと同様の働きをする。光波距離演
算手段105では、入力された受光器102及び光電変
換素子104の電圧信号の各パルス波形を正弦波に整え
るとともに周波数変換して波長を伸長する。そして、そ
の上で、両正弦波の位相差(時間)を測定し、その測定
結果と既知の光速とから送光器101と反射プリズム1
1との間の距離を演算して隣接する計測ユニット間の距
離に関するデータを得る。このように光波距離計10
は、光波(変調光)を用いて発射光と反射光との位相の
ずれから距離を測定する距離測定装置であり、きわめて
高精度に距離を測定することができる。
The light receiver 102 is of the same quality as the photoelectric conversion element 104, and has the same function. The lightwave distance calculating means 105 adjusts the respective pulse waveforms of the input voltage signals of the photodetector 102 and the photoelectric conversion element 104 into sine waves and frequency-converts them to extend the wavelength. Then, the phase difference (time) between the two sine waves is measured, and the light transmitter 101 and the reflection prism 1 are measured based on the measurement result and the known light speed.
By calculating the distance between the measurement units, data on the distance between adjacent measurement units is obtained. Thus, the lightwave distance meter 10
Is a distance measuring device that measures a distance from a phase shift between emitted light and reflected light using a light wave (modulated light), and can measure the distance with extremely high accuracy.

【0017】中間計測ユニット4は、以上述べた凸レン
ズ411、CCD撮像素子412及び光源42や光波距
離計10及び反射プリズム11のほか、付帯的構造とし
て、透明ガラス製の透明板103,111,413やコ
ントローラ部43を備えている。透明板103,11
1,413は、中間計測ユニット4のケースの前後に設
けた各光採取孔に覆うように取り付けられ、同ケースの
気密性を保持し、ケース内の送光器101、受光器10
2、反射プリズム11、凸レンズ411等を防護する。
コントローラ部43は、中間計測ユニット4のケースに
内蔵され、光波距離計10やCCD撮像素子412や各
光源42が電気的に接続されるとともにケーブル45が
接続される。このケーブル45は、ケースに穿設した引
出口から引き出されて中央演算処理装置7に接続される
が、その際、ケーブル45を、引出口に嵌めたグランド
44に挿通して引きだすことにより、ケースの気密性を
保持するようにしている。コントローラ部43は、光源
42を発光させるための電源部、CCD撮像素子412
で検出した光の位置に関する画像データを数値データに
変換して処理するためのデータ処理部及びこのデータ処
理部で処理したデータを中央演算処理装置7に出力する
ための通信処理部等から構成される。このコントローラ
部43のデータ処理部では、CCD撮像素子412で検
出した光の位置のデータを各光源42の方向のデータに
変換したりその変換したデータを補正したりするための
演算も行う。前記ケーブル45は、コントローラ部43
の通信処理部と中央演算処理装置7との間で通信信号を
送受信するための信号路や中間計測ユニット4に電源電
流を導くための電路を内蔵している。
The intermediate measuring unit 4 includes, in addition to the above-described convex lens 411, CCD image pickup device 412, light source 42, lightwave distance meter 10, and reflecting prism 11, transparent plates 103, 111, and 413 made of transparent glass as ancillary structure. And a controller unit 43. Transparent plates 103, 11
Reference numerals 1 and 413 are attached so as to cover the light collecting holes provided before and after the case of the intermediate measurement unit 4, maintain the airtightness of the case, and transmit the light transmitter 101 and the light receiver 10 in the case.
2. Protect the reflection prism 11, the convex lens 411 and the like.
The controller unit 43 is built in the case of the intermediate measurement unit 4, and is electrically connected to the lightwave distance meter 10, the CCD image pickup device 412, and each light source 42, and is connected to a cable 45. The cable 45 is pulled out from an outlet formed in the case and is connected to the central processing unit 7. At this time, the cable 45 is inserted through the ground 44 fitted in the outlet and pulled out. The airtightness is maintained. The controller unit 43 includes a power supply unit for causing the light source 42 to emit light, a CCD image pickup device 412
And a communication processing unit for outputting the data processed by the data processing unit to the central processing unit 7 and the like. You. The data processing unit of the controller unit 43 also performs calculations for converting data on the position of light detected by the CCD image pickup device 412 into data in the direction of each light source 42 and correcting the converted data. The cable 45 is connected to the controller 43
A signal path for transmitting and receiving a communication signal between the communication processing unit and the central processing unit 7 and an electric path for guiding a power supply current to the intermediate measurement unit 4 are built in.

【0018】以上、中間計測ユニット4の構造を中心に
述べたが、基点計測ユニット5は、前方に拡散光を発す
ることのできる光源42と前方の光源42からの拡散光
を集めることのできる凸レンズ411とこの凸レンズ4
11により集められた光を受光することのできるCCD
撮像素子412と前方に拡散光による光波を発する光波
距離計10とを備えている。また、被測点計測ユニット
6は、後方に拡散光を発することのできる光源42と後
方の光源42からの拡散光を集めることのできる凸レン
ズ411とこの凸レンズ411により集められた光を受
光することのできるCCD撮像素子412と光波距離計
10が発した光波を光波距離計10に向かって反射する
反射プリズム11とを備えている。換言すると、基点計
測ユニット5及び被測点計測ユニット6は、それぞれ、
中間計測ユニット4における前方側半分の機能及び後方
側半分の機能を果たす構造を備えており、この点を除け
ば、中間計測ユニット4の構造と本質的な差異はない。
したがって、基点計測ユニット5及び被測点計測ユニッ
ト6には、中間計測ユニット4をそのまま使用し、セッ
トする際にそれぞれ前方側半分及び後方側半分だけが働
くようにしたり、ソフト上、それぞれ前方側半分及び後
方側半分だけを活かすようにしてもよい。このように中
間計測ユニット4に用いられる計測ユニットを基点計測
ユニット5や被測点計測ユニット6に兼用するようにす
れば、製作する機器の種類を少なくできてそれらの製作
を省力化することができるだけでなく、使用する機器の
種類も少なくできて機器の使用上の便もよい。地中掘進
機の掘進位置を計測する際、その計測の基点となる計測
基点と掘進中の地中掘進機の現在位置を表す指標となり
得るような被計測点を設定する必要があるが、基点計測
ユニット5は、計測基点を設定する役割を果たし、被測
点計測ユニット6は、被計測点を設定する役割を果た
す。
Although the structure of the intermediate measurement unit 4 has been mainly described above, the base point measurement unit 5 includes a light source 42 capable of emitting diffused light forward and a convex lens capable of collecting diffused light from the front light source 42. 411 and this convex lens 4
CCD capable of receiving light collected by 11
An image sensor 412 and a lightwave distance meter 10 that emits lightwaves due to diffused light are provided in the front. Further, the measured point measuring unit 6 includes a light source 42 capable of emitting diffused light backward, a convex lens 411 capable of collecting diffused light from the rear light source 42, and receiving light collected by the convex lens 411. And a reflection prism 11 for reflecting the light wave emitted by the lightwave distance meter 10 toward the lightwave distance meter 10. In other words, the base point measurement unit 5 and the measured point measurement unit 6
It has a structure that fulfills the functions of the front half and the rear half of the intermediate measurement unit 4, and there is essentially no difference from the structure of the intermediate measurement unit 4 except for this point.
Therefore, the intermediate measurement unit 4 is used as it is for the base point measurement unit 5 and the measured point measurement unit 6 so that only the front half and the rear half respectively work when setting, Only the half and the rear half may be used. If the measurement unit used for the intermediate measurement unit 4 is also used as the base point measurement unit 5 and the measured point measurement unit 6, the types of devices to be manufactured can be reduced, and the manufacturing thereof can be saved. Not only can it be used, but the types of equipment used can be reduced, and the convenience of using the equipment is good. When measuring the excavation position of an underground excavator, it is necessary to set a measurement base point that is a base point for the measurement and a measured point that can be an index indicating the current position of the underground excavator being excavated. The measurement unit 5 plays a role of setting a measurement base point, and the measurement point measurement unit 6 plays a role of setting a measurement point.

【0019】各計測ユニット4,5,6を地中掘進機の
位置計測に使用する場合、シールド工事及び管推進工事
の何れの場合でも、基点計測ユニット5は、通常、発進
立坑3に設置し、被測点計測ユニット6は、通常、掘削
機1(シールド工事ではシールド掘進機、管推進工事で
は先導体)にそれぞれ設置する。その場合、基点計測ユ
ニット5は、その基準線が発進方向と一致するように精
度良く設置する。ただし、基点計測ユニット5の基準線
を発進方向と一致させないで設置するようにしても、両
者のなす角度を精度良く測定しておき、その測定値をオ
フセット値としてコントローラ部43又は中央演算処理
装置7に予め記憶させておき、地中掘進機の掘進位置を
中央演算処理装置7で演算する際にその値を反映させる
ようにすれば、地中掘進機の位置計測に支障は生じない
ので、こうした方法を採用することもできる。
When each of the measuring units 4, 5, and 6 is used for measuring the position of an underground excavator, the base point measuring unit 5 is usually installed in the starting shaft 3 in any of shield work and pipe propulsion work. The measuring point measuring unit 6 is usually installed on the excavator 1 (a shield excavator in shield construction, and a leading conductor in pipe propulsion construction). In that case, the base point measurement unit 5 is accurately installed so that its reference line coincides with the start direction. However, even if the reference line of the base point measurement unit 5 is installed so as not to coincide with the starting direction, the angle between the two is measured accurately, and the measured value is used as an offset value in the controller 43 or the central processing unit. 7 is stored in advance, and if the value is reflected when calculating the excavation position of the underground excavator by the central processing unit 7, there is no problem in measuring the position of the underground excavator. Such a method can also be adopted.

【0020】一方、各計測ユニット4,5,6のうち特
に中間計測ユニット4については、その設置方法がシー
ルド工事及び管推進工事とで若干異なる。すなわち、シ
ールド工事及び管推進工事の何れの場合でも、中間計測
ユニット4を地下坑2内に配置する点では変わらない
が、前者の場合は、通常、地下坑2の内周壁を構成する
既設セグメント等に取り付け、後者の場合は、通常、地
下坑2を構成する埋設管の内壁や排土装置をなすオーガ
ケーシング、排土管等の外壁等に取り付ける。管推進工
事において地下坑2内に中間計測ユニット4を取り付け
る場合、特に、地下坑2の掘削の進展に伴って設置距離
を延伸させながら仮設し、地下坑2の掘削の終了後に撤
去するオーガケーシングや排土管等の延伸仮設体に取り
付けるようにすれば、延伸仮設体の撤去時に中間計測ユ
ニット4も自動的に撤去することができて至便である。
また、シールド工事の場合でも、送泥管、排泥管、排土
管等の延伸仮設体に取り付けるようにすれば、同様の効
果が得られる。
On the other hand, the installation method of the intermediate measurement unit 4 among the measurement units 4, 5, and 6 is slightly different between the shield construction and the pipe propulsion construction. That is, in any of the shield work and the pipe propulsion work, the same applies in that the intermediate measurement unit 4 is disposed in the underground pit 2. However, in the former case, the existing segment forming the inner peripheral wall of the underground pit 2 is usually used. In the latter case, it is usually mounted on the inner wall of a buried pipe constituting the underground pit 2, an auger casing forming an earth discharging device, an outer wall of an earth discharging pipe, or the like. In the case where the intermediate measurement unit 4 is installed in the underground pit 2 in pipe propulsion work, in particular, the auger casing is temporarily installed while extending the installation distance in accordance with the progress of excavation of the underground pit 2, and is removed after the excavation of the underground pit 2 If it is attached to a temporary extension body such as a drainage pipe or the like, the intermediate measurement unit 4 can be automatically removed when the temporary extension body is removed, which is convenient.
Further, even in the case of shield construction, the same effect can be obtained by attaching to a stretched temporary body such as a mud pipe, a mud pipe, or a drain pipe.

【0021】シールド工事では、シールド掘進機をシー
ルドジャッキで推進しながら掘進してその掘進により形
成された地下坑2内にセグメントを組み立て、こうした
工程の反復により工事が進められるが、工事の過程で、
被測点計測ユニット6が基点計測ユニット5の設置位置
から見通せなくなったら、これらの計測ユニット5,6
の中間の適宜の位置に中間計測ユニット4を新設する。
工事が進捗して、新設した中間計測ユニット4の設置位
置から被測点計測ユニット6が見通せなくなったら、こ
れらの計測ユニット4、6の中間の適宜の位置に新たな
中間計測ユニット4を追加して設置し、こうした設置作
業を繰り返す。管推進工事では、先導体の後方に連結さ
れる埋設管の最後部を元押しジャッキで推進しながら最
後部の埋設管を地中に埋設し、最後部の埋設管の埋設が
終了する都度、新たな埋設管を継ぎ足して工事が進めら
れるが、工事の過程で埋設管を一定距離推進して埋設し
たら、最後部の埋設管内に中間計測ユニット4を設置す
る。工事が進捗して埋設管を更に一定距離推進して埋設
したら、再度、最後部の埋設管内に中間計測ユニット4
を追加して設置し、こうした設置作業を繰り返して各計
測ユニット4,5,6間の間隔を適宜の間隔に保つ。そ
の間隔の目安は、計画されている曲線施工区間において
各計測ユニット4,5,6同士が見通せる位置に設置す
る。
In the shield construction, while excavating while propelling the shield excavator with a shield jack, segments are assembled in the underground pit 2 formed by the excavation, and the construction is advanced by repeating such a process. ,
If the measured point measurement unit 6 cannot be seen from the installation position of the base point measurement unit 5, these measurement units 5, 6
The intermediate measurement unit 4 is newly installed at an appropriate position in the middle of the above.
If the construction progresses and the measured point measuring unit 6 cannot be seen from the installation position of the newly installed intermediate measuring unit 4, a new intermediate measuring unit 4 is added to an appropriate position between the measuring units 4 and 6. And repeat these installation tasks. In the pipe propulsion work, the last part of the buried pipe connected to the back of the leading conductor is buried in the ground while the last part of the buried pipe is buried under the ground while pushing with the main push jack, and every time the burial of the last buried pipe is completed, The construction is proceeded by adding a new buried pipe. When the buried pipe is buried by a certain distance in the course of the construction, the intermediate measurement unit 4 is installed in the last buried pipe. When the construction progresses and the buried pipe is further promoted by a certain distance and buried, the intermediate measurement unit 4 is again placed in the last buried pipe.
Are added, and the installation is repeated to maintain the intervals between the measurement units 4, 5, and 6 at appropriate intervals. The standard of the interval is set at a position where the measurement units 4, 5, and 6 can be seen from each other in the planned curve construction section.

【0022】こうした計測ユニット4,5,6により計
測基点に対する被計測点の相対位置を演算する手法につ
いて、図16乃至図21を用いて説明する。図16は、
図1の地中掘進機の位置計測装置における計測ユニット
で光源の方向を検出する原理を説明するための概念図、
図17は、図1の地中掘進機の位置計測装置で光を授受
しているときの状態を示す要部の水平断面図、図18
は、図1の地中掘進機の位置計測装置で計測基点寄りの
計測ユニットの方向を算出する手法を説明するための概
念図、図19は、図1の地中掘進機の位置計測装置で任
意の地点の計測ユニットの方向を算出する手法を説明す
るための概念図、図20は、図1の地中掘進機の位置計
測装置で地中掘進機の掘進位置を算定する基本原理を説
明するための概念図、図21は、図1の地中掘進機の位
置計測装置で地中掘進機の掘進位置を算定する実際的な
手法を説明するための概念図である。
A method of calculating the relative position of the point to be measured with respect to the measurement base point by using the measurement units 4, 5, and 6 will be described with reference to FIGS. FIG.
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the principle of detecting the direction of a light source with a measurement unit in the underground excavator position measuring device of FIG. 1;
FIG. 17 is a horizontal sectional view of a main part showing a state when light is transmitted and received by the underground excavator position measuring device of FIG.
Is a conceptual diagram for explaining a method of calculating the direction of the measurement unit near the measurement base point with the underground excavator position measuring device of FIG. 1. FIG. 19 is a conceptual diagram of the underground excavator position measuring device of FIG. 1. FIG. 20 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating the direction of a measurement unit at an arbitrary point. FIG. 20 illustrates a basic principle of calculating the excavation position of an underground excavator using the underground excavator position measuring device of FIG. FIG. 21 is a conceptual diagram for explaining a practical method of calculating the excavation position of the underground excavator using the underground excavator position measuring device of FIG.

【0023】まず、基本的な事項として、これらの計測
ユニット4,5,6の光源方向検出手段41で光源42
の方向を検出する原理を、図16を用いて説明する。以
下、この説明を始め各具体化例の説明をするに当たり、
3次元位置座標上の水平方向の座標軸(端的にいえば左
右方向の軸線)をX軸、3次元位置座標上の垂直方向の
座標軸(端的にいえば上下方向の軸線)をY軸、X軸に
直交する3次元位置座標上の水平方向の座標軸(端的に
いえば前後方向の軸線)をZ軸とする。いま、図16に
示すように、凸レンズ411とCCD撮像素子412と
をLcの間隔で互いに平行に配置し、隣接する計測ユニ
ットの光源42から拡散光を発すると、光源42の像が
凸レンズ411を通過してCCD撮像素子412の面上
に結像する。その場合、光軸(光源42と凸レンズ41
1の中心とを結ぶ線を意味する。以下同じ。)が基準線
(凸レンズ411の中心を通りCCD撮像素子412の
面に直交する線を意味する。以下同じ。)となす角度の
X−Z平面上の成分(Y軸回りの回転角度)をΘ、同角
度のY−Z平面上の成分(X軸回りの回転角度)をΦと
し、CCD撮像素子412の面上における光源42の像
の結像点が基準線からずれるずれ量(CCD撮像素子4
12の面への光源42の結像点のCCD撮像素子412
の中心からの偏差量)のうち、そのX軸方向の成分をδ
cX,そのY軸方向の成分をδcYとすると、次の各式
が成立する。 tanΘ=δcX/Lc……………(1) tanΦ=δcY/Lc……………(2) 前(1)式及び前(2)式からは、それぞれ、δcX/
Lc及びδcY/Lcに基づいて角度Θ及び角度Φを演
算により求めることができる。光源42の方向は、こう
した原理により、CCD撮像素子412が検出した光の
位置に基づいて各計測ユニット4,5,6の光源方向検
出手段41で検出することができる。δcX/Lc及び
δcY/Lcに基づく角度Θ及び角度Φの実際の演算
は、本具体化例ではコントローラ部43の演算手段で行
っているが、中央演算処理装置7で行うようにしてもよ
い。
First, as a basic matter, the light source direction detecting means 41 of the measuring units 4, 5, 6
The principle of detecting the direction is described with reference to FIG. Hereinafter, in describing each embodiment including this description,
The horizontal coordinate axis on the three-dimensional position coordinate (in short, the horizontal axis) is the X axis, the vertical coordinate axis on the three-dimensional position coordinate (the vertical axis, in short) is the Y axis, and the X axis The horizontal coordinate axis on the three-dimensional position coordinate orthogonal to (i.e., the axis in the front-back direction) is the Z-axis. Now, as shown in FIG. 16, when the convex lens 411 and the CCD image pickup device 412 are arranged in parallel with each other at an interval of Lc and diffuse light is emitted from the light source 42 of the adjacent measurement unit, the image of the light source 42 passes through the convex lens 411. The light passes through and forms an image on the surface of the CCD image sensor 412. In that case, the optical axis (the light source 42 and the convex lens 41
1 means the line connecting to the center. same as below. ) Is a reference line (meaning a line passing through the center of the convex lens 411 and orthogonal to the surface of the CCD image pickup device 412; the same applies to the following). , The component of the same angle on the YZ plane (rotation angle about the X axis) is defined as Φ, and the amount of deviation of the image point of the image of the light source 42 on the surface of the CCD image sensor 412 from the reference line (CCD image sensor) 4
CCD image pickup device 412 of the image forming point of light source 42 on surface 12
Of the X-axis direction among the deviation amounts from the center of the
Assuming that cX and its component in the Y-axis direction are δcY, the following equations are established. tanΘ = δcX / Lc (1) tanΦ = δcY / Lc (2) From the expressions (1) and (2), δcX /
The angle Θ and the angle Φ can be obtained by calculation based on Lc and δcY / Lc. According to such a principle, the direction of the light source 42 can be detected by the light source direction detecting means 41 of each of the measuring units 4, 5, and 6, based on the position of the light detected by the CCD image sensor 412. In the present embodiment, the actual calculation of the angle Θ and the angle Φ based on δcX / Lc and δcY / Lc is performed by the calculation means of the controller unit 43, but may be performed by the central processing unit 7.

【0024】ここで留意すべきことは、こうして求めら
れる角度Θ,Φは、当該計測ユニットの光軸がその計測
ユニットの基準線に対してなす角度であって、地中掘進
機の発進時の発進方向に対してなす角度ではなく、地中
掘進機の掘進方向を定めるための尺度とはなりえない。
しかも、その計測ユニットの基準線それ自体は、計測ユ
ニットの取付時の姿勢によって変化するし、地中掘進機
の掘進時のヨーイングやピッチングによっても変化する
ことから、光源方向検出手段41で検出した前記の角度
Θ,Φの値を単純に利用しても、地中掘進機の掘進方向
を正しく演算することはできない。こうしたことから、
中間計測ユニット4には、前述したように、前後双方の
光源42から拡散光を集め得るように凸レンズ411を
左右に設け、これら左右の凸レンズ411で集められた
光を受光し得るようにCCD撮像素子412も左右に設
けて、角度Θ,Φを前後双方で検出するようにするとと
もに、これら前後双方の角度Θ,Φの検出値を後に詳述
する独自の演算手法に利用することにより、計測ユニッ
トの取付時の姿勢や地中掘進機のヨーイング、ピッチン
グの影響を排除した状態で地中掘進機の掘進方向を正し
く演算できるようにしている。
It should be noted here that the angles Θ and Φ thus determined are the angles formed by the optical axis of the measuring unit with respect to the reference line of the measuring unit, and are the values when the underground excavator starts moving. It is not an angle to the starting direction, and cannot be a measure for determining the direction of the underground excavator.
In addition, the reference line itself of the measurement unit changes depending on the posture when the measurement unit is attached, and also changes due to yawing and pitching during the excavation of the underground excavator. Even if the values of the angles Θ and Φ are simply used, the digging direction of the underground excavator cannot be correctly calculated. For these reasons,
As described above, the intermediate measurement unit 4 is provided with convex lenses 411 on the left and right so as to collect the diffused light from both the front and rear light sources 42, and the CCD image pickup device can receive the light collected by the left and right convex lenses 411. The elements 412 are also provided on the left and right sides to detect the angles Φ and Φ both in the front and back, and use the detected values of the angles Θ and Φ in both the front and rear for a unique calculation method described in detail later to perform measurement. The digging direction of the underground excavator can be correctly calculated in a state in which the influence of the attitude at the time of mounting the unit and the yawing and pitching of the underground excavator are eliminated.

【0025】図17は、適当数の中間計測ユニット4を
地下坑2内に配置して互いに光を授受しているときの状
態を摸式的に示すもので、4(n)は基点計測ユニット
5側からみてn番目の中間計測ユニットを表し、4(n
+1)及び4(n−1)はその前後の中間計測ユニット
を表す。実際の各計測ユニット4,5,6を地下坑2内
に設置した場合、図17に示すように当該計測ユニット
への入射光と当該計測ユニットの放射光とが互いに交差
し、かつ、一つの中間計測ユニット4の前後のレンズ4
11及び前後の光源42の各中心位置が基準となる一点
に集中せず、X−Y面方向やZ軸方向にずれた状態で計
測が行われることになる。
FIG. 17 schematically shows a state in which an appropriate number of intermediate measuring units 4 are arranged in the underground mine 2 to transmit and receive light to and from each other. Representing the n-th intermediate measurement unit when viewed from the 5 side, 4 (n
+1) and 4 (n-1) represent the intermediate measurement units before and after it. When the actual measurement units 4, 5, and 6 are installed in the underground mine 2, the light incident on the measurement unit and the radiation light of the measurement unit intersect each other as shown in FIG. Lens 4 before and after intermediate measurement unit 4
The measurement is performed in a state where the center positions of the light source 11 and the front and rear light sources 42 are not concentrated on a reference point, but are shifted in the XY plane direction or the Z-axis direction.

【0026】こうした状態で計測することにより得られ
るデータに基づいて地中掘進機の位置を演算する場合に
は、演算の便宜上、図18及び図19に示すように、前
後のレンズ411及び前後の光源42の各中心位置が各
計測ユニット4,5,6の基準点(前後のレンズ411
の中心線上の適宜の点、例えばその中心線上の真中の
点)に揃えられるようにそれらの各中心位置をX−Y面
方向やZ軸方向に位置補正して演算する。その場合、地
中掘進機の位置計測が一層正確に行えるようにするた
め、光軸と基準線とのなす角度について若干補正をする
が、その補正値は、前後のレンズ411及び前後の光源
42の各中心位置と基準点との位置関係を考慮しなが
ら、前記(1)、(2)式から得られる角度Θ、角度Φ
に基づいてコントローラ部43で算出するようにしてい
る。後述する角度ΘNn ,ΦNn 、ΘSn 、ΦSn は、
こうした補正を経て得られたものである。このように、
本具体化例では、より正確な計測を期して光軸と基準線
とのなす角度について補正をしているが、前後のレンズ
411や光源42の各中心位置のずれ量は、各計測ユニ
ット4,5,6間の距離に比べれば僅少な値であるの
で、レンズ411や光源42の中間計測ユニット4への
配置を適切に選定すれば、こうした補正をしなくても、
実用性のある位置計測装置が得られる。
When the position of the underground excavator is calculated based on the data obtained by measuring in such a state, for convenience of calculation, as shown in FIGS. 18 and 19, the front and rear lenses 411 and the front and rear lenses 411 are used. Each center position of the light source 42 is positioned at the reference point of each of the measurement units 4, 5, and 6 (the front and rear lenses 411).
(For example, a center point on the center line), the respective center positions thereof are corrected in the XY plane direction or the Z-axis direction and calculated. In this case, in order to more accurately measure the position of the underground excavator, the angle between the optical axis and the reference line is slightly corrected, but the correction value is determined by the front and rear lenses 411 and the front and rear light sources 42. The angles Θ and Φ obtained from the above equations (1) and (2) are taken into consideration while taking into account the positional relationship between each center position and the reference point.
Is calculated by the controller 43 based on Later angle ΘN n, ΦN n, ΘS n , ΦS n is
This is obtained through such correction. in this way,
In the present embodiment, the angle between the optical axis and the reference line is corrected for more accurate measurement. However, the amount of deviation between the center positions of the front and rear lenses 411 and the light source 42 is determined by each measurement unit 4. , 5 and 6 are small values, and if the arrangement of the lens 411 and the light source 42 in the intermediate measurement unit 4 is appropriately selected, even if such correction is not made,
A practical position measuring device can be obtained.

【0027】そこで、各計測ユニット4,5,6で得ら
れるデータにより地中掘進機の位置を演算する手法を、
図18乃至図21を用いて説明する。その説明をするに
当たり、これらの図面や以下の数式に用いている記号の
意味を説示する。 V;隣合った各計測ユニット4,5,6の基準点同士を
結ぶ直線を意味する見通し線、この見通し線Vは、隣合
った各計測ユニット4,5,6間で授受する光の光軸と
みることができる。 V0 ;地中掘進機の発進時の発進方向を表す発進方向
線、 Vn ;見通し線Vのうちのn−1番目の計測ユニットと
n番目の計測ユニットとを結ぶ見通し線、 G;当該計測ユニットの凸レンズ411の中心を通りそ
の計測ユニットのCCD撮像素子412の面に直交する
線を意味する前述の基準線、 Gn ;基準線Gのうちのn番目の計測ユニットの基準
線、 Θn ;見通し線Vn が発進方向線V0 に対してなす角度
のX−Z平面上の成分(見通し線Vn と発進方向線V0
をX−Z平面上へ正投影した線のなす角度、端的にいえ
ば、地下坑2の軸方向に向かって左右方向の角度)、 Φn ;見通し線Vn が発進方向線V0 に対してなす角度
のY−Z平面上の成分(見通し線Vn と発進方向線V0
をY−Z平面上へ正投影した線のなす角度、端的にいえ
ば、地下坑2の軸方向に向かって上下方向の角度)、 ΘNn ;n番目の測量ユニットにおいてその後方の見通
し線Vn が基準線Gとなす角度のX−Z平面上の成分
(見通し線Vと基準線Gn をX−Z平面上へ正投影
した線のなす角度)、 ΦNn ;n番目の測量ユニットにおいてその後方の見通
し線Vn が基準線Gnとなす角度のY−Z平面上の成分
(見通し線Vn と基準線Gn をY−Z平面上へ正投影し
た線のなす角度)、 ΘSn ;n番目の測量ユニットにおいてその前方の見通
し線Vn+1 (n+1番目の測量ユニットにとっては後方
の見通し線)が基準線Gn となす角度のX−Z平面上の
成分(見通し線Vn+1 と基準線Gn をX−Z平面へ正投
影した線のなす角度)、 ΦSn ;n番目の測量ユニットにおいてその前方の見通
し線Vn+1 (n+1番目の測量ユニットにとっては後方
の見通し線)が基準線Gn となす角度のY−Z平面上の
成分(見通し線Vn+1 と基準線Gn をY−Z平面上へ正
投影した線のなす角度)、 Ln ;隣合った各計測ユニット4,5,6の基準点間の
距離のうちのn−1番目の計測ユニットとn番目の計測
ユニットの基準点間の距離、 なお、地中掘進機の位置の演算手法を説明するに当たっ
ては、説明の便宜上、中間計測ユニット4だけに限ら
ず、全ての計測ユニット4,5,6を、4を頭文字とす
る符号4(n)で統一して表すこととする。その場合、
4(n)は、基点計測ユニット5の次の計測ユニットか
ら数えてn番目の計測ユニットを意味し、4(0)は、
基点計測ユニット5を意味する。また、G0 は、基点計
測ユニット4(0)の基準線Gを意味し、本具体化例で
は発進方向線V0 の方向と一致させるようにセットして
ある。角度Θn ,Φn ,ΘNn ,ΦNn ,ΘSn ,ΦS
n には、極性をもたせており、図18及び図19におい
ては、基準線Gn を基準にして見通し線Vn が時計方向
回りに傾斜している場合の角度を−の極性、反時計方向
回りに傾斜している場合の角度を+の極性と定めた。し
たがって、例えば、図18において、角度Θ1 ,Φ
1 は、見通し線Vn の傾斜方向を表す弧線先端矢印が反
時計方向を向いていてプラスの角度であり、角度Θ
1 ,ΦN1 ,ΘS1 ,ΦS1 は、見通し線Vn の傾斜
方向を表す弧線先端矢印が時計方向を向いていてマイナ
スの角度である。
Therefore, a method of calculating the position of the underground excavator based on the data obtained by the measuring units 4, 5, and 6 is as follows.
This will be described with reference to FIGS. In the description, the meaning of symbols used in these drawings and the following mathematical expressions will be explained. V; a line of sight indicating a straight line connecting the reference points of the adjacent measurement units 4, 5, 6; this line of sight V is the light of light transmitted and received between the adjacent measurement units 4, 5, 6 It can be seen as an axis. V 0 : a starting direction line indicating the starting direction of the underground excavator when starting, V n : a line of sight connecting the (n−1) th measuring unit and the nth measuring unit of the line of sight G; The above-mentioned reference line, which means a line passing through the center of the convex lens 411 of the measurement unit and orthogonal to the surface of the CCD image sensor 412 of the measurement unit, G n ; the reference line of the n-th measurement unit among the reference lines G; n; X-Z plane on components of an angle line of sight V n with respect to the starting direction line V 0 (sight line V n and starting direction line V 0
The angle of the positive projected lines onto X-Z plane, In short, the angle in the horizontal direction toward the axial direction of the underground mine 2), Φ n; line of sight V n Whereas starting direction line V 0 component on angle of Y-Z plane Te (line of sight V n and starting direction line V 0
Is an angle formed by a line orthogonally projected on the YZ plane, that is, an angle in a vertical direction toward the axial direction of the underground pit 2), ΘN n ; a line of sight V behind the n-th surveying unit n is the component of the X-Z plane of the angle formed between the reference line G n (the angle of the line of sight line V n and the reference line G n and orthographic projection onto X-Z plane), .PHI.N n; n-th survey component of the angle of Y-Z plane formed line of sight V n of the rear reference line G n in the unit (the angle of the line of sight line V n and the reference line G n and orthographic projection onto Y-Z plane) , ΘS n ; component on the XZ plane of the angle formed by the line of sight V n + 1 ahead (the line of sight rearward for the (n + 1) th surveying unit) with the reference line G n in the n- th surveying unit the line V n + 1 and the reference line G n to X-Z plane angle) of positive projected line, .PHI.S n; n th The amount that the forward line of sight in the unit V n + 1 component on angle of Y-Z plane formed by the reference line G n (n + 1 th rear of the line of sight for the surveying units) (line of sight V n + 1 and the reference and Tonaria' was n-1 th measuring unit of the distance between the reference points of each measurement unit 4, 5, 6; angle) of the line the line G n and orthographic projection onto Y-Z plane, L n In describing the method of calculating the distance between the reference points of the n-th measurement unit and the position of the underground excavator, for convenience of explanation, not only the intermediate measurement unit 4 but also all the measurement units 4, 5, 6 is unified by the code 4 (n) with 4 as the initial letter. In that case,
4 (n) means the n-th measurement unit counted from the measurement unit next to the base measurement unit 5, and 4 (0) means
The reference point measurement unit 5 is meant. Further, G 0 means the reference line G of the base point measurement unit 4 (0), and is set so as to coincide with the direction of the starting direction line V 0 in this embodiment. Angle Θ n, Φ n, ΘN n , ΦN n, ΘS n, ΦS
The n, and remembering polarity, 18 and 19, the angle when the line of sight V n with the reference line G n based is inclined in a clockwise direction - polarity, counterclockwise The angle when tilted around is defined as + polarity. Thus, for example, in FIG. 18, the angle theta 1, [Phi
1, arc tip arrows representing the direction of inclination of the line of sight V n is the angle of plus they face the counterclockwise direction, the angle Θ
N 1, ΦN 1, ΘS 1 , ΦS 1 is arc tip arrows representing the direction of inclination of the line of sight V n is an angle of minus be oriented to a clockwise direction.

【0028】すでに述べたことから明らかなように、見
通し線Vn が基準線Gn となす角度ΘNn ,ΦNn ,Θ
n ,ΦSn は、計測ユニット4(n)により求めるこ
とができるが、地中掘進機の位置を演算する際、本具体
化例で最終的に求めようとする角度は、見通し線Vn
発進方向線V0 となす角度Θn ,Φn である。図18及
び図19を用いてその角度Θn ,Φn の演算手法につい
て説明すると、まず、角度Θ1 ,Φ1 については、基点
計測ユニット4(0)の基準線G0 を発進方向線V0
方向と一致させるように、換言すると、Θ1 =ΘS0
Φ1 =ΦS0 となるように予め設定しているので、基点
計測ユニット4(0)での計測結果から直接的に得られ
る。次に、角度Θ2 ,Φ2 については、それぞれ、こう
して得られた角度Θ1 ,Φ1 と計測ユニット4(1)で
得られたΘN1 ・ΘS1 ,ΦN1・ΦS1 の値を基に、
次の各式で求めることができる。 Θ2 =Θ1 −ΘN1 +ΘS1 ……………(3) Φ2 =Φ1 −ΦN1 +ΦS1 ……………(4) 同様にして、角度Θn+1 ,Φn+1 については、角度
Θn ,Φn が得られれば、この角度Θn ,Φn と計測ユ
ニット4(n)で得られたΘNn ・ΘSn ,ΦNn・Φ
n の値を基に、次の各式で求めることができる。 Θn+1 =Θn −ΘNn +ΘSn ……………(5) Φn +1=Φn −ΦNn +ΦSn ……………(6) これら(5)、(6)式中の角度Θn ,Φn は、角度Θ
n-1 ,Φn-1 の値が地中掘進機の位置の計測過程で演算
により求められるので、これらの値を基にして(5)、
(6)式から求めることができる。すなわち、前記
(3)、(4)式で得られた角度Θ2 ,Φ2 の値を
(5)、(6)式のΘn ,Φn に代入してΘ3 ,Φ3
算出し、その算出結果を基に再び(5)、(6)式から
Θ4 ,Φ4 を算出するという演算を順送りに行って角度
Θn-1 ,Φn-1 の値を得ることができるので、最後に、
これらの値を(5)、(6)式に代入することにより角
度Θn ,Φn を求めることができる。こうした角度
Θn ,Φn のような各光源42の方向に関するデータ
は、本具体化例では前各式に従って中央演算処理装置7
の演算部で演算することにより求められる。本具体化例
では、各計測ユニット4,5,6の検出結果に基づいて
得られる各光源42の方向に関するデータのうち、角度
ΘNn ,ΦNn 、ΘSn 、ΦSn についてはコントロー
ラ部43の演算手段で求め、角度Θn ,Φn については
前各式に従って中央演算処理装置7の演算部で求めてい
るが、これらのデータを何れで求めるかは、発明の実施
に際して任意に選択できる設計上の選択事項である。
As is apparent from the above description, the angles { N n , Φ N n , Θ} formed by the line of sight V n and the reference line G n.
S n and ΦS n can be obtained by the measurement unit 4 (n). When calculating the position of the underground excavator, the angle finally obtained in this embodiment is determined by the line of sight V n Are the angles Θ n and Φ n with the starting direction line V 0 . The calculation method of the angles Θ n , Φ n will be described with reference to FIGS. 18 and 19. First, for the angles Θ 1 , Φ 1 , the reference line G 0 of the base point measurement unit 4 (0) is set to the starting direction line V In other words, Θ 1 = ΘS 0 , so as to match the direction of 0 .
Since it is set in advance so that Φ 1 = ΦS 0 , it can be directly obtained from the measurement result in the base point measurement unit 4 (0). Then, the angle theta 2, the [Phi 2 are groups respectively, thus resulting angle theta 1, [Phi 1 and the measurement unit 4 .theta.N 1 · [theta] s 1 obtained in (1), the value of .PHI.N 1 · .PHI.S 1 To
It can be obtained by the following equations. Θ 2 = Θ 1 −ΘN 1 + ΘS 1 ... (3) Φ 2 = Φ 1 −Φ N 1 + Φ S 1 (4) Similarly, angles Θ n + 1 , Φ n + 1 , If the angles Θ n , Φ n are obtained, the angles Θ n , Φ n and ΘN n ΘS n , Φ N n Φ obtained by the measurement unit 4 (n)
Based on the value of S n, it can be determined by the following respective formulas. Θ n + 1 = Θ n -ΘN n + ΘS n (5) Φ n +1 = Φ nN n + ΦS n (6) In these equations (5) and (6) Θ n , Φ n is the angle Θ
Since the values of n-1 and Φ n-1 are obtained by calculation in the process of measuring the position of the underground excavator, based on these values (5),
It can be obtained from equation (6). That is, the values of the angles Θ 2 and Φ 2 obtained by the equations (3) and (4) are substituted into Θ n and Φ n of the equations (5) and (6) to calculate Θ 3 and Φ 3. The values of the angles 演算n-1 and Φ n-1 can be obtained by sequentially performing the operation of calculating Θ 4 and Φ 4 from the equations (5) and (6) again based on the calculation results. ,Finally,
By substituting these values into equations (5) and (6), angles Θ n and Φ n can be obtained. In this embodiment, the data relating to the directions of the respective light sources 42 such as the angles Θ n and Φ n are stored in the central processing unit 7 according to the above equations.
Is calculated by the calculation unit. In this embodiment example, of the data relating to the direction of each light source 42 obtained based on the detection result of each measurement unit 4, 5, 6, angle ΘN n, ΦN n, ΘS n , for .PHI.S n is the controller 43 Although the angles Θ n and Φ n are obtained by the calculation means in accordance with the above equations, the angle に 従 って n and Φ n are obtained by the calculation unit of the central processing unit 7. The choices above.

【0029】以上の説明から明らかなように、地中掘進
機の位置の演算の基礎となる、計測ユニット4(n)の
見通し線Vn の発進方向線V0 に対する角度Θn ,Φn
は、見通し線Vn のなす角度を発進方向線V0 との関係
で直接的に検出しなくても、その計測ユニット4(n)
の基準線Gn との関係で前後双方の見通し線Vn につい
て検出して各計測ユニット4(n)ごとに角度ΘNn
ΦNn ,ΘSn ,ΦSn を順次計測し、その計測結果を
用いて前式のような手法で演算することにより間接的に
求めることができる。そのため、計測ユニット4(n)
の基準線Gn がその取付時の姿勢によって変化したり、
地中掘進機の掘進時のヨーイングやピッチングによって
変化したりしても、角度ΘNn ,ΦNn ,ΘSn ,ΦS
n さえ適正に計測すれば、こうした変化がそのまま織り
込まれた状態で地中掘進機の掘進方向を正しく演算する
ことができ、その変化が演算結果に影響をもたらすよう
なことはない。
As is clear from the above description, the angles Θ n , Φ n of the line of sight V n of the measuring unit 4 (n) with respect to the starting direction line V 0 , which are the basis for calculating the position of the underground excavator.
It is, without directly detecting the angle of the line of sight V n in relation to the starting direction line V 0, the measurement unit 4 (n)
Reference line G in relation to the n detected the line of sight V n both before and after each measurement unit 4 (n) for each angle .theta.N n,
ΦN n , ΘS n , and ΦS n are sequentially measured, and the measurement results can be used indirectly by performing an arithmetic operation using the method described in the above equation. Therefore, the measurement unit 4 (n)
Reference line Gn changes depending on the posture at the time of attachment,
The angle に よ っ N n , ΦN n , ΘS n , ΦS even if it changes due to yawing or pitching during the excavation of the underground excavator.
As long as n is properly measured, the direction of the excavation of the underground excavator can be correctly calculated in a state where such a change is woven as it is, and the change does not affect the calculation result.

【0030】こうして、例えば角度Θ1 〜Θn の値やΦ
1 〜Φn の値を順次計測した後は、これらの角度の値
と、光波距離計10で計測された各計測ユニット4
(n)と隣接する後方の計測ユニット4(n−1)との
基準点間の距離L1 〜Ln の値とに基づいて、設定され
た3次元位置座標上における地中掘進機の位置すなわち
計測基点に対する被計測点の相対位置を演算する。そこ
で、その演算方法の基本的な原理を図20を用いて説明
する。図20には、その演算方法の理解を容易にするた
め、角度Θn ,Φn の一方だけを変化させ他方を変化さ
せないで地下坑を施工する場合すなわち地中掘進機で水
平方向か上下方向にだけ曲線施工する場合における各計
測ユニット4(n)の基準点の位置を、X軸及びY軸に
共用している縦軸とZ軸としての横軸とからなる2次元
位置座標上に、(X1 ,Y1 ,Z1 )、(X2 ,Y2
2 )……(Xn ,Yn ,Zn )というように順次表示
している。その場合、2次元位置座標のZ軸を発進方向
線V0 に一致させるとともにその原点を基点計測ユニッ
ト5〔4(0)〕の計測基点に一致させるようにしてい
る。
Thus, for example, the values of angles Θ 1 to Θ n and Φ
After sequentially measuring the values of 1 to Φ n, the values of these angles and each of the measurement units 4 measured by the optical distance meter 10 are measured.
(N) based on the value of the distance L 1 ~L n between the reference point and the adjacent rear of the measuring unit 4 (n-1) and the position of the underground excavator in the three-dimensional position coordinates set That is, the relative position of the measured point with respect to the measurement base point is calculated. Therefore, the basic principle of the calculation method will be described with reference to FIG. FIG. 20 shows a case in which one of the angles Θ n and Φ n is changed and the other is not changed to construct an underground pit in order to facilitate understanding of the calculation method. The position of the reference point of each measurement unit 4 (n) in the case of performing the curve construction only on the two-dimensional position coordinates composed of the vertical axis shared by the X-axis and the Y-axis and the horizontal axis as the Z-axis, (X 1 , Y 1 , Z 1 ), (X 2 , Y 2 ,
Z 2 )... (X n , Y n , Z n ). In this case, the Z axis of the two-dimensional position coordinates is made to coincide with the starting direction line V 0, and the origin is made to coincide with the measurement base point of the base point measurement unit 5 [4 (0)].

【0031】この図20を参照すると明らかなように、
各計測ユニット4(n)の基準点の隣接後方計測ユニッ
ト4(n−1)の基準点に対する座標位置の変化量は、
各角度Θ1 〜Θn やΦ1 〜Φn の値及び各距離L1 〜L
n の値(各見通し線V1 〜Vnの長さに相当)を用いて
三角関数により順次算出することができる。すなわち、
各計測ユニット4(n)の基準点の隣接後方計測ユニッ
ト4(n−1)の基準点に対する座標位置の変化量のう
ち、X軸方向の成分及びY軸方向の成分は、それぞれL
n ・sinΘn 及びLn ・sinΦn として求めること
ができ、Z軸方向の成分は、Ln・cosΘn 又はLn
・cosΦn として求めることができる。なお、この例
では、曲線施工に際して前記したように角度Θn ,Φn
の一方だけを変化させるようにしているので、角度Θn
を変化させるようにした場合は、前記の各計測ユニット
4(n)の基準点の座標位置の変化量のうちのX軸方向
の成分だけがLn ・sinΘn の量変化してY軸方向の
成分は変化せず、角度Φnを変化させるようにした場合
は、Y軸方向の成分だけがLn ・sinΦn の量変化し
てX軸方向の成分は変化しない。
As apparent from FIG. 20,
The change amount of the coordinate position of the reference point of each measurement unit 4 (n) with respect to the reference point of the adjacent rear measurement unit 4 (n-1) is
The values of the angles Θ 1 to Θ n and Φ 1 to Φ n and the distances L 1 to L
can be sequentially calculated by trigonometric function using the values of n (corresponding to the length of the line of sight V 1 ~V n). That is,
In the amount of change in the coordinate position of the reference point of each measurement unit 4 (n) with respect to the reference point of the adjacent rear measurement unit 4 (n-1), the component in the X-axis direction and the component in the Y-axis direction are L, respectively.
It can be found as n · sin? n and L n · sin .PHI n, component in the Z-axis direction, Ln · cos [theta] n or L n
- it can be obtained as cosΦ n. Note that, in this example, the angles に 際し て n , Φ n
Of the angle Θ n
The If so as to vary the amount changed in the Y-axis direction by the X-axis direction component of the variation of the coordinate position of the reference point L n · sin? N of the respective measuring unit 4 (n) the component does not change, if you vary the angle [Phi n, only components of the Y-axis direction component in an amount changed by the X-axis direction L n · sinΦ n does not change.

【0032】こうして、各計測ユニット4(n)の基準
点の隣接後方計測ユニット4(n−1)の基準点に対す
る座標位置の変化量のX軸方向又はY軸方向の成分及び
Z軸方向の成分が求められると、これらの各方向の成分
の量をそれぞれ積算することにより、(Xn ,Yn ,Z
n )の座標位置を算定することができる。図20の例で
は、各見通し線Vn がZ軸に対して常に反時計方向回り
に傾斜するように変化しているので、その積算をする際
には、各方向の成分の量をそれぞれそのまま積算すれば
よい。しかしながら、各見通し線Vn の傾斜方向が時計
方向回り、反時計方向回りにランダムに変化する場合で
あっても、角度Θn ,Φn に前述したような極性をもた
せるようにすれば、前記したと同様、X軸、Y軸及びZ
軸の各方向の成分の量をそれぞれそのまま積算して、
(Xn ,Yn ,Zn )の座標位置を算定することができ
る。
Thus, the X-axis or Y-axis component and the Z-axis component of the amount of change in the coordinate position of the reference point of each measurement unit 4 (n) with respect to the reference point of the adjacent rear measurement unit 4 (n-1). When the components are obtained, the amounts of the components in each of these directions are integrated to obtain (X n , Y n , Z
n ) The coordinate position can be calculated. In the example of FIG. 20, since each line of sight V n is changed to be inclined always counter-clockwise direction with respect to the Z axis, when the integrated is directly the amount of each component in the direction of the respective What is necessary is just to add up. However, even if the inclination direction of each line of sight Vn changes randomly in a clockwise direction and a counterclockwise direction, if the angles Θ n and Φ n are given the above-mentioned polarity, the aforementioned X axis, Y axis and Z axis
The amounts of the components in each direction of the axis are integrated as they are,
(X n, Y n, Z n) can be calculated the coordinate position of.

【0033】図20では、曲線施工に際して角度Θn
Φn の一方だけを変化させる例を示したが、次に、角度
Θn ,Φn の双方を変化させて地中掘進機の掘進方向を
上下、水平方向というように3次元的に変える場合の地
中掘進機の位置の演算方法を図21を用いて説明する。
図21には、地中掘進機の掘進方向をこのように3次元
的に変える場合の各計測ユニット4(n)の基準点の位
置を、X,Y,Z軸からなる通常の3次元位置座標上に
(X1 ,Y1 ,Z1 )、(X2 ,Y2 ,Z2 )というよ
うに計測ユニット4(1),4(2)についてだけ例示
的に示している。その場合、3次元位置座標のZ軸を発
進方向線V0 に一致させるとともにその原点を基点計測
ユニット5〔4(0)〕の計測基点に一致させるように
している。図21では、図18及び図19と同様、角度
Θn ,Φn に極性をもたせており、角度Θn について
は、Y−Z面を基準にして時計方向回りに形成される角
度を+の極性、反時計方向回りに形成される角度を−の
極性と定めた。これに対し、角度Φn については、X−
Z面を基準にして時計方向回りに形成される角度を−の
極性、反時計方向回りに形成される角度を+の極性と定
めた。したがって、図21において、角度Θ1 ,Θ
2 は、角度を表す弧線の先端矢印が何れも時計方向を向
いていてプラスの角度である。これに対し、角度Φ
1 は、角度を表す弧線の先端矢印が反時計方向を向いて
いてプラスの角度であり、角度Φ2 は、角度を表す弧線
の先端矢印が時計方向を向いていてマイナスの角度であ
る。
In FIG. 20, the angles Θ n ,
An example in which only one of Φ n is changed has been described. Next, a case in which both the angles Θ n and Φ n are changed to change the excavation direction of the underground excavator in a three-dimensional manner such as up, down, and horizontally. The method of calculating the position of the underground excavator will be described with reference to FIG.
FIG. 21 shows the position of the reference point of each measurement unit 4 (n) in the case where the direction of the excavation of the underground excavator is three-dimensionally changed in this way, using the normal three-dimensional position composed of the X, Y, and Z axes. on the coordinate (X 1, Y 1, Z 1), are only exemplary shown for (X 2, Y 2, Z 2) measurement and so units 4 (1), 4 (2). In this case, the Z-axis of the three-dimensional position coordinates is made to coincide with the starting direction line V 0, and the origin is made to coincide with the measurement base point of the base point measurement unit 5 [4 (0)]. In FIG. 21, similarly to FIGS. 18 and 19, the angles Θ n and Φ n have polarities, and for the angle Θ n , the angle formed clockwise with respect to the YZ plane is represented by +. The polarity and the angle formed in the counterclockwise direction were defined as the negative polarity. On the other hand, for the angle Φ n , X−
An angle formed clockwise with respect to the Z plane was defined as a negative polarity, and an angle formed counterclockwise with a positive polarity. Therefore, in FIG. 21, the angles Θ 1 , Θ
2 is a positive angle in which all the arrows at the tip of the arc representing the angle point clockwise. On the other hand, the angle Φ
1 is a plus angle with the tip arrow of the arc representing the angle pointing in the counterclockwise direction, and the angle Φ 2 is a minus angle with the tip arrow of the arc representing the angle pointing in the clockwise direction.

【0034】各計測ユニット4(n)の基準点の座標位
置(Xn ,Yn ,Zn )は、前述した方法で得られた角
度Θ1 〜Θn やΦ1 〜Φn の値と適宜の方法で計測して
得られた距離L1 〜Ln の値とを用いて、図20で概説
したのと同様の手法により3次元的に算定する。まず、
座標位置(X1 ,Y1 ,Z1 )については、基点計測ユ
ニット4(0)での計測結果から直接的に得られた角度
Θ1 ,Φ1 の値及び距離L1 の値を基に、次の各式で求
めることができる。 X1 =L1 cosΦ1 sinΘ1 ……………(7) Y1 =L1 cosΘ1 sinΦ1 ……………(8) Z1 =L1 cosΘ1 cosΦ1 ……………(9) 次に、座標位置(X2 ,Y2 ,Z2 )については、前
(7)、(8)、(9)式で得られたX1 ,Y1 ,Z1
の値と前記(3)、(4)式で得られた角度Θ2,Φ2
の値と適宜の方法で計測して得られた距離L2 の値を基
に、次の各式で求めることができる。 X2 =X1 +L2 cosΦ2 sinΘ2 ……………(10) Y2 =Y1 +L2 cosΘ2 sinΦ2 ……………(11) Z2 =Z1 +L2 cosΘ2 cosΦ2 ……………(12) 同様に、座標位置(Xn ,Yn ,Zn )については、前
(10)、(11)、(12)と同様の演算を順送りに
行って得られたXn-1 、Yn-1 、Zn-1 の値と前記
(5)、(6)式で演算して得られた角度Θn ,Φn
値と距離Ln の値とを基に、次の(13)´、(14)
´、(15)´式で求めることができる。 Xn =Xn-1 +Ln cosΦn sinΘn ……………(13)´ Yn =Yn-1 +Ln cosΘn sinΦn ……………(14)´ Zn =Zn-1 +Ln cosΘn cosΦn ……………(15)´ したがって、各計測ユニット4(n)の基準点の座標位
置(Xn ,Yn ,Zn)は、結局、次の(13)、(1
4)、(15)で表すことができる。 Xn =ΣLn cosΦn sinΘn ……………(13) Yn =ΣLn cosΘn sinΦn ……………(14) Zn =ΣLn cosΘn cosΦn ……………(15) なお、前(13)、(14)、(15)式中のΣはnを
順次1からnまでに置いて積算した値を意味し、それゆ
え、例えば、ΣLn cosΦn sinΘn は、L1 co
sΦ1 sinΘ1 〜Ln cosΦn sinΘn の各値の
合計値を意味する。いま仮に、n番目の計測ユニット4
(n)が被計測点を設定するための被測点計測ユニット
6であるとすると、基点計測ユニット5で設定した計測
基点に対する被計測点の相対位置は(Xn ,Yn
n )となり、(13)、(14)、(15)式により
容易に算定することができる。こうした前各式による位
置の演算は、中央演算処理装置7の演算部で行われる。
このように、計測基点に対する被計測点の相対位置は、
計測ユニット4,5,6の検出結果に基づいて得られる
各光源の方向に関するデータと、光波距離計10により
得られる隣接する計測ユニット間の各距離に関するデー
タとに基づいて、(3)〜(15)式に従って演算によ
り計測することができる。
The coordinate position (X n , Y n , Z n ) of the reference point of each measurement unit 4 (n) is determined by the values of the angles Θ 1 to Θ n and Φ 1 to Φ n obtained by the above-described method. Using the values of the distances L 1 to L n obtained by measurement using an appropriate method, the three-dimensional calculation is performed by the same method as outlined in FIG. First,
The coordinate position (X 1 , Y 1 , Z 1 ) is based on the values of the angles Θ 1 , Φ 1 and the value of the distance L 1 directly obtained from the measurement results of the base point measurement unit 4 (0). Can be obtained by the following equations. X 1 = L 1 cosΦ 1 sinΘ 1 ............... (7) Y 1 = L 1 cosΘ 1 sinΦ 1 ............... (8) Z 1 = L 1 cosΘ 1 cosΦ 1 ............... (9 Next, with respect to the coordinate position (X 2 , Y 2 , Z 2 ), X 1 , Y 1 , Z 1 obtained by the above equations (7), (8), (9) are obtained.
And the angles Θ 2 and Φ 2 obtained by the above equations (3) and (4).
Of the values and based on the value of the distance L 2 obtained by measuring an appropriate manner, it can be obtained by the following respective formulas. X 2 = X 1 + L 2 cosΦ 2 sinΘ 2 ............... (10) Y 2 = Y 1 + L 2 cosΘ 2 sinΦ 2 ............... (11) Z 2 = Z 1 + L 2 cosΘ 2 cosΦ 2 ... (12) Similarly, for the coordinate position (X n , Y n , Z n ), X obtained by sequentially performing the same operation as in the previous (10), (11), and (12) is obtained. n-1, Y n-1 , Z n-1 values and the (5), the angle theta n obtained by calculating equation (6), based on the value of Φ values of n and the distance L n , Next (13) ′, (14)
', (15)'. X n = X n-1 + L n cosΦ n sinΘ n ............... (13) 'Y n = Y n-1 + L n cosΘ n sinΦ n ............... (14)' Z n = Z n- 1 + L n cosΘ n cos Φ n (15) ′ Therefore, the coordinate position (X n , Y n , Z n ) of the reference point of each measurement unit 4 ( n ) is eventually given by the following (13). , (1
4) and (15). X n = ΣL n cosΦ n sinΘ n ............... (13) Y n = ΣL n cosΘ n sinΦ n ............... (14) Z n = ΣL n cosΘ n cosΦ n ............... (15 Note that Σ in the formulas (13), (14), and (15) means a value obtained by multiplying n by sequentially placing n from 1 to n. Therefore, for example, { L n cosΦ n sin } n is L 1 co
It means the sum of the values of sΦ 1 sinΘ 1 ~L n cosΦ n sinΘ n. Suppose now that the n-th measurement unit 4
Assuming that (n) is the measured point measuring unit 6 for setting the measured point, the relative position of the measured point with respect to the measurement base point set by the base point measuring unit 5 is (X n , Y n ,
Z n ), which can be easily calculated by the equations (13), (14) and (15). The calculation of the position by each of the above equations is performed by the calculation unit of the central processing unit 7.
Thus, the relative position of the measured point with respect to the measurement base point is
Based on the data on the direction of each light source obtained based on the detection results of the measurement units 4, 5, and 6, and the data on each distance between adjacent measurement units obtained by the lightwave distance meter 10, (3) to (3) to ( It can be measured by calculation according to equation (15).

【0035】最後に、図6乃至図15を用いて、本発明
の第2具体化例及び第3具体化例の地中掘進機の位置計
測装置について説明する。図6は、本発明の第2具体化
例の地中掘進機の位置計測装置の全体像を概略的に示す
水平断面図、図7は、図6の地中掘進機の位置計測装置
における中間計測ユニットを詳細に示す水平断面図、図
8は、図6の地中掘進機の位置計測装置における中間計
測ユニットの後方側からみた斜視図、図9は、図6の地
中掘進機の位置計測装置における中間計測ユニットの前
方側からみた斜視図、図10は、本発明の第2具体化例
の地中掘進機の位置計測装置の作動時のイメージを概略
的に示す断面図、図11は、本発明の第3具体化例の地
中掘進機の位置計測装置の全体像を概略的に示す水平断
面図、図12は、図11の地中掘進機の位置計測装置に
おける中間計測ユニットを詳細に示す水平断面図、図1
3は、図11の地中掘進機の位置計測装置における中間
計測ユニットの後方側からみた斜視図、図14は、図1
1の地中掘進機の位置計測装置における中間計測ユニッ
トの前方側からみた斜視図、図115は、本発明の第3
具体化例の地中掘進機の位置計測装置の作動時のイメー
ジを概略的に示す断面図である。
Finally, the position measuring device of the underground excavator according to the second embodiment and the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a horizontal cross-sectional view schematically showing an overall image of the underground excavator position measuring device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an intermediate diagram in the underground excavator position measuring device of FIG. FIG. 8 is a horizontal sectional view showing the measuring unit in detail, FIG. 8 is a perspective view of the underground excavator position measuring device in FIG. 6 as viewed from the rear side of the intermediate measuring unit, and FIG. 9 is the position of the underground excavator in FIG. FIG. 10 is a perspective view of the intermediate measuring unit in the measuring device as viewed from the front side, and FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an image of the position measuring device of the underground excavator according to the second embodiment of the present invention during operation. Is a horizontal sectional view schematically showing an overall image of a position measuring device for an underground excavator according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 12 is an intermediate measuring unit in the position measuring device for an underground excavator of FIG. FIG. 1 is a horizontal sectional view showing details
3 is a perspective view seen from the rear side of the intermediate measurement unit in the underground excavator position measuring device of FIG. 11, and FIG.
FIG. 115 is a perspective view of the intermediate measuring unit in the position measuring device of the underground excavator 1 as viewed from the front side, and FIG.
It is sectional drawing which shows roughly the image at the time of operation | movement of the position measuring device of the underground excavator of a specific example.

【0036】まず、本発明の第2具体化例の地中掘進機
の位置計測装置につき図6乃至図10を用いて説明する
と、図10によく表されているように、すでに述べた第
1具体化例の地中掘進機の位置計測装置において、隣接
する計測ユニット4(n−1),4(n)の一方の計測
ユニット4(n−1)に光波距離計10を付設する場合
に、この光波距離計10の送光器101の発する拡散光
による光波が他方の計測ユニット4(n)に配置された
受光手段としてのCCD撮像素子412で受光されるよ
うにして、一方の計測ユニット4(n−1)の光源42
を、光波距離計10における光波発生源としての送光器
101で代用するようにしたものである。本具体化例の
位置計測装置は、こうした構造を備えているので、計測
ユニット4(n−1)に付設した光波距離計10の送光
器101の発する光波は、反射プリズム11に入射した
後に受光器102に向かって反射することにより、光波
距離計10で隣接する計測ユニット4(n−1),4
(n)間の距離の計測ができるとともに、その送光器1
01の発する光波は、計測ユニット4(n)のレンズ4
11で集められCCD撮像素子412でも受光され、そ
の結果、計測ユニット4(n)により計測ユニット4
(n−1)の光源の方向に相当する値を検出することが
できる。また、計測ユニット4(n)の光源42の方向
は、第1具体化例と同様、その光源42の拡散光を計測
ユニット4(n−1)のレンズ411で集めてCCD撮
像素子412で受光することにより検出することができ
る。こうした構造を採用することにより、隣接する計測
ユニット4(n−1),4(n)の一方の計測ユニット
4(n−1)の光源を光波距離計10の送光器101で
代用することができるため、計測ユニット4(n−1)
に設ける光源の数を減少させることができる。
First, the position measuring device of the underground excavator according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 10. As best shown in FIG. In the position measuring device of the underground excavator of the embodiment, when the lightwave distance meter 10 is attached to one of the adjacent measuring units 4 (n-1) and 4 (n), The light wave due to the diffused light emitted from the light transmitter 101 of the lightwave distance meter 10 is received by the CCD image pickup device 412 as the light receiving means arranged in the other measurement unit 4 (n) so that one of the measurement units 4 (n-1) light sources 42
Is replaced by a light transmitter 101 as a light wave generation source in the light wave distance meter 10. Since the position measuring device of this embodiment has such a structure, the light wave emitted from the light transmitter 101 of the light wave distance meter 10 attached to the measuring unit 4 (n-1) is incident on the reflecting prism 11 By reflecting the light toward the light receiver 102, the adjacent measurement units 4 (n−1), 4
(N) The distance between them can be measured and the light transmitter 1
01 emits a light wave from the lens 4 of the measurement unit 4 (n).
11 and is also received by the CCD image pickup device 412. As a result, the measurement unit 4 (n)
A value corresponding to the direction of the light source of (n-1) can be detected. The direction of the light source 42 of the measurement unit 4 (n) is collected by the lens 411 of the measurement unit 4 (n-1) and received by the CCD image sensor 412 as in the first embodiment. Can be detected. By adopting such a structure, the light source of one measuring unit 4 (n-1) of the adjacent measuring units 4 (n-1) and 4 (n) can be substituted by the light transmitter 101 of the lightwave distance meter 10. Measurement unit 4 (n-1)
Can be reduced in the number of light sources provided.

【0037】本発明の第3具体化例の地中掘進機の位置
計測装置につき図11乃至図15を用いて説明すると、
図15によく表されているように、第1具体化例の地中
掘進機の位置計測装置において、隣接する計測ユニット
4(n−1),4(n)の一方の計測ユニット4(n−
1)に拡散光による光波を発する光波距離計10を付設
し、他方の計測ユニット4(n)にその光波を光波距離
計10に向かって反射する反射プリズム11を付設する
場合に、この光波距離計10の発する拡散光による光波
が他方の計測ユニット4(n)に配置されたCCD撮像
素子412で受光されるとともに、反射プリズム11で
反射される拡散光による光波が一方の計測ユニット4
(n−1)に配置されたCCD撮像素子412で受光さ
れるようにして、一方の計測ユニット4(n−1)の光
源42を光波距離計の送光器101で代用するととも
に、他方の計測ユニット4(n)の光源42を反射プリ
ズム11で代用するようにした。こうした構造を採用す
ることにより、隣接する計測ユニットの対向部に設ける
光源を無くすことができて、計測ユニットに設ける光源
の数を更に減少させることができる。また、このように
光発生源が一つになるため、各計測ユニット4(n−
1),4(n)で各光源42の方向に関するデータを得
る場合に光波距離計10の光波がそのデータに悪影響を
及ぼしたり光波距離計10により隣接する計測ユニット
間の各距離に関するデータを得る場合に光源42の拡散
光がそのデータに悪影響を及ぼしたりするのを防止する
ための周波数選別フィルタ等の手段を設けなくても済
む。
A position measuring device for an underground excavator according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As is well shown in FIG. 15, in the position measuring device of the underground machine in the first embodiment, one of the adjacent measuring units 4 (n-1) and 4 (n) is measured. −
When the lightwave distance meter 10 that emits a light wave due to diffused light is attached to 1) and the reflecting prism 11 that reflects the lightwave toward the lightwave distance meter 10 is attached to the other measurement unit 4 (n), this lightwave distance is used. The light wave due to the diffused light emitted from the total 10 is received by the CCD image pickup device 412 arranged in the other measurement unit 4 (n), and the light wave due to the diffused light reflected by the reflection prism 11 is transmitted to the one measurement unit 4
The light source 42 of one measurement unit 4 (n-1) is substituted by the light transmitter 101 of the lightwave distance meter so that the light is received by the CCD image sensor 412 arranged at (n-1), and the other is used. The light source 42 of the measurement unit 4 (n) was substituted by the reflection prism 11. By adopting such a structure, it is possible to eliminate the light source provided in the facing portion of the adjacent measurement unit, and it is possible to further reduce the number of light sources provided in the measurement unit. In addition, since there is only one light source, each measurement unit 4 (n-
1) and 4 (n), when obtaining data relating to the direction of each light source 42, the light wave of the lightwave distance meter 10 has an adverse effect on the data or the lightwave distance meter 10 obtains data relating to each distance between adjacent measurement units. In this case, it is not necessary to provide a means such as a frequency selection filter for preventing the diffused light from the light source 42 from affecting the data.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、課題を解決するための手段の項に示した技術手段を
採用しているので、本発明によれば、地中掘進機の掘進
位置を計測する際に光を受光手段に当てるための操作し
なくても済み、そのための操作機構を要しない地中掘進
機の位置計測装置が得られる。また、計測ユニットの取
付姿勢が不統一であったり、地中掘進機の掘進時のヨー
イングやピッチングによって変化したりしても、こうし
たことに影響されることなく、地中掘進機の掘進位置を
常に正しく演算して計測することができる。本発明を具
体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項2に記載の
技術手段を採用すれば、こうした基本的な効果を奏する
ことに加え、隣接する計測ユニットの一方の計測ユニッ
トの光源を光波距離計の光波発生源で代用することによ
り、計測ユニットに設ける光源の数を減少させることが
できる。本発明を具体化する場合、特に、特許請求範囲
の請求項3に記載の技術手段を採用すれば、前記の基本
的な効果を奏することに加え、隣接する計測ユニットの
一方の計測ユニットの光源を光波距離計の光波発生源で
代用するとともに他方の計測ユニットの光源を光反射手
段で代用することにより、隣接する計測ユニットの対向
部に設ける光源を無くすことができて、計測ユニットに
設ける光源の数を更に減少させることができる。また、
各計測ユニットで各光源の方向に関するデータを得る場
合に光波距離計の光波がそのデータに悪影響を及ぼした
り光波距離計により隣接する計測ユニット間の各距離に
関するデータを得る場合に光源の拡散光がそのデータに
悪影響を及ぼしたりするのを防止するための手段を設け
なくても済む。
As is apparent from the above description, the present invention employs the technical means described in the section of means for solving the problems. When measuring the excavation position, there is no need to perform an operation for applying light to the light receiving means, and a position measuring device for an underground excavator that does not require an operation mechanism for that purpose can be obtained. In addition, even if the mounting orientation of the measurement unit is not uniform or changes due to yawing or pitching during excavation of the underground excavator, the excavation position of the underground excavator can be It can always calculate and measure correctly. When the present invention is embodied, in particular, if the technical means described in claim 2 is employed, in addition to the above basic effects, the light source of one of the adjacent measurement units may be used. By substituting the light source of the light wave distance meter, the number of light sources provided in the measurement unit can be reduced. When the present invention is embodied, in particular, if the technical means described in claim 3 is employed, the light source of one of the adjacent measurement units in addition to the above basic effect can be obtained. By replacing the light source of the other measuring unit with the light reflecting means, and thereby eliminating the light source provided in the facing part of the adjacent measuring unit, thereby providing the light source provided in the measuring unit. Can be further reduced. Also,
When the data on the direction of each light source is obtained by each measurement unit, the light wave of the lightwave distance meter adversely affects the data, and when the data on each distance between adjacent measurement units is obtained by the lightwave distance meter, the diffused light of the light source There is no need to provide a means for preventing the data from being adversely affected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1具体化例の地中掘進機の位置計測
装置の全体像を概略的に示す水平断面図である。
FIG. 1 is a horizontal sectional view schematically showing an overall image of a position measuring device for an underground excavator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の地中掘進機の位置計測装置における中間
計測ユニットを詳細に示す水平断面図である。
FIG. 2 is a horizontal sectional view showing in detail an intermediate measurement unit in the underground excavator position measuring device of FIG. 1;

【図3】図1の地中掘進機の位置計測装置における中間
計測ユニットの後方側からみた斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of the underground excavator position measuring device in FIG. 1 as viewed from the rear side of an intermediate measurement unit.

【図4】図1の地中掘進機の位置計測装置における中間
計測ユニットの前方側からみた斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view of the intermediate measuring unit in the underground excavator position measuring device of FIG. 1 as viewed from the front side.

【図5】光波距離計の概略的な構造を示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a lightwave distance meter.

【図6】本発明の第2具体化例の地中掘進機の位置計測
装置の全体像を概略的に示す水平断面図である。
FIG. 6 is a horizontal sectional view schematically showing an entire image of a position measuring device for an underground excavator according to a second embodiment of the present invention.

【図7】図6の地中掘進機の位置計測装置における中間
計測ユニットを詳細に示す水平断面図である。
FIG. 7 is a horizontal sectional view showing in detail an intermediate measuring unit in the underground excavator position measuring device of FIG. 6;

【図8】図6の地中掘進機の位置計測装置における中間
計測ユニットの後方側からみた斜視図である。
8 is a perspective view of the intermediate measuring unit in the underground excavator position measuring device of FIG. 6 as viewed from the rear side.

【図9】図6の地中掘進機の位置計測装置における中間
計測ユニットの前方側からみた斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view of the intermediate measuring unit in the underground excavator position measuring device of FIG. 6 as viewed from the front side.

【図10】本発明の第2具体化例の地中掘進機の位置計
測装置の作動時のイメージを概略的に示す断面図であ
る。
FIG. 10 is a sectional view schematically showing an image when the position measuring device of the underground excavator according to the second embodiment of the present invention is operated.

【図11】本発明の第3具体化例の地中掘進機の位置計
測装置の全体像を概略的に示す水平断面図である。
FIG. 11 is a horizontal sectional view schematically showing an overall image of a position measuring device for an underground excavator according to a third embodiment of the present invention.

【図12】図11の地中掘進機の位置計測装置における
中間計測ユニットを詳細に示す水平断面図である。
FIG. 12 is a horizontal sectional view showing in detail an intermediate measurement unit in the underground excavator position measuring device of FIG. 11;

【図13】図11の地中掘進機の位置計測装置における
中間計測ユニットの後方側からみた斜視図である。
13 is a perspective view of the underground excavator position measuring device in FIG. 11 as viewed from the rear side of the intermediate measurement unit.

【図14】図11の地中掘進機の位置計測装置における
中間計測ユニットの前方側からみた斜視図である。
14 is a perspective view of the intermediate measuring unit in the underground excavator position measuring device of FIG. 11 as viewed from the front side.

【図15】本発明の第3具体化例の地中掘進機の位置計
測装置の作動時のイメージを概略的に示す断面図であ
る。
FIG. 15 is a sectional view schematically showing an image when the position measuring device of the underground excavator according to the third embodiment of the present invention is operated.

【図16】図1の地中掘進機の位置計測装置における計
測ユニットで光源の方向を検出する原理を説明するため
の概念図である。
FIG. 16 is a conceptual diagram for explaining the principle of detecting the direction of a light source by a measurement unit in the underground machine position measuring device of FIG.

【図17】図1の地中掘進機の位置計測装置で光を授受
しているときの状態を示す要部の水平断面図である。
17 is a horizontal cross-sectional view of a main part showing a state when light is transmitted and received by the position measuring device of the underground machine shown in FIG. 1;

【図18】図1の地中掘進機の位置計測装置で計測基点
寄りの計測ユニットの方向を算出する手法を説明するた
めの概念図である。
18 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating the direction of the measurement unit near the measurement base point by the underground excavator position measurement device of FIG. 1;

【図19】図1の地中掘進機の位置計測装置で任意の地
点の計測ユニットの方向を算出する手法を説明するため
の概念図である。
FIG. 19 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating the direction of a measurement unit at an arbitrary point by the underground excavator position measuring device in FIG. 1;

【図20】図1の地中掘進機の位置計測装置で地中掘進
機の掘進位置を算定する基本原理を説明するための概念
図である。
20 is a conceptual diagram for explaining a basic principle of calculating the excavation position of the underground excavator by the underground excavator position measuring device of FIG. 1;

【図21】図1の地中掘進機の位置計測装置で地中掘進
機の掘進位置を算定する実際的な手法を説明するための
概念図である。
FIG. 21 is a conceptual diagram for explaining a practical method of calculating the excavation position of the underground excavator using the underground excavator position measuring device of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 掘削機 2 地下坑 3 発進立て坑 4 中間測量ユニット 41 光源方向検出手段 411 凸レンズ 412 CCD撮像素子 42 光源 43 コントローラ部 5 基点計測ユニット 6 被測点計測ユニット 7 中央演算処理装置 8 表示装置 10 光波距離計 101 送光器 102 受光器 104 光電変換素子 105 光波距離演算手段 106 パルス発生器 107 凹面鏡 11 反射プリズム Gn n番目の計測ユニットの基準線 Ln 隣合ったn−1番目とn番目の計測ユニットの
基準点間の距離、 LC;レンズの中心とCCD撮像素子の中心の間の距離 V0 発進方向線 Vn n−1番目とn番目の計測ユニットを結ぶ見通
し線 Θn 見通し線Vn が発進方向線V0 に対してなす角
度のX−Z平面上の成分 Φn 見通し線Vn が発進方向線V0 に対してなす角
度のY−Z平面上の成分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Excavator 2 Underground shaft 3 Starting shaft 4 Intermediate surveying unit 41 Light source direction detecting means 411 Convex lens 412 CCD image sensor 42 Light source 43 Controller unit 5 Base point measuring unit 6 Measured point measuring unit 7 Central processing unit 8 Display device 10 Light wave Distance meter 101 light transmitter 102 light receiver 104 photoelectric conversion element 105 light wave distance calculating means 106 pulse generator 107 concave mirror 11 reflecting prism G n reference line L of nth measurement unit Ln adjacent n-1st and nth the distance between the reference point of the measurement unit, LC; lens and the center of the distance V 0 starting direction line V n n-1 th between the center of the CCD imaging device and the n-th line of sight theta n sight line V connecting the measuring unit angle n is the component [Phi n sight line V n on X-Z plane of the angle formed with respect to the starting direction line V 0 respect to the starting direction line V 0 Component on Y-Z plane

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下村 義昭 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 野口 稔 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 原 靖彦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中村 正治 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 萩原 秀樹 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshiaki Shimomura 650, Kandamachi, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Inside the Tsuchiura Plant of Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. (72) Inventor Minoru Noguchi 292, Yoshidacho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Yasuhiko Hara 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Incorporated Hitachi Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Masaharu Nakamura 1-3-2 Shibaura, Minato-ku, Tokyo No. Shimizu Corporation (72) Inventor Hideki Hagiwara 1-3-2 Shibaura, Minato-ku, Tokyo Shimizu Corporation

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 地下坑を掘削しながら地中を掘進する地
中掘進機の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に
配置しその掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘
進方向後方に配置し計測の基点となる計測基点との位置
関係で計測する地中掘進機の位置計測装置であって、前
方に拡散光を発することのできる光源と前方の光源から
の拡散光を集めることのできる集光手段と集光手段によ
り集められた光を受光しその受光した光の位置により前
方の光源の方向を検出し得るように配置された受光手段
とを有し計測基点を設定する基点計測ユニットと、後方
に拡散光を発することのできる光源と後方の光源からの
拡散光を集めることのできる集光手段と集光手段により
集められた光を受光しその受光した光の位置により後方
の光源の方向を検出し得るように配置された受光手段と
を有し被計測点を設定する被測点計測ユニットと、前方
及び後方に拡散光を発することのできる光源と前方及び
後方の光源からの拡散光をそれぞれ集めることのできる
集光手段と集光手段によりそれぞれ集められた光を受光
しその受光した各光の位置により前方及び後方の各光源
の方向を検出し得るように配置された受光手段とを有し
地下坑内における基点計測ユニットと被測点計測ユニッ
トとの間に配置される少なくとも一つの中間計測ユニッ
トとを設けるとともに、これら基点計測ユニット、被測
点計測ユニット及び中間計測ユニットの各計測ユニット
における隣接する計測ユニットの一方の計測ユニットに
拡散光による光波を発する光波距離計を付設し他方の計
測ユニットにその光波を光波距離計に向かって反射する
光反射手段を付設して構成し、各計測ユニットでの検出
結果に基づいて得られる各光源の方向に関するデータと
光波距離計により得られる各計測ユニットにおける隣接
する計測ユニット間の各距離に関するデータとに基づい
て、計測基点に対する被計測点の相対位置を演算手段で
演算して計測するようにしたこと特徴とする地中掘進機
の位置計測装置。
An underground excavator that excavates an underground mine while excavating underground is used to measure the excavation position, and the position of a measurement point that is disposed in front of the excavation direction and serves as an index of the excavation position is determined. An underground excavator position measurement device that measures the position relative to the measurement base point, which is located rearward in the direction and that is the measurement base point, and diffuses light from a light source that can emit diffused light forward and diffused light from a forward light source. The measuring base point is set having light collecting means capable of collecting and light receiving means arranged to receive the light collected by the light collecting means and to detect the direction of the light source ahead based on the position of the received light. Base measurement unit, a light source capable of emitting diffused light backward, a light collecting means capable of collecting diffused light from the rear light source, and a position of the light received by the light collected by the light collecting means. Detects the direction of the light source behind A measuring point measuring unit having a light receiving means arranged so as to be capable of setting a measuring point, a light source capable of emitting diffused light forward and backward, and diffused light from forward and rear light sources respectively. It has a light collecting means that can be collected and light receiving means arranged to receive the light collected by the light collecting means and detect the directions of the front and rear light sources based on the position of the received light. And at least one intermediate measuring unit disposed between the base point measuring unit and the measured point measuring unit in the underground mine, and each measuring unit of the base point measuring unit, the measured point measuring unit and the intermediate measuring unit is provided. In one measuring unit of the adjacent measuring unit, a lightwave distance meter that emits light waves by diffused light is attached, and the lightwave is The light reflecting means, which reflects the light, is configured so as to be reflected, and the data on the direction of each light source obtained based on the detection result of each measuring unit and each distance between adjacent measuring units in each measuring unit obtained by the lightwave distance meter A position measuring device for an underground excavator, characterized in that a relative position of a point to be measured with respect to a measurement base point is calculated and calculated by a calculating means based on data relating to the measurement base point.
【請求項2】 請求項1記載の地中掘進機の位置計測装
置において、隣接する計測ユニットの一方の計測ユニッ
トに拡散光による光波を発する光波距離計を付設する場
合に、この光波距離計の発する拡散光による光波が他方
の計測ユニットに配置された受光手段で受光されるよう
にして、一方の計測ユニットの光源を光波距離計の光波
発生源で代用するようにしたことを特徴とする地中掘進
機の位置計測装置。
2. The underground excavator position measuring device according to claim 1, wherein when one of the adjacent measuring units is provided with a light wave distance meter that emits a light wave due to diffused light, A light wave generated by diffused light is received by light receiving means arranged in the other measurement unit, and a light source of one measurement unit is substituted by a light wave generation source of a light wave distance meter. Position measurement device for the drilling machine.
【請求項3】 請求項1記載の地中掘進機の位置計測装
置において、隣接する計測ユニットの一方の計測ユニッ
トに拡散光による光波を発する光波距離計を付設し他方
の計測ユニットにその光波を光波距離計に向かって反射
する光反射手段を付設する場合に、この光波距離計の発
する拡散光による光波が他方の計測ユニットに配置され
た受光手段で受光されるとともに、光反射手段で反射さ
れる拡散光による光波が一方の計測ユニットに配置され
た受光手段で受光されるようにして、一方の計測ユニッ
トの光源を光波距離計の光波発生源で代用するととも
に、他方の計測ユニットの光源を光反射手段で代用する
ようにしたことを特徴とする地中掘進機の位置計測装
置。
3. The underground excavator position measuring device according to claim 1, wherein one of the adjacent measuring units is provided with a light wave distance meter for emitting a light wave by diffused light, and the other measuring unit transmits the light wave to the other measuring unit. In the case where light reflecting means for reflecting toward the light wave distance meter is attached, the light wave due to the diffused light emitted from the light wave distance meter is received by the light receiving means arranged in the other measurement unit, and reflected by the light reflecting means. The light from the diffused light is received by the light receiving means arranged in one of the measurement units, and the light source of one of the measurement units is substituted for the light source of the lightwave distance meter, and the light source of the other measurement unit is used as the light source. A position measuring device for an underground excavator, wherein a light reflecting means is used instead.
【請求項4】 拡散光による光波を発光ダイオードによ
り発生させるようにしたことを特徴とする請求項1、請
求項2又は請求項3記載の地中掘進機の位置計測装置。
4. The underground excavator position measuring device according to claim 1, wherein the light wave generated by the diffused light is generated by a light emitting diode.
【請求項5】 光反射手段に反射プリズムを用いたこと
を特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3記載の地
中掘進機の位置計測装置。
5. The underground excavator position measuring apparatus according to claim 1, wherein a reflecting prism is used as the light reflecting means.
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