JPS6130204B2 - - Google Patents
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- JPS6130204B2 JPS6130204B2 JP3996978A JP3996978A JPS6130204B2 JP S6130204 B2 JPS6130204 B2 JP S6130204B2 JP 3996978 A JP3996978 A JP 3996978A JP 3996978 A JP3996978 A JP 3996978A JP S6130204 B2 JPS6130204 B2 JP S6130204B2
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- JP
- Japan
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- light beam
- line
- planned
- point
- excavator
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
- Navigation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は例えばトンネルを掘削する掘削機の進
路が計画（掘削）線から変位し或は変角した量を
既知の計測値から演算し測定する方法に関するも
のである。
路が計画（掘削）線から変位し或は変角した量を
既知の計測値から演算し測定する方法に関するも
のである。
従来、トンネルを掘削するには計画線を作成
し、掘削機がこの上を掘進する位置をトランシツ
ト、巻尺等を使用して測量し、測定値から複雑な
計算をして計画線からの位置変位を求め、掘削機
の進路の修正を行なつていた。しかしながらこの
方法では、地上から正しい方位角をトンネル内の
トランシツトに移す作業に多大の時間を要し、ま
たトンネルを掘り進むに従つてトランシツトの位
置を移動してゆくとき、正しい方位角を次のトラ
ンシツトに移す作業にも多大の時間を要する。そ
の上にトランシツトに方位角を移すときに誤差が
累積するばかりでなく、測量によつて得た測定値
から一定の式に基いてコンピユータ等で演算する
には不向きであり、自動的に絶えず掘削機の誤差
を測定する方法がなかつた。近年第１図に示すよ
うに光線ビーム１２を垂直軸及び水平面上の直交
２軸の３軸廻りに安定させ自由に回転制御でき、
かつジヤイロを有し常時基準方位を高精度で求
め、光線ビーム１２の基準方位との相対方位角と
水平面に対するピツチ角とを測定できる光線ビー
ム発生部１１を計画線の基点に定置し、掘削機２
１には検知部２２をその後部に検知部２２の受光
基準軸２４が掘削機２１の中心軸２５に一致し又
は平行するように搭載した装置が開発された。検
知部２２は光線ビーム１２を受けて、光線ビーム
１２からの位置変位と光線ビーム１２と受光基準
軸２４となす角度とを計測することができる。光
線ビーム発生部１１と検知部２２とはトンネル４
内にあつて地上５にあるデータ処理部３１に計測
値を入力し、また光線ビーム発生部１１はデータ
処理部３１から照射すべき方向のデータを受ける
ことができる。このように構成した追尾装置では
光線ビームを基準として掘削機の位置変位と姿勢
誤差とをたえず得ることができる。しかしながら
計画線が直線だけでなく、曲線がある場合には掘
削が進むに従つて光線ビーム１２の方向を変更し
て変位等を計測し続けなければならないが適当な
方法がなかつた。
し、掘削機がこの上を掘進する位置をトランシツ
ト、巻尺等を使用して測量し、測定値から複雑な
計算をして計画線からの位置変位を求め、掘削機
の進路の修正を行なつていた。しかしながらこの
方法では、地上から正しい方位角をトンネル内の
トランシツトに移す作業に多大の時間を要し、ま
たトンネルを掘り進むに従つてトランシツトの位
置を移動してゆくとき、正しい方位角を次のトラ
ンシツトに移す作業にも多大の時間を要する。そ
の上にトランシツトに方位角を移すときに誤差が
累積するばかりでなく、測量によつて得た測定値
から一定の式に基いてコンピユータ等で演算する
には不向きであり、自動的に絶えず掘削機の誤差
を測定する方法がなかつた。近年第１図に示すよ
うに光線ビーム１２を垂直軸及び水平面上の直交
２軸の３軸廻りに安定させ自由に回転制御でき、
かつジヤイロを有し常時基準方位を高精度で求
め、光線ビーム１２の基準方位との相対方位角と
水平面に対するピツチ角とを測定できる光線ビー
ム発生部１１を計画線の基点に定置し、掘削機２
１には検知部２２をその後部に検知部２２の受光
基準軸２４が掘削機２１の中心軸２５に一致し又
は平行するように搭載した装置が開発された。検
知部２２は光線ビーム１２を受けて、光線ビーム
１２からの位置変位と光線ビーム１２と受光基準
軸２４となす角度とを計測することができる。光
線ビーム発生部１１と検知部２２とはトンネル４
内にあつて地上５にあるデータ処理部３１に計測
値を入力し、また光線ビーム発生部１１はデータ
処理部３１から照射すべき方向のデータを受ける
ことができる。このように構成した追尾装置では
光線ビームを基準として掘削機の位置変位と姿勢
誤差とをたえず得ることができる。しかしながら
計画線が直線だけでなく、曲線がある場合には掘
削が進むに従つて光線ビーム１２の方向を変更し
て変位等を計測し続けなければならないが適当な
方法がなかつた。
本発明の目的は上述の欠点を除き曲線を含む計
画線においても掘削機の計画線からの位置変位と
姿勢誤差とを計測値とコンピユータプログラムと
を用い、絶えず自動的に求める測定方法を提供す
ることにある。すなわち、本発明に係る移動物体
の３次元計画線に対する位置変位・姿勢誤差測定
方法は、計画線の基点に定置し、光線ビームの水
平面となすピツチ角と相対方位角とを計測できる
光線ビーム発生部と、移動物体に搭載し、光線ビ
ームを受け、それを基準として位置変位と姿勢誤
差を計測できる検知部とを有する装置において、
計画線を直線と円弧の組合せとして定義し、基点
から移動物体までの距離に等しい計画線上の点を
求め、その点の測定値と装置の計測値とから計画
線に対する移動物体の位置変位と姿勢誤差とを測
定することを特徴とするものである。
画線においても掘削機の計画線からの位置変位と
姿勢誤差とを計測値とコンピユータプログラムと
を用い、絶えず自動的に求める測定方法を提供す
ることにある。すなわち、本発明に係る移動物体
の３次元計画線に対する位置変位・姿勢誤差測定
方法は、計画線の基点に定置し、光線ビームの水
平面となすピツチ角と相対方位角とを計測できる
光線ビーム発生部と、移動物体に搭載し、光線ビ
ームを受け、それを基準として位置変位と姿勢誤
差を計測できる検知部とを有する装置において、
計画線を直線と円弧の組合せとして定義し、基点
から移動物体までの距離に等しい計画線上の点を
求め、その点の測定値と装置の計測値とから計画
線に対する移動物体の位置変位と姿勢誤差とを測
定することを特徴とするものである。
以下本発明に係る一実施例について図面を参照
しながら詳細に説明する。３次元計画線を水平面
及び垂直面に投影してそれぞれの面内の計画線を
作り、その面内で全く同様の方法で位置変位と姿
勢誤差とを求めるものである。この２つの結果に
より同時に掘削機を制御してゆけば３次元計画線
上に制御できる。第２図は水平面内に計画線Ｂが
設定されている。基準方位Ａはこれと直角に近い
方向へ計画線Ｂが進むようにし北から一定の方位
角を持つた方向に定める。計画線Ｂは直線と円弧
を滑らかに（滑らかでなくとも問題はない）連続
して形成され、それぞれの直線と円弧は図のよう
に直線１−２は長さL1で始点１において相対方
位角ψL1なしている。基準方位Ａに対する方位角
であるので相対方位角と称する、以下同様。円弧
２−３は中心O1半径R1中心角ψO1、始点におけ
る円弧の接線の方向が相対方位角ψR1をなしてい
る。同様に直線３−４は長さL2、相対方位角ψL
2、円弧４−５は中心O2、半径R2、中心角ψO2、
相対方位角ψR2であると定義する。ほぼ計画線上
に据え付けた光線ビーム発生部１１がP1にあつて
計画線上の基点P1′に対し計画線に直角方向に据
付誤差X1を持つているとする。基点P1′における
基準方位ＡをＹ軸とし、これと直角方向をＸ軸と
した直角座標を設ければ、直線、円弧その他の位
置は総て座標によつて定義される。掘削機２１は
P2にあつて、計画線Ｂ上のP2′から位置変位X2だ
け変位しているとする。P2′は円弧４−５上にあ
つてO2，P2′，P2は一直線上にある。P2は詳細に
いえば掘削機２１に搭載した検知部２２の受光基
準点２３（第４図参照）と一致している。光線ビ
ーム発生部１１から照射された光線ビームＤが相
対方位角ψを持つて検知部２２のP3に入射してい
るとする。掘削機２１は以下述べる方法で計画線
Ｂ上にくるように制御されて掘進しているので
X2は小さな筈であり、また据付誤差X1も小さな
値であるので、直線P1′，P2′の相対方位角ψCと
光線ビームＤの相対方位角ψとの差は小さい筈で
あるが、ψC，X2は未知数である。そこで先づψ
Cを求める方法を第３図によつて説明する。トン
ネルは計画線がほぼ中央にあつて、ある巾を持つ
ていて直線P1P2はトンネル内にあるのでP1P2の距
離ＬMはトンネル内で簡単に巻尺等により測るこ
とができる。（第２図参照）P1′から計画線Ｂ上を
たどつてＬMに等しい位置P4を求める。第３図ａ
の図を参照しながらｂに示すプログラムに従つて
説明する。P1′は直線１−２の始点から距離Ｌの
位置にあり、直線、円弧の諸元が既知であるの
で、P4が円弧４−５の上にあつて中心角ΔψM′が
計算できる（10）。次にXY座標上でΔψM′及び直
線、円弧の諸元に基づきP1′P4の直線距離ＬM′を
求める（20）。ＬMとＬM′の差が0.01ｍ未満（この
値は許容される誤差の大きさから決める）かどう
かを比較する（30）。差が大きい場合はP4を計画
線上でＬM−ＬM′だけ進めてP4′とし、P4′のΔψ
M′を求め（40）、プログラム（20），（30）を繰り
返えす。ＬMとＬM′の差が0.01ｍ未満となつたと
ころのP4′，ΔψM′と直線、円弧の諸元からP4′の
座標Ｘf，Ｙfを求めるが、P4′，ΔψM′はP2′，Δ
ψMにほぼ一致してくるのでP2′が求められたと考
えてよい（50）。Ｘf，ＹfからψCがψC＝π／２− tan-1Ｙｆ／Ｘｆとして求められる（60）。以上のよう
に実 測値の距離ＬMを入力すればP2′の座標及び基点
P1′からの相対方位角ψCが測定値として求められ
る。次に掘削機２１の検知部２２によつて第４図
に示すように受光基準点２３が光線ビームＤの入
射位置P3から変位している量ＸMと受光基準軸２
４が光線ビームＤとなす角ψDが計測値としてえ
られる。再び第２図を参照し、P1を基準としてP2
の位置を考えるとX2は次の式から求められる。
しながら詳細に説明する。３次元計画線を水平面
及び垂直面に投影してそれぞれの面内の計画線を
作り、その面内で全く同様の方法で位置変位と姿
勢誤差とを求めるものである。この２つの結果に
より同時に掘削機を制御してゆけば３次元計画線
上に制御できる。第２図は水平面内に計画線Ｂが
設定されている。基準方位Ａはこれと直角に近い
方向へ計画線Ｂが進むようにし北から一定の方位
角を持つた方向に定める。計画線Ｂは直線と円弧
を滑らかに（滑らかでなくとも問題はない）連続
して形成され、それぞれの直線と円弧は図のよう
に直線１−２は長さL1で始点１において相対方
位角ψL1なしている。基準方位Ａに対する方位角
であるので相対方位角と称する、以下同様。円弧
２−３は中心O1半径R1中心角ψO1、始点におけ
る円弧の接線の方向が相対方位角ψR1をなしてい
る。同様に直線３−４は長さL2、相対方位角ψL
2、円弧４−５は中心O2、半径R2、中心角ψO2、
相対方位角ψR2であると定義する。ほぼ計画線上
に据え付けた光線ビーム発生部１１がP1にあつて
計画線上の基点P1′に対し計画線に直角方向に据
付誤差X1を持つているとする。基点P1′における
基準方位ＡをＹ軸とし、これと直角方向をＸ軸と
した直角座標を設ければ、直線、円弧その他の位
置は総て座標によつて定義される。掘削機２１は
P2にあつて、計画線Ｂ上のP2′から位置変位X2だ
け変位しているとする。P2′は円弧４−５上にあ
つてO2，P2′，P2は一直線上にある。P2は詳細に
いえば掘削機２１に搭載した検知部２２の受光基
準点２３（第４図参照）と一致している。光線ビ
ーム発生部１１から照射された光線ビームＤが相
対方位角ψを持つて検知部２２のP3に入射してい
るとする。掘削機２１は以下述べる方法で計画線
Ｂ上にくるように制御されて掘進しているので
X2は小さな筈であり、また据付誤差X1も小さな
値であるので、直線P1′，P2′の相対方位角ψCと
光線ビームＤの相対方位角ψとの差は小さい筈で
あるが、ψC，X2は未知数である。そこで先づψ
Cを求める方法を第３図によつて説明する。トン
ネルは計画線がほぼ中央にあつて、ある巾を持つ
ていて直線P1P2はトンネル内にあるのでP1P2の距
離ＬMはトンネル内で簡単に巻尺等により測るこ
とができる。（第２図参照）P1′から計画線Ｂ上を
たどつてＬMに等しい位置P4を求める。第３図ａ
の図を参照しながらｂに示すプログラムに従つて
説明する。P1′は直線１−２の始点から距離Ｌの
位置にあり、直線、円弧の諸元が既知であるの
で、P4が円弧４−５の上にあつて中心角ΔψM′が
計算できる（10）。次にXY座標上でΔψM′及び直
線、円弧の諸元に基づきP1′P4の直線距離ＬM′を
求める（20）。ＬMとＬM′の差が0.01ｍ未満（この
値は許容される誤差の大きさから決める）かどう
かを比較する（30）。差が大きい場合はP4を計画
線上でＬM−ＬM′だけ進めてP4′とし、P4′のΔψ
M′を求め（40）、プログラム（20），（30）を繰り
返えす。ＬMとＬM′の差が0.01ｍ未満となつたと
ころのP4′，ΔψM′と直線、円弧の諸元からP4′の
座標Ｘf，Ｙfを求めるが、P4′，ΔψM′はP2′，Δ
ψMにほぼ一致してくるのでP2′が求められたと考
えてよい（50）。Ｘf，ＹfからψCがψC＝π／２− tan-1Ｙｆ／Ｘｆとして求められる（60）。以上のよう
に実 測値の距離ＬMを入力すればP2′の座標及び基点
P1′からの相対方位角ψCが測定値として求められ
る。次に掘削機２１の検知部２２によつて第４図
に示すように受光基準点２３が光線ビームＤの入
射位置P3から変位している量ＸMと受光基準軸２
４が光線ビームＤとなす角ψDが計測値としてえ
られる。再び第２図を参照し、P1を基準としてP2
の位置を考えるとX2は次の式から求められる。
X2＝（ψ−ψC）×ＬM＋X1＋ＸM
X1とX2の方向は計画線Ｂがトンネルでは極端
に屈曲することはないので平行と見て差つかえな
く、上式によつて問題はない。また相対方位角
ψ，ψCの差は極めて小さいので距離ＬMに0.2m
程度の誤差があつてもX2の値の精度に大きな影
響がなく、一度ＬMを計測した後当分の間は掘削
機２１の進む距離を加算しながら連続して計測し
計算に使用することができる。またP2′における
円弧４−５の接線の相対方位角ψMCは円弧４−５
の始点４の相対方位角ψR2と上述で求めたΔψ
M′（ΔψMに等しい）とからψMC＝ψR2−ΔψM′
として求められ、また掘削機２１の進路の相対方
位角の誤差δψMは検出部２２で求めたψDと光線
ビームＤの相対方位角ψとからδψM＝ψ−ψD−
ψMCとして求められる。以上により掘削機２１の
位置変位X2と姿勢誤差δψMとが求められた。上
述の場合はP2′が円弧の上に来る実施例を示した
が直線部分に来る場合は簡単にΔψM′は零でψMC
はその直線の始点の相対方位角に等しいとして求
められる。なお以上は水平面内の計画線について
述べたが、垂直面内の計画線においても基準方位
を垂直線とし相対方位角を垂直線を基準として計
測するようにすれば、検出器２２は水平、垂直何
れの位置変位及び姿勢角も計測できるように構成
されているので問題はなく、以上の方法と全く同
様に測定することができる。
に屈曲することはないので平行と見て差つかえな
く、上式によつて問題はない。また相対方位角
ψ，ψCの差は極めて小さいので距離ＬMに0.2m
程度の誤差があつてもX2の値の精度に大きな影
響がなく、一度ＬMを計測した後当分の間は掘削
機２１の進む距離を加算しながら連続して計測し
計算に使用することができる。またP2′における
円弧４−５の接線の相対方位角ψMCは円弧４−５
の始点４の相対方位角ψR2と上述で求めたΔψ
M′（ΔψMに等しい）とからψMC＝ψR2−ΔψM′
として求められ、また掘削機２１の進路の相対方
位角の誤差δψMは検出部２２で求めたψDと光線
ビームＤの相対方位角ψとからδψM＝ψ−ψD−
ψMCとして求められる。以上により掘削機２１の
位置変位X2と姿勢誤差δψMとが求められた。上
述の場合はP2′が円弧の上に来る実施例を示した
が直線部分に来る場合は簡単にΔψM′は零でψMC
はその直線の始点の相対方位角に等しいとして求
められる。なお以上は水平面内の計画線について
述べたが、垂直面内の計画線においても基準方位
を垂直線とし相対方位角を垂直線を基準として計
測するようにすれば、検出器２２は水平、垂直何
れの位置変位及び姿勢角も計測できるように構成
されているので問題はなく、以上の方法と全く同
様に測定することができる。
以上の説明から明らかなように本発明に係る測
定方法を用いデータ処理部に計測値を入力して計
算し出力させれば従来のように測量者により度々
測量を行い複雑な計算をすることなく、一定の計
算プログラムを使用して連続して計測される計測
値に基き絶えず計画線に対する掘削機の位置変位
と姿勢誤差とを測定し得て掘削機を計画線上に連
続して制御できるので、掘削の自動化が可能とな
る等実用上の効果と利点は極めて大きい。
定方法を用いデータ処理部に計測値を入力して計
算し出力させれば従来のように測量者により度々
測量を行い複雑な計算をすることなく、一定の計
算プログラムを使用して連続して計測される計測
値に基き絶えず計画線に対する掘削機の位置変位
と姿勢誤差とを測定し得て掘削機を計画線上に連
続して制御できるので、掘削の自動化が可能とな
る等実用上の効果と利点は極めて大きい。
第１図は掘削機の自動追尾装置の構成を示す概
念図、第２図〜第４図は本発明に係る測定法を説
明する一実施例の図で、第２図は計画線と計測装
置の配置とを示し、測定法の原理を説明する図、
第３図は基点から掘削機までの距離に相当する計
画線上の点を求める方法の説明図で、ａは計画線
上の説明図、ｂは計算プログラムの図、第４図は
検出部と光線ビームの関係を説明する図である。 １１……光線ビーム発生部、１２……光線ビー
ム、２１……掘削機、（移動物体）、２２……検知
部、３１……データ処理部、１−２，３−４……
直線、２−３，４−５……円弧、Ａ……基準方
位、Ｂ……計画線、Ｄ……光線ビーム、ＬM……
基点から移動物体までの距離、P1′……基点、
P2′……計画線上の点、X2……計画線に対する移
動物体の位置変位、ψ……相対方位角。
念図、第２図〜第４図は本発明に係る測定法を説
明する一実施例の図で、第２図は計画線と計測装
置の配置とを示し、測定法の原理を説明する図、
第３図は基点から掘削機までの距離に相当する計
画線上の点を求める方法の説明図で、ａは計画線
上の説明図、ｂは計算プログラムの図、第４図は
検出部と光線ビームの関係を説明する図である。 １１……光線ビーム発生部、１２……光線ビー
ム、２１……掘削機、（移動物体）、２２……検知
部、３１……データ処理部、１−２，３−４……
直線、２−３，４−５……円弧、Ａ……基準方
位、Ｂ……計画線、Ｄ……光線ビーム、ＬM……
基点から移動物体までの距離、P1′……基点、
P2′……計画線上の点、X2……計画線に対する移
動物体の位置変位、ψ……相対方位角。
Claims (1)
- １ 計画線の基点に定置し、光線ビームの水平面
となすピツチ角と相対方位角とを計測できる光線
ビーム発生部と、前記基点からの距離を測定でき
る移動物体に搭載し、前記光線ビームを受け、そ
れを基準として位置変位と姿勢誤差を計測できる
検知部とを有する装置において、前記装置による
前記移動物体の計測値と比較すべき位置・姿勢の
計画値を求めるため、前記計画線を直線と円弧の
組合せとして定義し、計画線上において前記基点
から前記移動物体までの距離が前記測定値と等し
い点を算出し、その点における位置姿勢の計画値
を自動的に計算することを特徴とする移動物体の
３次元計画線に対する位置変位・姿勢誤差測定方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3996978A JPS54131956A (en) | 1978-04-05 | 1978-04-05 | Method of measuring position displacement and attitude error of moving article with respect to threeedimensional plan line |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3996978A JPS54131956A (en) | 1978-04-05 | 1978-04-05 | Method of measuring position displacement and attitude error of moving article with respect to threeedimensional plan line |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54131956A JPS54131956A (en) | 1979-10-13 |
| JPS6130204B2 true JPS6130204B2 (ja) | 1986-07-11 |
Family
ID=12567774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3996978A Granted JPS54131956A (en) | 1978-04-05 | 1978-04-05 | Method of measuring position displacement and attitude error of moving article with respect to threeedimensional plan line |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54131956A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5766294A (en) * | 1980-10-09 | 1982-04-22 | Hazama Gumi | Position indicator for shielded excavator |
| JPS57137596A (en) * | 1981-02-18 | 1982-08-25 | Hitachi Construction Machinery | Excavation direction control of shielded excavator |
| JPS60100610U (ja) * | 1983-12-14 | 1985-07-09 | 石川島播磨重工業株式会社 | 方位角測定装置 |
| JP2622641B2 (ja) * | 1992-01-20 | 1997-06-18 | 株式会社奥村組 | 曲線トンネルの測量方法 |
-
1978
- 1978-04-05 JP JP3996978A patent/JPS54131956A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54131956A (en) | 1979-10-13 |
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