JP2000352297A - トンネル掘削機位置検出システム、及びトンネル掘削機位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機の掘進中にその空間的位置情
報を正確に検出し得るトンネル掘削機位置検出システ
ム、及びトンネル掘削機位置検出方法を提供する。 【解決手段】 シールド機１００にプリズムＰ１、Ｐ２
と傾斜計２１設けるとともに、シールド機外部に自動追
尾型トランシット１１、１２を設け、プリズムＰ１、Ｐ
２の位置座標とシールド機の傾斜を測定することによ
り、全体座標系におけるシールド機１００の位置を検出
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド機等のト
ンネル掘削機において現在位置を検出するシステム及び
その方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】主として都市部の鉄道等において採用さ
れるトンネル施工方法の一つとして、円筒状等に形成さ
れた鋼製部材（以下、「シールド機」という。）を用い
て、周辺の土圧に対抗させ、シールド機の前面の地盤で
ある切羽を土留部材や泥水等で押さえながら地中を掘削
し、セグメントと呼ばれる既成覆工をリング状に組み立
て、これを反力受けとしてジャッキ等によりシールド機
を前進させるシールド工法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、シールド機の位
置の測量方法として、掘進中においては、シールド機に
設けられたジャイロコンパス等によって行われ、掘進し
ていない静止時においては、トランシット等を用いた手
動測量が行われていた。

【０００４】しかし、ジャイロコンパスは、計器固有の
静止誤差、及びシールド機搭載時の静止誤差を有してい
るため、掘進が進行するにしたがって誤差が累積し、シ
ールド機の位置を正確に測量することができない、とい
う問題があった。

【０００５】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、本発明の解決しようとする課題は、ト
ンネル掘削機の掘進中にその位置を正確に検出し得るト
ンネル掘削機位置検出システム、及びトンネル掘削機位
置検出方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る第１のトンネル掘削機位置検出システ
ムは、トンネル掘削機のいずれかの位置、又は前記トン
ネル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対する相対的
三次元位置関係が既知の位置である第１目標位置に設け
られるとともに入射する光を入射方向と反対の方向に反
射させる第１目標体と、前記トンネル掘削機の外部の第
１観測位置に設けられるとともに前記第１目標体に光を
照射し前記第１観測位置に対する前記第１目標体の相対
的三次元座標である第１目標座標を測定する第１目標座
標測定部と、前記トンネル掘削機のいずれかの位置、又
は前記トンネル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対
する相対的三次元位置関係が既知の位置である第２目標
位置に設けられるとともに入射する光を入射方向と反対
の方向に反射させる第２目標体と、前記トンネル掘削機
の外部の第２観測位置に設けられるとともに前記第２目
標体に光を照射し前記第２観測位置に対する前記第２目
標体の相対的三次元座標である第２目標座標を測定する
第２目標座標測定部と、前記トンネル掘削機に設けられ
るとともに前記トンネル掘削機の傾斜状態を測定する傾
斜測定部と、前記既知値及び測定値に基き、前記トンネ
ル掘削機の任意位置であるトンネル掘削機位置における
の空間的位置情報を算出する第１演算部を備えることを
特徴とする。

【０００７】上記の第１のトンネル掘削機位置検出シス
テムにおいて、好ましくは、前記トンネル掘削機のいず
れかの位置、又は前記トンネル掘削機の近傍で前記トン
ネル掘削機に対する相対的三次元位置関係が既知の位置
である目標位置に設けられるとともに入射する光を入射
方向と反対の方向に反射させる目標体と、前記トンネル
掘削機の外部の観測位置に設けられるとともに前記目標
体に光を照射し前記観測位置に対する前記目標体の相対
的三次元座標である目標座標を測定する目標座標測定部
との組をｎ組（ｎ：３以上の整数）設け、前記ｎ組のう
ちの２組を、前記第１目標体と第１目標座標測定部から
なる組及び前記第２目標体と第２目標座標測定部からな
る組として用いる。

【０００８】また、本発明の第２のトンネル掘削機位置
検出システムは、トンネル掘削機のいずれかの位置、又
は前記トンネル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対
する相対的三次元位置関係が既知の位置である第１目標
位置に設けられるとともに入射する光を入射方向と反対
の方向に反射させる第１目標体と、前記トンネル掘削機
の外部の第１観測位置に設けられるとともに前記第１目
標体に光を照射し前記第１観測位置に対する前記第１目
標体の相対的三次元座標である第１目標座標を測定する
第１目標座標測定部と、前記トンネル掘削機のいずれか
の位置、又は前記トンネル掘削機の近傍で前記トンネル
掘削機に対する相対的三次元位置関係が既知の位置であ
る第２目標位置に設けられるとともに入射する光を入射
方向と反対の方向に反射させる第２目標体と、前記トン
ネル掘削機の外部の第２観測位置に設けられるとともに
前記第２目標体に光を照射し前記第２観測位置に対する
前記第２目標体の相対的三次元座標である第２目標座標
を測定する第２目標座標測定部と、前記トンネル掘削機
のいずれかの位置、又は前記トンネル掘削機の近傍で前
記トンネル掘削機に対する相対的三次元位置関係が既知
の位置である第３目標位置に設けられるとともに入射す
る光を入射方向と反対の方向に反射させる第３目標体
と、前記トンネル掘削機の外部の第３観測位置に設けら
れるとともに前記第３目標体に光を照射し前記第３観測
位置に対する前記第２目標体の相対的三次元座標である
第３目標座標を測定する第３目標座標測定部と、前記既
知値及び測定値に基き、前記トンネル掘削機の任意位置
であるトンネル掘削機位置における空間的位置情報を算
出する第２演算部を備えることを特徴とする。

【０００９】上記の第２のトンネル掘削機位置検出シス
テムにおいて、好ましくは、前記トンネル掘削機のいず
れかの位置、又は前記トンネル掘削機の近傍で前記トン
ネル掘削機に対する相対的三次元位置関係が既知の位置
である目標位置に設けられるとともに入射する光を入射
方向と反対の方向に反射させる目標体と、前記トンネル
掘削機の外部の観測位置に設けられるとともに前記目標
体に光を照射し前記観測位置に対する前記目標体の相対
的三次元座標である目標座標を測定する目標座標測定部
との組をｎ組（ｎ：４以上の整数）設け、前記ｎ組のう
ちの３組を、前記第１目標体と第１目標座標測定部から
なる組及び前記第２目標体と第２目標座標測定部からな
る組及び前記第３目標体と第３目標座標測定部からなる
組として用いる。

【００１０】また、本発明の第１のトンネル掘削機位置
検出方法は、トンネル掘削機のいずれかの位置、又は前
記トンネル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対する
相対的三次元位置関係が既知の位置である第１目標位置
に設けられるとともに入射する光を入射方向と反対の方
向に反射させる第１目標体と、前記トンネル掘削機の外
部の第１観測位置に設けられるとともに前記第１目標体
に光を照射し前記第１観測位置に対する前記第１目標体
の相対的三次元座標である第１目標座標を測定する第１
目標座標測定部と、前記トンネル掘削機のいずれかの位
置、又は前記トンネル掘削機の近傍で前記トンネル掘削
機に対する相対的三次元位置関係が既知の位置である第
２目標位置に設けられるとともに入射する光を入射方向
と反対の方向に反射させる第２目標体と、前記トンネル
掘削機の外部の第２観測位置に設けられるとともに前記
第２目標体に光を照射し前記第２観測位置に対する前記
第２目標体の相対的三次元座標である第２目標座標を測
定する第２目標座標測定部と、前記トンネル掘削機に設
けられるとともに前記トンネル掘削機の傾斜状態を測定
する傾斜測定部を設け、前記既知値及び測定値に基き、
前記トンネル掘削機の任意位置であるトンネル掘削機位
置における空間的位置情報を算出することを特徴とす
る。

【００１１】また、本発明の第２のトンネル掘削機位置
検出方法は、トンネル掘削機のいずれかの位置、又は前
記トンネル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対する
相対的三次元位置関係が既知の位置である第１目標位置
に設けられるとともに入射する光を入射方向と反対の方
向に反射させる第１目標体と、前記トンネル掘削機の外
部の第１観測位置に設けられるとともに前記第１目標体
に光を照射し前記第１観測位置に対する前記第１目標体
の相対的三次元座標である第１目標座標を測定する第１
目標座標測定部と、前記トンネル掘削機のいずれかの位
置、又は前記トンネル掘削機の近傍で前記トンネル掘削
機に対する相対的三次元位置関係が既知の位置である第
２目標位置に設けられるとともに入射する光を入射方向
と反対の方向に反射させる第２目標体と、前記トンネル
掘削機の外部の第２観測位置に設けられるとともに前記
第２目標体に光を照射し前記第２観測位置に対する前記
第２目標体の相対的三次元座標である第２目標座標を測
定する第２目標座標測定部と、前記トンネル掘削機のい
ずれかの位置、又は前記トンネル掘削機の近傍で前記ト
ンネル掘削機に対する相対的三次元位置関係が既知の位
置である第３目標位置に設けられるとともに入射する光
を入射方向と反対の方向に反射させる第３目標体と、前
記トンネル掘削機の外部の第３観測位置に設けられると
ともに前記第３目標体に光を照射し前記第３観測位置に
対する前記第２目標体の相対的三次元座標である第３目
標座標を測定する第３目標座標測定部を設け、前記既知
値及び測定値に基き、前記トンネル掘削機の任意位置で
あるトンネル掘削機位置における空間的位置情報を算出
することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るトンネル掘削
機位置検出システムの実施形態について、図面を参照し
ながら詳細に説明する。

【００１３】（１）第１実施形態 図１は、本発明の第１実施形態であるトンネル掘削機位
置検出システムの構成を示す図である。

【００１４】図１に示すように、このトンネル掘削機位
置検出システム１０１は、第１目標体であるプリズムＰ
１と、第２目標体であるプリズムＰ２と、第１目標座標
測定部である自動追尾型トランシット１１と、第２目標
座標測定部である自動追尾型トランシット１２と、傾斜
測定部である傾斜計２１と、第１演算部であるコンピュ
ータ３１を備えて構成されている。

【００１５】プリズムＰ１、Ｐ２は、トンネル掘削機で
あるシールド機１００の一部、例えば後端部位置（目標
位置）に固定されている。プリズムＰ１等の配置位置
は、シールド機１００の他のいずれかの位置でもよい
し、又はシールド機１００の近傍でシールド機１００に
対する相対的三次元位置関係が既知の位置であればどの
ような位置でもよい。プリズムＰ１、Ｐ２は、図示はし
ていないが、例えば、円柱形状の光学ガラスの一端を、
互いに直角をなすように３面に切り取って形成した光学
部材（コーナーキューブプリズム又はコーナーキューブ
ミラー）等が用いられている。このような構成により、
プリズムＰ１、Ｐ２は、三次元的にいずれの方向から光
が入射しても、互いに垂直な３つの面のそれぞれで１回
ずつ反射され、最終的には入射した方向に光が戻ってい
くように構成されている。

【００１６】自動追尾型トランシット１１、１２は、図
示はしていないが、レーザ光源と、光学系と、受光・計
測部を有している。このような構成により、レーザ光を
出射させ、プリズムＰ１等で反射されて戻ってきた反射
光を、受光位置（観測位置）で受光する。

【００１７】この際、自動追尾型トランシット１１、１
２は、レーザ光の出射時と反射戻り光の受光時との時間
差ｔを光パルスや位相遅れ等を用いて計測し、この時間
ｔと光の速度ｃから、光が距離ｄを往復するのに時間ｔ
を要したとして、下式（１） ｄ＝ｃ・ｔ／２ ………（１） により、プリズムＰ１等までの距離ｄを求めることがで
きる。「・」は乗算記号である。以下の式においても同
様である。

【００１８】また、自動追尾型トランシット１１の受光
位置（第１観測位置）又は自動追尾型トランシット１２
の受光位置（第２観測位置）は、図２における原点Ｏと
なり、プリズム位置Ｐとの距離ｄに加え、原点Ｏに対す
る線分ＯＰ（レーザ光の光軸）の鉛直方向角度ψと水平
方向角度θも併せて計測可能となっている。

【００１９】したがって、プリズム位置Ｐの三次元直交
座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、計測されたｄ、ψ、θを用いて
下式（２）〜（４） ｘ＝ｄ・ｃｏｓψ・ｃｏｓθ ………（２） ｙ＝ｄ・ｃｏｓψ・ｓｉｎθ ………（３） ｚ＝ｄ・ｓｉｎψ ………（４） により、求めることができる。

【００２０】また、自動追尾型トランシット１１からプ
リズムＰ１に向けて出射されるレーザ光の出射方向は、
制御回路によって自動制御され、つねにプリズムＰ１の
方を向くようになっている。同様に、自動追尾型トラン
シット１２からプリズムＰ２に向けて出射されるレーザ
光の出射方向も、制御回路によって自動制御され、つね
にプリズムＰ２の方を向くようになっている。これらの
自動追尾制御は、例えば、受光・計測部が受光した反射
戻り光を監視し、反射戻り光が移動する方向を検出する
ことなどによって実現される。

【００２１】上記のことから、自動追尾型トランシット
１１により、自動追尾型トランシット１１の受光位置を
基準とするプリズムＰ１の相対的な三次元座標（ａ１，
ｂ１，ｃ１）が測定される。したがって、シールド機１
００の外部の任意の基準位置、例えば全体（グローバ
ル）座標系の測量基準点に対する自動追尾型トランシッ
ト１１の受光位置の相対的な三次元座標（ｄ１，ｅ１，
ｆ１）が測量によって得られれば、測量基準点に対する
プリズムＰ１の相対的三次元座標は、（ａ１＋ｄ１，ｂ
１＋ｅ１，ｃ１＋ｆ１）のように求めることができる。
プリズムＰ２についても同様である。

【００２２】このようにして、全体座標系に対するプリ
ズムＰ１及びプリズムＰ２の座標を測定することができ
る。第１実施形態のトンネル掘削機位置検出システム１
０１では、さらに、シールド機１００に傾斜計２１が設
けられており、シールド機１００の傾斜を測定する。傾
斜計２１は、少なくとも１軸の傾斜を計測可能となって
おり、例えば、ピッチング軸まわりの角度（仰角又は俯
角）を計測することができる。

【００２３】上記した自動追尾型トランシット１１及び
１２と、傾斜計２１はコンピュータ３１に接続されてお
り、それぞれの計測データがコンピュータ３１に出力さ
れるようになっている。

【００２４】コンピュータ３１は、図示はしていない
が、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処
理システム）と、ＲＯＭ（Read Only Memory：読出し
専用メモリ）と、ＲＡＭ（Random Access Memory：随
時書込み読出しメモリ）等を有している。

【００２５】これらのうち、ＣＰＵは、各要素を統括
し、各種演算や制御のプログラム実行等の処理を実行す
る部分である。ＲＯＭは、ＣＰＵの実行するプログラム
や予め設定された情報等を格納した記憶システムであ
る。ＲＡＭは、ＣＰＵにより演算された中間結果データ
等を一時記憶する記憶システムである。

【００２６】このような構成により、ＣＰＵは、ＲＯＭ
に格納された演算プログラムを読み出し、ＲＯＭやＲＡ
Ｍ又は外部から与えられるデータ値に基づいて演算プロ
グラムを実行する。なお、ＲＯＭやＲＡＭのかわりにハ
ードディスク装置を設けてもよい。

【００２７】シールド機１００の任意の位置を原点とす
る座標系（以下、「シールド機ローカル座標系」とい
う。）において、プリズムＰ１の相対的三次元座標、プ
リズムＰ２の相対的三次元座標、傾斜計２１の相対的三
次元座標、及びこれらとシールド機１００の中心軸との
位置や角度の関係は予め計測され、既知であるとする。

【００２８】このような構成により、コンピュータ３１
は、自動追尾型トランシット１１、１２により測定され
た測量基準点に対するプリズムＰ１、Ｐ２の相対的三次
元座標と、傾斜計２１により測定されたシールド機１０
０の１軸（例えばピッチング軸まわりの角度）の傾斜角
度に基き、全体（グローバル）座標系の測量基準点に対
するシールド機１００の任意位置の相対的三次元座標を
演算することができる。また、シールド機１００の中心
軸の方向（掘進方向）Ｄも演算することができる。ま
た、上記の値のほかに、シールド機１００の任意位置に
おける３つの軸（例えば、ローリング軸、ピッチング
軸、ヨーイング軸）のまわりの回転角を演算することも
できる。これらの座標情報、角度情報は、空間的位置情
報に相当している。

【００２９】（２）第２実施形態 次に、図３を参照しつつ、本発明の第２実施形態である
トンネル掘削機位置検出システムの構成及び作用を説明
する。

【００３０】図３に示すように、このトンネル掘削機位
置検出システム１０２は、第１目標体であるプリズムＰ
１と、第２目標体であるプリズムＰ２と、第３目標体で
あるプリズムＰ３と、第１目標座標測定部である自動追
尾型トランシット１１と、第２目標座標測定部である自
動追尾型トランシット１２と、第３目標座標測定部であ
る自動追尾型トランシット１３と、第２演算部であるコ
ンピュータ３２を備えて構成されている。

【００３１】第２実施形態のトンネル掘削機位置検出シ
ステム１０２が第１実施形態のトンネル掘削機位置検出
システム１０１と異なる点は、プリズムＰ３と自動追尾
型トランシット１３が新たに追加され、傾斜計２１が除
去され、異なるコンピュータ３２を備えた点である。

【００３２】プリズムＰ３の構成と作用は、プリズムＰ
１又はＰ２と同様である。また、自動追尾型トランシッ
ト１３の構成と作用は、自動追尾型トランシット１１又
は１２と同様である。コンピュータ３２は、ＲＯＭに格
納された演算プログラムがコンピュータ３１の場合と異
なっている。

【００３３】第２実施形態のトンネル掘削機位置検出シ
ステム１０２においては、全体座標系に対するプリズム
Ｐ１、プリズムＰ２、プリズムＰ３の座標を測定するこ
とができる。

【００３４】シールド機１００の任意の位置を原点とす
るシールド機ローカル座標系において、プリズムＰ１の
相対的三次元座標、プリズムＰ２の相対的三次元座標、
プリズムＰ３の相対的三次元座標、及びこれらとシール
ド機１００の中心軸との位置や角度の関係は予め計測さ
れ、既知であるとする。

【００３５】したがって、これらのことから、コンピュ
ータ３１は、自動追尾型トランシット１１、１２、１３
により測定された測量基準点に対するプリズムＰ１、Ｐ
２、Ｐ３の相対的三次元座標に基き、全体座標系の測量
基準点に対するシールド機１００の任意位置の相対的三
次元座標を演算することができる。また、シールド機１
００の中心軸の方向（掘進方向）Ｄも演算することがで
きる。また、上記の値のほかに、シールド機１００の任
意位置における３つの軸（例えば、ローリング軸、ピッ
チング軸、ヨーイング軸）のまわりの回転角を演算する
こともできる。これらの座標情報、角度情報は、空間的
位置情報に相当している。

【００３６】上記した第１実施形態のトンネル掘削機位
置検出システム１０１及び第２実施形態のトンネル掘削
機位置検出システム１０２によれば、トンネル掘削機の
掘進中においてもリアルタイムにその空間的位置情報を
正確に検出することができる、という利点がある。

【００３７】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００３８】例えば、上記した実施形態以外の形態、例
えば、トンネル掘削機のいずれかの位置、又はトンネル
掘削機の近傍でトンネル掘削機に対する相対的三次元位
置関係が既知の位置である目標位置に設けられるととも
に入射する光を入射方向と反対の方向に反射させる目標
体（プリズム）と、トンネル掘削機の外部の観測位置に
設けられるとともに目標体に光を照射し観測位置に対す
る目標体の相対的三次元座標である目標座標を測定する
目標座標測定部（自動追尾型トランシット）との組をｎ
組（ｎ：３以上の整数）設け、これらｎ組のうちの２組
を、第１目標体（プリズムＰ１）と第１目標座標測定部
（自動追尾型トランシット１１）からなる組、及び第２
目標体（プリズムＰ２）と第２目標座標測定部（自動追
尾型トランシット１２）からなる組として用い、第１実
施形態の場合と同様にして、トンネル掘削機の任意位置
における空間的位置情報を演算する構成としてもよい。

【００３９】また、トンネル掘削機のいずれかの位置、
又はトンネル掘削機の近傍でトンネル掘削機に対する相
対的三次元位置関係が既知の位置である目標位置に設け
られるとともに入射する光を入射方向と反対の方向に反
射させる目標体（プリズム）と、トンネル掘削機の外部
の観測位置に設けられるとともに目標体に光を照射し観
測位置に対する目標体の相対的三次元座標である目標座
標を測定する目標座標測定部（自動追尾型トランシッ
ト）との組をｎ組（ｎ：４以上の整数）設け、これらｎ
組のうちの３組を、第１目標体（プリズムＰ１）と第１
目標座標測定部（自動追尾型トランシット１１）からな
る組、及び第２目標体（プリズムＰ２）と第２目標座標
測定部（自動追尾型トランシット１２）からなる組、及
び第３目標体（プリズムＰ３）と第３目標座標測定部
（自動追尾型トランシット１３）からなる組として用
い、第２実施形態の場合と同様にして、トンネル掘削機
の任意位置における空間的位置情報を演算する構成とし
てもよい。

【００４０】また、上記実施形態においては、トンネル
掘削機として、シールド機１００を例に挙げて説明した
が、本発明はこの例には限定されず、他の形式又は構造
のトンネル掘削機、例えば、山岳トンネル等において用
いられる「トンネルボーリングマシン」であってもよ
い。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トンネル掘削機のいずれかの位置、又はトンネル掘削機
の近傍でトンネル掘削機に対する相対的三次元位置関係
が既知の位置である目標位置に傾斜測定部と少なくとも
２個の目標体を設けるとともにトンネル掘削機外部に目
標体の位置座標を測定する目標座標測定部を備え、ある
いは、トンネル掘削機のいずれかの位置、又はトンネル
掘削機の近傍でトンネル掘削機に対する相対的三次元位
置関係が既知の位置である目標位置に少なくとも３個の
目標体を設けるとともにトンネル掘削機外部に目標体の
位置座標を測定する目標座標測定部を備えたので、トン
ネル掘削機の掘進中においてもリアルタイムにその空間
的位置情報を正確に検出することができる、という利点
を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態であるトンネル掘削機位
置検出システムの構成を示す図である。

【図２】本発明の第１実施形態であるトンネル掘削機位
置検出システムの原理を説明する図である。

【図３】本発明の第２実施形態であるトンネル掘削機位
置検出システムの構成を示す図である。

【符号の説明】

１１〜１３ 自動追尾型トランシット（第１目標座標測
定部〜第３目標座標測定部） ２１ 傾斜計（傾斜測定部） ３１ コンピュータ（第１演算部） ３２ コンピュータ（第２演算部） １００ シールド機（トンネル掘削機） １０１、１０２ トンネル掘削機位置検出システム Ｄ シールド機掘進方向 Ｐ１〜Ｐ３ プリズム（第１目標体〜第３目標体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 真治 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 新井 泰 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 杉本 光隆 新潟県長岡市深沢町1769−１深沢宿舎２− 404 (72)発明者 粥川 幸司 東京都港区北青山ニ丁目５番８号 株式会 社間組内 Ｆターム(参考） 2D054 GA65 GA82

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削機のいずれかの位置、又は
   前記トンネル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対す
   る相対的三次元位置関係が既知の位置である第１目標位
   置に設けられるとともに入射する光を入射方向と反対の
   方向に反射させる第１目標体と、 前記トンネル掘削機の外部の第１観測位置に設けられる
   とともに前記第１目標体に光を照射し前記第１観測位置
   に対する前記第１目標体の相対的三次元座標である第１
   目標座標を測定する第１目標座標測定部と、 前記トンネル掘削機のいずれかの位置、又は前記トンネ
   ル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対する相対的三
   次元位置関係が既知の位置である第２目標位置に設けら
   れるとともに入射する光を入射方向と反対の方向に反射
   させる第２目標体と、 前記トンネル掘削機の外部の第２観測位置に設けられる
   とともに前記第２目標体に光を照射し前記第２観測位置
   に対する前記第２目標体の相対的三次元座標である第２
   目標座標を測定する第２目標座標測定部と、 前記トンネル掘削機に設けられるとともに前記トンネル
   掘削機の傾斜状態を測定する傾斜測定部と、 前記既知値及び測定値に基き、前記トンネル掘削機の任
   意位置であるトンネル掘削機位置における空間的位置情
   報を算出する第１演算部を備えることを特徴とするトン
   ネル掘削機位置検出システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトンネル掘削機位置検出
   システムにおいて、 前記トンネル掘削機のいずれかの位置、又は前記トンネ
   ル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対する相対的三
   次元位置関係が既知の位置である目標位置に設けられる
   とともに入射する光を入射方向と反対の方向に反射させ
   る目標体と、前記トンネル掘削機の外部の観測位置に設
   けられるとともに前記目標体に光を照射し前記観測位置
   に対する前記目標体の相対的三次元座標である目標座標
   を測定する目標座標測定部との組をｎ組（ｎ：３以上の
   整数）設け、前記ｎ組のうちの２組を、前記第１目標体
   と第１目標座標測定部からなる組及び前記第２目標体と
   第２目標座標測定部からなる組として用いることを特徴
   とするトンネル掘削機位置検出システム。
3. 【請求項３】 トンネル掘削機のいずれかの位置、又は
   前記トンネル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対す
   る相対的三次元位置関係が既知の位置である第１目標位
   置に設けられるとともに入射する光を入射方向と反対の
   方向に反射させる第１目標体と、 前記トンネル掘削機の外部の第１観測位置に設けられる
   とともに前記第１目標体に光を照射し前記第１観測位置
   に対する前記第１目標体の相対的三次元座標である第１
   目標座標を測定する第１目標座標測定部と、 前記トンネル掘削機のいずれかの位置、又は前記トンネ
   ル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対する相対的三
   次元位置関係が既知の位置である第２目標位置に設けら
   れるとともに入射する光を入射方向と反対の方向に反射
   させる第２目標体と、 前記トンネル掘削機の外部の第２観測位置に設けられる
   とともに前記第２目標体に光を照射し前記第２観測位置
   に対する前記第２目標体の相対的三次元座標である第２
   目標座標を測定する第２目標座標測定部と、 前記トンネル掘削機のいずれかの位置、又は前記トンネ
   ル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対する相対的三
   次元位置関係が既知の位置である第３目標位置に設けら
   れるとともに入射する光を入射方向と反対の方向に反射
   させる第３目標体と、 前記トンネル掘削機の外部の第３観測位置に設けられる
   とともに前記第３目標体に光を照射し前記第３観測位置
   に対する前記第２目標体の相対的三次元座標である第３
   目標座標を測定する第３目標座標測定部と、 前記既知値及び測定値に基き、前記トンネル掘削機の任
   意位置であるトンネル掘削機位置における空間的位置情
   報を算出する第２演算部を備えることを特徴とするトン
   ネル掘削機位置検出システム。
4. 【請求項４】 請求項３記載のトンネル掘削機位置検出
   システムにおいて、 前記トンネル掘削機のいずれかの位置、又は前記トンネ
   ル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対する相対的三
   次元位置関係が既知の位置である目標位置に設けられる
   とともに入射する光を入射方向と反対の方向に反射させ
   る目標体と、前記トンネル掘削機の外部の観測位置に設
   けられるとともに前記目標体に光を照射し前記観測位置
   に対する前記目標体の相対的三次元座標である目標座標
   を測定する目標座標測定部との組をｎ組（ｎ：４以上の
   整数）設け、前記ｎ組のうちの３組を、前記第１目標体
   と第１目標座標測定部からなる組及び前記第２目標体と
   第２目標座標測定部からなる組及び前記第３目標体と第
   ３目標座標測定部からなる組として用いることを特徴と
   するトンネル掘削機位置検出システム。
5. 【請求項５】 トンネル掘削機のいずれかの位置、又は
   前記トンネル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対す
   る相対的三次元位置関係が既知の位置である第１目標位
   置に設けられるとともに入射する光を入射方向と反対の
   方向に反射させる第１目標体と、 前記トンネル掘削機の外部の第１観測位置に設けられる
   とともに前記第１目標体に光を照射し前記第１観測位置
   に対する前記第１目標体の相対的三次元座標である第１
   目標座標を測定する第１目標座標測定部と、 前記トンネル掘削機のいずれかの位置、又は前記トンネ
   ル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対する相対的三
   次元位置関係が既知の位置である第２目標位置に設けら
   れるとともに入射する光を入射方向と反対の方向に反射
   させる第２目標体と、 前記トンネル掘削機の外部の第２観測位置に設けられる
   とともに前記第２目標体に光を照射し前記第２観測位置
   に対する前記第２目標体の相対的三次元座標である第２
   目標座標を測定する第２目標座標測定部と、 前記トンネル掘削機に設けられるとともに前記トンネル
   掘削機の傾斜状態を測定する傾斜測定部を設け、 前記既知値及び測定値に基き、前記トンネル掘削機の任
   意位置であるトンネル掘削機位置における空間的位置情
   報を算出することを特徴とするトンネル掘削機位置検出
   方法。
6. 【請求項６】 トンネル掘削機のいずれかの位置、又は
   前記トンネル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対す
   る相対的三次元位置関係が既知の位置である第１目標位
   置に設けられるとともに入射する光を入射方向と反対の
   方向に反射させる第１目標体と、 前記トンネル掘削機の外部の第１観測位置に設けられる
   とともに前記第１目標体に光を照射し前記第１観測位置
   に対する前記第１目標体の相対的三次元座標である第１
   目標座標を測定する第１目標座標測定部と、 前記トンネル掘削機のいずれかの位置、又は前記トンネ
   ル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対する相対的三
   次元位置関係が既知の位置である第２目標位置に設けら
   れるとともに入射する光を入射方向と反対の方向に反射
   させる第２目標体と、 前記トンネル掘削機の外部の第２観測位置に設けられる
   とともに前記第２目標体に光を照射し前記第２観測位置
   に対する前記第２目標体の相対的三次元座標である第２
   目標座標を測定する第２目標座標測定部と、 前記トンネル掘削機のいずれかの位置、又は前記トンネ
   ル掘削機の近傍で前記トンネル掘削機に対する相対的三
   次元位置関係が既知の位置である第３目標位置に設けら
   れるとともに入射する光を入射方向と反対の方向に反射
   させる第３目標体と、 前記トンネル掘削機の外部の第３観測位置に設けられる
   とともに前記第３目標体に光を照射し前記第３観測位置
   に対する前記第２目標体の相対的三次元座標である第３
   目標座標を測定する第３目標座標測定部を設け、 前記既知値及び測定値に基き、前記トンネル掘削機の任
   意位置であるトンネル掘削機位置における空間的位置情
   報を算出することを特徴とするトンネル掘削機位置検出
   方法。