JP3610460B2

JP3610460B2 - Measuring device, measuring method, propulsion trajectory management device, and propulsion trajectory management method for propulsion trajectory and propulsion posture in propulsion shield method

Info

Publication number: JP3610460B2
Application number: JP2002347791A
Authority: JP
Inventors: 勝輝渡守; 十郎濱田; 明佳宮本
Original assignee: 株式会社渡守建設
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2003227718A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中に上下水道管等を敷設する場合、シールド掘進機によって地中を掘削しながらシールド掘進機に接続した埋設管を推し進めて敷設する推進シールド工法が採用されることが多い。上記推進シールド工法において、埋設管を計画位置に正確に埋設するには、地中を掘削するシールド掘進機の推進軌跡及び推進姿勢を管理する必要がある。
【０００３】
特に、人が直接推進軌跡や推進姿勢を計測できない小径の管路を敷設する場合、シールド掘進機の推進軌跡及び推進姿勢をリアルタイムに把握できないと、計画した経路に沿って管路を設けることができない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３３８７２１号
【特許文献２】
特開２０００−１９３４１４号
【０００５】
特許文献１に記載されたシールド掘進機の姿勢計測装置は、シールド掘進機の後方に接続した複数の誘導管に、各誘導管の間の折れ角を検出するストロークセンサと、シールド掘進機の推進高さを検出する液圧差検出システムと、シールド掘進機のローリング及びピッチングを検出する傾斜計と、シールド掘進機の起点からの累積推進距離を検出する距離計と、上記各センサ等で検出された出力からシールド掘進機の姿勢を演算するコンピュータシステムとを備えて構成されている。上記姿勢計測装置からの計測結果に基づいて、シールド掘進機の姿勢を制御し、計画した推進軌跡に沿うように管路を敷設する。
【０００６】
特許文献２に記載された位置検出装置は、隣接する推進管に拡散光源と、この光源から照射される拡散光を受光して上記光源との相対位置を検出する位置検出素子とを設け、各推進管の位置関係を求めてシールド掘進機の姿勢等を制御するように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載されている姿勢計測装置は、シールド掘進機の姿勢を計測することによりシールド掘進機の方向制御を行うが、推進軌跡の全体を把握してシールド掘進機の制御を行うことができない。また、シールド掘進機に接続された各埋設管の位置、姿勢等をリアルタイムに把握することも困難である。このため、シールド掘進機を的確に制御して操作を行うことができない。また、計画軌跡に対するずれ（偏位量）を定量的に把握できないため、ずれに対する修正動作をシールド掘進機に的確に指示することも困難である。
【０００８】
また、シールド掘進機の姿勢は、シールド掘進機に設けた傾斜計によってローリング及びピッチングの計測が行われる。ところが、上記シールド掘進機には推進にともなう大きな振動が生じているばかりでなく、推進力の作用の仕方によっては、シールド掘進機自体が進行方向に向かって傾斜した状態で推進作業が行われている場合も考えられる。このため、シールド掘進機に設けたセンサ出力から得られる推進姿勢情報を用いてシールド掘進機を制御すると、長い経路を推進する場合に累積誤差が大きくなって、推進軌跡を精度高く計測することができない。
【０００９】
上記特許文献２に記載されている位置計測装置は、計測基点を発進立坑に設定するとともに、この計測基点らシールド掘進機までの間のすべての軌跡を光学的に計測するものである。したがって、原理的には各推進管の推進基点を原点とする基準座標位置及び姿勢を正確に計測することができる。しかしながら、推進距離が長くなると中継計測点が多くなり、装置及び演算処理が複雑になる。また、一つの光源あるいは位置検出素子が故障したり、計測精度が低下すると、正確な推進軌跡を計測できなくなって計測誤差が増大するといった問題がある。
【００１０】
本願発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、上記従来の問題を解決し、推進距離が長くなった場合においても、推進軌跡の全体を把握しつつ推進作業を行うことができるとともに、シールド掘進機の姿勢を精度高く計測してシールド掘進機の制御操作を行うことができる、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置、計測方法、シールド掘進機の軌跡管理装置及び軌跡管理方法を提供することをその課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記改題を解決するため、本願発明では次の技術的手段を講じている。
【００１２】
本願の請求項１に記載した発明は、シールド掘進機と埋設管との間に接続される１又は２以上の計測管と、上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位を計測できる角度偏位計測手段と、上記シールド掘進機及び上記計測管の推進起点からの推進距離を計測できる推進距離計測手段と、少なくとも最後尾の計測管に設けられるとともに、水平面に対する角度姿勢を計測できる角度姿勢計測手段と、上記各計測手段の出力から、上記推進軌跡及び上記推進姿勢を算出する演算装置と、上記演算装置から出力される推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示する表示装置及び／又は出力する出力装置とを備えて構成され、掘削しながら管路を敷設する推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置に関するものである。上記角度偏位計測手段は、上記シールド掘進機及び上記各計測管に設けた二次元ターゲットと、前方及び／又は後方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットを撮像して、上記二次元ターゲットの二次元の方向偏位と回転角度偏位とを検出できるＣＣＤ撮像手段とを備えて構成されるとともに、上記演算装置は、各ターゲットとこれを撮像する各ＣＣＤ撮像手段との間の距離と、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記偏位とから、上記隣接角度偏位を求める角度偏位算出手段を備えて構成されている。
【００１３】
上記推進シールド工法の具体的手法は特に限定されることはなく、先端部に掘進機を設けてこれに埋設管を接続し、上記埋設管列の最後尾を押圧しながら地中等に配管を敷設する工法に広く適用できる。
【００１４】
本願発明における上記計測管の数は特に限定されることはないが、正確な推進軌跡を求めるため、２以上の計測管を設けるのが望ましい。また、いずれかの計測管の計測装置に障害が発生した場合に対応するためには、３以上の計測管を設けるのが望ましい。高い精度が要求される場合には、推進軌跡の全範囲に対応する計測管を接続してもよい。上記計測管は、上記シールド掘進機に続いて推進軌跡を通過するとともに、より後方を推進する計測管においては、振動等が少なくまた姿勢も安定しているため、高い精度で推進軌跡等を計測することができる。
【００１５】
上記推進距離計測手段は、基準点から推進させたシールド掘進機、計測管及び埋設管の累積推進距離を計測できるものであればよく、一般的な距離計を採用できる。たとえば、ロータリーエンコーダ等を利用して、推進を開始した埋設管の中間部位における累積推進距離を計測できるように構成するのが望ましい。なお、実際に計測するのは直線方向に推進する場合の距離であり、シールド掘進機、計測管及び埋設管の中心軸における実際の推進軌跡に対応する距離、すなわち角度偏位を考慮した推進距離は、上述したシールド掘進機、各計測管及び各埋設管の角度偏位を用いて演算により求められる。
【００１６】
本願発明においては、少なくとも最後尾の計測管に設けられるとともに、水平面に対する角度姿勢を計測できる角度姿勢計測手段を設ける。これにより、最後尾の計測管の水平面に対するローリング角度及びピッチング角度を正確に求めることができる。
【００１７】
最後尾の計測管は、シールド掘進機からの振動等が伝わることも少なく、安定した姿勢を保持した状態で推進が行われる。本願発明では、後述するように、最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を基準として、前方の計測管及び推進軌跡を求める。したがって、最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を精度高く求める必要がある。上記角度姿勢計測手段は、特に限定されることはないが、鉛直方向と水平方向の２軸の角度姿勢を地磁気や地球の自転等の影響を受けることなく計測できるものを採用するのが望ましい。たとえば、直交２軸の傾斜角度を内蔵の液面静電容量型傾斜計で計測して出力できる２軸傾斜計を採用することができる。
【００１８】
上記角度姿勢計測手段は、少なくとも最後尾の計測管に設けることができる。なお、計測精度を上げるために２以上の計測管に設けることもできる。
【００１９】
上記演算装置の種類も限定されることはない。汎用のコンピュータや専用の集積回路を用いたものを採用することができる。これら演算装置に、上記演算を行うプログラムを書き込んで実行させる。
【００２０】
さらに、本願発明では、上記シールド掘進機の制御操作を容易に行えるように、上記演算装置から出力される推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示する表示装置及び／又は出力する出力装置装置を備える。上記表示装置として、汎用コンピュータのディスプレイ装置を採用できる。また、上記出力装置として、プリンタ装置を採用できる。リアルタイムに計測を行うとともに、シールド掘進機の制御操作を行うにはディスプレイ装置を採用するのが望ましい。
【００２１】
上記推進軌跡情報として、上記計測結果から演算される推進軌跡や推進姿勢のみならず、計画された計画推進軌跡や計画推進姿勢をディスプレイ装置の画面に同時に表示することもできる。これにより、シールド掘進機のそれまでに掘削した推進軌跡全体を考慮して、シールド掘進機の制御操作を行うことが可能となる。
【００２２】
本願発明における、上記角度偏位計測手段は、上記各ＣＣＤ撮像手段から出力される画像情報をもとに、二次元画像解析によって、撮像された各ターゲット画像の二次元の相対方向偏位と相対角度偏位とを求め、これら偏位情報から上記シールド掘進機及び計測管の隣接角度偏位を求め、変化する隣接角度偏位と上記各計測手段から出力される情報から、基準点に対するシールド掘進機及び計測管の推進軌跡及び推進姿勢を求めるように構成されている。
【００２３】
上記ＣＣＤ撮像手段は、デジタルカメラに採用されている市販の撮像素子を利用できる。また、ターゲットの全体を上記撮像手段に受像させるために、レンズを組み合わせて撮像手段を構成できる。
【００２４】
上記二次元ターゲットの形態も、特に限定されることはなく、撮像した画像の二次元の方向偏位と回転角度偏位を検出できるものであれば、どのような形態でも採用できる。たとえば、十字状や、矢印状の形態のターゲットは、二次元直交座標系におけるＸ及びＹ方向の偏位を計測できるとともに、これら形状の図心回りの回転角度偏位を検出できるため、本願発明に係るターゲットとして採用できる。一方、たとえば、円形のターゲットでは回転角度偏位を検出できないため、これら形態のターゲットは本願発明のターゲットとして採用できない。すなわち、本願発明では、上記ターゲットを撮像して得られる図形を画像処理することにより、ターゲットの二次元座標系の偏位と、回転偏位とを求めるものである。なお、上記ターゲットは一体である必要はなく、複数の部分が離間した形態のものを採用することもできる。
【００２５】
上記演算装置は、各ターゲットとこれを撮像する各ＣＣＤ撮像手段との間の距離と、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記偏位とから、上記隣接角度偏位を求める角度偏位算出手段を備えて構成されている。
【００２６】
本願の請求項２に記載した発明は、上記角度偏位計測手段を、前方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットを撮像して画像情報を出力できるＣＣＤ撮像手段と、後方を推進する計測管に設けた上記二次元ターゲットを撮像して画像情報を出力するＣＣＤ撮像手段とを備えて構成したものである。
【００２７】
本願発明は、隣接する各シールド掘進機と計測管との対向する角度を、双方向から計測するとともに、上記ターゲットと上記ＣＣＤ撮像手段との間の距離から、シールド掘進機及び計測管の相対的な角度偏位を求め、基準点に対して推進軌跡の先端がどの方向を向いて推進しているかを求めるものである。
【００２８】
向き合うターゲットを双方向から撮像することにより、ターゲット画像の偏位が、計測管の屈曲偏位で生じたものか、あるいは計測管の軸回りの回転によって生じたものであるかを判断できる。これにより、隣接するシールド掘進機あるいは計測管の偏位を精度高く計測することが可能となる。これらシールド掘進機と計測管の相対座標偏位を、基準点に対する座標変換することにより、シールド掘進機及び各計測管の位置と姿勢を精度高く求めることが可能となる。
【００２９】
なお、各計測管内に前方のＣＣＤ撮像手段によって撮像されるターゲットと、後方のＣＣＤ撮像手段によって撮像されるターゲットを別途設けることもできるし、前後のＣＣＤ撮像手段によって撮像される一つのターゲットを設けることもできる。
【００３０】
上記ターゲットを構成する材料も特に限定されることはない。ＣＣＤ撮像手段の近傍から発せられる光を反射して撮像されるターゲットを設けることができる。請求項４に記載した発明のように、上記ターゲットを照らす光源を設けるとともに、上記二次元ターゲットを光反射シートを備えて構成することができる。
【００３１】
また、二次元形態を備える種々の面状発光体を採用できる。さらに、ターゲットの形態を透光性のある部材で形成して、バックライトによって面状に発光するように形成してもよい。
【００３２】
さらに、ターゲットを発光体を配列して構成することもできる。たとえば、請求項５に記載した発明のように、上記各二次元ターゲットを、複数のＬＥＤ発光体を配列して構成することができる。また、上記発光体の光を前方及び後方に向けて照射できるように構成し、前方及び後方のＣＣＤ撮像手段によって撮像できるように構成してもよい。
【００３３】
本願の請求項３に記載した発明は、上記角度偏位計測手段における上記二次元ターゲット及び上記ＣＣＤ撮像手段を、上記シールド掘進機及び各計測管の軸心に沿って配置したものである。
【００３４】
上記構成を採用することにより、一組のＣＣＤ撮像手段と二次元ターゲットによって、隣接する掘進機及び計測管の角度偏位を計測することが可能となる。すなわち、ＣＣＤ撮像手段と二次元ターゲットを軸心に配置することによって、上記画像の回転角度偏位が掘進機あるいは計測管の軸心回りの相対回転偏位を表すことになる。したがって、画像の直交座標系の偏位と、ターゲットを撮像した画像の図心回りの回転偏位角度を画像処理によって計測することにより、請求項２に記載したような双方向からのターゲットの撮像を要することなく隣接する上記掘進機及び上記計測管の相対角度偏位を精度多角求めることが可能になるのである。
【００３５】
本願の請求項６に記載した発明は、上記演算装置を、最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を基準として、前方を推進するシールド掘進機ないし計測管の推進位置及び姿勢を各計測手段からの出力から演算する一方、最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を、前方を推進する上記シールド掘進機及び計測管が上記推進位置を通過する際に演算された上記位置情報及び姿勢情報を統計的に処理して求めるように構成したものである。
【００３６】
推進シールド工法においては、上記シールド掘進機が土中を掘削しながら、計画された軌跡にできるだけ沿うように推進作業が行われる。ところが、シールド掘進機には振動や衝撃が発生しているため、その姿勢が不安定になりやすい。また、シールド掘進機の振動等が後続の計測管に伝わり、計測管に設けた計測手段が必ずしも正確な計測値を出力するとは限らない。このため、シールド掘進機や計測管に設けた個々のセンサからの出力のみで推進軌跡を演算してシールド掘進機を制御操作すると、計画推進軌跡に沿う精度の高い施工は困難である。また、いずれかの計測手段に障害が生じて使用できなくなる場合も考えられる。
【００３７】
最後尾の計測管は、シールド掘進機から最も離れており、推進姿勢も安定している。一方、本願発明では、隣接するシールド掘進機及び各計測管の角度偏位は、上記角度偏位計測手段により精度高く求めることができる。また、最後尾の計測管に、上記角度姿勢計測手段が設けられているため、水平面に対する角度偏位は正確に求めることができる。したがって、これらの情報に基づいて最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を正確に求めることができれば、前方を推進するシールド掘進機、各計測管の推進位置及び推進姿勢を正確に推定することが可能となる。
【００３８】
最後尾の計測管がこれから推進しようとする軌跡は、すでに他の計測管が通過しているはずであるから、原理的には同一になるはずである。ところが、軌跡における位置が同一でも推進中に管軸回りの回転偏位等が生じたり、推進姿勢等が変化することも考えられる。また、計測誤差も生じる。したがって、最後尾の推進軌跡及び推進姿勢が、一つ前方を推進する計測管と同一であるという仮定で推進位置を決定し、この位置を基準として、それより前方の計測管等の推進軌跡及び推進姿勢を演算すると正確な推進軌跡等を得られない。
【００３９】
本願発明では、上記問題を解決するため、最後尾の推進管の推進軌跡を決定するのに、この推進位置を通過した際に出力された複数の計測管からの出力、あるいはこれら計測値から演算した結果に統計的処理を施し、より正確な最後尾の計測管の推進軌跡を求める。そして、このようにして求められた推進軌跡及び推進姿勢を基準として、前方のシールド掘進機ないし計測管の推進位置及び姿勢を再演算する。推進基点を離れた最後尾の計測管についてこの操作を繰り返すことにより、推進軌跡を決定しながら埋設管を推進させるのである。
【００４０】
上記統計的処理は、所定の推進位置を通過した際の、シールド掘進機及び各計測管の推進位置情報及び推進姿勢情報を、統計的に処理して求めることができる。たとえば、各計測管が上記推進位置を通過したときのベクトルを非線形最小二乗法によって処理し、最後尾の計測管が推進する軌跡を決定することができる。また、各推進位置を決定するための情報が多数ある場合には、最大及び最小値を無視して演算を行うこともできる。しかも、最後尾の計測管に設けられた上記角度姿勢計測手段の出力によって、計測管列のローリング、ピッチングを補正した推進姿勢を求めることができる。このようにして、推進基点を離れた最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を連続的に決定して推進軌跡を求め、この最後尾の推進位置及び推進姿勢を基準として、前方のシールド掘進機ないし計測管の推進位置及び姿勢を演算することにより、従来にない精度でシールド掘進機の位置及び姿勢を求めることが可能となる。
【００４１】
推進軌跡を求める間隔は特に限定されることはない。所定の時間ごとあるいは推進距離ごとに演算を行って求めることもできるし、計測間隔を短く設定して連続的に推進軌跡を求めることもできる。上記手法を採用することにより、従来にない精度でシールド掘進機の推進位置及び推進姿勢を求めることが可能となり、これに基づいてシールド掘進機を制御操作することにより、推進軌跡の精度も大幅に高まる。しかも、１以上の角度偏位が測定できれば、推進軌跡及び推進姿勢を求めることが可能であるため、いずれかの角度偏位計測手段が故障しても作業を続行することはできる。このため、信頼性が高い。
【００４２】
本願の請求項７に記載した発明は、上記演算装置と、上記推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示し及び／又は出力する装置とが、計画された計画推進軌跡又は／及び計画推進姿勢と、計測値から演算された推進軌跡及び／又は推進姿勢とのずれを演算して表示するように構成されているものである。
【００４３】
従来の計測装置は、実際の推進軌跡が計画された推進軌跡からどの程度ずれているかをリアルタイムに認識できず、シールド掘進機の姿勢情報のみからシールド掘進機の制御操作を行うことが多かった。このため、推進作業を精度高く管理することが困難であった。
【００４４】
本願発明では、計画推進軌跡及び／又は計画推進姿勢とのずれをリアルタイムに認識しながら、シールド掘進機の制御操作等を行える。したがって、精度の高い推進作業を行えるだけでなく、シールド掘進機の制御操作も容易になる。
【００４５】
本願の請求項８に記載した発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載した計測装置と、上記計測装置によって得られる情報に基づいて上記シールド掘進機の制御操作情報を演算して出力し及び／又は表示する制御操作情報出力手段を備えて推進軌跡管理装置を構成したものである。
【００４６】
従来の推進シールド工法においては、シールド掘進機の操作を行う者が、シールド掘進機の姿勢情報等に基づいてシールド掘進機が計画軌跡に近接するように、シールド掘進機の制御操作を行っていた。また、上記制御操作も、シールド掘進機の方向を変更するだけであり制御量等を指示することはなかった。このため、作業者の感に頼ることも多く、操作を行うのに熟練を要した。
【００４７】
本願発明では、上記シールド掘進機の制御操作情報を演算して出力し及び／又は表示する制御操作情報出力手段を設けているため、シールド掘進機の操作が極めて容易になり、制御操作に熟練を要することもない。また、シールド掘進機の操作を自動化することも可能となる。
【００４８】
たとえば、請求項９に記載した発明のように、上記制御操作情報出力手段を、計画された計画推進軌跡又は／及び計画推進姿勢と、計測推進軌跡及び／又は計測推進姿勢とのずれに対応する補正操作を出力し及び／又は表示するように構成できる。これにより、作業者の感に頼ることなく、精度の高い推進作業を行うことができる。
【００４９】
本願の請求項１０から請求項１６に係る発明は、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法に係るものである。
【００５０】
本願の請求項１０に記載した発明は、シールド掘進機と埋設管との間に１又は２以上の計測管を接続するとともに、上記シールド掘進機及び各計測管の推進基点からの推進距離と、隣接する上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位と、少なくとも最後尾の計測管の水平面に対する角度偏位とを計測し、これら各計測値に基づいて上記推進軌跡及び推進姿勢を求める、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法であって、上記シールド掘進機及び上記各計測管に二次元ターゲットを設け、前方及び／又は後方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットをＣＣＤ撮像手段によって撮像し、上記二次元ターゲットの二次元の方向偏位と回転角度偏位を検出することにより、隣接する上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位を計測することを特徴としている。
【００５１】
本願の請求項１１に記載した発明は、上記シールド掘進機及び上記各計測管に設けた二次元ターゲットを、前方を推進するシールド掘進機又は計測管に設けたＣＣＤ撮像手段と、後方を推進する計測管に設けたＣＣＤ撮像手段とによって撮像し、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記画像偏位を検出することを特徴としている。
【００５２】
本願の請求項１２に記載した発明は、上記二次元ターゲット及び上記ＣＣＤ撮像手段を、上記シールド掘進機及び各計測管の軸心に沿って配置するとともに、各二次元ターゲットを前方又は後方を推進する掘進機又は計測管に設けた上記ＣＣＤ撮像手段によって撮像し、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記画像偏位を検出することを特徴としている。
【００５３】
本願の請求項１３に記載した発明は、最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を基準にして、上記各計測情報から前方を推進するシールド掘進機及び各計測管の推進位置及び推進姿勢を演算する一方、最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を、前方を推進するシールド掘進機及び各計測管が上記推進位置を通過する際に演算された上記推進位置情報及び推進姿勢情報を統計的に処理して求めるものである。最後尾の計測管が推進基点を離れた後、上記演算を繰り返して推進軌跡を決定していくのである。
【００５４】
上記統計処理は、最後尾の計測管より前方を推進するシールド掘進機及び計測管から収集した種々のデータ及び処理方法を用いて行うことができる。
【００５５】
たとえば、請求項１４に記載した発明のように、上記最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を、前方を推進するシールド掘進機及び各計測管が上記推進位置を通過する際に演算された推進位置情報及び推進姿勢情報を非線形最小二乗法により処理して求めることができる。
【００５６】
具体的には、最後尾の計測管が進行する方向のベクトルを上記手法を用いて演算により求めることができる。上記手法により、最後尾の計測管における推進ベクトルを推進基点から連続的に求めていき、推進軌跡を決定していくのである。
【００５７】
請求項１５に記載した発明は、所定の推進間隔ごとに最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を求めて推進軌跡を決定するとともに、この最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を基準として、前方を推進する掘進機及び計測管の推進位置及び姿勢を求めるものである。
【００５８】
計測を行って推進軌跡を求める上記間隔は特に限定されることはない。時間的間隔ごとに、あるいは推進距離間隔ごとに推進軌跡を求めることができる。また
【００５９】
請求項１６に記載した発明は、上記計測方法によって得られる上記推進軌跡及び上記推進姿勢の計画推進軌跡及び計画推進姿勢に対するずれを演算して表示するように構成したものである。
【００６０】
請求項１７に記載した発明は、請求項１０から請求項１６に記載した計測方法によって得られた計測情報に基づいて上記シールド掘進機の推進方向を指示する制御情報を演算し、この制御情報を表示し及び／又は上記シールド掘進機に出力してシールド掘進機の制御を行うように構成したものである。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を図に基づいて具体的に説明する。
【００６２】
図１に、本願発明に係る計測方法が適用される推進シールド工法を行う装置の全体構成の概要を示す。
【００６３】
地中Ｅには、シールド掘進機１を先頭にして、５本の計測管２，３，４，５，６が列状に接続され、さらに、上記計測管２，３，４，５，６の後に埋設管７，７……が接続される。上記シールド掘進機１及び上記埋設管７は、従来から使用されている種々の掘進機及び埋設管を採用することができる。
【００６４】
上記シールド掘進機１には、先端にモータ８によって駆動される掘削ヘッド９が設けられており、上記掘削ヘッド９によって掘削された土砂は、地表から図示しない注入パイプを介して注入される滑材と混合されて泥水となり、排泥管１０及び泥水ポンプ１１を介して外部に設けた泥水処理装置１２に導かれて処理される。
【００６５】
なお、符号１３を付した装置は滑材注入装置である。また、符号１４を付した装置はシールド掘進機、計測管及び埋設管を推進するための圧力を発生させる油圧ユニットである。また、符号１５を付した装置は、泥水の量を計測する電磁流量計である。これら装置は、従来の推進シールド工法に用いられるものを採用することができる。
【００６６】
上記シールド掘進機１及び計測管２，３，４，５，６の内部に、推進にともなって変化する隣接角度偏位をそれぞれ計測する角度偏位計測手段５１を設ける。
【００６７】
図２から図７に示すように、本実施の形態に係る角度偏位計測手段５１は、シールド掘進機１及び計測管２〜６にそれぞれ設けた二次元ターゲット５２と、これら二次元ターゲットを前後に接続したシールド掘進機又は計測管から撮像できるＣＣＤ撮像素子５３，５４とを備えて構成される。上記ＣＣＤ撮像素子５３，５４によって上記ターゲット５２の二次元形状を撮像し、上記ターゲットの画像の偏位から、隣合う上記シールド掘進機及び上記計測管の角度偏位を求めるものである。
【００６８】
図２に、図１に示す装置概要の平面図を示す。なお、排泥管１０は省略している。シールド掘進機１には、二次元ターゲット５２と後方を向けたＣＣＤ撮像素子５３が設置されている。また、最後尾に接続された計測管には、二次元ターゲット５２と前方を向けたＣＣＤ撮像素子５４とが設置されている。上記以外の中間部に位置する各計測管には、前後方向から撮像される二次元ターゲット５２と、前方及び後方を向けたＣＣＤ撮像素子５４，５３とがそれぞれ設置されている。なお、図１４に示すターゲットは、理解を容易にするため模式的に描いてある。
【００６９】
上記各撮像素子５３，５４は、図３及び図４に示すように、上記シールド掘進機１及び各計測管２〜６の軸方向の所定位置に配置された基板５５に軸方向に向かうように接合保持されている。上記基板５５は、上記ＣＣＤ撮像素子を保持する部分から上方に延出させられており、この延出部に上記ターゲット５２が形成されている。なお、本実施の形態に係る上記ターゲット５２は、基板の上方に一つ形成されているが、ターゲットの数は特に限定されることはない。
【００７０】
上記ターゲット５２は、内部にＬＥＤ発光素子を配列して構成されており、各ターゲットは、前方と後方に向けて光を放射し、対向するＣＣＤ撮像素子によって撮像されるように構成されている。なお、掘進機に設けたターゲットと、最後尾に接続された計測管のターゲットは、一方向に向けて光を放射できるように構成すれば足りる。
【００７１】
図６に、ターゲットを撮像した画面の状態を示す。画面中央部に撮像された画像６６ａは、図４に示すように、隣接する埋設管ないし計測管の軸が一致した場合に撮像される画像である。すなわち、推進開始時に、上記ターゲット５２が上記画面６８の原点Ｏに位置するように、上記ターゲット５２及び上記ＣＣＤ撮像素子５３，５４が調整されて推進が開始される。
【００７２】
上記掘進機及び計測管が図５に示すように屈曲して推進すると、図６に示すように、上記ターゲットの画像が、６６ａの基準位置から６６ｂの位置まで偏位する。また、偏位後の上記ターゲット画像６６ｂには、Ｚ軸に対して角度偏位θが生じている。上記各画像は、処理ボードＢ1 〜Ｂ5 を介して自動計測装置１６に出力され、画像処理プログラムによって、ターゲット画像のＸ方向及びＹ方向の偏位ｘ，ｚと回転偏位θが自動的に求められるように構成されている。
【００７３】
本実施の形態では、図２に示すように、隣接する掘進機１及び計測管２〜６のターゲット５２を前後から互いに撮像しあうように構成されている。また、各ターゲット５２とこれを撮像するＣＣＤ撮像素子５３，５４との間の距離は搭載位置から求めることができる。したがって、図７に示すように、隣接する掘進機及び計測管の相対角度偏位を上記画像の偏位から容易に求めることができる。
【００７４】
本実施の形態では、掘進機と計測管の相対角度偏位を求めることにより、最後尾の計測管の推進位置及び推進方向を基準として、上記各角度偏位と以下に説明するセンサ出力とから、前方を推進する計測管及び掘進機の位置及び姿勢を順次精度高く求めるように構成している。
【００７５】
最後尾の計測管に設置される上記傾斜計Ｇは、直交する２軸の傾斜角度を内蔵された液面静電容量型傾斜計で計測できるように構成されており、実施の形態では、管軸方向の傾斜（ピッチング）と、管軸回りの傾斜（ローリング）を水平面に対して計測できるように構成されている。
【００７６】
一方、上記シールド掘進機１、これに続く計測管２〜６及び埋設管７を送り出す油圧押出装置１８は、縦穴１９内に設けられており、上記油圧ユニット１４で発生した油圧によって作動させられる油圧シリンダ装置２０を備えて構成される。上記油圧シリンダ装置２０には、推進距離計測手段として押出積算距離を計測できる距離センサ１７が設けられている
。
【００７７】
上記距離センサ１７として、種々の距離センサを採用できる。実施の形態では、上記シリンダ装置の偏位量を電気抵抗値変化量に変換して距離を計測するリニア型のポテンシオメータを採用している。この距離センサ１７によって、上記シールド掘進機１の推進距離をリアルタイムに計測することができる。なお、距離センサも実施の形態に限定されることはなく、種々の形式のものを採用できる。
【００７８】
上記処理ボードＢ_１〜Ｂ_５及び傾斜計Ｇの信号出力は、配線Ｌを介して地表に設置した自動計測装置１６に伝送できるように構成している。また、距離センサ１７の出力も上記自動計測装置１６に伝送される。
【００７９】
上記自動計測装置１６は、演算装置と、上記演算装置から出力される推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示するディスプレイ装置を備えて構成されている。上記演算装置は、上記各処理ボードＢ1 〜Ｂ5 、上記傾斜計Ｇの信号出力及び距離センサ１７からの信号出力から、シールド掘進機及び計測管の推進軌跡及び推進姿勢を演算して、上記ディスプレイに表示する。
【００８０】
以下、本願発明に係る推進軌跡及び推進姿勢の計測方法の原理を図に基づいて説明する。
【００８１】
図２に示すように、シールド掘進機１を先頭とした管列は、曲線状の軌跡を描いて推進させられており、隣接する各シールド掘進機、計測管及び埋設管の角度偏位が生じているのがわかる。
【００８２】
図８に、推進基点Ｏを原点とする基準三次元座標空間（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）における管列の推進状態を模式的に示す。この図において、Ｌ_１〜Ｌ_６は、シールド掘進機及び計測管の管軸方向長さ、Ｅ_１〜Ｅ_６は、シールド掘進機及び各計測管の推進ベクトル、Ｐ_１からＰ_６は、シールド掘進機及び計測管の管軸の交点を表している。各管に生じる管軸の３次元の角度偏位をα_１〜α_５で示す。
【００８３】
掘進機と各計測管とは、縁部の一点において接触した状態で３次元の方向に推進していると考えられる。図９に計測管３と計測管４の各管軸と、支点Ｒ5 を含む平面での偏位状態を示す。この図に示すように、計測管５と計測管６には、α_５の角度偏位が生じている。上記α_５は、上記ＣＣＤ撮像素子よって検出された二次元ターゲットの相対座標偏位及び回転偏位に基づいて求められる。
【００８４】
本実施の形態では、各ＣＣＤ撮像素子によって検出された２次元ターゲットの位置偏位情報及び角度偏位情報を各処理ボードＢ_１〜Ｂ_５からの出力させ、隣接するシールド掘進機及び各計測管の間の各相対角度偏位α_１〜α_５が検出される。一方、最後尾の計測管６に設けた傾斜計Ｇから最後尾の計測管６のローリング及びピッチングの角度偏位を求めることができる。
【００８５】
上記各ＣＣＤ撮像素子によって撮像された画像偏位と、ＣＣＤ撮像素子と二次元ターゲットの距離等から、図９に示すように、管軸座標系の推進ベクトルｅｖ_５を求めることができる。同様に、シールド掘進機１及び各計測管２〜５の上記各推進ベクトルを求める。これにより、最後尾の計測管６の推進基点を原点とする基準座標系の座標値及び推進姿勢が求まれば、前方を推進するシールド掘進機１及び計測管２〜５の基準座標系における推進位置及び姿勢が求まる。
【００８６】
図８から明らかなように、最後尾の計測管が推進を開始するまでは、基点Ｏの座標（原点）と上記各管軸系相対角度偏位から、シールド掘進機１及び各計測管２〜６の推進位置及び姿勢を演算することができる。最後尾の計測管が基点Ｏを離れた後に、どのようにして最後尾の計測管６の推進位置及び推進姿勢を決定していくかが問題となる。
【００８７】
最後尾の計測管６の軌跡を求めるのに、前方を推進する計測管５と同じ軌跡を推進すると仮定して、すなわち、最後尾の計測管６と一つ前方を推進する計測管５の間の角度偏位が、最後尾の計測管が進行する間変化しないと仮定して、最後尾の計測管６の推進ベクトルないし軌跡を求めることができる。
【００８８】
ところが、一つ前方を推進する計測管５は、より前方を推進する計測管あるいはシールド掘進機の影響によって角度偏位が生じることがある。また、最後尾の計測管と直前の計測管との間の画像出力に誤差が生じることも考えられる。したがって、最後尾の計測管と直前の計測管との間で検出された角度偏位のみによって最後尾の計測管の推進姿勢及び推進位置を求め、この値から前方のシールド掘進機ないし計測管の推進位置及び姿勢を求めると、誤差が累積される恐れがあり、正確な推進軌跡を求めることができない。
【００８９】
本願発明は、上記問題を解決するため、最後尾の計測管６の推進位置及び推進姿勢を、前方を推進するシールド掘進機１及び計測管２〜５が、最後尾の計測管６が通過する位置において出力した複数の偏位データを利用して求める。すなわち、過去に通過した地点において、シールド掘進機及び計測管から出力された複数の角度偏位をもとに、最後尾の計測管の推進姿勢を演算するのである。
【００９０】
さらに、最後尾の計測管６に傾斜計を設けているため、ローリング及びピッチングに対する補正も容易に行うことができる。上記各情報から、最後尾の計測管６の推進位置及び姿勢を演算することにより、推進基点Ｏを離れた最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を精度高く推定することが可能となった。
【００９１】
そして、上記のようにして求めた最後尾の計測管６の推進軌跡及び姿勢に基づいて、前方の計測管２〜５及びシールド掘進機１の推進位置及び姿勢を再演算して求め、これを基にシールド掘進機１を計画推進軌跡に沿うように制御して掘進作業を行う。
【００９２】
なお、精度の高い推進軌跡を形成する必要がある場合には、推進軌跡の全長に渡って計測管を推進させるとともに、これら計測管を埋設管に置き換えることも考えられる。上述したように、最後尾の計測管の後端部が起点Ｏ（座標原点）にある場合、シールド掘進機及び計測管の隣接する角度偏位が求まれば、演算によって掘進機１及び全ての計測管の推進位置及び姿勢が一義的に決定されるからである。
【００９３】
さらに、本実施の形態では、図１０及び図１１に示すように、上記計測によって得られた推進軌跡Ｔ1 と予め設定された計画軌跡Ｔ2 とを対比して、上記自動計測装置１６のディスプレイに表示できるように構成している。
【００９４】
図１０では、計測された上記推進軌跡Ｔ1 と上記計画軌跡Ｔ2 の水平面（ｘ−ｙ座標）に沿う全体形状及び現在における推進位置を表示する一方、図１１では、推進累積距離Ｄに対する上記推進軌跡Ｔ_１の計測推進軌跡、すなわち、管軸に沿う距離Ｄを横軸にとって、深さ方向（ｚ方向）の推進軌跡を表している。これら表示から、推進作業が目標点に対してどの程度まで進行しているかを一目で理解することができる。また、実際の推進軌跡と計画軌跡のずれ（偏位量）を直観的に判断することができる。これに基づいて、シールド掘進機を制御操作することにより、より計画軌跡に沿った推進軌跡を形成することができる。
【００９５】
さらに、上記シールド掘進機１の制御操作を確実に行うため、図１２及び図１３に示すように、シールド掘進機、計測管及び埋設管の推進姿勢と、これらの計画軌跡Ｔ2 に対するずれ（偏位量）δを数値で表示できるように構成している。図１２には、推進軌跡Ｔ_２の曲率半径方向のずれをδとして表示するとともに、Ｘ軸及びＹ軸方向のずれδx ，δy に分解して表示している。また、シールド掘進機１の現在の推進位置において、シールド掘進機１の進行方向の計画軌跡方向からの角度のずれθXYを表示している。
【００９６】
図１３には、鉛直方向の推進軌跡及び推進姿勢のずれδz を推進距離Ｄに対して表示している。なお、上記表示の態様はこれら実施の形態に限定されることはなく、種々の表示形態を採用できる。
【００９７】
上記表示からシールド掘進機１の姿勢を正確に把握できるとともに、シールド掘進機１の制御操作を的確に行うことが可能となる。また、ずれの程度を表示できるため、経験や感にたよることなく、シールド掘進機１の制御操作を極めて容易に行うことができる。
【００９８】
以下、図１４及び図１５に基づいて、本実施の形態に係るシールド推進工法における計測方法の手順を具体的に説明する。
【００９９】
本願発明では、計測を連続的に行うこともできるし、間欠的に行うこともできる。たとえば、１本の埋設管の推進操作ごとに計測を行うこともできるし、１本の埋設管を推進させている間の推進軌跡及び姿勢を連続的にに計測することもできる。
【０１００】
本実施の形態では、シールド掘進機１及び計測管２〜６のみを推進させる場合と、計測管に続いて埋設管７を推進させる場合とに分けて説明する。
【０１０１】
図１４に基づいて、シールド掘進機１及び計測管２〜６のみを推進させる場合を説明する。
【０１０２】
推進作業を始める場合、まず設計軌跡を読み込む（Ｓ１０２）。そして、自動計測装置１６のディスプレイに設計軌跡を表示する（Ｓ１０５）。また、推進させる掘削機１ないし各計測管２〜６のセンサ出力等の初期設定を行う。具体的には推進起点（Ｏ点）位置の各座標等を読み込む。推進工程途中である場合には、保存データを読み込むことができる（Ｓ１０１，Ｓ１０４）。なお、本実施の形態では、シールド掘進機１と５台の計測管２〜６のみが推進している場合と、これに引き続いて埋設管が推進している場合とを区別するため、ｎが６より大きくなった場合に、計測管に引き続いて埋設管を推進させるものとして演算を行う。
【０１０３】
まず、ｎ＝１とおいて計測を開始する（Ｓ１０６）。推進を開始後、推進作業にともなう各センサ出力（角度偏位及び推進距離等）を取得して（Ｓ１０８）、シールド掘進機ないし計測管の各管軸座標系の推進ベクトル（図８のＥ_１〜Ｅ_６）を演算する（Ｓ１０９）。なお、シールド掘進機１ないし計測管２〜６を推進させる途中で保存した場合には（Ｓ１０７でＮ）、対応する推進ベクトルの演算から開始する。
【０１０４】
上記管軸座標系の推進ベクトルＥ_１〜Ｅ_６のままでは、推進位置情報を得ることができないため、これらの推進ベクトルを、基準座標系の推進ベクトルに変換する（Ｓ１１０）。実施の形態では、最後尾の計測管６が原点に位置するため、原点における基準座標系ベクトルが確定している。したがって、これを基準に前方を推進する各計測管及びシールド掘進機の基準座標系の推進ベクトルを求めることができる。
【０１０５】
次に、上記基準座標系ベクトルから、各計測管及びシールド掘進機の推進位置及び姿勢を求める（Ｓ１１１）。上記手順を最後尾の計測管６を推進させるまで繰り返す（Ｓ１１２，Ｓ１１３）。本実施の形態では、シールド掘進機１及び計測管２〜６の推進軌跡を決定した時点で推進軌跡及び推進姿勢を表示する（Ｓ１１４，Ｓ１１５）。
【０１０６】
次に、シールド掘進機１及び計測管２〜６に引き続いて埋設管７を推進させる場合を、図１５に基づいて説明する。
【０１０７】
埋設管７，７…を推進させる場合にも、各センサ出力を取得する（Ｓ２０１）。なお、上記各センサ出力には、最後尾の計測管６に設けた傾斜計Ｇの出力が含まれる。そして、シールド掘進機１及び各計測管２〜５の管軸座標系の推進ベクトルを演算する（Ｓ２０２）。
【０１０８】
この場合、推進基点にいずれかの計測管が位置している場合には、上述したように、基準座標系の推進ベクトルを容易に求めることができるが、埋設管が推進しているため、最後尾の計測管６の推進位置が確定できない。
【０１０９】
そこで、本実施の形態では、最後尾の計測管６の推進位置及び推進姿勢を、前方を推進するシールド掘進機１及び計測管２〜５の推進データを利用して決定していく。すなわち、推進基点Ｏから離れようとする最後尾の計測管６の推進位置及び推進姿勢を、前方を推進するシールド掘進機１及び計測管２〜５の複数のデータを利用して決定する（Ｓ２０３）。
【０１１０】
上記最後尾の計測管６の推進位置を求める具体的手法として、最後尾の計測管６より前方を推進するシールド掘進機１及び計測管２〜５が、上記最後尾の計測管位置にあったときの各管軸方向ベクトルを非線形最小二乗法によって処理し、最後尾の計測管６の推進ベクトルを求める。そして、推進基点を離れた最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を上記推進ベクトルから求める。そして、上記最後尾の計測管６の推進軌跡を確定推進軌跡とする（Ｓ２０４）。上記手法を採用することにより、埋設管を推進させる場合の推進軌跡の計測精度が格段に高まる。
【０１１１】
さらに、上記のようにして求めた確定推進軌跡に計測管６が推進したものとして、そのときの最後尾の推進位置及び推進姿勢を基準にして、演算により求められたシールド掘進機１及び各計測管２〜５の推進ベクトルを基準座標系の推進ベクトルに変換する（Ｓ２０５）。
【０１１２】
最後尾の計測管６には、傾斜計が設けられているため、ピッチング方向の角度偏位及びローリング方向の角度偏位を正確に計測することができるため、この値を上記演算に反映させて、シールド掘進機１及び計測管２〜５の推進位置及び推進姿勢を求める（Ｓ２０６）。
【０１１３】
次に、上記シールド掘進機１の推進位置と、計画推進軌跡及び姿勢のずれを演算する（Ｓ２０７）。また、上記ずれを修正するための制御操作方向及び制御量を演算する（Ｓ２０８）。
【０１１４】
そして、上記推進軌跡及び制御操作量、軌跡の計画軌跡からの偏位量、シールド掘進機の姿勢等をディスプレイに表示し（Ｓ２０９，２１０）、制御操作を行う者が上記の表示情報からシールド掘進機１に制御信号を送り、シールド掘進機の制御操作を行う。
【０１１５】
上記計測演算された各データは各位置におけるデータとして保存され（Ｓ２１１）、目標点に到達するまで（Ｓ２１２でＹ）、上記計測が連続的に繰り返される（Ｓ２０１〜Ｓ２１２）。そして、シールド掘進機１あるいは計測管２〜６が目標点に到達することにより、最終データを保存し（Ｓ２１３）計測作業が終了する。
【０１１６】
本願発明は上述の実施の形態に限定されることはない。実施の形態では、５台の計測管２〜６をシールド掘進機１の後部に接続したが、１台あるいは６台以上の計測管を接続することができる。また、また、推進軌跡の全部に計測管を接続して精度の高い推進軌跡を形成することもできる。
【０１１７】
さらに、実施の形態では、最後尾の計測管の推進位置を求めるために、前方を推進するシールド掘進機及び計測管のデータを用いた例を示したが、前方を推進する各計測管の推進位置及び推進姿勢を求めるために、それよれ前方を推進する計測管及びシールド掘進機のデータを最小二乗法で処理して求めることができる。
【０１１８】
また、本願発明では、掘進機及び計測管に設けた二次元ターゲットを前後に隣接して推進する計測管に設けたＣＣＤ撮像素子によって撮像するように構成したが、上記ＣＣＤ撮像素子とターゲットを、隣接する掘進機あるいは計測管の軸心に沿って配置することにより、一組のＣＣＤ撮像素子と二次元ターゲットによって、隣接する掘進機及び計測管の角度偏位を計測することが可能となる。すなわち、ＣＣＤ撮像素子と二次元ターゲットを軸心に配置することによって、上記画像の回転偏位が掘進機及あるいは計測管の軸心回りの回転偏位を表すことになる。このため、画像の直交座標系の偏位と、ターゲットを撮像した画像の図心回りの回転偏位角度を画像処理によって計測することにより、隣接する上記掘進機及び上記計測管の角度偏位を精度高く求めることが可能となる。
【０１１９】
【発明の効果】
本願発明においては、地磁気や地球の自転によって影響をうけるセンサを用いることなく、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢を、リアルタイムにしかも精度高く計測することができる。また、シールド掘進機の推進軌跡及び推進姿勢を表示しながら作業を行うことができる。さらに、計画軌跡に対する推進軌跡のずれを認識しながら操作を行えるとともに、シールド掘進機の姿勢を制御する情報を得ることもできる。このため、シールド掘進機の制御操作を極めて容易に行えるとともに、精度の高い推進軌跡を形成することができる。
【０１２０】
また、複数の計測値から最後尾の計測管の推進軌跡及び姿勢を求めてこれを基準としてシールド掘進機の推進姿勢を求めるものであるため、計測手段の一部が故障しても、推進作業を続行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る推進シールド工法を行うための装置構成の概要を示す断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】計測管の内部構造及びＣＣＤ撮像素子及びターゲットの状態を示す図であり、図２における III−III 線に沿う断面図である。
【図４】掘進機及び計測管が一つの直線上を推進する状態を模式的に表す断面図である。
【図５】掘進機及び計測管に角度偏位が生じた状態を模式的に表す断面図である。
【図６】ＣＣＤ撮像素子の画面の状態を表す図である。
【図７】掘進機及び計測管の角度偏位から、推進軌跡及び推進姿勢をもとめる手法を説明する図である。
【図８】シールド掘進機及び計測管の３次元の推進状態を模式的に表す図である。
【図９】図８に示した推進状態を管軸系座標で表した図面である。
【図１０】計測された推進軌跡と計画軌跡とを水平面において比較した表示態様を示す図である。
【図１１】計測された推進軌跡と計画軌跡の深さ方向のずれを、推進距離を横軸にとって比較した表示態様を示す図である。
【図１２】シールド掘進機及び計測管の姿勢及び計画軌跡からの水平面におけるずれの表示態様を示す図である。
【図１３】シールド掘進機及び計測管の姿勢及び計画軌跡からの深さ方向のずれを、推進距離を横軸にとって表した表示態様を示す図である。
【図１４】本願発明に係る計測方法の手順を表すフローチャートである。
【図１５】本願発明に係る計測方法の手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１シールド掘進機
２計測管
３計測管
４計測管
５計測管
６計測管
７埋設管
１７推進距離計測手段
１６自動計測装置（演算・表示装置）
５１角度偏位計測手段
５２二次元ターゲット
５３ＣＣＤ撮像手段
５４ＣＣＤ撮像手段
Ｇ角度姿勢計測手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a propulsion trajectory and propulsion posture measuring device in the propulsion shield method.
[0002]
[Prior art]
When laying water and sewage pipes or the like in the ground, a propulsion shield method is often employed in which a buried pipe connected to the shield machine is pushed and laid while excavating the ground with a shield machine. In the above-described propulsion shield method, in order to bury the buried pipe accurately at the planned position, it is necessary to manage the propulsion trajectory and the propulsion posture of the shield machine that excavates underground.
[0003]
In particular, when laying a small-diameter pipe where a person cannot directly measure the propulsion trajectory and propulsion posture, if the propulsion trajectory and propulsion attitude of the shield machine cannot be grasped in real time, the pipeline may be provided along the planned route. Can not.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-338721
[Patent Document 2]
JP 2000-193414 A
[0005]
The attitude measuring device for a shield machine described in Patent Document 1 includes a plurality of guide pipes connected to the rear of the shield machine, a stroke sensor for detecting a bending angle between the guide pipes, and a propulsion of the shield machine Detected by a hydraulic pressure difference detection system that detects the height, an inclinometer that detects rolling and pitching of the shield machine, a distance meter that detects the cumulative propulsion distance from the starting point of the shield machine, and each of the above sensors And a computer system that calculates the attitude of the shield machine from the output. Based on the measurement result from the attitude measuring device, the attitude of the shield machine is controlled, and the pipeline is laid along the planned propulsion trajectory.
[0006]
In the position detection device described in Patent Document 2, a diffusion light source and a position detection element that receives diffusion light emitted from the light source and detects a relative position with respect to the light source are provided in adjacent propulsion tubes. The position of the propulsion pipe is determined to control the attitude of the shield machine.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The attitude measuring device described in Patent Document 1 controls the direction of the shield machine by measuring the attitude of the shield machine, and controls the shield machine by grasping the entire propulsion trajectory. I can't. It is also difficult to grasp in real time the position, posture, etc. of each buried pipe connected to the shield machine. For this reason, it is not possible to perform the operation by accurately controlling the shield machine. Further, since the deviation (deviation amount) with respect to the planned trajectory cannot be grasped quantitatively, it is also difficult to accurately instruct the shield excavator about the correction operation for the deviation.
[0008]
The attitude of the shield machine is measured by rolling and pitching using an inclinometer provided in the shield machine. However, not only the shield excavator has a large vibration caused by propulsion, but also the propulsion work is performed with the shield excavator tilted in the traveling direction depending on how the propulsion is applied. There are also cases where For this reason, if the shield machine is controlled using the propulsion attitude information obtained from the sensor output provided on the shield machine, the accumulated error becomes large when propelling a long path, and the propulsion trajectory can be measured with high accuracy. Can not.
[0009]
The position measuring device described in Patent Document 2 sets a measurement base point to a start shaft and optically measures all trajectories from the measurement base point to a shield machine. Therefore, in principle, it is possible to accurately measure the reference coordinate position and posture with the propulsion base point of each propulsion pipe as the origin. However, if the propulsion distance is increased, the number of relay measurement points is increased, and the apparatus and calculation processing are complicated. In addition, when one light source or position detection element fails or measurement accuracy decreases, there is a problem that an accurate propulsion locus cannot be measured and a measurement error increases.
[0010]
The present invention has been conceived under the above circumstances, and solves the above-mentioned conventional problems, and even when the propulsion distance becomes long, the propulsion work is performed while grasping the entire propulsion trajectory. Propulsion shield and propulsion attitude measuring device and method in the propulsion shield construction method, measurement method, and shield excavator trajectory management. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a track management method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention takes the following technical means.
[0012]
The invention described in claim 1 of the present application measures one or more measurement pipes connected between the shield machine and the buried pipe, and measures adjacent angular deviation between the shield machine and each measurement pipe. Angle deviation measuring means, a propulsion distance measuring means capable of measuring the propulsion distance from the propulsion starting point of the shield machine and the measuring pipe, and at least the last measuring pipe, and can measure an angular attitude relative to a horizontal plane. An angle posture measuring means, a computing device that calculates the propulsion trajectory and the propulsion posture from the outputs of the measuring means, a display device that displays propulsion trajectory information and propulsion posture information output from the computing device, and / or The present invention relates to a propulsion trajectory and propulsion posture measuring device in a propulsion shield method in which a pipe is laid while excavating. The angular deviation measuring means images the two-dimensional target provided in the shield machine and the measurement tubes, and the two-dimensional target of the shield machine or measurement tube propelled forward and / or backward, and A CCD imaging unit that can detect a two-dimensional direction deviation and a rotation angle deviation of a two-dimensional target is configured. Angle deviation calculating means for obtaining the adjacent angle deviation from the distance between the target and the deviation of each target obtained by each CCD imaging means.
[0013]
The specific method of the propulsion shield method is not particularly limited, and an excavator is provided at the tip, and a buried pipe is connected thereto, and piping is laid in the ground while pressing the tail end of the buried pipe row. Widely applicable to construction methods.
[0014]
The number of the measuring tubes in the present invention is not particularly limited, but it is desirable to provide two or more measuring tubes in order to obtain an accurate propulsion locus. It is desirable to provide three or more measuring tubes in order to cope with a case where a failure occurs in any of the measuring tubes. When high accuracy is required, measuring tubes corresponding to the entire range of the propulsion locus may be connected. The measuring tube passes through the propulsion track following the shield machine, and the measuring tube propelling further back has less vibration and the posture is stable, so the propulsion track is measured with high accuracy. can do.
[0015]
The propulsion distance measuring means only needs to be able to measure the cumulative propulsion distance of the shield machine, the measurement pipe, and the buried pipe propelled from the reference point, and a general distance meter can be adopted. For example, it is desirable to use a rotary encoder or the like so that the cumulative propulsion distance at the intermediate portion of the buried pipe that has started propulsion can be measured. Note that the distance actually measured is the distance when propelled in the linear direction, the distance corresponding to the actual propulsion trajectory in the central axis of the shield machine, measuring pipe and buried pipe, that is, the propulsion distance considering the angular deviation. Is obtained by calculation using the above-described shield excavator, each measuring pipe, and the angular deviation of each buried pipe.
[0016]
In the present invention, an angle / orientation measuring unit is provided which is provided at least at the rearmost measurement tube and can measure an angle / orientation with respect to a horizontal plane. As a result, the rolling angle and the pitching angle with respect to the horizontal plane of the last measurement tube can be accurately obtained.
[0017]
The rearmost measuring tube is less likely to receive vibrations from the shield machine and is propelled while maintaining a stable posture. In the present invention, as will be described later, the front measurement tube and the propulsion trajectory are obtained based on the propulsion position and posture of the last measurement tube. Therefore, it is necessary to obtain the propulsion position and posture of the last measurement tube with high accuracy. The angle / orientation measuring means is not particularly limited, but it is desirable to employ one that can measure the angle and orientation of two axes in the vertical direction and the horizontal direction without being affected by geomagnetism or the rotation of the earth. For example, a two-axis inclinometer that can measure and output an inclination angle of two orthogonal axes with a built-in liquid level capacitance inclinometer can be employed.
[0018]
The angle / orientation measuring means can be provided in at least the rearmost measuring tube. In addition, in order to raise a measurement precision, it can also provide in two or more measuring tubes.
[0019]
The type of the arithmetic device is not limited. A general-purpose computer or a dedicated integrated circuit can be used. In these arithmetic units, a program for performing the above arithmetic is written and executed.
[0020]
Further, the present invention includes a display device that displays propulsion trajectory information and propulsion posture information output from the arithmetic device and / or an output device device that outputs the propulsion posture information so that the control operation of the shield machine can be easily performed. As the display device, a display device of a general-purpose computer can be adopted. A printer device can be adopted as the output device. It is desirable to employ a display device for measuring in real time and for controlling the shield machine.
[0021]
As the propulsion trajectory information, not only the propulsion trajectory and the propulsion posture calculated from the measurement result but also the planned planned propulsion trajectory and the planned propulsion posture can be simultaneously displayed on the screen of the display device. Thereby, it becomes possible to perform the control operation of the shield machine in consideration of the entire propulsion locus excavated so far by the shield machine.
[0022]
In the invention of the present application, the angle deviation measuring means is based on the image information output from the CCD image pickup means, and based on the two-dimensional image analysis, relative to the two-dimensional relative direction deviation of each captured target image. The angle deviation is obtained, the adjacent angle deviation of the shield machine and the measuring pipe is obtained from the deviation information, and the shield excavation with respect to the reference point is obtained from the changing adjacent angle deviation and the information output from each measurement means. It is comprised so that the propulsion locus and propulsion attitude | position of a machine and a measurement pipe may be calculated | required.
[0023]
As the CCD image pickup means, a commercially available image pickup element employed in a digital camera can be used. In addition, in order to cause the imaging unit to receive the entire target, the imaging unit can be configured by combining lenses.
[0024]
The form of the two-dimensional target is not particularly limited, and any form can be adopted as long as it can detect a two-dimensional direction deviation and a rotation angle deviation of a captured image. For example, a cross-shaped or arrow-shaped target can measure deviations in the X and Y directions in a two-dimensional orthogonal coordinate system, and can detect rotation angle deviations around these centroids. It can be adopted as a target related to On the other hand, for example, since a rotation angle deviation cannot be detected with a circular target, these types of targets cannot be employed as targets of the present invention. That is, in the present invention, the displacement of the target in the two-dimensional coordinate system and the rotational displacement are obtained by performing image processing on the figure obtained by imaging the target. Note that the target need not be integral, and a configuration in which a plurality of parts are separated can also be adopted.
[0025]
The arithmetic unit calculates an angular deviation for obtaining the adjacent angular deviation from the distance between each target and each CCD imaging means for imaging the target and the deviation of each target obtained by each CCD imaging means. Means are provided.
[0026]
The invention according to claim 2 of the present application is characterized in that the angle deviation measuring means includes a CCD image pickup means capable of picking up an image of the two-dimensional target of a shield machine or a measuring tube propelling forward and outputting image information; It comprises CCD imaging means for imaging the two-dimensional target provided in the measuring tube to be propelled and outputting image information.
[0027]
The invention of the present application measures the angle between the adjacent shield machine and the measurement tube from both directions, and determines the relative distance between the shield machine and the measurement tube from the distance between the target and the CCD imaging means. The angle deviation is determined to determine the direction in which the tip of the propulsion track is propelled with respect to the reference point.
[0028]
By imaging the facing targets from both directions, it can be determined whether the deviation of the target image is caused by bending deviation of the measuring tube or caused by rotation around the axis of the measuring tube. Thereby, it becomes possible to measure the deviation of the adjacent shield machine or measuring pipe with high accuracy. By converting the relative coordinate deviation between the shield machine and the measurement pipe with respect to the reference point, the positions and orientations of the shield machine and each measurement pipe can be obtained with high accuracy.
[0029]
In addition, a target imaged by the front CCD image pickup means and a target imaged by the rear CCD image pickup means can be separately provided in each measuring tube, or one target imaged by the front and rear CCD image pickup means is provided. You can also.
[0030]
The material constituting the target is not particularly limited. It is possible to provide a target to be imaged by reflecting light emitted from the vicinity of the CCD imaging means. As in the invention described in claim 4, while providing a light source for illuminating the target, the two-dimensional target can be configured with a light reflecting sheet.
[0031]
Moreover, various planar light emitters having a two-dimensional form can be employed. Further, the target may be formed of a light-transmitting member so that the target emits light in a planar shape.
[0032]
Furthermore, the target can be configured by arranging light emitters. For example, as in the invention described in claim 5, each of the two-dimensional targets can be configured by arranging a plurality of LED light emitters. Further, it may be configured such that the light from the light emitting body can be irradiated forward and backward, and can be configured to be imaged by front and rear CCD imaging means.
[0033]
According to a third aspect of the present invention, the two-dimensional target and the CCD imaging unit in the angular deviation measuring unit are arranged along the axis of the shield machine and each measuring tube.
[0034]
By adopting the above configuration, it is possible to measure the angular deviation of the adjacent excavator and the measuring tube by using a set of CCD imaging means and a two-dimensional target. That is, by arranging the CCD image pickup means and the two-dimensional target at the axis, the rotation angle deviation of the image represents a relative rotation deviation around the axis of the excavator or the measurement tube. Therefore, by measuring the deviation of the orthogonal coordinate system of the image and the rotational deviation angle around the centroid of the image obtained by imaging the target, the imaging of the target from both directions as described in claim 2 is performed. Therefore, it is possible to obtain the relative angle deviation between the adjacent excavator and the measuring pipe without requiring the accuracy.
[0035]
In the invention described in claim 6 of the present application, the calculation device is configured to change the propulsion position and posture of the shield engraving machine propelling forward or the measurement tube from each measurement means with reference to the propulsion position and posture of the last measurement tube. On the other hand, the propulsion position and propulsion posture of the last measurement pipe are calculated, and the position information and posture information calculated when the shield machine and the measurement pipe propelling forward pass the propulsion position. It is configured so as to be obtained by statistical processing.
[0036]
In the propulsion shield construction method, propulsion work is performed so that the shield excavator excavates in the soil so as to follow the planned trajectory as much as possible. However, since the shield machine has vibrations and shocks, its posture tends to become unstable. In addition, the vibration of the shield machine is transmitted to the subsequent measurement pipe, and the measurement means provided in the measurement pipe does not always output an accurate measurement value. For this reason, if a propulsion locus is calculated only by the output from each sensor provided in the shield machine or the measuring pipe and the shield machine is controlled and operated, it is difficult to perform construction with high accuracy along the planned propulsion locus. In addition, there may be a case where one of the measuring means becomes faulty and cannot be used.
[0037]
The last measuring tube is farthest from the shield machine and the propulsion posture is stable. On the other hand, in the present invention, the angular deviation of the adjacent shield machine and each measuring pipe can be obtained with high accuracy by the angular deviation measuring means. Further, since the angle measuring unit is provided in the last measuring tube, the angular deviation with respect to the horizontal plane can be accurately obtained. Therefore, if the propulsion position and attitude of the last measurement pipe can be accurately obtained based on these information, the shield machine that propels the front, the propulsion position and propulsion attitude of each measurement pipe can be accurately estimated. It becomes possible.
[0038]
The trajectory that the last measuring tube is going to propel is supposed to be the same in principle because other measuring tubes should have already passed. However, even if the positions on the trajectory are the same, it is conceivable that a rotational deviation or the like around the tube axis occurs during the propulsion or the propulsion posture or the like changes. In addition, measurement errors also occur. Therefore, the propulsion position is determined on the assumption that the propulsion trajectory and propulsion posture at the end are the same as the measurement tube propelling one forward, and with reference to this position, the propulsion trajectory and the measurement tube ahead of it If the propulsion attitude is calculated, an accurate propulsion locus or the like cannot be obtained.
[0039]
In the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, the propulsion trajectory of the rearmost propulsion pipe is determined by calculating from outputs from a plurality of measurement pipes output when passing the propulsion position, or from these measurement values. The result is statistically processed to obtain a more accurate propulsion trajectory of the last measuring tube. Then, the propulsion position and posture of the front shield machine or measuring tube are recalculated on the basis of the propulsion locus and propulsion posture thus obtained. By repeating this operation for the last measurement tube that is away from the propulsion base point, the buried tube is propelled while determining the propulsion trajectory.
[0040]
The statistical processing can be obtained by statistically processing the propulsion position information and the propulsion posture information of the shield machine and each measuring pipe when passing through a predetermined propulsion position. For example, the vector when each measuring tube passes the propulsion position can be processed by the non-linear least square method to determine the trajectory propelled by the last measuring tube. Further, when there is a large amount of information for determining each propulsion position, the calculation can be performed while ignoring the maximum and minimum values. In addition, the propulsion posture in which the rolling and pitching of the measurement tube row are corrected can be obtained by the output of the angle posture measurement means provided in the last measurement tube. In this manner, the propulsion position and the propulsion posture of the last measurement tube away from the propulsion base point are continuously determined to obtain the propulsion trajectory, and the forward shield digging is performed based on the propulsion position and the propulsion posture of the tail. By calculating the propulsion position and orientation of the machine or measuring tube, it becomes possible to determine the position and orientation of the shield machine with unprecedented accuracy.
[0041]
The interval for obtaining the propulsion trajectory is not particularly limited. It can be obtained by calculating every predetermined time or every propulsion distance, or the propulsion locus can be obtained continuously by setting the measurement interval short. By adopting the above method, it becomes possible to determine the propulsion position and propulsion posture of the shield machine with unprecedented accuracy, and by controlling the shield machine based on this, the accuracy of the propulsion trajectory is greatly increased. Rise. In addition, if one or more angular deviations can be measured, the propulsion trajectory and the propulsion attitude can be obtained, so that the operation can be continued even if any of the angular deviation measuring means breaks down. For this reason, reliability is high.
[0042]
In the invention described in claim 7 of the present application, the arithmetic device and the device that displays and / or outputs the propulsion trajectory information and the propulsion posture information include a planned planned propulsion trajectory or / and a planned propulsion posture, A deviation from the propulsion locus and / or propulsion posture calculated from the measured value is calculated and displayed.
[0043]
Conventional measuring devices cannot recognize in real time how much the actual propulsion trajectory deviates from the planned propulsion trajectory, and often control the shield excavator from only the attitude information of the shield excavator. For this reason, it has been difficult to manage the propulsion work with high accuracy.
[0044]
In the present invention, the control operation of the shield machine can be performed while recognizing the deviation from the planned propulsion locus and / or the planned propulsion posture in real time. Therefore, not only can the propulsion work be performed with high accuracy, but also the control operation of the shield machine is facilitated.
[0045]
The invention described in claim 8 of the present application calculates control operation information of the shield machine based on the measurement device described in any of claims 1 to 7 and information obtained by the measurement device. The propulsion trajectory management apparatus is configured to include control operation information output means for outputting and / or displaying.
[0046]
In the conventional propulsion shield construction method, the person who operates the shield machine performs the control operation of the shield machine so that the shield machine is close to the planned trajectory based on the attitude information of the shield machine, etc. . Also, the control operation described above only changes the direction of the shield machine, and does not indicate a control amount or the like. For this reason, it often depends on the operator's feeling, and skill is required to perform the operation.
[0047]
In the present invention, since the control operation information output means for calculating, outputting and / or displaying the control operation information of the shield machine is provided, the operation of the shield machine becomes extremely easy and the control operation is skillful. There is no need. It is also possible to automate the operation of the shield machine.
[0048]
For example, as in the invention described in claim 9, the control operation information output means corresponds to a deviation between the planned planned trajectory or / and planned propulsion attitude and the measured propulsion trajectory and / or measured propulsion attitude. The correction operation can be output and / or displayed. Thereby, a highly accurate propulsion operation can be performed without depending on the operator's feeling.
[0049]
The invention according to claims 10 to 16 of the present application relates to a method for measuring a propulsion locus and a propulsion posture in the propulsion shield method.
[0050]
The invention described in claim 10 of the present application connects one or more measurement pipes between the shield machine and the buried pipe, and the propulsion distance from the propulsion base point of the shield machine and each measurement pipe, Measure the adjacent angular deviation between the adjacent shield machine and each measuring pipe, and at least the angular deviation of the last measuring pipe with respect to the horizontal plane, and based on these measured values, determine the propulsion trajectory and propulsion posture. A method for measuring a propulsion trajectory and a propulsion posture in a propulsion shield construction method, wherein the shield excavator and the measurement pipe are provided with a two-dimensional target, and the shield excavator or the measurement pipe is propelled forward and / or backward. By imaging a two-dimensional target with a CCD imaging means and detecting a two-dimensional directional deviation and a rotational angle deviation of the two-dimensional target, the adjacent shield digging is performed. It is characterized by measuring the adjacent angle deviation between the aircraft and each instrumentation tube.
[0051]
According to the eleventh aspect of the present invention, the shield engraving machine and the two-dimensional target provided in each of the measurement pipes are propelled backward, and the shield imaging machine for propelling forward or the CCD imaging means provided in the measurement pipe. An image is picked up by a CCD image pickup means provided on the measuring tube, and the image deviation of each target obtained by each CCD image pickup means is detected.
[0052]
In the invention described in claim 12 of the present application, the two-dimensional target and the CCD imaging means are arranged along the axis of the shield machine and each measuring tube, and each two-dimensional target is propelled forward or backward. An image is picked up by the CCD image pickup means provided in the excavator or measuring tube, and the image displacement of each target obtained by each CCD image pickup means is detected.
[0053]
The invention described in claim 13 of the present application is based on the propulsion position and propulsion posture of the last measurement pipe, and the shield machine and the propulsion position and propulsion posture of each measurement pipe propelled forward from each measurement information. While calculating, the propulsion position and attitude of the last measuring pipe are statistically calculated using the shield machine that propels forward and the propulsion position information and propulsion attitude information calculated when each measuring pipe passes the propulsion position. It is obtained by processing. After the last measuring tube leaves the propulsion base point, the above operation is repeated to determine the propulsion locus.
[0054]
The statistical processing can be performed by using a shield machine that propels forward from the last measuring tube and various data collected from the measuring tube and processing methods.
[0055]
For example, as in the invention described in claim 14, the propulsion position and the attitude of the rearmost measurement pipe are set to the propulsion calculated when the shield machine and the measurement pipes pass forward through the propulsion position. The position information and the propulsion attitude information can be obtained by processing using the nonlinear least square method.
[0056]
Specifically, the vector in the direction in which the last measuring tube travels can be obtained by calculation using the above method. By the above method, the propulsion vector in the last measuring tube is continuously obtained from the propulsion base point, and the propulsion locus is determined.
[0057]
The invention described in claim 15 determines the propulsion trajectory by obtaining the propulsion position and posture of the last measurement tube at a predetermined propulsion interval, and uses the propulsion position and propulsion posture of the last measurement tube as a reference. The propulsion position and attitude of the excavator and the measuring tube propelling forward are obtained.
[0058]
The interval for obtaining the propulsion trajectory by measuring is not particularly limited. The propulsion trajectory can be obtained for each time interval or for each propulsion distance interval. Also
[0059]
The invention described in claim 16 is configured to calculate and display the propulsion trajectory obtained by the measurement method and the deviation of the propulsion posture with respect to the planned propulsion trajectory and the planned propulsion posture.
[0060]
The invention described in claim 17 calculates control information for instructing the propulsion direction of the shield machine based on the measurement information obtained by the measurement method described in claims 10 to 16, and calculates the control information. It is configured to display and / or output to the shield machine to control the shield machine.
[0061]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0062]
In FIG. 1, the outline | summary of the whole structure of the apparatus which performs the propulsion shield method to which the measuring method which concerns on this invention is applied is shown.
[0063]
Five measuring tubes 2, 3, 4, 5, 6 are connected to the underground E in a row with the shield machine 1 at the head, and further, the measuring tubes 2, 3, 4, 5, 6 are connected to each other. After that, buried pipes 7, 7... Are connected. The shield machine 1 and the buried pipe 7 may employ various kinds of conventionally used machines and buried pipes.
[0064]
The shield machine 1 is provided with an excavation head 9 driven by a motor 8 at the tip, and the earth and sand excavated by the excavation head 9 is injected from the ground surface through an injection pipe (not shown). The mud is mixed with the muddy water, and is guided to the muddy water treatment device 12 provided outside via the mud pipe 10 and the muddy water pump 11 to be processed.
[0065]
The device denoted by reference numeral 13 is a lubricant injection device. An apparatus denoted by reference numeral 14 is a hydraulic unit that generates pressure for propelling the shield machine, the measurement pipe, and the buried pipe. Moreover, the apparatus which attached | subjected the code | symbol 15 is an electromagnetic flowmeter which measures the quantity of muddy water. As these devices, those used in the conventional propulsion shield method can be adopted.
[0066]
In the shield machine 1 and the measuring pipes 2, 3, 4, 5, and 6 are provided angular deviation measuring means 51 for measuring adjacent angular deviations that change with propulsion.
[0067]
As shown in FIGS. 2 to 7, the angular deviation measuring means 51 according to the present embodiment includes a two-dimensional target 52 provided in each of the shield machine 1 and the measuring pipes 2 to 6, and these two-dimensional targets. And CCD image sensors 53 and 54 that can be imaged from a shield machine or a measuring tube connected to. The two-dimensional shape of the target 52 is picked up by the CCD image pickup devices 53 and 54, and the angular deviation of the adjacent shield machine and the measuring tube is obtained from the deviation of the image of the target.
[0068]
FIG. 2 shows a plan view of the outline of the apparatus shown in FIG. The drainage pipe 10 is omitted. The shield machine 1 is provided with a two-dimensional target 52 and a CCD image sensor 53 facing back. In addition, a two-dimensional target 52 and a CCD image sensor 54 facing forward are installed in the measuring tube connected at the end. In each measurement tube located at an intermediate portion other than the above, a two-dimensional target 52 imaged from the front-rear direction and CCD image sensors 54 and 53 facing front and rear are respectively installed. Note that the target shown in FIG. 14 is schematically drawn for easy understanding.
[0069]
As shown in FIGS. 3 and 4, the imaging elements 53 and 54 are directed in the axial direction toward the substrate 55 arranged at predetermined positions in the axial direction of the shield machine 1 and the measuring tubes 2 to 6. Bonded and held. The substrate 55 extends upward from a portion that holds the CCD image pickup device, and the target 52 is formed in the extended portion. Although one target 52 is formed above the substrate according to the present embodiment, the number of targets is not particularly limited.
[0070]
The target 52 is configured by arranging LED light emitting elements therein, and each target is configured to emit light toward the front and rear and be imaged by the opposing CCD image sensor. It is sufficient that the target provided in the excavator and the target of the measuring tube connected at the end are configured so that light can be emitted in one direction.
[0071]
FIG. 6 shows the state of the screen that images the target. As shown in FIG. 4, the image 66 a captured in the center of the screen is an image captured when the axes of adjacent buried pipes or measurement pipes coincide with each other. That is, at the start of propulsion, the target 52 and the CCD imaging devices 53 and 54 are adjusted so that the target 52 is positioned at the origin O of the screen 68, and propulsion is started.
[0072]
When the excavator and the measuring pipe are bent and propelled as shown in FIG. 5, the image of the target is displaced from the reference position 66a to the position 66b as shown in FIG. Further, in the target image 66b after the deviation, an angular deviation θ is generated with respect to the Z axis. The above images are output to the automatic measuring device 16 via the processing boards B1 to B5, and the X and Y deviations x and z and the rotational deviation θ of the target image are automatically obtained by the image processing program. It is configured to be.
[0073]
In this Embodiment, as shown in FIG. 2, it is comprised so that the adjacent excavation machine 1 and the target 52 of the measurement pipes 2-6 may mutually be imaged from the front and back. Further, the distance between each target 52 and the CCD image pickup devices 53 and 54 that image the target 52 can be obtained from the mounting position. Therefore, as shown in FIG. 7, the relative angular deviation of the adjacent excavator and the measuring pipe can be easily obtained from the deviation of the image.
[0074]
In the present embodiment, the relative angular deviation between the excavator and the measurement pipe is obtained, and based on the propulsion position and the propulsion direction of the rearmost measurement pipe, the above-mentioned angular deviations and the sensor outputs described below are used. The position and orientation of the measuring tube propelling forward and the excavator are sequentially obtained with high accuracy.
[0075]
The inclinometer G installed in the rearmost measuring tube is configured to be able to measure a tilt angle of two orthogonal axes with a built-in liquid level capacitance inclinometer. An axial tilt (pitching) and a tilt around the tube axis (rolling) can be measured with respect to a horizontal plane.
[0076]
On the other hand, a hydraulic pusher 18 that feeds the shield machine 1, the subsequent measurement pipes 2 to 6 and the buried pipe 7 is provided in a vertical hole 19 and is operated by the hydraulic pressure generated by the hydraulic unit 14. A cylinder device 20 is provided. The hydraulic cylinder device 20 is provided with a distance sensor 17 that can measure the integrated push-out distance as a propulsion distance measuring means.
.
[0077]
Various distance sensors can be adopted as the distance sensor 17. The embodiment employs a linear potentiometer that measures the distance by converting the displacement amount of the cylinder device into an electric resistance value change amount. With this distance sensor 17, the propulsion distance of the shield machine 1 can be measured in real time. The distance sensor is not limited to the embodiment, and various types can be adopted.
[0078]
Processing board B ₁ ~ B ₅ And the signal output of the inclinometer G can be transmitted to the automatic measuring device 16 installed on the ground surface via the wiring L. The output of the distance sensor 17 is also transmitted to the automatic measuring device 16.
[0079]
The automatic measuring device 16 includes a calculation device and a display device that displays propulsion trajectory information and propulsion posture information output from the calculation device. The arithmetic unit calculates the propulsion trajectory and propulsion posture of the shield machine and the measuring tube from the processing boards B1 to B5, the signal output of the inclinometer G and the signal output of the distance sensor 17, and displays the display on the display. indicate.
[0080]
Hereinafter, the principle of the method for measuring the propulsion locus and propulsion posture according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0081]
As shown in FIG. 2, the pipe row starting from the shield machine 1 is driven with a curved trajectory, resulting in angular deviation of each adjacent shield machine, measuring pipe and buried pipe. I can see that
[0082]
FIG. 8 shows a reference three-dimensional coordinate space (X ₀ , Y ₀ , Z ₀ ) Schematically shows the propulsion state of the tube row. In this figure, L ₁ ~ L ₆ Is the axial length of the shield machine and measuring pipe, E ₁ ~ E ₆ Is the propulsion vector of the shield machine and each measuring pipe, P ₁ To P ₆ Represents the intersection of the shield machine and the tube axis of the measuring tube. Α is the three-dimensional angular deviation of the tube axis that occurs in each tube. ₁ ~ Α ₅ It shows with.
[0083]
It is considered that the excavator and each measuring tube are propelled in a three-dimensional direction while being in contact with each other at one point of the edge. FIG. 9 shows the state of deviation in the plane including the tube axes of the measurement tube 3 and the measurement tube 4 and the fulcrum R5. As shown in this figure, the measurement tube 5 and the measurement tube 6 have α ₅ The angular deviation is generated. Α ₅ Is obtained based on the relative coordinate deviation and rotational deviation of the two-dimensional target detected by the CCD image sensor.
[0084]
In the present embodiment, the position deviation information and angle deviation information of the two-dimensional target detected by each CCD image sensor are used for each processing board B. ₁ ~ B ₅ Each relative angle deviation α between the adjacent shield machine and each measuring pipe ₁ ~ Α ₅ Is detected. On the other hand, the angular deviation of rolling and pitching of the last measuring tube 6 can be obtained from the inclinometer G provided in the last measuring tube 6.
[0085]
As shown in FIG. 9, the propulsion vector ev in the tube axis coordinate system is obtained from the image deviation captured by each CCD image sensor and the distance between the CCD image sensor and the two-dimensional target. ₅ Can be requested. Similarly, the respective propulsion vectors of the shield machine 1 and the measuring tubes 2 to 5 are obtained. Thus, when the coordinate value and the propulsion posture of the reference coordinate system with the propulsion base point of the last measurement tube 6 as the origin are obtained, the shield machine 1 propelling forward and the propulsion in the reference coordinate system of the measurement tubes 2 to 5 are obtained. The position and orientation are determined.
[0086]
As is clear from FIG. 8, until the last measuring tube starts propulsion, the shield machine 1 and each measuring tube 2 through the coordinates (origin) of the base point O and the relative angular deviation of each tube axis system are used. 6 propulsion positions and postures can be calculated. After the last measurement tube leaves the base point O, how to determine the propulsion position and the propulsion posture of the last measurement tube 6 becomes a problem.
[0087]
In order to obtain the trajectory of the last measuring tube 6, it is assumed that the same trajectory as the measuring tube 5 propelling forward is propelled, that is, between the last measuring tube 6 and the measuring tube 5 propelling one forward. Assuming that the angle deviation does not change while the last measuring tube advances, the propulsion vector or trajectory of the last measuring tube 6 can be obtained.
[0088]
However, the measurement tube 5 propelling one front may cause an angular deviation due to the influence of the measurement tube propelling further forward or the shield machine. It is also conceivable that an error occurs in the image output between the last measuring tube and the immediately preceding measuring tube. Therefore, the propulsion posture and the propulsion position of the last measuring tube are obtained only by the angular deviation detected between the last measuring tube and the immediately preceding measuring tube, and from this value the forward shield machine or measuring tube When the propulsion position and posture are obtained, errors may be accumulated, and an accurate propulsion locus cannot be obtained.
[0089]
In the present invention, in order to solve the above problem, the shield tube 1 and the measuring tubes 2 to 5 that propel the front of the propulsion position and propulsion posture of the rearmost measuring tube 6 pass through the last measuring tube 6. This is obtained using a plurality of deviation data output at the position. In other words, the propulsion posture of the last measurement tube is calculated based on a plurality of angular deviations output from the shield machine and the measurement tube at points that have passed in the past.
[0090]
Furthermore, since an inclinometer is provided in the last measuring tube 6, correction for rolling and pitching can be easily performed. By calculating the propulsion position and posture of the rearmost measurement tube 6 from each of the above information, the propulsion position and posture of the rearmost measurement tube away from the propulsion base point O can be accurately estimated.
[0091]
Then, based on the propulsion locus and posture of the last measurement tube 6 obtained as described above, the propulsion position and posture of the front measurement tubes 2 to 5 and the shield machine 1 are recalculated to obtain this. Based on this, the shield machine 1 is controlled to follow the planned trajectory and the excavation work is performed.
[0092]
In addition, when it is necessary to form a highly accurate propulsion locus, it is also conceivable that the measurement pipes are propelled over the entire length of the propulsion locus and these measurement pipes are replaced with buried pipes. As described above, when the rear end portion of the last measurement pipe is at the starting point O (coordinate origin), if the adjacent excursion of the shield machine and the measurement pipe is obtained, the machine 1 and all of the machines are calculated. This is because the propulsion position and posture of the measuring tube are uniquely determined.
[0093]
Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, the propulsion trajectory T1 obtained by the above measurement and the preset planned trajectory T2 are compared and displayed on the display of the automatic measuring device 16. It is configured to be able to.
[0094]
FIG. 10 shows the overall shape of the measured propulsion trajectory T1 and the planned trajectory T2 along the horizontal plane (xy coordinates) and the current propulsion position, while FIG. T ₁ The measurement propulsion trajectory, that is, the propulsion trajectory in the depth direction (z direction) is represented with the distance D along the tube axis as the horizontal axis. From these displays, it is possible to understand at a glance how far the propulsion work has progressed with respect to the target point. Further, it is possible to intuitively determine the deviation (deviation amount) between the actual propulsion locus and the planned locus. Based on this, the propulsion locus along the planned locus can be formed by controlling the shield machine.
[0095]
Further, in order to perform the control operation of the shield machine 1 with certainty, as shown in FIGS. 12 and 13, the propulsion postures of the shield machine, the measurement pipe and the buried pipe, and the deviations (deviations) with respect to the planned trajectory T2. (Quantity) δ can be displayed numerically. In FIG. 12, the propulsion trajectory T ₂ Is displayed as δ, and is disassembled into X and Y axis direction deviations δx and δy. Also, at the current propulsion position of the shield machine 1, an angle deviation θXY from the planned trajectory direction of the traveling direction of the shield machine 1 is displayed.
[0096]
In FIG. 13, the vertical propulsion locus and the propulsion posture deviation δz are displayed with respect to the propulsion distance D. Note that the display mode is not limited to these embodiments, and various display modes can be adopted.
[0097]
The attitude of the shield machine 1 can be accurately grasped from the above display, and the control operation of the shield machine 1 can be accurately performed. Further, since the degree of deviation can be displayed, the control operation of the shield machine 1 can be performed very easily without depending on experience or feeling.
[0098]
Hereinafter, based on FIG.14 and FIG.15, the procedure of the measuring method in the shield propulsion method which concerns on this Embodiment is demonstrated concretely.
[0099]
In the present invention, measurement can be performed continuously or intermittently. For example, measurement can be performed for each propulsion operation of one buried pipe, and the propulsion trajectory and posture while the one buried pipe is being propelled can be continuously measured.
[0100]
In the present embodiment, the case where only the shield machine 1 and the measurement pipes 2 to 6 are propelled and the case where the buried pipe 7 is propelled following the measurement pipe will be described separately.
[0101]
Based on FIG. 14, the case where only the shield machine 1 and the measuring pipes 2-6 are propelled is demonstrated.
[0102]
When starting the propulsion work, first, the design locus is read (S102). Then, the design trajectory is displayed on the display of the automatic measuring device 16 (S105). Moreover, initial setting of the sensor output etc. of the excavator 1 thru | or the measurement pipes 2-6 to be propelled is performed. Specifically, the coordinates of the propulsion start point (point O) are read. In the middle of the propulsion process, stored data can be read (S101, S104). In this embodiment, in order to distinguish between the case where only the shield machine 1 and the five measuring pipes 2 to 6 are propelled from the case where the buried pipe is subsequently propelled, n is When the value is greater than 6, the calculation is performed on the assumption that the buried pipe is pushed after the measuring pipe.
[0103]
First, measurement is started with n = 1 (S106). After starting the propulsion, each sensor output (angle deviation, propulsion distance, etc.) accompanying the propulsion work is acquired (S108), and the propulsion vector (E in FIG. 8) of each axis coordinate system of the shield machine or measuring pipe is acquired. ₁ ~ E ₆ ) Is calculated (S109). In the case where the shield machine 1 or the measuring tubes 2 to 6 are stored during propulsion (N in S107), the process starts from the calculation of the corresponding propulsion vector.
[0104]
The propulsion vector E of the tube axis coordinate system ₁ ~ E ₆ Since the propulsion position information cannot be obtained as it is, these propulsion vectors are converted into propulsion vectors in the reference coordinate system (S110). In the embodiment, since the last measuring tube 6 is located at the origin, the reference coordinate system vector at the origin is fixed. Therefore, the propulsion vector in the reference coordinate system of each measuring tube and shield machine that propels forward can be obtained based on this.
[0105]
Next, the propulsion position and attitude of each measuring tube and shield machine are obtained from the reference coordinate system vector (S111). The above procedure is repeated until the last measuring tube 6 is driven (S112, S113). In the present embodiment, the propulsion trajectory and the propulsion posture are displayed when the propulsion trajectory of the shield machine 1 and the measuring tubes 2 to 6 is determined (S114, S115).
[0106]
Next, the case where the buried pipe 7 is propelled following the shield machine 1 and the measuring pipes 2 to 6 will be described with reference to FIG.
[0107]
Also when the buried pipes 7, 7... Are propelled, the sensor outputs are acquired (S201). Each sensor output includes the output of the inclinometer G provided in the last measurement tube 6. And the propulsion vector of the pipe axis coordinate system of the shield machine 1 and each measuring pipe 2-5 is calculated (S202).
[0108]
In this case, if any measurement tube is located at the propulsion base point, as described above, the propulsion vector of the reference coordinate system can be easily obtained. The propulsion position of the tail measuring tube 6 cannot be determined.
[0109]
Therefore, in the present embodiment, the propulsion position and the propulsion posture of the last measurement pipe 6 are determined using the shield machine 1 propelling forward and the propulsion data of the measurement pipes 2 to 5. That is, the propulsion position and the propulsion posture of the last measurement tube 6 that is about to leave the propulsion base point O are determined using a plurality of data of the shield machine 1 and the measurement tubes 2 to 5 that propel the front (S203). ).
[0110]
As a specific method for obtaining the propulsion position of the last measurement pipe 6, the shield machine 1 and the measurement pipes 2 to 5 propelling forward from the last measurement pipe 6 were at the last measurement pipe position. Each tube axis direction vector at the time is processed by a non-linear least square method, and the propulsion vector of the last measuring tube 6 is obtained. Then, the propulsion position and the propulsion posture of the last measurement tube away from the propulsion base point are obtained from the propulsion vector. Then, the propulsion trajectory of the last measurement tube 6 is set as the final propulsion trajectory (S204). By adopting the above method, the measurement accuracy of the propulsion trajectory when propelling the buried pipe is remarkably increased.
[0111]
Further, assuming that the measuring tube 6 has propelled on the determined propulsion trajectory obtained as described above, the shield machine 1 and each measurement obtained by calculation based on the propulsion position and propulsion posture at the end at that time. The propulsion vector of the tubes 2 to 5 is converted into the propulsion vector of the reference coordinate system (S205).
[0112]
Since the rearmost measuring tube 6 is provided with an inclinometer, it is possible to accurately measure the angular deviation in the pitching direction and the angular deviation in the rolling direction, and this value is reflected in the above calculation. Then, the propulsion position and the propulsion posture of the shield machine 1 and the measuring tubes 2 to 5 are obtained (S206).
[0113]
Next, the deviation between the propulsion position of the shield machine 1 and the planned trajectory and attitude is calculated (S207). Further, a control operation direction and a control amount for correcting the deviation are calculated (S208).
[0114]
Then, the propulsion trajectory and the control operation amount, the deviation amount of the trajectory from the planned trajectory, the attitude of the shield machine, etc. are displayed on the display (S209, 210), and the person who performs the control operation can perform shield excavation from the above display information. A control signal is sent to the machine 1 to control the shield machine.
[0115]
Each data calculated and calculated is stored as data at each position (S211), and the above measurement is continuously repeated (S201 to S212) until the target point is reached (Y in S212). Then, when the shield machine 1 or the measurement pipes 2 to 6 reach the target point, the final data is stored (S213) and the measurement operation is completed.
[0116]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. In the embodiment, the five measurement pipes 2 to 6 are connected to the rear part of the shield machine 1, but one or six or more measurement pipes can be connected. In addition, it is possible to form a highly accurate propulsion trajectory by connecting a measuring tube to the entire propulsion trajectory.
[0117]
Furthermore, in the embodiment, in order to obtain the propulsion position of the last measurement tube, an example using the shield machine and the measurement tube data propelled forward has been shown. In order to determine the position and the propulsion attitude, the data of the measuring tube and the shield machine that are propelled forward can be processed by the least square method.
[0118]
Further, in the present invention, the two-dimensional target provided in the excavator and the measurement tube is configured to be imaged by the CCD image pickup device provided in the measurement tube propelled adjacent to the front and rear. By arranging along the axial center of the adjacent excavator or measuring tube, it is possible to measure the angular deviation of the adjacent excavator and measuring tube by using a set of CCD image sensors and a two-dimensional target. That is, by arranging the CCD image pickup device and the two-dimensional target at the axial center, the rotational deviation of the image represents the rotational deviation around the axis of the excavator or the measuring tube. For this reason, by measuring the displacement of the orthogonal coordinate system of the image and the rotational displacement angle around the centroid of the image obtained by imaging the target by image processing, the angular displacement of the adjacent excavator and the measurement tube is determined. It becomes possible to obtain with high accuracy.
[0119]
【The invention's effect】
In the present invention, the propulsion locus and propulsion posture in the propulsion shield method can be measured in real time and with high accuracy without using a sensor that is affected by geomagnetism or the rotation of the earth. Further, the work can be performed while displaying the propulsion locus and the propulsion posture of the shield machine. Further, the operation can be performed while recognizing the deviation of the propulsion locus with respect to the planned locus, and information for controlling the attitude of the shield machine can be obtained. For this reason, the control operation of the shield machine can be performed very easily, and a highly accurate propulsion locus can be formed.
[0120]
In addition, since the propulsion trajectory and attitude of the last measuring tube are obtained from a plurality of measured values and the propulsion attitude of the shield machine is obtained based on this, the propulsion work is performed even if a part of the measuring means breaks down. It is possible to continue.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of an apparatus configuration for performing a propulsion shield method according to the present invention.
2 is a plan view of FIG. 1. FIG.
3 is a diagram showing the internal structure of the measurement tube and the state of the CCD image sensor and the target, and is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a state in which the excavator and the measuring pipe are propelled on one straight line.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a state in which an angular deviation has occurred in the excavator and the measurement pipe.
FIG. 6 is a diagram illustrating a state of a screen of a CCD image sensor.
FIG. 7 is a diagram for explaining a method for obtaining a propulsion trajectory and a propulsion posture from angular deviations of the excavator and the measurement pipe.
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a three-dimensional propulsion state of a shield machine and a measurement pipe.
9 is a drawing showing the propulsion state shown in FIG. 8 in terms of tube axis system coordinates.
FIG. 10 is a diagram showing a display mode in which measured propulsion trajectories and planned trajectories are compared on a horizontal plane.
FIG. 11 is a diagram showing a display mode in which a deviation in the depth direction between a measured propulsion trajectory and a planned trajectory is compared with respect to the propulsion distance on the horizontal axis.
FIG. 12 is a diagram showing a display mode of a deviation in a horizontal plane from the attitude and the planned trajectory of the shield machine and the measurement pipe.
FIG. 13 is a diagram showing a display mode in which the displacement of the shield machine and the measuring pipe in the depth direction from the planned trajectory is expressed with the propulsion distance as the horizontal axis.
FIG. 14 is a flowchart showing a procedure of a measuring method according to the present invention.
FIG. 15 is a flowchart showing a procedure of a measuring method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Shield machine
2 Measuring tube
3 Measuring tube
4 measuring tubes
5 Measuring tube
6 Measuring tube
7 buried pipe
17 Propulsion distance measuring means
16 Automatic measuring device (calculation / display device)
51 Angular deviation measuring means
52 Two-dimensional target
53 CCD imaging means
54 CCD imaging means
G Angular attitude measurement means

Claims

シールド掘進機と埋設管との間に接続される１又は２以上の計測管と、上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位を計測できる角度偏位計測手段と、上記シールド掘進機及び上記計測管の推進起点からの推進距離を計測できる推進距離計測手段と、少なくとも最後尾の計測管に設けられるとともに、水平面に対する角度姿勢を計測できる角度姿勢計測手段と、上記各計測手段の出力から、上記推進軌跡及び上記推進姿勢を算出する演算装置と、上記演算装置から出力される推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示する表示装置及び／又は出力する出力装置とを備えて構成され、掘削しながら管路を敷設する推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置であって、
上記角度偏位計測手段は、
上記シールド掘進機及び上記各計測管に設けた二次元ターゲットと、
前方及び／又は後方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットを撮像して、上記二次元ターゲットの二次元の方向偏位と回転角度偏位を検出できるＣＣＤ撮像手段とを備えて構成されるとともに、
上記演算装置は、各ターゲットとこれを撮像する各ＣＣＤ撮像手段との間の距離と、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記偏位とから、上記隣接角度偏位を求める角度偏位算出手段を備えて構成されている、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。One or two or more measuring pipes connected between the shield machine and the buried pipe, angle deviation measuring means capable of measuring the adjacent angle deviation between the shield machine and each measurement pipe, and the shield machine A propulsion distance measuring means that can measure the propulsion distance from the propulsion start point of the machine and the measuring tube, an angle posture measuring means that is provided at least at the rearmost measuring tube and that can measure an angle posture relative to a horizontal plane, and each of the measuring means A calculation device that calculates the propulsion trajectory and the propulsion posture from an output; a display device that displays propulsion trajectory information and propulsion posture information output from the calculation device; and / or an output device that outputs the output . A device for measuring a propulsion locus and a propulsion posture in a propulsion shield method for laying a pipeline while excavating,
The angular deviation measuring means is
A two-dimensional target provided in the shield machine and each measuring tube;
CCD imaging means capable of detecting the two-dimensional direction deviation and the rotation angle deviation of the two-dimensional target by imaging the two-dimensional target of the shield machine or the measuring tube propelled forward and / or backward. Composed and
The arithmetic unit calculates an angular deviation for obtaining the adjacent angular deviation from a distance between each target and each CCD imaging means for imaging the target and the deviation of each target obtained by each CCD imaging means. It is configured to include a means of propulsion trajectory and propulsion attitude in promoting shea Rudo method measuring device.

上記角度偏位計測手段は、前方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットを撮像して画像情報を出力できるＣＣＤ撮像手段と、後方を推進する計測管に設けた上記二次元ターゲットを撮像して画像情報を出力するＣＣＤ撮像手段とを備える、請求項１に記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。The angle deviation measuring means includes a CCD imaging means capable of imaging the two-dimensional target of a shield machine or a measuring tube propelling forward and outputting image information, and the two-dimensional target provided on the measuring tube propelling backward. A propulsion trajectory and propulsion posture measuring device in the propulsion shield method according to claim 1, further comprising: a CCD image pickup unit that picks up images and outputs image information.

上記角度偏位計測手段は、上記二次元ターゲット及び上記ＣＣＤ撮像手段を、上記シールド掘進機及び各計測管の軸心に沿って配置して構成される、請求項１に記載の推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。2. The propulsion locus and propulsion according to claim 1, wherein the angular deviation measuring unit is configured by arranging the two-dimensional target and the CCD imaging unit along the axis of the shield machine and each measuring tube. Attitude measurement device.

上記ターゲットを照らす光源を設けるとともに、上記二次元ターゲットを光反射シートを備えて構成した、請求項１から請求項３のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。The propulsion locus and propulsion posture measuring device in the propulsion shield method according to any one of claims 1 to 3, wherein a light source for illuminating the target is provided and the two-dimensional target is provided with a light reflecting sheet.

上記各二次元ターゲットは、複数のＬＥＤ発光体を配列して構成されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。Each said two-dimensional target is the measuring apparatus of the propulsion locus | trajectory and propulsion attitude | position in the propulsion shield construction method in any one of Claims 1-4 comprised by arranging several LED light-emitting body.

上記演算装置は、最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を基準として、前方を推進するシールド掘進機ないし計測管の推進位置及び姿勢を各計測手段からの出力から演算する一方、
最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を、前方を推進する上記シールド掘進機及び計測管が上記推進位置を通過する際に演算された上記位置情報及び姿勢情報を統計的に処理して求めるように構成されている、請求項１から請求項５に記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。The arithmetic unit calculates the propulsion position and posture of the shield machine or the measurement tube propelled forward from the output from each measuring means, based on the propulsion position and posture of the last measurement tube,
The propulsion position and propulsion posture of the last measurement tube are obtained by statistically processing the position information and posture information calculated when the shield machine and the measurement tube propelling forward pass the propulsion position. The propulsion locus and propulsion posture measuring device in the propulsion shield method according to any one of claims 1 to 5, which is configured as described above.

上記演算装置と、上記推進軌跡情報及び推進姿勢情報を表示する表示装置及び／又は出力する出力装置とが、計画された計画推進軌跡又は／及び計画推進姿勢と、計測値から演算された推進軌跡及び／又は推進姿勢とのずれを演算して表示するように構成されている、請求項１から請求項６のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測装置。The calculation device, the display device for displaying the propulsion trajectory information and the propulsion posture information, and / or the output device for outputting the propulsion trajectory calculated from the planned planned trajectory or / and the planned propulsion posture and the measured values. The apparatus for measuring a propulsion locus and a propulsion attitude in the propulsion shield method according to any one of claims 1 to 6, wherein the apparatus is configured to calculate and display a deviation from the propulsion attitude.

請求項１から請求項７のいずれかに記載した計測装置と、
上記計測装置によって得られる情報に基づいて上記シールド掘進機の制御操作情報を演算して出力し及び／又は表示する制御操作情報出力手段を備える、推進軌跡管理装置。A measuring device according to any one of claims 1 to 7,
A propulsion trajectory management apparatus comprising control operation information output means for calculating, outputting and / or displaying control operation information of the shield machine based on information obtained by the measurement apparatus.

上記制御操作情報出力手段が、計画された計画推進軌跡又は／及び計画推進姿勢と、計測推進軌跡及び／又は計測推進姿勢とのずれに対応する補正操作を出力し及び／又は表示する、請求項８に記載の推進軌跡管理装置。The control operation information output means outputs and / or displays a correction operation corresponding to a deviation between a planned planned trajectory or / and planned propulsion attitude and a measured propulsion trajectory and / or measured propulsion attitude. The propulsion trajectory management apparatus according to 8.

シールド掘進機と埋設管との間に１又は２以上の計測管を接続するとともに、上記シールド掘進機及び各計測管の推進基点からの推進距離と、隣接する上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位と、少なくとも最後尾の計測管の水平面に対する角度偏位とを計測し、これら各計測値に基づいて上記推進軌跡及び推進姿勢を求める、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法であって、
上記シールド掘進機及び上記各計測管に二次元ターゲットを設け、前方及び／又は後方を推進するシールド掘進機又は計測管の上記二次元ターゲットをＣＣＤ撮像手段によって撮像し、上記二次元ターゲットの二次元の方向偏位と回転角度偏位を検出することにより、隣接する上記シールド掘進機及び各計測管の間の隣接角度偏位を計測する、推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。 One or more measuring pipes are connected between the shield machine and the buried pipe, the propulsion distance from the propulsion base point of the shield machine and each measurement pipe, and the adjacent shield machine and each measurement pipe The propulsion trajectory and propulsion attitude in the propulsion shield method, in which the adjacent angular deviation between them and at least the angular deviation with respect to the horizontal plane of the last measurement tube are measured and the propulsion trajectory and propulsion attitude are obtained based on these measured values. Measuring method,
A two-dimensional target is provided in each of the shield machine and each measurement tube, and the two-dimensional target of the shield machine or measurement tube propelled forward and / or backward is imaged by a CCD imaging means, and the two-dimensional target of the two-dimensional target is obtained. A method for measuring a propulsion trajectory and a propulsion posture in the propulsion shield method, in which an adjacent angular deviation between the adjacent shield machine and each measurement pipe is measured by detecting a direction deviation and a rotation angle deviation.

上記シールド掘進機及び上記各計測管に設けた二次元ターゲットを、前方を推進するシールド掘進機又は計測管に設けたＣＣＤ撮像手段と、後方を推進する計測管に設けたＣＣＤ撮像手段とによって撮像し、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記画像偏位を検出する、請求項１０に記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。The shield machine and the two-dimensional target provided on each measurement tube are imaged by a shield imager or a CCD imager provided on the measurement tube propelled forward and a CCD imager provided on the measurement tube propelled rearward. The method for measuring a propulsion locus and a propulsion posture in the propulsion shield method according to claim 10, wherein the image deviation of each target obtained by each CCD imaging unit is detected.

上記二次元ターゲット及び上記ＣＣＤ撮像手段を、上記シールド掘進機及び各計測管の軸心に沿って配置するとともに、各二次元ターゲットを前方又は後方を推進する掘進機又は計測管に設けた上記ＣＣＤ撮像手段によって撮像し、各ＣＣＤ撮像手段によって得られる各ターゲットの上記画像偏位を検出する、請求項１１に記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。The CCD provided with the two-dimensional target and the CCD imaging means along the axial center of the shield machine and the measurement tubes, and provided with the two-dimensional target on the machine or the measurement tube that propels forward or backward. The method for measuring a propulsion trajectory and a propulsion posture in the propulsion shield method according to claim 11, wherein the image deviation of each target obtained by each CCD imaging unit is detected by imaging with an imaging unit.

最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を基準にして、上記各計測情報から前方を推進するシールド掘進機及び各計測管の推進位置及び推進姿勢を演算する一方、
最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を、前方を推進するシールド掘進機及び各計測管が上記推進位置を通過する際に演算された上記推進位置情報及び推進姿勢情報を統計的に処理して求める、請求項１０又は請求項１２のいずれかに記載のに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。Based on the propulsion position and propulsion posture of the last measuring tube, while calculating the propulsion position and the propulsion posture of the shield excavator and the measuring tube propelling forward from the above measurement information,
The propulsion position and attitude of the last measuring pipe are statistically processed by the shield machine that propels forward and the propulsion position information and propulsion attitude information calculated when each measuring pipe passes the propulsion position. The method for measuring a propulsion locus and a propulsion posture in the propulsion shield method according to any one of claims 10 and 12.

上記最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を、前方を推進するシールド掘進機及び各計測管が上記推進位置を通過する際に演算された推進位置情報及び推進姿勢情報を非線形最小二乗法により処理して求める、請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。Process the propulsion position and attitude of the last measurement pipe with the shield least-machine to propel forward and the propulsion position information and propulsion attitude information calculated when each measurement pipe passes the propulsion position by the non-linear least square method The method for measuring a propulsion locus and a propulsion posture in the propulsion shield method according to any one of claims 10 to 13, which is obtained as described above.

所定の推進距離ごとに最後尾の計測管の推進位置及び姿勢を求めて推進軌跡を決定するとともに、この最後尾の計測管の推進位置及び推進姿勢を基準として、前方を推進する掘進機及び計測管の推進位置及び姿勢を求める、請求項１０から請求項１４のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。Determine the propulsion trajectory by obtaining the propulsion position and orientation of the last measuring tube at every predetermined propulsion distance, and also use the excavator and measurement to propel the front with reference to the propulsion position and propulsion posture of the last measuring tube The method for measuring a propulsion locus and propulsion posture in the propulsion shield method according to any one of claims 10 to 14, wherein the propulsion position and posture of the pipe are obtained.

上記計測方法によって得られる上記推進軌跡及び上記推進姿勢の計画推進軌跡及び計画推進姿勢に対するずれを演算して表示する、請求項１０から請求項１５のいずれかに記載の推進シールド工法における推進軌跡及び推進姿勢の計測方法。The propulsion locus in the propulsion shield method according to any one of claims 10 to 15, wherein the propulsion locus obtained by the measurement method and the deviation of the propulsion posture with respect to the planned propulsion locus and the planned propulsion posture are calculated and displayed. Propulsion attitude measurement method.

請求項１０から請求項１６に記載した計測方法によって得られた計測情報に基づいて上記シールド掘進機の推進方向を指示する制御情報を演算し、この制御情報を表示し及び／又は上記シールド掘進機に出力してシールド掘進機の制御を行う、推進シールド工法におけるシールド掘進機の軌跡管理方法。Control information indicating a propulsion direction of the shield machine is calculated based on measurement information obtained by the measurement method according to claim 10 to 16, and the control information is displayed and / or the shield machine. The track management method of the shield machine in the propulsion shield method that controls the shield machine by outputting to