特開 2024-89231 シールドマシン位置可視化システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024089231

(43)【公開日】2024-07-03

(54)【発明の名称】シールドマシン位置可視化システム

(51)【国際特許分類】

   G06T 19/00 20110101AFI20240626BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20240626BHJP

   E21D 9/093 20060101ALI20240626BHJP

【ＦＩ】

G06T19/00 600

G01C15/00 104D

E21D9/093 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022204472

(22)【出願日】2022-12-21

(71)【出願人】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】500051672

【氏名又は名称】株式会社菱友システムズ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】新宮 康之

(72)【発明者】

【氏名】三木 浩

(72)【発明者】

【氏名】青山 哲也

(72)【発明者】

【氏名】天野 圭介

(72)【発明者】

【氏名】飯田 真啓

(72)【発明者】

【氏名】石田 新二

(72)【発明者】

【氏名】西原 邦治

【テーマコード（参考）】

2D054

5B050

【Ｆターム（参考）】

2D054AC01

2D054GA17

2D054GA19

2D054GA62

2D054GA92

2D054GA94

5B050BA09

5B050BA11

5B050BA13

5B050CA08

5B050DA04

5B050EA07

5B050EA19

5B050FA02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】リアルタイムで地中のシールドマシンの地上面の位置と地上面の周囲状態との関係を容易、かつ、確実に把握するシールドマシン位置可視化システムを提供する。
【解決手段】シールドマシン位置可視化システムにおいて、管理サーバ２０は、シールドマシン管理装置３０から現在の地下ＳＤのシールドマシン１のシールドマシン位置情報Ｄをリアルタイムで更新する。タブレット端末１０は、自己位置及び撮像の光軸方向を取得するとともに、管理サーバ２０からシールドマシン位置情報Ｄを地上面Ｓに投影した地上面投影情報ＤＳを取得し、自己位置及び光軸方向をもとに、地上面投影情報ＤＳを撮像画像上の地上面投影画像に変換して表示する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

管理サーバに、地中のシールドマシンの位置を管理するシールドマシン管理装置と、地上作業者が携帯するタブレット端末とが接続され、前記タブレット端末の撮像画面上に現在のシールドマシンの位置を表示するシールドマシン位置可視化システムであって、
前記管理サーバは、前記シールドマシン管理装置から現在の地中のシールドマシン位置情報をリアルタイムで更新し、
前記タブレット端末は、自己位置及び撮像の光軸方向を取得するとともに、前記管理サーバから前記シールドマシン位置情報を地上面に投影した地上面投影情報を取得し、前記自己位置及び前記光軸方向をもとに前記地上面投影情報を撮像画像上の地上面投影画像に変換して表示することを特徴とするシールドマシン位置可視化システム。

【請求項2】

前記タブレット端末は、前記地上面投影画像及び周囲環境が表示された撮像画像を記録することを特徴とする請求項１に記載のシールドマシン位置可視化システム。

【請求項3】

前記タブレット端末は、前記地上面投影画像を所定の透過率をもって前記撮像画像上に重畳表示することを特徴とする請求項１又は２に記載のシールドマシン位置可視化システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リアルタイムで地中のシールドマシンの地上面の位置と地上面の周囲状態との関係を容易かつ確実に把握することができるシールドマシン位置可視化システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、シールドマシンは最大で１０ｍ／日以上、掘進するため、シールドマシンの正確な位置をリアルタイムで把握することは困難であり、地上の測点から測量してシールドマシンの位置を算出していた。そこで、特許文献１では、地上にいる作業員が、リアルタイムで、自身と地中のシールドマシンの位置を容易かつ明確に把握する地上作業員へのシールド機の切羽位置可視化システムが提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６２１４８６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上記の特許文献１では、シールドマシンの位置をリアルタイムで取得し、地図データ上にシールドマシンの位置を表示するようにしているが、地上面に異変が生じた場合、地中のシールドマシンと異変が生じた地上面の周囲状態との位置関係を容易かつ確実に把握することはできない。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リアルタイムで地中のシールドマシンの地上面の位置と地上面の周囲状態との関係を容易かつ確実に把握することができるシールドマシン位置可視化システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるシールドマシン位置可視化システムは、管理サーバに、地中のシールドマシンの位置を管理するシールドマシン管理装置と、地上作業者が携帯するタブレット端末とが接続され、前記タブレット端末の撮像画面上に現在のシールドマシンの位置を表示するシールドマシン位置可視化システムであって、前記管理サーバは、前記シールドマシン管理装置から現在の地中のシールドマシン位置情報をリアルタイムで更新し、前記タブレット端末は、自己位置及び撮像の光軸方向を取得するとともに、前記管理サーバから前記シールドマシン位置情報を地上面に投影した地上面投影情報を取得し、前記自己位置及び前記光軸方向をもとに前記地上面投影情報を撮像画像上の地上面投影画像に変換して表示することを特徴とする。

【0007】

また、本発明にかかるシールドマシン位置可視化システムは、上記の発明において、前記タブレット端末は、前記地上面投影画像及び周囲環境が表示された撮像画像を記録することを特徴とする。

【0008】

また、本発明にかかるシールドマシン位置可視化システムは、上記の発明において、前記タブレット端末は、前記地上面投影画像を所定の透過率をもって前記撮像画像上に重畳表示することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、リアルタイムで地中のシールドマシンの地上面の位置と地上面の周囲状態との関係を容易かつ確実に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施の形態であるシールドマシン位置可視化システムの概要構成を示す模式図である。

【図2】図２は、タブレット端末によるシールドマシンの地上面投影情報を撮像画像上の地上面投影画像に変換する処理を説明する説明図である。

【図3】図３は、地上面撮像画像を撮像画像上に表示した状態を示す図である。

【図4】図４は、地上面撮像画像を撮像画像上に表示した状態の一例を示す図である。

【図5】図５は、タブレット端末による地上面投影画像の表示処理手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

【0012】

＜全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態であるシールドマシン位置可視化システムの概要構成を示す模式図である。また、図２は、タブレット端末１０によるシールドマシン１の地上面投影情報ＤＳを撮像画像４０上の地上面投影画像４１に変換する処理を説明する説明図である。さらに、図３は、地上面投影画像４１を撮像画像４０上に表示した状態を示す図である。

【0013】

図１に示すように、シールドマシン位置可視化システムは、管理サーバ２０に、地下ＳＤのシールドマシン１の位置を管理するシールドマシン管理装置３０と、地上作業者１００が携帯するタブレット端末１０とがネットワークＮを介して接続される。なお、管理サーバ２０は、クラウド上のサーバであってもよい。

【0014】

シールドマシン１は、切羽面に向けた先端のカッターディスク２を回転させながら、切羽方向（主に－Ｙ方向）に向けて複数のジャッキを押し出して掘り進み、後方にセグメントを連続的に構築していく。シールドマシン管理装置３０は、シールドマシン１の制御を行うとともにシールドマシン１の位置を管理し、管理サーバ２０に記憶されている、シールドマシン１の位置を示す３次元情報であるシールドマシン位置情報Ｄをリアルタイムで更新する。シールドマシン位置情報Ｄには、シールドマシン１を鉛直上方（＋Ｚ方向）の地上面Ｓに投影した地上面投影情報ＤＳが含まれる。上記のように、シールドマシン１は、最大で１０ｍ／日以上、掘進する。なお、通常、シールドマシン１は、地下数ｍ～数１０ｍに位置する。なお、シールドマシン位置情報Ｄは、管理サーバ２０側がシールドマシン管理装置３０にアクセスしてシールドマシン位置情報Ｄを更新するようにしてもよい。

【0015】

タブレット端末１０は、地上作業者が携帯する携帯端末の一例であり、自己位置及び撮像の光軸方向を取得するとともに、管理サーバ２０からシールドマシン位置情報Ｄを地上面Ｓに投影した地上面投影情報ＤＳを取得し、自己位置及び光軸方向をもとに地上面投影情報ＤＳを撮像画像４０上の地上面投影画像４１に変換して撮像画像４０上に表示する。

【0016】

タブレット端末１０は、撮像部１１、自己位置計測部１２、光軸方向検出部１３、入出力部１４、制御部１５及び記憶部１７を有する。制御部１５は、ＡＲ処理部１６を有する。撮像部１１は、撮像カメラである。自己位置計測部１２は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を用いてタブレット端末１０の自己位置Ｐ０を計測する。なお、自己位置の位置検出精度を高めるためには、例えば、干渉測位方式であるＲＴＫ測位方式（Real Time Kinematic GPS）を用いるとよい。

【0017】

光軸方向検出部１３は、加速度センサ及び地磁気センサを有し、撮像部１１の光軸Ｃの向きと傾きを検出する。入出力部１４は、各種情報を入出力する入出力デバイスであり、例えば、タッチパネルを用いた液晶パネルである。入出力部１４は、例えば、上記の地上面投影画像４１を含む撮像画像４０を表示する。

【0018】

制御部１５は、タブレット端末１０内の各構成要素を全体制御するとともに、ＡＲ処理部１６を有する。ＡＲ処理部１６は、自己位置計測部１２により計測した自己位置及び光軸方向検出部１３により求めた撮像の光軸Ｃの光軸方向Ａ１を取得するとともに、管理サーバ２０からシールドマシン位置情報Ｄを地上面Ｓに投影した地上面投影情報ＤＳを取得する。そして、ＡＲ処理部１６は、自己位置及び光軸方向をもとに地上面投影情報ＤＳを撮像画像４０上の地上面投影画像４１に変換して撮像画像４０上に表示するＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）処理を行う。

【0019】

記憶部１７は、各種情報を記憶する記憶デバイスであり、特に、地上面投影画像４１が表示された撮像画像４０が記録される。この際、時間情報も付加するとよい。

【0020】

＜地上面投影画像への変換＞
図２の撮像画像４０は、撮像部１１により撮像された画像を便宜的に視野側に示したものである。ＡＲ処理部１６は、自己位置Ｐ０及び光軸Ｃが取得されると、地上面投影情報ＤＳを地上面投影画像４１に変換する。

【0021】

例えば、自己位置Ｐ０と地上面投影情報ＤＳの位置Ｐ１との３次元位置により、自己位置Ｐ０と位置Ｐ１を通る直線は、光軸Ｃに対して角度θ１をなし、位置Ｐ１は撮像画像４０上の位置Ｐ２に投影される。この状態は、図３に示す位置Ｐ１（Ｐ２）として一意に決定されて表示される。同様にして、地上面投影情報ＰＳの他の位置も地上面投影画像４１として表示される。なお、撮像画像４０には、光軸Ｃを中心にした画角内、例えば角度θの２倍の角度範囲内の画像が表示される。

【0022】

具体的には、図４に示すように、タブレット端末１０の表示画面に表示された撮像画像４０上の道路に、シールドマシン１の地上面投影画像４１が表示される。なお、地上面投影画像４１は、掘削方向を示すカッターディスク２の位置を含めて示すとよい。また、地上面投影画像４１は、詳細な投影画像でなく、輪郭などを示した簡易画像とすると、シールドマシン１の位置が把握しやすくなる。

【0023】

なお、地上面投影画像４１は所定の透過率、例えば５０％で撮像画像４０上に重畳表示するとよい。この場合、地上面投影画像４１内に地形変動などの領域が含まれる場合に有効である。

【0024】

＜地上面投影画像の表示処理＞
図５は、タブレット端末１０による地上面投影画像４１の表示処理手順を示すフローチャートである。図５に示すように、タブレット端末１０は、まず撮像部１１による撮像を開始する（ステップＳ１０１）。その後、シールドマシン表示（地上面投影画像４１の表示）の指示を受ける（ステップＳ１０２）。その後、管理サーバ２０から地上面投影情報ＤＳを取得し（ステップＳ１０３）、自己位置計測部１２により自己位置Ｐ０を取得し（ステップＳ１０４）、光軸方向検出部１３により光軸Ｃの光軸方向Ａ１を取得する（ステップＳ１０５）。

【0025】

その後、タブレット端末１０は、ＡＲ処理部１６により、自己位置Ｐ０及び光軸Ｃの光軸方向Ａ１をもとに、地上面投影情報ＤＳを撮像画像４０上の地上面投影画像４１に変換して撮像画像４０上に表示する（ステップＳ１０６）。その後、地上面投影画像４１を含む撮像画像４０を記憶部１７に記録し（ステップＳ１０７）、本処理を終了する。

【0026】

本実施の形態では、地上面投影画像４１を含む撮像画像４０を表示することができるので、リアルタイムで地中のシールドマシン１の地上面Ｓの位置と地上面Ｓの周囲状態との関係を容易かつ確実に把握することができる。

【0027】

また、地上面Ｓに異変が確認された場合、地上面投影画像４１及び異変が生じた状況画像を含む撮像画像４０を記録して残すことができるため、異変発生状況の解析等を容易にかつ迅速に行うことができる。また、この地上面投影画像４１及び異変が生じた状況画像を含む撮像画像４０は、住民などに対する説明資料として有効活用することができる。

【0028】

なお、シールドマシン１の３次元画像を撮像画像４０内に表示してもよいが、上記のように、シールドマシン１が地中深く配置されている場合には、シールドマシン１が小さく表示されるとともに、地上面Ｓに発生した異変等の位置関係などの把握が３次元となり、把握しにくいが、本実施の形態では、同じ地上面Ｓ上に、地上面投影画像４１と異変等が発生した箇所との位置関係を２次元で表示するため、シールドマシン１と異変等との関係を容易かつ迅速に把握することができる。

【0029】

また、上記の実施の形態において、位置精度向上のため、ＲＴＫ測位方式（Real Time Kinematic GPS）により測位を行う場合、受信器を別途設け、ＧＮＳＳアンテナをヘルメットなどに装着したウェアラブルにするとよい。この場合、ＧＮＳＳアンテナの位置が自己位置となるが、タブレット端末１０の位置との誤差は小さい。

【0030】

なお、上述した実施の形態で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

【符号の説明】

【0031】

１ シールドマシン
２ カッターディスク
１０ タブレット端末
１１ 撮像部
１２ 自己位置計測部
１３ 光軸方向検出部
１４ 入出力部
１５ 制御部
１６ ＡＲ処理部
１７ 記憶部
２０ 管理サーバ
３０ シールドマシン管理装置
４０ 撮像画像
４１ 地上面投影画像
１００ 地上作業者
Ａ１ 光軸方向
Ｃ 光軸
Ｄ シールドマシン位置情報
ＤＳ 地上面投影情報
Ｎ ネットワーク
Ｐ０ 自己位置
Ｐ１，Ｐ２ 位置
Ｓ 地上面
ＳＤ 地下
θ，θ１ 角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】