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特開2025-19693ずり搬出システムにおけるずり積込み機およびその自動運転制御方法
(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】P2025019693
(43)【公開日】2025-02-07
(54)【発明の名称】ずり搬出システムにおけるずり積込み機およびその自動運転制御方法
(51)【国際特許分類】
E21D 9/12 20060101AFI20250131BHJP
E21D 9/00 20060101ALI20250131BHJP
E21F 13/08 20060101ALI20250131BHJP
【ＦＩ】
E21D9/12 A
E21D9/00 C
E21F13/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023123433
(22)【出願日】2023-07-28
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ウェブサイトの掲載日 令和４年８月２日 ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｆｊｔ２．ｓｈａｒｅｐｏｉｎｔ．ｃｏｍ／ｓｉｔｅｓ／ｋｏｈｏ／ＤｏｃＬｉｂ２／Ｆｏｒｍｓ／ＡｌｌＩｔｅｍｓ．ａｓｐｘ？ｉｄ＝％２Ｆｓｉｔｅｓ％２Ｆｋｏｈｏ％２ＦＤｏｃＬｉｂ２％２Ｆ０４％５Ｆ％Ｅ３％８３％９７％Ｅ３％８３％ＡＣ％Ｅ３％８２％Ｂ９％Ｅ３％８３％ＡＡ％Ｅ３％８３％ＡＡ％Ｅ３％８３％ＢＣ％Ｅ３％８２％Ｂ９％２Ｆ２０２２％Ｅ５％Ｂ９％Ｂ４％Ｅ５％ＢＡ％Ａ６％２Ｆ０８０２％５ＦＡＩ％Ｅ３％８３％ＡＤ％Ｅ３％８３％８３％Ｅ３％８２％ＡＦ％Ｅ３％８３％ＡＤ％Ｅ３％８３％ＢＣ％Ｅ３％８３％８０％Ｅ３％８２％９２％Ｅ９％９６％８Ｂ％Ｅ７％９９％ＢＡ％２Ｅｐｄｆ＆ｐａｒｅｎｔ＝％２Ｆｓｉｔｅｓ％２Ｆｋｏｈｏ％２ＦＤｏｃＬｉｂ２％２Ｆ０４％５Ｆ％Ｅ３％８３％９７％Ｅ３％８３％ＡＣ％Ｅ３％８２％Ｂ９％Ｅ３％８３％ＡＡ％Ｅ３％８３％ＡＡ％Ｅ３％８３％ＢＣ％Ｅ３％８２％Ｂ９％２Ｆ２０２２％Ｅ５％Ｂ９％Ｂ４％Ｅ５％ＢＡ％Ａ６ 公開者 株式会社フジタ 公開された発明の内容 株式会社フジタが、上記アドレスのウェブサイトで公開されている株式会社フジタのウェブサイトにて、石井 翔太、浅沼 廉樹、松尾 陽介、山田 照之が発明したずり搬出システムにおけるずり積込み機およびその自動運転制御方法（ロックローダのＡＩ自動化の開発）について公開した。 開催日 令和４年８月２４日～令和４年８月２６日 集会名、開催場所 第２０回建設ロボットシンポジウム 早稲田大学 西早稲田キャンパス（東京都新宿区大久保３－４－１） 公開者 浅沼 廉樹 公開された発明の内容 浅沼 廉樹が、第２０回建設ロボットシンポジウムにて、石井 翔太、浅沼 廉樹、松尾 陽介、山田 照之が発明したずり搬出システムにおけるずり積込み機およびその自動運転制御方法（ロックローダのＡＩ自動化の開発）について公開した。
(71)【出願人】
【識別番号】302060926
【氏名又は名称】株式会社フジタ
(71)【出願人】
【識別番号】000005924
【氏名又は名称】株式会社三井三池製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100089875
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 茂
(72)【発明者】
【氏名】石井 翔太
(72)【発明者】
【氏名】浅沼 廉樹
(72)【発明者】
【氏名】松尾 陽介
(72)【発明者】
【氏名】山田 照之
【テーマコード（参考）】
2D054
【Ｆターム（参考）】
2D054AC20
2D054DA17
2D054DA21
2D054DA32
2D054DA37
2D054GA13
2D054GA20
2D054GA25
(57)【要約】
【課題】ずり搬出待ちによるサイクルロスを抑制してトンネル工事の施工期間の短縮化を達成できるずり積込み機を提供する。
【解決手段】ホイールローダが所定地点に運搬したずりを掻き込んで後続搬送装置に積載するずり積込み機であって、自動運転制御装置２５０が、ホイールローダからずり積載終了通知を受信すると、可視光カメラＳ２２およびサーマルカメラＳ２３によりそれぞれ得られる画像データ並びに３次元スキャナＳ２１により得られる３次元データに基づいて所定地点のずり領域を認識し、ずり仮置き場のずり領域のずりを掻き込んで後続搬送装置へ積み込み、後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることでずり掻き込み機構および積込み機構を停止する。
【選択図】図１０
【解決手段】ホイールローダが所定地点に運搬したずりを掻き込んで後続搬送装置に積載するずり積込み機であって、自動運転制御装置２５０が、ホイールローダからずり積載終了通知を受信すると、可視光カメラＳ２２およびサーマルカメラＳ２３によりそれぞれ得られる画像データ並びに３次元スキャナＳ２１により得られる３次元データに基づいて所定地点のずり領域を認識し、ずり仮置き場のずり領域のずりを掻き込んで後続搬送装置へ積み込み、後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることでずり掻き込み機構および積込み機構を停止する。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
切羽と坑口との間に前記切羽から前記坑口へ向けて少なくともホイールローダ、ずり積込み機および後続搬送装置を配置し、前記切羽前のずりを少なくとも前記ホイールローダ、前記ずり積込み機および前記後続搬送装置を通して坑口へ搬送するトンネル工事におけるずり搬出システムにおける前記ずり積込み機であって、
少なくとも前記ホイールローダにより前記ずり積込み機の前記切羽側にある所定地点に積載されたずりを掻き込むずり掻き込み機構と、
前記刷り掻き込み機能により掻き込まれたずりを前記後続搬送装置へ積み込む積込み機構と、
３次元スキャナ、可視光カメラおよびサーマルカメラを含むセンサ部と、
前記ホイールローダおよび前記後続搬送装置と通信可能な通信部と、
前記センサ部の出力に基づいて、前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を制御する自動運転制御部と、
を有し、
前記自動運転制御部が、
ａ）前記ホイールローダからずり積載終了通知を受信すると、前記３次元スキャナにより得られる３次元データと、前記可視光カメラおよび前記サーマルカメラによりそれぞれ得られる画像データと、に基づいて前記所定地点のずりを認識し、
ｂ）前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を駆動し、前記所定地点のずりを掻き込んで前記後続搬送装置へ積み込み、
ｃ）前記後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることで前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、
ことを特徴とするずり積込み機。
少なくとも前記ホイールローダにより前記ずり積込み機の前記切羽側にある所定地点に積載されたずりを掻き込むずり掻き込み機構と、
前記刷り掻き込み機能により掻き込まれたずりを前記後続搬送装置へ積み込む積込み機構と、
３次元スキャナ、可視光カメラおよびサーマルカメラを含むセンサ部と、
前記ホイールローダおよび前記後続搬送装置と通信可能な通信部と、
前記センサ部の出力に基づいて、前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を制御する自動運転制御部と、
を有し、
前記自動運転制御部が、
ａ）前記ホイールローダからずり積載終了通知を受信すると、前記３次元スキャナにより得られる３次元データと、前記可視光カメラおよび前記サーマルカメラによりそれぞれ得られる画像データと、に基づいて前記所定地点のずりを認識し、
ｂ）前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を駆動し、前記所定地点のずりを掻き込んで前記後続搬送装置へ積み込み、
ｃ）前記後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることで前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、
ことを特徴とするずり積込み機。
【請求項2】
前記後続搬送装置のずり積載部を撮像する可視光カメラを含む第２センサ部を更に有し、前記自動運転制御部が、前記第２センサ部により得られた画像データに基づいて前記後続搬送装置のずり積載状況を認識する、ことを特徴とする請求項１記載のずり積込み機。
【請求項3】
前記通信部を通して前記後続搬送装置から前記所定量のずりが積み込まれたことを示す積込み終了通知を受信すると、前記自動運転制御部が前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、ことを特徴とする請求項１記載のずり積込み機。
【請求項4】
前記ずり積込み機を移動させる走行機構を更に有し、前記自動運転制御部が前記３次元スキャナからの３次元データに基づいて前記走行機構を制御する、ことを特徴とする請求項１－３のいずれか１項記載のずり積込み機。
【請求項5】
前記積込み機構のずりを撮像する３次元スキャナ、可視光カメラおよびサーマルカメラを含む第３センサ部をさらに有し、前記自動運転制御部が、前記第３センサ部により得られた３次元データおよび画像データに基づいて、前記積込み機構のずり積載状況を認識する、ことを特徴とする請求項１－３のいずれか１項記載のずり積込み機。
【請求項6】
前記自動運転制御部が、前記積込み機構のずり積載状況に応じて前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構の動作速度を調整することを特徴とする請求項５記載のずり積込み機。
【請求項7】
前記後続搬送装置は、ずり運搬車、クラッシャおよびダンプの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１－３のいずれか１項記載のずり積込み機。
【請求項8】
切羽と坑口との間に前記切羽から前記坑口へ向けて少なくともホイールローダ、ずり積込み機および後続搬送装置を配置し、前記切羽前のずりを少なくとも前記ホイールローダ、前記ずり積込み機および前記後続搬送装置を通して坑口へ搬送するトンネル工事におけるずり搬出システムにおける前記ずり積込み機の自動運転制御方法であって、
前記ずり積込み機が、前記切羽側にある所定地点に少なくとも前記ホイールローダにより積載されたずりを掻き込むずり掻き込み機構と、前記ずり掻き込み機能により掻き込まれたずりを前記後続搬送装置へ積み込む積込み機構と、３次元スキャナ、可視光カメラおよびサーマルカメラを含むセンサ部と、前記ホイールローダおよび前記後続搬送装置と通信可能な通信部と、プロセッサ部と、を有し、
前記プロセッサ部が、
ａ）前記ホイールローダからずり積載終了通知を受信すると、前記３次元スキャナにより得られる３次元データと、前記可視光カメラおよび前記サーマルカメラによりそれぞれ得られる画像データと、に基づいて、前記所定地点のずりを認識し、
ｂ）前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を駆動し、前記所定地点のずりを掻き込んで前記後続搬送装置へ積み込み、
ｃ）前記後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることで前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、
ことを特徴とするずり積込み機の自動運転制御方法。
前記ずり積込み機が、前記切羽側にある所定地点に少なくとも前記ホイールローダにより積載されたずりを掻き込むずり掻き込み機構と、前記ずり掻き込み機能により掻き込まれたずりを前記後続搬送装置へ積み込む積込み機構と、３次元スキャナ、可視光カメラおよびサーマルカメラを含むセンサ部と、前記ホイールローダおよび前記後続搬送装置と通信可能な通信部と、プロセッサ部と、を有し、
前記プロセッサ部が、
ａ）前記ホイールローダからずり積載終了通知を受信すると、前記３次元スキャナにより得られる３次元データと、前記可視光カメラおよび前記サーマルカメラによりそれぞれ得られる画像データと、に基づいて、前記所定地点のずりを認識し、
ｂ）前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を駆動し、前記所定地点のずりを掻き込んで前記後続搬送装置へ積み込み、
ｃ）前記後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることで前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、
ことを特徴とするずり積込み機の自動運転制御方法。
【請求項9】
前記後続搬送装置のずり積載部を撮像する可視光カメラを含む第２センサ部を更に有し、前記プロセッサ部が、前記第２センサ部により得られた画像データに基づいて前記後続搬送装置のずり積載状況を認識する、ことを特徴とする請求項８記載のずり積込み機の自動運転制御方法。
【請求項10】
前記通信部を通して前記後続搬送装置から前記所定量のずりが積み込まれたことを示す積込み終了通知を受信すると、前記プロセッサ部が前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、ことを特徴とする請求項８記載のずり積込み機の自動運転制御方法。
【請求項11】
前記積込み機構のずりを撮像する３次元スキャナ、可視光カメラ、およびサーマルカメラを含む第３センサ部を更に有し、前記プロセッサ部が、前記第３センサ部により得られた３次元データおよび画像データに基づいて、前記積込み機構のずり積載状況を認識する、ことを特徴とする請求項８－１０のいずれか１項記載のずり積込み機の自動運転制御方法。
【請求項12】
前記プロセッサ部が前記積込み機構のずり積載状況に応じて前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構の動作速度を調整することを特徴とする請求項１１記載のずり積込み機の自動運転制御方法。
【請求項13】
切羽と坑口との間に前記切羽から前記坑口へ向けて少なくともホイールローダ、ずり積込み機および後続搬送装置を配置し、前記切羽前のずりを少なくとも前記ホイールローダ、前記ずり積込み機および前記後続搬送装置を通して坑口へ搬送するトンネル工事におけるずり搬出システムであって、
前記ホイールローダが、
ずり積載部と、
３次元データを出力する３次元スキャナ、可視光画像データを出力する可視光カメラ、および赤外線画像データを出力するサーマルカメラを含む第１センサ部と、
少なくとも前記ずり積込み機と通信可能な第１通信部と、
前記第１センサ部の出力に基づいて、前記ホイールローダの走行および前記ずり積載部の駆動を制御する第１自動運転制御部と、
を有し、
前記第１自動運転制御部が、
ａ）前記第１センサ部により得られる３次元データ、、可視光画像データおよび赤外線画像データに基づいて前記切羽での発破完了および前記切羽前のずり領域を認識し、
ｂ）発破完了を認識すると、認識された前記切羽前のずりを前記ずり積載部に積載し、前記ずり積込み機から前記切羽側にある所定地点へ移動し、前記ずり積載部に積載されたずりを前記所定地点へ投入し、
ｃ）所定量のずりを前記所定地点へ投入すると、前記ずり積込み機へ投入終了通知を送信し、
前記ずり積込み機が、
前記所定地点に前記ホイールローダにより積載されたずりを掻き込むずり掻き込み機構と、
前記刷り掻き込み機能により掻き込まれたずりを前記後続搬送装置へ積み込む積込み機構と、
３次元データを出力する３次元スキャナ、可視光画像データを出力する可視光カメラ、および赤外線画像データを出力するサーマルカメラを含む第２センサ部と、
前記ホイールローダおよび前記後続搬送装置と通信可能な第２通信部と、
前記第２センサ部の出力に基づいて、前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を制御する第２自動運転制御部と、
を有し、前記第２自動運転制御部が、
ｄ）前記第２センサ部により得られる３次元データ、可視光画像データおよび赤外線画像データに基づいて前記所定地点のずり領域を認識し、
ｅ）前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を駆動し、前記所定地点のずりを掻き込んで前記後続搬送装置へ積み込み、
ｆ）前記後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることで前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、
ことを特徴とするずり搬出システム。
前記ホイールローダが、
ずり積載部と、
３次元データを出力する３次元スキャナ、可視光画像データを出力する可視光カメラ、および赤外線画像データを出力するサーマルカメラを含む第１センサ部と、
少なくとも前記ずり積込み機と通信可能な第１通信部と、
前記第１センサ部の出力に基づいて、前記ホイールローダの走行および前記ずり積載部の駆動を制御する第１自動運転制御部と、
を有し、
前記第１自動運転制御部が、
ａ）前記第１センサ部により得られる３次元データ、、可視光画像データおよび赤外線画像データに基づいて前記切羽での発破完了および前記切羽前のずり領域を認識し、
ｂ）発破完了を認識すると、認識された前記切羽前のずりを前記ずり積載部に積載し、前記ずり積込み機から前記切羽側にある所定地点へ移動し、前記ずり積載部に積載されたずりを前記所定地点へ投入し、
ｃ）所定量のずりを前記所定地点へ投入すると、前記ずり積込み機へ投入終了通知を送信し、
前記ずり積込み機が、
前記所定地点に前記ホイールローダにより積載されたずりを掻き込むずり掻き込み機構と、
前記刷り掻き込み機能により掻き込まれたずりを前記後続搬送装置へ積み込む積込み機構と、
３次元データを出力する３次元スキャナ、可視光画像データを出力する可視光カメラ、および赤外線画像データを出力するサーマルカメラを含む第２センサ部と、
前記ホイールローダおよび前記後続搬送装置と通信可能な第２通信部と、
前記第２センサ部の出力に基づいて、前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を制御する第２自動運転制御部と、
を有し、前記第２自動運転制御部が、
ｄ）前記第２センサ部により得られる３次元データ、可視光画像データおよび赤外線画像データに基づいて前記所定地点のずり領域を認識し、
ｅ）前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を駆動し、前記所定地点のずりを掻き込んで前記後続搬送装置へ積み込み、
ｆ）前記後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることで前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、
ことを特徴とするずり搬出システム。
【請求項14】
前記ずり積込み機が、前記後続搬送装置のずり積載部を撮像する可視光カメラを含む第３センサ部を更に有し、前記第２自動運転制御部が、前記第３センサ部により得られた画像データに基づいて前記後続搬送装置のずり積載状況を認識する、ことを特徴とする請求項１３記載のずり搬出システム。
【請求項15】
前記第２通信部を通して前記後続搬送装置から前記所定量のずりが積み込まれたことを示す積込み終了通知を受信すると、前記第２自動運転制御部が前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、ことを特徴とする請求項１３記載のずり搬出システム。
【請求項16】
前記ずり積込み機は走行機構を更に有し、前記第２自動運転制御部が前記第２センサ部の３次元データに基づいて前記走行機構を制御する、ことを特徴とする請求項１３－１５のいずれか１項記載のずり搬送システム。
【請求項17】
前記後続搬送装置はずり運搬車、クラッシャおよびダンプの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１３－１５のいずれか１項記載のずり搬送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はずり搬出システムに係り、特にずり仮置き場からずり運搬機へずりを積み込むずり積込み機の自動運転技術に関する。
【背景技術】
【0002】
山岳地のトンネル工事では、岩盤を掘削する工法として発破工法が採用されている。発破により切羽前に発生したずりは速やかに坑口へ搬出される必要である。このずり搬出作業はトンネル施工サイクルにおいて大きなウェイトを占める。そこでトンネル工事の工期短縮のために効率的なずり搬出システムがいくつか提案されている。
【0003】
特許文献１に開示されたずり搬出方法によれば、切羽とクラッシャーとの中間地点にずり仮置き場を設け、そこにずり積込み機を配置し、さらにずり積込み機の坑口側にずり運搬車を配置する。ホイールローダは切羽前とずり仮置き場との間を往復し、発破により生じた切羽前のずりをずり仮置き場まで運搬して積載する。ずり積込み機は、ずり仮置き場に積載されたずりを掻き込んでずり運搬車に積載する。ずり運搬車はずり積込み機とクラッシャとの間を往復し、積載されたずりをクラッシャに投入する。クラッシャにより破砕されたずりは連続ベルトコンベア装置によって坑口に向けて搬送される。
【0004】
このように切羽とクラッシャとの中間地点にずり仮置き場を設け、そこにずり積込み機を配置することで、爆破工程後の切羽のずりの後処理を従来に比べて短時間で済ませることができ、トンネル工事の効率化、ひいてはトンネル工事の施工期間の短縮化およびコストダウンを達成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１１－０４７２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、ホイールローダによるずり搬送は発破直後のトンネル素掘り面での作業となり、狭い限られた空間での往復移動を強いられる。このためにホイールローダが切羽前のずりを積載してずり仮置き場まで運搬するための時間は一定ではなく状況によって変動する。このような作業の時間的な変動は、ずり積込み機の作業および後段のずり運搬車の作業にズリ運搬待ちによるサイクルロスを発生させ、トンネル工事の施工期間の更なる短縮化を困難にしていた。
【0007】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであり、その目的は、ずり搬出待ちによるサイクルロスを抑制してトンネル工事の施工期間の短縮化を達成できるずり搬出システム、ずり積込み機およびその自動運転制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述の目的を達成するため、本発明は、切羽と坑口との間に前記切羽から前記坑口へ向けて少なくともホイールローダ、ずり積込み機および後続搬送装置を配置し、前記切羽前のずりを少なくとも前記ホイールローダ、前記ずり積込み機および前記後続搬送装置を通して坑口へ搬送するトンネル工事におけるずり搬出システムにおける前記ずり積込み機であって、少なくとも前記ホイールローダにより前記ずり積込み機の前記切羽側にある所定地点に積載されたずりを掻き込むずり掻き込み機構と、前記刷り掻き込み機能により掻き込まれたずりを前記後続搬送装置へ積み込む積込み機構と、３次元スキャナ、可視光カメラおよびサーマルカメラを含むセンサ部と、前記ホイールローダおよび前記後続搬送装置と通信可能な通信部と、前記センサ部の出力に基づいて、前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を制御する自動運転制御部と、を有し、前記自動運転制御部が、ａ）前記ホイールローダからずり積載終了通知を受信すると、前記３次元スキャナにより得られる３次元データと、前記可視光カメラおよび前記サーマルカメラによりそれぞれ得られる画像データと、に基づいて前記所定地点のずりを認識し、ｂ）前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を駆動し、前記所定地点のずりを掻き込んで前記後続搬送装置へ積み込み、ｃ）前記後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることで前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記後続搬送装置のずり積載部を撮像する可視光カメラを含む第２センサ部を更に有し、前記自動運転制御部が、前記第２センサ部により得られた画像データに基づいて前記後続搬送装置のずり積載状況を認識することができる。
本発明の一態様によれば、前記通信部を通して前記後続搬送装置から前記所定量のずりが積み込まれたことを示す積込み終了通知を受信すると、前記自動運転制御部が前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止することができる。
本発明の一態様によれば、前記ずり積込み機を移動させる走行機構を更に有し、前記自動運転制御部が前記３次元スキャナからの３次元データに基づいて前記走行機構を制御することができる。
本発明の一態様によれば、前記積込み機構のずりを撮像する３次元スキャナ、可視光カメラおよびサーマルカメラを含む第３センサ部をさらに有し、前記自動運転制御部が、前記第３センサ部により得られた３次元データおよび画像データに基づいて、前記積込み機構のずり積載状況を認識することができる。
本発明の一態様によれば、前記自動運転制御部が、前記積込み機構のずり積載状況に応じて前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構の動作速度を調整することができる。
本発明の一態様によれば、前記後続搬送装置はずり運搬車、クラッシャおよびダンプの少なくとも１つを含むことができる。
上述の目的を達成するため、本発明は、切羽と坑口との間に前記切羽から前記坑口へ向けて少なくともホイールローダ、ずり積込み機および後続搬送装置を配置し、前記切羽前のずりを少なくとも前記ホイールローダ、前記ずり積込み機および前記後続搬送装置を通して坑口へ搬送するトンネル工事におけるずり搬出システムにおける前記ずり積込み機の自動運転制御方法であって、前記ずり積込み機が、前記切羽側にある所定地点に少なくとも前記ホイールローダにより積載されたずりを掻き込むずり掻き込み機構と、前記ずり掻き込み機能により掻き込まれたずりを前記後続搬送装置へ積み込む積込み機構と、３次元スキャナ、可視光カメラおよびサーマルカメラを含むセンサ部と、前記ホイールローダおよび前記後続搬送装置と通信可能な通信部と、プロセッサ部と、を有し、前記プロセッサ部が、ａ）前記ホイールローダからずり積載終了通知を受信すると、前記３次元スキャナにより得られる３次元データと、前記可視光カメラおよび前記サーマルカメラによりそれぞれ得られる画像データと、に基づいて、前記所定地点のずりを認識し、ｂ）前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を駆動し、前記所定地点のずりを掻き込んで前記後続搬送装置へ積み込み、ｃ）前記後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることで前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記後続搬送装置のずり積載部を撮像する可視光カメラを含む第２センサ部を更に有し、前記自動運転制御部が、前記第２センサ部により得られた画像データに基づいて前記後続搬送装置のずり積載状況を認識することができる。
本発明の一態様によれば、前記通信部を通して前記後続搬送装置から前記所定量のずりが積み込まれたことを示す積込み終了通知を受信すると、前記プロセッサ部が前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止することができる。
上述の目的を達成するため、本発明は、切羽と坑口との間に前記切羽から前記坑口へ向けて少なくともホイールローダ、ずり積込み機および後続搬送装置を配置し、前記切羽前のずりを少なくとも前記ホイールローダ、前記ずり積込み機および前記後続搬送装置を通して坑口へ搬送するトンネル工事におけるずり搬出システムであって、前記ホイールローダが、ずり積載部と、３次元データを出力する３次元スキャナ、可視光画像データを出力する可視光カメラ、および赤外線画像データを出力するサーマルカメラを含む第１センサ部と、少なくとも前記ずり積込み機と通信可能な第１通信部と、前記第１センサ部の出力に基づいて、前記ホイールローダの走行および前記ずり積載部の駆動を制御する第１自動運転制御部と、を有し、前記第１自動運転制御部が、ａ）前記第１センサ部により得られる３次元データ、、可視光画像データおよび赤外線画像データに基づいて前記切羽での発破完了および前記切羽前のずり領域を認識し、ｂ）発破完了を認識すると、認識された前記切羽前のずりを前記ずり積載部に積載し、前記ずり積込み機から前記切羽側にある所定地点へ移動し、前記ずり積載部に積載されたずりを前記所定地点へ投入し、ｃ）所定量のずりを前記所定地点へ投入すると、前記ずり積込み機へ投入終了通知を送信し、前記ずり積込み機が、前記所定地点に前記ホイールローダにより積載されたずりを掻き込むずり掻き込み機構と、前記刷り掻き込み機能により掻き込まれたずりを前記後続搬送装置へ積み込む積込み機構と、３次元データを出力する３次元スキャナ、可視光画像データを出力する可視光カメラ、および赤外線画像データを出力するサーマルカメラを含む第２センサ部と、前記ホイールローダおよび前記後続搬送装置と通信可能な第２通信部と、前記第２センサ部の出力に基づいて、前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を制御する第２自動運転制御部と、を有し、前記第２自動運転制御部が、ｄ）前記第２センサ部により得られる３次元データ、可視光画像データおよび赤外線画像データに基づいて前記所定地点のずり領域を認識し、ｅ）前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を駆動し、前記所定地点のずりを掻き込んで前記後続搬送装置へ積み込み、ｆ）前記後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることで前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記後続搬送装置のずり積載部を撮像する可視光カメラを含む第２センサ部を更に有し、前記自動運転制御部が、前記第２センサ部により得られた画像データに基づいて前記後続搬送装置のずり積載状況を認識することができる。
本発明の一態様によれば、前記通信部を通して前記後続搬送装置から前記所定量のずりが積み込まれたことを示す積込み終了通知を受信すると、前記自動運転制御部が前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止することができる。
本発明の一態様によれば、前記ずり積込み機を移動させる走行機構を更に有し、前記自動運転制御部が前記３次元スキャナからの３次元データに基づいて前記走行機構を制御することができる。
本発明の一態様によれば、前記積込み機構のずりを撮像する３次元スキャナ、可視光カメラおよびサーマルカメラを含む第３センサ部をさらに有し、前記自動運転制御部が、前記第３センサ部により得られた３次元データおよび画像データに基づいて、前記積込み機構のずり積載状況を認識することができる。
本発明の一態様によれば、前記自動運転制御部が、前記積込み機構のずり積載状況に応じて前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構の動作速度を調整することができる。
本発明の一態様によれば、前記後続搬送装置はずり運搬車、クラッシャおよびダンプの少なくとも１つを含むことができる。
上述の目的を達成するため、本発明は、切羽と坑口との間に前記切羽から前記坑口へ向けて少なくともホイールローダ、ずり積込み機および後続搬送装置を配置し、前記切羽前のずりを少なくとも前記ホイールローダ、前記ずり積込み機および前記後続搬送装置を通して坑口へ搬送するトンネル工事におけるずり搬出システムにおける前記ずり積込み機の自動運転制御方法であって、前記ずり積込み機が、前記切羽側にある所定地点に少なくとも前記ホイールローダにより積載されたずりを掻き込むずり掻き込み機構と、前記ずり掻き込み機能により掻き込まれたずりを前記後続搬送装置へ積み込む積込み機構と、３次元スキャナ、可視光カメラおよびサーマルカメラを含むセンサ部と、前記ホイールローダおよび前記後続搬送装置と通信可能な通信部と、プロセッサ部と、を有し、前記プロセッサ部が、ａ）前記ホイールローダからずり積載終了通知を受信すると、前記３次元スキャナにより得られる３次元データと、前記可視光カメラおよび前記サーマルカメラによりそれぞれ得られる画像データと、に基づいて、前記所定地点のずりを認識し、ｂ）前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を駆動し、前記所定地点のずりを掻き込んで前記後続搬送装置へ積み込み、ｃ）前記後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることで前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記後続搬送装置のずり積載部を撮像する可視光カメラを含む第２センサ部を更に有し、前記自動運転制御部が、前記第２センサ部により得られた画像データに基づいて前記後続搬送装置のずり積載状況を認識することができる。
本発明の一態様によれば、前記通信部を通して前記後続搬送装置から前記所定量のずりが積み込まれたことを示す積込み終了通知を受信すると、前記プロセッサ部が前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止することができる。
上述の目的を達成するため、本発明は、切羽と坑口との間に前記切羽から前記坑口へ向けて少なくともホイールローダ、ずり積込み機および後続搬送装置を配置し、前記切羽前のずりを少なくとも前記ホイールローダ、前記ずり積込み機および前記後続搬送装置を通して坑口へ搬送するトンネル工事におけるずり搬出システムであって、前記ホイールローダが、ずり積載部と、３次元データを出力する３次元スキャナ、可視光画像データを出力する可視光カメラ、および赤外線画像データを出力するサーマルカメラを含む第１センサ部と、少なくとも前記ずり積込み機と通信可能な第１通信部と、前記第１センサ部の出力に基づいて、前記ホイールローダの走行および前記ずり積載部の駆動を制御する第１自動運転制御部と、を有し、前記第１自動運転制御部が、ａ）前記第１センサ部により得られる３次元データ、、可視光画像データおよび赤外線画像データに基づいて前記切羽での発破完了および前記切羽前のずり領域を認識し、ｂ）発破完了を認識すると、認識された前記切羽前のずりを前記ずり積載部に積載し、前記ずり積込み機から前記切羽側にある所定地点へ移動し、前記ずり積載部に積載されたずりを前記所定地点へ投入し、ｃ）所定量のずりを前記所定地点へ投入すると、前記ずり積込み機へ投入終了通知を送信し、前記ずり積込み機が、前記所定地点に前記ホイールローダにより積載されたずりを掻き込むずり掻き込み機構と、前記刷り掻き込み機能により掻き込まれたずりを前記後続搬送装置へ積み込む積込み機構と、３次元データを出力する３次元スキャナ、可視光画像データを出力する可視光カメラ、および赤外線画像データを出力するサーマルカメラを含む第２センサ部と、前記ホイールローダおよび前記後続搬送装置と通信可能な第２通信部と、前記第２センサ部の出力に基づいて、前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を制御する第２自動運転制御部と、を有し、前記第２自動運転制御部が、ｄ）前記第２センサ部により得られる３次元データ、可視光画像データおよび赤外線画像データに基づいて前記所定地点のずり領域を認識し、ｅ）前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を駆動し、前記所定地点のずりを掻き込んで前記後続搬送装置へ積み込み、ｆ）前記後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることで前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構を停止する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、ホイールローダからずり積載終了通知を受信すると、画像認識により所定地点のずり領域を認識して、ずり掻き込み機構および積込み機構を駆動してずりを後続搬送装置へ積み込み、後続搬送装置に所定量のずりが積み込まれることでずり掻き込み機構および積込み機構を停止する。これにより、ずり搬出待ちによるサイクルロスを抑制してトンネル工事の施工期間の短縮化を達成できる。また、掘削ズリ積込み作業時の省力化・省人化を可能とするともに，発破後の切羽ズリを迅速に処理することで切羽作業エリアを早期解放し、トンネル掘削サイクルの円滑化を達成できる。
本発明の一態様によれば、自動運転制御部が画像認識により後続搬送装置のずり積載状況を認識するので、ずり積込み機だけでずり積込み作業の起動および停止の自動化が可能となる。
本発明の一態様によれば、後続搬送装置からの積込み終了通知を受信することでずり積込み作業の起動および停止の自動化が可能となる。自動運転制御部がずり積載状況を認識する必要がないので、自動運転制御部の負荷を軽減できる。
本発明の一態様によれば、３次元スキャナによりずり積込み機の走行が可能となり、所定地点のずりをより効率的に掻き込むことができ、さらにトンネル工事の進展と共に移動するずり仮置き場に容易に追従できる。
本発明の一態様によれば、自動運転制御部が画像認識により積込み機構のずり積載状況を認識するので、ずり積込み機だけでずり積込み作業の起動および停止の自動化が可能となる。
本発明の一態様によれば、前記積込み機構のずり積載状況に応じて前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構の動作速度を調整することができるので、ずりの搬出をより効率化できる。
本発明によれば、ホイールローダ、ずり積込み機およびずり運搬車が無線通信しながらそれぞれの作業を実行するので、切羽前のずりをクラッシャまで効率的に自動搬出することが可能となる。
本発明の一態様によれば、自動運転制御部が画像認識により後続搬送装置のずり積載状況を認識するので、ずり積込み機だけでずり積込み作業の起動および停止の自動化が可能となる。
本発明の一態様によれば、後続搬送装置からの積込み終了通知を受信することでずり積込み作業の起動および停止の自動化が可能となる。自動運転制御部がずり積載状況を認識する必要がないので、自動運転制御部の負荷を軽減できる。
本発明の一態様によれば、３次元スキャナによりずり積込み機の走行が可能となり、所定地点のずりをより効率的に掻き込むことができ、さらにトンネル工事の進展と共に移動するずり仮置き場に容易に追従できる。
本発明の一態様によれば、自動運転制御部が画像認識により積込み機構のずり積載状況を認識するので、ずり積込み機だけでずり積込み作業の起動および停止の自動化が可能となる。
本発明の一態様によれば、前記積込み機構のずり積載状況に応じて前記ずり掻き込み機構および前記積込み機構の動作速度を調整することができるので、ずりの搬出をより効率化できる。
本発明によれば、ホイールローダ、ずり積込み機およびずり運搬車が無線通信しながらそれぞれの作業を実行するので、切羽前のずりをクラッシャまで効率的に自動搬出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態によるずり積込み機を用いたずり搬送システムの動作を説明するための模式的なトンネル縦断面側面図である。
【図8】本実施形態によるずり積込み機の側面構成図である。
【図9】本実施形態によるずり積込み機の機能的構成を示す模式的ブロック図である。
【図10】本実施形態によるずり積込み機の自動運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【図11】本実施形態によるずり積込み機の自動運転制御装置により認識された前方画像の一例を示す模式図である。
【図12】本実施形態によるずり積込み機の自動運転制御装置の動作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、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素は例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。
【0012】
１．システム構成
図１および図２に例示するように、トンネル１０の床面１１には、切羽１２から抗口へ向けて順にホイールローダ１００、本実施形態によるずり積込み機２００、ずり運搬車３００、クラッシャ４００その他機器が配置されている。ここではホイールローダ１００、ずり積込み機２００および後続搬送装置がずり搬出システムを構成する。ここで後続搬送装置は、ずり運搬車３００、クラッシャ４００および後続する作業機器、さらに図示しないダンプの１つあるいは複数の組み合わせであってもよい。ホイールローダ１００、ずり積込み機２００および後続搬送装置は、それぞれの後続する作業機器と無線通信を行うことで効率的なずり搬出作業を可能にする。あるいは坑外に設けられた監視システム５００がこれらの運転状況を無線回線を通して監視してもよい。
図１および図２に例示するように、トンネル１０の床面１１には、切羽１２から抗口へ向けて順にホイールローダ１００、本実施形態によるずり積込み機２００、ずり運搬車３００、クラッシャ４００その他機器が配置されている。ここではホイールローダ１００、ずり積込み機２００および後続搬送装置がずり搬出システムを構成する。ここで後続搬送装置は、ずり運搬車３００、クラッシャ４００および後続する作業機器、さらに図示しないダンプの１つあるいは複数の組み合わせであってもよい。ホイールローダ１００、ずり積込み機２００および後続搬送装置は、それぞれの後続する作業機器と無線通信を行うことで効率的なずり搬出作業を可能にする。あるいは坑外に設けられた監視システム５００がこれらの運転状況を無線回線を通して監視してもよい。
【0013】
切羽１２の付近には一台または複数台のホイールローダ１００が配置され、矢印Ａ方向に往復移動しながら、切羽前のずり１３をずり仮置き場１４へ運搬する。ずり仮置き場１４は、ずり積込み機２００から切羽側にある所定地点に設けられる。本実施形態では、ずり仮置き場１４がずり積込み機２００のずり掻き込み領域となる。本実施形態によるホイールローダ１００はサイドダンプ方式とし、狭い切羽前の空間でホイールローダ本体をできるだけ回転させないようにしている。後述するように、ホイールローダ１００は切羽１２および切羽前のずり１３の状況を認識しながら自動運転により切羽前ずり１３を積載し、所定地点にあるずり仮置き場１４へ運搬することができる。
【0014】
ずり仮置き場１４は、切羽１２とクラッシャ４００との間の地点、望ましくは中間点より切羽１２に近い地点に設けられる。例えば、切羽１２とクラッシャ４００との距離の約１／４程度の距離だけ切羽１２から離れた地点に、たとえば切羽１２から約３０ｍ程度離れた地点にずり仮置き場１４が設けられる。したがって、この場合、ホイールローダ１００の搬送距離は３０～５０ｍ程度である。当然、ずり仮置き場１４は切羽１２の掘進に対応して前進していく。
【0015】
ずり仮置き場１４は、図２に示すようにトンネル床面１１の幅方向の一側に、トンネルの長さ方向に沿った細長状に、例えば、約２０ｍ程度延在して設けられる。なお、ずり仮置き場１４は、複数のポールや仕切り板などにより、ずり仮置き場であることが認識しやすいようにトンネル床面１１に対して区切られてもよい。図２に例示するように、ずり仮置き場１４の配置に合わせて、ずり積込み機２００およびずり運搬車３００もトンネル床面１１の幅方向の一側に配置される。
【0016】
ずり積込み機２００はずり仮置き場１４の坑口側に配置される。ホイールローダ１００からのずり仮置き場１４への積載通知を受信すると、ずり積込み機２００は、ずり仮置き場１４のずりを掻き込み、ずり積込み機２００の坑口側に待機するずり運搬車３００へ積載する。ずり積込み機２００の詳細な構成および動作については後述する。
【0017】
ずり運搬車３００は、ずり積込み機２００から所定量のずりが積載されると、無線通信によりずり積込み機２００の積込み動作を停止させる。次に、ずり運搬車３００は、坑口方向のクラッシャ４００まで移動して、ずりをクラッシャ４００のホッパ４０１に投入する。ずり運搬車３００は、矢印Ｂ方向に往復しながら、ずり運搬動作を繰り返す。なお、ずり積込み機２００からクラッシャ４００に直接積み込んでもよい。あるいは、ずり積込み機２００からダンプに直接積み込み、坑口に向けて搬送することもできる。
【0018】
クラッシャ４００に投入されたずりは破砕される。粉砕されたずりは、クラッシャ４００のベルトコンベア４０２からテールピース台車４０３上で連続ベルトコンベア装置４０４の搬送路に積載され、連続コンベアベルト４０４により坑口に向けて搬送される。あるいは、クラッシャ４００からダンプに積載することもできる。
【0019】
このようにホイールローダ１００が切羽１２とずり仮置き場１４との間を往復移動し、ずり積込み機２００がずり仮置き場１４のずりを掻き取ってずり運搬車３００へ積込み、ずり運搬車３００がずり積込み機２００とクラッシャ４００との間を往復移動することで、切羽前のずり１３が坑口方向に搬出される。以下、ずり搬出システムにおけるホイールローダ１００およびずり積込み機２００の構成および機能について詳細に説明する。
【0020】
２．ホイールローダ
２．１）構成
図３に例示するように、ホイールローダ１００は、本体１２０と自動運転制御装置１４０とからなり、自動運転制御装置１４０によりホイールローダ１００の運転およびずり搬送動作が自動制御される。
２．１）構成
図３に例示するように、ホイールローダ１００は、本体１２０と自動運転制御装置１４０とからなり、自動運転制御装置１４０によりホイールローダ１００の運転およびずり搬送動作が自動制御される。
【0021】
本体１２０は、バケット１２２がブーム１２４の先端部に回動可能に設けられ、バケット１２２およびブーム１２４が複数の油圧シリンダ１２６により駆動される。本体１２０はタイヤ１２８からなる操舵輪（前輪）および駆動輪（後輪）を有する。本体１２０は、さらに制御部１５０、駆動・制動系１６０、エンジン１７０および油圧系１８０を有し、次に述べる構成および機能を有する。
【0022】
図４に例示するように、制御部１５０は走行制御部１５１およびバケット・ブーム制御部１５２を含み、自動運転制御装置１４０の制御下で本体１２０の自動運転を実行する。通常、制御部１５０は、たとえば電子制御ユニットから構成され、プログラムされた走行制御およびバケット・ブーム制御を実現することができる。
【0023】
走行制御部１５１は駆動・制動系１６０を制御し、本体１２０の走行を制御する。具体的には、動力源であるエンジン１７０のオン／オフ制御、動力伝達の調整、回転数制御、操舵量制御、制動制御等を行なう。
【0024】
また、駆動・制動系１６０は、図示しない操舵アクチュエータ、ブレーキおよびブレーキアクチュエータを搭載している。操舵アクチュエータは、操舵輪の操舵角を変更させる。ブレーキは操舵輪および駆動輪の制動を行なう。ブレーキアクチュエータは、ブレーキの駆動を行なう。なお、本実施形態では、ホイールローダについて説明したが、本体部がクローラによって走行する重機であっても同様である。エンジン１７０は、動力源として駆動輪に回転駆動力を与えるものであり、内燃機関に限定されるものではなく、モータ（電動機）であってもよい。
【0025】
油圧系１８０は複数の油圧シリンダ１２６を含む油圧シリンダ１８１および油圧モータ１８２、さらに制御弁１８３、油圧ポンプ１８４、および作動油タンク１８５を有する。制御弁１８３はバケット・ブーム制御部１５２によりバケット・ブーム１２２および１２４の動作を制御する。すなわち、制御弁１８３は、圧油の供給先油圧シリンダを変更することでバケット・ブームの伸縮、旋回、起伏等の動作を制御する。油圧ポンプ１８４は動力源であるエンジン１７０により駆動され、圧油を作動油タンク１８５から制御弁１８３へ供給する。圧油は制御弁１８３を通して所望の油圧シリンダ１８１および油圧モータ１８２に供給され、その後、作動油タンク１８５に回収され、以下油圧系１８０内で循環する。
【0026】
図５に例示するように、自動運転制御装置１４０はセンサ部Ｓ１の出力信号を用いてホイールローダの本体１２０の自動運転制御を行う。センサ部Ｓ１は３次元スキャナＳ１１、ビデオカメラＳ１２およびサーマルカメラＳ１３を含む。３次元スキャナＳ１１は、本体１２０の前方（ここでは切羽方向）あるいは周辺の３次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ点群データ）を出力する。ビデオカメラＳ１２は可視光カメラであり、本体１２０の前方（ビデオカメラＳ１２の向いている方向であり、ここでは切羽方向）の可視光画像データを出力する。サーマルカメラＳ１３は赤外線カメラであり、本体１２０の前方（サーマルカメラＳ１３の向いている方向であり、ここでは切羽方向）の赤外線画像（温度分布画像）データを出力する。たとえば、３次元スキャナＳ１１の３次元データを用いて水の流れ、凹凸（盛り上がり）、奥行、距離等を認識することができる。また、ビデオカメラＳ１２の可視光画像データを用いて壁面やずり領域等を認識することができ、サーマルカメラＳ１３の赤外線画像データを用いてずりと機械の区別、水領域等の認識が可能となる。
【0027】
自動運転制御装置１４０は、センサ部Ｓ１の出力データを入力するインターフェース１４１を有し、さらにＧＰＵ(Graphics Processing Unit)を含む少なくとも１つのプロセッサからなるプロセッサ部１４２、データ蓄積部１４３、通信制御部１４４、および無線通信部１４５を有する。通信制御部１４４は本体１２０の制御部１５０と接続して、プロセッサ部１４２からの制御信号を送信すると共に、本体１２０の制御部１５０からの各種状態を示す検出信号を受信する。
【0028】
無線通信部１４５は、プロセッサ部１４２の指令に従って、後続するずり積込み機２００へずり投入あるいはずり積載終了を通知する。このずり投入あるいは積載終了通知は、後述するように、ずり積込み機２００の積込み動作を起動する起動開始指令でもある。あるいは、無線通信部１４５は、監視システム５００と無線通信を行う方式であってもよい。
【0029】
プロセッサ部１４２は図示しないメモリに格納されたプログラムを実行することで種々の機能が実現できる。ここではプロセッサ部１４２に、制御部１４２．１、発破完了認識部１４２．２、ずり領域認識部１４２．３、位置検出部１４２．４および自動制御部１４２．５が実装されているものとする。
【0030】
発破完了認識部１４２．２は、主にビデオカメラＳ１２からの可視光画像データを用いて発破工程が完了したことを認識する。ずり領域認識部１４２．３は、主にビデオカメラＳ１２およびサーマルカメラＳ１３からの可視光画像データおよび赤外線画像データを用いて発破後の切羽前のずり領域を認識する。位置検出部１４２．４は３次元スキャナＳ１１からの３次元データを用いて本体１２０が切羽１２およびトンネル壁面からどの程度の距離にあるかを検出する。より詳しくは、ビデオカメラＳ１２の情報に基づいて切羽と壁面の認識、発破が完了したか否かの認識、切羽前のずり領域の認識が可能となる。またサーマルカメラＳ１２の情報に基づいて水（湧き水）の認識、機械とずりの認識が、３次元スキャナの情報に基づいて、本体１２０から切羽やずり等の周辺対象までの距離の認識が、それぞれ可能となる。
【0031】
自動制御部１４２．５は、位置検出部１４２．４により検出された本体１２０の位置と、ずり領域認識部１４２．３により認識された切羽前のずり領域の位置とを参照しながら、本体１２０の制御部１５０を制御し、切羽前ずり１３の積載、ずり仮置き場１４への運搬、ずり仮置き場１４へのずり投入、切羽前への移動、という一連の自動運転動作を実行する。ただし、発破時には、事前に切羽１２から少なくとも約１００ｍ程度坑口側に離れた場所に退避する。
【0032】
発破完了認識部１４２．２、ずり領域認識部１４２．３および位置検出部１４２．４は、ディープラーニングにより構築された学習モデルを用いたＡＩ認識部である。周知のように、ディープラーニング技術は画像認識能力に優れており、ビデオカメラおよびサーマルカメラで得られた実際の発破完了画像や切羽前のずり画像などの多くの特徴的な画像データと、３次元スキャナＳ１１で得られた３次元データを教師データとして与えることで、ニューロンパラメータを調整し誤差の十分小さい学習モデルを構築できる。
【0033】
発破完了認識部１４２．２、ずり領域認識部１４２．３および位置検出部１４２．４のＡＩ認識部は、汎用サーバあるいはパーソナルコンピュータに構築可能であるが、ディープラーニングの演算を行うにはＧＰＵを搭載したものが望ましい。たとえば、ずり領域認識部１４２．３は、位置検出部１４２．４による本体１２０の位置の３次元データと、ずり領域認識部１４２．３によるビデオカメラおよびサーマルカメラからの可視光画像データおよび赤外線画像データとに基づいて、図６に例示するように切羽前の状況を認識し、ずりの領域を推定することができる。
【0034】
図６に模式的に示すように、ずり領域認識部１４２．３は、学習モデルを用いて切羽方向の画像領域６００を、切羽領域６０１、トンネル壁面領域６０２、切羽前ずり領域６０３およびトンネル床面の可能領域６０４に分割化する。この分割化された画像に基づいて、自動制御部１４２．５はホイールローダ１００をずり領域６０３の前に移動させ、一連のずり積載、運搬、投入の作業を実行する。以下、ホイールローダ１００の全体的な制御フローを図７を参照しながら説明する。
【0035】
２．２）自動運転制御
図７において、自動運転制御装置１４０の制御部１４２．１は、切羽１２の発破が行われる前に本体１２０の制御部１５０を制御して、切羽１２から少なくとも約１００ｍ程度坑口側に離れた場所に移動して待機する（動作７０１）。
図７において、自動運転制御装置１４０の制御部１４２．１は、切羽１２の発破が行われる前に本体１２０の制御部１５０を制御して、切羽１２から少なくとも約１００ｍ程度坑口側に離れた場所に移動して待機する（動作７０１）。
【0036】
発破完了認識部１４２．２は、３次元スキャナＳ１１、ビデオカメラＳ１２およびサーマルカメラＳ１３のデータから発破作業が安全に完了したことを検知する（動作７０２）。発破後にトンネルの崩落や湧き水の流出の可能性を推定することは、安全上極めて重要である。発破完了認識部１４２．２は、３次元データ、赤外線画像データおよび可視光画像データから形状の変状を認識することで切羽付近およびトンネル側面の崩落可能性を推定することができ、さらに赤外線画像データの温度分布から湧き水の可能性を推定することもできる。
【0037】
続いて、ずり領域認識部１４２．３は、主にビデオカメラＳ１２およびサーマルカメラＳ１３の画像データから切羽前のずり領域６０３を認識し、３次元スキャナＳ１１で取得した３次元データからずり領域６０３に対するホイールローダの本体１２０の位置を特定する（動作Ｓ７０３）。その際、切羽前のずり量を推定してもよい。
【0038】
切羽前のずり領域６０３に対するホイールローダの本体１２０の位置が特定されると、自動制御部１４２．５は、本体１２０の走行制御部１５１を制御して本体１２０をずり領域６０３の前まで移動させ、バケット・ブーム制御部１５２を制御してバケット１２２にずりを積み込む（動作７０４）。続いて、自動制御部１４２．５は、本体１２０を坑口方向にずり仮置き場１４まで移動させ、バケット・ブーム制御部１５２はバケット１２２のずりをずり仮置き場１４に投入する（動作７０５）。ずり領域６０３のずりを全てずり仮置き場１４に搬出させるまで、以上の動作７０３～７０５を繰り返す（動作７０６のＹＥＳ）。
【0039】
ずり領域認識部１４２．３がずり領域６０３に残存するずりがなくなったと判断する
と（動作７０６のＮＯ）、制御部１４２．１は通信制御部１４４を介して無線通信部１４５からずり積載終了通知をずり積込み機２００へ送信する（動作７０７）。ずり積載終了通知を送信すると、ホイールローダ１００は次の発破作業が行われる前に待機場所へ戻る（動作７０８）。
と（動作７０６のＮＯ）、制御部１４２．１は通信制御部１４４を介して無線通信部１４５からずり積載終了通知をずり積込み機２００へ送信する（動作７０７）。ずり積載終了通知を送信すると、ホイールローダ１００は次の発破作業が行われる前に待機場所へ戻る（動作７０８）。
【0040】
なお、ここでは切羽前のずりをすべてずり仮置き場１４まで運搬したときにずり積載終了を通知したが、これに限定されない。たとえば所定量のずりをずり仮置き場１４へ投入したときに、ずり投入終了通知をずり積込み機２００へ送信してもよい。この場合、ホイールローダ１００のずり運搬作業とずり積込み機２００のズリ積込み作業とが並行して進行し、効率的なずり搬出が可能となる。
【0041】
３．ずり積込み機
上述したように、本実施形態によるずり積込み機２００は、ホイールローダ１００からずり積載終了通知を受信すると、ずり仮置き場１４のずりをずり運搬車３００へ積み込むズリ積込み作業を開始する。以下、ずり積込み機２００の構成および機能について説明する。
上述したように、本実施形態によるずり積込み機２００は、ホイールローダ１００からずり積載終了通知を受信すると、ずり仮置き場１４のずりをずり運搬車３００へ積み込むズリ積込み作業を開始する。以下、ずり積込み機２００の構成および機能について説明する。
【0042】
３．１）構成
図８に例示するように、ずり積込み機２００は、走行体２１０と、ずり掻き込み機構２２０と、積み込み機構２４０と、自動運転制御装置２５０と、センサ部Ｓ２およびＳ３と、を備えている。センサ部Ｓ２は切羽方向の画像を取得する。センサ部Ｓ３は後述する積込み機構２４０の坑口側に配置され、ずり運搬車３００のずり積載部の画像を取得する。なお本実施形態では、ずり運搬車３００のずり積載状況はずり積込み機２００で認識するものとするが、後述するようにずり運搬車３００で認識してもよい。
図８に例示するように、ずり積込み機２００は、走行体２１０と、ずり掻き込み機構２２０と、積み込み機構２４０と、自動運転制御装置２５０と、センサ部Ｓ２およびＳ３と、を備えている。センサ部Ｓ２は切羽方向の画像を取得する。センサ部Ｓ３は後述する積込み機構２４０の坑口側に配置され、ずり運搬車３００のずり積載部の画像を取得する。なお本実施形態では、ずり運搬車３００のずり積載状況はずり積込み機２００で認識するものとするが、後述するようにずり運搬車３００で認識してもよい。
【0043】
走行体２１０は、左右一対のクローラ２１２と、それらクローラ２１２を正逆転させる駆動部２１４と、左右一対のクローラ２１２で支持された機体２１６とを含んで構成されている。なお、走行体２１０の構成には従来公知の様々な構成が採用可能である。
【0044】
ずり掻き込み機構２２０は、ブーム２３０とずり掻き込み用のバケット２２１とを備えている。ブーム２３０は、機体２１６にブーム支持フレーム２３１、水平旋回部２３２、ブラケット２３３を介して揺動可能に支持された後ブーム２３４と、後ブーム２３４に揺動可能に支持された前ブーム２３５と、後ブーム２３４を上下に揺動させる後油圧シリンダ２３６と、前ブーム２３５を上下に揺動させる前油圧シリンダ２３７と、を備えている。
【0045】
バケット２２１は前ブーム２３５の先端に上下に揺動可能に設けられ、前ブーム２３５に、バケット２２１を上下に揺動させるバケット油圧シリンダ２３８が設けられている。なお、このようなブーム２３０、バケット２２１の構成には従来公知の様々な構成が採用可能である。なお、後ブーム２３４の後端が結合される水平旋回部２３２は、機体２１６幅方向の一側に設けられている。
【0046】
積み込み機構２４０はコンベア装置で構成されているので、以下、コンベア装置に参照番号２４０を付けて記す。コンベア装置２４０は機体２１６上で支持され、トンネル１０の延在方向に沿って延在している。コンベア装置２４０は、コンベアフレーム２４１と、駆動ローラ２４２と、従動ローラ２４３と、それらローラ２４２および２４３に巻装されたベルト２４４と、ベルト２４４の張力装置（不図示）と、一対のコンベア側板２４５と、コンベア前板２４６と、を含んで構成されている。なお、コンベア装置２４０は機体２１６の車幅方向の中央に設けられている。
【0047】
コンベアフレーム２４１は機体２１６で支持され、駆動ローラ２４２、従動ローラ２４３、ベルト２４４の張力装置はコンベアフレーム２４１で支持されている。ベルト２４４が駆動ローラ２４２と従動ローラ２４３とに巻装されることで、ベルト２４４の走行によりずりを搬送する第１搬送路２４４Ａ（往路）と、この第１搬送路２４４Ａの下方に復路２４４Ｂが構成され、第１搬送路２４４Ａの下面には複数のガイドローラ（不図示）が配置されている。
【0048】
一対のコンベア側板２４５は、第１搬送路２４４Ａの両側に設けられ、第１搬送路２４４Ａの幅方向において第１搬送路２４４Ａの両側から次第に高さが大きくなる傾斜を有し、第１搬送路２４４Ａによりずりの搬送が円滑になされるように図られている。
【0049】
第１搬送路２４４Ａは、平面視した場合、機体２１６の幅方向の中央を通り、第１搬送路２４４Ａの上流端２４７は走行体２１０および機体２１６よりも切羽１２側に突出しており、第１搬送路２４４Ａの下流端２４８は走行体２１０および機体２１６よりも坑口側に大きく突出している。また、第１搬送路２４４Ａは、側面視した場合、上流端２４７がトンネル床面１１の近傍に位置し、上流端２４７から下流端２４８に向かうにつれて次第に上昇する傾斜で設けられている。そして、下流端２４８の高さは、下流端２４８の下方にずり運搬車３００の前部が入りこむことが可能で、下流端２４８から後述するずり運搬車３００上にずりを落下できる寸法で設けられている。コンベア後板２４６は、第１搬送路２４４Ａの上流端２４７に設けられ、両側のコンベア側板２４５の後端を接続しており、従動ローラ２４３はコンベア後板２４６の切羽１２側に位置している。
【0050】
バケット２２１により掻き取られたずりは、コンベア後板２４６、両側のコンベア側板２４５の内側の第１搬送路２４４Ａの上流端２４７に積載され、下流端２４８からずり運搬車３００のずり積載部にずりが落下される。センサ部Ｓ３はコンベア装置２４０の下流端２４８の近傍に配置され、下方向にあるずり運搬車３００のずり積載部に積載されるずりの画像を撮像する。なお、コンベア装置２４０の構成には従来公知の様々な構成が採用可能である。
【0051】
図９に例示するように、ずり積込み機２００の動作は制御部２６０により制御される。より詳しくは、制御部２６０は積込み制御部２６１、走行制御部２６２およびパケット・ブーム制御部２６３を含み、積込み制御部２６１がコンベア装置２４０を制御し、走行制御部２６２が走行体２１０および駆動部２１４を制御し、パケット・ブーム制御部２６３が油圧計２７０を通してずり掻き込み機構２２０を制御する。そして制御部２６０は後述する自動運転制御装置２５０により制御される。
【0052】
図１０に例示するように、自動運転制御装置２５０はセンサ部Ｓ２およびＳ３の出力信号を用いてずり積込み機２００の自動運転制御を行う。センサ部Ｓ２は３次元スキャナＳ２１、ビデオカメラＳ２２およびサーマルカメラＳ２３を含む。３次元スキャナＳ２１は、ずり積込み機２００の前方（３次元スキャナＳ２１の向いている方向、ここでは切羽方向）あるいは周辺の３次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ点群データ）を出力する。ビデオカメラＳ２２は可視光カメラであり、ずり積込み機２００の前方（ビデオカメラＳ２２の向いている方向、ここでは切羽方向）の可視光画像データを出力する。サーマルカメラＳ２３は赤外線カメラであり、ずり積込み機２００の前方（サーマルカメラＳ２３の向いている方向、ここでは切羽方向）の赤外線画像（温度分布画像）データを出力する。センサ部Ｓ３は可視光カメラであるビデオカメラＳ３１を含む。
【0053】
自動運転制御装置２５０は、センサ部Ｓ２およびＳ３の出力データを入力するインターフェース２５１を有し、さらにＧＰＵ(Graphics Processing Unit)を含む少なくとも１つのプロセッサからなるプロセッサ部２５２、データ蓄積部２５３、通信制御部２５４、および無線通信部２５５を有する。通信制御部２５４は制御部２６０と接続して、プロセッサ部２５２からの制御信号を送信すると共に、制御部２６０からの各種状態を示す検出信号を受信する。
【0054】
無線通信部２５５は前段のホイールローダ１００および後段のずり運搬車３００と無線接続することができる。上述したように無線通信部２５５は、ホイールローダ１００からずり積載終了通知を受信し、あるいはずり積込み機２００の動作状態をホイールローダ１００およびずり運搬車３００へ通知することも可能である。あるいは無線通信部２５５は監視システム５００と無線通信を行う方式であってもよい。
【0055】
プロセッサ部２５２は図示しないメモリに格納されたプログラムを実行することで種々の機能が実現できる。本実施形態では、プロセッサ部２５２に制御部２５２．１、状況認識部２５２．２、ずり領域認識部２５２．３、積載状況認識部２５２．４、および自動制御部２５２．５が実装されているものとする。
【0056】
状況認識部２５２．２は、３次元スキャナＳ２１からの３次元データおよびビデオカメラＳ２２からの可視光画像を用いてずり積込み機２００の前方（ここでは切羽方向）の状況を認識する。ずり領域認識部２５２．３は、３次元スキャナＳ２１からの３次元データおよびビデオカメラＳ２２およびサーマルカメラＳ２３からの可視光画像および赤外線画像を用いてずり仮置き場１４のずり領域を認識する。積載状況認識部２５２．４は、センサ部Ｓ３からの可視光画像を用いてずり運搬車３００のずり積載部の積載状況を認識する。この積載状況はずり積載部に投入されたずりの積載状態であり、積載状況認識部２５２．４はずり積載部の上限までずりが積載されているかどうかを認識する。
【0057】
自動制御部２５２．５は、３次元スキャナＳ２１からの３次元データを用いて取得されるずり積込み機２００の位置とずり仮置き場１４のずり領域の位置とを参照しながら、制御部２６０を制御し、ずり掻き込み機構２２０を動作させてずり仮置き場１４のずりを積載し、コンベア装置２４０を動作させてずりをずり運搬車３００へ投入するという一連の自動運転動作を実行する。またセンサ部Ｓ３の画像データによりずり運搬車３００の積載状況から所定量のずりがずり運搬車３００に積載されると認識されると、その旨をずり運搬車３００に通知するとともに、ずり掻き込み機構２２０およびコンベア装置２４０の動作を停止させる。
【0058】
上述したように、本実施例では、センサ部Ｓ３がコンベア装置２４０の下流端２４８の近傍に配置され、その撮像データを用いてずり運搬車３００のずり積載状況を認識することができる。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、別のセンサ部Ｓ３ａがコンベア装置２４０におけるコンベヤ側壁板２４５上に設けられてもよい。この場合、センサ部Ｓ３ａはベルトコンベアの上流を撮像し、その撮像データを用いてベルトコンベアに搭載されたズリの量を推定することができる。たとえばセンサ部Ｓ３ａは３Ｄスキャナ、サーマルカメラおよびビデオカメラで構成され、サーマルカメラにより、ずりとベルト２４４／コンベヤ側壁板２４５とを区別することができる。したがって積載状況認識部２５２．４は、センサ部Ｓ３ａから３次元データ、赤外線画像データおよび可視光画像データを取得することで機械学習モデルを用いたＡＩ処理により、ベルトコンベアに対するずりの搭載量が十分か否かを判断することができる。たとえば、ずりの搭載量が少なければ、ベルコトンベアのスピードを遅くしたり、ブーム２３０の動きを速くしたりすることで、ずりの搬出をより効率化できる。
【0059】
本実施形態において、状況認識部２５２．２、ずり領域認識部２５２．３および積載状況認識部２５２．４はディープラーニングにより構築された学習モデルを用いたＡＩ認識部である。周知のように、ディープラーニング技術は画像認識能力に優れており、ビデオカメラおよびサーマルカメラで得られた実際のずり仮置き場１４のずり画像、ずり運搬車３００に積載されたずり画像などの多くの特徴的な画像データと、３次元スキャナＳ１１で得られた３次元データとを教師データとして与えることで、ニューロンパラメータを調整し誤差の十分小さい学習モデルを構築できる。
【0060】
状況認識部２５２．２、ずり領域認識部２５２．３および積載状況認識部２５２．４のＡＩ認識部は汎用サーバあるいはパーソナルコンピュータに構築可能であるが、ディープラーニングの演算を行うにはＧＰＵを搭載したものが望ましい。たとえば状況認識部２５２．２およびずり領域認識部２５２．３は、ずり積込み機２００の位置の３次元データと、ビデオカメラＳ２２およびサーマルカメラＳ２３で得られた可視光画像および赤外線画像とに基づいて、図１１に例示するように状況を認識し、ずり仮置き場１４のずり領域を識別することができる。
【0061】
図１１に模式的に示すように、状況認識部２５２．２およびずり領域認識部２５２．３は学習モデルを用いて、切羽方向の画像領域８００を、切羽領域８０１、トンネル壁面領域８０２、およびずり仮置き場１４のずり領域８０３に分割化する。この分割化された画像に基づいて、自動制御部２５２．５は、ずり積込み機２００のずり掻き込み機構２２０およびコンベア装置２４０を駆動し、ずり領域８０３のずりをコンベア装置２４０に掻き込みずり運搬車３００に投入する。
【0062】
積載状況認識部２５２．４についても同様の方法で、ずり運搬車３００のずり積載部での積載状況を機械学習モデルを構築することで認識できる。以下、ずり積込み機２００の全体的な制御フローを図１２を参照しながら説明する。
【0063】
３．２）自動運転制御
図１２において、自動運転制御装置２５０の制御部２５２．１は、待機状態でホイールローダ１００からずり積載終了通知を受信したものとする（動作９０１のＹＥＳ）。
図１２において、自動運転制御装置２５０の制御部２５２．１は、待機状態でホイールローダ１００からずり積載終了通知を受信したものとする（動作９０１のＹＥＳ）。
【0064】
状況認識部２５２．２は、３次元スキャナＳ２１、ビデオカメラＳ２２およびサーマルカメラＳ２３のデータから前方（カメラが向いている方向、ここでは切羽方向）の状況を認識し、ずり領域認識部２５２．３は、３次元スキャナＳ２１、ビデオカメラＳ２２およびサーマルカメラＳ２３のデータからずり仮置き場１４のずり領域８０３を識別する（動作Ｓ９０２）。その際、ずり仮置き場１４のずり量を推定してもよい。
【0065】
ずり領域８０３が識別されると、自動制御部２５２．４は、制御部２６０の積込み制御部２６１およびバケット・ブーム制御部２６３を制御し、バケット２２１でずりをコンベア装置２４０へ掻き込み、コンベア装置２４０で移送されたずりをずり運搬車３００へ投入する（動作９０３）。積載状況認識部２５２．４は、センサ部Ｓ３あるいはセンサ部Ｓ３ａからのデータを用いてずり運搬車３００のずり積載部の積載状況を認識し、ずり積載部に所定量のずりが投入されたか否かを判断する。
【0066】
ずり投入が所定量に達するまで、あるいはずり領域認識部２５２．３がずり仮置き場１４の残存ずりがなくなったと認識するまで、動作９０２および９０３が繰り返される（動作９０４のＮＯ、動作９０５のＹＥＳ）。なお、ずり運搬車３００へのずり投入量は、ずり積込み機２００で推定しても良いが、ずり運搬車３００が重量を計測して、所定量に達したときに自動運転制御装置１４０へ通知しても良い。本実施形態では、ずり運搬車３００の所定ずり量は１台のホイールローダ１００の運搬量の複数倍、例えば４～５台分である。したがって、ホイールローダ１００の運搬量からずり運搬車３００の投入量を推定することもできる。
【0067】
ずり仮置き場１４のずりがなくなると（動作９０５のＮＯ）、制御部２５２．１はその旨を無線通信部２５５を通してホイールローダ１００あるいは監視システム５００へ通知する。所定量のずりをずり運搬車３００へ投入した場合（動作９０４のＹＥＳ）、制御部２５２．１はずり掻き込み機構２２０およびコンベア装置２４０を停止し（動作９０７）、ずり投入終了通知をずり運搬車３００へ送信する（動作９０８）。この場合、複数台のずり運搬車３００を用意して、連続的にずりをずり運搬車に積載してクラッシャ４００へ運搬することもできる。
【0068】
なお、ずり運搬車３００は、ずり積込み機２００からずり投入終了通知を受信することで、積載されたずりをクラッシャ４００まで運搬する運搬作業を開始することができる。
【0069】
３．３）効果
上述したように、本実施形態によるずり積込み機２００は、ずり仮置き場１４に運搬された掘削ずりをずり掻き込み機構２２０により掻き寄せ、コンベア装置２４０により後方へ配置されたずり運搬車３００へ直接投入することができる。本実施形態では、センサ部Ｓ２およびＳ３／Ｓ３ａと自動運転制御装置２５０のＡＩ認識部によりオペレータ不要の自動ズリ積込み作業を実現できる。
上述したように、本実施形態によるずり積込み機２００は、ずり仮置き場１４に運搬された掘削ずりをずり掻き込み機構２２０により掻き寄せ、コンベア装置２４０により後方へ配置されたずり運搬車３００へ直接投入することができる。本実施形態では、センサ部Ｓ２およびＳ３／Ｓ３ａと自動運転制御装置２５０のＡＩ認識部によりオペレータ不要の自動ズリ積込み作業を実現できる。
【0070】
これにより掘削ズリ積込み作業時の省力化・省人化を可能とするともに，発破後の切羽ズリを迅速に処理することで切羽作業エリアを早期解放し、次工程の支保工作業へ移行を容易にすることでトンネル掘削サイクルの円滑化を達成できる。
【0071】
４．ずり運搬車
上述したように、ずり運搬車３００は、積載されたずり量が所定量、すなわちずり積載部の上限に達すると、ずり積込み機２００からクラッシャ４００まで移動するずり運搬作業を開始する。ずり積載量の所定量への到達は、上述したようにずり積込み機２００からずり投入終了通知を受信することで検知することができる。ただし、以下に説明するずり運搬車３００では、ずり運搬車３００にずり積載状況を判断するためのセンサ部を設けている。
上述したように、ずり運搬車３００は、積載されたずり量が所定量、すなわちずり積載部の上限に達すると、ずり積込み機２００からクラッシャ４００まで移動するずり運搬作業を開始する。ずり積載量の所定量への到達は、上述したようにずり積込み機２００からずり投入終了通知を受信することで検知することができる。ただし、以下に説明するずり運搬車３００では、ずり運搬車３００にずり積載状況を判断するためのセンサ部を設けている。
【0072】
図１３および図１４（Ａ）、（Ｂ）に例示するように、ずり運搬車３００は、走行体３１０と、ずり積載部３２０と、自動制御装置３３０と、センサ部Ｓ４と、を備えている。走行体３１０は、左右一対のクローラ３１１と、それらクローラ３１１を正逆転させる駆動部（不図示）と、左右一対のクローラ３１１で支持された機体３１２とを含んで構成されている。なお、走行体３１０の構成には従来公知の様々な構成が採用可能である。
【0073】
ずり積載部３２０はコンベア装置３２１を含んで構成されている。コンベア装置３２１は機体３１２上のフレーム３１３で支持されている。コンベア装置３２１は、駆動ローラ３２２と、従動ローラ３２３と、それらローラ３２２、３２３に巻装されたベルト３２４と、ベルト３２４の張力装置（不図示）、一対のコンベア側板３２５、コンベア後板３２６、コンベア前板３２７を含んで構成され、コンベア装置３２１は機体３１２の車幅方向の中央に設けられている。
【0074】
ベルト３２４が駆動ローラ３２２と従動ローラ３２３とに巻装されることで、ベルト３２４の走行によりずりを搬送する搬送路３２１Ａ（往路）と、この搬送路３２１Ａの下方に復路３２１Ｂが構成され、搬送路３２１Ａの下面には複数のガイドローラ（不図示）が配置されている。
【0075】
搬送路３２１Ａの下流端は走行体３１０およびフレーム３１３よりも坑口側に突出した搬送路突出部３２８となっている。この搬送路突出部３２８の走行体３１０およびフレーム３１３からの突出長さは、搬送路突出部３２８の端部をクラッシャ４００のホッパ４０１の内側に位置させることができる寸法で形成され、搬送路突出部３２８のトンネル床面１１からの高さは、ずりをクラッシャ４００のホッパ４０１に落下できるように、ホッパ４０１よりも高い高さで設けられている。
【0076】
一対のコンベア側板３２５は、フレーム３１３上の搬送路３２１Ａの両側に設けられ、搬送路３２１Ａの幅方向において搬送路３２１Ａの両側から次第に高さが大きくなる傾斜を有し、コンベア後板３２６は、搬送路３２１Ａの上流端に設けられ、コンベア前板３２７は、搬送路３２１Ａの下流部分でフレーム３１３の端部上に設けられている。
【0077】
コンベア前板３２７は昇降用油圧シリンダの伸縮により上下動され、コンベア前板３２７の上下動により開閉されるゲート３２９が両側のコンベア側板３２５の抗口側の端部に設けられている。なお、コンベア装置３２１の構成には従来公知の様々な構成が採用可能である。
【0078】
なお、本実施の形態ではベルト３２４の幅が１．４ｍ、一対のコンベア側板３２５、コンベア後板３２６、コンベア前板３２７で構成されるずり積載部３２０の平面視の輪郭は長辺が約５.５ｍ、短辺が約３ｍの長方形であり、深さは約１．５ｍであり、ずりの積載量は、ホイールローダ１００の一台の運搬量の複数倍、例えば４～５台分である。
【0079】
ずり運搬車３００は、ずり積込み機２００の第１搬送路２４４Ａの下流端２４８の下方に、第２搬送路３２１Ａが位置するように配置され、ずりがずり運搬車３００のずり積載部３２０に落下し積載される。その際、ずり運搬車３００のずり積載部３２０の全域にずりが積載されるように、ずり運搬車３００を矢印Ｂ方向に移動させるなど任意である。
【0080】
センサ部Ｓ４はコンベア前板３２７の上部に配置され、ずり積載部３２０に積載されたずりの量を画像監視するためのビデオカメラからなる。自動制御装置３３０は、センサ部Ｓ４からの可視光画像データを用いて、ずり積載部３２０に積載されたずりの量あるいはずりの積載状況をＡＩ画像認識する。他の例として、センサ部Ｓ４はビデオカメラおよび３Ｄスキャナからなり、３Ｄスキャナの３次元データとビデオカメラの可視光画像データとを用いて、ずり積載部３２０に積載されたずりの量や積載状況をＡＩ画像認識してもよい。このＡＩ画像認識は、上述したずり積込み機２００の状況認識部２５２．４と同様に機械学習モデルを用いて実現できる。
【0081】
自動制御装置３３０は機体３１２内に設置され、駆動部および走行体３１０を制御する制御部と、ずり積込み機２００あるいは監視システム５００と無線通信可能な無線通信部と、を有する。自動制御装置３３０は、センサ部Ｓ４によりずり積載部３２０に所定量のずりが投入されたと判断すると（ずり投入完了）、その旨をずり積込み機２００へ無線通信部を通して通知すると共に、走行体３１０を制御してずり運搬車３００をずり積込み機２００からクラッシャ４００へ向けて走行させる。また、ずり投入完了通知を受信すると、ずり積込み機２００のずり掻き込み機構２２０のバケットおよびブームの駆動およびおよび積込み機構（コンベア装置）２４０のベルト搬送を停止する。
【0082】
ずり運搬車３００の自動制御装置３３０は、クラッシャ４００のホッパ４０１の上方に搬送路突出部３２８を位置させて停止する。そして、コンベア前板３２７を上昇させてゲート３２９を開放し、コンベア装置３２１を駆動し、ベルト３２４を走行させて搬送路３２１Ａ上に積載されたずりを、クラッシャ４００のホッパ４０１に落下させる。
【0083】
搬送路３２１Ａ上に積載されたずりを全てクラッシャ４００のホッパ４０１に落下させた後、コンベア前板３２７を下降させてゲート３２９を閉塞し、ずり運搬車３００はずり積込み機２００に向かって走行し、ずり積込み機２００の搬送路２４４Ａの下流端２４８の下方にずり積載部３２０を位置させて停止する。このとき、自動制御装置３３０はずり積込み機２００へ積載準備完了の通知を送信しても良い。こうしてずり積込み機２００はズリ積込み作業を開始し、ずり仮置き場１４のずりをずり運搬車３００のずり積載部３２０へ投入する。
【0084】
５．ずり搬送システム
以上述べたホイールローダ１００、ずり積込み機２００およびずり運搬車３００は、相互に無線通信しながら、あるいは監視システム５００からの指示に従って動作し、切羽前のずり１３をクラッシャ４００まで効率的に自動搬出することができる。
以上述べたホイールローダ１００、ずり積込み機２００およびずり運搬車３００は、相互に無線通信しながら、あるいは監視システム５００からの指示に従って動作し、切羽前のずり１３をクラッシャ４００まで効率的に自動搬出することができる。
【0085】
ホイールローダ１００は、切羽方向の可視光画像に基づいて切羽での発破完了を認識し、3次元データ、可視光画像および赤外線画像に基づいて切羽前のずり領域６０３を認識し、発破完了後、切羽前のずりをずり仮置き場１４へ運搬してずり仮置き場１４へ投入する。ずり積込み機２００は、ずり仮置き場１４に運搬された掘削ずりをずり掻き込み機構２２０により掻き寄せ、コンベア装置２４０により後方へ配置されたずり運搬車３００へ直接投入する。ずり運搬車３００は、積載されたずりをクラッシャ４００まで運搬する。
【0086】
クラッシャ４００のホッパ４０１に投入されたずりは、クラッシャ４００の破砕部で破砕され、ベルトコンベア４０２からテールピース台車４０３上で連続ベルトコンベア装置４０４の搬送路の上流端に積載され、連続コンベアベルト４０４により坑口に向けて搬送される。
【0087】
なお、ずり運搬車３００を用いることなく、ずり積込み機２００からクラッシャ４００へ直接ずりを投入することもできる。この場合、ずり積込み機２００からクラッシャ４００に投入されたずりは、クラッシャ４００で破砕され、粉砕されたずりが後続搬送装置により坑口方向に搬出される。あるいは、ずり積込み機２００から図示しないダンプへ直接ずりを投入して坑口に向けて搬出されてもよい。
【0088】
本実施形態によるずり搬出システムによれば、ホイールローダ１００は切羽１２のずりを運搬するにあたって、切羽１２とずり仮置き場１４との間を往復すればよい。ずり仮置き場１４は、切羽１２から約３０ｍ程度離れた箇所から坑口に向けて約２０ｍ程度延在しているため、ホイールローダ１００は３０ｍから５０ｍの距離を往復すればよく、従来の１００ｍの距離に比べ短い。なお、ずり積込み機２００の切羽側にシャトルカーを設けてホイールローダ１００の往復移動距離を更に短縮することもできる。
【0089】
この場合、切羽１２が３０ｍ程度前進する直前の状態では、言い換えると、ストレージカセットに収容されたゴムベルトを延伸させる直前の状態では、ホイールローダ１００は６０ｍから８０ｍの距離を往復すればよく、従来の距離の１３０ｍに従来に比べて短い。そのため、爆破工程後に生じたずりを、従来に比べて短時間でホイールローダ１００によりずり仮置き場１４に運搬することができ、爆破工程後の切羽１２の後処理を従来に比べて極めて短時間で済ませることができる。これにより、切羽１２付近におけるトンネル周壁面へのコンクリートの吹き付け工程や、ロックボルトの打設工程、ドリルジャンボによる装薬孔穿孔工程など、次の爆破工程の前に行なう各種の作業を早期に行なうことが可能となり、トンネル工事の効率化を図り、トンネル工事の施工期間の短縮化を図る上で有利となる。
【0090】
また、ずり運搬車３００が往復するずり積込み機２００とクラッシャ４００との距離は、３３ｍから５３ｍであり、ホイールローダ１００が往復する距離とほぼ同等になるため、爆破工程後の切羽１２の後処理にホイールローダ１００が要する時間と略同等となり、爆破工程後に生じた全てのずりをクラッシャ４００のホッパ４０１に投入するまでの時間を短縮できる。
【0091】
この場合、ストレージカセットに収容されたゴムベルトを延伸させる直前の状態では、ずり運搬車３００が往復するずり積込み機２００とクラッシャ４００との距離は、６３ｍから８３ｍとなるが、従来のホイールローダが移動する距離である１３０ｍに比べて短い。しかも、本実施形態では、ずり運搬車３００のずりの積載量は、ホイールローダ１００の一台の運搬量の複数倍となっていることから、すり運搬車がずり仮置き場１４とクラッシャ４００のホッパ４０１との間を往復する回数も少ない。
【符号の説明】
【0092】
１０ トンネル
１１ トンネル床面
１２ 切羽
１３ 切羽前ずり
１４ ずり仮置き場
１００ ホイールローダ
１２０ 本体
１２２ バケット
１２４ ブーム
１４０ 自動運転制御装置
１５０ 制御部
１６０ 駆動・制動系
１７０ エンジン
１８０ 油圧系
２００ ずり積込み機
２１０ 走行体
２２０ ずり掻き込み機構
２４０ 積込み機構（コンベア装置）
２５０ 自動運転制御装置
２５１ インターフェース
２５２ プロセッサ部
２５２．１ 制御部
２５２．２ 状況認識部
２５２．３ ずり領域認識部
２５２．４ 積載状況認識部
２５２．５ 自動制御部
２５３ データ蓄積部
２５４ 通信制御部
２５５ 無線通信部
２６０ 制御部
２６１ 積込み制御部
２６２ 走行制御部
２６３ パケット・ブーム制御部
３００ ずり運搬車
４００ クラッシャ
１１ トンネル床面
１２ 切羽
１３ 切羽前ずり
１４ ずり仮置き場
１００ ホイールローダ
１２０ 本体
１２２ バケット
１２４ ブーム
１４０ 自動運転制御装置
１５０ 制御部
１６０ 駆動・制動系
１７０ エンジン
１８０ 油圧系
２００ ずり積込み機
２１０ 走行体
２２０ ずり掻き込み機構
２４０ 積込み機構（コンベア装置）
２５０ 自動運転制御装置
２５１ インターフェース
２５２ プロセッサ部
２５２．１ 制御部
２５２．２ 状況認識部
２５２．３ ずり領域認識部
２５２．４ 積載状況認識部
２５２．５ 自動制御部
２５３ データ蓄積部
２５４ 通信制御部
２５５ 無線通信部
２６０ 制御部
２６１ 積込み制御部
２６２ 走行制御部
２６３ パケット・ブーム制御部
３００ ずり運搬車
４００ クラッシャ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】