特許 7066182 位置計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-02

(45)【発行日】2022-05-13

(54)【発明の名称】位置計測方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/093 20060101AFI20220506BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20220506BHJP

【ＦＩ】

E21D9/093 B

G01C15/00 104D

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2018190970

(22)【出願日】2018-10-09

(65)【公開番号】P2020060014

(43)【公開日】2020-04-16

【審査請求日】2021-03-26

(73)【特許権者】

【識別番号】596119571

【氏名又は名称】サン・シールド株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003214

【氏名又は名称】特許業務法人服部国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100093779

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】米森 清祥

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 俊二

(72)【発明者】

【氏名】山本 将太

【審査官】高橋 雅明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１８４０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１９０８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０３８５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１８９８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０２１３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０２５２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１９８３２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０９３

Ｇ０１Ｃ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発進立坑（６）を起点として地中を掘進する掘進機（１）について、基準位置に対する前記掘進機の相対位置を計測する位置計測システムを用い、前記基準位置に対する前記掘進機の相対位置を計測する位置計測方法であって、
前記位置計測システムは、
撮像対象物までの距離及び方向を当該撮像対象物の位置として計測する複数のセンサであって、前記掘進機の後部に設置され、掘進経路の後方の撮像対象物の位置を計測する先頭センサ（Ｓ_１）、前記掘進機の後方に連続して接続される複数の推進管（２）に設置され、掘進経路の前方及び後方の撮像対象物の位置を計測する一つ以上の中間センサ（Ｓ_２～Ｓ_５）、並びに、前記基準位置に設置され、掘進経路の前方の撮像対象物の位置を計測する基準位置センサ（Ｓｚ）を含む複数のセンサと、
複数の前記センサによる撮像対象物として、前記先頭センサと前記基準位置センサとの間に設置された複数の目印（Ｔ_１～Ｔ_９）と、
複数の前記センサ間の相対位置（Ｌ_ｋ）をベクトル和により合計して、前記基準位置に対する前記先頭センサの相対位置（Ｌ）を算出し、さらに、前記先頭センサから前記掘進機の先端までの相対位置（Ｌ_０）を加算して、前記基準位置に対する前記掘進機の先端の相対位置（ＬＬ）を算出する計測装置（８）と、
を備え、
前記掘進機の後部に前記先頭センサが設置され、前記掘進機に後続する前記推進管に前記目印が設置されるステップと、
前記掘進機が掘進を開始し、所定距離を前進した後、掘進を停止するステップと、
掘進経路後方及び掘進経路前方に隣接する後方センサと前方センサとの間に設置された複数の前記目印の位置を、当該後方センサ及び前方センサにより共通に計測するステップと、
前記計測装置が前記目印の位置に基づき、隣接する前記センサ間の相対位置（Ｌ _ｋ ）を算出するステップと、
前記計測装置が前記センサ間の相対位置を合計して、前記基準位置に対する前記先頭センサの相対位置（Ｌ）を算出するステップと、
前記計測装置が、前記基準位置に対する前記先頭センサの相対位置に、前記先頭センサから前記掘進機の先端までの相対位置（Ｌ _０ ）を加算して、前記基準位置に対する前記掘進機の先端の相対位置（ＬＬ）を算出するステップと、
前記掘進機が最終目的地に到達したか否か判断するステップと、
を含み、
前記掘進機が最終目的地に到達していない場合、最後尾の前記推進管の後ろに新たな前記推進管が接続され、新たな前記推進管に前記目印又は前記センサが設置され、前記掘進機の掘進開始から、前記基準位置に対する前記掘進機の先端の相対位置の算出までのステップが繰り返され、
前記計測装置は、隣接する前記センサ間の相対位置を算出するステップにおいて、
前記後方センサが計測した前方の前記目印の位置（Ｐｆ _ａ 、Ｐｆ _ｂ ）と、前記前方センサが計測した後方の前記目印の位置（Ｐｒ _ａ 、Ｐｒ _ｂ ）とのベクトル和により、前記後方センサと前記前方センサとの相対位置（Ｌ _ｋａ 、Ｌ _ｋｂ ）を算出し、
複数の前記目印に主従関係を設定し、主となる前記目印を介して算出された相対位置のばらつきが所定以上の場合にのみ、従となる他の前記目印を介して算出された相対位置を補助的に用いて、算出した相対位置を補正する位置計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地中を掘進する掘進機の位置を計測する位置計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の撮像手段を用いて掘進機の位置を計測する位置計測システムが知られている。例えば特許文献１に記載の位置計測システムでは、掘進機の後部、及び各撮像手段の後部にターゲット部材が固定されており、各撮像手段が撮像した次のターゲット部材の位置情報に基づいて、掘進機の位置を算出する。したがって、基準撮像手段から掘進機までの掘進路が直線の場合に限らず屈曲している場合でも、掘進機の位置を計測することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－１９８３２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の位置計測システムでは、各撮像手段は前方の一方向にあるターゲット部材のみを撮像し、前方の撮像データのみに基づいて掘進機の位置が計測される。そのため、位置計測システム単独では、各撮像手段による計測誤差を評価し補正することができず、誤差の修正に多大な工数を要するという問題があった。

【0005】

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基準位置に対する掘進機の相対位置の計測誤差を低減する位置計測方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、発進立坑（６）を起点として地中を掘進する掘進機（１）について、基準位置に対する掘進機の相対位置を計測する位置計測システムを用い、基準位置に対する掘進機の相対位置を計測する位置計測方法である。用いられる位置計測システムは、撮像対象物までの距離及び方向を当該撮像対象物の位置として計測する複数のセンサと、複数の目印（Ｔ_１～Ｔ_９）と、計測装置（８）と、を備える。

【0007】

複数のセンサは、先頭センサ（Ｓ₁）、一つ以上の中間センサ（Ｓ₂～Ｓ₅）、並びに基準位置センサ（Ｓｚ）を含む。先頭センサは、掘進機の後部に設置され、掘進経路の後方の撮像対象物の位置を計測する。一つ以上の中間センサは、掘進機の後方に連続して接続される複数の推進管（２）に設置され、掘進経路の前方及び後方の撮像対象物の位置を計測する。基準位置センサは、基準位置に設置され、掘進経路の前方の撮像対象物の位置を計測する。

【0008】

複数の目印は、複数のセンサによる撮像対象物として、先頭センサと基準位置センサとの間に設置されている。計測装置は、複数のセンサ間の相対位置（Ｌ_k）をベクトル和により合計して、「基準位置に対する先頭センサの相対位置（Ｌ）」を算出し、さらに、「先頭センサから掘進機の先端までの相対位置（Ｌ₀）」を加算して、「基準位置に対する掘進機の先端の相対位置（ＬＬ）」を算出する。

【0009】

この位置計測システムでは、複数のセンサは前方及び後方の目印の位置を計測し、計測装置は、計測された目印の位置に基づいて、基準位置に対する掘進機の先端の相対位置を算出する。したがって、前方の撮像データのみに基づいて相対位置を計測する従来技術に対し、計測誤差を低減することができる。

【0010】

参考形態の位置データ処理システムは、上記の位置計測システム（８０）と、データ処理装置（９）と、を含む。データ処理装置は、掘進機の位置データに基づく画像処理を実行し、又は、複数のセンサ以外の検出器から取得した情報もしくは外部から受信した情報に基づき、掘進機の位置データの分析評価処理を実行する。例えば位置データを画像処理することにより、掘進状況を視覚的にわかりやすく表示することができ、実用的な利便性が向上する。

【0011】

本発明の位置計測方法は、上記の位置計測システムを用い、基準位置に対する掘進機の相対位置を計測する位置計測方法であって、以下のステップを含む。
（Ａ）掘進機の後部に先頭センサが設置され、掘進機に後続する推進管に目印が設置されるステップ。
（Ｂ）掘進機が掘進を開始し、所定距離を前進した後、掘進を停止するステップ。
（Ｃ）掘進経路後方及び掘進経路前方に隣接する後方センサと前方センサとの間に設置された複数の目印の位置を、当該後方センサ及び前方センサにより共通に計測するステップ。

【0012】

（Ｄ）計測装置が目印の位置に基づき、隣接するセンサ間の相対位置（Ｌ_k）を算出するステップ。
（Ｅ）計測装置がセンサ間の相対位置を合計して、基準位置に対する先頭センサの相対位置（Ｌ）を算出するステップ。
（Ｆ）計測装置が、基準位置に対する先頭センサの相対位置に、先頭センサから掘進機の先端までの相対位置（Ｌ₀）を加算して、基準位置に対する掘進機の先端の相対位置（ＬＬ）を算出するステップ。
（Ｇ）掘進機が最終目的地に到達したか否か判断するステップ。

【0013】

掘進機が最終目的地に到達していない場合、最後尾の推進管の後ろに新たな推進管が接続され、新たな推進管に目印又はセンサが設置され、掘進機の掘進開始から、基準位置に対する掘進機の先端の相対位置の算出までのステップが繰り返される。

【0014】

計測装置は、隣接するセンサ間の相対位置を算出するステップ（Ｄ）において、後方センサが計測した前方の目印の位置（Ｐｆ_ａ、Ｐｆ_ｂ）と、前方センサが計測した後方の目印の位置（Ｐｒ_ａ、Ｐｒ_ｂ）とのベクトル和により、後方センサと前方センサとの相対位置（Ｌ_ｋａ、Ｌ_ｋｂ）を算出する。そして、計測装置は、複数の目印に主従関係を設定し、主となる目印を介して算出された相対位置のばらつきが所定以上の場合にのみ、従となる他の目印を介して算出された相対位置を補助的に用いて、算出した相対位置を補正する。

【0015】

参考例の位置計測方法では、相対的に後方及び前方に配置された一対のセンサは、相手方のセンサに付随する目印の位置を計測することにより、一方が他方の相対位置を検出可能である。計測装置は、基準位置センサから先頭センサまで前方に向かって計測した相対位置と、先頭センサから基準位置センサまで後方に向かって計測した相対位置とを平均して、基準位置に対する先頭センサの相対位置を算出する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態の位置検出システムの全体模式図。

【図2】図１の推進管内の天地方向断面図。

【図3】第１実施形態の位置検出方法のフローチャート。

【図4】第１実施形態の位置検出方法を説明する模式図（１）。

【図5】同上の模式図（２）。

【図6】同上の模式図（３）。

【図7】同上の模式図（４）。

【図8】第２実施形態の位置検出方法を説明する模式図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、位置計測システム及び位置計測方法の実施形態を図面に基づいて説明する。この位置計測システム及び位置計測方法は、発進立坑を起点として地中を掘進する掘進機について、複数の撮像センサを用いて、基準位置に対する掘進機の相対位置を計測するシステム、及びその方法である。このシステム及び方法は、特に小口径推進工法で有用である。

【0018】

（第１実施形態）
第１実施形態の位置計測システム及び位置計測方法について、図１～図７を参照して説明する。図１は、地中の掘進機１の掘進経路を上方から透視した模式図である。掘進機１は、発進立坑６を起点として、地中をＳ字状に湾曲して進む。掘進機１の後方には複数の推進管２が逐次、連続して接続される。最初に図１を参照し、掘進工程がある程度進んだ状態でのシステム構成を説明する。なお、この掘進経路は、２次元方向に湾曲することを想定しているが、高さ方向の変化は無いものと仮定する。

【0019】

図２に、推進管２内の天地方向の断面を示す。推進管２の下部には、掘進機１が掘削した土泥を後方に送り排出する排泥管５が延設される。排泥管５の両側には、台車３を支えるジャッキ４が立設される。台車３上にはセンサＳ及び目印Ｔが設置される。図１では、センサＳをハッチング付きの四角印で示し、目印Ｔを白抜き丸印で示す。センサＳと目印Ｔとは、図２における奥行き方向の位置が異なる。

【0020】

センサＳは、ＣＣＤイメージセンサに類する撮像素子であり、撮像対象物である目印Ｔまでの距離と方向を検出する。目印Ｔは、撮像範囲内の形状や光の反射が安定しており、撮像誤差が生じにくいものであることが好ましい。特に本実施形態では、一部の方向のみでなく広範囲（例えば２７０°以上の広角域）を計測可能な３次元側域センサが複数用いられる。そして、各３次元側域センサＳが前方及び後方の目印Ｔを共に計測する点が特徴である。

【0021】

図１で、掘進機１側から後方に向かって推進管２に設置される複数のセンサＳに、順にＳ₁～Ｓ₅のように符号を付す。隣接するセンサＳ同士は、例えば１０ｍ以内の間隔で配置される。その中で、掘進機１の後部に設置されるセンサＳ₁を「先頭センサＳ₁」といい、その他のセンサＳ₂～Ｓ₅を「中間センサＳ₂～Ｓ₅」という。発進立坑６の掘進方向とは反対側の内壁近くに基準位置が設定される。基準位置にはトランシットが設置され、当地点の絶対的な位置が計測される。そして、基準位置に設置されるセンサＳを「基準位置センサＳｚ」という。

【0022】

また、図１において、掘進機１側から後方に向かって推進管２に設置される複数の目印Ｔに、順にＴ₁～Ｔ₉のように符号を付す。第１実施形態では、隣接する二つのセンサＳである「後方センサ」と「前方センサ」との間に各二つの目印Ｔが設置される。これらの二つの目印Ｔは、「後方センサ」及び「前方センサ」により共通に位置が計測される「共通目印」である。二つの共通目印Ｔは、一方が推進管２の左寄り、他方が推進管２の右寄りというように、推進管２の左右に互い違いに配置される。つまり、「後方センサ」及び「前方センサ」と一方の共通目印Ｔとを結ぶ直線上に他方の共通目印Ｔが位置し、撮像が干渉しないように配置される。

【0023】

各センサＳ₁～Ｓ₅、Ｓｚが計測した位置信号は、発進立坑６内に設けられた中継ボックス７に送信される。中継ボックス７に集められた位置信号は、多芯ケーブル等を介して計測装置８に通信される。計測装置８は、各センサＳ₁～Ｓ₅、Ｓｚの位置信号に基づいて、基準位置に対する掘進機１の先端位置Ｐ₀の相対位置を計測する。以上の複数のセンサＳ、複数の目印Ｔ及び計測装置８が位置計測システム８０の構成要素である。

【0024】

さらに、計測装置８により計測された掘進機１の位置データはデータ処理装置９に通信される。データ処理装置９はコンピュータにより構成され、例えば掘進機１の位置データに基づく画像処理を行い、掘進状況をディスプレイに表示する。また、データ処理装置９は、撮像センサ以外の各種検出器から取得した掘進機１の速度、モータ出力等の駆動情報や、掘進経路の温度、湿度等の環境情報、或いは外部から受信した情報等に基づき、分析評価処理を実行する。データ処理の内容や方法は適宜設定される。位置計測システム８０にデータ処理装置９を加えたシステムを位置データ処理システム９０という。

【0025】

次に、第１実施形態による位置計測方法について、図３のフローチャート及び図４～図７の模式図を参照して説明する。図４～図６は、発進立坑６から掘進機１の先端までの範囲を上から見た模式図である。図の左側が掘進機１の前進方向であり、前進方向とは反対側の発進立坑６の端部に基準位置センサＳｚが設置される。図７は、図１に示されたＳ字状の掘進経路を簡略化して直線状に示した模式図である。

【0026】

＜ステップ１＞では、図４に示すように、掘進機１は、掘進起点である発進立坑６内でスタンバイしている。掘進機１の後部に先頭センサＳ₁が設置され、掘進機１に後続する推進管２に目印Ｔ₁が設置される。＜ステップ１＞の後、以下に説明する＜ステップ２＞から＜ステップ８＞までの一連の工程が実施される。そして、＜ステップ９＞でＹＥＳと判断されて終了するまで、＜ステップ１０＞を経て＜ステップ２＞の前に戻り、＜ステップ２＞から＜ステップ８＞までの一連の工程が繰り返される。＜ステップ１０＞では、最後尾の推進管２の後ろに新たな推進管２が接続される。

【0027】

以下、一巡目の＜ステップ２＞から＜ステップ８＞までの一連の工程を「初回ループ」という。また、二巡目以降の＜ステップ２＞から＜ステップ８＞までの一連の工程を「繰り返しループ」という。繰り返しループでは、対象となる目印Ｔ又は中間センサＳが順に増える点を除き、基本的には初回ループと同様である。図４～図６は、主に初回ループの工程を説明する図である。繰り返しループの説明では、図４～図６に加え、図１及び図７を参照する。

【0028】

まず、図４～図６に沿って初回ループの工程を説明する。＜ステップ２＞では、図４の位置から掘進機１が稼働し、地中の掘進を開始する。掘進機１が進むに従ってジャッキ４が伸びる。図５に示すように、掘進機１が所定距離を前進しジャッキ４が伸びきったら、＜ステップ３＞で掘進を停止する。図５の位置で、＜ステップ４＞～＜ステップ８＞が引き続き実行される。

【0029】

＜ステップ４＞では、基準位置センサＳｚは、前方に隣接するセンサＳとの間にある前方目印を計測する。初回ループでは、基準位置センサＳｚは、先頭センサＳ₁との間に存在する唯一の前方目印Ｔ₁の位置を計測する。計測された前方目印Ｔ₁の位置ベクトルをＰｆと表す。

【0030】

＜ステップ５＞では、各センサＳは、後方に隣接するセンサＳとの間にある後方目印、及び、前方に隣接するセンサＳとの間にある前方目印を計測する。初回ループでは、先頭センサＳ₁は、基準位置センサＳｚとの間にある唯一の後方目印Ｔ₁の位置を計測する。計測された後方目印Ｔ₁の位置ベクトルをＰｒと表す。なお、後方目印Ｔ₁から先頭センサＳ₁に向かう方向では、位置ベクトルを（－Ｐｒ）と表す。

【0031】

＜ステップ６＞で計測装置８は、後方及び前方のセンサＳから共通に計測された目印Ｔの位置に基づき、センサＳ間の相対位置Ｌ_kを算出する。以下、「相対位置Ｌ_k」は、距離と方向とを含むベクトル量であり、「相対位置Ｌ_kを加算する」とは、ベクトル和を算出することを意味する。初回ループでは、共通目印Ｔ₁が一つであり、基準位置センサＳｚから先頭センサＳ₁までの相対位置Ｌ₁は、位置ベクトルＰｆと位置ベクトル（－Ｐｒ）との和により一通り算出される（Ｌ₁＝Ｐｆ－Ｐｒ）。

【0032】

＜ステップ７＞で計測装置８は、センサＳ間の相対位置Ｌ_kを合計し、基準位置センサＳｚから先頭センサＳ₁までの相対位置Ｌ、すなわち、「基準位置に対する先頭センサＳ₁の相対位置Ｌ」を算出する。初回ループでは、Ｌ＝Ｌ₁であるため、実質的に合計の計算は行われない。

【0033】

＜ステップ８＞では先頭センサＳ１から掘進機１の先端Ｐ₀までの相対位置Ｌ₀が計測される。なお、相対位置Ｌ₀の方向は随時変化するため、ベクトル量である相対位置Ｌ₀は、ループ毎に変化する。計測装置８は、式（１）により、「基準位置に対する先頭センサＳ₁の相対位置Ｌ」に「先頭センサＳ₁から掘進機１の先端までの相対位置Ｌ₀」を加算し、「基準位置に対する掘進機１の先端の相対位置ＬＬ」を算出する。
ＬＬ＝Ｌ＋Ｌ₀・・・（１）

【0034】

＜ステップ９＞で計測装置８は、算出された位置ＬＬを目標位置と比較し、掘進機１が最終目的地点に到達したか否か判断する。掘進機１が最終目的地点に到達すると、位置計測方法のルーチンは終了する。掘進機１が最終目的地点に到達していない場合、＜ステップ１０＞に移行する。

【0035】

図６に示すように、＜ステップ１０＞では、最後尾の推進管２の後ろに新たな推進管２が接続される。図６に示す、二巡目の繰り返しループの前の段階では、推進管２に二つ目の目印Ｔ₂が設置される。目印Ｔ₂は、撮像が干渉しないように、基準位置センサＳｚと目印Ｔ₁、及び、中間センサＳ₁と目印Ｔ₁とを結ぶ直線上又はその延長線上を避けて配置される。また、識別のため、目印Ｔ₂は目印Ｔ₁と異なる形状に構成されてもよい。

【0036】

次に、二巡目以降の「繰り返しループ」の工程について、「初回ループ」と異なる点を説明する。二巡目の＜ステップ４＞では、基準位置センサＳｚは、前方目印Ｔ₁に加え、もう一つの前方目印Ｔ₂を計測する。計測された前方目印Ｔ₁の位置ベクトルをＰｆ_a、前方目印Ｔ₂の位置ベクトルをＰｆ_bと表す。二巡目の＜ステップ５＞では、先頭センサＳ₁は、後方目印Ｔ₁に加え、もう一つの後方目印Ｔ₂を計測する。計測された前方目印Ｔ₁の位置ベクトルをＰｒ_a、前方目印Ｔ₂の位置ベクトルをＰｒ_bと表す。

【0037】

三巡目の繰り返しループで中間センサＳ₂が追加されると、中間センサＳ₂は、＜ステップ５＞で、先頭センサＳ₁との間にある前方目印Ｔ₁、Ｔ₂を計測する。四巡目の繰り返しループで中間センサＳ₂の後ろに後方目印Ｔ３が追加されると、中間センサＳ₂は、＜ステップ５＞で、さらに後方目印Ｔ₃を計測する。

【0038】

二巡目の＜ステップ６＞では、二つの共通目印Ｔ₁、Ｔ₂を介して、二通りの相対位置Ｌ_1a（＝Ｐｆ_a－Ｐｒ_a）及びＬ_1b（＝Ｐｆ_b－Ｐｒ_b）が算出される。そして、式（２．１）により相対位置Ｌ_1a、Ｌ₁を平均し、基準位置センサＳｚから先頭センサＳ₁までの相対位置Ｌ₁が算出される。
Ｌ₁＝（Ｌ_1a＋Ｌ_1b）／２ ・・・（２．１）

【0039】

三巡目の繰り返しループで中間センサＳ₂が追加されると、＜ステップ６＞で、基準位置センサＳｚから中間センサＳ₂までの相対位置Ｌ₂、及び、中間センサＳ₂から先頭センサＳ₁までの相対位置Ｌ₁が算出される。ここで、図７に示すように基準位置センサＳｚの直前の中間センサをＳ_nとすると、基準位置センサＳｚを含め合計（ｎ＋１）個のセンサが存在することとなり、基準位置センサＳｚは、先頭から（ｎ＋１）番目のセンサと見做される。中間センサＳ_nと基準位置センサＳｚとの間には、二つの共通目印Ｔ_2n-1、Ｔ_2nが設置される。

【0040】

基準位置センサＳｚを起点とすると、中間センサＳ_nの記号は、前方に向かって降順に並ぶこととなる。そして、（ｋ＋１）番目のセンサＳ_k+1からｋ番目のセンサＳ_kまでの相対位置をＬ_kとすると、式（２．１）は一般式（２．２）に書き換えられる。
Ｌ_k＝（Ｌ_ka＋Ｌ_kb）／２ ・・・（２．１）
また、「基準位置に対する先頭センサＳ₁の相対位置Ｌ」は、式（３）で表される。

【0041】

【数1】

【0042】

二巡面以降の＜ステップ９＞でＮＯと判断され、＜ステップ１０＞に移行したとき、三巡目の前では中間センサＳ₂が設置され、四巡目の前では目印Ｔ₃が設置される。以下、図１に示すように、「目印Ｔ→中間センサＳ→目印Ｔ→目印Ｔ→中間センサＳ→目印Ｔ・・・」の順で、新たな推進管２に目印Ｔ又は中間センサＳが設置される。なお、目印Ｔ及び中間センサＳの設置パターンは、適宜変更してよい。

【0043】

（第２実施形態）
第２実施形態の位置計測方法について、図８を参照して説明する。図７と同様に図８では、掘進経路を簡略化して直線状に示す。第２実施形態では、目印ＴとセンサＳとは、互いの相対位置が固定された「実質的に同じ位置」に配置される。例えば目印Ｔは、センサＳの真上又は真横の取り付け可能な最近接位置に固定される。つまり、先頭センサＳ₁には目印Ｔ₁、基準位置センサＳｚには目印Ｔｚというように、各センサＳに付随する目印Ｔが設置される。なお、センサＳの筐体がそのまま目印Ｔとして使用可能な場合、センサＳが目印Ｔの機能を兼ねると解釈してもよい。

【0044】

したがって、ｋ番目のセンサＳ_kから、（ｋ－１）番目のセンサＳ_k-1に付随した前方目印Ｔ_k-1を撮像することで、後方のセンサＳ_kから前方の隣接センサＳ_k-1までの相対位置Ｌｆ_kを直接計測することができる。また、（ｋ－１）番目のセンサＳ_k-1から、ｋ番目のセンサＳ_kに付随した後方目印Ｔ_kを撮像することで、前方のセンサＳ_k-1から後方の隣接センサＳ_kまでの相対位置Ｌｒ_kを直接計測することができる。

【0045】

つまり、相対的に後方及び前方に配置された一対のセンサＳ_k、Ｓ_k-1は、相手方のセンサＳ_k-1、Ｓ_kに付随する目印Ｔ_k-1、Ｔ_kの位置を計測することにより、一方が他方の相対位置を検出可能である。計測装置８は、式（４）により、各センサＳ間について、前方に向かって計測した相対位置Ｌｆ_kと後方に向かって計測した相対位置Ｌｒ_kとの平均値をｋ＝１からｎまで合計して、基準位置に対する先頭センサＳ₁の相対位置Ｌを算出する。

【0046】

【数2】

【0047】

或いは、計測装置８は、式（５）により、基準位置センサＳｚから先頭センサＳ₁まで前方に向かって計測した相対位置Ｌｆ_kの合計と、先頭センサＳ₁から基準位置センサＳｚまで後方に向かって計測した相対位置Ｌｒ_kの合計とを平均して、基準位置に対する先頭センサＳ₁の相対位置Ｌを算出してもよい。

【0048】

【数3】

【0049】

従来技術である特許文献１（特開２００９－１９８３２９号公報）の位置計測方法は、式（５）に対し、前方に向かって計測した相対位置Ｌｆ_kの合計のみを算出するものに相当する。特許文献１の方法では、撮像手段が前方のターゲットに加え後方のターゲットを撮像するという思想は無い。したがって、位置計測システム単独では、各撮像手段による計測誤差を評価し補正することができない。そこで、別の計測技術を併用して誤差を修正しようとすると、多大な工数を要するという問題があった。

【0050】

それに対し第２実施形態では、広範囲を計測可能な３次元側域センサを用い、前方に向かって計測した相対位置Ｌｆ_kと後方に向かって計測した相対位置Ｌｒ_kとの平均値から、「基準位置に対する先頭センサＳ₁の相対位置Ｌ」を算出することで、計測誤差を低減することができる。また、相対位置Ｌｆ_kと相対位置Ｌｒ_kとの乖離が大きい場合、いずれかのセンサＳ、目印Ｔ又は計測装置８に異常があると判断することができる。

【0051】

（その他の実施形態）
（ａ）第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせ、隣接するセンサＳ間に複数の共通目印Ｔを設けつつ、各センサＳに付随する目印Ｔを設けてもよい。これにより、各センサＳ間の相対位置Ｌ_kは、複数の共通目印Ｔの計測データに基づき平均されると共に、前方及び後方の計測データに基づき平均される。二重に平均値を算出することで、計測誤差をより低減することができる。

【0052】

（ｂ）第１実施形態では各センサＳ間に二つの共通目印Ｔが設置されるが、各センサＳ間に一つ、又は三つ以上の共通目印Ｔを設置するようにしてもよい。三つ以上の共通目印Ｔを設置する場合、各共通目印Ｔを対等に扱い、三つ以上の相対位置Ｌ_kの単純平均を算出してもよい。或いは、複数の共通目印Ｔに主従関係を設定し、主となる共通目印Ｔを介して算出された相対位置Ｌ_kのばらつきが所定以上の場合にのみ、他の共通目印Ｔを介した相対位置Ｌ_kを補助的に用いて補正してもよい。

【0053】

（ｃ）各センサＳは、撮像の干渉が無い限り、前方又は後方に隣接するセンサＳよりも遠くにある目印Ｔの位置をさらに計測してもよい。この場合、目印Ｔの立場から言うと、隣接する前後のセンサＳのみでなく、その先のセンサＳによっても位置が計測され、異なるセンサＳによって計測された複数の位置データが平均され得る。したがって、計測装置８は、より多くの位置データに基づいて相対位置を算出することで、計測誤差をより低減することができる。

【0054】

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

【符号の説明】

【0055】

１ ・・・掘進機、 ２ ・・・推進管、 ８ ・・・計測装置、
８０・・・位置計測システム、
Ｓ₁・・・先頭センサ、 Ｓ₂～Ｓ₅・・・中間センサ、 Ｓｚ・・・基準位置センサ、
Ｔ₁～Ｔ₉・・・目印。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】