トンネル施工におけるサイクルタイム測定方法
【課題】トンネル掘削におけるサイクルタイムを精度良く自動的に取得する。
【解決手段】トンネル内に点在配置され、無線によって電波通信可能距離内である条件の下で相互に通信が可能とされる多数の無線ノード群２，３…によって無線通信ネットワーク１が構築され、前記無線ノード２と通信可能とされる管理用コンピュータ７が設置されるとともに、前記無線ノード群２，３…の交信ゾーン内において無線ノード３と相互に無線通信可能とされる移動無線端末４が各トンネル施工重機１０〜１７等に備えられ、移動無線端末４の自己ＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別を検出し、このトンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンから工事種別を特定することによりサイクルタイムを自動的に取得する。
【解決手段】トンネル内に点在配置され、無線によって電波通信可能距離内である条件の下で相互に通信が可能とされる多数の無線ノード群２，３…によって無線通信ネットワーク１が構築され、前記無線ノード２と通信可能とされる管理用コンピュータ７が設置されるとともに、前記無線ノード群２，３…の交信ゾーン内において無線ノード３と相互に無線通信可能とされる移動無線端末４が各トンネル施工重機１０〜１７等に備えられ、移動無線端末４の自己ＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別を検出し、このトンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンから工事種別を特定することによりサイクルタイムを自動的に取得する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイクルタイム測定を精度良く自動的に行うようにしたトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、山岳トンネルの施工では、掘削方法の違いにより全断面掘削工法、上部半断面先進工法、ロングベンチカット工法、ショートベンチカット工法、ミニベンチカット工法等のベンチカット工法などが存在するが、トンネル掘削手順は、概ね穿孔、装薬、発破、ズリ出し、一次吹付け、支保工建込み、二次吹付け、ロックボルト打設の工程を順にかつ段階的に踏むことにより掘削が行われている。なお、支保工建込み、吹付けおよびロックボルト打設は、地山状況、トンネル施工方法および掘削方法等の違いによって省略されたり、順序が入れ替わることがある。
【０００３】
上記トンネル施工では、工程管理の一環として、掘削サイクルタイムを測定している。この掘削サイクルタイムの測定は、専ら坑夫または現場職員等（以下、纏めて坑内作業員等という。）による記帳により成されていた。
【０００４】
しかしながら、上記坑内作業員等の記帳による測定の場合には、トンネル切羽付近に一日中張り付いて施工を監視する必要があり、かつ１日の施工完了後にデータの整理に多くの時間と手間が掛かるなどの問題があった。また、職員は多忙の中、データ整理に終始せざるを得ないなど人員的にも非効率であった。さらに、毎日単調な作業の繰り返しになるため、記帳忘れ等により一部のデータに信頼性が欠けることがあり、データの整合性を取るために一部に手直しが必要となることも多々あった。
【０００５】
他方、前記サイクルタイムは、本来、トンネル施工の経営分析にも直接的に関連性があり、工事費に及ぼす影響が大きい因子であるが、従来のように坑内作業員等が手作業により行っていたのでは、実際のフィードバックまで時間が掛かり過ぎるなどの問題があった。
【０００６】
そこで近年は、トンネル施工におけるサイクルタイムを自動的に測定することが提案されている。例えば、下記特許文献１では、現場事務所内に工程管理用コンピュータを設備するとともに、トンネルの切羽近傍に集音マイクを配設し、前記工程管理用コンピュータには予めトンネル施工のために配置される施工重機毎にその発生音の解析データとともに、その音特性と重機種別とが関連付けられており、前記集音マイクによって捕集された音声の音声解析に基づいて重機種別を特定することにより、特定の作業が開始及び／又は終了したことを自動的に検出し、前記工程管理用コンピュータにおいて任意の形式でサイクルタイムが表示されるようにしたトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法（従来法１）及び現場事務所内に工程管理用コンピュータを設備するとともに、トンネル施工のために配置される施工重機に稼働状況を検出するセンサーを取付け、前記施工重機の稼働状況から特定の作業が開始及び／又は終了したことを自動的に検出し、前記工程管理用コンピュータにおいて任意の形式でサイクルタイムが表示されるようにしたトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法（従来法２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３８８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来法１の集音マイクによって捕集された音声の音声解析に基づいて重機種別を特定する方法の場合は、解析結果の誤差が生じ易く重機種別の特定が困難であることがあるとともに、他の作業が輻輳する場合、重機発生音以外の音が多く捕集されると重機特定精度が低下するといった問題があった。
【０００９】
また、前記従来法２は、具体的にはホイールジャンボに搭載された削孔装置の電動モータに電流・電圧センサーを取り付けたり、油圧機器などに圧力センサーを取付け、当該センサーによる検出によって施工重機に稼働状況から特定作業が開始及び／又は終了を検知するようにするものであるが、この場合も重機の稼働状況のみの判別では重機種別の特定が困難であったり、重機特定精度が低下するといった問題があった。
【００１０】
そこで本発明の主たる課題は、サイクルタイム測定を精度良くかつ自動的に取得し得るようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、トンネル内に点在配置され、無線によって電波通信可能距離内である条件の下で相互に通信が可能とされる多数の無線ノード群によって無線通信ネットワークが構築され、前記無線ノードと通信可能とされる管理用コンピュータが設置されるとともに、前記無線ノード群の交信ゾーン内において無線ノードと相互に無線通信可能とされる移動無線端末が各トンネル施工重機に備えられ、
前記移動無線端末は無線ノードに対して自己ＩＤを送信するＩＤ情報送信機能を備えるとともに、前記管理用コンピュータによって、予め登録されている無線ノードの位置情報及び前記移動無線端末のＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別を検出し、このトンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンから工事種別を特定することによりサイクルタイムを自動的に取得することを特徴とするトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法が提供される。
【００１２】
上記請求項１記載の発明では、トンネル坑内に構築された無線通信ネートワークとともに、無線ノード群の交信ゾーン内において無線ノードと相互に無線通信可能とされる移動無線端末が各トンネル施工重機に備えられる。前記移動無線端末は無線ノードに対して自己ＩＤを送信するＩＤ情報送信機能を備え、前記管理用コンピュータによって、予め登録されている無線ノードの位置情報及び前記移動無線端末のＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別を検出するようにする。
【００１３】
一方、トンネル内には、削孔、装薬、支保工建込み、ロックボルト打設作業を行うためのホイールジャンボ、火薬運搬車、ズリ出しのためのホイールローダ、ずり運搬ダンプ、当たり取りのためのブレーカー、バックホウ、鋼製支保工建込みのためのエレクター、吹付け作業のための吹付けロボット、ミキサー車、ロックボルト打設作業のためのモルタル台車等、各種のトンネル施工重機が配置され、サイクル工程の工事種別に応じて、切羽前まで特定のトンネル施工重機が移動し、作業を行うこととなるため、トンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンから工事種別を特定すれば、サイクルタイムを自動的に取得することが可能となる。この方法の場合、切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別については高い精度で判別することができるため、サイクルタイム測定を精度良く行うことが可能となる。
【００１４】
請求項２に係る本発明として、前記トンネル切羽前に設置された無線ノードが受信する移動無線端末の自己ＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別及び配置パターンの情報を取得するようにしてある請求項１記載のトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法が提供される。
【００１５】
上記請求項２記載の発明は、トンネル切羽前に設置された無線ノードが受信する移動無線端末の自己ＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別及び配置パターンの情報を取得するものである。トンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンを検出する方法としては、トンネル坑内において移動するトンネル施工重機の位置を常時把握するようにした上で、切羽前に存在するトンネル施工重機を特定することも可能であるが、本請求項２に係る発明では、トンネル切羽前に存在しているトンネル施工重機のみが特定されれば良いため、トンネル切羽前に設置された無線ノードがどのＩＤ情報を受信するかで切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別及び配置パターンの情報を簡易に取得するようにしたものである。
【００１６】
請求項３に係る本発明として、前記工事種別の特定情報に基づいて、各種測量作業のためにトンネル坑内に設置されているトータルステーションの作業モードを自動的に変更するようにしてある請求項１〜２いずれかに記載のトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法が提供される。
【００１７】
上記請求項３記載の発明は、前記工事種別の特定情報に基づいて、各種測量作業のためにトンネル坑内に設置されているトータルステーションの作業モードを自動的に変更するようにしたものである。トンネル坑内での測量作業は、前記トンネル作業種別と密接に関係しており、トンネル作業種別に応じて各測量が行われるようになっているため、自動取得された工事種別の特定情報に基づいて、トータルステーションの作業モードを自動的に変更するようにすれば、測量作業の自動化に資するようになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上詳説のとおり本発明によれば、サイクルタイム測定を精度良く自動的に行えるようになる。また、工事種別の特定情報に基づいて、各種測量作業のためにトンネル坑内に設置されているトータルステーションの作業モードを自動的に変更することで、トータルステーションによる測量作業の自動化にも資するようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る無線通信ネットワーク１の概念図である。
【図２】そのシステム系統図である。
【図３】パーソナルエリアネットワークの構築手順（その１）の説明図である。
【図４】パーソナルエリアネットワークの構築手順（その２）の説明図である。
【図５】追加無線子局ノードのネットワークへの加入手順の説明図である。
【図６】(A)(B)は情報経路選択機能の説明図である。
【図７】(A)(B)は無線子局ノード３の配置要領図である。
【図８】管理用コンピュータ７のモニタ画面上でのサイクルタイム表示例を示す図である。
【図９】トンネル掘削のサイクル工程図である。
【図１０】削孔作業状況図である。
【図１１】装薬作業状況図である。
【図１２】ズリ出し作業状況図である。
【図１３】当り取り作業状況図である。
【図１４】吹付け作業状況図である。
【図１５】トータルステーション２０による測量作業状況図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２１】
〔トンネル内の無線通信ネットワーク１の構築〕
無線通信ネットワーク１は、具体的には図１に示されるように、トンネル内に点在配置され、無線によって電波通信可能距離内である条件の下で相互に通信が可能とされる多数の無線ノード群２、３…によって無線通信ネットワークが構築され、前記無線ノード２と通信可能とされる管理用コンピュータ７が設置されるとともに、前記無線ノード群の交信ゾーン内において無線ノード２，３…と相互に無線通信可能とされる移動無線端末４，４…が移動する各トンネル施工重機に備えられたものである。
【００２２】
ここで、前記無線ノード群２，３…は、各無線ノード群の上位に位置し、統括的に管理・調整するコーディネート機能を備える少なくとも１つの無線ノード（以下、無線親局ノード２という。）と、それ以外の無線ノード（以下、無線子局ノード３という。）とから構成されている。
【００２３】
以下、さらに具体的に詳述する。
【００２４】
前記無線子局ノード３は、自律的に隣接する無線子局ノード３を検出し、無線通信可能なネットワークを構築する自己組織化機能と、隣接する少なくとも３以上の無線子局ノードと相互通信可能に配置され、受信側伝送経路を除く２以上の発信側伝送経路から任意に情報伝送経路を選択する情報経路選択機能とを備えている。また、固定情報端末５，５…からの情報取得を行い、無線通信ネットワーク１により最終的に無線親局ノード２に情報を伝送する情報伝送機能と、マイクロ波ドップラーセンサ８を備えている。また、中央処理装置（ＣＰＵ）と中継した情報の記憶装置とを備え、入出力インターフェースを介して、外部に情報を入出力可能とされる。
【００２５】
装置構成は、図２に示されるように、固定情報端末５及び移動無線端末４から情報を受け取るための受信モデム３ａ、変調コンバータ３ｂ、ＣＰＵ＋記憶装置部３ｃ、制御Ｉ／Ｆ回路３ｄを介して無線子局３（又は無線親局ノード２）を双方向通信を行うための無線モデム３ｅと、ＤＣ電源３ｆと、マイクロ波ドップラーセンサ８とを備える。ＣＰＵ＋記憶装置部３ｃに対する入出力インターフェース９，９を持ち、外部に情報が入出力可能とされる。また、移動無線端末４に対して、自己ＩＤを発信するタイミングを知らせるために、トリガー信号の発信を行うトリガー信号発信器１３を備える。
【００２６】
前記無線子局ノード３の無線周波数は２．４ＧＨｚ帯の１６ｃｈを使用し、規格はＩＥＥＥ802.15.4とするのが望ましい。この場合の伝送距離は５００ｍ以下である。
【００２７】
前記自己組織化機能とは、無線子局ノード３，３…を点在配置した上で、電源を投入すると、各無線子局ノード３，３…が自律的に隣接する無線子局ノード３，３…を検出し、自動的にマルチポップネットワークを構築するパーソナルエリアネットワーク構築機能と、新たな無線子局ノード３の追加や削除に対しても、自動的にネットワークへの参加とネットワークからの除外とを自動的に行うネットワークのメンバー変更機能である。
【００２８】
前記パーソナルエリアネットワーク構築は、例えば下記の手順により行われる。
【００２９】
［無線親局ノード２によるネットワーク加入呼び掛けプロセス］（図３参照）
(1-1)無線親局ノード２は、無線パーソナルエリアネットワーク構築機能により、電源投入後、利用可能な周波数チャンネルの中から予め指定した複数チャンネルの電波強度を設置した環境下において自動測定する。
(1-2)空き周波数チャンネルと判断できるチャンネルを自動選択して、無線パーソナルエリアネットワークを開始する。
(1-3)無線親局ノード２は周波数チャンネルを決定後、無線パーソナルエリアネットワークを構築し、ネットワークの制御を開始する。
［無線子局ノード３のネットワークへの申請加入プロセス］（図４参照）
(2-1)無線パーソナルエリアネットワーク周辺にある無線通信可能な無線子局ノード３は電源投入後、ネットワーク検索機能により、加入の可能な無線パーソナルエリアネットワークを自動的にチャンネルスキャンにより無線子局ノード３周辺の潜在的な無線親局ノード２を検索し、ビーコン要求を行う。
(2-2)無線子局ノード３が無線親局ノード２から送信されたビーコンを受信した場合、無線子局ノード３は無線親局ノード２の無線パーソナルエリアネットワークＩＤ、周波数チャンネル、加入受入れ機器能力などの情報を登録する。
(2-3)無線子局ノード３は、目的のチャンネル情報を得て、無線パーソナルエリアネットワークに加入することを接続要求コマンドで無線親局ノード２へ接続を要求する。
(2-4)無線親局ノード２は、無線子局ノード３の加入申請を許可すると、ネットワークアドレスを加入する無線子局ノード３へ発行する。新規加入した無線子局ノード３をネットワークメンバーとして取り扱い登録する。
(2-5)さらに無線親局ノード２は、無線子局ノード３への加入許可メッセージの送信に成功すると、新メンバーの加入を記憶する。
(2-6)無線子局ノード３は加入許可を受けてから、無線親局ノード２との状態を親子関係に変更して、ネットワークへの自動加入プロセスが完了する。
(2-7)無線親局ノード２も無線子局ノード３も既設の自立中継機能を開始し、無線パーソナルエリアネットワークを構成する。
【００３０】
また、前記ネットワークのメンバー変更は、例えば下記手順により行われる（図５参照）。
【００３１】
［無線子局ノードの追加によるネットワークへの加入プロセス］
(3-1)無線子局ノード３を無線パーソナルエリアネットワークの無線親局ノード２又は無線パーソナルエリアネットワークに属する無線子局ノード３の少なくとも１台と無線通信が可能とされる場所に新規追加する。追加設置後、電源を投入して新規追加した無線子局ノード３ｋを立ち上げる。
(3-2)新規追加した無線子局ノード３ｋは、周辺にある加入可能な無線ネットワークを自律的に検索する。また、無線ネットワーク内の周辺にある既設無線子局ノード３も新規無線子局ノード３ｋを自律的に検索する。
(3-3)新規追加無線子局ノード３ｋは、相互検索により無線子局ノード３を発見すると直接または申請加入プロセスに従い、自律中継機能により、周辺にある無線子局ノード３と無線接続しあうことにより無線ネットワークを構成する。
(3-4)無線ネットワーク内のすべての無線子局ノード３は、自律中継機器として機能し、無線子局ノード群３、３…間を飛び交う情報を、各々の無線子局ノード３，３…が共有する。
【００３２】
一方、前記情報経路選択機能とは、ある特定の無線子局ノード３に障害が発生したり、電波環境の変化で無線が途切れたりした場合は、迂回路的に伝送経路の変更を行う機能であり、ネットワークの堅牢性を保つことが可能となる。
【００３３】
例えば、図６(A)に示されるように、無線子局ノード群Ａ〜Ｇの中で、無線子局ノードＡから太字矢印で示した伝送ルートで無線子局ノードＧに情報が伝送されている状態時に、中間の無線子局ノードＤに障害が発生した場合は、図６(B)に示されるように、無線子局ノードＣは、無線子局ノードＥに対して情報を伝送経路を変更し、情報が無線子局ノードＧに伝送されるように維持する。
【００３４】
このような情報経路選択機能を有するには、各無線子局ノード３，３…は、隣接する少なくとも３以上の無線子局ノードと相互通信可能に配置され、受信側伝送経路を除く２以上の発信側伝送経路が確保されている必要がある。例えば図７(A)に示される無線リンク図は、各無線子局ノード３をジグザグ状に配置することにより、三角網目状の無線リンクが形成されるようにした例であり、各無線子局ノード３、３…は、上り方向及び下り方向のそれぞれについて、発信側伝送経路として矢印で示された２つの伝送経路を保有する。また、図７(B)は無線子局ノード３，３…を格子配列として四角網目状の無線リンクが形成されるようにした例である。この例では、上り方向及び下り方向のそれぞれについて、発信側伝送経路として矢印で示された２つの伝送経路を保有するが、１つの伝送経路が上り方向と下り方向とで共有されていることになる。
【００３５】
前記マイクロ波ドップラーセンサ８は、送信器と受信器とを備え、送信器から移動している対象物体に向けマイクロ波を発射し、反射してきたマイクロ波を受信器により受信し、信号制御部にて伝送波との周波数を比較し、対象物体の移動に比例して受信波の周波数がシフトする現象（ドップラー効果）を検出し、電圧などの信号を出力する検知器であり、移動しているトンネル施工重機の存在を検知することが可能となる。
【００３６】
一方、前記無線親局ノード２は、取得した情報の記憶機能と、接続されたモニタ装置及び／又は表示板への情報表示機能と、必要に応じて外部のネットワークインフラ１２と接続するゲートウェイ機能とを備えている。装置構成は、図２に示されるように、無線子局ノード３から情報を受け取るための受信モデム２ａ、変調コンバータ２ｂ、ＣＰＵ＋記憶装置部２ｃ、制御Ｉ／Ｆ回路２ｄを介して、例えば広域無線通信ネットワーク、ＷｉＭＡＸブロードバンド、モバイルＷｉＭＡＸなどの無線インフラ１２に対し接続するための無線モデム２ｅと、ＤＣ電源２ｆとから構成され、前記ＣＰＵ＋記憶装置部２ｃに対する入出力インターフェース９，９を持ち、外部に情報が入出力可能とされる。
【００３７】
前記無線親局ノード２に対しては、前記入出力インターフェース９，９に対して、管理用コンピュータ７や、表示板６などが接続される。
【００３８】
また、前記無線親局ノード２が無線インフラ１２に対する接続機能（ゲートウェイ機能）を持つことにより、図１に示されるように、遠隔地に設置したネットワーク接続機器１１を介して、管理用コンピュータ７や表示板６などに建設現場で取得した情報をリアルタイムで表示することが可能となる。
【００３９】
他方、前記固定情報端末５は、入力インターフェースによって各種情報の入力機能を備える。装置構成は、図２に示されるように、センサ用Ｉ／Ｆ５ａ、制御Ｉ／Ｆ回路５ｂ、発信モデム５ｃと、ＤＣ電源５ｄとから構成され、緊急時の通報釦を備える。前記センサ用Ｉ／Ｆ５ａに対して、坑内及び地山中に設置された各種センサ類からのセンサーケーブルや、トンネルボーリングマシン、自由断面掘削機などの掘削機、モルタル又はコンクリート吹付機、ドリルジャンボ等の施工機械などから送られる各種計測・運転情報などの信号ケーブルなどが接続される。
【００４０】
前記移動無線端末４は、無線子局ノード３，３…からのトリガー信号に応じて、自己ＩＤを送信するＩＤ情報送信機能を備えている。装置構成は図２に示されるように、制御Ｉ／Ｆ回路４ｂ、発信モデム４ｃと、ＤＣ電源４ｄとから構成され、緊急時の通報釦を備える。また、無線子局ノード３からのトリガー信号の受信のために微弱無線端末１４を備える。そして、前記無線子局ノード３がマイクロ波ドップラーセンサ８によってトンネル施工重機を検知したならば、その際に無線子局ノード３がトリガー信号を発信し、移動無線端末４は無線子局ノード３からのトリガー信号を受信した時だけ、前記発信モデム４ｃによって無線子局ノード３に自己ＩＤを送信する。
【００４１】
この移動無線端末４のＩＤ情報は、トンネル施工重機を検知した無線子局ノード３のＩＤ情報とともに、無線通信ネットワーク８を介して、無線親局ノード２に伝送され、ＩＤによってトンネル施工重機の種別が特定されると共に、予め登録されている無線子局ノード３の位置情報からトンネル施工重機の位置が割り出される。
【００４２】
トンネル施工重機の位置検出精度を向上させるには、無線子局ノード３、３…の間に所望の位置精度に応じて、無線子局ノード３に対する情報送信機能と、マイクロ波ドップラーセンサ８と、移動無線端末４に対するトリガー信号発信機能、移動無線端末４からのＩＤ情報受信機能とを有する補間無線ノードを配置するようにすればよい。
【００４３】
ところで、上記形態例では、無線子局ノード３及び移動無線端末４の電池寿命の長期化を図るために、マイクロ波ドップラーセンサによって移動体を検知したならば、その際に無線子局ノード３が移動無線端末４に対してトリガー信号を発信するようにし、移動無線端末４は、無線子局ノード３からのトリガー信号の受信があった時だけ、自己ＩＤを送信するようにしたが、移動無線端末４が連続的又は間欠的に常時、自己ＩＤを送信し、無線子局ノード３がこの信号を受信するようにしてもよい。
【００４４】
また、トンネル施工重機の位置検出精度を向上させるには、各無線子局ノード３，３…は移動無線端末４からの無線信号の電界強度測定機能を有し、前記管理コンピュータ７において、電界強度が距離に反比例することを用いて、少なくとも３点での電界強度測定値に基づき、各トンネル施工重機の位置を検出するようにしてもよい。
【００４５】
〔トンネル施工におけるサイクルタイム測定方法〕
トンネル施工のサイクルタイムを精度良く自動的に取得するために、本発明では、トンネル切羽前に設置された無線ノード３が受信する前記移動無線端末４、４…の自己ＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別が検出されるようにし、このトンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンから工事種別を特定することによりサイクルタイムを自動的に取得するようにする。
【００４６】
以下、更に具体的に詳述する。
【００４７】
トンネル内には、削孔、装薬、支保工建込み、ロックボルト打設作業を行うためのホイールジャンボ、火薬運搬車、ズリ出しのためのホイールローダ、ずり運搬ダンプ、当たり取りのためのブレーカー、バックホウ、鋼製支保工建込みのためのエレクター、吹付け作業のための吹付けロボット、ミキサー車、ロックボルト打設作業のためのモルタル台車等、各種のトンネル施工重機が配置されている。そして、工事種別に応じて、切羽前まで特定のトンネル施工重機が移動し、作業を行うこととなる。
【００４８】
図９に示されるトンネル施工の掘削手順は、上半及び下半の一括の併行作業により掘削を行うミニベンチ工法の例であり、上半ベンチ長を３〜５．５ｍと極端に短くした上で、上半及び下半のそれぞれにおいてロックボルト削孔および装薬孔・装薬を併行して行った後、上半および下半を一気に切り崩し（発破）、その後ズリ出し→当り取り→一次吹付け→支保建込み→二次吹付け→ロックボルト打設の手順で作業を行うトンネル工法の例である。
【００４９】
このトンネル工法の例では、下表１に示すように、各作業に応じて切羽前には特定のトンネル施工重機が位置することとなる。
【表１】
従って、切羽前に設置してある無線子局ノード３がトンネル切羽前に位置するトンネル施工重機から受信したＩＤ情報から重機種別及び配置パターンを判別することにより工事種別を特定することができ、この工事種別の切替えタイミングの時刻を計測することによりサイクルタイムを自動的に取得することが可能となる。図８は、このようにして自動的に取得したサイクルタイムを管理用コンピュータ７のモニタ画面に特定の形式で表示させたものである。各作業項目の種別及び時刻データは、１サイクルの工程が終了した時点で集計されるとともに、日毎、週毎および月毎に平均サイクルタイムが集計される。図中では他に、支保建込み集計および総サイクルタイム集計の表示が可能になっているとともに、上段には作業項目毎の時間表示が成されるようになっている。
【００５０】
一方、トンネル坑内では、図１５に示されるように、切羽の後方に、測距及び測角の基本機能の他、レーザー照射、自動視準機能、視準の追尾機能、自動整準補正機能を備えるトータルステーション２０が配置され、各種の測量及びマーキングが行われるようになっている。
【００５１】
この測量作業は、前記トンネル作業種別と密接に関係しており、トンネル作業種別に応じて各測量が行われる。従って、図示されるように、無線子局ノード３からサイクル工程の情報を取得したならば、コントローラ２１によって、トータルステーション２０の作業モードを自動的に変更する。その具体例として、各サイクル工程の作業種別毎の測量項目を下表２に列記する。
【表２】
【００５２】
〔他の形態例〕
(1)前記表示板６を坑口及び／又は坑内に設置し、現在行われているサイクル工程作業を表示するようにすれば、作業員等が迅速に作業状況を把握することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１…無線通信ネットワーク、２…無線親局ノード、３…無線子局ノード、４…移動無線端末、５…固定情報端末、６…表示板、７…管理用コンピュータ、９…入出力インターフェース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイクルタイム測定を精度良く自動的に行うようにしたトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、山岳トンネルの施工では、掘削方法の違いにより全断面掘削工法、上部半断面先進工法、ロングベンチカット工法、ショートベンチカット工法、ミニベンチカット工法等のベンチカット工法などが存在するが、トンネル掘削手順は、概ね穿孔、装薬、発破、ズリ出し、一次吹付け、支保工建込み、二次吹付け、ロックボルト打設の工程を順にかつ段階的に踏むことにより掘削が行われている。なお、支保工建込み、吹付けおよびロックボルト打設は、地山状況、トンネル施工方法および掘削方法等の違いによって省略されたり、順序が入れ替わることがある。
【０００３】
上記トンネル施工では、工程管理の一環として、掘削サイクルタイムを測定している。この掘削サイクルタイムの測定は、専ら坑夫または現場職員等（以下、纏めて坑内作業員等という。）による記帳により成されていた。
【０００４】
しかしながら、上記坑内作業員等の記帳による測定の場合には、トンネル切羽付近に一日中張り付いて施工を監視する必要があり、かつ１日の施工完了後にデータの整理に多くの時間と手間が掛かるなどの問題があった。また、職員は多忙の中、データ整理に終始せざるを得ないなど人員的にも非効率であった。さらに、毎日単調な作業の繰り返しになるため、記帳忘れ等により一部のデータに信頼性が欠けることがあり、データの整合性を取るために一部に手直しが必要となることも多々あった。
【０００５】
他方、前記サイクルタイムは、本来、トンネル施工の経営分析にも直接的に関連性があり、工事費に及ぼす影響が大きい因子であるが、従来のように坑内作業員等が手作業により行っていたのでは、実際のフィードバックまで時間が掛かり過ぎるなどの問題があった。
【０００６】
そこで近年は、トンネル施工におけるサイクルタイムを自動的に測定することが提案されている。例えば、下記特許文献１では、現場事務所内に工程管理用コンピュータを設備するとともに、トンネルの切羽近傍に集音マイクを配設し、前記工程管理用コンピュータには予めトンネル施工のために配置される施工重機毎にその発生音の解析データとともに、その音特性と重機種別とが関連付けられており、前記集音マイクによって捕集された音声の音声解析に基づいて重機種別を特定することにより、特定の作業が開始及び／又は終了したことを自動的に検出し、前記工程管理用コンピュータにおいて任意の形式でサイクルタイムが表示されるようにしたトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法（従来法１）及び現場事務所内に工程管理用コンピュータを設備するとともに、トンネル施工のために配置される施工重機に稼働状況を検出するセンサーを取付け、前記施工重機の稼働状況から特定の作業が開始及び／又は終了したことを自動的に検出し、前記工程管理用コンピュータにおいて任意の形式でサイクルタイムが表示されるようにしたトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法（従来法２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３８８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来法１の集音マイクによって捕集された音声の音声解析に基づいて重機種別を特定する方法の場合は、解析結果の誤差が生じ易く重機種別の特定が困難であることがあるとともに、他の作業が輻輳する場合、重機発生音以外の音が多く捕集されると重機特定精度が低下するといった問題があった。
【０００９】
また、前記従来法２は、具体的にはホイールジャンボに搭載された削孔装置の電動モータに電流・電圧センサーを取り付けたり、油圧機器などに圧力センサーを取付け、当該センサーによる検出によって施工重機に稼働状況から特定作業が開始及び／又は終了を検知するようにするものであるが、この場合も重機の稼働状況のみの判別では重機種別の特定が困難であったり、重機特定精度が低下するといった問題があった。
【００１０】
そこで本発明の主たる課題は、サイクルタイム測定を精度良くかつ自動的に取得し得るようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、トンネル内に点在配置され、無線によって電波通信可能距離内である条件の下で相互に通信が可能とされる多数の無線ノード群によって無線通信ネットワークが構築され、前記無線ノードと通信可能とされる管理用コンピュータが設置されるとともに、前記無線ノード群の交信ゾーン内において無線ノードと相互に無線通信可能とされる移動無線端末が各トンネル施工重機に備えられ、
前記移動無線端末は無線ノードに対して自己ＩＤを送信するＩＤ情報送信機能を備えるとともに、前記管理用コンピュータによって、予め登録されている無線ノードの位置情報及び前記移動無線端末のＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別を検出し、このトンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンから工事種別を特定することによりサイクルタイムを自動的に取得することを特徴とするトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法が提供される。
【００１２】
上記請求項１記載の発明では、トンネル坑内に構築された無線通信ネートワークとともに、無線ノード群の交信ゾーン内において無線ノードと相互に無線通信可能とされる移動無線端末が各トンネル施工重機に備えられる。前記移動無線端末は無線ノードに対して自己ＩＤを送信するＩＤ情報送信機能を備え、前記管理用コンピュータによって、予め登録されている無線ノードの位置情報及び前記移動無線端末のＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別を検出するようにする。
【００１３】
一方、トンネル内には、削孔、装薬、支保工建込み、ロックボルト打設作業を行うためのホイールジャンボ、火薬運搬車、ズリ出しのためのホイールローダ、ずり運搬ダンプ、当たり取りのためのブレーカー、バックホウ、鋼製支保工建込みのためのエレクター、吹付け作業のための吹付けロボット、ミキサー車、ロックボルト打設作業のためのモルタル台車等、各種のトンネル施工重機が配置され、サイクル工程の工事種別に応じて、切羽前まで特定のトンネル施工重機が移動し、作業を行うこととなるため、トンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンから工事種別を特定すれば、サイクルタイムを自動的に取得することが可能となる。この方法の場合、切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別については高い精度で判別することができるため、サイクルタイム測定を精度良く行うことが可能となる。
【００１４】
請求項２に係る本発明として、前記トンネル切羽前に設置された無線ノードが受信する移動無線端末の自己ＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別及び配置パターンの情報を取得するようにしてある請求項１記載のトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法が提供される。
【００１５】
上記請求項２記載の発明は、トンネル切羽前に設置された無線ノードが受信する移動無線端末の自己ＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別及び配置パターンの情報を取得するものである。トンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンを検出する方法としては、トンネル坑内において移動するトンネル施工重機の位置を常時把握するようにした上で、切羽前に存在するトンネル施工重機を特定することも可能であるが、本請求項２に係る発明では、トンネル切羽前に存在しているトンネル施工重機のみが特定されれば良いため、トンネル切羽前に設置された無線ノードがどのＩＤ情報を受信するかで切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別及び配置パターンの情報を簡易に取得するようにしたものである。
【００１６】
請求項３に係る本発明として、前記工事種別の特定情報に基づいて、各種測量作業のためにトンネル坑内に設置されているトータルステーションの作業モードを自動的に変更するようにしてある請求項１〜２いずれかに記載のトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法が提供される。
【００１７】
上記請求項３記載の発明は、前記工事種別の特定情報に基づいて、各種測量作業のためにトンネル坑内に設置されているトータルステーションの作業モードを自動的に変更するようにしたものである。トンネル坑内での測量作業は、前記トンネル作業種別と密接に関係しており、トンネル作業種別に応じて各測量が行われるようになっているため、自動取得された工事種別の特定情報に基づいて、トータルステーションの作業モードを自動的に変更するようにすれば、測量作業の自動化に資するようになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上詳説のとおり本発明によれば、サイクルタイム測定を精度良く自動的に行えるようになる。また、工事種別の特定情報に基づいて、各種測量作業のためにトンネル坑内に設置されているトータルステーションの作業モードを自動的に変更することで、トータルステーションによる測量作業の自動化にも資するようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る無線通信ネットワーク１の概念図である。
【図２】そのシステム系統図である。
【図３】パーソナルエリアネットワークの構築手順（その１）の説明図である。
【図４】パーソナルエリアネットワークの構築手順（その２）の説明図である。
【図５】追加無線子局ノードのネットワークへの加入手順の説明図である。
【図６】(A)(B)は情報経路選択機能の説明図である。
【図７】(A)(B)は無線子局ノード３の配置要領図である。
【図８】管理用コンピュータ７のモニタ画面上でのサイクルタイム表示例を示す図である。
【図９】トンネル掘削のサイクル工程図である。
【図１０】削孔作業状況図である。
【図１１】装薬作業状況図である。
【図１２】ズリ出し作業状況図である。
【図１３】当り取り作業状況図である。
【図１４】吹付け作業状況図である。
【図１５】トータルステーション２０による測量作業状況図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２１】
〔トンネル内の無線通信ネットワーク１の構築〕
無線通信ネットワーク１は、具体的には図１に示されるように、トンネル内に点在配置され、無線によって電波通信可能距離内である条件の下で相互に通信が可能とされる多数の無線ノード群２、３…によって無線通信ネットワークが構築され、前記無線ノード２と通信可能とされる管理用コンピュータ７が設置されるとともに、前記無線ノード群の交信ゾーン内において無線ノード２，３…と相互に無線通信可能とされる移動無線端末４，４…が移動する各トンネル施工重機に備えられたものである。
【００２２】
ここで、前記無線ノード群２，３…は、各無線ノード群の上位に位置し、統括的に管理・調整するコーディネート機能を備える少なくとも１つの無線ノード（以下、無線親局ノード２という。）と、それ以外の無線ノード（以下、無線子局ノード３という。）とから構成されている。
【００２３】
以下、さらに具体的に詳述する。
【００２４】
前記無線子局ノード３は、自律的に隣接する無線子局ノード３を検出し、無線通信可能なネットワークを構築する自己組織化機能と、隣接する少なくとも３以上の無線子局ノードと相互通信可能に配置され、受信側伝送経路を除く２以上の発信側伝送経路から任意に情報伝送経路を選択する情報経路選択機能とを備えている。また、固定情報端末５，５…からの情報取得を行い、無線通信ネットワーク１により最終的に無線親局ノード２に情報を伝送する情報伝送機能と、マイクロ波ドップラーセンサ８を備えている。また、中央処理装置（ＣＰＵ）と中継した情報の記憶装置とを備え、入出力インターフェースを介して、外部に情報を入出力可能とされる。
【００２５】
装置構成は、図２に示されるように、固定情報端末５及び移動無線端末４から情報を受け取るための受信モデム３ａ、変調コンバータ３ｂ、ＣＰＵ＋記憶装置部３ｃ、制御Ｉ／Ｆ回路３ｄを介して無線子局３（又は無線親局ノード２）を双方向通信を行うための無線モデム３ｅと、ＤＣ電源３ｆと、マイクロ波ドップラーセンサ８とを備える。ＣＰＵ＋記憶装置部３ｃに対する入出力インターフェース９，９を持ち、外部に情報が入出力可能とされる。また、移動無線端末４に対して、自己ＩＤを発信するタイミングを知らせるために、トリガー信号の発信を行うトリガー信号発信器１３を備える。
【００２６】
前記無線子局ノード３の無線周波数は２．４ＧＨｚ帯の１６ｃｈを使用し、規格はＩＥＥＥ802.15.4とするのが望ましい。この場合の伝送距離は５００ｍ以下である。
【００２７】
前記自己組織化機能とは、無線子局ノード３，３…を点在配置した上で、電源を投入すると、各無線子局ノード３，３…が自律的に隣接する無線子局ノード３，３…を検出し、自動的にマルチポップネットワークを構築するパーソナルエリアネットワーク構築機能と、新たな無線子局ノード３の追加や削除に対しても、自動的にネットワークへの参加とネットワークからの除外とを自動的に行うネットワークのメンバー変更機能である。
【００２８】
前記パーソナルエリアネットワーク構築は、例えば下記の手順により行われる。
【００２９】
［無線親局ノード２によるネットワーク加入呼び掛けプロセス］（図３参照）
(1-1)無線親局ノード２は、無線パーソナルエリアネットワーク構築機能により、電源投入後、利用可能な周波数チャンネルの中から予め指定した複数チャンネルの電波強度を設置した環境下において自動測定する。
(1-2)空き周波数チャンネルと判断できるチャンネルを自動選択して、無線パーソナルエリアネットワークを開始する。
(1-3)無線親局ノード２は周波数チャンネルを決定後、無線パーソナルエリアネットワークを構築し、ネットワークの制御を開始する。
［無線子局ノード３のネットワークへの申請加入プロセス］（図４参照）
(2-1)無線パーソナルエリアネットワーク周辺にある無線通信可能な無線子局ノード３は電源投入後、ネットワーク検索機能により、加入の可能な無線パーソナルエリアネットワークを自動的にチャンネルスキャンにより無線子局ノード３周辺の潜在的な無線親局ノード２を検索し、ビーコン要求を行う。
(2-2)無線子局ノード３が無線親局ノード２から送信されたビーコンを受信した場合、無線子局ノード３は無線親局ノード２の無線パーソナルエリアネットワークＩＤ、周波数チャンネル、加入受入れ機器能力などの情報を登録する。
(2-3)無線子局ノード３は、目的のチャンネル情報を得て、無線パーソナルエリアネットワークに加入することを接続要求コマンドで無線親局ノード２へ接続を要求する。
(2-4)無線親局ノード２は、無線子局ノード３の加入申請を許可すると、ネットワークアドレスを加入する無線子局ノード３へ発行する。新規加入した無線子局ノード３をネットワークメンバーとして取り扱い登録する。
(2-5)さらに無線親局ノード２は、無線子局ノード３への加入許可メッセージの送信に成功すると、新メンバーの加入を記憶する。
(2-6)無線子局ノード３は加入許可を受けてから、無線親局ノード２との状態を親子関係に変更して、ネットワークへの自動加入プロセスが完了する。
(2-7)無線親局ノード２も無線子局ノード３も既設の自立中継機能を開始し、無線パーソナルエリアネットワークを構成する。
【００３０】
また、前記ネットワークのメンバー変更は、例えば下記手順により行われる（図５参照）。
【００３１】
［無線子局ノードの追加によるネットワークへの加入プロセス］
(3-1)無線子局ノード３を無線パーソナルエリアネットワークの無線親局ノード２又は無線パーソナルエリアネットワークに属する無線子局ノード３の少なくとも１台と無線通信が可能とされる場所に新規追加する。追加設置後、電源を投入して新規追加した無線子局ノード３ｋを立ち上げる。
(3-2)新規追加した無線子局ノード３ｋは、周辺にある加入可能な無線ネットワークを自律的に検索する。また、無線ネットワーク内の周辺にある既設無線子局ノード３も新規無線子局ノード３ｋを自律的に検索する。
(3-3)新規追加無線子局ノード３ｋは、相互検索により無線子局ノード３を発見すると直接または申請加入プロセスに従い、自律中継機能により、周辺にある無線子局ノード３と無線接続しあうことにより無線ネットワークを構成する。
(3-4)無線ネットワーク内のすべての無線子局ノード３は、自律中継機器として機能し、無線子局ノード群３、３…間を飛び交う情報を、各々の無線子局ノード３，３…が共有する。
【００３２】
一方、前記情報経路選択機能とは、ある特定の無線子局ノード３に障害が発生したり、電波環境の変化で無線が途切れたりした場合は、迂回路的に伝送経路の変更を行う機能であり、ネットワークの堅牢性を保つことが可能となる。
【００３３】
例えば、図６(A)に示されるように、無線子局ノード群Ａ〜Ｇの中で、無線子局ノードＡから太字矢印で示した伝送ルートで無線子局ノードＧに情報が伝送されている状態時に、中間の無線子局ノードＤに障害が発生した場合は、図６(B)に示されるように、無線子局ノードＣは、無線子局ノードＥに対して情報を伝送経路を変更し、情報が無線子局ノードＧに伝送されるように維持する。
【００３４】
このような情報経路選択機能を有するには、各無線子局ノード３，３…は、隣接する少なくとも３以上の無線子局ノードと相互通信可能に配置され、受信側伝送経路を除く２以上の発信側伝送経路が確保されている必要がある。例えば図７(A)に示される無線リンク図は、各無線子局ノード３をジグザグ状に配置することにより、三角網目状の無線リンクが形成されるようにした例であり、各無線子局ノード３、３…は、上り方向及び下り方向のそれぞれについて、発信側伝送経路として矢印で示された２つの伝送経路を保有する。また、図７(B)は無線子局ノード３，３…を格子配列として四角網目状の無線リンクが形成されるようにした例である。この例では、上り方向及び下り方向のそれぞれについて、発信側伝送経路として矢印で示された２つの伝送経路を保有するが、１つの伝送経路が上り方向と下り方向とで共有されていることになる。
【００３５】
前記マイクロ波ドップラーセンサ８は、送信器と受信器とを備え、送信器から移動している対象物体に向けマイクロ波を発射し、反射してきたマイクロ波を受信器により受信し、信号制御部にて伝送波との周波数を比較し、対象物体の移動に比例して受信波の周波数がシフトする現象（ドップラー効果）を検出し、電圧などの信号を出力する検知器であり、移動しているトンネル施工重機の存在を検知することが可能となる。
【００３６】
一方、前記無線親局ノード２は、取得した情報の記憶機能と、接続されたモニタ装置及び／又は表示板への情報表示機能と、必要に応じて外部のネットワークインフラ１２と接続するゲートウェイ機能とを備えている。装置構成は、図２に示されるように、無線子局ノード３から情報を受け取るための受信モデム２ａ、変調コンバータ２ｂ、ＣＰＵ＋記憶装置部２ｃ、制御Ｉ／Ｆ回路２ｄを介して、例えば広域無線通信ネットワーク、ＷｉＭＡＸブロードバンド、モバイルＷｉＭＡＸなどの無線インフラ１２に対し接続するための無線モデム２ｅと、ＤＣ電源２ｆとから構成され、前記ＣＰＵ＋記憶装置部２ｃに対する入出力インターフェース９，９を持ち、外部に情報が入出力可能とされる。
【００３７】
前記無線親局ノード２に対しては、前記入出力インターフェース９，９に対して、管理用コンピュータ７や、表示板６などが接続される。
【００３８】
また、前記無線親局ノード２が無線インフラ１２に対する接続機能（ゲートウェイ機能）を持つことにより、図１に示されるように、遠隔地に設置したネットワーク接続機器１１を介して、管理用コンピュータ７や表示板６などに建設現場で取得した情報をリアルタイムで表示することが可能となる。
【００３９】
他方、前記固定情報端末５は、入力インターフェースによって各種情報の入力機能を備える。装置構成は、図２に示されるように、センサ用Ｉ／Ｆ５ａ、制御Ｉ／Ｆ回路５ｂ、発信モデム５ｃと、ＤＣ電源５ｄとから構成され、緊急時の通報釦を備える。前記センサ用Ｉ／Ｆ５ａに対して、坑内及び地山中に設置された各種センサ類からのセンサーケーブルや、トンネルボーリングマシン、自由断面掘削機などの掘削機、モルタル又はコンクリート吹付機、ドリルジャンボ等の施工機械などから送られる各種計測・運転情報などの信号ケーブルなどが接続される。
【００４０】
前記移動無線端末４は、無線子局ノード３，３…からのトリガー信号に応じて、自己ＩＤを送信するＩＤ情報送信機能を備えている。装置構成は図２に示されるように、制御Ｉ／Ｆ回路４ｂ、発信モデム４ｃと、ＤＣ電源４ｄとから構成され、緊急時の通報釦を備える。また、無線子局ノード３からのトリガー信号の受信のために微弱無線端末１４を備える。そして、前記無線子局ノード３がマイクロ波ドップラーセンサ８によってトンネル施工重機を検知したならば、その際に無線子局ノード３がトリガー信号を発信し、移動無線端末４は無線子局ノード３からのトリガー信号を受信した時だけ、前記発信モデム４ｃによって無線子局ノード３に自己ＩＤを送信する。
【００４１】
この移動無線端末４のＩＤ情報は、トンネル施工重機を検知した無線子局ノード３のＩＤ情報とともに、無線通信ネットワーク８を介して、無線親局ノード２に伝送され、ＩＤによってトンネル施工重機の種別が特定されると共に、予め登録されている無線子局ノード３の位置情報からトンネル施工重機の位置が割り出される。
【００４２】
トンネル施工重機の位置検出精度を向上させるには、無線子局ノード３、３…の間に所望の位置精度に応じて、無線子局ノード３に対する情報送信機能と、マイクロ波ドップラーセンサ８と、移動無線端末４に対するトリガー信号発信機能、移動無線端末４からのＩＤ情報受信機能とを有する補間無線ノードを配置するようにすればよい。
【００４３】
ところで、上記形態例では、無線子局ノード３及び移動無線端末４の電池寿命の長期化を図るために、マイクロ波ドップラーセンサによって移動体を検知したならば、その際に無線子局ノード３が移動無線端末４に対してトリガー信号を発信するようにし、移動無線端末４は、無線子局ノード３からのトリガー信号の受信があった時だけ、自己ＩＤを送信するようにしたが、移動無線端末４が連続的又は間欠的に常時、自己ＩＤを送信し、無線子局ノード３がこの信号を受信するようにしてもよい。
【００４４】
また、トンネル施工重機の位置検出精度を向上させるには、各無線子局ノード３，３…は移動無線端末４からの無線信号の電界強度測定機能を有し、前記管理コンピュータ７において、電界強度が距離に反比例することを用いて、少なくとも３点での電界強度測定値に基づき、各トンネル施工重機の位置を検出するようにしてもよい。
【００４５】
〔トンネル施工におけるサイクルタイム測定方法〕
トンネル施工のサイクルタイムを精度良く自動的に取得するために、本発明では、トンネル切羽前に設置された無線ノード３が受信する前記移動無線端末４、４…の自己ＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別が検出されるようにし、このトンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンから工事種別を特定することによりサイクルタイムを自動的に取得するようにする。
【００４６】
以下、更に具体的に詳述する。
【００４７】
トンネル内には、削孔、装薬、支保工建込み、ロックボルト打設作業を行うためのホイールジャンボ、火薬運搬車、ズリ出しのためのホイールローダ、ずり運搬ダンプ、当たり取りのためのブレーカー、バックホウ、鋼製支保工建込みのためのエレクター、吹付け作業のための吹付けロボット、ミキサー車、ロックボルト打設作業のためのモルタル台車等、各種のトンネル施工重機が配置されている。そして、工事種別に応じて、切羽前まで特定のトンネル施工重機が移動し、作業を行うこととなる。
【００４８】
図９に示されるトンネル施工の掘削手順は、上半及び下半の一括の併行作業により掘削を行うミニベンチ工法の例であり、上半ベンチ長を３〜５．５ｍと極端に短くした上で、上半及び下半のそれぞれにおいてロックボルト削孔および装薬孔・装薬を併行して行った後、上半および下半を一気に切り崩し（発破）、その後ズリ出し→当り取り→一次吹付け→支保建込み→二次吹付け→ロックボルト打設の手順で作業を行うトンネル工法の例である。
【００４９】
このトンネル工法の例では、下表１に示すように、各作業に応じて切羽前には特定のトンネル施工重機が位置することとなる。
【表１】
従って、切羽前に設置してある無線子局ノード３がトンネル切羽前に位置するトンネル施工重機から受信したＩＤ情報から重機種別及び配置パターンを判別することにより工事種別を特定することができ、この工事種別の切替えタイミングの時刻を計測することによりサイクルタイムを自動的に取得することが可能となる。図８は、このようにして自動的に取得したサイクルタイムを管理用コンピュータ７のモニタ画面に特定の形式で表示させたものである。各作業項目の種別及び時刻データは、１サイクルの工程が終了した時点で集計されるとともに、日毎、週毎および月毎に平均サイクルタイムが集計される。図中では他に、支保建込み集計および総サイクルタイム集計の表示が可能になっているとともに、上段には作業項目毎の時間表示が成されるようになっている。
【００５０】
一方、トンネル坑内では、図１５に示されるように、切羽の後方に、測距及び測角の基本機能の他、レーザー照射、自動視準機能、視準の追尾機能、自動整準補正機能を備えるトータルステーション２０が配置され、各種の測量及びマーキングが行われるようになっている。
【００５１】
この測量作業は、前記トンネル作業種別と密接に関係しており、トンネル作業種別に応じて各測量が行われる。従って、図示されるように、無線子局ノード３からサイクル工程の情報を取得したならば、コントローラ２１によって、トータルステーション２０の作業モードを自動的に変更する。その具体例として、各サイクル工程の作業種別毎の測量項目を下表２に列記する。
【表２】
【００５２】
〔他の形態例〕
(1)前記表示板６を坑口及び／又は坑内に設置し、現在行われているサイクル工程作業を表示するようにすれば、作業員等が迅速に作業状況を把握することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１…無線通信ネットワーク、２…無線親局ノード、３…無線子局ノード、４…移動無線端末、５…固定情報端末、６…表示板、７…管理用コンピュータ、９…入出力インターフェース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内に点在配置され、無線によって電波通信可能距離内である条件の下で相互に通信が可能とされる多数の無線ノード群によって無線通信ネットワークが構築され、前記無線ノードと通信可能とされる管理用コンピュータが設置されるとともに、前記無線ノード群の交信ゾーン内において無線ノードと相互に無線通信可能とされる移動無線端末が各トンネル施工重機に備えられ、
前記移動無線端末は無線ノードに対して自己ＩＤを送信するＩＤ情報送信機能を備えるとともに、前記管理用コンピュータによって、予め登録されている無線ノードの位置情報及び前記移動無線端末のＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別を検出し、このトンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンから工事種別を特定することによりサイクルタイムを自動的に取得することを特徴とするトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法。
【請求項２】
前記トンネル切羽前に設置された無線ノードが受信する移動無線端末の自己ＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別及び配置パターンの情報を取得するようにしてある請求項１記載のトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法。
【請求項３】
前記工事種別の特定情報に基づいて、各種測量作業のためにトンネル坑内に設置されているトータルステーションの作業モードを自動的に変更するようにしてある請求項１〜２いずれかに記載のトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法。
【請求項１】
トンネル内に点在配置され、無線によって電波通信可能距離内である条件の下で相互に通信が可能とされる多数の無線ノード群によって無線通信ネットワークが構築され、前記無線ノードと通信可能とされる管理用コンピュータが設置されるとともに、前記無線ノード群の交信ゾーン内において無線ノードと相互に無線通信可能とされる移動無線端末が各トンネル施工重機に備えられ、
前記移動無線端末は無線ノードに対して自己ＩＤを送信するＩＤ情報送信機能を備えるとともに、前記管理用コンピュータによって、予め登録されている無線ノードの位置情報及び前記移動無線端末のＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別を検出し、このトンネル切羽前に位置するトンネル施工重機の種別及び配置パターンから工事種別を特定することによりサイクルタイムを自動的に取得することを特徴とするトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法。
【請求項２】
前記トンネル切羽前に設置された無線ノードが受信する移動無線端末の自己ＩＤ情報から切羽前に位置しているトンネル施工重機の種別及び配置パターンの情報を取得するようにしてある請求項１記載のトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法。
【請求項３】
前記工事種別の特定情報に基づいて、各種測量作業のためにトンネル坑内に設置されているトータルステーションの作業モードを自動的に変更するようにしてある請求項１〜２いずれかに記載のトンネル施工におけるサイクルタイム測定方法。
【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】
【図１５】
【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】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１９６３１５（Ｐ２０１０−１９６３１５Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４０８８３（Ｐ２００９−４０８８３）
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【出願人】（５９１２８４６０１）株式会社演算工房 (22)
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【出願人】（５９１２８４６０１）株式会社演算工房 (22)
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