地盤評価装置および地盤評価方法
【課題】掘削機が所定の地盤に到達したか否かを判断することを可能とした地盤評価装置および地盤評価方法を提案する。
【解決手段】掘削機の作動状態に相関する音や振動の時刻暦データを取得する音響受信器２と三軸加速度計３と、これらの時刻暦データを解析するデータ解析部５と、掘削機Ｍが支持地盤ＧＲに到達したことを報知する報知部６と、を備える地盤評価装置１と、この地盤評価装置を利用して掘削機Ｍが支持地盤ＧＲに到達したか否かを判定する地盤評価方法。
【解決手段】掘削機の作動状態に相関する音や振動の時刻暦データを取得する音響受信器２と三軸加速度計３と、これらの時刻暦データを解析するデータ解析部５と、掘削機Ｍが支持地盤ＧＲに到達したことを報知する報知部６と、を備える地盤評価装置１と、この地盤評価装置を利用して掘削機Ｍが支持地盤ＧＲに到達したか否かを判定する地盤評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤評価装置および地盤評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アースオーガ等の掘削機による支持層までの掘削は、一般的に試験ボーリング等の結果に応じて設定された設計深度まで掘削することにより行われている。
掘削機による掘削が支持層にまで到達したか否かの判断は、掘削中に行うことは困難であったため、掘削後に行う貫入試験などにより確認していた。
【０００３】
ところが、掘削後に確認を行う場合、貫入試験の結果、所定の支持層に到達していないことが発覚した場合には、その補修作業に手間がかかっていた。
【０００４】
そのため、掘削中の地盤を調査することを可能とした調査方法が多数開発されている。
例えば、特許文献１には、掘削機のロッドの打撃数、回転圧、削孔長等の削孔データに基いて、地盤の強度を調査する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９７４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の調査方法は、地盤の強度を判断することができるものの、地盤の種類までは特定することはできなかった。
そのため、例えば、基礎工事等において、支持層の手前に当該支持層と同程度の強度を有した岩盤層が介在していると、支持層に到達したか否かの判断をするのが困難であった。
なお、上記問題は、ＴＢＭやシールドマシンが所定の地盤（例えば破砕帯等）に近づいたか否かを判断する場合においても同様にあてはまる。
【０００７】
本発明は、前記問題点を解決するものであって、掘削機が所定の地盤に到達したか否かを判断することを可能とした地盤評価装置および地盤評価方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決する本発明の地盤評価装置は、掘削機の作動状態に相関する物理量の時刻暦データを取得するデータ取得部と、前記データ取得部で取得された時刻暦データを解析するデータ解析部と、前記掘削機が目標地盤に到達したことを報知する報知部と、を備えるものであって、前記データ解析部は、前記データ取得部で取得された時刻暦データに対してスペクトル解析を行い、周波数領域の関数である掘削時周波数スペクトルを演算するスペクトル解析手段と、前記掘削機の非掘削時に取得した非掘削時周波数スペクトルを、前記掘削時周波数スペクトルから差し引いて第一補正スペクトルを演算する第一補正手段と、前記目標地盤と同等の地盤を前記掘削機で掘削した際に取得した教師スペクトルを記憶する記憶手段と、前記教師スペクトルの積分値を前記第一補正スペクトルの積分値で除算して補正係数を演算する補正係数演算手段と、前記第一補正スペクトルに前記補正係数を乗算して第二補正スペクトルを演算する第二補正手段と、前記教師スペクトルと前記第二補正スペクトルとの相関係数を演算する相関係数演算手段と、前記相関係数が閾値を超えているか否かを判定する判定手段と、を具備しており、前記報知部は、前記相関係数が前記閾値を超えていると判定された場合に、前記掘削機が前記目標地盤に到達したことを報知することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の地盤評価方法は、掘削機の作動状態に相関する物理量の時刻暦データを取得し、前記時刻暦データを解析して前記掘削機が目標地盤に到達したか否かを判断する地盤評価方法であって、前記時刻暦データに対してスペクトル解析を行い、周波数領域の関数である掘削時周波数スペクトルを演算するスペクトル解析ステップと、前記掘削機の非掘削時に取得した非掘削時周波数スペクトルを、前記掘削時周波数スペクトルから差し引いて第一補正スペクトルを演算する第一補正ステップと、前記目標地盤と同等の地盤を前記掘削機で掘削した際に取得した教師スペクトルの積分値を前記第一補正スペクトルの積分値で除算して補正係数を演算する補正係数演算ステップと、前記第一補正スペクトルに前記補正係数を乗算して第二補正スペクトルを演算する第二補正ステップと、前記教師スペクトルと前記第二補正スペクトルとの相関係数を演算する相関係数演算ステップと、前記相関係数が閾値を超えているか否かを判定する判定ステップと、を備えることを特徴としている。
【００１０】
「掘削機の作動状態に相関する物理量」には、例えば、掘削機の周辺で観測される音（駆動源の作動音や地盤との接触に伴って発生する音など）、掘削機の振動に伴う加速度、電動モータに供給する電流や電動モータの出力（トルク）、油圧モータに供給する作動油の圧力や油圧モータの出力（トルク）、回転軸に発生するひずみ（せん断ひずみ）などが含まれる。
【００１１】
かかる地盤評価装置および地盤評価方法によれば、掘削機の作動状態に相関する物理量（例えば、音、加速度、トルク、電流、圧力等）を取得することにより、掘削機が目標地盤に到達したか否かを高精度に検知することを可能としている。
【００１２】
また、掘削機が目標地盤に到達した際には、報知部（例えば、モニター等の表示手段、スピーカー、表示灯など）により知らせるため、作業員の経験値や技術力に関わらず、認知することが可能である。
また、目標地盤に到達したか否かの判定は、掘削中の地盤のスペクトルと目標地盤の教師スペクトルとの相関係数により認定するため、客観的なものとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の地盤評価装置および地盤評価方法によれば、掘削機が所定の地盤に到達したか否かを適切に判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る地盤評価装置の設置状況を示す模式図である。
【図２】同じく地盤評価装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る地盤評価方法を示すフローチャートである。
【図４】計測波形を示すグラフである。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、掘削時周波数スペクトルを示すグラフである。
【図６】（ａ）は非掘削時周波数スペクトルを示すグラフ、（ｂ）は掘削時周波数スペクトルを示すグラフ、（ｃ）は第一補正スペクトルを示すグラフである。
【図７】（ａ）第一補正スペクトルを示すグラフ、（ｂ）は教師スペクトルを示すグラフ、（ｃ）は第二補正スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の地盤評価装置１は、図１に示すように、支持地盤（目標地盤）ＧＲまで掘削を行うアースオーガ掘削機（以下、単に「掘削機」という）ＭのオーガＭ１が支持地盤ＧＲまで到達したか否かを判定するものである。
【００１６】
地盤評価装置１は、音響受信器（データ取得部）２と、三軸加速度計（データ取得部）３と、コンピュータ４と、を備えている。
【００１７】
音響受信器２は、掘削機Ｍによる地盤Ｇの掘削に伴って発生する音（例えば、オーガＭ１の先端部が地盤Ｇに接触することにより発生する音）を受信する装置である。
三軸加速度計３は、掘削機Ｍによる地盤Ｇの掘削に伴ってロッドに発生する振動（加速度）を計測する装置である。三軸加速度計３は、鉛直方向の加速度と、水平面内において直交する二つの軸に沿う方向の加速度とを計測する。
なお、本実施形態では、データ取得部として、音響受信器２と三軸加速度計３を使用するものとしたが、オーガＭ１の駆動源の出力トルクを計測するトルク計測器、ロッドに発生するせん断ひずみを計測するひずみゲージなどをデータ取得部としてもよい。また、掘削機Ｍの駆動源が電動モータである場合には、電動モータに供給される電流を計測する電流計をデータ取得部とすることができ、駆動源が油圧モータである場合には、油圧モータに供給される作動油の油圧を計測する圧力計をデータ取得部とすることができる。また、これらの計測器は、複数の計測器を併用してもよいし、１つのみを使用してもよい。また、三軸加速度計３に代えて一軸加速度計や二軸加速度計を採用してもよい。
【００１８】
本実施形態では、オーガＭ１の着脱作業の妨げとならないように、音響受信器２および三軸加速度計３を掘削機ＭのオーガＭ１の取付部Ｍ２よりも上方に設置するが、音響受信器２および三軸加速度計３の取付箇所は限定されるものではない。図示は省略するが、取付部Ｍ２の下側やオーガＭ１の先端部に音響受信器２や三軸加速度計３を取り付けても差し支えない。
【００１９】
コンピュータ４は、データ解析部５と、報知部６とを備えている。データ解析部５は、音響受信器２が取得した音の時刻暦データと三軸加速度計３が取得した振動（加速度）の時刻暦データとをコンバータ（Ａ／Ｄ変換器）７を介して入手し、解析するものである。報知部６は、データ解析部５から出力された情報を報知するものであり、本実施形態では、モニター６１やスピーカー６２にて構成されている（図２参照）。
【００２０】
データ解析部５は、図２に示すように、入力インターフェース１０と、解析手段２０と、算出手段３０と、記憶手段４０と、判定手段５０と、を備えている。
【００２１】
入力インターフェース１０は、音響受信器２および三軸加速度計３から送信された物理量の時刻暦データを取得する手段である。
なお、入力インターフェース１０は、データ取得部から出力されるデータの形式等に応じて適宜設定されるものであって、例えば、データ取得部として電力計を備える場合には電力データ用の入力インターフェースを備えるものとする。データ解析部５に取り込まれた時刻暦データは、記憶手段４０に格納される。
【００２２】
解析手段２０は、入力インターフェース１０を介して取得した各種時刻暦データのスペクトル解析を行う手段である。本実施形態の解析手段２０は、掘削時スペクトル解析手段２１と、非掘削時スペクトル解析手段２２と、教師スペクトル解析手段２３と、を備えている。各手段の具体的な機能は、後述する。
【００２３】
算出手段３０は、第一補正手段３１と、掘削データ積分手段３２と、教師データ積分手段３３と、補正係数演算手段３４と、第二補正手段３５と、相関係数演算手段３６と、を備えている。各手段の具体的な機能は、後述する。
【００２４】
記憶手段４０は、書き込み可能な不揮発性の半導体メモリ（フラッシュメモリ）、ハードディスク装置、光ディスク装置などにより構成されるものであり、入力インターフェース１０を介して入力されたデータを記憶するデータ記憶ファイル４１と、解析手段２０により解析されたデータを記憶するスペクトル記憶ファイル４２と、算出手段３０により算出された結果等を記憶する積分値記憶ファイル４３とを備えている。
【００２５】
判定手段５０は、相関係数演算手段３６により算出された相関係数を利用してオーガＭ１（掘削機）が支持地盤ＧＲに到達したか否かを判定する手段である。
【００２６】
なお、本実施形態では、図示せぬ中央演算処理装置（ＣＰＵやＭＰＵ）が解析手段２０、算出手段３０および判定手段５０として機能する。
【００２７】
次に、地盤評価装置１を利用した地盤評価方法について説明する。
本実施形態にかかる地盤評価方法は、図３に示すように、データ取得ステップＳ１と、スペクトル解析ステップＳ２と、地盤検知ステップＳ３と、第一補正ステップＳ４と、補正係数演算ステップＳ５と、第二補正ステップＳ６と、相関係数演算ステップＳ７と、判定ステップＳ８と、を備えている。
【００２８】
なお、地盤評価装置１のスペクトル記憶ファイル４２には、予め教師スペクトル（図７（ｂ）参照）と非掘削時周波数スペクトル（図６（ａ）参照）が記憶されており、積分値記憶ファイル４３には、予め教師積分値が記憶されている。
【００２９】
ここで、教師スペクトルは、先行掘削の際にデータ取得部で取得した時刻暦データをスペクトル解析（ＦＦＴ、ＭＥＭなど）して得た周波数スペクトル（周波数領域の関数）である。すなわち、教師スペクトルは、目標地盤（支持地盤ＧＲ）と同等の地盤（本実施形態では、支持地盤ＧＲとする）において前もって掘削機Ｍによる掘削を行って、掘削機Ｍの作動状態に相関する物理量（本実施形態では音および加速度）の時刻暦データをデータ取得部で取得し、取得した時刻暦データを教師スペクトル解析手段２３にてスペクトル解析を行うことで得ることができる。ちなみに、本実施形態の教師スペクトル解析手段２３は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行うが、ＭＥＭ（最大エントロピー法）その他のスペクトル解析を行うように構成してもよい。
【００３０】
なお、本実施形態では、試験ボーリングを行うことで支持地盤ＧＲの深度が確認された個所または当該試験ボーリングの近傍において掘削機Ｍにより先行掘削を行い、オーガＭ１の先端部が支持地盤ＧＲを掘削している最中に、掘削機Ｍの作動状態に相関する物理量の時刻暦データ（以下、「先行掘削時データ」という。）を採取している。
【００３１】
また、教師積分値は、教師スペクトルを積分することで算出される（式１参照）。教師積分値の演算は、教師データ積分手段３３により行われる。
【００３２】
【数１】
【００３３】
非掘削時周波数スペクトルは、非掘削時にデータ取得部で取得された時刻暦データをスペクトル解析することで算出されたものである。
本実施形態では、先行掘削により削孔された掘削孔内においてオーガＭ１を空回転（下降させずに回転）させ、その際に音響受信器２や三軸加速度計３で取得した音や振動等の物理量の時刻暦データに対して、非掘削時スペクトル解析手段２２によりスペクトル解析を行うことで、周波数領域の関数である非掘削時周波数スペクトルを算出する。
【００３４】
なお、本実施形態では、地中（掘削孔内）においてオーガＭ１を空回転させた際に取得した音や振動の時刻暦データから、非掘削時周波数スペクトルを算出する場合を例示したが、空中（掘削孔の外）でオーガＭ１を空回転させた際に得られる音等の時刻暦データから、非掘削時周波数スペクトルを算出してもよい。空中でオーガＭ１を回転させる場合、オーガＭ１（ロッド）は、支持地盤ＧＲの掘削時と同程度の長さを有しているのが望ましい。
【００３５】
本実施形態では、教師スペクトルおよび非掘削時周波数スペクトルを、データ解析部５により算出するものとしたが、教師スペクトルおよび非掘削時周波数スペクトルは、直接入力されたデータであってもよい。
【００３６】
本掘削の際には、まず、データ取得ステップＳ１が実行される。データ取得ステップＳ１では、掘削機Ｍによる地盤掘削時の音や振動の時刻暦データ（掘削機Ｍの作動状態に相関する物理量の時刻暦データ）を取得する。
【００３７】
掘削機Ｍによる地盤の掘削破壊に伴って放出される音は、音響受信器２が受信する。音響受信器２により受信された音の時刻暦データは、コンバータ７および入力インターフェース１０を介してデータ解析部５に入力され、データ記憶ファイル４１に記憶される。
【００３８】
掘削機Ｍによる地盤掘削時にオーガＭ１に発生する振動は、三軸加速度計３により計測する。三軸加速度計３により計測された振動（加速度）の時刻暦データは、コンバータ７および入力インターフェース１０を介してデータ解析部５に入力され、データ記憶手段４１に記憶される。
【００３９】
本掘削時の音や振動の時刻暦データは、図４に示すようなアナログ波形として取得されるが、コンバータ７によりデジタル波形に変換され、サンプリング間隔（サンプリング周波数の逆数）ごとの離散データとしてデータ記憶ファイル４１に記憶される。ちなみに、図４のグラフの縦軸は、加速度である。なお、入力された離散データ等をモニター６１に表示してもよい。
なお、本掘削時の音や振動のサンプリング時間Ｔは、長く取るのが望ましいが、データ処理に要する時間や記憶するデータ量を考慮して設定する。本実施形態では１回のサンプリング時間として１０秒〜６０秒確保するが、サンプリング時間はこれに限定されるものではない。
【００４０】
スペクトル解析ステップＳ２では、データ記憶ファイル４１に記憶された本掘削時の時刻暦データに対して、掘削時スペクトル解析手段２１によりスペクトル解析を行い、周波数領域の関数である掘削時周波数スペクトルを演算する。
【００４１】
掘削時スペクトル解析手段２１は、データ記憶ファイル４１に時刻暦データが記憶されると起動する。掘削時スペクトル解析手段２１は、データ記憶ファイル４１の中から音や振動等の時刻暦データ（離散化された時刻暦データ）を読み出し、読み出した時刻暦データに対してスペクトル解析（本実施形態ではＦＦＴ）を行うことで、掘削時周波数スペクトルを得る。
【００４２】
掘削時スペクトル解析手段２１により得られた掘削時周波数スペクトルは、図５（ａ）または（ｂ）に示すように、周波数と振幅との関係からなるグラフにより示すことができる。
【００４３】
地盤差異検知ステップＳ３では、スペクトル解析ステップＳ２により算出された掘削時周波数スペクトルをモニタ６１上において確認し、スペクトル記憶ファイル４２に予め記憶された教師スペクトルとの差異を検知する。
ここで、掘削時周波数スペクトルが、教師スペクトルと明らかに異なると判断される場合は、第一補正ステップＳ４以降の作業を行わずに、掘削機Ｍによる掘削を続行する。
【００４４】
なお、地盤差異検知ステップＳ３は、必要に応じて行えばよく、省略してもよい。また、掘削時周波数スペクトルと教師スペクトルとの差異の検知は、機械的に行ってもよい。
【００４５】
第一補正ステップＳ４では、第一補正手段３１により、スペクトル解析ステップＳ２において算出された掘削時周波数スペクトルから掘削機械の特有の音・振動をキャンセルして、第一補正スペクトルを得る。
【００４６】
すなわち、第一補正手段３１は、スペクトル記憶ファイル４２の中から掘削時周波数スペクトル（図６（ｂ）参照）および非掘削時周波数スペクトル（図６（ａ）参照）を読み出し、掘削時周波数スペクトルから非掘削時周波数スペクトルを差し引いて、第一補正スペクトル（図６（ｃ）参照）を算出する。第一補正スペクトルは、スペクトル記憶ファイル４２に記憶される。
【００４７】
補正係数演算ステップＳ５では、教師積分値を第一補正スペクトルの積分値で除算して補正係数を演算する。教師積分値は、図７の（ｂ）に示す教師スペクトルの積分値（ハッチング部分の面積）であり、積分値記憶ファイル４３に予め記憶されているものを使用する。
【００４８】
第一補正スペクトルの積分値は、図７の（ａ）のハッチング部分の「面積」であり、掘削データ積分手段３２により演算される。すなわち、掘削データ積分手段３２は、スペクトル記憶ファイル４２の中から第一補正スペクトル（図７（ａ）参照）を読み出し、これを積分して積分値（以下、「第一積分値」という。）を算出する（式２参照）。第一積分値は、積分値記憶ファイル４３に記憶される。
【００４９】
【数２】
【００５０】
補正係数は、補正係数演算手段３４により演算される。すなわち、掘削データ積分手段３２により第一積分値ＳＳが算出されると、補正係数演算手段３４は、積分値記憶ファイル４３の中から第一積分値ＳＳおよび教師積分値Ｓｔを読み出し、教師積分値Ｓｔを第一積分値ＳＳで除算することにより補正係数ｋを算出する（式３）。算出された補正係数ｋは、記憶手段４０に記憶される。
【００５１】
【数３】
【００５２】
第二補正ステップＳ６では、補正係数演算ステップＳ５において算出された補正係数ｋを利用して第二補正スペクトル（図７（ｃ）参照）を演算する。
【００５３】
すなわち、補正係数ｋの演算が終了すると、第二補正手段３５が起動して第二補正スペクトルの演算が開始される。
第二補正手段３５は、スペクトル記憶ファイル４２の中から第一補正スペクトルを読み出し、読み出した第一補正スペクトルに補正係数ｋを乗算して第二補正スペクトルを演算する。なお、第二補正スペクトルの各周波数における振幅ｘｕｉは、第一補正スペクトルの各周波数における振幅ｘｓi に補正係数ｋを乗じた値であり、第二補正スペクトルの積分値（図７の（ｃ）のハッチング部分の面積）は、教師積分値（図７の（ｂ）のハッチング部分の面積）と等しくなる。
【００５４】
相関係数演算ステップＳ７では、教師スペクトルと第二補正スペクトルとの相関係数Ｒを演算する。
【００５５】
相関係数Ｒは、相関係数演算手段３６により演算される。
相関係数演算手段３６は、式４に示すように、教師スペクトルと第二補正スペクトルを利用して相関係数Ｒを算出する。
【００５６】
【数４】
【００５７】
判定ステップＳ８では、相関係数Ｒが閾値Ｒ0を超えているか否かを判定する。
すなわち、判定手段５０は、予め設定された閾値Ｒ0と相関係数Ｒとを比較し、相関係数Ｒが閾値Ｒ0を超えている（Ｒ＞Ｒ0）場合には、掘削中の地盤が支持地盤ＧＲであると判定し、相関係数Ｒが閾値Ｒ0を超えていない（Ｒ≦Ｒ0）場合には、掘削中の地盤が支持地盤ＧＲでない（支持地盤ＧＲに到達していない）と判定する。
なお、相関係数Ｒが１であれば、第二補正スペクトルと教師スペクトルとが全く同じスペクトルであることを示している。
【００５８】
判定ステップＳ８により、掘削機Ｍ（オーガＭ１）が支持地盤ＧＲに到達したと判断されると、報知部６に信号が送られ、当該信号を受けた報知部６は、オーガＭ１の先端が支持地盤ＧＲへ到達したことを作業員等に報知する。本実施形態では、支持地盤ＧＲへ到達したことを示す画像がモニター６１に表示されるとともに、支持地盤ＧＲへ到達したことを知らせる音（音声やブザー等）がスピーカー６２から発せられる。
なお、データ取得ステップＳ１から判定ステップＳ８までを複数回行い、相関係数Ｒが閾値Ｒ0を超えている（Ｒ＞Ｒ0）という判定が複数回連続し、かつ、その回数が規定回数に達した場合に、掘削中の地盤が支持地盤ＧＲであると判定するように構成してもよい。
【００５９】
以上、本実施形態の地盤評価装置１および地盤評価方法によれば、本掘削時における掘削機Ｍの状態が目標地盤と同等の地盤を掘削したときの状態と似通っているかを数値的に判断することができるため、作業員の個人差などによる誤差が生じることなく、一定の精度を確保することが可能となる。
【００６０】
また、地盤の強度のみではなく、掘削破壊による音やロッドに伝わる振動等を利用して地盤の評価を行うため、強度のみが似通った地盤を目標地盤と認識してしまうことがなく、高精度に施工を行うことができる。
つまり、地盤の種類により変化する掘削時の音や振動を利用することで、支持地盤ＧＲの上方に存在する他の岩盤や玉石層等を、支持地盤ＧＲとして認識することを防止する。
【００６１】
また、掘削機Ｍから発する音や振動を除外したスペクトル（第一補正スペクトル）を利用して判定しているため高精度である。
【００６２】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００６３】
例えば、前記実施形態では、オーガ掘削機による基礎掘削について、本発明の地盤評価装置および地盤評価方法を採用した場合について説明したが、本発明の地盤評価装置および地盤評価方法を適用可能な工法は限定されるものではなく、あらゆる回転式の掘削機を利用する工法に採用可能である。
例えば、ＴＢＭやシールド工法において採用することで、破砕帯の前後に存在する地盤を目標地盤として施工を行えば、破砕帯での掘削開始前に、予め破砕帯に近づいていることを把握することができるため、補助工法の準備などを先行して行うことが可能となる。
【００６４】
また、データ取得部として音響受信器と三軸加速器を使用する場合について説明したが、データ取得部の数は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
また、データ取得部の種類も限定されるものではなく、例えば、モータの電流を測定する電流計、一軸加速度計、二軸加速度計、速度計、回転軸のせん断ひずみゲージ等を使用してもよい。
【００６５】
また、ストローク計を備えることで、支持層への削孔深（根入れ深さ等）を測定する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 地盤評価装置
２ 音響受信器（データ取得部）
３ 三軸加速度計（データ取得部）
４ コンピュータ
５ データ解析部
６ 報知部
１０ 入力インターフェース
２０ 解析手段
３０ 算出手段
４０ 記憶手段
５０ 判定手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤評価装置および地盤評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アースオーガ等の掘削機による支持層までの掘削は、一般的に試験ボーリング等の結果に応じて設定された設計深度まで掘削することにより行われている。
掘削機による掘削が支持層にまで到達したか否かの判断は、掘削中に行うことは困難であったため、掘削後に行う貫入試験などにより確認していた。
【０００３】
ところが、掘削後に確認を行う場合、貫入試験の結果、所定の支持層に到達していないことが発覚した場合には、その補修作業に手間がかかっていた。
【０００４】
そのため、掘削中の地盤を調査することを可能とした調査方法が多数開発されている。
例えば、特許文献１には、掘削機のロッドの打撃数、回転圧、削孔長等の削孔データに基いて、地盤の強度を調査する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９７４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の調査方法は、地盤の強度を判断することができるものの、地盤の種類までは特定することはできなかった。
そのため、例えば、基礎工事等において、支持層の手前に当該支持層と同程度の強度を有した岩盤層が介在していると、支持層に到達したか否かの判断をするのが困難であった。
なお、上記問題は、ＴＢＭやシールドマシンが所定の地盤（例えば破砕帯等）に近づいたか否かを判断する場合においても同様にあてはまる。
【０００７】
本発明は、前記問題点を解決するものであって、掘削機が所定の地盤に到達したか否かを判断することを可能とした地盤評価装置および地盤評価方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決する本発明の地盤評価装置は、掘削機の作動状態に相関する物理量の時刻暦データを取得するデータ取得部と、前記データ取得部で取得された時刻暦データを解析するデータ解析部と、前記掘削機が目標地盤に到達したことを報知する報知部と、を備えるものであって、前記データ解析部は、前記データ取得部で取得された時刻暦データに対してスペクトル解析を行い、周波数領域の関数である掘削時周波数スペクトルを演算するスペクトル解析手段と、前記掘削機の非掘削時に取得した非掘削時周波数スペクトルを、前記掘削時周波数スペクトルから差し引いて第一補正スペクトルを演算する第一補正手段と、前記目標地盤と同等の地盤を前記掘削機で掘削した際に取得した教師スペクトルを記憶する記憶手段と、前記教師スペクトルの積分値を前記第一補正スペクトルの積分値で除算して補正係数を演算する補正係数演算手段と、前記第一補正スペクトルに前記補正係数を乗算して第二補正スペクトルを演算する第二補正手段と、前記教師スペクトルと前記第二補正スペクトルとの相関係数を演算する相関係数演算手段と、前記相関係数が閾値を超えているか否かを判定する判定手段と、を具備しており、前記報知部は、前記相関係数が前記閾値を超えていると判定された場合に、前記掘削機が前記目標地盤に到達したことを報知することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の地盤評価方法は、掘削機の作動状態に相関する物理量の時刻暦データを取得し、前記時刻暦データを解析して前記掘削機が目標地盤に到達したか否かを判断する地盤評価方法であって、前記時刻暦データに対してスペクトル解析を行い、周波数領域の関数である掘削時周波数スペクトルを演算するスペクトル解析ステップと、前記掘削機の非掘削時に取得した非掘削時周波数スペクトルを、前記掘削時周波数スペクトルから差し引いて第一補正スペクトルを演算する第一補正ステップと、前記目標地盤と同等の地盤を前記掘削機で掘削した際に取得した教師スペクトルの積分値を前記第一補正スペクトルの積分値で除算して補正係数を演算する補正係数演算ステップと、前記第一補正スペクトルに前記補正係数を乗算して第二補正スペクトルを演算する第二補正ステップと、前記教師スペクトルと前記第二補正スペクトルとの相関係数を演算する相関係数演算ステップと、前記相関係数が閾値を超えているか否かを判定する判定ステップと、を備えることを特徴としている。
【００１０】
「掘削機の作動状態に相関する物理量」には、例えば、掘削機の周辺で観測される音（駆動源の作動音や地盤との接触に伴って発生する音など）、掘削機の振動に伴う加速度、電動モータに供給する電流や電動モータの出力（トルク）、油圧モータに供給する作動油の圧力や油圧モータの出力（トルク）、回転軸に発生するひずみ（せん断ひずみ）などが含まれる。
【００１１】
かかる地盤評価装置および地盤評価方法によれば、掘削機の作動状態に相関する物理量（例えば、音、加速度、トルク、電流、圧力等）を取得することにより、掘削機が目標地盤に到達したか否かを高精度に検知することを可能としている。
【００１２】
また、掘削機が目標地盤に到達した際には、報知部（例えば、モニター等の表示手段、スピーカー、表示灯など）により知らせるため、作業員の経験値や技術力に関わらず、認知することが可能である。
また、目標地盤に到達したか否かの判定は、掘削中の地盤のスペクトルと目標地盤の教師スペクトルとの相関係数により認定するため、客観的なものとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の地盤評価装置および地盤評価方法によれば、掘削機が所定の地盤に到達したか否かを適切に判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る地盤評価装置の設置状況を示す模式図である。
【図２】同じく地盤評価装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る地盤評価方法を示すフローチャートである。
【図４】計測波形を示すグラフである。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、掘削時周波数スペクトルを示すグラフである。
【図６】（ａ）は非掘削時周波数スペクトルを示すグラフ、（ｂ）は掘削時周波数スペクトルを示すグラフ、（ｃ）は第一補正スペクトルを示すグラフである。
【図７】（ａ）第一補正スペクトルを示すグラフ、（ｂ）は教師スペクトルを示すグラフ、（ｃ）は第二補正スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の地盤評価装置１は、図１に示すように、支持地盤（目標地盤）ＧＲまで掘削を行うアースオーガ掘削機（以下、単に「掘削機」という）ＭのオーガＭ１が支持地盤ＧＲまで到達したか否かを判定するものである。
【００１６】
地盤評価装置１は、音響受信器（データ取得部）２と、三軸加速度計（データ取得部）３と、コンピュータ４と、を備えている。
【００１７】
音響受信器２は、掘削機Ｍによる地盤Ｇの掘削に伴って発生する音（例えば、オーガＭ１の先端部が地盤Ｇに接触することにより発生する音）を受信する装置である。
三軸加速度計３は、掘削機Ｍによる地盤Ｇの掘削に伴ってロッドに発生する振動（加速度）を計測する装置である。三軸加速度計３は、鉛直方向の加速度と、水平面内において直交する二つの軸に沿う方向の加速度とを計測する。
なお、本実施形態では、データ取得部として、音響受信器２と三軸加速度計３を使用するものとしたが、オーガＭ１の駆動源の出力トルクを計測するトルク計測器、ロッドに発生するせん断ひずみを計測するひずみゲージなどをデータ取得部としてもよい。また、掘削機Ｍの駆動源が電動モータである場合には、電動モータに供給される電流を計測する電流計をデータ取得部とすることができ、駆動源が油圧モータである場合には、油圧モータに供給される作動油の油圧を計測する圧力計をデータ取得部とすることができる。また、これらの計測器は、複数の計測器を併用してもよいし、１つのみを使用してもよい。また、三軸加速度計３に代えて一軸加速度計や二軸加速度計を採用してもよい。
【００１８】
本実施形態では、オーガＭ１の着脱作業の妨げとならないように、音響受信器２および三軸加速度計３を掘削機ＭのオーガＭ１の取付部Ｍ２よりも上方に設置するが、音響受信器２および三軸加速度計３の取付箇所は限定されるものではない。図示は省略するが、取付部Ｍ２の下側やオーガＭ１の先端部に音響受信器２や三軸加速度計３を取り付けても差し支えない。
【００１９】
コンピュータ４は、データ解析部５と、報知部６とを備えている。データ解析部５は、音響受信器２が取得した音の時刻暦データと三軸加速度計３が取得した振動（加速度）の時刻暦データとをコンバータ（Ａ／Ｄ変換器）７を介して入手し、解析するものである。報知部６は、データ解析部５から出力された情報を報知するものであり、本実施形態では、モニター６１やスピーカー６２にて構成されている（図２参照）。
【００２０】
データ解析部５は、図２に示すように、入力インターフェース１０と、解析手段２０と、算出手段３０と、記憶手段４０と、判定手段５０と、を備えている。
【００２１】
入力インターフェース１０は、音響受信器２および三軸加速度計３から送信された物理量の時刻暦データを取得する手段である。
なお、入力インターフェース１０は、データ取得部から出力されるデータの形式等に応じて適宜設定されるものであって、例えば、データ取得部として電力計を備える場合には電力データ用の入力インターフェースを備えるものとする。データ解析部５に取り込まれた時刻暦データは、記憶手段４０に格納される。
【００２２】
解析手段２０は、入力インターフェース１０を介して取得した各種時刻暦データのスペクトル解析を行う手段である。本実施形態の解析手段２０は、掘削時スペクトル解析手段２１と、非掘削時スペクトル解析手段２２と、教師スペクトル解析手段２３と、を備えている。各手段の具体的な機能は、後述する。
【００２３】
算出手段３０は、第一補正手段３１と、掘削データ積分手段３２と、教師データ積分手段３３と、補正係数演算手段３４と、第二補正手段３５と、相関係数演算手段３６と、を備えている。各手段の具体的な機能は、後述する。
【００２４】
記憶手段４０は、書き込み可能な不揮発性の半導体メモリ（フラッシュメモリ）、ハードディスク装置、光ディスク装置などにより構成されるものであり、入力インターフェース１０を介して入力されたデータを記憶するデータ記憶ファイル４１と、解析手段２０により解析されたデータを記憶するスペクトル記憶ファイル４２と、算出手段３０により算出された結果等を記憶する積分値記憶ファイル４３とを備えている。
【００２５】
判定手段５０は、相関係数演算手段３６により算出された相関係数を利用してオーガＭ１（掘削機）が支持地盤ＧＲに到達したか否かを判定する手段である。
【００２６】
なお、本実施形態では、図示せぬ中央演算処理装置（ＣＰＵやＭＰＵ）が解析手段２０、算出手段３０および判定手段５０として機能する。
【００２７】
次に、地盤評価装置１を利用した地盤評価方法について説明する。
本実施形態にかかる地盤評価方法は、図３に示すように、データ取得ステップＳ１と、スペクトル解析ステップＳ２と、地盤検知ステップＳ３と、第一補正ステップＳ４と、補正係数演算ステップＳ５と、第二補正ステップＳ６と、相関係数演算ステップＳ７と、判定ステップＳ８と、を備えている。
【００２８】
なお、地盤評価装置１のスペクトル記憶ファイル４２には、予め教師スペクトル（図７（ｂ）参照）と非掘削時周波数スペクトル（図６（ａ）参照）が記憶されており、積分値記憶ファイル４３には、予め教師積分値が記憶されている。
【００２９】
ここで、教師スペクトルは、先行掘削の際にデータ取得部で取得した時刻暦データをスペクトル解析（ＦＦＴ、ＭＥＭなど）して得た周波数スペクトル（周波数領域の関数）である。すなわち、教師スペクトルは、目標地盤（支持地盤ＧＲ）と同等の地盤（本実施形態では、支持地盤ＧＲとする）において前もって掘削機Ｍによる掘削を行って、掘削機Ｍの作動状態に相関する物理量（本実施形態では音および加速度）の時刻暦データをデータ取得部で取得し、取得した時刻暦データを教師スペクトル解析手段２３にてスペクトル解析を行うことで得ることができる。ちなみに、本実施形態の教師スペクトル解析手段２３は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行うが、ＭＥＭ（最大エントロピー法）その他のスペクトル解析を行うように構成してもよい。
【００３０】
なお、本実施形態では、試験ボーリングを行うことで支持地盤ＧＲの深度が確認された個所または当該試験ボーリングの近傍において掘削機Ｍにより先行掘削を行い、オーガＭ１の先端部が支持地盤ＧＲを掘削している最中に、掘削機Ｍの作動状態に相関する物理量の時刻暦データ（以下、「先行掘削時データ」という。）を採取している。
【００３１】
また、教師積分値は、教師スペクトルを積分することで算出される（式１参照）。教師積分値の演算は、教師データ積分手段３３により行われる。
【００３２】
【数１】
【００３３】
非掘削時周波数スペクトルは、非掘削時にデータ取得部で取得された時刻暦データをスペクトル解析することで算出されたものである。
本実施形態では、先行掘削により削孔された掘削孔内においてオーガＭ１を空回転（下降させずに回転）させ、その際に音響受信器２や三軸加速度計３で取得した音や振動等の物理量の時刻暦データに対して、非掘削時スペクトル解析手段２２によりスペクトル解析を行うことで、周波数領域の関数である非掘削時周波数スペクトルを算出する。
【００３４】
なお、本実施形態では、地中（掘削孔内）においてオーガＭ１を空回転させた際に取得した音や振動の時刻暦データから、非掘削時周波数スペクトルを算出する場合を例示したが、空中（掘削孔の外）でオーガＭ１を空回転させた際に得られる音等の時刻暦データから、非掘削時周波数スペクトルを算出してもよい。空中でオーガＭ１を回転させる場合、オーガＭ１（ロッド）は、支持地盤ＧＲの掘削時と同程度の長さを有しているのが望ましい。
【００３５】
本実施形態では、教師スペクトルおよび非掘削時周波数スペクトルを、データ解析部５により算出するものとしたが、教師スペクトルおよび非掘削時周波数スペクトルは、直接入力されたデータであってもよい。
【００３６】
本掘削の際には、まず、データ取得ステップＳ１が実行される。データ取得ステップＳ１では、掘削機Ｍによる地盤掘削時の音や振動の時刻暦データ（掘削機Ｍの作動状態に相関する物理量の時刻暦データ）を取得する。
【００３７】
掘削機Ｍによる地盤の掘削破壊に伴って放出される音は、音響受信器２が受信する。音響受信器２により受信された音の時刻暦データは、コンバータ７および入力インターフェース１０を介してデータ解析部５に入力され、データ記憶ファイル４１に記憶される。
【００３８】
掘削機Ｍによる地盤掘削時にオーガＭ１に発生する振動は、三軸加速度計３により計測する。三軸加速度計３により計測された振動（加速度）の時刻暦データは、コンバータ７および入力インターフェース１０を介してデータ解析部５に入力され、データ記憶手段４１に記憶される。
【００３９】
本掘削時の音や振動の時刻暦データは、図４に示すようなアナログ波形として取得されるが、コンバータ７によりデジタル波形に変換され、サンプリング間隔（サンプリング周波数の逆数）ごとの離散データとしてデータ記憶ファイル４１に記憶される。ちなみに、図４のグラフの縦軸は、加速度である。なお、入力された離散データ等をモニター６１に表示してもよい。
なお、本掘削時の音や振動のサンプリング時間Ｔは、長く取るのが望ましいが、データ処理に要する時間や記憶するデータ量を考慮して設定する。本実施形態では１回のサンプリング時間として１０秒〜６０秒確保するが、サンプリング時間はこれに限定されるものではない。
【００４０】
スペクトル解析ステップＳ２では、データ記憶ファイル４１に記憶された本掘削時の時刻暦データに対して、掘削時スペクトル解析手段２１によりスペクトル解析を行い、周波数領域の関数である掘削時周波数スペクトルを演算する。
【００４１】
掘削時スペクトル解析手段２１は、データ記憶ファイル４１に時刻暦データが記憶されると起動する。掘削時スペクトル解析手段２１は、データ記憶ファイル４１の中から音や振動等の時刻暦データ（離散化された時刻暦データ）を読み出し、読み出した時刻暦データに対してスペクトル解析（本実施形態ではＦＦＴ）を行うことで、掘削時周波数スペクトルを得る。
【００４２】
掘削時スペクトル解析手段２１により得られた掘削時周波数スペクトルは、図５（ａ）または（ｂ）に示すように、周波数と振幅との関係からなるグラフにより示すことができる。
【００４３】
地盤差異検知ステップＳ３では、スペクトル解析ステップＳ２により算出された掘削時周波数スペクトルをモニタ６１上において確認し、スペクトル記憶ファイル４２に予め記憶された教師スペクトルとの差異を検知する。
ここで、掘削時周波数スペクトルが、教師スペクトルと明らかに異なると判断される場合は、第一補正ステップＳ４以降の作業を行わずに、掘削機Ｍによる掘削を続行する。
【００４４】
なお、地盤差異検知ステップＳ３は、必要に応じて行えばよく、省略してもよい。また、掘削時周波数スペクトルと教師スペクトルとの差異の検知は、機械的に行ってもよい。
【００４５】
第一補正ステップＳ４では、第一補正手段３１により、スペクトル解析ステップＳ２において算出された掘削時周波数スペクトルから掘削機械の特有の音・振動をキャンセルして、第一補正スペクトルを得る。
【００４６】
すなわち、第一補正手段３１は、スペクトル記憶ファイル４２の中から掘削時周波数スペクトル（図６（ｂ）参照）および非掘削時周波数スペクトル（図６（ａ）参照）を読み出し、掘削時周波数スペクトルから非掘削時周波数スペクトルを差し引いて、第一補正スペクトル（図６（ｃ）参照）を算出する。第一補正スペクトルは、スペクトル記憶ファイル４２に記憶される。
【００４７】
補正係数演算ステップＳ５では、教師積分値を第一補正スペクトルの積分値で除算して補正係数を演算する。教師積分値は、図７の（ｂ）に示す教師スペクトルの積分値（ハッチング部分の面積）であり、積分値記憶ファイル４３に予め記憶されているものを使用する。
【００４８】
第一補正スペクトルの積分値は、図７の（ａ）のハッチング部分の「面積」であり、掘削データ積分手段３２により演算される。すなわち、掘削データ積分手段３２は、スペクトル記憶ファイル４２の中から第一補正スペクトル（図７（ａ）参照）を読み出し、これを積分して積分値（以下、「第一積分値」という。）を算出する（式２参照）。第一積分値は、積分値記憶ファイル４３に記憶される。
【００４９】
【数２】
【００５０】
補正係数は、補正係数演算手段３４により演算される。すなわち、掘削データ積分手段３２により第一積分値ＳＳが算出されると、補正係数演算手段３４は、積分値記憶ファイル４３の中から第一積分値ＳＳおよび教師積分値Ｓｔを読み出し、教師積分値Ｓｔを第一積分値ＳＳで除算することにより補正係数ｋを算出する（式３）。算出された補正係数ｋは、記憶手段４０に記憶される。
【００５１】
【数３】
【００５２】
第二補正ステップＳ６では、補正係数演算ステップＳ５において算出された補正係数ｋを利用して第二補正スペクトル（図７（ｃ）参照）を演算する。
【００５３】
すなわち、補正係数ｋの演算が終了すると、第二補正手段３５が起動して第二補正スペクトルの演算が開始される。
第二補正手段３５は、スペクトル記憶ファイル４２の中から第一補正スペクトルを読み出し、読み出した第一補正スペクトルに補正係数ｋを乗算して第二補正スペクトルを演算する。なお、第二補正スペクトルの各周波数における振幅ｘｕｉは、第一補正スペクトルの各周波数における振幅ｘｓi に補正係数ｋを乗じた値であり、第二補正スペクトルの積分値（図７の（ｃ）のハッチング部分の面積）は、教師積分値（図７の（ｂ）のハッチング部分の面積）と等しくなる。
【００５４】
相関係数演算ステップＳ７では、教師スペクトルと第二補正スペクトルとの相関係数Ｒを演算する。
【００５５】
相関係数Ｒは、相関係数演算手段３６により演算される。
相関係数演算手段３６は、式４に示すように、教師スペクトルと第二補正スペクトルを利用して相関係数Ｒを算出する。
【００５６】
【数４】
【００５７】
判定ステップＳ８では、相関係数Ｒが閾値Ｒ0を超えているか否かを判定する。
すなわち、判定手段５０は、予め設定された閾値Ｒ0と相関係数Ｒとを比較し、相関係数Ｒが閾値Ｒ0を超えている（Ｒ＞Ｒ0）場合には、掘削中の地盤が支持地盤ＧＲであると判定し、相関係数Ｒが閾値Ｒ0を超えていない（Ｒ≦Ｒ0）場合には、掘削中の地盤が支持地盤ＧＲでない（支持地盤ＧＲに到達していない）と判定する。
なお、相関係数Ｒが１であれば、第二補正スペクトルと教師スペクトルとが全く同じスペクトルであることを示している。
【００５８】
判定ステップＳ８により、掘削機Ｍ（オーガＭ１）が支持地盤ＧＲに到達したと判断されると、報知部６に信号が送られ、当該信号を受けた報知部６は、オーガＭ１の先端が支持地盤ＧＲへ到達したことを作業員等に報知する。本実施形態では、支持地盤ＧＲへ到達したことを示す画像がモニター６１に表示されるとともに、支持地盤ＧＲへ到達したことを知らせる音（音声やブザー等）がスピーカー６２から発せられる。
なお、データ取得ステップＳ１から判定ステップＳ８までを複数回行い、相関係数Ｒが閾値Ｒ0を超えている（Ｒ＞Ｒ0）という判定が複数回連続し、かつ、その回数が規定回数に達した場合に、掘削中の地盤が支持地盤ＧＲであると判定するように構成してもよい。
【００５９】
以上、本実施形態の地盤評価装置１および地盤評価方法によれば、本掘削時における掘削機Ｍの状態が目標地盤と同等の地盤を掘削したときの状態と似通っているかを数値的に判断することができるため、作業員の個人差などによる誤差が生じることなく、一定の精度を確保することが可能となる。
【００６０】
また、地盤の強度のみではなく、掘削破壊による音やロッドに伝わる振動等を利用して地盤の評価を行うため、強度のみが似通った地盤を目標地盤と認識してしまうことがなく、高精度に施工を行うことができる。
つまり、地盤の種類により変化する掘削時の音や振動を利用することで、支持地盤ＧＲの上方に存在する他の岩盤や玉石層等を、支持地盤ＧＲとして認識することを防止する。
【００６１】
また、掘削機Ｍから発する音や振動を除外したスペクトル（第一補正スペクトル）を利用して判定しているため高精度である。
【００６２】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００６３】
例えば、前記実施形態では、オーガ掘削機による基礎掘削について、本発明の地盤評価装置および地盤評価方法を採用した場合について説明したが、本発明の地盤評価装置および地盤評価方法を適用可能な工法は限定されるものではなく、あらゆる回転式の掘削機を利用する工法に採用可能である。
例えば、ＴＢＭやシールド工法において採用することで、破砕帯の前後に存在する地盤を目標地盤として施工を行えば、破砕帯での掘削開始前に、予め破砕帯に近づいていることを把握することができるため、補助工法の準備などを先行して行うことが可能となる。
【００６４】
また、データ取得部として音響受信器と三軸加速器を使用する場合について説明したが、データ取得部の数は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
また、データ取得部の種類も限定されるものではなく、例えば、モータの電流を測定する電流計、一軸加速度計、二軸加速度計、速度計、回転軸のせん断ひずみゲージ等を使用してもよい。
【００６５】
また、ストローク計を備えることで、支持層への削孔深（根入れ深さ等）を測定する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 地盤評価装置
２ 音響受信器（データ取得部）
３ 三軸加速度計（データ取得部）
４ コンピュータ
５ データ解析部
６ 報知部
１０ 入力インターフェース
２０ 解析手段
３０ 算出手段
４０ 記憶手段
５０ 判定手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機の作動状態に相関する物理量の時刻暦データを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部で取得された時刻暦データを解析するデータ解析部と、
前記掘削機が目標地盤に到達したことを報知する報知部と、を備える地盤評価装置であって、
前記データ解析部は、
前記データ取得部で取得された時刻暦データに対してスペクトル解析を行い、周波数領域の関数である掘削時周波数スペクトルを演算するスペクトル解析手段と、
前記掘削機の非掘削時に取得した非掘削時周波数スペクトルを、前記掘削時周波数スペクトルから差し引いて第一補正スペクトルを演算する第一補正手段と、
前記目標地盤と同等の地盤を前記掘削機で掘削した際に取得した教師スペクトルを記憶する記憶手段と、
前記教師スペクトルの積分値を前記第一補正スペクトルの積分値で除算して補正係数を演算する補正係数演算手段と、
前記第一補正スペクトルに前記補正係数を乗算して第二補正スペクトルを演算する第二補正手段と、
前記教師スペクトルと前記第二補正スペクトルとの相関係数を演算する相関係数演算手段と、
前記相関係数が閾値を超えているか否かを判定する判定手段と、を具備し、
前記報知部は、前記相関係数が前記閾値を超えていると判定された場合に、前記掘削機が前記目標地盤に到達したことを報知する、ことを特徴とする地盤評価装置。
【請求項２】
掘削機の作動状態に相関する物理量の時刻暦データを取得し、
前記時刻暦データを解析して前記掘削機が目標地盤に到達したか否かを判断する地盤評価方法であって、
前記時刻暦データに対してスペクトル解析を行い、周波数領域の関数である掘削時周波数スペクトルを演算するスペクトル解析ステップと、
前記掘削機の非掘削時に取得した非掘削時周波数スペクトルを、前記掘削時周波数スペクトルから差し引いて第一補正スペクトルを演算する第一補正ステップと、
前記目標地盤と同等の地盤を前記掘削機で掘削した際に取得した教師スペクトルの積分値を前記第一補正スペクトルの積分値で除算して補正係数を演算する補正係数演算ステップと、
前記第一補正スペクトルに前記補正係数を乗算して第二補正スペクトルを演算する第二補正ステップと、
前記教師スペクトルと前記第二補正スペクトルとの相関係数を演算する相関係数演算ステップと、
前記相関係数が閾値を超えているか否かを判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする地盤評価方法。
【請求項１】
掘削機の作動状態に相関する物理量の時刻暦データを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部で取得された時刻暦データを解析するデータ解析部と、
前記掘削機が目標地盤に到達したことを報知する報知部と、を備える地盤評価装置であって、
前記データ解析部は、
前記データ取得部で取得された時刻暦データに対してスペクトル解析を行い、周波数領域の関数である掘削時周波数スペクトルを演算するスペクトル解析手段と、
前記掘削機の非掘削時に取得した非掘削時周波数スペクトルを、前記掘削時周波数スペクトルから差し引いて第一補正スペクトルを演算する第一補正手段と、
前記目標地盤と同等の地盤を前記掘削機で掘削した際に取得した教師スペクトルを記憶する記憶手段と、
前記教師スペクトルの積分値を前記第一補正スペクトルの積分値で除算して補正係数を演算する補正係数演算手段と、
前記第一補正スペクトルに前記補正係数を乗算して第二補正スペクトルを演算する第二補正手段と、
前記教師スペクトルと前記第二補正スペクトルとの相関係数を演算する相関係数演算手段と、
前記相関係数が閾値を超えているか否かを判定する判定手段と、を具備し、
前記報知部は、前記相関係数が前記閾値を超えていると判定された場合に、前記掘削機が前記目標地盤に到達したことを報知する、ことを特徴とする地盤評価装置。
【請求項２】
掘削機の作動状態に相関する物理量の時刻暦データを取得し、
前記時刻暦データを解析して前記掘削機が目標地盤に到達したか否かを判断する地盤評価方法であって、
前記時刻暦データに対してスペクトル解析を行い、周波数領域の関数である掘削時周波数スペクトルを演算するスペクトル解析ステップと、
前記掘削機の非掘削時に取得した非掘削時周波数スペクトルを、前記掘削時周波数スペクトルから差し引いて第一補正スペクトルを演算する第一補正ステップと、
前記目標地盤と同等の地盤を前記掘削機で掘削した際に取得した教師スペクトルの積分値を前記第一補正スペクトルの積分値で除算して補正係数を演算する補正係数演算ステップと、
前記第一補正スペクトルに前記補正係数を乗算して第二補正スペクトルを演算する第二補正ステップと、
前記教師スペクトルと前記第二補正スペクトルとの相関係数を演算する相関係数演算ステップと、
前記相関係数が閾値を超えているか否かを判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする地盤評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−３８２５７（Ｐ２０１１−３８２５７Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８３９６８（Ｐ２００９−１８３９６８）
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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