ＧＰＳを用いた測量システム
【課題】海上工事などにおいて、高精度で杭などの移動体を位置決めすることができる。
【解決手段】ＧＰＳ３０を用いた測量システム１は、陸上４に設けたＧＰＳ固定局３１と、夫々にＧＰＳ移動局３２を取り付けることで常に絶対位置が把握され、自動追尾機能を有する複数のトータルステーション１０と、鋼管杭２に固定され、トータルステーション１０と同数以上の反射体２０と、ＧＰＳ移動局３２の位置に基づき、トータルステーション１０が反射体２０を視準して得られた反射体２０の位置座標を修正し、鋼管杭２の現実の位置を算出する解析手段４１と、鋼管杭２の現実の位置と計画位置との差を演算する比較手段４２とを備えている。
【解決手段】ＧＰＳ３０を用いた測量システム１は、陸上４に設けたＧＰＳ固定局３１と、夫々にＧＰＳ移動局３２を取り付けることで常に絶対位置が把握され、自動追尾機能を有する複数のトータルステーション１０と、鋼管杭２に固定され、トータルステーション１０と同数以上の反射体２０と、ＧＰＳ移動局３２の位置に基づき、トータルステーション１０が反射体２０を視準して得られた反射体２０の位置座標を修正し、鋼管杭２の現実の位置を算出する解析手段４１と、鋼管杭２の現実の位置と計画位置との差を演算する比較手段４２とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として海上工事の杭打設工事などで移動体の位置を測量するＧＰＳを用いた測量システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海上工事などで施工される鋼管杭（移動体）の打設工事において、鋼管杭の打設位置を測量する際には、海上にほとんど動揺のない測量櫓を設置し、基準点をその測量櫓上に設置する方法とされていた。この場合には、広範囲の施工に際しては数多くの測量櫓を設置する必要があるうえ、波浪がある水深の深い箇所では頑丈な測量櫓を設置しなければならなかった。また、鋼管杭の測量については、鋼管杭に対して二方向の測量櫓上の不動点から測量工によって手動追尾によってトランシット測量或いは光波側距を行っていた。この場合、鋼管杭に対する測量には、測量機械１台毎に必ず一人の測量工が配置されなければならず、測量工の技量による施工精度のバラツキがあり、さらには、人手による測量及び合図伝達による作業では手間や時間がかかり非効率的であった。
そこで、測量櫓を設置することなく、しかも測量の効率化を図る方法が、例えば特許文献１に提案されている。
特許文献１は、海上で動揺する鋼管杭を打設するための杭リーダ（鋼管杭を支持して打設方向に送り込む装置）を装備した杭打ち船に１台のトータルステーションを設置し、このトータルステーションで杭リーダを視準して位置座標を自動測量すると共に、ＲＴＫ（リアルタイムキネマテック）−ＧＰＳ測量によりトータルステーションの位置を観測することで、動揺する杭打ち船（トータルステーション）の位置をリアルタイムに確認しながら鋼管杭の打設施工を行うものである。
【特許文献１】特許第３６７６２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１では、杭打ち船上に杭リーダとトータルステーションとが設けられ、さらに杭リーダは杭打ち船に固定されている構成であり、それら両者の相対位置が変わらないことから、トータルステーションで杭リーダを視準することが容易とされている。ところが、バイブロハンマ（振動機）に上端部を支持された鋼管杭を、そのバイブロハンマと共にクレーンによって吊り下げて打設するような工事では、クレーンのブーム（特許文献１の杭リーダに相当）と鋼管杭とが固定状態ではなく、つまり、施工中の鋼管杭は振動、揺動、回転、上下することになるため、特許文献１のようにクレーンのブームの位置をトータルステーションで視準する方法だけでは、鋼管杭の位置、即ち打設精度を確保することが難しいといった問題があった。
とくに、近年では、海上施工のように厳しい施工条件であっても鋼管杭の打設精度を確保（例えば±５０ｍｍ以内）することが要求され、施工精度に余裕をもたせることをなくして工事費の増大を抑える傾向があり、鋼管杭が不規則に揺れ、回転などする場合における好適な測量方法が求められていた。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、海上工事などにおいて、高精度で杭などの移動体を位置決めすることができるＧＰＳを用いた測量システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係るＧＰＳを用いた測量システムでは、移動体を測量するＧＰＳを用いた測量システムであって、ＧＰＳ固定局と、自動追尾機能を有する複数のトータルステーションと、複数のトータルステーションの内少なくとも１台が設置されている動揺する架台と、トータルステーションが設置されて動揺する架台に設けられた少なくとも１台のＧＰＳ移動局と、移動体に固定されていてトータルステーションと同数以上の反射体と、複数のトータルステーションがそれぞれ反射体の一つを視準して得られた反射体の現実の位置を、トータルステーションと同一の動揺する架台上にあるＧＰＳ移動局の位置あるいはトータルステーションの当初設定の位置に基づき算出し、さらに複数の反射体の現実の位置から移動体の現実の位置を算出する解析手段と、移動体の現実の位置と移動体の計画位置との差を演算する比較手段とを備えていることを特徴としている。
本発明では、トータルステーションによって移動体に設けた反射体を自動で視準し、さらにＧＰＳ移動局を備えたトータルステーションはＧＰＳによって常に絶対位置が求められている。そして、トータルステーションによって視準した反射体の位置座標を補正し、移動体の現実の位置を把握し、移動体の計画位置と現実の位置とを比較しながら、移動体を計画位置となるように精度よく確実に位置決めすることができる。さらに、複数のトータルステーションによって移動体を視準する構成であり、移動体の動きに対応することができる。
【０００６】
また、本発明に係るＧＰＳを用いた測量システムでは、解析手段で算出された移動体の現実の位置と、移動体の計画位置とを表示するモニタが設けられていることが好ましい。
本発明では、モニタは、移動体の現実の位置と計画位置とが重ね合わされて同一平面上のモニタにリアルタイムに表示させることができる。そして、このモニタを確認しながら、移動体の位置決め操作を行うことができる。
【０００７】
また、本発明に係るＧＰＳを用いた測量システムでは、移動体は杭であって、杭の周方向に所定間隔をもって反射体が設けられていることが好ましい。
本発明では、複数のトータルステーションによって同時に視準することで杭の中心位置を算出することができる。
【０００８】
また、本発明に係るＧＰＳを用いた測量システムでは、反射体の側方には、遮蔽板が設けられていることが好ましい。
本発明では、遮蔽板を設けることで、トータルステーションによって二つの反射体を同時に捕捉することがなくなり、例えば移動体が回転などしたときに、周方向隣の反射体を自動的に捕捉して、自動追尾することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＧＰＳを用いた測量システムによれば、ＧＰＳ移動局を備えたトータルステーションの位置をＧＰＳによりリアルタイムで確認でき、複数のトータルステーションによって視準した反射体の位置座標をＧＰＳ移動局の現在位置に応じて修正することで、移動体の現実の位置を把握することができる。このように、トータルステーションの設置位置にかかわらず、例えば移動体の計画位置と現実の位置とを比較しながら、移動体を計画位置となるように精度よく確実に位置決めすることができる。したがって、トータルステーションを例えば海上で動揺する架台に設置することができるため、陸から遠い場所で杭などの移動体を、クレーンを使用して打設する工事において、杭が回転、揺動、振動、上下する場合であってもリアルタイムでその杭の現在の位置を確認しながら、計画位置に打設できるようにクレーンを操作して施工することができる。
すなわち、本測量システムでは、海上の架台上のトータルステーションの変動量をリアルタイムに把握し、基準点（ＧＰＳ移動局）の位置座標を修正することにより、変動する条件により発生する誤差を打ち消すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態によるＧＰＳを用いた測量システムについて、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による測量システムの全体概要を示す図、図２は鋼管杭に設けられる反射体の取付け状態を示す水平断面図、図３はモニタの表示内容を示す図、図４は測量システムにおける測量手順を示すフローチャート、図５はトータルステーションによる視準状態を示す概要図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施の形態による測量システム１は、海上において鋼管杭２（移動体、杭）を打設する工事に採用され、鋼管杭２の打設位置をトータルステーション１０及びＧＰＳ３０を用いて測量するものである。
本測量システム１は、海上に配置されている３台の台船などの架台３の夫々に設けられていて鋼管杭２を視準するトータルステーション１０（１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃ）と、鋼管杭２の頭部付近周囲に固定された複数の反射体２０と、陸上４に設けられた１台のＧＰＳ固定局３１と、トータルステーション１０に設けられていて基準点をなすＧＰＳ移動局３２（３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ）とを備えている。
これから、架台３とＧＰＳ移動局３２とトータルステーション１０の望遠鏡中心位置との相対位置関係は固定されることになる。なお、ＧＰＳ移動局３２は必ずしもトータルステーション１０に直接的に設けられている必要はなく、トータルステーション１０との相対位置関係が固定できる範囲で、同じ架台３上でトータルステーション１０の付近に別途に設けてもよい。本実施の形態では、この位置関係を満たす範囲で架台上にＧＰＳ移動局が設けられるものであり、トータルステーションに直接的に設ける場合も含むものとする。
そして、測量システム１には、ＧＰＳ移動局３２（トータルステーション１０）の位置座標（後述する移動局位置座標Ｐ）から、トータルステーション１０によって視準された鋼管杭２の位置座標（後述する現実位置座標Ｒ）を算出して、さらに鋼管杭２の中心位置（後述する現実中心位置Ｋ０）を算出し、鋼管杭２の計画中心位置Ｋｉと比較するコンピュータ４０が設けられ、その現実中心位置Ｋ０と計画中心位置Ｋｉとを出力するモニタ５０が設けられている。
【００１２】
以下、測量システム１の構成について、さらに詳しく説明する。
先ず、鋼管杭２は、その杭上端部が振動機能を有するバイブロハンマ（図示省略）によって支持され、そのバイブロハンマと共に船上に装備されたクレーン５によって吊られた状態とされている。そして、鋼管杭２は、海上における計画した打ち込み位置（計画位置）に鉛直方向に吊り降ろされると共に、バイブロハンマの振動によって海底地盤に打ち込まれる。なお、鋼管杭２は、クレーン５で吊られている状態であることから、通常は吊り降ろしの際に杭周方向に回転したり揺れが生じるものであり、これに基づいて以下説明する。
【００１３】
図１に示すように、ＧＰＳ３０は、例えば周知のＲＴＤ（リアルタイムダイナミクス）基線解析ソフトウェア（ＲＴＤ−ＧＰＳという）を使用して３箇所のＧＰＳ移動局３２Ａ，３２Ｂ、３２Ｃの正確な位置をリアルタイムで把握する機能を有するものである。なお、このＲＴＤ−ＧＰＳでは、時間的な誤差を解消することができ、測量誤差を小さくさせることができる。
そして、ＧＰＳ固定局３１及びＧＰＳ移動局３２は、とくに図示はしないが、それぞれアンテナ及び受信機を備えている。これらは、ＧＰＳ３０からの電波を受信する。この受信信号はＧＰＳ移動局３２の位置座標を特定できるものであり、この信号が無線又は有線によりコンピュータ４０に転送される。
【００１４】
ここで、ＧＰＳ移動局３２が設置されている架台３は、周知のように波浪の影響、或いは潮位の影響による水面の変動によって常時位置が不規則に変動するものである。そのため、測量システム１では、ＧＰＳ３０によって刻々と変化する各ＧＰＳ移動局３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ（トータルステーション１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）の位置座標をリアルタイムに観測する必要がある。なお、この位置座標を移動局位置座標Ｐ（ＰＡ（ＸＰＡ、ＹＰＡ、ＺＰＡ）、ＰＢ（ＸＰＢ、ＹＰＢ、ＺＰＢ）、ＰＣ（ＸＰＣ、ＹＰＣ、ＺＰＣ））とし、ＧＰＳ固定局３１の位置座標を固定局位置座標Ｐ０（ＸＰ０、ＹＰ０、ＺＰ０）とする。なお、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、Ｘ、Ｙを水平方向、Ｚを鉛直方向とする３次元直交座標系である。
【００１５】
図１に示すように、各トータルステーション１０は、発光部と受光部とを備え、レーザ光線Ｌ（図２参照）を１つの反射体２０に向けて照射させ、その反射光を受光して、光の位相差から反射体２０まで距離を自動測量する。そして、トータルステーション１０は、周知技術である自動追尾機能を有していて、鋼管杭２の回転や揺れなどで移動する鋼管杭２の反射体２０に対して追従させることでリアルタイムに視準することができる。
また、トータルステーション１０は、前記ＧＰＳ移動局３２との相対位置が変わらないため、ＧＰＳ３０により常に絶対位置が把握されている状態とされる。
そして、３台のトータルステーション１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃでは、鋼管杭２に対して３方向からそれぞれ視準し、刻々と変化する反射体２０の位置座標（これを、反射体位置座標Ｒ（ＲＡ（ＸＲＡ、ＹＲＡ、ＺＲＡ）、ＲＢ（ＸＲＢ、ＹＲＢ、ＺＲＢ）、ＲＣ（ＸＲＣ、ＹＲＣ、ＺＲＣ）とする）、或いはそれぞれのトータルステーション１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからそれぞれの反射体２０までの方位角と鉛直角および距離情報としてのｒＡ、ｒＢ、ｒＣを得て、それらの情報を所定時間毎に有線或いは無線でコンピュータ４０に送信する。
【００１６】
図２に示すように、トータルステーション１０によって視準される反射体２０は、例えば反射プリズムや反射シートなどが使用され、鋼管杭２の上端周囲２ａにその周方向に所定間隔をもって、トータルステーション１０と同数以上に取り付けられている。
そして、各反射体２０には、遮蔽板２１が設けられ、所定の角度で入射されるトータルステーション１０のレーザ光を遮断する構成をなしている。遮蔽板２１を設けることで、トータルステーション１０によって二つの反射体２０を同時に捕捉することがなくなり、鋼管杭２が回転したときに、一時的に捕捉状態が途切れても直ぐに周方向隣の反射体２０を自動的に捕捉して、自動追尾することができる。
つまり、施工中に鋼管杭２が回転し、初めに視準していた反射体２０（これを符号２０Ａとする）が視準できなくなったときに、自動的に隣の反射体２０Ｂ（あるいは符号２０Ｃの反射体）に切り替えて視準することができる。したがって、トータルステーション１０の自動追尾範囲内において、視準範囲内から視準していた反射体２０が外れる場合であっても測量不能になることを防止できる。
【００１７】
次に、コンピュータ４０の構成についてさらに具体的に説明する。
図１に示すように、コンピュータ４０は、解析手段４１と比較手段４２とを備えている。
解析手段４１は、各トータルステーション１０、ＧＰＳ固定局３１及びＧＰＳ移動局３２から第一通信手段４３によって伝達される信号（移動局位置情報、固定局位置情報、反射体位置座標Ｒ或いはトータルステーション１０から反射体２０までの方位角と鉛直角及び距離情報ｒ）に基づいて鋼管杭２の現実の位置（鋼管杭２に取り付けた反射体２０の現実の位置でもあり、これを補正反射体位置座標Ｒ’とする）を算出するものである。
具体的には、ＧＰＳ３０からの信号を受けたＧＰＳ移動局３２の受信信号とＧＰＳ固定局３１の受信信号によって、ＧＰＳ固定局位置座標Ｐ０、ＧＰＳ移動局位置座標Ｐが算出される。ＧＰＳ移動局３２とトータルステーション１０の望遠鏡中心位置については、架台の変動が水平方向の変動だけで水平方向の回転や鉛直方向の傾斜変動が無視できる場合にはその相対位置関係が決まるので、トータルステーション１０の望遠鏡中心位置座標が算出される。そして、このトータルステーション１０の望遠鏡中心位置座標に、トータルステーション１０の望遠鏡中心を基準とした３次元直交座標系における反射体位置座標Ｒをそれぞれの座標毎に加算して補正反射体位置座標Ｒ’が算出される。あるいは、トータルステーション１０からの情報が反射体２０までの方位角と鉛直角および距離情報ｒである場合には、その情報ｒを基に３次元直交座標系に換算して反射体位置座標Ｒとしてからトータルステーション１０の望遠鏡中心位置座標に加算して補正反射体位置座標Ｒ’が算出される。
なお、補正反射体位置座標Ｒ’は、トータルステーション１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ毎に、Ｒ’Ａ（ＸＲ’Ａ、ＹＲ’Ａ、ＺＲ´Ａ）、Ｒ’Ｂ（ＸＲ’Ｂ、ＹＲ’Ｂ、ＺＲ´Ｂ）、Ｒ’Ｃ（ＸＲ’Ｃ、ＹＲ’Ｃ、ＺＲ´Ｃ）とされる。
【００１８】
また、比較手段４２は、鋼管杭２の外周の３点に位置する現実の位置（補正反射体位置座標Ｒ’）から円の中心、すなわち鋼管杭２の現実中心位置Ｋ０（ＸＫ０、ＹＫ０、ＺＫ０）を算出し、現実中心位置Ｋ０と鋼管杭２の計画中心位置Ｋｉ（ＸＫｉ、ＹＫｉ、ＺＫｉ）との差を演算するものである（図５参照）。
なお、ここで、鋼管杭２（移動体）の現実の中心位置が鋼管杭２の現実の位置となる。これは鋼管杭２が円形であるためで、円形の場合の位置把握としては中心位置が適当だからである。移動体の位置把握に方向が関係してくるような場合、例えば移動体が三角形、長方形、不定形のような場合では、この移動体の現実の位置を把握する部位としては、移動体の外形の頂点、重心位置、外形線を採用する等、種々ある。いすれにしても、移動体の位置把握に最適な部位を採用すればよい。そしてこれらの部位による移動体の現実の位置は、移動体に取り付けた反射体の補正反射体位置から計算によって算出される。当然、移動体の計画位置は移動体の現実の位置を採用した部位と同じとなる。
【００１９】
図３に示すように、モニタ５０は、水平面座標系（ＸＹ座標系）における鋼管杭２の頭部付近の現実中心位置Ｋ０（ＸＫ０、ＹＫ０）と計画中心位置Ｋｉ（ＸＫｉ、ＹＫｉ）とが重ね合わされて同一平面上のモニタ５０にリアルタイムに表示させる構成をなしている。そして、上述した鋼管杭２の現実中心位置Ｋ０と計画位置（計画中心位置Ｋｉ（ＸＫｉ、ＹＫｉ）との差をＸＹ座標毎に数値で表示させるようにしてもよい。また、実際の施工時には、鋼管杭２の現実の位置が許容範囲である場合には「ＯＫ」を表示させ、この許容範囲から外れている場合には「ＮＧ」を表示させるようにしてもよい。
【００２０】
そして、このモニタ５０は、クレーン５（図１参照）の運転室内で、運転者から見やすい位置に設置しておくことが好ましいとされる（なお、図１ではクレーン５とモニタ５０とが離れた位置となっている）。そのときクレーン５の運転者は、鋼管杭２を吊った状態でモニタ５０を見ながら、鋼管杭２を所定の位置となるように操作することもできる。
また、打設された鋼管杭２の位置は、コンピュータ４０に記録、保管させるようにしてもよい。さらに、鋼管杭２の施工中の振れに対するクレーン５の操作データ（揚重速度など）と合わせてデータ管理してもよい。
【００２１】
次に、このような構成からなる測量システム１を用いて鋼管杭２の打設位置を測量する方法と杭の打設方法について図４などを参照して説明する。なお、本実施の形態では、鋼管杭２（杭）の打設位置の測量が目的であるため、Ｚ座標も計測するのであるが、そのＺ座標を除きＸＹ座標だけで説明する。
また、符号１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのトータルステーションは、夫々を区別するために第一乃至第三トータルステーションと呼ぶ。
先ず、ステップＳ１では、打設する鋼管杭２の水平面における計画位置（図５の符号Ｓ）の計画中心位置Ｋｉ（ＸＫｉ、ＹＫｉ）と、ＧＰＳ固定局３１の固定局位置座標Ｐ０（ＸＰ０、ＹＰ０）をコンピュータ４０（図１参照）に設定しておく。このとき、ＧＰＳ移動局３２を備えている各トータルステーション１０は、ＧＰＳ移動局３２との相対位置が変わることがないため、ＧＰＳ３０により常に絶対位置が把握されている状態となっている。
【００２２】
次に、図５に示すように、ステップＳ２では、時刻Ｔ１において、所定位置（実際の位置）で、第一トータルステーション１０Ａで所定の反射体２０を視準して反射体位置座標ＲＡ（ＸＲＡ、ＹＲＡ）、あるいはｒＡ（このｒは前述のｒである）を得る。そして、ステップＳ３で同時刻Ｔ１における第一トータルステーション１０Ａの移動局位置情報がＧＰＳ３０（図１参照）によって観測される。
さらに、ステップＳ４では、ステップＳ２及びＳ３で得られた位置情報がコンピュータ４０に転送される。このとき、反射体位置座標ＲＡは、解析手段４１により移動局位置座標ＰＡに応じて補正反射体位置座標Ｒ’Ａ（ＸＲ’Ａ、ＹＲ’Ａ）に補正される（図１参照）。
【００２３】
そして、上記の第一トータルステーション１０ＡのステップＳ２〜Ｓ４の動作と同時（時刻Ｔ１）に、第二トータルステーション１０Ｂ、第三トータルステーション１０Ｃのそれぞれについても、第一トータルステーション１０Ａと同様にステップＳ２〜Ｓ４が行われ、コンピュータ４０の解析手法４１により補正反射体位置座標Ｒ’Ｂ（ＸＲ’Ｂ、ＹＲ’Ｂ）、Ｒ’Ｃ（ＸＲ’Ｃ、ＹＲ’Ｃ）、すなわち鋼管杭２の外周の３点の座標が算出される。
次いで、ステップＳ５では、コンピュータ４０の比較手段４２によってステップＳ４で算出された３点の補正反射体位置座標Ｒ’Ａ、Ｒ’Ｂ、Ｒ’Ｃから平面視で鋼管杭２の円の中心位置、すなわち現実中心位置Ｋ０（ＸＫ０、ＹＫ０）が算出される。
【００２４】
その後、ステップＳ６で、コンピュータ４０の比較手段４２によって設定された鋼管杭２の平面視で計画中心位置Ｋｉ（Ｘｉ、Ｙｉ）と、上記算出した現実の鋼管杭２の現実中心位置Ｋ０（ＸＫ０、ＹＫ０）とを比較して差し、ステップＳ７でその値をモニタ５０に出力表示する。
そして、ステップＳ２〜Ｓ７は、図５に示す時刻Ｔ１におけるものであり、トータルステーション１０による視準及びＧＰＳ３０による観測は自動でリアルタイムに行われているため、時刻Ｔ２、Ｔ３、…において順次ステップＳ２〜Ｓ７を実行させることで、モニタ５０にはリアルタイムで現在位置を表示することができる。
このように、測量システム１では、鋼管杭２の現在の位置をリアルタイムで把握でき、鋼管杭２の計画位置と比較しながらクレーン５を使用して鋼管杭２を位置決めして、打ち込みすることができる。
なお、本測量システム１では、測量開始時に各トータルステーション１０で反射体２０に照準を合わせれば自動的に測量管理が可能となり、測量工の人員を削減することができる。
【００２５】
上述のように本実施の形態によるＧＰＳを用いた測量システムでは、ＧＰＳ移動局３２を備えたトータルステーション１０の位置をＧＰＳ３０によりリアルタイムで確認でき、複数のトータルステーション１０によって視準した反射体２０の位置座標をＧＰＳ移動局３２の現在位置に応じて修正することで、鋼管杭２の現実の位置（現実中心位置Ｋ０）を把握することができる。このように、トータルステーション１０の設置位置にかかわらず、鋼管杭２の計画位置と現実の位置とを比較しながら、鋼管杭２を計画位置となるように精度よく確実に位置決めすることができる。したがって、トータルステーション１０を、海上で動揺する架台３に設置することができるため、陸から遠い場所で鋼管杭２をクレーン５を使用して打設する工事において、鋼管杭２が回転、揺動、振動、上下する等で変動する場合であってもリアルタイムでその鋼管杭２の現在の位置を確認しながら、計画位置に打設できるようにクレーン５を操作して施工することができる。
すなわち、本測量システム１では、海上の架台３上のトータルステーション１０の変動量をリアルタイムに把握し、基準点（ＧＰＳ移動局３２）の位置座標を補正することにより、変動する条件により発生する誤差を打ち消すことができる。
【００２６】
以上、本発明によるＧＰＳを用いた測量システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の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で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では３台のトータルステーション１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを用いて鋼管杭２を視準しているが、この鋼管杭視準用のトータルステーションは２台或いは４台以上であってもかまわない。
また、本実施の形態では、ＧＰＳ移動局３２（トータルステーション１０）を架台３上に設置しているが、これに限定されることはなく、海上の所定位置に配置されている動揺体、例えば、導杭導枠、起重機船、桟橋などの架台或いは振動の影響を受ける地盤（これも本発明の「架台」に相当する）に適用することができる。
【００２７】
なお、上記実施の形態では架台３には、ＧＰＳ移動局３２とトータルステーション１０とが１台ずつ設けられている。これは、架台３の変動が水平方向の変動だけで水平方向の回転や鉛直方向が傾く変動が無視できる場合に採用される。架台３の変動が水平方向の回転を伴うような場合（変形例１）には、この架台３上の別の位置にＧＰＳ移動局を別途１台設ける。この場合、この２台のＧＰＳ移動局の位置情報から、トータルステーションの望遠鏡中心位置座標と、架台３の水平方向の向き(方位角)の変動量が算出される。そして、トータルステーションで測量した方位角に前記架台３の向きの変動量を加算して修正方位角とし、これを基に反射体位置座標Ｒが算出される。その後、トータルステーションの望遠鏡中心位置座標に反射体位置座標Ｒを加算して補正反射体位置座標Ｒ’が算出される。
さらに、架台３が鉛直方向の傾斜変動をも伴う場合（変形例２）には、この架台３上の別の位置にＧＰＳ移動局を別途２台設ける。この場合、この３台のＧＰＳ移動局の位置情報から、トータルステーションの望遠鏡中心位置座標と、架台３の水平方向の向き（方位角）の変動量が算出される。そして、トータルステーションで測量した方位角に前記架台３の向きの変動量を加算して修正方位角とし、これを基に反射体位置座標Ｒが算出される。その後、トータルステーションの望遠鏡中心位置座標に反射体位置座標Ｒを加算して補正反射体位置座標Ｒ´が算出される。
【００２８】
以上、架台３が水平回転を伴う場合、鉛直方向の傾斜変動をも伴う場合のＧＰＳ移動局の架台上の設置台数を説明したが、例えば架台３が大きなもので、ここに鋼管杭視準用の２台のトータルステーションを設けるようなときには、水平回転を伴う場合（変形例３）は、それぞれのトータルステーションにＧＰＳ移動局が設けられていればよく、鉛直方向の傾斜変動をも伴う場合（変形例４）は、同じ架台上に別途１台のＧＰＳ移動局を設けることになる。更に、架台３が水平回転を伴わない水平方向の移動だけを考慮すればよいという条件下（変形例５）では、同じ架台３上にある２台のトータルステーションの内一方の１台だけにＧＰＳ移動局を設けることが考えられる。
いずれにしても、ＧＰＳ移動局の架台３への設置台数は架台３の変動状況によって変わるものであるから、架台３の変動状況を勘案してそれぞれの架台３毎にＧＰＳ移動局の設置台数を決めればよい。
【００２９】
また、上記の変形例（１〜５）も含めた各実施の形態において鋼管杭の水平面的な打設位置測量だけでなく、鋼管杭の鉛直性も鋼管杭打設途中に測量する場合（変形例６）は、鋼管杭の長さ方向中間部付近周囲にも、鋼管杭の頭部付近周囲に設けた反射体２０と同様な反射体を設けるようにする。この場合、中間部の反射体を視準するトータルステーションは、上記の実施例における鋼管杭頭部付近周囲に設けた反射体２０を視準するトータルステーション１０の付近でかつ同一架台３上に別途１台設ければよい。そのようにすれば中間部視準用としての追加のＧＰＳ移動局は必要なく、上記の頭部視準用のトータルステーションの位置座標を算出するために設けたＧＰＳ移動局の受信情報を共用して中間部視準用のトータルステーションの位置座標が算出でき、またこの座標から鋼管杭中間部の補正反射体位置座標と現実中心位置が算出できる。そして、比較手段４２で、ＸＹ座標での鋼管杭の中間部計画中心位置（鋼管杭の頭部付近の計画中心位置と同じ）と鋼管杭の中間部の現実中心位置との差を演算する。モニタ５０には、ＸＺ座標やＹＺ座標の断面を表示するようにし、鋼管杭の計画中心位置を表す鉛直線と、鋼管杭の頭部付近と中間部付近の現実中心位置間を直線で表したものを重ね合わせ表示する。また、傾斜計などの数値で表示する。このように表示することにより鋼管杭の傾きが確認できる。そして鋼管杭の傾きが許容範囲以内であれば「ＯＫ」を、許容範囲外になれば「ＮＧ」を表示するようにしてもよい。
【００３０】
また、上記の変形例（１〜６）も含めた各実施の形態において、鋼管杭視準用のトータルステーションは全て変動する架台に設けられている場合で説明したが、全てのトータルステーションが全て動揺（変動）する架台に設ける必要はなく、そのうちの一部は陸上や動かない架台等の不動とみなされる盤上に設けるものであってよい。不動盤上にトータルステーションを設けた場合ＧＰＳ移動局はなくてもよい。その場合、そのトータルステーションが視準した反射体位置情報と、そのトータルステーションの当初設定位置座標に基づいて鋼管杭の中心位置が算出される。ただ、不動盤上であっても、そこの位置に少なくとも１台のＧＰＳ移動局を設けておく、つまり全てのトータルステーションには、対応するＧＰＳ移動局がある方が好ましい。本発明は、複数のトータルステーションの内、少なくとも１台が動揺する架台に設ける必要性がある場合に好適に適用できるものであり、その場合その架台上には少なくとも１台のＧＰＳ移動局が設けられることになる。
【００３１】
なお、コンピュータ４０の解析手段４１および比較手段４２は、上記の全ての変形例も含めた各実施の形態に対応できるようになっている。例えば、解析手段では同じ架台上に視準用のトータルステーションとＧＰＳ移動局が設けられているところでは、ＧＰＳ移動局の位置情報に基づいてトータルステーションの望遠鏡中心位置座標が算出されるとともに補正反射体位置座標が算出され、視準用のトータルステーションに対応するＧＰＳ移動局が設けられていないところでは、当初設定のトータルステーションの位置座標に基づき補正反射体位置座標が算出される。そして、複数の補正反射体位置座標を基に鋼管杭の現実の中心位置を算出するようになっている。それから、図示はしていないが、コンピュータ４０は、当初設定のトータルステーションの位置座標、鋼管杭の中心位置座標等の各種データやＲＴＤ基線解析ソフトを保存する記憶手段を有している。
それから、本発明の測量システムにおいて、解析手段では移動体の補正反射体位置だけの出力（モニタ表示）、移動体の現実の位置までの出力（モニタ表示）、でよい場合が考えられるので、コンピュータ４０の解析手段、比較手段それぞれは、その場合に対応できるような出力手段を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態による測量システムの全体概要を示す図である。
【図２】鋼管杭に設けられる反射体の取付け状態を示す水平断面図である。
【図３】モニタの表示内容を示す図である。
【図４】測量システムにおける測量手順を示すフローチャートである。
【図５】トータルステーションによる視準状態を示す概要図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 測量システム
２ 鋼管杭
３ 架台
５ クレーン
１０ トータルステーション
２０ 反射体
２１ 遮蔽板
３０ ＧＰＳ
３１ ＧＰＳ固定局
３２ ＧＰＳ移動局
４０ コンピュータ
４１ 解析手段
４２ 比較手段
５０ モニタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として海上工事の杭打設工事などで移動体の位置を測量するＧＰＳを用いた測量システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海上工事などで施工される鋼管杭（移動体）の打設工事において、鋼管杭の打設位置を測量する際には、海上にほとんど動揺のない測量櫓を設置し、基準点をその測量櫓上に設置する方法とされていた。この場合には、広範囲の施工に際しては数多くの測量櫓を設置する必要があるうえ、波浪がある水深の深い箇所では頑丈な測量櫓を設置しなければならなかった。また、鋼管杭の測量については、鋼管杭に対して二方向の測量櫓上の不動点から測量工によって手動追尾によってトランシット測量或いは光波側距を行っていた。この場合、鋼管杭に対する測量には、測量機械１台毎に必ず一人の測量工が配置されなければならず、測量工の技量による施工精度のバラツキがあり、さらには、人手による測量及び合図伝達による作業では手間や時間がかかり非効率的であった。
そこで、測量櫓を設置することなく、しかも測量の効率化を図る方法が、例えば特許文献１に提案されている。
特許文献１は、海上で動揺する鋼管杭を打設するための杭リーダ（鋼管杭を支持して打設方向に送り込む装置）を装備した杭打ち船に１台のトータルステーションを設置し、このトータルステーションで杭リーダを視準して位置座標を自動測量すると共に、ＲＴＫ（リアルタイムキネマテック）−ＧＰＳ測量によりトータルステーションの位置を観測することで、動揺する杭打ち船（トータルステーション）の位置をリアルタイムに確認しながら鋼管杭の打設施工を行うものである。
【特許文献１】特許第３６７６２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１では、杭打ち船上に杭リーダとトータルステーションとが設けられ、さらに杭リーダは杭打ち船に固定されている構成であり、それら両者の相対位置が変わらないことから、トータルステーションで杭リーダを視準することが容易とされている。ところが、バイブロハンマ（振動機）に上端部を支持された鋼管杭を、そのバイブロハンマと共にクレーンによって吊り下げて打設するような工事では、クレーンのブーム（特許文献１の杭リーダに相当）と鋼管杭とが固定状態ではなく、つまり、施工中の鋼管杭は振動、揺動、回転、上下することになるため、特許文献１のようにクレーンのブームの位置をトータルステーションで視準する方法だけでは、鋼管杭の位置、即ち打設精度を確保することが難しいといった問題があった。
とくに、近年では、海上施工のように厳しい施工条件であっても鋼管杭の打設精度を確保（例えば±５０ｍｍ以内）することが要求され、施工精度に余裕をもたせることをなくして工事費の増大を抑える傾向があり、鋼管杭が不規則に揺れ、回転などする場合における好適な測量方法が求められていた。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、海上工事などにおいて、高精度で杭などの移動体を位置決めすることができるＧＰＳを用いた測量システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係るＧＰＳを用いた測量システムでは、移動体を測量するＧＰＳを用いた測量システムであって、ＧＰＳ固定局と、自動追尾機能を有する複数のトータルステーションと、複数のトータルステーションの内少なくとも１台が設置されている動揺する架台と、トータルステーションが設置されて動揺する架台に設けられた少なくとも１台のＧＰＳ移動局と、移動体に固定されていてトータルステーションと同数以上の反射体と、複数のトータルステーションがそれぞれ反射体の一つを視準して得られた反射体の現実の位置を、トータルステーションと同一の動揺する架台上にあるＧＰＳ移動局の位置あるいはトータルステーションの当初設定の位置に基づき算出し、さらに複数の反射体の現実の位置から移動体の現実の位置を算出する解析手段と、移動体の現実の位置と移動体の計画位置との差を演算する比較手段とを備えていることを特徴としている。
本発明では、トータルステーションによって移動体に設けた反射体を自動で視準し、さらにＧＰＳ移動局を備えたトータルステーションはＧＰＳによって常に絶対位置が求められている。そして、トータルステーションによって視準した反射体の位置座標を補正し、移動体の現実の位置を把握し、移動体の計画位置と現実の位置とを比較しながら、移動体を計画位置となるように精度よく確実に位置決めすることができる。さらに、複数のトータルステーションによって移動体を視準する構成であり、移動体の動きに対応することができる。
【０００６】
また、本発明に係るＧＰＳを用いた測量システムでは、解析手段で算出された移動体の現実の位置と、移動体の計画位置とを表示するモニタが設けられていることが好ましい。
本発明では、モニタは、移動体の現実の位置と計画位置とが重ね合わされて同一平面上のモニタにリアルタイムに表示させることができる。そして、このモニタを確認しながら、移動体の位置決め操作を行うことができる。
【０００７】
また、本発明に係るＧＰＳを用いた測量システムでは、移動体は杭であって、杭の周方向に所定間隔をもって反射体が設けられていることが好ましい。
本発明では、複数のトータルステーションによって同時に視準することで杭の中心位置を算出することができる。
【０００８】
また、本発明に係るＧＰＳを用いた測量システムでは、反射体の側方には、遮蔽板が設けられていることが好ましい。
本発明では、遮蔽板を設けることで、トータルステーションによって二つの反射体を同時に捕捉することがなくなり、例えば移動体が回転などしたときに、周方向隣の反射体を自動的に捕捉して、自動追尾することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＧＰＳを用いた測量システムによれば、ＧＰＳ移動局を備えたトータルステーションの位置をＧＰＳによりリアルタイムで確認でき、複数のトータルステーションによって視準した反射体の位置座標をＧＰＳ移動局の現在位置に応じて修正することで、移動体の現実の位置を把握することができる。このように、トータルステーションの設置位置にかかわらず、例えば移動体の計画位置と現実の位置とを比較しながら、移動体を計画位置となるように精度よく確実に位置決めすることができる。したがって、トータルステーションを例えば海上で動揺する架台に設置することができるため、陸から遠い場所で杭などの移動体を、クレーンを使用して打設する工事において、杭が回転、揺動、振動、上下する場合であってもリアルタイムでその杭の現在の位置を確認しながら、計画位置に打設できるようにクレーンを操作して施工することができる。
すなわち、本測量システムでは、海上の架台上のトータルステーションの変動量をリアルタイムに把握し、基準点（ＧＰＳ移動局）の位置座標を修正することにより、変動する条件により発生する誤差を打ち消すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態によるＧＰＳを用いた測量システムについて、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による測量システムの全体概要を示す図、図２は鋼管杭に設けられる反射体の取付け状態を示す水平断面図、図３はモニタの表示内容を示す図、図４は測量システムにおける測量手順を示すフローチャート、図５はトータルステーションによる視準状態を示す概要図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施の形態による測量システム１は、海上において鋼管杭２（移動体、杭）を打設する工事に採用され、鋼管杭２の打設位置をトータルステーション１０及びＧＰＳ３０を用いて測量するものである。
本測量システム１は、海上に配置されている３台の台船などの架台３の夫々に設けられていて鋼管杭２を視準するトータルステーション１０（１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃ）と、鋼管杭２の頭部付近周囲に固定された複数の反射体２０と、陸上４に設けられた１台のＧＰＳ固定局３１と、トータルステーション１０に設けられていて基準点をなすＧＰＳ移動局３２（３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ）とを備えている。
これから、架台３とＧＰＳ移動局３２とトータルステーション１０の望遠鏡中心位置との相対位置関係は固定されることになる。なお、ＧＰＳ移動局３２は必ずしもトータルステーション１０に直接的に設けられている必要はなく、トータルステーション１０との相対位置関係が固定できる範囲で、同じ架台３上でトータルステーション１０の付近に別途に設けてもよい。本実施の形態では、この位置関係を満たす範囲で架台上にＧＰＳ移動局が設けられるものであり、トータルステーションに直接的に設ける場合も含むものとする。
そして、測量システム１には、ＧＰＳ移動局３２（トータルステーション１０）の位置座標（後述する移動局位置座標Ｐ）から、トータルステーション１０によって視準された鋼管杭２の位置座標（後述する現実位置座標Ｒ）を算出して、さらに鋼管杭２の中心位置（後述する現実中心位置Ｋ０）を算出し、鋼管杭２の計画中心位置Ｋｉと比較するコンピュータ４０が設けられ、その現実中心位置Ｋ０と計画中心位置Ｋｉとを出力するモニタ５０が設けられている。
【００１２】
以下、測量システム１の構成について、さらに詳しく説明する。
先ず、鋼管杭２は、その杭上端部が振動機能を有するバイブロハンマ（図示省略）によって支持され、そのバイブロハンマと共に船上に装備されたクレーン５によって吊られた状態とされている。そして、鋼管杭２は、海上における計画した打ち込み位置（計画位置）に鉛直方向に吊り降ろされると共に、バイブロハンマの振動によって海底地盤に打ち込まれる。なお、鋼管杭２は、クレーン５で吊られている状態であることから、通常は吊り降ろしの際に杭周方向に回転したり揺れが生じるものであり、これに基づいて以下説明する。
【００１３】
図１に示すように、ＧＰＳ３０は、例えば周知のＲＴＤ（リアルタイムダイナミクス）基線解析ソフトウェア（ＲＴＤ−ＧＰＳという）を使用して３箇所のＧＰＳ移動局３２Ａ，３２Ｂ、３２Ｃの正確な位置をリアルタイムで把握する機能を有するものである。なお、このＲＴＤ−ＧＰＳでは、時間的な誤差を解消することができ、測量誤差を小さくさせることができる。
そして、ＧＰＳ固定局３１及びＧＰＳ移動局３２は、とくに図示はしないが、それぞれアンテナ及び受信機を備えている。これらは、ＧＰＳ３０からの電波を受信する。この受信信号はＧＰＳ移動局３２の位置座標を特定できるものであり、この信号が無線又は有線によりコンピュータ４０に転送される。
【００１４】
ここで、ＧＰＳ移動局３２が設置されている架台３は、周知のように波浪の影響、或いは潮位の影響による水面の変動によって常時位置が不規則に変動するものである。そのため、測量システム１では、ＧＰＳ３０によって刻々と変化する各ＧＰＳ移動局３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ（トータルステーション１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）の位置座標をリアルタイムに観測する必要がある。なお、この位置座標を移動局位置座標Ｐ（ＰＡ（ＸＰＡ、ＹＰＡ、ＺＰＡ）、ＰＢ（ＸＰＢ、ＹＰＢ、ＺＰＢ）、ＰＣ（ＸＰＣ、ＹＰＣ、ＺＰＣ））とし、ＧＰＳ固定局３１の位置座標を固定局位置座標Ｐ０（ＸＰ０、ＹＰ０、ＺＰ０）とする。なお、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、Ｘ、Ｙを水平方向、Ｚを鉛直方向とする３次元直交座標系である。
【００１５】
図１に示すように、各トータルステーション１０は、発光部と受光部とを備え、レーザ光線Ｌ（図２参照）を１つの反射体２０に向けて照射させ、その反射光を受光して、光の位相差から反射体２０まで距離を自動測量する。そして、トータルステーション１０は、周知技術である自動追尾機能を有していて、鋼管杭２の回転や揺れなどで移動する鋼管杭２の反射体２０に対して追従させることでリアルタイムに視準することができる。
また、トータルステーション１０は、前記ＧＰＳ移動局３２との相対位置が変わらないため、ＧＰＳ３０により常に絶対位置が把握されている状態とされる。
そして、３台のトータルステーション１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃでは、鋼管杭２に対して３方向からそれぞれ視準し、刻々と変化する反射体２０の位置座標（これを、反射体位置座標Ｒ（ＲＡ（ＸＲＡ、ＹＲＡ、ＺＲＡ）、ＲＢ（ＸＲＢ、ＹＲＢ、ＺＲＢ）、ＲＣ（ＸＲＣ、ＹＲＣ、ＺＲＣ）とする）、或いはそれぞれのトータルステーション１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからそれぞれの反射体２０までの方位角と鉛直角および距離情報としてのｒＡ、ｒＢ、ｒＣを得て、それらの情報を所定時間毎に有線或いは無線でコンピュータ４０に送信する。
【００１６】
図２に示すように、トータルステーション１０によって視準される反射体２０は、例えば反射プリズムや反射シートなどが使用され、鋼管杭２の上端周囲２ａにその周方向に所定間隔をもって、トータルステーション１０と同数以上に取り付けられている。
そして、各反射体２０には、遮蔽板２１が設けられ、所定の角度で入射されるトータルステーション１０のレーザ光を遮断する構成をなしている。遮蔽板２１を設けることで、トータルステーション１０によって二つの反射体２０を同時に捕捉することがなくなり、鋼管杭２が回転したときに、一時的に捕捉状態が途切れても直ぐに周方向隣の反射体２０を自動的に捕捉して、自動追尾することができる。
つまり、施工中に鋼管杭２が回転し、初めに視準していた反射体２０（これを符号２０Ａとする）が視準できなくなったときに、自動的に隣の反射体２０Ｂ（あるいは符号２０Ｃの反射体）に切り替えて視準することができる。したがって、トータルステーション１０の自動追尾範囲内において、視準範囲内から視準していた反射体２０が外れる場合であっても測量不能になることを防止できる。
【００１７】
次に、コンピュータ４０の構成についてさらに具体的に説明する。
図１に示すように、コンピュータ４０は、解析手段４１と比較手段４２とを備えている。
解析手段４１は、各トータルステーション１０、ＧＰＳ固定局３１及びＧＰＳ移動局３２から第一通信手段４３によって伝達される信号（移動局位置情報、固定局位置情報、反射体位置座標Ｒ或いはトータルステーション１０から反射体２０までの方位角と鉛直角及び距離情報ｒ）に基づいて鋼管杭２の現実の位置（鋼管杭２に取り付けた反射体２０の現実の位置でもあり、これを補正反射体位置座標Ｒ’とする）を算出するものである。
具体的には、ＧＰＳ３０からの信号を受けたＧＰＳ移動局３２の受信信号とＧＰＳ固定局３１の受信信号によって、ＧＰＳ固定局位置座標Ｐ０、ＧＰＳ移動局位置座標Ｐが算出される。ＧＰＳ移動局３２とトータルステーション１０の望遠鏡中心位置については、架台の変動が水平方向の変動だけで水平方向の回転や鉛直方向の傾斜変動が無視できる場合にはその相対位置関係が決まるので、トータルステーション１０の望遠鏡中心位置座標が算出される。そして、このトータルステーション１０の望遠鏡中心位置座標に、トータルステーション１０の望遠鏡中心を基準とした３次元直交座標系における反射体位置座標Ｒをそれぞれの座標毎に加算して補正反射体位置座標Ｒ’が算出される。あるいは、トータルステーション１０からの情報が反射体２０までの方位角と鉛直角および距離情報ｒである場合には、その情報ｒを基に３次元直交座標系に換算して反射体位置座標Ｒとしてからトータルステーション１０の望遠鏡中心位置座標に加算して補正反射体位置座標Ｒ’が算出される。
なお、補正反射体位置座標Ｒ’は、トータルステーション１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ毎に、Ｒ’Ａ（ＸＲ’Ａ、ＹＲ’Ａ、ＺＲ´Ａ）、Ｒ’Ｂ（ＸＲ’Ｂ、ＹＲ’Ｂ、ＺＲ´Ｂ）、Ｒ’Ｃ（ＸＲ’Ｃ、ＹＲ’Ｃ、ＺＲ´Ｃ）とされる。
【００１８】
また、比較手段４２は、鋼管杭２の外周の３点に位置する現実の位置（補正反射体位置座標Ｒ’）から円の中心、すなわち鋼管杭２の現実中心位置Ｋ０（ＸＫ０、ＹＫ０、ＺＫ０）を算出し、現実中心位置Ｋ０と鋼管杭２の計画中心位置Ｋｉ（ＸＫｉ、ＹＫｉ、ＺＫｉ）との差を演算するものである（図５参照）。
なお、ここで、鋼管杭２（移動体）の現実の中心位置が鋼管杭２の現実の位置となる。これは鋼管杭２が円形であるためで、円形の場合の位置把握としては中心位置が適当だからである。移動体の位置把握に方向が関係してくるような場合、例えば移動体が三角形、長方形、不定形のような場合では、この移動体の現実の位置を把握する部位としては、移動体の外形の頂点、重心位置、外形線を採用する等、種々ある。いすれにしても、移動体の位置把握に最適な部位を採用すればよい。そしてこれらの部位による移動体の現実の位置は、移動体に取り付けた反射体の補正反射体位置から計算によって算出される。当然、移動体の計画位置は移動体の現実の位置を採用した部位と同じとなる。
【００１９】
図３に示すように、モニタ５０は、水平面座標系（ＸＹ座標系）における鋼管杭２の頭部付近の現実中心位置Ｋ０（ＸＫ０、ＹＫ０）と計画中心位置Ｋｉ（ＸＫｉ、ＹＫｉ）とが重ね合わされて同一平面上のモニタ５０にリアルタイムに表示させる構成をなしている。そして、上述した鋼管杭２の現実中心位置Ｋ０と計画位置（計画中心位置Ｋｉ（ＸＫｉ、ＹＫｉ）との差をＸＹ座標毎に数値で表示させるようにしてもよい。また、実際の施工時には、鋼管杭２の現実の位置が許容範囲である場合には「ＯＫ」を表示させ、この許容範囲から外れている場合には「ＮＧ」を表示させるようにしてもよい。
【００２０】
そして、このモニタ５０は、クレーン５（図１参照）の運転室内で、運転者から見やすい位置に設置しておくことが好ましいとされる（なお、図１ではクレーン５とモニタ５０とが離れた位置となっている）。そのときクレーン５の運転者は、鋼管杭２を吊った状態でモニタ５０を見ながら、鋼管杭２を所定の位置となるように操作することもできる。
また、打設された鋼管杭２の位置は、コンピュータ４０に記録、保管させるようにしてもよい。さらに、鋼管杭２の施工中の振れに対するクレーン５の操作データ（揚重速度など）と合わせてデータ管理してもよい。
【００２１】
次に、このような構成からなる測量システム１を用いて鋼管杭２の打設位置を測量する方法と杭の打設方法について図４などを参照して説明する。なお、本実施の形態では、鋼管杭２（杭）の打設位置の測量が目的であるため、Ｚ座標も計測するのであるが、そのＺ座標を除きＸＹ座標だけで説明する。
また、符号１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのトータルステーションは、夫々を区別するために第一乃至第三トータルステーションと呼ぶ。
先ず、ステップＳ１では、打設する鋼管杭２の水平面における計画位置（図５の符号Ｓ）の計画中心位置Ｋｉ（ＸＫｉ、ＹＫｉ）と、ＧＰＳ固定局３１の固定局位置座標Ｐ０（ＸＰ０、ＹＰ０）をコンピュータ４０（図１参照）に設定しておく。このとき、ＧＰＳ移動局３２を備えている各トータルステーション１０は、ＧＰＳ移動局３２との相対位置が変わることがないため、ＧＰＳ３０により常に絶対位置が把握されている状態となっている。
【００２２】
次に、図５に示すように、ステップＳ２では、時刻Ｔ１において、所定位置（実際の位置）で、第一トータルステーション１０Ａで所定の反射体２０を視準して反射体位置座標ＲＡ（ＸＲＡ、ＹＲＡ）、あるいはｒＡ（このｒは前述のｒである）を得る。そして、ステップＳ３で同時刻Ｔ１における第一トータルステーション１０Ａの移動局位置情報がＧＰＳ３０（図１参照）によって観測される。
さらに、ステップＳ４では、ステップＳ２及びＳ３で得られた位置情報がコンピュータ４０に転送される。このとき、反射体位置座標ＲＡは、解析手段４１により移動局位置座標ＰＡに応じて補正反射体位置座標Ｒ’Ａ（ＸＲ’Ａ、ＹＲ’Ａ）に補正される（図１参照）。
【００２３】
そして、上記の第一トータルステーション１０ＡのステップＳ２〜Ｓ４の動作と同時（時刻Ｔ１）に、第二トータルステーション１０Ｂ、第三トータルステーション１０Ｃのそれぞれについても、第一トータルステーション１０Ａと同様にステップＳ２〜Ｓ４が行われ、コンピュータ４０の解析手法４１により補正反射体位置座標Ｒ’Ｂ（ＸＲ’Ｂ、ＹＲ’Ｂ）、Ｒ’Ｃ（ＸＲ’Ｃ、ＹＲ’Ｃ）、すなわち鋼管杭２の外周の３点の座標が算出される。
次いで、ステップＳ５では、コンピュータ４０の比較手段４２によってステップＳ４で算出された３点の補正反射体位置座標Ｒ’Ａ、Ｒ’Ｂ、Ｒ’Ｃから平面視で鋼管杭２の円の中心位置、すなわち現実中心位置Ｋ０（ＸＫ０、ＹＫ０）が算出される。
【００２４】
その後、ステップＳ６で、コンピュータ４０の比較手段４２によって設定された鋼管杭２の平面視で計画中心位置Ｋｉ（Ｘｉ、Ｙｉ）と、上記算出した現実の鋼管杭２の現実中心位置Ｋ０（ＸＫ０、ＹＫ０）とを比較して差し、ステップＳ７でその値をモニタ５０に出力表示する。
そして、ステップＳ２〜Ｓ７は、図５に示す時刻Ｔ１におけるものであり、トータルステーション１０による視準及びＧＰＳ３０による観測は自動でリアルタイムに行われているため、時刻Ｔ２、Ｔ３、…において順次ステップＳ２〜Ｓ７を実行させることで、モニタ５０にはリアルタイムで現在位置を表示することができる。
このように、測量システム１では、鋼管杭２の現在の位置をリアルタイムで把握でき、鋼管杭２の計画位置と比較しながらクレーン５を使用して鋼管杭２を位置決めして、打ち込みすることができる。
なお、本測量システム１では、測量開始時に各トータルステーション１０で反射体２０に照準を合わせれば自動的に測量管理が可能となり、測量工の人員を削減することができる。
【００２５】
上述のように本実施の形態によるＧＰＳを用いた測量システムでは、ＧＰＳ移動局３２を備えたトータルステーション１０の位置をＧＰＳ３０によりリアルタイムで確認でき、複数のトータルステーション１０によって視準した反射体２０の位置座標をＧＰＳ移動局３２の現在位置に応じて修正することで、鋼管杭２の現実の位置（現実中心位置Ｋ０）を把握することができる。このように、トータルステーション１０の設置位置にかかわらず、鋼管杭２の計画位置と現実の位置とを比較しながら、鋼管杭２を計画位置となるように精度よく確実に位置決めすることができる。したがって、トータルステーション１０を、海上で動揺する架台３に設置することができるため、陸から遠い場所で鋼管杭２をクレーン５を使用して打設する工事において、鋼管杭２が回転、揺動、振動、上下する等で変動する場合であってもリアルタイムでその鋼管杭２の現在の位置を確認しながら、計画位置に打設できるようにクレーン５を操作して施工することができる。
すなわち、本測量システム１では、海上の架台３上のトータルステーション１０の変動量をリアルタイムに把握し、基準点（ＧＰＳ移動局３２）の位置座標を補正することにより、変動する条件により発生する誤差を打ち消すことができる。
【００２６】
以上、本発明によるＧＰＳを用いた測量システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の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で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では３台のトータルステーション１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを用いて鋼管杭２を視準しているが、この鋼管杭視準用のトータルステーションは２台或いは４台以上であってもかまわない。
また、本実施の形態では、ＧＰＳ移動局３２（トータルステーション１０）を架台３上に設置しているが、これに限定されることはなく、海上の所定位置に配置されている動揺体、例えば、導杭導枠、起重機船、桟橋などの架台或いは振動の影響を受ける地盤（これも本発明の「架台」に相当する）に適用することができる。
【００２７】
なお、上記実施の形態では架台３には、ＧＰＳ移動局３２とトータルステーション１０とが１台ずつ設けられている。これは、架台３の変動が水平方向の変動だけで水平方向の回転や鉛直方向が傾く変動が無視できる場合に採用される。架台３の変動が水平方向の回転を伴うような場合（変形例１）には、この架台３上の別の位置にＧＰＳ移動局を別途１台設ける。この場合、この２台のＧＰＳ移動局の位置情報から、トータルステーションの望遠鏡中心位置座標と、架台３の水平方向の向き(方位角)の変動量が算出される。そして、トータルステーションで測量した方位角に前記架台３の向きの変動量を加算して修正方位角とし、これを基に反射体位置座標Ｒが算出される。その後、トータルステーションの望遠鏡中心位置座標に反射体位置座標Ｒを加算して補正反射体位置座標Ｒ’が算出される。
さらに、架台３が鉛直方向の傾斜変動をも伴う場合（変形例２）には、この架台３上の別の位置にＧＰＳ移動局を別途２台設ける。この場合、この３台のＧＰＳ移動局の位置情報から、トータルステーションの望遠鏡中心位置座標と、架台３の水平方向の向き（方位角）の変動量が算出される。そして、トータルステーションで測量した方位角に前記架台３の向きの変動量を加算して修正方位角とし、これを基に反射体位置座標Ｒが算出される。その後、トータルステーションの望遠鏡中心位置座標に反射体位置座標Ｒを加算して補正反射体位置座標Ｒ´が算出される。
【００２８】
以上、架台３が水平回転を伴う場合、鉛直方向の傾斜変動をも伴う場合のＧＰＳ移動局の架台上の設置台数を説明したが、例えば架台３が大きなもので、ここに鋼管杭視準用の２台のトータルステーションを設けるようなときには、水平回転を伴う場合（変形例３）は、それぞれのトータルステーションにＧＰＳ移動局が設けられていればよく、鉛直方向の傾斜変動をも伴う場合（変形例４）は、同じ架台上に別途１台のＧＰＳ移動局を設けることになる。更に、架台３が水平回転を伴わない水平方向の移動だけを考慮すればよいという条件下（変形例５）では、同じ架台３上にある２台のトータルステーションの内一方の１台だけにＧＰＳ移動局を設けることが考えられる。
いずれにしても、ＧＰＳ移動局の架台３への設置台数は架台３の変動状況によって変わるものであるから、架台３の変動状況を勘案してそれぞれの架台３毎にＧＰＳ移動局の設置台数を決めればよい。
【００２９】
また、上記の変形例（１〜５）も含めた各実施の形態において鋼管杭の水平面的な打設位置測量だけでなく、鋼管杭の鉛直性も鋼管杭打設途中に測量する場合（変形例６）は、鋼管杭の長さ方向中間部付近周囲にも、鋼管杭の頭部付近周囲に設けた反射体２０と同様な反射体を設けるようにする。この場合、中間部の反射体を視準するトータルステーションは、上記の実施例における鋼管杭頭部付近周囲に設けた反射体２０を視準するトータルステーション１０の付近でかつ同一架台３上に別途１台設ければよい。そのようにすれば中間部視準用としての追加のＧＰＳ移動局は必要なく、上記の頭部視準用のトータルステーションの位置座標を算出するために設けたＧＰＳ移動局の受信情報を共用して中間部視準用のトータルステーションの位置座標が算出でき、またこの座標から鋼管杭中間部の補正反射体位置座標と現実中心位置が算出できる。そして、比較手段４２で、ＸＹ座標での鋼管杭の中間部計画中心位置（鋼管杭の頭部付近の計画中心位置と同じ）と鋼管杭の中間部の現実中心位置との差を演算する。モニタ５０には、ＸＺ座標やＹＺ座標の断面を表示するようにし、鋼管杭の計画中心位置を表す鉛直線と、鋼管杭の頭部付近と中間部付近の現実中心位置間を直線で表したものを重ね合わせ表示する。また、傾斜計などの数値で表示する。このように表示することにより鋼管杭の傾きが確認できる。そして鋼管杭の傾きが許容範囲以内であれば「ＯＫ」を、許容範囲外になれば「ＮＧ」を表示するようにしてもよい。
【００３０】
また、上記の変形例（１〜６）も含めた各実施の形態において、鋼管杭視準用のトータルステーションは全て変動する架台に設けられている場合で説明したが、全てのトータルステーションが全て動揺（変動）する架台に設ける必要はなく、そのうちの一部は陸上や動かない架台等の不動とみなされる盤上に設けるものであってよい。不動盤上にトータルステーションを設けた場合ＧＰＳ移動局はなくてもよい。その場合、そのトータルステーションが視準した反射体位置情報と、そのトータルステーションの当初設定位置座標に基づいて鋼管杭の中心位置が算出される。ただ、不動盤上であっても、そこの位置に少なくとも１台のＧＰＳ移動局を設けておく、つまり全てのトータルステーションには、対応するＧＰＳ移動局がある方が好ましい。本発明は、複数のトータルステーションの内、少なくとも１台が動揺する架台に設ける必要性がある場合に好適に適用できるものであり、その場合その架台上には少なくとも１台のＧＰＳ移動局が設けられることになる。
【００３１】
なお、コンピュータ４０の解析手段４１および比較手段４２は、上記の全ての変形例も含めた各実施の形態に対応できるようになっている。例えば、解析手段では同じ架台上に視準用のトータルステーションとＧＰＳ移動局が設けられているところでは、ＧＰＳ移動局の位置情報に基づいてトータルステーションの望遠鏡中心位置座標が算出されるとともに補正反射体位置座標が算出され、視準用のトータルステーションに対応するＧＰＳ移動局が設けられていないところでは、当初設定のトータルステーションの位置座標に基づき補正反射体位置座標が算出される。そして、複数の補正反射体位置座標を基に鋼管杭の現実の中心位置を算出するようになっている。それから、図示はしていないが、コンピュータ４０は、当初設定のトータルステーションの位置座標、鋼管杭の中心位置座標等の各種データやＲＴＤ基線解析ソフトを保存する記憶手段を有している。
それから、本発明の測量システムにおいて、解析手段では移動体の補正反射体位置だけの出力（モニタ表示）、移動体の現実の位置までの出力（モニタ表示）、でよい場合が考えられるので、コンピュータ４０の解析手段、比較手段それぞれは、その場合に対応できるような出力手段を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態による測量システムの全体概要を示す図である。
【図２】鋼管杭に設けられる反射体の取付け状態を示す水平断面図である。
【図３】モニタの表示内容を示す図である。
【図４】測量システムにおける測量手順を示すフローチャートである。
【図５】トータルステーションによる視準状態を示す概要図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 測量システム
２ 鋼管杭
３ 架台
５ クレーン
１０ トータルステーション
２０ 反射体
２１ 遮蔽板
３０ ＧＰＳ
３１ ＧＰＳ固定局
３２ ＧＰＳ移動局
４０ コンピュータ
４１ 解析手段
４２ 比較手段
５０ モニタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を測量するＧＰＳを用いた測量システムであって、
ＧＰＳ固定局と、
自動追尾機能を有する複数のトータルステーションと、
前記複数のトータルステーションの内少なくとも１台が設置されている動揺する架台と、
前記トータルステーションが設置されて動揺する架台に設けられた少なくとも１台のＧＰＳ移動局と、
前記移動体に固定されていて前記トータルステーションと同数以上の反射体と、
前記複数のトータルステーションがそれぞれ前記反射体の一つを視準して得られた前記反射体の現実の位置を、前記トータルステーションと同一の動揺する架台上にあるＧＰＳ移動局の位置あるいは前記トータルステーションの当初設定の位置に基づき算出し、さらに前記複数の反射体の現実の位置から前記移動体の現実の位置を算出する解析手段と、
前記移動体の前記現実の位置と前記移動体の計画位置との差を演算する比較手段と、
を備えていることを特徴とするＧＰＳを用いた測量システム。
【請求項２】
前記解析手段で算出された前記移動体の前記現実の位置と、前記移動体の計画位置とを表示するモニタが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳを用いた測量システム。
【請求項３】
前記移動体は杭であって、前記杭の周方向に所定間隔をもって前記反射体が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＧＰＳを用いた測量システム。
【請求項４】
前記反射体の側方には、遮蔽板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＧＰＳを用いた測量システム。
【請求項１】
移動体を測量するＧＰＳを用いた測量システムであって、
ＧＰＳ固定局と、
自動追尾機能を有する複数のトータルステーションと、
前記複数のトータルステーションの内少なくとも１台が設置されている動揺する架台と、
前記トータルステーションが設置されて動揺する架台に設けられた少なくとも１台のＧＰＳ移動局と、
前記移動体に固定されていて前記トータルステーションと同数以上の反射体と、
前記複数のトータルステーションがそれぞれ前記反射体の一つを視準して得られた前記反射体の現実の位置を、前記トータルステーションと同一の動揺する架台上にあるＧＰＳ移動局の位置あるいは前記トータルステーションの当初設定の位置に基づき算出し、さらに前記複数の反射体の現実の位置から前記移動体の現実の位置を算出する解析手段と、
前記移動体の前記現実の位置と前記移動体の計画位置との差を演算する比較手段と、
を備えていることを特徴とするＧＰＳを用いた測量システム。
【請求項２】
前記解析手段で算出された前記移動体の前記現実の位置と、前記移動体の計画位置とを表示するモニタが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳを用いた測量システム。
【請求項３】
前記移動体は杭であって、前記杭の周方向に所定間隔をもって前記反射体が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＧＰＳを用いた測量システム。
【請求項４】
前記反射体の側方には、遮蔽板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＧＰＳを用いた測量システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１４８７７（Ｐ２００８−１４８７７Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８８６２５（Ｐ２００６−１８８６２５）
【出願日】平成１８年７月７日（２００６．７．７）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（５０３１４８５６８）ジオサーフ株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月７日（２００６．７．７）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（５０３１４８５６８）ジオサーフ株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]