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JP4330953B2 - 動きを監視するシステム - Google Patents

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JP4330953B2
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Description

本発明の主題は、もしあれば、建設構造物部品の動きを監視するシステムである。
より正確には、本発明は、もしあれば、地面の動きなどの外的原因の影響、あるいは、例えば、工学技術の建設構造物下のトンネルボーリングによる沈下の危険をうける工学技術の建設構造物の様々な構成要素の動きを監視することを可能とするシステム、あるいは、設備に関する。
本発明は、特に、独占的にではないが、ビルディングの下のトンネルのボーリングの間、市街地におけるビルディングを監視することに適用される。このボーリングは、これらのビルディングの構築物の動きを発生させることがあるということと、同様に補修するように直ちに通知されることが重要であるということがさらに分かる。
もしあれば、一方では、電動化セオドライト、他方では、そのセオドライトに関連付けられる標的で作られるアセンブリから構成される工学技術の建設構造物部品の動きを監視するシステムは、周知であり、これらの標的は、一方では、動きによって影響を及ぼされない部分に位置決めされる、すなわち、基準標的であり、他方では、監視される建設構造物部品に適切なロケーションで固定される監視標的である。基準標的の位置は、高精密度を有することが周知である。セオドライト、あるいは、同様な装置は、基準標的と監視標的とに連続的に照準を定めることによって、基準標的と監視標的の空間における座標を測定することを可能とする。セオドライトは、通常、動きによって影響を及ぼされるエリアに配置される必要があるので、基準標的、セオドライトの位置、それゆえに、監視標的の位置に基づいて、精密に測定することが必要があるということがさらに分かる。
周知のように、セオドライトは、各標的のために、その極座標:間隔、水平角、鉛直角を測定する基準標的と監視標的とに連続的に、かつ、周期的に照準を定めるように制御される。通常、セオドライトは、レーザービーム発生器を備え、そして、基準標的および監視標的は、セオドライトが標的に正確に向けられるとき、レーザービームをセオドライトに反射するプリズムを備えている。従って、セオドライトに対する基準標的と監視標的との極座標を測定することが可能であり、監視標的のデカルト座標は、監視センターによって計算される。
座標の測定の連続的な瞬間の間に監視標的の座標を比較することによって、もしあれば、その動きがきわめて小さな振幅であっても、動きを検知することが可能である。実際に、信頼性のある監視システムを有するために、ほぼミリメートルの変位、あるいは、動きを検知することができる必要がある。
セオドライトは、比較的大きな範囲を有することができるが、セオドライトをセットアップする可能性は、単一のセオドライトの助力では、建設建造物すべての、あるいは、ビルディングすべての監視を行うことができないということが、特定の状況において起こることがある。これは、特に、市街地において真実のことである。
さらに、監視エリアの環境において、そして、特に、市街地の環境の場合、これらの標的によってセオドライトの位置を三次元において測定できるように基準標的の配置を可能とする動きによって影響を及ぼされにくいエリアがあるということは必ずしも可能であるとは限らない。
それゆえ、かなりの大きさで、そして、監視標的、あるいは、基準標的をセットアップすることが困難な状況のもとに、特に、市街地の環境において、工学技術の建設建造物の様々な部品を効率よく監視することを可能とする、もしあれば、建設構造物部品の動きを監視するシステムが心から必要とされている。
本発明の目的は、例えば、市街地の環境における条件が、セオドライトと、基準標的と、監視標的とを配置するのに不利であっても、かなりの大きさの工学技術の建設建造物の監視を可能とする、もしあれば、工学技術の建設構造物部品の動きを監視するシステムを提供することである。
この目的を達成するために、本発明によれば、もしあれば、建設構造物部品の動きを監視するシステムは、
標的に照準を定めることが可能であり、前記建設構造物部品の少なくとも一部分に取り付けられることが可能な複数の測定実行ステーションと、
少なくとも1つのステーションに連結される複数の基準標的と、
前記建設構造物部品に取り付けられ少なくともいくつかが、少なくとも2つのステーションに関連付けられる、複数の監視標的と、
前記ステーションに対して、関連付けられる前記基準標的と、前記監視標的との座標、好ましくは、極座標を、連続的な瞬間に測定する各ステーションの制御手段と、
もしあれば、2つの測定の瞬間の間の監視標的の変位をそれから推定するように、前記連続的な瞬間に前記ステーションによって計算される前記基準標的と前記監視標的のとの座標を処理する手段と、を具備していることを特徴とする。
本発明による監視システムは、例えば、電動化セオドライトの複数の測定実行ステーションを備え、それは、それゆえ、工学技術の建設建造物のすべての監視を可能とするように適切に配備されることができるということが分かる。とはいえ、常に、少なくとも2つの測定実行ステーションに対応する少なくとも1つの監視標的が、様々な測定実行ステーションと関連付けられているので、監視標的と基準標的との測定された座標の数学上の処理の間に、これらの標的の全セットの位置に関する情報を結合することが可能である。従って、各測定実行ステーションと関連付けられる十分な数の基準標的を適所にセットできないという状況を回避することが可能である。別の方法で述べると、測定実行ステーションは、2つ、あるいは、2つ以上の測定実行ステーションに共通の監視ステーションによって相互結合される。
実際的な観点から、2つの測定実行ステーションによって、監視標的が「見られる」ことが可能であるために、この標的が、対をなしていることが必要である。例えば、標的は、相対位置が、厳密に固定されている2つのプリズムを備えている。
本文において、「監視標的」という表現は、それゆえ、単一の標的、あるいは、対の標的のいずれかを意味するということが分かる。
さらに、基準標的は、必ずしも厳密に固定されていないということが指摘されるべきである。それらの精密な位置は、時々、測定され、リセットされることが可能であることで十分である。
実施形態の好ましい態様によれば、監視システムは、さらに、前記処理手段を備える監視センターと、
前記連続的な瞬間に、前記ステーションによって測定される監視標的と基準標的との前記極座標を、各ステーションから前記監視センターへ伝送する手段と、を備えている。
この好ましい実施形態において、前記監視システムは、さらに、この監視センターが、予め定められた連続的な瞬間に、様々な測定実行ステーションによって測定される基準標的と監視標的との相対座標を受信するように、任意の適切な手段によって、例えば、無線伝送によって様々な測定実行ステーションに接続される監視センターを備えているということが分かる。この監視センターは、受信される様々な情報アイテムの数学上の処理手段を備え、これにより、情報の冗長性のため監視標的の絶対座標の測定を最適化するように、各ステーションで様々な測定実行ステーションによって行われる測定のセットの受領と提携して、例えば、最小二乗法によって、行われる測定の相関関係を算定することを可能とする。様々な監視標的の絶対有効座標の計算は、もしあれば、監視標的の1つと関連付けられる工学技術の建設建造物の一部の動きをリアルタイムで検知することを可能とする。
本発明の他の特徴および利点は、限定されることのない例示によって示される本発明のいくつかの実施の形態の次に続く説明を読むといっそう明らかになる。
最初に、図1を参照すると、電動化セオドライトの周りに設置される測定実行ステーションの例示的な実施形態が記述されている。しかしながら、本発明は、他の測定実行ステーションが、測定実行ステーションに対応する様々な基準標的、あるいは、監視標的の相対極座標を測定することを可能とする限りは、他の測定実行ステーションで実施されることが可能であることは言うまでもない。
ステーション10は、監視を行うために、建設建造物の適切なロケーションに固定されることが可能なベース、即ち、シャーシ12を備えている。鉛直軸XX’周りに回転可能なセオドライト14が、このシャーシ12に取り付けられている。シャーシ12に対するセオドライト14の回転は、制御回路18に結合されたモータ16によって制御されることが可能である。セオドライト14は、特に、鉛直軸XX’を横切る水平軸周りに移動可能なレーザービームを放射する光学系48を備えている。この光学系48によって射出されたレーザービームは、水平軸を中心に光学系を回転させるアクチュエータ20とモータ16とを適切に制御することによって、標的に照準を定めることを可能とする。このシステムは、予め定められた瞬間に、様々な標的に連続的に照準を定めるために、サーボ機構で制御され、プログラミングされることが可能である。ステーションには、さらに、標的の各照準調整のために、基準標的、あるいは、監視標的の識別およびセオドライトに対するこの標的の極座標を一時的に格納することを可能とする22で示されるような処理およびメモリ回路が配置されている。測定実行ステーション10は、さらに、ステーションと関連付けられる標的の座標の測定が行われるたびに、各標的の識別およびその相対極座標を放射することが可能な無線エミッタ24、あるいは、伝送のアナログ手段を備えている。
図2には、ステーション10の周りの監視標的Cと基準標的C’との例示的なセットアップが表わされている。監視標的Cは、動きを被りやすい建設建造物の様々な部品に固定される。他方、基準標的C’は、動きによって影響を及ぼされにくいという論理に基づく建設建造物の環境の部分に配置され、固定される。さらに、任意の適切な手段を介して、基準標的C’の絶対位置は、高精密度を有することが周知である。基準標的の位置は、その標的が動きによって影響を及ぼされるエリアの外側にリンク状態に取り付けられるが、必ずしも厳密に固定されない。これらの標的の正確な位置は、周期的にリセットされることが可能であることで十分である。基準標的C’は、それらが、測定実行ステーション10の三次元で図に記す絶対不変の基準を可能とするように配置されることが必要である。監視標的Cは、言うまでもなく、セオドライトの作用の効果的なフィールドに、特に、それゆえ、ステーションの照準の直接ラインに配置されることができる。
基準標的と監視標的とに対して強要される条件は、単一の測定実行ステーションの援助で大きな建設建造物を監視することが不可能であることを暗示しているということが分かる。
ここでは、図3を参照すると、本発明による監視システムの全体が、第1の構成で記述されている。その動きが、もしあれば、監視され、検知される必要がある工学技術の建設建造物のエリアHは、ダッシュで表わされている。1つは、例えば、街路と関係しており、その下でトンネルが、市街地の環境において掘り進められる。
この図において簡素化された方法で、いくつかの測定実行ステーションS、S、S、Sが表わされている。これらの測定実行ステーションは、効果的に監視標的に照準を定めるように、動きによって影響を及ぼされやすい敷地に固定される。同様に、図3には、ステーションSと関連付けられるエリアR、R’が表わされ、そして、基準標的C’が配置されている。同じ方法で、ステーションSと関連付けられる基準標的は、エリアR、R’に配置され、ステーションSと関連付けられる基準標的は、エリアR、R’に配置され、そして、ステーションSと関連付けられる基準標的は、エリアR、R’に配置されている。
さらに、動きによって影響を及ぼされやすい監視される建設建造物の部品に固定される監視標的Cは、各測定実行ステーションSと関連付けられ、これらの標的Cは、言うまでもなく、考慮されるステーションのセオドライトの照準調整フィールド内に配置される。2つの隣接する測定実行ステーションの照準調整フィールドに位置が定められるエリアT、T、Tに配置される特別の監視標的Kが構想されている。各エリアT、T、Tは、いくつかの対の標的Kを備えている。タイプKの各標的は、2つの隣接するステーションによって相対座標の実行の実体を形成するということが分かり、これにより、2つの測定実行ステーションと、ゆえに、測定実行ステーションの全体セットと関連付けられる基準標的と監視標的との全体セットの座標の実行間でのカプリングをもたらすことを可能とする。
標的が、それらと関連付けられるステーションのレーザービームとほぼ直行して配置されることが望ましいので、タイプKの標的は、図4に表わされる特別の構造を有している。これらの標的は、実際に対をなしている。それらは、標準タイプの2つの監視標的27、28が取り付けられた剛性のスタンド26を備えている。監視標的27、28は、それらの座標を測定するステーションの2つのセオドライトに対して適切に方向付けられることができる。しなしながら、標的27、28の相対座標が固定され、特に、これらの2つの標的を分離する間隔が固定される。この特別の特色は、言うまでもなく、監視標的の絶対座標の計算に組み込まれる。
監視標的という表現は、その結果、単一の標的、対をなす標的、あるいは、可能性として、3つの標的を意味することが分かる。
監視システムは、測定実行ステーションおよび基準標的、又は、単一、あるいは、対をなす監視標的に加えて、監視センター30を備えている。この監視センター30は、例えば、様々なステーションによって測定され、それらと関連付けられる無線エミッタ24によって伝送される相対座標を受信する無線受信手段32を装備している。すべてのステーションSからセンター30への情報のこの伝送は、ステーションによって各測定実行周期で行われる。センター30は、特に、論理およびディジタル処理手段34、例えば、記憶および成形回路36によって無線受信機32に接続されるマイクロプロセッサ、永久(permanent)プログラムメモリ38、ランダムアクセス計算メモリおよび不揮発性データメモリ40を備えている。監視センター30は、例えば、各測定瞬間のために、考慮される標的の指示を有する様々な監視標的の計算された絶対座標を表示することを可能とする表示手段42を備えている。後ほど説明されるように、表示手段は、予め定められたしきい値を越える監視標的の1つの動きが検知される場合、警報信号を表示することを可能とする。表示手段42は、制御回路44によって論理処理ユニット34に接続される。
システム全体は、以下の通り作動する:
各測定の瞬間に、測定実行ステーションのセオドライトは、それらと関連付けられる基準標的と、単一の監視標的と、対をなしている監視標的との相対極座標をログするように命令される。この座標情報は、各測定周期で、監視センター30に伝送される。セオドライトによって計られる様々な相対座標は、永久メモリ38に格納される数学上の処理アルゴリズムを実施する論理処理ユニット34によって処理される。後でより詳細に説明されるように、そのアルゴリズムは、最小二乗法タイプものである。相対座標のそれぞれ一連の測定について、プログラムの援助によって処理することによって、単一の、あるいは、対をなしている様々な監視標的の絶対座標が得られ、これらの絶対座標は、特に、対をなしている標的Kによって、ステーションで行われる測定間の相関関係から結果として生ずる。監視標的の絶対座標は、メモリ40に格納され、表示デバイス42に表示されることが可能である。次の測定サイクルの間に、同様なプロセスが起こり、これにより、様々な監視標的の絶対座標を得ることが可能となる。各測定サイクルで得られる様々な監視標的のこれらの絶対座標の基準状態と比較することによって、もしあれば、監視標的の1つの動きをリアルタイムで検知し、その結果、警告をトリガすることが可能となる。測定の周期性は、監視において捜し求められるフィードバックの関数として測定される。
本発明は、様々な測定実行ステーションの、ゆえに、設備の全体のグローバルな処理を可能とするということを強調することはさらに重要である。
図3に図示される基準および監視の2つの標的のセットアップは、各測定実行ステーションで、固定した基準標的を結合することを可能とするという事実のために好ましい構成に対応する。図3に表わされるセットアップは、例えば、メインストリートに沿うビルディングの監視に対応し、基準標的は、ビルディングに、特に、動きによって影響を及ぼされやすいエリアの外側の道路に取り付けられる。
既に簡単に述べられたように、構造が不静定である同様な「移動可能な」測定実行ステーションからの「移動可能な」監視標的と固定した基準標的との相対極座標の数学上の処理は、最小二乗法の方法によって行われる。
それ自体周知であり、そして、数字フィールドに使用されるこの方法は、冗長な数で、エラーの危険を伴って得られる情報を管理することを可能とする。情報の冗長性のために、それは、エラーを検知することと、得られる結果の精度を改善することとを可能とする。
この計算は、反復する:第1の計算は、外的要素に基づいて設定される近似セットの解に基づく適合されたセットの解を設定することを可能とする。その適合されたセットの解は、次に、収束係数があらかじめ固定される精度により収束するまで、近似セットの値などとして使用される。採用されるセットの解は、各座標に対応する残差の正方形の合計を最小化するものである。
この数学上の処理の間に、特定の標的が、別の標的よりも大きな残差を定期的に呈するかどうかを自動的に検知することが可能である。これらの矛盾は、一般に、これらの標的の位置のロギングに影響を及ぼす人為構造に帰し、これらの人為構造は、レーザービームのスプリアスの反射、レーザービームの光路の妨害などかもしれない。
従って、これらの残差の数学上の処理を介してより大きな残差に対応する標的を自動的に識別することが可能である。これらの標的は、次に非活動化され、そして、数学上の処理は、これらの標的を含む測定を無視して再開される。このように、ステーションのネットワークの構成は、ダイナミックに管理されることが可能であるということが分かる。
基準標的は、精密に周知の絶対座標を有するのに対して、監視標的および測定実行ステーションは、「移動可能である」。ステーションの位置は、基準標的からのタイム毎に再計算される。
本発明の観点から最小二乗法の方法を使用する大きな利点は、ブロックで計算できる能力である。それは、基準標的を見ることができない、あるいは、基準標的をほとんど見ることができないセオドライトの計算を可能とし、対をなしている監視標的Kを介して、別のセオドライトにそれらを結合する。
特定の場合において、この好ましい状況から利益を得ることができない。これは、例えば、各測定実行ステーションと十分な数の固定した基準標的を関連付けることができない場合である。これは、図5によって図示される場合である。この図には、ステーションSのセオドライトの照準調整のエリアUに配置される複数の固定した基準標的C’および監視標的Cが関連付けられる第1の測定実行ステーションSが表わされている。一方、測定実行ステーションS、Sについて、基準標的をセットアップする可能性がない。監視標的Cは、言うまでもなく、ステーションS、Sのそれぞれと関連付けられている。さらに、2つの隣接する測定実行ステーションT、Tに共通するエリアには、対をなす標的Kが固定されている。特に、エリアTには、ステーションSとステーションSとの作用のフィールドにおける対をなす監視標的が取り付けられているのに対して、対をなす標的は、2つのステーションS、Sに共通のエリアTに取り付けられている。監視システムの残りは、特に、監視センターに関しては、図3に表わされるものと同一である。
この構成において、そして、ステーションS、Sに対する基準標的がないにもかかわらず、この監視を、ゆえに、2つの測定ステーションT、Tに共通のエリアに対をなす標的Kの配置を結果として生ずる測定間の相関関係によってステーションS、Sに対応するエリアにおける監視標的Cの絶対座標の測定を可能とするということが分かる。言うまでもなく、十分な数の対をなす標的Kが存在する必要がある。
2つの測定実行ステーションから見ることができる少なくとも1つの対をなす監視標的の存在によって、システムは、測定実行ステーションが、十分な数の基準標的に接続されていない場合において、あるいは、不十分に配置された基準標的に接続されている場合にも、操作することが可能であるということが強調されるべきである。
さらに、最小二乗法の方法の実施の間に、残差の標的関連数学上の処理によって以前に示されるように、標的を識別することが可能であり、その位置のロギングは、人為構造によって影響を及ぼされ、そして、このように別の標的の極座標を掲載する際に識別される標的を含む測定を無視することが可能である。従って、監視システムのダイナミックな管理を行うことが可能である。
測定実行ステーションの例示的な実施形態の簡素化された図である。 測定実行ステーション周りの基準標的と監視標的とのセットアップを示す線図である。 第1の構成における監視システムの全体を図示している。 2つの測定実行ステーションに共通の監視標的に使用される対の標的の線図である。 第2の例示的な実施形態を示している。
符号の説明
Ci…監視標的、C’i…基準標的、H…エリア、K…対をなす標的、S、S、S、S…測定実行ステーション、T、T、T…エリア、R、R’、R、R’、R、R’、R、R’…エリア、U…エリア、XX’…鉛直軸、10…ステーション、測定実行ステーション、12…シャーシ、14…セオドライト、16…モータ、18…制御回路、20…アクチュエータ、22…処理およびメモリ回路、24…無線エミッタ、26…剛性のスタンド、27,28…監視標的、30…監視センター、32…無線受信機手段、34…論理およびディジタル処理手段、36…記憶および形成回路、38…永久プログラムメモリ、40…不揮発性データメモリ、42…表示手段、48…光学系。

Claims (12)

  1. 建設構造物部品の動きを監視するシステムにおいて、
    標的に照準を定めることが可能であり、前記構造物部品の少なくとも一部分に取り付けられる複数の測定実行ステーションと
    少なくとも1つの測定実行ステーションに関連付けられる複数の基準標的と、
    前記建設構造物部品に取り付けられ、少なくとも1つが、少なくとも2つのステーションに関連付けられる、複数の監視標的と、
    前記ステーションに対して、関連付けられる前記基準標的と、前記監視標的との座標を連続的な瞬間に測定する各ステーションの制御手段と、
    2つの測定の瞬間の間の監視標的の変位をそれから推定するように、前記連続的な瞬間に前記ステーションによって計算される前記基準標的と前記監視標的との座標を処理する手段と、
    を具備することを特徴とする、建設構造物部品の動きを監視するシステム。
  2. 前記測定実行ステーションの少なくとも1つが不十分な数の標的と関連付けられる点を特徴とする請求項1記載の監視システム。
  3. 前記測定実行ステーションの少なくとも1つが基準標的とは関連付けられない点を特徴とする請求項2記載の監視システム。
  4. 基準標的の不十分な数と関連付けられる前記測定実行ステーションが、数個の監視標的と関連付けられ、前記監視標的は、また、他の測定実行ステーションと関連付けられる点を特徴とする請求項2または請求項3記載の監視システム。
  5. 基準標的が、正確に知られた絶対座標を持ち、他方監視標的と測定実行ステーションは、移動を受けやすい構造物品に取り付けられる点を特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の監視システム。
  6. さらに、前記処理手段を備える監視センターと、
    前記連続的な瞬間に、前記ステーションによって測定される前記監視標的と基準標的との前記座標を、各測定実行ステーションから前記監視センターへ伝送する手段と、
    を具備する点を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の監視システム。
  7. 前記処理手段は、各測定の瞬間の間に、数学上のアルゴリズムを、前記ステーションのセットによって測定される前記基準標的と監視標的との前記測定された座標のセットに適用する手段を有する点を特徴とする請求項記載の監視システム。
  8. 前記数学上のアルゴリズムが、各測定の瞬間の間に、前記監視標的の空間における絶対位置を計算する最小二乗法の方法であることと、前記処理手段が、さらに、前記連続的な測定の瞬間に、各監視標的の絶対位置を比較する手段を有するを特徴とする請求項記載の監視システム。
  9. 2つのステーションと関連付けられる各監視標的は、それらの相互間隔が一定となるように、建設構造物部品に取り付けられる2つの標的要素から構成され、前記2つのステーションの1つが、前記監視標的要素の1つの座標を測定し、前記もう1つのステーションが、前記もう1つの監視標的要素の座標を測定するを特徴とする請求項1または請求項4〜8のいずれか1項記載の監視システム。
  10. 前記座標が、極座標であるを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記載の監視システム。
  11. 前記処理手段は、さらに、別の標的のものよりも大きな最小二乗法の方法によって得られる残差に対応する、前記基準標的、あるいは、前記監視標的を識別する手段と、前記識別された標的を含む測定を無視する手段とを備えるを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項記載の監視システム。
  12. 下記の諸点を特徴とする建設構造物品の移動をリアルタイムで監視する方法。
    請求項1〜11のいずれか1項記載の監視システムを提供すること
    各測定の瞬間には、実行ステーションが基準標的と、関連付けられる監視標的の相対的極座標を測定するための測定制御を行うこと
    得られた測定値の全体から、監視標的の絶対的座標を計算するために、最小自乗法のアルゴリズムを優先して処理すること
    得られた絶対座標を監視標的の1つの変位を探知するために基準状態と比較すること、と
    もし、変位が検知されると警報を発すること
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