JP2001255144A - Measuring apparatus for inside shape of tunnel - Google Patents

Measuring apparatus for inside shape of tunnel

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JP2001255144A
JP2001255144A JP2000064435A JP2000064435A JP2001255144A JP 2001255144 A JP2001255144 A JP 2001255144A JP 2000064435 A JP2000064435 A JP 2000064435A JP 2000064435 A JP2000064435 A JP 2000064435A JP 2001255144 A JP2001255144 A JP 2001255144A
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JP
Japan
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tunnel
measurement
coordinate data
distance measuring
rotation
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JP2000064435A
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Japanese (ja)
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Takeshi Tsuchiya
武志 土屋
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Technical System Co Ltd
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Technical System Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring apparatus, by which when the inside shape of a tunnel H is measured by using an optical distance measuring means, coordinate data which are necessary and sufficient for grasping the inside shape of the tunnel H can be acquired automatically and in as short a time as possible. SOLUTION: A rotary distance-measuring instrument 2 is supported on an automatic rotating stage 3. Pulsed light is projected, so as to be turned around a rotation axial line β in the horizontal direction. Whenever its projection direction is turned about the rotation axial line β by a prescribed number of times, the measuring instrument 2 is turned about a vertical axial line α. While the measuring instrument 2 is turned by an angle range of about 180 deg., distances up to measuring points P are measured in each prescribed period by the measuring instrument 2. Coordinate data on many measuring points P are measured for substantially all directions in the circumference of a measuring device A. Coordinate data on a plurality of measuring target points Pt which are set, so as to keep prescribed intervals on the inside wall of a virtual tunnel medal h are prepared in advance. Only the coordinate data close to the set target points are selected from among the coordinate data on the measuring points P.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルの内形状
を計測するための計測装置に関し、特に、光学式測距手
段を用いてトンネルの内形状を長手方向の所定範囲に亘
って計測する3次元計測の技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring device for measuring the inner shape of a tunnel, and more particularly to measuring the inner shape of a tunnel over a predetermined range in the longitudinal direction by using an optical distance measuring means. Belongs to the technical field of dimension measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、トンネルはその使用目的に適し
た内空断面形状を有する必要があり、覆工後のトンネル
内壁面と施工計画において定められた仕様との間の許容
誤差は、通常は僅かに数センチメートル程度とされてい
る。このため、従来より、覆工仕上げ後のトンネル内壁
面を測量用の光学式測距儀により飛び飛びに測量して、
該仕上げ面が本来の仕様に適合しているかどうか検査す
ることが行われている。
2. Description of the Related Art Generally, a tunnel must have an inner cross-sectional shape suitable for the intended use, and the tolerance between the inner wall surface of the tunnel after lining and the specification specified in the construction plan is usually It is only a few centimeters. For this reason, conventionally, the inner wall surface of the tunnel after the lining finish was surveyed by an optical distance meter for surveying,
Inspection is performed to check whether the finished surface conforms to the original specification.

【0003】ところで、一般的にトンネル工事において
は発破等を用いて一旦、地山を仕様寸法よりも多めに掘
削し(余掘りという)、それを覆工時にコンクリートに
よって埋め戻すようにしている。そして、覆工時にトン
ネルの内壁に例えばコンクリートの吹き付け等を行って
いるときには、たとえそこに余計な突出部分が見つかっ
たとしても、これを改めて掘削することは極めて困難な
ので、通常はそのような突出部分が残らないように、か
なり多めに余堀りをせざるを得ないのが実状である。
[0003] In general, in tunnel construction, the ground is once excavated by using blasting or the like so as to be larger than the specified size (excessive excavation), and is buried with concrete at the time of lining. And, for example, when concrete is sprayed on the inner wall of the tunnel at the time of lining, even if an extra protruding part is found there, it is extremely difficult to excavate it again. In fact, it is necessary to dig a lot more so that no part remains.

【0004】しかしながら、そのように余掘りの量が多
いということは、余計な土砂の掘削及び搬出のために多
大な労力と時間とを費やすということであるばかりか、
埋め戻しに必要なセメント量の増大を招くことにもなる
ので、コストの相乗的な上昇を招くという問題がある。
[0004] However, such a large amount of extra excavation means that not only extra work and time are required for excavation and removal of unnecessary earth and sand, but also
Since the amount of cement required for backfilling is also increased, there is a problem that the cost is synergistically increased.

【0005】この問題について、発破等により掘削した
状態のトンネル内形状を調べて、この段階で余計な突出
部分を見つけ出し、該突出部分だけを削り取るようにす
れば、余掘りの量を大幅に減らすことができると考えら
れ、このために、例えば前記した測量用の光学式測距儀
等を用いて、掘削後のトンネル内壁の形状を計測しよう
とする試みがある。
[0005] Regarding this problem, by examining the inner shape of the tunnel excavated by blasting or the like and finding an extra protruding portion at this stage and shaving off only the protruding portion, the amount of extra excavation is greatly reduced. For this purpose, there has been an attempt to measure the shape of the inner wall of the tunnel after excavation by using, for example, the above-described optical distance meter for surveying.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、掘削後のトン
ネルの内壁というのは覆工後とは異なり、かなり大きな
凹凸の極めて多いものなので、覆工後のトンネル内壁を
検査するときのように飛び飛びの測量を行ったところ
で、余計な突出部分だけを選択的に見つけ出すことは到
底、できない。
However, since the inner wall of the tunnel after excavation is quite different from that after lining and has a considerably large number of irregularities, the inner wall of the tunnel after jumping is jumped as in the inspection of the inner wall of the tunnel after lining. It is almost impossible to selectively find only the extra protruding parts after performing the survey.

【0007】また、掘削後のトンネル内では肌落ちの発
生する可能性が高いので、測距儀の設置位置を繰り返し
変更しながら、長時間に亘って測量作業を行うというこ
とは避けることが望ましく、特にトンネルの切羽面の近
くには測距儀を設置しないようにすべきである。
[0007] Also, since there is a high possibility that skin fall will occur in the tunnel after excavation, it is desirable to avoid performing surveying work for a long time while repeatedly changing the installation position of the ranging finder. There should be no distance finder, especially near the face of the tunnel.

【0008】加えて、近年では、前記した覆工後のトン
ネル内壁の仕上げ面、或いは建設されてから長期間が経
過した後のトンネル内壁面の状態を従来よりも詳しく調
査したいという要請があるが、前記のように測距儀を用
いて一点ずつ測量するという方法では十分な精度で調査
をすることは困難である。
[0008] In addition, in recent years, there has been a request to investigate the finished surface of the inner wall of the tunnel after the above-mentioned lining or the state of the inner wall of the tunnel after a long period of time has been constructed, as compared with the related art. However, it is difficult to carry out a survey with sufficient accuracy by the method of measuring one point at a time using a rangefinder as described above.

【0009】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、光学式測距手段を用
いてトンネルの内形状を計測する計測装置において、該
測距手段による測距方向の制御手順に工夫を凝らし、ト
ンネル内形状を把握するために必要かつ十分な座標デー
タを自動的にかつできるだけ短い時間で取得できるよう
にすることにある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a measuring apparatus for measuring the inner shape of a tunnel using an optical distance measuring means. An object of the present invention is to devise a control procedure in the distance direction so that necessary and sufficient coordinate data for grasping the inner shape of the tunnel can be automatically acquired in a short time.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の解決手段では、光学式測距手段による測距
方向を予め設定した回転軸線の周りに周回させて、トン
ネル内壁を回転走査させながら、該回転走査面を、前記
回転軸線に直交する直交軸線の周りに回動させることに
より、トンネル内壁の座標データを測距手段の周囲の略
全方向に亘って自動的に採取するようにした。
In order to achieve the above-mentioned object, according to a solution of the present invention, the direction of the distance measurement by the optical distance measurement means is made to circumvent around a predetermined rotation axis to rotate the inner wall of the tunnel. By rotating the rotary scanning surface around an orthogonal axis perpendicular to the rotation axis while scanning, coordinate data of the inner wall of the tunnel is automatically collected in almost all directions around the distance measuring means. I did it.

【0011】具体的に、請求項1の発明は、トンネル内
に設置してその内形状を計測するための計測装置を対象
とし、トンネルの内壁に向かってパルス光を投光し、そ
の投光方向に沿って戻ってきた反射光を検出して、該パ
ルス光の往復時間に基づいて測定点までの距離を求める
光学式測距手段と、該測距手段によるパルス光の投光方
向を、予め設定した回転軸線の周りを周回するように変
化させる投光方向可変手段と、該投光方向可変手段によ
る投光方向の回転変位量を検出する回転変位検出手段
と、前記測距手段を、前記回転軸線の方向が該回転軸線
に直交する直交軸線の周りに変化するように回動させる
回動手段と、該回動手段による測距手段の回動変位量を
検出する回動変位検出手段と、前記測距手段を所定期間
毎に作動させる測距制御手段と、前記投光方向が回転軸
線の周りに少なくとも1周、変化する間に、前記測距手
段が直交軸線の周りに所定角度だけ回動するように、前
記投光方向可変手段及び回動手段をそれぞれ作動させる
作動制御手段と、前記測距手段の作動に対応するように
該測距手段、回転変位検出手段及び回動変位検出手段か
らの信号をそれぞれ入力し、該各信号値に基づいてトン
ネル内壁上の測定点の座標を演算する演算手段とを備え
る構成とする。
More specifically, the invention of claim 1 is directed to a measuring device which is installed in a tunnel and measures the inner shape thereof, which emits pulse light toward the inner wall of the tunnel, and emits the light. Detecting the reflected light returning along the direction, an optical distance measuring means for determining the distance to the measurement point based on the round trip time of the pulse light, and projecting direction of the pulse light by the distance measuring means, A light projection direction changing means for changing the rotation around the preset rotation axis, a rotation displacement detection means for detecting a rotation displacement amount in the light projection direction by the light projection direction variable means, and the distance measuring means, Rotating means for rotating so that the direction of the rotation axis changes around an orthogonal axis orthogonal to the rotation axis, and rotation displacement detection means for detecting the amount of rotation displacement of the distance measuring means by the rotation means Measuring the distance by activating the distance measuring means every predetermined period Controlling means and the light emitting direction changing means so that the distance measuring means rotates by a predetermined angle about the orthogonal axis while the light emitting direction changes at least one turn around the rotation axis. Operation control means for operating the moving means, and signals from the distance measuring means, the rotational displacement detecting means and the rotational displacement detecting means corresponding to the operation of the distance measuring means, respectively. And calculating means for calculating the coordinates of the measurement point on the inner wall of the tunnel based on the calculated value.

【0012】前記の構成により、トンネル内に計測装置
を設置して計測を開始すると、作動制御手段により投光
方向可変手段及び回動手段がそれぞれ作動制御されて、
測距手段は、パルス光の投光方向が回転軸線の周りに少
なくとも1周、変化する間に、直交軸線の周りに所定角
度だけ回動されるようになる。また、その間、該測距手
段は測距制御手段により所定期間毎に作動されて、トン
ネル内壁上の測定点までの距離を測定する。このこと
で、前記測距手段が直交軸線の周りに例えば180度以
上の角度範囲に亘って回動すれば、該測距手段により周
囲の略全方向に亘ってトンネル内壁上の多数の測定点ま
での距離が測定され、この測距手段、回転変位検出手段
及び回動変位検出手段から出力される信号の値に基づい
て、演算手段により前記多数の測定点の座標がそれぞれ
演算される。
With the above arrangement, when the measuring device is installed in the tunnel and measurement is started, the operation control means controls the operation of the light emitting direction changing means and the rotation means, respectively.
The distance measuring means is rotated by a predetermined angle about the orthogonal axis while the light projection direction of the pulse light changes at least one round around the rotation axis. In the meantime, the distance measuring means is operated at predetermined intervals by the distance measuring control means to measure a distance to a measuring point on the inner wall of the tunnel. By this, if the distance measuring means rotates around the orthogonal axis over an angle range of, for example, 180 degrees or more, a large number of measurement points on the inner wall of the tunnel are provided by the distance measuring means in almost all directions around the same. The distance to the measuring point is measured, and the coordinates of the plurality of measurement points are respectively calculated by the calculating means based on the values of the signals output from the distance measuring means, the rotational displacement detecting means and the rotational displacement detecting means.

【0013】すなわち、トンネル内で1箇所に設置した
計測装置により、該トンネルの内壁上に長手方向の所定
距離に亘って分布する多数の測定点の座標データを自動
的に採取することができるので、従来までのように1点
ずつ測量するのに比べて、格段に多い測定点の座標デー
タを短時間で採取することができ、しかも、計測装置を
トンネルの切羽面付近に設置する必要もない。そして、
前記多数の測定点の座標データに基づいて、長手方向の
所定距離に亘ってトンネルの内形状を必要かつ十分な精
度で把握することが可能になる。
That is, coordinate data of a large number of measurement points distributed over a predetermined distance in the longitudinal direction on the inner wall of the tunnel can be automatically collected by the measuring device installed at one place in the tunnel. Compared with the conventional method of measuring one point at a time, coordinate data of a much larger number of measurement points can be collected in a short time, and there is no need to install a measuring device near the face of the tunnel. . And
Based on the coordinate data of the large number of measurement points, it becomes possible to grasp the inner shape of the tunnel over a predetermined distance in the longitudinal direction with necessary and sufficient accuracy.

【0014】請求項2の発明は、演算手段により演算さ
れたトンネル内壁上の複数の測定点の座標データに基づ
いて、互いに近接する測定点同士を仮想の線分により結
んだワイヤーフレームモデルを作成するワイヤーフレー
ムモデル作成手段を備えるものとする。
According to a second aspect of the present invention, a wire frame model is created by connecting measurement points close to each other by a virtual line segment based on coordinate data of a plurality of measurement points on the inner wall of the tunnel calculated by the calculation means. It is provided with a wire frame model creating means to perform.

【0015】このことで、トンネル内壁のワイヤーフレ
ームモデルが得られれば、該ワイヤーフレームモデルを
例えば画像表示することで、トンネル内形状を直観的に
把握することができ、また、前記ワイヤーフレームモデ
ルに基づいてトンネルの任意の内空断面形状を求めるこ
とも可能になる。
Thus, if a wireframe model of the inner wall of the tunnel is obtained, the shape of the inside of the tunnel can be intuitively grasped by, for example, displaying an image of the wireframe model. It is also possible to obtain an arbitrary inner space cross-sectional shape of the tunnel based on the above.

【0016】請求項3の発明は、トンネルの仕様に沿っ
た仮想のトンネル内壁上で互いに所定間隔が空くように
設定した複数の測定目標点の座標データと、演算手段に
より演算された測定点の座標をそれぞれ前記測定目標点
の座標データと対比し、前記仮想のトンネル内壁上でい
ずれかの測定目標点の周囲の設定範囲に含まれる測定点
の座標のみを選択する座標データ選択手段とを備える構
成とする。
According to a third aspect of the present invention, the coordinate data of a plurality of measurement target points set so as to be spaced apart from each other on the virtual inner wall of the tunnel in accordance with the specifications of the tunnel, Coordinate data selecting means for comparing the coordinates with the coordinate data of the measurement target points and selecting only the coordinates of the measurement points included in a set range around any of the measurement target points on the virtual tunnel inner wall. Configuration.

【0017】このことで、多数の測定点のうちから、ト
ンネルの内壁上に適度な間隔を空けて分散したものを選
択することができ、この選択された測定点の座標データ
に基づいて、トンネル内形状を必要かつ十分な精度で把
握することができる。また、設定範囲外の測定点の座標
データを除くことで、測定時のノイズ等による影響を軽
減できる上に、データ量の低減が図られる。
[0017] This makes it possible to select, from among a large number of measurement points, those dispersed at appropriate intervals on the inner wall of the tunnel, and based on the coordinate data of the selected measurement points, The internal shape can be grasped with necessary and sufficient accuracy. In addition, by removing the coordinate data of the measurement points outside the set range, the influence of noise or the like at the time of measurement can be reduced, and the data amount can be reduced.

【0018】請求項4の発明では、請求項3の発明にお
ける設定範囲を、測定目標点が測距手段の設置場所から
トンネルの長手方向について遠くなるほど、広くなるよ
うに設定するものとする。このことで、測定目標点が測
距手段の設置場所からトンネルの長手方向について遠く
なれば、それだけ測定点の相互の間隔が大きくなる傾向
があるので、その分、測定点の選択範囲を拡げること
で、測定の抜けの少ない座標データを得ることができ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, the set range in the third aspect of the present invention is set to be wider as the measurement target point is farther from the installation location of the distance measuring means in the longitudinal direction of the tunnel. With this, if the measurement target point is farther from the installation location of the distance measuring means in the longitudinal direction of the tunnel, the interval between the measurement points tends to increase accordingly, so that the selection range of the measurement points can be expanded accordingly. Thus, coordinate data with few omissions in measurement can be obtained.

【0019】請求項5の発明では、請求項3の発明にお
いて、直交軸線を、トンネルの長手方向に延びる長手方
向線に対し直交するように設定し、作動制御手段は、座
標データ選択手段により各測定目標点に対応して少なく
とも1つの測定点の座標が選択されるように、回動手段
による測距手段の平均的な回動速度を設定速度以下に制
御するものとする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the orthogonal axis is set so as to be orthogonal to a longitudinal direction line extending in the longitudinal direction of the tunnel, and the operation control means is provided by the coordinate data selecting means. The average rotation speed of the distance measurement means by the rotation means is controlled to be equal to or less than the set speed so that the coordinates of at least one measurement point are selected corresponding to the measurement target point.

【0020】すなわち、直交軸線がトンネルの長手方向
線に対し直交するように設定された場合、該直交軸線周
りの測距手段の平均的な回動速度が高いほど、該直交軸
線周りの周方向について、測距手段による測定点相互の
間隔が大きくなる。そこで、この発明では、回動手段に
よる測距手段の平均的な回動速度を所定以下に抑えるこ
とで、測定点の間隔が過大になることを防止して、抜け
のない座標データを得ることができる。
That is, when the orthogonal axis is set so as to be orthogonal to the longitudinal direction of the tunnel, the higher the average rotation speed of the distance measuring means around the orthogonal axis, the higher the circumferential direction around the orthogonal axis. With regard to the above, the distance between the measurement points by the distance measuring means becomes large. Therefore, in the present invention, by suppressing the average rotation speed of the distance measuring means by the rotation means to a predetermined value or less, it is possible to prevent the interval between the measurement points from becoming excessive and obtain coordinate data without omission. Can be.

【0021】請求項6の発明では、請求項3の発明にお
いて、直交軸線を、トンネルの長手方向に延びる長手方
向線に対し直交するように設定し、作動制御手段は、前
記直交軸線に沿って見て、回転軸線がトンネルの長手方
向線に対してなす傾斜角度が45度以上のときには、該
傾斜角度が10度以下のときに比べて測距手段の平均的
な回動速度が小さくなるように、回動手段の作動を制御
するものとする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the orthogonal axis is set so as to be orthogonal to a longitudinal line extending in the longitudinal direction of the tunnel, and the operation control means is arranged along the orthogonal axis. As seen, when the angle of inclination of the rotation axis with respect to the longitudinal direction of the tunnel is 45 degrees or more, the average rotation speed of the distance measuring means is smaller than when the angle of inclination is 10 degrees or less. Next, the operation of the rotating means is controlled.

【0022】すなわち、直交軸線がトンネルの長手方向
線に対し直交するように設定された場合、該直交軸線に
沿って見たとき、該直交軸線の周りの回転軸線の平均的
な回動速度が一定であるとすれば、回転軸線とトンネル
長手方向線との間の傾斜角度が大きいときほど、トンネ
ル内壁面におけるパルス光の投光面の移動速度も大き
く、従って、測定点の相互の間隔も大きくなる。そこ
で、この発明では、前記直交軸線に沿って見て、回転軸
線とトンネル長手方向線との間の傾斜角度が相対的に大
きいときに、該傾斜角度が相対的に小さいときよりも測
距手段の平均的な回動速度を小さくさせることにより、
トンネル内壁面における測定点の分布状態の均一化を図
り、これにより、測定の無駄を減らしながら、測定の抜
けの少ない座標データを得ることができる。
That is, if the orthogonal axis is set so as to be orthogonal to the longitudinal direction of the tunnel, the average rotation speed of the rotation axis around the orthogonal axis when viewed along the orthogonal axis is Assuming that it is constant, the larger the inclination angle between the rotation axis and the longitudinal direction of the tunnel, the larger the moving speed of the light emitting surface of the pulse light on the inner wall surface of the tunnel, and therefore the distance between the measurement points. growing. In view of this, in the present invention, when viewed along the orthogonal axis, when the inclination angle between the rotation axis and the tunnel longitudinal direction line is relatively large, the distance measuring means is smaller than when the inclination angle is relatively small. By reducing the average rotation speed of
The distribution state of the measurement points on the inner wall surface of the tunnel is made uniform, whereby coordinate data with few measurement omissions can be obtained while reducing measurement waste.

【0023】請求項7の発明では、請求項3の発明にお
ける座標データ選択手段を、1つの測定目標点に対して
選択可能な測定点が複数あるときには、該測定目標点に
最も近い測定点の座標を選択するものとする。こうする
ことで、多数の測定点の座標データのうちから、トンネ
ルの内形状の把握のために必要なものを残して、データ
量をできるだけ少なくすることができ、これによりデー
タ処理の高速化が図られる。
According to a seventh aspect of the present invention, when there are a plurality of measurement points that can be selected for one measurement target point, the coordinate data selection means according to the third aspect of the present invention determines the measurement point closest to the measurement target point. It is assumed that coordinates are selected. By doing so, the data amount can be reduced as much as possible, leaving the data necessary for grasping the inner shape of the tunnel from among the coordinate data of a large number of measurement points, thereby increasing the speed of data processing. It is planned.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図1及び図2は、本発明の実施形態に係る
トンネル内形状計測装置Aを示し、この計測装置Aは、
トンネルH内の所定の場所に三脚1等により設置され、
そこから周囲の約全ての方向に向かうようにレーザーパ
ルス光を回転投射して、該パルス光の当たったトンネル
Hの内壁上の測定点P,P,…の位置座標をそれぞれ計
測するものである。具体的に、この計測装置Aは、地面
に鉛直な面内においてレーザパルス光によりトンネルH
の内壁を回転走査する回転式測距機2(測距手段)と、
該測距機2を鉛直軸線α(直交軸線)の周りに約180
度の角度範囲に亘って回動させる自動回転ステージ3
(回動手段)と、それら測距機2及び自動回転ステージ
3を互いに連係して作動するように制御するコントロー
ラ4と、このコントローラ4に接続されたパソコン端末
5とからなる。
FIGS. 1 and 2 show a tunnel shape measuring device A according to an embodiment of the present invention.
It is installed by a tripod 1 etc. at a predetermined place in the tunnel H,
From there, the laser pulse light is rotationally projected so as to be directed in all directions around, and the position coordinates of the measurement points P, P,... On the inner wall of the tunnel H where the pulse light has hit are measured. . More specifically, the measuring device A uses a tunnel H by laser pulse light in a plane perpendicular to the ground.
A rotary ranging device 2 (ranging means) for rotating and scanning the inner wall of the
The distance measuring device 2 is moved about 180 degrees around a vertical axis α (orthogonal axis).
Automatic rotating stage 3 that rotates over a range of degrees
(Rotating means), a controller 4 for controlling the distance measuring device 2 and the automatic rotating stage 3 to operate in cooperation with each other, and a personal computer terminal 5 connected to the controller 4.

【0026】前記回転式測距機2は、図3に詳細を示す
ように、レーザーダイオード7から発振されたパルス光
を水平方向に延びる回転軸線βの周りに周回させなが
ら、放射状に投光するものである。すなわち、パルス光
は前記レーザーダイオード7から回転軸線βに沿って出
力された後、その光路が反射鏡8により直角方向に変更
されて、対物レンズ9によって所定の拡がり角になるよ
うに絞られながら該対物レンズ9の光軸に沿って投光さ
れる。また、前記反射鏡8は、図示しない直流電動モー
タからなる駆動モータにより回転軸線βの周りに略一定
速度(例えば600rpm)で回転されるようになって
おり、これにより、パルス光の投光方向が回転軸線βの
周りを周回するように変化する。そして、前記反射鏡8
の回転角度がロータリエンコーダ10により例えば0.
25度刻みで検出される。尚、前記反射鏡8及び駆動モ
ータにより、パルス光の投光方向を回転軸線βの周りを
周回するように変化させる投光方向可変手段が構成さ
れ、また、前記ロータリエンコーダ10により、パルス
光の投光方向の回転変位量を検出する回転変位検出手段
が構成されている。
As shown in detail in FIG. 3, the rotary distance measuring device 2 emits the pulse light emitted from the laser diode 7 in a radial manner while circling around a rotation axis β extending in the horizontal direction. Things. That is, after the pulsed light is output from the laser diode 7 along the rotation axis β, its optical path is changed to a right angle direction by the reflecting mirror 8, and is narrowed by the objective lens 9 so as to have a predetermined divergent angle. The light is projected along the optical axis of the objective lens 9. The reflecting mirror 8 is rotated at a substantially constant speed (for example, 600 rpm) around a rotation axis β by a driving motor composed of a DC electric motor (not shown). Changes so as to orbit around the rotation axis β. And the reflecting mirror 8
Is set to, for example, 0.
Detected every 25 degrees. The reflecting mirror 8 and the driving motor constitute a projecting direction changing means for changing the projecting direction of the pulse light so as to go around the rotation axis β. Rotational displacement detecting means for detecting a rotational displacement amount in the light projection direction is configured.

【0027】また、前記測距機2の内部には、パルス光
の光軸と同軸上の位置に集光レンズ12と受光素子13
とからなる受光系が設けられている。すなわち、前記し
たようにトンネルHの内壁に向かって投光されたパルス
光は、該トンネルHの内壁上の測定点Pで散乱し、そこ
から反射して投光方向に沿って戻ってきた反射光が前記
対物レンズ9、反射鏡8及び集光レンズ12を経て、受
光素子13により検出される。尚、前記集光レンズ12
の焦点は無限遠に合わされているので、測定点P以外か
ら入射するノイズの影響は比較的少ないが、測定点Pに
おける散乱光の角度分布はトンネルHの内壁面に対する
パルス光の入射方向によって変化し、この入射角度が浅
くなるほど、パルス光の投光方向に沿って戻ってくる反
射光の光量が低下するので、測定の精度は低下せざるを
得ない。
A focusing lens 12 and a light receiving element 13 are located inside the distance measuring device 2 at a position coaxial with the optical axis of the pulse light.
Are provided. That is, as described above, the pulse light projected toward the inner wall of the tunnel H is scattered at the measurement point P on the inner wall of the tunnel H, reflected therefrom, and reflected back along the light projection direction. The light passes through the objective lens 9, the reflecting mirror 8 and the condenser lens 12 and is detected by the light receiving element 13. The condenser lens 12
Is focused at infinity, the influence of noise incident from other than the measurement point P is relatively small, but the angular distribution of the scattered light at the measurement point P changes depending on the incident direction of the pulse light on the inner wall surface of the tunnel H. However, as the incident angle becomes shallower, the amount of reflected light returning along the direction of projecting the pulsed light decreases, so that the measurement accuracy must be reduced.

【0028】さらに、前記レーザーダイオード7や反射
鏡8の駆動モータ等は、測距機2に内蔵されたプロセッ
サ15によって作動制御される。このプロセッサ15に
は前記コントローラ4からの制御信号が入力される他、
前記ロータリエンコーダ10、受光素子13等からの出
力信号が入力されている。そして、プロセッサ15は、
パルス光の往復時間に基づいて測定点Pまでの距離L
(図1参照)を演算するとともに、ロータリエンコーダ
10からの出力信号に基づいて、該パルス光の投射方向
の水平面に対する高度角φを演算し、それらの演算値
L,φ(測定データ)をコントローラ4に出力するよう
になっている。尚、前記図2における符号16は、レー
ザーダイオード7で発振されるパルス光の波長を含む特
定波長領域の光のみを透過させる光学フィルタである。
Further, the operation of the laser diode 7 and the drive motor of the reflecting mirror 8 are controlled by a processor 15 incorporated in the distance measuring device 2. The control signal from the controller 4 is input to the processor 15.
Output signals from the rotary encoder 10, the light receiving element 13, and the like are input. Then, the processor 15
Distance L to measurement point P based on round trip time of pulsed light
(See FIG. 1), and based on an output signal from the rotary encoder 10, an altitude angle φ of the projection direction of the pulse light with respect to the horizontal plane is calculated, and the calculated values L and φ (measured data) are calculated by the controller. 4 is output. Reference numeral 16 in FIG. 2 denotes an optical filter that transmits only light in a specific wavelength region including the wavelength of the pulse light oscillated by the laser diode 7.

【0029】前記自動回転ステージ3は、上部に測距機
2が取り付けられる円盤状の回転ステージ部18と、三
脚1の上部に固定されて、前記回転ステージ部18を下
方から回転自在に支持する支持部19とを備えており、
該支持部19に設けられた図示しない整準機構によって
前記回転ステージ部18が水平に支持されることで、該
回転ステージ部18が鉛直軸線α周りに回転自在とされ
るようになっている。また、前記支持部19には、回転
ステージ部18を鉛直軸線αの周りに回動させるステッ
ピングモータ20と該ステッピングモータ20により回
動される回転ステージ部18の回動変位量を検出するロ
ータリエンコーダ21(回動変位検出手段)とが配設さ
れている。そして、前記自動回転ステージ3のステッピ
ングモータ20にコントローラ4からの制御信号が入力
される一方、ロータリエンコーダ21からの出力信号が
コントローラ4に入力されている。
The automatic rotary stage 3 has a disk-shaped rotary stage 18 on which the distance measuring device 2 is mounted, and is fixed to the upper part of the tripod 1 to rotatably support the rotary stage 18 from below. And a support portion 19,
The rotary stage 18 is horizontally supported by a leveling mechanism (not shown) provided on the support 19, so that the rotary stage 18 is rotatable about a vertical axis α. The supporting portion 19 includes a stepping motor 20 for rotating the rotary stage 18 around a vertical axis α, and a rotary encoder for detecting the amount of rotational displacement of the rotary stage 18 rotated by the stepping motor 20. 21 (rotational displacement detecting means). The control signal from the controller 4 is input to the stepping motor 20 of the automatic rotating stage 3, while the output signal from the rotary encoder 21 is input to the controller 4.

【0030】前記コントローラ4は、パソコン端末5か
らの制御信号に基づいて、前記測距機2及び自動回転ス
テージ3の作動を制御するとともに、該測距機2からの
信号と自動回転ステージ3のロータリエンコーダ21か
らの信号とを入力し、これらの信号に基づいて、トンネ
ルHの内壁上の各測定点Pの座標を演算するようになっ
ている。具体的には、コントローラ4は、測距機2を作
動させて、略水平方向に延びる回転軸線βの周りを周回
するようにパルス光を投光させ、この投光面がトンネル
Hの内壁面と交差する線上の多数の測定点P,P,…ま
での距離を測定させる。そして、パルス光が所定回数
(例えば5〜10回)周回した後に、自動回転ステージ
3により前記測距機2を鉛直軸線αの周りに所定角度
(例えば、0.5〜1度)だけ回動させ、この位置で前
記と同様に測距機2による測定を行わせる。そして、以
上の手順を繰り返し行って、測距機2を鉛直軸線αの周
りに約180度回動させる。
The controller 4 controls the operation of the range finder 2 and the automatic rotation stage 3 based on a control signal from the personal computer terminal 5, and also controls the signal from the range finder 2 and the automatic rotation stage 3. Signals from the rotary encoder 21 are input, and the coordinates of each measurement point P on the inner wall of the tunnel H are calculated based on these signals. Specifically, the controller 4 operates the range finder 2 to emit pulse light so as to circumvent around the rotation axis β extending substantially in the horizontal direction. Are measured on a line intersecting with a plurality of measurement points P, P,. After the pulsed light makes a predetermined number of rotations (for example, 5 to 10 times), the distance measuring device 2 is rotated by a predetermined angle (for example, 0.5 to 1 degree) around the vertical axis α by the automatic rotation stage 3. At this position, measurement by the distance measuring device 2 is performed in the same manner as described above. Then, the above procedure is repeated to rotate the distance measuring device 2 by about 180 degrees around the vertical axis α.

【0031】また、コントローラ4には、前記測距機2
から各測定点Pの距離L及び高度角φの測定データが入
力されるとともに、自動回転ステージ3のロータリエン
コーダ21からの信号が入力され、この信号に基づいて
各測定点Pの水平角ψが求められる。つまり、各測定点
Pの座標(L,φ,ψ)がそれぞれ演算される。そし
て、このように演算した多数の測定点P,P,…の座標
のうちから、トンネルHの内形状を把握する上で必要か
つ十分なように適度に分散したものを選択し、この選択
した座標データをパソコン端末5に送信するようになっ
ている。
The controller 4 includes the distance measuring device 2
, Measurement data of the distance L and the altitude angle φ of each measurement point P are input, and a signal from the rotary encoder 21 of the automatic rotating stage 3 is input. Based on this signal, the horizontal angle の of each measurement point P is calculated. Desired. That is, the coordinates (L, φ, ψ) of each measurement point P are respectively calculated. Then, from the coordinates of a large number of measurement points P, P,... Calculated in this manner, those which are appropriately dispersed as necessary and sufficient for grasping the inner shape of the tunnel H are selected and selected. The coordinate data is transmitted to the personal computer terminal 5.

【0032】以下、前記コントローラ4による制御の具
体的な処理手順を図4及び図5に示すフローチャート図
に沿って説明する。
Hereinafter, a specific processing procedure of the control by the controller 4 will be described with reference to flowcharts shown in FIGS.

【0033】まず、図4に示すフローのスタート後のス
テップSA1では、パソコン端末5からの制御信号に基
づいて、測距機2へ作動指令を出力する。この作動指令
を受けた測距機2は後述の如く作動し(図5のフローを
参照)、トンネルHの内壁に向かってパルス光を回転投
射して、各測定点Pまでの距離を測定する。続いて、ス
テップSA2において、前記測距機2のロータリエンコ
ーダ10からの出力(エンコーダ出力)を読み込み、続
くステップSA3では前記エンコーダ出力に基づいて、
パルス光が回転軸線βの周りを所定回数だけ周回したか
どうか判定し、この判定がNOならばステップSA2に
リターンする一方、判定がYESならばステップSA4
に進む。
First, in step SA1 after the start of the flow shown in FIG. 4, an operation command is output to the distance measuring device 2 based on a control signal from the personal computer terminal 5. The range finder 2 that has received the operation command operates as described later (see the flow of FIG. 5), and rotationally projects pulse light toward the inner wall of the tunnel H to measure the distance to each measurement point P. . Subsequently, in step SA2, the output (encoder output) from the rotary encoder 10 of the distance measuring device 2 is read, and in subsequent step SA3, based on the encoder output,
It is determined whether the pulsed light has circulated around the rotation axis β a predetermined number of times. If this determination is NO, the process returns to step SA2, while if the determination is YES, step SA4
Proceed to.

【0034】続いて、ステップSA4では、自動回転ス
テージ3のステッピングモータ20へ作動信号を出力し
て、回転ステージ部18を鉛直軸線αの周りに回動させ
る。続いて、ステップSA5では自動回転ステージ3の
ロータリエンコーダ21からの出力(エンコーダ出力)
を読み込み、続くステップSA6において、回転ステー
ジ部18が所定角度Δψだけ回動したかどうか判定す
る。この判定がNOならばステップSA4にリターンし
て、ステッピングモータ20の作動を継続する一方、回
転ステージ部18が前記所定角度Δψだけ回動して判定
がYESになれば、ステップSA7に進んで、回転ステ
ージ部18を停止させる。
Subsequently, in step SA4, an operation signal is output to the stepping motor 20 of the automatic rotating stage 3 to rotate the rotating stage section 18 around the vertical axis α. Subsequently, in step SA5, the output from the rotary encoder 21 of the automatic rotation stage 3 (encoder output).
Is read, and in a succeeding step SA6, it is determined whether or not the rotary stage section 18 has rotated by a predetermined angle Δψ. If this determination is NO, the process returns to step SA4, and the operation of the stepping motor 20 is continued. On the other hand, if the rotation stage 18 rotates by the predetermined angle Δψ and the determination is YES, the process proceeds to step SA7, The rotation stage unit 18 is stopped.

【0035】続いて、ステップSA8では、前記回転ス
テージ部18の合計の回動角度が180度以上になった
かどうか判定し、この判定がNOならばステップSA2
にリターンして、前記ステップSA2〜SA7の処理を
繰り返し実行する。一方、判定がYESならばステップ
SA9に進んで、測距機2に停止指令を出力し、しかる
後に制御を終了する。
Subsequently, in step SA8, it is determined whether or not the total rotation angle of the rotary stage 18 has become 180 degrees or more. If this determination is NO, step SA2
And the process of steps SA2 to SA7 is repeatedly executed. On the other hand, if the determination is YES, the flow advances to step SA9 to output a stop command to the distance measuring device 2, and thereafter the control is ended.

【0036】つまり、前記測距機2からのパルス光によ
りトンネルHの内壁面を回転走査して、2次元的な距離
計測を連続的に行いながら、図6に示すように鉛直方向
に沿って見て、該パルス光の投光面LSを鉛直軸線αの
周りに約180度の角度範囲に亘って所定角度Δψずつ
回動させることにより、測距機2の周囲の約全ての方向
に亘って測距機2により測定を行わせるようにしてい
る。前記図4に示すフローが全体として作動制御手段4
aを構成しているが、この作動制御手段4aは、測距機
2からのパルス光の投光方向が回転軸線βの周りに少な
くとも1周、変化する間に、該測距機2が鉛直軸線αの
周りに所定角度Δψだけ回動するように、自動回転ステ
ージ3を連続して回動させるものであってもよい。
That is, while the inner wall surface of the tunnel H is rotationally scanned by the pulse light from the distance measuring device 2 to continuously perform two-dimensional distance measurement, as shown in FIG. By rotating the light projecting surface LS of the pulse light around the vertical axis α by a predetermined angle Δψ over an angle range of about 180 degrees, The distance is measured by the distance measuring device 2. The flow shown in FIG.
The operation control means 4a controls the distance measuring device 2 in a vertical direction while the projection direction of the pulse light from the distance measuring device 2 changes at least once around the rotation axis β. The automatic rotation stage 3 may be continuously rotated so as to rotate about the axis α by a predetermined angle Δψ.

【0037】一方、前記コントローラ4からの作動指令
を受けて作動する測距機2においては、プロセッサ15
によって図5のフローに示すような制御が行われる。す
なわち、同図のスタート後のステップSB1ではまず、
コントローラ4からの作動指令の入力を判定し、作動指
令が入力されれば(YES)ステップSB2に進んで、
駆動モータを作動させて反射鏡8を回転軸線βの周りに
一定速度で回転させる。続いて、ステップSB3におい
てレーザダイオード7からパルス光を発振させ、続くス
テップSB4においてプロセッサ15の内部クロックに
同期して時間経過のカウントを開始する。
On the other hand, in the distance measuring device 2 which operates in response to the operation command from the controller 4, the processor 15
Thus, control as shown in the flow of FIG. 5 is performed. That is, in step SB1 after the start of FIG.
The input of the operation command from the controller 4 is determined, and if the operation command is input (YES), the process proceeds to Step SB2,
The drive motor is operated to rotate the reflecting mirror 8 around the rotation axis β at a constant speed. Subsequently, in step SB3, pulse light is oscillated from the laser diode 7, and in step SB4, counting of elapsed time is started in synchronization with the internal clock of the processor 15.

【0038】続いて、ステップSB5において受光素子
13により反射光が検出されたかどうか判定し、反射光
が検出されるまで待って(NO)、検出されれば(YE
S)ステップSB6に進む。このステップSB6ではプ
ロセッサ15によるカウントを停止し、続くステップS
B7においてロータリエンコーダ10からの出力(エン
コーダ出力)を読み込む。続いて、ステップSB8にお
いて、前記のカウント値に基づいて測定点Pまでの距離
Lを演算するとともに、このカウント値をクリアする。
Subsequently, in step SB5, it is determined whether or not the reflected light is detected by the light receiving element 13, and it waits until the reflected light is detected (NO).
S) Proceed to step SB6. In this step SB6, the counting by the processor 15 is stopped, and
At B7, the output (encoder output) from the rotary encoder 10 is read. Subsequently, in step SB8, the distance L to the measurement point P is calculated based on the count value, and the count value is cleared.

【0039】そして、続くステップSB9において、測
定データ、即ち測定点Pまでの距離Lと該測定点Pの高
度角φとをそれぞれコントローラ4に送信し、続くステ
ップSB10では、該コントローラ4から停止指令が入
力されたかどうか判定する。この判定がNOならば、前
記ステップSB3にリターンして、前記の如き測定手順
を繰り返し行う一方、判定がYESで停止指令が入力さ
れれば、ステップSB11に進んで、前記反射鏡8の駆
動モータを停止させ、しかる後に制御を終了する。
Then, in the following step SB9, the measurement data, that is, the distance L to the measurement point P and the altitude angle φ of the measurement point P are transmitted to the controller 4, and in the subsequent step SB10, the controller 4 issues a stop command. It is determined whether or not is input. If the determination is NO, the process returns to the step SB3 to repeat the measurement procedure as described above. If the determination is YES and a stop command is input, the process proceeds to a step SB11 where the drive motor of the reflecting mirror 8 is driven. Is stopped, and then the control is terminated.

【0040】つまり、測距機2は、水平方向に延びる回
転軸線βの周りにレーザパルス光を放射状に投光しなが
ら、その投光面LSがトンネルHの内壁面と交差する線
上における各測定点Pまでの距離Lと該測定点Pの高度
角φとを求めるものである。前記図5に示すフローが全
体として、測距機2を所定期間毎に作動させる測距制御
手段に対応している。
That is, the distance measuring device 2 emits the laser pulse light radially around the rotation axis β extending in the horizontal direction, and performs each measurement on a line where the light projecting surface LS intersects the inner wall surface of the tunnel H. The distance L to the point P and the altitude angle φ of the measurement point P are obtained. The flow shown in FIG. 5 as a whole corresponds to distance measurement control means for operating the distance measuring device 2 at predetermined intervals.

【0041】上記したように、この実施形態の計測装置
Aによれば、その周囲の略全方向に亘って自動的に測定
が行われ、トンネルHの内壁上の多数の測定点P,P,
…について距離Lと高度角φとが求められるとともに、
自動回転ステージ3のロータリエンコーダ21からの出
力に基づいて、前記各測定点Pの水平角ψが求められ
る。従って、前記図2にも示すように、トンネルH内の
1箇所に設置した計測装置Aにより、該トンネルHの長
手方向の所定距離に亘って、トンネル内壁上の多数の測
定点P,P,…の座標(L,φ,ψ)からなる座標デー
タを自動的に取得することができるものである。
As described above, according to the measuring device A of this embodiment, the measurement is automatically performed in almost all directions around the measuring device A, and a large number of measuring points P, P, P,
The distance L and altitude angle φ are obtained for ...
The horizontal angle の of each measurement point P is obtained based on the output from the rotary encoder 21 of the automatic rotation stage 3. Therefore, as shown in FIG. 2, the measuring device A installed at one place in the tunnel H, over a predetermined distance in the longitudinal direction of the tunnel H, a large number of measurement points P, P, P, on the inner wall of the tunnel. Can automatically acquire coordinate data consisting of coordinates (L, φ, ψ).

【0042】ここで、前記のように1カ所に設置した計
測装置Aによって、トンネルHの長手方向についてどれ
くらいの距離に亘って座標データを取得できるのか検討
すると、トンネルの内壁面の状態にもよるが、上述の如
くトンネルHの内壁面に対するパルス光の入射角度が浅
くなるほど測定精度が低下するので、一般的なトンネル
の場合には、内壁面に対するパルス光の入射角度が略3
0度以上であることが必要とされる。
Here, considering how far the coordinate data can be acquired in the longitudinal direction of the tunnel H by the measuring device A installed at one place as described above, it depends on the state of the inner wall surface of the tunnel. However, as described above, the measurement accuracy decreases as the incident angle of the pulse light on the inner wall surface of the tunnel H becomes shallower. Therefore, in the case of a general tunnel, the incident angle of the pulse light on the inner wall surface is approximately 3 °.
It is required that it be 0 degrees or more.

【0043】また、前記図6から明らかなように、トン
ネルHの内壁面においてパルス光の投光面LSは計測装
置Aに近いところでは密集する一方、該計測装置Aから
遠いところではまばらになっている。このため、トンネ
ルHの内壁面に対するパルス光の入射角度が略30度以
上であれば測定が可能とはいっても、計測装置Aの設置
点からトンネルの長手方向について遠くなれば、測定点
Pの相互の間隔が大きくなり過ぎて、トンネルHの形状
を十分な精度で把握できなくなる虞れがあった。
Further, as is apparent from FIG. 6, the light projecting surface LS of the pulse light on the inner wall surface of the tunnel H is dense near the measuring device A, but sparse at a position far from the measuring device A. ing. For this reason, although the measurement is possible if the incident angle of the pulsed light to the inner wall surface of the tunnel H is about 30 degrees or more, if the distance from the installation point of the measurement device A in the longitudinal direction of the tunnel is increased, the measurement point P There is a possibility that the shape of the tunnel H cannot be grasped with sufficient accuracy because the interval between them becomes too large.

【0044】一方、例えば、自動回転ステージ3による
測距機2の1回の回動角度Δψを小さくすれば、いたず
らに測定点Pが増えて測定そのものに要する時間が増大
するだけでなく、膨大な量の測定点P,P,…の座標デ
ータを処理するための演算処理の負担が大きくなる上
に、データ処理のための時間も急増することになり、結
局、トンネル内形状の必要かつ十分な精度での計測とい
う本来の目的を実質的に達成できなくなってしまう。
On the other hand, for example, if the single rotation angle Δψ of the distance measuring device 2 by the automatic rotation stage 3 is reduced, the number of measurement points P is increased unnecessarily, and the time required for the measurement itself is increased. In addition to an increase in the load of arithmetic processing for processing a large amount of coordinate data of the measurement points P, P,..., The time required for data processing also increases rapidly. The original purpose of measuring with high precision cannot be substantially achieved.

【0045】そこで、この実施形態では、自動回転ステ
ージ3による測距機2の1回の回動角度Δψ、即ち測距
機2の平均的な回転速度を低めに抑えて、測定点Pの座
標データの抜けを防止するとともに、測定データの処理
に工夫を凝らし、データ量の増大を最小限に抑えなが
ら、必要かつ十分な測定点Pの座標データを取得できる
ようにしている。具体的には、予めトンネルの施工計画
において定められた仕様に沿って、図7に一例を示すよ
うな仮想のトンネルモデルhを作成し、このトンネルモ
デルhの内壁上で互いに所定間隔が空くように格子状に
配置した多数の測定目標点Pt,Pt,…の円筒座標デ
ータ(x,θ,r)を準備する。
Therefore, in this embodiment, the rotation angle Δ 測定 of the distance measuring device 2 by the automatic rotating stage 3, that is, the average rotation speed of the distance measuring device 2 is kept low, and the coordinates of the measuring point P are adjusted. In addition to preventing loss of data, the processing of the measurement data is devised so that the necessary and sufficient coordinate data of the measurement point P can be acquired while minimizing the increase in the data amount. Specifically, a virtual tunnel model h as shown in an example in FIG. 7 is created in accordance with specifications previously defined in a tunnel construction plan, and a predetermined interval is formed on the inner wall of the tunnel model h. , Cylindrical coordinate data (x, θ, r) of a number of measurement target points Pt, Pt,.

【0046】また、前記図7において、前記測定目標点
Ptの周囲にそれぞれ測定点Pを選択可能な選択許容範
囲(設定範囲:図には1つの測定目標点Ptの周りに斜
線を入れて示す範囲)を設定して、この選択許容範囲に
対応する座標データを準備する。すなわち、測定目標点
Ptの座標が(xm,θn,rmn)であれば、この測定目
標点Ptに対応する選択許容範囲の座標(x,θ,r)
は、例えば以下の3つの式により表され、また、選択許
容範囲の座標データは、図8に一例を示すようなマップ
として与えられる。
In FIG. 7, a permissible selection range in which each of the measurement points P can be selected around the measurement target point Pt (set range: a hatched line is shown around one measurement target point Pt in the figure). Is set, and coordinate data corresponding to the selection allowable range is prepared. That is, if the coordinates of the measurement target point Pt are (xm, θn, rmn), the coordinates (x, θ, r) of the allowable selection range corresponding to the measurement target point Pt.
Is represented, for example, by the following three equations, and the coordinate data of the selection allowable range is given as a map whose example is shown in FIG.

【0047】 xm−Δx< x <xm+Δx ・・・ (式1) θn−Δθ< θ <θn+Δθ ・・・ (式2) rmn−Δr< r <rmn+Δr ・・・ (式3) 尚、前記設定目標点の間の所定間隔というのは、トンネ
ルHの形状計測の目的に応じて適当な間隔に設定すれば
よく、例えば、掘削後のトンネル内壁面の形状を調べる
のであれば、30〜50cmくらいに設定すればよい。
また、前記選択許容範囲の広さは、前記1〜3式におけ
るΔx、Δθ、Δrの各値を変更することで変化させる
ことができ、例えば、Δx=約20cm、Δθ=0.5
〜1度、Δr=約50cmというように設定すればよ
い。
Xm−Δx <x <xm + Δx (1) θn−Δθ <θ <θn + Δθ (2) rmn−Δr <r <rmn + Δr (3) The predetermined interval between the points may be set to an appropriate interval according to the purpose of measuring the shape of the tunnel H. For example, when examining the shape of the inner wall surface of the tunnel after excavation, it is about 30 to 50 cm. Just set it.
Further, the width of the selection allowable range can be changed by changing each value of Δx, Δθ, and Δr in the above formulas 1 to 3, for example, Δx = about 20 cm, Δθ = 0.5
11 degree, Δr = approximately 50 cm.

【0048】このようにして、測定目標点Pt及び選択
許容範囲の座標データを設定した上で、上述の如く測距
機2により測定した多数の測定点Pについての座標デー
タをコントローラ4に入力し、該コントローラ4におい
て各測定点Pの座標を前記選択許容範囲の座標と対照す
る。そして、いずれかの測定目標点Ptの選択許容範囲
に含まれる測定点Pの座標のみを選択するようにするこ
とで、トンネルHの内壁上に適度に分散した測定点Pの
座標データのみを採取しながら、それ以外の不要なデー
タは除くことができる。
After setting the coordinate data of the measurement target point Pt and the selectable range in this way, the coordinate data of a large number of measurement points P measured by the range finder 2 is input to the controller 4 as described above. The controller 4 compares the coordinates of each measurement point P with the coordinates of the selection allowable range. Then, by selecting only the coordinates of the measurement points P included in the selection allowable range of any one of the measurement target points Pt, only the coordinate data of the measurement points P appropriately dispersed on the inner wall of the tunnel H is collected. However, other unnecessary data can be excluded.

【0049】さらに、前記測定目標点Ptのそれぞれの
選択許容範囲には少なくとも1つの測定点Pが選択され
るように、この実施形態の計測装置Aでは自動回転ステ
ージ3による測距機2の1回の回動角度Δψを、所定角
度以下に設定している。以下、この設定回動角度Δψと
計測装置Aによるトンネル長手方向の計測可能距離x1
との関係について、図9を参照しながら詳しく説明す
る。
Further, in the measuring apparatus A of this embodiment, one of the distance measuring machines 2 using the automatic rotating stage 3 is selected so that at least one measuring point P is selected in each of the selectable ranges of the measuring target points Pt. The rotation angle Δψ is set to a predetermined angle or less. Hereinafter, this set rotation angle Δψ and the measurable distance x1 in the tunnel longitudinal direction by the measuring device A will be described.
Will be described in detail with reference to FIG.

【0050】図9は、計測装置AをトンネルHの幅方向
の略中央部に設置して、これを鉛直方向から見たもので
あり、一点鎖線γは、該計測装置Aの設置点を通り、ト
ンネルHの長手方向に延びる長手方向線である。同図に
おいて、計測装置Aから側方のトンネル内壁面までの幅
方向の距離をRとし、また、計測装置Aから計測点P
1,P2までのトンネル長手方向の距離をそれぞれx1,
x2とし、さらに、該各測定点P1,P2の水平角をそれ
ぞれψ1,ψ2とすると、 x1−x2 = x1−R×tanψ2 =x1−x2 = x1−R×tan(ψ1−Δψ) ・・・(式4) また、x1 = R×tanψ1 だから、 ψ1 = tan-1(x1/R) ・・・(式5) ∴ x1−x2 = x1−R×tan{tan-1(x1/R)−Δψ}・・・(式6) ここで、選択許容範囲のトンネル長手方向の長さは、±
Δxとして表され、該選択許容範囲の中に測定点Pが少
なくとも1つ含まれるようにしようとすれば、x1−x2
< Δx でなくてはならないので、前記(式6)よ
り、以下の(式7)が満足される必要がある。
FIG. 9 shows the measuring device A installed at a substantially central portion in the width direction of the tunnel H and viewed from the vertical direction. The one-dot chain line γ passes through the installation point of the measuring device A. , A longitudinal line extending in the longitudinal direction of the tunnel H. In the figure, the distance in the width direction from the measuring device A to the side wall surface of the tunnel is R, and the distance from the measuring device A to the measuring point P
The distance in the longitudinal direction of the tunnel to P1 and P2 is x1,
Assuming that x2 and the horizontal angles of the measurement points P1 and P2 are respectively ψ1 and 12, x1−x2 = x1−R × tanψ2 = x1−x2 = x1−R × tan (ψ1−Δψ) (Equation 4) Further, since x1 = R × tanψ1, ψ1 = tan −1 (x1 / R) (Equation 5) xx1−x2 = x1−R × tan {tan− 1 (x1 / R) − Δψ} (Equation 6) Here, the length of the tunnel in the longitudinal direction of the selection allowable range is ±
.DELTA.x, and if it is attempted to include at least one measurement point P in the selection allowable range, x1-x2
Since <Δx must be satisfied, the following (Equation 7) must be satisfied from the (Equation 6).

【0051】 Δx > x1−R×tan{tan-1(x1/R)−Δψ} ・・・(式7) つまり、自動回転ステージ3による測距機2の1回の回
動角度Δψと、選択許容範囲Δxとを、それぞれ、トン
ネルHの幅方向寸法2×Rとトンネル長さ方向の測定距
離x1とに応じて、前記(式7)を満たすように設定す
れば、計測装置Aにより計測可能なトンネルHの長手方
向の範囲内において該計測装置Aから最も遠いところで
あっても、所定間隔を空けて適度に分散した状態の測定
点Pの座標データを、抜けなく採取することができるも
のである。
Δx> x 1 −R × tan {tan −1 (x 1 / R) −Δψ} (Equation 7) That is, one rotation angle Δψ of the distance measuring device 2 by the automatic rotating stage 3, If the selection allowable range Δx is set so as to satisfy the above (Equation 7) according to the width direction dimension 2 × R of the tunnel H and the measurement distance x1 in the tunnel length direction, respectively, the measurement is performed by the measuring device A. Even if it is farthest from the measuring device A within the longitudinal range of the possible tunnel H, it is possible to collect the coordinate data of the measuring points P in a state where the measuring points P are appropriately dispersed at predetermined intervals without omission. It is.

【0052】一例を挙げれば、上述の如く、トンネルH
の内壁面に対するパルス光の入射角度が30°くらいに
なるところまで測定が可能であるとすると、トンネルH
の幅を約10mとして(R=10)、トンネルHの長手
方向についておおよそ10mくらい離れたところまで、
測定が可能なので、R = 5m、 x1 = 10m
となる。
For example, as described above, the tunnel H
If it is possible to measure up to the point where the incident angle of the pulse light on the inner wall surface of the
Is about 10 m (R = 10), and about 10 m apart in the longitudinal direction of the tunnel H,
Since measurement is possible, R = 5m, x1 = 10m
Becomes

【0053】そして、自動回転ステージ3により測距機
2を0.5°刻みに回動させるとすると、 Δψ =
0.5° であるから、前記(式7)より、 Δx > 10−5×tan{tan-1(10/5)−0.
5} ≒ 0.1933 従って、この場合には、大略、Δx≧20cmとすれば
よいことになる。
Then, if the distance measuring device 2 is rotated by the automatic rotating stage 3 in steps of 0.5 °, Δψ =
Since it is 0.5 °, from the above (Equation 7), Δx> 10−5 × tan よ り tan −1 (10/5) −0.
5} 0.1 0.1933 Therefore, in this case, it is sufficient that Δx ≧ 20 cm.

【0054】以下、コントローラ4によるデータ処理の
手順を図10に示すフローチャート図に基づいて、具体
的に説明する。
Hereinafter, the procedure of data processing by the controller 4 will be specifically described with reference to the flowchart shown in FIG.

【0055】同図に示すフローのスタート後のステップ
SC1では、まず、測距機2が作動したかどうか判定す
る。すなわち、コントローラ4から測距機2に作動指令
が出力されるまではNOと、また、作動指令が出力され
ればYESと判定して、ステップSC2に進む。このス
テップSC2では、測距機2から入力された測定デー
タ、即ち測定点Pまでの距離Lと高度角φとを入力する
とともに、ロータリエンコーダ21からの信号に基づい
て演算した測定点Pの水平角ψを入力する。
In step SC1 after the start of the flow shown in the figure, first, it is determined whether or not the distance measuring device 2 has operated. That is, NO is determined until the operation command is output from the controller 4 to the distance measuring device 2, and YES is determined if the operation command is output, and the process proceeds to step SC2. In step SC2, the measurement data input from the distance measuring device 2, that is, the distance L to the measurement point P and the altitude angle φ are input, and the horizontal position of the measurement point P calculated based on the signal from the rotary encoder 21 is input. Enter angle ψ.

【0056】続いて、ステップSC3では、前記測定点
Pの座標(L,φ,ψ)を、測定目標点Ptの座標デー
タと同じ円筒座標(x,θ,r)に変換し、続くステッ
プSC4において、該測定点Pの変換後の座標データを
選択許容範囲の座標データと対照する。そして、続くス
テップSC5において当該測定点Pがいずれかの選択許
容範囲に含まれているかどうか判定し、この判定がNO
であれば、前記ステップSC2にリターンする一方、判
定がYESであればステップSC6に進む。つまり、い
ずれかの測定目標点Ptの選択許容範囲に含まれている
測定点Pの座標のみを選択する。
Subsequently, in step SC3, the coordinates (L, φ, ψ) of the measurement point P are converted into the same cylindrical coordinates (x, θ, r) as the coordinate data of the measurement target point Pt. , The converted coordinate data of the measurement point P is compared with the coordinate data of the selection allowable range. Then, in the subsequent step SC5, it is determined whether or not the measurement point P is included in any of the selection allowable ranges.
If so, the process returns to step SC2, while if the determination is YES, the process proceeds to step SC6. That is, only the coordinates of the measurement point P included in the selection allowable range of any one of the measurement target points Pt are selected.

【0057】続いて、ステップSC6では、今度は前記
のように選択した測定点Pの座標を、測定目標点Ptそ
のものの座標データと対比するとともに、既にこの測定
目標点Ptに対応して選択されている測定点Pがあれ
ば、この測定点Pの座標(メモリ値)とも対比する。そ
して、続くステップSC7において、前記測定点Pの座
標データがメモリ値よりも設定目標点に近いか否か判定
し、この判定がNOであれば、前記ステップSC2にリ
ターンする一方、判定がYESであればステップSC8
に進んで、メモリ値を更新する。つまり、1つの測定目
標点Ptに対して選択可能な測定点Pが複数あるときに
は、測定目標点Ptに最も近い測定点Pの座標のみを選
択する。
Subsequently, in step SC6, the coordinates of the measurement point P selected as described above are compared with the coordinate data of the measurement target point Pt itself, and are already selected corresponding to the measurement target point Pt. If there is a measurement point P that is present, it is also compared with the coordinates (memory value) of this measurement point P. Then, in subsequent step SC7, it is determined whether or not the coordinate data of the measurement point P is closer to the set target point than the memory value. If this determination is NO, the process returns to step SC2, while the determination is YES. Step SC8 if any
To update the memory value. That is, when there are a plurality of measurement points P that can be selected for one measurement target point Pt, only the coordinates of the measurement point P closest to the measurement target point Pt are selected.

【0058】前記ステップSC8に続いて、ステップS
C9では測定終了かどうか判定する。すなわち、前記の
測定開始の判定と同様に、コントローラ4から測距機2
に停止指令が出力されたかどうか判定し、停止指令が出
力されるまではNOと判定して、前記ステップSC2に
リターンする一方、停止指令が出力されれば、測定終了
でYESと判定して、ステップSC10に進み、メモリ
に記憶されている選択された全ての測定点Pの座標デー
タ(メモリ値)をパソコン端末5に送信して、制御を終
了する。
Following step SC8, step S8 is executed.
In C9, it is determined whether or not the measurement is completed. That is, similarly to the determination of the start of the measurement, the controller 4 sends the distance
It is determined whether or not a stop command has been output, NO is determined until the stop command is output, and the process returns to step SC2. On the other hand, if the stop command is output, YES is determined at the end of the measurement. Proceeding to step SC10, the coordinate data (memory value) of all the selected measurement points P stored in the memory is transmitted to the personal computer terminal 5, and the control ends.

【0059】そして、前記のようにコントローラ4から
座標データを送信されたパソコン端末5では、従来周知
の3次元画像処理ソフトウエアにより、測定点Pの座標
データに基づいて仮想のトンネル内形状モデルh′を作
成する。すなわち、図11に一例を示すように、互いに
近接する測定点P同士を仮想の線分により結んだワイヤ
ーフレームモデルh′が作成されて、このワイヤーフレ
ームモデルh′のデータがパソコン端末5の記録装置に
記録される。このワイヤーフレームモデルのデータに基
づいて、トンネルHの任意の内空断面形状を求めること
ができる。また前記ワイヤーフレームモデルh′の画像
をパソコン端末5のディスプレー装置に画像表示すれ
ば、この画像表示を見た作業者はトンネルHの3次元的
な内形状を直観的に把握することができる。
Then, in the personal computer terminal 5 to which the coordinate data has been transmitted from the controller 4 as described above, the virtual tunnel interior shape model h based on the coordinate data of the measurement point P by the conventionally known three-dimensional image processing software. '. That is, as shown in an example in FIG. 11, a wire frame model h 'is created by connecting measurement points P close to each other by a virtual line segment, and the data of the wire frame model h' is recorded on the personal computer terminal 5. Recorded on the device. Based on the data of the wire frame model, it is possible to obtain an arbitrary hollow section shape of the tunnel H. If the image of the wire frame model h 'is displayed on the display device of the personal computer terminal 5, the operator who sees this image display can intuitively grasp the three-dimensional inner shape of the tunnel H.

【0060】前記図10に示すフローのステップSC
2,SC3により、測距機2及び自動回転ステージ3か
らの信号をそれぞれ入力し、該各信号値に基づいてトン
ネルHの内壁上の各測定点Pの座標を演算する演算手段
4cが構成され、ステップSC4〜SC8により、前記
演算手段4cにより演算された測定点Pの座標をそれぞ
れ測定目標点Ptの座標データと対比し、仮想のトンネ
ルモデルhの内壁上でいずれかの測定目標点Ptの周囲
の選択許容範囲に含まれる測定点Pの座標のみを選択す
る座標データ選択手段が構成されている。さらに、前記
パソコン端末5が、ワイヤーフレームモデル作成手段に
対応している。
Step SC of the flow shown in FIG.
2, SC3, a calculating means 4c for inputting signals from the range finder 2 and the automatic rotating stage 3 and calculating the coordinates of each measuring point P on the inner wall of the tunnel H based on the respective signal values. In steps SC4 to SC8, the coordinates of the measurement point P calculated by the calculation means 4c are compared with the coordinate data of the measurement target point Pt, and any one of the measurement target points Pt on the inner wall of the virtual tunnel model h is compared. Coordinate data selection means for selecting only the coordinates of the measurement point P included in the surrounding allowable range is configured. Further, the personal computer terminal 5 corresponds to a wire frame model creating means.

【0061】したがって、この実施形態に係るトンネル
内形状計測装置Aによれば、例えばトンネルH内の幅方
向の中央部付近に計測装置Aを設置して、三脚1の上部
の自動回転ステージ3と測距機2とを整準し、その後、
パソコン端末5を操作してトンネル内計測を開始させ
る。すると、まず最初に自動回転ステージ3が初期作動
して、測距機2の回転軸線βがトンネルHの長手方向に
延びるように位置づけられる。その後、前記測距機2の
測定作動が開始されて、レーザーパルス光が回転軸線β
の周りを周回するように放射状に投光され、そのパルス
光の投光面LSとトンネルHの内壁面とが交差する線上
において、該トンネルHの内壁上の多数の測定点Pの座
標が計測される。
Therefore, according to the tunnel inside shape measuring device A according to this embodiment, the measuring device A is installed, for example, near the center in the width direction inside the tunnel H, and the automatic rotating stage 3 on the upper part of the tripod 1 is connected. After leveling with the distance measuring device 2,
By operating the personal computer terminal 5, measurement in the tunnel is started. Then, first, the automatic rotation stage 3 is initially operated, and is positioned such that the rotation axis β of the distance measuring device 2 extends in the longitudinal direction of the tunnel H. Thereafter, the measuring operation of the distance measuring device 2 is started, and the laser pulse light is applied to the rotation axis β.
Are radiated so as to orbit around, and the coordinates of a large number of measurement points P on the inner wall of the tunnel H are measured on a line where the light projecting surface LS of the pulse light intersects the inner wall surface of the tunnel H. Is done.

【0062】続いて、パルス光が回転軸線βの周りを所
定回数、周回した後に、自動回転ステージ3により測距
機2が鉛直軸線αの周りに所定角度だけ回動され、ここ
で再び前記のように測距機2によるトンネルH内壁上の
測定点Pの座標の計測が行われる。そして、以上のよう
な計測が繰り返し自動的に行われて、測距機2が鉛直軸
線αの周りに約180度回動すると、計測作動が終了し
て、それまでにコントローラ4のメモリに記憶された多
数の測定点P,P,…の座標データがパソコン端末5に
送信される。
Subsequently, after the pulsed light circulates a predetermined number of times around the rotation axis β, the distance measuring device 2 is rotated by a predetermined angle about the vertical axis α by the automatic rotation stage 3, and the above-described operation is performed again. As described above, the coordinate of the measurement point P on the inner wall of the tunnel H is measured by the distance measuring device 2. The above measurement is repeatedly and automatically performed, and when the range finder 2 rotates about the vertical axis α by about 180 degrees, the measurement operation is completed and stored in the memory of the controller 4 by then. Are transmitted to the personal computer terminal 5.

【0063】このことで、計測装置Aによる1回の計測
によって、トンネルHの内壁上に長手方向の所定距離に
亘って分布する多数の測定点P,P,…の座標データを
自動的に採取することができるので、従来までのように
1点ずつ測量するのに比べて、格段に多い測定点Pの座
標データを短時間で取得することができる。しかも、自
動回転ステージ3による測距機2の1回の回動角度Δψ
(平均的な回転速度)を所定角度以下に抑えることで、
前記トンネル長手方向の所定距離に亘って、抜けのない
座標データを得ることができ、よって、トンネルHの内
形状を必要かつ十分な精度で計測することができる。ま
た、前記座標データに基づいて正確なワイヤーフレーム
モデルh′を作成することができ、これに基づいてトン
ネルHの任意の内空断面形状を求めることができる。
In this manner, coordinate data of a large number of measurement points P, P,... Distributed over a predetermined distance in the longitudinal direction on the inner wall of the tunnel H are automatically collected by one measurement by the measurement device A. Therefore, it is possible to acquire much more coordinate data of the measurement points P in a short time than in the conventional method of measuring one point at a time. Moreover, one rotation angle Δψ of the distance measuring device 2 by the automatic rotation stage 3
(Average rotation speed) by keeping it below a predetermined angle,
Coordinate data without omission can be obtained over a predetermined distance in the longitudinal direction of the tunnel, so that the inner shape of the tunnel H can be measured with necessary and sufficient accuracy. In addition, an accurate wire frame model h 'can be created based on the coordinate data, and an arbitrary hollow section shape of the tunnel H can be obtained based on the model.

【0064】さらに、前記多数の測定点P,P,…は、
予め計測の目的に対応するように適度に分散させた多数
の測定目標点Pt,Pt,…の付近に各々1つずつ位置
するものとなるので、トンネルHの内形状を把握する上
で必要かつ十分な座標データを得ながら、そのデータ量
を可及的に少なくして、データ処理演算の負荷を低減
し、かつ処理の高速化を図ることができる。
Further, the plurality of measurement points P, P,.
.. Are located one by one in the vicinity of a large number of measurement target points Pt, Pt,... Which are appropriately dispersed in advance so as to correspond to the purpose of measurement. While obtaining sufficient coordinate data, it is possible to reduce the data amount as much as possible, reduce the load of the data processing operation, and increase the processing speed.

【0065】(他の実施形態)尚、本発明のトンネル内
形状計測装置Aは前記の実施形態に限定されるものでは
なく、その他の種々の実施形態を包含するものである。
すなわち前記実施形態では、各測定目標点Ptの周囲に
設定する選択許容範囲の大きさを、該測定目標点Ptの
計測装置Aからの距離に関係無く一定にしているが、こ
れに限らず、例えば測定目標点Ptが計測装置Aの設置
場所からトンネルHの長手方向について遠くなるほど、
選択許容範囲を広くなるように設定するようにしてもよ
い。このようにすれば、前記実施形態のように測距機2
の平均的な回動速度を抑えなくても、測定点Pの抜けの
少ない座標データを得ることが可能になる。
(Other Embodiments) The tunnel inside shape measuring apparatus A of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various other embodiments.
That is, in the above-described embodiment, the size of the selection allowable range set around each measurement target point Pt is constant regardless of the distance of the measurement target point Pt from the measuring device A. However, the present invention is not limited to this. For example, the farther the measurement target point Pt is from the installation location of the measurement device A in the longitudinal direction of the tunnel H,
The selection allowable range may be set to be wide. By doing so, the distance measuring device 2 as in the above-described embodiment can be used.
It is possible to obtain coordinate data with less omission of the measurement point P without suppressing the average rotation speed of.

【0066】また、測距機2の平均的な回動速度につい
ては、例えば、図12に示すように鉛直方向から見て、
トンネルHの内壁面におけるパルス光の投光面LS同士
の間隔が略一定になるように、徐々に変化させるように
してもよい。すなわち、測距機2の回転軸線βとトンネ
ルHの長手方向に延びる長手方向線γとの間の傾斜角度
が大きいほど、パルス光はトンネルHの内壁面に対して
浅い角度で入射するようになるので、こうなるほど、測
距機2の平均的な回動速度を遅くするようにすればよ
い。
The average rotation speed of the distance measuring device 2 is, for example, as shown in FIG.
The distance between the light emitting surfaces LS of the pulse light on the inner wall surface of the tunnel H may be gradually changed so as to be substantially constant. That is, as the inclination angle between the rotation axis β of the distance measuring device 2 and the longitudinal line γ extending in the longitudinal direction of the tunnel H is larger, the pulse light is incident on the inner wall surface of the tunnel H at a shallower angle. Therefore, the average rotation speed of the range finder 2 may be reduced as the distance becomes larger.

【0067】そのようにすれば、トンネルHの内壁上に
おける測定点Pの分布状態をトンネルHの長手方向につ
いて均一化させることができるので、測定の無駄を減ら
しながら、抜けの少ない座標データを得ることができ
る。また、単に、測距機2の回転軸線βとトンネルHの
長手方向線γとの間の傾斜角度が45度以上のときに、
該傾斜角度が10度以下のときに比べて測距機2の平均
的な回動速度を小さくさせるようにするだけでも同様の
作用効果を得ることができる。
In this way, the distribution of the measurement points P on the inner wall of the tunnel H can be made uniform in the longitudinal direction of the tunnel H, so that coordinate data with few omissions can be obtained while reducing measurement waste. be able to. Further, simply when the inclination angle between the rotation axis β of the distance measuring device 2 and the longitudinal line γ of the tunnel H is 45 degrees or more,
Similar effects can be obtained by merely reducing the average rotation speed of the distance measuring device 2 as compared with the case where the inclination angle is 10 degrees or less.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上、説明したように、請求項1の発明
に係るトンネル内形状計測装置によると、光学式測距手
段による測距の方向を予め設定した回転軸線の周りに周
回させながら、該回転軸線に直交する直交軸線の周りに
測距手段自体を回動させることにより、該計測装置によ
ってトンネルの内壁上の多数の測定点の座標データを自
動的に採取することができる。これにより、従来までと
比べて格段に多い測定点の座標データを短時間で採取す
ることができるようになり、この多数の測定点の座標デ
ータに基づいて、トンネルの内形状を必要かつ十分な精
度で把握することができる。
As described above, according to the tunnel inner shape measuring apparatus of the first aspect of the present invention, the direction of the distance measurement by the optical distance measuring means is caused to revolve around the rotation axis set in advance. By rotating the distance measuring means about an orthogonal axis orthogonal to the rotation axis, the measuring device can automatically collect coordinate data of a large number of measuring points on the inner wall of the tunnel. This makes it possible to collect the coordinate data of a much larger number of measurement points in a short time than in the past, and based on the coordinate data of this many measurement points, it is necessary and sufficient to determine the inner shape of the tunnel. It can be grasped with accuracy.

【0069】請求項2の発明によると、トンネル内壁上
の多数の測定点の座標データに基づいて、ワイヤーフレ
ームモデルを作成することで、トンネル内形状を直観的
に把握したり、トンネルの任意の内空断面形状を求めた
りすることができる。
According to the second aspect of the present invention, by creating a wire frame model based on the coordinate data of a large number of measurement points on the inner wall of the tunnel, it is possible to intuitively grasp the inner shape of the tunnel or to set an arbitrary shape of the tunnel. For example, it is possible to obtain the inner cross-sectional shape.

【0070】請求項3の発明によると、トンネル内壁上
の多数の測定点を、互いに適度な間隔を空けて分散する
ように採取して、この採取した測定点の座標データに基
づいて、トンネル内形状を必要かつ十分な精度で把握す
ることができる。
According to the third aspect of the invention, a large number of measurement points on the inner wall of the tunnel are sampled so as to be dispersed at an appropriate interval from each other, and based on the coordinate data of the sampled measurement points, the number of measurement points in the tunnel is determined. The shape can be grasped with necessary and sufficient accuracy.

【0071】請求項4又は請求項5の発明によると、そ
れぞれ、トンネル内壁上の測定点が測距手段の設置個所
から遠くなっても、抜けの少ない座標データを取得でき
る。
According to the fourth or fifth aspect of the present invention, even if the measuring point on the inner wall of the tunnel is far from the place where the distance measuring means is installed, it is possible to acquire coordinate data with less omission.

【0072】請求項6の発明によると、トンネル内壁上
の多数の測定点の分布状態をできるだけ均一化して、測
定の無駄を減らしながら、抜けの少ない座標データを取
得することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to obtain coordinate data with few omissions while reducing the waste of measurement by making the distribution state of a large number of measurement points on the inner wall of the tunnel as uniform as possible.

【0073】請求項7の発明によると、多数の測定点の
座標データのうちから必要なものを残しつつ、データ量
をできるだけ少なくして、データ処理の高速化を図るこ
とができる。
According to the invention of claim 7, it is possible to reduce the data amount as much as possible and to speed up the data processing while leaving necessary coordinate data among a large number of measurement points.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に係るトンネル内形状計測装
置の全体構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a tunnel inside shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】トンネル内に設置した計測装置を示す斜視図で
ある。
FIG. 2 is a perspective view showing a measuring device installed in a tunnel.

【図3】回転式測距機の構成を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a rotary distance measuring device.

【図4】コントローラによる自動回転ステージ等の作動
制御の手順を示すフローチャート図である。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a procedure of operation control of an automatic rotation stage and the like by a controller.

【図5】コントローラによる測定制御の手順を示すフロ
ーチャート図である。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure of measurement control by a controller.

【図6】パルス光の投射状態の変化を鉛直方向から見て
模式的に示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a change in the projection state of the pulse light when viewed from a vertical direction.

【図7】仮想のトンネルモデルとこのモデル上の測定目
標点及び選択許容範囲とをそれぞれ示した説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a virtual tunnel model, a measurement target point on the model, and a selection allowable range.

【図8】選択許容範囲の座標データマップの一例を示し
た図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a coordinate data map of a selection allowable range.

【図9】抜けのない測定点の座標データが得られるよう
に、自動回転ステージの1回の回動角度を設定する方法
の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a method of setting one rotation angle of the automatic rotation stage so that coordinate data of a measurement point without omission is obtained.

【図10】コントローラによるデータ処理の手順を示す
フローチャート図である。
FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure of data processing by a controller.

【図11】トンネル内壁のワイヤーフレームモデルの一
例を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a wire frame model of an inner wall of a tunnel.

【図12】他の実施形態に係る図7相当図である。FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 7 according to another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A トンネル内形状計測装置 H トンネル h トンネルモデル P 測定点 Pt 測定目標点 α 鉛直軸線(直交軸線) β 回転動軸線 γ トンネルの長手方向線 2 回転式測距機(光学式測距手段、投光方
向可変手段) 3 自動回転ステージ(回動手段) 4 コントローラ 4a 作動制御手段 4b 測距制御手段 4c 演算手段 4d 座標データ選択手段 5 パソコン端末(ワイヤーフレームモデル
作成手段) 8 反射鏡(投光方向可変手段) 10 ロータリエンコーダ(回転変位検出手
段) 21 ロータリエンコーダ(回動変位検出手
段)
A Tunnel shape measuring device H Tunnel h Tunnel model P Measurement point Pt Measurement target point α Vertical axis (orthogonal axis) β Rotation axis γ Longitudinal line of tunnel 2 Rotary distance measuring device (optical distance measuring means, light projection Direction changing means) 3 automatic rotating stage (rotating means) 4 controller 4a operation control means 4b distance measuring control means 4c calculating means 4d coordinate data selecting means 5 personal computer terminal (wire frame model creating means) 8 reflecting mirror (light emitting direction variable) Means) 10 Rotary encoder (rotational displacement detecting means) 21 Rotary encoder (rotational displacement detecting means)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トンネル内に設置して、その内形状を計
測するための計測装置であって、 トンネルの内壁に向かってパルス光を投光し、その投光
方向に沿って戻ってきた反射光を検出して、該パルス光
の往復時間に基づいて測定点までの距離を求める光学式
測距手段と、 前記測距手段によるパルス光の投光方向を、予め設定し
た回転軸線の周りを周回するように変化させる投光方向
可変手段と、 前記投光方向可変手段による投光方向の回転変位量を検
出する回転変位検出手段と、 前記測距手段を、前記回転軸線の方向が該回転軸線に直
交する直交軸線の周りに変化するように回動させる回動
手段と、 前記回動手段による測距手段の回動変位量を検出する回
動変位検出手段と、 前記測距手段を所定期間毎に作動させる測距制御手段
と、 前記投光方向が回転軸線の周りに少なくとも1周、変化
する間に、前記測距手段が直交軸線の周りに所定角度だ
け回動するように、前記投光方向可変手段及び回動手段
をそれぞれ作動させる作動制御手段と、 前記測距手段の作動に対応するように該測距手段、回転
変位検出手段及び回動変位検出手段からの信号をそれぞ
れ入力し、該各信号値に基づいてトンネル内壁上の各測
定点の座標を演算する演算手段とを備えていることを特
徴とするトンネル内形状計測装置。
1. A measuring device installed in a tunnel to measure the inner shape thereof, wherein the reflecting device emits a pulse light toward an inner wall of the tunnel and returns along the emitting direction. Optical distance measuring means for detecting light and calculating the distance to the measurement point based on the round trip time of the pulse light; and projecting the pulse light by the distance measuring means around a predetermined rotation axis. Light-projecting direction changing means for changing so as to orbit; rotational displacement detecting means for detecting a rotational displacement amount in the light-projecting direction by the light-projecting direction variable means; and the distance measuring means; A rotation unit configured to rotate around an orthogonal axis perpendicular to the axis, a rotation displacement detection unit configured to detect a rotation displacement amount of the distance measurement unit by the rotation unit, and a predetermined distance measurement unit. Distance measurement control means operated for each period; While the light direction changes at least one round about the rotation axis, the light projection direction changing means and the rotation means are respectively operated so that the distance measuring means rotates by a predetermined angle about the orthogonal axis. Operation control means, and signals from the distance measuring means, the rotational displacement detecting means and the rotational displacement detecting means are respectively inputted so as to correspond to the operation of the distance measuring means. An arithmetic unit for calculating coordinates of each measurement point, the tunnel inside shape measuring device characterized by comprising:
【請求項2】 請求項1において、 演算手段により演算されたトンネル内壁上の複数の測定
点の座標データに基づいて、互いに近接する測定点同士
を仮想の線分により結んだワイヤーフレームモデルを作
成するワイヤーフレームモデル作成手段を備えているこ
とを特徴とするトンネル内形状計測装置。
2. A wire frame model according to claim 1, wherein the measurement points adjacent to each other are connected by virtual line segments based on the coordinate data of the plurality of measurement points on the inner wall of the tunnel calculated by the calculation means. A tunnel inside shape measuring device, comprising: a wire frame model creating means.
【請求項3】 請求項1又は2のいずれかにおいて、 トンネルの仕様に沿った仮想のトンネル内壁上で互いに
所定間隔が空くように設定した複数の測定目標点の座標
データと、 演算手段により演算された測定点の座標をそれぞれ前記
測定目標点の座標データと対比し、前記仮想のトンネル
内壁上でいずれかの測定目標点の周囲の設定範囲に含ま
れる測定点の座標のみを選択する座標データ選択手段と
を備えていることを特徴とするトンネル内形状計測装
置。
3. The method according to claim 1, wherein the coordinate data of a plurality of measurement target points set so as to have a predetermined interval from each other on a virtual inner wall of the tunnel in accordance with the specification of the tunnel; Coordinate data for comparing the obtained coordinates of the measurement points with the coordinate data of the measurement target points, respectively, and selecting only the coordinates of the measurement points included in a set range around any of the measurement target points on the virtual tunnel inner wall. A tunnel inside shape measuring device, comprising: selecting means.
【請求項4】 請求項3において、 設定範囲は、測定目標点が測距手段の設置場所からトン
ネルの長手方向について遠くなるほど、広くなるように
設定されていることを特徴とするトンネル内形状計測装
置。
4. The tunnel shape measurement according to claim 3, wherein the set range is set to be wider as the measurement target point is farther from the installation location of the distance measuring means in the longitudinal direction of the tunnel. apparatus.
【請求項5】 請求項3において、 直交軸線は、トンネルの長手方向に延びる長手方向線に
対し直交するように設定され、 作動制御手段は、座標データ選択手段により各測定目標
点に対応して少なくとも1つの測定点の座標が選択され
るように、回動手段による測距手段の平均的な回動速度
を設定速度以下に制御するものであることを特徴とする
トンネル内形状計測装置。
5. The method according to claim 3, wherein the orthogonal axis is set so as to be orthogonal to a longitudinal line extending in a longitudinal direction of the tunnel, and the operation control unit controls the coordinate data selecting unit to correspond to each measurement target point. An apparatus for measuring the inside shape of a tunnel, wherein an average rotation speed of a distance measuring unit by a rotation unit is controlled to be equal to or lower than a set speed so that coordinates of at least one measurement point are selected.
【請求項6】 請求項3において、 直交軸線は、トンネルの長手方向に延びる長手方向線に
対し直交するように設定され、、 作動制御手段は、前記直交軸線に沿って見て、回転軸線
がトンネルの長手方向線に対してなす傾斜角度が45度
以上のときには、該傾斜角度が10度以下のときに比べ
て測距手段の平均的な回動速度が大きくなるように、回
動手段の作動を制御するものであることを特徴とするト
ンネル内形状計測装置。
6. The apparatus according to claim 3, wherein the orthogonal axis is set so as to be orthogonal to a longitudinal line extending in a longitudinal direction of the tunnel, and the operation control means determines that the rotation axis is viewed along the orthogonal axis. When the inclination angle formed with respect to the longitudinal direction line of the tunnel is 45 degrees or more, the rotation means of the rotation means is increased so that the average rotation speed of the distance measuring means becomes larger than when the inclination angle is 10 degrees or less. An apparatus for measuring the inside shape of a tunnel, which controls operation.
【請求項7】 請求項3において、 座標データ選択手段は、1つの測定目標点に対して選択
可能な測定点が複数あるときには、該測定目標点に最も
近い測定点の座標を選択するように構成されていること
を特徴とするトンネル内形状計測装置。
7. The coordinate data selecting means according to claim 3, wherein when there are a plurality of measurement points that can be selected for one measurement target point, a coordinate of the measurement point closest to the measurement target point is selected. A tunnel inside shape measuring device characterized by being constituted.
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