JP2006057263A - 消波工の安定性評価方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】消波工全体の変形量を精確に計測できる安全性評価方法及びシステムを提供する。
【解決手段】相互識別可能な測定視標３が付された消波ブロック２の群の積み上げにより消波工１を構築し、消波工１の近傍の不動とみなせる３以上の既知三次元座標の基準位置Ｑにそれぞれ相互識別可能な基準視標７を固定する。消波工１に臨む異なる撮影位置Ｏから測定視標３及び基準視標７が含まれる画像群を撮影し、その画像中の各指標像の二次元座標と基準位置７の既知三次元座標とから基準位置７に対する各撮影位置Ｏの三次元座標及び撮影姿勢と各測定視標３の三次元座標とを画像計測法により計測し、各測定視標３の三次元座標から消波工１の三次元形状Ｋを算出する。消波工１に対する外力作用前後における消波工１の三次元形状Ｋから、その外力に対する消波工１の変形量を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は消波工の安定性評価方法及びシステムに関し、とくに複数の消波ブロックの積み上げにより構築した消波工の安定性を評価する方法及びシステムに関する。

港湾施設、海上空港、発電所等の沿岸又は水中構造物を構築する場合に、消波ブロックを用いて防波護岸等の消波工を構築することが多い。例えば図６に示すように、水際に沿って設けた基礎マウンド44上にケーソン41を載置して防波堤を築造し、その防波堤の接水面側に様々な形状の消波ブロック２を多段積みに据え付けて消波工１を構築する。水中の防波堤ではその両側に消波工を構築し、または防波堤なしに消波ブロック２のみを積み上げて消波工とする場合もある。消波ブロックによる消波工は、護岸の崩壊防止及び越波の抑制に有効であって修復も比較的容易であるという利点を有するが、他方でブロック同士の噛み合わせや基礎マウンド44の沈下等に伴って据え付け直後から徐々に沈下して変形を生じる。従って、消波工による護岸崩壊防止機能・越波抑制機能を維持するためには、波浪条件等に応じて変形しにくい安定な消波工の出来型を選択すると共に、その変形を継続的に計測して安定性を評価することが重要である。

従来から消波工の出来型形状を計測する方法として、例えば図６の消波工１の肩部分から適当な定規（1.5ｍ長さ程度の木材等）を用いて海面と接していると思われる仮想線（水切り部分）に至る傾斜角度を計測する直接法、消波工１の肩部分及び水切り部分と対応するラインを陸上ポイントに設置してトランシットにより傾斜角度を計測する間接法等が行なわれている。しかし、消波工１の表面は凹凸があって滑りやすいため、消波工１上で機材等を持ち歩く直接法は作業に危険を伴う問題点がある。また、定規やトランシットによる計測は消波工１のどの部分を対象とするかによって作業員毎に計測値が異なってバラツキが生じやすく、客観的な計測値を得にくい問題点もある。

これに対し特許文献１は、直接法及び間接法のような目視による形状計測に代えて、監視用カメラで消波ブロックの移動を検知するシステムを提案している。特許文献１のシステムは、複数のマーカを設けた消波ブロックを監視用カメラで撮影し、その撮影画像を初期画像として記憶すると共に、監視用カメラの監視画像及び初期画像の比較及び特徴抽出によりマーカの移動ベクトル量を計測して予め設定した許容値と比較し、計測したマーカの移動ベクトル量が許容値以上になったことを検出してアラームを発生するものである。監視用カメラで消波ブロック毎の位置ずれを計測することにより、従来の消波工１の変形計測作業に伴う作業時の危険や計測値のバラツキを軽減することが期待できる。

特開２００３−０５７００６号公報 特開２００２−１５６２２９号公報 特許第３５３０９７８号公報

しかし特許文献１の消波ブロックの移動検知システムは、固定式の監視カメラによって消波ブロック毎に位置ずれを計測するので、消波工全体の変形を精確に把握できない場合がある。本発明者等の実験及び経験によれば、個別の消波ブロックは大きく転倒・滑動していないにも拘らず、消波工全体が変形して機能に影響を及ぼす場合がある。特許文献１のシステムでは、そのような個別の消波ブロックの移動量は小さいが消波工全体に影響を与えるような変形を適切に検出できないおそれがある。また、監視カメラの位置は地震等によって移動する場合があり得るが、特許文献１のシステムでは監視カメラが移動すると消波ブロックの移動ベクトル量が計測できなくなり、地震等による消波ブロックの変形計測は従来の直接法又は間接法に頼らざるを得ない問題点もある。

そこで本発明の目的は、消波工全体の変形量を精確に計測できる安全性評価方法及びシステムを提供することにある。

本発明者は、従来からトンネルの形状計測又は変位計測等に使用されているバンドル調整を用いた写真測量技術に注目した（特許文献２参照）。写真測量は、対象点Ｐとその写真（カメラ画像）上の対象点像ｐとカメラ撮像中心（撮影位置）Ｏとの３点が一本の直線（撮影方向）上に存在するという幾何学的原理に基づくものであり、撮影位置Ｏの三次元座標及び撮影姿勢と画像上の対象点像ｐの二次元座標とから対象点Ｐの三次元座標を測量するものである。従って写真測量では撮影位置Ｏ及び姿勢を標定する必要があり、一般的に既知三次元座標の３以上の基準点Ｑを画像に写し込み、画像上の基準点像ｑの二次元座標と基準点Ｑの既知三次元座標とから撮影位置Ｏ及び姿勢を標定している。但し、基準点Ｑの三次元座標や基準点像ｑの二次元座標には誤差が含まれるため、実際には必要な数以上の基準点Ｑを設けて最小二乗法により標定の精度を高める必要がある。バンドル調整法は、単独の画像毎に撮影位置Ｏ及び姿勢を標定するのではなく、複数の画像の撮影位置Ｏ及び姿勢を最小二乗法によって同時に標定する方法である。

また本発明者は、従来のバンドル調整法では最小二乗法の初期値として画像毎に撮影時の撮影位置Ｏ及び姿勢の近似値を必要としていたが、手間のかかる撮影位置Ｏ及び姿勢の近似値計測作業を省略して生産性を高めたバンドル調整法が開発されていることに注目した（特許文献３参照）。

バンドル調整を用いた特許文献３の写真測量方法（画像計測方法）を、本発明の理解に必要な限度において、図９のブロック図及び図１０の流れ図を用いて説明する。先ず図９（Ａ）に示すように、計測対象50上の複数の計測点Ｐにそれぞれ相互識別可能な識別視標Taを取り付け、計測対象50上又は近傍の基準点Ｑに所定相互間隔Ｌの基準視標群Tbを固定する（図１０のステップS001〜S002）。基準視標群Tbの一例は、同図（Ｂ）に示すように、同一直線状にない６以上の基準視標Tb₁〜Tb₆を含むものである。

可搬型のカメラ（以下、撮像機という）10により、異なる位置・姿勢で、基準視標群Tbと３以上の識別視標Taとが共通に写り込み且つ非共通の識別視標Taが含まれる第１画像Ig₁及び第２画像Ig₂を撮影する（ステップS003）。３以上の共通の識別視標Taを写し込む理由は、その共通識別視標Taを次に撮影する第３画像Ig₃にも写し込むことにより、第３画像Ig₃の撮影位置及び姿勢の算出を可能とするためである。ステップS004において、第１画像Ig₁及び第２画像Ig₂を視標像座標検出手段15（図９（Ａ）参照）に入力し、第１及び第２画像Ig₁、Ig₂内の視標Ta、Tbの像の二次元座標を検出する。ステップS005において、撮影位置・姿勢算出手段16（図９（Ａ）参照）により、視標Ta、Tbの像の二次元座標と基準視標群Tbの所定相互間隔Ｌとから、基準点Ｑを原点とする座標系における第１及び第２画像Ig₁、Ig₂の撮影位置Ｏ及び姿勢と、３以上の識別視標Taの三次元座標とを算出する。視標像座標検出手段15及び撮影位置・姿勢算出手段16の一例は、コンピュータ13の内蔵プログラムである。

更に撮像機10を移動させながら、第ｎ画像Ig_n（ｎは３以上の自然数）を、その第ｎ画像Ig_n内に第（ｎ−１）画像Ig_(n-1)内の座標算出済の３以上の識別視標Taと座標未算出の識別視標Taとが共通に写り込み且つ第（ｎ−１）画像Ig_(n-1)と非共通の識別視標Taが含まれる位置・姿勢で撮影する（ステップS006〜S007）。ステップS008において、第ｎ画像Ig_nを視標像座標検出手段15に入力し、第（ｎ−１）画像Ig_(n-1)及び第ｎ画像Ig_n内の視標Taの像の二次元座標を検出する。ステップS009において、撮影位置・姿勢算出手段16により、視標Taの像の二次元座標と座標算出済視標Taの三次元座標とから、基準点Ｑを原点とする座標系における第ｎ画像Ig_nの撮影位置Ｏ及び姿勢と、座標未算出の識別視標Taの三次元座標とを算出する。

図１０のステップS006〜S009の繰り返しにより計測対象50上の全ての識別視標Taの三次元座標を算出できるが（ステップS010）、この三次元座標の算出値には誤差が含まれるので、ステップS011においてバンドル調整により各計測点Ｐの三次元座標の高精度化を図る。すなわち、視標三次元座標算出手段17によって、全画像Ig₁、Ig₂……Ig_(n-1)、Ig_n……内の視標Taの像の二次元座標と、全画像Ig₁、Ig₂……Ig_(n-1)、Ig_n……の撮影位置Ｏ及び姿勢と、全識別視標Taの三次元座標の算出値とから、バンドル調整により各計測点Ｐの三次元座標の精確を高める。視標三次元座標算出手段17の一例も、コンピュータ13の内蔵プログラムである。各計測点Ｐの精確な三次元座標が求まれば、計測対象50の三次元形状を求めることができる。また、各計測点Ｐの三次元座標を継続的に求めれば、各計測点Ｐの変位から計測対象50の変形を計測することができる（ステップS012〜S013）。

特許文献２及び３の画像計測方法を消波工に適用すれば、消波工の僅かな変形をも精確に検出することが期待できる。また、撮影位置Ｏ及び姿勢を求める必要がなく、可搬型撮像機を移動させながら複数の画像を撮影すれば足りるので、従来の直接法及び間接法に比し作業員の作業及び測量結果のバラツキの軽減が期待できる。本発明は、この知見に基づく更なる開発研究の結果、完成に至ったものである。

図１の実施例を参照するに、本発明の消波工の安定性評価方法は、相互識別可能な測定視標３が付された消波ブロック２の群の積み上げにより消波工１を構築し、消波工１の近傍の不動とみなせる３以上の既知三次元座標の基準位置Ｑにそれぞれ相互識別可能な基準視標７を固定し、消波工１に臨む異なる撮影位置Ｏから測定視標３及び基準視標７が含まれる画像群を撮影し、その画像中の各指標像の二次元座標と基準位置Ｑの既知三次元座標とから基準位置Ｑに対する各撮影位置Ｏの三次元座標及び撮影姿勢と各測定視標３の三次元座標とを画像計測法により計測し、各測定視標３の三次元座標から消波工１の三次元形状Ｋ（図４参照）を算出し、消波工１に対する外力作用前後における消波工１の三次元形状Ｋからその外力に対する消波工１の変形量を算出してなるものである。

好ましくは、各消波ブロック２の向きが異なる複数の外面にそれぞれ測定視標３を付す。更に好ましくは、各基準位置Ｑの既知三次元座標を対地三次元座標とし、消波工１の対地座標系における三次元形状Ｋを算出する。消波工１の三次元形状Ｋには、消波工１の天端高さ及び勾配を含めることができる。また、消波工１の構築形状を変えながら所定外力作用前後における消波工１の三次元形状Ｋの変形量の算出を繰り返すことによりその所定外力に対して安定な消波工１の構築形状を定めることができる。

また図１のブロック図を参照するに、消波工の安定性評価システムは、消波ブロック２の群の積み上げにより構築した消波工１の安定性を評価するシステムにおいて、消波ブロック２の各々に付すべき相互識別可能な測定視標３、消波工１の近傍の不動とみなせる３以上の既知三次元座標の基準位置Ｑにそれぞれ固定すべき相互識別可能な基準視標７、消波工１に臨む異なる撮影位置Ｏに移動可能な可搬型撮像機10、各撮影位置Ｏで撮影した測定視標３及び基準視標７が含まれる画像群を入力してその画像群中の各指標像の二次元座標と基準位置Ｑの既知三次元座標とから基準位置Ｑに対する各撮影位置Ｏの三次元座標及び撮影姿勢と各測定視標３の三次元座標とを計測する画像計測手段21、各測定視標３の三次元座標を入力して消波工１の三次元形状Ｋ（図４参照）を算出する形状算出手段26、消波工１の三次元形状Ｋの算出値を記録する記憶手段25、並びに消波工１に対する外力作用前後の三次元形状Ｋの算出値を入力してその外力に対する消波工１の変形量を算出する変形量算出手段27を備えてなるものである。

本発明による消波工の安定性評価方法及びシステムは、消波工に臨む異なる撮影位置から撮影した画像群に基づき消波工の三次元形状を求め、消波工に対する外力作用前後における消波工の三次元形状からその外力に対する消波工の変形量を算出するので、次の顕著な効果を奏する。

（イ）個別の消波ブロックが大きく転倒・滑動しない場合でも、消波工全体の変形を精確に検出して安全性を適切に評価できる。
（ロ）可搬型撮像機を移動させながら複数の画像を撮影すれば足り、撮影位置を求める必要がないので、地震時等においても基準指標の三次元座標を更新するだけで消波工の安全性を適切に評価できる。
（ハ）消波工のリアルタイムでの安全性評価に適用できると共に、現地で撮影した消波工の画像を撮影後に解析して消波工の安全性を評価（バッチ式評価）することも可能であり、消波工の安全性評価作業の大幅な簡易化・省力化に寄与できる。
（ニ）従来方法に比し、作業員の危険作業を軽減できると共に、バラツキのない消波工の安全性の客観的評価が可能となる。
（ホ）各消波ブロックの向きが異なる複数の外面にそれぞれ測定視標を付すことにより、個別ブロックの転倒・滑動等の挙動把握にも利用できる。
（ヘ）変形し難い安定な消波工の構築形状の設計、及び構築後の消波工の安全性管理の何れにも適用できる。
（ト）撮影から安全性評価まで全てをコンピュータで処理することができ、消波工の経時的変位データをコンピュータに蓄積保存して随時参照できる。

図１は本発明による消波工１の安定性評価システムの一例のブロック図を示し、図７はそのシステムを用いた消波工１の安定性評価方法の流れ図の一例を示す。図示例の安定性評価システムは、消波ブロック２の各々に付すべき測定視標３と、消波工１の近傍の基準位置Ｑの各々に固定すべき基準視標７と、デジタルカメラ等の可搬型撮像機10と、コンピュータ20とを有する。消波工１に臨む異なる撮影位置Ｏに可搬型撮像機10を移動させつつ測定視標３及び基準視標７が含まれる画像群を撮影し、その画像群をコンピュータ20に入力して消波工１の安定性を評価する。図示例のコンピュータ20は、ディスプレイ・プリンタ等の出力手段31と伝送装置32と記憶手段25とを有し、画像計測手段21、形状算出手段26、変形量算出手段27等のプログラム群を内蔵している。

以下、図７の流れ図を参照して、本発明の安定性評価方法を説明する。先ずステップS101において各消波ブロック２に相互識別可能な測定視標３を付し、ステップS102において測定視標３付き消波ブロック２を積み上げて消波工１を構築する。ただし、消波工１の構築後に各消波ブロック２に測定視標３を付して本発明を適用することも可能である。その場合は、各消波ブロック２の撮影に適した外面（例えば、護岸の法線方向から撮影する場合はその法線と交差又は直交する外面）に基準視標７を設けることが望ましい。相互識別可能な測定視標３の一例は、図３（Ａ）に示すドット分布型、又は同図（Ｂ）に示す共心型のものである。

図示例のドット分布型の測定視標３は、適当な基盤上に真円、正方形、正三角形等の点対称の６つの平面状識別マーク4O、4A、4B、5a、5b、5cをドットとして配置したものである。各識別マークは光学的に消波ブロック２と識別容易な材料又は色とし、好ましくは基板を光吸収性（例えば黒色）とし、識別マークを光反射性（例えば白色）又は蛍光性とする。測定視標３はボルト止め、セメント等によって消波ブロック２に取り付け可能であるが、コンクリート製の消波ブロック２の場合は、養生期間終了後に黒色ペンキで下塗りした上で白色ペンキにより識別マークを描いて測定視標３としてもよい。測定視標３は、防水性があり且つ海の生物が付着しにくい材質製とすることが望ましい。

また図示例のドット分布型の測定視標３は、６つの識別マークの重心位置から最も遠い３つの識別マーク4O、4A、4Bを各視標３に共通の座標軸とし、残りの３つの識別マーク5a、5b、5cを視標３毎に固有の識別ＩＤとしたものである。例えば後述する視標像の二次元座標の検出処理（ステップS105）において、各測定視標３上の二次元座標軸を識別マーク4O、4A、4Bに基づき定め、識別マーク5a、5b、5cに基づき測定視標３毎にＩＤを読み取り、座標軸原点である反射素材4Oの座標を測定視標３の二次元位置として検出する。各識別マーク４、５の形状を点対称とすることにより、撮像機10を光軸回りに回転させた画像上での識別を確実に行うことができる。ドット分布型の測定視標３によれば、500〜600の識別コードを容易に作ることができる。ただし測定視標３は図３の例に限定されず、識別コード数が少ない場合は、図２に示すように形状又は番号付けによって各測定視標３を相互に識別可能とすることができる。

各消波ブロック２には少なくとも１個の測定視標３を付せば足りるが、任意の方向から又は消波ブロック２が回転した場合にも測定視標３が撮影できるように、各消波ブロック２の向きが異なる複数の外面にそれぞれ測定視標３を付すことが好ましい。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、消波ブロック２の各脚部先端にそれぞれ測定視標３を取り付けた例を示す。同図（Ａ）では、消波ブロック２の一部が欠損しても測定視標３が残るように、脚部の付け根部分等にも測定視標３を設けている。消波ブロック２に複数の測定視標３を設けることにより、消波工１の全体の三次元形状だけでなく、ブロック毎の転倒等・滑動等の挙動を把握することも可能となる。

次にステップS103において、消波工１の近傍に施工や基礎地盤の沈下等によって変位を生じない３以上の基準位置Ｑを定め、その基準位置Ｑに相互識別可能な基準視標７を固定する。後述する測定視標３の三次元座標算出時（ステップS106）に鉛直方向の精度を向上するためには、各基準位置Ｑが同一直線上に並ばないように異なる鉛直方向高さとすることが望ましい。図示例では、防波堤の上部工42（図６参照）に複数の鉛直方向高さが異なる基準位置Ｑを定め、その各々に基準視標７を撮影に適した向き（撮像しやすい向き）で固定している。基準位置Ｑの相互間隔及び数は、後述する画像撮影時（ステップS104）において各画像中に少なくとも３つの基準視標７が写り込むように適当に選ぶことができる。基準視標７は測定視標３と明確に識別可能なものとすることが望ましいが、図３のドット分布型視標を基準視標７に固有の識別ＩＤとして用いてもよい。各基準視標７の三次元座標を測量（例えばＧＰＳ測量等）により求め、図１のコンピュータ20の画像計測手段21又は記憶手段25に記憶する。

ステップS104において、可搬型撮像機10を消波工１に臨む複数の異なる撮影位置Ｏに移動させながら、基準視標７と測定視標３とが含まれる画像群を撮影する。例えば、各撮影場所Ｏにおいて、異なる２方向以上から、３以上の基準視標７と適当数の測定視標３とが共通に写り込むように画像対を撮影する。また特許文献３の場合と同様に、先ず初期撮影位置Ｏにおいて異なる姿勢で３以上の基準視標７と３以上の測定視標３とが共通に写り込み且つ非共通の測定視標３が含まれる第１画像及び第２画像を撮影し、次に第（ｎ−１）画像内の座標算出済の３以上の測定視標３と座標未算出の測定視標３とが共通に写り込み且つ第（ｎ−１）画像と非共通の測定視標３が含まれる撮影位置Ｏ及び姿勢に可搬型撮像機10を移動させながら第ｎ画像を撮影するサイクルを繰り返してもよい。図示例では海上から消波工１の画像群を撮影しているが、陸上又は空から撮影することも可能である。撮影した画像群は、コンピュータ20の画像計測手段21に入力するか又は記憶手段25に記憶する。

ステップS105〜S107は、コンピュータ20の画像計測手段21における処理を示す。図示例の画像計測手段21は、視標像座標検出手段22と撮影位置・姿勢算出手段23と視標三次元座標算出手段24とを含む。検出手段22及び算出手段23、24は、図９を参照して上述した視標像座標検出手段15、撮影位置・姿勢算出手段16、及び視標三次元座標算出手段17と同様のものとすることができる。例えばステップS105において視標像座標検出手段22により、３以上の基準視標７と適当数の測定視標３とが共通に写り込んだ画像対内の基準視標像及び測定視標像の二次元座標を検出し、ステップS106において撮影位置・姿勢算出手段23により、各指標像の二次元座標と各基準視標７の三次元座標とから基準位置Ｑに対するその画像対の撮影位置Ｏ及び姿勢と測定視標３の三次元座標とを算出し、ステップS107において視標三次元座標算出手段24により、バンドル調整により各測定視標３の三次元座標の高精度化を図る。また図１０の流れ図と同様に、ステップS105において座標算出済の３以上の測定視標３と座標未算出の測定視標３とが共通に写り込んだ画像対内の各指標像の二次元座標を検出し、ステップS106において各指標像の二次元座標と座標算出済測定視標３の三次元座標とから基準位置Ｑに対するその画像対の撮影位置Ｏ及び姿勢と座標未算出測定視標３の三次元座標とを算出し、ステップS107においてバンドル調整により各測定視標３の三次元座標の高精度化を図ってもよい。

その後ステップS108において、バンドル調整後の各測定視標３の三次元座標を形状算出手段26に入力し、形状算出手段26により消波工１の三次元形状Ｋを算出する。図４は、隣接する測定視標３の三次元座標を相互に線分で結合することにより作成した消波工１の三次元形状Ｋの一例を示す。各消波ブロック２に複数の測定視標３を設けた場合は、例えば各消波ブロック２上の特定測定視標３の三次元座標を用いて又は各測定視標３の三次元座標に基づく適当な演算値を用いて、消波工１の三次元形状Ｋを算出することができる。ただし、三次元形状Ｋの算出方法は図４の例に限定されない。算出した消波工１の三次元形状Ｋは、コンピュータ20の記憶手段25に記憶する。

ステップS109において消波工１に対する外力作用後であるか否かを判断し、外力作用前であればステップS104へ戻り、外力作用後に上述したステップS104〜S108を繰り返して消波工１の三次元形状Ｋを算出する。ステップS110において、消波工１に対する外力作用前後の三次元形状Ｋの算出値を変形量算出手段27に入力し、変形量算出手段27によりその外力に対する消波工１の変形量を算出する。三次元形状Ｋの変形量を算出することにより、個別の消波ブロック２が大きく転倒・滑動しない場合でも、消波工１の全体の変形を精確に検出して安全性を適切に評価することができる。

図５は、消波ブロック被覆傾斜堤の水理実験模型に本発明を適用し、その水理実験模型である消波工１に造波を作用させ、変形量算出手段27によって造波前後の消波工１の変形量を算出した結果を示す。同図（Ａ）は図４の三次元形状Ｋにおける黒丸で表した測線のＹ−Ｚ方向（平面Ｖ）の変形量を表し、同図（Ｂ）はその測線のＸ−Ｚ方向（断面Ｗ）の変形量を現す。消波ブロック２の最大移動距離はブロック１個程度（16t型ブロックの場合は幅約3.0ｍ）に過ぎず、消波ブロック２が個別に転倒や滑動していないため目視観測では消波工１の変形の検出が困難であったにも拘らず、同図の実験結果から消波工１の法面全体が前方（Ｚ軸方向）にせり出す形で変形していることが分かる。本発明者は、測定視標３の配置や個数、画像群の枚数等によって異なるものの、本発明により撮影距離の数万分の一程度（撮影距離が１ｍの場合に約0.05mm）の精度で消波工１の変形を検出することができ、従来の目視観察では問題なしと判定されていた消波工１の僅かな変形をも精確に検出可能であることを確認できた。

こうして本発明の目的である「消波工全体の変形量を精確に計測できる安全性評価方法及びシステム」を提供することができる。

なお図７の流れ図では、ステップS106において基準位置Ｑを原点とする座標系における各測定視標３の三次元座標を算出し、ステップS107〜S108において基準位置Ｑを原点とする座標系における消波工１の三次元形状Ｋ及び変位量を算出しているが、例えばステップS103において各基準位置Ｑの対地三次元座標を求めて記憶装置25に記憶しておけば、各基準視標７の対地三次元座標を測量して各測定視標３の対地座標系における三次元座標を算出し、消波工１の対地座標系における三次元形状Ｋ及び変位量を算出することができる。但し、対地座標系における消波工１の変位量の算出は本発明に必須のものでない。

本発明による安定性評価システムは、消波工１の変形し難い安定な構築形状の設計、及び構築後の消波工の安全性管理の何れにも有効に適用できる。上述したように、消波工１は安定な出来型を設計することはもちろん，安全面・機能面から構築後の消波工１の三次元形状（天端高さ及び勾配等）の変形を追跡して消波工１を管理することが重要である。図８は、本発明を利用した消波工１の設計方法及び管理方法の流れ図の概略を示したものである。

図８のステップS201〜S206は、水理実験模型を用いた消波工１の設計方法を示す。先ず適当な従来方法を用いて消波工１を構築すべき現地の耐波条件（又は耐震条件）を検討し（ステップS201）、その条件に応じて消波ブロック２の種類及び構築する消波工１の天端高さ及び法勾配等を選定して消波工１の水理実験模型を構築する（ステップS202〜S203）。ステップS204において、構築した水理実験模型に条件に応じた所定造波又は振動（外力）を作用させながら本発明システムにより三次元形状Ｋの変形量を算出し、水理実験模型の安定性を評価する。ステップS205において安定形状検出手段28により、所定外力の作用に対して消波工１が機能を維持できるか否かを判断し、維持できない場合はステップS203へ戻り、消波工１の構築形状を変えながら所定外力の作用前後における消波工１の三次元形状Ｋの変形量の算出を繰り返す。安定形状検出手段28は、例えば変形後の消波工１の天端高さ及び勾配が耐波条件を満たすか否かを検出する。ステップS203〜S205の繰り返しにより、その所定外力に対して安定な消波工１の構築形状とその構築形状に応じた消波ブロック２の重量とを設計することができる。ステップS207は、設計重量の消波ブロック２を用いて設計天端高さ及び勾配の消波工１を実際に現地で施工する段階を示す。

図８のステップS208〜S211は、現地で構築した実際の消波工１の安全性管理方法を示す。ステップS208において本発明システムにより消波工１の三次元形状Ｋの変形量を算出し、ステップS209において消波工１の機能が維持できているか否かを判断する。機能が維持できていないと判断された場合は、ステップS210において消波工１に対し適当な補修を加える。消波工１の安全性をリアルタイムで管理する場合は、必要に応じて、ステップS209で機能不全と判断されたときに警報手段29及び伝送手段32により遠隔の管理室等へ警報を出力してもよい。ステップS211で消波工１の管理を終了するか否かを判断し、管理を継続する場合はステップS208へ戻ってステップS208〜S211を繰り返す。例えば適宜間隔又は地震等の異常発生時にステップS208〜S211を繰り返すことにより、消波工１の護岸崩壊防止機能・越波抑制機能を長期間維持することが期待できる。

図６は、現地における消波工１の安全性管理に本発明を適用した実施例を示す。例えば船等の移動手段８に本発明システムを搭載し、移動手段８を海上で移動させながら消波工１の画像群を撮影して三次元形状の変形量を算出する。陸上に消波工１が見渡せる適当な場所があれば、その場所で本発明システムを徒歩又は適当な移動手段８で移動させながら消波工１の変形量を算出し、陸上及び海上に適当な場所がなければ気球・ラジコン飛行機等の移動手段８に本発明システムを搭載して空から消波工１の変形量を算出することも可能である。鉛直方向における消波工１の変形量の算出精度を高めるためには、同図（Ｂ）に示すように、消波工１の同一部分（例えば、図４における同一の平面Ｖの部分）を低い位置と高い位置とから撮影することが有効である。本発明システムの適用により，現場で消波工１の変形量を容易且つ精度良く求めることができ、従来の直接法・間接法等に比し計測時間の短縮も図ることができ、しかも作業員の熟練度に依存しない客観的なデータが得られる。

本発明の一実施例の説明図である 消波ブロックに対する測定視標の取り付け方法の説明図である 測定視標の一例の説明図である。 本発明による消波工の三次元形状の算出方法の説明図である。 本発明による消波工の三次元形状の算出実験結果を示す図である。 本発明の他の実施例の説明図である。 本発明による安定性評価の流れ図の一例である。 本発明を消波工の設計及び管理に適用した流れ図の一例である。 従来のバンドル調整法を用いた三次元画像計測装置のブロック図である。 図９の計測装置を用いた画像計測方法の流れ図の一例である。

符号の説明

１…消波工 ２…消波ブロック
３…測定視標 ３、４…識別マーク
７…基準視標 ８…移動手段
10…撮像機 11…光源
12…移動手段 13…コンピュータ
14…出力手段 15…視標座標検出手段
16…撮影位置・姿勢算出手段
17…視標三次元座標算出手段
18…撮影機位置・姿勢制御手段
19…記憶手段
20…コンピュータ 21…画像計測手段
22…視標像座標検出手段 23…撮影位置・姿勢算出手段
24…視標三次元座標算出手段
25…記憶手段 26…形状算出手段
27…変化量算出手段 28…安定形状検出手段
29…警報手段
31…出力手段 32…伝送手段
40…海面 41…ケーソン
42…上部工 43…埋立地盤
44…基礎マウンド
50…計測対象
Ｋ…消波工の三次元形状 Ｏ…撮影位置
Ｐ…計測点（計測部位） Ｑ…基準点（基準位置）
Ta…識別視標 Tb…基準視標群

Claims (9)

1. 相互識別可能な測定視標が付された消波ブロック群の積み上げにより消波工を構築し、前記消波工近傍の不動とみなせる３以上の既知三次元座標の基準位置にそれぞれ相互識別可能な基準視標を固定し、前記消波工に臨む異なる撮影位置から前記測定視標及び基準視標が含まれる画像群を撮影し、前記画像中の各指標像の二次元座標と前記基準位置の既知三次元座標とから基準位置に対する各撮影位置の三次元座標及び撮影姿勢と各測定視標の三次元座標とを画像計測法により計測し、前記各測定視標の三次元座標から消波工の三次元形状を算出し、前記消波工に対する外力作用前後における前記消波工の三次元形状から当該外力に対する消波工の変形量を算出してなる消波工の安定性評価方法。
2. 請求項１の評価方法において、前記各消波ブロックの向きが異なる複数の外面にそれぞれ前記測定視標を付してなる消波工の安定性評価方法。
3. 請求項１又は２の評価方法において、前記消波工の構築形状を変えながら所定外力作用前後における消波工の三次元形状の変形量の算出を繰り返すことにより当該所定外力に対して安定な消波工の構築形状を定めてなる消波工の安定性評価方法。
4. 請求項１から３の何れかの評価方法において、前記消波工の三次元形状に消波工の天端高さ及び勾配を含めてなる消波工の安定性評価方法。
5. 請求項１から４の何れかの評価方法において、前記各基準位置の既知三次元座標を対地三次元座標とし、前記消波工の対地座標系における三次元形状を算出してなる消波工の安定性評価方法。
6. 消波ブロック群の積み上げにより構築した消波工の安定性を評価するシステムにおいて、前記ブロックの各々に付すべき相互識別可能な測定視標、前記消波工近傍の不動とみなせる３以上の既知三次元座標の基準位置にそれぞれ固定すべき相互識別可能な基準視標、前記消波工に臨む異なる撮影位置に移動可能な可搬型撮像機、前記各撮影位置で撮影した前記測定視標及び基準視標が含まれる画像群を入力して当該画像群中の各指標像の二次元座標と前記基準位置の既知三次元座標とから基準位置に対する各撮影位置の三次元座標及び撮影姿勢と各測定視標の三次元座標とを計測する画像計測手段、前記各測定視標の三次元座標を入力して消波工の三次元形状を算出する形状算出手段、前記消波工の三次元形状の算出値を記録する記憶手段、並びに前記消波工に対する外力作用前後の前記三次元形状の算出値を入力して当該外力に対する消波工の変形量を算出する変形量算出手段を備えてなる消波工の安定性評価システム。
7. 請求項６のシステムにおいて、前記形状算出手段により消波工の天端高さ及び勾配を算出してなる消波工の安定性評価システム。
8. 請求項６又は７のシステムにおいて、前記消波工の異なる構築形状に対する所定外力作用前後の前記変化量算出手段の算出値を入力して当該所定外力に対して安定な消波工の構築形状を検出する安定形状検出手段を設けてなる消波工の安定性評価システム。
9. 請求項６から８の何れかのシステムにおいて、前記各基準位置の既知三次元座標を対地三次元座標とし、前記画像計測手段により各測定視標の対地座標系における三次元座標を計測し、前記形状算出手段により消波工の対地座標系における三次元形状を算出してなる消波工の安定性評価システム。

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