JP2006258760A - Displacement measuring system and displacement measuring method for long object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長尺物の変位計測システム及び変位計測方法に関する。 The present invention relates to a long object displacement measurement system and a displacement measurement method.
橋梁を初めとする長尺構造物は自重や強風等によって上下方向(すなわち、長手方向と垂直な方向)に撓むことがあるため、安全上等の観点からこの上下方向の変位を計測する必要がある。こうした長尺物の長手方向と垂直な方向の変位を計測する従来のシステムとしては、例えば下記特許文献1に記載された技術がある。同文献によれば、3次元レーザースキャナを用い、橋梁の変位を画像データとして取得することとしている。 Long structures such as bridges may bend in the vertical direction (that is, the direction perpendicular to the longitudinal direction) due to their own weight, strong wind, etc., so it is necessary to measure this vertical displacement for safety reasons. There is. As a conventional system for measuring the displacement in a direction perpendicular to the longitudinal direction of such a long object, there is a technique described in Patent Document 1, for example. According to this document, a three-dimensional laser scanner is used to acquire bridge displacement as image data.
しかしながら、長尺物の長手方向の長さとその垂直方向の変位幅の規模が著しく異なる場合、垂直方向の変位を精度よく計測することが難しかった。橋梁を例に挙げると、長手方向の長さが数百メートル〜数キロメートルであるのに対し、垂直方向の変位幅は数ミリメートル程度であるため、長手方向と垂直方向とを同一スケールとして画像を撮影したい場合には、長手方向を基準とすれば垂直方向の変位が小さすぎてほとんど計測できず、垂直方向を基準とすれば現実的に不可能なほど極端に横長の画像を撮影しなければならなかった。 However, when the length of the long object in the longitudinal direction and the scale of the displacement width in the vertical direction are significantly different, it is difficult to accurately measure the displacement in the vertical direction. Taking a bridge as an example, while the length in the longitudinal direction is several hundred meters to several kilometers, the displacement width in the vertical direction is about several millimeters, so the image in the longitudinal and vertical directions is the same scale. If you want to take a picture, if you use the longitudinal direction as a reference, the vertical displacement is too small to measure almost, and if you use the vertical direction as a reference, you must shoot an extremely long image that is practically impossible. did not become.
そこで本発明は、長尺物の長手方向の長さとその垂直方向の変位幅の規模が著しく異なる場合であっても、垂直方向の変位を精度よく計測することが可能な長尺物の変位計測システム及び変位計測方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a displacement measurement of a long object that can accurately measure the displacement in the vertical direction even when the length of the long object is significantly different from the scale of the displacement width in the vertical direction. It is an object to provide a system and a displacement measuring method.
本発明に係る長尺物の変位計測システムは、長尺物の、長手方向と垂直方向への変位を計測するシステムであって、前記垂直方向と平行な面を持つ多面体からなる集光手段と、前記集光手段の各面を介して前記長尺物の不連続な複数部位の画像を撮影する撮像手段と、前記画像から前記長尺物の前記垂直方向の位置を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。 A displacement measuring system for a long object according to the present invention is a system for measuring a displacement of a long object in a longitudinal direction and a vertical direction, and a condensing means comprising a polyhedron having a plane parallel to the vertical direction; Imaging means for taking images of a plurality of discontinuous parts of the long object through each surface of the light collecting means, and detection means for detecting the vertical position of the long object from the image. It is characterized by providing.
また、本発明に係る長尺物の変位計測方法は、長尺物の、長手方向と垂直方向への変位を計測する方法であって、前記垂直方向と平行な面を持つ多面体からなる集光手段を用いて集光する集光ステップと、前記集光手段の各面を介して前記長尺物の不連続な複数部位の画像を撮影する撮像ステップと、前記画像から前記長尺物の前記垂直方向の位置を検出する検出ステップとを備えることを特徴とする。 The long object displacement measuring method according to the present invention is a method for measuring the displacement of a long object in the longitudinal direction and the vertical direction, and is a light collecting device comprising a polyhedron having a plane parallel to the vertical direction. A condensing step of condensing using the means, an imaging step of taking images of a plurality of discontinuous parts of the long object through each surface of the condensing means, and the long object from the image And a detection step of detecting a position in the vertical direction.
また、上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記集光手段は、前記垂直方向を中心軸として回転可能であることも好ましい。 In the long object displacement measurement system, it is also preferable that the light condensing means is rotatable about the vertical direction as a central axis.
また、上記長尺物の変位計測方法において、前記集光ステップでは、前記垂直方向を中心軸として前記集光手段を回転させて集光可能であることも好ましい。 In the above-described long object displacement measuring method, it is also preferable that in the light collecting step, light can be collected by rotating the light collecting means about the vertical direction as a central axis.
また、上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記集光手段は、前記垂直方向を中心軸として一定速度で回転可能であることも好ましい。 In the long object displacement measurement system, it is also preferable that the light condensing means is rotatable at a constant speed with the vertical direction as a central axis.
また、上記長尺物の変位計測方法において、前記集光ステップでは、前記垂直方向を中心軸として前記集光手段を一定速度で回転させて集光可能であることも好ましい。 In the above-described long object displacement measuring method, it is also preferable that in the light collecting step, light can be collected by rotating the light collecting means at a constant speed with the vertical direction as a central axis.
また、上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記集光手段は、前記垂直方向を中心軸として所定の角度範囲内を正逆方向に回転可能であることも好ましい。 In the long object displacement measurement system, it is also preferable that the light condensing means can rotate in a forward and reverse direction within a predetermined angle range with the vertical direction as a central axis.
また、上記長尺物の変位計測方法において、前記集光ステップでは、前記垂直方向を中心軸として前記集光手段を所定の角度範囲内を正逆方向に回転させて集光可能であることも好ましい。 In the long object displacement measuring method, in the light collecting step, the light collecting means may be able to collect light by rotating the light condensing means in a predetermined angular range in the forward and reverse directions with the vertical direction as a central axis. preferable.
また、上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記検出手段は、前記長尺物の前記垂直方向の位置を時系列的に検出することも好ましい。 In the long object displacement measurement system, it is also preferable that the detection means detects the position of the long object in the vertical direction in time series.
また、上記長尺物の変位計測方法において、前記検出ステップでは、前記長尺物の前記垂直方向の位置を時系列的に検出することも好ましい。 In the long object displacement measuring method, it is also preferable that the detection step detects the position of the long object in the vertical direction in time series.
また、検出手段にて時系列的な検出を行う上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記検出手段は、前記長尺物の前記垂直方向の位置を、過去の時刻における位置に基づいて定められる一定範囲内を探索することにより検出することも好ましい。 In the long object displacement measurement system in which the detection unit performs time-series detection, the detection unit determines the vertical position of the long object based on a position at a past time. It is also preferable to detect by searching within a certain range.
また、検出ステップにて時系列的な検出を行う上記長尺物の変位計測方法において、前記検出ステップでは、前記長尺物の前記垂直方向の位置を、過去の時刻における位置に基づいて定められる一定範囲内を探索することにより検出することも好ましい。 Further, in the displacement measuring method for a long object that performs time-series detection in the detection step, the vertical position of the long object is determined based on a position at a past time in the detection step. It is also preferable to detect by searching within a certain range.
また、上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記集光手段を介して前記長尺物の不連続な複数部位を照射する照射手段をさらに備えることも好ましい。 In the long object displacement measurement system, it is also preferable to further include an irradiating unit that irradiates a plurality of discontinuous portions of the long object through the light collecting unit.
また、上記長尺物の変位計測方法において、前記集光手段を介して前記長尺物の不連続な複数部位を照射する照射ステップをさらに備えることも好ましい。 The long object displacement measuring method preferably further includes an irradiation step of irradiating a plurality of discontinuous portions of the long object through the light collecting means.
本発明に係る長尺物の変位計測システム及び変位計測方法によれば、計測対象たる長尺物の位置情報が長手方向と垂直な方向と平行な面を持つ多面体からなる集光手段を用いて集光され、その各面を介して長尺物の不連続な複数部位の画像を撮影され、画像から長尺物の垂直方向の位置が検出される。すなわち、長尺物の長手方向の代表部位が抜き出され、それらをつなぎ合わせて長尺物全体を把握し得る画像が撮影されて垂直方向の位置が検出されることになる。従って、長手方向と垂直方向とを同一スケールとして画像を撮影したい場合であっても、長尺物の垂直方向の変位を精度よく計測することが可能になる。 According to the long object displacement measurement system and displacement measurement method according to the present invention, the position information of the long object to be measured is collected using a polyhedron having a plane parallel to the direction perpendicular to the longitudinal direction. The light is collected, and images of a plurality of discontinuous portions of the long object are photographed through the respective surfaces, and the vertical position of the long object is detected from the image. That is, representative portions in the longitudinal direction of the long object are extracted, and an image that can grasp the entire long object is captured and the position in the vertical direction is detected. Therefore, even when it is desired to take an image with the longitudinal direction and the vertical direction being the same scale, it is possible to accurately measure the vertical displacement of the long object.
また、集光手段を長尺物の垂直方向を中心軸として回転可能とすることによって、撮影する長手方向の代表部位を容易に変更することができ、ひいては計測精度をさらに高めることが可能になる。さらに、集光手段を一定速度で回転させれば長手方向の広範囲を代表部位として計測することができ、また、集光手段を所定の角度範囲内を正逆方向に回転させれば長手方向の必要範囲のみを代表部位として精度よく計測することができ、それぞれ好適となる。 In addition, by making the condensing means rotatable about the vertical direction of the long object as a central axis, the representative part in the longitudinal direction to be photographed can be easily changed, and the measurement accuracy can be further improved. . Furthermore, if the condensing means is rotated at a constant speed, a wide range in the longitudinal direction can be measured as a representative part, and if the condensing means is rotated in the forward and reverse directions within a predetermined angle range, the longitudinal direction can be measured. Only the necessary range can be accurately measured as a representative part, and each is suitable.
また、長尺物の垂直方向の位置を時系列的に検出することによって、長尺物の垂直方向の動的な変位を計測することができ、変位計測の多様化を図ることが可能になる。 In addition, by detecting the vertical position of the long object in time series, it is possible to measure the dynamic displacement of the long object in the vertical direction, and to diversify the displacement measurement. .
また、時系列的な検出を行う際に、長尺物の垂直方向の位置を、過去の時刻における位置に基づいて定められる一定範囲内を探索する(例えば、直前時刻における位置から予想される変動範囲以内を探索する)ことにより検出することとすれば、長尺物の垂直方向の位置探索を容易かつ迅速に行うことができ、動的な変位をより効率的に計測することが可能になる。 In addition, when performing time-series detection, the vertical position of the long object is searched within a certain range determined based on the position at the past time (for example, the fluctuation expected from the position at the previous time) If it is detected by searching within the range), the vertical position search of the long object can be performed easily and quickly, and the dynamic displacement can be measured more efficiently. .
また、集光手段を介して長尺物の不連続な複数部位(すなわち撮像される部位)を照射することとすれば、夜間や曇天時等であっても計測が可能になる。このとき、集光手段を介して撮像される部位を照射することで、長尺物全体を照射するよりも少ないエネルギーで済む。 In addition, if a plurality of discontinuous parts (that is, parts to be imaged) of a long object are irradiated through the light collecting means, measurement is possible even at night or in cloudy weather. At this time, by irradiating the site to be imaged through the light collecting means, less energy is required than when irradiating the entire long object.
まず、図1を参照しながら、本実施形態に係る長尺物の変位計測システムの構成について説明する。この変位計測システム10は、計測対象たる橋梁1の長手方向(図中x軸方向)と垂直な方向(図中y軸方向)への変位を計測するシステムであり、多面体ミラー12(集光手段)と、カメラ14(撮像手段)と、コンピュータ16(検出手段)と、光源20(照射手段)を備えて構成される。以下、各構成要素について詳細に説明する。
First, the configuration of the long object displacement measurement system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. This
多面体ミラー12は、橋梁1の代表計測部位(図中x1x2x3x4…)と同数である複数枚の板状ハーフミラー(半透過型ミラー)12a、12b…を、鏡面をy軸に平行かつ橋梁1側に向けて、各面がx1x2x3x4…各部の像をカメラ14に対して反射するように凹型に接合した構造となっている。各板状ハーフミラー12a、12b…の裏面には、それぞれ光源20a、20b…が備え付けてられており、各板状ハーフミラー12a、12b…を透過して橋梁1の各代表計測部位を照射することが可能になっている。また、この多面体ミラー12及び光源20a、20b…は、ターンテーブル18上に配置されており、手動又は自動でターンテーブル18を操作することにより、y軸に平行な中心軸に対して一定速度で、または、所定の角度範囲内を正逆方向に回転可能になっている。
The
カメラ14は、静止画及び動画をデジタル撮影可能なカメラであり、多面体ミラー12の各鏡面に反射されたx1x2x3x4…各部の像を同一画像内に撮影可能な位置に配置されている。また、このカメラ14は、少なくとも橋梁1の代表計測部位x1x2x3x4…と同数以上のy軸方向の画素数と、少なくとも橋梁1側面と背景との境界線を識別できる性能を有しており、必要とされる精度に応じた高画素及び高フレームレートであることが好ましい。
The
また、コンピュータ16は、カメラ14とケーブルによって接続されており、カメラ14によって撮影された画像を取り込み、内蔵のメモリに保存することが可能になっている。また、このコンピュータ16には、カメラ14から送られた画像内の橋梁1と背景との境界線を探索するための画像処理、及び、当該処理時に過去の時刻における位置に基づいて定められる探索すべき範囲を算出するための演算処理に必要なソフトウェアがインストールされている。
The
次に、本実施形態に係る長尺物の変位計測システムの動作(本実施形態に係る長尺物の変位計測方法)について説明する。最初に、夜間や曇天時に計測を行う場合、予め光源20a、20b…を点灯して橋梁1の代表計測部位x1x2x3x4…を照射しておく。まず、時刻t1における橋梁1の代表計測部位x1x2x3x4…の像が、多面体ミラー12の各面に反射されて(すなわち、部位x1の像が鏡面12aに、部位x2の像が鏡面12bに…それぞれ反射されて)、カメラ14によって同一画像内に撮影される。カメラ14によって撮影された画像は、コンピュータ16内に取り込まれ内蔵のメモリに保存される。
Next, the operation of the long object displacement measurement system according to the present embodiment (the long object displacement measurement method according to the present embodiment) will be described. First, when measurement is performed at night or in cloudy weather, the
コンピュータ16では、撮影された画像から各部位x1x2x3x4…の橋梁1と背景との境界位置が検出される。より具体的には、部位x1に対応する横軸画素が探索され、当該画素を縦軸方向に走査して橋梁1と背景との境界画素が探索される。部位x2x3x4…についても同様に行われ、各部位の境界画素が探索されてこれが境界位置として検出される。こうして検出された部位x1x2x3x4…の境界位置がそれぞれy1y2y3y4…とされ、図2に示すような2次元座標形式の変位計測結果が作成される。
The
時刻t1における計測が行われた後、時刻t2における計測が行われる。コンピュータ16に画像が取り込まれるまでは時刻t1における動作と同一であるが、各部位x1x2x3x4…の橋梁1と背景との境界位置が検出される際に時刻t1における計測結果が用いられる。より具体的には、部位x1の橋梁1と背景との境界画素を縦軸方向に走査する際、探索の効率化及び高速化のため、直前時刻t1における位置y1から予想される変動範囲α内(図2の例では点線の範囲内)のみが探索される。こうした動作が時刻t3t4…以降も繰り返されて、動的な変位が計測される。
After the measurement at the time t 1 has been performed, the measurement at time t 2 is performed. The operation is the same as that at time t 1 until the image is captured by the
代表計測部位を変更したい場合には、一連の計測動作を終えた後に、ターンテーブル18を所定角度だけ回転させた後に上記の計測動作を行えばよい。特に、長手方向の広範囲を代表部位として計測したい場合にはターンテーブル18を一定速度で回転させ、また、長手方向の必要範囲のみを代表部位として計測したい場合にはターンテーブル18を所定の角度範囲内を正逆方向に回転させる。これにより多くの部位について変異を計測できるため、総合的な計測精度がさらに高められる。
When the representative measurement site is to be changed, the measurement operation may be performed after the
なお、本発明に係る長尺物の変位計測システム及び変位計測方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様を採ることが可能である。例えば、上記実施形態では、集光手段として反射型の多面体ミラーを用いる例を説明したが、集光手段として透過型の多面体レンズを用いてもよい。 The long object displacement measurement system and the displacement measurement method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be adopted. For example, in the above-described embodiment, an example in which a reflective polyhedral mirror is used as the light collecting unit has been described. However, a transmission type polyhedral lens may be used as the light collecting unit.
また、上記実施形態では、集光手段として単一の多面体ミラー、撮像手段として単一のカメラを用いる例を説明したが、複数の多面体ミラーもしくは複数のカメラを用いて、または、多面体ミラーとカメラとを複数組み合わせて計測することとしてもよい。これにより撮像対象である長手方向の代表計測部位を増やして精度をいっそう高めることができる。 In the above-described embodiment, an example in which a single polyhedral mirror is used as the light collecting unit and a single camera is used as the imaging unit has been described. However, a plurality of polyhedral mirrors or a plurality of cameras are used, or a polyhedral mirror and a camera are used. It is good also as measuring by combining two or more. As a result, the number of representative measurement sites in the longitudinal direction, which are imaging targets, can be increased to further increase the accuracy.
1…橋梁、10…変位計測システム、12…多面体ミラー、14…カメラ、16…コンピュータ、18…ターンテーブル、20…光源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Bridge, 10 ... Displacement measuring system, 12 ... Polyhedral mirror, 14 ... Camera, 16 ... Computer, 18 ... Turntable, 20 ... Light source
Claims (14)
前記垂直方向と平行な面を持つ多面体からなる集光手段と、
前記集光手段の各面を介して前記長尺物の不連続な複数部位の画像を撮影する撮像手段と、
前記画像から前記長尺物の前記垂直方向の位置を検出する検出手段と
を備えることを特徴とする長尺物の変位計測システム。 A system for measuring the displacement of a long object in the longitudinal direction and the vertical direction,
A light collecting means comprising a polyhedron having a plane parallel to the vertical direction;
Imaging means for taking images of a plurality of discontinuous portions of the elongated object through each surface of the light collecting means;
And a detection means for detecting the vertical position of the long object from the image.
前記垂直方向と平行な面を持つ多面体からなる集光手段を用いて集光する集光ステップと、
前記集光手段の各面を介して前記長尺物の不連続な複数部位の画像を撮影する撮像ステップと、
前記画像から前記長尺物の前記垂直方向の位置を検出する検出ステップと
を備えることを特徴とする長尺物の変位計測方法。 A method of measuring the displacement of a long object in the longitudinal direction and the vertical direction,
A condensing step of condensing using condensing means comprising a polyhedron having a plane parallel to the vertical direction;
An imaging step of capturing images of a plurality of discontinuous portions of the elongated object through each surface of the light collecting means;
A detection step of detecting the position of the long object in the vertical direction from the image.
The long object displacement measuring method according to any one of claims 8 to 13, further comprising an irradiation step of irradiating a plurality of discontinuous parts of the long object through the light collecting means.
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Cited By (2)
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CN105333831A (en) * | 2014-08-15 | 2016-02-17 | 西安星展测控科技股份有限公司 | Laser imaging flexibility and displacement monitoring method |
CN110044561A (en) * | 2019-05-07 | 2019-07-23 | 宋鹏威 | A kind of bridge security detection device |
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2005
- 2005-03-18 JP JP2005080457A patent/JP2006258760A/en active Pending
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