JP2011095222A - トンネルの内壁検査システムおよびトンネルの内壁検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間に、かつ、効率的に、トンネル内壁のコンクリート面を自動的に検査することができ、トンネル内壁のコンクリート面検査に要する費用を大幅に低減させることができるトンネルの内壁検査システムを提供する。
【解決手段】トンネルの内壁検査システムは、レーザスキャナ式測域センサやビデオカメラ１などによって、トンネル内壁の断面形状を光学的に測定し、測定されたトンネル内壁の断面形状に基づいて、トンネル内壁の動画を撮像し、トンネル内壁の動画データを生成する複数のビデオカメラ３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ等の位置および角度を自動的に調整して、トンネル内壁の動画データを生成し、生成されたトンネル内壁の動画データに基づいて、トンネル内壁のコンクリート面７の状態を検査するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネルの内壁検査システムおよびトンネルの内壁検査方法に関するものであり、さらに詳細には、短時間に、かつ、自動的に、トンネルの内壁を検査することができるトンネルの内壁検査システムおよびトンネルの内壁検査方法に関するものである。

地下鉄などのトンネルにおいては、経時的に、内壁のコンクリートにクラックなどの欠陥が生じることがあるため、定期的に、トンネルの内壁を検査して、補修することが必要不可欠である。

このような場合、従来は、複数のビデオカメラが搭載された車両を走行させつつ、複数のビデオカメラを用いて、トンネル内壁のコンクリート面を撮影し、得られた画像データに基づいて、トンネル内壁の欠陥の有無などを検査していた。

トンネル内壁のコンクリート面を撮影し、得られた画像データに基づいて、トンネル内壁のコンクリート面の欠陥の有無などを精度良く検査するためには、内壁の断面形状に応じて、複数のビデオカメラの位置および角度を調整することが必要不可欠であるが、同じトンネルでも、内壁の断面形状は一定ではなく、場所によって異なるため、これまでは、トンネルの内壁の断面形状が変わるたびに、複数のビデオカメラが搭載された車両を停止させて、オペレータが、手作業でトンネルの内壁の断面形状に合わせて、複数のビデオカメラの位置および角度を調整して、トンネル内壁のコンクリート面を撮影せざるを得なかった。

しかしながら、地下鉄などのトンネルはきわめて長く、トンネルの内壁の断面形状が変わるたびに、車両を停止させて、複数のビデオカメラの位置および角度を調整して、トンネル内壁のコンクリート面を撮影することは繁雑であるだけでなく、トンネルの内壁検査に、きわめて長時間を要し、きわめて非効率であった。

さらに、地下鉄などのトンネルの場合には、乗客や車両の安全を図るために、頻繁に、トンネル内壁のコンクリートの状態を検査することが必要であり、これまでは、トンネルの内壁検査に、膨大な時間と費用を要するという問題があった。

したがって、本発明は、短時間に、かつ、効率的に、トンネル内壁のコンクリート面を自動的に検査することができ、トンネル内壁のコンクリート面検査に要する費用を大幅に低減させることができるトンネルの内壁検査システムを提供することを目的とするものである。

さらに、本発明の目的は、短時間に、かつ、効率的に、トンネル内壁のコンクリート面を自動的に検査することができ、トンネル内壁のコンクリート面検査に要する費用を大幅に低減させるトンネルの内壁検査方法を提供することにある。

本発明のかかる目的は、トンネル内壁の動画データに基づいて、トンネル内壁の状態を検査するトンネル内壁検査システムであって、トンネル内壁の断面形状を光学的に測定し、トンネル内壁断面形状測定データを生成する光学的トンネル内壁断面形状測定手段と、トンネル内壁の動画を撮像し、トンネル内壁の動画データを生成する複数の動画撮像手段と、前記複数の動画撮像手段のそれぞれに対応して設けられ、対応する動画撮像手段の位置および角度を変化させる複数の駆動手段と、前記光学的トンネル内壁断面形状測定手段によって生成されたトンネル内壁断面形状測定データにしたがって、前記複数の駆動手段の少なくとも一部に駆動信号を出力して、対応する動画撮像手段の位置および／または角度を調整する制御手段を備えたことを特徴とするトンネル内壁検査システムによって達成される。

本発明によれば、トンネル内壁検査システムは、光学的トンネル内壁断面形状測定手段によって、トンネル内壁の断面形状を光学的に測定して、生成したトンネル内壁断面形状測定データに基づいて、制御手段が、トンネル内壁の動画データを生成する複数の動画撮像手段のそれぞれに対応して設けられ、対応する動画撮像手段の位置および角度を変化させる複数の駆動手段の少なくとも一部に駆動信号を出力して、対応する動画撮像手段の位置および／または角度を自動的に調整するように構成されているから、トンネル内壁の断面形状が変わったときに、制御手段によって、少なくとも一部の動画撮像手段の位置および／または角度が自動的に調整され、トンネル内壁の断面形状が変わるたびに、複数の動画撮像手段を搭載した車両を停止させて、手動で、複数の動画撮像手段の位置および／または角度を調整する必要はなく、したがって、短時間に、かつ、効率的に、トンネル内壁のコンクリート面を自動的に検査することができ、トンネル内壁のコンクリート面の検査に要する費用を大幅に低減させることが可能になる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記光学的トンネル内壁断面形状測定手段、前記複数の動画撮像手段、前記複数の駆動手段および前記制御手段を搭載し、走行可能な車両を備えている。

本発明の好ましい実施態様においては、前記光学的トンネル内壁断面形状測定手段が、前記トンネル内壁に向けて、レーザビームを発し、前記トンネル内壁に照射されるレーザビームの投光波形の位相と、前記トンネル内壁によって反射され、受光したレーザビームの受光波形の位相との位相差に基づいて、前記トンネル内壁までの距離を測定し、前記レーザビームによって、前記トンネル内壁を走査して、前記トンネル内壁の各点までの距離を測定し、前記トンネルの内壁断面形状を光学的に測定するレーザスキャナ式測域センサによって構成されている。

本発明の好ましい実施態様によれば、レーザスキャナ式測域センサによって、トンネル内壁の断面形状が、前記トンネル内壁までの距離という数値化した値として生成されるから、トンネル内壁の断面形状を数値化するソフトウエアを要することなく、制御手段によって、トンネルの内壁断面形状に応じて、複数の動画撮像手段の位置および／または角度が最適値になるように調整することが可能になるから、一層簡易に、かつ、効率的に、トンネル内壁のコンクリート面を自動的に検査することが可能になる。

本発明の別の好ましい実施態様においては、前記光学的トンネル内壁断面形状測定手段が、レーザビームを発するレーザ光源と、ビデオカメラとによって構成されている。

本発明のされに好ましい実施態様においては、前記動画撮像手段がビデオカメラによって構成されている。

本発明のされに好ましい実施態様においては、トンネルの内壁検査システムが、さらに、前記複数の動画撮像手段によって生成されたトンネル内壁の動画データに基づいて、トンネル内壁の状態を検査する検査手段を備えている。

本発明の前記目的はまた、トンネル内を走行しつつ、前記トンネルの内壁断面形状を光学的に測定して、トンネル内壁断面形状測定データを生成し、生成されたトンネル内壁断面形状測定データに基づいて、複数の動画撮像手段のうち、少なくとも一部の動画撮像手段の位置および／または角度を調整し、前記複数の動画撮像手段によってトンネル内壁を撮像して、トンネル内壁の動画データを生成し、前記複数の動画撮像手段によって生成されたトンネル内壁の動画データに基づいて、トンネル内壁の状態を検査することを特徴とするトンネルの内壁検査方法によって達成される。

本発明によれば、トンネル内を走行しつつ、トンネル内壁の断面形状を光学的に測定して、トンネル内壁断面形状測定データを生成し、生成したトンネル内壁断面形状測定データに基づいて、複数の動画撮像手段のうち、少なくとも一部の動画撮像手段の位置および／または角度を自動的に調整し、複数の動画撮像手段によってトンネル内壁を撮像して、トンネル内壁の動画データを生成し、複数の動画撮像手段によって生成されたトンネル内壁の動画データに基づいて、トンネル内壁の状態を検査するように構成されているから、トンネル内壁の断面形状が変わるたびに、複数の動画撮像手段を搭載した車両を停止させて、手動で、複数の動画撮像手段の位置および／または角度を調整する必要はなく、したがって、短時間に、かつ、効率的に、トンネル内壁のコンクリート面を自動的に検査することができ、トンネル内壁のコンクリート面の検査に要する費用を大幅に低減させることが可能になる。

本発明の好ましい実施態様においては、レーザスキャナ式測域センサによって、前記トンネル内壁にレーザビームを照射し、前記トンネル内壁に照射されたレーザビームの投光波形の位相と、前記トンネル内壁によって反射され、受光したレーザビームの受光波形の位相との位相差に基づいて、前記トンネル内壁までの距離を測定し、前記レーザビームにより、前記トンネル内壁を走査して、前記トンネル内壁の各点までの距離を測定し、前記トンネルの内壁断面形状を光学的に測定するように構成されている。

本発明の好ましい実施態様によれば、レーザスキャナ式測域センサによって、トンネル内壁の断面形状が、前記トンネル内壁までの距離という数値化した値として生成されるから、トンネル内壁の断面形状を数値化するソフトウエアを要することなく、制御手段によって、トンネルの内壁断面形状に応じて、複数の動画撮像手段の位置および／または角度が最適値になるように調整することが可能になるから、一層簡易に、かつ、効率的に、トンネル内壁のコンクリート面を自動的に検査することが可能になる。

本発明の別の好ましい実施態様においては、ビデオカメラによって前記トンネルの内壁断面形状を光学的に測定するように構成されている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記動画撮像手段がビデオカメラによって構成されている。

本発明によれば、短時間に、かつ、効率的に、トンネル内壁のコンクリート面を自動的に検査することができ、トンネル内壁のコンクリート面検査に要する費用を大幅に低減させることができるトンネルの内壁検査システムを提供することが可能になる。

また、本発明によれば、短時間に、かつ、効率的に、トンネル内壁のコンクリート面を自動的に検査することができ、トンネル内壁のコンクリート面検査に要する費用を大幅に低減させるトンネルの内壁検査方法を提供することが可能になる。

図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムの略側面図である。 図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿った略断面図である。 図３は、図１および図２に示されたトンネルの内壁検査システムの検出系、駆動系および制御系を示すブロックダイアグラムである。 図４は、本発明の別の好ましい実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムの略側面図である。 図５は、図４に示されたトンネルの内壁検査システムの検出系、駆動系および制御系を示すブロックダイアグラムである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。

図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムの略側面図であり、図２は、図１のＸ‐Ｘ線に沿った略断面図である。

本実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムは、地下鉄などの鉄道トンネルの内壁のコンクリート面の状態を検査するように構成されている。

図１および図２に示されるように、本実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムは、トンネル内壁の断面形状を検出するトンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１と、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１の前方のトンネル内壁のコンクリート面７に向かって、レーザビームを発するレーザ光源２と、互いに、位置および角度を異にする９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉと、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの両脇に配置され、ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉがトンネル内壁面の動画データを生成する際に、トンネル内壁面を照明する９対の照明器具４、４（図１には、一対の照明器具４、４のみが示され、図２においては、照明器具４、４は省略されている）を備え、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１、レーザ光源２、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉならびに照明器具４、４は、いずれも、作業台車１０に搭載されており、作業台車１０は、モーターカー１１によって、レール１２上を走行可能に構成されている。

図１に示されるように、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉは、矢印Ａで示される作業台車１０の進行方向に対して、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１およびレーザ光源２の後方で、作業台車１０に取付けられている。

図１には図示されていないが、本実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムは、さらに、９台のビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉのそれぞれに対応して設けられ、対応するビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度を調整可能な９つのモータを備え、これらは、作業台車１０に搭載されている。

図１において、参照符号１５は、ビデオカメラ１、レーザ光源２、照明器具４、ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、パーソナルコンピュータ３０などに電力を供給する発電機である。

図１に示されるように、作業台車１０上には、パーソナルコンピュータ３０が搭載されている。

図３は、本実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムの検出系、駆動系および制御系を示すブロックダイアグラムである。

図３に示されるように、トンネルの内壁検査システムの検出系は、トンネル内壁断面形状を検出して、トンネル内壁断面形状画像データを生成するトンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１と、トンネル内壁のコンクリート面７を撮影可能な９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉを備えている。

また、図３に示されるように、トンネルの内壁検査システムの駆動系は、レーザ光源２をオン・オフするレーザ光源駆動手段２１と、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１をオン・オフさせるカメラスイッチ２３と、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉを同時にオン・オフさせるカメラスイッチ２４と、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉのそれぞれに対応して設けられ、対応するビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度を調整可能なモータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉを備えている。

図３に示されるように、本実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムの制御系は、パーソナルコンピュータ３０を備え、パーソナルコンピュータ３０は、ＣＰＵ３５と、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１によって生成されたトンネル内壁断面形状撮像データに基づいて、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度の最適値を算出するビデオカメラ位置決定プログラムが格納されたＲＯＭ３１と、各種データを記憶するハードディスク３２を内蔵している。

パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５は、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１により生成されたトンネル内壁断面形状撮像データに基づき、ＲＯＭ３１に格納されたビデオカメラ位置決定プログラムにしたがって、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度の最適値を算出し、こうして、算出された各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度の最適値に基づいて、各モータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉに出力されるべきビデオカメラ位置設定信号を生成し、各モータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉに出力するように構成されている。

図３において、参照符号３３で示されているのは、パーソナルコンピュータの電源スイッチである。

以上のように構成された本実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムは、以下のようにして、トンネルの内壁のコンクリート面７を検査する。

まず、オペレータによって、パーソナルコンピュータ３０の電源スイッチ３３がオンされると、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５によって、ＲＯＭ３１に格納されたビデオカメラ位置決定プログラムが読み出される。

次いで、オペレータによって、モーターカー１１のモータが操作されると、その内壁のコンクリート面７を検査すべきトンネル部分に向けて、モーターカー１１および作業台車１０が、レール１２上を、所定の速度で走行を開始する。

作業台車１０が内壁のコンクリート面７を検査すべきトンネル部分の近傍に達すると、オペレータによって、レーザ光源駆動手段２１が操作され、レーザ光源２から、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１の前方のコンクリート面７に向かって、レーザビームが放出され、さらに、オペレータによって、カメラスイッチ２３およびカメラスイッチ２４が操作され、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１および９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉがオンされる。

その結果、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１によって、トンネル内壁のコンクリート面７が撮像されて、トンネル内壁断面形状撮像データがパーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５に出力される。

トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１から、トンネル内壁断面形状撮像データを受けると、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５は、ＲＯＭ３１に格納されたビデオカメラ位置決定プログラムにしたがって、トンネル内壁断面形状撮像データを解析して、トンネル内壁の断面形状を決定し、こうして決定されたトンネル内壁の断面形状に基づき、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの最適位置および最適角度を算出し、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度が、最適位置および最適角度になるように、モータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉに、それぞれ、ビデオカメラ位置設定信号を出力する。

その結果、トンネル内壁の断面形状に対して、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度が最適位置および最適角度に調整され、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉによって、トンネル内壁画像データが生成されて、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５に入力される。

９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉからＣＰＵ３５にトンネル内壁画像データが入力されると、ＣＰＵ３５は、トンネル内壁画像データをハードディスク３２に保存する。

トンネル内壁の断面形状が変化すると、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１から入力されるトンネル内壁断面形状撮像データが、トンネル内壁の断面形状の変化に応じて、変化し、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５は、ビデオカメラ位置決定プログラムにしたがって、トンネル内壁の断面形状を決定する。

こうして決定されたトンネル内壁の断面形状はそれまでのトンネル内壁の断面形状とは異なっているから、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５は、こうして決定されたトンネル内壁の断面形状に基づき、ビデオカメラ位置決定プログラムにしたがって、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの最適位置および最適角度を算出し、算出された各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの最適位置および最適角度に基づいて、各モータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉに出力するビデオカメラ位置設定信号を生成して、各モータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉに出力する。

その結果、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度が最適値になるように、対応するモータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉによって、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉが移動される。

同様にして、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５は、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１から入力されたトンネル内壁断面形状撮像データに基づいて、トンネル内壁の断面形状が変化したと判定するたびに、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度が最適値になるように移動させる。

その結果、検査が必要なトンネル内壁のコンクリート面７のすべてが、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉによって撮像され、トンネル内壁面撮像データが生成されたと、オペレータが判定すると、レーザビームを放出するレーザ光源２と、レーザ光源駆動手段２１、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１をオン・オフさせるカメラスイッチ２３と、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉを同時にオン・オフさせるカメラスイッチ２４と、対応するビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度を調整可能なモータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉと、パーソナルコンピュータ３０の電源スイッチ３３がオフされて、トンネルの内壁面の撮像が完了する。

その後、コンピュータ（図示せず）により、９台のビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの撮像データに基づき、トンネル内壁面検査プログラムにしたがって、トンネル内壁のコンクリート面７の状態、たとえば、クラックなどの欠陥がないかどうかが検査される。

本実施態様においては、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１によって、トンネルのコンクリート面７が撮像されて、トンネル内壁断面形状撮像データがパーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５に入力され、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５によって、入力されたトンネル内壁断面形状撮像データに基づいて、ビデオカメラ位置決定プログラムにしたがって、９台のビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度の最適値が算出され、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉに割り当てられたモータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉによって、自動的に、９台のビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉが最適位置および最適角度に移動され、最適位置および最適角度に位置する各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉによって、トンネル内壁のコンクリート面７が撮像されるように構成されている。

したがって、本実施態様によれば、トンネル内壁の断面形状が変わるたびに、車両を停止させて、オペレータが、手作業で、トンネル内壁の断面形状に合わせて、複数のビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度を調整する必要がなく、短時間に、かつ、効率的に、トンネル内壁のコンクリート面７を撮像し、得られた撮像データに基づいて、クラックの有無などのトンネル内壁のコンクリート面７の状態を自動的に検査することが可能になるから、トンネル内壁のコンクリート面検査に要する費用を大幅に低減させることが可能になる。

図４は、本発明の別の好ましい実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムの略側面図であり、図５は、図４に示されたトンネルの内壁検査システムの検出系、駆動系および制御系を示すブロックダイアグラムである。

図４および図５に示されるように、本実施態様においては、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１およびレーザビームを放出するレーザ光源２に代えて、レーザスキャナ式測域センサ４０が用いられており、レーザスキャナ式測域センサ４０をオン・オフする電源スイッチ４１が設けられている点を除いて、本実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムは、図１ないし図３に示されたトンネルの内壁検査システムと同様である。

図４に示されたレーザスキャナ式測域センサ４０は、トンネル内壁のコンクリート面７に向けて、レーザビームを発し、トンネル内壁のコンクリート面７に照射されるレーザビームの投光波形の位相と、トンネル内壁のコンクリート面７によって反射され、レーザスキャナ式測域センサ４０が受光したレーザビームの受光波形の位相との位相差に基づいて、トンネル内壁のコンクリート面７までの距離を測定し、トンネル内壁のコンクリート面７のレーザビームが照射された部分とレーザスキャナ式測域センサ４０との間の距離データの形で、トンネル内壁断面形状撮像データを生成するように構成されている。

レーザスキャナ式測域センサ４０としては、たとえば、北陽電機株式会社製の「UTM-30LX」などが好ましく使用することができる。

レーザスキャナ式測域センサ４０によって測定されたトンネルの内壁断面形状データは、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５に出力される。

以上のように構成された本実施態様にかかるトンネルの内壁検査システムは、以下のようにして、トンネルの内壁のコンクリート面７を検査する。

まず、オペレータによって、パーソナルコンピュータ３０の電源スイッチ３３がオンされると、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５によって、ＲＯＭ３１に格納されたビデオカメラ位置決定プログラムが読み出される。

次いで、オペレータによって、モーターカー１１のモータが操作されると、その内壁のコンクリート面７を検査すべきトンネル部分に向けて、モーターカー１１および作業台車１０が、レール１２上を、所定の速度で走行を開始する。

作業台車１０が内壁のコンクリート面７を検査すべきトンネル部分の近傍に達すると、オペレータによって、レーザスキャナ式測域センサ４０の電源スイッチ４１がオンされ、レーザスキャナ式測域センサ４０から、トンネル内壁のコンクリート面７に向けて、レーザビームが放出され、トンネル内壁のコンクリート面７が順次、レーザビームによって走査され、レーザスキャナ式測域センサ４０とトンネル内壁のコンクリート面７のレーザビームによって走査された部分までの距離が測定され、トンネル内壁断面形状データが、トンネル内壁のコンクリート面７のレーザビームが照射された部分とレーザスキャナ式測域センサ４０との間の距離データの形で生成される。

こうして生成されたトンネル内壁断面形状データは、レーザスキャナ式測域センサ４０から、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５に出力される。

レーザスキャナ式測域センサ４０からトンネル内壁断面形状データを受けると、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５は、ＲＯＭ３１に格納されたビデオカメラ位置決定プログラムにしたがって、トンネル内壁断面形状撮像データを解析して、トンネル内壁の断面形状を決定し、こうして決定されたトンネル内壁の断面形状に基づき、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの最適位置および最適角度を算出し、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度が、最適位置および最適角度になるように、モータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉに、それぞれ、ビデオカメラ位置設定信号を出力する。

その結果、トンネル内壁の断面形状に対して、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度が自動的に最適位置および最適角度に調整され、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉによって、トンネル内壁画像データが生成されて、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５に入力される。

９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉからＣＰＵ３５にトンネル内壁画像データが入力されると、ＣＰＵ３５は、トンネル内壁画像データをハードディスク３２に保存する。

トンネル内壁の断面形状が変化すると、レーザスキャナ式測域センサ４０から入力されるトンネル内壁断面形状撮像データが、トンネル内壁の断面形状の変化に応じて、変化し、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５は、ビデオカメラ位置決定プログラムにしたがって、トンネル内壁の断面形状を決定する。

こうして決定されたトンネル内壁の断面形状はそれまでのトンネル内壁の断面形状とは異なっているから、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５は、こうして決定されたトンネル内壁の断面形状に基づき、ビデオカメラ位置決定プログラムにしたがって、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの最適位置および最適角度を算出し、算出された各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの最適位置および最適角度に基づいて、各モータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉに出力するビデオカメラ位置設定信号を生成して、各モータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉに出力する。

その結果、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度が最適値になるように、対応するモータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉによって、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉが移動される。

同様にして、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５は、レーザスキャナ式測域センサ４０から入力されたトンネル内壁断面形状撮像データに基づいて、トンネル内壁の断面形状が変化したと判定するたびに、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度が最適値になるように移動させる。

その結果、検査が必要なトンネル内壁のコンクリート面７のすべてが、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉによって撮像され、トンネル内壁面撮像データが生成されたと、オペレータが判定すると、レーザスキャナ式測域センサ４０の電源スイッチ４１と、９つのビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉを同時にオン・オフさせるカメラスイッチ２４と、対応するビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度を調整可能なモータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉと、パーソナルコンピュータ３０の電源スイッチ３３がオフされて、トンネルの内壁面の撮像が完了する。

その後、コンピュータ（図示せず）により、９台のビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの撮像データに基づき、トンネル内壁面検査プログラムにしたがって、トンネル内壁のコンクリート面７の状態、たとえば、クラックなどの欠陥がないかどうかが検査される。

本実施態様においては、レーザスキャナ式測域センサ４０によって、トンネルのコンクリート面７との距離が測定されて、トンネル内壁断面形状撮像データが、位置データの形で、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５に入力され、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３５によって、入力されたトンネル内壁断面形状撮像データに基づいて、ビデオカメラ位置決定プログラムにしたがって、９台のビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度の最適値が算出され、各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉに割り当てられたモータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉによって、自動的に、９台のビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉが最適位置および最適角度に移動され、最適位置および最適角度に位置する各ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉによって、トンネル内壁のコンクリート面７が撮像されるように構成されている。

したがって、本実施態様によれば、トンネル内壁の断面形状が変わるたびに、車両を停止させて、オペレータが、手作業で、トンネル内壁の断面形状に合わせて、複数のビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉの位置および角度を調整する必要がなく、短時間に、かつ、効率的に、トンネル内壁のコンクリート面７を撮像し、得られた撮像データに基づいて、クラックの有無などのトンネル内壁のコンクリート面７の状態を自動的に検査することが可能になるから、トンネル内壁のコンクリート面検査に要する費用を大幅に低減させることが可能になる。

本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

たとえば、図１ないし図３に示された実施態様においては、トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ１、レーザ光源２、ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、照明器具４、モータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、レーザ光源駆動手段２１、カメラスイッチ２３、カメラスイッチ２４およびパーソナルコンピュータ３０は作業台車１０に搭載され、図４および図５に示された実施態様においては、レーザスキャナ式測域センサ４０、電源スイッチ４１、ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、照明器具４、モータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、カメラスイッチ２３、カメラスイッチ２４およびパーソナルコンピュータ３０は作業台車１０に搭載され、作業台車１０が、モーターカー１１によってレール１２上を走行可能に構成されているが、作業台車１０自体が自走機能を有するように構成すれば、モーターカー１１を設けることは必ずしも必要でない。

また、前記実施態様においては、トンネルの内壁検査システムは、地下鉄などの鉄道トンネルの内壁のコンクリート面７の状態を検査するように構成されているが、本発明は、地下鉄などの鉄道トンネルの内壁のコンクリート面７の状態を検査する場合に限定されるものではなく、道路トンネルの内壁のコンクリート面の状態検査や、水路トンネルの内壁のコンクリート面の状態検査に用いることもできる。道路トンネルの内壁のコンクリート面の状態を検査する場合には、レール上１２を走行可能な作業台車１０およびモーターカー１１に代えて、トラックなどの自動車が用いられ、水路トンネルの内壁のコンクリート面の状態を検査する場合には、レール上１２を走行可能な作業台車１０およびモーターカー１１に代えて、手押し台車が用いられる。

さらに、図１に示された実施態様においては、トンネルの内壁検査システムは、ビデオカメラ１、レーザ光源２、照明器具４、ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、パーソナルコンピュータ３０などに電力を供給する電源として、発電機１５を備え、図４に示された実施態様においては、トンネルの内壁検査システムは、レーザスキャナ式測域センサ４０、照明器具４、ビデオカメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、パーソナルコンピュータ３０などに電力を供給する電源として、発電機１５を備えているが、トンネルの内壁検査システムが、発電機１５を備えていることは必ずしも必要ではなく、発電機１５に代えて、電源として、バッテリー電源を用いることもでき、また、換気ができない水路トンネルの内壁のコンクリート面の状態を検査する場合には、トンネルの内壁検査システムは、発電機１５に代えて、バッテリー電源を備えている。

１ トンネル内壁断面形状測定用のビデオカメラ
２ レーザ光源
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ ビデオカメラ
４ 照明器具
７ トンネル内壁のコンクリート面
１０ 作業台車
１１ モーターカー
１２ レール
１５ 発電機
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ モータ
２１ レーザ光源駆動手段
２３ カメラスイッチ
２４ カメラスイッチ
３０ パーソナルコンピュータ
３１ ＲＯＭ
３２ ハードディスク
３３ パーソナルコンピュータの電源スイッチ
３５ ＣＰＵ
４０ レーザスキャナ式測域センサ
４１ レーザスキャナ式測域センサの電源スイッチ

Claims (10)

1. トンネル内壁の動画データに基づいて、トンネル内壁の状態を検査するトンネル内壁検査システムであって、トンネル内壁の断面形状を光学的に測定し、トンネル内壁断面形状測定データを生成する光学的トンネル内壁断面形状測定手段と、トンネル内壁の動画を撮像し、トンネル内壁の動画データを生成する複数の動画撮像手段と、前記複数の動画撮像手段のそれぞれに対応して設けられ、対応する動画撮像手段の位置および角度を変化させる複数の駆動手段と、前記光学的トンネル内壁断面形状測定手段によって生成されたトンネル内壁断面形状測定データにしたがって、前記複数の駆動手段の少なくとも一部に駆動信号を出力して、対応する動画撮像手段の位置および／または角度を調整する制御手段を備えたことを特徴とするトンネル内壁検査システム。
2. 前記光学的トンネル内壁断面形状測定手段、前記複数の動画撮像手段、前記複数の駆動手段および前記制御手段を搭載し、走行可能な車両を備えたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル内壁検査システム。
3. 前記光学的トンネル内壁断面形状測定手段が、前記トンネル内壁に向けて、レーザビームを発し、前記トンネル内壁に照射されるレーザビームの投光波形の位相と、前記トンネル内壁によって反射され、受光したレーザビームの受光波形の位相との位相差に基づいて、前記トンネル内壁までの距離を測定し、前記レーザビームによって、前記トンネル内壁を走査して、前記トンネル内壁の各点までの距離を測定し、前記トンネルの内壁断面形状を光学的に測定するレーザスキャナ式測域センサによって構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル内壁検査システム。
4. 前記光学的トンネル内壁断面形状測定手段が、レーザビームを発するレーザ光源と、ビデオカメラとによって構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル内壁検査システム。
5. 前記動画撮像手段がビデオカメラによって構成されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のトンネルの内壁検査システム。
6. さらに、前記複数の動画撮像手段によって生成されたトンネル内壁の動画データに基づいて、トンネル内壁の状態を検査する検査手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のトンネル内壁検査システム。
7. トンネル内を走行しつつ、前記トンネルの内壁断面形状を光学的に測定して、トンネル内壁断面形状測定データを生成し、生成されたトンネル内壁断面形状測定データに基づいて、複数の動画撮像手段のうち、少なくとも一部の動画撮像手段の位置および／または角度を調整し、前記複数の動画撮像手段によってトンネル内壁を撮像して、トンネル内壁の動画データを生成し、前記複数の動画撮像手段によって生成されたトンネル内壁の動画データに基づいて、トンネル内壁の状態を検査することを特徴とするトンネルの内壁検査方法。
8. レーザスキャナ式測域センサによって、前記トンネル内壁にレーザビームを照射し、前記トンネル内壁に照射されたレーザビームの投光波形の位相と、前記トンネル内壁によって反射され、受光したレーザビームの受光波形の位相との位相差に基づいて、前記トンネル内壁までの距離を測定し、前記レーザビームによって、前記トンネル内壁を走査して、前記トンネル内壁の各点までの距離を測定し、前記トンネルの内壁断面形状を光学的に測定することを特徴とする請求項７に記載のトンネルの内壁検査方法。
9. ビデオカメラによって前記トンネルの内壁断面形状を光学的に測定することを特徴とする請求項７に記載のトンネルの内壁検査方法。
10. 前記動画撮像手段がビデオカメラによって構成されたことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載のトンネルの内壁検査方法。
    

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