JP2012112175A - 地質調査方法及びそれに用いる透明管 - Google Patents

Abstract

【課題】方位センサ及び深度センサを有さない簡易なボアホールカメラ装置を用いて，方位情報及び位置情報を得られる画像を撮影する地質調査方法を提供する。
【解決手段】ボアホールカメラ装置を構成するカメラを内蔵するプローブをボーリング孔に挿入して，ボーリング孔内の孔壁面を撮影する地質調査方法において，長さ方向に延びる色付き直線が付された所定長さの透明管を，各透明管の色付き直線が一直線状になるように複数連結し，該連結された複数の透明管をボーリング孔に挿入し，該連結された複数の透明管内に，プローブを挿入し，プローブを深さ方向に移動させながら，プローブに内蔵されるカメラにより，透明管の色付き直線が重畳されたボーリング孔内の複数の孔壁面全周画像を撮影する。
【選択図】図１

Description

本発明は，ボアホールカメラ装置によりボーリング孔の孔壁面を撮影する地質調査方法，及びそれに用いる補助具に関する。

ボーリング孔による地質調査では，ボーリング孔を掘削し，ボーリング孔内にボアホールカメラ装置を挿入して，その孔壁面をボアホールカメラ装置により撮影し，孔壁面の亀裂，破砕，空隙，クラックの有無，及びその走行・傾斜などの地盤状態の観測が行われる。

ボアホールカメラ装置は，広角レンズや凸面鏡によって映し出された孔壁360度の画像を撮影することができる。ボアホールカメラ装置を，鉛直方向に掘削されたボーリング孔の開口部から挿入し，ケーブルによりつり下げられた状態で上下方向に走査することで，深さ方向の全長にわたって複数の孔壁360度の画像を撮影する。撮影された画像データは，ボアホールカメラ装置に接続するコンピュータ装置に送られ，コンピュータ装置は，例えば下記特許文献１などに開示されるような既知の画像処理により，各画像データを展開，合成して孔壁展開画像を生成する。

ボアホールカメラ装置は，ケーブルにつり下げられた状態で，ボーリング孔内を昇降するため，ケーブルがよじれると，画像の撮影方位を正しく決めることができなくなる。そのため，ボアホールカメラ装置は，方位を測定する方位センサを内蔵し，撮影された画像データに方位データを付加し，画像処理において，各画像データの方位が一致するようにように，画像データを合成する（特許文献２）。

また，ボアホールカメラ装置を一定速度で自動的に昇降させる自動カメラ駆動機構が設けられる。自動カメラ駆動機構は，例えばロータリエンコーダなどで速度を計測しながらケーブルを一定速度で送り出す装置であり，コンピュータ装置は，自動カメラ駆動機構からボアホールカメラ装置の速度情報を取得し，それに基づいて，撮影された各画像データの位置（深さ）を特定することができる。

特開昭５８−２２３１１３号公報 特開平１−２１０５９４号公報 特開２００４−３３６２８７号公報

しかしながら，ボアホールカメラ装置に方位センサを内蔵させ，また，ボアホールカメラ装置を一定速度で移動させる自動カメラ駆動機構（深度センサとして機能）を設けることで，ボアホールカメラ装置の構造が大型化，複雑化し，コストも高くなる。深さ数十メートル程度の地質調査については，このような大型且つ複雑なボアホールカメラ装置を導入することはコスト的に見合わず，簡易なボアホールカメラ装置により地質調査を行う方法が求められている。簡易なボアホールカメラ装置として，方位センサ及び自動カメラ駆動機構を有さない安価なボアホールカメラ装置も提供されているが，上述のように，撮影された画像データの方位及び位置を特定できないため，方位や位置を必要としない簡易な地質調査のみにしか使えず，ボーリング孔内の精密且つ詳細な解析には利用できない。

また，特許文献３は，鉛直方向を白線で表示した方向指示マーカーを，ボアホールカメラ装置が孔壁とともに撮影することで，方位センサを不要とするものであるが，本開示は，水平方向のボーリング孔には有効であるが，鉛直方向のボーリング孔には適用できない。鉛直方向については，方向指示マーカーとして方位磁針計を用いることも記載されているが，方位磁針計の指針の動きの遅れや揺れよって，正確に方位を測定することは実質的に困難である。さらに，ボアホールカメラ装置内に方位指示マーカーを搭載することで，ボアホールカメラ装置の構造が複雑化する。

そこで，本発明の目的は，方位センサ及び自動カメラ駆動機構（深度センサ）を有さない簡易なボアホールカメラ装置を用いて，方位情報及び位置情報を得られる画像を撮影する地質調査方法及びそれに用いる補助具を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の地質調査方法は，所定長さの円筒形状の透明管を複数連結して，ボーリング孔内に挿入し，その透明管内にボアホールカメラ装置のカメラを挿入して，透明管を通して孔壁面を撮影するものである。

より具体的には，本発明の地質調査方法は，ボアホールカメラ装置を構成するカメラを内蔵するプローブをボーリング孔に挿入して，ボーリング孔内の孔壁面を撮影する地質調査方法において，長さ方向に延びる色付き直線が付された所定長さの透明管を，各透明管の色付き直線が一直線状になるように複数連結し，前記連結された複数の透明管をボーリング孔に挿入し，前記連結された複数の透明管内に，前記プローブを挿入し，該プローブを深さ方向に移動させながら，前記プローブに内蔵されるカメラにより，前記透明管の前記色付き直線が重畳されたボーリング孔内の複数の孔壁面全周画像を撮影することを特徴とする。

本発明の地質調査方法に用いる補助具は，地質調査のための穿たれたボーリング孔に挿入される透明管であって，長さ方向に延びる色付き直線が付され，ボアホールカメラ装置を構成するカメラを内蔵するプローブが挿入される透明管である。

本発明によれば，ボアホールカメラ装置により，連結された複数の透明管に付された直線標識が，孔壁面に重畳されて撮影されるので，直線標識が一直線状（同一方向）になるように，各孔壁面の画像データを補正することで，各画像データの方向を揃えることができる。

また，透明管の連結部分が，水平方向の直線として，孔壁面に重畳されて撮影されるので，その水平方向直線をカウントすることで，深さ位置を把握することができる。

本発明の実施の形態における地質調査方法に用いる透明管１０，及び孔壁面を撮影するボアホールカメラ装置２０を示す図である。 透明管１０の構成を示す図である。 ボアホールカメラ装置２０のプローブ２１の構成例を示す図である。 ボアホールカメラ装置２０による撮影画像模式図である。 １フレームの孔壁面展開画像の模式図である。 孔壁面展開画像の画素の並べ替えを説明する図である。 画素シフト処理により複数の孔壁面展開画像の方向を揃えて合成した状態を示す模式図である。

以下，図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら，かかる実施の形態例が，本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は，本発明の実施の形態における地質調査方法に用いる透明管１０，及び孔壁面を撮影するボアホールカメラ装置２０を示す図である。本実施の形態の地質調査方法では，所定長さの円筒形状の透明管１０を複数連結して，ボーリング孔内に挿入し，その透明管１０内にボアホールカメラ装置２０のカメラを挿入して，透明管１０を通して孔壁面を撮影する。

透明管１０は，所定長さ（例えば一本２ｍ）の透明管１０を，ボーリング孔の深さ分複数連結し，ボーリング孔の深さ分の長さを形成し，ボーリング孔内に挿入される。

図２は，透明管１０の構成を示す図であり，図２（ａ）は，１本の透明管１０を示し，図２（ｂ）は，複数の透明管１０が連結された状態を示す。透明管１０は，アクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂などの透明材料で形成される。透明管１０を通して，孔壁面を撮像するので，透明管１０は，無色であり，可視光透過率が高いことが好ましい。寸法の一例は，国内の地質調査での標準孔径６６ｍｍに対して，例えば，外径約５０ｍｍ程度，厚さ２〜３ｍｍ程度，長さは２ｍ程度である。外径寸法は，ボーリング孔の孔径よりも小さく，ボアホールカメラ装置２０のプローブが挿入可能な径に適宜設計される。長さ寸法も，現場までの運搬や，現場での連結作業の容易性を鑑み，適宜設計されるが，２ｍ程度が好ましい。

透明管１０は，連結可能とするために，その両端にねじ切りされた連結手段１１を備え，一端は雄ねじ１１ａ，他端は雌ねじ１１ｂにねじ切りされている。連結手段１１は，ねじ連結に限られず，他の連結手段，例えば，凹凸嵌合などによるものであってもよい。連結手段１１の長さは，適宜設定され，例えば５ｃｍである場合，例えば２ｍ間隔で透明管１０を連結させる場合は，連結手段を含む透明管５の長さは２ｍ５ｃｍとなる。

透明管１０の外周側面部には，その両端間の長さ方向に延びる色付き直線標識１２が付される。色は，後述するように，ボアホールカメラ装置２０で孔壁面を撮影した差異に，孔壁面に重畳されて当該直線標識１２が孔壁面と識別可能な色であり，例えば赤色や青色など，孔壁面の色と重ならない色が好ましい。

直線標識１２は，複数の透明管１０が連結された場合に，各直線標識１２が一直線状になるように付される。透明管１０がねじ連結される場合，直線標識１２の周方向位置を自在に変えることができないので，直線標識１２が付されていない状態の透明管１０をねじで固定してから，各直線標識１２が一直線状になるように，各透明管１０に直線標識１２を付す。直線標識１２は，インクで描かれてもよいし，色付きテープが貼付されてもよい。連結手段が凹凸嵌合などで，各直線標識１２の位置を周方向に自在に変更可能な場合は，周方向の任意の位置に直線標識１２を付し，連結後に一直線状になるように調整すればよい。なお，連結手段がねじによる固定である場合，各透明管によって，ねじ切り位置が異なるため，最初に，上述のように，直線標識１２が一直線状となって，複数の透明管が連結された状態で，各透明管の連結順序を示す符号（番号）を透明管に付すことが好ましい。その後，ボーリング孔に挿入するたびに，透明管を番号順に連結することで，連結された複数の透明管の直線標識１２が一直線状となるように再現することができる。

ボアホールカメラ装置２０は，孔壁面を撮影するカメラを内蔵するプローブ２１，プローブ２１をつり下げるケーブル２２，ケーブル２２を牽引するウインチ２３を備え，さらに，画像データが入力されてその画像データを処理，表示，記録するコンピュータ装置２５が設けられる。

本地質調査方法で用いるボアホールカメラ装置２０は，プローブ２１の方位を検出する方位センサやプローブ２１の深度を測定する深度計（プローブ２１を一定速度で昇降させる駆動機構）を有する必要はない。

図３は，ボアホールカメラ装置２０のプローブ２１の構成例を示す図である。プローブ２１は，孔壁面の全周画像を撮影するカメラ２１１と，カメラ２１１で撮影された画像データを伝送するなどのデータ制御を行う制御部２１２と，カメラ２１１のレンズ外周部に取り付けられて，孔壁面の前方所定範囲を照らす照明部２１３とを備える。照明部２１３によってカメラ２１１の前方（鉛直下方向）の孔壁面が照らされ，カメラ２１１は照明が到達する孔壁面（撮影範囲Ｌ）を撮影する。カメラ２１１の前方斜め方向の孔壁面を撮影するために，好ましくは，カメラ２１１には，広角レンズが取り付けられる。カメラ２１１による孔壁面の撮影範囲は，例えば，図３に示す孔壁面Ｓにおける長さＬの帯状の部分である。照明部２１３は，好ましくは，ＬＥＤであり，全周にわたって均等な光量を照射する。

図４は，ボアホールカメラ装置２０による撮影画像模式図であり，図４におけるリング状の斜線が孔壁面の画像領域であり，中央の円部分は照明が到達しない暗闇により何も撮影されない黒色領域である。リング状の画像画像の周方向が孔壁面の水平方向であり，半径方向が縦方向となり，リングの内径と外径の差分が長さＬ（図３参照）となる。

そして，本実施の形態では，ボアホールカメラ装置２０のプローブ２１は，ボーリング孔に挿入された透明管１０内に挿入されて，撮影を行うため，撮影画像には，上述した直線標識１２が，撮影画像の半径方向に孔壁面と重畳して撮影される。さらに，撮影画像には，図４（ａ）に示されるように，透明管１０の連結部分のつなぎ目１３が，周方向に直線帯状に現れる。つなぎ目１３は，連結部分の光の屈折により，画像が不連続となる部分が直線帯状となって現れるものである。

プローブ２１は，透明管１０内を降下しながら撮影行っている間，ケーブル２２のよじれによるプローブ２１の水平面上の回転によって，撮影方向が変化し，これにより，直線標識１２の撮影位置も変化する。図４（ａ），（ｂ）は，ケーブル２２のよじれにより，撮影画像における直線標識１２の位置が異なる場合を示す。

撮影された画像データは，プローブ２１の制御部２１２によってケーブル２４で伝送され，コンピュータ装置２５に送られる。プローブ２１は，例えば，１秒間に６０フレームの画像を撮影し，コンピュータ装置２５は，既知の画像展開処理（例えば，特開平１−２１０５９４号公報，特開平３−１３２５９０号公報）により，リング状の孔壁面画像を展開した帯状の孔壁面展開画像を生成する。

図５は，１フレームの孔壁面展開画像の模式図である。１フレームの孔壁面展開画像は，縦ｍ×横ｎ（ｍ，ｎは自然数）の画素で形成される。コンピュータ装置２５は，孔壁面展開画像に含まれる直線標識１２を含む画素を検出し，複数の孔壁面展開画像の各直線標識１２の位置が同じ位置にくるように，孔壁面展開画像の画素を並べ替え，各孔壁面展開画像を合成する。また，撮影画像が，透明管１０の連結部分のつなぎ目１３を含む場合は，つなぎ目１３は，展開画像における水平方向の直線として現れる。なお，図５及び後述の図７では，孔壁面の実際の地層模様の図示は省略され，直線標識１２及びつなぎ目１３のみが図示される。

図６は，孔壁面展開画像の画素の並べ替えを説明する図である。画素並べ替え処理は，コンピュータ装置の記憶手段に格納されたコンピュータプログラムを，コンピュータ装置の演算処理手段であるＣＰＵが実行することにより実現される。図６（ａ）に示すように，１フレームの孔壁面展開画像が，縦ｍ×横ｎ（ｍ，ｎは自然数）の画素で形成されている場合，上から順に１本の水平ライン分に画素（ｎ個）を読み出し，各画素の色情報から，直線標識１２の色を含む画素を検出し，選択する。直線標識１２の幅により，複数の画素が直線標識１２の色を含む場合，その中心の画素を選択する。図６（ａ）は，１本の水平ラインの画素のｉ番目が直線標識１２の色情報を有する例を示す。

そして，例えば，並べ替えの基準位置を孔壁面展開画像の左端位置とする場合，図６（ｂ）に示すように，選択された画素を左端位置にシフトし，左端位置から，ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，・・・，ｎ，１，２，・・・ｉ−１となるように，画素を並べ替える。

上述の並べ替え処理を各水平ライン毎に合計ｍ回行うことで，１フレームの孔壁面展開画像の方向を基準方向に補正することができる。

なお，１フレームの孔壁面展開画像中では，直線標識１２の位置は実質的に同じ位置であるので，１フレームの孔壁面展開画像のうちの任意の一方の水平ラインを選択して，直線標識１２の色情報を含む画素を検出し，その順番を特定することで，全ラインについて，その検出された画素の順番が左端位置となるように，画素をシフトするようにしてもよい。

同様に，別フレームの孔壁面展開画像についても，同様に，直線標識１２の色情報を含む画素を検出して，画素シフト処理を行うことで，複数の孔壁面展開画像それぞれの方向を，直線標識１２の方向を基準として揃えることができ，当該処理が施された複数の孔壁面展開画像をつなぎ合わせることで，ボーリング孔内全体の孔壁展開画像を得ることができる。処理順序としては，複数の孔壁面展開画像をつなぎ合わせて合成した後に，各水平ラインについて，上述したような画素シフト処理を行うことによっても，同様の結果を得ることができる。孔壁面展開画像の一部分を所定幅で水平方向の切り出したストリップをつなぎ合わせるようにしてもよい。

また，上述では，直線標識１２の色情報を含む画素として選択された画素は，展開画像の左端位置にシフトされたが，右端位置でもかまわない。また，展開画像の端部ではなく，水平方向の両端間の途中位置を基準とすることも可能であるが，左右の端位置と比較して，本来，孔壁面の画像ではない直線が目立ってしまうため，左右の端位置を基準位置とすることが好ましい。

孔壁面展開画像では，左右の端位置は，南方向であり，水平方向の中央位置が北方向となるように展開されるため，透明管１０は，直線標識１２が南方向となるように，ボーリング孔に挿入される。

コンピュータ装置２５は，画素シフト処理された孔壁面展開画像データをディスプレイに表示可能であり，また，磁気記録媒体（内蔵されるハードディスクドライブ）や光学記録媒体（ＤＶＤなど）などの記録媒体に記録し，さらに，それを再生表示することができる。コンピュータ装置２５は，さらに孔壁面展開画像を加工するためのアプリケーションプログラムを実行することも可能である。

図７は，画素シフト処理により複数の孔壁面展開画像の方向を揃えて合成した状態を示す模式図であり，図７（ａ）は，画素シフト処理前の各孔壁面展開画像を示し，図７（ｂ）は，画素シフト処理により，各孔壁面展開画像の方向が揃えられ，直線標識１２が一直線状に垂直方向に延びるように各孔壁面展開画像が合成された状態を示す。図７（ｂ）は，直線標識１２を明示するために，直線標識１２の色情報を含む画素のシフト位置（基準位置）を，水平ラインの中央位置に設定した例を示す。

さらに，図７（ｂ）に示すように，透明管１０のつなぎ目１３に対応する水平方向の直線も示されることで，このつなぎ目１３は深さ方向の位置情報として機能し，このつなぎ目１３（水平方向直線）の数を上からカウントすることで，孔壁面展開画像の深さ位置を把握することができる。例えば，手動でウインチ２３を操作してプローブ２１を引き下ろすと，プローブ２１の移動速度が一定でなくなることが考えられ，この場合，つなぎ目１３が一定間隔とならないが，合成された孔壁面展開画像上に現れるつなぎ目１３の位置を目安として，つなぎ目１３を目視で確認することで，おおよその深さ位置を確認することができる。すなわち，ボアホールカメラ装置２０が，自動カメラ駆動機構（深度センサとして機能するもの）を有さなくとも，孔壁面展開画像の深さ位置を確認することができる。

１０：透明管，１１：連結手段，１２：直線標識，２０：ボアホールカメラ装置，２１：プローブ，２２：ケーブル，２３：ウインチ，２５：コンピュータ装置，２１１：カメラ，２１２：制御部，２１３：照明部

Claims (6)

1. ボアホールカメラ装置を構成するカメラを内蔵するプローブをボーリング孔に挿入して，ボーリング孔内の孔壁面を撮影する地質調査方法において，
   長さ方向に延びる色付き直線が付された所定長さの透明管を，各透明管の色付き直線が一直線状になるように複数連結し，
   前記連結された複数の透明管をボーリング孔に挿入し，
   前記連結された複数の透明管内に，前記プローブを挿入し，該プローブを深さ方向に移動させながら，前記プローブに内蔵されるカメラにより，前記透明管の前記色付き直線が重畳されたボーリング孔内の複数の孔壁面全周画像を撮影することを特徴とする地質調査方法。
2. 請求項１において，
   前記ボアホールカメラ装置は，前記プローブの方向を検出する方位センサ及び前記プローブの深さ位置を測定する深度センサを有さないことを特徴とする地質調査方法。
3. 請求項１又は２において，
   前記プローブに内蔵されるカメラにより撮影された前記複数の孔壁面全周画像は，前記ボアホールカメラ装置に接続するコンピュータ装置に送信され，
   前記コンピュータ装置に，各孔壁面全周画像の前記色付き直線部分が同じ位置となるように，前記複数の孔壁面全周画像を展開して，合成し，孔壁面展開画像を生成する処理を実行させることを特徴とする地質調査方法。
4. 請求項３において，
   前記コンピュータ装置に，各孔壁面全周画像の前記色付き直線部分が端部にくるように，前記複数の孔壁面全周画像を展開させる処理を実行させることを特徴とする地質調査方法。
5. 地質調査のための穿たれたボーリング孔に挿入される透明管であって，長さ方向に延びる色付き直線が付され，ボアホールカメラ装置を構成するカメラを内蔵するプローブが挿入されることを特徴とする透明管。
6. 請求項５において，
   端部に別の透明管と連結可能な連結手段を有することを特徴とする透明管。

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