JP2013015385A

JP2013015385A - ３次元デジタル記録システム

Info

Publication number: JP2013015385A
Application number: JP2011147847A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Okamura; 陽介岡村; Ryunosuke Seki; 竜之介関; Naoki Matsumiya; 直規松宮; Takeaki Ishikawa; 雄章石川; Nobuyuki Ichikawa; 暢之市川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-01-24

Abstract

【課題】構造物表面の不良箇所を３次元のデジタルデータとして記録する。
【解決手段】本発明に係る３次元デジタル記録システムは、構造物表面の不良箇所に接触している間パルス波を送信する入力装置１０と、前記入力装置１０からのパルス波を受信すると、パルス波を送信する３個の距離測定装置２０と、を備え、前記入力装置１０は、前記入力装置１０がパルス波を送信した時間と、前記３個の距離測定装置２０の各々からのパルス波を受信した時間との差から、前記入力装置１０と前記３個の距離測定装置２０の各々との距離を算出し、前記距離から前記入力装置１０の位置情報を算出する制御部１５と、前記位置情報を記憶するメモリ１３と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、位置情報検知技術を利用して、地下に埋設された通信土木設備等の構造物表面の不良箇所を３次元のデジタルデータとして記録する３次元デジタル記録システムに関するものである。

通信土木設備の点検は、設備内部の劣化、損傷の有無や程度の把握を目的として定期的に行われる。従来の点検方法は、点検項目として設備内部の劣化、損傷事象として、コンクリート表面のひび割れや剥離、地下水の漏水等の不良箇所を主に目視で点検している。点検結果については、点検表へ文言および図示等での記録、更にカメラ等での画像撮影といった方法がとられている。（例えば、非特許文献１参照）

コンクリート標準示方書（2007年制定）（土木学会）

地下に埋設されているマンホールやとう道といった通信土木設備については、周辺地盤からの圧力や路面からの荷重等により様々な方向から外力等を受けることでコンクリート表面上に劣化や損傷による変色やひび割れ等が発生する。将来的に補強や修繕を行う場合には、損傷の形状や程度により補修方法や管理方法を判断するために、ひび割れ等の劣化や損傷の位置や形状、長さ等をできる限り３次元的に定量的に把握し、当該通信土木設備に対する損傷要因を検討することが重要である。しかし従来の通信土木設備の点検技術は、劣化、損傷の形状や程度を目視確認し、その結果を点検表や画像で記録することであるが、点検表へ文言や図示等で記録する方法は、記録した劣化、損傷データの場所や形状の正確さに欠け、定量的なデータとして活用するのは困難である。

また、通信土木設備は設備内部の劣化、正確かつ定量的に記録することが重要であることから、画像撮影による記録方法も行われているが、被写界深度やキャリブレーション、レンズ等による画像歪などがあるため、ひび割れ等の正確な位置を定量的に把握することが難しいといった課題がある。更に、程度の小さい劣化、損傷個所を視覚的に認識できない場合や表面の汚れや色合いの変化等によって、健全な場所を劣化、損傷個所と認識する場合があり、図面へ描画する方法と同様、正確さに欠け、定量的なデータとして認識するのは困難である。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、通信土木設備等の構造物表面の不良箇所（劣化、損傷個所など）を３次元のデジタルデータとして記録することが可能な３次元デジタル記録システムを提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る３次元デジタル記録システムは、構造物表面の不良箇所を３次元のデジタルデータとして記録するための３次元デジタル記録システムであって、前記構造物表面の不良箇所に接触している間パルス波を送信する入力装置と、前記入力装置からのパルス波を受信すると、パルス波を送信する３個の距離測定装置と、を備え、前記入力装置は、前記入力装置がパルス波を送信した時間と、前記３個の距離測定装置の各々からのパルス波を受信した時間との差から、前記入力装置と前記３個の距離測定装置の各々との距離を算出し、前記距離から前記入力装置の位置情報を算出する制御部と、前記位置情報を記憶するメモリと、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る３次元デジタル記録システムは、前記入力装置は、前記構造物表面の不良箇所に接触していない場合であって、前記不良箇所に関する追加情報を記録する場合、前記パルス波を送信し、前記制御部は、算出した前記位置情報を前記追加情報として前記メモリに記憶する、ことが好ましい。

本発明による３次元デジタル記録システムによれば、通信土木設備等の構造物表面の不良箇所（劣化、損傷個所など）を３次元のデジタルデータとして記録することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る入力装置の概略構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る距離測定装置の概略構成を示す図である。入力装置及び距離測定装置間の処理シーケンスを示す図である。本発明によるマンホール不良箇所測量イメージを示す図である。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。なお、本発明は、地下に埋設された通信土木設備の点検を対象とし、通信土木設備内の劣化、損傷などの不良箇所を描画、記録するためのペン状の入力装置１０（以下、専用ペン１０と呼ぶ）と専用ペン１０の位置情報を検知する機能を有する３つの距離測定装置２０を用いて、点検結果を３次元のデジタルデータとして記録することで、従来の図面への描画や画像撮影等による記録方法ではできなかった点検結果の３次元デジタルデータ化および定量化を可能にする技術である。

図１は、本発明の一実施形態に係る専用ペン１０の概略構成を示す図である。専用ペン１０は、パルス波を送受信するための無線部１１をペン先に有し、電源を供給するためのバッテリー１２、パルス波の送受信により検知する位置情報を記憶するためのメモリ１３、専用ペンの筆圧を感知するためのセンサ１４、および距離情報及び位置情報の計算や各機能部の制御を行う制御部１５を本体内部に有する。

図２は、本発明の一実施形態に係る距離測定装置の概略構成を示す図である。距離測定装置２０は、パルス波を送受信するための無線部２１および電源を供給するためのバッテリー２２を本体内部に有する。

ここで、専用ペン１０の位置情報は、専用ペン１０と同一空間内で任意に固定設置された距離測定装置２０間との距離を測定することにより検知するが、空間上における位置を特定するためには空間上の固定された３点との距離が必要となるため、本実施形態では、距離測定装置２０を３個使用する。これは、３次元の空間上において、ある点の空間座標（位置）は任意に固定された３点との距離が分かれば一意的に決定されるためである。仮に任意に固定された１点との距離しか分からなければ、ある点は固定された１点との距離を半径とした球面上にあることしか決まらず、任意に固定された２点との距離しか分からなければ、ある点は固定された２点との距離を保つ円周上にあることしか決まらない。

図３は、入力装置１０（専用ペン１０）及び距離測定装置２０間の処理シーケンスを示す図である。なお、以降の説明において、３つの距離測定装置２０を、距離測定装置２０ａ〜ｃと称するものとする。

専用ペン１０が描画対象物（例えば不良箇所）に触れたことをセンサ１４が筆圧を感知すると（ステップＳ１０１）、専用ペン１０と３つの距離測定装置２０ａ〜ｃ間でパルス波の送受信が開始される（ステップＳ１０２）。各々の距離測定装置２０ａ〜ｃはパルス波を受信すると、パルス波を応答として送信する（ステップＳ１０３ａ〜ｃ）。専用ペン１０は、パルス波を送信後、３つの距離測定装置２０ａ〜ｃの各々から送信されたパルス波を距離に応じた時間差で受信する（ステップＳ１０４）。専用ペン１０（制御部１５）は、パルス波の速度と、応答して返ってきた各々の時間差とから、専用ペン１０と３つの距離測定装置ａ〜ｃとの間の距離を計算することができる（ステップＳ１０５）。専用ペン１０（制御部１５）は、さらに、３つの距離測定装置間ａ〜ｃとの距離から定まる空間上の１点から、空間上の位置を算出することが可能となる（ステップＳ１０６）。

なお、専用ペン１０と３つの距離測定装置間ａ〜ｃにおけるパルス波の送受信は、センサ１４が筆圧を感知している間、連続して行われる。専用ペン１０で描画対象物をなぞることで専用ペン１０の位置情報（空間座標）が変化し、制御部１５は、その変化を、例えば1μsec単位のレコードデータとしてメモリ１３に記憶する（ステップＳ１０７）。なお、メモリ１３に記憶した1μsec単位のレコードデータは連続した３次元のデジタルデータへ任意に変換することができる。専用ペン１０のメモリ１３に記憶されたデータは、無線又は有線にてパソコンと接続し、３次元のデジタルデータとして保存することができる。

図４は、本発明に係る入力装置１０（専用ペン１０）及び距離測定装置２０を用いたマンホール不良箇所測量イメージを示す図である。図４（ａ）は、マンホールの地下に埋設された通信土木設備を図示するものであり、通信土木設備内の任意の位置に３つの距離測定装置２０ａ〜ｃが設置されている。通信土木設備内に壁面等の劣化、損傷個所といった不良箇所（Ｃ１、Ｃ２）がある場合、専用ペン１０で不良個所（Ｃ１、Ｃ２）をなぞることで、専用ペン１０の位置情報（空間座標）の変化をデジタルデータとして記録することができる。

また、本システムは、必要に応じて、不良箇所以外に、文字や数値、記号等を専用ペン１０で描くことで形状以外の不良箇所に関する情報（追加情報）を記録することも可能である。具体的には、専用ペン１０は、不良箇所に接触していない場合であっても、不良箇所に関する追加情報を記録する場合、距離測定装置２０ａ〜ｃに対してパルス波を送信し、制御部１５は、距離測定装置２０ａ〜ｃからのパルス波により算出した位置情報を追加情報としてメモリ１３に記憶する。これにより、点検時のマンホール内部のひび割れ等の形状や長さや、文字や数値、記号といった追加情報を正確かつ定量的にデジタルデータとして保存できる。点検終了後、図４（ｂ）に示すように、専用ペン１０を無線又は有線にてパソコンと接続し、３次元のデジタルデータとして保存することができる。

以上のように、本実施形態によれば、入力装置１０（専用ペン１０）は、構造物表面の不良箇所に接触している間パルス波を送信し、３個の距離測定装置２０ａ〜ｃは、入力装置１０からのパルス波を受信するとパルス波を送信し、入力装置１０（制御部１５）は、入力装置１０がパルス波を送信した時間と、３個の距離測定装置２０ａ〜ｃの各々からのパルス波を受信した時間との差から、入力装置１０と３個の距離測定装置２０ａ〜ｃの各々との距離を算出し、算出した距離から入力装置１０の位置情報を算出し、位置情報をメモリ１３に記憶する。これにより、通信土木設備等の構造物表面の不良箇所を３次元のデジタルデータとして記録することが可能になる。特に、地下に埋設された通信土木設備内の劣化、損傷状態等を正確かつ定量的な３次元のデジタルデータとして記録することが可能となる。通信土木設備は、地下に埋設されている状況から、周辺の地盤からの圧力また、路面からの荷重等様々な方向から外力を受けるため、通信土木設備の劣化、損傷状態を３次元的に正確に把握することは、補修方法や管理方法の選定の根拠になるだけでなく、劣化、損傷要因の解明にも非常に重要な情報となる。また、過去の点検結果や今後の点検との差分も定量的、視覚的に把握することができ、劣化、損傷の進行速度や補修経過等を極めて詳細に記録することが可能になる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１０入力装置（専用ペン）
１１無線部
１２バッテリー
１３メモリ
１４センサ
１５制御部
２０距離測定装置
２１無線部
２２バッテリー
Ｃ１、Ｃ２不良箇所

Claims

構造物表面の不良箇所を３次元のデジタルデータとして記録するための３次元デジタル記録システムであって、
前記構造物表面の不良箇所に接触している間パルス波を送信する入力装置と、
前記入力装置からのパルス波を受信すると、パルス波を送信する３個の距離測定装置と、を備え、
前記入力装置は、
前記入力装置がパルス波を送信した時間と、前記３個の距離測定装置の各々からのパルス波を受信した時間との差から、前記入力装置と前記３個の距離測定装置の各々との距離を算出し、前記距離から前記入力装置の位置情報を算出する制御部と、
前記位置情報を記憶するメモリと、を有することを特徴とする３次元デジタル記録システム。
前記入力装置は、前記構造物表面の不良箇所に接触していない場合であって、前記不良箇所に関する追加情報を記録する場合、前記パルス波を送信し、前記制御部は、算出した前記位置情報を前記追加情報として前記メモリに記憶する、ことを特徴とする請求項１に記載の３次元デジタル記録システム。