JP2016006253A - 鋼管杭の回転ずれ監視方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】打設する鋼管杭の回転ずれをリアルタイムで精度よく把握できる鋼管杭の回転ずれ監視方法およびシステムを提供する。【解決手段】鋼管杭５の表面に杭長手方向に直線状に延びて周方向に等間隔をあけて平行に配置された３本の基準線７ａ、７ｂ、７ｃを予め設け、鋼管杭５を打設している際に、鋼管杭５を正面からデジタルカメラ２により撮影して、３本の基準７ａ、７ｂ、７ｃ線および鋼管杭５の杭幅方向両端６ａ、６ｂの位置を画像データとして逐次取得し、この取得した画像データに基づいて演算装置４により鋼管杭２の回転ずれ量（回転角度θ）を逐次算出して、この鋼管杭５の回転ずれ状態をリアルタイムで把握する。【選択図】図２

Description

本発明は、鋼管杭の回転ずれ監視方法およびシステムに関し、さらに詳しくは、打設する鋼管杭の回転ずれ状態をリアルタイムで精度よく把握できる鋼管杭の回転ずれ監視方法およびシステムに関するものである。

水底地盤に対して鋼管杭を打設する際には、予め計画された位置に打設する必要がある。即ち、目標位置に対してずれたり、傾いたりして打設しないように監視する必要がある。従来、打設する鋼管杭の位置ずれや傾きを測定、監視する方法が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、打設する鋼管杭については、位置ずれや傾きだけでなく、回転ずれ（杭長手方向に延びる杭中心軸を中心にする回転ずれ）も重要な監視項目である。即ち、鋼管杭が不用意に回転すると、打設する際に使用する打設ガイドへ鋼管杭を誘導する際に支障が生じたり、打設ガイドどうしが干渉する等の不具合が生じることがある。

従来、鋼管杭の回転ずれ状態を監視するには、例えば、鋼管杭の表面に目盛の付いたテープを貼り、この目盛の動きをトランシットによって確認して回転ずれの有無やずれ量を把握していた。しかしながら、目視に依存した確認になるので精度を向上させるには限界があった。また、鋼管杭の回転ずれ状態をリアルタイムで把握するには多大な労力を要するので実質的に困難であった。

特開２０１３−９２４６３号公報

本発明の目的は、打設する鋼管杭の回転ずれ状態をリアルタイムで精度よく把握できる鋼管杭の回転ずれ監視方法およびシステムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の鋼管杭の回転ずれ監視方法は、鋼管杭の表面に杭長手方向に直線状に延びて周方向に等間隔をあけて平行に配置された３本の基準線を予め設け、前記鋼管杭を打設している際に、この鋼管杭を正面からデジタルカメラにより撮影して、前記３本の基準線およびこの鋼管杭の杭幅方向両端の位置を画像データとして逐次取得し、この取得した画像データに基づいて演算装置により前記鋼管杭の回転ずれ量を逐次算出して、この鋼管杭の回転ずれ状態をリアルタイムで把握することを特徴とする。

本発明の鋼管杭の回転ずれ監視システムは、打設している鋼管杭を正面から撮影するデジタルカメラと、このデジタルカメラにより撮影された画像データが入力される演算装置と、この演算装置による演算結果が表示されるモニタとを備え、前記デジタルカメラにより逐次撮影された前記鋼管杭の表面に杭長手方向に直線状に延びて周方向に等間隔をあけて平行に配置された３本の基準線および前記鋼管杭の杭幅方向両端の位置の画像データに基づいて前記演算装置により前記鋼管杭の回転ずれ量を逐次算出して、この算出結果を前記モニタに逐次表示する構成にしたことを特徴とする。

本発明によれば、打設している鋼管杭を正面から撮影するデジタルカメラにより撮影された鋼管杭の表面に杭長手方向に直線状に延びて周方向に等間隔をあけて平行に配置された３本の基準線および鋼管杭の杭幅方向両端の位置の画像データに基づいて鋼管杭の回転ずれ量を逐次算出するので、この鋼管杭の回転ずれ状態をリアルタイムで精度よく把握することが可能なる。鋼管杭の回転ずれ量の算出は、画像データに基づいて演算装置により行われるので多大な労力を要することもない。

本発明では、前記演算装置に回転ずれ量に対する閾値が予め入力され、前記逐次算出した回転ずれ量が前記閾値を超えた場合に警告を発する警告手段が備わる構成にすることもできる。これにより、演算装置により逐次算出した回転ずれ量が予め設定した閾値を超えた場合に警告を発することができるので、鋼管杭の適切な打設を行なうには一段と有利になる。

本発明の鋼管杭の回転ずれ監視システムを例示する説明図である。 図１の鋼管杭を正面から撮影しているデジタルカメラを例示する説明図である。 図２の状態を平面視で例示する説明図である。 鋼管杭の右回転の回転ずれ量を算出する場合の計算モデルを例示する説明図である。 鋼管杭の左回転の回転ずれ量を算出する場合の計算モデルを例示する説明図である。

以下、本発明の鋼管杭の回転ずれ監視方法およびシステムを図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１〜図３に例示する本発明の鋼管杭の回転ずれ監視システム１（以下、監視システム１という）の実施形態は、海や河川等の水底に打設される鋼管杭５の回転ずれをリアルタイムで監視する。打設される鋼管杭５の位置や傾きは、別の監視装置によって監視されていて実質的に所定の位置に鉛直に打設される。尚、本発明の監視システム１は、陸上で地盤に鋼管杭５を打設する際にも用いることができる。

本発明の監視システム１は、デジタルカメラ２と、このデジタルカメラ２により撮影された画像データが入力される演算装置３と、この演算装置３に接続されるモニタ４ａとを備えている。この実施形態では、さらに警告手段４ｂが備わっている。

デジタルカメラ２は、打設されている鋼管杭５を正面から撮影する。そのため、デジタルカメラ２は、画像を撮影および検知するセンサ部２ａを任意の撮影方向（水平方向および上下方向）に向けて設定可能に三脚２ｂに取り付けられている。演算装置３としては例えば、パーソナルコンピュータ等が用いられる。モニタ４ａには演算装置３による演算結果（演算結果に基づく数値、文字、図表等）が表示される。警告手段４ｂしては例えば、警告灯や警報装置が用いられる。警告手段４ｂの作動は演算装置３によって制御される。

鋼管杭５の表面には、杭長手方向に直線状に延びて周方向に等間隔をあけて平行に配置された３本の基準線７ａ、７ｂ、７ｃが付されている。これら基準線７ａ、７ｂ、７ｃは鋼管杭５の全長に付されている必要はなく、例えば、少なくとも鋼管杭５の上端部に付される。それぞれの基準線７ａ、７ｂ、７ｃの周方向間隔はなるべく広くすることが好ましいが、例えば、鋼管杭５の中心軸ＣＬを中心にした周方向間隔（周方向角度α）は３０°〜６０°にする。

図３のＷ値はデジタルカメラ２（センサ部２ａ）のカメラ画角であり、ｄ値は正面視のカメラ画角の左端から鋼管杭５の杭幅方向左端６ａとの間隔、ｅ値は正面視のカメラ画角の左端から鋼管杭５の杭幅方向右端６ｂとの間隔である。Ｍ値はデジタルカメラ２（センサ部２ａ）の幅方向中心と鋼管杭５の中心軸ＣＬとのずれ量である。

この実施形態では、作業船８に搭載されたクレーン９により吊下げられた杭打ち機１０によって鋼管杭５が打設されている。この鋼管杭５を正面から岸壁１１等の陸上の所定位置に設置されたデジタルカメラ２によって撮影する。これにより、正面視での３本の基準線７ａ、７ｂ、７ｃおよび鋼管杭５の杭幅方向両端６ａ、６ｂの位置の画像データがデジタルカメラ２により逐次撮影される。デジタルカメラ２は安定した場所に設置される必要がある。したがって、岸壁等１１の安定した陸上に設置されることが望ましいが、例えば、波浪状態が穏やかな場合、大規模な船舶上などであれば陸上と同様に安定しているのでデジタルカメラ２を設置することができる。

演算装置３には撮影された画像データが入力され、この入力された画像データに基づいて演算装置３によって鋼管杭の回転ずれ量（ずれ回転角度θ）が逐次算出される。算出された結果やこの結果に基づく種々の内容がモニタ４ａに逐次表示される。モニタ４ａに表示された内容を目視することにより、鋼管杭５の回転ずれ状態をリアルタイムで把握することが可能になっている。

演算装置３には、鋼管杭５の回転ずれ量に対する閾値が予め入力されている。そこで、演算装置３により逐次算出した回転ずれ量が閾値を超えた場合には、警告手段によって警告が発せられる構成になっている。

回転ずれ量（ずれ回転角度θ）の算出方法は以下のとおりである。

図４に例示するように鋼管杭５が中心軸ＣＬを中心にして回転角度θだけ右まわり（時計まわり）に回転ずれした場合（Ｎ＋β≦１８０°の場合）を例にして説明する。

鋼管杭５の内部に、中心軸ＣＬを頂点とした頂点角度αと、この頂点に対向する位置にある辺長Ａの一辺とを有する同形状の２つの三角形を考える。また、これらそれぞれの三角形について、辺長Ａの一辺を共通にして、鋼管杭５の外側に形成された三角形を考える。

鋼管杭５の内部の一方の三角形と、鋼管杭５の外側に形成された一方の三角形とに対して正弦定理を適用し、同様に、鋼管杭５の内部の他方の三角形と、鋼管杭５の外側に形成された他方の三角形とに対して正弦定理を適用して下記（１）式を得る。
Ｔａｎ^-1ｘ＝（sinａ×sinＳ／sinｂ）／（１＋（sinａ×cosＳ／sinｂ））・・・（１）
ここで、Ｓ＝２π−ａ−ｂ−２α−２βである。

また、Ｎ＝π−ｘ−ａであり、Ｍ＝（ｄ＋ｅ）／２―Ｗ／２である。Ｎ＋β≦πの場合、Ｌ＝π−（ｃ＋Ｎ＋β）であるので、算出するずれ回転角度θ＝−（Ｌ＋Ｍ）となる。

上記のαの値は、基準線７ａ、７ｂ、７ｃの周方向角度αなので既知である。また、β＝（π−α）／２なのでβの値も既知の値である。したがって、ａ、ｂ、ｃ、Ｍの値が判明すれば、ずれ回転角度θを算出することができる。

そして、ａ、ｂ、ｃ、Ｍの値はデジタルカメラ２により撮影した画像データに基づいて、該当する位置のピクセル数、１ピクセルの物理長さおよび焦点距離によって算出できる。そのため、デジタルカメラ２により撮影して取得した画像データおよび既知のデータによって鋼管杭５のずれ回転角度θが算出される。

図５に例示するように鋼管杭５が中心軸ＣＬを中心にして回転角度θだけ左まわり（反時計まわり）に回転ずれした場合（Ｎ＋β≧１８０°の場合）の場合も下記内容は右まわりに回転ずれした場合と同じである。
Ｔａｎ^-1ｘ＝（sinａ×sinＳ／sinｂ）／（１＋（sinａ×cosＳ／sinｂ））・・・(１）
ここで、Ｓ＝２π−ａ−ｂ−２α−２βである。

また、Ｎ＝π−ｘ−ａであり、Ｍ＝（ｄ＋ｅ）／２−Ｗ／２である。ただし、Ｎ＋β≧πの場合は、Ｌ＝π−（ｃ＋２π＋Ｎ＋β）であり、算出するずれ回転角度θ＝Ｌ−Ｍとなる。

このようにして本発明によれば、打設している鋼管杭５の回転ずれ状態をリアルタイムで精度よく把握できる。そして、その把握内容に基づいて鋼管杭５の回転ずれ量が許容範囲（閾値）を超えそうな場合には、回転ずれを是正するように打設方法を修正する。これにより、鋼管杭５を予め設定したどおりに精度よく水底に打設することができる。打設された鋼管杭５が水底地盤にある程度埋入してしまうと回転ずれを是正することが難しくなる。そのため、本発明は、鋼管杭５を打設し始める際から水底地盤にある程埋入するまでの打設初期工程で用いるとよい。

警告手段４ｂが備わっていると、鋼管杭５の回転ずれ量が許容範囲を超えそうな時に警告が発生される。そのため、許容範囲を超えた回転ずれが生じた状態で鋼管杭５を打設する不具合をより確実に防止できる。

１ 監視システム
２ デジタルカメラ
２ａ センサ部
２ｂ 三脚
３ 演算装置
４ａ モニタ
４ｂ 警告手段
５ 鋼管杭
６ａ、６ｂ 杭幅方向端
７ａ、７ｂ、７ｃ 基準線
８ 作業船
９ クレーン
１０ 杭打ち機
１１ 岸壁

Claims (4)

1. 鋼管杭の表面に杭長手方向に直線状に延びて周方向に等間隔をあけて平行に配置された３本の基準線を予め設け、前記鋼管杭を打設している際に、この鋼管杭を正面からデジタルカメラにより撮影して、前記３本の基準線およびこの鋼管杭の杭幅方向両端の位置を画像データとして逐次取得し、この取得した画像データに基づいて演算装置により前記鋼管杭の回転ずれ量を逐次算出して、この鋼管杭の回転ずれ状態をリアルタイムで把握することを特徴とする鋼管杭の回転ずれ監視方法。
2. 前記逐次算出した回転ずれ量が予め設定した閾値を超えた場合に、警告を発する請求項１に記載の鋼管杭の回転ずれ監視方法。
3. 打設している鋼管杭を正面から撮影するデジタルカメラと、このデジタルカメラにより撮影された画像データが入力される演算装置と、この演算装置による演算結果が表示されるモニタとを備え、前記デジタルカメラにより逐次撮影された前記鋼管杭の表面に杭長手方向に直線状に延びて周方向に等間隔をあけて平行に配置された３本の基準線および前記鋼管杭の杭幅方向両端の位置の画像データに基づいて前記演算装置により前記鋼管杭の回転ずれ量を逐次算出して、この算出結果を前記モニタに逐次表示する構成にしたことを特徴とする鋼管杭の回転ずれ監視システム。
4. 前記演算装置に回転ずれ量に対する閾値が予め入力され、前記逐次算出した回転ずれ量が前記閾値を超えた場合に警告を発する警告手段が備わる請求項３に記載の鋼管杭の回転ずれ監視システム。

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