JP2017058312A - Measurement system, measurement processor and measurement method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measurement system which can easily and exactly confirm a deformation-necessary point, in a tunnel excavation construction support system or the like.SOLUTION: A measurement system comprises a three-dimensional scanner which measures a three-dimensional shape, a measurement processor and a projector which projects an inputted image. The measurement processor comprises: a deformation-necessary region determination part which determines a deformation-necessary region which is necessary to be deformed in a measurement objective range on the basis of the three-dimensional shape of the measurement objective range which is measured by the three-dimensional scanner; an image creation part which creates a projection image including an image of the deformation-necessary region whose shape is imparted with strain so that the image of the deformation-necessary region included in the projection image which is displayed by projection coincides with a position range of an actual deformation-necessary region when the image is projected to the measurement objective range; and an image output part which outputs the projection image created by the image creation part so as to be projected by the projector.SELECTED DRAWING: Figure 13

Description

本発明は、計測システム、計測処理装置及び計測方法に関する。   The present invention relates to a measurement system, a measurement processing apparatus, and a measurement method.

山岳トンネルなどの機械掘削においては、掘削面の掘り残し等の確認のために掘削面の測定が行われる。このような掘削面の測定手法として、ノンプリズム断面測定器を利用した測定や、ロッドを用いた検尺などが知られている。しかしながら、ノンプリズム断面測定器による測定では、支保工の影になる部分に光を照射して測定を行うことが困難である。また、上記の各手法では、点による情報しか得ることができないために、面としての正確な形状を把握するには多くの時間を要する。   In machine excavation such as a mountain tunnel, the excavation surface is measured to check whether the excavation surface is left behind. As a method for measuring such an excavated surface, measurement using a non-prism cross-section measuring device, measuring scale using a rod, and the like are known. However, in the measurement by the non-prism cross-section measuring device, it is difficult to perform the measurement by irradiating light to the shadowed portion of the support work. Further, in each of the above methods, since only information by points can be obtained, it takes a lot of time to grasp an accurate shape as a surface.

そこで、3次元スキャナを切羽の後方に設置してトンネル座標を計測し、計測したトンネル座標と基準データとを比較演算して得られた比較断面データに基づいて、比較断面の情報を出力するようにされたトンネル掘削施工支援システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, a 3D scanner is installed behind the face, tunnel coordinates are measured, and information on the comparison cross section is output based on the comparison cross section data obtained by comparing the measured tunnel coordinates with the reference data. A tunnel excavation construction support system is known (see, for example, Patent Document 1).

特許第5500709号公報Japanese Patent No. 5500709

しかしながら、トンネル掘削施工支援システムによる比較断面の情報は、例えば印刷、モニタへの表示などによって、切羽と左右の各側壁が表された展開図として出力される。このような出力の態様では、例えば掘削(変形)を要する箇所などの確認は作業員が出力された展開図と現場の掘削面とを照らし合わせる作業を行うことが必要であり、手間も経験も要する。   However, the information of the comparison cross section by the tunnel excavation construction support system is output as a developed view showing the face and the left and right side walls by, for example, printing, display on a monitor, or the like. In such an output mode, for example, confirmation of a place where excavation (deformation) is required requires that the worker perform a work of comparing the output development drawing and the excavation surface of the site, and both labor and experience are required. Cost.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、変形が必要な箇所の確認を簡単かつ的確に行えるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to make it possible to easily and accurately confirm a portion that requires deformation.

上述した課題を解決するための本発明の一態様は、3次元形状を計測する3次元スキャナと、計測処理装置と、入力された画像を投射する投射装置とを備え、前記計測処理装置は、前記3次元スキャナにより計測された計測対象範囲の3次元形状に基づいて、前記計測対象範囲において変形が必要な変形必要領域を判定する変形必要領域判定部と、前記計測対象範囲に投射した際に、投射により表示された投射画像に含まれる前記変形必要領域の画像が実の変形必要領域の位置範囲と合致するように形状に歪みを与えた変形必要領域の画像を含む投射用画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部により生成された投射用画像が投射装置により投射されるように出力する画像出力部とを備える計測システムである。   One aspect of the present invention for solving the above-described problem includes a three-dimensional scanner that measures a three-dimensional shape, a measurement processing device, and a projection device that projects an input image, and the measurement processing device includes: Based on the three-dimensional shape of the measurement target range measured by the three-dimensional scanner, a deformation required region determination unit that determines a deformation required region that needs to be deformed in the measurement target range, and when projecting to the measurement target range And generating a projection image including an image of the necessary deformation region in which the shape is distorted so that the image of the necessary deformation region included in the projection image displayed by the projection matches the position range of the actual necessary deformation region. It is a measurement system provided with an image generation part and an image output part which outputs so that the image for projection generated by the image generation part may be projected with a projection device.

また、本発明の一態様は、3次元スキャナにより計測された計測対象範囲の3次元形状に基づいて、前記計測対象範囲において変形が必要な変形必要領域を判定する変形必要領域判定部と、前記計測対象範囲に投射した際に、投射により表示された投射画像に含まれる前記変形必要領域の画像が実の変形必要領域の位置範囲と合致するように形状に歪みを与えた変形必要領域の画像を含む投射用画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部により生成された投射用画像が投射装置により投射されるように出力する画像出力部とを備える計測処理装置である。   According to another aspect of the present invention, a deformation required area determination unit that determines a deformation necessary area that needs to be deformed in the measurement target range based on a three-dimensional shape of the measurement target range measured by a three-dimensional scanner; An image of the deformation required area in which the shape is distorted so that the image of the deformation required area included in the projection image displayed by the projection coincides with the position range of the actual deformation required area when projected onto the measurement target range. Is a measurement processing device including an image generation unit that generates an image for projection including the image, and an image output unit that outputs the projection image generated by the image generation unit so as to be projected by the projection device.

また、本発明の一態様は、3次元スキャナにより計測対象範囲の3次元形状を計測する形状計測ステップと、前記形状計測ステップにより計測された計測対象範囲の3次元形状に基づいて、前記計測対象範囲において変形が必要な変形必要領域を判定する変形必要領域判定ステップと、前記計測対象範囲に投射した際に、投射により表示された投射画像に含まれる変形必要領域の画像が実の変形必要領域の位置範囲と合致するように形状に歪みを与えた変形必要領域の画像を含む投射用画像を生成する画像生成ステップと、前記画像生成ステップにより生成された投射用画像を投射装置により投射する投射ステップとを含む計測方法である。   According to another aspect of the present invention, a shape measurement step of measuring a three-dimensional shape of a measurement target range by a three-dimensional scanner, and the measurement target based on the three-dimensional shape of the measurement target range measured by the shape measurement step A required deformation area determining step for determining a required deformation area that requires deformation in the range, and an image of the required deformation area included in the projected image displayed by the projection when projected onto the measurement target area is the actual required deformation area An image generation step for generating an image for projection including an image of a necessary deformation area whose shape is distorted so as to match the position range of the image, and projection for projecting the image for projection generated by the image generation step by the projection device A measuring method including steps.

以上説明したように、本発明によれば、変形が必要な箇所の確認を簡易かつ的確に行えるようになるという効果が得られる。   As described above, according to the present invention, there is an effect that it is possible to easily and accurately check a portion that requires deformation.

第1実施形態における計測システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the measurement system in 1st Embodiment. 第1実施形態における位置計測投射装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the position measurement projection apparatus in 1st Embodiment. トンネルの坑内における第1実施形態の計測システムの設置例を示す図である。It is a figure which shows the example of installation of the measurement system of 1st Embodiment in the tunnel inside. トンネルの坑内における第1実施形態の位置計測投射装置の設置態様の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the installation aspect of the position measurement projection apparatus of 1st Embodiment in the inside of a tunnel. トンネルの坑内における第1実施形態の位置計測投射装置の設置態様の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the installation aspect of the position measurement projection apparatus of 1st Embodiment in the tunnel inside. 第1実施形態における投射距離の算出工程について説明する図である。It is a figure explaining the calculation process of the projection distance in 1st Embodiment. トンネルの壁面における計測対象範囲と3次元スキャナとの位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the measurement object range in the wall surface of a tunnel, and a three-dimensional scanner. 第1実施形態において1つの計測点を対象とする掘削要否判定について説明する図である。It is a figure explaining the excavation necessity judgment which makes one measurement point object in 1st Embodiment. 第1実施形態の計測処理装置による単位掘削必要領域の形成例について説明する図である。It is a figure explaining the example of formation of the unit excavation required area | region by the measurement processing apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の計測処理装置による単位掘削必要領域の形成例について説明する図である。It is a figure explaining the example of formation of the unit excavation required area | region by the measurement processing apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の計測処理装置による単位掘削必要領域の形成例について説明する図である。It is a figure explaining the example of formation of the unit excavation required area | region by the measurement processing apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の計測処理装置による単位掘削必要領域の形成例について説明する図である。It is a figure explaining the example of formation of the unit excavation required area | region by the measurement processing apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の計測処理装置による掘削必要領域の形成例について説明する図である。It is a figure explaining the example of formation of the excavation required area | region by the measurement processing apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の計測処理装置により形成された掘削必要領域と投射用画像における掘削必要領域画像との座標の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the coordinate of the excavation required area | region formed by the measurement processing apparatus of 1st Embodiment, and the excavation required area image in the image for a projection. 第1実施形態の計測処理装置により形成された掘削必要領域と投射用画像における掘削必要領域画像との座標の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the coordinate of the excavation required area | region formed by the measurement processing apparatus of 1st Embodiment, and the excavation required area image in the image for a projection. 第1実施形態における掘削必要領域画像を含む投射用画像を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the image for a projection containing the excavation required area | region image in 1st Embodiment. 第1実施形態における計測処理装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the measurement processing apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態におけるトンネルの掘削に関する工程手順例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of a process procedure regarding the excavation of the tunnel in 1st Embodiment. 第2実施形態において表示される投射画像の態様例を示す図である。It is a figure which shows the example of a mode of the projection image displayed in 2nd Embodiment. 第2実施形態における計測処理装置が実行する掘削ガイド動作対応処理の手順例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of a procedure of the excavation guide operation corresponding | compatible process which the measurement processing apparatus in 2nd Embodiment performs.

[第1実施形態]
図1は、本実施形態における計測システムの構成例を示している。同図に示される本実施形態の計測システムは、掘削工事が行われるトンネルの坑内において備えられる。また、本実施形態の計測システムは、トンネルの切羽、側壁などのトンネル坑内の壁面(トンネル壁面)の立体形状を計測し、壁面の立体形状の計測結果に基づいて掘削(変形の一例)が必要な箇所(掘削必要領域)を判定する。そして、計測システムは、判定した掘削必要領域の位置範囲を示す画像を、トンネル壁面に投射する。この際、投射画像における掘削必要領域の領域は、壁面における実の掘削必要領域と位置範囲が合致する状態で表示される。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a configuration example of a measurement system in the present embodiment. The measurement system of the present embodiment shown in the figure is provided in a tunnel tunnel where excavation work is performed. In addition, the measurement system of the present embodiment measures the three-dimensional shape of the wall surface (tunnel wall surface) in the tunnel mine such as the face of the tunnel and the side wall, and excavation (an example of deformation) is required based on the measurement result of the three-dimensional shape of the wall surface. The right part (excavation required area) is determined. And a measurement system projects the image which shows the position range of the determined excavation required area | region on a tunnel wall surface. At this time, the area of the excavation required area in the projection image is displayed in a state where the actual excavation necessary area on the wall surface matches the position range.

同図の計測システムは、トータルステーション100、PC(Personal Computer)200、ルータ300、計測処理装置400及び位置計測投射装置500を備える。   The measurement system in FIG. 1 includes a total station 100, a PC (Personal Computer) 200, a router 300, a measurement processing device 400, and a position measurement projection device 500.

トータルステーション100は、例えば光波測距儀とセオドライトを組み合わせて構成され、距離と角度とを同時に計測することのできる測量機器である。本実施形態において、トータルステーション100は、位置計測投射装置500が設置された位置及び方向を計測するのに用いられる。   The total station 100 is a surveying instrument that is configured by combining, for example, a light wave rangefinder and a theodolite, and can simultaneously measure a distance and an angle. In the present embodiment, the total station 100 is used to measure the position and direction where the position measurement projection device 500 is installed.

PC200は、トータルステーション100とルータ300との間の通信を中継する装置である。即ち、この場合のトータルステーション100自体は無線通信機能を備えていない。そこで、トータルステーション100とPC200とを有線により接続し、さらにPC200とルータ300とを無線により接続する。
ルータ300は、例えば無線LAN(Local Area Network)に対応する無線通信を介して通信機器間のルーティングを行う通信機器である。この場合のルータ300は、PC200と計測処理装置400とが無線通信経由で接続されるようにルーティングを行う。このようにルーティングが行われることで、計測処理装置400がトータルステーション100により計測された位置計測投射装置500の位置及び方向の情報をPC200、ルータ300を経由して受信することができる。
The PC 200 is a device that relays communication between the total station 100 and the router 300. In other words, the total station 100 in this case does not have a wireless communication function. Therefore, the total station 100 and the PC 200 are connected by wire, and the PC 200 and the router 300 are connected wirelessly.
The router 300 is a communication device that performs routing between communication devices via wireless communication corresponding to a wireless local area network (LAN), for example. In this case, the router 300 performs routing so that the PC 200 and the measurement processing device 400 are connected via wireless communication. By performing the routing in this way, the measurement processing device 400 can receive the position and direction information of the position measurement projection device 500 measured by the total station 100 via the PC 200 and the router 300.

計測処理装置400は、例えば以下の演算処理を行う。位置計測投射装置500が計測したトンネル壁面(計測対象物)の3次元形状を示す計測情報に基づいて、計測されたトンネル壁面における掘削必要領域を判定する。また、計測処理装置400は、判定された掘削必要領域の位置範囲を示す画像であって、トンネル壁面への投射が行われる投射用画像を生成する。   The measurement processing apparatus 400 performs the following arithmetic processing, for example. Based on the measurement information indicating the three-dimensional shape of the tunnel wall surface (measurement object) measured by the position measurement projection device 500, the excavation necessary area on the measured tunnel wall surface is determined. In addition, the measurement processing device 400 generates an image for projection that is a position range of the determined excavation required area and is projected onto the tunnel wall surface.

位置計測投射装置500は、トンネル壁面の3次元形状を計測する計測装置と、トンネル壁面に画像を投射するプロジェクタ(投射装置)とを備える装置である。
ここで、トンネル壁面の3次元形状を計測する計測装置には、3次元スキャナが用いられる。3次元スキャナは、測域センサとして2軸走査を行うことで3次元の空間データを計測することのできる装置である。本実施形態における位置計測投射装置500の3次元スキャナは、トンネル側壁の3次元形状を計測する。3次元スキャナによる3次元形状についての計測結果は、前述のように計測処理装置400が掘削必要領域を判定するのに利用される。
The position measurement projection device 500 is a device that includes a measurement device that measures a three-dimensional shape of a tunnel wall surface and a projector (projection device) that projects an image on the tunnel wall surface.
Here, a three-dimensional scanner is used as a measuring device for measuring the three-dimensional shape of the tunnel wall surface. A three-dimensional scanner is a device that can measure three-dimensional spatial data by performing biaxial scanning as a range sensor. The three-dimensional scanner of the position measurement projection apparatus 500 in this embodiment measures the three-dimensional shape of the tunnel side wall. The measurement result of the three-dimensional shape by the three-dimensional scanner is used for the measurement processing device 400 to determine the excavation required area as described above.

また、位置計測投射装置500におけるプロジェクタは、計測処理装置400から出力された投射用画像をトンネル壁面に投射する。このように投射によってトンネル壁面に表示された投射画像によって前述のようにトンネル壁面において掘削必要領域が示される。即ち、投射画像に含まれる掘削必要領域の領域は、壁面における実の掘削必要領域と位置範囲が合致する状態で表示される。   Further, the projector in the position measurement projection device 500 projects the projection image output from the measurement processing device 400 onto the tunnel wall surface. In this way, the projection image displayed on the tunnel wall surface by the projection shows the necessary excavation area on the tunnel wall surface as described above. That is, the area of the excavation required area included in the projection image is displayed in a state where the actual excavation necessary area on the wall surface matches the position range.

ここで、投射画像が投射されるトンネル壁面の3次元形状は平面ではなく、凹凸が生じている。また、例えばトンネルの側壁面は、断面が円弧形状であって湾曲していることが一般的である。このため、投射用画像として例えば長方形による通常の画像を生成し、生成した画像によりそのままプロジェクタにより投影した場合には、トンネル壁面に投射された状態の投射画像は、トンネル壁面の凹凸や湾曲に応じて正しく長方形により表示されずに変形する。このように変形が生じてしまうと、投射画像に含まれる掘削必要領域の形状も変形し、トンネル壁面における実の掘削必要領域と位置範囲が合致しなくなる。
そこで本実施形態の計測処理装置400は、投射画像としてトンネル壁面に投射された段階の画像における掘削必要領域を、トンネル壁面における実の掘削必要領域と位置範囲を合致させるために、トンネル壁面の3次元形状に対応させて変形させた(歪ませた)投射用画像を生成する。
Here, the three-dimensional shape of the tunnel wall surface on which the projection image is projected is not a plane, but has irregularities. Further, for example, the side wall surface of the tunnel is generally curved with a cross section of an arc shape. For this reason, when a normal image of, for example, a rectangle is generated as a projection image and is projected as it is by the projector using the generated image, the projected image projected on the tunnel wall surface depends on the unevenness and curvature of the tunnel wall surface. Will not be displayed correctly by the rectangle. If the deformation occurs in this way, the shape of the excavation required area included in the projection image is also deformed, and the actual excavation necessary area on the tunnel wall surface does not match the position range.
In view of this, the measurement processing apparatus 400 according to the present embodiment is configured so that the excavation required area in the image projected on the tunnel wall surface as a projection image matches the actual excavation necessary area on the tunnel wall surface with the position range. A projection image deformed (distorted) corresponding to the dimensional shape is generated.

図2は、位置計測投射装置500の構成例を示している。図2(A)は、位置計測投射装置500を平面方向からみた平面図である。図2(B)は、位置計測投射装置500を正面方向からみた正面図である。図2(C)は、位置計測投射装置500を側面方向からみた側面図である。   FIG. 2 shows a configuration example of the position measurement projection apparatus 500. FIG. 2A is a plan view of the position measurement projection device 500 as seen from the plane direction. FIG. 2B is a front view of the position measurement projection device 500 as viewed from the front. FIG. 2C is a side view of the position measurement projection device 500 as seen from the side surface direction.

位置計測投射装置500は、直方体形状の筐体510を備える。筐体510は、正面に対応する面が開口していることで開口部511を有する。筐体510の内部には、3次元スキャナ530とプロジェクタ540(投射装置)とが設けられる。
3次元スキャナ530は、図2(C)に示される矢印Yaで示す方向を計測方向として、計測対象範囲における3次元形状を計測する。
プロジェクタ540は、矢印Ybで示す方向を投射方向として画像を投射する。ここで、プロジェクタ540は、投射範囲が3次元スキャナ530の計測範囲とほぼ一致するように設定される。
The position measurement projection device 500 includes a rectangular parallelepiped casing 510. The case 510 has an opening 511 by opening a surface corresponding to the front surface. Inside the housing 510, a three-dimensional scanner 530 and a projector 540 (projection device) are provided.
The three-dimensional scanner 530 measures the three-dimensional shape in the measurement target range with the direction indicated by the arrow Ya shown in FIG.
Projector 540 projects an image with the direction indicated by arrow Yb as the projection direction. Here, the projector 540 is set so that the projection range substantially coincides with the measurement range of the three-dimensional scanner 530.

また、筐体510の上面部には2つのプリズム520A、520Bが設けられる。プリズム520A、520Bは、トータルステーション100が位置計測投射装置500の位置及び方向を計測する際に使用される。つまり、本実施形態のトータルステーション100は、プリズム測距型であり、照射光がプリズム520A、520Bにて反射して再び入射されるときの水平角と鉛直角に基づいて位置計測投射装置500までの距離と方向とを計測する。   Two prisms 520A and 520B are provided on the upper surface of the housing 510. The prisms 520 </ b> A and 520 </ b> B are used when the total station 100 measures the position and direction of the position measurement projection device 500. That is, the total station 100 of the present embodiment is a prism distance measuring type, and based on the horizontal angle and the vertical angle when the irradiation light is reflected again by the prisms 520A and 520B and enters the position measuring and projecting device 500. Measure distance and direction.

また、同図においては、位置計測投射装置500をトンネル壁面に固定するための固定具が取り付けられている。固定具は、フレキシブルアームAMの一端にクランプCLPが取り付けられ、他端にマグネットMGが取り付けられている。本実施形態において固定具は4つであり、4つの各固定具は、図示するように、位置計測投射装置500の下側の四隅のそれぞれに、クランプCLPにより取り付けられている。   Moreover, in the same figure, the fixing tool for fixing the position measurement projection apparatus 500 to a tunnel wall surface is attached. The fixture has a clamp CLP attached to one end of the flexible arm AM and a magnet MG attached to the other end. In the present embodiment, there are four fixing tools, and each of the four fixing tools is attached to each of the lower four corners of the position measurement projection device 500 by clamps CLP as shown in the figure.

図3は、掘削工事が行われるトンネルTNの坑内における計測システムの設置例を示している。
例えば、計測システムにおけるトータルステーション100、PC200、ルータ300、計測処理装置400及び位置計測投射装置500の各装置は、それぞれ、同図に示されるようにトンネルTN内にて設置される。同図の例の場合、各装置は、作業にできるだけ支障が無いように、また、重機などと重なることなく計測がしやすいように壁面寄りに設置されている。なお、同図における各装置の配置は一例であり、トンネルTNの坑内の重機、機材の配置などの状況に応じて適宜異なる。
本実施形態において、トンネルTNの坑内の位置は、3軸の直交座標系(x,y,z)により表される。同図の例では、x軸はトンネルTNの坑内における幅方向に対応し、y軸はトンネルTNの坑内の延伸方向に対応し、z軸はトンネルTNの坑内における鉛直方向に対応する。
また、本実施形態においては、投射用画像の生成にあたり、プロジェクタのレンズを原点とする直交座標系(ξ,η,ζ)が用いられる。
FIG. 3 shows an installation example of the measurement system in the tunnel TN where excavation work is performed.
For example, the total station 100, the PC 200, the router 300, the measurement processing device 400, and the position measurement projection device 500 in the measurement system are installed in the tunnel TN as shown in FIG. In the case of the example in the figure, each device is installed close to the wall surface so that the work is not hindered as much as possible and the measurement is easy without overlapping with a heavy machine. In addition, arrangement | positioning of each apparatus in the figure is an example, and changes suitably according to conditions, such as arrangement | positioning of the heavy machine in the tunnel of tunnel TN, and equipment.
In the present embodiment, the position of the tunnel TN in the mine is represented by a triaxial orthogonal coordinate system (x, y, z). In the example of the figure, the x axis corresponds to the width direction in the tunnel TN, the y axis corresponds to the extending direction in the tunnel TN, and the z axis corresponds to the vertical direction in the tunnel TN.
In the present embodiment, an orthogonal coordinate system (ξ, η, ζ) having a projector lens as an origin is used to generate a projection image.

ここで、図4は、トンネルTNの坑内において図3のように位置計測投射装置500を設置するにあたってのトンネルの側壁面への固定の態様例を示している。
同図においては、トンネルの側壁面に対して鋼製の支保工TMが設けられた場合を示している。この場合において、位置計測投射装置500は、固定具のマグネットMGを磁力で支保工に固定させ、フレキシブルアームAMを調整して、開口部511が所望の方向に向くように位置計測投射装置500の向きを調整する。
Here, FIG. 4 shows an example of a mode of fixing to the side wall surface of the tunnel when installing the position measurement projection device 500 as shown in FIG. 3 in the tunnel TN.
In the same figure, the case where the steel support construction TM was provided with respect to the side wall surface of a tunnel is shown. In this case, the position measuring and projecting apparatus 500 fixes the magnet MG of the fixture to the support with magnetic force, adjusts the flexible arm AM, and the position measuring and projecting apparatus 500 so that the opening 511 faces in a desired direction. Adjust the orientation.

図5は、鋼製の支保工が設けられていないなどの理由で、マグネットMGを有する固定具により位置計測投射装置500を固定できない場合の位置計測投射装置500の設置の態様例を示している。
即ち、この場合には図示するように位置計測投射装置500を三脚FTに固定したうえで、三脚FTごと位置計測投射装置500を動かして開口部511が所望の方向を向くように調整する。
FIG. 5 shows an example of installation of the position measurement projection device 500 when the position measurement projection device 500 cannot be fixed by a fixture having a magnet MG, for example, because a steel support is not provided. .
That is, in this case, as shown in the figure, the position measurement projection device 500 is fixed to the tripod FT, and then the position measurement projection device 500 is moved together with the tripod FT so that the opening 511 is oriented in a desired direction.

続いて、本実施形態の計測システムを用いた掘削に関する工程手順について、説明する。
まず、作業者は、現場での計測システムの使用に先立って、事前に、プロジェクタ540により予め定めた規定の投射画像サイズが得られる投射距離Lを算出する。投射距離Lを算出する工程は、トンネルTNの坑内にて行われなくともよい。むしろ、外部からの振動や接触などの外的要因が少ない室内などで行われることが好ましい。
Then, the process procedure regarding excavation using the measurement system of this embodiment is demonstrated.
First, the operator calculates a projection distance L at which a predetermined projection image size determined in advance by the projector 540 is obtained prior to use of the measurement system in the field. The step of calculating the projection distance L may not be performed in the tunnel TN. Rather, it is preferably performed in a room where there are few external factors such as external vibration and contact.

投射距離Lの算出工程について、図6を参照して説明する。図6(A)は、プロジェクタ540により投射平面PLに画像を投射した状態を示している。図6(B)は、プロジェクタ540により投射平面PLに投射された画像(投射画像)を示している。図6(C)は、計測処理装置400が生成する投射用画像を示している。   The process of calculating the projection distance L will be described with reference to FIG. FIG. 6A shows a state in which an image is projected onto the projection plane PL by the projector 540. FIG. 6B shows an image (projected image) projected onto the projection plane PL by the projector 540. FIG. 6C shows a projection image generated by the measurement processing device 400.

作業者は、例えば室内において、計測処理装置400が接続されたプロジェクタ540を用意する。作業者は、計測処理装置400にトンネルTNの坑内にて生成するのと同じサイズの投射用画像Ppcsを生成させる(図6(C))。ここで、計測処理装置400が生成する投射用画像Ppcsは、表示時におけるサイズについて、水平サイズH1、垂直サイズV1であるとして予め定められている。
生成された投射用画像Ppcsはプロジェクタ540に入力され、プロジェクタ540は、投射用画像Ppcsを投射平面PLに投射させる(図6(A)、図6(B))。ここで、投射平面PLは、例えばスクリーンなどであればよい。
The operator prepares a projector 540 to which the measurement processing device 400 is connected, for example, indoors. The operator causes the measurement processing device 400 to generate the projection image Ppcs having the same size as that generated in the tunnel TN (FIG. 6C). Here, the projection image Ppcs generated by the measurement processing device 400 is predetermined as the horizontal size H1 and the vertical size V1 with respect to the size at the time of display.
The generated projection image Ppcs is input to the projector 540, and the projector 540 projects the projection image Ppcs onto the projection plane PL (FIGS. 6A and 6B). Here, the projection plane PL may be a screen, for example.

図6(B)のように投射用画像Ppcsを投射することにより投射平面PLにて表示される投射画像Pprjのサイズ(水平サイズH2、垂直サイズV2)は、プロジェクタ540と投射平面PLとの間の距離、即ち投射距離に応じて変化する。そこで、作業者は、投射画像Pprjの水平サイズH2と垂直サイズV2とがそれぞれ投射用画像の水平サイズH1、垂直サイズV1と同じになるように投射距離を調節する。このようにして得られる投射距離が、規定の投射画像サイズに対応する投射距離Lとして求められる。
このように投射距離Lを求めることで、プロジェクタ540の仕様等の相違にかかわらず事前に適切な投射距離Lを把握できる。
The size (horizontal size H2, vertical size V2) of the projection image Pprj displayed on the projection plane PL by projecting the projection image Ppcs as shown in FIG. 6B is between the projector 540 and the projection plane PL. The distance varies depending on the distance, i.e., the projection distance. Therefore, the operator adjusts the projection distance so that the horizontal size H2 and the vertical size V2 of the projection image Pprj are the same as the horizontal size H1 and the vertical size V1 of the projection image, respectively. The projection distance obtained in this way is obtained as the projection distance L corresponding to the prescribed projection image size.
By obtaining the projection distance L in this way, it is possible to grasp the appropriate projection distance L in advance regardless of the difference in the specifications of the projector 540 or the like.

上記のように投射距離Lを求めたうえで、作業者は、図3〜図5にて説明したように、本実施形態の計測システムをトンネルTNの坑内に設置する。ここで、計測システムの設置にあたり、位置計測投射装置500については、トンネルTNの坑内の壁面のうち、掘削作業において例えば掘り残しの確認を行いたい範囲を3次元スキャナにより計測できるように方向を設定するようにされる。   After obtaining the projection distance L as described above, the worker installs the measurement system of the present embodiment in the tunnel TN as described with reference to FIGS. Here, when the measurement system is installed, the position measurement projection device 500 is set in a direction so that, for example, a range of the wall surface in the tunnel TN in which digging is to be confirmed can be measured by a three-dimensional scanner. To be done.

計測システムをトンネルTNの坑内に設置した後、作業者は、トータルステーション100を用いて、位置計測投射装置500の位置と方向を計測する。ここで、位置計測投射装置500の方向によっては、開口部511が開口している方向(開口方向)が示される。また、開口部511の開口方向は、3次元スキャナに対して計測対象範囲が位置する計測方向及びプロジェクタ540が画像を投射する投射方向に対応する。
上記のように計測された位置計測投射装置500の位置及び方向の情報(計測投射位置方向情報)は、トータルステーション100から、PC200、ルータ300の通信を経由して計測処理装置400に送信される。計測処理装置400は、送信された計測投射位置方向情報を取得する。
このように計測処理装置400に計測投射位置方向情報を取得させる工程は、現場(トンネルTNの坑内)における計測システムについての初期設定の工程に含まれる。
After installing the measurement system in the tunnel TN, the operator uses the total station 100 to measure the position and direction of the position measurement projection device 500. Here, depending on the direction of the position measurement projection device 500, the direction (opening direction) in which the opening 511 is opened is indicated. The opening direction of the opening 511 corresponds to the measurement direction in which the measurement target range is located with respect to the three-dimensional scanner and the projection direction in which the projector 540 projects an image.
Information on the position and direction of the position measurement projection device 500 measured as described above (measurement projection position direction information) is transmitted from the total station 100 to the measurement processing device 400 via communication between the PC 200 and the router 300. The measurement processing device 400 acquires the transmitted measurement projection position / direction information.
The step of causing the measurement processing device 400 to acquire the measurement projection position / direction information in this way is included in the initial setting step for the measurement system at the site (inside the tunnel TN).

上記のように計測システムの設置と初期設定とを行った後、作業者は、計測システムに掘削ガイド動作を実行させる。ここでの掘削ガイド動作とは、3次元スキャナ530による計測対象範囲の計測、計測処理装置400による掘削必要領域の判定及びプロジェクタ540による掘削必要領域を示す画像のトンネル壁面への投射を含む一連の動作である。
本実施形態においては、作業者が掘削ガイド動作の開始を指示する操作を行うことに応じて、計測処理装置400の制御によって掘削ガイド動作が行われる。
After performing installation and initial setting of the measurement system as described above, the worker causes the measurement system to execute an excavation guide operation. Here, the excavation guide operation includes a series of measurements including measurement of a measurement target range by the three-dimensional scanner 530, determination of an excavation required area by the measurement processing device 400, and projection of an image showing the excavation necessary area by the projector 540 onto the tunnel wall surface. Is the action.
In the present embodiment, the excavation guide operation is performed under the control of the measurement processing device 400 in response to the operator performing an operation for instructing the start of the excavation guide operation.

掘削ガイド動作においては、まず、3次元スキャナ530により計測対象範囲の3次元形状計測が行われる。本実施形態における3次元形状計測について、図7を参照して説明する。図7は、トンネルTNの壁面における計測対象範囲OBJと3次元スキャナ530との位置関係を示している。図7(A)は、計測対象範囲OBJと3次元スキャナ530との位置関係を平面方向からみた平面図である。図7(B)は、計測対象範囲OBJと3次元スキャナ530との位置関係を正面方向からみた正面図である。図7(C)は、計測対象範囲OBJと3次元スキャナ530との位置関係を側面方向からみた側面図である。
計測対象範囲OBJとしてはトンネルTNの壁面部分であればよく、特に制限はない。具体的には、計測対象範囲OBJとしてのトンネルTNの壁面部分は、トンネルTNの坑内における切羽の部分であってもよいし、左右の側壁のいずれかであってもよい。さらには、計測対象範囲OBJとしてのトンネルTNの壁面部分は、切羽から左側壁または右側壁の少なくともいずれかにわたってまたがっていてもよい。
In the excavation guide operation, first, the three-dimensional shape measurement of the measurement target range is performed by the three-dimensional scanner 530. The three-dimensional shape measurement in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the positional relationship between the measurement target range OBJ and the three-dimensional scanner 530 on the wall surface of the tunnel TN. FIG. 7A is a plan view of the positional relationship between the measurement target range OBJ and the three-dimensional scanner 530 viewed from the plane direction. FIG. 7B is a front view of the positional relationship between the measurement target range OBJ and the three-dimensional scanner 530 as viewed from the front. FIG. 7C is a side view of the positional relationship between the measurement target range OBJ and the three-dimensional scanner 530 viewed from the side surface direction.
The measurement target range OBJ is not particularly limited as long as it is a wall portion of the tunnel TN. Specifically, the wall portion of the tunnel TN as the measurement target range OBJ may be a face portion in the tunnel of the tunnel TN, or may be one of the left and right side walls. Furthermore, the wall surface portion of the tunnel TN as the measurement target range OBJ may extend from the face to at least one of the left side wall and the right side wall.

図7(A)、図7(B)、図7(C)のそれぞれにおいては、計測対象範囲OBJとしてのトンネル壁面において実際の掘削必要領域である実掘削必要領域PTが存在している例が示されている。この場合の3次元スキャナ530は、実掘削必要領域PTを含む計測対象範囲OBJを計測対象として3次元形状の計測を行う。
3次元形状の計測にあたり、3次元スキャナ530は、図7(B)に示される計測点MPごとの座標(位置)を計測する。計測点MPは、同図に示すように計測対象範囲OBJに対してマトリクス状に一定間隔で配置されるように設定される。3次元スキャナ530は、計測点MPごとに計測した座標値の情報を、計測対象範囲位置情報として計測処理装置400に出力する。
In each of FIG. 7A, FIG. 7B, and FIG. 7C, there is an example in which an actual excavation required area PT that is an actual excavation necessary area exists on the tunnel wall surface as the measurement target range OBJ. It is shown. In this case, the three-dimensional scanner 530 measures the three-dimensional shape using the measurement target range OBJ including the actual excavation necessary area PT as a measurement target.
In measuring the three-dimensional shape, the three-dimensional scanner 530 measures the coordinates (positions) for each measurement point MP shown in FIG. The measurement points MP are set so as to be arranged at regular intervals in a matrix with respect to the measurement target range OBJ as shown in FIG. The three-dimensional scanner 530 outputs coordinate value information measured for each measurement point MP to the measurement processing device 400 as measurement target range position information.

計測処理装置400は、3次元スキャナ530から取得した計測対象範囲位置情報に基づいて、計測対象範囲OBJにおける実掘削必要領域PTに対応する掘削必要領域を判定する。掘削必要領域の判定にあたり、計測処理装置400は、計測対象範囲位置情報に含まれる計測点MPごとに掘削の要否を判定し、計測点MPごとの掘削要否の判定結果を利用して掘削必要領域を判定する。ここで、「掘削必要領域を判定する」とは、掘削必要領域の有無についての判定行うことと、掘削必要領域が有る場合には掘削必要領域を形成することである。   The measurement processing device 400 determines the necessary excavation area corresponding to the actual excavation necessary area PT in the measurement target range OBJ based on the measurement target range position information acquired from the three-dimensional scanner 530. In determining the necessary excavation area, the measurement processing device 400 determines whether or not excavation is necessary for each measurement point MP included in the measurement target range position information, and uses the determination result of whether or not excavation is necessary for each measurement point MP. Determine the required area. Here, “determining a necessary excavation area” means determining whether there is an excavation necessary area, and forming an excavation necessary area when there is an excavation necessary area.

図8を参照して、1つの計測点MPを対象とする掘削要否判定について説明する。同図においては、トンネルTNの断面図が示されている。同図においては、トンネルTNの坑内における側壁の一部を計測対象範囲とする例が示されている。
同図において、判定対象となる計測点MPについて計測された位置は、点P(x、y、z)として表されている。また、同図において、点Q(x、y、z)は、トンネルTNの坑内の延伸方向において定められた中心を通る線上に位置し、点Pと同じトンネルTNの断面において、トンネルTNの坑内の延伸方向において設定された中心位置を通る線上に位置する基準点である。
With reference to FIG. 8, the excavation necessity determination for one measurement point MP will be described. In the figure, a cross-sectional view of the tunnel TN is shown. In the same figure, an example in which a part of the side wall in the tunnel TN is set as the measurement target range is shown.
In the figure, the position measured for the measurement point MP to be determined is represented as a point P (x 1 , y 1 , z 1 ). Further, in the figure, the point Q (x 2 , y 1 , z 2 ) is located on a line passing through the center defined in the extending direction of the tunnel TN in the tunnel, and in the same section of the tunnel TN as the point P, It is a reference point located on a line passing through the center position set in the extending direction in the TN tunnel.

点Pについての掘削の要否は、点Pと点Qとの距離cによって決まる。そこで、計測処理装置400は、例えば以下の式1により距離cを算出する。   The necessity of excavation for the point P is determined by the distance c between the point P and the point Q. Therefore, the measurement processing apparatus 400 calculates the distance c using, for example, the following formula 1.

Figure 2017058312
Figure 2017058312

同図において掘削半径dは、トンネルTNの設計に応じて決まる値であって、トンネルTNの坑内の延伸方向における中心から掘削すべき半径を表す。従って、掘削要否判定としては上記の式1によって求められた距離cと掘削半径dとについてc<dが成立すれば掘削が必要であると判定し、c<dが成立しなければ掘削が不要であると判定すればよい。しかし、3次元スキャナ530には、同図に示されるように、一定の計測誤差±eが存在する。このため、掘削要否判定の信頼性を高めるには3次元スキャナ530の計測誤差を考慮することが好ましい。   In the figure, the excavation radius d is a value determined according to the design of the tunnel TN, and represents the radius to be excavated from the center of the tunnel TN in the extending direction. Therefore, as to whether or not excavation is necessary, it is determined that excavation is necessary if c <d is satisfied with respect to the distance c and the excavation radius d obtained by the above formula 1, and excavation is performed if c <d is not satisfied. What is necessary is just to determine that it is unnecessary. However, the three-dimensional scanner 530 has a certain measurement error ± e as shown in FIG. For this reason, it is preferable to consider the measurement error of the three-dimensional scanner 530 in order to increase the reliability of the necessity of excavation.

そこで、計測処理装置400は、以下のようにして掘削要否判定を行う。つまり、計測処理装置400は、距離cについて、以下の式2、式3、式4のいずれが成立するのかを判定する。
c<d−e・・・(式2)
d−e≦c≦d+e・・・(式3)
c>d+e・・・(式4)
Therefore, the measurement processing device 400 determines whether or not excavation is necessary as follows. That is, the measurement processing device 400 determines which of the following formula 2, formula 3, and formula 4 holds for the distance c.
c <d−e (Formula 2)
d−e ≦ c ≦ d + e (Formula 3)
c> d + e (Formula 4)

式2が成立する場合、点Qから点Pまでの実際の距離は、距離cに誤差eを加算して多めに見積もったとしても掘削半径d未満であるということがいえる。そこで、計測処理装置400は。式2が成立する場合には、掘削が必要であると判定する。
式3が成立する場合、点Qから点Pまでの実際の距離は、最長で誤差eの分だけ掘削半径dより長くなるが、最短では(d−e)の長さにまで短くなる可能性がある。本実施形態においては、掘削半径d未満となる状態の掘削箇所の存在は許容されないが、掘削半径dを或る程度越えた状態の掘削は許容される。そこで、計測処理装置400は、式3が成立する場合には掘削が必要であると判定する。
また、式4が成立する場合、点Qから点Pまでの実際の距離は、誤差eを考慮して短めに見積もったとしても掘削半径dより長いということがいえる。そこで、計測処理装置400は、式4が成立する場合には掘削が不要であると判定する。
このように、本実施形態の計測処理装置400によっては、3次元スキャナ530によって計測点MPごとに測定された位置(座標)について、掘削が必要であるか否かについての判定が行われる。
When Equation 2 is satisfied, it can be said that the actual distance from the point Q to the point P is less than the excavation radius d even if the error e is added to the distance c and a large amount is estimated. Therefore, the measurement processing apparatus 400 is. When Expression 2 is satisfied, it is determined that excavation is necessary.
When Equation 3 is satisfied, the actual distance from the point Q to the point P is longer than the excavation radius d by the error e, but may be as short as (d−e) at the shortest. There is. In the present embodiment, the existence of an excavation site in a state of being less than the excavation radius d is not allowed, but excavation in a state that exceeds the excavation radius d to some extent is allowed. Therefore, the measurement processing device 400 determines that excavation is necessary when Equation 3 is satisfied.
In addition, when Equation 4 is satisfied, it can be said that the actual distance from the point Q to the point P is longer than the excavation radius d even if the short distance is estimated in consideration of the error e. Therefore, the measurement processing device 400 determines that excavation is not necessary when Expression 4 is satisfied.
As described above, the measurement processing apparatus 400 according to the present embodiment determines whether or not excavation is necessary for the position (coordinates) measured for each measurement point MP by the three-dimensional scanner 530.

ここで、上記のように求められる掘削の要否に関する判定結果は、あくまでも、計測点MPとしての点ごとに対応する情報である。そこで、本実施形態の計測処理装置400は、計測点MPごとの掘削要否判定の結果を利用して、計測対象範囲における面(範囲)としての掘削必要領域を判定する。
図9を参照して、本実施形態の計測処理装置400による掘削必要領域の判定手法例について説明する。図9(A)は、同図では、計測対象範囲において、3×3による9個の計測点MPが存在する単位計測対象範囲OBJuの一部を抜き出して示している。単位計測対象範囲OBJuにおいては、互いに隣接する3つの計測点MPを含む1つの実掘削必要領域PTが存在している。ここで、白抜きの四角形による計測点MPは、未だ掘削の要否判定が行われていないことを示す。
Here, the determination result regarding the necessity of excavation obtained as described above is information corresponding to each point as the measurement point MP. Therefore, the measurement processing apparatus 400 according to the present embodiment determines a necessary excavation area as a surface (range) in the measurement target range using the result of the excavation necessity determination for each measurement point MP.
With reference to FIG. 9, an example of a method for determining the excavation required area by the measurement processing apparatus 400 of the present embodiment will be described. FIG. 9A shows a part of the unit measurement target range OBJu in which nine measurement points MP of 3 × 3 exist in the measurement target range. In the unit measurement target range OBJu, there is one actual excavation necessary area PT including three measurement points MP adjacent to each other. Here, the measurement point MP by the white square indicates that the necessity of excavation has not yet been determined.

同図の実掘削必要領域PTに対応する掘削必要領域の判定は、例えば以下のように行われる。
計測処理装置400は、計測点MPのうちから選択した1つの注目点と、当該注目点に隣接する隣接点とのそれぞれについて、前述のように掘削要否判定を行う。図9(B)においては、9つの計測点のうち、中央の計測点MPを注目点とし、注目点に隣接する周囲の8つの計測点MPを隣接点として、これら注目点及び隣接点について掘削要否判定を行った結果が示されている。
ここで、同図及び以降の図10〜図13の説明にあたり、白抜きの三角形による計測点MPは、掘削が必要と判定された注目点を示す。また、同図においては示されていないが、黒色の三角形による計測点MPは、掘削が不要と判定された注目点を示す。また、白い丸による計測点MPは、掘削が必要と判定された隣接点を示す。黒い丸による計測点MPは、掘削が不要と判定された隣接点を示す。
The determination of the excavation required area corresponding to the actual excavation necessary area PT in the figure is performed as follows, for example.
The measurement processing device 400 determines whether or not excavation is necessary for each of one attention point selected from the measurement points MP and an adjacent point adjacent to the attention point. In FIG. 9B, among the nine measurement points, the central measurement point MP is set as the attention point, and the surrounding eight measurement points MP adjacent to the attention point are set as the adjacent points, and the attention point and the adjacent points are excavated. The result of the necessity determination is shown.
Here, in the description of FIG. 10 and the subsequent FIGS. 10 to 13, a measurement point MP by a white triangle indicates a point of interest determined to require excavation. Although not shown in the figure, a measurement point MP by a black triangle indicates a point of interest that is determined to be unnecessary for excavation. Moreover, the measurement point MP by a white circle shows the adjacent point determined to require excavation. A measurement point MP by a black circle indicates an adjacent point where it is determined that excavation is unnecessary.

図9(B)においては、実掘削必要領域PTに応じて、以下の掘削要否の判定結果が示されている。つまり、注目点としての計測点MPについては掘削が必要であると判定され、注目点の右と下とのそれぞれにおいて隣接する隣接点については掘削が必要であると判定されている。また、残る6つの隣接点については掘削が不要であると判定されている。   In FIG. 9B, the following determination result of necessity of excavation is shown according to the actual excavation necessary area PT. That is, it is determined that excavation is necessary for the measurement point MP as a point of interest, and it is determined that excavation is necessary for adjacent points adjacent to each other on the right and below the point of interest. Further, it is determined that excavation is unnecessary for the remaining six adjacent points.

上記のように注目点と隣接点とのそれぞれについて掘削要否判定を行った後、計測処理装置400は、掘削が必要であると判定された3つの計測点MPを結ぶことにより、1つの注目点に対応する単位掘削必要領域DARuを形成する。
同図では、注目点としての計測点MPと2つの隣接点としての計測点MPとを結んだことによる三角形の単位掘削必要領域DARuが形成される。
After determining whether or not excavation is necessary for each of the attention point and the adjacent point as described above, the measurement processing device 400 connects one measurement point MP by connecting three measurement points MP that are determined to require excavation. A unit excavation required area DARu corresponding to the point is formed.
In the figure, a triangular unit excavation required area DARu is formed by connecting a measurement point MP as a point of interest and a measurement point MP as two adjacent points.

また、図10(A)のように単位計測対象範囲OBJuにおいて、4つの隣接する計測点MPを含む略四角形の平面形状の実掘削必要領域PTが存在する場合には、図10(B)に示すように、注目点としての計測点MPと、注目点に対して右、下、右下のそれぞれに位置する隣接点としての3つの計測点MPとについて掘削が必要であると判定される。このような判定結果に従い、この場合には、注目点としての計測点MPと、注目点の右、下、右下にそれぞれ位置する3つの隣接点としての計測点MPとを結んだ四角形の単位掘削必要領域DARuが形成される。   In addition, in the unit measurement target range OBJu as shown in FIG. 10 (A), when there is a substantially square plane-shaped actual excavation necessary region PT including four adjacent measurement points MP, FIG. 10 (B). As shown, it is determined that excavation is necessary for the measurement point MP as the attention point and the three measurement points MP as adjacent points located on the right, lower, and lower right of the attention point. According to such a determination result, in this case, a unit of a rectangle connecting the measurement point MP as the attention point and the three measurement points MP as the adjacent points respectively located on the right, lower and lower right of the attention point The excavation required area DARu is formed.

また、図11(A)のように単位計測対象範囲OBJuにおいて、最も下の行における中央の計測点MP以外の8つの計測点MPを含む実掘削必要領域PTが存在する場合には、図11(B)に示すように、単位計測対象範囲OBJuにおいて最も下の行における中央の隣接点について掘削が不要であると判定され、これ以外の全ての8つ計測点MPについて掘削が必要であると判定される。このような判定結果に従い、単位計測対象範囲OBJuにおいて最も下の行における中央の隣接点としての計測点MPを除外した8個の計測点MPを結んだ多角形の単位掘削必要領域DARuが形成される。   Further, as shown in FIG. 11A, in the unit measurement target range OBJu, when there is an actual excavation necessary region PT including eight measurement points MP other than the central measurement point MP in the lowermost row, FIG. As shown in (B), it is determined that excavation is unnecessary for the central adjacent point in the lowermost row in the unit measurement target range OBJu, and excavation is necessary for all the other eight measurement points MP. Determined. According to such a determination result, a polygonal unit excavation required area DARU connecting eight measurement points MP excluding the measurement point MP as a central adjacent point in the lowermost row in the unit measurement target range OBJu is formed. The

また、図12(A)のように単位計測対象範囲OBJuにおいて2行目における中央(中心)の計測点MP以外の8つの計測点MPを含む中抜きの状態の実掘削必要領域PTが存在する場合には、各計測点MPは、図12(B)に示す掘削要否の判定結果が得られる。つまり、注目点としての計測点MPのみが掘削が不要と判定され、残る8つの全ての隣接点としての計測点MPについて掘削が必要であると判定される。この場合、掘削が必要と判定された8つの隣接点を連結することにより、同図に示すように、注目点の計測点MPを4つの三角形の領域で囲むようにして単位掘削必要領域DARuが形成される。   In addition, as shown in FIG. 12A, there is an actual excavation required region PT in a hollow state including eight measurement points MP other than the center (center) measurement point MP in the second row in the unit measurement target range OBJu. In this case, the determination result of necessity of excavation shown in FIG. That is, it is determined that only the measurement point MP as the attention point is not required to be excavated, and it is determined that excavation is necessary for all the remaining eight measurement points MP as adjacent points. In this case, by connecting eight adjacent points determined to require excavation, a unit excavation required area DARu is formed so as to surround the measurement point MP of the target point with four triangular areas as shown in FIG. The

そして、計測処理装置400は、以下に図13により説明するようにして単位掘削必要領域DARuの集合体としての単位掘削必要領域を形成する。
図13(A)においては、計測対象範囲OBJの一例が示されている。同図の計測対象範囲OBJにおいては、2つの実掘削必要領域PT1、PT2が存在している。また、同図の計測対象範囲OBJに対しては5行×10列による50個の計測点MPが配置されている。
And the measurement processing apparatus 400 forms the unit excavation required area | region as an aggregate | assembly of the unit excavation required area DARu as it demonstrates with FIG. 13 below.
FIG. 13A shows an example of the measurement target range OBJ. In the measurement target range OBJ in the figure, there are two actual excavation necessary areas PT1 and PT2. Further, 50 measurement points MP of 5 rows × 10 columns are arranged for the measurement target range OBJ in FIG.

計測処理装置400は、5行×10列による計測点MPについて、最も上の1行目の左から右にかけて、次いで、2行目以降の各行の左(1列目)から右(10列目)にかけて、順次、注目点として設定していく。そして、計測処理装置400は、設定した注目点ごとに、当該注目点に隣接する隣接点ごとに掘削要否判定を行い、前述のように単位掘削必要領域を形成していく。
図13(B)においては、1行1列の位置の計測点MPを注目点とし、隣接する1行2列、2行1列、2行2列の各位置の3つの計測点MPを隣接点として掘削必要判定を行った結果が示されている。
この場合、1行1列の位置の注目点は掘削不要と判定され、1行2列及び2行1列の各位置の隣接点は掘削不要と判定され、2行2列の位置の隣接点は掘削が必要であると判定される。なお、この段階においては、掘削が必要と判定された計測点MPは、2行2列の位置の1つのみであるため、掘削必要領域DARは形成されない。掘削必要領域DARの形成には、3以上の掘削が必要と判定された計測点MPが必要である。
The measurement processing device 400 has the measurement points MP of 5 rows × 10 columns from the left to the right in the first row, and then from the left (the first column) to the right (the 10th column) of each row after the second row. ) Will be set as points of interest sequentially. Then, the measurement processing device 400 determines whether or not excavation is necessary for each adjacent point adjacent to the target point set, and forms the unit excavation necessary region as described above.
In FIG. 13B, the measurement point MP at the position of the first row and the first column is set as the attention point, and the three measurement points MP at the respective positions of the first row, the second column, the second row, the first column, and the second row and the second column are adjacent. The result of having performed excavation necessity judgment as a point is shown.
In this case, the point of interest at the position of the 1st row and the 1st column is determined not to be excavated, and the adjacent points at the respective positions of the 1st row and 2nd column and the 2nd row and 1st column are determined to be unnecessary, and the adjacent point at the position of the 2nd row and 2nd column Is determined to require excavation. At this stage, since the measurement point MP determined to require excavation is only one of the positions of 2 rows and 2 columns, the excavation required area DAR is not formed. The formation of the excavation required area DAR requires the measurement points MP determined to require three or more excavations.

続いて、図13(C)には、1行2列の位置に注目点を移動させ、当該注目点と隣接点とについて掘削要否判定を行った結果が示されている。ここで、1行2列の計測点MPが注目点とされた場合の隣接点は、1行1列、1行3列、2行1列、2行2列、2行3列の各位置の計測点MPである。
ここで、1行1列、1行2列、2行1列、2行2列の各位置の計測点MPは、図13(B)に示したように、1行1列の計測点を注目点とした段階で掘削要否判定が完了している。従って、図13(C)の段階では、隣接点である2行3列、3行3列のそれぞれに対応する2つの計測点MPを要否判定対象として掘削要否判定を行えばよい。2行3列、3行3列の隣接点としての各計測点MPについては、それぞれ、掘削が必要と判定される。
ここまでの段階で、1行2列、2行2列及び2行3列の各位置における3つの計測点MPについて掘削が必要であると判定されたことになる。そこで、計測処理装置400は、これら3つの計測点MPを結ぶことにより、同じ図13(C)に示すように、単位掘削必要領域DARuを形成する。このように形成される単位掘削必要領域DARuは、2行2列の計測点MPを注目点とした場合に対応するものであり、また、実掘削必要領域PT1の一部領域に対応する。
Next, FIG. 13C shows the result of moving the attention point to the position of 1 row and 2 column and determining whether or not excavation is necessary for the attention point and the adjacent point. Here, when the measurement point MP in the first row and the second column is set as the attention point, the adjacent points are positions in the first row and the first column, the first row and the third column, the second row and the first column, the second row and the second column, and the second row and the third column. The measurement point MP.
Here, as shown in FIG. 13B, the measurement points MP at the positions of 1 row, 1 column, 1 row, 2 columns, 2 rows, 1 column, and 2 rows and 2 columns are the measurement points of 1 row and 1 column. The excavation necessity determination is completed at the stage of attention. Therefore, at the stage of FIG. 13C, the excavation necessity determination may be performed with the two measurement points MP corresponding to the adjacent two rows, three columns, and three rows and three columns as the necessity determination targets. About each measurement point MP as an adjacent point of 2 rows 3 columns and 3 rows 3 columns, it is determined that excavation is necessary, respectively.
At this stage, it has been determined that excavation is necessary for the three measurement points MP at each position of 1 row 2 columns, 2 rows 2 columns, and 2 rows 3 columns. Therefore, the measurement processing device 400 forms the unit excavation required area DARu by connecting these three measurement points MP, as shown in FIG. 13C. The unit excavation required area DARu formed in this way corresponds to the case where the measurement point MP of 2 rows and 2 columns is set as the attention point, and also corresponds to a partial area of the actual excavation necessary area PT1.

そして、計測処理装置400は、上記の状態から、注目点としての計測点MPを順次移動させていきながら、注目点ごとに決まる要否判定対象の計測点MPについて掘削要否判定を行っていく。そして、計測処理装置400は、掘削が必要と判定された計測点MPが新たに得られるごとに単位掘削必要領域が形成可能であれば、単位掘削必要領域の形成を行っていく。このように処理を行っていく結果、複数の単位掘削必要領域が形成されていくことになる。計測処理装置400は、形成された複数の単位掘削必要領域において境界が隣接するもの、あるいは領域の一部が重複するものについて連結していく。   Then, the measurement processing device 400 determines whether or not excavation is necessary for the measurement point MP that is determined for each point of interest while sequentially moving the measurement point MP as the point of interest from the above state. . And the measurement processing apparatus 400 will form a unit excavation required area | region, if a unit excavation required area | region can be formed whenever the measurement point MP determined to be excavation is newly obtained. As a result of performing the processing in this way, a plurality of unit excavation necessary areas are formed. The measurement processing device 400 connects the adjacent unit excavation areas that are adjacent to each other or the areas that overlap in part.

図13(D)は、上記のように処理が行われていった場合の途中経過の例が示されている。同図においては、2行6列の位置の計測点MPを注目点として要否判定対象の計測点MPについて掘削要否判定を行い、ここまでの掘削要否判定に基づいて形成された単位掘削必要領域を連結した結果が示されている。
同図に示されるように、ここまで掘削要否判定が行われた段階では、実掘削必要領域PT1に対応しては、掘削必要領域DAR1が形成されている。掘削必要領域DAR1は、これまでに実掘削必要領域PT1に対応して掘削が必要と判定された10個の計測点MPに基づいて形成された複数の単位掘削必要領域の集合により形成されたものである。
また、実掘削必要領域PT2に対応しては、掘削必要領域DAR2が形成されている。掘削必要領域DAR2は、これまでに実掘削必要領域PT2に対応して掘削が必要と判定された4個の計測点MPに基づいて形成された複数の単位掘削必要領域の集合により形成されたものである。
FIG. 13D shows an example of an intermediate process when processing is performed as described above. In the same figure, the excavation necessity determination is performed on the measurement point MP that is the necessity determination target with the measurement point MP at the position of 2 rows and 6 columns as the attention point, and the unit excavation formed based on the excavation necessity determination so far The result of concatenating the necessary areas is shown.
As shown in the figure, at the stage where the necessity of excavation is determined so far, the excavation required area DAR1 is formed corresponding to the actual excavation necessary area PT1. The excavation required area DAR1 is formed by a set of a plurality of unit excavation necessary areas that have been formed based on the ten measurement points MP that have been determined to require excavation corresponding to the actual excavation necessary area PT1 so far. It is.
Further, an excavation required area DAR2 is formed corresponding to the actual excavation necessary area PT2. The excavation required area DAR2 is formed by a set of a plurality of unit excavation necessary areas that have been formed based on the four measurement points MP that have been determined to be necessary for excavation corresponding to the actual excavation necessary area PT2 so far. It is.

そして、さらに注目点としての計測点MPを順次移動させながら、要否判定対象となった計測点MPについて掘削要否判定を行っていく。そして、最終的に計測対象範囲OBJにおける全ての計測点MPについての掘削要否判定が完了する。この段階では、図13(E)に示されるように、掘削必要領域DAR1と掘削必要領域DAR2とが形成されることになる。掘削必要領域DAR1と掘削必要領域DAR2は、それぞれ、注目点ごとに対応して掘削が必要と判定された計測点MPを結んで形成された単位掘削必要領域が集合した結果である。
このようにして計測処理装置400は、3次元スキャナ530により計測された計測点MPごとの位置(座標)に基づいて、計測対象範囲OBJにおける掘削必要領域DARを形成することができる。
Then, the necessity of excavation is determined for the measurement point MP that is the necessity determination target while sequentially moving the measurement point MP as the attention point. Finally, the excavation necessity determination is completed for all measurement points MP in the measurement target range OBJ. At this stage, as shown in FIG. 13E, the excavation required area DAR1 and the excavation necessary area DAR2 are formed. The excavation required area DAR1 and the excavation necessary area DAR2 are the results of aggregation of unit excavation necessary areas formed by connecting the measurement points MP determined to be excavation corresponding to each point of interest.
In this way, the measurement processing device 400 can form the excavation required area DAR in the measurement target range OBJ based on the position (coordinates) for each measurement point MP measured by the three-dimensional scanner 530.

上記のようにして掘削必要領域DARが形成された場合、計測処理装置400は、掘削必要領域DARの位置を作業者に提示するためにトンネルTNの壁面に投射する投射用画像を生成する。
ここで、前述のようにトンネルTNの壁面は一般的なスクリーンのような平面ではなく、凹凸や湾曲などにより変形している。このために、投射画像における掘削必要領域を、実際のトンネルTNの壁面における掘削必要箇所の位置範囲に合致させるためには、投射用画像について、通常の四角形の形状からトンネル壁面の形状に対応させて歪ませればよい。
When the excavation required area DAR is formed as described above, the measurement processing device 400 generates a projection image to be projected on the wall surface of the tunnel TN in order to present the position of the excavation necessary area DAR to the operator.
Here, as described above, the wall surface of the tunnel TN is not a flat surface like a general screen, but is deformed by unevenness or curvature. For this reason, in order to match the required excavation area in the projection image with the position range of the actual excavation location on the wall surface of the tunnel TN, the projection image is made to correspond to the shape of the tunnel wall surface from the normal rectangular shape. And distort it.

図14及び図15は、計測処理装置400により形成された掘削必要領域DARと投射用画像における掘削必要領域の画像(掘削必要領域画像Pdar)との座標の関係を示している。なお、図14及び図15は、トンネルTNの側壁面を対象として掘削必要領域DARを判定した場合の例を示している。   14 and 15 show the relationship between coordinates of the excavation required area DAR formed by the measurement processing device 400 and the image of the excavation necessary area (excavation required area image Pdar) in the projection image. 14 and 15 show an example in which the excavation required area DAR is determined for the side wall surface of the tunnel TN.

掘削必要領域DARにおける計測点MPごとに対応するn個の座標を、A(ξ,η,ζ)、A(ξ,η,ζ)・・・・、A(ξ,η,ζ)で表す。また、掘削必要領域DARにおける座標A(ξ,η,ζ)、A(ξ,η,ζ)・・・・、A(ξ,η,ζ)ごとに対応する、掘削必要領域画像Pdarにおける座標を、A’(L,y,z)、A’(L,y,z)・・・・、A’(L,y,z)と表す。
図14においては、座標A(ξ,η,ζ)と座標A’(L,y,z)との関係が明示的に示されている。また、図15においては、或る1つの任意の座標A(ξ,η,ζ)と座標A’(L,y,z)との関係が示されている。
なお、原点0の座標は、3次元スキャナ530の計測基準点及びプロジェクタ540のレンズ位置に対応する。3次元スキャナ530の計測基準点とプロジェクタ540のレンズ位置とは物理的に異なる。そこで、計測処理装置400は、掘削必要領域画像Pdarの生成にあたり、3次元スキャナ530の計測基準点とプロジェクタ540の投射レンズの位置との差分に基づいて、両者の座標が原点0として一致するように設定する。
N number of coordinates corresponding to each measurement point MP in the excavation necessary area DAR, A 1 (ξ 1, η 1, ζ 1), A 2 (ξ 2, η 2, ζ 2) ····, A n It is represented by (ξ n , η n , ζ n ). Further, the coordinates A 11 , η 1 , ζ 1 ), A 22 , η 2 , ζ 2 ),..., A nn , η n , ζ n ) in the excavation required area DAR The coordinates in the excavation necessary region image Pdar corresponding to each of the coordinates are represented by A ′ 1 (L, y 1 , z 1 ), A ′ 2 (L, y 2 , z 2 ),..., A ′ n (L, y n , z n ).
In FIG. 14, the relationship between the coordinates A 11 , η 1 , ζ 1 ) and the coordinates A ′ 1 (L, y 1 , z 1 ) is explicitly shown. FIG. 15 shows the relationship between a certain arbitrary coordinate A ii , η i , ζ i ) and the coordinate A ′ i (L, y i , z i ).
Note that the coordinates of the origin 0 correspond to the measurement reference point of the three-dimensional scanner 530 and the lens position of the projector 540. The measurement reference point of the three-dimensional scanner 530 and the lens position of the projector 540 are physically different. Accordingly, the measurement processing device 400, when generating the excavation required region image Pdar, makes the coordinates of both coincide as the origin 0 based on the difference between the measurement reference point of the three-dimensional scanner 530 and the position of the projection lens of the projector 540. Set to.

図14においては、便宜上、掘削必要領域DARについて平面として示しているが、実際には凹凸が存在し、これに伴って、座標A(ξ,η,ζ)における座標値ζは変化する。これに対して、予め求められた投射距離Lは一定である。
このことから、掘削必要領域DARにおける任意の座標A(ξ,η,ζ)に対応する掘削必要領域画像Pdarの垂直方向における座標ziは、三角形の相似を用いて以下の式5により求められる。同様に、掘削必要領域画像Pdarの水平方向における座標yiは、三角形の相似を用いて以下の式6により求められる。
In FIG. 14, for convenience, the excavation required area DAR is shown as a plane, but actually there are irregularities, and accordingly, the coordinate value ζ i at the coordinates A ii , η i , ζ i ). Will change. On the other hand, the projection distance L obtained in advance is constant.
From this, the coordinate zi in the vertical direction of the excavation required area image Pdar corresponding to an arbitrary coordinate A ii , η i , ζ i ) in the excavation necessary area DAR is expressed by the following equation 5 using a triangle similarity: It is calculated by. Similarly, the coordinate yi in the horizontal direction of the excavation necessary region image Pdar is obtained by the following formula 6 using the similarity of triangles.

Figure 2017058312
Figure 2017058312

Figure 2017058312
Figure 2017058312

計測処理装置400は、式5及び式6を用いて、掘削必要領域DARの座標A(ξ,η,ζ)〜A(ξ,η,ζ)ごとに対応する掘削必要領域画像Pdarの座標A’(L,y,z)〜A’(L,y,z)を算出する。そして、計測処理装置400は、図16のように算出された座標A’(L,y,z)〜A’(L,y,z)により形成される掘削必要領域画像Pdarの部分を含む投射用画像Ppcsを生成する。同図では、便宜上、単に長方形の掘削必要領域画像Pdarが示されているが、掘削必要領域画像Pdarは、算出された座標A’(L,y,z)〜A’(L,y,z)に応じて歪みが与えられた形状を有する。 The measurement processing device 400 corresponds to each coordinate A 11 , η 1 , ζ 1 ) to Ann , η n , ζ n ) of the excavation required region DAR using Equation 5 and Equation 6. The coordinates A ′ 1 (L, y 1 , z 1 ) to A ′ n (L, y n , z n ) of the excavation necessary region image Pdar are calculated. Then, the measurement processing device 400 has a necessary excavation area image formed by coordinates A ′ 1 (L, y 1 , z 1 ) to A ′ n (L, y n , z n ) calculated as shown in FIG. A projection image Ppcs including the portion of Pdar is generated. In the drawing, for convenience, a rectangular excavation required area image Pdar is shown, but the excavation necessary area image Pdar is calculated from coordinates A ′ 1 (L, y 1 , z 1 ) to A ′ n (L , Y n , z n ).

計測処理装置400は、上記のように生成した投射用画像Ppcsをプロジェクタ540に出力し、プロジェクタ540から投射用画像Ppcsを投射させる。
ここで、3次元スキャナ530の測定基準と投射レンズとはほぼ一致するようにされている。このため、プロジェクタ540が投射用画像Ppcsを投射することでトンネルTNの壁面にて表示される投射画像における掘削必要領域画像Pdarは、実掘削必要領域PTに対応する位置に存在する状態となる。そのうえで、掘削必要領域画像Pdarは、前述のように、掘削必要領域DARの形状に応じて歪みが与えられている。このために壁面に表示される投射画像に含まれる掘削必要領域画像Pdarの部分は、実掘削必要領域PTに対して位置や形状が大きくずれることなく、実掘削必要領域PTの位置範囲にほぼ合致した状態となる。
The measurement processing device 400 outputs the projection image Ppcs generated as described above to the projector 540, and causes the projector 540 to project the projection image Ppcs.
Here, the measurement standard of the three-dimensional scanner 530 and the projection lens are substantially matched. For this reason, when the projector 540 projects the projection image Ppcs, the excavation required area image Pdar in the projection image displayed on the wall surface of the tunnel TN is in a state existing at a position corresponding to the actual excavation necessary area PT. In addition, the excavation necessary area image Pdar is distorted according to the shape of the excavation necessary area DAR as described above. For this reason, the portion of the necessary excavation area image Pdar included in the projection image displayed on the wall surface substantially matches the position range of the actual excavation necessary area PT without greatly deviating in position and shape from the actual excavation necessary area PT. It will be in the state.

このようにして本実施形態においては、掘削必要箇所の作業員への提示が、モニタへの表示や印刷などではなく、トンネルTNの壁面における実掘削必要領域PTに対する掘削必要領域画像Pdarの投射によって行われる。これにより、作業者は、掘削必要箇所を即座に、かつ、的確に把握することができる。
そして、作業者は、実掘削必要領域PTに対して掘削必要領域画像Pdarが表示された状態のまま、実掘削必要領域PTに対応する箇所の掘削作業を行えばよい。この際、掘削必要領域画像Pdarが表示されていることから作業箇所を把握する際の目安となり、的確かつ効率よく作業を進めることができる。
Thus, in the present embodiment, the presentation of the necessary excavation location to the worker is not performed by display or printing on the monitor, but by projection of the excavation required area image Pdar on the actual excavation necessary area PT on the wall surface of the tunnel TN. Done. Thereby, the operator can grasp | ascertain the excavation required part immediately and exactly.
And an operator should just excavate the location corresponding to actual excavation required area PT, with the excavation required area image Pdar being displayed with respect to actual excavation required area PT. At this time, since the necessary excavation area image Pdar is displayed, it becomes a guideline for grasping the work location, and the work can be performed accurately and efficiently.

そして、例えば或る程度の時間にわたって掘削に関する作業を進めると、作業員は一旦掘削作業を中断し、確認のために、再度、3次元スキャナ530による同じ計測対象範囲OBJの3次元形状の計測と、計測処理装置400による計測結果に基づく掘削必要領域DARの形成を行わせる。
ここで、計測対象範囲OBJにおいて掘削が必要な箇所が残っている場合、計測処理装置400により前回とは異なる形状の掘削必要領域DARが形成され、形成された掘削必要領域DARに対応して生成された投射用画像が再度投射される。作業者は、壁面に表示された投射画像における掘削必要領域画像Pdarの部分を確認し、さらに掘削作業を行えばよい。
そして、再度、3次元スキャナ530による3次元形状の計測と、計測処理装置400による掘削必要領域DARの形成を行わせた結果、掘削必要領域DARが形成されなかったのであれば、計測対象範囲OBJにおいて掘削が必要な箇所が残っていないことになる。この場合、作業者は、計測対象範囲OBJについての掘削作業が完了したとして、次の計測対象範囲OBJを対象として同様に掘削作業を行っていけばよい。
Then, for example, when the work related to excavation is performed for a certain period of time, the worker once interrupts the excavation work, and again, for confirmation, the measurement of the three-dimensional shape of the same measurement target range OBJ by the three-dimensional scanner 530 is performed. Then, formation of the excavation required region DAR based on the measurement result by the measurement processing device 400 is performed.
Here, when a portion that requires excavation remains in the measurement target range OBJ, the measurement processing device 400 forms an excavation required area DAR having a shape different from the previous one, and generates the corresponding excavation necessary area DAR. The projected image is projected again. The operator may confirm the portion of the necessary excavation area image Pdar in the projection image displayed on the wall surface and further perform excavation work.
If the 3D shape is measured again by the 3D scanner 530 and the excavation required area DAR is formed by the measurement processing device 400, if the excavation required area DAR is not formed, the measurement target range OBJ is determined. This means that there are no remaining parts that need to be excavated. In this case, the operator may perform the excavation work similarly for the next measurement target range OBJ, assuming that the excavation work for the measurement target range OBJ has been completed.

図17を参照して、本実施形態における計測処理装置400の構成例について説明する。同図の計測処理装置400は、位置方向情報取得部401、計測結果取得部402、掘削必要領域判定部403、画像生成部404及び画像出力部405を備える。
なお、時間監視部406は、後述の第2実施形態において備えられる機能部であることから、ここでの説明は省略する。
With reference to FIG. 17, a configuration example of the measurement processing device 400 in the present embodiment will be described. The measurement processing apparatus 400 in the figure includes a position / direction information acquisition unit 401, a measurement result acquisition unit 402, an excavation required region determination unit 403, an image generation unit 404, and an image output unit 405.
Note that the time monitoring unit 406 is a functional unit provided in a second embodiment to be described later, and a description thereof is omitted here.

位置方向情報取得部401は、トータルステーション100により計測された計測投射位置方向情報を取得する。計測投射位置方向情報は、前述のように、位置計測投射装置500の位置及び方向を示す情報である。
なお、同図においては、図1においてトータルステーション100と計測処理装置400との間で通信を介在するPC200とルータ300についての図示を省略している。
The position / direction information acquisition unit 401 acquires measurement projection position / direction information measured by the total station 100. The measurement projection position / direction information is information indicating the position and direction of the position measurement projection device 500 as described above.
In FIG. 1, illustration of the PC 200 and the router 300 that intervene between the total station 100 and the measurement processing device 400 in FIG. 1 is omitted.

計測結果取得部402は、3次元スキャナ530の計測結果としての計測対象範囲位置情報を取得する。計測対象範囲位置情報は、前述のように、計測対象範囲における計測点ごとの座標値を示す情報である。   The measurement result acquisition unit 402 acquires measurement target range position information as a measurement result of the three-dimensional scanner 530. As described above, the measurement target range position information is information indicating coordinate values for each measurement point in the measurement target range.

掘削必要領域判定部403は、3次元スキャナ530により計測された計測対象範囲の3次元形状に基づいて、前記計測対象範囲において掘削(変形の一例)が必要な掘削必要領域を判定する。
掘削必要領域判定部403は、先に図6〜図13により説明したようにして掘削必要領域を判定する。つまり、掘削必要領域判定部403は、計測結果取得部402により取得された計測対象範囲位置情報における計測点MPごとの座標値を利用して、注目点として順次設定した計測点MPごとに対応して単位掘削必要領域DARuを形成していき、形成された単位掘削必要領域DARuの集合により、実掘削必要領域PTに対応する掘削必要領域DARを形成する。このように、掘削必要領域判定部403は、掘削必要領域DARを形成することを以て、計測対象範囲OBJにおいて掘削必要領域DARの有ることを判定する。また、掘削必要領域判定部403は、掘削必要領域DARが形成されなかった場合には、計測対象範囲OBJにおいて掘削必要領域DARが無いと判定する。
Based on the three-dimensional shape of the measurement target range measured by the three-dimensional scanner 530, the excavation necessary area determination unit 403 determines an excavation necessary area that requires excavation (an example of deformation) in the measurement target range.
The excavation necessary area determination unit 403 determines the excavation necessary area as described above with reference to FIGS. That is, the excavation necessary area determination unit 403 uses the coordinate value for each measurement point MP in the measurement target range position information acquired by the measurement result acquisition unit 402, and corresponds to each measurement point MP sequentially set as the attention point. The necessary unit excavation area DARu is formed, and the necessary excavation area DAR corresponding to the actual excavation necessary area PT is formed by the set of the formed unit excavation necessary areas DARu. Thus, the excavation required area determination unit 403 determines that the excavation required area DAR is present in the measurement target range OBJ by forming the excavation necessary area DAR. Further, when the excavation required area DAR is not formed, the excavation necessary area determination unit 403 determines that there is no excavation necessary area DAR in the measurement target range OBJ.

画像生成部404は、計測対象範囲OBJに投射した際に、投射により表示された投射画像Pprjに含まれる掘削必要領域の画像が実掘削必要領域PTの位置範囲と合致するように形状に歪みを与えた掘削必要領域の画像(掘削必要領域画像Pdar)を含む投射用画像Ppcsを生成する。
画像出力部405は、画像生成部404により生成された投射用画像Ppcsをプロジェクタ540に出力し、プロジェクタ540により投射用画像Ppcsが投射されるようにする。プロジェクタ540が、画像出力部405から入力された投射用画像Ppcsを投射することで、トンネルTNの壁面には投射画像Pprjが表示される。この際、投射画像Pprjにおける掘削必要領域画像Pdarは、実掘削必要領域PTに対して位置範囲が合致する状態で表示されている。
When projecting to the measurement target range OBJ, the image generation unit 404 distorts the shape so that the image of the excavation necessary area included in the projection image Pprj displayed by the projection matches the position range of the actual excavation necessary area PT. A projection image Ppcs including the image of the given excavation required area (excavation required area image Pdar) is generated.
The image output unit 405 outputs the projection image Ppcs generated by the image generation unit 404 to the projector 540 so that the projection image Ppcs is projected by the projector 540. The projector 540 projects the projection image Ppcs input from the image output unit 405, whereby the projection image Pprj is displayed on the wall surface of the tunnel TN. At this time, the excavation required area image Pdar in the projection image Pprj is displayed in a state where the position range matches the actual excavation necessary area PT.

続いて、図18のフローチャートを参照して、本実施形態におけるトンネルTNの掘削に関する工程手順例について説明する。
まず、作業者は、図6にて説明したように、プロジェクタ540により予め定めた規定の投射画像サイズが得られる投射距離Lを算出する(ステップS101)。
次に、作業者は、例えば図3〜図5により説明したように、本実施形態の計測システムを構成する各装置をトンネルTNの坑内に設置する(ステップS102)。
次に、作業者は、トータルステーション100を用いて、位置計測投射装置500の位置と方向を計測する(ステップS103)。
Next, an example of a process procedure related to excavation of the tunnel TN in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, as described with reference to FIG. 6, the operator calculates a projection distance L at which a predetermined projection image size determined in advance is obtained by the projector 540 (step S <b> 101).
Next, for example, as described with reference to FIGS. 3 to 5, the worker installs each device constituting the measurement system of the present embodiment in the tunnel TN (step S <b> 102).
Next, the operator uses the total station 100 to measure the position and direction of the position measurement projection device 500 (step S103).

続いては、計測処理装置400による掘削ガイド動作対応処理が実行される(ステップS104)。ステップS104としての掘削ガイド動作対応処理は、例えば、以下の手順により行われる。
計測処理装置400において、位置方向情報取得部401は、ステップS103により計測された位置計測投射装置500の位置と方向とを示す計測投射位置方向情報を、トータルステーション100から取得する(ステップS111)。
次に、計測結果取得部402は、3次元スキャナ530に計測対象範囲OBJの3次元形状の計測を実行させる(ステップS112)。なお、3次元スキャナ530に計測を実行させるにあたっては、計測処理装置400の制御によらず、作業者が3次元スキャナ530を操作することによって行われるようにしてもよい。
3次元スキャナ530は、計測結果として、計測対象範囲OBJにおける計測点MPごとの座標(位置)を得る。そこで、計測結果取得部402は、計測点MPごとの座標値を含む計測対象範囲位置情報を3次元スキャナ530から取得する(ステップS113)。
Subsequently, excavation guide operation handling processing by the measurement processing device 400 is executed (step S104). The excavation guide operation corresponding process as step S104 is performed by the following procedure, for example.
In the measurement processing apparatus 400, the position / direction information acquisition unit 401 acquires measurement projection position / direction information indicating the position and direction of the position measurement / projection apparatus 500 measured in step S103 from the total station 100 (step S111).
Next, the measurement result acquisition unit 402 causes the three-dimensional scanner 530 to measure the three-dimensional shape of the measurement target range OBJ (step S112). Note that when the three-dimensional scanner 530 performs measurement, the operator may operate the three-dimensional scanner 530 regardless of the control of the measurement processing apparatus 400.
The three-dimensional scanner 530 obtains coordinates (positions) for each measurement point MP in the measurement target range OBJ as a measurement result. Therefore, the measurement result acquisition unit 402 acquires measurement target range position information including coordinate values for each measurement point MP from the three-dimensional scanner 530 (step S113).

続くステップS114〜S117の処理は、掘削必要領域DARについて判定を行うための処理となる。まず、掘削必要領域判定部403は、計測対象範囲位置情報に含まれる計測点MPのうちの1つを注目点として設定する(ステップS114)。1つの注目点を設定することにより、図9などで説明したように、1つの単位計測対象範囲OBJuが定まる。
次に、掘削必要領域判定部403は、ステップS114により設定した注目点に応じて要否判定対象とされた計測点MPのそれぞれについて掘削要否判定を行う(ステップS115)。要否判定対象となる計測点MPは、図13にて説明したように、注目点及び注目点に隣接する隣接点としての各計測点MPのうち、未だ掘削要否判定が行われていない計測点MPである。
掘削必要領域判定部403は、ステップS115による掘削要否判定の結果に基づいて、対応の単位計測対象範囲OBJuにおける単位掘削必要領域DARuを形成する(ステップS116)。ただし、単位計測対象範囲OBJuにおいて掘削が必要であると判定された計測点MPの数が3未満である場合には、ステップS116にて単位掘削必要領域DARuは形成されない。
次に、掘削必要領域判定部403は、ステップS116により形成された単位掘削必要領域DARuがこれまでにおいて形成されていると連結可能であれば、連結を行う(ステップS117)。
The subsequent processes in steps S114 to S117 are processes for determining the excavation required area DAR. First, the excavation required area determination unit 403 sets one of the measurement points MP included in the measurement target range position information as an attention point (step S114). By setting one attention point, one unit measurement target range OBJu is determined as described with reference to FIG.
Next, the excavation required area determination unit 403 determines whether or not excavation is necessary for each measurement point MP that is determined as the necessity determination target according to the attention point set in step S114 (step S115). As described with reference to FIG. 13, the measurement point MP that is the necessity determination target is a measurement that has not yet been subjected to the excavation necessity determination among the measurement points MP as the attention point and the adjacent points adjacent to the attention point. Point MP.
The excavation required area determination unit 403 forms the unit excavation necessary area DARu in the corresponding unit measurement target range OBJu based on the result of the excavation necessity determination in step S115 (step S116). However, if the number of measurement points MP determined to require excavation in the unit measurement target range OBJu is less than 3, the unit excavation required area DARu is not formed in step S116.
Next, if the unit excavation required area DARu formed in step S116 can be connected so far, the excavation required area determination unit 403 performs connection (step S117).

ステップS117の処理の後、掘削必要領域判定部403は、計測対象範囲位置情報に含まれる全ての計測点MPについての掘削要否判定を完了したか否かについて判定する(ステップS118)。
全ての計測点MPについての掘削要否判定が完了していない場合(ステップS118−NO)、掘削必要領域判定部403は、ステップS114に処理を戻す。これにより、次の注目点としての計測点MPが設定され、新たな要否判定対象の計測点MPについての掘削要否判定と、掘削要否判定結果に応じた単位掘削必要領域DARuの形成と、これまでに形成されている掘削必要領域DARへの単位掘削必要領域DARuの連結が行われる。このようにして、ステップS114〜S117の処理が繰り返されていくことで、実掘削必要領域PTに対応する形状に近づいていくようにして掘削必要領域DARが形成されていく。
After the process of step S117, the excavation required area determination unit 403 determines whether or not the excavation necessity determination has been completed for all measurement points MP included in the measurement target range position information (step S118).
When the excavation necessity determination for all the measurement points MP has not been completed (step S118—NO), the excavation necessary area determination unit 403 returns the process to step S114. As a result, the measurement point MP as the next point of interest is set, the excavation necessity determination for the new necessity determination target measurement point MP, and the formation of the unit excavation necessary area DARU according to the excavation necessity determination result, The unit excavation required area DARu is connected to the excavation required area DAR formed so far. In this way, the processing of steps S114 to S117 is repeated, so that the excavation required area DAR is formed so as to approach the shape corresponding to the actual excavation necessary area PT.

そして、全ての計測点MPについての掘削要否判定が完了すると(ステップS118−YES)、掘削必要領域判定部403は、これまでのステップS114〜S118の処理によって掘削必要領域DARが形成されたか否かについて判定する(ステップS119)。   When the excavation necessity determination for all the measurement points MP is completed (step S118—YES), the excavation necessary area determination unit 403 determines whether the excavation necessary area DAR has been formed by the processes of steps S114 to S118 thus far. Is determined (step S119).

掘削必要領域DARが形成されていた場合(ステップS119−YES)、画像生成部404は、投射用画像Ppcsを生成する(ステップS120)。ここで、画像生成部404は、図14〜図16により説明したように、投射用画像Ppcsの生成にあたり、掘削必要領域DARの形状に応じて掘削必要領域画像Pdarを歪ませる処理を行う。
そして、画像出力部405は、ステップS120により生成された投射用画像Ppcsをプロジェクタ540に出力する(ステップS121)。
When the excavation required area DAR is formed (step S119—YES), the image generation unit 404 generates the projection image Ppcs (step S120). Here, as described with reference to FIGS. 14 to 16, the image generation unit 404 performs a process of distorting the required excavation area image Pdar according to the shape of the excavation required area DAR when generating the projection image Ppcs.
Then, the image output unit 405 outputs the projection image Ppcs generated in step S120 to the projector 540 (step S121).

ステップS121により投射用画像Ppcsが出力されたことに応じて、プロジェクタ540は、投射用画像Ppcsを投射する。これにより、トンネルTNの坑内において計測対象範囲OBJに対応する位置には投射画像Pprjが表示される。このとき、投射画像Pprjにおける掘削必要領域画像Pdarは実掘削必要領域PTに位置範囲が合致する状態となっている。
そこで、作業者は、表示された掘削必要領域画像Pdarをガイドとして掘削すべき箇所を判断し、掘削作業を行う(ステップS105)。そして、例えば或る時間にわたって掘削作業を行った後、作業者は、例えば計測処理装置400に対して操作を行い、計測処理装置400にステップS112以降の処理を再開させる。
このようにステップS105による掘削の工程とともに、計測処理装置400によるステップS112〜S121の処理が繰り返されるうちに、或る段階にてステップS119にて掘削必要領域DARが形成されなくなった(掘削必要領域DARが無い)ことが判定されることになる。この場合、対応の計測対象範囲OBJについては掘削が完了したとして、同図の工程が完了する。
In response to the projection image Ppcs being output in step S121, the projector 540 projects the projection image Ppcs. Thereby, the projection image Pprj is displayed at a position corresponding to the measurement target range OBJ in the tunnel TN. At this time, the excavation required area image Pdar in the projection image Pprj is in a state where the position range matches the actual excavation necessary area PT.
Therefore, the operator determines a location to be excavated using the displayed excavation required area image Pdar as a guide, and performs excavation work (step S105). For example, after performing excavation work for a certain period of time, the operator operates the measurement processing device 400, for example, and causes the measurement processing device 400 to resume the processing after step S112.
Thus, while the process of steps S112 to S121 by the measurement processing device 400 is repeated together with the excavation process in step S105, the excavation required area DAR is not formed in step S119 at a certain stage (excavation required area). It is determined that there is no DAR. In this case, assuming that excavation has been completed for the corresponding measurement target range OBJ, the process of FIG.

なお、図示は省略するが、ステップS119にて掘削必要領域DARが形成されなくなったことが判定された場合には、対応の計測対象範囲OBJを対象とする掘削が完了したことを作業者に通知する画像がプロジェクタ540により投射されるようにしてもよい。   Although illustration is omitted, if it is determined in step S119 that the excavation required area DAR is no longer formed, the operator is notified that excavation for the corresponding measurement target range OBJ has been completed. The image to be projected may be projected by the projector 540.

[第2実施形態]
続いて、第2実施形態について説明する。本実施形態においては、3次元スキャナ530による測定から測定結果に基づく掘削必要領域DARの判定と掘削必要領域画像Pdarを含む投射用画像の投射までの工程が、掘削必要領域DARの無いことが判定されるまで一定時間ごとに繰り返し実行される。
[Second Embodiment]
Next, the second embodiment will be described. In the present embodiment, the processes from the measurement by the three-dimensional scanner 530 to the determination of the excavation necessary area DAR based on the measurement result and the projection of the projection image including the excavation necessary area image Pdar are determined to have no excavation necessary area DAR. It is repeatedly executed at regular intervals until it is done.

本実施形態に対応する計測処理装置400の構成例について、再度、図17を参照して説明する。本実施形態における計測処理装置400は、時間監視部406をさらに備える。
時間監視部406は、一定時間ごとに3次元スキャナ530による計測が行われるように制御を行う。このために、時間監視部406は、一定時間が経過するごとに、計測結果取得部402に計測対象範囲位置情報の取得を指示する。
指示を受けた計測結果取得部402は、3次元スキャナ530による計測を実行させ、計測結果としての計測対象範囲位置情報を取得する。そして、掘削必要領域判定部403、画像生成部404及び画像出力部405は、計測結果取得部402により計測対象範囲位置情報が取得されたことに応じて、それぞれの処理を実行する。
上記のような処理が行われることで、本実施形態においては、一定時間ごとに掘削必要領域DARについての判定結果が更新され、これに伴って、掘削必要領域画像Pdarとして更新された判定結果が反映されるように投射画像Pprjの表示も更新される。なお、3次元スキャナ530が計測を開始してから掘削必要領域DARについての判定が行われ、投射画像Pprjの表示が更新されるまでには1分ほどを要する。
A configuration example of the measurement processing apparatus 400 corresponding to the present embodiment will be described again with reference to FIG. The measurement processing apparatus 400 in this embodiment further includes a time monitoring unit 406.
The time monitoring unit 406 performs control so that the measurement by the three-dimensional scanner 530 is performed at regular time intervals. For this reason, the time monitoring unit 406 instructs the measurement result acquisition unit 402 to acquire the measurement target range position information every time a predetermined time elapses.
Upon receiving the instruction, the measurement result acquisition unit 402 causes the three-dimensional scanner 530 to perform measurement, and acquires measurement target range position information as a measurement result. Then, the excavation required area determination unit 403, the image generation unit 404, and the image output unit 405 execute the respective processes in response to the measurement target range position information being acquired by the measurement result acquisition unit 402.
By performing the processing as described above, in the present embodiment, the determination result for the excavation required area DAR is updated every fixed time, and accordingly, the determination result updated as the excavation necessary area image Pdar is obtained. The display of the projection image Pprj is also updated so as to be reflected. It should be noted that it takes about one minute from the start of measurement by the three-dimensional scanner 530 until the determination of the excavation required area DAR is performed and the display of the projection image Pprj is updated.

この場合、作業者は、投射画像Pprjの表示が更新されたタイミングで掘削作業を開始し、3次元スキャナ530による次の計測が開始されるまでには掘削作業を中断する。作業者は、3次元スキャナ530による次の計測が開始され、投射画像Pprjの表示が更新されるまで待機し、投射画像Pprjの表示が更新されると再び掘削作業を開始する。このようにして、第2実施形態においては、一定時間ごとに3次元スキャナ530による計測が行われ、これに伴って投射画像Pprjの表示が更新される。この場合、作業者は、例えば3次元スキャナ530による次の計測を開始させるための操作を逐一行う必要がなくなる。   In this case, the worker starts the excavation work at the timing when the display of the projection image Pprj is updated, and interrupts the excavation work until the next measurement by the three-dimensional scanner 530 is started. The worker waits until the next measurement by the three-dimensional scanner 530 is started and the display of the projection image Pprj is updated, and when the display of the projection image Pprj is updated, the excavation work is started again. In this way, in the second embodiment, the measurement by the three-dimensional scanner 530 is performed at regular intervals, and the display of the projection image Pprj is updated accordingly. In this case, the operator does not need to perform operations for starting the next measurement by the three-dimensional scanner 530, for example.

例えば、投射画像Pprjの表示が更新されてから3次元スキャナ530による次の計測が開始されるまでの時間は、作業者が時計などを見て把握するようにしてもよい。しかし、この場合には掘削作業が再開されるごとに作業者が時間を管理しなければならず,作業者の負担になる場合がある。   For example, the time from when the display of the projection image Pprj is updated until the next measurement by the three-dimensional scanner 530 is started may be grasped by an operator by looking at a clock or the like. However, in this case, each time the excavation work is resumed, the worker must manage time, which may be a burden on the worker.

そこで、本実施形態においては、計測処理装置400が、3次元スキャナ530による次の計測が開始されるまでの時間を投射画像Pprjにおいて表示させる。
図19は、投射画像Pprjにおいて3次元スキャナ530による次の計測が開始されるまでの時間を表示させる態様の一例を示している。同図の例では、掘削必要領域画像Pdarにおいて、3次元スキャナ530による次の計測が開始されるまでの残り時間が2分15秒であることが示されている。時間経過にしたがって、掘削必要領域画像Pdarにおいて示される残り時間は少なくなっていく。作業者は、表示される残り時間を確認しながら掘削作業を行い、残り時間が「0」となるまでに掘削作業を中断させることができる。
このようにすれば、作業者が時計を見ながら3次元スキャナ530による次の計測が開始されるまでの残り時間を把握する必要はなくなり、作業効率を向上させることができる。
Therefore, in the present embodiment, the measurement processing device 400 displays the time until the next measurement by the three-dimensional scanner 530 is started in the projection image Pprj.
FIG. 19 shows an example of a mode for displaying the time until the next measurement by the three-dimensional scanner 530 is started in the projection image Pprj. In the example of the figure, it is shown that the remaining time until the next measurement by the three-dimensional scanner 530 is started is 2 minutes and 15 seconds in the excavation necessary area image Pdar. As time elapses, the remaining time shown in the excavation required region image Pdar decreases. The operator can perform the excavation work while confirming the remaining time displayed, and can interrupt the excavation work until the remaining time becomes “0”.
In this way, it is not necessary for the operator to grasp the remaining time until the next measurement by the three-dimensional scanner 530 is started while looking at the clock, and the work efficiency can be improved.

図20のフローチャートは、本実施形態における計測処理装置400が実行する掘削ガイド動作対応処理(ステップS104A)の手順例を示している。
なお、図18においてステップS101〜S103として示した、投射距離Lの算出、計測システムの設置、トータルステーション100を用いた位置計測投射装置500の位置及び方向の測定の各工程は、本実施形態においても、同図の掘削ガイド動作対応処理(ステップS104A)が実行される前の段階にて行われる。
The flowchart in FIG. 20 illustrates a procedure example of the excavation guide operation handling process (step S104A) executed by the measurement processing apparatus 400 in the present embodiment.
Note that the steps of calculating the projection distance L, installing the measurement system, and measuring the position and direction of the position measurement projection apparatus 500 using the total station 100 shown as steps S101 to S103 in FIG. The excavation guide operation corresponding process (step S104A) in FIG.

同図において、ステップS131は、図18のステップS111と同様である。つまり、計測処理装置400における位置方向情報取得部401は、トータルステーション100により計測された位置計測投射装置500の位置と方向とを示す計測投射位置方向情報を取得する。   In the figure, step S131 is the same as step S111 of FIG. That is, the position / direction information acquisition unit 401 in the measurement processing apparatus 400 acquires measurement projection position / direction information indicating the position and direction of the position measurement / projection apparatus 500 measured by the total station 100.

また、時間監視部406は、以降の掘削必要領域に関する計測の開始に先立ち、計測時間間隔を入力する(ステップS132)。計測時間間隔は、3次元スキャナ530による計測が開始される時間間隔である。
作業者は、計測時間間隔の値を指定する操作を行う。作業者は、例えばトンネルTNの坑内の壁面の硬さなどの状況を考慮して、例えば一回の計測に対応する掘削作業に適した時間長を決定し、決定した時間長に応じて計測時間間隔を決定すればよい。
時間監視部406は、操作によって指定された時間間隔の値を計測時間間隔として入力する。
In addition, the time monitoring unit 406 inputs a measurement time interval prior to the start of measurement related to the subsequent excavation required area (step S132). The measurement time interval is a time interval at which measurement by the three-dimensional scanner 530 is started.
The operator performs an operation of specifying the value of the measurement time interval. The operator determines the time length suitable for excavation work corresponding to one measurement, for example, considering the situation such as the hardness of the wall in the tunnel TN, for example, and the measurement time according to the determined time length What is necessary is just to determine an interval.
The time monitoring unit 406 inputs the value of the time interval specified by the operation as the measurement time interval.

そして、例えば計測処理装置400に計測開始を指示する操作が行われることに応じて、以下の処理が開始される。
まず、計測処理装置400における時間監視部406は、ステップS132により入力した計測時間間隔に応じたタイマ値が設定されるようにタイマをリセットしたうえで、タイマを起動し、タイマ値のダウンカウントを実行する(ステップS133)。
Then, for example, in response to an operation for instructing the measurement processing device 400 to start measurement, the following processing is started.
First, the time monitoring unit 406 in the measurement processing device 400 resets the timer so that the timer value corresponding to the measurement time interval input in step S132 is set, starts the timer, and counts down the timer value. Execute (Step S133).

続く、ステップS134〜S141の処理は、図18のステップS112〜S119の処理と同様である。
そして、ステップS141において掘削必要領域DARの形成されたことが判定された場合には、画像生成部404は投射用画像Ppcsの生成を開始する(ステップS142)。画像生成部404は、投射用画像Ppcsの生成にあたり、掘削必要領域DARの形状に応じて掘削必要領域画像Pdarを歪ませるとともに、現在においてタイマがカウントしているタイマ値に応じた残り時間の画像を合成する。
そして、画像出力部405は、ステップS141により生成された投射用画像Ppcsの出力を開始する(ステップS143)。これにより、以降において、図19に例示したように、次の3次元スキャナ530の計測開始までの残り時間が示される投射画像Pprjの表示が開始され、時間経過に応じて投射画像Pprjにおける残り時間が少なくなっていく。
作業者は、ステップS142により更新された投射画像Pprjの表示が開始され、表示される残り時間が「0」となるまでの間に掘削作業を進める。
The subsequent processes in steps S134 to S141 are the same as the processes in steps S112 to S119 in FIG.
When it is determined in step S141 that the excavation required area DAR has been formed, the image generation unit 404 starts generating the projection image Ppcs (step S142). When generating the projection image Ppcs, the image generation unit 404 distorts the necessary excavation area image Pdar according to the shape of the excavation necessary area DAR, and an image of the remaining time according to the timer value currently counted by the timer. Is synthesized.
Then, the image output unit 405 starts outputting the projection image Ppcs generated in step S141 (step S143). Thereby, as illustrated in FIG. 19, the display of the projection image Pprj indicating the remaining time until the start of the measurement of the next three-dimensional scanner 530 is started, and the remaining time in the projection image Pprj as time elapses. Will decrease.
The worker starts the display of the projection image Pprj updated in step S142 and proceeds with the excavation work until the displayed remaining time becomes “0”.

時間監視部406は、ステップS133にて起動させたタイマのタイマ値が「0」となるのを待機する(ステップS144−NO)。そして、タイマ値が「0」となって(ステップS144−YES)、3次元スキャナ530による次の計測を開始すべきタイミングに至ると、ステップS113に処理が戻される。これにより、本実施形態においては、特に作業者が操作を行わなくとも、計測時間間隔ごとに3次元スキャナ530による計測と、計測結果に応じた投射画像Pprjの更新が行われる。作業者は、更新された投射画像Pprjにおける掘削必要領域画像Pdarにより掘削箇所を確認しながら掘削を行う。
そして、対応の計測対象範囲OBJにおける実掘削必要領域PTの掘削が完了すると、ステップS140において掘削必要領域DARが形成されなかったことが判定され、同図の処理が終了される。この場合にも、ステップS140にて掘削必要領域DARが形成されなくなったことが判定された場合には、対応の計測対象範囲OBJについての掘削が完了したことを作業者に通知するメッセージの画像がプロジェクタ540により投射されるようにしてもよい。
The time monitoring unit 406 waits for the timer value of the timer activated in step S133 to become “0” (NO in step S144). Then, when the timer value becomes “0” (step S144—YES), and the timing for starting the next measurement by the three-dimensional scanner 530 is reached, the process returns to step S113. Accordingly, in the present embodiment, measurement by the three-dimensional scanner 530 and update of the projection image Pprj corresponding to the measurement result are performed at every measurement time interval even if the operator does not perform any operation. The operator performs excavation while confirming the excavation location by the excavation necessary area image Pdar in the updated projection image Pprj.
Then, when the excavation of the actual excavation required area PT in the corresponding measurement target range OBJ is completed, it is determined in step S140 that the excavation required area DAR has not been formed, and the process of FIG. Also in this case, if it is determined in step S140 that the excavation required area DAR is not formed, an image of a message notifying the operator that excavation for the corresponding measurement target range OBJ has been completed. You may make it project with the projector 540. FIG.

なお、これまでの説明においては、トンネルTNの坑内において1つの位置計測投射装置500を設置し、1つの計測対象範囲OBJにおける掘削必要領域DARを判定し、画像を投射する例を挙げていた。しかし、計測対象範囲OBJの面積が広いような場合には、例えば複数の計測対象範囲OBJがつながるように複数の位置計測投射装置500を設置してもよい。これにより、広い計測対象範囲に対応して掘削必要領域DARの判定と画像の投射とを行うことが可能になる。   In the description so far, an example has been given in which one position measurement projection device 500 is installed in the tunnel TN, the excavation required area DAR in one measurement target range OBJ is determined, and an image is projected. However, when the area of the measurement target range OBJ is large, for example, a plurality of position measurement projection devices 500 may be installed so that the plurality of measurement target ranges OBJ are connected. As a result, it is possible to determine the excavation required area DAR and project an image corresponding to a wide measurement target range.

なお、これまでの説明においては、トンネルにおける堀り残しの箇所を判定し、投射画像によりガイドする場合について説明した。しかし、本実施形態の構成は、例えばトンネルにおける設計断面積よりも大きく掘削する余掘り量の管理にも適用できる。
また、本実施形態の構成は、曲面切羽のような複雑な形状の掘削に対しても有効である。
さらに本実施形態の構成は、トンネルにおける壁面の管理だけではなく、例えば盛り土の工程にも有効に適用できる。
In the description so far, the description has been given of the case where the unreserved portion in the tunnel is determined and guided by the projection image. However, the configuration of the present embodiment can also be applied to the management of the amount of surplus excavation that is larger than the design cross-sectional area in the tunnel, for example.
The configuration of this embodiment is also effective for excavation of a complicated shape such as a curved face.
Furthermore, the configuration of the present embodiment can be effectively applied not only to the management of the wall surface in the tunnel, but also to a filling process, for example.

なお、上述の計測処理装置400としての機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述の計測処理装置400としての処理を行ってもよい。ここで、「記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する」とは、コンピュータシステムにプログラムをインストールすることを含む。ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、インターネットやWAN、LAN、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このように、プログラムを記憶した記録媒体は、CD−ROM等の非一過性の記録媒体であってもよい。また、記録媒体には、当該プログラムを配信するために配信サーバからアクセス可能な内部または外部に設けられた記録媒体も含まれる。配信サーバの記録媒体に記憶されるプログラムのコードは、端末装置で実行可能な形式のプログラムのコードと異なるものでもよい。すなわち、配信サーバからダウンロードされて端末装置で実行可能な形でインストールができるものであれば、配信サーバで記憶される形式は問わない。なお、プログラムを複数に分割し、それぞれ異なるタイミングでダウンロードした後に端末装置で合体される構成や、分割されたプログラムのそれぞれを配信する配信サーバが異なっていてもよい。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ネットワークを介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。   Note that a program for realizing the function as the above-described measurement processing device 400 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed, thereby executing the above-described process. You may perform the process as the measurement processing apparatus 400. FIG. Here, “loading and executing a program recorded on a recording medium into a computer system” includes installing the program in the computer system. The “computer system” here includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” may include a plurality of computer devices connected via a network including a communication line such as the Internet, WAN, LAN, and dedicated line. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. As described above, the recording medium storing the program may be a non-transitory recording medium such as a CD-ROM. The recording medium also includes a recording medium provided inside or outside that is accessible from the distribution server in order to distribute the program. The code of the program stored in the recording medium of the distribution server may be different from the code of the program that can be executed by the terminal device. That is, the format stored in the distribution server is not limited as long as it can be downloaded from the distribution server and installed in a form that can be executed by the terminal device. Note that the program may be divided into a plurality of parts, downloaded at different timings, and combined in the terminal device, or the distribution server that distributes each of the divided programs may be different. Furthermore, the “computer-readable recording medium” holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory (RAM) inside a computer system that becomes a server or a client when the program is transmitted via a network. Including things. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

100 トータルステーション、200 PC、300 ルータ、400 計測処理装置、401 位置方向情報取得部、402 計測結果取得部、403 掘削必要領域判定部、404 画像生成部、405 画像出力部、406 時間監視部、500 位置計測投射装置、510 筐体、511 開口部、520A,520B プリズム、520B プリズム、530 3次元スキャナ、540 プロジェクタ 100 total station, 200 PC, 300 router, 400 measurement processing device, 401 position / direction information acquisition unit, 402 measurement result acquisition unit, 403 excavation area determination unit, 404 image generation unit, 405 image output unit, 406 time monitoring unit, 500 Position measurement and projection device, 510 housing, 511 opening, 520A, 520B prism, 520B prism, 530 three-dimensional scanner, 540 projector

Claims (6)

3次元形状を計測する3次元スキャナと、計測処理装置と、入力された画像を投射する投射装置とを備え、
前記計測処理装置は、
前記3次元スキャナにより計測された計測対象範囲の3次元形状に基づいて、前記計測対象範囲において変形が必要な変形必要領域を判定する変形必要領域判定部と、
前記計測対象範囲に投射した際に、投射により表示された投射画像に含まれる前記変形必要領域の画像が実の変形必要領域の位置範囲と合致するように形状に歪みを与えた変形必要領域の画像を含む投射用画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部により生成された投射用画像が投射装置により投射されるように出力する画像出力部とを備える
計測システム。
A three-dimensional scanner that measures a three-dimensional shape, a measurement processing device, and a projection device that projects an input image;
The measurement processing apparatus includes:
A deformation required area determination unit that determines a deformation required area that needs to be deformed in the measurement target range based on the three-dimensional shape of the measurement target range measured by the three-dimensional scanner;
When the projection is performed on the measurement target range, the deformation required region in which the shape is distorted so that the image of the deformation necessary region included in the projection image displayed by the projection matches the position range of the actual deformation necessary region. An image generation unit for generating a projection image including an image;
An image output unit that outputs the projection image generated by the image generation unit so as to be projected by the projection device.
前記画像生成部は、
前記変形必要領域判定部により変形必要領域の無いことが判定された場合には、前記変形必要領域の画像を含む投射用画像の生成を行わない
請求項1に記載の計測システム。
The image generation unit
The measurement system according to claim 1, wherein when the deformation necessary area determination unit determines that there is no deformation necessary area, a projection image including an image of the deformation necessary area is not generated.
前記変形必要領域判定部は、
一定の時間間隔ごとに前記3次元スキャナが計測した計測対象範囲の3次元形状に基づいて変形必要領域を判定し、
前記画像生成部は、
前記変形必要領域判定部により一定の時間間隔ごとに変形必要領域が判定されることに応じて前記投射用画像を生成する
請求項1または2に記載の計測システム。
The deformation required area determination unit
Determining the necessary deformation area based on the 3D shape of the measurement target range measured by the 3D scanner at regular time intervals;
The image generation unit
The measurement system according to claim 1, wherein the projection-use image is generated in response to the determination of the deformation-necessary area at regular time intervals by the deformation-necessary area determination unit.
前記画像生成部は、3次元スキャナによる次の計測が開始されるまでの時間を示す前記投射用画像を生成する
請求項3に記載の計測システム。
The measurement system according to claim 3, wherein the image generation unit generates the projection image indicating a time until the next measurement by the three-dimensional scanner is started.
3次元スキャナにより計測された計測対象範囲の3次元形状に基づいて、前記計測対象範囲において変形が必要な変形必要領域を判定する変形必要領域判定部と、
前記計測対象範囲に投射した際に、投射により表示された投射画像に含まれる前記変形必要領域の画像が実の変形必要領域の位置範囲と合致するように形状に歪みを与えた変形必要領域の画像を含む投射用画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部により生成された投射用画像が投射装置により投射されるように出力する画像出力部と
を備える計測処理装置。
A deformation required area determination unit that determines a deformation required area that needs to be deformed in the measurement target range based on the three-dimensional shape of the measurement target range measured by a three-dimensional scanner;
When the projection is performed on the measurement target range, the deformation required region in which the shape is distorted so that the image of the deformation necessary region included in the projection image displayed by the projection matches the position range of the actual deformation necessary region. An image generation unit for generating a projection image including an image;
An image output unit that outputs the projection image generated by the image generation unit so as to be projected by the projection device.
3次元スキャナにより計測対象範囲の3次元形状を計測する形状計測ステップと、
前記形状計測ステップにより計測された計測対象範囲の3次元形状に基づいて、前記計測対象範囲において変形が必要な変形必要領域を判定する変形必要領域判定ステップと、
前記計測対象範囲に投射した際に、投射により表示された投射画像に含まれる変形必要領域の画像が実の変形必要領域の位置範囲と合致するように形状に歪みを与えた変形必要領域の画像を含む投射用画像を生成する画像生成ステップと、
前記画像生成ステップにより生成された投射用画像を投射装置により投射する投射ステップと
を含む計測方法。
A shape measuring step for measuring a three-dimensional shape of a measurement target range by a three-dimensional scanner;
Based on the three-dimensional shape of the measurement target range measured by the shape measurement step, a deformation necessary region determination step for determining a deformation necessary region that requires deformation in the measurement target range;
When projecting to the measurement target range, an image of the necessary deformation area in which the image of the necessary deformation area included in the projection image displayed by the projection is distorted in shape so as to match the position range of the actual necessary deformation area An image generation step for generating an image for projection including:
A projection step of projecting the projection image generated by the image generation step by a projection device.
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