JP2018017640A - 切羽監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】切羽近傍の作業員が常に危険箇所を認識することができ、作業効率を向上させることができる切羽監視システムを提供する。【解決手段】切羽を撮影する第１カメラ１ａと、第１カメラ１ａとは異なる角度で切羽を撮影する第２カメラ１ｂと、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂでそれぞれ撮影されたそれぞれの撮影画像に基づいて、切羽の三次元形状を点群で表す点群データを生成する点群データ生成部４１と、点群データを、切羽の三次元形状をポリゴンで表すメッシュデータに変換するメッシュデータ変換部４２と、メッシュデータを解析することで、危険箇所を特定するメッシュデータ解析部４３と、危険箇所を通知する危険箇所通知画像としてメッシュ画像Ｙを生成する投影画像生成部４４と、メッシュ画像Ｙを切羽に投影する投影装置２と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、山岳トンネルにおける切羽崩落や肌落ちを監視する切羽監視システムに関する。

山岳トンネルにおける切羽崩落や肌落ち災害を防止するため、切羽の監視は常に行う必要がある。切羽の監視は、切羽監視員による目視や、レーザー距離計を用いた変位計測によって行われている（例えば、特許文献１参照）。そして、切羽の変状が検出されると、切羽監視員による「声かけ」や、「サイレン」によって、作業員に危険を周知している。

特開２００５−３３１３６３号公報

切羽監視員による「声かけ」では、作業員への危険周知を一斉に行うことが困難であり、「サイレン」による危険周知を併用することが一般的である。しかしながら、「サイレン」では、危険周知以外の情報を伝達することができない。従って、「サイレン」による危険周知では、全員が切羽から離れて作業を一旦中止し、どこに危険箇所があるかどうかを確認しなければならないため、作業効率が低下してしまうという問題点があった。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、切羽近傍の作業員が常に危険箇所を認識することができ、作業効率を向上させることができる切羽監視システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、切羽を撮影する第１カメラと、前記第１カメラとは異なる角度で前記切羽を撮影する第２カメラと、前記第１カメラ及び前記第２カメラでそれぞれ撮影されたそれぞれの撮影画像に基づいて、前記切羽の三次元形状を点群で表す点群データを生成する点群データ生成部と、前記点群データを、前記切羽の三次元形状をポリゴンで表すメッシュデータに変換するメッシュデータ変換部と、前記メッシュデータを解析することで、危険箇所を特定するメッシュデータ解析部と、前記危険箇所を通知する危険箇所通知画像を生成する投影画像生成部と、前記危険箇所通知画像を前記切羽に投影する投影装置と、を具備することを特徴とする。
さらに、本発明において、前記危険箇所の通知は、前記危険箇所通知画像の投影によって前記切羽の該当箇所に重ね合わせて行っても良い。
さらに、本発明において、前記投影装置は、前記第１カメラ及び前記第２カメラの撮影領域内に基準ポイントを表示させ、前記点群データ生成部は、前記第１カメラ及び前記第２カメラでそれぞれ撮影されたそれぞれの撮影画像を、前記基準ポイントと、自動抽出した特徴点とを用いて結合させ、前記点群データを生成しても良い。
さらに、本発明において、前記メッシュデータ解析部は、前記メッシュデータに基づいて張り出している前記ポリゴンを前記危険箇所として特定しても良い。
さらに、本発明において、基準となる前記メッシュデータを初期メッシュデータとして記憶するメッシュデータ記憶部を具備し、前記メッシュデータ解析部は、比較する前記メッシュデータにおいて前記初期メッシュデータよりも手前側に変状しているポリゴンを前記危険箇所として特定しても良い。
さらに、本発明において、前記第１カメラ、前記第２カメラ及び前記投影装置は、切羽の掘削作業に用いる作業機械に設置されていても良い。
また、本発明は、切羽を撮影するカメラと、前記カメラで撮影された撮影画像を解析することで、監視領域を抽出する画像解析部と、前記監視領域を解析することで危険箇所を特定する監視領域解析部と、前記危険箇所を通知する危険箇所通知画像を生成する投影画像生成部と、前記危険箇所通知画像を前記切羽に投影する投影装置と、を具備することを特徴とする。
さらに、本発明において、基準となる前記監視領域を初期監視領域として記憶する監視領域記憶部を具備し、前記監視領域解析部は、前記画像解析部によって抽出された前記監視領域と前記初期監視領域とを比較することで、前記危険箇所を特定するようにしても良い。
また、本発明は、切羽において危険箇所とする領域を受け付ける危険箇所入力部と、前記危険箇所を通知する危険箇所通知画像を生成する投影画像生成部と、前記危険箇所通知画像を前記切羽に投影する投影装置と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、切羽に投影される危険箇所通知画像によって危険箇所を通知することができるため、切羽を視認可能な切羽近傍の作業員が常に危険箇所を認識することができ、作業効率を向上させることができる。
という効果を奏する。

本発明に係る切羽監視システムの第１実施形態の構成を示すブロック図である。 図１に示す第１カメラ、第２カメラ及び投影装置の設置例を示す図である。 図１に示す投影装置によって投影される基準ポイントの例を示す図である。 図１に示す投影装置によって投影されるメッシュ画像の例を示す図である。 本発明に係る切羽監視システムの第１実施形態の動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る切羽監視システムの第２実施形態の構成を示すブロック図である。 図１に示す画像解析部によって抽出される監視領域例を示す図である。 本発明に係る切羽監視システムの第２実施形態の動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明に係る切羽監視システムの実施形態について、添付図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態の切羽監視システムは、図１を参照すると、切羽を撮影する第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂと、切羽に画像を投影する投影装置２と、切羽監視装置３とを備えている。

第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂは、共に切羽全体を撮影可能な位置（例えば、切羽から１０〜２０ｍ離れた位置）に設置されている。また、第１カメラ１ａと第２カメラ１ｂとは、切羽を異なる角度でそれぞれ撮影可能な位置（例えば、切羽と平行な水平方向に数ｍ離れた位置）にそれぞれ設置されている。なお、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂとしては、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂとしては、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサを用いたＣＭＯＳカメラ等のデジタルカメラを用いることができる。

第１実施形態では、図２に示すように、切羽の掘削作業に用いる作業機械であるトンネルジャンボ１００に第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂを設置させた。トンネルジャンボ１００は、切羽と共に移動され、切羽に対する姿勢も容易に制御可能である。従って、切羽と第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂとの相対位置をほぼ同一に保つことができる。なお、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂは、トンネルの天端や支保工に設置し、切羽の移動と共に付け替えるようにしても良い。

投影装置２は、切羽に画像を投影するプロジェクターであり、第１実施形態では、図２に示すように、切羽の掘削作業に用いる作業機械であるトンネルジャンボ１００に設置させた。従って、切羽と投影装置２との相対位置をほぼ同一に保つことができる。

切羽監視装置３は、パーソナルコンピュータ等のプログラム制御で動作する情報処理装置であり、図１を参照すると、制御部４と、撮影条件入力部５と、メッシュデータ記憶部６と、投影画像記憶部７とを備えている。

撮影条件入力部５は、キーボード等に入力手段であり、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂの設置位置に関する設置情報、監視開始指示、監視終了指示等の入力を受け付ける。設置情報は、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂの画素数と焦点距離、第１カメラ１ａと第２カメラ１ｂとの間隔、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂのそれぞれの姿勢（ロール角、ピッチ角、ヨー角）等の情報である。なお、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂのそれぞれの姿勢は、ジャイロ等の測定手段を設けて入力するようにしても良い。

制御部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピューター等の情報処理部である。ＲＯＭには切羽監視装置３の動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。制御部４は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させることで、点群データ生成部４１、メッシュデータ変換部４２、メッシュデータ解析部４３、投影画像生成部４４として機能する。

点群データ生成部４１は、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂに対して同時に撮影を指示し、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂでそれぞれ撮影されたそれぞれの撮影画像を、基準ポイントＸと、自動抽出した特徴点とを用いて結合させ、切羽の三次元形状を点群で表す点群データを生成する。点群データ生成部４１による点群データを生成は、監視開始指示が入力されると、所定時間毎に実行される。なお、特徴点としては、切羽に存在する岩石の角やき裂等が色や濃淡変化に基づいて自動抽出される。

基準ポイントＸは、図３に示すように、投影装置２によって第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂの撮影領域内に位置する天端や側壁に表示されるマークであり、投影時のスケール、角度の調整や、基準点として用いられる。図３には、十字状の基準ポイントＸが天端や側壁の５カ所に投影された例が示されているが、基準ポイントＸの形状は適宜設定することができる。半導体メモリ等の記憶手段である投影画像記憶部７には、基準ポイントＸがレイアウトされた基準ポイント画像７１が記憶されている。なお、基準ポイントＸの数や投影位置は、適宜設定可能である。また、基準ポイントＸは切羽に投影するようにしても良い。

メッシュデータ変換部４２は、点群データ生成部４１によって生成された点群データをメッシュデータに変換する。なお、メッシュデータは、切羽の三次元形状を複数のポリゴン（面）で表す３Ｄデータである。

メッシュデータ変換部４２は、変換したメッシュデータをメッシュデータ解析部４３に出力すると共に、監視開始指示の入力時に生成された点群データを変換したメッシュデータは、初期メッシュデータ６１として半導体メモリ等の記憶手段であるメッシュデータ記憶部６に記憶させる。

メッシュデータ解析部４３は、入力されたメッシュデータを解析することで張出箇所を特定すると共に、メッシュデータ記憶部６に初期メッシュデータ６１が記憶されている場合、入力されたメッシュデータと初期メッシュデータ６１とを比較することで変状箇所を特定し、入力されたメッシュデータと共に、特定した張出箇所及び変状箇所を危険箇所として投影画像生成部４４に通知する。

張出箇所は、オーバーハングした箇所であり、メッシュデータに基づいて、切羽がひさし状に張り出している箇所が特定される。メッシュデータ解析部４３は、メッシュデータに基づいて、下方よりも上方が張り出しているポリゴンと、下側のポリゴンよりも張り出しているポリゴンとを張出箇所として特定する。そして、メッシュデータ解析部４３は、特定した張出箇所のそれぞれに対し、張出量に応じた危険レベルを設定する。

変状箇所は、入力されたメッシュデータにおいて、初期メッシュデータ６１に比べて張り出している箇所が特定される。メッシュデータのポリゴンは、メッシュデータ変換部４２において、基準ポイントＸに基づいて同じ区割りで生成される。従って、メッシュデータ解析部４３は、メッシュデータと初期メッシュデータ６１とを対応するポリゴンごとに比較し、初期メッシュデータ６１よりもメッシュデータが手前側に変状しているポリゴンを変状箇所として特定する。そして、メッシュデータ解析部４３は、特定した変状箇所のそれぞれに対し、変状量に応じた危険レベルを設定する。

投影画像生成部４４は、入力されたメッシュデータと、特定された張出箇所及び変状箇所に基づき、張出箇所及び変状箇所を通知するメッシュ画像Ｙを危険箇所通知画像として生成し、生成したメッシュ画像Ｙを基準ポイント画像７１と共に投影装置２によって切羽に投影させる。図４（ａ）には、張出箇所のポリゴンを強調することで、張出箇所を通知するメッシュ画像Ｙの例が示されている。また、図４（ｂ）には、変状箇所のポリゴンにマークを表示することで、変状箇所を通知するメッシュ画像Ｙの例が示されている。このように、張出箇所及び変状箇所の通知は、ポリゴンの色や模様、マークの表示等によって、切羽の該当箇所に重ね合わせて行われる。そして、投影画像生成部４４は、危険レベルに応じて、色の濃淡、模様の密度、マークの大小等を変化させる。

次に、第１実施形態の切羽監視システムの動作について図５を参照して詳細に説明する。
作業員は、切羽に対してトンネルジャンボ１００、すなわち第１カメラ１ａ、第２カメラ１ｂ及び投影装置２を位置決めすると、撮影条件入力部５から監視開始指示を入力する。

制御部４は、監視開始指示の入力を受け付けると（ステップＡ１）、メッシュデータ記憶部６に記憶されている初期メッシュデータ６１を消去する（ステップＡ２）。

次に、制御部４は投影画像生成部４４として機能し、投影画像記憶部７に記憶されている基準ポイント画像７１を投影装置２によって投影させ、切羽付近の天端や側壁に基準ポイントＸを表示させる（ステップＡ３）。

次に、制御部４は点群データ生成部４１として機能し、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂに対して同時に撮影を指示する（ステップＡ４）。そして、点群データ生成部４１は、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂでそれぞれ撮影された撮影画像を、基準ポイントＸと、自動抽出した特徴点とを用いて結合させ、切羽の形状の３Ｄデータである点群データを生成する（ステップＡ５）。

次に、制御部４はメッシュデータ変換部４２として機能し、点群データ生成部４１によって生成された点群データをメッシュデータに変換する（ステップＡ６）。

次に、制御部４はメッシュデータ解析部４３として機能し、メッシュデータ記憶部６に初期メッシュデータ６１が記憶されているか否かを判断する（ステップＡ７）。

ステップＡ７でメッシュデータ記憶部６に初期メッシュデータ６１が記憶されていない場合、メッシュデータ解析部４３は、ステップＡ６で変換したメッシュデータをメッシュデータ記憶部６に初期メッシュデータ６１として記憶させると共に（ステップＡ８）、ステップＡ６で変換したメッシュデータを解析することで張出箇所を特定する（ステップＡ９）。

次に、制御部４は投影画像生成部４４として機能し、ステップＡ６で変換したメッシュデータと、ステップＡ９で特定して張出箇所に基づき、張出箇所を通知するメッシュ画像Ｙを生成する（ステップＡ１０）。そして、投影画像生成部４４は、生成したメッシュ画像Ｙを基準ポイント画像７１と共に投影装置２によって切羽に投影させる（ステップＡ１１）。

次に、制御部４は予め設定された所定時間Ｔをカウントし、所定時間Ｔが経過すると（ステップＡ１２）、ステップＡ４に戻って、点群データ生成部４１として第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂに対して同時に撮影を指示する。なお、メッシュ画像Ｙの投影後に、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂによって切羽を撮影する場合には、メッシュ画像Ｙの投影を一旦停止させると良い。この場合には、基準ポイント画像７１のみが表示された同じ条件での撮影を行うことができ、好適である。

ステップＡ７でメッシュデータ記憶部６に初期メッシュデータ６１が記憶されている場合、メッシュデータ解析部４３は、ステップＡ６で変換したメッシュデータと初期メッシュデータ６１とを比較することで変状箇所を特定する（ステップＡ１３）。

次に、制御部４は投影画像生成部４４として機能し、ステップＡ６で変換したメッシュデータと、ステップＡ９で特定して張出箇所と、ステップＡ１３で特定した変状箇所とに基づき、張出箇所及び変状箇所を通知するメッシュ画像Ｙを生成する（ステップＡ１４）。そして、投影画像生成部４４は、生成したメッシュ画像Ｙを基準ポイント画像７１と共に投影装置２によって切羽に投影させ（ステップＡ１５）、ステップＡ１２に至る。以降、撮影条件入力部５から監視終了指示の入力を受け付けるまで、ステップＡ４〜ステップＡ１５の処理が繰り返されることになる。

なお、制御部４は、第１カメラ１ａもしくは第２カメラ１ｂで撮影された撮影画像に基づいて、色や濃淡変化に基づいて浮き石がある箇所、岩質が異なる箇所、断層や層理面がある箇所を特定し、これらの箇所も危険箇所として通知するメッシュ画像Ｙを生成するようにしても良い。また、「亀裂の開口幅が徐々に広がっていく」、「岩石がぐらついている」、「湧水がにじみ出ている」といった切羽の見た目の変化を画像解析によって捉えた場合も、該当箇所を危険箇所として通知するメッシュ画像Ｙを生成するようにしても良い。さらに、点群データ生成部４１は、３以上の撮影画像から点群データを生成するようにしても良い。

以上説明したように、第１実施形態は、切羽を撮影する第１カメラ１ａと、第１カメラ１ａとは異なる角度で切羽を撮影する第２カメラ１ｂと、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂでそれぞれ撮影されたそれぞれの撮影画像に基づいて、切羽の三次元形状を点群で表す点群データを生成する点群データ生成部４１と、点群データを、切羽の三次元形状をポリゴンで表すメッシュデータに変換するメッシュデータ変換部４２と、メッシュデータを解析することで、危険箇所を特定するメッシュデータ解析部４３と、危険箇所を通知する危険箇所通知画像としてメッシュ画像Ｙを生成する投影画像生成部４４と、メッシュ画像Ｙを切羽に投影する投影装置２と、を備えている。
この構成により、切羽に投影されるメッシュ画像Ｙによって危険箇所を通知することができるため、切羽を視認可能な切羽近傍の作業員が常に危険箇所を認識することができ、作業効率を向上させることができる。

さらに、第１実施形態において、危険箇所の通知は、メッシュ画像Ｙの投影によって切羽の該当箇所にポリゴンの色や模様、マークの表示等で重ね合わせて行われる。
この構成により、切羽に投影されるメッシュ画像Ｙによって危険箇所を簡単に把握することができる。

さらに、第１実施形態において、投影装置２は、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂの撮影領域内に基準ポイントＸを表示させ、点群データ生成部４１は、第１カメラ１ａ及び第２カメラ１ｂでそれぞれ撮影されたそれぞれの撮影画像を、基準ポイントＸと、自動抽出した特徴点とを用いて結合させ、点群データを生成する。
この構成により、投影された基準ポイントＸによってそれぞれの撮影画像を正確に結合させることができ、切羽の三次元形状を正確に表す点群データを生成することができる。

さらに、第１実施形態において、前記メッシュデータ解析部は、前記メッシュデータに基づいて張り出している前記ポリゴンを危険箇所（張出箇所）として特定する。
この構成により、オーバーハングして崩落の危険性が高い張出箇所を通知することができる。

さらに、第１実施形態において、基準となるメッシュデータを初期メッシュデータ６１として記憶するメッシュデータ記憶部６を具備し、メッシュデータ解析部４３は、比較するメッシュデータにおいて初期メッシュデータ６１よりも手前側に変状しているポリゴンを危険箇所（変状箇所）として特定する。
この構成により、切羽が手前側に変状した崩落の危険性が高い変状箇所を通知することができる。

さらに、第１実施形態において、第１カメラ１ａ、第２カメラ１ｂ及び投影装置２は、切羽の掘削作業に用いる作業機械であるトンネルジャンボ１００に設置されている。
この構成により、トンネルジャンボ１００を切羽に対して位置決めすることが、簡単に第１カメラ１ａ、第２カメラ１ｂ及び投影装置２も位置決めされる。
（第２実施形態）
第２実施形態の切羽監視システムは、図６を参照すると、切羽を撮影する１台の第１カメラ１ａと、切羽に画像を投影する投影装置２と、切羽監視装置３ａとを備えている。以下、第１実施形態と同一の構成については、同一符号を付して適宜説明を省略する。

切羽監視装置３ａは、パーソナルコンピュータ等のプログラム制御で動作する情報処理装置であり、図６を参照すると、制御部４ａと、解析条件入力部８と、監視領域記憶部９と、危険箇所入力部１０とを備えている。

制御部４ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピューター等の情報処理部である。ＲＯＭには切羽監視装置３ａの動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。制御部４ａは、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させることで、画像解析部４５、監視領域解析部４６、投影画像生成部４４として機能する。

解析条件入力部８は、キーボード等に入力手段であり、第１カメラ１ａによって撮像された撮影画像から解析によって抽出する監視領域の設定、監視開始指示、監視終了指示等の入力を受け付ける。解析条件入力部８は、例えば、亀裂が走っている「亀裂領域Ａ」、岩が浮いている「浮岩領域Ｂ」、湧水がにじみ出ている「湧水領域Ｃ」等を監視領域として受け付ける。

画像解析部４５は、第１カメラ１ａによって撮像された撮影画像を解析することで、解析条件入力部８によって受け付けられた監視領域を抽出する。「亀裂領域Ａ」、「浮岩領域Ｂ」、「湧水領域Ｃ」が監視領域として受けられている場合、画像解析部４５は、図７に示すように、例えば、線状に延びる影を「亀裂領域Ａ」として、環状の影を「浮岩領域Ｂ」として、輝度分散値が高い箇所を「湧水領域Ｃ」としてそれぞれ抽出する。

画像解析部４５は、抽出した監視領域を監視領域解析部４６に出力すると共に、監視開始指示の入力時に抽出した監視領域は、初期監視領域９１として半導体メモリ等の記憶手段である監視領域記憶部９に記憶させる。

監視領域解析部４６は、入力された監視領域の中から危険箇所を特定すると共に、監視領域記憶部９に初期監視領域９１が記憶されている場合、入力された監視領域と初期監視領域９１とを比較することで危険箇所を特定し、特定した危険箇所を投影画像生成部４４に通知する。

例えば、監視領域（「亀裂領域Ａ」、「浮岩領域Ｂ」、「湧水領域Ｃ」）の面積が予め設定された閾面積以上である場合や、監視領域（「亀裂領域Ａ」）の長さが予め設定された閾長さ以上である場合に、監視領域解析部４６は、危険箇所として特定する。

また、入力された監視領域と初期監視領域９１との比較において、例えば、図７（ａ）に対する図７（ｂ）のように、監視領域（「亀裂領域Ａ」、「湧水領域Ｃ」）の面積が拡がっている場合や、監視領域（「亀裂領域Ａ」）の長さが伸びている場合や、監視領域「浮岩領域Ｂ」が移動している場合に、監視領域解析部４６は、危険箇所として特定する。

危険箇所入力部１０は、切羽において危険箇所とする領域を受け付けるタッチパネル等の入力手段である。作業員は、目視によって切羽に危険個所を発見すると、危険箇所入力部１０によって危険箇所とする領域を入力する。

投影画像生成部４４は、監視領域解析部４６によって特定された危険箇所と、危険箇所入力部１０によって受け付けた危険箇所とを通知する危険箇所通知画像を生成し、生成した危険箇所通知画像を投影装置２によって切羽に投影させる。なお、切羽に投影させる危険箇所通知画像は、危険箇所を色や模様で強調させる画像であり、切羽の該当箇所に重ね合わせて行われる。また、監視領域毎に異なる色や模様を用いても良い。さらに、監視領域の面積、長さ、移動量の程度に応じて危険レベルを設定させ、投影画像生成部４４は、危険レベルに応じて、色の濃淡、模様の密度等を変化させても良い。

次に、第２実施形態の切羽監視システムの動作について図８を参照して詳細に説明する。
作業員は、切羽に対してトンネルジャンボ１００、すなわち第１カメラ１ａ及び投影装置２を位置決めすると、解析条件入力部８から監視開始指示を入力する。

制御部４ａは、監視開始指示の入力を受け付けると（ステップＢ１）、メッシュデータ記憶部６に記憶されている初期メッシュデータ６１を消去する（ステップＢ２）。

次に、制御部４ａは画像解析部４５として機能し、第１カメラ１ａに対して撮影を指示する（ステップＢ３）。そして、画像解析部４５は、第１カメラ１ａで撮影された撮影画像を解析することで、解析条件入力部８からの入力によって設定された監視領域を抽出する（ステップＢ４）。図７（ａ）、（ｂ）には、「亀裂領域Ａ」と、「浮岩領域Ｂ」と、「湧水領域Ｃ」とが監視領域として抽出された例が示されている。

次に、画像解析部４５は、監視領域記憶部９に初期監視領域９１が記憶されているか否かを判断する（ステップＢ５）。

ステップＢ５で監視領域記憶部９に初期監視領域９１が記憶されていない場合、画像解析部４５は、ステップＢ４で抽出した監視領域を監視領域記憶部９に初期監視領域９１として記憶させる（ステップＢ６）。

次に、制御部４ａは監視領域解析部４６として機能し、入力された監視領域の中から危険箇所を特定する（ステップＢ７）。

次に、制御部４ａは投影画像生成部４４として機能し、監視領域解析部４６によって特定された危険箇所を通知する危険箇所通知画像を生成する（ステップＢ８）。そして、投影画像生成部４４とは、生成した危険箇所通知画像を投影装置２によって切羽に投影させる（ステップ９）。

次に、制御部４ａは予め設定された所定時間Ｔをカウントし、所定時間Ｔが経過すると（ステップＢ１０）、ステップＢ３に戻って、点群データ生成部４１として第１カメラ１ａに対して撮影を指示する。なお、危険箇所通知画像の投影後に、第１カメラ１ａによって切羽を撮影する場合には、危険箇所通知画像の投影を一旦停止させると良い。この場合、同じ条件での撮影を行うことができ、好適である。

ステップＢ５で監視領域記憶部９に初期監視領域９１が記憶されている場合、監視領域解析部４６は、ステップＢ４で抽出した監視領域と初期監視領域９１とを比較することで危険箇所を特定し（ステップＢ１１）、ステップＢ８に至る。以降、解析条件入力部８から監視終了指示の入力を受け付けるまで、ステップＢ３〜ステップＢ１１の処理が繰り返されることになる。

以上説明したように、第２実施形態は、切羽を撮影する第１カメラ１ａと、第１カメラ１ａで撮影された撮影画像を解析することで、監視領域（「亀裂領域Ａ」、「浮岩領域Ｂ」、「湧水領域Ｃ」を抽出する画像解析部４５と、監視領域を解析することで危険箇所を特定する監視領域解析部４６と、危険箇所を通知する危険箇所通知画像を生成する投影画像生成部４４と、危険箇所通知画像を切羽に投影する投影装置２と、を備えている。
この構成により、第１実施形態と同様に、切羽に投影される危険箇所通知画像によって危険箇所を通知することができるため、切羽を視認可能な切羽近傍の作業員が常に危険箇所を認識することができ、作業効率を向上させることができる。なお、第１実施形態では、切羽の変状を定量的に捉えることができるのに対し、第２実施形態では、定性的に変化を捉えることになるが、解析対象の撮影画像が１枚であるため、演算処理に要する時間を短縮することができる。

さらに、第２実施形態において、基準となる監視領域を初期監視領域９１として記憶する監視領域記憶部９を具備し、監視領域解析部４６は、画像解析部４５によって抽出された監視領域と初期監視領域９１とを比較することで、危険箇所を特定する。
この構成により、変化のあった監視箇所を危険箇所として通知することができる。

また、第２実施形態は、切羽において危険箇所とする領域を受け付ける危険箇所入力部１０と、危険箇所を通知する危険箇所通知画像を生成する投影画像生成部４４と、危険箇所通知画像を切羽に投影する投影装置２と、を備えている。
この構成により、作業員が発見した危険箇所を危険箇所通知画像として切羽に投影させることができ、切羽を視認可能な切羽近傍の作業員が常に危険箇所を認識することができ、作業効率を向上させることができる。

以上、本発明を、実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１ａ 第１カメラ
１ｂ 第２カメラ
２ 投影装置
３、３ａ 切羽監視装置
４、４ａ 制御部
５ 撮影条件入力部
６ メッシュデータ記憶部
７ 投影画像記憶部
８ 解析条件入力部
９ 監視領域記憶部
１０ 危険箇所入力部
４１ 点群データ生成部
４２ メッシュデータ変換部
４３ メッシュデータ解析部
４４ 投影画像生成部
４５ 画像解析部
４６ 監視領域解析部
６１ 初期メッシュデータ
７１ 基準ポイント画像
９１ 初期監視領域
１００ トンネルジャンボ
Ｘ 基準ポイント
Ｙ メッシュ画像

Claims (9)

1. 切羽を撮影する第１カメラと、
   前記第１カメラとは異なる角度で前記切羽を撮影する第２カメラと、
   前記第１カメラ及び前記第２カメラでそれぞれ撮影されたそれぞれの撮影画像に基づいて、前記切羽の三次元形状を点群で表す点群データを生成する点群データ生成部と、
   前記点群データを、前記切羽の三次元形状をポリゴンで表すメッシュデータに変換するメッシュデータ変換部と、
   前記メッシュデータを解析することで、危険箇所を特定するメッシュデータ解析部と、
   前記危険箇所を通知する危険箇所通知画像を生成する投影画像生成部と、
   前記危険箇所通知画像を前記切羽に投影する投影装置と、を具備することを特徴とする切羽監視システム。
2. 前記危険箇所の通知は、前記危険箇所通知画像の投影によって前記切羽の該当箇所に重ね合わせて行うことを特徴とする請求項１記載の切羽監視システム。
3. 前記投影装置は、前記第１カメラ及び前記第２カメラの撮影領域内に基準ポイントを表示させ、
   前記点群データ生成部は、前記第１カメラ及び前記第２カメラでそれぞれ撮影されたそれぞれの撮影画像を、前記基準ポイントと、自動抽出した特徴点とを用いて結合させ、前記点群データを生成することを特徴とする請求項１又は２記載の切羽監視システム。
4. 前記メッシュデータ解析部は、前記メッシュデータに基づいて張り出している前記ポリゴンを前記危険箇所として特定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の切羽監視システム。
5. 基準となる前記メッシュデータを初期メッシュデータとして記憶するメッシュデータ記憶部を具備し、
   前記メッシュデータ解析部は、比較する前記メッシュデータにおいて前記初期メッシュデータよりも手前側に変状しているポリゴンを前記危険箇所として特定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の切羽監視システム。
6. 前記第１カメラ、前記第２カメラ及び前記投影装置は、切羽の掘削作業に用いる作業機械に設置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の切羽監視システム。
7. 切羽を撮影するカメラと、
   前記カメラで撮影された撮影画像を解析することで、監視領域を抽出する画像解析部と、
   前記監視領域を解析することで危険箇所を特定する監視領域解析部と、
   前記危険箇所を通知する危険箇所通知画像を生成する投影画像生成部と、
   前記危険箇所通知画像を前記切羽に投影する投影装置と、を具備することを特徴とする切羽監視システム。
8. 基準となる前記監視領域を初期監視領域として記憶する監視領域記憶部を具備し、
   前記監視領域解析部は、前記画像解析部によって抽出された前記監視領域と前記初期監視領域とを比較することで、前記危険箇所を特定することを特徴とする請求項７記載の切羽監視システム。
9. 切羽において危険箇所とする領域を受け付ける危険箇所入力部と、
   前記危険箇所を通知する危険箇所通知画像を生成する投影画像生成部と、
   前記危険箇所通知画像を前記切羽に投影する投影装置と、を具備することを特徴とする切羽監視システム。

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