JP2018071314A - 掘削孔の精度管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貫入作業を間断なく連続して施工している最中であっても、高速かつ高精度で傾斜角の測定を行うことが可能であって、掘削孔を精度良く施工することができる掘削孔の精度管理方法を提供する。【解決手段】回転ロッド１を地中に貫入して掘削孔を形成する際、地表面位置における掘削孔を経過する鉛直線に対し当該回転ロッドがなす傾斜角を測定する傾斜角測定作業を行い、傾斜角測定作業は、地表面位置から露出している回転ロッドの画像Ｑを取得する第１処理と、画像に輪郭検出フィルタを適用して、輝度変化画像Ｒを取得する第２処理と、輝度変化画像に対し、回転ロッドのロッド部１ａの実輪郭線に一致しかつ輝度変化画像上で動かされる補助線Ｕを重ね合わせる第３処理と、補助線を動かして、輝度変化画像中でのロッド部の外形輪郭を抽出する第４処理と、抽出されたロッド部の外形輪郭が鉛直線に対してなす傾きを傾斜角として決定する第５処理とを含む。【選択図】図４

Description

本発明は、貫入作業を間断なく連続して施工している最中であっても、高速かつ高精度で傾斜角の測定を行うことが可能であって、掘削孔を精度良く施工することができる掘削孔の精度管理方法に関する。

アースオーガなどで、地表面位置から地中内部へ向かって形成される掘削孔の形状を推定する技術として、特許文献１が知られている。特許文献１の「掘削孔形状の推定方法」は、オーガを地表面位置から地中に向けて貫入する貫入作業を、単位作業量毎に複数回に分け、貫入作業の単位作業量が完了する度に、単位作業量当たりのオーガの、地表面位置から地中への貫入量と、地表面位置における掘削孔を経過する鉛直線に対しオーガがなす傾斜角とを測定する測定作業を行い、各測定作業で得られる貫入量及び傾斜角を用いて、複数回の単位作業量完了時それぞれにおける、掘削孔の深度と地表面位置における掘削孔に対するオーガの水平方向ずれ量とを複数算定し、算定された複数の深度及び水平方向ずれ量を、測定作業順に順次積算して、掘削孔の形状を推定するようにしている。

特開２０１６−１１３８０６号公報

特許文献１では、傾斜角の測定作業に関して、貫入作業の単位作業量が完了する度に、としているが、そのように間欠的にではなく、貫入作業を間断なく連続して施工している最中であっても、傾斜角を測定することが可能な、高速の、そしてまた高精度の測定処理を実現できる方策の案出が望まれていた。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、貫入作業を間断なく連続して施工している最中であっても、高速かつ高精度で傾斜角の測定を行うことが可能であって、掘削孔を精度良く施工することができる掘削孔の精度管理方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる掘削孔の精度管理方法は、削孔用回転ロッドを地中に貫入して掘削孔を形成するに際し、上記削孔用回転ロッドが上記地表面位置から地中へ貫入された鉛直方向移動量を測定する移動量測定作業と、該地表面位置における上記掘削孔を経過する鉛直線に対し該削孔用回転ロッドがなす傾斜角を測定する傾斜角測定作業とを行う測定工程と、上記測定工程で得られる上記鉛直方向移動量及び上記傾斜角を用いて、上記掘削孔が上記鉛直線に近づくように、上記削孔用回転ロッドによる上記貫入作業を修正する修正工程とを備え、上記傾斜角測定作業は、上記地表面位置から露出している上記削孔用回転ロッドの画像を取得する第１処理と、上記画像に輪郭検出フィルタを適用して、輝度変化画像を取得する第２処理と、上記輝度変化画像に対し、上記削孔用回転ロッドのロッド部の実輪郭線に一致しかつ該輝度変化画像上で動かされる補助線を重ね合わせる第３処理と、上記補助線を動かして、上記輝度変化画像中での上記ロッド部の外形輪郭を抽出する第４処理と、抽出された上記ロッド部の上記外形輪郭が上記鉛直線に対してなす傾きを上記傾斜角として決定する第５処理とを含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる掘削孔の精度管理方法は、削孔用回転ロッドを地中に貫入して掘削孔を形成するに際し、上記削孔用回転ロッドが上記地表面位置から地中へ貫入された鉛直方向移動量を測定する移動量測定作業と、該地表面位置における上記掘削孔を経過する鉛直線に対し該削孔用回転ロッドがなす傾斜角を測定する傾斜角測定作業とを行う測定工程と、上記測定工程で得られる上記鉛直方向移動量及び上記傾斜角を用いて、上記掘削孔が上記鉛直線に近づくように、上記削孔用回転ロッドによる上記貫入作業を修正する修正工程とを備え、上記傾斜角測定作業は、上記地表面位置から露出している上記削孔用回転ロッドの画像を取得する第１処理と、上記画像に輪郭検出フィルタを適用して得られる輝度変化画像中の輝度変化量を用い、該輝度変化画像の各画素位置を縦軸及び横軸のいずれか一方に目盛り、該輝度変化量を縦軸または横軸のいずれか他方に目盛って、上記削孔用回転ロッドのロッド部の外形輪郭を表す該輝度変化量を内包する輝度変化量グラフを作成する第２処理と、上記輝度変化量グラフに対し、上記ロッド部の実輪郭線に一致しかつ該輝度変化量グラフ上で動かされて各画素位置での上記輝度変化量を積算するための補助線を重ね合わせる第３処理と、上記補助線を動かし、該補助線が重なり合う上記画素位置で積算される上記輝度変化量を用いて、上記輝度変化画像中での上記ロッド部の上記外形輪郭を抽出する第４処理と、抽出された上記ロッド部の上記外形輪郭が上記鉛直線に対してなす傾きを上記傾斜角として決定する第５処理とを含むことを特徴とする。

前記移動量測定作業は、前記地表面位置から露出している前記削孔用回転ロッドの画像を、いずれかの高さ位置で一定の撮影範囲で取得して、照合用画像を設定する第１ステップと、前記貫入作業中、上記地表面位置から露出している上記削孔用回転ロッドを、上記照合用画像と同じ撮影範囲で取得して複数の判定用画像を取得する第２ステップと、複数の上記判定用画像を上記照合用画像と照合して、合致率が設定条件を満たすいずれかの該判定用画像をマッチング成立画像と判定する第３ステップと、上記貫入作業の進行で順次に得られる２つのマッチング成立画像の画像高さ位置の差を鉛直方向移動量として決定する第４ステップとを含むことを特徴とする。

前記傾斜角として、前記第４ステップで前記鉛直方向移動量を決定する２つの前記マッチング成立画像の取得時及びこれら取得時の間に得られる複数の前記判定用画像に上記傾斜角測定作業を適用して測定される複数個の傾斜角の中で標準偏差に入る傾斜角の平均値を用い、決定された該鉛直方向移動量と該傾斜角を用いて偏芯量を算定することを特徴とする。

前記修正工程は、前記鉛直方向移動量を積算して得られる前記掘削孔の深度を、該鉛直方向移動量の各測定回それぞれで求めたスパン長それぞれに対し、当該各スパン長に対応する位置で測定された前記各傾斜角を乗じたものを積算して、前記地表面位置から地中に向かって貫入された前記削孔用回転ロッドの最深部における前記偏芯量を求める第１算定処理と、上記各スパン長毎の各位置のうち、隣接するものにおける上記偏芯量の平均値を積算して、平均偏芯量を求める第２算定処理と、該平均偏芯量を上記掘削孔の深度で除算して得られる平均傾斜角に対し、修正係数を乗じて、次回の上記貫入作業の際に、該削孔用回転ロッドに設定する修正傾斜角を決定する第３算定処理とを含むことを特徴とする。

前記測定工程では、前記削孔用回転ロッドを取り囲む周囲の異なる２つの位置に設置される２台の撮影手段が用いられると共に、前記修正工程では、演算装置で演算処理されて、オペレータ位置で、座標変換処理した座標系が表示されるモニターが用いられ、上記座標変換処理は、上記演算装置により、２台の上記撮影手段の各設置位置それぞれから前記掘削孔の芯に向けて座標軸をとって、該掘削孔の該芯を原点とする撮影座標系を設定し、該撮影座標系で該芯から前記偏芯量を隔てた偏芯位置座標を求める撮影座標系処理と、上記掘削孔の上記芯を原点とする第１平面直交座標系を上記撮影座標系に重ね合わせて、該芯から上記偏芯量を隔てた偏芯位置座標を該第１平面直交座標系において求める第１平面直交座標系処理と、上記オペレータ位置を含み、上記掘削孔の上記芯に向かう座標軸をとって、該芯を原点とする第２平面直交座標系を上記第１平面直交座標系に重ね合わせ、該芯から上記偏芯量を隔てた偏芯位置座標を該第２平面直交座標系において求める第２平面直交座標系処理と、上記第２平面直交座標系上で、原点を占める上記掘削孔の上記芯の座標に対する上記偏芯位置座標から、上記オペレータ位置を基準として上記削孔用回転ロッドの前後方向及び左右方向の傾き角度を求める角度算出処理と、上記モニターに、上記前後方向及び左右方向の傾き角度それぞれを表示する表示処理とが実行されることを特徴とする。

本発明にかかる掘削孔の精度管理方法にあっては、貫入作業を間断なく連続して施工している最中であっても、高速かつ高精度で傾斜角の測定を行うことができ、掘削孔を精度良く施工することができる。

本発明に係る掘削孔の精度管理方法の好適な一実施形態を示す、実施状況を説明する説明図である。 図１に示した実施状況に示されている演算装置のモニターに表示される表示内容の一部を説明する説明図である。 図１に示した実施状況に示されている演算装置による演算処理のフローを概略的に説明する説明図である。 図１に示した実施状況で示されている演算装置について、傾斜角測定作業で行われる輪郭検出フィルタを利用した画像処理を説明する説明図である。 図１に示した実施状況で示されている演算装置について、傾斜角測定作業で行われる輝度変化量グラフを利用した処理を説明する説明図である。 図１に示した実施状況で示されている演算装置について、移動量測定作業で利用される照合用画像とマッチング成立画像の探索処理を説明する説明図である。 図１に示した実施状況で示されている演算装置について、移動量測定作業で行われる画像処理による移動量測定処理を説明する説明図である。 図１に示した掘削孔の精度管理方法により、削孔用回転ロッドで掘削される掘削孔の推定形状の最初の様子を説明する説明図である。 図８に示した掘削孔の掘削の、その後の様子を説明する説明図である。 図９に示した掘削孔の掘削の、さらにその後の様子を説明する説明図である。 本実施形態に係る掘削孔の精度管理方法における回転ロッドの偏芯量の算定を説明する説明図である。 削孔用回転ロッドとして、アースオーガやアースドリルを用いた場合の掘削状況の概略説明図である。 図１に示した実施状況に示されている演算装置を用いた修正工程の実施フローを概略的に説明する説明図である。 図１に示した実施状況に示されている２台のビデオカメラで取得される削孔用回転ロッドの傾き状態を例示した説明図である。 図１に示した実施状況に示されている演算装置で行われる座標変換処理の手順を説明する説明図である。

以下に、本発明にかかる掘削孔の精度管理方法の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る掘削孔の精度管理方法の実施状況を説明する説明図である。

図１に示すように、本実施形態に係る掘削孔の精度管理方法は、主として、杭などを打設する掘削孔Ｈ（図１２等参照）を形成する、例えばアースオーガやアースドリル等の削孔用回転ロッド（以下、「回転ロッド」という）１と、現場に設置され、回転ロッド１を回転駆動して地表面Ｊから地中Ｋに貫入するロッド駆動装置２と、現場に設置され、地表面Ｊ位置から露出している回転ロッド１の地中Ｋへの貫入作業状態を撮影するための撮影手段の一例であるビデオカメラ３と、回転ロッド１の操作や各種機器の監視・管理を行うオペレータによって操作され、殊に、ビデオカメラ３で撮影されて当該ビデオカメラ３から出力される回転ロッド１の画像Ｑ（図４（ａ）等参照）が入力されて、当該画像Ｑを利用した各種測定値の演算処理を行ったり、それらの測定結果に基づいて貫入作業の修正のための演算処理を行ったり、また、その他各種の演算処理を実行するための演算装置４及び演算装置４による演算処理結果やビデオカメラ３の画像Ｑを表示するためのモニター５等を含む測定用機器とを用いて実施される。

ビデオカメラ３と演算装置４とは、無線回線６もしくは有線回線で、制御信号や画像Ｑの送受信が可能に接続される。図示例では、現場サイトの事務所内にパソコン７が設置され、このパソコン７と演算装置４とは、無線ルータ８によりインターネット９を介して、各種データの送受信が可能に接続される。

本実施形態では、ビデオカメラ３は、回転ロッド１を取り囲む周囲であって、異なる２つの位置に２台設置され、これら２方向から撮影が行われる。この２方向は、回転ロッド１を異なる２方向から撮影できればよく、互いに直交する方向であるか否かは問わない。ビデオカメラ３は、いずれか一方がメインカメラ３ａとして、他方がサブカメラ３ｂとして使用される。

ロッド駆動装置２で回転ロッド１を駆動して掘削孔Ｈを施工する技術自体は従来周知である。例えば、回転ロッド１がオーガである場合には、ロッド駆動装置２の支柱２ａに設けられた振れ止め２ｂに、上下方向へ移動自在に保持されたオーガは、支柱２ａにガイドされて下降移動されるオーガヘッド２ｃにより回転駆動されて、地中Ｋへ向かって圧入される。

これにより、オーガは、地表面Ｊ位置から地中Ｋに向けて貫入され、掘削孔Ｈが、例えば鉛直下向き方向へ形成される。そして、支柱２ａ下部に達したオーガヘッド２ｃの支柱２ａ上部への盛り替えと、地中Ｋへ貫入されたオーガに対する、追加のオーガの継ぎ足しを繰り返すことにより、設計深度（必要深度）に達する掘削孔Ｈが形成されていく。

次に、測定用機器について説明する。測定用機器は、ビデオカメラ３と演算装置４、モニター５などを含む、いわゆるトータルステーションとも称される構成を備える。

回転ロッド１は、地中Ｋ内部に貫入された部分と、ロッド駆動装置２に保持され、地表面Ｊ位置から上方に突出されている部分とがあり、地表面Ｊ上に露出されている回転ロッド１が部分的にビデオカメラ３で撮影されて、回転ロッド１の画像Ｑが取得される。

ビデオカメラ３から出力される回転ロッド１の画像Ｑのデータは、演算装置４に入力される。演算装置４は例えば、画像Ｑのデータを、およそ６フレーム／秒の頻度で処理する。演算装置４にはモニター５が接続され、モニター５は、演算装置４で制御されて、ビデオカメラ３から入力された画像Ｑや演算装置４で演算した結果等、各種情報を表示する。

回転ロッド１の画像Ｑは、モニター５上で、上下方向が鉛直方向となるようにセットされる。言い換えれば、ビデオカメラ３による撮影にあたり、画像Ｑの上下方向が鉛直方向であるように、セットされる。

演算装置４は、少なくとも、（１）メインカメラ３ａとサブカメラ３ｂで撮影された２方向からの回転ロッド１の画像Ｑをモニター５に表示する処理、（２）傾斜角測定作業のための処理、（３）移動量測定作業のための処理、（４）推定される掘削孔Ｈ（地中孔曲がり）をモニター５に表示する処理、並びに（５）回転ロッド１で掘削された現在の掘削孔深度（測定された鉛直方向移動量Δ_i の累積）と現在の掘削孔傾斜（測定された傾斜角Ｇｘ_i の累積）及び貫入作業で採用することが好ましい修正の傾斜（修正傾斜角）をモニター５に表示する処理を実行する（図２参照）。

また、演算装置４は、オペレータがモニター５をワンタッチすることで、画像処理の開始や一時停止、終了が容易に操作できるようになっている。

回転ロッド１を地中Ｋに貫入して掘削孔Ｈを形成するに際して行われる測定工程について説明する。測定工程では、回転ロッド１が地表面Ｊ位置から地中Ｋへ貫入された鉛直方向移動量Δ_i （ｉ：１〜ｎ）（図７等参照）を測定する移動量測定作業と、地表面Ｊ位置における掘削孔Ｈを経過する鉛直線Ｆに対し回転ロッド１がなす傾斜角Ｇｘ_i （ｉ：１〜ｎ）（図５等参照）を測定する傾斜角測定作業とが行われる。鉛直方向移動量Δ_i 及び傾斜角Ｇｘ_i は、演算装置４による画像処理によって算出される。

図３は、図１に示した実施状況に示されている演算装置４による演算処理のフローを概略的に説明する説明図である。図３では主に、測定工程とそれに基づいて行われる修正工程を含めた処理フローが示されている。

「傾斜計測」とは、傾斜角測定作業を、「ロッド軸上のテンプレートの探索」とは、後述する移動量測定作業で行われる照合処理を、「テンプレートマッチング」とは、マッチング成立画像が取得されたこと、すなわちマッチングの合致率が設定条件を満たすか否かを、「深度計測」とは、移動量測定作業での鉛直方向移動量Δ_i の決定を、「基準座標系で偏芯量算定」とは、後述する座標変換処理の第１平面直交座標系上での偏芯量の算定を、「地中孔曲がりの推定と修正傾斜角の算定」とは、後述する修正工程での処理内容を、「画像表示と情報配信」とは、モニター５への各種データの表示及び現場サイトの事務所内パソコン７への情報配信を意味する。

図４は、図１に示した実施状況で示されている演算装置４について、傾斜角測定作業で行われる輪郭検出フィルタを利用した画像処理を説明する説明図である。図４（ａ）は、ビデオカメラ３で取得された回転ロッド１の画像Ｑを、図４（ｂ）は、輪郭検出フィルタで得られた輝度変化画像Ｒを、図４（ｃ）は、輝度変化画像Ｒに補助線Ｕを重ね合わせた画像を、図４（ｄ）は、ロッド部１ａの外形輪郭を抽出した画像を、それぞれ示している。図中、高輝度部分を墨ベタで表示している。

傾斜角測定作業は図４に示すように、回転ロッド１の画像Ｑを取得するビデオカメラ３とビデオカメラ３から出力される画像Ｑを処理する演算装置４とが用いられ、概略的には、地表面Ｊ位置から露出している回転ロッド１の画像Ｑを取得する第１処理と、画像Ｑに輪郭検出フィルタを適用して、輝度変化画像Ｒを取得する第２処理と、輝度変化画像Ｒに対し、回転ロッド１のロッド部１ａの実輪郭線に一致しかつ輝度変化画像Ｒ上で動かされる補助線Ｕを重ね合わせる第３処理と、補助線Ｕを平行移動させたり回転させて動かして、輝度変化画像Ｒ中でのロッド部１ａの外形輪郭を抽出する第４処理と、抽出されたロッド部１ａの外形輪郭が鉛直線Ｆに対してなす傾きを傾斜角Ｇｘ_i として決定する第５処理とを含む。

詳細には、第２処理では、回転ロッド１の画像Ｑに輪郭検出フィルタを適用して得られる輝度変化画像Ｒ中の輝度変化量を用い、当該輝度変化画像Ｒの鉛直方向の画素単位に連続する複数の水平断面の輝度変化画像Ｒの各画素位置を縦軸及び横軸のいずれか一方に目盛り、輝度変化量を縦軸または横軸のいずれか他方に目盛って、回転ロッド１のロッド部１ａの外形輪郭を表す輝度変化量を内包する輝度変化量グラフＶ（図５参照）を作成する。

第３処理では、輝度変化量グラフＶに対し、ロッド部１ａの実輪郭線に一致しかつ輝度変化量グラフＶ上で動かされて各画素位置での輝度変化量を積算するための補助線Ｕを重ね合わせる。

回転ロッド１の汚れや背景の関係で、最も輝度変化量の大きい点をつないでも、回転ロッド１の外形輪郭にはならない。このため、回転ロッド１の外形輪郭を想定した直線による補助線Ｕを用いる。

第４処理では、補助線Ｕを動かし、補助線Ｕが通過する（重なり合う）画素位置で積算される輝度変化量を用いて、輝度変化画像Ｒ中でのロッド部１ａの外形輪郭を抽出する。

図４は、画像処理によって回転ロッド１の輪郭を捉えて傾斜角Ｇｘ_i を算出する際の手順を示している。２台のビデオカメラ３で撮影された各画像Ｑ（およそ６フレーム／秒）に対し、ソーベル（Sobel ）フィルタなどに代表される画像の輪郭を検出するフィルタ（輪郭検出フィルタ）を利用して傾斜計測を行うようにしている。このフィルタは、空間１次微分を計算し、輪郭を検出するものであって、周知である。

回転ロッド１の外形輪郭を抽出するエッジ抽出では、各画素の位置ごとに水平断面の輝度変化を捉える。図中、Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面における輝度変化をグラフ化したものが図５に示されている。図５は、図１に示した実施状況で示されている演算装置４について、傾斜角測定作業で行われる輝度変化量グラフＶを利用した処理を説明する説明図である。

輝度変化量グラフＶは、画像Ｑもしくは輝度変化画像Ｒの各画素位置を横軸に目盛り、輝度変化量を縦軸に目盛ったもので、回転ロッド１のロッド部１ａの外形輪郭を表す輝度変化量が内包されたものである。回転ロッド１の外形輪郭以外の輝度変化も含まれるので、単一の断面だけでは回転ロッド１の外形輪郭を正確に捉えることができないため、撮影範囲の上端から下端まで（図では、３つの水平断面で）、画素位置ごとに水平断面の輝度変化を捉えるようにしている。

次に、回転ロッド１のロッド部１ａと照合する補助線２本（図４（ｃ）では二点鎖線、図５では、破線で示されている）を回転させたり、横軸に沿って平行移動させながら、水平断面ごとに補助線Ｕが通過する画素位置における輝度変化量を積分して、最も輝度変化量が大きい補助線Ｕを回転ロッド１の外形輪郭に一致するものとして決定したものが、線分照合として図４（ｄ）に実線Ｕで示されている線分である。

２本の補助線Ｕの間隔は、回転ロッド１のロッド部１ａの設計外径寸法もしくは実測した外径寸法で設定され、ロッド部１ａの実際の外形輪郭を示すものである。照合された線分（補助線）Ｕを回転ロッド１、具体的にはそのロッド部１ａの外形輪郭と認識し、演算装置４が画像処理によって、鉛直線Ｆに対する上記線分Ｕの傾きを傾斜角Ｇｘ_i として算出する。本実施形態では、ロッド部１ａの外形輪郭を示すものとして２本の補助線Ｕを用いているが、いずれか１本であってもよい。

２台のビデオカメラ３のうち、メインカメラ３ａで撮影した画像Ｑは、傾斜角測定と鉛直方向移動量Δ_i を測定する移動量測定に用いられ、サブカメラ３ｂで撮影した画像は、傾斜角測定のみに用いられる。画像処理では、傾斜角測定と、追って説明する照合用画像（テンプレート）Ｘの移動探索、すなわち移動量測定とを行う。テンプレートＸとは、自動設定する一定の撮影範囲の、回転ロッド１上の矩形状の画像を言う（図６参照）。

図６及び図７には、移動量測定作業の概要が示されている。図６は、図１に示した実施状況で示されている演算装置４について、移動量測定作業で利用される照合用画像Ｘとマッチング成立画像Ｘ₁ の探索処理を説明する説明図である。図６（ａ）は、照合用画像Ｘを動かして探索を行っている様子を、図６（ｂ）は、画像処理に適用される照合用画像Ｘの設定の様子を、それぞれ示している。

図７は、図１に示した実施状況で示されている演算装置４について、移動量測定作業で行われる画像処理による移動量測定処理を説明する説明図である。図７（ａ）〜（ｃ）は、回転ロッド１の降下に従って、当該回転ロッド１の同一部位が順次に下方へ移動していくことがマッチング成立画像Ｘ₁ で判定され、そのときの各個別の高低差が鉛直方向移動量Δ₁ 、Δ₂ として測定される様子を示している。

移動量測定作業も、回転ロッド１の画像Ｑを取得するビデオカメラ３とビデオカメラ３から出力される画像Ｑを処理する演算装置４とが用いられ、地表面Ｊ位置から露出している回転ロッド１の画像Ｑを、いずれかの高さ位置で一定の撮影範囲で取得して、テンプレートとしての照合用画像Ｘを設定する第１ステップと、貫入作業中、地表面Ｊ位置から露出している回転ロッド１を、照合用画像Ｘと同じ撮影範囲で取得して複数の判定用画像Ｘ_X を取得する第２ステップと、複数の判定用画像Ｘ_X を照合用画像Ｘと照合して、合致率が設定条件を満たすいずれかの判定用画像Ｘ_X をマッチング成立画像Ｘ₁ と判定する第３ステップと、貫入作業の進行で順次に得られる２つのマッチング成立画像Ｘ₁ の画像高さ位置の差Δ_i を鉛直方向移動量として決定する第４ステップとを含む。

ビデオカメラ３で取得される、時々刻々変化する回転ロッド１の複数の画像Ｑの中で、同一の部分画像を検出して、部分画像の鉛直方向移動量Δ_i から移動量計測を行う。部分画像とは、回転ロッド１上で、一定幅のマージンｄ，ｈを取って、回転ロッド１表面に自動で設定する画像である（図６（ｂ）参照）。この部分画像の情報が画素単位で演算装置４に記憶される。

マッチングのために照合用に採用される、基準となる画像Ｑが、テンプレートとしての照合用画像Ｘであって、移動量測定にあたり、回転ロッド１を任意の高さ位置で一定の撮影範囲で撮影したものである。次に、演算装置４は、移動した回転ロッド１の画像Ｑ（回転ロッド１の回転に従って複数取得される）、すなわち判定用画像Ｘ_X の中から、照合用画像Ｘに合致する部分画像、すなわちマッチング成立画像Ｘ₁ を探索する。

判定用画像Ｘ_X は、連続的（およそ６フレーム／秒）に複数得られるので、演算装置４は、この探索を連続的に行い、具体的には、判定用画像Ｘ_X と照合用画像Ｘとを画素ごとに照合し、合致率が設定条件（例えば、９５％以上）を満たした場合に、判定用画像Ｘ_X が照合用画像Ｘに合致したと判定する。マッチング成立画像Ｘ₁ は、貫入作業の進行に従って、順次取得される。

鉛直方向移動量Δ_i は、演算装置４による画像処理によって、順次に得られる２つのマッチング成立画像Ｘ₁ の画像高さ位置の差をもって決定される。第１回目の鉛直方向移動量Δ₁ は、照合用画像Ｘと最初のマッチング成立画像Ｘ₁ との画像高さ位置の差をもって決定される。そして、演算装置４が、順次得られる鉛直方向移動量Δ_i を積分することにより、貫入作業全体での掘削孔Ｈの深度が算出される。

合致すべき部分画像がビデオカメラ３から見て裏側にある場合は、合致せず、マッチング成立画像Ｘ₁ が得られない。また、貫入作業が進行すると、移動後の部分画像が照合用画像Ｘを取得した撮影範囲から逸脱するので、演算装置４は、照合用画像Ｘを自動的に再設定し、同じ処理を繰り返す。

なお、回転ロッド１の継ぎ足しや、トラブル時の中断などで、照合用画像Ｘに合致するマッチング成立画像Ｘ₁ が続けて得られない場合にも、演算装置４は、自動認識して、照合用画像Ｘを自動的に再設定したり、あるいは、その際に、通常施工のデータ収集から除外する。また、想定外の事象については、オペレータにより、一時中断などの対応がとられる。

また、移動量測定作業に併せて実行される傾斜角測定作業について、演算装置４は、マッチング成立画像Ｘ₁ が判定されるまでの間に測定される複数の傾斜角Ｇｘ_i を履歴として保存しながら、当該傾斜角Ｇｘ_i の測定を繰り返す。そして、演算装置４は、マッチング成立画像Ｘ₁ が判定される度に、当該マッチング成立画像Ｘ₁ を用いて鉛直方向移動量Δ_i とそのときの傾斜角Ｇｘ_i を算定すると共に、偏芯量Ｄｘ_i （ｉ：１〜ｎ）を算定し、これらを用いて、地中孔曲がり（掘削孔形状）を推定する。

演算装置４は、鉛直方向移動量Δ_i に傾斜角Ｇｘ_i を乗じて偏芯量Ｄｘ_i を算定し、この偏芯量Ｄｘ_i を積分して、推定される地中孔曲がりを算定する。偏芯量Ｄｘ_i とは、設計上の掘削孔Ｈの芯（中心）からの水平方向ずれ量をいう。

単に「傾斜角」として述べたが、この傾斜角Ｇｘ_i として、上記第４ステップで鉛直方向移動量Δ_i を決定する２つのマッチング成立画像Ｘ₁ の取得時及びこれら取得時の間に得られる複数の判定用画像Ｘ_X に傾斜角測定作業を適用して測定され演算装置４に履歴として記憶された複数個の傾斜角Ｇｘ_i の中で標準偏差に入る傾斜角Ｇｘ_i の平均値を用い、決定された鉛直方向移動量Δ_i と平均をとった当該傾斜角Ｇｘ_i を用いて偏芯量Ｄｘ_i を算定する。

測定工程で得られる鉛直方向移動量Δ_i 及び傾斜角Ｇｘ_i を用いて、掘削孔Ｈが鉛直線Ｆに近づくように、回転ロッド１による貫入作業を修正する修正工程が実行される。

修正工程は概略的には、鉛直方向移動量Δ_i を積算して得られる掘削孔Ｈの深度を、例えば貫入作業における各測定回で求めた各スパン長ｄｌ_i （ｉ回目；ｉ＝１〜ｎ）に対し、当該各スパン長ｄｌ_i における傾斜角Ｇｘ_i を乗じたものを積算して、地表面Ｊ位置から地中Ｋに向かって貫入された回転ロッド１の最深部における偏芯量Ｄｘ_n を求める第１算定処理と、各スパン長ｄｌ_i 毎の各位置のうち、隣接するものにおける偏芯量Ｄｘ_i ，Ｄｘ_i-1 の平均値を積算して、平均偏芯量ＳＤｘ_n を求める第２算定処理と、平均偏芯量ＳＤｘ_n を掘削孔Ｈの深度Ｌ_n で除算して得られる平均傾斜角（ＳＤｘ_n ／Ｌ_n ）に対し、修正係数αを乗じて、次回の貫入作業の際に、回転ロッド１に設定する修正傾斜角Ｇｘ_n+1 ’を決定する第３算定処理とを含む。

演算装置４の演算処理に用いられる鉛直線Ｆは、地表面Ｊ位置における掘削孔Ｈを経過するものである。

図８から図１１には、推定される、回転ロッド１で形成される掘削孔形状の推移が示されている。図８は、図１に示した掘削孔の精度管理方法により、回転ロッド１で掘削される掘削孔Ｈの推定形状の最初の様子を説明する説明図である。図９は、図８に示した掘削孔Ｈの掘削の、その後の様子を説明する説明図である。図１０は、図９に示した掘削孔Ｈの掘削の、さらにその後の様子を説明する説明図である。図８から図１０は、アースオーガの場合を例にとったものである。

図１１は、本実施形態に係る掘削孔の精度管理方法における回転ロッド１の偏芯量Ｄｘ_n の算定を説明する説明図である。図１１（ａ）は、回転ロッド１がアースオーガであるときの推定方法を、図１１（ｂ）は、回転ロッド１がアースドリルであるときの推定方法を、図１１（ｃ）は、偏芯量Ｄｘ_n を算定する考え方を、それぞれ示している。

掘削孔Ｈの形状、すなわち掘削孔Ｈの地中Ｋにおける地中孔曲がりは、地層分布や地盤の硬軟に影響されると共に、地表面Ｊに設置されたロッド駆動装置２の鉛直精度によっても地中孔曲がりは生じ、そしてまた、この地中孔曲がりが地表面Ｊ位置における回転ロッド１の傾きに反映することが考えられる。また、施工中における回転ロッド１の傾きの調整によっても、もちろん地中孔曲がりが発生する。

そして、地中孔曲がりの傾向は、回転ロッド１の傾斜角Ｇｘ_i によって把握され得る。回転ロッド１の（傾斜角Ｇｘ_i ）×（スパン長ｄｌ_i ）が掘削孔Ｈの芯、ひいては打設される杭の杭芯からの偏芯量Ｄｘ_i を表すと仮定する。この偏芯量Ｄｘ_i を掘削孔Ｈの深度方向に積算して、掘削孔Ｈ（杭）の最深部位置や地中孔曲がりを推定する。スパン長ｄｌ_i は、傾斜角Ｇｘ_i を区分する間隔であって、スパン長ｄｌ_i が短いほど、推定される掘削孔形状は、滑らかな曲線となる。

本実施形態によるアースオーガの場合の掘削孔形状の推定の様子が、図８〜図１０に示されている。例えば、最初のマッチング成立画像Ｘ₁ が得られたとき、回転ロッド１が、地表面Ｊ位置において、鉛直方向（鉛直線Ｆ）に対し、僅かながらの傾き角度Ｇｘ₁ がある状態（方向指示線Ｅ参照）で、スパン長ｄｌ_i だけ貫入されることにより、地表面Ｊ位置から地中Ｋへ向かって掘削孔Ｈが形成される（図８（Ａ）参照）。

次のマッチング成立画像Ｘ₁ が得られたとき、地表面Ｊ位置における回転ロッド１の傾き角度Ｇｘ₂ が、鉛直方向（鉛直線Ｆ）に対し、変化したとして（図８（Ｂ）参照：Ｇｘ₁ →Ｇｘ₂ ）、変化した傾き角度Ｇｘ₂ で（方向指示線Ｅ参照）、回転ロッド１はさらに地中Ｋに向かって掘削孔Ｈの形成を継続する（図９（Ｃ）参照）。

そしてまた、次のマッチング成立画像Ｘ₁ が得られたとき、地表面Ｊ位置における回転ロッド１の傾き角度Ｇｘ₃ が、さらに鉛直方向（鉛直線Ｆ）に対し、変化したとして（図９（Ｄ）参照：Ｇｘ₂ →Ｇｘ₃ ）、変化した傾き角度Ｇｘ₃ で（方向指示線Ｅ参照）、回転ロッド１はさらに地中Ｋに向かって掘削孔Ｈの形成を継続する（図１０参照）。

連続する貫入作業中、上記のように測定工程が繰り返され、アースオーガの場合図１１（Ａ）に示すように、掘削孔Ｈが形成されていく。図１１（Ｂ）は、アースドリルの場合である。図１１（Ａ）は、掘削孔Ｈの推定状況を概念的に示している。繰り返し行われる測定工程で得られるスパン長ｄｌ_i （鉛直方向移動量に対応）及び傾斜角Ｇｘ_i を用いて、回転ロッド１の偏芯量Ｄｘ_i を算定する算定作業が行われる。

図１１（Ｃ）は、偏芯量Ｄｘ_i の算定を説明するための概念図であって、回転ロッド１の地表面Ｊ位置から地中Ｋへの貫入状態について、回転ロッド１の、地表面Ｊ位置から地中Ｋへのスパン長ｄｌ_i と、鉛直線Ｆに対する傾斜角Ｇｘ_i とから、地表面Ｊ位置における掘削孔Ｈに対する回転ロッド１の偏芯量Ｄｘ_i を算定する際の原理が示されている。図示した直角三角形の水平方向の底辺の長さが、回転ロッド１の上記偏芯量Ｄｘ_i であり、鉛直方向の縦辺の長さがスパン長ｄｌ_i である。斜辺は、回転ロッド１の実際に傾斜した貫入量である。

斜辺と縦辺とがなす角度が、地表面Ｊ位置における掘削孔Ｈを経過する鉛直線Ｆに対し回転ロッド１がなす傾斜角Ｇｘ_i である。ここで、傾斜角Ｇｘ_i は、スパン長ｄｌ_i と偏芯量Ｄｘ_i の比であり、きわめて微小であるので、

ｔａｎＧｘ_i ＝Ｇｘ_i ＝Ｄｘ_i ／ｄｌ_i
Ｄｘ_i ＝ｄｌ_i ×Ｇｘ_i

以上のことから、図８から図１０について説明すると、図８（Ａ）の最初のマッチング成立画像Ｘ₁ が得られた時点では、偏芯量Ｄｘ₁ は、
Ｄｘ₁ ＝ｄｌ₁ ×Ｇｘ₁
であり、図９（Ｃ）の次のマッチング成立画像Ｘ₁ が得られた時点では、
Ｄｘ₂ ＝ｄｌ₂ ×Ｇｘ₂
であって、最初のマッチング成立画像Ｘ₁ が得られた時点における偏芯量Ｄｘ₁ を積算すると、
Ｄｘ_i ＝ｄｌ₁ ×Ｇｘ₁ ＋ｄｌ₂ ×Ｇｘ₂
であり、図１０の次のマッチング成立画像Ｘ₁ が得られた時点では、
Ｄｘ₃ ＝ｄｌ₃ ×Ｇｘ₃
であって、それまでにマッチング成立画像Ｘ₁ が得られたときにおける偏芯量Ｄ₁ ，Ｄ₂ を積算すると、
Ｄｘ_i ＝ｄｌ₁ ×Ｇｘ₁ ＋ｄｌ₂ ×Ｇｘ₂ ＋ｄｌ₃ ×Ｇｘ₃
であって、これを一般化すると、推定式として式（１）が得られる。

式（１）は、地表面Ｊ位置からｎ個のスパン長ｄｌ_i 分だけ掘削したときの掘削孔Ｈの最深部の偏芯位置（偏芯量Ｄｘ_n ）を推定したものである。地中の障害物等で大きな地中孔曲がりが生じる場合は、上記推定式の適用外とされる。

式（１）を用いて、上記平均偏芯量が下記式（２）で算定される。

式（１）中、Ｇｘ_i は、測定工程の傾斜角測定作業で取得された回転ロッド１の傾斜角、ｄｌ_i は各スパン長、ｎはスパン数（測定回数）、Ｄｘ_n は、掘削孔Ｈの最深部における芯からの偏芯量、ＳＤｘ_n は平均偏芯量、Ｌ_n は掘削孔Ｈの深度である。スパン長ｄｌ_i は、画像処理でマッチング成立画像Ｘ₁ が取得される間隔とその間の移動量測定作業によって決定される。

図１２は、回転ロッド１として、アースオーガやアースドリルを用いた場合の掘削状況の概略説明図である。図１２（ａ）で示すように、アースオーガで施工する場合には、全体で削孔するので、図１１（ａ）に示すように、地表面Ｊ位置での回転ロッド１の傾斜角が地中Ｋでも維持され、一方、図１２（ｂ）に示すように、掘削孔Ｈをアースドリルで施工する場合には、回転ロッド１の先端でのみ削孔するので、図１１（ｂ）に示すように、地表面Ｊ位置から削孔していく順に孔曲がりが生じるとして、掘削孔Ｈの最深部から施工順に地中孔曲がりが推定できるものと仮定している。

本実施形態では、各測定回のスパン長ｄｌ_i 及び傾斜角Ｇｘ_i を用いて、ほぼ連続的に、地表面Ｊ位置における掘削孔Ｈに対する回転ロッド１の偏芯量Ｄｘ_i を複数算定し、算定された複数の偏芯量Ｄｘ_i を、測定作業順に順次積算する。これにより、掘削孔Ｈの形成開始から完了までの間の、設計上の掘削孔Ｈに対する、形成された掘削孔Ｈの偏芯量Ｄｘ_i の推移と、掘削孔Ｈの深度が推定される。

本実施形態では、掘削孔Ｈを形成しつつリアルタイムで形状推定を行うことができ、回転ロッド１の傾斜角Ｇｘ_i を逐一調整することで地中孔曲がりを修正することが可能であって、施工管理の精度を向上することができる。

図１３は、図１に示した実施状況に示されている演算装置４を用いた修正工程の実施フローを概略的に説明する説明図である。

下記式（３）は、修正傾斜角を示している。

式（３）の平均偏芯量ＳＤｘ_n の逆方向に回転ロッド１を傾斜させる。地中孔曲がりの修正は、掘削孔Ｈへの杭打設の負担を軽減するために、削孔済みの掘削孔Ｈの中で修正を加えることを基本として、回転ロッド１の修正傾斜角Ｇｘ_n+1 ’を決定する。

平均偏芯量ＳＤｘ_n が、直前の貫入作業で得られた平均偏芯量ＳＤｘ_n-1 よりも増加している場合は、修正係数αを割り増しした修正係数α_a を乗じて、修正傾斜角Ｇｘ_n+1 ’を決定する。ただし、限界角（例えば１／１００ｒａｄ）以内で修正を行う。

次に、修正工程などに利便性の高いモニター５への表示を行うための座標変換処理について説明する。回転ロッド１の傾斜角Ｇｘ_i は、演算装置４により、ロッド駆動装置２を運転するなど、施工を管理するオペレータの目線に変換して、モニター５に左右と前後の傾斜（傾斜角）を表示するようにしている（図２参照）。回転ロッド１は、前後左右にブレながら下降するので、オペレータが参考にしやすいようにデータの変換処理を行う。

詳細には、現地サイトの状況に応じてビデオカメラ３が任意の場所に設置されるので、取得される画像Ｑは、オペレータの目線で見たものとは異なる。従って、座標変換を行って、オペレータの目線と一致する傾斜情報を提示することが好ましい。そして、掘削孔Ｈ、ビデオカメラ３及びオペレータ相互の相関に基づく座標を設定することで、正しくオペレータを誘導することができる。

座標変換処理では、演算装置４により、２台のビデオカメラ３の各設置位置それぞれから掘削孔Ｈの芯に向けて座標軸をとって、掘削孔Ｈの芯を原点とする撮影座標系Ｐ１を設定し、撮影座標系Ｐ１で芯から偏芯量を隔てた偏芯位置座標を求める撮影座標系処理と、掘削孔Ｈの芯を原点とする第１平面直交座標系Ｐ２を撮影座標系Ｐ１に重ね合わせて、芯から偏芯量を隔てた偏芯位置座標を第１平面直交座標系Ｐ２において求める第１平面直交座標系処理と、オペレータ位置を含み、掘削孔Ｈの芯に向かう座標軸をとって、芯を原点とする第２平面直交座標系Ｐ３を第１平面直交座標系Ｐ２に重ね合わせ、芯から偏芯量を隔てた偏芯位置座標を第２平面直交座標系Ｐ３において求める第２平面直交座標系処理と、第２平面直交座標系Ｐ３上で、原点を占める掘削孔Ｈの芯の座標に対する偏芯位置座標から、オペレータ位置を基準として回転ロッド１の前後方向及び左右方向の傾き角度を求める角度算出処理と、モニター５に、前後方向及び左右方向の傾き角度それぞれを表示する表示処理とが実行される。

図１４は、図１に示した実施状況に示されている２台のビデオカメラ３で取得される回転ロッド１の傾き状態を例示した説明図である。図１４（ａ）は、メインカメラ３ａによる画像Ｑを、図１４（ｂ）は、サブカメラ３ｂによる画像Ｑを、それぞれ概略的に示している。

図１４に示すように、回転ロッド１の傾斜角（ここでは、θを用いる）から求められる単位長さ当たりの偏芯座標（ξ₁ ，η₁ ）を算出する。ここで、ξ₁ ＝ｔａｎθ₁ ，η₁ ＝ｔａｎθ₂ である。また、添え字は、各ビデオカメラ３ａ，３ｂに与えたカメラ番号である。さらに、回転ロッド１の上側が右方に傾いている状態を右傾斜として、これを「正の値」とする。

図１５は、図１に示した実施状況に示されている演算装置４で行われる座標変換処理の手順を説明する説明図である。図１５（ａ）は、撮影座標系Ｐ１の様子を、図１５（ｂ）は、撮影座標系Ｐ１から抜き出した偏芯座標に、第１平面直交座標（Ｘ−Ｙ）系Ｐ２を重ね合わせた様子を、図１５（ｃ）は、第１平面直交座標系Ｐ２から抜き出した偏芯座標に、第２平面直交座標（Ｓ−Ｔ）系Ｐ３を重ね合わせた様子を、それぞれ示している。

図１５（ａ）で示すように、撮影座標系Ｐ１に、掘削孔Ｈの芯を原点として、上記偏芯座標Ｚ（ξ₁ ，η₁ ）（前後左右方向の傾きを表す座標）が定められる。撮影座標系Ｐ１は必ずしも平面直交座標系ではないので、一般の座標変換式は適用できない。

図１５（ｂ）に示すように、撮影座標系Ｐ１上で、当該撮影座標系Ｐ１の各座標軸と平行であってかつ偏芯座標Ｚで交差する２つの直線（１）、（２）を、第１平面直交座標系Ｐ２の座標軸に対してなす角α、βを用いて、当該第１平面直交座標系Ｐ２に移し替え、移し替えられた２つの直線（１）、（２）を表す式の交点、すなわち第１平面直交座標系Ｐ２上での偏芯座標Ｚ（ξ₁ →ｘ₁ ，η₁ →ｙ₁ ）を演算装置４で算出する。

次に、図１５（ｃ）に示すように、一般の座標変換式により、オペレータ位置を含む第２平面直交座標系Ｐ３へ第１平面直交座標系Ｐ２の偏芯座標Ｚ（ｘ₁ →ｔ₁ ，ｙ₁ →ｓ₁ ）を移し替える演算処理を行う。δは、第１平面直交座標系Ｐ２と、オペレータ位置を含む第２平面直交座標系Ｐ３とがなす角度である。

ｔ₁ ＝ｘ₁ ・ｓｉｎδ−ｙ₁ ・ｃｏｓδ

ｓ₁ ＝ｘ₁ ・ｃｏｓδ＋ｙ₁ ・ｓｉｎδ

これより、オペレータ目線の傾斜角θ_t ，θ_s は、第２平面直交座標系の偏芯座標Ｚから、

左右傾斜：θ_t ＝ａｒｃｔａｎ（ｔ₁ ）
前後傾斜：θ_s ＝ａｒｃｔａｎ（ｓ₁ ）

として得られ、この傾斜が、図２に示すように、モニター５に表示される。

以上説明した本実施形態に係る掘削孔の精度管理方法は、回転ロッド１を地中Ｋに貫入して掘削孔Ｈを形成するに際し、回転ロッド１が地表面Ｊ位置から地中Ｋへ貫入された鉛直方向移動量Δ_i を測定する移動量測定作業と、地表面Ｊ位置における掘削孔Ｈを経過する鉛直線Ｆに対し回転ロッド１がなす傾斜角Ｇｘ_i を測定する傾斜角測定作業とを行う測定工程と、測定工程で得られる鉛直方向移動量Δ_i 及び傾斜角Ｇｘ_i を用いて、掘削孔Ｈが鉛直線Ｆに近づくように、回転ロッド１による貫入作業を修正する修正工程とを備え、傾斜角測定作業は、地表面Ｊ位置から露出している回転ロッド１の画像Ｑを取得する第１処理と、画像Ｑに輪郭検出フィルタを適用して、輝度変化画像Ｒを取得する第２処理と、輝度変化画像Ｒに対し、回転ロッド１のロッド部１ａの実輪郭線に一致しかつ輝度変化画像Ｒ上で動かされる補助線Ｕを重ね合わせる第３処理と、補助線Ｕを動かして、輝度変化画像Ｒ中でのロッド部１ａの外形輪郭を抽出する第４処理と、抽出されたロッド部１ａの外形輪郭が鉛直線Ｆに対してなす傾きを傾斜角Ｇｘ_i として決定する第５処理とを含む、または、傾斜角測定作業は、地表面Ｊ位置から露出している回転ロッド１の画像Ｑを取得する第１処理と、画像Ｑに輪郭検出フィルタを適用して得られる輝度変化画像Ｒ中の輝度変化量を用い、当該輝度変化画像Ｒの鉛直方向の画素単位に連続する複数の水平断面の輝度変化画像Ｒの各画素位置を縦軸及び横軸のいずれか一方に目盛り、輝度変化量を縦軸または横軸のいずれか他方に目盛って、回転ロッド１のロッド部１ａの外形輪郭を表す輝度変化量を内包する輝度変化量グラフＶを作成する第２処理と、輝度変化量グラフＶに対し、ロッド部１ａの実輪郭線に一致しかつ輝度変化量グラフＶ上で動かされて各画素位置での輝度変化量を積算するための補助線Ｕを重ね合わせる第３処理と、補助線Ｕを動かし、補助線Ｕが重なり合う画素位置で積算される輝度変化量を用いて、輝度変化画像Ｒ中でのロッド部１ａの外形輪郭を抽出する第４処理と、抽出されたロッド部１ａの外形輪郭が鉛直線Ｆに対してなす傾きを傾斜角Ｇｘ_i として決定する第５処理とを含むようにしたので、貫入作業を間断なく連続して施工している最中であっても、画像Ｑに現れる輝度を利用した演算装置４による画像処理によって、高速かつ高精度で傾斜角Ｇｘ_i の測定を行うことができ、掘削孔Ｈを精度良く施工することができる。

移動量測定作業は、地表面Ｊ位置から露出している回転ロッド１の画像Ｑを、いずれかの高さ位置で一定の撮影範囲で取得して、照合用画像Ｘを設定する第１ステップと、貫入作業中、地表面Ｊ位置から露出している回転ロッド１を、照合用画像Ｘと同じ撮影範囲で取得して複数の判定用画像Ｘ_X を取得する第２ステップと、複数の判定用画像Ｘ_X を照合用画像Ｘと照合して、合致率が設定条件を満たすいずれかの判定用画像Ｘ_X をマッチング成立画像Ｘ₁ と判定する第３ステップと、貫入作業の進行で順次に得られる２つのマッチング成立画像Ｘ₁ の画像高さ位置の差を鉛直方向移動量Δ_i として決定する第４ステップとを含むようにしたので、貫入作業を間断なく連続して施工している最中であっても、画像Ｑの照合を利用した処理と、画像Ｑの位置ずれを用いた演算装置４による鉛直方向移動量Δ_i の算定処理によって、高速かつ高精度で鉛直方向移動量Δ_i の測定を行うことができる。

傾斜角Ｇｘ_i として、上記第４ステップで鉛直方向移動量Δ_i を決定する２つのマッチング成立画像Ｘ₁ の取得時及びこれら取得時の間に得られる複数の判定用画像Ｘ_X に傾斜角測定作業を適用して測定される複数個の傾斜角Ｇｘ_i の中で標準偏差に入る傾斜角Ｇｘ_i の平均値を用い、決定された鉛直方向移動量Δ_i と傾斜角Ｇｘ_i を用いて偏芯量Ｄｘ_i を算定するようにしていて、鉛直方向移動量Δ_i に合わせて的確に傾斜角Ｇｘ_i を測定でき、掘削孔Ｈを精度良く施工することができる。

修正工程は、鉛直方向移動量Δｉ を積算して得られる掘削孔Ｈの深度を、貫入作業における各測定回で求めた各スパン長ｄｌ_i それぞれに対し、当該各スパン長ｄｌ_i に対応する位置で測定された各傾斜角Ｇｘ_i を乗じたものを積算して、地表面Ｊ位置から地中Ｋに向かって貫入された回転ロッド１の最深部における偏芯量Ｄｘ_n を求める第１算定処理と、各スパン長ｄｌ_i 毎の各位置のうち、隣接するものにおける偏芯量Ｄｘ_n ，Ｄｘ_n-1 の平均値を積算して、平均偏芯量ＳＤｘ_n を求める第２算定処理と、平均偏芯量ＳＤｘ_n を掘削孔Ｈの深度で除算して得られる平均傾斜角に対し、修正係数αを乗じて、次回の貫入作業の際に、回転ロッド１に設定する修正傾斜角Ｇｘ_n+1 ’を決定する第３算定処理とを含むようにしたので、掘削孔形状を適切に推定した上で、回転ロッド１に適切な修正傾斜角Ｇｘ_n+1 ’を設定して貫入作業を進めることができ、高速かつ高精度で掘削孔Ｈを施工することができる。

測定工程では、回転ロッド１を取り囲む周囲の異なる２つの位置に設置される２台のビデオカメラ３ａ，３ｂが用いられると共に、修正工程では、演算装置４で演算処理されて、オペレータ位置で、座標変換処理した座標系が表示されるモニター５が用いられ、座標変換処理は、演算装置４により、２台のビデオカメラ３ａ，３ｂの各設置位置それぞれから掘削孔Ｈの芯に向けて座標軸をとって、掘削孔Ｈの芯を原点とする撮影座標系Ｐ１を設定し、撮影座標系Ｐ１で芯から偏芯量Ｄｘ_i を隔てた偏芯位置座標を求める撮影座標系処理と、掘削孔Ｈの芯を原点とする第１平面直交座標系Ｐ２を撮影座標系Ｐ１に重ね合わせて、芯から偏芯量Ｄｘ_i を隔てた偏芯位置座標を第１平面直交座標系Ｐ２において求める第１平面直交座標系処理と、オペレータ位置を含み、掘削孔Ｈの芯に向かう座標軸をとって、芯を原点とする第２平面直交座標系Ｐ３を第１平面直交座標系Ｐ２に重ね合わせ、芯から偏芯量Ｄｘ_i を隔てた偏芯位置座標を第２平面直交座標系Ｐ３において求める第２平面直交座標系処理と、第２平面直交座標系Ｐ３上で、原点を占める掘削孔Ｈの芯の座標に対する偏芯位置座標から、オペレータ位置を基準として回転ロッド１の前後方向及び左右方向の傾き角度を求める角度算出処理と、モニター５に、前後方向及び左右方向の傾き角度それぞれを表示する表示処理とが実行されるようにしたので、オペレータにわかりやすい修正傾斜角Ｇｘ_n+1 ’の表示をモニター５に提示することができ、高速かつ高精度で掘削孔Ｈを施工することができる。

上記実施形態では、鉛直方向に掘削される掘削孔形状の推定について説明したが、掘削孔Ｈは、斜め方向に掘削されるものであっても良いことはもちろんである。

１ 削孔用回転ロッド
１ａ ロッド部
３，３ａ，３ｂ ビデオカメラ
４ 演算装置
５ モニター
ｄｌ_i スパン長
Ｄｘ_i 偏芯量
Ｆ 鉛直線
Ｇｘ_i 傾斜角
Ｇｘ_n+1 ’ 修正傾斜角
Ｈ 掘削孔
Ｊ 地表面
Ｋ 地中
ｎ 鉛直方向移動量の測定回数
Ｐ１ 撮影座標系
Ｐ２ 第１平面直交座標系
Ｐ３ 第２平面直交座標系
Ｑ 削孔用回転ロッドの画像
Ｒ 輝度変化画像
ＳＤｘ_n 平均偏芯量
Ｕ 補助線
Ｖ 輝度変化量グラフ
Ｘ 照合用画像
Ｘ₁ マッチング成立画像
Ｘ_X 判定用画像
Ｚ 偏芯座標
Δ_i 鉛直方向移動量
α 修正係数

Claims (6)

1. 削孔用回転ロッドを地中に貫入して掘削孔を形成するに際し、
   上記削孔用回転ロッドが上記地表面位置から地中へ貫入された鉛直方向移動量を測定する移動量測定作業と、該地表面位置における上記掘削孔を経過する鉛直線に対し該削孔用回転ロッドがなす傾斜角を測定する傾斜角測定作業とを行う測定工程と、
   上記測定工程で得られる上記鉛直方向移動量及び上記傾斜角を用いて、上記掘削孔が上記鉛直線に近づくように、上記削孔用回転ロッドによる上記貫入作業を修正する修正工程とを備え、
   上記傾斜角測定作業は、上記地表面位置から露出している上記削孔用回転ロッドの画像を取得する第１処理と、
   上記画像に輪郭検出フィルタを適用して、輝度変化画像を取得する第２処理と、
   上記輝度変化画像に対し、上記削孔用回転ロッドのロッド部の実輪郭線に一致しかつ該輝度変化画像上で動かされる補助線を重ね合わせる第３処理と、
   上記補助線を動かして、上記輝度変化画像中での上記ロッド部の外形輪郭を抽出する第４処理と、
   抽出された上記ロッド部の上記外形輪郭が上記鉛直線に対してなす傾きを上記傾斜角として決定する第５処理とを含むことを特徴とする掘削孔の精度管理方法。
2. 削孔用回転ロッドを地中に貫入して掘削孔を形成するに際し、
   上記削孔用回転ロッドが上記地表面位置から地中へ貫入された鉛直方向移動量を測定する移動量測定作業と、該地表面位置における上記掘削孔を経過する鉛直線に対し該削孔用回転ロッドがなす傾斜角を測定する傾斜角測定作業とを行う測定工程と、
   上記測定工程で得られる上記鉛直方向移動量及び上記傾斜角を用いて、上記掘削孔が上記鉛直線に近づくように、上記削孔用回転ロッドによる上記貫入作業を修正する修正工程とを備え、
   上記傾斜角測定作業は、上記地表面位置から露出している上記削孔用回転ロッドの画像を取得する第１処理と、
   上記画像に輪郭検出フィルタを適用して得られる輝度変化画像中の輝度変化量を用い、該輝度変化画像の各画素位置を縦軸及び横軸のいずれか一方に目盛り、該輝度変化量を縦軸または横軸のいずれか他方に目盛って、上記削孔用回転ロッドのロッド部の外形輪郭を表す該輝度変化量を内包する輝度変化量グラフを作成する第２処理と、
   上記輝度変化量グラフに対し、上記ロッド部の実輪郭線に一致しかつ該輝度変化量グラフ上で動かされて各画素位置での上記輝度変化量を積算するための補助線を重ね合わせる第３処理と、
   上記補助線を動かし、該補助線が重なり合う上記画素位置で積算される上記輝度変化量を用いて、上記輝度変化画像中での上記ロッド部の上記外形輪郭を抽出する第４処理と、
   抽出された上記ロッド部の上記外形輪郭が上記鉛直線に対してなす傾きを上記傾斜角として決定する第５処理とを含むことを特徴とする掘削孔の精度管理方法。
3. 前記移動量測定作業は、前記地表面位置から露出している前記削孔用回転ロッドの画像を、いずれかの高さ位置で一定の撮影範囲で取得して、照合用画像を設定する第１ステップと、
   前記貫入作業中、上記地表面位置から露出している上記削孔用回転ロッドを、上記照合用画像と同じ撮影範囲で取得して複数の判定用画像を取得する第２ステップと、
   複数の上記判定用画像を上記照合用画像と照合して、合致率が設定条件を満たすいずれかの該判定用画像をマッチング成立画像と判定する第３ステップと、
   上記貫入作業の進行で順次に得られる２つのマッチング成立画像の画像高さ位置の差を鉛直方向移動量として決定する第４ステップとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の掘削孔の精度管理方法。
4. 前記傾斜角として、前記第４ステップで前記鉛直方向移動量を決定する２つの前記マッチング成立画像の取得時及びこれら取得時の間に得られる複数の前記判定用画像に上記傾斜角測定作業を適用して測定される複数個の傾斜角の中で標準偏差に入る傾斜角の平均値を用い、決定された該鉛直方向移動量と該傾斜角を用いて偏芯量を算定することを特徴とする請求項３に記載の掘削孔の精度管理方法。
5. 前記修正工程は、前記鉛直方向移動量を積算して得られる前記掘削孔の深度を、該鉛直方向移動量の各測定回それぞれで求めたスパン長それぞれに対し、当該各スパン長に対応する位置で測定された前記各傾斜角を乗じたものを積算して、前記地表面位置から地中に向かって貫入された前記削孔用回転ロッドの最深部における前記偏芯量を求める第１算定処理と、
   上記各スパン長毎の各位置のうち、隣接するものにおける上記偏芯量の平均値を積算して、平均偏芯量を求める第２算定処理と、
   該平均偏芯量を上記掘削孔の深度で除算して得られる平均傾斜角に対し、修正係数を乗じて、次回の上記貫入作業の際に、該削孔用回転ロッドに設定する修正傾斜角を決定する第３算定処理とを含むことを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載の掘削孔の精度管理方法。
6. 前記測定工程では、前記削孔用回転ロッドを取り囲む周囲の異なる２つの位置に設置される２台の撮影手段が用いられると共に、前記修正工程では、演算装置で演算処理されて、オペレータ位置で、座標変換処理した座標系が表示されるモニターが用いられ、
   上記座標変換処理は、上記演算装置により、
   ２台の上記撮影手段の各設置位置それぞれから前記掘削孔の芯に向けて座標軸をとって、該掘削孔の該芯を原点とする撮影座標系を設定し、該撮影座標系で該芯から前記偏芯量を隔てた偏芯位置座標を求める撮影座標系処理と、
   上記掘削孔の上記芯を原点とする第１平面直交座標系を上記撮影座標系に重ね合わせて、該芯から上記偏芯量を隔てた偏芯位置座標を該第１平面直交座標系において求める第１平面直交座標系処理と、
   上記オペレータ位置を含み、上記掘削孔の上記芯に向かう座標軸をとって、該芯を原点とする第２平面直交座標系を上記第１平面直交座標系に重ね合わせ、該芯から上記偏芯量を隔てた偏芯位置座標を該第２平面直交座標系において求める第２平面直交座標系処理と、
   上記第２平面直交座標系上で、原点を占める上記掘削孔の上記芯の座標に対する上記偏芯位置座標から、上記オペレータ位置を基準として上記削孔用回転ロッドの前後方向及び左右方向の傾き角度を求める角度算出処理と、
   上記モニターに、上記前後方向及び左右方向の傾き角度それぞれを表示する表示処理とが実行されることを特徴とする請求項１〜５いずれかの項に記載の掘削孔の精度管理方法。

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