JP2018159217A - トンネル掘削管理処理方法及びトンネル掘削管理処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[全体構成と配置]
図1は、本発明の実施の形態1であるトンネル掘削管理処理装置1の構成を示す図である。また、図2は、図1に示したトンネル掘削管理処理装置1を構成する位置計測・照射装置10の詳細構成を示す図である。本実施の形態1では、掘削中の山岳トンネル内にトンネル掘削管理処理装置1を配置する例を挙げて説明する。
ここで、図6に示したフローチャートを参照して、本発明の実施の形態1であるトンネル掘削管理処理手順について説明する。図6に示すように、まず、位置計測・照射装置10をトンネルT内に設置する(ステップS101)。この設置は、たとえば、水準器などを取り付けておき、η軸、ξ軸が水平方向となるようにすることが好ましい。この設置によって、x、y、zのトンネルT内の直交座標系に対して、ξ軸、η軸がそれぞれ、x軸、y軸に対して所定角θ分、ずれたξ、η、ζの直交座標系となる。ζ軸は、z軸と一致したものとなる。
ここで、図9及び図10を参照して、ステップS106による照射画像の生成について説明する。なお、図9及び図10では、3Dスキャナ11の中心位置Oは、プロジェクタ12の投影点とみなして説明する。プロジェクタ12の投影点と、3Dスキャナ11の中心位置Oとは既知であるため、x、y、zの直交座標系上のプロジェクタ12の投影点は容易に求められる。また、説明の便宜上、計測座標系を用いている。
ηn,g=ηn・l/ξexc (101)
ζn,g=ζn・l/ξexc (102)
ηexc,n=ξexc・ηn,g/l (103)
ζexc,n=ξexc・ζn,g/l (104)
ηn,g=ηn・l/ξn (105)
ζn,g=ζn・l/ξn (106)
ここで、図11を参照して、ステップS103による座標変換処理について説明する。まず、3Dスキャナ11による3次元位置の計測結果をηζ平面に投影し、η軸方向、ζ軸方向の最大値ηmax、最小値ηmin、最大値ζmax、最小値ζminを求める。そして、最大値ηmax、最小値ηmin、最大値ζmax、最小値ζminをもとに長方形の面積Aηζを求める。同じ処理をζ軸周りに所定回転角θごとに回転させて、面積Aηζが最小となる時、回転角θζを求める。そして、回転角θζを用いてζ軸回りに3次元位置の計測結果を回転させる。これによって、y、z軸とη、ζ軸との方向が一致する。
図12〜図15を参照して、ステップS104におけるトンネル内座標における3Dスキャナ11の位置特定処理について説明する。まず、3Dスキャナ11の位置計測結果を用いて円の最小二乗法により、3Dスキャナ11のセンサーの中心位置Oの座標が、トンネルTの横断面(yz平面)上でどの位置に存在するかを算出する(ステップS201)。位置計測結果はトンネルの軸と3Dスキャナ11のセンサーの軸の傾きを求める際に使用した位置計測結果を使用する。山岳トンネルの支保は一部の曲率が一定であるため、その部分の位置計測結果を円の最小二乗法に使用する。本自己位置推定例では、図13に示すように、上半支保工と下半支保工の片側の曲率が一定である支保パターンの山岳トンネルを仮定する。例えば上半支保工の位置計測結果を用いて、アーチの中心座標とアーチの半径を求める場合、3Dスキャナの位置計測結果からアーチの中心座標が求まると、その中心座標と3Dスキャナのセンサーの中心座標との相対関係が求まる。
上述した実施の形態1では、1つのトンネル掘削管理処理装置1を用いていたが、本実施の形態2では、複数、具体的には、トンネル掘削管理処理装置1に対応した2つのトンネル掘削管理処理装置1A、1Bを用いている。
10 位置計測・照射装置
11 3Dスキャナ
12 プロジェクタ
13a 開口部
13b ねじ穴
13 保護容器
14 三脚
15 演算装置
30 吹付けコンクリート
31 プリズム
32 マーカー
40 フレキシブル取付具
41 フレキシブルアーム
42 クランプ
43 磁石
50 鋼製支保工
A1 全周方向
A2 照射方向
DE 掘削領域
E 掘削計画面
O 中心位置
P 照射画像
r,R 半径
T トンネル
Claims (6)
- 掘削中のトンネル内に配置された3Dスキャナが掘削対象の掘削面の3次元位置を計測し、この計測結果をもとにプロジェクタが掘削の必要がある掘削領域を提示する照射画像を前記掘削面に照射するトンネル掘削管理処理方法であって、
前記3Dスキャナが前記プロジェクタに固定され、前記プロジェクタの投影点から、前記掘削対象の掘削計画面に対して所定模様を提示する照射画像を生成し、前記プロジェクタから前記所定模様を提示する照射画像を前記掘削面に照射することを特徴とするトンネル掘削管理処理方法。 - 前記掘削面の3次元位置と前記掘削計画面の3次元位置とをもとに掘削面における掘削領域を判定し、少なくとも前記掘削面内の前記掘削領域を色表示した画像を生成し、該画像と前記所定模様を提示する照射画像とを合成した照射画像を前記掘削面に照射することを特徴とする請求項1に記載のトンネル掘削管理処理方法。
- 前記3Dスキャナ及び前記プロジェクタの対は、前記トンネル内で、高さ方向及び幅方向の位置が異なる位置に複数配置され、
各3Dスキャナ及びプロジェクタの対は、それぞれ前記照射画像を生成して前記掘削面に照射することを特徴とする請求項1または2に記載のトンネル掘削管理処理方法。 - 掘削中のトンネル内に配置された3Dスキャナが掘削対象の掘削面の3次元位置を計測し、この計測結果をもとにプロジェクタが掘削の必要がある掘削領域を提示する照射画像を前記掘削面に照射するトンネル掘削管理処理装置であって、
前記3Dスキャナが前記プロジェクタに固定された位置計測・照射装置と、
前記プロジェクタの投影点から、前記掘削対象の掘削計画面に対して所定模様を提示する照射画像を生成する演算装置と、
を備え、
前記プロジェクタは、前記所定模様を提示する照射画像を前記掘削面に照射することを特徴とするトンネル掘削管理処理装置。 - 前記演算装置は、前記掘削面の3次元位置と前記掘削計画面の3次元位置とをもとに掘削面における掘削領域を判定し、少なくとも前記掘削面内の前記掘削領域を色表示した画像を生成し、さらに該画像と前記所定模様を提示する照射画像とを合成した照射画像を生成し、
前記プロジェクタは、合成した照射画像を前記掘削面に照射することを特徴とする請求項4に記載のトンネル掘削管理処理装置。 - 前記位置計測・照射装置は、前記トンネル内で、高さ方向及び幅方向の位置が異なる位置に複数配置され、
前記演算装置は、それぞれ前記照射画像を生成し、
各プロジェクタは、各照射画像を前記掘削面に照射することを特徴とする請求項4または5に記載のトンネル掘削管理処理装置。
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