JP2021004447A - 柱状構造物鉛直度計測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
鋼管杭を含む柱状構造物を地盤に打設して建て込むときの又は建て込み後の前記柱状構造物の鉛直度を計測する柱状構造物鉛直度計測方法であって、
1台の3次元レーザスキャナー及びを3次元点群データ解析用のソフトウェアを含む各種データ処理を行うソフトウェアをインストールし、前記柱状構造物の直径、軸方向の長さ、前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標を含む各種情報を記録したパソコンを用い、
前記3次元レーザスキャナーを前記柱状構造物から所定の距離離れた位置に前記柱状構造物に向けて設置するとともに、前記3次元レーザスキャナーに前記パソコンを有線又は無線で接続し、
前記3次元レーザスキャナーで前記柱状構造物の表面にレーザ光を一定時間毎に継続的に照射して前記地盤上の前記柱状構造物の3次元点群データを一定時間毎に継続的に採取し、前記柱状構造物の前記3次元点群データを前記パソコンに記録して、
前記パソコンで前記柱状構造物の前記3次元点群データを解析し、前記柱状構造物の前記3次元点群データが持つ3次元座標をもとに3次元モデルデータを作成して前記柱状構造物の立体形状及びその上部及び下部を推定するとともに、当該上部、下部間を複数に分割して前記柱状構造物の立体形状を複数の水平断面形状で表して前記各水平断面形状が持つ3次元座標情報をもとに前記各水平断面形状の中心を求め、前記各水平断面形状の中心を結ぶ直線を前記柱状構造物の中心軸と推定して前記柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角及び傾斜方向を算出し、前記柱状構造物の鉛直度を計測する、
ことを要旨とする。
この柱状構造物鉛直度計測方法では、また、柱状構造物の中心軸と地盤の地表面との交差地点の座標を求め、前記交差地点の座標と前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標との離隔を前記柱状構造物の中心軸のずれとして算出する。
さらに、柱状構造物の3次元点群データの持つ3次元座標をもとに推定する前記柱状構造物の高さと前記柱状構造物の軸方向の長さから、地盤中に圧入された前記柱状構造物の先端の座標を推定し、前記柱状構造物の先端の座標から前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標からのずれを算出する。
またさらに、柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角、傾斜方向、前記柱状構造物の中心軸のずれ、前記柱状構造物の先端位置を計測時刻に関連付けることにより、前記柱状構造物の建て込み進捗状況をパソコンのディスプレイに視覚的に表示する。
そして、パソコンと柱状構造物の打設オペレータ用のモバイル端末を無線で接続し、前記パソコンのディスプレイに表示される柱状構造物の建て込み進捗状況を前記モバイル端末に表示して柱状構造物の打設オペレータに通知する。
計測機器としては、1台の3次元レーザスキャナー1、パソコン2を使用し、さらに計測結果通知用にモバイル端末3を併せて用いる。
3次元レーザスキャナー1は、高速で回転するレーザー照射部から発するレーザ光を計測対象物の表面に照射して、計測対象物の3次元座標(X,Y,Z)を計測し、計測対象物を自動認識するもので、この場合、3次元レーザスキャナー1に、RIEGL VZ−400i(オンライン波形分析式)を使用し、水平360度、垂直100度の測定範囲、500,000点/秒のスキャンレートで、計測対象物として鋼管杭を含む柱状構造物の表面の3次元座標を表す3次元点群データを採取し、この3次元点群データをもとに柱状構造物を3次元モデル化する。
パソコン2は、標準タイプのPC又はノートブックPCで、パソコン2には、3次元点群データ解析用のソフトウェアを含む各種のデータ処理を行うソフトウェアをインストールし、柱状構造物の直径、軸方向の長さ、地盤の地表面における柱状構造物の設計上の軸心座標を含む各種情報を併せて記録しておく。この場合、ソフトウェアにRiSCANPRO(Ver2.6)、及び鉛直管理システムを用いる。RiSCANPRO(Ver2.6)はRIEGL VZ−400iと合わせて使用するソフトウェアで、データの取得、可視化及び処理を実行する。鉛直管理システムは約1分毎に鋼管杭を含む柱状構造体の3次元点群データの測定を行い、この3次元点群データを解析し、柱状構造物の傾きをモバイル端末に通知するもので、この処理に要すると想定される処理時間は、3次元点群データの測定に約15秒(但し、測定範囲の広さにより変動あり)、3次元点群データの解析に約5−10秒、柱状構造物の傾きの表示に約1秒(但し、無線LANの性能により変動あり)である。
モバイル端末3には標準タイプのタブレットなどを用いる。
3次元レーザスキャナー1を柱状構造物から所定の距離離れた位置に柱状構造物に向けて設置するとともに、3次元レーザスキャナー1にパソコン2を有線又は無線で接続する。有線の場合は、3次元レーザスキャナー1とパソコン2とを通信ケーブル(有線LAN)で接続し、無線の場合は、3次元レーザスキャナー1とパソコン2とを無線LANや電話回線などのネットワークを介して接続する。なお、3次元レーザスキャナー1には電源ケーブルを併せて接続し、発電機などに接続する。
3次元レーザスキャナー1で柱状構造物の表面にレーザ光を一定時間毎に継続的に照射して地盤上の柱状構造物の3次元点群データを一定時間毎に継続的に採取し、柱状構造物の3次元点群データをパソコン2に記録する。この場合、1台の3次元レーザスキャナー1で柱状構造物の外周面のうちレーザ光を照射可能な範囲の略半周面にレーザ光を照射して、柱状構造物の外周面の半面の3次元点群データをパソコン2に記録する。
パソコン2(の解析用のソフトウェア)で柱状構造物の3次元点群データを解析し、柱状構造物の3次元点群データが持つ3次元座標と柱状構造物の直径などの各種情報とをもとに3次元モデルデータを作成して柱状構造物の立体形状及びその上部及び下部を推定する。つまり、図2(1)に示すように、3次元レーザスキャナー1で採取した柱状構造物の外周面略半面の3次元点群データを高さ毎の断面データとして抽出し、柱状構造物の断面形状を推定する。この断面形状の推定には最小二乗法を用いる。続いて、柱状構造物の立体形状の上部、下部間を複数に分割して、ここでは10分割にして、柱状構造物の立体形状を複数の、ここでは11の水平断面形状で表して各水平断面形状が持つ3次元座標情報をもとに各水平断面形状の中心を求め、各水平断面形状の中心を結ぶ直線を柱状構造物の中心軸と推定する。この場合、図2(2)、(3)に示すように、推定された有意な断面形状から柱状構造物の上部と下部を認識して、この上下部間を複数に分割して、この場合は、10分割に輪切りにした柱状構造物の11の断面形状を推定する。この断面形状の推定には最小二乗法を用いる。なお、ここで、レーザ光の照射が例えば障害物により遮られるなどの原因で、図3に示すように、柱状構造物の本来の上部の断面形状が想定できない場合は、上部側の有意な断面形状を本来の最上部の断面形状と想定する。次いで、図2(4)に示すように、この推定された複数に分割された各水平断面形状の中心位置を結ぶ直線を推定し、この直線を柱状構造物の中心軸とする。この水平断面形状の中心を結ぶ直線の推定には最小二乗法を用いる。そして、柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角(傾斜率)及び傾斜方向(方向角)を算出し、柱状構造物の鉛直度を計測する。
この柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角、傾斜方向は計測時刻に関連付けておく。
本方法では、柱状構造物の鉛直度の計測とともに、柱状構造物の中心軸のずれも算出できるため、柱状構造物の中心軸のずれ算出工程を併せて行う。この工程は次のA工程及び/又はB工程で実施する。
A工程では、図2(4)に示すように、柱状構造物の中心軸と地盤の地表面との交差地点の座標を求め、この交差地点の座標と地盤の地表面における柱状構造物の設計上の軸心座標との離隔を柱状構造物の中心軸のずれとして算出する。
B工程では、図2(4)を参照すると、柱状構造物の3次元点群データの持つ3次元座標をもとに推定する柱状構造物の高さと柱状構造物の軸方向の長さなどの各種の情報から、地盤中に圧入された地下における柱状構造物の先端の圧入位置の座標を推定し、この先端の座標により地盤の地表面における柱状構造物の設計上の軸心座標からのずれを算出する。
これら柱状構造物の中心軸のずれ、柱状構造物先端の圧入位置は計測時刻に関連付けておく。
これまでの各工程で算出した柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角、傾斜方向、柱状構造物の中心軸のずれ、柱状構造物の先端位置は計測時刻に関連付けているので、この柱状構造物の建て込み進捗状況を経時的にパソコン2のディスプレイに視覚的に表示する。図4にその表示例を示す。図4(a)は初期状態を示し、図4(b)は柱状構造物の圧入が例えば7.5mの深さまで進んだ後、時系列を深さ5.2mまで遡って見た状態を示す。図4(b)では、柱状構造物の先端が(2)の方向に2/1000〜5/1000の間で傾斜していることが分かる。
そして、パソコン2と柱状構造物の打設オペレータ用のモバイル端末3を予め無線で接続し、パソコン2のディスプレイに表示される柱状構造物の建て込み進捗状況をモバイル端末3に同時に表示して柱状構造物の打設オペレータに通知する。
2 パソコン
3 モバイル端末(タブレット)
Claims (5)
- 鋼管杭を含む柱状構造物を地盤に打設して建て込むときの又は建て込み後の前記柱状構造物の鉛直度を計測する柱状構造物鉛直度計測方法であって、
1台の3次元レーザスキャナー及びを3次元点群データ解析用のソフトウェアを含む各種データ処理を行うソフトウェアをインストールし、前記柱状構造物の直径、軸方向の長さ、前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標を含む各種情報を記録したパソコンを用い、
前記3次元レーザスキャナーを前記柱状構造物から所定の距離離れた位置に前記柱状構造物に向けて設置するとともに、前記3次元レーザスキャナーに前記パソコンを有線又は無線で接続し、
前記3次元レーザスキャナーで前記柱状構造物の表面にレーザ光を一定時間毎に継続的に照射して前記地盤上の前記柱状構造物の3次元点群データを一定時間毎に継続的に採取し、前記柱状構造物の前記3次元点群データを前記パソコンに記録して、
前記パソコンで前記柱状構造物の前記3次元点群データを解析し、前記柱状構造物の前記3次元点群データが持つ3次元座標をもとに3次元モデルデータを作成して前記柱状構造物の立体形状及びその上部及び下部を推定するとともに、当該上部、下部間を複数に分割して前記柱状構造物の立体形状を複数の水平断面形状で表して前記各水平断面形状が持つ3次元座標情報をもとに前記各水平断面形状の中心を求め、前記各水平断面形状の中心を結ぶ直線を前記柱状構造物の中心軸と推定して前記柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角及び傾斜方向を算出し、前記柱状構造物の鉛直度を計測する、
ことを特徴とする柱状構造物鉛直度計測方法。 - 柱状構造物の中心軸と地盤の地表面との交差地点の座標を求め、前記交差地点の座標と前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標との離隔を前記柱状構造物の中心軸のずれとして算出する請求項1に記載の柱状構造物鉛直度計測方法。
- 柱状構造物の3次元点群データの持つ3次元座標をもとに推定する前記柱状構造物の高さと前記柱状構造物の軸方向の長さから、地盤中に圧入された前記柱状構造物の先端の座標を推定し、前記柱状構造物の先端の座標から前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標からのずれを算出する請求項2に記載の柱状構造物鉛直度計測方法。
- 柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角、傾斜方向、前記柱状構造物の中心軸のずれ、前記柱状構造物の先端位置とを計測時刻に関連付けることにより、前記柱状構造物の建て込み進捗状況をパソコンのディスプレイに視覚的に表示する請求項3に記載の柱状構造物鉛直度計測方法。
- パソコンと柱状構造物の打設オペレータ用のモバイル端末を無線で接続し、前記パソコンのディスプレイに表示される柱状構造物の建て込み進捗状況を前記モバイル端末に表示して柱状構造物の打設オペレータに通知する請求項4に記載の柱状構造物鉛直度計測方法。
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