JP2021046663A - トンネル切羽状態表示システム、トンネル切羽状態表示方法、及び移動計測体 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)従来に比して高い精度でトンネル切羽の状態を評価することができる。その結果、最適な支保パターンや補助工法を選択することができ、施工品質が確保され、しかも工費を低減し工期を短縮することができる。
(2)観察者のいわば主観に基づくことなく、客観的にトンネル切羽の状態を評価することができるため、観察労力を抑えることができるうえ、評価に対するトレーサビリティを確保することができる。
(3)また、観察者の経験や知識に依存しないため、優れた観察者を確保する困難さを回避することができる。
(4)従来の切羽観察と大差ない作業労力や作業時間で、上記効果を得ることができる。
図1は、トンネル切羽の状態を本願発明の移動計測体200によって観測している状況を模式的に示すモデル図である。図2に示すようにこの移動計測体200は、移動体210と画像取得手段220、スペクトルカメラ230、温度分布センサ240、反射体250、照明機器260を含んで構成することができる。
本願発明のトンネル切羽状態表示システムの例を、図に基づいて説明する。なお、本願発明のトンネル切羽状態表示方法は、本願発明のトンネル切羽状態表示システムを用いた方法であり、したがってまずはトンネル切羽状態表示システムについて説明し、その後にトンネル切羽状態表示方法について説明することとする。
図4は、トンネル切羽状態表示システム100を構成する空間演算手段113の主な処理の流れを示すフロー図である。なおこのフロー図では、中央の列に実施する行為を示し、左列にはその行為に必要なものを、右列にはその行為から生ずるものを示している。既述したとおりトンネル切羽手前で停止した移動計測体200は、図1に示すようにトンネル内に設置されている測量機器TSによって視準され、それぞれ反射体250の座標が取得される。そして反射体250の座標から、移動計測体200の坑内位置と姿勢が算出される(図4のStep11)。このとき、3以上の反射体250が同一直線上とならないように配置されていることから、これら反射体250の座標から3次元平面が決定され、この3次元平面に基づいて移動計測体200(つまり移動体210)の姿勢(ピッチ、ロール、ヨー)を算出することができるわけである。また、反射体250の移動体210との相対的な位置(つまり移動体210のうちどこに反射体250を設置されているか)はあらかじめ把握されていることから、移動計測体200(つまり移動体210)全体の坑内位置が決定され、すなわちトンネル内における移動計測体200の平面位置を特定することができる。
図5は、切羽3Dモデルの作成から亀裂分布図を表示するまでの一連の処理の流れを示すフロー図である。なおこのフロー図も、図4と同様、中央の列に実施する行為を示し、左列にはその行為に必要なものを、右列にはその行為から生ずるものを示している。画像取得手段220によって2以上のトンネル切羽画像(ステレオペア画像)が取得され、空間演算手段113によって画像取得手段220の坑内位置と姿勢が算出されると、3Dモデル作成手段114が切羽3Dモデルを作成する(図5のStep21)。より詳しくは、従来用いられているステレオ写真技術によってトンネル切羽上にある複数点の3次元座標を求めるとともに、これら点群座標から切羽3Dモデルを作成する。切羽3Dモデルは、トンネル切羽を複数に分割したいわゆるメッシュ(以下、「小領域」という。)にそれぞれ3次元座標が付与されたものであり、例えばランダムデータ(点群座標)で形成される不整三角網によって高さを求めるTIN(Triangulated Irregular Network)による手法、最も近いレーザー計測点4を採用する最近隣法(Nearest Neighbor)による手法のほか、逆距離加重法(IWD)、Kriging法、平均法など種々の手法を採用することができる。なお切羽3Dモデルは、トンネル切羽と略平行(平行含む)な鉛直面(以下、「切羽基準面」という。)を構成する2軸(例えば、X軸とY軸)と、この切羽基準面に対して垂直な軸(例えば、Z軸)からなる3次元座標軸で設定するとよい。
図7は、岩盤強度評価点と岩盤風化評価点、湧水状態評価点を設定し、さらに総合評価点を設定するまでの一連の処理の流れを示すフロー図である。なおこのフロー図も、図4や図5と同様、中央の列に実施する行為を示し、左列にはその行為に必要なものを、右列にはその行為から生ずるものを示している。この図に示すように発破削孔時データが得られると、岩盤強度分布図作成手段106が岩盤強度分布図を作成する(図7のStep31)。発破削孔時データには削孔位置が含まれていることから、削孔位置ごとに岩盤強度を示すことによって岩盤強度分布図を作成することができる。なお削孔位置ごとの岩盤強度は、削孔速度に基づいて、あるいは削孔速度とロッドのフィード圧や打撃圧、回転圧などに基づいて設定することができる。岩盤強度分布図を作成すると、岩盤強度評価点設定手段107が岩盤強度評価点を設定する(図7のStep32)。具体的には、あらかじめ岩盤強度を複数のレンジで分割設定するとともにそれぞれのレンジに対して得点を付与しておき、得られた岩盤強度に基づいて小領域ごとに岩盤強度のレンジを設定してその得点を与える。そしてすべての削孔位置(あるいは一部の削孔位置)における得点に基づいて統計値(平均値や、中央値、最頻値など)を算出し、これをトンネル切羽の岩盤強度評価点として設定する。
続いて、本願発明のトンネル切羽状態表示方法について図8を参照しながら説明する。なお、本願発明のトンネル切羽状態表示方法は、ここまで説明したトンネル切羽状態表示システム100を用いた方法であり、したがってトンネル切羽状態表示システム100で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明のトンネル切羽状態表示方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「2.トンネル切羽状態表示システム」で説明したものと同様である。
101 (トンネル切羽状態表示システムの)面傾斜度算出手段
102 (トンネル切羽状態表示システムの)法線画像作成手段
103 (トンネル切羽状態表示システムの)亀裂間隔算出手段
104 (トンネル切羽状態表示システムの)亀裂評価点設定手段
105 (トンネル切羽状態表示システムの)亀裂分布図作成手段
106 (トンネル切羽状態表示システムの)岩盤強度分布図作成手段
107 (トンネル切羽状態表示システムの)岩盤強度評価点設定手段
108 (トンネル切羽状態表示システムの)岩盤風化区分図作成手段
109 (トンネル切羽状態表示システムの)岩盤風化度評価点設定手段
110 (トンネル切羽状態表示システムの)湧水分布図作成手段
111 (トンネル切羽状態表示システムの)湧水状態評価点設定手段
112 (トンネル切羽状態表示システムの)総合評価点設定手段
113 (トンネル切羽状態表示システムの)空間演算手段
114 (トンネル切羽状態表示システムの)3Dモデル作成手段
115 (トンネル切羽状態表示システムの)表示手段
200 (トンネル切羽状態表示システムの)移動計測体
210 (移動計測体の)移動体
220 (移動計測体の)画像取得手段
230 (移動計測体の)スペクトルカメラ
240 (移動計測体の)温度分布センサ
250 (移動計測体の)反射体
260 (移動計測体の)照明機器
TS (トンネル切羽状態表示システムの)測量機器
Claims (8)
- トンネル切羽の状態を表示するシステムにおいて、
トンネル切羽を分割した小領域によって構成されるトンネル切羽の3次元モデルに基づいて、該小領域ごとに3次元空間における面傾斜角度を算出する面傾斜度算出手段と、
前記面傾斜角度に基づいて前記小領域ごとに色情報を設定することで、トンネル切羽の法線画像を作成する法線画像作成手段と、を備え、
前記法線画像作成手段は、前記面傾斜角度の傾斜角度と傾斜方位に応じた前記色情報を設定する、
ことを特徴とするトンネル切羽状態表示システム。 - 前記法線画像をフィルター処理することによって、亀裂を抽出するとともに亀裂の間隔を求める亀裂間隔算出手段と、
前記亀裂間隔算出手段によって求められた亀裂間隔と、あらかじめ設定された亀裂間隔閾値と、を照らし合わせることによってトンネル切羽の亀裂評価点を設定する亀裂評価点設定手段と、をさらに備えた、
ことを特徴とする請求項1記載のトンネル切羽状態表示システム。 - 発破削孔時の情報に基づいて、トンネル切羽の岩盤強度を推定するとともに座標が付与されたトンネル切羽の岩盤強度分布図を作成する岩盤強度分布図作成手段と、
前記亀裂間隔算出手段によって抽出された亀裂に基づいて、座標が付与されたトンネル切羽の亀裂分布図を作成する亀裂分布図作成手段と、
スペクトルカメラによって取得されたトンネル切羽のスペクトルデータと、あらかじめ用意された風化の程度ごとのスペクトルデータと、を照らし合わせることによってトンネル切羽の岩盤風化分布を評価するとともに、該スペクトルカメラの位置及び姿勢に基づいて、座標が付与されたトンネル切羽の岩盤風化区分図を作成する岩盤風化区分図作成手段と、
トンネル切羽の温度分布を取得することができる温度分布センサによって取得されたトンネル切羽の温度分布と、該温度分布センサの位置及び姿勢に基づいて、座標が付与されたトンネル切羽の湧水分布図を作成する湧水分布図作成手段と、をさらに備えた、
ことを特徴とする請求項2記載のトンネル切羽状態表示システム。 - 前記岩盤強度分布図に基づいて、トンネル切羽の岩盤強度評価点を設定する岩盤強度評価点設定手段と、
前記岩盤風化区分図に基づいて、トンネル切羽の岩盤風化評価点を設定する岩盤風化度評価点設定手段と、
前記湧水分布図に基づいて、トンネル切羽の湧水状態評価点を設定する湧水状態評価点設定手段と、
前記亀裂評価点、前記岩盤強度評価点、前記岩盤風化評価点、及び前記湧水状態評価点を含む要素に基づいて、トンネル切羽の総合評価点を設定する総合評価点設定手段と、をさらに備えた、
ことを特徴とする請求項3記載のトンネル切羽状態表示システム。 - トンネル切羽の状態を表示する方法において、
2以上の画像取得手段によって、トンネル切羽の画像を取得する観測工程と、
トンネル切羽状態表示システムによって、トンネル切羽の法線画像を作成する画像作成工程と、を備え、
前記トンネル切羽状態表示システムは、
前記画像取得工程で取得したトンネル切羽の画像に基づいて、トンネル切羽を分割した小領域によって構成されるトンネル切羽の3次元モデルを作成する切羽モデル作成手段と、
前記面傾斜角度に基づいて前記小領域ごとに色情報を設定することで、トンネル切羽の法線画像を作成する法線画像作成手段と、を備え、
前記法線画像作成手段は、前記面傾斜角度の傾斜角度と傾斜方位に応じた前記色情報を設定する、
ことを特徴とするトンネル切羽状態表示方法。 - 2以上の前記画像取得手段と、スペクトルカメラと、トンネル切羽の温度分布を取得することができる温度分布センサと、を搭載した移動計測体を用い、
ズリ出し後に、前記移動計測体でトンネル切羽近傍まで移動し、該移動計測体のうちいずれか3点の座標を計測する座標取得工程を、さらに備え、
前記観測工程では、前記スペクトルカメラによってトンネル切羽のスペクトルデータを取得するとともに、前記温度分布センサによってトンネル切羽の温度分布を取得し、
前記画像作成工程では、前記トンネル切羽状態表示システムによって、トンネル切羽の亀裂分布図、岩盤風化区分図、及び湧水分布図を作成し、
前記トンネル切羽状態表示システムは、
前記座標取得工程で取得された座標に基づいて、前記移動計測体の位置及び姿勢を算出するとともに、前記画像取得手段の位置及び姿勢、前記スペクトルカメラの位置及び姿勢、並びに前記温度分布センサの位置及び姿勢を算出する空間演算手段と、
前記法線画像をフィルター処理することによって亀裂を抽出するとともに、座標が付与された前記亀裂分布図を作成する亀裂分布図作成手段と、
前記スペクトルカメラによって取得されたトンネル切羽のスペクトルデータと、あらかじめ用意された風化の程度ごとのスペクトルデータと、を照らし合わせることによってトンネル切羽の岩盤風化分布を評価するとともに、該スペクトルカメラの位置及び姿勢に基づいて、座標が付与された前記岩盤風化区分図を作成する岩盤風化区分図作成手段と、
前記温度分布センサによって取得されたトンネル切羽の温度分布と、該温度分布センサの位置及び姿勢と、に基づいて座標が付与された前記湧水分布図を作成する湧水分布図作成手段と、をさらに有する、
ことを特徴とする請求項5記載のトンネル切羽状態表示方法。 - 前記観測工程では、トンネル切羽付近に設置された常設の照明を消灯するとともに、前記移動計測体に搭載された照明機器でトンネル切羽に投光した状態で、前記画像取得手段によってトンネル切羽の画像を取得し、前記スペクトルカメラによってトンネル切羽のスペクトルデータを取得し、前記温度分布センサによってトンネル切羽の温度分布を取得する、
ことを特徴とする請求項6記載のトンネル切羽状態表示方法。 - トンネル内を移動することができる移動体と、
2以上の画像取得手段と、
スペクトルカメラと、
温度分布センサと、
3以上の反射体と、を備え、
2以上の前記画像取得手段、前記スペクトルカメラ、前記温度分布センサ、及び3以上の前記反射体が、前記移動体に搭載され、
前記移動体がトンネル切羽前で停止した状態で、前記画像取得手段によってトンネル切羽の画像を取得することができるとともに、前記スペクトルカメラによってトンネル切羽のスペクトルデータを取得することができ、前記温度分布センサによってトンネル切羽の温度分布を取得することができ、測量機器で前記反射体を視準することによって該移動体の位置及び姿勢を取得することができる、
ことを特徴とする移動計測体。
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