JP2883236B2 - Three-dimensional shape measurement device for structures around railway tracks - Google Patents

Three-dimensional shape measurement device for structures around railway tracks

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JP2883236B2
JP2883236B2 JP33210191A JP33210191A JP2883236B2 JP 2883236 B2 JP2883236 B2 JP 2883236B2 JP 33210191 A JP33210191 A JP 33210191A JP 33210191 A JP33210191 A JP 33210191A JP 2883236 B2 JP2883236 B2 JP 2883236B2
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善郎 西元
有一郎 後藤
証 山口
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陽三 福本
▲廣▼幸 内藤
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、鉄道におけるトンネ
ル、橋梁などの線路周辺構造物の軌道に沿う側の三次元
形状の計測を短時間で且つ精度良く行えるようにした、
線路周辺構造物の三次元形状計測装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a method for measuring a three-dimensional shape of a railway peripheral structure such as a tunnel or a bridge along a track of a railway in a short time and with high accuracy.
The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device for a structure around a track.

【0002】[0002]

【従来の技術】鉄道における保守点検作業のひとつとし
て、トンネル、橋梁などの線路周辺構造物の経年変化を
調べてそのメンテナンス時期を正確に把握するため、ま
た、線路周辺構造物についての建築限界に対する検査を
行うために、これらの線路周辺構造物の軌道に沿う側の
三次元形状を計測することが行われている。
2. Description of the Related Art As one of maintenance and inspection work in railways, it is necessary to investigate the secular change of a track surrounding structure such as a tunnel or a bridge to accurately grasp the maintenance time, and to evaluate the construction limit of the track surrounding structure. In order to perform the inspection, the three-dimensional shape of the track surrounding structure along the trajectory is measured.

【0003】例えばトンネル壁面の形状計測もそのひと
つであって、この場合に一般に用いられる装置の一例と
しては、従来、特開昭61−275616号公報に示されている
ようなものがある。図8はこの従来技術に係るトンネル
断面測定装置の概念図、図9はその測定機本体の外観斜
視図である。
[0003] For example, the measurement of the shape of the tunnel wall is one of them, and as an example of an apparatus generally used in this case, there is a conventional apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-275616. FIG. 8 is a conceptual view of a tunnel section measuring apparatus according to the related art, and FIG. 9 is an external perspective view of the measuring machine main body.

【0004】図8に示すように、このトンネル断面測定
装置は、被測定トンネル101 の壁面に測距光線aをスポ
ット状に投射する光源手段102 と、その反射光を収束す
るように光源手段102 から所定距離D1隔てて配置した受
光レンズ103 と、この受光レンズ103 で収束される反射
光を受光するように、受光レンズ103 から所定距離D2
てて配置した位置検出用光電変換手段104 を備えてい
る。さらに、光源手段102 、受光レンズ103 および光電
変換手段104 を、距離D1の方向と平行な軸線を中心とし
て一体に回動させる回動手段105 を設けるとともに、こ
の回動手段105 による測距光線aの投射角を検出する角
度検出手段106 を設け、距離D1及びD2と、光電変換手段
104 および角度検出手段106 のそれぞれの出力とに基づ
いて被測定トンネルの断面を演算手段107により演算す
る構成となっている。
As shown in FIG. 8, this tunnel section measuring apparatus includes a light source means 102 for projecting a distance measuring ray a in a spot shape on a wall surface of a tunnel 101 to be measured, and a light source means 102 for converging the reflected light. and a predetermined distance D 1 apart and arranged light receiving lens 103, so as to receive the reflected light converged by the light-receiving lens 103, a predetermined distance D 2 separating the positional detecting photoelectric conversion unit 104 arranged from the light receiving lens 103 Have. Further, the light source unit 102, a light receiving lens 103 and a photoelectric conversion unit 104, provided with a rotating means 105 for rotating together about an axis parallel to the direction of the distance D 1, the distance measuring light by the turning means 105 a detecting means 106 for detecting the projection angle of the distance a, the distances D 1 and D 2 ,
The configuration is such that the cross section of the tunnel to be measured is calculated by the calculating means 107 based on the outputs of the 104 and the angle detecting means 106.

【0005】このように構成されるトンネル断面測定装
置では、受光レンズ103 により光電変換手段104 上に収
束される被測定トンネル101 の壁面でのスポット光の位
置は、トンネル壁面と回動手段105 における回転中心軸
線bとの距離Lに応じて変化する。光電変換手段104 上
におけるスポット光の受光位置の基準位置からの距離を
xとすると、距離Lは、L=(1/x)・D1・D2により
与えられる。そこで、角度検出手段106 から得られる測
距光線aの投射角に応じて光電変換手段104 からの位置
情報に基づいて距離Lを演算手段107 により求めること
によって、被測定トンネル101 の断面を計測するように
している。
[0005] In the tunnel section measuring apparatus thus constructed, the position of the spot light on the wall surface of the tunnel 101 to be measured converged on the photoelectric conversion means 104 by the light receiving lens 103 is determined by the position of the tunnel wall surface and the rotation means 105. It changes according to the distance L from the rotation center axis b. Assuming that the distance between the light receiving position of the spot light on the photoelectric conversion means 104 and the reference position is x, the distance L is given by L = (1 / x) · D 1 · D 2 . Then, the section L of the tunnel 101 to be measured is measured by calculating the distance L by the calculating means 107 based on the position information from the photoelectric conversion means 104 according to the projection angle of the distance measuring light beam a obtained from the angle detecting means 106. Like that.

【0006】より具体的には、上記トンネル断面測定装
置の測定機本体は、図9に示すように、三脚201 に設け
られた回転制御ユニット202 を備えており、この回転制
御ユニット202 によって基線ロッド203 がその基線(軸
線)を中心として回転され、その回転角度が回転制御ユ
ニット202 内の傾斜計により検出されるようになってい
る。基線ロッド203 には、これと一体に回転するよう
に、光源および投光レンズを備えた光源ユニット204 が
設けられるとともに、この光源ユニット204 の両側にそ
れぞれ所定距離を隔てて受光レンズおよび光電変換素子
を備えたセンサユニット205a,205bが設けられている。
More specifically, as shown in FIG. 9, the measuring machine main body of the above-described tunnel section measuring apparatus includes a rotation control unit 202 provided on a tripod 201, and the rotation control unit 202 controls the base rod. 203 is rotated about its base line (axis), and its rotation angle is detected by an inclinometer in the rotation control unit 202. The base rod 203 is provided with a light source unit 204 provided with a light source and a light projecting lens so as to rotate integrally with the base rod 203, and a light receiving lens and a photoelectric conversion element are provided on both sides of the light source unit 204 at a predetermined distance from each other. Are provided.

【0007】これにより、所要位置に測定機本体を位置
決めし、基線ロッド203 をその基線を中心に回転制御ユ
ニット202 により回転させながら、光源ユニット204 か
らトンネルの壁面にスポット光を投射し、その反射光を
センサユニット205a,205bで受光して、各回転角度にお
ける基線ロッド203 の基線からトンネル壁面までの距離
Lを測ってトンネル内の所要位置におけるその断面形状
を計測するようにしている。
[0007] With this arrangement, the measuring instrument main body is positioned at a required position, and while the base rod 203 is rotated by the rotation control unit 202 around the base line, a spot light is projected from the light source unit 204 to the wall surface of the tunnel, and the reflected light is reflected. The light is received by the sensor units 205a and 205b, and the distance L from the base line of the base rod 203 to the wall surface of the tunnel at each rotation angle is measured to measure its cross-sectional shape at a required position in the tunnel.

【0008】一方、本出願人は、先に、鉄道におけるト
ンネル、橋梁などの線路周辺構造物の軌道に沿う側の三
次元形状を計測するようにした線路周辺構造物の形状計
測装置を提案している(特願平3 −60716 号)。図10
は、この従来技術に係る線路周辺構造物の形状計測装置
の全体構成を示す図、図11は図10に示す形状計測装置の
概略を示す斜視図である。
On the other hand, the applicant of the present invention has previously proposed a shape measuring device for a railway peripheral structure which measures a three-dimensional shape of a railway peripheral structure such as a tunnel or a bridge in a railway along a track. (Japanese Patent Application No. 3-60716). FIG.
FIG. 11 is a diagram showing an overall configuration of a shape measuring device for a track peripheral structure according to the related art, and FIG. 11 is a perspective view schematically showing the shape measuring device shown in FIG.

【0009】この従来技術に係る線路周辺構造物の形状
計測装置は、図10及び図11に示すように、レール(軌
道)RR,RL上を走行する移動台車51と、この移動台車51
上に配設され、軌道RR,RLに略直交する面内、つまり移
動台車51の走行方向に略直交する面内に放射状に広がる
平板状光(面状スリット光)S′を投射する光源装置52
と、移動台車51上に光源装置52より台車進行方向側(図
に白抜き矢印で示す)へ所定距離Aを隔てて配設され、
光源装置52からの平板状光S′によってトンネルTの壁
面上に生じる光切断線Cを撮像する撮像装置としてのテ
レビカメラ53とを備えている。テレビカメラ53は、フィ
ールド蓄積型のCCDテレビカメラが用いられており、
平板状光S′に対しその光軸CPが角度θをなして交差す
るように配設されている。
As shown in FIGS. 10 and 11, a shape measuring device for a track peripheral structure according to the prior art includes a movable bogie 51 traveling on rails (tracks) RR and RL, and a movable bogie 51.
A light source device disposed above and projecting a plate-like light (planar slit light) S ′ radiating radially in a plane substantially perpendicular to the tracks RR and RL, that is, in a plane substantially perpendicular to the traveling direction of the movable carriage 51. 52
Is disposed on the movable carriage 51 at a predetermined distance A from the light source device 52 toward the carriage traveling direction side (indicated by a white arrow in the drawing),
A television camera 53 is provided as an image pickup device for picking up an image of a light cutting line C generated on the wall surface of the tunnel T by the flat light S 'from the light source device 52. As the television camera 53, a field accumulation type CCD television camera is used.
The optical axis CP is disposed so as to intersect with the flat light S ′ at an angle θ.

【0010】さらに、テレビカメラ53によって得られた
光切断画像上での光切断線Cの二次元座標を求めるため
の画像処理手段としての画像処理装置54と、この画像処
理装置54にて得られた光切断画像上での光切断線Cの二
次元座標に基づいて、構造物直交座標系O−XYZにお
けるトンネルT壁面上での光切断線Cの三次元座標を算
出し、トンネルT壁面の三次元形状を求めるための計算
手段としての計算機(コンピュータ)55とを備えてい
る。構造物直交座標系O−XYZは、レールRR,RLの所
定位置におけるレールRR,RLの中心を原点Oとし、レー
ルRR,RLの延びる方向(移動台車51の走行方向)をX軸
として設定されており、Y軸はトンネルTの幅方向、Z
軸はトンネルTの高さ方向を示している。
Further, an image processing device 54 as image processing means for obtaining two-dimensional coordinates of the light cutting line C on the light cutting image obtained by the television camera 53, and the image processing device 54 The three-dimensional coordinates of the light section line C on the tunnel T wall surface in the structure orthogonal coordinate system O-XYZ are calculated based on the two-dimensional coordinates of the light section line C on the obtained light section image. A computer (computer) 55 is provided as calculation means for obtaining a three-dimensional shape. In the structure orthogonal coordinate system O-XYZ, the center of the rails RR, RL at a predetermined position of the rails RR, RL is set as the origin O, and the direction in which the rails RR, RL extend (the traveling direction of the movable carriage 51) is set as the X axis. And the Y axis is the width direction of the tunnel T, Z
The axis indicates the height direction of the tunnel T.

【0011】上記の画像処理装置54は、テレビカメラ53
から1フィールド毎(1/60秒)に出力される映像信号に
関してその輝度レベルが変化する位置を各水平走査線上
で検出することにより、光切断画像上でのCk(u,
v),k=1 〜Nで表される光切断線Cの座標を求める
ようにしたものである(図6参照)。なお、kは水平走
査線の番号を示す。
The image processing device 54 includes a television camera 53
Of the video signal output every field (1/60 second) from the horizontal scanning line, the C.sub.k (u,
v), the coordinates of the light section line C represented by k = 1 to N are obtained (see FIG. 6). Here, k indicates the number of the horizontal scanning line.

【0012】以下、上記構成になる線路周辺構造物の形
状計測装置の動作を説明する。光源装置52によって放射
状に広がる平板状光S′がトンネルT壁面へ向けて投射
されると、トンネルTの壁面にその周方向に沿う光切断
線Cが生成される。この光切断線Cがテレビカメラ53に
より移動台車51の走行にともなって1/60秒毎に順次撮像
される。
The operation of the apparatus for measuring the shape of a line peripheral structure having the above configuration will be described below. When the plate-shaped light S 'that spreads radially is projected by the light source device 52 toward the wall surface of the tunnel T, a light cutting line C along the circumferential direction is generated on the wall surface of the tunnel T. The light cutting line C is sequentially imaged by the television camera 53 every 1/60 second as the movable cart 51 travels.

【0013】テレビカメラ53からの映像信号は、1フィ
ールド毎(1/60秒)に画像処理装置54に与えられる。こ
れを受けて画像処理装置54は、光切断画像上での光切断
線Cの座標Ck (u,v),k=1 〜Nをビデオレート
(1/60秒)にて求め、得られたその1フィールド毎の光
切断線座標Ck (u,v),k=1 〜Nをブランキング
時間(約 1.2msec)の期間に計算機55に与える。
A video signal from the television camera 53 is supplied to the image processing device 54 for each field (1/60 second). In response to this, the image processing device 54 obtains the coordinates C k (u, v), k = 1 to N of the light section line C on the light section image at the video rate (1/60 second) and obtains them. Further, the light section line coordinates C k (u, v), k = 1 to N for each field are given to the computer 55 during the blanking time (about 1.2 msec).

【0014】計算機55は、上記の光切断画像上での光切
断線Cの座標Ck (u,v),k=1 〜Nから、構造物
直交座標系O−XYZにおけるトンネルTの壁面上での
光切断線Cの座標を以下に示す式(1)及び(2)によ
り算出し、トンネルTの1断面iに対応する光切断線C
の三次元座標Pi (Xi ,Yi ,Zi )を求める。
From the coordinates C k (u, v), k = 1 to N of the light section line C on the above-mentioned light section image, the computer 55 calculates the position on the wall surface of the tunnel T in the structural orthogonal coordinate system O-XYZ. Is calculated by the following equations (1) and (2), and the light cutting line C corresponding to one cross section i of the tunnel T is calculated.
, The three-dimensional coordinates P i (X i , Y i , Z i ) are obtained.

【0015】[0015]

【数1】 (Equation 1)

【0016】ここで、mはテレビカメラ53の撮像倍率、
fはテレビカメラ53のレンズ系の焦点距離、θは平板状
光S′の面とテレビカメラ53の光軸CPとのなす角度、h
は平板状光S′の面と上記光軸CPとの交点QのレールR
R,RL面からの高さである。なお、X軸座標値は図示し
ない位置検出器により与えられるようになっている。
Here, m is the imaging magnification of the television camera 53,
f is the focal length of the lens system of the TV camera 53, θ is the angle between the plane of the flat light S ′ and the optical axis CP of the TV camera 53, h
Is a rail R at an intersection Q between the plane of the flat light S 'and the optical axis CP.
This is the height from the R and RL planes. The X-axis coordinate values are provided by a position detector (not shown).

【0017】このようにして、移動台車51を走行させな
がら光切断線Cを連続的に順次撮像し、トンネルTの1
断面形状に対応する光切断線Cの三次元座標Pi を計算
機55により1/60秒毎に順次求めてレールRR,RLに沿って
積み重ねることにより、構造物直交座標系O−XYZに
おけるトンネルT壁面の三次元座標Pi (Xi ,Yi
i ),i=1 〜nを求め、トンネルT壁面の三次元形
状を計測するようにしている。
In this manner, the light cutting line C is continuously and sequentially imaged while the movable cart 51 is running, so that
The three-dimensional coordinates P i of the light-section line C corresponding to the cross-sectional shape are sequentially obtained every 1/60 second by the computer 55 and are stacked along the rails RR and RL, whereby the tunnel T in the structural orthogonal coordinate system O-XYZ is obtained. Three-dimensional coordinates P i (X i , Y i ,
Z i ), i = 1 to n are obtained, and the three-dimensional shape of the tunnel T wall surface is measured.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術のう
ち、前者のトンネル断面測定装置では、トンネルの壁面
に測距光線をスポット状に投射し、回動手段によって測
距光線の投射角度を変えながら所要位置におけるトンネ
ルの断面形状を測定するというフライイング・スポット
法を用いた構成であるから、長距離にわたるトンネル壁
面の三次元形状計測を行う場合、「軌道に沿って少し移
動しては静止して計測」ということを繰り返すことにな
って、計測に時間がかかるという問題点がある。
Among the above-mentioned prior arts, in the former tunnel section measuring device, a distance measuring beam is projected in a spot shape on the wall surface of the tunnel, and the projection angle of the distance measuring beam is changed by a rotating means. Because the configuration uses the flying spot method, which measures the cross-sectional shape of the tunnel at the required position, when measuring the three-dimensional shape of the tunnel wall over a long distance, it is necessary to move a little along the There is a problem that it takes a long time to perform the measurement by repeating "measurement by measurement".

【0019】一方、後者の線路周辺構造物の形状計測装
置では、軌道に沿うトンネル壁面などの三次元形状計測
を短時間で行うことができる。しかしながら、この形状
計測装置では、移動台車に配設された撮像装置で得られ
た光切断画像上での光切断線の座標を画像処理手段によ
って求め、画像処理手段で得られた上記光切断線の座標
に基づいて、予め設定された直交座標系におけるトンネ
ル壁面上での光切断線の座標を算出するように構成した
ものであるから、走行している移動台車が動揺する場
合、設定された直交座標系に対して撮像装置などが位置
ずれすることにより、三次元形状の計測結果に誤差が生
じるという問題点がある。
On the other hand, the latter device for measuring the shape of a track peripheral structure can measure a three-dimensional shape of a tunnel wall along a track in a short time. However, in this shape measuring device, the coordinates of the light cutting line on the light cutting image obtained by the imaging device provided on the movable trolley are obtained by the image processing means, and the light cutting line obtained by the image processing means is obtained. It is configured to calculate the coordinates of the light cutting line on the tunnel wall surface in the rectangular coordinate system set in advance based on the coordinates of There is a problem that an error occurs in a measurement result of the three-dimensional shape due to a displacement of the imaging device or the like with respect to the rectangular coordinate system.

【0020】この発明は、上記問題点を解消するために
なされたものであって、鉄道におけるトンネル、橋梁な
どの線路周辺構造物の軌道に沿う側の三次元形状の計測
を短時間で且つ精度良く行えるようにした、線路周辺構
造物の三次元形状計測装置の提供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and it is possible to quickly and accurately measure a three-dimensional shape of a railway peripheral structure such as a tunnel or a bridge in a railway along a track. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional shape measuring device for a structure around a railway track, which is well-performed.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明による線路周辺構造物の三次元形状計測
装置は、a:軌道上を走行する移動台車と、b:前記移
動台車に配設され、移動台車走行方向に略直交する面内
に放射状に広がる平板状光を投射する光源装置と、c:
前記移動台車に前記光源装置より所定距離隔てて配設さ
れ、前記光源装置からの平板状光によって線路周辺構造
物上に生じる光切断線を前記移動台車の走行にともなっ
て順次撮像する第1の撮像装置と、d:前記移動台車に
前記光源装置より所定距離隔てて配設され、前記光源装
置からの平板状光によって軌道上に生じる光切断線を前
記移動台車の走行にともなって順次撮像する第2の撮像
装置と、e:前記第1の撮像装置によって得られる光切
断画像毎にその画像上での線路周辺構造物を示す光切断
線の二次元座標を求めるとともに、前記第2の撮像装置
によって得られた光切断画像毎にその画像上での軌道の
特定部位を示す光切断線の二次元座標を求める画像処理
手段と、f:前記画像処理手段によって得られる光切断
画像上での線路周辺構造物を示す光切断線の二次元座標
に基づいて、前記第1の撮像装置を基準点として線路周
辺構造物上の光切断線の三次元座標を求めるとともに、
前記画像処理手段によって得られた光切断画像上での軌
道の特定部位を示す光切断線の二次元座標に基づいて、
前記第2の撮像装置を基準点として軌道の特定部位を示
す光切断線の三次元座標を求め、これらの三次元座標,
及び前記第1の撮像装置と前記第2の撮像装置との位置
関係を示す座標とに基づいて、前記移動台車の走行に応
じて軌道間の中点を基準点として線路周辺構造物上の光
切断線の三次元座標を求める計算手段と、を備えたこと
を特徴とする。
In order to achieve the above object, a three-dimensional shape measuring apparatus for a track peripheral structure according to the present invention comprises: a: a moving vehicle traveling on a track; and b: a moving vehicle traveling on a track. A light source device that is arranged and projects a flat light that spreads radially in a plane that is substantially perpendicular to the traveling direction of the mobile trolley; c:
A first light source unit that is arranged at a predetermined distance from the light source device on the movable truck and sequentially captures a light cutting line generated on a track peripheral structure by flat light from the light source device as the movable truck travels; An imaging device, d: disposed on the movable trolley at a predetermined distance from the light source device, and sequentially captures a light cutting line generated on a track by a plate-like light from the light source device as the movable trolley travels. A second imaging device; and e: obtaining, for each light-section image obtained by the first imaging device, two-dimensional coordinates of a light-section line indicating a line surrounding structure on the image, and the second imaging. An image processing means for obtaining two-dimensional coordinates of a light cutting line indicating a specific portion of a trajectory on the light cutting image obtained by the apparatus; and f: a light cutting image obtained by the image processing means. Track circumference Based on the two-dimensional coordinates of the light section lines showing the structure portions to determine three-dimensional coordinates of the line peripheral structure on the optical cutting line as a reference point the first imaging device,
Based on the two-dimensional coordinates of a light-section line indicating a specific part of the trajectory on the light-section image obtained by the image processing means,
Using the second imaging device as a reference point, three-dimensional coordinates of a light-section line indicating a specific part of the trajectory are determined, and these three-dimensional coordinates,
And light on a track peripheral structure with a midpoint between tracks as a reference point in accordance with the travel of the mobile trolley, based on coordinates indicating a positional relationship between the first imaging device and the second imaging device. Calculating means for obtaining three-dimensional coordinates of the cutting line.

【0022】[0022]

【作用】この発明による線路周辺構造物の三次元形状計
測装置においては、画像処理手段により、軌道(レー
ル)上を走行させる移動台車に配設され例えばトンネル
壁面上の光切断線を撮像する第1の撮像装置を基準点と
して、トンネル壁面上の光切断線の三次元座標を求める
とともに、移動台車に配設され軌道上の光切断線を撮像
する第2の撮像装置を基準点として、軌道の特定部位を
示す光切断線の三次元座標を求める。
In the three-dimensional shape measuring apparatus for a track peripheral structure according to the present invention, the image processing means is arranged on a movable carriage running on a track (rail) and picks up an image of a light cutting line on a tunnel wall, for example. Using the first imaging device as a reference point, the three-dimensional coordinates of the light-section line on the tunnel wall surface are determined, and the second imaging device that is disposed on the movable trolley and captures the light-section line on the track is used as a reference point. The three-dimensional coordinates of the light-section line indicating the specific part are obtained.

【0023】そして、計算手段により、これらの三次元
座標と、第1の撮像装置と第2の撮像装置との予め設定
された位置関係を示す座標とに基づいて、移動台車の走
行に応じて軌道間の中点を基準点としてトンネル壁面上
の光切断線の三次元座標を求めるようにしているので、
走行中の移動台車が動揺しても移動台車の動揺による計
測誤差を極めて小さくすることができ、軌道に沿うトン
ネル壁面の三次元形状を短時間で且つ精度良く計測する
ことができる。なお、軌道間の中点(軌間の中点)は、
鉄道保守における建築限界の測定を行う際の原点となる
ものである。
[0023] Then, based on these three-dimensional coordinates and coordinates indicating a preset positional relationship between the first imaging device and the second imaging device, the calculating means responds to the traveling of the movable cart based on the three-dimensional coordinates. Since the midpoint between the orbits is used as the reference point to determine the three-dimensional coordinates of the light section line on the tunnel wall,
Even if the moving trolley moves, the measurement error due to the sway of the moving trolley can be extremely reduced, and the three-dimensional shape of the tunnel wall along the track can be measured in a short time and with high accuracy. The midpoint between the orbits (the midpoint between the gauges)
It is the starting point for measuring the building limits in railway maintenance.

【0024】[0024]

【実施例】以下、この発明による線路周辺構造物の三次
元形状計測装置をトンネル壁面の三次元形状計測に適用
した実施例について説明する。図1はこの発明の一実施
例による線路周辺構造物の三次元形状計測装置の全体構
成を示す図、図2は図1に示す三次元形状計測装置の概
略を示す斜視図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the three-dimensional shape measuring apparatus for a railway peripheral structure according to the present invention is applied to three-dimensional shape measurement of a tunnel wall will be described below. FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus for a track peripheral structure according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view schematically showing the three-dimensional shape measuring device shown in FIG.

【0025】図1および図2において、1はレール(軌
道)RR,RL上を走行する移動台車であり、この実施例で
は、移動台車1は牽引車(図示省略)によって図に白抜
き矢印で示す方向に牽引されるようになっている。移動
台車1には、図に示すように、レールRR,RLに略直交す
る面内、つまり移動台車1の走行方向に略直交する面内
にトンネルTの壁面及びレールRR,RLへ向けて放射状に
広がる平板状光Sを投射する光源装置2が配設されてい
る。また、移動台車1には、光源装置2からの平板状光
SによってトンネルTの壁面上に生じる光切断線を撮像
する第1の撮像装置としての構造物用テレビカメラ3
と、移動台車1の動揺による計測誤差をなくす目的で、
光源装置2からの平板状光SによってレールRR,RL上に
生じる光切断線を撮像する第2の撮像装置としてのレー
ル用テレビカメラ4とが配設されている。
In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a movable vehicle that travels on rails (tracks) RR and RL. In this embodiment, the movable vehicle 1 is indicated by a white arrow in the figure by a towing vehicle (not shown). It is towed in the direction shown. As shown in the drawing, the movable trolley 1 has a radial direction toward the wall surface of the tunnel T and the rails RR and RL in a plane substantially perpendicular to the rails RR and RL, that is, in a plane substantially perpendicular to the traveling direction of the movable trolley 1. A light source device 2 for projecting a flat light S that spreads out is provided. In addition, the movable trolley 1 has a structure television camera 3 as a first imaging device that captures an optical cutting line generated on the wall surface of the tunnel T by the flat light S from the light source device 2.
In order to eliminate the measurement error due to the movement of the mobile trolley 1,
A rail television camera 4 as a second imaging device for imaging a light cutting line generated on the rails RR and RL by the flat light S from the light source device 2 is provided.

【0026】上記構造物用テレビカメラ3は、トンネル
T壁面上に生じた光切断線に関する光切断線画像(図6
参照)が1フィールド毎(1/60秒)に得られるフィール
ド蓄積型のCCDテレビカメラであって、平板状光Sの
面にその光軸CP1 が角度θ1 をなして交差するように光
源装置2より台車進行方向側へ一定距離隔てた位置に固
定されている。また、上記レール用テレビカメラ4は、
レールRR,RL上に生じた光切断線に関する光切断線画像
(図7参照)が1フィールド毎(1/60秒)に得られるフ
ィールド蓄積型のCCDテレビカメラであって、平板状
光Sの面にその光軸CP2 が角度θ2 をなして交差するよ
うに光源装置2より台車進行方向側へ一定距離隔てた位
置に固定されている。これらのテレビカメラ3,4は同
期制御されるようになっている。
The structure television camera 3 outputs a light-section line image (FIG. 6) relating to a light-section line generated on the wall surface of the tunnel T.
See) is a field accumulation type CCD television camera obtained every one field (1/60 second), the light source so that the optical axis CP 1 to the plane of the planar optical S intersect at an angle theta 1 It is fixed at a position separated by a certain distance from the device 2 in the direction of travel of the bogie. In addition, the rail television camera 4 includes:
A field-accumulation type CCD television camera in which a light-section line image (see FIG. 7) relating to a light-section line generated on the rails RR and RL is obtained for each field (1/60 second). its optical axis CP 2 is fixed at a position spaced a certain distance to a truck traveling direction from the light source device 2 so as to intersect at an angle theta 2 to the surface. These television cameras 3 and 4 are synchronously controlled.

【0027】さらに、移動台車1には、画像処理手段と
しての画像処理装置5と、計算手段としての計算機(コ
ンピュータ)6とが載置されている。計算機6はグラフ
ィックディスプレイを備えている。
Further, an image processing device 5 as image processing means and a computer (computer) 6 as calculation means are mounted on the mobile trolley 1. The calculator 6 has a graphic display.

【0028】ここで、直交座標系について説明しておく
と、構造物直交座標系O−XYZは、レールRR,RLの所
定位置におけるレールRR,RL間の中心を原点Oとし、レ
ールRR,RLの延びる方向(移動台車1の走行方向)をX
軸として設定されており、X軸に直交するそのY軸はト
ンネルTの幅方向を示し、X軸に直交するそのZ軸はト
ンネルTの高さ方向を示している(図2参照)。また、
構造物用テレビカメラ3の撮像レンズの主点を原点O1i
とする構造物用カメラ直交座標系O1i−XYZと、レー
ル用テレビカメラ4の撮像レンズの主点を原点O2iとす
るレール用カメラ直交座標系O2i−XYZとは、その各
軸が構造物直交座標系O−XYZのそれと平行になるよ
うに設定されている(図3参照)。なお、サフィックス
i(i=1〜n)は、移動台車1の走行にともなって平
板状光Sの投射により順次形成されるトンネル断面の番
号を表すものであり、上記座標系O1i−XYZ,O2i
XYZは、トンネル断面iにおいて設定される座標系を
意味している。
Here, the rectangular coordinate system will be described. In the structure rectangular coordinate system O-XYZ, the center between the rails RR, RL at a predetermined position of the rails RR, RL is defined as the origin O, and the rails RR, RL Direction (traveling direction of the mobile trolley 1)
The Y axis, which is set as an axis and is orthogonal to the X axis, indicates the width direction of the tunnel T, and the Z axis, which is orthogonal to the X axis, indicates the height direction of the tunnel T (see FIG. 2). Also,
The principal point of the imaging lens of the structure television camera 3 is defined as the origin O 1i.
The structure camera orthogonal coordinate system O 1i -XYZ and the rail camera orthogonal coordinate system O 2i -XYZ whose origin point is the origin O 2i of the imaging lens of the television camera 4 for rails have their respective axes structured. It is set to be parallel to that of the object orthogonal coordinate system O-XYZ (see FIG. 3). The suffix i (i = 1 to n) represents the number of the tunnel cross section sequentially formed by the projection of the flat light S with the traveling of the movable trolley 1, and the coordinate system O 1i -XYZ, O 2i
XYZ means a coordinate system set in the tunnel section i.

【0029】画像処理装置5は、後述するように、構造
物用テレビカメラ3によって得られる光切断画像毎にそ
の画像上でのトンネルT壁面を示す光切断線の二次元座
標を求めるとともに、レール用テレビカメラ4によって
得られる光切断画像毎にその画像上での各レールRR,RL
の上面内側の縁部(かど部)を示す光切断線の二次元座
標を求めるためのものである。
As will be described later, the image processing device 5 obtains the two-dimensional coordinates of the light cutting line indicating the wall surface of the tunnel T on each light cutting image obtained by the TV camera 3 for a structure. Rails RR and RL on each light-section image obtained by the television camera 4
To determine the two-dimensional coordinates of the light section line indicating the inner edge (corner) of the upper surface.

【0030】また、計算機6は、後述するように、画像
処理装置5で得た光切断画像上でのトンネルT壁面を示
す光切断線の二次元座標に基づいて、構造物用テレビカ
メラ3を原点O1iとする構造物用カメラ直交座標系O1i
−XYZにおけるトンネルT壁面上の光切断線の三次元
座標を求めるとともに、画像処理装置5で得た光切断画
像上での各レールRR,RLの上面内側の縁部を示す光切断
線の二次元座標に基づいて、レール用テレビカメラ4を
原点O2iとするレール用カメラ直交座標系O2i−XYZ
における各レールRR,RLの上面内側の縁部を示す光切断
線の三次元座標を求め、これらの三次元座標と、構造物
用テレビカメラ3とレール用テレビカメラ4との位置関
係を示す座標とに基づいて、構造物直交座標系O−XY
Zにおいて、移動台車1の走行に応じてレールRR,RL間
の中点Oi を基準点としてトンネルT壁面上の光切断線
の三次元座標を算出するためのものである。
Further, as will be described later, the computer 6 controls the television camera 3 for a structure based on the two-dimensional coordinates of the light section line indicating the wall surface of the tunnel T on the light section image obtained by the image processing device 5. structures camera Cartesian coordinate system O 1i to the origin O 1i
In addition to obtaining the three-dimensional coordinates of the light cutting line on the tunnel T wall surface in -XYZ, the two light cutting lines indicating the inner edge of the upper surface of each of the rails RR and RL on the light cutting image obtained by the image processing device 5 On the basis of the dimensional coordinates, the rail camera orthogonal coordinate system O 2i -XYZ with the rail TV camera 4 as the origin O 2i.
The three-dimensional coordinates of the light-section line indicating the inner edge of the upper surface of each of the rails RR and RL are obtained, and these three-dimensional coordinates and the coordinates indicating the positional relationship between the structure television camera 3 and the rail television camera 4 are obtained. Based on the structure orthogonal coordinate system O-XY
In Z, is used to calculate the three-dimensional coordinates of the rail RR, the light section line on the tunnel T wall as a reference point the center point O i between RL according to the travel of the moving carriage 1.

【0031】図5は図1に示す三次元形状計測装置の光
源装置の構成説明図である。なお、この光源装置2は、
特願平3 −269707号に示したものである。
FIG. 5 is an explanatory view of the configuration of the light source device of the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. Note that this light source device 2
This is shown in Japanese Patent Application No. 3-269707.

【0032】図5において、21はその軸心線方向がレー
ルRR,RLの延びる方向になるように配される円筒形のケ
ーシングであり、ケーシング21には、その先端側の一部
に全周にわたって光の通過を許すガラスなどからなる所
定幅の光通過用窓部21aが設けられている。このケーシ
ング21内には、図に示すように、その後部から光通過用
窓部21a側へ向かって順に、高出力型半導体レーザ22、
コリメートレンズ23、集光レンズ系24と円形アパチャー
25及び円錐状反射鏡26とが図示しない取り付け手段によ
り同軸状に配設されている。
In FIG. 5, reference numeral 21 denotes a cylindrical casing which is arranged so that its axial center line extends in the direction in which the rails RR and RL extend. A light-passing window 21a having a predetermined width and made of glass or the like that allows light to pass therethrough is provided. As shown in the figure, inside the casing 21, in order from the rear portion toward the light-passing window portion 21 a side, a high-power semiconductor laser 22,
Collimating lens 23, condenser lens system 24 and circular aperture
25 and a conical reflecting mirror 26 are coaxially arranged by mounting means (not shown).

【0033】上記高出力型半導体レーザ22は、図に示す
ように、出射光軸がケーシング21の軸心線方向である
X′軸方向,レーザビーム出射面から見てpn接合面と
平行な方向がY′軸方向,レーザビーム出射面から見て
pn接合面と垂直な方向がZ′軸方向となるように配設
されている。なお、X′軸方向がレールRR,RLの延びる
方向、Y′軸方向がトンネルTの幅方向、Z′軸方向が
トンネルTの高さ方向に対応する。
As shown in the figure, the high-output type semiconductor laser 22 has an emission optical axis in the X'-axis direction which is the direction of the axis of the casing 21 and in a direction parallel to the pn junction plane as viewed from the laser beam emission surface. Are arranged such that the direction perpendicular to the pn junction plane as viewed from the laser beam emitting surface is the Z'-axis direction. The X 'axis direction corresponds to the direction in which the rails RR and RL extend, the Y' axis direction corresponds to the width direction of the tunnel T, and the Z 'axis direction corresponds to the height direction of the tunnel T.

【0034】また、上記集光レンズ系24は、図に示すよ
うに、Z′軸方向においてレンズ作用を持つ姿勢で配設
された第1円筒面凹レンズ27a及び第2円筒面凸レンズ
27bと、Y′軸方向においてレンズ作用を持つ姿勢で上
記第2円筒面凸レンズ27bよりも前方である光通過用窓
部21a側に配設された第3円筒面凸レンズ28とにより構
成されている。
As shown in the figure, the condenser lens system 24 has a first cylindrical concave lens 27a and a second cylindrical convex lens which are disposed in a posture having a lens action in the Z'-axis direction.
27b and a third cylindrical convex lens 28 disposed on the side of the light passing window 21a which is located forward of the second cylindrical convex lens 27b and has a lens function in the Y'-axis direction. .

【0035】このように構成される光源装置2では、光
源として高出力型半導体レーザ22を用い、Z′X′面内
においては、高出力型半導体レーザ22からのレーザビー
ムをコリメートレンズ23で平行光とした後、第1円筒面
凹レンズ27a及び第2円筒面凸レンズ27bにより、その
ビームの厚みを拡大しこの厚みが拡大されたレーザビー
ムを収束性を与えて円錐状反射鏡26へ導くようにしてい
る。一方、Y′X′面内においては、コリメートレンズ
23を通過した発散性を有するレーザビームを第3円筒面
凸レンズ28により収束性を与えて円錐状反射鏡26へ導く
ようにしている。なお、円形アパチャー25は、集光レン
ズ系24を通過したレーザビームの断面形状を円形に整え
るためのものである。このようになされたレーザビーム
を円錐状反射鏡26により方向変換してトンネルT壁面及
びレールRR,RLへ向けて厚み数mm程度の放射状に広がる
平板状の光束Sとして投射するようにしている。
In the light source device 2 configured as described above, a high-power semiconductor laser 22 is used as a light source, and a laser beam from the high-power semiconductor laser 22 is collimated by a collimating lens 23 in the Z'X 'plane. After being converted into light, the first cylindrical concave lens 27a and the second cylindrical convex lens 27b increase the thickness of the beam and give the laser beam having the increased thickness to the conical reflecting mirror 26 by giving convergence. ing. On the other hand, in the Y'X 'plane, a collimating lens
The divergent laser beam that has passed through 23 is given convergence by the third cylindrical convex lens 28 and is guided to the conical reflecting mirror 26. The circular aperture 25 is for adjusting the cross-sectional shape of the laser beam passing through the condenser lens system 24 to a circular shape. The laser beam thus formed is changed in direction by the conical reflecting mirror 26 and is projected as a flat luminous flux S having a thickness of about several mm toward the tunnel T wall surface and the rails RR and RL.

【0036】図6はトンネル壁面上に生じた光切断線に
関する構造物用テレビカメラによる光切断線画像の説明
図、図7はレール上に生じた光切断線に関するレール用
テレビカメラによる光切断線画像の説明図である。上記
の画像処理装置5では、構造物用テレビカメラ3から1
フィールド毎(1/60秒)に与えられる映像信号につい
て、各水平走査線上における輝度レベルが所定値以上に
変化する位置を検出することにより、光切断画像上での
トンネルT壁面を示す光切断線の二次元座標Ck (u,
v),k=1〜Nをビデオレート(1/60秒)にて求める
ようにしている。ここで、kは水平走査線の番号を表
す。
FIG. 6 is an explanatory view of an image of a light cutting line generated by a television camera for a structure regarding a light cutting line generated on a tunnel wall surface, and FIG. 7 is a light cutting line obtained by a television camera for a rail regarding a light cutting line generated on a rail. It is explanatory drawing of an image. In the image processing device 5 described above, the structure television cameras 3 to 1
A light cutting line indicating a tunnel T wall surface on a light cutting image by detecting a position where a luminance level on each horizontal scanning line changes to a predetermined value or more for a video signal given for each field (1/60 second). Two-dimensional coordinates C k (u,
v), k = 1 to N are determined at the video rate (1/60 second). Here, k represents the number of the horizontal scanning line.

【0037】また、画像処理装置5では、レール用テレ
ビカメラ4から1フィールド毎(1/60秒)に与えられる
映像信号について、各水平走査線上における輝度レベル
が所定値以上に変化する位置のパータンの特徴を抽出す
ることにより、右側レールRRの上面内側の縁部位置を示
す光切断線の二次元座標Ck=kR(u,v)と、左側レー
ルRLの上面内側の縁部位置を示す光切断線の二次元座標
k=kL(u,v)とをビデオレート(1/60秒)にて求め
るようにしている。ここで、kRは右側レールRRの上面
内側の縁部を示す光切断線位置に対応する水平走査線の
番号を表し、kLは左側レールRLの上面内側の縁部を示
す光切断線位置に対応する水平走査線の番号を表す。
In the image processing device 5, for the video signal given from the rail television camera 4 for each field (1/60 second), the pattern at the position where the luminance level on each horizontal scanning line changes to a predetermined value or more is obtained. The two-dimensional coordinates C k = kR (u, v) of the light cutting line indicating the inner edge position of the upper surface of the right rail RR and the inner edge position of the upper surface of the left rail RL are extracted by extracting the characteristics of The two-dimensional coordinates C k = kL (u, v) of the light section line are determined at the video rate (1/60 sec). Here, kR represents the number of the horizontal scanning line corresponding to the light cutting line position indicating the inner edge of the upper surface of the right rail RR, and kL corresponds to the light cutting line position indicating the inner edge of the upper surface of the left rail RL. Represents the number of the horizontal scanning line to be used.

【0038】次に上記構成になるこの実施例における三
次元形状計測装置の全体的な動作について、図1〜図4
を参照しながら説明する。なお、図3は図1に示す三次
元形状計測装置による三次元形状計測方法を説明するた
めの図、図4は図3におけるレール間の中点を求める方
法を説明するための図である。
Next, the overall operation of the three-dimensional shape measuring apparatus according to this embodiment having the above configuration will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining a three-dimensional shape measuring method by the three-dimensional shape measuring device shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram for explaining a method for obtaining a midpoint between rails in FIG.

【0039】光源装置2によって移動台車1の走行方向
に略直交する面内に放射状に四方に広がる平板状光Sが
投射されると、構造物用テレビカメラ3によりトンネル
T壁面上に生じる光切断線が移動台車1の走行にともな
って撮像され、その映像信号が1フィールド毎(1/60
秒)に画像処理装置5に順次与えられる。また、レール
用テレビカメラ4によりレールRR,RL上に生じる光切断
線が移動台車1の走行ににともなって撮像され、その映
像信号が1フィールド毎(1/60秒)に画像処理装置5に
順次与えられる。
When the flat light S spreading radially in all directions is projected by the light source device 2 on a plane substantially perpendicular to the traveling direction of the movable cart 1, the light is generated on the wall of the tunnel T by the television camera 3 for a structure. The line is imaged as the mobile trolley 1 travels, and its video signal is output for each field (1/60).
(Seconds) to the image processing device 5. In addition, a light cutting line generated on the rails RR and RL is imaged by the rail television camera 4 as the mobile trolley 1 travels, and the video signal is sent to the image processing device 5 for each field (1/60 second). Given sequentially.

【0040】ところで、この三次元形状計測装置は、上
記のようにトンネルT壁面上及びレールRR,RL上に生じ
る光切断線を順次撮像し、トンネルTの1断面i毎の上
記光切断線の位置座標に基づいて、レールRR,RLに沿う
トンネルT壁面の三次元形状を移動台車1を走行させな
がら計測するようにしたものである。したがって、理解
を容易にするため、トンネルTの1断面iにおける動作
について以下に説明する。
By the way, this three-dimensional shape measuring apparatus sequentially captures the light cutting lines formed on the wall surface of the tunnel T and on the rails RR and RL as described above, and calculates the light cutting lines for each section i of the tunnel T. The three-dimensional shape of the wall surface of the tunnel T along the rails RR, RL is measured while the movable trolley 1 is running, based on the position coordinates. Therefore, in order to facilitate understanding, an operation in one section i of the tunnel T will be described below.

【0041】すなわち、画像処理装置5では、トンネル
Tの1断面iにおける構造物用テレビカメラ3によって
得られる光切断画像上でのトンネルT壁面を示す光切断
線の二次元座標Ck (u,v),k=1〜Nを求める。
また、トンネルTの1断面iにおけるレール用テレビカ
メラ4によって得られる光切断画像上での右側レールRR
の上面内側の縁部位置を示す光切断線の二次元座標C
k=kR(u,v)と、左側レールRLの上面内側の縁部位置
を示す光切断線の二次元座標Ck=kL(u,v)とを求め
る。ビデオレート(1/60秒)にて得られたこれらの二次
元座標のデータを、ブランキング時間(約 1.2msec)の
期間に計算機6に与える。
That is, in the image processing device 5, the two-dimensional coordinates C k (u, u) of the light cutting line indicating the wall surface of the tunnel T on the light cutting image obtained by the structure television camera 3 at one section i of the tunnel T v), k = 1 to N are obtained.
Also, the right rail RR on the light-section image obtained by the rail television camera 4 at one section i of the tunnel T
-Dimensional coordinates C of the light-section line indicating the inner edge position of the upper surface
k = kR (u, v) and two-dimensional coordinates C k = kL (u, v) of a light section line indicating the inner edge position of the upper surface of the left rail RL are obtained . The data of these two-dimensional coordinates obtained at the video rate (1/60 second) is given to the computer 6 during the blanking time (about 1.2 msec).

【0042】上記のような二次元座標のデータが与えら
れると、計算機6は、次のフィールド時間(約16msec)
の間に、まず、画像処理装置5で得た光切断画像上での
トンネルT壁面を示す光切断線の二次元座標Ck (u,
v),k=1〜Nに基づいて、構造物用テレビカメラ3
を原点O1iとする構造物用カメラ直交座標系O1i−XY
ZにおけるトンネルT壁面上の光切断線の三次元座標P
i k (Xi k ,Yi k ,Zi k ),k=1 〜Nを、式
(3)〜式(5)により算出する。
When the data of the two-dimensional coordinates as described above is given, the computer 6 calculates the next field time (about 16 msec).
In the meantime, first, the two-dimensional coordinates C k (u, u) of the light section line indicating the tunnel T wall surface on the light section image obtained by the image processing device 5
v), based on k = 1 to N, the structural television camera 3
Camera orthogonal coordinate system O 1i -XY with the origin O 1i
Three-dimensional coordinates P of the light section line on the wall of the tunnel T at Z
i k (X i k , Y i k , Z i k ), k = 1 to N are calculated by equations (3) to (5).

【0043】[0043]

【数2】 (Equation 2)

【0044】但し、m1 は構造物用テレビカメラ3の撮
像倍率、f1 は構造物用テレビカメラ3の焦点距離、X
i は構造物直交座標系O−XYZの原点Oからのトン
ネル断面iのX軸座標値である。
Here, m 1 is the imaging magnification of the structural TV camera 3, f 1 is the focal length of the structural TV camera 3, X
Di is the X-axis coordinate value of the tunnel section i from the origin O of the structure orthogonal coordinate system O-XYZ.

【0045】そして、構造物用テレビカメラ3の原点O
1iを始点とし、上記の式(3)〜式(5)により算出さ
れた点Pi k (Xi k ,Yi k ,Zi k )を終点とする
ベクトルPi k measを求める。
Then, the origin O of the structural television camera 3
1i and starting from the above equations (3) to (5) points calculated by P i k (X i k, Y i k, Z i k) obtaining the vector P i k meas to the end point.

【0046】また、画像処理装置5で得た光切断画像上
での右側レールRRの上面内側の縁部を示す光切断線の二
次元座標Ck=kR(u,v)に基づいて、レール用テレビ
カメラ4を原点O2iとするレール用カメラ直交座標系O
2i−XYZにおける右側レールRRの上面内側の縁部を示
す光切断線の三次元座標rRi(XRi,YRi,ZRi)を、
式(6)〜式(8)により算出する。
Also, based on the two-dimensional coordinates C k = kR (u, v) of the light section line indicating the inner edge of the upper surface of the right rail RR on the light section image obtained by the image processing device 5. Coordinate system O for rail camera with origin TV camera 4 as origin O 2i
The three-dimensional coordinates r Ri (X Ri , Y Ri , Z Ri ) of the light cutting line indicating the inner edge of the upper surface of the right rail RR in 2i- XYZ are
It is calculated by the equations (6) to (8).

【0047】[0047]

【数3】 (Equation 3)

【0048】但し、m2 はレール用テレビカメラ4の撮
像倍率、f2 はレール用テレビカメラ4の焦点距離であ
る。
Here, m 2 is the imaging magnification of the rail television camera 4 and f 2 is the focal length of the rail television camera 4.

【0049】さらに、画像処理装置5で得た光切断画像
上での左側レールRLの上面内側の縁部を示す光切断線の
二次元座標Ck=kL(u,v)に基づいて、レール用テレ
ビカメラ4を原点O2iとするレール用カメラ直交座標系
2i−XYZにおける左側レールRLの上面内側の縁部を
示す光切断線の三次元座標rLi(XLi,YLi,ZLi
を、式(9)〜式(11)により算出する。
Further, based on the two-dimensional coordinates C k = kL (u, v) of the light section line indicating the inner edge of the upper surface of the left rail RL on the light section image obtained by the image processing device 5. -Dimensional coordinates r Li (X Li , Y Li , Z Li) of an optical cutting line indicating the inner edge of the upper surface of the left rail RL in the rail camera orthogonal coordinate system O 2i -XYZ having the origin TV camera 4 as the origin O 2i. )
Is calculated by Expressions (9) to (11).

【0050】[0050]

【数4】 (Equation 4)

【0051】そして、レール用テレビカメラ4の原点O
2iを始点とし、上記の式(6)〜式(8)により算出さ
れた点rRi(XRi,YRi,ZRi)を終点とするベクトル
Riと、原点O2iを始点とし、上記の式(9)〜式(1
1)により算出された点rLi(XLi,YLi,ZLi)を終
点とするベクトルRLiとを求める。これらのベクトルR
Ri,RLiから、ROi=(RRi+RLi)/2の計算によ
り、原点O2iを始点とし、レールRR,RL間の中点Oi
終点とするベクトルROiを求めることができる。
Then, the origin O of the rail television camera 4
2iIs the starting point, and calculated by the above equations (6) to (8).
Point rRi(XRi, YRi, ZRiVector ending in)
RRiAnd origin O2iIs the starting point, and the above equations (9) to (1)
Point r calculated by 1)Li(XLi, YLi, ZLi)
Vector R as a pointLiAnd ask. These vectors R
Ri, RLiFrom, ROi= (RRi+ RLi) / 2
The origin O2iIs the starting point and the midpoint O between the rails RR and RLiTo
Vector R as end pointOiCan be requested.

【0052】一方、構造物用テレビカメラ3とレール用
テレビカメラ4とは剛体的に固定されており、その位置
関係は予め定められているので、レール用テレビカメラ
4の原点O2iを始点とし、構造物用テレビカメラ3の原
点O1iを終点とするベクトルKは一定である。したがっ
て、レールRR,RL間の中点Oi を始点とし、点P
i k (Xi k ,Yi k ,Zi k )を終点とするベクトル
i k trueは、Pi k true=Pi k meas+K−ROiによ
り与えられる。
On the other hand, the structure television camera 3 and the rail television camera 4 are rigidly fixed and their positional relationship is predetermined, so that the origin O 2i of the rail television camera 4 is used as a starting point. The vector K whose end point is the origin O1i of the structural television camera 3 is constant. Therefore, the middle point O i between the rails RR and RL is set as the starting point, and
A vector P i k true ending at i k (X i k , Y i k , Z i k ) is given by P i k true = P i k meas + K−R Oi .

【0053】これにより、レールRR,RL間の中点Oi
基準点としてトンネルT壁面上の光切断線の三次元座標
を求めることができるので、走行中の移動台車1がレー
ルRR,RL上で動揺しても、走行中の移動台車の動揺によ
る計測誤差を極めて小さくすることができる。したがっ
て、このようにして得られたトンネルTの1断面iにお
けるトンネルT壁面上の光切断線の三次元座標を移動台
車1を走行させながら順次求めて行くことにより、レー
ルRR,RLに沿うトンネルT壁面の三次元形状を短時間で
且つ精度良く計測することができる。
Thus, the three-dimensional coordinates of the light cutting line on the wall surface of the tunnel T can be obtained with the middle point O i between the rails RR and RL as a reference point. Even if the mobile trolley oscillates above, the measurement error due to the sway of the moving carriage during traveling can be extremely reduced. Therefore, by sequentially obtaining the three-dimensional coordinates of the light cutting line on the wall surface of the tunnel T in one section i of the tunnel T obtained as described above while moving the mobile trolley 1, the tunnels along the rails RR and RL are obtained. The three-dimensional shape of the T wall can be measured in a short time and with high accuracy.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によるト
ンネルなどの線路周辺構造物の三次元形状計測装置は、
画像処理手段により、軌道(レール)上を走行させる移
動台車に配設され線路周辺構造物上(例えばトンネル壁
面上)の光切断線を撮像する第1の撮像装置を基準点と
して、線路周辺構造物上の光切断線の三次元座標を求め
るとともに、移動台車に配設され軌道上の光切断線を撮
像する第2の撮像装置を基準点として、軌道の特定部位
を示す光切断線の三次元座標を求める一方、計算手段に
より、これらの三次元座標と、第1の撮像装置と第2の
撮像装置との予め設定された位置関係を示す座標とに基
づいて、移動台車の走行に応じて軌道間の中点を基準点
として線路周辺構造物上の光切断線の三次元座標を求め
るように構成されている。したがって、軌道に沿う例え
ばトンネル壁面の三次元形状を計測する場合、この発明
による線路周辺構造物の三次元形状計測装置によると、
移動台車の走行に応じて軌道間の中点を基準点としてト
ンネル壁面上の光切断線の三次元座標を求めるようにし
たので、走行中の移動台車の動揺による計測誤差を極め
て小さくすることができ、軌道に沿うトンネル壁面の三
次元形状を短時間で且つ精度良く計測することができ
る。
As described above, according to the present invention, the three-dimensional shape measuring apparatus for a structure around a track such as a tunnel,
The image processing means uses a first image pickup device, which is disposed on a movable truck traveling on a track (rail) to pick up an optical section line on a track peripheral structure (for example, on a tunnel wall surface), as a reference point, and uses the track peripheral structure as a reference point. The three-dimensional coordinates of the light-section line on the object are obtained, and the tertiary of the light-section line indicating a specific part of the trajectory is determined with reference to the second imaging device provided on the movable carriage and capturing the light-section line on the trajectory. On the other hand, while calculating the original coordinates, the calculating means responds to the traveling of the mobile trolley based on these three-dimensional coordinates and coordinates indicating a preset positional relationship between the first imaging device and the second imaging device. The three-dimensional coordinates of the light-section line on the track peripheral structure are determined using the midpoint between the orbits as a reference point. Therefore, for example, when measuring the three-dimensional shape of the tunnel wall along the track, according to the three-dimensional shape measuring apparatus of the track peripheral structure according to the present invention,
Since the three-dimensional coordinates of the light-section line on the tunnel wall are determined using the midpoint between the tracks as a reference point in accordance with the traveling of the mobile trolley, it is possible to minimize measurement errors due to the movement of the mobile trolley during travel. It is possible to measure the three-dimensional shape of the tunnel wall along the track in a short time and with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例による線路周辺構造物の三
次元形状計測装置の全体構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus for a track peripheral structure according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す三次元形状計測装置の概略を示す斜
視図である。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG.

【図3】図1に示す三次元形状計測装置による三次元形
状計測方法を説明するための図である。
FIG. 3 is a view for explaining a three-dimensional shape measuring method by the three-dimensional shape measuring device shown in FIG. 1;

【図4】図3におけるレール間の中点を求める方法を説
明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of obtaining a midpoint between rails in FIG. 3;

【図5】図1に示す三次元形状計測装置の光源装置の構
成説明図である。
5 is an explanatory diagram of a configuration of a light source device of the three-dimensional shape measuring device shown in FIG.

【図6】トンネル壁面上に生じた光切断線に関する構造
物用テレビカメラによる光切断線画像の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a light-section line image by a structure television camera regarding a light-section line generated on a tunnel wall surface.

【図7】レール上に生じた光切断線に関するレール用テ
レビカメラによる光切断線画像の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a light section line image by a rail television camera regarding a light section line generated on a rail;

【図8】従来技術に係るトンネル断面測定装置の概念図
である。
FIG. 8 is a conceptual diagram of a tunnel cross-section measuring device according to a conventional technique.

【図9】図8に示すトンネル断面測定装置の測定機本体
の外観斜視図である。
9 is an external perspective view of a measuring machine main body of the tunnel section measuring device shown in FIG.

【図10】従来技術に係る線路周辺構造物の形状計測装
置の全体構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an entire configuration of a shape measuring apparatus for a track peripheral structure according to the related art.

【図11】図10に示す形状計測装置の概略を示す斜視
図である。
11 is a perspective view schematically showing the shape measuring device shown in FIG.

【符号の説明】 1…移動台車 2…光源装置 3…構造物用テレビカメ
ラ 4…レール用テレビカメラ 5…画像処理装置 6
…計算機 21…ケーシング 21a…光通過用窓部 22…
高出力型半導体レーザ 23…コリメートレンズ24…集光
レンズ系 25…円形アパチャー 26…円錐状反射鏡27a
…第1円筒面凹レンズ 27b…第2円筒面凸レンズ 28
…第3円筒面凸レンズ RR,RL…レール T…トンネル
S…平板状光
[Description of Signs] 1 ... Movable trolley 2 ... Light source device 3 ... TV camera for structure 4 ... TV camera for rail 5 ... Image processing device 6
... Computer 21 ... Casing 21a ... Window for light passage 22 ...
High power semiconductor laser 23 ... Collimating lens 24 ... Condensing lens system 25 ... Circular aperture 26 ... Conical reflecting mirror 27a
... First cylindrical concave lens 27b ... Second cylindrical convex lens 28
… Third cylindrical convex lens RR, RL… Rail T… Tunnel S… Plate light

フロントページの続き (72)発明者 西元 善郎 神戸市西区竹の台5−18−7 (72)発明者 後藤 有一郎 神戸市西区美賀多台1−4−1 (72)発明者 山口 証 神戸市西区美賀多台1−4−1 (72)発明者 神 康晴 神戸市西区糀台2−26−3−416 (72)発明者 福本 陽三 神戸市北区泉台2−7−2 (72)発明者 内藤 ▲廣▼幸 神戸市灘区高羽町2−4−20 (56)参考文献 特開 平4−295707(JP,A) 特開 平3−217600(JP,A) 特開 昭62−261008(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 7/06 Continuation of the front page (72) Inventor Yoshiro Nishimoto 5-18-7 Takenodai, Nishi-ku, Kobe (72) Inventor Yuichiro Goto 1-4-1, Migatadai, Nishi-ku, Kobe (72) Inventor Satoru Yamaguchi Mika, Nishi-ku, Kobe-shi 1-4-1 Tadai (72) Inventor Yasuharu Kami 2-26-3-416 Kojidai, Nishi-ku, Kobe (72) Inventor Yozo Fukumoto 2-7-2, Izumidai, Kita-ku, Kobe (72) Inventor: Masahiro Naito ▼ Success 2-4-20 Takaba-cho, Nada-ku, Kobe (56) References JP-A-4-295707 (JP, A) JP-A-3-217600 (JP, A) JP-A-62-261008 (JP, A (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01B 11/00-11/30 102 G01C 7/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 a:軌道上を走行する移動台車と、 b:前記移動台車に配設され、移動台車走行方向に略直
交する面内に放射状に広がる平板状光を投射する光源装
置と、 c:前記移動台車に前記光源装置より所定距離隔てて配
設され、前記光源装置からの平板状光によって線路周辺
構造物上に生じる光切断線を前記移動台車の走行にとも
なって順次撮像する第1の撮像装置と、 d:前記移動台車に前記光源装置より所定距離隔てて配
設され、前記光源装置からの平板状光によって軌道上に
生じる光切断線を前記移動台車の走行にともなって順次
撮像する第2の撮像装置と、 e:前記第1の撮像装置によって得られる光切断画像毎
にその画像上での線路周辺構造物を示す光切断線の二次
元座標を求めるとともに、前記第2の撮像装置によって
得られた光切断画像毎にその画像上での軌道の特定部位
を示す光切断線の二次元座標を求める画像処理手段と、 f:前記画像処理手段によって得られる光切断画像上で
の線路周辺構造物を示す光切断線の二次元座標に基づい
て、前記第1の撮像装置を基準点として線路周辺構造物
上の光切断線の三次元座標を求めるとともに、前記画像
処理手段によって得られた光切断画像上での軌道の特定
部位を示す光切断線の二次元座標に基づいて、前記第2
の撮像装置を基準点として軌道の特定部位を示す光切断
線の三次元座標を求め、これらの三次元座標,及び前記
第1の撮像装置と前記第2の撮像装置との位置関係を示
す座標とに基づいて、前記移動台車の走行に応じて軌道
間の中点を基準点として線路周辺構造物上の光切断線の
三次元座標を求める計算手段と、 を備えたことを特徴とする線路周辺構造物の三次元形状
計測装置。
A: a moving vehicle traveling on a track; b: a light source device disposed on the moving vehicle and projecting flat light radially spread in a plane substantially orthogonal to a traveling direction of the moving vehicle; c: a second light source disposed at a predetermined distance from the light source device on the movable trolley and sequentially capturing a light cutting line generated on a track peripheral structure by the flat light from the light source device as the movable trolley travels; And d: a light cutting line, which is disposed on the movable trolley at a predetermined distance from the light source device and is generated on a track by flat light from the light source device, sequentially along with the travel of the movable trolley. E: obtaining a two-dimensional coordinate of a light-section line indicating a line surrounding structure on each of the light-section images obtained by the first image-capturing apparatus; By the imaging device Image processing means for obtaining two-dimensional coordinates of a light section line indicating a specific portion of a trajectory on the image for each of the obtained light section images; and f: line peripheral structure on the light section image obtained by the image processing means Based on the two-dimensional coordinates of the light-section line indicating the object, the three-dimensional coordinates of the light-section line on the track peripheral structure are determined using the first imaging device as a reference point, and the light obtained by the image processing means is obtained. Based on the two-dimensional coordinates of the light-section line indicating the specific part of the trajectory on the section image, the second
The three-dimensional coordinates of a light-section line indicating a specific portion of the trajectory are determined using the imaging device as a reference point, and the three-dimensional coordinates and coordinates indicating the positional relationship between the first imaging device and the second imaging device. And calculating means for obtaining three-dimensional coordinates of a light section line on the track peripheral structure based on the center of the track as a reference point in accordance with the travel of the movable trolley based on 3D shape measuring device for surrounding structures.
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