JP4114792B2 - 構造物変位計測装置および構造物変位計測方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋桁などの構造物の変位を精度良く計測する構造物変位計測装置および構造物変位計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物や土木工作物のような構造物は、その構造の種類や部位に応じて建造からの時間経過により変形してくる。変形の度合いは、基礎となる岩盤などの強度や周囲の環境、構造物の材料の組成などの因子により左右される。変形が大きくなると安全性の観点から補修や改修の必要が生じる。このため、構造物の定期的な変位計測を行うことが要請されている。
【０００３】
図１６は、コンクリート製の橋桁の変位の例を示す説明図である。（ａ）は製作当初の主桁４を示している。主桁４は、（ｂ）に示すように橋台３ａ、３ｂにより支持される。主桁４は、自重や車両などの加重が加わると経年変化により橋台３ａ、３ｂを支点として撓みを生じることが経験上判明している。このため、（ａ）においては、予め自重で撓むことを考慮して主桁４の中央部付近４ｘは上部に向けてなだらかに反らせた形状に設計している。
【０００４】
このため、（ｂ）のように主桁４を橋台３ａ、３ｂに載置すると、主桁４の中央付近は設計値分だけ下方に変形する。当該コンクリート橋の使用期間が長くなると、老朽化の影響や加重が累積されることにより、主桁４の中央付近４ｘは（ｃ）に示すようにさらに下方に変形する。
【０００５】
特許文献１には、このような橋桁の変形をレーザ距離計により測定することが記載されている。この例では、橋脚間に測定ターゲットを備えた線状材を張設し、変形部である橋桁にレーザ距離計を用いた変位計を設置している。したがって、ある時点での変位計の測定値を初期値と比較することにより、主桁４の変位量を求めることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１７１２０３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載された従来例においては、レーザー距離計と測定ターゲット間の距離変動に基づいて橋桁の変形を計測している。このため、いわば測定対象の１点については橋桁の変形が計測できるが、橋桁のある長さにわたる面としての変形は計測できないという問題があった。また、橋桁表面の凹凸などにより測定データをそのまま使用した場合には誤差が発生するが、このような誤差を考慮していないので、精密な変位計測ができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するものであって、橋桁などの構造物の変位を精度良く計測する構造物変位計測装置および構造物変位計測方法の提供を目的とする。
【０００９】
そのために本発明の構造物変位計測装置は、３次元レーザースキャナと、前記３次元レーザースキャナにより得られた計測データを画像処理するデータ処理部と、データ処理部で形成された画像を表示する表示部とを備え、
前記３次元レーザースキャナの測定基準点として、対象とする構造物の不動点で、且つ特徴的な形状を有する構造部位を複数設定し、前記３次元レーザースキャナにより、異なる時期に前記構造物の計測面をスキャニングしてそれぞれの計測データを取得し、前記表示部に構造物の変位の画像を表示することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記構造物は橋桁であり、前記構造物の計測面は当該橋桁の主桁と副桁の交点付近に設定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、計測データは、一定範囲内の測定点のデータを平均化する平面モデル化処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、平面モデル化処理を行なった画像により、構造物の垂直方向の変位を表示することを特徴とする。また、本発明の構造物変位計測装置は、前記平面モデル化処理を行なった画像により、構造物の垂直方向の変位を表示することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記構造物の変位を、構造物の端部、中央部のように設定された位置毎に色分けにより表示することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記構造物の任意の範囲に対して、時期が異なる計測データの差分により変位量を求め、変位量の大きさに応じて色分け、または濃淡により構造物の変位を表示することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記画像表示は、時期的に先の第１の時期に取得した第１の計測データと時期的に後の第２の時期に取得した第２の計測データとに基づき形成された画像を、色分け、または濃淡の差をもたせて重ね合わせて表示して、構造物の変位を表示することを特徴とする。また、本発明は、前記画像を、構造物の平面または垂直方向断面で表示することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の構造物変位計測方法は、３次元レーザースキャナの測定基準点
として、対象とする構造物の不動点で、且つ特徴的な形状を有する構造部位を複数設定する段階と、前記３次元レーザースキャナにより、時期的に先の第１の時期に前記構造物の計測面をスキャニングして第１の計測データを取得する段階と、時期的に後の第２の時期に前記構造物の計測面をスキャニングして第２の計測データを取得する段階と、前記第１の計測データと第２の計測データにより構造物の変位を演算する段階と、前記構造物の変位の画像を形成する段階と、前記構造物の変位の画像を表示部に表示する段階とよりなることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の構造物変位計測方法は、前記構造物の計測面は、橋桁の主桁と副桁の交点付近に設定する段階を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の構造物変位計測方法は、前記第１の計測データ、および第２の計測データを取得し、必要な範囲の測定点の計測データを平均化する平面モデル化処理を行なうことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の構造物変位計測方法は、前記構造物の全面にわたり、第１の計測データと第２の計測データの差分により変位量を求める段階を有し、変位量の大きさに応じて色分け、または濃淡により構造物の変位を表示することを特徴とする。
【００２０】
本発明は、３次元レーザースキャナ（３ＤＬＳ）により構造物の変位を計測している。このため、多数の測定点のデータを短時間で取得でき、高密度の計測が可能となる。また、表示部に構造物の変位の画像を表示している。このように、構造物の変位の量や領域、または分布が画像表示されるので、ユーザは視覚により変位を明確に判断できる。
【００２１】
また、計測のための反射ターゲットを設置していないので、反射ターゲットの設置手間が省け、長期間に及ぶモニタリング時に予想されるターゲット自体の位置ズレを懸念する必要もなくなる。さらに、データ比較のための基準点を設置しておらず、対象とする構造物の不動点、すなわち、構造上不動とみなせる部位や、変形の少ない部位に測定基準点を設定している。したがって、機械設置誤差が発生せず、別途基準構造物を設置した場合の基準自身の変化に伴う誤差も発生しない。また、反射ターゲットを設置するためのコストを軽減することができる。
【００２２】
また、本発明は、計測データに対して平面モデル化処理を行いデータのばらつきを補正している。このため、精度良く変位量を計測することができる。また、構造物の垂直方向の変位を表示し、さらに色分けにより平面で変位を表示している。このため、ユーザは視覚により構造物の変位を確認することができる。
【００２３】
なお、本発明は、平面で構造物の変位を表示する際に、構造物の全面にわたり、変位量の大きさに応じて色分け、または濃淡により変位を表示している。このため、ユーザはより明確に構造物の変位を認識することが可能となる。
【００２４】
また、本発明は、時期的に先に取得した第１の計測データと時期的に後に取得した第２の計測データとに基づき形成された画像を、色分け、または濃淡の差をもたせて重ね合わせて表示して、構造物の変位を表示している。このため、経時的な変位が一度に視覚により確認することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。この種の構造物の計測に、トータルステーションを用いることが知られている。しかしながら、トータルステーションの場合には、機械誤差＋機械設置誤差＋読みとり誤差＋基準点の変動が含まれるので、精度が低下するという問題がある。また、トータルステーションの場合、計測精度を高めるにはミラーと基準点の設置が必要となり、多くの労力とコスト、立ち入りの制限の発生などを考慮しなければならない。
【００２６】
本発明においては、構造物のたわみ変化を３次元レーザースキャナ（以下３ＤＬＳと略記する）により計測するものである。３ＤＬＳは、地上用のスキャナタイプのレーザーセンサーであり、ノンプリズムタイプの光波測距儀の一種である。３ＤＬＳは、地形や地物形状の位置を測定する際、一般的な光波測距儀に比べ高速，高密度に測定することが可能であり、測定能率が高いことが最大の特徴である。
【００２７】
また、本発明によれば、ある計測範囲に多数の計測点が含まれており、各地点の素材などに応じて異なるレーザーの反射強度を、グレースケールで可視化することができる。この画像を構成する点は、全て実測3次元座標を有し、建造物の大きさや傾斜の度合いなどの算出も容易である。このように、３ＤＬＳによれば、計測範囲にある全ての地形や構造物の3次元位置情報を高速・高密度に取得することができる。
【００２８】
図２は本発明に係る３ＤＬＳの測定原理を示す説明図である。３ＤＬＳの計測原理は、トータルステーションと類似しており、任意のターゲット（任意点Ｐ）に向かって射出したレーザーパルスが反射して戻ってくるまでの時間から算出される距離（r）を計測する。任意点Ｐの座標は、極座標系の座標（ｒ、φ、θ）がデカルト座標系の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換される。
【００２９】
図２において、レーザービームは、ポリゴンミラーにより垂直角θ方向に走査される。θは、Ｚ軸と測定レーザーのなす角である。また、レーザービームは、モータの回転により水平角φ方向に走査される。Φは、Ｘ軸と測定レーザーのなす角である。このように、レーザービームは垂直方向と水平方向にスキャニングされて３次元計測を行なっている。
【００３０】
３ＤＬＳとトータルステーションの大きな違いは、後者が任意の1点を繰り返し計測して精度を高めるのに対して、３ＤＬＳは任意の1点を1回のみ計測するかわりに、複数の地点を連続して計測することにある。このため、極めて多点の位置を短時間で計測することができ、地形や構造物の表面形状を高密度に計測することも可能になる。本発明の実施形態では、測点間隔を1cm以下とすることも可能である。
【００３１】
図３は、本発明の処理手順を示す説明図である。本発明の処理は、第１段階（Ａ）、第２段階（Ｂ）、第３段階（Ｃ）の手順により実施される。図３において、第１段階（Ａ）では、資料収集Ａａの段階で一般図、平面図、補修状況等管理資料などの収集を行う。次に、計測対象の確認Ａｂの段階で、計測可能であるかどうかを確認するために現地査察を行う。
【００３２】
続いて、観測方法の詳細検討の段階Ａｃでは、観測諸元（計測方向、位置や計測密度）を決定する。第２段階（Ｂ）では、レーザスキャナ計測の段階Ｂａで、レーザースキヤニングと、取得データの現地確認を行う。また、データ処理の段階Ｂｂで重点計測部位の抽出処理を行う。第３段階（Ｃ）では、対象となる構造物の変位量や変位領域を演算により求める。
【００３３】
図４は、本発明により変位量が計測される構造物の例を示す斜視図である。図４において、橋梁１が地面１０上に建造されている。この橋梁１は、橋脚２ａ〜２ｃに橋台３ａ〜３ｃを設け、橋台ａ〜３ｃに主桁４ａ〜４ｅ、補助桁５ａ〜５ｃを取付けている。
【００３４】
図５は、計測対象の測定基準点を説明する部分的な斜視図である。本発明においては、データ比較のための基準点を設置していない。構造物において変位量を取得するために異なる時期のデータを比較する場合、構造学的に変形が生じにくいと考えられる部位、すなわち不動点で、且つ特徴的な形状をもった構造部位を複数選定し、これを基準として位置合わせを行う。このように、測定基準点として、対象とする構造物の不動点、すなわち、構造上不動とみなせる部位や、変形の少ない部位に測定基準点を設定している。
【００３５】
したがって、機械設置誤差が発生せず、別途基準構造物を設置した場合の基準自身の変化に伴う誤差も発生しない。また基準点設定のための設置作業手間とコストが軽減できる。図５は、基準点６を橋脚２が地面１０から露出する位置に設定した例である。この基準点６は、橋脚２の２面２ａ、２ｂが交わる位置としている。
【００３６】
また、本発明においては一般的に測量で用いられる反射ターゲットを設置していない。これにより、反射ターゲットの設置手間が省け、長期間に及ぶモニタリング時に予想されるターゲット自体の位置ズレを懸念する必要もなくなる。構造物自体のうち、不動と考える部分等（例えば上部工作物と下部工作物の接合部付近）を基準点とし、計測の度にモニタリング対象範囲と同時に基準点についても計測する。
【００３７】
この基準点は、不動と考える部分に対し、複数の平面を用いて算出する。この基準点の設定について説明する。図５に示すように、平面が交わる角（コーナー）の座標を基準点の位置として算出する。なお、この角部は仮想点でも良い。基準点が必ずしも不動でない場合もあり得ることや、より測定精度を高めることを目的として、基準点は複数個所設置することが望ましい。
【００３８】
この基準点は、不動と考える部分に対し、後述する「誤差低減のための平面モデル化処理」によって得た複数の平面を用いて算出する。図５に示すように、多数の測点群から誤差を低減した平面を求め、これら平面が交わる角（コーナー）６の座標を算出する。なお、この角は仮想点でも良い。この際、計測機器（スキャナ）設置点からの視野において、計測範囲内に基準点が分散するように設定し、基準点の偏りをなくしている。
【００３９】
図６は、測定対象の計測位置のイメージを示す説明図である。（ａ）は主桁と補助桁の交点付近の位置を示す斜視図、（ｂ）は平面図である。測定対象となる部材の位置を求めるには、図６に示したように、主桁と補助桁の交わる中心座標を求め、基準点との相対位置を算出する。この際に、計測で得られる一次データ（測点データ）を用いるのではなく、測点データの平均化により得られた面データを用いる。このため、測点自体の誤差を低減し精度の向上をはかることができる。この作業を定期的に繰り返すことで、変位の経年変化が把握できる。
【００４０】
図７は、本発明による３ＤＬＳによる測定位置を示す斜視図である。図７において、４は主桁、５は補助桁、７は主桁４の底面、８は主桁の側面である。本発明においては、主桁４の底面７を３ＤＬＳで計測することにより橋の変位を判定している。この点について、図８における図７のＡ部断面拡大図、図９の説明図により説明する。
【００４１】
図８において、８ａ、８ｂは主桁４の側面、７は底面である。底面７には多数の３ＤＬＳによる測定点が存在しているが、図９に示すような平面モデル化処理により測定平面を求めている。図９は、主桁４の底面７の高さ方向の断面を示している。すなわち、底面７は部材であるコンクリートの凹凸などにより正確な平面には形成されていない。高さ方向にＤａの差が存在している。
【００４２】
測定点のデータｇａ〜ｇｎは、高さ方向にＨａ〜Ｈｂの範囲内、すなわち、距離Ｄａの範囲内でばらついている。これらの測定データから平均値を求めると、底面はＨｃの線で表すことができる。このＨｃにより表されている平面は、例えば、Ｄｂが１ｃｍ、Ｄｃが１.５ｃｍの位置に形成されている。すなわち、ＨｃはＤａを等分する位置に形成されるのではなく、明らかな異常値を除く計測データの高さ方向の平均値の位置に形成される。
【００４３】
このようにして、３ＤＬＳで測定された測定値に基づいて形成された平面は、各測定点の誤差が縮小され、単点位置の比較では困難な高精度の変位量比較が可能となる。本発明においては、このような測定値の平均値を求める手法を、前記のように「平面モデル化処理」と称している。
【００４４】
図１０は、主桁と補助桁との交点位置（○印）における変位計測結果のイメージを示す説明図である。この計測はある期間をおいて時間差をもってなされている。ここで、７ａは初期値、７ｂは中間値、７ｃは最終値を示している。図１０を参照すると、主桁底面の位置は７ａから７ｃに除々に変化している。このように、図１０の実施形態においては異なる時期に計測データを取得して、変位を演算し表示している。ここで、例えば初期値を時期的に先に取得した第１の時期の第１の計測データ、最終値を時期的に後に取得した第２の時期の第２の計測データとみることができる。
【００４５】
図１０のように、計測データを画像処理して得られたイメージを表示部に表示させることにより、主桁底面の垂直方向の変位を判定することができる。このように、本発明においては、構造物変位の面的な広がりを把握するため、図１０のような経年比較ポイントを設定している。そして、当該測定ポイントの垂直変化を演算処理によりグラフ化することにより、撓み変位を把握することができるようにしている。
【００４６】
図１１は、主桁底面における変位計測結果のグラフ化イメージの例を示す説明図である。図１１は図１０と同じ計測データを平面で示している。図１１を参照すると、橋台に支持されている両端は、初期値７ａから殆ど変化していない。これに対して、支持部のない中間領域では、中間値７ｂ、または最終値７ｃに変化している。
【００４７】
ここで、計測データの初期値７ａ、中間値７ｂ、最終値７ｃを異なる色で表示する。このように、図１１の例では、構造物の変位を、構造物の端部、中央部のように設定された位置毎に色分けにより表示している。すなわち、変位領域の可視化も併用しているので、構造物の任意の範囲の詳細な変形状況を把握することが可能となる。また、計測範囲に含まれる部位であれば、後日、別途採寸等の処理も可能である。図１０、図１１の例は、矩形モデルの中心、辺、角を用いた相対変位を計測するものである。
【００４８】
図１は、本発明による構造物変位計測装置の適用例を示す概略の説明図である。図１において、図４と同じ部材には同じ符号を付している。すなわち、４ａ〜４ｃは橋の主桁、５は補助桁、９ａ〜９ｊは主桁の変位計測面である。この例では、変位計測面を主桁と補助桁の交点付近に設定している。２０は３ＤＬＳ、２０ａは基準点（不動位置）である。
【００４９】
３ＤＬＳ２０により、変位計測面９ａ〜９ｊを計測する。計測データは、図９で説明したように平面モデル化処理を行う。計測データはある期間をおいて時間差をもって取得し、画像処理を行って、図１０で示したような垂直変位の表示、図１１で示したような平面表示を行う。このようにして、ユーザは、計測対象物の変位を確認することができる。
【００５０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１２（ａ）〜（ｅ）に示した実施形態は、変位分布範囲を容易に低コストで可視化することを目的としている。この処理では、計測点群のまま変位の分布状況を把握するものである。３ＤＬＳで得られた測点群に計測回別に任意の色を当てはめ、異なる時期のデータを重ね合わせ表示する。このように、色の分布により構造物全体の変位領域を把握することができる。このとき、全測点に対し任意の大きさ（体積や面積）を与えることが、可視化する上で重要である。図１２では、時期的に先の計測データを白丸、後の計測データを黒丸で示している。
【００５１】
なお、データの性質上、誤差を殆ど生ぜずに変位量を求めることは困難であるが、変位分布傾向を把握したり、さらに別の時期との分布傾向比較を行うことは容易であり、可視化のための処理も容易である。このことから、図１２の方法は、図１０、図１１で示した表示を行う部位の抽出や、後述する方法ほどコストをかけずに定性的に変位状況を把握したい場合に効果的な方法である。
【００５２】
図１２において、ある時期の測点データは青系色（白丸で表示）、ある時期の測点データは赤系色（黒丸で表示）というように、全測点に色情報を付与する。その2時期のデータを重ね合わせて任意の視点から見た場合、変位の有無やその範囲に応じて、青系統の色、赤系統の色、赤系・青系の混色、そしてこれらの色がなすグラデーション（階調）が生成される。このため、ユーザは構造物の変位を視覚により判断することができる。
【００５３】
図１２（ａ）は、計測位置の鳥瞰表示のイメージを示している。白矢印は時期的に先の時期に計測されたデータの分布、黒矢印は後の時期に計測されたデータの分布である。図１２（ｂ）は、（ａ）の任意断面（Ｘ―Ｚ面）の拡大表示のイメージを示している。また、図１２（ｃ）は、（ａ）の任意断面（Ｘ―Ｙ面）の拡大表示のイメージを示しており、図１２（ｄ）は、（ａ）の任意断面（Ｘ―Ｙ面）の拡大表示のイメージ、図１２（ｄ）は、（ａ）の任意断面（Ｙ―Ｚ面）の拡大表示のイメージをそれぞれ示している。
【００５４】
図１２に示したように、後の時期の測点データがＺ方向に変位すると、（ｃ）に示すようにＺ方向から見た場合、後の時期の測点が手前にある。このため、（ｃ）の例では前面が赤勝ち（黒丸が多い）となり、変位範囲が赤色の分布領域として示される。これを広い範囲に対して行ったものが（ｄ）である。（ｄ）では、中央部１１ｃに両端部１１ａ、１１ｂと異なる色分布領域が確認され、変位が中央部に発生していることがわかる。
【００５５】
図１２（ｅ）では、対象とする構造物、すなわち、主桁のたわみ変形を断面で示している。この例では、計測断面の変位を色分けして（図の例では白丸と黒丸）表示している。この例でも、中央部１１ｃの変位が両端部１１ａ、１１ｂよりも大きいことが示されている。このため、ユーザは視覚により計測断面の各位置の変位を確認することができる。
【００５６】
なお、このような変位計測は、計測機器設置点から測定対象物へのレーザービーム入射角と測定距離によって、測定部位による精度のばらつきや、データ欠損範囲を生じやすい。このような誤差を除去するためには、複数の地点から計測することによりレーザービームが到達しない陰となる部分を補間するか、できるだけ計測対象に正対する位置から計測する必要がある。現地における計測を極力低コストで押さえるためには、一構造物当たりの計測回数は少ないほうが良い。
【００５７】
図１３は、本発明の他の実施形態を示す説明図である。図１３においては、測点群から生成した構造物サーフェイス（表面）モデルのサーフェイスをスムージング処理し、モデル同士の差分を求めて表示するものである。測定範囲の全てか、または任意の範囲に対して、測点群から構造物等のサーフェイスモデルを生成する。さらに、異なる時期のサーフェイスモデル同士の差分を求め、全体或いは部位別の変位量や変位領域を算出する。
【００５８】
なお、サーフェイスモデル生成の際は、誤差低減のためにスムージング処理を行う。このスムージング処理は、隣接する測点群を用いて三角網或いは格子網を作成したとき、隣り合う測点、或いは一定の距離にある測点どうしの位置関係から、三角網或いは格子網がなす面の起伏を緩和する処理をいう。図１３の例は、測点群から生成した構造物サーフェイスモデルをスムージング処理し、モデル同士の差分を求めるものである。
【００５９】
図１４は、前記差分処理の手法を示す説明図である。この例では、計測面を多数の格子に分割する。例えば、サーフェイスモデル（格子面）Ｅｎについて、（ａ）では時期的に早い時期の計測データを取得する。（ｂ）では、時期的に遅い時期の計測データを取得する。（ｃ）では、（ａ）と（ｂ）の差分の計測データを取得する。この（ｃ）のデータを計測面全体に展開して、図１３のような変位の濃度分布のデータを形成する。
【００６０】
すなわち、図１３においては、異なる時期に取得したデータを濃淡により表示している。両端部では濃度が濃く、中央部では濃度が薄く表示されている。このように、中央部ほど変位が大きく、両端部では変位が小さいことが確認できる。図１３の例では変位量を色分け、または濃淡で差をつけているので、ユーザは視覚により変位量を明確に確認することができる。
【００６１】
図１３においては、図１２の例とは相違しており、変位領域の広がりを可視化できるだけでなく、その変位量も精度よく把握することができる。また、変位個所が特定の地点のみに限られないことの多い構造物の変位計測に対して、現象とその特徴を正確に把握することが可能である。ただし、前述の図１０、図１１に示した矩形による平均化方法に比べ、現地計測・データ処理の時間・コストが、大きくなる。
【００６２】
このように、図１３の実施形態は測点群から生成した構造物サーフェイスモデルのサーフェイスをスムージング処理し、モデル同士の差分を求める方法である。測定範囲の全て、または任意範囲について、測点群から構造物等のサーフェイスモデルを生成する。さらに、異なる時期のサーフェイスモデル同士の差分を求め、全体或いは部位別の変位量や変位領域を算出している。
【００６３】
図１５は、本発明の制御部を示すブロック図である。図１５において、２０は３ＤＬＳ、２１はデータ処理部、２２はキーボードなどの入力部、２３はＲＯＭやＲＡＭの内部記憶部、２４はハードディスクなどの大容量の外部記憶部、２５は表示部（モニタ）、２６は外部コンピュータである。外部コンピュータ２６は、データ処理部２１で得られた各種データに基づいて、高速で所定の演算を実行する。
【００６４】
データ処理部２１には、メモリ２１ａ、極座標およびレーザ反射強度入力部２１ｂ、座標変換部２１ｃ、画像制御部２１ｄが設けられている。３ＤＬＳ２０で得られた計測データは、メモリ２１ａに記憶される。極座標およびレーザ反射強度入力部２１ｂは、メモリ２１ａに記憶された計測データを三次元座標のドットとして取り込む。
【００６５】
極座標およびレーザ反射強度変換部２１ｃは、計測現地の任意のデカルト座標に計測データを変換する。画像制御部２１ｄは、計測データに基づき構造物の変位を演算する。また、演算結果を画像処理によりイメージ変換して、図１０〜図１３のような各種イメージを形成し、表示部２５で変位量を表示する。
【００６６】
本発明においては、構造物の任意個所をピンポイントに三次元計測するのではなく、計測対象物の表面の形状を主に土木構造物および建築構造物の変位を計測する（例えば図１６（ｂ）の主桁のたわみ変位）。レーザースキャニング法により、対象とする構造物の平面を詳細に計測する。
【００６７】
３ＤＬＳによるスキャニングは、通常数十万〜数百万測点以上の高密度計測で行う。前記のように多数の測点群が得られているので、この中の任意範囲の測点群から平均的な値を求めることにより、単測点に含まれる誤差を低減することができる。
【００６８】
異なる時期における相対的な土木・建築構造物の変位を把握するために、任意の期間毎にその都度同一範囲の表面形状を３ＤＬＳでスキャニングしている。得られた計測値は、前記のように平面モデル化処理を行いデータのばらつきを補正している。このため、精度良く変位量を計測することができる。
【００６９】
また、本発明においてはデータ比較のための基準点を設置してない。本発明においては、構造物において異なる時期のデータを比較する場合、構造学的に変形が生じにくいと考えられる部位で、且つ特徴的な形状をもった構造部位を複数選定し、これを基準として位置合わせを行なっている。
【００７０】
本発明においては、複数時期の表面形状を計測した計測データを用いて、前記したように、3種類の形態で構造物の変位抽出を行っている。第１は、図１０、図１１などで説明した「矩形モデルの中心、辺、角を用いた相対変位計測」である。この計測においては、誤差低減のために任意範囲の平面モデル化（矩形モデル化）処理を行い、任意の一定範囲内での相対変位量を把握する。
【００７１】
この処理では、矩形モデル化処理は適当な範囲毎に平面或いは平面から構成される立体モデルへ近似する。さらにこのモデルの中心位置、或いはモデルの辺や角の位置を求め、各部位毎に時期毎の相対変化量を求める。なお、この方法は、一定の曲率の曲面、或いは平面から構成される構造物の変位計測に適している。
【００７２】
第２は、図１２で説明した「点群のまま変位の分布状況のみを把握する処理」である。この処理は、３ＤＬＳで得られた測点群に計測回別に任意の色と大きさを当てはめ、異なる時期のデータを重ね合わせ表示する。このような処理により、色の分布により構造物全体の変位領域を把握するものである。データの性質上、精度よく変位量を求めることができない場合もあるが、低コストで変位分布傾向を把握することに適した方法である。
【００７３】
第３は、図１３、図１４で説明した、「測点群から生成した構造物サーフェイスモデルをスムージング処理し、モデル同士の差分を求める処理」である。この処理は、測定範囲の全て、または任意範囲について、測点群から構造物等のサーフェイスモデルを生成し、異なる時期のサーフェイスモデル同士の差分を求め、全体或いは部位別の変位量や変位領域を可視化する。なお、サーフェイスモデル生成の際は、誤差低減のためにスムージング処理を行う。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、構造物の任意個所をピンポイントに三次元計測するのではなく、３ＤＬＳにより計測対象物の表面の形状を主に計測することにより、土木構造物および建築構造物などの構造物の変位を計測している。このため、高密度計測が可能となり、単測点に含まれる誤差は、任意範囲の測点群から平均的な値を求めることにより低減することができる。
【００７５】
また、異なる時期における相対的な土木構造物や建築構造物などの構造物の変位を把握するために、任意の期間毎にその都度同一範囲の表面形状をスキャニングしている。得られた計測値は、前記のように平面モデル化処理を行いデータのばらつきを補正している。このため、精度良く変位量を計測することができる。
【００７６】
また、本発明においてはデータ比較のための基準点を設置しておらず、対象とする構造物の不動点、すなわち、構造上不動とみなせる部位や、変形の少ない部位に測定基準点を設定している。このため、機械設置誤差が発生せず、別途基準構造物を設置した場合の基準自身の変化に伴う誤差や、設置作業手間とコストが軽減できる。
【００７７】
また、構造物の変位の量や領域、または分布が画像表示されるので、ユーザは視覚により変位を明確に判断できる。この際の画像表示は、構造物の垂直方向の変位を表示し、または色分けや濃度の差により平面で変位を表示している。このため、ユーザは視覚により多面的に構造物の変位を確認することができる。
【００７８】
なお、本発明は、平面で構造物の変位を表示する際に、構造物の全面にわたり、変位量の大きさに応じて色分け、または濃淡により変位を表示している。このため、ユーザはより明確に構造物の変位を認識することが可能となる。
【００７９】
また、本発明は、時期的に先に取得した計測データと時期的に後に取得した計測データとを差分処理して形成された画像を、色分け、または濃淡の差をもたせて重ね合わせて表示して、構造物の変位を表示している。このため、経時的な変位が一度に視覚により確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による構造物変位計測装置の適用例を示す概略の説明図である。
【図２】 ３ＤＬＳの測定原理を示す説明図である。
【図３】 本発明の処理手順を示す説明図である。
【図４】 変位量が計測される構造物の例を示す斜視図である。
【図５】 計測対象の測定基準点を説明する部分的な斜視図である
【図６】 測定対象の計測位置のイメージを示す説明図である。
【図７】 ３ＤＬＳによる測定位置を示す斜視図である。
【図８】 図７のＡ部断面拡大図である。
【図９】 平面モデル化処理の説明図である。
【図１０】 変位計測結果のイメージを示す説明図である。
【図１１】 図１０の平面表示を示す説明図である。
【図１２】 本発明の第２の実施形態を示す説明図である。
【図１３】 本発明の第３の実施形態を示す説明図である。
【図１４】 図１３の差分処理の手法を示す説明図である。
【図１５】 制御部を示すブロック図である。
【図１６】 コンクリート製の橋桁の変位の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・橋梁、２ａ〜２ｃ・・・橋脚、３ａ〜３ｃ・・・橋台、４ａ〜４ｅ・・・主桁、５ａ〜５ｃ・・・補助桁、６・・・基準点、７・・・底面、８ａ、８ｂ・・・側面、１０・・・地面、２０・・・３ＤＬＳ、２１・・・データ処理部、２２・・・入力部、２５・・・表示部

Claims (13)

1. ３次元レーザースキャナと、前記３次元レーザースキャナにより得られた計測データを画像処理するデータ処理部と、データ処理部で形成された画像を表示する表示部とを備え、
   前記３次元レーザースキャナの測定基準点として、対象とする構造物の不動点で、且つ特徴的な形状を有する構造部位を複数設定し、前記３次元レーザースキャナにより、異なる時期に前記構造物の計測面をスキャニングしてそれぞれの計測データを取得し、前記表示部に構造物の変位の画像を表示することを特徴とする、構造物変位計測装置。
2. 前記構造物は橋桁であり、前記構造物の計測面は当該橋桁の主桁と副桁の交点付近に設定することを特徴とする、請求項１に記載の構造物変位計測装置。
3. 前記計測データは、一定範囲内の測定点のデータを平均化する平面モデル化処理を行うことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の構造物変位計測装置。
4. 前記平面モデル化処理を行なった画像により、構造物の垂直方向の変位を表示することを特徴とする、請求項３に記載の構造物変位計測装置。
5. 前記平面モデル化処理を行なった画像により、構造物の変位を平面で表示することを特徴とする、請求項３に記載の構造物変位計測装置。
6. 前記構造物の変位を、構造物の端部、中央部のように設定された位置毎に色分けにより表示することを特徴とする、請求項５に記載の構造物変位計測装置。
7. 前記構造物の任意の範囲に対して、時期が異なる計測データの差分により変位量を求め、変位量の大きさに応じて色分け、または濃淡により構造物の変位を表示することを特徴とする、請求項５に記載の構造物変位計測装置。
8. 前記画像表示は、時期的に先の第１の時期に取得した第１の計測データと時期的に後の第２の時期に取得した第２の計測データとに基づき形成された画像を、色分け、または濃淡の差をもたせて重ね合わせて表示して、構造物の変位を表示することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の構造物変位計測装置。
9. 前記画像を、構造物の平面または垂直方向断面で表示することを特徴とする、請求項８に記載の構造物変位計測装置。
10. ３次元レーザースキャナの測定基準点を、対象とする構造物の不動点として、対象とする構造物の不動点で、且つ特徴的な形状を有する構造部位を複数設定する段階と、前記３次元レーザースキャナにより、時期的に先の第１の時期に前記構造物の計測面をスキャニングして第１の計測データを取得する段階と、時期的に後の第２の時期に前記構造物の計測面をスキャニングして第２の計測データを取得する段階と、前記第１の計測データと第２の計測データにより構造物の変位を演算する段階と、前記構造物の変位の画像を形成する段階と、前記構造物の変位の画像を表示部に表示する段階とよりなることを特徴とする、構造物変位計測方法。
11. 前記構造物の計測面は、橋桁の主桁と副桁の交点付近に設定する段階を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の構造物変位計測方法。
12. 前記第１の計測データ、および第２の計測データを取得し、必要な範囲の測定点の計測 データを平均化する平面モデル化処理を行なうことを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の構造物変位計測方法。
13. 前記構造物の全面にわたり、第１の計測データと第２の計測データの差分により変位量を求める段階を有し、変位量の大きさに応じて色分け、または濃淡により構造物の変位を表示することを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の構造物変位計測方法。

Images