JP4256890B2

JP4256890B2 - 地盤変状監視方法

Info

Publication number: JP4256890B2
Application number: JP2006289392A
Authority: JP
Inventors: 親伯谷本; 誠一坂本; 圭吾小泉; 孝明高橋
Original assignee: 地球観測株式会社
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2026-10-25
Also published as: JP2008107175A

Description

本発明は、道路等の交通路線及び住地沿いの山に形成された法面の地滑り調査や遺跡調査のための地盤変状監視方法に関するものである。

近年、度重なる地震、集中豪雨による地盤災害が多く、災害発生時の通行止め等の交通規制を迅速かつ効率よく行うために、平常時に定期的に地盤の変状を監視する必要がある。そこで、従来の地盤変状監視方法では、地盤表面にＧＰＳ受信器を設置して、このＧＰＳ受信器から得られた測位情報に基づいて地盤変位量をＧＰＳ測位解析処理する処理手段として、スタティックＧＰＳ測位法によるものと、リアルタイムキネマティックＧＰＳ測位法によるものがあり、地盤変動情報に応じて、これらの測位法を選択するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開2004− 45158号公報

従来のこの地盤変状監視方法では、地滑り地盤の観測点に設置されたＧＰＳ受信器からの信号及び地盤変動観測計器からの検出信号が集められて、計測された計測値から、地滑りの有無や大きさを計測するのであるが、地盤の三次元座標を点の集合としてとらえるものである。即ち、点の変化を数値で示したものであり、地盤の変状を面的にとらえるものではない。従って、具体的な対策エリア（地盤の変状に対する対策をとるべきエリア）を特定するのが困難である。

そこで、本発明は、高い精度で地盤の変状をとらえ、地盤の変状を面的にとらえることで、対策すべきエリアの特定が可能となる地盤変状監視方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る地盤変状監視方法は、地盤の三次元座標を３Ｄレーザースキャナー装置によって計測し、最初の計測時の初期座標と、一定時間経過後の該地盤の三次元座標とを比べて、該地盤の変状の有無を調べる地盤変状監視方法であって、上記地盤に複数の円板状のターゲット部材を散点状に設置すると共に、地盤とは別の場所に、絶対的位置を計測するための３つの不動点部材を設置して、上記３Ｄレーザースキャナー装置によって３つの該不動点部材の三次元座標を計測して、３つの該三次元座標を基準点として、上記３Ｄレーザースキャナー装置によって、上記ターゲット部材の三次元座標を計測して求め、さらに、上記複数のターゲット部材のうちの、近接する３つのターゲット部材を頂点とする仮想三角形の重心について、初期座標と、二回目以降の計測時の座標とを比べて、上記地盤の変状を調べる。

また、上記地盤の計測により重心の変位が確認された仮想三角形内の地盤の断面図を、初期の該仮想三角形の範囲の該地盤の断面図と比較して、変状を計測する。
また、傾斜計等を上記不動点部材に取付け、該不動点部材の初期計測時からの変位を調べて、変位があった場合に、上記３Ｄレーザースキャナー装置によって計測した地盤の三次元座標の、変動誤差を補正する。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係る地盤変状監視方法は、地盤に複数の円板状のターゲット部材を散点状に設置すると共に、地盤とは別の場所に、絶対的位置を計測するための不動点部材を設置して、３つの不動点部材の三次元座標を基準点として、ターゲット部材の三次元座標を計測して求めるので、計測誤差が少なく（最大誤差 1.5mm以内）、非常に高精度で地盤の変状を把握することができる。
そして、複数のターゲット部材のうちの、近接する３つのターゲット部材を頂点とする仮想三角形の重心について、初期座標と、二回目以降の計測時の座標とを比べて、地盤の変状を調べるので、仮想三角形の重心の変位を時系列で比較することで、法面の変状を面的に把握できる。よって、具体的な対策エリアを特定することができ、変位、変状の状態を数値と画像（断面図）の両面から知ることができ、地盤の変状を高精度に計測することができる。

以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
図１〜図３に示したように、本発明に係る地盤変状監視方法の実施の形態は、地盤１の三次元座標Ｐを（後で詳しく説明する）３Ｄレーザースキャナー装置２によって計測し、最初の計測時の初期三次元座標Ｐ₁と、ある一定期間経過後の地盤１の三次元座標Ｐ₂とを比べて、地盤１の変状の有無を調べるものである。３Ｄレーザースキャナー装置２は、地盤１全体を見渡せる位置に設置される。図１〜図３では、計測対象となる地盤１が、高速道路に沿って施工された法面10であり、３Ｄレーザースキャナー装置２が設置される計測位置７を、法面10とは道路を挟んで反対側となる場所にする。

そして、法面10に、複数（３個以上）の円板状のターゲット部材３…を、散点状に設置する。例えば、図３のように、法面10が、計測位置７から見た場合に、略三角形状に施工されていれば、ターゲット部材３…を、法面10の頂部近傍に一つ設置すると共に、頂部近傍から両辺に沿って下方へ散点状に設置する。さらに、法面10の下部のように、横方向のターゲット部材３，３間の距離が大きくなるところには、その中間位置にも１つ又は２つ以上のターゲット部材３を設置する。各ターゲット部材３は、法面10上に固定するための固定脚部材14と、固定脚部材14の上部に固着されるステンレス製等の円板部13と、から成り、特に、法面10に複数段形成された保守歩行用の細道８上に設置すれば安定して保持し易い。また、円板部13の前面の中心部を円形に白く塗布すると共に、白色中心部の周囲を白色以外の色（青色等）で着色する。

さらに、地盤１の近傍であって、地盤１とは別の場所に、絶対的位置を計測するための不動点部材（基準点部材）４を設置する。不動点部材４は、例えば、法面10とは道路を挟んだ反対側の基準位置９に設置される。基準位置９を、上記の計測位置７の近傍にすれば、計測精度が高くなり好ましい。時系列において、地盤１が変動しても、この基準位置９は絶対的に動くことのない位置であることが条件である。不動点部材４は、基準位置９に固定して設置される柱部材17と、柱部材17の上部に固着されるステンレス製等の円板部16とから成る。この円板部16は、ターゲット部材３の円板部13と同じように形成される。

また、図８に示したように、不動点部材４には、位置が不動であるかどうかを計測するための高精度傾斜計（変位計）５等が取り付けられている。不動点部材４は、長期間設置されるものであり、飛散物に衝突されたり基準位置９の地盤が僅かに動くこともあり、不動点部材４の円板部16の中心の３次元的位置が変位する虞れがあるためである。傾斜計５等は、例えば小型センサ内蔵型のものであり、柱部材17や円板部16の裏面等に取付けられる。そして、最初の初期計測時と、一定期間経過後の二回目以降の計測時との３次元的な変位を捉えることが可能となり、もしも、二回目以降の計測時に変位していることを確認したら、スキャナー装置２が計測した地盤１の三次元座標Ｐの変動誤差の補正を行う。

ここで、３Ｄレーザースキャナー装置２について説明する。スキャナー装置２は、連続してレーザー光を照射し、対象物までの距離及び角度を計測することにより、対象物の表面形状を３次元座標データとして記録することができる計測機器であり、毎秒数千点〜数十万点のスキャン速度を有し、地上据置型のものである。具体的には、スキャナー装置２は、50ｍの距離にある対象物の３次元座標を６mmの精度で計測可能であり、さらに、ターゲット部材３を計測する場合には、50ｍ先の距離で 1.5mmの精度で計測可能であるものが好ましい。円板状のターゲット部材３を計測することで、計測の精度が高くなるが、その理由について説明すると、プログラムにターゲット部材３の形状を記憶しておき、計測結果と記憶させた形状を一致させることによって、より正確に該ターゲット部材３の形状を認識すると共に、ターゲット部材３の中心点を三次元座標Ｐとして求めることができるからである。このように、ターゲット部材３の形状を予め記憶しておけば、ターゲット部材３の傾きによる誤差や障害物といったレーザー計測特有の誤差をなくすことができる。

また、図７に示したように、各ターゲット部材３は、円板部13の中心部が３Ｄレーザースキャナー装置２（のレーザー照射部）に対して20°〜90°の角度θの範囲内で向くように、設置される。20°〜90°の範囲内であれば、10ｍ離れた位置から計測した結果、計測誤差が 1.3mm以下に納まると共に、90°に近づくほど誤差が小さくなる。これに対し、20°未満であると、計測誤差が 1.3mm超えとなった。このように、計測の精度が悪くなってしまう。

次に、本発明に係る監視方法について説明する。
図１と図３において、３Ｄレーザースキャナー装置２によって、不動点部材４の三次元座標を計測する。この不動点部材４の三次元座標を基準点として、法面10に設置の各ターゲット部材３の三次元座標Ｐを計測する。
次に、図３に示すように、法面10に設置した複数のターゲット部材３…において、近接する３つのターゲット部材３…を頂点とする仮想三角形６…を考え、各仮想三角形６での法面10の変位を時系列で比較する。

そして、計測によって得られた各ターゲット部材３の三次元座標Ｐから、仮想三角形６の重心Ｇの座標Ｐ₁₀について、最初に計測した初期座標Ｐ₁₁と、二回目以降に計測した三次元座標Ｐ₁₂とを比べる。そして、図３で斜線で示した仮想三角形６Ａの重心Ｇの座標Ｐ₁₀について、二回目以降に計測した三次元座標Ｐ₁₂が、最初に計測した初期座標Ｐ₁₁に比べて移動していたとすれば、３頂点を成すターゲット部材３…のうち少なくとも一つのターゲット部材３の座標Ｐが変位したことになる（図５，図６参照）。よって、法面10の仮想三角形６Ａの範囲内が変状したことを面的に把握できる。そして、法面10のうち仮想三角形６Ａの範囲内の座標を、図４のように縦断面図で表し、初期の法面10Ａから二回目以降の法面10Ｂへの変状を時系列で比較する。

なお、図８において、二回目以降の計測に際し、傾斜計５等により、不動点部材４の初期計測時からの変位を調べることで、不動点部材４が変位しても、その３次元的な変位を捉えることが可能であり、変位分を誤差としてスキャナー装置２による法面10及びターゲット部材３の計測値に補正を行うことができる。このように、法面10の変位を計測する精度を高めることができる。

本発明のような不動点部材４を設置せずに、３Ｄレーザースキャナー装置２を所定位置に設置してターゲット部材３…の計測を行う場合、視準誤差などの人為的な誤差が含まれるため、高精度の三次元座標の計測を行うことができなくなるため、本発明のように、基準位置９に不動点部材４を設置することで、高精度の計測が可能となる。そして、図１，図３では１つの不動点部材４を設置して計測する場合を説明したが、別々の場所に３つの不動点部材４…を設置することで、より精度の高い計測データを得ることができる。
また、法面10の形状を３次元座標データとして記録する際の問題点として、法面10上に生えた植生11が挙げられる。近年、高速道路沿いの法面10には、景観の点から法面10に植栽するケースが増えているが、このような植生11の分布した法面10を３Ｄレーザースキャナー装置２で計測した場合、植生11がノイズとなり、経年での地盤表面の状況を把握するのが困難な場合がある。このような理由からも、不動点部材４とターゲット部材３のターゲット間距離を算出する方法が有効であり、植生11等によるノイズの影響を受けることなく、高精度の計測結果が得られる。
そして、従来のトータルステーションよりも高精度な点の変状計測と、３Ｄレーザースキャナー装置２の特長を生かした面的な計測データを重ね合わせることで、法面10における変状エリア、変位、変状の状態を数値と画像（断面図）の両面から知ることが可能である。

また、本発明では、高速道路沿い等の法面10の変状監視方法について説明したが、図面の無い（古いため図面が紛失した）構造物の図面起こしや、遺跡や重要文化財の３次元データとしてのデータベースの構築に使用されても良い。

以上のように、本発明に係る地盤変状監視方法は、地盤１の三次元座標Ｐを３Ｄレーザースキャナー装置２によって計測し、最初の計測時の初期座標Ｐ₁と、一定時間経過後の地盤１の三次元座標Ｐ₂とを比べて、地盤１の変状の有無を調べる地盤変状監視方法であって、地盤１に複数の円板状のターゲット部材３を散点状に設置すると共に、地盤１とは別の場所に、絶対的位置を計測するための３つの不動点部材４を設置して、上記３Ｄレーザースキャナー装置２によって３つの該不動点部材４の三次元座標を計測して、３つの該三次元座標を基準点として、上記３Ｄレーザースキャナー装置２によって、上記ターゲット部材３の三次元座標Ｐを計測して求め、さらに、複数のターゲット部材３のうちの、近接する３つのターゲット部材３を頂点とする仮想三角形６の重心Ｇについて、初期座標Ｐ₁₁と、二回目以降の計測時の座標Ｐ₁₂とを比べて、地盤１の変状を調べるので、仮想三角形６の重心Ｇの変位を時系列で比較することで、法面10の変状を面的に把握できる。よって、具体的な対策エリアを特定することができ、変位、変状の状態を数値と画像（断面図）の両面から知ることができる。
しかも、３つの不動点部材４の三次元座標を基準点として、ターゲット部材３の三次元座標Ｐを計測するので、計測誤差が少なく（最大誤差 1.5mm以内）、非常に高精度で地盤１の変状を把握することができる。

また、地盤１の計測により重心Ｇの変位が確認された仮想三角形６Ａ内の地盤１の断面図を、初期の仮想三角形６の範囲の地盤１の断面図と比較して、変状を計測するので、変位、変状の状態を数値と画像（断面図）の両面から知ることができ、具体的な対策を取り易くなる。

また、傾斜計５等を不動点部材４に取付け、不動点部材４の初期計測時からの変位を調べて、変位があった場合に、３Ｄレーザースキャナー装置２によって計測した地盤１の三次元座標Ｐの、変動誤差を補正するので、不動点部材４が変位しても、その３次元的な変位を捉えることが可能であり、変位分を誤差としてスキャナー装置２による法面10及びターゲット部材３の計測値に補正を行うことができる。このように、法面10の変位を計測する精度を高めることができる。

本発明に係る地盤変状監視方法の実施の一形態を示す斜視図である。ターゲット部材の設置状態を示す斜視図である。説明用斜視図である。説明用縦断面図である。説明用正面図である。説明用断面図である。説明用平面図である。不動点部材を示す斜視図である。

符号の説明

１地盤
２３Ｄレーザースキャナー装置
３ターゲット部材
４不動（基準）点部材
５傾斜計
６，６Ａ仮想三角形
Ｇ重心
Ｐ，Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₁₁，Ｐ₁₂ 三次元座標

Claims

地盤（１）の三次元座標（Ｐ）を３Ｄレーザースキャナー装置（２）によって計測し、最初の計測時の初期座標（Ｐ₁）と、一定時間経過後の該地盤（１）の三次元座標（Ｐ₂）とを比べて、該地盤（１）の変状の有無を調べる地盤変状監視方法であって、
上記地盤（１）に複数の円板状のターゲット部材（３）を散点状に設置すると共に、地盤（１）とは別の場所に、絶対的位置を計測するための３つの不動点部材（４）を設置して、
上記３Ｄレーザースキャナー装置（２）によって３つの該不動点部材（４）の三次元座標を計測して、３つの該三次元座標を基準点として、上記３Ｄレーザースキャナー装置（２）によって、上記ターゲット部材（３）の三次元座標（Ｐ）を計測して求め、
さらに、上記複数のターゲット部材（３）のうちの、近接する３つのターゲット部材（３）を頂点とする仮想三角形（６）の重心（Ｇ）について、初期座標（Ｐ₁₁）と、二回目以降の計測時の座標（Ｐ₁₂）とを比べて、上記地盤（１）の変状を調べることを特徴とする地盤変状監視方法。
上記地盤（１）の計測により重心（Ｇ）の変位が確認された仮想三角形（６Ａ）内の地盤（１）の断面図を、初期の該仮想三角形（６）の範囲の該地盤（１）の断面図と比較して、変状を計測する請求項１記載の地盤変状監視方法。
傾斜計（５）等を上記不動点部材（４）に取付け、該不動点部材（４）の初期計測時からの変位を調べて、変位があった場合に、上記３Ｄレーザースキャナー装置（２）によって計測した地盤（１）の三次元座標（Ｐ）の、変動誤差を補正する請求項１又は２記載の地盤変状監視方法。