JP4295892B2

JP4295892B2 - 地形調査ユニット

Info

Publication number: JP4295892B2
Application number: JP2000097899A
Authority: JP
Inventors: 義明高橋; 聡上田; 壮介北澤; 敏幸加納
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001280957A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、港湾等の臨水地域の地形を調査する地形調査ユニットに係り、特に、水底から陸上まで連続した高精度な地形調査ができる地形調査ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地形（人口構造物も含む）が災害等によって変動したときの復旧計画を立案する際に、詳しい変動状況を知る必要がある。このためには、変動した地形を調査し、旧地形と比較しなくてはならない。従って、地形の調査方法・手段を確立し、平常時にも地形を調査して情報を蓄積しておく必要がある。地形が自然現象等によって長期的に変動する場合も、長期にわたる調査から変動状況を知ることができる。
【０００３】
陸上における地形の調査方法として土木測量が知られている。ただし、多くの地点を測量するために多くの作業人員・時間を要するので、災害後に早急に調査を行うには適さない。また、近年では、広域測位システム（ＧＰＳ）を利用して絶対位置を測位する測位センサも普及している。測位センサを測位地点に置くことで測位ができるので、多くの地点を測量するためには、やはり多くの作業人員・時間を要する。また、土木測量やＧＰＳは、水中では実施不可能であり、水中地形の調査には適さない。
【０００４】
水中における地形の調査方法としては、音響による測探機（ソナー）を用いることが知られている。ソナーは、超音波等を水中に発射し、反響を検出することにより、対象物との距離を計測するものである。このソナーを船舶その他の移動体に搭載して移動しながら距離計測を行うことで、比較的広い範囲の地形が短時間で調査できる。ただし、ソナーから得られる地形は、移動体を基準にした相対的な地形となる。
【０００５】
なお、陸上・水中で共用できるセンサ、或いは陸上地形の調査と水中地形の調査とを同時並行で行うシステムは、従来、存在しない。
【０００６】
また、ソナーは、発射音が水面からも反響するので、水面に近いところ（例えば、水深数メートル）の対象物を検知することができない。即ち、ソナーを用いる調査は、水中の全部の地形に適用できるのではなく、水深数メートルより深い地形にのみ適用できる。以下では、ソナーが適用可能な程度の深さにある地形は、岸壁等の垂直部分を含めて水底地形と呼び、水面に近い地形は水際地形と呼んで区別する。水際で作動できるセンサ、或いは水底から陸上まで連続した地形調査ができる調査方法は、従来、存在しない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、災害後においては、復旧物資の運搬等に利用される港湾等の臨水地域の地形変化、特に、港湾施設の被害状況（崩れ、歪み、傾き、沈下、隆起、水中障害物等）を把握することが最重要である。しかし、このような港湾施設（例えば、岸壁）は、水底から陸上まで連続した地形となるため、前述した従来技術では、地形調査が困難である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、水底から陸上まで連続した高精度な地形調査ができる地形調査ユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、浮体の水上部に取り付けられて陸上を立体撮影する立体撮影手段と、前記浮体の水中部に取り付けられて水底からの距離を計測する距離計測手段と、前記浮体の絶対位置を測位する測位手段と、前記浮体の動揺を計測する動揺計測手段と、前記浮体より撮影した陸上の立体映像から陸上地形の絶対位置座標を作成する陸上座標作成手段と、前記浮体より計測した水底との距離から水底地形の絶対位置座標を作成する水底座標作成手段と、前記陸上の座標と前記水底の座標とを補間して水際地形の絶対位置座標を作成する水際座標作成手段とを備えたものである。
【００１０】
予め地図上で設定した調査ルートを記憶する調査ルート記憶手段と、実際にその調査ルートに従い前記浮体を移動させつつ調査した前記撮影・計測・測位及び座標を調査日時情報と共に保存する保存手段とを備えてもよい。
【００１１】
前記陸上、水底及び水際の座標を用いて水底から陸上まで連続した地形の画像を作成して表示する地形画像表示手段を備えてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
図１に示されるように、本発明に係る地形調査ユニットは、浮体として自力航行能力のある調査支援船１を使用している。この調査支援船１の甲板上には、起立させた支柱２が設けられ、この支柱２の所定の高さ位置に水平方向に所定の間隔で２つのデジタルカメラ３，３が設置されている。これらのデジタルカメラ３，３は、陸上を立体撮影するもので、両デジタルカメラ３，３の被写界が重複したエリアＡが距離計測可能なエリアとなる。一方、調査支援船１の船底下には、垂下させた支柱４が設けられ、この支柱４の所定の深さ位置にナローマルチビームソナー５が設置されている。ナローマルチビームソナー５は、水平方向乃至水平より下方向に超音波を発射し、反響を検出することにより、水底からの距離を計測するものである。
【００１４】
図示しないが、甲板上の支柱２には、ＧＰＳによる測位センサが取り付けられていると共に、船体の３軸の揺れ角を検出する動揺センサ（例えば、ジャイロ）が取り付けられている。
【００１５】
調査支援船１内には、各センサからのデータを処理するコンピュータ（図示せず）が設けられている。このコンピュータで実行されるソフトウェアは、主に、調査ルート設定、フィールド計測、データ解析、データ保存、データ表示のモジュールから構成されている。各モジュールにおける処理内容を流れと共に説明する。
【００１６】
図２に示されるように、まず、調査ルート設定モジュール２１において、調査を開始する以前に予め港湾等の調査対象地域（フィールドという）の電子地図を表示する。オペレータは、この地図上に調査支援船１が航行する調査ルートを設定することができる。例えば、岸壁を含むフィールドの場合、岸壁に対し平行な調査ルートを設定するとよい。調査ルート設定により設定されるデータは、撮影や測探を行う地点の地図上位置、岸壁からの地図上距離、デジタルカメラ及びナローマルチビームソナーの要目（焦点距離・カメラ間距離など）である。設定されたデータは、記憶しておく。
【００１７】
フィールド計測モジュール２２においては、前記設定データにより調査支援船１を誘導する。この誘導により、実際に調査支援船１が調査ルートを航行する。各設定地点にて各センサ３，４にトリガ情報を与え、撮影や測探を行う。また、その瞬間における測位センサや動揺センサのデータを取り込んで、両デジタルカメラ３，３及びナローマルチビームソナー４の絶対位置を求める。これら映像・距離・絶対位置のデータを日付・時間のデータと共に保存する。
【００１８】
データ解析モジュール２３においては、フィールド計測で得た陸上の立体映像からカメラに対する陸上地形の三次元測量を行い、その測量結果をカメラ絶対位置に重ねることで陸上地形の絶対位置座標を作成する。また、フィールド計測で得た水底との距離からソナーに対する水底地形の三次元測量を行い、その測量結果をソナー絶対位置に重ねることで水底地形の絶対位置座標を作成する。さらに、陸上と水底との間の測探データが得られない水際の部分について、陸上の座標と水中の座標とを後述する方法で補間して水際地形の絶対位置座標を作成する。絶対位置座標は、地図に対応するｘｙ平面上の適宜な点における地形の高さｚを示したものである。ｘｙ平面上に所定間隔のメッシュを設け、メッシュ毎に高さｚを示してもよい。また、垂直に近い地形については、高さｚの適宜な点におけるｘ、ｙを示してもよい。陸上、水底及び水際に適用するメッシュの大きさを統一しておけば、各データをつなぎ合わせるだけで水底から陸上まで連続した地形の座標を得ることができる。
【００１９】
データ保存モジュール２４においては、前記フィールド計測による映像・距離・絶対位置のデータ、日付・時間のデータ、絶対位置座標のデータをフィールド毎のファイルに保存する。なお、保存するデータは圧縮しておくとよい。
【００２０】
データ表示のモジュールは、各種のデータをコンピュータ画面に表示するものである。例えば、データ表示のモジュールは、水底から陸上まで連続した地形の絶対位置座標から、地形の平面図、断面図、斜視図、メッシュ付きの立体図、部分拡大図等を作成して表示する。その際、水中部分については、水深毎に色を変えて表示するとよい。また、データ表示のモジュールは、調査ルート設定２１、フィールド計測２２、データ解析２３の実行中には、電子地図、撮影映像、計測値グラフ、一覧表等を表示する。
【００２１】
補間の具体的方法を説明する。対象地形が岸壁のように垂直面である場合、陸上地形の点のｘｙ座標と同じｘｙ座標を持つ点が水底地形にも存在する。このｘｙ座標を水際地形のｘｙ座標とする。ｚ座標は自明である。
【００２２】
また、対象地形が傾斜面である場合、陸上地形及び水底地形の等高線を作成し、一方の等高線上の２点から他方の等高線の１点に直線を引くことにより、等高線間を三角形で埋め尽くす。このとき各三角形の辺上の適宜な点のｚ座標は、いわゆる直線補間により、辺の両端点のｚ座標の差を両端点からの距離比で配分して得られる。
【００２３】
以上のデータ処理により、各フィールドの調査データが得られることになる。このような調査を平常時に行って調査データを蓄積しておく。災害時に調査を行い、調査データを比較することで、地形の詳しい変動状況を知ることができる。本発明では、従来技術で困難であった水際地形が調査でき、水底から陸上まで連続した地形が調査できるので、港湾施設を調査するのに最適である。また、全ての計測・データ処理を浮体においてできるので、陸上での移動が困難な場合にも実行でき、しかも比較的広い範囲の地形が短時間で調査できる。従って、災害の被害状況を早急に調査するのに最適である。また、地形が絶対位置座標で表されているので、肉眼で見ても気が付かないような平行移動も確実に検出することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２５】
（１）異なる手段で計測した陸上地形と水底地形とを絶対位置座標で表したので、両者の整合性がよく、補間によって水際地形も得ることができる。これにより、従来は困難であった水底から陸上まで連続した地形の調査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す地形調査ユニットの外観図である。
【図２】本発明の地形調査ユニットにおけるデータ処理流れ図である。
【符号の説明】
１調査支援船（浮体）
３デジタルカメラ（立体撮影手段）
５ナローマルチビームソナー（距離計測手段）

Claims

浮体の水上部に取り付けられて陸上を立体撮影する立体撮影手段と、前記浮体の水中部に取り付けられて水底からの距離を計測する距離計測手段と、前記浮体の絶対位置を測位する測位手段と、前記浮体の動揺を計測する動揺計測手段と、前記浮体より撮影した陸上の立体映像から陸上地形の絶対位置座標を作成する陸上座標作成手段と、前記浮体より計測した水底との距離から水底地形の絶対位置座標を作成する水底座標作成手段と、前記陸上の座標と前記水底の座標とを補間して水際地形の絶対位置座標を作成する水際座標作成手段とを備えたことを特徴とする地形調査ユニット。
予め地図上で設定した調査ルートを記憶する調査ルート記憶手段と、実際にその調査ルートに従い前記浮体を移動させつつ調査した前記撮影・計測・測位及び座標を調査日時情報と共に保存する保存手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の地形調査ユニット。
前記陸上、水底及び水際の座標を用いて水底から陸上まで連続した地形の画像を作成して表示する地形画像表示手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の地形調査ユニット。