JP4533502B2 - Tunnel construction status detection method - Google Patents

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JP4533502B2 JP2000107722A JP2000107722A JP4533502B2 JP 4533502 B2 JP4533502 B2 JP 4533502B2 JP 2000107722 A JP2000107722 A JP 2000107722A JP 2000107722 A JP2000107722 A JP 2000107722A JP 4533502 B2 JP4533502 B2 JP 4533502B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル内の内空変位、内空断面形状、および切羽面などのトンネルの施工状態を検知する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来よりトンネルにおける施工管理は、(a)内空変位計測(天端沈下計測)、(b)内空断面形状計測、および(c)切羽面調査によっておこなわれている。
【0003】
(a)内空変位計測は、トンネル掘削後の地山の動きを、トンネル内壁の経時変位を測定することにより定量的にとらえるものであり、この計測結果に基づいてトンネルの安定性を判断している。
この計測方法の代表例を図4(a)に示す。トンネル内空の一断面上の計測対象位置にプリズム81aを固定するとともに、トンネル1の略幅中央に光波式測距測角装置83を配置する。そして、光波式測距測角装置83から投射された光波85を前記プリズム81aにて反射し、この反射された光波光87を同装置に取り込んで、両者間の相対距離および相対方位を、すなわち相対座標を測定する。一方、絶対座標が既知の座標基点にプリズム81bを配置し、このプリズム81bの相対座標を同様に計測することで光波式測距測角装置83の絶対座標がわかり、この絶対座標を介して前記計測対象位置の絶対座標を算出する。そして、この座標データを所期の期間取得して、トンネル掘削後の地山の動きを定量的にとらえるものである。
【0004】
(b)内空断面形状計測はトンネル掘削方向の適宜間隔毎にその内空断面形状を計測するものであり、この計測結果は余堀り管理や二次覆工コンクリートの余巻き管理に使用される。
この計測方法の代表例を図4(b)に示す。この計測は断面測定機89でなされ、この断面測定機89は、三脚台に取り付けられた自動旋回装置と、この自動旋回装置に取り付けられたレーザー式測距儀とで構成される。この測定機89を計測対象のトンネル内壁1aの下方に配置し、自動旋回装置によって、前記測距儀の光軸方向を内壁面に対して垂直にするとともに、この内壁面に沿って旋回させてレーザー光86を投射し、その反射光88を受光することで内壁面までの距離を測定する。そして、その時の旋回角度データと距離データとによって内空断面形状を把握するものである。
【0005】
(c)切羽面調査は切羽面3の地質状態を見て地質判定をするものであり、この判定結果に基づいて掘削方法や支保工などの施工方法の選定がなされる。
この切羽面3の調査方法は、図4(c)に示すようにデジタルカメラ91などによって切羽面3を撮像し、この画像を識者が見て地質判定するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの計測・調査は、各々互換性のない専用機器によってなされるため、
▲1▼各々の機器について操作方法、特性の熟知が必要、
▲2▼各々の測定に高価な専用機器を各々使用しており不経済、
▲3▼各々の機器について保守点検が必要で管理が煩雑、
という問題がある。
【0007】
また、各計測機器については、内空変位計測では計測断面毎にプリズムを設置することが必要であり、内空断面形状計測にあっても、各計測断面毎に逐次機器を移動して計測しなければならず、両者とも操作性が悪いという問題がある。
【0008】
更には、近年のトンネル施工技術の高度化にともない、内空変位計測や内空断面形状計測に対して、点や線の情報だけでなく面としての情報を把握することが求められているが、前記方法では、プリズム設置位置のみの点の情報もしくは断面形状曲線という線の情報しか得られない。
【0009】
本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、内空変位計測と内空断面形状計測と切羽面撮像とを一台の装置を用いて容易にかつ高精度におこなうことができるとともに、トンネル内空の面情報を収集可能なトンネル内施工状態検知方法を提供することを目的とする。
【0010】
かかる目的を達成するために請求項1に示す発明は、光を走査しながら計測対象に投射して画像を取り込む画像取込機能と、走査点までの距離を計測する視差式測距機能と、走査点の方向を検知する測角機能とを有する光学式スキャナー装置を用いて、トンネル内壁に光を水平方向及び鉛直方向に走査しながら投射し、その走査範囲の全走査点について、前記視差式測距機能により得られた走査点までの距離を示す距離データと前記測角機能により得られた走査点の方向を示す方向データとを演算処理することによって三次元座標を求め、この三次元座標から内空変位計測情報と内空断面形状計測情報とを取得すると共に、前記画像取込機能により取り込んだトンネル内空の画像から切羽面画像情報を取得することを特徴とする。
【0011】
上記発明によれば、計測対象たるトンネル内壁に光を走査しながら投射し、視差式測距機能と測角機能とを用いて、前記光で走査した走査範囲の全走査点の方向と距離とを認知し、このデータを演算処理して、前記全走査点の三次元座標、すなわちトンネル内壁の三次元座標を収集する。したがい、トンネル内空形状を三次元計測することができて、内空変位計測情報と内空断面形状計測情報とを取得できる。また、画像取込機能を用いて、前記走査範囲の全走査点の画像を収集するので、この画像を合成などして切羽面の地質状況、湧水状況、温度分布などの切羽面全体の画像情報を取得することができる。
つまり、一台の前記光学式スキャナー装置を用いて、内空変位計測情報と内空断面形状計測情報と切羽面画像情報とを取得することで、内空変位計測と内空断面形状計測と切羽面撮像とをおこなうことができる。
【0012】
また、この光学式スキャナー装置を用いて、トンネル内壁を光で走査するだけで、前記演算処理を介して、その走査範囲のトンネル内壁の三次元座標を収集できる。このため、計測断面毎に機器を逐一移動することなく、トンネルの任意位置について容易にかつ短時間で内空変位計測と内空断面形状測定とをおこなうことができる。
【0013】
更には、トンネル内壁を走査してその走査範囲のトンネル内壁の三次元座標がわかるので、トンネル内空の面情報を収集することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
図1(a)は本発明に係るトンネル内施工状態検知方法による観測時の様子を示す斜視図であり、同図(b)は同図(a)のA−A線矢視断面図である。また、図2は本実施形態に使用した走査距離計の概略構成を示す斜視図である。
【0015】
図1に示すように、本実施形態のトンネル内施工状態検知方法は一台の計測装置で実施され、この計測装置は、トンネル1内における絶対座標が任意の座標基点に配置される光学式スキャナー装置5と、この光学式スキャナー装置5からの出力データを取り込んで演算処理などする図示なしのコンピュータとからなる。
【0016】
本実施形態にあっては、前記光学式スキャナー装置5としては、特開平9−113262号公報で開示されている走査距離計を使用しており、その詳細構成は前記公報に記載されているので、ここではその概要のみを説明する。
【0017】
この走査距離計5は、その内部のレーザー発信器からのレーザー光を上下左右に走査しながら、このレーザー光をトンネル内壁1aに投射するとともに、この走査点9cからの反射光9bを受けて画像を取り込む画像取込機能と、任意の走査点9cまでの距離を計測する視差式測距機能と、その走査点9cの方向を検知する測角機能とを有している。
【0018】
すなわち、この走査距離計5は、投光窓54aからレーザー光9aを、その投射方向を検知して走査しながらトンネル内壁1aに投射し、この走査点9cからの反射光9bを受光窓54bから逐一取り入れて、走査点9cについての投光窓54aと受光窓54bとの視差を算出し、この視差から走査点9cまでの距離を逐一算出するようになっている。また、前記走査点9cの画像データも逐一投光窓54aを介して取り込むようになっている。そして、かかる走査距離計5からは、走査範囲9dの走査点の距離データ、投射方向データおよびその画像データが外部出力される。
【0019】
図2に、この走査距離計の概略構成を、本発明の理解に必要な程度にその構成要素を絞って示す。
この走査距離計5は、整形されたレーザー光を放射するレーザー発信器12と、整形されたレーザー光を、前記走査範囲9dの水平方向に走査する走査ディスク20と、このレーザー光を鉛直方向に走査して、投光窓54aを介してトンネル内壁に投射する第1の縦型走査ミラー46aと、前記走査点9cから反射されたレーザー光を受光窓54bを介して受光する、前記第1の縦型走査ミラー46aと同期駆動する第2の縦型走査ミラー46bと、この縦型走査ミラー46bからのレーザー光および前記水平方向に走査されたレーザー光の両者を前記走査ディスク20を介して受光し視差を検知する検出器アレイ40bと、前記走査点9cからの光を投光窓54aと前記第1の縦型走査ミラー46aと前記走査ディスク20とを介して受光し画像を取り込む検出器40bと、これら構成要素間に配置されてその間の光を中継するミラーやレンズなどの多数の中継光学機器とからなる。
【0020】
図2(a)にて、この走査距離計の走査点までの距離およびその方向を計測する機構について説明する。尚、同図中、レーザー光の軌跡を波線矢印、一点鎖線矢印、二点鎖線矢印で示す。
【0021】
レーザー発信器12から発信されたレーザー光(波線矢印)は、レーザーコリメートミラー14を介してその上方の走査ディスク20に向けられる。
この走査ディスク20は、その下面に凹面ミラーたるディンプル18が複数形成された円盤であり、その中心に取り付けられた駆動モータ58によって水平回転するようになっている。そして、その回転中に前記ディンプル18にレーザー光が当たることによって前記走査範囲9dの水平方向にレーザー光を走査する。尚、この時の走査方向は、前記走査ディスク20に、前記駆動モータ58とともに設けられた位置エンコーダによって検知される。
【0022】
このディンプル18に反射されたレーザー光は、ストリップミラー22aと一次ミラー24aとを介して両面ミラー26に入射する。この両面ミラー26は、レーザー光の透過性を若干有しており、前記入射光の一部を透過し(一点鎖線矢印)その他を反射する(波線矢印)。この反射光(波線矢印)は、折れ曲がり型ミラー28aを介して第1の縦型走査ミラー46aに向けられる。
【0023】
この第1の縦型走査ミラー46aは平板状ミラーであり、その端面に取り付けられた駆動モータ56によって鉛直方向に揺動回転するようになっている。そして、その回転中にレーザー光が当たることによって前記走査範囲9dの鉛直方向にこのレーザー光を走査する。尚、この時の走査方向は、前記駆動モータ56とともに設けられた位置エンコーダによって検知される。
【0024】
この第1の縦型走査ミラー46aに反射されたレーザー光は、投光窓54aを介してトンネル内壁9dへ向けられ、この内壁9dを上下左右に走査する。そして、この走査点9cにて反射されたレーザー光(二点鎖線矢印)は、前記投光窓54aの隣に配された受光窓54bを介して第2の縦型走査ミラー46bに入射する。この第2の縦型走査ミラー46bは、前記駆動モータ56によって前記第1の縦型走査ミラー46bと同期して揺動回転するようになっている。
【0025】
この第2の縦型走査ミラー46bに反射されたレーザー光は折れ曲がりミラー28bを介して両面ミラー26に入射する。この両面ミラー26にて反射されたレーザー光(二点鎖線矢印)は、前述した透過レーザー光(一点鎖線矢印)とともに一次ミラー24bとストリップミラー22bとを介して前記走査ディスク20のディンプル18に入射する。そして、ディンプル18にて反射された両レーザー光は、集光ミラー30b、レンズ、複合ミラー42などを介して検出器アレイ40bに受光される。
【0026】
この検出器アレイ40bは、光を感知する多数の受光素子を列状に配したものである。この検出器アレイ40b上の前記透過レーザー光の受光位置と、前記走査点9cから反射されたレーザー光の受光位置との偏差から、走査点9cを投光窓54aから見た視線と、受光窓54bから見た視線との視差が算出される。
【0027】
そして、この視差から走査距離計5から走査点9cまでの距離が算出され、前記二つの位置エンコーダから走査点9cの水平方向と鉛直方向とが算出されて、走査点9cの距離データとその投射方向データとして取り込まれる。
【0028】
次いで図2(b)にて、この走査距離計の走査点の画像を取り込む機構について説明する。尚、同図中、走査点からの光の軌跡を波線矢印で示す。
【0029】
走査点9cから反射若しくは放出された自然の光(波線矢印)は、投光窓54aを介して、第1の縦型走査ミラー46aに入射する。そして、この光は折れ曲がりミラー28a、両面ミラー26、一次ミラー24a、ストリップミラー22aを介して走査ディスク20のディンプル18に入射する。そして、このディンプル18に反射された光は集光ミラー30aを介して検出器40aに受光される。この検出器40aは電荷結合素子などからなり、この検出器40aより走査点9cの画像が取り込まれる。
【0030】
前記コンピュータはRAMなどの記憶手段、CPUなどの演算手段、CRTなどの表示手段、キーボードなどの入力手段からなり、前記走査距離計5から、走査点9cの距離データと投射方向データと画像データとを取り込んで、これら三つのデータを対応づけして記憶手段に記憶する。そして演算手段によって、前記距離データと投射方向データとから、すべての走査点の三次元座標を算出するとともに、前記個々の画像データを合成して、走査範囲9dのトンネル内空の全体画像を形成する。
【0031】
そして、前記走査点の三次元座標によってトンネル内空形状を立体的に把握することができるので、所望のトンネル内空位置を指定してその三次元座標データを読み込めば、前記内空の一部の変位である内空変位計測結果や、前記内空の一断面の座標である内空断面計測結果を表示手段に表示することができる。また、前記トンネル内空の全体画像を形成できるので切羽面3の画像も表示できる。
つまり、本計測装置一台で内空変位計測、内空断面計測、切羽面撮像をおこなうことができる。
【0032】
更には、前記三次元座標データよりトンネル内空の面情報を算出することもできて、トンネル内の施工状態を緻密に観測することができる。
【0033】
また、これら収集された三次元座標データを汎用の画像解析ソフトなどで処理して、トンネル内空の鳥瞰図を作成できるとともに、トンネルの内容積を算出して余堀り管理や二次覆工コンクリートの余巻き管理に利用することができる。
【0035】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下の(a)〜(c)に示すような変形が可能である。
(a)本実施形態においては、現場で観測結果を表示手段に表示するようにしたが、これら観測結果を通信回線を通じて遠方の識者にリアルタイムで送信し、その場所にて観測結果を表示してもよい。この場合、識者が施工現場にいなくても、次におこなう施工方法の選定ができる。
(b)また、トンネル二次覆工コンクリートのひび割れ調査にも適用できる。
(c)更には、トンネル坑口部およびその他の一般斜面での変形・すべりに対する計測管理にも適用できる。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に示す発明によれば、一台の光学式スキャナー装置によって、内空変位計測と内空断面形状計測と切羽面撮像とをおこなうことができるので、一台の機器についてのみその操作方法や特性を熟知すればよく計測能率が向上する。また、保守点検についても一台についておこなえばよくメンテナンス費用を削減できる。
【0037】
また、計測地点が変わる度に装置を移動する必要がないので作業性に優れ、施工管理に要する作業時間を短縮できる。
【0038】
更には、走査して三次元計測ができるので、トンネル内空の面情報を収集できて、この情報によって施工精度を向上できて、更に高度なトンネル施工管理を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るトンネル内施工状態検知方法による観測時の様子を示す斜視図と、同図中のA−A線矢視断面図である。
【図2】本実施形態に使用した走査距離計の概略構成を示す斜視図である。
【図3】本発明による内空変位計測の一例を示すトンネルの横断面図である。
【図4】従来の内空変位計測、内空断面形状計測、および切羽面調査の様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 トンネル
1a トンネル内壁
3 切羽面
5 光学式スキャナー装置、走査距離計
54a 投光窓
54b 受光窓
9a 投射光
9b 反射光
9c 走査点
9d 走査範囲
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for detecting a construction state of a tunnel, such as an inside air displacement in a tunnel, an inside air cross-sectional shape, and a face face.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, construction management in tunnels has been carried out by (a) measuring the inner air displacement (measurement of the top edge settlement), (b) measuring the inner air cross-sectional shape, and (c) examining the face surface.
[0003]
(A) In-air displacement measurement is a method for quantitatively capturing the movement of natural ground after tunnel excavation by measuring the temporal displacement of the tunnel inner wall. Based on the measurement results, the stability of the tunnel is judged. ing.
A representative example of this measurement method is shown in FIG. A prism 81a is fixed at a measurement target position on one cross section in the tunnel interior, and a light wave type distance measuring and angle measuring device 83 is arranged at the approximate center of the width of the tunnel 1. Then, the light wave 85 projected from the light wave type distance measuring and angle measuring device 83 is reflected by the prism 81a, and the reflected light wave light 87 is taken into the same device, and the relative distance and relative direction between them are calculated, that is, Measure relative coordinates. On the other hand, the prism 81b is arranged at a coordinate base point whose absolute coordinates are known, and the relative coordinates of the prism 81b are measured in the same manner, whereby the absolute coordinates of the light wave type distance measuring and measuring device 83 can be obtained. The absolute coordinates of the measurement target position are calculated. And this coordinate data is acquired for a predetermined period, and the movement of the natural ground after tunnel excavation is quantitatively captured.
[0004]
(B) Inner air section shape measurement is to measure the inner air section shape at appropriate intervals in the tunnel excavation direction, and this measurement result is used for surplus drilling management and surplus winding management of secondary lining concrete. The
A representative example of this measurement method is shown in FIG. This measurement is performed by a cross-section measuring machine 89, and this cross-section measuring machine 89 includes an automatic turning device attached to a tripod base and a laser-type distance measuring device attached to the automatic turning device. The measuring device 89 is disposed below the tunnel inner wall 1a to be measured, and the optical axis direction of the distance measuring instrument is made perpendicular to the inner wall surface by the automatic turning device, and swung along the inner wall surface. The distance to the inner wall surface is measured by projecting the laser beam 86 and receiving the reflected light 88. Then, the inner sky cross-sectional shape is grasped from the turning angle data and the distance data at that time.
[0005]
(C) The face surface survey is to determine the geology by looking at the geological condition of the face surface 3, and based on the determination result, a construction method such as an excavation method or a support work is selected.
As shown in FIG. 4C, this method of investigating the face surface 3 is to take an image of the face surface 3 with a digital camera 91 or the like, and determine the geology by seeing this image.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, these measurements and surveys are performed by dedicated incompatible devices.
(1) It is necessary to know the operation method and characteristics of each device.
(2) It is uneconomical to use expensive dedicated equipment for each measurement.
(3) Maintenance and inspection of each device is necessary and management is complicated.
There is a problem.
[0007]
In addition, for each measuring instrument, it is necessary to install a prism for each measurement cross section for measuring the internal displacement, and even when measuring the internal cross sectional shape, the instrument is moved and measured sequentially for each measurement cross section. Both have the problem of poor operability.
[0008]
Furthermore, with the advancement of tunnel construction technology in recent years, it is required to grasp not only point and line information but also surface information for inner-air displacement measurement and inner-air cross-sectional shape measurement. In the above method, only information on the point of the prism installation position or information on the line of the cross-sectional shape curve can be obtained.
[0009]
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and it is possible to easily and accurately perform the inner-space displacement measurement, the inner-space cross-sectional shape measurement, and the face plane imaging using a single device. An object of the present invention is to provide a tunnel construction state detection method capable of collecting surface information in the tunnel.
[0010]
In order to achieve such an object, the invention shown in claim 1 includes an image capturing function for capturing an image by projecting onto a measurement target while scanning light, a parallax distance measuring function for measuring a distance to a scanning point, Using an optical scanner device having an angle measuring function for detecting the direction of the scanning point, light is projected onto the inner wall of the tunnel while scanning in the horizontal direction and the vertical direction, and the parallax type is applied to all scanning points in the scanning range. The three-dimensional coordinate is obtained by calculating the distance data indicating the distance to the scanning point obtained by the distance measuring function and the direction data indicating the direction of the scanning point obtained by the angle measuring function. In addition, the inside air displacement measurement information and the inside air cross-sectional shape measurement information are acquired, and the face surface image information is acquired from the image inside the tunnel captured by the image capturing function.
[0011]
According to the above invention, the direction and distance of all scanning points in the scanning range scanned with the light using the parallax distance measuring function and the angle measuring function are projected while scanning the light on the inner wall of the tunnel to be measured. And processing this data to collect the three-dimensional coordinates of all the scanning points, that is, the three-dimensional coordinates of the tunnel inner wall. Accordingly, it is possible to measure the sky shape in the tunnel three-dimensionally, and to acquire the inner sky displacement measurement information and the inner sky cross-sectional shape measurement information. Also, since the image capture function is used to collect images of all scanning points in the scanning range, this image is combined to create an image of the entire face, such as the geological condition of the face, spring conditions, temperature distribution, etc. Information can be acquired.
That is, by using the single optical scanner device to acquire the inner space displacement measurement information, the inner space section shape measurement information, and the face surface image information, the inner space displacement measurement, the inner space section shape measurement, and the face surface are obtained. Surface imaging can be performed.
[0012]
Further, by using this optical scanner device, only by scanning the inner wall of the tunnel with light, the three-dimensional coordinates of the inner wall of the tunnel in the scanning range can be collected through the arithmetic processing. For this reason, it is possible to easily perform the inner space displacement measurement and the inner space cross-sectional shape measurement at an arbitrary position of the tunnel without moving the device for each measurement section one by one.
[0013]
Further, since the three-dimensional coordinates of the tunnel inner wall in the scanning range can be known by scanning the tunnel inner wall, plane information about the tunnel inner space can be collected.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
Fig.1 (a) is a perspective view which shows the mode at the time of observation by the construction state detection method in a tunnel based on this invention, The figure (b) is AA arrow sectional drawing of the figure (a). . FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the scanning rangefinder used in the present embodiment.
[0015]
As shown in FIG. 1, the tunnel construction state detection method of this embodiment is implemented by a single measuring device, and this measuring device is an optical scanner in which absolute coordinates in the tunnel 1 are arranged at arbitrary coordinate base points. The apparatus 5 and a computer (not shown) that takes in output data from the optical scanner apparatus 5 and performs arithmetic processing and the like.
[0016]
In the present embodiment, as the optical scanner device 5, a scanning rangefinder disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-113262 is used, and its detailed configuration is described in the publication. Here, only the outline will be described.
[0017]
The scanning distance meter 5 projects the laser light on the tunnel inner wall 1a while scanning the laser light from the laser transmitter inside in the vertical and horizontal directions, and receives the reflected light 9b from the scanning point 9c to receive an image. A parallax distance measuring function for measuring a distance to an arbitrary scanning point 9c, and an angle measuring function for detecting the direction of the scanning point 9c.
[0018]
That is, the scanning distance meter 5 projects the laser light 9a from the light projection window 54a onto the tunnel inner wall 1a while detecting the scanning direction and scans the reflected light 9b from the light receiving window 54b. The parallax between the light projection window 54a and the light receiving window 54b for the scanning point 9c is calculated, and the distance from the parallax to the scanning point 9c is calculated one by one. The image data of the scanning point 9c is also taken in through the light projection window 54a. From the scanning distance meter 5, the distance data of the scanning point in the scanning range 9d, the projection direction data, and the image data thereof are output to the outside.
[0019]
FIG. 2 shows a schematic configuration of this scanning rangefinder with its constituent elements narrowed down to the extent necessary for understanding the present invention.
The scanning distance meter 5 includes a laser transmitter 12 that emits shaped laser light, a scanning disk 20 that scans the shaped laser light in the horizontal direction of the scanning range 9d, and the laser light in the vertical direction. The first vertical scanning mirror 46a that scans and projects onto the inner wall of the tunnel through the light projection window 54a, and the first light that is reflected from the scanning point 9c is received through the light receiving window 54b. The second vertical scanning mirror 46b that is driven in synchronization with the vertical scanning mirror 46a and both the laser beam from the vertical scanning mirror 46b and the laser beam scanned in the horizontal direction are received through the scanning disk 20. The detector array 40b for detecting parallax, and the light from the scanning point 9c is received through the projection window 54a, the first vertical scanning mirror 46a, and the scanning disk 20. A detector 40b for capturing an image, are arranged between these components comprising a plurality of relay optics, such as mirrors and lenses for relaying between light.
[0020]
A mechanism for measuring the distance to the scanning point and the direction of the scanning distance meter will be described with reference to FIG. In the figure, the locus of the laser beam is indicated by a wavy arrow, a one-dot chain arrow, and a two-dot chain arrow.
[0021]
Laser light (dashed arrow) transmitted from the laser transmitter 12 is directed to the scanning disk 20 above the laser collimator mirror 14.
The scanning disk 20 is a disk having a plurality of dimples 18 that are concave mirrors formed on the lower surface thereof, and is horizontally rotated by a drive motor 58 attached to the center thereof. The laser beam is scanned in the horizontal direction of the scanning range 9d by the laser beam hitting the dimple 18 during the rotation. The scanning direction at this time is detected by a position encoder provided on the scanning disk 20 together with the drive motor 58.
[0022]
The laser light reflected by the dimple 18 enters the double-sided mirror 26 through the strip mirror 22a and the primary mirror 24a. The double-sided mirror 26 is slightly transmissive to laser light, and transmits a part of the incident light (one-dot chain arrow) and reflects the other (dashed arrow). This reflected light (dashed arrow) is directed to the first vertical scanning mirror 46a through the bent mirror 28a.
[0023]
The first vertical scanning mirror 46a is a flat mirror, and is oscillated and rotated in the vertical direction by a drive motor 56 attached to the end face thereof. Then, the laser beam is scanned in the vertical direction of the scanning range 9d when the laser beam hits during the rotation. The scanning direction at this time is detected by a position encoder provided together with the drive motor 56.
[0024]
The laser beam reflected by the first vertical scanning mirror 46a is directed to the tunnel inner wall 9d through the projection window 54a, and scans the inner wall 9d vertically and horizontally. The laser beam (two-dot chain arrow) reflected at the scanning point 9c is incident on the second vertical scanning mirror 46b through the light receiving window 54b disposed next to the light projecting window 54a. The second vertical scanning mirror 46b is oscillated and rotated in synchronization with the first vertical scanning mirror 46b by the drive motor 56.
[0025]
The laser beam reflected by the second vertical scanning mirror 46b is incident on the double-sided mirror 26 via the bending mirror 28b. The laser beam (two-dot chain arrow) reflected by the double-sided mirror 26 is incident on the dimple 18 of the scanning disk 20 through the primary mirror 24b and the strip mirror 22b together with the above-described transmitted laser beam (one-dot chain arrow). To do. The two laser beams reflected by the dimple 18 are received by the detector array 40b via the condensing mirror 30b, the lens, the composite mirror 42, and the like.
[0026]
The detector array 40b has a large number of light receiving elements for sensing light arranged in a row. From the deviation between the light receiving position of the transmitted laser light on the detector array 40b and the light receiving position of the laser light reflected from the scanning point 9c, the line of sight of the scanning point 9c viewed from the light projection window 54a, and the light receiving window The parallax with the line of sight seen from 54b is calculated.
[0027]
The distance from the scanning rangefinder 5 to the scanning point 9c is calculated from the parallax, the horizontal direction and the vertical direction of the scanning point 9c are calculated from the two position encoders, and the distance data of the scanning point 9c and its projection are calculated. Captured as direction data.
[0028]
Next, referring to FIG. 2B, a mechanism for capturing an image of the scanning point of this scanning rangefinder will be described. In the figure, the locus of light from the scanning point is indicated by a wavy arrow.
[0029]
Natural light (a wavy arrow) reflected or emitted from the scanning point 9c is incident on the first vertical scanning mirror 46a through the projection window 54a. This light then enters the dimple 18 of the scanning disk 20 via the bent mirror 28a, the double-sided mirror 26, the primary mirror 24a, and the strip mirror 22a. The light reflected by the dimple 18 is received by the detector 40a via the condensing mirror 30a. The detector 40a is composed of a charge coupled device or the like, and an image of the scanning point 9c is captured from the detector 40a.
[0030]
The computer includes storage means such as a RAM, calculation means such as a CPU, display means such as a CRT, and input means such as a keyboard. From the scanning distance meter 5, distance data, projection direction data, and image data of a scanning point 9c are obtained. Are stored in the storage means in association with each other. Then, the calculation means calculates the three-dimensional coordinates of all the scanning points from the distance data and the projection direction data, and combines the individual image data to form an entire image in the tunnel in the scanning range 9d. To do.
[0031]
Then, since the three-dimensional coordinates of the scanning point can grasp the shape of the sky in the tunnel three-dimensionally, if the desired position in the tunnel is designated and the three-dimensional coordinate data is read, a part of the inner space can be read. It is possible to display on the display means the internal displacement measurement result that is the displacement of the internal space and the internal space cross-section measurement result that is the coordinates of one cross section of the internal space. Further, since an entire image of the sky inside the tunnel can be formed, an image of the face plane 3 can also be displayed.
That is, it is possible to perform inner-space displacement measurement, inner-space cross-section measurement, and face face imaging with one measuring device.
[0032]
Furthermore, plane information in the tunnel can be calculated from the three-dimensional coordinate data, and the construction state in the tunnel can be closely observed.
[0033]
In addition, the collected 3D coordinate data can be processed with general-purpose image analysis software to create a bird's-eye view of the sky inside the tunnel. It can be used for managing extra windings.
[0035]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this embodiment, The deformation | transformation as shown to the following (a)-(c) is possible in the range which does not deviate from the summary. It is.
(A) In this embodiment, the observation results are displayed on the display means in the field. However, these observation results are transmitted in real time to a distant expert through a communication line, and the observation results are displayed at that location. Also good. In this case, the next construction method can be selected even if an expert is not at the construction site.
(B) It can also be applied to investigation of cracks in tunnel secondary lining concrete.
(C) Furthermore, the present invention can be applied to measurement management for deformation / slip at a tunnel wellhead and other general slopes.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the internal displacement measurement, the internal cross-sectional shape measurement, and the face plane imaging can be performed by a single optical scanner device. The measurement efficiency can be improved by knowing the operation method and characteristics of only the equipment. In addition, maintenance costs can be reduced by performing only one maintenance inspection.
[0037]
Further, since it is not necessary to move the apparatus every time the measurement point changes, the workability is excellent and the work time required for construction management can be shortened.
[0038]
Furthermore, since scanning can perform three-dimensional measurement, plane surface information in the tunnel can be collected, construction accuracy can be improved by this information, and more advanced tunnel construction management can be applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a state of observation by a tunnel construction state detection method according to the present invention, and a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a scanning rangefinder used in the present embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a tunnel showing an example of internal space displacement measurement according to the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a state of conventional inner-space displacement measurement, inner-space cross-sectional shape measurement, and face face investigation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tunnel 1a Tunnel inner wall 3 Face face 5 Optical scanner apparatus, scanning distance meter 54a Light projection window 54b Light reception window 9a Projection light 9b Reflection light 9c Scanning point 9d Scanning range

Claims (1)

光を走査しながら計測対象に投射して画像を取り込む画像取込機能と、走査点までの距離を計測する視差式測距機能と、走査点の方向を検知する測角機能とを有する光学式スキャナー装置を用いて、トンネル内壁に光を水平方向及び鉛直方向に走査しながら投射し、その走査範囲の全走査点について、前記視差式測距機能により得られた走査点までの距離を示す距離データと前記測角機能により得られた走査点の方向を示す方向データとを演算処理することによって三次元座標を求め、この三次元座標から内空変位計測情報と内空断面形状計測情報とを取得すると共に、前記画像取込機能により取り込んだトンネル内空の画像から切羽面画像情報を取得することを特徴とするトンネル内施工状態検知方法。An optical system that has an image capturing function that captures an image by projecting onto a measurement object while scanning light, a parallax distance measuring function that measures the distance to the scanning point, and an angle measuring function that detects the direction of the scanning point A distance that indicates the distance to the scanning point obtained by the parallax distance measuring function for all scanning points in the scanning range, which is projected using the scanner device while scanning light on the tunnel inner wall in the horizontal and vertical directions. The data and the direction data indicating the direction of the scanning point obtained by the angle measurement function are calculated to obtain a three-dimensional coordinate, and the internal displacement measurement information and the internal cross-sectional shape measurement information are obtained from the three-dimensional coordinate. A method for detecting a construction state in a tunnel, characterized in that the face surface image information is obtained from an image of the sky inside the tunnel captured by the image capture function.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106017352A (en) * 2016-07-22 2016-10-12 大连理工大学 Honeycomb core surface shape measuring method

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4209276B2 (en) * 2003-07-18 2009-01-14 株式会社日立製作所 Pipe wall inner surface inspection system
KR100640000B1 (en) 2006-06-09 2006-11-03 (주)넥스지오 Measurement method for tunnel surface by laser scanning
JP6721450B2 (en) * 2016-08-02 2020-07-15 株式会社フジタ Roundness measuring device
JP6778148B2 (en) * 2017-06-01 2020-10-28 鹿島建設株式会社 Evaluation method and evaluation system
JP7202261B2 (en) * 2019-06-10 2023-01-11 株式会社トプコン surveying equipment
CN112556600B (en) 2021-02-22 2021-05-18 南京派光智慧感知信息技术有限公司 Tunnel deformation real-time monitoring method and device
CN114705128B (en) * 2022-03-25 2023-06-16 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 Tunnel automation monitoring and measuring equipment and method based on fixed-point tour measurement
CN116734754B (en) * 2023-05-10 2024-04-26 吉林大学 Landslide monitoring system and method
KR102710468B1 (en) * 2023-10-20 2024-09-26 (주) 신우하이텍 Unmanned movable surveying device with tunnel scanner and determining method using the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02227605A (en) * 1989-02-28 1990-09-10 Penta Ocean Constr Co Ltd In-tunnel space section measuring instrument
JPH09113262A (en) * 1995-09-29 1997-05-02 Kollmorgen Corp Scanning method using scanning range finder and range finder
JP2000088572A (en) * 1998-09-14 2000-03-31 Ohbayashi Corp Total measuring apparatus for tunnel

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0737890B2 (en) * 1989-01-20 1995-04-26 株式会社奥村組 Inner sky section measurement method
JPH03282305A (en) * 1990-03-30 1991-12-12 Penta Ocean Constr Co Ltd In-tunnel air sectional area measuring instrument
JPH0843084A (en) * 1994-08-03 1996-02-16 Nishimatsu Constr Co Ltd Multifunctional measurement vehicle for tunnel

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02227605A (en) * 1989-02-28 1990-09-10 Penta Ocean Constr Co Ltd In-tunnel space section measuring instrument
JPH09113262A (en) * 1995-09-29 1997-05-02 Kollmorgen Corp Scanning method using scanning range finder and range finder
JP2000088572A (en) * 1998-09-14 2000-03-31 Ohbayashi Corp Total measuring apparatus for tunnel

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106017352A (en) * 2016-07-22 2016-10-12 大连理工大学 Honeycomb core surface shape measuring method
CN106017352B (en) * 2016-07-22 2019-10-29 大连理工大学 A kind of measurement method of honeycomb core face shape

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