JP5009112B2 - 空間断面形状の計測方法 - Google Patents
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Description
この特許文献1に記載されているトンネル内空断面形状計測装置は、所定の計測断面におけるトンネル側壁及び天井に反射部材を複数個周設し、トンネル床面にレールを敷設し、レール上にメインフレームを駆動輪により移動自在な形で設け、レーザ光を計測断面内に射出走査する2個のボックスをメインフレーム上に設けたものである。
すなわち、本発明の空間断面形状の計測方法は、任意の位置にレーザ測距計を設置する工程と、位置決め用レーザ光を計測対象の縦断方向へ照射し、この位置決め用レーザ光に基づいてレーザ測距計を計測対象の縦断方向と略平行となるように位置決めする工程と、レーザ測距計から照射されるレーザ光が、位置決め用レーザ光の照射方向と直角となる基準方向へレーザ測距計の向きを調整する工程と、計測対象に計測用レーザ光を照射して計測を行う計測工程と、を含んでいる。
そして、計測工程は、基準方向で計測対象に計測用レーザ光を照射して計測を行う第1の計測工程と、レーザ測距計を、基準方向から所定角度だけ水平方向に回転させて、計測対象に計測用レーザ光を照射して計測を行う第2の計測工程と、レーザ測距計を、基準方向から前記第2の計測工程とは逆方向へ所定角度だけ回転させて、計測対象に計測用レーザ光を照射して計測を行う第3の計測工程と、を含み、第1の計測工程、第2の計測工程、及び第3の計測工程における計測結果の中から最小となる計測値を当該空間断面の計測値として採用する、ことを特徴とするものである。
また、1断面につき合計3回の計測を行うことにより、例えばトンネルの変形や、覆工コンクリートの劣化状況を推測するための有用なデータを得ることができる。
まず初めに、本発明の実施形態に係る空間断面形状の計測方法に用いる測定装置について説明する。
本発明の実施形態に係る空間断面形状の計測方法に用いる測定装置は、山岳トンネルにおいて覆工コンクリートの必要量を算出する場合に好適に用いるものである。図1は、測定装置を示す模式図である。
すなわち、測定装置10は、図1に示すように、三脚11と、三脚11の上部に回動可能に取り付けられた回動テーブル12と、回動テーブル12上に載置されたレーザ測距計30と、レーザ測距計30との間で無線通信によりデータの送受信を行うとともに取得した測定データに基づいて空間容積の演算処理を行う携帯情報端末40とを備えている。
次に、図2及び図3を参照して、上述した測定装置10を用いてトンネルの断面形状を計測する方法を説明する。図2は、トンネル工事における断面形状の計測方法を説明する説明図であり、(a)はトンネルの縦断面を示す説明図、(b)はトンネルの平面を示す説明図である。また、図3は、トンネル工事における断面形状の計測方法の概略を示すフローチャートである。
各計測におけるトンネル内空幅B′は、以下の式で表すことができる。
B′=B/cosθ
なお、
B′:計測される内空幅
B :設計上の内空幅
θ :トンネル線形法線方向に対する角度
上述した式から、cosθ=1の場合、すなわちθ=0°の場合に、計測される内空幅B′と設計上の内空幅Bとが等しいことがわかる。そして、θが90°に近づくに従って計測される内空幅B′が大きくなる。したがって、計測値が最小となった際におけるトンネル線形法線方向に対する計測用レーザ光の照射方向が、最もトンネル線形法線方向に近似することになる。このため、計測結果の中から最小となる計測値を空間断面の計測値として採用することにより、精度よく断面形状を計測することができる。
第1に、設計値と比較して周長が長く、内空幅や内空高さが小さい、若しくは同等の場合には、当該断面の表面は凹凸が大きく、コンクリートであれば劣化や浸食がされている可能性があると考えられる。
第2に、設計値と比較して周長が小さい、若しくは同等で、内空幅や内空高さが大きい場合には、局所的に洗掘や肌落ちが発生している可能性があると考えられる。
第3に、設計断面(形状)と計測した内空断面(形状)とを比較することにより、変形の方向や変形の原因となる外力の採用方向を推定することができる。但し、変形については、水分や地質条件等の環境条件を十分に考慮する必要がある。
次に、図4及び図5を参照して、上述した測定装置10を用いて空間容積を計測する方法を説明する。図4は測定モードが計測所要時間に与える影響の説明図、図5はグループ化した測定モードの説明図である。
レーザ測距計30を用いた計測では、レーザ照射位置の状態に応じて計測所要時間が変化することが知られている。レーザ照射位置の状態とは、例えば、照度、明度、乾湿状態、及び凹凸状態のことである。ここで、照度を「明」「暗」の2種類に区分し、明度を「白」「黒」の2種類に区分し、乾湿状態を「乾燥」「湿潤」の2種類に区分し、凹凸状態を「平滑」「凹凸」の2種類に区別した場合について説明する。
ここで、8つの変数を計測所要時間に与える影響が小さいグループと大きいグループとに区別する。計測所要時間に与える影響が小さいグループである「影響小g」として「明」、「白」、「乾燥」、「平滑」の4つの関数があり、計測時間に与える影響が大きいグループである「影響大g」として「暗」、「黒」、「湿潤」、「凹凸」の4つの変数がある。なお、各グループ内では、各変数が計測所要時間に与える影響は同じであると仮定する。また、「影響小g」が計測時間に与える影響の計数を「1」と仮定し、「影響大g」が計測時間に与える影響の計数を「2」と仮定する。
第1の実施形態に係る計測方法は、計測対象物の状態が一定であるものの形状を計測する場合に適した計測方法であり、測定モード及び運転モードを選定して測定を行うようにしたものである。
上述したように、レーザ測距計30を用いて距離を測定する場合には、計測対象物の状態に応じて計測所要時間が変化する。そこで、ステッピングモータ等を組み込んだ自動測定装置10に、16通りの測定モードを搭載しておき、測定対象物の状態に応じて測定モードを選定して計測を行う。
第1の実施形態では、まず初めに、任意数の測定点に対して予備計測を行う(S1−1)。そして、予備計測の結果に基づき、予め設定された複数の測定モード(例えば16通りの測定モード)の中から、測定対象物に最適な測定モードを選定する(S1−2)。
そして、すべての測定点における計測が終了したら、任意のタイミング(例えば型枠等の設置工事中)で、携帯情報端末のデータ処理機能により空間容積を算出する(S1−7)。なお、携帯情報端末における演算処理能力に応じて、計測データの送信及び蓄積と空間容積の演算処理とを並行して行ってもよい。
第2の実施形態に係る計測方法は、概ね正確な形状を短時間で計測する場合に適した計測方法であり、測定モードを自動判別し、単一測定モード及び単一運転モードで計測を行うようにしたものである。
第3の実施形態に係る計測方法は、データ取得率を向上させて、より正確な形状を計測する場合に適した方法であり、第2の発明の計測手順に加えて、運転モードを可変として計測を行うようになっている。
第3の実施形態では、まず初めに、任意の数の測定点(例えば5つの測定点)を選定し(S3−1)、各測定点に対して、予め設定された複数の測定モード(例えば16通りの測定モード)の中から最適な測定モードを選定する(S3−2)。そして、選定した測定モードで、任意の数の測定点(例えば5つの測定点)に対して予備計測を行う(S3−3)。なお、測定モードの選定に際して、最短時間で計測することができる測定モードを自動的に選定してもよいし、測定者が16通りの測定モードの中から任意の測定モードを選定し、この測定モードで優位数が計測できることを確認して行ってもよい。
第4の発明は、全測定点に対して、測定モード及び運転モードを可変とすることにより、厳密な形状を計測する場合に適した計測方法である。この第4の発明は、測定点毎に複数の測定モードの中から最適な測定モードを選定して計測を行う。続いて、選定した測定モードにおける計測が実施できなかった場合には、段階的に計測所要時間を増加させて再計測を試みる。ここで、計測所要時間が予め定めた上限値に達しても測定データが取得できなかった場合には、当該上限値の計測所要時間で当該測定点における再計測を試みる。さらに、計測試行回数が予め定めた上限値に達した場合には、当該測定点における計測を中止して、次の測定点における計測を行うものである。
第4の実施形態では、まず初めに、各測定点において、予め設定された複数の測定モード(例えば16通りの測定モード)の中から任意の測定モードを選定し(S4−1)、選定した測定モードで計測を行う(S4−2)。続いて、計測が実施できたか否かを判断し(S4−3)、計測が実施できた場合には、測定データを携帯情報端末に送信して蓄積する(S4−4)。続いて、すべての測定点における計測が終了したか否かを判断し(S4−5)、すべての測定点における計測が終了していなければ、次の測定点へ移動して(S4−6)、計測を継続する。
第5実施形態に係る計測方法は、測定対象物が所定の規則に基づき大きく変化する場合に適する計測方法であり、いわゆるセミオート測定モードにより計測を行うようになっている。具体的には、L型擁壁に生コンクリートを充填する際に空間容積を計測する場合等、計測対象物が所定の規則に基づいて大きく変化する場合に優位となる方法である。すなわち、L型擁壁に生コンクリートを充填する場合は、コンクリート面と地山面が計測対象物となるため、第5の実施形態に係る計測方法が優位となる。
第5の実施形態では、まず初めに、測定箇所の状態に応じて測定箇所を複数に分割する(S5−1)。続いて、分割された測定箇所毎に、予め設定された複数の測定モード(例えば16通りの測定モード)の中から最適な測定モードを選定するとともに、運転モードを選定し(S5−2)、選定した測定モード及び運転モードで計測を行う(S5−3)。
第6の実施形態に係る計測方法は、一般的な測定対象物とは極端に条件が異なった測定対象物に適する計測方法であり、いわゆるマニュアル測定モードにより測定を行うようになっている。この第6の実施形態に係る計測方法は、測定点毎に最適な測定モードと、計測所要時間及び計測試行回数に関する最適な運転モードとを選定して、計測を行うものである。
第6の実施形態では、まず初めに、測定点毎に、予め設定された複数の測定モード(例えば16通りの測定モード)の中から測定モードを選定するとともに、計測所要時間及び計測試行回数に関する最適な運転モードを選定し(S6−1)、選定した測定モード及び運転モード計測を行う(S6−2)。
11 三脚
12 回動テーブル
13 ハンドル
30 レーザ測距計
40 携帯情報端末
50 トンネル断面
100 検査窓(矢板)の跡
E1−E1,E2−E2 同一のエレベーション位置
Claims (2)
- レーザ測距計を用いて空間断面形状を計測する方法であって、
任意の位置にレーザ測距計を設置する工程と、
位置決め用レーザ光を計測対象の縦断方向へ照射し、この位置決め用レーザ光に基づいてレーザ測距計を計測対象の縦断方向と略平行となるように位置決めする工程と、
レーザ測距計から照射されるレーザ光が、前記位置決め用レーザ光の照射方向と直角となる基準方向へレーザ測距計の向きを調整する工程と、
計測対象に計測用レーザ光を照射して計測を行う計測工程と、
を含み、
前記計測工程は、
基準方向で計測対象に計測用レーザ光を照射して計測を行う第1の計測工程と、
レーザ測距計を、基準方向から所定角度だけ水平方向に回転させて、計測対象に計測用レーザ光を照射して計測を行う第2の計測工程と、
レーザ測距計を、基準方向から前記第2の計測工程とは逆方向へ所定角度だけ回転させて、計測対象に計測用レーザ光を照射して計測を行う第3の計測工程と、を含み、
前記第1の計測工程、前記第2の計測工程、及び前記第3の計測工程における計測結果の中から最小となる計測値を当該空間断面の計測値として採用する、
ことを特徴とする空間断面形状の計測方法。 - 前記第2の計測工程と前記第3の計測工程とにおいて、レーザ測距計を水平方向に回転させる角度は、それぞれ基準方向から逆方向に同一角度であることを特徴とする請求項1に記載の空間断面形状の計測方法。
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