JP5108392B2 - Orbital displacement measurement system - Google Patents

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Description

本発明は、軌道の変位を測定する軌道変位測定システムに関する。     The present invention relates to an orbital displacement measuring system for measuring an orbital displacement.

従来、軌道の下を横断するような工事を非開削で行なって道路や水路等を構築することが行なわれている(例えば、HEP工法やJES工法)。このような工事を行なう場合には、軌道が隆起したり陥没したりしないようにすることが絶対不可欠であり、そのためには、軌道の高低変位をモニターしておいて隆起や陥没を未然に防止しなければならない。     Conventionally, roads, waterways, and the like are constructed by performing constructions that cross under a track without excavation (for example, HEP method or JES method). When carrying out such construction, it is absolutely essential that the track does not rise or sink, and for that purpose, the elevation and depression of the track are prevented by monitoring the displacement of the track. Must.

ところで、軌道の変位を測定するシステムとしては、図4に示すものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。図示のシステムは、レール200の側面に付されたマーク201をデジタルビデオカメラ202により撮影し、その画像をパソコン203で解析してレール200の変位を測定するように構成されている(以下、従来例1とする)。     Incidentally, a system shown in FIG. 4 has been proposed as a system for measuring the displacement of the orbit (see, for example, Patent Document 1). The illustrated system is configured to take a mark 201 attached to a side surface of the rail 200 with a digital video camera 202, and analyze the image with a personal computer 203 to measure the displacement of the rail 200 (hereinafter, conventional). Example 1).

また、マトリックス式変位自動計測システム(HyPoS:Hyper Positioning System)と称されるシステムも実際に使用されている(例えば、非特許文献1参照。)。このシステムでは、変位を測定したい部位にターゲット(プリズム)を配置し、該ターゲットをトータルステーションで計測することにより、静的変位を検知出来るようになっている(以下、従来例2とする)。
特開2004−212077号公報 (株)計測リサーチ、“ハイポス(HyPos)”、[平成18年12月12日検索]、インターネット<URL:http://www.krcnet.co.jp/technical/hypos/hypos02.htm >
In addition, a system called a matrix displacement automatic measurement system (HyPoS: Hyper Positioning System) is actually used (see, for example, Non-Patent Document 1). In this system, a target (prism) is arranged at a site where displacement is to be measured, and the target is measured by a total station so that static displacement can be detected (hereinafter referred to as Conventional Example 2).
JP 2004-212077 A Measurement Research Co., Ltd., “HyPos”, [December 12, 2006 search], Internet <URL: http://www.krcnet.co.jp/technical/hypos/hypos02.htm>

しかしながら、上記従来例1の技術は、列車走行に伴う動的変位を測定するために開発されたものであるので、上述のような工事の際に使用すると、静的変位だけではなく、動的変位(例えば、工事の振動)までも検知してしまうという問題があった。     However, since the technique of Conventional Example 1 has been developed to measure dynamic displacement associated with train travel, when used in the construction as described above, not only static displacement but also dynamic displacement. There was a problem that even displacement (for example, vibration of construction) was detected.

また、上記従来例2のシステムは静的変位を測定できるものの、高価であって、予算に余裕のある大規模な工事にしか使えないという問題があった。     Further, although the system of the above-mentioned conventional example 2 can measure the static displacement, there is a problem that it is expensive and can only be used for large-scale construction with a sufficient budget.

本発明は、上述の問題を解消した軌道変位測定システムを提供することを目的とするものである。     An object of the present invention is to provide an orbital displacement measurement system that solves the above-described problems.

請求項1に係る発明は、図1に例示するものであって、軌道(2)の変位を測定する軌道変位測定システム(1)において、
前記軌道(2)の変位測定部位(2B)に掲示された第1ターゲット(3)の画像を取得する第1カメラ装置(4)と、
前記軌道(2)以外の部分に掲示された第2ターゲット(5)の画像を取得する第2カメラ装置(6)と、
前記第1カメラ装置(4)からの画像に基づき前記第1ターゲット(3)の変位を算出する第1変位算出手段(7)と、
前記第2カメラ装置(6)からの画像に基づき前記第2ターゲット(5)の変位を算出する第2変位算出手段(8)と、
前記第1変位算出手段(7)の算出した変位と前記第2変位算出手段(8)の算出した変位との差分を算出することにより、前記変位測定部位(2B)に生じた変位を算出する第3変位算出手段(9)と、を備え
前記第2カメラ装置(6)は、互いに離間する位置に掲示された6個以上の第2ターゲット(5)を含む画像を取得する装置であって、互いに離間する位置に掲示された6個以上の第2ターゲット(5)を撮影できるように広角であると共に、360度の範囲の撮影が可能な全方位レンズを有し、
前記第2変位算出手段(8)は、各第2ターゲット(5)の変位を算出する変位算出部(80)と、動的変位が生じている第2ターゲット(5)を前記変位算出部(80)の算出結果に基づき少なくとも6つ選択するターゲット選択部(81)と、を有し、
前記第3変位算出手段(9)は、前記ターゲット選択部(81)が選択した第2ターゲット(5)の変位に基づき、前記変位測定部位(2B)に生じた静的変位を算出することを特徴とする。また、請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、前記第2ターゲット(5)が、前記変位測定部位(2B)に生じる静的変位の影響を受けない地盤の上であって、しかも、前記第1ターゲット(3)と同程度の動的変位を受ける部分に掲示されることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is illustrated in FIG. 1, and in the orbital displacement measuring system (1) for measuring the displacement of the orbit (2),
A first camera device (4) for acquiring an image of a first target (3) posted on a displacement measurement site (2B) of the trajectory (2);
A second camera device (6) for acquiring an image of the second target (5) posted on a portion other than the trajectory (2);
First displacement calculation means (7) for calculating displacement of the first target (3) based on an image from the first camera device (4);
Second displacement calculating means (8) for calculating the displacement of the second target (5) based on the image from the second camera device (6);
By calculating the difference between the displacement calculated by the first displacement calculation means (7) and the displacement calculated by the second displacement calculation means (8), the displacement generated in the displacement measurement site (2B) is calculated. Third displacement calculating means (9) ,
The second camera device (6) is an apparatus for acquiring an image including six or more second targets (5) posted at positions separated from each other, and is six or more posted at positions separated from each other. A wide angle so that the second target (5) can be photographed and an omnidirectional lens capable of photographing within a range of 360 degrees,
The second displacement calculation means (8) includes a displacement calculation unit (80) for calculating the displacement of each second target (5), and a second target (5) in which a dynamic displacement is generated, the displacement calculation unit (8). 80) a target selection unit (81) that selects at least six based on the calculation result of
The third displacement calculation means (9) calculates a static displacement generated in the displacement measurement site (2B) based on the displacement of the second target (5) selected by the target selection unit (81). Features. The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the second target (5) is on the ground not affected by the static displacement generated in the displacement measurement site (2B). And it is posted in the part which receives a dynamic displacement comparable as said 1st target (3), It is characterized by the above-mentioned.

なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。     Note that the numbers in parentheses are for the sake of convenience indicating the corresponding elements in the drawings, and therefore the present description is not limited to the descriptions on the drawings.

請求項1及び2に係る発明において、前記第2ターゲットは、静的変位の影響を受けずに前記第1ターゲットと同様の動的変位を生ずる場所に掲示しておく。いま、軌道上の変位測定部位に静的変位と動的変位の両方が生じたとすると、第1変位算出手段は動的変位及び静的変位の両方(実変位)を算出するが、第2変位算出手段は動的変位のみを算出するだけであり、前記第3変位算出手段は前記変位測定部位に生じた静的変位のみを算出することができる。 In the invention according to claims 1 and 2 , the second target is posted at a place where the same dynamic displacement as that of the first target is generated without being affected by the static displacement. Assuming that both static displacement and dynamic displacement occur at the displacement measurement site on the trajectory, the first displacement calculating means calculates both the dynamic displacement and the static displacement (actual displacement). The calculation means only calculates only the dynamic displacement, and the third displacement calculation means can calculate only the static displacement generated in the displacement measurement site.

以下、図1乃至図3に沿って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。ここで、図1は、本発明に係る軌道変位測定システムの全体構成の一例を示す概略図であり、図2は、本発明に係る軌道変位測定システムの全体構成の他の例を示す概略図であり、図3は、両カメラの相対位置関係を求める様子を説明するための概略図である。     Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. Here, FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the entire configuration of the orbital displacement measuring system according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of the entire configuration of the orbital displacement measuring system according to the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining how the relative positional relationship between the two cameras is obtained.

本発明に係る軌道変位測定システムは、軌道の変位を測定するものであって、好ましくは、工事等に起因する振動を含まない変位を測定するものである。本明細書においては、工事等に起因する振動を適宜“動的変位”と称することとし、該動的変位に比べて時間的な変化が少ない変位(例えば、軌道の隆起や陥没に繋がるような変位)を“静的変位”と称することとする。     The track displacement measuring system according to the present invention measures the displacement of the track, and preferably measures a displacement that does not include vibration caused by construction or the like. In this specification, vibration caused by construction or the like will be referred to as “dynamic displacement” as appropriate, and displacement with little temporal change compared to the dynamic displacement (for example, leading to the rise or depression of the track) Displacement) will be referred to as “static displacement”.

本発明に係る軌道変位測定システムは、図1に符号1で例示するものであって、
・ 前記軌道2の変位測定部位(静的変位を測定する部位)2Bに掲示された第1ターゲット3の画像を取得する第1カメラ装置4と、
・ 前記軌道2以外の部分に掲示された第2ターゲット5の画像を取得する第2カメラ装置6と、
・ 前記第1カメラ装置4からの画像に基づき前記第1ターゲット3の変位(動的変位及び静的変位を含む変位。以下、適宜“実変位”と称する)を算出する第1変位算出手段7と、
・ 前記第2カメラ装置6からの画像に基づき前記第2ターゲット5の変位を算出する第2変位算出手段8と、
・ 前記第1変位算出手段7の算出した実変位と前記第2変位算出手段8の算出した変位との差分を算出することにより、前記変位測定部位2Bに生じた変位を算出する第3変位算出手段9と、
を備えている。
The orbital displacement measuring system according to the present invention is illustrated by reference numeral 1 in FIG.
A first camera device 4 for acquiring an image of the first target 3 posted on a displacement measurement site (site for measuring static displacement) 2B of the track 2;
A second camera device 6 that acquires an image of the second target 5 posted on a portion other than the trajectory 2;
First displacement calculating means 7 for calculating the displacement of the first target 3 (displacement including dynamic displacement and static displacement; hereinafter referred to as “actual displacement” as appropriate) based on the image from the first camera device 4. When,
A second displacement calculating means 8 for calculating the displacement of the second target 5 based on the image from the second camera device 6;
A third displacement calculation for calculating the displacement generated in the displacement measurement site 2B by calculating the difference between the actual displacement calculated by the first displacement calculating means 7 and the displacement calculated by the second displacement calculating means 8. Means 9;
It has.

ここで、第1ターゲット3としては、画面上で位置を特定できる形状のもの(いわゆる“ターゲットマーク”と称されるもの)を用いると良い。この第1ターゲット3を掲示する方法としては、
・ シート状のものを貼付する方法や、
・ 塗料で描く方法
等を挙げることができる。この第1ターゲット3は、軌道の隆起や陥没を監視したい部分(レールの側面)に掲示すると良い。
Here, as the first target 3, it is preferable to use a shape whose position can be specified on the screen (so-called “target mark”). As a method of posting this first target 3,
・ How to stick a sheet
・ The method of drawing with paint can be listed. The first target 3 may be posted on a portion (side surface of the rail) where it is desired to monitor the ups and downs of the track.

他方の第2ターゲット5も、第1ターゲット3と同様で、画面上で位置を特定できる形状のもの(いわゆる“ターゲットマーク”と称されるもの)を用いると良い。この第2ターゲット5を掲示する場所は、前記第1ターゲット3とは異なり、隆起や陥没(静的変位)の影響を受けない地盤の上であって、しかも、第1ターゲット3と同程度の動的変位を受ける部分である必要がある。     The other second target 5 is also preferably the same as the first target 3 and having a shape whose position can be specified on the screen (so-called “target mark”). Unlike the first target 3, the place where the second target 5 is posted is on the ground that is not affected by uplift or depression (static displacement), and is the same level as the first target 3. It must be a part that receives dynamic displacement.

いま、上述の変位測定部位2Bに静的変位と動的変位の両方が生じたとすると、第1変位算出手段7は動的変位及び静的変位の両方(実変位)を算出するが、第2変位算出手段8は動的変位のみを算出するだけであり、前記第3変位算出手段9は前記変位測定部位2Bに生じた静的変位のみを算出することができる。したがって、この第3変位算出手段9の算出結果をモニターしておけば、軌道2の隆起や陥没を未然に防止することができる。     Now, assuming that both the static displacement and the dynamic displacement are generated in the above-described displacement measurement site 2B, the first displacement calculating means 7 calculates both the dynamic displacement and the static displacement (actual displacement). The displacement calculating means 8 only calculates the dynamic displacement, and the third displacement calculating means 9 can calculate only the static displacement generated in the displacement measuring part 2B. Therefore, if the calculation result of the third displacement calculating means 9 is monitored, the trajectory 2 can be prevented from being raised or depressed.

ところで、上述の第2ターゲット5は、静的変位をせずに動的変位のみするものが6個あれば足りるが、全てのターゲット5を適正位置(静的変位の影響を受けず、しかも、第1ターゲット3と同程度の動的変位を受ける部分)に掲示できるとは限らない。そこで、以下のようにすると良い。     By the way, as for the above-mentioned second target 5, it is sufficient if there are six that only perform dynamic displacement without static displacement, but all the targets 5 are positioned at appropriate positions (not affected by static displacement, It is not always possible to post on a portion that receives the same dynamic displacement as the first target 3. Therefore, the following is recommended.

すなわち、適正位置と予想される部分に第2ターゲット5を6個以上(好ましくは10個以上)互いに離間した状態で配置しておき、前記第2カメラ装置6によりそれらの第2ターゲット5を含む画像を取得するようにする。そして、前記第2変位算出手段8は、各第2ターゲット5の変位を算出する変位算出部80と、動的変位のみが生じていて静的変位は生じていない第2ターゲット5を前記変位算出部80の算出結果に基づき少なくとも6つ選択するターゲット選択部81と、により構成する。そして、前記第3変位算出手段9は、前記ターゲット選択部81が選択した第2ターゲット5の変位に基づき、前記変位測定部位2Bに生じた静的変位を算出するようにすると良い。     That is, six or more (preferably ten or more) second targets 5 are arranged in a position expected to be in an appropriate position in a state of being separated from each other, and the second camera device 6 includes the second targets 5. Try to get an image. Then, the second displacement calculating means 8 calculates the displacement of the displacement calculating unit 80 for calculating the displacement of each second target 5 and the second target 5 in which only dynamic displacement has occurred and no static displacement has occurred. And a target selection unit 81 that selects at least six based on the calculation result of the unit 80. The third displacement calculating means 9 may calculate a static displacement generated in the displacement measurement site 2B based on the displacement of the second target 5 selected by the target selecting unit 81.

このように構成することの効果について説明する。本システムの測定精度(変位測定部位2Bに生じた静的変位を適正に抽出できるかどうかに関する測定精度)は、第2ターゲット5の掲示位置によってある程度は左右され、第2ターゲット5を適正な位置に掲示できればノイズ(動的変位)を全く含まない静的変位を算出でき、第2ターゲット5の掲示位置が不適切であればノイズ(動的変位)を含む静的変位が算出されることとなる。しかし、上述のように変位算出部80やターゲット選択部81を設けた構造のものでは、動的変位のみが生じている適正な第2ターゲット5を選択できることとなるので、システムの測定精度を向上させることができる。     The effect of this configuration will be described. The measurement accuracy of this system (measurement accuracy regarding whether or not the static displacement generated at the displacement measurement site 2B can be properly extracted) depends to some extent on the posting position of the second target 5, and the second target 5 is positioned at an appropriate position. If the posting position of the second target 5 is inappropriate, the static displacement including noise (dynamic displacement) can be calculated. Become. However, in the structure provided with the displacement calculation unit 80 and the target selection unit 81 as described above, the appropriate second target 5 in which only the dynamic displacement is generated can be selected, so that the measurement accuracy of the system is improved. Can be made.

一方、前記軌道2には、前記第1ターゲット3から所定距離L(例えば、5m)だけ離れた部位(好ましくは、前記第1ターゲット3の両側2A,2C)に第3ターゲット10を掲示しておき、前記第1カメラ装置4によって、前記第1ターゲット3及び前記第3ターゲット10を含む画像を取得するようにすると良い。そして、前記第1変位算出手段7は、前記第1カメラ装置4からの画像に基づき前記第1ターゲット3の実変位と前記第3ターゲット10の実変位とを算出し、前記第3変位算出手段9は、前記第1乃至第3ターゲット3,5,10の変位に基づき、前記第3ターゲット10が掲示された部位2A,2Cの変位を基準とした前記変位測定部位2Bの相対変位(静的変位)を算出するようにすると良い。     On the other hand, the third target 10 is posted on the orbit 2 at a portion (preferably, both sides 2A, 2C of the first target 3) that is separated from the first target 3 by a predetermined distance L (for example, 5 m). The first camera device 4 may acquire an image including the first target 3 and the third target 10. The first displacement calculating means 7 calculates the actual displacement of the first target 3 and the actual displacement of the third target 10 based on the image from the first camera device 4, and the third displacement calculating means. 9 is based on the displacement of the first to third targets 3, 5, 10, and the relative displacement (statically) of the displacement measurement part 2 B based on the displacement of the parts 2 A, 2 C on which the third target 10 is posted. (Displacement) may be calculated.

なお、上述のように第3ターゲット(図2の符号10A,10B参照)を第1ターゲット(符号3参照)の両側にそれぞれ掲示する場合には、第1カメラ装置4A,4B及び第2カメラ装置6A,6Bをそれぞれ2台ずつ配置し、一方の第1カメラ装置4Aでは一の第3ターゲット10Aと第1ターゲット3とを撮影し、他方の第1カメラ装置4Bでは他の第3ターゲット10Bと第1ターゲット3とを撮影すると良い。このとき、第2カメラ装置6A,6Bでは第2ターゲット5を撮影すると良い。また、第1ターゲット3の近傍の両側であってそれぞれのカメラ装置4A,4Bにて撮影される部分に合成用ターゲット11A,11Bを掲示しておいて、その合成用ターゲット11A,11Bを用いてデータの合成を行なうようにすると良い。このようにした場合には、ターゲット間の離間距離Lが大きくても、また、カメラ装置4A,4Bの画角が小さくても変位の測定をすることができる。     When the third target (see reference numerals 10A and 10B in FIG. 2) is posted on both sides of the first target (see reference numeral 3) as described above, the first camera devices 4A and 4B and the second camera device are displayed. Two each of 6A and 6B are arranged, and one first camera device 4A photographs one third target 10A and the first target 3, and the other first camera device 4B captures the other third target 10B. The first target 3 may be photographed. At this time, the second target 5 may be photographed by the second camera devices 6A and 6B. In addition, the synthesis targets 11A and 11B are posted on both sides in the vicinity of the first target 3 and photographed by the respective camera devices 4A and 4B, and the synthesis targets 11A and 11B are used. It is better to synthesize data. In this case, the displacement can be measured even if the separation distance L between the targets is large or the angle of view of the camera devices 4A and 4B is small.

ところで、図1に示す第1ターゲット3は1つだけであるが、もちろんこれに限られるものではなく、静的変位を測定したい区間に複数配置しても良い。その場合、第1ターゲット3にも第3ターゲット10にもなり得るターゲットを所定距離L毎に掲示しておいて、
・ i番目のターゲットの静的変位は、(i−1)番目のターゲットと(i+1)番目のターゲットとを基準にして求め、
・ (i+1)番目のターゲットの静的変位は、i番目のターゲットと(i+2)番目のターゲットとを基準にして求め、
・ (i+2)番目のターゲットの静的変位は、(i+1)番目のターゲットと(i+3)番目のターゲットとを基準にして求め、
………
というようにしても良い。
By the way, the number of the first target 3 shown in FIG. 1 is only one, but of course, the number is not limited to this, and a plurality of first targets 3 may be arranged in a section where static displacement is desired to be measured. In that case, a target that can be both the first target 3 and the third target 10 is posted every predetermined distance L,
The static displacement of the i-th target is obtained with reference to the (i-1) th target and the (i + 1) th target,
The static displacement of the (i + 1) th target is obtained with reference to the ith target and the (i + 2) th target,
The static displacement of the (i + 2) th target is obtained based on the (i + 1) th target and the (i + 3) th target,
………
It may be said that.

また、図2についても同様であって、第1ターゲット3を複数配置しても良い。その場合、第1ターゲット3にも第3ターゲット10A,10Bにもなり得るターゲットを所定距離L毎に掲示しておいて、
・ i番目のターゲットの静的変位は、(i−1)番目のターゲットと(i+1)番目のターゲットとを基準にして求め、
・ (i+1)番目のターゲットの静的変位は、i番目のターゲットと(i+2)番目のターゲットとを基準にして求め、
・ (i+2)番目のターゲットの静的変位は、(i+1)番目のターゲットと(i+3)番目のターゲットとを基準にして求め、
………
というようにしても良い。その際、各ターゲットの近傍両側には合成用ターゲット11A,11Bをそれぞれ掲示しておいて、それらのターゲット11A,11Bを用いて各データの合成を行なうと良い。
The same applies to FIG. 2, and a plurality of first targets 3 may be arranged. In that case, the target that can be the first target 3 and the third target 10A, 10B is posted every predetermined distance L,
The static displacement of the i-th target is obtained with reference to the (i-1) th target and the (i + 1) th target,
The static displacement of the (i + 1) th target is obtained with reference to the ith target and the (i + 2) th target,
The static displacement of the (i + 2) th target is obtained based on the (i + 1) th target and the (i + 3) th target,
………
It may be said that. At this time, it is preferable that the synthesis targets 11A and 11B are posted on both sides in the vicinity of each target, and the respective data are synthesized using these targets 11A and 11B.

ところで、前記第1カメラ装置4,4A,4B及び前記第2カメラ装置6,6A,6Bとしては、
・ いわゆるウェブカメラ(パソコンのUSBポートに接続されて使用されるカメラ)や、
・ サーバー内蔵型のネットワークカメラや、
・ ネットワーク対応のデジタルカメラ
等を挙げることができる。上述のウェブカメラはパソコンを介してネットワークに接続されることとなるが、上述のネットワークカメラやデジタルカメラはパソコンを介さずに直接ネットワークに接続することが可能である。本発明に係るシステムは、ウェブカメラやネットワークカメラやデジタルカメラで構成されているため、トータルステーションを用いたものに比べて安価にできる。なお、前記第1カメラ装置4,4A,4Bには望遠レンズを用いることもできるが、第2カメラ装置6,6A,6Bは、互いに離間するように広範囲に分散配置されている6個以上の第2ターゲット5を撮影する必要があるので、広角でなければならない。したがって、この第2カメラ装置には、カメラ光軸の周りの360度の範囲の撮影が可能な全方位レンズ(例えば、立山マシン株式会社製の“PALNONレンズ(登録商標)”)を使用しても良い。上述のウェブカメラやネットワークカメラやデジタルカメラには、数百万画素程度のものを用いると良い。なお、ウェブカメラやネットワークカメラを使用する場合には動画像を取得すれば良く、デジタルカメラを使用する場合には静止画像を取得すれば良い。なお、当然のことながら、静的変位の解析に用いる両カメラ装置の画像は、撮影タイミングが同じものでなければならず、例えば、両方のカメラ装置にデジタルカメラを使用する場合には、シャッタータイミングを同期させる必要がある。
By the way, as said 1st camera apparatus 4, 4A, 4B and said 2nd camera apparatus 6, 6A, 6B,
・ So-called webcams (cameras connected to the USB port of a computer)
・ Network camera with built-in server,
・ Network digital cameras can be listed. The above-described web camera is connected to a network via a personal computer, but the above-described network camera and digital camera can be directly connected to the network without going through a personal computer. Since the system according to the present invention is composed of a web camera, a network camera, and a digital camera, it can be made cheaper than that using a total station. The first camera devices 4, 4A, 4B may be telephoto lenses, but the second camera devices 6, 6A, 6B have six or more dispersedly arranged in a wide range so as to be separated from each other. Since the second target 5 needs to be photographed, it must be wide-angle. Therefore, for this second camera device, an omnidirectional lens (for example, “PALNON lens (registered trademark)” manufactured by Tateyama Machine Co., Ltd.) capable of shooting in the range of 360 degrees around the camera optical axis is used. Also good. A web camera, a network camera, or a digital camera described above may have a number of millions of pixels. Note that a moving image may be acquired when a web camera or a network camera is used, and a still image may be acquired when a digital camera is used. As a matter of course, the images of both camera devices used for the analysis of static displacement must have the same shooting timing. For example, when a digital camera is used for both camera devices, the shutter timing is used. Need to be synchronized.

ところで、上述の軌道変位測定システムでは、前記第1カメラ装置4及び前記第2カメラ装置6の両方で撮影した画像から変位を求めなければならないので、両カメラ装置4,6の相対位置関係が変動したりしないように、両カメラ装置4,6を互いに固定しておく必要がある。具体的には、両カメラ装置4,6を共通のブラケットやハウジング等に堅固に固定しておけば良い。また、これらのカメラ装置4,6は、屋外に配置できるように耐候性や耐水性に富む構造である必要がある。カメラのハウジングとしては、米国ビデオラーム社製の“FusionDome(登録商標)”や“SuperDome(登録商標)”を用いると良い。また、広角と望遠の2つのカメラがユニット化されたものも製品として販売されているので(例えば、ドイツのモボティックス社製の“M10D−Secure”)、それを使用しても良い。     By the way, in the above-mentioned orbital displacement measuring system, since the displacement must be obtained from images taken by both the first camera device 4 and the second camera device 6, the relative positional relationship between the camera devices 4 and 6 varies. It is necessary to fix both camera devices 4 and 6 so that they do not occur. Specifically, both camera devices 4 and 6 may be firmly fixed to a common bracket or housing. Moreover, these camera apparatuses 4 and 6 need to be a structure rich in weather resistance and water resistance so that it can be arrange | positioned outdoors. As the camera housing, “FusionDome (registered trademark)” or “SuperDome (registered trademark)” manufactured by Videoram Co., Ltd. may be used. In addition, since a camera in which two cameras of a wide angle and a telephoto are unitized is sold as a product (for example, “M10D-Secure” manufactured by Mobotics, Germany), it may be used.

ところで、前記各カメラ装置4,6から前記第1及び第2変位算出手段7,8へのデータの転送は、無線で行なうと良い。そのためには、各カメラ装置4,6や各変位算出手段7,8に無線LANアクセスポイント(例えば、バッファロー社製のWLA2−G54C)をそれぞれ接続しておき、アクセスポイント間のデータ送信を無線で行なうようにすると良い。なお、必要に応じて外部アンテナを付けて、データ送信をするようにしても良い。また、可能ならば有線でデータ転送を行なうようにしても良い。     By the way, it is preferable to transfer data from the camera devices 4 and 6 to the first and second displacement calculating means 7 and 8 wirelessly. For this purpose, a wireless LAN access point (for example, WLA2-G54C manufactured by Buffalo) is connected to each of the camera devices 4 and 6 and each of the displacement calculation means 7 and 8, and data transmission between the access points is performed wirelessly. You should do it. Note that data transmission may be performed by attaching an external antenna as necessary. If possible, data transfer may be performed by wire.

ところで、上述の軌道変位測定システムでは、前記第1カメラ装置4及び前記第2カメラ装置6の両方で撮影した画像から変位を求めなければならないので、該第1カメラ装置4と該第2カメラ装置6との相対位置関係を求めておく必要がある。以下、その方法について説明する。     By the way, in the above-mentioned orbital displacement measurement system, since displacement must be obtained from images taken by both the first camera device 4 and the second camera device 6, the first camera device 4 and the second camera device. It is necessary to obtain the relative positional relationship with 6. The method will be described below.

各カメラ装置4,6が撮影できるエリアに、それぞれ6個の不動点(計12個)を掲示する(図3の符号50A,50B,…,51A,51B,…)。これらの不動点50A,…,51A,…は、同一座標系で位置が確定されている必要がある。いま、不動点の実座標を(X,Y,Z)とし、不動点の画像座標を(x,y)とすると、下式が成立する。

Figure 0005108392
Six fixed points (12 in total) are posted in areas where the camera devices 4 and 6 can shoot (reference numerals 50A, 50B,..., 51A, 51B,... In FIG. 3). These fixed points 50A,..., 51A,... Need to be determined in the same coordinate system. Now, assuming that the actual coordinates of the fixed point are (X, Y, Z) and the image coordinates of the fixed point are (x, y), the following equation is established.
Figure 0005108392

いま、不動点は上述のように6個与えられているので、最小二乗法により11個のパラメータA,B,C,D,A,B,C,D,A,B,Cを求めることができる。 Since six fixed points are given as described above, eleven parameters A 1 , B 1 , C 1 , D 1 , A 2 , B 2 , C 2 , D 2 , A are obtained by the least square method. 3 , B 3 , C 3 can be obtained.

次に、11個のパラメータにおける主点位置(x,y)を用いて、下式より写真座標を求める。

Figure 0005108392
Next, using the principal point positions (x 0 , y 0 ) in 11 parameters, the photographic coordinates are obtained from the following equation.
Figure 0005108392

この写真座標を用いて下式の観測方程式を立て、最小二乗法で11個のパラメータA,B,C,D,A,B,C,D,A,B,Cと、K,K,K,P,Pを求める。

Figure 0005108392
Using the photographic coordinates, the following observation equation is established, and the eleven parameters A 1 , B 1 , C 1 , D 1 , A 2 , B 2 , C 2 , D 2 , A 3 , B are obtained by the least square method. 3 and C 3 and K 1 , K 2 , K 3 , P 1 and P 2 are obtained.
Figure 0005108392

求めた値は近似値なので、再度、主点位置(x,y)を計算し、観測方程式により16個のパラメータを解き直す。そして、最終計算を行なった16個のパラメータにより、16個の標定要素を解く。 Since the obtained value is an approximate value, the principal point position (x 0 , y 0 ) is calculated again, and 16 parameters are solved again by the observation equation. Then, 16 orientation elements are solved by the 16 parameters that have been subjected to the final calculation.

なお、レンズ収差を考慮するため、下式を用いる。

Figure 0005108392
In order to consider lens aberration, the following equation is used.
Figure 0005108392

以上の計算を各カメラ装置4,6について行なうと、標定要素は同じなので、不動点を設けた座標系における第1カメラ装置4の位置、及び該座標系における第2カメラ装置6の位置がそれぞれ求まり、それらから、両カメラ4,6の相対位置関係が分る。その作業は、変位を測定する現場で行なう必要は無い。所定の設備が整った工場で事前に行なっておくと良い。     When the above calculation is performed for each of the camera devices 4 and 6, since the orientation elements are the same, the position of the first camera device 4 in the coordinate system provided with the fixed point and the position of the second camera device 6 in the coordinate system are respectively determined. From these, the relative positional relationship between the cameras 4 and 6 can be determined. The work need not be performed at the site where the displacement is measured. It is good to do it in advance in a factory equipped with predetermined facilities.

図1は、本発明に係る軌道変位測定システムの全体構成の一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of a trajectory displacement measuring system according to the present invention. 図2は、本発明に係る軌道変位測定システムの全体構成の他の例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of the overall configuration of the orbital displacement measuring system according to the present invention. 図3は、両カメラの相対位置関係を求める様子を説明するための概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining how the relative positional relationship between the two cameras is obtained. 図4は、軌道の変位を測定する従来のシステムを説明するための概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a conventional system for measuring the displacement of the trajectory.

符号の説明Explanation of symbols

1 軌道変位測定システム
2 軌道
2B 変位測定部位
3 第1ターゲット
4,4A,4B 第1カメラ装置
5 第2ターゲット
6,6A,6B 第2カメラ装置
7 第1変位算出手段
8 第2変位算出手段
9 第3変位算出手段
10 第3ターゲット
80 変位算出部
81 ターゲット選択部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Orbital displacement measurement system 2 Orbital 2B Displacement measurement part 3 1st target 4,4A, 4B 1st camera apparatus 5 2nd target 6,6A, 6B 2nd camera apparatus 7 1st displacement calculation means 8 2nd displacement calculation means 9 3rd displacement calculation means 10 3rd target 80 displacement calculation part 81 target selection part

Claims (2)

軌道の変位を測定する軌道変位測定システムにおいて、
前記軌道の変位測定部位に掲示された第1ターゲットの画像を取得する第1カメラ装置と、
前記軌道以外の部分に掲示された第2ターゲットの画像を取得する第2カメラ装置と、
前記第1カメラ装置からの画像に基づき前記第1ターゲットの変位を算出する第1変位算出手段と、
前記第2カメラ装置からの画像に基づき前記第2ターゲットの変位を算出する第2変位算出手段と、
前記第1変位算出手段の算出した変位と前記第2変位算出手段の算出した変位との差分を算出することにより、前記変位測定部位に生じた変位を算出する第3変位算出手段と、
を備え
前記第2カメラ装置は、互いに離間する位置に掲示された6個以上の第2ターゲットを含む画像を取得する装置であって、互いに離間する位置に掲示された6個以上の第2ターゲットを撮影できるように広角であると共に、360度の範囲の撮影が可能な全方位レンズを有し、
前記第2変位算出手段は、各第2ターゲットの変位を算出する変位算出部と、動的変位が生じている第2ターゲットを前記変位算出部の算出結果に基づき少なくとも6つ選択するターゲット選択部と、を有し、
前記第3変位算出手段は、前記ターゲット選択部が選択した第2ターゲットの変位に基づき、前記変位測定部位に生じた静的変位を算出する、
ことを特徴とする軌道変位測定システム。
In the orbital displacement measurement system that measures the displacement of the orbit,
A first camera device for obtaining an image of a first target posted on a displacement measurement site of the trajectory;
A second camera device for acquiring an image of a second target posted on a portion other than the trajectory;
First displacement calculating means for calculating a displacement of the first target based on an image from the first camera device;
Second displacement calculating means for calculating a displacement of the second target based on an image from the second camera device;
A third displacement calculating means for calculating a displacement generated in the displacement measurement site by calculating a difference between the displacement calculated by the first displacement calculating means and the displacement calculated by the second displacement calculating means;
Equipped with a,
The second camera device is an apparatus for acquiring an image including six or more second targets posted at positions separated from each other, and images six or more second targets posted at positions spaced apart from each other. It has an omnidirectional lens that can shoot in a 360-degree range as well as being wide-angle,
The second displacement calculation means includes a displacement calculation unit that calculates the displacement of each second target, and a target selection unit that selects at least six second targets in which dynamic displacement has occurred based on the calculation result of the displacement calculation unit. And having
The third displacement calculation means calculates a static displacement generated in the displacement measurement site based on the displacement of the second target selected by the target selection unit.
Orbital displacement measurement system characterized by that.
前記第2ターゲットは、前記変位測定部位に生じる静的変位の影響を受けない地盤の上であって、しかも、前記第1ターゲットと同程度の動的変位を受ける部分に掲示される、
ことを特徴とする請求項1に記載の軌道変位測定システム。
The second target is posted on a ground which is not affected by the static displacement generated in the displacement measurement site, and receives a dynamic displacement similar to the first target.
The trajectory displacement measuring system according to claim 1.
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