JP5137448B2 - Survey system for tunnel face - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、トンネル施工における切羽面の測量や調査、観察に使用されるトンネル切羽面の測量システムに関するものである。
The present invention relates to a survey system for a tunnel face used for surveying, investigation and observation of the face in tunnel construction, for example.

近年、トンネル施工の現場においてトンネル切羽面の測量・観察がよく行われており、またその測量、観察が重要視されている。何故なら前記トンネル切羽面の不連続面情報あるいは地質境界の位置情報を得ることがトンネルの安全な施工を行う際のきわめて大切な情報となってきているからである。
しかしながら、従来は、いわゆる点の測量に留まるものであり、不連続面の検出や地質境界の位置情報を詳細に検出、測量するには膨大な回数の測量が必要とされていた。
また、従来より、切羽面の写真を撮影し、この写真から不連続面や地質境界の位置を把握することも行われていたが、正確に前記の不連続面や地質境界の位置を把握、測量することはできないものであった。
このため、簡単に切羽面の不連続面や地質境界を正確に把握できるいわゆる測量システムの提供が要望されていた。
すなわち、従来のいわゆるトータルステーションのような点の測量（特開２００４−１３８４２２号公開公報参照）では、切羽面全体を把握するために膨大な回数の測量が必要であり、経済的にも測量することが困難でだからである。
特開２００４−１３８４２２号公開公報 In recent years, surveying and observation of the face of a tunnel are often performed at the site of tunnel construction, and the surveying and observation are regarded as important. This is because obtaining information on the discontinuity of the tunnel face or location information on the geological boundary has become extremely important information for safe construction of the tunnel.
Conventionally, however, it is limited to so-called point surveying, and enormous number of surveys have been required to detect and measure discontinuous surface detection and geological boundary position information in detail.
In addition, conventionally, a photograph of the face was taken, and the position of the discontinuous surface and the geological boundary was also grasped from this photo, but the position of the discontinuous surface and the geological boundary was accurately grasped, It was not possible to survey.
Therefore, it has been desired to provide a so-called surveying system that can easily grasp the discontinuity of the face and the geological boundary easily.
That is, conventional point surveying like a so-called total station (see Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2004-138422) requires an enormous number of surveys in order to grasp the entire face and is also economically surveyed. Because it is difficult.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-138422

かくして、本発明は前記従来の課題に対処すべく創案されたものであって、簡単に、かつコストを安価にして、トンネルなどの切羽面の不連続面検出や切羽面における地質境界検出などが正確に把握できるトンネル切羽面の測量システムを提供することを目的とするものである。
Thus, the present invention was devised to address the above-described conventional problems, and can easily and inexpensively detect a discontinuous surface of a facet such as a tunnel or a geological boundary on the facet. The purpose is to provide a survey system for the tunnel face that can be accurately grasped.

本発明は、
トンネル開口側よりデジタルカメラでの撮影を行い、前記トンネル切羽面の中心投影画像を取得し、中心投影画像から正射投影画像への変換式を用いて画像解析し、前記中心投影画像から前記トンネル切羽面の正射投影画像を取得し、前記取得した正射投影画像をディスプレイ上に表示して、トンネル切羽面の不連続面や地質境界の把握が出来る測量システムであり、
前記デジタルカメラの位置、姿勢が既知か否かの判断を行い、前記デジタルカメラの位置、姿勢が既知でない場合は、トンネルの切羽面上に、空間座標及び画像座標が既知で撮影可能な基準点を少なくとも４点設け、該基準線を含んで、トンネル開口側よりデジタルカメラでの撮影を行い、前記トンネル切羽面の中心投影画像を取得し、
少なくとも前記４点の基準点の空間座標及び画像座標の値、さらには、デジタルカメラ撮影におけるカメラレンズのゆがみ、カメラレンズ中心位置のずれの値を使用した、中心投影画像から正射投影画像への変換式を用いて画像解析し、前記中心投影画像から前記トンネル切羽面の正射投影画像を取得し、前記取得した正射投影画像をディスプレイ上に表示して、トンネル切羽面の不連続面や地質境界の把握が出来る測量を行え、
前記カメラレンズのゆがみ、カメラレンズ中心位置のずれの値が不知の場合には、前記基準点を、トンネル切羽面に９点以上形成し、形成した９点の基準点の空間座標及び画像座標の値を使用した、中心投影画像から正射投影画像への変換式を用いて画像解析し、前記中心投影画像から前記トンネル切羽面の正射投影画像を取得し、前記取得した正射投影画像をディスプレイ上に表示して、トンネル切羽面の不連続面や地質境界の把握が出来る測量を行え、
前記デジタルカメラでの撮影可能な基準点の形成は、前記トンネル開口側真正面にレーザビーム発射機を設置し、該レーザビーム発射機からレーザビームを発射してトンネル切羽面に投射し、前記トンネル切羽面に可視レーザ光による可視できる点を写し出して形成し、
前記デジタルカメラの位置、姿勢が既知か否かの判断において、前記デジタルカメラの位置、姿勢が既知である場合は、前記基準点の形成及び前記基準点を取り込んでの写真撮影をせずに、トンネル切羽面の写真撮影を行い、該取得した中心投影画像から正射投影画像への変換式を用いて画像解析し、前記トンネル切羽面の正射投影画像を取得し、前記取得した正射投影画像をディスプレイ上に表示して、トンネル切羽面の不連続面や地質境界の把握が出来る測量を行え、
前記デジタルカメラによる撮影は、トンネル開口側真正面からではなくともトンネル開口側のいずれの位置からもトンネル切羽面に向けて行える、
ことを特徴とし、
または、
デジタルカメラでの前記した撮影を複数回行い、該複数回の撮影により取得した複数枚の正射投影画像の変化により、トンネル切羽面の観察、測量を行う、
を特徴とするものである。
The present invention
Photographing with a digital camera from the tunnel opening side, obtaining a central projection image of the tunnel facet, analyzing the image using a conversion formula from a central projection image to an orthographic projection image, and from the central projection image to the tunnel It is a survey system that acquires an orthographic projection image of the face, displays the acquired orthographic image on a display, and can grasp the discontinuity and the geological boundary of the tunnel face,
It is determined whether the position and orientation of the digital camera are known. If the position and orientation of the digital camera are not known, a reference point on which the spatial coordinates and image coordinates are known and can be photographed on the face of the tunnel At least four points, including the reference line, taking a picture with a digital camera from the tunnel opening side, obtaining a center projection image of the tunnel face,
From the central projection image to the orthographic projection image using the values of the spatial coordinates and image coordinates of at least the four reference points, as well as the distortion of the camera lens and the deviation of the camera lens center position in digital camera photography Analyzing the image using a conversion formula, obtaining an orthographic projection image of the tunnel face from the central projection image, displaying the obtained ortho projection image on a display , Surveys can be made to understand geological boundaries ,
When the camera lens distortion or camera lens center position deviation value is unknown, nine or more reference points are formed on the tunnel face, and the spatial coordinates and image coordinates of the nine reference points thus formed are determined. Image analysis using a conversion formula from the central projection image to the orthographic projection image using the value, obtaining the orthographic projection image of the tunnel face from the central projection image, and obtaining the orthographic projection image obtained The survey can be done on the display to understand the discontinuity of the tunnel face and the geological boundary.
The reference point that can be photographed by the digital camera is formed by installing a laser beam emitter directly in front of the tunnel opening side, emitting a laser beam from the laser beam emitter, and projecting the laser beam onto the tunnel face. A visible point by visible laser light is projected and formed on the surface,
In determining whether or not the position and orientation of the digital camera are known, if the position and orientation of the digital camera are known, without forming the reference point and taking a picture by taking the reference point, Take a photograph of the tunnel face, perform image analysis using a conversion formula from the acquired central projection image to an orthographic projection image, obtain an orthographic projection image of the tunnel face, and obtain the orthographic projection obtained By displaying the image on the display, you can make surveys that can grasp the discontinuity of the tunnel face and the geological boundary,
Shooting with the digital camera can be performed from any position on the tunnel opening side toward the tunnel face, not from the front of the tunnel opening side.
It is characterized by
Or
Performing the above-described shooting with a digital camera a plurality of times, and by observing the tunnel facet and surveying by a change in a plurality of orthographic projection images acquired by the plurality of shootings,
It is characterized by.

本発明によるトンネル切羽面の測量システムであれば、簡単に、かつコストを安価にして、トンネルなどの切羽面の不連続面検出や切羽面における地質境界検出などを迅速、正確に把握、観察、測量できるとの優れた効果を奏する。
With the tunnel facet surveying system according to the present invention, it is easy and inexpensive to grasp, observe and observe the discontinuity of the facet such as a tunnel and the detection of geological boundaries on the facet, etc. It has an excellent effect that it can be surveyed.

以下、本発明を図に示す発明を実施するための最良の形態に基づいて説明する。
図１には、デジタルカメラ１によって、上空から所定の山を撮影した概略図が描かれている。このデジタルカメラ１で撮影される画像は、中心投影画像であり、図１に示される所定の山における地表２の投影面３は、決して等間隔に投影されてはいない。
ここで、図２には、前記所定の山における地表２の正射投影画像を示したものであり、その投影面３は地表２の面を等間隔に示されている。 Hereinafter, the present invention will be described based on the best mode for carrying out the invention shown in the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of a predetermined mountain photographed from above by the digital camera 1. The image photographed by the digital camera 1 is a central projection image, and the projection surface 3 of the ground surface 2 on the predetermined mountain shown in FIG. 1 is never projected at equal intervals.
Here, FIG. 2 shows an orthographic projection image of the ground surface 2 at the predetermined mountain, and the projection surface 3 shows the surface of the ground surface 2 at equal intervals.

本発明は、まずこの様なデジタルカメラ１で撮影された中心投影画像を、簡単な作業で正射投影画像に変換し、当該変換した、いわゆる実物と相似する正射投影画像を利用して、例えば、トンネル切羽面４における不連続面や地質境界の把握を容易にし、当該正射投影画像からトンネル切羽面４の不連続面や地質境界の測量を可能としたものである。   The present invention first converts a central projection image taken with such a digital camera 1 into an orthographic projection image by a simple operation, and uses the orthographic projection image similar to the real thing that has been converted, For example, the discontinuous surface and the geological boundary on the tunnel face 4 can be easily grasped, and the discontinuous surface and the geological boundary of the tunnel face 4 can be measured from the orthographic projection image.

まず、図３に本発明の一実施例を示す。
図３ではトンネル切羽面４に向かい、まず４点の基準点５を形成すべく所定の光源を投射し、これにより当該基準点５がトンネル切羽面４上に写る様構成される。
ここで、本発明ではいかなる光源などを利用してこの基準点５を形成するかについては、何ら限定されるものではない。すなわち前記のトンネル切羽面４上に基準点５が確認でき、後述するが、デジタルカメラ１によってこの基準点５が撮影でき、写真画像上に写っていればよい。
なお、この図３に示す実施例においては、４つの基準点５の形成について、トンネル開口部側から、トンネル切羽面４に向けたレーザビーム発射機６を使用して、トンネル切羽面４に向けてレーザビームを発射し、トンネル切羽面４に写ったレーザビームの点で４つの基準点５を生成するものとしている。 First, FIG. 3 shows an embodiment of the present invention.
In FIG. 3, a predetermined light source is projected to form the four reference points 5 toward the tunnel face 4, so that the reference point 5 is reflected on the tunnel face 4.
Here, in the present invention, what light source or the like is used to form the reference point 5 is not limited at all. That is, the reference point 5 can be confirmed on the above-mentioned tunnel face 4 and, as will be described later, it is only necessary that the reference point 5 can be photographed by the digital camera 1 and appears on the photographic image.
In the embodiment shown in FIG. 3, the four reference points 5 are formed from the tunnel opening side toward the tunnel face 4 using a laser beam emitter 6 directed to the tunnel face 4. The laser beam is emitted, and four reference points 5 are generated at the points of the laser beam reflected on the tunnel face 4.

次いで、前記４つの基準点５を含めてデジタルカメラ１により、トンネル切羽面４を撮影する。ここで、デジタルカメラ４によるトンネル切羽面４の撮影画像は図４に示すような中心投影画像となる。しかして、このような中心投影画像では図１に示すように、遠近感のある画像となり、いわゆる実物と相似する正射投影画像でないため、トンネル切羽面４における不連続面や地質境界の把握が正確に行えない。従ってトンネル切羽面４の不連続面や地質境界の正確な測量をも出来ないものとなる。
ここで、トンネル開口側の真正面からデジタルカメラ１にてトンネル切羽面４を撮影すればよいとの意見があるが、妥当性に欠ける。真正面から撮影しても、得られる画像は中心投影画像であり、トンネル開口部の幅方向に遠近感が生じてしまう。従って、トンネル開口部の真正面から撮影した中心投影画像でも本発明によって正射投影画像としなければ、トンネル切羽面４における不連続面や地質境界の把握が正確に行えない。従ってトンネル切羽面４の不連続面や地質境界の正確な測量をも出来ない。 Next, the tunnel face 4 is photographed by the digital camera 1 including the four reference points 5. Here, the photographed image of the tunnel face 4 by the digital camera 4 is a central projection image as shown in FIG. As shown in FIG. 1, such a central projection image is a perspective image and is not an orthographic projection image similar to a real object, so that it is possible to grasp discontinuous surfaces and geological boundaries on the tunnel face 4. It cannot be done accurately. Therefore, it is impossible to accurately measure the discontinuity of the tunnel face 4 and the geological boundary.
Here, there is an opinion that it is only necessary to photograph the tunnel face 4 with the digital camera 1 from directly in front of the tunnel opening side, but this lacks validity. Even if the image is taken from the front, the obtained image is a center projection image, and a sense of perspective occurs in the width direction of the tunnel opening. Therefore, even if the central projection image taken from the front of the tunnel opening is not an orthographic projection image according to the present invention, the discontinuity plane and the geological boundary on the tunnel face 4 cannot be accurately grasped. Therefore, it is impossible to accurately measure the discontinuity of the tunnel face 4 and the geological boundary.

次に、デジタルカメラ１で撮影した中心投影画像から正射投影画像への変換につき述べる。
なお、コンピュータを使用して、デジタルカメラ１で撮影した中心投影画像から正射投影画像へ変換する画像処理を行うには、前記デジタルカメラ１の撮影位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、デジタルカメラ１の姿勢（カメラの回転角度）や焦点距離（ｃ）が少なくとも必要となる。
これらの数値が把握され明らかであれば、これによって中心投影画像から正射投影画像へ変換するコンピュータを使用して画像処理が行え、変換した正射投影画像をディスプレイ上に表示して、トンネル切羽面４の不連続面や地質境界の正確な測量がおこなえることとなる。 Next, conversion from a central projection image taken by the digital camera 1 to an orthographic projection image will be described.
In order to perform image processing for converting a central projection image photographed by the digital camera 1 into an orthographic projection image using a computer, the photographing position (X, Y, Z) of the digital camera 1, the digital camera 1 Attitude (camera rotation angle) and focal length (c) are required.
If these values are known and clear, image processing can be performed using a computer that converts the central projection image to the orthographic projection image, and the converted orthographic projection image is displayed on the display to show the tunnel face. Accurate surveying of the discontinuity of the surface 4 and the geological boundary can be performed.

さらに、カメラレンズのゆがみ値及びカメラレンズ中心位置のずれ値が明確になっていれば、これらの値をも使用して、より正確な正射投影画像を取得でき、正確な測量、観察が行える。
しかし、前記デジタルカメラ１の撮影位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、姿勢（カメラの回転角度）や焦点距離（ｃ）の数値が不明のときは、前記４つの基準点５の既知である空間座標（Ｘ，Ｙ）及び画像座標（ｘ，ｙ）のそれぞれの値を使用して、前記デジタルカメラ１の撮影位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、姿勢（カメラの回転角度）や焦点距離（ｃ）の数値を明確にすることが出来る。 Furthermore, if the distortion value of the camera lens and the deviation value of the camera lens center position are clear, more accurate orthographic projection images can be obtained using these values, and accurate surveying and observation can be performed. .
However, when the photographing position (X, Y, Z), posture (camera rotation angle) and focal length (c) of the digital camera 1 are unknown, the spatial coordinates of the four reference points 5 are known. Using the respective values of (X, Y) and image coordinates (x, y), the photographing position (X, Y, Z), posture (camera rotation angle) and focal length (c) of the digital camera 1 are used. Can be clarified.

ここで、デジタルカメラ１の撮影位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）や姿勢（カメラの回転角度）、焦点距離（ｃ）の数値をあらかじめ把握するよりも、前記４つの基準点５の空間座標（Ｘ，Ｙ）及び画像座標（ｘ，ｙ）の数値を把握する方が容易といえる。
その関係式を図６の（１）、（２）、（３）、（４）に示す。かかる図６に示す関係式により、デジタルカメラ１の撮影位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）や姿勢（カメラの回転角度）、焦点距離（ｃ）の数値が明確になる。
すなわち、トンネル切羽面４上に写された４つの基準点５については、それぞれの空間座標（Ｘ，Ｙ）の値と画像座標（ｘ、ｙ）の値があらかじめ把握しておけばよい。そして、これらの４つの基準点５の値を図６に示す４つの式（１）、（２）、（３）、（４）にそれぞれ導入し、これによりトンネル切羽面４に対するデジタルカメラ１の撮影位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）や姿勢（カメラの回転角度）、焦点距離（ｃ）の係数（ｂ１ないしｂ８）を求めるのである。
なお、この際、カメラレンズのゆがみ値及びカメラレンズ中心位置のずれ値については、明らかにされていることが好ましい。
しかし、これらの値がたとえ明確でなくとも、正射投影画像の取得は可能ではある。 Here, rather than grasping in advance the numerical values of the photographing position (X, Y, Z), posture (camera rotation angle), and focal length (c) of the digital camera 1, the spatial coordinates (X , Y) and the numerical values of the image coordinates (x, y) can be said to be easier.
The relational expressions are shown in (1), (2), (3), and (4) of FIG. With the relational expression shown in FIG. 6, numerical values of the photographing position (X, Y, Z) and posture (camera rotation angle) and focal length (c) of the digital camera 1 are clarified.
That is, for the four reference points 5 copied on the tunnel face 4, the values of the spatial coordinates (X, Y) and the values of the image coordinates (x, y) may be known in advance. Then, the values of these four reference points 5 are respectively introduced into the four equations (1), (2), (3), and (4) shown in FIG. The imaging position (X, Y, Z), posture (camera rotation angle), and focal length (c) coefficients (b1 to b8) are obtained.
At this time, it is preferable to clarify the distortion value of the camera lens and the deviation value of the center position of the camera lens.
However, even if these values are not clear, it is possible to obtain an orthographic projection image.

ついで、求められた前記係数（ｂ１ないしｂ８）を、図７に示す、係数（ｂ１ないしｂ８）とデジタルカメラの撮影位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、姿勢（カメラの回転角度）、焦点距離（ｃ）との関係式に導入すると、デジタルカメラ１の撮影位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）や姿勢（カメラの回転角度）、焦点距離（ｃ）が求まるものとなる。   Next, the obtained coefficients (b1 to b8) are converted into the coefficients (b1 to b8), the shooting position (X, Y, Z), posture (camera rotation angle), focal length (shown in FIG. When introduced into the relational expression with c), the photographing position (X, Y, Z), posture (camera rotation angle) and focal length (c) of the digital camera 1 can be obtained.

しかして、求められたデジタルカメラ１の撮影位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）や姿勢（カメラの回転角度）、焦点距離（ｃ）の係数（ｂ１ないしｂ８）、そしてデジタルカメラ１の撮影位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）や姿勢（カメラの回転角度）、焦点距離（ｃ）の値と図６及び図７の関係式によって解析し、もって中心投影画像から正射投影画像へ変換する画像処理が行うのである。   Thus, the obtained photographing position (X, Y, Z) and posture (camera rotation angle) of the digital camera 1, the coefficient (b1 to b8) of the focal length (c), and the photographing position (X of the digital camera 1) , Y, Z), posture (camera rotation angle), focal length (c), and the relational expressions in FIGS. 6 and 7, and image processing for converting the central projection image into the orthographic projection image is performed. It is.

しかして、図５に図４の中心投影画像から正射投影画像に変換した説明図を示す。
そして、変換した正射投影画像をコンピュータのディスプレイ上に表示し、トンネル切羽面４の不連続面や地質境界の測量をおこなうのである。
ところで、前記基準点５をトンネルの切羽面４に４つ以上、できれば９つ形成して正射投影画像を取得することも考えられる。
すなわち、より詳細な、またより正確な正射投影画像の取得に際しては、前述したように、デジタルカメラ１のレンズのゆがみ等内部標定要素をも考慮しなければならない。従って、前記実施例のように基準点５が４つ設けられている場合には、基本的にカメラレンズのゆがみ値及びカメラレンズ中心位置のずれ値について、明らかにされていることが好ましいのである。 Therefore, FIG. 5 shows an explanatory diagram in which the central projection image in FIG. 4 is converted into an orthographic projection image.
The converted orthographic projection image is displayed on the computer display, and the discontinuity of the tunnel face 4 and the geological boundary are surveyed.
By the way, it is conceivable to form an orthographic projection image by forming four or more, preferably nine, reference points 5 on the face 4 of the tunnel.
That is, in obtaining a more detailed and more accurate orthographic projection image, as described above, internal orientation factors such as distortion of the lens of the digital camera 1 must be taken into consideration. Therefore, in the case where four reference points 5 are provided as in the above-described embodiment, it is preferable that the distortion value of the camera lens and the deviation value of the camera lens center position are basically made clear. .

しかし、カメラレンズのゆがみ値及びカメラレンズ中心位置のずれ値がわかっていない場合には、前記基準点５をトンネルの切羽面４上に９つ以上設けるとよいのである。
９つの基準点５の空間座標の値と画像座標の値により、デジタルカメラ１のレンズのゆがみ等内部標定要素をも求めることが出来るからである。そして、これらの９つの値が解れば、より詳細な、またより正確な正射投影画像が取得出来るからである。 However, when the camera lens distortion value and the camera lens center position deviation value are not known, it is preferable to provide nine or more reference points 5 on the face 4 of the tunnel.
This is because the internal orientation elements such as the distortion of the lens of the digital camera 1 can be obtained from the spatial coordinate values and image coordinate values of the nine reference points 5. And if these nine values are understood, a more detailed and more accurate orthographic projection image can be acquired.

すなわち、図８に示す関係式に前記９つの基準点５の空間座標及び画像座標のそれぞれの値を導入すれば、カメラの回転角度、カメラ位置、焦点距離のほかレンズ中心位置のずれ、レンズのゆがみ係数など１７個の未知数が解けるものとなる。
そして、最終的により詳細な、またより正確な正射投影画像が取得出来ることになる。
より詳細な、またより正確な正射投影画像が取得出来ることにより、トンネル切羽面４における不連続面、地質境界の把握がさらに正確に行え、トンネル切羽面４の不連続面や地質境界のさらに正確な測量が行えるのである。 That is, if the values of the spatial coordinates and image coordinates of the nine reference points 5 are introduced into the relational expression shown in FIG. 8, in addition to the camera rotation angle, camera position and focal length, the lens center position shift, 17 unknowns such as distortion coefficients can be solved.
As a result, a more detailed and more accurate orthographic projection image can be acquired.
By obtaining a more detailed and more accurate orthographic projection image, it is possible to more accurately grasp the discontinuity surface and the geological boundary in the tunnel face surface 4, and further improve the discontinuity surface and the geological boundary of the tunnel face surface 4. Accurate surveying is possible.

図９に本発明のフローを示す。
まず、デジタルカメラ１のカメラ位置や姿勢は既知か否かが判断される（ステップ１００）。ここで、デジタルカメラ１のカメラ位置や姿勢などが把握されておらず、既知でないとき（ステップ１００でＮＯ）は、カメラレンズのひずみ等が既知か否かが判断される（ステップ１０１）。そして、カメラレンズのひずみ等が既知である場合（ステップ１０１でＹＥＳ）は、空間座標（Ｘ，Ｙ）が既知な４つ、あるいは４つ以上の基準点５をトンネル切羽面４上に形成し（ステップ１０２）、該基準点５を写し込んで写真撮影が行われる（ステップ１０３）。
また、カメラレンズのひずみ等が既知でない場合（ステップ１０１でＮＯ）は、空間座標（Ｘ，Ｙ）が既知な９つ、あるいは９つ以上の基準点５をトンネル切羽面４上に形成し（ステップ１０４）、該基準点５を写し込んで写真撮影が行われる（ステップ１０３）。 FIG. 9 shows a flow of the present invention.
First, it is determined whether the camera position and orientation of the digital camera 1 are known (step 100). Here, when the camera position and orientation of the digital camera 1 are not grasped and are not known (NO in step 100), it is determined whether or not the distortion of the camera lens is known (step 101). If the camera lens distortion or the like is known (YES in step 101), four or four or more reference points 5 with known spatial coordinates (X, Y) are formed on the tunnel face 4. (Step 102), the reference point 5 is imprinted and a picture is taken (Step 103).
If the camera lens distortion or the like is not known (NO in step 101), nine or nine or more reference points 5 with known spatial coordinates (X, Y) are formed on the tunnel face 4 ( Step 104), the reference point 5 is imprinted and a picture is taken (step 103).

その後、４つ以上あるいは９つ以上の基準点５のそれぞれの既知である空間座標及び画像に取り込んで明らかになった前記４つ以上あるいは９つ以上の基準点５のそれぞれの画像座標（ｘ，ｙ）の値を用い、前記デジタルカメラ１のカメラ位置、姿勢などを解析的に求めるのである（ステップ１０６）。
その後、求められたデジタルカメラ１のカメラ位置、姿勢などの値を使用し、前記写真撮影を行ったトンネル切羽面４の中心投影画像からの正射投影画像処理（オルソ画像作成）を行う（ステップ１０７）。
そして、前記オルソ画像を基にパソコン上で正確な掘削面積等の測量を行うのである（ステップ１０８）。 Then, the known spatial coordinates of each of the four or more or nine or more reference points 5 and the respective image coordinates (x, Using the value of y), the camera position, orientation, etc. of the digital camera 1 are obtained analytically (step 106).
Thereafter, using the obtained values such as the camera position and posture of the digital camera 1, orthographic projection image processing (orthogonal image creation) is performed from the central projection image of the tunnel face 4 on which the photograph was taken (step). 107).
Then, an accurate excavation area and the like are measured on the personal computer based on the ortho image (step 108).

なお、デジタルカメラ１のカメラ位置や姿勢は既知か否かが判断時において（ステップ１００）、ここで、デジタルカメラ１のカメラ位置や姿勢などがあらかじめ把握されており、その値が既知であるとき（ステップ１００でＹＥＳ）は、基準点５の形成をすることなく、また、基準点５を取り込んでの写真撮影を必要とすることなく、直ちにトンネル切羽面４の写真撮影を行う（ステップ１０５）。
そして、その後、前記既知のデジタルカメラ１のカメラ位置、姿勢などの値を使用して、前記写真撮影を行ったトンネル切羽面４の中心投影画像からの正射投影画像処理（オルソ画像作成）を行い（ステップ１０７）、前記オルソ画像を基にパソコン上で正確な掘削面積等の測量を行えばよいのである（ステップ１０８）。 When it is determined whether or not the camera position and orientation of the digital camera 1 are known (step 100), the camera position and orientation of the digital camera 1 are known in advance and the values are known. (YES in step 100) is that the tunnel face 4 is immediately photographed without forming the reference point 5 and without having to take a picture of the reference point 5 (step 105). .
Then, by using values such as the camera position and orientation of the known digital camera 1, orthographic projection image processing (ortho image creation) from the central projection image of the tunnel face 4 where the photograph was taken is performed. (Step 107), and an accurate survey of the excavation area and the like may be performed on the personal computer based on the ortho image (step 108).

この様に、本発明によれば現地においては写真撮影のみでよいため現地作業をきわめて省力化することができる。
また、トンネル切羽面における不連続面や地質境界の位置などが面的に正確にわかりやすく把握できる。
さらに、従来は数値データでの把握でしかできなかったが、本発明では画像、すなわち正射投影画像を使用するためきわめて認識しやすいものとなった。しかも、トンネル切羽面の余堀量をも測量できることとなった。
また、蓄積された画像処理後の切羽画像（正射投影画像）はそのまま比較でき、長期的な測量、観察が行えるものである。
As described above, according to the present invention, it is only necessary to take a photograph at the site, so that the field work can be saved greatly.
In addition, the discontinuity surface and the position of the geological boundary on the tunnel face can be grasped accurately and clearly.
Furthermore, conventionally, it was possible only by grasping numerical data, but in the present invention, since an image, that is, an orthographic projection image, is used, it becomes extremely easy to recognize. In addition, it was possible to measure the amount of surging on the tunnel face.
Further, the accumulated face image (orthographic projection image) after image processing can be compared as it is, and long-term surveying and observation can be performed.

本発明は、トンネル切羽面の観察・測量による地質分析やトンネル掘削の余堀量管理、さらにはトンネル内空変位計測等に幅広く応用出来る
The present invention can be widely applied to geological analysis by observation and surveying of the face of the tunnel, management of surplus amount of tunnel excavation, and measurement of air displacement in the tunnel.

上空より所定の山をデジタルカメラで撮影し、得られた中心投影画像の概略を説明する概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing explaining the outline of the center projection image obtained by photographing a predetermined mountain from above with a digital camera. 図１の中心投影画像を正射投影画像に変換した概略を説明する概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing explaining the outline which converted the center projection image of FIG. 1 into the orthographic projection image. 本発明の具体的な実施の態様を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the specific embodiment of this invention. 図３の実施の態様で得られた中心投影画像を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the center projection image obtained by the aspect of FIG. 図４の中心投影画像を正射投影画像に変換した状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the state which converted the center projection image of FIG. 4 into the orthographic projection image. 本発明で使用される関係式を示す説明図（その１）である。It is explanatory drawing (the 1) which shows the relational expression used by this invention. 本発明で使用される関係式を示す説明図（その２）である。It is explanatory drawing (the 2) which shows the relational expression used by this invention. 本発明で使用される関係式を示す説明図（その３）である。It is explanatory drawing (the 3) which shows the relational expression used by this invention. 本発明のフローを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the flow of this invention.

１ デジタルカメラ
２ 地表
３ 投影面
４ トンネル切羽面
５ 基準点
６ レーザビーム発射機 1 Digital Camera 2 Ground Surface 3 Projection Surface 4 Tunnel Face 5 Reference Point 6 Laser Beam Launcher

Claims (2)

トンネル開口側よりデジタルカメラでの撮影を行い、前記トンネル切羽面の中心投影画像を取得し、中心投影画像から正射投影画像への変換式を用いて画像解析し、前記中心投影画像から前記トンネル切羽面の正射投影画像を取得し、前記取得した正射投影画像をディスプレイ上に表示して、トンネル切羽面の不連続面や地質境界の把握が出来る測量システムであり、
前記デジタルカメラの位置、姿勢が既知か否かの判断を行い、前記デジタルカメラの位置、姿勢が既知でない場合は、トンネルの切羽面上に、空間座標及び画像座標が既知で撮影可能な基準点を少なくとも４点設け、該基準線を含んで、トンネル開口側よりデジタルカメラでの撮影を行い、前記トンネル切羽面の中心投影画像を取得し、
少なくとも前記４点の基準点の空間座標及び画像座標の値、さらには、デジタルカメラ撮影におけるカメラレンズのゆがみ、カメラレンズ中心位置のずれの値を使用した、中心投影画像から正射投影画像への変換式を用いて画像解析し、前記中心投影画像から前記トンネル切羽面の正射投影画像を取得し、前記取得した正射投影画像をディスプレイ上に表示して、トンネル切羽面の不連続面や地質境界の把握が出来る測量を行え、
前記カメラレンズのゆがみ、カメラレンズ中心位置のずれの値が不知の場合には、前記基準点を、トンネル切羽面に９点以上形成し、形成した９点の基準点の空間座標及び画像座標の値を使用した、中心投影画像から正射投影画像への変換式を用いて画像解析し、前記中心投影画像から前記トンネル切羽面の正射投影画像を取得し、前記取得した正射投影画像をディスプレイ上に表示して、トンネル切羽面の不連続面や地質境界の把握が出来る測量を行え、
前記デジタルカメラでの撮影可能な基準点の形成は、前記トンネル開口側真正面にレーザビーム発射機を設置し、該レーザビーム発射機からレーザビームを発射してトンネル切羽面に投射し、前記トンネル切羽面に可視レーザ光による可視できる点を写し出して形成し、
前記デジタルカメラの位置、姿勢が既知か否かの判断において、前記デジタルカメラの位置、姿勢が既知である場合は、前記基準点の形成及び前記基準点を取り込んでの写真撮影をせずに、トンネル切羽面の写真撮影を行い、該取得した中心投影画像から正射投影画像への変換式を用いて画像解析し、前記トンネル切羽面の正射投影画像を取得し、前記取得した正射投影画像をディスプレイ上に表示して、トンネル切羽面の不連続面や地質境界の把握が出来る測量を行え、
前記デジタルカメラによる撮影は、トンネル開口側真正面からではなくともトンネル開口側のいずれの位置からもトンネル切羽面に向けて行える、
ことを特徴とするトンネル切羽面の測量システム。
 Photographing with a digital camera from the tunnel opening side, obtaining a central projection image of the tunnel facet, analyzing the image using a conversion formula from a central projection image to an orthographic projection image, and from the central projection image to the tunnel It is a survey system that acquires an orthographic projection image of the face, displays the acquired orthographic image on a display, and can grasp the discontinuity and the geological boundary of the tunnel face,
It is determined whether the position and orientation of the digital camera are known. If the position and orientation of the digital camera are not known, a reference point on which the spatial coordinates and image coordinates are known and can be photographed on the face of the tunnel At least four points, including the reference line, taking a picture with a digital camera from the tunnel opening side, obtaining a center projection image of the tunnel face,
From the central projection image to the orthographic projection image using the values of the spatial coordinates and image coordinates of at least the four reference points, as well as the distortion of the camera lens and the deviation of the camera lens center position in digital camera photography Analyzing the image using a conversion formula, obtaining an orthographic projection image of the tunnel face from the central projection image, displaying the obtained ortho projection image on a display , Surveys can be made to understand geological boundaries ,
When the camera lens distortion or camera lens center position deviation value is unknown, nine or more reference points are formed on the tunnel face, and the spatial coordinates and image coordinates of the nine reference points thus formed are determined. Image analysis using a conversion formula from the central projection image to the orthographic projection image using the value, obtaining the orthographic projection image of the tunnel face from the central projection image, and obtaining the orthographic projection image obtained The survey can be done on the display to understand the discontinuity of the tunnel face and the geological boundary.
The reference point that can be photographed by the digital camera is formed by installing a laser beam emitter directly in front of the tunnel opening side, emitting a laser beam from the laser beam emitter, and projecting the laser beam onto the tunnel face. A visible point by visible laser light is projected and formed on the surface,
In determining whether or not the position and orientation of the digital camera are known, if the position and orientation of the digital camera are known, without forming the reference point and taking a picture by taking the reference point, Take a photograph of the tunnel face, perform image analysis using a conversion formula from the acquired central projection image to an orthographic projection image, obtain an orthographic projection image of the tunnel face, and obtain the orthographic projection obtained By displaying the image on the display, you can make surveys that can grasp the discontinuity of the tunnel face and the geological boundary,
Shooting with the digital camera can be performed from any position on the tunnel opening side toward the tunnel face, not from the front of the tunnel opening side.
A survey system for tunnel facets.
デジタルカメラでの前記した撮影を複数回行い、該複数回の撮影により取得した複数枚の正射投影画像の変化により、トンネル切羽面の観察、測量を行う、
ことを特徴とする請求項１記載のトンネル切羽面の測量システム。 Performing the above-described shooting with a digital camera a plurality of times, and by observing the tunnel facet and surveying by a change in a plurality of orthographic projection images acquired by the plurality of shootings,
The survey system for a tunnel face according to claim 1.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4994259B2 (en) * 2008-02-08 2012-08-08 飛島建設株式会社 Orthographic projection image acquisition system using visible light
CN101943599B (en) * 2010-09-25 2013-08-21 钟世航 Method for measuring wave velocity of rock mass in front of working face in tunnel by using elastic wave reflection method
JP6029376B2 (en) * 2012-08-07 2016-11-24 倉敷紡績株式会社 Precision measurement method
CN103900536B (en) * 2014-03-10 2015-12-30 天津大学 Towards camera 3 method for relocating that the change of historical relic submicron order detects
CN105509720B (en) * 2016-01-13 2017-10-17 山西大学 A kind of laser full advance direction and location system
JP6887229B2 (en) * 2016-08-05 2021-06-16 株式会社小松製作所 Construction management system
JP6132221B1 (en) * 2016-10-12 2017-05-24 国際航業株式会社 Image acquisition method and image acquisition apparatus
JP6132222B1 (en) * 2016-10-12 2017-05-24 国際航業株式会社 Image correction method and image correction apparatus
CN107300380B (en) * 2017-07-12 2019-12-10 重庆长安汽车股份有限公司 PLC-based robot tail end servo electrode holder pose automatic monitoring equipment and method
CN108534701B (en) * 2018-06-25 2024-04-16 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 Structure and method for monitoring photogrammetry by converging cavern
CN111707668B (en) * 2020-05-28 2023-11-17 武汉光谷卓越科技股份有限公司 Tunnel detection and image processing method based on sequence images
CN112084973B (en) * 2020-09-14 2023-04-25 北京工商大学 Tunnel pipe ring identification and labeling method based on orthographic projection image

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3209658B2 (en) * 1995-04-13 2001-09-17 三井建設株式会社 Face observation record creation device and face observation record creation method
JP4138145B2 (en) * 1999-04-07 2008-08-20 株式会社トプコン Image forming apparatus
JP4112077B2 (en) * 1998-06-11 2008-07-02 株式会社トプコン Image measurement processing method and apparatus, and recording medium recording image measurement processing program
JP4313462B2 (en) * 1999-04-26 2009-08-12 株式会社トプコン Image forming apparatus
JP3530978B2 (en) * 2000-12-28 2004-05-24 鹿島建設株式会社 Image measurement method and recording medium recording image measurement program
JP3820459B2 (en) * 2001-07-24 2006-09-13 株式会社大林組 Correction method for image processing displacement measurement
JP4177017B2 (en) * 2002-04-19 2008-11-05 アジア航測株式会社 Orthophoto generation method, orthophoto generation system, and orthophoto generation program
JP3597832B2 (en) * 2002-07-19 2004-12-08 ジェイアール西日本コンサルタンツ株式会社 Trajectory error measurement method and trajectory error measurement system used for the method

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