JP5138473B2

JP5138473B2 - トンネル内空変位の監視システム

Info

Publication number: JP5138473B2
Application number: JP2008156888A
Authority: JP
Inventors: 究津野; 祐介中西; 貴司仲山; 秀矢蒲地
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-06-16
Also published as: JP2009300324A

Description

本発明は、トンネル内空変位の監視システムに関するものである。

従来のトンネル内空変位の監視には、以下に挙げるようなものがある。
（１）トンネル内空変位測定をコンバージェンスメーターで実施する。この方式は手動のため、人手がかかる上にリアルタイムに測定ができない。
（２）トンネル内空変位測定をレーザー変位計を用いて実施する。この場合、自動で計測することが可能であるが、データ収録機器を含めた機器が高価であり、また、トンネル覆工面に汚れ等があると精度が悪くなる（下記非特許文献１参照）。さらに、トンネル内のデータ収録機器設置箇所までデータを収集しに行く必要があり、その集めたデータをリアルタイムで監視することができない。また、データ収録機器が損傷した場合、データが得られないといった問題がある。

（３）画像解析によりトンネル内空変位を測定する。この方法は、トンネル内が暗いため、トンネル内空変位の測定には不向きとされている。
また、圧力変動により発電する圧電素子を用いた発電装置が開発されている（下記特許文献１参照）。
特開２００６−１６６６９４号公報財団法人鉄道総合技術研究所，「鉄道構造物等維持管理標準・同解説（構造物編トンネル）」，丸善株式会社，平成１９年１月２５日，ｐｐ．１１３−１１５

上記したように、従来の技術では、地震や土圧時などに発生するトンネル内空変位を的確に把握し、管理することができなかった。
本発明は、上記状況に鑑みて、地震時などで発生するトンネル内空変位を的確に把握し、管理することができるトンネル内空変位の監視システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕トンネル内空変位の監視システムにおいて、トンネル覆工表面に電源に接続される複数のＬＥＤを取付け、これらの複数のＬＥＤの反対側のトンネル覆工表面に配置したカメラによって前記複数のＬＥＤの光点間の距離を撮影してトンネル内空の変状パターンを得て、該トンネル内空の変状パターンをトンネルの外で監視することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記カメラがＣＣＤカメラであることを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記複数のＬＥＤを前記トンネル覆工表面に１列又は複数列に配置して、この配置した複数のＬＥＤの位置の変位を監視することを特徴とする。

〔４〕上記〔３〕記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記複数のＬＥＤを支持部材を介して前記トンネル覆工表面に固定することを特徴とする。
〔５〕上記〔１〕から〔４〕のいずれか１項記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記カメラをトンネル内に複数台配置し、各カメラの配置位置毎のトンネル内空の変状パターンを出力し、３次元的なトンネル内空変位の監視を行うことを特徴とする。

〔６〕上記〔５〕記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記トンネル内空の変状パターンの経時的な変化を監視することを特徴とする。
〔７〕上記〔１〕記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記電源に列車通過時のトンネル内の圧力変動により発電する発電装置を接続し、この発電装置からの出力により前記電源を充電することを特徴とする。

〔８〕上記〔１〕記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記カメラの電源に列車通過時のトンネル内の圧力変動により発電する発電装置を接続し、この発電装置からの出力により前記カメラの電源を充電することを特徴とする。

本発明によれば、トンネルの覆工表面に固定した複数のＬＥＤをカメラで撮影し、撮影された複数のＬＥＤの光点間の距離を求めることによりトンネルの内空変位を監視することができる。

本発明のトンネル内空変位の監視システムは、トンネル覆工表面に電源に接続される複数のＬＥＤを取付け、これらの複数のＬＥＤの反対側のトンネル覆工表面に配置したカメラによって前記複数のＬＥＤの光点間の距離をカメラで撮影してトンネル内空の変状パターンを得て、該トンネル内空の変状パターンをトンネルの外で監視する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示すトンネル内空変位の監視システムの模式図であり、図２はその監視システムにおけるＬＥＤの位置の変化を示す図、図３は本発明のトンネル内空変位の監視システムにおけるＬＥＤの電源を示すブロック図、図４は本発明のトンネル内空変位の監視システムの無線送信装置のブロック図である。

これらの図において、１はトンネル、２はそのトンネル１の覆工表面、３はそのトンネル１の覆工表面２に張り付けられる支持部材（テープ、繊維部材などであり、トンネル１の覆工表面２に密着可能な部材）、４はその支持部材３に強固に固定されるＬＥＤ、５はＬＥＤ４の反対側のトンネル１の覆工表面２に配置され、トンネル１の覆工表面２に固定されたＬＥＤ４を撮像するカメラである。ここで、カメラとしては小型化された省力タイプで高性能のＣＣＤカメラが望ましい。

２０はカメラ５に接続され、カメラ５の近傍に配置される無線送信装置である。この無線送信装置２０は、図４に示すように、アナログ情報をデジタル情報に変換する入力インターフェース２１と、ＣＰＵ（中央処理装置）２２と、無線送信部２３とからなる。なお、カメラ５は複数の断面に複数台配置することが望ましい。また、支持部材３に強固に固定されるＬＥＤはトンネルの１の覆工表面２において自在な向きに配置することができる。なお、図２にトンネル１の覆工表面２に固定されたＬＥＤ４群の配置を示している。図２（ａ）は地震等が発生する前のＬＥＤ４群の配置を、図２（ｂ）は地震等が発生した後のＬＥＤ４群が変位した状態を示している。

さらに、ＬＥＤ４には電源１０が必要であるが、図３に示すように、この電源１０には、トンネル１内の圧力変動により発電する発電装置１１と整流回路１２と充電素子１３とからなる充電装置１４が接続されている。この充電装置１４は、トンネル１内を通過する列車の通過時の圧力変動により発電した電気エネルギーを電源１０に絶えず充電できるように構成し、電源を取替える必要がないようにした。つまり、メンテナンスフリーとすることが望ましい。また、その充電装置１４は、カメラ５の電源の充電装置としても構成することができる。

このように、トンネル内空変位の監視システムにおいて、トンネル１の覆工表面２に複数のＬＥＤ４を取付け、この複数のＬＥＤ４の光点間の距離をカメラ５で撮影してトンネル内空の変形パターン情報を得る。この時、ＬＥＤを用いて、受信側を発光させることにより、暗いトンネルの中でも精度良くターゲットが認識できる。
図５は本発明の実施例を示すトンネル内空変位の監視システムの監視状態を示す模式図、図６は本発明のトンネル内空変位の監視システムの無線受信装置のブロック図、図７は本発明のトンネル内空変位の監視システムにより画像化されたトンネル内空変位の状態を示す図である。

これらの図に示すように、複数の各トンネルの断面Ｐ₁，Ｐ₂で撮像されたＬＥＤの変位情報（トンネルの覆工表面の変状情報）は、無線送信装置２０からトンネルの外に配置される無線受信装置３０に送信される。この無線受信装置３０は、図６に示すように、無線受信部３１と、ＣＰＵ（中央処理装置）３２と、出力インターフェース３３とからなる。

この無線受信装置３０で受信されたトンネルの覆工表面の変状情報は、出力インターフェース３３から出力され、トンネルの覆工表面の変状情報解析装置４０で解析される。
図５に示すような複数の各断面Ｐ₁，Ｐ₂でカメラ５により得られたトンネル１の覆工表面２の変状情報は、その断面位置毎に変状情報解析装置４０で解析して表され、例えば、図７に示すような画像を得ることができる。また、複数の断面位置毎のトンネル内空の変形パターンを繋ぎ合わせて、３次元データとして画像化することができる。このように、カメラによる画像を解析することにより、トンネルの内空変位をリアルタイムに測定することができる。また、このようなトンネルの内空変位を時間の経過とともに変状情報解析装置４０に記録し、それをレビュー（再調査、再検討）することにより、変状の時間的変化を見ることができる。

本発明によれば、トンネル覆工の受信側にターゲットとしてＬＥＤを複数個取り付け、それらを発信側のカメラで撮影して、各ＬＥＤ間のピクセル数を解析することにより、発信側と受信側の距離を測定する。これをもとに、トンネル覆工表面の形状を計算し、トンネル変状のパターンを自動的に判定することができる。さらに、その変状のパターンの経時的変化をみることができるシステムを構築した。

本発明のトンネル内空変位の監視システムは、上記したように、複数個のＬＥＤ、カメラ、無線によるデータ送信装置、データ受信装置および変状情報解析装置から構成される。このように、カメラによる撮像データを無線でトンネルの外に送信するため、現地に行くことなく、トンネル覆工表面の変化をリアルタイムに把握することができる。
また、トンネル内に配置する計測機器が安価であり、また高価な収録機器が不要であるため多くの計測断面が設定でき、より高精度にトンネル内空変位の監視ができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明のトンネル内空変位の監視システムは、地震や土圧の作用により発生するトンネル内空変位を的確に把握し、管理することができるトンネル内空変位の監視システムとして利用可能である。

本発明の実施例を示すトンネル内空変位の監視システムの模式図である。本発明の実施例を示すトンネル内空変位の監視システムにおけるＬＥＤの位置の変化を示す図である。本発明の実施例を示すトンネル内空変位の監視システムにおけるＬＥＤの電源を示すブロック図である。本発明の実施例を示すトンネル内空変位の監視システムの無線送信装置のブロック図である。本発明のトンネル内空変位の監視システムの監視状態を示す模式図である。本発明のトンネル内空変位の監視システムの無線受信装置のブロック図である。本発明のトンネル内空変位の監視システムにより画像化されたトンネル内空変位の状態を示す図である。

１トンネル
２トンネルの覆工表面
３支持部材
４ＬＥＤ
５カメラ（ＣＣＤカメラ）
１０電源
１１発電装置
１２整流回路
１３充電素子
１４充電装置
２０無線送信装置
２１入力インターフェース
２２，３２ＣＰＵ（中央処理装置）
２３無線送信部
３０無線受信装置
３１無線受信部
３３出力インターフェース
４０変状情報解析装置

Claims

トンネル覆工表面に電源に接続される複数のＬＥＤを取付け、該複数のＬＥＤの反対側のトンネル覆工表面に配置したカメラによって前記複数のＬＥＤの光点間の距離を撮影してトンネル内空の変状パターンを得て、該トンネル内空の変状パターンをトンネルの外で監視することを特徴とするトンネル内空変位の監視システム。
請求項１記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記カメラがＣＣＤカメラであることを特徴とするトンネル内空変位の監視システム。
請求項１又は２記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記複数のＬＥＤを前記トンネル覆工表面に１列又は複数列に配置して、該配置した複数のＬＥＤの位置の変位を監視することを特徴とするトンネル内空変位の監視システム。
請求項３記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記複数のＬＥＤを支持部材を介して前記トンネル覆工表面に固定することを特徴とするトンネル内空変位の監視システム。
請求項１から４のいずれか１項記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記カメラをトンネル内に複数台配置し、各カメラの配置位置毎のトンネル内空の変状パターンを出力し、３次元的なトンネル内空変位の監視を行うことを特徴とするトンネル内空変位の監視システム。
請求項５記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記トンネル内空の変状パターンの経時的な変化を監視することを特徴とするトンネル内空変位の監視システム。
請求項１記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記電源に列車通過時のトンネル内の圧力変動により発電する発電装置を接続し、該発電装置からの出力により前記電源を充電することを特徴とするトンネル内空変位の監視システム。
請求項１記載のトンネル内空変位の監視システムにおいて、前記カメラの電源に列車通過時のトンネル内の圧力変動により発電する発電装置を接続し、該発電装置からの出力により前記カメラの電源を充電することを特徴とすることを特徴とするトンネル内空変位の監視システム。