JP5558063B2 - トンネルデータ処理システムおよびトンネルデータ処理方法 - Google Patents
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Description
また、上記問題点に鑑み、本発明は、トンネルという独特の形状が直線状にまたは湾曲しつつ続くトンネル内空面を効果的に測定することができるトンネルデータ処理システムを提供することを目的とする。
また、上記問題点に鑑み、本発明は、計測して得たトンネルデータを正規化し、数年単位の長期間インターバルを経て別に計測して得たトンネルデータ同士を任意のキロポスト上の点において正確に突き合わすことができるトンネルデータ処理システムを提供することを目的とする。
入口被検知板はGPSシステムにより位置情報を得るので、トンネル外部に設けることが好ましい。
そのばらつきを補正するため、トンネル進行方向上の正しいピッチの距離ごとに設けた計測地点(正規化計測地点)における計測値を、実際に計測された前後の実測地点から補間により算出することで正規化することとし、前記円弧中心点群生成処理手段が、前記測定対象トンネルの進行方向に沿って、前記円弧データ群のデータを実測した計測地点ごとに並べる処理手段と、正確に所定の距離ピッチに設けた正規化計測地点を算出する正規化計測地点算出処理手段と、実測された前記円弧データ群のデータを基に正規化計測地点で計測した場合に得られたであろう円弧データ群を推定する円弧データ群間正規化処理手段を備えたことを特徴とする。
また、同様に、主に走行速度のばらつきに起因してトンネル進行方向の計測地点(実測地点)にはばらつきがあるが、トンネル進行方向に正しいピッチの距離ごとに設けた計測地点(正規化計測地点)における計測値を、実際に計測された前後の実測地点から補間により算出することで正規化することができる。
なお、以下の各実施例の構成において、 “入口側”に設けられている構成として説明したものが“出口側”に設けられていても構わず、入口側の構成と出口側の構成が相互に入れ替わって逆になっても構わない。
図1は実施例1にかかるトンネルデータ処理システム100のブロック図および入力データの計測方法を簡単に説明する図である。
図2は、計測時における測定対象トンネル300、入口被検知板310、出口被検知板320の設置状態を分かりやすく模式的に示した図である。
図3は、本発明のトンネルデータ処理システム100に対して入力される種々の位置データを示した図である。
図1に示すように、トンネルデータ処理システム100に入力される入力データの取得は、車両200に搭載された位置検知手段210およびトンネル内空面検知手段220の計測により行われる。
図2に示すように、車両200が走行するにつれ、斜め前方に形成される扇状のレーザー走査線も合わせて前方に移動する。
図2の例において、入口被検知板310はトンネル入口にかかる直前に設置され、車両走行方向に対向する平面、例えば、略垂直に設けられた平面を持つ看板や立て板のようなものである。大きさや形状は少なくとも平面と認識できる大きさと形状があれば良いが、後述するように扇状のレーダー走査線で容易に捉えられ、他の円弧状の点群データと同じように取扱いやすいように、図2の例ではアーチ状の平面板となっている。
なお、この実施例では、あらかじめ計測しておいた位置データをデータ入力部120を介して入力し、本発明のトンネルデータ処理システム100によりバッチ処理を行うシステムとして説明するが、トンネルデータ処理システム100を車両搭載型としてトンネル内での計測データをその場で受け取ってリアルタイム処理するタイプでも良い。
本発明のトンネルデータ処理システム100の補正処理について図面を参照しつつ説明する。トンネルデータ処理システム100は、計測開始オフセット誤差補正手段101、トンネル内計測誤差補正手段102、データ入力部120を備えている。
図3に示すように、入口被検知板310に対するGPSシステムの計測結果は、[x’(0),y’(0),z’(0)]であり、入口被検知板310の正確な既知の位置データは[x(0),y(0),z(0)]であるので、GPSシステムに起因する誤差として、以下の(数1)で計算される誤差[△x(0),△y(0),△z(0)]がある。
=[△x(0),△y(0),△z(0)] ‥‥(1)
距離メータには種々のタイプがあるが、例えば、車両のタコメータのように車軸の回転に連動してメータがカウントアップして行くもの等がある。ジャイロ装置にも種々のタイプがあるが、やはり機械的な誤差が生じ得る。この距離メータやジャイロ装置に起因する誤差はトンネル内の特定の場所で集中的に発生するものではなく、距離に比例して一様に蓄積されてゆくものと考えるのが適切である。トンネル内の任意の点(i)(任意のキロポスト上の任意の点(i))における距離メータおよびジャイロ装置による計測結果は[x”(i),y”(i),z”(i)]で表現されるが、この中にはトンネル全体で蓄積する誤差から距離に比例して按分される分の誤差が混入していると推定される。今、距離メータおよびジャイロ装置で計測された出口被検知板320に対する位置データは[x”(7500),y”(7500),z”(7500)]であり、出口被検知板320の正確な既知の位置データは[x(7500),y(7500),z(7500)]であるので、図3に示すように、(数2)で示す差分は、距離メータおよびジャイロ装置に起因する誤差がトンネル内の計測において蓄積した誤差の総計と考えることができる。
=[△x(7500),△y(7500),△z(7500)] ‥‥(2)
トンネルデータ処理システム100は、上記した計測開始オフセット誤差補正手段101、トンネル内計測誤差補正手段102、データ入力部120に加え、円弧データ群生成処理手段103、データ正規化手段104、円弧中心点群生成処理手段105、欠損データ補間処理手段106、近似中心線生成処理手段107、キロポスト生成処理手段108、トンネル内空面画像描画処理手段109、比較処理手段110を備えている。
また、入口被検知板310により得られた円弧データ群をnENT、出口被検知板320により得られた円弧データ群をnEXITとする。
ここで、上述したように、一つ一つの円弧データ群は、走行する車両200に搭載した位置検知手段210およびトンネル内空面検知手段220により計測を行った結果であるので、トンネル300内の車両の走行軌跡、走行速度がかならずしも一定ではないことから、計測値にはいわゆる歪みが混入している。断面が半円形のトンネル壁面を計測する場合、車両がトンネルの中心線に沿って一定の速度で走行することが理想的であるが、実際の計測では、走行レーンを通過することが想定される。走行レーンはトンネルの中心線から左右のどちらかにずれていることがほとんどである。また、走行中の運転の揺らぎにより走行軌跡は微妙に左右に蛇行してしまうものである。そのため、中心線からずれることによりトンネル内空面の計測値にはいわゆる歪みが混入している。例えば図5の例では、行列において左側の列の間隔が密になっており、右側の列の間隔が粗くなっており、粗密が見られる。
本発明のトンネルデータ処理システム100は、この車両の走行軌跡のずれや走行速度のばらつきなどに起因する計測値に混入する歪みをデータ正規化手段104による計測値の正規化によって取り除く。
なお、上記は天井面の円弧データ群からトンネル中心線を描いたが、路面データ群からも同様にトンネル中心線を描くことができる。
図10(a)から図10(b)は、円弧中心点群から模式的に近似キロポスト単位を定めた様子を模式的に示した図である。
キロポスト生成処理手段108は、入口被検知板310、出口被検知板320の既知の座標データを用いて、“近似キロポスト単位”から“キロポスト単位”への変換を行う。入口被検知板310の位置はトンネル入口からどのぐらいの位置に設けられているか既知である。例えば、入口被検知板310の位置はトンネル入口から(△k・x(0),△k・y(0),△k・z(0))の位置であったとする。この場合、トンネルの入口の中心点k1*は(数5)のように計算できる。
=[x(1),y(1),z(1)]−[△k・x(0),△k・y(0),△k・z(0)] ‥‥(5)
=[x(i),y(i),z(i)]−[△k・x(0),△k・y(0),△k・z(0)] ‥‥(6)
図11は、あるキロポストセクションを取り出してトンネル内空面データをグラフィック表示した例である。図12は図11のグラフィック表示内容を説明する図である。図11、図12において、(a)はトンネル内空面データのグラフィックス表示、(b)はトンネル路面データのグラフィックス表示となっている。図12に示すように、この表示例ではトンネル中心線が中央付近で横方向にとられている。(a)のトンネル内空面データのグラフィックス表示において、四角く表示されているものは照明灯、横方向に走っている線はケーブルが写り込んだものである。(b)のトンネル路面データのグラフィックス表示において、横方向に走っている線は車のいわゆる“轍”である。目視すると“轍”は分からないが、トンネル内空面検知手段で凹凸データを取得して画像として表示してみるとトンネル路面にこのような“轍”があることが分かる。
同じ点について、或る時期の描画結果と、他の時期の描画結果を比較して、差分がある部分について色を変えるなどオペレータに分かりやすいように表示したり、差分を数値化して表示することも可能である。
例えば、図13は、或る時期の描画結果と、他の時期の描画結果を比較して、差分がある部分について色を変えて表示する例を簡単に示した図である。図13(a)はトンネル内空面データのグラフィックス表示画像上に変位箇所を着色した例、図13(b)はトンネル路面データのグラフィックス表示画像上に変位箇所を着色した例である。この例では、図13(a)に示すように、トンネル内空面データにおいて表示画面中央付近に略楕円状に経年劣化でへこんだ箇所があり、図13(b)に示すように、トンネル路面データにおいても表示画面左上と表示画面右下の2カ所に略四角形に経年劣化でへこんだ箇所がみられることが分かる。
本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。従って本発明の技術的範囲は添付された特許請求の範囲の記載によってのみ限定されるものである。
101 計測開始オフセット誤差補正手段
102 トンネル内計測誤差補正手段
103 円弧データ群生成処理手段
105 円弧中心点群生成処理手段
106 欠損データ補間処理手段
107 近似中心線生成処理手段
108 キロポスト生成処理手段
109 トンネル内空面画像描画手段
110 比較処理手段
120 データ入力部
200 車両
210 位置検知手段
220 トンネル内空面検知手段
300 測定対象トンネル
310 入口被検知板
320 出口被検知板
Claims (16)
- 走行する車両に搭載された位置検知手段により測定した原座標系の位置データと、前記車両に搭載されたトンネル内空面検知手段により前記位置データと同期させて円弧状に測定した原座標系のトンネル内空面点群データとを基にデータ処理を行うシステムにおいて、
測定対象トンネルの入口付近および出口付近に設置された車両走行方向に対向する平面を備えた入口被検知板および出口被検知板を利用して、前記車両に搭載した前記位置検知手段と前記トンネル内空面検知手段を用いて測定された、前記入口被検知板の計測位置データ、前記測定対象トンネル内空面の前記トンネル内空面点群データ、前記出口被検知板の計測位置データと、別途、正確に既知なデータとして得られている前記入口被検知板の既知位置データと前記出口検知板の既知位置データとを入力するデータ入力部と、
前記入口被検知板に関する前記計測位置データと前記既知位置データの差分を前記測定対象トンネルでの計測開始時点で既に含まれているオフセット誤差として、前記トンネル内空面点群データ全体を一律に補正する計測開始オフセット誤差補正手段と、
前記出口被検知板に関する前記計測位置データと前記既知位置データの差分を前記測定対象トンネル内での計測中に蓄積して行ったトンネル内計測誤差として、前記トンネル内空面点群データを個々に按分補正するトンネル内計測誤差補正手段とを備えたトンネルデータ処理システム。 - 前記入口被検知板が測定対象トンネルの外で入口坑口の直前部に設置されたものであり、前記出口被検知板が前記測定対象トンネルの外で出口坑口の直後部に設置されたものである請求項1に記載のトンネルデータ処理システム。
- 前記位置検知手段が、前記入口被検知板に対するものがGPSシステムであり、前記測定対象トンネル内空面および前記出口被検知板に対するものが前記車両走行距離をカウントする距離メータおよび前記車両の移動を検知するジャイロ装置である請求項1または2に記載のトンネルデータ処理システム。
- 前記計測開始オフセット誤差補正手段による前記オフセット誤差の一律補正と前記トンネル内計測誤差補正手段によるトンネル内計測誤差の按分補正とがなされた前記トンネル内空面点群データに対する処理を行う手段として、
前記トンネル内空面検知手段の計測周期ごとに円弧データ群として分割し、前記車両進行方向に沿って最初の円弧データ群から順にソートする円弧データ群生成処理手段と、
各々の前記円弧データ群における円弧中心点を求め、前記車両の進行方向に沿って最初の円弧中心点から順次ソートする円弧中心点群生成処理手段と、
前記円弧中心点群を順次接続して得られる線分群をトンネル近似中心線とするトンネル近似中心線生成処理手段と、
前記トンネル近似中心線を前記トンネルの入口方向および出口方向に延長し、前記入口被検知板の前記既知位置データより特定される前記トンネル入口坑口の既知位置をキロポストの始点とし、前記トンネル近似中心線に沿って線分の長さを積算し、前記トンネル内の距離指標であるキロポストを制定するキロポスト生成処理手段とを備えたものである請求項1から3のいずれか1項に記載のトンネルデータ処理システム。 - 前記円弧中心点群生成処理手段が、前記円弧データ群内のデータを用いて、仮に定めた中心点から所定角度ごとに計測された距離を描くことで得られる半円形の軌跡であるトンネル内空面断面形状において幾何学的に正しい中心点を定める中心点算出処理手段と、前記トンネル内空面の正しい中心点から正確に所定角度のピッチで幾何学的に半円形のトンネル内空面と交わる点を計算する正規化計測点算出処理手段と、前記正規化計測点における計測値を、前記実測された計測点における前記計測値を基にした補間処理などで推定する円弧データ群内正規化処理手段を備えたことを特徴とする、請求項4に記載のトンネルデータ処理システム。
- 前記円弧中心点群生成処理手段が、前記測定対象トンネルの進行方向に沿って、前記円弧データ群のデータを実測した計測地点ごとに並べる処理手段と、正確に所定の距離ピッチに設けた正規化計測地点を算出する正規化計測地点算出処理手段と、実測された前記円弧データ群のデータを基に正規化計測地点で計測した場合に得られたであろう円弧データ群を推定する円弧データ群間正規化処理手段を備えたことを特徴とする、請求項4に記載のトンネルデータ処理システム。
- 前記キロポスト上での任意の点の指定と、前記任意の点からの任意の距離区間の指定を受け付ける指定手段と、
前記指定手段を介して指定された前記任意の点を座標原点とし、前記任意の距離区間に属する前記円弧データ群を抽出する、円弧データ群抽出処理手段と、
前記円弧データ群抽出処理手段で抽出された前記円弧データ群をコンピュータ3次元描画空間に配置し、各々の前記円弧データ間の隙間の空間を線形補間し、前記コンピュータ3次元描画空間に前記測定対象トンネル内空面の3次元画像を描画せしめる指定区間トンネル内空面画像描画処理手段とを備えた請求項1から6のいずれか1項に記載のトンネルデータ処理システム。 - 前記データ入力部から入力された各々のデータセットとして、或る時期に計測されたデータセットと、他の時期に計測されたデータセットがあり、前記或る時期に計測されたデータセットから描画される前記指定区間の前記測定対象トンネル内空面の3次元画像と、前記他の時期に計測されたデータセット描画される同一の前記指定区間の前記測定対象トンネル内空面の3次元画像とを比較し、両者において差分がある箇所とその量を計算する経年比較処理手段を備えた請求項1から7のいずれか1項に記載のトンネルデータ処理システム。
- 前記円弧データ群生成処理手段において、生成した各円弧に属するデータの個数が、前記トンネル内空面検知手段の計測周期内から得られるべきデータ個数より少なく、データが一部欠損しているものにつき、前記データ列の並びの中から欠損箇所を特定し、当該欠損箇所に隣接するデータから補間することにより欠損しているデータを推定・補間する欠損データ補間処理を行う欠損データ補間処理手段を備えた請求項7または8に記載のトンネルデータ処理システム。
- 走行する車両に搭載された位置検知手段により測定した原座標系の位置データと、前記車両に搭載されたトンネル内空面検知手段により前記位置データと同期させて円弧状に測定した原座標系のトンネル内空面点群データとを基にデータ処理方法であって、
測定対象トンネルの入口付近および出口付近に設置された車両走行方向に対向する平面を備えた入口被検知板および出口被検知板を利用して、前記車両に搭載した前記位置検知手段と前記トンネル内空面検知手段を用いて測定された、前記入口被検知板の計測位置データ、前記測定対象トンネル内空面の前記トンネル内空面点群データ、前記出口被検知板の計測位置データと、別途、正確に既知なデータとして得られている前記入口被検知板の既知位置データと前記出口検知板の既知位置データとを入力するデータ入力処理と、
前記入口被検知板に関する前記計測位置データと前記既知位置データの差分を前記測定対象トンネルでの計測開始時点で既に含まれているオフセット誤差として、前記トンネル内空面点群データ全体を一律に補正する計測開始オフセット誤差補正処理と、
前記出口被検知板に関する前記計測位置データと前記既知位置データの差分を前記測定対象トンネル内での計測中に蓄積して行ったトンネル内計測誤差として、前記トンネル内空面点群データを個々に按分補正するトンネル内計測誤差補正処理とを備えたトンネルデータ処理方法。 - 前記計測開始オフセット誤差補正処理における前記オフセット誤差の一律補正と前記トンネル内計測誤差補正処理におけるトンネル内計測誤差の按分補正とがなされた前記トンネル内空面点群データに対する処理であって、
前記トンネル内空面検知手段の計測周期ごとに円弧データ群として分割し、前記車両進行方向に沿って最初の円弧データ群から順にソートする円弧データ群生成処理と、
各々の前記円弧データ群における円弧中心点を求め、前記車両の進行方向に沿って最初の円弧中心点から順次ソートする円弧中心点群生成処理と、
前記円弧中心点群を順次接続して得られる線分群をトンネル近似中心線とするトンネル近似中心線生成処理と、
前記トンネル近似中心線を前記トンネルの入口方向および出口方向に延長し、前記入口被検知板の前記既知位置データより特定される前記トンネル入口坑口の既知位置をキロポストの始点とし、前記トンネル近似中心線に沿って線分の長さを積算し、前記トンネル内の距離指標であるキロポストを制定するキロポスト生成処理を備えた請求項10に記載のトンネルデータ処理方法。 - 前記円弧中心点群生成処理が、前記円弧データ群内のデータを用いて、仮に定めた中心点から所定角度(例えば1度ピッチ)ごとに計測された距離を描くことで得られる半円形の軌跡であるトンネル内空面断面形状において幾何学的に正しい中心点を定める中心点算出処理と、前記トンネル内空面の正しい中心点から正確に所定角度のピッチで幾何学的に半円形のトンネル内空面と交わる点を計算する正規化計測点算出処理と、前記正規化計測点における計測値を、前記実測された計測点における前記計測値を基にした補間処理などで推定する円弧データ群内正規化処理を備えたことを特徴とする、請求項11に記載のトンネルデータ処理方法。
- 前記円弧中心点群生成処理が、前記測定対象トンネルの進行方向に沿って、前記円弧データ群のデータを実測した計測地点ごとに並べる処理と、正確に所定の距離ピッチに設けた正規化計測地点を算出する正規化計測地点算出処理と、実測された前記円弧データ群のデータを基に正規化計測地点で計測した場合に得られたであろう円弧データ群を推定する円弧データ群間正規化処理を備えたことを特徴とする、請求項11に記載のトンネルデータ処理方法。
- 前記キロポスト上での任意の点の指定と、前記任意の点からの任意の距離区間の指定を受け付ける指定受付処理と、
前記指定受付処理において指定された前記任意の点を座標原点とし、前記任意の距離区間に属する前記円弧データ群を抽出する、円弧データ群抽出処理と、
前記円弧データ群抽出処理で抽出された前記円弧データ群をコンピュータ3次元描画空間に配置し、各々の前記円弧データ間の隙間の空間を線形補間し、前記コンピュータ3次元描画空間に前記測定対象トンネル内空面の3次元画像を描画せしめる指定区間トンネル内空面画像描画処理とを備えた請求項11から13のいずれか1項に記載のトンネルデータ処理方法。 - 前記データ入力処理において入力された各々のデータセットとして、或る時期に計測されたデータセットと、他の時期に計測されたデータセットがあり、前記或る時期に計測されたデータセットから描画される前記指定区間の前記測定対象トンネル内空面の3次元画像と、前記他の時期に計測されたデータセット描画される同一の前記指定区間の前記測定対象トンネル内空面の3次元画像とを比較し、両者において差分がある箇所とその量を計算する経年比較処理を備えた請求項10から14のいずれか1項に記載のトンネルデータ処理方法。
- 前記円弧データ群生成処理において、生成した各円弧に属するデータの個数が、前記トンネル内空面検知手段の計測周期内から得られるべきデータ個数より少なく、データが一部欠損しているものにつき、前記データ列の並びの中から欠損箇所を特定し、当該欠損箇所に隣接するデータから補間することにより欠損しているデータを推定・補間する欠損データ補間処理を行う請求項11から15のいずれか1項に記載のトンネルデータ処理方法。
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