JP6465421B1 - Structural deformation detector - Google Patents

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Abstract

【課題】 道路を含むあらゆる構造物のあらゆる箇所に生じたたとえ微小スケールの変状であっても容易に検出する構造物変状検出装置を提供する。
【解決手段】 構造物変状検出システムは、道路を走行しながら道路構造物及びその周囲の地形や形状を測定する測定車両10と、該測定車両10により測定された地形や形状に基づいて各種データを生成して、道路構造物の損傷の検出を実行する構造物変状検出装置20とを有して構成される。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure deformation detection device for easily detecting even a minute scale deformation occurring in any part of any structure including a road.
A structure deformation detection system includes a measurement vehicle 10 that measures a road structure and its surrounding terrain and shape while traveling on a road, and various types based on the terrain and shape measured by the measurement vehicle 10. And a structure deformation detection device 20 that generates data and detects the damage of the road structure.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、構造物変状検出装置に関し、特に、点群データを用いた構造物変状検出装置に関する。   The present invention relates to a structure deformation detection apparatus, and more particularly to a structure deformation detection apparatus using point cloud data.

我が国の道路建設は1956年以降本格化し、高度経済成長期にピークを迎えた。しかし、建設から年月が経過した現在においては老朽化が問題となっている。
特に舗装分野においては、近年、舗装の老朽化による路面変状に起因する事故発生確率が上昇しており、走行時の安全性に直結する問題であることから、その対応が急務となっている。
このように事故に結び付く危険性のある路面変状としては、ポットホール、わだち掘れ、平坦性の低下又はひび割れが挙げられる。
このうち、ポットホールは骨材が飛散することによる局所的な窪みであり、その上を車が走行することによりタイヤがパンクしたり、骨材が巻き上げられて車体に傷をつけたりするおそれがある。
このポットホールは微小スケールの路面変状であることから、慎重に路面状況を確認しなければ発見することが困難である。従って、現状では、路面確認の担当者が、パトロール車で低速で移動しながら、又は徒歩で現場目視調査を行う必要があり、効率化の面で問題を抱えている。
また、目に見えるまで劣化が顕在化していない微小なポットホールについては発見自体が不可能に近いものであった。
Japan's road construction began in earnest since 1956 and peaked during the period of high economic growth. However, aging has become a problem at the present time after construction.
Especially in the pavement field, in recent years, the probability of accidents due to road surface deformation due to aging of pavement has increased, and this is a problem directly related to safety during driving, so it is an urgent need to respond to it. .
Such road surface deformations that can lead to accidents include potholes, rutting, reduced flatness, or cracks.
Of these, the potholes are local depressions caused by the scattering of aggregates, and there is a risk that the tires may puncture or the aggregates may be wound up and damage the vehicle body as the car travels over them. .
Since this pothole is a minute scale road surface deformation, it is difficult to find it without carefully checking the road surface condition. Therefore, at present, it is necessary for the person in charge of the road surface confirmation to perform a visual inspection on the site while moving at a low speed with a patrol car or on foot, which is problematic in terms of efficiency.
In addition, it was almost impossible to find a very small pothole that has not been deteriorated until it is visible.

上記のような路面変状を検出する従来技術の1つとして、特許文献1が開示する構造体変状検知システムが提案されている。
特許文献1の構造体変状検知システムは、路面を走行する車両に、各車輪の車軸の振動を検知する車軸振動センサと、路面の変位をレーザ照射により検知する少なくとも2つの変位検知センサとを設けている。
特許文献1の構造体変状検知システムは、これら車軸振動センサ及び変位検知センサにより夫々検知された振動データ及び変位データに基づいて、特に路面のジョイント部に係る平坦性及び段差量を算出するというものである。
As one of the conventional techniques for detecting the road surface deformation as described above, a structure deformation detection system disclosed in Patent Document 1 has been proposed.
The structure deformation detection system disclosed in Patent Document 1 includes an axle vibration sensor that detects vibration of an axle of each wheel, and at least two displacement detection sensors that detect displacement of the road surface by laser irradiation. Provided.
The structure deformation detection system disclosed in Patent Document 1 calculates the flatness and the level difference of the step particularly on the joint portion of the road surface based on the vibration data and the displacement data detected by the axle vibration sensor and the displacement detection sensor, respectively. Is.

特開2018−4469JP2018-4469

しかしながら、特許文献1の構造体変状検知システムは、検知対象が路面のジョイント部であり、その検知対象の存在自体は容易に確認できるものであり、ポットホールのような微小スケールの変状を検出するための構成を何ら備えていないことから、その検出が困難であるという問題がある。
例えば、車両の車輪が走行しない路面箇所にポットホールが存在する場合には、特許文献1の構造体変状検知システムは、そのポットホールに対応した振動を検知することができず、当該ポットホールを検出することが困難である。
However, in the structure deformation detection system of Patent Document 1, the detection target is a joint portion of the road surface, and the presence of the detection target itself can be easily confirmed. Since there is no configuration for detection, there is a problem that the detection is difficult.
For example, when a pothole is present on a road surface where a vehicle wheel does not travel, the structure deformation detection system of Patent Document 1 cannot detect vibration corresponding to the pothole, and the pothole. Is difficult to detect.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、道路を含むあらゆる構造物のあらゆる箇所に生じたたとえ微小スケールの変状であっても容易に検出する構造物変状検出装置を提供する。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a structure deformation detection device that easily detects even a minute scale deformation occurring in any part of any structure including a road. To do.

かかる目的を達成するため、本発明は、構造物表面の変状を検出する構造物変状検出装置であって、構造物及び地形を多数の点の集合である点群で表し、点群を構成する各計測点の空間座標を含む点群データを入力する点群データ入力部と、入力された点群データに基づいて構造物の表面に対して垂直方向の座標を抽出又は算出する構造物座標算出部と、構造物の表面に対して垂直方向の複数の座標が示す信号について短時間フーリエ変換を行い、信号を各角周波数の周期関数の和に変換するフーリエ変換処理部と、検出目的の変状の角周波数帯に含まれるフーリエ振幅スペクトルを抽出し、抽出したフーリエ振幅スペクトルが閾値以上である場合、検出目的の変状がある旨の情報を出力する変状検出部とを有し、フーリエ変換処理部は、構造物の表面上に描画された線上に位置する構造物の表面に対して垂直方向の複数の座標から、連続した所定数の座標の組を、組に含まれる連続した座標の組み合わせが互いに異なるように複数回抽出し、複数回抽出した所定数の座標の組が示す信号について短時間フーリエ変換を行い、複数回抽出された座標の組は、描画された線の始線側に隣接する組及び終線側に隣接する組と、座標が所定数共通することを特徴とする。
また、本発明は、構造物表面の変状を検出する構造物変状検出装置であって、構造物及び地形を多数の点の集合である点群で表し、点群を構成する各計測点の空間座標を含む点群データを入力する点群データ入力部と、入力された点群データに基づいて構造物の表面に対して垂直方向の座標を抽出又は算出する構造物座標算出部と、構造物の表面に対して垂直方向の複数の座標が示す信号について短時間フーリエ変換を行い、信号を各角周波数の周期関数の和に変換するフーリエ変換処理部と、検出目的の変状の角周波数帯に含まれるフーリエ振幅スペクトルを抽出し、抽出したフーリエ振幅スペクトルが閾値以上である場合、検出目的の変状がある旨の情報を出力する変状検出部とを有し、構造物座標算出部は、構造物の表面の検査領域を複数の微小領域に区画し、微小領域に含まれる点群の計測点の構造物の表面に対する垂直方向の座標の平均値である微小領域の代表値を構造物の表面に対して垂直方向の座標として微小領域ごとに算出することを特徴とする。
In order to achieve such an object, the present invention is a structure deformation detection device for detecting deformation on the surface of a structure, wherein the structure and the terrain are represented by a point cloud that is a set of a large number of points, A point cloud data input unit that inputs point cloud data including the spatial coordinates of each measurement point that constitutes, and a structure that extracts or calculates coordinates perpendicular to the surface of the structure based on the input point cloud data A coordinate calculation unit, a Fourier transform processing unit that performs a short-time Fourier transform on a signal indicated by a plurality of coordinates perpendicular to the surface of the structure, and converts the signal into a sum of periodic functions of each angular frequency, and a detection purpose extract the Fourier amplitude spectrum contained Deformation of the angular frequency band, when the extracted Fourier amplitude spectrum is equal to or larger than the threshold, and a variable shaped detecting unit for outputting information indicating that there is a variable-shaped detection purposes The Fourier transform processing unit From a plurality of coordinates in the direction perpendicular to the surface of the structure located on the line drawn on the surface of the object, a predetermined number of consecutive coordinate sets are different from each other in the combination of consecutive coordinates included in the set. A plurality of times, a short-time Fourier transform is performed on the signal indicated by the predetermined number of coordinate sets, and the set of coordinates extracted a plurality of times includes a set adjacent to the starting line side of the drawn line and A predetermined number of coordinates are common to the pair adjacent to the end line side .
Further, the present invention is a structure deformation detection device for detecting a structure surface deformation, wherein the structure and the terrain are represented by a point cloud which is a set of a large number of points, and each measurement point constituting the point cloud A point cloud data input unit that inputs point cloud data including the spatial coordinates of the structure, a structure coordinate calculation unit that extracts or calculates coordinates in a direction perpendicular to the surface of the structure based on the input point cloud data, A Fourier transform processing unit that performs a short-time Fourier transform on a signal indicated by a plurality of coordinates perpendicular to the surface of the structure and converts the signal into a sum of periodic functions of each angular frequency, and a deformed angle for detection purposes A Fourier amplitude spectrum included in the frequency band is extracted, and when the extracted Fourier amplitude spectrum is equal to or greater than a threshold value, a deformation detection unit that outputs information indicating that there is a deformation for detection purposes is included, and the structure coordinate calculation is performed. The inspection area on the surface of the structure Divide into a number of minute areas, and the representative value of the minute area, which is the average value of the coordinates in the perpendicular direction to the surface of the structure of the measurement points of the point group included in the minute area, is the coordinate perpendicular to the surface of the structure. As a feature of calculating for each minute region.

また、本発明によれば、変状検出部は、抽出したフーリエ振幅スペクトルの最大値が閾値以上である場合、検出目的の変状がある旨の情報を出力することを特徴とする。   In addition, according to the present invention, the deformation detection unit outputs information indicating that there is a deformation for detection purposes when the maximum value of the extracted Fourier amplitude spectrum is equal to or greater than a threshold value.

また、本発明によれば、変状検出部は、抽出したフーリエ振幅スペクトルの平均値が閾値以上である場合、検出目的の変状がある旨の情報を出力することを特徴とする。   In addition, according to the present invention, the deformation detection unit outputs information indicating that there is a deformation for detection purposes when the average value of the extracted Fourier amplitude spectrum is equal to or greater than a threshold value.

また、本発明によれば、構造物座標算出部は、構造物の表面の検査領域を複数の微小領域に区画し、微小領域に含まれる点群の計測点の構造物の表面に対する垂直方向の座標の平均値である微小領域の代表値を構造物の表面に対して垂直方向の座標として微小領域ごとに算出することを特徴とする。 In addition, according to the present invention, the structure coordinate calculation unit divides the inspection area on the surface of the structure into a plurality of minute areas, and the measurement points of the point group included in the minute area are perpendicular to the surface of the structure. A representative value of a minute area, which is an average value of coordinates, is calculated for each minute area as a coordinate in a direction perpendicular to the surface of the structure.

また、本発明によれば、微小領域の代表値に基づいて段階的に彩色した画像データを生成することを特徴とする。   In addition, according to the present invention, image data colored stepwise based on a representative value of a minute region is generated.

また、本発明によれば、構造物の表面上に描画された線上に位置する微小領域の代表値において、描画された線の始線側から順にi番目、i+a番目、i+b番目(1≦i≦n,0<a<b)の微小領域の代表値をhi 1,hi 2,hi 3とすると、変状検出部は、下記の式1に基づいてHiの値を算出し、
(式1)


算出したHiの値及び下記の式2に基づいて構造物の表面の平坦性σを算出することを特徴とする。
(式2)

Further, according to the present invention, in the representative value of the minute region located on the line drawn on the surface of the structure, the i-th, i + a-th, i + b-th (1 ≦ i) from the start line side of the drawn line. Assuming that the representative values of the microregions of ≦ n, 0 <a <b) are h i 1 , h i 2 , h i 3 , the deformation detection unit calculates the value of Hi based on the following equation 1,
(Formula 1)


The flatness σ of the surface of the structure is calculated based on the calculated value of Hi and the following formula 2.
(Formula 2)

また、本発明によれば、変状検出部は、算出した平坦性σ及び下記の式3に基づいて、IRIの値を算出することを特徴とする。
(式3)
IRI=1.33σ+0.24
According to the present invention, the deformation detection unit calculates an IRI value based on the calculated flatness σ and the following expression 3.
(Formula 3)
IRI = 1.33σ + 0.24

なお、以上の構成要素の任意の組合せや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements, or those obtained by replacing the constituent elements and expressions of the present invention with each other among methods, apparatuses, systems, computer programs, recording media storing computer programs, and the like are also included in the present invention. It is effective as an embodiment of

本発明は、構造物表面の変状を検出する構造物変状検出装置であって、構造物及び地形を多数の点の集合である点群で表し、点群を構成する各計測点の空間座標を含む点群データを入力する点群データ入力部と、入力された点群データに基づいて構造物の表面に対して垂直方向の座標を抽出又は算出する構造物座標算出部と、構造物の表面に対して垂直方向の複数の座標が示す信号についてフーリエ変換を行い、信号を各角周波数の周期関数の和に変換するフーリエ変換処理部と、検出目的の変状の角周波数帯に含まれるフーリエ振幅スペクトルを抽出し、抽出したフーリエ振幅スペクトルが閾値以上である場合、検出目的の変状がある旨の情報を出力する変状検出部とを有するので、道路を含むあらゆる構造物のあらゆる箇所に生じたたとえ微小スケールの変状であっても容易に検出することが可能となる。   The present invention is a structure deformation detection device for detecting deformation of a structure surface, wherein the structure and the terrain are represented by a point cloud that is a set of a large number of points, and the space of each measurement point constituting the point cloud. A point cloud data input unit for inputting point cloud data including coordinates, a structure coordinate calculation unit for extracting or calculating coordinates in a direction perpendicular to the surface of the structure based on the input point cloud data, and a structure Included in the Fourier transform processing unit that performs Fourier transform on the signal indicated by multiple coordinates in the direction perpendicular to the surface of the surface and converts the signal to the sum of the periodic functions of each angular frequency, and the deformed angular frequency band for detection purposes If the extracted Fourier amplitude spectrum is greater than or equal to the threshold value, the deformation detection unit outputs information indicating that there is a deformation for detection purposes. That happened in a place Even Deformation of small scale can be easily detected.

本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the structure deformation detection system in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における測定車両の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measurement vehicle in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における測定車両の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the measurement vehicle in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the structure deformation detection apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における情報格納部が格納するデータベースを示す図である。It is a figure which shows the database which the information storage part in the 1st Embodiment of this invention stores. 本発明の第1の実施の形態における点群DBのデータ構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the data structure of point cloud DB in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the structure change detection apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における構造物情報提供システムによる全体動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the whole operation | movement by the structure information provision system in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における空間座標を平面に投影し平面座標を求めることを説明するための図である。It is a figure for demonstrating that the space coordinate in the 1st Embodiment of this invention is projected on a plane, and a plane coordinate is calculated | required. 本発明の第1の実施の形態における点群データによる立体画像の表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display of the stereo image by the point cloud data in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置によるコンターの作成動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the production operation of the contour by the structure deformation detection apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態におけるサンプルの領域指定の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of area | region designation | designated of the sample in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態におけるメッシュを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mesh in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態において構造物変状検出装置が作成したコンターの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the contour which the structure deformation detection apparatus produced in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置による平坦性の算出動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the calculation operation | movement of the flatness by the structure deformation detection apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置が表示するコンターの一例を示す図であり、平坦性を算出する箇所が示されている。It is a figure which shows an example of the contour which the structure deformation detection apparatus in the 1st Embodiment of this invention displays, and the location which calculates flatness is shown. 本発明の第1の実施の形態におけるフーリエ変換を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the Fourier-transform in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置によるポットホールの検出動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the detection operation of the pothole by the structure deformation detection apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における短時間フーリエ変換を用いたポットホールの検出方法を示す図である。It is a figure which shows the detection method of the pothole using the short-time Fourier transform in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における短時間フーリエ変換を用いたポットホールの検出方法を示す図である。It is a figure which shows the detection method of the pothole using the short-time Fourier transform in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置による道路構造物の評価動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of evaluation operation | movement of a road structure by the structure deformation detection apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態におけるAA値を用いた道路構造物における変状の評価動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the deformation | transformation evaluation operation | movement in the road structure using the AA value in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態におけるAA値とIRIの回帰直線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the regression line of AA value and IRI in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態におけるサンプルDBのデータ構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the data structure of sample DB in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における構造物検査DBのデータ構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the data structure of structure inspection DB in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における変状評価DBのデータ構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the data structure of deformation evaluation DB in the 1st Embodiment of this invention.

<第1の実施の形態>
(第1の実施の形態の構成)
(1)構造物変状検出システムの全体構成
図1は、本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出システムの構成を示す図である。以下、図を用いて、構造物変状検出システムの構成について説明を進める。
図に示すように、構造物変状検出システムは、道路を走行しながら道路構造物及びその周囲の地形や形状を測定する測定車両10と、該測定車両10により測定された地形や形状に基づいて各種データを生成して、道路構造物の損傷の検出を実行する構造物変状検出装置20とを有して構成される。
なお、本実施の形態において、道路構造物とは、道路及び道路周辺における建造物やその他構造物をいい、例えば、舗装、道路、ガードレール、中央分離帯、トンネル、橋脚等の構造体等をいう。
<First Embodiment>
(Configuration of the first embodiment)
(1) Overall Configuration of Structure Deformation Detection System FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a structure deformation detection system according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the structure of the structure deformation detection system will be described with reference to the drawings.
As shown in the figure, the structure deformation detection system is based on the measurement vehicle 10 that measures the road structure and the surrounding terrain and shape while traveling on the road, and the terrain and shape measured by the measurement vehicle 10. And a structure deformation detection device 20 that generates various data and detects the damage of the road structure.
In the present embodiment, the road structure refers to a road and structures around the road and other structures, such as pavements, roads, guardrails, median strips, tunnels, piers and other structures. .

(2)測定車両10の構成
測定車両10は、道路を走行中又は停車中に、道路構造物及びその周囲の建造物や設置物について点群データを取得するとともに、撮影を行って画像データを取得する装置を搭載した車両である。
図2は、本発明の第1の実施の形態における測定車両10の構成を示す図であり、図3は、その測定車両10の外観を示す図である。
図2,3に示すように、測定車両10は、CPU等から構成され測定車両10における点群データ及び画像データの取得動作全体を制御する制御部11と、取得した点群データ及び画像データ等を格納する情報格納部12と、測定車両10の走行中又は停車中に道路周囲にレーザを照射するとともに、その反射光を受光して点群データを取得するレーザスキャナ13と、測定車両10の現在位置情報を取得するGPS(Global Positioning System)14と、測定車両10の車体の姿勢を示す情報を取得するIMU(Inertial Measurement Unit)15と、計時を行う計時部16と、道路及びその周囲の風景を撮影するカメラ17と、測定車両10の走行距離を計測するオドメータ18と、ネットワーク又は情報記録媒体と接続して情報の入出力を行う情報入出力部19とを有して構成される。
(2) Configuration of the measurement vehicle 10 The measurement vehicle 10 obtains point cloud data about the road structure and surrounding buildings and installations while traveling on the road or stopped, and performs image capturing to obtain image data. It is a vehicle equipped with an acquisition device.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the measurement vehicle 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating an appearance of the measurement vehicle 10.
As shown in FIGS. 2 and 3, the measurement vehicle 10 is composed of a CPU or the like, and controls the entire point cloud data and image data acquisition operation in the measurement vehicle 10, and the acquired point cloud data and image data, etc. An information storage unit 12 for storing the laser, a laser scanner 13 for irradiating a laser around the road while the measuring vehicle 10 is running or stopped, receiving the reflected light and acquiring point cloud data, and the measuring vehicle 10 A GPS (Global Positioning System) 14 for acquiring current position information, an IMU (Internal Measurement Unit) 15 for acquiring information indicating the posture of the vehicle body of the measurement vehicle 10, a timing unit 16 for timing, a road and its surroundings A camera 17 for photographing the landscape, an odometer 18 for measuring the travel distance of the measurement vehicle 10, and a network And an information input / output unit 19 for inputting / outputting information connected to a network or an information recording medium.

制御部11は、測定車両10全体の制御を司る処理部であり、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の電子回路やFPGA(Field−Programmable Gate Array)等の集積回路により構成される。
制御部11は、情報格納部12から情報の読出しを実行するとともに、情報格納部12に情報の書込みを実行する。
The control unit 11 is a processing unit that controls the entire measurement vehicle 10, and includes, for example, an electronic circuit such as a CPU (Central Processing Unit) or an integrated circuit such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array).
The control unit 11 reads information from the information storage unit 12 and writes information to the information storage unit 12.

情報格納部12は、例えば、ハードディスク、メモリ又は半導体素子等の情報を格納する装置である。
情報格納部12は、制御部11で実行するプログラムを記憶する領域や制御部11が処理を実行する際に一時的に使用する作業領域等(RAM等)を有する。
制御部11は、その情報格納部12に格納されているプログラムを読み出し、上記作業領域に展開して各種の処理を実行する。
The information storage unit 12 is a device that stores information such as a hard disk, a memory, or a semiconductor element.
The information storage unit 12 includes an area for storing a program executed by the control unit 11 and a work area (RAM or the like) temporarily used when the control unit 11 executes processing.
The control unit 11 reads out the program stored in the information storage unit 12, develops it in the work area, and executes various processes.

本実施の形態において、測定車両10は、いわゆるモービルマッピングシステムの原理を利用して走行中又は停車中に道路及びその周囲の点群データを取得するものである。
測定車両10が道路を走行中又は停車中、レーザスキャナ13は、道路周囲の対象物(道路構造物、道路周囲の建造物・設置物を含む)にレーザを発射し、その反射光を受光する。このとき、レーザスキャナ13は、発射時・受光時の時刻を計時部16から取得するとともに、発射方向(角度)を検出して点群データを取得する。
また、情報格納部12にはレーザスキャナ13の測定車両10の車体との相対的な位置・照射角度・受光角度の関係等の情報が格納されており、測定車両10の現在位置に基づいて、レーザスキャナ13の現在位置及び姿勢等が特定可能に構成されている。
In the present embodiment, the measurement vehicle 10 uses the principle of a so-called mobile mapping system to acquire road and surrounding point cloud data while traveling or stopping.
While the measurement vehicle 10 is traveling or stopped on the road, the laser scanner 13 emits a laser to objects around the road (including road structures and buildings / installations around the road) and receives the reflected light. . At this time, the laser scanner 13 acquires the time of emission and light reception from the timer unit 16 and also detects the emission direction (angle) and acquires point cloud data.
The information storage unit 12 stores information such as the relationship of the position of the laser scanner 13 relative to the vehicle body of the measurement vehicle 10, the irradiation angle, and the light reception angle, and the like. Based on the current position of the measurement vehicle 10, The current position and posture of the laser scanner 13 can be specified.

カメラ17は、上記レーザスキャナ13による点群データの取得と同時に、道路周囲の風景等をカラーで撮影し、画像データを取得する。
また、情報格納部12にはカメラ17の撮影角度、画角、測定車両10の車体との相対的な位置・角度の関係等の情報が格納されており、測定車両10の現在位置に基づいて、カメラ17の現在位置及び撮影角度(姿勢)等が特定可能に構成されている。
At the same time as the point cloud data is acquired by the laser scanner 13, the camera 17 captures the scenery around the road in color and acquires image data.
The information storage unit 12 stores information such as a shooting angle of the camera 17, a field angle, and a relative position / angle relationship with the vehicle body of the measurement vehicle 10, and is based on the current position of the measurement vehicle 10. The current position and the shooting angle (posture) of the camera 17 can be specified.

GPS14及びオドメータ18は、測定車両10の車体の現在位置を計測する。
IMU15は、ジャイロセンサと加速度センサとで構成され、測定車両10の車体の姿勢を計測する。ジャイロセンサは測定車両10の3軸方向xyzそれぞれの角速度を検出し、加速度センサは測定車両10の3軸方向xyzそれぞれの加速度を検出する。
IMU15は、測定車両10の3軸方向xyzそれぞれの角速度と加速度とを示すデータを慣性データとして生成する。慣性データには、計時部16から取得した検出時刻(取得時刻)毎に角速度と加速度とが設定されている。
The GPS 14 and the odometer 18 measure the current position of the vehicle body of the measurement vehicle 10.
The IMU 15 includes a gyro sensor and an acceleration sensor, and measures the posture of the vehicle body of the measurement vehicle 10. The gyro sensor detects angular velocities in each of the three axial directions xyz of the measurement vehicle 10, and the acceleration sensor detects acceleration in each of the three axial directions xyz of the measurement vehicle 10.
The IMU 15 generates data indicating the angular velocity and acceleration in each of the three axial directions xyz of the measurement vehicle 10 as inertia data. In the inertial data, an angular velocity and an acceleration are set for each detection time (acquisition time) acquired from the timer unit 16.

上記取得された点群データ及び画像データは、情報格納部12に格納される。
格納後、情報入出力部19により上記点群データ及び画像データは構造物変状検出装置20に出力される。
The acquired point cloud data and image data are stored in the information storage unit 12.
After the storage, the information input / output unit 19 outputs the point cloud data and the image data to the structure deformation detection device 20.

(3)構造物変状検出装置20の構成
図4は、本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置20の構成を示す図である。
構造物変状検出装置20は、道路管理事業者等により操作されるPC等の情報処理装置であって、上述した測定車両10から点群データを入力するとともに、これら入力した点群データに基づいて、ポットホール等の道路構造物の変状を検出するものである。
(3) Configuration of Structure Deformation Detection Device 20 FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the structure deformation detection device 20 according to the first embodiment of the present invention.
The structure deformation detection device 20 is an information processing device such as a PC operated by a road management company or the like, and inputs point cloud data from the measurement vehicle 10 described above, and based on the input point cloud data. Thus, the deformation of a road structure such as a pothole is detected.

構造物変状検出装置20は、CPU等から構成され構造物変状検出装置20全体の動作を制御する制御部21と、入力した情報やネットワークを介して受信した情報等を格納する情報格納部22と、ネットワークを介して情報の送受信を行う通信部23と、ディスプレイ等から構成され情報を画面表示する表示部24と、キーやマウス等から構成され情報の入力等を行う操作部25とを有して構成される。   The structure deformation detection device 20 includes a CPU and the like, and controls the operation of the entire structure deformation detection device 20, and an information storage unit that stores input information, information received via a network, and the like. 22, a communication unit 23 that transmits and receives information via a network, a display unit 24 that includes a display and displays information on a screen, and an operation unit 25 that includes a key and a mouse and inputs information. It is configured.

制御部21は、構造物変状検出装置20全体の制御を司る処理部であり、例えば、CPU等の電子回路やFPGA等の集積回路により構成される。
制御部21は、情報格納部22から情報の読出しを実行するとともに、情報格納部22に情報の書込みを実行する。
The control unit 21 is a processing unit that controls the entire structure deformation detection apparatus 20, and is configured by, for example, an electronic circuit such as a CPU or an integrated circuit such as an FPGA.
The control unit 21 reads information from the information storage unit 22 and writes information to the information storage unit 22.

情報格納部22は、例えば、ハードディスク、メモリ又は半導体素子等の情報を格納する装置である。
情報格納部22は、制御部21で実行するプログラムを記憶する領域や制御部21が処理を実行する際に一時的に使用する作業領域等(RAM等)を有する。
制御部21は、その情報格納部22に格納されているプログラムを読み出し、上記作業領域に展開して各種の処理を実行する。
The information storage unit 22 is a device that stores information such as a hard disk, a memory, or a semiconductor element.
The information storage unit 22 includes an area for storing a program executed by the control unit 21 and a work area (RAM or the like) temporarily used when the control unit 21 executes processing.
The control unit 21 reads out the program stored in the information storage unit 22, develops it in the work area, and executes various processes.

また、情報格納部22には、点群データと、点群データに関連するデータと、画像データ(後述のコンターを含む)と、地図データと、道路構造物について解析を行う解析用プログラム等が格納されている。   In addition, the information storage unit 22 includes point cloud data, data related to the point cloud data, image data (including contours described later), map data, an analysis program for analyzing road structures, and the like. Stored.

点群データとは、測定車両10がレーザスキャナ13により照射したレーザ光の反射光を受光した場合、その反射したと推定される位置に点状にモデル化した物体が存在したと認識したときの当該点(当該点を以下「計測点」という)の空間座標情報(X,Y,Z)を含む情報をいう。
その計測点の集合を点群といい、道路構造物やこれを構成する構成部品等の物体は点群で表現される。すなわち、道路構造物や構成部品の空間位置は、複数の点群データにより定めることができる。
The point cloud data means that when the measuring vehicle 10 receives the reflected light of the laser light emitted by the laser scanner 13, it is recognized that an object modeled in a point shape exists at the position estimated to be reflected. Information including spatial coordinate information (X, Y, Z) of the point (the point is hereinafter referred to as “measurement point”).
The set of measurement points is referred to as a point cloud, and road structures and objects such as components constituting the road structure are represented by point clouds. That is, the spatial positions of road structures and components can be determined by a plurality of point cloud data.

点群データは、画面上では微小な点の集合である点群で表示される。あらゆる視点及び拡大縮小率での表示が可能であり、例えば、道路を走行する自動車の搭乗者の視点からの立体画像で表示することもできるし、垂直上方からの見た平面地図状の画像を表示することもできる。   The point cloud data is displayed as a point cloud which is a set of minute points on the screen. It is possible to display at any viewpoint and enlargement / reduction ratio. For example, it can be displayed as a three-dimensional image from the viewpoint of a passenger of a car traveling on a road, or a planar map-like image viewed from above is displayed. It can also be displayed.

画像データは、測定車両10がカメラ17により撮影した画像のデータであり、動画及び静止画を含む。   The image data is image data taken by the measurement vehicle 10 with the camera 17 and includes moving images and still images.

地図データは、位置情報(緯度経度等の座標情報、住所情報)を含む地図のデータであり、道路や建造物(道路構造物を含む)の位置が示されている。   The map data is map data including position information (coordinate information such as latitude and longitude, address information), and indicates the position of a road or a building (including a road structure).

解析用プログラムは、測定車両10から構造物変状検出装置20に入力された点群データに基づいて、道路構造物に生じた変状の検出について解析を行うプログラムであり、制御部21により実行される。
制御部21は、解析用プログラムを起動させて道路構造物の変状の解析を行う際に、後述の各データベースのデータ及びその他の情報を解析用プログラムに入力して解析処理を実行する。
The analysis program is a program for analyzing the detection of the deformation generated in the road structure based on the point cloud data input from the measurement vehicle 10 to the structure deformation detection device 20, and is executed by the control unit 21. Is done.
When the control unit 21 activates the analysis program to analyze the deformation of the road structure, the control unit 21 inputs data of each database described later and other information to the analysis program and executes analysis processing.

図5は、本発明の第1の実施の形態における情報格納部22が格納するデータベースを示す図である。
図に示すように、情報格納部22は、測定車両10から取得した点群データを管理する点群DB(Data Base)221と、変状の検査を行う道路構造物のサンプルのデータを管理するサンプルDB222と、サンプルにおけるZ座標(穴の深さ)のフーリエ振幅スペクトルのデータを管理する構造物検査DB223と、各サンプルの変状を評価する指数を管理する変状評価DB224とを格納する。
FIG. 5 is a diagram showing a database stored in the information storage unit 22 according to the first embodiment of this invention.
As shown in the figure, the information storage unit 22 manages a point cloud DB (Data Base) 221 that manages point cloud data acquired from the measurement vehicle 10 and data of a road structure sample that is subjected to deformation inspection. A sample DB 222, a structure inspection DB 223 that manages Fourier amplitude spectrum data of the Z coordinate (hole depth) in the sample, and a deformation evaluation DB 224 that manages an index for evaluating the deformation of each sample are stored.

図6は、本発明の第1の実施の形態における点群DB221のデータ構成の一例を示す図である。
図に示すように、点群DB221には、点群データとして、測定した各座標点の空間座標(X,Y,Z)と、その受光した反射光の光強度とがそれぞれ対応付けられて管理されている。
その他のサンプルDB222、構造物検査DB223及び変状評価DB224のデータ構成については後述する。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a data configuration of the point cloud DB 221 according to the first embodiment of this invention.
As shown in the figure, the point cloud DB 221 manages the spatial coordinates (X, Y, Z) of each measured coordinate point and the light intensity of the received reflected light in association with each other as point cloud data. Has been.
The data structure of the other sample DB 222, structure inspection DB 223, and deformation evaluation DB 224 will be described later.

なお、構造物変状検出装置20は、一例としてPCであるとして説明を進めるが、いわゆるサーバ装置であってもよく、この場合、構造物変状検出装置20にはネットワークを介してPCや携帯端末等が接続される。
利用者はその端末を操作して、道路構造物の変状の検出結果の情報の取得要求を構造物変状検出装置20に送信し、構造物変状検出装置20は、その取得要求に応じて、検出した道路構造物の変状の検出結果の情報を上記端末へ送信し、当該端末はその検出結果の情報を画面上に表示する。
The structure deformation detection device 20 will be described as an example of a PC, but may be a so-called server device. In this case, the structure deformation detection device 20 may be a PC or a portable device via a network. A terminal or the like is connected.
The user operates the terminal to transmit an acquisition request for information on the detection result of the road structure deformation to the structure deformation detection apparatus 20, and the structure deformation detection apparatus 20 responds to the acquisition request. Then, information on the detection result of the detected deformation of the road structure is transmitted to the terminal, and the terminal displays the information on the detection result on the screen.

図7は、本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置20の機能ブロック図である。
図に示すように、構造物変状検出装置20は、点群データを入力する点群データ入力部と、入力された点群データに基づいて道路構造物の表面に対して垂直方向の座標を抽出又は算出する構造物座標算出部と、構造物の表面に対して垂直方向の複数の座標が示す信号についてフーリエ変換を行い、信号を各角周波数の周期関数の和に変換するフーリエ変換処理部と、検出目的の変状の角周波数帯に含まれるフーリエ振幅スペクトルを抽出し、抽出したフーリエ振幅スペクトルが閾値以上である場合、検出目的の変状がある旨の情報を出力する変状検出部とを有する。
上記点群データ入力部の機能は、制御部21が通信部23を制御することにより実現される。
上記構造物座標算出部、フーリエ変換部及び変状検出部の機能は、制御部21が情報格納部22に格納されているプログラム及びデータを読出し演算を行うことにより実現される。
FIG. 7 is a functional block diagram of the structure deformation detection apparatus 20 according to the first embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the structure deformation detection device 20 includes a point cloud data input unit for inputting point cloud data, and coordinates in the direction perpendicular to the surface of the road structure based on the input point cloud data. A structure coordinate calculation unit that extracts or calculates, and a Fourier transform processing unit that performs Fourier transform on a signal indicated by a plurality of coordinates perpendicular to the surface of the structure, and converts the signal into a sum of periodic functions of each angular frequency And a deformation detection unit that extracts a Fourier amplitude spectrum included in the angular frequency band of the detection target and outputs information indicating that the detection target is deformed when the extracted Fourier amplitude spectrum is equal to or greater than a threshold value. And have.
The function of the point cloud data input unit is realized by the control unit 21 controlling the communication unit 23.
The functions of the structure coordinate calculation unit, the Fourier transform unit, and the deformation detection unit are realized when the control unit 21 reads out the program and data stored in the information storage unit 22 and performs calculations.

(第1の実施の形態の動作)
〔1〕動作の概略
図8は、本発明の第1の実施の形態における構造物情報提供システムによる全体動作の流れを示すフローチャートである。
図に示すように、まず、測定車両10は道路を走行しながら地形や構造物にレーザを照射させて測定を行い、点群データを取得する(ステップS1)。
次に、構造物変状検出装置20は、測定車両10により取得した点群データを格納するとともに、取得した点群データを用いてこれに関連するデータを生成する(ステップS2)。
次に、構造物変状検出装置20は、上記点群データを平面地図状又は立体画像状に表示させ、当該表示させた点群データから、変状検査対象の道路構造物に該当する地点又は領域を指定して、当該指定した地点又は領域をサンプルとして道路構造物の変状の検出を行う(ステップS3)。
以下、上記ステップS1〜3の各動作について詳細に説明する。
(Operation of the first embodiment)
[1] Outline of Operation FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the entire operation by the structure information providing system in the first embodiment of the present invention.
As shown in the figure, first, the measurement vehicle 10 performs measurement by irradiating a terrain or a structure with a laser while traveling on a road, and acquires point cloud data (step S1).
Next, the structure deformation detection device 20 stores the point cloud data acquired by the measurement vehicle 10 and generates data related thereto using the acquired point cloud data (step S2).
Next, the structure deformation detection device 20 displays the point cloud data in a planar map shape or a three-dimensional image shape, and from the displayed point cloud data, a point corresponding to a road structure subject to deformation inspection or An area is designated, and the change of the road structure is detected using the designated point or area as a sample (step S3).
Hereinafter, each operation | movement of said step S1-3 is demonstrated in detail.

〔2〕点群データ等の取得(ステップS1)
(1)点群データの取得
以下、測定車両10が道路を走行中又は停車中に点群データを取得するときの動作について説明する。
[2] Acquisition of point cloud data and the like (step S1)
(1) Acquisition of Point Cloud Data Hereinafter, an operation when the measurement vehicle 10 acquires point cloud data while traveling on a road or stopped will be described.

測定車両10は、走行中又は停車中に、自車両に備えられているレーザスキャナ13を用いて、道路周囲にレーザを照射する。このとき、レーザの光軸は仰俯角及び方位角を変えることにより垂直方向及び水平方向に走査され、走査範囲内にて微小角度ごとにレーザパルスが発射される。そして、レーザスキャナ13は、その発射したレーザの反射光を受光する。
また、制御部11は、このレーザの発射時刻及び対象物の反射光の受光時刻を計時部16から取得し、このレーザの発射から反射光を受光するまでの時間に基づいてレーザスキャナ13と対象物との間の距離を計測する。
さらに、レーザスキャナ13は、受光した反射光の光強度を測定する。
The measurement vehicle 10 irradiates the surroundings of the road with a laser by using a laser scanner 13 provided in the own vehicle during traveling or stopping. At this time, the optical axis of the laser is scanned in the vertical and horizontal directions by changing the elevation angle and the azimuth angle, and a laser pulse is emitted at every minute angle within the scanning range. The laser scanner 13 receives the reflected light of the emitted laser.
Further, the control unit 11 acquires the laser emission time and the light reception time of the reflected light of the object from the time measuring unit 16, and based on the time from the laser emission to the reception of the reflected light, the laser scanner 13 and the target Measure the distance between objects.
Further, the laser scanner 13 measures the light intensity of the received reflected light.

また、測定車両10の走行中又は停車中には、レーザスキャナ13からレーザの発射方向の情報、GPS14又はオドメータ18により測定車両10の現在位置情報、IMU15により測定車両10の車体の姿勢を示す情報が、それぞれ取得される。
これら各情報は、計時部16により計時される時刻情報とそれぞれ対応付けられ、情報格納部12に格納される。
While the measurement vehicle 10 is traveling or stopped, information on the laser emission direction from the laser scanner 13, current position information of the measurement vehicle 10 by the GPS 14 or odometer 18, and information indicating the attitude of the vehicle body of the measurement vehicle 10 by the IMU 15. Are acquired respectively.
Each of these pieces of information is associated with time information measured by the timer unit 16 and stored in the information storage unit 12.

レーザスキャナ13の位置・姿勢は、測定車両10の位置・姿勢と一定の関係にあるから、制御部11は、測定車両10の位置・姿勢及びレーザの発射方向の情報に基づいて、レーザスキャナ13の位置・姿勢を求める。
制御部11は、上記レーザスキャナ13と対象物との間の距離、レーザスキャナ13の位置・姿勢を示す情報といった各情報に基づいて、レーザパルスを反射した対象物を構成する各座標点の空間座標(三次元座標)を表す点群データを算出する。
例えば、上記各座標点の座標の「1」が「10km」を示すといったように、座標は実際の距離と変換可能な数値であるものとする。
Since the position / posture of the laser scanner 13 is in a fixed relationship with the position / posture of the measurement vehicle 10, the control unit 11 determines the laser scanner 13 based on the information on the position / posture of the measurement vehicle 10 and the laser emission direction. Find the position / posture.
The control unit 11 determines the space of each coordinate point that constitutes the object that reflects the laser pulse based on each information such as the distance between the laser scanner 13 and the object and information indicating the position and orientation of the laser scanner 13. Point cloud data representing coordinates (three-dimensional coordinates) is calculated.
For example, it is assumed that the coordinates are numerical values that can be converted into actual distances such that “1” of the coordinates of each coordinate point indicates “10 km”.

構造物変状検出装置20は、上記測定車両10の情報格納部12に格納されている点群データを測定車両10から取得すると、情報格納部22に格納する。
その取得方法は、特に限定しないが、例えば、構造物変状検出装置20と測定車両10とを有線又は無線のネットワークで接続し、構造物変状検出装置20の通信部23がネットワークを介して測定車両10から点群データを受信することにより取得するようにしてもよいし、構造物変状検出装置20が情報記録媒体の読取機能を備えており、点群データが書き込まれた情報記録媒体を読み取ることにより取得するようにしてもよい。
The structure deformation detection device 20 stores the point cloud data stored in the information storage unit 12 of the measurement vehicle 10 in the information storage unit 22 when the point cloud data is acquired from the measurement vehicle 10.
The acquisition method is not particularly limited. For example, the structure deformation detection device 20 and the measurement vehicle 10 are connected by a wired or wireless network, and the communication unit 23 of the structure deformation detection device 20 is connected via the network. It may be obtained by receiving point cloud data from the measurement vehicle 10, or the structure deformation detection device 20 has a function of reading an information recording medium, and the information recording medium in which the point cloud data is written You may make it acquire by reading.

(2)点群データの立体画像化
構造物変状検出装置20は、上記のように取得された点群データを利用して、以下のように点群データによる立体画像を生成することができる。
図9は、本発明の第1の実施の形態における空間座標を平面に投影し平面座標を求めることを説明するための図である。
図に示すように、構造物変状検出装置20は、視点の座標を(Px,Py,Pz)としたときに、点群データの各座標点(X,Y,Z)を、投影座標点(x,y)に投影した座標を求める。
このようにして、構造物変状検出装置20は、点群データの各座標点(X,Y,Z)に基づいて、ある視点から見た風景の立体画像を生成することができる。
図10は、本発明の第1の実施の形態における点群データによる立体画像の表示例を示す図である。
図に示す例では、道路を走行する自動車の搭乗者に近い視点から見た風景の立体画像が点群により表現されており、道路管理事業者は、撮影画像と同様に、当該点群データによる風景画像を確認することにより、道路構造物等の状態を容易に把握することができる。
(2) Three-dimensional imaging of point cloud data The structure deformation detection device 20 can generate a stereoscopic image based on point cloud data as follows using the point cloud data acquired as described above. .
FIG. 9 is a diagram for explaining the calculation of the plane coordinates by projecting the spatial coordinates onto the plane according to the first embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the structure deformation detection apparatus 20 uses the coordinate points (X, Y, Z) of the point cloud data as projected coordinate points when the viewpoint coordinates are (Px, Py, Pz). The coordinates projected on (x, y) are obtained.
In this way, the structure deformation detection device 20 can generate a stereoscopic image of a landscape viewed from a certain viewpoint based on each coordinate point (X, Y, Z) of the point cloud data.
FIG. 10 is a diagram illustrating a display example of a stereoscopic image based on the point cloud data according to the first embodiment of the present invention.
In the example shown in the figure, a stereoscopic image of a landscape viewed from a viewpoint close to a passenger of a car traveling on a road is represented by a point cloud, and a road management company uses the point cloud data in the same manner as a captured image. By confirming the landscape image, the state of the road structure or the like can be easily grasped.

(3)点群データの平面地図化
また、上述のとおり、点群データの空間座標を平面に投影する際、地上垂直方向からの視点から見た任意の表示倍率の点群による画像を表示させることにより、当該点群の画像を通常の平面地図と同様に利用することもできる(以下、当該平面地図状に表される点群データを「点群地図情報」という)。
(3) Point map data plane mapping As described above, when the spatial coordinates of point cloud data are projected onto a plane, an image of a point cloud of an arbitrary display magnification viewed from a viewpoint from the vertical direction on the ground is displayed. Thus, the image of the point cloud can be used in the same manner as a normal planar map (hereinafter, the point cloud data represented in the planar map shape is referred to as “point cloud map information”).

〔3〕点群データに関連するデータの生成(ステップS2)
(1)地図データと点群データの紐付け
上述のとおり、構造物変状検出装置20は、各地点に対して地図座標点の座標(X,Y)の情報が対応付けられている地図データを格納している。この地図座標点の各座標(X,Y)は点群データの各座標点(X,Y,Z)のXY座標と同一又は変換可能に設定されている。以下、本実施の形態では両座標のXY座標は一致しているものとして説明を進める。
[3] Generation of data related to point cloud data (step S2)
(1) Association of map data and point cloud data As described above, the structure deformation detection device 20 has map data in which information on the coordinates (X, Y) of map coordinate points is associated with each point. Is stored. Each coordinate (X, Y) of the map coordinate point is set to be the same as or convertible with the XY coordinate of each coordinate point (X, Y, Z) of the point group data. Hereinafter, in the present embodiment, the description will be made on the assumption that the XY coordinates of both coordinates coincide.

構造物変状検出装置20は、各座標点の座標(X,Y)に基づいて、上記点群データと地図データとを紐付けて格納する。
これにより、構造物変状検出装置20は、地図データ上で地図座標点(X,Y)が指定されると、その地図座標点(X,Y)に紐付けられている点群データの座標点(X,Y,Z)を抽出し、その抽出した座標点(X,Y,Z)及びその座標点から所定距離内の各座標点(X,Y,Z)を含む点群データを表示することができる。
The structure deformation detection device 20 stores the point cloud data and map data in association with each other based on the coordinates (X, Y) of each coordinate point.
As a result, when the map coordinate point (X, Y) is designated on the map data, the structure deformation detection device 20 coordinates the point cloud data associated with the map coordinate point (X, Y). The point (X, Y, Z) is extracted, and the extracted coordinate point (X, Y, Z) and point group data including each coordinate point (X, Y, Z) within a predetermined distance from the coordinate point are displayed. can do.

また、上記のとおり、本実施の形態における構造物情報提供システムにおいては、点群データと画像データの紐付けもされることから、各座標点の座標(X,Y)をキーにして、点群データ、画像データ及び地図データを紐付けすることができる。   Further, as described above, in the structure information providing system according to the present embodiment, the point cloud data and the image data are also linked, so that the coordinates (X, Y) of each coordinate point are used as a key. Group data, image data, and map data can be linked.

このように、構造物変状検出装置20は、道路管理事業に係る各種データを各座標点の座標(X,Y)をキーにして紐付けして管理するので、各種データの総合窓口として道路管理事業における点検業務の効率化を支援し、例えば、地理情報システム(GIS:Geographic Information System)のプラットフォームとしての機能を果たすことができる。   In this way, the structure deformation detection device 20 manages various data related to the road management business by linking them with the coordinates (X, Y) of each coordinate point as a key. It is possible to support the efficiency of the inspection work in the management business, and, for example, can function as a platform for a geographic information system (GIS).

〔4〕道路構造物の変状検出(ステップS3)
(1)コンターの作成動作
図11は、本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置20によるコンターの作成動作の流れを示すフローチャートである。
以下、本図に沿って、構造物変状検出装置20による変状検出動作の1つである、コンターの作成動作について説明を進める。
コンターとは、任意の領域における点群データのZ座標(高さ方向の座標)を可視化した平面図を示す画像情報である。
[4] Deformation detection of road structure (step S3)
(1) Contour Creation Operation FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the contour creation operation by the structure deformation detection device 20 according to the first embodiment of the present invention.
Hereinafter, the contour creation operation, which is one of the deformation detection operations by the structure deformation detection device 20, will be described with reference to FIG.
The contour is image information indicating a plan view in which Z coordinates (coordinates in the height direction) of point group data in an arbitrary region are visualized.

まず、道路管理事業者は、構造物変状検出装置20の操作部25を操作して、点群データの立体画像又は平面画像あるいは点群データが紐付けられた地図データを表示部24上に表示させる(ステップS101)。   First, the road management business operator operates the operation unit 25 of the structure deformation detection device 20 to display a point image data, a three-dimensional image, a plane image, or map data associated with the point group data on the display unit 24. It is displayed (step S101).

次に、操作者は、操作部25を用いて、表示部24上に表示させた画像上の所定の点を指定して、又は線で囲んで変状検出対象の道路構造物の領域を指定して、当該指定した領域を残すようにトリミング処理を行う(ステップS102)。   Next, the operator designates a predetermined point on the image displayed on the display unit 24 using the operation unit 25 or designates a region of the road structure to be detected by surrounding with a line. Then, the trimming process is performed so as to leave the designated area (step S102).

点群データはGPSとの統合による絶対座標が与えられる。
道路管理事業者は、上記トリミング処理を行う際、操作部25を操作して、変状検出対象の道路構造物の表面がXY平面となるように上記表示部24に表示されている画像をX,Y,Z軸周りに回転させる。
なお、地図データの場合は、そのまま回転させずにトリミングを行ってもよい。
The point cloud data is given absolute coordinates by integration with GPS.
When performing the trimming process, the road management business operator operates the operation unit 25 to display the image displayed on the display unit 24 so that the surface of the road structure to be deformed is an XY plane. , Rotate around Y, Z axis.
In the case of map data, trimming may be performed without rotating the map data.

また、道路管理事業者は、トリミング処理を行う際、操作部25を操作して、領域を指定すると、制御部21は、当該指定した領域内の点群データの絶対座標を用いて最小二乗法等により最小二乗平面を演算し、当該最小二乗平面を道路構造物の表面としてもよい。
この場合も同様に、道路管理事業者は、操作部25を操作して道路構造物の表面がXY平面となるようにX,Y,Z軸周りに回転させる。
また、最小二乗法によらず、その他の方法により道路構造物の表面を適宜設定してもよい。
Further, when the road management business operator operates the operation unit 25 to specify a region when performing trimming processing, the control unit 21 uses the least square method using the absolute coordinates of the point cloud data in the specified region. For example, the least square plane may be calculated and the least square plane may be used as the surface of the road structure.
Similarly, in this case, the road management operator operates the operation unit 25 to rotate the X-, Y-, and Z-axes so that the surface of the road structure becomes the XY plane.
Moreover, you may set the surface of a road structure suitably by the other method instead of the least square method.

上記X,Y,Z軸周りに回転による座標変換方法については、従来技術によるものとしてその説明は省略する。   The coordinate conversion method by rotation around the X, Y, and Z axes is based on the prior art and will not be described.

当該指定した領域及びこれに含まれる点群データを以下、「サンプル」という。
このとき、制御部21は、サンプルIDを発行するとともに、当該サンプルIDに対応付けて、上記指定された領域の点群データの各座標点の座標(X,Y,Z)を複製してサンプルDB222に登録する。
The designated region and the point cloud data included in the designated region are hereinafter referred to as “sample”.
At this time, the control unit 21 issues a sample ID and duplicates the coordinates (X, Y, Z) of each coordinate point of the point group data in the designated area in association with the sample ID. Register in the DB 222.

図12は、本発明の第1の実施の形態におけるサンプルの領域指定の具体例を示す図である。
図に示すように、本実施の形態では、一例として、指定されたサンプルの領域は長方形状であり、その横幅は道路幅となっている。
FIG. 12 is a diagram showing a specific example of sample area designation in the first embodiment of the present invention.
As shown in the figure, in the present embodiment, as an example, the designated sample area is rectangular, and the lateral width is the road width.

次に、構造物変状検出装置20の制御部21は、上記のとおり領域を指定したサンプルを複数のメッシュに分割する(ステップS103)。   Next, the control unit 21 of the structure deformation detection device 20 divides the sample designating the region as described above into a plurality of meshes (step S103).

図13は、本発明の第1の実施の形態におけるメッシュを説明するための図である。
(a)はサンプルとメッシュの関係を示す図であり、(b)はメッシュの強度を説明するための図である。
メッシュとは、変状検査対象のサンプル(例えば、縦5m、横3.5mの道路の一部)を横n列、縦m列(n,mは正数)に区画した方形状の微小領域をいう。
ここで、図13の(a)を用いて、サンプルとメッシュの関係について説明する。
図には、変状検査対象のサンプルの領域が示されており、当該サンプルの領域には点群を構成する複数の計測点が位置している。
また、上記道路構造物の領域は、横5列、縦6列の30個の正方形状のメッシュに分割されている。
FIG. 13 is a diagram for explaining a mesh in the first embodiment of the present invention.
(A) is a figure which shows the relationship between a sample and a mesh, (b) is a figure for demonstrating the intensity | strength of a mesh.
A mesh is a small square area in which a sample for deformation inspection (for example, a part of a road having a length of 5 m and a width of 3.5 m) is divided into n rows and m columns (n and m are positive numbers). Say.
Here, the relationship between the sample and the mesh will be described with reference to FIG.
In the figure, a region of a sample to be deformed is shown, and a plurality of measurement points constituting a point group are located in the sample region.
The road structure region is divided into 30 square meshes in 5 rows and 6 columns.

また、詳細な内容については後述するが、各メッシュの領域内に位置する1以上の点群の計測点の強度(Z座標値)に基づいて、各メッシュごとに強度が算出される。
メッシュの強度情報とは、各メッシュにおけるZ座標の代表値である強度を示す情報である。例えば、深く道路が削られて生じているポットホールが存在するメッシュは、浅く削られて生じているポットホールが存在するメッシュに比べて、深く削られている分、Z座標が大きくなるので、メッシュの強度も大きくなる。
このような強度の大きなメッシュには、事故を引き起こす可能性の高い深刻なポットホールがあると評価され得る。
図13の(b)には、各メッシュごとに強度が算出され、各強度に応じて異なる色に彩色されていることが示されている。
Although detailed contents will be described later, the strength is calculated for each mesh on the basis of the strength (Z coordinate value) of the measurement points of one or more point groups located in the region of each mesh.
The mesh strength information is information indicating the strength that is a representative value of the Z coordinate in each mesh. For example, the mesh where there is a pothole that is generated by deeply cutting the road is larger than the mesh where there is a pothole that is generated by shallowly cutting, so the Z coordinate becomes larger, The strength of the mesh also increases.
Such a strong mesh can be evaluated as having a serious pothole that is likely to cause an accident.
FIG. 13B shows that the strength is calculated for each mesh and is colored in different colors depending on the strength.

制御部21は、上記のとおりメッシュを生成したとき、サンプルの領域におけるメッシュの位置情報をそのサンプルのサンプルIDに対応付けてサンプルDB222に書き込む(ステップS104)。   When generating the mesh as described above, the control unit 21 writes the mesh position information in the sample region in the sample DB 222 in association with the sample ID of the sample (step S104).

次に、制御部21は、各メッシュ内の計測点の点群データのZ座標の平均値を、当該メッシュのZ座標の代表値として算出する(ステップS105)。
点群データの座標の値の基準の設定方法は特に限定しないが、本実施の形態では、一例として道路構造物の表面(路面等)にXY平面を設定し、Z軸を垂直下方向に設定する。従って、路面が削られてポットホールが生じている場合、深く削られれば削られるほど、そのポットホールの底面に位置するメッシュZ座標の値は、大きな値となる。
Next, the control unit 21 calculates the average value of the Z coordinates of the point cloud data of the measurement points in each mesh as a representative value of the Z coordinates of the mesh (step S105).
Although the method for setting the reference point of the coordinate values of the point cloud data is not particularly limited, in this embodiment, as an example, the XY plane is set on the surface (road surface, etc.) of the road structure, and the Z axis is set vertically downward. To do. Therefore, when the road surface is shaved and a pothole is generated, the deeper the shaving, the larger the value of the mesh Z coordinate located on the bottom surface of the pothole.

制御部21は、上記算出したメッシュのZ座標の代表値を該当するサンプルのサンプルIDに対応付けてサンプルDB222に書き込む(ステップS106)。   The control unit 21 writes the representative value of the calculated Z coordinate of the mesh in the sample DB 222 in association with the sample ID of the corresponding sample (step S106).

次に、制御部21は、サンプル領域内の各メッシュを上記メッシュのZ座標の代表値に基づいて彩色し(ステップS107)、上記彩色して生成したコンターを表示部24上に表示させる(ステップS108)。
以上で、コンターの作成動作が終了する。
Next, the control unit 21 colors each mesh in the sample area based on the representative value of the Z coordinate of the mesh (step S107), and displays the generated contour on the display unit 24 (step S107). S108).
This completes the contour creation operation.

図14は、本発明の第1の実施の形態において構造物変状検出装置20が作成したコンターの一例を示す図である。
本例におけるコンター作成の際の各メッシュの彩色方法としては、制御部21は、上記複数のメッシュのZ座標の代表値のうち、最低値のメッシュを完全な黒に彩色し、最高値のメッシュを完全な白に彩色する。また、その間の高い値のメッシュをから低い値のメッシュまで黒→白なるよう段階的(例えば、代表値が1mmごとに)にグレースケールで彩色を行う。
図に示すように、ポットホール等の路面変状が生じていると推測される個所は、黒く表示されている。
このように、構造物変状検出装置20が点群データのZ座標に基づいて彩色を行うことにより、道路管理事業者は、路面変状を容易に発見することが可能となる。
FIG. 14 is a diagram showing an example of a contour created by the structure deformation detection device 20 in the first embodiment of the present invention.
As a coloring method of each mesh at the time of contour creation in this example, the control unit 21 colors the lowest mesh among the representative values of the Z coordinates of the plurality of meshes to complete black, and the highest mesh Is colored completely white. In addition, coloring is performed in a gray scale in a stepwise manner (for example, the representative value is every 1 mm) from a high value mesh in the meantime to a low value mesh from black to white.
As shown in the figure, a place where road surface deformation such as a pothole is estimated is displayed in black.
As described above, the structure change detection device 20 performs coloring based on the Z coordinate of the point cloud data, so that the road management company can easily find the road surface change.

点群データはレーザ光が照射される位置を測定機会ごとに完全に再現することは困難である。その理由は、点群データは、同じ対象を二度測定しても、各測定でレーザ光の照射される位置がわずかに異なるため、路面のきめやわずかな異物の影響で数mm誤差が生じうることによる。
本実施の形態では、上記のとおり、サンプル領域を正方形のメッシュに分割したうえで、メッシュ内で各点のZ座標の平均値をとり、そのメッシュのZ座標の代表値としてコンターを作成するので、上記のようなレーザ照射の際の誤差を抑制することが可能となっている。
In the point cloud data, it is difficult to completely reproduce the position irradiated with the laser beam for each measurement opportunity. The reason is that even if the same target is measured twice, the position where the laser beam is irradiated is slightly different in each measurement, so an error of several millimeters occurs due to the influence of the texture of the road surface and slight foreign matter. It depends on what you do.
In this embodiment, as described above, after dividing the sample area into square meshes, the average value of the Z coordinate of each point in the mesh is taken, and the contour is created as the representative value of the Z coordinate of the mesh. It is possible to suppress errors during laser irradiation as described above.

(2)平坦性及びIRIの算出動作
次に、構造物変状検出装置20による変状検出動作の1つである、点群データを用いた平坦性及びIRI(International Roughness Index)の算出動作について説明する。
(2) Flatness and IRI Calculation Operation Next, flatness and IRI (International Roughness Index) calculation operation using point cloud data, which is one of the deformation detection operations by the structural deformation detection device 20. explain.

平坦性とは路面の平坦を示す指標であり、その数値が小さな値であるほど平坦であって良好な路面状態であることを示し、これを以下、「平坦性が高い」と表記する。
反対に、平坦性の数値が大きな値であるほど路面に変状(凹凸)が生じており、路面状態が不良であることを示し、これを以下、「平坦性が低い」と表記する。
The flatness is an index indicating the flatness of the road surface. The smaller the value, the flatter and better the road surface state, and this is hereinafter referred to as “high flatness”.
On the contrary, as the flatness value is larger, the road surface is deformed (unevenness), indicating that the road surface state is poor. This is hereinafter referred to as “low flatness”.

IRIとは、自動車で走行した際の「乗り心地」として舗装の平坦の程度を客観的に評価する世界銀行により提案された指標であり、数値が低いほど平坦で「乗り心地」の評価が高い。   IRI is an index proposed by the World Bank that objectively evaluates the degree of flatness of pavement as the “riding comfort” when driving by car. .

図15は、本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置20による平坦性の算出動作の流れを示すフローチャートである。
以下、本図に沿って説明を進める。
FIG. 15 is a flowchart showing a flow of a flatness calculation operation by the structure deformation detection apparatus 20 according to the first embodiment of the present invention.
Hereinafter, the description will be made along this drawing.

まず、道路管理事業者は、構造物変状検出装置20の操作部25を操作して、作成されたコンターを表示部24上に表示する(ステップS201)。   First, the road management company operates the operation unit 25 of the structure deformation detection device 20 to display the created contour on the display unit 24 (step S201).

次に、道路管理事業者は、操作部25を操作して、コンター上の平坦性を算出する箇所を指定する(ステップS202)。
図16は、本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置20が表示するコンターの一例を示す図であり、平坦性を算出する箇所が示されている。
本実施の形態では、一例として、従来の平坦性の算出手法に倣い、平坦性を測定する箇所は測定車線の中心線に沿って平行に選び、例えば図に示すように測定車線の中心線から側道方向に所定距離(1m程度)の箇所を右または左わだち底部としている。
Next, the road management business operator operates the operation unit 25 to designate a place where the flatness on the contour is calculated (step S202).
FIG. 16 is a diagram showing an example of a contour displayed by the structure deformation detection device 20 according to the first embodiment of the present invention, and shows a place where flatness is calculated.
In the present embodiment, as an example, following the conventional method for calculating flatness, the location where flatness is measured is selected in parallel along the center line of the measurement lane, for example, from the center line of the measurement lane as shown in the figure. A portion of a predetermined distance (about 1 m) in the side road direction is the right or left rudder bottom.

制御部21は、上記指定された平坦性を算出する箇所(線)上に位置し、対応付けられているメッシュを抽出する(ステップS203)。   The control unit 21 extracts a mesh that is located on the location (line) where the specified flatness is calculated and is associated (step S203).

次に、制御部21は、上記抽出したメッシュのZ座標の代表値に基づいて平坦性の値を算出する(ステップS204)。
以下、その算出方法について具体的に説明する。
下記のように、平坦性の算出式は、従来のものを用いる。
まず、抽出した列に関して、始線側からi番目、i+a番目、i+b番目のメッシュのZ座標の代表値をそれぞれhi 1,hi 2,hi 3とする。ただし、1≦i≦n,0<a<bとする。
本実施の形態では、一例として、サンプルを構成するメッシュのサイズは5cm×5cmである。この場合において、一例として、a=29,b=59とすると、i+a番目のメッシュはi番目のメッシュから1.5mの地点、i+b番目のメッシュはi番目の点から3mの地点に位置する。
iはコンター内の縦方向のメッシュの数以下であり、例えば、縦方向のメッシュの数が105個の場合、上記のとおりa=29,b=59とすると、最大でi=46となる。
Next, the control unit 21 calculates a flatness value based on the representative value of the Z coordinate of the extracted mesh (step S204).
The calculation method will be specifically described below.
As described below, a conventional formula is used for calculating the flatness.
First, regarding the extracted columns, the representative values of the Z coordinates of the i-th, i + a-th, and i + b-th meshes from the start line side are set to h i 1 , h i 2 , and h i 3 , respectively. However, 1 ≦ i ≦ n and 0 <a <b.
In the present embodiment, as an example, the size of the mesh constituting the sample is 5 cm × 5 cm. In this case, as an example, if a = 29 and b = 59, the i + a-th mesh is located at a point 1.5 m from the i-th mesh, and the i + b-th mesh is located at a point 3 m from the i-th point.
i is equal to or less than the number of vertical meshes in the contour. For example, when the number of vertical meshes is 105, if a = 29 and b = 59 as described above, i = 46 at the maximum.

次に、制御部21は、下記の式1に上記hi 1,hi 2,hi 3を代入して、Hiを求める。
(式1)


Next, the control unit 21 substitutes the above h i 1 , h i 2 , and h i 3 into the following formula 1 to obtain Hi.
(Formula 1)


次に、制御部21は、下記の式2に上記Hiを代入して、平坦性σを求める。
(式2)


Next, the control unit 21 obtains the flatness σ by substituting Hi into the following Equation 2.
(Formula 2)


次に、制御部21は、算出した平坦性σの値を、対応するサンプルのサンプルIDに対応付けて変状評価DB224に書き込む(ステップS205)。   Next, the control unit 21 writes the calculated flatness σ value in the deformation evaluation DB 224 in association with the sample ID of the corresponding sample (step S205).

次に、制御部21は、上記算出した平坦性σの値に基づいて、IRIを算出する(ステップS206)。
平坦性の値をIRIに変換する式として下記の式3を用いるが、あくまでも一例であり、他の計算式を用いてもよい。
(式3)
IRI=1.33σ+0.24
Next, the control unit 21 calculates IRI based on the calculated flatness σ (step S206).
The following expression 3 is used as an expression for converting the flatness value into IRI, but is merely an example, and another calculation expression may be used.
(Formula 3)
IRI = 1.33σ + 0.24

制御部21は、算出したIRIを、対応するサンプルのサンプルIDに対応付けて変状評価DB224に書き込む(ステップS207)。   The control unit 21 writes the calculated IRI in the deformation evaluation DB 224 in association with the sample ID of the corresponding sample (step S207).

制御部21は、算出した平坦性及びIRIを表示部24上に表示させる(ステップS208)。
道路管理事業者は、表示部24上に表示された平坦性及びIRIの値を確認して、当該コンター領域内の路面状況を容易に確認することができる。
The control unit 21 displays the calculated flatness and IRI on the display unit 24 (step S208).
The road management business operator can easily confirm the road surface condition in the contour area by confirming the flatness and IRI values displayed on the display unit 24.

以上説明したように、本実施の形態では、構造物変状検出装置20の制御部21は、点群データを用いてサンプル領域の平坦性及びIRIを算出し、表示するので、道路管理事業者は、道路等の道路構造物の設置場所にわざわざ赴き、計測するといった煩雑な作業を行うことなく、変状検出対象の道路構造物の状況等を容易に把握することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the control unit 21 of the structure deformation detection device 20 calculates and displays the flatness and IRI of the sample area using the point cloud data, and thus the road management operator It is possible to easily grasp the situation of the road structure subject to deformation detection without performing a troublesome operation such as going to the place where the road structure such as a road is installed and measuring.

(3)ポットホールの検出動作
次に、時間周波数解析の技術を応用した、短時間フーリエ変換(STFT)を用いたポットホールの検出動作について説明する。
(3) Pothole Detection Operation Next, a pothole detection operation using short-time Fourier transform (STFT) to which the technique of time-frequency analysis is applied will be described.

一般に、離散時間に関する短時間フーリエ変換は、下記の(式4)で示される。

(式4)


ここで、w(n)は窓関数、x(n)は変換される関数である。
そして、STFTx,w(n,ω)は時刻n、角度周波数ωのスペクトルを表現する複素数である。
In general, the short-time Fourier transform for discrete time is expressed by the following (formula 4).

(Formula 4)


Here, w (n) is a window function, and x (n) is a function to be converted.
STFT x, w (n, ω) is a complex number representing the spectrum at time n and angular frequency ω.

図17は、本発明の第1の実施の形態におけるフーリエ変換を説明するための図である。
制御部21は、上記短時間フーリエ変換を用いることにより、図17の(a)に示すような元の信号を下記のように周期関数の和で表現することができ、図17の(b)及び下記の式5に示すように、角周波数ω1,ω2,ω3,・・・のフーリエ振幅スペクトル(フーリエ変換後の振幅の大きさ)を算出することができる。
(式5)
(元の信号)=(角周波数ω1のフーリエ振幅スペクトル)×(角周波数ω1の周期関数)+(角周波数ω2のフーリエ振幅スペクトル)×(角周波数ω2の周期関数)+(角周波数ω3のフーリエ振幅スペクトル)×(角周波数ω3の周期関数)+・・・・・・・
FIG. 17 is a diagram for explaining Fourier transform in the first embodiment of the present invention.
By using the short-time Fourier transform, the control unit 21 can express the original signal as shown in (a) of FIG. 17 as a sum of periodic functions as shown in FIG. And as shown in the following formula 5, the Fourier amplitude spectrum (the magnitude of the amplitude after Fourier transform) of the angular frequencies ω1, ω2, ω3,... Can be calculated.
(Formula 5)
(Original signal) = (Fourier amplitude spectrum of angular frequency ω1) × (periodic function of angular frequency ω1) + (Fourier amplitude spectrum of angular frequency ω2) × (periodic function of angular frequency ω2) + (Fourier of angular frequency ω3) Amplitude spectrum) x (periodic function of angular frequency ω3) + ...

本実施の形態では、一例として変状検出対象の道路構造物の表面を路面とし、そのサンプル領域を路面の一部を長方形状にトリミングしたものとする。
ここで、その長方形状のサンプル領域の長辺方向を縦方向とし、路面においてこれに直交する方向を横方向とする。
なお、上述のとおり道路構造物の表面をXY平面に合わせた際に、縦方向をY軸、横方向をX軸に合せるようにしてもよい。
また、上記サンプル領域のメッシュは、サンプル領域を横n列、縦m列(n,mは正数)に区画した正方形状の微小領域であるとする。
In the present embodiment, as an example, it is assumed that the surface of a road structure to be detected for deformation is a road surface, and a part of the road surface is trimmed into a rectangular shape in the sample region.
Here, the long side direction of the rectangular sample region is defined as a vertical direction, and the direction orthogonal to the road surface is defined as a horizontal direction.
As described above, when the surface of the road structure is aligned with the XY plane, the vertical direction may be aligned with the Y axis and the horizontal direction may be aligned with the X axis.
Further, the mesh of the sample area is assumed to be a square minute area in which the sample area is divided into n rows and m columns (n and m are positive numbers).

制御部21は、サンプル領域において、連続したメッシュのZ座標の代表値を縦方向一列分抽出し、その抽出したメッシュのZ座標の代表値が表す路面上の凹凸を、上記「元の信号」として短時間フーリエ変換を行う。
そして、制御部21は、上記縦方向一列分の連続したメッシュのZ座標の代表値に対して短時間フーリエ変換を行って、各角周波数の周期関数の和で表し、フーリエ振幅スペクトルを算出する。
The control unit 21 extracts the representative value of the Z coordinate of the continuous mesh in the sample region for one column in the vertical direction, and the unevenness on the road surface represented by the representative value of the Z coordinate of the extracted mesh is extracted as the “original signal”. As a short time Fourier transform.
Then, the control unit 21 performs a short-time Fourier transform on the representative value of the Z coordinate of the continuous mesh for one column in the vertical direction, and represents the sum of the periodic functions of the respective angular frequencies to calculate the Fourier amplitude spectrum. .

短時間フーリエ変換の結果、表される周期関数の各角周波数は、サンプル領域内の窪み(変状)の縦方向の幅に対応する。
構造物変状検出装置20の制御部21は、検出目的の変状の幅を示す角周波数の情報又はその変状の幅の情報が指定されると、当該指定された角周波数のフーリエ振幅スペクトルに基づいて、当該角周波数に対応する幅の変状、例えばポットホールを検出することができる。
これにより、道路管理事業者は、ポットホール等の変状のスケールが小さく、目視では発見が困難である変状についても容易に発見することが可能となる。
制御部21は、上記ポットホールに該当する周波数帯のフーリエ振幅スペクトルが所定値以上の場合、検査対象の道路構造物にポットホールが生じていると判断し、また、当該フーリエ振幅スペクトルに基づいて、ポットホールの規模(深さ)を判定することができる。
As a result of the short-time Fourier transform, each angular frequency of the represented periodic function corresponds to the vertical width of the depression (deformation) in the sample region.
When the information on the angular frequency indicating the width of the deformation intended for detection or the information on the width of the deformation is designated, the control unit 21 of the structure deformation detecting device 20 specifies the Fourier amplitude spectrum of the designated angular frequency. Based on the above, it is possible to detect a deformation of the width corresponding to the angular frequency, for example, a pothole.
As a result, the road management company can easily find a deformation such as a pothole, which has a small deformation scale and is difficult to detect visually.
When the Fourier amplitude spectrum of the frequency band corresponding to the pothole is equal to or greater than a predetermined value, the control unit 21 determines that a pothole is generated in the road structure to be inspected, and based on the Fourier amplitude spectrum. The scale (depth) of the pothole can be determined.

図18は、本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置20によるポットホールの検出動作の流れを示すフローチャートである。
以下、本図に沿って、ポットホールの検出動作について説明する。
FIG. 18 is a flowchart showing the flow of the pothole detection operation by the structure deformation detection device 20 according to the first embodiment of the present invention.
Hereinafter, the pothole detection operation will be described with reference to FIG.

まず、道路管理事業者は、構造物変状検出装置20の操作部25を操作して、変状検出の対象のサンプルを選択する(ステップS301)。   First, the road management business operator operates the operation unit 25 of the structure deformation detection device 20 to select a sample to be subjected to deformation detection (step S301).

次に、道路管理事業者は、操作部25を用いて、検出目的の変状のスケール情報及びサンプルのスケール情報を入力する(ステップS302)。
ここで、変状のスケール情報とは変状の検出方向(縦方向)の幅をいう。また、サンプルのスケール情報とは変状の検出方向(縦方向)の幅をいう。
本実施の形態では、一例として、検出目的の変状であるポットホールのスケール情報(最大値「50cm」、最小値「20cm」)、サンプル領域のスケール情報「5m」を入力する。
Next, the road management company uses the operation unit 25 to input the scale information of the deformation for the detection purpose and the scale information of the sample (step S302).
Here, the deformed scale information refers to the width of the deformed detection direction (vertical direction). Further, the scale information of the sample refers to the width of the deformation detection direction (vertical direction).
In this embodiment, as an example, scale information (maximum value “50 cm”, minimum value “20 cm”) and sample area scale information “5 m”, which are deformations for detection purposes, are input.

制御部21は、上記入力された検出目的の変状のスケール情報及びサンプルのスケール情報に基づいて、検出目的のポットホールの角周波数帯の情報を算出する(ステップS303)。
上記の例のとおり、ポットホールのスケール情報の最大値「50cm」、最小値「20cm」、サンプル領域のスケール情報「5m」と入力された場合、制御部21は、5m÷(50cm×2)÷5=1cycle/m,5m÷(20cm×2)÷5=2.5cycle/mと計算し、ポットホールの周波数帯として、1〜2.5cycle/mを算出する。
なお、本実施の形態では、制御部21が検出目的のポットホールの角周波数帯の情報を算出したが、道路管理事業者が、操作部25を用いて検出目的のポットホールの角周波数帯の情報を直接入力するようにしてもよい。
The control unit 21 calculates information on the angular frequency band of the detection target pothole based on the input scale information of the detection target deformation and the scale information of the sample (step S303).
As in the above example, when the maximum value “50 cm”, the minimum value “20 cm”, and the sample area scale information “5 m” of the pothole scale information are input, the control unit 21 calculates 5 m ÷ (50 cm × 2). ÷ 5 = 1 cycle / m, 5 m ÷ (20 cm × 2) ÷ 5 = 2.5 cycle / m, and 1 to 2.5 cycle / m is calculated as the frequency band of the pothole.
In the present embodiment, the control unit 21 calculates information on the angular frequency band of the detection target pothole. However, the road management company uses the operation unit 25 to determine the angular frequency band of the detection target pothole. Information may be directly input.

図19は、本発明の第1の実施の形態における短時間フーリエ変換を用いたポットホールの検出方法を示す図である。
図に示すように、メッシュの縦方向の1列分の強度(Z座標の代表値)を信号ととらえると、サンプル領域の縦方向の長さは約5mであり、各メッシュの縦方向の長さは5cmであるので、メッシュ縦方向1列分の強度は、100程度の点を持つ離散信号だとみなすことができる。
以下、サンプル領域におけるメッシュの縦方向の1列を「検査列」という。
FIG. 19 is a diagram showing a pothole detection method using short-time Fourier transform in the first embodiment of the present invention.
As shown in the figure, when the intensity of one column in the vertical direction of the mesh (representative value of the Z coordinate) is taken as a signal, the vertical length of the sample region is about 5 m, and the vertical length of each mesh. Since the height is 5 cm, the intensity of one column in the mesh vertical direction can be regarded as a discrete signal having about 100 points.
Hereinafter, one column in the vertical direction of the mesh in the sample region is referred to as an “inspection column”.

図19の左側に示されているように、制御部21は、上記サンプルにおける検査列1列の100点のメッシュ強度のうち、信号の進行方向(縦方向)に連続したメッシュ強度を20点ずつ切り出す(抽出する)(ステップS304)。
以下、この切り出された20点のメッシュ強度の組を含む縦方向の列を「切り出し列」という。
制御部21は、このとき、切り出し開始位置を5点ずつずらし、互いに隣接する切り出し列同士15点ずつのオーバーラップが存在するようにする。
なお、上記検査列1列の点数(100点)、切り出し列1列の点数(20点)及びオーバーラップの点数(15点)はあくまで一例であり、これらの値に限定されないものとする。これらの点数は、計算効率や精度に鑑みて適宜変更される。
As shown on the left side of FIG. 19, the control unit 21 sets 20 points of mesh strength continuous in the signal traveling direction (longitudinal direction) out of 100 points of mesh strength in one row of the sample in the sample. Cut out (extract) (step S304).
Hereinafter, the vertical column including the group of 20 mesh strengths cut out is referred to as “cutout column”.
At this time, the control unit 21 shifts the cutout start position by 5 points so that there is an overlap of 15 points between adjacent cutout rows.
Note that the number of points in the inspection row (100 points), the number of points in the cutout row (20 points), and the number of overlap points (15 points) are merely examples, and are not limited to these values. These points are appropriately changed in view of calculation efficiency and accuracy.

1つの切り出し列に含まれるメッシュの強度がp点であり、隣接する切り出し列とオーバーラップするメッシュの強度の点数がq点であり、始線側から1つ目の切り出し列の切り出し開始位置が始線側からr番目のメッシュである場合、n個目の切り出し列の切り出し開始位置は〔r+(p−q)×(n−1)〕番目のメッシュである。
例えば、1つの切り出し列に含まれるメッシュの強度が20点であり、隣接する切り出し列とオーバーラップするメッシュの強度の点数が15点であり、始線側から1つ目の切り出し列の切り出し開始位置が始線側から1番目のメッシュである場合、2つ目,3つ目,4つ目の切り出し列の切り出し開始位置はそれぞれ6,11,16番目のメッシュである。
The strength of the mesh included in one cutout row is p point, the score of the strength of the mesh overlapping with the adjacent cutout row is q point, and the cutout start position of the first cutout row from the start line side is In the case of the rth mesh from the start line side, the cutout start position of the nth cutout row is the [r + (p−q) × (n−1)] th mesh.
For example, the strength of the mesh included in one cutout row is 20 points, the strength of the mesh that overlaps the adjacent cutout row is 15 points, and the cutout of the first cutout row from the start line side is started When the position is the first mesh from the start line side, the cutout start positions of the second, third, and fourth cutout rows are the sixth, eleventh, and sixteenth meshes, respectively.

上記のように、制御部21は、互いに隣接する切り出し列同士、所定数点ずつオーバーラップをとって切り出し列を生成するので、切り出し列の境界上にポットホール等の変状が位置した場合でも、当該変状を適切に評価することができる。
仮に、上記のようなオーバーラップをとって切り出さない場合には、切り出し列の境界上の変状は2分割され、スケールの小さな2つの変状とみなされてしまうが、本実施の形態ではこのような不具合を防止することが可能となっている。
As described above, the control unit 21 generates a cutout column by overlapping a predetermined number of cutout rows adjacent to each other, so even when a deformation such as a pothole is located on the boundary of the cutout row. The deformation can be appropriately evaluated.
If the overlap is not cut out as described above, the deformation on the boundary of the cut-out row is divided into two, which are regarded as two small-scale deformations. Such a problem can be prevented.

なお、制御部21は、データ内の局所的な変動のみが周波数解析に反映されるようにするために、切り出す前に上記約100の信号に対してデトレンドを施して線形トレンドを除去するようにしてもよい。   Note that the control unit 21 applies a detrending to the about 100 signals to remove the linear trend before cutting out so that only local fluctuations in the data are reflected in the frequency analysis. May be.

次に、制御部21は、上記各切り出し列の各メッシュの強度を示す離散信号について、フーリエ変換を実行し、各切り出し列における各角周波数のフーリエ振幅スペクトルを算出する(ステップS305)。制御部21は、この各切り出し列における各角周波数のフーリエ振幅スペクトルの算出処理を、全ての検査列において実行する。
なお、このとき、制御部21は、切り出し列の20点の連続した信号に対して、角周波数方向の解像度を高めるため、ゼロパディングを施して、当該20点の信号の後部に所定数のの0を追加して、所定長の離散信号にしてからハミング窓にかけて短時間フーリエ変換を実行するようにしてもよい。
本例では、窓関数として、ハミング窓を用いたが、ハニング窓又はその他の窓関数を用いてもよい。
Next, the control unit 21 performs a Fourier transform on the discrete signal indicating the strength of each mesh in each cutout row, and calculates a Fourier amplitude spectrum of each angular frequency in each cutout row (step S305). The control unit 21 executes the process of calculating the Fourier amplitude spectrum of each angular frequency in each cut-out row for all inspection rows.
At this time, the control unit 21 performs zero padding on the 20 consecutive signals in the cut-out row to increase the resolution in the angular frequency direction, and a predetermined number of signals are added to the rear part of the 20-point signal. A short-time Fourier transform may be executed over a hamming window after adding 0 to make a discrete signal of a predetermined length.
In this example, a Hamming window is used as the window function, but a Hanning window or other window functions may be used.

制御部21は、上記算出した全検査列の各切り出し列における各角周波数のフーリエ振幅スペクトルを構造物検査DB223に書き込む(ステップS306)。   The control unit 21 writes the Fourier amplitude spectrum of each angular frequency in each cut-out row of all the calculated inspection rows in the structure inspection DB 223 (step S306).

次に、制御部21は、上記算出した各角周波数のフーリエ振幅スペクトルのデータに基づいて、ポットホールの検出画像のデータを生成し、表示部24上に表示させる(ステップS307)。   Next, the control unit 21 generates pothole detection image data based on the calculated Fourier amplitude spectrum data of each angular frequency and displays it on the display unit 24 (step S307).

図19の右側には、ポットホールの検出画像の一例が示されている。
図に示すように、ポットホールの検出画像では、各切り出し列の各角周波数のフーリエ振幅スペクトルがフーリエ振幅スペクトルごとに異なる色で彩色され、道路管理事業者がサンプル領域内におけるポットホールの有無を容易に判断できるようになっている。
An example of the detection image of the pothole is shown on the right side of FIG.
As shown in the figure, in the detection image of the pothole, the Fourier amplitude spectrum of each angular frequency of each cut-out row is colored with a different color for each Fourier amplitude spectrum, and the road management company indicates the presence or absence of the pothole in the sample area. Easy to judge.

図の例では、ポットホールの検出画像は、横軸に角周波数をとっている。
ポットホールの検出画像では、切り出し列1列分の各角周波数のフーリエ振幅スペクトルが、彩色された各角周波数のフーリエ振幅スペクトルを示すバー状の画像の横方向1列に対応しており、これが全ての切り出し列分、始線側から終線側の順に縦方向に並べて表示している。
すなわち、本図の例では、ポットホールの検出画像には、切り出し列20列に対応して、20列の彩色された各角周波数のフーリエ振幅スペクトルを示すバー状の画像が縦方向に並べられて表示されている。
In the example of the figure, the detection image of the pothole has an angular frequency on the horizontal axis.
In the detection image of the pothole, the Fourier amplitude spectrum of each angular frequency for one cut-out row corresponds to one row in the horizontal direction of the bar-shaped image indicating the Fourier amplitude spectrum of each colored angular frequency. All the cut-out columns are displayed in the vertical direction in the order from the start line side to the end line side.
That is, in the example of this figure, in the detection image of the pothole, bar-shaped images indicating the Fourier amplitude spectra of each of the angular frequencies that are colored in 20 columns are arranged in the vertical direction corresponding to the 20 columns. Is displayed.

また、図に示すように、ポットホールの検出画像の左側上方には、ポットホールに対応する角周波数帯が矢印で示されている。
本図では、ポットホールの角周波数帯に、フーリエ振幅スペクトルの高い周波数域を示すが黒塗り部分があり、ポットホールが存在する可能性が高い。
Further, as shown in the figure, an angular frequency band corresponding to the pothole is indicated by an arrow on the upper left side of the detection image of the pothole.
In this figure, the angular frequency band of the pothole shows a high frequency range of the Fourier amplitude spectrum, but there is a black portion, and there is a high possibility that a pothole exists.

図20は、本発明の第1の実施の形態における短時間フーリエ変換を用いたポットホールの検出方法を示す図である。
図の例では、各検査列で各角周波数のフーリエ振幅スペクトルが算出され、検査列ごとにポットホールの検出画像が示されている。
図に示すように、制御部21は、サンプル領域内の全検査列分、各角周波数のフーリエ振幅スペクトルを算出し、全検査列分、ポットホールの検出画像を生成し、表示部24上に表示させる。
道路管理事業者は、表示された各検査列のポットホールの検出画像において、ポットホールの角周波数帯におけるフーリエ振幅スペクトルを確認することにより、路面においてスケールが小さいために発見が困難であったポットホールの有無を容易に発見することができる。
FIG. 20 is a diagram illustrating a pothole detection method using short-time Fourier transform according to the first embodiment of the present invention.
In the example of the figure, a Fourier amplitude spectrum of each angular frequency is calculated for each inspection row, and a pothole detection image is shown for each inspection row.
As shown in the figure, the control unit 21 calculates the Fourier amplitude spectrum of all the inspection sequences in the sample region and each angular frequency, generates a detection image of all the inspection sequences and potholes, and displays them on the display unit 24. Display.
The road management company confirms the Fourier amplitude spectrum in the angular frequency band of the pothole in the pothole detection image of each displayed inspection row, and the pot that was difficult to find because the scale on the road surface was small. The presence or absence of holes can be easily found.

(4)MA値を用いた道路構造物における変状の評価動作
上記のとおり、構造物変状検出装置20はポットホールの検出動作を行った後、その検出結果に基づいて変状の進行度を示す指標の値を計算し、その指標に沿って道路構造物の変状をさらに評価することができる。
図21は、本発明の第1の実施の形態における構造物変状検出装置20による道路構造物の評価動作の流れを示すフローチャートである。
以下、本図に沿って、道路構造物の評価動作について説明を進める。
(4) Deformation evaluation operation in road structure using MA value As described above, after the structure deformation detection device 20 performs the pothole detection operation, the degree of deformation progress based on the detection result A value of an index indicating the above can be calculated, and the deformation of the road structure can be further evaluated along the index.
FIG. 21 is a flowchart showing the flow of the road structure evaluation operation by the structure deformation detection apparatus 20 according to the first embodiment of the present invention.
Hereinafter, the evaluation operation of the road structure will be described along this figure.

まず、道路管理事業者は、構造物変状検出装置20の操作部25を操作して、MA値(Maximum Amplitude)の閾値を入力する(ステップS401)。
制御部21は、上記入力されたMA値の閾値を情報格納部22に書き込み、設定を行う。
First, the road management company operates the operation unit 25 of the structure deformation detection device 20 and inputs a threshold value of an MA value (Maximum Amplitude) (step S401).
The control unit 21 writes the threshold value of the input MA value in the information storage unit 22 for setting.

MA値は、構造物検査データにおいて、サンプル内の全検査列の全切り出し列における、ポットホールの周波数帯(1〜2.5cycle/m)のフーリエ振幅スペクトルの最高値であり、単位は長さ(m)である。
MA値が高い場合には、正常な路面と比べて突出した変状、例えば深いポットホールがサンプリングした道路構造物の範囲内に存在することを示す。
道路管理事業者は、操作部25を用いて、上記MA値について任意の閾値を構造物変状検出装置20に設定すると、構造物変状検出装置20は当該閾値以上のMA値をもつポットホールについて表示を行う。
The MA value is the highest value of the Fourier amplitude spectrum of the frequency band (1 to 2.5 cycle / m) of the pothole in all cut-out columns of all inspection columns in the structure inspection data, and the unit is length. (M).
When the MA value is high, it indicates that a deformed shape that protrudes compared to a normal road surface, for example, a deep pothole exists within the range of the sampled road structure.
When the road management business operator uses the operation unit 25 to set an arbitrary threshold value for the MA value in the structure deformation detection device 20, the structure deformation detection device 20 has a pothole having an MA value equal to or greater than the threshold value. Display about.

本実施の形態では、一例として、道路管理事業者は、操作部25を用いて、MA値の第1の閾値として検査対象の道路構造体の構成部位の厚さ程度、第2の閾値として一般的にポットホールとして認められる深さを入力し、構造物変状検出装置20に設定する。
例えば、道路構造物がアスファルト舗装の道路である場合、一般的に、道路の表層アスファルトの表層厚が0.04mであることから、上記第1の閾値を0.04mと設定してもよい。このように第1の閾値を設定することにより、ポットホールの深さがが基層まで達している可能性があるような危険なポットホールを検出することができる。
また、上記第2の閾値を0.02mと設定してもよい。このように第2の閾値を設定することにより、走行中の車両に悪影響を与えるようなポットホールを検出することができる。
In the present embodiment, as an example, the road management business operator uses the operation unit 25 to set the thickness of the component part of the road structure to be inspected as the first threshold value of the MA value, and the general value as the second threshold value. The depth recognized as a pothole is input and set in the structure deformation detection device 20.
For example, when the road structure is an asphalt pavement, since the surface layer thickness of the surface asphalt of the road is generally 0.04 m, the first threshold value may be set to 0.04 m. By setting the first threshold in this way, it is possible to detect a dangerous pothole where the pothole depth may reach the base layer.
The second threshold value may be set to 0.02 m. By setting the second threshold in this way, it is possible to detect a pothole that adversely affects the running vehicle.

次に、制御部21は、上記構造物検査データに基づいて、MA値を出力する(ステップS402)。
MA値は、構造物検査データにおいて、サンプル内の全検査列の全切り出し列における、ポットホールの周波数帯(1〜2.5cycle/m)のフーリエ振幅スペクトルの最高値である。
制御部21は、情報格納部22に格納される構造物検査データベースに管理されているサンプル内の全検査列の全切り出し列のポットホールの周波数帯のフーリエ振幅スペクトルを参照し、これらポットホールの周波数帯のフーリエ振幅スペクトルのうち、最大値を抽出してMA値として出力する。
Next, the control unit 21 outputs an MA value based on the structure inspection data (step S402).
The MA value is the highest value of the Fourier amplitude spectrum of the frequency band (1 to 2.5 cycle / m) of the pothole in all cut-out columns of all inspection columns in the sample in the structure inspection data.
The control unit 21 refers to the Fourier amplitude spectrum of the frequency band of the potholes of all the cut-out columns of all the test columns in the sample managed in the structure inspection database stored in the information storage unit 22, and From the Fourier amplitude spectrum in the frequency band, the maximum value is extracted and output as the MA value.

次に、制御部21は、出力したMA値と、上記情報格納部22に設定されているMA値の第1,第2の閾値とを比較し、上記MA値が第1,第2の閾値以上であるか否かを判断する(ステップS403)。   Next, the control unit 21 compares the output MA value with the first and second threshold values of the MA value set in the information storage unit 22, and the MA value is the first and second threshold values. It is determined whether or not the above is true (step S403).

そして、制御部21は、MA値が第1,第2の閾値以上であるか否かの判断結果の情報を表示部24上に表示する(ステップS404)。
例えば、ここで、表示部24は、各サンプルにおいて、第1の閾値以上のMA値のサンプルと、第1の閾値未満、第2の閾値以上のMA値のサンプルと、第2の閾値未満のMA値のサンプルとに分類し、各サンプルIDに対応付けられたコンターを情報格納部22から抽出し、各のコンターを区分して表示する。
道路管理事業者は、表示部24上に区分されて表示されたコンターを確認し、特に、第1の閾値以上のコンターに表示されているポットホールに関してはいち早く補修を実行するといった当該領域の補修計画等を検討することが可能となる。
And the control part 21 displays the information of the judgment result whether MA value is more than the 1st, 2nd threshold value on the display part 24 (step S404).
For example, here, in each sample, the display unit 24 has a sample with an MA value greater than or equal to the first threshold, a sample with an MA value greater than the first threshold, an MA value greater than or equal to the second threshold, and less than the second threshold. The contours are classified into samples of MA values, the contours associated with the respective sample IDs are extracted from the information storage unit 22, and each contour is classified and displayed.
The road management business operator confirms the contours displayed on the display unit 24 and repairs the area, such as repairing potholes displayed on the contours of the first threshold value or higher. It is possible to examine plans and the like.

(5)AA値を用いた道路構造物における変状の評価動作
上述したMA値を用いた変状の評価方法は、正常な路面と比べて極めて突出している変状、すなわち、正常な路面から深く削られて生じているポットホールを精度よく検出することができるというものであった。
これに対し、それほど路面が深く削られておらず、変状が道路構造物、例えば路面全体に広がっている場合、その変状を評価するためには、AA(Average Amplitude)値を用いるのが適切である。
AA値は、構造物検査データにおいて、サンプル内の全検査列の全切り出し列における、ポットホールの周波数帯(1〜2.5cycle/m)の全フーリエ振幅スペクトルの平均値であり、単位は長さ(m)である。
AA値が高い場合には、検査対象のサンプリングした道路構造物の範囲(路面)全体にポットホール等の変状が広がっていることを示す。
(5) Deformation evaluation operation in road structure using AA value The deformation evaluation method using the MA value described above is based on a deformation that is extremely prominent compared to a normal road surface, that is, from a normal road surface. It was possible to accurately detect potholes that were deeply shaved.
On the other hand, when the road surface is not so deeply cut and the deformation spreads over the road structure, for example, the entire road surface, an AA (Average Amplitude) value is used to evaluate the deformation. Is appropriate.
The AA value is the average value of all Fourier amplitude spectra in the frequency band of the pothole (1 to 2.5 cycles / m) in all cut-out columns of all inspection columns in the structure inspection data, and the unit is long. (M).
When the AA value is high, it indicates that deformation such as a pothole is spread over the entire range (road surface) of the sampled road structure to be inspected.

図22は、本発明の第1の実施の形態におけるAA値を用いた道路構造物における変状の評価動作の流れを示すフローチャートである。
以下、本図に沿って説明を進める。
FIG. 22 is a flowchart showing the flow of the deformation evaluation operation in the road structure using the AA value in the first embodiment of the present invention.
Hereinafter, the description will be made along this drawing.

まず、制御部21は、情報格納部22に格納される構造物検査DB223に管理されているサンプル内の全検査列の全切り出し列のポットホールの周波数帯のフーリエ振幅スペクトルを参照し、これらポットホールの周波数帯のフーリエ振幅スペクトルを抽出し、これら抽出したフーリエ振幅スペクトルの平均値をAA値として算出する(ステップS501)。   First, the control unit 21 refers to the Fourier amplitude spectrum of the frequency band of the potholes of all the cut-out columns of all the test columns in the sample managed in the structure inspection DB 223 stored in the information storage unit 22. The Fourier amplitude spectrum of the frequency band of the hall is extracted, and an average value of these extracted Fourier amplitude spectra is calculated as an AA value (step S501).

制御部21は、上記算出したAA値をサンプルIDに対応付けて情報格納部21内の変状評価DB224に書き込む(ステップS502)。   The control unit 21 writes the calculated AA value in association with the sample ID in the deformation evaluation DB 224 in the information storage unit 21 (step S502).

上記のように各サンプルごとにAA値を算出し、変状評価DB224に書き込まれたAA値が所定個数以上となった時点で、制御部21は、各サンプルのAA値と、これに対応付けられた同サンプルのわだちで計測されたIRI値とを抽出し、例えば最小二乗法等により回帰直線を生成する(ステップS503)。   As described above, the AA value is calculated for each sample, and when the number of AA values written in the deformation evaluation DB 224 exceeds a predetermined number, the control unit 21 associates the AA value of each sample with the AA value. The IRI value measured by the same sample is extracted, and a regression line is generated by, for example, the least square method or the like (step S503).

図23は、本発明の第1の実施の形態におけるAA値とIRIの回帰直線の一例を示す図である。
図の例では、横軸にAA値、縦軸にわだちのIRIをとっている。
また、複数サンプルのAA値に対するIRIの点がプロットされており、これら複数の点に基づく回帰曲線が描画されている。
IRIでは、4以上が損傷を受けた舗装道と扱われるため、本例では、制御部21は、上記回帰直線に基づいて、IRI=4に対応するAA値=0.002(m)をAAの閾値と決定し、情報格納部22に書き込む(ステップS504)。
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of regression lines of AA values and IRIs according to the first embodiment of this invention.
In the example of the figure, the horizontal axis represents the AA value, and the vertical axis represents the IRI.
Further, IRI points with respect to AA values of a plurality of samples are plotted, and a regression curve based on the plurality of points is drawn.
In IRI, four or more are treated as damaged paved roads. In this example, the control unit 21 sets AA value = 0.002 (m) corresponding to IRI = 4 to AA based on the regression line. And is written in the information storage unit 22 (step S504).

次に、道路管理事業者は、操作部25を操作して、AA値を用いて変状評価を行うサンプルを指定する(ステップS505)。
例えば、道路管理事業者は表示部24上に表示されたサンプルのリストから、操作部25を用いて該当するサンプルを単数又は複数選択して指定する。
Next, the road management business operator operates the operation unit 25 to designate a sample for performing deformation evaluation using the AA value (step S505).
For example, the road management company selects and designates one or a plurality of corresponding samples using the operation unit 25 from the sample list displayed on the display unit 24.

制御部21は、上記AA値を用いて変状評価を行うサンプルの指定情報が入力されると、上記指定されたサンプルのAA値を情報格納部22の変状評価DB224から抽出するとともに、上記AA値の閾値を情報格納部22から抽出し、両者を比較し、指定したサンプルのAA値が閾値以上か否かを判断する(ステップS506)。   When the designation information of the sample to be subjected to the deformation evaluation using the AA value is input, the control unit 21 extracts the AA value of the specified sample from the deformation evaluation DB 224 of the information storage unit 22, and A threshold value of the AA value is extracted from the information storage unit 22, the two are compared, and it is determined whether or not the AA value of the designated sample is equal to or greater than the threshold value (step S506).

次に、制御部21は、AA値が閾値以上であるか否かの判断結果の情報を表示部24上に表示させて(ステップS507)、動作を終了する。
例えば、ここで、表示部24は、各サンプルにおいて、閾値以上のAA値のサンプルと、閾値未満のAA値のサンプルに分類し、各サンプルIDに対応付けられたコンターを情報格納部22から抽出し、閾値以上、閾値未満のAA値のコンターを区分して表示する。
道路管理事業者は、表示部24上に区分されて表示されたコンターを確認し、特に、閾値以上のコンターに関しては、当該領域の補修計画等を検討し、補修を実行することが可能となる。
Next, the control unit 21 causes the display unit 24 to display information on the determination result as to whether or not the AA value is greater than or equal to the threshold value (step S507), and ends the operation.
For example, here, the display unit 24 classifies each sample into a sample having an AA value equal to or greater than the threshold value and a sample having an AA value less than the threshold value, and extracts a contour associated with each sample ID from the information storage unit 22. Then, contours with an AA value that is greater than or equal to the threshold and less than the threshold are displayed separately.
The road management company confirms the contours displayed on the display unit 24, and in particular, for the contours exceeding the threshold value, it is possible to examine the repair plan for the area and perform the repairs. .

(第1の実施の形態におけるデータベースについて)
図6に示すように、情報格納部22は、点群DB221と、サンプルDB222と、構造物検査DB223と、変状評価DB224とを格納する。
以下、このうち、サンプルDB222、構造物検査DB223及び変状評価DB224のデータ構成について説明を進める。
(About the database in the first embodiment)
As illustrated in FIG. 6, the information storage unit 22 stores a point cloud DB 221, a sample DB 222, a structure inspection DB 223, and a deformation evaluation DB 224.
Hereinafter, the data structure of the sample DB 222, the structure inspection DB 223, and the deformation evaluation DB 224 will be described.

図24は、本発明の第1の実施の形態におけるサンプルDB222のデータ構成の一例を示す図である。
図に示すように、サンプルDB222には、サンプルに含まれる点群の点群データと、サンプルの領域を区分して生成された複数のメッシュの位置情報と、各メッシュの強度情報(Z座標の代表値)とが、サンプルの識別情報であるサンプルIDに対応付けられて管理されている。
上記メッシュについては後述する。
FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a data configuration of the sample DB 222 according to the first embodiment of this invention.
As shown in the figure, in the sample DB 222, the point cloud data of the point cloud included in the sample, the position information of a plurality of meshes generated by dividing the sample region, and the strength information (Z coordinate of each mesh) are generated. Representative value) is managed in association with a sample ID which is identification information of the sample.
The mesh will be described later.

メッシュの位置情報は、サンプルの領域内における各メッシュ位置を示す情報である。
図14の例のように、サンプル領域に格子状に線が描画され、同サンプル領域が正方形状の同サイズのメッシュに区画されている場合には、例えば、メッシュの位置情報は、縦横の列の番号で示される。
The mesh position information is information indicating each mesh position in the sample region.
As shown in the example of FIG. 14, when lines are drawn in a grid pattern in the sample area and the sample area is partitioned into square-shaped meshes of the same size, for example, the mesh position information includes vertical and horizontal columns. Indicated by the number.

図25は、本発明の第1の実施の形態における構造物検査DB223のデータ構成の一例を示す図である。
図に示すように、構造物検査DB223には、各サンプルの各検査列における各切り出し列に含まれる複数のメッシュの強度に基づいてフーリエ変換を行った結果、算出された各角周波数のフーリエ振幅スペクトルが管理されている。
また、図に示すように、構造物検査DB223には、各切り出し列の切り出し開始位置も管理されている。
FIG. 25 is a diagram illustrating an example of a data configuration of the structure inspection DB 223 according to the first embodiment of this invention.
As shown in the figure, in the structure inspection DB 223, the Fourier amplitude of each angular frequency calculated as a result of performing Fourier transform based on the strength of a plurality of meshes included in each cut-out row in each inspection row of each sample is shown. The spectrum is managed.
As shown in the figure, the structure inspection DB 223 also manages the cutout start position of each cutout row.

図26は、本発明の第1の実施の形態における変状評価DB224のデータ構成の一例を示す図である。
図に示すように、変状評価DB224は、サンプル領域内の平坦値σと、当該平坦性を算出したサンプル領域内のメッシュの位置と、IRIと、MA値と、AA値とをサンプルIDに対応付けて管理している。
FIG. 26 is a diagram illustrating an example of a data configuration of the deformation evaluation DB 224 according to the first embodiment of this invention.
As shown in the figure, the deformation evaluation DB 224 uses the flat value σ in the sample region, the mesh position in the sample region where the flatness is calculated, the IRI, the MA value, and the AA value as sample IDs. It is managed in association.

(第1の実施の形態のまとめ)
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態によれば、構造物変状検出装置20は、点群データの空間座標を用いて道路構造物の表面の形状を再現し、その表面の凹凸の形状を信号とみなしてフーリエ変換を行って、各角周波数の周期関数の和に変換を行い、フーリエ振幅スペクトルを検出することにより、任意のスケールの変状を明確に視覚化することができ、道路管理事業者は、例えば、目視では発見が困難な小さなスケールの変状、例えばポットホールを容易に検出することができ、道路構造物の適切な補修計画を立てることが可能となる。
(Summary of the first embodiment)
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the structure deformation detection device 20 reproduces the shape of the surface of the road structure using the spatial coordinates of the point cloud data, and the surface The shape of the irregularity of the signal is regarded as a signal, Fourier transform is performed, the result is converted into the sum of the periodic functions of each angular frequency, and the Fourier amplitude spectrum is detected to clearly visualize the deformation of an arbitrary scale. For example, road management operators can easily detect small-scale deformations that are difficult to detect visually, such as potholes, and can make appropriate repair plans for road structures. .

上記の測定車両10及び構造物変状検出装置20は、主にCPUとメモリにロードされたプログラムによって実現される。ただし、それ以外の任意のハードウェアおよびソフトウェアの組合せによってこの装置またはサーバを構成することも可能であり、その設計自由度の高さは当業者には容易に理解されるところである。
また、上記の測定車両10又は構造物変状検出装置20をソフトウェアモジュール群として構成する場合、このプログラムは、光記録媒体、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、または半導体等の記録媒体に記録され、上記の記録媒体からロードされるようにしてもよいし、所定のネットワークを介して接続されている外部機器からロードされるようにしてもよい。
The measurement vehicle 10 and the structural deformation detection device 20 are realized mainly by a program loaded on the CPU and the memory. However, it is also possible to configure this apparatus or server by a combination of any other hardware and software, and the high degree of freedom of design will be easily understood by those skilled in the art.
When the measurement vehicle 10 or the structure deformation detection device 20 is configured as a software module group, the program is recorded on a recording medium such as an optical recording medium, a magnetic recording medium, a magneto-optical recording medium, or a semiconductor. Alternatively, it may be loaded from the above recording medium or may be loaded from an external device connected via a predetermined network.

なお、上記の実施の形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明の第1の実施の形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能となる。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, and the first embodiment of the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Can be implemented.

例えば、本発明の第1の実施の形態では、道路構造物を道路としたが、例えば、地面に垂直に起立している壁面上に生じる変状の検出を行うこともできる。
この場合、上述のように、構造物変状検出装置20の制御部21は、サンプルのトリミングの際、道路構造物の表面である壁面がXY平面となるように、X,Y,Z軸周りに画像の回転を行う。
このように、道路構造物の表面がXY平面となるように回転させることにより、地表に対しあらゆる角度の道路構造物の表面に対して、その表面の垂直方向の凹凸を構成する変状を容易に検出することができる。
For example, in the first embodiment of the present invention, the road structure is a road. However, for example, it is possible to detect a deformation that occurs on a wall surface standing perpendicular to the ground.
In this case, as described above, the control unit 21 of the structure deformation detection device 20 is configured to rotate around the X, Y, and Z axes so that the wall surface that is the surface of the road structure becomes the XY plane when the sample is trimmed. Rotate the image.
In this way, by rotating the surface of the road structure so that it is in the XY plane, it is easy to deform the surface of the road structure at any angle with respect to the ground surface to form irregularities in the vertical direction of the surface. Can be detected.

10 測定車両
11,21 制御部
12,22 情報格納部
13 レーザスキャナ
14 GPS
15 IMU
16 計時部
17 カメラ
18 オドメータ
19 情報入出力部
20 構造物変状検出装置
23 通信部
24 表示部
25 操作部
221 点群DB
222 サンプルDB
223 構造物検査DB
224 変状評価DB
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Measurement vehicle 11,21 Control part 12,22 Information storage part 13 Laser scanner 14 GPS
15 IMU
16 Timekeeping Unit 17 Camera 18 Odometer 19 Information Input / Output Unit 20 Structure Deformation Detection Device 23 Communication Unit 24 Display Unit 25 Operation Unit 221 Point Cloud DB
222 Sample DB
223 Structure inspection DB
224 Deformation evaluation DB

Claims (8)

構造物表面の変状を検出する構造物変状検出装置であって、
構造物及び地形を多数の点の集合である点群で表し、該点群を構成する各計測点の空間座標を含む点群データを入力する点群データ入力部と、
前記入力された点群データに基づいて構造物の表面に対して垂直方向の座標を抽出又は算出する構造物座標算出部と、
前記構造物の表面に対して垂直方向の複数の座標が示す信号について短時間フーリエ変換を行い、該信号を各角周波数の周期関数の和に変換するフーリエ変換処理部と、
検出目的の変状の角周波数帯に含まれるフーリエ振幅スペクトルを抽出し、該抽出したフーリエ振幅スペクトルが閾値以上である場合、前記検出目的の変状がある旨の情報を出力する変状検出部とを有し、
前記フーリエ変換処理部は、前記構造物の表面上に描画された線上に位置する前記構造物の表面に対して垂直方向の複数の座標から、連続した所定数の座標の組を、該組に含まれる連続した座標の組み合わせが互いに異なるように複数回抽出し、該複数回抽出した所定数の座標の組が示す信号について短時間フーリエ変換を行い、
前記複数回抽出された座標の組は、前記描画された線の始線側に隣接する組及び終線側に隣接する組と、座標が所定数共通することを特徴とする構造物変状検出装置。
A structure deformation detection device for detecting a structure surface deformation,
A point cloud data input unit that represents the structure and the terrain with a point cloud that is a set of a large number of points, and that inputs point cloud data including spatial coordinates of each measurement point constituting the point cloud;
A structure coordinate calculation unit that extracts or calculates coordinates in a direction perpendicular to the surface of the structure based on the input point cloud data;
A Fourier transform processing unit that performs a short-time Fourier transform on a signal indicated by a plurality of coordinates perpendicular to the surface of the structure, and converts the signal into a sum of periodic functions of each angular frequency;
A deformation detection unit that extracts a Fourier amplitude spectrum included in an angular frequency band of a deformation intended for detection and outputs information indicating that there is a deformation of the detection target when the extracted Fourier amplitude spectrum is equal to or greater than a threshold value It has a door,
The Fourier transform processing unit sets a set of a predetermined number of coordinates from a plurality of coordinates perpendicular to the surface of the structure located on a line drawn on the surface of the structure. Extracting multiple times so that the combination of consecutive coordinates included is different from each other, performing a short-time Fourier transform on the signal indicated by the predetermined number of coordinate sets extracted multiple times,
The set of coordinates extracted a plurality of times has a predetermined number of coordinates in common with a set adjacent to the start line side and a set adjacent to the end line side of the drawn line. apparatus.
前記構造物座標算出部は、前記構造物の表面の検査領域を複数の微小領域に区画し、前記微小領域に含まれる前記点群の計測点の前記構造物の表面に対する垂直方向の座標の平均値である前記微小領域の代表値を前記構造物の表面に対して垂直方向の座標として前記微小領域ごとに算出することを特徴とする請求項1記載の構造物変状検出装置。 The structure coordinate calculation unit divides the inspection area of the surface of the structure into a plurality of minute areas, and averages the coordinates in the direction perpendicular to the surface of the structure of the measurement points of the point group included in the minute area The structural deformation detection device according to claim 1 , wherein a representative value of the micro area, which is a value, is calculated for each micro area as coordinates in a direction perpendicular to the surface of the structure. 構造物表面の変状を検出する構造物変状検出装置であって、
構造物及び地形を多数の点の集合である点群で表し、該点群を構成する各計測点の空間座標を含む点群データを入力する点群データ入力部と、
前記入力された点群データに基づいて構造物の表面に対して垂直方向の座標を抽出又は算出する構造物座標算出部と、
前記構造物の表面に対して垂直方向の複数の座標が示す信号について短時間フーリエ変換を行い、該信号を各角周波数の周期関数の和に変換するフーリエ変換処理部と、
検出目的の変状の角周波数帯に含まれるフーリエ振幅スペクトルを抽出し、該抽出したフーリエ振幅スペクトルが閾値以上である場合、前記検出目的の変状がある旨の情報を出力する変状検出部とを有し、
前記構造物座標算出部は、前記構造物の表面の検査領域を複数の微小領域に区画し、前記微小領域に含まれる前記点群の計測点の前記構造物の表面に対する垂直方向の座標の平均値である前記微小領域の代表値を前記構造物の表面に対して垂直方向の座標として前記微小領域ごとに算出することを特徴とする構造物変状検出装置。
A structure deformation detection device for detecting a structure surface deformation,
A point cloud data input unit that represents the structure and the terrain with a point cloud that is a set of a large number of points, and that inputs point cloud data including spatial coordinates of each measurement point constituting the point cloud;
A structure coordinate calculation unit that extracts or calculates coordinates in a direction perpendicular to the surface of the structure based on the input point cloud data;
A Fourier transform processing unit that performs a short-time Fourier transform on a signal indicated by a plurality of coordinates perpendicular to the surface of the structure, and converts the signal into a sum of periodic functions of each angular frequency;
A deformation detection unit that extracts a Fourier amplitude spectrum included in an angular frequency band of a deformation intended for detection and outputs information indicating that there is a deformation of the detection target when the extracted Fourier amplitude spectrum is equal to or greater than a threshold value It has a door,
The structure coordinate calculation unit divides the inspection area of the surface of the structure into a plurality of minute areas, and averages the coordinates in the direction perpendicular to the surface of the structure of the measurement points of the point group included in the minute area A structural deformation detection device that calculates a representative value of the micro area, which is a value, for each micro area as coordinates in a direction perpendicular to the surface of the structure.
前記微小領域の代表値に基づいて段階的に彩色した画像データを生成することを特徴とする請求項2又は3記載の構造物変状検出装置。 4. The structural deformation detection device according to claim 2 , wherein image data colored stepwise is generated based on a representative value of the minute area. 前記構造物の表面上に描画された線上に位置する前記微小領域の代表値において、前記描画された線の始線側から順にi番目、i+a番目、i+b番目(1≦i≦n,0<a<b)の前記微小領域の代表値をhi 1,hi 2,hi 3とすると、
前記変状検出部は、下記の式1に基づいてHiの値を算出し、
(式1)


前記算出したHiの値及び下記の式2に基づいて前記構造物の表面の平坦性σを算出することを特徴とする請求項2又は3記載の構造物変状検出装置。
(式2)
In the representative value of the minute region located on the line drawn on the surface of the structure, the i-th, i + a-th, i + b-th (1 ≦ i ≦ n, 0 < If the representative values of the minute region of a <b) are h i 1 , h i 2 and h i 3 ,
The deformation detection unit calculates the value of Hi based on the following formula 1,
(Formula 1)


The structural deformation detection device according to claim 2 or 3, wherein a flatness σ of the surface of the structure is calculated based on the calculated value of Hi and the following expression (2) .
(Formula 2)
前記変状検出部は、前記算出した平坦性σ及び下記の式3に基づいて、IRIの値を算出することを特徴とする請求項5記載の構造物変状検出装置。
(式3)
IRI=1.33σ+0.24
The structure deformation detection device according to claim 5, wherein the deformation detection unit calculates an IRI value based on the calculated flatness σ and the following Equation 3.
(Formula 3)
IRI = 1.33σ + 0.24
前記変状検出部は、前記抽出したフーリエ振幅スペクトルの最大値が閾値以上である場合、前記検出目的の変状がある旨の情報を出力することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の構造物変状検出装置。 The said deformation | transformation detection part outputs the information that there exists a deformation | transformation of the said detection objective, when the maximum value of the said extracted Fourier amplitude spectrum is more than a threshold value . The structure deformation detection device according to item 1 . 前記変状検出部は、前記抽出したフーリエ振幅スペクトルの平均値が閾値以上である場合、前記検出目的の変状がある旨の情報を出力することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の構造物変状検出装置。 The said deformation | transformation detection part outputs the information that there exists a deformation | transformation for the said detection objective, when the average value of the said extracted Fourier amplitude spectrum is more than a threshold value . The structure deformation detection device according to item 1 .
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