JP6498488B2

JP6498488B2 - 法面点検方法、法面撮影装置、および車両

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Publication number: JP6498488B2
Application number: JP2015065142A
Authority: JP
Inventors: 菊生橘; 耕司間野; 秀樹島村
Original assignee: Pasco Corp
Current assignee: Pasco Corp
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP2016183934A

Description

本発明は法面点検方法、法面撮影装置、および車両に関するものである。

法面の状態を外観観察に基づいて点検し、変状が認められたときにその状態および位置を記録する法面点検方法としては、従来、特許文献１に記載のものが知られている。この従来例は、堤防の変状に加えて護岸侵食などをも対象にした河川全般の点検に関するものであり、点検作業に際して点検作業者は携帯型情報端末を携帯する。

上記携帯型情報端末には監視対象情報が記録されており、そのＧＰＳ機能によって監視対象情報と連動して点検作業者を監視地点へとナビゲートする。監視地点付近に点検作業者が到達すると、点検箇所や点検事項などの監視項目が携帯型情報端末により画像と音声でガイドされ、この後、点検作業者の目視による点検によって異常を発見した場合には、その場所と状況などの監視結果を点検作業者がその場で携帯型情報端末に入力する。以上の携帯型情報端末は、管理者事務所において監視結果を管理サーバに転送し、これにより管理サーバの河川データベースに監視結果が記録される。

特開２０１２-８３１３２号公報

しかしながら、上述した従来例は点検作業に膨大な手間がかかるという欠点がある。すなわち、上述した堤防等の法面は、河川に沿って設けられるなど距離範囲が極めて長くなりやすい上に、勾配に配慮して斜面長が長くなることもあまり珍しくはないことから、これを点検作業者が実地点検するとなると、多大な時間と労力を費やさなければならない。

また、点検は一般的には、例えば晴天時など外観観察に適したタイミングで行うのが点検精度を高めるために望ましい上に、例えば土堤のように事前に除草処理が必要な場合には、除草処理後に迅速に行うことが理想的である。しかしながら、上述のように多大な時間を要することになると、このような融通性が低くなる。

本発明は以上の欠点を解消すべくなされたものであって、点検効率に優れた法面点検方法の提供を目的とする。また、本発明の他の目的は、点検効率を向上させることのできる法面撮影装置および車両の提供にある。

本発明によれば、上述した目的は、
法面１の状態を外観観察に基づいて点検し、変状が認められたときにその状態および位置を記録する法面点検方法であって、
天端２あるいは法尻３側方の平坦面４を走行する車両５から焦点距離の異なる複数のカメラ６により法面１を高さ方向に分割して法面１での解像度をほぼ均一にして連続撮影するとともに、前記車両５に搭載した位置計測手段７により撮影位置を記録し、
前記連続撮影した画像および撮影位置を利用した写真測量によって法面１の３次元計測データを作成し、
前記３次元計測データを利用し、法面１に正対する方向に投影変換を行った直射投影画像に基づき法面１の状態を外観観察し、
変状が認められたときにその状態および位置を特定する法面点検方法を提供することにより達成される。

本発明によれば、法面１の点検作業は、予め写真測量により取得した法面１に関するデータ、具体的には例えば３Ｄモデルや法面１（傾斜面）の正対方向からの直射投影画像データを観察してなされる。写真測量成果には法面１の外観形状と位置の双方の情報が含まれており、このためデータ観察によって変状の有無を点検することができる上に、変状が認められたときには、変状箇所の状態、位置を直ちに特定することができる。

また、写真測量にはいわゆるモービルマッピングシステム（ＭｏｂｉｌｅｍａｐｐｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）が利用されるために、法面１が河川に沿って設けられるなどして距離範囲が極めて長い場合にもあまり手間取ることはない。さらに、写真測量のためのカメラ６として焦点距離の異なる複数のものを用い、これら複数のカメラ６により法面１を高さ方向に分割撮影し、カメラ６毎の撮影距離の違いを上述の焦点距離の違いによりカバーして地上解像度をほぼ均一にすることから、斜面長が長い場合であっても、その全長に渡って外観形状および位置を極めて精密に計測することができる。

したがって本願発明によれば、例えば河川堤防の天端２に設けられた道路にモービルマッピング計測用の車両５を走行させ、焦点距離の異なる複数のカメラ６により法面１全体をほぼ均一の地上解像度によって撮影しておき、これにより得られたデータを通じて法面１の外観を観察することから、法面１が広大である場合にも、その点検を少ない人手と時間で極めて容易にすることができる。また、このように時間を要しないことにより、天候に配慮した点検の融通性を非常に高めることができるし、法面１の除草処理後の迅速な点検にも対応することができる。

上述した位置情報は、緯度や経度、標高値を用いる以外にも、例えば河川等に沿った法面１であれば距離標の示す距離により特定することが可能であり、また、斜面長の方向に関しては、全斜面長における割合をもってして特定することが可能である。一方、モービルマッピングに際しては、計測用の車両５を天端２あるいは法尻３側方の平坦面４において走行させることにより、法面１を全斜面長に渡って一括してカメラ６に収めることが可能になる。

この場合において、天端２から撮影したときには、法尻３側からでは撮影が難しい天端２、正確には天端２の法肩８寄りの部分を撮影範囲に含めることが可能になる。また、このように天端２の法肩８寄りの部分や、あるいは法尻３側方の平坦面４における法尻３寄りの部分をそれぞれ所定の範囲Ｓに渡って撮影範囲に含めるようにしておけば、法肩８や法尻３の位置を特定しやすくなるために、上述のように全斜面長における割合を利用して斜面長方向の位置特定をしやすくなるし、写真測量の際の標定にも役立てることができる。

以上の法面点検方法は、
焦点距離の異なる複数のカメラ６と、
車両５に搭載されて前記カメラ６の各々を車両５一側縁部上方における車両進行方向Ｄに対して直交する面内において当該一側縁部側の一側方に向けて、かつ、仰俯角方向に撮影範囲を連続させて角度調整自在に支持する架台９とを有する法面撮影装置１０を利用して実現することが可能である。

この法面１撮影装置において、カメラ６は、架台９によって車両５の撮影方向側の一側縁部の上方に支持され、これにより撮影時におけるモービルマッピング計測用の車両５自体、あるいはこの車両５に搭載される機材などの写り込みを低減することができる。したがって例えば、上述のように天端２を走行する車両５から、その一側方近傍の法肩８周辺を含めた法面１全体、さらには法尻３周辺をも含めて、これら全体をほぼ均一の地上解像度で精密に撮影することができる。

また、以上の法面撮影装置１０を車両５に搭載した際に、架台９を車幅方向にスライド移動自在にすれば、非計測時における車幅方向のバランスを良好にすることができる。なお、車両５は、自走可能な自動車以外にも、例えば自転車や、牽引可能に形成されたものでも足りる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、法面の点検効率を高めることができ、法面の安全性向上に寄与することができる。

本発明に係る法面点検方法のフローチャートである。モービルマッピング作業を説明する図で、（ａ）は車両の背面方向から示した図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は車両の走行に伴う撮影範囲の推移を説明する図である。法面撮影装置１０を搭載した車両を説明する図で、（ａ）は撮影時の要部背面図、（ｂ）は非撮影時を示す背面図である。他の実施の形態におけるモービルマッピング作業を説明する図で、車両の背面方向から示した図である。他の実施の形態における法面撮影装置１０を搭載した車両を説明する図で、撮影時の要部背面図である。

図１ないし図３に本発明の実施の形態を示す。この実施の形態は図２（ａ）および（ｂ）に示すように、河川堤防の一種である土堤を点検対象としたものであり、具体的には、土堤の川表の法面１にモグラの穴が存在していないかを点検する。この土堤は、川表に法面１をおよそ１／２勾配で形成したもので、その斜面長は数十メートルに及び、また、天端２の中央部には舗装道路２０が設けられるとともに、法尻３の側方には適宜の広さの高水敷（平坦面４）が形成される。以上の土堤における点検対象距離範囲は、河川２１に沿って数キロメートルに及ぶ。

図１に示すように、点検作業は先ず最初に、法面１を除草することから始められる（ステップＳ-１）。この除草の際には、必要に応じて、写真測量の際の標定に利用するための基準点が天端２の法肩８近傍等の適宜場所に設置される。

以上の除草処理によって外見からモグラの穴を見付けやすい状態が整ったら、続いてモービルマッピング作業がなされる（ステップＳ-２）。モービルマッピング計測用の車両５には、図３（ａ）に示すように、写真測量用のカメラ６、および位置計測手段７としてのＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）が搭載されるとともに、カメラ６の撮影姿勢を計測するために図外のＩＭＵ（ＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ）も搭載される。この車両５には、図示省略されるが以上に加えて、位置計測手段７として上述したＧＮＳＳ７を補助するためのオドメータや、レーザ測距装置、さらには上述した写真測量用ではなく観察用のカメラも搭載される。

上記写真測量用のカメラ６は、解像度の非常に高いもの、具体的にはこの実施の形態においてはピクセルサイズが５Ｍｐｉｘｅｌのカラー撮影可能なものが用いられ、また、フレームレートが１５ＦＰＳのものが用いられる。この写真測量用のカメラ６は、図３（ａ）に示すように、３台で構成され、各カメラ６のレンズにはそれぞれ焦点距離の異なる単焦点レンズ、具体的にはこの実施の形態においては画角や被写界深度に配慮して８．５ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍのものが使用される。なお、図３において７ａはＧＮＳＳ７の受信機であり、車両５上面側の離れた位置に２台設置される。

以上の写真測量用のカメラ６は、図３（ａ）に示すように、車両５に搭載される架台９により支持され、この架台９とともに法面撮影装置１０を構成する。上記架台９は、例えば適宜の金属等により形成され、上述した３台のカメラ６の全てを車両５の一側方に向くように支持する。また、上記架台９は、上述した一側方側の車両５一側縁部上方における、車両進行方向Ｄに対して直交する面内において、撮影範囲が仰俯角方向に連続するように各カメラ６を支持する。具体的には、図２（ｂ）および図３（ａ）に示すように、車両５の一側縁部上方において各カメラ６を上下方向に並べ、撮影範囲が仰俯角方向に連続するように各カメラ６を適宜の異なる仰俯角に支持する。なお、図２（ｂ）において二点鎖線は各カメラ６の単一撮影画像における撮影領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ（撮影範囲）を、図３（ａ）において二点鎖線の矢印は各カメラ６の光軸を示す。

また、以上の架台９による各カメラ６の支持角度は調整自在であり、この実施の形態においては図２（ａ）に撮影領域（撮影範囲）を二点鎖線で示すように、車両５一側方近傍から、高水敷の法尻３から適宜の距離を離れた位置までの間が全て撮影領域となるように予め調整される。これにより図２（ｂ）に示すように、天端２の法肩８近傍、および高水敷の法尻３近傍のそれぞれにおける所定の範囲Ｓが撮影される。さらに、図２（ｂ）に示すように、仰俯角方向に隣接配置されるカメラ６の撮影範囲同士は、仰俯角方向に適宜の割合で重複するように設定される。なお、以上の架台９によるカメラ６の支持角度の変更に際しては、上述のように撮影領域が仰俯角方向に連続する関係を維持して３台同時に一括してできるようにすることが可能である。

さらにまた、この実施の形態において架台９は、上述した３台のカメラ６のそれぞれの光軸が一点で交差するように各カメラ６を適宜の異なる仰俯角に支持する。具体的には、図３（ａ）に示すように、各カメラ６は、光軸の交差点を中心とする曲率線上に支持され、３台のカメラ６の中で最も高い位置にあるカメラ６が最も大きい仰俯角にされて架台９から最も近い場所を撮影し、反対に最も低い位置にあるカメラ６が最も小さい仰俯角にされて架台９から最も遠い場所を撮影する。残余の中間のカメラ６は、これら２台の仰俯角の中間程度の角度にされ、２台の撮影場所の中間を撮影する。

さらに、以上の架台９、すなわち上述の法面撮影装置１０は、図３（ａ）において実線の矢印で示すように、車両５に形成される架台支持部１１により車幅方向にスライド移動自在に支持される。この架台支持部１１は、図３（ａ）に示すように、車幅方向に相対移動自在に積層状に連結される２枚の支持板部２３を有し、上述した架台９は、上側の支持板部２３の上面に固定される。両支持板部２３は、例えば図外のモータ等により相対移動可能にすることが可能である。なお、架台９の移動範囲は、車幅方向の中央から、上述した車両５の一側方側まで、より正確には一側方側の車両５の側縁よりも車幅方向に飛び出さない程度までの範囲にされる。

加えて上記架台支持部１１は、同じく図３（ａ）において実線の矢印で示すように、架台９を上下動自在にも支持する。架台支持部１１の車高方向への駆動は、例えば図外の油圧シリンダにより実現することが可能である。なお、架台９の上下動可能な範囲は、この実施の形態においては車両５内部から地上高３．６ｍ程度の高さまでの範囲にされる。また、図３において２４はリンク機構である。

したがって写真測量用のカメラ６は、架台支持部１１により架台９が移動されることによって、図３（ｂ）に示す車両５内部への収納位置から、上述のように撮影方向側の車両５一側縁部上方である撮影位置へと移動することができ、これにより撮影画像におけるケラレが少なくされる。なお、図示省略されるが、車両５のルーフには、写真測量用カメラ６が撮影位置をとるときには開放され、図３（ｂ）に示すように上述した写真測量用カメラ６を含む架台９自体を車両５内部への収納位置に移動させたときには閉塞される適宜のドアを備えた開口部が設けられる。また、図３（ｂ）において２５は車輪である。

したがって上述したモービルマッピング作業は、図２（ａ）に示すように、写真測量用のカメラ６を撮影位置に配置した車両５を天端２の舗装道路２０に適宜低速走行させ、点検対象距離範囲の全域に渡って法面１、および天端２・高水敷４の一部を連続撮影してなされ、また、各撮影タイミングにおけるカメラ６の位置や姿勢をＧＮＳＳ７、ＩＭＵにより逐次記録してなされる。また、上記連続撮影の際には、図２（ｃ）に示すように、前後の撮影タイミングの撮影領域２２、２２'（撮影範囲）が走行方向に適宜の割合でオーバーラップするようにされ、さらに、３台のカメラ６のシャッタースピードは光量に配慮してやや異なるものにされる。なお、舗装道路２０に不測の起伏があり、これによって車両５が撮影時に上下動してしまったような場合にも、上述のように天端２や高水敷４の一部を含めるように撮影範囲を設定しているために、法面１が斜面長方向に全域に渡って撮影されないような事態が防止できる。

以上のようにしてモービルマッピング作業を終えたら、図１に示すように、取得した撮影画像等を利用した写真測量によって法面１の３次元計測データが作成される（ステップＳ-３）。３次元計測データは、ＧＮＳＳ７等により記録されたカメラ６の撮影位置や撮影姿勢を利用し、連続撮影された撮影画像同士をステレオマッチングして、具体的にはコンピュータや図化機を用いて得ることができる。また、このステレオマッチングの際には、上述のＧＮＳＳ７等に基づくカメラ６の撮影位置や撮影姿勢に対し、車両５におけるカメラ６の設置位置や設置角度を加味して最終的な撮影位置や撮影姿勢が特定され、さらに、上述のように除草処理時に設置した基準点や、レーザ測距装置による取得データ、さらには撮影画像に河川２１の距離標が映っている場合にはその位置情報が必要に応じて利用される。

加えて、以上のようにして作成される３次元計測データは、ＧＮＳＳ７により特定される経緯度による位置情報をから、河川２１の距離標に基づく距離による位置情報に変換される。この変換は、経緯度座標系を川の流れの方向に沿った１次元座標系に変換すれば足り、川の流れの方向は例えば法肩８等を基準にして決定すれば足りる。

さらにまた、上記３次元計測データは、コンピュータを利用した３次元モデリングにより数値地形モデルのような３Ｄモデルにされ、その法面１の領域には、川幅方向、すなわち上述の座標系の座標軸に直交する方向における位置をの目安となるメッシュが設定される。このようなメッシュとしては例えばマップドメッシュを利用することができ、そのサイズは、例えば法面１の斜面長の１／１０等にすることが可能である。なお、上述の法面１領域は、オペレータによる指示に基づいて決定することが可能である。

以上のようにして３次元計測データが完成したら、続いて変状の有無がチェックされる（ステップＳ-４）。このチェックは、例えば、輪郭抽出（エッジ検出）やパターンマッチングを利用して、モグラの穴の仮想直径サイズに近似するサイズの輪郭部分が存在しないかを探索したり、あるいは、標高段彩図を生成してこれをオペレータに目視させたり、さらには、上述した３Ｄモデル自体を目視させても足りる。

以上のチェックにより変状が見付かったら、最後に、変状箇所の状態および位置を記録する（ステップＳ-５）。変状箇所の状態の記録は、変状箇所を３Ｄモデルから部分的に切り出して行うことが可能である。また、その位置の記録は、変状箇所の３次元計測データにおける位置情報に基づいてすれば足りる。例えば上述の３Ｄモデルから変状箇所を含む距離座標の周辺部分を切り出せば、その状態、距離座標、および上述のマップドメッシュによる斜面長方向の目安位置を得ることができる。

図４および図５に本発明の他の実施の形態を示す。なお、この実施の形態において上述した実施の形態と同一の要素は図中に同一の符号を付して説明を省略する。この実施の形態において、点検対象である土堤の法面１には、図４に示すように小段２６が形成されるとともに、全面に渡ってコンクリート２７が打設される。また、点検は、このコンクリートに亀裂が存在していないかについてなされる。

さらに、この実施の形態において、架台９は、図５に示すように、３台のカメラ６のそれぞれの光軸が交差しないように各カメラ６を適宜の異なる仰俯角に支持する。具体的には、３台のカメラ６の中で最も高い位置にあるカメラ６が最も小さい仰俯角にされて架台９から最も遠い場所を撮影し、反対に最も低い位置にあるカメラ６が最も大きい仰俯角にされて架台９から最も近い場所を撮影する。残余の中間のカメラ６は、これら２台の中間程度の仰俯角にされ、２台のカメラ６の撮影範囲の双方に適宜の割合で仰俯角方向に重複する撮影範囲に設定される。なお、３台のカメラ６の仰俯角は、法面１の勾配や架台９におけるカメラ６の支持位置などに応じて決定することができ、例えばこの実施の形態においては３台のカメラ６全てが同一の仰俯角、言い換えれば光軸同士が平行となるように設定することも可能である。

加えて、この実施の形態においては、３次元計測データの作成（ステップＳ-３）の際に、撮影画像同士がモザイク処理により結合されるとともに、このようにして得られた結合画像が、３次元計測データを利用して法面１（傾斜面）に正対する方向に投影変換処理される。

変状のチェック（ステップＳ-４）は、例えば、上述のように投影変換処理した結合画像において、エッジ検出により明るさが鋭敏に変化する箇所が存在しないか探索したり、あるいは、結合画像自体をオペレータに目視させても足りる。また、変状箇所の記録（ステップＳ-５）には、結合画像から変状箇所を含む距離座標の周辺部分を切り出してすることが可能である。

なお、以上においてはモグラの穴や亀裂が法面１にないかを点検したが、例えば変状のチェックの際に３Ｄモデルに基づいて法面１の平滑度を確認し、はらみ出しや崩壊を点検するなど、他の点検を含めてすることも可能である。また、以上においては土堤の川表の法面１を点検対象にする場合を示したが、川裏側の法面１や、あるいは海岸、道路などに設けられる法面１を対象にすることも可能である。

１法面
２天端
３法尻
４平坦面
５車両
６カメラ
７位置計測手段
８法肩
９架台
１０法面撮影装置
１１架台支持部
Ｄ車両進行方向
Ｓ所定の範囲

Claims

法面の状態を外観観察に基づいて点検し、変状が認められたときにその状態および位置を記録する法面点検方法であって、
天端あるいは法尻側方の平坦面を走行する車両から焦点距離の異なる複数のカメラにより法面を高さ方向に分割して法面での解像度をほぼ均一にして連続撮影するとともに、前記車両に搭載した位置計測手段により撮影位置を記録し、
前記連続撮影した画像および撮影位置及び姿勢を利用した写真測量によって法面の３次元計測データを作成し、
前記３次元計測データを利用し、法面に正対する方向に投影変換を行った直射投影画像に基づき法面の状態を外観観察し、
変状が認められたときにその状態および位置を特定する法面点検方法。
請求項１に記載の法面点検方法であって、
焦点距離の異なる複数のカメラを焦点距離が長いカメラほど仰俯角が大きく、各カメラの法面における撮影範囲が仰俯角方向に連続するように各カメラを車両に支持する架台を前記車両に取り付けた法面撮影装置にて前記連続撮影することを特徴とした請求項１に記載の法面点検方法。
前記架台は、前記各カメラの仰俯角を調整可能にしたことを特徴とする請求項２に記載の法面点検方法。
前記架台は、車両との間に上下動自在に支持するリンク機構を有する請求項２または請求項３に記載の法面点検方法。