JP6634229B2

JP6634229B2 - ハンドヘルド３次元レーザスキャナを用いた配筋モデル作成方法

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Publication number: JP6634229B2
Application number: JP2015128304A
Authority: JP
Inventors: 登森石
Original assignee: Ｍｏｇコンサルタント株式会社
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: JP2017009546A

Description

本発明はハンドヘルド３次元レーザスキャナを用いた配筋モデル作成方法に関する。詳しくは、建設工事におけるハンドヘルド３次元レーザスキャナを用いた配筋モデル作成方法に関する。

建設工事現場における鉄筋の配筋工事においては、施工管理として、配置された鉄筋の太さ，本数，ピッチ（鉄筋と鉄筋の間隔）等が所定の設計通りに正しく配列されているか等の、鉄筋の配筋施工状態を確認する検査(配筋検査)が行われている。配筋が設計通りに正しく配列されていない場合、倒壊のおそれ等を生じることから施工後に強度を保証できなくなる。従って、施工管理上、配筋検査は重要である。

従来の配筋検査は、建設工事現場で、仕上がった配筋構造が、設計図通りの位置、ピッチであるか、使用されている鉄筋の径（直径）が設計図通りであるか等を、チェックポイントを特定したチエックリストに従って目視で確認していた。しかしながら、このような配筋検査においては、チェックミスや記入ミスが生じ易いという問題があった。このような問題を解決する技術として、例えば、下記特許文献１は、コンクリート打設前の鉄筋の量、位置、間隔、継手、定着状態など鉄筋が設計通りに正しく配置されているか否かをチェックし、かつその補修指示などの業務を、携帯用のソフト処理端末を利用して、簡便に行うことができる配筋検査システムを提案している。しかしながら、このような方法によれば、目視により配筋状態を確認するために、人為的な間違いが発生する可能性が未だ残る。

また、上述したような配筋検査においては、目視でチェックポイントを確認するとともに、通常、チェックした個所の配筋状態を写真画像として保存することも行われている。しかしながら、写真画像は２次元画像であるために、前後に重なった鉄筋が手前の鉄筋に重なるような場合には重なった奥の鉄筋が死角に入り、奥の鉄筋の状態を確認できないというような問題があった。また、写真の場合、光が届かない部分の撮影は困難であるという問題もあった。

このような問題を解決する技術として、ＧＰＳ（Global Positioning System）を併用して点群データに絶対座標系の位置情報を与えながら固定された設置場所から３次元レーザスキャナを用いて鉄筋の形状データを取得する方法も提案されている。

例えば、下記特許文献２は、３次元レーザスキャナの固定手段と、３次元レーザスキャナのレーザービーム照射角度を変更する手段と、３次元レーザスキャナの第１の計測位置でレーザービームを複数配置された鉄筋のいずれかの鉄筋に照射して鉄筋の第１の形状データを取得する手段と、レーザービーム照射角度を変更して第１の計測位置とは異なる計測位置で鉄筋の異なる形状データを取得する手段と、第１の形状データと第１の形状データとは異なる形状データとを統合した形状データを取得する手段と、統合した形状データと基準の形状データとを比較する手段と、形状データの比較結果により配筋状態を判定する手段と、を備えた配筋検査装置を開示する。しかしながら、このような配筋検査装置においては、３次元レーザスキャナ自身は鉄筋に固定されており、レーザービーム照射角度も５〜１０度程度でしか変更できないために、未だ死角が残りやすく、死角に入った鉄筋の状態を充分に確認できないという問題があった。また、広い範囲の配筋状態を確認するためには、３次元レーザスキャナを盛り替える必要があった。

また、下記特許文献３は、複数配置された鉄筋の位置を計測する３次元レーザスキャナと、３次元レーザスキャナで計測された鉄筋の位置情報を、３次元レーザスキャナの設置位置に対する相対的な座標系のデータで表す第１の処理手段と、３次元レーザスキャナの設置位置情報をＧＰＳにより計測して絶対座標系のデータで表す第２の処理手段と、相対的な座標系で表わされた鉄筋の位置情報を絶対座標系に転換して絶対座標系のデータで表わす第３の処理手段と、を備えるような検査装置を開示する。

しかしながら、特許文献３に開示された検査装置で用いられる固定型の３次元レーザスキャナにおいては、３次元レーザスキャナの設置位置を正確に特定するために、３次元レーザスキャナを安定した場所に固定しなければならなかった。そのために、安定した位置が３次元レーザスキャナでスキャンする場合に死角が出るような場所にしか確保できない場合には、死角に入る鉄筋の状態を充分に確認できないという問題があった。

一方、小さな構造物や物品の形状データを取得する手段として、ハンドヘルド３次元レーザスキャナが用いられる。このようなハンドヘルド３次元レーザスキャナは片手で把持することができる。ハンドヘルド３次元レーザスキャナはＧＰＳを併用せずに物体の表面の点群データを取得する物体の形状測定に用いられている。

例えば、下記特許文献４は、物体の表面の３次元座標を決定するための方法であって、オブジェクトデータを得るために、物体の表面がハンドヘルドスキャナによって走査され、位置データを得るために、ハンドヘルドスキャナの位置および向きが決定され、オブジェクトデータ、および位置データが、これらから物体の表面の３次元座標を決定するコントローラに送信される方法において、オブジェクトデータが、ハンドヘルドスキャナからコントローラに無線送信されることを特徴とする方法を開示する。

特開平１０−２５８９５号公報特開２０１０−１４６９３号公報特開２０１０−２６１７７２号公報特開２０１１−２３７４３０号公報

本発明は、建設工事現場における鉄筋構造物の配筋検査において用いられうる、従来の鉄筋構造物の３次元点群データの取得方法とは測定の方法が異なり、従来の固定型の３次元レーザスキャナでは取得できなかったような３次元点群データを正確かつ簡便に取得できるようにした配筋モデル作成方法を提供することを目的とする。

本発明の一局面は、ハンドヘルド３次元レーザスキャナを手で把持し、該ハンドヘルド３次元レーザスキャナを用いて、鉄筋構造物を含む計測対象領域の任意の位置に向けてレーザービームを照射し、計測対象領域の相対座標系に基づく３次元点群データの取得を開始する工程と、レーザービームの照射位置を任意の位置から移動させるためにハンドヘルド３次元レーザスキャナを空間で移動させながら３次元点群データを取得し、それを複数の位置から行うことにより、鉄筋構造物を含む計測対象領域全体の、相対座標系に基づく３次元点群データの取得を行う工程と、複数の位置から取得された計測対象領域全体の相対座標系に基づく３次元点群データを統合して、鉄筋モデルを構成させる工程と、統合された計測対象領域全体の相対座標系に基づく３次元点群データを、３次元点群データ中の絶対座標系を特定可能な既知部位の座標に基づき、絶対座標系座標に基づく３次元点群データに変換する工程と、を含む配筋モデル作成方法である。

ハンドヘルド３次元レーザスキャナは、計測対象の位置関係のみを再現した相対座標系に基づく３次元点群データを取得する。そのためにハンドヘルド３次元レーザスキャナのみを用いた場合にはＧＰＳにより特定されるような絶対座標系の３次元点群データは得られない。そのために従来、絶対座標の特定が必要になる建設工事現場での構造物の検査には用いられていなかった。本発明の配筋モデル作成方法においては、ハンドヘルド３次元レーザスキャナを用いて計測対象の鉄筋構造物の周囲を移動しながら鉄筋構造物を含む計測対象領域の相対座標系に基づく３次元点群データを取得することにより、鉄筋構造物の配筋モデルを簡便に構成することができる。すなわち、固定式３次元レーザスキャナとＧＰＳとを併用した絶対座標を正確に特定するような方法ではないために、固定式３次元レーザスキャナを固定するような安定な設置場所を確保する必要がない。そのために不安定な足場上でも形状データを取得でき、また、大掛かりな計測準備や設置技術も要求されない。さらに、移動可能であるために鉄筋同士が３次元的に重なってレーザービームが届かない死角に入ったような鉄筋の形状データも、レーザービームを照射または受光しやすい場所にハンドヘルド３次元レーザスキャナを自由に移動させることにより、容易に取得することができる。

また、上記配筋モデル作成方法においては、計測対象領域全体の形状データ中の絶対座標系の座標を特定可能な既知部位の座標に基づき、計測対象領域全体の形状データを絶対座標系の座標に変換する工程をさらに含む。

計測対象領域全体の形状データを取得する際に、鉄筋構造物から離れた場所にある絶対座標系の座標を特定可能な構造物や躯体等の形状データも併せて取得し、絶対座標系の座標を特定可能な既知部位の座標に基づいて、計測対象領域全体の形状データを絶対座標系の座標に変換することにより、ＧＰＳを用いなくとも鉄筋構造物のモデルを絶対座標系で表示することができる。

また、ハンドヘルド３次元レーザスキャナの空間での移動は、該ハンドヘルド３次元レーザスキャナを保持する計測者の移動により行われることが好ましい。ハンドヘルド３次元レーザスキャナは一般的に軽量であり、本体は片手でも把持することができるために、計測者が歩行できる経路さえ確保すれば、足場の悪い不安定な場所であっても、計測者が計測対象の周囲を移動することにより、死角に入るような鉄筋の部分の形状データも取得することができる。また、鉄筋構造物に近づいたり離れたりしながら形状データを取得することにより、より正確な形状データを取得することもできる。

また、配筋モデルから鉄筋要素の芯部を特定し、鉄筋要素に替えて、芯部を基準として現物の鉄筋の形状を再現させることにより配筋モデルを補正する工程をさらに含むことが好ましい。得られた配筋モデルにおいては、鉄筋要素と鉄筋要素以外の部分の境界が不明瞭であったり、径が収縮して表示されたり、ノイズかどうか判別しにくいことがある。このような場合においては、配筋モデルから鉄筋要素の芯部を特定し、鉄筋要素に替えて、芯部を基準として実際に使用した現物の鉄筋の直径や形状値を用いて再現させることにより、より明瞭な配筋モデルの３次元画像を取得することができる。

本発明の配筋モデル作成方法によれば、建設工事現場における鉄筋の配筋モデル作成において、従来の固定型の３次元レーザスキャナでは取得できなかったような３次元点群データを正確かつ簡便に取得できる。

図１は、ハンドヘルド３次元レーザスキャナのシステムの構成図である。図２は、実施形態の配筋モデル作成方法における形状データを取得する各工程を説明するためのフローチャートである。図３は、建設工事現場において、計測者の移動によりハンドヘルド３次元レーザスキャナを移動させながら、鉄筋構造物を含む計測対象領域の形状データの取得作業を行っているときの様子を図示した模式説明図である。図４は、ＵＡＶの移動によりハンドヘルド３次元レーザスキャナを空中で移動させながら、鉄筋構造物を含む計測対象領域の形状データの取得作業を行っているときの様子を図示した模式説明図である。図５は、相対座標系の３次元点群データを絶対座標系の３次元点群データへ変換する方法を説明するための模式説明図である。図６は、実施形態の画像処理による、画像の補正を説明するためのフローチャートである。図７は、実施形態の画像処理による、画像の補正を説明するための模式説明図である。図８は、鉄筋構造物の組み立てとコンクリート打設とを繰り返しながら鉄筋構造物の全領域を完成させる場合に、先に取得した３次元点群データＤ１と、引き続いて取得した３次元点群データＤ２とをマーカーを参照して統合するための方法を説明する模式説明図である。

はじめに、本実施形態のハンドヘルド３次元レーザスキャナを用いた配筋モデル作成方法で用いられる、ハンドヘルド３次元レーザスキャナのシステムの構成の一例について説明する。

図１に示す、ハンドヘルド３次元レーザスキャナのシステムは、ハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０及び、画像処理装置１００を備える。

ハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０は、ハンドヘルドスキャナとも称される片手で把持可能な３次元レーザスキャナである。ハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０はスキャン部１０ａと本体部１０ｂとを有する。スキャン部１０ａは計測者の操作により所定の走査角の範囲でレーザービームを発する発光部１０ｃと、対象物から反射されたレーザービームを受光する受光部１０ｄとを備える。また、本体部１０ｂは反射されたレーザービームの反射点の集合である３次元点群を相対座標として取得して記憶する図略のデータ記憶部と、データ記憶部に記憶された点座標を点群データとしてデータ処理する図略のデータ処理部を備える。また、本体部１０ｂの内部または本体部１０ｂに接続されるように図略のバッテリを備える。なお、本実施形態で用いられるハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０は、本体部１０ｂに対してスキャン部１０ａが自由な角度で可動する可動性を有する。可動性を有するスキャン部を有するハンドヘルド３次元レーザスキャナの場合、特定の場所から所望の場所にスキャン部を曲げてスキャンすることができるために、一度により広範囲の場所をスキャンすることができる点から好ましい。このようなハンドヘルド３次元レーザスキャナの例としては、市販品として、3D laser mapping社製の移動体ハンドヘルドスキャナＺＥＢ１等が例示できる。また、可動型のスキャン部の代わりに、本体部に対してスキャン部が固定されている固定型であってもよい。

ハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０により取得された３次元点群データは、本体部１０ｂに内蔵されたデータ記憶部に記憶される。なお、３次元点群データは、本体部１０ｂに内蔵されたデータ記憶部に記憶される代わりに、または一旦記憶されたデータを外付けのデータ記憶部等に記憶、または、適宜転送して記憶させてもよい。

画像処理装置１００は、ハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０により取得された３次元点群データを用いて３次元画像を構成して表示する処理を行う。画像処理装置１００は、例えば汎用のコンピュータに３次元画像の画像処理を行うための画像処理プログラム７１のソフトウェアをインストールすることにより実現される。コンピュータは、標準的な構成として、ＣＰＵ等のプロセッサである演算制御部６０と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の主記憶部８５と、ＨＤＤやＳＳＤ等の補助記憶部７０と、ハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０とのデータの出入口となる通信ボード７５と、ユーザーが実空間から必要な指示や入力を与えるための、キーボードやマウス等の入力部８０と、例えばＣＲＴディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等のディスプレイデバイスである画像表示部９０とを備える。補助記憶部７０には画像処理プログラム７１のソフトウェアがインストールされている。演算制御部６０は主記憶部８５、補助記憶部７０、および通信ボード７５と接続され、これらを制御する。通信ボード７５は、有線ＬＡＮまたは無線ＬＡＮやインターネットなどのネットワークを介してハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０と３次元点群データ等のデータを出入力する。また、ネットワークを介する代わりに、USB等の端子からデータを出入力したり、リムーバブルメディアを介してデータを出入力したりしてもよい。

画像処理装置１００は、汎用のコンピュータに従来から知られた一般的な３次元画像の画像処理を実行する画像処理プログラム７１のソフトウェアがインストールされて構成されている。このような画像処理装置は、３次元点群データを用いて３次元画像を構成して表示する処理のほか、ノイズ除去、輪郭修正、平滑化、２値化、任意の断面の切断、拡大、計測、その他、種々の補正処理、加工処理、また、それらに基づき、所望の鉄筋間の間隔の計測や、鉄筋径の計測等も行うことができる。また、３次元画像を任意の断面でスライスしたり、任意の方向から表示したりすること等の画像処理を実行することもできる。

次に、上述したようなハンドヘルド３次元レーザスキャナのシステムを用いて、鉄筋構造物を含む計測対象領域の３次元点群データ（形状データ）を取得する方法について説明する。図２は、ハンドヘルド３次元レーザスキャナを用いた配筋モデル作成方法における形状データを取得するための各工程を説明するためのフローチャート、図３は建設工事現場において、ハンドヘルド３次元レーザスキャナを保持する計測者の移動によりハンドヘルド３次元レーザスキャナを空間で移動させながら、計測対象領域の形状データの取得作業を行っているときの様子を図示する模式説明図である。

図２に示すように、本実施形態のハンドヘルド３次元レーザスキャナを用いた計測対象領域の３次元点群データの取得においては、はじめに鉄筋構造物を含む計測対象領域の特定が行われる（ステップS101）。すなわち、配筋モデル作成対象である鉄筋構造物を含む計測領域を特定する。

図３を参照して説明する。図３中、１０はハンドヘルド３次元レーザスキャナ、２０は計測者、３０は計測者が歩行する足場、４０は既設の構造物であり、５０が鉄筋構造物である。また、図３（ａ）は測定対象である鉄筋構造物５０をスキャニングしている様子、図３（ｂ）は既設の構造物４０をスキャニングしている様子を示す。ステップS101においては、測定対象である鉄筋構造物５０を含む計測対象領域を決定し、鉄筋構造物５０及び後述するような絶対座標系の座標を特定しうる既設の構造物４０を含む領域を計測対象領域として特定する。

そして、ハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０を用いて、鉄筋構造物５０を含む計測対象領域のスキャニングの開始点となる任意の点にレーザービームを照射し、３次元点群データの取得を開始する（ステップS102）。３次元点群データは、図３に示すように、ハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０から出射されて対象物の表面で反射したレーザービーム１１の反射光を取得することにより得られる。詳しくは、ハンドヘルド３次元レーザスキャナの発光部１０ｃから出射されたレーザービームは対象物の表面に到達して反射される。表面の各点から反射された反射光を受光部１０ｄで受光し、各点の座標を３次元の相対座標系の座標として認識し、各点の集合を３次元点群データとして取得し、記憶部に記憶させる。なお、取得される３次元点群データは、ハンドヘルド３次元レーザスキャナの機械座標系や測定物を基準とする測定物座標系のような相対座標系であり、世界座標系のような地理座標系に基づく絶対座標系ではない。そのために、ハンドヘルド３次元レーザスキャナは、固定式３次元レーザスキャナのようにＧＰＳで特定した設置場所に安定させて固定させる必要がなく、自由に移動させることができる。

そして、スキャン開始点から計測対象領域の全領域を走査するように、ハンドヘルド３次元レーザスキャナを移動させながら、計測対象領域の３次元点群データの取得を継続する（ステップS103）。

ハンドヘルド３次元レーザスキャナによる３次元点群データの取得は、例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０を片手で把持する計測者２０を足場３０上で歩行させながら鉄筋構造物５０を含む計測対象領域にレーザービーム１１を照射してスキャニングするような方法で行われる。このとき、移動の経路は特に限定されず、例えば、計測対象領域の周囲からだけではなく、必要に応じて、計測対象領域の内側から計測してもよい。また、近接したり、遠く離れた位置から計測したりしてもよい。このとき、３次元点群データの中に、絶対座標系の座標を特定可能な既知部位の座標データを併せて取得することが好ましい。絶対座標系の座標を特定可能な既知部位とは、計測対象である鉄筋構造物の周囲に存在する既設の構造物の部分等、絶対座標上で特定できる部位を意味する。

例えば、図３（ｂ）においては、予め絶対座標系の座標が特定されている既設の構造物４０の端部の角４１等を既知部位とすることができる。既知部位はこのような構造物の端部の角のほか、段差、凹みや窓枠等、適宜選択される。なお、既知部位は、３次元モデルであるために、少なくとも３点の座標で特定されることが好ましい。このように計測対象である鉄筋構造物だけではなく、既知部位を含む構造物を含めて３次元点群データを取得することにより、後述するように周囲との相対位置関係から得られた配筋モデルを絶対座標中に落とし込むことができる。

図４は建設工事現場において、ＵＡＶ２２の飛行によりハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０を空中で移動させながら、鉄筋構造物５１を含む計測対象領域の形状データの取得作業を行っているときの様子を図示した模式説明図である。例えば、図４に示すように、ＵＡＶ２２にハンドヘルド３次元レーザスキャナ１０を固定し、鉄筋構造物５１を含む計測対象領域の上空をホバーリングや旋回させながら、鉄筋構造物５１を含む計測対象領域にレーザービームを照射してスキャニングすることにより行われる。このような方法によれば、足場のよい安全な場所にモニタ２１や操縦器２３を設置し、モニタ２１を見ながら計測者２０がＵＡＶ２２を操縦することにより、鉄筋構造物５１に近づくことが困難な場合であっても、鉄筋構造物５１を含む計測対象領域の３次元点群データを取得することができる。

なお、３次元点群データの取得は移動しながら行われるために、一度のスキャニングで計測対象領域の全領域の３次元点群データを取得することが困難な場合がある。そのために、通常、複数回、複数の領域に分けてスキャニングが行われる。具体的には、各部分の任意の領域ごとに３次元点群データＤ１,Ｄ２,Ｄ３・・・Ｄｎのように複数に分割して取得される。そして、最終的に計測対象領域の全領域をスキャニングする。そして、計測対象領域の各部分領域で取得された３次元点群データ（Ｄ１〜Ｄｎ）を統合することにより、配筋モデルを構成するための計測対象領域の全領域の３次元点群データＤ_ALLが作成される（ステップS104）。なお、３次元点群データ（Ｄ１〜Ｄｎ）の統合は、例えば、各領域の３次元点群データ（Ｄ１〜Ｄｎ）の重複する点を重ねるような方法により行う。

なお、３次元点群データの統合に際しては、統合される複数の３次元点群データに共通するマーカーを設定し、そのマーカーを基準として複数の３次元点群データを統合してもよい。例えば、大きな鉄筋構造物を組み立てる場合、一定の領域の鉄筋構造物を組んだ後、その既設の鉄筋構造物にコンクリートを打設した後、さらに、新たに別の領域の鉄筋構造物を継ぎ足すようにして、全領域の鉄筋構造物を組み立てる場合がある。このような場合、既設の鉄筋構造物にコンクリートを打設した場合、既設の鉄筋構造物の大部分が隠れてしまう。このような場合においては、コンクリートを打設する前に取得された既設の鉄筋構造物を含む領域の３次元点群データと、コンクリートを打設した後に取得された３次元点群データとの重複点が少なくなり、重複する点を重ねることによりそれらの３次元点群データを統合することが困難になることがある。このような場合においては、コンクリートの打設後に露出する既設の鉄筋構造物の一部分に形状を把握しやすいマーカーをコンクリートの打設前から設定しておき、マーカーの座標に基づいて、コンクリートを打設する前に取得された既設の鉄筋構造物を含む領域の３次元点群データと、コンクリートを打設した後に取得された３次元点群データとを、それらの重複する点を重ねるように統合することが好ましい。このような方法によれば、一定の領域の鉄筋構造物とコンクリート打設とを繰り返して巨大な鉄筋構造物の全領域を完成させるような場合であっても、順次マーカーを設定してそのマーカーを基準とすることにより、先に取得した３次元点群データと後に取得した３次元点群データとを統合することが容易になる。このマーカーを用いた複数の３次元点群データの統合について、図８を参照して詳しく説明する。

図８は、鉄筋構造物の組み立てとコンクリート打設とを繰り返しながら鉄筋構造物の全領域を完成させる場合に、先に取得した３次元点群データＤ１と、引き続いて取得した３次元点群データＤ２とをマーカーを参照して統合するための方法を説明する模式説明図である。

図８（ａ）は、既設の鉄筋構造物５３に新たに鉄筋構造物５４を継ぎ足すときのイメージ、図８（ｂ）は、既設の鉄筋構造物５３にコンクリート５５を打設した後、新たに鉄筋構造物５４を継ぎ足すときのイメージ、図８（ｃ）は、図８（ｂ）において、マーカーとなるタグ５６を鉄筋構造物５３の鉄筋の先端付近に固定したときのイメージを示す。

図８（ａ）に示すように、既設の鉄筋構造物５３にコンクリートを打設せずに新たに鉄筋構造物５４を継ぎ足したときには、先に取得した既設の鉄筋構造物５３を含む３次元点群データＤ１と、新たに継ぎ足した鉄筋構造物５４を含む３次元点群データＤ２には重複する領域が多いために統合が容易である。

一方、図８（ｂ）に示すように、既設の鉄筋構造物５３にコンクリート５５を打設した後、新たに鉄筋構造物５４を継ぎ足したときには、既設の鉄筋構造物５３の大部分がコンクリート５５で隠されるために、先に取得した既設の鉄筋構造物５３を含む３次元点群データＤ１と、後に取得された継ぎ足された鉄筋構造物５４を含む３次元点群データＤ２とには、重複する領域が少なくなるために統合が困難になる場合がある。このような場合、図８（ｃ）に示すように、コンクリート５５の打設前に既設の鉄筋構造物５３を構成する鉄筋の先端付近等に形状を把握しやすいマーカーとなるタグ５６を固定しておき、先に取得する既設の鉄筋構造物５３を含む３次元点群データＤ１中にタグ５６の形状も取り込ませておくとともに、コンクリート５５の打設後に取得される継ぎ足された鉄筋構造物５４を含む３次元点群データＤ２にもタグ５６の形状を含ませておくことにより、コンクリート５５を打設する前に取得された既設の鉄筋構造物５３を含む領域の３次元点群データＤ１と、コンクリート５５を打設した後に取得された継ぎ足された鉄筋構造物５４を含む３次元点群データＤ２との統合を容易に行うことができる。

マーカーの種類は、計測後の３次元点群モデルとして現れる際に、周囲の状況（鉄筋群）と判別しやすい形状を特定できるものであれば、特に限定なく用いられる。その形状は、例えば、棒状，板状，角形、球形等、形状の座標を明確に特定できるものであれば特に限定されない。また、使用されている鉄筋の本数が多く、統合後に複雑に入り組んだ形になるような鉄筋構造物を対象とする場合には、マーカーはその位置を認識しやすい、連続する鉄筋の角等に設定することが好ましい。

このようにして得られた計測対象領域の全領域の３次元点群データＤ_ALLを用いて３次元画像を構成して表示するための画像処理を行うことにより、相対座標系に基づいて構成された鉄筋構造物の配筋モデルを含む計測対象領域の全領域に関する３次元画像が得られる。このような計測対象領域の全領域に関する３次元画像は、絶対座標系の座標に基づくものではないために位置情報は含まないが、配筋モデルが可視化されるために、配置された鉄筋の太さ，本数，ピッチ（鉄筋と鉄筋の間隔）等を確認することができる。また、３次元画像の画像処理を行うための画像処理プログラムのソフトウェアをインストールしたノートパソコンを工事現場に携帯することにより、工事現場においても速やかに配置された鉄筋の太さ，本数，ピッチ（鉄筋と鉄筋の間隔）等の３次元画像の配筋モデルを確認することもできる。また、鉄筋構造物の周囲に存在する既設の構造物や躯体のモデルを参照することにより、相対的な位置関係も確認することができる。従って、建設工事現場で鉄筋構造物の配筋モデルを含む計測対象領域の全領域に関する３次元画像を得た場合には、施工中に、既設の構造物に対する鉄筋の相対的なずれ等を容易に把握すること等もできる。

上述したようなハンドヘルド３次元レーザスキャナで取得された相対座標に基づく３次元点群データは、位置情報を有しない形状データである。位置情報を有しない形状データのみでも多くの情報が得られるが、このような形状データを絶対座標系に関連付けることにより、さらに、有用なデータとして扱うことができるようになる。このような方法を次に説明する。

計測対象領域の全領域の形状データの３次元点群データＤ_ALL中の絶対座標を特定可能な既知部位の座標値に基づき、計測対象領域全体の形状データを絶対座標に変換する（ステップS105）。

ステップS105においては、計測対象領域の全領域の形状データの３次元点群データＤ_ALLを、絶対座標系の座標を特定可能な既知部位の相対座標系の座標を用いて変換する。具体的には、例えば、図５（ａ）に示したように、鉄筋構造物５２の周囲の既設の構造物４２の角Ｃ１，Ｃ２,Ｃ３を３点の既知部位とした場合、３点の相対座標Ｃ１（C1x,C1y,C1_Z），Ｃ２（C2x,C2y,C2_Z）Ｃ３（C3x,C3y,C3_Z）のそれぞれを、図５（ｂ）に示したように、予め既設の構造物４２の既知の角Ｃ１，Ｃ２,Ｃ３に対応する絶対座標系の座標Ａ１（A1x,A1y,A1_Z），Ａ２（A2x,A2y,A2_Z）Ａ３（A3x,A3y,A3_Z）のそれぞれに変換して変換式を求める。そして、その変換式を用いて、３次元画像全体の相対座標系の３次元点群データの座標を絶対座標系の３次元点群データの座標に変換することにより、図５（ｃ）に示したように、ハンドヘルド３次元レーザスキャナにより取得された相対座標系の３次元点群データＤ_ALLの座標が、位置情報を含んだ絶対座標系の３次元点群データＤ_finalの座標に変換される。なお、既知の絶対座標系の座標は、データーベース化された地図データ等から容易に入手できる。また、予め、ＧＰＳにより実測することにより入手してもよい。周囲に構造物等がない平坦な建設工事現場の場合においては、少なくとも３点の目印を設置し、この３点の絶対座標をＧＰＳにより特定してもよい。

このようにして得られた位置情報を含んだ絶対座標系の３次元点群データＤ_finalを用いて画像表示することにより、絶対座標系の計測対象領域全体の３次元画像を得ることができる。そして、このような３次元画像を画像表示部に表示することにより、絶対座標系で表示された鉄筋構造物の配筋モデルを得ることができる（ステップS106）。

このようにして得られた配筋モデルは、さらに使用目的に応じて所望の補正処理や加工処理等の画像処理が施されてもよい。補正処理や加工処理を施すことにより、３次元の配筋モデルをより有効に役立てることができる。

このような画像処理の一例を、図６及び図７を参照しながら説明する。

ハンドヘルド３次元レーザスキャナのデータ集積性能や計測レンジ等の精度、または意図しないノイズが発生することにより、物体の輪郭がぼやけて正確な形状が特定できない部分を含むような３次元画像の鉄筋構造物の配筋モデルが得られることもある。このような場合、鉄筋構造物の配筋モデルから、鉄筋の芯部を抽出する処理を行い、この芯部を中心として施工に用いた予め把握している鉄筋の実直径分を膨張させる処理をする、または、芯部を中心として鉄筋の実直径分の径に置き換えることにより、配筋モデルの鉄筋を現物の鉄筋の形状に置き換えてより正確に表示するように再現させるような補正を行うことができる。

図６に示すように、本実施形態の画像処理においては、はじめに配筋モデルを形成する鉄筋要素の芯部の特定が行われる。鉄筋要素の芯部の特定は種々の処理で行うことができるが、一例として、図７を参照して断面画像を用いて芯部を特定する方法を説明する。

はじめに、図７（ａ）に示すように、得られた配筋モデルの画像から、配筋モデルの任意の断面の画像を抽出する。このとき、配筋モデルの任意の断面の各鉄筋（５５ａ,５５ｂ,・・・５５ｉ）は、輪郭がぼやけて正確に表現されておらず、不鮮明なことがある。このような任意の断面の各鉄筋の画像において、図７（ｂ）に示すように、各鉄筋の断面のそれぞれに近似円（５６ａ,・・・５６ｉ）を生成させ、また、各近似円の中心（５７ａ,・・・５７ｉ）を求める（ステップS201）。

そして、各近似円の中心（５７ａ,・・・５７ｉ）を芯として、図７（ｃ）に示すように、各近似円の中心から施工に用いた鉄筋の実直径の半径だけ膨張させることにより、現実の鉄筋構造物の直径をより正確に反映させた配筋モデルに補正される（ステップS202）。そして、補正された配筋モデルの断面の画像を画像表示する（ステップS203）。また、このような画像を複数枚取得し、接続することにより、３次元的に修正することもできる。

以上説明した配筋モデル作成方法によれば、ハンドヘルド３次元レーザスキャナを用いて計測対象の鉄筋構造物の周囲を移動しながら鉄筋構造物を含む計測対象領域の形状データを取得することにより、鉄筋構造物の配筋モデルを簡便に構成することができる。このようにして得られた配筋モデルの３次元画像は、仕上がった配筋構造が、設計図通りの位置、ピッチであるか、使用されている鉄筋の径（直径）が設計図通りであるか等を画像により確認できる。このような画像は、工事中にも確認できるほか、工事完了後に構造物がコンクリートの打設等により建物に隠れた後にも保存しておいた画像を確認することにより、確実に配筋構造が設計図通りであることを示すことができる。そのために、配筋構造の検証にも役立つ。

１０ハンドヘルド３次元レーザスキャナ
１０ａスキャン部
１０ｂ本体部
１０ｃ発光部
１０ｄ受光部
１１レーザービーム
２０計測者
２１モニタ
２２ＵＡＶ
２３操縦器
３０足場
４０,４２既設の構造物
４１コンクリート打設時の継目
５０,５１,５２,５３,５４鉄筋構造物
５５コンクリート
５６マーカーとなるタグ
６０演算制御部
７０補助記憶部
７５通信ボード
８０入力部
８５主記憶部
９０画像表示部
１００画像処理装置

Claims

ハンドヘルド３次元レーザスキャナを手で把持し、該ハンドヘルド３次元レーザスキャナを用いて、鉄筋構造物を含む計測対象領域の任意の位置に向けてレーザービームを照射し、前記計測対象領域の相対座標系に基づく３次元点群データの取得を開始する工程と、
前記レーザービームの照射位置を前記任意の位置から移動させるために前記ハンドヘルド３次元レーザスキャナを空間で移動させながら前記３次元点群データを取得し、それを複数の位置から行うことにより、前記鉄筋構造物を含む計測対象領域全体の、相対座標系に基づく３次元点群データの取得を行う工程と、
前記複数の位置から取得された前記計測対象領域全体の相対座標系に基づく３次元点群データを統合して、前記鉄筋構造物の配筋モデルを構成させる工程と、
前記統合された前記計測対象領域全体の相対座標系に基づく３次元点群データを、前記３次元点群データ中の絶対座標系を特定可能な既知部位の座標に基づき、絶対座標系座標に基づく３次元点群データに変換する工程と、を含むことを特徴とする配筋モデル作成方法。
前記ハンドヘルド３次元レーザスキャナの空間での移動は、該ハンドヘルド３次元レーザスキャナを保持する計測者の移動により行われる請求項１に記載の配筋モデル作成方法。
前記配筋モデルから鉄筋要素の芯部を特定し、
前記鉄筋要素に替えて、前記芯部を基準として現物の鉄筋の形状を再現させることにより前記配筋モデルを補正する工程をさらに含む請求項１または２に記載の配筋モデル作成方法。