JP6673641B2 - 地盤崩壊検知システム - Google Patents
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Description
本発明は、地盤崩壊検知システムに関するものであり、詳しくは、地滑りや土砂崩れといった地盤崩壊による土砂災害が発生するおそれのある傾斜地の変位を観測することによって、地盤崩壊の発生や前兆現象を検知するためのシステムに関するものである。
近年、集中豪雨等による山肌の地滑りや土砂崩れといった地盤崩壊による土砂災害が多発している。このため、土砂災害の前兆現象を検知して地盤崩壊の発生時期を予測して警報を発することにより、被害を最小限に抑えるための検知技術の開発がますます重要となってきている。しかし、例えば洪水被害の場合は、河川の水位の上昇といった顕著な現象によって予測可能であるのに対し、地滑りや土砂崩れといった地盤崩壊による土砂災害を予測するには、崩壊の前兆となる微少変位を精度良く検知する必要がある。
地盤崩壊の前兆となる斜面の微少変位を検知することによって土砂災害を予測するための従来技術としては、図４に示すように、山肌など監視対象斜面２００に設置したターゲット１０２を、異なる方向から複数の変位検知装置１０１によって撮影し、その画像を用いてターゲット１０２を設置した斜面２００の変位情報を検知し、異常変位が判断されると警報を発するようにしたものが知られている（例えば下記の特許文献１参照）。
また、監視対象斜面に打ち込んだアンカーに検知用のワイヤを張設し、斜面に変位を生じた場合のワイヤの張力変化を電気的に検知し、監視者への異常報知を行うようにしたものも知られている。
しかしながら、従来の技術によれば、土砂崩れ等が発生するおそれが想定される危険箇所にターゲットなどの装置を配置する必要があり、すなわち危険箇所への作業者の立ち入りが必要であった。また、計測箇所がターゲットなどの物理的な装置によるため、１回の計測範囲が狭く、特許文献１に開示された技術は、変位検知装置１０１にごみや鳥などが撮影された場合、撮影された画像内の特徴点が大きく変化することによって異常と判定してしまう誤判定の恐れがあり、検知精度が低いといった問題がある。
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、土砂崩れ等が発生するおそれがある危険な斜面へ作業者が立ち入る必要がなく、しかも検知の精度が高い地盤崩壊検知システムを提供することにある。
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る地盤崩壊検知システムは、地盤崩壊による土砂災害が発生するおそれのある監視対象斜面から離れた遠隔地に設置されて前記監視対象斜面を異なる視点で撮影する複数のカメラと、前記カメラによる画像データを処理する演算処理装置とを備え、前記演算処理装置が、前記各カメラによる複数の二次元画像データから三次元モデルを生成する三次元モデル生成部と、前記三次元モデルから特定箇所の三次元座標データを取得する座標データ取得部と、時間的に前後して取得された二つの前記三次元座標データの差分を、あらかじめ設定された閾値と比較することにより、前記監視対象斜面の微少変位を検知する変位検知部と、を備え、前記演算処理装置は、複数の前記カメラの視差によって前記監視対象斜面とその手前に存在する障害物との位置関係を三次元で把握することで前記三次元モデルから障害物を除去する。
請求項２の発明に係る地盤崩壊検知システムは、請求項１に記載された構成において、カメラが遠隔操作方式の無人飛行体に搭載されたことを特徴とするものである。
請求項３の発明に係る地盤崩壊検知システムは、請求項１又は２に記載された構成において、三次元モデルから取得された特定箇所の三次元座標データが所定値を超えて変化したときに警報を発する警報部を備えることを特徴とするものである。
請求項４の発明に係る地盤崩壊検知システムは、請求項１〜３のいずれかに記載された構成において、特定箇所の三次元座標データの変化が、平常時の画像データによる三次元モデルから取得された三次元座標データとの比較により検知されることを特徴とするものである。
本発明に係る地盤崩壊検知システムによれば、危険な監視対象斜面に、監視のためのターゲット等を設置することなく、監視対象斜面から離れたカメラで撮像した視点の異なる複数の二次元画像データを用いて三次元モデルを生成し、その任意の箇所の三次元座標の変化を利用するものであるため、地盤崩壊又はその前兆現象の検知を安全に行うことができる。しかも三次元モデル化の際に画像データ中に存在するごみや鳥類などの撮像は除去することが可能であるため、検知精度を向上することができる。
以下、本発明に係る地盤崩壊検知システムの好ましい実施の形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。まず図１において、参照符号Ａは山地、Ｂは山地Ａのうち降雨の際などに土砂崩れや地滑りなど地盤崩壊による土砂災害が発生するおそれが指摘される山肌などの監視対象斜面である。
監視対象斜面Ｂから離れた安全な遠隔地Ｃ１，Ｃ２には、監視対象斜面Ｂを互いに異なる視点で撮影するカメラ１がそれぞれ設置されている。また、参照符号２は例えば複数のロータを備え、垂直離着陸やホバリングが可能な遠隔操作方式の小型の無人ヘリコプタ２１あるいは小型の無人飛行機２２を利用した空撮装置であり、カメラ１０がそれぞれ搭載されている。
遠隔地Ｃ１，Ｃ２に設置されたカメラ１あるいは空撮装置２に搭載されたカメラ１０は、図２に示すように、いずれもレンズ１１により取り込んだ光学像をＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子１２によって、適当な時間間隔で、かつ互いに同期したタイミングで画像信号に変換（撮像）し、その画像データを処理部１３で画像処理し、送信部１４によって、撮影時刻のデータや、不図示のＧＰＳ（Global Positioning System）による撮影位置データ（各カメラ１，１０の位置データ）と共に送信するものである。
監視対象斜面Ｂから離れた他の安全な遠隔地Ｄには、監視装置３が設置されている。監視装置３は例えばパーソナルコンピュータからなるものであって、公知の３Ｄモデリングソフトウエアによる処理プログラムを実行する演算制御部３１と、キーボードやマウス等による入力部３２と、演算制御部３１からの画像データや撮影時刻、撮影位置等のデータが書き込まれる記憶部３３と、各カメラ１，１０に内蔵された送信部１４から送信された画像データを受信する受信部３４と、演算制御部３１からの出力データを表示する表示部３５と、演算制御部３１によって駆動される警報部３６を備える。なお、カメラ１，１０における送信部１４と監視装置３における受信部３４との間でのデータの送受信は、無線通信によるものでも良いし、有線通信によるものであっても良い。
監視装置３における演算制御部３１は、公知の３Ｄモデリングソフトウエアによる処理プログラムによって、各カメラ１，１０で同時刻に撮影された二次元画像データ及びＧＰＳによる撮影位置データから三次元モデルを生成する三次元モデル生成部３１ａと、生成された三次元モデルから特定箇所の三次元座標データを取得する座標データ取得部３１ｂと、座標データ取得部３１ｂで取得された三次元座標データの変化を検知することによって監視対象斜面Ｂの変位を検知する変位検知部３１ｃとして機能するものである。
三次元モデル生成部３１ａによって複数の二次元画像データから三次元モデルを生成する方法としては、異なる視点から撮影された二次元画像上で物体表面上の点の対応づけを行って、三角測量の手法により三次元形状を生成するステレオマッチング処理や、異なる視点から撮影された二次元画像上の対象物のシルエットから複数の視体積を求め、その交差領域によって対象物の三次元形状を生成する視体積交差法（シルエット法）などの公知の方法が好適に採用される。
座標データ取得部３１ｂは、三次元モデル生成部３１ａによって生成された三次元モデルに含まれる特徴点の三次元座標測量データ（特定の点の標高や位置、カメラ１，１０からの距離など）を算出するものである。取得されたデータは、記憶部３３に逐次保存され、データの履歴として蓄積される。
変位検知部３１ｃは、平常時に撮影された画像データによる三次元モデルから取得され記憶部３３に保存された三次元座標データと、最新の三次元モデルから取得された三次元座標データとの差分を、あらかじめ設定され記憶部３３に記憶された閾値と比較することにより、監視対象斜面Ｂの変位を検知するものである。
表示部３５は、液晶ディスプレイ装置等からなるものであって、三次元モデル生成部３１ａによって生成された三次元モデルの画像データは、この表示部３５に表示することができる。また、表示される三次元画像は、キーボードやマウス等による入力部３２の操作によって、回転や拡大、縮小などを自在に行うことができるようになっている。
警報部３６は、変位検知部３１ｃにおいて設定された閾値を超える監視対象斜面Ｂの変位が検知された場合に演算制御部３１から出力される発報指令により駆動されるものであって、例えばランプの点滅によるものや、ブザー等、音で報知するもの、あるいは管理者が携帯する通信端末などが好適に使用される。
以上の構成を備える地盤崩壊検知システムによれば、監視対象斜面Ｂから離れた安全な遠隔地Ｃ１，Ｃ２に設置されたカメラ１あるいは空撮装置２のカメラ１０は、適当な時間間隔で、かつ互いに同期したタイミングで山地Ａにおける監視対象斜面Ｂを撮像する。この場合、空撮装置２を用いることによって、狭い場所や高所なども撮影することができるといった利点がある。撮像された二次元画像データは、処理部１３で画像処理されると共に、送信部１４から、撮影時刻のデータや、撮影位置データと共に送信され、遠隔地Ｄにある監視装置３の受信部３４で受信され、記憶部３３に保存される。
図３は、監視装置３の演算制御部３１による処理を示すフローチャートである。すなわち演算制御部３１は、まず記憶部３３から、同時刻に撮影された視点の異なる複数の二次元画像データを読み出し（ステップＳ１）、三次元モデル生成部３１ａによってステレオマッチング処理もしくは視体積交差法を用いて監視対象斜面Ｂの三次元形状を生成する（ステップＳ２）。
このとき、画像中に、監視対象斜面Ｂの手前に存在するごみや鳥など、監視に対する障害物Ｘが写っている場合は、監視対象斜面Ｂに対する各カメラ１，１０の視差によって、障害物Ｘと監視対象斜面Ｂの位置関係を三次元で把握することができるため、各カメラ１，１０に撮影範囲を指定しておくことによって、監視対象斜面Ｂの三次元モデルから障害物Ｘを容易に除去することができる。
次に、ステレオマッチング処理もしくは視体積交差法により生成された三次元モデルから、座標データ取得部３１ｂにおいて、特定の点の標高や位置、距離などの三次元座標の測量データを取得する（ステップＳ３）。
次に、変位検知部３１ｃにおいて、この三次元座標データと、平常時に撮影された画像データによる三次元モデルから取得され記憶部３３に保存された三次元座標データとの差分を算出することによって三次元モデルの画像中の任意の特徴点など特定の点の変位を検知し（ステップＳ４）、検知された変位量があらかじめ設定された閾値以上である場合は（ステップＳ５＝ＹＥＳ）、警報部３６への発報指令を出力し（ステップＳ６）、閾値未満である場合は（ステップＳ５＝ＮＯ）、処理はステップＳ１に戻って、次の撮影時刻に撮影された二次元画像データの読み出しが行われる。
したがって、上述した実施の形態によれば、土砂崩れや地滑りなど地盤崩壊による土砂災害が発生するおそれが指摘される山肌などの危険な監視対象斜面Ｂに作業者が立ち入る必要がないので安全であり、ターゲットなど特殊な装置を設置する必要がないため、容易に実施することができ、しかも計測箇所がターゲットなどの設置個所に限定されるものではなく、カメラ１，１０による二次元画像データを三次元モデリングするものであるため一度に広範囲の変位検知が可能である。
また、三次元モデルを生成して起伏の座標データの変化を求めるものであるため、精度良く検知することができ、画像中に写っているごみや鳥など、監視に対する障害物Ｘの存在による誤検知も防止することができる。
また、上述した実施の形態では複数の固定式のカメラ１のほか、無人ヘリコプタ２１あるいは小型の無人飛行機２２にカメラ１０を搭載した空撮装置２を用いているが、複数の固定式のカメラ１のみ、あるいは複数の空撮装置２のみを用いても良い。
本発明に係る地盤崩壊検知システムは、例えば山間部での鉄道や道路の工事などにおいて線路脇や道路脇の山肌の監視に利用することで、土砂崩れなどの危険性を検知するのに有効である。
１，１０ カメラ
２ 空撮装置
３ 監視装置
Ｂ 監視対象斜面
Ｃ１，Ｃ２，Ｄ 遠隔地
２ 空撮装置
３ 監視装置
Ｂ 監視対象斜面
Ｃ１，Ｃ２，Ｄ 遠隔地
Claims (3)
- 地盤崩壊による土砂災害が発生するおそれのある監視対象斜面から離れた遠隔地に設置されて前記監視対象斜面を異なる視点で撮影する複数のカメラと、
前記カメラによる画像データを処理する演算処理装置と、
を備え、
前記演算処理装置が、
前記各カメラによる複数の二次元画像データから三次元モデルを生成する三次元モデル生成部と、
前記三次元モデルから特定箇所の三次元座標データを取得する座標データ取得部と、
時間的に前後して取得された二つの前記三次元座標データの差分を、あらかじめ設定された閾値と比較することにより、前記監視対象斜面の微少変位を検知する変位検知部と、
を備え、
前記演算処理装置は、複数の前記カメラの視差によって前記監視対象斜面とその手前に存在する障害物との位置関係を三次元で把握することで前記三次元モデルから障害物を除去する、
ことを特徴とする地盤崩壊検知システム。 - カメラが遠隔操作方式の無人飛行体に搭載されたことを特徴とする請求項１に記載の地盤崩壊検知システム。
- 三次元モデルから取得された特定箇所の三次元座標データが所定値を超えて変化したときに警報を発する警報部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤崩壊検知システム。
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