JP6755924B2 - 比高算出装置、及び舗装管理方法 - Google Patents

Description

本願発明は、建設工事における施工管理に関する技術であり、より具体的には、舗装厚等の出来形管理に利用することができる比高算出装置、及び舗装管理方法に関するものである。

道路舗装は、所定強度を有する層によって構成されるものであり、道路表面の平坦性と適度の摩擦を備えることによって安全かつ快適な車両走行を提供するとともに、降雨等に伴う路面の泥濘化や乾燥時における粉塵飛散を防止する機能を果たす極めて重要な道路構造物のひとつである。この道路舗装は、アスファルト系の表層で構成されるアスファルト舗装とコンクリートの表層で構成されるコンクリート舗装に大別されるが、トンネルなど特殊な区間を除き一般的にはアスファルト舗装が採用される。

アスファルト舗装の構成は、下層から順に、通常は地山によって形成される「路床」、砕石等で形成される「路盤」、粗粒度アスファルトコンクリートで形成される「基層」、密粒度アスファルトコンクリートで形成される「表層」によって構成され、このうち路盤は切込砕石によって形成される「下層路盤」と粒度調整砕石によって形成される「上層路盤」に分けることができる。すなわちアスファルト舗装は、相当の強度を有する路床まで掘削したうえで、所定厚の下層路盤と上層路盤を敷設し、さらに上層路盤の上面に基層を敷設するとともに基層の上面に表層を敷設することによって構築される。

従来、路床高さや路盤等の厚さの出来形管理は、図１３に示すように道路上に張設された水糸を利用する手法が主流であった。具体的には図１３（ａ）に示すように、掘削範囲を挟んで設置された２つの木杭ＰＷの間に水糸ＷＴを張設し、この水糸から掘削面までの距離（いわゆる下がり量）を計測し、実測下がり量Ｈ０と計画下がり量を照らし合わせることで路床高さの出来形管理を行っていた。あるいは図１３（ｂ）に示すように、掘削前の下がり量Ｈ１と掘削後の下がり量Ｈ２から実測掘削深さを求め、この実測掘削深さと計画掘削深さを照らし合わせることで路床高さの出来形管理を行うこともあった。路盤の厚さや基層、表層の厚さの出来形管理も、図１３（ａ）や図１３（ｂ）に示す手法と同様に行われている。

特許文献１は、舗装工事における出来形管理等の業務軽減を目的とした技術であるが、この文献でもやはり下がり量（糸下がり）によって出来形管理を行う例で当該技術を説明している。

特開平０９−０５９９１７号公報

図１３に示す従来の出来形管理は、木杭ＰＷや水糸ＷＴの設置や移設、下がり量の計測など作業量が多く労務費や工期に影響を及ぼすという問題、あるいは水糸の弛みによる誤差や下がり量の目測に伴う誤差など管理精度が劣るといった問題などを指摘することができる。トータルステーション（Ｔｏｔａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ：ＴＳ）やレベルによって掘削後の高さ（標高）を計測する手法も考えられるが、計測に２人の作業員が必要となるうえ、機械の設置や移設、計測に時間を要し、やはり労務費が嵩み工期が長引くという問題が残る。

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち容易かつ短時間で、しかも高精度で舗装工事等の出来形管理を行うことができる比高算出装置とこれを用いた舗装管理方法を提供することである。

本願発明は、写真計測を利用することによって、水糸を張設することなく下がり量を取得するという点に着目して開発されたものであり、従来にはない発想に基づいて行われたものである。

本願発明の比高算出装置は、第１基準ターゲットの画像と第２基準ターゲットの画像、計測ターゲットの画像、寸法が既知であるスケールターゲットの画像を用いて計測点と基準面との比高を算出する装置であって、座標算出手段と基準線算出手段、基準面設定手段、比高算出手段を備えたものである。このうち座標算出手段は、基準面に設置された第１基準ターゲットを撮影した２以上の画像から第１基準ターゲットの代表点の座標を算出し、基準面に設置された第２基準ターゲットを撮影した２以上の画像から第２基準ターゲットの代表点の座標を算出するとともに、計測点に設置された計測ターゲットを撮影した２以上の画像から計測ターゲットの代表点の座標を算出する手段である。また基準線算出手段は、第１基準ターゲットの代表点と第２基準ターゲットの代表点を通る基準線を求める手段であり、基準面設定手段は、基準線を含む面を基準面として設定する手段であって、比高算出手段は、スケールターゲットを撮影した画像と計測ターゲットの代表点の座標、基準面に基づいて計測点と基準面との比高を算出する手段である。

本願発明の比高算出装置は、座標系設定手段をさらに備えたものとすることもできる。この座標系設定手段は、基準線を第１座標軸とし、第１座標軸に直交しかつ水平な軸を第２座標軸、第１座標軸及び第２座標軸に直交する軸を第３座標軸として設定する手段である。この場合、基準面設定手段は、第１座標軸及び第２座標軸を含む面を基準面として設定し、比高算出装置は、計測ターゲットの代表点から基準面までの最短距離を比高として算出する。

本願発明の比高算出装置は、法線方向算出手段と座標系設定手段をさらに備えたものとすることもできる。この法線方向算出手段は、平面決定ターゲット（同一直線上にない３つの部分ターゲットを具備する）の画像に基づいて法線方向を求める手段である。座標系設定手段は、基準線を第１座標軸とし、第１座標軸及び法線方向に直交する軸を第２座標軸とし、第１座標軸及び第２座標軸に直交する軸を第３座標軸として設定する手段である。この場合、座標算出手段は、平面決定ターゲットを撮影した２以上の画像に基づいて、３つの部分ターゲットそれぞれの代表点の座標を求め、法線方向算出手段は、３つの部分ターゲットの代表点を含む平面を求めるとともに、この平面の法線方向を求める。また、基準面設定手段は、第１座標軸及び第２座標軸を含む面を基準面として設定し、比高算出装置は、計測ターゲットの代表点から基準面までの最短距離を比高として算出する。

本願発明の舗装管理方法は、第１基準ターゲットと第２基準ターゲット、計測ターゲット、スケールターゲットを用いて舗装の出来形管理を行う方法であって、撮影工程と基準点座標算出工程、計測点座標算出工程、基準線算出工程、基準面設定工程、比高算出工程を備えた方法である。このうち撮影工程では、基準面に設置された第１基準ターゲットを異なる方向から撮影して２以上の第１基準画像を取得し、基準面に設置された第２基準ターゲットを異なる方向から撮影して２以上の第２基準画像を取得するとともに、路床面、路盤表面、基層表面、又は表層表面に設置された計測ターゲットを異なる方向から撮影して２以上の計測点画像を取得する。また基準点座標算出工程では、２以上の第１基準画像から第１基準ターゲットの代表点の座標を算出するとともに、２以上の第２基準画像から第２基準ターゲットの代表点の座標を算出し、計測点座標算出工程では、２以上の計測点画像から計測ターゲットの代表点の座標を算出する。基準線算出工程では、第１基準ターゲットの代表点と第２基準ターゲットの代表点を通る基準線を求め、基準面設定工程では、基準線を含む面を基準面として設定し、比高算出工程では、スケールターゲットを撮影した画像と計測ターゲットの代表点の座標、基準面に基づいて計測点と基準面との比高を算出する。そして、比高算出工程で算出された比高と計画値を照らし合わせることで、路床面、路盤表面、基層表面、又は表層表面の高さを管理する。

本願発明の舗装管理方法は、法線方向算出工程と座標系設定工程をさらに備えた方法とすることもできる。この法線方向算出工程では、平面決定ターゲットの画像に基づいて法線方向を求める。座標系設定工程では、基準線を第１座標軸とし、第１座標軸及び法線方向に直交する軸を第２座標軸とし、第１座標軸及び第２座標軸に直交する軸を第３座標軸として設定する。この場合、撮影工程では、路床面、路盤表面、基層表面、又は表層表面に設置された平面決定ターゲットを異なる方向から撮影して２以上の平面決定ターゲット画像を取得し、座標算出工程では、平面決定ターゲットを撮影した２以上の画像に基づいて３つの部分ターゲットそれぞれの代表点の座標を求め、法線方向算出工程では、３つの部分ターゲットの代表点を含む平面を求めるとともに、この平面の法線方向を求める。また、基準面設定工程では、第１座標軸及び第２座標軸を含む面を基準面として設定し、比高算出工程では、計測ターゲットの代表点から基準面までの最短距離を比高として算出する。

本願発明の舗装管理方法は、掘削幅算出工程をさらに備えた方法とすることもできる。この場合、第１基準ターゲットと第２基準ターゲット計測点は道路面であって掘削境界付近に設置され、掘削幅算出工程では、第１基準ターゲットの代表点の座標と第２基準ターゲットの代表点の座標に基づいて、路床、路盤、基層、又は表層の掘削幅を求める。

本願発明の舗装管理方法は、路盤厚算出工程と基層厚算出工程、表層厚算出工程をさらに備えた方法とすることもできる。路盤厚算出工程では、路床面比高（路床面に設置された計測ターゲットと基準面との比高）と路盤表面比高（路盤表面に設置された計測ターゲットと基準面との比高）によって路盤厚を求め、基層厚算出工程では、路盤表面比高と基層表面比高（基層表面に設置された計測ターゲットと基準面との比高）によって基層厚を求め、表層厚算出工程では、基層表面比高と表層表面比高（表層表面に設置された計測ターゲットと基準面との比高）によって表層厚を求める。

本願発明の比高算出装置、及び舗装管理方法には、次のような効果がある。
（１）施工現場では主にターゲット類の設置と写真撮影を行うだけであり、極めて容易かつ迅速に作業を行うことができ、その結果、労務費を低減することとともに工期を短縮することができる。
（２）水糸の弛みによる誤差や下がり量の目測に伴う誤差などを回避することができ、すなわち従来に比べ高い精度で出来形管理を行うことができる。
（３）ターゲット類は軽量であって移設も容易であることから、多くの箇所で計測することが可能となり、その結果、質の高い出来形管理を行うことができる。

路床の上に３つの計測ターゲットが設置されるとともに、道路面に２つの基準ターゲットが設置されている道路の断面図。 ターゲットの一例を示す正面図。 本願発明の比高算出装置の主な構成を示すブロック図。 （ａ）は基準線に基づいて設定される基準面を説明するモデル図、（ｂ）は３次元座標系を説明するモデル図。 平面決定ターゲットと法線方向を示すモデル図。 （ａ）は法線方向と２つの基準ターゲットに基づいて設定される基準面を説明するモデル図、（ｂ）は法線方向と１つの基準ターゲットに基づいて設定される基準面を説明するモデル図。 スケールターゲットを示す正面図。 本願発明の舗装管理方法の主な工程を示すフロー図。 比高を算出する手順を示すフロー図。 比高を算出する主な工程を示すステップ図。 路床のうち左半分を４回に分けて撮影する手順を示すステップ図。 路床のうち右半分を４回に分けて撮影する手順を示すステップ図。 （ａ）は水糸からの実測下がり量と計画下がり量を照らし合わせることで路床高さの出来形管理を行う例を示す断面図、（ｂ）は掘削前の下がり量と掘削後の下がり量から求めた実測掘削深さと計画掘削深さを照らし合わせることで路床高さの出来形管理を行う例を示す断面図。

本願発明の比高算出装置、及び舗装管理方法の実施形態の例を図に基づいて説明する。

１．全体概要
本願発明は、写真測量によって基準ターゲットと計測ターゲットの３次元座標を求め、それぞれの座標から比高（例えば、道路面と路床面との比高）を得ることを一つの特徴としている。以下、図１を参照しながら本願発明による比高の算出手順について説明する。図１は、計画路床面まで掘削された道路の断面図であり、路床面には３つの計測ターゲットＭＴが設置され、道路面であって掘削境界付近には２つの基準ターゲットＩＴ（掘削境界付近の左側に第１基準ターゲットＩＴ１、掘削境界付近の右側に第２基準ターゲットＩＴ２）が設置されている。なお計測ターゲットＭＴや基準ターゲットＩＴは、図２に示すように略矩形とすることができ、また写真画像内で識別できるように特徴的なパターンを含む構成にするとよい。

所定位置に基準ターゲットＩＴと計測ターゲットＭＴが設置されると、写真測量によって基準ターゲットＩＴの座標を求め、同じく写真測量によって計測ターゲットＭＴの座標を求める。計測ターゲットＭＴや基準ターゲットＩＴには、図２に示すようにあらかじめ代表点が設定されており、ここでは各ターゲットの代表点の座標が求められる。そして、基準ターゲットＩＴの代表点座標と計測ターゲットＭＴの代表点座標に基づいて道路面と路床面の比高を算出する。

道路面と路床面の比高を算出するにあたっては、図１に示すように基準面が設定される。この基準面は、例えば第１基準ターゲットＩＴ１と第２基準ターゲットＩＴ２を通る直線（以下、「基準線」という。）を含む平面とすることができる。基準面が設定されると、計測ターゲットＭＴから基準面までの距離を比高として求める。このとき設置された計測ターゲットＭＴの数だけ比高は求められ、図１の場合、左から順に計測ターゲットＭＴａによる比高Ｈａ、計測ターゲットＭＴｂによる比高Ｈｂ、計測ターゲットＭＴｃによる比高Ｈｃがそれぞれ得られる。

２．比高算出装置
本願発明の比高算出装置について、図を参照しながら詳しく説明する。なお、本願発明の舗装管理方法は、本願発明の比高算出装置を用いて舗装管理を行う方法であり、したがってまずは本願発明の比高算出装置について説明し、その後に本願発明の舗装管理方法について説明することとする。

図３は、本願発明の比高算出装置１００の主な構成を示すブロック図である。この図に示すように本願発明の比高算出装置１００は、座標算出手段１０１と基準線算出手段１０２、比高算出手段１０３を含んで構成され、さらに座標系設定手段１０４や法線方向算出手段１０５、画像取得手段１０６、画像記憶手段１０７、座標記憶手段１０８、基準面設定手段１０９、適否判定手段１１０、計画値記憶手段１１１、ディスプレイやプリンタなどの出力手段１１２を含んで構成することもできる。

比高算出装置１００のうち座標算出手段１０１と基準線算出手段１０２、比高算出手段１０３、座標系設定手段１０４、法線方向算出手段１０５、基準面設定手段１０９、適否判定手段１１０は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や、ｉＰａｄ（登録商標）といったタブレット型ＰＣ、スマートフォンを含む携帯端末、あるいはＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄａｔａ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などによって構成することができる。コンピュータ装置は、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリを具備しており、さらにマウスやキーボード等の入力手段やディスプレイを含むものもある。また、画像記憶手段１０７と座標記憶手段１０８、計画値記憶手段１１１は、例えばデータベースサーバに構築することができ、ローカルなネットワーク（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に置くこともできるし、インターネット経由（つまり無線通信）で保存するクラウドサーバとすることもできる。

以下、比高算出装置１００を構成する主な要素ごとに説明する。

（座標算出手段）
座標算出手段１０１は、基準ターゲットＩＴや計測ターゲットＭＴの代表点、あるいは後述する平面決定ターゲットを構成する部分ターゲットの代表点の３次元座標を算出するものであり、これらターゲットを含む２枚以上のステレオペア画像を用いて空間演算を行うものである。ターゲットの撮影は、例えば、デジタルカメラや、タブレット型ＰＣなど携帯端末に備えられたカメラといった画像取得手段１０６を使用して行われ、その画像は画像記憶手段１０７に記憶される（図３）。なお撮影を行う際、画像取得手段１０６は固定されることなく、任意の位置・方向から撮影することができ、すなわちステレオペア画像の外部標定要素（撮影中心と撮影姿勢）が未知の状態で撮影することができる。

座標算出手段１０１は、同一のターゲットを含む２枚以上のステレオペア画像を画像記憶手段１０７から読み出し（図３）、ステレオペア画像に共通する特徴点（パスポイント）を複数抽出するとともに、それぞれの画像から求められる特徴点の座標が一致（近似）するように、外部標定要素を求める。この手法は、いわゆる空中三角測量の解析手法であり、調整計算（バンドル調整法、多項式法、独立モデル法等）によって外部標定要素を求める手法である。したがって、ここで算出されるターゲットの代表点座標は、平面位置と高さ（ｘ，ｙ，ｚ）からなる３次元座標である。なお、同一のターゲットに対して３枚以上のステレオペア画像を用いて外部標定要素を求めることもでき、この場合、より高精度にターゲットの代表点座標を算出することができて好適となる。

座標算出手段１０１は、設置されたターゲットの数だけその代表点座標を求める。例えば図１のケースでは、第１基準ターゲットＩＴ１を含むステレオペア画像を用いて第１基準ターゲットＩＴ１の代表点座標を求めるとともに、同様に第２基準ターゲットＩＴ２と３つの計測ターゲットＭＴ（計測ターゲットＭＴａ〜計測ターゲットＭＴｃ）の代表点座標を求める。また、後述する平面決定ターゲットが設置される場合は、平面決定ターゲットを構成する部分ターゲットの代表点の座標も求める。ここで算出されたターゲットの代表点座標は、座標記憶手段１０８に記憶される（図３）。

（基準面設定手段）
基準面設定手段１０９は、「基準面」を設定する手段である。この基準面は、計測ターゲットＭＴに係る比高を求めるための平面であり、例えば道路面を基準面として設定することができる。なお基準面を設定する手法は、基準線に基づく手法と法線方向に基づく手法に大別される。以下、それぞれの手法について順に説明する。

図４を参照しながら、基準線に基づいて基準面を設定する手順について説明する。なおこの手法では、図４に示すように道路面であって掘削境界付近には第１基準ターゲットＩＴ１（図では左側）が設置され、道路面であって掘削境界付近には第２基準ターゲットＩＴ２（図では右側）が設置される。

まず基準線算出手段１０２が、第１基準ターゲットＩＴ１の代表点座標と第２基準ターゲットＩＴ２の代表点座標を座標記憶手段１０８から読み出し、これら２つの代表点を通る基準線を算出する。基準線が算出されると、座標系設定手段１０４がこの基準線に基づいて３次元座標系を設定する。具体的には図４（ａ）に示すように、基準線を第１座標軸（図ではＸ軸）とし、Ｘ軸に直交する水平軸を第２座標軸（図ではＹ軸であり紙面奥行方向）とし、Ｘ軸とＹ軸に直交する軸を第３座標（図ではＺ軸）として設定する。すなわちここで設定される３次元座標系は、図４（ｂ）に示すようなＸ軸―Ｙ軸―Ｚ軸からなる座標系である。なお図４（ａ）では座標原点を第１基準ターゲットＩＴ１の代表点としているが、これに限らず任意の点を座標原点とすることができる。そして３次元座標系が設定されると、基準面設定手段１０９がＸ軸―Ｙ軸を含む平面を基準面として設定する。

次に図５と図６を参照しながら、法線方向に基づいて基準面を設定する手順について説明する。この法線方向は、計測ターゲットＭＴが設置される平面に対して垂直方向に設定される方向であり、図５に示す平面決定ターゲットＮＴを利用して設定される。この平面決定ターゲットＮＴは、同一直線上にない３以上の部分ターゲットＮＴｐからなるもので、図２に示すターゲットを３以上組み合わせたものである。なお平面決定ターゲットＮＴは、図５に示すようにそれぞれの部分ターゲットＮＴｐが独立した構成とすることもできるし、部分ターゲットＮＴｐがそれぞれ連結された一体構造とすることもできる。

平面決定ターゲットＮＴは、計測ターゲットＭＴと同じ平面に設置され、計測ターゲットＭＴと同様、座標算出手段１０１によってそれぞれの部分ターゲットＮＴｐの代表点座標が求められる。そして法線方向算出手段１０５は、部分ターゲットＮＴｐの代表点座標を含む空間上の平面を求めるとともに、この平面の法線（垂直線）を法線方向として算出する。

基準線算出手段１０２によって第１基準ターゲットＩＴ１の代表点座標と第２基準ターゲットＩＴ２の代表点座標を通る基準線が算出され、さらに法線方向算出手段１０５によって法線方向が算出されると、基準面設定手段１０９がこの基準線と法線方向に基づいて基準面を設定する。具体的には図６（ａ）に示すように、基準線を含み且つ法線方向に直交する面を基準面として設定する。ところで、第１基準ターゲットＩＴ１と第２基準ターゲットＩＴ２の配置によっては、法線方向の直交方向と基準線の方向が一致しない（平行でない）こともある。この場合、図６（ｂ）に示すように、基準線を第１座標軸（図ではＸ軸）とし、Ｘ軸に直交し且つ法線方向に直交する軸を第２座標軸（図ではＹ軸であり紙面奥行方向）とし、Ｘ軸とＹ軸に直交する軸を第３座標（図ではＺ軸）として設定する。すなわちここで設定される３次元座標系は、図４（ｂ）に示すようなＸ軸―Ｙ軸―Ｚ軸からなる座標系である。なお図４（ａ）では座標原点を第１基準ターゲットＩＴ１の代表点としているが、これに限らず任意の点を座標原点とすることができる。そして３次元座標系が設定されると、基準面設定手段１０９がＸ軸―Ｙ軸を含む平面を基準面として設定する。

（比高算出手段）
比高算出手段１０３は、計測ターゲットＭＴの代表点座標と基準面に基づいて比高を求める手段である。このとき、スケールターゲットＳＴを利用し、縮尺を合わせたうえで比高を求めるとよい。スケールターゲットＳＴは、図７に示すように、複数（この図では４つ）の部分スケールターゲットＳＴｐを連結したものであり、画像から寸法が把握できるようにあらかじめ代表的な寸法が既知とされる。例えば、スケールターゲットＳＴの全長（図では横方向長さ）や部分スケールターゲットＳＴｐと部分スケールターゲットＳＴｐの間隔を既知としたり、部分スケールターゲットＳＴｐの縦横の寸法を既知としたり、そのほか画像上で確認しやすい箇所を既知とするとよい。

比高算出手段１０３は、計測ターゲットＭＴの代表点座標から基準平面までの最短距離（最小距離）を比高として求める。あるいは、スケールターゲットＳＴを含む画像におけるスケールターゲットＳＴの寸法と実際のスケールターゲットＳＴの寸法から縮尺係数を算出するとともに、計測ターゲットＭＴの代表点座標から基準平面までの最短距離を暫定比高として求め、この暫定比高を縮尺係数で補正する（乗ずる）ことによって比高を求めることもできる。

比高算出手段１０３が、それぞれの計測ターゲットＭＴにおける比高を求めると、適否判定手段１１０が、計画値記憶手段１１１から比高の計画値（以下、「計画比高」という。）を読み出すとともに、算出された比高（以下、「実測比高」という。）と計画比高を照らし合わせる。このとき、計測ターゲットＭＴごとに実測比高と計画比高を照らし合わせることもできるし、複数の実測比高による統計値（例えば平均値）と計画比高を照らし合わせることもできる。そして比高算出手段１０３は、実測比高とともに、実測比高と計画比高との照合結果を出力手段１１２に出力する。

３．舗装管理方法
次に本願発明の舗装管理方法について図を参照しながら説明する。なお、本願発明の舗装管理方法は、ここまで説明した比高算出装置１００を使用して行う方法であり、したがって比高算出装置１００で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の舗装管理方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「２．比高算出装置」で説明したものと同様である。

図８は、本願発明の舗装管理方法の主な工程を示すフロー図であり、図９は、比高を算出する手順を説明するフロー図である。なお図８では、路床の掘削、路盤の敷設、基層の敷設、表層の敷設という一連の工程を行う例を示しているが、これに限らず本願発明の舗装管理方法は、既設舗装に対して路盤まで掘削して路盤と基層、表層を敷設するケースや、基層まで掘削して基層と表層を打ち換えるケースであっても利用することができる。

図８に示すように、まず計画された路床面まで掘削を行い（Ｓｔｅｐ１００）、その状態で路床面と基準面との比高を算出する（Ｓｔｅｐ２００）。以下、図９を参照しながら比高を算出する手順について詳しく説明する。路床面まで掘削すると、図１０（ａ）に示すように路床面に１又は２以上の（図では３つの）計測ターゲットＭＴと、スケールターゲットＳＴを設置し、道路面であって左側の掘削境界付近に第１基準ターゲットＩＴ１、右側の掘削境界付近に第２基準ターゲットＩＴ２を設置する（Ｓｔｅｐ２０１）。法線方向に基づいて基準面を設定する場合は、路床面に平面決定ターゲットＮＴも設置する。

ターゲットが設置できると、それぞれのターゲットを含む画像を取得する（Ｓｔｅｐ２０２）。具体的には、計測ターゲットＭＴに対して異なる方向から撮影して２以上の計測点画像を取得し、第１基準ターゲットＩＴ１を異なる方向から撮影して２以上の第１基準画像を取得し、第２基準ターゲットＩＴ２を異なる方向から撮影して２以上の第２基準画像を取得するとともに、スケールターゲットＳＴを含む画像を取得する。法線方向に基づいて基準面を設定する場合は、平面決定ターゲットＮＴを異なる方向から撮影して２以上の平面決定ターゲット画像を取得する。

各ターゲットを撮影するにあたっては、図１１と図１２に示すように一部重複させつつ、例えばどちらか一方の基準ターゲットＩＴを含めつつ、移動しながら撮影するとよい。図１１は、路床のうち左半分を４回に分けて撮影する手順を示すステップ図であり、図１２は、路床のうち右半分を４回に分けて撮影する手順を示すステップ図である。図１１（ａ）では、撮影者が第１基準ターゲットＩＴ１のやや後方（例えば２ｍほど後方）であって路床範囲の左寄りに立ち、第１基準ターゲットＩＴ１が画像左端に位置するように撮影している。なお、図中に破線で示す範囲が撮影範囲である。

図１１（ｂ）では、撮影者がやや右に移動しており、やはり第１基準ターゲットＩＴ１が画像左端に位置するように撮影している。同様に図１１（ｃ）や図１１（ｄ）では撮影者がさらに右に移動しているが、やはり第１基準ターゲットＩＴ１が画像左端に位置するように撮影している。このように撮影することによって、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）で取得した４つの画像はそれぞれ重複した部分を含んでおり、その結果、２以上の計測点画像と、２以上の第１基準画像、２以上の平面決定ターゲット画像、そしてスケールターゲットＳＴを含む画像を取得することができる。

図１２（ａ）では、撮影者が第２基準ターゲットＩＴ２のやや後方であって路床範囲の中央付近に立ち、第２基準ターゲットＩＴ２が画像右端に位置するように撮影している。図１２（ｂ）では、撮影者がやや右に移動しており、やはり第２基準ターゲットＩＴ２が画像左端に位置するように撮影している。同様に図１２（ｃ）では撮影者がさらに右に移動し、図１２（ｄ）では撮影者が路床範囲の右寄りまで移動しているが、やはり第２基準ターゲットＩＴ２が画像右端に位置するように撮影している。このように撮影することによって、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）で取得した４つの画像はそれぞれ重複した部分を含んでおり、その結果、２以上の計測点画像と、２以上の第２基準画像、２以上の平面決定ターゲット画像、そしてスケールターゲットＳＴを含む画像を取得することができる。また、図１１（ｄ）で取得した画像と図１２（ａ）で取得した画像それぞれに共通する重複部分を含んでいることから、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）で取得した４つの画像と、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）で取得した４つの画像は空間的に関連付けられ、座標算出手段１０１によって算出されるすべての座標が空間的に関連付けられる。

ターゲットを含む画像を取得すると、座標算出手段１０１によって第１基準ターゲットＩＴ１と第２基準ターゲットＩＴ２、各計測ターゲットＭＴの代表点座標を求め、平面決定ターゲットＮＴを構成する部分ターゲットＮＴｐの代表点座標を求める（図９のＳｔｅｐ２０３）。これらの座標が得られると、基準線算出手段１０２が算出した基準線と、座標系設定手段１０４が設定した３次元座標系に基づいて、基準面設定手段１０９が基準面を設定する（Ｓｔｅｐ２０４）。あるいは、基準線算出手段１０２によって算出された基準線と、法線方向算出手段１０５によって算出された法線方向と、座標系設定手段１０４が設定した３次元座標系に基づいて基準面を設定してもよい。

基準面を設定すると、比高算出手段１０３によって計測ターゲットＭＴごとに実測比高を求める（Ｓｔｅｐ２０５）。また、第１基準ターゲットＩＴ１と第２基準ターゲットＩＴ２が左右の掘削境界付近に設置されているときは、第１基準ターゲットＩＴ１の代表点座標と第２基準ターゲットＩＴ２の代表点座標から掘削幅（例えば路床の掘削幅）を求めることもできる（Ｓｔｅｐ２０６）。

路床面と基準面との比高を算出すると、実測比高と計画比高を照らし合わせ、実測比高が許容範囲（計画比高を基準とする範囲）内にあれば次の工程に進み（図８のＳｔｅｐ３００のＹｅｓ）、実測比高が許容範囲内に収まらないときはさらに掘削を行う（Ｓｔｅｐ３００のＮｏ）。また掘削幅を求めた場合は、実測した掘削幅（以下、「実測掘削幅」という。）と掘削幅の計画値（以下、「計画掘削幅」という。）を照らし合わせ、実測計画幅が許容範囲（計画掘削幅を基準とする範囲）内にあれば次の工程に進み、実測掘削幅が許容範囲内に収まらないときはさらに掘削を行うとよい。

計画された路床面まで掘削できると、路盤を敷設する（Ｓｔｅｐ４００）。そして、図１０（ｂ）に示すように計測ターゲットＭＴとスケールターゲットＳＴ、平面決定ターゲットＮＴを路盤上面に設置したうえで各ターゲットの画像を取得し、路盤上面と基準面との比高を算出する。

路盤上面と基準面との比高を算出すると、実測比高と計画比高を照らし合わせ、実測比高が許容範囲内にあれば次の工程に進み（Ｓｔｅｐ５００のＹｅｓ）、実測比高が許容範囲内に収まらないときはさらに路盤の敷設を行う（Ｓｔｅｐ５００のＮｏ）。なお、ここでは路盤を１層として説明しているが、上層路盤と下層路盤に分けて施工するときも同様の工程で実施することができる。

計画どおり路盤が敷設できると、基層を敷設する（Ｓｔｅｐ６００）。そして、図１０（ｃ）に示すように計測ターゲットＭＴとスケールターゲットＳＴ、平面決定ターゲットＮＴを基層上面に設置したうえで各ターゲットの画像を取得し、基層上面と基準面との比高を算出する。

基層上面と基準面との比高を算出すると、実測比高と計画比高を照らし合わせ、実測比高が許容範囲内にあれば次の工程に進み（Ｓｔｅｐ７００のＹｅｓ）、実測比高が許容範囲内に収まらないときはさらに基層の敷設を行う（Ｓｔｅｐ７００のＮｏ）。

計画どおり基層が敷設されると、表層を敷設する（Ｓｔｅｐ８００）。そして、計測ターゲットＭＴとスケールターゲットＳＴ、平面決定ターゲットＮＴを表層上面に設置したうえで各ターゲットの画像を取得し、表層上面と基準面との比高を算出する。

表層上面と基準面との比高を算出すると、実測比高と計画比高を照らし合わせ、実測比高が許容範囲内にあれば工事を完了し（Ｓｔｅｐ９００のＹｅｓ）、実測比高が許容範囲内に収まらないときはさらに表層の敷設を行う（Ｓｔｅｐ９００のＮｏ）。

本願発明の比高算出装置、及び舗装管理方法は、道路のほか、駐車場などアスファルト舗装が敷設される種々の施設に利用することができる。本願発明が、良好な品質のアスファルト舗装を提供し、いわば高品質な社会資本（インフラストラクチャー）を提供することを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

１００ 比高算出装置
１０１ （比高算出装置の）座標算出手段
１０２ （比高算出装置の）基準線算出手段
１０３ （比高算出装置の）比高算出手段
１０４ （比高算出装置の）座標系設定手段
１０５ （比高算出装置の）法線方向算出手段
１０６ （比高算出装置の）画像取得手段
１０７ （比高算出装置の）画像記憶手段
１０８ （比高算出装置の）座標記憶手段
１０９ （比高算出装置の）基準面設定手段
１１０ （比高算出装置の）適否判定手段
１１１ （比高算出装置の）計画値記憶手段
１１２ （比高算出装置の）出力手段
ＩＴ 基準ターゲット
ＩＴ１ 第１基準ターゲット
ＩＴ２ 第２基準ターゲット
ＭＴ 計測ターゲット
ＮＴ 平面決定ターゲット
ＮＴｐ （平面決定ターゲットの）部分ターゲット
ＳＴ スケールターゲット
ＳＴｐ （スケールターゲットの）部分スケールターゲット

Claims (7)

1. 第１基準ターゲットの画像と第２基準ターゲットの画像、計測ターゲットの画像、寸法が既知であるスケールターゲットの画像を用いて、計測点と基準面との比高を算出することによって施工現場の出来形管理を行う装置であって、
   前記基準面に設置された前記第１基準ターゲットを撮影した２以上の画像から該第１基準ターゲットの代表点の座標を算出し、該基準面に設置された前記第２基準ターゲットを撮影した２以上の画像から該第２基準ターゲットの代表点の座標を算出するとともに、前記計測点に設置された前記計測ターゲットを撮影した２以上の画像から該計測ターゲットの代表点の座標を算出する座標算出手段と、
   前記第１基準ターゲットの代表点と前記第２基準ターゲットの代表点を通る基準線を求める基準線算出手段と、
   前記基準線を含む面を、前記基準面として設定する基準面設定手段と、
   前記スケールターゲットを撮影した画像と、前記計測ターゲットの代表点の座標と、前記基準面と、に基づいて前記計測点と前記基準面との比高を算出する比高算出手段と、
   を備えたことを特徴とする比高算出装置。
2. 前記基準線を第１座標軸とし、該第１座標軸に直交しかつ水平な軸を第２座標軸とし、該第１座標軸及び該第２座標軸に直交する軸を第３座標軸として設定する座標系設定手段を、さらに備え、
   前記基準面設定手段は、前記第１座標軸及び前記第２座標軸を含む面を前記基準面として設定し、
   前記比高算出装置は、前記計測ターゲットの代表点から前記基準面までの最短距離を前記比高として算出する、
   ことを特徴とする請求項１記載の比高算出装置。
3. 同一直線上にない３以上の部分ターゲットを具備する平面決定ターゲットの画像に基づいて、法線方向を求める法線方向算出手段と、
   前記基準線を第１座標軸とし、該第１座標軸及び前記法線方向に直交する軸を第２座標軸とし、該第１座標軸及び該第２座標軸に直交する軸を第３座標軸として設定する座標系設定手段と、をさらに備え、
   前記座標算出手段は、前記平面決定ターゲットを撮影した２以上の画像に基づいて、３以上の前記部分ターゲットそれぞれの代表点の座標を求め、
   前記法線方向算出手段は、３以上の前記部分ターゲットの代表点を含む平面を求めるとともに、該平面の法線方向を求め、
   前記基準面設定手段は、前記第１座標軸及び前記第２座標軸を含む面を前記基準面として設定し、
   前記比高算出装置は、前記計測ターゲットの代表点から前記基準面までの最短距離を前記比高として算出する、
   ことを特徴とする請求項１記載の比高算出装置。
4. 第１基準ターゲットと第２基準ターゲット、計測ターゲット、寸法が既知であるスケールターゲットを用いて、舗装の出来形管理を行う方法であって、
   基準面に設置された前記第１基準ターゲットを異なる方向から撮影して２以上の第１基準画像を取得し、該基準面に設置された前記第２基準ターゲットを異なる方向から撮影して２以上の第２基準画像を取得するとともに、路床面、路盤表面、基層表面、又は表層表面に設置された前記計測ターゲットを異なる方向から撮影して２以上の計測点画像を取得する撮影工程と、
   ２以上の前記第１基準画像から前記第１基準ターゲットの代表点の座標を算出するとともに、２以上の前記第２基準画像から前記第２基準ターゲットの代表点の座標を算出する基準点座標を算出する基準点座標算出工程と、
   ２以上の前記計測点画像から前記計測ターゲットの代表点の座標を算出する計測点座標算出工程と、
   前記第１基準ターゲットの代表点と前記第２基準ターゲットの代表点を通る基準線を求める基準線算出工程と、
   前記基準線を含む面を、前記基準面として設定する基準面設定工程と、
   前記スケールターゲットを撮影した画像と、前記計測ターゲットの代表点の座標と、前記基準面と、に基づいて前記計測点と前記基準面との比高を算出する比高算出工程と、を備え、
   前記比高算出工程で算出された前記比高と、計画値と、を照らし合わせることで、路床面、路盤表面、基層表面、又は表層表面の高さを管理する、
   ことを特徴とする舗装管理方法。
5. 同一直線上にない３以上の部分ターゲットを具備する平面決定ターゲットの画像に基づいて、法線方向を求める法線方向算出工程と、
   前記基準線を第１座標軸とし、該第１座標軸及び前記法線方向に直交する軸を第２座標軸とし、該第１座標軸及び該第２座標軸に直交する軸を第３座標軸として設定する座標系設定工程と、をさらに備え、
   前記撮影工程では、路床面、路盤表面、基層表面、又は表層表面に設置された前記平面決定ターゲットを異なる方向から撮影して２以上の平面決定ターゲット画像を取得し、
   前記座標算出工程では、前記平面決定ターゲットを撮影した２以上の画像に基づいて、３以上の前記部分ターゲットそれぞれの代表点の座標を求め、
   前記法線方向算出工程では、３以上の前記部分ターゲットの代表点を含む平面を求めるとともに、該平面の法線方向を求め、
   前記基準面設定工程では、前記第１座標軸及び前記第２座標軸を含む面を前記基準面として設定し、
   前記比高算出工程では、前記計測ターゲットの代表点から前記基準面までの最短距離を前記比高として算出する、
   ことを特徴とする請求項４記載の舗装管理方法。
6. 前記第１基準ターゲットと前記第２基準ターゲット計測点が、道路面であって掘削境界付近に設置され、
   前記第１基準ターゲットの代表点の座標と、前記第２基準ターゲットの代表点の座標と、に基づいて、路床、路盤、基層、又は表層の掘削幅を求める掘削幅算出工程を、さらに備えた、
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の舗装管理方法。
7. 路床面に設置された前記計測ターゲットと前記基準面との路床面比高と、路盤表面に設置された前記計測ターゲットと前記基準面と路盤表面比高と、によって路盤厚を求める路盤厚算出工程と、
   前記路盤表面比高と、基層表面に設置された前記計測ターゲットと前記基準面との基層表面比高と、によって基層厚を求める基層厚算出工程と、
   前記基層表面比高と、表層表面に設置された前記計測ターゲットと前記基準面との表層表面比高と、によって表層厚を求める表層厚算出工程と、をさらに備えた、
   ことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の舗装管理方法。

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