JP6781439B1 - コンクリート締固め評価システム及び締固め評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラ部の映像からバイブレータによる締固め位置及び時間を数値化し、その数値を基にコンクリート品質を評価することが可能なシステムを提供する。【解決手段】コンクリート締固め評価システムは、バイブレータとコンクリート打設領域Ｒとを連続して撮影するカメラ部３と、カメラ部３の撮影データから、バイブレータの３次元座標値を繰り返し取得する座標取得部６と、取得した座標値に基づいて締固め箇所を特定する特定部７１と、バイブレータがコンクリート内に所定の深さ以上挿入されているかを繰り返し判定する判定部７２と、バイブレータが所定の深さ以上挿入されている時間を計測することで締固め時間を求めるタイマ部７３と、特定部７１で特定された締固め箇所と、タイマ部７３により求められた締固め時間を基に締固め箇所のコンクリート品質を評価する評価部７４と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、バイブレータによるコンクリート締固めの評価システム及びコンクリート締固め評価方法に関する。

従来よりコンクリート打設後、空隙を無くすため、作業員が次々バイブレータの挿入箇所を５０ｃｍ間隔で変えながら、打設されたコンクリートに振動を与えて締固めすることが行われている。そして、１０秒程度バイブレータを挿入すると、挿入した箇所から直径３０ｃｍの範囲の空隙が無くなり、その箇所のコンクリート品質は良好となるが、このバイブレータによる締固め箇所・締固め時間は、作業者の経験と勘に頼っており、ばらつきがあった。そのため締固めが十分行われているか判別できず、締固め箇所のコンクリートの品質を評価することが困難であった。

そこで、締固め箇所をバイブレータに付けられたＧＰＳセンサで測量し、締固め時間を油圧バイブレータの油圧を計測することによって、数値化し、この数値をもってコンクリート品質を評価することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１５９９３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されるような締固め評価方法では、バイブレータによる締固め箇所・締固め時間を数値化するのに、ＧＰＳセンサや油圧センサ等複数のセンサ類が必要となる。それに加えて、異なる次元の数値（座標値及び油圧値）を扱うこととなるので、構成が複雑となり、かつ、容易にバイブレータによる締固め箇所・締固め時間を数値化することは困難である。

そこで本発明は、締固め箇所のコンクリート品質を簡易かつ容易に評価することが可能なシステムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明のコンクリート締固め評価システムは、バイブレータと締固めが行われるコンクリート打設領域とを連続して撮影するカメラ部と、前記カメラ部から送信される撮影データから、前記バイブレータの３次元座標値を繰り返し取得する座標取得部と、前記座標取得部により取得した座標値に基づいて、前記バイブレータによる締固め箇所を特定する特定部と、前記座標取得部により取得した座標値に基づいて、前記バイブレータがコンクリート内に所定の深さ以上挿入されているか繰り返し判定する判定部と、繰り返し判定する前記判定部の判定結果に基づき、前記バイブレータが所定の深さ以上挿入されていると判定される期間を算出することで、締固め時間を求めるタイマ部と、前記特定部で特定された締固め箇所と、前記タイマ部により算出された締固め時間を基に締固め箇所のコンクリート品質を評価する評価部と、を備え、前記バイブレータには認識体が装着され、前記座標取得部は、撮像データの画像の中から前記認識体を検出する物体検出部と、検出された前記認識体の２次元座標値から３次元座標値を計測する画像解析部とを備え、前記画像解析部は、前記認識体の２次元座標値からカメラ部の座標系の３次元座標値を求め、前記カメラ部の座標系の３次元座標値を前記コンクリート打設領域の一隅を原点とした座標系の座標値に座標変換する。

また、本発明のコンクリート締固め評価方法は、カメラ部によりバイブレータと締固めが行われるコンクリート打設領域を連続して撮影する工程と、前記カメラ部から送信される撮影データから、前記バイブレータの３次元座標値を繰り返し取得する座標取得工程と、前記座標取得工程により取得した座標値に基づいて、前記バイブレータによる締固め箇所を特定する工程と、前記座標取得工程により取得した座標値に基づいて、前記バイブレータがコンクリート内に所定の深さ以上挿入されているかを繰り返し判定する判定工程と、繰り返し判定する前記判定工程の判定結果に基づき、前記バイブレータが所定の深さ以上挿入されていると判定される期間を算出することで、締固め時間を求める算出工程と、前記特定された締固め箇所と、前記求められた締固め時間を基に締固め箇所のコンクリート品質を評価する工程と、を備え、前記バイブレータには認識体が装着され、前記座標取得工程は、撮像データの画像の中から前記認識体を検出し、検出された前記認識体の２次元座標値から３次元座標値を計測し、この３次元座標値の計測においては、前記認識体の２次元座標値からカメラ部の座標系の３次元座標値を求め、前記カメラ部の座標系の３次元座標値を前記コンクリート打設領域の一隅を原点とした座標系の座標値に座標変換する。

本発明のコンクリート締固め評価システム及び評価方法によれば、連続して撮影されるカメラ部の撮影データからバイブレータの３次元座標値を取得できるので、どこにバイブレータがあるのか、コンクリート内に所定の深さ以上に挿入されているか、及びどのくらいの時間締固めされているかをバイブレータの３次元座標値から計測することができる。その結果、簡易かつ容易に締固め箇所のコンクリート品質を評価することができる。さらには、座標取得部は、バイブレータを検出するのではなく、バイブレータに装着された認識体の３次元座標を座標変換にて取得するので、工事現場ごとに異なる形状のバイブレータを使用する場合にも、バイブレータの異なる形状毎にディープランニングでその形状を学習させる必要がなく、容易にシステムを適用することができる。

本発明の実施形態に係るコンクリート締固め評価システムの構成を示す図である。 同上システムにおけるバイブレータを示す図である。 同上システムにおける管理コンピュータを示すブロック図である。 （ａ）は管理コンピュータのディスプレイに表示される認識体の３次元座標値が表れた図、（ｂ）はコンクリートに挿入されたバイブレータを示す図である。 同上システムにおける締固め品質ＭＡＰを示す図である。 同上システムの処理を示すフローチャートである。 同上システムにおけるバイブレータ座標値取得処理を示すフローチャートである。 （ａ）は同上システムにおける締固め品質ＭＡＰ作成処理を示すフローチャート、（ｂ）はバイブレータによる十分な締固めが行われるのに必要な深さを示す図、（ｃ）は締固め品質ＭＡＰ作成処理における締固め品質ＭＡＰ出力処理を示すフローチャートである。 同上システムにおける複合現実映像作成処理を示すフローチャートである。 同上システムにおけるヘッドマウントディスプレイの画面に表示される複合現実映像を示す図である。 管理者が行う再締固め指示手順を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態に係るコンクリート締固め評価システム１を示す。このコンクリート締固め評価システム１は、コンクリート締固め評価方法を実施するためのシステムである。そして、このコンクリート締固め評価システム１は、コンクリート内に挿入されるバイブレータ２と、バイブレータ２とコンクリート打設領域Ｒ全体とを撮影するカメラ部３と、カメラ部３の撮影データを受信する管理コンピュータ４と、管理コンピュータ４のデータを加工して表示するヘッドマウントディスプレイ５と、を備えている。バイブレータ２は、作業者Ｗが把持して締固め作業を行うものである。管理コンピュータ４は、カメラ部３から撮影データを有線又は無線を介して受信する。ヘッドマウントディスプレイ５は、管理者Ｍに装着される。

コンクリート打設領域Ｒは、ミキサー車等によりコンクリートが打設された単位領域であって、バイブレータ２による締固めが行われる領域である。そしてこのコンクリート打設領域Ｒのコンクリート表面の四隅Ｐ１〜Ｐ４の３次元座標値が予め測量されている。この座標値はＰ１を原点（縦：０，横：０，高さ：０）とし、Ｐ２〜Ｐ４の座標値はＰ１か
らの距離に基づいて測量されている。なお、Ｐ１を原点とせず、工事が行われる領域の一点を原点とし、その点からＰ１〜Ｐ４の座標値を計測してもよい。即ち締固め作業は、コンクリートが打設された単位領域毎に行われるが、複数の単位領域にあるそれぞれのＰ１を原点とするのではなく、工事領域全体から１点を選び、そこから複数あるＰ１〜Ｐ４の座標値を測量してもよい。

バイブレータ２は、図２に示すように、円筒状の振動部２１と、振動部２１の基端に接続され、不図示の電源から振動部２１に電力を供給するケーブル２２とを備えている。この振動部２１には、管理コンピュータ４で計測を容易にするために、３つの認識体ｉ１〜ｉ３が軸方向に沿って配置されている。これら認識体ｉ１〜ｉ３は、振動部２１に巻きつけられた互いに異なる色（赤・黄・青）のテープで構成されており、巻きつけた後、認識体ｉ１から認識体ｉ２までの長さＨ１、認識体ｉ２から認識体ｉ３までの長さＨ２、認識体ｉ３からバイブレータ２の先端Ｆまでの長さＨ３が予め計測されている。認識体ｉ１〜ｉ３は、３色のテープではなく、１色のテープ（例えば黄色）で構成されていてもよい。

図１に示すカメラ部３は、ビデオカメラやＩＰカメラ等の動画等、連続して撮影可能な単一のカメラで構成されており、打設領域Ｒの四隅Ｐ１〜Ｐ４と、バイブレータ２の振動部２１が映る位置に配置され、所定のフレームレートで撮影した映像を管理コンピュータ４に送信している。ヘッドマウントディスプレイ５は、例えば、マイクロソフト社製hololens（登録商標）を使用しており、現実世界の映像に３Ｄ画像を合成して得られる複合現実映像を見ることが可能となっている。

図３は、コンクリート締固め評価システム１における管理コンピュータ４を示す。この管理コンピュータ４は、ＣＰＵ，ＧＰＵ，メモリ，ＨＤＤ等の不図示のハードウェアとともに、座標取得部６と締固め品質ＭＡＰ作成部７と、を備えている。これら座標取得部６と締固め品質ＭＡＰ作成部７は、管理コンピュータ４のハードウェアにインストールされたソフトウェア（演算プログラム）により実現される。また、管理コンピュータ４は、管理コンピュータ４の外部にあるＬＣＤ４１，カメラ部３と接続されている。

管理コンピュータ４から送信されるデータは、ＷｉＦｉ等の無線通信技術を利用してクラウド４２上に格納される。そして、ヘッドマウントディスプレイ５は、ＷｉＦｉ等の無線通信技術を利用してクラウド４２から管理コンピュータ４のデータを受信している。

座標取得部６は、カメラ部３から受信した撮影データからバイブレータ２の３次元座標値を取得するものであって、撮影データの画像の中からバイブレータ２を検出する物体検出部６１と、検出されたバイブレータ２の画像上の２次元座標値から３次元座標を計測する画像解析部６２とで構成されている。

物体検出部６１は、予め様々な場所や角度で認識体ｉ１〜ｉ３を大量に撮影しておき、カメラ部３の撮影データから認識体ｉ１〜ｉ３を検出できるようディープラーニングで学習させた学習済モデルを備えている。そして、この物体検出部６１は、カメラ部３から受信する動画のフレーム画像が入力されると、認識体ｉ１〜ｉ３の存在とその位置を予測して認識体ｉ１〜ｉ３を検出している。

＜バイブレータの３次元座標について＞
図４（ａ）は、ＬＣＤ４１に表示される認識体ｉ１〜ｉ３の三次元座標値が表れた画像である。物体検出部６１は、認識体ｉ１〜ｉ３を検出すると、認識体ｉ１〜ｉ３をそれぞれ囲むバウンディングボックスＢＢ１，ＢＢ２，ＢＢ３の中心の２次元座標値（画像左上を規準とした座標値）とそれぞれの縦幅、横幅を出力する。図４（ａ）の画像右下には、バウンディングボックスＢＢ１，ＢＢ２，ＢＢ３の２次元座標値がそれぞれ表示されてい
る。

画像解析部６２は、例えば、株式会社アイティーティー社製「ＰｈｏｔｏＣａｌｃ シングルビュー３Ｄビデオシステム」を使用し、バウンディングボックスＢＢ１，ＢＢ２，ＢＢ３の中心の２次元座標値を認識体ｉ１〜ｉ３の位置として、特許第5158386号に示すように、認識体ｉ１〜ｉ３間の長さＨ１，Ｈ２とバウンディングボックスＢＢ１，ＢＢ２，ＢＢ３の中心の２次元座標値から、カメラ部３中心位置を原点とした認識体ｉ１〜ｉ３の３次元座標値を計算している。そして、カメラ座標系からコンクリート打設領域ＲのＰ１を原点とした座標系へと座標変換を行い、認識体ｉ１〜ｉ３のＰ１座標系の３次元座標値を取得している。図４（ａ）の画像左上には、動画のフレーム番号、撮影時間とともに、認識体ｉ１〜ｉ３のＰ１座標系の３次元座標値が表示されており、認識体ｉ１の座標値をｘ１，ｙ１，ｚ１、認識体ｉ２の座標をｘ２，ｙ２，ｚ２、認識体ｉ３の座標をｘ３，ｙ３，ｚ３として表示している。

認識体ｉ１〜ｉ３のＰ１座標系の３次元座標値を取得すると、ＬＣＤ４１に表示するとともに、その座標値をＣＳＶファイルとしてＨＤＤに出力している。このＣＳＶファイルには、出力時の時刻と認識体ｉ１〜ｉ３の３次元座標値が含まれている。

＜締固め箇所及び締固め時間の計測、コンクリート品質の評価について＞
締固め品質ＭＡＰ作成部７は、座標取得部６より出力されたＣＳＶファイルを読み込み、
ＣＳＶファイル内の認識体ｉ１〜ｉ３の３次元座標値から、各種計測を行い、この計測値から締固め箇所のコンクリート品質の評価を行っている。

この締固め品質ＭＡＰ作成部７は、バイブレータ２による締固め箇所を特定する特定部７１と、バイブレータ２の挿入深さが所定値以上であるかを繰り返し判定する判定部７２と、締固め時間を算出するタイマ部７３と、締固め時間に基づいて締固め箇所のコンクリート品質を評価する評価部７４とを備える。

特定部７１は、図４（ｂ）に示した、認識体ｉ１と認識体ｉ３の２つの３次元座標値と、認識体ｉ１〜ｉ３間の長さＨ１，Ｈ２及び認識体ｉ３からバイブレータ２の先端Ｆまでの長さＨ３を基に外分して、バイブレータ２の先端Ｆの座標値（ｘ４，ｙ４，ｚ４）を求めている。この求められたバイブレータ２の先端Ｆの座標値（ｘ４，ｙ４，ｚ４）のうち、水平方向の２次元座標値（ｘ４，ｙ４）をバイブレータ２による締固め箇所として特定している。

判定部７２は、コンクリート表面Ｓｕの四隅Ｐ１〜Ｐ４の３次元座標値から求められるコンクリート表面Ｓｕの平面方程式と、認識体ｉ１と認識体ｉ３の３次元座標値から求められるバイブレータ２の軸方向の直線方程式とを用いて、直線と平面の交点Ｕの座標値（ｘ５，ｙ５，ｚ５）を求めている。そして、バイブレータ２の先端Ｆの座標値と交点Ｕの座標値から、バイブレータ２のコンクリート内挿入深さＨ４を求めている。このコンクリート内挿入深さＨ４が求められると、判定部７２は、コンクリート内挿入深さＨ４が所定の深さ以上バイブレータ２が挿入されているか判定する。

タイマ部７３は、繰り返し判定する判定部７２の判定結果に基づき、バイブレータ２が所定の深さ以上挿入されていると判定部７２で判定されている期間を算出することで締固め時間を求めている。具体的には、バイブレータ２が所定の深さ以上挿入されていると判定されると、１秒加算し、所定の深さ以上挿入されていると繰り返し判定されている間、１秒加算を繰り返す。バイブレータ２が所定の深さ未満と判定されると、加算を終えて、加算された時間を締固め時間するものである。

評価部７４は、締固め時間に基づいて締固め箇所のコンクリート品質を評価し、評価が完了すると、図５に示すような、締固め箇所のコンクリート品質を可視化した締固め品質ＭＡＰ８を作成する。図５は、作成された締固め品質ＭＡＰ８の例を示している。図５において、締固め箇所は、格子状に区分けされたＭＡＰの対応位置に黒点Ｋで表示されており、コンクリート品質は、締固め時間に基づいて、その黒点Ｋを中心とした所定の直径Ｄ１〜Ｄ３の円Ｃ１〜Ｃ３を所定の色で描いて表示されている。

本実施形態では、バイブレータ２を検出するのではなく、バイブレータ２にセットした認識体ｉ１〜ｉ３を検出しているので、工事現場ごとに異なる形状のバイブレータを使用する場合にも、容易に適用することができる。なぜならば、バイブレータの異なる形状毎に、ディープラーニングでその形状を学習させる必要が無いからである。

上記本実施形態とは異なり、時間とコストが大幅に掛かるが、様々な形状のバイブレータを学習させておいて、バイブレータ自体を検出してもよい。バイブレータ自体を検出する場合において、バイブレータ２の先端Ｆの座標値を求めて、締固め箇所と締固め時間を計測するには、認識体ｉ１〜ｉ３を使用する方法と、認識体ｉ１〜ｉ３を使用しない方法がある。

認識体ｉ１〜ｉ３を使用する方法は、例えば、バイブレータ２の振動部２１の形状をディープラーニングで学習させ、振動部２１を認識可能な学習済モデルを作成する。この学習済モデルを使用した物体検出部６１によって、振動部２１がバウンディングボックスに囲まれることとなる。

そして、バウンディングボックスで囲まれる範囲内にある認識体ｉ１〜ｉ３の色がある箇所を、認識体ｉ１〜ｉ３の存在する場所として、画像解析部６２は、認識体ｉ１〜ｉ３の存在する場所の画面上の２次元座標値を求め、その２次元座標値を３次元座標値に変換して、締固め箇所と締固め時間を計測するというものである。

認識体ｉ１〜ｉ３を使用しない方法は、例えば、バイブレータ２の振動部２１を検出し、バイブレータ２は、通常、鉛直方向下側に向かって挿入されるので、画像解析部６２は、バイブレータ２の傾きは誤差として無視し、バウンディングボックスの中心位置座標値と縦幅・横幅からバウンディングボックスの左上、上中央、右上の２次元座標値を取得する。バイブレータ２の直径の長さは予め判明しているので、この直径の長さと、バウンディングボックスの座標値をバイブレータ２の基端左隅、基端中央、基端右隅の座標値としてＰ１座標系の３次元座標値に変換する。バウンディングボックスの中心位置座標値もＰ１座標系の３次元座標値に変換しておく。続いて、特定部７１で、中心位置と基端中央の座標値から振動部２１の軸方向を向く直線の方程式を求め、この直線の方程式と、基端中央の座標値と、予め計測されている振動部２１の基端から先端までの長さから振動部２１の先端Ｆの座標値（ｘ４，ｙ４，ｚ４）を求める。その先端Ｆの座標値から締固め時間を計測するというものである。

＜本システムの処理動作＞
図６は、コンクリート締固め評価システム１で実行される締固め評価処理を示す。この締固め評価処理では、まず、座標取得部６によるコンクリート打設領域Ｒにあるバイブレータ２の座標値を取得する座標取得処理ＳＴ１が実行される。次に、締固め品質ＭＡＰ作成部７による締固め品質ＭＡＰ作成処理ＳＴ２が実行される。この締固め品質ＭＡＰ作成処理ＳＴ２では、座標取得処理ＳＴ１で取得された座標値を基にバイブレータ２の締固め箇所と締固め時間が計測され、その計測結果を基に、締固め箇所のコンクリート品質を評価した締固め品質ＭＡＰ８が作成される。

締固め作業が終了すると、現実空間に締固め品質ＭＡＰ８の投影画像を合成した複合現実映像作成処理ＳＴ３が実行される。複合現実映像作成処理ＳＴ３で作成された複合現実映像を見ることにより再締固めが必要な箇所に、管理者Ｍは、再締固めを作業者Ｗに指示することとなる。

＜３次元座標取得処理＞
図７は、バイブレータ２の３次元座標値を取得する座標取得処理ＳＴ１を示す。座標取得処理ＳＴ１では、まず打設領域Ｒのコンクリート表面の四隅Ｐ１〜Ｐ４の３次元座標値がＰ１を原点（０，０，０）として測量される（ＳＴ１１）。そして、このＰ１〜Ｐ４の３次元座標値を座標取得部６に入力し、カメラ座標系とＰ１座標系の座標変換式を求めている（ＳＴ１２）。続いて認識体ｉ１〜ｉ３をバイブレータ２にセットし（ＳＴ１３）、認識体ｉ１〜ｉ３間の長さＨ１，Ｈ２及び認識体ｉ３からバイブレータ２の先端Ｆまでの長さＨ３を測量し（ＳＴ１４）、これら長さＨ１〜Ｈ３の測量値を座標取得部６に入力する（ＳＴ１５）。その後、カメラ部３の撮影がスタートし、作業者Ｗによるコンクリート締固めが開始される（ＳＴ１６）。

管理コンピュータ４にカメラ部３から、バイブレータ２とコンクリート打設領域Ｒ全体の映像が受信されると、物体検出部６１は、動画の各フレーム画像から認識体ｉ１〜ｉ３を検出する。そして、その検出された認識体ｉ１〜ｉ３を囲むバウンディングボックスＢＢ１〜ＢＢ３の画像上の２次元座標値を出力する（ＳＴ１７）。

画像解析部６２は、物体検出部６１から出力されるバウンディングボックスＢＢ１〜ＢＢ３の２次元座標値を認識体ｉ１〜ｉ３の２次元座標値として用い、認識体ｉ１〜ｉ３の３次元座標値を取得し、その３次元座標値をＣＳＶファイルとして出力する（ＳＴ１８）。

具体的には、認識体ｉ１〜ｉ３の２次元座標値からカメラ部３の座標系の３次元座標値を求め、カメラ部３の座標系の３次元座標値を、Ｐ１を原点とした座標系の座標値へと座標変換を行う。上記処理によって画像解析部６２は、認識体ｉ１〜ｉ３の３次元座標値を取得し、その３次元座標値をｎ秒間隔（例えば１秒間隔）でＣＳＶファイルとしてＨＤＤに出力する。なお、このＣＳＶファイルには、出力時の時刻と認識体ｉ１〜ｉ３の３次元座標値が含まれている。

ＳＴ１７，ＳＴ１８の処理の処理が完了すると、締固め作業が終了しているか判定し（ＳＴ１９）、締固め作業が終了していない場合は、ＳＴ１７〜ＳＴ１９の処理を繰り返す。作業員Ｗの締固め作業が終了すると、座標取得処理ＳＴ１を終える。

なお、ＳＴ１８の処理では、ｎ秒間隔の合間で認識体ｉ１〜ｉ３の３次元座標値を取得したときは、ＣＳＶファイルを出力せず、ＳＴ１９の処理へと移行してもよい。さらに、ｎ秒間隔でＣＳＶファイルを出力しているが、間隔を設けず、認識体ｉ１〜ｉ３の３次元座標値を取得すると即座にＣＳＶファイルを出力してもよい。

＜締固め品質ＭＡＰ作成処理＞
図８は、締固め品質ＭＡＰ作成処理ＳＴ２を示す。締固め品質ＭＡＰ作成処理ＳＴ２では、まず、締固め品質ＭＡＰ作成部７に各種パラメータが入力される（ＳＴ２１）。このパラメータ入力処理ＳＴ２１では、打設領域Ｒの範囲を締固め品質ＭＡＰ８に割り当てるためのコンクリート表面の四隅Ｐ１〜Ｐ４の３次元座標値と、品質評価用の時間Ｔ１〜Ｔ３にＴ１＝３秒、Ｔ２＝６秒、Ｔ３＝１０秒の値と、締固め品質ＭＡＰ８で描かれる円Ｃ１〜Ｃ３の直径Ｄ１〜Ｄ３に、Ｄ１＝１０ｃｍ、Ｄ２＝２０ｃｍ、Ｄ３＝３０ｃｍと、図
８（ｂ）に示す挿入判定用深さＨａと、が入力される。

品質評価用の時間Ｔ１〜Ｔ３は、バイブレータ２による締固め時間Ｔを評価するための時間であって、これらＴ１〜Ｔ３とバイブレータ２の締固め時間Ｔを比較することによって、コンクリート品質を評価することとなる。Ｄ１〜Ｄ３は締固め時間に対応してコンクリート内の空隙が埋まる範囲を示す円の直径である。品質評価用の時間Ｔ１〜Ｔ３及び円Ｃ１〜Ｃ３の直径Ｄ１〜Ｄ３は、この数値に限定されず、打設されるコンクリートの性状に基づいて、適宜決定してよい。

挿入判定用深さＨａは、図８（ｂ）に示すように、コンクリートに挿入されたバイブレータ２の先端Ｆからコンクリート表面Ｓｕまでの深さであって、バイブレータ２による十分な締固めが行われるのに必要な深さである。

続いて、作業員Ｗによる締固め作業が開始されると、まず締固め品質ＭＡＰ作成部７は、締固め時間Ｔに０（秒）を代入し（ＳＴ２２）、管理コンピュータ４のＨＤＤに保存された最新のＣＳＶファイルを読み込む（ＳＴ２３）。このＣＳＶファイルの認識体ｉ１〜ｉ３の３次元座標値と、コンクリート表面の四隅Ｐ１〜Ｐ４の座標値から、特定部７１は、バイブレータ２の先端Ｆの３次元座標値（ｘ４，ｙ４，ｚ４）を計算する。そして得られたバイブレータ２の先端Ｆの３次元座標値（ｘ４，ｙ４，ｚ４）のうち、高さ方向の座標値（ｚ４）を除く水平方向の２次元座標値（ｘ４，ｙ４）を締固め箇所として特定する（ＳＴ２４）。

次に、判定部７２は、バイブレータ２の挿入深さＨ４を計算し（ＳＴ２５）、バイブレータ２の挿入深さＨ４が挿入判定用深さＨａ以上長いか判定する（ＳＴ２６）。バイブレータ２の挿入深さＨ４がＨａ以上長い場合は、十分な締固めが行われる深さ以上バイブレータ２が挿入されていることとなる。そして、バイブレータ２の挿入深さＨ４がＨａ以上長い場合は、タイマ部７３により締固め時間Ｔに１（秒）をインクリメントされ（ＳＴ２７）、１秒間待機後、ＳＴ２３の処理に戻る。ＳＴ２６でバイブレータ２の挿入深さＨ４がＨａより短いと判定されると、バイブレータ２が挿入されていない、又は締固め作業が完了しバイブレータを引き上げたとして、締固め品質ＭＡＰ出力処理（ＳＴ２８）に移行する。

タイマ部７３は、１秒ずつインクリメントすることで締固め時間Ｔを求めているが、インクリメントを行わず、ＣＳＶファイルに記録された時刻を基に締固め時間Ｔを求めてもよい。この場合、タイマ部７３は、ＳＴ２３の処理でコンクリート内への挿入が開始されたときのＣＳＶファイルの時刻を保存しておく。そして、ＳＴ２６の処理とＳＴ２８の処理との間で、最新のＣＳＶファイルに記録された時刻から保存した挿入開始時の時刻を減算して、締固め時間Ｔを求めることとなる。

評価部７４で行われる締固め品質ＭＡＰ出力処理（ＳＴ２８）では、図８（ｃ）に示すように、まずタイマ部７３で求められた締固め時間Ｔが品質評価用の時間Ｔ１より長いか判定され（ＳＴ２８１）、短い場合は、締固めが行われていないとして締固め品質ＭＡＰ出力処理を終了する。締固め時間Ｔが品質評価用の時間Ｔ１より長い場合は、品質評価用の時間Ｔ２より長いか判定され（ＳＴ２８２）、品質評価用の時間Ｔ２より長い場合は、品質評価用の時間Ｔ３より長いか判定される（ＳＴ２８３）。ＳＴ２８２の処理で品質評価用の時間Ｔ２以下と判定された場合は、評価部７４は、コンクリート品質が不十分と評価して、直径Ｄ１（１０ｃｍ）赤色で着色の指示がされ（ＳＴ２８４）、ＳＴ２８３の処理で品質評価用の時間Ｔ３以下と判定された場合は、評価部７４は、コンクリート品質が普通であると評価して、直径Ｄ２（２０ｃｍ）黄色で着色の指示がされ（ＳＴ２８５）、ＳＴ２８３の処理で品質評価用の時間Ｔ３より長いと判定された場合は、評価部７４は、
コンクリート品質が良好であると評価して、直径Ｄ３（３０ｃｍ）緑色で着色の指示がされる（ＳＴ２８６）。

続いて、評価部７４は、特定部７１で特定した締固め箇所の２次元座標値（ｘ４，ｙ４）と、ＳＴ２８４〜２８６の評価処理で得られた直径Ｄ１〜Ｄ３及びコンクリート品質を示す色（赤，黄，緑）を、打設領域Ｒが割り当てられた締固め品質ＭＡＰ８の対応する座標位置に入力し、締固め品質ＭＡＰ８を作成する（ＳＴ２８７）。

ＳＴ２８７の処理が完了すると、図８（ａ）に示す、締固め作業が終了しているか判定し（ＳＴ２９）、締固め作業が終了していない場合は、ＳＴ２２の処理へ戻り、ＳＴ２２〜ＳＴ２９の処理を繰り返す。作業員Ｗの締固め作業が終了すると、締固め品質ＭＡＰ作成処理を終える。

締固め品質ＭＡＰ作成処理が完了したときの締固め品質ＭＡＰ８について、再び図５を用いて説明する。この図に示すように、締固め品質ＭＡＰ８は、コンクリート品質が良好な箇所を径大の緑色円Ｃ３で、不十分な箇所を径小の赤色円Ｃ１で、品質が普通な箇所を中間の長さの径の黄色円Ｃ２で表示している。図はグレースケール画像であるため、コンクリート品質が良好な箇所は濃い灰色となり、不十分な箇所は薄い灰色となり、品質が普通な箇所は中間の灰色となっている。黒点Ｋは、締固め箇所を示しており、この黒点Ｋを中心として円が描かれている。なお、図５では理解を容易とするため、コンクリート表面の四隅Ｐ１〜Ｐ４も描いている。締固め品質ＭＡＰ８では、締固め時間Ｔに従って円の直径と色を変えているが、同色で円の大きさのみ異なる場合や、直径を同一にして円の色のみを変えてもよい。

上記のように、締固め時間Ｔの長短に基づいて、締固め箇所毎のコンクリート品質を評価した締固め品質ＭＡＰ８が作成されるので、コンクリート品質が良好な箇所、普通の箇所、不十分な箇所や、締固めされていない箇所が、締固め品質ＭＡＰ８を一見しただけで理解することができる。そして、この締固め品質ＭＡＰ８を見ながら、不十分な箇所や、締固めされていない箇所に締固め作業を行うことで、コンクリート打設領域Ｒ全体のコンクリート品質を良好にできる。

締固め品質ＭＡＰ８を見ながら、不十分な箇所や、締固めされていない箇所に締固め作業を行う他に、締固め品質ＭＡＰ８を投影画像へと変換して、現実空間に締固め品質ＭＡＰ８の投影画像を合成した複合現実映像をヘッドマウントディスプレイ５で見ながら、締固め作業を行うこともできる。

＜複合現実映像作成処理＞
図９は、ヘッドマウントディスプレイ５を使用した、複合現実映像作成処理ＳＴ３を示す。複合現実映像作成処理ＳＴ３では、例えば、株式会社インフォマティクス社のシステムを使用し、特許第6438995号に示すように、ヘッドマウントディスプレイ５に、コンクリート表面の四隅Ｐ１〜Ｐ４の座標値を入力する。また、ヘッドマウントディスプレイ５に周囲の現実空間をスキャンさせ空間形状を認識させる（ＳＴ３１）。

次に、予め管理コンピュータ４の通信モジュールを用いてクラウド上に格納された締固め品質ＭＡＰ８を、ヘッドマウントディスプレイ５にダウンロードさせ読み込む（ＳＴ３２）。読み込んだ締固め品質ＭＡＰ８から、締固め箇所の２次元座標値（ｘ４，ｙ４）とその座標値における色データを取り出し、投影画像を作成する（ＳＴ３３）。この投影画像は、コンクリート表面Ｓｕに対し画像を投影することとなるので、締固め箇所の高さ方向の座標値はｚ４＝０としている。また、破線を用い５０ｃｍ間隔でセルを作成し、締固め箇所が位置するセルに対し、色データに従い着色を行い、締固めが行われていない箇所
のセルは、黒色で着色を行っている。

そして、Ｐ１〜Ｐ４の座標値を用い、投影画像の縮尺を、ヘッドマウントディスプレイ５が認識した空間と等倍になるようにスケーリングを行い（ＳＴ３４）、投影画像を現実空間にマッピングし（ＳＴ３５）、現実世界の映像に投影画像を合成した複合現実映像をヘッドマウントディスプレイ５を装着した管理者Ｍに見せる。

図１０は、ヘッドマウントディスプレイ５に表示される複合現実映像９を示す。複合現実映像９は、コンクリート打設領域Ｒを５０ｃｍ間隔毎にグリッド線を破線で描くことで作成されたセルＳ_１１〜Ｓ_ｉｊをコンクリート品質に対応して緑、黄、赤、黒色Ｇ１〜Ｇ４で色分けして表示している。図はグレースケール画像であるため、コンクリート品質が良好な緑色Ｇ１のセルは薄い灰色となり、品質が不十分な赤色Ｇ３のセルは濃い灰色となり、品質が普通な黄色Ｇ２のセルは中間の灰色となり、締固めが行われていない黒色Ｇ４のセルは、そのまま黒色で表している。なお、図１０では理解を容易とするため、コンクリート表面の四隅Ｐ１〜Ｐ４も描いている。

＜再締固め指示手順＞
図１１は、ヘッドマウントディスプレイ５を装着した管理者Ｍが行う再締固め指示手順ＳＴ４を示す。まず、管理者Ｍは、上記図１０に示したようなヘッドマウントディスプレイ５に表示される複合現実映像９から、各セルＳ_１１〜Ｓ_ｉｊ毎に色判定を行う（ＳＴ４１）。ＳＴ４１の色判定で、例えば、セルＳ_５２、Ｓ_３３等、黒色Ｇ４及び赤色Ｇ３で着色されたセルが存在した場合、そのセルの場所と、これから行う締固め時間を、声で作業者Ｗに知らせ、バイブレータによる再締固めを指示する（ＳＴ４２）。再締固めの指示が行われると、作業者Ｗによって再度、バイブレータ２による締固め作業が開始され、管理コンピュータ４によるＳＴ１〜ＳＴ２の処理と、ヘッドマウントディスプレイ５によるＳＴ３の処理が実行される。

次に、ＳＴ４１の色判定で、セルＳ₁₁、Ｓ_6３等の緑色Ｇ１又は黄色Ｇ２で着色されたセルであった場合、全てのセルＳ_１１〜Ｓ_ｉｊの色判定が完了したか管理者Ｍは判定し（ＳＴ４３）、完了していない場合は、ＳＴ４１の色判定に戻り次のセルの色判定を行う。全てのセルの色判定が完了すると、再締固め指示手順ＳＴ４を終了する。

管理者Ｍの作業者Ｗへの再締固め指示は、黒色Ｇ４及び赤色Ｇ３のセルに対し行っているが、黄色Ｇ２のセルに対しても再締固め指示を行ってもよい。この場合、全てのセルが緑色Ｇ１となり、コンクリート打設領域Ｒ全域のコンクリート品質が良好となる。また、セル毎に再締固め指示を行っているが、複数のセルに対してまとめて再締固め指示を行ってもよい。

なお、管理者Ｍがヘッドマウントディスプレイ５を装着するので、作業者Ｗは、センサ類を作業服やヘルメットに付けたり、ヘッドマウントディスプレイ５を装着する必要がなく、負担が少なくなり、締固め作業に集中できることとなる。なお、管理者Ｍではなく作業者Ｗがヘッドマウントディスプレイ５を装着してもよい。この場合、管理者Ｍの指示を待つことなく締固め作業を行うことができるので、迅速に作業を行うことができる。

本実施形態のコンクリート締固め評価システムによれば、カメラ部３に映るバイブレータ２を検出して、その位置座標を取得するだけで、締固め箇所と締固め時間を計測することが可能であるので、複数のセンサ類は必要なく、簡易な構成で締固め箇所と締固め時間を数値化することが可能である。また、カメラ部３を現場に設置するのみで、バイブレータ２の締固め箇所と締固め時間を計測することが可能であるので、容易に様々な現場で使用することができる。更に、単一のカメラ部の撮影データのみで、バイブレータ２の３次
元座標値を取得できるので、複数台のカメラ部を必要とせず、カメラ部を設置する場所が限定された現場であっても、締固め箇所と締固め時間を計測することが可能である。

また、図５に示したようなコンクリート締固め状況が可視化された締固め品質ＭＡＰが作成されるので、この締固め品質ＭＡＰを属性情報としてＣＩＭモデルに付与し、将来のコンクリート維持管理業務に役立たせることができる。

１ コンクリート締固め評価システム
２ バイブレータ
２１ 振動部
２２ ケーブル
３ カメラ部
４ 管理コンピュータ
４１ ＬＣＤ
４２ クラウド
５ ヘッドマウントディスプレイ
６ 座標取得部
６１ 物体検出部
６２ 画像解析部
７ 締固め品質ＭＡＰ作成部
７１ 特定部
７２ 判定部
７３ タイマ部
７４ 評価部
８ 締固め品質ＭＡＰ
９ 複合現実映像
ＢＢ１〜ＢＢ３ バウンディングボックス
Ｃ１〜Ｃ３ 円
Ｄ１〜Ｄ３ 直径
Ｆ バイブレータの先端
Ｇ１〜Ｇ４ セルの色
Ｈ１，Ｈ２ 認識体間の長さ
Ｈ３ 認識体からバイブレータ先端までの長さ
Ｈ４ コンクリート内挿入深さ
Ｈａ 挿入判定用深さ
ｉ１〜ｉ３ 認識体
Ｋ 黒点
Ｍ 管理者
Ｐ１〜Ｐ４ コンクリート表面の四隅
Ｒ コンクリート打設領域
Ｓ_１１〜Ｓ_ｉｊ セル
Ｓｕ コンクリート表面
Ｔ 締固め時間
Ｔ１〜Ｔ３ 品質評価用の時間
Ｕ 交点
Ｗ 作業員
ｘ１，ｙ１，ｚ１ ｉ１の座標値
ｘ２，ｙ２，ｚ２ ｉ２の座標値
ｘ３，ｙ３，ｚ３ ｉ３の座標値
ｘ４，ｙ４，ｚ４ バイブレータの先端の座標値
ｘ５，ｙ５，ｚ５ 交点の座標値

Claims (4)

1. バイブレータと締固めが行われるコンクリート打設領域とを連続して撮影するカメラ部と、
   前記カメラ部から送信される撮影データから、前記バイブレータの３次元座標値を繰り返し取得する座標取得部と、
   前記座標取得部により取得した座標値に基づいて、前記バイブレータによる締固め箇所を特定する特定部と、
   前記座標取得部により取得した座標値に基づいて、前記バイブレータがコンクリート内に所定の深さ以上挿入されているか繰り返し判定する判定部と、
   繰り返し判定する前記判定部の判定結果に基づき、前記バイブレータが所定の深さ以上挿入されていると判定される期間を算出することで、締固め時間を求めるタイマ部と、
   前記特定部で特定された締固め箇所と、前記タイマ部により算出された締固め時間を基に締固め箇所のコンクリート品質を評価する評価部と、
   を備え、
   前記バイブレータには認識体が装着され、
   前記座標取得部は、撮像データの画像の中から前記認識体を検出する物体検出部と、検出された前記認識体の２次元座標値から３次元座標値を計測する画像解析部とを備え、
   前記画像解析部は、前記認識体の２次元座標値からカメラ部の座標系の３次元座標値を求め、前記カメラ部の座標系の３次元座標値を前記コンクリート打設領域の一隅を原点とした座標系の座標値に座標変換することを特徴とするコンクリート締固め評価システム。
2. 前記評価部は、予め設定された締固め時間に対する、前記タイマ部により算出された締固め時間の長短に基づいて、締固め箇所毎に色分けして表示する締固め品質ＭＡＰを出力することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート締固め評価システム。
3. 前記締固め時間が短いと着色された前記締固め箇所に対し再締固めを指示するため、現実のコンクリート打設領域の画像に、前記締固め品質ＭＡＰ作成部の締固め品質ＭＡＰを合成して複合現実映像として表示するヘッドマウントディスプレイを更に備えることを特徴とする請求項２に記載のコンクリート締固め評価システム。
4. カメラ部によりバイブレータと締固めが行われるコンクリート打設領域を連続して撮影する工程と、
   前記カメラ部から送信される撮影データから、前記バイブレータの３次元座標値を繰り返し取得する座標取得工程と、
   前記座標取得工程により取得した座標値に基づいて、前記バイブレータによる締固め箇所を特定する工程と、
   前記座標取得工程により取得した座標値に基づいて、前記バイブレータがコンクリート内に所定の深さ以上挿入されているかを繰り返し判定する判定工程と、
   繰り返し判定する前記判定工程の判定結果に基づき、前記バイブレータが所定の深さ以上挿入されていると判定される期間を算出することで、締固め時間を求める算出工程と、
   前記特定された締固め箇所と、前記求められた締固め時間を基に締固め箇所のコンクリート品質を評価する工程と、を備え、
   前記バイブレータには認識体が装着され、
   前記座標取得工程は、撮像データの画像の中から前記認識体を検出し、検出された前記認識体の２次元座標値から３次元座標値を計測し、この３次元座標値の計測においては、前記認識体の２次元座標値からカメラ部の座標系の３次元座標値を求め、前記カメラ部の座標系の３次元座標値を前記コンクリート打設領域の一隅を原点とした座標系の座標値に座標変換するコンクリート締固め評価方法。