JP7011528B2 - 切羽評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの切羽の状態を評価する切羽評価装置に関する。

山岳トンネルの施工に主に用いられるＮＡＴＭ工法では、発破工程、ズリ出し工程、一次コンクリート吹付工程、支保工建込工程及び二次コンクリート吹付工程を所定距離ごとに繰返すことにより、トンネルを軸方向に構築していく。支保工建込工程以後の工程では、トンネルの切羽近傍で作業者が作業することがある。切羽は剥落するおそれがあるので、切羽近傍での作業の安全性を高めるために、１次コンクリート吹付工程では、切羽にコンクリート材料を吹付けたりボルトを打ち込んだりして切羽を安定させている。この際、切羽の状態（具体的には、切羽が剥落しやすいかどうか）を評価し、評価結果に基づいて、コンクリート材料の吹付厚さやボルトの本数及び位置を決定している。

切羽の状態を評価する方法としては、デジタルカメラを用いて切羽を撮影して切羽画像を取得し、取得した切羽画像から画像処理によって亀裂を抽出して評価する方法が提案されている（特許文献１，２）。

特許文献１に開示された切羽評価方法では、亀裂として抽出された画素数を、画像処理により解析される領域全体の画素数で除することにより亀裂密度を算出し、算出された亀裂密度に基づいて、切羽の状態を評価している。

特許文献２に開示された切羽評価方法では、切羽画像を複数の領域に分割し、各領域において亀裂として抽出された画素を用いて、各領域における亀裂の延びる方向を１つ検出する。モニタには、検出された方向に延びる線分が亀裂として表示され、作業者は、モニタに表示された線分から亀裂を把握し、切羽の状態を評価する。

特開２００１－２０６６２号公報 特開２０１８－４３８９号公報

特許文献１に開示の方法では、亀裂密度に基づいて切羽の状態が評価される。亀裂密度は、亀裂として抽出された画素数に依存するだけであり、亀裂の形状に関わらず算出される。そのため、切羽の状態を正確に評価することができないおそれがある。

また、特許文献２に開示の方法では、各領域における代表的な亀裂に基づいて切羽の状態が評価される。つまり、代表的な亀裂以外の亀裂の影響を除外して切羽の状態が評価される。そのため、切羽の状態を正確に評価することができないおそれがある。

本発明は、トンネルの切羽の状態をより正確に評価することを目的とする。

本発明は、トンネルにおける切羽の状態を評価する切羽評価装置であって、切羽を撮影して取得された画像をメッシュ状に複数の領域に分割する画像分割部と、複数の領域から、亀裂が交差する亀裂交差領域を画像処理によって抽出する亀裂交差領域抽出部と、抽出された亀裂交差領域に基づいて、切羽の状態を評価する評価部と、を備え、亀裂交差領域抽出部は、複数の領域ごとに、亀裂が延びる方向を亀裂方向として複数検出する亀裂方向検出部と、検出された複数の亀裂方向に基づいて、複数の領域の各々における亀裂の類型を選択する亀裂類型選択部と、を備え、亀裂類型選択部は、複数の領域の１つを基準領域として選択し、複数の領域のうち基準領域の周囲に位置する領域を周囲領域として選択し、基準領域及び周囲領域における複数の亀裂方向に基づいて、基準領域における亀裂の類型を選択する。

また、本発明は、トンネルにおける切羽の状態を評価する切羽評価装置であって、切羽を撮影して取得された画像をメッシュ状に複数の領域に分割する画像分割部と、複数の領域から、亀裂が交差する亀裂交差領域を画像処理によって抽出する亀裂交差領域抽出部と、抽出された亀裂交差領域に基づいて、切羽の状態を評価する評価部と、複数の領域の画像情報から、亀裂が生じている部分を示す亀裂画素を画像処理によって抽出する亀裂画素抽出部と、を備え、亀裂交差領域抽出部は、複数の領域ごとに、亀裂が延びる方向を亀裂方向として複数検出する亀裂方向検出部と、検出された複数の亀裂方向に基づいて、複数の領域の各々における亀裂の類型を選択する亀裂類型選択部と、を備え、亀裂方向検出部は、予め定められた複数の方向ごとに、領域において亀裂画素が連続して並ぶ連続度合を算出し、予め定められた複数の方向から、算出された連続度合が最も大きい方向を第１亀裂方向として検出すると共に、算出された度合が２番目に大きい亀裂方向を第２亀裂方向として検出する。

本発明によれば、トンネルの切羽の状態をより正確に評価することができる。

本発明の実施形態に係る切羽評価装置の概略図である。 図１に示す切羽評価装置のブロック図である。 切羽画像の例を示す図である。 亀裂交差領域抽出部の詳細を示すブロック図である。 切羽画像の例を模式的に示す拡大図である。 亀裂方向検出部によって行われる処理を説明するためのフローチャートである。 亀裂方向検出部により検出された第１及び第２亀裂方向を線分で示した図である。 亀裂類型選択部によって行われる処理（ステップＳ８０１～Ｓ８０７）を説明するためのフローチャートである。 亀裂類型選択部によって行われる処理（ステップＳ９０１～Ｓ９０５）を説明するためのフローチャートである。 図８に示すステップＳ８０２において設定される周囲領域を説明するための図である。 （ａ）は、亀裂交差判定部による判定結果の例を示す図であり、（ｂ）は、密度算出領域を抽出した図である。 風化度合算出部による算出結果の例を示す図である。 評価部の詳細を示すブロック図である。 亀裂交差密度算出部によって行われる処理を説明するためのフローチャートである。 亀裂交差密度算出部による算出結果の例を示す図である。 切羽の亀裂性状と、亀裂交差密度を用いて算出される指標と、を関連付けるテーブルである。 切羽の風化性状と、風化度合を用いて算出される指標と、を関連付けるテーブルである。 亀裂性状と風化性状と切羽の状態とを関連付けるテーブルである。 亀裂画素の連続度合を算出する処理を説明するためのフローチャートである。 連続率算出用領域の例を示す図である。 連続率算出用領域の例を示す図であり、４つに分割した状態を示す。 連続率算出用領域の例を示す図であり、９つに分割した状態を示す。 長さ比と横軸とし連続率を縦軸としたグラフの一例である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る切羽評価装置１００、切羽評価方法及びコンクリート材料吹付方法について説明する。

山岳トンネル等の施工に主に用いられるＮＡＴＭ工法では、発破工程、ズリ出し工程、一次コンクリート吹付工程、支保工建込工程及び二次コンクリート吹付工程を例えば１～３ｍごとに繰り返すことにより、トンネル１を軸方向に構築する。支保工建込工程以後の工程では、切羽２の近傍で作業者が作業することがある。切羽２は剥落するおそれがあるので、このような作業の安全性を高めるために、一次コンクリート吹付工程では、切羽２にコンクリート材料を吹付けたりボルトを打込んだりして切羽２を安定させる。

コンクリート材料を吹付けたりボルトを打ち込んだりする際には、切羽２の状態（具体的には、切羽２が剥落しやすいかどうか）を評価し、評価結果に基づいて、コンクリート材料の吹付厚さやボルトの本数等を設定している。コンクリート材料の吹付厚さやボルトの本数等を適切に決定するためには、切羽２の状態を正確に評価する必要がある。

切羽２の状態は、切羽２における亀裂の形状、特に互いに交差する亀裂の影響を受ける。そのため、互いに交差する亀裂に基づいて切羽２の状態を評価することが望ましい。

切羽評価装置１００及び切羽評価方法は、亀裂どうしが交差する亀裂交差領域を抽出し、亀裂交差領域に基づいて、切羽２の状態を評価する。したがって、トンネル１の切羽２の状態をより正確に評価することができる。

以下、切羽評価装置１００及び切羽評価方法を具体的に説明する。

切羽評価装置１００は、画像情報を解析する手段としてのコンピュータ２０で構成される。コンピュータ２０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵにより実行される制御プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＣＰＵの演算結果等を記憶するＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）と、を含む。

切羽２の状態を評価する際には、まず、作業者がズリ出し工程後に切羽２をデジタルカメラ１０を用いて撮影する。デジタルカメラ１０は有線又は無線でコンピュータ２０に接続され、撮影によって取得された切羽画像２Ｐ（図３参照）は、コンピュータ２０に送られる。

コンピュータ２０は、図２に示すように、切羽画像２Ｐ（図３参照）を取り込む画像取込部３０と、切羽画像２Ｐを複数の領域Ａ（図３参照）にメッシュ状に分割する画像分割部４０と、複数の領域Ａから亀裂交差領域を抽出する亀裂交差領域抽出部５０と、切羽画像２Ｐを用いて切羽２の風化度合を算出する風化度合算出部６０と、亀裂交差領域と風化度合とに基づいて切羽２の状態を評価する評価部７０と、を備える。

なお、画像取込部３０、画像分割部４０、亀裂交差領域抽出部５０、風化度合算出部６０、評価部７０は、切羽２の状態を評価するためのコンピュータ２０の機能を仮想的なユニットとしたものである。

画像取込部３０は、切羽画像２Ｐを画像データとして取り込む。画像分割部４０は、領域Ａ（図３参照）が複数の画素を含むように切羽画像２Ｐを分割する。なお、図３において、点線は、隣り合う領域Ａの境界（分割線）を示している。

図３では、領域Ａは正方形状であるが、正方形状に限られず、長方形であってもよいし、他の形状であってもよい。

画像分割部４０によって分割された切羽画像２Ｐは、亀裂交差領域抽出部５０における処理に用いられる。亀裂交差領域抽出部５０によって行われる亀裂交差領域抽出処理について、図４～図１３を参照して具体的に説明する。

図４に示すように、亀裂交差領域抽出部５０は、切羽画像２Ｐの画素から亀裂が生じている部分を示す画素（以下、「亀裂画素」と称する）を抽出する亀裂画素抽出部５１と、亀裂画素に基づいて、亀裂が延びる方向を亀裂方向として検出する亀裂方向検出部５２と、検出された亀裂方向に基づいて亀裂の類型を選択する亀裂類型選択部５３と、選択された亀裂の類型に基づいて、亀裂どうしが交差しているか否かを判定する亀裂交差判定部５４と、を有する。

亀裂画素抽出部５１は、まず、切羽画像２Ｐに二値化処理を施し、切羽画像２Ｐを白色と黒色との２階調に変換する。次に、白色画素を、亀裂画素として抽出し、黒色画素を、亀裂が生じていない部分を示す非亀裂画素として抽出する。

また、亀裂画素抽出部５１は、亀裂画素に基づいて、複数の領域Ａから、亀裂が形成されている領域（亀裂領域）を抽出する。具体的には、領域Ａが少なくとも１つの亀裂画素を含む場合には当該領域Ａを亀裂領域と判定し、領域Ａが亀裂画素を含まない（全ての画素が非亀裂画素である）場合には当該領域Ａを無亀裂領域と判定する。判定結果は不図示の記憶部に記憶される。

亀裂類型選択部５３は、亀裂領域であると判定された領域Ａに対して、亀裂の類型を、予め定められた複数の類型から選択する。切羽２における剥落の生じやすさは、亀裂の類型にも依存するため、亀裂の類型を選択することにより、トンネル１の切羽２の状態をより正確に評価することができる。予め定められた複数の類型を、図５を参照して説明する。

図５は、切羽画像２Ｐの拡大模式図であり、点線は、図３と同様に、隣り合う領域Ａの境界（分割線）を示している。説明の便宜上、図５に示す９個の領域Ａを、上段左、上段中央、上段右、中段左、・・・、下段右の順に、領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，・・・，Ａ９とする。図５に示す例では、領域Ａ１，Ａ３～Ａ９に亀裂が形成されており、領域Ａ２には亀裂が形成されていない。つまり、領域Ａ１，Ａ３～Ａ９が亀裂領域であり、領域Ａ２が無亀裂領域である。

領域Ａ４，Ａ７，Ａ９には、１つの亀裂が形成されている。領域Ａ８には、２つの亀裂が形成されているが、この２つの亀裂は互いに交差していない。つまり、領域Ａ４，Ａ７，Ａ８，Ａ９においては、亀裂は、他の亀裂と交差しない。このような亀裂の類型を、「非交差型」と定義する。

領域Ａ１には、端部どうしが重なるように互いに交差する２つの亀裂が形成されている。２つの亀裂は、これらの間の角度が鈍角となるように延びている。このような亀裂が切羽２に与える影響は、非交差型の亀裂と同等である。そのため、このような亀裂の類型も、「非交差型」と定義する。

領域Ａ６には、端部どうしが重なるように互いに交差する２つの亀裂が形成されている。２つの亀裂は、これらの間の角度が鋭角となるように延びている。このような亀裂の類型を、「鋭角交差型」と定義する。

領域Ａ５では、ある亀裂が別の亀裂から分岐するように延びている。このような亀裂の類型を、「分岐交差型」と定義する。

領域Ａ３では、２つの亀裂がＸ字状に互いに交差するように延びている。このような亀裂の類型を、「Ｘ字交差型」と定義する。

亀裂交差判定部５４（図４参照）は、領域Ａにおける亀裂の類型がＸ字交差型、分岐交差型及び鋭角交差型のいずれかである場合には、領域Ａにおいて亀裂どうしが交差していると判定し、領域Ａが亀裂交差領域であると判定する。領域Ａの各々が亀裂交差領域であるか否かを判定することによって、複数の領域Ａから亀裂交差領域を抽出することができる。

以下において、Ｘ字交差型、分岐交差型及び鋭角交差型を、単に「交差型」と称することもある。

図５からわかるように、亀裂の類型が交差型と非交差型とのいずれに該当するかは、領域Ａにおける２つの亀裂方向により定まる。そこで、亀裂類型選択部５３は、亀裂方向検出部５２により検出された２つの亀裂方向に基づいて、亀裂の類型を、交差型と非交差型とのいずれかから選択する。２つの亀裂方向は、亀裂方向検出部５２により検出される。亀裂方向検出部５２及び亀裂類型選択部５３によって行われる処理を、図６から図１０を参照して詳細に説明する。

亀裂方向検出部５２及び亀裂類型選択部５３によって行われる処理では、切羽画像２Ｐにおける方向は、水平方向を基準に反時計回り方向を正とした角度を用いて表される。つまり、０（零）度方向は水平方向を意味し、９０度方向は鉛直方向を意味する。０度より大きく９０度未満の方向は、水平方向に対して右上がりの方向を意味する。９０度よりも大きく１８０度未満の方向は、水平方向に対して右下がりの方向を意味する。

亀裂方向検出部５２は、図６に示すフローチャートのステップＳ６０１～Ｓ６０５を実行する。

ステップＳ６０１では、亀裂画素抽出部５１（図４参照）により亀裂領域と判定された領域Ａの１つを選択する。

ステップＳ６０２では、亀裂画素抽出部５１（図４参照）により抽出された亀裂画素を用いて、予め定められた複数の方向（角度）ごとに亀裂画素の連続度合を算出する。亀裂画素の連続度合は、亀裂画素が途切れることなく連続して並ぶ度合を意味し、連続度合が大きいほど、その方向に延びる亀裂がある可能性が高いことを示す。亀裂画素の連続度合は、例えば特許文献２に開示される方法により算出することができ、具体的な処理については後述する。

ステップＳ６０３では、算出された複数の連続度合から、最も大きい値と２番目に大きい値を第１及び第２連続度合として取得すると共に、第１及び第２連続度合が算出された方向（角度）を第１及び第２亀裂方向として取得する。第１及び第２連続度合と第１及び第２亀裂方向とは、不図示の記憶部に記憶される。

ステップＳ６０４では、亀裂領域と判定された全ての領域Ａに対してステップＳ６０２，Ｓ６０３を実行したか否かを判定する。全ての領域Ａに対してステップＳ６０２，Ｓ６０３を実行していないと判定した場合には、ステップＳ６０５に進む。ステップＳ６０５では、亀裂領域と判定された別の領域Ａを選択し、ステップＳ６０２に戻る。ステップＳ６０４にて、全ての領域Ａに対してステップＳ６０２，Ｓ６０３を実行したと判定した場合には、亀裂方向検出部５２による処理を終了する。

このように、第１及び第２亀裂方向は、予め定められた複数の方向から、算出された連続度合が最も大きい方向と２番目に大きい方向として検出される。そのため、領域Ａに亀裂が３つ以上形成されている場合において最も大きい亀裂と２番目に大きい亀裂の方向を検出することができる。

図７は、図５に示す切羽画像２Ｐに対して亀裂画素抽出部５１及び亀裂方向検出部５２による処理を実行し、亀裂方向検出部５２により検出された第１及び第２亀裂方向を線分で示した図である。図７において、細点線は、図５と同様に、隣り合う領域Ａの境界（分割線）を示している。

図７では、第１亀裂方向に基づく線分は、領域Ａの中心を通り第１亀裂方向（角度）分、水平方向（０度）に対して傾斜する実線で示されている。第２亀裂方向に基づく線分は、領域Ａの中心を通り第２亀裂方向（角度）分、水平方向（０度）に対して傾斜する太点線で示されている。実線及び太点線の長さは、第１及び第２連続度合に対応している。すなわち、実線及び太点線が長いほど、第１及び第２連続度合が大きいことを意味している。

図５と図７とを比較するとわかるように、第１及び第２亀裂方向は、領域ＡにＸ字交差型、分岐交差型、鋭角交差型又は非交差型の亀裂のいずれが形成されている場合であっても、第１及び第２亀裂方向に基づく線分が互いに交差するように検出される。そのため、ある領域Ａにおける亀裂の類型を決定する際に、当該領域Ａにおける第１及び第２亀裂方向を用いるだけでは、亀裂の類型を正確に選択することはできない。

例えば、図５において、領域Ａ５には、分岐交差型の亀裂が形成されている。具体的には、領域Ａ５には、略４５度方向に延びる亀裂と、略１３５度方向に延びる亀裂と、が形成されている。略１３５度方向に延びる亀裂は、領域Ａ１まで延びている一方で、領域Ａ９まで延びていない。領域Ａ５における第１及び第２亀裂方向は、領域Ａ５における亀裂が延びる方向を示すだけであり、略１３５度の亀裂が領域Ａ１まで延びる一方で領域Ａ９まで延びていないことを検出することができない。そのため、領域Ａ５における第１及び第２亀裂方向を用いるだけでは領域Ａ５における亀裂の類型として分岐交差型を選択することはできない。

また、亀裂は、幅をもって形成されるため、領域Ａに亀裂が１つだけ形成されている場合（図５における領域Ａ４，Ａ７，Ａ９参照）であっても、第１及び第２亀裂方向が検出される。そのため、領域Ａに亀裂が１つだけ形成されている場合においても、当該領域Ａにおける第１及び第２亀裂方向を用いるだけでは、亀裂の類型を正確に選択することができないおそれがある。

そこで、亀裂類型選択部５３（図６参照）は、領域Ａ５における亀裂の類型を選択する際に、領域Ａ５における第１及び第２亀裂方向に加え、領域Ａ５の周囲に位置する領域Ａ１～Ａ４，Ａ６～Ａ９における第１及び第２亀裂方向を用いる。これにより、領域Ａ５における亀裂が領域Ａ５の周囲に位置する領域Ａ１～Ａ４，Ａ６～Ａ９まで延びているか否かを検出することができ、領域Ａ５における亀裂の類型をより正確に選択することができる。

図５を参照して、領域Ａ５の亀裂の類型と、領域Ａ５の周囲に位置する領域Ａ１～Ａ４，Ａ６～Ａ９における第１及び第２亀裂方向と、の関係を説明する。

図５に示すように、ある領域Ａ（Ａ５）における亀裂が周囲の領域Ａ（Ａ１）まで延びている場合には、その周囲の領域Ａ（Ａ１）にも、当該ある領域Ａ（Ａ５）まで延びる亀裂が形成されている。つまり、ある領域Ａ（Ａ５）における亀裂方向と、周囲の領域Ａ（Ａ１）における亀裂方向と、が略一致する場合には、ある領域Ａ（Ａ５）における亀裂がその周囲の領域Ａ（Ａ１）まで延びていると検出することができる。

また、ある領域Ａ（Ａ５）における亀裂が周囲の領域Ａ（Ａ９）まで延びていない場合には、その周囲の領域Ａ（Ａ９）には、当該ある領域Ａ（Ａ５）まで延びる亀裂が形成されていない。つまり、ある領域Ａ（Ａ５）における亀裂方向と、周囲の領域Ａ（Ａ９）における亀裂方向と、が略一致しない場合には、ある領域Ａ（Ａ５）における亀裂がその周囲の領域Ａ（Ａ９）まで延びていないと検出することができる。

また、ある領域Ａ（Ａ５）に分岐交差型の亀裂が形成されている場合には、その亀裂は、周囲の３つの領域Ａ（Ａ１，Ａ３，Ａ７）まで延びている。つまり、ある領域Ａ（Ａ５）における亀裂が周囲の３つの領域Ａ（Ａ１，Ａ３，Ａ７）まで延びていると検出された場合には、ある領域Ａ（Ａ５）における亀裂の類型は分岐交差型であると選択することができる。

図示を省略するが、ある領域ＡにＸ字交差型の亀裂が形成されている場合には、その亀裂は、周囲の４つの領域Ａまで延びている。つまり、ある領域Ａにおける亀裂が周囲の４つの領域Ａまで延びていると検出された場合には、ある領域Ａにおける亀裂の類型はＸ字交差型であると選択することができる。

ある領域Ａに鋭角交差型の亀裂が形成されている場合には、その亀裂は、周囲の２つの領域Ａまで延び、かつその２つの領域Ａがある領域Ａの周りに９０度以下の角度で位置している。つまり、ある領域Ａにおける亀裂が周囲の２つの領域Ａまで延び、かつその２つの領域Ａがある領域Ａの周りに９０度以下の角度で位置していると検出された場合には、ある領域Ａにおける亀裂の類型は鋭角交差型であると選択することができる。

ある領域Ａに非交差型の亀裂が形成されている場合には、その亀裂は、周囲の２つの領域Ａまで延び、かつその２つの領域Ａがある領域Ａの周りに９０度を越える角度で位置している。つまり、ある領域Ａにおける亀裂が周囲の２つの領域Ａまで延び、かつその２つの領域Ａがある領域Ａの周りに９０度を越える角度で位置していると検出された場合には、ある領域Ａにおける亀裂の類型は非交差型であると選択することができる。

このように、領域Ａ５における第１及び第２亀裂方向と、領域Ａ１～Ａ４，Ａ６～Ａ９における第１及び第２亀裂方向と、を用いることにより、領域Ａ５における亀裂が領域Ａ１～Ａ４，Ａ６～Ａ９まで延びているか否かを検出することができる。そして、領域Ａ５における亀裂が領域Ａ１～Ａ４，Ａ６～Ａ９まで延びているか否かを検出することによって、領域Ａ５における亀裂の類型をより正確に選択することができる。

以下、図８及び図９に示すフローチャートを参照して、亀裂類型選択部５３により実行される亀裂類型選択処理を詳細に説明する。

図８に示すように、ステップＳ８０１では、亀裂画素抽出部５１（図４参照）により亀裂領域と判定された領域Ａのうちの１つを基準領域として選択する。

ステップＳ８０２では、基準領域の周囲に位置する８つの領域Ａを周囲領域として選択する。このとき、図１０に示すように、基準領域に対して０度方向に位置する周囲領域を第１周囲領域とし、第１周囲領域から基準領域を中心に反時計回りに順に第２、第３、・・・第８周囲領域とする。

ステップＳ８０３では、第１～第８周囲領域を第ｉ周囲領域として示す変数ｉを、予め定められた初期値に設定する。ここでは、予め定められた初期値を「１」とする。つまり、ステップＳ８０３では、変数ｉを「１」に設定する。

ステップＳ８０４では、基準領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が基準領域から第ｉ周囲領域に向かう方向か否かを判定する。具体的には、基準領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が、変数ｉに基づいて定められる所定の範囲内の方向であるか否かを判定する。基準領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が、所定の範囲内の方向である場合には、基準領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が基準領域から第ｉ周囲領域に向かう方向であると判定する。

所定の範囲の下限値及び上限値は、それぞれ、基準領域の中心から第ｉ周囲領域の中心へ向かう方向（角度）に、２２．５度を引いて得られる値、及び２２．５度を足して得られる値に設定される。例えば、変数ｉが「１」である場合には、基準領域の中心から第１周囲領域の中心へ向かう方向は０度の方向であるため、所定の範囲は－２２．５度以上２２．５度未満に設定される。基準領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が、－２２．５度以上２２．５度未満である場合には、基準領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が第１周囲領域に対応する方向であると判定する。

なお、図１０には、基準領域から第１～第８周囲領域に向かう方向の範囲の境界を一点鎖線で示している。

ステップＳ８０４にて、基準領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が基準領域から第ｉ周囲領域に向かう方向であると判定した場合には、ステップＳ８０５に進む。ステップＳ８０４にて、基準領域における第１及び第２亀裂方向のいずれもが基準領域から第ｉ周囲領域に向かう方向でないと判定した場合には、ステップＳ９０１に進む。

ステップＳ８０５では、亀裂画素抽出部５１（図４参照）による判定結果を用いて、第ｉ周囲領域が亀裂領域であるか否かを判定する。第ｉ周囲領域が亀裂領域であると判定した場合にはステップＳ８０６に進む。第ｉ周囲領域が亀裂領域でない（無亀裂領域である）と判定した場合にはステップＳ９０１に進む。

ステップＳ８０６では、第ｉ周囲領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が第ｉ周囲領域から基準領域へ向かう方向か否かを判定する。具体的には、第ｉ周囲領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が、変数ｉに基づいて定められる所定の範囲内の方向であるか否かを判定する。第ｉ周囲領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が、所定の範囲内の方向である場合には、第ｉ周囲領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が第ｉ周囲領域から基準領域へ向かう方向であると判定する。

ステップＳ８０６における所定の範囲は、ステップＳ８０４における所定の範囲と同様に変数ｉに基づいて設定されるため、ここではその詳細を省略する。

ステップＳ８０６にて、第ｉ周囲領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が第ｉ周囲領域から基準領域へ向かう方向であると判定した場合には、ステップＳ８０７に進む。ステップＳ８０６にて、第ｉ周囲領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が第ｉ周囲領域から基準領域へ向かう方向でないと判定した場合には、ステップＳ９０１に進む。

ステップＳ８０７は、ステップＳ８０４～Ｓ８０６の全ての条件が満たされる場合、すなわち、基準領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が基準領域から第ｉ周囲領域に向かう方向であり、第ｉ周囲領域における第１及び第２亀裂方向のいずれか一方が第ｉ周囲領域から基準領域へ向かう方向である。この場合、基準領域における亀裂が第ｉ周囲領域まで延びていると検出される。したがって、ステップＳ８０７では、基準領域における亀裂が第ｉ周囲領域まで延びていると記憶する。

図９に示すように、ステップＳ９０１では、第１～第８周囲領域の全てにステップＳ８０４～Ｓ８０６を実行したか否かを判定する。第１～第８周囲領域の全てにステップＳ８０４～Ｓ８０６を実行していないと判定した場合には、ステップＳ９０２に進む。第１～第８周囲領域の全てにステップＳ８０４～Ｓ８０６を実行したと判定した場合には、ステップＳ９０３に進む。

ステップＳ９０２では、変数ｉに「１」を加算してステップＳ８０４に戻る。

ステップＳ９０３では、ステップＳ８０７にて記憶された情報に基づいて、基準領域における亀裂の類型を選択し、不図示の記憶部に亀裂の類型を記憶する。具体的には、基準領域の亀裂が４つの周囲領域まで延びていると記憶されている場合には、Ｘ字交差型を選択する。基準領域の亀裂が３つの周囲領域まで延びていると記憶されている場合には、分岐交差型を選択する。基準領域の亀裂が２つの周囲領域まで延びていると記憶されており、かつ２つの周囲領域が基準領域の中心の周りに９０度以下の角度で位置している場合には、鋭角交差型を選択する。基準領域の亀裂が２つの周囲領域まで延びていると記憶されており、かつ２つの周囲領域が基準領域の中心の周りに９０度よりも大きい角度で位置している場合には、非交差型を選択する。基準領域の亀裂が１つの周囲領域まで延びていると記憶されている場合にも、非交差型を選択する。

ステップＳ９０４では、亀裂領域と判定された全ての領域Ａを基準領域として選択し、亀裂の類型を選択したか否かを判定する。全ての領域Ａを基準領域として選択しておらず亀裂の類型を選択していないと判定した場合には、ステップＳ９０５に進む。ステップＳ９０５では、亀裂領域と判定された別の領域Ａを基準領域として選択し、ステップＳ８０２に戻る。このとき、ステップＳ８０７にて記憶した情報を消去する。ステップＳ９０４にて、全ての領域Ａを基準領域として選択し亀裂の類型を選択したと判定した場合には、亀裂類型選択処理を終了する。

亀裂類型選択処理では、基準領域における第１及び第２亀裂方向と、第１～第８周囲領域における第１及び第２亀裂方向と、に基づいて、基準領域における亀裂が第１～第８周囲領域のいずれまで延びるかを検出することができるため、亀裂の類型を正確に選択することができる。

亀裂類型選択部５３により選択された亀裂の類型は、亀裂交差判定部５４（図４参照）における処理に用いられる。

亀裂交差判定部５４は、亀裂類型選択部５３により選択された亀裂の類型に基づいて、領域Ａの各々が亀裂交差領域であるか否かを判定する。具体的には、亀裂交差判定部５４は、領域Ａにおける亀裂の類型がＸ字交差型、分岐交差型、鋭角交差型のいずれかである場合には、当該領域Ａが亀裂交差領域であると判定する。これにより、複数の領域Ａから亀裂交差領域が抽出される。

図１１（ａ）は、亀裂交差判定部５４による判定結果を示す図である。図１１（ａ）では、亀裂交差領域であると判定された領域Ａにはハッチングが施されている。図１１（ａ）に示す結果をモニタ８０（図１参照）に表示することにより、亀裂が交差する箇所を容易に把握することができる。

次に、風化度合算出部６０（図２参照）によって行われる処理について説明する。風化度合算出部６０は、切羽画像２Ｐにおける色彩及び明度等に基づいて、切羽２の風化度合を算出する。具体的には、風化度合算出部６０は、切羽２の風化度合と、色彩及び明度等と、を関連付けるテーブルに基づいて、切羽画像２Ｐにおける色彩及び明度等から切羽２の風化度合を算出する。

ここでは、風化度合を「０」～「４」の５段階で評価する。風化していない状態（新鮮な状態）の風化度合を「０」とし、著しく風化している状態（変質が大きい状態）の柔化度合を「４」とする。図１２は、算出結果の一例である。

次に、評価部７０によって行われる処理について、図１３～図１８を参照して説明する。

図１３に示すように、評価部７０は、亀裂交差領域抽出部５０にて抽出された亀裂交差領域に基づいて、亀裂が交差する密度を算出する亀裂交差密度算出部７１と、算出された亀裂交差密度に基づいて、切羽２における亀裂性状を判定する亀裂性状判定部７２と、風化度合算出部６０にて算出された風化度合に基づいて切羽２における風化性状を判定する風化性状判定部７３と、判定された亀裂性状及び風化性状に基づいて切羽２の状態を総合的に評価する総合評価部７４と、を有する。

亀裂交差密度算出部７１により行われる亀裂交差密度算出処理について図１４を参照して説明する。

切羽２の剥落は、交差する亀裂が密集している場合に生じやすい。図１１（ａ）に示すように、亀裂交差領域を抽出しただけでは、交差する亀裂が密集しているか否かを判定することが難しい。そこで、亀裂交差密度を算出し、亀裂交差密度に基づいて、切羽２の状態を評価する。

また、切羽２の剥落は、Ｘ字交差型の亀裂が生じている箇所で最も生じやすく、分岐交差型の亀裂が生じている箇所で次に生じやすく、鋭角交差型の亀裂が生じている箇所で次に生じやすく、非交差型の亀裂が生じている箇所、及び亀裂の無い箇所において最も生じにくい。そこで、亀裂交差密度算出処理では、剥落の生じやすさに比例した重みを亀裂の類型につけ、亀裂交差密度を算出する。

図１４に示すように、ステップＳ１４０１では、切羽画像２Ｐにおける複数の領域Ａの１つを、密度評価領域として選択する。

ステップＳ１４０２では、密度評価領域を含むように所定数の領域Ａを密度算出領域として選択する。図１１（ａ）では、密度算出領域を太点線で示している。ここでは、密度評価領域を中心として、一辺が領域Ａの５つ分の長さとなる正方形の内側に位置する２５個の領域Ａを密度算出領域として選択する。

ステップＳ１４０３では、密度算出領域として選択された２５個の領域Ａにおける亀裂の類型に基づいて、亀裂交差密度を算出する。具体的には、Ｘ字交差型の亀裂がある領域Ａを３点、分岐交差型の亀裂がある領域Ａを２点、鋭角交差型の亀裂がある領域Ａを１点、非交差型の亀裂が有る領域Ａ及び無亀裂領域を０点として、合計点を算出し、算出された合計点を、ステップＳ１４０１にて密度評価領域として選択された領域Ａの亀裂交差密度とする。

図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す判定結果から、密度算出領域を抽出した図であり、亀裂の類型の点数を併記している。図１１（ｂ）に示す例では、３点（Ｘ字型交差型の亀裂）が１つであり、２点（分岐交差型の亀裂）が１つであり、１点（鋭角交差型の亀裂）が３つであるため、合計点は８点である。したがって、密度評価領域として選択された領域Ａの亀裂交差密度は、８点である。

ステップＳ１４０４では、全ての領域Ａを密度評価領域として選択し亀裂交差密度を算出したか否かを判定する。全ての領域Ａを密度評価領域として選択し亀裂交差密度を算出していないと判定した場合には、ステップＳ１４０５に進む。ステップＳ１４０５では、別の領域Ａを選択し、ステップＳ１４０２に戻る。ステップＳ１４０４にて、全ての領域Ａを密度評価領域として選択し亀裂交差密度を算出したと判定した場合には、亀裂交差密度算出処理を終了する。

図１５は、亀裂交差密度算出部７１による算出結果を示す図である。図１５では、亀裂交差密度が所定点数以上（本実施形態では６点以上）の領域Ａには、亀裂集中領域であるとしてハッチングが施されている。図１５に示す結果をモニタ８０（図１参照）に表示することにより、亀裂交差密度が高い箇所を容易に把握することができる。

亀裂交差密度算出部７１により算出された亀裂交差密度は、亀裂性状判定部７２（図１３参照）における処理に用いられる。

亀裂性状判定部７２は、切羽２の亀裂性状と、亀裂交差密度を用いて算出される指標と、を関連付けるテーブル（図１６参照）に基づいて、切羽２の亀裂性状を、予め定められた「Ｃ１」～「Ｃ４」の４段階で評価する。

具体的には、亀裂性状判定部７２は、切羽画像２Ｐの総面積に対する亀裂集中領域の面積の割合を算出する。亀裂集中領域は、亀裂交差密度が６点以上の領域Ａである。亀裂集中領域の面積の割合が４０％以上の場合には、切羽２の亀裂性状を「Ｃ１」と判定する。亀裂集中領域の面積の割合が１０％未満の場合には、切羽２の亀裂性状を「Ｃ４」と判定する。亀裂集中領域の面積の割合が１０％以上４０％未満の場合には、亀裂集中領域に偏りがあるか否かを算出する。

亀裂集中領域の偏りの有無は、図１５に示すように、切羽画像２Ｐを４つに分割し、分割後の領域の各々における亀裂集中領域の面積の割合を算出することにより判定する。４つの分割領域の少なくとも１つにおいて亀裂集中領域の面積の割合が３０％以上であり、かつ、４つの分割領域の少なくとも別の１つにおいて亀裂集中領域の面積の割合が１０％未満である場合に、亀裂集中領域に偏りがあると判定する。４つの分割領域の全てにおいて亀裂集中領域の面積の割合が３０％未満である、又は、４つの分割領域の全てにおいて亀裂集中領域の面積の割合が１０％以上である場合に、亀裂集中領域に偏りがないと判定する。

亀裂性状判定部７２は、亀裂集中領域の面積の割合が１０％以上４０％未満であり、かつ亀裂集中領域に偏りがある場合には、亀裂性状を「Ｃ２」と判定する。亀裂集中領域の面積の割合が１０％以上４０％未満であり、かつ亀裂集中領域に偏りがない場合には、亀裂性状を「Ｃ３」と判定する。

このように、亀裂性状は、亀裂が交差する密度の分布、すなわち亀裂集中領域に基づいて判定される。そのため、切羽２の剥落が生じやすい亀裂集中領域の影響を含めて亀裂性状を判定することができ、切羽２の状態をより正確に評価することができる。

風化性状判定部７３は、亀裂性状判定部７２と同様に、切羽２の風化性状と、風化度合を用いて算出される指標と、を関連付けるテーブル（図１７参照）に基づいて、切羽２の風化性状を、予め定められた「Ｗ１」～「Ｗ４」の４段階で評価する。

具体的には、風化性状判定部７３は、風化度合が３以上の領域を風化領域とし、切羽画像２Ｐの総面積に対する風化領域の面積の割合を算出する。風化領域の面積の割合が６０％以上の場合には、切羽２の風化性状を「Ｗ１」と判定する。風化領域の面積の割合が１０％未満の場合には、切羽２の亀裂性状を「Ｗ４」と判定する。風化領域の面積の割合が１０％以上６０％未満の場合には、風化領域に偏りがあるか否かを算出する。

風化領域の偏りの有無は、図１２に示すように、切羽画像２Ｐを４つに分割し、分割後の領域の各々における風化領域の面積の割合を算出することにより判定する。４つの分割領域の少なくとも１つにおいて風化領域の面積の割合が４０％以上であり、かつ、４つの分割領域の少なくとも別の１つにおいて風化領域の面積の割合が１０％未満である場合に、風化領域に偏りがあると判定する。４つの分割領域の全てにおいて風化領域の面積の割合が４０％未満である、又は、４つの分割領域の全てにおいて風化領域の面積の割合が１０％以上である場合に風化領域に偏りがないと判定する。

風化性状判定部７３は、風化領域の面積の割合が１０％以上６０％未満であり、かつ風化領域に偏りがある場合には、風化性状を「Ｗ２」と判定する。風化領域の面積の割合が１０％以上６０％未満であり、かつ風化領域に偏りがない場合には、風化性状を「Ｗ３」と判定する。

総合評価部７４は、亀裂性状と風化性状と切羽２の状態とを関連付けるテーブル（図１８参照）に基づいて、切羽２の状態を、予め定められた「Ｍ１」～「Ｍ３」の３段階で評価する。

具体的には、総合評価部７４は、亀裂性状が「Ｃ１」であるか、風化性状が「Ｗ１」であるか、又は亀裂性状と風化性状の組み合わせが「Ｃ２，Ｗ２」である場合には、切羽２の状態を「Ｍ１」と評価する。亀裂性状と風化性状との組み合わせが、「Ｃ３，Ｗ２」、「Ｃ４，Ｗ２」、「Ｃ２，Ｗ３」、「Ｃ３，Ｗ３」、「Ｃ４，Ｗ３」、「Ｃ２，Ｗ４」又は「Ｃ３，Ｗ４」である場合には、切羽２の状態を「Ｍ２」と評価する。亀裂性状と風化性状との組み合わせが、「Ｃ４，Ｗ４」である場合には、切羽２の状態を「Ｍ３」と評価する。

このように、切羽２の状態は、切羽２における風化性状と亀裂性状とに基づいて評価される。そのため、風化度合の影響と、互いに交差する亀裂の影響と、を含めて切羽２の状態を評価することができ、切羽２の状態を正確に評価することができる。

図１８に示すテーブルにおける「Ｍ１」～「Ｍ３」は、過去のトンネル施工時に切羽２において剥落が発生した確率（剥落発生率）に基づいて設定される。例えば、「Ｍ１」は、剥落発生率が７５％以上である亀裂性状と風化性状との組み合わせに設定され、「Ｍ２」は、剥落発生率が１０％以上７５％未満である亀裂性状と風化性状との組み合わせに設定され、「Ｍ３」は、剥落発生率が１０％未満である亀裂性状と風化性状との組み合わせに設定される。「Ｍ１」～「Ｍ３」は、予め行われる実験の結果に基づいて設定されていてもよい。

以上により、評価部７０による処理が終了し、切羽２の状態の評価が完了する。評価結果は、モニタ８０に表示される。

切羽評価装置１００による切羽２の状態の評価は、トンネル１の施工における一次コンクリート吹付工程が開始されるまでに行われる。作業者は、評価結果に基づいて、コンクリート材料の吹付厚さを設定する。例えば、切羽２の状態が「Ｍ１」と評価された場合には、コンクリート材料の吹付厚さを１０ｍｍに設定する。切羽２の状態が「Ｍ２」と評価された場合には、コンクリート材料の吹付厚さを７ｍｍに設定する。切羽２の状態が「Ｍ３」と評価された場合には、コンクリート材料の吹付厚さを５ｍｍに設定する。これにより、切羽２を適切に安定させることができる。

次に、ステップＳ６０２（図６参照）にて行われる、予め定められた方向ごとに亀裂画素の連続度合を算出する処理の一例を、図１９～図２３を参照して説明する。

亀裂画素の連続度合は、切羽画像２Ｐ（図３参照）から所定の領域を連続度合算出用領域Ｄ（図２０参照）として抽出し、連続度合算出用領域Ｄにおける亀裂画素の連続率に基づいて算出される。亀裂画素の連続率は、連続度合算出用領域Ｄをそのまま、又は複数に分割して（図２１、図２２参照）、１つ又は複数の連続率算出用領域ＤＲを設定し、複数の連続率算出用領域ＤＲにおいて一端から他端まで連続する亀裂画素の並びの有無を判定し、一端から他端まで連続する並びがある連続率算出用領域ＤＲの数を算出し、算出された数を、連続率算出用領域ＤＲの総数で除して１００を乗じることによって取得される。このように算出される連続率が高いほど、連続度合は大きくなる。

以下、図１９に示すフローチャートを主に参照して、予め定められた方向ごとに亀裂画素の連続度合を算出する処理を詳述する。ここでは、予め定められた複数の方向を、０度から５度間隔に１７５度までの３６方向に設定した場合を説明する。また、連続率算出用領域ＤＲを、連続度合算出用領域Ｄに幾何学的に相似するように設定する。以下において、予め定められた複数の方向を「連続度合算出方向」とも称する。

図１９に示すように、ステップＳ１９０１では、連続度合算出方向として、０度方向を選択する。

ステップＳ１９０２では、切羽画像２Ｐから所定の領域を連続度合算出用領域Ｄ（図２０参照）として抽出する。連続度合算出用領域Ｄは、２辺が連続度合算出方向に沿って延びる正方形内の領域であり、連続度合算出用領域Ｄの中心は、ステップＳ６０１又はＳ６０５（図６参照）により選択された領域Ａの中心と一致する。図２０は、連続度合算出用領域Ｄの一例である。図２０に示す連続度合算出用領域Ｄは、０度方向に２０個、９０度方向に２０個並んだ画素を含む。

ステップＳ１９０３では、連続率算出用領域ＤＲの１辺に対する連続度合算出用領域Ｄの１辺の長さ比Ｎを「１」に設定する。

ステップＳ１９０４では、連続度合算出用領域Ｄを分割してＮ＾２個の連続率算出用領域ＤＲを設定する。今、長さ比Ｎは「１」なので、連続率算出用領域ＤＲは１個設定される。つまり、連続度合算出用領域Ｄは、実質的には分割されず、連続度合算出用領域Ｄがそのまま連続率算出用領域ＤＲとして設定される（図２０参照）。

ステップＳ１９０５では、連続率算出用領域ＤＲにおいて連続度算出方向に一端から他端まで連続する亀裂画素の並びがあるか否かを判定し、一端から他端まで連続する並びがある連続率算出用領域ＤＲの数Ｍ（以下、「並び領域数Ｍ」と称する）を算出する。図２０に示す連続率算出用領域ＤＲでは、一端から他端まで連続する亀裂画素の並びがないので、並び領域数Ｍは「０（零）」である。

ステップＳ１９０６では、並び領域数Ｍを、連続率算出用領域ＤＲの総数（つまり、Ｎ＾２）で除し、連続率を算出する。今、並び領域数Ｍは「０（零）」であり、長さ比Ｎは１なので、連続率は、Ｍ／（Ｎ＾２）＝０／１＝０と算出される。

ステップＳ１９０７では、長さ比Ｎが予め定められた最大長さ比Ｎｍａｘであるか否かを判定する。最大長さ比Ｎｍａｘは、ここでは「１０」に設定されている。長さ比Ｎが最大長さ比Ｎｍａｘである場合には、ステップＳ１９０９に進む。長さ比Ｎが最大長さ比Ｎｍａｘではない場合には、ステップＳ１９０８に進む。今、長さ比Ｎは「１」であり、最大長さ比Ｎｍａｘは「１０」であるため、ステップＳ１９０８に進む。

ステップＳ１９０８では、長さ比Ｎを「１」だけ増加して、ステップＳ１９０４に戻る。今、長さ比Ｎは「１」であったので、新たな長さ比は「２」に設定されて、ステップＳ１９０４に戻る。

２回目のステップＳ１９０４では、連続度合算出用領域Ｄを分割してＮ＾２個、すなわち４個の連続率算出用領域ＤＲを設定する（図２１参照）。

２回目のステップＳ１９０５では、４個の連続率算出用領域ＤＲの各々において連続度算出方向に一端から他端まで連続する亀裂画素の並びがあるか否かを判定し、並び領域数Ｍを算出する。図２１に示す例では、左下の連続率算出用領域ＤＲには、一端から他端まで連続する並びがあり、他の連続率算出用領域ＤＲには連続する並びがないので、並び領域数Ｍは「１」である。

２回目のステップＳ１９０６では、並び領域数Ｍは「１」であり、長さ比Ｎは「２」なので、連続率は、Ｍ／（Ｎ＾２）＝１／４と算出される。

２回目のステップＳ１９０７では、長さ比Ｎは「２」であり、最大長さ比Ｎｍａｘは「１０」であるため、ステップＳ１９０８に進む。

２回目のステップＳ１９０８では、長さ比Ｎを「２」から「１」だけ増加させた「３」に設定して、ステップＳ１９０４に戻る。

３回目のステップＳ１９０４では、連続度合算出用領域Ｄを分割してＮ＾２個、すなわち９+個の連続率算出用領域ＤＲを設定する（図２２参照）。

３回目のステップＳ１９０５では、９個の連続率算出用領域ＤＲの各々において連続度算出方向に一端から他端まで連続する亀裂画素の並びがあるか否かを判定し、並び領域数Ｍを算出する。図２２に示す例では、上段左、中段中央、下段左の連続率算出用領域ＤＲに一端から他端まで連続する並びがあり、他の連続率算出用領域ＤＲには連続する並びがないので、並び領域数Ｍは「３」である。

３回目のステップＳ１９０６では、並び領域数Ｍは「３」であり、長さ比Ｎは「３」なので、連続率は、Ｍ／（Ｎ＾２）＝３／９＝１／３と算出される。

３回目のステップＳ１９０７では、長さ比Ｎは「３」であり、最大長さ比Ｎｍａｘは「１０」であるため、ステップＳ１９０８に進む。

ステップＳ１９０４～ステップＳ１９０６は、長さ比Ｎが「１０」に設定されるまで、すなわち１０回繰り返される。

ステップＳ１９０９では、算出された複数の連続率に基づいて、連続度合を算出する。具体的には、長さ比Ｎと連続率との間の関係を表す関係式を算出し、算出された関係式を０から１まで積分して得られる値を連続度合として算出する。関係式は、例えば、連続率＝Ａ＊長さ比Ｎ＋Ｂ（ただし、Ａ，Ｂは係数）で表される近似一次式ある。

図２３は、長さ比Ｎを横軸とし連続率を縦軸としたグラフである。連続度合は、近似一次式と横軸と縦軸とによって囲まれる領域の面積に相当する。算出された連続度合は、不図示の記憶部に記憶される。

ステップＳ１９１０では、予め定められた複数の連続度合算出方向の全てにおける連続度合を算出したか否かを判定する。複数の連続度合算出方向の全てにおける連続度合を算出していないと判定した場合には、ステップＳ１９１１に進む。ステップＳ１９１１では、連続度合算出方向として別の方向を選択し、ステップＳ１９０２に戻る。

ステップＳ１９１０にて、複数の連続度合算出方向の全てにおける連続度合を算出したと判定した場合には、亀裂画素の連続度合を算出する処理を終了する。以上により、予め定められた方向ごとに亀裂画素の連続度合が算出される。

以上の本実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

切羽評価装置１００及び切羽評価方法では、切羽画像２Ｐにおける複数の領域Ａから、亀裂交差領域を画像処理によって抽出し、抽出された亀裂交差領域に基づいて、切羽２の状態を評価する。そのため、互いに交差する亀裂の影響を含めて切羽２の状態を評価することができ、トンネル１の切羽２の状態を正確に評価することができる。

また、複数の領域Ａごとに第１及び第２亀裂方向が検出され、検出された第１及び第２亀裂方向に基づいて、複数の領域Ａの各々における亀裂の類型が選択される。そのため、領域Ａの各々における亀裂の類型の影響を含めて切羽２の状態を評価することができ、トンネル１の切羽２の状態をより正確に評価することができる。

また、亀裂の類型を選択する際には、複数の領域Ａの１つを基準領域として選択し、複数の領域Ａのうち基準領域の周囲に位置する領域を周囲領域として選択し、基準領域及び前記周囲領域における第１及び第２亀裂方向に基づいて、基準領域における亀裂の類型を選択する。そのため、亀裂の類型をより正確に選択することができ、トンネル１の切羽２の状態をより正確に評価することができる。

また、亀裂方向を検出する際には、予め定められた複数の方向ごとに、領域Ａにおいて亀裂画素が連続して並ぶ連続度合を算出し、予め定められた複数の方向から、算出された連続度合が最も大きい方向を第１亀裂方向として検出すると共に、算出された度合が２番目に大きい亀裂方向を第２亀裂方向として検出する。そのため、領域Ａに亀裂が３つ以上形成されている場合において最も大きい亀裂と２番目に大きい亀裂の方向を正確に検出することができ、トンネル１の切羽２の状態をより正確に評価することができる。

また、切羽２の状態を評価する際には、亀裂交差領域に基づいて、亀裂が交差する密度の分布を算出し、算出された密度の分布に基づいて、切羽２の状態を評価する。そのため、切羽２の剥落が生じやすい亀裂集中領域の影響を含めて切羽２の状態を評価することができ、トンネル１の切羽２の状態をより正確に評価することができる。

また、切羽２の状態を評価する際には、切羽２における風化度合と、抽出された亀裂交差領域と、に基づいて切羽２の状態を評価する。そのため、風化度合の影響と、互いに交差する亀裂の影響と、を含めて切羽２の状態を評価することができ、トンネル１の切羽２の状態を正確に評価することができる。

また、コンクリート材料吹付方法では、切羽２の状態を評価し、評価結果に基づいて、切羽２へ吹付けられるコンクリート材料の厚さを設定する。そのため、切羽２を適切に安定させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、亀裂方向検出部５２は、３つ以上の亀裂方向を検出するように構成され、亀裂類型選択部５３は、３つ以上の亀裂方向に基づいて亀裂の類型を選択するように構成されていてもよい。

また、評価部７０は、亀裂性状に基づいてのみ切羽２の状態を評価するように構成されていてもよい。また、評価部７０は、亀裂交差密度を算出することなく、亀裂交差領域を用いて直接切羽２の状態を評価するように構成されていてもよい。

また、評価部７０は、切羽２の全体を評価するのではなく、切羽２の一部を評価するように構成されていてもよい。

また、評価部７０による評価結果は、作業者が携帯する端末に表示されてもよい。

１・・・トンネル
２・・・切羽
２Ｐ・・・切羽画像（画像）
４０・・・画像分割部
５０・・・亀裂交差領域抽出部
５１・・・亀裂画素抽出部
５３・・・亀裂方向検出部
５４・・・亀裂類型選択部
６０・・・風化度合算出部
７０・・・評価部
７１・・・亀裂交差密度算出部
１００・・・切羽評価装置

Claims (4)

1. トンネルにおける切羽の状態を評価する切羽評価装置であって、
   前記切羽を撮影して取得された画像をメッシュ状に複数の領域に分割する画像分割部と、
   前記複数の領域から、前記画像における亀裂が交差する亀裂交差領域を画像処理によって抽出する亀裂交差領域抽出部と、
   抽出された前記亀裂交差領域に基づいて、前記切羽の状態を評価する評価部と、を備え、
   前記亀裂交差領域抽出部は、
   前記複数の領域ごとに、前記亀裂が延びる方向を亀裂方向として複数検出する亀裂方向検出部と、
   検出された複数の前記亀裂方向に基づいて、前記複数の領域の各々における前記亀裂の類型を選択する亀裂類型選択部と、を備え、
   前記亀裂類型選択部は、前記複数の領域の１つを基準領域として選択し、前記複数の領域のうち前記基準領域の周囲に位置する領域を周囲領域として選択し、前記基準領域及び前記周囲領域における前記複数の亀裂方向に基づいて、前記基準領域における前記亀裂の類型を選択する、
   切羽評価装置。
2. トンネルにおける切羽の状態を評価する切羽評価装置であって、
   前記切羽を撮影して取得された画像をメッシュ状に複数の領域に分割する画像分割部と、
   前記複数の領域から、前記画像における亀裂が交差する亀裂交差領域を画像処理によって抽出する亀裂交差領域抽出部と、
   抽出された前記亀裂交差領域に基づいて、前記切羽の状態を評価する評価部と、
   前記複数の領域の画像情報から、前記亀裂が生じている部分を示す亀裂画素を画像処理によって抽出する亀裂画素抽出部と、を備え、
   前記亀裂交差領域抽出部は、
   前記複数の領域ごとに、前記亀裂が延びる方向を亀裂方向として複数検出する亀裂方向検出部と、
   検出された複数の前記亀裂方向に基づいて、前記複数の領域の各々における前記亀裂の類型を選択する亀裂類型選択部と、を備え、
   前記亀裂方向検出部は、予め定められた複数の方向ごとに、前記領域において前記亀裂画素が連続して並ぶ連続度合を算出し、前記予め定められた複数の方向から、算出された連続度合が最も大きい方向を第１亀裂方向として検出すると共に、算出された度合が２番目に大きい亀裂方向を第２亀裂方向として検出する、
   切羽評価装置。
3. 前記評価部は、抽出された前記亀裂交差領域に基づいて、前記亀裂が交差する密度の分布を算出し、算出された前記密度の分布に基づいて、前記切羽の状態を評価する、
   請求項１又は２に記載の切羽評価装置。
4. 前記切羽における風化度合を算出する風化度合算出部を更に備え、
   前記評価部は、抽出された前記亀裂交差領域と、算出された前記風化度合と、に基づいて、前記切羽の状態を評価する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の切羽評価装置。

Images