JP7174664B2 - Tunnel inner surface displacement measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、トンネル内周面の変位を計測する装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a device for measuring the displacement of the inner peripheral surface of a tunnel.
トンネルを構築する際には、地山の内壁を支持する支保工が構築される。支保工には地山の重圧がかかるため、支保工が変形しトンネル内周面が変位することがある。トンネル内周面の変位が大きいときにはロックボルトの打設及び支保工の縫返し等によりトンネルを補強する必要があり、このような理由から、トンネル内周面の経時的な変位を計測することが求められる。 When constructing a tunnel, a shoring is constructed to support the inner wall of the natural ground. Since the shoring is under the heavy pressure of the ground, the shoring may be deformed and the inner surface of the tunnel may be displaced. When the displacement of the inner peripheral surface of the tunnel is large, it is necessary to reinforce the tunnel by driving rock bolts and sewing back the shoring. Desired.
トンネル内周面の変位を計測する方法として、基準点を予め定めると共にトンネル内周面にアンカー等のターゲットを複数設置し、基準点と各ターゲットとの距離を特定時刻で測定すると共に所定時間後に測定し、基準点に対するターゲットの変位を算出する方法が知られている。この方法では、トンネル内周面にターゲットを設置する作業が必要であり、ターゲットの数が限られる(通常、トンネル軸方向に20mの間隔でトンネル周方向に3~5つ)。そのため、変位の測定箇所が限られ、トンネル内周面の変位を正確に計測することができない。 As a method for measuring the displacement of the inner surface of the tunnel, a reference point is determined in advance and multiple targets such as anchors are installed on the inner surface of the tunnel. Methods are known for measuring and calculating the displacement of a target relative to a reference point. In this method, it is necessary to install targets on the inner peripheral surface of the tunnel, and the number of targets is limited (usually 3 to 5 in the tunnel circumferential direction at intervals of 20 m in the tunnel axial direction). Therefore, the displacement measurement points are limited, and the displacement of the inner peripheral surface of the tunnel cannot be measured accurately.
トンネル内周面の変位を計測する他の方法として、特許文献1には、三次元レーザスキャナを用いてトンネル内周面の微小な凹凸を検出し、検出された凹凸をターゲットとして用いてトンネル内周面の変位を計測する方法が開示されている。トンネル内周面には多数の凹凸があるため、多数の凹凸の変位を算出することにより、トンネル内周面の変位を正確に計測することが可能となる。また、アンカー等のターゲットの設置作業を省略することができるため、トンネル内周面の変位を効率的に計測することが可能となる。
As another method for measuring the displacement of the inner peripheral surface of the tunnel,
特許文献1に開示される変位計測方法では、まず、三次元レーザスキャナのレーザ光をトンネル内周面上で走査し、レーザ光が照射された位置での三次元座標値を取得する。取得した三次元座標値を用いて凹凸を検出すると共にその凹凸パターンを抽出する。凹凸パターンは、凹凸における任意位置とその周囲との間の高低差であり、三次元座標値を用いて算出される。次に、再びレーザ光をトンネル内周面上で走査し、先のレーザ光の走査により抽出された凹凸パターンに類似する凹凸パターンを有する凹凸を検出すると共にその三次元座標値を取得する。後のレーザ光の走査により検出された凹凸を先のレーザ光の走査により検出された凹凸の移動先とみなし、三次元座標値の差分を算出することにより凹凸の変位を算出する。
In the displacement measuring method disclosed in
特許文献1に開示される変位計測方法では、凹凸パターンは、凹凸における任意位置とその周囲との間の高低差であり三次元情報であるため、凹凸パターンどうしが類似するか否かの判断には三次元情報の処理が必要である。そのため、変位前後におけるトンネル内周面どうしを照合するのが困難であり、トンネル内周面の変位を容易に計測することができない。その結果、トンネル内周面の変位の計測に時間がかかるおそれがあり、ロックボルトの打設及び支保工の縫返し等のトンネルの補強工事が遅れるおそれがある。
In the displacement measurement method disclosed in
本発明は、トンネル内周面の変位を容易に計測することを目的とする。 An object of the present invention is to easily measure the displacement of the inner peripheral surface of a tunnel.
本発明は、トンネル内周面の変位を計測するトンネル内周面変位計測装置であって、第1及び第2時刻におけるトンネル内周面上の複数箇所の座標を取得する取得部と、取得部により取得された座標を用いて、トンネル軸方向と交差する所定断面上の凹凸パターンを生成する生成部と、生成部により生成された第1及び第2時刻における凹凸パターン上の所定点での凹凸度合を算出する凹凸度合算出部と、凹凸度合算出部により算出された第1時刻における凹凸度合と第2時刻における凹凸度合とが類似するときに第1時刻における所定点と第2時刻における所定点とが対応すると判断する判断部と、互いに対応する第1及び第2時刻における所定点の座標の差分を算出する差分算出部と、を備え、凹凸度合は、所定点を含むようにトンネル周方向に沿って設定された第1範囲内にある凹凸パターン上の点の座標を用いて算出される第1凹凸度合と、所定点を含むようにトンネル周方向に沿って第1範囲よりも広く設定された第2範囲内にある凹凸パターン上の点の座標を用いて算出される第2凹凸度合と、第1凹凸度合と第2凹凸度合とを用いて算出される第3凹凸度合と、を含む。 The present invention is a tunnel inner circumferential surface displacement measuring device for measuring displacement of a tunnel inner circumferential surface, comprising: an obtaining unit for obtaining coordinates of a plurality of locations on the tunnel inner circumferential surface at first and second times; a generation unit that generates an uneven pattern on a predetermined cross section that intersects with the tunnel axis direction using the coordinates acquired by the generation unit; and a predetermined point at the first time and a predetermined point at the second time when the degree of unevenness at the first time calculated by the degree of unevenness calculating unit is similar to the degree of unevenness at the second time. and a difference calculation unit for calculating the difference between coordinates of predetermined points at first and second times corresponding to each other, and the degree of unevenness is determined in the tunnel circumferential direction so as to include the predetermined points. A first unevenness degree calculated using the coordinates of points on the uneven pattern within the first range set along the tunnel circumferential direction so as to include a predetermined point Set wider than the first range a second degree of unevenness calculated using the coordinates of points on the uneven pattern within the second range, and a third degree of unevenness calculated using the first degree of unevenness and the second degree of unevenness Including .
本発明によれば、トンネル内周面の変位を容易に計測することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the displacement of a tunnel inner peripheral surface can be measured easily.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るトンネル内周面変位計測装置100及びトンネル内周面変位計測方法について説明する。
A tunnel inner circumferential surface displacement measuring
トンネルTを構築する際には、地山の内壁を支持する支保工Mが構築される。支保工Mには地山の重圧がかかるため、支保工Mが変形しトンネル内周面Sが変位することがある。トンネル内周面Sの変位が大きいときにはロックボルトの打設及び支保工Mの縫返し等によりトンネルTを補強する必要があり、このような理由から、トンネル内周面Sの経時的な変位を計測することが求められる。 When constructing the tunnel T, a shoring M is constructed to support the inner wall of the natural ground. Since the shoring M is subjected to the heavy pressure of the ground, the shoring M may be deformed and the inner peripheral surface S of the tunnel may be displaced. When the displacement of the inner peripheral surface S of the tunnel is large, it is necessary to reinforce the tunnel T by driving rock bolts and sewing back the shoring M. Measurement is required.
トンネル内周面Sの経時的な変位を計測するには、トンネル内周面Sの特徴的な部分の変位を計測することが有効である。特徴的な部分の座標を第1時刻にて取得すると共に第1時刻から所定時間(例えば6時間)経過した第2時刻にて取得し座標の差分を求めることによって、特徴的な部分の変位を計測することができ、トンネル内周面Sの経時的な変位を計測することができる。 In order to measure the displacement of the inner peripheral surface S of the tunnel over time, it is effective to measure the displacement of a characteristic portion of the inner peripheral surface S of the tunnel. The coordinates of the characteristic portion are obtained at a first time and at a second time after a predetermined time (for example, 6 hours) has elapsed from the first time, and the difference between the coordinates is obtained to obtain the displacement of the characteristic portion. It is possible to measure the displacement of the inner peripheral surface S of the tunnel over time.
トンネル内周面変位計測装置100及びトンネル内周面変位計測方法では、トンネル内周面Sの特徴的な部分として、トンネル内周面Sに形成される凹凸を用いる。トンネル内周面Sには凹凸が複数あり、凹凸の各々の凹凸度合は、トンネル内周面Sの形状が全体的に変化してもほとんど変化しないことがわかっている。そのため、第1及び第2時刻における凹凸度合を比較することにより、第1時刻におけるトンネル内周面Sと第2時刻におけるトンネル内周面Sとの間で互いに対応する凹凸を検出することができ、トンネル内周面Sにおける複数箇所での変位を正確に算出することができる。したがって、トンネル内周面Sの変位を正確に計測することができる。また、トンネル内周面Sに、凹凸とは別にアンカー等のターゲットの設置作業を省略することができ、トンネル内周面Sの変位を効率的に計測することができる。
In the tunnel inner peripheral surface displacement measuring
なお、特徴的な部分として用いられるトンネル内周面Sの凹凸は、トンネルTの構築時に意図せずに形成される凹凸であってもよいし、意図的に形成される凹凸であってもよい。 The unevenness of the tunnel inner peripheral surface S used as a characteristic part may be unevenness that is unintentionally formed when the tunnel T is constructed, or may be unevenness that is intentionally formed. .
トンネル内周面変位計測装置100は、座標情報を解析するコンピュータ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。
The tunnel inner circumferential surface
コンピュータ20は、トンネルT内に設置される三次元レーザスキャナ10(以下、単に「スキャナ10」と称する)と有線又は無線で接続される。スキャナ10は、トンネル内周面Sの位置を測定すると共に測定した位置の情報を出力する。
The
スキャナ10は、レーザ光をトンネル内周面Sに照射すると共にトンネル内周面Sで反射したレーザ光を検知することにより、トンネル内周面Sのうちレーザ光が照射された箇所の位置を測定する。レーザ光はトンネル内周面S上で走査可能であり、トンネル内周面S上の複数箇所にレーザ光を照射することにより、トンネル内周面Sにおける複数箇所の位置を測定することができる。
The
スキャナ10による計測は、第1時刻及び第2時刻にて行われ、スキャナ10の設置位置は、第1時刻及び第2時刻で略同じである。つまり、スキャナ10は、スキャナ10の設置位置を基準として、トンネル内周面Sにおける複数箇所の位置を第1時刻及び第2時刻にて測定する。
The measurement by the
測定された位置の情報は、三次元座標系の座標としてコンピュータ20に出力される。三次元座標系は、例えば、トンネル軸方向、トンネル横方向(図1において紙面垂直方向)及び鉛直方向に沿う三直線を座標軸とした直交座標系である。
Information on the measured position is output to the
コンピュータ20は、スキャナ10から出力される座標を用いて、第1及び第2時刻における凹凸の凹凸度合を算出し、凹凸度合を比較することにより第1及び第2時刻におけるトンネル内周面Sの間で互いに対応する凹凸を検出し、凹凸の変位を算出する。
The
スキャナ10から出力される座標は三次元座標系の値であるため、スキャナ10から出力される座標をそのまま用いて凹凸度合を算出した場合、凹凸度合は三次元情報となり、凹凸度合の比較には三次元情報の照合が必要となる。そのため、第1及び第2時刻におけるトンネル内周面Sの間で互いに対応する凹凸を検出するのが困難であり、トンネル内周面Sの変位を容易に計測することができない。
Since the coordinates output from the
トンネル内周面変位計測装置100は、後述する構成により、スキャナ10から出力される座標を用いてトンネル軸方向と直交する所定断面上の凹凸パターンを生成し、凹凸パターン上の所定点での凹凸度合を算出する。そのため、凹凸度合は、二次元情報であり、凹凸度合どうしを二次元情報の照合により比較することができる。したがって、凹凸パターンどうしを容易に比較することができ、第1及び第2時刻におけるトンネル内周面Sの間で互いに対応する凹凸を容易に検出することができる。これにより、トンネル内周面Sの変位を容易に計測することができる。
The tunnel inner circumferential surface
なお、トンネル内周面Sは、トンネル横方向及び鉛直方向へ主に変位し、トンネル軸方向へはほとんど変位しない。つまり、第1時刻にて所定断面上にある凹凸は、第2時刻においても同一の所定断面上にある。したがって、トンネル軸方向と直交する所定断面上の凹凸パターンどうしの比較であっても、第1時刻におけるトンネル内周面Sと第2時刻におけるトンネル内周面Sとの間で互いに対応する凹凸を検出することができる。また、このように検出された対応する凹凸どうしの差分をトンネル内周面Sの変位としても、計測精度は低下しない。 In addition, the tunnel inner peripheral surface S is mainly displaced in the lateral and vertical directions of the tunnel, and hardly displaced in the axial direction of the tunnel. That is, the unevenness on the predetermined cross section at the first time is on the same predetermined cross section at the second time. Therefore, even when comparing uneven patterns on a predetermined cross section perpendicular to the tunnel axial direction, the corresponding unevenness is determined between the tunnel inner peripheral surface S at the first time and the tunnel inner peripheral surface S at the second time. can be detected. Further, even if the difference between the corresponding unevennesses detected in this manner is used as the displacement of the inner peripheral surface S of the tunnel, the measurement accuracy does not decrease.
図2に示すように、コンピュータ20は、三次元レーザスキャナ10から出力される座標を取得する取得部30と、座標を用いて第1及び第2時刻での凹凸パターンを生成する生成部40と、第1及び第2時刻での凹凸パターン上の所定点における凹凸度合を算出する凹凸度合算出部50と、凹凸度合に基づいて、第1及び第2時刻での凹凸パターン上の所定点どうしが対応するか否かを判断する判断部60と、第1及び第2時刻での凹凸パターン上の所定点における座標の差分を算出する差分算出部70と、を備えている。なお、取得部30、生成部40、凹凸度合算出部50、判断部60及び差分算出部70は、トンネル内周面Sの変位を計測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。
As shown in FIG. 2, the
取得部30は、第1時刻におけるトンネル内周面S上の複数箇所での座標である第1座標群を取得すると共に、第2時刻におけるトンネル内周面S上の複数箇所での座標である第2座標群を取得する。
生成部40は、所定断面上の第1時刻での凹凸パターンである第1凹凸パターンを第1座標群を用いて生成すると共に、同一の所定断面上の第2時刻での凹凸パターンである第2凹凸パターンを第2座標群を用いて生成する。ここでは、所定断面を、図1に示すC-C線に沿う断面(以下、「C-C断面」と称する)とする。
The
スキャナ10はトンネル内周面Sにおける多数箇所での位置を測定することができるものの、C-C断面での測定箇所の数は限られる。そのため、C-C断面での座標のみを用いて凹凸パターンを生成した場合には、凹凸パターンの精度が低下し、凹凸度合算出部50にて算出される凹凸度合の精度が低下するおそれがある。そこで、本実施形態では、生成部40は、C-C断面を含むようにトンネル軸方向に沿って設定された所定範囲R内の座標を用いて凹凸パターンを生成する。
Although the
図3に示すように、生成部40は、取得部30により取得された複数の座標から所定範囲R内の座標を抽出する抽出部41と、抽出された座標をC-C断面に投影する投影部42と、投影された座標から形成される図形を凹凸パターンとして特定する特定部43と、を備える。
As shown in FIG. 3, the
抽出部41は、トンネル軸方向に沿う座標軸の値に基づいて、取得部30により取得された複数の座標から所定範囲R内の座標を抽出する。具体的には、トンネル軸方向に沿う座標軸の値が所定範囲R内の値である座標を抽出し、トンネル軸方向に沿う座標軸の値が所定範囲R外の値である座標を除外する。
The
所定範囲Rは、予め設定される。所定範囲Rは、作業者によって変更可能であってもよい。所定範囲Rは、特徴的な部分となり得る凹凸の大きさに応じて設定することが好ましく、例えば、C-C断面からトンネル軸方向両側に5mmの範囲で設定される。 The predetermined range R is preset. The predetermined range R may be changeable by the operator. The predetermined range R is preferably set according to the size of unevenness that can be a characteristic portion, and is set, for example, within a range of 5 mm on both sides in the tunnel axial direction from the cross section CC.
投影部42は、抽出された座標におけるトンネル軸方向に沿う座標軸の値を、C-C断面に対応する値に変換することにより、抽出部41により抽出された座標をC-C断面に投影する。投影後の座標は、C-C断面上の座標となる。つまり、抽出部41により抽出された座標は、C-C断面への投影により二次元座標系の座標に変換される。
The
特定部43は、C-C断面に投影された座標をトンネル周方向に順に結ぶことによって形成される図形を凹凸パターンとして特定する。投影後の座標はC-C断面上の座標であるため、凹凸パターンとして特定される図形は、C-C断面上の平面図形である。そのため、凹凸パターンは、二次元情報となる。
The specifying
図4には、生成部40の特定部43により特定された凹凸パターンの一例が示されている。第1凹凸パターンは、第1時刻での凹凸パターンであり、第2凹凸パターンは、第2時刻での凹凸パターンである。図4では、説明の便宜上、第1凹凸パターンと第2凹凸パターンの大きさの違いを誇張して描いている。
FIG. 4 shows an example of the uneven pattern specified by the specifying
図4に示すように、第1及び第2凹凸パターンの間で対応する凹凸どうしの曲率は、互いに類似している。そこで、本実施形態では、第1及び第2凹凸パターン上の所定点での曲率を凹凸度合とし、第1及び第2凹凸パターン上の所定点での曲率を比較することにより、第1及び第2凹凸パターン上の所定点どうしが対応するか否かを判断する。各座標での曲率は、凹凸度合算出部50(図2参照)にて算出され、第1及び第2凹凸パターン上の所定点どうしが対応するか否かは、判断部60(図2参照)にて判断される。 As shown in FIG. 4, the curvatures of corresponding unevenness between the first and second uneven patterns are similar to each other. Therefore, in the present embodiment, the curvature at a predetermined point on the first and second uneven patterns is defined as the degree of unevenness, and the curvature at a predetermined point on the first and second uneven patterns is compared to obtain the first and second unevenness patterns. 2 It is determined whether predetermined points on the concave-convex pattern correspond to each other. The curvature at each coordinate is calculated by the unevenness degree calculator 50 (see FIG. 2). determined by
曲率を算出する際に、円の方程式を利用してもよいが、この場合には、3つの点を通る円を仮定し3つの円の方程式を解く必要があるため、処理が複雑になるおそれがある。そこで、ここでは、トンネル周方向に隣り合う点を結ぶ線分の長さと、隣り合う点における傾きの差と、を用いて、曲率を算出する。図5を参照して、曲率を求める手順をより詳細に説明する。 When calculating the curvature, the equation of a circle may be used, but in this case, it is necessary to assume a circle passing through three points and solve the equation of the three circles, which may complicate the process. There is Therefore, here, the curvature is calculated using the length of the line segment connecting adjacent points in the tunnel circumferential direction and the difference in inclination between the adjacent points. The procedure for obtaining the curvature will be described in more detail with reference to FIG.
図5は、円C上の点Mでの曲率を求める手順を説明するための図である。点Oは、円Cの中心である。点Mにおける接線TMの傾き(接線TMと横軸との間の角度)をα[rad]とし、円C上の点Nにおける接線TNの傾き(接線TNと横軸との間の角度)をβ[rad]とする。 FIG. 5 is a diagram for explaining the procedure for obtaining the curvature at point M on circle C. As shown in FIG. Point O is the center of circle C. The slope of the tangent line TM at the point M (the angle between the tangent line TM and the horizontal axis) is α [rad], and the slope of the tangent line TN at the point N on the circle C (the angle between the tangent line TN and the horizontal axis) is Let β [rad].
図5において、中心角MONの角度γ[rad]は、
γ=β―α
と表される。つまり、中心角MONの角度γは、接線TNの傾きと接線TMの傾きの差となる。
In FIG. 5, the angle γ [rad] of the central angle MON is
γ = β - α
is represented. That is, the angle γ of the central angle MON is the difference between the slope of the tangent line TN and the slope of the tangent line TM.
弧MNの長さLAは、円Cの半径Rcと中心角MONの角度(β―α)を用いて、
LA=Rc×(β―α)
と表される。つまり、半径Rcは、
Rc=LA/(β―α)
と表される。
Using the radius Rc of the circle C and the angle (β-α) of the central angle MON, the length LA of the arc MN is
LA=Rc×(β−α)
is represented. That is, the radius Rc is
Rc=LA/(β-α)
is represented.
点Nが点Mの極めて近くにある場合には、弧MNの長さLAを線分MNの長さLSに近似することができるため、半径Rcは、
Rc≒LS/(β-α)
となる。弧MNの曲率Kは、半径Rcの逆数であるため、
K≒(β-α)/LS ・・・・・・・・・・・・・・(1)
となる。
If the point N is very close to the point M, the length LA of the arc MN can be approximated to the length LS of the line segment MN, so the radius Rc is
Rc≈LS/(β-α)
becomes. Since the curvature K of the arc MN is the reciprocal of the radius Rc,
K≈(β-α)/LS (1)
becomes.
本実施形態において、生成部40は、C-C断面に投影された座標を用いて凹凸パターンを生成するため、凹凸パターンには、座標が既知の点(以下、「座標既知点」と称する)が多数含まれている。つまり、凹凸パターンにおけるトンネル周方向に隣り合う座標既知点どうしは極めて近くに位置するとみなすことができる。したがって、式(1)を用いて、凹凸パターン上の座標既知点における曲率を算出することができる。
In the present embodiment, since the
凹凸度合算出部50による処理、すなわち凹凸パターン上の座標既知点における曲率を算出する処理を、図6及び図7を参照して説明する。
The processing by the
図6は、凹凸パターンを概略的に示す拡大図であり、5個の座標既知点Pが示されている。説明の便宜上、5個の座標既知点Pを、図6において反時計回り方向に順に座標既知点Pn-2、Pn-1、Pn、Pn+1、Pn+2とする。 FIG. 6 is an enlarged view schematically showing the uneven pattern, showing five points P with known coordinates. For convenience of explanation, the five known coordinate points P are referred to as known coordinate points Pn-2, Pn-1, Pn, Pn+1 and Pn+2 in order in the counterclockwise direction in FIG.
ステップS701では、生成部40により生成された凹凸パターン上で1つの座標既知点Pnを選択する。
In step S701, one coordinate known point Pn is selected on the concave-convex pattern generated by the
ステップS702では、座標既知点Pn,Pn+1の距離Lnを算出する。算出された距離Lnは、図5における線分MNの長さLSに相当する。 In step S702, the distance Ln between the coordinates known points Pn and Pn+1 is calculated. The calculated distance Ln corresponds to the length LS of the line segment MN in FIG.
ステップS703では、座標既知点Pnにおける接線の傾きSn[rad]を算出する。具体的には、座標既知点Pn,Pn+1を通る直線の傾きを算出し、座標既知点Pn,Pn-1を通る傾きを算出し、これらの傾きの平均を算出し、算出された傾きの平均を、座標既知点Pnにおける接線の傾きSnとする。傾きSnは、図5における接線TMの傾きαに相当する。 In step S703, the slope Sn [rad] of the tangent line at the known coordinate point Pn is calculated. Specifically, the slope of a straight line passing through known coordinate points Pn and Pn+1 is calculated, the slope passing through known coordinate points Pn and Pn−1 is calculated, the average of these slopes is calculated, and the average of the calculated slopes is calculated. be the slope Sn of the tangent line at the coordinate known point Pn. The slope Sn corresponds to the slope α of the tangent line TM in FIG.
ステップS704では、座標既知点Pn+1における接線の傾きSn+1[rad]を算出する。具体的には、座標既知点Pn+1,Pn+2を通る直線の傾きを算出し、座標既知点Pn+1,Pnを通る傾きを算出し、これらの傾きの平均を算出し、算出された傾きの平均を、座標既知点Pn+1における接線の傾きSn+1とする。傾きSn+1は、図5における接線TNの傾きβに相当する。 In step S704, the slope Sn+1 [rad] of the tangent line at the coordinate known point Pn+1 is calculated. Specifically, the slope of the straight line passing through the known coordinate points Pn+1 and Pn+2 is calculated, the slope passing through the known coordinate points Pn+1 and Pn is calculated, the average of these slopes is calculated, and the average of the calculated slopes is Let Sn+1 be the slope of the tangent line at the coordinate known point Pn+1. The slope Sn+1 corresponds to the slope β of the tangent line TN in FIG.
ステップS705では、距離Ln,傾きSn,Sn+1を用いて、座標既知点Pn+1が座標既知点Pnの極めて近くに位置すると仮定したときの座標既知点Pnにおける曲率を算出する。具体的には、式(1)の長さLS、傾きα,βに、ステップS702,S703,S704にて算出された距離Ln,傾きSn,Sn+1を代入し、曲率を算出する。 In step S705, using the distance Ln and the slopes Sn and Sn+1, the curvature at the known coordinate point Pn is calculated assuming that the known coordinate point Pn+1 is located very close to the known coordinate point Pn. Specifically, the curvature is calculated by substituting the distance Ln and the slopes Sn and Sn+1 calculated in steps S702, S703 and S704 into the length LS and the slopes α and β of the equation (1).
ステップS705にて算出された曲率は、座標既知点Pn+1における接線の傾きSn+1を用いているため、座標既知点Pn+1の影響を強く受ける。そこで、凹凸度合算出部50では、座標既知点Pn-1が座標既知点Pnの極めて近くに位置すると仮定したときの座標既知点Pnにおける曲率を算出し、2つの曲率の平均を、座標既知点Pnにおける曲率とする。
The curvature calculated in step S705 is strongly influenced by the known coordinate point Pn+1 because the slope Sn+1 of the tangent line at the known coordinate point Pn+1 is used. Therefore, the unevenness
具体的には、ステップS706では、座標既知点Pn-1,Pnの距離Ln-1を算出する。ステップS707では、座標既知点Pn-1における接線の傾きSn-1[rad]を算出する。ステップS708では、距離Ln-1,傾きSn,Sn-1を式(1)に代入して、座標既知点Pn-1が座標既知点Pnの極めて近くに位置すると仮定したときの座標既知点Pnにおける曲率を算出する。 Specifically, in step S706, the distance Ln-1 between the known coordinate points Pn-1 and Pn is calculated. In step S707, the slope Sn-1 [rad] of the tangent line at the coordinate known point Pn-1 is calculated. In step S708, the distance Ln-1 and the slopes Sn and Sn-1 are substituted into equation (1), and the known coordinate point Pn obtained when it is assumed that the known coordinate point Pn-1 is located very close to the known coordinate point Pn is calculated. Calculate the curvature at
ステップS709では、ステップS705にて算出した曲率と、ステップS708にて算出した曲率と、の平均を算出し、算出された平均を、座標既知点Pnにおける曲率とする。 In step S709, the average of the curvature calculated in step S705 and the curvature calculated in step S708 is calculated, and the calculated average is used as the curvature at the known coordinate point Pn.
以上により、座標既知点Pnにおける曲率の算出が完了する。 By the above, the calculation of the curvature at the coordinate known point Pn is completed.
ステップS702~S709では、座標既知点Pnにおける曲率を算出するために、座標既知点Pnに加え、座標既知点Pn-2,Pn-1,Pn+1,Pn+2を用いている。つまり、トンネル周方向における両端2つずつの座標既知点における曲率半径を算出することができないため、曲率半径を算出可能な座標既知点(以下、「算出対象点」と称する)は、トンネル周方向における両端2つずつ(合計4つ)の座標既知点を除いた凹凸パターン上の座標既知点となる。 In steps S702 to S709, known coordinate points Pn-2, Pn-1, Pn+1 and Pn+2 are used in addition to the known coordinate point Pn to calculate the curvature at the known coordinate point Pn. That is, since it is not possible to calculate the radius of curvature at two known coordinate points at each end in the circumferential direction of the tunnel, the known coordinate points at which the radius of curvature can be calculated (hereinafter referred to as "calculation target points") are are the known coordinate points on the concave-convex pattern excluding two known coordinate points at each end (four in total).
ステップS710では、算出対象点の全てに対してステップS702~S709を実行したか否かを判定する。算出対象点の全てに対してステップS702~S709を実行していないと判定した場合には、ステップS711に進む。ステップS711では、凹凸パターン上で別の座標既知点を選択し、ステップS702に戻る。ステップS710にて、算出対象点の全てに対してステップS702~S709を実行したと判定した場合には、ステップS801に進む。 In step S710, it is determined whether or not steps S702 to S709 have been executed for all calculation target points. If it is determined that steps S702 to S709 have not been executed for all calculation target points, the process proceeds to step S711. In step S711, another point with known coordinates is selected on the uneven pattern, and the process returns to step S702. If it is determined in step S710 that steps S702 to S709 have been executed for all calculation target points, the process proceeds to step S801.
ステップS702~S709により算出される曲率は、5個の座標既知点から算出されるため、凹凸パターンの局所的な変化しか捉えることができず、また、ノイズデータの影響を受ける可能性がある。このような曲率に基づいて第1及び第2凹凸パターン上で選択された座標既知点どうしが対応するか否かを判断してもよいが、精度が低下するおそれがある。 Since the curvature calculated in steps S702 to S709 is calculated from five coordinates of known points, it can capture only local changes in the concave-convex pattern, and may be affected by noise data. Although it may be determined whether or not the known coordinate points selected on the first and second concave-convex patterns correspond to each other based on such a curvature, there is a possibility that the precision may be lowered.
そこで、凹凸度合算出部50では、図9に示すように、選択された座標既知点Pが中心となりかつ6個以上の座標既知点が含まれるようにトンネル周方向に沿って第1範囲R1を設定し、第1範囲R1内にある座標既知点における曲率の平均を算出する。つまり、第1範囲R1内にある凹凸パターン上の点の座標を用いて第1平均曲率(第1凹凸度合)を算出する。第1平均曲率は、5個の座標既知点から算出される曲率と比較して、凹凸パターンの変化を大きく捉えることができると共に、ノイズデータの影響を低減することができる。したがって、第1及び第2凹凸パターンの第1平均曲率どうしを比較することにより、第1及び第2凹凸パターン上で選択された座標既知点Pどうしが対応するか否かを精度よく判断することができる。
Therefore, as shown in FIG. 9, the
また、凹凸度合算出部50では、選択された座標既知点Pが中心となるようにトンネル周方向に沿って第1範囲R1よりも大きい第2範囲R2を設定し、第2範囲R2内にある座標既知点における曲率の平均を算出する。つまり、第2範囲R2内にある凹凸パターン上の点の座標を用いて第2平均曲率(第2凹凸度合)を算出する。第2平均曲率は、第1平均曲率と比較して、凹凸パターンの変化をより大きく捉えることができる。したがって、凹凸パターンの変化を異なる範囲で捉える第1平均曲率及び第2平均曲率どうしを比較することができるため、第1及び第2凹凸パターンの間で互いに対応する座標既知点を精度よく検出することができる。
Further, in the unevenness
更に、凹凸度合算出部50では、選択された座標既知点Pでの第2平均曲率に対する第1平均曲率の比(以下、「平均曲率比」と称する)を第3凹凸度合として算出する。平均曲率比が大きいほど、第1平均曲率が大きく第2平均曲率が小さいため、選択された座標既知点Pがその周囲に対して大きく窪んだ、又は大きく突出した特徴的な部分に含まれていることになる。このような座標既知点を凹凸パターン上での特異点として用い、他の座標既知点を比較対象から除外することにより、第1及び第2凹凸パターンの間で互いに対応する座標既知点を効率的に検出することができる。
Further, the
凹凸度合算出部50による追加的な処理、すなわち凹凸パターン上の座標既知点における第1平均曲率、第2平均曲率及び平均曲率比を算出する処理を、図8及び図9を参照して説明する。
Additional processing by the
ステップS801では、生成部40により生成された凹凸パターン上で1つの座標既知点Pを選択する。
In step S801, one coordinate known point P is selected on the concave-convex pattern generated by the
ステップS802では、選択された座標既知点Pが中心となるようにトンネル周方向に沿って第1範囲R1を設定し、第1範囲R1内にある座標既知点の曲率の平均を算出する。算出された値が、選択された座標既知点Pにおける第1平均曲率である。 In step S802, a first range R1 is set along the circumferential direction of the tunnel so that the selected known coordinate point P is the center, and the average curvature of the known coordinate points within the first range R1 is calculated. The calculated value is the first mean curvature at the selected point P with known coordinates.
ステップS803では、選択された座標既知点Pが中心となるようにトンネル周方向に沿って第2範囲R2を設定し、第2範囲R2内にある座標既知点の曲率の平均を算出する。算出された値が、選択された座標既知点Pにおける第2平均曲率である。 In step S803, a second range R2 is set along the circumferential direction of the tunnel so that the selected point P with known coordinates is the center, and the average curvature of the points with known coordinates within the second range R2 is calculated. The calculated value is the second mean curvature at the selected point P with known coordinates.
第1範囲R1の幅及び第2範囲R2の幅は、予め設定される。第1範囲R1の幅及び第2範囲R2の幅は、作業者によって変更可能であってもよい。第1範囲R1の幅は、例えば、トンネル内周面Sのトンネル周方向の長さの10000分の1~50分の1程度である。第2範囲R2の幅は、例えば、トンネル内周面Sのトンネル周方向の長さの100分の1~3分の1程度である。 The width of the first range R1 and the width of the second range R2 are preset. The width of the first range R1 and the width of the second range R2 may be changeable by the operator. The width of the first range R1 is, for example, about 1/10000 to 1/50 of the length of the tunnel inner peripheral surface S in the tunnel circumferential direction. The width of the second range R2 is, for example, about 1/100 to 1/3 of the length of the tunnel inner peripheral surface S in the tunnel circumferential direction.
ステップS804では、第1平均曲率を第2平均曲率で除すことにより、選択された座標既知点Pにおける平均曲率比を算出する。 In step S804, the average curvature ratio at the selected coordinate known point P is calculated by dividing the first average curvature by the second average curvature.
ステップS805では、算出対象点の全てに対してステップS802~S804を実行したか否かを判定する。算出対象点の全てに対してステップS802~S804を実行していないと判定した場合には、ステップS806に進む。ステップS806では、凹凸パターン上で別の座標既知点を選択し、ステップS802に戻る。ステップS805にて、算出対象点の全てに対してステップS802~S804を実行したと判定した場合には、凹凸度合算出部50による処理を終了する。
In step S805, it is determined whether or not steps S802 to S804 have been executed for all calculation target points. If it is determined that steps S802 to S804 have not been executed for all points to be calculated, the process proceeds to step S806. In step S806, another point with known coordinates is selected on the uneven pattern, and the process returns to step S802. If it is determined in step S805 that steps S802 to S804 have been executed for all points to be calculated, the processing by the
ステップS701~S711及びステップS801~S806は、第1凹凸パターンと第2凹凸パターンとに対してそれぞれ実行され、第1凹凸パターンの各座標既知点における第1平均曲率、第2平均曲率及び平均曲率比と、第2凹凸パターンの各座標既知点における第1平均曲率、第2平均曲率及び平均曲率比が算出される。 Steps S701 to S711 and steps S801 to S806 are respectively executed for the first uneven pattern and the second uneven pattern, and the first average curvature, the second average curvature and the average curvature at each coordinate known point of the first uneven pattern ratio, the first average curvature, the second average curvature, and the average curvature ratio at each coordinate known point of the second uneven pattern are calculated.
算出された第1平均曲率、第2平均曲率及び平均曲率比は、判断部60による処理にて用いられる。図10及び図11を参照して、判断部60による処理、すなわち第1及び第2凹凸パターン上の座標既知点どうしが対応するか否かを判断する処理を説明する。
The calculated first average curvature, second average curvature, and average curvature ratio are used in the processing by the
図10に示すように、ステップS1001では、第1凹凸パターン上で1つの座標既知点を選択する。 As shown in FIG. 10, in step S1001, one coordinate known point is selected on the first uneven pattern.
ステップS1002では、第1凹凸パターン上で選択された座標既知点における平均曲率比が第1閾値以上であるか否かを判定する。選択された座標既知点における平均曲率比が第1閾値未満である場合には、選択された座標既知点が第1凹凸パターン上の特異点ではないと判定し、ステップS1103に進む。ステップS1103における処理は後述する。ステップS1002にて、第1凹凸パターン上で選択された座標既知点における平均曲率比が第1閾値以上である場合には、選択された座標既知点が第1凹凸パターン上の特異点であると判定し、ステップS1003に進む。 In step S1002, it is determined whether or not the average curvature ratio at the known coordinate points selected on the first concave-convex pattern is equal to or greater than the first threshold. If the average curvature ratio at the selected point with known coordinates is less than the first threshold, it is determined that the selected point with known coordinates is not a singular point on the first concave-convex pattern, and the process proceeds to step S1103. The processing in step S1103 will be described later. In step S1002, if the average curvature ratio at the known coordinate point selected on the first concave-convex pattern is equal to or greater than the first threshold value, the selected known coordinate point is determined to be a singular point on the first concave-convex pattern. It determines, and it progresses to step S1003.
ステップS1003では、第2凹凸パターン上で1つの座標既知点を選択する。 In step S1003, one coordinate known point is selected on the second uneven pattern.
ステップS1004では、第2凹凸パターン上で選択された座標既知点における平均曲率比が第2閾値以上であるか否かを判定する。選択された座標既知点における平均曲率比が第2閾値未満である場合には、選択された座標既知点が第2凹凸パターン上の特異点ではないと判定し、ステップS1101に進む。ステップS1101における処理は後述する。ステップS1004にて、第2凹凸パターン上で選択された座標既知点における平均曲率比が第2閾値以上である場合には、選択された座標既知点が第2凹凸パターン上の特異点であると判定し、ステップS1005に進む。 In step S1004, it is determined whether or not the average curvature ratio at the known coordinate point selected on the second uneven pattern is equal to or greater than the second threshold. If the average curvature ratio at the selected point with known coordinates is less than the second threshold, it is determined that the selected point with known coordinates is not a singular point on the second concave-convex pattern, and the process proceeds to step S1101. The processing in step S1101 will be described later. In step S1004, if the average curvature ratio at the known coordinate point selected on the second uneven pattern is equal to or greater than the second threshold, the selected known coordinate point is determined to be a singular point on the second uneven pattern. It determines, and it progresses to step S1005.
ステップS1002にて用いられる第1閾値と、ステップS1004にて用いられる第2閾値とは、予め設定される。第1閾値と第2閾値は、作業者によって変更可能であってもよい。第1閾値と第2閾値は、同じ値に設定されていてもよいし、異なる値に設定されていてもよい。 The first threshold used in step S1002 and the second threshold used in step S1004 are preset. The first threshold and the second threshold may be changeable by the operator. The first threshold and the second threshold may be set to the same value or may be set to different values.
ステップS1005では、第1凹凸パターン上で選択された座標既知点における第2平均曲率と、第2凹凸パターン上で選択された座標既知点における第2平均曲率と、が類似するか否かを判定する。具体的には、第2平均曲率どうしの差分が第3閾値以下の場合には類似すると判定し、第2平均曲率どうしの差分が第3閾値よりも大きい場合には類似しないと判定する。 In step S1005, it is determined whether or not the second average curvature at the known coordinate point selected on the first uneven pattern is similar to the second average curvature at the known coordinate point selected on the second uneven pattern. do. Specifically, when the difference between the second average curvatures is equal to or less than the third threshold, it is determined that they are similar, and when the difference between the second average curvatures is greater than the third threshold, it is determined that they are not similar.
ステップS1005にて、第2平均曲率どうしが類似しないと判定した場合には、ステップS1103に進む。ステップS1005にて、第2平均曲率どうしが類似すると判定した場合には、ステップS1006に進む。 If it is determined in step S1005 that the second average curvatures are not similar, the process proceeds to step S1103. If it is determined in step S1005 that the second average curvatures are similar to each other, the process proceeds to step S1006.
ステップS1006では、第1凹凸パターン上で選択された座標既知点における第1平均曲率と、第2凹凸パターン上で選択された座標既知点における第1平均曲率と、が類似するか否かを判定する。具体的には、第1平均曲率どうしの差分が第4閾値以下の場合には類似すると判定し、第1平均曲率どうしの差分が第4閾値よりも大きい場合には類似しないと判定する。 In step S1006, it is determined whether or not the first average curvature at the point with known coordinates selected on the first uneven pattern is similar to the first average curvature at the point with known coordinates selected on the second uneven pattern. do. Specifically, when the difference between the first average curvatures is equal to or less than a fourth threshold, it is determined that they are similar, and when the difference between the first average curvatures is greater than the fourth threshold, it is determined that they are not similar.
ステップS1005にて用いられる第3閾値と、ステップS1006にて用いられる第4閾値とは、予め設定される。第3閾値と第4閾値は、作業者によって変更可能であってもよい。第3閾値と第4閾値は、同じ値に設定されていてもよいし、異なる値に設定されていてもよい。 The third threshold used in step S1005 and the fourth threshold used in step S1006 are set in advance. The third threshold and the fourth threshold may be changeable by the operator. The third threshold and the fourth threshold may be set to the same value or may be set to different values.
ステップS1006にて、第1平均曲率どうしが類似しないと判定した場合には、ステップS1101に進む。ステップS1006にて、第1平均曲率どうしが類似すると判定した場合には、ステップS1007に進む。 If it is determined in step S1006 that the first average curvatures are not similar, the process proceeds to step S1101. If it is determined in step S1006 that the first average curvatures are similar to each other, the process proceeds to step S1007.
ステップS1007では、第1凹凸パターン上で選択された座標既知点と第2凹凸パターン上で選択された座標既知点とが対応すると不図示の記憶部に記憶し、ステップS1103に進む。 In step S1007, if the known coordinate point selected on the first concave-convex pattern corresponds to the known coordinate point selected on the second concave-convex pattern, it is stored in a storage unit (not shown), and the process proceeds to step S1103.
ステップS1101では、第2凹凸パターン上の算出対象点の全てを選択したか否かを判定する。ステップS1101にて、算出対象点の全てを選択していないと判定した場合には、ステップS1102に進む。ステップS1102では、第2凹凸パターン上で別の座標既知点を選択し、ステップS1003に戻る。ステップS1101にて、算出対象点の全てを選択したと判定した場合には、ステップS1103に進む。 In step S1101, it is determined whether or not all calculation target points on the second uneven pattern have been selected. If it is determined in step S1101 that all calculation target points have not been selected, the process advances to step S1102. In step S1102, another point with known coordinates is selected on the second uneven pattern, and the process returns to step S1003. If it is determined in step S1101 that all calculation target points have been selected, the process advances to step S1103.
ステップS1103では、第1凹凸パターン上の算出対象点の全てを選択したか否かを判定する。ステップS1103にて、算出対象点の全てを選択していないと判定した場合には、ステップS1104に進む。ステップS1104では、第1凹凸パターン上で別の座標既知点を選択し、ステップS1002に戻る。ステップS1103にて、算出対象点の全てを選択したと判定した場合には、判断部60による処理を終了する。
In step S1103, it is determined whether or not all calculation target points on the first uneven pattern have been selected. If it is determined in step S1103 that all calculation target points have not been selected, the process advances to step S1104. In step S1104, another point with known coordinates is selected on the first uneven pattern, and the process returns to step S1002. If it is determined in step S1103 that all calculation target points have been selected, the processing by the
以上により、第1及び第2凹凸パターンの間で互いに対応する座標既知点の検出が完了する。 As described above, detection of mutually corresponding known coordinate points between the first and second uneven patterns is completed.
差分算出部70(図2参照)では、第1及び第2凹凸パターン上の互いに対応する座標既知点どうしの差分を算出する。算出された差分が、トンネル内周面Sの変位に相当する。以上により変位の計測が完了する。計測された変位は、モニタ80(図1及び図2参照)に表示される。 The difference calculator 70 (see FIG. 2) calculates the difference between corresponding known coordinate points on the first and second uneven patterns. The calculated difference corresponds to the displacement of the inner peripheral surface S of the tunnel. Measurement of displacement is completed by the above. The measured displacement is displayed on the monitor 80 (see FIGS. 1 and 2).
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。 According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
トンネル内周面変位計測装置100及びトンネル内周面変位計測方法では、トンネル軸方向と交差するC-C断面上の第1及び第2凹凸パターンを生成し、第1及び第2凹凸パターン上の座標既知点での凹凸度合を算出する。そのため、凹凸度合は、二次元情報であり、凹凸度合どうしを二次元情報の照合により比較することができる。したがって、第1及び第2凹凸パターンを容易に比較することができ、第1及び第2時刻におけるトンネル内周面Sの間で互いに対応する凹凸を容易に検出することができる。これにより、トンネル内周面Sの変位を容易に計測することができる。
In the tunnel inner circumferential surface
トンネル内周面変位計測装置100及びトンネル内周面変位計測方法では、取得された座標から、C-C断面を含むようにトンネル軸方向に沿って設定された所定範囲R内にある座標を抽出し、抽出後の座標をC-C断面に投影し、投影後の座標を用いて凹凸パターンを特定する。そのため、凹凸パターンの生成に用いられる座標の数を増加させることができ、凹凸パターンを精度よく生成することができる。これにより、第1及び第2時刻におけるトンネル内周面Sの間で互いに対応する凹凸を精度よく検出することができ、トンネル内周面Sの変位を精度よく計測することができる。
In the tunnel inner circumferential surface
トンネル内周面変位計測装置100及びトンネル内周面変位計測方法では、選択された座標既知点Pが中心となるようにトンネル周方向に沿って設定された第1範囲R1内にある座標既知点での第1平均曲率を算出すると共に、選択された座標既知点Pが中心となるようにトンネル周方向に沿って第1範囲R1よりも広く設定された第2範囲R2内にある座標既知点での第2平均曲率を算出し、第1平均曲率を第2平均曲率で除して平均曲率比を算出する。平均曲率比が大きいほど、第1平均曲率が大きく第2平均曲率が小さいため、選択された座標既知点Pがその周囲に対して大きく窪んだ、又は大きく突出した特徴的な部分の点であるか否かを平均曲率比に基づいて判断することができる。特徴的でない部分の座標既知点を除外して、第1及び第2凹凸パターン上の座標既知点どうしが対応するか否かを判断することにより、第1及び第2時刻におけるトンネル内周面Sの間で互いに対応する凹凸を効率的に検出することができ、トンネル内周面Sの変位を効率的に計測することができる。
In the tunnel inner circumferential surface
トンネル内周面変位計測装置100及びトンネル内周面変位計測方法では、座標既知点の凹凸度合が第1閾値又は第2閾値以上のときに当該座標既知点が特異点であると判断し、第1時刻における特異点の凹凸度合と第2時刻における特異点の凹凸度合とが類似するか否かを判断する。特異点どうしの比較により第1及び第2時刻におけるトンネル内周面Sの間で互いに対応する凹凸を精度よく検出することができるため、トンネル内周面Sの変位を精度よく計測することができる。
In the tunnel inner circumferential surface
トンネル内周面変位計測装置100及びトンネル内周面変位計測方法では、第1時刻における特異点の第2平均曲率と第2時刻における特異点の第2平均曲率とが類似すると判断し、かつ第1時刻における特異点の第1平均曲率と第2時刻における特異点の第2均曲率とが類似すると判断したときに、第1時刻における特異点と第2時刻における特異点とが対応すると判断する。凹凸パターンの変化を異なる範囲で捉えて凹凸パターンどうしを比較することができるため、第1及び第2時刻におけるトンネル内周面Sの間で互いに対応する凹凸を精度よく検出することができる。したがって、トンネル内周面Sの変位を精度よく計測することができる。
In the tunnel inner circumferential surface
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments merely show a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited to the specific configurations of the above embodiments. do not have.
上記実施形態では、トンネル内周面Sにおける複数箇所の位置の測定に三次元レーザスキャナ10を用いているが、三次元レーザスキャナ10に代えて、ステレオカメラ、プロファイラ及びLiDAR(Light Detection and Ranging)等の測域センサを用いてもよい。また、モアレ縞をトンネル内周面Sに照射してトンネル内周面Sにおける複数箇所の位置を測定してもよいし、UAV(Unmanned Aerial Vehicle)を用いてトンネル内周面Sにおける複数箇所の位置を測定してもよい。
In the above embodiment, the three-
上記実施形態では、取得された座標から、C-C断面を含むようにトンネル軸方向に沿って設定された所定範囲R内にある座標を抽出し、抽出後の座標をC-C断面に投影し、投影後の座標を用いて凹凸パターンを特定しているが、これに代えて、C-C断面上でのトンネル内周面Sの座標を補間して凹凸パターンを生成してもよい。この場合でも、凹凸パターンの精度を向上させることができ、第1及び第2時刻におけるトンネル内周面Sの間で互いに対応する凹凸を精度よく検出することができる。したがって、トンネル内周面Sの変位を精度よく計測することができる。 In the above embodiment, coordinates within a predetermined range R set along the tunnel axis direction so as to include the CC cross section are extracted from the obtained coordinates, and the extracted coordinates are projected onto the CC cross section. However, instead of this, the uneven pattern may be generated by interpolating the coordinates of the inner peripheral surface S of the tunnel on the CC cross section. Even in this case, the accuracy of the uneven pattern can be improved, and the unevenness corresponding to each other between the tunnel inner peripheral surface S at the first and second times can be detected with high accuracy. Therefore, the displacement of the inner peripheral surface S of the tunnel can be measured with high accuracy.
上記実施形態では、凹凸度合を、凹凸パターン上で選択された座標既知点Pでの曲率としているが、曲率に代えて、凹凸パターン上で選択された座標既知点Pでの傾き、尖度及び歪度を凹凸度合としてもよい。 In the above embodiment, the degree of unevenness is the curvature at the known coordinate point P selected on the uneven pattern. The degree of skewness may be used as the degree of unevenness.
座標既知点Pでの傾きは、ステップS703にて算出される。第1平均傾き(第1凹凸度合)は、第1平均曲率と同様に、選択された座標既知点Pが中心となるようにトンネル周方向に沿って第1範囲R1を設定し、第1範囲R1内にある座標既知点における傾きの平均を算出することにより得られる。第2平均傾き(第2凹凸度合)は、第2平均曲率と同様に、選択された座標既知点Pが中心となるようにトンネル周方向に沿って第2範囲R2を設定し、第2範囲R2内にある座標既知点における傾きの平均を算出することにより得られる。平均傾き比(第3凹凸度合)は、平均曲率比と同様に、選択された座標既知点Pでの第2平均傾きに対する第1平均傾きの比を算出することにより得られる。 The inclination at the coordinate known point P is calculated in step S703. As with the first average curvature, the first average inclination (first unevenness degree) sets the first range R1 along the tunnel circumferential direction so that the selected coordinate known point P is the center, and the first range It is obtained by calculating the average of the slopes at points with known coordinates within R1. As with the second average curvature, the second average inclination (second unevenness degree) sets a second range R2 along the tunnel circumferential direction so that the selected coordinate known point P is the center, and the second range It is obtained by calculating the average of the slopes at points with known coordinates within R2. The average slope ratio (third unevenness degree) is obtained by calculating the ratio of the first average slope to the second average slope at the selected point P with known coordinates, in the same manner as the average curvature ratio.
尖度及び歪度は、凹凸パターン上の点の座標を極座標で表すことにより算出することができる。具体的には、凹凸パターン上の点の座標を、C-C断面でのトンネルTの中心を原点とした極座標にすると、選択された座標既知点Pに対して横軸を極座標の角度成分θ、縦軸を極座標の距離成分r=E(θ)とすることができる。なお、E(θ)は期待値関数である。尖度K及び歪度Sは、距離成分rの平均μ及び標準偏差σを用いて、
上記実施形態では、ステップS802にて、第1範囲R1は、選択された座標既知点Pが中心となるに設定されるが、第1範囲R1は、選択された座標既知点Pが含まれるように設定されればよい。同様に、ステップS803にて、第2範囲R2は、選択された座標既知点Pが中心となるに設定されるが、第2範囲R2は、選択された座標既知点Pが含まれるように設定されればよい。 In the above embodiment, in step S802, the first range R1 is set so that the selected point P with known coordinates is the center. should be set to Similarly, in step S803, the second range R2 is set so that the selected point P with known coordinates is the center, but the second range R2 is set so as to include the selected point P with known coordinates. I wish I could.
上記実施形態では、1つのC-C断面上の凹凸パターンを生成し凹凸度合を算出しているが、複数の所定断面を設定し、各所定断面の凹凸パターンを生成し凹凸度合を算出してもよい。この場合には、トンネル軸方向に複数箇所でトンネル内周面Sの変位を計測することができる。 In the above embodiment, an unevenness pattern is generated on one C--C cross section and the degree of unevenness is calculated. good too. In this case, the displacement of the inner peripheral surface S of the tunnel can be measured at a plurality of points in the axial direction of the tunnel.
100・・・トンネル内周面変位計測装置
30・・・取得部
40・・・生成部
50・・・凹凸度合算出部
60・・・判断部
70・・・差分算出部
T・・・トンネル
S・・・トンネル内周面
R1・・・第1範囲
R2・・・第2範囲
DESCRIPTION OF
Claims (4)
第1及び第2時刻における前記トンネル内周面上の複数箇所の座標を取得する取得部と、
前記取得部により取得された前記座標を用いて、トンネル軸方向と交差する所定断面上の凹凸パターンを生成する生成部と、
前記生成部により生成された前記第1及び第2時刻における前記凹凸パターン上の所定点での凹凸度合を算出する凹凸度合算出部と、
前記凹凸度合算出部により算出された前記第1時刻における前記凹凸度合と前記第2時刻における前記凹凸度合とが類似するときに前記第1時刻における前記所定点と前記第2時刻における前記所定点とが対応すると判断する判断部と、
互いに対応する前記第1及び第2時刻における前記所定点の座標の差分を算出する差分算出部と、を備え、
前記凹凸度合は、前記所定点を含むようにトンネル周方向に沿って設定された第1範囲内にある前記凹凸パターン上の点の座標を用いて算出される第1凹凸度合と、前記所定点を含むように前記トンネル周方向に沿って前記第1範囲よりも広く設定された第2範囲内にある前記凹凸パターン上の点の座標を用いて算出される第2凹凸度合と、前記第1凹凸度合と前記第2凹凸度合とを用いて算出される第3凹凸度合と、を含む、
トンネル内周面変位計測装置。 A tunnel inner peripheral surface displacement measuring device for measuring displacement of a tunnel inner peripheral surface,
an acquisition unit that acquires coordinates of a plurality of locations on the inner circumferential surface of the tunnel at first and second times;
a generating unit that generates an uneven pattern on a predetermined cross section that intersects with the tunnel axis direction using the coordinates acquired by the acquiring unit;
an unevenness degree calculation unit that calculates an unevenness degree at a predetermined point on the uneven pattern at the first and second times generated by the generation unit;
When the degree of unevenness at the first time and the degree of unevenness at the second time calculated by the degree of unevenness calculation unit are similar, the predetermined point at the first time and the predetermined point at the second time. a determination unit that determines that corresponds to
a difference calculation unit that calculates the difference between the coordinates of the predetermined point at the first and second times corresponding to each other ;
The degree of unevenness is a first degree of unevenness calculated using coordinates of points on the uneven pattern within a first range set along the tunnel circumferential direction so as to include the predetermined point, and the predetermined point. A second unevenness degree calculated using coordinates of points on the uneven pattern within a second range set wider than the first range along the tunnel circumferential direction so as to include the first A third degree of unevenness calculated using the degree of unevenness and the second degree of unevenness,
Tunnel inner circumferential surface displacement measuring device.
請求項1に記載のトンネル内周面変位計測装置。 The generating unit extracts coordinates within a predetermined range set along the tunnel axis direction so as to include the predetermined cross section from the coordinates obtained by the obtaining unit, and converts the extracted coordinates to the 2. The tunnel inner circumferential surface displacement measuring device according to claim 1, wherein the uneven pattern is specified by projecting it onto a predetermined cross section and using the coordinates after projection.
請求項1又は2に記載のトンネル内周面変位計測装置。 The determination unit determines that the predetermined point is a singular point when the third degree of unevenness of the predetermined point is equal to or greater than a predetermined value, and determines the first and second degrees of unevenness of the singular point at the first time. 3. The tunnel inner circumferential surface displacement measuring device according to claim 1, wherein it is determined whether or not the first and second unevenness degrees of the singular point at the second time are similar to each other.
請求項3に記載のトンネル内周面変位計測装置。 The determination unit determines that the second unevenness degree of the singular point at the first time and the second unevenness degree of the singular point at the second time are similar, and the singular point at the first time and the first unevenness degree of the singular point at the second time are similar, the singular point at the first time corresponds to the singular point at the second time to judge,
The tunnel inner circumferential surface displacement measuring device according to claim 3 .
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