JPH02193006A

JPH02193006A - 内空断面計測方法

Info

Publication number: JPH02193006A
Application number: JP1267389A
Authority: JP
Inventors: Michinao Terada; 寺田　道直; Yoshihisa Ichihara; 市原　義久
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1990-07-30
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPH0737890B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、トンネル、地下大空洞等の掘削断面の形状・
寸法ならびに内空変位等を計測するに好適な内空断面計
測方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、トンネル等の掘削断面の形状・寸法測定には、超
音波やレーザーの反射を利用した方法やステレオ写真を
利用した方法が各種実施されている。

また、内空変位の測定には、特定の測点間の相対距離の
変化をテープで測定する方決が各種実施されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、掘削断面の形状・寸法測定に関し、従来の方法
では、点の測定結果から内空断面全体の形状・寸法を求
めなければならず、いずれの方法も測定や解析作業に時
間が掛かる欠点があった。

また、内空変位の測定に関し、従来の方法では、測点の
数に限りがある上、２点間の相対距離を求めるため、全
体的な変形モードや壁面変位の絶対量が解らない欠点が
有った。

本発明は、上記の欠点を解消すべ（、トンネル等の掘削
断面の全体形状・寸法ならびに内空変位が一度に迅速に
測定できる内空断面計測方法および内空断面計測装置を
提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明の発明者らは、先
に、空洞の中心軸に垂直かつ中心軸方向に広がりのない
光線を所望点から照射して測定断面の空洞内壁面に所望
幅の光跡を形成し、所定位置から前記光跡を含む空洞内
壁面を撮像したのち、その画像および前記所定位置から
撮像した前記空洞内壁面の未照射状態の画像を比較し光
跡部分のみを抽出するとともに、前記所定位置と測定断
面との距離から画像の縮尺を算出して空洞の内空断面の
形状および寸法を計測するようにする内空断面計測方法
を発明した。

この先の発明は、従来の計測方法の欠点を全て解消する
優れた発明であったが、内空断面が偏平であったり、縦
長であるトンネルなどには適用しにくいと言う欠点があ
った。

すなわち、偏平なあるいは縦長なトンネルの場合、測定
断面を全て一度に撮像しようとすると、撮像手段と測定
断面との距離を充分に取らなくてはならないのであるが
、計測精度が悪くなったり、内部雰囲気が悪いと充分な
距離がとれないのである。

発明者らは、先の発明の上記欠点を解消すべく、鋭意検
討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

したがって、本発明にがかる内空断面計測方法は、空洞
の断面方向に光線を照射して測定断面の空洞内壁面に所
望幅の光跡を形成し、所定位置から前記光跡を含む空洞
内壁面を撮像したのち、その画像および前記所定位置か
ら撮像した前記空洞内壁面の未照射状態の画像を比較し
光跡部分のみを抽出するとともに、前記所定位置と測定
断面との距離から画像の縮尺を算出して空洞の内空断面
の形状および寸法を計測するようにする内空断面計測方
法であって、前記測定断面の少なくとも任意の１箇所に
マーカーを設け、カメラ軸を測定断面と垂直にして前記
マーカーの少なくとも１つを含む基準となる画像Ａを撮
像し、かつ、カメラ軸を傾けて前記マーカーの少なくと
も１つを含む画像Ｂを少な（とも１つ撮像し、前記画像
Ｂの座標を前記画像への座標に座標変換するとともに、
対応するマーカーが重なるように全画像を合成して全光
跡を抽出することを特徴としている。

〔作　用〕

本発明にかかる内空断面計測方法によれば、空洞の断面
方向に光線を照射して測定断面の空洞内壁面に所望幅の
光跡を形成するとともに、前記測定断面の少な（とも任
意の１箇所にマーカーを設ける。そして、カメラ軸を基
準の位置に向け、少なくとも１つの前記マーカーが含ま
れるように前記測定断面の一部を基準の画像Ａとして撮
像し、かつ、カメラ軸を傾けて前記マーカーの少なくと
も１つを含むように画像Ｂを少な（とも１つ撮像する。

すなわち、測定断面を複数に分割して撮像する。つぎに
、画像Ｂの座標を画像Ａの座標に座標変換し、対応する
マーカーが重なるように前記画像Ａおよび画像Ｂを合成
し測定断面をあられす全光跡を抽出するようにしている
。

〔実　施　例〕

以下に、本発明を、その実施例をあられす図面を参照し
つ９詳しく説明する。

第１図は本発明にかかる内空断面計測方法を用いて計測
する装置の例を横から見た状態で模式的にあられし、第
２図はその装置がトンネル内に設置された状態を上から
見てあられしている。

図にみるように、この内空断面計測装置１は、光照射手
段２、撮像手段３、距離測定手段としての測距儀４、画
像処理手段５を備えている。

光照射手段２は、本体２１と屈折手段２２を備えている
。本体２１には、図示していないが、光源が内蔵されて
いる。この光源は、空洞の中心軸（たとえば、トンネル
の掘削軸）の方向に広がりが無い、たとえば、レーザー
光線などのようなコヒーレントな光線２３を発するよう
になっている。屈折手段２２は、本体２１の前記光線２
３の出口前方に配置され回転駆動手段（図示せず）によ
り回転軸を中心にして所定の回転速度で回転するように
なっているとともに、前記光線２３を直交方向に屈折さ
せるようになっていて、たとえば、プリズムなどが用い
られる。

撮像手段３は、公知のテレビカメラなどが用いられ、そ
の上に測距儀４が搭載されているとともに、画像処理手
段５が接続されている。

画像処理手段５には、表示手段６および記憶手段７が接
続されている。さらに、記憶手段７は、撮像手段３とも
接続されている。

次に、本発明にがかる内空断面計測方法を、上記内空断
面計測装置ｌの動作に従って説明する。

■　トンネルの設計断面や距離の較正値（たとえば、１
画素が何■に対応するかを距離のパラメータとしてあら
れす）を画像処理手段５に入力して記憶手段７に記憶さ
せる。

■　光照射手段２の本体２１出口からでる光線２３の光
軸（基準軸）がトンネル９の掘削軸９１に平行となるよ
うに光照射手段２を配置し、更に、撮像手段３を、その
位置を移動させることなく撮像角度の変更のみで被測定
断面全体がその視野内に入るように、光照射手段２から
前記掘削軸９１方向に離れた位置に配置する。なお、■
と■の操作は逆であってもよい。

■　測距＠４によって測定断面と撮像手段３の基準位置
との距離を測定し、記憶手段７に記憶させる。

■　撮像手段３を基準位置、すなわち、カメラの中心軸
が測定断面に垂直になるようにして第３図（ａ）にみる
ように測定断面の略下側半分を先ず未照射状態で撮像し
てその画像を記憶手段７に記憶する。なお、この時、光
照射手段２により光線２３を照射して第１画像３１の上
限部分に当たる測定断面のトンネル内壁面にマーカーと
して２つの光点２４を形成しこの光点２４の位置および
光点２４を形成する光線２３の照射角度（屈折手段２２
の角度）も記憶しておく。

■　光照射手段２の光源から光線２３をトンネルの円周
方向に所定の回転速度で照射し、撮像手段３によりある
瞬間Δｔの画像を撮像する。

上記のようにすれば、第３図（ａ）にみるように撮像手
段３の残像現象により、照射光線２３が時間Δｔの間に
壁面上を移動した軌跡３１ｂ、すなわち、トンネル断面
形状の光跡３１ａの一部を含む第１百像３１を得ること
ができる。

■　この画像３１と前記未照射画像との差あるいは比率
をとり、光跡３１ａの一部を構成する軌跡３１ｂのみを
抽出して記憶手段７に記憶する。

なお、記憶手段７では、記憶した軌跡３１ｂを自動的に
重ね合わせるようになっている。

■　重ね合わされた軌跡３１ｂがトンネル断面形状の下
側半分の光跡３１ａを形成するまで、上記■、■の動作
を繰り返す。すなわち、照射光線２３の回転速度と撮像
時間Δｔとの同期をとり、上記のＩ最像および抽出操作
を繰り返して時間Δを毎の画像処理結果を重ね合わせる
ことにより、光跡３１ａの全体を抽出することができる
。

■　第４図にみるように、抽出した光跡３１ａを記憶手
段７の仮想画面３３に記憶しておく。

■　つぎにカメラの中心軸を基準位置から上方に向け、
第３図（ｂ）にみるように、測定断面の上方の残り部分
および前記光点２４が画像内に入るようにして、■、■
と同様にして第２画像３２を得る。なお、このときの光
点２４は第１画像３１撮像の時に記憶した照射角度で光
照射手段２から光線２３を再度照射して形成する。

［株］　■および■と同様にして上半分の光跡３２ａの
全体を抽出する。

■　前記光点２４の、第１画像３１の画面上の画素位置
と第２画像３２の画面上の画素位置とを比較して前記カ
メラの基準位置からの傾きを演算し、この傾きから第２
画像３２の座標を第１画像３１と同一座標に座標変換す
る。そして、座標変換された光跡３２ａ′を前記仮想画
面３３に重ねて全光跡３ａを仮想画面３３上に描く。

■　このようにして仮想画面３３上に形成された光跡３
ａを構成する個々の画素の平面座標値や光跡３ａで囲ま
れた断面積等を、撮像距離から求めた画像の縮尺比を用
いて算出し、その結果を表示手段６において表示し、か
つ、記憶装置７において記憶する。結果の表示は、第５
図に示すように、掘削断面の形状線（光跡３ａを上記の
平面座標値に変換したもの）３４と、本来掘削されるべ
き設計断面の形状線３５とを、トンネル９の中心線９２
およびスプリング線９３を基準にして重ね合わせるとと
もに、掘削断面の形状線３４と設計断面の形状線３５と
で囲まれた部分の断面積（過不足断面積）も合わせて表
示し、実際の掘削断面と設計断面の差異を数量的に図化
表示する。

また、内空変位の表示は、第６図に示すように、中心線
９２とスプリング線９３の交点０を中心とする極座標（
ｒ、　　θ）における現在の掘削断面の座標値と初期の
座標値との差を求め、基準線９４の外側を伸び、内側を
縮みとして図化表示することもできる。

さらに、同様にして、トンネル内壁面にコンクリートを
吹き付ける場合、吹き付ける前の内空断面と吹き付は後
の内空断面を比較してコンクリートの吹き付は厚みを図
化表示することもできる。

上記の実施例において、時間Δを毎の画像を重ね合わせ
ることより、光跡全体画像を纏めて撮像し、その後に未
照射画像との差あるいは比率をとれば、抽出時間をより
短縮することが出来る。

本発明は、上記の実施例に限定されない。上記実施例で
は、光照射手段が光源からの光を一本の光線として照射
し屈折手段を回転させることによりこの光線を経時的に
円周方向に照射し、時間Δを毎の軌跡を撮像して画像を
重ね合わせ光跡全体を抽出するようにしたが、光照射手
段から面状に光線を照射して光跡を一度に撮像できるよ
うにしてもよい。

上記の実施例では、光照射手段がトンネルの掘削軸、す
なわち、空洞の中心線上に配置されるようになっていた
が、所望の位置にクリアーな光跡を描くことができれば
、中心線上に配置しなくても構わない。また、撮像手段
も幾何学的補正を行うようにすれば、中心線上に配置し
なくても構わない。このようにすれば、計測を空洞の直
線部分だけでなく曲線部分でも行うことができる。

上記の実施例では空洞がトンネルであったが、地下の大
空洞や立坑など全ての空洞に適用することができる。

上記の実施例では、距離測定手段が測距儀であったが、
メジャーなどの計測手段でも構わない。

上記の実施例では、トンネルの内空断面を上下に２分割
して撮像するようにしたが、３つ以上に分割するように
しても構わない。また、トンネル内空断面を水平に分割
しても構わない。

上記の実施例では、マーカーが光線で形成されていたが
、光線でなくても画像上で内空壁面と識別できるもので
あればなんでもよい。また、上記実施例では、光点が２
つであったが、１つでも構わない。

〔発明の効果〕

本発明にがかる内空断面計測方法は、以上のように構成
されているので、多数の測定点の測定結果を寄せ集めて
全体の断面形状を求めるといった煩雑な手間の掛かる作
業が不要になり、極めて効果的であり、内空変位やコン
クリートの吹き付は厚みの測定についても、従来の方法
では現実的に測定不可能であった横断面全体の変形モー
ドや壁面変位や吹き付はコンクリートの厚みの絶対量を
直ちに知ることができ、支保の補強や変更等、トンネル
の安全管理・施工管理に極めて有効である。しかも、断
面が偏平であったり、縦長であるようなトンネルにも適
用することができる。また、画像処理するため、撮像手
段の振り角度などが実測せずに計算で求めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にがかる内空断面計測装置の１実施例を
あられす模式図、第２図はそのトンネルに設置した状態
をあられす平面図、第３図（ａ）は第１画像をあられす
正面図、第３図（ｂ）は第２画像をあられす正面図、第
４図は仮想画面をあられす正面図、第５図は表示手段に
おける表示の１例をあられす説明図、第６図は表示手段
における表示の別の例をあられす説明図である。１・・・内空断面計測装置　２・・・光照射手段　３・
・・過像手段　４・・・測距儀（距離測定手段）　　５
・・・画像処理手段　６・・・表示手段　７・・・記憶
手段　９・・・トンネル（空洞）　　２３・・・光線　
２４・・・光点（マーカー）　３１・・・第１画像（画
像Ａ）　３２・・・第２画像（画像Ｂ）　　９１・・・
掘削軸（中心軸）３ａ、３１ａ、３２ａ’・・・光跡図（ａ）１ａ図（ｂ）第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）空洞の断面方向に光線を照射して測定断面の空洞
内壁面に所望幅の光跡を形成し、所定位置から前記光跡
を含む空洞内壁面を撮像したのち、その画像および前記
所定位置から撮像した前記空洞内壁面の未照射状態の画
像を比較し光跡部分のみを抽出するとともに、前記所定
位置と測定断面との距離から画像の縮尺を算出して空洞
の内空断面の形状および寸法を計測するようにする内空
断面計測方法であって、前記測定断面の少なくとも任意
の１箇所にマーカーを設け、カメラ軸を測定断面と垂直
にして前記マーカーの少なくとも１つを含む基準となる
画像Ａを撮像し、かつ、カメラ軸を傾けて前記マーカー
の少なくとも１つを含む画像Ｂを少なくとも１つ撮像し
、前記画像Ｂの座標を前記画像Ａの座標に座標変換する
とともに、対応するマーカーが重なるように全画像を合
成して全光跡を抽出することを特徴とする内空断面計測
方法。