JPH08219783A - 掘削地山等の変位計測管理システム - Google Patents

掘削地山等の変位計測管理システム

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JPH08219783A
JPH08219783A JP7027987A JP2798795A JPH08219783A JP H08219783 A JPH08219783 A JP H08219783A JP 7027987 A JP7027987 A JP 7027987A JP 2798795 A JP2798795 A JP 2798795A JP H08219783 A JPH08219783 A JP H08219783A
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JP
Japan
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image
camera
measurement
displacement
point
Prior art date
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JP7027987A
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English (en)
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Yoshikazu Miyauchi
良和 宮内
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Kajima Corp
Original Assignee
Kajima Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 地山の変位を一定の時間間隔で自動的に計
測、管理することができるので、崩壊を事前に予知し、
災害から防止することが確実に行える。 【構成】 切土法面2等の変位を生じやすい地盤面に設
置した計測用杭を任意の位置に固定した複数のCCDカ
メラ8で撮影し、その映像をパソコン等の処理装置11に
取込み、取込んだ画像に対して形状抽出、色抽出、縮退
化等の画像処理を施すことで計測用杭6の指標7の重心
を抽出し、この抽出した指標7の重心点を基に、ステレ
オ画像計測法を用いて指標点の三次元座標を抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、土木工事において切土
法面等の崩壊による災害の発生を事前に予知、防止する
掘削地山等の変位計測管理システムに関する。
【0002】
【従来の技術】わが国は急峻な地形が多く、また、地質
は複雑かつ多様であることから、地山の掘削深度と掘削
勾配については、労働安全衛生規則により土質別に基準
が定められている。また、これらの基準を遵守すること
は勿論、特に湧水等が多い場合には法面排水手段等を設
ける必要がある。
【0003】しかしこのように万全を期したつもりで
も、必ずしも崩壊は起こり得ないと断言できない。その
ため、大規模な切土法面が存在する場合には日常管理と
しての安全管理が行われる。
【0004】従来は図5に示すようにトランシット1等
により管理をおこなっていた。図中2は切土法面であ
り、前記トランシット1は第1の基準点3a上に設置
し、第2の基準点3bを視準する。
【0005】視準線上に計測用杭4上のくぎ5(図7参
照)が位置するように計測用杭4を設置する。以後、図
6に示すようにトランシット1を第1の基準点3a上に
設置して計測用杭4上のくぎ5が 常に第1の基準点3
aと第2の基準点3bとを結ぶ線上にあるか否かで変位
を判断する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記トランシットによ
る方法では、毎日据え付け、撤去を行う必要があるこ
と、人手による視準確認なので1日の中での計測回数が
限られる。(例えば、30分間隔での計測を毎日続けるの
は現実的でない。)
【0007】本発明の目的は前記従来例の不都合を解消
し、地山の変位を一定の時間間隔で自動的に計測、管理
することができるので、崩壊を事前に予知し、災害から
防止することが確実に行える掘削地山等の変位計測管理
システムを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、切土法面等の変位を生じやすい地盤面に設置
した計測用杭を任意の位置に固定した複数のCCDカメ
ラで撮影し、その映像をパソコン等の処理装置に取込
み、取込んだ画像に対して形状抽出、色抽出、縮退化等
の画像処理を施すことで計測用杭の指標の重心を抽出
し、この抽出した指標の重心点を基に、ステレオ画像計
測法を用いて指標点の三次元座標を抽出することを要旨
とするものである。
【0009】
【作用】本発明によれば、CCDカメラはこれを所定位
置に常設でき、このCCDカメラで撮影した映像をオン
ラインでタイムリーにパソコン等に取込み、これにより
切土面に設置した指標を有する計測用杭の変位を定量的
に算出し、管理データとして活用することができる。
【0010】また、キャリブレーション用基準点、およ
び計測用指標の平面座標(モニタ上の画素位置座標)算
出に形状抽出、色抽出、縮退化等の画像処理技術による
抽出を導入することにより、一連の処理の自動化を図る
ことができる。
【0011】
【実施例】以下、図面について本発明の実施例を詳細に
説明する。図1は本発明の掘削地山等の変位計測管理シ
ステムの1実施例を示すシステム構成図、図4はフロー
チャートで、図中2は前記従来例と同じくは切土法面で
ある。
【0012】切土法面2に計測用杭6を設置するが、こ
の計測用杭6は図3に示すように、頂部に任意の形状
(図示では球状)、または色をつけた、もしくはその両
方の指標7を設けている。
【0013】切土法面2を見晴らせる任意の位置に少な
くとも2基のCCDカメラ8を固定して設け、この2基
のCCDカメラ8を、それぞれの映像中に計測用杭6が
収まるようにカメラ姿勢、ピント、ズーム等の機能を調
節する。CCDカメラは周知のごとく電荷結合素子を組
込んだデジタル静止画カメラで、撮影した画像を高画質
で処理するものである。
【0014】また、図2に示すようにステレオ画像計測
の原理に沿ってキャリブレーション(較正)を行うため
の基準点9を設ける。このキャリブレーション用基準点
9は後述のように最低でも座標既知の点を6点設置する
必要がある。ここでは基準点9の個数については限定し
ない。基準点9は各々のCCDカメラ8の映像に全て含
まれなければならない。
【0015】このCCDカメラ8は画像処理入力ボード
10を介してパソコン等の処理装置11に接続する。この処
理装置11には画像処理モジュール12が接続される。
【0016】図4に示すように、複数のCCDカメラ8
で撮影したカメラ映像をパソコン等の処理装置11にオン
ラインで入力し、取込んだ画像に対して形状抽出、色抽
出、縮退化等の画像処理を施す。そして、各基準点9の
モニタ上の平面座標を算出し、両CCDカメラ8につい
ての平面座標を算出する。
【0017】各基準点の3次元絶対座標の入力を行い、
設置した基準点9を基にキャリブレーションを行う。キ
ャリブレーションは、各々のCCDカメラ8からの映像
に映されている複数個の基準点9の各カメラでの平面座
標(モニタ上での2次元画素位置座標)を算出し、キャ
リブレーションすなわちカメラパターンの算出を行う。
【0018】ここでキャリブレーションについて説明す
る。図8にピンホールカメラに基づいた透視変換モデル
を表す。カメラを理想化したこの透視変換モデルは、レ
ンズ面の中心にピンホールが開いたものであり、視線は
この点を通る1本の直線として定義される。ガラスレン
ズを用いた一般の結像系も、歪曲収差が無視できるほど
小さければ、この簡易なモデルで表現できる。実際のカ
メラは対象−レンズ−結像面と配置されるが、これでは
像が逆転してわかりにくいため、仮想的に結像面をレン
ズの前におき、対象−結像面−レンズと配置している。
図中のFはレンズの中心、fはレンズの焦点距離、Iは
結像面である。結像面をカメラに固定した座標系の基準
に考えているため、Iの中心を座標軸の原点にしてい
る。
【0019】空間中のある一点P(X,Y,Z)を結像
面Iへ透視して点、P′(Xc ,Yc ,Zc )、すなわ
ち測定点Pへ向かっている視線と結像面との交点は、 で与えられる。また、表現を変えれば、 Xc =fX/(f+Z), Yc =fY/(f+Z), (式2) Zc =0 と表せる。透視変換はこのように非線型な変換である
が、三次元の座標を媒介とする変数を一つ加え、一次元
高めた表現を用いることにより、線型化することができ
る。これを同次座標系(homogeneous coordinates)と呼
んでいる。三次元の点(X,Y,Z)を、次式のように
Wh を媒介とする4次元の点(Xh ,Yh ,Zh ,Wh
)で表現したものが同次座標である。 X=Xh /Wh Y=Yh /Wh (式3) Z=Zh /Wh この同次座標系により、透視変換は、 の4×4の行列演算で記述することができる。ここで
〔X,Y,Z,1〕T と〔Xch,Ych,Zch,Wch〕T
は同次座標系表現による点PとP′の座標である。
【0020】図4に示すように、両CCDカメラ8のカ
メラパラメータを算出する。前記と同様な画像処理を行
い、計測用杭6の指標7のモニタ平面座標を両CCDカ
メラ8について算出する。
【0021】カメラパラメータの算出について説明す
る。図8の透視変換は点Pと点P′がともにカメラに固
定した座標系で表現されているときに適用できる。目的
によっては、測定対象である点Pを計測システムの配置
とは独立した別の座標系で表現した方が都合がよい場合
が多い。
【0022】図9にこの関係を表す。測定対象に用いる
座標を「物体座標系」と呼び、カメラに原点を置いた座
標系を「カメラ座標系」と呼ぶ。この二つの座標系を関
係づける変換Tは、同次座標系表現では回転と平行移動
を含めて、 で表すことができる。物体座標系での点Pからカメラ座
標系での点P′への変換は、 と表せる。カメラ座標系での結像面はZch=0なので、
結像面上での二次元座標(Xc,Yc), つまり入力画像中
での画素の位置でこの式を簡略化すると、 と記述できる。この3×4のC行列を「カメラパラメー
タ」と呼ぶ。このカメラパラメータに、位置、姿勢、画
角などカメラに関するデータがすべて含まれている。
【0023】スポット光をガルバノミラーなどで偏向し
て投影する場合、光線がある1点から放射状にのびてい
るとみなせるから、ミラーの回転中心に原点を置いた座
標系で、ピンホールカメラモデルと同じ透視変換の関係
をそのまま当てはめることができる。式8のカメラパラ
メータは、カメラの視線がなす直線を表現している。ま
ったく同じ式でスポット光の光線なす直線の関係を表現
できる。
【0024】スリット光はスポット光が1列に連続して
並んだものとん考えることができるので、図9に示すよ
うに、結像面での二次元座標の内、一方の座標値を無視
すればよい。いいかえれば、結像面の二次元座標が一次
元に縮退したものになっている。したがって、スリット
の位置を表す座標Xp と空間上の点(X,Y,Z)の関
係は式8とまったく同様であるが、変換行列は2×4と
なる。次式にこの関係を示す。 ここで、この2×4のP行列を「プロジェクタパラメー
タ」と呼ぶ。そしてカメラパラメータとプロジェクタパ
ラメータの両者で、ステレオ計測全体の系が決定できる
ことから、この二つを合わせて「システムパラメータ」
と呼ぶ。ここで、プロジェクタに固定した座標系を「プ
ロジェクタ座標系」と呼ぶ。プロジェクタ座標Xp は、
カメラの結像面と同様に平面上に与えられるが、ちょう
どこれはプロジェクタのマスク板に相当している。した
がって、マスク上でのスリットの位置を示している空間
コードをXp と考えてよい。
【0025】図4に示すように、計測用杭6の指標7の
位置算出は、前記キャリブレーションの結果を基に3次
元座標を求める。
【0026】この3次元座標の算出について説明する
と、前記カメラパラメータCがカメラの視線を表し、プ
ロジェクタパラメータPがスリット光の平面を表してい
る。いま、それらを既知として、与えられた注目画素の
位置(Xc ,Yc )と空間コードXp から、測定点つま
り視線とスリット光平面との交点(X,Y,Z)を物体
座標系で求める。これは式8、式9を連立させて解けば
よい。両式には、 Hc =C31X+C32Y+C33Z+C34 (式10) Hc =P21X+P22Y+P23Z+P24 (式11) の関係があり、さらに展開して整理すると、 (C11−C31Xc)X+(C12−C32Yc)Y+(C13−C33Yc)Z =C34Xc −C14 (式12) (C21−C31Xc)X+(C22−C32Xc)Y+(C23−C33Xc)Z =C34Yc −C24 (式13) (P11−P21Xp)X+(P12−P22Xp)Y+(P13−P23Xp)Z =P24Xp −P14 (式14) となる。ここで、 とおけば、式12、式13、式14はまとめて、 F=Q・V (式16) と行列演算の形で表現できる。したがって、Qの逆行列
が存在するならば、 V=Q-1F (式17) から、交点の座標(X,Y,Z)が求められる。
【0027】このようにして切土法面2上に設置した指
標7の変位を定量的に算出し、管理データとして活用す
ることができる。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように本発明の掘削地山等の
変位計測管理システムは、地山の変位を一定の時間間隔
で自動的に計測、管理することができるので、崩壊を事
前に予知し、災害から防止することが確実に行えるもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の掘削地山等の変位計測管理システムの
1実施例を示すシステム構成図である。
【図2】本発明の掘削地山等の変位計測管理システムで
CCDカメラとキャリブレーション用基準点との関係を
示す斜視図である。
【図3】本発明で使用する指標付き計測用杭の1例を示
す斜視図である。
【図4】本発明の掘削地山等の変位計測管理システムの
1実施例を示すフローチャートである。
【図5】従来例を示す斜視図である。
【図6】従来例でのトランシットの画像を示す正面図で
ある。
【図7】従来例での計測用杭の斜視図である。
【図8】ピンホールカメラに基づいた透視変換モデル図
である。
【図9】物体座標系とカメラ座標系、プロジェクタ座標
系の関係図である。
【符号の説明】
1…トランシット 2…切土法面 3a,3b…基準点 4…計測用杭 5…くぎ 6…計測用杭 7…指標 8…CCDカメラ 9…基準点 10…画像処理入力ボー
ド 11…処理装置 12…画像処理モジュー

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 切土法面等の変位を生じやすい地盤面に
    設置した計測用杭を任意の位置に固定した複数のCCD
    カメラで撮影し、その映像をパソコン等の処理装置に取
    込み、取込んだ画像に対して形状抽出、色抽出、縮退化
    等の画像処理を施すことで計測用杭の指標の重心を抽出
    し、この抽出した指標の重心点を基に、ステレオ画像計
    測法を用いて指標点の三次元座標を抽出することを特徴
    とした掘削地山等の変位計測管理システム。
JP7027987A 1995-02-16 1995-02-16 掘削地山等の変位計測管理システム Pending JPH08219783A (ja)

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Cited By (6)

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