JPH1130518A

JPH1130518A - 空洞計測装置

Info

Publication number: JPH1130518A
Application number: JP18629697A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Obara; 治之小原; Takahiko Shimoike; 孝彦下池
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】空洞の形状を正確に計測する。【解決手段】ロッド１の先端にレーザ送受光部３を設
けて、レーザ光を空洞１０Ｂの壁面１０Ａに送出し、そ
の反射光を受光するまでの時間差ｔｄに基づいて壁面ま
での距離Ｌを算出し、各深さｈおよび回動角度θごとに
算出した距離Ｌに基づいて、空洞１０Ｂの立体形状や内
容積を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空洞計測装置に関
し、特に路面など削孔されたボーリング孔から地下空洞
の形状を計測する空洞計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般、路面の地下などに空洞が生じた場
合、陥没による事故発生の危険性を回避するため、地下
空洞の発生を早期に検出して埋設する必要がある。この
場合、埋設する空間の内容積を予め算出し、埋め戻しに
使用する土砂などの量を決定する必要がある。

【０００３】従来、このような地下空洞、コンクリート
構造物などの内部空洞、遺跡内部などの空間の形状や内
容積を計測する場合、地上や構造物の外側から空洞の平
面的な大きさを推測し、さらにその中央付近をボーリン
グ孔を削孔してボーリング孔に沿った方向における空間
の奥行き（高さ）を計測し、これらから空間の形状を推
定するものとなっていた。

【０００４】実際には、図５に示すように、まず路面か
ら、例えば電磁波を用いた地下探査レーダ装置などによ
り、地上から任意のＸ−Ｙ座標に沿って（破線矢印方向
に）直線的に探査を行う。そして、地下空洞の存在を示
す反応があった部分（太線部分）５１から、地下空洞１
０Ｂの平面的な形状を比較的簡単な形状、例えば円形や
楕円形とし、その面積Ｓを推定する。

【０００５】次に、図６は示すように、地下空洞１０Ｂ
のほぼ中央位置に、路面からボーリング孔を削孔し、孔
壁面観察装置などを用いて、地下空洞の高さＨを測定す
る。そして、地下空洞１０Ｂの立体形状を球状あるいは
楕円球状と見なし、その内容積を前述の面積Ｓと高さＨ
とから算出するものとなっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の空洞計測方法では、実際の地下空洞の立体形
状が複雑な場合には、推定した地下空洞の内容積と実際
の内容積とが大きく異なり、推定した内容積が実際の内
容積より少ない場合には、用意した土砂の量では空洞を
完全に埋設できないという問題点があった。地中探査レ
ーダ装置による地中探査には、ある程度時間を要するた
め、特に路面では交通の妨げにもなることから、時間短
縮が求められる。

【０００７】したがって、探査の間隔をある程度大きく
取る傾向があり、例えば、図５に示すように、地中探査
レーダ装置により探査していない領域に凸部１０Ｄがあ
った場合にはこれを検出できず、地下空洞の実際の内容
積と誤差が生ずる。また、このような誤差を見込んで多
めの土砂を用意した場合には、工事費用全体が割高にな
るという問題点があった。本発明はこのような課題を解
決するためのものであり、空洞の形状を正確に計測でき
る空洞計測装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による空洞計測装置は、孔または管の
内部に先端から挿入される筒状のロッドと、ロッド先端
に設けられ空洞壁面に対してレーザ光を送出しその反射
光を受光するレーザ送受光部と、このレーザ送受光部で
のレーザ光の送受光の時間差に基づいてレーザ送受光部
から空洞壁面までの距離を算出し、ロッドの各挿入位置
およびレーザ光の各送受光方向で得られた距離から空洞
の立体形状を計測する演算処理部とを備えるものであ
る。したがって、ロッド先端から空洞壁面に対してレー
ザ光が送出されるとともにその反射光が受光され、この
送受光の時間差に基づいて空洞壁面までの距離が算出さ
れ、ロッドの各挿入位置およびレーザ光の各送受光方向
で得られた距離から空洞の立体形状が計測される。

【０００９】また、ロッドを任意の挿入位置に移動させ
るロッド移動手段と、レーザ送受光部でのレーザ光の送
受光方向をロッド挿入方向と垂直な任意の角度方向に回
動させる回動手段と、ロッド移動手段および回動手段を
制御して各挿入位置および各回動角度位置でレーザ光を
送受光させることにより空洞の各壁面までの距離を得る
制御部とを備えるものである。したがって、各挿入位置
および各回動角度位置でレーザ光が送受光され、空洞の
各壁面までの距離が自動的に得られる。また、ロッド先
端に設けた回動手段により、レーザ送受光部を回動させ
ることようにしたものである。また、回動手段により、
ロッド全体を回動させるようにしたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は本発明の一実施の形態である空洞
計測装置のブロック図である。同図において、１０は路
面に削孔されたボーリング孔、１０Ｂは地下に生じた空
洞、１０Ａは計測対象となる空洞１０Ｂの壁面、１０Ｃ
は空洞１０Ｂより深く削抗されたボーリング孔１０の一
部である。

【００１１】９はボーリング孔１０の周囲の路面に設置
された台座であり、ボーリング孔１０の上部位置にガイ
ドローラ８と、モータ７により回転する駆動ローラ６と
を有している。１はその先端に空洞１０Ｂの壁面１０Ａ
へレーザ光を送出しその反射光を受光するレーザ送受光
部３が設けられた筒状のロッドであり、ガイドローラ８
によりボーリング孔１０内部を上下動自在に支持されて
いるとともに、駆動ローラ６により任意の深さに自動的
に移動する。

【００１２】ロッド１先端には、ガラスやアクリル樹脂
などの透明カバー４が設けられており、レーザ送受光部
３のレーザ発光部から送出されたレーザ光は、この透明
カバー４を通過して壁面１０Ａに照射される。また、壁
面１０Ａで反射したレーザ光の一部は、透明カバー４を
通過してレーザ送受光部３のレーザ受光部で受光され
る。

【００１３】レーザ送受光部３の上部には、レーザ送受
光部３をロッド１の軸を中心として回動自在に支持する
とともに、任意の回動角度方向にレーザ送受光部３を回
動させる回動部２が設けられている。これにより、レー
ザ送受光部３からのレーザ光は、透明カバー４を介し
て、任意の回動角度方向にある空洞１０Ｂの壁面１０Ａ
に対して送出可能となる。

【００１４】レーザ送受光部３は、ロッド１外部に設置
される処理部１１のレーザ駆動部１４から配線ケーブル
を介して電源が供給される。また、レーザ送受光部３を
回動させる回動部は、処理部１１の回動制御部により制
御される。また、駆動ローラ６を回転させるモータ７
は、処理部１１のモータ駆動部１３により制御される。

【００１５】処理部１１において、１５はレーザ送受光
部３から出力される時間差出力信号５のパルス長をディ
ジタルデータとして出力する信号変換部である。図３は
時間差出力信号を示す説明図であり、時間差出力信号４
は、レーザ光送出３１の開始（ＯＮ）から、壁面１０Ａ
で反射したレーザ光受光の開始（ＯＮ）までのレーザ光
往復期間、すなわち時間差ｔｄをパルス長として有する
ものである。したがって、レーザ送受光部３から壁面ま
での距離が長いほど、パルス長すなわち期間ｔｄの長い
時間差出力信号４が、レーザ送受光部３から出力され
る。

【００１６】また、処理部１１において、１６は信号処
理部１５からのディジタルデータすなわち時間差ｔｄに
基づいて壁面１０Ａまでの距離Ｌを算出する演算処理部
である。ここでは、空洞１０Ｂの各深さおよびレーザ光
を送出する各回動角度方向で得られたそれぞれ距離Ｌに
基づいて、空洞１０Ｂの立体形状や内容積が算出され
る。

【００１７】１６は画像処理部１５により算出された空
洞１０Ｂの立体形状や内容積を画面出力あるいは印刷出
力するデータ出力部である。また、１７は処理部１１全
体を制御することにより、空洞１０Ｂの自動計測および
立体形状や内容積の自動算出を制御する制御部である。

【００１８】次に、図２を参照して、本発明の動作を説
明する。図２は制御部の処理動作を示すフローチャート
である。処理動作の開始に応じて、制御部１８は、モー
タ駆動部１３を制御して、予め設定されている計測最下
位置、例えばボーリング孔１０の底１０Ｃまでロッド１
を降下させて停止させる（ステップ１０１）。次に、回
動制御部１２を制御して、回動部２によりレーザ送受光
部３を回動させ、レーザ光の送受光方向を所定の基準角
度θ₀ へ向ける（ステップ１０２）。

【００１９】なお、これらステップ１０１，１０２は、
作業者の操作により実施するようにしても良い。続い
て、制御部１８は、レーザ駆動部１４を制御することに
より、レーザ送受光部３から空洞１０Ｂの壁面１０Ａに
対してレーザ光を送出するとともに、壁面１０Ａからの
反射光を受光する（ステップ１０３）。

【００２０】これにより、レーザ送受光部３から前述の
時間差出力信号５（図３参照）が出力され、信号変換部
１５からレーザ光往復期間を示す時間差ｔｄがディジタ
ルデータとして出力される。演算処理部１６は、この時
間差ｔｄに基づいて、距離Ｌ＝光速Ｃ×時間差ｔｄ／２により、レーザ送受光部３から壁面１０Ａまでの距離Ｌ
を算出する（ステップ１０５）。

【００２１】そして、この距離Ｌを制御部１８から通知
されたロッド１の深さｈおよび回動角度θにおける壁面
１０Ａまでの距離として記憶する（ステップ１０６）。
次に、制御部１８は、ロッド１の同一深さｈにおいて、
回動角度が基準角度θ₀から一回転したか否か判断する
（ステップ１０７）。ここで、一回転していない場合に
は（ステップ１０７：ＮＯ）、回動制御部１２を制御し
て所定角度Δθ分、例えば１０゜〜４５゜だけレーザ光
送出方向を回動させ（ステップ１０８）、ステップ１０
３に移行して距離Ｌを計測する。

【００２２】一方、一回転した場合には（ステップ１０
８：ＹＥＳ）、ロッド１が最上位置まで上昇したか否か
判断する（ステップ１０９）。ここで、まだ最上位置ま
で上昇していない場合には（ステップ１０９：ＮＯ）、
モータ駆動部１３を制御して所定深さΔｈ分、例えば数
ｍｍ〜数十ｍｍだけロッド１を上昇させ（ステップ１１
０）、ステップ１０３に移行して距離Ｌを計測する。

【００２３】また、最上位置まで上昇した場合（ステッ
プ１０９：ＹＥＳ）、制御部１８は、演算制御部１６に
対してデータ出力を指示する（ステップ１１１）。これ
に応じて、演算制御部１６は、図４に示すように、各深
さｈにおける各回動方向θでの壁面１０Ａまでの距離Ｌ
に基づいて、空洞１０Ｂ全体の立体形状、また必要に応
じて空洞１０Ｂの内容積を算出し、データ出力部１７へ
出力する。

【００２４】これにより、空洞１０Ｂの立体形状や内容
積が、データ出力部１７で画面出力あるいは印刷出力さ
れる。なお、ロッド１の深さは、モータ駆動部１３での
制御量により算出しても良く、また適当なエンコーダを
設けてロッド１の移動量を計測しても良い。また、レー
ザ光の送受光方向は、回動制御部１２での制御量により
算出しても良く、また適当なエンコーダを設けて光送受
光部３の回動角度を計測しても良い。

【００２５】このように、本発明では、ロッド１の先端
にレーザ送受光部３を設けて、レーザ光を空洞１０Ｂの
壁面１０Ａに送出し、その反射光を受光するまでの時間
差ｔｄに基づいて壁面までの距離Ｌを算出し、各深さｈ
および回動角度θごとに算出した距離Ｌに基づいて、空
洞１０Ｂの立体形状や内容積を算出するものとなってい
る。

【００２６】したがって、従来のように、地中探査レー
ダ装置により空洞１０Ｂの平面的な面積Ｓを路面から推
測するとともに、削孔したボーリング孔から空洞１０Ｂ
の高さＨを計測し、これら面積Ｓと高さＨとから空洞１
０Ｂの立体形状や内容積を推測する場合と比較して、例
えば、凸部１０Ｄがある場合でも、空洞１０Ｂの立体形
状を正確に計測でき、その内容積を高精度に算出でき、
地下空洞の実際の内容積との誤差を大幅に低減できる。

【００２７】なお、以上の説明において、ロッド１を最
下位置から上昇させる場合を例に説明したが、これに限
定されるものではなく、最上位置から降下させるように
しも良い。また、以上の説明において、レーザ光の送受
光方向を回動させる回動手段として、ロッド１先端に回
動部２を設けてレーザ送受光部３を回動させるようにし
た場合を例に説明したが、これに限定されるものではな
い。

【００２８】例えば、この回動手段としては、台座９に
ロッド１全体を回動させる回動ローラを設けても良く、
回動部２が不要な分だけロッド１の構成を簡略化でき、
その先端部を小型化できる。これにより、計測に要する
ボーリング孔の口径を小さくできる。また、レーザ送受
光部３に反射鏡あるいはプリズムなどを用いた光学系を
設けて、この光学系によりレーザ光の光路を回動制御あ
るいは切替制御するようにしても良く、回動部２の構成
を小型化できる。

【００２９】また、以上の説明において、ロッド１の先
端にレーザ送受光部３を設けて、そのレーザ発光部およ
びレーザ受光部によりレーザ光を送受光するようにした
場合を例に説明したが、これに限定されるものではな
い。例えば、処理部１１とレーザ送受光部３とを光ファ
イバで接続し、レーザ駆動部１４から光ファイバを介し
て供給されたレーザ光を、レーザ送受光部３から壁面１
０Ａに送出し、レーザ送受光部３で受光したレーザ光
を、光ファイバを介して信号変換部１５に供給するよう
にしてもよい。

【００３０】これにより、レーザ送受光部３を光学系の
みで構成でき大幅に簡略化できるとともに、ロッド１先
端部を小型化できる。この場合、信号変換部１５での時
間差ｔｄ計測時、レーザ駆動部１４からのレーザ送出タ
イミングと信号変換部１５でのレーザ光受光タイミング
との時間差から、往復の光ファイバ経路分の時間差を引
き算する必要がある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、孔また
は管の内部に先端から挿入される筒状のロッドと、ロッ
ド先端に設けられ空洞壁面に対してレーザ光を送出しそ
の反射光を受光するレーザ送受光部を設けて、このレー
ザ送受光部でのレーザ光の送受光の時間差に基づいてレ
ーザ送受光部から空洞壁面までの距離を算出し、ロッド
の各挿入位置およびレーザ光の各送受光方向で得られた
距離から空洞の立体形状を計測するようにしたものであ
る。したがって、従来のように、地中探査レーダ装置に
より空洞の平面的な面積を路面から推測するとともに、
削孔したボーリング孔から空洞の高さを計測し、これら
面積と高さとから空洞の立体形状や内容積を推測する場
合と比較して、例えば、凸部がある場合でも、空洞の立
体形状を正確に計測でき、その内容積を高精度に算出で
き、地下空洞の実際の内容積との誤差を大幅に低減でき
る。

【００３２】また、ロッドを任意の挿入位置に移動させ
るロッド移動手段と、レーザ送受光部でのレーザ光の送
受光方向をロッド挿入方向と垂直な任意の角度方向に回
動させる回動手段とを設けて、各挿入位置および各回動
角度位置でレーザ光を送受光させることにより空洞の各
壁面までの距離を得るようにしたので、空洞の各壁面ま
での距離が自動的に得られ、作業負担を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による空洞計測装置の
ブロック図である。

【図２】制御部の処理動作を示すフローチャートであ
る。

【図３】時間差信号を示す説明図である。

【図４】空洞形状を示す説明図である。

【図５】従来の空洞の地中探査方法を示す説明図であ
る。

【図６】従来の空洞高さ計測方法を示す説明図であ
る。

【符号の説明】１…ロッド、２…回動部、３…レーザ送受光部、４…透
明カバー、５…時間差出力信号、６…駆動ローラ、７…
モータ、８…ガイドローラ、９…台座、１０，１０Ｃ…
ボーリング孔、１０Ａ…空洞壁面、１０Ｂ…空洞、１１
…処理部、１２…回動制御部、１３…モータ駆動部、１
４…レーザ駆動部、１５…信号変換部、１６…演算処理
部、１７…データ出力部、１８…制御部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空洞に連通する孔や管を介して空洞の形
状や内容積を計測する空洞計測装置において、孔または管の内部に先端から挿入される筒状のロッド
と、ロッド先端に設けられ空洞壁面に対してレーザ光を送出
しその反射光を受光するレーザ送受光部と、このレーザ送受光部でのレーザ光の送受光の時間差に基
づいてレーザ送受光部から空洞壁面までの距離を算出
し、ロッドの各挿入位置およびレーザ光の各送受光方向
で得られた距離から空洞の立体形状を計測する演算処理
部とを備えることを特徴とする空洞計測装置。
【請求項２】請求項１記載の空洞計測装置において、ロッドを任意の挿入位置に移動させるロッド移動手段
と、レーザ送受光部でのレーザ光の送受光方向をロッド挿入
方向と垂直な任意の角度方向に回動させる回動手段と、ロッド移動手段および回動手段を制御して各挿入位置お
よび各回動角度位置でレーザ光を送受光させることによ
り空洞の各壁面までの距離を得る制御部とを備えること
を特徴とする空洞計測装置。
【請求項３】請求項２記載の空洞計測装置において、回動手段は、ロッド先端に設けられ、レーザ送受光部を回動させるこ
とを特徴とする空洞計測装置。
【請求項４】請求項２記載の空洞計測装置において、回動手段は、ロッド全体を回動させることを特徴とする空洞計測装
置。