WO1996030719A1 - Appareil d'observation de la surface interieure d'une conduite - Google Patents

Description

明 細 書

管渠内壁面観測装置

技術分野

本発明は、 水道管や下水管などの管渠の内壁面を観測する装置に関する < 背景技術

地中に埋設される水道管や下水管などの管渠は、 一般にヒューム管、 陶管、 铸 鉄管などが使われている。 これらの管渠は長期の使用により、 内壁面が硫化水素 などの腐食ガスや付着物、 管渠内の流水などにより侵食され、 管厚が薄くなつて 強度が低下する。 また、 地圧や地盤沈下などにより管渠間の継目がずれて隙間が できたり、 上載荷重などにより管渠の一部に変形や亀裂力《生じる。 そのため、 こ の部分から地下水などが管渠内に侵入したり、 管渠内の流水が地中に漏れたりす ることかめる

このため、 管渠内の状況をつぶさに観測する必要があるが、 作業者が中に入れ ない管渠などの場合は何らかの道具を使って管渠内を観測する必要がある。 この 場合、 部分的な観測でなく、 管渠内の壁面を全面的、 連続的に展開して観測する 必要がある。

管渠内の壁面を、 全面的、 連続的に観測する道具としては T Vカメラがある。 すなわち、 T Vカメラを管渠内に挿入し、 映像モニタで監視しながら遠隔操作 により自走あるいはケーブルで牽引移動させて管渠内の内周壁を撮影する。

T Vカメラで ii¾した管渠内壁面の映像はビデオレコーダに記録し、 後で再生 して圧壊、 亀裂、 陥没などの損傷状態を調査する。

管渠内の壁面を、 全面的、 連铳的に観測するその他の道具としては、 地質調査 に用いるボアホールスキャナがある。 ボアホールスキャナは、 ボーリング孔にケ —ブルで吊り降ろし、 3 6 0° 周囲の孔壁面を画像として写し出して地盤の状況 を観測する （特開昭 6 0— 5 4 6 4 7号公報参照） 。 この、 ボアホールスキャナ はケーブルで吊り下げられているため、 その受光の向きは常に不定であるが、 移 動方向は地中の縱方向に限定される。 従って、 孔壁面の連続展開走査画像は、 ス キヤナの受光の向きが例えば N極のような特定の基準位置にきた時から常に各一 周の走査画像を記録するようにし、 それらを順次縦方向に連続的に組合せて作成 する。

T Vカメラによる管渠内観測では、 管渠内が暗いことなどから損傷箇所の見落 し力生じる。 このため良好な観測結果を得るためには高度な熟練を必要とする。 また、 T Vカメラでは管渠が蛇行したり、 たわんだり、 曲ったりしている状態 を詳細に観測するのは非常に難しい。 ^えば、 たわみに関しては管渠内に地下水 が滞留しているような状態から管渠のたわみを推測したりしている。

実際の管渠内観測に必要なのは、 管渠内壁面の損傷程度や、 損僅区間の長さ、 形状などで、 この点、 T Vカメラでは分からないことが多い。

一方、 ボアホールスキャナによる管渠内観測では、 ボーリング孔と違って、 水 道管や下水管などの管渠は、 縦方向だけでなく大部分が地中の横方向に埋設され、 かつ傾斜したり蛇行したりしている。 従って、 水道管や下水管などの管渠内壁面 の連铳展開走査画像を作成するためには、 スキヤナを常に管渠の中心軸線に沿う ように支持し、 縦方向だけでなく、 縦、 横、 斜めの 3次元空間を移動するスキヤ ナの位置と姿勢を常に計測しながら 3 6 0 ° 周囲の管渠内壁面を画像として写し 出す必要がある。

本発明は、 地中を縦横に走り、 かつ傾斜したり蛇行したりする水道管や下水道 管など管渠において、 暗くて観測が困難な内壁面を正確な位置計測のもとに全面 的、 連続的に観測できるようにすることを目的になされたものである。 発明の開示

本発明の管渠内壁面観測装置の構成は次のとおりである。

管渠内壁面全周を照射して得られる反射光を受光して光電変換し管渠内壁面の 画像デ一夕を出力するスキャナと、 前記スキヤナを管渠の中心軸線に沿うように 支持して管渠内を移動する移動手段と、 前記スキヤナの移動距離を計測して距離 データを出力する距離計測手段と、 前記スキヤナの 3軸の傾きを計測して姿勢デ 一夕を出力する姿勢計測手段と、 前記画像データと前記距離データと前記 ^デ ータを同期させて記録する記録手段と、 前記姿勢データが示す画像開始の起点を 揃えて^記画像データを連続的に配列し管渠内壁面の連続展開画像を作成して表 示する連読展開画像作成表示手段と、 前記 S巨離データと前記姿勢データにより前 記スキャナの 3次元移動軌跡画像を作成して表示する 3次元移動軌跡画像作成表 示手段と、 を備えてなる管渠内壁面観測装置である。

スキャナは、 管渠内壁面全周を照射して得られる反射光を受光して光電変換し 管渠内壁面の画像データを出力する。

移動手段は、 前記スキヤナを管渠の中心軸線に沿うように支持して管渠内を移 動する。

距離計測手段は、 前記スキヤナの移動距離を計測して距離データを出力する。 姿勢センサは、 前記スキャナの 3軸の傾きを計測して姿勢データを出力する。 記録手段は、 前記画像データと前記距離データと前記姿勢データを同期させて 記録する。

連続展開画像作成表示手段は、 前記姿勢データが示す画像開始の起点を揃えて 前記画像データを連铳的に配列し管渠内壁面の連続展開画像を作成して表示する。

3次元移動軌跡画像作成表示手段は、 前記距離データと前記姿勢データにより 前記スキヤナの 3次元移動軌跡画像を作成して表示する。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明の実施例の断面図である。 第 2図は、 本発明の実施例のスキ ャナの断面図である。 第 3図は、 本発明の実施例の管渠内壁面の展開図である。 第 4図は、 本発明の実施例の管渠内壁面の円柱状の投影図である。 第 5図は、 本 発明の実施例の管渠の蛇行状態を示す図である。 第 6図は、 本発明の実施例の管 渠の勾配状態を示す図である。 第 7図は、 本発明の実施例の断面図である。 第 8 図は、 本発明の実施例の管渠の埋設状況を示す平面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に、 図面を参照して本発明の実施例について説明する。

第 1図は本発明の^例の要部断面説明図である。 図中 1は、 地中に埋設され た下水道管などの管渠で、 これにマンホール 2力《連通している。 管渠 1の内壁面 1 aを観測する管渠内壁面観測装置 3は、 スキャナ 4と、 スキャナ 4を支持して 管渠内を移動する移動装置 5と、 移動装置 5に取付けてスキャナ 4の移動距離を 計測する距離センサ 6と、 同じく移動装置 5に取付けてスキヤナ 4の 3軸の傾き を計測する姿勢センサ 7と、 スキャナ 4を作動制御し、 観測データを処理する制 御装置 8と、 前記観測データを記録する記録装置 9と、 前記観測データをモニタ に表示する表示装置 1 0とから構成され、 スキャナ 4および移動装置 5はケープ ル 1 1により制御装置 8に接続される。

移動装置 5は、 ケーブル 1 1を介して制御装置 8により駆動制御される走行部 5 aを有し、 スキャナ 4の中心軸線 aが管渠 1の内径の中心軸線 bと一致するよ う；こスキャナ 4の位置を調整可能に支持する。

第 2図にスキャナ 4の断面説明図を模型的に示す。 スキャナ 4は外形略円筒状 であって、 先端側から順に光源 4 a、 反射鏡 4 b、 光電変換器 4 c、 データ転送 器 4 dを内蔵する。 また、 反射鏡 4 bに対向する位置には窓 4 eを設ける。 管渠内壁面観測装置 3は以上のような構成で、 管渠 1の内壁面 1 aを観測する 時は、 まず移動装置 5に支持されるスキャナ 4を管渠 1内に挿入する。 そして、 制御装置 8からの指示でスキャナ 4の反射鏡 4 bを回転させながら移動装置 5の 走行部 5 aを して管渠 1内を中心軸線 bに沿って移動させる。

スキャナ 4の光源 4 aから発した光は、 回転する反射鏡 4 bにより反射され窓 4 eを通して管渠 1の内壁面 1 aを全周にわたって照射する。 内壁面 1 aに照射 された光は、 内壁面 1 aの状態、 洌えば圧壌、 亀裂、 陥没などの損傷状態を写し 出し、 反射光として反射鏡 4 bに入射する。 この反射光は光電変換器 4 cによつ て一旦電気信号に変換される。 この電気信号は、 さらにデータ 器 4 dによつ てデジタル信号に変換され、 ケーブル 1 1を介して ¾±の制御装置 8へ送られる。 距離センサ 6は、 ケーブル 1 1の繰出し量でスキャナ 4の移動距離を計測する。 姿勢センサ 7は 3軸のジャイロによりスキャナ 4の姿勢をロール角、 ピッチ角、 ョ一角で計測する。 スキャナ 4の移動に伴って変位するこれらの距離データと姿 勢データは逐次ケーブル 1 1を介して itlhの制御装置 8へ送られる。 制御装置 8 に送られるこれらの距離データおよび姿勢データはスキャナ 4が出力する画像デ 一夕と同期させて記録装置 9に記録される。

制御装置 8は、 ケーブルによって伝送されるこれらの距離データ、 姿勢データ および画像データにより管渠 1の内壁面 1 aの連続展開画像を作成する。

姿勢データのロール角 （スキャナ 4の軸の回転角） はスキャナ 4によって得ら れる画像データがどの位置のデータであるかを知るために利用する。 すなわち、 スキャナ 4は観測中にそれ自体が回転してしまうことがあるので、 画像開始の起 点も移動する恐れがある。

画像データの起点がどの位置にあるかはロール角が教えてくれるので、 この口 —ル角が示す画像データの起点を揃えて画像データを順次連铳的に整列させて管 渠 1の内壁面 1 aの連続展開画像を作成する。

制御装置 8が作成した連続展開画像は表示装置 1 0によって、 例えば第 3図あ るいは第 4図に示すように表示される。 第 3図は、 管渠 1の内壁面 1 aを平面的 に展開して表示したもので、 複雑な圧壌 a 1、 細い環状亀裂 a 2、 大きい亀裂 a 3、 陥没 a 4などの損傷状態が分かるようになつている。 また、 第 4図は、 第 3 図を円柱状に投影して表示したものである。

この他、 スキャナ 4の距離データと姿勢デー夕からスキャナ 4の移動軌跡を求 めることができる。 すなわち、 移動距離の単位距離でロール角、 ピッチ角、 ョー 角の各角度変化を積分してスキヤナ 4の単位距離毎の位置を知り、 それらをつな ぎ合わせてスキャナ 4の移動軌跡を求める。 この移動軌跡から第 5図に示す管渠 1の蛇行状態や、 第 6図に示す勾配状態などを表示することができる。 さらに、 第 8図に示す管渠 1の埋設状況を地図のような形で表示することもできる。 図中 1は下水管などの管渠、 2はマンホール、 1 3は後述する取付管を示す。

以上の実施例は、 緩やかな勾配の管渠ゃ比絞的大きな内径の管渠を対象とする、 自走式の移動装置 5について述べた力 スリップする可能性のある急な勾配の管 渠ゃ小さな内径の管渠を対象とする、 牽引式の移動装置 5について以下に説明す る。 第 7図に牽引式の移動装置 5を使用した実施例の要部断面説明図を示す。 図 中 1 3は、 地中に埋設された下水管などの管渠 1に一端を開口し、 他端を地上の 取W l 4に開口する取付管である。

移動装置 5には、 放射状に複数のスプリングレッダ 1 2と呼ばれる脚部を設け る。 スプリングレッダ 1 2は、 スプリング 1 2 aと、 スプリング 1 2 aの先端に 取付けるローラ 1 2 bとから構成される。 このスプリングレツグ 1 2がスキャナ 4の中心軸線 aと管渠 1の内径の中心軸線 bが一致するようにスキャナ 4を支持 する。 牽引式の移動装置 5は以上のような構成で、 取付管 1 3のように急な勾配 の管渠内でもスリップせずに移動できる。 産業上の利用可能性

スキャナを常に管渠の中心軸線に沿うように支持し、 縦方向だけでなく、 縦、 横、 斜めの 3次元空間を移動するスキャナの位置と姿勢を常に計測しながら 3 6 0 ° 周囲の管渠内壁面を画像として写し出す。

従って、 本発明によれば、 地中を縦横に走り、 かつ傾斜したり蛇行したりする 水道管や下水道管などの管渠において、 暗くて観測が困難な内壁面を正確な位置 計測のもとに全面的、 連続的に観測することができる。 また、 管渠内を全面的、 連続的に観測できるので、 管渠内に侵入している地下水の状況についても調査す ることができる。

Claims

請求の範囲

1. 管渠内壁面全周を照射して得られる反射光を受光して光電変換し管渠内壁面 の画像データを出力するスキャナと、

前記スキャナを管渠の中心軸線に沿うように支持して管渠内を移動する移動手 段と、

前記スキヤナの移動距離を十測して距離データを出力する距離計測手段と、 前記スキャナの 3軸の傾きを計測して^ データを出力する姿勢計測手段と、 前記画像データと前記距離データと前記姿勢データを同期させて記録する記録 手段と、

前記姿勢データが示す画像開始の起点を揃えて前記画像データを連続的に配列 し管渠内壁面の連铳展開画像を作成して表示する連^ jg開画像作成表示手段と、 前記距離データと前記姿勢データにより前記スキヤナの 3次元移動軌跡画像を 作成して表示する 3次元移動軌跡画像作成表示手段と、

を備えてなる管渠内壁面観測装置。