WO2015012382A1 - 埋設管路の計測装置、及び、埋設管路の計測方法 - Google Patents

埋設管路の計測装置、及び、埋設管路の計測方法 Download PDF

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measuring
vehicle
pipeline
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宮崎　幸
上道　司
俊男 山根
健次 小阪
勝久 番上
正人 番上
諭 田所
和則 大野
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ASCO Co Ltd
NPO INTERNATIONAL RESCUE SYSTEM INSTITUTE
Tohoku University NUC
Sekisui Chemical Co Ltd
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ASCO Co Ltd
NPO INTERNATIONAL RESCUE SYSTEM INSTITUTE
Tohoku University NUC
Sekisui Chemical Co Ltd
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
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    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G01C21/1656—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments with passive imaging devices, e.g. cameras
    • G—PHYSICS
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C7/00—Tracing profiles
    • G01C7/06—Tracing profiles of cavities, e.g. tunnels

Definitions

  • the present invention relates to a technique for measuring the geographical coordinates of the inner surface of a buried pipe such as a sewage pipe, and more particularly to measurement of the buried position of the buried pipe and the technique for measuring the inner shape of the buried pipe. It is.
  • the investigation and diagnosis work includes the identification of the position where the aging pipe is buried, the quantification of the degree of deterioration of the aging pipe, and the accuracy measurement of the inner surface shape required for rehabilitation.
  • the accuracy measurement of the inner surface shape required for rehabilitation there is a case where there is not enough information in the official management ledger to specify the buried position, and the actual situation is that excavation and manual surveying are performed.
  • the diameter required for construction is determined using a dummy pipe insertion survey method, which is inserted over the entire pipe path and inferred the rough shape.
  • the dummy pipe insertion survey method does not know the details of the unevenness of the pipe, meandering, and steps, and may not be constructed as planned.
  • the vehicle As a method of measuring the three-dimensional position of a survey object with a moving object, the vehicle is equipped with an IMU (Inertial Measurement Unit), odometry (odometer), GPS receiver, and GPS information.
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • odometry odometer
  • GPS receiver GPS information
  • GPS information GPS information.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2013-113702
  • Bayesian filter processing is performed on the obtained data (Kalman filtering) and the surveying method is performed while increasing the accuracy of the self-location.
  • Graph-SLAM is a kind of three-dimensional SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) algorithm.
  • the three-dimensional SLAM is an algorithm for simultaneously estimating the position / posture of a measuring device and a surrounding map in a three-dimensional space
  • the Graph-SLAM algorithm is one of three-dimensional SLAM solutions.
  • Graph in the Graph-SLAM algorithm means a graph of a figure.
  • the measuring device is a node (bundling) and the link is made between them.
  • a graph is created in which the link connection is an estimation error regarding the position.
  • a subgraph is added to the previous graph, with the measurement device and the landmark as a node (cohesion), the observation between them as a link, and the strength of the link connection as an observation error.
  • This is a method of constructing a map of the position / posture of the measuring device and its surroundings by estimating the shape of the most applicable graph when the positions of some nodes in the completed graph are known. (See Non-Patent Document 1)
  • the present invention has been made for the purpose of providing a technique that enables accurate estimation and further enables the geographical coordinate positioning of an embedded pipe.
  • the buried pipe measuring device is Travel distance measurement means for measuring travel distance and outputting travel distance information, attitude measurement means or inertia measurement means for measuring the attitude of a measuring vehicle and outputting posture information, and measuring the inner surface shape of a pipe to measure the inner surface
  • a measuring vehicle capable of traveling in a pipeline with an inner surface shape measuring means for outputting shape information;
  • Start position specifying means for specifying the position and orientation of the measurement vehicle at the measurement start position and outputting measurement start position information;
  • An end position specifying means for specifying the position and orientation of the measurement vehicle at the measurement end position and outputting the measurement end position information;
  • While traveling in the pipeline using the travel distance information by the travel distance measurement means and the attitude information by the attitude measurement means or the inertia measurement means, the sequential position information of the measurement vehicle based on the measurement start position is obtained.
  • Sequential position estimation calculation means for performing sequential estimation calculation; Based on the inner surface shape information of the pipeline by the inner surface shape measuring means, sequential position correction calculating means for sequentially correcting and calculating the sequential position information of the measuring vehicle while traveling in the pipeline; After reaching the measurement end position, a three-dimensional SLAM that performs position estimation and map creation in parallel on the basis of the measurement start position information and the measurement end position information based on the sequential position information that has been subjected to the successive correction calculation. And a total correction calculation means for performing total correction calculation processing by a (Simultaneous Localization And Mapping) algorithm and specifying overall position estimation information of a route traveled by the measurement vehicle.
  • a total correction calculation means for performing total correction calculation processing by a (Simultaneous Localization And Mapping) algorithm and specifying overall position estimation information of a route traveled by the measurement vehicle.
  • the present invention is characterized by comprising a pipeline geographical coordinate estimating means for estimating the position of the inner surface of the pipeline and estimating the geographic coordinates of the pipeline.
  • a pipeline geographical coordinate estimating means for estimating the position of the inner surface of the pipeline and estimating the geographic coordinates of the pipeline.
  • the inner surface shape measuring means a laser measuring device for scanning the inner surface of the pipe line is used.
  • the inner surface shape measuring means is configured to obtain information on the inner surface shape of the pipeline by scanning in three non-parallel planes.
  • the inner surface shape measuring means is configured to scan at least a cross-sectional shape of the pipe line by scanning in a plane perpendicular to the pipe axis.
  • the inner surface shape measuring means scans a plane specified by a tube axis direction component and a horizontal direction component orthogonal to the tube axis, and measures at least the cross-sectional shape of the pipe in the tube axis direction. It is configured.
  • the inner surface shape measuring means is configured to scan a vertical plane including a component in the tube axis direction and measure at least a longitudinal sectional shape in the tube axis direction of the conduit.
  • An elevating mechanism is provided for elevating and lowering the gantry on which the inner surface shape measuring means is disposed.
  • the sequential position estimation calculation unit uses the travel distance information by the travel distance measurement unit and the posture information by the posture measurement unit or the inertial measurement unit at the predetermined time for each predetermined time interval.
  • the sequential position information of the measurement vehicle with respect to the vehicle is sequentially updated.
  • the sequential position correction calculation means includes estimated inner surface shape information based on the sequential position information of the measurement vehicle by the sequential position estimation calculation means and the inner surface shape information by the inner surface shape measurement means at predetermined time intervals. Based on this, the sequential position information is subjected to sequential correction calculation processing.
  • the total correction calculation process by the three-dimensional SLAM algorithm is as follows: In the three-dimensional space, the sequential position information that has been subjected to the sequential correction calculation is subjected to all correction calculation processing based on the measurement start position information and the measurement end position information, so that position estimation in the three-dimensional space and map creation are performed in parallel. It is characterized by being executed.
  • the sequential position information of the measurement vehicle between the measurement start position and the specified measurement end position is a link and a node between them, Create a graph with measurement error of link strength, It is characterized by using a Graph-SLAM algorithm that executes the map creation in parallel with the position / posture of the measurement vehicle by estimating the most applicable shape of the graph.
  • the buried pipe measuring method is: Travel distance measurement means for measuring travel distance and outputting travel distance information, attitude measurement means or inertia measurement means for measuring the attitude of a measuring vehicle and outputting posture information, and measuring the inner surface shape of a pipe to measure the inner surface
  • Travel distance measurement means for measuring travel distance and outputting travel distance information
  • attitude measurement means or inertia measurement means for measuring the attitude of a measuring vehicle and outputting posture information
  • a second step of performing successive estimation operations includes a fifth step of performing all correction calculation processing and specifying the overall position estimation information of the route traveled by the measurement vehicle.
  • the measurement start position coordinates of the pipe to be measured are specified, the travel distance measuring means, the posture measuring means or the inertia measuring means, and the inner surface shape measuring means for measuring the inner surface shape of the pipe.
  • Move the equipped measuring vehicle in the pipeline Using the travel distance by the travel distance measurement means and the posture information by the posture measurement means or the inertia measurement means, the sequential position information of the measurement vehicle with respect to the measurement start position is sequentially obtained while traveling in the pipeline.
  • the sequential position information of the measurement vehicle while traveling in the pipeline is corrected and calculated.
  • the inner surface shape measuring unit Based on the overall position estimation information of the route traveled by the measuring vehicle and the inner surface shape information of the pipe line by the inner surface shape measuring unit obtained by the all correction calculation unit, Since it includes a pipeline geographic coordinate estimation means for estimating the position of the inner surface of the pipeline and estimating the geographic coordinates of the pipeline, It is possible to accurately estimate the position of the pipeline based on the travel route.
  • the inner surface shape measuring means since the inner surface shape measuring means uses a laser measuring device that scans the inner surface of the pipeline, it is possible to configure a measuring device for the buried pipeline at a small size and at a low cost.
  • the inner surface shape measuring means scans the three non-parallel planes to obtain the inner surface shape information of the pipe line, so that the inner surface shape information of the pipe line can be obtained in more detail. It is possible to more accurately grasp the situation such as unevenness of the pipeline, meandering and the like.
  • the inner surface shape measuring means since the inner surface shape measuring means scans in a plane perpendicular to the tube axis, it is easy to measure the cross-sectional shape of the pipe line perpendicular to the tube axis. According to the sixth aspect, the inner surface shape measuring means scans the plane specified by the tube axis direction component and the horizontal direction component orthogonal to the tube axis, so the shape of the side surface portion of the inner surface of the pipe line Easy to measure.
  • the inner surface shape measuring means scans the vertical plane including the component in the tube axis direction, it is easy to measure the shapes of the ceiling and the floor on the inner surface of the pipe.
  • the elevating mechanism for elevating the gantry on which the inner surface shape measuring means is disposed is provided, the height of the inner surface shape measuring means coincides with the tube axis even in different pipes. It is easy to arrange and make it easy to grasp the shape of the inner surface of the pipe.
  • the successive position estimation calculation means obtains the travel distance information by the travel distance measurement means and the posture information by the posture measurement means or the inertia measurement means at the predetermined time for each predetermined time interval. Since the sequential position information of the measurement vehicle with respect to the measurement start position is sequentially updated, the sequential position of the measurement vehicle in the actual buried pipeline can be estimated. According to the tenth aspect, the successive inner surface shape measuring means and the inner surface shape measuring means based on the successive position information of the measuring vehicle by the successive position estimation computing means by the successive position correction computing means. Since the sequential position information is sequentially corrected and calculated based on the inner surface shape information according to the above, the sequential position of the measuring vehicle in the actual buried pipeline can be estimated more accurately.
  • the buried pipe measuring method is: While traveling in the pipeline, using the travel distance information by the travel distance measurement means and the attitude information by the attitude measurement means or the inertia measurement means, the sequential position information of the measurement vehicle based on the measurement start position is obtained.
  • a second step of performing successive estimation operations includes a fifth step of performing all correction calculation processing and specifying the overall position estimation information of the route traveled by the measurement vehicle. It is possible to accurately estimate the travel route in the buried pipeline where GPS cannot be directly used, and it is possible to accurately estimate the position of the pipeline based on the travel route.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the one part cross section of the pipe line with which measurement object was embedded in this invention. It is a side view of the measuring vehicle in this invention. It is a front view of the measurement vehicle. It is drawing of the mount frame of the said measuring vehicle, (A) is a top view, (B) is a side view. It is explanatory drawing for demonstrating the scanning plane of each laser measuring device. It is a flowchart of the measurement calculation process in this invention. It is explanatory drawing for demonstrating the component of Roll, Pitch, and Yaw of the said measurement vehicle. It is explanatory drawing for demonstrating Graph-SLAM in this invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a cross section of a buried pipeline to be measured
  • m1 is a manhole at the measurement start position
  • m2 is a manhole at the measurement end position
  • 1 is a measurement vehicle arranged in the pipe P to be measured.
  • the measurement vehicle 1 moves while measuring the inside of the pipeline P from the manhole m1 at the measurement start position to the manhole m2 at the measurement end position.
  • the inner diameter of the pipe P is sufficiently large, the operator can push it and move it.
  • a rope or the like is connected to the hook of the measuring wheel 1 to complete the measurement. It is moved by pulling from the manhole m2 at the position.
  • the measuring vehicle 1 includes, for example, a vehicle body 2 having two front wheels and two rear wheels, and a horizontal base 3 disposed on the upper portion of the vehicle body 2.
  • FIG. 2 shows a state in which the measuring vehicle 1 is arranged in a horizontal pipeline.
  • the rear part of the vehicle body 2 is provided with an odometry 4 as a travel distance measuring means for measuring travel distance and outputting travel distance information.
  • an IMU 5 as an inertia measurement unit that measures the posture of the measuring vehicle 1 and outputs posture information
  • First, second, and third three laser measuring devices 6, 7, and 8 are fixed as inner surface shape measuring means for measuring the inner surface shape of the pipe and outputting inner surface shape information.
  • the three laser measuring devices 6, 7, and 8 are configured to measure the inner surface shape information of the pipeline by scanning in three planes that are not parallel to each other (specifically, orthogonal to each other). .
  • other posture measuring means can be used instead of the IMU 5 as the inertial measuring means.
  • the odometry 4 includes a mechanism that supports the device in an oblique manner while swinging the support boom 41 so as to be able to contact the inner surface of the tube at a position slightly swung from the tube bottom position just below. Since there is a high probability that sewage flows or deposits exist near the bottom of the tube, the mechanism that supports it diagonally avoids such sewage and deposits and makes contact with the inner surface of the tube, making it more accurate. Distance measurement is possible.
  • the IMU 5 includes a three-axis gyro and a three-direction accelerometer, and requires a three-dimensional angular velocity and acceleration.
  • the direction (posture) of the measurement vehicle can be obtained, and the direction of gravity can be obtained based on the acceleration information.
  • the IMU 5 By accumulating the travel distance by the odometry 4 and the travel direction by the IMU 5, it is possible to sequentially obtain the self-position information of the measurement vehicle based on the measurement start position, and further obtain a travel locus from the measurement start position. . This process is referred to as sequential position estimation calculation (A). Details of the sequential position estimation calculation (A) will be described later.
  • the odometry 4 and the IMU 5 constitute a self-position measuring means for the measuring vehicle.
  • the three laser measuring devices 6, 7, and 8 and the IMU 5 are fixed to the gantry 3 disposed on the measuring vehicle 1 together with the camera 9 for taking an in-tube image.
  • the gantry 3 can be adjusted horizontally so that the scanning axis of the first laser measuring device 6 and the tube axis substantially coincide with each other by moving up and down horizontally by a pantograph mechanism 31 by a handle operation. (See FIGS. 2 and 3.)
  • the first laser measuring device 6 scans the plane perpendicular to the pipe axis direction (plane B, XZ plane in FIG. 5) and measures the sequential position of each point on the inner surface of the pipe in the cross section of the pipe. Is configured to do.
  • the said tube axis direction is a scanning-axis direction of the laser beam in the 1st laser measuring device 6 in an Example.
  • Measurement data obtained from the first laser measurement device 6 is referred to as cross-section measurement sensor data.
  • the second laser measuring device 7 scans a plane (plane A, XY plane in FIG. 5) defined by a tube axis direction component and a horizontal direction component orthogonal to the tube axis direction component, A sequential position of each point on the inner surface of the pipe in a cross section in the pipe axis direction of the pipe is measured. Measurement data obtained from the second laser measurement device 7 is referred to as horizontal measurement sensor data.
  • the third laser measuring device 8 scans the vertical plane (plane C, YZ plane in FIG. 5) including the component in the tube axis direction, and each of the inner surface of the tube in the longitudinal section in the tube axis direction of the tube. It is comprised so that the sequential position of a point may be measured. Measurement data obtained from the third laser measurement device 8 is referred to as vertical measurement sensor data.
  • the gantry 3 has a notch 61 for ensuring a wide scanning range of the first laser measuring device 6 and a wide scanning range of the third laser measuring device 8.
  • a notch 81 for securing is provided.
  • the scanning planes of the three laser measuring devices 6, 7, and 8 are three planes that are orthogonal to each other. However, if the planes are not parallel to each other and intersect, the calculation is complicated. Although it does, it does not need to be orthogonal.
  • the first to third laser measuring devices 6, 7, 8 measure the sequential position of each point on the inner surface of the pipe with reference to a specific reference point of the measuring vehicle 1, thereby 3 Measure the dimensional shape.
  • the initial position and orientation (direction) of the measuring vehicle 1 arranged at the bottom of the manhole m1 that is the measurement start point are measured. This is determined by measuring using a position specifying means such as a GPS device or a total station installed on the ground surface. In such an initial position determination operation, the measuring vehicle 1 is present at the bottom of the manhole or underground such as in a pipe, so it is difficult to directly determine the initial position with a GPS device using GPS radio waves. It is also necessary to determine the posture (direction, direction) of the measurement vehicle in the initial state. Various specific procedures are conceivable as in Examples 1 to 4 described later.
  • the measurement vehicle 1 After determining the initial position and posture of the measurement vehicle 1 by any procedure, the measurement vehicle 1 is moved and measurement of the pipeline P is started. While moving in the pipeline, by accumulating the travel distance by the odometry 4 and the travel direction by the IMU 5, the self-position information of the measurement vehicle 1 based on the measurement start position is calculated as a sequential position estimation calculation (A ). Further, self-position information obtained by sequential position estimation calculation (A) using cross-sectional measurement sensor data, horizontal measurement sensor data, and vertical measurement sensor data obtained by the three laser measurement devices 6, 7, and 8. Are sequentially corrected by a sequential position correction calculation (B) described later to obtain corrected self-position information.
  • the self-position information based on the measurement start position is sequentially measured in the sequential position estimation calculation (A) while moving the measurement vehicle 1 from the measurement start position in the pipeline embedded therein, and further, Then, it goes to the measurement end position while sequentially correcting by the sequential position correction calculation (B).
  • the end position and end posture (direction) of the measurement vehicle 1 are measured using a position specifying means such as a GPS device or a total station installed on the ground.
  • a position specifying means such as a GPS device or a total station installed on the ground.
  • all the self-position information and orientation information obtained by the sequential position correction calculation (B) are corrected using the Graph-SLAM algorithm. .
  • This correction calculation processing is referred to as full correction Graph-SLAM (C).
  • Graph in the Graph-SLAM algorithm means a graphic graph, and the Graph-SLAM algorithm is one of three-dimensional SLAM solutions.
  • a graph is created with the measurement device as a node (bundling), a link between them, and a link connection as an estimation error regarding the position.
  • the graph and the measurement device and the landmark are nodes (units), and the observation between them is a link. Add a subgraph whose link error is the observation error.
  • the landmark corresponds to the position coordinate (measurement start position information) of the carriage at the position of the manhole m1 and the position coordinate (measurement end position information) of the carriage at the position of the manhole m2.
  • the link and the node correspond to the sequential position information of the measuring device between the manholes m1 and m2.
  • step S1 shown in FIG. The initial position (X0, Y0, Z0) and the initial posture (R0, P0, Ya0) of the measuring vehicle 1 are obtained by using position specifying means such as a GPS device installed in the manhole m1 at the measurement start position.
  • X0, Y0, and Z0 indicate the X coordinate component, Y coordinate component, and Z coordinate component of the position information, respectively
  • R0, P0, and Ya0 indicate the Roll component, Pitch component, and Yaw component of the posture information, respectively.
  • step S2 sequential position estimation calculation (A) is performed based on the travel distance information (x, y, z) by odometry 4 and the attitude information (R, P, Ya) by IMU 5, and in step S3, the next Self-position information (Xt, Yt, Zt) and attitude information (Rt, Pt, Yat) are obtained at the position of.
  • step S4 the self-position information (Xt, Yt, Zt) and posture information (Rt, Pt, Yat) are sequentially used by using cross-sectional measurement sensor data, horizontal measurement sensor data, and vertical measurement sensor data.
  • Correction calculation (B) is performed, and in step S5, corrected self-position information (X′t, Y′t, Z′t) and posture information (R′t, P′t, Ya′t) are obtained.
  • the process from step S2 to step S5 is repeated at a predetermined time interval, and the process proceeds to the measurement end position.
  • step S6 the end position (Xe, Ye, Ze) and the end position (Re, Pe, Yae) of the measuring vehicle 1 are obtained using position specifying means such as a GPS device installed in the manhole m2 at the measurement end position. Thereafter, in step S7, all the corrected self-position information (X′t, Y′t, Z′t) and posture information (R′t, P ′) obtained in steps S1 to S5 are obtained.
  • step S7 all the corrected self-position information (X′t, Y′t, Z′t) and posture information (R′t, P ′) obtained in steps S1 to S5 are obtained.
  • (t, Ya't) is corrected based on the end position (Xe, Ye, Ze) and the end position (Re, Pe, Yae) of the measuring vehicle 1. This correction is the total correction Graph-SLAM (C).
  • step S8 all the corrected self-position information (X′t, Y′t, Z′t) and postures from the measurement start position to the measurement end position by the above-described all correction Graph-SLAM (C). All self-position information (X, Y, Z) and posture information (R, P, Ya) from the measurement start position to the measurement end position by correcting the information (R't, P't, Ya't) Confirm.
  • step S9 the self-position information (overall position estimation information) of the measurement vehicle 1 from the measurement start position to the measurement end position is determined over the entire route as described above. Based on the overall position estimation information of the route traveled by the measuring vehicle and the inner surface shape information of the pipe line by the inner surface shape measuring means, it is possible to estimate the position of the tube inner surface at the sequential position of the measuring vehicle 1, The geographical coordinates of the pipeline from the measurement start position to the measurement end position can be determined.
  • step S10 unevenness information in the pipe and meandering information of the pipe line can be obtained as follows.
  • a first laser measuring device 6 for measuring a tube cross section and a third laser measuring device 8 for measuring a vertical cross section parallel to the tube axis are used.
  • the measurement status of the tube cross section by the first laser measurement device 6 is indicated by an ellipse
  • the measurement status of the vertical cross section by the third laser measurement device 8 is indicated by an arrow line.
  • the ceiling and the floor are normally parallel as shown in the area A of FIG. 13, and therefore the inclination (posture) of the measuring wheel 1 and the third laser measuring device 8 as shown in the area B of FIG. 13.
  • the inclination of the ceiling in the pipe measured by (1) does not match, it can be determined that it is uneven. In this case, the inclination of the ceiling and floor does not match. Moreover, when the inclination of the measuring wheel 1 and the inclination of the ceiling and the floor coincide with each other as in the region C of FIG. 13, it can be determined that the pipe is meandering and not uneven.
  • step S1 is a first step described in the claims
  • steps S2 and S3 are the second steps described in the claims
  • steps S4 and S5 are the third step described in the claims
  • step S6 is a fourth step described in the claims
  • steps S7 and S8 correspond to the fifth step recited in the claims.
  • step S9 corresponds to the processing in the pipeline geographical coordinate estimation means described in the claims.
  • the geographical coordinates in the global coordinate system can be obtained at the measurement start position and the measurement end position using a position specifying means such as a GPS device or a total station, the buried pipe from the measurement start position to the measurement end position All the positions can be obtained. Furthermore, since meandering and unevenness can be separated in the middle of the pipeline, the geographical coordinates can be obtained sufficiently accurately even in buried pipelines such as sewage pipes that have actually been used for a long period of time. Therefore, it is possible to accurately determine the location of existing buried pipes such as sewage pipes without performing open-cut work and manual surveys, which can reduce the measurement costs, and future aging social infrastructure Stock development can be promoted without delay.
  • the sequential position estimation calculation (A), the sequential position correction calculation (B), and the total correction calculation (C) are performed by a personal computer (portable type) mounted on the measuring vehicle 1. It may be processed by a small computer.
  • a computer installed outside by transmitting a part or all of measurement information by the odometry 4, the IMU 5, and the three laser measuring devices 6, 7, 8 to the outside at any time via a wired or wireless communication means. May be used to handle accumulation and computation.
  • a wireless communication means using radio waves or infrared rays, or a wired communication means such as a protected communication cable or optical fiber can be used.
  • the protected communication cable or optical fiber may be laid along a lobe that pulls the measuring vehicle 1.
  • the personal computer mounted on the measuring vehicle 1 or the computer installed outside is the sequential position estimating means, sequential position correcting means, all correction calculating means, and pipeline geographical coordinate estimating means described in the claims. It corresponds to.
  • Position x t of the measuring vehicle at time t is obtained by the following equation.
  • x is the position of the measuring vehicle
  • ⁇ is the posture of the measuring vehicle
  • u is the minute change amount.
  • ⁇ x t Measurement result of odometry 4 at time t
  • ⁇ r Rotation angle around roll axis
  • ⁇ p Rotation angle around pitch axis
  • ⁇ y Rotation angle around yaw axis
  • R is a rotation matrix around each axis as shown below.
  • the sequential position correction calculation (B) is performed by the cross-section measurement sensor data obtained by the first laser measurement device 6, the horizontal measurement sensor data obtained by the second laser measurement device 7, and the third laser measurement device 8.
  • the correction is performed using the obtained vertical measurement sensor data, and it is considered that the error is large only by the position estimation by the odometry 4. Therefore, the position is sequentially corrected by using the three laser measuring devices 6, 7, and 8. It is.
  • the position by the odometry 4 at time t is x t
  • the measured value of the tube shape by the laser measuring device is z t .
  • h (x t ) is an estimated value of the in-pipe shape at time t based on minute position movement measured by odometry and IMU from the position at the previous time. Since z t and h (x t ) do not match due to an error, the position x t is corrected by adding the difference multiplied by a constant K.
  • K is a Kalman gain, which is expressed as a ratio of covariance matrices ⁇ and ⁇ (position data error magnitude).
  • Graph-SLAM is used to correct the measurement end position at the manhole m2 position.
  • the x that minimizes J Graph-SLAM shown by the following equation is the most probable estimation result. Since g (u t , x tt ) is a function that estimates the current position from the previous position and the minute movement amount, x t -g (u t , x tt ) is the difference between the estimated positions. [X t -g (u t , x tt )] T R -1 [x t -g (u t , x tt )] Is a constraint of the motion model.
  • h (m c , x t ) is a measurement function when the position x of the measurement vehicle is measured from the manhole position m.
  • ⁇ [z t -h (m c , x t )] T Q -1 [z t -h] obtained by multiplying this and the actual measured value z by the covariance matrix Q (indicating the magnitude of the error) (m c , x t )] is a constraint condition of the measurement model. (See Figure 8.) The sum of these constraints is J Graph-SLAM shown below.
  • the vector having the largest tilt error is Yaw.
  • Roll and pitch can be corrected by detecting the direction of gravity with IMU.
  • Yaw needs to detect geomagnetism for error correction, but it cannot use Yaw's automatic error correction because geomagnetism cannot be used in buried pipes.
  • Yaw's automatic error correction can be performed by using the correction by the three laser measuring devices in combination and performing the sequential correction calculation (B) in the pipeline.
  • B sequential correction calculation
  • Yaw's automatic error correction can be performed by using the correction by the three laser measuring devices in combination and performing the sequential correction calculation (B) in the pipeline.
  • B sequential correction calculation
  • C total correction Graph-SLAM
  • the total station TS is disposed in the upper opening of the manhole m1 at the measurement start position, and the measurement vehicle 1 is disposed on the bottom surface of the manhole m1 directly below the total station TS.
  • the bottom of the manhole m1 is connected to the pipe P to be measured.
  • the grid plate 11 is installed in the measuring wheel 1, the laser centripetal device LC is attached to the total station TS, and the ground position of the total station TS is adjusted so that the centripetal laser is irradiated to the grid plate 11.
  • the ground coordinates are obtained by measurement at the total station TS at that position. Also, the position on the grid plate 11 where the centripetal laser is irradiated is recorded. The distance from the total station TS to the grid plate 11 is measured using a distance measuring means such as a measure. The above method is also performed at another position on the grid plate 11, and two different coordinate positions of the measuring wheel 1 are specified. The posture of the measuring vehicle 1 is specified from the two coordinate positions. As described above, the position and orientation of the measurement vehicle 1 at the measurement start position are determined. The same operation is performed in the manhole m2 at the measurement end position. In the above, the total station TS, the laser centripetal device LC, the distance measuring means, and the grid plate 11 correspond to the start position specifying means or the end position specifying means described in the claims.
  • the measuring vehicle 1 can be seen directly from the ground, but the manhole m1 may be just a space for connection to the pipe as shown in FIG. In that case, the following second specific method can be used.
  • a cube 12 is installed directly under the manhole. From the ground, the position of the cube 12 is measured using a total station or the like in the same manner as described above. Further, from the measuring wheel 1, the position shape of the cube 12 is measured using the laser measuring devices 7, 8 and 9. Thereby, the position and posture of the measurement vehicle 1 at the measurement start position are determined. The same operation is performed in the manhole m2 at the measurement end position.
  • the total station, the cube 12, and the laser measuring devices 7, 8, and 9 correspond to the start position specifying means or the end position specifying means described in the claims.
  • the LED lamps 13 are installed in four places on the measuring vehicle 1, and an appliance with a camera CM that can be installed instead of a manhole cover is installed.
  • the position of the camera CM is measured on the ground using a total station or the like.
  • the position and orientation of the measuring vehicle 1 are specified by photogrammetry.
  • the same operation is performed in the manhole m2 at the measurement end position.
  • the total station, the camera CM, and the LED lamp 13 correspond to the start position specifying means or the end position specifying means described in the claims.
  • the fourth specific method is to install the grid plate 14 on the measuring wheel 1 and specify the grid plate 14 with the handy measuring instruments H1, H2, and H3 from three locations on the ground. Measure the distance to the location.
  • the coordinate positions of the handy measuring instruments H1, H2, and H3 are measured on the ground using a total station or the like. Thereby, the position and orientation of the measurement vehicle 1 are specified.
  • the same operation is performed in the manhole m2 at the measurement end position.
  • the manhole m1 at the measurement start position and the manhole 2 at the measurement end position are not limited to the same method, and different methods may be used.
  • the total station, the handy measuring instruments H1, H2, H3, and the grid plate 14 correspond to the start position specifying means or the end position specifying means described in the claims.
  • the travel distance measuring means various distance measuring means can be used as long as the travel distance is measured instead of the odometry using the wheels.
  • attitude measurement means or the inertia measurement means a technique such as an attitude / direction reference apparatus (AHRS) using geomagnetism can be used instead of the inertia measurement apparatus (IMU).
  • An inertial measurement device (IMU) is preferred because geomagnetism may not be available in the buried pipeline.
  • the inner surface shape measuring unit is not limited to the laser measuring device, and various distance measuring devices that can measure the distance from the inner surface measuring unit to the inner wall surface of the tube in a non-contact manner can be used. For example, a distance measuring device using a sufficiently high-precision millimeter wave radar can be used.
  • Inner surface shape information is used using one or more laser measuring devices. It is possible to obtain If the number of laser measuring devices is increased, more accurate measurement can be performed. If the inner diameter of the tube is known to some extent, one laser measuring device can be used. It is also possible to use a three-dimensional measuring apparatus using a light cutting method that obtains a three-dimensional position of an object by projecting a thin sheet of light based on the principle of triangulation. Although it is expensive at the present time, it is also possible to configure the inner surface shape measuring means of the tube with a single three-dimensional scanner device using a three-dimensional scanner device.

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Abstract

　埋設管路内に特徴的なランドマークがない場合であっても、計測車の走行経路推定、埋設された管路の位置推定を可能とするために、本発明に係る埋設管路の計測装置は、走行距離を計測するオドメトリ、計測車の姿勢を計測するＩＭＵ、および、互いに直交する３つの平面内を走査して管路の内面形状情報を計測する３つのレーザー計測装置６－８を備えた計測車と、計測開始位置と計測終了位置と姿勢を特定する位置特定手段と、前記オドメトリによる走行距離と前記ＩＭＵによる姿勢情報を用いて計測車の逐次位置情報を逐次推定演算する逐次位置推定演算手段と、前記３つのレーザー計測装置６－８による管路の内面形状情報に基づいて計測車の逐次位置情報を補正演算する逐次位置補正演算手段とを含み、前記計測終了位置に到達後において、前記補正演算された前記逐次位置情報を三次元ＳＬＡＭアルゴリズムによって全補正して、前記走行経路の全体位置情報を特定する。

Description

埋設管路の計測装置、及び、埋設管路の計測方法
　本発明は、下水管等の埋設管路の内面の地理座標を測位する技術に関するものであって、詳しくは前記埋設管路の埋設位置の測量、及び前記埋設管の内面形状の測定技術に関するものである。
　近年、下水管路等インフラ設備の老朽化が進む中で、老朽管の更新に向けては様々な調査が必要となってきている。
　例えば老朽管の埋設位置の特定、及び老朽管の劣化度合いの定量化、また更生時に必要な内面形状の精度測量等が調査診断業務としてなされている。
　このうち、埋設位置の特定については、公的な管理台帳においても充分な情報が無い場合があり、開削及び人手による測量を行っているのが現状である。
　また、老朽管の復旧措置として、既設管内に別の管を敷設する更生工法があるが、更生前には内面形状の精度測量が必要であり、現状では既設管径よりやや小径のダミー管を全管経路に渡って挿入し、おおまかな形状を推察するダミー管挿入調査法を用いて、施工時に必要な口径を決定している。
特開2013-113702号公報 特開2009-121945号公報
竹内栄二朗、坪内孝司、「疎行列連立方程式解法に基づく複数外界センサを用いた地図生成」第１３回ロボティックスシンポジア予稿集　P.166－P.173、2008年３月
　下水管等埋設管の埋設位置の特定について、開削工事と人手による測量を行う場合、公共道路の封鎖や膨大な測量費用を必要とする。今後の老朽化した社会インフラは益々増大し、これらコストの課題を解決する事は老朽化したインフラストックの整備を遅滞なく進める上で急務となってくる。
　埋設管の内面形状の測量において、ダミー管挿入調査法においては、管路の不陸、蛇行、段差の詳細がわからず、計画設計通りに施工出来ない場合がある。
　測量対象物の3次元位置を移動体により測量する方法としては、車両にIMU（Inertial Measurement Unitの略。慣性計測装置）とオドメトリ（odometry。走行距離計）、GPS受信装置を搭載し、GPS情報を元に逐次自己位置の補正をしながら測量する方法（特開2013-113702）がある（特許文献１参照）。
　また、上記同様の測量におけるIMUの累積誤差、及びGPS受信のバラツキより生じる誤差を補正するために、得られたデータにベイズフィルタ処理を行い（Kalmanフィルタリング）自己位置の精度を上げながら測量する方法がある(特開2009-121945）（特許文献２参照）。
　これら先行技術はいずれもオドメトリ及びIMUにより連続的な自己位置の移動を計測しながら、約1秒間隔で受信できるGPSによりその誤差を逐次補正し、自己位置を特定する方法である。
　しかしながら、これら技術的アルゴリズムを、埋設された管路の地理座標測位に適用する場合、逐次のGPS補正が出来ない。
　これに対し、IMU、オドメトリの誤差を最小化するアルゴリズムとして、近年、三次元SLAM（Simultaneous Localization And Mapping)アルゴリズムの一種であるGraph-SLAMアルゴリズムの活用が試みられている。前記三次元ＳＬＡＭは、３次元空間で計測装置の位置・姿勢と周辺の地図を同時に推定するアルゴリズムであり、前記Graph-SLAMアルゴリズムは三次元ＳＬＡＭの解法の１つである。
　Graph-SLAMアルゴリズムのGraphとは図形のグラフの意味であり、Graph-SLAMアルゴリズムにおいては、計測装置（台車・センサ）で周囲を計測するたびに、計測装置をノード（結束）とし、その間をリンクとし、リンクのつながりを位置に関する推定誤差とするグラフを作成する。また、ランドマークを観測するたびに、先ほどのグラフに、計測装置とランドマークをノード（結束）とし、その間の観測をリンクとし、リンクのつながりの強さを観測誤差とする部分グラフを追加する。できたグラフのいくつかのノードの位置が分かった際に、もっともよく当てはまるグラフの形を推定することで、計測装置の位置・姿勢と周辺の地図を構築する方法である。(非特許文献１参照）
　しかし、埋設管路内に特徴的なランドマークを設定する事は作業上困難、設置できたとしても管路全般に渡って設置するのは現実的で無い。
　そこで、埋設管路内に特徴的なランドマークがない場合であっても、最低限、計測開始位置と計測終了位置の座標を特定することができれば、埋設管路内における計測車の走行回路を正確に推定することを可能とし、さらには、埋設された管路の地理座標測位を可能とする技術を提供することを目的として本発明はなされたものである。
　本発明の請求項１に係る埋設管路の計測装置は、
走行距離を計測して走行距離情報を出力する走行距離計測手段、計測車の姿勢を計測して姿勢情報を出力する姿勢計測手段または慣性計測手段、および、管路の内面形状を計測して内面形状情報を出力する内面形状計測手段を備えて管路内を走行可能な計測車と、
計測開始位置における計測車の位置と姿勢を特定して計測開始位置情報を出力する開始位置特定手段と、
計測終了位置における計測車の位置と姿勢を特定して計測終了位置情報を出力する終了位置特定手段と、
前記管路内を走行中に、前記走行距離計測手段による走行距離情報と前記姿勢計測手段または慣性計測手段による姿勢情報を用いて、前記計測開始位置を基準とした前記計測車の逐次位置情報を逐次推定演算する逐次位置推定演算手段と、
前記内面形状計測手段による管路の内面形状情報に基づいて、前記管路内を走行中における前記計測車の逐次位置情報を逐次補正演算する逐次位置補正演算手段と、
前記計測終了位置に到達後において、前記逐次補正演算された前記逐次位置情報を、前記計測開始位置情報と前記計測終了位置情報に基づいて、位置推定と地図作製を並行して実行する三次元ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）アルゴリズムによって全補正演算処理して、前記計測車が走行した経路の全体位置推定情報を特定する全補正演算手段と
を備えたことを特徴としている。
　請求項２では、さらに、
前記全補正演算手段にて得られた、前記計測車が走行した経路の全体位置推定情報と、前記内面形状計測手段による前記管路の内面形状情報に基づいて、
前記管路の内面の位置を推定し、前記管路の地理座標を推定する管路地理座標推定手段を備えたことを特徴としている。
　請求項３では、
前記内面形状計測手段は、管路の内面を走査するレーザー計測装置が用いられている。
　請求項４では、
前記内面形状計測手段は、互いに非平行な３つの平面内を走査して管路の内面形状情報を得るように構成されている。
　請求項５では、
前記内面形状計測手段は、管軸に垂直な平面内を走査して、少なくとも管路の断面形状を計測するように構成されている。
　請求項６では、
前記内面形状計測手段は、管軸方向成分と、前記管軸に直交する水平方向成分とで特定される平面内を走査して、少なくとも管路の管軸方向の横断面形状を計測するように構成されている。
　請求項７では、
前記内面形状計測手段は、管軸方向成分を含む垂直平面内を走査して、少なくとも管路の管軸方向の縦断面形状を計測するように構成されている。
　請求項８では、
前記内面形状計測手段が配設された架台を昇降させる昇降機構を備えている。
　請求項９では、
前記逐次位置推定演算手段は、所定の時間間隔ごとに、前記所定の時間での前記走行距離計測手段による走行距離情報と前記姿勢計測手段または慣性計測手段による姿勢情報を用いて、前記計測開始位置を基準とした前記計測車の逐次位置情報を逐次更新することを特徴としている。
　請求項１０では、
前記逐次位置補正演算手段は、所定の時間間隔ごとに、前記逐次位置推定演算手段による前記計測車の逐次位置情報に基づいた推定内面形状情報と、前記内面形状計測手段による前記内面形状情報とに基づいて、前記逐次位置情報を逐次補正演算処理することを特徴としている。
　請求項１１では、
前記三次元ＳＬＡＭアルゴリズムによる全補正演算処理は、
三次元空間において、前記逐次補正演算された前記逐次位置情報を、前記計測開始位置情報と前記計測終了位置情報に基づいて全補正演算処理して、三次元空間における位置推定と地図作製を並行して実行することを特徴としている。
　請求項１２では、
前記三次元ＳＬＡＭアルゴリズムとしては、
特定された前記計測開始位置と特定された前記計測終了位置をランドマークとし、
前記計測開始位置と特定された前記計測終了位置の間における計測車の逐次位置情報をその間のリンクとノードとし、
リンクのつながりの強さを計測誤差とするグラフを作成して、
前記グラフが最も当てはまる形を推定することで、前記計測車の位置・姿勢と、地図作製を並行して実行するGraph-SLAMアルゴリズムを用いることを特徴としている。
　請求項１３に係る埋設管路の計測方法は、
走行距離を計測して走行距離情報を出力する走行距離計測手段、計測車の姿勢を計測して姿勢情報を出力する姿勢計測手段または慣性計測手段、および、管路の内面形状を計測して内面形状情報を出力する内面形状計測手段を備えて管路内を走行可能な計測車を用いた埋設管路の計測方法であって、
計測開始位置における計測車の位置と姿勢を特定して計測開始位置情報を得る第１のステップと、
前記管路内を走行中に、前記走行距離計測手段による走行距離情報と前記姿勢計測手段または慣性計測手段による姿勢情報を用いて、前記計測開始位置を基準とした前記計測車の逐次位置情報を逐次推定演算する第２のステップと、
前記内面形状計測手段による管路の内面形状情報に基づいて、前記管路内を走行中における前記計測車の逐次位置情報を逐次補正演算する第３のステップと、
前記計測終了位置に到達後において、計測終了位置における計測車の位置と姿勢を特定して計測終了位置情報を得る第４のステップと、
前記計測終了位置に到達後において、前記逐次補正演算された前記逐次位置情報を、前記計測開始位置情報と前記計測終了位置情報に基づいて、位置推定と地図作製を並行して実行する三次元ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）アルゴリズムによって全補正演算処理して、前記計測車が走行した経路の全体位置推定情報を特定する第５のステップと
を含んでいる。
　本発明によれば、計測対象の管路の計測開始位置座標を特定しておき、走行距離計測手段、姿勢計測手段または慣性計測手段、および、管路の内面形状を計測する内面形状計測手段を備えた計測車を管路内を移動させて、
前記走行距離計測手段による走行距離と前記姿勢計測手段または慣性計測手段による姿勢情報を用いて、前記管路内を走行中に、前記計測開始位置を基準とした前記計測車の逐次位置情報を逐次推定演算し、前記内面形状計測手段による管路の内面形状情報に基づいて、前記管路内を走行中における前記計測車の逐次位置情報を補正演算する。
　そして、前記計測終了位置に到達後においては、
計測終了位置座標を特定して、
前記補正演算された前記逐次位置情報を、前記計測開始位置情報と前記計測終了位置情報に基づいた三次元ＳＬＡＭアルゴリズムによって全補正して、前記計測車が走行した経路の全体位置情報を特定するので、
ＧＰＳを直接利用できない埋設管路内の走行経路を正確に推定することができる。
　請求項２によれば、上記構成に加えて、さらに、
前記全補正演算手段にて得られた、前記計測車が走行した経路の全体位置推定情報と、前記内面形状計測手段による前記管路の内面形状情報に基づいて、
前記管路の内面の位置を推定し、前記管路の地理座標を推定する管路地理座標推定手段を備えているので、
前記走行経路に基づいて管路の位置を正確に推定することが可能となる。
　請求項３によれば、前記内面形状計測手段は、管路の内面を走査するレーザー計測装置が用いられているので、小型且つ低コストで埋設管路の計測装置を構成できる。
　請求項４によれば、前記内面形状計測手段は、互いに非平行な３つの平面内を走査して管路の内面形状情報を得るので、管路の内面形状情報を、より詳細に得ることができ、管路の不陸、蛇行等の状況をより正確に把握することができる。
　請求項５によれば、前記内面形状計測手段は、管軸に垂直な平面内を走査するので、管軸に垂直な管路の断面形状を計測しやすい。
　請求項６によれば、前記内面形状計測手段は、管軸方向成分と、前記管軸に直交する水平方向成分とで特定される平面内を走査するので、管路の内面の側面部分の形状を計測しやすい。
　請求項７によれば、前記内面形状計測手段は、管軸方向成分を含む垂直平面内を走査するので、管路の内面の天井と床の形状を計測しやすい。
　請求項８によれば、前記内面形状計測手段が配設された架台を昇降させる昇降機構を備えているので、異なる管の内部においても、前記内面形状計測手段の高さを前記管軸と一致させて配設しやすく、管内面の形状を把握しやすい。
　請求項９によれば、前記逐次位置推定演算手段によって、所定の時間間隔ごとに、前記所定の時間での前記走行距離計測手段による走行距離情報と前記姿勢計測手段または慣性計測手段による姿勢情報を用いて、前記計測開始位置を基準とした前記計測車の逐次位置情報を逐次更新するので、実際の埋設管路中における計測車の逐次位置を推定することができる。
　請求項１０によれば、前記逐次位置補正演算手段によって、所定の時間間隔ごとに、前記逐次位置推定演算手段による前記計測車の逐次位置情報に基づいた推定内面形状情報と、前記内面形状計測手段による前記内面形状情報とに基づいて、前記逐次位置情報を逐次補正演算処理するので、実際の埋設管路中における計測車の逐次位置をより正確に推定することができる。
　請求項１１では、
前記三次元空間におけるＳＬＡＭアルゴリズムによる全補正演算処理を行うので、実際の埋設管路の位置をより正確に推定することができる。
　請求項１２では、
前記三次元ＳＬＡＭアルゴリズムとしては、特定された前記計測開始位置と特定された前記計測終了位置をランドマークとするGraph-SLAMアルゴリズムを用いるので、実際の埋設管路の位置をさらに正確に推定することができる。
　請求項１３に係る埋設管路の計測方法は、
前記管路内を走行中に、前記走行距離計測手段による走行距離情報と前記姿勢計測手段または慣性計測手段による姿勢情報を用いて、前記計測開始位置を基準とした前記計測車の逐次位置情報を逐次推定演算する第２のステップと、
前記内面形状計測手段による管路の内面形状情報に基づいて、前記管路内を走行中における前記計測車の逐次位置情報を逐次補正演算する第３のステップと、
前記計測終了位置に到達後において、計測終了位置における計測車の位置と姿勢を特定して計測終了位置情報を得る第４のステップと、
前記計測終了位置に到達後において、前記逐次補正演算された前記逐次位置情報を、前記計測開始位置情報と前記計測終了位置情報に基づいて、位置推定と地図作製を並行して実行する三次元ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）アルゴリズムによって全補正演算処理して、前記計測車が走行した経路の全体位置推定情報を特定する第５のステップとを含んでいるので、
ＧＰＳを直接利用できない埋設管路内の走行経路を正確に推定することができ、さらに、前記走行経路に基づいて管路の位置を正確に推定することが可能となる。
本発明における計測対象の埋設された管路の一部の断面を示す模式図である。 本発明における計測車の側面図である。 前記計測車の正面図である。 前記計測車の架台の図面であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 各レーザー計測装置の走査平面を説明するための説明図である。 本発明における計測演算処理のフローチャートである。 前記計測車のRoll、Pitch、Yawの成分を説明するための説明図である。 本発明におけるGraph-SLAMを説明するための説明図である。 本発明における計測車の座標位置を特定するための第１の具体的な方法を説明するためのマンホールの側面断面図である。 本発明における計測車の座標位置を特定するための第２の具体的な方法を説明するためのマンホールの平面断面図である。 本発明における計測車の座標位置を特定するための第３の具体的な方法を説明するためのマンホールの側面断面図である。 本発明における計測車の座標位置を特定するための第４の具体的な方法を説明するためのマンホールの側面断面図である。 本発明において管の蛇行と不陸を分離する技術を説明するための管路の側面断面図である。
　図１は、計測対象の埋設された管路の断面の概略を示した模式図であり、
ｍ１は計測開始位置のマンホール、ｍ２は計測終了位置のマンホール、１は計測対象の管路Ｐ内に配置された計測車である。計測車１は、計測開始位置のマンホールｍ１から計測終了位置のマンホールｍ２まで管路Ｐ内を計測しつつ移動する。なお、管路Ｐの内径が充分に大きい場合には、作業者が押して移動させることができるが、管路Ｐの内径が小さい場合には、計測車１のフックにロープ等を繋ぎ、計測終了位置のマンホールｍ２から牽引等して移動させる。
　次に、計測車１の構造を、図２、図３、図４を参照して説明する。
　計測車１は、例えば、２つの前輪と２つの後輪とを備えた車体２と、車体２の上部に配設された水平な架台３を備えている。なお、図２においては、計測車１を水平な管路内に配置した状態を示している。
　車体２の後部には、走行距離を計測して走行距離情報を出力する走行距離計測手段としてのオドメトリ４を備えている。
　前記架台３の上面には、計測車１の姿勢を計測して姿勢情報を出力する慣性計測手段としてのＩＭＵ５と、
管路の内面形状を計測して内面形状情報を出力する内面形状計測手段として、第１、第２、第３の３つのレーザー計測装置６、７、８が固定されている。
　前記３つのレーザー計測装置６、７、８は、互いに非平行な（具体的には、互いに直交する）３つの平面内を走査して管路の内面形状情報を計測するように構成されている。
　なお、慣性計測手段としてのＩＭＵ５に代えて、他の姿勢計測手段を用いることもできる。
　オドメトリ４は、図３に示したように、真下の管底位置から若干振った位置で、管の内面に接触できるように支持ブーム４１を振った状態で斜めに支持する機構を備えている。
真下の管底近傍には下水が流れていたり、堆積物が存在する確立が高いため、斜めに支持する機構によって、これらの下水や堆積物などを避けて管の内面に接触し、より正確な距離測定が可能となる。
　ＩＭＵ５は、３軸のジャイロと３方向の加速度計を備えており、３次元の角速度と加速度が求められる。３次元の角速度情報を積分することにより計測車の向き（姿勢）を求め、加速度情報に基づいて重力方向を求めることができる。
　オドメトリ４による走行距離とＩＭＵ５による走行方向とを蓄積処理することによって、計測開始位置を基準とした計測車の自己位置情報を逐次得て、さらに、計測開始位置からの走行軌跡を得ることができる。ここにおける処理を、逐次位置推定演算（Ａ）と称する。この逐次位置推定演算（Ａ）の詳細は後述する。
　オドメトリ４とＩＭＵ５によって計測車の自己位置計測手段を構成している。
　３つのレーザー計測装置６、７、８とＩＭＵ５は、図４に示したように、管内画像撮像用のカメラ９とともに、計測車１上に配設された架台３に固定されている。
　前記架台３は、ハンドル操作によるパンタグラフ機構３１によって水平に昇降させて、第１のレーザー計測装置６の走査中心軸と、管軸とがほぼ一致するように調整することが可能である。（図２、図３参照。）
　次に、各レーザー計測装置６、７、８の配置を、図２～図５を参照して説明する。
　第1のレーザー計測装置６は、管軸方向に垂直な平面（図５の平面Ｂ、Ｘ－Ｚ平面）内を走査して、管路の断面における管路内面の各点の逐次位置を計測するように構成されている。なお、前記管軸方向とは、実施例では、第1のレーザー計測装置６におけるレーザー光の走査軸方向である。
　第１のレーザー計測装置６から得られる計測データを、断面計測センサーデータと称する。
　第２のレーザー計測装置７は、管軸方向成分と、前記管軸方向成分に直交する水平方向成分とで規定される平面（図５の平面Ａ、Ｘ－Ｙ平面）内を走査して、管路の管軸方向の横断面における管路内面の各点の逐次位置を計測するように構成されている。
　第２のレーザー計測装置７から得られる計測データを、水平計測センサーデータと称する。
　第３のレーザー計測装置８は、管軸方向成分を含む垂直平面（図５の平面Ｃ、Ｙ－Ｚ平面）内を走査して、管路の管軸方向の縦断面における管路内面の各点の逐次位置を計測するように構成されている。
　第３のレーザー計測装置８から得られる計測データを、垂直計測センサーデータと称する。
　図４の（Ａ）に示したように、前記架台３には、第１のレーザー計測装置６の走査範囲を広く確保するための切り込み６１と、第３のレーザー計測装置８の走査範囲を広く確保するための切り込み８１とが設けられている。
　なお、３つのレーザー計測装置６、７、８の走査面は、図５に示したように、互いに直交する３つの平面としたが、互いに平行でなく交差する平面であれば、演算が複雑にはなるが直交しなくてもよい。
　第１～第３のレーザー計測装置６、７、８によって、計測車１の特定の基準点を基準として、管路の内面の各点の逐次位置を計測することによって、管路の内面の３次元形状を計測する。
　次に、図１に例示した管路Ｐを、前記計測車１を用いて計測する手順を説明する。
　まず、計測開始地点となるマンホールｍ１の底部に配置された計測車１の初期位置と姿勢（方向）を計測する。これは、地表に設置した、ＧＰＳ装置もしくはトータルステーション等の位置特定手段を用いて測定して決定する。
　このような初期位置の決定作業においては、計測車１はマンホールの底もしくは管路内等の地下に存在するため、ＧＰＳ電波を利用するＧＰＳ装置で直接初期位置を決定することは困難である。また、初期状態での計測車の姿勢（向き、方向）を決定する必要もある。そのための具体的な手順は、後述する実施例１～４のように種々考えられる。
　何れかの手順で計測車１の初期位置と姿勢を決定した後、計測車１を移動させて管路Ｐの計測を開始する。
　管路内を移動中は、オドメトリ４による走行距離とＩＭＵ５による走行方向とを蓄積処理することによって、計測開始位置を基準とした計測車１の自己位置情報を、後述する逐次位置推定演算（Ａ）によって逐次得る。
　さらに、３つのレーザー計測装置６、７、８によって得られた断面計測センサーデータ、水平計測センサーデータ、および垂直計測センサーデータを用いて、逐次位置推定演算（Ａ）にて得られた自己位置情報を、後述する逐次位置補正演算（Ｂ）によって逐次補正して、補正後の自己位置情報を得る。
　以上のようにして、計測車１を、計測開始位置から埋設された管路内を移動させながら、計測開始位置を基準とした自己位置情報を前記逐次位置推定演算（Ａ）逐次計測し、さらに、前記逐次位置補正演算（Ｂ）によって逐次補正しつつ、計測終了位置へ向かう。
　計測終了位置となるマンホールｍ２の底部に到達すると、地上に設置したＧＰＳ装置もしくはトータルステーション等の位置特定手段を用いて計測車１の終焉位置と終焉姿勢（方向）を計測する。
　このようにして得られた計測車１の終焉位置と姿勢に基づいて、前記逐次位置補正演算（Ｂ）によって得られた全ての自己位置情報と姿勢情報を、Graph-SLAMアルゴリズムを用いて補正する。この補正演算処理を全補正Graph-SLAM（Ｃ）と称する。
　前記Graph-SLAMアルゴリズムのGraphとは図形のグラフの意味であり、Graph-SLAMアルゴリズムは三次元ＳＬＡＭの解法の１つである。
　Graph-SLAMアルゴリズムにおいては、計測装置（台車・センサ）で周囲を計測するたびに、計測装置をノード（結束）とし、その間をリンクとし、リンクのつながりを位置に関する推定誤差とするグラフを作成する。また、ランドマークを観測するたびに、先ほどのグラフに、計測装置とランドマークをノード（結束）とし、その間の観測をリンクとし、
リンクのつながりの強さを観測誤差とする部分グラフを追加する。できたグラフのいくつかのノードの位置が分かった際に、もっともよく当てはまるグラフの形を推定することで、計測装置の位置・姿勢と周辺の地図を構築する方法である。
　本発明の場合では、ランドマークは、マンホールｍ１の位置での台車の位置座標（計測開始位置情報）と、マンホールｍ２の位置での台車の位置座標（計測終了位置情報）に対応し、その間のリンクとノードは、マンホールｍ１，ｍ２の間における計測装置の逐次位置情報に対応している。
　以下においては、前記逐次位置推定演算（Ａ）、前記逐次位置補正演算（Ｂ）、そして、前記全補正演算（Ｃ）について、図６を参照して詳細に説明する。
　図６に示したステップＳ１においては、
計測開始位置のマンホールｍ１に設置したＧＰＳ装置等の位置特定手段を用いて、計測車１の初期位置（X0,Y0,Z0)と初期姿勢(R0,P0,Ya0)を得る。
X0,Y0,Z0は、それぞれ位置情報のX座標成分、Y座標成分、Z座標成分を示し、R0,P0,Ya0は、それぞれ姿勢情報のRoll成分、Pitch成分、Yaw成分を示している。
　ステップＳ２においては、オドメトリ４による走行距離情報（x,y,z)と、ＩＭＵ５による姿勢情報（R,P,Ya）とに基づいて逐次位置推定演算（Ａ）を行い、ステップＳ３において、次の位置における自己位置情報（Xt,Yt,Zt)と姿勢情報（Rt,Pt,Yat）を得る。
　ステップＳ４においては、前記自己位置情報（Xt,Yt,Zt)と姿勢情報（Rt,Pt,Yat）を、断面計測センサーデータと、水平計測センサーデータと、垂直計測センサーデータを用いて、逐次位置補正演算（Ｂ）を行い、ステップＳ５において、補正後の自己位置情報（X't,Y't,Z't)と姿勢情報（R't,P't,Ya't）を得る。
　以上のステップＳ２～ステップＳ５の処理を、所定時間間隔で繰り返しつつ、計測終了位置へ向かう。
　計測終了位置のマンホールｍ２に到達すると、
ステップＳ６において、計測終了位置のマンホールｍ２に設置したＧＰＳ装置等の位置特定手段を用いて、計測車１の終焉位置（Xe,Ye,Ze)と終焉姿勢(Re,Pe,Yae)を得る。
　この後、ステップＳ７においては、ステップＳ１～ステップＳ５によって得られた、全ての前記補正後の自己位置情報（X't,Y't,Z't)と姿勢情報（R't,P't,Ya't）を、前記計測車１の終焉位置（Xe,Ye,Ze)と終焉姿勢(Re,Pe,Yae)に基づいて補正する。
　この補正が前記全補正Graph-SLAM（Ｃ）である。
　ステップＳ８においては、以上の全補正Graph-SLAM（Ｃ）によって、計測開始位置から計測終了位置までの全ての前記補正後の自己位置情報（X't,Y't,Z't)と姿勢情報（R't,P't,Ya't）を補正して、計測開始位置から計測終了位置までの全ての自己位置情報（X,Y,Z)と姿勢情報（R,P,Ya）を確定する。
　ステップＳ９においては、以上において計測開始位置から計測終了位置までにおける計測車１の自己位置情報（全体位置推定情報）が全経路にわたって確定されたことにより、
前記計測車が走行した経路の全体位置推定情報と、前記内面形状計測手段による、前記管路の内面形状情報に基づいて、計測車１の逐次位置における管内面の位置を推定することができ、計測開始位置から計測終了位置までにおける管路の地理座標を確定することができる。
　さらに、ステップＳ１０においては、以下のようにして、管内の不陸情報、および管路の蛇行情報を得ることができる。
　蛇行と不陸の分離のために、管断面を計測するための第１のレーザー計測装置６と、管軸に平行な垂直断面を計測するための第３のレーザー計測装置８とを用いる。図１３においては、第１のレーザー計測装置６による管断面の計測状況を楕円で示し、第３のレーザー計測装置８による垂直断面の計測状況を矢線で示した。
　管内においては、図１３の領域Ａのように通常天井と床とは平行になっているため、図１３の領域Ｂのように計測車１の傾き（姿勢）と、第３のレーザー計測装置８によって計測した管内の天井の傾きとが一致しない場合には、不陸と判断できる。この場合には、天井と床の傾きも一致しない。
　また、図１３の領域Ｃのように計測車１の傾きと、天井および床の傾きとが一致している場合には、不陸ではなく、管の蛇行であると判断できる。
　なお、前記ステップＳ１は特許請求の範囲に記載された第１のステップに、
前記ステップＳ２、Ｓ３は特許請求の範囲に記載された第２のステップに、
前記ステップＳ４、Ｓ５は特許請求の範囲に記載された第３のステップに、
前記ステップＳ６は特許請求の範囲に記載された第４のステップに、
前記ステップＳ７、Ｓ８は特許請求の範囲に記載された第５のステップにそれぞれ対応している。
　なお、前記ステップＳ９は、特許請求の範囲に記載された管路地理座標推定手段においける処理に対応している。
　以上のようにして、計測開始位置と計測終了位置において、ＧＰＳ装置もしくはトータルステーション等の位置特定手段を用いてグローバル座標系における地理座標を得ることができれば、計測開始位置から計測終了位置までの埋設管の位置を全て得ることができる。
　さらには、管路の途中における蛇行と不陸の分離も可能であるので、実際に長期間使用された下水管等の埋設管路でも充分正確に地理座標を得ることができる。したがって、下水管等の既設の埋設管の埋設位置の特定が、開削工事と人手による測量を行うことなく、正確に行えるので、計測費用を低減することが可能となり、今後の老朽化した社会インフラストックの整備を遅滞なく進めることが可能となる。
　なお、前記逐次位置推定演算（Ａ）、前記逐次位置補正演算（Ｂ）、および、前記全補正演算（Ｃ）の一部もしくは全ての演算は、計測車１に搭載したパーソナルコンピュータ（可搬型の小型コンピュータ）で処理してもよい。また、オドメトリ４、ＩＭＵ５、および３つのレーザー計測装置６、７、８による計測情報の一部もしくは全てを、有線もしくは無線の通信手段を介して、随時外部へ送信して外部に設置したコンピュータを用いて蓄積および演算を処理してもよい。そのための通信手段として、電波や赤外線等を利用した無線通信手段や、保護された通信ケーブルや光ファイバ等の有線通信手段を利用することができる。そして、保護された通信ケーブルや光ファイバは、計測車１を牽引するローブに沿わせて敷設してもよい。以上において、計測車１に搭載したパーソナルコンピュータもしくは外部に設置したコンピュータは、特許請求の範囲に記載された逐次位置推定手段、逐次位置補正手段、全補正演算手段、及び、管路地理座標推定手段に対応している。
　次に、前記逐次位置推定演算（Ａ）の詳細を説明する。
　時刻tでの計測車の位置xtは、下記の式で求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ｘは計測車の位置、θは計測車の姿勢、ｕは微小変化量。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 Δxt：時刻tのオドメトリ４の計測結果
θr ：ロール軸周りの回転角
θp ：ピッチ軸周りの回転角
θy ：ヨー軸周りの回転角
角度の更新式を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
位置の更新式を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 Rは、以下に示すように、それぞれの軸周りでの回転行列である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　次に、前記逐次位置補正演算（Ｂ）の詳細を説明する。
前記逐次位置補正演算（Ｂ）は、第１のレーザー計測装置６によって得られる断面計測センサーデータと、第２のレーザー計測装置７によって得られる水平計測センサーデータと、第３のレーザー計測装置８によって得られる垂直計測センサーデータとを用いた補正であり、オドメトリ４による位置推定だけでは誤差が大きいと考えられるので、前記３つのレーザー計測装置６、７、８を用いて逐次位置の補正を行うものである。
　時刻tにおけるオドメトリ４による位置をxt、レーザー計測装置による管内形状の計測値をztとする。h(xt)は、１つ前の時刻の位置から、オドメトリ、ＩＭＵで計測した微小位置移動に基づいた時刻ｔの管内形状の推定値である。
　誤差のためztとh(xt)は一致しないので、その差に定数Ｋを乗じたものと加算して位置xtを補正する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 Kはカルマンゲインであり、共分散行列Σ、Ο(位置データの誤差の大きさ)の比であらわされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 z   :レーザー計測装置による計測値
h(x):計測の予測値
Ｈ   :ヤコビ行列
Σ  :運動モデルの共分散行列
Ο  :計測の共分散行列
　次に、前記全補正Graph-SLAM（Ｃ）の詳細を説明する。
　計測終了位置のマンホールｍ２位置での修正にGraph-SLAMを用いる。
　下記の式で示したJGraph-SLAMを最小化するxが最も確からしい推定結果となる。
　g(ut,xt-t)はひとつ前の位置と、微小移動量から現在位置を推定する関数であるから、xt-g(ut,xt-t)は推定位置の差分となる。これに共分散行列R(誤差の大きさを示す)の逆行列をかけた[xt-g(ut,xt-t)]TR-1 [xt-g(ut,xt-t)]は運動モデルの拘束条件となる。
　h(mc,xt)はマンホール位置mから計測車の位置ｘを計測したときの計測関数である。これと実際の計測値ｚの差にこれに共分散行列Q(誤差の大きさを示す)をかけたΣ[zt-h(mc,xt)]TQ-1 [zt-h(mc,xt)] は計測モデルの拘束条件となる。（図８参照。）
　これらの拘束条件の和が以下に示すJGraph-SLAMである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ＩＭＵを用いた計測において、傾き誤差が最も大きくなるベクトルはYawである。
　Roll、Pitch は重力方向をIMUで検知して誤差補正できる。
　Yawは誤差補正に地磁気の検出を要するが、埋設管路内では地磁気は使用できないため、Yawの自動的な誤差補正は望めない。しかし、本発明によれば、３つのレーザー計測装置による補正を併用して、管路内での逐次補正演算（Ｂ）を行うことにより、Yawの自動的な誤差補正も可能となった。さらに、計測終了位置におけるＧＰＳ等による位置情報によって、全補正Graph-SLAM（Ｃ）により、全地理座標を補正することにより、さらに正確な管路の地理座標の特定が可能となった。
　以下においては、計測開始位置と計測終了位置のマンホールｍ１，ｍ２での位置計測方法の実施例を説明する。
　ＧＰＳ等の全地球測位システムもしくはトータルステーション等により計測された計測車１の異なる２箇所の座標位置（Xm0,Ym0,Zm0）及び（Xm1,Ym1,Zm1）から、１つの座標位置及び方角（X0,Y0,Z0,Ya0）を演算により取得し、またＩＭＵ５により方角以外の姿勢（R0,P0）を取得し、それらより計測車１の１つの座標位置及び姿勢X0,Y0,Z0,R0,P0,Ya0）を特定する。
　まず、計測開始位置と計測終了位置における計測車１の座標位置を特定するための第１の具体的な方法を、図９を参照して説明する。
　図９に示したように、計測開始位置のマンホールｍ１の上部開口部にはトータルステーションＴＳを配し、トータルステーションＴＳの真下のマンホールｍ１の底面に計測車１を配置する。マンホールｍ１の底部は計測対象の管路Ｐとつながっている。
　計測車１に方眼プレート１１を設置し、トータルステーションＴＳにレーザ求心装置ＬＣを取り付け、方眼プレート１１に求心レーザが照射されるように、トータルステーションＴＳの地上位置を調節する。
　その位置でのトータルステーションＴＳでの計測により、地上座標を求める。また方眼プレート１１のどの位置に求心レーザが照射されているかを記録する。
　トータルステーションＴＳから方眼プレート１１までの距離は別途メジャー等の距離計測手段を用いて計測する。
　上記方法を方眼プレート１１の別の位置でも行い、計測車１の異なる２箇所の座標位置の特定を行う。２箇所の座標位置から計測車１の姿勢を特定する。
　以上のようにして、計測開始位置における計測車１の位置と姿勢を決定する。
　計測終了位置のマンホールｍ２においても同様の作業を行う。
　以上においては、前記トータルステーションＴＳ、前記レーザ求心装置ＬＣ、前記距離計測手段、及び前記方眼プレート１１が、特許請求の範囲に記載された開始位置特定手段、または終了位置特定手段に対応している。
　上記の場合は地上から計測車１が真下に見える場合であるが、図１０のようにマンホールｍ１の真下は管への接続するための空間となっているだけの場合もある。
　その場合には、以下の第２の具体的な方法を用いることができる。
　マンホールの真下に立方体１２を設置する。
　地上からは上記方法と同様に、トータルステーション等を用いて立方体１２の位置測定を行う。
　また計測車１からは、レーザー計測装置７、８、９を用いて立方体１２の位置形状を計測する。
　これにより、計測開始位置における計測車１の位置と姿勢を決定する。
　計測終了位置のマンホールｍ２においても同様の作業を行う。
　以上においては、トータルステーション、前記立方体１２、及び前記レーザー計測装置７、８、９が、特許請求の範囲に記載された開始位置特定手段、または終了位置特定手段に対応している。
　第３の具体的な方法は、図１１に示したように、計測車１にLEDランプ１３を４箇所に設置し、マンホールの蓋の代わりに設置できるカメラＣＭを取り付けた器具を設置する。
　カメラＣＭの位置は地上にてトータルステーション等を用いて座標位置計測を行う。
　写真測量により、計測車１の位置と姿勢の特定を行う。
　計測終了位置のマンホールｍ２においても同様の作業を行う。
　以上においては、トータルステーション、前記カメラＣＭ、及び前記LEDランプ１３が、特許請求の範囲に記載された開始位置特定手段、または終了位置特定手段に対応している。
　第４の具体的な方法は、図１２に示したように、計測車１に方眼プレート１４を設置し、地上の３箇所からハンディ計測器Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３にて方眼プレート１４の特定の２箇所への距離を計測する。
　各ハンディ計測器Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の座標位置は地上にてトータルステーション等を用いて座標位置計測を行う。
　これにより、計測車１の位置と姿勢の特定を行う。
　計測終了位置のマンホールｍ２においても同様の作業を行う。
　計測車１の位置を特定する方法は種々あるが、以上の４つの具体的な方法を例示した。
　計測開始位置のマンホールｍ１と、計測終了位置のマンホール２とでは、同じ方法に限らず異なる方法を用いてもよい。
　以上においては、前記トータルステーション、前記ハンディ計測器Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、及び前記方眼プレート１４が、特許請求の範囲に記載された開始位置特定手段、または終了位置特定手段に対応している。
　走行距離計測手段としては、車輪を用いたオドメトリに代えて、走行距離を計測するものであれば種々の距離計測手段を利用することができる。
　姿勢計測手段または慣性計測手段としては、慣性計測装置（IMU）に代えて、地磁気を利用した姿勢方位基準装置（ＡＨＲＳ）等の技術を利用することができる。
　埋設管路中では、地磁気が利用できない場合もあるため、慣性計測装置（IMU）が好ましい。
　内面形状計測手段としては、レーザー計測装置に限らず、内面計測手段から管の内壁面までの距離を非接触で計測可能な種々の距離計測装置を利用することができる。
　例えば、充分に高精度のミリ波レーダーを用いた距離計測装置等を利用することができる。
　また、内面形状計測手段として、３つのレーザー計測装置６、７、８を搭載した例を説明したが、３つに限定されるものではなく、１つ以上のレーザー計測装置を用いて内面形状情報を得ることが可能である。
　レーザー計測装置の数を多くすれば、さらに高精度の計測が可能となる。
　管の内径がある程度既知であれば、１つのレーザー計測装置を用いることが可能である。
　また、三角測量の原理に基づいて薄いシート状の光を投影することで対象物の３次元位置を得る光切断法を用いた３次元計測装置を利用することも可能である。
　また、現時点では高価であるが、３次元スキャナー装置を利用して、１台の三次元スキャナー装置で管の内面形状計測手段を構成することも可能である。
ｍ１　計測開始位置のマンホール
ｍ２　計測終了位置のマンホール
Ｐ　　計測対象の管路
１　計測車
２　車体
３　架台
３１　パンタグラフ機構
４　オドメトリ、走行距離計測手段
５　ＩＭＵ、慣性計測手段
６　第１のレーザー計測装置、内面形状計測手段
６１　切り込み
７　第２のレーザー計測装置、内面形状計測手段
８　第３のレーザー計測装置、内面形状計測手段
８１　切り込み
９　カメラ
１１　方眼プレート
１２　立方体
１３　LEDランプ
１４　方眼プレート
ＴＳ　トータルステーション、開始位置特定手段、終了位置特定手段
ＣＭ　カメラ
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３　ハンディ計測器

Claims (13)

  1. 走行距離を計測して走行距離情報を出力する走行距離計測手段、計測車の姿勢を計測して姿勢情報を出力する姿勢計測手段または慣性計測手段、および、管路の内面形状を計測して内面形状情報を出力する内面形状計測手段を備えて管路内を走行可能な計測車と、
    計測開始位置における計測車の位置と姿勢を特定して計測開始位置情報を出力する開始位置特定手段と、
    計測終了位置における計測車の位置と姿勢を特定して計測終了位置情報を出力する終了位置特定手段と、
    前記管路内を走行中に、前記走行距離計測手段による走行距離情報と前記姿勢計測手段または慣性計測手段による姿勢情報を用いて、前記計測開始位置を基準とした前記計測車の逐次位置情報を逐次推定演算する逐次位置推定演算手段と、
    前記内面形状計測手段による管路の内面形状情報に基づいて、前記管路内を走行中における前記計測車の逐次位置情報を逐次補正演算する逐次位置補正演算手段と、
    前記計測終了位置に到達後において、前記逐次補正演算された前記逐次位置情報を、前記計測開始位置情報と前記計測終了位置情報に基づいて、位置推定と地図作製を並行して実行する三次元ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）アルゴリズムによって全補正演算処理して、前記計測車が走行した経路の全体位置推定情報を特定する全補正演算手段と
    を備えたことを特徴とする埋設管路の計測装置。
  2. 前記全補正演算手段にて得られた、前記計測車が走行した経路の全体位置推定情報と、前記内面形状計測手段による、前記管路の内面形状情報に基づいて、
    前記管路の内面の位置を推定し、前記管路の地理座標を推定する管路地理座標推定手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の埋設管路の計測装置。
  3. 前記内面形状計測手段は、管路の内面を走査するレーザー計測装置が用いられていることを特徴とする請求項１、２の何れか１項に記載の埋設管路の計測装置。
  4. 前記内面形状計測手段は、
    互いに非平行な３つの平面内を走査して管路の内面形状情報を得るように構成されていることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の埋設管路の計測装置。
  5. 前記内面形状計測手段は、
    管軸に垂直な平面内を走査して、少なくとも管路の断面形状を計測するように構成されていることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の埋設管路の計測装置。
  6. 前記内面形状計測手段は、
    管軸方向成分と、前記管軸に直交する水平方向成分とで特定される平面内を走査して、少なくとも管路の管軸方向の横断面形状を計測するように構成されていることを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の埋設管路の計測装置。
  7. 前記内面形状計測手段は、
    管軸方向成分を含む垂直平面内を走査して、少なくとも管路の管軸方向の縦断面形状を計測するように構成されていることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の埋設管路の計測装置。
  8. 前記内面形状計測手段が配設された架台を昇降させる昇降機構を備えていることを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の埋設管路の計測装置。
  9. 前記逐次位置推定演算手段は、
    所定の時間間隔ごとに、前記所定の時間での前記走行距離計測手段による走行距離情報と前記姿勢計測手段または慣性計測手段による姿勢情報を用いて、前記計測開始位置を基準とした前記計測車の逐次位置情報を逐次更新することを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の埋設管路の計測装置。
  10. 前記逐次位置補正演算手段は、
    所定の時間間隔ごとに、前記逐次位置推定演算手段による前記計測車の逐次位置情報に基づいた推定内面形状情報と、前記内面形状計測手段による前記内面形状情報とに基づいて、前記逐次位置情報を逐次補正演算処理することを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の埋設管路の計測装置。
  11. 前記三次元ＳＬＡＭアルゴリズムによる全補正演算処理は、
    三次元空間において、前記逐次補正演算された前記逐次位置情報を、前記計測開始位置情報と前記計測終了位置情報に基づいて全補正演算処理して、三次元空間における位置推定と地図作製を並行して実行することを特徴とする請求項１～１０の何れか１項に記載の埋設管路の計測装置。
  12. 前記三次元ＳＬＡＭアルゴリズムとしては、
    特定された前記計測開始位置と特定された前記計測終了位置をランドマークとし、
    前記計測開始位置と特定された前記計測終了位置の間における計測車の逐次位置情報を、
    その間のリンクとノードとし、
    リンクのつながりの強さを計測誤差とするグラフを作成して、
    前記グラフが最も当てはまる形を推定することで、前記計測車の位置・姿勢と、地図作製を並行して実行するGraph-SLAMアルゴリズムを用いることを特徴とする請求項１１に記載の埋設管路の計測装置。
  13. 走行距離を計測して走行距離情報を出力する走行距離計測手段、計測車の姿勢を計測して姿勢情報を出力する姿勢計測手段または慣性計測手段、および、管路の内面形状を計測して内面形状情報を出力する内面形状計測手段を備えて管路内を走行可能な計測車を用いた埋設管路の計測方法であって、
    計測開始位置における計測車の位置と姿勢を特定して計測開始位置情報を得る第１のステップと、
    前記管路内を走行中に、前記走行距離計測手段による走行距離情報と前記姿勢計測手段または慣性計測手段による姿勢情報を用いて、前記計測開始位置を基準とした前記計測車の逐次位置情報を逐次推定演算する第２のステップと、
    前記内面形状計測手段による管路の内面形状情報に基づいて、前記管路内を走行中における前記計測車の逐次位置情報を逐次補正演算する第３のステップと、
    前記計測終了位置に到達後において、計測終了位置における計測車の位置と姿勢を特定して計測終了位置情報を得る第４のステップと、
    前記計測終了位置に到達後において、前記逐次補正演算された前記逐次位置情報を、前記計測開始位置情報と前記計測終了位置情報に基づいて、位置推定と地図作製を並行して実行する三次元ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）アルゴリズムによって全補正演算処理して、前記計測車が走行した経路の全体位置推定情報を特定する第５のステップと
    を含んでいることを特徴とする埋設管路の計測方法。
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