WO2016013132A1 - トンネル覆工面調査システムおよびトンネル覆工面調査システムに用いる車両 - Google Patents

トンネル覆工面調査システムおよびトンネル覆工面調査システムに用いる車両 Download PDF

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WO2016013132A1
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tunnel lining
lining surface
photographing
image
circumferential direction
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行雄 明石
橋本　和明
詳悟 林
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西日本高速道路エンジニアリング四国株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a tunnel lining surface inspection system and a vehicle used in the tunnel lining surface inspection system, and in particular, the damage state such as cracks on the tunnel lining surface is visualized by an image to investigate the soundness (degradation degree) of the tunnel.
  • the present invention relates to a system and a vehicle.
  • Patent Document 1 JP 2014-95627 A
  • the tunnel lining surface is constructed for each span.
  • the tunnel lining surface is divided into joints for each span, and each span is given a span number (covering number) that identifies a portion of the tunnel lining surface.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and the image of the tunnel lining surface obtained by running the vehicle is processed into an image showing both sides of the tunnel lining surface for each span, and for each span, The solution is to be able to investigate the soundness (degradation level) of the tunnel.
  • the first invention is A tunnel lining surface inspection system for photographing an image of a tunnel lining surface by a photographing means mounted on the vehicle while the vehicle is traveling in a tunnel, and processing the image into a survey target image for investigating the tunnel lining surface,
  • An imaging means mounted on the vehicle and having an imaging range of one side surface of both sides of the tunnel lining surface;
  • the photographing means is fixed to a first photographing position where one side surface of both sides of the tunnel lining surface can be photographed, and the photographing means is reversed so that the photographing means is disposed on both side surfaces of the tunnel lining surface.
  • Fixing / reversing means for fixing one side surface of the other to a second photographing position capable of photographing,
  • a first image showing one side surface of both sides of the tunnel lining surface photographed by the photographing means in a state where the photographing means is fixed at the first photographing position, and the photographing means comprises the first 2 with the same span of the tunnel lining surface as compared with the second image showing the other side surface of both sides of the tunnel lining surface imaged by the imaging means in a state fixed to the imaging position 2
  • the tunnel lining surface inspection system is provided with an image processing means for synthesizing an image showing both sides of the tunnel lining surface for each span of the tunnel lining surface.
  • the second invention is the first invention
  • the imaging means includes a plurality of line sensors that are arranged along the circumferential direction of the tunnel lining surface and shoot an image of each area along the circumferential direction of the tunnel lining surface
  • the image processing means includes In a state where the plurality of line sensors are fixed at the first imaging position, an image of each area captured by the plurality of line sensors and the plurality of line sensors are fixed at the second imaging position. Both sides of the tunnel lining surface for each span of the tunnel lining surface, by matching the images of each area photographed by the plurality of line sensors in the state and indicating the part that becomes the same span of the tunnel lining surface It is characterized in that it is synthesized with an image showing.
  • the imaging means are arranged along the circumferential direction of the tunnel lining surface, and a plurality of line sensors that shoot images of each area along the circumferential direction of the tunnel lining surface Including
  • the fixing / reversing means is a member that is rotatable by 90 ° in the circumferential direction of the tunnel lining surface with the drive shaft as the center of rotation, and the number of line sensors are arranged along the circumferential direction of the tunnel lining surface.
  • the L-shaped member and the L-shaped member are positioned at the first photographing position, and the L-shaped member is rotated by 90 ° in the circumferential direction of the tunnel lining surface.
  • positioning means for positioning to the second photographing position when positioned at the second photographing position.
  • the fourth invention is A vehicle used in a tunnel lining surface inspection system, A photographing means having a photographing range of at least one side surface of both sides of the tunnel lining surface, An imaging means including a plurality of line sensors arranged along the circumferential direction of the tunnel lining surface and taking images of each area along the circumferential direction of the tunnel lining surface; The photographing means is fixed to a first photographing position where one side surface of both sides of the tunnel lining surface can be photographed, and the photographing means is reversed so that the photographing means is disposed on both side surfaces of the tunnel lining surface.
  • Fixing / reversing means for fixing the other one side surface to a second photographing position capable of photographing, and a member that is rotatable by 90 ° in the circumferential direction of the tunnel lining surface with the drive shaft as the center of rotation.
  • the number of line sensors positions the L-shaped member disposed along the circumferential direction of the tunnel lining surface and the L-shaped member at the first photographing position, and the L-shaped Fixing / reversing means including positioning means for positioning the member at the second photographing position when the member is rotated 90 ° in the circumferential direction of the tunnel lining surface and located at the second photographing position.
  • Tunnel lining surface survey system It is a vehicle used for the system.
  • the present invention it is possible to acquire images on both sides of the tunnel lining surface by running a vehicle equipped with a photographing means having a photographing range on one side of the both sides of the tunnel lining surface. According to the present invention, an image showing both sides of the tunnel lining surface is obtained for each span.
  • the soundness (degradation degree) of the tunnel lining surface can be investigated for each span, and the investigation result can be managed for each span.
  • FIG. 1 is a diagram showing a left side surface of a vehicle used in a tunnel lining surface inspection system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the vehicle is traveling on the left lane in the tunnel, and is a diagram showing a state where the lining surface of the tunnel is photographed using a line sensor and a halogen lamp.
  • FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 2, and is a cross-sectional view showing a state where the vehicle is traveling in the overtaking lane on the right side in the tunnel.
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the fixing / reversing means.
  • FIG. 5 is a view showing a state in which the photographing means is fixed at the second photographing position.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the stage member and the L-shaped member, and is a view showing a cross-section taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 4 and is a view showing a modification in which the illuminating means provided on the L-shaped member is changed to an LED unit instead of a halogen lamp.
  • FIG. 8 is a diagram showing an internal configuration of the LED unit
  • FIG. 8A is a transverse sectional view showing the inside in the state of FIG. 7, and
  • FIG. 8B is a longitudinal sectional view.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a procedure of processing performed in the tunnel lining surface inspection system according to the embodiment.
  • FIGS. 10A, 10B, 10C, 10D, and 10E are diagrams for explaining image processing performed in a personal computer.
  • FIGS. 11A and 11B are diagrams for explaining the distortion correction image processing (FIG. 10B).
  • FIGS. 12A, 12B, and 12C are diagrams for explaining the distortion correction image processing (FIG. 10B).
  • FIGS. 13A and 13B are diagrams for explaining processing (FIG. 10C) for matching the images and instructing a portion having the same span on the tunnel lining surface.
  • FIGS. 14A, 14B, and 14C are diagrams for explaining oblique correction (upward correction) image processing (FIG. 10D).
  • FIGS. 15A and 15B are diagrams for explaining processing (FIG. 10E) for compositing an image showing both sides of the tunnel lining surface for each span of the tunnel lining surface.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a survey example of the soundness (degradation degree) of the tunnel lining surface.
  • FIG. 1 shows a left side surface of a vehicle 1 used in a tunnel lining surface inspection system according to the present invention.
  • the vehicle 1 is a work vehicle based on a work truck used for road maintenance work, for example.
  • the loading platform portion of the vehicle 1 has a container shape, and a door on one side surface (left side surface in FIG. 1) of the container and a ceiling door of the container can be opened and closed.
  • FIG. 1 shows a state in which the door is opened.
  • the photographing means 10 and the illuminating means 20 are provided on the loading platform of the vehicle 1 so that the lining surface of the tunnel can be photographed and illuminated when the door of the vehicle 1 is opened.
  • the photographing means 10 is assumed to be a line sensor (camera).
  • three line sensors 10a, 10b, and 10c are assumed.
  • they are referred to as line sensors 10.
  • the illumination means 20 is assumed to be a halogen lamp. Note that a metal halide lamp (HID) or LED illumination may be used as a light source.
  • HID metal halide lamp
  • 12 halogen lamps 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 20i, 20j, 20k, and 20l are assumed.
  • the 12 halogen lamps 20a to 20l are represented, they are referred to as halogen lamps 20.
  • the line sensor 10 is fixed to the fixing / reversing means 30 so that the direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle 1 is the direction of the collimation line 11a.
  • the line sensor 10 photographs the photographing range 11 with a predetermined angle of view that extends in the depth direction and the viewer direction with respect to the drawing of FIG.
  • the halogen lamp 20 is fixed to the fixing / reversing means 30 so as to project light in a direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle 1.
  • the positional relationship between the line sensor 10 and the halogen lamp 20 is set so that the collimation line 11 a of the line sensor 10 falls within the irradiation range 21 of the halogen lamp 20.
  • the image processing unit 40 receives image data captured by the line sensor 10 and performs image processing for generating an image of the tunnel lining surface.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the vehicle 1 is traveling on the left lane 150L in the tunnel, and the line sensor 10 and the halogen lamp 20 are used to photograph the lining surface 100 of the tunnel. Is shown.
  • the road surface on the left side of the tunnel center line TC in the drawing is referred to as a left traveling lane 150L
  • the road surface on the right side of the tunnel center line TC in the drawing is referred to as a right overtaking lane 150R.
  • the left side of the tunnel lining surface 100 delimited by the tunnel center line TC is a left side surface 100L
  • the right side of the tunnel lining surface 100 delimited by the tunnel center line TC is a right side surface 100R.
  • the imaging means 10 is an imaging means having an imaging range of at least one side surface (the left side surface 100L in FIG. 2) of both side surfaces 100L and 100R of the tunnel lining surface 100.
  • a plurality of (three in the embodiment) line sensors 10a, 10b, and 10c that are arranged along the circumferential direction of 100 and that respectively photograph the areas 100A, 100B, and 100C along the circumferential direction of the tunnel lining surface 100; It consists of
  • Each of the line sensors 10a, 10b, and 10c has an angle of view of 61 °. Accordingly, in each of the areas 100A, 100B, and 100C, a part of the adjacent areas overlaps.
  • the illumination unit 20 has an irradiation range of at least one side surface (the left side surface 100L in FIG. 2) of both side surfaces 100L and 100R of the tunnel lining surface 100.
  • the lamps 20a to 20l are included (see FIG. 4).
  • the fixing / reversing means 30 fixes the photographing means 10 to the first photographing position where the left side surface 100L, which is one of the both sides of the tunnel lining surface 100, can be photographed, and reverses the photographing means 10.
  • the photographing means 10 is a fixing / reversing means for fixing the right side surface 100 ⁇ / b> R, which is the other side surface of the both sides of the tunnel lining surface 100, to a second photographing position capable of photographing, and rotates the drive shaft 31.
  • the center is a member that is rotatable by 90 ° in the circumferential direction of the tunnel lining surface 100, and a plurality (three in FIG.
  • the L-shaped member 32 and the L-shaped member 32 are positioned at the first photographing position, and the L-shaped member 32 is 90 ° in the circumferential direction of the tunnel lining surface 100. Rotated In addition, it is configured to include positioning means (not shown in FIG. 2 and described later in FIG. 4) for positioning to the second imaging position when positioned at the second imaging position.
  • the illumination means 20 is similarly located at the first photographing position, and illuminates and fixes the photographing areas 100A, 100B, and 100C corresponding to the first photographing position.
  • the reversing unit 30 is at the second shooting position, the illumination unit 20 is similarly positioned at the second shooting position, and the shooting areas 100D, 100E, and 100F (see FIG. 3) corresponding to the second shooting position are displayed. Illuminate.
  • FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 2, and is a cross-sectional view showing a state in which the vehicle 1 is traveling in the overtaking lane 150 ⁇ / b> R on the right side in the tunnel.
  • FIG. 3 shows a state in which the photographing means 10 and the illumination means 20 are positioned and fixed at the second photographing position by being reversed 90 degrees clockwise from the first photographing position (FIG. 2) by the fixing / reversing means 30. Is shown.
  • the photographing means 10 photographs the right side surface 100 ⁇ / b> R of the tunnel lining surface 100. That is, the line sensors 10a, 10b, and 10c respectively photograph the areas 100D, 100E, and 100F along the circumferential direction of the tunnel lining surface 100.
  • the illumination means 20 illuminates the right side surface 100R of the tunnel lining surface 100. That is, the twelve halogen lamps 20a to 20l irradiate the respective areas 100D, 100E, and 100F along the circumferential direction of the tunnel lining surface 100 with light.
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the fixing / reversing means 30.
  • the L-shaped member 32 has arms 32L and 32R that are symmetric with respect to the target axis m1 passing through the drive shaft 31 that is the center of rotation, and the arms 32L and 32R having the same length intersect with each other vertically and are integrally formed.
  • 12 halogen lamps 20a to 20l are arranged on the upper surface 32S of the L-shaped member 32 so as to be symmetrical.
  • a triangular stage member 33 is attached to the inner corner portion of the L-shaped member 32 so as to be symmetrical with respect to the target axis m1.
  • Three line sensors 10a, 10b, and 10c are arranged on the upper surface 33S of the stage member 33 so as to be symmetrical with respect to the target axis m1.
  • the positioning means 34 includes a T-shaped member 35.
  • the T-shaped member 35 is fixed to a frame installed on the loading platform of the vehicle 1.
  • the L-shaped member 32 is rotated relative to the T-shaped member 35 fixed to the frame with the drive shaft 31 as a rotation center.
  • the drive shaft 31 is driven by drive means such as a motor (not shown).
  • the T-shaped member 35 is a member that is bilaterally symmetric with respect to the target axis m2 that passes through the drive shaft 31, and arms 35L, 35R, and 35M having the same length from the drive shaft 31 to the end are perpendicularly intersected and formed integrally.
  • the arms 35L, 35R, and 35M are formed with holes 35a, 35b, and 35c that are equidistant from the drive shaft 31, respectively.
  • the arms 32L and 32R of the L-shaped member 32 are formed with holes 32a and 32b that are equidistant from the drive shaft 31.
  • FIG. 4 shows a state in which the photographing means 10 is fixed at the first photographing position.
  • a pin (not shown) is inserted into the hole 35c and the hole 32a, and a pin (not shown) is inserted into the hole 35b and the hole 32b, so that the photographing unit 10 and the illumination unit 20 are in the first photographing position. Fixed to.
  • FIG. 5 shows a state in which the photographing means 10 is fixed at the second photographing position.
  • FIG. 6 shows a cross section of the stage member 33 and the L-shaped member 32, and shows a cross section taken along line AA in FIG.
  • the upper surface 33 ⁇ / b> S of the stage member 33 is provided at a position higher than the upper surface 32 of the L-shaped member 32. Therefore, the line sensor 10 is attached at a position higher than the halogen lamp 20.
  • the line sensor 10 and the halogen so that the collimation line 11a of the line sensor 10 does not interfere with the halogen lamp 20 or the like while the collimation line 11a of the line sensor 10 enters the irradiation range 21 of the halogen lamp 20.
  • the positional relationship of the lamp 20 is set. Note that the angle of view 11 of the line sensor 10 extends in the depth direction and the viewer direction in the drawing of FIG.
  • FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 4 and shows a modification in which the illuminating means 20 provided on the L-shaped member 32 is changed to the LED unit 20 instead of the halogen lamp 20. That is, four LED units 20A, 20B, 20C, and 20D are arranged on the upper surface 32S of the L-shaped member 32 so as to be symmetrical. The four LED units 20A, 20B, 20C, and 20D have the same irradiation range 21 as the halogen lamps 20a to 20l.
  • FIG. 8 is a diagram showing an internal configuration of the LED unit 20, FIG. 8 (a) is a cross-sectional view seen from the top surface of FIG. 7, and FIG. 8 (b) is a longitudinal sectional view seen from the cross-section of FIG. is there.
  • the LED unit 20 includes a line-shaped LED board 22 in which a plurality of LEDs 22 a are arranged along the circumferential direction of the tunnel lining surface 100 (direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle 1), and the line-shaped LED board 22.
  • a lens that refracts emitted light a cylindrical rod lens 23 having a length in the longitudinal direction corresponding to the LED arrangement length of the line-shaped LED substrate 22, and light 25 refracted by the rod lens 23.
  • Cover glass 24 that passes through and emits to the outside, and a fan 26 for cooling the line-shaped LED substrate 22.
  • the photographing unit 10 is configured by the three line sensors 10a, 10b, and 10c has been described.
  • a larger number of photographing units may be used.
  • You may comprise by the imaging
  • one line sensor 20 having a photographing range capable of photographing one side surface of the tunnel lining surface 100 is attached to the fixing / reversing means 30, and the left side surface 100L is secured by one line sensor 20 at the first photographing position. , And then reversed 90 ° so that the right side surface 100R is captured by one line sensor 20 at the second imaging position, and both side surfaces 100L of the tunnel lining surface 100 are captured by one line sensor 20. Implementation of photographing 100R is also possible.
  • FIG. 9 shows a processing procedure performed by the tunnel lining surface inspection system of the embodiment.
  • the vehicle 1 is driven along the left driving lane 150L. While the vehicle 1 is running, the three line sensors 10a, 10b, 10c and the halogen lamps 20a-20l are operated. Thereby, each area 100A, 100B, 100C of the left side surface 100L of the tunnel lining surface 100 is sequentially photographed by the three line sensors 10a, 10b, 10c. Data of the images of the areas 100A, 100B, and 100C of the left side surface 100L of the tunnel lining surface 100 photographed by the line sensors 10a, 10b, and 10c is taken into the image processing unit 40. (See FIG. 2; step 201).
  • step 202 the line sensors 10a, 10b and 10c and the halogen lamps 20a to 20l are reversed by 90 ° by the fixing / reversing means 30 (step 202).
  • the vehicle 1 With the line sensors 10a, 10b and 10c and the halogen lamps 20a to 20l fixed at the second photographing position, the vehicle 1 is driven along the right overtaking lane 150R.
  • each area 100D, 100E, 100F of the right side surface 100R of the tunnel lining surface 100 is sequentially photographed by the three line sensors 10a, 10b, 10c.
  • Data of the images of the areas 100D, 100E, and 100F on the right side surface 100R of the tunnel lining surface 100 photographed by the line sensors 10a, 10b, and 10c is taken into the image processing unit 40. (See FIG. 3; step 203).
  • the image data of each area 100A, 100B, 100C of the left side surface 100L of the tunnel lining surface 100 and the image data of each area 100D, 100E, 100F of the right side surface 100R captured by the image processing unit 40 are used for image processing. For example, it is taken into an external personal computer (step 204).
  • step 205 distortion correction image processing described later is performed (step 205).
  • the images of the areas 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, and 100F photographed by the three line sensors 10a, 10b, and 10c are brought into contact with each other, and the same span S of the tunnel lining surface 100 is obtained. Is designated (step 206).
  • step 207 oblique correction (upward correction) image processing, which will be described later, is performed.
  • the spans S1, S2,... Sn of the tunnel lining surface 100 are combined with images 110-1, 110-2... 110-n showing both side surfaces 100L, 100R of the tunnel lining surface 100 (step 208).
  • FIG. 10 is a diagram for explaining image processing performed by a personal computer.
  • each image 110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F showing each area 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F of the left side surface 100L and the right side surface 100R of the tunnel lining surface 100 is captured (FIG. 10A )), Distortion correction image processing is performed on each of the images 110A, 110B, 110C, 110D, 110E, and 110F (FIG. 10B), and the images 110A, 110B, 110C, 110D, 110E, and 110F are matched, A part having the same span S on the tunnel lining surface 100 is indicated (FIG. 10C), and oblique correction (upward correction) image processing is performed (FIG. 10D), and the spans S1, S2,. Images 110-1 showing both side surfaces 100L, 100R of the tunnel lining surface 100 for each Sn 10-2 ... combined into 110-n (FIG. 10 (e)).
  • FIG. 11 and 12 are diagrams for explaining the distortion corrected image processing (FIG. 10B).
  • the imaging unit 10 When the imaging unit 10 is installed on the tunnel lining surface 100 so that the collimation of the imaging unit 10 is orthogonal, the surface of the tunnel lining surface 100 is condensed due to water droplets or the like due to the positional relationship between the illumination unit 20 and the imaging unit 10. In this case, specular reflection occurs, and condensation is partially reflected in the image captured by the photographing unit 10, so that it may be difficult to determine a defect such as a crack to be originally captured. In order to avoid this, it is effective to incline the irradiation direction axis of the illumination unit 20 and the imaging direction axis (collimation) of the imaging unit 10.
  • the collimation line 11a of the photographing means (line sensor) 10 is perpendicular to the vertical direction, that is, the ceiling surface of the tunnel lining surface 100, as viewed from the side of the vehicle 1.
  • the angle ⁇ (for example, 8 °) is inclined forward with respect to the direction, and the collimation line 11a of the photographing means (line sensor) 10 is horizontal as seen from the upper surface of the vehicle 1 as shown in FIG.
  • the photographing means (line sensor) 10 is installed so as to be inclined forward by an angle ⁇ (for example, 8 °) with respect to the direction, that is, the direction perpendicular to the side surface of the tunnel lining surface 100.
  • the irradiation direction of the illumination means (halogen lamp) 20 is similarly inclined.
  • FIG. 12A shows the relationship between the collimation line 11 a of the imaging means (line sensor) 10 and the joint 111 of the tunnel lining surface 100.
  • the spans S1, S2,... Of the tunnel lining surface 100 are delimited by joints 111 orthogonal to the traveling direction of the vehicle 1 (the direction of the center line TC of the tunnel).
  • the direction of the collimation line 11a and the direction of the joint 111 intersect at a predetermined angle ⁇ , Since the timing at which the quasi-line 11a passes through the joint 111 is different for each pixel, the joint 111 in the image photographed by the photographing means (line sensor) 10 is distorted in a curved shape (FIG. 12B). ).
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a process (FIG. 10C) of matching the images 110A to 110F and instructing a part having the same span S of the tunnel lining surface 100.
  • FIG. 10C a process of matching the images 110A to 110F and instructing a part having the same span S of the tunnel lining surface 100.
  • This processing is performed using the joint 111 that has been linearized by the distortion correction image processing as a reference line.
  • the images 110A, 110B, and 110C obtained for the left side surface 100L of the tunnel lining surface 100 are arranged on the screen of the personal computer so as to be at the same position.
  • the alignment is performed by using the joint 111 that is a straight line as a reference line.
  • tunnel lining surfaces 100 that specify positions such as KP (kilo post), span number (lining number), and illumination number. Each image is captured, and these are used as a guide. In addition, the position may be recognized.
  • part which becomes the same span S of the tunnel lining surface 100 is instruct
  • the portions of the images 110A, 110B, and 110C that become the span S1 are 110A-1, 110B-1, and 110C-1 (hereinafter, used as codes indicating the image data of the span S1), respectively.
  • the image data 110A-1, 110B-1, 110C-1 for identifying the parts 110A-1, 110B-1, 110C-1 that are the same span S1 are stored in the folder L1 in the lane 1 (the driving lane 150L). Stored in association with the address indicating S1.
  • image data specifying the same spans S2, S3,... Sn, and specifying the same spans S2, S3,... Sn are stored in the folder L1 in lane 1 (traveling lane 150L). Store it.
  • portions of the images 110D, 110E, and 110F that become the span S1 are 110D-1, 110E-1, and 110F-1, respectively (hereinafter, the image data of the span S1 is converted to the image data of the span S1.
  • Image data 110D-1, 110E-1, and 110F-1 that specify the portions 110D-1, 110E-1, and 110F-1 having the same span S1 are represented by Lane 2 ( It is stored in the folder L2 of the overtaking lane 150R) in association with the address indicating the span S1.
  • image data specifying the same spans S2, S3,... Sn is specified in the folder L2 in the lane 2 (passing lane 150R). Store it.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the obliqueness correction (upward correction) image processing (FIG. 10D).
  • FIG. 14A shows the positional relationship between the tunnel lining surface 100 and the line sensors 10a, 10b, and 10c.
  • the line sensors 10a, 10b, and 10c are offset from the tunnel center line TC. Therefore, the collimation lines 11a of the line sensors 10a, 10b, and 10c are not directly opposed to the tunnel lining surface 100 that is the object to be photographed, and are inclined. For this reason, in the line sensors 10a, 10b, and 10c, the near tunnel lining surface 100 is imaged large, and the far tunnel lining surface 100 is imaged small.
  • the area imaged by the line sensor 10 (for example, the line sensor 10c) is indicated by 100C, for example.
  • 100C the imaging area 100C
  • each divided area 100C-1, Of the 100C-2, 100C-3, 100C-4, and 100C-5 the tunnel lining surface 100 is imaged the largest in the divided area 100C-1 closest to the line sensor 10, and the divided area 100C- farthest from the line sensor 10 is captured. 5, the tunnel lining surface 100 is imaged the smallest.
  • image processing is performed so that the tunnel lining surface 100 that is the object to be imaged is captured at an actual size in each area of the image.
  • ⁇ an angle indicating an imaging direction (collimation line 11a) of the line sensor 10 (an angle with respect to the horizontal line HL)
  • X Two-dimensional horizontal position of the line sensor 10 (lens, sensor) (relative position with respect to the center line TC of the tunnel)
  • Y Two-dimensional vertical position of line sensor 10 (lens, sensor) (relative position with reference to tunnel road surfaces 150L and 150R)
  • ⁇ angle of view of line sensor 10
  • each of the divided areas 100C-1, 100C-2, 100C-3, 100C-4, and 100C-5 is a photographing object.
  • Image processing is performed so that the tunnel lining surface 100 is imaged at an actual size.
  • FIG. 15 shows a process of combining images 110-1, 110-2,... 110-n showing both side surfaces 100L, 100R of the tunnel lining surface 100 for each span S1, S2,. )) Is a diagram for explaining.
  • the image data 110A-1, 110B-1, and 110C-1 associated with the address indicating the span S1 are read from the folder L1 in the lane 1 (the driving lane 150L).
  • the image data 110D-1, 110E-1, and 110F-1 associated with the address indicating the span S1 are read from the folder L2 in the lane 2 (the passing lane 150R).
  • each area 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, and 100F a part of adjacent areas is photographed.
  • the corresponding point PT is instructed in consideration of the overlap.
  • the images 110A-1, 110B-1, 110C-1, 110D-1, 110E-1, and 110F-1 are synthesized with respect to the corresponding point PT, and the tunnel covering is performed.
  • images 110-1 of the left and right side surfaces 100L and 100R are obtained.
  • the vehicle 1 equipped with the imaging means 10 having the imaging range on one side surface of the both sides 100L and 100R of the tunnel lining surface 100 is caused to travel, so that the tunnel lining surface 100 Images of both side surfaces 100L and 100R can be acquired.
  • image images 110-1, 110-2,... 110-n showing both side surfaces 100L, 100R of the tunnel lining surface 100 are obtained for each span S1, S2,.
  • the soundness (degradation degree) of the tunnel lining surface 100 can be investigated for each span S1, S2,... Sn, and the investigation result can be managed for each span S1, S2,.
  • FIG. 16 shows a survey example of the soundness (degradation degree) of the tunnel lining surface 100.
  • FIG. 16 shows the images 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 110-5, and 110-6 of each span S1, S2, S3, S4, S5, and S6 read out from the file L3, and the personal computer
  • the state of continuous display on the screen is shown.
  • the operator performs a process of drawing a crack 300 by specifying a cracked portion that may be peeled off from the image of the tunnel lining surface 100 on the screen.
  • the width, length, direction, shape, and density of the crack 300 are extracted for each span S1, S2, S3, S4, S5, and S6, and each of the spans S1, S2, S3, S4, S5, and S6.
  • the image data 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 110-5, and 110-6 are stored in association with each other. Similarly, the presence / absence of efflorescence and other occurrences of deformation may be extracted.
  • the above-described image processing performed by the personal computer may be performed by a semi-automatic process in which a part thereof is performed manually, or may be performed by an automatic process.

Abstract

　スパン毎に、トンネルの健全度（劣化度）を調査できるようにする。撮影手段が第１の撮影位置に固定された状態で、撮影手段によって撮影されたトンネル覆工面の両側面のうち一方の片側側面を示す第１の画像と、撮影手段が第２の撮影位置に固定された状態で、撮影手段によって撮影されたトンネル覆工面の両￥側面のうち他方の片側側面を示す第２の画像とを突き合わせて、トンネル覆工面の同一スパンとなる部位を指示することにより、トンネル覆工面のスパン毎にトンネル覆工面の両側面を示す画像に合成する。

Description

トンネル覆工面調査システムおよびトンネル覆工面調査システムに用いる車両
　本発明は、トンネル覆工面調査システムおよびトンネル覆工面調査システムに用いる車両に関し、特に、トンネル覆工面のひびわれ等の損傷状態を画像にて可視化して、トンネルの健全度（劣化度）を調査するためのシステムおよび車両に関する。
　本出願人は、すでに、特許文献１に示されるように、トンネル内を車両が走行中に、当該車両に搭載した撮影手段によって、トンネル覆工面の画像を撮影し、トンネル覆工面を調査するための調査対象画像に加工するトンネル覆工面調査システムを提案している。
この特許文献１で提案された発明によれば、１台の車両を走行させながらトンネル覆工面の画像を取得することができ、その画像を用いて、トンネル覆工面のひびわれ等の損傷状態を画像にて可視化して、トンネルの健全度（劣化度）を調査することができる。
特許文献１：特開２０１４－９５６２７号
　トンネル覆工面は、１スパン毎に構築されている。トンネル覆工面は、１スパン毎に、目地によって区切られ、各スパンには、トンネル覆工面の部位を特定するスパン番号（覆工番号）が付与されている。
　よって、トンネルの健全度（劣化度）を調査するに際して、画像をスパン番号（覆工番号）によって管理して、スパン毎に、ひび割れの幅、長さ、方向および形状、密度、漏水及びエフロレッセンスの有無、その他変状の発生状況を抽出して、対策を画策することが望まれている。
　本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、車両を走行させて得られるトンネル覆工面の画像を、スパン毎のトンネル覆工面の両側面を示す画像に加工して、スパン毎に、トンネルの健全度（劣化度）を調査できるようにすることを解決課題とする。
　第１発明は、
トンネル内を車両が走行中に、当該車両に搭載した撮影手段によって、トンネル覆工面の画像を撮影し、トンネル覆工面を調査するための調査対象画像に加工するトンネル覆工面調査システムであって、
　前記車両に搭載され、トンネル覆工面の両側面のうち片側側面の撮影範囲を有する撮影手段と、
　前記撮影手段を、トンネル覆工面の両側面のうち一方の片側側面を撮影可能な第１の撮影位置に固定させるとともに、前記撮影手段を反転させて、前記撮影手段を、トンネル覆工面の両側面のうち他方の片側側面を撮影可能な第２の撮影位置に固定させる固定・反転手段と、
　前記撮影手段が前記第１の撮影位置に固定された状態で、前記撮影手段によって撮影されたトンネル覆工面の両側面のうち一方の片側側面を示す第１の画像と、前記撮影手段が前記第２の撮影位置に固定された状態で、前記撮影手段によって撮影されたトンネル覆工面の両側面のうち他方の片側側面を示す第２の画像とを突き合わせて、トンネル覆工面の同一スパンとなる部位を指示することにより、トンネル覆工面のスパン毎にトンネル覆工面の両側面を示す画像に合成する画像加工手段と
　を備えたトンネル覆工面調査システムであることを特徴とする。
第２発明は、第１発明において、
前記撮影手段は、トンネル覆工面の周方向に沿って配列され、トンネル覆工面の周方向に沿った各エリアの画像を撮影する複数のラインセンサを含むものであり、
前記画像加工手段は、
前記複数のラインセンサが前記第１の撮影位置に固定された状態で、前記複数のラインセンサによって撮影された各エリアの画像と、前記複数のラインセンサが前記第２の撮影位置に固定された状態で、前記複数のラインセンサによって撮影された各エリアの画像とを突き合わせて、トンネル覆工面の同一スパンとなる部位を指示することにより、トンネル覆工面のスパン毎にトンネル覆工面、の両側面を示す画像に合成するものである
ことを特徴とする。
第３発明は、第１発明または第２発明において
前記撮影手段は、トンネル覆工面の周方向に沿って配列され、トンネル覆工面の周方向に沿った各エリアの画像を撮影する複数のラインセンサを含むものであり、
前記固定・反転手段は、駆動軸を回転中心に、トンネル覆工面の周方向に、９０°回転自在な部材であって、前記数のラインセンサが、トンネル覆工面の周方向に沿って配置されたＬ字状の部材と、当該Ｌ字状の部材を、前記第１の撮影位置に位置決めするとともに、前記Ｌ字状の部材が、トンネル覆工面の周方向に、９０°回転されて、前記第２の撮影位置に位置されたときに当該第２の撮影位置に位置決めする位置決め手段とを含むものであることを特徴とする。
第４発明は、
トンネル覆工面調査システムに用いる車両であって、
トンネル覆工面の両側面のうち少なくとも片側側面の撮影範囲を有する撮影手段であって、
トンネル覆工面の周方向に沿って配列され、トンネル覆工面の周方向に沿った各エリアの画像を撮影する複数のラインセンサを含む撮影手段と、
前記撮影手段を、トンネル覆工面の両側面のうち一方の片側側面を撮影可能な第１の撮影位置に固定させるとともに、前記撮影手段を反転させて、前記撮影手段を、トンネル覆工面の両側面のうち他方の片側側面を撮影可能な第２の撮影位置に固定させる固定・反転手段であって、駆動軸を回転中心に、トンネル覆工面の周方向に、９０°回転自在な部材であって、前記数のラインセンサが、トンネル覆工面の周方向に沿って配置されたＬ字状の部材と、当該Ｌ字状の部材を、前記第１の撮影位置に位置決めするとともに、前記Ｌ字状の部材が、トンネル覆工面の周方向に、９０°回転されて、前記第２の撮影位置に位置されたときに当該第２の撮影位置に位置決めする位置決め手段とを含む固定・反転手段と
を備えたトンネル覆工面調査システムに用いる車両であることを特徴とする。
　本発明によれば、トンネル覆工面の両側面のうち片側側面の撮影範囲を有する撮影手段を搭載した車両を走行させることで、トンネル覆工面の両側面の画像を取得することができる。本発明によれば、スパン毎に、トンネル覆工面の両側面を示す画像が得られる。
これにより、これにより、スパン毎に、トンネル覆工面の健全度（劣化度）を調査でき、スパン毎に、調査結果を管理することができるようになる。
図１は、本発明に係るトンネル覆工面調査システムに用いる車両の左側面を示す図である。 図２は、車両がトンネル内の左側の走行車線を走行している状態を示す断面図であり、ラインセンサおよびハロゲンランプを用いて、トンネルの覆工面を撮影している様子を示す図である。 図３は、図２に対応する図であり、車両がトンネル内の右側の追い越し車線を走行している状態を示す断面図である。 図４は、固定・反転手段の構成を平面図にて示す図である。 図５は、撮影手段が第２の撮影位置に固定された状態を示した図である。 図６は、ステージ部材、L字状の部材の断面を示し、図４における矢視Ａ－Ａ断面を示した図である。 図７は、図４に対応する図であり、L字状の部材に設けられる照明手段を、ハロゲンランプの代わりにＬＥＤユニットに変更した変形例を示した図である。 図８は、ＬＥＤユニットの内部構成を示す図で、図８（ａ）は、図７の状態における内部を示す横断面図で、図８（ｂ）は、縦断面図である。 図９は、実施例のトンネル覆工面調査システムで行われる処理の手順を示した図である。 図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、パーソナルコンピュータで行われる画像加工処理を説明する図である。 図１１（ａ）、（ｂ）は、歪み補正画像処理（図１０（ｂ））を説明するための図である。 図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、歪み補正画像処理（図１０（ｂ））を説明するための図である。 図１３（ａ）、（ｂ）は、各画像を突き合わせて、トンネル覆工面の同一スパンとなる部位を指示する処理（図１０（ｃ））を説明するための図である。 図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、斜影補正（仰り補正）画像処理（図１０（ｄ））を説明するための図である。 図１５（ａ）、（ｂ）は、トンネル覆工面のスパン毎にトンネル覆工面の両側面を示す画像に合成する処理（図１０（ｅ））を説明するための図である。 図１６は、トンネル覆工面の健全度（劣化度）を調査例を示す図である。
１　車両　１０　撮影手段　２０　照明手段　３０　固定・反転手段　３２　L字状の部材
３４　位置決め手段　１００　トンネル覆工面　Ｓ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…Ｓｎ）　スパン
１１０－１、１１０－２、１１０－３…１１０－ｎ　合成された画像
　以下、図面を参照して、本発明に係るトンネル覆工面調査システムおよびトンネル覆工面調査システムに用いる車両の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係るトンネル覆工面調査システムに用いる車両１の左側面を示す。
車両１は、たとえば道路維持作業に用いられる作業用トラックをベースとする作業車両である。
車両１の荷台部分は、コンテナ状になっており、コンテナの一方の側面（図１では左側面）の扉と、コンテナの天井の扉が開閉自在となっている。図１では、扉が開いた状態を示している。
撮影手段１０および照明手段２０は、車両１の上記扉が開かれたときに、トンネルの覆工面を撮影でき、照明できるように、車両１の荷台に設けられている。
撮影手段１０は、ラインセンサ（カメラ）を想定している。実施例では、３台のラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを想定している。なお、以下では、３台のラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを代表させるときは、ラインセンサ１０と呼ぶことにする。
照明手段２０は、ハロゲンランプを想定している。なお、メタルハライドランプ（ＨＩＤ）、ＬＥＤ照明を光源とするものであってもよい。実施例では、１２台のハロゲンランプ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｋ、２０ｌを想定している。なお、以下では、１２台のハロゲンランプ２０ａ～２０ｌを代表させるときは、ハロゲンランプ２０と呼ぶことにする。
ラインセンサ１０は、車両１の進行方向に対して垂直な方向が視準線１１ａの方向となるように、固定・反転手段３０に固定されている。ラインセンサ１０は、図１の図面に対して奥行き方向および看者方向に広がる所定の画角をもって撮影範囲１１を撮影する。
ハロゲンランプ２０は、車両１の進行方向に対して垂直な方向を向けて光を投光するように、固定・反転手段３０に固定されている。ハロゲンランプ２０の照射範囲２１内に、ラインセンサ１０の視準線１１ａが入るように、ラインセンサ１０とハロゲンランプ２０の位置関係が設定されている。
画像処理部４０は、ラインセンサ１０で撮影された撮像データを受け取り、トンネル覆工面の画像を生成する画像処理を行う。
図２は、車両１がトンネル内の左側の走行車線１５０Ｌを走行している状態を示す断面図であり、ラインセンサ１０およびハロゲンランプ２０を用いて、トンネルの覆工面１００を撮影している様子を示している。なお、説明の便宜上、トンネルのセンターラインＴＣの図中左側の路面を左側の走行車線１５０Ｌとし、トンネルのセンターラインＴＣの図中右側の路面を右側の追い越し車線１５０Ｒと称する。また、トンネルの覆工面１００のうちトンネルのセンターラインＴＣで区切られた左側を、左側側面１００Ｌとし、トンネルの覆工面１００のうちトンネルのセンターラインＴＣで区切られた右側を、右側側面１００Ｒとする。
図２に示すように、撮影手段１０は、トンネル覆工面１００の両側面１００Ｌ、１００Ｒのうち少なくとも片側側面（図２では、左側面１００Ｌ）の撮影範囲を有する撮影手段であって、トンネル覆工面１００の周方向に沿って配列され、トンネル覆工面１００の周方向に沿った各エリア１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃをそれぞれ撮影する複数（実施例では、３台）のラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを含んで構成されている。ラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃはそれぞれ、６１°の画角を有する。したがって各エリア１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、隣り合うエリア同士の一部が重複している。
照明手段２０は、図４で後述するように（図２では図示せず）、トンネル覆工面１００の両側面１００Ｌ、１００Ｒのうち少なくとも片側側面（図２では、左側面１００Ｌ）の照射範囲を有する照明手段であって、トンネル覆工面１００の周方向に沿って配列され、トンネル覆工面１００の周方向に沿った各エリア１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを照射する複数（実施例では、１２台）のハロゲンランプ２０ａ～２０ｌを含んで構成されている（図４参照）。
固定・反転手段３０は、撮影手段１０を、トンネル覆工面１００の両側面のうち一方の片側側面である左側面１００Ｌを撮影可能な第１の撮影位置に固定させるとともに、撮影手段１０を反転させて、撮影手段１０を、トンネル覆工面１００の両側面のうち他方の片側側面である右側面１００Ｒを撮影可能な第２の撮影位置に固定させる固定・反転手段であって、駆動軸３１を回転中心に、トンネル覆工面１００の周方向に、９０°回転自在な部材であって、複数（図２では、３台）のラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃが、トンネル覆工面１００の周方向に沿って配置されたＬ字状の部材３２と、このＬ字状の部材３２を、第１の撮影位置に位置決めするとともに、Ｌ字状の部材３２が、トンネル覆工面１００の周方向に、９０°回転されて、第２の撮影位置に位置されたときに、この第２の撮影位置に位置決めする位置決め手段（図２では図示せず、図４で後述する）とを含んで構成されている。
固定・反転手段３０が第１の撮影位置にあるときには、照明手段２０も同様に第１の撮影位置に位置され、第１の撮影位置に対応する撮影エリア１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを照明し、固定・反転手段３０が第２の撮影位置にあるときには、照明手段２０も同様に第２の撮影位置に位置され、第２の撮影位置に対応する撮影エリア１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ（図３参照）を照明する。
図３は、図２に対応する図であり、車両１がトンネル内の右側の追い越し車線１５０Ｒを走行している状態を示す断面図である。
図３は、固定・反転手段３０によって、第１の撮影位置（図２）から９０°右回りに反転されて、第２の撮影位置に、撮影手段１０および照明手段２０が位置決め固定された状態を示している。
図３に示すように、撮影手段１０は、トンネル覆工面１００の右側側面１００Ｒを撮影する。すなわち、ラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃはそれぞれ、トンネル覆工面１００の周方向に沿った各エリア１００Ｄ、１００E、１００Fを撮影する。
照明手段２０は、トンネル覆工面１００の右側側面１００Ｒを照明する。すなわち、１２台のハロゲンランプ２０ａ～２０ｌは、トンネル覆工面１００の周方向に沿った各エリア１００Ｄ、１００E、１００Fに光を照射する。
図４は、固定・反転手段３０の構成を平面図にて示す。
　L字状の部材３２は、回転中心となる駆動軸３１を通る対象軸ｍ１に関して左右対称な腕３２L、３２Rを有し、同じ長さの腕３２L、３２Rが垂直に交差して一体形成された部材であり、L字状の部材３２の上面３２Ｓには、左右対称となるように、１２台のハロゲンランプ２０ａ～２０ｌが配列されている。
L字状の部材３２の内側コーナ部には、対象軸ｍ１に関して左右対称となるように、三角形状のステージ部材３３が取り付けられている。ステージ部材３３の上面３３Ｓには、対象軸ｍ１に関して左右対称となるように、３台のラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃが配列されている。位置決め手段３４は、Ｔ字状の部材３５を含んで構成されている。Ｔ字状の部材３５は、車両１の荷台に据え付けられたフレームに固定されている。L字状の部材３２は、フレームに固定されたＴ字状の部材３５に対して相対的に駆動軸３１を回転中心にして回動される。駆動軸３１は図示しないモータなどの駆動手段によって駆動される。
Ｔ字状の部材３５は、駆動軸３１を通る対象軸ｍ２に関して左右対称な部材であり、駆動軸３１から端部まで同じ長さの腕３５L、３５R、３５Ｍが垂直に交差して一体形成された部材であり、腕３５L、３５R、３５Ｍにはそれぞれ、駆動軸３１から等距離にある孔３５ａ、３５ｂ、３５ｃが形成されている。
L字状の部材３２の腕３２L、３２Rには、駆動軸３１から等距離にある孔３２ａ、３２ｂが形成されている。
図４は、撮影手段１０が第１の撮影位置に固定された状態を示している。
Ｔ字状の部材３５の腕３５Ｍと、L字状の部材３２の腕３２Lとが重なり、孔３５ｃと、孔３２ａが同位置となるとともに、Ｔ字状の部材３５の腕３５Ｒと、L字状の部材３２の腕３２Ｒとが重なり、孔３５ｂと、孔３２ｂが同位置となっている。この状態で、孔３５ｃと、孔３２ａに図示しないピンが挿通されるとともに、孔３５ｂと、孔３２ｂに図示しないピンが挿通されることで、撮影手段１０および照明手段２０が第１の撮影位置に固定される。
図５は、撮影手段１０が第２の撮影位置に固定された状態を示している。
図４に示す状態から、図４、図５に矢印で示すように、駆動軸３１によってL字状の部材３２が右回りに９０°回転されると、Ｔ字状の部材３５の腕３５Ｌと、L字状の部材３２の腕３２Lとが重なり、孔３５ａと、孔３２ａが同位置となるとともに、Ｔ字状の部材３５の腕３５Ｍと、L字状の部材３２の腕３２Ｒとが重なり、孔３５ｃと、孔３２ｂが同位置となる。この状態で、孔３５ａと、孔３２ａに図示しないピンが挿通されるとともに、孔３５ｃと、孔３２ｂに図示しないピンが挿通されることで、撮影手段１０および照明手段２０が第２の撮影位置に固定される。
図６は、ステージ部材３３、L字状の部材３２の断面を示し、図４における矢視Ａ－Ａ断面を示している。ステージ部材３３の上面３３Ｓは、L字状の部材３２の上面３２よりも高い位置に設けられている。したがって、ラインセンサ１０は、ハロゲンランプ２０よりも高い位置に取り付けられている。
ここで、ハロゲンランプ２０の照射範囲２１内に、ラインセンサ１０の視準線１１ａが入りつつ、ラインセンサ１０の視準線１１ａが、ハロゲンランプ２０などに干渉しないように、ラインセンサ１０とハロゲンランプ２０の位置関係が設定されている。なお、ラインセンサ１０の画角１１は、図６の図面の奥行き方向および看者方向に広がる。
　図７は、図４に対応する図であり、L字状の部材３２に設けられる照明手段２０を、ハロゲンランプ２０の代わりにＬＥＤユニット２０に変更した変形例を示している。すなわち、L字状の部材３２の上面３２Ｓには、左右対称となるように、４台のＬＥＤユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが配列されている。４台のＬＥＤユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、ハロゲンランプ２０ａ～２０ｌと同じ照射範囲２１を有する。
　図８は、ＬＥＤユニット２０の内部構成を示す図で、図８（ａ）は、図７の上面でみた横断面図で、図８（ｂ）は、図７の断面でみた縦断面図である。
ＬＥＤユニット２０は、トンネル覆工面１００の周方向（車両１の進行方向に対して垂直な方向）に沿って複数のＬＥＤ２２ａが配列されたライン状のＬＥＤ基板２２と、ライン状のＬＥＤ基板２２で発光された光を屈折するレンズであって、ライン状のＬＥＤ基板２２のＬＥＤ配列長さに対応する長手方向の長さを有する円柱状のロッドレンズ２３と、ロッドレンズ２３によって屈折された光２５を透過して外部に出射するカバーガラス２４と、ライン状のＬＥＤ基板２２を冷却するためのファン２６とを含んで構成されている。
なお、上述した実施例では、撮影手段１０を３台のラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃで構成した場合を想定して説明したが、それよりも多い数の撮影手段で構成してもよく、１台の撮影手段で構成してもよい。たとえば、トンネル覆工面１００の片側側面を撮影できる撮影範囲を有する１台のラインセンサ２０を、固定・反転手段３０に取り付けて、第１の撮影位置で、１台のラインセンサ２０により左側面１００Ｌを撮影し、その後９０°反転させて、第２の撮影位置で、１台のラインセンサ２０により右側面１００Ｒを撮影するようにし、１台のラインセンサ２０でトンネル覆工面１００の両側面１００Ｌ、１００Ｒを撮影する実施も可能である。
　図９は、実施例のトンネル覆工面調査システムで行われる処理の手順を示している。
　まず、ラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよびハロゲンランプ２０ａ～２０ｌが第１の撮影位置に固定された状態で、車両１を、左側の走行車線１５０Ｌに沿って走行させる。車両１を走行させながら、３台のラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよびハロゲンランプ２０ａ～２０ｌを動作させる。これによりトンネル覆工面１００の左側側面１００Ｌの各エリア１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが３台のラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって順次撮影される。各ラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって撮影されたトンネル覆工面１００の左側側面１００Ｌの各エリア１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの画像のデータは、画像処理部４０に取り込まれる。（図２参照；ステップ２０１）。
つぎに、固定・反転手段３０によってラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよびハロゲンランプ２０ａ～２０ｌを９０°反転させる（ステップ２０２）。
ラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよびハロゲンランプ２０ａ～２０ｌが第２の撮影位置に固定された状態で、車両１を、右側の追い越し車線１５０Ｒに沿って走行させる。
車両１を走行させながら、３台のラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよびハロゲンランプ２０ａ～２０ｌを動作させる。これによりトンネル覆工面１００の右側側面１００Ｒの各エリア１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆが３台のラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって順次撮影される。各ラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって撮影されたトンネル覆工面１００の右側側面１００Ｒの各エリア１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆの画像のデータは、画像処理部４０に取り込まれる。（図３参照；ステップ２０３）。
　画像処理部４０に取り込まれたトンネル覆工面１００の左側側面１００Ｌの各エリア１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの画像データおよび右側側面１００Ｒの各エリア１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆの画像データは、画像加工のために、たとえば外部のパーソナルコンピュータに取り込まれる（ステップ２０４）。
　つぎに、後述する歪み補正画像処理を行う（ステップ２０５）。
つぎに、後述するように、３台のラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって撮影された各エリア１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆの画像同士を突き合わせて、トンネル覆工面１００の同一スパンＳとなる部位を指示する（ステップ２０６）。
つぎに、後述する斜影補正（仰り補正）画像処理を行う（ステップ２０７）。
つぎに、トンネル覆工面１００のスパンＳ１、Ｓ２…Ｓｎ毎にトンネル覆工面１００の両側面１００Ｌ、１００Ｒを示す画像１１０－１、１１０－２…１１０－ｎに合成する（ステップ２０８）。
図１０は、パーソナルコンピュータで行われる画像加工処理を説明する図である。
すなわち、トンネル覆工面１００の左側側面１００Ｌおよび右側側面１００Ｒの各エリア１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆを示す各画像１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ、１１０Ｆを取り込み（図１０（ａ））、各画像１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ、１１０Ｆに対して歪み補正画像処理を行い（図１０（ｂ））、各画像１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ、１１０Ｆを突き合わせて、トンネル覆工面１００の同一スパンＳとなる部位を指示し（図１０（ｃ））、斜影補正（仰り補正）画像処理を行い（図１０（ｄ））、トンネル覆工面１００のスパンＳ１、Ｓ２…Ｓｎ毎にトンネル覆工面１００の両側面１００Ｌ、１００Ｒを示す画像１１０－１、１１０－２…１１０－ｎに合成する（図１０（ｅ））。
図１１、図１２は、歪み補正画像処理（図１０（ｂ））を説明するための図である。
トンネル覆工面１００に、撮影手段１０の視準を直交させるように撮影手段１０を設置すると、照明手段２０と撮影手段１０の位置関係から、トンネル覆工面１００の表面が水滴などにより結露している場合には、正反射となって、撮影手段１０で撮像した画像に、部分的に結露が映り込み、本来、撮像すべきひび割れなどの欠陥の判別が困難になるおそれがある。そこで、これを回避するために、照明手段２０の照射方向の軸と撮影手段１０の撮影方向の軸（視準）を傾けることが有効となる。
すなわち、図１１（ａ）に示すように、車両１の側面からみて、撮影手段（ラインセンサ）１０の視準線１１ａが、鉛直方向、つまりトンネル覆工面１００の天井面に対して垂直となる方向に対して、前方に角度α（たとえば８°）傾斜するとともに、図１１（ｂ）に示すように、車両１の上面からみて、撮影手段（ラインセンサ）１０の視準線１１ａが、水平方向、つまりトンネル覆工面１００の側面面に対して垂直となる方向に対して、前方に角度α（たとえば８°）傾斜するように、撮影手段（ラインセンサ）１０を設置する。
照明手段（ハロゲンランプ）２０の照射方向も同様に傾斜させる。
図１２（ａ）は、撮影手段（ラインセンサ）１０の視準線１１ａと、トンネル覆工面１００の目地１１１との関係を示す。トンネル覆工面１００の各スパンＳ１、Ｓ２…は、車両１の進行方向（トンネルの中心ラインＴＣの方向）に対して直交する目地１１１によって区切られている。
上記したように、照明手段２０の照射方向の軸と撮影手段１０の撮影方向の軸（視準）を傾けると、視準線１１ａの方向と目地１１１の方向とか所定角度βで交差し、視準線１１ａが目地１１１を通過するタイミングが、各画素毎に異なるために、撮影手段（ラインセンサ）１０で撮影された画像中の目地１１１が、曲線状に歪んでしまう（図１２（ｂ））。
そこで、撮影された画像中の歪んだ目地１１１を、本来の直線状に補正する画像処理を行う（図１２（ｃ））。
図１３は、各画像１１０Ａ～１１０Ｆを突き合わせて、トンネル覆工面１００の同一スパンＳとなる部位を指示する処理（図１０（ｃ））を説明するための図である。
この処理は、歪み補正画像処理によって、直線状になった目地１１１を基準線にして行う。
図１３（ａ）に示すように、パーソナルコンピュータの画面上で、トンネル覆工面１００の左側側面１００Ｌについて得られた各画像１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを、同一位置になるように並べる。位置合わせは、直線状になった目地１１１を基準線にして行う。
各ラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、ほぼ同時にシャッターを切っているので、各画像１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃの目地１１１の位置は、画面上でほぼ同じ位置となる。なお、トンネル覆工面１００には、ＫＰ（キロポスト）、スパン番号（覆工番号）、照明番号等の位置を特定するものがあり、各画像には、それが撮像されているので、これらを目安に、位置を認識するようにしてもよい。
つぎに、各画像１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃの中から、トンネル覆工面１００の同一スパンＳとなる部位を指示する。たとえば、各画像１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃのうち、スパンＳ１となる部位が、それぞれ１１０Ａ－１、１１０Ｂ－１、１１０Ｃ－１（以下、スパンＳ１の画像データを示す符号として用いる）であったとすると、それら同一のスパンＳ１となる部位１１０Ａ－１、１１０Ｂ－１、１１０Ｃ－１を特定する画像データ１１０Ａ－１、１１０Ｂ－１、１１０Ｃ－１が、レーン１（走行車線１５０Ｌ）のフォルダＬ１に、スパンＳ１を示すアドレスに対応づけられて、格納される。以下、同様にして、同一スパンＳ２、Ｓ３…Ｓｎとなる部位を指示して、同一のスパンＳ２、Ｓ３…Ｓｎとなる部位を特定する画像データを、レーン１（走行車線１５０Ｌ）のフォルダＬ１に格納していく。
追い越し車線１５０Ｒも同様にして行う。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、各画像１１０Ｄ、１１０Ｅ、１１０Ｆのうち、スパンＳ１となる部位が、それぞれ１１０Ｄ－１、１１０Ｅ－１、１１０Ｆ－１（以下、スパンＳ１の画像データを示す符号として用いる）であったとすると、それら同一のスパンＳ１となる部位１１０Ｄ－１、１１０Ｅ－１、１１０Ｆ－１を特定する画像データ１１０Ｄ－１、１１０Ｅ－１、１１０Ｆ－１が、レーン２（追い越し車線１５０Ｒ）のフォルダＬ２に、スパンＳ１を示すアドレスに対応づけられて、格納される。以下、同様にして、同一スパンＳ２、Ｓ３…Ｓｎとなる部位を指示して、同一のスパンＳ２、Ｓ３…Ｓｎとなる部位を特定する画像データを、レーン２（追い越し車線１５０Ｒ）のフォルダＬ２に格納していく。
図１４は、斜影補正（仰り補正）画像処理（図１０（ｄ））を説明するための図である。
図１４（ａ）は、トンネル覆工面１００とラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃとの位置関係を示す
ラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、トンネルのセンターラインＴＣに対してオフセットされた位置にある。したがって、ラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの視準線１１ａは、撮影対象物であるトンネル覆工面１００に対して正対しておらず、斜めになっている。このためラインセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃでは、近くのトンネル覆工面１００が大きく撮像され、遠くのトンネル覆工面１００が小さく撮像される。
図１４（ｂ）に示すように、ラインセンサ１０（たとえばラインセンサ１０ｃ）で撮影されるエリアは、たとえば１００Ｃで示されるが、この撮影エリア１００Ｃのうち、分割された各分割エリア１００Ｃ－１、１００Ｃ－２、１００Ｃ－３、１００Ｃ－４、１００Ｃ－５のうち、ラインセンサ１０に最も近い分割エリア１００Ｃ－１でトンネル覆工面１００が最も大きく撮像され、ラインセンサ１０から最も遠い分割エリア１００Ｃ－５でトンネル覆工面１００が最も小さく撮像される。
そこで、撮影対象物であるトンネル覆工面１００が、画像の各エリアで実際の大きさで撮像されるように、画像処理を行うものである。
斜影補正（仰り補正）画像処理のために必要なラインセンサ１０についてのパラメータは、つぎのように与えられる（図１４（ｃ）参照）。
θ：ラインセンサ１０の撮影方向（視準線１１ａ）を示す角度（水平線ＨＬに対する角度）
Ｘ：ラインセンサ１０（レンズ、センサ）の２次元水平方向位置（トンネルのセンターラインＴＣを基準とする相対位置）
Ｙ：ラインセンサ１０（レンズ、センサ）の２次元鉛直方向位置（トンネルの路面１５０Ｌ、１５０Ｒを基準とする相対位置）
φ：ラインセンサ１０の画角
上記パラメータθ、Ｘ、Ｙ、φが得られ、トンネルの形状を示すデータがたとえばＣＡＤ図面によって得られると、図１４（ｂ）において、各分割エリア１００Ｃ－１、１００Ｃ－２、１００Ｃ－３、１００Ｃ－４、１００Ｃ－５毎に、ラインセンサ１０からトンネル覆工面１００までの距離ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５が求められる。
そして、この求められた距離ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５に応じて、各分割エリア１００Ｃ－１、１００Ｃ－２、１００Ｃ－３、１００Ｃ－４、１００Ｃ－５毎に、撮影対象物であるトンネル覆工面１００が、実際の大きさで撮像されるように、画像処理を行う。
図１５は、トンネル覆工面１００のスパンＳ１、Ｓ２…Ｓｎ毎にトンネル覆工面１００の両側面１００Ｌ、１００Ｒを示す画像１１０－１、１１０－２…１１０－ｎに合成する処理（図１０（ｅ））を説明するための図である。
図１５（ａ）に示すように、レーン１（走行車線１５０Ｌ）のフォルダＬ１から、スパンＳ１を示すアドレスに対応づけられた画像データ１１０Ａ－１、１１０Ｂ－１、１１０Ｃ－１が読み出される。同様に、レーン２（追い越し車線１５０Ｒ）のフォルダＬ２から、スパンＳ１を示すアドレスに対応づけられた画像データ１１０Ｄ－１、１１０Ｅ－１、１１０Ｆ－１が読み出される。
つぎに、パーソナルコンピュータの画面上で、画像１１０Ａ－１、１１０Ｂ－１、１１０Ｃ－１、１１０Ｄ－１、１１０Ｅ－１、１１０Ｆ－１それぞれについて、隣り合う画像同士を結合すべき対応点ＰＴを指示する。
各エリア１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆは、隣り合うエリア同士の一部が重複している撮影されている。その重複分を考慮して、対応点ＰＴが指示される。
すると、図１５（ｂ）のように、対応点ＰＴを基準にして画像１１０Ａ－１、１１０Ｂ－１、１１０Ｃ－１、１１０Ｄ－１、１１０Ｅ－１、１１０Ｆ－１同士が合成されて、トンネル覆工面１００のスパンＳ１について、左右両側面１００Ｌ、１００Ｒの画像１１０－１が得られる。
以下、スパンＳ２、Ｓ３…Ｓｎについても同様の処理が行われ、図１５（ｂ）に示すように、トンネル覆工面１００のスパンＳ２、Ｓ３…Ｓｎ毎にトンネル覆工面１００の両側面１００Ｌ、１００Ｒを示す画像１１０－２、１１０－３…１１０－ｎが得られる。各画像１１０－２、１１０－３…１１０－ｎは、所定のファイルＬ３に格納され、トンネル覆工面１００の健全度の調査のために用いられる。
以上のように、本実施例によれば、トンネル覆工面１００の両側面１００Ｌ、１００Ｒのうち片側側面の撮影範囲を有する撮影手段１０を搭載した車両１を走行させることで、トンネル覆工面１００の両側面１００Ｌ、１００Ｒの画像を取得することができる。本実施例によれば、スパンＳ１、Ｓ２…Ｓｎ毎に、トンネル覆工面１００の両側面１００Ｌ、１００Ｒを示す画像画像１１０－１、１１０－２…１１０－ｎが得られる。これにより、スパンＳ１、Ｓ２…Ｓｎ毎に、トンネル覆工面１００の健全度（劣化度）を調査でき、スパンＳ１、Ｓ２…Ｓｎ毎に、調査結果を管理することができるようになる。
図１６は、トンネル覆工面１００の健全度（劣化度）の調査例を示している。
図１６は、各スパンＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の画像１１０－１、１１０－２、１１０－３、１１０－４、１１０－５、１１０－６をファイルＬ３から読み出し、パーソナルコンピュータの画面上に連続表示した状態を示している。オペレータは、画面上で、トンネル覆工面１００の画像の中から、はく離の可能性のあるひび割れ箇所を特定して、ひび割れ３００を描画する処理を行う。
これにより、ひび割れ３００の幅、長さ、方向および形状、密度が、各スパンＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６毎に抽出され、各スパンＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の画像データ１１０－１、１１０－２、１１０－３、１１０－４、１１０－５、１１０－６に対応づけられて記憶される。同様にして、エフロレッセンスの有無、その他変状の発生状況を抽出してもよい。
したがって、本実施例によれば、スパンＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６毎に、ひび割れなどの変状に対して対策を画策することができる。
なお、パーソナルコンピュータで行われる上述した画像加工処理は、その一部を手動で行う半自動処理で行ってもよく、全て自動処理で行う実施も当然可能である。

Claims (4)

  1. 　トンネル内を車両が走行中に、当該車両に搭載した撮影手段によって、トンネル覆工面の画像を撮影し、トンネル覆工面を調査するための調査対象画像に加工するトンネル覆工面調査システムであって、
    　前記車両に搭載され、トンネル覆工面の両側面のうち片側側面の撮影範囲を有する撮影手段と、
    　前記撮影手段を、トンネル覆工面の両側面のうち一方の片側側面を撮影可能な第１の撮影位置に固定させるとともに、前記撮影手段を反転させて、前記撮影手段を、トンネル覆工面の両側面のうち他方の片側側面を撮影可能な第２の撮影位置に固定させる固定・反転手段と、
    　前記撮影手段が前記第１の撮影位置に固定された状態で、前記撮影手段によって撮影されたトンネル覆工面の両側面のうち一方の片側側面を示す第１の画像と、前記撮影手段が前記第２の撮影位置に固定された状態で、前記撮影手段によって撮影されたトンネル覆工面の両側面のうち他方の片側側面を示す第２の画像とを突き合わせて、トンネル覆工面の同一スパンとなる部位を指示することにより、トンネル覆工面のスパン毎にトンネル覆工面の両側面を示す画像に合成する画像加工手段と
    　を備えたトンネル覆工面調査システム。
  2. 前記撮影手段は、トンネル覆工面の周方向に沿って配列され、トンネル覆工面の周方向に沿った各エリアの画像を撮影する複数のラインセンサを含むものであり、
    前記画像加工手段は、
    前記複数のラインセンサが前記第１の撮影位置に固定された状態で、前記複数のラインセンサによって撮影された各エリアの画像と、前記複数のラインセンサが前記第２の撮影位置に固定された状態で、前記複数のラインセンサによって撮影された各エリアの画像とを突き合わせて、トンネル覆工面の同一スパンとなる部位を指示することにより、トンネル覆工面のスパン毎にトンネル覆工面の両側面を示す画像に合成するものである
    請求項２記載のトンネル覆工面調査システム。
  3. 前記撮影手段は、トンネル覆工面の周方向に沿って配列され、トンネル覆工面の周方向に沿った各エリアの画像を撮影する複数のラインセンサを含むものであり、
    前記固定・反転手段は、駆動軸を回転中心に、トンネル覆工面の周方向に、９０°回転自在な部材であって、前記数のラインセンサが、トンネル覆工面の周方向に沿って配置されたＬ字状の部材と、当該Ｌ字状の部材を、前記第１の撮影位置に位置決めするとともに、前記Ｌ字状の部材が、トンネル覆工面の周方向に、９０°回転されて、前記第２の撮影位置に位置されたときに当該第２の撮影位置に位置決めする位置決め手段とを含むものである請求項１または２に記載のトンネル覆工面調査システム。
  4. トンネル覆工面調査システムに用いる車両であって、
    トンネル覆工面の両側面のうち少なくとも片側側面の撮影範囲を有する撮影手段であって、
    トンネル覆工面の周方向に沿って配列され、トンネル覆工面の周方向に沿った各エリアの画像を撮影する複数のラインセンサを含む撮影手段と、
    前記撮影手段を、トンネル覆工面の両側面のうち一方の片側側面を撮影可能な第１の撮影位置に固定させるとともに、前記撮影手段を反転させて、前記撮影手段を、トンネル覆工面の両側面のうち他方の片側側面を撮影可能な第２の撮影位置に固定させる固定・反転手段であって、駆動軸を回転中心に、トンネル覆工面の周方向に、９０°回転自在な部材であって、前記数のラインセンサが、トンネル覆工面の周方向に沿って配置されたＬ字状の部材と、当該Ｌ字状の部材を、前記第１の撮影位置に位置決めするとともに、前記Ｌ字状の部材が、トンネル覆工面の周方向に、９０°回転されて、前記第２の撮影位置に位置されたときに当該第２の撮影位置に位置決めする位置決め手段とを含む固定・反転手段と
    を備えたトンネル覆工面調査システムに用いる車両。　
PCT/JP2014/082021 2014-07-25 2014-12-03 トンネル覆工面調査システムおよびトンネル覆工面調査システムに用いる車両 WO2016013132A1 (ja)

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