JP2010185801A - 撮像装置を用いた変状計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】工事に伴い影響する地盤を介して近接する高架橋構造物やトンネル構造物等に影響が波及することを監視するためのものであり、鉛直方向の変位はもとより高架橋構造物の横移動や傾きを計測できる撮像装置を用いた変状計測システムを提供する。
【解決手段】本発明は、計測範囲外にある構造物に撮像装置を設置し、該撮像装置が撮像する計測ポイントを計測範囲内にある構造物の最初の計測点に設置し、該最初の計測点又は次の計測点或いはその次に続く計測範囲内にある計測点にそれぞれ撮像装置と該撮像装置が撮像する計測ポイントを設置することを特徴とし、画像化した計測ポイントの形状又は位置の差（ズレ）によって各計測点の変状が即時に判定できる。さらに、前記計測ポイントが前記撮像装置の光軸に対して斜交した方形面になっていると、撮像装置が画像化した計測ポイントの画像のズレをより計測し易くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速道路や鉄道軌道又はトンネル等の構造物に近接して施工される工事により高架橋構造物やトンネルの壁面等の変状を確実に計測できるようにした撮像装置を用いた変状計測システムに関するものである。

土木及び建築等の工事（たとえば掘削）に伴う地盤のゆるみ、地盤の応力開放その他の原因による影響が近接する高架橋構造物やトンネルの壁面等に波及することは避けられない。これらの原因により発生する地盤の変状、たとえば鉄道軌道（レール）の変状に対処するため、レールに沿う長さ方向に間隔を置いて複数の傾斜計を設置して変状計測しようとするシステムが特開２００８−１６９５４７号として開示されている。

特開２００８−１６９５４７号

しかしながら、レールに沿って複数の傾斜計を設置しただけでは、地盤の沈下あるいは***の計測はできても、高架橋構造物やトンネルの壁面等の横移動や回転横移動（或いは捻じれ）は計測できなかった。

本発明は、工事に伴い影響する地盤を介して近接する高架橋構造物やトンネルの壁面等に影響が波及することを監視するためのもので、その目的とするところは、鉛直方向の変状はもとより高架橋構造物やトンネルの壁面等の横移動や回転横移動（或いは捻じれ）をも計測できる撮像装置を用いた変状計測システムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、計測範囲外にある構造物に撮像装置を設置し、該撮像装置が撮像する計測ポイントを計測範囲内にある構造物の最初の計測点に設置し、該最初の計測点又は次の計測点或いはその次に続く計測範囲内にある計測点にそれぞれ撮像装置と該撮像装置が撮像する計測ポイントを設置することを特徴とし、構造物の各計測点毎に隣接する計測点の変状を監視できるように構成した。

また、請求項２に記載の発明は、前記撮像装置が前記計測ポイントを画像として表示するモニターと、該モニター上の画像の変状を計測する演算器とを備えたことを特徴とし、画像化した計測ポイントのモニター上の形状又は位置の差（ズレ）によって各計測点毎の変状状態を即時に演算できるように構成した。

さらに、請求項３に記載の発明は、前記計測ポイントが前記撮像装置の光軸に対して斜交した方形面になっていることを特徴とし、撮像装置が画像化した計測ポイントの方形画像にすることを基本とし、基本からのズレを検出し易く構成した。

本発明によれば、計測範囲外にある構造物に撮像装置を設置し、該撮像装置が撮像する計測ポイントを計測範囲内にある構造物の最初の計測点に設置し、該最初の計測点又は次の計測点或いはその次に続く計測範囲内にある計測点にそれぞれ撮像装置と該撮像装置が撮像する計測ポイントを設置することを特徴としているから、各計測点に設置した撮像装置により次の計測点の変状、すなわち鉛直方向の変位はもとより高架橋構造物やトンネルの壁面の横移動又は回転横移動（或いは捻じれ）をも監視できるという利点がある。これは１つの撮像装置が計測範囲内にある複数の計測点のすべてにそれぞれ設けた複数の計測ポイントを同時に撮像する場合に比し、効率的である上に正確な計測結果が得られる。しかも、撮像装置が設置された構造物自体の変状には補正により十分対応できる等、各種の優れた効果を奏するものである。

また、請求項２に記載の発明によれば、前記撮像装置が前記計測ポイントを画像として表示するモニターと、該モニター上の画像の変状を計測する演算器とを備えたことを特徴としているから、画像化した計測ポイントのモニター上の形状又は位置の差（ズレ）によって各計測点毎の変状状態を即時に、しかも的確に演算できるという優れた効果を奏するものである。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、前記計測ポイントが、前記撮像装置の光軸に対して斜交した方形面になっていることを特徴としているから、撮像装置が画像化した計測ポイントの方形画像にすることを基本とし、基本からのズレが検出（計測）し易くなるという優れた効果を奏するものである。

次に、本発明を添付図面に示す実施の態様を高架橋構造物の橋脚に基づいて説明する。図１は本システムによる変状計測概要図、図２は構造物の変状模式図、図３は第１計測ポイントの初期位置と変状位置を示すモニターの正面図、図４は第２計測ポイントの初期位置と変状位置を示すモニターの正面図、図５は構造物の平行移動と回転して移動した状態を示す模式図で、（ａ）は平常時、（ｂ）は回転後、図６は計測ポイントの平面図で、（ａ）は平常時、（ｂ）は回転後、図７は計測ポイントの初期位置と変状位置を示すモニターの正面図、図８は計測ポイントの一例を示す外観斜視図である。

図１において、１は高架橋構造物、２は高架橋構造物１の橋脚である。橋脚２は計測範囲Ａ外（不動点）にある橋脚２ａと、計測範囲Ａ内にある複数の橋脚２ｂ、２ｃ、２ｄとがある。前記不動点となる橋脚２ａには、これに近い最初の計測点である橋脚２ｂに設置した計測ポイント４を撮像する撮像装置３が設置されている。該計測ポイント４を設置した橋脚２ｂには、次の計測点である橋脚２ｃに設置した計測ポイント４′を撮像する撮像装置３′が設置され、更に橋脚２ｃには、次に続く計測点である橋脚２ｄに設置した計測ポイント４″を撮像する撮像装置３″が設置されている。

前記不動点となる橋脚２ａに設置した撮像装置３は、橋脚２ｂに設置した計測ポイント４を撮像しており、その画像５は、図２の如く、モニター６に表示され、該モニター６上の変状が演算器７により演算されるようになっている。具体的には、前記橋脚２ａの撮像装置３が撮像した画像５は、図３左図の如く、モニター６に表示される。この橋脚２ｂがたとえば、図２の一点鎖線の如く、横移動（移動量は誇張している）したときは、モニター６にも、図３右図の如く、一点鎖線画像５′として表示される。換言すると、当初の実線画像５と、橋脚２ｂの変状に伴い表示される小移動後の一点鎖線画像５′との移動量ａは、演算器７により演算されて変状量として計測されることとなる。

また、前記橋脚２ｂに設置した撮像装置３′は、次の橋脚２ｃに設置した計測ポイント４′を撮像しており、その画像５は、図４左図の如く、モニター６に表示される。この場合、前記橋脚２ｃが、図２の一点鎖線の如く、横移動（移動量は誇張している）したときには、図４右図の如く、モニター６には一点鎖線の画像５″の如く表示される。換言すると、当初の実線画像５と、橋脚２ｃの変状に伴い表示される大移動後の一点鎖線画像５″との移動量ｂは、演算器７により演算される。しかして、これらの変状量は、不動点（橋脚２ａ）からの絶対値に換算すると、不動点における変状量（絶対値）はａ＋ｂとして演算されることとなる。

上記の例は、高架橋構造物１の計測対象物（橋脚）が、図５（ａ）の如く、平行に移動した場合であるが、構造物の種類によっては計測対象物が、図５（ｂ）の如く、回転して移動する場合もあり得る。かかる場合には、上記説明の通りの理解では誤った計測値となってしまう。正しい計測値を求めるためには、回転した計測ポイント４の回転角度を求めて補正する必要がある。

上記回転角度の計測を画像処理によって行う場合、たとえば、図６（ａ）の如く、撮像方向（矢印方向）に対して計測ポイント４の正面幅とが一致しているときは、撮像装置３が取り込む画像５は、図７左図の如く、モニター６には計測ポイント４が幅ｃのように表示されるが、図６（ｂ）の如く、撮像方向（矢印方向）に対して計測ポイント４が回転すると、計測ポイント４の側面４′を含んだ拡大した画像幅Ｗ′になり、撮像装置３が取り込む画像５は、図７右図の如く、モニター６には計測ポイント４が幅ｃ＋δのように表示される。この変化量δによりモニター６上における回転角度が、前記演算器７により演算されることとなる。

前記計測ポイント４は、撮像装置３の光軸８に対して斜交した方形面になっている。この計測ポイント４の方形面は、図８の如く、撮像装置３を収納できる撮像容器９の正方形の背面９′に設けると良い。この場合、方形面は撮像容器９の背面９′の１角を前記計測ポイント４の第１角ｐ１とし、該第１角Ｐ１を挟む計測ポイント４の第２角Ｐ２と第３角Ｐ３は、背面９′の一辺と同長Ｑ１、Ｑ２だけ延長した点に設け、第４角Ｐ４は、Ｐ１〜Ｐ２、Ｐ１〜Ｐ３と同距離点に設けている。

前記計測ポイント４を上述のように設けるときは、該計測ポイント４の向きは、光軸８に対して右斜め上向きに交差することとなり、撮像装置３の光軸方向から見ると撮像容器９の正方形の背面９′には正対しているために、正方形（基準形）になる。しかして、該計測ポイント４が橋脚とともに右旋回イすると、計測ポイント４の向きは、光軸８に対して開く方向になるから、基準形より横幅が拡大する。一方、計測ポイント４が橋脚とともに左旋回ロすると、計測ポイント４の向きは光軸８に対して閉じる方向となり、基準形より横幅が縮小する。換言すれば、モニター６上における計測ポイント４の画像が基準形から横幅が拡大するか、縮小するかで橋脚の回転方向と回転角度と回転量が演算器７により正確に演算されることとなる。

次に、本願の作用を説明する。まず、計測しようとする場所、たとえば、高速道路や鉄道軌道等の高架橋構造物に近接して施工される工事により変状の恐れがある計測範囲Ａ外（不動点）にある橋脚２ａに撮像装置３を設置し、計測範囲Ａ内にある複数の橋脚２ｂ、２ｃ、２ｄのうち、前記橋脚２ａに設置した撮像装置３に近い最初の橋脚２ｂに計測ポイント４を設置する。

次いで、計測ポイント４が設置された橋脚２ｂにも撮像装置３′を設置し、その次の橋脚２ｃに設置した計測ポイント４′を狙わせる。そして橋脚２ｃにもさらに撮像装置３″を設置し、さらに次の橋脚２ｄに設置した計測ポイント４″を狙わせるようにする。

すなわち、前記橋脚２ａに設置した撮像装置３が次の橋脚２ｂに設置した計測ポイント４を、橋脚２ｂに設置した撮像装置３′が次の橋脚２ｃに設置した計測ポイント４′を、橋脚２ｃに設置した撮像装置３″が更に次の橋脚２ｄに設置した計測ポイント４″をそれぞれ監視し、それぞれの撮像装置３、３′、３″が狙っている計測ポイントの変状、すなわち水平及び鉛直方向の２方向の変状はもとより高架橋構造物の横移動又は回転横移動を正確に検知できる。したがって、１つの撮像装置が計測範囲内にある複数の橋脚のすべてにそれぞれ設けた複数の計測ポイントを同時に狙わせる場合に比し、効率的に計測結果が得られる。

しかして、不動点となる橋脚２ａの撮像装置３が橋脚２ｂの計測ポイント４、橋脚２ｂの撮像装置３′が橋脚２ｃの計測ポイント４′等など、地盤の変状量の情報は、コンピュータ管理システムを通してリアルタイムに工事現場の監視モニターに表示させたり、計測地点に接近中の列車に警報信号として発信されるなどが可能である。

工事に伴い影響する地盤を介して近接する構造物等に影響が波及することを有効に監視し計測できるもので、産業上有益であり、利用可能性の高いシステムである。

本システムによる変状計測概要図である。 構造物の変状模式図である。 第１計測ポイントの初期位置と変状位置を示すモニターの正面図である。 第２計測ポイントの初期位置と変状位置を示すモニターの正面図である。 構造物の平行移動と回転して移動した状態を示す模式図で、（ａ）は平常時、（ｂ）は回転後、である。 計測ポイントの平面図で、（ａ）は平常時、（ｂ）は回転後である。 計測ポイントの初期位置と変状位置を示すモニターの正面図である。 計測ポイントの一例を示す外観斜視図である。

１ 高架橋構造物
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 橋脚
３、３′、３″ 撮像装置
４、４′、４″ 計測ポイント
５ 画像
５′ 小移動後の一点鎖線画像
５″ 大移動後の一点鎖線画像
６ モニター
７ 演算器
８ 光軸
９ 撮像容器
Ａ 計測範囲

Claims (3)

1. 計測範囲外にある構造物に撮像装置を設置し、該撮像装置が撮像する計測ポイントを計測範囲内にある構造物の最初の計測点に設置し、該最初の計測点又は次の計測点或いはその次に続く計測範囲内にある計測点にそれぞれ撮像装置と該撮像装置が撮像する計測ポイントを設置することを特徴とする撮像装置を用いた変状計測システム。
2. 前記撮像装置が、前記計測ポイントを画像として表示するモニターと、該モニター上の画像の変状を計測する演算器とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置を用いた変状計測システム。
3. 前記計測ポイントが、前記撮像装置の光軸に対して斜交した方形面になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置を用いた変状計測システム。

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