JP2017066620A - 構造物検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート舗装面などの劣化や亀裂などを画像処理によって検出するとともに、人力による移動が可能で、移動中にリアルタイムで画像などが確認できる構造物検査装置を提供する。【解決手段】載置面４０上の被撮像領域４０ａを撮像するための撮像部１１と、被撮像領域４０ａを照明する照明部１２ａと、載置面４０上での移動による位置変化を検知する位置変化検知部１３と、この位置変化検知部１３によって検知された位置変化に基づいて撮像部１１による撮像の時期を制御する撮像時期制御部１４ａと、撮像された画像データの取得および解析を行う画像取得解析部２０ａと、取得された画像データまたはその解析結果の少なくとも一方を表示する表示部２０ｂと、画像データを保存する保存部２１と、移動させるために把持する把持部３１とを備え、表示部２０ｂは、把持部３１を把持した状態で表示内容を視認可能に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、道路や滑走路などの構造物の表面状態の検査システムに関し、特に、コンクリート舗装面などの劣化や亀裂などを画像処理によって検出するとともに、人力による移動または自律移動が可能な小型の構造物検査システムに関する。

従来、舗装道路を走行しながら車載カメラにより路面を撮影し、その撮影画像を解析することによって、路面に生じたひび割れ等を検出する路面検査システム（例えば特許文献１参照）、舗装表面上を走行しながらコンクリート版の劣化状態を調査する劣化調査システム（例えば特許文献２参照）、あるいは、一般車両に搭載されて、路面の凹凸を評価する路面凹凸評価システム（例えば特許文献３参照）などが提案されている。

これらはいずれも、自走式の車両に搭載され、走行しながら路面を検査などすることが前提となっている。

一方、台車に搭載されて、道路や滑走路などの舗装路面のひび割れを画像処理によって連続的に計測・記録する路面のひび割れ計測装置（例えば特許文献４参照）や、測定車上に道路に向けて配設され、ひび割れ率などの路面性状を測定評価可能な路面性状測定機（例えば特許文献５参照）なども提案されている。

これらはいずれも、それ自体では自走できないため、道路上などを車両に牽引されることが前提となっている。

特開２０１４− ８６８２６号公報 特開２０１１−２３７２８３号公報 特開２０１３− ７９８８９号公報 特開平４−２４０５５５号公報 特開平３− ５６８０５号公報

上記の各特許文献に記載されているような装置やシステムは、車両に直接搭載されるか、牽引されることを前提としている。そのため、鉄道の駅のホームや歩道などのように車両が進入しにくいスペースでの運用は困難であった。

また、道路上などを車両に牽引されることが前提となっている特許文献４に記載のひび割れ計測装置や特許文献５に記載の路面性状測定機は、そのまま小型化すれば人力による移動自体は可能かもしれない。しかし、特許文献４に記載のひび割れ計測装置では、その明細書の段落００２２などに記載されているように、計測処理装置から出力されたデータが記録された記録媒体を持ち帰ってからパソコンなどによって解析処理に付される。特許文献５に記載の路面性状測定機では、その明細書の第３頁の左下欄第５〜８行などに記載されているように、まずビデオカメラ２によって路面の撮影を行い、その画像を再生し、ひび割れ箇所の確認を行うので、一旦路面の撮影を行った後にその画像を再生していることになる。したがって、これらのひび割れ計測装置や路面性状測定機はいずれも、撮影中の路面の画像をリアルタイムで確認や解析をするものではない。

従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、コンクリート舗装面などの劣化や亀裂などを画像処理によって検出するとともに、人力による移動または自律移動が可能で、移動中にリアルタイムで画像などが確認できる構造物検査システムを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の構造物検査システムは、載置面上の被撮像領域を撮像するための撮像部と、前記被撮像領域を照明する照明部と、前記載置面上での移動による位置変化を検知する位置変化検知部と、この位置変化検知部によって検知された前記位置変化に基づいて前記撮像部による撮像の時期を制御する撮像時期制御部と、前記撮像部によって撮像された画像データの取得および解析を行う画像取得解析部と、この画像取得解析部によって取得された前記画像データまたはその解析結果の少なくとも一方を表示する表示部と、前記画像データを保存する保存部と、移動させるために把持する把持部とを備え、前記表示部は、前記把持部を把持した状態で表示内容を視認可能に配置されていることを特徴とする。

このような構成の構造物検査システムによれば、人力による移動が可能で、移動中にリアルタイムで撮影中の路面の画像などが容易に確認できる。

あるいは、本発明の構造物検査システムは、載置面上の被撮像領域を撮像するための撮像部と、前記被撮像領域を照明する照明部と、前記載置面上での移動による位置変化を検知する位置変化検知部と、この位置変化検知部によって検知された前記位置変化に基づいて前記撮像部による撮像の時期を制御する撮像時期制御部と、前記撮像部によって撮像された画像データの取得および解析を行う画像取得解析部と、前記画像データを保存する保存部と、少なくとも前記撮像部および前記照明部を移動するための自走手段と、前記画像取得解析部によって取得された前記画像データまたはその解析結果の少なくとも一方を前記撮像部から離れた場所に表示する表示部とを備えることを特徴とする。

このような構成の構造物検査システムによれば、自律移動が可能で、移動中にリアルタイムで撮影中の路面の画像などが容易に確認できる。

また、本発明の構造物検査システムにおいて、絶対位置情報を検知する絶対位置検知器（例えばＧＰＳ）をさらに備え、前記画像取得解析部は、前記撮像部によって撮像された画像データおよび前記絶対位置検知器によって検知された前記絶対位置情報の取得および解析を行ってもよい。

本発明の構造物検査システムによれば、人力による移動または自律移動が可能で、移動中にリアルタイムで画像などが容易に確認できる。

本発明の第１実施形態に係る構造物スキャナー１００の概略構成を示す側面図である。 構造物スキャナー１００の電気的な概略構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る構造物スキャナー１００Ａの概略構成を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態の構成＞
図１は本発明の第１実施形態に係る構造物スキャナー１００の概略構成を示す側面図である。図２は、構造物スキャナー１００の電気的な概略構成を示すブロック図である。

図１に示すように、コンクリート舗装面４０などの検査を行う構造物スキャナー１００は、扁平な箱形状の構造物スキャナー本体１０と、構造物スキャナー本体１０の後端部に垂直方向へ延びるように取り付けられたフレーム３０の上部で支持されるとともに、構造物スキャナー１００の動作を制御するノートパソコン２０と、フレーム３０の上部に水平方向前方へ延びるように設けられたサブフレーム３２によって撮像方向を下方に向けて支持され、載置されたコンクリート舗装面４０などの上での移動方向と直交する細長い被撮像領域である帯状領域４０ａを撮像するラインカメラ１１と、フレーム３０の上端に水平方向後方へ延びるように設けられ、構造物スキャナー１００を移動させるときに把持するためのハンドル３１とを備えている。

ノートパソコン２０（特に後述するディスプレー２０ｂ）とハンドル３１とは、操作や表示確認などをしやすくするため、できるだけ近接させることが好ましいが、少なくとも、ディスプレー２０ｂは、ハンドル３１を把持したままの状態で表示内容が視認できるように配置することが好ましい。ただし、構造物スキャナー本体１０とノートパソコン２０との接続を無線式とし、構造物スキャナー本体１０を押す人とは別の人が離れた場所でディスプレー２０ｂの表示を確認するような構成もあり得る。

なお、検査対象とするコンクリート舗装面４０としては、例えば、鉄道駅のホーム、空港のエプロン（駐機場）や滑走路、橋などが挙げられるが、これらに限らない。また、舗装も必ずしもコンクリートに限るわけではない。

図１に示すように、構造物スキャナー本体１０の側面の前方および後方には、それぞれ車輪１５が取り付けられている。反対側側面に取り付けられたものも含む４つの車輪１５に支持されることで、ハンドル３１を押すことによる人力での構造物スキャナー１００の移動が容易となる。移動時の振動を極力軽減するため、車輪１５には除震性を有するタイヤを用いることが好ましい。

構造物スキャナー本体１０は、帯状領域４０ａに対応する位置のやや後方に配置され、帯状領域４０ａを斜め上方から高均一に照明するＬＥＤ照明１２ａと、このＬＥＤ照明１２ａ専用の照明電源１２ｂと、車輪１５の回転に連動するように配置され、コンクリート舗装面４０などの上での構造物スキャナー１００の移動距離を検知するエンコーダ１３と、このエンコーダ１３で検知された移動距離に基づいてラインカメラ１１による撮像を行わせる同期部１４ａ（図２を参照して後述）を収めた電装ボックス１４とを備えている。

ラインカメラ１１は、コンクリート舗装面４０などのひび割れが十分識別可能な解像度を有するモノクロのデジタルカメラであり、撮像部として機能する。例えば、カメラ本体１１ａがＣマウントカメラである場合、構造物スキャナー本体１０の横幅のほぼ全体を撮像できるように、広角のレンズ１１ｂ（例えば２８ｍｍ程度）を用いることが好ましい。ただし、複数台のカメラを横に並べて配置し、それらによって撮像された画像を合成するようにしてもよいし、１台のカメラで移動方向とは直交する方向に走査を行ってもよい。また、カラーのカメラを用いてもよい。

照明部であるＬＥＤ照明１２ａは、例えば、白色ＬＥＤを光源とし、細長い帯状領域を高輝度で高均一に照明するＬＥＤ照明が挙げられるが、これに限らない。２つ以上のＬＥＤ照明を組み合わせてもよいし（例えば、帯状領域４０ａに対応する位置の前後両方に配置）、ＬＥＤ以外の光源を用いてもよい。それらの照明の種類、配置や照明方向などは、コンクリート舗装面４０などのひび割れができるだけ鮮明に撮像できるようにすることが好ましい。

照明電源１２ｂは、ＬＥＤ照明１２ａの発光量をパルス調光方式や電圧調光方式によって可変とする専用電源である。パルス調光方式を用いる場合、ラインカメラ１１による撮像のシャッター速度が特に高速なときには、撮像された画像に照明ムラなどが生じないように、撮像のタイミングなどに留意する必要がある。ただし、用いる照明の種類によっては、このような専用電源は必須とは限らない。

位置変化検知部であるエンコーダ１３は、構造物スキャナー１００の移動による位置変化を検知するため、例えば、車輪１５の１つの軸受部に回転に連動するように配置され、一定回転量（角度）毎にパルス信号を発生する。これにより、車輪１５の外周長との関係から、構造物スキャナー１００の位置変化、具体的には移動距離を検知することができる。

撮像時期制御部として機能する同期部１４ａは、エンコーダ１３から発生されるパルス信号に基づいて、ラインカメラ１１による撮像の時期を制御する。具体的には、予め定められた回数のパルス信号をカウントする毎に、ラインカメラ１１による撮像を同期的に行わせる。これにより、構造物スキャナー１００が一定距離だけ移動する毎にラインカメラ１１による撮像を行うことができる。このとき、ＬＥＤ照明１２ａをラインカメラ１１の撮像タイミングと同期させてストロボ発光させてもよい。

また、図１に示すように、構造物スキャナー本体１０の上面には、バッテリー１８が取り付けられており、コネクタ（不図示）を介して、構造物スキャナー本体１０内部の照明電源１２ｂ、エンコーダ１３、同期部１４ａなどに電力を供給する。ただし、バッテリー１８の取り付けは構造物スキャナー本体１０の上面に限らないし、可能であれば構造物スキャナー本体１０に内蔵してもよい。

図２に示すように、画像取得解析部として機能するノートパソコン２０はその本体に、構造物スキャナー１００の各部の動作を制御するとともに、ラインカメラ１１によって撮像された画像データの取得や解析などを行うＣＰＵ２０ａと、このＣＰＵ２０ａによって取得された画像データや解析結果などを表示する表示部としてディスプレー２０ｂとを備えている。画像取得解析部として上記のように汎用のノートパソコンを用いてもよいし、専用の情報処理装置を用いてもよい。

さらに、ノートパソコン２０には保存部として大容量のハードディスク２１が外付けされている。ただし、このような外付けハードディスク２１は必須ではない。外付けハードディスク２１の代わりに、ノートパソコン２０の内部に収容可能なタイプのハードディスクまたは不揮発メモリなどを保存部として用いてもよい。

構造物スキャナー本体１０とラインカメラ１１やノートパソコン２０との接続はケーブル２２（図１では不図示）によって行うが、これらの接続を無線式としてもよい。

＜構造物スキャナー１００による検査＞
構造物スキャナー１００による検査方法について次に説明する。

まず、構造物スキャナー１００を検査対象とするコンクリート舗装面４０などの上に置き、ノートパソコン２０側で移動開始前の準備作業などをした後、ＬＥＤ照明１２ａを点灯させ、ハンドル３１を押して構造物スキャナー１００をなるべく一定の速度で前方へ移動開始させる。

構造物スキャナー１００の移動によって車輪１５が回転すると、一定回転量（角度）毎にエンコーダ１３からパルス信号が発生する。同期部１４ａは、予め定められた回数のパルス信号をカウントする毎にラインカメラ１１による撮像を同期的に行わせる。これにより、コンクリート舗装面４０などの上で一定距離間隔の帯状領域４０ａを連続して撮像することができる。

ノートパソコン２０は、ラインカメラ１１によって撮像された帯状領域４０ａの画像データを撮像毎に取得し、必要に応じて外付けハードディスク２１にそれぞれ保存するとともに、ＣＰＵ２０ａによって様々な画像処理や解析などを行ってコンクリート舗装面４０などの劣化や亀裂などを検出する。具体的な解析には、例えば、背景技術として上述した各特許文献に記載されているような装置やシステムで開示されている方法なども適用可能である。

検査対象とするコンクリート舗装面４０などの図面や地図などの情報を予め入力しておけば、構造物スキャナー１００の移動開始地点情報と撮像された帯状領域４０ａの距離間隔などに基づいて、図面や地図などの上に帯状領域４０ａの各画像データを自動的に重ね合わせてディスプレー２０ｂに表示することもできる。ノートパソコン２０はハンドル３１付近に支持されており、構造物スキャナー１００を移動させながらディスプレー２０ｂ上の表示をリアルタイムで確認できる。これにより、コンクリート舗装面４０などの上の帯状領域４０ａが漏れなく鮮明に撮像されているかを容易に確認しながら検査作業を行うことができる。また、図面や地図などの上に重ね合わせた帯状領域４０ａの各画像データを用いれば、検査報告書なども効率的に作成可能となる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態のように人力によって移動するのではなく、自走手段によって移動可能としたものを第２実施形態として次に説明する。なお、第１実施形態と同一の構成部材には同一の参照符号を付し、主として相違点について説明する。

図３は本発明の第２実施形態に係る構造物スキャナー１００Ａの概略構成を示す側面図である。

図３に示すように、コンクリート舗装面４０などの検査を行う構造物スキャナー１００Ａは、扁平な箱形状の構造物スキャナー本体１０Ａと、載置されたコンクリート舗装面４０などの上での移動方向と直交する細長い被撮像領域である帯状領域４０ａを撮像するラインカメラ１１とを備えている。このラインカメラ１１は、構造物スキャナー本体１０Ａの後端部に垂直方向へ延びるように取り付けられた後方フレーム３０Ａと構造物スキャナー本体１０Ａの前端部に垂直方向へ延びるように取り付けられた前方フレーム３３とで水平に支持されたサブフレーム３２によって、撮像方向を下方に向けて支持されている。

構造物スキャナー本体１０Ａの側面の前方および後方には、それぞれ車輪１５が取り付けられており、構造物スキャナー本体１０Ａの上面には、バッテリー１８が取り付けられている。

また、構造物スキャナー本体１０Ａは、帯状領域４０ａに対応する位置のやや後方に配置され、帯状領域４０ａを斜め上方から高均一に照明するＬＥＤ照明１２ａと、このＬＥＤ照明１２ａ専用の照明電源１２ｂと、車輪１５の回転に連動するように配置され、コンクリート舗装面４０などの上での構造物スキャナー１００の移動距離を検知するエンコーダ１３と、このエンコーダ１３で検知された移動距離に基づいてラインカメラ１１による撮像を行わせる同期部１４ａや各部の制御を行う制御部を収めた電装ボックス１４Ａとを備えている。

さらに、構造物スキャナー１００Ａは、構造物スキャナー本体１０Ａに自走による自律移動を可能とするために車輪１５を駆動する駆動部１９（モーターなど）を内蔵するとともに、自走時に周囲の障害物などと衝突することを回避するための障害物検知センサー３４を構造物スキャナー本体１０Ａの前端部とサブフレーム３２の前端部とに備えている。

なお、駆動部１９および車輪１５による前後方向の移動だけでなく、移動方向を変えられるようにしてもよい。ラジコン式またはリモコン式にして、離れた場所から作業者の操作によって操縦可能としてもよい。自走による移動させるものを、ラインカメラ１１、ＬＥＤ照明１２ａ、照明電源１２ｂおよびバッテリー１８などに限定してもよい。障害物検知センサー３４は、構造物スキャナー本体１０Ａの後端部や側面などに追加してもよい。

また、構造物スキャナー本体１０Ａとノートパソコン２０との接続を無線式とし、ラインカメラ１１によって撮像された画像データや解析結果などを、構造物スキャナー本体１０Ａとは離れた場所でディスプレー２０ｂに表示させてもよい。

このような構成によれば、コンクリート舗装面４０などの検査を、人手を介さずに自動的に行うことができ、管理などを行う作業者の負担も軽減できる。

＜その他の実施形態＞
構造物スキャナー１００に、通常のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や屋内ＧＰＳなどの絶対位置検知器を備えてもよい。

上述した構造物スキャナー１００では、エンコーダ１３によって移動開始地点からの直線上の移動距離がわかるだけであったが、絶対位置検知器と併用することで、コンクリート舗装面４０などで２次元の広がりをもった領域を検査対象とすることもできる。

また、絶対位置検知器はノートパソコン２０に内蔵したり、ハンドル３１付近に備えてもよい。

なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

１０ 構造物スキャナー本体
１０Ａ 構造物スキャナー本体
１１ ラインカメラ（撮像部）
１１ａ カメラ本体
１１ｂ レンズ
１２ａ ＬＥＤ照明（照明部）
１２ｂ 照明電源
１３ エンコーダ（移動距離検知部）
１４ 電装ボックス
１４Ａ 電装ボックス
１４ａ 同期部
１５ 車輪
１８ バッテリー
１９ 駆動部
２０ ノートパソコン
２０ａ ＣＰＵ（制御部）
２０ｂ ディスプレー（表示部）
２１ 外付けハードディスク（保存部）
２２ ケーブル
３０ フレーム
３０Ａ 後方フレーム
３１ ハンドル（把持部）
３２ サブフレーム
３３ 前方フレーム
３４ 障害物検知センサー
４０ コンクリート舗装面
４０ａ 帯状領域
１００ 構造物スキャナー（構造物検査システム）
１００Ａ 構造物スキャナー（構造物検査システム）

Claims (3)

1. 載置面上の被撮像領域を撮像するための撮像部と、
   前記被撮像領域を照明する照明部と、
   前記載置面上での移動による位置変化を検知する位置変化検知部と、
   この位置変化検知部によって検知された前記位置変化に基づいて前記撮像部による撮像の時期を制御する撮像時期制御部と、
   前記撮像部によって撮像された画像データの取得および解析を行う画像取得解析部と、
   この画像取得解析部によって取得された前記画像データまたはその解析結果の少なくとも一方を表示する表示部と、
   前記画像データを保存する保存部と、
   移動させるために把持する把持部と
   を備え、
   前記表示部は、前記把持部を把持した状態で表示内容を視認可能に配置されていることを特徴とする構造物検査システム。
2. 載置面上の被撮像領域を撮像するための撮像部と、
   前記被撮像領域を照明する照明部と、
   前記載置面上での移動による位置変化を検知する位置変化検知部と、
   この位置変化検知部によって検知された前記位置変化に基づいて前記撮像部による撮像の時期を制御する撮像時期制御部と、
   前記撮像部によって撮像された画像データの取得および解析を行う画像取得解析部と、
   前記画像データを保存する保存部と、
   少なくとも前記撮像部および前記照明部を移動するための自走手段と、
   前記画像取得解析部によって取得された前記画像データまたはその解析結果の少なくとも一方を前記撮像部から離れた場所に表示する表示部と
   を備えることを特徴とする構造物検査システム。
3. 請求項１または２に記載の構造物検査システムにおいて、
   絶対位置情報を検知する絶対位置検知器をさらに備え、
   前記画像取得解析部は、前記撮像部によって撮像された画像データおよび前記絶対位置検知器によって検知された前記絶対位置情報の取得および解析を行うことを特徴とする構造物検査システム。

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