JP3737455B2 - Displacement measuring device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の変位測定や構造物の傾き測定、地表面の変位測定、地盤法面の変位測定あるいはトンネルの天端沈下測定、内空変位測定等各種の変位及び各種のひずみ、応力を測定する変位測定装置に関するものである。
【従来の技術】
従来、土木、建築等の分野における一般的な測定、計測手法としては、いわゆる光波測距儀による計測、水準儀、コンバージェンスメジャーによる計測、精密写真測量によるコンバージェンス（相対変位量）計測などが一般に知られている。そしてこれら従来の計測手法を用いてトンネル内側壁面などの変位を測定するものとしていた。
【０００２】
しかしながら、光波測距儀など従来の機器は高価であり、また従来の計測手法を用いての変位測定作業を正確、迅速に行うについては、作業者に熟練した技術が要求されていた。
【発明が解決しようとする課題】
かくして本発明は前記従来の課題に対処すべく創案されたものであり、計測、変位測定に使用する各種機器も市販された安価な機器を使用でき、しかもそれらを組み合わせて使用することにより簡単な作業で計測、変位測定作業が行え、しかも特殊な技術を必要とせずに迅速、正確な各種測定物の変位測定が行える変位測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
本発明による変位測定装置は、
一対の直進性ある光線を、間隔をあけて照射し、前記照射した一対の直進性ある光線のうち、一方側の光線上には、該一方側の光線上にあわせて設置され、かつ変動しないようにした少なくとも１点の座標既知点を、他方側の光線上には、該他方側の光線上にあわせて設置され、かつ変動しないようにした少なくとも２点の座標既知点を形成し、少なくとも前記３点の座標既知点で基準平面が形成された、設置位置、照射方向および前記光線間の間隔を固定不動にした一対の座標既知点形成装置と、
変位する測定対象物に設けられ、前記測定対象物の変位により変位する複数の変位測定点と、
前記座標既知点及び変位測定点が設けられた測定対象物につき、前記座標既知点及び変位測定点を含ませ、撮影位置を変更して複数枚写真撮影する焦点距離を固定したデジタルカメラと、
前記焦点距離を固定したデジタルカメラで撮影された複数枚の画像データを処理し、前記複数の変位測定点の絶対座標を測定する絶対座標測定装置と、
を備えたことを特徴とし、
または、
一対の直進性ある光線を、間隔をあけて照射し、前記照射した一対の直進性ある光線のうち、一方側の光線上には、該一方側の光線上にあわせて設置され、かつ変動しないようにした少なくとも１点の座標既知点を、他方側の光線上には、該他方側の光線上にあわせて設置され、かつ変動しないようにした少なくとも２点の座標既知点を形成し、少なくとも前記３点の座標既知点で基準平面が形成された、設置位置、照射方向および前記光線間の間隔を固定不動にした一対の座標既知点形成装置と、
変位する測定対象物に設けられ、前記測定対象物の変位により変位する複数の変位測定点と、
前記座標既知点及び変位測定点が設けられた測定対象物につき、前記座標既知点及び変位測定点を含ませ、撮影位置を変更して複数枚写真撮影する焦点距離を固定したデジタルカメラと、
前記焦点距離を固定したデジタルカメラで撮影された複数枚の画像データを処理し、前記複数の変位測定点の絶対座標を測定する絶対座標測定装置と、
を備え、
前記焦点距離を固定したデジタルカメラでの写真撮影は継続して経時的に行われ、
前記絶対座標測定装置は、時間をずらして撮影された複数枚の画像データにより前記変位測定点の変位を測定することを特徴とし、
または、
一対の直進性あるレーザー光線を、間隔をあけて照射し、前記照射した一対の直進性あるレーザー光線のうち、一方側のレーザー光線上には、該一方側のレーザー光線上にあわせて設置され、かつ変動しないようにした少なくとも１点の座標既知点を、他方側のレーザー光線上には、該他方側のレーザー光線上にあわせて設置され、かつ変動しないようにした少なくとも２点の座標既知点を形成し、少なくとも前記３点の座標既知点で基準平面が形成された、設置位置、照射方向および前記光線間の間隔を固定不動にした一対の座標既知点形成装置と、
変位する測定対象物に設けられ、前記測定対象物の変位により変位する複数の変位測定点と、
前記座標既知点及び変位測定点が設けられた測定対象物につき、前記座標既知点及び変位測定点を含ませ、撮影位置を変更して複数枚写真撮影する焦点距離を固定したデジタルカメラと、
前記焦点距離を固定したデジタルカメラで撮影された複数枚の画像データを処理し、前記複数の変位測定点の絶対座標を測定する絶対座標測定装置と、
を備え、
前記焦点距離を固定したデジタルカメラでの写真撮影は継続して経時的に行われ、
前記絶対座標測定装置は、時間をずらして撮影された複数枚の画像データにより前記変位測定点の変位を測定することを特徴とするものである。
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
【０００３】
図１は所定の直方形体状をなす構造物１の傾きあるいは当該構造物１の側壁等の変位を測定するための変位測定装置を示している。
【０００４】
該構造物１の一側壁２下方側にはレーザー照射機器３，３が所定の間隔をあけて固定され、設置されており、その照射方向は、構造物１の下側から上側に向かって、また双方のレーザー照射機器３，３から照射されたレーザー光線４が平行になるような照射方向とされている。
【０００５】
ここで、レーザー照射機器３，３の設置位置及び照射方向は不動であることが必要であり、そのため比較的変動しないとされる構造物１の一側壁２の下端部分に前記レーザー照射機器３，３が設置されることとなる。
【０００６】
しかして、この照射方向には、照射されるレーザー光線４を受ける標点（座標既知点）５が設けられており、図１では一対のレーザー照射機器３，３から照射されたレーザー光線４の先端部分と後端部分とに前記標点５が都合４点設けられている。そして、これら標点５も変動しないことが必要となる。
【０００７】
ここでは標点５が４点設けられているが、少なくとも３点あればこれにより基準となる基準平面が決定できる。
【０００８】
すなわち、２点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を通り、ベクトルＲ（ｌ，ｍ，ｎ）の方向に平行な平面を表す式は、
【０００９】
【数１】
で表される。
【００１０】
【数２】
今、点Ｐ１と点Ｐ２のベクトルＲ上に、少なくとも３点の標点が設けられれば、それら３点で決定される平面は、式（３）と同じ平面となることは明らかなのである。
【００１１】
上記のように基準平面が決定された後、測定対象物である構造物１の一側壁２に複数の変位測定点６が設置される。
【００１２】
変位測定点６については、構造物１の一側壁２における窓枠コーナ部などを利用して変位測定点６としても構わないし、また一側壁２に新たにマーカー等を取り付け変位測定点６としても構わない。図１に示す本実施例の構造物１の一側壁２には６カ所に変位測定点６が設けられている。
【００１３】
ところで、写真測量において、この基準となる平面を決定することはきわめて重要となる。
【００１４】
なぜなら、基準となる平面が存在しない場合、前述したような測定すべき複数の変位測定点６，６間の相対的な位置関係は認識することができるが、各変位測定点６あるいは変位測定点６，６間の絶対位置関係（絶対座標）は認識できないからである。
【００１５】
前述のように複数の変位測定点６を設置した後、焦点を合わし、そして焦点を固定したデジタルカメラ７により、撮影位置をずらして複数枚の写真撮影を行う。本実施例では撮影位置をずらして３回の写真撮影が行われている。
【００１６】
また、この写真撮影は時間をずらして、経時的に複数回行われる。
【００１７】
そして、この写真撮影は所定の測定対象物（図１に示す本実施例では構造物１の一側壁２）に向けて行われるものであり、しかも前記の標点５及び複数箇所に設置された変位測定点６を含んで行われる。
【００１８】
しかして写真撮影後、撮影した複数の映像データを画像処理装置（絶対座標測定装置）に取り込み、コンピュータ処理して前記複数箇所での変位測定点６の絶対座標（絶対値関係）を測定すればよい。
【００１９】
【数３】
なお、ｃｉは写真ｉの焦点距離である。
【００２０】
ここでは、それぞれの写真がすべての写真に共通した内部標定要素をもつものとみなすことができるので、複数の写真について同時に写真標定を行う。
【００２１】
この方法では、外部標定要素
【００２２】
【数４】
は写真ごとに異なるが、他の８個の内部標定要素
【００２３】
【数５】
はすべての写真で同一であるとして解析を行う。
【００２４】
ここで、式（１）〜（８）で表される共線条件式は、未知数について非線形である。したがって、解析では、未知数を近似値と微少補正量とに分解して考えて非線形方程式を線形化し、繰り返し計算によって解が求められるのである。
【００２５】
このように求められた複数の変位測定点６についての絶対座標データは解析され、どの程度変位したかが画面上で正確、迅速に確認することができる。
【００２６】
次に、図２に示す実施例につき説明する。
【００２７】
図２では所定の地表面８についての変位測定を本発明による変位測定装置で行った例を示している。
【００２８】
所定の地表面８の下側位置に所定の間隔をあけレーザー照射機器３，３を固定して、設置し、略水平方向へレーザー光線４を照射する。
【００２９】
しかして、この照射方向には、照射されるレーザー光線４を受ける標点５が設けられており、図２では図１と同様に各レーザー照射機器３，３から照射されたレーザー光線４の先端部分と後端部分とに前記標点５が都合４点設けられている。
【００３０】
この４点の標点５は同じ平面上に存することになり、これにより基準となる平面が決定される。
上記のように基準平面が決定された後、測定対象物である地表面８上に複数の変位測定点６が設置される。
【００３１】
その後、手動焦点等で焦点を合わし、かつ焦点を固定したデジタルカメラ７により撮影位置をずらし、写真撮影を行う。そして、時間をずらし、例えば数日おき、あるいは数週間おきに写真撮影を行う。
【００３２】
そして、撮影した複数の映像データを画像処理装置に取り込み、コンピュータ処理して前記複数箇所での変位測定点６の絶対座標を測定するのである。
【００３３】
これにより、測定すべき地表面８のずれ、陥没、突起など様々な地表面８の変位が測定できる。
【００３４】
次に図３に他の実施例を示す。
【００３５】
図３に示す実施例は所定の地盤の法面９に本発明による変位測定装置を適用した例である。
【００３６】
所定地盤法面９の側方位置に所定の間隔をあけレーザー照射機器３，３を固定して設置し、横方向に向けて一対のレーザー光線４，４を照射する。
【００３７】
しかして、この照射方向には、照射されるレーザー光線４を受ける標点５が設けられており、図３では図１、図２と同様に各レーザー照射機器３，３から照射されたレーザー光線４の先端部分と後端部分とに前記標点５が都合４点設けられている。
【００３８】
この４点の標点５により基準となる平面が決定される。
上記のように基準平面が決定された後、測定対象物である法面９に複数の変位測定点６が設置される。
【００３９】
その後、手動焦点等で焦点を合わし、かつ焦点を固定したデジタルカメラ７により位置をずらし、時間をずらし前記法面９の写真撮影を行う。
【００４０】
そして、撮影した複数映像データを画像処理装置に取り込み、コンピュータ処理して前記複数箇所での変位測定点６の絶対座標を測定するのである。
【００４１】
これにより、測定すべき法面９のずれ、陥没、突起など様々な変位が測定できる。
【００４２】
次に、図４に本発明の他の実施例を示す。
【００４３】
図４に示す実施例では図４から理解されるように、既設トンネル１０内あるいは掘削したトンネル１０内の様々な管理が行える。
【００４４】
たとえば供用中のトンネル１０の天端沈下、内空変位左斜、内空変位右斜、上半内空変位、下半内空変位等様々な部位の変位が測定できるのである。
【００４５】
図４に示すように、トンネル１０の入り口において、そのトンネル１０両端下方に一対のレーザー照射機器３，３を固定して設置する。そして、おのおの水平方向へ向けて一対のレーザー光線４，４を照射する。
【００４６】
しかして、この照射方向には、照射されるレーザー光線４を受ける標点５が複数（少なくとも３点）設けられており、図４では各レーザー照射機器３，３から照射されたレーザー光線４の先端部分と後端部分とに前記標点５が都合６点設けられている。
【００４７】
この６点の標点５は同じ平面上に存することになり、これにより基準となる平面が決定される。
上記のように基準平面が決定された後、測定対象物であるトンネル１０の内側壁に複数の変位測定点６を設置する。
【００４８】
その後、焦点を合わし、かつ焦点を固定したデジタルカメラ７により位置をずらし、時間をずらして前記標点５及び複数の変位測定点６を含んだトンネル１０内の写真撮影を行う。
【００４９】
そして、撮影した複数の映像データを画像処理装置に取り込み、コンピュータ処理して前記複数箇所に設置された変位測定点６の絶対座標を測定するのである。
【００５０】
これにより、測定すべきトンネル１０の天端沈下、内空変位左斜、内空変位右斜、上半内空変位、下半内空変位等各種の変位が測定できる。すなわち、図６および図７における標点６の各座標成分の絶対変位（Δｘ，Δｙ、Δｚ）が測定できる。
【００５１】
図５，図６は掘削途中でのトンネル１０の各種変位を測定するもので、本発明による装置により正確なまた安全なトンネル掘削が実現できる。
【００５２】
すなわち、掘削途中のトンネル１０入り口において、そのトンネル１０両端下方におのおのレーザー照射機器３，３を固定して設置する。そして、おのおの水平方向へ向けて一対のレーザー光線４，４を照射する。
【００５３】
しかして、この照射方向には、照射されるレーザー光線４を受ける標点５が複数（少なくとも３点）設けられており、図５では各レーザー照射機器３，３から照射されたレーザー光線４の先端部分と後端部分とに前記標点５が都合４点設けられている。
【００５４】
この４点の標点５は同じ平面上に存することになり、これにより基準となる平面が決定される。
上記のように基準平面が決定された後、測定対象物である掘削途中トンネル１０の内側壁に複数の変位測定点６を設置する。
【００５５】
その後、焦点を合わして焦点固定したデジタルカメラ７により位置をずらし、時間をずらして前記標点５及び複数の変位測定点６を含んだ掘削途中のトンネル１０内の写真撮影を行う。
【００５６】
そして、撮影した複数の映像データを画像処理装置に取り込み、コンピュータ処理して前記複数箇所に設置された変位測定点６の絶対座標を測定するのである。
【００５７】
これにより、測定すべき掘削途中トンネル１０の天端沈下、内空変位左斜、内空変位右斜、上半内空変位、下半内空変位等各種の変位が測定できる。
図７，図８は掘削したトンネル１０の出来形管理に本発明による装置を応用した例を示したものである。すなわち、掘削したトンネル１０の施工断面１８が、設計断面１６を満足しているかを測定管理することが必要とされており、その測定管理を本発明の変位測定装置で行うものである。
【００５８】
図７，図８中の斜線部分は掘削不足部分１７（一般に「アタリ」と称呼される）となっており、かかる掘削不足部分１７は二次覆工コンクリートの施工前には除去しておく必要がある。
【００５９】
しかして、掘削したトンネル１０入り口において、そのトンネル１０両端下方におのおのレーザー照射機器３，３を固定して設置する。そして、おのおの水平方向へ向けて一対のレーザー光線４，４を照射する。
【００６０】
しかして、この照射方向には、照射されるレーザー光線４を受ける標点５が複数（少なくとも３点）設けられており、図７では各レーザー照射機器３，３から照射されたレーザー光線４の先端部分と後端部分とに前記標点５が都合６点設けられている。
【００６１】
この６点の標点５は同じ平面上に存することになり、これにより基準となる平面が決定される。
上記のように基準平面が決定された後、測定対象物である掘削したトンネル１０の施工断面１８における内側壁に複数の変位測定点６を設置する。
【００６２】
その後、焦点を合わせ焦点固定したデジタルカメラ７により位置をずらし、時間をずらして前記標点５及び複数の変位測定点６を含んだ掘削途中のトンネル１０内の写真撮影を行う。
【００６３】
そして、撮影した複数の映像データを画像処理装置に取り込み、コンピュータ処理して前記複数箇所に設置された変位測定点６の絶対座標を測定するのである。
【００６４】
これにより、設計断面１６に対する施工断面１８の掘削不足部分１７が明らかになる。
【００６５】
図９は、いわゆる片持ち張り出し工法により橋梁の施工工事を行う際に本発明を適用したものである。
【００６６】
すなわち、図９に示すように片持ち張り出し工法など、複数ブロックに分けて桁部を構築する橋梁工事では、新規打設ブロック２０のいわゆる上げ越し量を管理する必要がある。すなわち、新規打設ブロック２０を張り出して形成する工法のため、その先端部では下側に垂れてしまうからである。よってあらかじめ上側に傾斜を持たせて新規打設ブロック２０を打設する必要があり、当該管理を新規打設ブロック２０の上げ越し量の管理と称している。
【００６７】
この場合、不動となる橋脚部１９の上に一対のレーザー照射機器３，３を固定して設置する。そして、打設完了部分に基準平面を形成する標点５を３点以上設置しておけば、測定点となる新規打設ブロック２０上における複数の変位測定点６の三次元座標を測定することが出来ることとなる。
【００６８】
すなわち、おのおの水平方向へ向けて一対のレーザー光線４，４を照射する。
【００６９】
しかして、この照射方向には、照射されるレーザー光線４を受ける標点５が新規打設ブロック２０上に複数（少なくとも３点）設けられており、図９では各レーザー照射機器３，３から照射されたレーザー光線４の先端部分と後端部分とに前記標点５が都合６点設けられている。
【００７０】
この６点の標点５は同じ平面上に存することになり、これにより基準となる平面が決定される。
上記のように基準平面が決定された後、測定対象物である張り出した新規打設ブロック２０上に複数の変位測定点６を設置する。
【００７１】
その後、焦点を合わせ焦点固定したデジタルカメラ７により位置をずらし、時間をずらして前記標点５及び複数の変位測定点６を含んだ新規打設ブロック２０の写真撮影を行う。
【００７２】
そして、撮影した複数の映像データを画像処理装置に取り込み、コンピュータ処理して前記複数箇所に設置された変位測定点６の絶対座標を測定するのである。
【００７３】
これにより、新規打設ブロック２０の上げ越し量を正確に認識することが出来る。
【００７４】
図１０はいわゆる山留め壁体２１の挙動計測へ本発明を適用した例を示したものである。
【００７５】
図１０に示すように、開削工事における掘削では、先行して構築した山留め壁体２１の挙動を計測し、該山留め壁体２１の安定性や民家２２などの近接構造物への影響度合いを観測しながら施工を行うことが必要となる。
【００７６】
この場合、変形の小さい開削隅角部２３などに一対のレーザー照射機器３，３を固定して設置する。そして、前記開削隅角部２３近傍位置に基準平面を形成する標点５を３点以上設置しておけば、測定点となる山留め壁体２１の壁面、特に中間部の壁面における複数の変位測定点６の三次元座標を測定することが出来ることとなる。
【００７７】
すなわち、前記設置したレーザー照射機器３，３からおのおの水平方向へ向けて一対のレーザー光線４，４を照射する。
【００７８】
しかして、この照射方向には、照射されるレーザー光線４を受ける標点５が山留め壁体２１の開削隅角部２３近傍位置壁面上に複数（少なくとも３点）設けられており、図１０では各レーザー照射機器３，３から照射されたレーザー光線４の先端部分と後端部分とに前記標点５が都合４点設けられている。
【００７９】
この４点の標点５は同じ平面上に存することになり、これにより基準となる平面が決定される。
上記のように基準平面が決定された後、測定対象物である山留め壁体２１の壁面上に複数の変位測定点６を設置する。
【００８０】
その後、焦点を合わせ焦点固定したデジタルカメラ７により位置をずらし、時間をずらして前記標点５及び複数の変位測定点６を含んだ山留め壁体２１の写真撮影を行う。
【００８１】
そして、撮影した複数の映像データを画像処理装置に取り込み、コンピュータ処理して前記複数箇所に設置された変位測定点６の絶対座標を測定するのである。
【００８２】
これにより、山留め壁体２１、特に変形量の大きい壁体中間部の絶対変位挙動が計測できる。
【００８３】
図１１はいわゆるシールドセグメント２４の変形計測へ本発明を適用した例であり、シールドトンネル工事では、シールド機２５内で組み立てられたセグメント２４が土圧によってどのように変形しているかを計測する必要がある。図１２に示すように、鉛直土圧が大きい場合には、セグメントは波線の楕円で示すように変形するからである。
【００８４】
この際、変形の収束したシールド機２５後方よりレーザー光線をシールド機２５先端に向かって照射し、シールド機２５後方近傍に位置するセグメントの絶対変位挙動を計測し、どの程度円形が歪んでいるかを評価して、作用している土圧が想定通りであるかなどを検証するのである。
【００８５】
図１３乃至図１４に円形立坑や矩形立坑の掘削時の変形計測につき、本発明を適用した例を示す。
【００８６】
前記の実施例では水平方向に構築されるトンネル形式の横坑での適用例であるが、本実施例はいわゆる垂直方向へ掘削された円形立坑や矩形立坑への適用例を示したものである。
【００８７】
このように、本実施例では坑の掘削方向に関係なく、掘削した内空面の絶対変位を計測することが可能である。ここには示してはいないが、斜坑（斜め方向の立坑）への適用も容易である。
【００８８】
図１５は重力式やロックフィルダムなどの提体挙動計測への適用例を示したものであり、重力式コンクリートダムやロックフィルダムでは、満水時や大地震前後での提体自体の挙動計測を測定することが、提体自体の安定性や健全性を評価する上で重要となる。
【００８９】
この場合、変位の小さく不動とみなせる岩着部近傍の提体にレーザー照射機器を設置して、提体内に配置した変位測定点６の絶対変位を三次元座標で計測できるのである。
【００９０】
次に、本発明をフローで説明すると、まずレーザー照射機器３，３を所定の箇所、すなわち座標既知点に設置する（ステップ１００）。
ついでレーザー照射機器３，３からレーザー光線を照射する際、該レーザー光線４を受ける標点５を少なくとも３点設置する（ステップ１０２）。そしてこれにより基準となる平面を決定する。
【００９１】
さらに、測量したい測点６を複数設置する（ステップ１０４）。
【００９２】
その後、手動焦点で焦点を合わしたデジタルカメラ７により位置をずらし、複数枚の写真撮影を行う（ステップ１０６）。
【００９３】
そして、撮影した複数の映像データを画像処理装置に取り込み、コンピュータ処理して前記複数箇所での変位測定点６の絶対座標を解析し（ステップ１０８）、算出、測定するのである（ステップ１１０）。
【００９４】
さらに、継続して経時的に測定する場合（ステップ１１２でＹＥＳ）には、レーザー照射機器３，３の設置位置や照射角度が動いたか否かを確認し、動いた場合には（ステップ１１４でＹＥＳ）、再度レーザー照射機器３，３を座標既知点に設置し直し（ステップ１００）、動かなかった場合には（ステップ１１４でＮＯ）、手動焦点で焦点を合わしたデジタルカメラ７により位置をずらし、複数内写真撮影を行うステップに戻ればよい。
【００９５】
次に図１７，図１８、図１９，図２０に標点形成具１１を示す。
【００９６】
標点５の形成はこの治具、すなわち標点形成具１１を使用して行う。
【００９７】
図１７に示す標点形成具１１はたとえばトンネル１０などの内壁に取り付けられる取付部１２と、該取付部１２の一端側から延出する取付杆１３と該取付杆１３に移動自在に取り付けられた標点部１４とを有して構成されている。
【００９８】
標点部１４にはいわゆる標的が形成されており、その標的の中心が照準点２９として構成されている。
【００９９】
ここで、トンネル１０の内壁に設置されている鋼製支保工やロックボルトの座金が利用できる場合には、取付部１２にマグネットを使用すれば簡単に脱着することができ作業の迅速化が図れ実用的である。
【０１００】
また、当該標点形成具１１の設置箇所近傍位置に前記鋼製支保工やロックボルトの座金等鉄製金具がないときには図１８に示すように、内部に雌ねじ部を有する固定金具２６をトンネル壁面に埋設し、その後雄ねじ部として形成した取付部１２を前記雌ねじ部内に螺着すればよい。
【０１０１】
さらに、図１８，図１９に示す標点形成具１１には標点部１４の反対側に透過式標点部１５が設けられており、たとえばトンネルのように後端部側（奥側）に向かって順次標点５を設けたいときには、トンネルの入り口側の標点５を決めた後でも、その奥側に向かって透過式標点部１５が設置でき順次標点５を決定できる。
【０１０２】
すなわち、透過式標点部１５であれば、標的の中心である照準点２９を通過してレーザー光線４がトンネルの後端部側（奥側）まで照射することになり、もってトンネル後端部側（奥側）においても順次標点５を設置することができることとなる。
【０１０３】
なお、標点部１４は透過式ではなく、反射式の標点部１４として形成されており、この標点部１４を使用するときには、奥側に向かって標点５を形成することができない。しかし、標点部１４は構造が簡単で安価なコストで作成することができる。
【０１０４】
また図２０は直進性のある光線例えばレーザー光線４を受けて標点５を決める際の標点部１４に受光素子２７としてたとえばＣＣＤを取り付けたものである。
【０１０５】
しかして、本装置ではＣＣＤの中心位置にレーザー光線４が照射されたとき光量がピークになるよう構成されており、その状況をモニター２８で確認しながら微調整できる構成とされている。
【０１０６】
ここで、前記微調整は手動で行うよう構成してもかまわないし、自動で行えるよう制御機器を取り付けて構成してもかまわない。
【０１０７】
尚、本発明において、光線はレーザー光線４に限定されるものではなく、直進性を有するものでればどのような光線を利用しても構わない。また、赤色、白色、緑色及び青色等の各色を有する光線でも構わないし、ＬＥＤ光線でも構わない。
【発明の効果】
かくして本発明は以上の構成よりなる。
【０１０８】
そして本発明による変位測定装置であれば、測定に使用する各種機器も市販された安価な機器を使用でき、しかもそれらを組み合わせて使用することにより簡単な測量作業でしかも特殊な技術を必要とせず正確な各種測定物の変位測定が行えるとの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を構造物の変位測定に使用した構成を説明する概略構成説明図である。
【図２】本発明を地表面の変位測定に使用した構成を説明する概略構成説明図である。
【図３】本発明を地盤法面の変位測定に使用した構成を説明する概略構成説明図である。
【図４】本発明を既設トンネルの変位測定に使用した構成を説明する概略構成説明図である。
【図５】本発明を掘削途上トンネルの変位測定に使用した構成を説明する概略構成説明図である。
【図６】トンネルの様々な変位測定の構成を説明する概略構成説明図である。
【図７】本発明によって掘削したトンネルの出来形管理を行う構成を説明した構成説明図である。
【図８】トンネルの掘削不足部分を説明する説明図である。
【図９】本発明を橋梁工事へ適用した構成を説明する構成説明図である。
【図１０】本発明を山留め壁挙動計測に適用した構成を説明する構成説明図である。
【図１１】本発明をシールドセグメントの変形計測に適用した構成を説明する構成説明図である。
【図１２】鉛直土圧が大きい場合のセグメントの変形状態を説明する説明図である。
【図１３】本発明を円形立坑の掘削時の変形計測に適用した構成を示す構成説明図である。
【図１４】本発明を矩形立坑の掘削時の変形計測に適用した構成を示す構成説明図である。
【図１５】本発明を重力式やロックフィルダムなどの提体挙動計測に適用した構成を示す構成説明図である。
【図１６】本発明の概略構成を説明するフローチャートである。
【図１７】標点形成具の概略構成を説明する構成説明図（その１）である。
【図１８】標点形成具の概略構成を説明する構成説明図（その２）である。
【図１９】標点形成具の概略構成を説明する構成説明図（その３）である。
【図２０】標点形成具の概略構成を説明する構成説明図（その４）である。
【符号の説明】
１ 構造物
２ 一側壁
３ レーザー照射機器
４ レーザー光線
５ 標点
６ 変位測定点
７ デジタルカメラ
８ 地表面
９ 法面
１０ トンネル
１１ 標点形成具
１２ 取付部
１３ 取付杆
１４ 標点部
１５ 透過式標点部
１６ 設計断面
１７ 掘削不足部分
１８ 施工断面
１９ 橋脚部
２０ 新規ブロック
２１ 山留め壁体
２２ 民家
２３ 開削隅角部
２４ セグメント
２５ シールド機
２６ 固定金具
２７ 受光素子
２８ モニター
２９ 照準点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides various displacements and various strains and stresses, such as structural displacement measurement, structural tilt measurement, ground surface displacement measurement, ground slope displacement measurement, tunnel top-end settlement measurement, and internal displacement measurement. The present invention relates to a displacement measuring apparatus that measures the above.
[Prior art]
Conventionally, as a general measurement and measurement method in the fields of civil engineering, architecture, etc., measurement by so-called light wave rangefinder, measurement by level, convergence measure, and convergence (relative displacement) measurement by precision photogrammetry are generally known. ing. And these conventional measurement methods are used to measure the displacement of the inner wall surface of the tunnel.
[0002]
However, conventional equipment such as a light wave range finder is expensive, and a technique skilled in the operator is required to accurately and quickly perform the displacement measurement work using the conventional measurement technique.
[Problems to be solved by the invention]
Thus, the present invention has been devised to address the above-described conventional problems, and various devices used for measurement and displacement measurement can also be used with inexpensive devices that are commercially available, and can be simplified by using them in combination. It is an object of the present invention to provide a displacement measuring apparatus that can perform measurement and displacement measurement work by work, and can quickly and accurately measure the displacement of various measurement objects without requiring a special technique.
[Means for Solving the Problems]
The displacement measuring device according to the present invention comprises:
A pair of straight raysIrradiate at intervals, said irradiationA pair of straight raysAmong them, at least one coordinate known point that is placed on the one side of the light beam so as not to fluctuate is set on the one side of the light beam, and on the other side of the light beam on the other side. Installed on the light beam so that it does not fluctuateat leastTwo pointsForm coordinates known pointThe reference plane was formed with at least the three known coordinate points, and the installation position, irradiation direction, and spacing between the light beams were fixed.A pair of known coordinate point forming devices;
DisplaceProvided on the measurement object, Displaced by the displacement of the measurement objectA plurality of displacement measurement points;
For the measurement object provided with the coordinate known point and the displacement measurement point,Including the coordinate known points and displacement measurement points;A digital camera with a fixed focal length for changing the shooting position and taking multiple photos,
An absolute coordinate measuring apparatus that processes a plurality of pieces of image data captured by a digital camera having a fixed focal length and measures absolute coordinates of the plurality of displacement measurement points;
It is characterized by having,
Or
A pair of straight raysIrradiate at intervals, said irradiationA pair of straight raysAmong them, at least one coordinate known point that is placed on the one side of the light beam so as not to fluctuate is set on the one side of the light beam, and on the other side of the light beam on the other side. Installed on the light beam so that it does not fluctuateat leastTwo pointsForm coordinates known pointThe reference plane was formed with at least the three known coordinate points, and the installation position, irradiation direction, and spacing between the light beams were fixed.A pair of known coordinate point forming devices;
DisplaceProvided on the measurement object, Displaced by the displacement of the measurement objectA plurality of displacement measurement points;
For the measurement object provided with the known coordinate point and the displacement measurement point, Including the coordinate known point and the displacement measuring point,A digital camera with a fixed focal length for changing the shooting position and taking multiple photos,
An absolute coordinate measuring apparatus that processes a plurality of pieces of image data captured by a digital camera having a fixed focal length and measures absolute coordinates of the plurality of displacement measurement points;
With
Photography with a digital camera with a fixed focal length is continuously performed over time,
The absolute coordinate measuring apparatus is characterized by measuring the displacement of the displacement measuring point by a plurality of image data photographed at different times,
Or
A pair ofStraight aheadLaser beamIrradiate at intervals, said irradiationA pair ofStraight aheadLaser beamAmong them, at least one coordinate known point that is set on the laser beam on one side so as not to fluctuate on the laser beam on one side is arranged on the laser beam on the other side. Installed on the laser beam so that it does not fluctuateat leastTwo pointsForming a coordinate known point, at leastSaid3 known pointsA pair of known coordinate point forming devices in which the reference plane is formed with the fixed position of the installation position, the irradiation direction, and the distance between the light beams, and
DisplaceProvided on the measurement object, Displaced by the displacement of the measurement objectA plurality of displacement measurement points;
For the measurement object provided with the coordinate known point and the displacement measurement point,Including the coordinate known points and displacement measurement points;A digital camera with a fixed focal length for changing the shooting position and taking multiple photos,
An absolute coordinate measuring apparatus that processes a plurality of pieces of image data captured by a digital camera having a fixed focal length and measures absolute coordinates of the plurality of displacement measurement points;
With
Photography with a digital camera with a fixed focal length is continuously performed over time,
The absolute coordinate measuring apparatus measures the displacement of the displacement measuring point from a plurality of image data photographed at different times.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
[0003]
FIG. 1 shows a displacement measuring device for measuring the inclination of a structure 1 having a predetermined rectangular shape or the displacement of a side wall or the like of the structure 1.
[0004]
Laser irradiation devices 3 and 3 are fixed and installed at a predetermined interval below one side wall 2 of the structure 1, and the irradiation direction is from the lower side to the upper side of the structure 1, Moreover, it is set as the irradiation direction so that the laser beam 4 irradiated from both laser irradiation apparatuses 3 and 3 may become parallel.
[0005]
Here, it is necessary that the installation position and the irradiation direction of the laser irradiation devices 3 and 3 are immovable. Therefore, the laser irradiation devices 3 and 3 are placed on the lower end portion of the one side wall 2 of the structure 1 which is assumed to be relatively unchanged. 3 will be installed.
[0006]
In this irradiation direction, a target point (coordinate known point) 5 for receiving the irradiated laser beam 4 is provided. In FIG. 1, the tip of the laser beam 4 irradiated from the pair of laser irradiation devices 3 and 3 is provided. 4 points are provided for convenience in the rear end portion. And it is necessary that these mark points 5 do not fluctuate.
[0007]
Here, four reference points 5 are provided, but if there are at least three points, a reference plane as a reference can be determined.
[0008]
That is, two points P1(X1, Y1, Z1), P2(X2, Y2, Z2) And a plane representing a plane parallel to the direction of the vector R (l, m, n) is
[0009]
[Expression 1]
It is represented by
[0010]
[Expression 2]
Now point P1And point P2Obviously, if at least three points are provided on the vector R, the plane determined by these three points will be the same plane as the equation (3).
[0011]
After the reference plane is determined as described above, a plurality of displacement measurement points 6 are installed on one side wall 2 of the structure 1 that is the measurement object.
[0012]
The displacement measurement point 6 may be used as the displacement measurement point 6 by using a window frame corner portion or the like on the one side wall 2 of the structure 1, or a new marker or the like may be attached to the one side wall 2 as the displacement measurement point 6. I do not care. Displacement measurement points 6 are provided at six locations on one side wall 2 of the structure 1 of this embodiment shown in FIG.
[0013]
By the way, in photogrammetry, it is extremely important to determine a plane serving as a reference.
[0014]
This is because, when there is no reference plane, the relative positional relationship between the plurality of displacement measurement points 6 and 6 to be measured can be recognized, but each displacement measurement point 6 or displacement measurement point can be recognized. This is because the absolute positional relationship (absolute coordinates) between 6 and 6 cannot be recognized.
[0015]
After a plurality of displacement measurement points 6 are set as described above, a plurality of photographs are taken by shifting the shooting position with the digital camera 7 which is focused and fixed in focus. In this embodiment, the photographing position is shifted and three times of photography are performed.
[0016]
Also, this photography is performed a plurality of times over time at different times.
[0017]
And this photography is performed toward a predetermined measurement object (one side wall 2 of the structure 1 in the present embodiment shown in FIG. 1), and is installed at the above-mentioned mark 5 and a plurality of locations. This is performed including the displacement measurement point 6.
[0018]
Thus, after taking a picture, a plurality of photographed video data is taken into an image processing device (absolute coordinate measuring device) and processed by a computer to measure the absolute coordinates (relative value relationship) of the displacement measuring points 6 at the plurality of locations. Good.
[0019]
[Equation 3]
Here, ci is the focal length of photograph i.
[0020]
Here, since each photo can be regarded as having an internal orientation element common to all photos, photo orientation is performed simultaneously on a plurality of photos.
[0021]
This method uses external orientation elements
[0022]
[Expression 4]
Is different for each photo, but the other 8 internal orientation elements
[0023]
[Equation 5]
Is analyzed as being the same in all photos.
[0024]
Here, the collinear conditional expressions represented by the equations (1) to (8) are nonlinear with respect to the unknowns. Therefore, in the analysis, the unknown is decomposed into an approximate value and a minute correction amount, the nonlinear equation is linearized, and a solution is obtained by iterative calculation.
[0025]
The absolute coordinate data for the plurality of displacement measurement points 6 thus determined is analyzed, and how much the displacement has been detected can be confirmed accurately and quickly on the screen.
[0026]
Next, the embodiment shown in FIG. 2 will be described.
[0027]
FIG. 2 shows an example in which the displacement measurement for a predetermined ground surface 8 is performed by the displacement measuring apparatus according to the present invention.
[0028]
The laser irradiating devices 3 and 3 are fixed and installed at a lower position on the lower surface of the predetermined ground surface 8, and the laser beam 4 is irradiated in a substantially horizontal direction.
[0029]
Thus, in this irradiation direction, a mark 5 for receiving the irradiated laser beam 4 is provided. In FIG. 2, as in FIG. 1, the tip of the laser beam 4 irradiated from each laser irradiation device 3 and 3 and Four points are provided on the rear end portion for convenience.
[0030]
The four points 5 are on the same plane, and a reference plane is thereby determined.
After the reference plane is determined as described above, a plurality of displacement measurement points 6 are installed on the ground surface 8 that is the measurement object.
[0031]
Thereafter, the photographing position is shifted by the digital camera 7 which is focused by manual focusing or the like and fixed in focus, and a photograph is taken. Then, the photograph is taken every other day, for example, every few days or every few weeks.
[0032]
Then, a plurality of photographed video data is taken into an image processing apparatus, and computer processing is performed to measure absolute coordinates of the displacement measurement points 6 at the plurality of locations.
[0033]
Thereby, various displacements of the ground surface 8 such as displacement, depression, and protrusion of the ground surface 8 to be measured can be measured.
[0034]
Next, FIG. 3 shows another embodiment.
[0035]
The embodiment shown in FIG. 3 is an example in which the displacement measuring device according to the present invention is applied to the slope 9 of a predetermined ground.
[0036]
The laser irradiation devices 3 and 3 are fixedly installed at a side position of the predetermined ground slope 9 with a predetermined interval, and a pair of laser beams 4 and 4 are irradiated in the lateral direction.
[0037]
Thus, in this irradiation direction, a mark 5 for receiving the irradiated laser beam 4 is provided. In FIG. 3, the laser beam 4 irradiated from each of the laser irradiation devices 3 and 3 is the same as in FIGS. The reference points 5 are conveniently provided at the front end portion and the rear end portion.
[0038]
A plane serving as a reference is determined by the four points 5.
After the reference plane is determined as described above, a plurality of displacement measurement points 6 are installed on the slope 9 which is a measurement object.
[0039]
Thereafter, the position is shifted by the digital camera 7 which is focused by manual focusing or the like, and the focal point is fixed, and the photograph of the slope 9 is taken by shifting the time.
[0040]
Then, the captured multiple video data is taken into an image processing apparatus, and computer processing is performed to measure the absolute coordinates of the displacement measurement points 6 at the plurality of locations.
[0041]
Thereby, various displacements such as deviation, depression, and protrusion of the slope 9 to be measured can be measured.
[0042]
Next, FIG. 4 shows another embodiment of the present invention.
[0043]
In the embodiment shown in FIG. 4, as can be understood from FIG. 4, various management in the existing tunnel 10 or the excavated tunnel 10 can be performed.
[0044]
For example, it is possible to measure the displacement of various parts such as the top end of the tunnel 10 in service, the inner sky displacement left oblique, the inner air displacement right oblique, the upper half inner space displacement, the lower half inner space displacement.
[0045]
As shown in FIG. 4, at the entrance of the tunnel 10, a pair of laser irradiation devices 3 and 3 are fixedly installed below both ends of the tunnel 10. Then, a pair of laser beams 4 and 4 are irradiated in the horizontal direction.
[0046]
Thus, in this irradiation direction, a plurality of (at least three) mark points 5 for receiving the irradiated laser beam 4 are provided. In FIG. 4, the tip portion of the laser beam 4 irradiated from each of the laser irradiation devices 3 and 3 is provided. The rear end portion is provided with six reference points 5 for convenience.
[0047]
The six reference points 5 are on the same plane, and the reference plane is thereby determined.
After the reference plane is determined as described above, a plurality of displacement measurement points 6 are installed on the inner wall of the tunnel 10 that is the measurement object.
[0048]
Thereafter, the position is shifted by the digital camera 7 which is focused and the focus is fixed, and a photograph is taken in the tunnel 10 including the reference point 5 and the plurality of displacement measurement points 6 at different times.
[0049]
Then, a plurality of photographed video data is taken into an image processing apparatus, and computer processing is performed to measure the absolute coordinates of the displacement measurement points 6 installed at the plurality of locations.
[0050]
As a result, various displacements can be measured, such as the fall of the top of the tunnel 10 to be measured, the inner air displacement left oblique, the inner air displacement right oblique, the upper half inner air displacement, the lower half inner air displacement. That is, the absolute displacement (Δx, Δy, Δz) of each coordinate component of the gauge point 6 in FIGS. 6 and 7 can be measured.
[0051]
5 and 6 measure various displacements of the tunnel 10 during excavation, and accurate and safe tunnel excavation can be realized by the apparatus according to the present invention.
[0052]
That is, at the entrance of the tunnel 10 in the middle of excavation, the laser irradiation devices 3 and 3 are fixedly installed below both ends of the tunnel 10. Then, a pair of laser beams 4 and 4 are irradiated in the horizontal direction.
[0053]
In this irradiation direction, a plurality of (at least three) marks 5 for receiving the irradiated laser beam 4 are provided. In FIG. 5, the tip of the laser beam 4 irradiated from each of the laser irradiation devices 3 and 3 is provided. 4 points are provided for convenience in the rear end portion.
[0054]
The four points 5 are on the same plane, and a reference plane is thereby determined.
After the reference plane is determined as described above, a plurality of displacement measurement points 6 are installed on the inner wall of the tunnel 10 during excavation, which is a measurement object.
[0055]
Thereafter, the position is shifted by the digital camera 7 which is focused and fixed in focus, and the inside of the tunnel 10 in the middle of excavation including the gauge point 5 and the plurality of displacement measurement points 6 is taken at different times.
[0056]
Then, a plurality of photographed video data is taken into an image processing apparatus, and computer processing is performed to measure the absolute coordinates of the displacement measurement points 6 installed at the plurality of locations.
[0057]
As a result, various displacements can be measured, such as the fall of the top end of the tunnel 10 to be measured, inner space displacement left oblique, inner air displacement right oblique, upper half inner space displacement, lower half inner space displacement.
7 and 8 show an example in which the apparatus according to the present invention is applied to the finished shape management of the excavated tunnel 10. That is, it is necessary to measure and manage whether the construction section 18 of the excavated tunnel 10 satisfies the design section 16, and the measurement management is performed by the displacement measuring apparatus of the present invention.
[0058]
The hatched portion in FIGS. 7 and 8 is an insufficiently excavated portion 17 (generally referred to as “atari”), and the insufficiently excavated portion 17 needs to be removed before the construction of the secondary lining concrete. There is.
[0059]
Thus, at the entrance of the tunnel 10 excavated, the laser irradiation devices 3 and 3 are fixedly installed below both ends of the tunnel 10. Then, a pair of laser beams 4 and 4 are irradiated in the horizontal direction.
[0060]
In this irradiation direction, a plurality of (at least three) mark points 5 for receiving the irradiated laser beam 4 are provided. In FIG. 7, the tip portion of the laser beam 4 irradiated from each of the laser irradiation devices 3 and 3 is provided. The rear end portion is provided with six reference points 5 for convenience.
[0061]
The six reference points 5 are on the same plane, and the reference plane is thereby determined.
After the reference plane is determined as described above, a plurality of displacement measurement points 6 are installed on the inner wall of the construction section 18 of the excavated tunnel 10 that is the measurement object.
[0062]
Thereafter, the position is shifted by the digital camera 7 which is focused and fixed in focus, and the time is shifted to take a picture of the tunnel 10 in the middle of excavation including the gauge point 5 and the plurality of displacement measurement points 6.
[0063]
Then, a plurality of photographed video data is taken into an image processing apparatus, and computer processing is performed to measure the absolute coordinates of the displacement measurement points 6 installed at the plurality of locations.
[0064]
Thereby, the insufficiently excavated portion 17 of the construction section 18 with respect to the design section 16 becomes clear.
[0065]
FIG. 9 shows the case where the present invention is applied when a bridge is constructed by a so-called cantilever projecting method.
[0066]
That is, in the bridge construction in which the girder portion is constructed by dividing it into a plurality of blocks, such as a cantilever projecting method as shown in FIG. That is, because the construction method for overhanging and forming the new placement block 20, it hangs down at the tip. Therefore, it is necessary to place the new placement block 20 with an inclination on the upper side in advance, and this management is referred to as management of the amount of overturn of the new placement block 20.
[0067]
In this case, the pair of laser irradiation devices 3 and 3 are fixedly installed on the pier portion 19 that is stationary. Then, if three or more gauge points 5 that form the reference plane are installed in the placement completion portion, the three-dimensional coordinates of the plurality of displacement measurement points 6 on the new placement block 20 that becomes the measurement points are measured. Can be done.
[0068]
That is, a pair of laser beams 4 and 4 are irradiated in the horizontal direction.
[0069]
In this irradiation direction, a plurality of (at least three) mark points 5 for receiving the irradiated laser beam 4 are provided on the new placement block 20, and in FIG. The reference points 5 are conveniently provided at the front end portion and the rear end portion of the laser beam 4 thus formed.
[0070]
The six reference points 5 are on the same plane, and the reference plane is thereby determined.
After the reference plane is determined as described above, a plurality of displacement measurement points 6 are installed on the overhanging new placement block 20 that is the measurement object.
[0071]
Thereafter, the position is shifted by the digital camera 7 which is focused and fixed in focus, and the new placement block 20 including the reference point 5 and the plurality of displacement measurement points 6 is photographed at different times.
[0072]
Then, a plurality of photographed video data is taken into an image processing apparatus, and computer processing is performed to measure the absolute coordinates of the displacement measurement points 6 installed at the plurality of locations.
[0073]
Thereby, the amount by which the new placing block 20 is lifted can be accurately recognized.
[0074]
FIG. 10 shows an example in which the present invention is applied to the behavior measurement of the so-called retaining wall 21.
[0075]
As shown in FIG. 10, in excavation in the excavation work, the behavior of the retaining wall body 21 constructed in advance is measured, and the stability of the retaining wall body 21 and the degree of influence on adjacent structures such as a private house 22 are observed. However, it is necessary to perform construction.
[0076]
In this case, the pair of laser irradiation devices 3 and 3 are fixedly installed on the cut corner portion 23 or the like with small deformation. If three or more reference points 5 that form a reference plane are provided in the vicinity of the cut corner portion 23, a plurality of displacement measurements are performed on the wall surface of the retaining wall body 21 serving as a measurement point, particularly on the intermediate wall surface. The three-dimensional coordinates of the point 6 can be measured.
[0077]
That is, a pair of laser beams 4 and 4 are irradiated from the installed laser irradiation devices 3 and 3 in the horizontal direction.
[0078]
Thus, in this irradiation direction, a plurality (at least three points) of the target points 5 for receiving the irradiated laser beam 4 are provided on the wall surface in the vicinity of the cut corner portion 23 of the retaining wall body 21. Four points 5 are conveniently provided at the front and rear end portions of the laser beam 4 irradiated from the laser irradiation devices 3 and 3.
[0079]
The four points 5 are on the same plane, and a reference plane is thereby determined.
After the reference plane is determined as described above, a plurality of displacement measurement points 6 are installed on the wall surface of the retaining wall body 21 that is the measurement object.
[0080]
Thereafter, the position is shifted by the digital camera 7 that is focused and fixed in focus, and the time is shifted to take a picture of the retaining wall body 21 including the reference point 5 and the plurality of displacement measuring points 6.
[0081]
Then, a plurality of photographed video data is taken into an image processing apparatus, and computer processing is performed to measure the absolute coordinates of the displacement measurement points 6 installed at the plurality of locations.
[0082]
Thereby, the absolute displacement behavior of the mountain retaining wall body 21, in particular, the middle wall portion having a large deformation amount can be measured.
[0083]
FIG. 11 shows an example in which the present invention is applied to deformation measurement of a so-called shield segment 24. In shield tunnel construction, it is necessary to measure how the segment 24 assembled in the shield machine 25 is deformed by earth pressure. There is. This is because, as shown in FIG. 12, when the vertical earth pressure is large, the segment is deformed as indicated by a wavy ellipse.
[0084]
At this time, the laser beam is irradiated toward the tip of the shield machine 25 from behind the shield machine 25 where the deformation has converged, and the absolute displacement behavior of the segment located near the back of the shield machine 25 is measured to evaluate how much the circle is distorted. Then, it is verified whether the earth pressure acting is as expected.
[0085]
FIGS. 13 to 14 show examples in which the present invention is applied to deformation measurement during excavation of a circular shaft or a rectangular shaft.
[0086]
In the above-mentioned embodiment, it is an application example in a tunnel type horizontal shaft constructed in the horizontal direction, but this embodiment shows an application example to a circular shaft or a rectangular shaft drilled in a so-called vertical direction. .
[0087]
Thus, in this embodiment, it is possible to measure the absolute displacement of the excavated inner air surface regardless of the excavation direction of the mine. Although not shown here, the present invention can be easily applied to an inclined shaft (an inclined shaft).
[0088]
Fig. 15 shows an example of application to the measurement of crustal behavior such as gravity and rock fill dams. For gravity concrete dams and rock fill dams, measurement of the behavior of the crumb itself during full water and before and after a major earthquake is measured. It is important to evaluate the stability and soundness of the corpse itself.
[0089]
In this case, a laser irradiation device is installed in the laying body in the vicinity of the rock formation where the displacement is small and immovable, and the absolute displacement of the displacement measuring point 6 arranged in the laying body can be measured in three-dimensional coordinates.
[0090]
Next, the present invention will be described with reference to a flow. First, the laser irradiation devices 3 and 3 are installed at predetermined locations, that is, coordinate known points (step 100).
Then, when irradiating laser beams from the laser irradiation devices 3 and 3, at least three reference points 5 for receiving the laser beams 4 are set (step 102). This determines a reference plane.
[0091]
Further, a plurality of measurement points 6 to be surveyed are installed (step 104).
[0092]
Thereafter, the position is shifted by the digital camera 7 focused with manual focus, and a plurality of photographs are taken (step 106).
[0093]
Then, a plurality of photographed video data is taken into an image processing apparatus, and computer processing is performed to analyze the absolute coordinates of the displacement measurement points 6 at the plurality of locations (step 108), and calculate and measure (step 110).
[0094]
Further, when continuously measuring over time (YES in step 112), it is confirmed whether or not the installation position and irradiation angle of the laser irradiation devices 3 and 3 have moved. (YES), the laser irradiating devices 3 and 3 are set again at known coordinate points (step 100), and if they do not move (NO at step 114), the position is shifted by the digital camera 7 focused at the manual focus. Return to the step of taking a plurality of pictures.
[0095]
Next, FIG. 17, FIG. 18, FIG. 19, and FIG.
[0096]
The mark 5 is formed using this jig, that is, the mark forming tool 11.
[0097]
A gage forming tool 11 shown in FIG. 17 is attached to a mounting portion 12 attached to an inner wall of a tunnel 10 or the like, a mounting rod 13 extending from one end side of the mounting portion 12, and a mounting rod 13 movably attached. And a gage portion 14.
[0098]
A so-called target is formed in the gauge point portion 14, and the center of the target is configured as an aiming point 29.
[0099]
Here, when a steel support or a lock bolt washer installed on the inner wall of the tunnel 10 can be used, it can be easily attached and detached by using a magnet for the mounting portion 12, and the work can be speeded up. It is practical.
[0100]
Further, when there is no steel bracket such as a steel support or a lock bolt washer in the vicinity of the installation location of the mark forming tool 11, as shown in FIG. 18, a fixing bracket 26 having an internal thread portion is provided on the tunnel wall surface. What is necessary is just to screw the attachment part 12 embed | buried and formed as a male screw part in the said female screw part after that.
[0101]
Further, the gage forming tool 11 shown in FIGS. 18 and 19 is provided with a transmission type gage portion 15 on the opposite side of the gage portion 14, and is located on the rear end side (back side) like a tunnel, for example. When it is desired to sequentially provide the reference points 5, the transmission type mark portion 15 can be installed toward the inner side of the tunnel even after the reference points 5 on the entrance side of the tunnel are determined, and the reference points 5 can be sequentially determined.
[0102]
That is, in the case of the transmission type mark portion 15, the laser beam 4 is irradiated to the rear end portion side (back side) of the tunnel through the aiming point 29 which is the center of the target, and thus the tunnel rear end portion side. In the (back side), the gauge points 5 can be sequentially installed.
[0103]
In addition, the mark part 14 is formed as a reflection type mark part 14 instead of a transmission type, and when using the mark part 14, the mark 5 cannot be formed toward the back side. However, the gauge part 14 has a simple structure and can be created at a low cost.
[0104]
FIG. 20 shows an example in which a CCD is attached as a light receiving element 27 to a target portion 14 when a target 5 is determined by receiving a light beam having straightness, for example, a laser beam 4.
[0105]
Thus, the present apparatus is configured such that the light amount reaches a peak when the laser beam 4 is irradiated to the center position of the CCD, and can be finely adjusted while checking the situation on the monitor 28.
[0106]
Here, the fine adjustment may be configured manually, or may be configured with a control device so that it can be automatically performed.
[0107]
In the present invention, the light beam is not limited to the laser beam 4, and any light beam may be used as long as it has linearity. Moreover, it may be a light beam having each color such as red, white, green and blue, or may be an LED beam.
【The invention's effect】
Thus, the present invention has the above configuration.
[0108]
If the displacement measuring apparatus according to the present invention is used, various kinds of equipment used for measurement can be commercially available inexpensive equipment, and by combining them, it is a simple surveying work and does not require any special technique. It has an excellent effect that it can accurately measure the displacement of various objects to be measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram illustrating a configuration in which the present invention is used for displacement measurement of a structure.
FIG. 2 is a schematic configuration explanatory diagram illustrating a configuration in which the present invention is used for measuring the displacement of the ground surface.
FIG. 3 is a schematic configuration explanatory diagram illustrating a configuration in which the present invention is used for measuring a displacement of a ground slope.
FIG. 4 is a schematic configuration explanatory diagram illustrating a configuration in which the present invention is used for measuring a displacement of an existing tunnel.
FIG. 5 is a schematic configuration explanatory diagram illustrating a configuration in which the present invention is used for measuring a displacement of a tunnel under excavation.
FIG. 6 is a schematic configuration explanatory diagram illustrating a configuration for measuring various displacements of a tunnel.
FIG. 7 is a configuration explanatory diagram illustrating a configuration for performing shape management of a tunnel excavated according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining an insufficient excavation portion of a tunnel.
FIG. 9 is a configuration explanatory diagram illustrating a configuration in which the present invention is applied to bridge construction.
FIG. 10 is a configuration explanatory diagram illustrating a configuration in which the present invention is applied to mountain retaining wall behavior measurement.
FIG. 11 is a configuration explanatory diagram illustrating a configuration in which the present invention is applied to measurement of deformation of a shield segment.
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a deformation state of a segment when the vertical earth pressure is large.
FIG. 13 is a configuration explanatory diagram showing a configuration in which the present invention is applied to deformation measurement during excavation of a circular shaft.
FIG. 14 is a configuration explanatory diagram showing a configuration in which the present invention is applied to deformation measurement during excavation of a rectangular shaft.
FIG. 15 is a configuration explanatory diagram showing a configuration in which the present invention is applied to a body motion measurement such as a gravity type or a rock fill dam.
FIG. 16 is a flowchart illustrating a schematic configuration of the present invention.
FIG. 17 is a configuration explanatory diagram (part 1) illustrating a schematic configuration of a gage forming tool.
FIG. 18 is a configuration explanatory diagram (part 2) illustrating a schematic configuration of the gauge forming tool.
FIG. 19 is a configuration explanatory diagram (part 3) illustrating a schematic configuration of the gauge forming tool;
FIG. 20 is a configuration explanatory diagram (part 4) illustrating a schematic configuration of a gage forming tool.
[Explanation of symbols]
1 structure
2 One side wall
3 Laser irradiation equipment
4 Laser beam
5 mark
6 Displacement measurement points
7 Digital camera
8 Ground surface
9 Slope
10 Tunnel
11 Marking tool
12 Mounting part
13 Mounting rod
14 Marking part
15 Transmission type mark part
16 Design cross section
17 Insufficient excavation
18 Construction section
19 Pier
20 New blocks
21 mountain retaining wall
22 private house
23 Cutting corner
24 segments
25 Shield machine
26 Fixing bracket
27 Light receiving element
28 Monitor
29 Aiming point
Claims (3)
変位する測定対象物に設けられ、前記測定対象物の変位により変位する複数の変位測定点と、
前記座標既知点及び変位測定点が設けられた測定対象物につき、前記座標既知点及び変位測定点を含ませ、撮影位置を変更して複数枚写真撮影する焦点距離を固定したデジタルカメラと、
前記焦点距離を固定したデジタルカメラで撮影された複数枚の画像データを処理し、前記複数の変位測定点の絶対座標を測定する絶対座標測定装置と、
を備えたことを特徴とする変位測定装置。A pair of rectilinear light beams are irradiated at an interval, and the pair of rectilinear light beams that are radiated are placed on the one side light beam so as to be aligned with the one side light beam and do not fluctuate. as to the at least one point coordinate known point of, on the other side of the beam, is placed in accordance with the rays of said other side, and to form a coordinate known point of at least two points and do not change, at least A pair of known coordinate point forming devices in which a reference plane is formed with the three known coordinate points, the installation position, the irradiation direction, and the distance between the light beams being fixed and immovable ;
Provided the measurement object to be displaced, and a plurality of displacement measuring point which is displaced by the displacement of the measurement object,
Per the coordinate known point and the measuring object displacement measuring point is provided, the coordinates contained a known point and displacement measurement points, and the digital camera with a fixed focal length of plural photographed by changing the shooting position,
An absolute coordinate measuring apparatus that processes a plurality of pieces of image data captured by a digital camera having a fixed focal length and measures absolute coordinates of the plurality of displacement measurement points;
A displacement measuring apparatus comprising:
変位する測定対象物に設けられ、前記測定対象物の変位により変位する複数の変位測定点と、
前記座標既知点及び変位測定点が設けられた測定対象物につき、前記座標既知点及び変位測定点を含ませ、撮影位置を変更して複数枚写真撮影する焦点距離を固定したデジタルカメラと、
前記焦点距離を固定したデジタルカメラで撮影された複数枚の画像データを処理し、前記複数の変位測定点の絶対座標を測定する絶対座標測定装置と、
を備え、
前記焦点距離を固定したデジタルカメラでの写真撮影は継続して経時的に行われ、
前記絶対座標測定装置は、時間をずらして撮影された複数枚の画像データにより前記変位測定点の変位を測定することを特徴とする変位測定装置。A pair of rectilinear light beams are irradiated at an interval, and the pair of rectilinear light beams that are radiated are placed on the one side light beam so as to be aligned with the one side light beam and do not fluctuate. as to the at least one point coordinate known point of, on the other side of the beam, is placed in accordance with the rays of said other side, and to form a coordinate known point of at least two points and do not change, at least A pair of known coordinate point forming devices in which a reference plane is formed with the three known coordinate points, the installation position, the irradiation direction, and the distance between the light beams being fixed and immovable ;
Provided the measurement object to be displaced, and a plurality of displacement measuring point which is displaced by the displacement of the measurement object,
For the measurement object provided with the coordinate known point and the displacement measurement point, including the coordinate known point and the displacement measurement point, a digital camera with a fixed focal length for photographing a plurality of images by changing the photographing position;
An absolute coordinate measuring apparatus that processes a plurality of pieces of image data captured by a digital camera having a fixed focal length and measures absolute coordinates of the plurality of displacement measurement points;
With
Photography with a digital camera with a fixed focal length is continuously performed over time,
The absolute coordinate measuring apparatus measures the displacement of the displacement measuring point from a plurality of image data photographed at different times.
変位する測定対象物に設けられ、前記測定対象物の変位により変位する複数の変位測定点と、
前記座標既知点及び変位測定点が設けられた測定対象物につき、前記座標既知点及び変位測定点を含ませ、撮影位置を変更して複数枚写真撮影する焦点距離を固定したデジタルカメラと、
前記焦点距離を固定したデジタルカメラで撮影された複数枚の画像データを処理し、前記複数の変位測定点の絶対座標を測定する絶対座標測定装置と、
を備え、
前記焦点距離を固定したデジタルカメラでの写真撮影は継続して経時的に行われ、
前記絶対座標測定装置は、時間をずらして撮影された複数枚の画像データにより前記変位測定点の変位を測定することを特徴とする変位測定装置。A pair of rectilinear laser beams are irradiated at an interval, and among the irradiated pair of rectilinear laser beams , the laser beam on one side is installed in accordance with the laser beam on one side and does not vary At least one coordinate known point thus formed is set on the laser beam on the other side in accordance with the laser beam on the other side, and at least two coordinate known points are formed so as not to fluctuate. a pair of coordinates known point forming apparatus the reference plane is formed, the installation position, in which the spacing between the illumination direction and the light beam to the fixed immobile coordinates known point of the three points,
Provided the measurement object to be displaced, and a plurality of displacement measuring point which is displaced by the displacement of the measurement object,
Per the coordinate known point and the measuring object displacement measuring point is provided, the coordinates contained a known point and displacement measurement points, and the digital camera with a fixed focal length of plural photographed by changing the shooting position,
An absolute coordinate measuring apparatus that processes a plurality of pieces of image data captured by a digital camera having a fixed focal length and measures absolute coordinates of the plurality of displacement measurement points;
With
Photography with a digital camera with a fixed focal length is continuously performed over time,
The absolute coordinate measuring apparatus measures the displacement of the displacement measuring point from a plurality of image data photographed at different times.
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