JPH11294065A - トンネル壁面画像撮影法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 迅速に、且つ精度の良いトンネル掘削岩盤面
の展開画像を得ることができるようにして試掘坑調査や
トンネル壁面調査の作業の軽減に役立てる。 【解決手段】 トンネル（Ｔ）内に設置した回転装置
（４）にラインセンサーカメラ（１５）を取り付け、ト
ンネル壁面周方向にスキャンニングしてトンネル壁面画
像を取得し、トンネル軸方向に所定幅だけ回転装置
（４）を移動した後、この操作を繰り返すことにより、
トンネル壁面のトンネル軸方向に連続した展開画像を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削岩盤
面の壁面画像を迅速に収得し、解析する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ダム・原子力発電基礎・地下
発電空洞等の岩盤構造物に対する地質調査手法の一つと
して、試掘坑調査が行われてきた。

【０００３】この調査は、掘削した試掘坑内の壁面に露
出する岩盤面に対し、岩石の種類、岩盤等級、断層の位
置・幅・走向傾斜・柱状、岩盤節理の走向傾斜・間隔等
を目視観察し、試掘坑展開図と呼ばれる図面に記入する
ものである。

【０００４】それらの断層や節理の走向傾斜はクリノメ
ーターによって測定し、岩石の種類、岩盤等級の境界線
や断層・節理の位置は支保工等を基準にスケール等で測
定している。

【０００５】この試掘坑調査は、手間がかかるので、そ
の作業を軽減するものとして、試掘坑壁面の画像を撮影
することが考えられ、既に試掘坑の画面画像を撮影する
装置が開発されている。

【０００６】それは、「坑壁の展開画像作成装置（特許
第２５６２０５９号）」であるが、これは、壁面画像を
凸面鏡によって環状画像として撮影し、画像処理により
環状画像を直線状画像に展開し、順次並べることにより
坑壁の連続した展開画像を得るものである。

【０００７】また、対象は掘削岩盤面ではないが、トン
ネル覆工（コンクリート面）に対し、回転装置によりレ
ーザービームをスキャンニングして、トンネル覆工の画
像を撮影する装置が開発されている。

【０００８】その装置は、レーザービームを細かく絞
り、トンネル覆工表面に高速でスキャンニングし、反射
光を光センサーで受光し、電気信号に変換してデジタル
記録する方式である。この装置により、トンネル覆工に
おけるクラック等の変状の検査を行う。

【０００９】更に、本発明と同一発明者による「ＴＢＭ
壁面画像解析装置及び画像解析法（特願平９ー２３９３
８０号）」があるが、これは、ＴＢＭ（トンネルボーリ
ンマシン）のルーフ直後に円形アクチュエータを設置
し、それにライセンサーカメラを取り付けて回転させる
ことにより、トンネル周方向の掘削岩盤面の壁面画像を
撮影する装置である。

【００１０】トンネル掘進が所定幅だけ進んだ時点で、
周方向画像を撮影するという操作を繰り返し、得られた
画像を合成・展開することにより、壁面の展開画像を得
ることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】試掘坑調査は、地質学
の専門知識を必要とする上に、手間がかかる作業であ
る。また、断層や節理の位置を図面に記入するに際して
も、支保工等を基準に何点かをスケールで測るのみで、
位置的な誤差もある程度は生じている。

【００１２】「坑壁の展開画像作成装置」は、凸面鏡に
よりまず環状画像を撮影してそれを展開画像に変換して
いるので、概ね円形断面にしか適用ができない。そし
て、撮影方式も本発明とは異なる。

【００１３】また、レーザービームによる方式は、トン
ネル覆工を対象としたもので、トンネル（試掘坑を含
む）の掘削岩盤面を対象としたものではない。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、トンネ
ル内に設置した回転装置上にラインセンサーカメラを取
り付け、トンネル壁面周方向にスキャンニングしてトン
ネル壁面画像を取得し、トンネル軸方向に所定幅だけ回
転装置を移動した後、この操作を繰り返すことにより、
トンネル軸方向に連続したトンネル壁面展開画像を得る
ことができる。ラインセンサーカメラは、トンネル壁面
周方向にスキャンニングすれば、周方向に連続した画像
を得ることができるので、周方向にゆがみのない画像を
得ることができる。また、この画像は正確な周方向のア
ドレス（位置関係）を持っているので、所定幅毎に取得
した画像をトンネル軸方向に正確につなぎ合わせること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１及び図２において、
トンネル（試掘坑を含む）Ｔ内に敷設したガイドレール
１上を動く台車２を設け、その台車２には、エンコーダ
ー３を設け、台車２の車輪の回転をそのエンコーダー３
で検知し、台車２のトンネル軸方向の移動量を検知す
る。

【００１６】台車２上に、全体を４で示す回転装置の底
板５を設け、この底板５は、位置・傾き調整ネジ６によ
り、トンネル軸直交方向の位置と傾きが調整される。そ
の手段は、例えば、底板５に長孔を形成し、その長孔に
ボルトを通しナットとで調整するようにする。

【００１７】底板５上には、後記する回転軸１０がトン
ネルＴの中心軸と一致するように高さ調整するため、ダ
ブルリンクスタンド方式（パンタグラフ式）の高さ調整
装置７を立設している。

【００１８】図３にダブルリンクスタンド方式の原理図
を示す。支柱板７ａが荷重を支え、タイロッド７ｂの伸
び縮みによって上板９と底板５との距離が変わり、高さ
調整ができる。図４及び図５はこの部分の正面図と側面
図とを示す。

【００１９】高さ調整装置７の先端に上板９を設け、こ
の上板９上に回転軸１０を支持し、回転軸１０を上板９
上に設けたモータ１１で駆動する。回転軸１０の先端に
は、２本の回転棒１３、１３Ａを回転方向に角度を設け
て取り付け、これらの回転棒１３、１３Ａの回転量を上
板９上に設けたエンコーダー１２で検知する（図７参
照）。

【００２０】回転棒１３、１３Ａの一端にそれぞれ横棒
１４、１４Ａを取り付け、その横棒１４、１４Ａには、
ラインセンサーカメラ１５と照明装置１６とをそれぞれ
取り付ける。ラインセンサーカメラ１５とトンネル壁面
Ｔとの距離を所定の距離（１ｍ程度が適当）にするため
に、横棒１４の取り付け位置は調整できるようになって
いる。また、回転棒１３、１３Ａの他端には錘１７、１
７Ａを取り付ける。

【００２１】図６に示すように、照明装置１６は、ライ
センサーカメラ１５が撮影するトンネルＴの壁面に対
し、斜めから照明を当てるようにする。これはもし正面
から光を当てると、ハレーションにより反射光が直接カ
メラ１５に入り、画像が明るくなり過ぎる状態となるか
らである。

【００２２】トンネル壁面画像の撮影に際しては、位置
・傾き調整ネジ６及び高さ調整装置７により、回転軸１
０がトンネル中心軸と一致するようにして、ガイドレー
ル１上に台車２を固定する。

【００２３】そして、その位置でモータ１１により回転
軸１０を駆動し回転棒１３、１３Ａを回転させ、トンネ
ル壁面Ｔの周方向画像を撮影する。この周方向画像は、
トンネル軸方向に所定幅（１〜１．５ｍ程度）撮影して
いるので、トンネル軸方向にガイドレール１に沿って台
車２を撮影幅より多少少なめに移動し（画像の端はひず
みが大きいので、画像に多少の重なりを持たせる）、そ
の位置に台車２を固定する。

【００２４】次に同様に回転棒１３を回転させて、周方
向画像を撮影する。この操作を繰り返し、トンネル軸方
向に複数の周方向画像を取得する。それぞれの画像デー
タは記録装置により、記録媒体に記録する。

【００２５】画像の合成・展開方法を図８に示す。取得
した周方向画像データはエンコーダー１２により正確な
周方向のアドレス（位置関係）を持っており、軸方向に
は台車２の移動量データを用いて、周方向画像をそれぞ
れ展開し、軸方向に接続することにより、トンネル壁面
展開画像を容易に得ることができる。ただし、画像処理
ソフトを用いて、色調等の調整を行う必要がある。

【００２６】更に、この壁面展開画像に対し「割れ目解
析システム」を用い、画像上でマウスを使い断層・節理
等の何点かを指定することにより、断層・節理等の走向
・傾斜・幅を求めることができる。

【００２７】以上のような、トンネル壁面画像の取得、
画像の合成・展開、断層・節理等の解析を行う装置のシ
ステム構成を図９に示す。

【００２８】制御器１８は、ライセンサーカメラ１５及
び回転駆動モータ１１を制御し、ライセンサーカメラ１
５による画像データ、エンコーダー１２による回転量デ
ータとエンコーダー３によるトンネル軸方向移動量デー
タを取得する。これらのデータを記録する装置１９及び
モニタ２０があり、データは記録媒体（例えば、光磁気
ディスク）２１に記録する。

【００２９】画像の合成・展開や断層・節理等の解析
は、記録媒体２１のデータを解析コンピュータ２２に入
力して行う。コンピュータ２２にはモニタ２３及びプリ
ンタ２４が設けられている。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、迅速にトンネル掘削岩盤面の
展開画像を得ることができるので、試掘坑調査やトンネ
ル壁面調査の作業の軽減に役立つ。

【００３１】展開画像及びそれに基づいて作成された断
層・節理等の方向解析図に、多少の現地での観察結果を
加えれば、容易に試掘坑展開図或いはトンネル壁面展開
図を作成することができる。

【００３２】また、従来の試掘坑展開図等には、調査者
の主観が入る要素があったので、客観性のある画像記録
として残せる効果も期待できる。

【００３３】さらに、従来の試掘坑展開図等では、縮尺
によって記載できる内容に限度があり、微妙な岩質や色
の違い、細かい割れ目や礫の分布等の詳細な情報を表現
するのは不可能であったが、この展開画像では、これら
も記録することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転装置を搭載した台車をトンネル内
に設置した状態を示す正面図。

【図２】図１の側面図。

【図３】ダブルリンクスタンド方式の高さ調整装置の原
理を示す図。

【図４】トンネル軸直交方向から見た高さ調整装置の部
分を示す図。

【図５】トンネル軸方向から見た高さ調整装置の部分を
示す図。

【図６】ラインセンサーカメラと照明装置の取り付け部
分を示す側面図。

【図７】上板にのせる装置の部分を示す上面図。

【図８】周方向画像の展開・合成方法を示す説明図。

【図９】解析を行うシステムを示す構成図。

【符号の説明】

１・・・ガイドレール ２・・・台車 ３・・・エンコーダー ４・・・回転装置 ５・・・底板 ６・・・位置・傾き調整ネジ ７・・・高さ調整装置 ９・・・上板 １０・・・回転軸 １１・・・駆動モータ １２・・・エンコーダー １３、１３Ａ・・・回転棒 １４、１４Ａ・・・横棒 １５・・・ラインセンサーカメラ １６・・・照明装置 １７、１７Ａ・・・錘

【手続補正書】

【提出日】平成１１年２月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ライン
センサーカメラを取付けた回転装置の回転軸をトンネル
中心軸と一致するときに調整し、その回転軸を回転させ
てその回転量をエンコーダーで検知してトンネル壁面の
周方向画像を撮影し、トンネルの軸方向に所定幅だけ回
転装置を移動させると共にその移動量を求め、上記の操
作を繰返してトンネル軸方向に複数の周方向画像を取得
し、このようにして取得した周方向画像データを軸方向
に接続してトンネル壁面展開画像を得て、これを画像処
理ソフトを用いて色調等の調整を行うようになってい
る。ラインセンサーカメラは、トンネル壁面周方向にス
キャンニングすれば、周方向に連続した画像を得ること
ができるので、周方向にゆがみのない画像を得ることが
できる。また、この画像は正確な周方向のアドレス（位
置関係）を持っているので、所定幅毎に取得した画像を
トンネル軸方向に正確につなぎ合わせることができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル内に設置した回転装置上にライ
   ンセンサーカメラを取り付け、トンネル壁面周方向にス
   キャンニングしてトンネル壁面画像を取得し、トンネル
   軸方向に所定幅だけ回転装置を移動した後、この操作を
   繰り返すことにより、トンネル軸方向に連続したトンネ
   ル壁面展開画像を得ることを特徴とするトンネル壁面画
   像撮影法。
2. 【請求項２】 取得したトンネル壁面展開画像を、画像
   処理ソフトを用いて、色調等の調整を行うことを特徴と
   する請求項１に記載のトンネル壁面画像撮影法。
3. 【請求項３】 トンネル内のガイドレール上を動く台車
   と、台車上に設置される回転装置とを備え、回転装置
   は、トンネル軸直交方向の位置調整及び傾き調整される
   底板と、底板から立設した高さ調整装置の先端に設けた
   上板と、上板上に回転軸によって支持した回転棒とから
   なり、回転棒の一端にはラインセンサーカメラと照明装
   置とが取り付けられており、他端には錘が取り付けられ
   ており、上板には、回転軸を駆動して回転棒を回転する
   モータ及び回転棒の回転量を検知するエンコーダーが設
   けられており、台車には、台車の移動量を検知するエン
   コーダーが設けられていることを特徴とするトンネル壁
   面画像撮影装置。
4. 【請求項４】 底板から立設した高さ調整装置が、パン
   タグラフ式のものであることを特徴とする請求項３に記
   載のトンネル壁面画像撮影装置。