JP4841080B2

JP4841080B2 - Tunnel shape measurement system and shape measurement method

Info

Publication number: JP4841080B2
Application number: JP2001268051A
Authority: JP
Inventors: 夏峰堀場; 演亮秋山; 哲木村; 進服部; 圭一秋本; 健治清本
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2021-09-04
Also published as: JP2003075149A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル坑内の形状測定システムおよび形状測定方法に関し、より詳細には、写真測量を用いてトンネル坑内の形状測定を行うシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自然環境調査、自然災害調査、交通事故調査といった野外調査において、撮影した写真から被写体の位置を測定するために写真測量が多用されており、近年では、トンネル坑内における測定も行われている。このトンネル坑内の測定は、トンネル掘削時ばかりではなく、トンネルが周囲の地山からの土圧を絶えず受けることによるトンネル坑内の変位を測定するための変位計測の際にも行われている。トンネル坑内といった構造体の内部における写真測量は、写真撮影時のフラッシュによる光線を反射する複数のターゲットを壁面に貼付け、さまざまな角度から上述したターゲットを含む複数の写真を撮影することにより行われる。その後、撮影された画像をパーソナル・コンピュータといった処理手段に取り込んで、連続画像として合成し、撮影された画像におけるターゲットの像を基準として用い、各ターゲットの座標を特定する。上述のようにして得られた各ターゲットの座標からトンネル坑内などの内壁における写真測量が可能となる。
【０００３】
しかしながら、トンネル坑内といった構造体の内部を写真撮影する場合、野外調査における写真撮影とは異なり、トンネル坑内といった構造体の内部は、どの角度から撮影したとしても背景がトンネル坑内の内壁となる。このため、よほど明確な目印がトンネル坑内の内壁にない場合、上述したように撮影された写真から互いに隣接するターゲットを判別する際の基準点が困難となる。また、トンネル坑内において写真測量を行う際には、ターゲットの同定といった基準点特定に手間がかかり、また、ターゲットの同定を誤ると、トンネル坑内の写真測量の精度を著しく低下させてしまうことになる。そこで、トンネル坑内の写真測量においては、色や形を変えるなどして区別性を高めたターゲットを用い、このターゲットを共通基準点として用いている。
【０００４】
従来の写真測量においては、この区別性を高めたターゲットを所定間隔で多数貼付けなければならず、コストがかかるといった問題があった。また、ターゲットとともに所定間隔ごとに区別性を高めたターゲットを貼付けるため、作業効率の低下も問題とされていた。また、写真測量において測定精度を向上させるためには、数多くのターゲットを貼付ける必要があり、また数多く撮影しなければならず撮影時間を要するなどの作業効率の低下も問題となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、上述した問題に鑑み、互いに対向する面それぞれにターゲットが設けられたターゲット部材を用いることにより、写真測量による測定精度を向上させることができ、ターゲットの使用数を減少させるとともに区別性のあるターゲットを用いることなく、撮影した画像の各ターゲットの同定を容易にし、さらにはターゲットの使用数が減少することにより撮影時間を短縮することが可能となるトンネル坑内の形状測定システムおよび形状測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明のトンネル坑内の形状測定システムおよび形状測定方法を用いることで解決される。本発明の請求項１の発明によれば、互いに対向する面それぞれにターゲットが設けられ、トンネルの一断面を形成するようにトンネル坑内の周方向および坑道に配設された複数のターゲット部材と、
前記ターゲットを含むように前記トンネル坑内を前記ターゲット部材のそれぞれの面につき角度を変えて複数の画像を撮影するための撮影手段と、
前記撮影手段により撮影された前記ターゲットの像を含む前記複数の画像を用いてトンネル形状を測定するための形状測定手段とを含み、
前記複数のターゲット部材は、一部が所定間隔となるように連結部材により互いに連結されていて、
前記形状測定手段は、前記連結部材により連結された前記複数のターゲット部材に設けられる前記ターゲット間の間隔をスケールとして用いて前記トンネル坑内の形状を測定することを特徴とするトンネル坑内の形状測定システムが提供される。
【０００７】
本発明の請求項２の発明によれば、前記ターゲット部材は、前記トンネル坑内の内壁または前記坑道に隣接する面と、互いに対向するトンネル軸方向に向く面と該トンネル軸方向とは反対方向に向く面とを備える板部材と、前記板部材の前記トンネル軸方向に向く面と前記トンネル軸方向とは反対方向に向く面との両方に貼付けられた前記ターゲットとから構成されるトンネル坑内の形状測定システムが提供される。
【０００８】
本発明の請求項３の発明によれば、前記連結部材により連結された前記ターゲット部材は、前記連結部材の両端に前記ターゲット部材が連結されていて、前記ターゲット部材に設けられるターゲット間の間隔が予め計測されていることを特徴とするトンネル坑内の形状測定システムが提供される。
【０００９】
本発明の請求項４の発明によれば、前記トンネル坑内の周方向に配設されるターゲット部材は、前記トンネル軸方向に所定間隔でターゲット列を形成するように複数設置されるトンネル坑内の形状測定システムが提供される。
【００１０】
本発明の請求項５の発明によれば、互いに対向する面それぞれにターゲットが配設された複数のターゲット部材をトンネルの一断面を形成するようにトンネル坑内の周方向および坑道に配設する段階と、
撮影手段により前記ターゲットの像を含むように前記トンネル坑内を前記ターゲット部材のそれぞれの面につき角度を変えて複数の画像を撮影する段階と、
形状測定手段により前記複数の画像から前記各ターゲットの三次元位置座標を算出し、前記各ターゲットの三次元位置座標を用いてトンネル形状を測定する段階とを含み、
前記複数のターゲット部材には、所定間隔となるように連結部材により互いに連結されたターゲット部材を含み、
前記角度を変えて複数の画像を撮影する段階は、前記連結部材により連結された前記ターゲット部材に設けられ、スケールとして用いる前記ターゲットの像を含む画像を少なくとも１枚撮影することを特徴とするトンネル坑内の形状測定方法が提供される。
【００１１】
本発明の請求項６の発明によれば、前記角度を変えて複数の画像を撮影する段階は、トンネル軸方向に所定間隔で形成したターゲット列に含まれる前記ターゲットの像を含むように撮影することを特徴とするトンネル坑内の形状測定方法が提供される。
【００１２】
本発明の請求項７の発明によれば、前記各ターゲットの三次元位置座標を用いてトンネル形状を測定する段階は、前記互いに対向する面に設けられたターゲットを共通基準点とし、前記ターゲット部材の各面につき測定したトンネル形状を前記共通基準点において組み合わせることを特徴とするトンネル坑内の形状測定方法が提供される。
【００１３】
【作用】
本発明は、トンネルの周方向に、また、トンネルの坑道にトンネルの一断面を形成するように複数のターゲット部材を配設して写真測量を行い、トンネル坑内の形状測定を行うものである。ターゲット部材は、トンネル軸方向に対し周方向および坑道部分に一列のみに配設されるため、ターゲット部材に設けられる各ターゲットを画像上で認識することが容易である。また、ターゲット部材は、一方に向く面とその面とは反対方向に向く面といった互いに対向する面を備えており、ターゲットがそれぞれの面に設けられている。ターゲット部材に設けられるターゲットは、それぞれの面において同じ形状、大きさとされている。また、坑道には、上記複数のターゲット部材のうち一部が連結部材により連結されたターゲット部材とされていて、連結部材を介したターゲット部材の間隔が予め計測されてスケールとして用いることができるようになっている。写真測量において連結部材に設けられるターゲットを他のターゲットと同時に撮影することにより、各ターゲットの三次元位置座標を算出することが可能となる。各ターゲット部材についてそれぞれの面を撮影できる側から撮影を行い、それぞれの面に設けられるターゲットの三次元位置座標を算出し、それぞれの側からのトンネル形状測定を行う。共通基準点として互いに対向する面に設けられたターゲットが同じ位置に配設されているものとし、ターゲット部材の一方に向く面につき測定したトンネル形状と、その反対方向に向く面につき測定したトンネル形状とを組み合わせてトンネル形状を形成することにより、トンネル軸方向への測定精度を向上させることができる。また、トンネル軸方向に所定間隔でターゲット列を形成するようにトンネル坑内の周方向にターゲット部材を配設することにより、さらにトンネル軸方向の測定精度を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面をもって詳細に説明する。図１は、本発明のトンネル坑内の形状測定システムの第１の実施の形態を示した図である。図１に示すトンネル１は、山などを掘削することにより構築され、コンクリートを打設するなどして覆工が行われる。しかしながら、トンネルの周囲の地山からの土圧が絶えず加えられることによりトンネル形状に変形が生じ、この変形はトンネル崩壊を引き起こす危険性があるため、トンネル坑内の空変位測定といった形状測定が必要とされている。図１に示すトンネル１坑内には、トンネル１坑内の周方向に複数のターゲット部材２ａが配設されている。また、図１に示すトンネル１坑内には、トンネル１坑内の坑道３に連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂと、連結部材４により連結されていないターゲット部材２ｃとが配置されている。本発明においては、トンネル１坑内を切断してできる一断面を形成するように複数のターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃが配設されている。
【００１５】
図１に示すターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃは、一方に向く面とその面とは反対方向に向く面といった互いに対向する面を備えており、それぞれの面にターゲットが配設されていて、トンネル１坑内においてターゲットの像を含む画像をそれぞれの面を撮影できる側、ここではターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃにより形成される一断面を挟んでトンネル軸方向またはその反対方向からターゲットの像を含む画像を撮影することができるようになっている。また、図１に示すトンネル１坑内の坑道３の中央に配設されるターゲット部材２ｂは、上記のように両方の面にターゲットが設けられた２つのターゲット部材２ｂが連結部材４によって連結されている。連結部材４により連結された２つのターゲット部材２ｂの間隔は、それぞれターゲット部材２ｂに設けられるターゲット間の間隔が予めスケールなどにより計測されている。図１に示すトンネル１坑内の坑道３に配設されるターゲット部材２ｃは、ターゲット部材２ｃが所定高さとなるように脚５が設けられている。
【００１６】
図１に示す実施の形態では、ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃは、トンネル１坑内の周方向に１列となるように所定間隔で６個と、坑道３の中央に連結部材４により連結されたものが２個、連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂの両側に１つずつ配設されている。また、図１に示すトンネル１には、写真測量を行うための撮影手段６と、撮影手段６により撮影された画像からトンネル形状を測定するための形状測定手段７とが配置されている。図１においては、撮影手段６がターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃの一方に向く面のみを撮影するように配置されているが、各ターゲット部材の反対方向に向く面を撮影できる位置に移動して撮影することができる。
【００１７】
また、図１に示す実施の形態においては、ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃの一方に向く面を撮影をする際、正面、正面の左右に角度を変えた位置の３箇所、また反対方向に向く面を撮影するために正面、その正面の左右に角度を変えた位置の３箇所といった計６箇所から撮影を行うことができる。この場合、１つの位置からトンネル１坑内の内壁の画像を連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂと共に撮影した後、異なった角度から撮影できる別の位置に撮影手段６を移動させて、トンネル坑内の内壁の撮影を行い、別の画像を得る。この時、異なった角度から撮影される画像は、連結部材４に連結されたターゲット部材２ｂに設けられているターゲットの像などの目印となるターゲットを含むように撮影されることが好ましい。撮影された各画像は、連結部材４に連結されたターゲット部材２ｂに設けられているターゲットを共通基準点とし、連結部材４を介してターゲット部材２ｂに設けられるターゲット間の間隔を基に三次元位置座標を算出することができる。写真撮影を行う位置については、予め位置および方向を規定しておくことが好ましい。こうすることで、下記に示す画像解析において容易に各ターゲットの三次元位置座標を算出することが可能となる。
【００１８】
また、トンネル軸方向へのトンネル形状は、各ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられたターゲットの三次元位置座標を基に測定することができる。写真測量においては、トンネル軸方向にターゲットが配設されていない場合、トンネル軸方向、すなわち、写真撮影を行う位置から撮影方向に向けて測定精度が低下する。そこで、本発明においては、各ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃのトンネル軸方向の一方に向く面に設けられたターゲットとその反対方向に向く面に設けられたターゲットとが配設されたターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃをそれぞれの面につき写真測量し、一方に向く面に設けられたターゲットとその反対方向に向く面に設けられたターゲットとが同じ位置に配設されているものとしてそれぞれの側から測定されたトンネル形状を組み合わせることにより、トンネル軸方向への測定精度を向上させることができる。本発明においては、各ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃの一方に向く面に設けられたターゲットと、その反対方向に向く面に設けられたターゲットとを同じ位置として組み合わせる際に、一部のターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられたターゲットを共通基準点として用いることもできるし、すべてのターゲットを共通基準点として用いることもできる。
【００１９】
図１に示すターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃの配設位置において写真測量が終了したら、トンネル軸方向へ所定間隔移動した位置のトンネル周方向にターゲット部材２ａを配設し、ターゲット部材２ｂ、２ｃは、配設されたターゲット部材２ａとともに一断面を形成する坑道３の位置に移動させて、再び上述したように写真測量を行うことができる。
【００２０】
このようにして複数の画像を得た後、現場又は別の場所に設置された画像読取り手段及びコンピュータ手段といった形状測定手段７により画像解析を行い、撮影されたターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられるターゲットの位置座標を得る。この場合、撮影角度、撮影距離、トンネル軸の相対的位置、レンズの焦点距離、レンズのひずみを考慮し、形状測定手段７により各ターゲットの三次元位置座標を得ることができる。この際に用いることができる計算方法としては、従来知られているどのような方法でも用いることができる。また、ディジタルカメラを用いる場合には、画像読取り手段は、形状測定手段７に含まれていなくても良い。本発明においては、トンネル軸方向の周方向および坑道に複数のターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃが存在しないため、各ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられる各ターゲットの認識が容易となる。
【００２１】
図１に示すターゲット部材２ａは、矩形の平板の中央部分から折り曲げられた形状であるＬ字形とされている。また、図１に示すターゲット部材２ａは、折り曲げられた片側の平板部分の両面にターゲットを備えており、他方の側はトンネル１坑内の内壁にボルトなどの締結部材を用いて締結されるようになっている。本発明のトンネル坑内の形状測定システムに用いることができるターゲット部材２ａとしては、両面にターゲットを備え、トンネル１坑内においてターゲットの像を含む画像を両側から撮影可能な構造のものであれば、Ｌ字形でなくても、Ｔ字形などいかなる形状、大きさであっても良い。本発明においては、表裏といった両面使用可能とされたターゲットを板部材に設けられた通孔に嵌合させるとともに、そのターゲットの外周部分を接着剤などにより通孔に固着させたり、溶着または溶接するなどして固定したものをターゲット部材２ａとして用いることができる。また、ターゲット部材２ａとしては、ボルトやナットといった締結手段により板部材にターゲットを固定したものを用いることもできる。また、本発明においてターゲット部材２ａは、板部材に貼付けた構造のターゲットとされていても良い。貼付ける場合には、粘着テープや接着剤を用いることができる。上述したように板部材を用いる場合には、木製、プラスチック製、鋼製といったいかなる材質の板部材でも用いることができる。本発明においては、ターゲット部材２ａを引っ掛けるなどしてトンネル１坑内の周部分に固定したり、上述した粘着テープや接着剤によりターゲット部材２ａをトンネル１坑内の内壁に貼付けることもできる。本発明においては、図１に示すようにターゲット部材２ａをトンネル１坑内の周方向に６個でなくても、必要に応じた個数設けることができる。
【００２２】
図１に示す坑道３に配設されるターゲット部材２ｂは、２つのターゲット部材２ｂが連結部材４により連結されている。連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂに設けられるターゲット間の間隔は、予めスケールなどを使用してその間隔が計測されている。これにより、撮影された画像中の上記ターゲット間の間隔を用いてトンネル１坑内の周方向に配設されるターゲット部材２ａに設けられるターゲットおよび坑道３に配設されるターゲット部材２ｃに設けられるターゲットの三次元位置座標を求めることが可能となる。また、連結部材４に連結されたターゲット部材２ｂは、坑道３の変形を測定するためのターゲット部材２ｃとして用いることも可能である。ターゲット部材２ｂは、両面とも同じ形状、大きさとされ、上記間隔が両面において同じものが好ましい。また、ターゲット部材２ｂは、図１に示すように連結部材４の両端に設けられるものに限らず、連結部材４を複数用いて複数連結されているものを用いても良い。本発明においては、連結部材４に上述したターゲットが設けられているものをスケールとして用いるため、従来のようにスケールに照明をあてて撮影を行う必要がなくなる。
【００２３】
本発明において連結部材４は、連結部材４を介してターゲット部材２ｂに設けられるターゲット間の間隔をスケールとして用いるため、温度による誤差が小さい材質のものが好ましい。また、連結部材４は、移動を容易にするために軽量であることが好ましい。本発明においては、連結部材４としてグラファイト製またはアルミニウム製のものを用いることができる。また、連結部材４は、いかなる形状および大きさであっても良い。さらに、目盛りの付いたスケールを連結部材４として用いることができる。本発明において連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂとしては、目盛りの付いたスケールにターゲットが設けられた構造のものを用いることができる。また、ターゲット部材２ｂとしては、平板の両面にターゲットを貼付けた構造とされていても良い。本発明においてターゲット部材２ｂまたは連結部材４は、トンネル１坑内の坑道３に配置するため、脚などを設けることもできる。
【００２４】
本発明のトンネル坑内の形状測定システムに用いる連結部材４に連結されたターゲット部材２ｂは、持ち運びを容易にするために連結部材４を矩形プレートとし、その矩形プレートに複数のターゲットを所定間隔で設けられたものを用いることもできる。この場合も、各ターゲット間の間隔は、予め計測される。また、複数の矩形プレートにより三角形、四角形を形成するものや、三角すい、四角すいを形成するものを用いることができる。これらは、各頂点部分にターゲットが設けられ、一部が回動、取り外し可能とされているため、折り畳むなどして持ち運ぶことができる。
【００２５】
図１に示す坑道３に配設されるターゲット部材２ｃは、連結部材４が設けられておらず、坑道３の変形を測定するために配置される。図１に示すターゲット部材２ｃには、ターゲット部材２ｃを坑道３上に支持するための脚５が設けられている。本発明において脚５は、いかなる長さ、材質、本数であっても良い。また、本発明においては、脚５はなくても良い。また、ターゲット部材２ｃは、上述したターゲット部材２ａ、２ｂと同様のものを用いることができる。本発明において脚５は、写真測量において持ち運びが容易なように軽量となる材質のものが好ましい。また、脚５は、連結部材４に連結されるターゲット部材２ｂの配置高さと異なる高さとすることができる。こうすることにより、同じ坑道３に配置されるターゲット部材２ｂに設けられるターゲットとターゲット部材２ｃに設けられるターゲットとを容易に区別することができる。また、本発明においては、脚５についても、連結部材４と同様のグラファイト製またはアルミニウム製のものを用いることができる。さらに、本発明においては、坑道３の変形を測定するために必要とされる数のターゲット部材２ｃを配置することができる。
【００２６】
図１に示すターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられるターゲットは、同じ形状、大きさ、材質のものを用いることができる。また、本発明においては、ターゲット部材２ａと、ターゲット部材２ｂと、ターゲット部材２ｃとを容易に区別するために、光学的に区別可能とされたターゲットを用いることも可能である。本発明においては、色や形を変えるなどして区別性を高めたターゲットや、点字のように複数のターゲットを組み合わせて形成したターゲットを用いることもできる。本発明においてターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられるターゲットは、一方の面とその反対方向を向く面において同じ大きさ、同じ形状とするのが好ましい。また、上述したように、一方の面に設けられるターゲットとその反対方向に向く面に設けられるターゲットとが同じ位置に配設されているものとしてトンネル形状測定を行うために、ターゲット部材２ａ、２ｃの板部材、ターゲット部材２ｂの連結部材４を薄くし、ターゲットの厚さも薄くすることが好ましい。本発明においてターゲットの厚さは、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下である。さらに、本発明においては、上記板部材、連結部材４およびターゲットの厚さを補正してより測定精度を向上させることもできる。
【００２７】
本発明の形状測定システムにおいては、撮影手段６として光学的カメラを用いることができるが、光学的カメラのかわりにディジタルカメラを用いて、後に行われる画像処理及び三次元位置座標の演算を容易にすることもできる。また、本発明においては、各ターゲットを両側から撮影することにより、トンネル１坑内の形状を少ない数のターゲットを用いて精度良く測定することができる。また、配設するターゲット部材２ａが少ないため、ターゲット部材２ａを配設する時間を短縮することができ、また、撮影する画像の数を減らすことができ、さらには撮影時間を短縮することができる。さらに、連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂおよびターゲット部材２ｃは、軽量とされ、容易に移動することが可能であるため、トンネル１坑内を通行する作業用車両などがある場合に容易に移動させることができる。
【００２８】
図２は、本発明のトンネル坑内の形状測定システムの第２の実施の形態を示した図である。図２に示すトンネル１坑内には、トンネル軸方向にターゲット列を形成するように複数のターゲット部材２ａが設置されている。図２に示す実施の形態では、ターゲット列は、２列とされている。また、図２に示すトンネル１坑内には、坑道３に連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂと連結部材４により連結されていないターゲット部材２ｃとが１つのターゲット列を形成するターゲット部材２ａとともに一断面を形成する位置に配置されている。さらに、図２に示すトンネル１坑内には、ターゲット部材２ａ、ターゲット部材２ｂ、ターゲット部材２ｃに設けられる各ターゲットの像を撮影するための撮影手段６と、撮影手段６により撮影した画像を解析し、形状測定を行うための形状測定手段７とが配置されている。
【００２９】
図２に示す実施の形態では、トンネル軸方向の測定精度を向上させるためにターゲット部材２ａによりターゲット列を形成している。本発明においては、多くのターゲット列を形成することによりトンネル軸方向への測定精度を向上させることができるが、撮影した画像に含まれる各ターゲットの同定が困難となり、ターゲットの設置に時間や労力を要するため、２列程度が好ましい。
【００３０】
図２に示す実施の形態においては、形成したターゲット列を挟んで各ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃの一方に向く面とその面の反対方向に向く面との両方から撮影して写真測量を行うことができる。この場合、連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂおよびターゲット部材２ｃは、いずれかのターゲット列の坑道３に配置される。本発明においては、図２に示すようにターゲット列を形成し、写真測量を行うことにより、トンネル軸方向の精度を向上させ、より迅速に写真測量を行うことができる。
【００３１】
図３は、本発明に用いることができるターゲット部材２ａを例示した図である。図３（ａ）は、Ｌ字状のターゲット部材２ａを所定の方向から見たところを示した図である。図３（ａ）に示すターゲット部材２ａは、中央部分において折り曲げられてＬ字状とされており、曲げられた片側の平板部８の両面にターゲット９が設けられている。ターゲット部材２ａは、概ね写真撮影を行う場合のフラッシュといった光源からの光を反射させて、ターゲット９が撮影された場合に画像上に写真測量に用いる基準点を与えるようことができるように、反射部材といった反射プレート又は反射シートにより構成されている。また、このターゲット９には、光線が照射される部分の面上にターゲット部材２ａの中心決定を行い易くすることができるように、図示しないクロスラインパターン、又は反射方向へと反射光線を集光させるフレネルレンズといった光学的要素を設けておくこともできる。
【００３２】
本発明においてターゲット９は、図１に示すターゲット部材２ａ、図１に示す連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂ、図１に示すターゲット部材２ｃのすべてに図３に示すターゲット部材を用いることができる。図１に示す坑道３に配置するターゲット部材２ｂおよびターゲット部材２ｃは、配置位置、ターゲット間の間隔または高さなどにより区別可能であるが、本発明においては、図１に示すターゲット部材２ｂとターゲット部材２ｃとの大きさ、形状、色などを変えて区別をすることもできる。
【００３３】
また、図３に示すターゲット部材２ａの曲げられた他方の側には、図１に示すトンネル１坑内の内壁に固定するためのボルト穴１０が複数設けられている。図３（ａ）に示すターゲット部材２ａは、ボルト穴１０が設けられた側を図１に示すトンネル１坑内の内壁に隣接させ、内壁にボルトといった締結手段により締結することができるようになっている。この場合、ターゲット部材２ａを配設する箇所においては、覆工にコンクリートを打設する際、ボルトを締結することができるナットなどを配設しておくことにより、容易にボルトを用いて締結して固定することができる。ボルト穴１０が設けられた側を図１に示すトンネル１坑内の内壁に固定すると、ターゲット９を備える平板部８の両面がトンネル軸方向に向くこととなる。これにより、両側から撮影を行い、ターゲット部材２ａに設けられる両面のターゲット９を含む画像を得ることができる。
【００３４】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すターゲット部材２ａを別方向から見たところ示した図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すターゲット部材２ａの中央部分が折り曲げられた形状をしていて、片側の平板部８の両面にターゲット９が設けられている。上述したようにボルト穴１０が設けられた側をトンネル内壁に固定すると、ターゲット９が設けられた平板部８が釣り下がった状態となり、平板部８を挟んで両側に撮影手段を配置し、平板部８の両面を撮影することができるようになっている。これにより、図１に示すトンネル１坑内の内壁にターゲット部材２ａを多数設置することなく、精度良く形状測定を行うことが可能となる。
【００３５】
本発明においてターゲット９としては、上述した反射プレートまたは反射シートを用いることができ、反射プレートまたは反射シートとしては、従来知られているどのような材質、寸法のものでも用いることができる。
【００３６】
また、本発明においてターゲット９としては、三角形、四角形、五角形といった多角形状、円形、星形等いかなる形状を有するものでも良く、必要に応じて立体として形成したものを用いることができる。本発明においては、図１に示すトンネル１坑内に半球形のターゲットを板部材などに配設したものをターゲット部材として用いることもできる。この場合には、対向する面に設ける必要はなく、いかなる角度から撮影してもターゲットの像を得ることができる。また、本発明においては、彩色されたものや色付きのセロファンなどにより反射プレートや反射シートが被覆されたものをターゲット９として用いることもできる。本発明においてターゲット９の大きさは、トンネルの大きさやトンネル坑内の周方向に設置する数などによって適宜決定することができる。
【００３７】
図４は、本発明に用いることができるターゲット部材２ｂを例示した図である。図４（ａ）に示すターゲット部材２ｂは、平板の両面に円形のターゲット９が貼付けられている。また、このターゲット部材２ｂを２つ用い、ターゲット部材２ｂの間を連結部材４により連結されている。連結部材４および平板には、上述した材質のものを用いることができる。図４（ａ）に示すターゲット部材２ｂは、連結部材４を介したターゲット９間の間隔が予めスケールなどを使用して計測されている。本発明においてターゲット部材２ｂは、両方の面にターゲット９が設けられていなくても良く、写真測量において他方から撮影する場合には、他方にターゲット９が向くように配置して使用することができる。また、ターゲット９は、上述したものを用いることができる。
【００３８】
図４（ｂ）に示すターゲット部材２ｂは、ターゲット部材２ｂとしてターゲット９のみが用いられていて、十字形をした連結部材４により各ターゲット９が連結されている。図４（ｂ）に示すターゲット部材２ｂには、図示しない脚が設けられていて、図１に示すトンネル１坑内の坑道３に配置できるようになっている。また、図４（ｂ）に示すターゲット部材２ｂは、隣り合うターゲット９間の間隔が予めスケールにより測定されている。
【００３９】
図４（ｃ）に示すターゲット部材２ｂは、ターゲット部材２ｂとしてターゲット９のみが用いられていて、長さ方向に長くされた連結部材４を３つ用い、互いに連結されていて、各連結部材４にターゲット９が配設されている。また、図４（ｃ）に示すターゲット部材２ｂには、図４（ｂ）と同様、図示しない脚が設けられていて、図１に示すトンネル１坑内の坑道３に配置することができるようになっている。さらに、図４（ｃ）に示すターゲット部材２ｂは、隣り合うターゲット９間の間隔が予めスケールにより測定されている。本発明において連結部材４は、一部着脱可能とされ、その他は回動可能に連結されることにより、折り畳むことができるようにされていても良い。
【００４０】
図４（ｄ）に示すターゲット部材２ｂは、ターゲット部材２ｂとして２以上の複数のターゲット９のみが用いられていて、一方向に長くされた連結部材４に所定間隔でターゲット９が配設されている。また、図４（ｄ）に示すターゲット部材２ｂには、図４（ｂ）および図４（ｃ）と同様に、図示しない脚が設けられていて、図１に示すトンネル１坑内の坑道３に配置することができるようになっている。さらに、図４（ｄ）に示すターゲット部材２ｂは、隣り合うターゲット９の間隔が予めスケールにより測定されている。本発明においてターゲット部材２ｂは、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す実施の形態に限らず、２以上の複数のターゲットが配設されたものであればいかなる形状であっても良い。
【００４１】
図５は、本発明のトンネル坑内の形状測定方法を用いて写真測量を行っているところを示した概略図である。図５に示す実施の形態では、トンネル１坑内の内壁に複数のターゲット部材２ａを設置し、トンネル１坑内の坑道３に連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂと脚５が設けられたターゲット部材２ｃとが配置されている。図５に示すターゲット部材２ａは、トンネル１坑内の周方向の変形を測定するために用いられ、ターゲット部材２ｃは、トンネル１坑内の坑道３の変形を測定するために用いられる。図５に示すトンネル１坑内の周方向の変形は、トンネル周囲の地山などから絶えず受ける土圧や地下水による水圧などにより生じ、坑道３の変形は、地殻移動などにより生じる。こういった変形をいち早く察知し、適切な支保工を設置するなどの処置を行うことにより、トンネルの崩落などの危険を未然に防止することができる。
【００４２】
図５に示す実施の形態では、１つの角度からトンネル１坑内の内壁の画像をターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃと共に撮影した後、異なった角度となる位置に撮影手段６を移動させることにより、トンネル１坑内の内壁の画像を撮影し、別の画像を複数得る。また、トンネル軸方向へと進み、両面にターゲット９を備えるターゲット部材２ａ、ターゲット部材２ｂおよびターゲット部材２ｃを上記方向とは反対の方向から撮影する。この場合も、異なった角度となる位置に撮影手段６を移動させることにより、各ターゲット９につき両面の画像を複数得る。また、ターゲット部材２ｂに設けられるターゲット９の像を含む画像を少なくとも１枚撮影する。
【００４３】
このようにして複数の画像を得た後、画像読取り手段及びコンピュータ手段といった形状測定手段７により画像解析を行い、撮影された二次元におけるターゲット部材２ａおよびターゲット部材２ｃに設けられるターゲット９の位置座標を得、撮影角度、撮影距離、トンネル軸の相対的位置、レンズの焦点距離、レンズのひずみ係数、共に撮影したスケールとして用いるターゲット部材２ｂに設けられるターゲット９間の間隔を使用して形状測定手段７によりターゲット部材２ａおよびターゲット部材２ｂに設けられるターゲット９の三次元位置座標を得ることができる。この際に用いることができる計算方法としては、従来知られているいかなる方法でも用いることができる。また、ディジタルカメラを用いる場合には、画像読取り手段は、形状測定手段７に含まれていなくても良い。１つのターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃを両側から撮影した画像を解析し、三次元位置座標を算出することにより、互いに算出した位置座標を使用してより正確な位置座標を求めることができる。この場合、両側において算出したターゲット部材２ａの三次元位置座標を同一点としてターゲット部材２ａのトンネル軸方向に前後のトンネル形状を測定することができる。
【００４４】
図６は、図５において説明した本発明のトンネル坑内の形状測定方法の写真測量において得られる画像を概略的に示した図である。図６に示した実施例では、中央に図１に示すターゲット部材２ｂに設けられるターゲット９ａ、９ｂが中央下側の坑道３に撮影されており、図１に示すターゲット部材２ａに設けられるターゲット９ｃおよび図１に示すターゲット部材２ｃに設けられるターゲット９ｄがそれぞれ図１に示すトンネル１坑内の周部分１１、坑道３に示されている。図６（ａ）は、所定の位置から各ターゲット９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを含むように撮影して得られたトンネル坑内の画像を示した図である。図６（ａ）に示す画像では、すべてのターゲット９が円形の形状とされ、坑道３に配置されている図１に示す連結部材４に連結されるターゲット９ａ、９ｂと図１に示すターゲット９ｄは、高さが異なるために区別可能とされている。また、図６（ａ）に示す画像には、所定間隔で弧を描くようにターゲット９ｃが複数示されている。図６（ｂ）は、各ターゲット９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを含むように図６（ａ）とは異なる位置から撮影して得られたトンネル坑内の内壁の画像である。
【００４５】
図６（ａ）および図６（ｂ）によれば、ターゲット９が周部分１１、坑道３に１列にのみ配設されているため、各ターゲット９の同定を容易に行うことができる。また、図６（ａ）および図６（ｂ）に示す画像下側に図１に示す連結部材４に連結されるターゲット部材２ｂに設けられるターゲット９ａ、９ｂが示され、このターゲット９ａ、９ｂの間隔に基づいて三次元位置座標を算出することができる。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すターゲット９ａとターゲット９ｂとの間隔は、上述したように予めスケールを用いて正確に計測されている。また、図１に示すターゲット部材２ａ、ターゲット部材２ｂおよびターゲット部材２ｃには、図６（ａ）および図６（ｂ）の画像に示されるターゲット９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが互いに対向する面である裏側の面にも設けられていて、裏側からも写真測量が行われる。
【００４６】
【発明の効果】
従って、本発明のトンネル坑内の形状測定システムおよび形状測定方法は、互いに対向する面それぞれにターゲットが配設されたターゲット部材を用いることにより、写真測量による測定精度を向上させることができる。また、ターゲット部材は、トンネルの一断面を形成するように配設されるため、ターゲットの使用数を減少させるとともに区別性のあるターゲットを用いることなく、撮影した画像の各ターゲットの同定を容易にする。さらに、ターゲットの使用数が減少することにより撮影時間を短縮することができる。
【００４７】
また、トンネル坑内の坑道に配設するターゲット部材および連結部材により連結されたターゲット部材は、軽量で移動可能とされているため、トンネル坑内において作業用車両の通行があるといった場合においても写真測量を行うことが可能である。
【００４８】
さらに、トンネル軸方向への形状測定においては、トンネル坑内の周部分に設置するターゲット部材の数が少なく、坑道部分に配置するターゲット部材も移動可能であるため、容易に配設して写真測量を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトンネル坑内の形状測定システムの第１の実施の形態を示した図。
【図２】本発明のトンネル坑内の形状測定システムの第２の実施の形態を示した図。
【図３】本発明に用いることができるターゲット部材を例示した図。
【図４】本発明に用いることができるターゲット部材を例示した図。
【図５】本発明のトンネル坑内の形状測定方法を用いて写真測量を行っているところを示した概略図。
【図６】図５において説明した本発明のトンネル坑内の形状測定方法の写真測量において得られる画像を概略的に示した図。
【符号の説明】
１…トンネル
２ａ、２ｂ、２ｃ…ターゲット部材
３…坑道
４…連結部材
５…脚
６…撮影手段
７…形状測定手段
８…平板部
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ…ターゲット
１０…ボルト穴
１１…周部分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shape measurement system and a shape measurement method in a tunnel mine, and more particularly to a system and method for measuring a shape in a tunnel mine using photogrammetry.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in field surveys such as natural environment surveys, natural disaster surveys, and traffic accident surveys, photogrammetry has been frequently used to measure the position of a subject from a photograph taken, and in recent years, measurements in tunnel tunnels have also been performed. . The measurement in the tunnel mine is performed not only at the time of tunnel excavation, but also at the time of displacement measurement for measuring the displacement in the tunnel mine due to the tunnel constantly receiving earth pressure from surrounding surrounding mountains. Photogrammetry inside a structure such as a tunnel mine is performed by sticking a plurality of targets that reflect light from a flash at the time of photographing to a wall surface and photographing a plurality of photographs including the above-described targets from various angles. Thereafter, the captured images are taken into a processing means such as a personal computer, combined as a continuous image, and the coordinates of each target are specified using the target image in the captured image as a reference. Photogrammetry on the inner wall of a tunnel mine or the like can be performed from the coordinates of each target obtained as described above.
[0003]
However, when taking a picture of the inside of a structure such as the inside of a tunnel mine, unlike the photography in field surveys, the background of the inside of the structure such as inside a tunnel mine is the inner wall of the tunnel mine regardless of the angle taken. For this reason, when there is no very clear mark on the inner wall of the tunnel mine, it becomes difficult to determine a reference point when discriminating targets adjacent to each other from the photograph taken as described above. In addition, when photogrammetry is performed in a tunnel mine, it takes time to specify a reference point such as target identification, and if the target is identified incorrectly, the accuracy of photogrammetry in the tunnel mine will be significantly reduced. . Therefore, in photogrammetry in the tunnel mine, a target with improved distinction by changing its color or shape is used, and this target is used as a common reference point.
[0004]
In conventional photogrammetry, a large number of targets with improved distinction must be pasted at predetermined intervals, which is costly. Moreover, since the target which improved the distinction for every predetermined interval is affixed with a target, the fall of work efficiency was also considered a problem. In addition, in order to improve the measurement accuracy in photogrammetry, it is necessary to affix a large number of targets, and a reduction in work efficiency such as a large number of images to be photographed and a long photographing time has been a problem.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in view of the above-mentioned problems, the present invention can improve the measurement accuracy by photogrammetry by using the target member provided with the target on each of the opposing surfaces, and reduce the number of targets used. A shape measurement system in a tunnel tunnel that facilitates identification of each target of a captured image without using a distinct target, and further shortens the imaging time by reducing the number of targets used, and An object is to provide a shape measuring method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The above object is solved by using the shape measuring system and the shape measuring method in the tunnel mine according to the present invention. According to the invention of claim 1 of the present invention,A target is provided on each of the opposing surfaces,Arranged in the circumferential direction and in the tunnel to form one section of the tunnelWasA plurality of target members;
  The targetThe tunnel mine to includeMultiple images at different angles for each surface of the target memberPhotographing means for photographing;
  Including an image of the target photographed by the photographing meansThe plurality ofA shape measuring means for measuring a tunnel shape using an image,
  The plurality of target members are connected to each other by a connecting member so that a part thereof is a predetermined interval,
  The shape measuring means measures the shape in the tunnel mine using a distance between the targets provided in the plurality of target members connected by the linking member as a scale. Is provided.
[0007]
According to the second aspect of the present invention, the target member includes an inner wall in the tunnel mine or a surface adjacent to the tunnel, a surface facing the tunnel axis direction facing each other, and a direction opposite to the tunnel axis direction. A tunnel member comprising a plate member provided with a facing surface, and the target attached to both the surface facing the tunnel axis direction of the plate member and the surface facing the direction opposite to the tunnel axis direction. A measurement system is provided.
[0008]
According to the third aspect of the present invention, the target member connected by the connecting member has the target member connected to both ends of the connecting member, and an interval between the targets provided on the target member. A shape measuring system in a tunnel mine is provided which is premeasured.
[0009]
According to the invention of claim 4 of the present invention, a plurality of target members arranged in the circumferential direction in the tunnel mine are formed in the tunnel mine so as to form a plurality of target rows at predetermined intervals in the tunnel axis direction. A measurement system is provided.
[0010]
According to the invention of claim 5 of the present invention, the step of disposing a plurality of target members each having a target disposed on each surface facing each other in the circumferential direction and tunnel in the tunnel mine so as to form one section of the tunnel. When,
Photographing a plurality of images at different angles for each surface of the target member in the tunnel mine so as to include an image of the target by photographing means;
Calculating a three-dimensional position coordinate of each target from the plurality of images by a shape measuring means, and measuring a tunnel shape using the three-dimensional position coordinates of each target,
The plurality of target members include target members connected to each other by a connecting member so as to have a predetermined interval,
The step of taking a plurality of images while changing the angle comprises taking at least one image provided on the target member connected by the connecting member and including the image of the target used as a scale. A method for measuring the shape of an underground mine is provided.
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, in the step of photographing a plurality of images while changing the angle, photographing is performed so as to include the image of the target included in a target row formed at a predetermined interval in the tunnel axis direction. A method for measuring the shape of a tunnel mine is provided.
[0012]
According to the seventh aspect of the present invention, the step of measuring the tunnel shape using the three-dimensional position coordinates of each target uses the targets provided on the mutually facing surfaces as a common reference point, and the target member There is provided a method for measuring a shape in a tunnel mine, characterized in that the tunnel shape measured for each surface is combined at the common reference point.
[0013]
[Action]
In the present invention, a plurality of target members are arranged in the circumferential direction of the tunnel and so as to form one section of the tunnel in the tunnel tunnel, and photogrammetry is performed to measure the shape of the tunnel tunnel. Since the target members are arranged in only one row in the circumferential direction and the tunnel portion with respect to the tunnel axis direction, it is easy to recognize each target provided in the target member on the image. Moreover, the target member is provided with mutually opposing surfaces, such as a surface facing one side and a surface facing the opposite direction, and the target is provided on each surface. The target provided on the target member has the same shape and size on each surface. Further, in the tunnel, a part of the plurality of target members is a target member connected by a connecting member, and the interval between the target members via the connecting member can be measured in advance and used as a scale. It has become. It is possible to calculate the three-dimensional position coordinates of each target by photographing the target provided on the connecting member simultaneously with other targets in the photogrammetry. Each target member is imaged from the side where each surface can be imaged, the three-dimensional position coordinates of the target provided on each surface are calculated, and the tunnel shape is measured from each side. Assuming that the targets provided on the surfaces facing each other as common reference points are arranged at the same position, the tunnel shape measured for the surface facing one side of the target member and the tunnel shape measured for the surface facing the opposite direction Can be combined to form a tunnel shape, so that the measurement accuracy in the tunnel axis direction can be improved. In addition, the measurement accuracy in the tunnel axis direction can be further improved by arranging the target members in the circumferential direction in the tunnel well so as to form target rows at predetermined intervals in the tunnel axis direction.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a shape measurement system in a tunnel mine according to the present invention. The tunnel 1 shown in FIG. 1 is constructed by excavating a mountain or the like, and lining is performed by placing concrete or the like. However, since the earth pressure from the surrounding ground of the tunnel is constantly applied, the tunnel shape is deformed, and this deformation may cause the tunnel collapse. Has been. In the tunnel 1 mine shown in FIG. 1, a plurality of target members 2a are arranged in the circumferential direction in the tunnel 1 mine. In addition, in the tunnel 1 shown in FIG. 1, a target member 2 b connected to the tunnel 3 in the tunnel 1 well by a connecting member 4 and a target member 2 c not connected by the connecting member 4 are arranged. In the present invention, a plurality of target members 2a, 2b, and 2c are disposed so as to form a cross section formed by cutting the tunnel 1 well.
[0015]
The target members 2a, 2b, and 2c shown in FIG. 1 are provided with mutually facing surfaces such as a surface facing one side and a surface facing the opposite direction, and a target is disposed on each surface. An image including an image of the target within one mine, on the side where each surface can be taken, here an image including the image of the target from the tunnel axis direction or the opposite direction across one section formed by the target members 2a, 2b, and 2c Can be taken. In addition, the target member 2b disposed in the center of the tunnel 3 in the tunnel 1 shown in FIG. 1 has the two target members 2b, which are provided with targets on both sides as described above, connected by the connecting member 4. Yes. As for the interval between the two target members 2b connected by the connecting member 4, the interval between the targets provided on the target member 2b is measured in advance by a scale or the like. The target member 2c disposed in the tunnel 3 in the tunnel 1 shown in FIG. 1 is provided with legs 5 so that the target member 2c has a predetermined height.
[0016]
In the embodiment shown in FIG. 1, the target members 2 a, 2 b, and 2 c are connected to the center of the tunnel 3 by six connecting members 4 at a predetermined interval so as to form one row in the circumferential direction in the tunnel 1 tunnel. Two objects are disposed one on each side of the target member 2 b connected by the connecting member 4. Further, in the tunnel 1 shown in FIG. 1, a photographing unit 6 for performing photogrammetry and a shape measuring unit 7 for measuring a tunnel shape from an image photographed by the photographing unit 6 are arranged. In FIG. 1, the photographing means 6 is arranged so as to photograph only the surface facing the one of the target members 2a, 2b, 2c, but moved to a position where the surface facing the opposite direction of each target member can be photographed. You can shoot.
[0017]
Further, in the embodiment shown in FIG. 1, when photographing a surface facing one of the target members 2a, 2b, 2c, it is directed to three positions at different angles from the front and the left and right of the front, and in the opposite direction. It is possible to shoot from a total of six locations, such as the front and three positions at different angles to the left and right of the front to capture the surface. In this case, after taking an image of the inner wall in the tunnel 1 from one position together with the target member 2b connected by the connecting member 4, the imaging means 6 is moved to another position where the image can be taken from a different angle, Take a picture of the inner wall and get another image. At this time, it is preferable that images taken from different angles include a target that serves as a mark such as an image of the target provided on the target member 2 b connected to the connecting member 4. Each photographed image is three-dimensional based on the distance between targets provided on the target member 2b via the connecting member 4 with the target provided on the target member 2b connected to the connecting member 4 as a common reference point. The position coordinates can be calculated. It is preferable that the position and direction are defined in advance for the position at which photography is performed. By doing so, it is possible to easily calculate the three-dimensional position coordinates of each target in the image analysis described below.
[0018]
The tunnel shape in the tunnel axis direction can be measured based on the three-dimensional position coordinates of the targets provided on the target members 2a, 2b, and 2c. In photogrammetry, when the target is not disposed in the tunnel axis direction, the measurement accuracy decreases in the tunnel axis direction, that is, from the position where the photograph is taken toward the photographing direction. Therefore, in the present invention, the target member 2a in which the target provided on the surface facing the tunnel axis direction of each target member 2a, 2b, 2c and the target provided on the surface facing the opposite direction are disposed. 2b and 2c are photogrammetrically measured for each surface, and the target provided on the surface facing one side and the target provided on the surface facing the opposite direction are arranged at the same position from each side. By combining the measured tunnel shapes, the measurement accuracy in the tunnel axis direction can be improved. In the present invention, when combining the target provided on the surface facing one of the target members 2a, 2b and 2c and the target provided on the surface facing the opposite direction at the same position, some target members The targets provided in 2a, 2b, and 2c can be used as common reference points, or all targets can be used as common reference points.
[0019]
When the photogrammetry is completed at the positions where the target members 2a, 2b and 2c shown in FIG. 1 are disposed, the target member 2a is disposed in the tunnel circumferential direction at a position moved by a predetermined distance in the tunnel axis direction. Then, it can be moved to the position of the mine shaft 3 that forms one section with the arranged target member 2a, and photogrammetry can be performed again as described above.
[0020]
After obtaining a plurality of images in this way, image analysis is performed by the shape measuring means 7 such as an image reading means and a computer means installed on the site or in another place, and the captured target members 2a, 2b and 2c are provided. Get the target position coordinates. In this case, the shape measuring means 7 can obtain the three-dimensional position coordinates of each target in consideration of the shooting angle, the shooting distance, the relative position of the tunnel axis, the focal length of the lens, and the distortion of the lens. As a calculation method that can be used in this case, any conventionally known method can be used. Further, when a digital camera is used, the image reading unit may not be included in the shape measuring unit 7. In the present invention, since the plurality of target members 2a, 2b, and 2c do not exist in the circumferential direction and tunnel in the tunnel axis direction, it is easy to recognize each target provided in each target member 2a, 2b, and 2c.
[0021]
The target member 2a shown in FIG. 1 is L-shaped, which is a shape bent from the central portion of a rectangular flat plate. Moreover, the target member 2a shown in FIG. 1 is provided with a target on both sides of a folded flat plate portion, and the other side is fastened to the inner wall of the tunnel 1 using a fastening member such as a bolt. It has become. The target member 2a that can be used in the shape measurement system in the tunnel mine according to the present invention is provided with a target on both sides, and has a structure that can shoot images including images of the target from both sides in the tunnel 1 mine. Even if it is not a letter shape, it may be any shape and size such as a T-shape. In the present invention, a target that can be used on both sides, such as front and back, is fitted into a through hole provided in a plate member, and an outer peripheral portion of the target is fixed to the through hole with an adhesive or the like, or welded or welded. What was fixed by such as can be used as the target member 2a. Further, as the target member 2a, a member in which the target is fixed to the plate member by fastening means such as bolts and nuts can be used. Moreover, in this invention, the target member 2a may be made into the target of the structure affixed on the board member. When pasting, an adhesive tape or an adhesive can be used. As described above, when a plate member is used, a plate member made of any material such as wood, plastic, or steel can be used. In the present invention, the target member 2a can be fixed to a peripheral portion in the tunnel 1 well by hooking the target member 2a, or the target member 2a can be attached to the inner wall of the tunnel 1 well with the above-mentioned adhesive tape or adhesive. In the present invention, as shown in FIG. 1, the number of target members 2 a can be provided as needed even if the number of target members 2 a is not six in the circumferential direction in the tunnel 1.
[0022]
In the target member 2 b disposed in the mine shaft 3 shown in FIG. 1, two target members 2 b are connected by a connecting member 4. The interval between the targets provided in the target member 2b connected by the connecting member 4 is measured in advance using a scale or the like. Thereby, the target provided in the target member 2a arrange | positioned in the circumferential direction in the tunnel 1 well using the space | interval between the said targets in the image | photographed image, and the target provided in the target member 2c arrange | positioned in the tunnel 3 It is possible to obtain the three-dimensional position coordinates. The target member 2b connected to the connecting member 4 can also be used as the target member 2c for measuring deformation of the mine shaft 3. It is preferable that the target member 2b has the same shape and size on both sides, and the above-mentioned distance is the same on both sides. Further, the target member 2b is not limited to those provided at both ends of the connecting member 4 as shown in FIG. In the present invention, since the connection member 4 provided with the above-described target is used as a scale, it is not necessary to illuminate the scale and perform shooting as in the prior art.
[0023]
In the present invention, the connecting member 4 is preferably made of a material having a small error due to temperature because the distance between the targets provided on the target member 2b via the connecting member 4 is used as a scale. Moreover, it is preferable that the connection member 4 is lightweight in order to make a movement easy. In the present invention, the connecting member 4 can be made of graphite or aluminum. The connecting member 4 may have any shape and size. Furthermore, a scale with a scale can be used as the connecting member 4. As the target member 2b connected by the connecting member 4 in the present invention, a structure in which a target is provided on a scale with a scale can be used. Moreover, as the target member 2b, you may be set as the structure which affixed the target on both surfaces of the flat plate. In the present invention, since the target member 2b or the connecting member 4 is disposed in the tunnel 3 in the tunnel 1 tunnel, a leg or the like can be provided.
[0024]
The target member 2b connected to the connecting member 4 used in the shape measuring system for tunnel tunnels according to the present invention has a connecting plate 4 as a rectangular plate for easy carrying, and a plurality of targets are provided on the rectangular plate at predetermined intervals. What was produced can also be used. Also in this case, the interval between the targets is measured in advance. Moreover, what forms a triangle and a quadrangle by a plurality of rectangular plates, and what forms a triangle cone and a square cone can be used. These are each provided with a target at each apex part, and a part of the target can be rotated and removed, so that they can be carried by being folded.
[0025]
The target member 2 c disposed in the mine shaft 3 shown in FIG. 1 is not provided with the connecting member 4 and is disposed for measuring deformation of the mine shaft 3. A target member 2 c shown in FIG. 1 is provided with legs 5 for supporting the target member 2 c on the mine shaft 3. In the present invention, the legs 5 may have any length, material, and number. In the present invention, the leg 5 may not be provided. The target member 2c can be the same as the target members 2a and 2b described above. In the present invention, the leg 5 is preferably made of a lightweight material so that it can be easily carried in photogrammetry. Further, the leg 5 can have a height different from the arrangement height of the target member 2 b connected to the connecting member 4. By carrying out like this, the target provided in the target member 2b arrange | positioned in the same tunnel 3 and the target provided in the target member 2c can be distinguished easily. In the present invention, the leg 5 may be made of graphite or aluminum similar to the connecting member 4. Furthermore, in the present invention, the number of target members 2c required for measuring the deformation of the mine shaft 3 can be arranged.
[0026]
The targets provided on the target members 2a, 2b, and 2c shown in FIG. 1 can have the same shape, size, and material. In the present invention, it is also possible to use an optically distinguishable target in order to easily distinguish the target member 2a, the target member 2b, and the target member 2c. In the present invention, it is also possible to use a target with improved distinction by changing the color or shape, or a target formed by combining a plurality of targets such as Braille. In the present invention, it is preferable that the targets provided on the target members 2a, 2b, and 2c have the same size and the same shape on one surface and the surface facing the opposite direction. Further, as described above, in order to perform the tunnel shape measurement on the assumption that the target provided on one surface and the target provided on the surface facing in the opposite direction are arranged at the same position, the target members 2a, 2c It is preferable that the connecting member 4 of the plate member and the target member 2b is made thinner and the thickness of the target is also made thinner. In the present invention, the thickness of the target is preferably 1 mm or less, more preferably 0.1 mm or less. Furthermore, in the present invention, the measurement accuracy can be further improved by correcting the thicknesses of the plate member, the connecting member 4 and the target.
[0027]
In the shape measuring system of the present invention, an optical camera can be used as the photographing means 6, but a digital camera can be used instead of the optical camera to facilitate subsequent image processing and calculation of three-dimensional position coordinates. You can also Further, in the present invention, by photographing each target from both sides, the shape of the tunnel 1 tunnel can be accurately measured using a small number of targets. Further, since the number of target members 2a to be disposed is small, the time for disposing the target member 2a can be shortened, the number of images to be photographed can be reduced, and the photographing time can be shortened. . Furthermore, since the target member 2b and the target member 2c connected by the connecting member 4 are lightweight and can be easily moved, the target member 2b and the target member 2c easily move when there is a working vehicle passing through the tunnel 1 mine. Can be made.
[0028]
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the shape measurement system in the tunnel mine according to the present invention. A plurality of target members 2a are installed in the tunnel 1 shown in FIG. 2 so as to form a target row in the tunnel axis direction. In the embodiment shown in FIG. 2, there are two target columns. Further, in the tunnel 1 shown in FIG. 2, the target member 2b connected to the tunnel 3 by the connecting member 4 and the target member 2c not connected by the connecting member 4 together with the target member 2a forming one target row. It arrange | positions in the position which forms one cross section. Furthermore, in the tunnel 1 shown in FIG. 2, the photographing means 6 for photographing images of each target provided on the target member 2 a, the target member 2 b, and the target member 2 c, and the image photographed by the photographing means 6 are analyzed. A shape measuring means 7 for measuring the shape is arranged.
[0029]
In the embodiment shown in FIG. 2, a target row is formed by the target member 2a in order to improve the measurement accuracy in the tunnel axis direction. In the present invention, it is possible to improve the measurement accuracy in the tunnel axis direction by forming a large number of target rows, but it becomes difficult to identify each target included in the photographed image, and it takes time and effort to install the target. Therefore, about two rows are preferable.
[0030]
In the embodiment shown in FIG. 2, photogrammetry is performed by photographing from both the surface facing one of the target members 2a, 2b, and 2c and the surface facing the opposite direction of the target member 2a, 2b, 2c across the formed target row. be able to. In this case, the target member 2b and the target member 2c connected by the connecting member 4 are arranged in the mine shaft 3 of any target row. In the present invention, as shown in FIG. 2, by forming a target row and performing photogrammetry, the accuracy in the tunnel axis direction can be improved, and photogrammetry can be performed more quickly.
[0031]
FIG. 3 is a diagram illustrating a target member 2a that can be used in the present invention. Fig.3 (a) is the figure which showed the place which looked at the L-shaped target member 2a from the predetermined direction. A target member 2a shown in FIG. 3 (a) is bent at the central portion to be L-shaped, and the target 9 is provided on both surfaces of the bent flat plate portion 8 on one side. The target member 2a generally reflects light from a light source such as a flash when taking a photograph so that a reference point used for photogrammetry can be provided on the image when the target 9 is photographed. It is constituted by a reflection plate or a reflection sheet such as a member. Further, the target 9 is focused on the reflected light beam in a cross line pattern (not shown) or in a reflection direction so that the center of the target member 2a can be easily determined on the surface of the portion irradiated with the light beam. An optical element such as a Fresnel lens can be provided.
[0032]
In the present invention, the target 9 shown in FIG. 3 is used for all of the target member 2a shown in FIG. 1, the target member 2b connected by the connecting member 4 shown in FIG. 1, and the target member 2c shown in FIG. it can. The target member 2b and the target member 2c arranged in the mine shaft 3 shown in FIG. 1 can be distinguished by the arrangement position, the distance between the targets or the height, etc. In the present invention, the target member 2b and the target shown in FIG. It is also possible to distinguish by changing the size, shape, color and the like of the member 2c.
[0033]
Also, a plurality of bolt holes 10 are provided on the other bent side of the target member 2a shown in FIG. 3 for fixing to the inner wall of the tunnel 1 shown in FIG. The target member 2a shown in FIG. 3 (a) is configured such that the side on which the bolt hole 10 is provided is adjacent to the inner wall in the tunnel 1 shown in FIG. Yes. In this case, at the place where the target member 2a is provided, when placing concrete on the lining, a nut or the like that can be used to fasten the bolt is provided so that the bolt can be easily fastened. Can be fixed. When the side on which the bolt hole 10 is provided is fixed to the inner wall of the tunnel 1 shown in FIG. 1, both surfaces of the flat plate portion 8 including the target 9 are directed in the tunnel axis direction. Thereby, it can image | photograph from both sides and can obtain the image containing the target 9 of both surfaces provided in the target member 2a.
[0034]
FIG. 3B is a view showing the target member 2a shown in FIG. 3A viewed from another direction. FIG. 3B shows a shape in which the central portion of the target member 2 a shown in FIG. 3A is bent, and the targets 9 are provided on both surfaces of the flat plate portion 8 on one side. As described above, when the side on which the bolt hole 10 is provided is fixed to the inner wall of the tunnel, the flat plate portion 8 on which the target 9 is provided is in a hung state. Both sides of the part 8 can be photographed. Thereby, it becomes possible to measure the shape with high accuracy without installing many target members 2a on the inner wall of the tunnel 1 shown in FIG.
[0035]
In the present invention, the target 9 can be the reflection plate or the reflection sheet described above, and the reflection plate or the reflection sheet can be of any known material and size.
[0036]
In the present invention, the target 9 may have any shape such as a polygon, such as a triangle, a quadrangle, or a pentagon, a circle, or a star. A target formed as a solid may be used as necessary. In the present invention, a hemispherical target disposed in a plate member or the like in the tunnel 1 shown in FIG. 1 may be used as the target member. In this case, it is not necessary to provide on the opposing surfaces, and a target image can be obtained from any angle. In the present invention, the target 9 may be a colored plate or a coated cellophane coated with a reflective plate or a reflective sheet. In the present invention, the size of the target 9 can be appropriately determined depending on the size of the tunnel, the number of the targets 9 installed in the circumferential direction in the tunnel mine, and the like.
[0037]
FIG. 4 is a diagram illustrating a target member 2b that can be used in the present invention. As for the target member 2b shown to Fig.4 (a), the circular target 9 is affixed on both surfaces of a flat plate. Two target members 2b are used, and the target members 2b are connected by a connecting member 4. For the connecting member 4 and the flat plate, the materials described above can be used. In the target member 2b shown in FIG. 4A, the distance between the targets 9 via the connecting member 4 is measured in advance using a scale or the like. In the present invention, the target member 2b does not have to be provided with the target 9 on both surfaces, and when photographing from the other in photogrammetry, the target member 2b can be arranged and used so that the target 9 faces the other. . Moreover, the target 9 can use what was mentioned above.
[0038]
In the target member 2b shown in FIG. 4B, only the target 9 is used as the target member 2b, and each target 9 is connected by a connecting member 4 having a cross shape. The target member 2b shown in FIG. 4B is provided with a leg (not shown) so that it can be placed in the tunnel 3 in the tunnel 1 shown in FIG. Moreover, as for the target member 2b shown in FIG.4 (b), the space | interval between the adjacent targets 9 is measured with the scale previously.
[0039]
In the target member 2b shown in FIG. 4C, only the target 9 is used as the target member 2b, and three connecting members 4 elongated in the length direction are used and are connected to each other. A target 9 is disposed on the surface. Also, the target member 2b shown in FIG. 4 (c) is provided with a leg (not shown) as in FIG. 4 (b) so that the target member 2b can be placed in the tunnel 3 in the tunnel 1 shown in FIG. It has become. Further, in the target member 2b shown in FIG. 4C, the interval between the adjacent targets 9 is measured in advance by a scale. In the present invention, the connecting member 4 may be partly detachable and the other may be foldable by being rotatably connected.
[0040]
In the target member 2b shown in FIG. 4D, only two or more targets 9 are used as the target member 2b, and the targets 9 are arranged at predetermined intervals on the connecting member 4 that is elongated in one direction. Yes. Further, the target member 2b shown in FIG. 4 (d) is provided with a leg (not shown) as in FIGS. 4 (b) and 4 (c), and is formed in the tunnel 3 in the tunnel 1 shown in FIG. Can be arranged. Further, in the target member 2b shown in FIG. 4D, the interval between the adjacent targets 9 is measured in advance with a scale. In the present invention, the target member 2b is not limited to the embodiment shown in FIGS. 4 (a) to 4 (d), and may have any shape as long as two or more targets are disposed. .
[0041]
FIG. 5 is a schematic view showing that photogrammetry is performed using the method for measuring the shape of a tunnel mine according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 5, a target member in which a plurality of target members 2 a are installed on the inner wall of the tunnel 1 mine, and the target member 2 b and the legs 5 connected to the mine tunnel 3 in the tunnel 1 mine by the connecting member 4 is provided. 2c is arranged. The target member 2a shown in FIG. 5 is used for measuring the deformation in the circumferential direction in the tunnel 1 well, and the target member 2c is used for measuring the deformation of the tunnel 3 in the tunnel 1 well. The deformation in the circumferential direction in the tunnel 1 shown in FIG. 5 is caused by earth pressure constantly received from the ground around the tunnel or the water pressure by groundwater, and the deformation of the tunnel 3 is caused by crustal movement or the like. By quickly detecting such deformations and taking appropriate measures such as installing appropriate support works, it is possible to prevent dangers such as the collapse of the tunnel.
[0042]
In the embodiment shown in FIG. 5, the image of the inner wall in the tunnel 1 tunnel is photographed together with the target members 2 a, 2 b and 2 c from one angle, and then the photographing means 6 is moved to a position having a different angle, thereby An image of the inner wall in one mine is taken to obtain a plurality of other images. Moreover, it progresses to a tunnel axial direction and image | photographs the target member 2a provided with the target 9 on both surfaces, the target member 2b, and the target member 2c from the direction opposite to the said direction. Also in this case, a plurality of double-sided images are obtained for each target 9 by moving the photographing means 6 to positions at different angles. Further, at least one image including an image of the target 9 provided on the target member 2b is taken.
[0043]
After obtaining a plurality of images in this way, image analysis is performed by the shape measuring means 7 such as an image reading means and a computer means, and the position coordinates of the target 9 provided on the two-dimensional image of the target member 2a and the target member 2c. The shape measuring means using the photographing angle, the photographing distance, the relative position of the tunnel axis, the focal length of the lens, the distortion coefficient of the lens, and the distance between the targets 9 provided on the target member 2b used as a scale for photographing. 7, the three-dimensional position coordinates of the target 9 provided on the target member 2a and the target member 2b can be obtained. As a calculation method that can be used in this case, any conventionally known method can be used. Further, when a digital camera is used, the image reading unit may not be included in the shape measuring unit 7. By analyzing images obtained by photographing one target member 2a, 2b, 2c from both sides and calculating three-dimensional position coordinates, more accurate position coordinates can be obtained using the position coordinates calculated from each other. In this case, the front and rear tunnel shapes in the tunnel axis direction of the target member 2a can be measured with the three-dimensional position coordinates of the target member 2a calculated on both sides as the same point.
[0044]
FIG. 6 is a diagram schematically showing an image obtained in the photogrammetry of the shape measuring method in the tunnel mine according to the present invention described in FIG. In the embodiment shown in FIG. 6, the targets 9a and 9b provided in the target member 2b shown in FIG. 1 at the center are photographed in the mine 3 on the lower side of the center, and the target 9c provided in the target member 2a shown in FIG. 1 and the target 9d provided on the target member 2c shown in FIG. 1 are shown in the peripheral portion 11 and the tunnel 3 in the tunnel 1 shown in FIG. FIG. 6A is a view showing an image of a tunnel mine obtained by photographing each target 9a, 9b, 9c, 9d from a predetermined position. In the image shown in FIG. 6A, all the targets 9 have a circular shape, and the targets 9a and 9b connected to the connecting member 4 shown in FIG. Can be distinguished because of their different heights. Further, in the image shown in FIG. 6A, a plurality of targets 9c are shown so as to draw an arc at a predetermined interval. FIG. 6B is an image of the inner wall in the tunnel mine obtained by photographing from a position different from FIG. 6A so as to include the targets 9a, 9b, 9c, and 9d.
[0045]
According to FIG. 6A and FIG. 6B, since the targets 9 are arranged in only one row in the peripheral portion 11 and the tunnel 3, each target 9 can be easily identified. Further, targets 9a and 9b provided on the target member 2b connected to the connecting member 4 shown in FIG. 1 are shown on the lower side of the images shown in FIGS. 6A and 6B, and the targets 9a and 9b are shown. Three-dimensional position coordinates can be calculated based on the interval. The distance between the target 9a and the target 9b shown in FIGS. 6A and 6B is accurately measured in advance using a scale as described above. Further, the target member 2a, the target member 2b, and the target member 2c shown in FIG. 1 are surfaces on which the targets 9a, 9b, 9c, and 9d shown in the images of FIGS. 6 (a) and 6 (b) face each other. It is also provided on the back side, and photogrammetry is performed from the back side.
[0046]
【The invention's effect】
Therefore, the shape measurement system and the shape measurement method in the tunnel mine according to the present invention can improve the measurement accuracy by photogrammetry by using the target members in which the targets are arranged on the surfaces facing each other. In addition, since the target member is arranged so as to form one section of the tunnel, it is easy to identify each target in the photographed image without reducing the number of targets used and using a distinct target. To do. Furthermore, the imaging time can be shortened by reducing the number of targets used.
[0047]
In addition, since the target member connected by the target member and the connecting member disposed in the tunnel in the tunnel mine is lightweight and movable, it is possible to perform photogrammetry even when there is traffic of the work vehicle in the tunnel mine. Is possible.
[0048]
Furthermore, in the shape measurement in the tunnel axis direction, the number of target members installed in the peripheral part of the tunnel mine is small, and the target members arranged in the tunnel part can also be moved. Is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a shape measuring system in a tunnel mine according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of a shape measurement system in a tunnel mine according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a target member that can be used in the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a target member that can be used in the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing that photogrammetry is performed using the method for measuring the shape of a tunnel mine according to the present invention.
6 is a diagram schematically showing an image obtained in the photogrammetry of the method for measuring the shape of a tunnel mine according to the present invention described in FIG. 5;
[Explanation of symbols]
1 ... Tunnel
2a, 2b, 2c ... target member
3 ... Tunnel
4. Connection member
5 ... Leg
6 ... Photography means
7. Shape measuring means
8 ... Flat plate
9, 9a, 9b, 9c, 9d ... target
10 ... Bolt hole
11 ... circumference

Claims

A plurality of target members provided in the circumferential direction in the tunnel mine and in the tunnel so as to form a cross section of the tunnel, each of the faces facing each other is provided with a target;
An imaging means for imaging a plurality of images by changing the angle of each surface of the target member in the tunnel mine so as to include the target ,
A shape measuring means for measuring a tunnel shape using the plurality of images including the image of the target photographed by the photographing means,
The plurality of target members are connected to each other by a connecting member so that a part thereof is a predetermined interval,
The shape measuring means measures the shape in the tunnel mine using a distance between the targets provided in the plurality of target members connected by the connecting member as a scale, and measures the shape in the tunnel mine. system.

The target member includes a plate member having an inner wall in the tunnel mine or a surface adjacent to the tunnel, a surface facing the tunnel axis direction facing each other, and a surface facing the direction opposite to the tunnel axis direction, and the plate member The shape measurement system in a tunnel mine according to claim 1, comprising: the target attached to both a surface facing the tunnel axis direction and a surface facing the direction opposite to the tunnel axis direction.

The target member connected by the connecting member is characterized in that the target member is connected to both ends of the connecting member, and an interval between targets provided on the target member is measured in advance. Item 3. The shape measuring system for tunnel tunnels according to item 1 or 2.

The tunnel mine according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of target members arranged in a circumferential direction in the tunnel mine are installed so as to form a target row at a predetermined interval in the tunnel axis direction. Shape measurement system.

Disposing a plurality of target members each having a target disposed on each surface facing each other in a circumferential direction and a tunnel in the tunnel mine so as to form one section of the tunnel;
Photographing a plurality of images at different angles for each surface of the target member in the tunnel mine so as to include an image of the target by photographing means;
Calculating a three-dimensional position coordinate of each target from the plurality of images by a shape measuring means, and measuring a tunnel shape using the three-dimensional position coordinates of each target,
The plurality of target members include target members connected to each other by a connecting member so as to have a predetermined interval,
The step of capturing a plurality of images by changing the angle is characterized in that at least one image including the target image used as a scale is provided on the target member connected by the connecting member, Method for measuring the shape of tunnel tunnels.

The step of capturing a plurality of images at different angles is performed so as to include images of the target included in a target row formed at predetermined intervals in the tunnel axis direction. Method for measuring the shape of tunnel tunnels.

The step of measuring the tunnel shape using the three-dimensional position coordinates of each target uses the targets provided on the surfaces facing each other as a common reference point, and the tunnel shape measured for each surface of the target member is the common reference. The method for measuring a shape in a tunnel mine according to claim 5 or 6, wherein the shape is combined at a point.