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JP7558376B2 - Mobile measurement object - Google Patents
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JP7558376B2 - Mobile measurement object - Google Patents

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Description

本願発明は、掘削中のトンネル切羽の状態を表示する技術であり、より具体的には、トンネル切羽の3次元モデルに基づいて得られる色情報を用いてトンネル切羽の状態を表示する技術に関するものである。 The present invention relates to a technology for displaying the state of a tunnel face during excavation, and more specifically, to a technology for displaying the state of a tunnel face using color information obtained based on a three-dimensional model of the tunnel face.

我が国の国土は、およそ2/3が山地であるといわれており、そのため道路や線路など(以下、「道路等」という。)は必ずといっていいほど山地部を通過する区間がある。この山地部で道路等を構築するには、斜面の一部を掘削する切土工法か、地山の内部をくり抜くトンネル工法のいずれかを採用するのが一般的である。トンネル工法は、切土工法に比べて施工単価(道路等延長当たりの工事費)が高くなる傾向にあるものの、切土工法よりも掘削土量(つまり排土量)が少なくなる傾向にあるうえ、道路等の線形計画の自由度が高い(例えば、ショートカットできる)といった特長があり、これまでに建設された国内のトンネルは10,000を超えるといわれている。 It is said that roughly two-thirds of Japan's land area is mountainous, and as a result, roads, railway tracks, etc. (hereinafter referred to as "roads, etc.") almost always have sections that pass through mountainous areas. To build roads, etc. in mountainous areas, it is common to use either the cut earth method, which excavates part of the slope, or the tunnel method, which hollows out the inside of the natural ground. Although the tunnel method tends to have a higher construction cost (construction cost per length of road, etc.) than the cut earth method, the amount of excavated soil (i.e. the amount of soil discharged) tends to be less than the cut earth method, and it has the advantage of allowing greater freedom in the linear planning of roads, etc. (for example, shortcuts can be taken), and it is said that more than 10,000 tunnels have been built in Japan to date.

山岳トンネルの施工方法としては、昭和50年代までは鋼アーチ支保工に木矢板を組み合わせて地山を支保する「矢板工法」が主流であったが、現在では地山強度を積極的に活かすNATM(New Austrian Tunnelling Method)が主流となっている。NATMは、地山が有する強度(アーチ効果)に期待する設計思想が主な特徴であり、そのため従来の矢板工法に比べトンネル支保工の規模を小さくすることができ、しかも施工速度を上げることができることから施工コストを減縮することができる。 Until the 1970s, the "sheet pile method," which combined steel arch supports with wooden sheet piles to support the ground, was the mainstream construction method for mountain tunnels, but now the New Australian Tunneling Method (NATM), which actively utilizes the strength of the ground, has become mainstream. NATM's main feature is its design philosophy that relies on the strength of the ground (arch effect), which makes it possible to reduce the scale of the tunnel supports compared to the conventional sheet pile method, and also to increase the construction speed, thereby reducing construction costs.

またNATMは、本格的に実施されて以来、飛躍的に掘削技術が進歩しており、種々の補助工法が開発されることによって様々な地山に対応することができるようになり、さらに掘削機械(特に、自由断面掘削機)の進歩によって発破掘削のほか機械掘削も選択できるようになった。この機械掘削は、掘削断面積や線形にもよるものの一般的には比較的低い強度(例えば、一軸圧縮強度が49N/mm以下)の地山に対して採用されることが多く、一方、対象地山に岩盤が存在する場合はやはり発破掘削が採用されることが多い。 In addition, since NATM was first fully implemented, excavation technology has made great strides, and the development of various auxiliary construction methods has made it possible to handle a variety of natural ground, and the advancement of excavation machines (particularly open-face excavators) has made it possible to choose mechanical excavation in addition to blasting excavation. Although mechanical excavation depends on the excavation cross-sectional area and linearity, it is generally often used for natural ground with relatively low strength (for example, uniaxial compressive strength of 49 N/ mm2 or less), while blasting excavation is often used when bedrock is present in the target natural ground.

ここでNATMによる掘削手順について簡単に説明する。はじめに、トンネル切羽の掘削を行う。発破掘削の場合は、ドリルジャンボによって削孔して火薬(ダイナマイト)を装填し、作業員と機械が退避したうえで発破する。一方、機械掘削の場合は、自由断面掘削機によってトンネル切羽を切削していく。1回(1サイクル)の掘削進行長(1スパン長)は地山の強度に応じて設定される支保パターンによって異なるが、一般的には1.0m~2.0mのスパン長で掘削が行われる。1スパン長の掘削を行うと、不安化した地山部分(浮石など)を落とす「こそく」を行いながらダンプトラック(あるいはレール工法)によってズリを搬出(ズリ出し)する。そしてズリ出し後に、必要に応じて1次コンクリート吹付けを行ったうえで必要に応じて(支保パターンによって)鋼製支保工を建て込み、2次コンクリート吹付けを行った後にロックボルトの打設を行う。なお、1次コンクリート吹付けと2次コンクリート吹付けは、掘進したスパン長分、すなわち素掘り部分のトンネル内周面(側壁から天端にかけた周面)に対して行われる。 Here, we will briefly explain the excavation procedure using NATM. First, the tunnel face is excavated. In the case of blast excavation, a drill jumbo is used to drill a hole, explosives (dynamite) are loaded, and the blasting takes place after the workers and machines have evacuated. On the other hand, in the case of mechanical excavation, the tunnel face is cut using a free-face excavator. The excavation length (one span length) for one cycle varies depending on the support pattern set according to the strength of the ground, but excavation is generally performed with a span length of 1.0 to 2.0 m. After one span length has been excavated, the debris is removed (debris removal) using a dump truck (or rail method) while "scrambling" is performed to remove unstable ground parts (loose stones, etc.). After the debris removal, the first concrete is sprayed as necessary, and steel supports are erected as necessary (depending on the support pattern), and the second concrete is sprayed, followed by the installation of rock bolts. The first and second concrete spraying is carried out over the entire span of the tunnel, i.e., on the inner surface of the unlined tunnel (the surface extending from the side walls to the top).

NATMにおいてトンネル切羽を安定させることは、安全施工の意味からも極めて重要であり、地山強度や湧水、あるいはトンネル切羽の挙動等によっては、トンネル切羽に対して補助工法が行われる。例えば、トンネル切羽を安定させるためのコンクリート吹付け(鏡吹付け)やロックボルト(鏡ボルト)の打設、水抜きボーリング、あるいは先受け工としてのフォアポーリングや長尺フォアパイリングなどが行われる。このうちトンネル切羽のコンクリート吹付けは、段取りや作業が比較的容易であり、トンネル切羽の縦断方向(掘進方向)の緩みを抑えることができるうえ、トンネル切羽の肌落ちを防止することができ、しかも膨張性地山の場合は空気や水分から隔離することができることから、実践的かつ効果的な補助工法といえる。 Stabilizing the tunnel face in NATM is extremely important in terms of safe construction, and auxiliary construction methods are used on the tunnel face depending on the strength of the ground, spring water, or the behavior of the tunnel face. For example, concrete spraying (mirror spraying) and rock bolts (mirror bolts) are used to stabilize the tunnel face, drainage boring is performed, and forepoling and long forepilling as pre-supporting work are performed. Of these, concrete spraying on the tunnel face is relatively easy to arrange and work, can suppress loosening of the tunnel face in the longitudinal direction (excavation direction), can prevent the skin from falling off the tunnel face, and can isolate the tunnel face from air and moisture in the case of expansive ground, making it a practical and effective auxiliary construction method.

またNATMは、計測工(A計測やB計測)を併用するいわゆる情報化施工であり、計測結果に応じて掘削パターンを変更し、あるいは補助工法を採用する。計測工としては、周辺地山の挙動を計測する内空変位や天端沈下、打設したロックボルトの軸力を計測するロックボルト軸力計測、そして切羽観察などが挙げられる。この切羽観察は、文字どおりトンネル切羽を観察する計測工であり、地山が最も露出したトンネル切羽から得られる情報は有効かつ多量であることを考えれば、今後の掘削を進めていくうえで極めて重要な計測工のひとつである NATM is also a so-called information-based construction method that uses measurement techniques (A and B measurements) in combination, and the excavation pattern is changed or auxiliary methods are adopted depending on the measurement results. Measurement techniques include internal displacement and top subsidence to measure the behavior of the surrounding ground, rock bolt axial force measurement to measure the axial force of the driven rock bolts, and face observation. This face observation is literally a measurement technique that observes the tunnel face, and considering that the information obtained from the tunnel face, where the ground is most exposed, is both effective and voluminous, it is one of the most important measurement techniques for proceeding with future excavation.

従来、切羽観察は人の目視によって行われ、その結果を野帳などにスケッチすることで記録していた。つまり切羽観察の有益さ(有効な情報の多さ)は、観察者の経験や知識に大きく依存していたわけである。ところが建設業界では、しばらく慢性的な人手不足の問題を抱えており、優れた観察者を確保することは今後ますます難しくなることが予想される。また、トンネル切羽の写真は撮影するものの、照明が十分でない(あるいは照明の条件が統一されていない)状況における写真は鮮明でない又は色調が統一されていないことが多く、そのため観察者が判定したトンネル切羽の亀裂や風化の程度、湧水状況などを第三者が検証し確認することができない、つまりトレーサビリティを確保することができないという問題も指摘することができる。 Traditionally, tunnel face observations were performed visually by humans, and the results were recorded by sketching in a field notebook or similar. In other words, the usefulness of tunnel face observations (the amount of useful information) was heavily dependent on the observer's experience and knowledge. However, the construction industry has been suffering from a chronic labor shortage for some time, and it is expected that securing skilled observers will become increasingly difficult in the future. In addition, although photos of tunnel faces are taken, they are often not clear or have a consistent color tone in situations where there is insufficient lighting (or the lighting conditions are not consistent), and as a result, a third party cannot verify and confirm the cracks and weathering of the tunnel face, the state of spring water, etc., as determined by the observer. In other words, it can be pointed out that there is a problem in that traceability cannot be ensured.

そこで、観察者の経験や知識にできるだけ依存することなく、客観的にトンネル切羽を評価することができる様々な技術がこれまで提案されてきた。例えば特許文献1では、発破孔データと発破した後の評価点との関係を遺伝的プログラミングによって解析し、この解析によって得られた予測式を用いて発破孔データから評価点を算出する切羽面評価システムを提案している。 Therefore, various techniques have been proposed to objectively evaluate tunnel faces, relying as little as possible on the experience and knowledge of the observer. For example, Patent Document 1 proposes a tunnel face evaluation system that uses genetic programming to analyze the relationship between blast hole data and evaluation points after blasting, and calculates evaluation points from the blast hole data using a prediction formula obtained from this analysis.

特開2018-71165号公報JP 2018-71165 A

特許文献1は、遺伝的プログラミングを利用することから、数多くの発破孔データと評価点の組み合わせを蓄積することによって高い精度の予測式を得られることができ、その結果、適切に掘削パターンや補助工法を検討することができるといった効果を期待することができる。その一方で、発破した後の評価点はやはり観察者のいわば主観に基づくものであり、優れた観察者を確保する困難さや判定結果に対するトレーサビリティ確保といった問題を完全に解決するという点においては、若干の改善点がみられる。 Patent Document 1 uses genetic programming, and by accumulating a large number of combinations of blast hole data and evaluation points, it is possible to obtain a highly accurate prediction formula, which is expected to have the effect of making it possible to appropriately consider excavation patterns and auxiliary construction methods. On the other hand, the evaluation points after blasting are still based on the observer's subjective opinion, so there is some room for improvement in terms of completely resolving problems such as the difficulty of securing skilled observers and ensuring traceability of the evaluation results.

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち観察者の経験や知識に依存することなく客観的にトンネル切羽を評価し得る技術を提供することである。 The objective of the present invention is to solve the problems inherent in conventional technology, i.e. to provide technology that can objectively evaluate tunnel faces without relying on the experience or knowledge of the observer.

本願発明は、トンネル切羽の3次元モデルに基づいて法線画像を作成し、この法線画像の色情報を用いてトンネル切羽状態を表現する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。 The present invention was developed with a focus on creating a normal image based on a three-dimensional model of the tunnel face and expressing the tunnel face condition using color information from this normal image, and is an invention based on an unprecedented idea.

本願発明の移動計測体は、トンネル内を移動することができる移動体と、2以上の画像取得手段と、スペクトルカメラ、温度分布センサ、測量標的を備えたものである。なお、2以上の画像取得手段とスペクトルカメラ、温度分布センサは移動体に搭載され、3以上の反射体は同一直線上に並ばない3以上の個所に配置されたうえで移動体に搭載される。また、画像取得手段によってトンネル切羽の画像が取得され、スペクトルカメラによってトンネル切羽のスペクトルデータが取得され、温度分布センサによってトンネル切羽の温度分布が取得される。さらに、トンネル内に設置される測量機器が測量標的を視準することによって、移動体の姿勢とトンネル内における位置が計測される。The mobile measuring body of the present invention comprises a mobile body capable of moving within a tunnel, two or more image acquisition means, a spectral camera, a temperature distribution sensor, and a surveying target. The two or more image acquisition means, the spectral camera, and the temperature distribution sensor are mounted on the mobile body, and the three or more reflectors are mounted on the mobile body and arranged at three or more locations that are not aligned on a straight line. The image acquisition means acquires an image of the tunnel face, the spectral camera acquires spectral data of the tunnel face, and the temperature distribution of the tunnel face is acquired by the temperature distribution sensor. Furthermore, the attitude of the mobile body and its position within the tunnel are measured by a surveying instrument installed within the tunnel aiming at the surveying target.

本願発明の移動計測体は、種々の手段が移動体との相対的な位置が把握されたものとすることができる。すなわち、画像取得手段とスペクトルカメラ、温度分布センサは、それぞれ移動体との相対的な位置が把握されるとともに、移動体との相対的な姿勢が把握される。また測量標的は、移動体との相対的な位置が把握される。この場合、移動体の姿勢と位置が計測されることによって、画像取得手段の姿勢とトンネル内における位置が得られるとともに、スペクトルカメラの姿勢とトンネル内における位置が得られ、温度分布センサの姿勢とトンネル内における位置が得られ、測量標的のトンネル内における位置が得られる。The mobile measuring object of the present invention can be one in which the relative positions of various means with respect to the mobile body are grasped. That is, the relative positions of the image acquisition means, the spectral camera, and the temperature distribution sensor with respect to the mobile body are grasped, and the relative orientation with respect to the mobile body is grasped. Also, the position of the survey target with respect to the mobile body is grasped. In this case, by measuring the orientation and position of the mobile body, the orientation of the image acquisition means and its position within the tunnel are obtained, the orientation of the spectral camera and its position within the tunnel are obtained, the orientation of the temperature distribution sensor and its position within the tunnel are obtained, and the position of the survey target within the tunnel is obtained.

本願発明の移動計測体は、移動体に搭載され、トンネル切羽に光を当てることができる照明機器をさらに備えたものとすることができる。The mobile measuring body of the present invention may further include a lighting device that is mounted on the mobile body and can irradiate light onto the tunnel face.

トンネル切羽状態表示システムは、移動体と、移動体に搭載される2以上の画像取得手段、移動体に搭載される3以上の反射体、面傾斜度算出手段、法線画像作成手段、亀裂間隔算出手段、亀裂評価点設定手段を備えたものである。このうち面傾斜度算出手段は、小領域(トンネル切羽を分割した領域)によって構成されるトンネル切羽の3次元モデルに基づいて、小領域ごとに3次元空間における面傾斜角度を算出する手段である。また法線画像作成手段は、面傾斜角度に基づいて小領域ごとに色情報を設定することによって、トンネル切羽の法線画像を作成する手段である。亀裂間隔算出手段は、法線画像をフィルター処理することによって亀裂を抽出するとともに、その亀裂間隔を求める手段である。亀裂評価点設定手段は、亀裂間隔算出手段によって求められた亀裂間隔と、あらかじめ設定された亀裂間隔閾値を照らし合わせることによって、トンネル切羽の亀裂評価点を設定する手段である。画像取得手段は、移動体との相対的位置と相対的姿勢があらかじめ把握される。またトンネル内に設置された測量機器が反射体を視準することによって、画像取得手段のトンネル内における位置と姿勢が得られるとともに、3次元モデルにはトンネル内における3次元座標が付与される。法線画像作成手段は、面傾斜角度の傾斜角度と傾斜方位に応じた色情報を設定する。 The tunnel face condition display system includes a moving body, two or more image acquisition means mounted on the moving body, three or more reflectors mounted on the moving body, a surface inclination calculation means, a normal image creation means, a crack interval calculation means, and a crack evaluation point setting means. The surface inclination calculation means is a means for calculating the surface inclination angle in a three-dimensional space for each small area based on a three-dimensional model of the tunnel face composed of small areas (areas into which the tunnel face is divided). The normal image creation means is a means for creating a normal image of the tunnel face by setting color information for each small area based on the surface inclination angle. The crack interval calculation means is a means for extracting cracks by filtering the normal image and determining the crack interval. The crack evaluation point setting means is a means for setting a crack evaluation point of the tunnel face by comparing the crack interval determined by the crack interval calculation means with a preset crack interval threshold value. The image acquisition means is a means for determining the relative position and relative attitude of the image acquisition means with respect to the moving body in advance. In addition, a surveying instrument installed inside the tunnel aims at the reflector, obtaining the position and orientation of the image acquisition means inside the tunnel, and the three-dimensional model is assigned three-dimensional coordinates inside the tunnel. The normal image creation means sets color information according to the inclination angle and inclination direction of the surface inclination angle.

トンネル切羽状態表示システムは、直交するR軸とG軸とB軸からなる3次元の「色空間」を設定するとともに、色空間を構成する6つの頂点からなる「色相環」を設定することもできる。この場合、色相環の中心からいずれかの頂点に向かう基準ベクトルを定める。また法線画像作成手段は、傾斜方位に応じた「方位係数」を基準ベクトルの大きさに乗じて「回転長」を求めるとともに、回転長の線分を色相環の中心周りに傾斜角度だけ回転して色相環における極座標を求める。そして法線画像作成手段が、極座標を色空間に配置することによってRGB値を得るとともに、小領域にRGB値を付与する。 The tunnel face status display system sets a three-dimensional "color space" consisting of orthogonal R, G, and B axes, and can also set a "hue wheel" consisting of the six vertices that make up the color space. In this case, a reference vector is determined that points from the center of the hue wheel to one of the vertices. The normal image creation means also obtains a "rotation length" by multiplying the magnitude of the reference vector by an "orientation coefficient" that corresponds to the tilt orientation, and rotates a line segment of the rotation length by the tilt angle around the center of the hue wheel to obtain polar coordinates on the hue wheel. The normal image creation means then obtains RGB values by arranging the polar coordinates in the color space, and assigns RGB values to small regions.

トンネル切羽状態表示システムは、傾斜角度に基づいて色相Hを求めるとともに、傾斜方位に応じた彩度Sを求め、その色相Hと彩度Sとあらかじめ設定された明度VからなるHSV値を換算することによってRGB値を算出し、小領域にそのRGB値を付与するものとすることもできる。 The tunnel face status display system can also calculate the hue H based on the inclination angle and the saturation S according to the inclination direction, calculate the RGB value by converting the hue H, saturation S, and a preset brightness V into an HSV value, and assign the RGB value to a small area.

トンネル切羽状態表示システムは、岩盤強度分布図作成手段と亀裂分布図作成手段をさらに備えたものとすることもできる。この岩盤強度分布図作成手段は、発破削孔時の情報に基づいてトンネル切羽の岩盤強度を推定するとともに、座標が付与されたトンネル切羽の岩盤強度分布図を作成する手段である。また亀裂分布図作成手段は、亀裂間隔算出手段によって抽出された亀裂に基づいて、座標が付与されたトンネル切羽の亀裂分布図を作成する手段である。この場合、岩盤強度分布図と亀裂分布図を重畳表示することができる。 The tunnel face condition display system may further include a rock strength distribution map creation means and a crack distribution map creation means. The rock strength distribution map creation means is a means for estimating the rock strength of the tunnel face based on information from the time of blasting and drilling holes, and creating a rock strength distribution map of the tunnel face with coordinates assigned. The crack distribution map creation means is a means for creating a crack distribution map of the tunnel face with coordinates assigned, based on cracks extracted by the crack interval calculation means. In this case, the rock strength distribution map and the crack distribution map can be displayed superimposed.

トンネル切羽状態表示システムは、岩盤強度評価点設定手段と岩盤風化度評価点設定手段をさらに備えたものとすることもできる。この岩盤強度評価点設定手段は、岩盤強度分布図に基づいてトンネル切羽の岩盤強度評価点を設定する手段であり、総合評価点設定手段は、亀裂評価点と岩盤強度評価点を含む要素に基づいてトンネル切羽の総合評価点を設定する手段である。 The tunnel face condition display system may further include a rock strength evaluation point setting means and a rock weathering evaluation point setting means. The rock strength evaluation point setting means is a means for setting the rock strength evaluation point of the tunnel face based on a rock strength distribution map, and the overall evaluation point setting means is a means for setting the overall evaluation point of the tunnel face based on elements including the crack evaluation point and the rock strength evaluation point.

トンネル切羽状態表示方法は、トンネル切羽状態表示システムを用いて、トンネル切羽の状態を表示する方法であり、姿勢取得工程と、観測工程、切羽モデル作成工程、画像作成工程を備えた方法である。このうち姿勢取得工程では、トンネル内に設置された測量機器が反射体を視準することによって画像取得手段のトンネル内における位置と姿勢を取得し、観測工程では、2以上の画像取得手段によってトンネル切羽の画像を取得する。また切羽モデル作成工程では、観測工程で取得した画像に基づいてトンネル切羽を分割した小領域によって構成されるトンネル切羽の3次元モデルを作成し、画像作成工程では、トンネル切羽状態表示システムによって、トンネル切羽の法線画像を作成する。なお切羽モデル作成工程で作成される3次元モデルには、トンネル内における3次元座標が付与される。また画像作成工程では、面傾斜角度の傾斜角度と傾斜方位に応じた色情報を設定する。 The tunnel face status display method is a method for displaying the state of a tunnel face using a tunnel face status display system, and includes an attitude acquisition process, an observation process, a face model creation process, and an image creation process. In the attitude acquisition process, a surveying instrument installed in the tunnel aims a reflector to acquire the position and attitude of the image acquisition means in the tunnel, and in the observation process, images of the tunnel face are acquired by two or more image acquisition means. In the face model creation process, a three-dimensional model of the tunnel face composed of small areas obtained by dividing the tunnel face is created based on the images acquired in the observation process, and in the image creation process, a normal image of the tunnel face is created by the tunnel face status display system. The three-dimensional model created in the face model creation process is assigned three-dimensional coordinates within the tunnel. In the image creation process, color information is set according to the inclination angle and inclination direction of the face inclination angle.

トンネル切羽状態表示方法は、トンネル切羽付近に設置された常設の照明を消灯するとともに、移動計測体に搭載された照明機器でトンネル切羽に投光した状態で、画像取得手段によってトンネル切羽の画像を取得する方法とすることもできる。 The tunnel face status display method can also be a method in which permanent lighting installed near the tunnel face is turned off, and an image of the tunnel face is acquired by an image acquisition means while lighting equipment mounted on a mobile measuring body projects light onto the tunnel face.

本願発明の移動計測体には、次のような効果がある。
(1)従来に比して高い精度でトンネル切羽の状態を評価することができる。その結果、最適な支保パターンや補助工法を選択することができ、施工品質が確保され、しかも工費を低減し工期を短縮することができる。
(2)観察者のいわば主観に基づくことなく、客観的にトンネル切羽の状態を評価することができるため、観察労力を抑えることができるうえ、評価に対するトレーサビリティを確保することができる。
(3)また、観察者の経験や知識に依存しないため、優れた観察者を確保する困難さを回避することができる。
(4)従来の切羽観察と大差ない作業労力や作業時間で、上記効果を得ることができる。
The mobile measuring body of the present invention has the following effects.
(1) It is possible to evaluate the condition of the tunnel face with higher accuracy than before. As a result, it is possible to select the optimal support pattern and auxiliary construction method, ensuring the quality of construction, and reducing construction costs and time.
(2) Since the condition of the tunnel face can be evaluated objectively, without being based on the observer's subjective judgment, the labor required for observation can be reduced and traceability of the evaluation can be ensured.
(3) In addition, since it does not depend on the experience or knowledge of the observer, the difficulty of securing a skilled observer can be avoided.
(4) The above effects can be achieved with little difference in work effort or time compared to conventional face observation.

トンネル切羽の状態を本願発明の移動計測体によって観測している状況を模式的に示すモデル図。FIG. 1 is a model diagram showing a schematic diagram of a tunnel face condition being observed by the mobile measuring body of the present invention. (a)は本願発明の移動計測体を示す側面図、(b)は本願発明の移動計測体を示す正面図。1A is a side view showing a mobile measurement body of the present invention, and FIG. 1B is a front view showing the mobile measurement body of the present invention. トンネル切羽状態表示システムの主な構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of a tunnel face status display system. トンネル切羽状態表示システムを構成する空間演算手段の主な処理の流れを示すフロー図。FIG. 2 is a flow chart showing the main processing flow of the spatial calculation means constituting the tunnel face status display system. 切羽3Dモデルの作成から亀裂分布図を表示するまでの一連の処理の流れを示すフロー図。A flow chart showing the process from creating a 3D model of the tunnel face to displaying a crack distribution map. (a)は赤の値を示すR軸と緑の値を示すG軸と青の値を示すB軸からなる3次元空間を模式的に示すモデル図、(b)は色情報を求めるための色相環を模式的に示すモデル図。FIG. 1A is a model diagram showing a three-dimensional space consisting of an R axis indicating red values, a G axis indicating green values, and a B axis indicating blue values, and FIG. 1B is a model diagram showing a hue wheel for determining color information. 岩盤強度評価点と岩盤風化評価点、湧水状態評価点を設定し、さらに総合評価点を設定するまでの一連の処理の流れを示すフロー図。A flow chart showing the process of setting a rock strength evaluation score, a rock weathering evaluation score, a spring water condition evaluation score, and then setting an overall evaluation score. トンネル切羽状態表示方法の主な工程を示すフロー図。FIG. 2 is a flow chart showing the main steps of the tunnel face condition display method.

本願発明の移動計測体の実施の例を図に基づいて説明する。 An embodiment of the mobile measuring body of the present invention will be described with reference to the drawings.

1.全体概要
図1は、トンネル切羽の状態を本願発明の移動計測体200によって観測している状況を模式的に示すモデル図である。図2に示すようにこの移動計測体200は、移動体210と画像取得手段220、スペクトルカメラ230、温度分布センサ240、反射体250、照明機器260を含んで構成することができる。
1. Overall Overview Fig. 1 is a model diagram showing a state in which the state of a tunnel face is observed by a mobile measurement object 200 of the present invention. As shown in Fig. 2, this mobile measurement object 200 can be configured to include a mobile object 210, an image acquisition means 220, a spectral camera 230, a temperature distribution sensor 240, a reflector 250, and lighting equipment 260.

移動計測体200を構成する移動体210は、種々の計測器を搭載してトンネル内を移動することができるいわばベースマシンであり、図2に示すようにタイヤ式の普通自動車などを利用することもできるし、あるいはクローラ式のものを利用することもできる。画像取得手段220は、デジタルカメラやスチールカメラ、デジタルビデオカメラなどトンネル切羽の画像を取得することができるものである。なお、後述するようにトンネル切羽の3次元モデル(以下単に「切羽3Dモデル」という。)を作成するため、すなわちステレオペア画像を得るため2以上の画像取得手段220が設けられる。例えば図2では、移動体210の後方に第1画像取得手段221、移動体210の前方右側に第2画像取得手段222、移動体210の前方左側に第3画像取得手段223の3つの画像取得手段220が設けられている。 The mobile body 210 constituting the mobile measuring body 200 is a base machine that can move inside the tunnel with various measuring instruments mounted on it. As shown in FIG. 2, a tire-type ordinary car or a crawler-type car can be used. The image acquisition means 220 is a device that can acquire images of the tunnel face, such as a digital camera, a still camera, or a digital video camera. As described later, in order to create a three-dimensional model of the tunnel face (hereinafter simply referred to as a "face 3D model"), that is, to obtain stereo pair images, two or more image acquisition means 220 are provided. For example, in FIG. 2, three image acquisition means 220 are provided: a first image acquisition means 221 at the rear of the mobile body 210, a second image acquisition means 222 at the front right side of the mobile body 210, and a third image acquisition means 223 at the front left side of the mobile body 210.

スペクトルカメラ230は、トンネル切羽のスペクトルデータを取得することができるものであり、温度分布センサ240は、熱赤外線画像を取得するサーモグラフィなどトンネル切羽の温度分布を取得することができるものである。また反射体250は、例えばトータルステーションといった測量機器による標的となるものであり、従来用いられている測量用プリズム(ミラーやターゲットとも呼ばれる)などを利用することができる。なお、後述するように移動体210の位置と姿勢を取得することができるよう、反射体250は同一直線上に並ばない3以上の個所に配置される。例えば図2では、移動体210の後方に第1反射体251、移動体210の前方右側に第2反射体252、移動体210の前方左側に第3反射体253の3つの反射体250が配置されている。 The spectral camera 230 can acquire spectral data of the tunnel face, and the temperature distribution sensor 240 can acquire the temperature distribution of the tunnel face using a thermograph that acquires thermal infrared images. The reflector 250 is a target for a surveying instrument such as a total station, and a conventional surveying prism (also called a mirror or target) can be used. As described later, the reflectors 250 are arranged at three or more locations that are not aligned on the same line so that the position and attitude of the moving body 210 can be acquired. For example, in FIG. 2, three reflectors 250 are arranged: a first reflector 251 behind the moving body 210, a second reflector 252 on the front right side of the moving body 210, and a third reflector 253 on the front left side of the moving body 210.

照明機器260は、トンネル切羽に光を当てることができるものであり、従来用いられている種々の照明器具を利用することができる。画像取得手段220とスペクトルカメラ230、温度分布センサ240、反射体250、照明機器260は、移動体210に固定され、この移動体210との相対的な位置(つまり移動体210のうちどこに設置されているか)はあらかじめ把握されている。さらに画像取得手段220とスペクトルカメラ230、温度分布センサ240に関しては、移動体210との相対的な姿勢(つまり移動体210の向きに対してどの方向を向いているか)もあらかじめ把握されている。これら画像取得手段220とスペクトルカメラ230、温度分布センサ240、反射体250、照明機器260は、図2に示すように、移動体210の上部に固定された架台FRに設置するとよい。 The lighting equipment 260 can shine light on the tunnel face, and various lighting devices that have been used in the past can be used. The image acquisition means 220, the spectral camera 230, the temperature distribution sensor 240, the reflector 250, and the lighting equipment 260 are fixed to the moving body 210, and their relative positions with respect to the moving body 210 (i.e., where they are installed on the moving body 210) are known in advance. Furthermore, with regard to the image acquisition means 220, the spectral camera 230, and the temperature distribution sensor 240, their relative attitudes with respect to the moving body 210 (i.e., which direction they face with respect to the moving body 210) are also known in advance. The image acquisition means 220, the spectral camera 230, the temperature distribution sensor 240, the reflector 250, and the lighting equipment 260 can be installed on a frame FR fixed to the top of the moving body 210, as shown in FIG. 2.

トンネル切羽手前で停止した移動計測体200は、図1に示すようにトンネル切羽を照明機器260で照らしたうえで、画像取得手段220によってトンネル切羽の画像(ステレオペア画像)を取得し、スペクトルカメラ230によってトンネル切羽のスペクトルデータを取得し、温度分布センサ240によってトンネル切羽の温度分布を取得する。このとき、トンネル内に設置されている測量機器TS(例えばトータルステーション)で反射体250を視準することによって、移動体210のトンネル内における位置(以下、単に「坑内位置」という。)と姿勢が計測され、さらに画像取得手段220の坑内位置と姿勢、スペクトルカメラ230の坑内位置と姿勢、温度分布センサ240の坑内位置と姿勢が得られる。 As shown in FIG. 1, the mobile measuring body 200, which has stopped just before the tunnel face, illuminates the tunnel face with lighting equipment 260, then acquires an image (stereo pair image) of the tunnel face with image acquisition means 220, acquires spectral data of the tunnel face with spectral camera 230, and acquires the temperature distribution of the tunnel face with temperature distribution sensor 240. At this time, the position (hereinafter simply referred to as "inner tunnel position") and attitude of the mobile body 210 are measured by aiming the reflector 250 with a surveying instrument TS (e.g. a total station) installed in the tunnel, and further the inner tunnel position and attitude of the image acquisition means 220, the inner tunnel position and attitude of the spectral camera 230, and the inner tunnel position and attitude of the temperature distribution sensor 240 are obtained.

トンネル切羽状態表示システムは、画像取得手段220によって取得されたトンネル切羽のステレオペア画像に基づいて切羽3Dモデルを作成し、この切羽3Dモデルからトンネル切羽の「法線画像」を作成する。さらにこの法線画像に基づいて、トンネル切羽の亀裂や亀裂間隔を求め、亀裂評価点を算出し、亀裂分布図を作成することもできる。ここで画像取得手段220の坑内位置と姿勢が得られていることから、亀裂分布図は座標が付与されたものとすることができ、座標が与えられたトンネル切羽写真や他のトンネル切羽画像(岩盤風化区分図や湧水分布図など)と重畳表示することができるわけである。 The tunnel face condition display system creates a 3D model of the tunnel face based on stereo pair images of the tunnel face acquired by the image acquisition means 220, and creates a "normal image" of the tunnel face from this 3D model. Furthermore, based on this normal image, it is possible to determine cracks and crack spacing at the tunnel face, calculate crack evaluation points, and create a crack distribution map. Since the position and attitude of the image acquisition means 220 inside the tunnel are obtained here, the crack distribution map can be given coordinates, and can be superimposed on a tunnel face photo with given coordinates or other tunnel face images (such as a rock weathering classification map or spring water distribution map).

またトンネル切羽状態表示システムは、スペクトルカメラ230によって取得されたトンネル切羽のスペクトルデータに基づいて岩盤風化区分図を作成し、この岩盤風化区分図から岩盤風化評価点を設定することもできるし、温度分布センサ240によって取得されたトンネル切羽の温度分布に基づいて湧水分布図を作成し、この湧水分布図から湧水状態評価点を設定することもできる。ここでスペクトルカメラ230と温度分布センサ240の坑内位置と姿勢が得られていることから、岩盤風化区分図と湧水分布図は座標が付与されたものとすることができ、座標が与えられたトンネル切羽写真や他のトンネル切羽画像(亀裂分布図など)と重畳表示することができるわけである。 The tunnel face condition display system can also create a rock weathering classification map based on the tunnel face spectral data acquired by the spectral camera 230 and set a rock weathering evaluation point from this rock weathering classification map, or create a spring water distribution map based on the temperature distribution of the tunnel face acquired by the temperature distribution sensor 240 and set a spring water condition evaluation point from this spring water distribution map. Since the positions and attitudes of the spectral camera 230 and the temperature distribution sensor 240 inside the tunnel are obtained, the rock weathering classification map and the spring water distribution map can be given coordinates, and can be superimposed on a tunnel face photograph or other tunnel face images (such as a crack distribution map) with given coordinates.

さらにトンネル切羽状態表示システムは、1サイクル前の発破のための削孔時の情報(以下、「発破削孔時データ」という。)に基づいて岩盤強度分布図を作成し、この岩盤強度分布図から岩盤強度評価点を設定することもできる。ここで発破削孔時データとしては、削孔位置と削孔速度が挙げられ、そのほかロッドのフィード圧、打撃圧、回転圧などを含めることもできる。そして、亀裂評価点と岩盤強度評価点、岩盤風化評価点、湧水状態評価点が得られると、これらの評価点に基づいてトンネル切羽の総合評価点を設定することもできる。 Furthermore, the tunnel face condition display system can also create a rock strength distribution map based on information from the time of drilling for blasting one cycle ago (hereinafter referred to as "blasting drilling data"), and set a rock strength evaluation point from this rock strength distribution map. Blasting drilling data here includes the drilling position and drilling speed, and can also include rod feed pressure, impact pressure, rotation pressure, etc. Then, once the crack evaluation point, rock strength evaluation point, rock weathering evaluation point, and well water condition evaluation point are obtained, an overall evaluation point for the tunnel face can also be set based on these evaluation points.

2.トンネル切羽状態表示システム
トンネル切羽状態表示システムの例を、図に基づいて説明する。なお、トンネル切羽状態表示方法は、トンネル切羽状態表示システムを用いた方法であり、したがってまずはトンネル切羽状態表示システムについて説明し、その後にトンネル切羽状態表示方法について説明することとする。
2. Tunnel face status display system An example of a tunnel face status display system will be explained with reference to the diagram. Note that the tunnel face status display method is a method using the tunnel face status display system, so the tunnel face status display system will be explained first, and then the tunnel face status display method will be explained.

図3は、トンネル切羽状態表示システム100の主な構成を示すブロック図である。この図に示すようにトンネル切羽状態表示システム100は、面傾斜度算出手段101と法線画像作成手段102を含んで構成され、さらに亀裂間隔算出手段103や亀裂評価点設定手段104、亀裂分布図作成手段105、岩盤強度分布図作成手段106、岩盤強度評価点設定手段107、岩盤風化区分図作成手段108、岩盤風化度評価点設定手段109、湧水分布図作成手段110、湧水状態評価点設定手段111、総合評価点設定手段112、空間演算手段113、3Dモデル作成手段114、ディスプレイといった表示手段115、移動計測体200を含んで構成することもできる。 Figure 3 is a block diagram showing the main components of the tunnel face condition display system 100. As shown in this figure, the tunnel face condition display system 100 is configured to include a surface inclination calculation means 101 and a normal image creation means 102, and can also be configured to include a crack interval calculation means 103, a crack evaluation point setting means 104, a crack distribution map creation means 105, a rock strength distribution map creation means 106, a rock strength evaluation point setting means 107, a rock weathering classification map creation means 108, a rock weathering degree evaluation point setting means 109, a spring water distribution map creation means 110, a spring water condition evaluation point setting means 111, a total evaluation point setting means 112, a spatial calculation means 113, a 3D model creation means 114, a display means 115 such as a display, and a mobile measurement body 200.

トンネル切羽状態表示システム100を構成する主な要素のうち面傾斜度算出手段101と法線画像作成手段102、亀裂間隔算出手段103、亀裂評価点設定手段104、亀裂分布図作成手段105、岩盤強度分布図作成手段106、岩盤強度評価点設定手段107、岩盤風化区分図作成手段108、岩盤風化度評価点設定手段109、湧水分布図作成手段110、湧水状態評価点設定手段111、総合評価点設定手段112、空間演算手段113、3Dモデル作成手段114は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、CPU等のプロセッサ、ROMやRAMといったメモリ、マウスやキーボード等の入力手段やディスプレイ(表示手段115)を具備するもので、パーソナルコンピュータ(PC)や、iPad(登録商標)といったタブレット型PC、スマートフォンを含む携帯端末などによって構成することができる。コンピュータ装置を利用する場合、そのコンピュータ装置は移動計測体200内に置くこともできるし、特にタブレット型PCや携帯端末を利用する場合は作業者が携行することもできるし、あるいは管理事務所など移動計測体200とは異なる場所に設置することもできる。なお管理事務所などにコンピュータ装置を設置するときは、画像取得手段220が取得した画像データや、スペクトルカメラ230が取得したスペクトルデータ、温度分布センサ240が取得した温度分布データ、ドリルジャンボによる発破削孔時データを、コンピュータ装置が送受信できるように無線通信(あるいは有線通信)手段を設けるとよい。 Among the main components of the tunnel face condition display system 100, the surface inclination calculation means 101, normal image creation means 102, crack interval calculation means 103, crack evaluation point setting means 104, crack distribution map creation means 105, rock strength distribution map creation means 106, rock strength evaluation point setting means 107, rock weathering classification map creation means 108, rock weathering degree evaluation point setting means 109, spring water distribution map creation means 110, spring water condition evaluation point setting means 111, overall evaluation point setting means 112, spatial calculation means 113, and 3D model creation means 114 can be manufactured as dedicated devices, or general-purpose computer devices can be used. This computer device is equipped with a processor such as a CPU, memory such as ROM and RAM, input means such as a mouse and keyboard, and a display (display means 115), and can be configured by a personal computer (PC), a tablet PC such as an iPad (registered trademark), a mobile terminal including a smartphone, etc. When using a computer device, the computer device can be placed inside the mobile measuring body 200, or, particularly when a tablet PC or mobile terminal is used, the computer device can be carried by the worker, or can be installed in a location other than the mobile measuring body 200, such as an administrative office. When installing a computer device in an administrative office or the like, it is advisable to provide wireless communication (or wired communication) means so that the computer device can send and receive image data acquired by the image acquisition means 220, spectral data acquired by the spectral camera 230, temperature distribution data acquired by the temperature distribution sensor 240, and data on blasting and drilling by the drill jumbo.

(空間演算)
図4は、トンネル切羽状態表示システム100を構成する空間演算手段113の主な処理の流れを示すフロー図である。なおこのフロー図では、中央の列に実施する行為を示し、左列にはその行為に必要なものを、右列にはその行為から生ずるものを示している。既述したとおりトンネル切羽手前で停止した移動計測体200は、図1に示すようにトンネル内に設置されている測量機器TSによって視準され、それぞれ反射体250の座標が取得される。そして反射体250の座標から、移動計測体200の坑内位置と姿勢が算出される(図4のStep11)。このとき、3以上の反射体250が同一直線上とならないように配置されていることから、これら反射体250の座標から3次元平面が決定され、この3次元平面に基づいて移動計測体200(つまり移動体210)の姿勢(ピッチ、ロール、ヨー)を算出することができるわけである。また、反射体250の移動体210との相対的な位置(つまり移動体210のうちどこに反射体250を設置されているか)はあらかじめ把握されていることから、移動計測体200(つまり移動体210)全体の坑内位置が決定され、すなわちトンネル内における移動計測体200の平面位置を特定することができる。
(Spatial Operations)
FIG. 4 is a flow diagram showing the main processing flow of the spatial calculation means 113 constituting the tunnel face status display system 100. In this flow diagram, the action to be performed is shown in the center column, the things necessary for the action are shown in the left column, and the things resulting from the action are shown in the right column. As already described, the mobile measurement object 200 stopped in front of the tunnel face is collimated by the surveying instrument TS installed in the tunnel as shown in FIG. 1, and the coordinates of each reflector 250 are obtained. Then, the position and attitude of the mobile measurement object 200 in the tunnel are calculated from the coordinates of the reflector 250 (Step 11 in FIG. 4). At this time, since three or more reflectors 250 are arranged so as not to be on the same straight line, a three-dimensional plane is determined from the coordinates of these reflectors 250, and the attitude (pitch, roll, yaw) of the mobile measurement object 200 (i.e., the mobile object 210) can be calculated based on this three-dimensional plane. Furthermore, since the relative position of the reflector 250 with respect to the moving body 210 (i.e., where on the moving body 210 the reflector 250 is installed) is known in advance, the position of the entire moving measuring body 200 (i.e., the moving body 210) within the tunnel can be determined, i.e., the planar position of the moving measuring body 200 within the tunnel can be identified.

移動計測体200の坑内位置と姿勢が算出されると、画像取得手段220の坑内位置と姿勢が算出され(図4のStep12)、スペクトルカメラ230の坑内位置と姿勢が算出され(図4のStep13)、温度分布センサ240の坑内位置と姿勢が算出される(図4のStep14)。既述したとおり画像取得手段220とスペクトルカメラ230、温度分布センサ240は、それぞれ移動体210との相対的な位置(つまり移動体210のうちどこに設置されているか)と、移動体210との相対的な姿勢(つまり移動体210の向きに対してどの方向を向いているか)があらかじめ把握されていることから、移動体210の坑内位置と姿勢が定まると画像取得手段220とスペクトルカメラ230、温度分布センサ240の坑内位置と姿勢を算出することができるわけである。 Once the position and attitude of the mobile measuring object 200 inside the tunnel is calculated, the position and attitude of the image acquisition means 220 inside the tunnel are calculated (Step 12 in FIG. 4), the position and attitude of the spectral camera 230 inside the tunnel are calculated (Step 13 in FIG. 4), and the position and attitude of the temperature distribution sensor 240 inside the tunnel are calculated (Step 14 in FIG. 4). As described above, the relative positions of the image acquisition means 220, the spectral camera 230, and the temperature distribution sensor 240 to the mobile object 210 (i.e., where they are installed on the mobile object 210) and their relative attitudes to the mobile object 210 (i.e., which direction they face with respect to the orientation of the mobile object 210) are known in advance, so once the position and attitude of the mobile object 210 inside the tunnel is determined, the position and attitude of the image acquisition means 220, the spectral camera 230, and the temperature distribution sensor 240 inside the tunnel can be calculated.

(法制画像の作成)
図5は、切羽3Dモデルの作成から亀裂分布図を表示するまでの一連の処理の流れを示すフロー図である。なおこのフロー図も、図4と同様、中央の列に実施する行為を示し、左列にはその行為に必要なものを、右列にはその行為から生ずるものを示している。画像取得手段220によって2以上のトンネル切羽画像(ステレオペア画像)が取得され、空間演算手段113によって画像取得手段220の坑内位置と姿勢が算出されると、3Dモデル作成手段114が切羽3Dモデルを作成する(図5のStep21)。より詳しくは、従来用いられているステレオ写真技術によってトンネル切羽上にある複数点の3次元座標を求めるとともに、これら点群座標から切羽3Dモデルを作成する。切羽3Dモデルは、トンネル切羽を複数に分割したいわゆるメッシュ(以下、「小領域」という。)にそれぞれ3次元座標が付与されたものであり、例えばランダムデータ(点群座標)で形成される不整三角網によって高さを求めるTIN(Triangulated Irregular Network)による手法、最も近いレーザー計測点4を採用する最近隣法(Nearest Neighbor)による手法のほか、逆距離加重法(IWD)、Kriging法、平均法など種々の手法を採用することができる。なお切羽3Dモデルは、トンネル切羽と略平行(平行含む)な鉛直面(以下、「切羽基準面」という。)を構成する2軸(例えば、X軸とY軸)と、この切羽基準面に対して垂直な軸(例えば、Z軸)からなる3次元座標軸で設定するとよい。
(Creating legal images)
Figure 5 is a flow diagram showing a series of processes from the creation of a 3D model of the tunnel face to the display of a crack distribution map. As in Figure 4, this flow diagram also shows the action to be performed in the center column, the left column shows what is necessary for the action, and the right column shows what results from the action. When two or more tunnel face images (stereo pair images) are acquired by the image acquisition means 220 and the position and attitude of the image acquisition means 220 inside the tunnel are calculated by the spatial calculation means 113, the 3D model creation means 114 creates a 3D model of the tunnel face (Step 21 in Figure 5). More specifically, the three-dimensional coordinates of multiple points on the tunnel face are obtained by conventional stereo photography technology, and a 3D model of the tunnel face is created from these point cloud coordinates. The 3D tunnel face model is a model in which three-dimensional coordinates are assigned to each of the so-called meshes (hereinafter referred to as "small regions") obtained by dividing the tunnel face into a plurality of parts. For example, a method using a triangulated irregular network (TIN) that determines the height using an irregular triangular mesh formed from random data (point cloud coordinates), a method using the nearest neighbor method that uses the nearest laser measurement point 4, and various other methods such as the inverse distance weighting method (IWD), the Kriging method, and the average method can be adopted. The 3D tunnel face model is preferably set using three-dimensional coordinate axes consisting of two axes (e.g., the X-axis and the Y-axis) that constitute a vertical plane (hereinafter referred to as the "face reference plane") that is approximately parallel (including parallel) to the tunnel face, and an axis (e.g., the Z-axis) that is perpendicular to the face reference plane.

切羽3Dモデルを作成すると、面傾斜度算出手段101が小領域ごとに面傾斜角度を算出する(図5のStep22)。この面傾斜度は、小領域の姿勢を示す値であり、水平面(あるいは切羽基準面)に対する角度(以下、「俯角」という。)と、小領域と水平面との交差直線の方向又はその直交方向(以下、「方位」という。)からなる値である。なお面傾斜度を算出するにあたっては、着目した小領域の周囲にある8個の小領域の3次元座標を用いて計算するなど、従来用いられている種々の手法によって求めることができる。 When the face 3D model is created, the face inclination calculation means 101 calculates the face inclination angle for each small area (Step 22 in Figure 5). This face inclination is a value that indicates the attitude of the small area, and is a value consisting of the angle with respect to the horizontal plane (or face reference plane) (hereinafter referred to as the "depression angle") and the direction of the intersection line between the small area and the horizontal plane or the direction perpendicular to that (hereinafter referred to as the "azimuth"). Note that the face inclination can be calculated using various conventional methods, such as calculation using the three-dimensional coordinates of eight small areas surrounding the small area of interest.

小領域ごとに面傾斜角度を算出すると、法線画像作成手段102がトンネル切羽の法線画像を作成する(図5のStep23)。この法線画像は、法線マップと呼ばれることもあるもので、対象となる物の空間情報(座標や姿勢)に応じた色情報が付与された画像である。そしてトンネル切羽状態表示システム100の面傾斜度算出手段101は、小領域の面傾斜角度(俯角と方位)に応じた色情報を付与することによってトンネル切羽の法線画像を作成する。以下、トンネル切羽の法線画像を作成する手順について詳しく説明する。 Once the surface inclination angle is calculated for each small region, the normal image creation means 102 creates a normal image of the tunnel face (Step 23 in Figure 5). This normal image is sometimes called a normal map, and is an image to which color information corresponding to the spatial information (coordinates and orientation) of the target object is added. The surface inclination calculation means 101 of the tunnel face status display system 100 then creates a normal image of the tunnel face by adding color information corresponding to the surface inclination angle (depression angle and azimuth) of the small region. The procedure for creating a normal image of the tunnel face is explained in detail below.

まず図6(a)に示すように、赤の値を示すR軸と、緑の値を示すG軸と、青の値を示すB軸からなる3次元空間(以下、「色空間」という。)を設定する。この色空間に配置される点は3次元座標で表すことができ、その座標値がそのまま色情報(つまりRGB)とされる。例えば、図6(a)の場合、原点であるRGB(0,0,0)は「黒」で表示され、RGB(255,0,0)は「赤」、RGB(0,255,0)は「緑」、RGB(0,0,255)は「青」、RGB(255,255,255)は「白」でそれぞれ表示される。 First, as shown in Figure 6(a), a three-dimensional space (hereafter referred to as "color space") is set up, consisting of an R axis indicating the red value, a G axis indicating the green value, and a B axis indicating the blue value. Points placed in this color space can be expressed in three-dimensional coordinates, and these coordinate values are directly used as color information (i.e., RGB). For example, in the case of Figure 6(a), the origin RGB(0,0,0) is displayed as "black", RGB(255,0,0) is displayed as "red", RGB(0,255,0) is displayed as "green", RGB(0,0,255) is displayed as "blue", and RGB(255,255,255) is displayed as "white".

次に、図6(a)に示す立方体のうち6つの頂点、すなわち頂点PT11(255,0,0)と、頂点PT21(0,255,0)、頂点PT31(0,0,255)、頂点PT41(255,255,0)、頂点PT51(0,255,255)、頂点PT61(255,0,255)に着目し、図6(b)に示すような平面上の正六角形、すなわち頂点PT11に対応する頂点PT12と、頂点PT41に対応する頂点PT42、頂点PT21に対応する頂点PT22、頂点PT51に対応する頂点PT52、頂点PT31に対応する頂点PT32、頂点PT61に対応する頂点PT62の6つの頂点からなるとともに、図6(a)に示す立方体の中心点を中心Oとする正六角形を考える。なお便宜上ここでは、図6(b)に示す正六角形のことを「色相環」ということとする。 Next, focusing on six vertices of the cube shown in Figure 6 (a), namely, vertex PT11 (255,0,0), vertex PT21 (0,255,0), vertex PT31 (0,0,255), vertex PT41 (255,255,0), vertex PT51 (0,255,255), and vertex PT61 (255,0,255), consider a regular hexagon on a plane as shown in Figure 6 (b), namely, a regular hexagon consisting of six vertices, namely, vertex PT12 corresponding to vertex PT11, vertex PT42 corresponding to vertex PT41, vertex PT22 corresponding to vertex PT21, vertex PT52 corresponding to vertex PT51, vertex PT32 corresponding to vertex PT31, and vertex PT62 corresponding to vertex PT61, and with its center O being the center point of the cube shown in Figure 6 (a). For convenience, the regular hexagon shown in Figure 6(b) will be referred to as the "hue wheel."

色相環を設定すると、小領域の面傾斜角度に応じてその小領域を色相環に配置(プロット)する。具体的には、中心Oから頂点PT12に向かう基準ベクトルを定め、さらに小領域の方位に応じた係数(以下、「方位係数」という。)を設定するとともに、基準ベクトルの大きさ(長さ)に方位係数を乗じた長さ(以下、「回転長」という。)を設定する。なお方位係数は、基準とする所定の角度(例えば、180°や360°など)に対する方位の割合として求めることができる。そして、この回転長(つまり半径)を中心O周りに基準ベクトルの方向から小領域の俯角だけ回転させた点(つまり回転長と俯角から得られる極座標)を、色相環における当該小領域の配置(座標)とする。 Once the hue circle is set, the small area is positioned (plotted) on the hue circle according to the surface inclination angle of the small area. Specifically, a reference vector is determined from the center O toward the vertex PT12, and a coefficient (hereafter referred to as the "orientation coefficient") according to the orientation of the small area is set. The length (hereafter referred to as the "rotation length") is set by multiplying the magnitude (length) of the reference vector by the orientation coefficient. The orientation coefficient can be calculated as the ratio of the orientation to a predetermined reference angle (e.g., 180° or 360°). The point (i.e., the polar coordinates obtained from the rotation length and the depression angle) obtained by rotating this rotation length (i.e., the radius) around the center O from the direction of the reference vector by the depression angle of the small area is set as the position (coordinates) of the small area on the hue circle.

色相環における小領域の配置(座標)が得られると、その座標に基づいて図6(a)に示す色空間における座標値(RGB)を求める。例えば図6(b)の場合、色相環に配置された点p及び中心Oを通る直線と、頂点PT12-頂点PT42(線分)との交点aを求めるとともに、頂点PT12-頂点PT42(線分)における点aの内分比と同一となるように、図6(a)の頂点PT11-頂点PT41(線分)の内分点bを求め、さらに中心O-交点a(線分)における点pの内分比と同一となるように、図6(a)に示す立方体の中心点-交点b(線分)の内分点を求め、この内分点を色空間における当該小領域の座標値(RGB)とする。 Once the location (coordinates) of the small area on the hue circle is obtained, the coordinate values (RGB) in the color space shown in Figure 6(a) are found based on those coordinates. For example, in the case of Figure 6(b), the intersection point a between the straight line passing through point p and center O on the hue circle and vertex PT12-vertex PT42 (line segment) is found, and the internal division point b between vertex PT11-vertex PT41 (line segment) in Figure 6(a) is found so that it is the same as the internal division ratio of point a between vertex PT12-vertex PT42 (line segment). Furthermore, the internal division point between the center point-intersection point b (line segment) of the cube shown in Figure 6(a) is found so that it is the same as the internal division ratio of point p between center O-intersection point a (line segment), and this internal division point is set as the coordinate value (RGB) of the small area in the color space.

上記したように色相環における座標値から色空間における座標値に変換する手法に代えて、色相H(Hue)と、彩度S(Saturation)、明度V(Value of Brightness) からなるHSVモデルに基づいて、RGB値を求める手法を採用することもできる。具体的には、図6(b)に示すように小領域の俯角を基準ベクトル(つまりR軸)からの回転角として色相Hを求めるとともに、方位係数に応じた彩度Sを求め、あらかじめ設定された明度VによってHSVを定める。そして、従来用いられている換算式によって、そのHSV値からRGBを算出するわけである。 Instead of the method of converting coordinate values on the hue wheel into coordinate values in color space as described above, a method of calculating RGB values based on an HSV model consisting of hue H, saturation S, and value of brightness V can be used. Specifically, as shown in FIG. 6(b), the hue H is calculated by taking the depression angle of the small area as the rotation angle from the reference vector (i.e., the R axis), and the saturation S is calculated according to the orientation coefficient, and the HSV is determined by the preset brightness V. Then, RGB is calculated from the HSV value using a conventional conversion formula.

このように、小領域ごとに面傾斜角度(俯角と方位)が求められ、面傾斜角度に応じた色情報が付与されることで、トンネル切羽の法線画像が作成される。また、所定の基準点(例えば、画像取得手段220)からの距離(つまり切羽基準面に対する凹凸)を小領域ごとに求め、その距離に応じた色情報(例えば、グレースケール)を付与した距離画像を作成することもできる。 In this way, the surface inclination angle (depression angle and direction) is calculated for each small area, and color information according to the surface inclination angle is assigned, thereby creating a normal image of the tunnel face. It is also possible to calculate the distance from a specified reference point (e.g., image acquisition means 220) for each small area (i.e., unevenness relative to the face reference surface), and create a distance image with color information (e.g., grayscale) assigned according to that distance.

トンネル切羽の法線画像を作成すると、亀裂間隔算出手段103がトンネル切羽の亀裂を抽出し(図5のStep24)、亀裂の配置に基づいて亀裂間隔を算出する(図5のStep25)。トンネル切羽の亀裂を抽出するにあたっては、トンネル切羽の法線画像に対してフィルター(ソーベルフィルタなど)処理を行うとよい。例えば、フィルター処理によって法線画像を2値化し、白い画素がある程度(閾値以上)集合した範囲を亀裂として抽出する。あるいは、フィルター処理によって法線画像をグレースケール化し、所定値以上の部分が集合した範囲や、グレースケールの勾配(微分値)が閾値以上となる範囲を亀裂として抽出することもできる。そして、亀裂を抽出することができると、亀裂と亀裂との距離を亀裂間隔として算出する。なお、亀裂と亀裂の間にある小領域に対して、これら亀裂からなる亀裂間隔を付与することとし、小領域ごとに亀裂間隔を求めることもできる。 When the normal image of the tunnel face is created, the crack interval calculation means 103 extracts the cracks of the tunnel face (Step 24 in FIG. 5) and calculates the crack interval based on the arrangement of the cracks (Step 25 in FIG. 5). In order to extract the cracks of the tunnel face, it is advisable to apply a filter (such as a Sobel filter) to the normal image of the tunnel face. For example, the normal image is binarized by the filter process, and the range where a certain number of white pixels (above a threshold) are collected is extracted as a crack. Alternatively, the normal image can be grayscaled by the filter process, and the range where a certain value or more of the pixels are collected or the range where the gradient (differential value) of the grayscale is above a threshold can be extracted as a crack. Then, when the cracks can be extracted, the distance between the cracks is calculated as the crack interval. It is also possible to assign the crack interval consisting of these cracks to small areas between the cracks, and to obtain the crack interval for each small area.

トンネル切羽の亀裂を抽出し、亀裂間隔を算出すると、亀裂評価点設定手段104が亀裂評価点を設定する(図5のStep26)。具体的には、あらかじめ亀裂間隔を複数のレンジで分割設定するとともにそれぞれのレンジに対して得点を付与しておき、亀裂間隔算出手段103によって求められた亀裂間隔に基づいて小領域ごとに亀裂間隔のレンジを設定してその得点を与える。そしてすべての小領域(あるいは一部の小領域)の得点に基づいて統計値(平均値や、中央値、最頻値など)を算出し、これをトンネル切羽の亀裂評価点として設定する。 After the cracks in the tunnel face are extracted and the crack intervals are calculated, the crack evaluation point setting means 104 sets a crack evaluation point (Step 26 in Figure 5). Specifically, the crack intervals are divided and set in advance into multiple ranges, and scores are assigned to each range. Based on the crack intervals obtained by the crack interval calculation means 103, a crack interval range is set for each small area, and a score is assigned to each range. Then, a statistical value (average, median, mode, etc.) is calculated based on the scores of all small areas (or some of the small areas), and this is set as the crack evaluation point of the tunnel face.

またトンネル切羽の亀裂を抽出すると、亀裂分布図作成手段105が亀裂分布図を作成する(図5のStep27)。亀裂間隔算出手段103によって抽出された亀裂は、切羽3Dモデルに基づくものであるから座標が付与されており、すなわち亀裂分布図は座標が付与されたものである。そのため亀裂分布図は、座標が与えられたトンネル切羽の写真(例えば、オルソフォト)や、岩盤風化区分図、湧水分布図といった他の切羽画像と重畳表示することができる(図5のStep28)。 When cracks at the tunnel face are extracted, the crack distribution map creation means 105 creates a crack distribution map (Step 27 in Figure 5). The cracks extracted by the crack spacing calculation means 103 are based on a 3D model of the face, so they are assigned coordinates; that is, the crack distribution map is assigned coordinates. Therefore, the crack distribution map can be superimposed on other face images, such as a photograph (e.g., an orthophoto) of the tunnel face with coordinates assigned, a rock weathering classification map, or a spring water distribution map (Step 28 in Figure 5).

(総合評価点の設定)
図7は、岩盤強度評価点と岩盤風化評価点、湧水状態評価点を設定し、さらに総合評価点を設定するまでの一連の処理の流れを示すフロー図である。なおこのフロー図も、図4や図5と同様、中央の列に実施する行為を示し、左列にはその行為に必要なものを、右列にはその行為から生ずるものを示している。この図に示すように発破削孔時データが得られると、岩盤強度分布図作成手段106が岩盤強度分布図を作成する(図7のStep31)。発破削孔時データには削孔位置が含まれていることから、削孔位置ごとに岩盤強度を示すことによって岩盤強度分布図を作成することができる。なお削孔位置ごとの岩盤強度は、削孔速度に基づいて、あるいは削孔速度とロッドのフィード圧や打撃圧、回転圧などに基づいて設定することができる。岩盤強度分布図を作成すると、岩盤強度評価点設定手段107が岩盤強度評価点を設定する(図7のStep32)。具体的には、あらかじめ岩盤強度を複数のレンジで分割設定するとともにそれぞれのレンジに対して得点を付与しておき、得られた岩盤強度に基づいて小領域ごとに岩盤強度のレンジを設定してその得点を与える。そしてすべての削孔位置(あるいは一部の削孔位置)における得点に基づいて統計値(平均値や、中央値、最頻値など)を算出し、これをトンネル切羽の岩盤強度評価点として設定する。
(Setting the overall evaluation score)
FIG. 7 is a flow diagram showing a series of processing steps from setting a rock strength evaluation point, a rock weathering evaluation point, and a spring water state evaluation point to setting a total evaluation point. In this flow diagram, as in FIG. 4 and FIG. 5, the action to be performed is shown in the center column, the left column shows what is necessary for the action, and the right column shows what results from the action. As shown in this figure, when the blasting drilling data is obtained, the rock strength distribution map creation means 106 creates a rock strength distribution map (Step 31 in FIG. 7). Since the blasting drilling data includes the drilling position, it is possible to create a rock strength distribution map by showing the rock strength for each drilling position. The rock strength for each drilling position can be set based on the drilling speed, or based on the drilling speed and the feed pressure, impact pressure, rotation pressure, etc. of the rod. When the rock strength distribution map is created, the rock strength evaluation point setting means 107 sets the rock strength evaluation point (Step 32 in FIG. 7). Specifically, the rock strength is divided into multiple ranges in advance, and each range is assigned a score, and a range of rock strength is set for each small area based on the obtained rock strength, and a score is assigned to each range. Then, a statistical value (average, median, mode, etc.) is calculated based on the scores for all drilling positions (or some of the drilling positions), and this is set as the rock strength evaluation score for the tunnel face.

スペクトルカメラ230によってトンネル切羽のスペクトルデータが得られると、岩盤風化区分図作成手段108が岩盤風化区分図を作成する(図7のStep41)。空間演算手段113によってスペクトルカメラ230の坑内位置と姿勢が得られていることから、取得したスペクトルデータをトンネル切羽の位置と対応させることができ、すなわち座標が付与された岩盤風化区分図を作成することができるわけである。岩盤風化区分図を作成するにあたっては、取得されたスペクトルデータに応じて岩盤の風化の程度(以下、「岩盤風化度」という。)を設定する必要がある。これには、岩盤風化度とスペクトルデータとの関係を示す岩盤風化度テーブルを利用するとよい。この岩盤風化度テーブルは、岩盤風化度が既知である岩盤に対して取得したスペクトルデータの実績値に基づくもので、複数段階の岩盤風化度とそれぞれ対応するスペクトルデータとの関係を表したものである。なお岩盤風化度テーブルは、砂岩や花崗岩など岩盤の種類ごとに用意しておくとよい。岩盤風化区分図を作成すると、岩盤風化度評価点設定手段109が岩盤風化度評価点を設定する(図7のStep42)。具体的には、あらかじめ各段階の岩盤風化度に対して得点を付与しておき、得られた岩盤風化度に基づいて小領域ごとにその得点を与える。そしてすべての小領域(あるいは一部の小領域)における得点に基づいて統計値(平均値や、中央値、最頻値など)を算出し、これをトンネル切羽の岩盤風化度評価点として設定する。 When the spectral data of the tunnel face is obtained by the spectral camera 230, the rock weathering classification map creation means 108 creates a rock weathering classification map (Step 41 in FIG. 7). Since the position and attitude of the spectral camera 230 inside the tunnel are obtained by the spatial calculation means 113, the acquired spectral data can be associated with the position of the tunnel face, that is, a rock weathering classification map with coordinates can be created. In creating a rock weathering classification map, it is necessary to set the degree of rock weathering (hereinafter referred to as "rock weathering degree") according to the acquired spectral data. For this, it is recommended to use a rock weathering degree table showing the relationship between the rock weathering degree and the spectral data. This rock weathering degree table is based on the actual value of the spectral data acquired for rocks with known rock weathering degrees, and shows the relationship between multiple rock weathering degrees and the corresponding spectral data. It is recommended to prepare a rock weathering degree table for each type of rock, such as sandstone and granite. Once the rock weathering classification map is created, the rock weathering evaluation point setting means 109 sets the rock weathering evaluation point (Step 42 in FIG. 7). Specifically, a score is assigned to each stage of rock weathering in advance, and a score is assigned to each small area based on the obtained rock weathering. Then, a statistical value (average value, median value, mode value, etc.) is calculated based on the scores in all small areas (or some of the small areas), and this is set as the rock weathering evaluation point for the tunnel face.

温度分布センサ240によってトンネル切羽の温度分布が得られると、湧水分布図作成手段110が湧水分布図を作成する(図7のStep51)。空間演算手段113によって温度分布センサ240の坑内位置と姿勢が得られていることから、取得した温度分布をトンネル切羽の位置と対応させることができ、すなわち座標が付与された湧水分布図を作成することができるわけである。湧水分布図を作成するにあたっては、温度分布センサ240によって取得された温度データに応じて湧水の程度(以下、「湧水レベル」という。)を設定する必要がある。これには、あらかじめ段階的に設定された湧水レベルと温度分布センサ240による温度データとの関係を示す湧水レベルテーブルを利用するとよい。この湧水レベルテーブルは、湧水レベルが既知である岩盤に対して取得した温度データの実績値に基づくもので、複数段階の湧水レベルとそれぞれ対応する温度データとの関係を表したものである。湧水分布図を作成すると、湧水状態評価点設定手段111が湧水状態評価点設定する(図7のStep52)。具体的には、あらかじめ各湧水レベルに対して得点を付与しておき、得られた湧水レベルに基づいて小領域ごとにその得点を与える。そしてすべての小領域(あるいは一部の小領域)における得点に基づいて統計値(平均値や、中央値、最頻値など)を算出し、これをトンネル切羽の湧水状態評価点として設定する。 When the temperature distribution of the tunnel face is obtained by the temperature distribution sensor 240, the spring water distribution map creation means 110 creates a spring water distribution map (Step 51 in FIG. 7). Since the position and attitude of the temperature distribution sensor 240 inside the tunnel are obtained by the spatial calculation means 113, the acquired temperature distribution can be associated with the position of the tunnel face, that is, a spring water distribution map with coordinates can be created. When creating a spring water distribution map, it is necessary to set the degree of spring water (hereinafter referred to as "spring water level") according to the temperature data acquired by the temperature distribution sensor 240. For this purpose, it is advisable to use a spring water level table that shows the relationship between the spring water level set in stages in advance and the temperature data by the temperature distribution sensor 240. This spring water level table is based on the actual value of the temperature data acquired for a rock mass with a known spring water level, and shows the relationship between multiple spring water levels and the corresponding temperature data. When the spring water distribution map is created, the spring water condition evaluation point setting means 111 sets the spring water condition evaluation point (Step 52 in FIG. 7). Specifically, a score is assigned to each spring water level in advance, and a score is assigned to each small area based on the obtained spring water level. A statistical value (average, median, mode, etc.) is then calculated based on the scores for all small areas (or some of the small areas), and this is set as the spring water condition evaluation score for the tunnel face.

亀裂評価点と岩盤強度評価点、岩盤風化評価点、湧水状態評価点が設定されると、総合評価点設定手段112が当該トンネル切羽の総合評価点を設定する(図7のStep60)。具体的には、亀裂評価点と岩盤強度評価点、岩盤風化評価点、湧水状態評価点からなる合計値、あるいは重みづけを行ったうえでの合計値、平均値、加重平均値といった統計値を求め、これをトンネル切羽の総合評価点として設定する。 Once the crack evaluation score, rock strength evaluation score, rock weathering evaluation score, and spring water condition evaluation score have been set, the overall evaluation score setting means 112 sets an overall evaluation score for the tunnel face (Step 60 in FIG. 7). Specifically, a statistical value such as a total value, or a weighted total value, average value, or weighted average value, consisting of the crack evaluation score, rock strength evaluation score, rock weathering evaluation score, and spring water condition evaluation score is calculated, and this is set as the overall evaluation score for the tunnel face.

3.トンネル切羽状態表示方法
続いて、トンネル切羽状態表示方法について図8を参照しながら説明する。なお、トンネル切羽状態表示方法は、ここまで説明したトンネル切羽状態表示システム100を用いた方法であり、したがってトンネル切羽状態表示システム100で説明した内容と重複する説明は避け、トンネル切羽状態表示方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「2.トンネル切羽状態表示システム」で説明したものと同様である。
3. Tunnel Face Status Display Method Next, the tunnel face status display method will be described with reference to Fig. 8. Note that the tunnel face status display method is a method using the tunnel face status display system 100 described so far, and therefore, explanations that overlap with the contents explained in the tunnel face status display system 100 will be avoided, and only the contents unique to the tunnel face status display method will be explained. In other words, the contents not described here are the same as those explained in "2. Tunnel Face Status Display System".

図8は、トンネル切羽状態表示方法の主な工程を示すフロー図である。1サイクル分の発破掘削(あるいは機械掘削)を行い、浮石などを落としながらダンプトラック(あるいはレール工法)によってズリを搬出した(Step101)タイミングで、すなわち従来の目視による切羽観察を行うタイミングで、移動計測体200が切羽近傍まで接近する(Step102)。移動計測体200が停止すると、図1に示すように測量機器TSによって、移動計測体200(移動体210)に搭載された反射体250の座標を計測する(Step103)。ここで計測された結果(つまり反射体250の座標)は、無線通信(あるいは有線通信)手段などを利用して空間演算手段113に送信される。 Figure 8 is a flow diagram showing the main steps of the tunnel face status display method. After one cycle of blasting excavation (or mechanical excavation) is performed and the debris is removed by a dump truck (or rail construction method) while removing loose stones and the like (Step 101), that is, at the timing when conventional visual observation of the face is performed, the mobile measurement body 200 approaches the vicinity of the face (Step 102). When the mobile measurement body 200 stops, the surveying instrument TS measures the coordinates of the reflector 250 mounted on the mobile measurement body 200 (mobile body 210) as shown in Figure 1 (Step 103). The results measured here (i.e., the coordinates of the reflector 250) are transmitted to the spatial calculation means 113 using wireless communication (or wired communication) means or the like.

画像取得手段220によってトンネル切羽の画像を取得する(Step105)が、その前に照明の切り替えを行うとよい(Step104)。具体的には、トンネル切羽付近に常設された照明(水銀灯や蛍光灯など)を消灯し、移動計測体200に搭載された照明機器260でトンネル切羽を照らす。施工用の照明(常設された照明)は比較的照度が安定し難い傾向にあるが、一方の照明機器260によると概ね照度が安定するため、毎トンネル切羽で同様の条件で画像を取得することができるわけである。 Images of the tunnel face are acquired by the image acquisition means 220 (Step 105), but it is advisable to switch the lighting beforehand (Step 104). Specifically, the permanent lighting (mercury lamps, fluorescent lights, etc.) installed near the tunnel face is turned off, and the tunnel face is illuminated by the lighting device 260 mounted on the mobile measuring body 200. While the illuminance of construction lighting (permanently installed lighting) tends to be relatively unstable, the illuminance of the lighting device 260 is generally stable, so images can be acquired under similar conditions at each tunnel face.

照明の切り替えを行うと観測工程(Step105~Step107)を行う。具体的には、画像取得手段220によってトンネル切羽の画像を取得し(Step105)、スペクトルカメラ230によってトンネル切羽のスペクトルデータを取得し(Step106)、温度分布センサ240によってトンネル切羽の温度分布を取得する(Step107)。なお、トンネル切羽の画像を取得する工程(Step105)と、トンネル切羽のスペクトルデータを取得する工程(Step106)、トンネル切羽の温度分布を取得する工程(Step107)を行う順は適宜選択でき、また測量機器TSによる座標取得工程(Step103)と観測工程を行う順も適宜選択でき、さらに座標取得工程と観測工程を並行して行うこともできる。ここで取得されたトンネル切羽の画像は3Dモデル作成手段114に、トンネル切羽のスペクトルデータは岩盤風化区分図作成手段108に、トンネル切羽の温度分布は湧水分布図作成手段110に、それぞれ無線通信(あるいは有線通信)手段などを利用して送信される。 After the lighting is switched, the observation process (Step 105 to Step 107) is performed. Specifically, an image of the tunnel face is acquired by the image acquisition means 220 (Step 105), spectral data of the tunnel face is acquired by the spectral camera 230 (Step 106), and the temperature distribution of the tunnel face is acquired by the temperature distribution sensor 240 (Step 107). The order of performing the process of acquiring an image of the tunnel face (Step 105), the process of acquiring spectral data of the tunnel face (Step 106), and the process of acquiring the temperature distribution of the tunnel face (Step 107) can be selected as appropriate, and the order of performing the coordinate acquisition process (Step 103) by the surveying instrument TS and the observation process can also be selected as appropriate, and the coordinate acquisition process and the observation process can also be performed in parallel. The image of the tunnel face acquired here is sent to the 3D model creation means 114, the spectral data of the tunnel face to the rock weathering classification map creation means 108, and the temperature distribution of the tunnel face to the spring water distribution map creation means 110, each of which is sent using wireless communication (or wired communication) means.

観測工程によってトンネル切羽の画像とスペクトルデータ、温度分布が得られると、各種の画像を作成する(Step201)。具体的には、岩盤強度分布図作成手段106が発破削孔時データに基づいて岩盤強度分布図を作成し、岩盤風化区分図作成手段108がトンネル切羽のスペクトルデータに基づいて岩盤風化区分図を作成し、湧水分布図作成手段110がトンネル切羽の温度分布に基づいて湧水分布図を作成する。また、3Dモデル作成手段114がトンネル切羽の画像(ステレオペア画像)に基づいて切羽3Dモデルを作成し、面傾斜度算出手段101が切羽3Dモデルに基づいて面傾斜度を算出し、法線画像作成手段102が面傾斜度に基づいて法線画像を作成するとともに亀裂間隔算出手段103が亀裂を抽出したうえで、亀裂分布図作成手段105が亀裂分布図を作成する。なお亀裂分布図と岩盤強度分布図、岩盤風化区分図、湧水分布図はそれぞれ座標が付与されていることから、これらの画像を相互に重畳表示することができ、あるいは座標が与えられたトンネル切羽の写真と重畳表示することもできる(Step202)。 When the image, spectrum data, and temperature distribution of the tunnel face are obtained by the observation process, various images are created (Step 201). Specifically, the rock strength distribution map creation means 106 creates a rock strength distribution map based on the blasting hole drilling data, the rock weathering classification map creation means 108 creates a rock weathering classification map based on the spectrum data of the tunnel face, and the spring water distribution map creation means 110 creates a spring water distribution map based on the temperature distribution of the tunnel face. In addition, the 3D model creation means 114 creates a face 3D model based on the image (stereo pair image) of the tunnel face, the face inclination calculation means 101 calculates the face inclination based on the face 3D model, the normal image creation means 102 creates a normal image based on the face inclination, and the crack interval calculation means 103 extracts cracks, and then the crack distribution map creation means 105 creates a crack distribution map. Furthermore, because the crack distribution map, rock mass strength distribution map, rock mass weathering classification map, and spring water distribution map are each assigned coordinates, these images can be superimposed on each other, or superimposed on a photograph of the tunnel face, which also has coordinates (Step 202).

亀裂分布図と岩盤強度分布図、岩盤風化区分図、湧水分布図を作成すると、トンネル切羽の各種評価点を設定する(Step203)。具体的には、亀裂評価点設定手段104が亀裂間隔に基づいてトンネル切羽の亀裂評価点を設定し、岩盤強度評価点設定手段107が岩盤強度分布図に基づいてトンネル切羽の岩盤強度評価点を設定し、岩盤風化度評価点設定手段109が岩盤風化区分図に基づいてトンネル切羽の岩盤風化度評価点を設定し、湧水状態評価点設定手段111が湧水分布図に基づいてトンネル切羽の湧水状態評価点を設定する。そして総合評価点設定手段112が、岩盤強度評価点と亀裂評価点、岩盤風化度評価点、湧水状態評価点に基づいてトンネル切羽の総合評価点を設定する(Step204)。 After the crack distribution map, rock strength distribution map, rock weathering classification map, and spring water distribution map are created, various evaluation points for the tunnel face are set (Step 203). Specifically, the crack evaluation point setting means 104 sets the crack evaluation point for the tunnel face based on the crack interval, the rock strength evaluation point setting means 107 sets the rock strength evaluation point for the tunnel face based on the rock strength distribution map, the rock weathering evaluation point setting means 109 sets the rock weathering evaluation point for the tunnel face based on the rock weathering classification map, and the spring water condition evaluation point setting means 111 sets the spring water condition evaluation point for the tunnel face based on the spring water distribution map. Then, the overall evaluation point setting means 112 sets the overall evaluation point for the tunnel face based on the rock strength evaluation point, the crack evaluation point, the rock weathering evaluation point, and the spring water condition evaluation point (Step 204).

本願発明の移動計測体は、道路トンネルや鉄道トンネルのほか、人道トンネルなど様々なトンネル掘削に利用することができる。本願発明によれば、トンネル切羽を安定した状態で掘削することによって高い品質のトンネルを完成させることができ、しかも早々にトンネルを共用することができるとともに、作業者の安全を確保したうえで施工することができることを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明である。 The mobile measuring body of the present invention can be used in the excavation of various tunnels, such as road tunnels, railway tunnels, pedestrian tunnels, etc. According to the present invention, a high-quality tunnel can be completed by excavating the tunnel face in a stable state, and the tunnel can be shared quickly. Considering that construction can be performed while ensuring the safety of workers, this invention can be expected to not only be used industrially, but also to make a great contribution to society.

100 トンネル切羽状態表示システム
101 (トンネル切羽状態表示システムの)面傾斜度算出手段
102 (トンネル切羽状態表示システムの)法線画像作成手段
103 (トンネル切羽状態表示システムの)亀裂間隔算出手段
104 (トンネル切羽状態表示システムの)亀裂評価点設定手段
105 (トンネル切羽状態表示システムの)亀裂分布図作成手段
106 (トンネル切羽状態表示システムの)岩盤強度分布図作成手段
107 (トンネル切羽状態表示システムの)岩盤強度評価点設定手段
108 (トンネル切羽状態表示システムの)岩盤風化区分図作成手段
109 (トンネル切羽状態表示システムの)岩盤風化度評価点設定手段
110 (トンネル切羽状態表示システムの)湧水分布図作成手段
111 (トンネル切羽状態表示システムの)湧水状態評価点設定手段
112 (トンネル切羽状態表示システムの)総合評価点設定手段
113 (トンネル切羽状態表示システムの)空間演算手段
114 (トンネル切羽状態表示システムの)3Dモデル作成手段
115 (トンネル切羽状態表示システムの)表示手段
200 (トンネル切羽状態表示システムの)移動計測体
210 (移動計測体の)移動体
220 (移動計測体の)画像取得手段
230 (移動計測体の)スペクトルカメラ
240 (移動計測体の)温度分布センサ
250 (移動計測体の)反射体
260 (移動計測体の)照明機器
TS (トンネル切羽状態表示システムの)測量機器
100 Tunnel face condition display system 101 (Tunnel face condition display system) Face inclination degree calculation means 102 (Tunnel face condition display system) Normal image creation means 103 (Tunnel face condition display system) Crack interval calculation means 104 (Tunnel face condition display system) Crack evaluation point setting means 105 (Tunnel face condition display system) Crack distribution map creation means 106 (Tunnel face condition display system) Rock strength distribution map creation means 107 (Tunnel face condition display system) Rock strength evaluation point setting means 108 (Tunnel face condition display system) Rock weathering classification map creation means 109 (Tunnel face condition display system) Rock weathering degree evaluation point setting means 110 (Tunnel face condition display system) Spring water distribution map creation means 111 (Tunnel face condition display system) Spring water condition evaluation point setting means 112 (Tunnel face condition display system) Overall evaluation point setting means 113 Spatial calculation means (of tunnel face status display system) 114 3D model creation means (of tunnel face status display system) 115 Display means (of tunnel face status display system) 200 Mobile measuring body (of tunnel face status display system) 210 Mobile body (of mobile measuring body) 220 Image acquisition means (of mobile measuring body) 230 Spectral camera (of mobile measuring body) 240 Temperature distribution sensor (of mobile measuring body) 250 Reflector (of mobile measuring body) 260 Lighting equipment (of mobile measuring body) TS Surveying equipment (of tunnel face status display system)

Claims (3)

トンネル内を移動することができる移動体と、a mobile object capable of moving within the tunnel;
前記移動体に搭載される2以上の画像取得手段と、Two or more image acquisition means mounted on the moving object;
前記移動体に搭載されるスペクトルカメラと、A spectral camera mounted on the moving object;
前記移動体に搭載される温度分布センサと、A temperature distribution sensor mounted on the moving body;
同一直線上に並ばない3以上の個所に配置され、前記移動体に搭載される測量標的と、を備え、A survey target is provided on the moving body and is arranged at three or more locations that are not aligned on a straight line,
前記画像取得手段によって、トンネル切羽の画像が取得され、The image capturing means captures an image of the tunnel face,
前記スペクトルカメラによって、トンネル切羽のスペクトルデータが取得され、The spectral camera acquires spectral data of the tunnel face;
前記温度分布センサによって、トンネル切羽の温度分布が取得され、The temperature distribution of the tunnel face is acquired by the temperature distribution sensor,
トンネル内に設置される測量機器が前記測量標的を視準することによって、該移動体の姿勢とトンネル内における位置が計測される、A surveying instrument installed in the tunnel is sighted on the survey target, thereby measuring the attitude of the moving body and its position within the tunnel.
ことを特徴とする移動計測体。A moving measuring body characterized by:
前記画像取得手段、前記スペクトルカメラ、及び前記温度分布センサは、それぞれ前記移動体との相対的な位置、及び該移動体との相対的な姿勢が把握され、the image acquisition means, the spectral camera, and the temperature distribution sensor are each capable of grasping a relative position and a relative attitude with respect to the moving body;
前記測量標的は、前記移動体との相対的な位置が把握され、The position of the survey target relative to the moving body is grasped,
前記移動体の姿勢と位置が計測されることによって、前記画像取得手段の姿勢とトンネル内における位置が得られるとともに、前記スペクトルカメラの姿勢とトンネル内における位置が得られ、前記温度分布センサの姿勢とトンネル内における位置が得られ、前記測量標的のトンネル内における位置が得られる、By measuring the attitude and position of the moving body, the attitude of the image acquisition means and its position within the tunnel are obtained, the attitude of the spectral camera and its position within the tunnel are obtained, the attitude of the temperature distribution sensor and its position within the tunnel are obtained, and the position of the survey target within the tunnel is obtained.
ことを特徴とする請求項1記載の移動計測体。2. The mobile measuring body according to claim 1.
前記移動体に搭載され、トンネル切羽に光を当てることができる照明機器を、さらに備えた、Further comprising a lighting device mounted on the moving body and capable of shining light on the tunnel face;
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の移動計測体。3. The mobile measuring body according to claim 1 or 2.
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