Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7752864B2 - Tunnel face warning system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7752864B2 - Tunnel face warning system - Google Patents

Tunnel face warning system

Info

Publication number
JP7752864B2
JP7752864B2 JP2021206396A JP2021206396A JP7752864B2 JP 7752864 B2 JP7752864 B2 JP 7752864B2 JP 2021206396 A JP2021206396 A JP 2021206396A JP 2021206396 A JP2021206396 A JP 2021206396A JP 7752864 B2 JP7752864 B2 JP 7752864B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
collapse
face
amount
timing
analysis unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021206396A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023091582A (en
Inventor
稔 林
匡樹 松村
紀彦 白坂
真史 土本
Original Assignee
株式会社演算工房
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社演算工房 filed Critical 株式会社演算工房
Priority to JP2021206396A priority Critical patent/JP7752864B2/en
Publication of JP2023091582A publication Critical patent/JP2023091582A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7752864B2 publication Critical patent/JP7752864B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Closed-Circuit Television Systems (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Description

本発明は、トンネル掘削面(切羽)の瞬間的な変状をリアルタイムに把握することで、崩落等の危険性を検出する技術に関するものである。 This invention relates to technology that detects risks such as collapse by detecting instantaneous changes in the tunnel excavation surface (face) in real time.

トンネル工事では、掘削作業中にトンネル掘削面(切羽)が崩落することがあり、重大な災害につながる恐れがある。そして、崩落前には、切羽が数ミリから数センチ程度突発的に変位することが知られている。そこで、掘削作業中における切羽面の崩落の危険性をリアルタイムに検出して、災害を予防するクラック検出装置が知られている(特許文献1を参照)。
特許文献1のクラック検出装置は、切羽面に「鏡吹付けコンクリート」を施工した場合に、崩落の予兆として幅数ミリ程度のクラックが吹付け面に生じ、その数分後にクラックに沿って崩壊することに着目し、当該クラックの検出を可能としたものである。そして、クラックの検出は、切羽画像と当該切羽画像に含まれるクラックに対応する画素との関係を学習した学習済みモデルに対し、判定対象である切羽画像を入力することで行う。
しかしながら、特許文献1のクラック検出装置は、カメラにより撮像された切羽画像のみを用いて、クラックの検出を行うため、十分な精度が得られないという問題がある。
In tunnel construction, the tunnel excavation face (face) may collapse during excavation work, which may lead to a serious disaster. It is known that the face may suddenly displace by several millimeters to several centimeters before a collapse. Therefore, a crack detection device is known that detects the risk of face collapse during excavation work in real time and prevents disasters (see Patent Document 1).
The crack detection device in Patent Document 1 focuses on the fact that when "mirror-sprayed concrete" is applied to a tunnel face, cracks of a few millimeters in width appear on the sprayed surface as a sign of impending collapse, and collapse occurs along the cracks a few minutes later, and is able to detect these cracks. Crack detection is performed by inputting the tunnel face image to be judged into a trained model that has learned the relationship between the tunnel face image and pixels corresponding to cracks contained in the tunnel face image.
However, the crack detection device of Patent Document 1 has a problem in that it cannot achieve sufficient accuracy because it detects cracks using only the face image captured by the camera.

また、近年、自動車などの車両の自動運転システムなどに、LiDAR(Light Detection And Ranging)が利用されている。LiDARは、センサからレーザ光を照射し、対象物に当たって跳ね返ってくるまでの時間差を計測することで距離を測定するものである。
そこで、山岳トンネル掘削工事現場において、高速3Dレーザスキャナにより崩落の予兆であるわずかな突発的変位をリアルタイムに検出しようとした技術が知られている(非特許文献1を参照)。非特許文献1の技術では、高速3DレーザスキャナとしてLiDARを用いているが、LiDARのみを用いて崩落等の危険性を検出するものであるため、十分な精度が得られないという問題がある。
In recent years, LiDAR (Light Detection and Ranging) has been used in autonomous driving systems for automobiles and other vehicles. LiDAR measures distance by emitting laser light from a sensor and measuring the time it takes for the light to hit an object and bounce back.
Therefore, a technology is known that attempts to detect slight sudden displacements, which are a sign of collapse, in real time at mountain tunnel excavation construction sites using a high-speed 3D laser scanner (see Non-Patent Document 1 ). The technology in Non-Patent Document 1 uses LiDAR as the high-speed 3D laser scanner, but since it detects the risk of collapse etc. using only LiDAR, there is a problem that sufficient accuracy cannot be obtained.

特開2021-184163号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-184163

三瓶貴広,溝口 知広,“3Dスキャナによるトンネル切羽の突発的変位のリアルタイム検出のための基礎検討”,2017年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集,pp.527-528Takahiro Sanpei, Tomohiro Mizoguchi, "Basic Study on Real-time Detection of Sudden Displacement of Tunnel Face Using 3D Scanner", Proceedings of the 2017 Autumn Meeting of the Japan Society for Precision Engineering, pp.527-528

かかる状況に鑑みて、本発明は、トンネル掘削面(切羽)の瞬間的な変状をリアルタイムに、高精度で検出でき、かつ警報機能を備えるシステムを提供することを目的とする。 In light of this situation, the present invention aims to provide a system that can detect instantaneous changes in the tunnel excavation surface (face) in real time with high accuracy and that also has an alarm function.

上記課題を解決すべく、本発明のトンネル切羽警報システムは、切羽面の画像をリアルタイムに撮影するカメラ手段と、切羽面の3次元位置をリアルタイムに計測する3次元測距センサと、カメラ手段から入力する切羽面の画像の時系列上の前画像と現画像との差分から変化を検出するタイミングで、3次元測距センサから入力する切羽面の3次元位置の時系列上の前位置と現位置とから押し出し量を算出し、崩落タイミングと崩落量を出力し、崩落量が所定の閾値を超えたか否かを判定し所定の閾値を超えたと判定された場合には警報信号を出力する解析ユニットと、解析ユニットから警報信号を入力して警報を発する警報手段を備える。 To solve the above problems, the tunnel face warning system of the present invention comprises a camera means for capturing images of the tunnel face in real time, a three-dimensional distance sensor for measuring the three-dimensional position of the tunnel face in real time, an analysis unit for calculating the amount of extrusion from the previous and current positions in the time series of the three-dimensional position of the tunnel face input from the three-dimensional distance sensor at the timing when a change is detected from the difference between the previous and current images in the time series of the tunnel face images input from the camera means, outputting the collapse timing and collapse amount, determining whether the collapse amount exceeds a predetermined threshold and outputting an alarm signal if it is determined that the predetermined threshold has been exceeded, and an alarm means for receiving the alarm signal from the analysis unit and issuing an alarm.

カメラ手段と3次元測距センサを併用し、カメラ手段から取り込む画像の解析からトンネル掘削面(切羽面)の変化(崩落の予兆)を捉え、3次元測距センサで切羽面の具体的な押し出し量を算出する構成とすることにより、トンネル掘削面(切羽)の瞬間的な変状をリアルタイムに、高精度で検出する。また、警報手段により、施工現場に居る作業員等に対して、切羽面の状況を適切に伝達でき、重大な災害の発生を予防できる。警報手段としては、回転灯やブザーが好適に用いられる。
ここで、カメラ手段から入力する切羽面の画像の時系列上の前画像とは、カメラ手段がリアルタイムに撮影する画像群における1フレーム前の画像という意味ではなく、変化のない定常時の画像のことであり、例えば、計測開始時の画像などのことである。また、崩落タイミングとは、切羽面の画像の時系列上の前画像と現画像との差分から変化を検出するタイミングのことであり、具体的には、人工知能モデル(AIモデル)が画像を解析して判断する。
また、3次元測距センサから入力する切羽面の3次元位置の時系列上の前位置とは、変化のない定常時の切羽面の位置のことであり、前位置と現位置とから算出される押し出し量とは、それぞれの点群の移動量(距離)である。点群の移動量から押し出し量を算出し、移動した点群の面積と押し出し量から、崩落量(体積)を算出する。実際に崩落したか否かは問わず、崩落を予兆する。
By using a camera means and a 3D ranging sensor in combination, changes in the tunnel excavation surface (face) (signs of collapse) are captured by analyzing images captured by the camera means, and the 3D ranging sensor is configured to calculate the specific amount of extrusion of the face, instantaneous changes in the tunnel excavation surface (face) can be detected in real time with high accuracy. In addition, the alarm means can properly communicate the condition of the face to workers at the construction site, preventing the occurrence of serious disasters. Rotating lights and buzzers are preferably used as alarm means.
Here, the previous image in the time series of images of the face input from the camera means does not mean the image one frame before in the group of images taken in real time by the camera means, but an image in a steady state with no change, such as an image at the start of measurement. Also, the collapse timing refers to the timing at which a change is detected from the difference between the previous image and the current image in the time series of images of the face, and specifically, an artificial intelligence model (AI model) analyzes the images and makes the judgment.
Furthermore, the previous position on the time series of the three-dimensional position of the working face input from the three-dimensional distance sensor is the position of the working face when there is no change and it is steady, and the amount of push-out calculated from the previous position and the current position is the amount of movement (distance) of each point cloud. The amount of push-out is calculated from the amount of movement of the point cloud, and the amount of collapse (volume) is calculated from the area of the moved point cloud and the amount of push-out. It is a sign of collapse regardless of whether a collapse has actually occurred or not.

本発明のトンネル切羽警報システムにおいて、解析ユニットは、切羽面の画像の崩落タイミングを識別する学習モデルが搭載されており、切羽面の画像の時系列上の前画像と現画像との差分から崩落タイミングを検出することが好ましい。
解析ユニットには、切羽面の画像の変化から崩落タイミングを予兆する人工知能モデル(AIモデル)、すなわち、学習モデルを搭載することにより、崩落タイミングを予兆することが可能となる。
In the tunnel face warning system of the present invention, the analysis unit is preferably equipped with a learning model that identifies the timing of collapse in images of the face, and detects the timing of collapse from the difference between the previous image and the current image in the time series of images of the face.
The analysis unit is equipped with an artificial intelligence model (AI model), i.e., a learning model, that predicts the timing of a collapse from changes in images of the face, making it possible to predict the timing of a collapse.

本発明のトンネル切羽警報システムにおいて、解析ユニットは、3次元測距センサから入力する切羽面の3次元位置の時系列上の前位置と現位置とから算出した押し出し量に基づいて、切羽面の崩落面積を算出して、所定の面積を超えたか否かを判定して第2の警報信号を出力することが好ましい。かかる構成とされることにより、崩落面積が広い場合には、異なる警報を出力することも可能である。 In the tunnel face warning system of the present invention, it is preferable that the analysis unit calculates the collapsed area of the tunnel face based on the amount of push-out calculated from the previous and current positions on the time series of the three-dimensional position of the tunnel face input from the three-dimensional distance sensor, and determines whether or not the collapsed area exceeds a predetermined area and outputs a second warning signal. With this configuration, it is also possible to output a different warning if the collapsed area is large.

本発明のトンネル切羽警報システムは、解析ユニットから崩落タイミングを含む時系列上の切羽面の画像群と崩落量を入力して表示するディスプレイ手段を更に備えることが好ましい。
ディスプレイ手段を備えることにより、ユーザは、切羽面の状態や危険性の程度を視覚的に確認することができる。ディスプレイ手段は、3次元測距センサから入力されたデータや警報に関するデータを更に表示してもよい。
It is preferable that the tunnel face warning system of the present invention further comprises a display means for inputting and displaying a group of time-series images of the tunnel face including the timing of collapse and the amount of collapse from the analysis unit.
By providing the display means, a user can visually check the condition of the face and the degree of danger. The display means may further display data input from the three-dimensional distance measuring sensor and data related to warnings.

本発明のトンネル切羽警報システムによれば、トンネル掘削面(切羽)の瞬間的な変状をリアルタイムに、高精度で検出でき、かつ警報機能により崩落の危険性を周囲に知らせることができるといった効果がある。 The tunnel face warning system of the present invention has the advantage of being able to detect instantaneous deformations in the tunnel excavation surface (face) in real time with high accuracy, and also being able to alert those in the vicinity to the risk of collapse through its warning function.

実施例1のトンネル切羽警報システムの機能ブロック図Functional block diagram of the tunnel face warning system of the first embodiment 実施例1のトンネル切羽警報システムの構成イメージ図Configuration image of the tunnel face warning system of Example 1 実施例1のトンネル切羽警報システムの概略フロー図Schematic flow diagram of the tunnel face warning system of Example 1 ディスプレイ表示イメージ図Display image 実施例2のトンネル切羽警報システムの機能ブロック図Functional block diagram of a tunnel face warning system according to a second embodiment

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。 An example of an embodiment of the present invention will be described in detail below, with reference to the drawings. Note that the scope of the present invention is not limited to the following examples and illustrated examples, and many modifications and variations are possible.

図1は、実施例1のトンネル切羽警報システムの構成イメージ図を示している。図1に示すように、トンネル切羽警報システム1は、カメラ手段2、3次元測距センサ3、解析ユニット4、警報手段5及びディスプレイ手段6を備え、解析ユニット4は、学習モデル41及び判定手段42を備える。
カメラ手段2は、切羽面の画像をリアルタイムに撮影するものであり、公知のカメラを広く適用可能である。3次元測距センサ3は、切羽面の3次元位置をリアルタイムに計測するものであり、鏡面の押出し量を面でリアルタイムに把握をすることができる。3次元測距センサ3としては、公知のLiDARスキャナが好適に用いられる。解析ユニット4は、カメラ手段2から入力する切羽面の画像の時系列上の前画像と現画像との差分から変化を検出するタイミングで、3次元測距センサ3から入力する切羽面の3次元位置の時系列上の前位置と現位置とから押し出し量を算出し、崩落タイミングと崩落量を出力し、崩落量が所定の閾値を超えたか否かを判定し所定の閾値を超えたと判定された場合には警報信号を出力するものである。
Fig. 1 shows a configuration image diagram of a tunnel face warning system of Example 1. As shown in Fig. 1, the tunnel face warning system 1 includes a camera means 2, a three-dimensional distance measuring sensor 3, an analysis unit 4, a warning means 5, and a display means 6, and the analysis unit 4 includes a learning model 41 and a determination means 42.
The camera means 2 captures images of the face in real time, and a wide range of known cameras can be used. The three-dimensional ranging sensor 3 measures the three-dimensional position of the face in real time, allowing the amount of extrusion of the mirror surface to be grasped in real time. A known LiDAR scanner is preferably used as the three-dimensional ranging sensor 3. The analysis unit 4 calculates the amount of extrusion from the previous and current positions in the time series of the three-dimensional position of the face input from the three-dimensional ranging sensor 3 at the timing when a change is detected from the difference between the previous and current images in the time series of the face images input from the camera means 2, outputs the collapse timing and collapse amount, determines whether the collapse amount exceeds a predetermined threshold, and outputs an alarm signal if it is determined that the predetermined threshold has been exceeded.

学習モデル41は、切羽面の画像の崩落タイミングを識別するものであり、学習モデル41を用いて、切羽面の画像の時系列上の前画像と現画像との差分から崩落タイミングを検出する。すなわち、学習モデル41は、3次元測距センサ3により計測された切羽面の3次元位置の比較については用いず、カメラ手段2により撮影された切羽面の画像の比較にのみ用いる。判定手段42は、崩落量が所定の閾値を超えたか否かを判定するものである。警報手段5は、解析ユニット4から警報信号を入力して警報を発するものであり、例えば、回転灯やブザーなどで構成される。ディスプレイ手段6は、解析ユニット4から崩落タイミングを含む時系列上の切羽面の画像群と崩落量を入力して表示するものであり、公知のディスプレイが好適に用いられる。ディスプレイ手段6は、崩落量の可視化、押し出し量の可視化、コンターの表示、トンネル面の軟弱部分の強調表示等の表示を行うことができる。また、タッチパネルを用いることで、表示だけでなく、開始・終了や設定変更等の操作を行うものでもよい。 The learning model 41 identifies the timing of collapse in images of the tunnel face, and uses the learning model 41 to detect the timing of collapse from the difference between the previous and current images in the time series of images of the tunnel face. In other words, the learning model 41 is not used to compare the three-dimensional position of the tunnel face measured by the three-dimensional ranging sensor 3, but is only used to compare images of the tunnel face captured by the camera means 2. The determination means 42 determines whether the amount of collapse exceeds a predetermined threshold. The alarm means 5 receives an alarm signal from the analysis unit 4 and issues an alarm, and is composed of, for example, a rotating light or buzzer. The display means 6 receives and displays a group of images of the tunnel face in a time series, including the timing of collapse, and the amount of collapse from the analysis unit 4; a known display is preferably used. The display means 6 can visualize the amount of collapse, the amount of extrusion, display contours, highlight weak parts of the tunnel face, and perform other displays. A touch panel may also be used for not only displaying the data but also starting, stopping, changing settings, and other operations.

カメラ手段2により撮像された開始から終了までのカメラ映像の直前画像を比較し、これらを解析ユニット4が備える学習モデル41を用いて判断をして、切羽面の画像の時系列上の前画像と現画像との差分から崩落タイミングを検出する。また、カメラ手段2では、風化の判断および軟弱な部分を抽出する、湧水や亀裂の有無の把握といったことも可能である。
一方、3次元測距センサ3は、切羽面の3次元位置をリアルタイムに計測し、解析ユニット4に入力しており、解析ユニット4は、学習モデル41を用いて崩落タイミングを検出したタイミングで、3次元測距センサ3から入力する切羽面の3次元位置の時系列上の前位置と現位置とから押し出し量を算出し、押し出し量から崩落量を算出する。かかる崩落量につき、判定手段42を用いて所定の閾値を超えたか否かを判定し、所定の閾値を超えたと判定された場合には警報信号を出力し、警報手段5を用いて警報を発し、或いはディスプレイ手段6に表示するといったことが可能である。カメラ手段2と3次元測距センサ3を併用する構成とすることで、崩落の危険性の正確な判定や警報が可能となる。
The camera means 2 compares the most recent images from the start to the end of the camera footage, and the analysis unit 4 uses the learning model 41 to make judgments based on these, detecting the timing of collapse from the difference between the previous and current images in the time series of face images. The camera means 2 can also judge weathering, extract weak areas, and determine the presence or absence of spring water or cracks.
Meanwhile, the three-dimensional ranging sensor 3 measures the three-dimensional position of the working face in real time and inputs the data to the analysis unit 4. When the analysis unit 4 detects the timing of a collapse using the learning model 41, it calculates the amount of push-out from the previous and current positions in the time series of the three-dimensional position of the working face input from the three-dimensional ranging sensor 3, and calculates the amount of collapse from the amount of push-out. The determination means 42 determines whether the amount of collapse exceeds a predetermined threshold, and if it is determined that the predetermined threshold has been exceeded, it can output an alarm signal, issue an alarm using the alarm means 5, or display on the display means 6. By using the camera means 2 and the three-dimensional ranging sensor 3 in combination, it is possible to accurately determine the risk of collapse and issue an alarm.

図2は、実施例1のトンネル切羽警報システムの構成イメージ図を示している。図2に示すように、トンネル切羽警報システム1は、トンネル掘削工事現場7の内部に設置され使用される。トンネル切羽警報システム1は、カメラ20及び装置本体10で構成され、カメラ20と装置本体10は、通信ケーブル11で接続されている。かかる構成とは異なり、カメラ20と装置本体10を無線で通信する構成としてもよい。
カメラ20には、カメラ手段2として公知のカメラが、また、3次元測距センサ3としてLiDARスキャナが、それぞれ搭載されている。装置本体10には、警報手段5として回転灯50aとブザー(図示せず)が設けられており、スピーカ50bからブザー音が発せられる。また、装置本体10には、ディスプレイ手段6としてディスプレイ60が設けられている。
Fig. 2 shows a configuration image diagram of the tunnel face warning system of Example 1. As shown in Fig. 2, the tunnel face warning system 1 is installed and used inside a tunnel excavation work site 7. The tunnel face warning system 1 is composed of a camera 20 and a device main body 10, and the camera 20 and the device main body 10 are connected by a communication cable 11. Alternatively, the camera 20 and the device main body 10 may be configured to communicate wirelessly.
The camera 20 is equipped with a known camera as the camera means 2 and a LiDAR scanner as the three-dimensional distance measuring sensor 3. The device main body 10 is provided with a rotating light 50a and a buzzer (not shown) as the alarm means 5, and a buzzer sound is emitted from a speaker 50b. The device main body 10 is also provided with a display 60 as the display means 6.

図4は、ディスプレイ表示イメージ図を示している。図4に示すように、ディスプレイ60上には、トンネル掘削工事現場7をリアルタイムに撮影した画像61が表示されている。ここでは、切羽面71が監視対象とされ、監視対象範囲72が表示されている。ディスプレイ60上には、リアルタイムに撮影した画像だけではなく、定常時の画像も表示してもよいし、また、定常時の点群の3次元位置データや、リアルタイムに計測された点群の3次元位置データについて、画面表示してもよい。ディスプレイ60は、タッチパネルであり、十字キー62aを操作して監視対象範囲72を変更し、或いは、拡大ボタン62bや縮小ボタン62cをタッチして、画像の拡大・縮小表示を行うことができる。 Figure 4 shows an image of the display. As shown in Figure 4, an image 61 captured in real time of the tunnel excavation site 7 is displayed on the display 60. Here, the tunnel face 71 is the monitored object, and a monitored area 72 is displayed. In addition to images captured in real time, images in steady state may also be displayed on the display 60, and three-dimensional position data of point clouds in steady state and three-dimensional position data of point clouds measured in real time may also be displayed on the screen. The display 60 is a touch panel, and the monitored area 72 can be changed by operating the cross key 62a, or the image can be enlarged or reduced by touching the enlarge button 62b or reduce button 62c.

実施例1のトンネル切羽警報システムを使用する場合には、まず前提として、カメラ手段2と3次元測距センサ3の切羽位置の登録及び設置方位の登録を行う。
図3は、実施例1のトンネル切羽警報システムの概略フロー図を示している。図3に示すように、まず、カメラ手段2から切羽面71の定常時の画像データを解析ユニット4に入力する(ステップS01)。次に、3次元測距センサ3から切羽面71の定常時の点群の3次元位置データを解析ユニット4に入力する(ステップS02)。カメラ手段2においては、切羽面の画像をリアルタイムに撮影しており、カメラ手段2から切羽面71の画像データを解析ユニット4に入力する(ステップS03)。なお、入力された画像はディスプレイ手段6に表示される。解析ユニット4において、学習モデル41を用いて、時系列上の前画像と現画像との差分から変化を検出した場合、すなわち、定常時の画像データと、リアルタイムに撮影され入力された画像データとの差分から変化を検出した場合は(ステップS04)、切羽面71の点群の3次元位置データを解析ユニット4に入力する(ステップS05)。これに対して、時系列上の前画像と現画像との差分から変化を検出しない場合、すなわち、定常時の画像データと、リアルタイムに撮影され入力された画像データとの差分から変化を検出しない場合は(ステップS04)、再度、カメラ手段2から切羽面71の画像データを入力する(ステップS03)。
When using the tunnel face warning system of the first embodiment, first, as a prerequisite, the face positions and installation orientations of the camera means 2 and the three-dimensional distance measuring sensor 3 are registered.
FIG. 3 shows a schematic flow diagram of the tunnel face warning system of the first embodiment. As shown in FIG. 3, first, steady-state image data of the tunnel face 71 is input from the camera means 2 to the analysis unit 4 (step S01). Next, three-dimensional position data of the point cloud of the tunnel face 71 in steady state is input from the three-dimensional ranging sensor 3 to the analysis unit 4 (step S02). The camera means 2 captures images of the tunnel face in real time, and inputs the image data of the tunnel face 71 from the camera means 2 to the analysis unit 4 (step S03). The input images are displayed on the display means 6. When the analysis unit 4 detects a change from the difference between the previous image and the current image in the time series using the learning model 41, that is, when a change is detected from the difference between the steady-state image data and the image data captured and input in real time (step S04), the three-dimensional position data of the point cloud of the tunnel face 71 is input to the analysis unit 4 (step S05). On the other hand, if no change is detected from the difference between the previous image and the current image in the time series, that is, if no change is detected from the difference between the image data in a steady state and the image data captured and input in real time (step S04), image data of the face 71 is input again from the camera means 2 (step S03).

解析ユニット4は、3次元測距センサ3から入力する切羽面71の3次元位置の時系列上の前位置と現位置、すなわち、定常時の点群の3次元位置データと、リアルタイムに計測され入力された点群の3次元位置データ、とから押し出し量を算出する(ステップS06)。解析ユニット4において、押し出し量から崩落量を算出し、崩落タイミングと崩落量を判定手段42に出力する(ステップS07)。
判定手段42において、崩落量が所定の閾値を超えたか否かを判定し、崩落の危険性を判定する(ステップS08)。判定の結果、所定の閾値を超えたと判定された場合、すなわち、警報レベルを超えたと判定された場合は(ステップS09)、警報信号を出力する(ステップS10)。これに対して、警報レベルを超えたと判定されない場合は(ステップS09)、再度、カメラ手段2から切羽面71の画像データを入力する(ステップS03)。
The analysis unit 4 calculates the amount of push-out from the previous and current positions on the time series of the three-dimensional position of the working face 71 input from the three-dimensional distance measurement sensor 3, i.e., the three-dimensional position data of the point cloud in a steady state, and the three-dimensional position data of the point cloud measured and input in real time (step S06). The analysis unit 4 calculates the amount of collapse from the amount of push-out, and outputs the collapse timing and amount to the determination means 42 (step S07).
The determining means 42 determines whether the amount of collapse has exceeded a predetermined threshold and determines the risk of collapse (step S08). If it is determined that the amount of collapse has exceeded the predetermined threshold, i.e., if it is determined that the alarm level has been exceeded (step S09), an alarm signal is output (step S10). On the other hand, if it is determined that the alarm level has not been exceeded (step S09), image data of the working face 71 is again input from the camera means 2 (step S03).

出力された警報信号に基づき、警報手段5により、回転灯50aやブザーにより警報を発する。また、ディスプレイ手段6は、出力された崩落タイミングと崩落量に関するデータを画面表示し、さらに、判定手段42による判定結果を表示する。
このように、カメラ手段2と3次元測距センサ3を併用することにより、切羽面の瞬間的な変状をリアルタイムに、高精度で検出できる。
Based on the output alarm signal, the alarm means 5 issues an alarm using a rotating light 50a or a buzzer. The display means 6 displays the output data on the timing and amount of collapse on a screen, and also displays the result of the determination made by the determination means 42.
In this way, by using the camera means 2 and the three-dimensional distance measuring sensor 3 together, instantaneous deformation of the face can be detected in real time with high accuracy.

なお、上述のフローに加えて、押し出し量から切羽面の崩落面積を算出し、警報信号を出力することでもよい。具体的には、ステップS06で算出された押し出し量に基づいて、更に、切羽面71の崩落面積を算出し、ステップS07において、崩落タイミングと崩落量に加えて、崩落面積を出力する。そして、ステップS08において、崩落面積が所定の面積を超えたか否かを判定し、判定の結果、所定の面積を超えたと判定された場合、すなわち、警報レベルを超えたと判定された場合は(ステップS09)、ステップS10において、第2の警報信号を出力する。 In addition to the above flow, it is also possible to calculate the collapsed area of the face from the amount of extrusion and output an alarm signal. Specifically, the collapsed area of the face 71 is further calculated based on the amount of extrusion calculated in step S06, and in step S07, the collapsed area is output in addition to the collapse timing and amount. Then, in step S08, it is determined whether the collapsed area exceeds a predetermined area, and if it is determined that the predetermined area has been exceeded, i.e., if it is determined that the alarm level has been exceeded (step S09), a second alarm signal is output in step S10.

図5は、実施例2のトンネル切羽警報システムの構成イメージ図を示している。図5に示すように、トンネル切羽警報システム1aは、カメラ手段2、3次元測距センサ3、解析ユニット4及び警報手段5を備え、解析ユニット4は、学習モデル41及び判定手段42を備える。
トンネル切羽警報システム1aは、実施例1のトンネル切羽警報システム1と異なり、ディスプレイ手段6が設けられない構成である。かかる構成とすることにより、より低コストでシステムを構築することができ、簡易な警報システムとして利用できる。
Fig. 5 shows a configuration image diagram of a tunnel face warning system of Example 2. As shown in Fig. 5, a tunnel face warning system 1a includes a camera means 2, a three-dimensional distance measuring sensor 3, an analysis unit 4, and a warning means 5, and the analysis unit 4 includes a learning model 41 and a determination means 42.
Unlike the tunnel face warning system 1 of Example 1, the tunnel face warning system 1a is configured without a display means 6. By adopting such a configuration, the system can be constructed at lower cost and can be used as a simple warning system.

本発明は、トンネル掘削面の瞬間的な変状をリアルタイムに把握し、崩落等の危険性を検出するシステムに有用である。 This invention is useful for systems that can grasp instantaneous changes in the tunnel excavation surface in real time and detect risks such as collapse.

1,1a トンネル切羽警報システム
2 カメラ手段
3 3次元測距センサ
4 解析ユニット
5 警報手段
6 ディスプレイ手段
7 トンネル掘削工事現場
10 装置本体
11 通信ケーブル
20 カメラ
41 学習モデル
42 判定手段
50a 回転灯
50b スピーカ
60 ディスプレイ
61 画像
62a 十字キー
62b 拡大ボタン
62c 縮小ボタン
71 切羽面
72 監視対象範囲
REFERENCE SIGNS LIST 1, 1a Tunnel face warning system 2 Camera means 3 Three-dimensional distance measuring sensor 4 Analysis unit 5 Warning means 6 Display means 7 Tunnel excavation construction site 10 Device body 11 Communication cable 20 Camera 41 Learning model 42 Determination means 50a Rotating light 50b Speaker 60 Display 61 Image 62a Cross key 62b Zoom in button 62c Zoom out button 71 Face 72 Monitoring target range

Claims (3)

切羽面の画像をリアルタイムに撮影するカメラ手段と、
前記切羽面の3次元位置をリアルタイムに計測する3次元測距センサと、
前記切羽面の画像の崩落タイミングを識別する学習モデルが搭載されており、前記カメラ手段から入力する前記切羽面の画像の時系列上の前画像と現画像との差分から崩落タイミングを検出するタイミングで、前記3次元測距センサから入力する前記切羽面の3次元位置の時系列上の前位置と現位置との点群の移動量から押し出し量を算出し、移動した点群の面積と前記押し出し量から崩落量を算出し、前記崩落タイミングと前記崩落量を出力し、前記崩落量が所定の閾値を超えたか否かを判定し所定の閾値を超えたと判定された場合には警報信号を出力する解析ユニットと、
前記解析ユニットから前記警報信号を入力して警報を発する警報手段、
を備えることを特徴とするトンネル切羽警報システム。
a camera means for capturing images of the working face in real time;
a three-dimensional distance measuring sensor that measures the three-dimensional position of the working face in real time;
an analysis unit that is equipped with a learning model that identifies the timing of collapse of the image of the face, and that , at the timing that the collapse timing is detected from the difference between the previous image and the current image in the time series of the image of the face input from the camera means, calculates the amount of push-out from the amount of movement of the point cloud between the previous position and the current position in the time series of the three-dimensional position of the face input from the three-dimensional distance measuring sensor, calculates the amount of collapse from the area of the moved point cloud and the amount of push-out, outputs the collapse timing and the amount of collapse , determines whether the amount of collapse has exceeded a predetermined threshold, and outputs an alarm signal if it is determined that the amount of collapse has exceeded the predetermined threshold;
an alarm means for receiving the alarm signal from the analysis unit and issuing an alarm;
A tunnel face warning system comprising:
前記解析ユニットは、前記3次元測距センサから入力する前記切羽面の3次元位置の時系列上の前位置と現位置との点群の移動量から算出した前記点群の面積に基づいて、前記切羽面の崩落面積を算出して、所定の面積を超えたか否かを判定して第2の警報信号を出力することを特徴とする請求項に記載のトンネル切羽警報システム。 The tunnel face warning system described in claim 1, characterized in that the analysis unit calculates the collapse area of the face based on the area of the point cloud calculated from the movement of the point cloud between the previous position and the current position on the time series of the three-dimensional position of the face input from the three-dimensional ranging sensor, determines whether the collapse area exceeds a predetermined area, and outputs a second warning signal. 前記解析ユニットから崩落タイミングを含む時系列上の前記切羽面の画像群と前記崩落量を入力して表示するディスプレイ手段を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のトンネル切羽警報システム。
A tunnel face warning system as described in claim 1 or 2 , further comprising a display means for inputting and displaying a group of images of the face in time series including the timing of collapse and the amount of collapse from the analysis unit.
JP2021206396A 2021-12-20 2021-12-20 Tunnel face warning system Active JP7752864B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021206396A JP7752864B2 (en) 2021-12-20 2021-12-20 Tunnel face warning system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021206396A JP7752864B2 (en) 2021-12-20 2021-12-20 Tunnel face warning system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023091582A JP2023091582A (en) 2023-06-30
JP7752864B2 true JP7752864B2 (en) 2025-10-14

Family

ID=86941965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021206396A Active JP7752864B2 (en) 2021-12-20 2021-12-20 Tunnel face warning system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7752864B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN121889664A (en) * 2023-09-25 2026-04-17 富士胶片株式会社 Peeling determination device, peeling determination method, and peeling determination program
WO2025126985A1 (en) * 2023-12-14 2025-06-19 住友重機械工業株式会社 Work machine, work machine management system, and work machine management device
CN120426082B (en) * 2025-07-08 2025-09-23 山西国源煤层气综合利用工程技术股份有限公司 A support device for coal mine tunnel

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030145658A1 (en) 2002-01-11 2003-08-07 Gerhard Weithe Method and apparatus for surveying the geometry of tunnels
JP2015175611A (en) 2014-03-13 2015-10-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ Distance measuring device and distance measuring system
JP2016008399A (en) 2014-06-23 2016-01-18 鹿島建設株式会社 Face face monitoring method
JP2017117147A (en) 2015-12-24 2017-06-29 前田建設工業株式会社 Structure construction management method
JP2018017640A (en) 2016-07-29 2018-02-01 株式会社大林組 Working face monitoring system
JP2019124659A (en) 2018-01-19 2019-07-25 佐藤工業株式会社 Monitoring device, and monitoring method
JP2019132062A (en) 2018-01-31 2019-08-08 ヤンマー株式会社 Construction machine
JP2019199708A (en) 2018-05-15 2019-11-21 株式会社竹中土木 Method for monitoring tunnel working face
JP2019203288A (en) 2018-05-22 2019-11-28 大成建設株式会社 Falling stone detection device and falling stone detection system
JP2021149579A (en) 2020-03-19 2021-09-27 株式会社熊谷組 Cutting face collapse monitor system

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030145658A1 (en) 2002-01-11 2003-08-07 Gerhard Weithe Method and apparatus for surveying the geometry of tunnels
JP2015175611A (en) 2014-03-13 2015-10-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ Distance measuring device and distance measuring system
JP2016008399A (en) 2014-06-23 2016-01-18 鹿島建設株式会社 Face face monitoring method
JP2017117147A (en) 2015-12-24 2017-06-29 前田建設工業株式会社 Structure construction management method
JP2018017640A (en) 2016-07-29 2018-02-01 株式会社大林組 Working face monitoring system
JP2019124659A (en) 2018-01-19 2019-07-25 佐藤工業株式会社 Monitoring device, and monitoring method
JP2019132062A (en) 2018-01-31 2019-08-08 ヤンマー株式会社 Construction machine
JP2019199708A (en) 2018-05-15 2019-11-21 株式会社竹中土木 Method for monitoring tunnel working face
JP2019203288A (en) 2018-05-22 2019-11-28 大成建設株式会社 Falling stone detection device and falling stone detection system
JP2021149579A (en) 2020-03-19 2021-09-27 株式会社熊谷組 Cutting face collapse monitor system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023091582A (en) 2023-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7752864B2 (en) Tunnel face warning system
KR102065975B1 (en) Safety Management System Using a Lidar for Heavy Machine
KR101073076B1 (en) Fire monitoring system and method using compound camera
CN104884712B (en) The sensing device and method of engineering machinery
US20090128632A1 (en) Camera and image processor
KR101566784B1 (en) Approach monitoring and operation control system for heavy equipment of industry and construction
KR101852057B1 (en) unexpected accident detecting system using images and thermo-graphic image
CN106224007A (en) Safety for tunnel engineering monitoring and warning management system
CN103568947A (en) Blind spot warning system and method
US20130120182A1 (en) Work area monitor
JP2016180681A (en) Ground collapse detection system
KR20230108566A (en) System for notifying danger of workplace
CN102092640A (en) Crane safety monitoring device and method and crane applying device
CN113095142A (en) Operation monitoring method and system for engineering equipment and engineering equipment
CN103377537A (en) Overhead falling object early-warning system and method
EP2587462A1 (en) Image monitoring system and method with false alarm rate reduction
CN115471969A (en) An online monitoring device for cable breakage prevention based on image recognition technology
WO2022091838A1 (en) Safety evaluation system and safety evaluation method
CN110044322B (en) A display method, device and mobile terminal of a virtual reality terminal
KR101338496B1 (en) Load monitoring method
CN104918009A (en) Terminal scene display method and system
WO2024239371A1 (en) Method for detecting and processing traffic accident on basis of electric bicycle helmet, and electric bicycle
JP4998960B2 (en) Sound or vibration location detection device
JP7251407B2 (en) SENSOR INSTALLATION ASSIST DEVICE, SENSOR INSTALLATION ASSIST METHOD AND PROGRAM
JP2001194112A (en) Tunnel face displacement alarm method and device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240904

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250422

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250602

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250709

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250910

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250924

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7752864

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150