(57)【要約】【課題】トンネルの変位を迅速に計測することができるトンネル変位計測装置を得ること。【解決手段】トンネル変位計測装置１は、取得部３１と、比較処理部３２と、変位判定部３３とを備える。取得部３１は、トンネル５の内壁をトンネル５の延伸方向に沿って間隔を空けて各々計測して得られる複数の形状データを取得する。比較処理部３２は、取得部３１で取得された複数の形状データの各々と基準データとを比較する。変位判定部３３は、比較処理部３２による比較結果に基づいて、トンネル５の変位を判定する。【選択図】図１
2020197459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの内壁を前記トンネルの延伸方向に沿って間隔を空けて各々計測して得られる複数の形状データを取得する取得部と、
前記取得部で取得された前記複数の形状データの各々と基準データとを比較する比較処理部と、
前記比較処理部による比較結果に基づいて、前記トンネルの変位を判定する変位判定部と、を備える
ことを特徴とするトンネル変位計測装置。
【請求項２】
前記トンネルは、
弧状に湾曲し前記延伸方向に沿って配列された複数のセグメントを有し、
前記複数の形状データの各々は、
前記複数のセグメントのうち前記延伸方向に隣接する２つのセグメント間に形成された接合部を計測して得られる形状データである
ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル変位計測装置。
【請求項３】
前記取得部は、
前記複数の形状データを順次取得し、
前記比較処理部は、
前記取得部によって前記形状データが取得される毎に、取得された前記形状データと前記基準データとを比較し、
前記変位判定部は、
前記比較処理部によって前記形状データと前記基準データとが比較される毎に、前記トンネルの変位を判定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル変位計測装置。
【請求項４】
前記比較処理部による比較結果に基づいて、前記間隔の情報または前記形状データの再計測を指示する情報を出力する計測支援情報出力部を備える
ことを特徴とする請求項３に記載のトンネル変位計測装置。
【請求項５】
前記複数の形状データおよび前記基準データは、３次元点群データである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のトンネル変位計測装置。
【請求項６】
前記変位判定部による判定結果に基づいて、前記形状データの前記基準データからの変位を数値または強調表示で示す情報を出力する変位情報出力部を備える
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のトンネル変位計測装置。
【請求項７】
トンネルの内壁を前記トンネルの延伸方向に沿って間隔を空けて各々計測して得られる複数の形状データを取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された前記複数の形状データの各々と基準データとを比較する比較処理ステップと、
前記比較処理ステップによる比較結果に基づいて、前記トンネルの変位を判定する変位判定ステップと、をコンピュータに実行させる
ことを特徴とするトンネル変位計測プログラム。
【請求項８】
コンピュータが実行するトンネル変位計測方法であって、
トンネルの内壁を前記トンネルの延伸方向に沿って間隔を空けて各々計測して得られる複数の形状データを取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された前記複数の形状データの各々と基準データとを比較する比較処理ステップと、
前記比較処理ステップによる比較結果に基づいて、前記トンネルの変位を判定する変位判定ステップと、を含む
ことを特徴とするトンネル変位計測方法。
【請求項９】
形状計測装置を、トンネルの内壁を前記トンネルの延伸方向に沿って間隔を空けた複数の位置に順次配置するステップと、
前記複数の位置の各々で前記形状計測装置によって前記トンネルの形状を示す形状データを生成させるステップと、
前記形状計測装置から前記形状データを取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された前記形状データと基準データとを比較する比較処理ステップと、
前記比較処理ステップによる比較結果に基づいて、前記トンネルの変位を判定する変位判定ステップと、を含む
ことを特徴とするトンネル変位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの内壁に生じる変位を計測することができるトンネル変位計測装置、トンネル変位計測プログラム、およびトンネル変位計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルの変位を計測する技術が知られている。例えば、特許文献１には、トンネルを計測する機器を搭載した車両であるＭＭＳ（Mobile  Mapping  System）車両を走行させながら得られるトンネルの内壁の３次元点群データからトンネルの変位を計測する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０３０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の技術では、ＭＭＳ車両で計測して得られる３次元点群データを用いる。そのため、災害などが生じた場合において、ＭＭＳ車両がトンネルにたどり着くことが難しい場合、またはＭＭＳ車両の手配に時間を要する場合などにおいて、トンネルを速やかに計測することが難しい。また、上記特許文献１に記載の技術では、トンネル全体を計測するため、処理に時間がかかる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、トンネルの変位を迅速に計測することができるトンネル変位計測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のトンネル変位計測装置は、取得部と、比較処理部と、変位判定部とを備える。取得部は、トンネルの内壁をトンネルの延伸方向に沿って間隔を空けて各々計測して得られる複数の形状データを取得する。比較処理部は、取得部で取得された複数の形状データの各々と基準データとを比較する。変位判定部は、比較処理部による比較結果に基づいて、トンネルの変位を判定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、トンネルの変位を迅速に計測することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるトンネル変位計測装置の構成例を示す図
【図２】実施の形態１にかかるトンネル変位計測装置による処理を説明するための図
【図３】実施の形態１にかかるトンネル変位計測装置の具体的構成の一例を示す図
【図４】実施の形態１にかかる基準形状データテーブルの一例を示す図
【図５】実施の形態１にかかる基準形状データで示されるトンネル全体の３次元点群の一例を示す図
【図６】実施の形態１にかかるトンネルの構成例を示す図
【図７】実施の形態１にかかる形状計測装置を配置する位置の一例を示す図
【図８】実施の形態１にかかる形状計測装置で計測されるトンネルの内壁における周方向の形状を示す３次元点群の一例を示す図
【図９】実施の形態１にかかる抽出部による複数の３次元点のデータの抽出処理を説明するための図
【図１０】実施の形態１にかかる端末装置に表示される変位情報表示画面の一例を示す図
【図１１】実施の形態１にかかる端末装置に表示される変位状態表示領域の他の例を示す図
【図１２】実施の形態１にかかる端末装置に表示される変位状態表示領域の他の例を示す図
【図１３】実施の形態１にかかる端末装置に表示される変位状態表示領域のさらに他の例を示す図
【図１４】実施の形態１にかかる処理部による処理の一例を示すフローチャート
【図１５】実施の形態１にかかるトンネル変位計測装置のハードウェア構成の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態にかかるトンネル変位計測装置、トンネル変位計測プログラム、およびトンネル変位計測方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるトンネル変位計測装置の構成例を示す図であり、図２は、実施の形態１にかかるトンネル変位計測装置による処理を説明するための図である。
【００１１】
図１に示すように、実施の形態１にかかるトンネル変位計測装置１は、通信部１０と、記憶部２０と、処理部３０とを備える。通信部１０は、ネットワーク３を介して形状計測装置２と通信可能に接続される。
【００１２】
形状計測装置２は、レーザスキャナ装置を有しており、レーザスキャナ装置によって得られる計測データからトンネル５の３次元点群データを生成する。形状計測装置２は、トンネル５を点検する点検員４によって持ち運ばれる携帯型の形状計測装置である。かかる形状計測装置２は、例えば、機械的または光学的にレーザ光を走査し、トンネル５によるレーザ光の反射光を受光することで、各走査位置でのトンネル５までの距離を計測する。
【００１３】
点検員４は、図２に示すように、トンネル５の延伸方向であるトンネル軸方向に沿って間隔を空けた複数の位置の各々に形状計測装置２を順次配置する。そして、点検員４は、各位置に配置された形状計測装置２にトンネル５の内壁における周方向の形状を計測させ、トンネル５の周方向の形状を３次元点群データで示す形状データを生成させる。これにより、トンネル軸方向に沿って間隔を空けて計測された複数の形状データが取得される。以下、形状計測装置２によって生成される形状データを周回形状データと記載する場合がある。
【００１４】
形状計測装置２は、上述のように計測して得られる複数の周回形状データをトンネル変位計測装置１へネットワーク３を介して送信する。トンネル変位計測装置１の通信部１０は、形状計測装置２から送信される複数の周回形状データを受信する。
【００１５】
トンネル変位計測装置１の記憶部２０は、トンネル５全体の３次元群データを基準形状データとして記憶している。基準形状データは、トンネル５全体の形状を３次元点群で表すデータであり、複数の３次元点のデータが含まれている。各３次元点のデータには、３次元点の３次元における位置を示すデータが含まれる。基準形状データは、トンネル５の基準形状のデータであり、基準データの一例である。
【００１６】
処理部３０は、取得部３１と、比較処理部３２と、変位判定部３３と、出力処理部３４とを含む。取得部３１は、形状計測装置２から送信される複数の周回形状データを通信部１０から取得する。周回形状データは、トンネル５の周方向の形状を複数の３次元点で示す３次元点群データであり、複数の３次元点のデータを含む。各３次元点のデータには、３次元点の３次元における位置を示すデータが含まれる。
【００１７】
比較処理部３２は、図２に示すように、取得部３１で取得された複数の周回形状データの各々と記憶部２０に記憶された基準形状データとを比較する。変位判定部３３は、比較処理部３２の比較結果に基づいて、トンネル５の変位を判定する。出力処理部３４は、変位判定部３３によって判定されたトンネル５の変位の情報を出力する。
【００１８】
このように、実施の形態１にかかるトンネル変位計測装置１は、トンネル５の内壁をトンネル５の延伸方向に沿って間隔を空けて各々計測して得られる複数の形状データの各々と基準形状データとを比較し、かかる比較結果に基づいて、トンネル５の変位を計測する。これにより、例えば、災害の発生後、ＭＭＳ車両がトンネル５にたどり着くことが難しい場合、またはＭＭＳ車両の手配に時間を要する場合などにおいて、トンネル５の変位を迅速に計測することができる。そのため、かかる計測に基づいて、例えば、道路の通行止め解除または鉄道の運行開始などを短時間に判断することができる。
【００１９】
以下、トンネル変位計測装置１の構成についてさらに具体的に説明する。図３は、実施の形態１にかかるトンネル変位計測装置の具体的構成の一例を示す図である。図３に示すように、トンネル変位計測装置１は、通信部１０と、記憶部２０と、処理部３０とを備える。記憶部２０は、基準形状データテーブル２１を記憶する。
【００２０】
図４は、実施の形態１にかかる基準形状データテーブルの一例を示す図である。図５は、実施の形態１にかかる基準形状データで示されるトンネル全体の３次元点群の一例を示す図である。
【００２１】
図４に示すように、基準形状データテーブル２１には、図５に示す３次元点群４０を構成する複数の３次元点のデータを含む基準形状データが含まれる。３次元点群４０は、トンネル５全体の３次元点群である。基準形状データにおける各３次元点のデータは、「３次元点ＩＤ（Identifier）」、「Ｘ座標」、「Ｙ座標」、および「Ｚ座標」を含む。「Ｘ座標」、「Ｙ座標」、および「Ｚ座標」は、ＸＹＺ座標系における３次元点の座標である。すなわち、「Ｘ座標」は、ＸＹＺ座標系における３次元点のＸ座標であり、「Ｙ座標」は、ＸＹＺ座標系における３次元点のＹ座標であり、「Ｚ座標」は、３次元点のＺ座標である。  
【００２２】
図４に示す基準形状データテーブル２１には、３次元点ＩＤが「Ｐ１０００１」、「Ｐ１０００２」、または「Ｐ１０００３」などである３次元点のデータが複数含まれる。例えば、３次元点ＩＤが「Ｐ１０００１」である３次元点は、３次元点の座標が「ｘ１，ｙ１，ｚ１」である。３次元点ＩＤが「Ｐ１０００２」である３次元点は、３次元点の座標が「ｘ２，ｙ２，ｚ２」である。３次元点ＩＤが「Ｐ１０００３」である３次元点は、３次元点の座標が「ｘ３，ｙ３，ｚ３」である。
【００２３】
図３に戻って、処理部３０の説明を続ける。図３に示すように、処理部３０は、取得部３１と、比較処理部３２と、変位判定部３３と、出力処理部３４とを備える。取得部３１は、複数の周回形状データを形状計測装置２からネットワーク３を介して取得する。複数の周回形状データは、上述したように、トンネル５内をトンネル５の延伸方向に沿って間隔を空けて各々形状計測装置２で計測して得られる形状データである。
【００２４】
図３に示すように、形状計測装置２は、通信部５０と、形状計測部５１と、制御部５２と、入力部５３と、表示部５４とを備える。通信部５０は、ネットワーク３を介してトンネル変位計測装置１と無線によって通信することができる。ネットワーク３は、例えば、携帯通信電話網を含み、通信部５０は携帯通信電話網の基地局と無線通信を行うことができる。形状計測部５１は、機械的または光学的にレーザ光を走査し、トンネル５によるレーザ光の反射光を受光することで、各走査位置でのトンネル５までの距離を計測する機能を有する。
【００２５】
制御部５２は、形状計測装置２全体を制御する。例えば、制御部５２は、点検員４による入力部５３への特定操作があった場合に、形状計測部５１にトンネル５の形状計測を要求する。形状計測部５１は、制御部５２からの要求に基づいて、トンネル周方向の走査をトンネル軸方向にずらしながら複数回行うことで、複数の周回形状データを生成する。また、制御部５２は、例えば、点検員４による入力部５３への操作に基づいて、複数の周回形状データの各々に位置データを関連付ける。
【００２６】
制御部５２は、周回形状データと位置データとを各々含む複数の計測データを通信部５０からトンネル変位計測装置１へ送信することができる。また、制御部５２は、トンネル変位計測装置１から形状計測装置２へ送信される情報を通信部５０から取得し、取得した情報を表示部５４に表示したり、取得した情報に基づいて形状計測部５１を制御したりすることができる。
【００２７】
ここで、点検員４が形状計測装置２を持ち運びながら、形状計測装置２でトンネル５の内壁における周方向の形状を計測する方法の一例について説明する。図６は、実施の形態１にかかるトンネルの構成例を示す図である。図７は、実施の形態１にかかる形状計測装置を配置する位置の一例を示す図である。図８は、実施の形態１にかかる形状計測装置で計測されるトンネルの内壁における周方向の形状を示す３次元点群の一例を示す図である。
【００２８】
図６に示すトンネル５は、各々弧状に湾曲した複数のセグメント６１，６２，６３，６４，６５，６６を有しており、これら複数のセグメント６１，６２，６３，６４，６５，６６は、コンクリートなどで形成されており、トンネル軸方向に沿って配列される。以下、セグメント６１，６２，６３，６４，６５，６６の各々を区別せずに示す場合、セグメント６と記載する場合がある。
【００２９】
隣接するセグメント６１，６２，６３，６４，６５，６６は、接合部７１，７２，７３，７４，７５によって接合される。具体的には、接合部７１は、セグメント６１，６２同士を接合し、接合部７２は、セグメント６２，６３同士を接合し、接合部７３は、セグメント６３，６４同士を接合する。また、接合部７４は、セグメント６４，６５同士を接合し、接合部７５は、セグメント６５，６６同士を接合する。以下、接合部７１，７２，７３，７４，７５の各々を区別せずに示す場合、接合部７と記載する場合がある。
【００３０】
点検員４は、トンネル軸と直交する方向において複数の接合部７と各々対向する図７に示す複数の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５に形状計測装置２を順次配置する。点検員４は、形状計測装置２を配置した各位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５において形状計測装置２の入力部５３を操作して形状計測部５１に計測を実行させる。
【００３１】
これにより、図８に示すように、接合部７１，７２，７３，７４，７５を計測して得られる３次元点群８１，８２，８３，８４，８５のデータのうち対応するデータを各々含む複数の周回形状データが形状計測部５１によって生成される。具体的には、形状計測部５１は、接合部７１を計測して得られる３次元点群８１のデータを含む周回形状データ、および接合部７２を計測して得られる３次元点群８２のデータを含む周回形状データを生成する。
【００３２】
また、形状計測部５１は、接合部７３を計測して得られる３次元点群８３のデータを含む周回形状データ、接合部７４を計測して得られる３次元点群８４のデータを含む周回形状データ、および接合部７５を計測して得られる３次元点群８５のデータを含む周回形状データを生成する。形状計測部５１は、接合部７１，７２，７３，７４，７５の計測を、例えば、トンネル周方向の走査をトンネル軸方向にずらしながら複数回行うことによって行われる。以下、３次元点群８１，８２，８３，８４，８５の各々を区別せずに示す場合、３次元点群８と記載する場合がある。
【００３３】
３次元点群８１，８２，８３，８４，８５は、トンネル軸方向に予め設定された幅Ｗ１を持った３次元点群であるが、トンネル周方向の走査を１回のみ行って得られる３次元点群であってもよい。なお、幅Ｗ１は、３次元点群８１，８２，８３，８４，８５のうち隣接する３次元点群間の距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４よりも短い。図８に示す例では、幅Ｗ１の長さは、距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の長さの１０分の１以下である。
【００３４】
点検員４は、形状計測装置２を配置した各位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５において入力部５３を操作し、トンネル５の入口からの距離の情報またはトンネル５の入口からの番号の情報を入力部５３から入力する。これにより、制御部５２は、入力部５３へ入力されたトンネル５の入口からの距離または番号のデータを位置データとして周回形状データに関連付ける。トンネル５の入口からの距離または番号は、例えば、接合部７に関連付けてトンネル５の内壁に描画されている。なお、位置データは、計測順番を示すデータであってもよい。この場合、制御部５２は、例えば、形状計測部５１によって計測順番データを位置データとして周回形状データに関連付けることができる。計測順番データは、例えば、形状計測部５１によって計測が行われる毎にインクリメントされる番号のデータである。
【００３５】
なお、上述した例では、形状計測装置２による計測が、トンネル軸と直交する方向において接合部７１，７２，７３，７４，７５と対向する位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５で行われるが、位置はかかる例に限定されない。
【００３６】
例えば、形状計測装置２による計測は、接合部７と対向する位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５に代えてまたは加えて、予めトンネル５の内壁に描画されたマーカの位置と対向する位置で行われてもよい。この場合、トンネル５の内壁においてトンネル５からの距離または番号がマーカの位置に対応づけて描画されている。点検員４は、トンネル５の内壁に描画されている距離または番号を入力部５３へ入力することで、位置データと周回形状データとを含む計測データが生成される。なお、位置データは計測順番データであってもよい。以下、形状計測装置２を配置する位置であって位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を含む複数の位置の各々を区別せずに示す場合、位置Ｐと記載する場合がある。
【００３７】
このように、形状計測装置２は、トンネル５内のうちトンネル軸方向における予め設定された位置でトンネル５を定点計測するが、トンネル５内のうちトンネル軸方向における任意の位置でトンネル５を計測することもできる。
【００３８】
形状計測装置２による計測が任意の位置で行われる場合、点検員４は、例えば、トンネル５内で位置を把握するためにトンネル５の内壁に描画されたマーカからの距離を不図示のレーザ距離計などによって計測する。マーカは、例えば、トンネル５の入口からの距離を示す文字を含む。点検員４は、レーザ距離計などで計測したマーカからの距離に基づいて得られるトンネル５の入口からの距離を入力部５３への操作によって入力することで、制御部５２に位置データと周回形状データとを含む計測データを生成させることができる。
【００３９】
また、形状計測装置２の制御部５２は、例えば、無線基地局から形状計測装置２の位置データを取得できる場合、形状計測装置２による計測が任意の位置で行われる場合であっても、無線基地局から取得した位置データを周回形状データに関連付けることもできる。無線基地局から取得される位置データは、例えば、複数の無線基地局と形状計測装置２との間の無線電波の送受信強度に基づいて生成される。
【００４０】
図３に戻って、処理部３０について具体的に説明する。処理部３０の比較処理部３２は、抽出部３６と、比較部３７とを備える。抽出部３６は、取得部３１によって取得された計測データに含まれる位置データに基づいて、基準形状データに含まれる複数の３次元点のデータのうち、トンネル軸方向において周回形状データが取得された位置を含む予め設定された範囲にある複数の３次元点のデータを抽出する。
【００４１】
図９は、実施の形態１にかかる抽出部による複数の３次元点のデータの抽出処理を説明するための図である。図９に示す例では、トンネル５のトンネル軸がＹ軸と一致しており、トンネル５および３次元点群４０をＸ軸方向から見た状態を示している。また、図９に示す例では、複数の周回形状データが位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５での計測結果に基づいて得られた場合の例を示している。
【００４２】
抽出部３６は、計測データに含まれる位置データに基づいて、周回形状データがどの位置で取得されたデータであるかを判定する。例えば、位置データにトンネル５の入口からの距離の情報が含まれている場合、抽出部３６は、トンネル５の入口からの距離に基づいて、各位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を判定する。また、位置データに番号が含まれている場合、抽出部３６は、位置データに含まれる番号に基づいて、各位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を判定する。
【００４３】
図９に示すように、抽出部３６は、３次元点群４０に含まれる複数の３次元点のデータのうち、Ｙ軸方向において位置ＰのＹ座標を含む予め設定された範囲にある複数の３次元点のデータを抽出する。具体的には、抽出部３６は、Ｙ軸方向において位置Ｐ１のＹ座標を含む予め設定された幅Ｗ２の３次元点群９１を３次元点群４０から抽出する。同様に、抽出部３６は、Ｙ軸方向において位置Ｐ２のＹ座標を含む予め設定された幅Ｗ２の３次元点群９２を３次元点群４０から抽出する。抽出部３６は、Ｙ軸方向において位置Ｐ３のＹ座標を含む予め設定された幅Ｗ２の３次元点群９３を３次元点群４０から抽出する。
【００４４】
抽出部３６は、Ｙ軸方向において位置Ｐ４のＹ座標を含む予め設定された幅Ｗ２の３次元点群９４を３次元点群４０から抽出する。抽出部３６は、Ｙ軸方向において位置Ｐ５のＹ座標を含む予め設定された幅Ｗ２の３次元点群９５を３次元点群４０から抽出する。以下、３次元点群９１，９２，９３，９４，９５の各々を区別せずに示す場合、３次元点群９と記載する場合がある。図９に示す例では、Ｙ軸方向において３次元点群９は位置ＰのＹ座標が幅Ｗ２の中央になるように抽出される。
【００４５】
比較部３７は、取得部３１によって取得された計測データに含まれる周回形状データで特定される３次元点群８と抽出部３６によって抽出される３次元点群９とを比較し、３次元点群８と３次元点群９との差を算出する。
【００４６】
例えば、比較部３７は、３次元点群８１と３次元点群９１とを比較し、３次元点群８１と３次元点群９１との差を算出する。比較部３７は、３次元点群８２と３次元点群９２とを比較し、３次元点群８２と３次元点群９２との差を算出する。比較部３７は、３次元点群８３と３次元点群９３とを比較し、３次元点群８３と３次元点群９３との差を算出する。比較部３７は、３次元点群８４と３次元点群９４とを比較し、３次元点群８４と３次元点群９４との差を算出する。比較部３７は、３次元点群８５と３次元点群９５とを比較し、３次元点群８５と３次元点群９５との差を算出する。
【００４７】
比較部３７は、３次元点群８と３次元点群９との比較を、トンネル軸を用いて行うことができる。具体的には、比較部３７は、３次元点群９に基づいて、トンネル軸を算出する。例えば、比較部３７は、３次元点群９を柱体で近似し、近似した柱体の中心軸をトンネル軸とすることができる。トンネル５の３次元点群を柱体に近似する技術として、例えば、特開２０１１−２０３０９０号公報に開示された技術を用いることができる。なお、３次元点群９を近似する柱体は、例えば、円柱であるが、円柱以外の形状であってもよい。
【００４８】
また、比較部３７は、３次元点群８を柱体または円で近似し、近似した柱体の中心軸または近似した円の中心点を算出する。例えば、比較部３７は、３次元点群８がトンネル周方向の走査が複数回行われて得られる３次元点群であり且つトンネル５の延伸方向に幅Ｗ１を有する場合、３次元点群８を柱体で近似し、近似した柱体の中心軸を算出する。また、比較部３７は、３次元点群８がトンネル周方向の走査が１回のみ行われて得られる３次元点群である場合、３次元点群８を円で近似し、近似した円の中心点を算出する。
【００４９】
比較部３７は、３次元点群８に基づいて中心軸を算出した場合、算出した中心軸がトンネル軸に一致するように３次元点群８を３次元点群９に重ね合せる。また、比較部３７は、３次元点群８に基づいて中心点を算出した場合、算出した中心点がトンネル軸上になるように３次元点群８を３次元点群９に重ね合せる。
【００５０】
比較部３７は、３次元点群８に含まれる各３次元点に対して、３次元点群９に含まれる複数の３次元点の各々との距離である３次元点間距離を算出する。比較部３７は、３次元点群９に含まれる複数の３次元点のうち３次元点群８の３次元点と３次元点間距離が最も近い３次元点を対応３次元点として判定する。比較部３７は、３次元点間距離が最も近い３次元点の判定を、３次元点群８に含まれる全ての３次元点に対して行う。以下、３次元点群８に含まれる各３次元点と対応３次元点との差分を３次元点の差分または単に差分と記載する。
【００５１】
なお、比較処理部３２による処理は、上述した例に限定されない。例えば、比較部３７は、トンネル軸に直交する面である直交面に３次元点群９を構成する複数の３次元点を投影して得られる直交面上の複数の２次元点を算出することができる。また、比較部３７は、３次元点群８に基づいて中心軸を算出した場合、かかる中心軸に直交する面に３次元点群８を構成する複数の３次元点を投影して得られる直交面上の複数の２次元点を算出する。以下、３次元点群９を構成する複数の３次元点を投影して得られる２次元点を基準２次元点と記載し、３次元点群８を構成する複数の３次元点を投影して得られる２次元点を計測２次元点と記載する。
【００５２】
比較部３７は、各計測２次元点と複数の基準２次元点との距離である２次元点間距離を算出する。比較部３７は、複数の基準２次元点のうち計測２次元点と２次元点間距離が最も近い基準２次元点を対応基準２次元点として判定する。比較部３７は、２次元点間距離が最も近い対応基準２次元点の判定を全ての計測２次元点に対して行う。以下、計測２次元点と対応基準２次元点との差分を２次元点の差分または単に差分と記載する。
【００５３】
また、上述では、比較部３７がトンネル軸を算出する例を説明したが、トンネル軸の情報は、基準形状データに含まれていてもよい。この場合、比較部３７は、各３次元点群９のトンネル軸の情報を記憶部２０から取得することができる。
【００５４】
また、上述した例では、基準形状データは、３次元点群のデータであるが、かかる例に限定されない。例えば、基準形状データは、トンネル５の断面形状を含む設計図のデータであってもよい。この場合、比較部３７は、設計図に含まれるトンネル５の内壁を示す線と計測２次元点との最短距離を各計測２次元点に対して算出することができる。以下、設計図に含まれるトンネル５の内壁を示す線への計測２次元点からの最短距離も２次元点の差分または単に差分と記載する。
【００５５】
変位判定部３３は、比較処理部３２による比較結果に基づいて、トンネル５の変位を判定する。例えば、変位判定部３３は、比較部３７で算出される複数の３次元点の差分の分布状態に基づいて、トンネル５の変位を判定することができる。
【００５６】
例えば、変位判定部３３は、複数の３次元点のうち３次元点の差分が第１閾値以上である３次元点の割合が予め設定された第１割合以上である場合、トンネル５に変位があると判定することができる。第１閾値は、例えば、２ｃｍであり、第１割合は、１０％である。
【００５７】
また、変位判定部３３は、複数の３次元点のうち３次元点の差分が第２閾値以上である３次元点の割合が予め設定された第２割合以上である場合に、トンネル５に生じている変位が安全ではない状態であると判定することができる。第２閾値は、例えば、１５ｃｍであり、第２割合は、２０％である。
【００５８】
また、変位判定部３３は、３次元点群８を構成する複数の３次元点を複数の領域に区分し、区分した領域毎に３次元点の差分の分布に基づいて、トンネル５の変位を判定することができる。この場合、変位判定部３３は、区分した領域毎に異なる基準で変位を判定することができる。例えば、変位判定部３３は、区分した複数の領域のうちトンネル５の上部に位置する領域ほど、安全ではない状態であると判定するための第２閾値および第２割合を小さい値とすることができる。
【００５９】
また、変位判定部３３は、区分した領域毎に３次元点の差分の平均値を算出することもでき、さらに算出した平均値を段階的な変位レベルのうち一つの変位レベルに変換することができる。変位判定部３３は、算出した平均値が高いほど高い変位レベルに変換する。
【００６０】
また、変位判定部３３は、判定した変位に基づいて、トンネル５の変位を示す変位情報を生成する。例えば、変位判定部３３は、トンネル５に変位があるか否かを示す情報を含む変位情報を生成したり、トンネル５に生じている変位が安全ではない状態であることを示す情報を含む変位情報を生成したりすることができる。
【００６１】
また、変位判定部３３は、区分けした領域毎の変位を示す情報を含む変位情報を生成することができる。例えば、変位判定部３３は、区分けした領域毎に変位量を示す数値の情報を含む変位情報を生成することができる。また、変位判定部３３は、区分けした領域を変位量に応じた色または線の太さで示す情報を含む変位情報を生成することができる。
【００６２】
また、変位判定部３３は、３次元点の差分の分布状態に代えて、２次元点の差分の分布状態に基づいて、トンネル５の変位を判定し、判定した結果に基づいて、変位情報を生成することができる。２次元点の差分の分布状態に基づくトンネル５の変位の判定方向および変位情報の生成方法は、３次元点の差分の分布状態に基づくトンネル５の変位の判定方向および変位情報の生成方法と同じである。
【００６３】
出力処理部３４は、図３に示すように、変位情報出力部３８と、計測支援情報出力部３９とを備える。変位情報出力部３８は、変位判定部３３によって生成された変位情報を含む表示情報を通信部１０からネットワーク３を介して端末装置１００へ送信する。端末装置１００は、変位情報出力部３８から取得した表示情報に基づいて、変位情報表示画面を表示する。端末装置１００は、点検員４が携帯する端末装置であり、例えば、スマートフォン、タブレット、またはパーソナルコンピュータである。
【００６４】
図１０は、実施の形態１にかかる端末装置に表示される変位情報表示画面の一例を示す図である。図１０に示す変位情報表示画面６０は、トンネル５のうち３次元点群８の計測領域を選択するための計測領域選択領域６１と、選択された計測領域におけるトンネル５の基準形状に対する変位を表示する変位状態表示領域６２とを含む。
【００６５】
図１０に示す計測領域選択領域６１では、５つの位置Ｐで３次元点群８が計測された５つの計測領域のうち１つの計測領域が選択され、選択された計測領域の３次元点群８の変位状態が変位状態表示領域６２で表示される。図１０に示す例では、変位量を示す数値の情報として、「変位量１５ｃｍ以上」の文字が表示されており、これにより、点検員４は、計測領域のうち変位が大きな箇所を容易に把握することができる。
【００６６】
点検員４は、確認したい計測領域にカーソル６３を近づけることで、計測領域の選択を行うことができる。カーソル６３は、端末装置１００における不図示の入力部への操作によって行われる。トンネル変位計測装置１から送信される表示情報には、５つの計測領域の変位情報が含まれている。端末装置１００における不図示の制御部は、表示情報から選択された計測領域の変位情報を抽出し、抽出した変位情報を変位状態表示領域６２に表示することができる。
【００６７】
図１０に示す変位状態表示領域６２には、安全ではない状態の領域の変位量を示す情報のみが含まれるが、変位情報には区分された複数の領域の各々の変位量を示す情報を表示することができる。図１１および図１２は、実施の形態１にかかる端末装置に表示される変位状態表示領域の他の例を示す図である。
【００６８】
図１１に示す変位状態表示領域６２では、区分された複数の領域の各々の変位量を示す数値の情報が対応する領域に対応付けて表示される。これにより、点検員４は、区分された複数の領域の各々の変位量を把握することができる。
【００６９】
また、図１２に示す変位状態表示領域６２では、区分された複数の領域の各々の変位量が大きいほど太い線で示されている。これにより、変位量が大きい領域ほど強調されるため、点検員４は、区分された複数の領域の各々の変位量を容易に把握することができる。なお、図１２に示す変位状態表示領域６２では、変位量が大きいほど太い線が用いられるが、さらに変位量が大きいほど色が濃くなるように変位量を表示することができる。
【００７０】
上述では、トンネル５の基準形状に対する変位量を数値、線の太さ、または色の濃さで示す例を説明したが、変位情報は、上述した例に限定されない。例えば、変位判定部３３は、トンネル５の基準形状に対する変位量を数値で示す情報に加え、さらに３次元点群８を構成する３次元点の情報を含む変位情報を生成することができる。
【００７１】
図１３は、実施の形態１にかかる端末装置に表示される変位状態表示領域のさらに他の例を示す図である。図１３に示す変位状態表示領域６２は、図１０に示す計測領域選択領域６１で選択された計測領域の３次元点群８が表示される。変位状態表示領域６２は、回転ボタン６４が設けられており、かかる回転ボタン６４を操作することで、３次元点群８を任意の方向に回転させることができる。
【００７２】
また、変位判定部３３は、３次元点群８のうち区分けされた領域毎の複数の３次元点に変位レベルに応じた色を付加した情報を含む変位情報を生成することができる。この場合、変位判定部３３は、３次元点群８を構成する３次元点の色を、３次元点の差分が大きいほど濃くすることができる。また、変位判定部３３は、３次元点の差分が大きいほど赤くし、３次元点の差分が小さいほど青くした色を変位レベルに応じた色にすることができる。これにより、変位状態表示領域６２では、区分けされた領域毎の複数の３次元点が対応する領域の変位量に応じた色で表示されるため、点検員４は、区分された複数の領域の各々の変位量を容易に把握することができる。
【００７３】
また、変位判定部３３は、３次元点群８を構成する複数の３次元点の各々の色を、３次元点の差分に応じた色にすることもできる。これにより、点検員４は、トンネル５の変位を容易に把握することができる。なお、変位判定部３３は、上述したように、３次元点に代えて上述した２次元点に色を付加した情報を含む変位情報を生成することもできる。
【００７４】
形状計測装置２の制御部５２は、トンネル５内において通信部５０による通信環境が良好である場合、各位置Ｐで周回形状データを生成する毎に、生成した周回形状データを通信部５０からネットワーク３を介してトンネル変位計測装置１へ出力することができる。
【００７５】
この場合、トンネル変位計測装置１の取得部３１は、形状計測装置２から生成される毎に送信される形状データを取得する。比較処理部３２は、取得部３１によって周回形状データが取得される毎に、取得された周回形状データと基準形状データとを比較する。変位判定部３３は、比較処理部３２によって周回形状データと基準形状データとが比較される毎に、トンネル５の変位を判定し、判定した結果に基づいて、変位情報を生成する。変位情報出力部３８は、変位判定部３３によって変位情報が生成される毎に、生成された変位情報を通信部１０からネットワーク３を介して端末装置１００へ送信することができる。
【００７６】
これにより、点検員４は、位置Ｐで計測を行う毎に位置Ｐに対応する計測領域の変位を把握することができる。そのため、点検員４は、例えば、トンネル５の一部の変位量が安全ではない状態であることが把握できた時点で、トンネル５の安全性が確保されていないと判断し、トンネル５の計測を終了することができる。したがって、例えば、トンネル５の入口付近においてトンネル５の変位量が安全ではない状態である場合において、トンネル５の点検を迅速に終了することができる。
【００７７】
形状計測装置２の制御部５２は、トンネル５内において通信部５０による通信環境が良好ではない場合、全位置Ｐの周回形状データを生成した後に、複数の周回形状データをまとめてトンネル変位計測装置１へ出力することができる。この場合、変位判定部３３は、複数の形状データの各々と基準形状データとの比較結果に基づいて、トンネル５における複数の計測領域の変位を判定し、複数の計測領域の変位を示す変位情報を生成することができる。また、変位判定部３３は、複数の形状データの各々と基準形状データとの比較結果に基づいて、トンネル５に安全ではない領域が存在しているか否かを示す情報を変位情報として生成することもできる。
【００７８】
また、計測支援情報出力部３９は、比較処理部３２による比較結果に基づいて、形状計測装置２によるトンネル５の計測間隔の情報または周回形状データの再計測を指示する情報を出力することができる。
【００７９】
例えば、計測支援情報出力部３９は、比較処理部３２による比較結果が予め設定された第１計測条件を満たす場合に、トンネル５のうち計測する間隔の情報を含む計測支援情報を通信部１０からネットワーク３を介して端末装置１００へ送信する。間隔の情報は、例えば、位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５に加え、例えば、位置Ｐ１，Ｐ２間の位置、位置Ｐ２，Ｐ３間の位置、位置Ｐ３，Ｐ４間の位置、および位置Ｐ４，Ｐ５間の位置の少なくとも一つの位置を形状計測装置２が配置される位置とする旨を示す情報である。これにより、トンネル５の変位を精度よく把握することができる。
【００８０】
第１計測条件は、例えば、複数の３次元点のうち３次元点の差分が第１閾値以上である３次元点の割合が予め設定された第１割合以上であるという条件である。また、第１計測条件は、区分けされた領域に含まれる複数の３次元点のうち３次元点の差分が第１閾値以上である３次元点の割合が予め設定された第１割合以上であるという条件であってもよい。これにより、トンネル５に変位が生じていると想定される場合において、トンネル５の変位を精度よく計測することができる。
【００８１】
また、計測支援情報出力部３９は、比較処理部３２による比較結果が予め設定された第２計測条件を満たす場合に、周回形状データの再計測を指示する情報を含む計測支援情報を通信部１０からネットワーク３を介して端末装置１００へ送信する。端末装置１００は、計測支援情報出力部３９から取得した計測支援情報を表示する。計測支援情報は、例えば、周回形状データの再計測が必要である旨の情報を含む。これにより、点検員４は再計測が必要であることを把握することができる。
【００８２】
第２計測条件は、３次元点群８を構成する複数の３次元点のうち特異な３次元点の数が予め設定された割合以上であるという条件を含む。特異な３次元点は、例えば、トンネル変位計測装置１における計測処理の異常、点検員４によるトンネル変位計測装置１の操作ミス、または点検員４によるトンネル変位計測装置１を用いた計測ミスなどによって生じる。また、特異な３次元点は、トンネル変位計測装置１およびトンネル５が地震などによって振動している状態で生じたりする場合もある。
【００８３】
また、第２計測条件は、３次元点群８を構成する複数の３次元点の分布が予め設定された範囲内にないという条件を含む。予め設定された範囲内は、トンネル変位計測装置１の位置Ｐでの向きが許容範囲にある場合に３次元点群８を構成する複数の３次元点の分布の範囲である。トンネル変位計測装置１の位置Ｐでの向きが許容範囲を超えてずれている場合、３次元点群８を構成する複数の３次元点の分布は、予め設定された範囲外になる。
【００８４】
なお、上述した例では、トンネル変位計測装置１から端末装置１００へ変位情報および計測支援情報が送信されるが、変位情報および計測支援情報は、形状計測装置２に送信されてもよい。この場合、形状計測装置２は、端末装置１００と同様に、変位情報および計測支援情報を表示することができる。
【００８５】
図１４は、実施の形態１にかかる処理部による処理の一例を示すフローチャートである。図１４に示すように、処理部３０の取得部３１は、形状計測装置２から通信部１０を介して計測データを取得する（ステップＳ１１）。処理部３０の比較処理部３２は、計測データに含まれる位置データに基づいて、基準形状データに含まれる３次元点のデータから予め設定された範囲にある複数の３次元点のデータを抽出する（ステップＳ１２）。
【００８６】
比較処理部３２は、計測データの周回形状データに含まれる１つの３次元点のデータを選択する（ステップＳ１３）。比較処理部３２は、ステップＳ１２で抽出した複数の３次元点のうちステップＳ１３で選択した１つの３次元点との距離が最も短い３次元点を判定する（ステップＳ１４）。
【００８７】
比較処理部３２は、ステップＳ１４で最も距離が短いと判定した３次元点とステップＳ１３で選択した１つの３次元点との差分を算出する（ステップＳ１５）。比較処理部３２は、周回形状データに含まれる全ての３次元点を選択したか否かを判定する（ステップＳ１６）。比較処理部３２は、全ての３次元点を選択していないと判定した場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、処理をステップＳ１３へ移行する。
【００８８】
処理部３０の変位判定部３３は、全ての３次元点が選択されたと判定された場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、比較処理部３２が算出した差分に基づいて、トンネル５の変位を判定し、判定した結果に基づいて変位情報を生成する（ステップＳ１７）。処理部３０の出力処理部３４は、ステップＳ１７で生成された変位情報を出力する（ステップＳ１８）。また、出力処理部３４は、ステップＳ１５で算出された差分が計測条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ１９）。計測条件は、例えば、上述した第１計測条件または第２計測条件である。
【００８９】
出力処理部３４は、ステップＳ１５で算出された差分が計測条件を満たすと判定した場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、計測支援情報を出力する（ステップＳ２０）。処理部３０は、ステップＳ２０の処理が終了した場合、ステップＳ１５で算出された差分が計測条件を満たさないと判定した場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）、図１４に示す処理を終了する。
【００９０】
図１５は、実施の形態１にかかるトンネル変位計測装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図１５に示すように、トンネル変位計測装置１は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、通信装置１０３と、入出力回路１０４とを備えるコンピュータを含む。
【００９１】
プロセッサ１０１、メモリ１０２、通信装置１０３、および入出力回路１０４は、バス１０５によって互いにデータの送受信が可能である。通信部１０は、通信装置１０３によって実現される。記憶部２０は、メモリ１０２によって実現される。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、取得部３１、比較処理部３２、変位判定部３３、および出力処理部３４の機能を実行する。プロセッサ１０１は、処理回路の一例であり、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processer）、およびシステムＬＳＩ（Large  Scale  Integration）のうち一つ以上を含む。
【００９２】
メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）のうち一つ以上を含む。また、メモリ１０２は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。かかる記録媒体は、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルメモリ、光ディスク、コンパクトディスク、およびＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）のうち一つ以上を含む。なお、トンネル変位計測装置１は、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）およびＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）などの集積回路を含んでいてもよい。
【００９３】
以上のように、実施の形態１にかかるトンネル変位計測装置１は、取得部３１と、比較処理部３２と、変位判定部３３とを備える。取得部３１は、トンネル５の内壁をトンネル５の延伸方向に沿って間隔を空けて各々計測して得られる複数の周回形状データを取得する。比較処理部３２は、取得部３１で取得された複数の周回形状データの各々と基準形状データとを比較する。変位判定部３３は、比較処理部３２による比較結果に基づいて、トンネル５の変位を判定する。これにより、例えば、災害の発生後、ＭＭＳ車両がトンネル５にたどり着くことが難しい場合、またはＭＭＳ車両の手配に時間を要する場合などにおいて、トンネル５の変位を迅速に計測することができる。そのため、かかる計測に基づいて、例えば、道路の通行止め解除または鉄道等の運行開始などを短時間に判断することができる。
【００９４】
また、トンネル５は、弧状に湾曲しトンネル５の延伸方向に沿って配列された複数のセグメント６を有する。複数の周回形状データの各々は、セグメント６間に形成された接合部７を計測して得られる形状データである。接合部７は、変位が生じ易い部分であり、かかる接合部７を計測して得られる周回形状データを用いることで、トンネル５の変位を精度よく判定することができる。
【００９５】
また、取得部３１は、複数の周回形状データを順次取得する。比較処理部３２は、取得部３１によって周回形状データが取得される毎に、取得された周回形状データと基準形状データとを比較する。変位判定部３３は、比較処理部３２によって周回形状データと基準形状データとが比較される毎に、トンネル５の変位を判定する。これにより、位置Ｐで計測を行う毎に位置Ｐに対応する計測領域の変位を把握することができる。
【００９６】
また、トンネル変位計測装置１は、比較処理部３２による比較結果に基づいて、位置Ｐの間隔の情報または周回形状データの再計測を指示する情報を出力する計測支援情報出力部３９を備える。これにより、例えば、トンネル５の変位を精度よく検出することができる。
【００９７】
また、周回形状データおよび基準形状データは、３次元点群データである。これにより、例えば、過去にＭＭＳ車両で計測したトンネル５全体の３次元点群データを利用することができる。
【００９８】
また、トンネル変位計測装置１は、変位判定部３３による判定結果に基づいて、周回形状データの基準形状データからの変位を数値または強調表示で示す情報を含む変位情報を出力する。これにより、トンネル５の変位を容易に把握することができる。
【００９９】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１  トンネル変位計測装置、２  形状計測装置、３  ネットワーク、４  点検員、５  トンネル、６，６１，６２，６３，６４，６５，６６  セグメント、７，７１，７２，７３，７４，７５  接合部、８，８１，８２，８３，８４，８５，９，９１，９２，９３，９４，９５，４０  ３次元点群、１０，５０  通信部、２０  記憶部、２１  基準形状データテーブル、３０  処理部、３１  取得部、３２  比較処理部、３３  変位判定部、３４  出力処理部、３６  抽出部、３７  比較部、３８  変位情報出力部、３９  計測支援情報出力部、５１  形状計測部、５２  制御部、５３  入力部、５４  表示部、６０  変位情報表示画面、６１  計測領域選択領域、６２  変位状態表示領域、６３  カーソル、６４  回転ボタン、１００  端末装置、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５  位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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