(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の変位を測定する変状測定装置であって、
構造物の一辺に沿ってレーザー光線を照射するレーザー照射部と、
前記構造物の一辺に沿って直列に配置された複数の反射部のうち、一の反射部で前記レーザー光線を反射させて、当該反射部に対して配置された受光板に受光させる反射受光手段と、
各受光板毎に固定された複数のカメラのうち、前記レーザー光線を受光した受光板のカメラにより、当該受光板上のレーザー光線のスポットを接写する接写手段と、
前記受光板で受光した際のレーザー光線の進行方向に直角な面をＸＹ平面とし、前記受光板の所定の位置をＸＹ平面の基準点として、前記接写されたレーザー光線のスポットのＸＹ座標値を算出する算出手段と、
各反射部毎にレーザー光線を反射させ、各受光板毎に受光させることで、各カメラ毎に算出される複数のスポットのＸＹ座標値に基づいて、当該複数のスポット間のＸＹ変位量を、前記構造物の一辺のＸＹ変位量として測定する測定手段と
を備え、
前記変状測定装置は、前記反射部を円筒部の開口の半分に設置して当該半分で前記レーザー光線を反射させ、残りの半分を透光部とし、前記円筒部の中心軸とレーザー光線の軸とを平行にして、前記円筒部の透光部にレーザー光線を透過した状態で前記円筒部の中心軸を回転軸として前記円筒部を回転可能に支持する回転ステージと、
前記回転ステージを前記構造物の一辺の所定の位置に固定する固定部材と、
を備え、
前記反射受光手段は、前記回転ステージの円筒部を回転させることで、レーザー光線を反射部で反射させたり透光部で透光したりすることを特徴とする変状測定装置。
【請求項２】
構造物の変位を測定する変状測定装置の変状測定方法であって、
構造物の一辺に沿ってレーザー光線を照射する照射ステップと、
前記構造物の一辺に沿って直列に配置された複数の反射部のうち、一の反射部で前記レーザー光線を反射させて、当該反射部に対して配置された受光板に受光させる反射受光ステップと、
各受光板毎に固定された複数のカメラのうち、前記レーザー光線を受光した受光板のカメラにより、当該受光板上のレーザー光線のスポットを接写する接写ステップと、
前記受光板で受光した際のレーザー光線の進行方向に直角な面をＸＹ平面とし、前記受光板の所定の位置をＸＹ平面の基準点として、前記接写されたレーザー光線のスポットのＸＹ座標値を算出する算出ステップと、
各反射部毎にレーザー光線を反射させ、各受光板毎に受光させることで、各カメラ毎に算出される複数のスポットのＸＹ座標値に基づいて、当該複数のスポット間のＸＹ変位量を、前記構造物の一辺のＸＹ変位量として測定する測定ステップと
を備え、
前記変状測定装置は、前記反射部を円筒部の開口の半分に設置して当該半分で前記レーザー光線を反射させ、残りの半分を透光部とし、前記円筒部の中心軸とレーザー光線の軸とを平行にして、前記円筒部の透光部にレーザー光線を透過した状態で前記円筒部の中心軸を回転軸として前記円筒部を回転可能に支持する回転ステージと、
前記回転ステージを前記構造物の一辺の所定の位置に固定する固定部材と、
を備え、
前記反射受光ステップは、前記回転ステージの円筒部を回転させることで、レーザー光線を反射部で反射させたり透光部で透光したりすることを特徴とする変状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変状測定装置及び変状測定方法に関し、詳しくは、コンパクトな構成であるにもかかわらず、短時間で、且つ、精度高く、構造物の一辺に関係するＸＹ変位量を測定することが可能な変状測定装置及び変状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートの建物、自動車の高速道路、鉄道の線路等の長尺な構造物の変状や劣化を調査するために、当該構造物の一辺に関係する（例えば、一辺と垂直な方向の）ＸＹ変位量を長期間にわたって測定する変状計測が行われている。この変状計測の測定結果に基づいて、構造物に対する今後の方針を決定しており、特に、構造物の周辺で行われる山留掘削工事、シールド工事、切土・盛土工事による構造物への影響を図るために、この変状計測は重要である。従来より、レーザー光線の直進性を利用して、一般的な構造物、建築物、機器装置、地盤、道路、鉄道、水路等の変状（変位）を測定するための技術は多数存在する。
【０００３】
例えば、特開平５−２１３１９８号公報（特許公報１）には、鉄道車輌用のレールに所定距離を置いてレーザー発光器とレーザー受光目盛板とを配設し、レーザー発光器から照射されたレーザー光のスポットをレーザー受光目盛板で測定することにより、レールの直線部の狂いを測定するようにしたことを特徴とする軌道狂い測定方法が開示されている。これにより、曲線部及び直線部の軌道狂いを自動的且つ連続的に測定することが出来て、極めて高精度且つ効率の良い測定が可能であるとしている。又、新幹線等の高速車輌用の曲率の大きい軌道の狂いを正確に測定することが出来て、車輌のより一層の高速化を実現することが可能であるとしている。
【０００４】
又、実開平６−８６０１２号公報（特許公報２）には、測定対象となる構築物の測定区間となる一端側に固定され、その構築物と平行にレーザー光を照射するレーザー光源と、構築物に沿って走行することができる台車と、この台車の走行距離を測定する測距手段と、この台車に搭載され上記レーザー光を受光する受光器とを備える構築物の歪測定装置が開示されている。この歪測定装置では、上記台車の移動と共に上記受光器が常時上記レーザー光を受光できるように上記受光器を上記レーザー光とほぼ垂直に交叉する面に沿って移動させる直交二軸駆動手段と、この直交二軸駆動手段の駆動量を検出する変位検出手段と、この変位検出手段の検出値から上記構築物の歪量を求める演算手段とを更に備える。これにより、レーザー光を基準線として利用し、この基準線を受光器で捕捉しながら軌道を台車で移動させ、受光器を基準線の位置に維持するための移動量を取込む構造としたから、受光器の移動量が軌道の基準線に対する通り狂い及び高低狂いとして取扱うことが出来て、構築物の歪量を直接測定することが出来るとしている。
【０００５】
又、特開平８−２９２０２６号公報（特許公報３）には、レーザー照準器より放射されるレーザー光線と、該レーザー光線を受光して作動する変位検出器を用いて、被測定体の変位量を測定し、適当な箇所に表示する手段を備えてなることを特徴とした交通システム走行路線形等自動点検装置が開示されている。これにより、構造物の沈下、変形時、特に構造物に被害をもたらす程でない地震発生直後のマグレブにおける車両の運転再開可否の判断時に、即自動的に地上コイルの位置が点検出来るので、従来の方法による場合のような時間と労力を要しないとしている。
【０００６】
又、特開２００６−３０８３０４号公報（特許文献４）には、計測対象の軌道区間の一端に発光手段を配置し、他端には前記発光手段からの光を受光して受光信号を出力する受光手段を配置し、前記軌道区間の中点には軌道と直交する方向に出没駆動される光遮断片を出没駆動する送り装置を配置し、前記送り装置によって出没駆動される光遮断片が前記発光手段から受光手段までの光路を遮断するときの出没駆動量に基づいて、前記軌道区間の軌道通り狂いを計測するように構成された軌道通り狂い計測装置が開示されている。この軌道通り狂い計測装置では、前記送り装置のセット位置を、軌道位置から所定距離だけ変位した位置にシフトさせるガイド付きマウントを備えたことを特徴とする。これにより、直線区間でも、大きな曲率の区間でも、正負の軌道通り狂いを計測することが出来るとしている。
【０００７】
又、特開２０１１−７６６７号公報（特許公報５）には、対象物の変位を測定する変位測定装置が開示されている。この変位測定装置は、前記対象物に取り付けられるＰＳＤと、該ＰＳＤの受光面に向けて照射光を照射する光源と、前記ＰＳＤの前記受光面における照射光の受光位置から前記対象物の変位測定値を算出する演算処理手段とを備えていることを特徴とする。これにより、光源からの照射光の直接光がＰＳＤの受光面で受光されるため、反射光が受光される従来技術に比して、変位測定値の誤差が小さく、そのうえ、誤差を低減するための複雑な補正を行う必要がなく、装置全体が簡易な構造となるため、安価に実施することが出来るとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２１３１９８号公報
【特許文献２】実開平６−８６０１２号公報
【特許文献３】特開平８−２９２０２６号公報
【特許文献４】特開２００６−３０８３０４号公報
【特許文献５】特開２０１１−７６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１−５に記載の技術では、後述のように、種々の問題があった。例えば、特許文献１、２に記載の技術では、軌道狂いや歪量を測定するために、レールや構築物に沿ってレーザー受光目盛板や受光器を走行させる必要があり、測定時間が掛かるという問題がある。
【００１０】
又、特許文献３に記載の技術では、変位検出器に、例えば、四分割光電素子等の特別な検知手段を採用する必要があり、コストが掛かるという問題がある。
【００１１】
又、特許文献４、５に記載の技術では、光遮断片、ＰＳＤの受光面の位置の変位のみを測定するため、例えば、直線状の複数の箇所の変位を測定する場合は、測定毎に光遮断片、ＰＳＤの受光面を移動させる必要があり、測定時間が掛かるという問題がある。
【００１２】
又、特許文献１−５に記載の技術では、特定の測定スペースが必要であり、測定対象の場所が限定されるという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、コンパクトな構成であるにもかかわらず、短時間で、且つ、精度高く、構造物の一辺に関係するＸＹ変位量を測定することが可能な変状測定装置及び変状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、本発明に係る新規な変状測定装置及び変状測定方法を完成させた。即ち、本発明に係る変状測定装置は、構造物の変位を測定する変状測定装置であって、以下の構成を採用する。
【００１５】
本発明に係る変状測定装置は、レーザー照射部と、反射受光手段と、接写手段と、算出手段と、測定手段とを備える。レーザー照射部は、構造物の一辺に沿ってレーザー光線を照射する。反射受光手段は、前記構造物の一辺に沿って直列に配置された複数の反射部のうち、一の反射部で前記レーザー光線を反射させて、当該反射部に対して配置された受光板に受光させる。接写手段は、各受光板毎に固定された複数のカメラのうち、前記レーザー光線を受光した受光板のカメラにより、当該受光板上のレーザー光線のスポットを接写する。算出手段は、前記受光板で受光した際のレーザー光線の進行方向に直角な面をＸＹ平面とし、前記受光板の所定の位置をＸＹ平面の基準点として、前記接写されたレーザー光線のスポットのＸＹ座標値を算出する。測定手段は、各反射部毎にレーザー光線を反射させ、各受光板毎に受光させることで、各カメラ毎に算出される複数のスポットのＸＹ座標値に基づいて、当該複数のスポット間のＸＹ変位量を、前記構造物の一辺のＸＹ変位量として測定する。前記変状測定装置は、前記反射部を円筒部の開口の半分に設置して当該半分で前記レーザー光線を反射させ、残りの半分を透光部とし、前記円筒部の中心軸とレーザー光線の軸とを平行にして、前記円筒部の透光部にレーザー光線を透過した状態で前記円筒部の中心軸を回転軸として前記円筒部を回転可能に支持する回転ステージと、前記回転ステージを前記構造物の一辺の所定の位置に固定する固定部材と、を備える。前記反射受光手段は、前記回転ステージの円筒部を回転させることで、レーザー光線を反射部で反射させたり透光部で透光したりする。
【００１６】
又、本発明は、構造物の変位を測定する変状測定装置の変状測定方法として提供することが出来る。本発明に係る変状測定方法は、照射ステップと、受光ステップと、接写ステップと、算出ステップと、測定ステップとを備える。照射ステップは、構造物の一辺に沿ってレーザー光線を照射する。反射受光ステップは、前記構造物の一辺に沿って直列に配置された複数の反射部のうち、一の反射部で前記レーザー光線を反射させて、当該反射部に対して配置された受光板に受光させる。接写ステップは、各受光板毎に固定された複数のカメラのうち、前記レーザー光線を受光した受光板のカメラにより、当該受光板上のレーザー光線のスポットを接写する。算出ステップは、前記受光板で受光した際のレーザー光線の進行方向に直角な面をＸＹ平面とし、前記受光板の所定の位置をＸＹ平面の基準点として、前記接写されたレーザー光線のスポットのＸＹ座標値を算出する。測定ステップは、各反射部毎にレーザー光線を反射させ、各受光板毎に受光させることで、各カメラ毎に算出される複数のスポットのＸＹ座標値に基づいて、当該複数のスポット間のＸＹ変位量を、前記構造物の一辺のＸＹ変位量として測定する。前記変状測定装置は、前記反射部を円筒部の開口の半分に設置して当該半分で前記レーザー光線を反射させ、残りの半分を透光部とし、前記円筒部の中心軸とレーザー光線の軸とを平行にして、前記円筒部の透光部にレーザー光線を透過した状態で前記円筒部の中心軸を回転軸として前記円筒部を回転可能に支持する回転ステージと、前記回転ステージを前記構造物の一辺の所定の位置に固定する固定部材と、を備える。前記反射受光ステップは、前記回転ステージの円筒部を回転させることで、レーザー光線を反射部で反射させたり透光部で透光したりする。
【００１７】
又、本発明は、電気通信回線などを介して個別に流通する、コンピュータに実行させるためのプログラムとして提供することができる。この場合、中央演算処理装置（ＣＰＵ）が、本発明のプログラムに従ってＣＰＵ以外の各回路と協働して制御動作を実現する。又、前記プログラム及びＣＰＵを用いて実現される各手段は、専用のハードウェアを用いて構成することもできる。又、当該プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された状態で流通させることも可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る変状測定装置及び変状測定方法によれば、コンパクトな構成であるにもかかわらず、短時間で、且つ、精度高く、構造物の一辺に関係するＸＹ変位量を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る変状測定装置の概略図及び機能ブロック図である。
【図２】本発明に係る円筒部の透光部がレーザー光線を透光した状態の一例を示す図（図２Ａ）と、本発明に係る反射部がレーザー光線を反射し、受光板が当該レーザー光線を受光した状態の一例を示す図（図２Ｂ）とである。
【図３】本発明に係る反射部、受光板及びカメラの位置関係の一例を示す図（図３Ａ）と、本発明に係る受光板の画像にあるスポットの一例を示す図（図３Ｂ）とである。
【図４】本発明に係るスポットを含む画像を示す図（図４Ａ）と、スポットのエッジを抽出した際の画像を示す図（図４Ｂ）と、スポットのエッジから当該スポットの擬似的半径を算出した際の画像を示す図（図４Ｃ）とである。
【図５】本発明に係る反射部が時刻ｔ１と時刻ｔ２においてレーザー光線を反射した状態の一例を示す図（図５Ａ）と、本発明に係る第一の反射部がレーザー光線を反射した状態の一例を示す図（図５Ｂ）と、本発明に係る第二の反射部がレーザー光線を反射した状態の一例を示す図（図５Ｃ）とである。
【図６】本発明に係る変状測定装置で構造物の一辺のＸＹ変位量を測定している状態の概略図である。
【図７】本発明に係る変状測定方法の実行手順を示すためのフローチャートである。
【図８】時刻ｔ１における構造物の一辺のＸＹ座標値の一例を示す図（図８Ａ）と、時刻ｔ１及び時刻ｔ２における構造物の一辺のＸＹ座標値の一例を示す図（図８Ｂ）とである。
【図９】本発明に係る変状測定装置（反射装置、受光装置）で線路のレールのＸＹ変位量を測定する場合の斜視図（図９Ａ）と、反射装置でレーザー光線を透光及び反射した状態と、受光装置の位置を変更した状態の一例を示す図（図９Ｂ）とである。
【図１０】本発明に係る反射部の別例を示す斜視図（図１０Ａ）と、固定部材の別例を示す斜視図（図１０Ｂ）と、受光板及びカメラの別例を示す斜視図（図１０Ｃ）とである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、添付図面を参照して、本発明に係る変状測定装置及び変状測定方法の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００２１】
＜変状測定装置＞
図１は、本発明に係る変状測定装置の概略図及びブロック図である。本発明に係る変状測定装置は、構造物Ｓの変位を測定する変状測定装置１であって、図１に示すように、レーザー照射部１０と、反射受光手段１１と、接写手段１２と、算出手段１３と、測定手段１４とを備える。レーザー照射部１０は、構造物Ｓの一辺Ｓ１に沿ってレーザー光線Ｌを照射する。反射受光手段１１は、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１に沿って直列に配置された複数の反射部１５（反射鏡）のうち、一の反射部１５ａで前記レーザー光線Ｌを反射させて、当該反射部１５ａに対して配置された受光板１６ａに受光させる。受光板１６は、各反射部１５毎に設けられる。レーザー光線Ｌは、反射部１５ａの反射点Ｒで反射される。接写手段１２は、各受光板１６毎に固定された複数のカメラ１７のうち、前記レーザー光線Ｌを受光した受光板１６ａのカメラ１７ａにより、当該受光板１６ａ上のレーザー光線ＬのスポットＣを接写する。算出手段１３は、前記受光板１６ａで受光した際のレーザー光線Ｌの進行方向（Ｚ方向）に直角な面をＸＹ平面とし、前記受光板１１ａの所定の位置をＸＹ平面の基準点として、前記接写されたレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値を算出する。測定手段１４は、各反射部１５毎にレーザー光線Ｌを反射させ、各受光板１６毎に受光させることで、各カメラ１７毎に算出される複数のスポットＣのＸＹ座標値に基づいて、当該複数のスポットＣ間のＸＹ変位量を、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量として測定する。
【００２２】
ここで、反射受光手段１１、接写手段１２、算出手段１３、測定手段１４は、例えば、図１に示すように、パーソナルコンピューター、ノートパソコン等の端末装置１８、携帯端末装置が、各手段に対応するプログラムを実行することで当該各手段の機能を実現する。例えば、端末装置１８のＣＰＵが、例えば、ＲＡＭを作業領域として利用し、ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等に記憶されているプログラムを実行し、各手段の処理を実行する。
【００２３】
これにより、コンパクトな構成であるにもかかわらず、短時間で、且つ、精度高く、構造物Ｓの一辺Ｓ１に関係するＸＹ変位量（ここでは、構造物Ｓの一辺Ｓ１と直角な方向のＸＹ変位量）を測定することが可能となる。
【００２４】
即ち、本発明では、入手し易い反射部１５と受光板１６とカメラ１７を組み合わせ、当該カメラ１７の画像によりスポットＣのＸＹ座標値を算出し、複数のスポットＣのＸＹ座標値から、構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を計測する。そのため、特殊な部材を必要とせず、簡単で安価に構成することが可能となる。
【００２５】
又、本発明では、反射部１５によるレーザー光線Ｌの反射と、受光板１６によるレーザー光線Ｌの受光と、当該レーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値の算出と、複数のスポットＣ間のＸＹ変位量の測定（算出）とにより、構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を測定する。ここで、反射部１５と受光板１６とカメラ１７とを一組として、複数の組を構造物Ｓの一辺Ｓ１に沿って予め直列に設ければ、これらの処理は数十秒で実行出来る。そのため、本発明では、従来技術と比較して、構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を非常に短時間で測定することが可能となる。
【００２６】
ここで、異なる時刻で算出された２種類のスポットＣのＸＹ座標値を用いて、当該複数（２つ）のスポットＣ間のＸＹ変位量を測定すれば、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置における経時的なＸＹ変位量を測定することが出来る。一方、所定のスポットＣ（例えば、レーザー照射部１０に対して直近にある受光板１６のスポット）を基準として、当該スポットＣのＸＹ座標値と、当該スポットＣよりもＺ方向に沿って前方にある他のスポットＣのＸＹ座標値とを用いて、スポットＣ間のＸＹ変位量を測定すれば、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１のＺ方向におけるＸＹ変位量を測定することが出来る。更に、各受光板１６毎に異なる時刻でカメラ１７で接写されて算出された２種類のスポットＣのＸＹ座標値を用いて、各受光板１６毎におけるスポットＣの経時的なＸＹ変位量を測定すれば、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１の経時的なＸＹ変位量を測定することが出来る。
【００２７】
又、本発明では、反射部１５でレーザー光線Ｌを反射させることで、レーザー光線ＬのスポットＣを、変状計測の対象である構造物Ｓの一辺Ｓ１の近傍とは異なる箇所に形成させることが出来る。そのため、構造物Ｓの一辺Ｓ１の近傍に測定スペースを設ける必要が無く、任意の箇所に、受光板１６及びカメラ１７を設置して、反射部１５で当該受光板１６にレーザー光線ＬのスポットＣを形成させるように当該反射部１５を設置すれば、変状計測が可能となる。その結果、変状計測の省スペース化を実現することが可能となるとともに、変状計測の対象の環境に応じて、変状測定装置１を適用させることが可能となる。
【００２８】
更に、本発明では、受光板１６ａでレーザー光線Ｌを受光し、当該受光板１６ａに写ったレーザー光線ＬのスポットＣをカメラ１７ａで接写することで、スポットＣの画像は高解像度の画像となる。高解像度の画像からスポットＣのＸＹ座標値を算出すれば、そのＸＹ座標値の精度（測定限界）は０．数ｍｍとなる。そのため、本発明では、構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を非常に精度高く測定することが可能となるのである。
【００２９】
そして、レーザー光線ＬのスポットＣの形成を制御する反射部１５は、比較的小型で、且つ、軽量であることから、レーザー光線Ｌを反射させる際にブレが生じ難い。そのため、本発明では、算出されるスポットＣのＸＹ座標値にブレの誤差が生じ難く、測定結果の精度を更に向上させることが可能となる。更に、反射部１５を設けることで、レーザー光線Ｌから離れた位置に受光板１６及びカメラ１７を設置することが可能となることから、装置の各部を小型化することが出来て、省スペース化を実現出来る。
【００３０】
＜各構成＞
ここで、レーザー照射部１０の機能は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、単にレーザー光線Ｌを照射する機能のみであっても、レーザー光線Ｌの起点から当該レーザー光線Ｌの反射点までの間のＺ方向の距離を測定する機能を更に有していても構わない。レーザー距離計のように、受光量に応じてＺ方向の距離を測定可能とすれば、ＸＹＺ座標値の計測も可能となるため、構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹＺ変位量を測定することが可能となる。
【００３１】
又、レーザー照射部１０のレーザー光線Ｌの進行距離範囲は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、１ｍ〜１００ｍの範囲内であると好ましく、１ｍ〜５０ｍの範囲内であると更に好ましい。これにより、一辺が非常に長い構造物、建築物、機器装置、地盤、道路、鉄道、線路、水路等のＸＹ変位量を幅広く測定することが可能となる。
【００３２】
又、レーザー照射部１０のレーザー光線Ｌのスポット径（光径）は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内であると好ましく、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内であると更に好ましい。レーザー光線Ｌのスポット径が小さい程、スポットＣが理想的な点（ゼロ次元の点）に近づくため、当該複数のスポットＣ間のＸＹ変位量、つまり、構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を正確に測定することが可能となる。
【００３３】
又、レーザー光線Ｌは、進行距離が長くなる程、スポット径が広がる（拡散する）ため、例えば、レーザー照射部１０と反射部１５との間、又は、反射部１５と受光板１６との間に、レーザー光線Ｌのスポット径を一定とするレンズを更に設けても良い。これにより、進行距離が長距離（１０ｍ、２０ｍ、５０ｍ等）にわたってレーザー光線Ｌのスポット径を一定とすることで、長距離にわたって構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を精度高く測定することが可能となる。
【００３４】
又、レーザー照射部１０のレーザー光線Ｌの安全基準のクラスは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内である可視光で出力が１ｍＷ以下であるクラス２が好ましい。このクラスであると、例えば、構造物ＳのＸＹ変位量を測定している際に、仮に、ユーザーの目にレーザー光線Ｌが一時的に照射しても、ユーザーが目の嫌悪反応を感じるだけで、目に危険性は無く、極めて安全である。
【００３５】
又、レーザー照射部１０のレーザー光線Ｌの波長は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、可視光で赤色を示す６５０ｎｍであると好ましい。これにより、構造物ＳのＸＹ変位量を測定している際に、ユーザーが一見してレーザー光線Ｌが照射しているか否かを確認することが可能となる。
【００３６】
又、レーザー照射部１０のレーザー光線Ｌは、構造物Ｓの一辺Ｓ１に対して平行で、且つ、直線性を維持すると好ましい。そのため、例えば、レーザー照射部１０に傾斜計を設けるとともに、レーザー照射部１０の設置底面に水平調整可能な水平調整部を更に設けて、当該レーザー照射部１０のレーザー光線Ｌの水平度を適宜調整出来るよう構成すると好ましい。
【００３７】
又、レーザー照射部１０の設置位置は、反射部１５が設置される構造物Ｓの一辺Ｓ１上の位置でも、当該構造物Ｓの一辺Ｓ１上の延長線上に存在する他の構造物の位置でも構わない。これは、例えば、構造物Ｓと、他の構造物とが別体の場合である。
【００３８】
又、反射部１５の構成は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、例えば、透明性の部材で作製された三角プリズム、ペンタプリズム、反射鏡、反射板等が採用される。例えば、図１に示すように、反射部１５は、透明性部材の直方体の一端部を、一端面から、対向する他端面に向かって４５度の角度で切断された形状であり、当該切断面に反射鏡を設けることで、反射部１５に当たったレーザー光線Ｌを直角に９０度だけ反射させるように構成している。反射鏡は、例えば、反射強化アルミ膜等の反射強化金属膜が採用される。
【００３９】
尚、反射部１５によるレーザー光線Ｌの反射角度は、例えば、９０度が好ましいが、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無い。原理的には、反射部１５と、受光板１６と、カメラ１７との位置関係が一義的に決定されれば、反射角度に依存せずに、反射されたレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値（変位）は、反射部１５におけるレーザー光線Ｌの反射点ＲのＸＹ座標値（変位）に対応する。
【００４０】
又、複数の反射部１５のサイズは、例えば、どの反射部１５のサイズも同一のサイズであると好ましい。又、複数の反射部１５がそれぞれ設置される高さは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、どの反射部１５の高さも、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１に対して同一の高さであると好ましい。
【００４１】
又、反射受光手段１１がレーザー光線Ｌを反射部１５で反射させる方法は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、以下の構成を採用することが出来る。即ち、図１、図２に示すように、反射部１５を円筒部１１ａの開口の半分に設置して当該半分でレーザー光線Ｌを反射させ、残りの半分を透光部１１ｂとし、前記円筒部１１ａの中心軸とレーザー光線Ｌの軸（進行方向）とを平行にして、前記円筒部１１ａの透光部１１ｂにレーザー光線Ｌを透過した状態で前記円筒部１１ａの中心軸を回転軸として前記円筒部１１ａを回転可能に支持する回転ステージ１１ｃを設ける。更に、前記回転ステージ１１ｃを構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置に固定する固定部材１１ｄ（固定治具）を設け、固定部材１１ｄは、前記反射部１５で反射したレーザー光線Ｌを受光する位置に受光板１６を固定し、前記受光板１６上のレーザー光線ＬのスポットＣを接写する位置にカメラ１７を固定している。端末装置１８の反射受光手段１１が、通信ケーブルを介して回転ステージ１１ｃに通信可能に接続され、前記回転ステージ１１ｃの円筒部１１ａを回転させることで、レーザー光線Ｌを反射部１５で反射させたり透光部１１ｂで透光したりする。
【００４２】
例えば、反射受光手段１１が、前記回転ステージ１１ｃの円筒部１１ａを所定の回転角度（基準となる回転角度、例えば、０度）で維持することで、図２Ａに示すように、当該円筒部１１ａの透光部１１ｂでレーザー光線Ｌを透光する（透過させる）。更に、反射受光手段１１が、前記回転ステージ１１ｃの円筒部１１ａを前記回転角度から１８０度、時計回りの方向（又は逆時計回りの方向）に回転することで、図２Ｂに示すように、当該円筒部１１ａの反射部１５でレーザー光線Ｌを受光し、直角に反射して、反射方向に存在する（下方の）受光板１６上にレーザー光線ＬのスポットＣを形成させる。この状態で、接写手段１２がカメラ１７で前記スポットＣを接写する。そして、反射受光手段１１が、この状態から、更に、前記回転ステージ１１ｃの円筒部１１ａを１８０度、時計回りの方向（又は逆時計回りの方向）回転することで、前記円筒部１１ａを元の回転角度（０度）に戻して、当該円筒部１１ａの透光部１１ｂでレーザー光線Ｌを透光し、前記反射部１５の反射を解除する。
【００４３】
このように、円筒部１１ａや回転ステージ１１ｃを用いてレーザー光線Ｌを反射したり透光したりする方法を採用すると、円筒部１１ａや回転ステージ１１ｃは安価であるため、全体として安価に構成することが出来る。又、構成が簡単で、且つ、コンパクトであることから、装置全体を小型化することが可能となる。更に、反射部１５は軽量であるから、回転による位置ブレも生じ難く、１８０度の回転のみで反射と透光を切り替えることが出来るため、装置の制御が単純であり、装置の耐久性を挙げることが出来る。
【００４４】
又、前記円筒部１１ａは、内空の筒であればよく、円筒状でも、楕円筒状でも、多角筒状でも構わない。又、固定部材１１ｄは、どのような構成でも良く、例えば、図１、図２に示すように、断面形状がＬ字状であり、一面に回転ステージ１１ｃを固定し、他面に受光板１６とカメラ１７とを固定し、当該他面を構造物Ｓの一辺Ｓ１の表面に固定するよう構成される。
【００４５】
尚、反射受光手段１１がレーザー光線Ｌを反射する方法は、他の方法として、例えば、単純に、レーザー光線Ｌの進行方向に直角な方向（Ｘ方向又はＹ方向）に対して反射部１５を出し入れする方法でも構わない。
【００４６】
又、複数の反射部１５を構造物Ｓの一辺Ｓ１に対して同一の高さで配置する方法は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、上述のように、円筒部１１ａ、回転ステージ１１ｃ、固定部材１１ｄを各反射部１５毎に全て同一の構成にする方法を採用することが出来る。ここで、構造物Ｓの一辺Ｓ１に対する高さは、Ｘ方向の高さでもＹ方向の高さでもＸＹ方向の高さでも構わない。又、複数の反射部１５に対応して、複数の受光板１６を同一の高さで配置する場合は、例えば、構造物Ｓの一辺Ｓ１の各設置箇所毎に平行に設置されることで、複数の受光板１６は、同一の高さで配置される。
【００４７】
又、複数の反射部１５を構造物Ｓの一辺Ｓ１に沿って直列に配置する方法は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、構造物Ｓの一辺Ｓ１の形状（角部、端部、表面）に対応して、（固定部材１１ｄを用いて）反射部１５を設置したり、構造物Ｓの一辺Ｓ１に巻尺やメジャー等の長尺部材を沿わせて、その長尺部材の各設置箇所毎に対応して反射部１５を配置したりすることが出来る。
【００４８】
又、構造物Ｓの一辺Ｓ１の方向、つまり、レーザー光線Ｌの進行方向（Ｚ方向）に対する各反射部１５間の距離、又は各受光板１６毎の距離は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、ユーザーがＸＹ変位量の測定を所望する構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定距離に適宜対応させれば良い。
【００４９】
例えば、構造物Ｓの一辺Ｓ１の経時的なＸＹ変位量の測定に対応するのであれば、各反射部１５間の距離は、数ｍに設定され、レーザー照射部１０に最も近い反射部１５から最も遠い反射部１５までの距離は、２０ｍ、５０ｍ、１００ｍ等に設定される。又、構造物Ｓが鉄道の線路であり、当該構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量が軌道狂い（例えば、Ｘ変位量が高低狂い、Ｙ変位量が通り狂いとする）の測定に対応するのであれば、各反射部１５間の距離は、軌道狂いの規定に従って５ｍ、１０ｍ等に適宜設定される。
【００５０】
又、受光板１６のサイズは、レーザー光線Ｌを受光することが出来れば、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、小型化を考慮すれば、例えば、長手方向のサイズが５ｃｍ〜１０ｃｍの範囲内で、短手方向のサイズが３ｃｍ〜８ｃｍの範囲内とすることが出来る。
【００５１】
又、受光板１６の形状は、レーザー光線Ｌを受光することが出来れば、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、例えば、四角形状、多角形状、円形状、楕円形状等を採用することが出来る。
【００５２】
又、複数の受光板１６のサイズは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、どの受光板１６のサイズも同一のサイズであると好ましい。又、複数の受光板１６がそれぞれ設置される位置は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、どの受光板１６の位置も、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１に対して近接した位置であっても良いし、前記構造物Ｓの環境に応じて当該構造物Ｓから離れた位置であっても良い。
【００５３】
又、レーザー光線Ｌを受光する受光板１６の面（照射面）は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、レーザー光線ＬのスポットＣの位置の明確性を考慮すれば、例えば、レーザー光線Ｌの色に対応した色（同等の色）のシート材（紙等）が設けられると好ましい。具体的には、レーザー光線Ｌの色が赤色であれば、それに対応した赤色のシート材が受光板１６の照射面に設けられる。これにより、レーザー光線Ｌが受光板１６に照射されると、そのスポットＳの輪郭（エッジ）が強調され、当該スポットＣのＸＹ座標値を算出し易くなり、構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量の測定精度を向上させることが可能となる。又、受光板１６の面は、例えば、スポットＣを明確にする白色板や白濁板であっても良い。
【００５４】
又、接写手段１２がカメラ１７により前記受光板１６上のレーザー光線ＬのスポットＣを接写する方法は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、以下の構成を採用することが出来る。即ち、図１、図２、図３に示すように、受光板１６を透明性又は半透明性の材質とし、当該受光板１６に対してレーザー光線Ｌの進行方向と逆方向にカメラ１７を設け、端末装置１８の接写手段１２が、通信ケーブルを介してカメラ１７に通信可能に接続される。そして、反射受光手段１１が、一の反射部１５ａを介して、複数の受光板１６のうち、一の受光板１６ａでレーザー光線Ｌを受光すると、接写手段１２が、当該一の受光板１６ａのカメラ１７ａを起動して、当該受光板１６ａ上に写ったレーザー光線ＬのスポットＣを、受光面と逆の背面側から接写する。
【００５５】
これにより、受光板１６ａの背面に写ったレーザー光線ＬのスポットＣをぶれることなく、且つ、撮影角度が生じること無く接写することが出来るため、スポットＣのＸＹ座標値を更に精度高く算出することが可能となる。
【００５６】
又、接写手段１２が受光板１６ａ上に写ったレーザー光線ＬのスポットＣを背面側から接写する方法は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、以下の構成を採用することが出来る。即ち、図１、図２、図３に示すように、固定部材１１ｄに、断面形状がコ状の外装１１ｅの外側底面を固定し、当該外装１１ｅの内側底面にカメラ１７を設置し、当該外装１１ｅの二つの側面の端部に受光板１６の左右方向の両端部をそれぞれ固定する。ここで、図３Ａに示すように、受光板１６を外装１１ｅに固定する際に、カメラ１７が受光板１６の背面をブレなく、且つ、撮影角度を生じさせること無く接写出来る最短撮影距離Ｄ（ｍｍ）を確保することが出来る。
【００５７】
最短撮影距離Ｄは、カメラ１７の性能等によるものの、例えば、カメラ１７の画素数が３０万画素数であれば、当該カメラ１７で接写可能な最短撮影距離Ｄは、１．０ｃｍ〜５．０ｍｍの範囲内と設定される。これにより、前記接写されたレーザー光線ＬのスポットＣの画像は高解像度画像として得ることが出来るとともに、全体として小型化することが出来る。
【００５８】
尚、カメラ１７の画素数は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、画像の解像度を考慮すると、例えば、３０万画素数、１００万画素数等を採用することが出来る。ここで、カメラ１７の画素数を増加させれば、当該カメラ１７で撮影された画像の解像度は増加するものの、通常、画像の解像度が高くなる程、当該画像内のレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値の算出に要する時間が長くなるため、測定時間との兼ね合いでカメラ１７の画素数は適宜設計される。
【００５９】
一方、測定時間を考慮しない場合であれば、カメラ１７の画素数を増加させれば、画像の解像度が増加し、１ピクセル当たりの寸法が木目細かくなるため、測定精度が向上する。例えば、画像のサイズが５０ｍｍ×５０ｍｍで、当該画像の解像度が１２ＭＢである場合、１ピクセル単位は１ｍｍ単位に換算されるため、測定精度は１ｍｍ単位となる。又、前記画像のサイズが５０ｍｍ×５０ｍｍで、当該画像の解像度が２５ＭＢである場合、１ピクセル単位は０．５ｍｍ単位に換算されるため、測定精度は０．数ｍｍ単位と向上する。
【００６０】
又、画像のサイズは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、測定精度の向上を考慮すると、大きければ大きい程、好ましい。一方、画像のサイズを大きくする場合、受光板１６とカメラ１７との間の最短撮影距離Ｄを大きくする必要があるため、装置が大型化する場合がある。そのため、画像のサイズは、測定精度と小型化の両面を考慮して設定される。
【００６１】
又、カメラ１７のサイズは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、小型であれば、装置全体の小型化を図れるため、好ましい。
【００６２】
又、受光板１６の厚みは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、背面接写であれば、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内であると、レーザー光線ＬのスポットＣを背面側から正確に捉える（撮影する）ことが可能となる。尚、正面接写であれば、特に限定を設ける必要は無い。
【００６３】
尚、背面接写の代わりに、接写手段１２がカメラ１７により前記受光板１６上のレーザー光線ＬのスポットＣを接写する方法は、例えば、単純に、前記受光板１６に対してレーザー光線Ｌの進行方向と逆方向にカメラ１７を設けて、当該カメラ１７により前記受光板１６上に写ったレーザー光線ＬのスポットＣを正面側から接写しても良い。
【００６４】
この場合、受光板１６を不透明性の材質としても良いが、カメラ１７を、レーザー光線Ｌの進行を阻害しないように、当該レーザー光線Ｌの進行方向に対して斜め方向に設置する必要があり、所定の撮影角度が反映された画像が得られる。そのため、得られた画像は、撮影角度に基づいて幾何学変換を行い、正面から撮影された画像に修正した後に、レーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値を算出することになる。このような幾何学変換は、受光板１６に対して、背面側に所定の撮影角度でカメラ１７が配置された場合であっても同様である。
【００６５】
ここで、図３Ａに示すように、レーザー光線Ｌが反射部１５の反射点Ｒで反射された場合、前記受光板１６の面は、反射後のレーザー光線Ｌの進行方向に直角なＸＹ平面に一致するように配置されている。この場合、前記受光板１６の面のＸＹ平面は、レーザー照射部１０が照射したレーザー光線Ｌの進行方向に平行なＸＹ平面に対応する。つまり、レーザー光線Ｌの反射点ＲのＸＹ変位量は、受光板１６のスポットＣのＸＹ変位量に対応するのである。そのため、受光板１６の面上におけるスポットＣのＸＹ変位量を測定することで、構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を測定することになる。
【００６６】
又、算出手段１３が前記受光板１６の所定の位置をＸＹ平面の基準点Ｏとする方法は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、ＸＹ平面の基準点Ｏが、前記受光板１６を介して構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置に関連していれば、どのような方法でも構わない。
【００６７】
例えば、図３Ｂに示すように、前記接写された画像Ｐのうち、受光板１６の一隅部（背面側から見て左下側の隅部）をＸＹ平面の原点Ｏ（基準点）とすることが出来る。ここで、例えば、原点Ｏから右方向をＸ方向とし、当該原点Ｏから上方向をＹ方向とすれば、この画像ＰのＸＹ平面は、前記レーザー光線Ｌの進行方向に直角な面をＸＹ平面とすることが出来る。又、この受光板１６は、固定部材１１ｄを介して構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置に設置されていることから、前記受光板１６におけるＸＹ平面の原点Ｏは、構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置に関係付けられることになる。
【００６８】
又、算出手段１３が前記接写されたレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値を算出する方法は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無い。例えば、前記画像ＰにあるスポットＣの三色（ＲＧＢ）の原色を利用し、当該三色の原色の大小からスポットＣの中心点を前記スポットＣのＸＹ座標値として算出する方法、前記画像ＰにあるスポットＣの面積を算出し、当該面積の中心点を前記スポットＣのＸＹ座標値として算出する方法等を採用することが出来る。
【００６９】
例えば、前記画像ＰにあるスポットＣの三色（ＲＧＢ）の原色を利用する方法は、以下のようになされる。図１、図２、図３に示すように、接写手段１２が受光板１６上に写ったレーザー光線ＬのスポットＣを背面側から接写するように構成し、前記レーザー光線Ｌの色を赤色とし、当該レーザー光線Ｌが照射される前記受光板１６の面に赤色の紙を配置する。そして、前記受光板１６がレーザー光線Ｌを遮った際に、接写手段１２がカメラ１７で当該受光板１６を背面接写すると、図４Ａに示すように、レーザー光線ＬのスポットＣが強調された画像Ｐを得ることが出来る。この画像ＰにあるスポットＣの三色（ＲＧＢ）の原色をグレースケールに変換し、当該変換したグレースケールからスポットＣの外縁に対応するエッジを抽出し、円フィッティング、楕円フィッティング等の所定の算出式により当該抽出したエッジの形状の中心点を前記スポットＣのＸＹ座標値として算出する。
【００７０】
すると、図４Ｂに示すように、当該中心点のＸ座標値は、９２．５ｍｍ、当該中心点のＹ座標値は、１７１．５ｍｍと算出される。これにより、前記スポットＣのＸＹ座標値の精度は０．数ｍｍであることが理解される。又、前記エッジの形状から所定の算出式により円又は楕円を逆算することで、図４Ｃに示すように、前記スポットＣの疑似的半径も算出することが出来る。
【００７１】
又、測定手段１４が複数のスポットＣ間のＸＹ変位量を前記構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量として測定する方法は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、以下の構成を採用することが出来る。
【００７２】
先ず、異なる時刻で算出された２種類のスポットＣのＸＹ座標値を用いて、２つのスポットＣ間のＸＹ変位量を、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置における経時的なＸＹ変位量として測定する場合は、下記のようになる。即ち、図５Ａに示すように、先ず、構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置Ｚ１に、反射部１５、受光板１６、カメラ１７（図示せず）を設置し、所定の時刻ｔ１（設置時）において、レーザー光線Ｌを構造物Ｓの一辺Ｓ１に沿って進行させて、反射部１５でレーザー光線Ｌを反射し、受光板１６で当該レーザー光線Ｌを受光し、カメラ１７で接写されたレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値Ａ１（第一のＸＹ座標値、Ｘ１、Ｙ１）を算出する。この第一のＸＹ座標値Ａ１が、時刻ｔ１における基準座標値となる。
【００７３】
次に、時刻ｔ１から所定期間経過後の時刻ｔ２において、再度、レーザー光線Ｌを構造物Ｓの一辺Ｓ１に沿って進行させて、反射部１５でレーザー光線Ｌを反射し、受光板１６で当該レーザー光線Ｌを受光し、カメラ１７で接写されたレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値Ａ２（第二のＸＹ座標値、Ｘ２、Ｙ２）を算出する。
【００７４】
ここで、レーザー光線Ｌの受光の際に、時刻ｔ１及び時刻ｔ２の反射部１５は、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１に対して同一の高さで配置されている。仮に、構造物Ｓの一辺Ｓ１が時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間にＸＹ方向で変位していれば、図３Ｂ、図５Ａに示すように、第二のＸＹ座標値Ａ２（Ｘ２、Ｙ２）と第一のＸＹ座標値Ａ１（Ｘ１、Ｙ１）との間のＸＹ変位量Ｂ１（Ｘ２−Ｘ１、Ｙ２−Ｙ１）が、構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置Ｚ１における経時的なＸＹ変位量を示すことになる。このＸＹ変位量Ｂ１は、反射部１５における反射点のＸＹ座標値の変位量に対応し、受光板１６におけるスポットＣのＸＹ座標値の変位量に対応する。
【００７５】
この場合、前記ＸＹ変位量Ｂ１は、第二のＸＹ座標値Ａ２（Ｘ２、Ｙ２）から第一のＸＹ座標値Ａ１（Ｘ１、Ｙ１）を減算した変位量（Ｘ２−Ｘ１、Ｙ２−Ｙ１）として算出される。
【００７６】
尚、第一のＸＹ座標値Ａ１は、構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置Ｚ１に反射部１５及び受光板１６は固定されていることから、例えば、所定の位置Ｚ１に対する反射部１５及び受光板１６のＸＹＺ座標値を用いて、当該位置Ｚ１のＸＹＺ座標値に換算することが出来る。
【００７７】
次に、所定のスポットＣ（例えば、レーザー照射部１０に対して直近にある反射部１５、受光板１６のスポット）を基準として、当該スポットＣのＸＹ座標値と、当該スポットＣよりもＺ方向に沿って前方にある他のスポットＣのＸＹ座標値とを用いて、スポットＣ間のＸＹ変位量を、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１のＺ方向におけるＸＹ変位量として測定する場合は、下記のようになる。
【００７８】
即ち、図５Ｂに示すように、先ず、構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置Ｚ１に、第一の反射部１５１、第一の受光板１６１、第一のカメラ１７１（図示せず）を始点として設置し、当該位置Ｚ１から距離ＺだけＺ方向に離れた所定の位置Ｚ２に、第二の反射部１５２、第二の受光板１６２、第二のカメラ１７２（図示せず）を終点として設置する。この際、二つの反射部１５１、１５２は、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１に対して同一の高さで、且つ、当該構造物Ｓの一辺Ｓ１に沿って直列に配置される。
【００７９】
次に、レーザー光線Ｌを構造物Ｓの一辺Ｓ１に沿って進行させて、第一の反射部１５１でレーザー光線Ｌを反射し、第一の受光板１６１で当該レーザー光線Ｌを受光して、図５Ｂに示すように、第一のカメラ１７１で接写されたレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値Ａ３（第三のＸＹ座標値、Ｘ３、Ｙ３）を算出する。更に、第一の反射部１５１の反射を解除して、次に、第二の反射部１５２でレーザー光線Ｌを反射し、第二の受光板１６２で前記レーザー光線Ｌを受光して、図５Ｃに示すように、第二のカメラ１７２で接写されたレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値Ａ４（第四のＸＹ座標値、Ｘ４、Ｙ４）を算出する。
【００８０】
ここで、レーザー光線Ｌの反射、受光、接写の際に、第一の反射部１５１も第二の反射部１５２も、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１に対して同一の高さで配置されているから、図５Ｃに示すように、第三のＸＹ座標値Ａ３（Ｘ３、Ｙ３）と第四のＸＹ座標値Ａ４（Ｘ４、Ｙ４）との間の相対的なＸＹ変位量Ｂ２が、所定距離Ｚにおける構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を示すことになる。このＸＹ変位量Ｂ２は、第一の反射部１５１及び第二の反射部１５２における反射点のＸＹ座標値の変位量に対応し、第一の受光板１６１及び第二の受光板１６２におけるスポットＣのＸＹ座標値の変位量に対応する。これにより、複数のスポットＣ間のＸＹ変位量Ｂ２から、前記レーザー光線Ｌの進行方向に対する構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を測定することが可能となる。
【００８１】
ここで、複数のスポットＣのＸＹ座標値のうち、任意の一のスポットＣのＸＹ座標値を基準とすることで、当該一のスポットＣを写した受光板１６及び反射部１５を基準に、他の複数のスポットＣを写す受光板１６及び反射部１５がどれだけＸＹ方向に変位しているかを測定することが出来る。
【００８２】
例えば、上述であれば、第三のＸＹ座標値Ａ３（Ｘ３、Ｙ３）を基準とすれば、前記ＸＹ変位量Ｂ２が、第四のＸＹ座標値Ａ４（Ｘ４、Ｙ４）から第三のＸＹ座標値Ａ３（Ｘ３、Ｙ３）を減算した変位量（Ｘ４−Ｘ３、Ｙ４−Ｙ３）として算出される。第四のＸＹ座標値Ａ４（Ｘ４、Ｙ４）を基準としても同様である。
【００８３】
更に、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置Ｚ１における経時的なＸＹ変位量と、当該位置Ｚ１から所定の位置Ｚ２までのＺ方向に向かって所定距離Ｚおける構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量とを組み合わせることで、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１の経時的なＸＹ変位量を測定することが出来る。この場合、各反射部１５、受光板１６毎に異なる時刻ｔ１、ｔ２で２種類のスポットＣのＸＹ座標値を算出し、各反射部１５、受光板１６毎におけるスポットＣの経時的なＸＹ変位量を測定すればよい。
【００８４】
このような構造物Ｓの一辺Ｓ１の経時的なＸＹ変位量の測定は、例えば、構造物Ｓの周辺で、当該構造物Ｓに影響を及ぼすような工事等が実施される場合に、その影響度を測る目的で実施される。
【００８５】
又、構造物Ｓは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、一般的な構造物、建築物、機器装置、地盤、道路、鉄道、線路、水路等の長尺の構造物を挙げることが出来る。又、構造物Ｓの一辺Ｓ１は、略直線状の辺を想定している。
【００８６】
ここで、構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を測定する場合、前記固定部材１１ｄに、前記回転ステージ１１ｃ又は円筒部１１ｃを前記ＸＹ平面にスライド可能に保持する平面スライド部を更に設けると好ましい。例えば、ＸＹ変位量が非常に大きい場合、反射部１５の位置がレーザー光線Ｌから外れてしまい（レンジオーバー）、レーザー光線Ｌが適切に反射されず、受光板１６にレーザー光線ＬのスポットＣが現れない可能性がある。その場合は、前記平面スライド部により、反射部１５がレーザー光線Ｌを受光するように、前記回転ステージ１１ｃ又は円筒部１１ｃを前記ＸＹ平面にスライドさせる。ここで、前記スライド後のスライド量を算出しておき、前記スライド後の反射部１５によりレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値を算出し、当該スライド後におけるレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値に、当該スライド量を加算させれば、前記スライド前におけるレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値を逆算することが可能となる。これにより、レンジオーバーによる経時的なＸＹ変位量の計測不能を確実に防止することが出来る。受光板１６は、反射部１５のスライドに伴ってスライドさせても、固定した状態であっても構わない。
【００８７】
又、測定手段１４は、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を出力する方法は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、例えば、前記ＸＹ変位量を端末装置１８の液晶ディスプレイ等の表示手段を介して出力（表示）したり、予め登録されたメールアドレスに、ネットワーク等の通信手段を介して出力（送信）したりする方法を挙げることが出来る。
【００８８】
又、測定手段１４は、予め登録された管理値を利用して、前記測定された構造物の一辺Ｓ１のＸＹ変位量が前記管理値を超過するか否かを判定し、当該ＸＹ変位量が前記管理値を超過した場合に、表示手段を介して警告画面や警告メッセージを表示させたり、通信手段を介して警告メッセージを送信させたりしても良い。ここで、管理値は、例えば、基準としたＸＹ座標値からのＸＹ変位量であり、Ｘ方向とＹ方向とにそれぞれ登録され、例えば、３ｍｍ、５ｍｍ等と設定される。これにより、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１の現状の可視化を進めることが可能となる。又、軌道狂いを計測する場合には、ＸＹ座標値、ＸＹ変位量の他に、弧を描いて高低狂い、通り狂いを示す変状図を表示しても良い。
【００８９】
＜変状測定方法＞
次に、図６、図７を参照しながら、構造物Ｓの一辺Ｓ１の経時的なＸＹ変位量を測定する場合の本発明の実施形態に係る変状測定方法の実行手順について説明する。
【００９０】
先ず、ユーザーが、図６に示すように、ＸＹ変位量の測定対象となる構造物Ｓの一辺Ｓ１の延長線上に、レーザー照射部１０を設置して、当該レーザー照射部１０のレーザー光線Ｌが当該構造物Ｓの一辺Ｓ１に沿って照射することを確認する。
【００９１】
次に、ユーザーが、反射部１５、受光板１６、カメラ１７、円筒部１１ａ、回転ステージ１１ｃ、固定部材１１ｄ、外装１１ｅを一体とした複数（例えば、５つ）の反射受光装置１９を、構造物Ｓの一辺Ｓ１に沿って所定間隔Ｚで直列に配置する。ここで、ユーザーは、円筒部１１ａの透光部１１ｂにレーザー光線Ｌが透過するとともに、当該円筒部１１ａが回転すると、反射部１５がレーザー光線Ｌを反射するように配置する。
【００９２】
複数の反射受光装置１９は、例えば、全て同一の構成であり、構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定位置（端部）に設置することで、各反射受光装置１９の反射部１５は、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１に対して同一の高さとなる。
【００９３】
そして、ユーザーが、レーザー照射部１０と複数の反射受光装置１９とを通信ケーブルを介して端末装置１８に接続すれば、構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量の測定の準備が完了する。
【００９４】
ユーザーが、端末装置１８を起動して、マウス、キーボード等を用いて測定スタートキーを入力すると、端末装置１８が、所定の時刻ｔ１において、通信ケーブルを介して、レーザー照射部１０がレーザー光線Ｌを照射する（図７：Ｓ１０１）。
【００９５】
次に、端末装置１８の反射受光手段１１が、通信ケーブルを介して、複数の反射受光装置１９のうち、所定の反射受光装置１９の円筒部１１ａを回転ステージ１１ｃで回転させることで、当該反射受光装置１９の反射部１５で前記レーザー光線Ｌを反射させ、当該反射受光装置１９の受光板１６で受光する（図７：Ｓ１０２）。
【００９６】
これに対応して、接写手段１２が、通信ケーブルを介して、当該レーザー光線Ｌを遮った受光板１６のカメラ１７により、当該受光板１６上のレーザー光線ＬのスポットＣを接写する（図７：Ｓ１０３）。
【００９７】
更に、レーザー光線ＬのスポットＣの画像が撮影されると、これに対応して、算出手段１３が、前記受光板１６で受光した際のレーザー光線Ｌの進行方向に直角な面をＸＹ平面とし、前記受光板１６の所定の位置をＸＹ平面の基準点として、前記接写されたレーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値を算出する（図７：Ｓ１０４）。これにより、一のスポットＣのＸＹ座標値が算出される。このＳ１０２からＳ１０４までに要する時間は数十秒（例えば、３０秒）である。
【００９８】
一のスポットＣのＸＹ座標値が算出されると、測定手段１４が、全ての反射部１５でレーザー光線Ｌが反射されたか否か、つまり、全ての受光板１６でスポットＣのＸＹ座標値が算出されたか否かを判定する（図７：Ｓ１０５）。
【００９９】
現時点では、一のスポットＣのＸＹ座標値が算出されたのみであるため、測定手段１４が、全ての反射部１５でレーザー光線Ｌが反射されていない、又は、全ての受光板１６でスポットＣのＸＹ座標値が算出されていないと判定し（図７：Ｓ１０５ＮＯ）、その旨を反射受光手段１１に通知する。当該通知を受けた反射受光手段１２が、先ほど回転させた円筒部１１ａを元に戻して反射部１５の反射を解除し（図７：Ｓ１０６）、Ｓ１０２に戻って、他の反射受光装置１９の円筒部１１ａを回転ステージ１１ｃで同様に回転させて、当該他の反射受光装置１９の反射部１５で前記レーザー光線Ｌを反射し、当該他の反射受光装置１９の受光板１６で受光する（図７：Ｓ１０２）。
【０１００】
このように、各反射部１５でレーザー光線Ｌを反射させ、各受光板１６でスポットＣのＸＹ座標値が算出されるまで、Ｓ１０２からＳ１０４まで処理が繰り返される。
【０１０１】
尚、レーザー光線Ｌを反射する反射部１５の順番は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、例えば、レーザー照射部１０に近い反射受光装置１９の反射部１５の順番に対応して、レーザー照射部１０に近い反射部１５から一番目とし、遠い反射部１５の五番目まで順番に反射と透光とを繰り返したとする。
【０１０２】
そして、一番遠い反射部１５（レーザー照射部１０から五番目の反射部１５）で反射して、５つのスポットＣのＸＹ座標値が算出されると、測定手段１４が、全ての反射部１５でレーザー光線Ｌが反射された、又は、全ての受光板１６でスポットＣのＸＹ座標値が算出されたと判定する（図７：Ｓ１０５ＹＥＳ）。そして、測定手段１４は、複数のスポットＣのＸＹ座標値に基づいて、基準となる構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ座標値を測定する。
【０１０３】
ここで、例えば、時刻ｔ１における、レーザー照射部１０から一番近い反射部１５の受光板１６におけるスポットＣのＸＹ座標値Ａ１１（Ｘ１１、Ｙ１１）から、Ａ２１（Ｘ２１、Ｙ２１）、Ａ３１（Ｘ３１、Ｙ３１）、Ａ４１（Ｘ４１、Ｙ４１）、Ａ５１（Ｘ５１、Ｙ５１）とし、一番近い反射部１５の受光板１６におけるスポットＣのＸＹ座標値Ａ１１を基準として、所定の間隔Ｚを空けて各スポットＣ毎のＸＹ座標値Ａ１１、Ａ２１、Ａ３１、Ａ４１、Ａ５１をＸ方向（Ｘ軸）又はＹ方向（Ｙ軸）のそれぞれに対してプロットすると、図８Ａに示すように、基準となる構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸ方向又はＹ方向の波形（形状）が現れる。
【０１０４】
ここで、例えば、測定手段１４が、Ａ１１（Ｘ１１、Ｙ１１）を基準として、Ａ２１（Ｘ２１、Ｙ２１）からＡ１１（Ｘ１１、Ｙ１１）を減算した変位量（ＢＸ２１＝Ｘ２１−Ｘ１１、ＢＹ２１＝Ｙ２１−Ｙ１１）を、１番目の反射部１５から２番目の反射部１５までの構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量Ｂ１として測定することが出来る（図７：Ｓ１０７）。これにより、構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸ変位量とＹ変位量がＺ方向に対してそれぞれ一見して理解することが可能となる。
【０１０５】
次に、複数の反射受光装置１９を設置した状態で、所定期間経過後に、ユーザーが、再度、測定スタートキーを入力すると、端末装置１８が、所定の時刻ｔ２（＞ｔ２）において、Ｓ１０１からＳ１０５までの処理を実行し、時刻ｔ２における一番近い反射部１５の受光板１６におけるスポットＣのＸＹ座標値Ａ１２（Ｘ１２、Ｙ１２）から、Ａ２２（Ｘ２２、Ｙ２２）、Ａ３２（Ｘ３２、Ｙ３２）、Ａ４２（Ｘ４２、Ｙ４２）、Ａ５２（Ｘ５２、Ｙ５２）を得ることが出来る。
【０１０６】
この時刻ｔ２における各スポットＣ毎のＸＹ座標値Ａ１２、Ａ２２、Ａ３２、Ａ４２、Ａ５２を、時刻ｔ１における各スポットＣ毎のＸＹ座標値Ａ１１、Ａ２１、Ａ３１、Ａ４１、Ａ５１と重ね合わせて、Ｘ方向（Ｘ軸）又はＹ方向（Ｙ軸）のそれぞれに対してプロットすると、図８Ｂに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸ方向又はＹ方向の変位量が現れる。尚、時刻ｔ２における各スポットＣ毎のＸＹ座標値Ａ１２、Ａ２２、Ａ３２、Ａ４２、Ａ５２は実線で結び、時刻ｔ１における各スポットＣ毎のＸＹ座標値Ａ１１、Ａ２１、Ａ３１、Ａ４１、Ａ５１は破線で結んでいる。
【０１０７】
ここで、例えば、測定手段１４が、時刻ｔ１のＡ１１（Ｘ１１、Ｙ１１）を基準として、時刻ｔ２のＡ１２（Ｘ１２、Ｙ１２）からＡ１１（Ｘ１１、Ｙ１１）を減算した変位量（ＢＸ１１＝Ｘ１２−Ｘ１１、ＢＹ１１＝Ｙ１２−Ｙ１１）を、前記構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定の位置における経時的なＸＹ変位量として測定することが出来る（図７：Ｓ１０７）。そして、全ての各スポットＣ毎のＸＹ座標値Ａ１１、Ａ２１、Ａ３１、Ａ４１、Ａ５１、Ａ１２、Ａ２２、Ａ３２、Ａ４２、Ａ５２に基づけば、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの構造物Ｓの一辺Ｓ１の経時的なＸＹ変位量が一気に測定することが出来る。
【０１０８】
尚、時刻ｔ１又は時刻ｔ２における測定開始からこの測定結果を算出するまでに要する時間は約１０分程度と考えられる。これと比較して、例えば、ターゲットシールを用いた３次元測量機で各反射部１５（又はこれに対応する構造物Ｓの一辺Ｓ１の所定位置）のＸＹ座標値を算出する場合、光軸設定等で、３０分以上を要する場合がある。従って、本発明では、測定時間を飛躍的に短縮することが可能となる。
【０１０９】
このように、本発明では、上述したレーザー照射部１０と、反射受光手段１１と、接写手段１２と、算出手段１３と、測定手段１４とを備えることを特徴とする。これにより、コンパクトな構成であるにもかかわらず、短時間で、且つ、精度高く、構造物Ｓの一辺Ｓと直角な方向のＸＹ変位量を測定することが可能となる。
【０１１０】
本発明では、反射部１５を小型化出来るとともに、原理的に、反射部１５と受光板１６とを別の位置に設置しても、スポットＣのＸＹ座標値を測定することが出来ることから、例えば、図９Ａに示すように、測定スペースを確保し難い線路ＳのレールＳ１に適用して、軌道狂いを測定することも可能である。軌道狂いを測定する場合は、例えば、反射部１５、円筒部１１ａ、回転ステージ１１ｃ、固定部材１１ｄを反射装置２０とし、受光板１６、カメラ１７、外装１１ｅを別体の受光装置２１として構成する。反射装置２０は、レールＳ１に沿って所定間隔Ｚ＝５ｍで直列に配置する。反射装置２０を小型化することで、レールＳ１の近傍に設置しても邪魔にならずに済む。又、受光装置２１は、反射装置２０から離れた位置に配置することで、例えば、レールＳ１に電車が走行しても邪魔にならずに済む。
【０１１１】
図９Ｂに示すように、反射装置２０を、レールＳ１の底部の一部に接続した形で固定し、反射装置２０から水平方向に少し離した位置に受光装置２１を固定する。通常は、反射装置２０の円筒部１１ａの透光部１１ｂにレーザー光線Ｌが透過するようにし、測定時に、円筒部１１ａを１８０度回転させることで、反射部１５にレーザー光線Ｌを反射させ、反射されたレーザー光線Ｌを受光装置２１の受光板１６に受光させる。受光装置２１のカメラ１７で受光板１６上のレーザー光線ＬのスポットＣを接写することで、上述のように、レーザー光線ＬのスポットＣのＸＹ座標値を算出する。
【０１１２】
反射装置２０と受光装置２１を別体とすることで、反射装置２０の反射部１５によるレーザー光線Ｌの反射方向を変更することが可能であり、レールＳ１の周囲の環境に左右されずに、反射装置２０はレールＳ１の近傍に設置し、受光装置２１はレールＳ１の周囲の環境に応じて適宜設置することが可能である。例えば、図９Ｂに示すように、反射部１５によるレーザー光線Ｌの反射方向αを水平方向に対して４５度上方に設定し、受光装置２１をレーザー光線Ｌの反射方向αに対応して設置すれば良い。反射方向αは、水平方向でも、４５度下方でも、垂直方向でも良く、レールＳ１の周囲の環境に応じて任意に設定することが出来る。これにより、測定スペースを気にすることなく構造物Ｓの一辺Ｓ１のＸＹ変位量を測定することが可能となる。
【０１１３】
又、本発明では、反射部１５の位置は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、図１に示すように、レーザー光線Ｌの進行方向と逆方向に向かって反射部１５が円筒部１１ａに設けられても良いし、図１０Ａに示すように、レーザー光線Ｌの進行方向に沿って、反射部１５が円筒部１１ａに設けられ、円筒部１１ａを通過したレーザー光線Ｌを反射するよう構成しても良い。この場合、反射部１５による反射点に応じて、受光板１６及びカメラ１７が設置される。
【０１１４】
又、反射部１５及び円筒部１１ａを固定する固定部材１１ｄの構成は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、図１０Ａに示すように、Ｌ字状の板金とコの字状の板金とを組み合わせた固定部材１１ｄでも良いし、図１０Ｂに示すように、Ｌ字状の板金に箱型の板金を着脱可能に備えて、箱内に受光板１６及びカメラ１７を設置する固定部材１１ｄでも良い。これは、上述のように反射装置２０と受光装置２１とを別体として構成可能に想定している。又、受光板１６及びカメラ１７の構成は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、図１０Ｂに示すように、四角状の受光板１６の背面の直下にカメラ１７を設置しても良いし、図１０Ｃに示すように、円状の受光板１６の背面に、所定の最短撮影距離Ｄを設けた上で、カメラ１７を設置しても良い。
【０１１５】
又、変状計測では、屋内、屋外、日中、夜間等、計測環境の外光の強度が一定でないため、その外乱が、前記受光板１１で受光されたレーザー光線Ｌのスポットに影響を及ぼす場合がある。レーザー光線Ｌのスポットが外乱により変動すれば、測定誤差が生じる。そこで、外光を防止するために、反射後のレーザー光線Ｌが受光板１６に入る部分のみに開口部を設け、受光板１６及びカメラ１７を覆うケースを設けると好ましい。これにより、どのような計測環境であっても、精度高く変状計測を行うことが可能となる。ケースを設ける場合、例えば、内部の空気を換気する換気部、内部の結露を防止する吸湿部、内部の埃を排気する排気部など、外部環境による外乱の影響を防止する部材を適宜設けても良い。
【０１１６】
又、本発明では、端末装置１８が各手段を備えるよう構成したが、当該各手段を実現するプログラムを記憶媒体に記憶させ、当該記憶媒体を提供するよう構成しても構わない。当該構成では、前記プログラムを所定の端末装置１８に読み出させ、当該端末装置１８が前記各手段を実現する。その場合、前記記録媒体から読み出されたプログラム自体が本発明の作用効果を奏する。更に、各手段が実行するステップを本発明の変状測定方法として提供することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
以上のように、本発明に係る変状測定装置及び変状測定方法は、一般的な構造物、建築物、機器装置、地盤、道路、鉄道、水路等の変状を測定する測定分野、土木技術分野、測量技術分野、計測技術分野等に有用であり、コンパクトな構成であるにもかかわらず、短時間で、且つ、精度高く、構造物の一辺に関係するＸＹ変位量を測定することが可能な変状測定装置及び変状測定方法として有効である。
【符号の説明】
【０１１８】
１    変状測定装置
１０  レーザー照射部
１１  反射受光手段
１２  接写手段
１３  算出手段
１４  測定手段
１５  反射部
１６  受光板
１７  カメラ
１８  端末装置
【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】
0005998324.tif 000008
【図８】
0005998324.tif 000009
【図９】
0005998324.tif 000010
【図１０】
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