(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行可能な車両と、
車両に対し、少なくとも車両の前方または後方の一方から照射されるレーザ光が到達可能な位置に設けられ、車両の進行方向に対して傾斜した受光面を有する受光部材と、
車両に向けて照射されるレーザ光を遮らない位置で、受光部材の受光面を撮影する撮影装置と、
走路の走行方向に沿って、少なくとも３本の互いに平行なレーザ光を、受光部材の受光面に向けて照射し、照射面に少なくとも３点のレーザマークを形成し得る少なくとも３個のレーザ発信器と、
撮影装置によって得られた撮影画像に含まれるレーザマークの位置を検出し、撮影画像中のレーザマークの相対位置の変位に応じ、車両の軌跡を算出することによって、車両の走行軌跡を測定する軌跡測定手段と、
を備え、
前記受光部材が、車両の側面から外側に開き、所定の角度で固定可能な扉である走行軌跡測定システム。
【請求項２】
少なくとも車両の前方または後方の一方から、受光部材の照射面に向けて、少なくとも３本の、互いに平行なレーザ光を照射し、照射面に少なくとも３点のレーザマークを形成させる照射ステップと、
照射されるレーザ光が到達可能な位置に、進行方向に対して傾斜した受光面を有する受光部材を備えた車両を走行させる走行ステップと、
照射されるレーザ光を遮らない位置から、レーザマークが形成された受光面を撮影し、撮影画像を生成する撮影ステップと、
撮影画像に含まれるレーザマークの位置を検出し、撮影画像中のレーザマークの相対位置の変位に応じ、車両の軌跡を算出することによって、車両の走行軌跡を測定する軌跡測定ステップと
を含み、
前記受光部材が、車両の側面から外側に開き、所定の角度で固定可能な扉である走行軌跡測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路構造物の表面、特に、トンネル覆工コンクリートの表面を撮影する走行車両の走行軌跡を測定するシステム、および、測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路構造物の保守作業のため、作業者に撮影装置を搭載した車両を走行させ、道路構造物の表面を撮影し、得られた撮影画像を解析することによって、道路構造物の表面の欠陥を検査する、さまざまな検査システムが提案されている。
【０００３】
例えば、特願２０１４−１５２３２３の技術では、走行する車両から、光切断法を利用して道路構造物、具体的には、トンネル覆工コンクリートの表面の高さ情報を取得し、コンクリートの表面にできた剥離箇所を検出する。
この従来技術では、剥離を微小なうちに、検出できるので、剥落前に保全工事を実施することができた。
【０００４】
しかしながら、この従来技術では、剥離箇所のような局所的な形状変化は検出できるものの、覆工全体の形状変化や変位計測はできなかった。
具体的には、道路にはゆがみがあって、一定の平面ではないため、直進する車両を操舵せず、走行させても、その走行軌跡は立体的に複雑に蛇行することになって、その蛇行に応じ、覆工全体が曲がったり、ゆがんだりして、覆工全体の形状変化等を検出することはできなかった。
【０００５】
仮に、車両の蛇行を検出できれば、得られた覆工全体の形状変化に、その蛇行の情報を反映させ、覆工全体の情報から、蛇行による誤差を除去し、覆工全体の形状変化を把握することができるようになる。
しかしながら、このような車両の走行軌跡を効率よく正確に測定するシステムや方法は、提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願２０１４−１５２３２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、走行車両の走行軌跡を精密に情報化できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の第１発明にかかる走行軌跡測定システムは、
走行可能な車両と、
車両に対し、少なくとも車両の前方または後方の一方から照射されるレーザ光が到達可能な位置に設けられ、車両の進行方向に対して傾斜した受光面を有する受光部材と、
車両に向けて照射されるレーザ光を遮らない位置で、受光部材の受光面を撮影する撮影装置と、
走路の走行方向に沿って、少なくとも３本の互いに平行なレーザ光を、受光部材の受光面に向けて照射し、照射面に少なくとも３点のレーザマークを形成し得る少なくとも３個のレーザ発信器と、
撮影装置によって得られた撮影画像に含まれるレーザマークの位置を検出し、撮影画像中のレーザマークの相対位置の変位に応じ、車両の軌跡を算出することによって、車両の走行軌跡を測定する軌跡測定手段とを備え、前記受光部材が、車両の側面から外側に開き、所定の角度で固定可能な扉であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２発明にかかる走行軌跡測定方法は、
少なくとも車両の前方または後方の一方から、受光部材の照射面に向けて、少なくとも３本の、互いに平行なレーザ光を照射し、照射面に少なくとも３点のレーザマークを形成させる照射ステップと、
照射されるレーザ光が到達可能な位置に、進行方向に対して傾斜した受光面を有する受光部材を備えた車両を走行させる走行ステップと、
照射されるレーザ光を遮らない位置から、レーザマークが形成された受光面を撮影し、撮影画像を生成する撮影ステップと、
撮影画像に含まれるレーザマークの位置を検出し、撮影画像中のレーザマークの相対位置の変位に応じ、車両の軌跡を算出することによって、車両の走行軌跡を測定する軌跡測定ステップとを含み、前記受光部材が、車両の側面から外側に開き、所定の角度で固定可能な扉であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記の発明では、道路のゆがみなどに伴う走行車両の立体的な蛇行を、走行車両の走行軌跡として、効率よく、かつ、正確に測定することができる。
そして、得られた測定結果から、走行軌跡の情報を生成し、生成された走行軌跡の情報を、道路構造物の検査画像の情報に反映させれば、道路構造物の検査画像から、蛇行による誤差を除去することができるようになり、道路構造物、例えば、覆工全体の形状変化や、変位計測が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明にかかる走行軌跡測定システムの一実施例の概念上面図である。
【図２】図２は、図１の概念側面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ方向から見たレーザ発信器の配置を示す説明図である。
【図４】図４は、撮影画像に含まれるレーザマークの配置を示す説明図である。
【図５】図５は、図１の走行軌跡測定システムの構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、図１に示した走行軌跡測定システムを備えた車両の動作を示すフロー図である。
【図７】図７は、本発明にかかる走行軌跡測定システムにより測定を実施した状態を示す説明図である。
【図８】図８は、図７に示した撮影装置によって得られる画像の一例である。
【図９】図９は、図８に示した点のロール時の配置を示す説明図である。
【図１０】図１０は、図８に示した点のピッチ角発生時の配置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明にかかる走行軌跡測定システムの一実施例の概念上面図、図２は、図１の概念側面図、図３は、図２のＡ−Ａ方向から見たレーザ発信器の配置を示す説明図、図４は、撮影画像に含まれるレーザマークの配置を示す説明図、図５は、図１の走行軌跡測定システムの構成を示すブロック図、図６は、図１に示した走行軌跡測定システムを備えた車両の動作を示すフロー図、図７は、本発明にかかる走行軌跡測定システムにより測定を実施した状態を示す説明図、図８は、図７に示した撮影装置によって得られる画像の一例、図９は、図８に示した点のロール時の配置を示す説明図、図１０は、図８に示した点のピッチ角発生時の配置を示す説明図である。
【００１４】
本発明は、トンネル覆工コンクリートの表面を撮影する走行車両の走行軌跡を測定するものであり、得られた測定結果を、撮影によって得られた撮影画像に反映させ、撮影画像から車両の蛇行による誤差を除去できるようにするものである。
【００１５】
まず、図１ないし図４に基づき、本発明にかかる走行軌跡測定システムを備えた車両の一実施例について説明する。
図中、１は車両、１ａは車両１の進行方向、１０は開口部、１１は受光部材、１１ａ受光面、２は撮影装置、３は照射装置、３０はレーザ発信器、３０ａはレーザ光、３０ｂはレーザマーク、３１はレーザ発信器、３１ａはレーザ光、３１ｂはレーザマーク、３２はレーザ発信器、３２ａはレーザ光、３２ｂレーザマークである。
【００１６】
車両１は、例えば、画像解析を解して、覆工コンクリートの剥落を予測するシステムを備えた作業車両である。
なお、この剥落の予測システムの具体的な構成は、本願発明の特徴ではないため、図１および図２では、その記載を省略した。
開口部１０は、車両１の側面に設けられる窓である。
【００１７】
受光部材１１は、少なくとも、開口部１０の一部を覆う扉状の部材であり、車両の進行方向側の一端が車両１の側面にヒンジ止めされる。
この受光部材１１は、図１に示されるように、開いた状態で進行方向に対して傾斜して固定するための図示しないロック機構を有する。
また、受光部材１１の内側面には、後述する照射装置３によるレーザが照射される受光面１１ａが形成される。
【００１８】
撮影装置３は、受光部材１１の受光面１１ａを撮影し得るよう、車両１に設けられる。
照射装置３は、３個のレーザ発信器３０、３１、３２を有するものであり、図示しないスタンドを備え、道路上に載置される。
【００１９】
レーザ発信器３０、３１、３２は、互いに平行なレーザ光３０ｂ、３１ｂ、３２ｂを同一方向に照射するものであり、本実施例では、図３に示されるように、１個目のレーザ発信器３１の上方に、２個目のレーザ発信器３０を、１個目のレーザ発信器３１の横方向に３個目のレーザ発信器３２を配置したものである。
【００２０】
即ち、本実施例における照射装置３によって生じる３点のレーザマークは、三角形の頂点を構成し、その三角形の１辺は鉛直、１辺は水平となる。
なお、このレーザ発信器３０、３１、３２の配置は、上記の配置に限定されるものではなく、全てが１列に重ならない限り、どのような配置であってもよい。
【００２１】
上記のシステムを備えた車両１では、例えば、覆工コンクリートの剥落を予測すべきトンネル入口の道路に停車させ、受光部材１１を開いて、所定の確度で固定する。
この固定により、受光部材１１は、車両の後方から照射されるレーザ光が到達可能になり、受光面１１ａは、車両の進行方向に対して傾斜した状態となる。
【００２２】
照射装置３は、車両１の後方の路上に、車両１の進行方向に沿って、車両１の後方から３本の平行なレーザ光を、受光部材１１の受光面１１ａに向けて照射するよう配置される。
上記のように、車両１と照射装置３を配置し、照射装置３による照射を開始したとき、撮影装置２の撮影画像には、図４に示されるように、３点のレーザマーク３０ｂ、３１ｂ、３２ｂが含まれる。
【００２３】
次に、図５に基づき、図１に示した走行軌跡測定システムの構成を説明する。
図中、４０は中央処理ユニット、３は撮影装置、４１は軌跡測定手段、４２はディスプレイ、４３は操作手段、４４は画像格納手段、４５は画像解析手段である。
【００２４】
この走行軌跡測定システムの動作は、ユーザによって操作される操作手段４３からの入力に応じ、中央処理ユニット５７によって制御される。
ディスプレイ４２は、操作に必要な入力画面、撮影画像、解析結果などのシステムの運用に必要な画像を表示する。
画像格納手段４４は、撮影画像、撮影画像の解析結果によって生成された各種画像を格納する。
【００２５】
軌跡測定手段４１は、撮影装置３によって得られた撮影画像に含まれる３点のレーザマークの位置を検出し、撮影画像中の３点の位置の変位に応じ、車両の軌跡を算出し、その結果から、車両１の走行軌跡を割り出し、割り出された走行軌跡を車両１の走行軌跡を測定値として出力する。
【００２６】
画像解析手段４５は、本発明にかかる撮影装置３とは異なる、トンネル内面を撮影する撮影装置を介して得られた画像に基づき、コンクリートの剥落を予測するための、剥落予測システムに必要な画像解析を実行する。
画像解析手段４５は、トンネル内の一連の剥落予測画像を生成するが、この剥落予測画像は、車両１の走行軌跡の蛇行により、ゆがみやねじれが含まれる。
【００２７】
そこで、画像解析手段４５は、軌跡測定手段４１が出力した走行軌跡の測定値を用い、車両１の走行軌跡の情報を剥落予測画像の情報に反映させ、剥落予想画像の情報を走行軌跡の情報で補正し、剥落予想画像の情報から、車両１の走行軌跡の蛇行の情報を除去した軌跡補正画像を生成する。
【００２８】
生成された軌跡補正画像は、車両１が直進した状態のトンネル内面の画像であり、この軌跡補正画像の情報を解析することにより、トンネルや路面の全体的なゆがみやねじれの状態を把握することが可能になる。
【００２９】
次に、図６に基づき、上記システムの動作について説明する。
なお、以下の動作は、中央処理ユニット４０の制御によって実行されるものである。
【００３０】
まず、上記のシステムを搭載した車両１を検査対象となるトンネルの入口の道路上に停車させる（ステップＳ０１）。
なお、この検査対象となるトンネルは、直進するトンネルであって、カーブは含まれない。
【００３１】
次に、車両１の受光部材１１を開き、所定の確度で固定すると共に、照射装置３を上記の説明の位置に設置し、レーザ光３０ａ、３１ａ、３２ａの照射を開始し、撮影装置３による撮影を開始する（ステップＳ０２）。
具体的には、後方から照射されるレーザ光が到達可能な位置に、進行方向に対して、傾斜した受光面を展開する。
【００３２】
次に、後方から照射されるレーザ光３０ａ、３１ａ、３２ａを受光面１１ａで受けた状態で、車両１を、直進道路に沿って直進させる（ステップＳ０３）。
【００３３】
次に、車両の後方から照射されるレーザ光を遮らない位置から、３点のレーザマーク３０ｂ、３１ｂ、３２ｂが形成された受光面１１ａを撮影し、撮影画像を生成する（ステップＳ０４）。
【００３４】
次に、撮影画像に含まれる３点のレーザマーク３０ｂ、３１ｂ、３２ｂの位置を検出し、撮影画像中の３点の位置の変位に応じ、車両の軌跡を算出することによって、車両の走行軌跡を測定する（ステップＳ０５）。
【００３５】
次に、走行軌跡の測定値を、剥落予想画像の情報に反映させ、剥落予想画像の情報から、車両１の走行軌跡の蛇行の情報を除去した軌跡補正画像を生成する（ステップＳ０６）。
【００３６】
本発明では、３点のレーザマークの配置の変遷を解析することにより、３本の平行なレーザ光に対する車両１の相対位置を特定できるようになり、この相対位置の情報を、車両の走行速度に反映させることによって、車両１の蛇行状態を立体的に把握できるようになる。
【００３７】
上記のレーザマークの配置の解析を介した走行軌跡の測定は、路上に、照射装置３を設置する以外に特殊な工事なしに簡単かつ低コストで実行可能である
このため、例えば、画像解析のために得られた撮影画像から、蛇行に関する情報を誤差として除去することにより、トンネル全体のゆがみを、トンネル内面の撮影画像から正確に検出することができるようになる。
【００３８】
次に、図７に基づき、本発明にかかる走行軌跡測定システムを用い、車両の走行軌跡を実際に測定する一実施例を具体的に説明する。
図中、５０は車両、５１は車両５０の進行方向、５２は車両５０の開閉式の受光部材、５３は受光部材５２の受光面を撮影する撮影装置、５４は３条の平行なレーザ光である。
なお、この実施例の主要な構成は、図１から図４に示したものと同様であるので、以下では相違点を中心に説明する。
【００３９】
受光部材５２は、その開放角θが、進行方向に沿った軸に対して４５度に固定される。
撮影装置５３は、その撮影軸が、受光部材５２の受光面に対し、正対、即ち、垂直になるよう設定される。
【００４０】
レーザ光５４は、図示しない照射装置から発信されるものであり、水平軸に沿った２点と、水平軸の下方であって、前記２点のうち、車両１０側の１点を通る鉛直軸上の１点の合計３点のレーザマークを形成する。
【００４１】
この３点のレーザマークが形成された受光部材５２の撮影画像は図８に示されるとおりである。
図８は、車両５０が基準位置にあるときの画像であり、レーザマークのうち、車両５０から離れた１点目は点Ａに、車両５０寄りの上側の２点目は点Ｂに、２点目の下方の３点目は点Ｃに位置する。
即ち、点Ａ、点Ｂおよび点Ｃは、点Ｂを直角とする直角三角形を構成する。
【００４２】
ここで、車両５０の蛇行に伴う移動量とレーザマークの位置の関係について考察する。
まず、上下方向の移動量は、以下の式（１）によって表される。
【００４３】
【数１】
0006693760.tif 000002
【００４４】
次に、左右方向の移動量は、以下の式（２）によって表される。
【００４５】
【数２】
0006693760.tif 000003
【００４６】
そして、図８における点Ａ、点Ｂと点Ａ′、点Ｂ′の傾きθ１は、車両のロールを示す。
ここでいうロールとは、車両５０の左右の高さに差が生じた状態を示す。
このロールは、以下の式（３）によって表される。
【００４７】
【数３】
0006693760.tif 000004
【００４８】
このとき、（＋）側の傾きは、左側が下がる左ロール、（−）側の傾きは、右側が下がる右ロールとなる。
【００４９】
さらに、図１０において、∠ＡＢＣは、９０度であるので、∠Ａ′ＢＣの角度は、ピッチがなければ一定である。
ここでいうピッチとは、車両の前後の高さに差が生じた状態を示す。
ピッチ角θ２は、以下の式（４）によって表される。
【００５０】
【数４】
0006693760.tif 000005
【００５１】
このとき、（＋）のピッチ角は、後方が下がる後方ピッチ、（−）のピッチ角は、前方が下がる前方ピッチとなる。
【００５２】
次に、図７のシステムを用いた測定について説明する。
まず、車両５０を直進させて撮影装置５３によって画像を習得する。
次に、得られた画像からカメラレンズに起因する歪みを補正し、レーザマークの位置特定するパラメータを生成する。
【００５３】
次に、レーザマークの位置を示す点の移動量を取得し、実際の移動量の縮尺パラメータを生成する。
次に、得られた移動量の縮尺パラメータから、それぞれのレーザマークに関連付けられた各点の位置情報を記録する。
【００５４】
次に、レーザマークの位置を示す点の位置情報のパラメータを用い、前記式１、２、３および４に基づき、車両５０の軌跡と姿勢を求める。
次に、車両５０の正確な軌跡と姿勢から、車両５０の正確な走行軌跡の正確な形状を求める。
【００５５】
上記の工程により、本実施例では、車両５０の走行軌跡を測定することができ、得られた測定結果を、画像解析を用いた検査システムの測定に反映させ、より精密な検査結果を得ることが可能になる。
【００５６】
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば、得られた走行軌跡の情報を反映させる対象は、トンネル覆工コンクリートに限定されるものではない。
また、上記の実施例では、受光部材を車両の側方に設けられた扉状の部材としたが、例えば、車両の屋根に固定して設けられたものとしてもよく、また、後方が開放された車両の中ほどに設置するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記の実施例では、レーザ光は、車両の後方から照射されるが、前方から照射されるようにしてもよく、検査条件によっては、前方および後方から照射するようにしてもよい。
【００５８】
また、上記の実施例では、レーザ光を照射するレーザ発信器は３個を直角三角形状に配置したが、任意の三角形を形成するような配置や、条件によっては一直線上に配置してもよい。
また、レーザ発信器の数も４個以上とし、それらを自由に配置することも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１      車両
１ａ    進行方向
１０    開口部
１１    受光部材
１１ａ  受光面
２      撮影装置
３      照射装置
３０    レーザ発信器
３０ａ  レーザ光
３０ｂ  レーザマーク
３１    レーザ発信器
３１ａ  レーザ光
３１ｂ  レーザマーク
３２    レーザ発信器
３２ａ  レーザ光
３２ｂ  レーザマーク
４０    中央処理ユニット
４１    軌跡測定手段
４２    ディスプレイ
４３    操作手段
４４    画像格納手段
４５    画像解析手段
【図１】
0006693760.tif 000006
【図２】
0006693760.tif 000007
【図３】
0006693760.tif 000008
【図４】
0006693760.tif 000009
【図５】
0006693760.tif 000010
【図６】
0006693760.tif 000011
【図７】
0006693760.tif 000012
【図８】
0006693760.tif 000013
【図９】
0006693760.tif 000014
【図１０】
0006693760.tif 000015