(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する面それぞれにターゲットが設けられ、トンネルの一断面を形成するようにトンネル坑内の周方向および坑道に配設された複数のターゲット部材と、
前記ターゲットを含むように前記トンネル坑内を前記ターゲット部材のそれぞれの面につき角度を変えて複数の画像を撮影するための撮影手段と、
前記撮影手段により撮影された前記ターゲットの像を含む前記複数の画像を用いてトンネル形状を測定するための形状測定手段とを含み、
前記複数のターゲット部材は、一部が所定間隔となるように連結部材により互いに連結されていて、
前記形状測定手段は、前記連結部材により連結された前記複数のターゲット部材に設けられる前記ターゲット間の間隔をスケールとして用いて前記トンネル坑内の形状を測定することを特徴とする、トンネル坑内の形状測定システム。
【請求項２】
前記ターゲット部材は、前記トンネル坑内の内壁または前記坑道に隣接する面と、互いに対向するトンネル軸方向に向く面と該トンネル軸方向とは反対方向に向く面とを備える板部材と、前記板部材の前記トンネル軸方向に向く面と前記トンネル軸方向とは反対方向に向く面との両方に貼付けられた前記ターゲットとから構成される、請求項１に記載のトンネル坑内の形状測定システム。
【請求項３】
前記連結部材により連結された前記ターゲット部材は、前記連結部材の両端に前記ターゲット部材が連結されていて、前記ターゲット部材に設けられるターゲット間の間隔が予め計測されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のトンネル坑内の形状測定システム。
【請求項４】
前記トンネル坑内の周方向に配設されるターゲット部材は、前記トンネル軸方向に所定間隔でターゲット列を形成するように複数設置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のトンネル坑内の形状測定システム。
【請求項５】
互いに対向する面それぞれにターゲットが配設された複数のターゲット部材をトンネルの一断面を形成するようにトンネル坑内の周方向および坑道に配設する段階と、
撮影手段により前記ターゲットの像を含むように前記トンネル坑内を前記ターゲット部材のそれぞれの面につき角度を変えて複数の画像を撮影する段階と、
形状測定手段により前記複数の画像から前記各ターゲットの三次元位置座標を算出し、前記各ターゲットの三次元位置座標を用いてトンネル形状を測定する段階とを含み、
前記複数のターゲット部材には、所定間隔となるように連結部材により互いに連結されたターゲット部材を含み、
前記角度を変えて複数の画像を撮影する段階は、前記連結部材により連結された前記ターゲット部材に設けられ、スケールとして用いる前記ターゲットの像を含む画像を少なくとも１枚撮影することを特徴とする、トンネル坑内の形状測定方法。
【請求項６】
前記角度を変えて複数の画像を撮影する段階は、トンネル軸方向に所定間隔で形成したターゲット列に含まれる前記ターゲットの像を含むように撮影することを特徴とする、請求項５に記載のトンネル坑内の形状測定方法。
【請求項７】
前記各ターゲットの三次元位置座標を用いてトンネル形状を測定する段階は、前記互いに対向する面に設けられたターゲットを共通基準点とし、前記ターゲット部材の各面につき測定したトンネル形状を前記共通基準点において組み合わせることを特徴とする、請求項５または６に記載のトンネル坑内の形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル坑内の形状測定システムおよび形状測定方法に関し、より詳細には、写真測量を用いてトンネル坑内の形状測定を行うシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自然環境調査、自然災害調査、交通事故調査といった野外調査において、撮影した写真から被写体の位置を測定するために写真測量が多用されており、近年では、トンネル坑内における測定も行われている。このトンネル坑内の測定は、トンネル掘削時ばかりではなく、トンネルが周囲の地山からの土圧を絶えず受けることによるトンネル坑内の変位を測定するための変位計測の際にも行われている。トンネル坑内といった構造体の内部における写真測量は、写真撮影時のフラッシュによる光線を反射する複数のターゲットを壁面に貼付け、さまざまな角度から上述したターゲットを含む複数の写真を撮影することにより行われる。その後、撮影された画像をパーソナル・コンピュータといった処理手段に取り込んで、連続画像として合成し、撮影された画像におけるターゲットの像を基準として用い、各ターゲットの座標を特定する。上述のようにして得られた各ターゲットの座標からトンネル坑内などの内壁における写真測量が可能となる。
【０００３】
しかしながら、トンネル坑内といった構造体の内部を写真撮影する場合、野外調査における写真撮影とは異なり、トンネル坑内といった構造体の内部は、どの角度から撮影したとしても背景がトンネル坑内の内壁となる。このため、よほど明確な目印がトンネル坑内の内壁にない場合、上述したように撮影された写真から互いに隣接するターゲットを判別する際の基準点が困難となる。また、トンネル坑内において写真測量を行う際には、ターゲットの同定といった基準点特定に手間がかかり、また、ターゲットの同定を誤ると、トンネル坑内の写真測量の精度を著しく低下させてしまうことになる。そこで、トンネル坑内の写真測量においては、色や形を変えるなどして区別性を高めたターゲットを用い、このターゲットを共通基準点として用いている。
【０００４】
従来の写真測量においては、この区別性を高めたターゲットを所定間隔で多数貼付けなければならず、コストがかかるといった問題があった。また、ターゲットとともに所定間隔ごとに区別性を高めたターゲットを貼付けるため、作業効率の低下も問題とされていた。また、写真測量において測定精度を向上させるためには、数多くのターゲットを貼付ける必要があり、また数多く撮影しなければならず撮影時間を要するなどの作業効率の低下も問題となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、上述した問題に鑑み、互いに対向する面それぞれにターゲットが設けられたターゲット部材を用いることにより、写真測量による測定精度を向上させることができ、ターゲットの使用数を減少させるとともに区別性のあるターゲットを用いることなく、撮影した画像の各ターゲットの同定を容易にし、さらにはターゲットの使用数が減少することにより撮影時間を短縮することが可能となるトンネル坑内の形状測定システムおよび形状測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明のトンネル坑内の形状測定システムおよび形状測定方法を用いることで解決される。本発明の請求項１の発明によれば、互いに対向する面それぞれにターゲットが設けられ、トンネルの一断面を形成するようにトンネル坑内の周方向および坑道に配設された複数のターゲット部材と、
前記ターゲットを含むように前記トンネル坑内を前記ターゲット部材のそれぞれの面につき角度を変えて複数の画像を撮影するための撮影手段と、
前記撮影手段により撮影された前記ターゲットの像を含む前記複数の画像を用いてトンネル形状を測定するための形状測定手段とを含み、
前記複数のターゲット部材は、一部が所定間隔となるように連結部材により互いに連結されていて、
前記形状測定手段は、前記連結部材により連結された前記複数のターゲット部材に設けられる前記ターゲット間の間隔をスケールとして用いて前記トンネル坑内の形状を測定することを特徴とするトンネル坑内の形状測定システムが提供される。
【０００７】
本発明の請求項２の発明によれば、前記ターゲット部材は、前記トンネル坑内の内壁または前記坑道に隣接する面と、互いに対向するトンネル軸方向に向く面と該トンネル軸方向とは反対方向に向く面とを備える板部材と、前記板部材の前記トンネル軸方向に向く面と前記トンネル軸方向とは反対方向に向く面との両方に貼付けられた前記ターゲットとから構成されるトンネル坑内の形状測定システムが提供される。
【０００８】
本発明の請求項３の発明によれば、前記連結部材により連結された前記ターゲット部材は、前記連結部材の両端に前記ターゲット部材が連結されていて、前記ターゲット部材に設けられるターゲット間の間隔が予め計測されていることを特徴とするトンネル坑内の形状測定システムが提供される。
【０００９】
本発明の請求項４の発明によれば、前記トンネル坑内の周方向に配設されるターゲット部材は、前記トンネル軸方向に所定間隔でターゲット列を形成するように複数設置されるトンネル坑内の形状測定システムが提供される。
【００１０】
本発明の請求項５の発明によれば、互いに対向する面それぞれにターゲットが配設された複数のターゲット部材をトンネルの一断面を形成するようにトンネル坑内の周方向および坑道に配設する段階と、
撮影手段により前記ターゲットの像を含むように前記トンネル坑内を前記ターゲット部材のそれぞれの面につき角度を変えて複数の画像を撮影する段階と、
形状測定手段により前記複数の画像から前記各ターゲットの三次元位置座標を算出し、前記各ターゲットの三次元位置座標を用いてトンネル形状を測定する段階とを含み、
前記複数のターゲット部材には、所定間隔となるように連結部材により互いに連結されたターゲット部材を含み、
前記角度を変えて複数の画像を撮影する段階は、前記連結部材により連結された前記ターゲット部材に設けられ、スケールとして用いる前記ターゲットの像を含む画像を少なくとも１枚撮影することを特徴とするトンネル坑内の形状測定方法が提供される。
【００１１】
本発明の請求項６の発明によれば、前記角度を変えて複数の画像を撮影する段階は、トンネル軸方向に所定間隔で形成したターゲット列に含まれる前記ターゲットの像を含むように撮影することを特徴とするトンネル坑内の形状測定方法が提供される。
【００１２】
本発明の請求項７の発明によれば、前記各ターゲットの三次元位置座標を用いてトンネル形状を測定する段階は、前記互いに対向する面に設けられたターゲットを共通基準点とし、前記ターゲット部材の各面につき測定したトンネル形状を前記共通基準点において組み合わせることを特徴とするトンネル坑内の形状測定方法が提供される。
【００１３】
【作用】
本発明は、トンネルの周方向に、また、トンネルの坑道にトンネルの一断面を形成するように複数のターゲット部材を配設して写真測量を行い、トンネル坑内の形状測定を行うものである。ターゲット部材は、トンネル軸方向に対し周方向および坑道部分に一列のみに配設されるため、ターゲット部材に設けられる各ターゲットを画像上で認識することが容易である。また、ターゲット部材は、一方に向く面とその面とは反対方向に向く面といった互いに対向する面を備えており、ターゲットがそれぞれの面に設けられている。ターゲット部材に設けられるターゲットは、それぞれの面において同じ形状、大きさとされている。また、坑道には、上記複数のターゲット部材のうち一部が連結部材により連結されたターゲット部材とされていて、連結部材を介したターゲット部材の間隔が予め計測されてスケールとして用いることができるようになっている。写真測量において連結部材に設けられるターゲットを他のターゲットと同時に撮影することにより、各ターゲットの三次元位置座標を算出することが可能となる。各ターゲット部材についてそれぞれの面を撮影できる側から撮影を行い、それぞれの面に設けられるターゲットの三次元位置座標を算出し、それぞれの側からのトンネル形状測定を行う。共通基準点として互いに対向する面に設けられたターゲットが同じ位置に配設されているものとし、ターゲット部材の一方に向く面につき測定したトンネル形状と、その反対方向に向く面につき測定したトンネル形状とを組み合わせてトンネル形状を形成することにより、トンネル軸方向への測定精度を向上させることができる。また、トンネル軸方向に所定間隔でターゲット列を形成するようにトンネル坑内の周方向にターゲット部材を配設することにより、さらにトンネル軸方向の測定精度を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面をもって詳細に説明する。図１は、本発明のトンネル坑内の形状測定システムの第１の実施の形態を示した図である。図１に示すトンネル１は、山などを掘削することにより構築され、コンクリートを打設するなどして覆工が行われる。しかしながら、トンネルの周囲の地山からの土圧が絶えず加えられることによりトンネル形状に変形が生じ、この変形はトンネル崩壊を引き起こす危険性があるため、トンネル坑内の空変位測定といった形状測定が必要とされている。図１に示すトンネル１坑内には、トンネル１坑内の周方向に複数のターゲット部材２ａが配設されている。また、図１に示すトンネル１坑内には、トンネル１坑内の坑道３に連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂと、連結部材４により連結されていないターゲット部材２ｃとが配置されている。本発明においては、トンネル１坑内を切断してできる一断面を形成するように複数のターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃが配設されている。
【００１５】
図１に示すターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃは、一方に向く面とその面とは反対方向に向く面といった互いに対向する面を備えており、それぞれの面にターゲットが配設されていて、トンネル１坑内においてターゲットの像を含む画像をそれぞれの面を撮影できる側、ここではターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃにより形成される一断面を挟んでトンネル軸方向またはその反対方向からターゲットの像を含む画像を撮影することができるようになっている。また、図１に示すトンネル１坑内の坑道３の中央に配設されるターゲット部材２ｂは、上記のように両方の面にターゲットが設けられた２つのターゲット部材２ｂが連結部材４によって連結されている。連結部材４により連結された２つのターゲット部材２ｂの間隔は、それぞれターゲット部材２ｂに設けられるターゲット間の間隔が予めスケールなどにより計測されている。図１に示すトンネル１坑内の坑道３に配設されるターゲット部材２ｃは、ターゲット部材２ｃが所定高さとなるように脚５が設けられている。
【００１６】
図１に示す実施の形態では、ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃは、トンネル１坑内の周方向に１列となるように所定間隔で６個と、坑道３の中央に連結部材４により連結されたものが２個、連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂの両側に１つずつ配設されている。また、図１に示すトンネル１には、写真測量を行うための撮影手段６と、撮影手段６により撮影された画像からトンネル形状を測定するための形状測定手段７とが配置されている。図１においては、撮影手段６がターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃの一方に向く面のみを撮影するように配置されているが、各ターゲット部材の反対方向に向く面を撮影できる位置に移動して撮影することができる。
【００１７】
また、図１に示す実施の形態においては、ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃの一方に向く面を撮影をする際、正面、正面の左右に角度を変えた位置の３箇所、また反対方向に向く面を撮影するために正面、その正面の左右に角度を変えた位置の３箇所といった計６箇所から撮影を行うことができる。この場合、１つの位置からトンネル１坑内の内壁の画像を連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂと共に撮影した後、異なった角度から撮影できる別の位置に撮影手段６を移動させて、トンネル坑内の内壁の撮影を行い、別の画像を得る。この時、異なった角度から撮影される画像は、連結部材４に連結されたターゲット部材２ｂに設けられているターゲットの像などの目印となるターゲットを含むように撮影されることが好ましい。撮影された各画像は、連結部材４に連結されたターゲット部材２ｂに設けられているターゲットを共通基準点とし、連結部材４を介してターゲット部材２ｂに設けられるターゲット間の間隔を基に三次元位置座標を算出することができる。写真撮影を行う位置については、予め位置および方向を規定しておくことが好ましい。こうすることで、下記に示す画像解析において容易に各ターゲットの三次元位置座標を算出することが可能となる。
【００１８】
また、トンネル軸方向へのトンネル形状は、各ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられたターゲットの三次元位置座標を基に測定することができる。写真測量においては、トンネル軸方向にターゲットが配設されていない場合、トンネル軸方向、すなわち、写真撮影を行う位置から撮影方向に向けて測定精度が低下する。そこで、本発明においては、各ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃのトンネル軸方向の一方に向く面に設けられたターゲットとその反対方向に向く面に設けられたターゲットとが配設されたターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃをそれぞれの面につき写真測量し、一方に向く面に設けられたターゲットとその反対方向に向く面に設けられたターゲットとが同じ位置に配設されているものとしてそれぞれの側から測定されたトンネル形状を組み合わせることにより、トンネル軸方向への測定精度を向上させることができる。本発明においては、各ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃの一方に向く面に設けられたターゲットと、その反対方向に向く面に設けられたターゲットとを同じ位置として組み合わせる際に、一部のターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられたターゲットを共通基準点として用いることもできるし、すべてのターゲットを共通基準点として用いることもできる。
【００１９】
図１に示すターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃの配設位置において写真測量が終了したら、トンネル軸方向へ所定間隔移動した位置のトンネル周方向にターゲット部材２ａを配設し、ターゲット部材２ｂ、２ｃは、配設されたターゲット部材２ａとともに一断面を形成する坑道３の位置に移動させて、再び上述したように写真測量を行うことができる。
【００２０】
このようにして複数の画像を得た後、現場又は別の場所に設置された画像読取り手段及びコンピュータ手段といった形状測定手段７により画像解析を行い、撮影されたターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられるターゲットの位置座標を得る。この場合、撮影角度、撮影距離、トンネル軸の相対的位置、レンズの焦点距離、レンズのひずみを考慮し、形状測定手段７により各ターゲットの三次元位置座標を得ることができる。この際に用いることができる計算方法としては、従来知られているどのような方法でも用いることができる。また、ディジタルカメラを用いる場合には、画像読取り手段は、形状測定手段７に含まれていなくても良い。本発明においては、トンネル軸方向の周方向および坑道に複数のターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃが存在しないため、各ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられる各ターゲットの認識が容易となる。
【００２１】
図１に示すターゲット部材２ａは、矩形の平板の中央部分から折り曲げられた形状であるＬ字形とされている。また、図１に示すターゲット部材２ａは、折り曲げられた片側の平板部分の両面にターゲットを備えており、他方の側はトンネル１坑内の内壁にボルトなどの締結部材を用いて締結されるようになっている。本発明のトンネル坑内の形状測定システムに用いることができるターゲット部材２ａとしては、両面にターゲットを備え、トンネル１坑内においてターゲットの像を含む画像を両側から撮影可能な構造のものであれば、Ｌ字形でなくても、Ｔ字形などいかなる形状、大きさであっても良い。本発明においては、表裏といった両面使用可能とされたターゲットを板部材に設けられた通孔に嵌合させるとともに、そのターゲットの外周部分を接着剤などにより通孔に固着させたり、溶着または溶接するなどして固定したものをターゲット部材２ａとして用いることができる。また、ターゲット部材２ａとしては、ボルトやナットといった締結手段により板部材にターゲットを固定したものを用いることもできる。また、本発明においてターゲット部材２ａは、板部材に貼付けた構造のターゲットとされていても良い。貼付ける場合には、粘着テープや接着剤を用いることができる。上述したように板部材を用いる場合には、木製、プラスチック製、鋼製といったいかなる材質の板部材でも用いることができる。本発明においては、ターゲット部材２ａを引っ掛けるなどしてトンネル１坑内の周部分に固定したり、上述した粘着テープや接着剤によりターゲット部材２ａをトンネル１坑内の内壁に貼付けることもできる。本発明においては、図１に示すようにターゲット部材２ａをトンネル１坑内の周方向に６個でなくても、必要に応じた個数設けることができる。
【００２２】
図１に示す坑道３に配設されるターゲット部材２ｂは、２つのターゲット部材２ｂが連結部材４により連結されている。連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂに設けられるターゲット間の間隔は、予めスケールなどを使用してその間隔が計測されている。これにより、撮影された画像中の上記ターゲット間の間隔を用いてトンネル１坑内の周方向に配設されるターゲット部材２ａに設けられるターゲットおよび坑道３に配設されるターゲット部材２ｃに設けられるターゲットの三次元位置座標を求めることが可能となる。また、連結部材４に連結されたターゲット部材２ｂは、坑道３の変形を測定するためのターゲット部材２ｃとして用いることも可能である。ターゲット部材２ｂは、両面とも同じ形状、大きさとされ、上記間隔が両面において同じものが好ましい。また、ターゲット部材２ｂは、図１に示すように連結部材４の両端に設けられるものに限らず、連結部材４を複数用いて複数連結されているものを用いても良い。本発明においては、連結部材４に上述したターゲットが設けられているものをスケールとして用いるため、従来のようにスケールに照明をあてて撮影を行う必要がなくなる。
【００２３】
本発明において連結部材４は、連結部材４を介してターゲット部材２ｂに設けられるターゲット間の間隔をスケールとして用いるため、温度による誤差が小さい材質のものが好ましい。また、連結部材４は、移動を容易にするために軽量であることが好ましい。本発明においては、連結部材４としてグラファイト製またはアルミニウム製のものを用いることができる。また、連結部材４は、いかなる形状および大きさであっても良い。さらに、目盛りの付いたスケールを連結部材４として用いることができる。本発明において連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂとしては、目盛りの付いたスケールにターゲットが設けられた構造のものを用いることができる。また、ターゲット部材２ｂとしては、平板の両面にターゲットを貼付けた構造とされていても良い。本発明においてターゲット部材２ｂまたは連結部材４は、トンネル１坑内の坑道３に配置するため、脚などを設けることもできる。
【００２４】
本発明のトンネル坑内の形状測定システムに用いる連結部材４に連結されたターゲット部材２ｂは、持ち運びを容易にするために連結部材４を矩形プレートとし、その矩形プレートに複数のターゲットを所定間隔で設けられたものを用いることもできる。この場合も、各ターゲット間の間隔は、予め計測される。また、複数の矩形プレートにより三角形、四角形を形成するものや、三角すい、四角すいを形成するものを用いることができる。これらは、各頂点部分にターゲットが設けられ、一部が回動、取り外し可能とされているため、折り畳むなどして持ち運ぶことができる。
【００２５】
図１に示す坑道３に配設されるターゲット部材２ｃは、連結部材４が設けられておらず、坑道３の変形を測定するために配置される。図１に示すターゲット部材２ｃには、ターゲット部材２ｃを坑道３上に支持するための脚５が設けられている。本発明において脚５は、いかなる長さ、材質、本数であっても良い。また、本発明においては、脚５はなくても良い。また、ターゲット部材２ｃは、上述したターゲット部材２ａ、２ｂと同様のものを用いることができる。本発明において脚５は、写真測量において持ち運びが容易なように軽量となる材質のものが好ましい。また、脚５は、連結部材４に連結されるターゲット部材２ｂの配置高さと異なる高さとすることができる。こうすることにより、同じ坑道３に配置されるターゲット部材２ｂに設けられるターゲットとターゲット部材２ｃに設けられるターゲットとを容易に区別することができる。また、本発明においては、脚５についても、連結部材４と同様のグラファイト製またはアルミニウム製のものを用いることができる。さらに、本発明においては、坑道３の変形を測定するために必要とされる数のターゲット部材２ｃを配置することができる。
【００２６】
図１に示すターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられるターゲットは、同じ形状、大きさ、材質のものを用いることができる。また、本発明においては、ターゲット部材２ａと、ターゲット部材２ｂと、ターゲット部材２ｃとを容易に区別するために、光学的に区別可能とされたターゲットを用いることも可能である。本発明においては、色や形を変えるなどして区別性を高めたターゲットや、点字のように複数のターゲットを組み合わせて形成したターゲットを用いることもできる。本発明においてターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃに設けられるターゲットは、一方の面とその反対方向を向く面において同じ大きさ、同じ形状とするのが好ましい。また、上述したように、一方の面に設けられるターゲットとその反対方向に向く面に設けられるターゲットとが同じ位置に配設されているものとしてトンネル形状測定を行うために、ターゲット部材２ａ、２ｃの板部材、ターゲット部材２ｂの連結部材４を薄くし、ターゲットの厚さも薄くすることが好ましい。本発明においてターゲットの厚さは、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下である。さらに、本発明においては、上記板部材、連結部材４およびターゲットの厚さを補正してより測定精度を向上させることもできる。
【００２７】
本発明の形状測定システムにおいては、撮影手段６として光学的カメラを用いることができるが、光学的カメラのかわりにディジタルカメラを用いて、後に行われる画像処理及び三次元位置座標の演算を容易にすることもできる。また、本発明においては、各ターゲットを両側から撮影することにより、トンネル１坑内の形状を少ない数のターゲットを用いて精度良く測定することができる。また、配設するターゲット部材２ａが少ないため、ターゲット部材２ａを配設する時間を短縮することができ、また、撮影する画像の数を減らすことができ、さらには撮影時間を短縮することができる。さらに、連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂおよびターゲット部材２ｃは、軽量とされ、容易に移動することが可能であるため、トンネル１坑内を通行する作業用車両などがある場合に容易に移動させることができる。
【００２８】
図２は、本発明のトンネル坑内の形状測定システムの第２の実施の形態を示した図である。図２に示すトンネル１坑内には、トンネル軸方向にターゲット列を形成するように複数のターゲット部材２ａが設置されている。図２に示す実施の形態では、ターゲット列は、２列とされている。また、図２に示すトンネル１坑内には、坑道３に連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂと連結部材４により連結されていないターゲット部材２ｃとが１つのターゲット列を形成するターゲット部材２ａとともに一断面を形成する位置に配置されている。さらに、図２に示すトンネル１坑内には、ターゲット部材２ａ、ターゲット部材２ｂ、ターゲット部材２ｃに設けられる各ターゲットの像を撮影するための撮影手段６と、撮影手段６により撮影した画像を解析し、形状測定を行うための形状測定手段７とが配置されている。
【００２９】
図２に示す実施の形態では、トンネル軸方向の測定精度を向上させるためにターゲット部材２ａによりターゲット列を形成している。本発明においては、多くのターゲット列を形成することによりトンネル軸方向への測定精度を向上させることができるが、撮影した画像に含まれる各ターゲットの同定が困難となり、ターゲットの設置に時間や労力を要するため、２列程度が好ましい。
【００３０】
図２に示す実施の形態においては、形成したターゲット列を挟んで各ターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃの一方に向く面とその面の反対方向に向く面との両方から撮影して写真測量を行うことができる。この場合、連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂおよびターゲット部材２ｃは、いずれかのターゲット列の坑道３に配置される。本発明においては、図２に示すようにターゲット列を形成し、写真測量を行うことにより、トンネル軸方向の精度を向上させ、より迅速に写真測量を行うことができる。
【００３１】
図３は、本発明に用いることができるターゲット部材２ａを例示した図である。図３（ａ）は、Ｌ字状のターゲット部材２ａを所定の方向から見たところを示した図である。図３（ａ）に示すターゲット部材２ａは、中央部分において折り曲げられてＬ字状とされており、曲げられた片側の平板部８の両面にターゲット９が設けられている。ターゲット部材２ａは、概ね写真撮影を行う場合のフラッシュといった光源からの光を反射させて、ターゲット９が撮影された場合に画像上に写真測量に用いる基準点を与えるようことができるように、反射部材といった反射プレート又は反射シートにより構成されている。また、このターゲット９には、光線が照射される部分の面上にターゲット部材２ａの中心決定を行い易くすることができるように、図示しないクロスラインパターン、又は反射方向へと反射光線を集光させるフレネルレンズといった光学的要素を設けておくこともできる。
【００３２】
本発明においてターゲット９は、図１に示すターゲット部材２ａ、図１に示す連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂ、図１に示すターゲット部材２ｃのすべてに図３に示すターゲット部材を用いることができる。図１に示す坑道３に配置するターゲット部材２ｂおよびターゲット部材２ｃは、配置位置、ターゲット間の間隔または高さなどにより区別可能であるが、本発明においては、図１に示すターゲット部材２ｂとターゲット部材２ｃとの大きさ、形状、色などを変えて区別をすることもできる。
【００３３】
また、図３に示すターゲット部材２ａの曲げられた他方の側には、図１に示すトンネル１坑内の内壁に固定するためのボルト穴１０が複数設けられている。図３（ａ）に示すターゲット部材２ａは、ボルト穴１０が設けられた側を図１に示すトンネル１坑内の内壁に隣接させ、内壁にボルトといった締結手段により締結することができるようになっている。この場合、ターゲット部材２ａを配設する箇所においては、覆工にコンクリートを打設する際、ボルトを締結することができるナットなどを配設しておくことにより、容易にボルトを用いて締結して固定することができる。ボルト穴１０が設けられた側を図１に示すトンネル１坑内の内壁に固定すると、ターゲット９を備える平板部８の両面がトンネル軸方向に向くこととなる。これにより、両側から撮影を行い、ターゲット部材２ａに設けられる両面のターゲット９を含む画像を得ることができる。
【００３４】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すターゲット部材２ａを別方向から見たところ示した図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すターゲット部材２ａの中央部分が折り曲げられた形状をしていて、片側の平板部８の両面にターゲット９が設けられている。上述したようにボルト穴１０が設けられた側をトンネル内壁に固定すると、ターゲット９が設けられた平板部８が釣り下がった状態となり、平板部８を挟んで両側に撮影手段を配置し、平板部８の両面を撮影することができるようになっている。これにより、図１に示すトンネル１坑内の内壁にターゲット部材２ａを多数設置することなく、精度良く形状測定を行うことが可能となる。
【００３５】
本発明においてターゲット９としては、上述した反射プレートまたは反射シートを用いることができ、反射プレートまたは反射シートとしては、従来知られているどのような材質、寸法のものでも用いることができる。
【００３６】
また、本発明においてターゲット９としては、三角形、四角形、五角形といった多角形状、円形、星形等いかなる形状を有するものでも良く、必要に応じて立体として形成したものを用いることができる。本発明においては、図１に示すトンネル１坑内に半球形のターゲットを板部材などに配設したものをターゲット部材として用いることもできる。この場合には、対向する面に設ける必要はなく、いかなる角度から撮影してもターゲットの像を得ることができる。また、本発明においては、彩色されたものや色付きのセロファンなどにより反射プレートや反射シートが被覆されたものをターゲット９として用いることもできる。本発明においてターゲット９の大きさは、トンネルの大きさやトンネル坑内の周方向に設置する数などによって適宜決定することができる。
【００３７】
図４は、本発明に用いることができるターゲット部材２ｂを例示した図である。図４（ａ）に示すターゲット部材２ｂは、平板の両面に円形のターゲット９が貼付けられている。また、このターゲット部材２ｂを２つ用い、ターゲット部材２ｂの間を連結部材４により連結されている。連結部材４および平板には、上述した材質のものを用いることができる。図４（ａ）に示すターゲット部材２ｂは、連結部材４を介したターゲット９間の間隔が予めスケールなどを使用して計測されている。本発明においてターゲット部材２ｂは、両方の面にターゲット９が設けられていなくても良く、写真測量において他方から撮影する場合には、他方にターゲット９が向くように配置して使用することができる。また、ターゲット９は、上述したものを用いることができる。
【００３８】
図４（ｂ）に示すターゲット部材２ｂは、ターゲット部材２ｂとしてターゲット９のみが用いられていて、十字形をした連結部材４により各ターゲット９が連結されている。図４（ｂ）に示すターゲット部材２ｂには、図示しない脚が設けられていて、図１に示すトンネル１坑内の坑道３に配置できるようになっている。また、図４（ｂ）に示すターゲット部材２ｂは、隣り合うターゲット９間の間隔が予めスケールにより測定されている。
【００３９】
図４（ｃ）に示すターゲット部材２ｂは、ターゲット部材２ｂとしてターゲット９のみが用いられていて、長さ方向に長くされた連結部材４を３つ用い、互いに連結されていて、各連結部材４にターゲット９が配設されている。また、図４（ｃ）に示すターゲット部材２ｂには、図４（ｂ）と同様、図示しない脚が設けられていて、図１に示すトンネル１坑内の坑道３に配置することができるようになっている。さらに、図４（ｃ）に示すターゲット部材２ｂは、隣り合うターゲット９間の間隔が予めスケールにより測定されている。本発明において連結部材４は、一部着脱可能とされ、その他は回動可能に連結されることにより、折り畳むことができるようにされていても良い。
【００４０】
図４（ｄ）に示すターゲット部材２ｂは、ターゲット部材２ｂとして２以上の複数のターゲット９のみが用いられていて、一方向に長くされた連結部材４に所定間隔でターゲット９が配設されている。また、図４（ｄ）に示すターゲット部材２ｂには、図４（ｂ）および図４（ｃ）と同様に、図示しない脚が設けられていて、図１に示すトンネル１坑内の坑道３に配置することができるようになっている。さらに、図４（ｄ）に示すターゲット部材２ｂは、隣り合うターゲット９の間隔が予めスケールにより測定されている。本発明においてターゲット部材２ｂは、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す実施の形態に限らず、２以上の複数のターゲットが配設されたものであればいかなる形状であっても良い。
【００４１】
図５は、本発明のトンネル坑内の形状測定方法を用いて写真測量を行っているところを示した概略図である。図５に示す実施の形態では、トンネル１坑内の内壁に複数のターゲット部材２ａを設置し、トンネル１坑内の坑道３に連結部材４により連結されたターゲット部材２ｂと脚５が設けられたターゲット部材２ｃとが配置されている。図５に示すターゲット部材２ａは、トンネル１坑内の周方向の変形を測定するために用いられ、ターゲット部材２ｃは、トンネル１坑内の坑道３の変形を測定するために用いられる。図５に示すトンネル１坑内の周方向の変形は、トンネル周囲の地山などから絶えず受ける土圧や地下水による水圧などにより生じ、坑道３の変形は、地殻移動などにより生じる。こういった変形をいち早く察知し、適切な支保工を設置するなどの処置を行うことにより、トンネルの崩落などの危険を未然に防止することができる。
【００４２】
図５に示す実施の形態では、１つの角度からトンネル１坑内の内壁の画像をターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃと共に撮影した後、異なった角度となる位置に撮影手段６を移動させることにより、トンネル１坑内の内壁の画像を撮影し、別の画像を複数得る。また、トンネル軸方向へと進み、両面にターゲット９を備えるターゲット部材２ａ、ターゲット部材２ｂおよびターゲット部材２ｃを上記方向とは反対の方向から撮影する。この場合も、異なった角度となる位置に撮影手段６を移動させることにより、各ターゲット９につき両面の画像を複数得る。また、ターゲット部材２ｂに設けられるターゲット９の像を含む画像を少なくとも１枚撮影する。
【００４３】
このようにして複数の画像を得た後、画像読取り手段及びコンピュータ手段といった形状測定手段７により画像解析を行い、撮影された二次元におけるターゲット部材２ａおよびターゲット部材２ｃに設けられるターゲット９の位置座標を得、撮影角度、撮影距離、トンネル軸の相対的位置、レンズの焦点距離、レンズのひずみ係数、共に撮影したスケールとして用いるターゲット部材２ｂに設けられるターゲット９間の間隔を使用して形状測定手段７によりターゲット部材２ａおよびターゲット部材２ｂに設けられるターゲット９の三次元位置座標を得ることができる。この際に用いることができる計算方法としては、従来知られているいかなる方法でも用いることができる。また、ディジタルカメラを用いる場合には、画像読取り手段は、形状測定手段７に含まれていなくても良い。１つのターゲット部材２ａ、２ｂ、２ｃを両側から撮影した画像を解析し、三次元位置座標を算出することにより、互いに算出した位置座標を使用してより正確な位置座標を求めることができる。この場合、両側において算出したターゲット部材２ａの三次元位置座標を同一点としてターゲット部材２ａのトンネル軸方向に前後のトンネル形状を測定することができる。
【００４４】
図６は、図５において説明した本発明のトンネル坑内の形状測定方法の写真測量において得られる画像を概略的に示した図である。図６に示した実施例では、中央に図１に示すターゲット部材２ｂに設けられるターゲット９ａ、９ｂが中央下側の坑道３に撮影されており、図１に示すターゲット部材２ａに設けられるターゲット９ｃおよび図１に示すターゲット部材２ｃに設けられるターゲット９ｄがそれぞれ図１に示すトンネル１坑内の周部分１１、坑道３に示されている。図６（ａ）は、所定の位置から各ターゲット９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを含むように撮影して得られたトンネル坑内の画像を示した図である。図６（ａ）に示す画像では、すべてのターゲット９が円形の形状とされ、坑道３に配置されている図１に示す連結部材４に連結されるターゲット９ａ、９ｂと図１に示すターゲット９ｄは、高さが異なるために区別可能とされている。また、図６（ａ）に示す画像には、所定間隔で弧を描くようにターゲット９ｃが複数示されている。図６（ｂ）は、各ターゲット９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを含むように図６（ａ）とは異なる位置から撮影して得られたトンネル坑内の内壁の画像である。
【００４５】
図６（ａ）および図６（ｂ）によれば、ターゲット９が周部分１１、坑道３に１列にのみ配設されているため、各ターゲット９の同定を容易に行うことができる。また、図６（ａ）および図６（ｂ）に示す画像下側に図１に示す連結部材４に連結されるターゲット部材２ｂに設けられるターゲット９ａ、９ｂが示され、このターゲット９ａ、９ｂの間隔に基づいて三次元位置座標を算出することができる。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すターゲット９ａとターゲット９ｂとの間隔は、上述したように予めスケールを用いて正確に計測されている。また、図１に示すターゲット部材２ａ、ターゲット部材２ｂおよびターゲット部材２ｃには、図６（ａ）および図６（ｂ）の画像に示されるターゲット９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが互いに対向する面である裏側の面にも設けられていて、裏側からも写真測量が行われる。
【００４６】
【発明の効果】
従って、本発明のトンネル坑内の形状測定システムおよび形状測定方法は、互いに対向する面それぞれにターゲットが配設されたターゲット部材を用いることにより、写真測量による測定精度を向上させることができる。また、ターゲット部材は、トンネルの一断面を形成するように配設されるため、ターゲットの使用数を減少させるとともに区別性のあるターゲットを用いることなく、撮影した画像の各ターゲットの同定を容易にする。さらに、ターゲットの使用数が減少することにより撮影時間を短縮することができる。
【００４７】
また、トンネル坑内の坑道に配設するターゲット部材および連結部材により連結されたターゲット部材は、軽量で移動可能とされているため、トンネル坑内において作業用車両の通行があるといった場合においても写真測量を行うことが可能である。
【００４８】
さらに、トンネル軸方向への形状測定においては、トンネル坑内の周部分に設置するターゲット部材の数が少なく、坑道部分に配置するターゲット部材も移動可能であるため、容易に配設して写真測量を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のトンネル坑内の形状測定システムの第１の実施の形態を示した図。
【図２】  本発明のトンネル坑内の形状測定システムの第２の実施の形態を示した図。
【図３】  本発明に用いることができるターゲット部材を例示した図。
【図４】  本発明に用いることができるターゲット部材を例示した図。
【図５】  本発明のトンネル坑内の形状測定方法を用いて写真測量を行っているところを示した概略図。
【図６】  図５において説明した本発明のトンネル坑内の形状測定方法の写真測量において得られる画像を概略的に示した図。
【符号の説明】
１…トンネル
２ａ、２ｂ、２ｃ…ターゲット部材
３…坑道
４…連結部材
５…脚
６…撮影手段
７…形状測定手段
８…平板部
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ…ターゲット
１０…ボルト穴
１１…周部分
【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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