(57)【要約】【課題】本発明は、一つのボーリング孔で地盤の三次元変位が得られ、絶対傾斜角度が測定でき、地中の三次元変位を測定でき、構造が簡単で製造コストを安価にしうる傾斜測定計及び傾斜測定計を使用した地盤変位測定装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】  本発明は、撮像部材と、撮像部材の傾斜認識部材を有し、撮像部材によって傾斜認識部材の傾斜状態を撮像し、撮像画像から傾斜角を測定する傾斜測定計であり、傾斜認識部材は、球体を回転自在として内設した測定容器と球体の表面に設けられた複数個の傾斜認識マーカーと水平回動規制部材と垂直回動規制部材を備え、撮像部材で複数個の傾斜認識マーカーの移動を撮像し、撮像画像から傾斜角を測定することを特徴とする。【選択図】              図１
2005283183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ内上方に設置された撮像部材と、
該撮像部材の下方に設けられた傾斜認識部材と、を有し、
前記撮像部材によって傾斜認識部材の傾斜状態を撮像し、該撮像画像から傾斜角を測定する傾斜測定計であり、
前記傾斜認識部材は、
球体を回転自在として内設した測定容器と、前記球体の表面に設けられた複数個の傾斜認識マーカーと、前記球体の水平回動を規制して常時一定方向へ制御する水平回動規制部材と、球体の垂直方向への回動を規制して常時垂直方向へ制御する垂直回動規制部材と、を備え、
前記撮像部材で前記複数個の傾斜認識マーカーの移動を撮像し、該撮像画像から傾斜角を測定することを特徴とする傾斜測定計。
【請求項２】
前記水平回動規部材は永久磁石により形成し、前記垂直回動規制部材は、球体内部に収納固定された錘により形成した、ことを特徴とする請求項１記載の傾斜測定計。
【請求項３】
地中掘削された掘削孔内に収納されるガイドパイプと、前記ガイドパイプ内に移動自在にして収納され、前記ガイドパイプの傾斜角を測定する請求項１または請求項２記載の傾斜測定計と、
を備えて構成されたことを特徴とする地盤変位測定装置。
【請求項４】
前記傾斜測定計には、前記撮像部材と傾斜認識部材との間に、円錐台状をなすと共に、中央の軸方向には貫通孔が設けられ、前記円錐面が反射ミラーとして形成されたコーンミラーが配置され、
前記反射ミラーによりガイドパイプの内壁長手方向に設けられたパイプ伸張マーカーの撮像が可能とされ、かつ前記貫通孔を通過して傾斜認識部材の傾斜認識マーカーの撮像が可能とされた、
ことを特徴とする請求項１，請求項２または請求項３記載の傾斜測定計及び傾斜測定計を使用した地盤変位測定装置。
【請求項５】
前記傾斜認識マーカー、パイプ伸張認識マーカーは色違いの標点で  形成された、
ことを特徴とする請求項４記載の傾斜測定計及び傾斜測定計を使用した地盤変位測定装置。
【請求項６】
前記傾斜認識マーカー、パイプ伸張認識マーカーは外形を異ならせた標点で形成された、
ことを特徴とする請求項４記載の傾斜測定計及び傾斜測定計を使用した地盤変位測定装置。
【請求項７】
前記撮像部材には魚眼レンズが装着され、前記傾斜認識マーカー及びパイプ伸張認識マーカーが撮像可能とされた、
ことを特徴とする請求項４、請求項５または請求項６記載の地盤変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として地盤の変位を測定するために使用される傾斜測定計及び傾斜測定計を使用した地盤変位測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（従来技術の概要）
従来、いわゆる二次元の傾斜計測を行う測定方法として、板バネや差動トランスを利用したものが一般に知られている（従来型傾斜計）。
【０００３】
また、地盤内の三次元変位を測定する技術としては、多点三成分岩盤変位形（トリベック）や地盤変位測定装置（特許第3300888号公報）が知られている。
【０００４】
地盤内に設置したガイド管の挙動に追随して移動するコーンミラー先端部の挙動を計測するものとしては特許第3435630号公報に記載されたものが知られている。
【０００５】
そして、傾斜角を測定するものと、相当数のクリノメータを内蔵し傾斜角を測定するものもあり（特許第3435630号公報）、伸縮方向についての測定はカメラによってガイド管接続部を撮影することによって計測している（特許第3300888号公報、特許第3435630号公報）。
【０００６】
さらに、ボアホールカメラの地中内のカメラ撮影方向を確定する手段として磁針方位計を内蔵する（特開平01-210594号公報参照）もの、また特開平01-146394号公報記載のようにボールを転動自在に収納したリング部材を取付け、方位を計測するものもある。
【０００７】
ここで、前記した二次元の傾斜計を用いた測方方法では、鉛直または水平ボーリング対応で、通常の有効測定ボーリング傾斜角度が±１０°程度であり任意方向に対しては柔軟に対応できない。
【０００８】
また、三次元方向のトリベックについては、三方向の変位を計測できるが鉛直ボーリングのみの適用で、測定深度も１００ｍまでであり、かつ孔径１２６ｍｍの大口径ボーリング孔が必要とされていた。
【０００９】
さらに、任意の方向のボーリング孔に対応できるが、傾斜角の測定が相対傾斜角度であり、相対角度を累積することによって任意位置での絶対角度を計算しているため計測誤差が伝搬してしまうとの課題があった。
【００１０】
またボアホールカメラ内臓の磁針方位計は方位測定のみが可能であり、傾斜角は算出できないとの課題があった。
【特許文献１】特許第3300888号公報
【特許文献２】特許第3435630公報
【特許文献３】特開平01-210594号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
かくして、本発明は前記従来の課題に対処すべく創案されたもので、一つのボーリング孔で、例えば地盤の三次元変位が得られ、かつ従来からの地盤変位測定装置の欠点である相対角度の測定ではなく、任意深度での絶対傾斜角度が測定でき、計測誤差を伝搬することなく地中の三次元変位を測定でき、しかも構造が比較的簡単で製造コストを安価にしうる傾斜測定計及び傾斜測定計を使用した地盤変位測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による傾斜測定計及び傾斜測定計を使用した地盤変位測定装置は、
プローブ内上方に設置された撮像部材と、
該撮像部材の下方に設けられた傾斜認識部材と、を有し、
前記撮像部材によって傾斜認識部材の傾斜状態を撮像し、該撮像画像から傾斜角を測定する傾斜測定計であり、
前記傾斜認識部材は、
球体を回転自在として内設した測定容器と、前記球体の表面に設けられた複数個の傾斜認識マーカーと、前記球体の水平回動を規制して常時一定方向へ制御する水平回動規制部材と、球体の垂直方向への回動を規制して常時垂直方向へ制御する垂直回動規制部材と、を備え、
前記撮像部材で前記複数個の傾斜認識マーカーの移動を撮像し、該撮像画像から傾斜角を測定することを特徴とし、
または、
前記水平回動規部材は永久磁石により形成し、前記垂直回動規制部材は、球体内部に収納固定された錘により形成した、ことを特徴とし、
または、
地中掘削された掘削孔内に収納されるガイドパイプと、前記ガイドパイプ内に移動自在にして収納され、前記ガイドパイプの傾斜角を測定する請求項１または請求項２記載の傾斜測定計と、
を備えて構成されたことを特徴とし、
または、
前記傾斜測定計には、前記撮像部材と傾斜認識部材との間に、円錐台状をなすと共に、中央の軸方向には貫通孔が設けられ、前記円錐面が反射ミラーとして形成されたコーンミラーが配置され、
前記反射ミラーによりガイドパイプの内壁長手方向に設けられたパイプ伸張マーカーの撮像が可能とされ、かつ前記貫通孔を通過して傾斜認識部材の傾斜認識マーカーの撮像が可能とされた、
ことを特徴とし、
または、
前記傾斜認識マーカー、パイプ伸張認識マーカーは色違いの標点で  形成された、
ことを特徴とし、
または、
前記傾斜認識マーカー、パイプ伸張認識マーカーは外形を異ならせた標点で形成された、
ことを特徴とし、
または、
前記撮像部材には魚眼レンズが装着され、前記傾斜認識マーカー及びパイプ伸張認識マーカーが撮像可能とされた、
ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による傾斜測定計及び傾斜測定計を使用した地盤変位測定装置であれば、一つのボーリング孔で、例えば地盤の三次元変位が得られ、かつ従来からの地盤変位測定装置の欠点である相対角度の測定ではなく、任意深度での絶対傾斜角度が測定でき、計測誤差を伝搬することなく地中の三次元変位を測定でき、しかも構造が比較的簡単で製造コストを安価にしうるとの優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明による傾斜測定計１の一実施例を示す構成説明図である。
【００１６】
該傾斜測定計１は、略円筒状をなすプローブ２内上方位置にＣＣＤカメラ３が配置され、その下側に傾斜認識部材４が配置されている。
【００１７】
傾斜認識部材４は略円筒形状をなし、透明色よりなる部材で構成された容器本体５の内部に回転自在の傾斜認識球体６が密封されて構成されている。符号７は軽油などで構成された潤滑液であり、前記傾斜認識球体６の外周側と容器本体５との間に注入され、前記傾斜認識球体６の容器本体５内での自在な回転をスムーズなものとしている。しかして、以上により測定容器８が構成される。
【００１８】
次に、傾斜認識球体６は図６から理解されるように、その内部には該傾斜認識球体６の水平回動を規制して常時一定の方向へ向くよう制御する水平回動規制部材９が内設され、また該傾斜認識球体６の垂直方向への回動を規制し、常時垂直方向へ向くよう制御する垂直回動規制部材１０が内設されている。  
従って、傾斜認識球体６はいかなる箇所に設置されようと、水平方向及び垂直方向などにつき必ず同じ方向に向くようになっている。
【００１９】
ここで、前記水平回動規制部材９及び垂直回動規制部材１０について何らその構成部材が限定されるものではないが、水平回動規制部材９は図６に示すように棒状の永久磁石によって構成できるし、垂直規制回動部材１０は例えば球状の錘を傾斜認識球体６の内部下側に固定して取り付けることにより構成することができる。
【００２０】
そして、この傾斜認識球体６の表面には図３から理解されるように、複数個の傾斜認識マーカー１１が設けられている。
【００２１】
本実施例での傾斜認識マーカー１１は色違いの標点として形成されている。
【００２２】
すなわち当該傾斜認識球体６の水平方向及び垂直方向の回動が規制された状態で、例えばその上方中央位置には赤色の評点として、所定の間隔をおいて図３において左から黒色の評点、さらに黒色の評点そして青色の評点として形成し、その下側に所定間隔をおいて左から青色の評点、緑色の評点、黒色の評点として、さらにその下側には所定の間隔をおいて、左から青色の評点、黒色の評点そして黒色の評点とし、下方中央位置にはピンク色の評点を設けてある。
【００２３】
尚、傾斜認識マーカー１１の構成については前記のように色違いの評点で構成するのみならず、形状を異ならせて構成したもの、あるいは数字や文字を異ならせて構成したものなどＣＣＤカメラ３によって違いが認識できるものであればどのような構成でも構わない。
【００２４】
ところで、図１に示されるように、ＣＣＤカメラ３と傾斜認識球体６との間には円錐台形状に形成され、中央軸方向に貫通孔１２が穿設されたいわゆる中抜けコーンミラー１３が設けられている。
【００２５】
該中抜けコーンミラー１３の円錐面は反射ミラーとして構成され、例えば透明色からなる部材で形成された観測窓１４越しにガイドパイプ１５の伸張度を計測できるものとされている。
【００２６】
また、前記の貫通孔１２越しには傾斜認識球体６上の各評点も計測できる様に構成されている。
【００２７】
図４，図５にその計測状態を示す。中央の円内は貫通孔１２越しにＣＣＤカメラ３で撮像された傾斜認識球体６上の評点、すなわち傾斜認識マーカー１１であり、その外側四方向放射状に撮像された評点はガイドパイプ１５などの内壁の周面４カ所に設けられたパイプ伸張認識マーカー１６である。
【００２８】
尚、図２にはＣＣＤカメラ３の先端にいわゆる広角に認識出来る魚眼レンズ１７を装着したもので、これにより前記の中抜けコーンミラー１３を必要とせずに、傾斜認識球体６上の傾斜認識マーカー１１の動き及びガイドパイプ１５内壁のパイプ伸張マーカー１６の動きを測定できる。
【００２９】
以上において、例えば地盤の変位を測定する場合、その箇所にボーリング孔１８を穿設し、該ボーリング孔１８内にガイドパイプ１５を挿入する。
【００３０】
ここで、ガイドパイプ１５の構成については図１、図２に示されており、複数本の円筒状パイプを長手方向につないで構成する。そしてその接合については連結用パイプ１９を使用して連結している。
【００３１】
図１、図２から理解されるように、連結パイプ１９の両端からは、たとえば合成樹脂製のブチルゴムなど可撓性を有する部材で構成されたひれ状の止水部材２０が各々取り付けられており、ガイドパイプ１５と連結用パイプ１９との間の止水性を保持するものとしている。
【００３２】
ここで、隣り合うガイドパイプ１５，１５と連結用パイプ１９との接続であるが、図から理解されるように一方側のガイドパイプ１５と連結用パイプ１９との接合部には金属製のねじ部材２１等で完全固定され、他方側のガイドパイプ１５と連結用パイプ１９との接合部はプラスチックリベット２２などで仮固定してある。
【００３３】
よってガイドパイプ１５が地盤の変位により伸縮する際に前記プラスチックリベット２２が簡単に剪断されて、その部分の連結がずれて外れるよう構成されている。
【００３４】
尚、一方側ガイドパイプ１５の内側部分には伸縮測定プレート２３が固定されている。すなわち、一方側ガイドパイプ１５と伸縮測定プレート２３とはその接合部２箇所においてプレート固定ねじ２４，２４で固定され、他方側のガイドパイプ１５と伸縮測定プレート２３との接合部は連結しないフリーな状態としてある。
【００３５】
さらに、この伸縮測定プレート２３の内側部分には前記の評点状をなすパイプ伸張認識マーカー１６が少なくとも１個設けられ、その近傍位置のガイドパイプ１５内壁部部には前記の評点状をなすパイプ伸張認識マーカー１６が長手方向に向かって所定の間隔をおき複数個設けられている。
【００３６】
ここで、傾斜測定計１をガイドパイプ１５の最先端側、すなわち一番奥の箇所まで降下させる。そして、その時点での傾斜度を確認しておく。
【００３７】
その傾斜角度は前記傾斜確認マーカー１１の移動距離を測定することにより容易に認識できる。
【００３８】
その認識方法を図４及び図５を参照して説明する。図４と図５から理解されるように、傾斜があるとＣＣＤカメラ３に撮像されている傾斜認識マーカー１１が移動する。
【００３９】
ここで、当該画像から得られる情報としては、Ｘ、Ｙ方向の移動をピクセル量として認識できる。
Ｘ方向の移動ピクセル量＝δＸ、Ｙ方向の移動ピクセル量＝δＹとする。
そして、事前キャリブレーションにより、１ピクセルが傾斜角の何度に相当するかを
換算係数＝α  として求めておく。
そして、    θｘ＝α×δＸ    θｙ＝α×δＹ  との式により、
傾斜角度を計算する。
また、ガイドパイプ１５における、たとえば全体の傾斜を測定する場合には、例えば５０センチメートルピッチで傾斜角度を測定し、距離を乗ずることで累積変位を計算することが出来る。  
さらに、前記した伸縮測定プレート２３はガイドパイプ１５の内壁周囲方向４箇所に所定間隔をおいて取り付けられており、その４箇所のうちいずれの箇所でガイドパイプ１５が伸張したかが図４及び図５に示すパイプ伸張認識マーカー１６、１６間の長さの変化で認識することが出来る。
【００４０】
ところで、本発明の傾斜認識球体６には下半球の外周面にも傾斜認識マーカー１１が設けられている。
【００４１】
これは地盤の変位を測定するために傾斜測定計１を上から下に向けて挿入するのみならず、例えばトンネルの内壁上面に設けたボーリング孔に上側に向けて挿入し、当該地盤の変位を測定することなどを考慮してのことである。
【００４２】
このように、本発明による傾斜測定計１であれば、ボーリング孔が下側に向けて掘削されていても、あるいは上側に向けて掘削されていても、さらには横向きに掘削されていても、該ボーリング孔に挿入してオールラウンドに地盤の変位など傾斜角度を測定することが出来る。
このように、本発明では、ボーリング孔を用いて、三次元変位の傾斜情報を得るために、従来の地盤変位測定装置の様に相対角度の検出しか測定できないものではなく、任意深度での絶対傾斜角度を求めることができる。
【００４３】
すなわち、ＣＣＤカメラ３の先端側に、傾斜認識球体６として構成したいわゆる磁針ボール式傾斜計を一体化させて設置し、該傾斜認識球体６表面には、例えば、４５°ピッチで傾斜認識マーカー１１である色違いの評点をつけておく。
【００４４】
そして球体内部にセットした水平回動規制部材９である永久磁石によって必ず一定の水平方向へ向くよう方位を決めておく。また、錘などの垂直方向回動規制部材１０によって必ず垂直方向へ向くよう方位を決めておく。
【００４５】
すると、前記傾斜認識球体６は、傾斜があるとともにその表面の評点が移動する様に見えるのでその移動量から角度を計算するのである。
【００４６】
この計算については前記の式などからＣＣＤカメラ３に接続したコンピュータ２５によって自動的に行われる。
【００４７】
尚、傾斜角度が４５°を超える場合には、当初ＣＣＤカメラ３の撮像画面端部にみえた評点が中央付近に移動してくるので、色づけした他の異なる評点の位置情報から角度を補正して計測すればよいことになる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
例えば、特許第３３００８８８号公報に記載された従来のシステム（相対傾斜角計測装置）に着脱式のオプションとして本発明による傾斜測定計を取り付けることにより、併用型のシステムとして使用することができる。  
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による地盤変位測定装置の概略構成を説明する構成説明図である。
【００５０】
【図２】他の実施例による地盤変位測定装置の概略構成を説明する構成説明図である。
【００５１】
【図３】傾斜認識球体の構成を説明する構成説明図である。
【００５２】
【図４】ＣＣＤカメラでの撮像画面を説明する説明図（その１）である。
【００５３】
【図５】ＣＣＤカメラでの撮像画面を説明する説明図（その２）である。
【００５４】
【図６】本発明による傾斜認識部材の構成を説明する説明図である。
【００５５】
【図７】傾斜認識マーカーの移動距離によって傾斜角θを測定する状態を説明する説明図である。
【００５６】
【図８】本発明による地盤変位測定装置の使用状態を説明する説明図（その１）である。
【００５７】
【図９】本発明による地盤変位測定装置の使用状態を説明する説明図（その２）である。
【００５８】
【図１０】従来例の構成を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１    傾斜測定計
２    プローブ
３    ＣＣＤカメラ
４    傾斜認識部材
５    容器本体
６    傾斜認識球体
７    潤滑液
８    測定容器
９    水平回動規制部材
１０  垂直回動規制部材
１１  傾斜認識マーカー
１２  貫通孔
１３  中抜けコーンミラー
１４  透明窓
１５  ガイドパイプ  
１６  パイプ伸張認識マーカー
１７  魚眼レンズ
１８  ボーリング孔
１９  連結用パイプ
２０  止水部材
２１  ねじ部材
２２  プラスチックリベット
２３  伸縮測定プレート
２４  固定ねじ
２５  コンピュータ
【図１】
2005283183.tif 000003
【図２】
2005283183.tif 000004
【図３】
2005283183.tif 000005
【図４】
2005283183.tif 000006
【図５】
2005283183.tif 000007
【図６】
2005283183.tif 000008
【図７】
2005283183.tif 000009
【図８】
2005283183.tif 000010
【図９】
2005283183.tif 000011
【図１０】
2005283183.tif 000012