特開 2023-13815 表面変位計測方法および表面変位計測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023013815

(43)【公開日】2023-01-26

(54)【発明の名称】表面変位計測方法および表面変位計測システム

(51)【国際特許分類】

   G01C 7/02 20060101AFI20230119BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20230119BHJP

【ＦＩ】

G01C7/02

G01B11/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021118247

(22)【出願日】2021-07-16

(71)【出願人】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】512094410

【氏名又は名称】西華デジタルイメージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097102

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 敬夫

(74)【代理人】

【識別番号】100098796

【弁理士】

【氏名又は名称】新井 全

(74)【代理人】

【識別番号】100121647

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 和孝

(74)【代理人】

【識別番号】100187377

【弁理士】

【氏名又は名称】芳野 理之

(72)【発明者】

【氏名】北原 剛

(72)【発明者】

【氏名】木暮 睦

(72)【発明者】

【氏名】早瀬 宏文

(72)【発明者】

【氏名】鵜飼 泰希

(72)【発明者】

【氏名】福里 克彦

(72)【発明者】

【氏名】直江 紀英

(72)【発明者】

【氏名】松島 進一

(72)【発明者】

【氏名】小林 周平

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA01

2F065AA04

2F065AA06

2F065AA24

2F065FF04

2F065FF05

2F065FF09

2F065GG04

2F065GG21

2F065HH07

2F065JJ19

2F065JJ26

2F065QQ08

2F065QQ17

2F065QQ24

2F065QQ25

2F065QQ26

2F065QQ31

2F065SS01

2F065SS09

(57)【要約】

【課題】工事中における測定対象面の隆起や沈下などの変位をリアルタイムで計測することができる表面変位計測方法および表面変位計測システムを提供すること。
【解決手段】表面変位計測方法は、ランダムドットパターンを測定対象面に投影する投影工程（Ｓ１１）と、測定対象面を撮影する撮影工程（Ｓ１２）と、撮影画像に基づいて測定対象面に投影されたドットの位置を三角測量により計測し、測定対象面の三次元形状を構築する計測工程（Ｓ１３）と、三次元形状に対して予め指定された複数のメッシュを生成し、計測工程において計測されたドットの位置の情報に基づいて三次元形状をメッシュ毎に局所平面で近似する局所平面近似工程（Ｓ１４）と、局所平面からメッシュの任意点の座標を計算し、任意点の高さを算出する高さ算出工程（Ｓ１５、Ｓ１８）と、任意点の高さの経時変化を算出する変化算出工程（Ｓ１９）と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工事中における測定対象面の変位を計測する表面変位計測方法であって、
投影部によりランダムドットパターンを前記測定対象面に投影する投影工程と、
前記測定対象面に設置されたステレオカメラを含む撮影部により、前記ランダムドットパターンが投影された前記測定対象面を撮影する撮影工程と、
前記撮影部により撮影された撮影画像に基づいて前記測定対象面に投影されたドットの位置を三角測量により計測し、前記測定対象面の三次元形状を構築する計測工程と、
前記三次元形状に対して予め指定された複数のメッシュを生成し、前記計測工程において計測された前記ドットの位置の情報に基づいて前記三次元形状を前記メッシュ毎に局所平面で近似する局所平面近似工程と、
前記局所平面から前記メッシュの任意点の座標を計算し、前記任意点の高さを算出する高さ算出工程と、
前記任意点の高さの経時変化を算出する変化算出工程と、
を備えたことを特徴とする表面変位計測方法。

【請求項2】

前記複数のメッシュのうちから変位が生じない少なくとも３つの不動領域を設定する不動領域設定工程と、
前記少なくとも３つの不動領域の不動点の座標に基づいて前記測定対象面を基準平面で近似する基準平面近似工程と、
をさらに備え、
前記高さ算出工程において、前記基準平面と前記メッシュの任意点の座標とを比較することにより前記メッシュの前記任意点の高さを算出することを特徴とする請求項１に記載の表面変位計測方法。

【請求項3】

前記不動領域設定工程において、前記ステレオカメラの視野の範囲内における周辺の領域を前記不動領域として設定することを特徴とする請求項２に記載の表面変位計測方法。

【請求項4】

前記投影工程において、複数の前記投影部により前記ランダムドットパターンを前記測定対象面の全面に投影し、
前記撮影工程において、複数の前記撮影部により、前記ランダムドットパターンが投影された前記測定対象面の全面を撮影することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の表面変位計測方法。

【請求項5】

前記投影工程において、前記投影部から赤外光を照射し、前記ランダムドットパターンを前記測定対象面に投影することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の表面変位計測方法。

【請求項6】

前記経時変化の変化量および変化率の少なくともいずれかを前記撮影部により撮影された前記撮影画像に重ねて表示する画像処理工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の表面変位計測方法。

【請求項7】

前記経時変化の変化量および変化率の少なくともいずれかが閾値を超えると、警告を報知する報知工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の表面変位計測方法。

【請求項8】

工事中における測定対象面の変位を計測する表面変位計測システムであって、
ランダムドットパターンを前記測定対象面に投影する投影部と、
前記測定対象面に設置され、前記ランダムドットパターンが投影された前記測定対象面を撮影するステレオカメラを含む撮影部と、
前記撮影部により撮影された撮影画像に基づいて前記測定対象面に投影されたドットの位置を三角測量により計測する計測処理端末と、
を備え、
前記計測処理端末は、前記ドットの位置の情報に基づいて前記測定対象面の三次元形状を構築し、前記三次元形状に対して予め指定された複数のメッシュを生成し、前記ドットの位置の情報に基づいて前記三次元形状を前記メッシュ毎に局所平面で近似し、前記局所平面から前記メッシュの任意点の座標を計算して前記任意点の高さを算出し、前記任意点の高さの経時変化を算出する制御を実行することを特徴とする表面変位計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地表面の隆起や沈下などの変位を計測する表面変位計測方法および表面変位計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、路面の沈下や地盤沈下等を非接触で計測する沈下測定方法が開示されている。特許文献１に記載された沈下測定方法では、複数回の測定毎に、レーザー測距手段を、沈下測定対象面外の非沈降領域に設定された前回の測定時と同一位置もしくはその近傍に配置し、レーザー光の照射方向を、前回の測定時と同じ方向に設定し、測定ポイントまでの斜め距離もしくは水平距離が前回の測定時と同一もしくはほぼ同じ距離である場合には、測定ポイントの沈下が無いと判定するか、もしくは微小であると判定する。

【0003】

特許文献１に記載されたレーザー測距手段は、水平角度方向と鉛直角度方向を指定することによって、指定された方向にレーザー光線を照射して、その反射光を測定し、反射点までの距離を測定して距離信号を出力する測距機能を備えている。

【0004】

ここで、地下工事や地盤改良工事などの屋外工事では、地表面の隆起や沈下などの変位をリアルタイムで計測することが望まれている。しかし、特許文献１に記載された沈下測定方法では、レーザー測距手段が地表面にレーザー光線を照射して、その反射光を測定し、反射点すなわち測定点の三次元座標を算出する。そのため、特許文献１に記載された沈下測定方法では、地表面の全体の三次元座標を計測するために比較的長い時間が必要であり、地表面の隆起や沈下などの変位をリアルタイムで計測することが困難であるという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４－２３３２４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、工事中における測定対象面の隆起や沈下などの変位をリアルタイムで計測することができる表面変位計測方法および表面変位計測システム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】

【0007】

前記課題は、工事中における測定対象面の変位を計測する表面変位計測方法であって、投影部によりランダムドットパターンを前記測定対象面に投影する投影工程と、前記測定対象面に設置されたステレオカメラを含む撮影部により、前記ランダムドットパターンが投影された前記測定対象面を撮影する撮影工程と、前記撮影部により撮影された撮影画像に基づいて前記測定対象面に投影されたドットの位置を三角測量により計測し、前記測定対象面の三次元形状を構築する計測工程と、前記三次元形状に対して予め指定された複数のメッシュを生成し、前記計測工程において計測された前記ドットの位置の情報に基づいて前記三次元形状を前記メッシュ毎に局所平面で近似する局所平面近似工程と、前記局所平面から前記メッシュの任意点の座標を計算し、前記任意点の高さを算出する高さ算出工程と、前記任意点の高さの経時変化を算出する変化算出工程と、を備えたことを特徴とする本発明に係る表面変位計測方法により解決される。

【0008】

本発明に係る表面変位計測方法によれば、例えばトータルステーションや三次元スキャナなどを用いて測定対象面の全体の三次元座標を取得するわけではなく、ランダムドットパターンが投影部により投影された測定対象面を、測定対象面に設置されたステレオカメラを含む撮影部により撮影する。そして、撮影部により撮影された撮影画像に基づいて測定対象面に投影されたドットの位置を三角測量により計測し、測定対象面の三次元形状を構築する。続いて、三次元形状に対して予め指定された複数のメッシュを生成し、計測工程において計測されたドットの位置の情報に基づいて三次元形状をメッシュ毎に局所平面で近似する。続いて、局所平面からメッシュの任意点の座標を計算して任意点の高さを算出し、任意点の高さの経時変化を算出する。

【0009】

そのため、本発明に係る表面変位計測方法では、測定対象面の変位（例えば、高さの変化）を計測する時間を短縮化し、工事中における測定対象面の隆起や沈下などの変位をリアルタイムで計測することができる。また、本発明に係る表面変位計測方法では、パターンやマーキングを測定対象面に塗装するわけではなく、ランダムドットパターンを測定対象面に投影するため、測定対象面（すなわち地表面）の利用者（例えばパイロット等）がパターンやマーキングを誤認することを抑えることができる。さらに、本発明に係る表面変位計測方法では、測定対象面の三次元形状に対して複数のメッシュを生成し三次元形状をメッシュ毎に局所平面で近似するため、投影されたドットの位置の部分に変位が生じた場合でも、より高い精度で測定対象面の変位を計測できる。

【0010】

本発明に係る表面変位計測方法は、好ましくは、前記複数のメッシュのうちから変位が生じない少なくとも３つの不動領域を設定する不動領域設定工程と、前記少なくとも３つの不動領域の不動点の座標に基づいて前記測定対象面を基準平面で近似する基準平面近似工程と、をさらに備え、前記高さ算出工程において、前記基準平面と前記メッシュの任意点の座標とを比較することにより前記メッシュの前記任意点の高さを算出することを特徴とする。

【0011】

本発明に係る表面変位計測方法によれば、複数のメッシュのうちから変位（例えば、高さの変化）が生じない少なくとも３つの不動領域を設定し、少なくとも３つの不動領域の不動点の座標に基づいて測定対象面を基準平面で近似する。そして、高さ算出工程において、基準平面とメッシュの任意点の座標とを比較することによりメッシュの任意点の高さを算出する。そのため、ステレオカメラを含む撮影部が測定対象面に設置されていても、撮影部が設置された領域の変位による影響を抑え、工事中における測定対象面の隆起や沈下などの変位をより高い精度で計測することができる。

【0012】

本発明に係る表面変位計測方法は、好ましくは、前記不動領域設定工程において、前記ステレオカメラの視野の範囲内における周辺の領域を前記不動領域として設定することを特徴とする。

【0013】

本発明に係る表面変位計測方法によれば、不動領域設定工程において、ステレオカメラの視野の範囲内における周辺の領域を不動領域として設定する。そのため、変位が生じない不動領域をより適切に設定することができ、工事中における測定対象面の隆起や沈下などの変位をより高い精度で計測することができる。

【0014】

本発明に係る表面変位計測方法は、好ましくは、前記投影工程において、複数の前記投影部により前記ランダムドットパターンを前記測定対象面の全面に投影し、前記撮影工程において、複数の前記撮影部により、前記ランダムドットパターンが投影された前記測定対象面の全面を撮影することを特徴とする。

【0015】

本発明に係る表面変位計測方法によれば、投影工程において、複数の投影部によりランダムドットパターンを測定対象面の全面に投影する。また、撮影工程において、複数の撮影部により、ランダムドットパターンが投影された測定対象面の全面を撮影する。これにより、測定対象面の全面の隆起や沈下などの変位をリアルタイムかつより高い精度で計測することができる。

【0016】

本発明に係る表面変位計測方法は、好ましくは、前記投影工程において、前記投影部から赤外光を照射し、前記ランダムドットパターンを前記測定対象面に投影することを特徴とする。

【0017】

本発明に係る表面変位計測方法によれば、投影部から赤外光を照射してランダムドットパターンを測定対象面に投影するため、工事が夜間に行われる場合であっても、測定対象面の隆起や沈下などの変位をリアルタイムで計測することができる。

【0018】

本発明に係る表面変位計測方法は、好ましくは、前記経時変化の変化量および変化率の少なくともいずれかを前記撮影部により撮影された前記撮影画像に重ねて表示する画像処理工程をさらに備えたことを特徴とする。

【0019】

本発明に係る表面変位計測方法によれば、経時変化の変化量および変化率の少なくともいずれかが、撮影部により撮影された測定対象面の画像に重ねて表示される。そのため、工事の作業者等は、測定対象面の変位が比較的大きい位置を視覚的に認識することができる。

【0020】

本発明に係る表面変位計測方法は、好ましくは、前記経時変化の変化量および変化率の少なくともいずれかが閾値を超えると、警告を報知する報知工程をさらに備えたことを特徴とする。

【0021】

本発明に係る表面変位計測方法によれば、工事の作業者等は、測定対象面において比較的大きい変位が生じたことをリアルタイムで認識できる。また、工事の作業者等は、隆起や沈下などの変位が生ずる場所を予測することが困難な場合であっても、変位の初期段階において変位の兆候をリアルタイムで認識できる。さらに、工事の作業者等が変位の初期段階において変位の兆候をリアルタイムで認識できるため、測定対象面の隆起や沈下などのトラブルが工事中に生ずることを未然に抑えることができる。

【0022】

前記課題は、工事中における測定対象面の変位を計測する表面変位計測システムであって、ランダムドットパターンを前記測定対象面に投影する投影部と、前記測定対象面に設置され、前記ランダムドットパターンが投影された前記測定対象面を撮影するステレオカメラを含む撮影部と、前記撮影部により撮影された撮影画像に基づいて前記測定対象面に投影されたドットの位置を三角測量により計測する計測処理端末と、を備え、前記計測処理端末は、前記ドットの位置の情報に基づいて前記測定対象面の三次元形状を構築し、前記三次元形状に対して予め指定された複数のメッシュを生成し、前記ドットの位置の情報に基づいて前記三次元形状を前記メッシュ毎に局所平面で近似し、前記局所平面から前記メッシュの任意点の座標を計算して前記任意点の高さを算出し、前記任意点の高さの経時変化を算出する制御を実行することを特徴とする本発明に係る表面変位計測システムにより解決される。

【0023】

本発明に係る表面変位計測システムによれば、例えばトータルステーションや三次元スキャナなどを用いて測定対象面の全体の三次元座標を取得するわけではなく、投影部がランダムドットパターンを測定対象面に投影し、ステレオカメラを含む撮影部が、ランダムドットパターンが投影された測定対象面を撮影する。また、計測処理端末は、撮影部により撮影された撮影画像に基づいて測定対象面に投影されたドットの位置を三角測量により計測する。そして、計測処理端末は、ドットの位置の情報に基づいて測定対象面の三次元形状を構築し、三次元形状に対して予め指定された複数のメッシュを生成し、ドットの位置の情報に基づいて三次元形状をメッシュ毎に局所平面で近似し、局所平面からメッシュの任意点の座標を計算して任意点の高さを算出し、任意点の高さの経時変化を算出する制御を実行する。

【0024】

そのため、本発明に係る表面変位計測システムは、測定対象面の変位（例えば、高さの変化）を計測する時間を短縮化し、工事中における測定対象面の隆起や沈下などの変位をリアルタイムで計測することができる。また、本発明に係る表面変位計測システムは、パターンやマーキングを測定対象面に塗装するわけではなく、ランダムドットパターンを測定対象面に投影するため、測定対象面（すなわち地表面）の利用者（例えばパイロット等）がパターンやマーキングを誤認することを抑えることができる。さらに、本発明に係る表面変位計測システムは、測定対象面の三次元形状に対して複数のメッシュを生成し三次元形状をメッシュ毎に局所平面で近似するため、投影されたドットの位置の部分に変位が生じた場合でも、より高い精度で測定対象面の変位を計測できる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、工事中における測定対象面の隆起や沈下などの変位をリアルタイムで計測することができる表面変位計測方法および表面変位計測システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施形態に係る表面変位計測システムを表す模式図である。

【図2】本実施形態の計測処理端末を表すブロック図である。

【図3】本実施形態の計測ユニットを表す平面図である。

【図4】本実施形態に係る表面変位計測方法を説明するフローチャートである。

【図5】本実施形態に係る表面変位計測方法の投影工程を説明する模式図である。

【図6】本実施形態に係る表面変位計測方法の撮影工程および計測工程を説明する模式図である。

【図7】本実施形態に係る表面変位計測方法の局所平面近似工程を説明する模式図である。

【図8】本実施形態に係る表面変位計測方法の高さ算出工程の少なくとも一部を説明する模式図である。

【図9】本実施形態に係る表面変位計測方法の不動領域設定工程および基準平面近似工程を説明する模式図である。

【図10】本実施形態に係る表面変位計測方法の高さ算出工程の少なくとも一部を説明する模式図である。

【図11】メッシュの任意点の高さの経時変化の一例を例示するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0028】

図１は、本発明の実施形態に係る表面変位計測システムを表す模式図である。
図２は、本実施形態の計測処理端末を表すブロック図である。
図３は、本実施形態の計測ユニットを表す平面図である。

【0029】

図１～図３に表したように、本実施形態に係る表面変位計測システム２は、計測処理端末３と、ＢＦＦ（Backends For Frontends）４と、各種端末５と、を備える。図１に表したように、計測処理端末３は、測定対象面６に設置される。測定対象面６は、地下工事や地盤改良工事などの屋外工事が施工される現場の地表面である。測定対象面６として、例えば空港の滑走路などが挙げられる。但し、本実施形態の測定対象面６は、空港の滑走路に限定されるわけではない。例えば、測定対象面６は、橋梁工事の張出施工中やＰＣ緊張中の橋面や、打設中のコンクリート表面や、根切掘削作業中の山留め表面、斜面および底面や、近接施工中の既存構造物の表面や、擁壁や補強盛土壁施工中の壁面などであってもよい。

【0030】

測定対象面６の一辺の長さＬ１、Ｌ２は、例えば約４０メートル以上、６０メートル以下程度である。図１に表したように、測定対象面６は、例えば、第１計測領域６１と、第２計測領域６２と、第３計測領域６３と、第４計測領域６４と、に分けられる。各計測領域６１、６２、６３、６４の一辺の長さＬ３、Ｌ４は、例えば約２０メートル以上、３０メートル以下程度である。なお、測定対象面６の一辺の長さＬ１、Ｌ２、測定対象面６を各計測領域６１、６２、６３、６４の分ける方法、および各計測領域６１、６２、６３、６４の一辺の長さＬ３、Ｌ４は、一例であり、これだけに限定されるわけではない。

【0031】

図１に表したように、計測処理端末３は、各計測領域６１、６２、６３、６４の隅に設置される。なお、計測処理端末３の設置位置は、これだけに限定されず、例えば各計測領域６１、６２、６３、６４の中心部であってもよい。

【0032】

図２に表したように、計測処理端末３は、計測処理部３２と、中継処理機３３と、を有する。また、本実施形態の計測処理端末３は、計測ユニット３１をさらに有する。なお、計測ユニット３１は、計測処理端末３として計測処理部３２および中継処理機３３と一体的に設けられていてもよく、計測処理部３２および中継処理機３３とは別体として設けられていてもよい。すなわち、計測ユニット３１と、計測処理部３２および中継処理機３３と、は、計測処理端末３として一体的に設けられていてもよく、互いに別体として設けられていてもよい。本実施形態の説明では、計測ユニット３１が、計測処理端末３として計測処理部３２および中継処理機３３と一体的に設けられた場合を例に挙げる。

【0033】

図３に表したように、計測ユニット３１は、投影部３１１と、撮影部３１２と、を有する。投影部３１１は、赤外光を測定対象面６に向かって照射し、ランダムドットパターン３１６（図５参照）を測定対象面６に投影する。投影部３１１としては、例えばドットプロジェクタが挙げられる。ランダムドットパターン３１６は、例えば５００点以上の複数のドット３１７（図５参照）を含む。すなわち、投影部３１１は、例えば５００点以上の複数のドット３１７を含むランダムドットパターン３１６を測定対象面６に投影する。

【0034】

撮影部３１２は、第１カメラ３１３と、第２カメラ３１４と、を有する。第１カメラ３１３および第２カメラ３１４は、ステレオカメラを構成する。すなわち、撮影部３１２は、第１カメラ３１３および第２カメラ３１４により構成されたステレオカメラを含む。撮影部３１２は、第１カメラ３１３および第２カメラ３１４により、ランダムドットパターン３１６が投影された測定対象面６を撮影する。

【0035】

計測ユニット３１は、三脚等の支持装置を用いて測定対象面６に設置される。具体的には、計測ユニット３１は、測定対象面６から例えば約２メートル以上、３メートル以下程度の高さに設置される。なお、計測ユニット３１の設置高さは、これだけに限定されるわけではない。また、計測処理端末３は、複数の計測ユニット３１を有していてもよい。これによれば、各計測領域６１、６２、６３、６４において、ランダムドットパターン３１６が広範囲にわたって投影されるとともに、測定対象面６が広範囲にわたって撮影される。

【0036】

計測処理部３２は、撮影部３１２により撮影された撮影画像を撮影部３１２から受信し、撮影部３１２により撮影された撮影画像に基づいて測定対象面６に投影されたドット３１７の位置を三角測量により計測する。ランダムドットパターン３１６が複数のドット３１７を含むため、計測処理部３２は、ランダムドットパターン３１６に含まれる複数のドット３１７のすべての位置を三角測量により計測する。計測処理部３２は、ドット３１７の位置として三次元座標を算出する。ランダムドットパターン３１６が複数のドット３１７を含むため、計測処理部３２は、複数のドット３１７の位置として複数の三次元座標を含む点群データを算出する。計測処理部３２が実行する処理の詳細については、後述する。

【0037】

中継処理機３３は、例えばＷｉ－Ｆｉなどの無線通信のアクセスポイントを兼ねており、計測処理部３２の計測結果に関するデータを無線通信によりＢＦＦ４に送信する。あるいは、中継処理機３３は、後述するように、計測処理部３２により生成された警告報知に関するデータを無線通信によりＢＦＦ４に送信する。警告報知に関するデータは、例えば、測定対象面６の高さの経時変化の変化量ΔＨ（図１１参照）および変化率Ｒ１（図１１参照）の少なくともいずれかが閾値を超えると、計測処理部３２により生成される。

【0038】

ＢＦＦ４は、中継処理機３３を経由して計測処理部３２から受信した計測結果に関するデータおよび警告報知に関するデータを、例えばＷｉ－ＦｉやＬＴＥ（Long Term Evolution）などの無線通信により各種端末５に送信する。本実施形態の各種端末５は、操作携帯端末５１と、監視用携帯端末５２と、拠点監視用端末５３と、を含む。例えば、ＢＦＦ４は、測定対象面６の近傍や周囲に存在する操作携帯端末５１および監視用携帯端末５２に対してＷｉ－Ｆｉ通信により各種データを送信する。例えば、ＢＦＦ４は、測定対象面６から遠隔地に存在する拠点監視用端末５３に対してＬＴＥ通信により各種データを送信する。なお、中継処理機３３およびＢＦＦ４に使用される無線通信規格は、Ｗｉ－ＦｉおよびＬＴＥに限定されるわけではない。

【0039】

次に、本実施形態に係る表面変位計測方法を、図面を参照して詳しく説明する。
図４は、本実施形態に係る表面変位計測方法を説明するフローチャートである。
図５は、本実施形態に係る表面変位計測方法の投影工程を説明する模式図である。
図６は、本実施形態に係る表面変位計測方法の撮影工程および計測工程を説明する模式図である。
図７は、本実施形態に係る表面変位計測方法の局所平面近似工程を説明する模式図である。
図８は、本実施形態に係る表面変位計測方法の高さ算出工程の少なくとも一部を説明する模式図である。
図９は、本実施形態に係る表面変位計測方法の不動領域設定工程および基準平面近似工程を説明する模式図である。
図１０は、本実施形態に係る表面変位計測方法の高さ算出工程の少なくとも一部を説明する模式図である。
図１１は、メッシュの任意点の高さの経時変化の一例を例示するグラフである。

【0040】

本実施形態に係る表面変位計測方法において、まず、図５に表したように、投影部３１１により赤外光を測定対象面６に向かって照射し、複数のドット３１７を含むランダムドットパターン３１６を測定対象面６に投影する（ステップＳ１１）。具体的には、投影部３１１により複数のドット３１７を含むランダムドットパターン３１６を各計測領域６１、６２、６３、６４に投影する。本実施形態のステップＳ１１の処理工程は、本発明の「投影工程」の一例である。ステップＳ１１では、複数の投影部３１１によりランダムドットパターン３１６を測定対象面６の全面に投影することが望ましい。

【0041】

続いて、図６に表したように、測定対象面６に設置されたステレオカメラを含む撮影部３１２により、ランダムドットパターン３１６が投影された測定対象面６を撮影する（ステップＳ１２）。本実施形態のステップＳ１２の処理工程は、本発明の「撮影工程」の一例である。ステップＳ１２では、複数の撮影部３１２により、ランダムドットパターン３１６が投影された測定対象面６の全面を撮影することが望ましい。

【0042】

続いて、図６に表したように、撮影部３１２により撮影された撮影画像に基づいて測定対象面６に投影されたドット３１７の位置を三角測量により計測する（ステップＳ１３）。具体的には、ランダムドットパターン３１６が複数のドット３１７を含むため、ランダムドットパターン３１６に含まれる複数のドット３１７のすべての位置を三角測量により計測する。そして、測定対象面６の三次元形状を構築する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の処理は、計測処理部３２により実行される。本実施形態のステップＳ１３の処理工程は、本発明の「計測工程」の一例である。

【0043】

続いて、図７に表したように、ステップＳ１３において構築された三次元形状に対して予め指定された複数のメッシュ６６を生成する（ステップＳ１４）。メッシュ６６の一辺の長さＬ５、Ｌ６は、例えば約５メートル程度である。そして、ステップＳ１３において計測されたドット３１７の位置の情報（すなわち三次元座標データ）に基づいて、ステップＳ１３において構築された三次元形状をメッシュ６６毎に局所平面で近似する（ステップＳ１４）。具体的には、ステップＳ１３において計測されたドット３１７の位置の情報（すなわち三次元座標データ）に基づいて、最小二乗法によりメッシュ６６の局所平面関数を計算する。ステップＳ１４の処理は、計測処理部３２により実行される。本実施形態のステップＳ１４の処理工程は、本発明の「局所平面近似工程」の一例である。

【0044】

続いて、図８に表したように、ステップＳ１４において生成された局所平面、すなわち最小二乗法により算出されたメッシュ６６の局所平面関数からメッシュ６６の任意点３１８の座標を計算する（ステップＳ１５）。メッシュ６６の任意点３１８としては、例えばメッシュ６６の中心点が挙げられる。但し、任意点３１８は、必ずしもメッシュ６６の中心点でなくともよく、メッシュ６６の範囲内の任意の点であればよい。ステップＳ１５の処理は、計測処理部３２により実行される。本実施形態のステップＳ１５の処理工程は、本発明の「高さ算出工程」の一例である。

【0045】

続いて、図９に表したように、複数のメッシュ６６のうちから変位（例えば、高さの変化）が生じない少なくとも３つの不動領域６７を設定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６の処理は、計測処理部３２により自動的に実行されてもよく、本実施形態に係る表面変位計測システム２の使用者の操作に応じて計測処理部３２により実行されてもよい。このとき、計測処理部３２は、例えば、ステレオカメラの視野の範囲内における周辺の領域を不動領域６７として設定する。本実施形態のステップＳ１６の処理工程は、本発明の「不動領域設定工程」の一例である。

【0046】

続いて、ステップＳ１６において設定された少なくとも３つの不動領域６７の不動点３１９の座標に基づいて測定対象面６を基準平面で近似する（ステップＳ１７）。具体的には、ステップＳ１６において設定された少なくとも３つの不動領域６７の不動点３１９の座標に基づいて、少なくとも３つの不動領域６７の不動点３１９を含む基準平面関数を計算する。不動領域６７の不動点３１９としては、例えば不動領域６７の中心点が挙げられる。ステップＳ１７の処理は、計測処理部３２により実行される。本実施形態のステップＳ１７の処理工程は、本発明の「基準平面近似工程」の一例である。

【0047】

続いて、図１０に表したように、ステップＳ１７において近似された基準平面、すなわち少なくとも３つの不動領域６７の不動点３１９を含む基準平面関数と、ステップＳ１５において計算されたメッシュ６６の任意点３１８の座標と、を比較することによりメッシュ６６の任意点３１８の高さを算出する（ステップＳ１８）。つまり、少なくとも３つの不動領域６７の不動点３１９を含む基準平面からのメッシュ６６の任意点３１８の高さを算出する。これにより、メッシュ６６の任意点３１８の高さが、高さマップに変換される。ステップＳ１８の処理は、計測処理部３２により実行される。本実施形態のステップＳ１８の処理工程は、本発明の「高さ算出工程」の一例である。

【0048】

続いて、ステップＳ１８において算出されたメッシュ６６の任意点３１８の高さの経時変化を算出する（ステップＳ１９）。図１１に表したグラフは、ステップＳ１９において算出されたメッシュ６６の任意点３１８の高さの経時変化の一例である。図１１に表したグラフの横軸は、時間を表す。本実施形態に係る表面変位計測システム２および表面変位計測方法が使用される時間は、例えば約５時間以上、１２時間以下程度である。図１１に表したグラフの縦軸は、メッシュ６６の任意点３１８の高さを表す。ステップＳ１９の処理は、計測処理部３２により実行される。本実施形態のステップＳ１９の処理工程は、本発明の「変化算出工程」の一例である。

【0049】

続いて、ステップＳ１９において算出されたメッシュ６６の任意点３１８の高さの経時変化の変化量ΔＨおよび変化率Ｒ１の少なくともいずれかを、撮影部３１２により撮影された撮影画像（すなわち測定対象面６の画像）に重ねて表示する（ステップＳ２０）。例えば、計測処理部３２は、メッシュ６６の任意点３１８の初期の高さＨ０と、メッシュ６６の任意点３１８の任意タイミングの高さＨ１と、の差（すなわち変化量ΔＨ）を、撮影部３１２により撮影された撮影画像に重ねて各種端末５の画面に表示する処理を実行する。あるいは、計測処理部３２は、メッシュ６６の任意点３１８の高さの経時変化の変化率Ｒ１、すなわち単位時間当たり変化量を、撮影部３１２により撮影された撮影画像に重ねて各種端末５の画面に表示する処理を実行する。あるいは、計測処理部３２は、変化量ΔＨおよび変化率Ｒ１の両方を撮影部３１２により撮影された撮影画像に重ねて各種端末５の画面に表示する処理を実行する。本実施形態のステップＳ２０の処理工程は、本発明の「画像処理工程」の一例である。

【0050】

続いて、ステップＳ２１において、ステップＳ１９において算出されたメッシュ６６の任意点３１８の高さの経時変化の変化量ΔＨおよび変化率Ｒ１の少なくともいずれかが閾値を超えたか否かを判断する。例えば、メッシュ６６の任意点３１８の初期の高さＨ０と、メッシュ６６の任意点３１８の任意タイミングの高さＨ１と、の差（すなわち変化量ΔＨ）が、閾値を超えた場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、計測処理部３２は、警告報知に関するデータを生成し、中継処理機３３およびＢＦＦ４を経由して警告報知に関するデータを各種端末５に送信する。これにより、計測処理部３２は、各種端末５を介して本実施形態に係る表面変位計測システム２の使用者に対して警告を報知する（ステップＳ２２）。

【0051】

あるいは、例えば、メッシュ６６の任意点３１８の高さの経時変化の変化率Ｒ１、すなわち単位時間当たり変化量が、閾値を超えた場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、計測処理部３２は、警告報知に関するデータを生成し、中継処理機３３およびＢＦＦ４を経由して警告報知に関するデータを各種端末５に送信する。これにより、計測処理部３２は、各種端末５を介して本実施形態に係る表面変位計測システム２の使用者に対して警告を報知する（ステップＳ２２）。本実施形態のステップＳ２１およびステップＳ２２の処理工程は、本発明の「報知工程」の一例である。

【0052】

警告の報知は、例えば、計測処理部３２が各種端末５の画面に警告を表示する画像処理を実行することにより達成されてもよく、計測処理部３２が各種端末５のＬＥＤランプ等を点灯させる処理を実行することにより達成されてもよく、あるいは、計測処理部３２が各種端末５に対して音を発生させる処理を実行することにより達成されてもよい。

【0053】

メッシュ６６の任意点３１８の高さの経時変化の変化量ΔＨおよび変化率Ｒ１が閾値を超えない場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、およびステップＳ２２に続いて、計測処理部３２は、表面変位計測を終了するか否かを判断する（ステップＳ２３）。表面変位計測を終了する場合には（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、計測処理部３２は、表面変位計測を終了する。一方で、表面変位計測を終了しない場合には（ステップＳ２３：ＮＯ）、ステップＳ１１に関して前述した処理を実行する。

【0054】

以上説明したように、本実施形態に係る表面変位計測システム２および表面変位計測方法によれば、例えばトータルステーションや三次元スキャナなどを用いて測定対象面６の全体の三次元座標を取得するわけではなく、ランダムドットパターン３１６が投影部３１１により投影された測定対象面６を、測定対象面６に設置されたステレオカメラを含む撮影部３１２により撮影する。そして、撮影部３１２により撮影された撮影画像に基づいて測定対象面６に投影されたドット３１７の位置を三角測量により計測し、測定対象面６の三次元形状を構築する。続いて、三次元形状に対して予め指定された複数のメッシュ６６を生成し、計測工程において計測されたドット３１７の位置の情報に基づいて三次元形状をメッシュ６６毎に局所平面で近似する。続いて、局所平面からメッシュ６６の任意点３１８の座標を計算して任意点３１８の高さを算出し、任意点３１８の高さの経時変化を算出する。

【0055】

そのため、本実施形態に係る表面変位計測システム２および表面変位計測方法では、測定対象面６の変位（例えば、高さの変化）を計測する時間を短縮化し、工事中における測定対象面６の隆起や沈下などの変位をリアルタイムで計測することができる。また、本実施形態に係る表面変位計測システム２および表面変位計測方法では、パターンやマーキングを測定対象面６に塗装するわけではなく、ランダムドットパターン３１６を測定対象面６に投影するため、測定対象面６（すなわち地表面）の利用者（例えばパイロット等）がパターンやマーキングを誤認することを抑えることができる。さらに、本実施形態に係る表面変位計測システム２および表面変位計測方法では、測定対象面６の三次元形状に対して複数のメッシュ６６を生成し三次元形状をメッシュ６６毎に局所平面で近似するため、投影されたドット３１７の位置の部分に変位が生じた場合でも、より高い精度で測定対象面６の変位を計測できる。

【0056】

また、前述したように、本実施形態に係る表面変位計測システム２および表面変位計測方法によれば、複数のメッシュ６６のうちから変位が生じない少なくとも３つの不動領域６７を設定し、少なくとも３つの不動領域６７の不動点３１９の座標に基づいて測定対象面６を基準平面で近似する。そして、高さ算出工程において、基準平面とメッシュ６６の任意点３１８の座標とを比較することによりメッシュ６６の任意点３１８の高さを算出する。そのため、ステレオカメラを含む撮影部３１２が測定対象面６に設置されていても、撮影部３１２が設置された領域の変位による影響を抑え、工事中における測定対象面６の隆起や沈下などの変位をより高い精度で計測することができる。

【0057】

また、不動領域設定工程において、ステレオカメラの視野の範囲内における周辺の領域を不動領域６７として設定する。そのため、変位が生じない不動領域６７をより適切に設定することができ、工事中における測定対象面６の隆起や沈下などの変位をより高い精度で計測することができる。

【0058】

また、投影工程において、複数の投影部３１１によりランダムドットパターン３１６を測定対象面６の全面に投影し、撮影工程において、複数の撮影部３１２により、ランダムドットパターン３１６が投影された測定対象面６の全面を撮影する場合には、測定対象面６の全面の隆起や沈下などの変位をリアルタイムかつより高い精度で計測することができる。

【0059】

また、投影工程において、投影部３１１から赤外光を照射してランダムドットパターン３１６を測定対象面６に投影するため、工事が夜間に行われる場合であっても、測定対象面６の隆起や沈下などの変位をリアルタイムで計測することができる。

【0060】

また、画像処理工程において、メッシュ６６の任意点３１８の高さの経時変化の変化量ΔＨおよび変化率Ｒ１の少なくともいずれかを撮影部３１２により撮影された撮影画像に重ねて表示するため、工事の作業者等は、測定対象面６の変位が比較的大きい位置を視覚的に認識することができる。

【0061】

また、報知工程において、メッシュ６６の任意点３１８の高さの経時変化の変化量ΔＨおよび変化率Ｒ１の少なくともいずれかが閾値を超えると警告を報知するため、工事の作業者等は、測定対象面６において比較的大きい変位が生じたことをリアルタイムで認識できる。また、工事の作業者等は、隆起や沈下などの変位が生ずる場所を予測することが困難な場合であっても、変位の初期段階において変位の兆候をリアルタイムで認識できる。さらに、工事の作業者等が変位の初期段階において変位の兆候をリアルタイムで認識できるため、測定対象面の隆起や沈下などのトラブルが工事中に生ずることを未然に抑えることができる。

【0062】

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。

【符号の説明】

【0063】

２：表面変位計測システム、 ３：計測処理端末、 ４：ＢＦＦ、 ５：各種端末、 ６：測定対象面、 ３１：計測ユニット、 ３２：計測処理部、 ３３：中継処理機、 ５１：操作携帯端末、 ５２：監視用携帯端末、 ５３：拠点監視用端末、 ６１：第１計測領域、 ６２：第２計測領域、 ６３：第３計測領域、 ６４：第４計測領域、 ６６：メッシュ、 ６７：不動領域、 ３１１：投影部、 ３１２：撮影部、 ３１３：第１カメラ、 ３１４：第２カメラ、 ３１６：ランダムドットパターン、 ３１７：ドット、 ３１８：任意点、 ３１９：不動点、 Ｒ１：変化率、 ΔＨ：変化量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】