特許 7304781 トンネル切羽状態表示システム、及びトンネル切羽状態表示方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-29

(45)【発行日】2023-07-07

(54)【発明の名称】トンネル切羽状態表示システム、及びトンネル切羽状態表示方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/00 20060101AFI20230630BHJP

   G06T 7/70 20170101ALI20230630BHJP

   G06T 7/00 20170101ALI20230630BHJP

   G06T 7/593 20170101ALI20230630BHJP

   G03B 35/00 20210101ALI20230630BHJP

【ＦＩ】

E21D9/00 Z

E21D9/00 C

G06T7/70 B

G06T7/00 610A

G06T7/593

G03B35/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019167990

(22)【出願日】2019-09-17

(65)【公開番号】P2021046663

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2022-06-07

(73)【特許権者】

【識別番号】303057365

【氏名又は名称】株式会社安藤・間

(74)【代理人】

【識別番号】110001335

【氏名又は名称】弁理士法人 武政国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】鶴田 亮介

(72)【発明者】

【氏名】多寳 徹

【審査官】高橋 雅明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０７２７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２３３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６３０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５７７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０８１８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０５１４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０４３２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１７６４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／００

Ｇ０６Ｔ ７／７０

Ｇ０６Ｔ ７／００

Ｇ０６Ｔ ７／５９３

Ｇ０３Ｂ ３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネル切羽の状態を表示するシステムにおいて、
トンネル内を移動することができる移動体と、
前記移動体に搭載される２以上の画像取得手段と、
前記移動体に搭載される３以上の反射体と、
前記移動体に搭載されるスペクトルカメラと、
前記移動体に搭載され、トンネル切羽の温度分布を取得することができる温度分布センサと、
トンネル切羽を分割した小領域によって構成されるトンネル切羽の３次元モデルに基づいて、該小領域ごとに３次元空間における面傾斜角度を算出する面傾斜度算出手段と、
前記面傾斜角度に基づいて前記小領域ごとに色情報を設定することで、トンネル切羽の法線画像を作成する法線画像作成手段と、
前記法線画像をフィルター処理することによって、亀裂を抽出するとともに亀裂の間隔を求める亀裂間隔算出手段と、
前記亀裂間隔算出手段によって求められた亀裂間隔と、あらかじめ設定された亀裂間隔閾値と、を照らし合わせることによってトンネル切羽の亀裂評価点を設定する亀裂評価点設定手段と、
発破削孔時の情報に基づいて、トンネル切羽の岩盤強度を推定するとともに座標が付与されたトンネル切羽の岩盤強度分布図を作成する岩盤強度分布図作成手段と、
前記亀裂間隔算出手段によって抽出された亀裂に基づいて、座標が付与されたトンネル切羽の亀裂分布図を作成する亀裂分布図作成手段と、
前記スペクトルカメラによって取得されたトンネル切羽のスペクトルデータと、あらかじめ用意された風化の程度ごとのスペクトルデータと、を照らし合わせることによってトンネル切羽の岩盤風化分布を評価するとともに、該スペクトルカメラの位置及び姿勢に基づいて、座標が付与されたトンネル切羽の岩盤風化区分図を作成する岩盤風化区分図作成手段と、
前記温度分布センサによって取得されたトンネル切羽の温度分布と、該温度分布センサの位置及び姿勢に基づいて、座標が付与されたトンネル切羽の湧水分布図を作成する湧水分布図作成手段と、を備え、
前記画像取得手段は、前記移動体との相対的位置、及び相対的姿勢があらかじめ把握され、
前記スペクトルカメラと前記温度分布センサは、それぞれ前記移動体との相対的位置、及び相対的姿勢があらかじめ把握され、
トンネル内に設置された測量機器が前記反射体を視準することによって、前記画像取得手段のトンネル内における位置と姿勢が得られるとともに、前記３次元モデルにはトンネル内における３次元座標が付与され、
前記法線画像作成手段は、前記面傾斜角度の傾斜角度と傾斜方位に応じた前記色情報を設定し、
前記岩盤強度分布図、前記亀裂分布図、前記岩盤風化区分図、及び前記湧水分布図は、相互に重畳表示することができる、
ことを特徴とするトンネル切羽状態表示システム。

【請求項2】

前記法線画像作成手段は、直交するＲ軸とＧ軸とＢ軸からなる３次元の「色空間」を設定するとともに、該色空間を構成する６つの頂点からなる「色相環」を設定し、該色相環の中心からいずれかの該頂点に向かう基準ベクトルを定め、
また前記法線画像作成手段は、前記傾斜方位に応じた「方位係数」を前記基準ベクトルの大きさに乗じて「回転長」を求めるとともに、該回転長の線分を前記色相環の中心周りに前記傾斜角度だけ回転して該色相環における極座標を求め、
さらに前記法線画像作成手段は、前記極座標を前記色空間に配置することによってＲＧＢ値を得るとともに、前記小領域に当該ＲＧＢ値を付与する、
ことを特徴とする請求項１記載のトンネル切羽状態表示システム。

【請求項3】

前記法線画像作成手段は、前記傾斜角度に基づいて色相Ｈを求めるとともに、前記傾斜方位に応じた彩度Ｓを求め、当該色相Ｈと当該彩度Ｓとあらかじめ設定された明度ＶからなるＨＳＶ値を換算することによってＲＧＢ値を算出し、前記小領域に当該ＲＧＢ値を付与する、
ことを特徴とする請求項１記載のトンネル切羽状態表示システム。

【請求項4】

前記岩盤強度分布図に基づいて、トンネル切羽の岩盤強度評価点を設定する岩盤強度評価点設定手段と、
前記岩盤風化区分図に基づいて、トンネル切羽の岩盤風化評価点を設定する岩盤風化度評価点設定手段と、
前記湧水分布図に基づいて、トンネル切羽の湧水状態評価点を設定する湧水状態評価点設定手段と、
前記亀裂評価点、前記岩盤強度評価点、前記岩盤風化評価点、及び前記湧水状態評価点を含む要素に基づいて、トンネル切羽の総合評価点を設定する総合評価点設定手段と、をさらに備えた、
ことを特徴とする請求項１記載のトンネル切羽状態表示システム。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれに記載の前記トンネル切羽状態表示システムを用いて、トンネル切羽の状態を表示する方法であり、
トンネル内に設置された測量機器が前記反射体を視準することによって、前記画像取得手段のトンネル内における位置と姿勢を取得する工程と、
トンネル内における位置と姿勢が把握された２以上の画像取得手段によって、トンネル切羽の画像を取得する観測工程と、
前記観測工程で取得した前記画像に基づいて、トンネル切羽を分割した小領域によって構成されるトンネル切羽の３次元モデルを作成する切羽モデル作成工程と、
前記法線画像作成手段によって、トンネル切羽の法線画像を作成する画像作成工程と、を備え、
前記切羽モデル作成工程で作成される前記３次元モデルには、トンネル内における３次元座標が付与され、
前記画像作成工程では、前記面傾斜角度の傾斜角度と傾斜方位に応じた前記色情報を設定する、
ことを特徴とするトンネル切羽状態表示方法。

【請求項6】

前記観測工程では、トンネル切羽付近に設置された常設の照明を消灯するとともに、前記移動計測体に搭載された照明機器でトンネル切羽に投光した状態で、前記画像取得手段によってトンネル切羽の前記画像を取得する、
ことを特徴とする請求項５記載のトンネル切羽状態表示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、掘削中のトンネル切羽の状態を表示する技術であり、より具体的には、トンネル切羽の３次元モデルに基づいて得られる色情報を用いてトンネル切羽の状態を表示する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

我が国の国土は、およそ２／３が山地であるといわれており、そのため道路や線路など（以下、「道路等」という。）は必ずといっていいほど山地部を通過する区間がある。この山地部で道路等を構築するには、斜面の一部を掘削する切土工法か、地山の内部をくり抜くトンネル工法のいずれかを採用するのが一般的である。トンネル工法は、切土工法に比べて施工単価（道路等延長当たりの工事費）が高くなる傾向にあるものの、切土工法よりも掘削土量（つまり排土量）が少なくなる傾向にあるうえ、道路等の線形計画の自由度が高い（例えば、ショートカットできる）といった特長があり、これまでに建設された国内のトンネルは１０，０００を超えるといわれている。

【0003】

山岳トンネルの施工方法としては、昭和５０年代までは鋼アーチ支保工に木矢板を組み合わせて地山を支保する「矢板工法」が主流であったが、現在では地山強度を積極的に活かすＮＡＴＭ（Ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）が主流となっている。ＮＡＴＭは、地山が有する強度（アーチ効果）に期待する設計思想が主な特徴であり、そのため従来の矢板工法に比べトンネル支保工の規模を小さくすることができ、しかも施工速度を上げることができることから施工コストを減縮することができる。

【0004】

またＮＡＴＭは、本格的に実施されて以来、飛躍的に掘削技術が進歩しており、種々の補助工法が開発されることによって様々な地山に対応することができるようになり、さらに掘削機械（特に、自由断面掘削機）の進歩によって発破掘削のほか機械掘削も選択できるようになった。この機械掘削は、掘削断面積や線形にもよるものの一般的には比較的低い強度（例えば、一軸圧縮強度が４９Ｎ／ｍｍ^２以下）の地山に対して採用されることが多く、一方、対象地山に岩盤が存在する場合はやはり発破掘削が採用されることが多い。

【0005】

ここでＮＡＴＭによる掘削手順について簡単に説明する。はじめに、トンネル切羽の掘削を行う。発破掘削の場合は、ドリルジャンボによって削孔して火薬（ダイナマイト）を装填し、作業員と機械が退避したうえで発破する。一方、機械掘削の場合は、自由断面掘削機によってトンネル切羽を切削していく。１回（１サイクル）の掘削進行長（１スパン長）は地山の強度に応じて設定される支保パターンによって異なるが、一般的には１．０ｍ～２．０ｍのスパン長で掘削が行われる。１スパン長の掘削を行うと、不安化した地山部分（浮石など）を落とす「こそく」を行いながらダンプトラック（あるいはレール工法）によってズリを搬出（ズリ出し）する。そしてズリ出し後に、必要に応じて１次コンクリート吹付けを行ったうえで必要に応じて（支保パターンによって）鋼製支保工を建て込み、２次コンクリート吹付けを行った後にロックボルトの打設を行う。なお、１次コンクリート吹付けと２次コンクリート吹付けは、掘進したスパン長分、すなわち素掘り部分のトンネル内周面（側壁から天端にかけた周面）に対して行われる。

【0006】

ＮＡＴＭにおいてトンネル切羽を安定させることは、安全施工の意味からも極めて重要であり、地山強度や湧水、あるいはトンネル切羽の挙動等によっては、トンネル切羽に対して補助工法が行われる。例えば、トンネル切羽を安定させるためのコンクリート吹付け（鏡吹付け）やロックボルト（鏡ボルト）の打設、水抜きボーリング、あるいは先受け工としてのフォアポーリングや長尺フォアパイリングなどが行われる。このうちトンネル切羽のコンクリート吹付けは、段取りや作業が比較的容易であり、トンネル切羽の縦断方向（掘進方向）の緩みを抑えることができるうえ、トンネル切羽の肌落ちを防止することができ、しかも膨張性地山の場合は空気や水分から隔離することができることから、実践的かつ効果的な補助工法といえる。

【0007】

またＮＡＴＭは、計測工（Ａ計測やＢ計測）を併用するいわゆる情報化施工であり、計測結果に応じて掘削パターンを変更し、あるいは補助工法を採用する。計測工としては、周辺地山の挙動を計測する内空変位や天端沈下、打設したロックボルトの軸力を計測するロックボルト軸力計測、そして切羽観察などが挙げられる。この切羽観察は、文字どおりトンネル切羽を観察する計測工であり、地山が最も露出したトンネル切羽から得られる情報は有効かつ多量であることを考えれば、今後の掘削を進めていくうえで極めて重要な計測工のひとつである

【0008】

従来、切羽観察は人の目視によって行われ、その結果を野帳などにスケッチすることで記録していた。つまり切羽観察の有益さ（有効な情報の多さ）は、観察者の経験や知識に大きく依存していたわけである。ところが建設業界では、しばらく慢性的な人手不足の問題を抱えており、優れた観察者を確保することは今後ますます難しくなることが予想される。また、トンネル切羽の写真は撮影するものの、照明が十分でない（あるいは照明の条件が統一されていない）状況における写真は鮮明でない又は色調が統一されていないことが多く、そのため観察者が判定したトンネル切羽の亀裂や風化の程度、湧水状況などを第三者が検証し確認することができない、つまりトレーサビリティを確保することができないという問題も指摘することができる。

【0009】

そこで、観察者の経験や知識にできるだけ依存することなく、客観的にトンネル切羽を評価することができる様々な技術がこれまで提案されてきた。例えば特許文献１では、発破孔データと発破した後の評価点との関係を遺伝的プログラミングによって解析し、この解析によって得られた予測式を用いて発破孔データから評価点を算出する切羽面評価システムを提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２０１８－７１１６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

特許文献１は、遺伝的プログラミングを利用することから、数多くの発破孔データと評価点の組み合わせを蓄積することによって高い精度の予測式を得られることができ、その結果、適切に掘削パターンや補助工法を検討することができるといった効果を期待することができる。その一方で、発破した後の評価点はやはり観察者のいわば主観に基づくものであり、優れた観察者を確保する困難さや判定結果に対するトレーサビリティ確保といった問題を完全に解決するという点においては、若干の改善点がみられる。

【0012】

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち観察者の経験や知識に依存することなく客観的にトンネル切羽を評価し得る技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本願発明は、トンネル切羽の３次元モデルに基づいて法線画像を作成し、この法線画像の色情報を用いてトンネル切羽状態を表現する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。

【0014】

本願発明のトンネル切羽状態表示システムは、面傾斜度算出手段と法線画像作成手段を備えたものである。このうち面傾斜度算出手段は、小領域（トンネル切羽を分割した領域）によって構成されるトンネル切羽の３次元モデルに基づいて、小領域ごとに３次元空間における面傾斜角度を算出する手段である。また法線画像作成手段は、面傾斜角度に基づいて小領域ごとに色情報を設定することによって、トンネル切羽の法線画像を作成する手段である。なお法線画像作成手段は、面傾斜角度の傾斜角度と傾斜方位に応じた色情報を、小領域ごとに設定する。

【0015】

本願発明のトンネル切羽状態表示システムは、亀裂間隔算出手段と亀裂評価点設定手段をさらに備えたものとすることもできる。この亀裂間隔算出手段は、法線画像をフィルター処理することによって亀裂を抽出するとともに、その亀裂間隔を求める手段である。また亀裂評価点設定手段は、亀裂間隔算出手段によって求められた亀裂間隔と、あらかじめ設定された亀裂間隔閾値を照らし合わせることによって、トンネル切羽の亀裂評価点を設定する手段である。

【0016】

本願発明のトンネル切羽状態表示システムは、岩盤強度分布図作成手段と亀裂分布図作成手段、岩盤風化区分図作成手段、湧水分布図作成手段をさらに備えたものとすることもできる。この岩盤強度分布図作成手段は、発破削孔時の情報に基づいてトンネル切羽の岩盤強度を推定するとともに、座標が付与されたトンネル切羽の岩盤強度分布図を作成する手段である。また亀裂分布図作成手段は、亀裂間隔算出手段によって抽出された亀裂に基づいて、座標が付与されたトンネル切羽の亀裂分布図を作成する手段である。岩盤風化区分図作成手段は、スペクトルカメラによって取得されたトンネル切羽のスペクトルデータと、あらかじめ用意された風化の程度ごとのスペクトルデータを照らし合わせることによって、トンネル切羽の岩盤風化分布を評価するとともに、このスペクトルカメラの位置及び姿勢に基づいて、座標が付与されたトンネル切羽の岩盤風化区分図を作成する手段である。湧水分布図作成手段は、トンネル切羽の温度分布を取得することができる温度分布センサによって取得されたトンネル切羽の温度分布と、この温度分布センサの位置及び姿勢に基づいて、座標が付与されたトンネル切羽の湧水分布図を作成する手段である。

【0017】

本願発明のトンネル切羽状態表示システムは、岩盤強度評価点設定手段と岩盤風化度評価点設定手段、湧水状態評価点設定手段、総合評価点設定手段をさらに備えたものとすることもできる。この岩盤強度評価点設定手段は、岩盤強度分布図に基づいてトンネル切羽の岩盤強度評価点を設定する手段であり、岩盤風化度評価点設定手段は、岩盤風化区分図に基づいてトンネル切羽の岩盤風化評価点を設定する手段、湧水状態評価点設定手段は、湧水分布図に基づいてトンネル切羽の湧水状態評価点を設定する手段、総合評価点設定手段は、亀裂評価点と岩盤強度評価点、岩盤風化評価点、湧水状態評価点を含む要素に基づいてトンネル切羽の総合評価点を設定する手段である。

【0018】

本願発明のトンネル切羽状態表示方法は、観測工程と画像作成工程を備えた方法である。このうち観測工程では、２以上の画像取得手段によって、トンネル切羽の画像を取得する。また画像作成工程では、本願発明のトンネル切羽状態表示システムによって、トンネル切羽の法線画像を作成する。

【0019】

本願発明のトンネル切羽状態表示方法は、座標取得工程をさらに備えた方法とすることもできる。この座標取得工程では、ズリ出し後に移動計測体でトンネル切羽近傍まで移動し、移動計測体のうちいずれか３点の座標を計測する。この移動計測体は、２以上の画像取得手段とスペクトルカメラ、温度分布センサ（トンネル切羽の温度分布を取得することができるセンサ）を搭載した移動体である。この場合、観測工程では、スペクトルカメラによってトンネル切羽のスペクトルデータを取得するとともに、温度分布センサによってトンネル切羽の温度分布を取得し、画像作成工程では、トンネル切羽状態表示システムによって、トンネル切羽の亀裂分布図と岩盤風化区分図、湧水分布図を作成する。なお、この場合のトンネル切羽状態表示システムは、空間演算手段と亀裂分布図作成手段、岩盤風化区分図作成手段、湧水分布図作成手段を備えている。ここで空間演算手段とは、座標取得工程で取得された座標に基づいて、移動計測体の位置及び姿勢を算出するとともに、画像取得手段の位置及び姿勢、スペクトルカメラの位置及び姿勢、並びに温度分布センサの位置及び姿勢を算出する手段である。

【0020】

本願発明のトンネル切羽状態表示方法は、移動計測体に搭載された照明機器を用いた方法とすることもできる。この場合、観測工程では、トンネル切羽付近に設置された常設の照明を消灯するとともに、移動計測体に搭載された照明機器でトンネル切羽に投光した状態で、画像取得手段によってトンネル切羽の画像を取得し、スペクトルカメラによってトンネル切羽のスペクトルデータを取得し、温度分布センサによってトンネル切羽の温度分布を取得する。

【0021】

本願発明の移動計測体は、トンネル内を移動することができる移動体と、２以上の画像取得手段、スペクトルカメラ、温度分布センサ、３以上の反射体を備えたものである。なお、２以上の画像取得手段と、スペクトルカメラ、温度分布センサ、３以上の反射体は、移動体に搭載される。そして本願発明の移動計測体は、トンネル切羽前で停止した状態で、画像取得手段によってトンネル切羽の画像を取得することができるとともに、スペクトルカメラによってトンネル切羽のスペクトルデータを取得することができ、温度分布センサによってトンネル切羽の温度分布を取得することができ、測量機器で反射体を視準することによって移動体の位置及び姿勢を取得することができるものである。

【発明の効果】

【0022】

本願発明のトンネル切羽状態表示システム、トンネル切羽状態表示方法、及び移動計測体には、次のような効果がある。
（１）従来に比して高い精度でトンネル切羽の状態を評価することができる。その結果、最適な支保パターンや補助工法を選択することができ、施工品質が確保され、しかも工費を低減し工期を短縮することができる。
（２）観察者のいわば主観に基づくことなく、客観的にトンネル切羽の状態を評価することができるため、観察労力を抑えることができるうえ、評価に対するトレーサビリティを確保することができる。
（３）また、観察者の経験や知識に依存しないため、優れた観察者を確保する困難さを回避することができる。
（４）従来の切羽観察と大差ない作業労力や作業時間で、上記効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】トンネル切羽の状態を本願発明の移動計測体によって観測している状況を模式的に示すモデル図。

【図2】（ａ）は本願発明の移動計測体を示す側面図、（ｂ）は本願発明の移動計測体を示す正面図。

【図3】本願発明のトンネル切羽状態表示システムの主な構成を示すブロック図。

【図4】トンネル切羽状態表示システムを構成する空間演算手段の主な処理の流れを示すフロー図。

【図5】切羽３Ｄモデルの作成から亀裂分布図を表示するまでの一連の処理の流れを示すフロー図。

【図6】（ａ）は赤の値を示すＲ軸と緑の値を示すＧ軸と青の値を示すＢ軸からなる３次元空間を模式的に示すモデル図、（ｂ）は色情報を求めるための色相環を模式的に示すモデル図。

【図7】岩盤強度評価点と岩盤風化評価点、湧水状態評価点を設定し、さらに総合評価点を設定するまでの一連の処理の流れを示すフロー図。

【図8】本願発明のトンネル切羽状態表示方法の主な工程を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本願発明のトンネル切羽状態表示システム、トンネル切羽状態表示方法、及び移動計測体の実施の例を図に基づいて説明する。

【0025】

１．全体概要
図１は、トンネル切羽の状態を本願発明の移動計測体２００によって観測している状況を模式的に示すモデル図である。図２に示すようにこの移動計測体２００は、移動体２１０と画像取得手段２２０、スペクトルカメラ２３０、温度分布センサ２４０、反射体２５０、照明機器２６０を含んで構成することができる。

【0026】

移動計測体２００を構成する移動体２１０は、種々の計測器を搭載してトンネル内を移動することができるいわばベースマシンであり、図２に示すようにタイヤ式の普通自動車などを利用することもできるし、あるいはクローラ式のものを利用することもできる。画像取得手段２２０は、デジタルカメラやスチールカメラ、デジタルビデオカメラなどトンネル切羽の画像を取得することができるものである。なお、後述するようにトンネル切羽の３次元モデル（以下単に「切羽３Ｄモデル」という。）を作成するため、すなわちステレオペア画像を得るため２以上の画像取得手段２２０が設けられる。例えば図２では、移動体２１０の後方に第１画像取得手段２２１、移動体２１０の前方右側に第２画像取得手段２２２、移動体２１０の前方左側に第３画像取得手段２２３の３つの画像取得手段２２０が設けられている。

【0027】

スペクトルカメラ２３０は、トンネル切羽のスペクトルデータを取得することができるものであり、温度分布センサ２４０は、熱赤外線画像を取得するサーモグラフィなどトンネル切羽の温度分布を取得することができるものである。また反射体２５０は、例えばトータルステーションといった測量機器による標的となるものであり、従来用いられている測量用プリズム（ミラーやターゲットとも呼ばれる）などを利用することができる。なお、後述するように移動体２１０の位置と姿勢を取得することができるよう、反射体２５０は同一直線上に並ばない３以上の個所に配置される。例えば図２では、移動体２１０の後方に第１反射体２５１、移動体２１０の前方右側に第２反射体２５２、移動体２１０の前方左側に第３反射体２５３の３つの反射体２５０が配置されている。

【0028】

照明機器２６０は、トンネル切羽に光を当てることができるものであり、従来用いられている種々の照明器具を利用することができる。画像取得手段２２０とスペクトルカメラ２３０、温度分布センサ２４０、反射体２５０、照明機器２６０は、移動体２１０に固定され、この移動体２１０との相対的な位置（つまり移動体２１０のうちどこに設置されているか）はあらかじめ把握されている。さらに画像取得手段２２０とスペクトルカメラ２３０、温度分布センサ２４０に関しては、移動体２１０との相対的な姿勢（つまり移動体２１０の向きに対してどの方向を向いているか）もあらかじめ把握されている。これら画像取得手段２２０とスペクトルカメラ２３０、温度分布センサ２４０、反射体２５０、照明機器２６０は、図２に示すように、移動体２１０の上部に固定された架台ＦＲに設置するとよい。

【0029】

トンネル切羽手前で停止した移動計測体２００は、図１に示すようにトンネル切羽を照明機器２６０で照らしたうえで、画像取得手段２２０によってトンネル切羽の画像（ステレオペア画像）を取得し、スペクトルカメラ２３０によってトンネル切羽のスペクトルデータを取得し、温度分布センサ２４０によってトンネル切羽の温度分布を取得する。このとき、トンネル内に設置されている測量機器ＴＳ（例えばトータルステーション）で反射体２５０を視準することによって、移動体２１０のトンネル内における位置（以下、単に「坑内位置」という。）と姿勢が計測され、さらに画像取得手段２２０の坑内位置と姿勢、スペクトルカメラ２３０の坑内位置と姿勢、温度分布センサ２４０の坑内位置と姿勢が得られる。

【0030】

本願発明のトンネル切羽状態表示システムは、画像取得手段２２０によって取得されたトンネル切羽のステレオペア画像に基づいて切羽３Ｄモデルを作成し、この切羽３Ｄモデルからトンネル切羽の「法線画像」を作成する。さらにこの法線画像に基づいて、トンネル切羽の亀裂や亀裂間隔を求め、亀裂評価点を算出し、亀裂分布図を作成することもできる。ここで画像取得手段２２０の坑内位置と姿勢が得られていることから、亀裂分布図は座標が付与されたものとすることができ、座標が与えられたトンネル切羽写真や他のトンネル切羽画像（岩盤風化区分図や湧水分布図など）と重畳表示することができるわけである。

【0031】

また本願発明のトンネル切羽状態表示システムは、スペクトルカメラ２３０によって取得されたトンネル切羽のスペクトルデータに基づいて岩盤風化区分図を作成し、この岩盤風化区分図から岩盤風化評価点を設定することもできるし、温度分布センサ２４０によって取得されたトンネル切羽の温度分布に基づいて湧水分布図を作成し、この湧水分布図から湧水状態評価点を設定することもできる。ここでスペクトルカメラ２３０と温度分布センサ２４０の坑内位置と姿勢が得られていることから、岩盤風化区分図と湧水分布図は座標が付与されたものとすることができ、座標が与えられたトンネル切羽写真や他のトンネル切羽画像（亀裂分布図など）と重畳表示することができるわけである。

【0032】

さらに本願発明のトンネル切羽状態表示システムは、１サイクル前の発破のための削孔時の情報（以下、「発破削孔時データ」という。）に基づいて岩盤強度分布図を作成し、この岩盤強度分布図から岩盤強度評価点を設定することもできる。ここで発破削孔時データとしては、削孔位置と削孔速度が挙げられ、そのほかロッドのフィード圧、打撃圧、回転圧などを含めることもできる。そして、亀裂評価点と岩盤強度評価点、岩盤風化評価点、湧水状態評価点が得られると、これらの評価点に基づいてトンネル切羽の総合評価点を設定することもできる。

【0033】

２．トンネル切羽状態表示システム
本願発明のトンネル切羽状態表示システムの例を、図に基づいて説明する。なお、本願発明のトンネル切羽状態表示方法は、本願発明のトンネル切羽状態表示システムを用いた方法であり、したがってまずはトンネル切羽状態表示システムについて説明し、その後にトンネル切羽状態表示方法について説明することとする。

【0034】

図３は、本願発明のトンネル切羽状態表示システム１００の主な構成を示すブロック図である。この図に示すように本願発明のトンネル切羽状態表示システム１００は、面傾斜度算出手段１０１と法線画像作成手段１０２を含んで構成され、さらに亀裂間隔算出手段１０３や亀裂評価点設定手段１０４、亀裂分布図作成手段１０５、岩盤強度分布図作成手段１０６、岩盤強度評価点設定手段１０７、岩盤風化区分図作成手段１０８、岩盤風化度評価点設定手段１０９、湧水分布図作成手段１１０、湧水状態評価点設定手段１１１、総合評価点設定手段１１２、空間演算手段１１３、３Ｄモデル作成手段１１４、ディスプレイといった表示手段１１５、移動計測体２００を含んで構成することもできる。

【0035】

トンネル切羽状態表示システム１００を構成する主な要素のうち面傾斜度算出手段１０１と法線画像作成手段１０２、亀裂間隔算出手段１０３、亀裂評価点設定手段１０４、亀裂分布図作成手段１０５、岩盤強度分布図作成手段１０６、岩盤強度評価点設定手段１０７、岩盤風化区分図作成手段１０８、岩盤風化度評価点設定手段１０９、湧水分布図作成手段１１０、湧水状態評価点設定手段１１１、総合評価点設定手段１１２、空間演算手段１１３、３Ｄモデル作成手段１１４は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ、マウスやキーボード等の入力手段やディスプレイ（表示手段１１５）を具備するもので、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や、ｉＰａｄ（登録商標）といったタブレット型ＰＣ、スマートフォンを含む携帯端末などによって構成することができる。コンピュータ装置を利用する場合、そのコンピュータ装置は移動計測体２００内に置くこともできるし、特にタブレット型ＰＣや携帯端末を利用する場合は作業者が携行することもできるし、あるいは管理事務所など移動計測体２００とは異なる場所に設置することもできる。なお管理事務所などにコンピュータ装置を設置するときは、画像取得手段２２０が取得した画像データや、スペクトルカメラ２３０が取得したスペクトルデータ、温度分布センサ２４０が取得した温度分布データ、ドリルジャンボによる発破削孔時データを、コンピュータ装置が送受信できるように無線通信（あるいは有線通信）手段を設けるとよい。

【0036】

（空間演算）
図４は、トンネル切羽状態表示システム１００を構成する空間演算手段１１３の主な処理の流れを示すフロー図である。なおこのフロー図では、中央の列に実施する行為を示し、左列にはその行為に必要なものを、右列にはその行為から生ずるものを示している。既述したとおりトンネル切羽手前で停止した移動計測体２００は、図１に示すようにトンネル内に設置されている測量機器ＴＳによって視準され、それぞれ反射体２５０の座標が取得される。そして反射体２５０の座標から、移動計測体２００の坑内位置と姿勢が算出される（図４のＳｔｅｐ１１）。このとき、３以上の反射体２５０が同一直線上とならないように配置されていることから、これら反射体２５０の座標から３次元平面が決定され、この３次元平面に基づいて移動計測体２００（つまり移動体２１０）の姿勢（ピッチ、ロール、ヨー）を算出することができるわけである。また、反射体２５０の移動体２１０との相対的な位置（つまり移動体２１０のうちどこに反射体２５０を設置されているか）はあらかじめ把握されていることから、移動計測体２００（つまり移動体２１０）全体の坑内位置が決定され、すなわちトンネル内における移動計測体２００の平面位置を特定することができる。

【0037】

移動計測体２００の坑内位置と姿勢が算出されると、画像取得手段２２０の坑内位置と姿勢が算出され（図４のＳｔｅｐ１２）、スペクトルカメラ２３０の坑内位置と姿勢が算出され（図４のＳｔｅｐ１３）、温度分布センサ２４０の坑内位置と姿勢が算出される（図４のＳｔｅｐ１４）。既述したとおり画像取得手段２２０とスペクトルカメラ２３０、温度分布センサ２４０は、それぞれ移動体２１０との相対的な位置（つまり移動体２１０のうちどこに設置されているか）と、移動体２１０との相対的な姿勢（つまり移動体２１０の向きに対してどの方向を向いているか）があらかじめ把握されていることから、移動体２１０の坑内位置と姿勢が定まると画像取得手段２２０とスペクトルカメラ２３０、温度分布センサ２４０の坑内位置と姿勢を算出することができるわけである。

【0038】

（法制画像の作成）
図５は、切羽３Ｄモデルの作成から亀裂分布図を表示するまでの一連の処理の流れを示すフロー図である。なおこのフロー図も、図４と同様、中央の列に実施する行為を示し、左列にはその行為に必要なものを、右列にはその行為から生ずるものを示している。画像取得手段２２０によって２以上のトンネル切羽画像（ステレオペア画像）が取得され、空間演算手段１１３によって画像取得手段２２０の坑内位置と姿勢が算出されると、３Ｄモデル作成手段１１４が切羽３Ｄモデルを作成する（図５のＳｔｅｐ２１）。より詳しくは、従来用いられているステレオ写真技術によってトンネル切羽上にある複数点の３次元座標を求めるとともに、これら点群座標から切羽３Ｄモデルを作成する。切羽３Ｄモデルは、トンネル切羽を複数に分割したいわゆるメッシュ（以下、「小領域」という。）にそれぞれ３次元座標が付与されたものであり、例えばランダムデータ（点群座標）で形成される不整三角網によって高さを求めるＴＩＮ（Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ Ｉｒｒｅｇｕｌａｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ）による手法、最も近いレーザー計測点４を採用する最近隣法（Ｎｅａｒｅｓｔ Ｎｅｉｇｈｂｏｒ）による手法のほか、逆距離加重法（ＩＷＤ）、Ｋｒｉｇｉｎｇ法、平均法など種々の手法を採用することができる。なお切羽３Ｄモデルは、トンネル切羽と略平行（平行含む）な鉛直面（以下、「切羽基準面」という。）を構成する２軸（例えば、Ｘ軸とＹ軸）と、この切羽基準面に対して垂直な軸（例えば、Ｚ軸）からなる３次元座標軸で設定するとよい。

【0039】

切羽３Ｄモデルを作成すると、面傾斜度算出手段１０１が小領域ごとに面傾斜角度を算出する（図５のＳｔｅｐ２２）。この面傾斜度は、小領域の姿勢を示す値であり、水平面（あるいは切羽基準面）に対する角度（以下、「俯角」という。）と、小領域と水平面との交差直線の方向又はその直交方向（以下、「方位」という。）からなる値である。なお面傾斜度を算出するにあたっては、着目した小領域の周囲にある８個の小領域の３次元座標を用いて計算するなど、従来用いられている種々の手法によって求めることができる。

【0040】

小領域ごとに面傾斜角度を算出すると、法線画像作成手段１０２がトンネル切羽の法線画像を作成する（図５のＳｔｅｐ２３）。この法線画像は、法線マップと呼ばれることもあるもので、対象となる物の空間情報（座標や姿勢）に応じた色情報が付与された画像である。そしてトンネル切羽状態表示システム１００の面傾斜度算出手段１０１は、小領域の面傾斜角度（俯角と方位）に応じた色情報を付与することによってトンネル切羽の法線画像を作成する。以下、トンネル切羽の法線画像を作成する手順について詳しく説明する。

【0041】

まず図６（ａ）に示すように、赤の値を示すＲ軸と、緑の値を示すＧ軸と、青の値を示すＢ軸からなる３次元空間（以下、「色空間」という。）を設定する。この色空間に配置される点は３次元座標で表すことができ、その座標値がそのまま色情報（つまりＲＧＢ）とされる。例えば、図６（ａ）の場合、原点であるＲＧＢ（０，０，０）は「黒」で表示され、ＲＧＢ（２５５，０，０）は「赤」、ＲＧＢ（０，２５５，０）は「緑」、ＲＧＢ（０，０，２５５）は「青」、ＲＧＢ（２５５，２５５，２５５）は「白」でそれぞれ表示される。

【0042】

次に、図６（ａ）に示す立方体のうち６つの頂点、すなわち頂点ＰＴ１１（２５５，０，０）と、頂点ＰＴ２１（０，２５５，０）、頂点ＰＴ３１（０，０，２５５）、頂点ＰＴ４１（２５５，２５５，０）、頂点ＰＴ５１（０，２５５，２５５）、頂点ＰＴ６１（２５５，０，２５５）に着目し、図６（ｂ）に示すような平面上の正六角形、すなわち頂点ＰＴ１１に対応する頂点ＰＴ１２と、頂点ＰＴ４１に対応する頂点ＰＴ４２、頂点ＰＴ２１に対応する頂点ＰＴ２２、頂点ＰＴ５１に対応する頂点ＰＴ５２、頂点ＰＴ３１に対応する頂点ＰＴ３２、頂点ＰＴ６１に対応する頂点ＰＴ６２の６つの頂点からなるとともに、図６（ａ）に示す立方体の中心点を中心Ｏとする正六角形を考える。なお便宜上ここでは、図６（ｂ）に示す正六角形のことを「色相環」ということとする。

【0043】

色相環を設定すると、小領域の面傾斜角度に応じてその小領域を色相環に配置（プロット）する。具体的には、中心Ｏから頂点ＰＴ１２に向かう基準ベクトルを定め、さらに小領域の方位に応じた係数（以下、「方位係数」という。）を設定するとともに、基準ベクトルの大きさ（長さ）に方位係数を乗じた長さ（以下、「回転長」）という。）を設定する。なお方位係数は、基準とする所定の角度（例えば、１８０°や３６０°など）に対する方位の割合として求めることができる。そして、この回転長（つまり半径）を中心Ｏ周りに基準ベクトルの方向から小領域の俯角だけ回転させた点（つまり回転長と俯角から得られる極座標）を、色相環における当該小領域の配置（座標）とする。

【0044】

色相環における小領域の配置（座標）が得られると、その座標に基づいて図６（ａ）に示す色空間における座標値（ＲＧＢ）を求める。例えば図６（ｂ）の場合、色相環に配置された点ｐ及び中心Ｏを通る直線と、頂点ＰＴ１２－頂点ＰＴ４２（線分）との交点ａを求めるとともに、頂点ＰＴ１２－頂点ＰＴ４２（線分）における点ａの内分比と同一となるように、図６（ａ）の頂点ＰＴ１１－頂点ＰＴ４１（線分）の内分点ｂを求め、さらに中心Ｏ－交点ａ（線分）における点ｐの内分比と同一となるように、図６（ａ）に示す立方体の中心点－交点ｂ（線分）の内分点を求め、この内分点を色空間における当該小領域の座標値（ＲＧＢ）とする。

【0045】

上記したように色相環における座標値から色空間における座標値に変換する手法に代えて、色相Ｈ（Ｈｕｅ）と、彩度Ｓ（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）、明度Ｖ（Ｖａｌｕｅ ｏｆ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ） からなるＨＳＶモデルに基づいて、ＲＧＢ値を求める手法を採用することもできる。具体的には、図６（ｂ）に示すように小領域の俯角を基準ベクトル（つまりＲ軸）からの回転角として色相Ｈを求めるとともに、方位係数に応じた彩度Ｓを求め、あらかじめ設定された明度ＶによってＨＳＶを定める。そして、従来用いられている換算式によって、そのＨＳＶ値からＲＧＢを算出するわけである。

【0046】

このように、小領域ごとに面傾斜角度（俯角と方位）が求められ、面傾斜角度に応じた色情報が付与されることで、トンネル切羽の法線画像が作成される。また、所定の基準点（例えば、画像取得手段２２０）からの距離（つまり切羽基準面に対する凹凸）を小領域ごとに求め、その距離に応じた色情報（例えば、グレースケール）を付与した距離画像を作成することもできる。

【0047】

トンネル切羽の法線画像を作成すると、亀裂間隔算出手段１０３がトンネル切羽の亀裂を抽出し（図５のＳｔｅｐ２４）、亀裂の配置に基づいて亀裂間隔を算出する（図５のＳｔｅｐ２５）。トンネル切羽の亀裂を抽出するにあたっては、トンネル切羽の法線画像に対してフィルター（ソーベルフィルタなど）処理を行うとよい。例えば、フィルター処理によって法線画像を２値化し、白い画素が歩いて緯度（閾値以上）集合した範囲を亀裂として抽出する。あるいは、フィルター処理によって法線画像をグレースケール化し、所定値以上の部分が集合した範囲や、グレースケールの勾配（微分値）が閾値以上となる範囲を亀裂として抽出することもできる。そして、亀裂を抽出することができると、亀裂と亀裂との距離を亀裂間隔として算出する。なお、亀裂と亀裂の間にある小領域に対して、これら亀裂からなる亀裂間隔を付与することとし、小領域ごとに亀裂間隔を求めることもできる。

【0048】

トンネル切羽の亀裂を抽出し、亀裂間隔を算出すると、亀裂評価点設定手段１０４が亀裂評価点を設定する（図５のＳｔｅｐ２６）。具体的には、あらかじめ亀裂間隔を複数のレンジで分割設定するとともにそれぞれのレンジに対して得点を付与しておき、亀裂間隔算出手段１０３によって求められた亀裂間隔に基づいて小領域ごとに亀裂間隔のレンジを設定してその得点を与える。そしてすべての小領域（あるいは一部の小領域）の得点に基づいて統計値（平均値や、中央値、最頻値など）を算出し、これをトンネル切羽の亀裂評価点として設定する。

【0049】

またトンネル切羽の亀裂を抽出すると、亀裂分布図作成手段１０５が亀裂分布図を作成する（図５のＳｔｅｐ２７）。亀裂間隔算出手段１０３によって抽出された亀裂は、切羽３Ｄモデルに基づくものであるから座標が付与されており、すなわち亀裂分布図は座標が付与されたものである。そのため亀裂分布図は、座標が与えられたトンネル切羽の写真（例えば、オルソフォト）や、岩盤風化区分図、湧水分布図といった他の切羽画像と重畳表示することができる（図５のＳｔｅｐ２８）。

【0050】

（総合評価点の設定）
図７は、岩盤強度評価点と岩盤風化評価点、湧水状態評価点を設定し、さらに総合評価点を設定するまでの一連の処理の流れを示すフロー図である。なおこのフロー図も、図４や図５と同様、中央の列に実施する行為を示し、左列にはその行為に必要なものを、右列にはその行為から生ずるものを示している。この図に示すように発破削孔時データが得られると、岩盤強度分布図作成手段１０６が岩盤強度分布図を作成する（図７のＳｔｅｐ３１）。発破削孔時データには削孔位置が含まれていることから、削孔位置ごとに岩盤強度を示すことによって岩盤強度分布図を作成することができる。なお削孔位置ごとの岩盤強度は、削孔速度に基づいて、あるいは削孔速度とロッドのフィード圧や打撃圧、回転圧などに基づいて設定することができる。岩盤強度分布図を作成すると、岩盤強度評価点設定手段１０７が岩盤強度評価点を設定する（図７のＳｔｅｐ３２）。具体的には、あらかじめ岩盤強度を複数のレンジで分割設定するとともにそれぞれのレンジに対して得点を付与しておき、得られた岩盤強度に基づいて小領域ごとに岩盤強度のレンジを設定してその得点を与える。そしてすべての削孔位置（あるいは一部の削孔位置）における得点に基づいて統計値（平均値や、中央値、最頻値など）を算出し、これをトンネル切羽の岩盤強度評価点として設定する。

【0051】

スペクトルカメラ２３０によってトンネル切羽のスペクトルデータが得られると、岩盤風化区分図作成手段１０８が岩盤風化区分図を作成する（図７のＳｔｅｐ４１）。空間演算手段１１３によってスペクトルカメラ２３０の坑内位置と姿勢が得られていることから、取得したスペクトルデータをトンネル切羽の位置と対応させることができ、すなわち座標が付与された岩盤風化区分図を作成することができるわけである。岩盤風化区分図を作成するにあたっては、取得されたスペクトルデータに応じて岩盤の風化の程度（以下、「岩盤風化度」という。）を設定する必要がある。これには、岩盤風化度とスペクトルデータとの関係を示す岩盤風化度テーブルを利用するとよい。この岩盤風化度テーブルは、岩盤風化度が既知である岩盤に対して取得したスペクトルデータの実績値に基づくもので、複数段階の岩盤風化度とそれぞれ対応するスペクトルデータとの関係を表したものである。なお岩盤風化度テーブルは、砂岩や花崗岩など岩盤の種類ごとに用意しておくとよい。岩盤風化区分図を作成すると、岩盤風化度評価点設定手段１０９が岩盤風化度評価点を設定する（図７のＳｔｅｐ４２）。具体的には、あらかじめ各段階の岩盤風化度に対して得点を付与しておき、得られた岩盤風化度に基づいて小領域ごとにその得点を与える。そしてすべての小領域（あるいは一部の小領域）における得点に基づいて統計値（平均値や、中央値、最頻値など）を算出し、これをトンネル切羽の岩盤風化度評価点として設定する。

【0052】

温度分布センサ２４０によってトンネル切羽の温度分布が得られると、湧水分布図作成手段１１０が湧水分布図を作成する（図７のＳｔｅｐ５１）。空間演算手段１１３によって温度分布センサ２４０の坑内位置と姿勢が得られていることから、取得した温度分布をトンネル切羽の位置と対応させることができ、すなわち座標が付与された湧水分布図を作成することができるわけである。湧水分布図を作成するにあたっては、温度分布センサ２４０によって取得された温度データに応じて湧水の程度（以下、「湧水レベル」という。）を設定する必要がある。これには、あらかじめ段階的に設定された湧水レベルと温度分布センサ２４０による温度データとの関係を示す湧水レベルテーブルを利用するとよい。この湧水レベルテーブルは、湧水レベルが既知である岩盤に対して取得した温度データの実績値に基づくもので、複数段階の湧水レベルとそれぞれ対応する温度データとの関係を表したものである。湧水分布図を作成すると、湧水状態評価点設定手段１１１が湧水状態評価点設定する（図７のＳｔｅｐ５２）。具体的には、あらかじめ各湧水レベルに対して得点を付与しておき、得られた湧水レベルに基づいて小領域ごとにその得点を与える。そしてすべての小領域（あるいは一部の小領域）における得点に基づいて統計値（平均値や、中央値、最頻値など）を算出し、これをトンネル切羽の湧水状態評価点として設定する。

【0053】

亀裂評価点と岩盤強度評価点、岩盤風化評価点、湧水状態評価点が設定されると、総合評価点設定手段１１２が当該トンネル切羽の総合評価点を設定する（図７のＳｔｅｐ６０）。具体的には、亀裂評価点と岩盤強度評価点、岩盤風化評価点、湧水状態評価点からなる合計値、あるいは重みづけを行ったうえでの合計値、平均値、加重平均値といった統計値を求め、これをトンネル切羽の総合評価点として設定する。

【0054】

３．トンネル切羽状態表示方法
続いて、本願発明のトンネル切羽状態表示方法について図８を参照しながら説明する。なお、本願発明のトンネル切羽状態表示方法は、ここまで説明したトンネル切羽状態表示システム１００を用いた方法であり、したがってトンネル切羽状態表示システム１００で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明のトンネル切羽状態表示方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「２．トンネル切羽状態表示システム」で説明したものと同様である。

【0055】

図８は、本願発明のトンネル切羽状態表示方法の主な工程を示すフロー図である。１サイクル分の発破掘削（あるいは機械掘削）を行い、浮石などを落としながらダンプトラック（あるいはレール工法）によってズリを搬出した（Ｓｔｅｐ１０１）タイミングで、すなわち従来の目視による切羽観察を行うタイミングで、移動計測体２００が切羽近傍まで接近する（Ｓｔｅｐ１０２）。移動計測体２００が停止すると、図１に示すように測量機器ＴＳによって、移動計測体２００（移動体２１０）に搭載された反射体２５０の座標を計測する（Ｓｔｅｐ１０３）。ここで計測された結果（つまり反射体２５０の座標）は、無線通信（あるいは有線通信）手段などを利用して空間演算手段１１３に送信される。

【0056】

画像取得手段２２０によってトンネル切羽の画像を取得する（Ｓｔｅｐ１０５）が、その前に照明の切り替えを行うとよい（Ｓｔｅｐ１０４）。具体的には、トンネル切羽付近に常設された照明（水銀灯や蛍光灯など）を消灯し、移動計測体２００に搭載された照明機器２６０でトンネル切羽を照らす。施工用の照明（常設された照明）は比較的照度が安定し難い傾向にあるが、一方の照明機器２６０によると概ね照度が安定するため、毎トンネル切羽で同様の条件で画像を取得することができるわけである。

【0057】

照明の切り替えを行うと観測工程（Ｓｔｅｐ１０５～Ｓｔｅｐ１０７）を行う。具体的には、画像取得手段２２０によってトンネル切羽の画像を取得し（Ｓｔｅｐ１０５）、スペクトルカメラ２３０によってトンネル切羽のスペクトルデータを取得し（Ｓｔｅｐ１０６）、温度分布センサ２４０によってトンネル切羽の温度分布を取得する（Ｓｔｅｐ１０７）。なお、トンネル切羽の画像を取得する工程（Ｓｔｅｐ１０５）と、トンネル切羽のスペクトルデータを取得する工程（Ｓｔｅｐ１０６）、トンネル切羽の温度分布を取得する工程（Ｓｔｅｐ１０７）を行う順は適宜選択でき、また測量機器ＴＳによる座標取得工程（Ｓｔｅｐ１０３）と観測工程を行う順も適宜選択でき、さらに座標取得工程と観測工程を並行して行うこともできる。ここで取得されたトンネル切羽の画像は３Ｄモデル作成手段１１４に、トンネル切羽のスペクトルデータは岩盤風化区分図作成手段１０８に、トンネル切羽の温度分布は湧水分布図作成手段１１０に、それぞれ無線通信（あるいは有線通信）手段などを利用して送信される。

【0058】

観測工程によってトンネル切羽の画像とスペクトルデータ、温度分布が得られると、各種の画像を作成する（Ｓｔｅｐ２０１）。具体的には、岩盤強度分布図作成手段１０６が発破削孔時データに基づいて岩盤強度分布図を作成し、岩盤風化区分図作成手段１０８がトンネル切羽のスペクトルデータに基づいて岩盤風化区分図を作成し、湧水分布図作成手段１１０がトンネル切羽の温度分布に基づいて湧水分布図を作成する。また、３Ｄモデル作成手段１１４がトンネル切羽の画像（ステレオペア画像）に基づいて切羽３Ｄモデルを作成し、面傾斜度算出手段１０１が切羽３Ｄモデルに基づいて面傾斜度を算出し、法線画像作成手段１０２が面傾斜度に基づいて法線画像を作成するとともに亀裂間隔算出手段１０３が亀裂を抽出したうえで、亀裂分布図作成手段１０５が亀裂分布図を作成する。なお亀裂分布図と岩盤強度分布図、岩盤風化区分図、湧水分布図はそれぞれ座標が付与されていることから、これらの画像を相互に重畳表示することができ、あるいは座標が与えられたトンネル切羽の写真と重畳表示することもできる（Ｓｔｅｐ２０２）。

【0059】

亀裂分布図と岩盤強度分布図、岩盤風化区分図、湧水分布図を作成すると、トンネル切羽の各種評価点を設定する（Ｓｔｅｐ２０３）。具体的には、亀裂評価点設定手段１０４が亀裂間隔に基づいてトンネル切羽の亀裂評価点を設定し、岩盤強度評価点設定手段１０７が岩盤強度分布図に基づいてトンネル切羽の岩盤強度評価点を設定し、岩盤風化度評価点設定手段１０９が岩盤風化区分図に基づいてトンネル切羽の岩盤風化度評価点を設定し、湧水状態評価点設定手段１１１が湧水分布図に基づいてトンネル切羽の湧水状態評価点を設定する。そして総合評価点設定手段１１２が、岩盤強度評価点と亀裂評価点、岩盤風化度評価点、湧水状態評価点に基づいてトンネル切羽の総合評価点を設定する（Ｓｔｅｐ２０４）。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本願発明のトンネル切羽状態表示システム、トンネル切羽状態表示方法、及び移動計測体は、道路トンネルや鉄道トンネルのほか、人道トンネルなど様々なトンネル掘削に利用することができる。本願発明によれば、トンネル切羽を安定した状態で掘削することによって高い品質のトンネルを完成させることができ、しかも早々にトンネルを共用することができるとともに、作業者の安全を確保したうえで施工することができることを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明である。

【符号の説明】

【0061】

１００ トンネル切羽状態表示システム
１０１ （トンネル切羽状態表示システムの）面傾斜度算出手段
１０２ （トンネル切羽状態表示システムの）法線画像作成手段
１０３ （トンネル切羽状態表示システムの）亀裂間隔算出手段
１０４ （トンネル切羽状態表示システムの）亀裂評価点設定手段
１０５ （トンネル切羽状態表示システムの）亀裂分布図作成手段
１０６ （トンネル切羽状態表示システムの）岩盤強度分布図作成手段
１０７ （トンネル切羽状態表示システムの）岩盤強度評価点設定手段
１０８ （トンネル切羽状態表示システムの）岩盤風化区分図作成手段
１０９ （トンネル切羽状態表示システムの）岩盤風化度評価点設定手段
１１０ （トンネル切羽状態表示システムの）湧水分布図作成手段
１１１ （トンネル切羽状態表示システムの）湧水状態評価点設定手段
１１２ （トンネル切羽状態表示システムの）総合評価点設定手段
１１３ （トンネル切羽状態表示システムの）空間演算手段
１１４ （トンネル切羽状態表示システムの）３Ｄモデル作成手段
１１５ （トンネル切羽状態表示システムの）表示手段
２００ （トンネル切羽状態表示システムの）移動計測体
２１０ （移動計測体の）移動体
２２０ （移動計測体の）画像取得手段
２３０ （移動計測体の）スペクトルカメラ
２４０ （移動計測体の）温度分布センサ
２５０ （移動計測体の）反射体
２６０ （移動計測体の）照明機器
ＴＳ （トンネル切羽状態表示システムの）測量機器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】