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特許7493774トンネル壁面投影システム

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】2024-05-24

(45)【発行日】2024-06-03

(54)【発明の名称】トンネル壁面投影システム

(51)【国際特許分類】

E21D 11/00 20060101AFI20240527BHJP

G06T 3/00 20240101ALI20240527BHJP

H04N 5/74 20060101ALI20240527BHJP

E21D 11/10 20060101ALI20240527BHJP

【ＦＩ】

E21D11/00 Z

G06T3/00

H04N5/74 Z

E21D11/10 Z

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020140490

(22)【出願日】2020-08-21

(65)【公開番号】P2022035877

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2023-06-15

(73)【特許権者】

【識別番号】514229661

【氏名又は名称】株式会社ソーシャル・キャピタル・デザイン

(74)【代理人】

【識別番号】100205084

【弁理士】

【氏名又は名称】吉浦洋一

(72)【発明者】

【氏名】武藤信義

(72)【発明者】

【氏名】村田利文

【審査官】松本泰典

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０４９９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８８６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１５５５９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－２１１３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９０３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９５２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１８５５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１４０４８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平５－１９１９０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ１１／００

Ｇ０６Ｔ３／１８

Ｈ０４Ｎ５／７４

Ｅ２１Ｄ１１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネル壁面に変状を投影するトンネル壁面投影システムであって，
前記トンネル壁面投影システムは，
トンネル壁面の変状を記録した図面データから抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを抽出する変状図形処理部と，
前記抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを用いてレンダリング画像を生成するレンダリング処理部と，
前記レンダリング画像の一部または全部を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部と，
前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部と，を有しており，
前記レンダリング処理部は，
前記変状を示す線および／または図形を構成する線を太くする太線化処理，背景色の変更処理，前記変状を示す線および／または図形を構成する線の色を変更する処理のうちいずれか一以上を行う，
ことを特徴とするトンネル壁面投影システム。

【請求項2】

前記トンネル壁面投影システムは，
投影位置の入力を受け付ける位置入力受付処理部と，
前記入力を受け付けた投影位置から所定範囲の情報を，前記レンダリング画像から切り出して部分画像とする画像切出処理部と，を有しており，
前記マッピング処理部は，前記部分画像をトンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成する，
ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル壁面投影システム。

【請求項3】

トンネル壁面に変状を投影するトンネル壁面投影システムであって，
前記トンネル壁面投影システムは，
トンネル壁面の変状を記録した図面データから抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを抽出する変状図形処理部と，
前記抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを用いてレンダリング画像を生成するレンダリング処理部と，
投影位置の入力を受け付ける位置入力受付処理部と，
移動量計測装置を備えた台車の移動量を取得する移動処理部と，
前記入力を受け付けた投影位置から所定範囲の情報を，前記レンダリング画像から切り出して部分画像とする画像切出処理部と，
前記部分画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部と，
前記マッピング画像を，前記台車に備えた投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部と，を有しており，
前記レンダリング処理部は，
前記変状を示す線および／または図形を構成する線を太くする太線化処理，背景色の変更処理，前記変状を示す線および／または図形を構成する線の色を変更する処理のうちいずれか一以上を行い，
前記画像切出処理部は，
前記取得した移動量を用いて，前記レンダリング画像から前記部分画像を切り出す，
ことを特徴とするトンネル壁面投影システム。

【請求項4】

前記トンネル壁面は鉄道のトンネルであって，
前記台車は，
一本のレール上を移動するように車輪を設置している，
ことを特徴とする請求項３に記載のトンネル壁面投影システム。

【請求項5】

トンネル壁面に変状を投影するトンネル壁面投影システムであって，
前記トンネル壁面投影システムは，
トンネル壁面の変状を記録した図面データを用いて生成した画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部と，
前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部と，
トンネル壁面を撮影する撮影装置が撮影した画像から，点検員による所定の入力装置による動作を検出することで，変状を追加する点検作業検出処理部と，を有しており，
前記点検作業検出処理部は，
前記撮影装置が撮影した画像から前記入力装置による所定の色の点灯を検出し，その色の消灯までその色をトレースすることで，変状を追加する，
ことを特徴とするトンネル壁面投影システム。

【請求項6】

前記撮影装置は，
前記投影装置の光軸と同軸上に設置される，
ことを特徴とする請求項５に記載のトンネル壁面投影システム。

【請求項7】

トンネル壁面に変状を投影するトンネル壁面投影システムであって，
前記トンネル壁面投影システムは，
トンネル壁面の変状を記録した図面データを用いて生成した画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部と，
前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部と，を有しており，
前記投影装置の投影開始および／または投影終了と，前記トンネル壁面の周囲にある照明装置の消灯および／または点灯とが連動する，
ことを特徴とするトンネル壁面投影システム。

【請求項8】

前記トンネル壁面投影システムは，
プロジェクタの位置，方向を調整する入力値を受け付けて仮想的に視点を変更することで，前記マッピング画像の校正処理を行う校正処理部，
を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のトンネル壁面投影システム。

【請求項9】

前記トンネル壁面投影システムは，
プロジェクタの位置，方向を調整する入力値を受け付けて前記投影装置の位置，方向を変更することで前記投影するマッピング画像の校正処理を行う校正処理部，
を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のトンネル壁面投影システム。

【請求項10】

コンピュータを，
トンネル壁面の変状を記録した図面データから抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを抽出する変状図形処理部，
前記抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを用いてレンダリング画像を生成するレンダリング処理部，
前記レンダリング画像の一部または全部を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部，
前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部，として機能させるトンネル壁面投影プログラムであって，
前記レンダリング処理部は，
前記変状を示す線および／または図形を構成する線を太くする太線化処理，背景色の変更処理，前記変状を示す線および／または図形を構成する線の色を変更する処理のうちいずれか一以上を行う，
ことを特徴とするトンネル壁面投影プログラム。

【請求項11】

コンピュータを，
トンネル壁面の変状を記録した図面データから抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを抽出する変状図形処理部，
前記抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを用いてレンダリング画像を生成するレンダリング処理部，
投影位置の入力を受け付ける位置入力受付処理部，
移動量計測装置を備えた台車の移動量を取得する移動処理部，
前記入力を受け付けた投影位置から所定範囲の情報を，前記レンダリング画像から切り出して部分画像とする画像切出処理部，
前記部分画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部，
前記マッピング画像を，前記台車に備えた投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部，として機能させるトンネル壁面投影プログラムであって，
前記レンダリング処理部は，
前記変状を示す線および／または図形を構成する線を太くする太線化処理，背景色の変更処理，前記変状を示す線および／または図形を構成する線の色を変更する処理のうちいずれか一以上を行い，
前記画像切出処理部は，
前記取得した移動量を用いて，前記レンダリング画像から前記部分画像を切り出す，
ことを特徴とするトンネル壁面投影プログラム。

【請求項12】

コンピュータを，
トンネル壁面の変状を記録した図面データを用いて生成した画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部，
前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部，
トンネル壁面を撮影する撮影装置が撮影した画像から，点検員による所定の入力装置による動作を検出することで，変状を追加する点検作業検出処理部，として機能させるトンネル壁面投影プログラムであって，
前記点検作業検出処理部は，
前記撮影装置が撮影した画像から前記入力装置による所定の色の点灯を検出し，その色の消灯までその色をトレースすることで，変状を追加する，
ことを特徴とするトンネル壁面投影プログラム。

【請求項13】

コンピュータを，
トンネル壁面の変状を記録した図面データを用いて生成した画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部，
前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部，として機能させるトンネル壁面投影プログラムであって，
前記投影装置の投影開始および／または投影終了と，前記トンネル壁面の周囲にある照明装置の消灯および／または点灯とが連動する，
ことを特徴とするトンネル壁面投影プログラム。

【請求項14】

トンネル壁面の点検作業を行うためのトンネル壁面の点検作業方法であって，
コンピュータにおいて，
トンネル壁面の変状を記録した図面データから変状を示す線および／または図形と位置情報とを抽出させるステップと，
前記抽出した変状を示す線および／または図形を構成する線を太くする太線化処理，背景色の変更処理，前記変状を示す線および／または図形を構成する線の色を変更する処理のうちいずれか一以上を行い、前記抽出した位置情報を用いてレンダリング画像を生成させるステップと，
前記レンダリング画像の一部または全部を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成させるステップと，
前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させるステップと，
を有することを特徴とするトンネル壁面の点検作業方法。

【請求項15】

トンネル壁面の点検作業を行うためのトンネル壁面の点検作業方法であって，
トンネル壁面の新たな変状に対して，点検員が入力装置を点灯して動かす動作を撮影装置で撮影するステップと，
前記撮影した画像から，前記入力装置の動きをトレースするステップと，
前記トレースした情報を用いて新たな変状を図面データに追加するステップと，
を有することを特徴とするトンネル壁面の点検作業方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

トンネル，とくに鉄道のトンネルの壁面における損傷の点検作業を行う際に用いるトンネル壁面投影システムに関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道などのトンネルの壁面は，経年劣化，振動，石が衝突するなどのさまざまな事象によって，クラック（ひび割れ）や剥離などの損傷（変状）が発生する。トンネル壁面の変状を放置すると，変状箇所から水が浸入して内部が腐食し，トンネル自体の耐久性に影響を与える可能性があるなど，さまざまな問題の原因となる。そこで，トンネルの管理者は，トンネルの壁面の変状を適切に管理する必要がある。具体的には，トンネル壁面に生じた変状を発見し，その変状の位置，大きさ，進行状況などを記録しておく。そして，次回以降の点検で，新たな変状の発見を行うとともに，すでに記録してある変状の変化，進行状況などを確認し，必要な場合には修復を行っている。

【0003】

一方，すべての変状をすぐに修復するのは，作業的にも費用的にも容易ではない。そのため，トンネル壁面に生じた変状の状況を管理することで，許容限度を上回った，あるいは許容限度に近くなった変状から修復をすることとなる。それを実現するため，トンネルの壁面の変状の状況，たとえばクラックの幅や長さ，剥離の大きさなどを適切に管理することが求められている。

【0004】

従来，トンネル壁面に生じた変状の管理は目視を基本としている。たとえば，点検員が構造物を実際に目視し，クラックや剥離などの変状を見つけ，その箇所をチョークなどでなぞり，それをカメラで撮影をする。そして，撮影した画像情報を見ながら，チョークでなぞった部分をＣＡＤ図面にトレースすることで，変状の管理をしていた。なお，ＣＡＤ図面で変状の管理をするのは，検査結果の公式資料としてＣＡＤ図面を作成することが求められているからである。

【0005】

また，下記非特許文献１に示すように，ＭＲ（複合現実）技術を利用し，点検員がヘッドマウントディスプレイを装着し，トンネル壁面にＣＡＤ図面を重ねて立体的に見られるようにする技術もある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【文献】株式会社鴻池組，”ＭＲ技術を活用したトンネル維持管理システム（トンネルＭＲ）に新機能を追加－ウェアラブル端末を使用したデータ入力で業務効率化－”，[online]，インターネット＜ＵＲＬ：https://www.konoike.co.jp/news/archive/2019/201906042209.html＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

点検員が図面を見ながら作業を行う従来の方法では，ほとんどの作業が人手で行われるため，点検員の作業負担がきわめて重い。とくに，鉄道のトンネルにおいては，夜間の鉄道が運行していない数時間に作業を行わなければならない。そのため点検作業は迅速に行わなければならないが，人手による作業なので作業時間がかかってしまう。

【0008】

非特許文献１に示したＭＲ技術を活用したシステムの場合，ヘッドマウントディスプレイを装着した点検員しか図面を見ることができないので情報の共有ができない。

【0009】

また，点検員のヘッドマウントディスプレイには，点検員が検査を行う場所の図面を表示する必要があるが，トンネル内ではＧＰＳ装置を使用できないため，点検員がトンネル内のどの場所にいるか特定できない。そのため，場所のキャリブレーションが難しい。そのため，非特許文献１では，トンネル内の作業現場に場所を示すマーカを設置し，それをヘッドマウントディスプレイで認識することで場所を特定して図面をヘッドマウントディスプレイに表示する方法を採っている。しかし，場所を示すマーカを適切に設置する必要があり，また点検員も最初にマーカを読み取らなければならない負担が生じる。

【0010】

さらに，ＭＲ技術を用いるため，ＣＡＤ図面の３次元モデルが必要となるが，トンネルのＣＡＤ図面の３次元モデルは少なく，ＣＡＤ図面の３次元モデルがない場合には，使用することができない。

【0011】

加えて，トンネルの場合，地面との接点付近から半円状に反対側の地面との接点付近までの変状を確認する必要がある。そのため，トンネルの天井付近も確認する必要が出てくるが，点検員は重量のあるヘッドマウントディスプレイを装着して頭部を天井方向に長時間傾ける必要があるため，体力的な負担も大きい。

【課題を解決するための手段】

【0012】

そこで本発明者は，上記課題に鑑み，トンネルの壁面にＣＡＤ図面などの図面データに基づく変状を示す画像を投影することで，上述の課題を解決するトンネル壁面投影システムを発明した。

【0013】

第１の発明は，トンネル壁面に変状を投影するトンネル壁面投影システムであって，前記トンネル壁面投影システムは，トンネル壁面の変状を記録した図面データから抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを抽出する変状図形処理部と，前記抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを用いてレンダリング画像を生成するレンダリング処理部と，前記レンダリング画像の一部または全部を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部と，前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部と，を有しており，前記レンダリング処理部は，前記変状を示す線および／または図形を構成する線を太くする太線化処理，背景色の変更処理，前記変状を示す線および／または図形を構成する線の色を変更する処理のうちいずれか一以上を行う，トンネル壁面投影システムである。

【0014】

【0015】

上述の発明において，前記トンネル壁面投影システムは，投影位置の入力を受け付ける位置入力受付処理部と，前記入力を受け付けた投影位置から所定範囲の情報を，前記レンダリング画像から切り出して部分画像とする画像切出処理部と，を有しており，前記マッピング処理部は，前記部分画像をトンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成する，トンネル壁面投影システムのように構成することができる。

【0016】

本発明のような処理を行うことで，図面データのすべてに対して画像の変形処理を行わずとも，全体の変形処理等を行わず，入力を受け付けた位置から一定距離に該当する部分のみを切り出して処理を行えばよく，処理負荷を軽減することができる。

【0017】

第３の発明は，トンネル壁面に変状を投影するトンネル壁面投影システムであって，前記トンネル壁面投影システムは，トンネル壁面の変状を記録した図面データから抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを抽出する変状図形処理部と，前記抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを用いてレンダリング画像を生成するレンダリング処理部と，投影位置の入力を受け付ける位置入力受付処理部と，移動量計測装置を備えた台車の移動量を取得する移動処理部と，前記入力を受け付けた投影位置から所定範囲の情報を，前記レンダリング画像から切り出して部分画像とする画像切出処理部と，前記部分画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部と，前記マッピング画像を，前記台車に備えた投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部と，を有しており，前記レンダリング処理部は，前記変状を示す線および／または図形を構成する線を太くする太線化処理，背景色の変更処理，前記変状を示す線および／または図形を構成する線の色を変更する処理のうちいずれか一以上を行い，前記画像切出処理部は，前記取得した移動量を用いて，前記レンダリング画像から前記部分画像を切り出す，トンネル壁面投影システムである。

【0018】

本発明のように構成することで，従来の人手による点検作業よりも大幅に効率化を図ることができる。また，場所のキャリブレーションや図面データの３次元モデルを用いることなく，多くの点検員が同時に図面データに基づく変状箇所の情報を共有しながら作業を行うことができる。また点検員の体力的な負担も大きくなく作業を行うことができる。
ＣＡＤ図面などの図面データにおける変状箇所を示す線などは細く，また背景色も黒色であるため，そのままトンネル壁面に投影したのでは，点検員が変状の箇所を視認することが容易ではない。そこで，本発明のように構成することで，トンネル壁面への投影をした場合に，変状箇所の視認性を向上することができ，点検員による点検作業を容易にすることができる。
また，図面データのすべてに対して画像の変形処理を行わずとも，全体の変形処理等を行わず，入力を受け付けた位置から一定距離に該当する部分のみを切り出して処理を行えばよく，処理負荷を軽減することができる。
トンネル内はＧＰＳ装置を使用して位置情報を取得することができない。そこで，位置の特定が容易ではないが，本発明のように構成することで，台車の移動量というトンネル内ではもっとも高精度の距離測定方法を用いて，精度が高く，台車の移動に合わせた部分画像を切り出し，切り出した部分画像を変形させてトンネル壁面に投影することができる。

【0019】

上述の発明において，前記トンネル壁面は鉄道のトンネルであって，前記台車は，一本のレール上を移動するように車輪を設置している，トンネル壁面投影システムのように構成することができる。

【0020】

鉄道のトンネルの場合，通常，一つの進行方向に対してレールは２本ある。そこで台車を２本のレールに跨がるように設置するともっとも安定するが，その場合，地下鉄の走行管理の仕組み上，レール上に車両があることが検知され，点検作業活動の管理レベルが高まって，点検作業に支障が生ずる。すなわち，２本のレールに跨がる点検車両を用いて点検作業を行う場合，安全性の観点から，点検作業の管理レベルが高くなり，特別な許可が必要となる。しかし，変状の管理は頻度が高い作業であるから，かかる特別な許可を頻繁に得るのは煩雑である。そこで，本発明のように，一本のレールを移動する台車を用いることで，管理レベルの低い点検として取り扱うことができ，特別な許可も必要なく，点検作業の繁雑さを解消でき，点検作業の支障を解消できる。

【0021】

第５の発明は，トンネル壁面に変状を投影するトンネル壁面投影システムであって，前記トンネル壁面投影システムは，トンネル壁面の変状を記録した図面データを用いて生成した画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部と，前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部と，トンネル壁面を撮影する撮影装置が撮影した画像から，点検員による所定の入力装置による動作を検出することで，変状を追加する点検作業検出処理部と，を有しており，前記点検作業検出処理部は，前記撮影装置が撮影した画像から前記入力装置による所定の色の点灯を検出し，その色の消灯までその色をトレースすることで，変状を追加する，トンネル壁面投影システムである。

【0022】

上述の発明において，前記撮影装置は，前記投影装置の光軸と同軸上に設置される，トンネル壁面投影システムのように構成することができる。

【0023】

【0024】

第７の発明は，トンネル壁面に変状を投影するトンネル壁面投影システムであって，前記トンネル壁面投影システムは，トンネル壁面の変状を記録した図面データを用いて生成した画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部と，前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部と，を有しており，前記投影装置の投影開始および／または投影終了と，前記トンネル壁面の周囲にある照明装置の消灯および／または点灯とが連動する，トンネル壁面投影システムである。

【0025】

投影装置を投影する場合には周囲の照明装置の明かりは，トンネル壁面に投影された画像を不明瞭にし，投影された画像を作業員が視認することの支障となる。一方，投影装置の投影を終了し，台車などを移動する場合には周囲の照明装置がないと暗くて作業の支障となる。そこで，移動中にプロジェクタを消灯する場合には，本発明のように構成することで，照明に関する作業を連動することができ，作業負荷の軽減を図ることができる。

【0026】

上述の発明において，前記トンネル壁面投影システムは，プロジェクタの位置，方向を調整する入力値を受け付けて仮想的に視点を変更することで，前記マッピング画像の校正処理を行う校正処理部，を有するトンネル壁面投影システムのように構成することができる。

【0027】

トンネル壁面への変状の投影を行った場合であっても，図面とトンネルの施工状態のずれや，プロジェクタの設置位置の精度などの理由から，トンネル壁面にある実際の変状と位置のずれが生じる場合もある。そこで，本発明のように仮想的に視点を変更することで，複雑な装置の構成を備えることなく，位置のずれを解消することができる。

【0028】

上述の発明において，前記トンネル壁面投影システムは，プロジェクタの位置，方向を調整する入力値を受け付けて前記投影装置の位置，方向を変更することで前記投影するマッピング画像の校正処理を行う校正処理部，を有するトンネル壁面投影システムのように構成することができる。

【0029】

位置のずれの解消については，本発明のようにプロジェクタの位置，方向を変更することで対応してもよい。

【0030】

第１の発明のトンネル壁面投影システムは，本発明のプログラムをコンピュータに読み込ませて実行することで実現できる。すなわち，コンピュータを，トンネル壁面の変状を記録した図面データから抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを抽出する変状図形処理部，前記抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを用いてレンダリング画像を生成するレンダリング処理部，前記レンダリング画像の一部または全部を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部，前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部，として機能させるトンネル壁面投影プログラムであって，前記レンダリング処理部は，前記変状を示す線および／または図形を構成する線を太くする太線化処理，背景色の変更処理，前記変状を示す線および／または図形を構成する線の色を変更する処理のうちいずれか一以上を行う，トンネル壁面投影プログラムである。

【0031】

第３の発明のトンネル壁面投影システムは，本発明のプログラムをコンピュータに読み込ませて実行することで実現できる。すなわち，コンピュータを，トンネル壁面の変状を記録した図面データから抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを抽出する変状図形処理部，前記抽出した変状を示す線および／または図形とその位置情報とを用いてレンダリング画像を生成するレンダリング処理部，投影位置の入力を受け付ける位置入力受付処理部，移動量計測装置を備えた台車の移動量を取得する移動処理部，前記入力を受け付けた投影位置から所定範囲の情報を，前記レンダリング画像から切り出して部分画像とする画像切出処理部，前記部分画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部，前記マッピング画像を，前記台車に備えた投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部，として機能させるトンネル壁面投影プログラムであって，前記レンダリング処理部は，前記変状を示す線および／または図形を構成する線を太くする太線化処理，背景色の変更処理，前記変状を示す線および／または図形を構成する線の色を変更する処理のうちいずれか一以上を行い，前記画像切出処理部は，前記取得した移動量を用いて，前記レンダリング画像から前記部分画像を切り出す，トンネル壁面投影プログラムである。

【0032】

第５の発明のトンネル壁面投影システムは，本発明のプログラムをコンピュータに読み込ませて実行することで実現できる。すなわち，コンピュータを，トンネル壁面の変状を記録した図面データを用いて生成した画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部，前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部，トンネル壁面を撮影する撮影装置が撮影した画像から，点検員による所定の入力装置による動作を検出することで，変状を追加する点検作業検出処理部，として機能させるトンネル壁面投影プログラムであって，前記点検作業検出処理部は，前記撮影装置が撮影した画像から前記入力装置による所定の色の点灯を検出し，その色の消灯までその色をトレースすることで，変状を追加する，トンネル壁面投影プログラムである。

【0033】

第７の発明のトンネル壁面投影システムは，本発明のプログラムをコンピュータに読み込ませて実行することで実現できる。すなわち，コンピュータを，トンネル壁面の変状を記録した図面データを用いて生成した画像を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成するマッピング処理部，前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させる投影処理部，として機能させるトンネル壁面投影プログラムであって，前記投影装置の投影開始および／または投影終了と，前記トンネル壁面の周囲にある照明装置の消灯および／または点灯とが連動する，トンネル壁面投影プログラムである。

【0034】

第１４の発明は，トンネル壁面の点検作業を行うためのトンネル壁面の点検作業方法であって，コンピュータにおいて，トンネル壁面の変状を記録した図面データから変状を示す線および／または図形と位置情報とを抽出させるステップと，前記抽出した変状を示す線および／または図形を構成する線を太くする太線化処理，背景色の変更処理，前記変状を示す線および／または図形を構成する線の色を変更する処理のうちいずれか一以上を行い、前記抽出した位置情報を用いてレンダリング画像を生成させるステップと，前記レンダリング画像の一部または全部を，トンネル壁面の形状に対応するように変形させてマッピング画像を生成させるステップと，前記マッピング画像を投影装置からトンネル壁面に投影させるステップと，を有するトンネル壁面の点検作業方法である。

【0035】

本発明のトンネル壁面の点検作業方法によって，従来の人手による点検作業よりも大幅に効率化を図ることができる。また，場所のキャリブレーションや図面データの３次元モデルを用いることなく，多くの点検員が同時に図面データに基づく変状箇所の情報を共有しながら作業を行うことができる。また点検員の体力的な負担も大きくなく作業を行うことができる。

【0038】

トンネル壁面の点検作業を行うためのトンネル壁面の点検作業方法であって，トンネル壁面の新たな変状に対して，点検員が入力装置を点灯して動かす動作を撮影装置で撮影するステップと，前記撮影した画像から，前記入力装置の動きをトレースするステップと，前記トレースした情報を用いて新たな変状を図面データに追加するステップと，を有するトンネル壁面の点検作業方法とすることもできる。

【0039】

本発明のトンネル壁面の点検作業方法によって，トンネル壁面の変状に変化がある場合には，従来のように，当該トンネル壁面を写真等で撮影し，それに基づいて変状を手動で入力または自動で抽出する等の作業を行う必要がなくなる。単に，点検員がトンネル壁面の変状に沿って所定の動作を行えば，変状を追加することができ，作業負荷の軽減を図ることができる。

【発明の効果】

【0040】

本発明のトンネル壁面投影システムを用いることで，従来の人手による作業よりも大幅に効率化を図ることができる。また，ＭＲ技術ではないので，場所のキャリブレーションや図面データの３次元モデルを用いることなく，多くの点検員が同時に図面データに基づく変状箇所の情報を共有しながら作業を行うことができる。また点検員の体力的な負担も大きくなく作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】本発明のトンネル壁面投影システムの全体の構成の一例を模式的に示すブロック図である。

【図2】本発明のトンネル壁面投影システムで用いるコンピュータのハードウェア構成の一例を模式的に示すブロック図である。

【図3】本発明のトンネル壁面投影システムにおける全体の処理プロセスの一例を示すフローチャートである。

【図4】本発明のトンネル壁面投影システムにおける事前処理の処理プロセスの一例を示すフローチャートである。

【図5】本発明のトンネル壁面投影システムにおける利用処理の処理プロセスの一例を示すフローチャートである。

【図6】台車の基本的構造の一例を示す図である。

【図7】台車の車輪とレールとの関係の一例を示す図である。

【図8】台車の基本的構造のほかの一例を示す図である。

【図9】台車に投影装置を設置した状態の一例を示す図である。

【図10】台車に投影装置を設置し，スタンドに作業用コンピュータを載置した状態の一例を示す図である。

【図11】台車がレールを移動する状態の一例を示す図である。

【図12】台車がレールで固定され，投影装置による投影を行う状態の一例を示す図である。

【図13】台車を用いてトンネル壁面に投影を行う状態を模式的に示す図である。

【図14】読み込むＣＡＤ図面のデータの一例を示す図である。

【図15】図１４のＣＡＤ図面から背景を削除した状態の一例を示す図である。

【図16】レンダリング処理部での処理対象とする部分の画像の拡大図である。

【図17】図１６に基づいて生成したレンダリング画像の一例を示す図である。

【図18】マッピング画像の一例を示す図である。

【図19】マッピング画像を投影する前のトンネル壁面を正面から見た状態の一例を模式的に示す図である。

【図20】図１９の状態を投影装置側から斜めに撮影した状態の一例を模式的に示す図である。

【図21】マッピング画像を図１９のトンネル壁面に投影した状態を，トンネル壁面の正面から見た状態の一例を模式的に示す図である。

【図22】図２１の状態を投影装置側から斜めに撮影した状態の一例を模式的に示す図である。

【図23】校正処理の画面の一例を模式的に示す図である。

【図24】校正処理の一例を模式的に示す図である。

【図25】実施例２におけるトンネル壁面投影システムの全体の構成の一例を模式的に示す図である。

【図26】撮影装置が撮影した画像から，点検員が所定の色のペンライト等の入力装置を点灯した場合に，カーソルがマッピング画像（正面から見た状態のマッピング画像）上に表示された状態の一例を示す図である。

【図27】点検員がペンライト等の入力装置で変状箇所をトレースしているときにマッピング画像（正面から見た状態のマッピング画像）上に表示されたトレース線の一例を示す図である。

【図28】点検員がペンライト等の入力装置で変状箇所をトレースしてマッピング画像（正面から見た状態のマッピング画像）にトレース線が登録された状態の一例を示す図である。

【図29】新たなトレース線が登録されたＣＡＤ図面の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

本発明のトンネル壁面投影システム１の全体の構成の一例のブロック図を図１に示す。また，本発明のトンネル壁面投影システム１で用いるコンピュータのハードウェア構成の一例のブロック図を図２に示す。

【0043】

トンネル壁面投影システム１は，事前処理部２と利用処理部３とを有する。事前処理部２と利用処理部３は，それぞれ異なるコンピュータで処理が実行されてもよいし，同じコンピュータで処理が実行されてもよい。少なくとも利用処理部３は，トンネル内を移動可能な台車４に搭載したコンピュータで実行される。

【0044】

本発明で用いるコンピュータ（可搬型通信端末を含む）は，プログラムの演算処理を実行するＣＰＵなどの演算装置７０と，情報を記憶するＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置７１と，ディスプレイなどの表示装置７２と，情報の入力を行う入力装置７３と，演算装置７０の処理結果や記憶装置７１に記憶する情報の通信をする通信装置７４とを有している。なお，コンピュータがタッチパネルディスプレイを備えている場合には表示装置７２と入力装置７３とが一体的に構成されていてもよい。タッチパネルディスプレイは，たとえばタブレット型コンピュータやスマートフォンなどの可搬型通信端末などで利用されることが多いが，それに限定するものではない。

【0045】

タッチパネルディスプレイは，そのディスプレイ上で，直接，所定の入力デバイス（タッチパネル用のペンなど）や指などによって入力を行える点で，表示装置７２と入力装置７３の機能が一体化した装置である。

【0046】

トンネル壁面投影システム１におけるコンピュータは，一台のコンピュータであってもよいし，その機能が複数のコンピュータによって実現されていてもよい。この場合のコンピュータとして，たとえばクラウドサーバであってもよい。

【0047】

本発明のトンネル壁面投影システム１における各手段は，その機能が論理的に区別されているのみであって，物理上あるいは事実上は同一の領域を為していてもよい。

【0048】

台車４は，支持台４０と車輪４１と位置固定装置４２とを有している。図６に台車４の基本的構造の一例を示す。また台車４には，台車４をレール６０に沿って移動可能なハンドル４３が着脱自在に取り付けられている。

【0049】

支持台４０は台車４の基盤を形成する。支持台４０の外形には制約はないが，台車４に後述する投影装置５０を載置するため，水平面を形成しているとよい。支持台４０は，アルミニウムなどの金属により形成されていることが好ましい。車輪４１は，台車４をトンネル内で移動させるために，支持台４０の下面側に取り付けられている。車輪４１の数は任意の数でよいが，好ましくは，進行方向に対する同軸上に前後に少なくとも１つずつ取り付けられている。また，鉄道のトンネルの場合，車輪４１がレールを走行可能な形状，たとえばレールを左右から挟み込むために凹形状をしているとよい。これを模式的に示すのが図７である。車輪４１は，２本のレールのそれぞれに位置するように取り付けられているのではなく，１本のレールのみに位置するように取り付けられていることがよい。

【0050】

位置固定装置４２は，後述する投影装置５０でトンネル壁面に投影するときに，台車４の位置を路面に対して固定する。位置固定装置４２の構造は，台車４の位置を固定できるのであればどのような構造であってもよい。たとえば，車輪４１が回転しないように固定する装置であってもよいし，ジャッキのように台車４を上方に持ち上げ，レールに沿って台車４が移動しないようにするなどの装置であってもよい。ジャッキのように台車４を持ち上げて固定する場合には，支持台４０を水平に位置できるように，支持台４０の左右および／または前後方向にそれぞれ位置固定装置４２が取り付けられているとよい。

【0051】

ハンドル４３は，台車４の操作者（たとえば点検作業の点検員や監督者など）が把持して，台車４をトンネル内で移動可能とする。たとえばハンドル４３は略Ｌ字状をしており，一端が着脱自在に支持台４０に取り付けられ，他の一端側を操作者が把持して台車４を移動させる。

【0052】

台車４からハンドル４３を取り外した状態では，台車４にスタンド４５を取り付ける。スタンド４５は固定軸４４と接合しており，固定軸４４を支持台４４に着脱自在に取り付けることで，スタンド４５の着脱が可能となる。固定軸４４の一端は支持台４４に，他の一端はスタンド４５に接合している。スタンド４５には作業用コンピュータ５１を載置するほか，筆記用具，紙類などを載置することも可能である。作業用コンピュータ５１としては，ラップトップ型コンピュータのほか，タブレット型コンピュータなどの可搬型通信端末も含まれる。さらに，作業用コンピュータ５１が事前処理部２と利用処理部３の機能を実現してもよいし，利用処理部３の機能のみを実現し，事前処理部２の機能は別のコンピュータで実現してもよい。

【0053】

台車４の支持台４０の水平面上には各種の装置を設置する。すなわち支持台４０の水平面上には，台座４６，支持軸４７，固定具４８を設置し，固定具４８に投影装置５０を設置する。なお，図示はしないが，支持台４０には投影装置５０のほか，電源装置など，必要な装置を設置してもよい。

【0054】

台座４６は，支持台４０の上で，水平面を回転可能に取り付けられる。また台座４６のには，垂直方向に固定具４８を支持するための支持軸４７が取り付けられる。固定具４８は，２方向が開口している箱状をしており，撮影装置５０をその内側に固定して設置することができる。なお，固定具４８は，一方向のみが開口しており，その開口部から投影装置５０を設置してもよいし，投影装置５０が直接支持軸４７に取り付けられていてもよい。

【0055】

固定具４８は，支持軸４７の一端において，回転軸４８ａを中心に，上下方向に（仰角，俯角の方向に）回転させることができる。また，固定具４８の相対する側面の支持軸４７付近においては，溝４８ｂが設けられており，支持軸４７に設けたピン４８ｃが溝４８ｂに位置することで，固定具４８の回転範囲を溝４８ｂの範囲に制限する。これらによって，台座４６を水平面方向に回転させ，また固定具４８を上下方向に回転させることができ，投影装置５０を任意の方向に向けることができる。そのため，投影装置５０から出射する光を，光源位置を回転軸として，仰角およびレール６０の方向からトンネル壁面に向かってどれだけ展開するか（内転角）を調整して固定することができる。支持軸４７および固定具４８は，撮影装置５０を取り付けた場合に，その光源が台座４６の中心付近に位置するように設置されるとよい。

【0056】

投影装置５０を固定具４８に取り付けた状態の台車４を図９および図１０に示す。図９は，台車４にハンドル４３が取り付けられた状態であり，図１０は，台車４に固定軸４４およびスタンド４５が取り付けられた状態である。また，スタンド４５には作業用コンピュータ５１が載置されている。

【0057】

また，図１１は，台車４が枕木６１の上にあるレール６０に沿って移動する状態を示している。図１２は，台車４の位置を位置固定装置４２で固定し，投影装置５０で投影する状態を示している。

【0058】

投影装置５０はいわゆるプロジェクタであり，トンネル壁面に対して所定の画像を投影する。一般的な投影装置５０は略直方体の筐体をしており，長手方向を水平面に載置して使用をする。本願発明で用いる投影装置５０としても一般に使用されている（市販の）投影装置５０を用いることができるが，地面やレール付近からトンネルの頂上（クラウン）付近，好ましくはトンネルの頂上を含む範囲まで画像を投影可能なように，短手方向が水平面側となるように，固定具４８に設置することが好ましい。これによって，市販の投影装置５０であっても比較的近距離の位置にある壁面を，地面やレール付近からトンネルの頂上（クラウン）付近を含む範囲まで画像を投影することができる。なお，地面やレール付近からトンネルの頂上（クラウン）付近を含む範囲まで画像を投影できるのであれば，投影装置５０の設置状態は短手方向が水平面側となることに限定するものではなく，長手方向が水平面側となってもよい。

【0059】

投影装置５０は，台車４が位置する側とは反対側の壁面に対して所定の画像を投影する。トンネル壁面と台車４の進行方向が平行の場合，投影装置５０から出射する光の光軸と，トンネル壁面または台車４の進行方向との間の角度θは，１０度～４５度程度であることがよい。より好ましくは２０度～３０度，さらに好ましくは２２度～２５度であるとよい。

【0060】

さらに，台車４は移動量計測装置４９を有している。移動量計測装置４９は，起点（計測開始地点）からの移動量（距離）を計測する装置である。たとえばオドメータ，ローラーエンコーダが該当する。ローラーエンコーダの場合，台車４の車輪４１にローラーが接触するように設置することで，車輪４１の回転に伴うローラーの回転量を計測することで，移動量（距離）を計測できる。また，回転式のほか，レーザドップラー速度計などを用いてその移動距離を計測してもよい。

【0061】

図１３は，鉄道のトンネルの場合に，１本のレール上に位置する台車４に設置した投影装置５０からトンネル壁面に対して所定の画像を投影する状態を模式的に示す図である。

【0062】

なお，台車４の構造およびそこに設置する各種装置は一例であって，これに限定するものではない。投影装置５０により所定の画像をトンネル壁面に投影し，設置した投影装置５０を移動可能な台車４であれば如何なる構造であってもよい。また必要に応じて台車４の構造，設置する装置を変更，増減できる。

【0063】

投影装置５０のほか，電源装置（図示しない）などの装置は，進行方向に対してハンドル４３が取り付けられている側に重心が位置するように，台車４において配置される。これによって，たとえば位置固定装置４２をハンドル４３側のみに設けることで足りる。すなわち，台車４の重心がハンドル４３の側に位置していれば，位置固定装置４２で台車４を支持することができる。

【0064】

トンネル壁面投影システム１における事前処理部２は，投影処理を行う前の事前準備の処理を行う。図面読込処理部２０と変状図形処理部２１とレンダリング処理部２２とを有する。

【0065】

図面読込処理部２０は，トンネル壁面のクラックや剥離などの損傷箇所（変状）を記録したＣＡＤ図面のデータファイル（ベクター画像）を読み込む。このＣＡＤ図面は，従来のトンネルの維持管理業務のなかで作成されてきた形式のデータ，トンネルを断面に沿ってカバーする展開図（地面またはその近傍から天井をとおり反対側の地面またはその近傍に至るまでをカバーする展開図）をそのまま利用することができる。ＣＡＤ図面には，変状の種類ごとにレイヤが設けられており，各レイヤにおいて，どの位置にどのような大きさの変状があるかが記録されている。たとえばトンネルのキロポストに対応づけて，どの位置にどのような大きさの変状があるかを記録している。図面読込処理部２０は，たとえばＤＸＦ形式で表現されているＣＡＤ図面のファイルを読み込む。なお，ＣＡＤ図面の場合を説明するが，ＣＡＤ図面でなくても，変状を記録した図面のデータファイルであればよい。

【0066】

変状図形処理部２１は，図面読込処理部２０で読み込んだＣＡＤ図面を，レイヤごとに分類し，変状を示す図形（変状を示す線も含む。以下同様）とその位置情報をデータベースなどに抽出して格納する。この際に，ＣＡＤ図面全体に対して処理を一度だけ行ってもよいが，処理の高速化の観点から，当日または所定期間における点検作業を行う区間の範囲に対して処理を行ってもよい。その場合，変状図形処理部２１は，作業区間を示す位置の情報を受け取り，その情報に基づいてＣＡＤ図面のうち該当範囲を特定し，特定した範囲における変状を抽出して，変状を示す図形とその位置情報をデータベースなどに格納する。たとえば点検作業を行う日の作業区間をトンネルのキロポストによる位置の情報，たとえば１．０キロメートルから１．５キロメートルのように受け取り，その区間のＣＡＤ図面において，レイヤごとに，変状を示す図形とその位置情報を分類してデータベースなどに格納する。

【0067】

レンダリング処理部２２は，変状図形処理部２１で格納した変状を示す図形とその位置情報とを用いてレンダリングの処理を行い，レンダリング画像を生成する。このレンダリング画像はベクター画像を変換したラスター画像である。レンダリングの処理は，プロジェクタの現在位置から投影される範囲に限定して行ってもよい。

【0068】

具体的には，変状を示す図形を構成する線を太くする処理，変状を示す図形を構成する線の色を変更する処理，背景色の変更処理，ベクター画像をラスター画像に変換する処理を行う。

【0069】

ＣＡＤ図面において変状を示す図形を構成する線は細いので，元の線の太さでは投影をした際に視認できない，あるいは視認しにくい場合がある。そこで，変状を示す図形を構成する線を太くする処理として，元の線を所定倍率，所定量だけ太くする太線化処理を実行する。たとえば投影時に１０～３０ｃｍ程度の線幅となるように太くすることが好ましいが，それに限定するものではない。

【0070】

ＣＡＤ図面の背景色は通常，黒色である。そのため，そのまま投影をすると，背景部分である壁面の大半が暗くなってよく見えない，また変状が明度の低い色である場合には視認しにくい場合がある。そこで，トンネルの壁面そのものが見やすくなるように，背景色を視認性が高い色，たとえば背景色を明度が高い色である白色あるいは白色に近い色（白色系の色）に変更する。

【0071】

さらに，図形を構成する線の色も視認性が高い色に変更する。この場合，背景色から目立つように，背景色とは異なる色相の色，たとえば青色，赤色，緑色などに変更する。また，背景色とは異なる色相の色を十分に視認できる範囲でさらに明度を一定量だけ下げることで，背景色から際立たせるようにしてもよい。トンネルの壁面は，汚れいていることも多く，鮮やかな色を投影しても彩度が大きく失われることがあるため，背景色と明度差をつけることで，視認性を高めることができる。なお，色は変状の種類ごと（レイヤごと）に変更すると好ましい。

【0072】

上述の太線化処理，背景色変更処理，線色変更処理のすべてを行うとよいが，その一部のみであってもよい。このような処理を実行した後，ラスター情報に変換してラスター画像であるレンダリング画像を生成する。

【0073】

トンネル壁面投影システム１における利用処理部３は，事前処理部２で生成したレンダリング画像に対して，後述する所定の処理を実行した画像をトンネル壁面に対して投影装置５０により投影する。利用処理部３は，位置入力受付処理部３０と画像切出処理部３１とマッピング処理部３２と投影処理部３３と校正処理部３４と移動処理部３５とを有する。

【0074】

位置入力受付処理部３０は，当日の作業を行う作業開始場所の投影位置を示す情報，たとえばキロポスト，上り，下りを示す情報などの情報の入力を受け付ける。

【0075】

画像切出処理部３１は，位置入力受付処理部３０で入力を受け付けた投影位置を示す情報に基づいて，その現在位置から所定の範囲の部分画像をレンダリング画像から切り出す。ここでレンダリング画像から切り出すとは，実際にレンダリング画像から部分画像を切り出してもよいし，実際には切り出さずに，部分画像とする範囲を特定して，その特定した範囲を部分画像として処理対象とするといったように，仮想的に切り出す（処理対象として特定する）場合も含む。

【0076】

たとえば投影装置５０による１回の投影範囲を１０メートルとしてレンダリング画像から部分画像を切り出す場合，その日の作業開始地点においてはレンダリング画像の当該日の作業開始地点から１０メートルに相当する範囲を部分画像として切り出す。そしてその範囲における作業が終了すると，作業開始地点から１０メートル移動した地点と２０メートルの地点の範囲を部分画像として切り出す。なお，投影装置５０からトンネル壁面に対しては斜め前方方向に投影をするため，作業開始地点とは，投影装置５０で投影された投影面の最初の位置であってもよいし，あるいは投影装置５０の最初の位置であってもよく，任意の地点であればよい。

【0077】

マッピング処理部３２は，トンネル壁面の形状に対応したマッピング関数を利用して部分画像を変形し，変形した部分画像（マッピング画像）を生成する。トンネルの断面形状は，円形，矩形，馬蹄形などがあるが，それらの断面形状に合わせて歪ませた画像をマッピング関数を利用して部分画像を変形してマッピング画像を生成する。ここで用いるマッピング関数による部分画像の変形処理は公知の各処理方法を用いることができる。また，マッピング関数を利用して部分画像を変形するため，トンネル壁面の形状についてはあらかじめセンシングをしておき，必要なパラメータを取得しておく。あるいは，台車４にトンネル壁面の形状をセンシングするための各種センサ装置を設置しておき，マッピング処理部３２による処理の前または処理のときに，当該センサ装置を用いてトンネル壁面の形状をセンシングして，マッピング関数で用いるパラメータとして適用してもよい。

【0078】

マッピング処理を行う際には，部分画像を複数のタイル（小領域）に分割し，そのタイルごとに画像を変形して，後述する投影処理部３３が投影装置５０を介して投影させることが好ましい。分割するタイルは，縦横が整列していても整列していなくてもよい。

【0079】

マッピング処理を行う際には，３次元空間状の投影される壁面におけるタイル（小領域）の各頂点，たとえば矩形なら４点の３次元座標から，投影装置５０のパネル面上の対応する座標４点を求める。そして，投影される壁面の小領域に投影されるべき画像を，パネル面上の歪んだ矩形に適合（フィット）するように，ホモグラフィー変換をすることで生成する。この処理をタイルごとに行えば，トンネル壁面の投影するマッピング画像を生成することができる。

【0080】

トンネル壁面に対して垂直方向から部分画像を投影してもよいが，好ましくは，進行方向に対して斜め後方または斜め前方から投影を行った方が，広範囲に投影を行えるのでよい。この場合，台車４に設置した投影装置５０から出射する光軸と，トンネル壁面または台車４の進行方向との角度θをさらに用いてマッピング関数を利用して部分画像を変形し，マッピング画像を生成してもよい。

【0081】

投影処理部３３は，マッピング処理部３２で生成したマッピング画像を，投影装置５０を介してトンネル壁面に投影させる。

【0082】

校正処理部３４は，投影した画像に対して，投影装置５０の位置，方向を調整する入力を受け付け，その入力値に応じてマッピング関数を修正し，投影する画像の変形を校正する。

【0083】

移動処理部３５は，台車４が移動した場合に，台車４の移動量計測装置４９で計測した移動量を取得し，その移動量に基づいて画像切出処理部３１で切り出す範囲を変更する。

【実施例1】

【0084】

つぎに本発明のトンネル壁面投影システム１を用いた処理プロセスの一例を図３乃至図５のフローチャートを用いて説明する。なお，以下の説明では，トンネルとして地下鉄のトンネルの場合を説明するが，地下鉄以外の鉄道のトンネル，車両や人が移動するトンネルであっても同様に実現できる。

【0085】

まずトンネルの壁面に投影処理を行う事前準備の処理として事前処理を実行する（Ｓ１００）。なお事前処理は，トンネル内の点検作業の現場で行ってもよいし，それ以前の所定箇所，たとえば点検作業を行う会社の事務所などで現場作業の開始前に行ってもよい。

【0086】

事前処理として，まず図面読込処理部２０は，あらかじめ準備してあるトンネル壁面の変状を記録したＣＡＤ図面のデータを図面読み込み処理部で読み込む（Ｓ２００）。読み込むＣＡＤ図面のデータの一例を図１４に示す。図１４における中心付近の破線はトンネル壁面の頂上（クラウン）であり，その上下方向がそれぞれ左右の側面となる。また，図１４における一点鎖線で囲んだ矩形領域が，ＣＡＤ図面のうち，点検作業を行う範囲として，後述のレンダリング処理部２２での処理対象とする部分である。

【0087】

このように読み込んだＣＡＤ図面に対して，変状図形処理部２１は，レイヤごとに分類して，変状を示す図形を抽出し，変状を示す図形とその位置情報をデータベースなどに格納をする（Ｓ２１０）。

【0088】

まず，図１４のＣＡＤ図面のデータから点検作業を行う範囲を指定する。一点鎖線で囲んだ矩形領域が，ＣＡＤ図面のうち，点検作業を行う範囲として，後述のレンダリング処理部２２での処理対象とする部分である。破線はトンネル壁面の頂上（クラウン）である。この領域を拡大したのが図１５である。図１５における実線や矩形領域がそれぞれ変状としてＣＡＤ図面に記録されている部分である。また，図１６は，点検作業を行う範囲として，後述のレンダリング処理部２２での処理対象とする部分の拡大図である。

【0089】

そしてレイヤごとに分類ごとに，変状を示す図形とその位置情報をデータベースなどに格納をする。

【0090】

このように変状図形を抽出すると，レンダリング処理部２２は，変状図形処理部２１で格納した変状を示す図形とその位置情報とを用いて，レンダリング画像情報を生成する（Ｓ２２０）。

【0091】

具体的には，まず，変状を示す図形を構成する線の太さを所定の基準にしたがい，太くする。たとえばトンネル壁面の投影時に実寸で１０～３０ｃｍ程度，好ましくは実寸で２０ｃｍ程度となるように，線を太くする。そして，背景色を黒色から白色に変更する。さらに，投影したときにトンネル壁面のコンクリート部分との色の違いが際立つように，線の色を変更する。たとえば線の色の明度が高いと背景の白色との違いがわかりにくいので，明度を落とす処理を行う。そしてこのような処理を実行した後，ラスター画像に変換をすることでレンダリング画像を生成する。図１６に基づいて生成したレンダリング画像の一例を図１７に示す。なお，図１７のレンダリング画像の右側から左側に向かって，台車４の進行方向としている。

【0092】

以上のような処理を実行することで，事前処理を実行することができる。

【0093】

つぎに，点検作業を行うときに，事前処理で生成したレンダリング画像を用いて，トンネル壁面に投影をする場合の利用処理を行う（Ｓ１１０）。

【0094】

まず，投影装置５０を設置した台車４の前後の車輪４１が１本のレール６０に乗るように台車４を設置する。そして点検員が台車４に取り付けたハンドル４３を把持して，投影を開始する位置まで台車４をレール６０に沿って移動させる。なお，台車４の移動は手動で行うほか，モータなどを利用して自動で移動を行ってもよい。この場合，ハンドル４３は設ける必要がなく，固定軸４４およびスタンド４５を台車４に常時設置していてもよい。

【0095】

台車４が投影位置に移動すると，台車４が移動しないように，位置固定装置４２によって台車４が移動しないように，台車４の位置を一時的に固定する。

【0096】

また，台車４に取り付けたハンドル４３を，台車４から外す。そして，台車４に，スタンド４５と接合した支持軸４４を取り付ける。これによって，作業用コンピュータ５１をスタンド４５に載置可能とする。

【0097】

スタンド４５に載置した作業用コンピュータ５１に，点検員が投影位置の情報，たとえば点検作業を行うキロポストの距離，上り，下りなどの情報を入力し，その入力を利用処理部３の位置入力受付処理部３０で受け付ける（Ｓ３００）。

【0098】

そして，画像切出処理部３１は，Ｓ３００で入力を受け付けた投影位置を示す情報に基づいて，レンダリング画像における所定範囲の部分画像を切り出す（Ｓ３１０）。たとえば１回の投影範囲が１０メートルの場合，投影位置から１０メートルの範囲の部分画像を切り出す。

【0099】

つぎにマッピング処理部３２は，切り出した部分画像に対して，トンネル形状に対応したマッピング関数を利用して部分画像を変形し，マッピング画像を生成する（Ｓ３２０）。マッピング画像の一例が図１８である。図１８のマッピング画像は，トンネル壁面に投影した画像ではなく，部分画像をトンネル形状に対応するように変形した画像である。なお，図１８のマッピング画像の枠線は，画像の区切りを示すために表示しただけであり，実際には画像の枠線を表示しないことが好ましい。

【0100】

部分画像をマッピング関数を利用してトンネル形状に対応するように変形すると，投影方向の先端部側は，画像がない部分が生じる。そのため，変形した部分画像を囲う矩形領域を設定した場合の画像がない部分は黒色などの，背景色とは反対色などの投影面とは違いが明確になる色で埋めることが好ましい。このように，単に部分画像を変形するのではなく，変形した部分画像を囲う矩形領域の範囲であって，変形した部分画像がない領域は違いが明確になる所定の色で埋めることで，投影装置５０により投影をした場合に，投影面とそれ以外の面の違いを明確化することができる。

【0101】

そして，投影処理部３３は，マッピング画像（図１８）を，台車４に設置した投影装置５０を介して，トンネル壁面に投影する（Ｓ３２０）。

【0102】

図１９に，マッピング画像を投影する前のトンネル壁面（通常の状態のトンネル壁面）を正面から見た状態の一例を示す。図１９では，トンネル壁面の形状をわかりやすくするため，水平線およびトンネル断面に沿った線を黒の実線で表示している。また，図１９の状態を投影装置５０側から斜めに撮影した状態の一例を図２０に示す。なお，図１９および図２０では，実際のトンネルではなく，トンネルを模した実験装置に投影した画像であるが，実際のトンネルに投影した場合であっても同様となる。

【0103】

また，図２１に，マッピング処理部３２で生成したマッピング画像を，図１９のトンネル壁面に投影した状態を，トンネル壁面の正面から見た状態の一例を示す。なお，図２１における右側上部の暗い部分は，投影装置５０の光が届かない領域である。また，図２１の状態を投影装置５０側から斜めに撮影した状態の一例を図２２に示す。なお，図２１および図２２では，図１９および図２０と同様に，実際のトンネルではなく，トンネルを模した実験装置に投影した画像であるが，実際のトンネルに投影した場合であっても同様となる。

【0104】

以上のような処理を実行することで，投影処理部３３がトンネル壁面にマッピング画像を投影することができる。

【0105】

投影装置５０は好ましくは斜め方向から投影しているため，マッピング画像自体は歪みがある。しかし，この歪みがある画像をトンネル壁面に投影した場合，投影面を正面から見る点検員には，図２１に示すように，トンネル壁面の実際の変状箇所に適合するように，変状箇所を示す線や領域などが表示されて視認できる。

【0106】

投影処理部３３でマッピング画像を投影した場合であっても，トンネル壁面にある実際の変状と，投影したマッピング画像における変状とに位置のずれが生じる場合もある。これは，投影装置５０の設置位置，姿勢が想定と相違している場合，あるいはトンネル壁面とレールの設置状況が想定と異なっていた場合など，各種の事情によって生じる。

【0107】

その場合，校正処理部３４は，台車４のスタンド４５に設置した作業用コンピュータ５１で点検員によって所定の操作を受け付けることで，図２３に示すような校正処理の画面を作業用コンピュータ５１で表示し，投影装置５０の位置，投影装置５０の方向を調整して，校正処理を実行する。すなわち，投影装置５０の位置として投影装置５０の上下の高さ（キー入力Ｗ，Ｚ），投影装置５０の左右（トンネル壁面と投影装置５０の距離）の位置（キー入力Ａ，Ｓ），投影装置５０の前後方向（進行方向に対する前後方向）の位置（キー入力Ｆ，Ｂ）の入力を受け付け，また，投影装置５０の方向として投影装置５０の俯角（キー入力Ｕ，Ｄ），内転角（キー入力Ｌ，Ｒ）の入力を受け付け，投影装置５０の位置と方向を調整して校正処理を実行する。内転角とは，トンネルの進行方向から投影する壁面に向かって投影装置５０の光軸を回転させた角度である。校正処理を模式的に示すのが，図２４である。

【0108】

すなわち，校正処理の画面に入力された投影装置５０の位置，投影装置５０の方向の入力を校正処理部３４で受け付け，その入力値に基づいてマッピング関数を調整し（Ｓ３４０），マッピング処理部３２が，Ｓ３１０で切り出した部分画像に基づいてＳ３４０の校正処理を実行後のマッピング関数を利用してマッピング画像を新たに生成する。新たに生成したマッピング画像を，投影処理部３３が投影装置５０からトンネル壁面に対して投影する。これによって，実際に投影装置５０を移動させることなく，校正処理の画面で入力された入力値に基づいて仮想的に視点を変更してマッピング画像を生成し直すことで投影を行うことができる。

【0109】

なお，Ｓ３１０で切り出した部分画像に対してＳ３４０の校正処理を実行後のマッピング関数を利用して生成したマッピング画像を投影装置５０からトンネル壁面に対して投影させるかわりに，図２４に示すようにワイヤーフレーム４０画像（トンネル形状のグリッド図）を，Ｓ３４０の校正処理を実行後のマッピング関数を利用して変形し，投影装置５０からトンネル壁面に対して投影させてもよい。この場合，処理負荷を軽減できる。

【0110】

さらに，校正処理部３４は，マッピング関数を調整するほか，台車４の台座４６に設置してある雲台４７の位置および方向を変更することで，マッピング関数を変更せずに，マッピング画像の投影位置を変更する校正処理を実行してもよい。

【0111】

以上のようにマッピング画像がトンネル壁面に対して正しい位置に投影されると，点検員はトンネル壁面にある変状箇所を投影面により視認しながら，点検作業を行う。このように，トンネル壁面そのものに変状箇所を投影することで，点検員は，変状箇所をすぐに把握することができ，また点検員が変状箇所の情報を共有しながら点検作業を行うことができる。また，ヘッドマウントディスプレイのような装置を装着する必要もないので，体力的な負担も大きくはない。

【0112】

そして，投影面の範囲での点検作業が終了すると，点検員が作業用コンピュータ５１で所定の操作を行うことでマッピング画像の投影をいったん終了する。

【0113】

点検員は，位置固定装置４２で固定した台車４の固定を解除し，台車４をレール６０に沿って移動可能とする。

【0114】

移動可能となった後，台車４をレール６０に沿って，つぎの投影位置まで移動させる。つぎの投影位置は，マッピング画像の投影範囲よりは所定距離だけ短い距離を設定するとよい。たとえば投影範囲が１０メートルの場合，所定距離を１メートルとして，最初の投影位置から９メートルだけ台車４をレールに沿って移動させる。そして，上述と同様に台車４を位置固定装置４２によって固定し，Ｓ３１０以降の処理を実行させる。

【0115】

あるいは台車４の移動距離を任意の距離だけ移動させるようにしてもよい。この場合，台車４に設置した移動量計測装置５５で台車４の移動量（距離）を計測し，移動処理部３５が，台車４の移動量（距離）を取得する（Ｓ３６０）。そして取得した移動量（距離）を画像切出処理部３１に渡し，レンダリング画像から切り出す部分画像の範囲を変更する。たとえば移動量計測装置５５で台車４が９メートル移動していた場合，移動量として９メートルの情報を移動処理部３５が取得し，それを画像切出処理部３１に渡す。画像切出処理部３１は，起点または前回の地点から９メートル移動した位置を基準とし，そこから所定範囲，たとえば１０メートルの範囲を部分画像としてレンダリング画像から切り出す（Ｓ３１０）。

【0116】

そして以後，同様にＳ３２０以降の処理を実行することで，同様に点検作業を行うことができる。

【0117】

このように，当日の点検作業が終了するまでの間，投影を行う位置に台車４を移動させ，台車４に投影した投影装置５０により，ＣＡＤ図面のデータから，変状箇所の太線化，背景色の変更，変状箇所の線の色を変更等したレンダリング画像を生成し，そのレンダリング画像から，投影位置に対応する範囲の部分画像を切り出して，マッピング関数を用いて生成したマッピング画像をトンネル壁面に投影することを繰り返すことで，トンネル壁面の点検作業を容易に行うことができる。

【実施例2】

【0118】

実施例１での処理に加えて，以下のような処理を行ってもよい。台車４には，さらに，トンネル壁面を静止画像または動画像で撮影を行う撮影装置５２を備える。撮影装置５２は，撮影範囲が投影装置５０の投影範囲全体をカバーする機材を選択し，投影装置５０の光軸に合わせて設置することが好ましい。

【0119】

また，トンネル壁面投影システム１の利用処理部３には，さらに点検作業検出処理部３６を備える。この場合のトンネル壁面投影システム１の全体の構成の一例を模式的に示すのが図２５である。

【0120】

点検作業検出処理部３６は，台車４に設置した撮影装置５２が撮影する点検員による点検作業の連続的な静止画像または動画像から，点検員がトンネル壁面にある変状箇所を指し示すための所定の入力装置７３，たとえばペンライトやレーザポインタを用いた所定の動作を検出する。

【0121】

撮影装置５２は，点検員によるトンネル壁面の点検作業を撮影している。そして，点検員がトンネル壁面に，クラックなどの新たな変状や，変状の進行を発見すると，当該変状の種類に応じた色のペンライトを点灯し，変状箇所に沿ってペンライトを動かす。変状箇所に沿ってペンライトを動かし終わると，ペンライトを消灯する。たとえば，変状の種類がクラックの場合には赤色のペンライトを点灯し，剥離の場合には緑色のペンライトを点灯し，錆汁の場合には青色のペンライトを点灯するなど，変状の種類と色とは任意に対応づけることができるが，好ましくは，ＣＡＤ図面における変状の種類と色との対応に沿っていることが好ましい。

【0122】

点検作業検出処理部３６は，撮影装置５２が撮影した画像からペンライトの点灯を検出すると，所定のカーソルＣをマッピング画像上に表示をする。これを模式的に示すのが図２６である。そして，点検員による変状箇所に沿ったペンライトの移動を検出し，それを所定の色でトレースし，トレース線Ｔをマッピング画像に表示を行う。この状態の一例を示すのが図２７である。そして，点検員による変状箇所に沿ったペンライトの移動が終了すると，点検員によるペンライトの消灯を検出し，当該トレース線Ｔをマッピング画像上で確定し，マッピング画像に新たな変状を示すトレース線Ｔが登録される。この状態の一例を示すのが図２８である。

【0123】

なお，ペンライトの移動を検出するには，あらかじめ定めたいくつかの色のうちの一つであることを検出すればよい。またペンライトは発光部が直線状なので，その端部（好ましくは先端部）を色から検出し，その後の変状の形状に沿ったペンライトの端部の移動を追跡することで，変状の形状を検出できる。

【0124】

そして，点検作業検出処理部３６は，上述のようにトレース線Ｔが登録されたマッピング画像に対して，実施例１とは逆の処理を実行することで，ＣＡＤ図面データに戻すことができる。

【0125】

すなわち，トレース線Ｔが登録されたマッピング画像に対して，マッピング処理部３２におけるマッピング関数の逆変換を行うことで，トレース線Ｔが登録されたマッピング画像を，トレース線Ｔが登録された部分画像に逆変換する。そして，当該部分画像に対応する位置はＳ３００，Ｓ３６０で特定できているので，ペンライトの色を検出し，その色に対応づけた変状の種別を特定する。そして変状の種別に対応するレイヤにおいて，検出した色で，所定の太さで，トレース線Ｔを登録することで，ＣＡＤ図面に新たな変状を登録することができる。新たなトレース線Ｔを登録したＣＡＤ図面（背景を除去した状態）の一例を図２９に示す。

【0126】

マッピング画像を部分画像に変換する場合には，撮影装置５２のイメージセンサ面で検出された輝点に対して，レンズ歪みに対して歪み補正処理を行って正しい座標に変換し，その後，３次元空間の壁面のどこにその輝点が対応するのかをマッピング関数の逆変換で求める。そして，壁面の位置からＣＡＤ図面上の位置を求めることとなる。

【0127】

以上のような処理を実行することで，点検員が新たな変状を発見した場合には，ペンライトやレーザポインタなどを利用してトンネル壁面の変状箇所をトレースし，撮影装置５２がその点検作業を撮影すれば，自動的にトレース線Ｔをマッピング画像，部分画像，レンダリング画像，ＣＡＤ図面などに登録することができる。これによって，点検員は，点検作業の現場において変状の箇所をトレースするだけで，ＣＡＤ図面に新たな変状を追加することができる。そのため，ＣＡＤ図面上で変状箇所を追加登録するなどの作業を行わなくてもよくなり，その作業負担が軽減する。

【実施例3】

【0128】

さらに別の実施態様として，投影装置５０によるマッピング画像の投影と，点検作業の現場の周囲にある照明装置の点灯，消灯を連動してもよい。

【0129】

トンネル内は暗いので，点検作業を行う場合には，照明装置を周囲に設置し，点検対象とするトンネル壁面を照らしている。一方，投影装置５０でマッピング画像を投影する場合，その照明装置の照明は，マッピング画像を見えにくくしてしまう。

【0130】

そこで，本実施態様においては，投影装置５０がマッピング画像の投影を行うときに，少なくともトンネル壁面を照らす照明装置に対して，当該照明装置を消灯するように信号を送る。この信号を受けた照明装置は，照明装置を消灯する。照明装置が消灯しても，投影装置５０によりトンネル壁面に対しては光が照射されているので，十分な点検作業を行うことはできる。

【0131】

一方，その点検場所における点検作業が終了する場合，つぎの点検場所まで台車４を移動させる。このときに投影装置５０は投影をしていないので，周囲が暗くなり，台車４の移動作業などに支障が生じる。そこで，投影装置５０がマッピング画像の投影を終了するときには，少なくともトンネル壁面を照らす照明装置に対して，当該照明装置を点灯するように信号を送る。この信号を受けた照明装置は，照明装置を点灯する。

【0132】

このように，投影装置５０の投影開始および投影終了と，照明装置の消灯および点灯とを連動させることで，点検作業を効率的に進めることができる。

【0133】

投影装置５０から照明装置への信号の送出は，有線で行ってもよいし，無線で行ってもよい。また，投影装置５０の投影開始と投影終了に応じて，照明装置の消灯と点灯を切り替えるのではなく，逆に，照明装置の消灯をする際に照明装置から投影装置５０に投影開始の信号を送ることで投影装置５０が投影を開始し，照明装置の点灯をする際に照明装置から投影装置５０に投影終了の信号を送ることで投影装置５０が投影を終了してもよい。

【0134】

本発明は，本発明の趣旨を逸脱しない範囲において，適宜，設計変更が可能である。また処理は一例であり，その処理を異なる順番で実行することも可能である。さらに，画面の表示についても適宜，変更可能である。また，すべての機能を備えずとも，一部の機能のみを備えるのであってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0135】

本発明のトンネル壁面投影システム１を用いることで，従来の人手による作業よりも大幅に効率化を図ることができる。また，ＭＲ技術ではないので，場所のキャリブレーションやＣＡＤ図面の３次元モデルを用いることなく，多くの点検員が同時にＣＡＤ図面に基づく変状箇所の情報を共有しながら作業を行うことができる。また点検員の体力的な負担も大きくなく作業を行うことができる。

【符号の説明】

【0136】

１：トンネル壁面投影システム
２：事前処理部
３：利用処理部
４：台車
２０：図面読込処理部
２１：変状図形処理部
２２：レンダリング処理部
３０：位置入力受付処理部
３１：画像切出処理部
３２：マッピング処理部
３３：投影処理部
３４：校正処理部
３５：移動処理部
３６：点検作業検出処理部
４０：支持台
４１：車輪
４２：位置固定装置
４３：ハンドル
４４：固定軸
４５：スタンド
４６：台座
４７：支持軸
４８：固定具
４８ａ：回転軸
４８ｂ：溝
４８ｃ：ピン
４９：移動量計測装置
５０：投影装置
５１：作業用コンピュータ
５２：撮影装置
６０：レール
６１：枕木
７０：演算装置
７１：記憶装置
７２：表示装置
７３：入力装置
７４：通信装置

【図1】