特許 7600063 トンネル健全度判定装置及び点検支援システム

(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】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】トンネル健全度判定装置及び点検支援システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20241209BHJP

   E21D 11/10 20060101ALI20241209BHJP

【ＦＩ】

G01N21/88 J

E21D11/10 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021156652

(22)【出願日】2021-09-27

(65)【公開番号】P2023047631

(43)【公開日】2023-04-06

【審査請求日】2024-03-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神田 政幸

(72)【発明者】

【氏名】野城 一栄

(72)【発明者】

【氏名】仲山 貴司

(72)【発明者】

【氏名】大原 勇

【審査官】吉田 将志

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－２５９６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０６５８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２５００５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２０２８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０６０６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１５８７２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１５０６９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１８９７６４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／８４ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

Ｅ２１Ｄ １１／００ － Ｅ２１Ｄ １１／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの内周面を検査することで健全度を判定するトンネル健全度判定装置であって、
前記トンネルの内周面の画像を取得する画像取得部と、
前記画像に基づいてひび割れを検出するひび割れ検出部と、
前記ひび割れ検出部で検出されたひび割れのパターンを判定するひび割れパターン判定部と、
前記画像に基づいて漏水状況を検出する漏水検出部と、
前記画像に基づいて鉄筋露出状況を検出する鉄筋露出検出部と、
前記ひび割れ検出部の検出結果に基づいて１次判定を行う１次判定処理部と、
前記１次判定処理部の結果を、前記ひび割れパターン判定部、漏水検出部及び鉄筋露出検出部の結果に基づいて調整することにより健全度の判定を行う２次判定処理部とを備えたことを特徴とするトンネル健全度判定装置。

【請求項2】

前記画像取得部で取得された画像を数値化処理する前処理部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル健全度判定装置。

【請求項3】

前記２次判定処理部による調整は、前記１次判定処理部の結果に対して、前記ひび割れパターン判定部、漏水検出部及び鉄筋露出検出部の結果から得られた重み付け処理を行うことによって実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル健全度判定装置。

【請求項4】

前記２次判定処理部による健全度の判定結果を、前記トンネルの内周面の分割された領域に当てはめるメッシュ変換部を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトンネル健全度判定装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトンネル健全度判定装置と、
前記２次判定処理部による健全度の判定結果を前記トンネルの内周面に投影する投影装置とを備え、
前記投影装置は、投影部と、前記投影部を搭載して前記トンネルの延伸方向に移動させるための走行部と、前記投影部の姿勢を制御する姿勢制御部と、前記トンネルの内周面の形状に合わせて前記投影部の出力を調整する出力調整部とを備えていることを特徴とする点検支援システム。

【請求項6】

前記投影装置は、トンネルの内周面の形状を測定する形状測定部を備えていることを特徴とする請求項５に記載の点検支援システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネルの内周面を検査することで健全度を判定するトンネル健全度判定装置、及びそれを備えた点検支援システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

鉄道トンネルでは、「鉄道構造物等維持管理標準・同解説（構造物編） トンネル」（公益財団法人鉄道総合技術研究所，2007.2）などの維持管理標準に基づき検査が実施され、延命化のための措置が講じられている。鉄道トンネルは、道路トンネルと比べ約２倍の経年を有しており、検査の体系化は鉄道分野が先行している。

【0003】

一方において、鉄道トンネルや道路トンネルなどのトンネルの通常全般検査は、現地で現状を確認し、ひび割れやはく落などの変状箇所を抽出し、それらの調査資料に基づいて健全度を判定した後に、再度、要注意箇所の再確認が行われる。

【0004】

ここで、特許文献１に開示されているように、画像情報から抽出又は検査員によって入力されたひび割れ情報から、電子化された変状展開図を作成し、トンネルのはく落に対する健全度を診断するトンネル健全度診断システムが開発されている。

【0005】

また、特許文献２には、検査対象となるコンクリート構造物が撮影された画像データに基づいて、劣化要因を特定する際の推定精度を向上させるコンクリート構造物の点検支援装置が開示されている。この文献には、コンクリート床版のひび割れに関する損傷程度の評価区分なども開示されている。

【0006】

さらに、特許文献３には、計測部によって通路内構造を計測するとともに、計測部の計測結果を用いて補正した補正作業位置に、作業領域を示す光を照射部によって照射することができる作業支援装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００５－２０７０４４号公報

【文献】特開２０１６－６５８０９号公報

【文献】特開２０２１－４２０７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１，２に開示されているように、ひび割れを画像解析によって抽出する技術は知られているが、トンネルの健全度は、ひび割れのみによって判定されるわけではなく、ひび割れのパターンや漏水の進行度合いなどによって、健全度の評価結果は影響を受ける。

【0009】

また、ひび割れの種類は、床版や建物やトンネル覆工といったコンクリート構造物の種類によって大差が生じないが、ひび割れパターンや漏水状況や鉄筋露出状況といった変状は、トンネル特有の形状や色合いが存在する。このため、従来から熟練技術者（検査員）により、個々の変状を総合的に勘案した健全度の判定が行われているが、検査員によってばらつきが生じている。

【0010】

そこで、本発明は、トンネル特有の変状を考慮した均質な健全度の判定が自動的に行えるトンネル健全度判定装置、及びそれを備えた点検支援システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記目的を達成するために、本発明のトンネル健全度判定装置は、トンネルの内周面を検査することで健全度を判定するトンネル健全度判定装置であって、前記トンネルの内周面の画像を取得する画像取得部と、前記画像に基づいてひび割れを検出するひび割れ検出部と、前記ひび割れ検出部で検出されたひび割れのパターンを判定するひび割れパターン判定部と、前記画像に基づいて漏水状況を検出する漏水検出部と、前記画像に基づいて鉄筋露出状況を検出する鉄筋露出検出部と、前記ひび割れ検出部の検出結果に基づいて１次判定を行う１次判定処理部と、前記１次判定処理部の結果を、前記ひび割れパターン判定部、漏水検出部及び鉄筋露出検出部の結果に基づいて調整することにより健全度の判定を行う２次判定処理部とを備えたことを特徴とする。

【0012】

ここで、前記画像取得部で取得された画像を数値化処理する前処理部を備えた構成とすることができる。また、前記２次判定処理部による調整は、前記１次判定処理部の結果に対して、前記ひび割れパターン判定部、漏水検出部及び鉄筋露出検出部の結果から得られた重み付け処理を行うことによって実行される構成とすることができる。さらに、前記２次判定処理部による健全度の判定結果を、前記トンネルの内周面の分割された領域に当てはめるメッシュ変換部を備えた構成とすることができる。

【0013】

また、点検支援システムの発明は、上記いずれかに記載のトンネル健全度判定装置と、前記２次判定処理部による健全度の判定結果を前記トンネルの内周面に投影する投影装置とを備え、前記投影装置は、投影部と、前記投影部を搭載して前記トンネルの延伸方向に移動させるための走行部と、前記投影部の姿勢を制御する姿勢制御部と、前記トンネルの内周面の形状に合わせて前記投影部の出力を調整する出力調整部とを備えていることを特徴とする。ここで、前記投影装置は、トンネルの内周面の形状を測定する形状測定部を備えている構成とすることができる。

【発明の効果】

【0014】

このように構成された本発明のトンネル健全度判定装置は、ひび割れを検出するひび割れ検出部を備えているだけでなく、ひび割れのパターンを判定するひび割れパターン判定部と、漏水状況を検出する漏水検出部と、鉄筋露出状況を検出する鉄筋露出検出部とを備えている。

【0015】

そして、ひび割れ検出部の検出結果に基づいて行われた１次判定の結果を、ひび割れパターン判定部、漏水検出部及び鉄筋露出検出部の結果に基づいて調整することにより、２次判定処理部で健全度の判定が行われる。

【0016】

このため、ひび割れパターン、漏水状況及び鉄筋露出状況といったトンネル特有の変状を考慮した均質な健全度の判定を、自動的に行うことができる。ここで、ひび割れパターン、漏水状況及び鉄筋露出状況の検出は、画像からひび割れを検出する際に画像を数値化処理する前処理部の処理結果を利用することで、効率的に行うことができる。

【0017】

また、２次判定処理部による調整を、ひび割れパターン判定部、漏水検出部及び鉄筋露出検出部の結果から得られた重み付けで処理するのであれば、より合理的で総合的な判断を精度よく行うことができる。

【0018】

さらに、２次判定処理部による健全度の判定結果を、トンネルの内周面の分割された領域に当てはめるメッシュ変換部を備えていれば、健全度の判定後に行われる要注意箇所などの再点検が必要となる箇所の把握がしやすく、効率的に再点検作業を進めることが可能になる。

【0019】

また、点検支援システムの発明は、トンネル健全度判定装置による健全度の判定結果を、トンネルの内周面の適切な箇所に投影可能な投影装置を備えている。このため、列車の運転終了後など短い時間に行わなければならない再点検作業を、少ない検査員の数で、効率よく実施することができるようになる。

【0020】

また、投影装置がトンネルの内周面の形状を測定する形状測定部を備えていれば、トンネルの内周面が定形断面から外れた形状になっていたり、投影装置とトンネルの内周面との位置関係がトンネルの延伸方向の位置によって変化したりするような場合でも、内周面の適切な位置に健全度の判定結果を投影させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本実施の形態の点検支援システムの全体構成を説明するブロック図である。

【図2】本実施の形態の点検支援システムによる処理の流れを説明するフローチャートである。

【図3】ひび割れの検出状況の一例を示した説明図である。

【図4】ひび割れのパターンを説明する図であって、（ａ）は閉合の説明図、（ｂ）は交差と平行の説明図である。

【図5】鉄筋露出状況の一例を説明する図であって、（ａ）はボックスカルバート型のトンネルの全体図、（ｂ）は鉄筋露出箇所を拡大した説明図である。

【図6】２次判定処理に使用する変状の重み付けの一例を示した説明図である。

【図7】ひび割れの検出結果に基づいて行われた１次判定の結果を、他の変状による重み付けで補正する一例を示した説明図である。

【図8】撮影画像や健全度の判定結果が画像として表示される画像画面と、健全度の判定結果が表示されるメッシュ画面の一例を示した説明図である。

【図9】投影装置の構成を説明する斜視図である。

【図10】投影装置の動作を説明する図であって、（ａ）は傾き調整時の説明図、（ｂ）はトンネル内周面の測量時の説明図、（ｃ）は投影時の説明図である。

【図11】投影装置を使用した再点検作業を説明する図であって、（ａ）は再点検の開始地点での説明図、（ｂ）は移動時及び投影時の説明図、（ｃ）はトンネル延伸方向の位置調整時の説明図、（ｄ）は点検再開後の移動及び投影の説明図である。

【図12】トンネルの内周面に投影装置によって健全度の判定結果を投影する状況を説明する斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の点検支援システム１の全体構成を説明するブロック図である。また、図２は、本実施の形態の点検支援システム１による処理の流れを説明するフローチャートである。

【0023】

本実施の形態の点検支援システム１は、鉄道トンネルや道路トンネルなどのトンネルＴの覆工などによって形成される内周面Ｔ１（図３，図４（ａ）など参照）を検査するためのシステムである。要するに、鉄筋コンクリートや無筋コンクリートなどによって構築される覆工などのコンクリート構造物に対して、内周面Ｔ１を検査することで健全度を判定するという、全般検査などのトンネルの維持管理に伴う作業を支援するためのシステムである。

【0024】

本実施の形態の点検支援システム１は、図１に示すように、トンネル健全度判定装置となる判定装置３と、判定装置３によって得られた健全度の判定結果をトンネルＴの内周面Ｔ１に投影する投影装置６とを備えている。

【0025】

判定装置３は、撮影装置２などによって撮影されたトンネルＴの内周面Ｔ１の画像に基づいて、トンネルＴの内周面Ｔ１の健全度を判定する。撮影装置２には、エリアセンサカメラやラインセンサカメラ等のデジタルカメラなどの撮像機器が使用できる。撮影装置２によって撮影された画像は、フラッシュメモリ（ＳＤメモリーカードなど）、ハードディスク、磁気ディスク、光ディスクなどの記憶部２１に保存される。

【0026】

判定装置３は、トンネルＴの内周面Ｔ１の画像を取り込んで利用する。図１では、判定装置３と撮影装置２とが接続されている例示としたが、記憶部２１と判定装置３とが接続される構成であってもよい。例えば、撮影装置２で撮影を行いながら、その都度、判定装置３に画像データを取得させることもできるし、撮影時期とは関係なく記憶部２１に保存されている画像データを判定装置３によって取得させることもできる。

【0027】

本実施の形態の判定装置３は、トンネルＴの内周面Ｔ１の画像を取得する画像取得部３１と、画像データの前処理部３２と、ひび割れを検出するひび割れ検出部３３と、ひび割れパターン判定部３４と、漏水状況を検出する漏水検出部３５と、鉄筋露出状況を検出する鉄筋露出検出部３６と、１次判定処理部３７と、健全度の判定を行う２次判定処理部３８とを備えている。

【0028】

また、判定装置３における処理によって生成されたデータや演算処理に必要なデータを記録させる記憶媒体となる記憶部５を、判定装置３に接続させる。記憶部５としては、ハードディスク、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、フラッシュメモリ（ＳＤメモリーカードなど）、磁気ディスク、光ディスクなどが該当する。また、クラウドサーバを記憶部５として使用することもできる。

【0029】

また、判定装置３には、ディスプレイなどの表示装置４が接続される。判定装置３と表示装置４の構成は、パーソナルコンピュータなどに搭載される判定装置３とそれに接続される液晶ディスプレイなどの表示装置４とすることができる。また、ノートパソコンやタブレット端末などのように、判定装置３と表示装置４とが一体であってもよい。

【0030】

前処理部３２では、画像取得部３１で取得された画像を数値化処理する。例えば、ＲＧＢ画像データを数値化することで、ひび割れの検出、漏水箇所（漏水状況）の検出、及び鉄筋露出箇所（鉄筋露出状況）の検出のための検出用データを生成させる。

【0031】

ひび割れ検出部３３は、前処理部３２によって数値化処理されたデータから、トンネルＴの内周面Ｔ１に現れたひび割れ箇所を検出する。このような検出器には、例えばディープラーニング（多階層型のニューラルネットワーク）などの機械学習によって生成されたものを利用することができる。要するに、ひび割れ検出部３３の検出器として組み込まれる前に、良質な教師データを使って機械学習させることで生成された成果物が使用できる。良質な教師データには、日本全国の鉄道トンネルの変状画像（約１万枚以上）を使用することができる。

【0032】

ひび割れ検出部３３によって、画像データの中から、ひび割れの位置、長さ、角度、幅などの個別情報が得られることになる。ひび割れパターン判定部３４では、ひび割れ検出部３３によって検出されたひび割れ情報を使ってひび割れ群の展開図を作成し、展開図に現れたひび割れのパターンを判定する。

【0033】

ひび割れパターンについては、詳細は図４を参照しながら後述するが、閉合、交差、平行、目地跨ぎなどのパターンがある。このひび割れパターンの判定にも、ディープラーニングなどの機械学習によって生成された成果物を利用することができる。

【0034】

漏水検出部３５は、前処理部３２によって数値化処理されたデータから、トンネルＴの内周面Ｔ１の漏水状況を検出する。この検出器にも、ディープラーニングなどの機械学習によって生成された成果物を利用することができる。判別される漏水状況については、詳細は図６を参照しながら後述するが、初期、エフロあり、錆汁あり、漏水跡などの状態がある。

【0035】

鉄筋露出検出部３６は、前処理部３２によって数値化処理されたデータから、トンネルＴの内周面Ｔ１の鉄筋露出状況を検出する。この検出器にも、ディープラーニングなどの機械学習によって生成された成果物を利用することができる。検出される鉄筋露出状況については、詳細は図５を参照しながら後述するが、鉄筋露出の有無や露出範囲などがある。

【0036】

１次判定処理部３７は、ひび割れ検出部３３の検出結果に基づいて１次判定を行う。詳細は図７を参照しながら後述するが、ひび割れ検出部３３によって得られたひび割れの個別情報を使用して、ひび割れの幅や長さを積算することで、ひび割れの多寡を数値化（ＴＣＩ値）する。

【0037】

そして、数値化されたひび割れの多寡の値（ＴＣＩ値）を、経験値などに基づいて設定された閾値と比較することで、最終的な健全度の判定時に着目すべきひび割れの発生箇所を、１次判定結果として出力する。

【0038】

２次判定処理部３８は、１次判定処理部３７による１次判定の結果を、ひび割れパターン判定部３４、漏水検出部３５及び鉄筋露出検出部３６の結果に基づいて調整することにより、最終的な健全度の判定を行う。詳細については後述するが、ひび割れパターン判定部３４、漏水検出部３５及び鉄筋露出検出部３６の結果を重み付け処理して、１次判定処理部３７の判定結果を補正する。

【0039】

２次判定処理部３８による健全度の判定結果は、メッシュ変換部３９によってトンネルＴの内周面Ｔ１の分割された領域に当てはめられる。詳細については後述するが、投影装置６で投影するためのデータが、メッシュ変換部３９によって生成される。なお、投影装置６の詳細については、後述する。

【0040】

図２は、本実施の形態の点検支援システム１の処理の流れを説明するフローチャートである。以下では、このフローチャートに従って、図３－図１２の例示を参照しながら、詳細について説明する。

【0041】

まずステップＳ１では、トンネルＴの内周面Ｔ１を撮影した撮影画像を取得する。トンネルＴの内周面Ｔ１の撮影は、デジタルカメラなどの撮影装置２で行って、リアルタイムに判定装置３に取り込ませることもできるし、一旦、撮影装置２の記憶部２１に保存された画像データを、その後、判定装置３に取り込ませる方法であってもよい。また、判定装置３がカメラ付きのタブレット端末に組み込まれている場合は、そのカメラで撮影することで撮影画像の取得を同時に行わせることもできる。

【0042】

判定装置３の画像取得部３１によって取得された画像データは、前処理部３２で画像の数値化処理が行われる（ステップＳ２）。例えば、ＲＧＢの画像データを、R=256,G=256,B=256,pixel数（画素数）の4次元配列化させる。こうして数値化処理されたデータは、ひび割れ検出部３３、漏水検出部３５及び鉄筋露出検出部３６の入力データとなる。

【0043】

ステップＳ３では、ひび割れ検出部３３によってひび割れの検出を行う。数値化処理されたデータがひび割れ検出部３３に入力されると、その検出器によって、自動的に個々のひび割れ情報が出力される。ひび割れ情報には、トンネルＴの内周面Ｔ１における位置に関するデータ、並びにひび割れの長さ、角度及び幅に関するデータが含まれる。

【0044】

ひび割れ検出部３３によって自動的に検出されたひび割れは、位置情報を有しているので、トンネルＴの内周面Ｔ１の展開図に出力することができる。図３は、表示装置４に表示されたひび割れの検出状況の一例を示している。この図には、複数の検出されたひび割れ線Ｋが、トンネルＴの内周面Ｔ１の撮影画像に重ねて表示されている。この撮影画像には、ステップＳ３２で検出させる漏水箇所Ｗも撮影されている。

【0045】

ステップＳ３１では、ひび割れパターン判定部３４によって、ひび割れ群の展開図からひび割れのパターンを判定させる。図４は、ひび割れのパターンを説明する図である。図４（ａ）は、閉合というパターンに判定される状態を例示している。閉合には、複数のひび割れ線Ｋによって囲まれた領域が形成される形態、トンネルＴの覆工の施工目地と複数のひび割れ線Ｋによって囲まれた領域が形成される形態（目地跨ぎ）などがある。閉合と判定されるような内周面Ｔ１を打音検査すると、濁音が発生し、熟練した検査員（熟練技術者）であれば、周囲の清音が発生する領域と区別することができる。

【0046】

図４（ｂ）は、交差と平行の形態を説明する図である。交差は、複数のひび割れ線Ｋが十字状などに交わる形態を示し、平行は、隣接するひび割れ線Ｋが交わらずに並んで延びている形態を示す。また、ひび割れ線Ｋの幅が3mm以上あるものを抽出して、交差や平行の判定を行うこともできる。ここでは、交差と平行は、１つのパターンとして判定させる。

【0047】

ステップＳ３２では、漏水検出部３５によって、漏水箇所とその状態を漏水状況として検出させる。図３に示された漏水箇所Ｗは、「錆汁あり」と判定される。また、白華現象（エフロレッセンス）が現れている漏水箇所Ｗは、「エフロあり」と判定される。漏水箇所Ｗの状態には、この他に、図４（ｂ）や図５（ｂ）に図示したような「初期」、「漏水跡」などの判定結果がある。

【0048】

ステップＳ３３では、鉄筋露出検出部３６によって、鉄筋露出が有る箇所を鉄筋露出状況として検出させる。図５は、鉄筋露出箇所Ｒの露出状況の一例を示した説明図である。図５（ａ）では、ボックスカルバート型のトンネルＢＴの全体図を例示し、その上部隅角部の内周面ＢＴ１に出現した鉄筋露出箇所Ｒを、図５（ｂ）に拡大して示している。鉄筋露出箇所Ｒは、位置と長さが情報として記憶される。

【0049】

ステップＳ３１からステップＳ３３で検出されたひび割れパターン、漏水状況及び鉄筋露出状況は、後述するステップＳ５で出力された１次判定処理の結果の調整（補正）に利用される。図６は、２次判定処理に使用する変状の重み付けの一例を示した説明図である。

【0050】

図６の一覧表に例示したように、ひび割れパターンは、「閉合」、「交差・平行」、「目地跨ぎ」、「なし」に分類される。一方、漏水状況は、「漏水跡」、「錆汁」、「エフロ」、「初期」、「なし」に分類される。また、鉄筋露出状況については、「鉄筋露出あり」と「鉄筋露出なし」とで重みを変えることができる。なお、トンネルＴの覆工が無筋コンクリートで構築されている場合は、「鉄筋露出あり」の場合と同じ重みを採用する。

【0051】

重みの付け方には様々な手法が考えられるが、例えば、１次判定処理の結果を、２ランクアップ（◎）、１ランクアップ（〇）、１ランクダウン（△）などとする重み付け処理ができる（ステップＳ３４）。ここで、ランクアップとは、健全度が低くなる、換言すると要注意箇所に近づくことを意味する。この重み付けは、地域や環境に応じて補正することもできる。

【0052】

一方、ステップＳ４では、ひび割れ検出部３３によって得られたひび割れ情報を数値化する処理を行う。具体的は、図７に示すように、ひび割れの幅と長さの情報を積算することで、ひび割れの多寡を表すＴＣＩ値を算出する。

【0053】

ステップＳ５では、ステップＳ４で算出されたＴＣＩ値に基づいて、健全度の１次判定を行う。ここで、健全度は、健全度が最も低い状態をＡとし、健全度に問題がない状態をＳとして、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｓというように段階的に分類される。そして、ひび割れの多寡の数値化された値（ＴＣＩ値）の範囲が、どの健全度に判定されるかの閾値を、予め設定しておく。図７は、ＴＣＩ値が3.1で、健全度がＢであると１次判定された例示である。

【0054】

ステップＳ６では、１次判定処理の結果を、ひび割れパターン、漏水状況及び鉄筋露出状況の検出結果によって補正して、最終的な健全度の判定とする２次判定処理が行われる。図７は、ステップＳ３４の重み付け処理によって得られた結果（２ランクアップ、１ランクアップ、１ランクダウンなど）に基づいて、健全度を「１ランクアップ」させた例示である。健全度がＡに変更されたことにより、当該箇所は、最終的には「要注意箇所」と判定されたことになる。

【0055】

ステップＳ７では、２次判定処理部３８で行われた健全度の判定結果が、メッシュ変換部３９に送られて、メッシュデータに変換される。図８は、撮影画像や健全度の判定結果が画像として表示される画像画面Ｍ１と、健全度の判定結果が表示されるメッシュ画面Ｍ２の一例を示した説明図である。

【0056】

画像画面Ｍ１及びメッシュ画面Ｍ２は、いずれも表示装置４に表示され、切り替えて表示させることができる。画像画面Ｍ１には、画像取得部３１で取得された撮影画像をそのまま表示させたり、検出されたひび割れ線Ｋを重ねて表示させたり、健全度の判定結果を併せて表示させたりすることができる。

【0057】

一方、メッシュ画面Ｍ２は、覆工などのトンネルＴの内周面Ｔ１を、例えば1m×1mのメッシュ領域に分割した表示となる。この分割されたメッシュ領域に対して、２次判定処理部３８によって与えられた健全度を表示させる。ここで、すべての健全度を表示させると分かり難くなるので、例えば健全度Ａ（要注意箇所）と判定されたメッシュ領域だけを、濃い塗りつぶしの表示などにすることもできる。

【0058】

ステップＳ８以降は、ステップＳ７までと一連の流れで行ってもよいし、一旦、２次判定処理部３８による健全度の判定結果やそのメッシュデータを記憶部５に保存させて、トンネルＴの再点検を行うタイミングに合わせて実行してもよい。

【0059】

図９は、投影装置６の構成を説明する斜視図である。投影装置６によってトンネルＴの内周面Ｔ１に健全度の判定結果を投影させるためには、メッシュデータを投影装置６に送信しておく必要がある（ステップＳ８）。

【0060】

投影装置６は、投影部６１と、投影部６１を搭載して移動するための走行部６２と、投影部６１の姿勢を制御する姿勢制御部６３と、投影部６１の出力を調整する出力調整部６４と、トンネルＴの内周面Ｔ１の形状を測定する形状測定部６５とを備えている。

【0061】

投影部６１は、メッシュ変換部３９で変換された健全度の判定結果を、レーザ光によりトンネルＴの内周面Ｔ１に投影させるレーザ照射器である。すなわち、投影部６１から照射されたレーザ光は、図１２に示すような投影光ＰＬとなって、トンネルＴの内周面Ｔ１に投影される。

【0062】

一方、走行部６２は、図９に示すように、トンネルＴの延伸方向に移動するための複数の車輪６２１を有する台車である。走行部６２に設けられた架台６２２には、投影部６１が取り付けられる。走行部６２の車輪６２１には、ロータリエンコーダが設置されており、車輪６２１の回転によって走行部６２が移動した距離が、測定できるようになっている。

【0063】

姿勢制御部６３は、投影部６１の姿勢を制御するためのアクチュエータを備えている。例えば鉄道トンネルに敷設されているレールは、曲線区間においてカントで外側のレールが内側のレールよりも高い位置に設置されていることがある。また、レールに軌道不整や軌道狂いなどの軌道変位がある場合もある。このような場合には、レールに車輪６２１を載せて移動させる走行部６２の上面を、水平に保つことができない。

【0064】

そこで、走行部６２の架台６２２と投影部６１との間に姿勢制御部６３を介在させることで、走行部６２が傾いたりしても、投影部６１を所望する姿勢に調整できるようにする。投影部６１は、下側の姿勢制御部６３と上側の上部支持部６３１とに挟まれた状態で、上下左右に可動できるように取り付けられる。

【0065】

姿勢制御部６３による投影部６１の向きの調整は、検査員が操作端末６６（図１０（ｂ）参照）を使って行うこともできるが、例えば自動で水平が維持できるような制御を行わせることもできる。例えば、投影部６１の姿勢を９軸（ジャイロ、加速度、地軸の各々３軸）で計測するセンサ部６３２を取り付け、そこから得られる信号により、姿勢制御部６３のアクチュエータ（モータ）を駆動させることで、走行部６２が傾いても、投影部６１の水平を常に保持させることができる。

【0066】

出力調整部６４は、投影するトンネルＴの内周面Ｔ１の形状に合わせて、投影部６１の出力を調整する。すなわち、メッシュ変換部３９から送信されるメッシュデータは、内周面Ｔ１の展開図に合わせた平面用のデータである。一方、トンネルＴの内周面Ｔ１は、曲率を有するなど平面でないことが多いので、内周面Ｔ１の形状に合わせた出力となるように、出力調整部６４において投影メッシュ（メッシュデータ）を補正する調整が行われる。

【0067】

さらに、トンネルＴの内周面Ｔ１は、延伸方向のすべての地点において、設計断面である定形断面となっているとは限らない。また、建設年代の古いトンネルＴでは、正確な設計図面が残っていないこともある。さらに、上述したカントなどの影響で、投影装置６と内周面Ｔ１との位置関係（距離）が、トンネルＴの延伸方向の位置によって変化することもある。

【0068】

そこで、投影装置６にトンネルＴの内周面Ｔ１の形状を測定する形状測定部６５を搭載し、健全度を投影させる前に、投影装置６と内周面Ｔ１との距離測量を行わせることが好ましい。形状測定部６５によって行われるレーザ測量の結果は、そのまま出力調整部６４に入力され、投影メッシュの調整に利用される。

【0069】

図１０は、投影装置６の動作を説明する図である。図１０（ａ）は、傾き調整時の説明図である。上述したように、トンネルＴの曲線区間では、カントによって走行部６２に傾きが生じるので、センサ部６３２で検知した傾きの情報に基づいて、姿勢制御部６３のアクチュエータを駆動させて、投影部６１を水平に保持させる。

【0070】

一方、図１０（ｂ）は、トンネルＴの内周面Ｔ１の測量時の説明図である。投影装置６の形状測定部６５による測量は、例えば検査員が携行する操作端末６６から測量範囲を示す角度を入力することで行われる。この操作端末６６は、判定装置３が組み込まれたものであってもよいし、投影装置６の専用の操作機であってもよい。

【0071】

操作端末６６から測量範囲を指示された投影装置６は、測量用レーザ光ＳＬをトンネルＴの内周面Ｔ１に照射させながら、設定された角度の範囲に対して、姿勢制御部６３の駆動によってレーザ測量を行う。レーザ測量の計測値は、出力調整部６４で利用されることになるが、一旦、操作端末６６に送信され、演算処理された結果を投影装置６の出力調整部６４が受信するという構成であってもよい。

【0072】

図１０（ｃ）は、投影時の説明図である。設定された投影装置６の傾きに応じて、投影先の内周面Ｔ１の曲率に合わせて出力調整部６４で補正されたメッシュデータが、投影装置６の投影部６１から投影光ＰＬとして照射される。

【0073】

図１１は、投影装置６を使用した再点検作業を説明する図である。図１１（ａ）は、再点検の開始地点における説明図で、開始地点となる目地Ｔ２には、位置合わせ用の標識Ｔ３が貼られている。このトンネルＴの目地間隔は、10m-20m程度である。

【0074】

図１１（ｂ）に示すように、開始地点で位置合わせを行った投影装置６を、トンネルＴの延伸方向に移動させる。開始地点からの移動距離は、投影装置６の車輪６２１の回転量によって計測されているので、投影装置６のトンネルＴの延伸方向の位置情報は、常に既知となる。

【0075】

そこで、投影を行いたい位置で投影装置６を停止させ、投影光ＰＬをトンネルＴの内周面Ｔ１に照射させる。図１２は、トンネルＴの内周面Ｔ１に、投影装置６によって健全度の判定結果を投影する状況を説明する斜視図である。

【0076】

この図に示すように、再点検時の投影装置６による投影は、「要注意箇所」となる健全度がＡと判定された箇所だけで行われればよい。要するに、走行部６２によって「要注意箇所」がある位置まで投影装置６を自動で移動させ、停止後に姿勢制御部６３によって「要注意箇所」がある向きに投影部６１を向けたのちに、判定装置３で求められた健全度に基づく「要注意箇所」をトンネルＴの内周面Ｔ１に投影させる（ステップＳ９）。

【0077】

再点検では、全般検査で健全度がＡと判定された箇所に対して、変状原因の推定、将来予測及び措置の要否の判断などが実施される個別検査の事前確認作業が行われる。なお、個別検査では、計測器等も用いて詳細な調査を行い、さらに詳細な健全度（ＡＡ，Ａ１，Ａ２）の判定が行われる。

【0078】

図１１（ｃ）は、目地Ｔ２の位置で、再度、投影装置６の位置合わせを行っている状況を示している。車輪６２１のロータリエンコーダによる距離計測だけでなく、目地Ｔ２の位置ごとにレーザ照射器を使った位置調整を行うことで、トンネル延伸方向の位置を正確に把握することができるようになる。位置調整後は、図１１（ｄ）に示すように、点検を再開させて、投影装置６の移動及び投影が行われる。

【0079】

次に、本実施の形態のトンネル健全度の判定装置３、及びそれを備えた点検支援システム１の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態のトンネル健全度の判定装置３は、ひび割れを検出するひび割れ検出部３３を備えているだけでなく、ひび割れのパターンを判定するひび割れパターン判定部３４と、漏水状況を検出する漏水検出部３５と、鉄筋露出状況を検出する鉄筋露出検出部３６とを備えている。

【0080】

そして、ひび割れ検出部３３の検出結果に基づいて行われた１次判定の結果を、ひび割れパターン判定部３４、漏水検出部３５及び鉄筋露出検出部３６の結果に基づいて調整することにより、２次判定処理部３８で最終的な健全度の判定が行われる。

【0081】

このため、ひび割れパターン、漏水状況及び鉄筋露出状況といったトンネル特有の変状を考慮した均質な健全度の判定を、自動的に行うことができる。ここで、ひび割れパターン、漏水状況及び鉄筋露出状況の検出は、画像からひび割れを検出する際に画像を数値化処理する前処理部３２の処理結果を利用することで、効率的に行うことができる。

【0082】

また、２次判定処理部３８による調整を、ひび割れパターン判定部３４、漏水検出部３５及び鉄筋露出検出部３６の結果から得られた重み付けで処理するのであれば、熟練した検査員（熟練技術者）の判定に匹敵する、より合理的で総合的な判断を精度よく行うことができる。

【0083】

さらに、２次判定処理部３８による健全度の判定結果を、トンネルＴの内周面Ｔ１の分割された領域に当てはめるメッシュ変換部３９を備えていれば、健全度の判定後に行われる要注意箇所などの再点検が必要となる箇所の把握がしやすく、効率的に再点検作業を進めることが可能になる。

【0084】

また、点検支援システム１の発明は、判定装置３による健全度の判定結果を、トンネルＴの内周面Ｔ１の適切な箇所に投影可能な投影装置６を備えている。このため、列車の運転終了後など短い時間に行わなければならない再点検作業を、少ない検査員の数で、効率よく実施することができるようになる。試算によれば、従来、検査員4名で400mを再点検するのに1晩を要していたのに対して、同じ時間で検査員3名で1kmの再点検が行えるようになる。

【0085】

また、投影装置６がトンネルＴの内周面Ｔ１の形状を測定する形状測定部６５を備えていれば、トンネルＴの内周面Ｔ１が定形断面から外れた形状になっていたり、投影装置６とトンネルＴの内周面Ｔ１との位置関係がトンネルの延伸方向の位置によって変化したりするような場合でも、内周面Ｔ１の適切な位置に健全度の判定結果を投影させることができる。

【0086】

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

【0087】

例えば、前記実施の形態では、メッシュ変換部３９でメッシュデータに変換された健全度の判定結果をトンネルＴの内周面Ｔ１に投影させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、メッシュデータに変換する前の判定結果を投影させることもできる。また、投影させる健全度も要注意箇所となる「Ａ」だけでなく、それ以外の判定結果も内周面Ｔ１に投影させることができる。

【符号の説明】

【0088】

１ ：点検支援システム
３ ：判定装置（トンネル健全度判定装置）
３１ ：画像取得部
３２ ：前処理部
３３ ：ひび割れ検出部
３４ ：ひび割れパターン判定部
３５ ：漏水検出部
３６ ：鉄筋露出検出部
３７ ：１次判定処理部
３８ ：２次判定処理部
３９ ：メッシュ変換部
６ ：投影装置
６１ ：投影部
６２ ：走行部
６３ ：姿勢制御部
６４ ：出力調整部
６５ ：形状測定部
Ｔ，ＢＴ：トンネル
Ｔ１，ＢＴ１：内周面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】