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技術 写真測量システムおよび写真測量方法

出願人 飛島建設株式会社
発明者 小林薫松元和伸松田浩朗阿保寿郎近久博志中川勲治梶正樹藤井彰
出願日 2006年1月25日 (15年4ヶ月経過) 出願番号 2006-016992
公開日 2007年8月9日 (13年10ヶ月経過) 公開番号 2007-198867
状態 特許登録済
技術分野 測量一般
主要キーワード 挙動監視 動態検知 敷設区間 数時間おき 単クランプ 敷設箇所 地すべり地 防水ケース内
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年8月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

測量対象物経時変化観測を容易に行える写真測量システムおよび写真測量方法の提供。

解決手段

測量対象物の表面に設置される複数のターゲットa……と、互いに異なる位置に設置固定され上記複数のターゲットa……を収めた対象物写真画像撮影する複数の定点カメラd1,d2,……と、上記定点カメラd1,d2,……で撮影された複数の対象物写真画像より、上記各ターゲットa……を抽出してその3次元座標を算出する端末e(f)とからなる写真測量システム。 上記複数の定点カメラd1,d2,……により撮影した、上記ターゲットa……を収めた対象物写真画像を解析することにより上記各ターゲットa……の3次元座標を算出する写真測量方法。

概要

背景

従来より、防災のための法面の挙動監視トンネル内空変位計測等にデジタル写真画像を利用した写真測量が行われている。

その写真測量は、法面等の測量対象物所要数ターゲット計測点)を設置し、そのターゲットをデジタルカメラ等で少なくとも任意の2地点から手動撮影して、視差の異なる2枚以上の画像を取得するとともに、この画像を写真測量理論に基づいて解析(特許文献1〜3)し、上記測量対象物の3次元座標を求めることを繰り返し、その挙動経時変化)を把握するものである。
これは、任意の位置からの撮影により視差の異なる2以上の画像が取得できればよいものであるため、危険箇所への直接の立ち入りが少なくなり、現地での測量,調査時間が短縮できるなどのメリットがある。
特開2004−325073号公報
特開平7−27563号公報
特開2002−181536号公報

概要

測量対象物の経時変化の観測を容易に行える写真測量システムおよび写真測量方法の提供。測量対象物の表面に設置される複数のターゲットa……と、互いに異なる位置に設置固定され上記複数のターゲットa……を収めた対象物写真画像を撮影する複数の定点カメラd1,d2,……と、上記定点カメラd1,d2,……で撮影された複数の対象物写真画像より、上記各ターゲットa……を抽出してその3次元座標を算出する端末e(f)とからなる写真測量システム。 上記複数の定点カメラd1,d2,……により撮影した、上記ターゲットa……を収めた対象物写真画像を解析することにより上記各ターゲットa……の3次元座標を算出する写真測量方法。

目的

そこで、本発明は、測量対象物の経時変化の観測を容易に行える写真測量システムおよび写真測量方法の提供を課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

測量対象物の表面に設置される複数のターゲットと、互いに異なる位置に設置固定され上記複数のターゲットを収めた対象物写真画像撮影する複数の定点カメラと、上記定点カメラで撮影された複数の対象物写真画像より、上記各ターゲットを抽出してその3次元座標を算出する端末とからなることを特徴とする写真測量システム

請求項2

上記ターゲットとともに上記測量対象物の表面に設置され、当該ターゲットの絶対位置を計測する位置センサを備えたことを特徴とする請求項1記載の写真測量システム。

請求項3

複数の上記ターゲットの間の距離を計測する距離センサを備えたことを特徴とする請求項1または2記載の写真測量システム。

請求項4

上記距離センサが、上記測量対象物の表面に光ファイバを敷設した光ファイバセンサであることを特徴とする請求項3記載の写真測量システム。

請求項5

上記端末が、異なる時刻に撮影された一連の対象物写真画像からの各ターゲットの3次元座標の算出を繰り返し行うことにより、その各ターゲットの3次元変位を求めることを特徴とする請求項1,2,3または4記載の写真測量システム。

請求項6

地盤または土木構造物を上記測量対象物とすることを特徴とする請求項1,2,3,4または5記載の写真測量システム。

請求項7

測量対象物の表面に複数のターゲットを設置し、そのターゲットを収めた対象物写真画像を撮影する複数の定点カメラを互いに異なる位置に設置固定し、その各定点カメラで撮影した複数の対象物写真画像を解析することにより上記各ターゲットの3次元座標を算出することを特徴とする写真測量方法

請求項8

上記各定点カメラで異なる時刻に撮影された一連の対象物写真画像からの3次元座標の算出を繰り返し行うことにより、その各ターゲットの3次元変位を求めることを特徴とする請求項7記載の写真測量方法。

請求項9

地盤または土木構造物を上記測量対象物とすることを特徴とする請求項7または8記載の写真測量方法。

技術分野

0001

本発明は、写真測量システムおよび写真測量方法に関する。

背景技術

0002

従来より、防災のための法面の挙動監視トンネル内空変位計測等にデジタル写真画像を利用した写真測量が行われている。

0003

その写真測量は、法面等の測量対象物所要数ターゲット計測点)を設置し、そのターゲットをデジタルカメラ等で少なくとも任意の2地点から手動撮影して、視差の異なる2枚以上の画像を取得するとともに、この画像を写真測量理論に基づいて解析(特許文献1〜3)し、上記測量対象物の3次元座標を求めることを繰り返し、その挙動経時変化)を把握するものである。
これは、任意の位置からの撮影により視差の異なる2以上の画像が取得できればよいものであるため、危険箇所への直接の立ち入りが少なくなり、現地での測量,調査時間が短縮できるなどのメリットがある。
特開2004−325073号公報
特開平7−27563号公報
特開2002−181536号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、従来の写真測量では、撮影のたびに作業員がデジタルカメラ等を手動で操作していたので、繰り返し行う撮影を、毎回同一箇所から行ったり、あるいは、リアルタイムで連続的に撮影することが難しかった。

0005

上記の画像解析作業では、カメラ位置姿勢や画像上での計測点の位置座標の入力必要であるが、従来は、撮影のたびに、カメラ位置・姿勢が異なることが多く、連続的に多数の画像を取得したとしても、取得した各画像上でのターゲットの位置が大きく異なり、解析作業においては各画像のマッチングを手動で行わなければならないことなどから、解析をリアルタイムで連続的に行って測量対象物の経時変化の観測を行うことは難しかった。

0006

そこで、本発明は、測量対象物の経時変化の観測を容易に行える写真測量システムおよび写真測量方法の提供を課題とする。

課題を解決するための手段

0007

請求項1記載の本発明は、測量対象物の表面に設置される複数のターゲットa……と、互いに異なる位置に設置固定され上記複数のターゲットa……を収めた対象物写真画像を撮影する複数の定点カメラd1,d2,……と、上記定点カメラd1,d2,……で撮影された複数の対象物写真画像より、上記各ターゲットa……を抽出してその3次元座標を算出する端末e(f)とからなる写真測量システムである。

0008

請求項2記載の本発明は、上記ターゲットa……とともに上記測量対象物の表面に設置され、当該ターゲットa……の絶対位置を計測する位置センサbを備えた請求項1記載の写真測量システムである。

0009

請求項3記載の本発明は、複数の上記ターゲットa……の間の距離を計測する距離センサc……を備えた請求項1または2記載の写真測量システムである。

0010

請求項4記載の本発明は、上記距離センサc……が、上記測量対象物の表面に光ファイバを敷設した光ファイバセンサである請求項3記載の写真測量システムである。

0011

請求項5記載の本発明は、上記端末e(f)が、異なる時刻に撮影された一連の対象物写真画像からの各ターゲットa……の3次元座標の算出を繰り返し行うことにより、その各ターゲットa……の3次元変位を求める請求項1,2,3または4記載の写真測量システムである。

0012

請求項6記載の本発明は、地盤または土木構造物を測量対象物とする請求項1,2,3,4または5記載の写真測量システムである。

0013

請求項7記載の本発明は、測量対象物の表面に複数のターゲットa……を設置し、そのターゲットa……を収めた対象物写真画像を撮影する複数の定点カメラd1,d2,……を互いに異なる位置に設置固定し、その各定点カメラd1,d2,……で撮影した複数の対象物写真画像を解析することにより上記各ターゲットa……の3次元座標を算出する写真測量方法である。

0014

請求項8記載の本発明は、上記各定点カメラd1,d2,……で異なる時刻に撮影された一連の対象物写真画像からの3次元座標の算出を繰り返し行うことにより、その各ターゲットa……の3次元変位を求める請求項7記載の写真測量方法である。

0015

請求項9記載の本発明は、地盤または土木構造物を測量対象物とする請求項7または8記載の写真測量方法である。

発明の効果

0016

本発明によれば、定点カメラにより撮影した対象物写真画像を解析することにより、測量対象物の経時変化の観測を従来よりも容易に行える。

発明を実施するための最良の形態

0017

測量対象物の表面に設置される複数のターゲットa……と、互いに異なる位置に設置固定され上記複数のターゲットa……を収めた対象物写真画像を撮影する複数の定点カメラd1,d2,……と、上記定点カメラd1,d2,……で撮影された複数の対象物写真画像より、上記各ターゲットa……を抽出してその3次元座標を算出する端末e(f)とからなる写真測量システム。

0018

測量対象物の表面に複数のターゲットa……を設置し、そのターゲットa……を収めた対象物写真画像を撮影する複数の定点カメラd1,d2,……を互いに異なる位置に設置固定し、その各定点カメラd1,d2,……で撮影した対象物写真画像を解析することにより上記各ターゲットa……の3次元座標を算出する写真測量方法。

0019

以下、本発明を法面の挙動監視に適用した実施例について詳しく説明する。

0020

図1に示したように、本発明写真測量システムは、測量対象物たる法面の表面に適宜の間隔をおいて設置される複数のターゲットa……と、そのターゲットa……とともに上記法面に設置されるGPS受信機(位置センサ)b……と、上記法面に光ファイバを敷設した光ファイバセンサ(距離センサ)c……とを含む。

0021

同システムはさらに、上記法面に設置した全ての上記ターゲットa……を視野内に含めて撮影できかつ互いに異なる位置に固定された2台の定点カメラd1,d2と、その定点カメラd1,d2により撮影された画像を解析し、その解析結果を出力するパーソナルコンピュータ等の端末(現場端末)e、また、その現場端末eと接続された他の端末(リモート端末)f……を有するものである。

0022

上記ターゲットa……は、白地外周枠部分に囲まれる中央部分を黒色塗りつぶして、その外周枠部分と中央部分とのコントラストを高くした板状のものである。
このターゲットa……は、上記法面の適宜の位置に、該法面が挙動した場合にはこれと一体に動くようにして固定されている。
その固定は、たとえば、上記ターゲットa……に固定用の穴をあけ単クランプに取り付け、これを法面のコンクリートに穴を空けて打設したアンカーに固定することにより行う。また、両面テープで固定することとしてもよい。

0023

上記ターゲットa……は、画像処理により認識できその位置が特定し易いものであればよく、その形状や色彩は適宜変更できる。夜間や悪天候時の計測にも対応できるようにするには、LED等の光源をターゲットとして使用するのがよい。

0024

上記GPS受信機b……は、上記ターゲットa……のうち少なくとも1つのものとともに同位置に設置され、当該ターゲットa……の絶対位置を計測し、出力するものである。ただし、本システムでは、これを省略しても相対座標による観測を行える。

0025

上記光ファイバセンサc……は、法面の表面の、任意に選択された複数の上記ターゲットa……の間に光ファイバを敷設してなり、当該複数のターゲットa……間の距離の精密計測、地盤の歪み(変位)計測を行うものである。

0026

上記定点カメラd1,d2は、互いに異なる位置に、上記法面の上記ターゲットa……の全てまたはその一部のものが共通に画像視野内に収まるよう設置固定されたデジタルスチルカメラで、それらは上記ターゲットa……を共通にその視野内に含み互いに視差の異なるデジタル画像(「対象物写真画像」という。)を同時に撮影することができる。
上記定点カメラd1,d2は、防水ケース内に納めて風雨に耐えるようにし、かつ、その設置位置および姿勢が動かないように固定されている。
その固定方法は、たとえば、地盤中に単管打ち込みその単管にカメラを単クランプで固定することにより行うことができる。

0027

上記定点カメラd1,d2は、画像センサとしてCCDセンサCMOSセンサ等を備えたものとすることができる。
また、赤外線カメラを利用すれば、夜間、悪天候時の計測も行いやすい。

0028

さらに、スチルカメラに限らず対象物写真画像を連続的に動画として撮影するデジタルビデオカメラTVカメラであってもよい。

0029

上記定点カメラd1,d2は、USBやIEEE等のインターフェースを備え、有線または無線ネットワークを介し上記現場端末eと接続され、その現場端末eにリアルタイムであるいは一定時間おきに(たとえば数ミリ秒おきでもよいし、数分おき、数時間おき、または、数日おきでもよい)上記対象物写真画像を送出する。
なお、カメラは3台以上設置することとしてもよい。

0030

上記現場端末eは、たとえば現場事務所に設置されたもので、画像表示・保存手段,画像解析手段,解析結果出力手段,GPS情報得手段,長さ情報等取得手段等を備え、上記定点カメラd1,d2,上記GPS受信機b……,および,光ファイバセンサc……と、USB,IEEE,LAN,インターネット等の有線または無線の通信路により接続されている。
有線の場合、上記通信路のケーブルは、その距離に応じて選択するが、数百mを越えるような距離が長い場合は光ファイバを利用するのが好ましい。

0031

現場端末eの上記画像表示・保存手段は、上記定点カメラd1,d2から送られてくる対象物写真画像を直ちにリアルタイムでディスプレイ等に表示するもので、また、その送られてくる対象物写真画像を一定時間おきに定期的に保存する。
なお、その保存は動態検知処理により、画像の変化が検知されたときや、人為的に保存操作が行われたときに行うことも可能である。

0032

現場端末eの上記画像解析手段は、上記定点カメラd1およびd2で同時刻に取得した対象物写真画像をそれぞれ解析して、各画像中のターゲットa……を認識する。そして、両画像中に共通に含まれる各ターゲットa……の対応付け(マッチング)を行い、上記各ターゲットa……の3次元座標(相対座標)を求めるものである。
同様の処理を、各時刻に保存された一連の対象物写真画像について繰り返し行い、各時刻の上記各ターゲットaの3次元座標を求め、これを時系列順に比較することで各ターゲット(法面)の3次元変位を算出する。

0033

従来の写真測量システムにおいては、複数の写真間のターゲットのマッチングは手作業で行っていたが、本発明の写真測量システムは、上記定点カメラd1,d2を所定の位置に固定しているので、マッチングの作業は、既に解析を終わった過去の画像の3次元座標のデータをそのまま利用して、あるいはその誤差修正する程度の処理により利用して容易に行うことができる。よって、従来手動で行っていたその作業を自動化することが容易である。

0034

現場端末eの上記GPS情報取得手段は、上記GPS受信機b……より、上記対象物写真画像を取得した時点における該GPS受信機b……の絶対座標を取得するものである。

0035

現場端末eの上記長さ情報等取得手段は、上記光ファイバセンサc……より、同じく上記対象物写真画像を取得した時点における、その敷設区間(任意に選択された上記ターゲットa,aの間)の距離,その間の地盤の歪みの発生位置と大きさの情報等を取得するものである。

0036

現場端末eの上記解析結果出力手段は、上記画像解析手段,上記GPS情報取得手段,上記長さ情報等取得手段からのデータに基づいて、上記複数のターゲットa……の3次元座標により特定される面の走行,傾斜,その変位等の解析結果をリスト出力したり図化プログラムにより図化するものである。

0037

上記リモート端末f……は、たとえば本社等の遠隔地に設置されたもので、上記現場端末eとインターネット等により接続されており該現場端末eとの間で各種の情報を送受信し、該現場端末eと同じ制御,解析,表示等の処理を行うことができる。
上記現場端末eの処理は全てこのリモート端末f……で行うようにしてもよい。

0038

本発明写真測量方法は、上記構成からなる本発明写真測量システムを用い、図2フローチャートに示したようにして一連の処理を行う。

0039

まず、法面に所要数のターゲットa……とGPS受信機b……とを設置し、また、光ファイバセンサc……を敷設するとともに、上記定点カメラd1,d2を、異なる位置に設置しておく(ステップS1)。

0040

そして、上記各定点カメラd1,d2により、上記ターゲットa……を収めた対象物写真画像を撮影しそのデータを上記現場端末eに送出する。この撮影および送出は、所要時間間隔おきに常時行い、現場端末eの画像表示・保存手段は、それぞれの定点カメラd1,d2から送られてきた対象物写真画像をディスプレイにリアルタイムで表示する(ステップS2)。したがって、法面の様子は、ディスプレイ上で常時監視することができる。

0041

現場端末eの上記画像表示・保存手段は、両定点カメラd1,d2において同時刻に撮影され、ディスプレイに時々刻々表示される対象物写真画像のうち一定の時間おきのものを、記憶装置内に保存する(ステップS3)。
また、この時、GPS受信機b……の出力する座標のデータを保存し、さらに、光ファイバセンサc……からの、その敷設箇所の距離や地盤変位等のデータを保存する。
なお、上記の対象物写真画像およびデータの保存は、一定時間おきでなく、時系列順に並べた前後の対象物写真画像を比較し、何らかの変化を検知した時に行ってもよい。

0042

上記画像解析手段は、上記画像表示・保存手段が取得・保存した2枚の対象物写真画像を解析し、それぞれの対象物写真画像内の上記ターゲットa……を抽出,認識する(ステップS4)。
そして、それら対象物写真画像内のターゲットa……をマッチングし、共線条件式により各ターゲットa……の3次元座標(相対座標)を算出する。

0043

異なる時刻に撮影され保存された一連の対象物写真画像についても同様の解析を順次繰り返し行って、各時刻のターゲットa……の3次元座標を算出する。
定点カメラd1,d2とターゲットa……との位置関係、定点カメラd1,d2の向き、焦点距離等は以前の撮影の際と同じであるから、対象物写真画像内のターゲットa……の認識、および、各画像間のターゲットa……のマッチングは、既に算出されているターゲットa……の3次元座標のデータを利用することで容易に行うことができる。

0044

そして、各時刻における上記各ターゲットa……の3次元座標に基づいて、すなわち、各時刻の上記各ターゲットa……の3次元座標を時系列順に並べて比較することにより、その経時変化(3次元変位)を求めこれを観測結果とする(ステップS5)。
なお、この観測結果の出力は、上記GPS受信機b……からの絶対位置情報により上記いずれかのターゲットaの絶対位置を特定することにより、そのターゲットaを基準にして、絶対座標系の観測結果として出力することも可能である。
また、上記光ファイバセンサc……からの、特定のターゲットa,a間の距離や、その間に発生している歪みの位置・大きさの情報を利用して精度を向上させることもできる。

0045

上記のようにして得られた観測結果は、ターゲットで特定される面の走行、傾斜、その変位等の解析結果としてリスト出力により、あるいは図化してディスプレイ等に表示される(ステップS6)。解析結果を時系列に沿って見ることで、法面の経時変化を容易に把握できる。

0046

本写真測量システムでは、法面を定点カメラd1,d2で常時監視するとともに、その3次元座標の計測およびその3次元変位の観測を自動化して省力化を図るものである。
すなわち、定点カメラd1,d2を定位置に固定しているので、撮影ごとの画像上のターゲットa……のズレがあまりなくなる。したがって、画像解析にあたり、対象物写真画像内のターゲットa……の自動認識、および、該画像間のターゲットa……のマッチング等、従来手動で行っていた作業が大幅に軽減される。

0047

上記のように、画像解析が容易であるため、3次元変位の観測を連続的にリアルタイムで、しかも自動的に行え、省力化が実現するだけでなく、さらに、GPS受信機b……や光ファイバセンサc……等、他の自動計測機器においても計測を行った場合、これらとの連繋による計測精度の向上も容易である。

0048

また、保存しておいた数多くのデータを利用して、ターゲットa……の座標計算等において統計的処理等により計測精度向上させることができる。
さらに、取得した画像を保存、管理することでデータベースとして利用できる。

0049

なお、上記では2台以上のカメラにより測量対象物の3次元変位を観測するものとしたが、2次元計測であれば、カメラは1台で足りる。

0050

本発明写真測量システムは、法面監視に限らず、それ以外の各種の地形をなす自然地盤人工地盤等各種地盤の挙動監視、建物トンネル等各種の構造物の挙動監視に適用することができる。
たとえば、地すべり地の監視,地震等の場合を含めた崩壊斜面の監視,開削工事など建設工事施工管理等に用いることができる。
また防災監視に限らず、建物のドア開閉等を監視しながら、そのドアが何センチ開いたか、とか、出入りした人物身長が何センチであるか、等の計測も可能である。

図面の簡単な説明

0051

本発明写真測量システムを法面監視に用いた実施例のシステム構成図である。
同システムの処理の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

0052

aターゲット(計測点)
bGPS受信機(位置センサ)
c光ファイバセンサ(距離センサ)
d1,d2定点カメラ
e,f 端末

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