ダム堤体の変位測定装置および変位測定方法
【課題】ダムの堤体に配置したワイヤの水平方向および鉛直方向の変位を検出でき、ダム堤体の変位を精度良く検出できるダム堤体の変位測定装置を提供すること。
【解決手段】ダム堤体の変位測定装置１は、堤体内部に鉛直に配置された測定ワイヤ２と、測定ワイヤ２に固定された金属球２０と、金属球２０を撮影する２台のカメラ２１，２２および照明装置２３，２４と、各カメラ２１，２２で撮影された画像を処理する画像処理装置３０とを備える。カメラ２１，２２は、レンズの光軸が水平面内で互いに直交する位置に配置する。画像処理装置３０は、撮影画像データから金属球２０を認識して重心位置を検出し、その重心位置の変位によって、ダム堤体の変位を測定する。金属球２０を２台のカメラ２１，２２で撮影して重心位置を検出しているので、金属球２０の三次元方向の変位量を測定でき、ダム堤体の変位を精度良く検出できる。
【解決手段】ダム堤体の変位測定装置１は、堤体内部に鉛直に配置された測定ワイヤ２と、測定ワイヤ２に固定された金属球２０と、金属球２０を撮影する２台のカメラ２１，２２および照明装置２３，２４と、各カメラ２１，２２で撮影された画像を処理する画像処理装置３０とを備える。カメラ２１，２２は、レンズの光軸が水平面内で互いに直交する位置に配置する。画像処理装置３０は、撮影画像データから金属球２０を認識して重心位置を検出し、その重心位置の変位によって、ダム堤体の変位を測定する。金属球２０を２台のカメラ２１，２２で撮影して重心位置を検出しているので、金属球２０の三次元方向の変位量を測定でき、ダム堤体の変位を精度良く検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダムの堤体の変位を測定する変位測定装置および変位測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダムの堤体の変位を測定するプラムラインと呼ばれる変位測定装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
この特許文献１の変位測定装置は、ダム堤体内に竪坑を形成し、この竪坑の上部にワイヤを固定し、ワイヤ下端に重錘を取り付け、ワイヤの水平方向の変位を検出して堤体の変位を検出している。
【０００３】
ここで、ワイヤの水平方向の変位を検出する方法としては、特許文献１の従来技術に開示されたように、光源からワイヤ（懸垂線）に平行光を照射し、ワイヤで遮光された以外の左右の透過光を受光器で受光するものが用いられていた。
この際、受光器に入射する左右の透過光の光量が等しくなるように、前記光源や受光器が取り付けられた可動ベースを移動させ、その移動量によりワイヤの一方向の変位を測定している。そして、このような構成を２セット設け、前記ワイヤのＸ方向およびＹ方向の２次元の変位を検出できるようにして、ワイヤの水平方向の変位を検出していた。
【０００４】
しかしながら、可動ベースを移動させて変位量を検出する構成では、移動機構のバックラッシュによる誤差が生じるおそれがあった。また、移動機構は、３６５日２４時間動作するため、劣化が激しく、定期的に機材の更新が必要であった。このため、システム全体の信頼性を維持するために点検・整備の工数が膨大となる。
【０００５】
そこで、特許文献１では、ＬＥＤ等の単位光源を一定間隔で直線状に配置し、ワイヤ（位置指示棒）を挟んで反対側にＣＣＤ等の単位受光素子を１次元に配列した１次元センサーを配置している。そして、前記単位光源を順次駆動し、各単位光源からの光を位置指示棒が遮ることで生じる陰影の位置を、前記１次元センサーで検出して、位置指示棒の変位を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８１３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１の方法では、水平方向に受光素子が並べられた１次元センサーを用いているため、位置指示棒の鉛直方向の変位を検出することができなかった。さらに、位置指示棒の表面に水滴などが付着すると、位置指示棒のエッジ部分によって生じる前記陰影の位置が変化し、位置指示棒の変位を精度良く検出できなかった。
このため、ダムの堤体のたわみ等による変位を高精度に検出することができないという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、ダムの堤体に配置したワイヤの水平方向の変位だけでなく、鉛直方向の変位も検出することができ、ダム堤体の変位を精度良く検出することができるダム堤体の変位測定装置および変位測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ダムの堤体または堤体が設置された地盤に一端側が固定され、前記堤体の内部に鉛直に配置された測定ワイヤと、前記測定ワイヤの他端側に固定された位置指示部材と、前記位置指示部材を撮影する２台のカメラと、前記位置指示部材を光で照らす照明装置と、前記各カメラで撮影された画像を処理する画像処理装置と、を備え、前記２台のカメラは、各カメラのレンズの光軸が水平面内で互いに直交する位置に配置され、前記画像処理装置は、前記各カメラの撮影画像データから位置指示部材を認識し、前記位置指示部材の各画像における重心位置を検出し、その重心位置の変位によって、ダム堤体の変位を測定することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、レンズの光軸が水平面内で互いに直交する２台のカメラで位置指示部材を撮影しているので、各画像を処理することで位置指示部材の三次元の変位を検出することができる。すなわち、前記測定ワイヤ（ワイヤロープ）に沿った鉛直方向をＺ軸、このＺ軸に直交する水平面内で互いに直交する２軸をＸ軸およびＹ軸に設定し、前記各カメラをそのレンズの光軸が、Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ沿うように配置する。
このように設置されたカメラで位置指示部材を撮影すれば、一方のカメラで撮影した画像データからは位置指示部材のＸ軸方向およびＺ軸方向の変位を検出でき、かつ、他方のカメラで撮影した画像データからは位置指示部材のＹ軸方向およびＺ軸方向の変位を検出できる。従って、位置指示部材の３次元の変位を検出することができる。このため、従来のように２次元の変位のみしか検出できない場合に比べて、ダム堤体の変位をより高精度に検出できる。すなわち、本発明では位置指示部材の３次元の変位を検出できるので、ダム堤体が水圧などでたわんだ際の堤体上部の高さ位置の変化や、地震発生の前後での高さ位置の変化も検出することができ、ダム堤体の変位を高精度に検出できる。
【００１１】
さらに、画像処理装置は、各撮影画像データにおける位置指示部材の重心位置を検出しているので、位置指示部材の変位量を高精度に検出することができる。すなわち、特許文献１のように、位置指示棒に照明を照射した際の陰影の位置で変位を検出する場合、位置指示棒のエッジ部分が照明光を遮ることになる。このため、位置指示棒の表面に水滴や遊離石灰などが付着すると、陰影の状態も変化し、位置指示棒の位置検出に誤差が生じる可能性がある。
これに対し、本発明では、撮影画像データにおける位置指示部材の重心位置を検出しているので、位置指示部材の位置検出精度を高めることができる。例えば、位置指示部材の表面に水滴などが付着していても、撮影画像データの画像処理時に、位置指示部材の基準画像と比較して水滴などのノイズ成分を除去して重心位置を求めることができる。従って、位置指示部材の重心位置を正確に検出でき、この重心位置を、前回測定時の重心位置や予め設定した基準位置等と比較することで、位置指示部材の変位量つまりはダム堤体の変位量を高精度に検出できる。
【００１２】
本発明において、前記各カメラの撮影領域内に基準位置設定部材が設けられ、前記画像処理装置は、前記位置指示部材および基準位置設定部材が撮影された撮影画像データを処理して、位置指示部材の重心位置と、基準位置設定部材で設定された基準位置とを検出し、前記基準位置に対する位置指示部材の重心位置を測定して重心位置の変位を求めることが好ましい。
【００１３】
ここで、基準位置設定部材は、位置指示部材の変位量を測定する絶対基準となる基準位置を設定するものであり、例えば、２台のカメラが固定される測定ベースに立設された指示棒と、この指示棒の先端に固定された基準球とで構成され、画像処理によって求められる基準球の重心を前記基準位置に設定できるものなどが利用できる。
このような本発明によれば、各カメラで撮影できる位置に基準位置設定部材を設けたので、同じ撮影画像データを画像処理することで基準位置および重心位置を検出でき、基準位置に対する位置指示部材の位置を正確に検出できる。従って、基準位置を原点とすることで、位置指示部材の変位量を絶対値として容易に測定できる。
【００１４】
本発明において、前記位置指示部材は球体であることが好ましい。
位置指示部材としては、各カメラで撮像した際に重心位置を検出できる形状の部材であればよい。例えば、位置指示部材としては、直方体状や円柱状のものなどを用いることができるが、最も好ましいのは球体である。
位置指示部材を球体で構成すれば、表面に平面部分が存在しないため、水滴なども付着し難い。その上、位置指示部材が球体であれば、どの方向から撮影してもその撮影画像は必ず円形となるため、水滴などが付着した部分が存在しても、撮影画像データからその部分を除去して重心位置を求めることも容易に行うことができる。
従って、位置指示部材を球体で構成すれば、各撮影画像データから位置指示部材の重心位置を容易にかつ正確に検出でき、位置指示部材の変位量も高精度に検出できる。
【００１５】
本発明において、前記測定ワイヤの温度を測定する温度センサーを備え、前記画像処理装置は、測定ワイヤの温度膨張係数と、前記温度センサーで測定された温度と、測定ワイヤの一端側の固定位置から前記位置指示部材までの長さ寸法とを用いて温度補正量を求め、この温度補正量を加味して前記位置指示部材の鉛直方向の変位を検出することが好ましい。
【００１６】
位置指示部材の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位を高精度に検出するには、位置指示部材が取り付けられた測定ワイヤの温度膨張も考慮する必要がある。すなわち、測定ワイヤはピアノ線等で構成され、かつ、その長さもダム堤体の上端部から下端部まで配置されて数十メートルになる場合もあり、温度膨張による変化量も比較的大きい。このため、位置指示部材の鉛直方向の位置は、温度の影響を受けて変化する。従って、温度センサーで測定ワイヤの温度を測定し、温度の影響を補正すれば、位置指示部材の鉛直方向の位置をより高精度に検出できる。
なお、温度センサーとしては、測定ワイヤに温度センサーが接触すると、位置指示部材の位置に誤差が生じるため、非接触タイプの温度センサーが好ましい。
また、前記測定ワイヤが配置される空間の温度を測定することで、測定ワイヤの温度を間接的に検出するものでもよい。
【００１７】
本発明において、前記カメラで撮像された画像を表示する表示装置を備えることが好ましい。
表示装置を備えていれば、ダムの管理者が位置指示部材の撮影状態をリアルタイムで確認できる。このため、例えば、地震が発生してカメラ位置がずれ、位置指示部材を撮影できない状態になった場合に、その状態を即座に確認でき、カメラ位置の修正作業などを即座に行うことができる。
また、前記表示装置にスケールも合わせて表示することで、管理者が目視で位置指示部材の概略位置を即座に把握でき、特に地震などで大きな変位があった場合に迅速に対応できる。
【００１８】
本発明において、前記カメラは第１の間隔で撮影処理を実行し、前記画像処理装置は、前記カメラで撮影された画像データを第１の記憶部に一時的に記憶し、所定の外部信号または規定値を超えた変位が検出された場合に、その検出時点の画像データと、その検出時点の前後の所定時間範囲の画像データとを、前記第１の記憶部から読み出して第２の記憶部に記憶することが好ましい。
【００１９】
ここで、前記外部信号としては、例えば、ダムに設置された地震計で地震発生を検知した場合に出力される地震検知信号や、地震発生時に送信される緊急地震警報の信号などである。
このような本発明によれば、地震発生前後の位置指示部材の状態を画像で把握することができる。このため、地震発生時の位置指示部材の挙動を確認でき、ダム堤体の損傷などの判断材料の一つとして利用することができる。
同様に、位置指示部材の変位として規定値を超えた場合も、その規定値を超えた時点の前後の位置指示部材の状態が画像で把握することができ、規定値を超えた原因解析の材料の一つとして利用することもできる。
その上、第１の記憶部に記憶される画像データを記憶されてから一定時間で消去するようにすれば、上記外部信号が入力された場合や規定値を超えた変位が検出された場合の画像データのみを第２の記憶部に記憶すれば良く、保存する画像データの容量を最小限に抑えることができる。
【００２０】
本発明のダム堤体の変位測定方法は、ダムの堤体または堤体が設置された地盤に一端側が固定され、前記堤体の内部に鉛直に配置された測定ワイヤと、前記測定ワイヤの他端側に固定された位置指示部材と、レンズの光軸が水平面内で互いに直交する位置に配置されて前記位置指示部材を撮影する２台のカメラと、前記位置指示部材を光で照らす照明装置と、を備えた変位測定装置を用いたダム堤体の変位測定方法であって、前記各カメラの撮影画像データから位置指示部材を認識し、その前記位置指示部材の各画像における重心位置を検出し、その重心位置の変位によって、ダム堤体の変位を測定することを特徴とする。
【００２１】
このような本発明においても、位置指示部材の重心位置を求め、その変位を検出しているので、位置指示部材の３次元の変位を検出でき、かつ、位置指示部材の変位量を高精度に検出できる。このため、ダム堤体の変位を高精度に検出できる。
【００２２】
本発明の変位測定方法において、前記位置指示部材が基準位置にある際に撮影した画像データからマスターパターンを作成し、前記撮影画像データで認識された位置指示部材に対し、前記マスターパターンを重ね合わせて残差マッチング処理を行い、重ね合わせの残差が最小となる際の前記マスターパターンに設定した中心位置を、前記位置指示部材の重心位置として検出することが好ましい。
【００２３】
本発明によれば、マスターパターンを用いた残差マッチング処理で位置指示部材の重心位置を求めることができるので、画像処理を短時間で行え、重心位置を容易に検出できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ダムの堤体に配置した測定ワイヤの水平方向の変位だけでなく、鉛直方向の変位も検出することができ、かつ、位置指示部材の重心位置を検出してその変位を測定しているので、ダム堤体の変位を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る変位測定装置を示す概略斜視図である。
【図２】前記実施形態の変位測定装置の主要部を示すブロック図である。
【図３】前記実施形態の自動計測モードの処理を示すフローチャートである。
【図４】自動計測モード時のモニター表示画面を示す図である。
【図５】自動計測モードにおける画像処理を示すフローチャートである。
【図６】マスターパターンの作成用の撮影画像データを示す図である。
【図７】マスターパターンの作成例を示す図である。
【図８】撮影画像データに対する画像処理を説明する図である。
【図９】手動モード時のモニター表示画面を示す図である。
【図１０】解析モード時のモニター表示画面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の変位測定装置１の主要部を示す概略斜視図である。図２は、変位測定装置１の変位測定処理を行う処理系の主要部を模式的に示すブロック図である。
【００２７】
［変位測定装置の構造］
本実施形態の変位測定装置１は、ダム堤体の上端から吊り下げた測定ワイヤ２を用いて変位を測定するプラムラインと呼ばれる装置である。
前記変位測定装置１は、前記測定ワイヤ２と、ワイヤ巻上器３と、重錘４と、オイルタンク５と、変位検出器６とを備えている。さらに、本実施形態の変位測定装置１は、手動操作で測定ワイヤ２の変位を観測するコーディネーター７も備えている。
【００２８】
測定ワイヤ２は、強度および耐久性に優れたステンレスワイヤ等で構成され、ダム堤体内に鉛直方向に埋設されたパイプ８内に挿通されている。この測定ワイヤ２の上端は、ワイヤ巻上器３に取り付けられている。
ワイヤ巻上器３は、ダム堤体の上面に埋設され、防水性の蓋９で覆われている。この蓋９により、パイプ８内への雨水の浸入が防止されている。
【００２９】
前記パイプ８の下端は、ダム堤体内に設けられた測定室に開口されている。測定室には、コンクリート製の測定基台１０が設置されている。
測定基台１０には凹部１０Ａが形成され、この凹部１０Ａには前記オイルタンク５が配置されている。オイルタンク５内にはダンパー用のオイルが充填され、測定ワイヤ２の下端に固定された重錘４が配置されている。
【００３０】
測定ワイヤ２の重錘４の上方には、位置指示部材である金属球２０が取り付けられている。金属球２０は、例えば直径が１６ｍｍ程度のものであり、その直径方向に前記測定ワイヤ２が挿通されて固定されている。なお、金属球２０の大きさは、後述するカメラ２１，２２で撮影して画像処理できるサイズであればよい。また、位置指示部材の材質は金属に限らず、プラスチックなどでも可能であるが、測定ワイヤ２は数十年単位で設置されるため、耐久性が高く、長期間設置しても錆などで劣化しない材質のものが好ましい。
【００３１】
測定基台１０には、前記凹部１０Ａの上部開口に跨って測定ベース１１が固定されている。測定ベース１１は、金属製の板材で構成され、その平面中央部分には、前記測定ワイヤ２が挿通される孔１１Ａが開口されている。
また、測定ベース１１は、上面が水平となるように固定されており、この水平な上面に２台のカメラ２１，２２と、照明装置２３，２４と、基準位置設定部材２５とが取り付けられている。
【００３２】
カメラ２１，２２は、前記金属球２０を一定時間間隔（第１の間隔）で撮影でき、その撮影画像データを出力可能なビデオカメラで構成されている。
これらのカメラ２１，２２は、そのレンズの光軸が水平面内において互いに直交するように、測定ベース１１上に固定されている。
すなわち、図１に示すように、測定ベース１１が凹部開口に架け渡された方向をＸ軸、水平面内において前記Ｘ軸に直交する方向をＹ軸、前記Ｘ，Ｙ軸に直交する鉛直方向をＺ軸とすると、カメラ２１は、レンズの光軸がＹ軸に沿うように配置され、カメラ２２はＸ軸に沿うように配置されている。
【００３３】
これらのカメラ２１，２２は、図２に示すように、画像処理装置３０に接続され、撮影した画像データを画像処理装置３０に出力している。
【００３４】
照明装置２３，２４は、金属球２０をカメラ２１，２２で撮影するための照明用に用いられるものである。本実施形態では、ＬＥＤや有機ＥＬ等を用いたパネル型の照明装置２３，２４を用いており、各カメラ２１，２２に対向する位置に配置されている。なお、照明装置２３，２４としては、蛍光灯などのパネル型でないものを用いてもよいが、ＬＥＤや有機ＥＬ等のパネル型にすれば省スペースで消費電力も小さくできるメリットがある。
【００３５】
基準位置設定部材２５は、測定ベース１１の上面から立設された支持棒２５１と、この支持棒２５１の上端に固定された基準球２５２とで構成されている。
この基準位置設定部材２５は、各カメラ２１，２２で金属球２０を撮影した際に、金属球２０に隠れることなく、基準位置設定部材２５の基準球２５２も撮影される位置に配置されている。
具体的には、平面視で図２に示すような位置に配置されている。すなわち、金属球２０の重心（中心）位置を通るＸ軸、Ｙ軸を設定した場合、Ｘ，Ｙ軸の原点位置（金属球２０の重心位置）からＸ、Ｙ軸に対して４５度の角度方向に配置されている。
【００３６】
また、前記測定ワイヤ２に近接して温度計２６が配置されている。温度計２６は、測定ワイヤ２の周囲の気温を測定することで、間接的に測定ワイヤ２の温度を測定するものであり、測定した温度データを後述する画像処理装置３０に出力可能な公知の温度計を利用できる。なお、温度計２６としては、放射温度計のように、測定ワイヤ２の温度を非接触状態で測定できる温度計を用いてもよい。
【００３７】
コーディネーター７は、測定ワイヤ２の位置を測定室（現地）で管理者が目視で測定するための光学式位置測定器であり、従来から周知のため、説明を省略する。
【００３８】
［画像処理装置の構成］
次に、前記各カメラ２１，２２で撮影した画像データを処理する画像処理装置３０について説明する。
画像処理装置３０は、ＣＰＵおよびメモリーなどを備え、画像データを処理可能なコンピューターで構成されている。図２には、画像処理装置３０の機能ブロックが示され、画像処理装置３０は、画像取得部３１、画像処理部３２、表示制御部３３、デジタル出力部３４、アナログ出力部３５、記憶部３６を備えている。
記憶部３６は、ハードディスクなどの記憶装置で構成され、画像取得部３１で取得された画像データや、画像処理部３２で処理されたデータ等が記憶される。具体的には、記憶部３６は、第１〜第３記憶部３６１〜３６３を備えている。
【００３９】
画像処理装置３０には、液晶ディスプレイなどのモニター（表示装置）３７と、キーボードやマウスなどの入力装置３８とが接続されている。
さらに、画像処理装置３０には、ダム管理用のダムコンピューターシステム４０も接続されている。ここで、画像処理装置３０は、通常は、ダムコンピューターシステム４０に対して、前記デジタル出力部３４からデータを出力するが、ダムコンピューターシステム４０にアナログ入力がある場合には、アナログ出力部３５から画像処理部３２で求めた金属球２０の変位量データをアナログデータとして出力するように構成されている。この場合、ダムコンピューターシステム４０には、アナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換装置（アナログデジタル変換装置）４１が設けられている。
また、画像処理装置３０には、ダムもしくはダムの外部に設けられた地震計（震度計）３９から出力される外部信号が、直接あるいはダムコンピューターシステム４０を介して入力可能に構成されている。
【００４０】
［画像処理装置の作用］
画像処理装置３０は、自動計測モード、手動計測モード、データ解析モードの３つのモードで動作する。この動作モードの選択は、管理者が入力装置３８を操作することで行われる。
そこで、各モードにおける上記画像処理装置３０の各処理部の作用に関し、図３に示すフローチャートをも参照して説明する。なお、通常時の動作モードは自動計測モードであるため、自動計測モードから説明する。
【００４１】
［自動計測モード］
自動計測モードに設定されている場合、画像処理装置３０の画像取得部３１は、前記各カメラ２１，２２から出力される画像データを一定間隔（第１の間隔）、例えば１秒間隔で取り込み、記憶部３６の第１記憶部３６１に保存する画像取得処理を行う（ステップ１、以下ステップを「Ｓ」と略す）。
なお、本実施形態では、第１記憶部３６１に、１秒毎に取得される画像データが連続で最大２０分記憶されるように設定されている。具体的には、２０分×６０秒＝１２００枚の画像データが記憶されることになる。そして、新たな画像データが取得されると、最も古い画像データが消去され、第１記憶部３６１には常に２０分間の画像データが記憶されるようになっている。
【００４２】
次に、画像処理部３２は、取得した画像データを処理する画像処理を行う（Ｓ２）。
画像処理Ｓ２の詳細は後述するが、検出対象である金属球２０および基準球２５２の重心位置を求め、基準球２５２の重心位置を原点とした金属球２０の重心位置のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の座標を求めて撮像日時データとともに第３記憶部３６３に記憶する処理を行う。
【００４３】
次に、表示制御部３３は、画像取得処理Ｓ１で取得された画像データと、画像処理Ｓ２で求められた金属球２０の重心位置とを、図４に示すように、モニター３７に表示する画像表示処理を行う（Ｓ３）。
すなわち、モニター３７には、カメラ２１で撮影された画像データ５１と、カメラ２２で撮影された画像データ５２と、測定日時データ５３と、金属球２０の重心位置の座標データ５４と、モード選択ボタン５５〜５７とが表示されている。モード選択ボタン５５〜５７は、それぞれ自動計測モード、手動計測モード、解析モードを選択するボタンである。
【００４４】
次に、画像取得部３１は、画像取得処理Ｓ１で取得した画像データが、正時に取得したものであるかを判断する（Ｓ４）。
Ｓ４で「Ｙｅｓ」と判断された場合、すなわち、０時ちょうど、１時ちょうど、など、画像取得処理が毎正時のタイミングであった場合は、画像取得部３１は、その画像データを第３記憶部３６３に記憶する保存画像記憶処理を行う（Ｓ５）。
【００４５】
すなわち、前述したように、画像取得処理Ｓ１では１秒間隔で画像データを取得しており、そのすべてのデータを保存し続けるには、記憶部３６に必要な記憶容量が非常に大きくなる。また、ダム堤体の変位測定において、画像処理で求めた金属球２０の重心位置の座標データは保存しておく必要があるが、１秒間隔で取得した過去の画像データのすべてを１秒間隔で残しておく必要は無い。従って、本実施形態では、異常時以外は、正時の画像データのみを残すようにしている。これにより、１日あたり２４枚の画像データのみが第３記憶部３６３に記憶される。
このため、第３記憶部３６３には、１秒毎に検出された金属球２０の重心位置の座標データと、毎正時の撮影画像データとが測定日時データとともに記憶される。
【００４６】
Ｓ５の処理後、または、Ｓ４で「Ｎｏ」と判断された場合は、地震計３９からの外部信号が入力されたか、あるいは、画像処理Ｓ２で算出された基準球２５２の重心位置（原点）に対する金属球２０の重心位置の座標値が、予め設定された範囲外になった場合、つまり金属球２０の変位量が規定値を超えたか否かを判断する（Ｓ６）。
【００４７】
Ｓ６で「Ｙｅｓ」と判断された場合、そのタイミングから１０分経過し、前記「Ｙｅｓ」と判定されたタイミングを含む、前後１０分間（計２０分間）の画像データを、前記第１記憶部３６１から第２記憶部３６２に記憶するビデオログ記憶処理を実行する（Ｓ７）。
【００４８】
Ｓ６で「Ｎｏ」と判断された場合およびＳ７の処理後は、画像取得処理Ｓ１に戻り、処理を続行する。このため、Ｓ１〜Ｓ３の処理は１秒間隔で繰り返し実行される。
【００４９】
［画像処理］
次に、画像処理Ｓ２の詳細について、図５のフローチャートおよび図６〜８を参照して説明する。
各カメラ２１，２２で取り込まれた画像データは、図６に示すような画像６０となる。
ここで、画像６０は、カメラ２２で撮影された画像データであり、本実施形態では、Ｙ方向（左右方向）が１６００画素、Ｚ方向（上下方向）が６００画素の画像データである。１画素のピッチが０．１ｍｍとなるように、カメラ２１，２２の倍率などを設定すれば、Ｘ方向およびＹ方向に１６０ｍｍ、Ｚ方向に６０ｍｍの範囲内で撮影が可能となる。
【００５０】
［事前準備：マスターパターンの作成］
画像処理部３２は、最初にマスターパターンが未作成であるかを判断する（Ｓ２１）。本実施形態では、画像処理によって重心位置を求めるために、予めマスターパターンを用意している。すなわち、画像処理手法のなかで、最もよく使用される手法の一つがパターンマッチングである。パターンマッチングには、残差マッチング、正規化相関法、位相限定相関、幾何マッチング、ベクトル相関、一般化ハフ変換等の手法がある。
本実施形態では、検出対象が球体（画像においては円）であるため、処理が簡易であり、演算時間も短い残差マッチングを使用している。この残差マッチングは、マスターパターンをターゲットパターンに対して位置を上下左右に移動させ、重ね合わせの残差が最小になる点を求めるものである。
【００５１】
このため、画像処理部３２は、Ｓ２１で「Ｙｅｓ」つまりマスターパターンが未作成の場合、マスターパターンを作成する（Ｓ２２）。
具体的なマスターパターンの作成手順は以下の通りである。まず、画像処理部３２は、変位測定装置１を設置した初期、つまり検出体である金属球２０や基準球２５２が汚れていない初期状態の入力画像６０から、図６に示すように、金属球２０および基準球２５２の検出体画像６１，６２を取得する。この検出体画像６１，６２の切り出しは、管理者がマウスなどで範囲を選択して行っても良いし、画像処理部３２が画像処理で自動的に行ってもよい。
次に、画像処理部３２は、各検出体画像６１，６２を２値化する。
【００５２】
そして、画像処理部３２は、２値化した画像から図７に示すような、マスターパターン６３，６４を作成する。このマスターパターン６３，６４は、検出体画像６１，６２の外周に沿って円周状に作成されるが、下端側は直線状にカットされている。このカットは、各球２０，２５２の下面に水滴が付着している場合に、その水滴によるノイズを除去するために設けられている。また、重心位置を検出するため、マスターパターン６３，６４には、マスターパターン６３，６４の外周円の中心座標６３１，６３２を設定する。
【００５３】
［画像処理工程］
Ｓ２１で「Ｎｏ」と判断された場合やＳ２２の処理後、画像処理部３２は、取得した画像データ５１，５２と、準備したマスターパターン６３，６４との残差マッチング処理を行い、重ね合わせの残差が最小になる点を求める（Ｓ２３）。
次に、画像処理部３２は、取得した画像データ５１，５２に対して、残差が最小となる位置にマスターパターン６３，６４を配置した際のマスターパターン６３，６４の中心座標６３１，６３２によって各球２０，２５２の重心位置を求める（Ｓ２４）。
【００５４】
次に、画像処理部３２は、基準球２５２を基準とした金属球２０の変位量を次の式によって求める（Ｓ２５）。例えば、カメラ２２で撮影した画像データ５２においては、図８に示すように、Ｙ方向の変位量ａ＝Ｙ１−Ｙ０、Ｚ方向の変位量ｂ＝Ｚ１−Ｚ０で求める。さらに、画像処理部３２は、Ｚ方向の変位量ｂに関し、温度計２６で測定した温度に基づいて測定ワイヤ２の温度膨張量を補正する。
【００５５】
そして、表示制御部３３は、前記ａを図４ではＹ方向の変位量として表示し、ｂをＺ方向の変位量として表示する。
カメラ２１で撮影した画像データ５１においても同様の処理を行い、Ｘ方向の変位量、Ｚ方向の変位量を求め、図４で表示する。
【００５６】
［手動計測モード］
次に、手動計測モードが選択された場合の動作について説明する。
管理者の選択操作によって手動計測モードが選択されると、画像処理装置３０は、自動計測を中断し、図９に示すように、モニター３７に各カメラ２１，２２で撮影した金属球２０、基準球２５２の生画像データ５１Ａ，５２Ａと、クロスカーソル５８を表示する。
【００５７】
管理者は、マウスなどを操作して前記クロスカーソル５８を、生画像データ５１Ａ，５２Ａにおける基準球２５２の重心位置に合わせた後、金属球２０の重心位置に移動する。このクロスカーソル５８の移動により、基準球２５２に対する金属球２０の座標位置が画面上で測定できる。
また、生画像データ５１Ａ，５２Ａにおける金属球２０の直径を測定し、初期設定した直径データと比較し、相違した場合にはその割合を利用して金属球２０の座標位置データを補正する。撮影した金属球２０の画像の大きさが異なる場合には、カメラ２１，２２の撮影倍率などが変化していることなどが想定され、基準球２５２に対する座標位置も変化する。従って、初期の直径データと比較することで、測定値を補正すれば、正しい変位量を測定できる。
【００５８】
［解析モード］
次に、解析モードが選択された場合の動作について説明する。
管理者の選択操作によって解析モードが選択されると、画像処理装置３０は、自動計測を継続したまま、図１０に示すように、モニター３７に解析データを表示する。
すなわち、解析モードでは、管理者が入力した期間の変位量データを第３記憶部３６３から検索してグラフ７１として表示するとともに、その期間の正時の画像データ７２，７３を指定した時間内で早送り表示する。
なお、期間の入力は、過去１ヶ月などの形式で入力してもよいし、期間の開始日および終了日を入力してもよい。また、画像データ７２，７３の早送り表示は、例えば、５０日間の画像データを１０分間で表示する場合、１０分×６０秒＝６００秒で、２４枚×５０＝１２００枚の画像データを表示するため、０．５秒で１枚の画像データを表示すればよい。
【００５９】
また、解析モードでは、第２記憶部３６２に記憶したビデオログを選択して表示することもできる。この場合、地震発生時や規定量以上の変位が生じた際の前後の画像データが表示され、金属球２０の移動変化を確認できる。
【００６０】
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）各カメラ２１，２２で金属球２０を撮影し、その撮影データを画像処理することで、金属球２０の重心位置を求めているので、金属球２０の水平方向の変位だけでなく、鉛直方向（Ｚ方向）の変位も検出することができる。このため、従来のように水平方向の変位のみ検出する場合に比べて、ダム堤体の変位を高精度に検出できる。
さらに、本実施形態では、温度計２６を設け、測定ワイヤ２の温度膨張も考慮して鉛直方向の変位を検出しているので、ダム堤体の変位をより一層高精度に検出できる。
【００６１】
（２）また、金属球２０の重心位置を求めて変位量を算出しているので、金属球２０に水滴などが付着していても、その影響を軽減できる。
特に、本実施形態では、位置指示部材として球体を採用しているので、水滴などのノイズ成分を容易に除去でき、重心位置を正確に求めることができる。その上、位置指示部材として球体を採用しているので、マスターパターン６３，６４を用いた残差マッチング処理で重心位置を求めることができ、画像処理を短時間に行うことができる。
【００６２】
（３）さらに、金属球２０の位置を検出する基準点となる基準位置設定部材２５を設けたので、常に原点との相関性を示すデータを得ることができる。すなわち、基準位置設定部材２５が無い場合には、コーディネーター７で原点位置を確認し、その際の画像データと、自動測定したデータとを比較して変位量を算出しなければならない。これに対し、本実施形態では、撮影画像データに基準位置設定部材２５が含まれているので、常に基準球２５２の基準位置を原点とし、この原点位置に対する金属球２０の重心位置を直接求めることができるので変位測定処理を容易に行うことができる。また、コーディネーター７は必ずしも必要ないため、コストも低減できる。
【００６３】
（４）地震発生時や変位量が既定値を超えた際に、その前後の撮影画像データを第２記憶部３６２に保存し、解析モードでビデオログとして表示できるようにしたので、地震前後などでの変位量の変化（金属球２０の移動状態）を、管理者が目視で確認することができる。
また、毎正時の画像データを第３記憶部３６３に保存し、解析モードで早送り表示できるようにしたので、年間を通しての変位量の変化（金属球２０の移動状態）も、管理者が目視で確認することができる。
【００６４】
（５）さらに、カメラ２１，２２で撮影した画像データを処理することで、ダム堤体の変位を測定できるため、磁界の影響を受けることもない。また、変位検出器６には、モーター等で移動される機構部が不要なため、変位測定装置１を構成する機器の点数が減り、機器の信頼性を大幅に向上し、かつ、コストも削減できる。
【００６５】
（６）また、自動測定モードの他に、手動モードを選択できるようにし、この手動モードでは、各カメラ２１，２２の生画像をモニター３７に表示している。このため、従来は、ダム堤体の底部の測定室まで管理者が移動しなければ判断できなかった変位検出器６の状態を、管理室のモニター３７に表示される画像で判断できるので、点検時間を短縮することができる。
【００６６】
（７）本実施形態の画像処理装置３０は、デジタル出力部３４およびアナログ出力部３５を備えているので、様々なダムコンピューターシステム４０に接続することができる。このため、アナログ入力しか備えていない既存のダムコンピューターシステム４０に対しても、本実施形態の変位測定装置１を追加して設置することができる。従って、本実施形態の変位測定装置１は、既存のダムに対しても設置でき、ダム堤体の変位測定の精度を容易に向上できる。
さらに、画像処理装置３０をダムコンピューターシステム４０に接続しているので、変位測定装置１で測定した金属球２０の変位量データを、ダムにおいて管理している他の測定データと共にダムコンピューターシステム４０で集中管理することができる。
【００６７】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、温度計２６を用いて測定ワイヤ２の熱膨張分を補正できるようにしていたが、温度計２６を設けずに測定ワイヤ２の熱膨張分を補正しないように構成してもよい。このような場合でも、測定ワイヤ２が設置されるダム堤体内は温度変化が外部よりも小さく、測定ワイヤ２自体の温度変化量も小さいため、ダム堤体の変位を測定するために必要な精度は確保できる。
【００６８】
前記実施形態では、ダム堤体の上端から測定ワイヤ２を吊り下げ、測定ワイヤ２の下端側に取り付けた金属球２０の変位を測定するプラムラインに本発明を適用していたが、ダム堤体が設置された岩盤に測定ワイヤ２の下端を固定し、ダム内部の測定室に設けたフロートに測定ワイヤ２の上端を取り付けた逆プラムラインに適用してもよい。この逆プラムラインにおいても、測定ワイヤ２の上端部に位置指示部材を取り付け、この位置指示部材を各カメラ２１，２２で撮影し、その画像データを処理することで、前記実施形態と同じく位置指示部材の三次元の変位を検出して、ダム堤体の変位を測定できる。
【００６９】
前記実施形態では、基準位置設定部材２５を設けていたが、基準位置設定部材２５を設けずに、金属球２０のみを撮影して処理してもよい。この場合、コーディネーター７で金属球２０の基準位置を設定し、その際の撮影画像データから求めた金属球２０の重心位置を基準位置として記憶し、その後の撮影画像データから求めた金属球２０の重心位置との差分を変位量として求めればよい。
【００７０】
前記実施形態では、位置指示部材として金属球２０を用いていたが、他の材質の球体としてもよい。また、位置指示部材は、円柱体や立方体など球体以外の形状のものでもよい。ただし、球体の位置指示部材を用いたほうが、前述したように、水滴などの付着物によるノイズを除去しやすく、重心を簡単に検出できる点で好ましい。
【００７１】
前記実施形態では、ダムコンピューターシステム４０に画像処理装置３０を接続していたが、画像処理装置３０をダムコンピューターシステム４０から独立して設置しても良い。
また、前記実施形態では、地震計３９からの信号や、変位量が既定値を超えた場合に、２０分間の画像データを第２記憶部３６２に記憶し、解析モードでビデオログとして出力できるようにしていたが、例えば、すべての画像データを記録し、ビデオログ記録機能を無くしてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１…変位測定装置、２…測定ワイヤ、３…ワイヤ巻上器、４…重錘、５…オイルタンク、６…変位検出器、７…コーディネーター、８…パイプ、１０…測定基台、１１…測定ベース、２０…位置指示部材である金属球、２１，２２…カメラ、２３，２４…照明装置、２５…基準位置設定部材、２５１…支持棒、２５２…基準球、２６…温度計、３０…画像処理装置、３１…画像取得部、３２…画像処理部、３３…表示制御部、３４…デジタル出力部、３５…アナログ出力部、３６…記憶部、３６１…第１記憶部、３６２…第２記憶部、３６３…第３記憶部、３７…表示装置であるモニター、３８…入力装置、３９…地震計、４０…ダムコンピューターシステム、６３，６４…マスターパターン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダムの堤体の変位を測定する変位測定装置および変位測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダムの堤体の変位を測定するプラムラインと呼ばれる変位測定装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
この特許文献１の変位測定装置は、ダム堤体内に竪坑を形成し、この竪坑の上部にワイヤを固定し、ワイヤ下端に重錘を取り付け、ワイヤの水平方向の変位を検出して堤体の変位を検出している。
【０００３】
ここで、ワイヤの水平方向の変位を検出する方法としては、特許文献１の従来技術に開示されたように、光源からワイヤ（懸垂線）に平行光を照射し、ワイヤで遮光された以外の左右の透過光を受光器で受光するものが用いられていた。
この際、受光器に入射する左右の透過光の光量が等しくなるように、前記光源や受光器が取り付けられた可動ベースを移動させ、その移動量によりワイヤの一方向の変位を測定している。そして、このような構成を２セット設け、前記ワイヤのＸ方向およびＹ方向の２次元の変位を検出できるようにして、ワイヤの水平方向の変位を検出していた。
【０００４】
しかしながら、可動ベースを移動させて変位量を検出する構成では、移動機構のバックラッシュによる誤差が生じるおそれがあった。また、移動機構は、３６５日２４時間動作するため、劣化が激しく、定期的に機材の更新が必要であった。このため、システム全体の信頼性を維持するために点検・整備の工数が膨大となる。
【０００５】
そこで、特許文献１では、ＬＥＤ等の単位光源を一定間隔で直線状に配置し、ワイヤ（位置指示棒）を挟んで反対側にＣＣＤ等の単位受光素子を１次元に配列した１次元センサーを配置している。そして、前記単位光源を順次駆動し、各単位光源からの光を位置指示棒が遮ることで生じる陰影の位置を、前記１次元センサーで検出して、位置指示棒の変位を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８１３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１の方法では、水平方向に受光素子が並べられた１次元センサーを用いているため、位置指示棒の鉛直方向の変位を検出することができなかった。さらに、位置指示棒の表面に水滴などが付着すると、位置指示棒のエッジ部分によって生じる前記陰影の位置が変化し、位置指示棒の変位を精度良く検出できなかった。
このため、ダムの堤体のたわみ等による変位を高精度に検出することができないという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、ダムの堤体に配置したワイヤの水平方向の変位だけでなく、鉛直方向の変位も検出することができ、ダム堤体の変位を精度良く検出することができるダム堤体の変位測定装置および変位測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ダムの堤体または堤体が設置された地盤に一端側が固定され、前記堤体の内部に鉛直に配置された測定ワイヤと、前記測定ワイヤの他端側に固定された位置指示部材と、前記位置指示部材を撮影する２台のカメラと、前記位置指示部材を光で照らす照明装置と、前記各カメラで撮影された画像を処理する画像処理装置と、を備え、前記２台のカメラは、各カメラのレンズの光軸が水平面内で互いに直交する位置に配置され、前記画像処理装置は、前記各カメラの撮影画像データから位置指示部材を認識し、前記位置指示部材の各画像における重心位置を検出し、その重心位置の変位によって、ダム堤体の変位を測定することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、レンズの光軸が水平面内で互いに直交する２台のカメラで位置指示部材を撮影しているので、各画像を処理することで位置指示部材の三次元の変位を検出することができる。すなわち、前記測定ワイヤ（ワイヤロープ）に沿った鉛直方向をＺ軸、このＺ軸に直交する水平面内で互いに直交する２軸をＸ軸およびＹ軸に設定し、前記各カメラをそのレンズの光軸が、Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ沿うように配置する。
このように設置されたカメラで位置指示部材を撮影すれば、一方のカメラで撮影した画像データからは位置指示部材のＸ軸方向およびＺ軸方向の変位を検出でき、かつ、他方のカメラで撮影した画像データからは位置指示部材のＹ軸方向およびＺ軸方向の変位を検出できる。従って、位置指示部材の３次元の変位を検出することができる。このため、従来のように２次元の変位のみしか検出できない場合に比べて、ダム堤体の変位をより高精度に検出できる。すなわち、本発明では位置指示部材の３次元の変位を検出できるので、ダム堤体が水圧などでたわんだ際の堤体上部の高さ位置の変化や、地震発生の前後での高さ位置の変化も検出することができ、ダム堤体の変位を高精度に検出できる。
【００１１】
さらに、画像処理装置は、各撮影画像データにおける位置指示部材の重心位置を検出しているので、位置指示部材の変位量を高精度に検出することができる。すなわち、特許文献１のように、位置指示棒に照明を照射した際の陰影の位置で変位を検出する場合、位置指示棒のエッジ部分が照明光を遮ることになる。このため、位置指示棒の表面に水滴や遊離石灰などが付着すると、陰影の状態も変化し、位置指示棒の位置検出に誤差が生じる可能性がある。
これに対し、本発明では、撮影画像データにおける位置指示部材の重心位置を検出しているので、位置指示部材の位置検出精度を高めることができる。例えば、位置指示部材の表面に水滴などが付着していても、撮影画像データの画像処理時に、位置指示部材の基準画像と比較して水滴などのノイズ成分を除去して重心位置を求めることができる。従って、位置指示部材の重心位置を正確に検出でき、この重心位置を、前回測定時の重心位置や予め設定した基準位置等と比較することで、位置指示部材の変位量つまりはダム堤体の変位量を高精度に検出できる。
【００１２】
本発明において、前記各カメラの撮影領域内に基準位置設定部材が設けられ、前記画像処理装置は、前記位置指示部材および基準位置設定部材が撮影された撮影画像データを処理して、位置指示部材の重心位置と、基準位置設定部材で設定された基準位置とを検出し、前記基準位置に対する位置指示部材の重心位置を測定して重心位置の変位を求めることが好ましい。
【００１３】
ここで、基準位置設定部材は、位置指示部材の変位量を測定する絶対基準となる基準位置を設定するものであり、例えば、２台のカメラが固定される測定ベースに立設された指示棒と、この指示棒の先端に固定された基準球とで構成され、画像処理によって求められる基準球の重心を前記基準位置に設定できるものなどが利用できる。
このような本発明によれば、各カメラで撮影できる位置に基準位置設定部材を設けたので、同じ撮影画像データを画像処理することで基準位置および重心位置を検出でき、基準位置に対する位置指示部材の位置を正確に検出できる。従って、基準位置を原点とすることで、位置指示部材の変位量を絶対値として容易に測定できる。
【００１４】
本発明において、前記位置指示部材は球体であることが好ましい。
位置指示部材としては、各カメラで撮像した際に重心位置を検出できる形状の部材であればよい。例えば、位置指示部材としては、直方体状や円柱状のものなどを用いることができるが、最も好ましいのは球体である。
位置指示部材を球体で構成すれば、表面に平面部分が存在しないため、水滴なども付着し難い。その上、位置指示部材が球体であれば、どの方向から撮影してもその撮影画像は必ず円形となるため、水滴などが付着した部分が存在しても、撮影画像データからその部分を除去して重心位置を求めることも容易に行うことができる。
従って、位置指示部材を球体で構成すれば、各撮影画像データから位置指示部材の重心位置を容易にかつ正確に検出でき、位置指示部材の変位量も高精度に検出できる。
【００１５】
本発明において、前記測定ワイヤの温度を測定する温度センサーを備え、前記画像処理装置は、測定ワイヤの温度膨張係数と、前記温度センサーで測定された温度と、測定ワイヤの一端側の固定位置から前記位置指示部材までの長さ寸法とを用いて温度補正量を求め、この温度補正量を加味して前記位置指示部材の鉛直方向の変位を検出することが好ましい。
【００１６】
位置指示部材の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位を高精度に検出するには、位置指示部材が取り付けられた測定ワイヤの温度膨張も考慮する必要がある。すなわち、測定ワイヤはピアノ線等で構成され、かつ、その長さもダム堤体の上端部から下端部まで配置されて数十メートルになる場合もあり、温度膨張による変化量も比較的大きい。このため、位置指示部材の鉛直方向の位置は、温度の影響を受けて変化する。従って、温度センサーで測定ワイヤの温度を測定し、温度の影響を補正すれば、位置指示部材の鉛直方向の位置をより高精度に検出できる。
なお、温度センサーとしては、測定ワイヤに温度センサーが接触すると、位置指示部材の位置に誤差が生じるため、非接触タイプの温度センサーが好ましい。
また、前記測定ワイヤが配置される空間の温度を測定することで、測定ワイヤの温度を間接的に検出するものでもよい。
【００１７】
本発明において、前記カメラで撮像された画像を表示する表示装置を備えることが好ましい。
表示装置を備えていれば、ダムの管理者が位置指示部材の撮影状態をリアルタイムで確認できる。このため、例えば、地震が発生してカメラ位置がずれ、位置指示部材を撮影できない状態になった場合に、その状態を即座に確認でき、カメラ位置の修正作業などを即座に行うことができる。
また、前記表示装置にスケールも合わせて表示することで、管理者が目視で位置指示部材の概略位置を即座に把握でき、特に地震などで大きな変位があった場合に迅速に対応できる。
【００１８】
本発明において、前記カメラは第１の間隔で撮影処理を実行し、前記画像処理装置は、前記カメラで撮影された画像データを第１の記憶部に一時的に記憶し、所定の外部信号または規定値を超えた変位が検出された場合に、その検出時点の画像データと、その検出時点の前後の所定時間範囲の画像データとを、前記第１の記憶部から読み出して第２の記憶部に記憶することが好ましい。
【００１９】
ここで、前記外部信号としては、例えば、ダムに設置された地震計で地震発生を検知した場合に出力される地震検知信号や、地震発生時に送信される緊急地震警報の信号などである。
このような本発明によれば、地震発生前後の位置指示部材の状態を画像で把握することができる。このため、地震発生時の位置指示部材の挙動を確認でき、ダム堤体の損傷などの判断材料の一つとして利用することができる。
同様に、位置指示部材の変位として規定値を超えた場合も、その規定値を超えた時点の前後の位置指示部材の状態が画像で把握することができ、規定値を超えた原因解析の材料の一つとして利用することもできる。
その上、第１の記憶部に記憶される画像データを記憶されてから一定時間で消去するようにすれば、上記外部信号が入力された場合や規定値を超えた変位が検出された場合の画像データのみを第２の記憶部に記憶すれば良く、保存する画像データの容量を最小限に抑えることができる。
【００２０】
本発明のダム堤体の変位測定方法は、ダムの堤体または堤体が設置された地盤に一端側が固定され、前記堤体の内部に鉛直に配置された測定ワイヤと、前記測定ワイヤの他端側に固定された位置指示部材と、レンズの光軸が水平面内で互いに直交する位置に配置されて前記位置指示部材を撮影する２台のカメラと、前記位置指示部材を光で照らす照明装置と、を備えた変位測定装置を用いたダム堤体の変位測定方法であって、前記各カメラの撮影画像データから位置指示部材を認識し、その前記位置指示部材の各画像における重心位置を検出し、その重心位置の変位によって、ダム堤体の変位を測定することを特徴とする。
【００２１】
このような本発明においても、位置指示部材の重心位置を求め、その変位を検出しているので、位置指示部材の３次元の変位を検出でき、かつ、位置指示部材の変位量を高精度に検出できる。このため、ダム堤体の変位を高精度に検出できる。
【００２２】
本発明の変位測定方法において、前記位置指示部材が基準位置にある際に撮影した画像データからマスターパターンを作成し、前記撮影画像データで認識された位置指示部材に対し、前記マスターパターンを重ね合わせて残差マッチング処理を行い、重ね合わせの残差が最小となる際の前記マスターパターンに設定した中心位置を、前記位置指示部材の重心位置として検出することが好ましい。
【００２３】
本発明によれば、マスターパターンを用いた残差マッチング処理で位置指示部材の重心位置を求めることができるので、画像処理を短時間で行え、重心位置を容易に検出できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ダムの堤体に配置した測定ワイヤの水平方向の変位だけでなく、鉛直方向の変位も検出することができ、かつ、位置指示部材の重心位置を検出してその変位を測定しているので、ダム堤体の変位を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る変位測定装置を示す概略斜視図である。
【図２】前記実施形態の変位測定装置の主要部を示すブロック図である。
【図３】前記実施形態の自動計測モードの処理を示すフローチャートである。
【図４】自動計測モード時のモニター表示画面を示す図である。
【図５】自動計測モードにおける画像処理を示すフローチャートである。
【図６】マスターパターンの作成用の撮影画像データを示す図である。
【図７】マスターパターンの作成例を示す図である。
【図８】撮影画像データに対する画像処理を説明する図である。
【図９】手動モード時のモニター表示画面を示す図である。
【図１０】解析モード時のモニター表示画面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の変位測定装置１の主要部を示す概略斜視図である。図２は、変位測定装置１の変位測定処理を行う処理系の主要部を模式的に示すブロック図である。
【００２７】
［変位測定装置の構造］
本実施形態の変位測定装置１は、ダム堤体の上端から吊り下げた測定ワイヤ２を用いて変位を測定するプラムラインと呼ばれる装置である。
前記変位測定装置１は、前記測定ワイヤ２と、ワイヤ巻上器３と、重錘４と、オイルタンク５と、変位検出器６とを備えている。さらに、本実施形態の変位測定装置１は、手動操作で測定ワイヤ２の変位を観測するコーディネーター７も備えている。
【００２８】
測定ワイヤ２は、強度および耐久性に優れたステンレスワイヤ等で構成され、ダム堤体内に鉛直方向に埋設されたパイプ８内に挿通されている。この測定ワイヤ２の上端は、ワイヤ巻上器３に取り付けられている。
ワイヤ巻上器３は、ダム堤体の上面に埋設され、防水性の蓋９で覆われている。この蓋９により、パイプ８内への雨水の浸入が防止されている。
【００２９】
前記パイプ８の下端は、ダム堤体内に設けられた測定室に開口されている。測定室には、コンクリート製の測定基台１０が設置されている。
測定基台１０には凹部１０Ａが形成され、この凹部１０Ａには前記オイルタンク５が配置されている。オイルタンク５内にはダンパー用のオイルが充填され、測定ワイヤ２の下端に固定された重錘４が配置されている。
【００３０】
測定ワイヤ２の重錘４の上方には、位置指示部材である金属球２０が取り付けられている。金属球２０は、例えば直径が１６ｍｍ程度のものであり、その直径方向に前記測定ワイヤ２が挿通されて固定されている。なお、金属球２０の大きさは、後述するカメラ２１，２２で撮影して画像処理できるサイズであればよい。また、位置指示部材の材質は金属に限らず、プラスチックなどでも可能であるが、測定ワイヤ２は数十年単位で設置されるため、耐久性が高く、長期間設置しても錆などで劣化しない材質のものが好ましい。
【００３１】
測定基台１０には、前記凹部１０Ａの上部開口に跨って測定ベース１１が固定されている。測定ベース１１は、金属製の板材で構成され、その平面中央部分には、前記測定ワイヤ２が挿通される孔１１Ａが開口されている。
また、測定ベース１１は、上面が水平となるように固定されており、この水平な上面に２台のカメラ２１，２２と、照明装置２３，２４と、基準位置設定部材２５とが取り付けられている。
【００３２】
カメラ２１，２２は、前記金属球２０を一定時間間隔（第１の間隔）で撮影でき、その撮影画像データを出力可能なビデオカメラで構成されている。
これらのカメラ２１，２２は、そのレンズの光軸が水平面内において互いに直交するように、測定ベース１１上に固定されている。
すなわち、図１に示すように、測定ベース１１が凹部開口に架け渡された方向をＸ軸、水平面内において前記Ｘ軸に直交する方向をＹ軸、前記Ｘ，Ｙ軸に直交する鉛直方向をＺ軸とすると、カメラ２１は、レンズの光軸がＹ軸に沿うように配置され、カメラ２２はＸ軸に沿うように配置されている。
【００３３】
これらのカメラ２１，２２は、図２に示すように、画像処理装置３０に接続され、撮影した画像データを画像処理装置３０に出力している。
【００３４】
照明装置２３，２４は、金属球２０をカメラ２１，２２で撮影するための照明用に用いられるものである。本実施形態では、ＬＥＤや有機ＥＬ等を用いたパネル型の照明装置２３，２４を用いており、各カメラ２１，２２に対向する位置に配置されている。なお、照明装置２３，２４としては、蛍光灯などのパネル型でないものを用いてもよいが、ＬＥＤや有機ＥＬ等のパネル型にすれば省スペースで消費電力も小さくできるメリットがある。
【００３５】
基準位置設定部材２５は、測定ベース１１の上面から立設された支持棒２５１と、この支持棒２５１の上端に固定された基準球２５２とで構成されている。
この基準位置設定部材２５は、各カメラ２１，２２で金属球２０を撮影した際に、金属球２０に隠れることなく、基準位置設定部材２５の基準球２５２も撮影される位置に配置されている。
具体的には、平面視で図２に示すような位置に配置されている。すなわち、金属球２０の重心（中心）位置を通るＸ軸、Ｙ軸を設定した場合、Ｘ，Ｙ軸の原点位置（金属球２０の重心位置）からＸ、Ｙ軸に対して４５度の角度方向に配置されている。
【００３６】
また、前記測定ワイヤ２に近接して温度計２６が配置されている。温度計２６は、測定ワイヤ２の周囲の気温を測定することで、間接的に測定ワイヤ２の温度を測定するものであり、測定した温度データを後述する画像処理装置３０に出力可能な公知の温度計を利用できる。なお、温度計２６としては、放射温度計のように、測定ワイヤ２の温度を非接触状態で測定できる温度計を用いてもよい。
【００３７】
コーディネーター７は、測定ワイヤ２の位置を測定室（現地）で管理者が目視で測定するための光学式位置測定器であり、従来から周知のため、説明を省略する。
【００３８】
［画像処理装置の構成］
次に、前記各カメラ２１，２２で撮影した画像データを処理する画像処理装置３０について説明する。
画像処理装置３０は、ＣＰＵおよびメモリーなどを備え、画像データを処理可能なコンピューターで構成されている。図２には、画像処理装置３０の機能ブロックが示され、画像処理装置３０は、画像取得部３１、画像処理部３２、表示制御部３３、デジタル出力部３４、アナログ出力部３５、記憶部３６を備えている。
記憶部３６は、ハードディスクなどの記憶装置で構成され、画像取得部３１で取得された画像データや、画像処理部３２で処理されたデータ等が記憶される。具体的には、記憶部３６は、第１〜第３記憶部３６１〜３６３を備えている。
【００３９】
画像処理装置３０には、液晶ディスプレイなどのモニター（表示装置）３７と、キーボードやマウスなどの入力装置３８とが接続されている。
さらに、画像処理装置３０には、ダム管理用のダムコンピューターシステム４０も接続されている。ここで、画像処理装置３０は、通常は、ダムコンピューターシステム４０に対して、前記デジタル出力部３４からデータを出力するが、ダムコンピューターシステム４０にアナログ入力がある場合には、アナログ出力部３５から画像処理部３２で求めた金属球２０の変位量データをアナログデータとして出力するように構成されている。この場合、ダムコンピューターシステム４０には、アナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換装置（アナログデジタル変換装置）４１が設けられている。
また、画像処理装置３０には、ダムもしくはダムの外部に設けられた地震計（震度計）３９から出力される外部信号が、直接あるいはダムコンピューターシステム４０を介して入力可能に構成されている。
【００４０】
［画像処理装置の作用］
画像処理装置３０は、自動計測モード、手動計測モード、データ解析モードの３つのモードで動作する。この動作モードの選択は、管理者が入力装置３８を操作することで行われる。
そこで、各モードにおける上記画像処理装置３０の各処理部の作用に関し、図３に示すフローチャートをも参照して説明する。なお、通常時の動作モードは自動計測モードであるため、自動計測モードから説明する。
【００４１】
［自動計測モード］
自動計測モードに設定されている場合、画像処理装置３０の画像取得部３１は、前記各カメラ２１，２２から出力される画像データを一定間隔（第１の間隔）、例えば１秒間隔で取り込み、記憶部３６の第１記憶部３６１に保存する画像取得処理を行う（ステップ１、以下ステップを「Ｓ」と略す）。
なお、本実施形態では、第１記憶部３６１に、１秒毎に取得される画像データが連続で最大２０分記憶されるように設定されている。具体的には、２０分×６０秒＝１２００枚の画像データが記憶されることになる。そして、新たな画像データが取得されると、最も古い画像データが消去され、第１記憶部３６１には常に２０分間の画像データが記憶されるようになっている。
【００４２】
次に、画像処理部３２は、取得した画像データを処理する画像処理を行う（Ｓ２）。
画像処理Ｓ２の詳細は後述するが、検出対象である金属球２０および基準球２５２の重心位置を求め、基準球２５２の重心位置を原点とした金属球２０の重心位置のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の座標を求めて撮像日時データとともに第３記憶部３６３に記憶する処理を行う。
【００４３】
次に、表示制御部３３は、画像取得処理Ｓ１で取得された画像データと、画像処理Ｓ２で求められた金属球２０の重心位置とを、図４に示すように、モニター３７に表示する画像表示処理を行う（Ｓ３）。
すなわち、モニター３７には、カメラ２１で撮影された画像データ５１と、カメラ２２で撮影された画像データ５２と、測定日時データ５３と、金属球２０の重心位置の座標データ５４と、モード選択ボタン５５〜５７とが表示されている。モード選択ボタン５５〜５７は、それぞれ自動計測モード、手動計測モード、解析モードを選択するボタンである。
【００４４】
次に、画像取得部３１は、画像取得処理Ｓ１で取得した画像データが、正時に取得したものであるかを判断する（Ｓ４）。
Ｓ４で「Ｙｅｓ」と判断された場合、すなわち、０時ちょうど、１時ちょうど、など、画像取得処理が毎正時のタイミングであった場合は、画像取得部３１は、その画像データを第３記憶部３６３に記憶する保存画像記憶処理を行う（Ｓ５）。
【００４５】
すなわち、前述したように、画像取得処理Ｓ１では１秒間隔で画像データを取得しており、そのすべてのデータを保存し続けるには、記憶部３６に必要な記憶容量が非常に大きくなる。また、ダム堤体の変位測定において、画像処理で求めた金属球２０の重心位置の座標データは保存しておく必要があるが、１秒間隔で取得した過去の画像データのすべてを１秒間隔で残しておく必要は無い。従って、本実施形態では、異常時以外は、正時の画像データのみを残すようにしている。これにより、１日あたり２４枚の画像データのみが第３記憶部３６３に記憶される。
このため、第３記憶部３６３には、１秒毎に検出された金属球２０の重心位置の座標データと、毎正時の撮影画像データとが測定日時データとともに記憶される。
【００４６】
Ｓ５の処理後、または、Ｓ４で「Ｎｏ」と判断された場合は、地震計３９からの外部信号が入力されたか、あるいは、画像処理Ｓ２で算出された基準球２５２の重心位置（原点）に対する金属球２０の重心位置の座標値が、予め設定された範囲外になった場合、つまり金属球２０の変位量が規定値を超えたか否かを判断する（Ｓ６）。
【００４７】
Ｓ６で「Ｙｅｓ」と判断された場合、そのタイミングから１０分経過し、前記「Ｙｅｓ」と判定されたタイミングを含む、前後１０分間（計２０分間）の画像データを、前記第１記憶部３６１から第２記憶部３６２に記憶するビデオログ記憶処理を実行する（Ｓ７）。
【００４８】
Ｓ６で「Ｎｏ」と判断された場合およびＳ７の処理後は、画像取得処理Ｓ１に戻り、処理を続行する。このため、Ｓ１〜Ｓ３の処理は１秒間隔で繰り返し実行される。
【００４９】
［画像処理］
次に、画像処理Ｓ２の詳細について、図５のフローチャートおよび図６〜８を参照して説明する。
各カメラ２１，２２で取り込まれた画像データは、図６に示すような画像６０となる。
ここで、画像６０は、カメラ２２で撮影された画像データであり、本実施形態では、Ｙ方向（左右方向）が１６００画素、Ｚ方向（上下方向）が６００画素の画像データである。１画素のピッチが０．１ｍｍとなるように、カメラ２１，２２の倍率などを設定すれば、Ｘ方向およびＹ方向に１６０ｍｍ、Ｚ方向に６０ｍｍの範囲内で撮影が可能となる。
【００５０】
［事前準備：マスターパターンの作成］
画像処理部３２は、最初にマスターパターンが未作成であるかを判断する（Ｓ２１）。本実施形態では、画像処理によって重心位置を求めるために、予めマスターパターンを用意している。すなわち、画像処理手法のなかで、最もよく使用される手法の一つがパターンマッチングである。パターンマッチングには、残差マッチング、正規化相関法、位相限定相関、幾何マッチング、ベクトル相関、一般化ハフ変換等の手法がある。
本実施形態では、検出対象が球体（画像においては円）であるため、処理が簡易であり、演算時間も短い残差マッチングを使用している。この残差マッチングは、マスターパターンをターゲットパターンに対して位置を上下左右に移動させ、重ね合わせの残差が最小になる点を求めるものである。
【００５１】
このため、画像処理部３２は、Ｓ２１で「Ｙｅｓ」つまりマスターパターンが未作成の場合、マスターパターンを作成する（Ｓ２２）。
具体的なマスターパターンの作成手順は以下の通りである。まず、画像処理部３２は、変位測定装置１を設置した初期、つまり検出体である金属球２０や基準球２５２が汚れていない初期状態の入力画像６０から、図６に示すように、金属球２０および基準球２５２の検出体画像６１，６２を取得する。この検出体画像６１，６２の切り出しは、管理者がマウスなどで範囲を選択して行っても良いし、画像処理部３２が画像処理で自動的に行ってもよい。
次に、画像処理部３２は、各検出体画像６１，６２を２値化する。
【００５２】
そして、画像処理部３２は、２値化した画像から図７に示すような、マスターパターン６３，６４を作成する。このマスターパターン６３，６４は、検出体画像６１，６２の外周に沿って円周状に作成されるが、下端側は直線状にカットされている。このカットは、各球２０，２５２の下面に水滴が付着している場合に、その水滴によるノイズを除去するために設けられている。また、重心位置を検出するため、マスターパターン６３，６４には、マスターパターン６３，６４の外周円の中心座標６３１，６３２を設定する。
【００５３】
［画像処理工程］
Ｓ２１で「Ｎｏ」と判断された場合やＳ２２の処理後、画像処理部３２は、取得した画像データ５１，５２と、準備したマスターパターン６３，６４との残差マッチング処理を行い、重ね合わせの残差が最小になる点を求める（Ｓ２３）。
次に、画像処理部３２は、取得した画像データ５１，５２に対して、残差が最小となる位置にマスターパターン６３，６４を配置した際のマスターパターン６３，６４の中心座標６３１，６３２によって各球２０，２５２の重心位置を求める（Ｓ２４）。
【００５４】
次に、画像処理部３２は、基準球２５２を基準とした金属球２０の変位量を次の式によって求める（Ｓ２５）。例えば、カメラ２２で撮影した画像データ５２においては、図８に示すように、Ｙ方向の変位量ａ＝Ｙ１−Ｙ０、Ｚ方向の変位量ｂ＝Ｚ１−Ｚ０で求める。さらに、画像処理部３２は、Ｚ方向の変位量ｂに関し、温度計２６で測定した温度に基づいて測定ワイヤ２の温度膨張量を補正する。
【００５５】
そして、表示制御部３３は、前記ａを図４ではＹ方向の変位量として表示し、ｂをＺ方向の変位量として表示する。
カメラ２１で撮影した画像データ５１においても同様の処理を行い、Ｘ方向の変位量、Ｚ方向の変位量を求め、図４で表示する。
【００５６】
［手動計測モード］
次に、手動計測モードが選択された場合の動作について説明する。
管理者の選択操作によって手動計測モードが選択されると、画像処理装置３０は、自動計測を中断し、図９に示すように、モニター３７に各カメラ２１，２２で撮影した金属球２０、基準球２５２の生画像データ５１Ａ，５２Ａと、クロスカーソル５８を表示する。
【００５７】
管理者は、マウスなどを操作して前記クロスカーソル５８を、生画像データ５１Ａ，５２Ａにおける基準球２５２の重心位置に合わせた後、金属球２０の重心位置に移動する。このクロスカーソル５８の移動により、基準球２５２に対する金属球２０の座標位置が画面上で測定できる。
また、生画像データ５１Ａ，５２Ａにおける金属球２０の直径を測定し、初期設定した直径データと比較し、相違した場合にはその割合を利用して金属球２０の座標位置データを補正する。撮影した金属球２０の画像の大きさが異なる場合には、カメラ２１，２２の撮影倍率などが変化していることなどが想定され、基準球２５２に対する座標位置も変化する。従って、初期の直径データと比較することで、測定値を補正すれば、正しい変位量を測定できる。
【００５８】
［解析モード］
次に、解析モードが選択された場合の動作について説明する。
管理者の選択操作によって解析モードが選択されると、画像処理装置３０は、自動計測を継続したまま、図１０に示すように、モニター３７に解析データを表示する。
すなわち、解析モードでは、管理者が入力した期間の変位量データを第３記憶部３６３から検索してグラフ７１として表示するとともに、その期間の正時の画像データ７２，７３を指定した時間内で早送り表示する。
なお、期間の入力は、過去１ヶ月などの形式で入力してもよいし、期間の開始日および終了日を入力してもよい。また、画像データ７２，７３の早送り表示は、例えば、５０日間の画像データを１０分間で表示する場合、１０分×６０秒＝６００秒で、２４枚×５０＝１２００枚の画像データを表示するため、０．５秒で１枚の画像データを表示すればよい。
【００５９】
また、解析モードでは、第２記憶部３６２に記憶したビデオログを選択して表示することもできる。この場合、地震発生時や規定量以上の変位が生じた際の前後の画像データが表示され、金属球２０の移動変化を確認できる。
【００６０】
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）各カメラ２１，２２で金属球２０を撮影し、その撮影データを画像処理することで、金属球２０の重心位置を求めているので、金属球２０の水平方向の変位だけでなく、鉛直方向（Ｚ方向）の変位も検出することができる。このため、従来のように水平方向の変位のみ検出する場合に比べて、ダム堤体の変位を高精度に検出できる。
さらに、本実施形態では、温度計２６を設け、測定ワイヤ２の温度膨張も考慮して鉛直方向の変位を検出しているので、ダム堤体の変位をより一層高精度に検出できる。
【００６１】
（２）また、金属球２０の重心位置を求めて変位量を算出しているので、金属球２０に水滴などが付着していても、その影響を軽減できる。
特に、本実施形態では、位置指示部材として球体を採用しているので、水滴などのノイズ成分を容易に除去でき、重心位置を正確に求めることができる。その上、位置指示部材として球体を採用しているので、マスターパターン６３，６４を用いた残差マッチング処理で重心位置を求めることができ、画像処理を短時間に行うことができる。
【００６２】
（３）さらに、金属球２０の位置を検出する基準点となる基準位置設定部材２５を設けたので、常に原点との相関性を示すデータを得ることができる。すなわち、基準位置設定部材２５が無い場合には、コーディネーター７で原点位置を確認し、その際の画像データと、自動測定したデータとを比較して変位量を算出しなければならない。これに対し、本実施形態では、撮影画像データに基準位置設定部材２５が含まれているので、常に基準球２５２の基準位置を原点とし、この原点位置に対する金属球２０の重心位置を直接求めることができるので変位測定処理を容易に行うことができる。また、コーディネーター７は必ずしも必要ないため、コストも低減できる。
【００６３】
（４）地震発生時や変位量が既定値を超えた際に、その前後の撮影画像データを第２記憶部３６２に保存し、解析モードでビデオログとして表示できるようにしたので、地震前後などでの変位量の変化（金属球２０の移動状態）を、管理者が目視で確認することができる。
また、毎正時の画像データを第３記憶部３６３に保存し、解析モードで早送り表示できるようにしたので、年間を通しての変位量の変化（金属球２０の移動状態）も、管理者が目視で確認することができる。
【００６４】
（５）さらに、カメラ２１，２２で撮影した画像データを処理することで、ダム堤体の変位を測定できるため、磁界の影響を受けることもない。また、変位検出器６には、モーター等で移動される機構部が不要なため、変位測定装置１を構成する機器の点数が減り、機器の信頼性を大幅に向上し、かつ、コストも削減できる。
【００６５】
（６）また、自動測定モードの他に、手動モードを選択できるようにし、この手動モードでは、各カメラ２１，２２の生画像をモニター３７に表示している。このため、従来は、ダム堤体の底部の測定室まで管理者が移動しなければ判断できなかった変位検出器６の状態を、管理室のモニター３７に表示される画像で判断できるので、点検時間を短縮することができる。
【００６６】
（７）本実施形態の画像処理装置３０は、デジタル出力部３４およびアナログ出力部３５を備えているので、様々なダムコンピューターシステム４０に接続することができる。このため、アナログ入力しか備えていない既存のダムコンピューターシステム４０に対しても、本実施形態の変位測定装置１を追加して設置することができる。従って、本実施形態の変位測定装置１は、既存のダムに対しても設置でき、ダム堤体の変位測定の精度を容易に向上できる。
さらに、画像処理装置３０をダムコンピューターシステム４０に接続しているので、変位測定装置１で測定した金属球２０の変位量データを、ダムにおいて管理している他の測定データと共にダムコンピューターシステム４０で集中管理することができる。
【００６７】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、温度計２６を用いて測定ワイヤ２の熱膨張分を補正できるようにしていたが、温度計２６を設けずに測定ワイヤ２の熱膨張分を補正しないように構成してもよい。このような場合でも、測定ワイヤ２が設置されるダム堤体内は温度変化が外部よりも小さく、測定ワイヤ２自体の温度変化量も小さいため、ダム堤体の変位を測定するために必要な精度は確保できる。
【００６８】
前記実施形態では、ダム堤体の上端から測定ワイヤ２を吊り下げ、測定ワイヤ２の下端側に取り付けた金属球２０の変位を測定するプラムラインに本発明を適用していたが、ダム堤体が設置された岩盤に測定ワイヤ２の下端を固定し、ダム内部の測定室に設けたフロートに測定ワイヤ２の上端を取り付けた逆プラムラインに適用してもよい。この逆プラムラインにおいても、測定ワイヤ２の上端部に位置指示部材を取り付け、この位置指示部材を各カメラ２１，２２で撮影し、その画像データを処理することで、前記実施形態と同じく位置指示部材の三次元の変位を検出して、ダム堤体の変位を測定できる。
【００６９】
前記実施形態では、基準位置設定部材２５を設けていたが、基準位置設定部材２５を設けずに、金属球２０のみを撮影して処理してもよい。この場合、コーディネーター７で金属球２０の基準位置を設定し、その際の撮影画像データから求めた金属球２０の重心位置を基準位置として記憶し、その後の撮影画像データから求めた金属球２０の重心位置との差分を変位量として求めればよい。
【００７０】
前記実施形態では、位置指示部材として金属球２０を用いていたが、他の材質の球体としてもよい。また、位置指示部材は、円柱体や立方体など球体以外の形状のものでもよい。ただし、球体の位置指示部材を用いたほうが、前述したように、水滴などの付着物によるノイズを除去しやすく、重心を簡単に検出できる点で好ましい。
【００７１】
前記実施形態では、ダムコンピューターシステム４０に画像処理装置３０を接続していたが、画像処理装置３０をダムコンピューターシステム４０から独立して設置しても良い。
また、前記実施形態では、地震計３９からの信号や、変位量が既定値を超えた場合に、２０分間の画像データを第２記憶部３６２に記憶し、解析モードでビデオログとして出力できるようにしていたが、例えば、すべての画像データを記録し、ビデオログ記録機能を無くしてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１…変位測定装置、２…測定ワイヤ、３…ワイヤ巻上器、４…重錘、５…オイルタンク、６…変位検出器、７…コーディネーター、８…パイプ、１０…測定基台、１１…測定ベース、２０…位置指示部材である金属球、２１，２２…カメラ、２３，２４…照明装置、２５…基準位置設定部材、２５１…支持棒、２５２…基準球、２６…温度計、３０…画像処理装置、３１…画像取得部、３２…画像処理部、３３…表示制御部、３４…デジタル出力部、３５…アナログ出力部、３６…記憶部、３６１…第１記憶部、３６２…第２記憶部、３６３…第３記憶部、３７…表示装置であるモニター、３８…入力装置、３９…地震計、４０…ダムコンピューターシステム、６３，６４…マスターパターン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダムの堤体または堤体が設置された地盤に一端側が固定され、前記堤体の内部に鉛直に配置された測定ワイヤと、
前記測定ワイヤの他端側に固定された位置指示部材と、
前記位置指示部材を撮影する２台のカメラと、
前記位置指示部材を光で照らす照明装置と、
前記各カメラで撮影された画像を処理する画像処理装置と、を備え、
前記２台のカメラは、各カメラのレンズの光軸が水平面内で互いに直交する位置に配置され、
前記画像処理装置は、前記各カメラの撮影画像データから位置指示部材を認識し、前記位置指示部材の各画像における重心位置を検出し、その重心位置の変位によって、ダム堤体の変位を測定する
ことを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のダム堤体の変位測定装置において、
前記各カメラの撮影領域内に基準位置設定部材が設けられ、
前記画像処理装置は、前記位置指示部材および基準位置設定部材が撮影された撮影画像データを処理して、位置指示部材の重心位置と、基準位置設定部材で設定された基準位置とを検出し、前記基準位置に対する位置指示部材の重心位置を測定して重心位置の変位を求めることを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のダム堤体の変位測定装置において、
前記位置指示部材は球体であることを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のダム堤体の変位測定装置において、
前記測定ワイヤの温度を測定する温度センサーを備え、
前記画像処理装置は、測定ワイヤの温度膨張係数と、前記温度センサーで測定された温度と、測定ワイヤの一端側の固定位置から前記位置指示部材までの長さ寸法とを用いて温度補正量を求め、この温度補正量を加味して前記位置指示部材の鉛直方向の変位を検出することを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のダム堤体の変位測定装置において、
前記カメラで撮像された画像を表示する表示装置を備えることを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のダム堤体の変位測定装置において、
前記カメラは第１の間隔で撮影処理を実行し、
前記画像処理装置は、前記カメラで撮影された画像データを第１の記憶部に一時的に記憶し、所定の外部信号または規定値を超えた変位が検出された場合に、その検出時点の画像データと、その検出時点の前後の所定時間範囲の画像データとを、前記第１の記憶部から読み出して第２の記憶部に記憶することを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項７】
ダムの堤体または堤体が設置された地盤に一端側が固定され、前記堤体の内部に鉛直に配置された測定ワイヤと、
前記測定ワイヤの他端側に固定された位置指示部材と、
レンズの光軸が水平面内で互いに直交する位置に配置されて前記位置指示部材を撮影する２台のカメラと、
前記位置指示部材を光で照らす照明装置と、
を備えた変位測定装置を用いたダム堤体の変位測定方法であって、
前記各カメラの撮影画像データから位置指示部材を認識し、その前記位置指示部材の各画像における重心位置を検出し、その重心位置の変位によって、ダム堤体の変位を測定する
ことを特徴とするダム堤体の変位測定方法。
【請求項８】
請求項７に記載のダム堤体の変位測定方法において、
前記位置指示部材が基準位置にある際に撮影した画像データからマスターパターンを作成し、前記撮影画像データで認識された位置指示部材に対し、前記マスターパターンを重ね合わせて残差マッチング処理を行い、重ね合わせの残差が最小となる際の前記マスターパターンに設定した中心位置を、前記位置指示部材の重心位置として検出する
ことを特徴とするダム堤体の変位測定方法。
【請求項１】
ダムの堤体または堤体が設置された地盤に一端側が固定され、前記堤体の内部に鉛直に配置された測定ワイヤと、
前記測定ワイヤの他端側に固定された位置指示部材と、
前記位置指示部材を撮影する２台のカメラと、
前記位置指示部材を光で照らす照明装置と、
前記各カメラで撮影された画像を処理する画像処理装置と、を備え、
前記２台のカメラは、各カメラのレンズの光軸が水平面内で互いに直交する位置に配置され、
前記画像処理装置は、前記各カメラの撮影画像データから位置指示部材を認識し、前記位置指示部材の各画像における重心位置を検出し、その重心位置の変位によって、ダム堤体の変位を測定する
ことを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のダム堤体の変位測定装置において、
前記各カメラの撮影領域内に基準位置設定部材が設けられ、
前記画像処理装置は、前記位置指示部材および基準位置設定部材が撮影された撮影画像データを処理して、位置指示部材の重心位置と、基準位置設定部材で設定された基準位置とを検出し、前記基準位置に対する位置指示部材の重心位置を測定して重心位置の変位を求めることを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のダム堤体の変位測定装置において、
前記位置指示部材は球体であることを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のダム堤体の変位測定装置において、
前記測定ワイヤの温度を測定する温度センサーを備え、
前記画像処理装置は、測定ワイヤの温度膨張係数と、前記温度センサーで測定された温度と、測定ワイヤの一端側の固定位置から前記位置指示部材までの長さ寸法とを用いて温度補正量を求め、この温度補正量を加味して前記位置指示部材の鉛直方向の変位を検出することを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のダム堤体の変位測定装置において、
前記カメラで撮像された画像を表示する表示装置を備えることを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のダム堤体の変位測定装置において、
前記カメラは第１の間隔で撮影処理を実行し、
前記画像処理装置は、前記カメラで撮影された画像データを第１の記憶部に一時的に記憶し、所定の外部信号または規定値を超えた変位が検出された場合に、その検出時点の画像データと、その検出時点の前後の所定時間範囲の画像データとを、前記第１の記憶部から読み出して第２の記憶部に記憶することを特徴とするダム堤体の変位測定装置。
【請求項７】
ダムの堤体または堤体が設置された地盤に一端側が固定され、前記堤体の内部に鉛直に配置された測定ワイヤと、
前記測定ワイヤの他端側に固定された位置指示部材と、
レンズの光軸が水平面内で互いに直交する位置に配置されて前記位置指示部材を撮影する２台のカメラと、
前記位置指示部材を光で照らす照明装置と、
を備えた変位測定装置を用いたダム堤体の変位測定方法であって、
前記各カメラの撮影画像データから位置指示部材を認識し、その前記位置指示部材の各画像における重心位置を検出し、その重心位置の変位によって、ダム堤体の変位を測定する
ことを特徴とするダム堤体の変位測定方法。
【請求項８】
請求項７に記載のダム堤体の変位測定方法において、
前記位置指示部材が基準位置にある際に撮影した画像データからマスターパターンを作成し、前記撮影画像データで認識された位置指示部材に対し、前記マスターパターンを重ね合わせて残差マッチング処理を行い、重ね合わせの残差が最小となる際の前記マスターパターンに設定した中心位置を、前記位置指示部材の重心位置として検出する
ことを特徴とするダム堤体の変位測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−５８１３６（Ｐ２０１２−５８１３６Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０３２１７（Ｐ２０１０−２０３２１７）
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（５９１１６３１７７）タマヤ計測システム株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（５９１１６３１７７）タマヤ計測システム株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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