内空変位測定方法及び内空変位測定システム
【課題】無数のポイントにおけるトンネル内空変位を求めることが可能で測定精度が向上したトンネル内空変位測定方法を提供する。
【解決手段】トンネル内空変位測定方法はトンネル内空における位置座標が既知の点にターゲットを取り付け、トンネル内空から３次元レーザースキャナによってスキャンデータを取得し（ステップＳ２０１）、スキャンデータからトンネル断面の内空形状ラインを取得し（ステップＳ２０３）、内空形状ラインにトンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせ（ステップＳ２０４）、スプリングライン及びセンターラインの交点から所定距離離れたスプリングライン上の基点と、該基点におけるスプリングラインに対する垂線と内空形状ラインの間の垂線長さを算出し（ステップＳ２０５）、異なるタイミング間で算出された垂線長さとの差分によってトンネル内空変位を算出すること、からなる。
【解決手段】トンネル内空変位測定方法はトンネル内空における位置座標が既知の点にターゲットを取り付け、トンネル内空から３次元レーザースキャナによってスキャンデータを取得し（ステップＳ２０１）、スキャンデータからトンネル断面の内空形状ラインを取得し（ステップＳ２０３）、内空形状ラインにトンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせ（ステップＳ２０４）、スプリングライン及びセンターラインの交点から所定距離離れたスプリングライン上の基点と、該基点におけるスプリングラインに対する垂線と内空形状ラインの間の垂線長さを算出し（ステップＳ２０５）、異なるタイミング間で算出された垂線長さとの差分によってトンネル内空変位を算出すること、からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの掘削工事において、地山の挙動が安定したことを確認するために行われるトンネルの内空断面観察における内空変位測定方法及び内空変位測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にトンネルの掘削工事では、トンネル切り羽に穿孔をして火薬を装薬し、爆破した後、ズリ出し、当たり取り、支保工、一次覆工、ロックボルトの打設を行う。これを１サイクルとして、大体１．５ｍ前後のピッチで掘削の施工サイクルを繰り返し行って掘進する。そして、掘進方向に対する後方において、トンネル内空断面における内空変位を観測し、このトンネル内空変位が所定の値に収束したことを確認することによって、地山の挙動やトンネル内空の変状が安定したことを確認し、最終的な二次覆工を行う。この二次覆工の断面は、トンネルの掘削工事における工事完成の設計断面になる。
【０００３】
ここで、従来におけるトンネル内空断面の内空変位を測定する方法について説明する。図１８は従来の内空変位測定方法を説明する図である。図１８はトンネル掘削工事における切り羽付近で、トンネル内空断面の内空変位の測定を行う様子が示されている。図１８において、３５はプリズムターゲット（或いは、反射シートターゲットでも可）、４０は反射シートターゲット（或いは、プリズムターゲットでも可）、５０はトータルステーション、６０はパーソナルコンピューターをそれぞれ示している。
【０００４】
内空変位の観察を行うためには、例えば、掘進方向において１０ｍのピッチで、観察・測定を行うための測定断面が選定される。選定された測定断面の５点（或いは、３点でもよい）には、反射シートターゲット４０が取り付けられ、これら反射シートターゲット４０の位置をトータルステーション５０によって測定する。トータルステーション５０の位置座標は、トンネル内空壁面において位置座標が既知である点に取り付けられたプリズムターゲット３５の位置を、トータルステーション５０で測定することにより割り出すことが可能である。また、第１のタイミングから所定時間経過した第２のタイミングで、先と同様の５点の反射シートターゲット４０の位置をトータルステーション５０によって測定する。
【０００５】
以上のようにして取得された測定データを処理する方法について図１９を参照し説明する。図１９は従来の内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。図１９において、実線は第１のタイミングで測定したときにおける内空断面の形状を示すものであり、点線は第２のタイミングで測定したときにおける内空断面の形状を示すものである。また、Ｐ1点乃至Ｐ5点は第１のタイミングで測定された反射シートターゲット４０の位置であり、Ｐ1’点乃至Ｐ5’点は第２のタイミングで測定された反射シートターゲット４０の位置である。従来の内空変位の算出においては、図１９に示すように、Ｐ1点乃至Ｐ5点からＰ1’点乃至Ｐ5’点に鉛直下方に落下した差分を求めて、もって内空変位としていた。なお、トンネル内空の変状を把握する方法としては、Ｐ1点乃至Ｐ5点から異なる２点間を選択し、この２点間の距離が所定時間経過後どのように変位したかを算出する方法も用いられることを付記しておく。
【０００６】
これまでのトンネル掘削工事では、上記の第２のタイミングの測定を、数日間にわたって繰り返し行い、トンネル内空変位が所定値に収束することが確認されるまで、観察・測定を継続するようにしている。
【０００７】
なお、トンネル内空断面をトータルステーションによって測定する技術については、特許文献１（特開２００１−１６５６５６号公報）などに開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１６５６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような従来の内空変位測定方法においては、測定を行う内空断面に反射シートターゲット４０を取り付ける必要があるので、内空変位を測定できるポイント数が３点や５点などに限られ、測定精度に限界がある、という問題があった。
【０００９】
また、従来の内空変位測定方法においては、反射シートターゲット４０を取り付ける手間などがあるために、測定を行うために選定される内空断面のピッチは、例えば１０ｍ毎となり、掘進方向でみて、測定可能な断面の頻度が限られるという点でも、測定精度に限界がある、という問題があった。
【００１０】
また、従来の内空変位測定方法においては、測定断面に取り付ける反射シートターゲット４０が発破の影響を受けないようにするため、切り羽と測定断面の距離とは十分に離れている必要がある。このため、内空変位の測定開始のタイミングが遅くなり、内空変位の変動を予測する上で重要な初期の変位の挙動を測定することができない、という問題があった。
【００１１】
また、従来の内空変位測定方法においては、測定断面に反射シートターゲット４０を取り付ける労力が必要であり、測定の効率が悪い、という問題があった。特に、Ｐ1点など
の高所に反射シートターゲット４０を取り付けるためには、高所作業車両が必要となり、作業面でも効率が悪い、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記のような問題を解決するために、請求項１に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ライン取得工程で取得された内空形状ラインに基づく所定の値を算出する所定値算出工程と、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定値算出工程で算出された所定値と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定値算出工程で算出された所定値との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記スプリングライン及び前記センターラインの交点から、所定距離離れた前記スプリングライン上の基点と、該基点における前記スプリングラインに対する垂線と前記内空形状ラインとが交わる交点との間の垂線長さを算出する垂線長さ算出工程と
、第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記垂線長さと、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記垂線長さとの差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記スプリングライン及び前記センターラインの交点から、所定距離離れた前記センターライン上の基点と、該基点における前記センターラインに対する垂線と前記内空形状ラインとが交わる交点との間の水平線長さを算出する水平線長さ算出工程と、第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記水平線長さと、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記水平線長さとの差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
【００１５】
また、請求項４に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記内空形状ライン及び前記スプリングライン及び前記センターラインから所定の区画を導出する所定区画導出工程と、前記所定区画導出工程によって導出された所定の区画における重心位置を算出する重心位置算出工程と、第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記重心位置と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記重心位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ライン上における最右端位置と最左端位置とを抽出する端部工程と、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいた前記内空形状ライン上の天端位置を抽出する第１天端部工程と、前記第１天端部工程によって抽出された天端位置から、最右端位置と最左端位置とを結ぶ線分に垂線を下ろし求められる交点と、前記線分とで極座標を定義する第１定義工程と、前記第１定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する第１所定偏角位置算出工程と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいた前記内空形状ライン上の天端位置を抽出する第２天端部工程と、前記第２天端部工程によって抽出された天端位置から、最右端位置と最左端位置とを結ぶ線分に垂線を下ろし求められる交点と、前記線分とで極座標を定義する
第２定義工程と、前記第２定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する第２所定偏角位置算出工程と、前記第１所定偏角位置算出工程により算出された位置と、前記第２所定偏角位置算出工程により算出された位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
【００１７】
また、請求項６に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ライン上における最右端位置と最左端位置とを抽出する端部工程と、前記端部工程で抽出された最右端位置と最左端位置の中間点と、最右端位置と最左端位置を結ぶ線分とで極座標を定義する定義工程と、前記定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する所定偏角位置算出工程と、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定偏角位置算出工程で算出された位置と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定偏角位置算出工程で算出された位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の内空変位測定方法を用いてトンネル内空変位を算出することを特徴とする内空変位測定システムである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、３次元レーザースキャナによるスキャンデータを利用するので、無数のポイントにおける内空変位を求めることが可能となり、測定精度が向上する。
【００１９】
また、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、３次元レーザースキャナによるスキャンデータを利用するので、掘進方向における測定可能な断面の頻度についても、無数であり、掘進方向においても測定精度が向上する。
【００２０】
また、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、反射シートターゲット４０を取り付ける必要ないため、切り羽と測定断面の距離とが近接していても測定を行うことが可能であり、内空変位の測定開始のタイミング（第１のタイミング）を早めることができ、内空変位の変動を予測する上で重要な初期の変位挙動を測定することができる。
【００２１】
また、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、測定断面に反射シートターゲット４０を取り付ける作業が必要ないため、内空変位の測定を、簡便かつ効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定手順の流れを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【図１７】本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図１８】従来の内空変位測定方法を説明する図である。
【図１９】従来の内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法を説明する図である。図１はトンネル掘削工事における切り羽付近で、本実施形態に係る内空変位測定方法により、トンネル内空断面の内空変位のための測定を行う様子が示されているものであり、本実施形態に係る内空変位測定方法においては、図１（Ａ）→図１（Ｂ）→図１（Ｃ）の順で内空測定が行われる。また、図１において、５はレーザースキャナターゲット、１０は３次元レーザースキャナ、２０はパーソナルコンピューターをそれぞれ示している。図１中の、レーザースキャナターゲット５、３次元レーザースキャナ１０、パーソナルコンピューター２０はいずれも、本発明に係る内空変位測定システムを構成するものである。
【００２４】
３次元レーザースキャナ１０としては市販のものを利用することができ、本実施形態においてはフェーズド回転ミラー測定方式のものを用いた。この３次元レーザースキャナ１０は、トンネル内空壁面における１４０万点〜７億点のポイントを計測することができる表面スキャナである。
【００２５】
また、パーソナルコンピューター２０としては現在普及している汎用のものを用いることができる。パーソナルコンピューター２０に設けられているインターフェイス手段によって、パーソナルコンピューター２０と３次元レーザースキャナ１０とは通信可能に接続され、３次元レーザースキャナ１０で取得されたスキャンデータは、パーソナルコンピューター２０に取り込まれるようになっている。これにより、パーソナルコンピューター２
０の表示手段上でスキャンデータをグラフィック表示したり、スキャンデータを解析したりすることができるようになっている。また、パーソナルコンピューター２０の記憶手段には、上記のようなグラフィック表示や、スキャンデータ解析のためのソフトウエアの他に、トンネル線形データなどを含むトンネルの設計データ２５が記憶されており、この設計データ２５がスキャンデータをデータ処理の際に、利用されるようになっている。トンネル設計データ２５は、具体的にはトンネルのスプリングラインＳＬの位置座標データと、センターラインＣＬの位置座標データである。
【００２６】
図２は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定手順の流れを示す図である。図１を適宜参照しつつ、図２の流れを追って、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定手順を説明する。
【００２７】
ステップＳ１００で測定を開始すると、ステップＳ１０１においては、図１（Ａ）に示すように、トンネル内空壁面における位置座標が既知である３点に、レーザースキャナターゲット５を取り付ける。レーザースキャナターゲット５は、３次元レーザースキャナ１０の位置座標を特定するために設けられるものである。
【００２８】
ステップＳ１０２では、図１（Ｂ）に示すように、３次元レーザースキャナ１０を設置する。
【００２９】
ステップＳ１０３においては、図１（Ｃ）に示すように、３次元レーザースキャナ１０をスキャン動作させることで、３つの既知点（絶対位置座標）上に設置したレーザースキャナターゲット５をスキャンする。
【００３０】
ステップＳ１０４においては、図１（Ｃ）に示すように、３次元レーザースキャナ１０をスキャン動作させることで、トンネル内空面をスキャンする。
【００３１】
ステップＳ１０５では、測定日時データを取得する。このような測定日時データの取得には、３次元レーザースキャナ１０又はパーソナルコンピューター２０に内蔵される計時手段が用いられる。
【００３２】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で取得された測定日時データを含む一連のスキャンデータを保存する。このスキャンデータはパーソナルコンピューター２０側に転送されて、パーソナルコンピューター２０で測定データ処理が行えるようにされたものである。
【００３３】
ステップＳ１０７で、測定を終了する。
【００３４】
次に、以上のようにして取得されたスキャンデータのパーソナルコンピューター２０におけるデータ処理について図３を参照して説明する。図３は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【００３５】
図３において、ステップＳ２００で、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理が開始されると、続いて、ステップＳ２０１で、処理対象であるスキャンデータを取得する。次の、ステップＳ２０２では、３つの既知点（３つのレーザースキャナターゲット５の位置座標）から３次元レーザースキャナ設置ポイントにおける位置座標を算出する。なお、本明細書においては、「３次元レーザースキャナ設置ポイント」は、３次元レーザースキャナ１０の機械中心のことを指すものとする。
【００３６】
ステップＳ２０３においては、スキャンデータから着目断面における内空形状ラインを
取得する。図４における実線が、ステップＳ２０３で求められたトンネル内空断面の内空形状ラインである。このような内空形状ラインは、３次元レーザースキャナ１０によって測定されたスキャンデータにおける点群と、点群を補間するラインによって構成することが可能である。スキャンデータの点群を補間するためのアルゴリズムは従来周知のものを適宜用いることが可能である。
【００３７】
ステップＳ２０４では、着目断面におけるスプリングラインＳＬ、センターラインＣＬを、設計データ２５から抽出し、先の内空形状ラインに重ね合わせる処理を実行する。図４における点線が、ステップＳ２０４で内空形状ラインに対して重ね合わせされるスプリングラインＳＬ及びセンターラインＣＬである。
【００３８】
次のステップＳ２０５では、垂線長さＶ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、・・・を算出する。ここで、本実施形態に係る内空変位測定方法における垂線長さの概念について図５を参照して説明する。図５は先の図４に対して、垂線長さ等を追記したものである。
【００３９】
本実施形態に係る内空変位測定方法においては、スプリングラインＳＬ及びセンターラインＣＬの交点Ｏから、所定距離（Ｈ0（＝０）、Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3、・・・）離れたスプリングラインＳＬ上の基点（Ａ0（＝０）、Ａ1、Ａ2、Ａ3、・・・）と、このような基点におけるスプリングラインに対する垂線と内空形状ラインとが交わる交点（Ｐ0、Ｐ1、Ｐ2
、Ｐ3、・・・）との間の長さを垂線長さ（Ｖ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、・・・）として算出す
る。なお、図５において、基点におけるスプリングラインに対する垂線と内空形状ラインとが交わる交点として、内空形状ラインの上側のもの（トンネル上半の内空断面）を選択するようにしているが、内空形状ラインの下側のもの（トンネル下半の内空断面）をさらに選択するようにしてもよい。また、交点（Ｐ0、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、・・・）同士の間隔は、図示するような間隔で選択されているが、このような交点を増やすことによって、交点の間隔をより狭くして、測定精度を上げることもできる。理論的には、上記のような交点は無数に存在し得るが、実務的には交点の数は、５点程度あればよいものと考えられる。
【００４０】
ステップＳ２０６においては、測定日時データと共に、上記のように処理された処理済みデータを保存し、ステップＳ２０７で、測定データ処理を終了する。
【００４１】
次に、以上のようにして処理されたデータ同士の比較を行い、内空断面の内空変位を求め、さらに着目断面における観察を継続すべきか否かを判定するための判定処理について説明する。以下において、「第１のタイミング」と「第２のタイミング」などの語を用いるが、これら２つのタイミングは、３次元レーザースキャナ１０によってスキャンデータを取得したタイミングであり、互いに異なる任意のタイミングであればよい。しかしながら、実務的には、「第２のタイミング」は、「第１のタイミング」から１日経過後程度のものを利用することが妥当である。
【００４２】
図６は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。図６において、ステップＳ３００において、判定処理が開始されると、続くステップＳ３０１では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得し、
ステップＳ３０２では、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得する。
【００４３】
ステップＳ３０３では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく垂線長さ（Ｖ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、・・・）と、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく垂線長さ垂線長さ（Ｖ0’、Ｖ1’、Ｖ2’、Ｖ3’、・・・）と間の差分（Ｖ0−Ｖ0’、Ｖ1−Ｖ1’、Ｖ2−Ｖ2’、Ｖ3−Ｖ3’ 、・・・）を算出する。これらの各差分が、
トンネル内空変位を示すものである。
【００４４】
ステップＳ３０４においては、各差分が予め決められている所定値以内であるか否かが判定される。ステップＳ３０４における判定がＹＥＳである場合については、ステップＳ３０５に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察継続は不要であるものとして判定する。
【００４５】
一方、ステップＳ３０４における判定がＮＯである場合については、ステップＳ３０６に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察は継続する必要があるものとして判定する。ステップＳ３０７で、判定処理を終了する。
【００４６】
以上のように構成される本発明に係る本発明に係る内空変位測定方法、及びこのような方法に基づいて構成される内空変位測定システムによって享受できる効果について以下にまとめる。
【００４７】
従来のトータルステーション５０によって内空変位を測定する方法では、取り付け可能な反射シートターゲット４０の数は実質的に限られているので、測定断面内における内空変位算出ポイントは限定されていたが、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、３次元レーザースキャナ１０によるスキャンデータを利用するので、無数のポイントにおける内空変位を求めることが可能となり、測定精度が向上する。
【００４８】
また、従来のトータルステーション５０によって内空変位を測定する方法では、掘進方向に設定する測定断面についても実質的に限られているので、掘進方向における測定断面も限定されることとなるが、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、３次元レーザースキャナ１０によるスキャンデータを利用するので、掘進方向における測定可能な断面の頻度についても、無数であり、掘進方向においても測定精度が向上する。
【００４９】
また、従来のトータルステーション５０によって内空変位を測定する方法では、測定断面に取り付ける反射シートターゲット４０が発破の影響を受けないようにするため、切り羽と測定断面の距離（図１８中のＤ）とが十分離れてから、測定が開始されることとなり、このため、内空変位の変動を予測する上で重要な初期内空変位の挙動を測定することができないが、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、反射シートターゲット４０を取り付ける必要ないため、切り羽と測定断面（着目断面）の距離（図１中のＤ）とが近接していても測定を行うことが可能であり、内空変位の測定開始のタイミングを早めることができ、トンネルの内空変位の変動を予測する上で重要な初期の内空変位挙動を測定することができる。
【００５０】
また、従来のトータルステーション５０によって内空変位を測定する方法では、高所作業車両を利用し、測定断面に反射シートターゲット４０を取り付ける労力が必要であり、測定効率が悪いものであったが、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、測定断面に反射シートターゲット４０を取り付ける作業が必要ないため、トンネル内空変位の測定を、簡便かつ効率的に行うことが可能となる。
【００５１】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態における３次元レーザースキャナ１０を利用したスキャンデータ取得方法は先の実施形態と同様である。一方、本実施形態は、取得されたスキャンデータのパーソナルコンピューター２０におけるデータ処理方法が先の実施形態と異なる。具体的には、先の実施形態においては、データ処理・判定処理において垂線長さを利用していたが、本実施形態においては、データ処理・判定処理において水平線長さを利用するようにしている。以下、この点についてより詳しく説明
する。
【００５２】
図７は本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図であり、図８は本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図であ。
【００５３】
図７において、ステップＳ４００で、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理が開始されると、続いて、ステップＳ４０１で、処理対象であるスキャンデータを取得する。次の、ステップＳ４０２では、３つの既知点（３つのレーザースキャナターゲット５の位置座標）から３次元レーザースキャナ設置ポイントにおける位置座標を算出する。ここで、３次元レーザースキャナ設置ポイントとは、３次元レーザースキャナ１０の機械中心のことである。
【００５４】
ステップＳ４０３においては、スキャンデータから着目断面における内空形状ラインを取得する。図４における実線が、ステップＳ４０３で求められたトンネル内空断面の内空形状ラインである。このような内空形状ラインは、３次元レーザースキャナ１０によって測定されたスキャンデータにおける点群と、点群を補間するラインによって構成することが可能である。スキャンデータの点群を補間するためのアルゴリズムは従来周知のものを適宜用いることが可能である。
【００５５】
ステップＳ４０４では、着目断面におけるスプリングラインＳＬ、センターラインＣＬを、設計データ２５から抽出し、先の内空形状ラインに重ね合わせる処理を実行する。図４における点線が、ステップＳ４０４で内空形状ラインに対して重ね合わせされるスプリングラインＳＬ及びセンターラインＣＬである。
【００５６】
次のステップＳ４０５では、水平線長さＨ1、Ｈ2、Ｈ3、・・・を算出する。ここで、
本実施形態に係る内空変位測定方法における水平線長さの概念について図８を参照して説明する。図８は先の図４に対して、水平線長さ等を追記したものである。
【００５７】
本実施形態に係る内空変位測定方法においては、スプリングラインＳＬ及びセンターラインＣＬの交点Ｏから、所定距離（Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、・・・）離れたセンターラインＣＬ
上の基点（Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、・・・）と、このような基点におけるセンターラインＣＬに
対する垂線と内空形状ラインとが交わる交点（Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、・・・）との間の長さを
水平線長さ（Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3、・・・）として算出する。なお、図８において、基点にお
けるセンターラインＣＬに対する垂線と内空形状ラインとが交わる交点として、内空形状ラインの右側のものを選択するようにしているが、内空形状ラインの左側のものを選択するようにしてもよい。
【００５８】
また、交点（Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、・・・）同士の間隔は、図示するような間隔で選択され
ているが、このような交点を増やすことによって、交点の間隔をより狭くして、測定精度を上げることもできる。理論的には、上記のような交点は無数に存在し得るが、実務的には交点の数は、５点程度あればよいものと考えられる。
【００５９】
ステップＳ４０６においては、測定日時データと共に、上記のように処理された処理済みデータを保存し、ステップＳ４０７で、測定データ処理を終了する。
【００６０】
次に、以上のようにして処理されたデータ同士の比較を行い、内空断面の内空変位を求め、さらに着目断面における観察を継続すべきか否かを判定するための判定処理について説明する。以下において、「第１のタイミング」と「第２のタイミング」などの語を用いるが、これら２つのタイミングは、３次元レーザースキャナ１０によってスキャンデータ
を取得したタイミングであり、互いに異なる任意のタイミングであればよい。しかしながら、実務的には、「第２のタイミング」は、「第１のタイミング」から１日経過後程度のものを利用することが妥当である。
【００６１】
図９は本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。図９において、ステップＳ５００において、判定処理が開始されると、続くステップＳ５０１では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得し、ステップＳ５０２では、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得する。
【００６２】
ステップＳ５０３では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく水平線長さ（Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3、・・・）と、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基
づく水平線長さ水平線長さ（Ｈ1’、Ｈ2’、Ｈ3’、・・・）と間の差分（Ｈ1−Ｈ1’、
Ｈ2−Ｈ2’、Ｈ3−Ｈ3’ 、・・・）を算出する。これらの各差分が、トンネル内空変位
を示すものである。
【００６３】
ステップＳ５０４においては、各差分が予め決められている所定値以内であるか否かが判定される。ステップＳ５０４における判定がＹＥＳである場合については、ステップＳ５０５に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察継続は不要であるものとして判定する。
【００６４】
一方、ステップＳ５０４における判定がＮＯである場合については、ステップＳ５０６に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察は継続する必要があるものとして判定する。ステップＳ５０７で、判定処理を終了する。
【００６５】
以上のような本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法、内空変位測定システムによっても先の実施形態と同様の効果を享受することが可能である。
【００６６】
なお、先の実施形態においては、データ処理・判定処理において垂線長さを利用し、本実施形態においては、データ処理・判定処理において水平線長さを利用するようにしているが、データ処理・判定処理において垂線長さと水平線長さの双方を利用するように構成することも可能である。
【００６７】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態における３次元レーザースキャナ１０を利用したスキャンデータ取得方法は先の実施形態と同様である。一方、本実施形態は、取得されたスキャンデータのパーソナルコンピューター２０におけるデータ処理方法が先の実施形態と異なるので、この点について以下説明する。図７は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図であり、図１１は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【００６８】
図７において、ステップＳ６００で、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理が開始されると、続いて、ステップＳ６０１で、処理対象であるスキャンデータを取得する。次の、ステップＳ６０２では、３つの既知点（３つのレーザースキャナターゲット５の位置座標）から３次元レーザースキャナ設置ポイントにおける位置座標を算出する。
【００６９】
ステップＳ６０３においては、スキャンデータから着目断面における内空形状ラインを取得する。図１１における実線が、ステップＳ６０３で求められたトンネル内空断面の内空形状ラインである。このような内空形状ラインは、３次元レーザースキャナ１０によっ
て測定されたスキャンデータにおける点群と、点群を補間するラインによって構成することが可能である。スキャンデータの点群を補間するためのアルゴリズムは従来周知のものを適宜用いることが可能である。
【００７０】
ステップＳ６０４では、着目断面におけるスプリングラインＳＬ、センターラインＣＬを、設計データ２５から抽出し、先の内空形状ラインに重ね合わせる処理を実行する。図４における点線が、ステップＳ６０４で内空形状ラインに対して重ね合わせされるスプリングラインＳＬ及びセンターラインＣＬである。
【００７１】
次のステップＳ６０５では、所定の区画を導出する処理を実行する。ここで、図１１を参照して、トンネル内空断面の右上半分において定義される「右上区画」と、トンネル内空断面の左上半分において定義される「左上区画」を所定区画とする場合（すなわち、所定区画が２つ定義される場合）について説明する。
【００７２】
本実施形態においては所定区画を導出するために、スプリングラインＳＬから距離Ｄ鉛直上方に離れた線Ｘ−Ｘ’を求め、この線Ｘ−Ｘ’が内空形状ラインの左端で内空形状ラインと交わる点をＬと定義し、線Ｘ−Ｘ’がセンターラインＣＬと交わる点をＯ’と定義し、線Ｘ−Ｘ’が内空形状ラインの右端で内空形状ラインと交わる点をＲと定義する。また、センターラインＣＬが内空形状ラインの上端で内空形状ラインと交わる点をＣと定義する。このとき、ステップＳ６０５では、「右上区画」を内空形状ライン内のＯ’、Ｃ、Ｌで囲まれる区画として導出し、「左上区画」を内空形状ライン内のＯ’、Ｃ、Ｒで囲まれる区画として導出する。
【００７３】
なお、本実施形態においては、図１１に示すように「右上区画」と「左上区画」の２つの所定区画を定義したが、このような区画をどのように定義するかは任意に行うことができる。例えば、トンネル上半部の区画１つのみを所定区画として定義することもできるし、上半部、下半部の２つの区画を所定区画として定義することもできるし、さらにこれより多くの所定区画をトンネル内空断面に定義することも可能である。
【００７４】
次のステップＳ６０６では、前記ステップＳ６０６における導出工程で求められた「右上区画」の重心位置Ｇ1と「左上区画」の重心位置Ｇ2をそれぞれ算出する。このような重心の算出においては、従来周知のアルゴリズムを適宜用いることが可能である。
【００７５】
ステップＳ６０７においては、測定日時データと共に、上記のように処理された処理済みデータを保存し、ステップＳ６０８で、測定データ処理を終了する。
【００７６】
次に、以上のようにして処理されたデータ同士の比較を行い、内空断面内で着目した所定区画における内空変位を求め、さらに着目断面における観察を継続すべきか否かを判定するための判定処理について説明する。以下において、「第１のタイミング」と「第２のタイミング」などの語を用いるが、これら２つのタイミングは、３次元レーザースキャナ１０によってスキャンデータを取得したタイミングであり、互いに異なる任意のタイミングであればよい。しかしながら、実務的には、「第２のタイミング」は、「第１のタイミング」から１日経過後程度のものを利用することが妥当である。
【００７７】
図１２は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。図１２において、ステップＳ７００において、判定処理が開始されると、続くステップＳ７０１では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得し、
ステップＳ７０２では、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得する。
【００７８】
ステップＳ７０３では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく「右上区画」の重心位置Ｇ1、「左上区画」の重心位置Ｇ2、及び、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく「右上区画」の重心位置Ｇ1’、「左上区画」の重心位置Ｇ2’と間の差分（Ｇ1−Ｇ1’、Ｇ2−Ｇ2’）を算出する。これらの各差分が、所定区画の重心からみたトンネル内空変位を示すものである。
【００７９】
ステップＳ７０４においては、各差分が予め決められている所定値以内であるか否かが判定される。ステップＳ７０４における判定がＹＥＳである場合については、ステップＳ７０５に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察継続は不要であるものとして判定する。
【００８０】
一方、ステップＳ７０４における判定がＮＯである場合については、ステップＳ７０６に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察は継続する必要があるものとして判定する。ステップＳ７０７で、判定処理を終了する。
【００８１】
以上のような本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法、内空変位測定システムによっても先の実施形態と同様の効果を享受することが可能である。なお、トンネル内空断面内空変位を判断するために、これまで説明した実施形態に係る方法と、本実施形態に係る方法の２つの方法を実施し、これらから総合的にトンネル内空の変状を把握することも有効な方法である。
【００８２】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態における３次元レーザースキャナ１０を利用したスキャンデータ取得方法は先の実施形態と同様である。一方、本実施形態は、取得されたスキャンデータのパーソナルコンピューター２０におけるデータ処理方法が先の実施形態と異なるので、この点について以下説明する。図１３は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図であり、図１４は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【００８３】
図１３において、ステップＳ８００で、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理が開始されると、続いて、ステップＳ８０１で、処理対象であるスキャンデータを取得する。次の、ステップＳ８０２では、３つの既知点（３つのレーザースキャナターゲット５の位置座標）から３次元レーザースキャナ設置ポイントにおける位置座標を算出する。
【００８４】
ステップＳ８０３においては、スキャンデータから着目断面における内空形状ラインを取得する。図１４における点線又は一点鎖線が、ステップＳ８０３で求められるトンネル内空断面の内空形状ラインである。なお、図１４中の実線は、設計断面を示している。前記のような内空形状ラインは、３次元レーザースキャナ１０によって測定されたスキャンデータにおける点群と、点群を補間するラインによって構成することが可能である。スキャンデータの点群を補間するためのアルゴリズムは従来周知のものを適宜用いることが可能である。
【００８５】
ステップＳ８０４では、データ処理が第１回目であるか否かが判定される。当該判定の結果がＹＥＳである場合にはステップＳ８０５に進み、ＮＯである場合にはステップＳ８０５はスキップされ、ステップＳ８０６に進む。
【００８６】
ステップＳ８０５においては、取得された内空形状ラインを解析することで、当該ラインの最右端の位置Ｒ（図１４においてｘ座標がＸmaxとなる位置）と、最左端の位置Ｌ（
図１４においてｘ座標がＸminとなる位置）を抽出する。
【００８７】
ステップＳ８０６においては、取得された内空形状ラインを解析することで、当該ラインの天端位置Ｔ（図１４においてｙ座標がＹmaxとなる位置）やＴ’ （図１４においてｙ座標がＹ’maxとなる位置）を抽出する。
【００８８】
ステップＳ８０７においては、天端位置（ＴやＴ’）から、最右端位置Ｒ、最左端位置Ｌを結ぶ線分ＲＬに垂線（ＴＯやＴ’Ｏ’）を下ろす。
【００８９】
そして、ステップＳ８０８においては、前記垂線と前記線分ＲＬとの交点（ＯやＯ’）を原点とし、前記線分ＲＬをＸ■軸とする（極）座標を定義する。
【００９０】
ステップＳ８０９においては、先に定義された（極）座標において、偏角θiである内
空形状ライン上の位置（Ｐi）を算出する。
【００９１】
ステップＳ８１０においては、測定日時データと共に、上記のように処理された処理済みデータを保存し、ステップＳ８１１で、測定データ処理を終了する。
【００９２】
上記のような処理を行うことで、例えば、図１４に示す例では、第１回目のデータ処理においては所定位置（Ｐi）が求められ、第２回目のデータ処理においては所定位置（Ｐi’）が求められることとなる。
【００９３】
なお、図１４に示す例においては、偏角がθiである内空形状ライン上の着目点のみを
例に挙げているが、複数の偏角に対応する複数の着目点について、図１３のフローチャートで示すデータ処理を行えば、より精度が高まることは言うまでもない。
【００９４】
次に、以上のようにして処理されたデータ同士の比較を行い、内空形状ライン上で着目した所定位置（Ｐi）における変位を求め、さらに着目断面における観察を継続すべきか
否かを判定するための判定処理について説明する。
【００９５】
以下において、「第１のタイミング」と「第２のタイミング」などの語を用いるが、これら２つのタイミングは、３次元レーザースキャナ１０によってスキャンデータを取得したタイミングであり、互いに異なる任意のタイミングであればよい。しかしながら、実務的には、「第２のタイミング」は、「第１のタイミング」から１日経過後程度のものを利用することが妥当である。
【００９６】
図１５は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。図１５において、ステップＳ９００において、判定処理が開始されると、続くステップＳ９０１では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得し、ステップＳ９０２では、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得する。
【００９７】
ステップＳ９０３では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく所定偏角位置（Ｐi）及び、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく所定偏角位
置（Ｐi’）と間の差分（Ｐi−Ｐi’）を算出する。この差分が、トンネル内空変位を示
すものである。
【００９８】
ステップＳ９０４においては、各差分が予め決められている所定値以内であるか否かが判定される。ステップＳ９０４における判定がＹＥＳである場合については、ステップＳ９０５に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察継続は不要であるものとして
判定する。
【００９９】
一方、ステップＳ９０４における判定がＮＯである場合については、ステップＳ９０６に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察は継続する必要があるものとして判定する。ステップＳ９０７で、判定処理を終了する。
【０１００】
以上のような本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法、内空変位測定システムによっても先の実施形態と同様の効果を享受することが可能である。なお、トンネル内空断面内空変位を判断するために、これまで説明した実施形態に係る方法と、本実施形態に係る方法の２つの方法を実施し、これらから総合的にトンネル内空の変状を把握することも有効な方法である。
【０１０１】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態における３次元レーザースキャナ１０を利用したスキャンデータ取得方法は先の実施形態と同様である。一方、本実施形態は、取得されたスキャンデータのパーソナルコンピューター２０におけるデータ処理方法が先の実施形態と異なるので、この点について以下説明する。図１６は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図であり、図１７は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【０１０２】
図１６において、ステップＳ１０００で、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理が開始されると、続いて、ステップＳ１００１で、処理対象であるスキャンデータを取得する。次の、ステップＳ１００２では、３つの既知点（３つのレーザースキャナターゲット５の位置座標）から３次元レーザースキャナ設置ポイントにおける位置座標を算出する。
【０１０３】
ステップＳ１００３においては、スキャンデータから着目断面における内空形状ラインを取得する。図１７における点線又は一点鎖線が、ステップＳ１００３で求められるトンネル内空断面の内空形状ラインである。なお、図１７中の実線は、設計断面を示している。前記のような内空形状ラインは、３次元レーザースキャナ１０によって測定されたスキャンデータにおける点群と、点群を補間するラインによって構成することが可能である。スキャンデータの点群を補間するためのアルゴリズムは従来周知のものを適宜用いることが可能である。
【０１０４】
ステップＳ１００４においては、取得された内空形状ラインを解析することで、当該ラインの最右端の位置Ｒ（図１７においてｘ座標がＸmaxとなる位置）や位置Ｒ’（図１７
においてｘ座標がＸ’maxとなる位置）と、最左端の位置Ｌ（図１７においてｘ座標がＸminとなる位置）や位置Ｌ’（図１７においてｘ座標がＸ’minとなる位置）を抽出する。
【０１０５】
ステップＳ１００５においては、最右端位置Ｒ（又はＲ’）、最左端位置Ｌ（又はＬ’）を結ぶ線分ＲＬ（又はＲＬ’）をＸ’軸として定義する。
【０１０６】
ステップＳ１００６においては、最右端位置Ｒ（又はＲ’）、最左端位置Ｌ（又はＬ’）の中間点Ｏ（又はＯ’）を交点として定義し、前記線分ＲＬ（又はＲＬ’）をＸ’軸とする（極）座標を定義する。
【０１０７】
ステップＳ１００７においては、先に定義された（極）座標において、偏角θiである
内空形状ライン上の位置（Ｐi）を算出する。
【０１０８】
ステップＳ１００８においては、測定日時データと共に、上記のように処理された処理
済みデータを保存し、ステップＳ１００９で、測定データ処理を終了する。
【０１０９】
上記のような処理を行うことで、例えば、図１７に示す例では、第１回目のデータ処理においては所定位置（Ｐi）が求められ、第２回目のデータ処理においては所定位置（Ｐi’）が求められることとなる。
【０１１０】
なお、図１７に示す例においては、偏角がθiである内空形状ライン上の着目点のみを
例に挙げているが、複数の偏角に対応する複数の着目点について、図１６のフローチャートで示すデータ処理を行えば、より精度が高まることは言うまでもない。
【０１１１】
本実施形態においても、以上のようにして処理されたデータ同士の比較を行い、内空形状ライン上で着目した所定位置（Ｐi）における変位を求め、さらに着目断面における観
察を継続すべきか否かを判定するための判定処理については、図１５のフローチャートに示したものと同様のものを用いることが可能である。
【０１１２】
以上のような本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法、内空変位測定システムによっても先の実施形態と同様の効果を享受することが可能である。なお、トンネル内空断面内空変位を判断するために、これまで説明した実施形態に係る方法と、本実施形態に係る方法の２つの方法を実施し、これらから総合的にトンネル内空の変状を把握することも有効な方法である。
【符号の説明】
【０１１３】
５・・・レーザースキャナターゲット
１０・・・３次元レーザースキャナ
２０・・・パーソナルコンピューター
２５・・・設計データ
３５・・・プリズムターゲット
４０・・・反射シートターゲット
５０・・・トータルステーション
６０・・・パーソナルコンピューター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの掘削工事において、地山の挙動が安定したことを確認するために行われるトンネルの内空断面観察における内空変位測定方法及び内空変位測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にトンネルの掘削工事では、トンネル切り羽に穿孔をして火薬を装薬し、爆破した後、ズリ出し、当たり取り、支保工、一次覆工、ロックボルトの打設を行う。これを１サイクルとして、大体１．５ｍ前後のピッチで掘削の施工サイクルを繰り返し行って掘進する。そして、掘進方向に対する後方において、トンネル内空断面における内空変位を観測し、このトンネル内空変位が所定の値に収束したことを確認することによって、地山の挙動やトンネル内空の変状が安定したことを確認し、最終的な二次覆工を行う。この二次覆工の断面は、トンネルの掘削工事における工事完成の設計断面になる。
【０００３】
ここで、従来におけるトンネル内空断面の内空変位を測定する方法について説明する。図１８は従来の内空変位測定方法を説明する図である。図１８はトンネル掘削工事における切り羽付近で、トンネル内空断面の内空変位の測定を行う様子が示されている。図１８において、３５はプリズムターゲット（或いは、反射シートターゲットでも可）、４０は反射シートターゲット（或いは、プリズムターゲットでも可）、５０はトータルステーション、６０はパーソナルコンピューターをそれぞれ示している。
【０００４】
内空変位の観察を行うためには、例えば、掘進方向において１０ｍのピッチで、観察・測定を行うための測定断面が選定される。選定された測定断面の５点（或いは、３点でもよい）には、反射シートターゲット４０が取り付けられ、これら反射シートターゲット４０の位置をトータルステーション５０によって測定する。トータルステーション５０の位置座標は、トンネル内空壁面において位置座標が既知である点に取り付けられたプリズムターゲット３５の位置を、トータルステーション５０で測定することにより割り出すことが可能である。また、第１のタイミングから所定時間経過した第２のタイミングで、先と同様の５点の反射シートターゲット４０の位置をトータルステーション５０によって測定する。
【０００５】
以上のようにして取得された測定データを処理する方法について図１９を参照し説明する。図１９は従来の内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。図１９において、実線は第１のタイミングで測定したときにおける内空断面の形状を示すものであり、点線は第２のタイミングで測定したときにおける内空断面の形状を示すものである。また、Ｐ1点乃至Ｐ5点は第１のタイミングで測定された反射シートターゲット４０の位置であり、Ｐ1’点乃至Ｐ5’点は第２のタイミングで測定された反射シートターゲット４０の位置である。従来の内空変位の算出においては、図１９に示すように、Ｐ1点乃至Ｐ5点からＰ1’点乃至Ｐ5’点に鉛直下方に落下した差分を求めて、もって内空変位としていた。なお、トンネル内空の変状を把握する方法としては、Ｐ1点乃至Ｐ5点から異なる２点間を選択し、この２点間の距離が所定時間経過後どのように変位したかを算出する方法も用いられることを付記しておく。
【０００６】
これまでのトンネル掘削工事では、上記の第２のタイミングの測定を、数日間にわたって繰り返し行い、トンネル内空変位が所定値に収束することが確認されるまで、観察・測定を継続するようにしている。
【０００７】
なお、トンネル内空断面をトータルステーションによって測定する技術については、特許文献１（特開２００１−１６５６５６号公報）などに開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１６５６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような従来の内空変位測定方法においては、測定を行う内空断面に反射シートターゲット４０を取り付ける必要があるので、内空変位を測定できるポイント数が３点や５点などに限られ、測定精度に限界がある、という問題があった。
【０００９】
また、従来の内空変位測定方法においては、反射シートターゲット４０を取り付ける手間などがあるために、測定を行うために選定される内空断面のピッチは、例えば１０ｍ毎となり、掘進方向でみて、測定可能な断面の頻度が限られるという点でも、測定精度に限界がある、という問題があった。
【００１０】
また、従来の内空変位測定方法においては、測定断面に取り付ける反射シートターゲット４０が発破の影響を受けないようにするため、切り羽と測定断面の距離とは十分に離れている必要がある。このため、内空変位の測定開始のタイミングが遅くなり、内空変位の変動を予測する上で重要な初期の変位の挙動を測定することができない、という問題があった。
【００１１】
また、従来の内空変位測定方法においては、測定断面に反射シートターゲット４０を取り付ける労力が必要であり、測定の効率が悪い、という問題があった。特に、Ｐ1点など
の高所に反射シートターゲット４０を取り付けるためには、高所作業車両が必要となり、作業面でも効率が悪い、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記のような問題を解決するために、請求項１に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ライン取得工程で取得された内空形状ラインに基づく所定の値を算出する所定値算出工程と、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定値算出工程で算出された所定値と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定値算出工程で算出された所定値との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記スプリングライン及び前記センターラインの交点から、所定距離離れた前記スプリングライン上の基点と、該基点における前記スプリングラインに対する垂線と前記内空形状ラインとが交わる交点との間の垂線長さを算出する垂線長さ算出工程と
、第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記垂線長さと、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記垂線長さとの差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記スプリングライン及び前記センターラインの交点から、所定距離離れた前記センターライン上の基点と、該基点における前記センターラインに対する垂線と前記内空形状ラインとが交わる交点との間の水平線長さを算出する水平線長さ算出工程と、第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記水平線長さと、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記水平線長さとの差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
【００１５】
また、請求項４に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記内空形状ライン及び前記スプリングライン及び前記センターラインから所定の区画を導出する所定区画導出工程と、前記所定区画導出工程によって導出された所定の区画における重心位置を算出する重心位置算出工程と、第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記重心位置と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記重心位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ライン上における最右端位置と最左端位置とを抽出する端部工程と、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいた前記内空形状ライン上の天端位置を抽出する第１天端部工程と、前記第１天端部工程によって抽出された天端位置から、最右端位置と最左端位置とを結ぶ線分に垂線を下ろし求められる交点と、前記線分とで極座標を定義する第１定義工程と、前記第１定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する第１所定偏角位置算出工程と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいた前記内空形状ライン上の天端位置を抽出する第２天端部工程と、前記第２天端部工程によって抽出された天端位置から、最右端位置と最左端位置とを結ぶ線分に垂線を下ろし求められる交点と、前記線分とで極座標を定義する
第２定義工程と、前記第２定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する第２所定偏角位置算出工程と、前記第１所定偏角位置算出工程により算出された位置と、前記第２所定偏角位置算出工程により算出された位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
【００１７】
また、請求項６に係る発明は、３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、前記内空形状ライン上における最右端位置と最左端位置とを抽出する端部工程と、前記端部工程で抽出された最右端位置と最左端位置の中間点と、最右端位置と最左端位置を結ぶ線分とで極座標を定義する定義工程と、前記定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する所定偏角位置算出工程と、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定偏角位置算出工程で算出された位置と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定偏角位置算出工程で算出された位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法である。
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の内空変位測定方法を用いてトンネル内空変位を算出することを特徴とする内空変位測定システムである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、３次元レーザースキャナによるスキャンデータを利用するので、無数のポイントにおける内空変位を求めることが可能となり、測定精度が向上する。
【００１９】
また、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、３次元レーザースキャナによるスキャンデータを利用するので、掘進方向における測定可能な断面の頻度についても、無数であり、掘進方向においても測定精度が向上する。
【００２０】
また、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、反射シートターゲット４０を取り付ける必要ないため、切り羽と測定断面の距離とが近接していても測定を行うことが可能であり、内空変位の測定開始のタイミング（第１のタイミング）を早めることができ、内空変位の変動を予測する上で重要な初期の変位挙動を測定することができる。
【００２１】
また、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、測定断面に反射シートターゲット４０を取り付ける作業が必要ないため、内空変位の測定を、簡便かつ効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定手順の流れを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【図１７】本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【図１８】従来の内空変位測定方法を説明する図である。
【図１９】従来の内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法を説明する図である。図１はトンネル掘削工事における切り羽付近で、本実施形態に係る内空変位測定方法により、トンネル内空断面の内空変位のための測定を行う様子が示されているものであり、本実施形態に係る内空変位測定方法においては、図１（Ａ）→図１（Ｂ）→図１（Ｃ）の順で内空測定が行われる。また、図１において、５はレーザースキャナターゲット、１０は３次元レーザースキャナ、２０はパーソナルコンピューターをそれぞれ示している。図１中の、レーザースキャナターゲット５、３次元レーザースキャナ１０、パーソナルコンピューター２０はいずれも、本発明に係る内空変位測定システムを構成するものである。
【００２４】
３次元レーザースキャナ１０としては市販のものを利用することができ、本実施形態においてはフェーズド回転ミラー測定方式のものを用いた。この３次元レーザースキャナ１０は、トンネル内空壁面における１４０万点〜７億点のポイントを計測することができる表面スキャナである。
【００２５】
また、パーソナルコンピューター２０としては現在普及している汎用のものを用いることができる。パーソナルコンピューター２０に設けられているインターフェイス手段によって、パーソナルコンピューター２０と３次元レーザースキャナ１０とは通信可能に接続され、３次元レーザースキャナ１０で取得されたスキャンデータは、パーソナルコンピューター２０に取り込まれるようになっている。これにより、パーソナルコンピューター２
０の表示手段上でスキャンデータをグラフィック表示したり、スキャンデータを解析したりすることができるようになっている。また、パーソナルコンピューター２０の記憶手段には、上記のようなグラフィック表示や、スキャンデータ解析のためのソフトウエアの他に、トンネル線形データなどを含むトンネルの設計データ２５が記憶されており、この設計データ２５がスキャンデータをデータ処理の際に、利用されるようになっている。トンネル設計データ２５は、具体的にはトンネルのスプリングラインＳＬの位置座標データと、センターラインＣＬの位置座標データである。
【００２６】
図２は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定手順の流れを示す図である。図１を適宜参照しつつ、図２の流れを追って、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定手順を説明する。
【００２７】
ステップＳ１００で測定を開始すると、ステップＳ１０１においては、図１（Ａ）に示すように、トンネル内空壁面における位置座標が既知である３点に、レーザースキャナターゲット５を取り付ける。レーザースキャナターゲット５は、３次元レーザースキャナ１０の位置座標を特定するために設けられるものである。
【００２８】
ステップＳ１０２では、図１（Ｂ）に示すように、３次元レーザースキャナ１０を設置する。
【００２９】
ステップＳ１０３においては、図１（Ｃ）に示すように、３次元レーザースキャナ１０をスキャン動作させることで、３つの既知点（絶対位置座標）上に設置したレーザースキャナターゲット５をスキャンする。
【００３０】
ステップＳ１０４においては、図１（Ｃ）に示すように、３次元レーザースキャナ１０をスキャン動作させることで、トンネル内空面をスキャンする。
【００３１】
ステップＳ１０５では、測定日時データを取得する。このような測定日時データの取得には、３次元レーザースキャナ１０又はパーソナルコンピューター２０に内蔵される計時手段が用いられる。
【００３２】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で取得された測定日時データを含む一連のスキャンデータを保存する。このスキャンデータはパーソナルコンピューター２０側に転送されて、パーソナルコンピューター２０で測定データ処理が行えるようにされたものである。
【００３３】
ステップＳ１０７で、測定を終了する。
【００３４】
次に、以上のようにして取得されたスキャンデータのパーソナルコンピューター２０におけるデータ処理について図３を参照して説明する。図３は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図である。
【００３５】
図３において、ステップＳ２００で、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理が開始されると、続いて、ステップＳ２０１で、処理対象であるスキャンデータを取得する。次の、ステップＳ２０２では、３つの既知点（３つのレーザースキャナターゲット５の位置座標）から３次元レーザースキャナ設置ポイントにおける位置座標を算出する。なお、本明細書においては、「３次元レーザースキャナ設置ポイント」は、３次元レーザースキャナ１０の機械中心のことを指すものとする。
【００３６】
ステップＳ２０３においては、スキャンデータから着目断面における内空形状ラインを
取得する。図４における実線が、ステップＳ２０３で求められたトンネル内空断面の内空形状ラインである。このような内空形状ラインは、３次元レーザースキャナ１０によって測定されたスキャンデータにおける点群と、点群を補間するラインによって構成することが可能である。スキャンデータの点群を補間するためのアルゴリズムは従来周知のものを適宜用いることが可能である。
【００３７】
ステップＳ２０４では、着目断面におけるスプリングラインＳＬ、センターラインＣＬを、設計データ２５から抽出し、先の内空形状ラインに重ね合わせる処理を実行する。図４における点線が、ステップＳ２０４で内空形状ラインに対して重ね合わせされるスプリングラインＳＬ及びセンターラインＣＬである。
【００３８】
次のステップＳ２０５では、垂線長さＶ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、・・・を算出する。ここで、本実施形態に係る内空変位測定方法における垂線長さの概念について図５を参照して説明する。図５は先の図４に対して、垂線長さ等を追記したものである。
【００３９】
本実施形態に係る内空変位測定方法においては、スプリングラインＳＬ及びセンターラインＣＬの交点Ｏから、所定距離（Ｈ0（＝０）、Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3、・・・）離れたスプリングラインＳＬ上の基点（Ａ0（＝０）、Ａ1、Ａ2、Ａ3、・・・）と、このような基点におけるスプリングラインに対する垂線と内空形状ラインとが交わる交点（Ｐ0、Ｐ1、Ｐ2
、Ｐ3、・・・）との間の長さを垂線長さ（Ｖ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、・・・）として算出す
る。なお、図５において、基点におけるスプリングラインに対する垂線と内空形状ラインとが交わる交点として、内空形状ラインの上側のもの（トンネル上半の内空断面）を選択するようにしているが、内空形状ラインの下側のもの（トンネル下半の内空断面）をさらに選択するようにしてもよい。また、交点（Ｐ0、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、・・・）同士の間隔は、図示するような間隔で選択されているが、このような交点を増やすことによって、交点の間隔をより狭くして、測定精度を上げることもできる。理論的には、上記のような交点は無数に存在し得るが、実務的には交点の数は、５点程度あればよいものと考えられる。
【００４０】
ステップＳ２０６においては、測定日時データと共に、上記のように処理された処理済みデータを保存し、ステップＳ２０７で、測定データ処理を終了する。
【００４１】
次に、以上のようにして処理されたデータ同士の比較を行い、内空断面の内空変位を求め、さらに着目断面における観察を継続すべきか否かを判定するための判定処理について説明する。以下において、「第１のタイミング」と「第２のタイミング」などの語を用いるが、これら２つのタイミングは、３次元レーザースキャナ１０によってスキャンデータを取得したタイミングであり、互いに異なる任意のタイミングであればよい。しかしながら、実務的には、「第２のタイミング」は、「第１のタイミング」から１日経過後程度のものを利用することが妥当である。
【００４２】
図６は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。図６において、ステップＳ３００において、判定処理が開始されると、続くステップＳ３０１では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得し、
ステップＳ３０２では、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得する。
【００４３】
ステップＳ３０３では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく垂線長さ（Ｖ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、・・・）と、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく垂線長さ垂線長さ（Ｖ0’、Ｖ1’、Ｖ2’、Ｖ3’、・・・）と間の差分（Ｖ0−Ｖ0’、Ｖ1−Ｖ1’、Ｖ2−Ｖ2’、Ｖ3−Ｖ3’ 、・・・）を算出する。これらの各差分が、
トンネル内空変位を示すものである。
【００４４】
ステップＳ３０４においては、各差分が予め決められている所定値以内であるか否かが判定される。ステップＳ３０４における判定がＹＥＳである場合については、ステップＳ３０５に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察継続は不要であるものとして判定する。
【００４５】
一方、ステップＳ３０４における判定がＮＯである場合については、ステップＳ３０６に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察は継続する必要があるものとして判定する。ステップＳ３０７で、判定処理を終了する。
【００４６】
以上のように構成される本発明に係る本発明に係る内空変位測定方法、及びこのような方法に基づいて構成される内空変位測定システムによって享受できる効果について以下にまとめる。
【００４７】
従来のトータルステーション５０によって内空変位を測定する方法では、取り付け可能な反射シートターゲット４０の数は実質的に限られているので、測定断面内における内空変位算出ポイントは限定されていたが、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、３次元レーザースキャナ１０によるスキャンデータを利用するので、無数のポイントにおける内空変位を求めることが可能となり、測定精度が向上する。
【００４８】
また、従来のトータルステーション５０によって内空変位を測定する方法では、掘進方向に設定する測定断面についても実質的に限られているので、掘進方向における測定断面も限定されることとなるが、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、３次元レーザースキャナ１０によるスキャンデータを利用するので、掘進方向における測定可能な断面の頻度についても、無数であり、掘進方向においても測定精度が向上する。
【００４９】
また、従来のトータルステーション５０によって内空変位を測定する方法では、測定断面に取り付ける反射シートターゲット４０が発破の影響を受けないようにするため、切り羽と測定断面の距離（図１８中のＤ）とが十分離れてから、測定が開始されることとなり、このため、内空変位の変動を予測する上で重要な初期内空変位の挙動を測定することができないが、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、反射シートターゲット４０を取り付ける必要ないため、切り羽と測定断面（着目断面）の距離（図１中のＤ）とが近接していても測定を行うことが可能であり、内空変位の測定開始のタイミングを早めることができ、トンネルの内空変位の変動を予測する上で重要な初期の内空変位挙動を測定することができる。
【００５０】
また、従来のトータルステーション５０によって内空変位を測定する方法では、高所作業車両を利用し、測定断面に反射シートターゲット４０を取り付ける労力が必要であり、測定効率が悪いものであったが、本発明の内空変位測定方法及び内空変位測定システムによれば、測定断面に反射シートターゲット４０を取り付ける作業が必要ないため、トンネル内空変位の測定を、簡便かつ効率的に行うことが可能となる。
【００５１】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態における３次元レーザースキャナ１０を利用したスキャンデータ取得方法は先の実施形態と同様である。一方、本実施形態は、取得されたスキャンデータのパーソナルコンピューター２０におけるデータ処理方法が先の実施形態と異なる。具体的には、先の実施形態においては、データ処理・判定処理において垂線長さを利用していたが、本実施形態においては、データ処理・判定処理において水平線長さを利用するようにしている。以下、この点についてより詳しく説明
する。
【００５２】
図７は本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図であり、図８は本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図であ。
【００５３】
図７において、ステップＳ４００で、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理が開始されると、続いて、ステップＳ４０１で、処理対象であるスキャンデータを取得する。次の、ステップＳ４０２では、３つの既知点（３つのレーザースキャナターゲット５の位置座標）から３次元レーザースキャナ設置ポイントにおける位置座標を算出する。ここで、３次元レーザースキャナ設置ポイントとは、３次元レーザースキャナ１０の機械中心のことである。
【００５４】
ステップＳ４０３においては、スキャンデータから着目断面における内空形状ラインを取得する。図４における実線が、ステップＳ４０３で求められたトンネル内空断面の内空形状ラインである。このような内空形状ラインは、３次元レーザースキャナ１０によって測定されたスキャンデータにおける点群と、点群を補間するラインによって構成することが可能である。スキャンデータの点群を補間するためのアルゴリズムは従来周知のものを適宜用いることが可能である。
【００５５】
ステップＳ４０４では、着目断面におけるスプリングラインＳＬ、センターラインＣＬを、設計データ２５から抽出し、先の内空形状ラインに重ね合わせる処理を実行する。図４における点線が、ステップＳ４０４で内空形状ラインに対して重ね合わせされるスプリングラインＳＬ及びセンターラインＣＬである。
【００５６】
次のステップＳ４０５では、水平線長さＨ1、Ｈ2、Ｈ3、・・・を算出する。ここで、
本実施形態に係る内空変位測定方法における水平線長さの概念について図８を参照して説明する。図８は先の図４に対して、水平線長さ等を追記したものである。
【００５７】
本実施形態に係る内空変位測定方法においては、スプリングラインＳＬ及びセンターラインＣＬの交点Ｏから、所定距離（Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、・・・）離れたセンターラインＣＬ
上の基点（Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、・・・）と、このような基点におけるセンターラインＣＬに
対する垂線と内空形状ラインとが交わる交点（Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、・・・）との間の長さを
水平線長さ（Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3、・・・）として算出する。なお、図８において、基点にお
けるセンターラインＣＬに対する垂線と内空形状ラインとが交わる交点として、内空形状ラインの右側のものを選択するようにしているが、内空形状ラインの左側のものを選択するようにしてもよい。
【００５８】
また、交点（Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、・・・）同士の間隔は、図示するような間隔で選択され
ているが、このような交点を増やすことによって、交点の間隔をより狭くして、測定精度を上げることもできる。理論的には、上記のような交点は無数に存在し得るが、実務的には交点の数は、５点程度あればよいものと考えられる。
【００５９】
ステップＳ４０６においては、測定日時データと共に、上記のように処理された処理済みデータを保存し、ステップＳ４０７で、測定データ処理を終了する。
【００６０】
次に、以上のようにして処理されたデータ同士の比較を行い、内空断面の内空変位を求め、さらに着目断面における観察を継続すべきか否かを判定するための判定処理について説明する。以下において、「第１のタイミング」と「第２のタイミング」などの語を用いるが、これら２つのタイミングは、３次元レーザースキャナ１０によってスキャンデータ
を取得したタイミングであり、互いに異なる任意のタイミングであればよい。しかしながら、実務的には、「第２のタイミング」は、「第１のタイミング」から１日経過後程度のものを利用することが妥当である。
【００６１】
図９は本発明の他の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。図９において、ステップＳ５００において、判定処理が開始されると、続くステップＳ５０１では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得し、ステップＳ５０２では、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得する。
【００６２】
ステップＳ５０３では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく水平線長さ（Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3、・・・）と、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基
づく水平線長さ水平線長さ（Ｈ1’、Ｈ2’、Ｈ3’、・・・）と間の差分（Ｈ1−Ｈ1’、
Ｈ2−Ｈ2’、Ｈ3−Ｈ3’ 、・・・）を算出する。これらの各差分が、トンネル内空変位
を示すものである。
【００６３】
ステップＳ５０４においては、各差分が予め決められている所定値以内であるか否かが判定される。ステップＳ５０４における判定がＹＥＳである場合については、ステップＳ５０５に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察継続は不要であるものとして判定する。
【００６４】
一方、ステップＳ５０４における判定がＮＯである場合については、ステップＳ５０６に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察は継続する必要があるものとして判定する。ステップＳ５０７で、判定処理を終了する。
【００６５】
以上のような本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法、内空変位測定システムによっても先の実施形態と同様の効果を享受することが可能である。
【００６６】
なお、先の実施形態においては、データ処理・判定処理において垂線長さを利用し、本実施形態においては、データ処理・判定処理において水平線長さを利用するようにしているが、データ処理・判定処理において垂線長さと水平線長さの双方を利用するように構成することも可能である。
【００６７】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態における３次元レーザースキャナ１０を利用したスキャンデータ取得方法は先の実施形態と同様である。一方、本実施形態は、取得されたスキャンデータのパーソナルコンピューター２０におけるデータ処理方法が先の実施形態と異なるので、この点について以下説明する。図７は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図であり、図１１は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【００６８】
図７において、ステップＳ６００で、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理が開始されると、続いて、ステップＳ６０１で、処理対象であるスキャンデータを取得する。次の、ステップＳ６０２では、３つの既知点（３つのレーザースキャナターゲット５の位置座標）から３次元レーザースキャナ設置ポイントにおける位置座標を算出する。
【００６９】
ステップＳ６０３においては、スキャンデータから着目断面における内空形状ラインを取得する。図１１における実線が、ステップＳ６０３で求められたトンネル内空断面の内空形状ラインである。このような内空形状ラインは、３次元レーザースキャナ１０によっ
て測定されたスキャンデータにおける点群と、点群を補間するラインによって構成することが可能である。スキャンデータの点群を補間するためのアルゴリズムは従来周知のものを適宜用いることが可能である。
【００７０】
ステップＳ６０４では、着目断面におけるスプリングラインＳＬ、センターラインＣＬを、設計データ２５から抽出し、先の内空形状ラインに重ね合わせる処理を実行する。図４における点線が、ステップＳ６０４で内空形状ラインに対して重ね合わせされるスプリングラインＳＬ及びセンターラインＣＬである。
【００７１】
次のステップＳ６０５では、所定の区画を導出する処理を実行する。ここで、図１１を参照して、トンネル内空断面の右上半分において定義される「右上区画」と、トンネル内空断面の左上半分において定義される「左上区画」を所定区画とする場合（すなわち、所定区画が２つ定義される場合）について説明する。
【００７２】
本実施形態においては所定区画を導出するために、スプリングラインＳＬから距離Ｄ鉛直上方に離れた線Ｘ−Ｘ’を求め、この線Ｘ−Ｘ’が内空形状ラインの左端で内空形状ラインと交わる点をＬと定義し、線Ｘ−Ｘ’がセンターラインＣＬと交わる点をＯ’と定義し、線Ｘ−Ｘ’が内空形状ラインの右端で内空形状ラインと交わる点をＲと定義する。また、センターラインＣＬが内空形状ラインの上端で内空形状ラインと交わる点をＣと定義する。このとき、ステップＳ６０５では、「右上区画」を内空形状ライン内のＯ’、Ｃ、Ｌで囲まれる区画として導出し、「左上区画」を内空形状ライン内のＯ’、Ｃ、Ｒで囲まれる区画として導出する。
【００７３】
なお、本実施形態においては、図１１に示すように「右上区画」と「左上区画」の２つの所定区画を定義したが、このような区画をどのように定義するかは任意に行うことができる。例えば、トンネル上半部の区画１つのみを所定区画として定義することもできるし、上半部、下半部の２つの区画を所定区画として定義することもできるし、さらにこれより多くの所定区画をトンネル内空断面に定義することも可能である。
【００７４】
次のステップＳ６０６では、前記ステップＳ６０６における導出工程で求められた「右上区画」の重心位置Ｇ1と「左上区画」の重心位置Ｇ2をそれぞれ算出する。このような重心の算出においては、従来周知のアルゴリズムを適宜用いることが可能である。
【００７５】
ステップＳ６０７においては、測定日時データと共に、上記のように処理された処理済みデータを保存し、ステップＳ６０８で、測定データ処理を終了する。
【００７６】
次に、以上のようにして処理されたデータ同士の比較を行い、内空断面内で着目した所定区画における内空変位を求め、さらに着目断面における観察を継続すべきか否かを判定するための判定処理について説明する。以下において、「第１のタイミング」と「第２のタイミング」などの語を用いるが、これら２つのタイミングは、３次元レーザースキャナ１０によってスキャンデータを取得したタイミングであり、互いに異なる任意のタイミングであればよい。しかしながら、実務的には、「第２のタイミング」は、「第１のタイミング」から１日経過後程度のものを利用することが妥当である。
【００７７】
図１２は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。図１２において、ステップＳ７００において、判定処理が開始されると、続くステップＳ７０１では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得し、
ステップＳ７０２では、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得する。
【００７８】
ステップＳ７０３では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく「右上区画」の重心位置Ｇ1、「左上区画」の重心位置Ｇ2、及び、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく「右上区画」の重心位置Ｇ1’、「左上区画」の重心位置Ｇ2’と間の差分（Ｇ1−Ｇ1’、Ｇ2−Ｇ2’）を算出する。これらの各差分が、所定区画の重心からみたトンネル内空変位を示すものである。
【００７９】
ステップＳ７０４においては、各差分が予め決められている所定値以内であるか否かが判定される。ステップＳ７０４における判定がＹＥＳである場合については、ステップＳ７０５に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察継続は不要であるものとして判定する。
【００８０】
一方、ステップＳ７０４における判定がＮＯである場合については、ステップＳ７０６に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察は継続する必要があるものとして判定する。ステップＳ７０７で、判定処理を終了する。
【００８１】
以上のような本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法、内空変位測定システムによっても先の実施形態と同様の効果を享受することが可能である。なお、トンネル内空断面内空変位を判断するために、これまで説明した実施形態に係る方法と、本実施形態に係る方法の２つの方法を実施し、これらから総合的にトンネル内空の変状を把握することも有効な方法である。
【００８２】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態における３次元レーザースキャナ１０を利用したスキャンデータ取得方法は先の実施形態と同様である。一方、本実施形態は、取得されたスキャンデータのパーソナルコンピューター２０におけるデータ処理方法が先の実施形態と異なるので、この点について以下説明する。図１３は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図であり、図１４は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【００８３】
図１３において、ステップＳ８００で、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理が開始されると、続いて、ステップＳ８０１で、処理対象であるスキャンデータを取得する。次の、ステップＳ８０２では、３つの既知点（３つのレーザースキャナターゲット５の位置座標）から３次元レーザースキャナ設置ポイントにおける位置座標を算出する。
【００８４】
ステップＳ８０３においては、スキャンデータから着目断面における内空形状ラインを取得する。図１４における点線又は一点鎖線が、ステップＳ８０３で求められるトンネル内空断面の内空形状ラインである。なお、図１４中の実線は、設計断面を示している。前記のような内空形状ラインは、３次元レーザースキャナ１０によって測定されたスキャンデータにおける点群と、点群を補間するラインによって構成することが可能である。スキャンデータの点群を補間するためのアルゴリズムは従来周知のものを適宜用いることが可能である。
【００８５】
ステップＳ８０４では、データ処理が第１回目であるか否かが判定される。当該判定の結果がＹＥＳである場合にはステップＳ８０５に進み、ＮＯである場合にはステップＳ８０５はスキップされ、ステップＳ８０６に進む。
【００８６】
ステップＳ８０５においては、取得された内空形状ラインを解析することで、当該ラインの最右端の位置Ｒ（図１４においてｘ座標がＸmaxとなる位置）と、最左端の位置Ｌ（
図１４においてｘ座標がＸminとなる位置）を抽出する。
【００８７】
ステップＳ８０６においては、取得された内空形状ラインを解析することで、当該ラインの天端位置Ｔ（図１４においてｙ座標がＹmaxとなる位置）やＴ’ （図１４においてｙ座標がＹ’maxとなる位置）を抽出する。
【００８８】
ステップＳ８０７においては、天端位置（ＴやＴ’）から、最右端位置Ｒ、最左端位置Ｌを結ぶ線分ＲＬに垂線（ＴＯやＴ’Ｏ’）を下ろす。
【００８９】
そして、ステップＳ８０８においては、前記垂線と前記線分ＲＬとの交点（ＯやＯ’）を原点とし、前記線分ＲＬをＸ■軸とする（極）座標を定義する。
【００９０】
ステップＳ８０９においては、先に定義された（極）座標において、偏角θiである内
空形状ライン上の位置（Ｐi）を算出する。
【００９１】
ステップＳ８１０においては、測定日時データと共に、上記のように処理された処理済みデータを保存し、ステップＳ８１１で、測定データ処理を終了する。
【００９２】
上記のような処理を行うことで、例えば、図１４に示す例では、第１回目のデータ処理においては所定位置（Ｐi）が求められ、第２回目のデータ処理においては所定位置（Ｐi’）が求められることとなる。
【００９３】
なお、図１４に示す例においては、偏角がθiである内空形状ライン上の着目点のみを
例に挙げているが、複数の偏角に対応する複数の着目点について、図１３のフローチャートで示すデータ処理を行えば、より精度が高まることは言うまでもない。
【００９４】
次に、以上のようにして処理されたデータ同士の比較を行い、内空形状ライン上で着目した所定位置（Ｐi）における変位を求め、さらに着目断面における観察を継続すべきか
否かを判定するための判定処理について説明する。
【００９５】
以下において、「第１のタイミング」と「第２のタイミング」などの語を用いるが、これら２つのタイミングは、３次元レーザースキャナ１０によってスキャンデータを取得したタイミングであり、互いに異なる任意のタイミングであればよい。しかしながら、実務的には、「第２のタイミング」は、「第１のタイミング」から１日経過後程度のものを利用することが妥当である。
【００９６】
図１５は本発明の実施の形態に係る内空変位測定方法における判定処理のフローチャートを示す図である。図１５において、ステップＳ９００において、判定処理が開始されると、続くステップＳ９０１では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得し、ステップＳ９０２では、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく処理済みデータを取得する。
【００９７】
ステップＳ９０３では、第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく所定偏角位置（Ｐi）及び、第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づく所定偏角位
置（Ｐi’）と間の差分（Ｐi−Ｐi’）を算出する。この差分が、トンネル内空変位を示
すものである。
【００９８】
ステップＳ９０４においては、各差分が予め決められている所定値以内であるか否かが判定される。ステップＳ９０４における判定がＹＥＳである場合については、ステップＳ９０５に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察継続は不要であるものとして
判定する。
【００９９】
一方、ステップＳ９０４における判定がＮＯである場合については、ステップＳ９０６に進み、トンネル内空における着目断面に対する観察は継続する必要があるものとして判定する。ステップＳ９０７で、判定処理を終了する。
【０１００】
以上のような本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法、内空変位測定システムによっても先の実施形態と同様の効果を享受することが可能である。なお、トンネル内空断面内空変位を判断するために、これまで説明した実施形態に係る方法と、本実施形態に係る方法の２つの方法を実施し、これらから総合的にトンネル内空の変状を把握することも有効な方法である。
【０１０１】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態における３次元レーザースキャナ１０を利用したスキャンデータ取得方法は先の実施形態と同様である。一方、本実施形態は、取得されたスキャンデータのパーソナルコンピューター２０におけるデータ処理方法が先の実施形態と異なるので、この点について以下説明する。図１６は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理のフローチャートを示す図であり、図１７は本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法におけるデータ処理を説明する図である。
【０１０２】
図１６において、ステップＳ１０００で、本実施形態に係る内空変位測定方法における測定データ処理が開始されると、続いて、ステップＳ１００１で、処理対象であるスキャンデータを取得する。次の、ステップＳ１００２では、３つの既知点（３つのレーザースキャナターゲット５の位置座標）から３次元レーザースキャナ設置ポイントにおける位置座標を算出する。
【０１０３】
ステップＳ１００３においては、スキャンデータから着目断面における内空形状ラインを取得する。図１７における点線又は一点鎖線が、ステップＳ１００３で求められるトンネル内空断面の内空形状ラインである。なお、図１７中の実線は、設計断面を示している。前記のような内空形状ラインは、３次元レーザースキャナ１０によって測定されたスキャンデータにおける点群と、点群を補間するラインによって構成することが可能である。スキャンデータの点群を補間するためのアルゴリズムは従来周知のものを適宜用いることが可能である。
【０１０４】
ステップＳ１００４においては、取得された内空形状ラインを解析することで、当該ラインの最右端の位置Ｒ（図１７においてｘ座標がＸmaxとなる位置）や位置Ｒ’（図１７
においてｘ座標がＸ’maxとなる位置）と、最左端の位置Ｌ（図１７においてｘ座標がＸminとなる位置）や位置Ｌ’（図１７においてｘ座標がＸ’minとなる位置）を抽出する。
【０１０５】
ステップＳ１００５においては、最右端位置Ｒ（又はＲ’）、最左端位置Ｌ（又はＬ’）を結ぶ線分ＲＬ（又はＲＬ’）をＸ’軸として定義する。
【０１０６】
ステップＳ１００６においては、最右端位置Ｒ（又はＲ’）、最左端位置Ｌ（又はＬ’）の中間点Ｏ（又はＯ’）を交点として定義し、前記線分ＲＬ（又はＲＬ’）をＸ’軸とする（極）座標を定義する。
【０１０７】
ステップＳ１００７においては、先に定義された（極）座標において、偏角θiである
内空形状ライン上の位置（Ｐi）を算出する。
【０１０８】
ステップＳ１００８においては、測定日時データと共に、上記のように処理された処理
済みデータを保存し、ステップＳ１００９で、測定データ処理を終了する。
【０１０９】
上記のような処理を行うことで、例えば、図１７に示す例では、第１回目のデータ処理においては所定位置（Ｐi）が求められ、第２回目のデータ処理においては所定位置（Ｐi’）が求められることとなる。
【０１１０】
なお、図１７に示す例においては、偏角がθiである内空形状ライン上の着目点のみを
例に挙げているが、複数の偏角に対応する複数の着目点について、図１６のフローチャートで示すデータ処理を行えば、より精度が高まることは言うまでもない。
【０１１１】
本実施形態においても、以上のようにして処理されたデータ同士の比較を行い、内空形状ライン上で着目した所定位置（Ｐi）における変位を求め、さらに着目断面における観
察を継続すべきか否かを判定するための判定処理については、図１５のフローチャートに示したものと同様のものを用いることが可能である。
【０１１２】
以上のような本発明の他の実施形態に係る内空変位測定方法、内空変位測定システムによっても先の実施形態と同様の効果を享受することが可能である。なお、トンネル内空断面内空変位を判断するために、これまで説明した実施形態に係る方法と、本実施形態に係る方法の２つの方法を実施し、これらから総合的にトンネル内空の変状を把握することも有効な方法である。
【符号の説明】
【０１１３】
５・・・レーザースキャナターゲット
１０・・・３次元レーザースキャナ
２０・・・パーソナルコンピューター
２５・・・設計データ
３５・・・プリズムターゲット
４０・・・反射シートターゲット
５０・・・トータルステーション
６０・・・パーソナルコンピューター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ライン取得工程で取得された内空形状ラインに基づく所定の値を算出する所定値算出工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定値算出工程で算出された所定値と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定値算出工程で算出された所定値との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項２】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
前記スプリングライン及び前記センターラインの交点から、所定距離離れた前記スプリングライン上の基点と、該基点における前記スプリングラインに対する垂線と前記内空形状ラインとが交わる交点との間の垂線長さを算出する垂線長さ算出工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記垂線長さと、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記垂線長さとの差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項３】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
前記スプリングライン及び前記センターラインの交点から、所定距離離れた前記センターライン上の基点と、該基点における前記センターラインに対する垂線と前記内空形状ラインとが交わる交点との間の水平線長さを算出する水平線長さ算出工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記水平線長さと、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記水平線長さとの差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項４】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
前記内空形状ライン及び前記スプリングライン及び前記センターラインから所定の区画を導出する所定区画導出工程と、
前記所定区画導出工程によって導出された所定の区画における重心位置を算出する重心位置算出工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記重心位置と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記重心位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項５】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ライン上における最右端位置と最左端位置とを抽出する端部工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいた前記内空形状ライン上の天端位置を抽出する第１天端部工程と、
前記第１天端部工程によって抽出された天端位置から、最右端位置と最左端位置とを結ぶ線分に垂線を下ろし求められる交点と、前記線分とで極座標を定義する第１定義工程と、前記第１定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する第１所定偏角位置算出工程と、
前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいた前記内空形状ライン上の天端位置を抽出する第２天端部工程と、
前記第２天端部工程によって抽出された天端位置から、最右端位置と最左端位置とを結ぶ線分に垂線を下ろし求められる交点と、前記線分とで極座標を定義する第２定義工程と、前記第２定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する第２所定偏角位置算出工程と、
前記第１所定偏角位置算出工程により算出された位置と、前記第２所定偏角位置算出工程により算出された位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項６】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ライン上における最右端位置と最左端位置とを抽出する端部工程と、
前記端部工程で抽出された最右端位置と最左端位置の中間点と、最右端位置と最左端位置を結ぶ線分とで極座標を定義する定義工程と、
前記定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する所定偏角位置算出工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定偏角位置算出工程で算出された位置と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定偏角位置算出工程で算出された位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の内空変位測定方法を用いてトンネル内空変位を算出することを特徴とする内空変位測定システム。
【請求項１】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ライン取得工程で取得された内空形状ラインに基づく所定の値を算出する所定値算出工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定値算出工程で算出された所定値と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定値算出工程で算出された所定値との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項２】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
前記スプリングライン及び前記センターラインの交点から、所定距離離れた前記スプリングライン上の基点と、該基点における前記スプリングラインに対する垂線と前記内空形状ラインとが交わる交点との間の垂線長さを算出する垂線長さ算出工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記垂線長さと、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記垂線長さとの差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項３】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
前記スプリングライン及び前記センターラインの交点から、所定距離離れた前記センターライン上の基点と、該基点における前記センターラインに対する垂線と前記内空形状ラインとが交わる交点との間の水平線長さを算出する水平線長さ算出工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記水平線長さと、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記水平線長さとの差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項４】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ラインに、トンネル設計データに基づくスプリングライン及びセンターラインを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
前記内空形状ライン及び前記スプリングライン及び前記センターラインから所定の区画を導出する所定区画導出工程と、
前記所定区画導出工程によって導出された所定の区画における重心位置を算出する重心位置算出工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記重心位置と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータにより算出された前記重心位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項５】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ライン上における最右端位置と最左端位置とを抽出する端部工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいた前記内空形状ライン上の天端位置を抽出する第１天端部工程と、
前記第１天端部工程によって抽出された天端位置から、最右端位置と最左端位置とを結ぶ線分に垂線を下ろし求められる交点と、前記線分とで極座標を定義する第１定義工程と、前記第１定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する第１所定偏角位置算出工程と、
前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいた前記内空形状ライン上の天端位置を抽出する第２天端部工程と、
前記第２天端部工程によって抽出された天端位置から、最右端位置と最左端位置とを結ぶ線分に垂線を下ろし求められる交点と、前記線分とで極座標を定義する第２定義工程と、前記第２定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する第２所定偏角位置算出工程と、
前記第１所定偏角位置算出工程により算出された位置と、前記第２所定偏角位置算出工程により算出された位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項６】
３次元レーザースキャナによってトンネル内空の内空変位を測定する方法であって、
トンネル内空における位置座標が既知である点にレーザースキャナ用ターゲットを取り付けるターゲット取り付け工程と、
前記レーザースキャナ用ターゲットを含むトンネル内空を３次元レーザースキャナによってスキャンすることでスキャンデータを取得するスキャンデータ取得工程と、
前記スキャンデータから着目トンネル断面における内空形状ラインを取得する内空形状ライン取得工程と、
前記内空形状ライン上における最右端位置と最左端位置とを抽出する端部工程と、
前記端部工程で抽出された最右端位置と最左端位置の中間点と、最右端位置と最左端位置を結ぶ線分とで極座標を定義する定義工程と、
前記定義工程で定義された極座標における所定偏角である内空ライン上の位置を算出する所定偏角位置算出工程と、
第１のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定偏角位置算出工程で算出された位置と、前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで取得されたスキャンデータに基づいて前記所定偏角位置算出工程で算出された位置との差分によって、トンネル内空変位を算出する内空変位算出工程と、からなることを特徴とする内空変位測定方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の内空変位測定方法を用いてトンネル内空変位を算出することを特徴とする内空変位測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−５８１６７（Ｐ２０１２−５８１６７Ａ）
【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２０１０−２０３８８６（Ｐ２０１０−２０３８８６）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（５９９０９８１２７）株式会社ソーキ (28)
【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１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（５９９０９８１２７）株式会社ソーキ (28)
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