壁面自動追尾型水路トンネル撮影装置
【課題】水路トンネルなどの通水状態にあるトンネルにおいて停水又は減水せずにトンネル内状況を観測し、かつ、自律して姿勢制御が可能な壁面自動追尾型水路トンネル撮影装置を提供すること。
【解決手段】水流のあるトンネル内の水面に浮遊しつつ流下する船体と、この船体に水平面で回転自在に保持された回転体ベースと、前記船体側に取り付けられ前記回転体ベースを回転させるための回転用モータと、前記回転体ベースに設置されトンネル内を撮影するための撮影用カメラと、前記回転体ベースに設置されトンネル壁面までの距離を測定する少なくとも２つの距離測定装置とを具備してなり、前記距離測定装置の各測定結果に基づいて前記回転用モータを制御して前記回転体ベースの姿勢を一定に制御するようにしたことを特徴とする。
【解決手段】水流のあるトンネル内の水面に浮遊しつつ流下する船体と、この船体に水平面で回転自在に保持された回転体ベースと、前記船体側に取り付けられ前記回転体ベースを回転させるための回転用モータと、前記回転体ベースに設置されトンネル内を撮影するための撮影用カメラと、前記回転体ベースに設置されトンネル壁面までの距離を測定する少なくとも２つの距離測定装置とを具備してなり、前記距離測定装置の各測定結果に基づいて前記回転用モータを制御して前記回転体ベースの姿勢を一定に制御するようにしたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水路トンネル などの通水状態にあるトンネルにおいて停水又は減水せずにトンネル内状況を観測する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水路トンネルなどの流水状態にあるトンネルにおいては、亀裂が生じていないかなどを定期的に点検する必要がある。通常、水路トンネルの点検は、停水又は減水した上で調査員がトンネル内を移動しながら点検、記録することで行っている。この調査方法によれば詳細な点検観測が可能であるが、停水又は減水による影響が大きく停水又は減水を行うことの出来ない水路トンネルでは、調査員による点検を行うことが出来ないため、通水状態でトンネル内を点検する装置が必要とされていた。
【０００３】
通水状態においてトンネル内を撮影するための装置として、例えば、図７に示すような管路検査装置が既に提案されている（特許文献１）。この図７において、下水道管路の流下で移動するリモコン操作で作動する照明灯付きビデオカメラ４１と舵機構４３及び制御用超音波送受信アンテナ４２を搭載したボート体４０と、下水道管路入口側に超音波送受信アンテナ４２に対応する超音波送受信アンテナ４４を配設し、これに接続した前記ボート体４０の操舵とビデオカメラ撮影を制御するリモコン用制御装置４７を地上に設置し、且つ該制御装置４７にビデオカメラ用モニター４８を接続し、巻取リール４５より引き出した引き戻しワイヤー４６端をボート体４０に結ぶようにしたことで、管路検査のビデオカメラ４１の移動をボート体の流下で済むため、自走装置を備えることなく移動し、且つボート体４０自体の方向制御、ビデオカメラ４１の撮影制御を無線によってリモコン操作ができるものである。
【０００４】
他の従来技術としては、図８に示すような水路点検装置が既に提案されている（特許文献２）。この図８に示す装置は、水流の流れる水路の内壁を点検するための水路点検装置であって、水路を流れる水流を受ける水流受け部材４９と、水流受け部材４９に連結された支持枠５０と、支持枠５０に取付けられた防水性を有する水中ビデオカメラ５１とを備えてなるものであり、通水状態にあるトンネル内を撮影することを可能としている。
【特許文献１】実開平０７−４１４２４号公報
【特許文献２】特開２００９−１３６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載の管路検査装置によれば、通水状態でトンネル内を検査することが可能であるが、巻取リール４５より引き出した引き戻しワイヤー４６端をボート体４０に結ぶ構成であるため検査するトンネル距離に限界があり、また、無線通信による姿勢制御は、数１００ｍ程度の短いトンネルでしか適用できないという問題がある。
【０００６】
前記特許文献２に記載の水路点検装置は、図８に示す通り、網目の水流受け部材４９によって移動する構成であって自律した姿勢制御機構を持たない構成であるため、姿勢が崩れた場合に撮影記録結果が一様とならず、また、装置の移動距離を計測、記録しないために、点検した地点が不明であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、水路トンネルなどの通水状態にあるトンネルにおいて停水又は減水せずにトンネル内状況を観測し、かつ、自律して姿勢制御が可能な壁面自動追尾型水路トンネル診断装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１は、水流のあるトンネル内の水面に浮遊しつつ流下する船体と、この船体に水平面で回転自在に保持された回転体ベースと、前記回転体ベースに設置されトンネル内を撮影するための撮影用カメラと、前記回転体ベースに設置されトンネル壁面までの距離を測定する少なくとも２つの距離測定装置と、前記距離測定装置の各測定結果を比較演算する演算装置と、前記船体側に取り付けられ前記演算装置の出力に基づいて前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御する回転用モータとを具備したことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【０００９】
本発明の請求項２は、請求項１に加えて、２個の距離測定装置を有し、各距離測定装置は、前記回転体ベースの回転中心を通る水平面内の基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置され、２個の距離測定装置によって測定する２つの距離の値が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【００１０】
本発明の請求項３は、請求項１に加えて、一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置と、他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置とを有し、これら４個の距離測定装置の各測定結果に基づいて前記回転用モータを制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【００１１】
本発明の請求項４は、請求項３に加えて、前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置は、前記回転体ベースの回転中心を通る水平面内の基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置し、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置は、前記基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置し、これら４個の距離測定装置によって測定する４つの距離測定結果について対角線に位置する距離測定装置の距離測定結果の和が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【００１２】
本発明の請求項５は、請求項３に加えて、前記４個の距離測定装置のうち何れか１つが測定不能であった場合には、前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせと、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせのうち、測定可能であった２個の距離測定装置を含む組み合わせの測定結果のみに基づいて前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【００１３】
本発明の請求項６は、請求項１乃至５に加えて、前記回転体ベース上に、トンネルの天井又は壁面との間で所定角度で電磁波を送受信する電磁波送受信アンテナと、受信した電磁波のドップラーシフト周波数を検出するドップラー検出装置と、電磁波の送信周波数と受信した電磁波のドップラーシフト周波数とに基づいて船体の移動速度を演算する演算装置とを設けたことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、前記距離測定装置の各測定結果に基づいて前記回転用モータを制御して、トンネル内の水流方向に対して前記回転体ベースの姿勢が一定となるように制御するようにしたので、自律して姿勢制御を行うことにより安定した回転体ベース上に設けられた撮影カメラの撮影結果が一様なものとなり、良好な撮影結果が得られる。また、自然流下式を採用することにより、トンネル内の流水を停水又は減水することなく計測を行うことが可能となる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、２つの距離測定装置によって測定する２つの距離の値が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して、トンネル内の水流方向に対して前記回転体ベースの姿勢が一定となるように制御するようにしたので、自律して姿勢制御を行うことにより安定した回転体ベース上に設けられた撮影カメラの撮影結果が一様なものとなり、良好な撮影結果が得られる。また、自然流下式を採用することにより、トンネル内の流水を停水又は減水することなく計測を行うことが可能となる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、４つの距離測定装置の各測定結果に基づいて前記回転用モータを制御して、トンネル内の水流方向に対して前記回転体ベースの姿勢が一定となるように制御するようにしたので、自律して姿勢制御を行うことにより安定した回転体ベース上に設けられた撮影カメラの撮影結果が一様なものとなり、良好な撮影結果が得られる。また、自然流下式を採用することにより、トンネル内の流水を停水又は減水することなく計測を行うことが可能となる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、４つの距離測定装置によって測定する４つの距離測定結果について対角線に位置する距離測定装置の距離測定結果の和が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して、トンネル内の水流方向に対して前記回転体ベースの姿勢が一定となるように制御するようにしたので、自律して姿勢制御を行うことにより安定した回転体ベース上に設けられた撮影カメラの撮影結果が一様なものとなり、良好な撮影結果が得られる。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、前記４個の距離測定装置のうち何れか１つが測定不能であった場合には、前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせと、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせのうち、測定可能であった２個の距離測定装置を含む組み合わせの測定結果のみに基づいて前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたので、何れかの距離測定装置が測定不能となった場合であっても残りの測定結果に基づいて姿勢制御を行うことが可能となるため、より安定した姿勢制御を行うことができる。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、前記回転体ベース上に、トンネルの天井又は壁面との間で所定角度で電磁波を送受信する電磁波送受信アンテナと、受信した電磁波のドップラーシフト周波数を検出するドップラー検出装置と、電磁波の送信周波数と受信した電磁波のドップラーシフト周波数とに基づいて船体の移動速度を演算する演算装置とを設けたので、撮影カメラの撮影結果に同期させて移動速度も計測することが可能となる。このようなドップラー検出装置を有効に機能させることが出来る要因は、請求項１乃至４において回転体ベースの姿勢を一定に制御していることにある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】トンネル１１内を流れる壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０を表した平面図である。
【図２】トンネル１１内を流れる本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０を背面から見た場合の断面図（船体部分は図３におけるＥ−Ｅ線断面）である。
【図３】本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の回転体ベース２０より下方を表した平面図である。
【図４】回転体ベース２０をリングレールギア１６に固定した状態の図３におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図５】本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の構成を表したブロック図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の姿勢状態と第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の測定結果Ａ〜Ｄとの関係を表した模式図である。
【図７】従来の管路検査装置を表した模式図である。
【図８】従来の水路点検装置を表した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置は、水流のあるトンネル内の水面に浮遊しつつ流下する船体と、この船体に水平面で回転自在に保持された回転体ベースと、前記船体側に取り付けられ前記回転体ベースを回転させるための回転用モータと、前記回転体ベースに設置されトンネル内を撮影するための撮影用カメラと、前記回転体ベースに設置され一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２つの距離測定装置及び他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２つの距離測定装置とを具備してなり、前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２つの距離測定装置は、前記回転体ベースの回転中心を通る水平面内の基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定してなり、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２つの距離測定装置は、前記基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定してなり、４つの距離測定装置によって測定する４つの距離測定結果について対角線に位置する距離測定装置の距離測定結果の和が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢を一定に制御するようにしたことを特徴とするものである。以下、詳細に説明を行う。
【実施例１】
【００２２】
本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の構成について図１乃至図５に基づいて説明を行う。図１及び図２に示すように、本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０は、トンネル１１内の水面１３に浮いた上体で自然流にまかせて流れながらトンネル内を計測するものであり、大まかな構成としては、水面に浮遊する浮力を有し上部が開口した円筒形の船体１４、この船体１４に対して水平面で回転自在に設けられた回転体ベース２０、この回転体ベースに取り付けられた３つの撮影カメラ２１ａ〜２１ｃ、進行方向前方又は後方に向かって電磁波を送受信してドップラー効果を利用して船体の移動速度を測定するための電磁波送受信アンテナ２２、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃ及び電磁波送受信アンテナ２２を保護するための透明ドーム２３、回転体ベース２０の外周に設けられトンネル壁面１２までの距離を測定する第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７によって構成されている。
【００２３】
次に、回転体ベース２０の設置について図３及び図４に基づいて説明する。先ず、円筒形の船体１４の内側に船体ベース１５が固定される。この船体ベース１５の上に、リングレールギア１６が、船体ベース１５に固定された４つの保持ベアリング１７によって保持されており、この円形リング状のリングレールギア１６の中心は円筒形の船体１４の中心軸と重なるように設置されている。このリングレールギア１６のギア部分に駆動ギア１８がかみ合わされており、この駆動ギア１８を船体ベース１５に固定された回転用モータ１９で駆動させることで、リングレールギア１６を水平面で回転自在に設置している。このリングレールギア１６に回転体ベース２０を固定している。回転体ベースは、円筒形の船体１４の上部の開口部に蓋をするようにして同径の円板によって構成されており、前記リングレールギア１６の中心点と回転体ベースの中心が重なるようにして両者を固定する。
【００２４】
図５に示すのは、本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の詳細な構成を表したブロック図である。回転体ベース２０の上には、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃによって撮影された映像を記録する記録装置３２を備えている。撮影に際しては、撮影用照明装置２９が利用される。また、電磁波送受信アンテナ２２によって受信した電磁波のドップラー効果を検出して壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の移動速度を検出するドップラー検出装置３０と、検出した移動速度に基づいて壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の移動距離を演算する演算装置３１を備えており、演算の結果得られた移動距離も記録装置３２において記録する。
【００２５】
また、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７におけるそれぞれの測定結果に基づいて、姿勢制御のために回転用モータ１９の回転方向と回転量を演算する演算装置３３を備えており、この演算結果に基づいて、モータ駆動装置３４からスリップリング３８を介して回転用モータ１９を制御する。ここで、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７としては、例えば、赤外線を利用した距離測定装置が利用される。
【００２６】
これらの各構成に対しては電源装置３６から電源が供給されており、また、初期設定など各種の入力を行うための入力装置３５を備えている。電気的に導通させるためのスリップリング３８を介して船体ベース１５側に固定された蓄電池３７から電源が供給され、蓄電池３７からの電源によって回転用モータ１９を駆動させ、また、船体１４の底部に設置された水深測定装置２８を駆動させる。水深測定装置２８による測定結果は、スリップリング３８を介して回転体ベース２０側の記録装置３２に記録される。
【００２７】
第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の設置位置、及び、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃの設置位置について説明を行う。先ず、回転体ベース２０の平面上を通りかつ回転体ベース２０の回転中心を通る基準線をＸとしたときに、第１の距離測定装置２４と第２の距離測定装置２５は、平面視において基準線Ｘに対して線対称の位置に配置され、第３の距離測定装置２６と第４の距離測定装置２７も、平面視において基準線Ｘに対して線対称の位置に配置される。また、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の各測定方向と基準線Ｘとの間の角度をθ１〜θ４としたとき、これらの角度は各測定装置において調整可能なものであり、θ１〜θ４は等しい角度とすることが望ましい。本発明は、前記基準線Ｘがトンネル壁面１２に対して垂直となる状態を基本姿勢とし、基本姿勢の状態において最も撮影結果が良好となるように撮影カメラ２１ａ〜２１ｃを設置してある。なお、撮影カメラの個数を３つとしたのはあくまで一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２８】
次に、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７におけるそれぞれの測定結果に基づく姿勢制御の方法について説明を行う。ここで、第１の距離測定装置２４によって測定したトンネル壁面１２までの距離をＡ、第２の距離測定装置２５によって測定したトンネル壁面１２までの距離をＢ、第３の距離測定装置２６によって測定したトンネル壁面１２までの距離をＣ、第４の距離測定装置２７によって測定したトンネル壁面１２までの距離をＤとする。各距離測定装置による測定を同時に行いＡ〜Ｄの値を得て、対角線上に位置する第１の距離測定装置２４と第３の距離測定装置２６における測定結果の和Ａ＋Ｃの値と、対角線上に位置する第２の距離測定装置２５と第４の距離測定装置２７における測定結果の和Ｂ＋Ｄの値を比較することで、現在の姿勢状態を判別して、回転用モータ１９の回転方向と回転量を演算装置３３において演算する。
【００２９】
具体的には、例えば、図６（ａ）に示すように基本姿勢から平面視において反時計回りに姿勢がずれた状態にある場合、Ａ＋Ｃ＞Ｂ＋Ｄとなるため、このような場合には、平面視において時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように回転用モータ１９の回転方向を決定する。また、回転用モータ１９の回転量については、例えば、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の値の大きさに比例して回転量が大きくなるように制御することもできる。
逆に、基本姿勢から平面視において時計回りに姿勢がずれた状態にある場合、Ａ＋Ｃ＜Ｂ＋Ｄとなるため、このような場合には、平面視において反時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行う。
【００３０】
次に、図６（ｂ）に示すように、基本姿勢から平面視において反時計回りに大きく姿勢がずれた状態にある場合、トンネル壁面１２までの距離が離れ過ぎてしまうことが原因で第１の距離測定装置２４による測定結果Ａと第３の距離測定装置２６による測定結果Ｃが測定できない場合がある。このように、Ａ及びＣが測定不能な場合には、平面視において時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行う。逆に、Ｂ及びＤが測定不能な場合には、平面視において反時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行う。
【００３１】
また、Ａ〜Ｄのうちの１つの距離のみが測定不能となる場合も考えられる。このような場合、Ａ、Ｂの組み合わせ、又は、Ｃ、Ｄの組み合わせの何れか一方の組み合わせのみで姿勢制御を行うようにする。例えば、Ｃのみが測定不能である場合には、ＡとＢの組み合わせで比較を行い、Ａ＞Ｂならば時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行い、Ａ＜Ｂならば反時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行う。
【００３２】
以上のようにして、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７におけるそれぞれの測定結果Ａ〜Ｄに基づいてＡ＋Ｃ＝Ｂ＋Ｄの状態に近づくように回転用モータ１９の回転方向と回転量を制御することで、前記基準線Ｘがトンネル壁面１２に対して垂直となる状態を維持するように姿勢制御が働き、結果として撮影カメラ２１ａ〜２１ｃによる撮影結果を一様なものとすることが可能となる。なお、図６（ｃ）に示すように、トンネル１１の中央を進まずに一方のトンネル壁面１２側に近づいて移動していたとしても、距離測定の結果がＡ＋Ｃ＝Ｂ＋Ｄという状態である場合には、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃによる撮影結果は一様なものとなり、良好な撮影結果を得られる。
【００３３】
次に、船体１４の移動速度の測定方法について説明する。移動速度の測定は、電磁波送受信アンテナ２２から送信される電磁波のドップラー効果を利用して測定する。電磁波送受信アンテナ２２は、平面視において前記基準線Ｘと直交する方向で、かつ、鉛直よりも斜め前方又は後方に角度φ（例えば、６０°）で電磁波が送信されるように設置される。トンネル１１の天井によって反射された電磁波を電磁波送受信アンテナ２２で受信してドップラーシフト周波数ｆｂをドップラー検出装置３０において検出する。ここで、発振信号周波数をｆｏ、空中の電磁波伝播速度をｃ、船体１４の移動速度をｖとすると、ドップラーシフト周波数ｆｂとの関係は以下の数式で表すことができる。
【００３４】
また、鉛直よりも斜め前方に角度φで電磁波を送受信している関係から、上記の数式のドップラーシフト周波数ｆｂにはｓｉｎφの係数を乗ずる必要があり、これらに基づいて船体１４の移動速度ｖを演算装置３１において求める。例えば、鉛直よりも斜め前方に角度６０°で電磁波を送受信している場合には、係数は約０．８６６となる。このようにして求めた船体１４の移動速度ｖから船体１４の移動距離を算出して経過時間と共に記録装置３２に記録していく。
なお、電磁波送受信アンテナ２２での電磁波の送受信は、トンネル１１の天井との間で行う場合に限られるものではなく、トンネル壁面１２との間で電磁波の送受信を行ってドップラーシフト周波数ｆｂを得るようにすることも可能である。
【００３５】
以上のような機能を備えた壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０を使用する際の手順を説明する。先ず、計測を開始するスタート地点において、入力装置３５による操作によって、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃによる撮影、水深測定装置２８による水深測定、電磁波送受信アンテナ２２を用いた移動速度の測定、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７によるトンネル壁面までの距離の測定等を開始し、トンネル１１の水面１３に浮遊させて自然に流下させる。壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０は、撮影映像と各種の測定データを同期させながら記録装置３２に記録してゆく。これを回収地点において回収するまで継続して、回収後に測定を終了する。途中、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７によるトンネル壁面までの距離Ａ〜Ｄの測定とこれに基づく姿勢制御とを繰り返し行うことによって、基準線Ｘがトンネル壁面１２に対して垂直となる状態を常に保つように制御されるため、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃによる撮影結果が一様なものとなる。
【００３６】
このように、本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０は、推力機構や舵機構を持たず自然流の流れにまかせて使用するものであって、トンネル内の流水を停水又は減水することなく使用できるという効果を有し、スタート地点から流下させた後は、回収地点で回収するまで自律的に姿勢制御を行いながらトンネル内の撮影を行えるため、トンネルが長距離である場合やトンネルが途中で急激に曲がっているような場合であっても使用することが可能であるという効果を有する。
【実施例２】
【００３７】
前記実施例においては、図２に示すように、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の４つの距離測定装置の測定方向は水平面と平行な面内であったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、水平よりも上方に向かって等角度で距離測定を行うようにしてもよい。この場合、平面視における第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の各測定方向と基準線Ｘとの間の角度をθ１〜θ４が等しい角度となっていれば、前記実施例１と同様の姿勢制御が可能である。
【実施例３】
【００３８】
前記実施例１及び２においては、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の４つの距離測定装置の測定結果Ａ〜Ｄに基づいて姿勢制御を行うものとして説明したが、一方のトンネル壁面１２に対して距離測定を行う第１の距離測定装置２４及び第２の距離測定装置２５の２つの距離測定装置の測定結果Ａ及びＢのみで姿勢制御を行うようにしてもよい。この場合、Ａ＞Ｂならば時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行い、Ａ＜Ｂならば反時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行う。また、Ａのみが測定不能の場合には時計回りに制御、Ｂのみが測定不能の場合には反時計回りに制御するなどして、Ａ＝Ｂとなる状態を維持するように制御することで、２つの距離測定装置の測定結果Ａ及びＢのみでも姿勢制御を行うことが可能となる。
【００３９】
前記実施例１においては、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７におけるそれぞれの測定結果Ａ〜Ｄに基づいてＡ＋Ｃ＝Ｂ＋Ｄの状態に近づくように回転用モータ１９の回転方向と回転量を制御して、トンネル内の水流方向に対して前記回転体ベースの姿勢が一定となるように制御していたが、本発明はこのような制御方法に限定されるものではない。例えば、一方側のトンネル壁面までの距離を測定する第１の距離測定装置２４及び第２の距離測定装置２５の測定結果Ａ及びＢを用いてＡ＝Ｂの状態に近づける制御と、他方側のトンネル壁面までの距離を測定する第３の距離測定装置２６及び第４の距離測定装置２７の測定結果Ｃ及びＤを用いてＣ＝Ｄの状態に近づける制御とを並列的に同時に実行するような制御であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…壁面自動追尾型水路トンネル診断装置、１１…トンネル、１２…トンネル壁面、１３…水面、１４…船体、１５…船体ベース、１６…リングレールギア、１７…保持ベアリング、１８…駆動ギア、１９…回転用モータ、２０…回転体ベース、２１ａ〜２１ｃ…撮影用カメラ、２２…電磁波送受信アンテナ、２３…透明ドーム、２４…第１の距離測定装置、２５…第２の距離測定装置、２６…第３の距離測定装置、２７…第４の距離測定装置、２８…水深測定装置、２９…撮影用照明装置、３０…ドップラー検出装置、３１…演算装置、３２…記録装置、３３…演算装置、３４…モータ駆動装置、３５…入力装置、３６…電源装置、３７…蓄電池、３８…スリップリング、４０…ボート体、４１…ビデオカメラ、４２…制御用超音波送受信アンテナ、４３…舵機構、４４…超音波送受信アンテナ、４５…巻取リール、４６…引き戻しワイヤー、４７…リモコン用制御装置、４８…ビデオカメラ用モニター、４９…水流受け部材、５０…支持枠、５１…水中ビデオカメラ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水路トンネル などの通水状態にあるトンネルにおいて停水又は減水せずにトンネル内状況を観測する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水路トンネルなどの流水状態にあるトンネルにおいては、亀裂が生じていないかなどを定期的に点検する必要がある。通常、水路トンネルの点検は、停水又は減水した上で調査員がトンネル内を移動しながら点検、記録することで行っている。この調査方法によれば詳細な点検観測が可能であるが、停水又は減水による影響が大きく停水又は減水を行うことの出来ない水路トンネルでは、調査員による点検を行うことが出来ないため、通水状態でトンネル内を点検する装置が必要とされていた。
【０００３】
通水状態においてトンネル内を撮影するための装置として、例えば、図７に示すような管路検査装置が既に提案されている（特許文献１）。この図７において、下水道管路の流下で移動するリモコン操作で作動する照明灯付きビデオカメラ４１と舵機構４３及び制御用超音波送受信アンテナ４２を搭載したボート体４０と、下水道管路入口側に超音波送受信アンテナ４２に対応する超音波送受信アンテナ４４を配設し、これに接続した前記ボート体４０の操舵とビデオカメラ撮影を制御するリモコン用制御装置４７を地上に設置し、且つ該制御装置４７にビデオカメラ用モニター４８を接続し、巻取リール４５より引き出した引き戻しワイヤー４６端をボート体４０に結ぶようにしたことで、管路検査のビデオカメラ４１の移動をボート体の流下で済むため、自走装置を備えることなく移動し、且つボート体４０自体の方向制御、ビデオカメラ４１の撮影制御を無線によってリモコン操作ができるものである。
【０００４】
他の従来技術としては、図８に示すような水路点検装置が既に提案されている（特許文献２）。この図８に示す装置は、水流の流れる水路の内壁を点検するための水路点検装置であって、水路を流れる水流を受ける水流受け部材４９と、水流受け部材４９に連結された支持枠５０と、支持枠５０に取付けられた防水性を有する水中ビデオカメラ５１とを備えてなるものであり、通水状態にあるトンネル内を撮影することを可能としている。
【特許文献１】実開平０７−４１４２４号公報
【特許文献２】特開２００９−１３６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載の管路検査装置によれば、通水状態でトンネル内を検査することが可能であるが、巻取リール４５より引き出した引き戻しワイヤー４６端をボート体４０に結ぶ構成であるため検査するトンネル距離に限界があり、また、無線通信による姿勢制御は、数１００ｍ程度の短いトンネルでしか適用できないという問題がある。
【０００６】
前記特許文献２に記載の水路点検装置は、図８に示す通り、網目の水流受け部材４９によって移動する構成であって自律した姿勢制御機構を持たない構成であるため、姿勢が崩れた場合に撮影記録結果が一様とならず、また、装置の移動距離を計測、記録しないために、点検した地点が不明であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、水路トンネルなどの通水状態にあるトンネルにおいて停水又は減水せずにトンネル内状況を観測し、かつ、自律して姿勢制御が可能な壁面自動追尾型水路トンネル診断装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１は、水流のあるトンネル内の水面に浮遊しつつ流下する船体と、この船体に水平面で回転自在に保持された回転体ベースと、前記回転体ベースに設置されトンネル内を撮影するための撮影用カメラと、前記回転体ベースに設置されトンネル壁面までの距離を測定する少なくとも２つの距離測定装置と、前記距離測定装置の各測定結果を比較演算する演算装置と、前記船体側に取り付けられ前記演算装置の出力に基づいて前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御する回転用モータとを具備したことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【０００９】
本発明の請求項２は、請求項１に加えて、２個の距離測定装置を有し、各距離測定装置は、前記回転体ベースの回転中心を通る水平面内の基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置され、２個の距離測定装置によって測定する２つの距離の値が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【００１０】
本発明の請求項３は、請求項１に加えて、一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置と、他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置とを有し、これら４個の距離測定装置の各測定結果に基づいて前記回転用モータを制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【００１１】
本発明の請求項４は、請求項３に加えて、前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置は、前記回転体ベースの回転中心を通る水平面内の基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置し、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置は、前記基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置し、これら４個の距離測定装置によって測定する４つの距離測定結果について対角線に位置する距離測定装置の距離測定結果の和が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【００１２】
本発明の請求項５は、請求項３に加えて、前記４個の距離測定装置のうち何れか１つが測定不能であった場合には、前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせと、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせのうち、測定可能であった２個の距離測定装置を含む組み合わせの測定結果のみに基づいて前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【００１３】
本発明の請求項６は、請求項１乃至５に加えて、前記回転体ベース上に、トンネルの天井又は壁面との間で所定角度で電磁波を送受信する電磁波送受信アンテナと、受信した電磁波のドップラーシフト周波数を検出するドップラー検出装置と、電磁波の送信周波数と受信した電磁波のドップラーシフト周波数とに基づいて船体の移動速度を演算する演算装置とを設けたことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、前記距離測定装置の各測定結果に基づいて前記回転用モータを制御して、トンネル内の水流方向に対して前記回転体ベースの姿勢が一定となるように制御するようにしたので、自律して姿勢制御を行うことにより安定した回転体ベース上に設けられた撮影カメラの撮影結果が一様なものとなり、良好な撮影結果が得られる。また、自然流下式を採用することにより、トンネル内の流水を停水又は減水することなく計測を行うことが可能となる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、２つの距離測定装置によって測定する２つの距離の値が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して、トンネル内の水流方向に対して前記回転体ベースの姿勢が一定となるように制御するようにしたので、自律して姿勢制御を行うことにより安定した回転体ベース上に設けられた撮影カメラの撮影結果が一様なものとなり、良好な撮影結果が得られる。また、自然流下式を採用することにより、トンネル内の流水を停水又は減水することなく計測を行うことが可能となる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、４つの距離測定装置の各測定結果に基づいて前記回転用モータを制御して、トンネル内の水流方向に対して前記回転体ベースの姿勢が一定となるように制御するようにしたので、自律して姿勢制御を行うことにより安定した回転体ベース上に設けられた撮影カメラの撮影結果が一様なものとなり、良好な撮影結果が得られる。また、自然流下式を採用することにより、トンネル内の流水を停水又は減水することなく計測を行うことが可能となる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、４つの距離測定装置によって測定する４つの距離測定結果について対角線に位置する距離測定装置の距離測定結果の和が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して、トンネル内の水流方向に対して前記回転体ベースの姿勢が一定となるように制御するようにしたので、自律して姿勢制御を行うことにより安定した回転体ベース上に設けられた撮影カメラの撮影結果が一様なものとなり、良好な撮影結果が得られる。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、前記４個の距離測定装置のうち何れか１つが測定不能であった場合には、前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせと、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせのうち、測定可能であった２個の距離測定装置を含む組み合わせの測定結果のみに基づいて前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたので、何れかの距離測定装置が測定不能となった場合であっても残りの測定結果に基づいて姿勢制御を行うことが可能となるため、より安定した姿勢制御を行うことができる。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、前記回転体ベース上に、トンネルの天井又は壁面との間で所定角度で電磁波を送受信する電磁波送受信アンテナと、受信した電磁波のドップラーシフト周波数を検出するドップラー検出装置と、電磁波の送信周波数と受信した電磁波のドップラーシフト周波数とに基づいて船体の移動速度を演算する演算装置とを設けたので、撮影カメラの撮影結果に同期させて移動速度も計測することが可能となる。このようなドップラー検出装置を有効に機能させることが出来る要因は、請求項１乃至４において回転体ベースの姿勢を一定に制御していることにある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】トンネル１１内を流れる壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０を表した平面図である。
【図２】トンネル１１内を流れる本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０を背面から見た場合の断面図（船体部分は図３におけるＥ−Ｅ線断面）である。
【図３】本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の回転体ベース２０より下方を表した平面図である。
【図４】回転体ベース２０をリングレールギア１６に固定した状態の図３におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図５】本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の構成を表したブロック図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の姿勢状態と第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の測定結果Ａ〜Ｄとの関係を表した模式図である。
【図７】従来の管路検査装置を表した模式図である。
【図８】従来の水路点検装置を表した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置は、水流のあるトンネル内の水面に浮遊しつつ流下する船体と、この船体に水平面で回転自在に保持された回転体ベースと、前記船体側に取り付けられ前記回転体ベースを回転させるための回転用モータと、前記回転体ベースに設置されトンネル内を撮影するための撮影用カメラと、前記回転体ベースに設置され一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２つの距離測定装置及び他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２つの距離測定装置とを具備してなり、前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２つの距離測定装置は、前記回転体ベースの回転中心を通る水平面内の基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定してなり、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２つの距離測定装置は、前記基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定してなり、４つの距離測定装置によって測定する４つの距離測定結果について対角線に位置する距離測定装置の距離測定結果の和が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢を一定に制御するようにしたことを特徴とするものである。以下、詳細に説明を行う。
【実施例１】
【００２２】
本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の構成について図１乃至図５に基づいて説明を行う。図１及び図２に示すように、本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０は、トンネル１１内の水面１３に浮いた上体で自然流にまかせて流れながらトンネル内を計測するものであり、大まかな構成としては、水面に浮遊する浮力を有し上部が開口した円筒形の船体１４、この船体１４に対して水平面で回転自在に設けられた回転体ベース２０、この回転体ベースに取り付けられた３つの撮影カメラ２１ａ〜２１ｃ、進行方向前方又は後方に向かって電磁波を送受信してドップラー効果を利用して船体の移動速度を測定するための電磁波送受信アンテナ２２、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃ及び電磁波送受信アンテナ２２を保護するための透明ドーム２３、回転体ベース２０の外周に設けられトンネル壁面１２までの距離を測定する第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７によって構成されている。
【００２３】
次に、回転体ベース２０の設置について図３及び図４に基づいて説明する。先ず、円筒形の船体１４の内側に船体ベース１５が固定される。この船体ベース１５の上に、リングレールギア１６が、船体ベース１５に固定された４つの保持ベアリング１７によって保持されており、この円形リング状のリングレールギア１６の中心は円筒形の船体１４の中心軸と重なるように設置されている。このリングレールギア１６のギア部分に駆動ギア１８がかみ合わされており、この駆動ギア１８を船体ベース１５に固定された回転用モータ１９で駆動させることで、リングレールギア１６を水平面で回転自在に設置している。このリングレールギア１６に回転体ベース２０を固定している。回転体ベースは、円筒形の船体１４の上部の開口部に蓋をするようにして同径の円板によって構成されており、前記リングレールギア１６の中心点と回転体ベースの中心が重なるようにして両者を固定する。
【００２４】
図５に示すのは、本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の詳細な構成を表したブロック図である。回転体ベース２０の上には、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃによって撮影された映像を記録する記録装置３２を備えている。撮影に際しては、撮影用照明装置２９が利用される。また、電磁波送受信アンテナ２２によって受信した電磁波のドップラー効果を検出して壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の移動速度を検出するドップラー検出装置３０と、検出した移動速度に基づいて壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０の移動距離を演算する演算装置３１を備えており、演算の結果得られた移動距離も記録装置３２において記録する。
【００２５】
また、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７におけるそれぞれの測定結果に基づいて、姿勢制御のために回転用モータ１９の回転方向と回転量を演算する演算装置３３を備えており、この演算結果に基づいて、モータ駆動装置３４からスリップリング３８を介して回転用モータ１９を制御する。ここで、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７としては、例えば、赤外線を利用した距離測定装置が利用される。
【００２６】
これらの各構成に対しては電源装置３６から電源が供給されており、また、初期設定など各種の入力を行うための入力装置３５を備えている。電気的に導通させるためのスリップリング３８を介して船体ベース１５側に固定された蓄電池３７から電源が供給され、蓄電池３７からの電源によって回転用モータ１９を駆動させ、また、船体１４の底部に設置された水深測定装置２８を駆動させる。水深測定装置２８による測定結果は、スリップリング３８を介して回転体ベース２０側の記録装置３２に記録される。
【００２７】
第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の設置位置、及び、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃの設置位置について説明を行う。先ず、回転体ベース２０の平面上を通りかつ回転体ベース２０の回転中心を通る基準線をＸとしたときに、第１の距離測定装置２４と第２の距離測定装置２５は、平面視において基準線Ｘに対して線対称の位置に配置され、第３の距離測定装置２６と第４の距離測定装置２７も、平面視において基準線Ｘに対して線対称の位置に配置される。また、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の各測定方向と基準線Ｘとの間の角度をθ１〜θ４としたとき、これらの角度は各測定装置において調整可能なものであり、θ１〜θ４は等しい角度とすることが望ましい。本発明は、前記基準線Ｘがトンネル壁面１２に対して垂直となる状態を基本姿勢とし、基本姿勢の状態において最も撮影結果が良好となるように撮影カメラ２１ａ〜２１ｃを設置してある。なお、撮影カメラの個数を３つとしたのはあくまで一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２８】
次に、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７におけるそれぞれの測定結果に基づく姿勢制御の方法について説明を行う。ここで、第１の距離測定装置２４によって測定したトンネル壁面１２までの距離をＡ、第２の距離測定装置２５によって測定したトンネル壁面１２までの距離をＢ、第３の距離測定装置２６によって測定したトンネル壁面１２までの距離をＣ、第４の距離測定装置２７によって測定したトンネル壁面１２までの距離をＤとする。各距離測定装置による測定を同時に行いＡ〜Ｄの値を得て、対角線上に位置する第１の距離測定装置２４と第３の距離測定装置２６における測定結果の和Ａ＋Ｃの値と、対角線上に位置する第２の距離測定装置２５と第４の距離測定装置２７における測定結果の和Ｂ＋Ｄの値を比較することで、現在の姿勢状態を判別して、回転用モータ１９の回転方向と回転量を演算装置３３において演算する。
【００２９】
具体的には、例えば、図６（ａ）に示すように基本姿勢から平面視において反時計回りに姿勢がずれた状態にある場合、Ａ＋Ｃ＞Ｂ＋Ｄとなるため、このような場合には、平面視において時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように回転用モータ１９の回転方向を決定する。また、回転用モータ１９の回転量については、例えば、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の値の大きさに比例して回転量が大きくなるように制御することもできる。
逆に、基本姿勢から平面視において時計回りに姿勢がずれた状態にある場合、Ａ＋Ｃ＜Ｂ＋Ｄとなるため、このような場合には、平面視において反時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行う。
【００３０】
次に、図６（ｂ）に示すように、基本姿勢から平面視において反時計回りに大きく姿勢がずれた状態にある場合、トンネル壁面１２までの距離が離れ過ぎてしまうことが原因で第１の距離測定装置２４による測定結果Ａと第３の距離測定装置２６による測定結果Ｃが測定できない場合がある。このように、Ａ及びＣが測定不能な場合には、平面視において時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行う。逆に、Ｂ及びＤが測定不能な場合には、平面視において反時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行う。
【００３１】
また、Ａ〜Ｄのうちの１つの距離のみが測定不能となる場合も考えられる。このような場合、Ａ、Ｂの組み合わせ、又は、Ｃ、Ｄの組み合わせの何れか一方の組み合わせのみで姿勢制御を行うようにする。例えば、Ｃのみが測定不能である場合には、ＡとＢの組み合わせで比較を行い、Ａ＞Ｂならば時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行い、Ａ＜Ｂならば反時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行う。
【００３２】
以上のようにして、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７におけるそれぞれの測定結果Ａ〜Ｄに基づいてＡ＋Ｃ＝Ｂ＋Ｄの状態に近づくように回転用モータ１９の回転方向と回転量を制御することで、前記基準線Ｘがトンネル壁面１２に対して垂直となる状態を維持するように姿勢制御が働き、結果として撮影カメラ２１ａ〜２１ｃによる撮影結果を一様なものとすることが可能となる。なお、図６（ｃ）に示すように、トンネル１１の中央を進まずに一方のトンネル壁面１２側に近づいて移動していたとしても、距離測定の結果がＡ＋Ｃ＝Ｂ＋Ｄという状態である場合には、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃによる撮影結果は一様なものとなり、良好な撮影結果を得られる。
【００３３】
次に、船体１４の移動速度の測定方法について説明する。移動速度の測定は、電磁波送受信アンテナ２２から送信される電磁波のドップラー効果を利用して測定する。電磁波送受信アンテナ２２は、平面視において前記基準線Ｘと直交する方向で、かつ、鉛直よりも斜め前方又は後方に角度φ（例えば、６０°）で電磁波が送信されるように設置される。トンネル１１の天井によって反射された電磁波を電磁波送受信アンテナ２２で受信してドップラーシフト周波数ｆｂをドップラー検出装置３０において検出する。ここで、発振信号周波数をｆｏ、空中の電磁波伝播速度をｃ、船体１４の移動速度をｖとすると、ドップラーシフト周波数ｆｂとの関係は以下の数式で表すことができる。
【００３４】
また、鉛直よりも斜め前方に角度φで電磁波を送受信している関係から、上記の数式のドップラーシフト周波数ｆｂにはｓｉｎφの係数を乗ずる必要があり、これらに基づいて船体１４の移動速度ｖを演算装置３１において求める。例えば、鉛直よりも斜め前方に角度６０°で電磁波を送受信している場合には、係数は約０．８６６となる。このようにして求めた船体１４の移動速度ｖから船体１４の移動距離を算出して経過時間と共に記録装置３２に記録していく。
なお、電磁波送受信アンテナ２２での電磁波の送受信は、トンネル１１の天井との間で行う場合に限られるものではなく、トンネル壁面１２との間で電磁波の送受信を行ってドップラーシフト周波数ｆｂを得るようにすることも可能である。
【００３５】
以上のような機能を備えた壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０を使用する際の手順を説明する。先ず、計測を開始するスタート地点において、入力装置３５による操作によって、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃによる撮影、水深測定装置２８による水深測定、電磁波送受信アンテナ２２を用いた移動速度の測定、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７によるトンネル壁面までの距離の測定等を開始し、トンネル１１の水面１３に浮遊させて自然に流下させる。壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０は、撮影映像と各種の測定データを同期させながら記録装置３２に記録してゆく。これを回収地点において回収するまで継続して、回収後に測定を終了する。途中、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７によるトンネル壁面までの距離Ａ〜Ｄの測定とこれに基づく姿勢制御とを繰り返し行うことによって、基準線Ｘがトンネル壁面１２に対して垂直となる状態を常に保つように制御されるため、撮影カメラ２１ａ〜２１ｃによる撮影結果が一様なものとなる。
【００３６】
このように、本発明による壁面自動追尾型水路トンネル診断装置１０は、推力機構や舵機構を持たず自然流の流れにまかせて使用するものであって、トンネル内の流水を停水又は減水することなく使用できるという効果を有し、スタート地点から流下させた後は、回収地点で回収するまで自律的に姿勢制御を行いながらトンネル内の撮影を行えるため、トンネルが長距離である場合やトンネルが途中で急激に曲がっているような場合であっても使用することが可能であるという効果を有する。
【実施例２】
【００３７】
前記実施例においては、図２に示すように、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の４つの距離測定装置の測定方向は水平面と平行な面内であったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、水平よりも上方に向かって等角度で距離測定を行うようにしてもよい。この場合、平面視における第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の各測定方向と基準線Ｘとの間の角度をθ１〜θ４が等しい角度となっていれば、前記実施例１と同様の姿勢制御が可能である。
【実施例３】
【００３８】
前記実施例１及び２においては、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７の４つの距離測定装置の測定結果Ａ〜Ｄに基づいて姿勢制御を行うものとして説明したが、一方のトンネル壁面１２に対して距離測定を行う第１の距離測定装置２４及び第２の距離測定装置２５の２つの距離測定装置の測定結果Ａ及びＢのみで姿勢制御を行うようにしてもよい。この場合、Ａ＞Ｂならば時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行い、Ａ＜Ｂならば反時計回りの方向に回転体ベース２０が回転するように姿勢制御を行う。また、Ａのみが測定不能の場合には時計回りに制御、Ｂのみが測定不能の場合には反時計回りに制御するなどして、Ａ＝Ｂとなる状態を維持するように制御することで、２つの距離測定装置の測定結果Ａ及びＢのみでも姿勢制御を行うことが可能となる。
【００３９】
前記実施例１においては、第１の距離測定装置２４〜第４の距離測定装置２７におけるそれぞれの測定結果Ａ〜Ｄに基づいてＡ＋Ｃ＝Ｂ＋Ｄの状態に近づくように回転用モータ１９の回転方向と回転量を制御して、トンネル内の水流方向に対して前記回転体ベースの姿勢が一定となるように制御していたが、本発明はこのような制御方法に限定されるものではない。例えば、一方側のトンネル壁面までの距離を測定する第１の距離測定装置２４及び第２の距離測定装置２５の測定結果Ａ及びＢを用いてＡ＝Ｂの状態に近づける制御と、他方側のトンネル壁面までの距離を測定する第３の距離測定装置２６及び第４の距離測定装置２７の測定結果Ｃ及びＤを用いてＣ＝Ｄの状態に近づける制御とを並列的に同時に実行するような制御であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…壁面自動追尾型水路トンネル診断装置、１１…トンネル、１２…トンネル壁面、１３…水面、１４…船体、１５…船体ベース、１６…リングレールギア、１７…保持ベアリング、１８…駆動ギア、１９…回転用モータ、２０…回転体ベース、２１ａ〜２１ｃ…撮影用カメラ、２２…電磁波送受信アンテナ、２３…透明ドーム、２４…第１の距離測定装置、２５…第２の距離測定装置、２６…第３の距離測定装置、２７…第４の距離測定装置、２８…水深測定装置、２９…撮影用照明装置、３０…ドップラー検出装置、３１…演算装置、３２…記録装置、３３…演算装置、３４…モータ駆動装置、３５…入力装置、３６…電源装置、３７…蓄電池、３８…スリップリング、４０…ボート体、４１…ビデオカメラ、４２…制御用超音波送受信アンテナ、４３…舵機構、４４…超音波送受信アンテナ、４５…巻取リール、４６…引き戻しワイヤー、４７…リモコン用制御装置、４８…ビデオカメラ用モニター、４９…水流受け部材、５０…支持枠、５１…水中ビデオカメラ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流のあるトンネル内の水面に浮遊しつつ流下する船体と、この船体に水平面で回転自在に保持された回転体ベースと、前記回転体ベースに設置されトンネル内を撮影するための撮影用カメラと、前記回転体ベースに設置されトンネル壁面までの距離を測定する少なくとも２つの距離測定装置と、前記距離測定装置の各測定結果を比較演算する演算装置と、前記船体側に取り付けられ前記演算装置の出力に基づいて前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御する回転用モータとを具備したことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【請求項２】
２個の距離測定装置を有し、各距離測定装置は、前記回転体ベースの回転中心を通る水平面内の基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置され、２個の距離測定装置によって測定する２つの距離の値が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【請求項３】
一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置と、他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置とを有し、これら４個の距離測定装置の各測定結果に基づいて前記回転用モータを制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【請求項４】
前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置は、前記回転体ベースの回転中心を通る水平面内の基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置し、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置は、前記基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置し、これら４個の距離測定装置によって測定する４つの距離測定結果について対角線に位置する距離測定装置の距離測定結果の和が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする請求項３記載の壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【請求項５】
前記４個の距離測定装置のうち何れか１つが測定不能であった場合には、前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせと、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせのうち、測定可能であった２個の距離測定装置を含む組み合わせの測定結果のみに基づいて前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする請求項３記載の壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【請求項６】
前記回転体ベース上に、トンネルの天井又は壁面との間で所定角度で電磁波を送受信する電磁波送受信アンテナと、受信した電磁波のドップラーシフト周波数を検出するドップラー検出装置と、電磁波の送信周波数と受信した電磁波のドップラーシフト周波数とに基づいて船体の移動速度を演算する演算装置とを設けたことを特徴とする請求項１乃至５記載の壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【請求項１】
水流のあるトンネル内の水面に浮遊しつつ流下する船体と、この船体に水平面で回転自在に保持された回転体ベースと、前記回転体ベースに設置されトンネル内を撮影するための撮影用カメラと、前記回転体ベースに設置されトンネル壁面までの距離を測定する少なくとも２つの距離測定装置と、前記距離測定装置の各測定結果を比較演算する演算装置と、前記船体側に取り付けられ前記演算装置の出力に基づいて前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御する回転用モータとを具備したことを特徴とする壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【請求項２】
２個の距離測定装置を有し、各距離測定装置は、前記回転体ベースの回転中心を通る水平面内の基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置され、２個の距離測定装置によって測定する２つの距離の値が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【請求項３】
一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置と、他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置とを有し、これら４個の距離測定装置の各測定結果に基づいて前記回転用モータを制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【請求項４】
前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置は、前記回転体ベースの回転中心を通る水平面内の基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置し、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置は、前記基準線に対して平面視において線対称な方向にそれぞれ距離測定をするように角度設定して設置し、これら４個の距離測定装置によって測定する４つの距離測定結果について対角線に位置する距離測定装置の距離測定結果の和が等しくなるように前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする請求項３記載の壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【請求項５】
前記４個の距離測定装置のうち何れか１つが測定不能であった場合には、前記一方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせと、前記他方側のトンネル壁面までの距離を測定する２個の距離測定装置の組み合わせのうち、測定可能であった２個の距離測定装置を含む組み合わせの測定結果のみに基づいて前記回転用モータの回転方向及び回転量を制御して前記回転体ベースの姿勢をトンネル内の水流方向に制御するようにしたことを特徴とする請求項３記載の壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【請求項６】
前記回転体ベース上に、トンネルの天井又は壁面との間で所定角度で電磁波を送受信する電磁波送受信アンテナと、受信した電磁波のドップラーシフト周波数を検出するドップラー検出装置と、電磁波の送信周波数と受信した電磁波のドップラーシフト周波数とに基づいて船体の移動速度を演算する演算装置とを設けたことを特徴とする請求項１乃至５記載の壁面自動追尾型水路トンネル診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１３５９５（Ｐ２０１２−１３５９５Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５１６７８（Ｐ２０１０−１５１６７８）
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（５０１２０３３４４）独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 (827)
【出願人】（０００２３０９７３）日本工営株式会社 (39)
【出願人】（０００２２８８１１）日本シビックコンサルタント株式会社 (8)
【出願人】（３９４０１９３７０）株式会社ウオールナット (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（５０１２０３３４４）独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 (827)
【出願人】（０００２３０９７３）日本工営株式会社 (39)
【出願人】（０００２２８８１１）日本シビックコンサルタント株式会社 (8)
【出願人】（３９４０１９３７０）株式会社ウオールナット (1)
【Ｆターム（参考）】
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