レーザースキャナによるトンネル変位計測
「3Dマッチ®」
3Dレーザースキャナによるトンネル変位計測システム
山岳トンネルでは、安全上、切羽周辺の地山を監視することが非常に重要です。通常の変位計測では、切羽に3～5箇所のターゲットを設置して、光波測定器により測定点の変位量を測定しますが、この手法では、トンネル全体の面的挙動を正確に把握することはできません。また、3Dレーザースキャナで面的にトンネル壁面の形状を計測する手法では、面上の任意の点が時間経過とともにどのくらい変位したかを捉えることはできませんでした。
そこで鹿島は、画像処理技術を用いて、3Dレーザースキャナによる測定結果から変位量を算出できる計測システム「3Dマッチ」を開発しました。
特許登録済
第43回岩盤力学に関するシンポジウム 優秀講演論文賞 2015年1月
3Dマッチメイン画面
- キーワード
- 3Dレーザースキャナ、テンプレートマッチング、画像処理、計測、山岳トンネル
システムの概要
3Dマッチは、構造物の形状を面的に測定できる3Dレーザースキャナと、面の凹凸などの特徴を認識する画像処理技術（テンプレートマッチング）を組み合わせたもので、これまで3～5箇所の限られた測定点で計測していたトンネルの変位を、無数のターゲットで測定したかのように、面的に捉えることが可能になりました。
テンプレートマッチングとは、画像の中から特定のパターンを検出しマッチングする技術で、防犯やセキュリティ管理の分野で、人物特定の技術として応用が進んでいます。
レーザースキャナで取得した画像を用いて、変形前後のトンネル壁面の微細な凹凸のパターンを探し出しマッチングすることで、任意の点が時間経過とともにどのくらい変位しているのかを面的にかつ精度よく把握することができます。
3Dマッチ測定風景
測定器（3Dレーザースキャナ）
テンプレートマッチングを用いた任意点の追跡方法
システムの特長
切羽だけでなく壁面などの周辺も高精度に把握
本システムを初適用した三遠南信小嵐トンネル調査坑工事では、切羽及び切羽周辺の変位を高精度かつ面的に捉えられることを確認しました。
周辺壁面の測定結果
切羽崩落等の安全性の確保
時間経過とともに面的に変位を把握することができるため、断層に起因する大変位や局所変位の発生の予兆を捉えることができ、安全対策を講じるための判断に使用することができます。
切羽変位計測結果（奥行方向変位）
適用実績
三遠南信小嵐トンネル 調査坑工事
場所：長野県飯田市
工期：2014年1月～2017年3月
発注者：国土交通省中部地方整備局
規模：工事延長L=1,810m
学会論文発表実績
- 「山岳トンネルにおける定点追尾システムを利用した3Dスキャナ変位計測」土木学会第68回年次学術講演会，2013年
- 「3Dレーザースキャナ変位計測『3Dマッチ』」しこくNo.92，2014年1月
- 「トンネルを支える計測技術『3Dマッチ』」土木技術Vol.69，No.11，2014年11月
- 「3Dレーザースキャナと画像処理技術を用いた変位計測システムの開発」第43回岩盤力学に関するシンポジウム講演集，2015年
- 「3Dレーザースキャナ変位計測システム『3Dマッチ』」建設機械Vol.51，No.7，2015年7月