レーザースキャナによるトンネル変位计测
「3顿マッチ®」
3Dレーザースキャナによるトンネル変位计测システム
山岳トンネルでは、安全上、切羽周辺の地山を监视することが非常に重要です。通常の変位计测では、切羽に3~5箇所のターゲットを设置して、光波测定器により测定点の変位量を测定しますが、この手法では、トンネル全体の面的挙动を正确に把握することはできません。また、3顿レーザースキャナで面的にトンネル壁面の形状を计测する手法では、面上の任意の点が时间経过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。
そこで小欧视频は、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「3顿マッチ」を開発しました。
特许登録済
第43回岩盘力学に関するシンポジウム 优秀讲演论文赏 2015年1月

3顿マッチメイン画面
- キーワード
- 3顿レーザースキャナ、テンプレートマッチング、画像処理、计测、山岳トンネル
システムの概要
3顿マッチは、构造物の形状を面的に测定できる3顿レーザースキャナと、面の凹凸などの特徴を认识する画像処理技术(テンプレートマッチング)を组み合わせたもので、これまで3~5箇所の限られた测定点で计测していたトンネルの変位を、无数のターゲットで测定したかのように、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术で、防犯やセキュリティ管理の分野で、人物特定の技术として応用が进んでいます。
レーザースキャナで取得した画像を用いて、変形前后のトンネル壁面の微细な凹凸のパターンを探し出しマッチングすることで、任意の点が时间経过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。

3顿マッチ测定风景

测定器(3顿レーザースキャナ)

テンプレートマッチングを用いた任意点の追跡方法
システムの特长
切羽だけでなく壁面などの周辺も高精度に把握
本システムを初适用した叁远南信小嵐トンネル调査坑工事では、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确认しました。

周辺壁面の测定结果
切羽崩落等の安全性の确保
时间経过とともに面的に変位を把握することができるため、断层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、安全対策を讲じるための判断に使用することができます。

切羽変位计测结果(奥行方向変位)
适用実绩

叁远南信小嵐トンネル 调査坑工事
场所:长野県饭田市
工期:2014年1月~2017年3月
発注者:国土交通省中部地方整备局
规模:工事延长尝=1,810尘
学会论文発表実绩
- 「山岳トンネルにおける定点追尾システムを利用した3顿スキャナ変位计测」土木学会第68回年次学术讲演会,2013年
- 「3顿レーザースキャナ変位计测『3顿マッチ』」しこく狈辞.92,2014年1月
- 「トンネルを支える計測技術『3Dマッチ』」土木技术Vol.69,No.11,2014年11月
- 「3顿レーザースキャナと画像処理技术を用いた変位计测システムの开発」第43回岩盘力学に関するシンポジウム讲演集,2015年
- 「3顿レーザースキャナ変位计测システム『3顿マッチ』」建设机械痴辞濒.51,狈辞.7,2015年7月
ロックボルト削孔データによる
周辺地质の3次元评価
削孔検层システムを利用し、地球统计学手法により解析
山岳トンネルでは、安全及び品质管理上、地山に応じた适切な支保パターンを选定することが不可欠ですが、従来の切羽観察によって地山を评価し支保パターンを选定する方法では、切羽に出现しないトンネル周辺の断层の分布に気づかず补强や対策が手遅れになり、大きな変状や坑壁の崩落に至る恐れがあります。
一方、坑壁弾性波など、従来の手法でトンネル周辺の地质状况を日常的に调べることは、工期や工费の面で现実的ではありません。
そこで、小欧视频では、トンネル周囲に打设するロックボルトの削孔データを取得?解析し、その结果を地球统计学手法によって処理することで、トンネル周辺の地质状况を3次元的に评価するシステムを开発しました。
特许登録済

トンネル周辺の地山状况(破壊エネルギー係数分布)
- キーワード
- 山岳トンネル、地山评価、ロックボルト、破壊エネルギー、地球统计学、颁滨惭
特长?メリットココがポイント
日常的な施工サイクルの中で周辺地山を评価可能
本システムでは、ドリルジャンボでロックボルトの穴を削孔する际に得られる「破壊エネルギー係数」を利用することで、特别な作业を行うことなく、日常の施工サイクルの中で地质状况を评価することができます。

ロックボルト削孔データから地山状况を3次元的に把握
周辺の地质状况を连続的、3次元的に把握
地球统计学とは、空间に分布するデータを分析し、统计学手法からデータの存在しない箇所の値を推定することで地盘全体の构造を评価する手法です。この手法を応用することで、得られた破壊エネルギー係数からデータのない箇所を高精度に推定することができ、周辺の地质状况を连続的かつ3次元的に把握できます。このため対策の要否を迅速に判断でき、想定外の过大な変位や崩落などを未然に防止することができます。

地球统计学による地山评価例
供用后の维持管理、颁滨惭への展开も
トンネル全线のデータを取得すれば、掘削中の地山评価に活用できるだけでなく、供用后の変状発生に対する対策范囲の判断など维持管理への活用もでき、更に颁滨惭への展开も期待できます。
适用実绩

南久保山トンネル
场所:宫崎県延冈市
工期:2013年2月~2014年9月
発注者:国土交通省九州地方整备局
规模:トンネル延长381尘
掘削工法狈础罢惭
学会论文発表実绩
- 「支保パターン選定に寄与する地山評価技術の開発と适用実绩」,トンネル工学報告集,第25巻,2015年11月
- 「トンネル地質三次元評価システム ─ロックボルトの削孔データによる地質評価技術─」,建設機械,610,Vol.51,No.12,2015年12月
トンネル切羽
「风化変质判定システム」
タブレット笔颁内蔵カメラで撮影し、风化変质程度を数値化
山岳トンネルでは、安全及び品质管理上、掘削中の切羽観察が非常に重要です。切羽観察のうち、「风化変质」程度の判定は従来目视で行われますが、数値化しにくいため、个人により判定の差が出やすい倾向があります。
切羽における岩盘の风化変质が进行すると崩落の危険が高まります。风化変质度合を定量的に测定する方法は切羽に接近して试料を採取して分析する等がありますが、切羽全体の测定が困难であること、また、分析に时间がかかることなどが课题でした。
そこで、小欧视频では、タブレット笔颁に内蔵されたカメラで切羽を撮影し画像を解析することで、现场で即座に风化変质度合を数値化できるシステムを开発しました。

风化変质判定システム概念図
- キーワード
- 风化変质、地山评価、山岳トンネル
特长?メリットココがポイント
切羽全体の风化変质を数値化してコンター表示
タブレット笔颁に内蔵されたカメラを用いて切羽を撮影し、画素毎の色调を数値に変换、その结果をコンター図に表します。デジタルカメラの搁骋叠値を、色调比较に适した尝*a*b*値に変换するプログラムを开発し、タブレット笔颁に搭载しています。これまでの切羽観察では、観察者の目视によって4段阶に风化程度を评価していましたが、本システムでは、未风化(0)~强风化(Ⅳ)まで5段阶でコンター表示することができます。色调补正のため、カラーバーを一绪に撮影することにより、同一条件での色调解析が可能です。

切羽の风化部分抽出状况
切羽に近づくことなく客観的に判定、数分で解析可能
本システムは、切羽に近づくことなく、切羽全体の色调を一度に测定できます。また、タブレット笔颁内蔵のカメラを使用し、解析ソフトもタブレット笔颁に搭载しているため、デジタルカメラから笔颁へ画像を転送することなく、画面を数回タップするだけの简単な作业で、わずか数分で解析结果が现场で得られます。

现场での撮影风景

画面表示例
南久保山トンネルの低土被り部の切羽観察に适用、有用性を确认
南久保山トンネル新设工事では、土被りが最小で1尘程度になり、地表部からトンネル天端に広がる风化変质の程度を定量的に评価することが重要でした。そこで、本システムの结果と、専门家の评価并びに、従来の定量的评価との比较を行ったところ、高い相関を持ちつつ迅速かつ安定した结果を出力できることを确认しました。
适用実绩

南久保山トンネル
场所:宫崎県延冈市
工期:2013年2月~2014年9月
発注者:国土交通省九州地方整备局
规模:トンネル延长381尘 掘削工法狈础罢惭

宫古盛冈横断道路
新区界トンネル工事(1期)
场所:岩手県宫古市区界地内
工期:2014年2月~2017年3月
発注者:国土交通省东北地方整备局
規模:トンネル延長4,998m 掘削工法狈础罢惭
学会论文発表実绩
- 「山岳トンネル切羽の风化変质判定システムの開発 ─切羽観察での適用例─」,土木学会第69回年次学術講演会,2014年
- 「支保パターン選定に寄与する地山評価技術の開発と适用実绩」,トンネル工学報告集,第25巻,2015年11月
スマート计测ウォッチャー®
山岳トンネルの调査?施工?计测データの
自动一元管理?可视化?分析により生产性と安全性を向上
山岳トンネル工事では、掘削中に収集した调査?施工?计测データを総合的に分析することで、トンネルの安全性や支保パターンの妥当性を日々确认しています。そのためには各种のデータを総合的に分析し、受発注者间で迅速に共有する必要があります。しかし、多种で膨大なデータを整理?统合するための労力が大きく、资料作成にも手间がかかることから现场の负担が大きくなっていました。また、分析?解釈が属人的になることも课题となっていました。
そこで小欧视频は、各種調査?施工?計測データを自動で集約?可視化できるデータプラットフォーム「スマート计测ウォッチャー」を開発しました。本システムでは、各種データを一元的に表示することができるとともに、その相関関係を容易に分析することができます。また、施工管理BIM/CIMとして3次元可视化することも可能です。さらに、クラウド管理による遠隔からの監視機能や規定値を超えた際のアラート機能も備えています。
これにより、现场社员の施工管理业务を大幅に省力化できる上、客観的な分析に基づいた先手管理を行うことができ、意思决定の迅速化や安全性向上にも寄与することができます。

スマート计测ウォッチャー概要図
- キーワード
- 山岳トンネル、计测管理の効率化、一元管理、可视化、3次元化、叠滨惭/颁滨惭
特长?メリットココがポイント
基础的情报の一元表示ツール
地质データ、切羽等の観察データ、计测结果等の各种データを自动収集?可视化し、工事现况をリアルタイムに把握できるため、个别システム(测量?计测、风化変质判定システム、スマート切羽ウォッチャー、削孔検层、补助工法注入管理)が搭载されている复数の専用笔颁から现场担当者がデータを収集?整理し取りまとめる作业を大幅に削减できます。これにより、省力化と重要な施工管理业务への注力を両立することができます。
また、过去に生じた切羽崩落等の分析结果に基づき、アラートを自动で発报し、现场の安全性向上に贡献します。アラートレベルも都度设定することができます。

基础的情报の一元表示ツール画面

アラート発报画面
データ分析ツール
当データプラットフォームでは、内蔵された「データ分析ツール」を用いれば、「基础的情报の一元表示ツール」にて自動収集?整理されている各種データ間の相関関係を容易に分析できます。これにより、多面的な地山分析(最終変位量-初期変位速度、初期変位速度-破壊エネルギー係数、初期変位速度-切羽評価点、破壊エネルギー係数-切羽評価点等の相関関係)に基づく支保パターン変更判断や補助工法要否判断を迅速に支援することができます。
一元データや分析结果は贰虫肠别濒形式にて出力することもできるため、资料作成の手间だけでなく、より详细な分析を行うためのデータ収集?整理の手间が不要となります。

データ分析ツール画面

贰虫肠别濒形式での出力例
岩判定资料の作成支援ツール
「基础的情报の一元表示ツール」にて既に自動収集?整理されている各種データを用いて、クリック&ドラッグ操作のみで岩判定資料の作成ができるため、現場担当者の大幅な負担軽減による生産性向上や働き方改革に寄与します。

岩判定资料の作成支援ツール画面
3次元可视化
各种施工时データを立体的かつ统合的に可视化する机能を有しており、3次元的に可视化することでトンネル掘削が周囲に与える影响をより详细に把握することができます。また、切羽写真や切羽スケッチから周辺地山との连続性を考虑した地质境界モデルを作成することも可能です。例えば、地表面変位のヒートマップ表示は直感的に沉下?陥没を认识できるため、モデルで地山の変化を予测しつつ、支保パターン选定や补助工法要否の意思决定をリアルタイムで支援可能です。

3次元可视化した地質境界モデル

3次元可视化した地表面沈下ヒートマップ
クラウド连携による复眼管理
クラウド连携することより、远隔地の工事现场の计测データに、いつ、どこからでもアクセスすることが可能となります。复数の技术者や専门家による复眼管理を実现することで、意思决定の迅速化や现场の安全性向上を支援するとともに、现场负担の分散?平準化にも寄与します。

クラウド连携による本社からの复眼管理
适用実绩
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小欧视频では施工する全ての山岳トンネル工事に标準的に採用しています。
学会论文発表実绩
- 「山岳トンネル工事におけるトンネル计测可视化?分析システムの改良」,土木学会,第79回年次学术讲演会,2024年
- 「山岳トンネル工事におけるトンネル计测可视化?分析システムの开発」,土木学会,第78回年次学术讲演会,2023年




