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JPH0723850B2 - Tunnel inner surface property detector - Google Patents

Tunnel inner surface property detector

Info

Publication number
JPH0723850B2
JPH0723850B2 JP10432786A JP10432786A JPH0723850B2 JP H0723850 B2 JPH0723850 B2 JP H0723850B2 JP 10432786 A JP10432786 A JP 10432786A JP 10432786 A JP10432786 A JP 10432786A JP H0723850 B2 JPH0723850 B2 JP H0723850B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tunnel
wall surface
laser beam
data
vehicle
Prior art date
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Expired - Fee Related
Application number
JP10432786A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62261008A (en
Inventor
幸一 島津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP10432786A priority Critical patent/JPH0723850B2/en
Publication of JPS62261008A publication Critical patent/JPS62261008A/en
Publication of JPH0723850B2 publication Critical patent/JPH0723850B2/en
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Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、導水路、道路、鉄道等に用いられるトンネ
ルの壁面に発生した凹凸、クラック(ひび割れ)および
クラック沿いのくい違い(段差)、摩耗等の欠陥を的確
に検出するトンネル内面性状検出装置に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention is directed to unevenness, cracks (cracking) and crevices (steps) along the cracks generated on the wall surface of tunnels used for headraces, roads, railways, etc. The present invention relates to a tunnel inner surface property detecting device for accurately detecting defects such as wear.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

水路トンネルの多くは建設後にすでに約50年を経て老朽
化し、破壊などの事故が起きた場合は電力の供給支障を
およぼし、公衆に与える影響は大きい。また道路および
鉄道などのトンネルについても老朽化が進んでおり、破
壊などの事故が起きた場合は人命にかかわる危険性をは
らんでいる。このような中で、トンネルの点検、調査の
重要性はきわめて高い。
Many of the waterway tunnels have deteriorated about 50 years after construction, and if an accident such as destruction occurs, it will hinder the power supply and have a great impact on the public. In addition, tunnels such as roads and railroads are aging, and if an accident such as destruction occurs, there is a risk of human life. Under such circumstances, inspection and inspection of tunnels are extremely important.

ところで、従来から一般に行なわれているトンネル壁面
の凹凸、クラック、くい違いおよび摩耗等の欠陥の検出
方法としては、数人の点検者がトンネル内に入り暗中で
電灯など光を壁面にあてて巡視しながらスケッチするあ
るいは写真撮影する等目視確認によるものが主体であっ
た。
By the way, as a conventional method for detecting defects such as unevenness, cracks, crosses, and wear on the tunnel wall surface, several inspectors entered the tunnel in the dark and lit the wall with light such as electric lights. However, it was mainly done by visual confirmation such as sketching or taking a picture.

また、他の検出方法としては、例えば特開昭60−49260
号公報に示されるように、トンネルライニング内面に超
音波送受信センサを密着させて超音波を発信し、ライニ
ング外面からの反射波を受信するまでの伝播時間を計測
することにより、トンネルライニングの強度や寸法を推
定する方法がある。
Other detection methods include, for example, JP-A-60-49260.
As shown in the publication, the ultrasonic transmission / reception sensor is closely attached to the inner surface of the tunnel lining to emit ultrasonic waves, and by measuring the propagation time until the reflected wave from the outer surface of the lining is received, the strength of the tunnel lining and the There is a way to estimate the dimensions.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、前述の目視確認による方法は、点検者の
経験年数や主観の差等により人によってその判断が異な
り、また暗中での目視確認であるため見落しが多く、さ
らにトンネルが長い場合にあっては点検者を増員する等
多くの労力が必要となるという様々の問題点があった。
However, the above-mentioned visual confirmation method has different judgments depending on the person depending on the number of years of experience of the inspector and differences in subjectivity, etc. Had various problems such as requiring a lot of labor such as increasing the number of inspectors.

また、前述の超音波による方法は、その主旨はライニン
グの強度、寸法を推定するための方法であり、この方法
をトンネルの内面性状検出に適用するようにしても次の
ような問題点が発生すると考えられる。すなわち、この
超音波法では超音波送受信センサをライニング内面に密
着させる必要があるため、トンネル全域を計測するため
に該超音波送受信センサをトンネル円周方向に沿って回
動し、かつ前進しようとすると、計測に多大な時間を要
するという不都合がある。また、通常、トンネルの壁面
はコンクリートで形成されているが、コンクリート内で
の超音波伝搬特性は鉄鋼などに比べ非常に悪くなるた
め、この超音波による方法をトンネルの性状検出に適用
した場合、計測精度が悪くなり、さらに、この計測精度
は壁面の凹凸による前記センサの接触状態の変動によっ
ても左右されるという問題点がある。
In addition, the above-mentioned method using ultrasonic waves is intended to estimate the strength and size of the lining, and the following problems occur even if this method is applied to the detection of the inner surface properties of tunnels. It is thought that. That is, in this ultrasonic method, since it is necessary to bring the ultrasonic transmission / reception sensor into close contact with the inner surface of the lining, the ultrasonic transmission / reception sensor should be rotated along the tunnel circumferential direction and moved forward in order to measure the entire tunnel. Then, there is an inconvenience that it takes a lot of time for measurement. Also, the wall surface of the tunnel is usually made of concrete, but the ultrasonic wave propagation characteristics in concrete are much worse than that of steel, so when applying this ultrasonic method to detect the properties of the tunnel, There is a problem that the measurement accuracy deteriorates, and that the measurement accuracy also depends on the variation of the contact state of the sensor due to the unevenness of the wall surface.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

そこでこの発明は、車両の所定位置に配設され車両の前
後方向軸に垂直な方向に対してレーザビームを回転走査
するレーザ走査手段と、上記レーザビームのトンネル壁
面上における走査軌跡を撮像する撮像手段と、上記レー
ザビームのトンネル壁面での散乱光を受光する受光手段
と、前記車両のトンネル長手方向に沿った移動位置を検
出する位置検出手段と、前記撮像手段の出力と前記受光
手段の受光出力とを前記位置検出手段の検出出力ととも
に記録する記録手段とを車両に搭載し、前記記録手段の
記録内容に基づきトンネル壁面に形成された凹凸、クラ
ック、クラック沿いのくい違い等の欠陥を検出するよう
にする。
Therefore, the present invention is directed to a laser scanning means arranged at a predetermined position of a vehicle for rotating and scanning a laser beam in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle, and an imaging for imaging a scanning locus of the laser beam on a tunnel wall surface. Means, light receiving means for receiving scattered light of the laser beam on the tunnel wall surface, position detecting means for detecting a moving position of the vehicle along the tunnel longitudinal direction, output of the image pickup means, and light reception of the light receiving means. A recording unit that records the output and the detection output of the position detecting unit together with the vehicle is installed, and defects such as irregularities, cracks, and claws along the crack formed on the tunnel wall surface are detected based on the recorded contents of the recording unit. To do so.

〔作用〕[Action]

前記レーザ走査手段によってレーザビームをトンネル内
周面に沿って2次元的に走査するとともに該レーザ走査
手段を車両の進行に伴ってトンネル長手方向に移動する
ことによりトンネルの全壁面にレーザビームを照射する
とともに、該レーザビームのトンネル壁面での走査軌跡
および散乱光を夫々車両に搭載した前記撮像手段およ受
光手段で撮像および受光するようにする。この撮像出力
と散乱光受光出力とを前記位置検出手段で検出した車両
のトンネル長手方向に沿った位置データとともに前記記
録手段に記録し、その後、該記録内容をデータ処理した
後例えば2次元グラフ化して画像表示あるいは印字出力
するようにして、トンネル全壁面についての撮像データ
および散乱光受光データを得る。前記受光手段の出力は
クラックが存在するところではシャドウ作用によりその
受光出力が著しく低下するので、前記画像表示あるいは
印字出力された散乱光受光データを判別することによ
り、トンネル壁面に発生したクラックをその大きさ、位
置および形状等まで詳しく検出することができる。ま
た、トンネル壁面に形成された凹凸、くい違い、摩耗等
の欠陥は前記撮像データを解析することにより検出する
ことができる。
The laser scanning means two-dimensionally scans the laser beam along the inner circumferential surface of the tunnel, and the laser scanning means is moved in the longitudinal direction of the tunnel as the vehicle advances, whereby the entire wall surface of the tunnel is irradiated with the laser beam. At the same time, the scanning locus of the laser beam on the tunnel wall surface and the scattered light are picked up and received by the image pickup means and the light receiving means mounted on the vehicle, respectively. The imaging output and the scattered light reception output are recorded in the recording means together with the position data along the tunnel longitudinal direction of the vehicle detected by the position detection means, and then the recorded contents are processed into data, for example, into a two-dimensional graph. Image data or scattered light reception data on the entire wall surface of the tunnel is obtained by displaying or printing out an image. The output of the light-receiving means has a significantly reduced light-receiving output due to a shadow effect in the presence of cracks, so by discriminating the scattered-light received data displayed or printed out, the crack generated on the tunnel wall surface can be detected. The size, position, shape, etc. can be detected in detail. Further, defects such as unevenness, dents and wear formed on the wall surface of the tunnel can be detected by analyzing the imaging data.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の実施例におけるレーザビーム走査系1
を概念的に示している。この走査系1において、電動器
2によって矢印方向に回動するミラーホルダ3に固着さ
れたミラー4にレーザ投光器5からレーザビームLが入
射されると、該レーザビームLはミラー4によって入射
方向と垂直な方向に反射され、その後、ミラーホルダ3
の窓部6を介してトンネル壁面8に入射され、トンネル
壁面8を円周方向に沿って走査する。このため、レーザ
投光器5からレーザビームLがトンネル壁面の長手方向
に平行になるように照射されていれば、レーザビームL
はミラー4に反射された後、トンネル壁面8に垂直に入
射することになる。また、前記トンネル壁面8に略垂直
に入射されたレーザビームLは、その後、該壁面8に垂
直に反射されるとともに散乱する。この走査系1におい
ては、フォトマルチプライヤ等から成る複数の受光セン
サ9−1,…9−nを具え、これら複数の受光センサ9−
1,…9−nによって前記壁面8で散乱したレーザビーム
Lを受光するようにしている。また、ミラー4で反射さ
れたレーザビームは1回転中に1回ずつハーフミラー7
に入射されるようになっており、前記ハーフミラー7で
反射されたレーザビームはフォトダイオード等から成る
受光センサ10に入射される。したがって、受光センサ10
は、ミラーホルダ3の回動によりレーザビームLが1回
転走査される毎に、該ビームを検出する。この受光セン
サ10は、レーザ回転走査の始端検出に用いられている。
また、この走査系1においては、前記回動走査されるレ
ーザビームのトンネル壁面上での軌跡を撮像するため、
CCDイメージセンサなどを使用した複数のテレビカメラ1
1−1、…11−nが設けられ、該複数のカメラ11−1、
…11−nによってトンネル壁面8を全周にわたって撮像
できるようにしている。
FIG. 1 shows a laser beam scanning system 1 according to an embodiment of the present invention.
Is shown conceptually. In the scanning system 1, when the laser beam L is incident from the laser projector 5 onto the mirror 4 fixed to the mirror holder 3 which is rotated in the arrow direction by the electric motor 2, the laser beam L is moved by the mirror 4 in the incident direction. It is reflected in the vertical direction, and then the mirror holder 3
It is incident on the tunnel wall surface 8 through the window portion 6 and scans the tunnel wall surface 8 in the circumferential direction. Therefore, if the laser beam L is emitted from the laser projector 5 so as to be parallel to the longitudinal direction of the tunnel wall surface, the laser beam L
After being reflected by the mirror 4, it will enter the tunnel wall surface 8 vertically. Further, the laser beam L incident on the tunnel wall surface 8 substantially vertically is then reflected vertically to the wall surface 8 and scattered. The scanning system 1 includes a plurality of light receiving sensors 9-1, ... 9-n including photomultipliers and the like, and the plurality of light receiving sensors 9-
The laser beam L scattered by the wall surface 8 is received by 1, ... 9-n. In addition, the laser beam reflected by the mirror 4 is rotated once in the half mirror 7 during one rotation.
The laser beam reflected by the half mirror 7 is incident on the light receiving sensor 10 including a photodiode or the like. Therefore, the light receiving sensor 10
Detects the beam every time the laser beam L is scanned once by the rotation of the mirror holder 3. The light receiving sensor 10 is used for detecting the start end of laser rotation scanning.
Further, in the scanning system 1, since the trajectory of the rotationally scanned laser beam on the tunnel wall surface is imaged,
Multiple TV cameras using CCD image sensor etc. 1
1-1, ... 11-n are provided, and the plurality of cameras 11-1,
The tunnel wall surface 8 can be imaged over the entire circumference by 11-n.

第2図は、上記電動器2、ミラーホルダ3、ミラー4、
レーザ投光器5、ハーフミラー7および受光センサ10等
で構成されるレーザビーム走査系1を運転席上方に設け
られたケーシング12および14内に収納した計測車両を示
しており、レーザビームLはケーシング12に形成された
窓13を介して放射され、その後トンネル壁面で反射され
る。
FIG. 2 shows the electric motor 2, the mirror holder 3, the mirror 4,
1 shows a measurement vehicle in which a laser beam scanning system 1 including a laser projector 5, a half mirror 7, a light receiving sensor 10 and the like is housed in casings 12 and 14 provided above a driver's seat, and a laser beam L is a casing 12 It is radiated through the window 13 formed in the tunnel and then reflected on the tunnel wall surface.

この場合、この車両の上部に配設したケーシング14の前
方左右に前記レーザビームのトンネル壁面での散乱光を
受光する2個の受光センサ9−1、9−2を設けるとと
もに、該受光センサ9−1、9−2の各外側にレーザビ
ームの軌跡を撮像する2個のテレビカメラ11−1、11−
2を設け、さらに該車両のバンパーの左右に前記レーザ
ビームの軌跡を撮像する2個のテレビカメラ11−3、11
−4を設けるようにした。すなわち、この場合は2個の
受光センサ9−1、9−2によりトンネル壁面でのレー
ザ散乱光を受光し、4個のテレビカメラ11−1、…11−
4によってトンネル全周のレーザ軌跡を撮像するように
した。また、この車両には、トンネルの長手方向に沿っ
た車両位置を検出するために、左側後輪15に、該車輪と
連動して走行距離に比例した数のパルス信号を出力する
走行距離計測用パルス発生器16(第3図参照)が付設さ
れている。
In this case, two light receiving sensors 9-1 and 9-2 for receiving the scattered light on the tunnel wall surface of the laser beam are provided on the left and right in front of the casing 14 arranged in the upper part of the vehicle, and the light receiving sensor 9 is also provided. -1, 9-2, two television cameras 11-1, 11- for imaging the laser beam trajectory
Two TV cameras 11-3, 11 are provided on the left and right of the bumper of the vehicle to capture the trajectory of the laser beam.
-4 is provided. That is, in this case, the two light receiving sensors 9-1 and 9-2 receive the laser scattered light on the tunnel wall surface, and the four television cameras 11-1, ... 11-
The laser trajectory of the entire circumference of the tunnel is imaged by 4. In addition, this vehicle has a mileage measuring device that outputs a number of pulse signals proportional to the mileage to the left rear wheel 15 in order to detect the vehicle position along the longitudinal direction of the tunnel. A pulse generator 16 (see FIG. 3) is attached.

第3図は、この実施例の電気回路をブロック図で示すも
のであり、以下、同図を参照してこの実施例の作用を説
明する。
FIG. 3 is a block diagram showing an electric circuit of this embodiment, and the operation of this embodiment will be described below with reference to FIG.

まず、トンネル壁面に形成された凹凸、くい違い、摩耗
(水路トンネル)等の欠陥の検出について説明する。
First, the detection of defects such as irregularities formed on the wall surface of the tunnel, differences, abrasion (water channel tunnel), etc. will be described.

計測動作が開始されると、コントローラ23より電動機2
へマスターロック信号が入力され、これにより電動機2
が定速運転される。
When the measurement operation is started, the controller 23 drives the electric motor 2
The master lock signal is input to the motor 2
Is operated at a constant speed.

電動機2によってミラーホルダ3が回転されると、レー
ザビームがトンネル壁面8に対して回転走査される。受
光センサ10は該レーザビームLが1回転走査される毎に
レーザビームLを受光し、その受光出力を回転始端位置
信号として同期回路17および信号処理回路24に加える。
同期回路17は入力された所定の周波数をもつ回転始端位
置信号を周波数60Hzの信号に分周し、その分周出力を信
号処理回路18に同期信号として出力する。上記レーザビ
ームの走査によってトンネル壁面上に該ビームの走査軌
跡が形成されると、トンネル全周の走査軌跡は前記複数
のテレビカメラ11−1、…11−nによって夫々該当範囲
の軌跡に分割して撮像される。
When the mirror holder 3 is rotated by the electric motor 2, the laser beam is rotationally scanned on the tunnel wall surface 8. The light receiving sensor 10 receives the laser beam L each time the laser beam L is scanned once, and applies the received light output to the synchronizing circuit 17 and the signal processing circuit 24 as a rotation start end position signal.
The synchronizing circuit 17 divides the input rotation start position signal having a predetermined frequency into a signal having a frequency of 60 Hz, and outputs the divided output to the signal processing circuit 18 as a synchronizing signal. When the scanning locus of the beam is formed on the wall surface of the tunnel by the scanning of the laser beam, the scanning locus of the entire circumference of the tunnel is divided by the plurality of television cameras 11-1, ... Is imaged.

今、たとえば車両が10km/hで走行しているとすると、第
4図に示す如く1/60秒間における車両の走行距離は約4.
6cmとなる。ここで、各テレビカメラの読出し周波数を6
0Hzとすると、車両が4.6cm走行する間において、レーザ
ビームは所定回数(例えば2880回)走査されるのでこの
読出し周期の間における該カメラへの画像の書き込み回
数は48回(2880/60)となり、この結果、各カメラの撮
像面には48本のビーム走査軌跡が近接して複数条画かれ
ることになる。この場合は、テレビカメラからの画像デ
ータ読出し時においてTVレートで上記複数条の画像の平
均値が読出される。
Now, assuming that the vehicle is traveling at 10 km / h, as shown in FIG. 4, the traveling distance of the vehicle in 1/60 seconds is about 4.
It will be 6 cm. Here, set the readout frequency of each TV camera to 6
When the frequency is 0 Hz, the laser beam is scanned a predetermined number of times (for example, 2880 times) while the vehicle travels 4.6 cm, so the number of times the image is written to the camera during this read cycle is 48 times (2880/60). As a result, a plurality of 48 beam scanning loci are drawn close to each other on the image pickup surface of each camera. In this case, when the image data is read from the television camera, the average value of the plurality of images is read at the TV rate.

このようにして、複数のテレビカメラ11−1、…11−n
から読出した各撮像データは信号処理回路18に加えら
れ、ここで合成処理等が施されることによりトンネル内
面全周の撮像データが形成されたのちVTR(ビデオテー
プレコーダ)19に記録される。なお、カメラの撮像面は
一時記憶積分が可能であり、上記の読出しは1フィール
ド前に撮像面に書き込まれた画像データに対して行なわ
れる。また、上記の読出し処理は同期回路17からの同期
信号に同期して行なわれる。
In this way, the plurality of television cameras 11-1, ... 11-n
The respective image pickup data read out from the above are added to the signal processing circuit 18, where the image pickup data of the entire circumference of the inner surface of the tunnel is formed by performing a combining process or the like, and then recorded in the VTR (video tape recorder) 19. Note that the image pickup surface of the camera can be temporarily stored and integrated, and the above reading is performed on the image data written on the image pickup surface one field before. Further, the above-mentioned read processing is performed in synchronization with the synchronizing signal from the synchronizing circuit 17.

また、車両の走行に伴ない、距離計測用パルス発生器16
からは車両の走行距離に比例した数のパルス信号が出力
され、補正回路20に入力される。補正回路20では、車両
の傾斜やスリップ等に基因した誤差補正のための入力パ
ルスの間引き・追加等の処理を行ない、車両が1mm走行
する毎に1個のパルスを出力し、この1パルス/mmのパ
ルス信号をPCM(パルスコードモジレーション)回路21
へ出力する。PCM回路21は入力された1パルス/mmのパル
ス信号を積算しかつコード化する。したがって、PCM回
路21からは車両の走行距離データが出力され、該走行距
離データはVTR19へ入力される。
In addition, as the vehicle travels, a pulse generator for distance measurement 16
The number of pulse signals that are proportional to the distance traveled by the vehicle is output from and is input to the correction circuit 20. The correction circuit 20 performs processing such as thinning / addition of input pulses for error correction based on vehicle inclination or slip, and outputs one pulse each time the vehicle travels 1 mm. mm pulse signal to PCM (Pulse Code Modulation) circuit 21
Output to. The PCM circuit 21 integrates and codes the input pulse signal of 1 pulse / mm. Therefore, the mileage data of the vehicle is output from the PCM circuit 21, and the mileage data is input to the VTR 19.

しかしてVTR19には走行開始点からの距離データが順次
撮像データとともに記録される。またマイク22からの音
声データも同時に記録させることが可能であり、ビデオ
トラックに画像データ、音声トラックに走行距離データ
および音声データが記録される。
Then, the distance data from the traveling start point is sequentially recorded in the VTR 19 together with the image pickup data. It is also possible to record audio data from the microphone 22 at the same time, and image data is recorded on the video track, and traveling distance data and audio data are recorded on the audio track.

以上のようにして、VTR19に記録された撮像データはそ
の後オフライン処理により専用の画像メモリ(図示せ
ず)に格納され、その後適宜の信号処理が施された後例
えば画像表示あるいは印字出力される。点検者は該表示
あるいは印字結果に基づきトンネル壁面に形成された凹
凸、クラック沿いのくい違い(段差)、摩耗(水路トン
ネル)等の欠陥を検出するようにする。
As described above, the image pickup data recorded in the VTR 19 is thereafter stored in a dedicated image memory (not shown) by off-line processing, and then subjected to appropriate signal processing and then, for example, displayed or printed out as an image. The inspector detects defects such as irregularities formed on the wall surface of the tunnel, crosses (steps) along the cracks, wear (water channel tunnel), etc. based on the display or the printing result.

つぎに、クラックの計測について説明する。第5図
(a)または(b)に示すように、レーザ光が照射され
た路面にひび割れが存在していない場合には、前記受光
器9に所定光量の散乱光が入射されるが、同図(c)に
示す如く路面上にひび割れCRが存在している場合には、
いわゆるシャドウ作用により受光器9に対する入射光量
が著しく低下する。なお、第5図(a)は壁面が平滑な
場合、第5図(b)は壁面が粗い場を示している。した
がって第6図(a)を前記受光センサ10より出力される
回転始端位置信号とすると、上記壁面にひび割れが存在
する場合、同第6図(b)に示す如く、レーザ走査ビー
ムがひび割れ部分を通過する時点で受光器9の出力が低
下し、この出力の低下を示す信号の位置はひび割れの壁
面円周方向についての位置に対応している。なお、レー
ザビームLの壁面散乱光を検出する前記受光器9は最適
なシャドウ作用が得られる位置に配設されている。
Next, the measurement of cracks will be described. As shown in FIG. 5 (a) or (b), when there is no crack on the road surface irradiated with laser light, a predetermined amount of scattered light is incident on the photodetector 9. If there is a crack CR on the road surface as shown in Figure (c),
The so-called shadow effect significantly reduces the amount of light incident on the light receiver 9. Note that FIG. 5 (a) shows a case where the wall surface is smooth, and FIG. 5 (b) shows a case where the wall surface is rough. Therefore, assuming that FIG. 6 (a) is a rotation start end position signal output from the light receiving sensor 10, when a crack exists on the wall surface, as shown in FIG. 6 (b), the laser scanning beam indicates a cracked portion. The output of the light receiver 9 decreases at the time of passage, and the position of the signal indicating the decrease in output corresponds to the position of the crack in the circumferential direction of the wall surface. The photodetector 9 for detecting the wall-scattered light of the laser beam L is arranged at a position where an optimum shadow action can be obtained.

第3図において、レーザビームLが走査されると、車両
上方に設けられた複数個の受光センサ9−1,9−2,…9
−nではトンネル壁面からの散乱光を夫々受光し、その
時系列の受光出力を信号処理回路24に並列入力する。信
号処理回路24は、前記受光センサ10から入力される回転
始端位置信号に基づき、前記複数の受光センサ9−1,…
9−nから入力される複数のレーザ散乱光量データを加
算することにより該複数の光量データの合成処理を行な
い、該加算出力をVTR25へ入力する。
In FIG. 3, when the laser beam L is scanned, a plurality of light receiving sensors 9-1, 9-2, ... 9 provided above the vehicle.
In -n, scattered light from the tunnel wall surface is received, and the time-series received light output is input in parallel to the signal processing circuit 24. The signal processing circuit 24, based on the rotation start end position signal input from the light receiving sensor 10, receives the plurality of light receiving sensors 9-1, ...
The plurality of pieces of laser scattered light amount data input from 9-n are added to synthesize the plurality of pieces of light amount data, and the added output is input to the VTR 25.

このVTR25には、該レーザ散乱光量データの他に、前記P
CM回路21からの走行距離データ、マイク22からの音声デ
ータおよび補正回路20からのサンプリングパルス信号が
入力されている。補正回路20においては、前述した1パ
ルス/mmのパルス信号をPCM回路21に出力する以外に、前
記パルス発生器16から入力されたパルス信号に基づき、
トンネル横断方向の全周長に対するデータサンプリング
ピッチ(例えば1mmピッチ)に対応した多数個の等間隔
パルス列から成るパルス信号(第6図(c)参照)を形
成し、このパルス信号をVTR25へ入力する。このパルス
信号は、信号処理回路24ら出力される散乱光データのサ
ンプリング間隔を示す信号として用いられ、該パルス信
号の周波数に対応する時間間隔で散乱光データがサンプ
リングされる。
In addition to the laser scattered light amount data, the VTR25 also contains the P
The traveling distance data from the CM circuit 21, the voice data from the microphone 22 and the sampling pulse signal from the correction circuit 20 are input. In the correction circuit 20, in addition to outputting the above-mentioned pulse signal of 1 pulse / mm to the PCM circuit 21, based on the pulse signal input from the pulse generator 16,
A pulse signal (see FIG. 6 (c)) consisting of a large number of equally spaced pulse trains corresponding to the data sampling pitch (eg, 1 mm pitch) for the entire circumference in the tunnel crossing direction is formed, and this pulse signal is input to the VTR 25. . This pulse signal is used as a signal indicating the sampling interval of the scattered light data output from the signal processing circuit 24, and the scattered light data is sampled at time intervals corresponding to the frequency of the pulse signal.

しかして、VTR25には、そのビデオトラックに信号処理
回路24から入力された散乱光データが補正回路20から入
力されたサンプリング間隔パルス信号に従って記録され
るとともに、その音声トラックには、PCM回路21から入
力された走行距離データおよびマイク22からの音声デー
タが予め決められた所定のフォーマットにしたがって記
録されることになる。
Then, in the VTR 25, the scattered light data input from the signal processing circuit 24 to the video track is recorded according to the sampling interval pulse signal input from the correction circuit 20, and in the audio track from the PCM circuit 21. The input traveling distance data and voice data from the microphone 22 are recorded according to a predetermined format.

上述の説明はトンネル長手方向に対して1mmピッチで横
断方向全周のクラック検出を行うものであるが、所望と
する計測およびサンプリングピッチ、例えばトンネル長
手方向に0.5mmピッチ(1パルス/0.5mmの信号)および
横断方向0.5mmのサンプリングピッチなどでの計測も補
正回路20に設けられた出力信号切換機能によって可能で
ある。
In the above description, the cracks are detected at the 1 mm pitch in the longitudinal direction of the tunnel along the entire circumference in the transverse direction, but the desired measurement and sampling pitch, for example, 0.5 mm pitch in the longitudinal direction of the tunnel (1 pulse / 0.5 mm (Signal) and measurement at a sampling pitch of 0.5 mm in the transverse direction are also possible by the output signal switching function provided in the correction circuit 20.

なお、上述した一連の動作はコントローラ23によって制
御されるものである。
The series of operations described above is controlled by the controller 23.

以上のようにして、VTR25に記録されたトンネル壁面の
クラックを示す散乱光データは走行距離データととも
に、オフライン処理によって専用の画像メモリへ格納さ
れる。
As described above, the scattered light data recorded in the VTR 25 indicating the cracks on the tunnel wall surface is stored in the dedicated image memory by the offline processing together with the traveling distance data.

例えば、VTR25に記録されたクラック検出用の散乱光デ
ータおよび走行距離データは読出回路26によって読出さ
れ、書込制御回路27に入力される。この書込制御回路27
では、前記散乱光データおよび走行距離データを画像メ
モリ28に格納する際のアドレス制御を行なうもので、か
かるデータは画像メモリ28に対し第7図に示す態様で格
納される。同図においてX方向がトンネル進行方向、Y
方向が横断方向に対応、Z方向がX,Yアドレスで示され
る壁面の散乱光データである。なお、X方向アドレスは
車両の走行距離を示し、Y方向アドレスはレーザ光の走
行距離すなわちトンネル壁面の円周距離を示す。この画
像メモリ28に格納されたデータは、画像処理回路29によ
り同図に示す閾値Lsにより2値化され閾値Ls以下のデー
タをクラックデータとし、このクラックデータに基づき
クラック位置が判定される。尚、このの第7図に示す例
では、ハッチングを付した部分がクラックに対応する。
For example, the scattered light data for crack detection and the traveling distance data recorded in the VTR 25 are read by the reading circuit 26 and input to the writing control circuit 27. This write control circuit 27
In order to control the address when storing the scattered light data and the traveling distance data in the image memory 28, the data is stored in the image memory 28 in the manner shown in FIG. In the figure, the X direction is the tunnel traveling direction, and the Y direction
The direction corresponds to the transverse direction, and the Z direction is the scattered light data on the wall surface indicated by the X and Y addresses. The X-direction address indicates the traveling distance of the vehicle, and the Y-direction address indicates the traveling distance of the laser light, that is, the circumferential distance of the tunnel wall surface. The data stored in the image memory 28 is binarized by the image processing circuit 29 by the threshold value Ls shown in the figure, and data below the threshold value Ls is used as crack data, and the crack position is determined based on this crack data. Incidentally, in the example shown in FIG. 7, the hatched portion corresponds to the crack.

画像処理回路29では、画像メモリに格納したデータに対
し、画像の強調、スケーリング等の所定の信号処理を加
えた後、該データをプリンタ30へ出力しハードコピー化
する、あるいはCRT31上へ画面表示する、あるいは磁気
テープ32上へ磁気記録する。
The image processing circuit 29 applies predetermined signal processing such as image enhancement and scaling to the data stored in the image memory, and then outputs the data to the printer 30 to make a hard copy, or a screen display on the CRT 31. Or magnetically record on the magnetic tape 32.

かかる実施例装置を水路トンネルあるいは道路トンネル
に適用した外観構成を第8図に示し、また鉄道トンネル
に適用した場合を第9図に示した。
FIG. 8 shows the appearance of the apparatus of this embodiment applied to a waterway tunnel or a road tunnel, and FIG. 9 shows the appearance of the apparatus applied to a railway tunnel.

なお、レーザビームををトンネル壁面に向って回動走査
するための構成は上記実施例に示したものに限らず、例
えば他にポリゴンミラー等を用いて同等の機能を達成す
るようにしてもよい。
Note that the configuration for rotationally scanning the laser beam toward the tunnel wall surface is not limited to that shown in the above-mentioned embodiment, and, for example, a polygon mirror or the like may be used to achieve the same function. .

また、装置をさらにコンパクトするようにすれば、下水
道管、電線のとう道、パイプライン等の内壁面のクラッ
ク検出にも本発明を適用することができる。
Further, if the apparatus is made more compact, the present invention can be applied to the detection of cracks on the inner wall surface of a sewer pipe, a conduit for electric wires, a pipeline or the like.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したようにこの発明によれば、レーザ走査手段
によってレーザビームをトンネル内周面に沿って2次元
的に走査するとともに該レーザ走査手段を車両の進行に
伴ってトンネル長手方向に移動することによりトンネル
の全壁面にレーザビームを照射し、該レーザビームのの
トンネル壁面での走査軌跡を撮像手段で撮像するととも
に同レーザビームのトンネル壁面での散乱光を車両に搭
載した受光手段で受光し、この撮像出力および散乱光受
光出力を車両のトンネル長手方向に沿った位置検出デー
タとともに記録手段に記録し該記録データに基づきトン
ネル壁面の凹凸、くい違い、摩耗およびクラック等の欠
陥を検出するようにしているので、効率よくかつ正確に
欠陥部分を検出することができ、また検出に要する費用
および労力を大幅に低減することができる。さらに、デ
ータは記録手段に記録するようにしているのでコンピュ
ータ等によるデータ処理、解析が容易となり、処理のの
高速化および高精度化を図ることができる。
As described above, according to the present invention, the laser scanning means two-dimensionally scans the laser beam along the inner circumferential surface of the tunnel, and the laser scanning means moves in the tunnel longitudinal direction as the vehicle advances. The entire wall surface of the tunnel is irradiated with the laser beam by means of the imaging means, and the scanning locus of the laser beam on the tunnel wall surface is imaged by the imaging means and the scattered light of the laser beam on the tunnel wall surface is received by the light receiving means mounted on the vehicle. The imaging output and the scattered light reception output are recorded in a recording means together with position detection data along the longitudinal direction of the vehicle, and defects such as unevenness, crossing, wear and cracks on the tunnel wall surface are detected based on the recorded data. Therefore, defective parts can be detected efficiently and accurately, and the cost and labor required for detection can be greatly reduced. It can be reduced. Further, since the data is recorded in the recording means, data processing and analysis by a computer or the like can be facilitated, and the processing speed and accuracy can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係るトンネル内面性状検出装置の光学
系の構成例を概念的に示した側面図、第2図は本発明の
トンネル内面性状検出装置を搭載した計測車両を示す斜
視図、第3図は本発明に係るトンネル内面性状検出装置
の電気回路を示したブロック図、第4図はテレビカメラ
の撮像の態様を示した斜視図、第5図はトンネル壁面上
におけるレーザビームの反射態様を示した図、第6図は
路面にひび割れが存在している場合の光センサの出力波
形等を示した波形図、第7図はクラックについてののデ
ータを画像メモリに記憶させた態様を示す概念図、第8
図は本発明を水路あるいは道路トンネルに適用した外観
をを示す斜視図、第9図は本発明を鉄道トンネルに適用
した外観を示す斜視図である。 1……レーザビーム走査系、2……電動機、3……ミラ
ーホルダ、4……ミラー、5……レーザ投光器、6,12…
…窓、7……ハーフミラー、8……トンネル壁面、9,10
……受光センサ、11……テレビカメラ、12,14……ケー
シング、16……距離計測用パルス発生器、17……同期回
路、18,24……信号処理回路、19,25……VTR、20……補
正回路、21……PCM回路、22……マイク、23……コント
ローラ、26……読出回路、27……書込制御回路、28……
画像メモリ、29……画像処理回路、30……プリンタ、31
……CRT、28……磁気テープ。
FIG. 1 is a side view conceptually showing a configuration example of an optical system of a tunnel inner surface texture detecting device according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a measurement vehicle equipped with the tunnel inner surface texture detecting device of the present invention, FIG. 3 is a block diagram showing an electric circuit of a tunnel inner surface property detecting device according to the present invention, FIG. 4 is a perspective view showing an image pickup mode of a television camera, and FIG. 5 is a reflection of a laser beam on a tunnel wall surface. Fig. 6 shows a mode, Fig. 6 is a waveform diagram showing an output waveform of an optical sensor when a crack is present on the road surface, and Fig. 7 shows a mode in which data about the crack is stored in an image memory. Conceptual diagram showing the eighth
FIG. 9 is a perspective view showing the appearance of the present invention applied to a water channel or road tunnel, and FIG. 9 is a perspective view showing the appearance of the present invention applied to a railway tunnel. 1 ... Laser beam scanning system, 2 ... Electric motor, 3 ... Mirror holder, 4 ... Mirror, 5 ... Laser projector, 6,12 ...
… Window, 7 …… Half mirror, 8 …… Tunnel wall, 9,10
…… Light receiving sensor, 11 …… TV camera, 12,14 …… Casing, 16 …… Distance measuring pulse generator, 17 …… Synchronizing circuit, 18,24 …… Signal processing circuit, 19,25 …… VTR, 20 ... Correction circuit, 21 ... PCM circuit, 22 ... Microphone, 23 ... Controller, 26 ... Read circuit, 27 ... Write control circuit, 28 ...
Image memory, 29 ... Image processing circuit, 30 ... Printer, 31
…… CRT, 28 …… Magnetic tape.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】車両の所定位置に配設され車両の前後方向
軸に垂直な方向に対してレーザビームを回転走査するレ
ーザ走査手段と、 上記レーザビームのトンネル壁面上における走査軌跡を
撮像する撮像手段と、 上記レーザビームのトンネル壁面での散乱光を受光する
受光手段と、 前記車両のトンネル長手方向に沿った移動位置を検出す
る位置検出手段と、 前記撮像手段の出力と前記受光手段の受光出力とを前記
位置検出手段の検出出力とともに記録する記録手段とを
車両に搭載してなるトンネル内面性状検出装置。
1. A laser scanning means which is arranged at a predetermined position of a vehicle and which rotationally scans a laser beam in a direction perpendicular to a longitudinal axis of the vehicle, and an imaging device for imaging a scanning locus of the laser beam on a tunnel wall surface. Means, light receiving means for receiving scattered light of the laser beam on the tunnel wall surface, position detecting means for detecting a moving position along the tunnel longitudinal direction of the vehicle, output of the image pickup means, and light reception of the light receiving means. A tunnel inner surface property detecting device comprising: a recording means for recording the output and the detection output of the position detecting means in a vehicle.
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