全天球カメラと全周レーザを用いたリアルタイム大型構造物内部形状計測

• Project/Area Number: 22K18826
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山下 淳 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30334957)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 形状計測 / 光切断法 / 広視野カメラ / 全周レーザ / 3次元計測 / 大型構造物計測

Outline of Research at the Start

トンネルや建築物など大型構造物の施工・維持管理において，その内部形状の3次元測量データは必要不可欠である．本研究では，360度の視野を有する全天球カメラと広範囲にレーザ光を照射可能な全周レーザを用いて，トンネルや建築物などの大型構造物の内部形状を広範囲・高速・高密度に3次元計測する新規な手法を提案する．

Outline of Annual Research Achievements

トンネルや建築物など大型構造物の施工・維持管理において，その内部形状の3次元計測は必要不可欠である．トータルステーションやLiDARでは，高密度な計測を高速に行うことは原理的に困難であり，広範囲の測量を行うため測量機器の場所を移動させる度に煩雑な校正（測量機器の位置姿勢の移動量を計測するための操作）が必要となる．本研究では，360度の視野を有する全天球カメラと360度方向に同時にレーザ光を照射可能な全周レーザから構成される測量機器を新規に構築し，構築した測量機器を複数セット用い，測量機器を校正なしで移動させながら，大型構造物の内部形状を広範囲・高精度・高密度にリアルタイムで測量する新規な手法を構築することを目的とする．
具体的には，(1) 広視野カメラと全周レーザから構成される測量機器のプロトタイプの構築，(2) 安定したレーザ光検出方法の構築，(3) 大型構造物の3次元形状計測原理の構築，(4) 1断面の形状計測手法の構築，(5) 複数断面の形状計測手法の構築，の順に研究を進め，大型構造物の内部形状計測手法を確立する．
本年度は，(1)(2)(3)を行った．広い画角を有するカメラと周囲360度に同時にレーザ光を照射可能な全周レーザからなる測量装置を構築した．また，レーザ光照射の出力を瞬間的に切り替えて複数枚の画像を取得し，画像間の差分解析を行うことで，環境光や外光の影響を受けない安定したレーザ光検出手法を新規に構築した．更に，光切断法に基づいた3次元形状計測原理を構築した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(1) 広視野カメラと全周レーザから構成される測量機器のプロトタイプの構築，(2) 安定したレーザ光検出方法の構築，(3) 大型構造物の3次元形状計測原理の構築，(4) 1断面の形状計測手法の構築，(5) 複数断面の形状計測手法の構築，の順に研究を進める計画に対して，(1)(2)(3)の内容を構築することができたため，おおむね順調に進展している．

Strategy for Future Research Activity

(1) 広視野カメラと全周レーザから構成される測量機器のプロトタイプの構築，(2) 安定したレーザ光検出方法の構築，(3) 大型構造物の3次元形状計測原理の構築，(4) 1断面の形状計測手法の構築，(5) 複数断面の形状計測手法の構築，の順に研究を進める計画に対して，(4)と(5)の内容を構築することを目指す．

Research Products

• [Journal Article] Position and Direction Measurement of Rock Bolt Hole Using Cross Line Laser and Camera (2023)
  • Author(s): 速水 桃子, 伊賀上 卓也, 井倉 幹大, 樋口 寛, ルイ笠原 純ユネス, 伊藤 哲, 谷口 信博, 森野 弘之, 吉田 健一, 淺間 一, 山下 淳
  • Journal Title: Journal of the Japan Society for Precision Engineering Volume: 89 Issue: 4 Pages: 328-335
  • DOI: 10.2493/jjspe.89.328
  • ISSN: 0912-0289, 1882-675X
  • Year and Date: 2023-04-05
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pose Adjustment Considering Linear Cross-Section Continuity of Line-Structured Light-Based 3D Tunnel Measurements (2023)
  • Author(s): Igaue Takuya、Hayamizu Toko、Yoshida Kenichi、Yamanaka Satoshi、Asama Hajime、Yamashita Atsushi
  • Journal Title: Proceedings of the 2023 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII2023) Volume: - Pages: 51-57
  • DOI: 10.1109/sii55687.2023.10039303
  • Peer Reviewed