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【発明の名称】 トンネル管理図及びそのシステム
【発明者】 【氏名】中田　賢
【住所又は居所】北海道札幌市豊平区美園１条１丁目１−２０　株式会社中田測量内

【氏名】中庭　和秀
【住所又は居所】大阪府箕面市坊島１丁目３番３５号　関西工事測量株式会社内

【氏名】大浦　道哉
【住所又は居所】東京都港区港南二丁目１５番２号　株式会社大林組東京本社内
【要約】 【課題】トンネルの経年的な変化を容易に且つ視覚的に把握できるトンネル管理図を得る。

【解決手段】トンネル管理図は、トンネル（２）の線形を表す基線（ＣＬ）と、トンネル（２）の基線（ＣＬ）に沿って所定の間隔をあけて設定された複数の測点〔Ｐ（ｉ）〕と、各測点〔Ｐ（ｉ）〕で計測された断面から計算された断面周長（Ｄｉ）に対応する長さを有し且つ上記基線（ＣＬ）と直交又はほぼ直交する方向に伸びる線分を含む。この管理図には、少なくとも一つの三次元座標データを含む対象（トンネル内の変状又は施設）が、基線（ＣＬ）からの距離と測点〔Ｐ（ｉ）〕からの距離によって三次元座標を特定可能に表示されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル（２）の線形を表す基線（ＣＬ）と、トンネル（２）の基線（ＣＬ）に沿って所定の間隔をあけて設定された複数の測点〔Ｐ（ｉ）〕と、各測点〔Ｐ（ｉ）〕で計測された断面から計算された断面周長（Ｄｉ）に対応する長さを有し且つ上記基線（ＣＬ）と直交又はほぼ直交する方向に伸びる線分を含む二次元平面図に、
少なくとも一つの三次元座標データを含む対象が、上記基線（ＣＬ）からの距離と上記測点〔Ｐ（ｉ）〕からの距離を用いて表示されていることを特徴とするトンネル管理図。
【請求項２】
上記対象が時間データを含み、異なる時間データを有する複数の対象が異なる態様で表示されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル管理図。
【請求項３】
トンネル（２）の線形を表す基線（ＣＬ）と、トンネル（２）の基線（ＣＬ）に沿って所定の間隔をあけて設定された複数の測点〔Ｐ（ｉ）〕と、各測点〔Ｐ（ｉ）〕で計測された断面から計算された断面周長（Ｄｉ）に対応する長さを有し且つ上記基線（ＣＬ）と直交又はほぼ直交する方向に伸びる線分を含むトンネル現況展開図を記憶した第１の記憶手段と、
トンネル内の変状又は施設を特定する属性と、この属性によって特定された変状又は施設の空間位置を特定する三次元座標を含むデータを記憶した第２の記憶手段と、
上記第１の記憶手段に記憶されたトンネル現況展開図を表示する第１の表示手段と、
上記第２の記憶手段に記憶されたデータに基づいて、トンネル内の変状又は施設を、上記トンネル現況展開図に、上記基線（ＣＬ）からの距離と上記測点〔Ｐ（ｉ）〕からの距離によって上記三次元座標を特定可能な状態で表示する第２の表示手段とを備えたことを特徴とするトンネル管理システム。
【請求項４】
上記データは時間を含み、異なる時間を有する複数の変状が異なる態様で表示されることを特徴とする請求項３に記載のトンネル管理システム。
【請求項５】
上記トンネル現況図上の指定された点に対応する三次元座標データを取得する手段と、
上記取得された三次元座標データに対応するトンネル内の点を特定する手段とを備えたことを特徴とする請求項４に記載のトンネル管理システム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの現況展開図にトンネルの変状（クラック等）、トンネル内施設（照明灯等）を電子的に記録するトンネル管理図及びそのシステムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
地球上に構築された構造物には何らかの活荷重が作用して経年的に変形する。とりわけ、岩盤を掘削して構築されたトンネルには大きな荷重（土圧、水圧、地殻変動に伴う動的荷重）が作用するため、変状の度合いも他の構造物に比べて多種多様である。また、トンネルの老朽化、変状に伴う側壁の剥落や崩落は、大きな災害の発生に繋がる危険性を含んでいる。
【０００３】
一方、崩落などの危険性があるトンネルについて適切な維持・補修を行うためには、トンネルの老朽化の程度や変状の度合いを正確な位置情報をもとに予め把握する必要がある。しかし、日本国内に現存する約１３，０００〜１４，０００〔総延長：約１２，０００ｋｍ（下水道トンネルを除く。）〕のトンネルについて実測に基づく正確な現況展開図が作成されていない状態であり、僅かに施工時に用いた設計図に変状（例えば、クラックや漏水個所）を記入した紙の現況展開図が散見できるだけである。しかも、既存の現況展開図は、作成者が目視観察した変状を記載しただけものであることから、その正確な形・大きさ・位置を表すものでなく、維持・補修計画を作成するうえで十分な判断材料となり得ないという問題がある。また、既存の現況展開図上の座標は実際の座標情報を正確に反映したものでないことから、図面上に表示した点を実際のトンネル内に展開できないという問題がある。さらに、この現況展開図は、トンネルの線形を無視したものであり、曲線部分を含むトンネルについても直線的に描かれている。そのため、現況展開図に描かれた変状がトンネル内の何処にあるのかを現場で容易に確認できないという問題がある。さらにまた、この現況展開図に表示された変状は正確な位置情報（三次元座標）を持たないために、経年的な変状の変化が把握できないという問題がある。
【０００４】
【発明の概要】
本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、本発明のトンネル管理図は、
トンネル（２）の線形を表す基線（ＣＬ）と、トンネル（２）の基線（ＣＬ）に沿って所定の間隔をあけて設定された複数の測点〔Ｐ（ｉ）〕と、各測点〔Ｐ（ｉ）〕で計測された断面から計算された断面周長（Ｄｉ）に対応する長さを有し且つ上記基線（ＣＬ）と直交又はほぼ直交する方向に伸びる線分を含む二次元平面図に、
少なくとも一つの三次元座標データを含む対象が、上記基線（ＣＬ）からの距離と上記測点〔Ｐ（ｉ）〕からの距離を用いて表示されていることを特徴とする。
【０００５】
本発明の他の形態のトンネル管理図は、上記対象が時間データを含み、異なる時間データを有する複数の対象が異なる態様で表示されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の他の形態のトンネル管理システムは、
トンネル（２）の線形を表す基線（ＣＬ）と、トンネル（２）の基線（ＣＬ）に沿って所定の間隔をあけて設定された複数の測点〔Ｐ（ｉ）〕と、各測点〔Ｐ（ｉ）〕で計測された断面から計算された断面周長（Ｄｉ）に対応する長さを有し且つ上記基線（ＣＬ）と直交又はほぼ直交する方向に伸びる線分を含むトンネル現況展開図を記憶した第１の記憶手段と、
トンネル内の変状又は施設を特定する属性と、この属性によって特定された変状又は施設の空間位置を特定する三次元座標を含むデータを記憶した第２の記憶手段と、
上記第１の記憶手段に記憶されたトンネル現況展開図を表示する第１の表示手段と、
上記第２の記憶手段に記憶されたデータに基づいて、トンネル内の変状又は施設を、上記トンネル現況展開図に、上記基線（ＣＬ）からの距離と上記測点〔Ｐ（ｉ）〕からの距離によって上記三次元座標を特定可能な状態で表示する第２の表示手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の他の形態のトンネル管理システムは、上記データは時間を含み、異なる時間を有する複数の変状が異なる態様で表示されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の形態のトンネル管理システムは、上記トンネル現況図上の指定された点に対応する三次元座標データを取得する手段と、
上記取得された三次元座標データに対応するトンネル内の点を特定する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係るトンネルの現況展開図（または変状管理図）及びその作成システムについて説明する。
【００１０】
（１）システムの構成：
トンネル現況展開図を作成するために必要なシステムの構成について説明する。図１に示すように、トンネル２の現況展開図及び変状管理図を作成するシステム１０は、測量装置であるトータルステーション１２と、このトータルステーション１２に接続され、レーザ式トータルステーション１２で測定された座標データを記憶する携帯用小型コンピュータ１４を有する。トータルステーション１２は、例えばノートブック型、デスクトップ型のコンピュータ１６と接続することもでき、このコンピュータ１６から出力される座標データに基づいて、該座標データに対応する実際の点を現場にレーザで指示することもできる。また、小型コンピュータ１４もコンピュータ１６と接続することができ、小型コンピュータ１４で取得された計測データをコンピュータ１６に転送することもできる。そして、小型コンピュータ１４から転送された計測データに基づいて、コンピュータ１６が該コンピュータ１６に記憶されているプログラムに基づいて、現況展開図及び管理図Ａを作成し、これをディスプレイ１８に表示することができる。
【００１１】
（２）作業工程：
現況展開図及び管理図Ａを作成する概略の手順を説明する。図２に示すように、この手順には、▲１▼基本測量、▲２▼現況測量、▲３▼変状測量、▲４▼データ構築の工程が含まれる。
【００１２】
▲１▼基本測量：
基本測量には、測量対象となるトンネルの踏査、基準点測量、水準測量が含まれる。この基準測量の際、トータルステーション１２の機械座標は、既存の基準点を利用して計測することもできるし、地球上を周回する複数の人工衛星からの電波を受信・解析することにより位置を計測する全地球測位システム（ＧＰＳ）を利用することもできる。そして、基本測量の測定データをもとに、トンネル２の線形・断面が決定される。
【００１３】
▲２▼現況測量：
現況測量は、トンネル２の中心線に沿って適当な間隔をあけて設定された複数の測点Ｐ（１）…Ｐ（ｎ）について、トンネル２の内空断面を計測するもので、この現況測量で得られたデータを用いて現況展開図が作成される。具体的に、図１に示すように、現況測量では、基本測量の際にトンネル２に設定された各測点Ｐ（１）…Ｐ（ｎ）について、各測点Ｐ（ｉ）上にある多数の計測点Ｓ（１）…Ｓ（ｍ）の三次元座標データ（三次元内空断面データ、三次元位置情報）（ｘ、ｙ、ｚ）を取得する。このとき、トータルステーション１２は、該トータルステーション１２（機械座標）からトンネル内測点までの斜距離、鉛直角（仰角又は俯角）、基準点（図示せず）からの水平角を取得する。トータルステーション１２で取得されたデータ（斜距離、鉛直角、水平角）は、測点Ｐ（ｉ）を特定するデータ（測点番号）とコンピュータ１４に記憶される。図３に示すように、コンピュータ１４は、通常のコンピュータと同様に、演算部（ＣＰＵ）、入力部、出力部、記憶部、タイマ、通信部を備えており、トータルステーション１２で取得された各計測点の三次元座標データＳ（ｊ）：（ｘｊ、ｙｊ、ｚｊ）〔図４参照〕が記憶部に一旦記憶され、後に必要に応じてコンピュータ１６に送信される。現況測量ではまた、トンネル２の内部に設置されている各種施設（消火栓、電話など）に関する座標データ及び画像データを取得する。取得されたデータは、コンピュータ１４に送信され、その記憶部に保存される。記憶部に保存されるデータは、計測された一つの施設について一つのファイルとして保存され、各ファイルにはファイル番号、属性（施設の種類）、計測時間（開始又は終了の日時）、座標データが含まれる。
【００１４】
▲３▼変状測量：
変状測量は、トンネル２の壁面に発生しているクラック・漏水などの変状に関する座標データ（三次元データ）を取得するもので、ここで取得されたデータを用いて管理図が作成される。具体的に、図５に示すように、変状測量では、トンネル２内に存在する種々の変状の三次元座標データを取得する。例えば、クラックの座標データを取得する場合、トータルステーション１２でクラック２０の始端から終端までの各点の座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）〜（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を取得する。なお、（ｘ０、ｙ０、ｚ０）はトータルステーション１２の機械座標である。取得された座標データは、コンピュータ１４に送信され、その記憶部に保存される。記憶部に保存されるデータは、図６に示すように、計測された一つの変状について一つのファイルとして保存され、各ファイルにはファイル番号、属性（変状又は施設の種類）、計測時間（開始又は終了の日時）、座標データが含まれる。
【００１５】
このような形式でデータを保存するために、コンピュータ１４は特別に設計されており、例えば図７に示すように、コンピュータ１４の入力部である接触式入力画面には、変状や施設を示す複数の属性選択ボタン１２ａと、開始ボタン１２ｂ、座標データ取得ボタン１２ｃ、終了ボタン１２ｄが用意されている。そして、図５に示すように、クラック２０のデータを取得する場合、属性選択ボタン１２ａの中からクラック選択ボタンを押す。次に、トータルステーション１２でクラック２０の始端を視準し、座標データ取得ボタン１２ｃを押す。これにより、クラック始端の座標データ（ｘ１、ｙ１、ｚ１）が取得される。続いて、再びトータルステーション１２でクラック２０の次の点を視準し、座標データ取得ボタン１２ｃを押す。これにより、次の点の座標データ（ｘ２、ｙ２、ｚ２）が取得される。以上の動作を繰返し、クラック終端までの座標データを取得すると、終了ボタン１２ｄを押す。これにより、図６に示すように、クラック２０について一つのファイルが作成され、そこにはファイル番号、属性（クラック）、開始ボタン又は終了ボタンが押されたときの日時、および座標データ（ｘ１、ｙ１、ｚ１）〜（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）が記憶される。
【００１６】
▲４▼データ構築：
データ構築は、現況測量と変状測量によって得られたデータを加工し、現況展開図、管理図を作成するために必要なデータを構築する工程である。
【００１７】
（３）現況展開図のデータ構築：
▲１▼コンピュータの構成：
コンピュータ１４に記憶された種々のデータは別のコンピュータ１６に送信され、このコンピュータ１６に格納されたプログラムに従って処理され、現況展開図及び管理図の作成データに加工される。コンピュータ１６は、図８に示すように、ＣＰＵ２２、演算部２４、記憶部２６を有し、コンピュータ１６から転送された現況測量のデータが現況展開図基本データとして、また変状測量のデータが変状管理図基本データとして記憶されている。また、演算部２４には、現況展開図基本データをもとに現況展開図を作成するプログラムと、変状管理図基本データをもとに変状管理図を作成するプログラムを記憶している。
【００１８】
▲２▼トンネル現況展開図
トンネルの現況展開図について説明する。まず、図９は典型的なトンネル２を三次元的に表した斜視図、図１０は図９に示すトンネル２の現況を二次元座標系に展開した現況展開図Ａである。この現況展開図Ａには、トンネル２の基線として中心線ＣＬが表示されている。したがって、現況展開図Ａを見れば、トンネル２の平面線形が理解できる。また、現況展開図Ａには、トンネル２の中心線ＣＬに沿って適当な間隔をあけて設定された各測点Ｐ（１）…Ｐ（ｎ）と、各測点Ｐ（ｉ）で測定された断面形状をもとに計算された断面周長Ｄ（ｉ）が記載されている。当然のことであるが、現況展開図は実際の長さを適当な縮尺に縮小したものであるから、図面上に描かれている線分の長さは実際の周長Ｄ（ｉ）に縮尺を乗じた長さである。なお、以下に詳細に説明するように、本明細書において、「周長」とは、図９に示すように、トンネル中心線ＣＬと直交又はほぼ直交する面によって切断されたトンネル横断面のなかで、舗装面４の長さを除く、覆工面６の長さをいう。なお、図１０において、符号８で示す線は、覆工面６において、曲線アーチ部と、この曲線アーチ部の最大幅員部であるスプリングラインを示し、このスプリングラインＳＬも現況展開図Ａに表示することもできる。
【００１９】
▲３▼現況展開図の作成：
現況展開図Ａは図１１の処理にしたがって作成される。
【００２０】
ステップＳ１〔三次元データの取得〕：
上述のように、現況測量によって各測点Ｐ（ｉ）について、当該測点Ｐ（ｉ）上にある多数の計測点Ｓ（１）…Ｓ（ｍ）の三次元座標データ（三次元内空断面データ、三次元位置情報）（ｘ、ｙ、ｚ）を、記憶部２６の現況展開図基本データから取得する。
【００２１】
ステップＳ２〔中心線の決定〕：
トンネル２の中心線ＣＬを決定する。具体的に、各測点Ｐ（ｉ）について、舗装面４と覆工面６との境界にある計測点Ｓ（１）、Ｓ（ｍ）の三次元データである座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）を用い、トンネル測量の分野では周知の回帰演算によってトンネル中心線ＣＬを決定する。また、このトンネル中心線ＣＬ上にある各測点Ｐ（ｉ）の中心線座標Ｃ（ｉ）〔ｘｃｉ、ｙｃｉ、ｚｃｉ〕を計算する。計算された中心線座標は、現況展開図描画データとして記憶部２６に記憶される。
【００２２】
ステップＳ３〔周長中心座標の計算〕：
図１２に示すように、ステップＳ２で計算された中心線座標Ｃ（ｉ）〔ｘｃｉ、ｙｃｉ、ｚｃｉ〕を通る鉛直線を計算する。次に、鉛直線の近傍にある２つの計測点Ｓ（ｊ），Ｓ（ｊ＋１）の座標を現況展開図基本データから取り出す。続いて、計測点Ｓ（ｊ），Ｓ（ｊ＋１）を通る直線（図６に点線で表示されている直線。）を計算する。そして、この直線上の座標であって、鉛直線と交差する点又は鉛直線に最も近い点の座標を求め、この点を周長中心座標Ｓｃ（ｉ）：〔ｘｃｊ、ｙｃｊ、ｚｃｊ〕として現況展開図描画データとして記憶部２６に記憶する。
【００２３】
ステップＳ４〔周長の計算〕：
図１３に示すように、各測点Ｐ（ｉ）について計算された周長中心座標Ｓｃ（ｉ）：〔ｘｃｊ、ｙｃｊ、ｚｃｊ〕から計測点Ｓ（１）、Ｓ（ｍ）までの距離である周長ＤＬ（ｉ），ＤＲ（ｉ）を計算する。この計算〔式（１），（２）参照〕は、周長中心座標Ｓｃ（ｉ）：〔ｘｃｉ、ｙｃｉ、ｚｃｉ〕と、各計測点Ｓ（１）…Ｓ（ｍ）で取得された三次元データ（ｘ１、ｙ１、ｚ１）…（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）を用いて行われる。計算された周長は、現況展開図描画データとして記憶部２４に記憶される。


【００２４】
▲４▼現況展開図の表示：
コンピュータ１６で現況展開図の表示が指示されると、ＣＰＵ２２は記憶部２６の現況展開図描画データから周長中心座標Ｓｃ（ｉ）：〔ｘｃｊ、ｙｃｊ、ｚｃｊ〕を取り出す。また、周長中心座標のうち、二次元座標〔ｘｃｊ、ｙｃｊ〕を用いて二次元平面図に展開して中心線ＣＬを描画する。さらに、現況展開図描画データから周長長ＤＬ（ｉ），ＤＲ（ｉ）を取り出し、中心線の描かれている二次元平面図に周長線を展開する。このとき、各周長ＤＬ（ｉ），ＤＲ（ｉ）は、中心線ＣＬと直交又はほぼ直交する方向に向けて該中心線ＣＬから左右に伸ばして描かれる。続いて、平面図上に展開された周長ＤＬ（ｉ），ＤＲ（ｉ）の先端（両端）をそれぞれ繋ぎ合せて周長連結線ＧＬ，ＧＲを描く（図１０，１４参照）。なお、周長中心座標からスプリングラインＳＬまでの周長を計算し、その周長を現況展開図に併せて表示してもよい。この場合、周長中心座標からスプリングラインＳＬまでの周長、また各測点のスプリングラインＳＬを繋ぐ連結線のデータもまた現況展開図描画データとして記憶部２６に記憶される。
【００２５】
▲５▼ファイルの保存：
以上のようにして作成された現状展開図描画データは、測定日ごとに別のファイルとして保存することができる。また、現況展開図基本データも同様に、測定日ごとに別のファイルとして保存することができる。
【００２６】
▲６▼座標変換
以上のようにして作成された現況展開図を用いることにより、コンピュータ１６は、ディスプレイ１８上の出力画面に表示された二次元平面図上で指示された任意の点の三次元座標を与えることができる。例えば、ディスプレイ１８に描写された平面図上で、周長中心座標Ｓｃ（ｉ）の点を入力部２２のポインティングデバイスによって指示すれば、演算部２６が指示点座標演算部２８で指示された点の座標Ｓｃ（ｉ）の三次元座標データ〔ｘｃｊ、ｙｃｊ、ｚｃｊ〕を与える。同様に、ディスプレイ１８に描写された平面図上で、周長ＤＬ（ｉ），ＤＲ（ｉ）の先端を適当なポインティングデバイスによって指示すれば、これらの点はＳ（１）、Ｓ（ｍ）の点に対応しているので、その指示された点が座標〔ｘ１、ｙ１、ｚ１〕、〔ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ〕が得られる。
【００２７】
各周長ＤＬ（ｉ），ＤＲ（ｉ）を表す線分上における任意の点は、測点Ｐ（ｉ）上の対応する点（座標）を特定する。例えば、図１５に示す測点Ｐ（５）について、周長中心座標Ｓｃ（５）から計測点Ｓ（ｋ）〔座標既知点〕までの線分長Ｌ（ｋ）は、当該計測点Ｓ（ｋ）の座標（ｘｋ、ｙｋ、ｚｋ）を特定する。同様に、測点Ｐ（５）について、周長中心座標Ｓｃ（５）から計測点Ｓ（ｋ−１）〔座標既知点〕までの線分長Ｌ（ｋ−１）は、当該計測点Ｓ（ｋ−１）の座標（ｘｋ−１、ｙｋ−１、ｚｋ−１）を特定する。そして、測点Ｐ（５）について、周長中心座標Ｓｃ（５）から計測点Ｓ（ｋ）、Ｓ（ｋ−１）の間にある任意の中間点Ｓ（ｋ／ｋ−１）までの線分長Ｌ（ｋ／ｋ−１）は、計測点Ｓ（ｋ）の座標（ｘｋ、ｙｋ、ｚｋ）と計測点Ｓ（ｋ−１）の座標（ｘｋ−１、ｙｋ−１、ｚｋ−１）を用い、以下の比例計算〔式（３）、（４）、（５）参照〕によって、この中間点Ｓ（ｋ／ｋ−１）に対応する測点断面上の点の三次元座標（ｘｋ／ｋ−１、ｙｋ／ｋ−１、ｚｋ／ｋ−１）を近似的に特定する。


【００２８】
同様にして、別の測点Ｐ（４）上で指定された点は、この点に対応する三次元座標データを与える。
【００２９】
続いて、図１５に示すように、２つの隣接する測点〔例えば、測点Ｐ（４），Ｐ（５）〕の間にある任意の点（指示点Ｑ）の座標は、以下に説明する２つの方法（第１の方法又は第２の方法）のいずれかにより特定できる。
【００３０】
第１の方法は、指示点の座標に最も近い測点の三次元座標データを用いる方法（近接測点利用法）である。この方法では、図１５に示すように、コンピュータ１６に接続された画面上に表示された現況展開図において、マウス等のポインティングデバイスによって任意の点（指示点Ｑ）が指示されると、図１６に示すように、コンピュータ１６の演算部２４はまず、指示点Ｑが中心線ＣＬを境に左右いずれの領域にあるかを判断する（ステップＳ２１）。次に、現況展開図上で指示点Ｑに最も近い測点を特定する（ステップＳ２２）。図示する例の場合、指示点Ｑは測点Ｐ（４）に近いので、この測点Ｐ（４）が特定される。
【００３１】
この計算は、例えば図１７に示すように、指示点Ｑから隣接する２つの周長中心座標Ｓｃ（ｉ）、Ｓｃ（ｉ＋１）を結ぶ各直線を仮定し、指示点Ｑから各直線に対して垂線を下ろし、その垂線と直線との交点をＱ’とし、その交点Ｑ’が対応する２つの隣接する周長中心座標の間にあるか否によって、まず近接する２つの測点を特定する。例えば、図示する例の場合、指示点Ｑから周長中心座標Ｓｃ（ｉ）、Ｓｃ（ｉ＋１）を結ぶ直線（点線）に下ろした垂線と該直線との交点Ｑ’はこれら２つの周長中心座標Ｓｃ（ｉ）、Ｓｃ（ｉ＋１）を結ぶ領域の外側に存在するのに対し、指示点Ｑから周長中心座標Ｓｃ（ｉ）、Ｓｃ（ｉ−１）を結ぶ直線（点線）に下ろした垂線と該直線との交点Ｑ’はこれら２つの周長中心座標Ｓｃ（ｉ）、Ｓｃ（ｉ−１）の間に存在する。したがって、指示点Ｑは、測点Ｐ（ｉ）とＰ（ｉ−１）の間に存在することが分かる。次に、交点Ｑ’から周長中心座標Ｓｃ（ｉ）、Ｓｃ（ｉ−１）までの距離ｈｉ，ｈｉ−１を計算して比較し、距離の短い方の周長中心座標Ｓｃ（ｉ）を指示点Ｑに最も近い測点として特定する。
【００３２】
図１５に戻り、演算部２４は、現況展開図上におけるＱＱ’の距離（長さ）Ｌｑを計算する（ステップＳ２３）。また、現況展開図描画データから呼び出した周長中心座標Ｓｃ（ｉ）、Ｓｃ（ｉ−１）と、交点Ｑ’から周長中心座標Ｓｃ（ｉ）、Ｓｃ（ｉ−１）までの距離ｈｉ，ｈｉ−１を用い、比例配分法によって交点Ｑ’の座標（ｘｑ’、ｙｑ’、ｚｑ’）を計算する（ステップＳ２４）。
【００３３】
続いて、指示点Ｑに最も近い測点上において指示点Ｑに対応する点の座標を求める。例えば、図９に示すように、いま指示点Ｑが中心線ＣＬの左側領域にあって、測点Ｐ（４）が指示点Ｑに最も近い測点として特定された場合、現況展開図描画データから周長中心座標Ｓｃ（４）と、同一測点上にあって指示点Ｑの存在する左側領域又は右側領域にある複数の計測点の座標を呼び出し、周長中心座標Ｓｃ（４）から各計測点までの距離を順次計算すると共に、その計算値（距離）とＱＱ’の距離Ｌｑとを比較する。いま、周長中心座標Ｓｃ（４）から計測点Ｓ（ｋ）までの距離Ｌ（ｋ）はＱＱ’の距離Ｌｑよりも短いが、周長中心座標Ｓｃ（４）から計測点Ｓ（ｋ−１）までの距離Ｌ（ｋ−１）はＱＱ’の距離Ｌｑよりも大きいと判断された場合、指示点Ｑに対応する点〔この対応点をＳ（ｋ／ｋ−１）とする。〕は計測点Ｓ（ｋ）とＳ（ｋ−１）の間に存在することがわかる。そこで、演算部２４は上述した式（３）、（４）、（５）を用いて、これら距離Ｌｑ、Ｌ（ｋ）、Ｌ（ｋ−１）及び計測点Ｓ（ｋ）、Ｓ（ｋ−１）の座標をもとに、対応点Ｓ（ｋ／ｋ−１）の座標（ｘｋ／ｋ−１、ｙｋ／ｋ−１、ｚｋ／ｋ−１）を計算する。次に、この対応点Ｓ（ｋ／ｋ−１）と、この対応点を含む測点Ｐ（４）の中心点座標Ｓｃ（４）との三次元空間上における関係（ベクトル量）を求める（ステップＳ２６）。


最後に、このベクトル量と点Ｑ’の座標（ｘｑ’、ｙｑ’、ｚｑ’）とを用いて、指示点Ｑの座標（ｘｑ、ｙｑ、ｚｑ）を求める（ステップＳ２７）。
【００３４】
第２の方法は、指示点に隣接する２つの測点の三次元データを用いて内挿する方法（内挿法）である。この方法では、例えば指示点Ｑの両側にある２つの測点〔Ｐ（４），Ｐ（５）〕が特定される。次に、演算部２４は、指示点Ｑから中心線ＣＬに垂直に下ろした点をＱ’とし、現況展開図上におけるＱＱ’の距離（長さ）Ｌｑを計算する。続いて、２つの測点〔Ｐ（４），Ｐ（５）〕上にそれぞれあって、距離Ｌｑに対応する点（対応点Ｓ（ｋ／ｋ−１））の座標を上述のようにして求める。いま、測点Ｐ（４）における対応点の座標を（ｘ（４）ｋ／ｋ−１、ｙ（４）ｋ／ｋ−１、ｚ（４）ｋ／ｋ−１）、測点Ｐ（５）における対応点の座標を（ｘ（５）ｋ／ｋ−１、ｙ（５）ｋ／ｋ−１、ｚ（５）ｋ／ｋ−１）とする。そして、２つの測点上の対応点の座標値と、距離ｈ４、ｈ５の比を用いて、以下の式（５）、（６）、（７）により点Ｑの座標（ｘｑ、ｙｑ、ｚｑ）を計算する。


【００３５】
したがって、上述のシステムによれば、コンピュータ１６のディスプレイ１８に表示されている現況展開図上で任意の点を指示すると、その指示された点に対応する三次元座標が得られる。
【００３６】
そのため、図１に示すようにコンピュータ１６とレーザ式トータルステーション１２が電気的に接続されている場合、ディスプレイ１８上で任意の点を指示すると、指示された点の座標をコンピュータ１６が上述のようにして計算し、その計算値に基づいて、トータルステーション１２から発信したレーザを、トンネル内面の対応する点に照射（投影）することができる。
【００３７】
（４）管理図のデータ構築：
管理図基本データは、図６に示す状態で、ファイル単位で記憶部２６に記憶されている。したがって、記憶部２６に記憶されているファイルを例えば属性ごとに抽出することができるし、また抽出されたファイルを経時的に組み替えることも可能である。したがって、以上のようにして作成された現況展開図上に、図１８に示すように、トンネルの内面に現れているクラック３２、漏水個所３４、コールドジョイント３６などの変状や、トンネルの内面に設置されている各種施設（例えば、照明）などを表示できる。
【００３８】
（５）管理図の作成：
現況展開図に変状等を同時に表示した変状管理図の作成について更に詳細に説明する。いま、図１９に示すように隣接する２つの測点Ｐ（４）とＰ（５）の間にクラック３２があり、このクラック３２について複数の点ｒ１…ｒ１３の座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）…（ｘ１３、ｙ１３、ｚ１３）が取得されて記憶されているものとする（図２０：ステップＳ３１）。
【００３９】
コンピュータ１６では、測定された点ｒ１…ｒ１３を現況展開図に展開するにあたって、図２１に示すように各点ｒ１…ｒ１３に対応した内空断面Ｒ＊１…Ｒ＊１３を仮想する（図２０：ステップＳ３２）。この仮想内空断面Ｒ＊１…Ｒ＊１３は、各点ｒ１…ｒ１３に最も近い測点の内空断面である。各点に最も近い測点は、図１７を参照して説明したように、隣接する２つの周長中心座標Ｓｃ（ｉ），Ｓｃ（ｉ−１）又は中心線座標Ｃ（ｉ）、Ｃ（ｉ−１）を結ぶ各線に各点からそれぞれ垂線を下ろし、次にこの垂線と中心線との交点の座標を求め、続いてこの交点とこれに隣接する２つの中心点座標との距離を求めて、それらの距離の短い方にある中心点を含む測点が最も近い測点として与えられる。
【００４０】
いま、点ｒ５が測点Ｐ（５）よりもＰ（４）に近い場合、この点ｒ５に対してＰ（４）の内空断面が仮想断面として与えられたとする。しかし、この内挿された仮想内空断面Ｒ＊１…Ｒ＊１３は、測点ｒ１…ｒ１３が実際に存在する現実の内空断面Ｒ１…Ｒ１３と異なる。そこで、コンピュータ１６は、図２１に示すように、中心線上の点ｔｉと、測点ｒ＊ｉとを結ぶ線Ｔｉを仮定し、この線と仮想内空断面との交点に新たな仮想点ｒ＊１…ｒ＊１３を設定すると共に、これら仮想点ｒ＊１…ｒ＊１３の座標（ｘ＊１、ｙ＊１、ｚ＊１）…（ｘ＊１３、ｙ＊１３、ｚ＊１３）を演算する（図２０：ステップＳ３５）。
【００４１】
次に、コンピュータ１６は、仮想点ｒ＊１…ｒ＊１３の座標（ｘ＊１、ｙ＊１、ｚ＊１）…（ｘ＊１３、ｙ＊１３、ｚ＊１３）をもとに、対応する仮想内空断面Ｒ＊１…Ｒ＊１３上における周長Ｌ＊１…Ｌ＊１３を演算し（図２０：ステップＳ３４）、その長さに対応する点を現況展開図Ａにプロットし（図２０：ステップＳ３５）、プロットされた複数の点を繋ぎ合わせてクラックを表示し、管理図を得る。
【００４２】
なお、以上の説明ではトータルステーションで視準した点に最も近い測点を特定し、その特定された断面のデータを用いて現況展開図上における周長を求めたが、上述した内挿法と同様の方法により、視準点に近い２つの断面のデータを用いて周長を演算することもできる。
【００４３】
このようにして、トータルステーション１２で視準されたトンネル上の任意の点は、現況展開図Ａ上に表示されると共に、トンネル内に存在する変状や施設はすべて現況展開図上に表示することができる。
【００４４】
また、以上の説明では基線としてトンネル中心線ＣＬを用いたが、この基線として覆工面の端部であるＳ（１）又はＳ（ｍ）を用いることもできる。
【００４５】
このようにして得られた管理図は、上述のように現況展開図上の任意の点をポインティングデバイスで指示すればその点の三次元座標が得られるので、例えば管理図上に表示されたクラックの始点又は終点若しくはそれらの間の任意の点をポインティングデバイスで指示すれば、その指示された点の三次元座標が得られる。また、コンピュータ１６とトータルステーション１２を接続すれば、コンピュータ１６で形成された三次元座標に対応するトンネル内の点を、トータルステーション１２で視準できる。したがって、図２３に示すように、ある日時に計測されたクラックが始点（ｘ１、ｙ１、ｚ１）から終点（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）までのものであり、その時点からある期間が経過した後の時点までの間にクラックが成長している場合、現場で前回（上記の「ある日時」に）計測されたクラックの終点（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）を視覚的に確認することは不能であるが、本システムによれば前回の計測によって得られたクラック終端の座標データに基づき、その点を現場にレーザ等で指示（投影）することができる。そのため、前回計測されたクラック終点（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）から現在のクラック終点までの（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）のクラック部分だけを確実に計測できる。また、新たに計測されたクラック部分の座標データを別のファイルとして保存できる。さらに、ファイルに記録されている時間データをもとに、前回計測されたクラック部分と今回計測されたクラック部分を異なる色で表示することもできる。
【００４６】
クラック以外のトンネル内の変状（例えば、漏水箇所、剥落、吹付など）や、トンネル内の施設（例えば、電話、消火栓、配電盤、照明灯な）についても同様に現況管理図上に表示した変状／施設管理図を得ることができるとともに、変状／施設管理図上に表示された変状又は施設を指示すれば、その指示された変状／施設に対応する三次元座標が計算されるとともに、この計算された座標に対応する実際の点がトータルステーションで現場に投影できる。
【００４７】
また、コンピュータ１６には、トンネル内の変状や施設をデジタルカメラで撮影した画像データを、その画像データに対応する変状又は施設と対応づけて記憶するとともに、トンネル管理図上に変状又は施設と同時に写真の存在を示すマークを表示し、この表示されたマークが指定されたときに対応する画像を表示するようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、管理図から該管理図上に表示された対象（変状又は施設）の三次元座標を得ることができる。また、対象が時間データを有する場合、異なる時間データを有する対象（変状又は施設）を区別して表示することができる。そのため、トンネルの経年的な変化を容易に、しかも視覚的に把握することができる。その結果、トンネルの危険度を客観的に判断できるとともに、補修及び危険回避処置を即座に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシステムの概略構成を示す図。
【図２】現況展開図及び現況管理図を作成するまでの工程を示す図。
【図３】トータルステーションから得られるデータを処理するコンピュータの構成を示す図。
【図４】現況測量のデータを示す図。
【図５】クラックの座標を取得する状態を示す図。
【図６】変状／施設測量データの構成を示す図。
【図７】トータルステーションから得られるデータを処理するコンピュータの入力部（接触式入力画面）の構成を示す図。
【図８】トータルステーションから得られるデータを処理する別のコンピュータの構成を示す図。
【図９】トンネルの斜視図。
【図１０】トンネル現況展開図。
【図１１】トンネル現況展開図の作成プロセスを示すフローチャート。
【図１２】図５のフローチャートと共にトンネル現況展開図の作成プロセスを示す図。
【図１３】図６と共にトンネル現況展開図の作成プロセスを示す図。
【図１４】図５，６と共にトンネル現況展開図の作成プロセスを示す図。
【図１５】トンネル現況展開図上の任意点の三次元座標計算を説明する図。
【図１６】図９と共にトンネル現況展開図上の任意点の三次元座標計算を説明する図。
【図１７】指示点に最も近い測点を特定する方法を説明する図。
【図１８】クラック等の変状を表示したトンネル現況展開図。
【図１９】クラックの表示方法を説明する図。
【図２０】図１９と共にクラックの表示方法を説明する図。
【図２１】図１９、図２０と共にクラックの表示方法を説明する図。
【図２２】図１９〜図２１と共にクラックの表示方法を説明する図。
【図２３】クラックの測量を説明する図。
【符号の説明】
Ａ：現況展開図
２：トンネル
４：舗装面
６：覆工面
１０：システム
１２：コンピュータ
１４：トータルステーション
１６：ディスプレイ
５：プリンタ
【出願人】 【識別番号】５０２１６６３０７
【氏名又は名称】株式会社中田測量
【住所又は居所】北海道札幌市豊平区美園１条１丁目１−２０
【識別番号】５９９１５７２８４
【氏名又は名称】関西工事測量株式会社
【住所又は居所】大阪府箕面市坊島１丁目３番３５号
【識別番号】００００００５４９
【氏名又は名称】株式会社大林組
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区北浜東４番３３号
【出願日】 平成１４年７月８日（２００２．７．８）
【代理人】 【識別番号】１０００６２１４４
【弁理士】
【氏名又は名称】青山　葆

【識別番号】１０００８６４０５
【弁理士】
【氏名又は名称】河宮　治

【識別番号】１００１０１４５４
【弁理士】
【氏名又は名称】山田　卓二
【公開番号】 特開２００４−３７４１９（Ｐ２００４−３７４１９Ａ）
【公開日】 平成１６年２月５日（２００４．２．５）
【出願番号】 特願２００２−１９８６９５（Ｐ２００２−１９８６９５）