Method for identifying spring water point in image analysis of tunnel face
专利汇可以提供Method for identifying spring water point in image analysis of tunnel face专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE:To enhance the identification accuracy of spring water point in the evaluation of rock bed by determining the temperature distribution from the infrared image of tunnel face. CONSTITUTION:The image of tunnel face is picked up by means of a thermal video camera, for example, and the temperature distribution is determined for the infrared image thereof. The temperature of rock bed is not uniform at the tunnel face and the crack impregnated with underground water or the spring water point exhibits clean blue color and the temperature thereabout is lowered by the impregnating water or spring water. Consequently, the blue color part can be identified as a spring water part or a discontinuous plane impregnated with underground water. Since the temperature difference between the crack and the periphery thereof can be recognized by the color difference, the presence of discontinuous plane unextractable from a visual image may be recognized with high probability. When the information of discontinuous plane extracted through image analysis and the information of the type and class of rock is additionally provided, the tunnel face can be predicted instantaneously for each digging thus contributing to the safety of tunnel work.，下面是Method for identifying spring water point in image analysis of tunnel face专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はトンネル切羽の岩盤状態を評価するための画像解析に関するものであり、特に、
画像解析に於ける湧水地点識別方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】トンネル掘削作業を行う場合は、随時切羽を観察して岩盤の状態を把握し、切羽の安全性を確認するとともに前方地質の予測を行う必要がある。 従来は、地質技術者が切羽をスケッチし、主に岩種、岩盤等級（以下「岩級」という）、風化の程度、割れ目特性、
湧水の有無等について観察している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のスケッチを元にしたトンネル切羽の岩盤評価方法は、主観的な評価が主になるため、地質学的知識の不足や経験の差によって評価の精度にばらつきが生じる。 特に、岩盤の湧水地点を識別するに当り、不連続面に介在する粘土等に水が浸透している場合には、人間の目では認識することが困難である。
【０００４】そこで、トンネル切羽の岩盤評価に於ける湧水地点の識別精度を向上させ、人間の目での認識が困難である不連続面等を検出するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、トンネル切羽の熱赤外線画像を求め、該熱赤外線画像の温度分布により湧水地点や断層粘土位置等の不連続面を把握するトンネル切羽の画像解析に於ける湧水地点識別方法を提供するものである。
【０００６】
【作用】トンネル切羽をサーマルビデオカメラ等で撮影し、トンネル切羽の熱赤外線画像を求める。 切羽の岩盤温度は一様ではなく、地下水の浸透している割れ目や湧水地点は、浸透水や湧水によって周囲より低温になっている。 従って、熱赤外線画像に表れた色の違いにより、
湧水地点や水分を有した亀裂等を識別できる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従って詳述する。 図１はトンネル切羽の画像解析に使用する機器の構成を示したものであり、スチルビデオカメラ１でトンネル切羽をカラー撮影し、デジタルデータとしてフロッピーディスク２へ記録する。 該フロッピーディスク２には複数の切羽画像データを記録することができ、スチルビデオプレーヤー３で該フロッピーディスク２を再生して、コンピュータ４へ切羽画像データを入力する。
【０００８】コンピュータ４には、画像処理を行うために大容量のフレームバッファメモリが内蔵され、増設メモリ並びに磁気ディスク装置が設けられている。 コンピュータ４で処理された切羽画像データは、随時カラーディスプレイ５に表示されるとともに、必要に応じてカラープリンタ６でハードコピーを作成する。 更に、画像解析したデータや地質観察情報データ等は光磁気ディスク７に記録され、地質データベースを構築する。
【０００９】図２は画像解析により切羽の状態を観察し、トンネルの安定性を評価するフローチャートを示し、先ず地質調査や物理探査及び室内試験等によってトンネルの事前調査を行い（ステップ１０１）、地山を計測してトンネルの掘削施工を行う（ステップ１０２）。
前述したスチルビデオカメラでトンネル切羽をカラー撮影し（ステップ１０３）、切羽画像データをコンピュータへ入力する。 また、トンネルの事前調査により地山初期条件を設定し（ステップ１０４）、このデータもコンピュータへ入力する。 そして、コンピュータによって切羽の画像処理及び解析を行い（ステップ１０５）、数値解析データを作成する（ステップ１０６）。 画像処理及び解析データは地質データベースに記録される（ステップ１１２）。
【００１０】該地質データベースのデータに基づき切羽前方地山状態を予測するとともに（ステップ１１４）、
前記数値解析データから不連続性地山の安定性について数値解析を行う（ステップ１０７）。 斯くして、地山安定性の総合評価が為され（ステップ１０８）、地山が不安定であれば安定化対策工を選定し（ステップ１０９→
１１０）、トンネルの掘削施工を継続していく。
【００１１】トンネル切羽の湧水地点を調べる場合は、
岩盤をサーマルビデオカメラで撮影し、トンネル切羽の熱赤外線画像を求める。 切羽に見られる湧水や不連続面の浸透水の状況を、該熱赤外線画像によって把握するために、先ず室内実験によりその基礎的特性を調査した。
図３に示すように、縦、横１０cm、厚さ５cmのモルタルブロック８，８…及び９，９…を並設する。 左側のモルタルブロック８，８…の隙間には珪砂１０を湿潤させて充填し、右側のモルタルブロック９，９…の隙間にはカオリン粘土１１を湿潤させて充填する。 然る後に、前記モルタルブロック８，８…及び９，９…の全体を約１０
°傾斜させ、図中矢印で示すように、夫々の隙間上部から１０cc／min 程度の水道水を注水する。 そして、水の浸透による珪砂１０及びカオリン粘土１１の変化をサーマルビデオカメラによって調査した。 実験中の室温は２
２±０．５℃、水温は１５．５±０．５℃であった。
【００１２】図４は注水後約７．５時間の熱赤外線画像をモノクローム表示したものであり、本発明の実施に於いてはカラー画像をそのまま使用する。 充填材の透水性の相違から、左側の珪砂では砂中を水が流れ、右側のカオリン粘土ではその表面を水が流れている。 先ず、矢印に示した注水部近傍では水の供給があるため、充填材の透水性の差異に拘わらず黒味がかった青系色を呈し、温度は水温と同じ１６℃程度になっている。 左右の隙間を比較すれば、右側のカオリン粘土ではその表面を水が流れているため、左側の珪砂と比較して青系色が多く表れている。 更に、意図的に流れを変えてモルタルブロックの表面を湿潤させた領域（右側の下から二段目の個所）
も、低い温度が検出されている。
【００１３】これらの熱赤外線画像の特性から、トンネル切羽表面へ常に地下水の供給があって、上記実験の注水部と同じ条件になる湧水地点が存在したときは、熱赤外線画像によって該湧水地点の検知が可能である。 また、浸透や湿潤によって周辺岩盤と割れ目内の介在物との間に生じる温度差を利用して、可視画像では抽出できない不連続面を認識できる可能性も大であることが判明した。
【００１４】次に、実際のトンネル切羽に於いて、熱赤外線画像による湧水地点の識別を行った。 図５は地質技術者がスケッチしたトンネル切羽の観察図であり、岩級がＣ H級であって湧水地点が二個所あった。 この切羽をサーマルビデオカメラで撮影し、熱赤外線画像を求める。 図６は、上記切羽の熱赤外線画像をモノクローム表示したものであり、本発明の実施に於いてはカラー画像をそのまま使用する。 該熱赤外線画像の略中央部に存在する三角形状の部位と、右端部に存在するＪ字状の部位は、双方ともに鮮やかな青色を呈しており、温度は１７
℃程度と低い温度が検出されている。 従って、上記青色部位が湧水地点や地下水の浸透している不連続面であることが把握できる。 斯くして、トンネル切羽に於いても熱赤外線画像の有効性が確認された。
【００１５】尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００１６】
【発明の効果】本発明は上記一実施例に詳述したように、トンネル切羽の熱赤外線画像から色の違いによって低温部位を検出する。 従って、該低温部位が湧水地点であることを識別できる。 また、岩盤の割れ目と周辺の温度差が色の違いによって明らかになることから、可視画像では抽出できない不連続面の存在を認識できる可能性が高い。
【００１７】更に、トンネル切羽の画像解析によって抽出される不連続面の情報や、岩種や岩級区分の情報を加えることにより、切羽前方予測等の評価が掘削毎に瞬時に行われ、トンネル施工の安全性に寄与できる等諸種の効果を奏する発明である。
【図１】トンネル切羽の画像解析に使用する機器の構成図。
【図２】画像解析による岩盤評価のフローチャート。
【図３】室内実験の概略図。
【図４】室内実験の熱赤外線画像をモノクローム表示した図。
【図５】トンネル切羽をスケッチした岩盤の観察図。
【図６】トンネル切羽の熱赤外線画像をモノクローム表示した図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 均 茨城県つくば市大字鬼ケ窪字下山1043番１ 株式会社熊谷組技術研究所内 (72)発明者 川越 健 茨城県つくば市大字鬼ケ窪字下山1043番１ 株式会社熊谷組技術研究所内
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