含羞草传媒

新着情报 近赤外线カメラデータを用いた水検知手法を开発 岩盘面等からの涌水情报を精度よく把握

2023/01/26

含羞草传媒(株)(本社:東京都中央区、社長:大谷 清介)は、近赤外線カメラデータを利用してトンネル切羽などの岩盤面から流出する水について定量評価する水検知手法を開発しました。本開発により、岩盤面から発生する湧水を迅速、簡易、かつ定量的に評価することができるため、その情報を施工や維持管理に活用することで、工事の安全性や経済性の向上につなげることができます。

开発の背景

岩盘斜面の水検知に関する研究は以前から行われていますが、そのほとんどは赤外线の中でも热赤外线(波长8~14μ尘:図-1参照)カメラのデータを使用して评価されていました。ただし、热赤外线カメラで得られる温度データでは涌水范囲を特定することはできますが、流量との相関が不确定であり、涌水量を予测するのは困难です。そこで、水の波长が吸収される性质を有する近赤外线カメラのデータに着目して、水検知に関する评価システムを考案しました。

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図-1 赤外線の波長領域と近赤外線カメラ画像

近赤外线カメラデータを用いる理由

水検知に近赤外线カメラデータを用いる利点としては以下の2点が挙げられます。

  1. 1画像における利点:近赤外线の波长领域には水の波长を吸収する领域が含まれており、水がない场所では明るく表示され、水がある部分では暗く表示されます。つまり、水の有无を映像として明瞭に判断することができます。
  2. 2輝度値における利点:近赤外線カメラデータは、単位面積当たりの明るさを示す輝度値が得られます。輝度値は明るい箇所では高く(最大値:65,535 cd/m2)、暗い箇所では低く(最小値:0 cd/m2)なり、定量的な评価ができます。
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図-2 近赤外線カメラおよび付随機器

本开発で使用している近赤外线カメラの特性としては以下の通りです(図-2参照)。

  1. 1 軽量?人力可搬
    カメラ?笔颁?ポータブル电源を搭载し、持ち运びが可能な重量と大きさであるため、现场のどこにでも设置することができます。
  2. 2 撮影と同时に映像确认が可能
    カメラと映像処理を行う笔颁を组み合わせたことで、撮影と同时に映像を确认することができるため、简易に水の流出位置と范囲を判断することができます。

水検知の原理

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図-3 室内実験の様子

近赤外线カメラデータを用いた流量予测手法の适用性を确认するために、室内実験を実施しました。花岗岩试料に一定流量の水を上部から流した状态で撮影を行いました(図-3参照)。
その结果、流量の増加とともに画像として暗くなる领域が増えていることが明らかとなり、画像による评価が可能であることを确认しました(図-4参照)。

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図-4 近赤外線カメラを用いて流量毎に撮影した画像
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図-5 各流量と基準値の割合の相関図

定量的な评価として、以下のような手法をとりました。

  1. 1 各流量のデータのうち、1秒毎に同じ范囲の辉度値を抽出します。
  2. 2水が影響していない値(画像で白色となる箇所の値)を基準値(値:65,535 cd/m2)として、各流量のデータから基準値を示す画素数を算出します。
  3. 3各流量で求めた基準値を示す画素数を解析范囲の総画素数で除した割合を算出します(図-5参照)。

その结果、流量が増加するにつれて基準値の割合が少なくなっていることが明らかとなりました。つまり、近赤外线カメラで得られたデータのうち、指定范囲内の基準値の割合と流量は相関があることが明らかとなり、流量予测が可能であることを确认しました。

今后の展开

今后は、近赤外线カメラデータを使用して涌水(范囲?流量)に関する评価手法を确立するとともに、现场での実証実験を行い、本开発の実用化を目指します。また、岩盘面だけでなく、トンネルの覆工や构造物壁面等のコンクリート面での适用も视野に入れており、建设时だけでなく维持管理でも使用したいと考えています。