影像法於隧道剖面量測之應用

Application of Image Method for Tunnel Profile Measurement

李晉榮(Jing-Rung Lee)

指導教授 ： 鄭富書

國立臺灣大學/工學院/土木工程學研究所/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2011.02277

摘要

台灣近年來，在許多重要交通建設中，隧道的占有比例逐漸提升，現有隧道數量和總長度亦大幅上升，故對於隧道的安全檢測及維護亦趨重要，其需求也日益增加。且台灣板塊運動相當頻繁，隧道在開挖解壓後的擠壓變形亦不容忽視，故對於隧道斷面的檢測實為一項重要的課題。然而傳統隧道剖面檢測方法，施作上較耗時，亦需花費許多人力、財力，且針對單一剖面而言，僅能得到少數點位資料，無法得到剖面大量點位資訊。而目前市面上提供可快速掃描並可得到大量剖面相關資訊的儀器及掃描系統，所需設備昂貴，檢測費亦是如此。有鑑於此，本研究擬對此提出一套有效、快速的隧道剖面量測技術方法，期能利用本研究發展之技術進行隧道斷面的常規性檢測。
本研究之快速隧道剖面量測技術以剖面影像法為基礎進行改善發展。剖面影像法及相關技術經過曹峻瑋(2006)、邱雅筑(2007)、許志豪(2008)等人之研究與測試，已為可應用之隧道檢測技術。然而，前人相關技術方法具有不同的特性，在精度與速度的表現上亦有所差異。以精度而言，曹峻瑋(2006)、邱雅筑(2007)所使用之方法，可達mm級的精度，但在實際外業量測上，由於須調整剖面與相機為平行的情況，在外業操作速度上則須耗費較久的時間；許志豪(2008)所提出的方法，在精度上一樣可達mm級。且在外業量測時，毋須調整待測剖面與相機至平行的情況，可在內業處理時，進行影像糾正而後反算。但其缺點為若有多個待測剖面須反算時，在外業量測時，每一個待測剖面皆須量測數個點位，所耗費的量測時間亦為可觀。有鑑於此，本研究擬延續前人成果，探討前人方法特性、誤差來源及影響因素，並針對精度與速度兩方面來開發改善現有以雷射掃描為基礎之隧道剖面量測方法。規劃建立出一套快速剖面量測技術應用在隧道剖面檢測上，並能達到可進行快速量測，且反算隧道剖面的結果精度佳的情況，以供未來隧道維護檢測相關人員使用。
主要研究內容與方法包含對前人各法進行測試，了解其特性及影響因素，並將相關操作、程式及設備上造成的誤差來源作整理。而後針對最大誤差來源之一的像物空間轉換理論與現場作業實際差異，提出兩類影像糾正方法來提昇影像法的精度。再依據對所整理的誤差來源及影響因素的瞭解掌握，發展一快速隧道剖面量測技術。使用本研究提出的影像糾正法進行內業處理，並測試此技術受相關影響因素的反算結果。而後確立並提出此技術的外業量測程序及內業處理流程，使快速隧道剖面量測技術在更臻完善。經結果顯示，本研究提出之快速隧道剖面量測技術在精度與速度兩方面皆有明顯的改善與提升，為一能有效應用在隧道剖面檢測的技術。

關鍵字

隧道 ； 剖面影像法 ； 影像糾正 ； 快速隧道剖面量測技術

並列摘要

In recent years, tunnel construction has gradually increased its population in Taiwan. The need of tunnel is shown by its significant growth of total length and quantity. On the other hand, the deformation behavior is one of the most concerning problems after excavation. Therefore, monitoring the tunnel’s profile is an important and demanding issue. Traditional monitoring of tunnel’s profile usually costs a lot of time and money, but only receives little information. Nowadays, efficient scanning systems which can quickly scan achieve a great deal of profile information are commonly expensive. However, these scanning systems are unable or less likely to achieve a specific three-dimensional coordinates of the tunnel sections location. Hence, this study develops a more effective and rapid method called,’’ fast tunnel profile measurement technique’’, obtaining three-dimensional coordinates of the tunnel section and providing regular survey.
In this study, the fast tunnel profile measurement technique uses profile image method as basis and develops into an improving method. According to the research and testing of Chao(2006)、Chiu(2007)、and Hsu(2008), profile image method is applicable for tunnel inspection. However, previous methods have various characteristic, accuracy, and speed. Therefore, this study extends previous results, discuss the characteristics, sources of error and influencing factors of previous methods. Hence, by concluding all the results, we are to develop fast tunnel measurement technique which can measure quicker and have highly accuracy on tunnel profile measurement.

並列關鍵字

tunnel ； profile image method ； image correction ； fast tunnel profile measurement

參考文獻

4. 倪瑋傑（2005）：地形持續發展的溝渠與地下水湧出及補注，台灣大學土木工程學研究所碩士論文。

8. 曹峻瑋（2006）：三維雷射掃瞄技術於隧道工程之應用，台灣大學土木工程學研究所碩士論文。

2. 邱雅筑（2007）：隧道剖面量測及相應應力增量回溯分析，台灣大學土木工程學研究所碩士論文。

5. 許志豪（2000）：雷射剖面影像法及剖面變行之成因回溯探討，台灣大學土木工程學研究所碩士論文。

Range Laser Scanners for Cultural Heritage Recording”, Proceedings of CIPA