JP2021148525A - Measuring method, measuring device, measuring system, and measuring program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計測方法、計測装置、計測システム及び計測プログラムに関する。 The present invention relates to a measuring method, a measuring device, a measuring system and a measuring program.
特許文献1には、橋梁の維持管理をする上で、橋梁を通過する大型車両の車軸重量が、橋梁の損傷を予測するために重要な情報であって、この軸重測定ため、橋梁の主桁に設置したひずみ計から車両通過時のひずみ値を連続測定し、軸重を算出する手法Weight In Motionが提案されており、橋梁の主桁に配置されたひずみ計で計測したひずみ波形に基づいて、橋梁を通過する車両の車重を計測する橋梁通過車両監視システムが記載されている。詳細には、橋梁通過車両監視システムは、ひずみ計を走行車線毎に、主桁部に配置して、ひずみ計で計測したひずみ波形から車軸の通過タイミングを検出して車両の軸間比率を算出し、算出した軸間比率と軸間距離データベースに登録された軸間距離から算出される軸間比率とを比較し、車両の軸間距離、車速および車種を特定する。また、橋梁通過車両監視システムは、車軸の通過タイミングに合わせて、基準軸重ひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成し、基準軸重ひずみ波形とひずみ計で計測したひずみ波形とを比較して各軸の軸重を算出する。そして、橋梁通過車両監視システムは、各軸の軸重を合計することにより車重を算出する。
In
ひずみ波形と軸重との相関係数は、例えば、試験車両による荷重試験によってあらかじめ算出されるが、橋梁の劣化等によって橋梁の強度が変化すると相関係数も変化するため、変換精度が低下することになる。特許文献1に記載のシステムでは、軸間距離データベースを用いることにより橋梁の変位を計測せずに車両の車重を計測することはできるが、橋梁等の構造物が異常な状態であることを検知することができない。
The correlation coefficient between the strain waveform and the axle load is calculated in advance by, for example, a load test using a test vehicle, but if the strength of the bridge changes due to deterioration of the bridge, the correlation coefficient also changes, so the conversion accuracy decreases. It will be. In the system described in
本発明に係る計測方法の一態様は、
移動体が構造物を移動する第1方向に沿って並ぶ前記構造物の第1の観測点、第2の観測点及び前記第1の観測点と前記第2の観測点との間の第3の観測点のうちの前記第1の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記移動体の複数の部位が前記第1の観測点を通過した時刻及び前記複数の部位のそれぞれの前記第1の観測点への作用に対する応答である物理量を含む第1観測点情報を取得する第1観測点情報取得ステップと、
前記第2の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記移動体の前記複数の部位が前記第2の観測点を通過した時刻及び前記複数の部位のそれぞれの前記第2の観測点への作用に対する応答である物理量を含む第2観測点情報を取得する第2観測点情報取得ステップと、
前記第1観測点情報及び前記第2観測点情報と、所定の係数と、前記構造物のたわみの近似式とに基づいて、前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を算出するたわみ波形算出ステップと、
前記たわみ波形算出ステップで算出した前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を加算して、前記移動体による前記構造物のたわみ波形である移
動体たわみ波形を算出する移動体たわみ波形算出ステップと、
前記第3の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記第3の観測点の物理量の計測波形を算出する計測波形算出ステップと、
前記移動体たわみ波形と前記計測波形との相関係数を算出する相関係数算出ステップと、
前記相関係数が所定の範囲を超える場合にアラームを発生するアラーム発生ステップと、を含む。
One aspect of the measurement method according to the present invention is
The first observation point, the second observation point, and the third observation point between the first observation point and the second observation point of the structure in which the moving body is arranged along the first direction in which the moving body moves through the structure. Based on the observation information by the observation device that observes the first observation point among the observation points of, the time when the plurality of parts of the moving body passed the first observation point and each of the plurality of parts. The first observation point information acquisition step for acquiring the first observation point information including the physical quantity which is the response to the action on the first observation point, and
Based on the observation information by the observation device that observes the second observation point, the time when the plurality of parts of the moving body pass through the second observation point and the second observation of each of the plurality of parts. The second observation point information acquisition step for acquiring the second observation point information including the physical quantity that is the response to the action on the point, and
Deflection waveform of the structure by each of the plurality of parts of the moving body based on the first observation point information, the second observation point information, a predetermined coefficient, and an approximate expression of the deflection of the structure. Deflection waveform calculation step to calculate
The movement to calculate the bending waveform of the moving body, which is the bending waveform of the structure by the moving body, by adding the bending waveforms of the structure by each of the plurality of parts of the moving body calculated in the bending waveform calculation step. Body deflection waveform calculation step and
A measurement waveform calculation step for calculating a measurement waveform of a physical quantity of the third observation point based on observation information by an observation device for observing the third observation point, and a measurement waveform calculation step.
A correlation coefficient calculation step for calculating the correlation coefficient between the moving body deflection waveform and the measured waveform, and
The alarm generation step of generating an alarm when the correlation coefficient exceeds a predetermined range is included.
前記計測方法の一態様は、
前記相関係数算出ステップにおいて、
前記計測波形が第1の値と第2の値との間にある期間における前記移動体たわみ波形と前記計測波形とに基づいて、前記相関係数を算出してもよい。
One aspect of the measurement method is
In the correlation coefficient calculation step,
The correlation coefficient may be calculated based on the moving body deflection waveform and the measured waveform during the period when the measured waveform is between the first value and the second value.
前記計測方法の一態様は、
前記相関係数の履歴情報を通知する通知ステップをさらに含んでもよい。
One aspect of the measurement method is
A notification step for notifying the historical information of the correlation coefficient may be further included.
前記計測方法の一態様において、
前記第3の観測点の前記物理量は、変位、又は前記移動体による荷重であってもよい。
In one aspect of the measurement method
The physical quantity at the third observation point may be a displacement or a load due to the moving body.
前記計測方法の一態様において、
前記構造物のたわみの近似式は、前記構造物の構造モデルに基づく式であってもよい。
In one aspect of the measurement method
The approximate expression of the deflection of the structure may be an expression based on the structural model of the structure.
前記計測方法の一態様において、
前記構造モデルは、両端を支持した単純梁であってもよい。
In one aspect of the measurement method
The structural model may be a simple beam supporting both ends.
前記計測方法の一態様において、
前記構造物のたわみの近似式は、前記第1の観測点と前記第2の観測点との中央位置におけるたわみの最大振幅で規格化された式であってもよい。
In one aspect of the measurement method
The approximate expression of the deflection of the structure may be an expression normalized by the maximum amplitude of the deflection at the central position between the first observation point and the second observation point.
前記計測方法の一態様において、
前記構造物は、橋梁の上部構造であって、
前記上部構造は、隣り合う橋台と橋脚、隣り合う2つの橋台、又は、隣り合う2つの橋脚のいずれか1つに渡された構造であり、
前記上部構造の両端部は、前記隣り合う橋台と橋脚の位置、前記隣り合う2つの橋台の位置、又は、前記隣り合う2つの橋脚の位置にあり、
前記橋梁は、道路橋又は鉄道橋であってもよい。
In one aspect of the measurement method
The structure is a superstructure of a bridge and
The superstructure is a structure passed to any one of adjacent abutments and piers, two adjacent abutments, or two adjacent piers.
Both ends of the superstructure are located at the positions of the adjacent abutments and piers, the positions of the two adjacent abutments, or the positions of the two adjacent piers.
The bridge may be a road bridge or a railway bridge.
前記計測方法の一態様において、
前記第1の観測点は前記構造物の第1の端部に設定され、
前記第2の観測点は前記構造物の前記第1の端部とは異なる第2の端部に設定されてもよい。
In one aspect of the measurement method
The first observation point is set at the first end of the structure and
The second observation point may be set at a second end different from the first end of the structure.
前記計測方法の一態様において、
前記移動体は、鉄道車両、自動車、路面電車、建設車両、又は軍用車両であり、
前記複数の部位のそれぞれは車軸又は車輪であってもよい。
In one aspect of the measurement method
The moving vehicle is a railroad vehicle, an automobile, a tram, a construction vehicle, or a military vehicle.
Each of the plurality of parts may be an axle or a wheel.
前記計測方法の一態様において、
前記第1の観測点を観測する前記観測装置、前記第2の観測点を観測する前記観測装置及び前記第3の観測点を観測する前記観測装置は、加速度センサーであってもよい。
In one aspect of the measurement method
The observation device for observing the first observation point, the observation device for observing the second observation point, and the observation device for observing the third observation point may be an acceleration sensor.
前記計測方法の一態様において、
前記第3の観測点を観測する前記観測装置は、接触式変位計、リング式変位計、レーザー変位計、感圧センサー、画像処理による変位計測機器又は光ファイバーによる変位計測機器であってもよい。
In one aspect of the measurement method
The observation device for observing the third observation point may be a contact type displacement meter, a ring type displacement meter, a laser displacement meter, a pressure sensitive sensor, a displacement measuring device by image processing, or a displacement measuring device by an optical fiber.
前記計測方法の一態様において、
前記第1の観測点を観測する前記観測装置及び前記第2の観測点を観測する前記観測装置は、衝撃センサー、マイクロホン、歪計又はロードセルであってもよい。
In one aspect of the measurement method
The observation device for observing the first observation point and the observation device for observing the second observation point may be an impact sensor, a microphone, a strain gauge, or a load cell.
前記計測方法の一態様において、
前記構造物は、BWIM(Bridge Weigh in Motion)が機能する構造であってもよい。
In one aspect of the measurement method
The structure may be a structure in which BWIM (Bridge Weigh in Motion) functions.
本発明に係る計測装置の一態様は、
移動体が構造物を移動する第1方向に沿って並ぶ前記構造物の第1の観測点、第2の観測点及び前記第1の観測点と前記第2の観測点との間の第3の観測点のうちの前記第1の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記移動体の複数の部位が前記第1の観測点を通過した時刻及び前記複数の部位のそれぞれの前記第1の観測点への作用に対する応答である物理量を含む第1観測点情報を取得する第1観測点情報取得部と、
前記第2の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記移動体の前記複数の部位が前記第2の観測点を通過した時刻及び前記複数の部位のそれぞれの前記第2の観測点への作用に対する応答である物理量を含む第2観測点情報を取得する第2観測点情報取得部と、
前記第1観測点情報及び前記第2観測点情報と、所定の係数と、前記構造物のたわみの近似式とに基づいて、前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を算出するたわみ波形算出部と、
前記たわみ波形算出部が算出した前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を加算して、前記移動体による前記構造物のたわみ波形である移動体たわみ波形を算出する移動体たわみ波形算出部と、
前記第3の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記第3の観測点の物理量の計測波形を算出する計測波形算出部と、
前記移動体たわみ波形と前記計測波形との相関係数を算出する相関係数算出部と、
前記相関係数が所定の範囲を超える場合にアラームを発生するアラーム発生部と、を含む。
One aspect of the measuring device according to the present invention is
The first observation point, the second observation point, and the third observation point between the first observation point and the second observation point of the structure in which the moving body is arranged along the first direction in which the moving body moves through the structure. Based on the observation information by the observation device that observes the first observation point among the observation points of, the time when the plurality of parts of the moving body passed the first observation point and each of the plurality of parts. The first observation point information acquisition unit that acquires the first observation point information including the physical quantity that is the response to the action on the first observation point, and the first observation point information acquisition unit.
Based on the observation information by the observation device that observes the second observation point, the time when the plurality of parts of the moving body pass through the second observation point and the second observation of each of the plurality of parts. The second observation point information acquisition unit that acquires the second observation point information including the physical quantity that is the response to the action on the point, and
Deflection waveform of the structure by each of the plurality of parts of the moving body based on the first observation point information, the second observation point information, a predetermined coefficient, and an approximate expression of the deflection of the structure. Deflection waveform calculation unit that calculates
The movement to calculate the bending waveform of the moving body, which is the bending waveform of the structure by the moving body, by adding the bending waveforms of the structure by each of the plurality of parts of the moving body calculated by the bending waveform calculation unit. Body deflection waveform calculation unit and
A measurement waveform calculation unit that calculates the measurement waveform of the physical quantity of the third observation point based on the observation information by the observation device that observes the third observation point.
A correlation coefficient calculation unit that calculates the correlation coefficient between the moving body deflection waveform and the measured waveform,
An alarm generating unit that generates an alarm when the correlation coefficient exceeds a predetermined range is included.
本発明に係る計測システムの一態様は、
前記計測装置の一態様と、
前記第1の観測点を観測する前記観測装置と、
前記第2の観測点を観測する前記観測装置と、
前記第3の観測点を観測する前記観測装置と、を備える。
One aspect of the measurement system according to the present invention is
One aspect of the measuring device and
The observation device for observing the first observation point and
The observation device for observing the second observation point and
The observation device for observing the third observation point is provided.
本発明に係る計測プログラムの一態様は、
移動体が構造物を移動する第1方向に沿って並ぶ前記構造物の第1の観測点、第2の観測点及び前記第1の観測点と前記第2の観測点との間の第3の観測点のうちの前記第1の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記移動体の複数の部位が前記第1の観測点を通過した時刻及び前記複数の部位のそれぞれの前記第1の観測点への作用に対する応答である物理量を含む第1観測点情報を取得する第1観測点情報取得ステップと、
前記第2の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記移動体の前記複数の部位が前記第2の観測点を通過した時刻及び前記複数の部位のそれぞれの前記第2の観測点への作用に対する応答である物理量を含む第2観測点情報を取得する第2観測点情
報取得ステップと、
前記第1観測点情報及び前記第2観測点情報と、所定の係数と、前記構造物のたわみの近似式とに基づいて、前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を算出するたわみ波形算出ステップと、
前記たわみ波形算出ステップで算出した前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を加算して、前記移動体による前記構造物のたわみ波形である移動体たわみ波形を算出する移動体たわみ波形算出ステップと、
前記第3の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記第3の観測点の物理量の計測波形を算出する計測波形算出ステップと、
前記移動体たわみ波形と前記計測波形との相関係数を算出する相関係数算出ステップと、
前記相関係数が所定の範囲を超える場合にアラームを発生するアラーム発生ステップと、をコンピューターに実行させる。
One aspect of the measurement program according to the present invention is
The first observation point, the second observation point, and the third observation point between the first observation point and the second observation point of the structure in which the moving body is arranged along the first direction in which the moving body moves through the structure. Based on the observation information by the observation device that observes the first observation point among the observation points of, the time when the plurality of parts of the moving body passed the first observation point and each of the plurality of parts. The first observation point information acquisition step for acquiring the first observation point information including the physical quantity which is the response to the action on the first observation point, and
Based on the observation information by the observation device that observes the second observation point, the time when the plurality of parts of the moving body pass through the second observation point and the second observation of each of the plurality of parts. The second observation point information acquisition step for acquiring the second observation point information including the physical quantity that is the response to the action on the point, and
Deflection waveform of the structure by each of the plurality of parts of the moving body based on the first observation point information, the second observation point information, a predetermined coefficient, and an approximate expression of the deflection of the structure. Deflection waveform calculation step to calculate
The movement to calculate the bending waveform of the moving body, which is the bending waveform of the structure by the moving body, by adding the bending waveforms of the structure by each of the plurality of parts of the moving body calculated in the bending waveform calculation step. Body deflection waveform calculation step and
A measurement waveform calculation step for calculating a measurement waveform of a physical quantity of the third observation point based on observation information by an observation device for observing the third observation point, and a measurement waveform calculation step.
A correlation coefficient calculation step for calculating the correlation coefficient between the moving body deflection waveform and the measured waveform, and
The computer is made to execute an alarm generation step of generating an alarm when the correlation coefficient exceeds a predetermined range.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説
明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unreasonably limit the content of the present invention described in the claims. Moreover, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.
1.第1実施形態
1−1.計測システム
以下では、構造物が橋梁の上部構造であり、移動体が車両である場合を例に挙げ、本実施形態の計測方法を実現するための計測システムについて説明する。本実施形態に係る橋梁を通過する車両は、鉄道車両、自動車、路面電車、建設車両、又は軍用車両等の重量が大きく、BWIM(Bridge Weigh in Motion)で計測可能な車両である。BWIMは、橋梁を「はかり」に見立て、橋梁の変形を計測することにより、橋梁を通行する車両の重量、軸数などを測定する技術である。変形やひずみなどの応答から通行する車両の重量を解析可能な橋梁の上部構造は、BWIMが機能する構造物であり、橋梁の上部構造への作用と応答の間の物理的なプロセスを応用するBWIMシステムが通行する車両の重量の計測を可能にする。
1. 1. First Embodiment 1-1. Measurement system In the following, a measurement system for realizing the measurement method of the present embodiment will be described by taking as an example a case where the structure is the superstructure of a bridge and the moving body is a vehicle. The vehicle passing through the bridge according to the present embodiment is a vehicle having a large weight such as a railroad vehicle, an automobile, a tram, a construction vehicle, or a military vehicle, and can be measured by BWIM (Bridge Weigh in Motion). BWIM is a technology for measuring the weight, number of axes, etc. of a vehicle passing through a bridge by measuring the deformation of the bridge by using the bridge as a "scale". The bridge superstructure, which can analyze the weight of vehicles passing by from responses such as deformation and strain, is the structure on which BWIM functions and applies the physical process between the action and response of the bridge superstructure. The BWIM system enables the measurement of the weight of vehicles passing by.
図1は、本実施形態に係る計測システムの一例を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係る計測システム10は、計測装置1と、橋梁5の上部構造7に設けられる少なくとも1つのセンサー21と、少なくとも1つのセンサー22と、少なくとも1つのセンサー23と、を有している。また、計測システム10は、サーバー2を有してもよい。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a measurement system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
橋梁5は上部構造7と下部構造8からなり、上部構造7は、床板F、主桁G、不図示の横桁等からなる橋床7aと、支承7bと、を含む。下部構造8は、橋脚8aと、橋台8bと、を含む。上部構造7は、隣り合う橋台8bと橋脚8a、隣り合う2つの橋台8b、又は、隣り合う2つの橋脚8aのいずれか1つに渡された構造である。上部構造7の両端部は、隣り合う橋台8bと橋脚8aの位置、隣り合う2つの橋台8bの位置、又は、隣り合う2つの橋脚8aの位置にある。
The
計測装置1と各センサー21,22,23とは、例えば、不図示のケーブルで接続され、CAN(Controller Area Network)等の通信ネットワークを介して通信を行う。あるいは、計測装置1と各センサー21,22,23とは、無線ネットワークを介して通信を行ってもよい。
The measuring
例えば、各センサー21は、移動体である車両6の上部構造7への進入による衝撃を表すデータを出力し、各センサー22は、車両6の上部構造7からの退出による衝撃を表すデータを出力する。また、例えば、各センサー23は、移動体である車両6の移動による上部構造7の変位を算出するためのデータを出力する。本実施形態では、各センサー21,22,23は加速度センサーであり、例えば、水晶加速度センサーであってもよいし、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)加速度センサーであってもよい。
For example, each
本実施形態では、各センサー21は上部構造7の長手方向の第1の端部に設置され、各センサー22は上部構造7の長手方向の第1の端部とは異なる第2の端部に設置されている。
In this embodiment, each
各センサー21は、車両6の上部構造7への進入の際に生じる上部構造7の加速度を検出し、各センサー22は、車両6の上部構造7からの退出の際に生じる上部構造7の加速度を検出する。すなわち、本実施形態では、各センサー21は、車両6の上部構造7への進入を検知する加速度センサーであり、各センサー22は、車両6の上部構造7からの退出を検知する加速度センサーである。
Each
また、各センサー23は上部構造7の長手方向の中央部に設置されている。ただし、各
センサー23は、上部構造7の変位を算出するための加速度を検出することができればよく、その設置位置は上部構造7の中央部に限定されない。
Further, each
上部構造7の床板Fや主桁G等は、上部構造7を走行する車両6による荷重によって、垂直方向下方に変形し、撓む。各センサー23は、上部構造7を走行する車両6の荷重による床板Fや主桁Gの撓みの加速度を検出する。
The floor plate F, main girder G, and the like of the
計測装置1は、各センサー21,22,23から出力される加速度データに基づいて、車両6の走行による上部構造7の撓みの変位を算出する。また、計測装置1は、算出した変位から、上部構造7を走行する車両6による荷重を算出する。
The measuring
計測装置1とサーバー2とは、例えば、携帯電話の無線ネットワーク及びインターネット等の通信ネットワーク4を介して、通信を行うことができる。計測装置1は、車両6が上部構造7を走行した時刻や車両6の走行による上部構造7の変位や車両6による荷重等の情報をサーバー2に送信する。サーバー2は、当該情報を不図示の記憶装置に記憶し、例えば、当該情報に基づいて過積載の車両の監視や上部構造7の異常判定等の処理を行ってもよい。
The measuring
なお、本実施形態では、橋梁5は、道路橋であり、例えば、鋼橋や桁橋、RC(Reinforced-Concrete)橋等である。
In the present embodiment, the
図2、図3及び図4は、各センサー21,22,23の上部構造7への設置例を示す図である。なお、図2は、上部構造7をその上方から見た図であり、図3は、図2をA−A線で切断した断面図であり、図4は、図2をA−A線、B−B線又はC−C線で切断した断面図である。
2, 3 and 4 are diagrams showing an example of installation of each
図2、図3及び図4に示すように、上部構造7は、移動体である車両6が移動し得る第1〜第Nの経路としてのN個のレーンL1〜LN、及びK個の主桁G1〜GKを有している。ここで、N,Kはそれぞれ1以上の整数である。なお、図2、図3及び図4の例では、主桁G1〜GKの各位置がレーンL1〜LNの各境界の位置と一致しており、N=K−1であるが、主桁G1〜GKの各位置がレーンL1〜LNの各境界の位置と一致している必要はなく、N≠K−1であってもよい。
As shown in FIGS. 2, 3 and 4, the
図2、図3及び図4の例では、上部構造7の長手方向の第1の端部EA1において、主桁G1〜GK−1のそれぞれにセンサー21が設けられ、上部構造7の長手方向の第2の端部EA2において、主桁G1〜GK−1のそれぞれにセンサー22が設けられている。また、上部構造7の長手方向の中央部CAにおいて、主桁G1〜GK−1のそれぞれにセンサー23が設けられている。図2、図3及び図4の例では、N=K−1であり、主桁GKにセンサー21,22,23が設けられていないが、主桁GKにセンサー21,22,23が設けられ、主桁G1〜GK−1のいずれか1つにセンサー21,22,23が設けられていなくてもよい。あるいは、N=Kであり、主桁G1〜GKのそれぞれにセンサー21,22,23が設けられていてもよい。
2, in the example of FIG. 3 and FIG. 4, at a first end EA1 in the longitudinal direction of the
なお、各センサー21,22,23を上部構造7の床板Fに設けると、走行車両によって破壊するおそれがあり、また橋床7aの局部的な変形により測定精度が影響を受けるおそれがあるため、図2、図3及び図4の例では、各センサー21,22,23は上部構造7の主桁G1〜GK−1に設けられている。
If each of the
本実施形態では、N個のセンサー21に対応付けてN個の観測点P1〜PNがそれぞれ設定されている。観測点P1〜PNは、車両6が上部構造7を移動する第1方向と交差す
る第2方向に沿って並ぶ上部構造7のN個の観測点である。図2、図3及び図4の例では、1以上N以下の各整数jに対して、観測点Pjは、第1の端部EA1において、主桁Gjに設けられたセンサー21の鉛直上方向にある床板Fの表面の位置に設定されている。すなわち、主桁Gjに設けられたセンサー21は、観測点Pjを観測する観測装置である。観測点Pjを観測するセンサー21は、車両6の走行により観測点Pjに生じる加速度を検出可能な位置に設けられていればよいが、観測点Pjに近い位置に設けられることが望ましい。このように、観測点P1〜PNはN個のセンサー21と1対1の関係にある。
In the present embodiment, in association with the
また、本実施形態では、N個のセンサー22に対応付けてN個の観測点Q1〜QNがそれぞれ設定されている。観測点Q1〜QNは、車両6が上部構造7を移動する第1方向と交差する第3方向に沿って並ぶ上部構造7のN個の観測点である。図2、図3及び図4の例では、1以上N以下の各整数jに対して、観測点Qjは、第2の端部EA2において、主桁Gjに設けられたセンサー22の鉛直上方向にある床板Fの表面の位置に設定されている。すなわち、主桁Gjに設けられたセンサー22は、観測点Qjを観測する観測装置である。観測点Qjを観測するセンサー22は、車両6の走行により観測点Qjに生じる加速度を検出可能な位置に設けられていればよいが、観測点Qjに近い位置に設けられることが望ましい。このように、観測点Q1〜QNはN個のセンサー22と1対1の関係にある。
Further, in the present embodiment, in association with the
また、本実施形態では、N個のセンサー23に対応付けてN個の観測点R1〜RNがそれぞれ設定されている。観測点R1〜RNは、車両6が上部構造7を移動する第1方向と交差する第4方向に沿って並ぶ上部構造7のN個の観測点である。図2、図3及び図4の例では、1以上N以下の各整数jに対して、観測点Rjは、中央部CAにおいて、主桁Gjに設けられたセンサー23の鉛直上方向にある床板Fの表面の位置に設定されている。すなわち、主桁Gjに設けられたセンサー23は、観測点Rjを観測する観測装置である。観測点Rjを観測するセンサー23は、車両6の走行により観測点Rjに生じる加速度を検出可能な位置に設けられていればよいが、観測点Rjに近い位置に設けられることが望ましい。このように、観測点R1〜RNはN個のセンサー23と1対1の関係にある。
Further, in the present embodiment, in association with the
本実施形態では、N個の観測点P1〜PNは、それぞれレーンL1〜LNに対応付けられている。同様に、N個の観測点Q1〜QNは、それぞれレーンL1〜LNに対応付けられている。同様に、N個の観測点R1〜RNは、それぞれレーンL1〜LNに対応付けられている。1以上N以下の各整数jに対して、レーンLjに対応付けて設定される観測点Pj、観測点Qj、及び観測点Pjと観測点Qjとの間の観測点Rjは、車両6が上部構造7のレーンLjを移動する第1方向に沿って並んでいる。図2、図3及び図4の例では、第1方向は、上部構造7のレーンL1〜LNに沿うX方向、すなわち、上部構造7の長手方向である。また、第2方向、第3方向及び第4方向は、車両6が走行する上部構造7の面内においてX方向と直交するY方向、すなわち、上部構造7の幅員方向である。ただし、レーンL1〜LNがそれぞれ曲線状である場合等は、第2方向、第3方向及び第4方向は互いに一致しなくてもよい。また、第2方向、第3方向及び第4方向は、第1方向と直交していなくてもよく、例えば、上部構造7の車両6が進入する側の端から観測点P1〜PNまでの距離や、上部構造7の車両6が退出する側の端から観測点Q1〜QNまでの距離が異なっていてもよい。また、例えば、上部構造7の一方の端から観測点R1〜RNまでの距離が異なっていてもよい。なお、1以上N以下の各整数jに対して、観測点Pjは「第1の観測点」の一例であり、観測点Qjは「第2の観測点」の一例であり、観測点Rjは「第3の観測点」の一例である。
In this embodiment, N pieces of the
なお、N個のセンサー21,22,23の数及び設置位置は、図2、図3及び図4に示した例には限定されず種々の変形実施が可能である。
The number and installation positions of the
計測装置1は、各センサー21,22,23から出力される加速度データに基づいて、第1方向であるX方向と、第2方向、第3方向及び第4方向であるY方向とそれぞれ交差する第5方向の加速度を取得する。観測点P1〜PN,Q1〜QNは、衝撃によりX方向及びY方向と直交する方向に変位し、観測点R1〜RNは、X方向及びY方向と直交する方向に撓むので、計測装置1は、衝撃の大きさや撓みの加速度の大きさを正確に算出するために、X方向及びY方向と直交する第5方向、すなわち、床板Fの法線方向の加速度を取得するのが望ましい。
The measuring
図5は、センサー21,22,23が検出する加速度を説明する図である。センサー21,22,23は、互いに直交する3軸の各軸方向に生じる加速度を検出する加速度センサーである。
FIG. 5 is a diagram for explaining the acceleration detected by the
車両6の上部構造7への進入により観測点P1〜PNに加わる衝撃を検出するために、各センサー21は、3つの検出軸であるx軸、y軸、z軸のうち、1軸が第1方向及び第2方向と交差する方向となるように設置される。同様に、車両6の上部構造7からの退出により観測点Q1〜QNに加わる衝撃を検出するために、各センサー22は、3つの検出軸であるx軸、y軸、z軸のうち、1軸が第1方向及び第3方向と交差する方向となるように設置される。また、車両6の走行による観測点R1〜RNの撓みの加速度を検出するために、各センサー23は、3つの検出軸であるx軸、y軸、z軸のうち、1軸が第1方向及び第4方向と交差する方向となるように設置される。図2、図3及び図4の例では、第1方向はX方向であり、第2方向、第3方向及び第4方向はY方向であるから、各センサー21,22,23は、1軸がX方向及びY方向と交差する方向となるように設置される。観測点P1〜PN,Q1〜QNは、衝撃によりX方向及びY方向と直交する方向に変位するので、衝撃の大きさを正確に検出するために、理想的には、各センサー21,22は、1軸をX方向及びY方向と直交する方向、すなわち、床板Fの法線方向に合わせて設置される。また、観測点R1〜RNは、X方向及びY方向と直交する方向に撓むので、撓みの加速度を正確に検出するために、理想的には、各センサー23は、1軸をX方向及びY方向と直交する方向、すなわち、床板Fの法線方向に合わせて設置される。
In order to detect an impact applied to the observation point P 1 to P N by entering the
ただし、各センサー21,22,23を上部構造7に設置する場合、設置場所が傾いている場合もある。計測装置1は、各センサー21,22,23の3つの検出軸の1軸が、床板Fの法線方向に合わせて設置されなくても、概ね法線方向に向いていることで誤差は小さく無視できる。また、計測装置1は、各センサー21,22,23の3つの検出軸の1軸が、床板Fの法線方向に合わせて設置されなくても、x軸、y軸、z軸の加速度を合成した3軸合成加速度によって、各センサー21,22,23の傾斜による検出誤差の補正を行うことができる。また、各センサー21,22,23は、少なくとも鉛直方向にほぼ平行な方向に生ずる加速度、あるいは、床板Fの法線方向の加速度を検出する1軸加速度センサーであってもよい。
However, when the
計測装置1は、観測点Riを観測するセンサー23が検出した加速度をローパスフィルター処理した後、2回積分することによって観測点Rjの変位を算出し、観測点Rjの変位に比例係数を乗算して車両6による観測点Rjへの荷重に変換する。この荷重変換の比例係数は、例えば、車両による荷重試験によってあらかじめ算出されるが、上部構造7の劣化等によって上部構造7の強度が変化すると比例係数も変化するため、荷重変換の精度が低下することになる。
The measuring
ここで、観測点Rjは上部構造7の中央部に設定されているのに対して、観測点Pj,Qjは上部構造7の端部に設定されているため、車両6の通過による観測点Pj,Qjの変位量は観測点Rjの変位量よりも小さい。そのため、上部構造7の強度変化による変位量の変動は、観測点Pj,Qjの方が観測点Rjよりも小さい。そこで、本実施形態では
、計測装置1は、観測点Pj,Qjを観測するセンサー21,22による観測情報に基づいて、上部構造7の強度が大きく変化した場合に異常であると判断し、アラームを発生する。
Here, the observation points R j are set at the central portion of the
以下、計測装置1が実行する本実施形態の計測方法の詳細について説明する。
Hereinafter, the details of the measurement method of the present embodiment executed by the
1−2.車軸情報の生成
本実施形態では、計測装置1は、観測装置としてのN個のセンサー21による観測情報である加速度データに基づいて、移動体である車両6の複数の部位が観測点Pjをそれぞれ通過した時刻及び当該複数の部位のそれぞれの観測点Pjへの作用に対する応答である物理量を含む第1観測点情報を取得する。同様に、本実施形態では、計測装置1は、観測装置としてのN個のセンサー22による観測情報である加速度データに基づいて、車両6の複数の部位が観測点Qjをそれぞれ通過した時刻及び当該複数の部位のそれぞれの観測点Qjへの作用に対する応答である物理量を含む第2観測点情報を取得する。ここで、jは1以上N以下の各整数である。
1-2. In generating this embodiment of the axle
本実施形態では、車両6が備える複数の車軸又は車輪による荷重が上部構造7に印加されるものと考え、第1観測点情報及び第2観測点情報を取得する対象となる複数の部位のそれぞれは、車軸又は車輪である。以下、本実施形態では、複数の部位のそれぞれは車軸であるものとする。
In the present embodiment, it is considered that the load from the plurality of axles or wheels included in the
また、本実施形態では、加速度センサーである各センサー21は、複数の車軸のそれぞれの観測点Pjへの作用による加速度を検出する。同様に、加速度センサーである各センサー22は、複数の車軸のそれぞれの観測点Qjへの作用による加速度を検出する。
Further, in the present embodiment, each
本実施形態では、図2に示したように、観測点P1〜PNは第1の端部EA1に設定され、観測点Q1〜QNは第2の端部EA2に設定される。したがって、車両6の複数の車軸が観測点Pjをそれぞれ通過した時刻を、各車軸の上部構造7への進入時刻、より詳細にはレーンLjへの進入時刻とみなすことができる。また、車両6の複数の車軸が観測点Qjをそれぞれ通過した時刻を、各車軸の上部構造7からの退出時刻、より詳細にはレーンLjからの退出時刻とみなすことができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
したがって、本実施形態では、第1観測点情報は、車両6の各車軸のレーンLjへの進入時刻及び各車軸がレーンLjに進入する時の作用に対する応答である物理量としての加速度強度を含む。また、第2観測点情報は、車両6の各車軸のレーンLjからの退出時刻及び各車軸がレーンLjから退出する時の作用に対する応答である物理量としての加速度強度を含む。
Therefore, in the present embodiment, the first observation point information, an acceleration strength of the physical quantity which is a response to the action of when entry time and the axles of the lanes L j of each axle of the
さらに、車両6の各車軸の進入と退出は対応するから、第1観測点情報及び第2観測点情報を層別することができ、第1観測点情報、第2観測点情報及びこれらの層別情報を含めて車軸情報と呼ぶことにする。
Further, since the entry and exit of each axle of the
すなわち、車軸情報は、第1観測点情報及び第2観測点情報に加えて、車軸毎の、レーンLjへの進入時刻、進入時の加速度強度、レーンLjからの退出時刻及び退出時の加速度強度の対応情報や、車両6と車軸毎の当該対応情報との対応情報を含む。したがって、車軸情報により、上部構造7を通過した車両6毎に、各車軸が通過したレーンLjや、観測点Pj,Qjを通過した時刻及び通過時の加速度強度が特定される。
That is, in addition to the first observation point information and the second observation point information, the axle information includes the approach time to the lane L j , the acceleration intensity at the time of approach, the exit time from the lane L j, and the exit time for each axle. It includes correspondence information of acceleration intensity and correspondence information between the
図6に車軸情報の一例を示す。図6の例では、1列目〜4列目の情報は車両番号が1の車両6に関する情報である。1列目の情報は車軸番号が1である先頭の車軸に関する情報
であり、2列目の情報は車軸番号が2である2番目の車軸に関する情報であり、3列目の情報は車軸番号が3である3番目の車軸に関する情報であり、4列目の情報は車軸番号が4である4番目の車軸に関する情報である。例えば、1列目の対応情報は、車両番号が1の車両6の車軸番号が1である先頭の車軸について、レーンL2への進入時刻がti11であり、進入時の加速度強度がpai11であり、レーンL2からの退出時刻がto11であり、退出時の加速度強度がpao11であることを示している。
FIG. 6 shows an example of axle information. In the example of FIG. 6, the information in the first to fourth columns is information about the
また、5列目〜6列目の情報は車両番号が2の車両6に関する情報である。5列目の情報は車軸番号が1である先頭の車軸に関する対応情報であり、6列目の情報は車軸番号が2である2番目の車軸に関する対応情報である。例えば、5列目の対応情報は、車両番号が2の車両6の車軸番号が1である先頭の車軸について、レーンL1への進入時刻がti21であり、進入時の加速度強度がpai21であり、レーンL1からの退出時刻がto21であり、退出時の加速度強度がpao21であることを示している。
Further, the information in the fifth to sixth columns is information about the
また、7列目〜8列目の情報は車両番号が3の車両6に関する情報である。7列目の情報は車軸番号が1である先頭の車軸に関する対応情報であり、8列目の情報は車軸番号が2である2番目の車軸に関する対応情報である。例えば、7列目の対応情報は、車両番号が3の車両6の車軸番号が1である先頭の車軸について、レーンL1への進入時刻がti31であり、進入時の加速度強度がpai31であり、レーンL1からの退出時刻がto31であり、退出時の加速度強度がpao31であることを示している。
The information in the 7th to 8th columns is information about the
一例として、図7、図8及び図9に、N=2の場合の各センサー21,22及び観測点P1,P2,Q1,Q2の配置例を示し、図7、図8及び図9に示す配置例の場合に、計測装置1が車軸情報を生成する手順について説明する。
As an example, FIGS. 7, 8 and 9 show an arrangement example of each sensor 21 and 22 and observation points P 1 , P 2 , Q 1 and Q 2 when N = 2, and FIGS. 7, 8 and 9 show an example of arrangement. In the case of the arrangement example shown in FIG. 9, the procedure for the measuring
図7は、上部構造7をその上方から見た図であり、図8は、図7をA−A線で切断した断面図であり、図9は、図7をB−B線又はC−C線で切断した断面図である。図7、図8及び図9の例では、2個のセンサー21が、上部構造7の第1の端部EA1において主桁G1,G3にそれぞれ設けられ、2個のセンサー22が、上部構造7の第2の端部EA2において主桁G1,G3にそれぞれ設けられている。また、レーンL1に対応する観測点P1,Q1がそれぞれ主桁G1に設けられたセンサー21,22の鉛直上方向にある床板Fの表面の位置に設定され、レーンL2に対応する観測点P2,Q2がそれぞれ主桁G3に設けられたセンサー21,22の鉛直上方向にある床板Fの表面の位置に設定されている。主桁G1に設けられたセンサー21は観測点P1を観測し、主桁G3に設けられたセンサー21は観測点P2を観測する。また、主桁G1に設けられたセンサー22は観測点Q1を観測し、主桁G3に設けられたセンサー22は観測点Q2を観測する。さらに、2個のセンサー23が、上部構造7の中央部CAにおいて主桁G1,G3にそれぞれ設けられている。また、レーンL1に対応する観測点R1が、主桁G1に設けられたセンサー23の鉛直上方向にある床板Fの表面の位置に設定され、レーンL2に対応する観測点R2が、主桁G3に設けられたセンサー23の鉛直上方向にある床板Fの表面の位置に設定されている。主桁G1に設けられたセンサー23は観測点R1を観測し、主桁G3に設けられたセンサー23は観測点R2を観測する。
7 is a view of the
計測装置1は、車軸情報を生成するために、各センサー21,22が検出した各時刻の加速度を振幅に変換し、加速度強度を取得する。なお、各センサー22が検出した加速度は、車軸情報の取得には用いられない。
In order to generate axle information, the measuring
図10は、4軸の車両6がレーンL2を走行した場合に観測点P1,P2,Q1,Q2に対して検出される加速度の一例を示す図である。また、図11は、図10の各時刻の加速度振幅を加速度強度に変換した図である。図10及び図11の例では、車両6がレーン
L2を走行しているので、車両6の4つの車軸が観測点P2,Q2をそれぞれ通過する時刻において大きな加速度強度が取得されている。4つの車軸が観測点P2をそれぞれ通過する時刻において取得される加速度強度は第1観測点情報に含まれる。また、4つの車軸が観測点Q2をそれぞれ通過する時刻において取得される加速度強度は第2観測点情報に含まれる。
FIG. 10 is a diagram showing an example of acceleration detected with respect to observation points P 1 , P 2 , Q 1 and Q 2 when a 4-
そして、計測装置1は、取得した加速度強度が所定の閾値を超えた時刻を先頭の車軸から順に各車軸が観測点P2,Q2を通過した時刻、すなわち、各車軸のレーンL2への進入時刻及びレーンL2からの退出時刻として取得する。
The measuring
図12は、図11の加速度強度を所定の閾値で2値化した図である。図12の例では、4つの車軸のそれぞれのレーンL2への進入時刻とレーンL2からの退出時刻が取得されている。4つの車軸のそれぞれのレーンL2への進入時刻は第1観測点情報に含まれる。また、4つの車軸のそれぞれのレーンL2からの退出時刻は第2観測点情報に含まれる。 FIG. 12 is a diagram in which the acceleration intensity of FIG. 11 is binarized at a predetermined threshold value. In the example of FIG. 12, each entry time and exit time from the lane L 2 to lane L 2 of the four axles are acquired. Each entry time to lane L 2 of the four axles are included in the first observation point information. Further, each of the exit time from the lane L 2 of the four axles are included in the second observation point data.
さらに、計測装置1は、4つの車軸のそれぞれのレーンL2への進入時刻のパターン1と、4つの車軸のそれぞれのレーンL2からの退出時刻のパターン2とを比較し、当該2つのパターンが同一の車両6の通過によるものが否かを判定する。4つの車軸の間隔は変化しないので、車両6が上部構造7を走行する速度が一定であれば、パターン1,2は一致することになる。例えば、計測装置1は、先頭の車軸の進入時刻と退出時刻を一致させるように、パターン1,2のいずれかの時刻をスライドさせ、2番目〜4番目の各車軸の進入時刻と退出時刻の差が所定の閾値以下の場合はパターン1,2が同一の車両6の通過によるものと判定し、当該差が所定の閾値よりも大きい場合はパターン1,2が2台の車両6の通過によるものと判定する。なお、計測装置1は、2台の車両6が同じ速度で1つのレーンを連行する場合において先の車両6の複数の車軸と後の車両6の複数の車軸をすべて1台の車両6の車軸と誤判定しないように、2つの連続する車軸の進入時刻又は退出時刻の間隔が規定以上の時間差である場合には、当該2つの車軸の進入時刻及び退出時刻を2つの車両6に分ければよい。
Furthermore, the measuring
図13は、図12に対して、先頭の車軸の進入時刻と退出時刻を一致させるように、4つの車軸のそれぞれのレーンL2からの退出時刻のパターン2をスライドさせた図である。なお、図13は、図12に対して横軸方向が拡大されている。図13の例では、4つの車軸のそれぞれのレーンL2への進入時刻のパターン1と、4つの車軸のそれぞれのレーンL2からの退出時刻のパターン2とがほぼ一致しており、パターン1,2が同一の車両6の通過によるものと判定される。
FIG. 13 is a view in which the
そして、計測装置1は、図12に示したレーンL2への4つの進入時刻、図11に示した観測点P2の4つの加速度強度のピーク値、図12に示したレーンL2からの4つの退出時刻、及び、図11に示した観測点Q2の4つの加速度強度のピーク値を、先頭から順に対応づけることにより、先頭の車軸の対応情報、2番目の車軸の対応情報、3番目の車軸の対応情報及び4番目の車軸の対応情報を取得する。さらに、計測装置1は、レーンL2を走行した車両6と4つの車軸の対応情報とを対応付けた対応情報を取得する。これらの情報は、第1観測点情報及び第2観測点情報とともに、車軸情報に含まれる。
The measuring
計測装置1は、車軸情報により、上部構造7のレーンLjを通過した任意の車両6に対して、当該車両6の各車軸の観測点Pjへの進入時刻、各車軸による観測点Pjの加速度強度、各車軸の観測点Qjからの退出時刻、及び、各車軸による観測点Qjの加速度強度を特定することができる。
Based on the axle information, the measuring
1−3.たわみ波形の生成
本実施形態では、橋梁5の上部構造7において、床板Fと主桁G1〜GKなどで構成される橋床7aが1つ或いは複数の連続配置される構成として考え、計測装置1は、1つの橋床7aの変位を長手方向の中央部における変位として算出する。上部構造7に印加される荷重は上部構造7の一端から他端へ移動する。この時、荷重の上部構造7上の位置と荷重量を用いて、上部構造7の中央部の変位であるたわみ量を表すことができる。本実施形態では、車両6の車軸が上部構造7上を移動するときのたわみ変形を、1点荷重の梁上の移動によるたわみ量の軌跡として表すために、図14に示す構造モデルを考え、当該構造モデルにおいて、中央部におけるたわみ量を算出する。図14において、Pは荷重である。aは、車両6が進入する側の上部構造7の端からの荷重位置である。bは、車両6が退出する側の上部構造7の端からの荷重位置である。lは、上部構造7の両端の間の距離である。図14に示す構造モデルは、両端を支点とする両端を支持した単純梁である。
1-3. In generating this embodiment of the deflection waveform, the
図14に示す構造モデルにおいて、車両6が進入する側の上部構造7の端の位置をゼロとしてたわみ量の観測位置をxとしたとき、単純梁の曲げモーメントMは式(1)で表される。
In the structural model shown in FIG. 14, when the position of the end of the
式(1)において、関数Haは式(2)のように定義される。 In the formula (1), the function H a is defined as Equation (2).
式(1)を変形し、式(3)が得られる。 Equation (1) is modified to obtain Equation (3).
一方、曲げモーメントMは式(4)で表される。式(4)において、θは角度であり、Iは二次モーメントであり、Eはヤング率である。 On the other hand, the bending moment M is represented by the equation (4). In equation (4), θ is the angle, I is the moment of inertia, and E is Young's modulus.
式(4)を式(3)に代入し、式(5)が得られる。 By substituting the equation (4) into the equation (3), the equation (5) is obtained.
式(5)を観測位置xについて積分する式(6)を計算し、式(7)が得られる。式(7)において、C1は積分定数である。 The equation (6) that integrates the equation (5) with respect to the observation position x is calculated, and the equation (7) is obtained. In equation (7), C 1 is an integral constant.
さらに、式(7)を観測位置xについて積分する式(8)を計算し、式(9)が得られる。式(9)において、C2は積分定数である。 Further, the equation (8) that integrates the equation (7) with respect to the observation position x is calculated, and the equation (9) is obtained. In equation (9), C 2 is an integral constant.
式(9)において、θxはたわみ量を表し、θxをたわみ量wに置き換えて式(10)が得られる。 In the formula (9), θx represents the amount of deflection, and the formula (10) is obtained by replacing θx with the amount of deflection w.
図14より、b=l−aなので、式(10)は式(11)のように変形される。 From FIG. 14, since b = la, the equation (10) is transformed as the equation (11).
x=0でたわみ量w=0として、x≦aよりHa=0であるから、式(11)にx=w=Ha=0を代入して整理すると、式(12)が得られる。 As the deflection amount w = 0 at x = 0, because it is H a = 0 than x ≦ a, and rearranging by substituting x = w = H a = 0 in equation (11), equation (12) is obtained ..
また、x=lでたわみ量w=0として、x>aよりHa=1であるから、式(11)にx=l,w=0,Ha=1を代入して整理すると、式(13)が得られる。 Further, the deflection amount w = 0 at x = l, because it is H a = 1 than x> a, the equation (11) x = l, and rearranging by substituting w = 0, H a = 1 , the formula (13) is obtained.
式(13)にb=l−aを代入し、式(14)が得られる。 Substituting b = la into equation (13), equation (14) is obtained.
式(10)に式(12)の積分定数C1及び式(13)の積分定数C2を代入し、式(15)が得られる。 By substituting the integral constant C 1 of the equation (12) and the integral constant C 2 of the equation (13) into the equation (10), the equation (15) is obtained.
式(15)を変形し、荷重Pが位置aに印加された時の観測位置xにおけるたわみ量wは、式(16)で表される。 The amount of deflection w at the observation position x when the load P is applied to the position a by modifying the equation (15) is expressed by the equation (16).
図15に、たわみ量の観測位置xが単純梁の中央位置に固定されている条件で、すなわちx=l/2の時に、荷重Pが単純梁の一端から他端へ移動する様子を示す。 FIG. 15 shows how the load P moves from one end to the other end of the simple beam under the condition that the observation position x of the amount of deflection is fixed at the center position of the simple beam, that is, when x = l / 2.
荷重位置aが観測位置x=l/2よりも左側にある時、x>aよりHa=1であるから、式(16)にx=l/2,Ha=1を代入し、式(17)が得られる。 When the load position a is on the left side than the observation position x = l / 2, since it is H a = 1 than x> a, substituting x = l / 2, H a = 1 in Equation (16), wherein (17) is obtained.
式(17)にl=a+bを代入して整理すると式(18)が得られる。 Equation (18) can be obtained by substituting l = a + b into equation (17) and rearranging.
式(18)にa+b=lを代入し、荷重Pの位置が中央の観測位置x=l/2よりも左側にある場合の観測位置xのたわみ量wLは式(19)のようになる。 Substituting a + b = l into equation (18), the amount of deflection w L of the observation position x when the position of the load P is on the left side of the central observation position x = l / 2 is as shown in equation (19). ..
一方、荷重位置aが観測位置x=l/2よりも右側にある時、x≦aよりHa=0であるから、式(16)にx=l/2,Ha=0を代入し、式(20)が得られる。 Meanwhile, when the load position a is on the right side than the observation position x = l / 2, since it is H a = 0 than x ≦ a, substituting x = l / 2, H a = 0 in equation (16) , Equation (20) is obtained.
式(20)にl=a+bを代入して整理すると、荷重Pの位置が中央の観測位置x=l/2よりも右側にある場合の観測位置xのたわみ量wRは式(21)のようになる。 By substituting l = a + b into equation (20) and rearranging, the amount of deflection w R of the observation position x when the position of the load P is on the right side of the central observation position x = l / 2 is given by equation (21). Will be.
また、荷重位置aが観測位置x=l/2と同じである時、x≦aよりHa=0であるから、式(16)にHa=0,a=b=l/2を代入して整理すると、式(22)が得られる。 Further, when the load position a is the same as the observed position x = l / 2, since it is H a = 0 than x ≦ a, substituting H a = 0, a = b = l / 2 in the equation (16) Then, the equation (22) is obtained.
さらに、式(22)にa=l/2を代入すると、荷重Pの位置が中央の観測位置と同じである場合の観測位置xのたわみ量wは式(23)のようになる。 Further, when a = l / 2 is substituted into the equation (22), the amount of deflection w of the observed position x when the position of the load P is the same as the central observed position becomes as shown in the equation (23).
両端支点の単純梁では、荷重Pが中央にある場合が最大たわみ変位となるので、式(23)より、最大たわみ量wmaxは式(24)で表される。 In a simple beam with fulcrums at both ends, the maximum deflection displacement is obtained when the load P is in the center. Therefore, from the equation (23), the maximum deflection amount w max is expressed by the equation (24).
荷重Pの位置が中央の観測位置x=l/2よりも左側にある場合の観測位置xのたわみ量wLを最大たわみ量wmaxで除算して最大たわみ量wmaxで規格化すると、式(19)及び式(24)より、式(25)が得られる。 When the position of the load P is normalized by the maximum deflection of w max is divided by the maximum deflection amount w max the deflection amount w L of the observed position x when the left than the center of the observed position x = l / 2, the formula Equation (25) is obtained from equation (19) and equation (24).
式(25)においてa/l=rと置くと式(26)が得られる。 Equation (26) is obtained by setting a / l = r in equation (25).
一方、荷重Pの位置が中央の観測位置x=l/2よりも右側にある場合の観測位置xのたわみ量wRを最大たわみ量wmaxで除算して最大たわみ量wmaxで規格化すると、式(21)及び式(24)より、式(27)が得られる。 On the other hand, when the position of the load P is normalized by the maximum deflection amount w max be divided by the maximum deflection amount w max the deflection amount w R of the observed position x when the right of the center of the observed position x = l / 2 , Equation (21) and Equation (24) give equation (27).
ここで、a/l=r,a+b=lより、b=l×(1−r)であるから、式(27)にb=l×(1−r)を代入し、式(28)が得られる。 Here, since b = l × (1-r) from a / l = r and a + b = l, b = l × (1-r) is substituted into the equation (27), and the equation (28) becomes can get.
式(25)、式(27)とまとめて、単純梁上を荷重Pが移動する際に中央部で観測される最大たわみ量で規格化された規格化たわみ量wstdは、式(29)で表される。 Summarized with equations (25) and (27), the normalized amount of deflection w std standardized by the maximum amount of deflection observed in the central part when the load P moves on the simple beam is given by equation (29). It is represented by.
式(29)において、r=a/l,1−r=b/lは、単純梁の支点間の距離lに対する荷重Pの位置の比を示し、式(30)に示すように変数Rを定義する。 In equation (29), r = a / l and 1-r = b / l indicate the ratio of the position of the load P to the distance l between the fulcrums of the simple beam, and the variable R is set as shown in equation (30). Define.
式(30)を用いて式(29)は式(31)に置き換えられる。 Using equation (30), equation (29) is replaced by equation (31).
式(30)及び式(31)は、単純梁の中央に観測位置がある場合、荷重Pの位置が中央よりも右側と左側でたわみ量が対称となることを示している。 Equations (30) and (31) show that when the observation position is in the center of the simple beam, the amount of deflection is symmetrical on the right side and the left side of the center of the load P.
図16に、観測位置x=l/2の場合の規格化たわみ量wstdの波形の一例を示す。図16において、横軸は荷重Pの位置であり、縦軸は規格化たわみ量wstdである。図16の例では、単純梁の支点間の距離l=1である。 FIG. 16 shows an example of the waveform of the normalized deflection amount wstd when the observation position x = l / 2. In FIG. 16, the horizontal axis is the position of the load P, and the vertical axis is the normalized amount of deflection w std . In the example of FIG. 16, the distance l = 1 between the fulcrums of the simple beam.
前述の車軸情報に含まれるのは、車両6の各車軸のレーンLjへの進入時刻及びレーンLjからの退出時刻、すなわち、車両6が上部構造7の両端の位置をそれぞれ通過した時刻であるので、上部構造7の両端の位置を車軸の進入時刻及び退出時刻に対応させて、荷重位置a,bを時間に置き換える。ただし、車両6の速度はほぼ一定で、位置と時刻はほぼ比例するものとする。
Included in the aforementioned axle information, exit time from entry time and Lane L j to lane L j of each axle of the
上部構造7の左端の荷重位置を進入時刻tiと対応させ、上部構造7の右端の荷重位置を退出時刻toと対応させると、左端からの荷重位置aは進入時刻tiからの経過時刻tpに置き換える。経過時刻tpは式(32)で表される。
A load position of the left end of the
また、支点間の距離lは、進入時刻tiから退出時刻toまでの時間tsに置き換えられる。時間tsは式(33)で表される。 In addition, the distance l between the fulcrum is replaced by the time t s from the entry time t i until the exit time t o. The time t s is expressed by the equation (33).
車両6の速度は一定なので、荷重位置aが上部構造7の中央にある時刻tcは式(34)で表される。
Since the speed of the vehicle 6 is constant, the time t c at which the load position a is in the center of the
以上のように位置を時間に置き換えて、荷重Pの位置は、式(35)及び式(36)のようになる。 Replacing the position with time as described above, the position of the load P becomes as shown in equations (35) and (36).
式(35)及び式(36)を式(29)に代入し、時間に置き換えた規格化たわみ量wstdは、式(37)で表される。 The normalized deflection amount wstd in which the equations (35) and (36) are substituted into the equation (29) and replaced with time is expressed by the equation (37).
あるいは、式(30)及び式(31)より、変数Rを時間に置き換えて、最大振幅で規格化された規格化たわみ量wstdは、式(38)で表される。 Alternatively, from equations (30) and (31), the normalized deflection amount wstd normalized by the maximum amplitude is expressed by equation (38) by substituting the variable R with time.
時間経過と規格化たわみ量の関係付けを観測データとして扱うことを考慮して、規格化たわみ量wstdを、両端支点の単純梁上の単一集中荷重の移動による梁中央の観測位置の規格化たわみ量モデルwstd(t)に置き換えて、式(38)は式(39)のようになる。式(39)は、構造物である上部構造7のたわみの近似式であり、上部構造7の構造モデルに基づく式である。具体的には、式(39)は、車両6が移動するレーンLjにおける観測点Pjと観測点Qjとの中央位置におけるたわみの最大振幅で規格化され、最大値が1となる式である。
Considering that the relationship between the passage of time and the standardized deflection amount is treated as observation data, the standardized deflection amount wstd is the standard for the observation position of the center of the beam by moving a single concentrated load on the simple beam at both ends. Substituting the deflection amount model w std (t), the equation (38) becomes as in the equation (39). Equation (39) is an approximate equation for the deflection of the
この規格化たわみ量モデルwstd(t)に必要な時間情報は、前述の車軸情報から得られる。規格化たわみ量モデルwstd(t)は、上部構造7の中央位置において最大たわみ量wmaxとなるので、式(40)が得られる。
The time information required for this standardized deflection amount model w std (t) can be obtained from the above-mentioned axle information. Since the normalized deflection amount model w std (t) has the maximum deflection amount w max at the central position of the
また、前述の式(23)に示されるたわみ量wは、荷重Pの位置が中央の観測位置と同じである場合の観測位置x=l/2のたわみ量であり、最大たわみ量wmaxと一致するので、式(41)が得られる。 Further, the deflection amount w shown in the above equation (23) is the deflection amount of the observation position x = l / 2 when the position of the load P is the same as the central observation position, and is the maximum deflection amount w max . Since they match, equation (41) is obtained.
図17に、規格化たわみ量モデルwstd(t)の一例を示す。図17の例では、進入時刻ti=4、退出時刻to=6であり、時刻tc=(ti+to)/2=5において、規格化たわみ量モデルwstd(t)は、上部構造7の中央位置において最大たわみ量wmax=1となっている。
FIG. 17 shows an example of the normalized deflection amount model w std (t). In the example of FIG. 17, entry time t i = 4, a exit time t o = 6, at time t c = (t i + t o) / 2 = 5, the normalized deflection of models w std (t) is The maximum amount of deflection w max = 1 at the central position of the
仮に、構造物である上部構造7は、BWIM(Bridge Weigh in Motion)が機能すると仮定し、両端を支点とした単純梁に近似した変形をすると考える。また、移動体である車両6は上部構造7の一方の端部から上部構造7を概ね一定速度で通過し、もう一方の端部に移動するのであるから、上部構造7の中間部と上部構造7の端部は同じ荷重の作用を受けるので、観測される上部構造7の変位は、車軸情報から得られる車軸の加速度強度apに近似的に比例すると考えることができる。
It is assumed that the
比例係数を、車軸情報から得られる車軸の加速度強度apと所定の係数pとの積であるものとして、式(42)により、各車軸による上部構造7のたわみ波形H(t)が得られる。なお、加速度強度apは、車軸情報に含まれる進入時の加速度強度でもよいし、退出時の加速度強度でもよいし、進入時の加速度強度と退出時の加速度強度との平均値等の統計値でもよい。
Assuming that the proportional coefficient is the product of the acceleration intensity ap of the axle obtained from the axle information and the predetermined coefficient p, the deflection waveform H (t) of the
式(39)を式(42)に代入し、たわみ波形H(t)は式(43)で表される。 Substituting the equation (39) into the equation (42), the deflection waveform H (t) is represented by the equation (43).
これまでは、上部構造7に単一荷重Pが印加されるものとしていたが、車両6が走行するレーンLjには車両6の各車軸による荷重が印加されるので、式(43)は式(44)のようにたわみ波形Hjk(t)に置き換えられる。式(44)において、kは車軸番号を表す整数であり、jはレーン番号を表す整数である。式(44)に示すように、たわみ波形Hjk(t)は、所定の係数pと加速度強度apjkとの積に比例する。
Until now, a single load P was applied to the
図18に、レーンLjを走行する車両6に含まれる各車軸による上部構造7のたわみ波形の一例を示す。図18の例では、車両6は4軸車両であり、4つのたわみ波形Hj1(t),Hj2(t),Hj3(t),Hj4(t)が示されている。図18の例では、先頭と2番目の車軸による荷重は相対的に小さく、3番目と4番目の車軸による荷重は相対的に大きいため、たわみ波形Hj1(t),Hj2(t)の最大振幅は相対的に小さく、たわみ波形Hj3(t),Hj4(t)の最大振幅は相対的に大きくなっている。
18 shows an example of a deflection waveform of the
式(45)に示すように、レーンLjを走行する車両6による上部構造7のたわみ波形である車両たわみ波形CPjm(t)は、各車軸による上部構造7のたわみ波形Hjk(t)を加算して得られる。式(45)において、mは車両番号を表す整数であり、kは車軸番号を表す整数であり、jはレーン番号を表す整数である。
Formula as shown in (45), a deflection waveform of the
図19に、図18に示した4つのたわみ波形Hj1(t),Hj2(t),Hj3(t),Hj4(t)を加算して得られる、車両たわみ波形CPjm(t)を示す。 In FIG. 19, the vehicle deflection waveform CP jm (t) obtained by adding the four deflection waveforms H j1 (t), H j2 (t), H j3 (t), and H j4 (t) shown in FIG. ) Is shown.
1−4.アラームの発生
観測点Rjの変位の計測波形である変位波形CUj(t)は、観測点Riを観測するセンサー23が検出した加速度をローパスフィルター処理した後、2回積分することによって得られる。変位波形CUj(t)と車両たわみ波形CPjm(t)との間には相関があり、変位波形CUj(t)のULow以上UHI以下の範囲Umid_periodにおいて相関係数がほぼ一定となる。範囲Umid_periodは、上部構造7の見かけ上のヤング率が変動しない範囲であり、変位波形CUj(t)の振幅が小さすぎず、かつ、大きすぎない中程度の範囲である。一般に、荷重試験に用いられる車両の重量は20t以内であることが多いので、範囲Umid_periodの上限値UHIは20tの荷重に相当する変位とし、例えば、範囲Umid_periodは、10t〜15t荷重に相当する範囲に設定される。
1-4. Occurrence of an alarm The displacement waveform CU j (t), which is a measurement waveform of the displacement of the observation point R j , is obtained by integrating the acceleration detected by the
図20に、ULow以上UHI以下の範囲Umid_periodの変位波形CUj(t)の一例を示す。図20において、横軸は時間であり、縦軸は変位である。図20に示すように、変位波形CUj(t)がULowとUHIとの間にある期間をtmid_periodとする。 FIG. 20 shows an example of the displacement waveform CU j (t) in the range U mid_period of U Low or more and U HI or less. In FIG. 20, the horizontal axis is time and the vertical axis is displacement. As shown in FIG. 20, the period during which the displacement waveform CU j (t) is between U Low and U HI is defined as t mid_period.
期間tmid_periodにおいて、車両たわみ波形CPjm(t)と変位波形CUj(t)とは、式(46)のように近似的に比例関係にあるものとする。 In the period t mid_period, it is assumed that the vehicle deflection waveform CP jm (t) and the displacement waveform CU j (t) are approximately proportional to each other as shown in the equation (46).
式(46)の変位波形CUj(tmid_period)及び車両たわみ波形CPjm(tmid_period)は、それぞれ式(47)及び式(48)で定義される。 The displacement waveform CU j (t mid_period ) of the equation (46) and the vehicle deflection waveform CP jm (t mid_period ) are defined by the equations (47) and (48), respectively.
期間tmid_periodを時刻t1から時刻t2までの期間とし、計測装置1は、式(49)により、期間tmid_periodにおける比例係数hjの平均値を算出し、車両たわみ波形CPjm(t)と変位波形CUj(t)の相関係数hj_avgとする。
The period t mid_period is set to the period from time t 1 to time t 2 , and the measuring
計測装置1は、各車両6が上部構造7を走行する度に相関係数hj_avgを算出し、算出した相関係数hj_avgを履歴情報に追加する。相関係数hj_avgの履歴情報は、相関係数hj_avgの時系列を含む情報である。
The measuring
図21に、相関係数hj_avgの履歴情報の一例を示す。図21において、横軸は時系列番号であり、縦軸は相関係数hj_avgの値である。図21の例では、履歴情報は、時系列番号が1〜17の17個の相関係数hj_avg_1〜hj_avg_17を含んでおり、いずれも1に近い値である。
FIG. 21 shows an example of historical information of the correlation coefficient h j_avg. In FIG. 21, the horizontal axis is the time series number, and the vertical axis is the value of the correlation coefficient h j_avg. In the example of FIG. 21, the history information is the time series number contains seventeen
上部構造7の劣化によって上部構造7の強度が大きく変動した場合、相関係数hj_avgの変動量が大きくなるため、計測装置1は、相関係数hj_avgが所定の範囲を超える場合に上部構造7が異常であると判断し、アラームを発生する。この所定の範囲は、例えば、計測初期のm個の相関係数hj_avg、すなわち、時系列番号が1〜mのm個の相関係数hj_avg_1〜hj_avg_mの平均値に基づいて決定される。
When the strength of the
計測装置1は、式(50)のように、時系列番号がnの相関係数hj_avg_nとm個の相関係数hj_avg_1〜hj_avg_mの平均値との差が、m個の相関係数hj_avg_1〜hj_avg_mの平均値に変動増幅率hcを乗算した値よりも大きい場合に、上部構造7が異常であると判断し、アラームを発生する。変動増幅率hcは、上部構造7の強度の変動量の許容範囲に基づいてあらかじめ決定される。例えば、±10%までの変動量が許容されるのであれば、変動増幅率hcは0.1に設定される。
Measuring
また、計測装置1は、式(51)のように、相関係数hj_avg_nとm個の相関係数hj_avg_1〜hj_avg_mの平均値との差が、m個の相関係数hj_avg_1〜hj_avg_mの平均値に変動増幅率hcを乗算した値以下である場合は、上部構造7が正常であると判断し、アラームを発生しない。
Further, the measuring
式(51)は、式(52)のように変形可能である。 Equation (51) is deformable like Equation (52).
すなわち、計測装置1は、相関係数hj_avg_nが式(52)に示される所定の範囲を超える場合に上部構造7が異常であると判断し、アラームを発生する。
That is, when the correlation coefficient h j_avg_n exceeds the predetermined range represented by the equation (52), the measuring
図22に、図21に示した相関係数hj_avgの履歴情報に対して算出されるm個の相関係数hj_avg_1〜hj_avg_mの平均値及び所定の範囲の下限値、上限値の一例を示す。図22の例において、mは例えば10であり、相関係数hj_avg_1〜hj_avg_17のいずれも所定の範囲に含まれている。したがって、計測装置1は、相関係数hj_avg_1〜hj_avg_17をそれぞれ算出した時点では、上部構造7は正常であると判断する。
FIG. 22 shows an example of the average value of m correlation coefficients h j_avg_1 to h j_avg_m calculated with respect to the history information of the correlation coefficient h j_avg shown in FIG. show. In the example of FIG. 22, m is 10 for example, none of the correlation coefficients h j_avg_1 ~h j_avg_17 are included in a predetermined range. Accordingly, the measuring
1−5.荷重の算出
車両6がレーンLjを走行するとき、観測点Rjの変位と車両6による観測点Rjへの荷重との間には相関がある。計測装置1は、相関式(53)により、変位波形CUj(t)を荷重波形CWj(t)に変換する。式(53)の1次係数Scj及び0次係数Icjは、複数の車両による荷重試験によって得られる。
1-5. When calculating the
式(53)において、Icjが十分に小さいものとすると、式(54)が得られる。 In equation (53), assuming that Ic j is sufficiently small, equation (54) is obtained.
計測装置1は、相関式(53)又は相関式(54)により、変位波形CUj(t)を荷重波形CWj(t)に変換することができる。 The measuring device 1 can convert the displacement waveform CU j (t) into the load waveform CW j (t) by the correlation equation (53) or the correlation equation (54).
図23に、上部構造7が正常な状態のときに変位波形CUj(t)から算出される荷重波形CWj(t)の一例を実線で示す。図23には、上部構造7の強度が低下した異常時において、変位波形CUj(t)から算出される荷重波形も破線で示されている。図23において、横軸は時間であり、縦軸は荷重である。
FIG. 23 shows an example of the load waveform CW j (t) calculated from the displacement waveform CU j (t) when the
図23に示すように、上部構造7の強度が低下した異常時には正常時と比較して変位波形CUj(t)が大きくなるため、車両6の実際の荷重よりも大きな荷重波形CWj(t)が算出されてしまう。
As shown in FIG. 23, when the strength of the
前述の通り、上部構造7の強度が変動した異常時には相関係数hj_avgが所定の範囲を超えるので、計測装置1はアラームを発生させ、サーバー2に送信する。サーバー2は、アラームが発生した場合、上部構造7が異常である可能性があるため、例えば、上部構造7の検査を促す情報を出力してもよい。
As described above, since the correlation coefficient h j_avg exceeds a predetermined range when the strength of the
また、計測装置1は相関係数hj_avgの履歴情報を送信することにより、サーバー2に通知してもよい。サーバー2は、相関係数hj_avgの履歴情報に基づいて、相関係数hj_avgがノイズ等の影響によって瞬時的に所定の範囲を超えただけなのか、上部構造7の強度変動等によって頻繁に所定の範囲を超えているのかを判断し、後者の場合に、例えば、上部構造7の検査を促す情報を出力してもよい。
Further, the measuring
1−6.計測方法
図24は、第1実施形態の計測方法の手順の一例を示すフローチャート図である。本実施形態では、計測装置1が図24に示す手順を実行する。
1-6. Measurement Method FIG. 24 is a flowchart showing an example of the procedure of the measurement method of the first embodiment. In this embodiment, the measuring
図24に示すように、まず、計測装置1は、1以上N以下の各整数jに対して、観測点Pjを観測するセンサー21による観測情報に基づいて車両6の複数の車軸が観測点Pjを通過した時刻及び複数の車軸のそれぞれの観測点Pjへの作用に対する応答である物理量としての加速度強度を含む第1観測点情報を取得する(ステップS1)。前述の通り、観測点Pjを観測するセンサー21は加速度センサーであり、センサー21による観測情報は、観測点Pjに生じた加速度の検出情報である。計測装置1は、各センサー21がそれぞれ検出した加速度に基づいて第1観測点情報を取得する。このステップS1は、第1観測点情報取得ステップである。
As shown in FIG. 24, first, in the
次に、計測装置1は、観測点Qjを観測するセンサー22による観測情報に基づいて、車両6の複数の車軸が観測点Qjを通過した時刻及び複数の車軸のそれぞれの観測点Qjへの作用に対する応答である物理量としての加速度強度を含む第2観測点情報を取得する(ステップS2)。前述の通り、観測点Qjを観測するセンサー22は加速度センサーであり、センサー22による観測情報は、観測点Qjに生じた加速度の検出情報である。計測装置1は、各センサー22がそれぞれ検出した加速度に基づいて、第2観測点情報を取得する。このステップS2は、第2観測点情報取得ステップである。
Next, the measuring
次に、計測装置1は、ステップS1で取得した第1観測点情報及びステップS2で取得した第2観測点情報と、所定の係数pと、上部構造7のたわみの近似式とに基づいて、車両6の複数の車軸のそれぞれによる上部構造7のたわみ波形Hjk(t)を算出する(ステップS3)。具体的には、計測装置1は、第1観測点情報と第2観測点情報とを用いて前述の車軸情報を生成し、車軸情報と所定の係数pとを用いて、前述の式(44)により、車両6の各車軸による上部構造7のたわみ波形Hjk(t)を算出する。このステップS3は、たわみ波形算出ステップである。
Next, the measuring
次に、計測装置1は、前述の式(45)により、ステップS3で算出した車両6の複数の車軸のそれぞれによる上部構造7のたわみ波形Hjk(t)を加算して、車両たわみ波形CPjm(t)を算出する(ステップS4)。このステップS4は、移動体たわみ波形算出ステップである。
Next, the measuring device 1 adds the deflection waveform H jk (t) of the
次に、計測装置1は、観測点Rjを観測するセンサー23による観測情報に基づいて、観測点Rjの物理量としての変位の計測波形である変位波形CUj(t)を算出する(ステップS5)。前述の通り、観測点Rjを観測するセンサー23は加速度センサーであり、センサー23による観測情報は、観測点Rjに生じた加速度の検出情報である。計測装置1は、センサー23が検出した加速度をローパスフィルター処理した後、2回積分して変位波形CUj(t)を算出する。このステップS5は計測波形算出ステップである。
Next, the measuring
次に、計測装置1は、ステップS4で算出した車両たわみ波形CPjm(t)とステップS5で算出した変位波形CUj(t)との相関係数hj_avgを算出する(ステップS6)。計測装置1は、算出した相関係数hj_avgを履歴情報に追加する。このステップS6は、相関係数算出ステップである。
Next, the measuring
計測装置1は、ステップS6で算出した相関係数hj_avgが所定の範囲を超える場合は(ステップS7のY)、アラームを発生する(ステップS8)。このステップS8は、アラーム発生ステップである。
When the correlation coefficient h j_avg calculated in step S6 exceeds a predetermined range (Y in step S7), the measuring
計測装置1は、ステップS6で算出した相関係数hj_avgが所定の範囲内である場合は(ステップS7のN)、ステップS8の処理を行わない。
When the correlation coefficient h j_avg calculated in step S6 is within a predetermined range (N in step S7), the measuring
次に、計測装置1は、前述の相関式(53)又は相関式(54)により、ステップS5で算出した変位波形CUj(t)を荷重波形CWj(t)に変換する(ステップS9)。このステップS9は、荷重算出ステップである。 Next, the measuring device 1 converts the displacement waveform CU j (t) calculated in step S5 into the load waveform CW j (t) by the above-mentioned correlation equation (53) or correlation equation (54) (step S9). .. This step S9 is a load calculation step.
次に、計測装置1は、相関係数hj_avgの履歴情報を通知する(ステップS10)。例えば、計測装置1は、相関係数hj_avgの履歴情報をサーバー2等に送信することによって通知する。あるいは、計測装置1は、相関係数hj_avgの履歴情報を、文字、画像、音等の情報として出力することで通知してもよい。このステップS10は、通知ステップである。
Next, the measuring
次に、計測装置1は、ステップS5で算出した変位波形CUj(t)及びステップS9で算出した荷重波形CWj(t)をサーバー2に出力する(ステップS11)。このステップS11は、出力ステップである。
Next, the measuring
計測装置1は、計測を終了するまで(ステップS12のN)、ステップS1〜S11の処理を繰り返し行う。
The measuring
図25は、図24のステップS3であるたわみ波形算出ステップの手順の一例を示すフローチャート図である。 FIG. 25 is a flowchart showing an example of the procedure of the deflection waveform calculation step which is step S3 of FIG. 24.
図25に示すように、まず、計測装置1は、整数jを1に設定し(ステップS30)、第1観測点情報及び第2観測点情報を用いて、各車軸のレーンLjへの進入時刻のパターン1と各車軸のレーンLjからの退出時刻のパターン2とを比較する(ステップS31)。
As shown in FIG. 25, first, the measuring
そして、計測装置1は、パターン1に含まれる各車軸の進入時刻とパターン2に含まれ
る各車軸の退出時刻との差が閾値以下の場合は(ステップS32のY)、パターン1に含まれる各車軸の進入時刻及び加速度強度とパターン2に含まれる各車軸の退出時刻及び加速度強度とを1台の車両6と対応づけて車軸情報を生成する(ステップS33)。
Then, when the difference between the entry time of each axle included in the
また、計測装置1は、パターン1に含まれる各車軸の進入時刻とパターン2に含まれる各車軸の退出時刻との差が閾値よりも大きい場合は(ステップS32のN)、ステップS33の処理を行わない。
Further, when the difference between the entry time of each axle included in the
計測装置1は、整数jがNでない場合は(ステップS34のN)、整数jに1を加算し(ステップS35)、ステップS31〜S33の処理を繰り返し行う。
When the integer j is not N (N in step S34), the measuring
そして、整数jがNになると(ステップS34のY)、計測装置1は、整数jを1に設定し(ステップS36)、ステップS33で生成した車軸情報と所定の係数pを用いて、レーンLjを走行した各車両6について、各車軸による上部構造7のたわみ波形Hjk(t)を算出する(ステップS37)。
Then, when the integer j becomes N (Y in step S34), the measuring
計測装置1は、整数jがNでない場合は(ステップS38のN)、整数jに1を加算し(ステップS39)、ステップS37の処理を繰り返し行う。
When the integer j is not N (N in step S38), the measuring
そして、整数jがNになると(ステップS38のY)、計測装置1はたわみ波形算出ステップの処理を終了する。
Then, when the integer j becomes N (Y in step S38), the measuring
図26は、図24のステップS6である相関係数算出ステップの手順の一例を示すフローチャート図である。 FIG. 26 is a flowchart showing an example of the procedure of the correlation coefficient calculation step which is step S6 of FIG. 24.
図26に示すように、まず、計測装置1は、整数jを1に設定し(ステップS61)、変位波形CUj(t)が下限値ULOWと上限値UHIとの間にある期間tmid_periodにおける変位波形CUj(tmid_period)を取得する(ステップS62)。なお、下限値ULOWは「第1の値」の一例であり、上限値UHIは「第2の値」の一例である。
As shown in FIG. 26, first, the measuring
次に、計測装置1は、期間tmid_periodにおける車両たわみ波形CPjm(tmid_period)を取得する(ステップS63)。
Next, the measuring
次に、計測装置1は、ステップS62で取得した変位波形CUj(tmid_period)とステップS63で取得した車両たわみ波形CPjm(tmid_period)とに基づいて、前述の式(49)により、相関係数hj_avgを算出する(ステップS64)。
Next, the measuring
計測装置1は、整数jがNでない場合は(ステップS65のN)、整数jに1を加算し(ステップS66)、ステップS62〜S64の処理を繰り返し行う。
When the integer j is not N (N in step S65), the measuring
そして、整数jがNになると(ステップS65のY)、計測装置1は相関係数算出ステップの処理を終了する。
Then, when the integer j becomes N (Y in step S65), the measuring
1−7.計測装置の構成
図27は、第1実施形態における計測装置1の構成例を示す図である。図27に示すように、計測装置1は、制御部110と、第1通信部120と、記憶部130と、第2通信部140と、操作部150と、を有している。
1-7. Configuration of Measuring Device FIG. 27 is a diagram showing a configuration example of the measuring
制御部110は、上部構造7に設置された各センサー21,22,23から出力される加速度データに基づいて、上部構造7の変位や車両6による荷重等を算出する。
The
第1通信部120は、各センサー21,22,23から、加速度データを受信する。各センサー21,22から出力される加速度データは、例えば、デジタル信号である。第1通信部120は、各センサー21,22,23から受信した加速度データを制御部110に出力する。
The
記憶部130は、制御部110が計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶するメモリーである。また、記憶部130は、制御部110が所定のアプリケーション機能を実現するためのプログラムやデータ等を記憶している。記憶部130は、例えば、ROM(Read Only Memory)やフラッシュROM、RAM(Random Access Memory)等の各種IC(Integrated Circuit)メモリーやハードディスク、メモリーカードなどの記録媒体等により構成される。
The
記憶部130は、コンピューターにより読み取り可能な装置や媒体である不揮発性の情報記憶装置を含み、各種のプログラムやデータ等は当該情報記憶装置に記憶されていてもよい。情報記憶装置は、光ディスクDVD、CD等の光ディスク、ハードディスクドライブ、或いはカード型メモリーやROM等の各種のメモリー等であってもよい。また、制御部110が通信ネットワーク4を介して各種のプログラムやデータ等を受信して記憶部130に記憶させてもよい。
The
第2通信部140は、通信ネットワーク4を介して、制御部110の計算結果等の情報をサーバー2に送信する。
The
操作部150は、ユーザーからの操作データを取得し、制御部110に送信する処理を行う。
The
制御部110は、第1観測点情報取得部111と、第2観測点情報取得部112と、たわみ波形算出部113と、移動体たわみ波形算出部114と、計測波形算出部115と、相関係数算出部116と、アラーム発生部117と、荷重算出部118と、出力処理部119と、を備えている。
The
第1観測点情報取得部111は、1以上N以下の各整数jに対して、観測点Pjを観測するセンサー21による観測情報に基づいて車両6の複数の車軸が観測点Pjを通過した時刻及び複数の車軸のそれぞれの観測点Pjへの作用に対する応答である物理量としての加速度強度を含む第1観測点情報を取得する処理を行う。すなわち、第1観測点情報取得部111は、図24における第1観測点情報取得ステップの処理を行う。第1観測点情報取得部111が取得した第1観測点情報は、記憶部130に記憶される。
The first observation point
第2観測点情報取得部112は、観測点Qjを観測するセンサー22による観測情報に基づいて、車両6の複数の車軸が観測点Qjを通過した時刻及び複数の車軸のそれぞれの観測点Qjへの作用に対する応答である物理量としての加速度強度を含む第2観測点情報を取得する処理を行う。すなわち、第2観測点情報取得部112は、図24における第2観測点情報取得ステップの処理を行う。第2観測点情報取得部112が取得した第2観測点情報は、記憶部130に記憶される。
The second observation point
たわみ波形算出部113は、第1観測点情報取得部111が取得した第1観測点情報及び第2観測点情報取得部112が取得した第2観測点情報と、所定の係数pと、上部構造7の構造モデルに基づく上部構造7のたわみの近似式とに基づいて、車両6の複数の車軸
のそれぞれによる上部構造7のたわみ波形Hjk(t)を算出する処理を行う。すなわち、たわみ波形算出部113は、図24におけるたわみ波形算出ステップの処理を行う。たわみ波形算出部113が算出したたわみ波形Hjk(t)は、記憶部130に記憶される。また、所定の係数p及び上部構造7のたわみの近似式は、あらかじめ記憶部130に記憶されている。
The deflection
移動体たわみ波形算出部114は、たわみ波形算出部113が算出した車両6の複数の車軸のそれぞれによる上部構造7のたわみ波形Hjk(t)を加算して、車両たわみ波形CPjm(t)を算出する処理を行う。すなわち、移動体たわみ波形算出部114は、図24における移動体たわみ波形算出ステップの処理を行う。移動体たわみ波形算出部114が算出した車両たわみ波形CPjm(t)は、記憶部130に記憶される。
The moving body deflection waveform calculation unit 114 adds the deflection waveform H jk (t) of the
計測波形算出部115は、観測点Rjを観測するセンサー23による観測情報に基づいて、観測点Rjの物理量としての変位の計測波形である変位波形CUj(t)を算出する処理を行う。すなわち、計測波形算出部115は、図24における計測波形算出ステップの処理を行う。計測波形算出部115が算出した変位波形CUj(t)は、記憶部130に記憶される。
Measurement
相関係数算出部116は、移動体たわみ波形算出部114が算出した車両たわみ波形CPjm(t)と計測波形算出部115が算出した変位波形CUj(t)との相関係数hj_avgを算出する処理を行う。すなわち、相関係数算出部116は、図24における相関係数算出ステップの処理を行う。相関係数算出部116が算出した相関係数hj_avgは履歴情報に追加され、記憶部130に記憶される。
The correlation
第2通信部140は、相関係数hj_avgの履歴情報をサーバー2に通知する通知部として機能してもよい。また、計測装置1は、ディスプレイ等の不図示の表示部を有し、表示部は、相関係数hj_avgの履歴情報を文字や画像の情報として出力することで通知する通知部として機能してもよい。あるいは、計測装置1は、スピーカー等の不図示の音出力部を有し、音出力部は、相関係数hj_avgの履歴情報を音の情報として出力することで通知する通知部として機能してもよい。
The
アラーム発生部117は、相関係数hj_avgが所定の範囲を超える場合にアラームを発生する処理を行う。すなわち、アラーム発生部117は、図24におけるアラーム発生ステップの処理を行う。
The
第2通信部140は、アラーム発生部117が発生したアラームをサーバー2に通知してもよい。また、計測装置1は、ディスプレイ等の不図示の表示部を有し、表示部は、アラーム発生部117が発生したアラームを、文字や画像の情報として出力してもよい。あるいは、計測装置1は、スピーカー等の不図示の音出力部を有し、音出力部は、アラーム発生部117が発生したアラームを、音の情報として出力することで通知してもよい。
The
荷重算出部118は、計測波形算出部115が算出した変位波形CUj(t)を荷重波形CWj(t)に変換する処理を行う。すなわち、荷重算出部118は、図24における荷重算出ステップの処理を行う。荷重算出部118が算出した荷重波形CWj(t)は、記憶部130に記憶される。
The
出力処理部119は、計測波形算出部115が算出した変位波形CUj(t)及び荷重算出部118が算出した荷重波形CWj(t)を、第2通信部140を介してサーバー2に出力する処理を行う。すなわち、出力処理部119は、図24における出力ステップの処理を行う。
The
本実施形態では、制御部110は、記憶部130に記憶された各種のプログラムを実行するプロセッサーであり、記憶部130に記憶された計測プログラム131を実行することにより、第1観測点情報取得部111、第2観測点情報取得部112、たわみ波形算出部113、移動体たわみ波形算出部114、計測波形算出部115、相関係数算出部116、アラーム発生部117、荷重算出部118、出力処理部119の各機能を実現する。換言すれば、計測プログラム131は、図24に示したフローチャートの各手順を、コンピューターである計測装置1に実行させるプログラムである。
In the present embodiment, the
プロセッサーは、例えば各部の機能が個別のハードウェアで実現されてもよいし、或いは各部の機能が一体のハードウェアで実現されてもよい。例えば、プロセッサーはハードウェアを含み、そのハードウェアは、デジタル信号を処理する回路及びアナログ信号を処理する回路の少なくとも一方を含むことができる。プロセッサーは、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、或いはDSP(Digital Signal Processor)等であってもよい。ただし、制御部110は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのカスタムIC(Integrated Circuit)として構成され、各部の機能を実現してもよいし、CPUとASICとによって各部の機能を実現してもよい。
In the processor, for example, the functions of each part may be realized by individual hardware, or the functions of each part may be realized by integrated hardware. For example, a processor includes hardware, which hardware can include at least one of a circuit that processes a digital signal and a circuit that processes an analog signal. The processor may be a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or the like. However, the
1−8.作用効果
以上に説明した第1実施形態の計測方法では、計測装置1は、観測点P1〜PNを観測するN個のセンサー21による観測情報に基づいて、車両6の各車軸について観測点P1〜PNのいずれかを通過した時刻および加速度強度を含む第1観測点情報を取得する。また、計測装置1は、観測点Q1〜QNを観測するN個のセンサー22による観測情報に基づいて、車両6の各車軸について観測点Q1〜QNのいずれかを通過した時刻および加速度強度を含む第2観測点情報を取得する。また、計測装置1は、第1観測点情報及び第2観測点情報と、所定の係数pと、上部構造7の構造モデルに基づく上部構造7のたわみの近似式(39)とに基づいて、式(44)により各車軸による上部構造7のたわみ波形Hjk(t)を算出し、たわみ波形Hjk(t)を加算して車両たわみ波形CPjm(t)を算出する。さらに、計測装置1は、観測点R1〜RNを観測するN個のセンサー23による観測情報に基づいて、観測点R1〜RNの変位波形CU1(t)〜CUN(t)を算出する。そして、計測装置1は、式(49)により、車両たわみ波形CPjm(t)と変位波形CUj(t)との相関係数hj_avgを算出し、相関係数hj_avgが所定の範囲を超える場合にアラームを発生する。観測点Pjと観測点Qjとの間にある観測点Rjの変位波形CUj(t)は、観測点Pj,Qjの加速度強度に基づいて算出される車両たわみ波形CPjm(t)よりも上部構造7の強度変動の影響を受けやすいので、上部構造7の強度が変動した異常な状態では、車両たわみ波形CPjm(t)と変位波形CUj(t)との相関係数hj_avgが変動することになる。したがって、第1実施形態の計測方法によれば、計測装置1は、上部構造7の強度が変動した異常な状態であることを検知し、アラームを発生することができる。
1-8. In the measurement method of the first embodiment described above advantageous effects, the measuring
また、第1実施形態の計測方法では、計測装置1は、変位波形CUj(t)が下限値ULOWと上限値UHIとの間にある期間tmid_periodにおける車両たわみ波形CPjm(t)と変位波形CUj(t)とに基づいて、相関係数hj_avgを算出する。したがって、第1実施形態の計測方法によれば、計測装置1は、上部構造7の見かけ上のヤング率が変動せず、相関係数がほぼ一定となる範囲Umid_periodの変位波形CUj(t)と車両たわみ波形CPjm(t)とを用いて、精度の高い相関係数hj_avgを算出することができる。
Further, in the measurement method of the first embodiment, the measuring
また、第1実施形態の計測方法では、計測装置1は、変位波形CUj(t)や荷重波形
CWj(t)とともに、アラームや相関係数hj_avgの履歴情報をサーバー2に送信する。したがって、第1実施形態の計測方法によれば、サーバー2は、アラームや相関係数hj_avgの履歴情報に基づいて上部構造7の異常の有無を解析し、上部構造7が異常であると判断した場合は、例えば、上部構造7の検査を促す情報を出力することができる。
Further, in the measurement method of the first embodiment, the measuring
また、第1実施形態の計測方法によれば、計測装置1は、上部構造7を通過する車両6の車軸重量による上部構造7の変形である変位波形を算出することができるため、上部構造7の損傷を予測するための橋梁5の維持管理のために十分な情報を提供することができる。
Further, according to the measurement method of the first embodiment, the measuring
2.第2実施形態
第1実施形態の計測方法では、計測装置1は、車両たわみ波形CPjm(t)と変位波形Uj(t)との相関係数hj_avgを算出するのに対して、第2実施形態の計測方法では、車両たわみ波形CPjm(t)と車両6による荷重波形Wj(t)との相関係数hj_avgを算出する。以下、第2実施形態について、第1実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付して第1実施形態と重複する説明を省略又は簡略し、主に第1実施形態と異なる内容について説明する。
2. 2nd Embodiment In the measuring method of the 1st embodiment, the measuring
本実施形態では、計測装置1は、観測点Riを観測するセンサー23が検出した加速度をローパスフィルター処理した後、2回積分し、観測点Rjの変位波形CUj(t)を算出する。そして、計測装置1は、式(55)により、変位波形CUj(t)を荷重波形CWj(t)に変換する。式(55)の1次係数Scj及び0次係数Icjは、複数の車両による荷重試験によって得られる。
In the present embodiment, the measuring
式(55)において、Icjが十分に小さいものとすると、式(56)が得られる。 Assuming that Ic j is sufficiently small in the formula (55), the formula (56) is obtained.
計測装置1は、相関式(55)又は相関式(56)により、変位波形CUj(t)を荷重波形CWj(t)に変換することができる。荷重波形CWj(t)と車両たわみ波形CPjm(t)との間には相関があり、荷重波形CWj(t)のWLow以上WHI以下の範囲Wmid_periodにおいて相関係数がほぼ一定となる。範囲Wmid_periodは、上部構造7の見かけ上のヤング率が変動しない範囲であり、荷重波形CWj(t)の振幅が小さすぎず、かつ、大きすぎない中程度の範囲である。一般に、荷重試験に用いられる車両の重量は20t以内であることが多いので、範囲Wmid_periodの上限値WHIは20tとし、例えば、範囲Wmid_periodは10t〜15tの範囲に設定される。
The measuring device 1 can convert the displacement waveform CU j (t) into the load waveform CW j (t) by the correlation equation (55) or the correlation equation (56). There is a correlation between the load waveform CW j (t) and the vehicle deflection waveform CP jm (t), and the correlation coefficient is almost constant in the range W mid_period of the load waveform CW j (t) between W Low and W HI. It becomes. The range W mid_period is a range in which the apparent Young's modulus of the
荷重波形CWj(t)がWLowとWHIとの間にある期間をtmid_periodとし、期間tmid_periodにおいて、車両たわみ波形CPjm(t)と荷重波形CWj(t)とは、式(57)のように比例関係にあるものとする。 Load waveform CW j (t) is a period that is between the W Low and W HI and t mid_period, in the period t mid_period, and the vehicle deflection waveform CP jm (t) and the load waveform CW j (t), the formula ( It is assumed that there is a proportional relationship as in 57).
式(57)の荷重波形CWj(tmid_period)及び車両たわみ波形CPjm(tmid_period)は、それぞれ式(58)及び式(59)で定義される。 The load waveform CW j (t mid_period ) of the equation (57) and the vehicle deflection waveform CP jm (t mid_period ) are defined by the equations (58) and (59), respectively.
期間tmid_periodを時刻t1から時刻t2までの期間とし、計測装置1は、式(60)により、期間tmid_periodにおける比例係数hjの平均値を算出し、車両たわみ波形CPjm(t)と荷重波形CWj(t)の相関係数hj_avgとする。
The period t mid_period is set to the period from time t 1 to time t 2 , and the measuring
第1実施形態と同様、計測装置1は、各車両6が上部構造7を走行する度に相関係数hj_avgを算出し、算出した相関係数hj_avgを履歴情報に追加する。相関係数hj_avgの履歴情報は、相関係数hj_avgの時系列を含む情報である。
Similar to the first embodiment, the measuring
計測装置1は、相関係数hj_avgが所定の範囲を超える場合に上部構造7が異常であると判断し、アラームを発生する。具体的には、計測装置1は、前述の式(50)のように、時系列番号がnの相関係数hj_avg_nとm個の相関係数hj_avg_1〜hj_avg_mの平均値との差が、m個の相関係数hj_avg_1〜hj_avg_mの平均値に変動増幅率hcを乗算した値よりも大きい場合に、上部構造7が異常であると判断し、アラームを発生する。また、計測装置1は、前述の式(51)のように、相関係数hj_avg_nとm個の相関係数hj_avg_1〜hj_avg_mの平均値との差が、m個の相関係数hj_avg_1〜hj_avg_mの平均値に変動増幅率hcを乗算した値以下である場合は、上部構造7が正常であると判断し、アラームを発生しない。すなわち、計測装置1は、相関係数hj_avg_nが前述の式(52)に示される所定の範囲を超える場合に上部構造7が異常であると判断し、アラームを発生する。
When the correlation coefficient h j_avg exceeds a predetermined range, the measuring
図28は、第2実施形態の計測方法の手順の一例を示すフローチャート図である。本実施形態では、計測装置1が図28に示す手順を実行する。
FIG. 28 is a flowchart showing an example of the procedure of the measurement method of the second embodiment. In this embodiment, the measuring
図28に示すように、まず、計測装置1は、図24のステップS1〜S4と同様のステップS101〜S104の処理を行う。
As shown in FIG. 28, first, the measuring
次に、計測装置1は、観測点Rjを観測するセンサー23による観測情報に基づいて、観測点Rjの物理量としての車両6による荷重の計測波形である荷重波形CWj(t)を算出する(ステップS105)。計測装置1は、センサー23が検出した加速度をローパ
スフィルター処理した後、2回積分して変位波形CUj(t)を算出し、相関式(55)又は相関式(56)により、変位波形CUj(t)を荷重波形CWj(t)に変換する。このステップS105は計測波形算出ステップである。
Next, the measuring
次に、計測装置1は、ステップS104で算出した車両たわみ波形CPjm(t)とステップS105で算出した荷重波形CWj(t)との相関係数hj_avgを算出する(ステップS106)。計測装置1は、算出した相関係数hj_avgを履歴情報に追加する。このステップS106は、相関係数算出ステップである。
Next, the measuring
計測装置1は、ステップS106で算出した相関係数hj_avgが所定の範囲を超える場合は(ステップS107のY)、アラームを発生する(ステップS108)。このステップS108は、アラーム発生ステップである。
When the correlation coefficient h j_avg calculated in step S106 exceeds a predetermined range (Y in step S107), the measuring
計測装置1は、ステップS106で算出した相関係数hj_avgが所定の範囲内である場合は(ステップS107のN)、ステップS108の処理を行わない。
When the correlation coefficient h j_avg calculated in step S106 is within a predetermined range (N in step S107), the measuring
次に、計測装置1は、相関係数hj_avgの履歴情報を通知する(ステップS109)。例えば、計測装置1は、相関係数hj_avgの履歴情報をサーバー2等に送信することによって通知する。あるいは、計測装置1は、相関係数hj_avgの履歴情報を、文字、画像、音等の情報として出力することで通知してもよい。このステップS109は、通知ステップである。
Next, the measuring
次に、計測装置1は、ステップS105で算出した荷重波形CWj(t)をサーバー2に出力する(ステップS110)。このステップS110は、出力ステップである。
Next, the measuring
計測装置1は、計測を終了するまで(ステップS111のN)、ステップS101〜S110の処理を繰り返し行う。
The measuring
図29は、図28のステップS106である相関係数算出ステップの手順の一例を示すフローチャート図である。 FIG. 29 is a flowchart showing an example of the procedure of the correlation coefficient calculation step which is step S106 of FIG. 28.
図29に示すように、まず、計測装置1は、整数jを1に設定し(ステップS161)、荷重波形CWj(t)が下限値WLOWと上限値WHIとの間にある期間tmid_periodにおける荷重波形CWj(tmid_period)を取得する(ステップS162)。なお、下限値WLOWは「第1の値」の一例であり、上限値WHIは「第2の値」の一例である。
As shown in FIG. 29, first, the measuring
次に、計測装置1は、期間tmid_periodにおける車両たわみ波形CPjm(tmid_period)を取得する(ステップS163)。
Next, the measuring
次に、計測装置1は、ステップS162で取得した荷重波形CWj(tmid_period)とステップS163で取得した車両たわみ波形CPjm(tmid_period)とに基づいて、式(60)により、相関係数hj_avgを算出する(ステップS164)。
Next, the measuring
計測装置1は、整数jがNでない場合は(ステップS165のN)、整数jに1を加算し(ステップS166)、ステップS162〜S164の処理を繰り返し行う。
When the integer j is not N (N in step S165), the measuring
そして、整数jがNになると(ステップS165のY)、計測装置1は相関係数算出ステップの処理を終了する。
Then, when the integer j becomes N (Y in step S165), the measuring
図30は、第2実施形態における計測装置1の構成例を示す図である。図30において、図27と同様の構成要素には同じ符号が付されている。図30に示すように、第1実施形態と同様、計測装置1は、制御部110と、第1通信部120と、記憶部130と、第2通信部140と、操作部150と、を有している。
FIG. 30 is a diagram showing a configuration example of the measuring
第1通信部120、記憶部130、第2通信部140及び操作部150がそれぞれ行う処理は、第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
Since the processes performed by the
制御部110は、上部構造7に設置された各センサー21,22,23から出力される加速度データに基づいて、上部構造7の変位や車両6による荷重等を算出する。
The
制御部110は、第1観測点情報取得部111と、第2観測点情報取得部112と、たわみ波形算出部113と、移動体たわみ波形算出部114と、計測波形算出部115と、相関係数算出部116と、アラーム発生部117と、出力処理部119と、を備えている。
The
第1観測点情報取得部111、第2観測点情報取得部112、たわみ波形算出部113及び移動体たわみ波形算出部114がそれぞれ行う処理は、第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
The processes performed by the first observation point
計測波形算出部115は、観測点Rjを観測するセンサー23による観測情報に基づいて、観測点Rjの物理量としての車両6による荷重の計測波形である荷重波形CWj(t)を算出する処理を行う。すなわち、計測波形算出部115は、図28における計測波形算出ステップの処理を行う。計測波形算出部115が算出した荷重波形CWj(t)は、記憶部130に記憶される。
Measurement
相関係数算出部116は、移動体たわみ波形算出部114が算出した車両たわみ波形CPjm(t)と計測波形算出部115が算出した荷重波形CWj(t)との相関係数hj_avgを算出する処理を行う。すなわち、相関係数算出部116は、図28における相関係数算出ステップの処理を行う。相関係数算出部116が算出した相関係数hj_avgは、記憶部130に記憶される。
The correlation
アラーム発生部117は、相関係数hj_avgが所定の範囲を超える場合にアラームを発生する処理を行う。すなわち、アラーム発生部117は、図28におけるアラーム発生ステップの処理を行う。
The
出力処理部119は、計測波形算出部115が算出した荷重波形CWj(t)を、第2通信部140を介してサーバー2に出力する処理を行う。すなわち、出力処理部119は、図28における出力ステップの処理を行う。
The
第1実施形態と同様、制御部110は、記憶部130に記憶された各種のプログラムを実行するプロセッサーであり、記憶部130に記憶された計測プログラム131を実行することにより、第1観測点情報取得部111、第2観測点情報取得部112、たわみ波形算出部113、移動体たわみ波形算出部114、計測波形算出部115、相関係数算出部116、アラーム発生部117、出力処理部119の各機能を実現する。換言すれば、計測プログラム131は、図28に示したフローチャートの各手順を、コンピューターである計測装置1に実行させるプログラムである。ただし、制御部110は、ASICなどのカスタムICとして構成され、各部の機能を実現してもよいし、CPUとASICとによって各部の機能を実現してもよい。
Similar to the first embodiment, the
以上に説明した第2実施形態の計測方法では、計測装置1は、観測点R1〜RNを観測するN個のセンサー23による観測情報に基づいて、観測点R1〜RNの荷重波形CW1(t)〜CWN(t)を算出する。そして、計測装置1は、式(60)により、車両たわみ波形CPjm(t)と荷重波形CWj(t)との相関係数hj_avgを算出し、相関係数hj_avgが所定の範囲を超える場合にアラームを発生する。観測点Pjと観測点Qjとの間にある観測点Rjの荷重波形CWj(t)は、観測点Pj,Qjの加速度強度に基づいて算出される車両たわみ波形CPjm(t)よりも上部構造7の強度変動の影響を受けやすいので、上部構造7の強度が変動した異常な状態では、車両たわみ波形CPjm(t)と荷重波形CWj(t)との相関係数hj_avgが変動することになる。したがって、第2実施形態の計測方法によれば、計測装置1は、上部構造7の強度が変動した異常な状態であることを検知し、アラームを発生することができる。
The measuring method of the second embodiment described above, the measuring
また、第2実施形態の計測方法では、計測装置1は、荷重波形CWj(t)が下限値WLOWと上限値WHIとの間にある期間tmid_periodにおける車両たわみ波形CPjm(t)と荷重波形CWj(t)とに基づいて、相関係数hj_avgを算出する。したがって、第2実施形態の計測方法によれば、計測装置1は、上部構造7の見かけ上のヤング率が変動せず、相関係数がほぼ一定となる範囲Wmid_periodの荷重波形CWj(t)と車両たわみ波形CPjm(t)とを用いて、精度の高い相関係数hj_avgを算出することができる。
Further, in the measurement method of the second embodiment, the measuring
また、第2実施形態の計測方法では、計測装置1は、荷重波形CWj(t)や変位波形CUj(t)とともに、アラームや相関係数hj_avgの履歴情報をサーバー2に送信する。したがって、第2実施形態の計測方法によれば、サーバー2は、アラームや相関係数hj_avgの履歴情報に基づいて上部構造7の異常の有無を解析し、上部構造7が異常であると判断した場合は、例えば、上部構造7の検査を促す情報を出力することができる。
Further, in the measurement method of the second embodiment, the measuring
3.変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
3. 3. Modifications The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications can be carried out within the scope of the gist of the present invention.
上記の各実施形態では、観測点P1〜PNを観測する観測装置及び観測点Q1〜QNを観測する観測装置は、それぞれ加速度センサーであるが、これに限られず、例えば、衝撃センサー、マイクロホン、歪計又はロードセルであってもよい。観測装置と観測点が1対1に対応している必要はなく、1つの観測装置が観測点P1〜PN,Q1〜QNの一部又は全部を観測してもよい。 In each of the embodiments described above, the observation apparatus and observation apparatus for observing the observation point Q 1 to Q N observing observation point P 1 to P N, which respectively the acceleration sensor is not limited to this, for example, the impact sensor , Microphone, accelerometer or load cell. It is not necessary that the observation device and the observation point have a one-to-one correspondence, and one observation device may observe a part or all of the observation points P 1 to PN and Q 1 to Q N.
衝撃センサーは、車両6の各車軸の観測点P1〜PN,Q1〜QNへの作用に対する応答として衝撃加速度を検出する。計測装置1は、観測点P1〜PNに対する衝撃加速度に基づいて第1観測点情報を取得し、観測点Q1〜QNに対する衝撃加速度に基づいて第2観測点情報を取得する。マイクロホンは、車両6の各車軸の観測点P1〜PN,Q1〜QNへの作用に対する応答として音響を検出する。計測装置1は、観測点P1〜PNに対する音響に基づいて第1観測点情報を取得し、観測点Q1〜QNに対する音響に基づいて第2観測点情報を取得する。歪計、ロードセルは、車両6の各車軸の観測点P1〜PN,Q1〜QNへの作用に対する応答として応力変化を検出する。計測装置1は、観測点P1〜PNの応力変化に基づいて第1観測点情報を取得し、観測点Q1〜QNの応力変化に基づいて第2観測点情報を取得する。
The impact sensor detects the impact acceleration as a response to the action on the observation points P 1 to PN and Q 1 to Q N of each axle of the
また、上記の各実施形態では、観測点R1〜RNを観測する観測装置は、それぞれ加速
度センサーであるが、これに限られず、例えば、接触式変位計、リング式変位計、レーザー変位計、感圧センサー、画像処理による変位計測機器又は光ファイバーによる変位計測機器であってもよい。観測装置と観測点が1対1に対応している必要はなく、1つの観測装置が観測点R1〜RNの一部又は全部を観測してもよい。
In the embodiments described above, the observation apparatus for observing the observation point R 1 to R N is respectively the acceleration sensor is not limited to this, for example, the contact displacement sensor, a ring-type displacement meter, laser displacement meter , A pressure sensor, a displacement measuring device by image processing, or a displacement measuring device by an optical fiber. It is not necessary to the observation apparatus and observation point corresponds to one-to-one, may be a single observation device observes a part or the whole of the observation point R 1 to R N.
接触式変位計、リング式変位計、レーザー変位計、画像処理による変位計測機器、光ファイバーによる変位計測機器は、車両6の観測点R1〜RNの作用に対する応答として変位を計測する。計測装置1は、観測点R1〜RNの変位に基づいて、観測点R1〜RNの変位波形を算出する。感圧センサーは、車両6の観測点R1〜RNへの作用に対する応答として応力変化を検出する。計測装置1は、観測点R1〜RNの応力変化に基づいて、観測点R1〜RNの変位波形を算出する。
Contact displacement meter, the ring-type displacement meter, laser displacement meter, a displacement measuring device by image processing, a displacement measuring apparatus according to the optical fiber, measures the displacement in response to the action of observation points R 1 to R N of the
また、上記の各実施形態では、車両6がレーンL1〜LNを走行する方向はすべて同じであるが、レーンL1〜LNのうちの少なくとも1つのレーンと他のレーンとは車両6の走行方向が異なっていてもよい。例えば、車両6がレーンL1では観測点P1から観測点Q1に向かう方向に走行し、レーンL2では観測点Q2から観測点P2に向かう方向に走行してもよい。この場合、計測装置1は、観測点P1を観測するセンサー21から出力される加速度データに基づいて、車両6のレーンL1への進入時刻を取得し、観測点Q1を観測するセンサー22から出力される加速度データに基づいて、車両6のレーンL1からの退出時刻を取得する。また、計測装置1は、観測点Q2を観測するセンサー22から出力される加速度データに基づいて、車両6のレーンL2への進入時刻を取得し、観測点P2を観測するセンサー21から出力される加速度データに基づいて、車両6のレーンL2からの退出時刻を取得する。
In the embodiments described above, all directions in which the
また、上記の各実施形態では、各センサー21,22,23は、それぞれ上部構造7の主桁Gに設けられているが、上部構造7の表面や内部、床板Fの下面、橋脚8a等に設けられていてもよい。また、上記の各実施形態では、橋梁5として道路橋を例に挙げたが、これに限られず、例えば、橋梁5は鉄道橋であってもよい。また、上記の各実施形態では、構造物として橋梁の上部構造を例に挙げたが、これに限られず、構造物は移動体の移動によって変形するものであればよい。
Further, in each of the above embodiments, the
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。 The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited thereto. For example, each embodiment and each modification can be combined as appropriate.
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes a configuration substantially the same as the configuration described in the embodiment, for example, a configuration having the same function, method and result, or a configuration having the same purpose and effect. The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. The present invention also includes a configuration that exhibits the same effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the present invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
1…計測装置、2…サーバー、4…通信ネットワーク、5…橋梁、6…車両、7…上部構造、7a…橋床、7b…支承、G…主桁、F…床板、8…下部構造、8a…橋脚、8b…橋台、10…計測システム、21…センサー、22…センサー、23…センサー、110…制御部、111…第1観測点情報取得部、112…第2観測点情報取得部、113…たわみ波形算出部、114…移動体たわみ波形算出部、115…計測波形算出部、116…相関係数算出部、117…アラーム発生部、118…荷重算出部、119…出力処理部、120…第1通信部、130…記憶部、131…計測プログラム、140…第2通信部、150…操作部 1 ... Measuring device, 2 ... Server, 4 ... Communication network, 5 ... Bridge, 6 ... Vehicle, 7 ... Superstructure, 7a ... Bridge floor, 7b ... Bearing, G ... Main girder, F ... Floor board, 8 ... Substructure, 8a ... pier, 8b ... abutment, 10 ... measurement system, 21 ... sensor, 22 ... sensor, 23 ... sensor, 110 ... control unit, 111 ... first observation point information acquisition unit, 112 ... second observation point information acquisition unit, 113 ... Deflection waveform calculation unit, 114 ... Moving body deflection waveform calculation unit, 115 ... Measurement waveform calculation unit, 116 ... Correlation coefficient calculation unit, 117 ... Alarm generation unit, 118 ... Load calculation unit, 119 ... Output processing unit, 120 ... 1st communication unit, 130 ... storage unit, 131 ... measurement program, 140 ... 2nd communication unit, 150 ... operation unit
Claims (17)
前記第2の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記移動体の前記複数の部位が前記第2の観測点を通過した時刻及び前記複数の部位のそれぞれの前記第2の観測点への作用に対する応答である物理量を含む第2観測点情報を取得する第2観測点情報取得ステップと、
前記第1観測点情報及び前記第2観測点情報と、所定の係数と、前記構造物のたわみの近似式とに基づいて、前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を算出するたわみ波形算出ステップと、
前記たわみ波形算出ステップで算出した前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を加算して、前記移動体による前記構造物のたわみ波形である移動体たわみ波形を算出する移動体たわみ波形算出ステップと、
前記第3の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記第3の観測点の物理量の計測波形を算出する計測波形算出ステップと、
前記移動体たわみ波形と前記計測波形との相関係数を算出する相関係数算出ステップと、
前記相関係数が所定の範囲を超える場合にアラームを発生するアラーム発生ステップと、を含む、計測方法。 The first observation point, the second observation point, and the third observation point between the first observation point and the second observation point of the structure in which the moving body is arranged along the first direction in which the moving body moves through the structure. Based on the observation information by the observation device that observes the first observation point among the observation points of, the time when the plurality of parts of the moving body passed the first observation point and each of the plurality of parts. The first observation point information acquisition step for acquiring the first observation point information including the physical quantity which is the response to the action on the first observation point, and
Based on the observation information by the observation device that observes the second observation point, the time when the plurality of parts of the moving body pass through the second observation point and the second observation of each of the plurality of parts. The second observation point information acquisition step for acquiring the second observation point information including the physical quantity that is the response to the action on the point, and
Deflection waveform of the structure by each of the plurality of parts of the moving body based on the first observation point information, the second observation point information, a predetermined coefficient, and an approximate expression of the deflection of the structure. Deflection waveform calculation step to calculate
The movement to calculate the bending waveform of the moving body, which is the bending waveform of the structure by the moving body, by adding the bending waveforms of the structure by each of the plurality of parts of the moving body calculated in the bending waveform calculation step. Body deflection waveform calculation step and
A measurement waveform calculation step for calculating a measurement waveform of a physical quantity of the third observation point based on observation information by an observation device for observing the third observation point, and a measurement waveform calculation step.
A correlation coefficient calculation step for calculating the correlation coefficient between the moving body deflection waveform and the measured waveform, and
A measurement method including an alarm generation step that generates an alarm when the correlation coefficient exceeds a predetermined range.
前記計測波形が第1の値と第2の値との間にある期間における前記移動体たわみ波形と前記計測波形とに基づいて、前記相関係数を算出する、請求項1に記載の計測方法。 In the correlation coefficient calculation step,
The measurement method according to claim 1, wherein the correlation coefficient is calculated based on the moving body deflection waveform and the measurement waveform during a period in which the measurement waveform is between the first value and the second value. ..
前記上部構造は、隣り合う橋台と橋脚、隣り合う2つの橋台、又は、隣り合う2つの橋脚のいずれか1つに渡された構造であり、
前記上部構造の両端部は、前記隣り合う橋台と橋脚の位置、前記隣り合う2つの橋台の位置、又は、前記隣り合う2つの橋脚の位置にあり、
前記橋梁は、道路橋又は鉄道橋である、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の計測方
法。 The structure is a superstructure of a bridge and
The superstructure is a structure passed to any one of adjacent abutments and piers, two adjacent abutments, or two adjacent piers.
Both ends of the superstructure are located at the positions of the adjacent abutments and piers, the positions of the two adjacent abutments, or the positions of the two adjacent piers.
The measurement method according to any one of claims 1 to 7, wherein the bridge is a road bridge or a railway bridge.
前記第2の観測点は前記構造物の前記第1の端部とは異なる第2の端部に設定される、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の計測方法。 The first observation point is set at the first end of the structure and
The measurement method according to any one of claims 1 to 8, wherein the second observation point is set at a second end different from the first end of the structure.
前記複数の部位のそれぞれは車軸又は車輪である、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の計測方法。 The moving vehicle is a railroad vehicle, an automobile, a tram, a construction vehicle, or a military vehicle.
The measuring method according to any one of claims 1 to 9, wherein each of the plurality of parts is an axle or a wheel.
前記第2の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記移動体の前記複数の部位が前記第2の観測点を通過した時刻及び前記複数の部位のそれぞれの前記第2の観測点への作用に対する応答である物理量を含む第2観測点情報を取得する第2観測点情報取得部と、
前記第1観測点情報及び前記第2観測点情報と、所定の係数と、前記構造物のたわみの近似式とに基づいて、前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を算出するたわみ波形算出部と、
前記たわみ波形算出部が算出した前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を加算して、前記移動体による前記構造物のたわみ波形である移動体たわみ波形を算出する移動体たわみ波形算出部と、
前記第3の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記第3の観測点の物理量の計測波形を算出する計測波形算出部と、
前記移動体たわみ波形と前記計測波形との相関係数を算出する相関係数算出部と、
前記相関係数が所定の範囲を超える場合にアラームを発生するアラーム発生部と、を含む、計測装置。 The first observation point, the second observation point, and the third observation point between the first observation point and the second observation point of the structure in which the moving body is arranged along the first direction in which the moving body moves through the structure. Based on the observation information by the observation device that observes the first observation point among the observation points of, the time when the plurality of parts of the moving body passed the first observation point and each of the plurality of parts. The first observation point information acquisition unit that acquires the first observation point information including the physical quantity that is the response to the action on the first observation point, and the first observation point information acquisition unit.
Based on the observation information by the observation device that observes the second observation point, the time when the plurality of parts of the moving body pass through the second observation point and the second observation of each of the plurality of parts. The second observation point information acquisition unit that acquires the second observation point information including the physical quantity that is the response to the action on the point, and
Deflection waveform of the structure by each of the plurality of parts of the moving body based on the first observation point information, the second observation point information, a predetermined coefficient, and an approximate expression of the deflection of the structure. Deflection waveform calculation unit that calculates
The movement to calculate the bending waveform of the moving body, which is the bending waveform of the structure by the moving body, by adding the bending waveforms of the structure by each of the plurality of parts of the moving body calculated by the bending waveform calculation unit. Body deflection waveform calculation unit and
A measurement waveform calculation unit that calculates the measurement waveform of the physical quantity of the third observation point based on the observation information by the observation device that observes the third observation point.
A correlation coefficient calculation unit that calculates the correlation coefficient between the moving body deflection waveform and the measured waveform,
A measuring device including an alarm generating unit that generates an alarm when the correlation coefficient exceeds a predetermined range.
前記第1の観測点を観測する前記観測装置と、
前記第2の観測点を観測する前記観測装置と、
前記第3の観測点を観測する前記観測装置と、を備えた、計測システム。 The measuring device according to claim 15,
The observation device for observing the first observation point and
The observation device for observing the second observation point and
A measurement system including the observation device for observing the third observation point.
前記第2の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記移動体の前記複数の部位が前記第2の観測点を通過した時刻及び前記複数の部位のそれぞれの前記第2の観測点への作用に対する応答である物理量を含む第2観測点情報を取得する第2観測点情報取得ステップと、
前記第1観測点情報及び前記第2観測点情報と、所定の係数と、前記構造物のたわみの近似式とに基づいて、前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を算出するたわみ波形算出ステップと、
前記たわみ波形算出ステップで算出した前記移動体の前記複数の部位のそれぞれによる前記構造物のたわみ波形を加算して、前記移動体による前記構造物のたわみ波形である移動体たわみ波形を算出する移動体たわみ波形算出ステップと、
前記第3の観測点を観測する観測装置による観測情報に基づいて、前記第3の観測点の物理量の計測波形を算出する計測波形算出ステップと、
前記移動体たわみ波形と前記計測波形との相関係数を算出する相関係数算出ステップと、
前記相関係数が所定の範囲を超える場合にアラームを発生するアラーム発生ステップと、をコンピューターに実行させる、計測プログラム。 The first observation point, the second observation point, and the third observation point between the first observation point and the second observation point of the structure in which the moving body is arranged along the first direction in which the moving body moves through the structure. Based on the observation information by the observation device that observes the first observation point among the observation points of, the time when the plurality of parts of the moving body passed the first observation point and each of the plurality of parts. The first observation point information acquisition step for acquiring the first observation point information including the physical quantity which is the response to the action on the first observation point, and
Based on the observation information by the observation device that observes the second observation point, the time when the plurality of parts of the moving body pass through the second observation point and the second observation of each of the plurality of parts. The second observation point information acquisition step for acquiring the second observation point information including the physical quantity that is the response to the action on the point, and
Deflection waveform of the structure by each of the plurality of parts of the moving body based on the first observation point information, the second observation point information, a predetermined coefficient, and an approximate expression of the deflection of the structure. Deflection waveform calculation step to calculate
The movement to calculate the bending waveform of the moving body, which is the bending waveform of the structure by the moving body, by adding the bending waveforms of the structure by each of the plurality of parts of the moving body calculated in the bending waveform calculation step. Body deflection waveform calculation step and
A measurement waveform calculation step for calculating a measurement waveform of a physical quantity of the third observation point based on observation information by an observation device for observing the third observation point, and a measurement waveform calculation step.
A correlation coefficient calculation step for calculating the correlation coefficient between the moving body deflection waveform and the measured waveform, and
A measurement program that causes a computer to execute an alarm generation step that generates an alarm when the correlation coefficient exceeds a predetermined range.
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