CN105445756A - 构造物的安全性诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及构造物的安全性诊断系统。具备：1个GNSS接收机，设置在构造物的高层楼层；控制装置，具有储存基于由该GNSS接收机测量的绝对坐标、该绝对坐标的移位来制作所述构造物的绝对移位曲线并基于该绝对移位曲线运算各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角来制作层间变形角曲线的程序的存储部和基于最大层间移位和最大层间变形角进行所述构造物的安全性的诊断的判断部，以及显示部，所述控制装置基于所述绝对坐标的移位、所述程序来运算各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角、所述层间变形角曲线，使所述判断部基于最大层间移位和最大层间变形角或所述层间变形角曲线的至少一个而评价的所述构造物的诊断结果显示于所述显示部。

Description

构造物的安全性诊断系统

技术领域

本发明涉及对构造物的移位进行直接测量来对构造物的安全性进行诊断的构造物的安全性诊断系统。

背景技术

以往，在对构造物的安全性进行诊断时，例如在构造物的至少包含基础部和高层楼层的2处以上设置加速度传感器，基于该加速度传感器测量的加速度数据来诊断构造物的安全性。在地震发生时，由所述加速度传感器求取加速度记录以及对加速度记录进行二阶积分来求取绝对移位。应用根据该绝对移位假定的建筑物的振动模式形式来计算建筑物各楼层的绝对加速度和相对移位，将绝对加速度取为纵轴并将相对移位取为横轴来求取建筑物的性能曲线。此外，基于所观测的输入地震动来理论地求取所述建筑物的要求曲线，根据性能曲线和要求曲线的比较来判定建筑物的残余耐震性能。或者，计算将在连续的上下楼层的绝对移位之差除以楼层高后的值的最大值即各楼层的最大层间变形角。根据计算出的构造物的最大层间变形角来对构造物的安全性或者构造物的修复的必要性进行诊断。

然而，在使用加速度传感器的情况下，不能将构造物的移位量直接收集为测量数据，因此，需要通过对所得到的加速度数据进行二阶积分来求取移位量。因此，构造物的移位量通过计算来求取，因此，存在误差累积而精度劣化这样的问题。此外，以避免漂移（drift）为目的而并用高通滤波器通过处理的情况是通常的。因此，需要长时间的测定例如对构造物的地震前的位置和地震后的位置的不同进行测量以及基于测量对在地震发生后逐渐进行的余效变动、构造物的残留变形进行评价在原理上是不可能的。

日本国特开2000-214267号公报涉及地震观测系统，设置在地上楼层和地下楼层的任意的楼层的多个地震计经由LAN连接于个人计算机。当由于地震等在建筑物产生振动时，振动被各地震计检测并被保持在各地震计内的服务器中，并且，振动检测的意思从服务器传送到个人计算机。公开了如下结构：通过操作该个人计算机来对各地震计进行访问，从而能够阅览保持在各地震计的服务器中的地震观测记录。

此外，日本国特许第3952851号公报公开了根据建筑物的性能曲线和要求曲线的比较来评价建筑物的残余耐震性能的方法。

此外，１台の加速度センサのみを用いた建築構造物の振動応答推定手法日本建築学会技術報告集第19巻　第42号，Ｐ.461-4642013年6月涉及仅使用了1个加速度传感器的建筑构造物的振动响应估计方法，公开了如下结构：在建筑物的最高楼层设置1个加速度传感器，基于来自该加速度传感器的加速度来求取建筑物的全部楼层的绝对加速度。对绝对加速度进行积分来计算绝对移位，根据计算出的绝对移位来估计各楼层的每一个的最大层间变形角。

发明内容

本发明的目的在于提供基于由GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem，全球导航卫星系统）接收机测量的构造物的移位来对该构造物的安全性进行诊断的构造物的安全性诊断系统。

为了达成上述目的，本发明的构造物的安全性诊断系统具备：1个GNSS接收机，设置在构造物的高层楼层；控制装置，具有存储部和判断部，所述存储部储存有基于由该GNSS接收机测量的绝对坐标、该绝对坐标的移位来制作所述构造物的绝对移位曲线并基于该绝对移位曲线来运算各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角来制作层间变形角曲线的程序，所述判断部基于最大层间移位和最大层间变形角来进行所述构造物的安全性的诊断；以及显示部，所述控制装置基于所述绝对坐标的移位、所述程序来运算各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角、所述层间变形角曲线，使所述判断部基于最大层间移位和最大层间变形角或所述层间变形角曲线的至少一个而评价的所述构造物的诊断结果显示在所述显示部中。

此外，在本发明的构造物的安全性诊断系统中，在所述显示部中显示诊断结果画面，该诊断结果画面具有评价结果图表显示部，在该评价结果图表显示部中，区分地显示有安全区域、危险区域，并且，示出所述层间变形角曲线存在于从安全区域到危险区域的哪个范围中。

此外，在本发明的构造物的安全性诊断系统中，所述诊断结果画面还具有数值显示部，所述数值显示部显示所述构造物的各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角。

此外，在本发明的构造物的安全性诊断系统中，所述诊断结果画面还具有：评价结果显示部，通过字符来显示利用所述判断部的诊断结果；以及综合评价显示部，用颜色来显示所述诊断结果。

此外，在本发明的构造物的安全性诊断系统中，在进行了利用所述判断部的所述构造物的诊断之后进一步经过规定时间后，所述GNSS接收机对该GNSS接收机的设置位置的绝对坐标进行测量，所述控制装置根据基准绝对坐标和经过规定时间后的所述设置位置的绝对坐标来运算该设置位置的随时间的移位，所述判断部基于该随时间的移位对所述构造物的安全性进行诊断。

此外，在本发明的构造物的安全性诊断系统中，在所述构造物的规定位置进一步设置至少1个GNSS接收机，所述控制装置基于各GNSS接收机的测量结果来运算所述构造物的变形状态。

此外，在本发明的构造物的安全性诊断系统中，所述GNSS接收机具备：1个GNSS接收部，设置在测定位置，接收来自卫星的信号；以及运算处理装置，构成为以规定时间间隔取得从该GNSS接收部输出的接收信号，在相邻的2个时刻取得来自所述GNSS接收部的接收信号，根据2个接收信号来运算多普勒变动的时间差分，基于运算结果来求取测定位置的偏差，对该偏差进行积分来求取所述测定位置的振动。

此外，在本发明的构造物的安全性诊断系统中，所述时间间隔在从10ms到更新从卫星发信的信号的时间间隔的1/2的范围内选择，进而被设定为被测定体的预想振动周期的1/10以下。

进而，此外，在本发明的构造物的安全性诊断系统中，所述绝对坐标的移位为对由所述GNSS接收机测量的绝对坐标的初始值加上所述偏差的总和后的值。

根据本发明，具备：1个GNSS接收机，设置在构造物的高层楼层；控制装置，具有存储部和判断部，所述存储部储存有基于由该GNSS接收机测量的绝对坐标、该绝对坐标的移位来制作所述构造物的绝对移位曲线并基于该绝对移位曲线来运算各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角来制作层间变形角曲线的程序，所述判断部基于最大层间移位和最大层间变形角来进行所述构造物的安全性的诊断；以及显示部，所述控制装置基于所述绝对坐标的移位、所述程序来运算各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角、所述层间变形角曲线，使所述判断部基于最大层间移位和最大层间变形角或所述层间变形角曲线的至少一个而评价的所述构造物的诊断结果显示在所述显示部中，因此，能够在不进行积分的情况下以实测值求取所述构造物屋顶的移位，能够以高精度进行该构造物的诊断，并且，在使用了1个所述GNSS接收机的情况下，不需要用于使该GNSS接收机彼此同步的机构，能够谋求系统的简化、成本的降低。

此外，根据本发明，在所述显示部中显示诊断结果画面，该诊断结果画面具有评价结果图表显示部，在该评价结果图表显示部中，区分地显示有安全区域、危险区域，并且，示出所述层间变形角曲线存在于从安全区域到危险区域的哪个范围中，因此，能够立即把握所述构造物的状态。

此外，根据本发明，所述诊断结果画面还具有数值显示部，所述数值显示部显示所述构造物的各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角，因此，能够确认各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角的详细的数值。

此外，根据本发明，所述诊断结果画面还具有：评价结果显示部，通过字符来显示利用所述判断部的诊断结果；以及综合评价显示部，用颜色来显示所述诊断结果，因此，能够立即把握所述构造物的状态，并且，能够容易地把握之后的处理法等。

此外，根据本发明，在进行了利用所述判断部的所述构造物的诊断之后进一步经过规定时间后，所述GNSS接收机对该GNSS接收机的设置位置的绝对坐标进行测量，所述控制装置根据基准绝对坐标和经过规定时间后的所述设置位置的绝对坐标来运算该设置位置的随时间的移位，所述判断部基于该随时间的移位对所述构造物的安全性进行诊断，因此，能够进行包含该构造物的余效变动、残留移位的该构造物的诊断，能够进一步提高该构造物的安全性的诊断精度。

此外，根据本发明，在所述构造物的规定位置进一步设置至少1个GNSS接收机，所述控制装置基于各GNSS接收机的测量结果来运算所述构造物的变形状态，因此，能够求取所述构造物的扭曲、振动的方式、该构造物自身的移位量等变形状态。

进而，此外，根据本发明，所述GNSS接收机具备：1个GNSS接收部，设置在测定位置，接收来自卫星的信号；以及运算处理装置，构成为以规定时间间隔取得从该GNSS接收部输出的接收信号，在相邻的2个时刻取得来自所述GNSS接收部的接收信号，根据2个接收信号来运算多普勒变动的时间差分，基于运算结果来求取测定位置的偏差，对该偏差进行积分来求取所述测定位置的振动，因此，能够进行高精度而且排除了误差主要原因的所述构造物的安全性的诊断。

附图说明

图1是本发明的实施例的构造物的安全性诊断系统的概略结构图。

图2是示出本发明的实施例的构造物的安全性诊断系统的控制装置以及其周围部的框图。

图3（A）是说明构造物的移位的说明图，图3（B）是说明基于层间变形角曲线的安全性的诊断的说明图。

图4是说明在构造物的安全性诊断系统中使用的扩展传递函数的说明图。

图5是示出本发明的实施例的构造物的安全性诊断系统的诊断结果画面的一个例子的说明图。

图6是示出该诊断结果画面中的评价结果图表显示部的其他的例子的说明图。

图7（A）~图7（C）是示出本实施例的应用例的构造物的安全性诊断系统的概略结构图。

图8是示出本发明的实施例的振动检测装置的概略结构的框图。

图9是示出该振动检测装置的作用的流程图。

图10是示出由该振动检测装置得到的振动波形的图。

图11是示出所测定的振动的频率特性的图。

具体实施方式

以下，参照附图并说明本发明的实施例。

首先，在图1、图2中，对本发明的实施例的构造物的安全性诊断系统的概略进行说明。

在图1中，1是建筑（building）等构造物，2示出了设置于该构造物1的高层楼层的规定位置（优选的是屋顶楼层的已知的位置）的GNSS接收机。在该GNSS接收机2的GNSS接收部接收到来自多个卫星的信号时，所述GNSS接收机2利用所得到的各卫星的多普勒变动而根据其变动值来检测物体的移位。进而，该GNSS接收机2基于所检测的移位来检测振动。

该GNSS接收机2经由GNSS电缆3连接于PC等控制装置4。此外，该控制装置4电连接于配置在所述构造物1的1层等规定的位置的监视器等显示部5和键盘、鼠标等操作部6，并且，经由通信单元例如LAN7连接于通信部8。所述控制装置4能够经由所述通信部8与外部网络通信。再有，关于所述GNSS接收机2，也可以分离具有接收功能的GNSS接收部（后述）来设置。

此外，如图2所示，所述控制装置4具有CPU等控制运算部9、HDD等存储部11以及判断部12。

在所述存储部11中储存有由所述GNSS接收机2测量的地震等发生前的未移位的状态的所述GNSS接收机2的设置位置的绝对坐标（基准绝对坐标）和用于对所述构造物1的安全性进行诊断的针对移位的阈值。此外，在所述存储部11中储存有：基于所述基准绝对坐标和移位后的所述设置位置的绝对坐标来运算所述构造物1的所述设置位置中的移位的移位运算程序、基于所述构造物1的构造、所述设置位置的移位通过结构计算而根据所述构造物1的所述设置位置的移位来制作所述构造物1的绝对移位曲线13（参照图3（A））的绝对移位曲线制作程序、根据该绝对移位曲线13来运算各楼层的每一个的最大移位的移位运算程序、根据各楼层的每一个的最大移位来运算各楼层间的最大层间移位的层间移位运算程序、根据最大层间移位来运算各楼层间的最大层间变形角来制作层间变形角曲线14（参照图3（B））的层间变形角运算程序、基于所得到的最大层间变形角来判断所述构造物1的坚固性（soundness）的坚固性判断程序、基于对已经得到的各楼层的最大移位进行二阶微分而求取的绝对加速度来运算地震烈度的地震烈度运算程序、用于将后述的所述判断部12的判断结果等显示在所述显示部5中的显示程序等程序。

所述判断部12基于由所述控制运算部9运算的最大层间移位、最大层间变形角以及坚固性判断程序来判断所述构造物1的状态，例如该构造物1是否安全，是否需要精密检查，该构造物1是否危险，并且，评价所述构造物1的安全性。再有，作为简便的安全性的判断，也可以将各层间的最大层间变形角之中的最大的最大层间变形角即最大层间变形角的最大值超过规定的阈值的情况判断为危险。

接着，在图3（A）、图3（B）中，对所述构造物的安全性诊断系统的作用进行说明。

当在地震发生后由所述操作部6输入诊断开始的指示时，所述控制运算部9以规定的时间间隔例如20Hz以上高精度地基于来自所述GNSS接收机2的接收信号来测量所述构造物1屋顶的所述GNSS接收机2的设置位置的绝对坐标。此外，所述控制运算部9将所测量的绝对坐标储存在所述存储部11中，并且，将所测量的绝对坐标与预先储存在该存储部11中的地震发生前的所述设置位置的绝对坐标比较，运算该设置位置的移位。

在此，在仅根据高层楼层的观测数据来评价所述构造物1的性能的情况下，需要适当地预测基础输入运动（foundationinputmotion）并且从在高层楼层的观测数据除去所述基础输入运动。在该情况下，设想使用如下的方法：使用包含针对基础部的高层楼层的振幅比和相位差信息的传递函数或者构造物的设计模型来倒算求取基础部的输入运动。

传递函数存在简便地求取的优点的另一面是，需要一致地决定构造物的固有振动频率。然而，构造物的固有振动频率具有在地震中随时变动的特性。在一致地决定构造物的固有振动频率的情况下，误差主要原因变得非常大，对最终的评价结果的精度造成坏影响。

此外，在使用构造物的设计模型的情况下，最终的评价结果的精度被模型化精度左右，为了精度改善，需要改善模型自身。因此，使用设计模型并不适应如本实施例的构造物的安全性诊断系统那样自动地导出最终评价的系统。

因此，在本实施例中，采用了为比较简便的且适于自动化的对传递函数进行扩展的扩展传递函数。扩展传递函数以如下方式被设计：如图4所示那样以不需要一致地决定构造物的固有振动频率的方式基于在高层楼层的平时微动记录和地震时记录的频率分析结果来扩大传递函数的共振点宽度，应用不依赖于构造物的固有振动频率的在地震中的变动的传递函数值即针对地震中的在各时刻的固有振动频率自动地应用适当的传递函数值。

所述控制运算部9制作在所述GNSS接收机2的设置位置（移位测量点）的所述绝对移位曲线13。此外，所述控制运算部9基于考虑所述绝对移位曲线13和所述构造物1的任意次数个的固有振动频率的地震时变动来扩展的扩展传递函数来运算所述构造物1的基础部的绝对移位。进而，所述控制运算部9根据所述绝对移位和所述绝对移位曲线13来运算所述构造物1的相对移位。

进而，所述控制运算部9将所述相对移位的各阶模型的振幅量与由多维函数假定的所述构造物1的各阶模型中的振动形状相乘，运算各楼层的每一个的最大层间移位。或者，所述控制运算部9对基于所述构造物1的设计图纸所计算的质量和层刚性应用固有值解析来求取弹性的模型形状。此外，所述控制运算部9对所述弹性的模型形状乘以在使各楼层的层刚性依照设计图纸的情况（系数α=1）以及使该层刚性增减为设计图纸的α（α>1或α<1）倍的情况多种情况下的模型形状，运算各楼层的每一个的最大移位，运算各楼层的每一个的最大层间移位。

再有，在使规定的楼层的最大移位为Di并且使与该规定的楼层的上方相邻的楼层的最大移位为Di+1的情况下，Di、Di+1间的最大层间移位δi能够用以下的式子表示。

δi＝Ｄi+1－Ｄi。

当求取各楼层相对于相邻的楼层的最大层间移位时，所述控制运算部9将所求取的最大层间移位除以所述构造物1的楼层高来运算各楼层间的最大层间变形角。在此，在使各楼层间的高度为hi的情况下，Di、Di+1间的最大层间变形角能够用以下的式子表示。

最大层间变形角＝δi／ｈi。

此外，所述控制运算部9根据所求取的最大层间变形角来制作如图3（B）所示那样的所述层间变形角曲线14，并且，求取此时的各楼层的每一个的地震烈度级别。

在制作了该层间变形角曲线14之后，所述判断部12基于坚固性判断程序来对预先储存在所述存储部11中的阈值与最大层间移位的最大值、最大层间变形角的最大值进行比较，进行针对所述构造物1的安全性的评价。

在最后，所述控制运算部9使具有利用所述判断部12的评价结果等的诊断结果画面15（参照图5）显示在所述显示部5中，由此，结束利用本实施例的构造物的安全性诊断系统的所述构造物1的安全性诊断。

图5示出了在所述显示部5中显示的所述诊断结果画面15的一个例子。

该诊断结果画面15具有：示出基于所述层间变形角曲线14诊断的所述构造物1的状态的评价结果图表显示部16、显示各楼层的每一个的地震烈度级别、最大层间变形角的数值显示部18、以字符显示利用所述判断部12的评价结果的评价结果显示部19、以颜色显示利用所述判断部12的评价结果的综合评价显示部20。

在所述评价结果图表显示部16中，在横轴取层间变形角并且将左端部作为安全区域17a、将右端部作为危险区域17c、将中间部作为注意区域17b的图表17中显示所述层间变形角曲线14。所述评价结果图表显示部16能够根据所述层间变形角曲线14与所述安全区域17a、所述注意区域17b、所述危险区域17c的关系来容易地确认所述构造物1的哪一楼层现在处于怎样的状态。进而，在即使是所述层间变形角曲线14的一部分涉及到所述危险区域17c的情况下，判断为所述构造物1处于危险的状态。再有，所述评价结果图表显示部16被设定为3个区域17a~17c具有规定的宽度，但是，所述评价结果图表显示部16也可以采用所述安全区域17a和所述危险区域17c这2个区域，也可以分割所述注意区域17b而做成4个以上的区域。

此外，在所述数值显示部18中，显示由所述控制运算部9运算的各楼层的每一个的地震烈度级别、最大层间变形角，能够确认详细的数值。此外，通过利用所述判断部12的与阈值的比较，能够通过颜色等来识别（在图示中为阴影）判断为需要精密检查的楼层、判断为是危险的楼层。

在所述评价结果显示部19中，显示进行诊断的所述构造物1的状态处于从安全到危险的哪一个范围、今后只要使该构造物1怎样做即可等消息。例如，在该构造物1的状态处于安全范围而不需要修复等的情况下，如图5所示那样显示“评价结果：安全范围”、“能够直接继续利用”消息，能够容易地判断针对所述构造物1的处理。

所述综合评价显示部20如果是安全的则为蓝色、如果需要精密检查则为黄色、如果是危险的则为红色等以适当选择的颜色来显示利用所述判断部12的评价结果，评价结果一目了然。再有，也可以将所述综合评价显示部20做成蜂鸣器等发声单元，发出与判断结果对应的警告音。进而，所述综合评价显示部20也可以进行颜色显示并且发出警告音。

在图5中的所述诊断结果画面15中，显示了所述评价结果图表显示部16、所述数值显示部18、所述评价结果显示部19、所述综合评价显示部20这4个项目，但是，也可以仅显示基于所述层间变形角曲线14评价的所述评价结果图表显示部16、基于地震烈度级别和最大层间变形角评价的所述数值显示部18的任一个。此外，也可以在所述诊断结果画面15中显示所述绝对移位曲线13等其他的项目。

此外，如图6所示，也可以制作以上限值表示最大层间变形角的层间变形角曲线14a、以下限值表示最大变形角的层间变形角曲线14b，通过层间变形角的上限值或下限值来诊断所述构造物1的安全性。

如上述那样，在本实施例中，能够通过所述GNSS接收机2直接测量地震发生前和地震发生后的所述构造物1的屋顶的设置位置的绝对坐标。因此，测定结果不随时间发生变化，能够防止精度的劣化，求取高精度的移位。进而，在以例如10Hz以上的间隔测量绝对坐标的情况下，10Hz是对表现构造物的低阶的固有振动频率分量的充分高频，只要求取伴随着时间的经过的移位，就能够感测所述构造物1是否进行振动。因此，也能够测定地震发生稍后的移位、地震后的随时间的变化。再有，测量间隔只要与对象物的低阶的固有振动频率充分分离即可，10Hz是1阶固有振动频率1Hz的建筑构造物的情况下的一个例子。

因此，能够求取精度高的最大层间移位、最大层间变形角，能够提高所述构造物1的安全性诊断的精度。

此外，在本实施例的构造物的安全性诊断系统中使用的所述GNSS接收机2只有1个，不需要用于使GNSS接收机彼此同步的机构等。因此，能够谋求系统的简化、成本的降低。

此外，在本实施例中，能够通过所述GNSS接收机2直接测量地震发生前的在所述构造物1屋顶的设置位置的绝对坐标与地震发生后的该设置位置的绝对坐标。因此，能够通过2个绝对坐标的比较来测量在以往的加速度传感器中为不可能的所述构造物1的残留移位。进而，能够测量地震发生后的随时间的变化。

此外，在所述构造物1的安全性诊断后，所述控制装置4使具有所述评价结果图表显示部16、所述数值显示部18、所述评价结果显示部19、所述综合评价显示部20的所述诊断结果画面15显示在所述显示部5中。因此，能够立即把握所述构造物1的状态，并且，能够容易地把握危险的楼层、之后的处理法等。

此外，所述控制装置4能够经由所述通信部8与外部网络通信，因此，即使在不能直接操作所述操作部6的情况下，也能够从外部对所述控制装置4进行远程操作来进行针对所述构造物1的安全性的诊断。此外，也能够基于各楼层的诊断结果而发出与天花板、设备机器、橱柜、隔断以及各种配管等的倒下、破损等状态有关的警告。

再有，在本实施例中，所述控制装置4将地震发生前的设置在所述构造物1屋顶的所述GNSS接收机2的设置位置的绝对坐标与地震发生后的该设置位置的绝对坐标比较，按照各楼层的每一个求取该构造物1的地震发生后的最大层间移位、最大层间变形角，诊断该构造物1的安全性。另一方面，所述控制装置4保存移位后的所述设置位置的绝对坐标，进而测量经过了规定时间例如以1个小时或2个小时为单位之后的该设置位置的绝对坐标，将移位后的绝对坐标与经过规定时间后的绝对坐标比较，由此，也可以判断是否存在随时间的变化。在此，作为地震中的最大层间变形角的评价的目标，例如，在RC结构中将安全区域与注意区域的边界部设为1/200，将注意区域与危险区域的边界部设为1/75。此外，在S结构中，将目标同样地设为1/150、1/50左右的值。此外，作为残留变形评价的目标，采用10mm左右的值，但是，根据构造物的高度等而适当设定变更。

将地震发生后的在所述构造物1屋顶的所述GNSS接收机2的设置位置的绝对坐标与经过规定时间后的该设置位置的绝对坐标比较，求取最大层间移位、最大层间变形角，由此，能够检测在地震安定之后进行的所述构造物1的余效变动。

进而，将移位前的所述设置位置的绝对坐标（基准绝对坐标）与经过规定时间后的该设置位置的绝对坐标比较，求取最大层间移位、最大层间变形角，使所述判断部12进行评价。通过该评价，能够进行包含所述构造物1的余效变动、残留移位的该构造物1的诊断，能够进一步提高该构造物1的安全性的诊断精度。

在本实施例中，在所述存储部11中储存有地震发生前的所述设置位置的绝对坐标，将该设置位置的绝对坐标与在地震发生后通过所述操作部6的指示而测量的所述设置位置的绝对坐标比较，进行该构造物1的安全性诊断。另一方面，也可以通过所述GNSS接收机2时常测量绝对坐标，通过所述操作部6的指示选择地震发生前的绝对坐标和地震发生后的绝对坐标。

此外，在本实施例中，对针对由地震造成的该构造物1的移位的安全性的诊断进行了说明，但是，当然，关于针对由强风等造成的所述构造物1的移位的安全性、居住舒适性的诊断，也能够应用本实施例的构造物的安全性诊断系统。

接着，在图7（A）~图7（C）中，对本发明的应用例进行说明。再有，在图7（A）~图7（C）中，对与图1中同等的部分标注相同附图标记并省略其说明。

在应用例中，在所述构造物1的高层楼层的规定位置（优选的是屋顶楼层的已知的位置）设置第一GNSS接收机31，并且，进一步设置第二GNSS接收机32。

在图7（A）所示的第一应用例中，将该第二GNSS接收机32设置在高层楼层即与所述第一GNSS接收机31同一楼层，所述控制装置4基于各自的接收结果运算各自的设置点的位置移位和振动。通过将所述第一GNSS接收机31和所述第二GNSS接收机32设置在同一楼层，从而能够通过所述控制装置4来运算所述构造物1的各楼层的每一个的层间变形角。此外，所述控制装置4能够根据由所述第一GNSS接收机31、所述第二GNSS接收机32求取的移位差、移位的方向差来运算在所述构造物1中产生的扭曲。

在图7（B）所示的第二应用例中，将所述第二GNSS接收机32设置在中层楼层即与所述第一GNSS接收机31不同的楼层。通过将所述第一GNSS接收机31和所述第二GNSS接收机32设置在不同的楼层，从而能够提高利用所述控制装置4的层间变形角的运算精度，进而能够运算在所述构造物1中产生的移位、振动的方式。

在图7（C）所示的第三应用例中，将所述第二GNSS接收机32设置在第一层。通过将该GNSS接收机32设置在第一层，从而能够得到除了地表的移位之外的所述构造物1自身的移位量。

进而，作为其他的应用例，除了第一GNSS接收机31之外还在设定位置设置2个以上的第二GNSS接收机32，通过所述控制装置4求取多个设置位置的移位、振动并应用于安全性诊断也可。

对使用GNSS接收机来求取GNSS接收机的设置位置的振动、移位的方法进行说明。

如上述那样，在本发明中以规定时间间隔取得来自GNSS接收机的信号，但是，能够基于以规定时间间隔取得的信号来测定与测定对象一致的振动信息（振动周期、振动波形）。因此，基于GNSS接收机，所述控制装置4能够进一步高精度地求取所述构造物1的移位，此外，能够测定地震时、强风等的所述构造物1的振动。

图8示出了使用了所述GNSS接收机2的振动检测装置，在图8中，该GNSS接收机2由GNSS接收部21和运算处理装置22示出。以下，通过图8来详细地说明本实施例的振动检测装置。

所述GNSS接收部21被构成为接收来自多个GNSS卫星的电波，输出各GNSS卫星的每一个的接收信号，在测定点设置1个。所述运算处理装置22例如使用PC。此外，由所述运算处理装置22运算的结果例如振动波形、振动频率等被显示在显示部23中。

进而，说明所述运算处理装置22的概略结构。

该运算处理装置22主要具备定时控制部25、信号导入部26、运算部（CPU）27、存储部28。

所述定时控制部25控制所述GNSS接收部21接收的来自GNSS卫星的信号的导入时期或者发出同步控制用的定时信号。例如，所述定时控制部25对所述信号导入部26发出用于以所设定的时间间隔Δｔ导入所述接收信号的定时信号。

所述信号导入部26按照来自所述定时控制部25的定时信号导入从所述GNSS接收部21输入的接收信号。进而，所述信号导入部26对接收信号进行放大、A/D变换等信号处理，并且，根据接收信号分离为位置信息的信号、时刻信息的信号等。

所述运算部27基于来自所述信号导入部26的信号而运算GNSS卫星的高度或者设定基准GNSS卫星。进而，所述运算部27运算所述GNSS接收部21的坐标位置，进而，运算所述GNSS接收部21的坐标位置的时间移位，进而，基于运算结果来运算振动波形、振动频率等。

所述存储部28具有程序储存部28a、数据储存部28b，在所述程序储存部28a中储存有：根据接收信号来运算GNSS卫星的位置、高度的程序或者进而运算所述GNSS接收部21的位置的测量位置程序、按照每个规定时间求取通过测量位置程序运算得到的位置的时间的偏差进而对时间的偏差进行积分来运算振动波形、振动频率的振动检测程序、用于将由所述运算部27运算的结果例如振动波形等显示在所述显示部23中的程序等程序。

进而，在所述数据储存部28b中，与来自所述定时控制部25的同步信号对应地储存有从所述信号导入部26输出的接收信号、由所述运算部27以时间间隔Δｔ运算的结果等数据。此外，在所述数据储存部28b中，也同样地储存有由所述运算部27运算的振动波形等振动检测结果。

以下，对所述振动检测装置的作用进行说明。

当在一个点观测GNSS卫星时，在其期间测量表示为以下那样的未知数的和。

【数式1】

在此，

Φ（t）：时刻t的载波相位[周期]

ρ（t）：时刻t的到GNSS卫星的距离[m]

Trop（t）：时刻t的对流层延迟量[m]

Iono（t）：时刻t的电离层延迟量[m]

clock（t）sat：时刻t的GNSS卫星时钟偏移[s]

clock（t）rcv：时刻t的接收机时钟偏移[s]

W（t）：扭曲（wind-up）[周期]

n（t）：观测噪声[周期]

f：载波频率[Hz]

c：光速[m/s]

N：模糊度（ambiguity）[周期]。

此外，式中，sat是示出GNSS卫星的下标，rcv是示出接收机的下标。

然而，在相邻的观测间隔（时间间隔Δｔ）短的情况下，上述式的许多未知数几乎不发生变化。

此外，GNSS卫星时钟的变动量和接收机时钟的变动量为几~几十纳秒（ns）左右。当将该变动量换算为长度时，长度相当于数百m。

进而，GNSS卫星时钟偏移由航法历提供，当假定这是正确的时，能够消去噪声以外的大部分的偏移量。另一方面，关于接收机时钟偏移，没有那样的信息，因此，难以正确地进行预测。因此，将特定的GNSS卫星作为基准GNSS卫星，取得该基准GNSS卫星与其他的GNSS卫星的观测值的差分，由此，消去接收机时钟误差。在下述式2中，使第一GNSS卫星为基准GNSS卫星，取得与第二GNSS卫星的差分。对第三GNSS卫星以后也依次应用其，能够制作接收GNSS卫星一个的式子。

【数式2】

其中，

ΔΦsat（1-2)：卫星（1）-卫星（2）的载波相位的差分[周期]

Δρsat（1-2)：卫星（1）-卫星（2）的距离差分[m]

Δclocksat（1-2）：卫星（1）-卫星（2）的卫星时钟偏移差分[m]

ΔTropsat（1-2）：卫星（1）-卫星（2）的对流层延迟量的差分[m]

ΔIonosat（1-2）：卫星（1）-卫星（2）的电离层延迟量的差分[m]。

即使其他的时间（例如t2）的观测值也进行上述处理，取得各测定时间间的差分。在此，由对流层延迟、电离层延迟和模糊度、GNSS卫星的外表上的相位变化构成的扭曲（Windup）效果能够在短的时间内假定为大致相同量，因此，在下述式3中消去。此外，在使用相同的航法历的情况下，能够通过同一多项式来估计时钟偏移。

【数式3】

在此，当将GNSS卫星i与GNSS接收部21的距离设为ρi时，如下述那样表示。

【数式4】

在此，

Ｘsat（i）：GNSS卫星i的X坐标、Ｘrcv：GNSS接收部21的X坐标、

Ｙsat（i）：GNSS卫星i的Y坐标、Ｙrcv：GNSS接收部21的Y坐标、

Ｚsat（i）：GNSS卫星i的Z坐标、Ｚrcv：GNSS接收部21的Z坐标。

当将式4应用于式3时，如果GNSS卫星的组合为3个以上，则在时刻t1和时刻t2之间变化的接收机移动坐标的解法变为可能。

作为进行该解法的条件，要求基准GNSS卫星即使在不同的时间间（t1、t2）也为同一GNSS卫星、除了基准GNSS卫星之外还需要3个以上观测的共同的GNSS卫星。

进而，将以下作为条件：在2个不同的时间接收到的各GNSS卫星的数据之间没有周跳（cycleslip），不会由于GNSS接收部的电源断开而使相位计数器重置。

再有，在存在周跳的情况、相位计数器被重置的情况等下，只要进行确保相位变动量的连续性的处理（整数值偏置的估计）或者排除相位的断绝部分的数据即可。

通过上述解法得到的数据是在成为基准的观测时间的位置与在其后的观测时间的位置的差分量。因此，实际的移动量通过对各自的差分量进行积分来得到。

在此，关于从所述GNSS接收部21导入的接收信号的取得时间间隔Δｔ，作为最少时间间隔，实用上为10ms（100Hz）左右。

此外，作为最大时间间隔，受到以下的限制。从GNSS卫星发出的电波每隔2小时更新为最新的电波。在本实施例中的解法中，需要计算上的参数是相同的，进而，需要至少2点。因此，在2小时内需要进行至少2点的数据的取得，最大时间间隔为1小时。

因此，所设定的时间间隔为从10ms到更新来自卫星的信号的时间间隔的1/2的范围，进而，被设定为被测定体的预想的振动周期的1/10左右。

参照图9来进一步进行说明。

步骤：01开始测定，所述GNSS接收部21在时刻t1从多个GNSS卫星接收电波，从所述GNSS接收部21取得来作为接收信号。进而，从所述GNSS接收部21取得在Δt后的时刻t2的从多个GNSS卫星接收到的接收信号。

步骤：02从在时刻t1、时刻t2的接收信号计算各自的GNSS卫星的位置。

步骤：03计算在时刻t1的各自的GNSS卫星的高度角，将高度角最大的GNSS卫星作为基准GNSS卫星。

步骤：04针对在时刻t1接收到的接收信号，制作基准GNSS卫星与其他的GNSS卫星的接收信号的差分。

步骤：05针对在时刻t2接收到的接收信号，制作基准GNSS卫星与其他的GNSS卫星的接收信号的差分。

步骤：06以与接收信号同样的GNSS卫星的组合计算在时刻t1、时刻t2的各GNSS卫星与接收位置（测定点）的距离。

步骤：07基于在步骤：06中得到的数据（GNSS卫星与测定点的距离）来对以时刻t1为基准的时刻t2的测定点进行测量位置（坐标（x,y,z）测定）。

步骤：08根据以时刻t1为基准的时刻t2的坐标来求取偏差Δｘ、Δｙ、Δｚ，对整体移动量加上移动量（Δｘ、Δｙ、Δｚ）（积分）。

步骤：09保存时刻t2的接收信号，接收在时刻t3的来自GNSS卫星的电波，取得为接收信号。对时刻t2的接收信号、时刻t3的接收信号执行步骤：02~步骤：08的处理。

以规定时间间隔继续地从GNSS卫星取得数据，按照相邻的每个时间，求取偏差Δｘ、Δｙ、Δｚ并执行积分，由此，能够进行继续的振动测定。

此外，如上述那样，能够在从10ms到更新来自卫星的信号的时间间隔的1/2的范围内与被测定体的振动状况对应地设定数据的取得时间间隔。因此，能够实施与被测定体的振动状况对应的最适合的振动测定。

在图10中示出通过实验得到的观测数据。

作为实验的条件，设定为以±5mm的振幅且以1Hz使设置有所述GNSS接收部21的振动感测对象物振动，以0.05秒钟间隔导入所述GNSS接收部21的接收信号。

在图10中，能够观察到以大致±5mm的振幅规则正确地振动的状态。再有，在图10中，横轴是GNSS时间，纵轴的单位是m。

进而，为了确认周期性，对观测数据进行利用FFT的频率分解。在图11中示出了其结果。

从图11确认了：在实验中设定的1Hz的位置出现了功率谱，在本实施例中测定的振动反映了在实验中设定的条件。

在本实施例中，利用GNSS接收部21以规定时间间隔接收来自GNSS卫星的信号，求取设置所述GNSS接收部21的点（测定点）的时间的移位，对时间的移位进行积分，由此，测定振动。

此外，时间的移位（偏差）是由所述GNSS接收部21测定的绝对坐标的差，而且是在接近的时间的测定值的差，因此，基于时间的经过的误差极小。进而，即使在由所述GNSS接收部21测定的测定值中包含误差主要原因的情况下，也通过取得差分来抵消误差主要原因，得到精度极高的偏差（Δｘ、Δｙ、Δｚ）。

进而，通过对偏差的量进行加法运算来得到所述GNSS接收部21的设置位置的时间的移位。此外，基于移位来得到振幅、振动波形、振动频率等关于振动的信息。

进而，所述GNSS接收部21的设置位置的移位是除去了振动的位置，被判断为表示振动波形的中心的坐标。

此外，振动停止时的设置位置为对所述GNSS接收部21的设置位置的初始坐标加上所述偏差的总和后的设置位置。如上述那样，在求取偏差的过程中抵消误差主要原因，因此，以高的精度测定所述GNSS接收部21的设置位置。

进而，通过将本实施例的振动检测装置应用于构造物的安全性诊断系统，从而能够以高精度进行可靠性高的构造物的安全性的诊断。

Claims (9)

1.一种构造物的安全性诊断系统，其中，具备：1个GNSS接收机，设置在构造物的高层楼层；控制装置，具有存储部和判断部，所述存储部储存有基于由该GNSS接收机测量的绝对坐标、该绝对坐标的移位来制作所述构造物的绝对移位曲线并基于该绝对移位曲线来运算各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角来制作层间变形角曲线的程序，所述判断部基于最大层间移位和最大层间变形角来进行所述构造物的安全性的诊断；以及显示部，所述控制装置基于所述绝对坐标的移位、所述程序来运算各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角、所述层间变形角曲线，使所述判断部基于最大层间移位和最大层间变形角或所述层间变形角曲线的至少一个而评价的所述构造物的诊断结果显示在所述显示部中。

2.根据权利要求1所述的构造物的安全性诊断系统，其中，在所述显示部中显示诊断结果画面，该诊断结果画面具有评价结果图表显示部，在该评价结果图表显示部中，区分地显示有安全区域、危险区域，并且，示出所述层间变形角曲线存在于从安全区域到危险区域的哪个范围中。

3.根据权利要求2所述的构造物的安全性诊断系统，其中，所述诊断结果画面还具有数值显示部，所述数值显示部显示所述构造物的各楼层的每一个的最大层间移位和最大层间变形角。

4.根据权利要求3所述的构造物的安全性诊断系统，其中，所述诊断结果画面还具有：评价结果显示部，通过字符来显示利用所述判断部的诊断结果；以及综合评价显示部，用颜色来显示所述诊断结果。

5.根据权利要求1~权利要求4中的任一项所述的构造物的安全性诊断系统，其中，在进行了利用所述判断部的所述构造物的诊断之后进一步经过规定时间后，所述GNSS接收机对该GNSS接收机的设置位置的绝对坐标进行测量，所述控制装置根据基准绝对坐标和经过规定时间后的所述设置位置的绝对坐标来运算该设置位置的随时间的移位，所述判断部基于该随时间的移位对所述构造物的安全性进行诊断。

6.根据权利要求1所述的构造物的安全性诊断系统，其中，在所述构造物的规定位置进一步设置至少1个GNSS接收机，所述控制装置基于各GNSS接收机的测量结果来运算所述构造物的变形状态。

7.根据权利要求1~权利要求6中的任一项所述的构造物的安全性诊断系统，其中，所述GNSS接收机具备：1个GNSS接收部，设置在测定位置，接收来自卫星的信号；以及运算处理装置，构成为以规定时间间隔取得从该GNSS接收部输出的接收信号，在相邻的2个时刻取得来自所述GNSS接收部的接收信号，根据2个接收信号来运算多普勒变动的时间差分，基于运算结果来求取测定位置的偏差，对该偏差进行积分来求取所述测定位置的振动。

8.根据权利要求7所述的构造物的安全性诊断系统，其中，所述时间间隔在从10ms到更新从卫星发信的信号的时间间隔的1/2的范围内选择，进而被设定为被测定体的预想振动周期的1/10以下。

9.根据权利要求7所述的构造物的安全性诊断系统，其中，所述绝对坐标的移位为对由所述GNSS接收机测量的所述绝对坐标的初始值加上所述偏差的总和后的值。