CN111902691A - 计测装置及计测方法 - Google Patents

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Abstract

计测装置(120)具备：取得部(121)，取得在作用于构造物(70)的载荷变化时在相互不同的时刻拍摄的、将构造物(70)可动地支承的支承部(80)件的多个图像；以及计测部(122)，基于多个图像，计测支承部件(80)的位移。

Description

计测装置及计测方法
技术领域
本发明涉及将构造物可动地支承的支承部件的位移的计测。
背景技术
作为调查对象物的外观的技术，例如在专利文献1中记载了根据通过相机得到的构造物或制品的原影像测定龟裂幅度的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－139285号公报
非专利文献
非专利文献1：Tohru SHINKE，et al，“PRACTICAL FORMULAS FOR ESTIMATION OFCABLE TENSION BY VIBRATION METHOD”，Proc.Jpn.Soc.Civ.Eng.，No.294，1980
发明内容
发明要解决的课题
在将构造物可动地支承的支承部件中，即使该支承部件的外观没有问题，如果该支承部件不按照规定移动，则构造物或支承部件也会被施加设想之外的应力，有构造物或支承部件损坏的情况。
所以，本发明提供一种能够计测将构造物可动地支承的支承部件的位移的计测装置及计测方法。
用来解决课题的手段
有关本发明的一技术方案的计测装置具备：取得部，取得在作用于构造物的载荷变化时在相互不同的时刻拍摄的支承部件的多个图像，上述支承部件将该构造物可动地支承；以及计测部，基于上述多个图像，计测上述支承部件的位移。
此外，有关本发明的一技术方案的计测方法，是计测将构造物可动地支承的支承部件的位移的计测方法，其中，取得在作用于构造物的载荷变化时在相互不同的时刻拍摄的上述构造物的多个图像；基于上述多个图像，计测上述支承部件的位移。
发明效果
根据有关本发明的一技术方案的计测装置及计测方法，能够计测将构造物可动地支承的支承部件的位移。
附图说明
图1是表示有关实施方式的计测系统的结构例的外观图。
图2是表示有关实施方式的支承部件的侧面的示意图。
图3是表示有关实施方式的测定装置的功能结构的框图。
图4A是表示各局部区域中的位移的主成分的一例的示意图。
图4B是表示各局部区域中的位移的主成分的一例的示意图。
图4C是表示各局部区域中的位移的主成分的一例的示意图。
图4D是表示各局部区域中的位移的主成分的一例的示意图。
图5是有关实施方式的计测处理的流程图。
图6是表示实施方式的多个图像的一例的图。
图7是表示有关其他实施方式的计测系统的结构例的外观图。
图8是表示各局部区域中的位移的主成分的一例的示意图。
具体实施方式
(本发明的概要)
有关本发明的一技术方案的计测装置具备：取得部，取得在作用于构造物的载荷变化时在相互不同的时刻拍摄的支承部件的多个图像，上述支承部件将该构造物可动地支承；以及计测部，基于上述多个图像，计测上述支承部件的位移。
根据上述结构的计测装置，能够计测将构造物可动地支承的支承部件的位移。
此外，也可以还具备判定部，该判定部基于由上述计测部计测的上述支承部件的位移，进行上述支承部件是否在进行规定的运动的判定。
由此，利用上述结构的计测装置的用户能够知道支承部件是否在进行规定的运动。
此外，也可以是，还具备提取部，该提取部对由上述计测部计测的上述支承部件的位移进行多变量解析而提取主成分；上述判定部基于由上述提取部提取的主成分进行上述判定。
由此，上述结构的计测装置能够基于支承部件的位移的成分中的特征性的成分，进行支承部件是否在进行规定的运动的判定。因此，根据上述结构的计测装置，能够更高精度地判定支承部件是否在进行规定的运动。
此外，也可以是，上述构造物是桥梁；上述支承部件是支座；上述规定的运动包含旋转。
由此，根据上述结构的计测装置，对于将桥梁可旋转地支承的支座，能够判定该支座是否在进行按照规定的旋转动作。
此外，也可以是，上述构造物是桥梁；上述支承部件是支座；上述规定的运动包含平移。
由此，根据上述结构的计测装置，对于将桥梁可平移地支承的支座，能够判定该支座是否在进行按照规定的平移动作。
此外，也可以是，上述构造物是吊挂构造物的桥梁；上述支承部件是上述吊挂构造物的线缆；上述规定的运动包含上述线缆的向被牵拉的方向的垂直方向的运动。
由此，根据上述结构的计测装置，对于将吊挂构造物的桥梁可动地支承的线缆，能够判定该线缆是否在进行按照规定的向被牵拉的方向的垂直方向的位移动作。
此外，也可以是，上述构造物是吊挂构造物的桥梁；上述支承部件是上述吊挂构造物的线缆；上述提取部求出上述线缆的振动频率，或根据上述振动频率求出上述线缆的张力；上述判定部基于由上述提取部提取的主成分的振动频率或上述张力，进行上述判定。
由此，对于将吊挂构造物的桥梁可动地支承的线缆，能够判定该线缆进行振动动作时的振动频率是否是按照规定的，或者该线缆位移时的张力是否是按照规定的。
此外，也可以还具备拍摄上述多个图像的摄像部。
由此，根据上述结构的计测装置，即使不从外部取得图像，也能够计测将构造物可动地支承的支承部件的位移。
有关本发明的一技术方案的计测方法，是计测将构造物可动地支承的支承部件的位移的计测方法，取得在作用于构造物的载荷变化时在相互不同的时刻拍摄的上述构造物的多个图像；基于上述多个图像，计测上述支承部件的位移。
根据上述计测方法，能够计测将构造物可动地支承的支承部件的位移。
以下，参照附图对有关本发明的一技术方案的计测装置的具体例进行说明。这里表示的实施方式都表示本发明的一具体例。因而，在以下的实施方式中表示的数值、形状、构成要素、构成要素的配置及连接形态、以及步骤(工序)及步骤的顺序等是一例，不是限定本发明。关于以下的实施方式的构成要素中的在独立权利要求中没有记载的构成要素，是能够任意地附加的构成要素。此外，各图是示意图，并不一定是严密地图示的。
另外，本发明的包含性或具体的形态也可以由系统、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的CD－ROM等记录介质实现，也可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意的组合实现。
(实施方式)
[检查系统的结构]
首先，参照图1对有关实施方式的计测系统的结构例具体地进行说明。图1是表示有关实施方式的计测系统的结构例的外观图。计测系统100具备摄像装置110和计测装置120。
摄像装置110例如是具备图像传感器的数字摄像机或数字静像相机。摄像装置110随着时间拍摄将构造物70可动地支承的支承部件80的图像。在本实施方式中，作为一例，假设构造物70是桥梁，支承部件80是设置在桥墩90之上并将桥梁驱动移动地支承的支座而进行说明。
图2是表示支承部件80是支座的例子中的支承部件80的侧面的示意图。
如图2所例示，支承部件80包括能够进行以垂直于图面的方向为旋转轴的旋转的旋转可动部81、和能够在图面的左右方向(水平方向)上平移(滑动)的平移可动部82。
支承部件80通过包括旋转可动部81和平移可动部82而构成，将构造物70(桥梁)可旋转地支承并且可平移地支承。这样，在支承部件80进行的规定的运动中包括旋转和平移。
另外，构造物70并不一定需要限定于桥梁，支承部件80并不一定需要限定于支座。作为一例，也可以是，构造物70是压缩机，支承部件80是将压缩机安装到建筑物的壁面上的阻尼器。此外，作为另一例，也可以是，构造物70是住宅，支承部件80是配置在地基与住宅之间的减震机构。减震机构例如是层叠橡胶。
再次回到图1，继续计测系统100的说明。
具体而言，摄像装置110在作用于构造物70的载荷变化时拍摄支承部件80的图像。例如，如果构造物70是桥梁，支承部件80是支座，则当车辆在桥梁上行驶时，在通过风等而在桥梁上作用有某种力时等拍摄多个图像。
多个图像是支承部件80的相同部分的图像，是在相互不同的时刻拍摄的图像。具体而言，多个图像例如是影像中包含的多个帧。
计测装置120例如是计算机，具备处理器(未图示)和保存有软件程序或指令的存储器(未图示)。通过由处理器执行软件程序，计测装置120实现后述的多个功能。此外，计测装置120也可以由专用的电子电路(未图示)构成。在此情况下，后述的多个功能既可以由不同的电子电路实现，也可以由集成的1个电子电路实现。
计测装置120与摄像装置110例如可通信地连接，基于由摄像装置110拍摄的多个图像计测支承部件80的位移。
[计测装置的功能结构]
接着，参照图3对有关实施方式的计测装置120的功能结构进行说明。
图3是表示有关实施方式的计测装置120的功能结构的框图。如图3所示，计测装置120具备取得部121、计测部122、提取部123、区域确定部124、判定部125和规定的运动确定部126。
取得部121取得在作用于构造物70的载荷变化时在相互不同的时刻拍摄的、将构造物70可动地支承的支承部件80的多个图像。例如，取得部121从摄像装置110通过无线通信取得多个图像。此外，例如取得部121也可以经由可拆装的存储器(例如USB(UniversalSerial Bus)存储器)从摄像装置110取得多个图像。
计测部122基于由取得部121取得的多个图像，计测支承部件80的位移。具体而言，计测部122计测支承部件80的表面上的各局部区域的位移。局部区域既可以是对应于1个像素的区域，也可以是对应于多个像素的区域。计测部122例如也可以计算各局部区域的运动矢量作为各局部区域的位移。在此情况下，计测部122例如通过利用块匹配法进行各局部区域的运动估计，来计算各局部区域的运动矢量。
提取部123对由计测部122计测的支承部件80的位移进行多变量解析，提取主成分。具体而言，提取部123对由计测部122计测的各局部区域的位移中的、由后述的区域确定部124确定的确定区域中包含的各局部区域的位移进行多变量解析，提取主成分。作为多变量解析的一例，例如可以考虑主成分分析。
图4A～图4D是表示在由区域确定部124确定的确定区域是旋转可动部81的情况下由提取部123提取的各局部区域中的位移的主成分的一例的示意图。图4A表示各局部区域中的位移的第1主成分，图4B表示各局部区域中的位移的第2主成分，图4C表示各局部区域中的位移的第3主成分，图4D表示各局部区域中的位移的第4主成分。图4A～图4D的各箭头表示各局部区域的位移的朝向和位移的距离。
如图4D所示，旋转可动部81的各局部区域中的位移的第4主成分表示旋转可动部81的旋转。
另外，提取部123只要是对由计测部122计测的支承部件80的位移进行多变量解析而提取主成分的结构，则并不需要限定于一定是对由计测部122计测出的各局部区域的位移中的、由区域确定部124确定的确定区域中包含的各局部区域的位移进行多变量解析而提取主成分的结构的例子。例如，提取部123也可以对支承部件80的表面中的各局部区域的位移的全部进行多变量解析而提取主成分。
区域确定部124确定包含作为提取部123进行的主成分提取的对象的局部区域的确定区域。区域确定部124例如也可以包括用户接口(例如，触摸面板)，基于由利用计测装置120的用户进行的输入操作，将由用户指定的区域确定为确定区域。此外，区域确定部124例如也可以通过对由取得部121取得的多个图像进行包括图像识别处理的AI处理，将包含支承部件80中的可动部分的区域确定为确定区域。
判定部125基于由计测部122计测的支承部件80的位移，判定支承部件80是否在进行规定的运动。具体而言，判定部125基于由提取部123提取的主成分，判定支承部件80是否在进行规定的运动。判定部125例如也可以在由提取部123提取的主成分中存在表示由后述的规定的运动确定部126确定的既定的运动的主成分的情况下，做出支承部件80在进行规定的运动的判定，在不存在表示既定的运动的主成分的情况下，做出支承部件80没有进行规定的运动的判定。作为一例，判定部125在由规定的运动确定部126确定的既定的运动是旋转可动部81的旋转的情况下，在由提取部123提取的各位移区域中的位移的主成分中包含如图4D所例示的表示旋转可动部81的旋转的主成分的情况下，做出支承部件80在进行规定的运动的判定。
另外，判定部125只要是基于由计测部122计测的支承部件80的位移来判定支承部件80是否在进行规定的运动的结构，则并不一定限定于基于由提取部123提取的主成分进行的结构的例子。
规定的运动确定部126确定支承部件80进行的规定的运动。规定的运动确定部126例如也可以包括用户接口(例如触摸面板)，基于由利用计测装置120的用户进行的输入操作，将由用户指定的运动确定为支承部件80进行的规定的运动。此外，区域确定部124例如也可以通过对由取得部121取得的多个图像进行包括图像识别处理的AI处理，确定支承部件80进行的规定的运动。
[计测装置的动作]
以下，对上述结构的计测装置120进行的动作进行说明。
计测装置120作为其特征性的动作而进行计测处理。这里，参照图5、图6对计测装置120进行的计测处理的详细情况进行说明。
图5是计测装置120进行的检查处理的流程图。图6是表示实施方式的多个图像的一例的图。
计测处理是基于由摄像装置110拍摄的多个图像来计测将构造物70可动地支承的支承部件80的处理。
计测处理例如通过计测装置120被计测装置120的用户进行开始计测处理之意的操作而开始。
如果开始计测处理，则取得部121取得当作用于构造物70的载荷变化时在相互不同的时刻拍摄的、将构造物70可动地支承的支承部件80的多个图像(步骤S101)。
例如，如图6所示，取得部121取得包含支承部件80的相同部分且在相互不同的时刻拍摄的图像11～14。
如果取得了多个图像，则计测部122基于所取得的多个图像，计测支承部件80的位移(步骤S102)。更具体地讲，计测部122基于所取得的多个图像，计测支承部件80的表面中的各局部区域的位移。
如果计测了支承部件80的位移，则区域确定部124确定包含作为提取部123进行的主成分提取的对象的局部区域的确定区域(步骤S103)。区域确定部124例如也可以确定由用户指定的区域作为确定区域，例如也可以通过对由取得部121取得的多个图像进行包括图像识别处理的AI处理，将包含支承部件80中的可动部分的区域确定为确定区域。
另外，步骤S103的处理并不一定需要在步骤S102的处理之后进行。步骤S103的处理例如也可以与步骤S102的处理并行地进行，也可以在步骤S102的处理之前进行。
如果确定了确定区域，则提取部123对支承部件80的位移进行多变量解析，提取主成分(步骤S104)。更具体地讲，提取部123对于由计测部122计测的各局部区域的位移中的、由区域确定部124确定的确定区域中包含的各局部区域的位移进行多变量解析，提取主成分。
如果提取了主成分，则规定的运动确定部126确定支承部件80进行的规定的运动(步骤S105)。规定的运动确定部126例如也可以将由用户指定的运动确定为规定的运动，也可以通过对由取得部121取得的多个图像进行包括图像识别处理的AI处理，来确定规定的运动。
另外，步骤S105的处理并不一定需要在步骤S104的处理之后进行。步骤S105的处理例如也可以与步骤S104的处理并行地进行，也可以在步骤S104的处理之前进行。
如果确定了既定的运动，则判定部125基于由计测部122计测的支承部件80的位移，判定支承部件80是否在进行规定的运动。更具体地讲，判定部125在由提取部123提取的主成分之中存在表示由规定的运动确定部126确定的既定的运动的主成分的情况下，做出支承部件80在进行规定的运动的判定，在不存在表示既定的运动的主成分的情况下，支承部件80做出没有进行规定的运动的判定。
最后，判定部125输出支承部件80的位移、和支承部件80是否在进行规定的运动的判定结果作为计测结果，(步骤S106)。例如，判定部125在显示器(未图示)上显示计测结果。此外，例如判定部125也可以向其他装置(例如智能电话或平板计算机等)发送计测结果。
[考察]
如上述那样，计测装置120计测将构造物可动地支承的支承部件的位移。并且，计测装置120判定支承部件是否在进行规定的运动。因此，利用计测装置120的用户能够得到与因在构造物或支承部件上作用了设想外的应力而引起的、构造物或支承部件的破损的可能性有关的认识。
(其他实施方式)
以上，基于实施方式对有关本发明的1个或多个技术方案的计测装置进行了说明，但本发明并不限定于该实施方式。
例如，对构造物是桥梁、支承部件是线缆的斜拉桥进行说明。图7是表示有关其他实施方式的计测系统的结构例的外观图。在图7中，斜拉桥700其构造物是桥梁711，支承部件是张设于主塔712的线缆701～710。提取部123从拍摄了斜拉桥700的图像，利用图像识别检测线缆701～710的区域，求出向与线缆701～710被桥梁711和主塔712牵拉的方向垂直的方向的运动，按每个线缆提取主成分的振动频率。
图8是表示各局部区域中的位移的主成分的一例的示意图。在图8中表示提取了1条线缆的位移的第1主成分802和第2主成分803的结果。在图8中，虚线801表示静止状态的线缆位置。作为规定的运动，既可以使用振动的振幅值，也可以求出各主成分的振动频率，判断振动频率是否包含在规定的数值范围中。载荷的变化也可以使用经过桥梁711之上的车辆的载荷、或对于线缆701～710的锤或手动等的强制励振。
进而，提取部123也可以根据主成分的振动频率计算线缆的张力，判断每个线缆的张力是否在规定的值的范围内。根据线缆的振动频率计算张力的方法可以利用在非专利文献1中记载的方法等。
进而，斜拉桥以外，作为具有线缆的构造物而也可以将吊桥等的吊挂构造物或送电构造物等作为对象。
此外，只要不脱离本发明的主旨，对实施方式及变形例实施了本领域技术人员想到的各种变形后的形态、或将不同实施方式的构成要素组合而构建的形态也包含在本发明的1个或多个技术方案的范围内。
例如，在上述实施方式中，计测装置没有包括摄像装置，但也可以包括摄像装置。在此情况下，摄像装置起到作为计测装置的一部分的摄像部的功能。
此外，计测装置中包含的多个功能结构(取得部、计测部、提取部、区域确定部、判定部及既定的运动确定部等)也可以通过分布式计算或云计算来实现。
另外，在上述各实施方式中，说明了在运动估计中使用块匹配的例子，但并不限定于此。例如，也可以通过匹配其他的局部图像特征量(例如HOG(Histogram of OrientedGradients：方向梯度直方图)、SIFT(Scaled Invariance Feature Transform：尺度不变特征转换))来进行运动估计。
此外，上述实施方式的计测装置具备的构成要素的一部分或全部也可以由1个系统LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)构成。例如，计测装置120也可以由具有取得部121、计测部122、提取部123、区域确定部124、判定部125和规定的运动确定部126的系统LSI构成。
系统LSI是将多个结构部集成到1个芯片上而制造出的超多功能LSI，具体而言，是包括微处理器、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等而构成的计算机系统。在ROM中存储有计算机程序。通过由微处理器按照计算机程序动作，系统LSI实现其功能。
另外，这里设为系统LSI，但根据集成度的差异，也有称作IC、LSI、超级LSI、超大规模LSI的情况。此外，集成电路化的方法并不限于LSI，也可以由专用电路或通用处理器实现。也可以利用在LSI制造后能够编程的FPGA(Field Programmable Gate Array)、或能够重构LSI内部的电路单元的连接或设定的可重构处理器。
进而，如果因半导体技术的进步或派生的其他技术而出现替代LSI的集成电路化的技术，则当然也可以使用其技术进行功能块的集成化。有可能有生物技术的应用等。
此外，本发明的一技术方案不仅是这样的计测装置，也可以是以计测装置中包含的特征性的结构部为步骤的计测方法。此外，本发明的一技术方案也可以是使计算机执行包含在计测方法中的特征性的各步骤的计算机程序。此外，本发明的一技术方案也可以是记录有这样的计算机程序的计算机可读取的非暂时性的记录介质。
另外，在上述各实施方式中，各构成要素也可以由专用的硬件构成，或者通过执行适合于各构成要素的软件程序来实现。各构成要素也可以通过由CPU或处理器等的程序执行部将记录在硬盘或半导体存储器等的记录介质中的软件程序读出并执行来实现。这里，实现上述各实施方式的检查装置等的软件是以下这样的程序。
即，该程序是使计算机执行计测将构造物可动地支承的支承部件的位移的计测方法，该计测方法中，取得在作用于上述构造物的载荷变化时在相互不同的时刻拍摄的上述构造物的多个图像，基于上述多个图像计测上述支承部件的位移。
本发明能够广泛地利用于计测将构造物可动地支承的支承部件的位移的计测装置。
标号说明
70 构造物
80 支承部件
100 计测系统
110 摄像装置
120 计测装置
121 取得部
122 计测部
123 提取部
124 区域确定部
125 判定部
126 既定的运动确定部

Claims (9)

1.一种计测装置，其中，具备：
取得部，取得在作用于构造物的载荷变化时在相互不同的时刻拍摄的支承部件的多个图像，上述支承部件将该构造物可动地支承；以及
计测部，基于上述多个图像，计测上述支承部件的位移。
2.如权利要求1所述的计测装置，其中，
还具备判定部，该判定部基于由上述计测部计测的上述支承部件的位移，进行上述支承部件是否在进行规定的运动的判定。
3.如权利要求2所述的计测装置，其中，
还具备提取部，该提取部对由上述计测部计测的上述支承部件的位移进行多变量解析而提取主成分；
上述判定部基于由上述提取部提取的主成分进行上述判定。
4.如权利要求2或3所述的计测装置，其中，
上述构造物是桥梁；
上述支承部件是支座；
上述规定的运动包含旋转。
5.如权利要求2或3所述的计测装置，其中，
上述构造物是桥梁；
上述支承部件是支座；
上述规定的运动包含平移。
6.如权利要求2或3所述的计测装置，其中，
上述构造物是吊挂构造物的桥梁；
上述支承部件是上述吊挂构造物的线缆；
上述规定的运动包含上述线缆的向被牵拉的方向的垂直方向的运动。
7.如权利要求3所述的计测装置，其中，
上述构造物是吊挂构造物的桥梁；
上述支承部件是上述吊挂构造物的线缆；
上述提取部求出上述线缆的振动频率，或根据上述振动频率求出上述线缆的张力；
上述判定部基于由上述提取部提取的主成分的振动频率或上述张力，进行上述判定。
8.如权利要求1～7中任一项所述的计测装置，其中，
还具备拍摄上述多个图像的摄像部。
9.一种计测方法，计测将构造物可动地支承的支承部件的位移，其中，
取得在作用于构造物的载荷变化时在相互不同的时刻拍摄的上述构造物的多个图像；
基于上述多个图像，计测上述支承部件的位移。
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