JP2004101398A - 橋梁の計測システム、及び、橋梁の計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】橋梁の長期的監視が実質的に可能にすること。
【解決手段】橋梁の複数の部位２−ｔに位置対応して配置される複数のセンサ１−ｊを含むセンサ群１から構成されている。センサ１−ｊは、部位２−ｔの物理量を計測する計測器部分４と、データ管理器部分３とから形成されている。データ管理器部分３は、物理量を記録する記録器部分７と、データを無線で送信する発信器部分８とから構成されている。データは、物理量と部位２−ｔとの対応を含んでいることが重要である。データが無人的に入手され得るので、従来実質的に不可能であった橋梁の監視が実質的に可能になる。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁の計測システム、及び、橋梁の計測方法に関し、特に、橋梁を長期的に又は瞬間的に計測データに基づいて監視する橋梁の計測システム、及び、橋梁の計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
橋梁は、その構造の安定性が求められる。汽車、電車のような列車、トレーラ、トラックのような自動車が通る橋梁、又は、パイプラインを形成するパイプを支持する橋梁は、大質量体であることが多い。橋梁には、強度確認と余寿命推定が求められる。強度確認と余寿命推定のために、構造部位に多点的に歪みゲージを配置することが建築構造物で普通に行われている（後掲特許公報参照）。スケール又はサイズ（長さと高さ）が大きく、作業員が接近することが困難である橋梁で歪みゲージを多点分散配置することは知られていない。
【０００３】
歪み計を多点分散配置した場合、多数の歪み計と信号入力器とを接続する多数の電線の束処理の作業に困難が強いられ、電線と歪み計の電気的接続部位の疲労に起因するトラブルが多発することが容易に推定される。電線と歪み計とに代えられる光ファイバーの敷設にも、電線敷設の問題と同じ問題点が存在する。
【０００４】
実質的に不可能であった橋梁の計測を実質的に可能にする技術の確立が求められる。その計測の低コスト化が求められる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１８５８５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、多点計測を実質的に可能にする技術を確立することができる橋梁の計測システム、及び、橋梁の計測方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、多点計測を実質的に可能にし且つ計測コストを低減することができる橋梁の計測システム、及び、橋梁の計測方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００８】
本発明による橋梁の計測システムは、橋梁の複数の部位（２−ｔ）に位置対応して配置される複数のセンサ（１−ｊ）を含むセンサ群（１）から構成されている。センサ（１−ｊ）は、部位（２−ｔ）の物理量を計測する計測器部分（４）と、データ管理器部分（３）とから形成されている。データ管理器部分（３）は、物理量を記録する記録器部分（７）と、データを無線で送信する発信器部分（８）とから構成されている。データは、物理量と部位（２−ｔ）との対応を含んでいることが重要である。
【０００９】
データが無人的に入手され得るので、従来実質的に不可能であった橋梁の監視が実質的に可能になる。
【００１０】
可搬式通信器（１６）が更に構成されることが重要である。可搬式通信器（１６）は、橋梁又は橋梁の周辺に接近する人の衣服に装着されることが顕著に効果的である。
【００１１】
計測器部分（４）とデータ管理器部分（３）とは多層状に同体化されワンチップ化されることは重要である。計測器部分（４）とデータ管理器部分（３）とは平面構造状に同体化されることは、ワンチップ化の点で重要である。物理量は、歪み、加速度（振動）、変位のような物理量に限られず、塩基度のような化学量が選択的に含まれる。橋梁では、物理量と化学量の両方の監視が重要である。
【００１２】
データ管理器部分（３）は、アンテナ器部分を構成していることが好ましい。
センサ（１−ｊ）は、ＩＤを登録するＩＤ記録器部分（１３）を形成することが特に顕著に効果的である。ＩＤは発信器部分（８）を介して無線的に発信される。センサ群（１）のセンサ（１−ｊ）は、第１連鎖センサ（１−５）と、第２連鎖センサ（１−１）を形成し、第１連鎖センサ（１−５）が計測する物理量は、第２連鎖センサ（１−１）の記録器部分（７）に記録され、第２連鎖センサ（１−１）の発信器部分（８）を介して無線で発信される。連鎖通信は、短距離通信の合成により長距離通信化することができる。
【００１３】
第１連鎖センサ（１−５）は、ＩＤを登録するＩＤ記録器部分（１３）を形成し、第１連鎖センサ（１−１）に対応する部位（２−２）は、第１連鎖センサ（１−５）のＩＤに対応している。このようなＩＤと位置（橋梁部位）の対応は、物理量に基づく橋梁の監視のためと計測の容易化のために必須的に重要である。
第１連鎖センサ（１−５）の発信器部分（８）は、外部機器から受信する起動信号に基づいて起動する。このような発信起動は、電池レス又はデータ記録に必要である電圧を越える発信電圧が必要である場合に有効であり、且つ、発信の初期条件を規定することができる点で効果的である。
【００１４】
第２連鎖センサ（１−１）の発信器部分（８）は第１連鎖センサ（１−５）から受信する起動信号に基づいて起動することが通信の連鎖のために効果的である。
【００１５】
センサ群（１）は、３つ以上の複数連鎖センサを含み、複数連鎖センサのそれぞれの発信器部分の起動の時間的順序は規定されていることは連鎖通信の無駄を省くことができるとデータの混戦を防止することができる点とで効果的である。
【００１６】
可搬式通信器（１６）の使用は効果的である。時間的順序は、可搬式通信器（１６）から送信される順序規定信号に基づいて選択的に規定され得る。複数連鎖センサのそれぞれの発信器部分の起動の時間的連鎖は、複数連鎖センサの互いの相対的距離に基づいて規定されることは通信能力の適正化のために有効である。
【００１７】
本発明による橋梁の計測方法は、橋梁の複数部位を工場で製造するステップと、複数部位のそれぞれにセンサ（１−ｊ）を装着するステップとを構成し、センサ（１−ｊ）は、部位（２−ｔ）の物理量を計測する計測器部分（４）と、データ管理器部分（３）とを形成している。その詳細は既述の通りである。連鎖通信のステップにより、通信機能を充実させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による橋梁の計測システムは、海、湖、河川、又は、谷に掛け渡される橋梁に多点に多数の連鎖センサ群が分散されて固定的に配置される。その連鎖センサ群は、図１に示されるように、多数の連鎖センサ１−ｊ（ｊ＝１〜ｎ）から構成されている。多数の連鎖センサ１−ｊのうち、第１連鎖センサ〜第８連鎖センサの８個の連鎖センサが例示的に図示されている。多数の連鎖第１連鎖センサ１−ｊと第２連鎖センサ１−ｋとは、片方向的に、又は、双方向的に通信可能である。
【００１９】
橋梁は、多数の部分構造から形成されている。多数の部分構造は工場で生産され現地でボルト締めと溶接により組み立てられる。多数の部分構造のうち第１部分構造２−１と第２部分構造２−２と第３部分構造２−３とが例示的に図示されている。第１部分構造２−１と第２部分構造２−２と第３部分構造２−３とは、互いに構造的に且つ連鎖的に結合している。
【００２０】
多数の連鎖センサ１−ｊは、それぞれに、多数の部分構造２−ｓ（ｓ＝１〜ｍ，一般的にはｎ≠ｍ）に配置される。第１連鎖センサ１−１と第２連鎖センサ１−２と第３連鎖センサ１−３と第４連鎖センサ１−４とは、第１部分構造２−１に固定的に配置されている。第５連鎖センサ１−５は、第２部分構造２−２に固定的に配置されている。第６連鎖センサ１−６と第７連鎖センサ１−７と第８連鎖センサ１−８とは、第３部分構造２−３に固定的に配置されている。
【００２１】
連鎖センサ１−１〜１−８のうち、図に三角印で示される連鎖センサは変位計である。連鎖センサ１−１〜１−８のうち、図に丸印で示される連鎖センサは歪み計、又は、加速度計である。歪み計、又は、加速度計は、以下の記載で、物理力計測計と総称される。物理力計測計は、ＧＰＳ信号を受信して自己の位置を計算により求めることができる能力を付加的に有している。物理力計測計は、物理的外力（変形力）を受けて歪み又は加速度（振動力）を電圧的に出力する能力を有している。
【００２２】
連鎖センサ１−ｊは、薄型平面構造に形成されていることが好ましく、容易に構造部分２−ｔに接合する接着性（接合性又は、張り付き性）を有している。連鎖センサ１−ｊは、図２に示されるように、その薄型平面構造体の中で、データ管理器部分３と計測器部分４とから構成されている。データ管理器部分３と計測器部分４とは、保護層５により被覆されて保護層５の中に埋め込まれている。データ管理器部分３は、計算器部分（計測データ信号処理部分）６、データ記録器部分７、データ発信器部分８、データ受信器部分９、受信データ一時記録器部分１１、アンテナ器部分１２、ＩＤ記録器部分１３とから構成されている。
【００２３】
計測器部分４が計測する物理力に対応する電気的出力信号は、信号変換されデジタル化されて、データ記録器部分７に送信されデータ記録器部分７で時系列的に物理データ１４−ｊとして記録される。物理データ１４−ｊは、データ記録器部分７から出力されてデータ発信器部分８に伝達される。データ発信器部分８は、規定されるプロトコルに基づいて物理データ１４を通信用信号１４’に変換し、アンテナ器部分１２を通して電磁波として外部に送出する。アンテナ器部分１２は、ＧＰＳ信号を受信する。そのＧＰＳ信号は、アンテナ器部分１２から計測器部分４に送信される。計測器部分４は、そのＧＰＳ信号に基づいて、自己位置を計算により求めることができる。
【００２４】
データ受信器部分９は、隣り合う連鎖センサ１−ｋが送信する物理データ１４−ｋをアンテナ器部分１２を介して受信し、一時的に受信データ一時記録器部分１１に保持することができる。物理データ１４−ｋは、外部から受ける送信開始信号（図示されず）に基づいて、受信データ一時記録器部分１１からデータ受信器部分９とアンテナ器部分１２とを介して、外部に発信される。ＩＤ記録器部分１３は、連鎖センサ１−ｊに１対１に対応するＩＤ標識特に２進のＩＤ（ＩＤ番号）１５を入力されてそれを登録的に記録している。ＩＤ１５は、橋梁の特定部位に連鎖センサ１−ｊが装着される前にその連鎖センサ１−ｊに登録され、又は、橋梁の特定部位に連鎖センサ１−ｊが装着された後にアンテナ器部分１２を介してその連鎖センサ１−ｊに登録される。
【００２５】
８個の連鎖センサ１−１〜１−８は、図３に示されるように、相互通信ネットワークを形成している。８個の連鎖センサ１−１〜１−８は、送受信順位を有している。第５連鎖センサ１−５は、ネットワーク内で規定されるプロトコルに従って自己が生成する物理データ１４−５をそれに対応するＩＤ１５−５とともに発信する。第１連鎖センサ１−１は、物理データ１４−５をそのプロトコルに従ってＩＤ１５−５とともに直接に受信するが、他の６つのセンサ又は他の６つのセンサのうちのいくつかはそれを直接に受信することができない。図示される例示では、物理データ１４−５を受信することができる連鎖センサは、第１連鎖センサ１−１と第３連鎖センサ１−３と第４連鎖センサ１−４と第７連鎖センサ１−７と第８連鎖センサ１−８の５つの連鎖センサである。第２連鎖センサ１−２と第６連鎖センサ１−６とは、物理データ１４−５を受信することができないか、又は、それを受信することが禁じられている。第１連鎖センサ１−１は、ネットワーク内で規定されるそのプロトコルに従って、自己が生成する物理データ１４−１と受信ずみの物理データ１４−５とを発信する。ネットワーク内で規定されるそのプロトコルに従って、物理データ１４−１と物理データ１４−５とは、第２連鎖センサ１−２と第３連鎖センサ１−３とにより受信され得るが、５つの他の連鎖センサ１−４，５，６，７，８により受信され得ない。
【００２６】
第１連鎖センサ１−１が起点になって生成される物理データ１４−１は、第２連鎖センサ１−２と第３連鎖センサ１−３と第４連鎖センサ１−４と第６連鎖センサ１−６と第７連鎖センサ１−７とから形成される連鎖通信ネットを介して第８連鎖センサ１−８に伝達され、又は、第３連鎖センサ１−３と第４連鎖センサ１−４と第７連鎖センサ１−７とから形成される他の連鎖通信ネットを介して第８連鎖センサ１−８に伝達される。このような連鎖通信ネットは、構造部分の配置による電波障害の有無のような条件に従って随意に構築される。任意の２つの連鎖センサ１−ｊ，１−ｋは、双方向に通信可能に設計されているが、現場の作業員の判断により、随意に選択される２つの連鎖センサを連鎖通信可能に接続するインタフェース（電話交換器、又は、ルータ：図示されず）が、既述のプロトコルに従って、外部からその作業員の携帯コンピュータにより生成される接続用無線信号により回線的に接続され得る。そのような接続技術は、インタネットの技術がそのままに踏襲されて利用され得る。
【００２７】
隣り合う２つの連鎖センサの間の通信は、原則的に短距離通信である。連鎖センサ１−ｊの電源は、光センサとしての太陽電池が有効に利用される。又は、現場周辺に配置される基地局電源が送信する送信電波を受信する電波受信電池が有効に用いられ得る。
【００２８】
ネットワーク中の連鎖センサ１−ｊに１対１に対応する連鎖ＩＤ１５は、その連鎖センサ１−ｊの絶対位置に１対１に対応している。その絶対位置は、光学的計測位置、又は、ＧＰＳ電波に基づく計算値である。ネットワーク中の全ての連鎖センサ１−ｊは、他の任意の連鎖センサ１−ｋの連鎖ＩＤと絶対位置との対応を示すテーブル（図示されず）をＩＤ記録器部分１３の中に持つことは有効である。
【００２９】
作業員Ｍは、図１に示されるように、通信用コンピュータ１６を持っている。移動式又は可搬式の通信用コンピュータ１６は、ウエアラブルに作業員Ｍの身体又はその衣服に装着されることが好ましい。図４に示されるように、連鎖センサ１−ｊは、無線回線により既述のプロトコルに従って通信用コンピュータ１６に接続されている。通信用コンピュータ１６は、基地局（図示されず）を介してインタネット１７にインタネットのプロトコルに従って回線的に接続されている。
任意の連鎖センサ又は特定の連鎖センサ１−ｊは、通信用コンピュータ１６とインタネット１７とを介して、回線的にコントロールセンタ１８に接続している。コントロールセンタ１８は、多数の位置で生成される物理データ１４−１〜ｎを受信して、橋梁の疲労の度合いを計算し、地震の発生に時間的に対応して、その橋梁の通行の許容と禁止を即時的にタイムリーに報知する。コントロールセンタ１８は、長期的にはその余寿命を計算する。
【００３０】
通信用コンピュータ１６は、作業員又は監視員によりネットワーク起動操作信号が入力される入力機器（例示：キーボード、スイッチパネル：図示されず）を備えている。監視員Ｍとともに通信用コンピュータ１６がキーステーションに指定されている特定の連鎖センサ１−ｘ、又は、ネットワークを構成する連鎖センサ群の任意の連鎖センサに対して一定距離の範囲で接近した時に、ネットワークシステムが起動される。通信用コンピュータ１６は、そのようなネットワーク起動を条件づける起動信号を発信する。そのような起動信号に基づいてネットワークが起動し、既述の最終順位の連鎖センサ（例示：第８連鎖センサ１−８）から全連鎖センサが検出した物理データ１４−１〜８の送信を開始する。物理データ１４−１〜８は、長期の時系列データであり得る。そのような時系列データ１４−１〜８は、最終順位の連鎖センサ１−８から出力され、通信用コンピュータ１６とインタネット１７とを介してコントロールセンタ１８に入力される。通信用コンピュータ１６とインタネット１７との間に、専用の基地局が設置することは自由である。
【００３１】
連鎖センサネットが配置される対象である部分構造は、歪み計測対象の鋼桁、床版、変位計測対象の鋼桁、床版である。連鎖センサとして、変位、加速度の他に、塩基度、塗膜の浮上がり度を計測するセンサが用いられる。変位と加速度との計測は、橋梁を通過する車輌の軸重監視、床版と鋼桁の疲労劣化監視・診断と、地震時の異常監視のために有効であり、これらが手軽に実行され得る。更に、従来は実施されていない床版の塩基度と塗膜剥離のモニタリングが新たに可能になる。
【００３２】
既述のプロコルに従う通信としては、最近の通信技術である時分割、コード分割によるパケット通信のような多重高速通信技術が利用され得る。
【００３３】
工場で生産される構造部分に、搬出前に工場で連鎖センサが貼付けられて装着される。分解されている構造部分の全てに連鎖センサが装着されることが好ましい。そのような連鎖センサの全ては計測センサとして用いられない。全ての連鎖センサは、製品識別タグとして用いられ、現場の組立作業時と点検作業時に構造部分の位置対応識別が容易であり、組立作業と点検作業とその他の作業の進行が促進される。橋梁の計測は、長期的予測と瞬間的事実の把握を可能にする。
【００３４】
【発明の効果】
本発明による橋梁の計測システム、及び、橋梁の計測方法は、橋梁の長期的監視が実質的に可能になる。そのコストは格段に低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による橋梁の計測システムの実施の形態を示す斜軸投影図である。
【図２】図２は、連鎖センサを示す斜軸投影図である。
【図３】図３は、連鎖センサのネットワークを示す回線図である。
【図４】図４は、回線接続を示す回線図である。
【符号の説明】
１…センサ群
１−ｊ…センサ
２−ｔ…部位
２−２…部位
３…データ管理器部分
４…計測器部分
７…記録器部分
８…発信器部分
１３…ＩＤ記録器部分
１６…可搬式通信器

Claims (18)

1. 橋梁の複数の部位に位置対応して配置される複数のセンサを含むセンサ群を構成し、
   前記センサは、
   前記部位の物理量を計測する計測器部分と、
   データ管理器部分とを形成し、
   前記データ管理器部分は、
   前記物理量を記録する記録器部分と、
   データを無線で送信する発信器部分とを構成し、
   前記データは、前記物理量と前記部位との対応を含んでいる
   橋梁の計測システム。
2. 可搬式通信器を更に構成し、
   前記可搬式通信器は、前記橋梁又は前記橋梁の周辺に接近する人の衣服に装着される
   請求項１の橋梁の計測システム。
3. 前記計測器部分と前記データ管理器部分とは多層状に同体化されている
   請求項１の橋梁の計測システム。
4. 前記計測器部分と前記データ管理器部分とは平面構造状に同体化されている
   請求項１の橋梁の計測システム。
5. 前記物理量は塩基度である
   請求項１〜４から選択される１請求項の橋梁の計測システム。
6. 前記物理量は、加速度、変位のうちから選択される１つ又は２つの量である
   請求項１〜４から選択される１請求項の橋梁の計測システム。
7. 前記データ管理器部分は、アンテナ器部分を更に構成している請求項１〜６から選択される１請求項の橋梁の計測システム。
8. 前記センサは、ＩＤを登録するＩＤ記録器部分を更に形成し、
   前記ＩＤは前記発信器部分を介して無線的に発信される
   請求項１〜７から選択される１請求項の橋梁の計測システム。
9. 前記センサ群のセンサは、
   第１連鎖センサと、
   第２連鎖センサを形成し、
   前記第１連鎖センサが計測する前記物理量は、前記第２連鎖センサの記録器部分に記録され、前記第２連鎖センサの前記発信器部分を介して無線で発信される
   請求項１の橋梁の計測システム。
10. 前記第１連鎖センサは、ＩＤを登録するＩＤ記録器部分を更に形成し、
    前記第１連鎖センサに対応する前記部位は、前記第１連鎖センサのＩＤに対応している
    請求項９の橋梁の計測システム。
11. 前記第１連鎖センサの発信器部分は、外部機器から受信する起動信号に基づいて起動する
    請求項１０の橋梁の計測システム。
12. 前記第２連鎖センサの発信器部分は前記第１連鎖センサから受信する起動信号に基づいて起動する
    請求項１１の橋梁の計測システム。
13. 可搬式通信器を更に構成し、
    前記外部装置は前記可搬式通信器に一致している
    請求項１１又は１２の橋梁の計測システム。
14. 前記センサ群は、３つ以上の複数連鎖センサを含み、
    前記複数連鎖センサのそれぞれの発信器部分の起動の時間的順序は規定されている
    請求項１の橋梁の計測システム。
15. 可搬式通信器を更に構成し、
    前記時間的順序は、前記可搬式通信器から送信される順序規定信号に基づいて規定される
    請求項１４の橋梁の計測システム。
16. 前記複数連鎖センサのそれぞれの発信器部分の起動の時間的連鎖は、前記複数連鎖センサの互いの相対的距離に基づいて規定される
    請求項１４又は１５の橋梁の計測システム。
17. 橋梁の複数部位を工場で製造するステップと、
    前記複数部位のそれぞれにセンサを装着するステップとを構成し、
    前記センサは、
    前記部位の物理量を計測する計測器部分と、
    データ管理器部分とを形成し、
    前記データ管理器部分は、
    前記物理量を記録する記録器部分と、
    データを無線で送信する発信器部分とを構成し、
    前記データは、前記物理量と前記部位に対応するＩＤとの対応を含み、
    前記データを前記発信器部分を介して無線で送信するステップを更に構成する
    橋梁の計測方法。
18. 前記センサは、
    第１連鎖センサと、
    前記第２連鎖センサとを含み、
    前記第１連鎖センサに対応する前記データを前記第２連鎖センサに送信するステップと、
    前記第１連鎖センサに対応する前記データを前記第２連鎖センサの前記発信器部分を介して発信するステップ
    を更に構成する橋梁の計測方法。

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