JP2006084404A - 構造物の特性変化検出システム、方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 橋梁等の構造物に配置されており、構造物(11)の上を車両等の移動物体(p)が走行することによる構造物の特性変化を検出する少なくとも1個のセンサ(131〜13m、401〜40(n+1)、411〜41(n+1)を含む現場側システム(71)と、センサの出力を構造物から離れた所望の地点で受信して処理する観測地側システム(72)とを備え、観測地側システムによりセンサの出力を自動的に且つ実質的にリアルタイムで処理して、構造物の特性変化を検出するようにし、1例として、移動物体は車両であり、構造物は車両通行用の道路又は複数の車線を有する橋梁である。
【選択図】 図7
Description
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図1は本発明の一実施例による橋梁ひずみ検出システムの現場側システムの構成例を示す概略図である。同図において、11は橋梁の上平面図、121〜12(n+1)は車線、131〜13mは重量算出用ひずみセンサ、14は重量算出用ひずみセンサ131〜13mの出力に接続された動ひずみ計、15は動ひずみ計14のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するA/D変換器、16はA/D変換器15の出力データを収録する収録用パーソナルコンピュータ(PC)である。重量算出用ひずみセンサ131〜13mの出力はf1(t)、f2(t)、…fm(t)である。また、BLは橋梁の長さである。
(1)通過する車両によって生じるひずみ応答を、全ての車線に対して網羅できる位置であること。
(2)車線内の走行位置(橋軸直角方向)の違いに対して、大きくひずみ応答が変化しない部材が配置されている位置であること。
(1)各車線に対応する位置であること。
(2)車両の走行方向に直交する左右の車輪を結ぶ車軸が通過するごとにひずみ応答が独立して生じる部材が存在する位置であること。
(3)隣の車線を車両の車軸が通過してもひずみ応答を生じない部材が存在する位置であること。
図7は本発明の一実施例による構造物ひずみ検出システムの構成を示す概略ブロック図である。同図において、この実施例による構造物ひずみ検出システムは、橋梁等の構造物の上を走行することによるその構造物のひずみを検出する現場側システム71と、その構造物から離れた所望の地点に配置された観測地側システム72とを備えている。現場側システム71内の電光変換器712と観測地側システム72内の光電変換器72とは光ファイバケーブル73により接続されている。
橋梁部材での測定されたひずみには、活荷重によって生じるひずみ(以下、活荷重ひずみという)と、温度変化によって橋梁が変化したために生じるひずみ(以下、温度ひずみという)との2つの成分が含まれている(非特許文献11〜13参照)。W.I.M.解析では、活荷重ひずみの変動から車両重量を算出するために、測定値から活荷重ひずみの成分だけを抽出する必要がある。
そこで本発明においては、活荷重ひずみと温度ひずみを分離する手法として、測定ひずみの頻度分布における最頻値を利用することにした。
また、温度ひずみと分離された活荷重ひずみをW.I.M処理して得られた重量が所定値より大きい場合に過積載の車両が違法走行しているとみなして、直ちに車両のバックプレートの車両番号をカメラにより自動的に撮影するようにした。この撮影時には、コンピュータに内蔵のタイマー又はコンピュータの外部のクロックジェネレータ等のタイマーにより刻時されている時刻も撮影内容に含ませる。
図8に示すように、計算用PC724に内蔵されたシステムは、重量算出用センサ出力受信手段81と、最頻値取得手段82と、活荷重算出手段83と、記憶装置84と、表示装置85と、過積載車検出手段86と、撮影手段87と、タイマー88とを備えている。
ステップS90にて計算用PC724は時間間隔Δiの番号iを1に初期設定する。時間間隔Δiは例えば2分〜5分の間の所定の値である。
図10の(a)は本発明の一実施例により得られたある1日の間に得られた橋梁の荷重算出用ひずみfP(t)の時間的変化を示す図であり、(b)の左側はその1日の間の時刻tiからti+Δtiの間の数分Δtiの間の荷重算出用ひずみ波形を示している。図において、横軸は時間tを示し縦軸は荷重算出用ひずみ量fP(t)を示している。図10の(a)から分かるように、24時間の荷重算出用ひずみ変動では、荷重算出用ひずみの最低値が温度変化により長い周期で変動しており、活荷重による荷重算出用ひずみ変動がこの長い周期の温度変動の上に重なっている。しかし、図10の(b)の左側のグラフから分かるように、2分〜5分等の数分程度の間では通常、温度変化は殆どないので、温度ひずみの変動は無視できるほど小さく温度ひずみが一定値として扱える。つまり、活荷重の変動がなければ、測定した荷重算出用ひずみは一定値となり、たとえ活荷重ひずみの変動があったとしても、それ以外の部分では一定となっているので、100Hzで測定されているひずみ値の頻度分布から図10の(b)の右側に示すように、荷重算出用ひずみの頻度xが最大の時のひずみ、即ち荷重算出用ひずみの最頻値fが得られる。
以上のような頻度分布の最頻値を利用した分離手法は、その処理過程に頻度分布の作成、最頻値の抽出しかない。このため、位相差がなく実時間処理が可能であり、リアルタイムでの処理を目的としている本発明による構造物ひずみ検出システムに非常に有効である。
図12は本発明の実施例による大型車両の検知方法を示すグラフである。
橋梁を通過する車両には、橋梁の保護のために、トラックでは25トン、トレーラでは43トンといった法的な重量制限がある。これ以上の過積載車は違法であり、本来は分割して制限重量内で走行しなければならないが、現実には過積載の違法車の走行が野放し状態になっていて社会問題化している。
図13は本発明の実施例により計算用PC724(図7)に内蔵された、橋梁上を通過中の車両の走行車線の判定システムのブロック図である。同図において、図7に示した計算用PC724は、軸検知用ひずみセンサ401〜40(n+1)又は411〜41(n+1)の出力をサーバ用PC723から受信する軸検知用ひずみセンサ出力受信手段131と、車線判定手段132とを備えている。
図16は本発明の実施例により計算用PC724(図7)に内蔵された、橋梁上を通過中の車両の走行速度算出システムのブロック図である。同図において、図7に示した計算用PC724は、軸検知用ひずみセンサ401〜40(n+1)又は411〜41(n+1)の出力をサーバ用PC723から受信する軸検知用ひずみセンサ出力受信手段161と、自己相関関数算出手段162と、測定区間MLの間の走行時間算出手段163と、速度算出手段164とを備えている。
図19は本発明の実施例による橋梁上の基準位置を車軸が通過した時刻を自動的且つ実質的にリアルタイムで算出する計算用PC724(図7)に内蔵された時刻算出システムの概略ブロック図である。同図において、時刻算出システムは、第1の群中の軸検知用ひずみセンサ40P(P=1,2、…又はn)による車線12Pのk番目の車両によるひずみ出力gP1(t)(下添字の1は第1の群のセンサ出力であることを示す。以下同じ)をサーバ用PC723から受信する軸検知用ひずみセンサ出力受信手段191と、gP1(t)の一次微分gP1’(t)及び二次微分gP1”(t)を算出する微分算出手段192と、gP1’の極小値gP1’(t1min i)を算出する極小値算出手段193と、gP1’(t)の極大値gP1’(t1max i)を算出する極大値算出手段194と、極大値と極小値との差が設定値より大きいかを判定する判定手段195と、判定結果に基づき、車線Pを通過した各車両の通過時刻tPkを決定する時刻決定手段とを備えている。
図22は本発明の実施例により計算用PC724(図7)に内蔵された、各車両の車軸数の検出システムを示すブロック図である。同図において、図7に示した計算用PC724は、軸検知用ひずみセンサ401〜40(n+1)又は411〜41(n+1)の出力をサーバ用PC723から受信する軸検知用ひずみセンサ出力受信手段221と、測定区間MLに侵入してきた車両を車両毎に検出する車両検出手段222と、検出された各車両の車軸数をカウントする車軸数カウント手段223と、検出された各車両の車軸間隔を算出する車軸間隔算出手段224と図7に示したデータベース725と、カウントされた車軸数とデータベース725内の車軸数とを照合して車種を判定する照合手段225と、照合結果を記憶する記憶手段226と、照合結果を表示する表示手段227とを備えている。
図25は本発明の実施例により車両と車両の間を自動的に検出する動作を説明するフローチャート、図26はその動作を概略的に説明する図である。
図25において、ステップS251で測定時間に車線Pにおけるk番目の車軸が基準位置xbを通過した時刻tPk(図20のステップS209参照)およびその車両の速度vPk(図17のステップS176参照)を取得する。
図1に示した重量算出用ひずみセンサ131〜13m及び図2に示した軸検知用センサ群はセンサ401、402、…40l、40(n+1)、411、412、…41l、41(n+1)の出力は隣接する車線からの影響を受けるので複雑な波形となっている。本発明の実施例ではこの複雑な波形から注目する車線に対応するセンサにより検出される車両の速度や荷重を抽出する。これを図27及び28により説明する。
最初にステップS271に示すように、活荷重算出用ひずみセンサ13Pから算出した活荷重ひずみfloadP(t)、車線Pにおけるk番目の車軸が基準位置xbを通過した時刻tPk、車線P上のk番目の車両の速度vPk、車両が走行中の車線sPを前述した手法で取得する。
又、構造物は橋梁に限定されず、固体であって上面が移動物体により特性が変化する物であれば、道路、鉄道、滑走路でもよい。滑走路の場合は、移動物体は航空機でもよい。構造物の特性の変化としては、構造物のひずみ以外に、構造物の変形、温度変化、等がある。
特に、橋梁の上を走行する車両の重量を演算して過積載の違法車両を自動的且つ実質的にリアルタイムで検出することができるので、橋梁の保護及び安全の確保のための行動を迅速に行うことができる。
121〜12(n+1) 車線
131〜13m 重量算出用ひずみセンサ
14 動ひずみ計
15 A/D変換器
16 収録用PC
401〜40(n+1) 第1の群の車軸検知用センサ
411〜41(n+1) 第2の群の車軸検知用センサ
71 現場側システム
72 観測地側システム
724 計算用PC
725 データベース
82 最頻値取得手段
83 活荷重算出手段
86 過積載車検出手段
87 撮影手段
88 タイマー
89 通報手段
132 車線判定手段
164 速度算出手段
196 通過時刻判定手段
222 車両検出手段
223 車軸数カウント手段
224 車軸間隔算出手段
Claims (18)
- 構造物に配置されており、該構造物の上を移動物体が走行することによる該構造物の特性の変化を検出する少なくとも1個のセンサを含む現場側システムと、
前記センサの出力を前記構造物から離れた所望の地点で受信して処理する観測地側システムとを備え、
前記観測地側システムにより前記センサの出力を自動的に処理して、前記構造物の特性の変化を検出するようにしたことを特徴とする構造物の特性変化検出システム。 - 前記構造物の特性は、前記構造物のひずみ、変位、温度の少なくとも一つを含む前記移動物体の走行に対する応答である、請求項1に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記移動物体は車両であり、前記構造物は車両通行用の道路である、請求項1又は2に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記道路は車両通行用の少なくとも一つの車線を有する橋梁である、請求項3に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記センサは前記橋梁の前記車両の走行面以外の位置に配置された前記車両の重量算出用ひずみセンサを含んでおり、該重量算出用ひずみセンサは、前記橋梁の部材に配置されており、該部材は、前記橋梁を通過する車両によって生じるひずみ応答を、前記車線の全てに対して網羅できる位置にあり、且つ、前記車線内の走行位置の違いに対して、大きくひずみ応答が変化しない部材である、請求項4に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記センサは前記車両の走行方向に直交する左右の車輪を結ぶ車軸を検知するための複数の車軸検知用センサを含んでおり、前記複数の車軸検知用センサはそれぞれ、前記橋梁の前記車両走行面以外の位置に配置されている部材に配置されており、該部材は、前記複数の車線に対応する位置にあり、前記車軸が通過する毎にひずみ応答が独立して生じる部材で、且つ、隣接する車線を前記車軸が通過してもひずみ応答が少ない部材である、請求項4又は5に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記観測地側システムは、所定時間間隔毎に、前記センサの出力に基づいて前記構造物の特性値の最頻値を取得する最頻値取得手段と、該最頻値を前記構造物の温度変化による温度ひずみとして、前記構造物の特性値から前記温度ひずみを除去して活荷重ひずみを自動的に算出して出力する活荷重ひずみ算出手段とを備えている、請求項1から6のいずれか一項に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記観測地側システムは、前記活過重ひずみ算出手段の出力が所定制限値を超えている過積載車両を自動的に検出する過積載車検出手段と、時刻を計時するタイマーと、過積載車を検出した時に自動的且つ実質的にリアルタイムに前記橋梁上の車両のバックプレート番号を前記タイマーが計時した検出時の時刻とともに撮影する撮影手段と、過積載車を検出した時に自動的且つ実質的にリアルタイムで所定機関に通報する通報手段とをさらに備えている、請求項7に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記観測地側システムは、どの車線に対応する前記車軸検知用センサの出力が反応したかを判定することにより、前記車両がどの車線を走行しているかを自動的に判定する車線判定手段を備えている、請求項6に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記車軸検知用センサは、それぞれが前記車線に直交する方向に配列された2群のセンサ群を備えており、前記センサ群は互いに前記車線に平行な方向に所定距離だけ離れて配置されており、前記観測地側システムは、各車線に対応する前記2群のセンサ群の出力波形の相関関数が最大となるときの時間差で前記所定距離を割り算することにより該当車線を通過する車両の走行速度を自動的に算出する速度算出手段を備えている、請求項6に記載の構造物の特性変化判定システム。
- 前記観測値側システムは、各車線に対応する前記車軸検知用センサの出力波形の1階微分波形の0値の前後の変化量が所定値以上である期間で、該出力波形の2階微分波形がプラスの区間及び該2階微分波形の極値を検出することにより、車両の通過時刻を自動的に判定する通過時刻判定手段を備えている、請求項6に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記観測地側システムはさらに、前記橋梁上を走行中の車両を1台ごとに検出する車両検出手段と、検出した車両の車軸間隔を算出する車軸間隔算出手段と、検出した車両の車軸数をカウントする車軸数カウント手段を備え、前記車軸数カウント手段は、車両が前記車軸検知用センサを通過する直前から直後の間で、前記車両の車軸数をカウントするカウンタを備えており、前記カウンタは、前記車両が前記車軸検知用センサを通過する前にリセットされており、前記車軸検知用センサの出力波形の1階微分波形の極小値と、前記極小値が検出された時刻以降で最初に前記1階微分波形が極大となる時刻における前記1階微分波形の極大値との差が所定値より大きいと判定された場合に車軸数に1を加算する工程を繰り返す加算手段と、前記検出された車両が前記車軸検知用センサを通過したかどうかを判定する判定手段とを備え、前記判定手段により前記車両が前記車軸検知用センサを通過するまでに、前記加算手段により加算された数を前記車両の車軸数と決定するようにした、請求項6に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記観測地側システムは、軸数及び軸間隔と車種とを関係付けて格納しているデータベースと、前記橋梁上を走行する車両の車種を判定する車種判定手段とを備えており、前記車種判定手段は、各車両毎に軸数及び軸間隔を取得する手段と、取得した軸数及び軸間隔とを前記データベース内の軸数及び軸間隔と照合することにより車種を識別するようにした、請求項4から13のいずれか一項に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記観測地側システムはさらに、渋滞検出手段を備えており、前記渋滞検出手段は、前記重量算出用ひずみ計の出力値が所定時間内に所定値以上変化した場合に、渋滞と判定し、演算若しくは判定を中止するようにした、請求項7から13のいずれか一項に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 前記観測地側システムはさらに、渋滞検出手段を備えており、前記渋滞検出手段は、前記車線のいずれか一つに関する前記車軸数が0より大であり、且つ、該車線上の車両の速度が所定値より小の場合に、渋滞と判定し、演算若しくは判定を中止するようにした、請求項7から13のいずれか一項に記載の構造物の特性変化検出システム。
- 構造物に配置されており、該構造物の上を移動物体が走行することによる該構造物の特性の変化を少なくとも1個のセンサにより検出するステップと、
前記センサの出力を前記構造物から離れた所望の地点の観測地システムで受信して処理するステップとを備え、
前記観測地側システムにより前記センサの出力を自動的に処理して、前記構造物の特性の変化を検出することを特徴とする構造物の特性変化検出方法。 - コンピュータに、構造物に配置されており、該構造物の上を移動物体が走行することによる該構造物の特性の変化を検出する少なくとも1個のセンサにより検出された出力を前記構造物から離れた所望の地点の観測地システムで受信して処理するステップと、
前記観測地側システムにより前記センサの出力を自動的に処理して、前記構造物の特性の変化を検出するステップとを実行させることを特徴とする構造物の特性変化検出プログラム。 - コンピュータに、構造物に配置されており、該構造物の上を移動物体が走行することによる該構造物の特性の変化を検出する少なくとも1個のセンサにより検出された出力を前記構造物から離れた所望の地点の観測地システムで受信して処理するステップと、
前記観測地側システムにより前記センサの出力を自動的に処理して、前記構造物の特性の変化を検出するステップとを実行させるための構造物の特性変化検出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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