JP2007256036A - 建造物健全性判定システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳを利用して被測定建造物の健全性を判定することができる建造物健全性判定システムを提供する。
【解決手段】この建造物健全性判定システム１０は、ビルの屋上に設置されたＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２ＤおよびＧＰＳ受信機１３と、ＧＰＳ受信機１３がＧＰＳ衛星から受信した観測データに基づいてＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２Ｄ間の基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅを算出するコンピュータ１４とを備えている。コンピュータ１４は、基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅによって画成された基準三角形と実測三角形との比較要素の相違点を用いてビルの残留変形を測定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＧＰＳを利用して建造物の健全性を判定する建造物健全性判定システムに関する。

ＧＰＳを利用してビルや家屋が林立する市街地で国土調査および用地測量を行うことができるＧＰＳ測量機がある（特許文献１参照）。測量機は、ＧＰＳ衛生からの衛星電波を受信するＧＰＳアンテナと、衛星電波を受信処理するＧＰＳ受信機と、ＧＰＳアンテナの三次元座標を算出するコンピュータとから形成されている。測量機では、ビルの屋上からＧＰＳアンテナを張り出し、鉛直器で地上におけるアンテナの位置決めをして衛星電波の受信を行う。この測量機は、アンテナの周辺に障害物がなくなるから、ＧＰＳ衛星が地上のどの位置に存在しても、アンテナが衛星電波を受信することができる。
特開平９−２０３６３６号公報

地震や台風、地殻変動等の自然災害または火災や土地の掘削による陥没等の人的災害が起こった後、それら災害に襲われた建造物を引き続き使用することができるかを判定することは、被災地における救援活動や復旧活動を進める上で極めて重要である。また、耐用年数が経過した建造物の使用可能性を判定することは、その建造物の建て替えを検討するために必要である。しかし、前記公報に開示のＧＰＳ測量機では、それら災害が起こった後における建造物の健全性を判定することや耐用年数が経過した建造物の使用可能性を判定することはできない。

本発明の目的は、ＧＰＳを利用して建造物の健全性を判定することができる建造物健全性判定システムを提供することにある。

前記課題を解決するための本発明は、建造物の屋上の複数の測定ポイントに設置された複数のＧＰＳアンテナ・受信機と、ＧＰＳアンテナ・受信機がＧＰＳ衛星から受信した観測データに基づいてＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルを算出する計算機とを備え、基線ベクトルに囲繞された区域が三角形を形成するように各ＧＰＳアンテナが屋上に配置された建造物健全性判定システムである。このシステムの計算機は、基線ベクトルによって画成された初期の基準三角形を記憶する形状記憶手段と、基準三角形の記憶時から所定時間経過後に算出した基線ベクトルによって画成される実測三角形を基準三角形と比較する比較手段と、比較手段によって比較した基準三角形と実測三角形との比較要素の相違点を用いて建造物の残留変形を測定する測定手段とを有する。

本発明の一例として、建造物健全性判定システムでは、建造物近傍における地上の座標確定ポイントに基準局が設置され、基準局が誤差推定値を測定し、ＧＰＳアンテナ・受信機が誤差推定値を用いて擬似距離を補正しつつ測位計算を実行する。

本発明の他の一例としては、基準三角形と実測三角形との比較要素が基線ベクトルによって画成された基準三角形と実測三角形との各辺の長さ寸法である。

本発明の他の一例としては、基準三角形と実測三角形との比較要素が基線ベクトルによって画成された基準三角形と実測三角形との各内角である。内角とは、基準三角形と実測三角形との各辺がなす角度である。

本発明の他の一例としては、基準三角形と実測三角形との比較要素が基線ベクトルによって画成された基準三角形と実測三角形との比高である。比高とは、基準三角形と実測三角形との垂直方向の高さ寸法である。

本発明にかかる建造物健全性判定システムによれば、建造物の残留変形の測定手段として、実測三角形を基準三角形と比較したときの比較要素の相違点を用いるから、自然災害や人的災害が起こった後の建造物の傾きや捻れ、座屈等の変形を見落とすことなく調査することができ、それら災害が起こった後の建造物の健全性を確実に判定することができる。また、耐用年数が経過した後の建造物の傾きや捻れ、座屈等の変形を調査することができ、その建造物の今後の使用可能性を判定することができる。システムは、ＧＰＳを利用して基準三角形と実測三角形とを形象し、それら三角形の相違点を抽出するから、目視では不可能なわずかな残留変形を確実に検出することができる。このシステムは、基線ベクトルに囲繞された区域が三角形を形成するように各ＧＰＳアンテナ・受信機を建造物の屋上に配置するだけなので、システムの設定に手間がかからず、さらに、システムを容易に移設することができる。

建造物近傍における地上の座標確定ポイントに設置された基準局が誤差推定値を測定し、ＧＰＳアンテナ・受信機が誤差推定値を用いて擬似距離を補正しつつ測位計算を実行する建造物健全性判定システムは、擬似距離の誤差を補正することによって測定精度を向上させることができ、自然災害や人的災害が起こった後または耐用年数が経過した後の建造物のわずかな残留変形を確実に検出することができる。

基準三角形と実測三角形との比較要素が基線ベクトルによって画成されたそれら三角形の各辺の長さ寸法である建造物健全性判定システムは、実測三角形の各辺の長さ寸法が基準三角形のそれと相違する場合、自然災害または人的災害が起こった後の建造物や耐用年数が経過した建造物に傾きや捻れ、座屈等の残留変形が生じたことが判り、基準三角形と実測三角形との各辺の長さ寸法を比較することによって建造物の健全性を確実に判定することができる。

基準三角形と実測三角形との比較要素が基線ベクトルによって画成されたそれら三角形の各内角である建造物健全性判定システムは、実測三角形の各内角の角度が基準三角形のそれと相違する場合、自然災害または人的災害が起こった後の建造物や耐用年数が経過した建造物に傾きや捻れ、座屈等の残留変形が生じたことが判り、基準三角形と実測三角形との各内角の角度を比較することによって建造物の健全性を確実に判定することができる。

基準三角形と実測三角形との比較要素が基線ベクトルによって画成されたそれら三角形の比高である建造物健全性判定システムは、実測三角形の垂直方向の高さ寸法が基準三角形のそれと相違する場合、自然災害または人的災害が起こった後の建造物や耐用年数が経過した建造物に傾きや捻れ、座屈等の残留変形が生じたことが判り、基準三角形と実測三角形との比高を比較することによって建造物の健全性を確実に判定することができる。

添付の図面を参照し、本発明に係る建造物健全性判定システムの詳細を説明すると、以下のとおりである。図１，２は、一例として示す建造物健全性判定システム１０が設置されたビルディング１７（以下、ビルという）の概略図と、ＧＰＳ衛星１１とＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２Ｄとの相関関係の一例を示す図とであり、図３は、アンテナ１２Ａ〜１２Ｄどうしの間に延びる基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅのイメージ図である。図１では、ＧＰＳ受信機１３とコンピュータ１４との図示を省略している。

このシステム１０は、ＧＰＳ衛星１１（図２参照）が発信した衛星電波を受信するＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２Ｄと、ＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２Ｄに接続されたＧＰＳ受信機１３と、ＧＰＳ受信機１３に接続されたコンピュータ１４（計算機）（図３参照）とから構成されている。図１のシステム１０におけるＧＰＳ測位法は、スタティック測位（干渉測位）を採用している。このシステム１０では、４台のアンテナ１２Ａ〜１２Ｄと受信機１３とを使用して同時時間帯に観測することにより、多数の基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅを同時に求めることができる。測定される基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅの数は、図３に示すように、４本である。基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅに囲繞された区域は三角形を呈する。

ＧＰＳ衛星１１は、地上約２０２００ｋｍの上空を周期約１１時間５８分２秒で周回している。衛星１１は、６つの軌道面に４機ずつ計２４機配備され、地球上のどの位置からでも常時４機以上の衛星１１が幾何学的配置のもとで観測できるように運用されている。衛星１１は、衛星電波（搬送波、ＰＲＮコード、航法メッセージ）を生成し、生成した衛星電波を３つのブロックに分割して発信している。

ＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２Ｄは、ビル１６（被測定建造物）の屋上１７に設置され、各アンテナ１２Ａ〜１２Ｄを結ぶ線分（基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅ）が正四角形を形成するように屋上１７に配置、固定されている。線分によって形成された四角形は斜線によって二等分され、同一形状の２つの三角形１８Ａ，１８Ｂが形成されている。なお、それらアンテナ１２Ａ〜１２Ｄを結ぶ線分が正四角形を形成するようにアンテナ１２Ａ〜１２Ｄを配置する必要はなく、線分が菱形や台形を形成するようにアンテナ１２Ａ〜１２Ｄが配置されてもよい。アンテナ１２Ａ〜１２Ｄは、ＧＰＳ衛星１１で生成された衛星電波を受信し、受信した衛星電波をＧＰＳ受信機１３に出力する。

ＧＰＳ受信機１３は、入力された衛星電波を増幅かつ周波数変換し、十分なレベルの電波とした後、コード同期回路でコードの同期（電波伝搬時間の検出）を行う。受信機１３は、受信しようとする衛星と同一のＣ／Ａコードパターン基準搬送波（レプリカ）を発生させ、そのタイミングを調整して衛星電波と同期をとる。受信機１３では、生成したコードと受信した衛星コードとの相関がもっとも高くなるように時刻を移動させる。相関がもっとも高くなったときにレプリカと衛星電波とが同期し、受信機１３が航法メッセージを復調する。次に、受信機１３は、測位に用いる搬送波位相を再生する。受信機１３は、衛星電波からコードと航法メッセージとを除去し、フィルタリングをかけた後、再生搬送波（サイン波）を得る。再生搬送波は位相同期回路に出力され、受信機１３が発生させた搬送波レプリカと比較して２つの波間の位相差（衛星からの搬送波の位相と受信機内搬送波レプリカの位相との差）が測定される。位相差は、位相カウンタに入力され、位相カウンタで積算される。位相差の測定は、受信機時計の秒信号に合わせてあらかじめ設定された時刻間隔（エポック間隔）で行われる。

スタティック測位（干渉測位）では、図１に示すように、ビル１６の屋上１７の複数の測定ポイントＰにＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２ＤとＧＰＳ受信機１３とを設置して観測を行い、ＧＰＳ衛星１１が天空を移動する位置変化を利用して整数値バイアスを決定する。整数値バイアスによる基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅの多重解は、図２に示すように、３組の二重位相差をとる４個の衛星１１の位置によって決まる。なお、衛星１１の移動によって多重解も移動するが、真の解だけは不動点となる。これを利用し、一定時間連続して観測することで不動点を見つけ出し、基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅと整数値バイアスとを同時に確定する。スタティック側位は、位相差積算値を観測量として側位計算を行う。しかし、整数倍の不確定性があるため、衛星１１と受信機１３との時計誤差を完全に除去しなければならない。そこで、スタティック測位では、位相差積算値を衛星１１どうしで差をとるとともに、位相差積算値を受信機１３どうしで差をとることによって、衛星１１と受信機１３とに起因する誤差を解消している。

コンピュータ１４は、中央処理装置（ＣＰＵ）とキャッシュメモリとを有する。コンピュータ１４は、インターフェイス（有線１９）または無線１９によってＧＰＳ受信機１３に接続されている（図３参照）。コンピュータ１４には、キーボード２０やディスプレイ２１が設置され、大容量ハードディスクが内蔵されている。コンピュータ１４には、図示はしていないが、プリンタがインターフェイスを介して接続されている。キャッシュメモリの内部アドレスファイルには、このシステムを実行するためのプログラムと、ＧＰＳ受信機１３が観測した観測データを使用して基線解析計算を実行する基線解析アプリケーションとが格納されている。中央処理装置は、オペレーティングシステムによる制御に基づいて、内部アドレスファイルに格納されたプログラムを起動し、プログラムに従ってこのシステムの形状記憶手段や比較手段、測定手段、判定手段、出力手段を実行する。

コンピュータ１４では、キーボード２０を介して内部アドレスファイルに格納された各データを随時変更することができる。なお、コンピュータ１４は、携帯用のそれを測定時に持ち込んで、ＧＰＳ受信機１３に接続することもでき、ＧＰＳ受信機１３に接続した状態でビル１６の一室に設置することもできる。基線解析アプリケーションは、ＧＰＳ受信機１３が記録した搬送波位相や擬似距離等のデータを解析して基線ベクトルを計算する機能の他に、観測計算を作成するための衛星観測条件計算機能や三次元網平均計算機能を有し、各種測量用ツールを保有している。

コンピュータ１４による基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅの解析の一例を説明すると、以下のとおりである。コンピュータ１４は、ＧＰＳ受信機１３から観測ポイントＰ毎の観測データ（位相データや擬似距離、航法メッセージ）を読み込んだ後、観測時刻（エポック）毎に２つの観測ポイントＰにおける同じ衛星毎の位相差を計算する（受信機間一重位相差）。次に、２つの衛星１１に関する一重位相差の差をとり、二重位相差を計算する。さらに、エポック間での二重位相差の差をとり、三重位相差（あるエポックの二重位相差とその１つ前のエポックの二重位相差との差）を計算する（位相差の計算）。ＧＰＳ受信機１３から読み込んだ航法メッセージの軌道情報からエポック毎の衛星位置を計算する（衛星位置の計算）。三重位相差と衛星１１の位置データとから最小二乗法によって概略の基線ベクトルを計算する（概略の基線ベクトル計算）。そして、三重位相差によって求めた基線ベクトルを近似値として、二重位相差による整数値バイアスの推定と基線ベクトルの計算とを最小二乗法によって行う（整数値バイアス推定と基線ベクトル計算）。整数値バイアスの推定を行った後、整数値バイアスを整数値に固定して最小二乗法によって基線ベクトルを再び計算する（バイアスの整数化）。最終的に計算された基線ベクトルと衛星位置とをもとに理論的な観測値（二重位相差）を作る（統計量の計算）。最終的に計算された基線ベクトルの結果に対して標準偏差等の統計量の評価を行い、基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅを決定する。

図４，５は、コンピュータ１４のディスプレイ２１に表示された基準三角形２２と実測三角形２３とを示す図である。図５では、それら三角形２２，２３が三次元座標に表示されている。このシステム１０では、ビル１６の屋上にＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２ＤとＧＰＳ受信機１３とを設置した直後、受信機１３から入力された観測データを使用してコンピュータ１４が基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅを決定する。コンピュータ１４は、基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅを使用して、ベクトル１５Ａ〜１５Ｅによって画成される二次元または三次元空間上の初期基準三角形２２（２つの三角形）を形象する。コンピュータ１４は、基準三角形２２を形象すると、それをメモリに格納する（形状記憶手段）。コンピュータ１４は、基準三角形２２を格納してから所定期間経過後に再び基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅを決定し、再度決定した基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅを使用して、ベクトル１５Ａ〜１５Ｅによって画成される二次元または三次元空間上の実測三角形２３（２つの三角形）を形象する。コンピュータ１４は、実測三角形２３を形象すると、それをメモリに格納する（形状記憶手段）。実測三角形２３を形象するための所定期間に特に限定はなく、期間を自由に決めることができる。たとえば、期間を週単位や月単位、年単位で定めることができるのみならず、地震や台風、地殻変動等の自然災害または火災や土地の掘削による陥没等の人的災害が起こった直後とすることもできる。

コンピュータ１４は、基準三角形２２と実測三角形２３とを比較する（比較手段）。比較手段によってそれら三角形２２，２３を比較したコンピュータ１４は、基準三角形２２と実測三角形２３との比較要素の相違点を抽出し、抽出した相違点によってビル１６の残留変形を測定し（測定手段）、さらに、残留変形の値によってビル１６の健全性を判定する（判定手段）。なお、健全性とは、ビル１６が継続して使用可能か、今後何年の使用に耐えられるか、どの部分の補強が必要か、建て替える必要があるか等を意味する。また、基準三角形２２と実測三角形２３との比較要素は、基準三角形２２と実測三角形２３との各辺の長さ寸法、基準三角形２２と実測三角形２３との各内角の角度、基準三角形２２と実測三角形２３との比高（垂直方向の高さ寸法）、基準三角形２２に対する実測三角形２３の水平方向の移動寸法である。

コンピュータ１４は、図４に示すように、基準三角形２２と実測三角形２３とを平面画像としてディスプレイ２１に表示する。ディスプレイ２１には、図示はしていないが、基準三角形２２の各辺（Ａ−Ｂ辺，Ａ−Ｄ辺，Ｂ−Ｄ辺，Ｂ−Ｃ辺，Ｃ−Ｄ辺）の長さ寸法が表示され、実測三角形２３の各辺（Ａ−Ｂ辺，Ａ−Ｄ辺，Ｂ−Ｄ辺，Ｂ−Ｃ辺，Ｃ−Ｄ辺）の長さ寸法が表示され、さらに、基準三角形２２の各辺の長さ寸法と実測三角形２３の各辺の長さ寸法との差（基準三角形２２のＡ−Ｂ辺の長さ寸法と実測三角形２３のＡ−Ｂ辺の長さ寸法との差，基準三角形２２のＡ−Ｄ辺の長さ寸法と実測三角形２３のＡ−Ｄ辺の長さ寸法との差，基準三角形２２のＢ−Ｄ辺の長さ寸法と実測三角形２３のＢ−Ｄ辺の長さ寸法との差，基準三角形２２のＢ−Ｃ辺の長さ寸法と実測三角形２３のＢ−Ｃ辺の長さ寸法との差，基準三角形２２のＣ−Ｄ辺の長さ寸法と実測三角形２３のＣ−Ｄ辺の長さ寸法との差）が表示される（出力手段）。

また、ディスプレイ２１には、図示はしていないが、基準三角形２２の内角の角度（θ１，θ２，θ３，θ４，θ５，θ６）が表示され、実測三角形２３の内角の角度（θ１，θ２，θ３，θ４，θ５，θ６）が表示され、さらに、基準三角形２２の内角の角度と実測三角形２３の内角の角度との差（基準三角形２２の角度θ１と実測三角形２３の角度θ１との差，基準三角形２２の角度θ２と実測三角形２３の角度θ２との差，基準三角形２２の角度θ３と実測三角形２３の角度θ３との差，基準三角形２２の角度θ４と実測三角形２３の角度θ４との差，基準三角形２２の角度θ５と実測三角形２３の角度θ５との差，基準三角形２２の角度θ６と実測三角形２３の角度θ６との差）が表示される（出力手段）。コンピュータ１４は、図４の画像をメモリに格納するとともに、基準三角形２２と実測三角形２３との各辺の長さ寸法、それら三角形２２，２３の各辺の長さ寸法の差、基準三角形２２と実測三角形２３との内角の角度、それら三角形２２，２３の内角の角度の差をメモリに格納する。

コンピュータ１４は、図５に示すように、三次元座標を用いて基準三角形２２と実測三角形２３とを立体画像としてディスプレイ２１に表示する。ディスプレイ２１には、図示はしていないが、基準三角形２２の各点（Ａ点，Ｂ点，Ｃ点，Ｄ点）のＸ，Ｙ，Ｚ軸における座標が表示され、実測三角形２３の各点（Ａ点，Ｂ点，Ｃ点，Ｄ点）のＸ，Ｙ，Ｚ軸における座標が表示される。さらに、基準三角形２２の各点に対する実測三角形２３の各点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法±（基準三角形２２のＡ点に対する実測三角形２３のＡ点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法、基準三角形２２のＢ点に対する実測三角形２３のＢ点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法、基準三角形２２のＣ点に対する実測三角形２３のＣ点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法、基準三角形２２のＤ点に対する実測三角形２３のＤ点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法）が表示される。コンピュータ１４は、図５の画像をメモリに格納するとともに、基準三角形２２と実測三角形２３との各点の座標、それら三角形２２，２３の各点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法をメモリに格納する。コンピュータ１４は、図４，５の画像をプリンタを介して印刷し、各辺の長さ寸法の差や内角の角度の差、各点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法をプリンタを介して印刷する（出力手段）。

コンピュータ１４は、基準三角形２２の各辺の長さ寸法と実測三角形２３のそれとの差、基準三角形２２の内角の角度と実測三角形２３のそれとの差、基準三角形２２の比高と実測三角形２３のそれとの差（Ａ点，Ｂ点，Ｃ点，Ｄ点のＹ軸方向の移動量）から、ビル１６の健全性を判定し、判定結果（健全性あり、または、健全性なし）を出力する。健全性を判断するそれら差の基準値はあらかじめコンピュータ１４に設定されている。その具体例を例示すると、以下のとおりである。たとえば、基準三角形２２の各辺の長さ寸法と実測三角形２３のそれとの差が±１０ｍｍを超過し、かつ、基準三角形２２の内角の角度と実測三角形２３のそれとの差が±２度を超過した場合、ビル１６が水平方向へ捻転してねじれ、垂直方向へ座屈を起こし、残留変形が大きく、健全性なしと判定する。また、基準三角形２２の比高と実測三角形２３のそれとの差が±３ｃｍを超過した場合、ビル１６が垂直方向へ座屈を起こし、残留変形が大きく、健全性なしと判定する。さらに、基準三角形２２の各点に対する実測三角形２３の各点のＸ，Ｚ軸方向への移動寸法が±３ｃｍを超過した場合、ビル１６が水平方向へ変形し、残留変形が大きく、健全性なしと判定する。コンピュータ１４は、判定結果をメモリに格納する。なお、それらの基準値は、測定する建造物の大きさや種類、アンテナ１２Ａ〜１２Ｄの設置位置、災害の大小、建造物に築年数等の各要素によって異なり、例示の基準値に限定されず、自由に設定することができる。コンピュータ１４では、それら基準値をキーボード２０を使って設定、変更する。

図１に示す建造物健全性判定システム１０は、実測三角形２２と基準三角形２３とを比較したときの比較要素の相違点を用いてビル１６の残留変形を測定し、残留変形の値からビル１６の健全性を判定するから、自然災害や人的災害が起こった後のビル１６の傾きや捻れ、座屈等の変形を見落とすことなく調査することができ、それら災害が起こった後のビル１６の健全性を確実に判定することができる。また、耐用年数が経過した後のビル１６の傾きや捻れ、座屈等の変形を調査することができ、ビル１６の今後の使用可能性を判定することができる。このシステム１０は、ＧＰＳを利用して基準三角形２２と実測三角形２３とを形象し、それら三角形２２，２３の相違点を抽出するから、目視では不可能なわずかな残留変形を確実に検出することができる。また、基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｅに囲繞された区域が三角形２２，２３を形成するように各ＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２Ｄをビル１６の屋上１７に配置するだけなので、システム１０の設定に手間がかからず、さらに、システム１０を容易に移設することができる。

このシステム１０は、実測三角形２３の各辺の長さ寸法が基準三角形２２のそれと相違する場合、実測三角形２３の各内角の角度が基準三角形２２のそれと相違する場合、実測三角形２３の垂直方向の高さ寸法が基準三角形２２のそれと相違する場合、実測三角形２３の各点が基準三角形２２の各点に対して水平方向へ移動する場合、自然災害または人的災害が起こった後のビル１６や耐用年数が経過したビル１６に傾きや捻れ、座屈等の残留変形が生じたことが判るから、基準三角形２２と実測三角形２３とを比較することによってビル１６の健全性を確実に判定することができる。

図６，７は、他の一例として示す建造物健全性判定システム３０が設置されたビル１６の概略図と、ディファレンシャル測位の説明図とであり、図８は、アンテナ１２Ａ〜１２Ｃどうしの間に延びる基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｃのイメージ図である。図６では、ＧＰＳ受信機１３とコンピュータ１４との図示を省略している。このシステム３０は、図１のそれと同様に、衛星１１から発信された衛星電波を受信するＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２Ｃと、ＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２Ｃに接続されたＧＰＳ受信機１３と、ＧＰＳ受信機１３にインターフェイス（有線１９）または無線１９を介して接続されたコンピュータ１４（計算機）（図８参照）とから構成されている。

図６のシステム３０では、ビル１６（被測定建造物）の近傍における地上３１の座標確定ポイントＱに基準局３２（ＧＰＳアンテナおよびＧＰＳ受信機）が設置されている。このシステム３０におけるＧＰＳ測位法は、ディファレンシャル測位を採用している。このシステム３０では、３台のＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２ＣとＧＰＳ受信機１３とを使用して同時時間帯に観測することにより、多数の基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｃを同時に求めることができる。測定される基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｃの数は、図３に示すように、３本である。基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｃに囲繞された区域は三角形１８を呈する。アンテナ１２Ａ〜１２Ｃは、ビル１６の屋上１７に設置され、各アンテナ１２Ａ〜１２Ｃを結ぶ線分（基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｃ）が三角形１８を形成するように屋上１７に配置、固定されている。それらアンテナ１２Ａ〜１２Ｃを結ぶ線分が形成する三角形１８は、正三角形や二等辺三角形、直角三角形等のいずれの形状であってもよい。なお、このシステム３０におけるＧＰＳ衛星１１やＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２Ｃ、ＧＰＳ受信機１３、コンピュータ１４は、図１のそれらと同一であるから、それらの説明は省略する。

ＧＰＳ受信機１３は、入力された衛星電波を増幅かつ周波数変換し、十分なレベルの電波とした後、コード同期回路でコードの同期（電波伝搬時間の検出）を行う。受信機１３は、受信しようとする衛星１１と同一のＣ／Ａコードパターン基準搬送波（レプリカ）を発生させ、そのタイミングを調整して衛星電波と同期をとる。受信機１３では、生成したコードと受信した衛星コードとの相関がもっとも高くなるように時刻を移動させる。相関がもっとも高くなったときにレプリカと衛星電波とが同期し、受信機１３が航法メッセージを復調する。このとき、受信機１３内で発生したＣ／Ａコード時刻が衛星電波の到達時間となり、それによって受信機１３が電波伝搬時間を算出する。受信機１３は、電波伝搬時間に光速をかけて擬似距離を算出する。しかし、前記擬似距離には、受信機時計の誤差が残る。

ディファレンシャル測位では、擬似距離の前記誤差を補正することによって測位精度を向上させる。最初に擬似距離の誤差を推定するため、測地座標が正確に求められた座標確定ポイントＱに基準局３２を設置し、基準局３２が各衛星１１からの衛星電波を観測して観測距離（生の擬似距離Ｌ１）を求める。一方、基準局３２の測地座標は正確にわかっており、航法メッセージで送られる軌道情報から計算した衛星位置座標に基づいて、衛星１１と基準局３２のアンテナ（観測ポイントＱ）との間の幾何学的距離Ｌ２が算出される。したがって、擬似距離Ｌ１から幾何学的距離Ｌ２を引くことにより、擬似距離誤差の誤差推定値Ｌ３（補正量）を求めることができる。ディファレンシャル測位では、観測している各衛星１１についての誤差推定値Ｌ３を、衛星１１を介して各観測ポイントＰのＧＰＳ受信機１３に送信する。受信機１３は、この誤差推定値Ｌ３を使用してそれが受信した擬似距離Ｌ４を補正し、測位計算を行う。なお、基準局３２は、各衛星１１についての誤差推定値Ｌ３を直接受信機１３に送信することもでき、誤差推定値Ｌ３をコンピュータ１４を介して受信機１３に送信することもできる。

図９，１０は、コンピュータ１４のディスプレイ２１に表示された基準三角形２２と実測三角形２３とを示すである。図１０では、それら三角形２２，２３が三次元座標に表示されている。このシステム３０では、ビル１６の屋上１７にＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２ＣとＧＰＳ受信機１３とを設置し、さらに基準局３２を設置した直後、受信機１３から入力された観測データを使用してコンピュータ１４が基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｃを決定する。コンピュータ14のキャッシュメモリに格納された基線解析アプリケーションは、ＧＰＳ受信機１３が記録した擬似距離Ｌ４のデータを解析して基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｃを計算する。コンピュータ１４は、基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｃを使用して、ベクトル１５Ａ〜１５Ｃによって画成される二次元または三次元空間上の初期基準三角形２２を形象する。コンピュータ１４は、基準三角形２２を形象すると、それをメモリに格納する（形状記憶手段）。コンピュータ１４は、基準三角形２２を格納してから所定期間経過後に再び基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｃを決定し、再度決定した基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｃを使用して、ベクトル１５Ａ〜１５Ｃによって画成される二次元または三次元空間上の実測三角形２３を形象する。コンピュータ１４は、実測三角形２３を形象すると、それをメモリに格納する（形状記憶手段）。

コンピュータ１４は、基準三角形２２と実測三角形２３とを比較する（比較手段）。それら三角形２２，２３を比較したコンピュータ１４は、基準三角形２２と実測三角形２３との比較要素の相違点を抽出し、抽出した相違点によってビル１６の残留変形を測定し（測定手段）、さらに、残留変形の値によってビル１６の健全性を判定する（判定手段）。基準三角形２２と実測三角形２３との比較要素は、基準三角形２２と実測三角形２３との各辺の長さ寸法、基準三角形２２と実測三角形２３との各内角の角度、基準三角形２２と実測三角形２３との比高（垂直方向の高さ寸法）、基準三角形２２に対する実測三角形２３の水平方向の移動寸法である。

コンピュータ１４は、図９に示すように、基準三角形２２と実測三角形２３とを平面画像としてディスプレイ２１に表示する。ディスプレイ２１には、図示はしていないが、基準三角形２２の各辺（Ａ−Ｂ辺，Ｂ−Ｃ辺，Ａ−Ｃ辺）の長さ寸法が表示され、実測三角形２３の各辺（Ａ−Ｂ辺，Ｂ−Ｃ辺，Ａ−Ｃ辺）の長さ寸法が表示され、さらに、基準三角形２２の各辺の長さ寸法と実測三角形２３の各辺の長さ寸法との差（基準三角形２２のＡ−Ｂ辺の長さ寸法と実測三角形２３のＡ−Ｂ辺の長さ寸法との差，基準三角形２２のＢ−Ｃ辺の長さ寸法と実測三角形２３のＢ−Ｃ辺の長さ寸法との差，基準三角形２２のＡ−Ｃ辺の長さ寸法と実測三角形２３のＡ−Ｃ辺の長さ寸法との差）が表示される（出力手段）。

また、ディスプレイ２１には、図示はしていないが、基準三角形２２の内角の角度（θ１，θ２，θ３）が表示され、実測三角形２３の内角の角度（θ１，θ２，θ３）が表示され、さらに、基準三角形２２の内角の角度と実測三角形２３の内角の角度との差（基準三角形２２の角度θ１と実測三角形２３の角度θ１との差，基準三角形２２の角度θ２と実測三角形２３の角度θ２との差，基準三角形２２の角度θ３と実測三角形２３の角度θ３との差）が表示される（出力手段）。コンピュータ１４は、図９の画像をメモリに格納するとともに、基準三角形２２と実測三角形２３との各辺の長さ寸法、それら三角形２２，２３の各辺の長さ寸法の差、基準三角形２２と実測三角形２３との内角の角度、それら三角形２２，２３の内角の角度の差をメモリに格納する。

コンピュータ１４は、図１０に示すように、三次元座標を用いて基準三角形２２と実測三角形２３とを立体画像としてディスプレイ２１に表示する。ディスプレイ２１には、図示はしていないが、基準三角形２２の各点（Ａ点，Ｂ点，Ｃ点）のＸ，Ｙ，Ｚ軸における座標が表示され、実測三角形２３の各点（Ａ点，Ｂ点，Ｃ点）のＸ，Ｙ，Ｚ軸における座標が表示される。さらに、基準三角形の各点に対する実測三角形の各点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法±（基準三角形２２のＡ点に対する実測三角形２３のＡ点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法、基準三角形２２のＢ点に対する実測三角形２３のＢ点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法、基準三角形２２のＣ点に対する実測三角形２３のＣ点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法）が表示される。コンピュータ１４は、図１０の画像をメモリに格納するとともに、基準三角形２２と実測三角形２３との各点の座標、それら三角形２２，２３の各点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法メモリに格納する。コンピュータ１４は、図９，１０の画像をプリンタを介して印刷し、各辺の長さ寸法の差や内角の角度の差、各点のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動寸法をプリンタを介して印刷する（出力手段）。

コンピュータ１４は、基準三角形２２の各辺の長さ寸法と実測三角形２３のそれとの差、基準三角形２２の内角の角度と実測三角形２３のそれとの差、基準三角形２２の比高と実測三角形２３のそれとの差（Ａ点，Ｂ点，Ｃ点のＹ軸方向の移動寸法）、基準三角形２２の各点に対する実測三角形２３の各点のＸ，Ｚ軸方向への移動寸法から、ビル１６の健全性を判定し、判定結果（健全性あり、または、健全性なし）を出力する。コンピュータ１４は、判定結果をメモリに格納する。健全性を判断するためのそれら差の基準値は、図１のシステム１０と同様に、あらかじめコンピュータ１４に設定されている。基準値は、測定する建造物の大きさや種類、アンテナ１２Ａ〜１２Ｃの設置位置、災害の大小、建造物に築年数等の各要素を考慮して自由に設定することができる。

図６に示す建造物健全性判定システム３０は、実測三角形２２と基準三角形２３とを比較したときの比較要素の相違点を用いてビル１６の健全性の残留変形を測定し、残留変形の値からビル１６の健全性を判定するから、自然災害や人的災害が起こった後のビル１６の傾きや捻れ、座屈等の変形を見落とすことなく調査することができ、それら災害が起こった後のビル１６の健全性を確実に判定することができる。また、耐用年数が経過した後のビル１６の傾きや捻れ、座屈等の変形を調査することができ、ビル１６の今後の使用可能性を判定することができる。このシステム３０は、ＧＰＳを利用して基準三角形２２と実測三角形２３とを形象し、それら三角形２２，２３の相違点を抽出するから、目視では不可能なわずかな残留変形を確実に検出することができる。また、基線ベクトル１５Ａ〜１５Ｃに囲繞された区域が三角形１８を形成するように各ＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２Ｃをビル１６の屋上１７に配置するだけなので、システム３０の設定に手間がかからず、さらに、システム３０を容易に移設することができる。

このシステム３０は、ビル１６の近傍における地上３１の座標確定ポイントＱに設置された基準局３２が誤差推定値Ｌ３を測定し、各測定ポイントＰに設置されたＧＰＳ受信機１３が誤差推定値Ｌ３を用いて擬似距離Ｌ４を補正しつつ測位計算を実行するから、擬似距離Ｌ４の誤差を補正することによって測定精度を向上させることができ、ビル１６のわずかな残留変形を確実に検出することができる。

このシステム３０は、実測三角形２３の各辺の長さ寸法が基準三角形２２のそれと相違する場合、実測三角形２３の各内角の角度が基準三角形２２のそれと相違する場合、実測三角形２３の垂直方向の高さ寸法が基準三角形２２のそれと相違する場合、実測三角形２３の各点が基準三角形２２の各点に対して水平方向へ移動する場合、自然災害または人的災害が起こった後のビル１６や耐用年数が経過したビル１６に傾きや捻れ、座屈等の変形が生じたことが判るから、基準三角形２２と実測三角形２３とを比較することによってビル１６の健全性を確実に判定することができる。

図１および図６に示すシステム１０，３９では、ＧＰＳアンテナ１２Ａ〜１２Ｄがビル１６の屋上１７に設置されているが、ビル１６の屋上１７のみならず、学校や病院の屋上、発電所の屋上、一般家屋の屋根等のあらゆる建造物に設置することができる。

一例として示す建造物健全性判定システムが設置されたビルディングの概略図。 ＧＰＳ衛星とＧＰＳアンテナとの相関関係の一例を示す図。 アンテナどうしの間に延びる基線ベクトルのイメージ図。 ディスプレイに表示された基準三角形と実測三角形とを示す図。 ディスプレイに表示された基準三角形と実測三角形とを示す図。 他の一例として示す建造物健全性判定システムが設置されたビルの概略図。 ディファレンシャル側位の説明図。 アンテナどうしの間に延びる基線ベクトルのイメージ図。 ディスプレイに表示された基準三角形と実測三角形とを示す図。 ディスプレイに表示された基準三角形と実測三角形とを示す図。

符号の説明

１０ 建造物健全性判定システム
１１ ＧＰＳ衛星
１２Ａ〜１２Ｄ ＧＰＳアンテナ
１３ ＧＰＳ受信機
１４ コンピュータ（計算機）
１５ 基線ベクトル
１６ ビルディング（建造物）
１７ 屋上
２２ 基準三角形
２３ 実測三角形
３０ 建造物健全性判定システム
３１ 地上
３２ 基準局
Ｐ 測定ポイント
Ｑ 座標確定ポイント

Claims (5)

1. 建造物の屋上の複数の測定ポイントに設置された複数のＧＰＳアンテナ・受信機と、前記ＧＰＳアンテナ・受信機がＧＰＳ衛星から受信した観測データに基づいてＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルを算出する計算機とを備え、前記基線ベクトルに囲繞された区域が三角形を形成するように各ＧＰＳアンテナが前記屋上に配置され、
   前記計算機が、前記基線ベクトルによって画成された初期の基準三角形を記憶する形状記憶手段と、前記基準三角形の記憶時から所定時間経過後に算出した前記基線ベクトルによって画成される実測三角形を前記基準三角形と比較する比較手段と、前記比較手段によって比較した前記基準三角形と前記実測三角形との比較要素の相違点を用いて前記建造物の残留変形を測定する測定手段とを有する建造物健全性判定システム。
2. 前記建造物健全性判定システムでは、前記建造物近傍における地上の座標確定ポイントに基準局が設置され、前記基準局が誤差推定値を測定し、前記ＧＰＳアンテナ・受信機が前記誤差推定値を用いて擬似距離を補正しつつ測位計算を実行する請求項１記載の建造物健全性判定システム。
3. 前記基準三角形と前記実測三角形との比較要素が、前記基線ベクトルによって画成された前記基準三角形と前記実測三角形との各辺の長さ寸法である請求項１または請求項２に記載の建造物健全性判定システム。
4. 前記基準三角形と前記実測三角形との比較要素が、前記基線ベクトルによって画成された前記基準三角形と前記実測三角形との各内角である請求項１ないし請求項３いずれかに記載の建造物健全性判定システム。
5. 前記基準三角形と前記実測三角形との比較要素が、前記基線ベクトルによって画成された前記基準三角形と前記実測三角形との比高である請求項１ないし請求項３いずれかに記載の建造物健全性判定システム。
   

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