JP2009192504A - 構造物変位推定システム及び構造物変位推定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】まくらぎ5に支持されたレール3の長さ方向に間隔をおいて設置されている計測傾斜角を計測する複数個の傾斜計6と、レール3の計測点間部分における補間傾斜角を推定する演算装置とを有し、演算装置は、レール3上の点の長さ方向の位置を表す位置値を示す位置軸と、レール3の傾斜角を表す傾斜角値を示す傾斜角軸とからなる位置−傾斜角座標において、計測点の位置値と計測傾斜角の傾斜角値とで表される座標計測点を含み、位置値に対応した傾斜角値を与える予備補間関数を求め、計測点間の位置値と補間傾斜角の傾斜計値とで表される、予備補間関数上の暫定点を補正することによって、暫定点に代わる仮想座標計測点を求め、座標計測点及び仮想座標計測点を含み、位置値に対応した傾斜角値を与える本補間関数を求める。
【選択図】図1
Description
1本からなる、又は接合されて1本となる梁状構造の被支持体とは、真に1本の部材のみからなる被支持体、又は複数の部材が溶接や継目板によって接続されてなる1本の被支持体のことを言う。
傾斜計は梁状構造の被支持体に直接設置される他、間接的に、例えば隣接するまくらぎ間に被支持体に沿うように架設される部材に設置され、少なくとも被支持体の長さ方向の軸を含む鉛直面内の水平軸(以下、単に水平軸という)に対する被支持体の軸の傾斜角、すなわち、被支持体の計測点における接線方向の角度(たわみ角)を計測することができるように配置される。
被支持体上の点の長さ方向の位置とは被支持体上の点が水平軸に投影された場合の、水平軸上の位置であり、この位置を表す位置値とは水平軸上に任意の基準点と正の向きとが与えられた場合の基準点からその点までの距離と基準点に対するその点の向き(符号)とで表したものである。
傾斜計が直接又は間接的に被支持体に設置されることで、傾斜角の計測点が固定されるので、座標計測点の位置値が確定する。一方、座標計測点の傾斜角値は変化するものの、時間的に所定間隔をおいて得られる、つまり傾斜角値が得られる時間毎に確定するので、座標計測点もその時間毎に確定する。
上述したように、任意の2地点のうち相対的に鉛直変位量の小さい点での傾斜角値が採用される場合、任意の計測点間の傾斜角値は鉛直変位量の小さい点における傾斜角値で一定となるので、片方の計測傾斜角の傾斜角値のみしか反映されていないこととなる。一方、本補間関数は計測傾斜角の傾斜角値が反映された座標計測点を両方とも通るので、全体的に精度が高くなる。
予備補間関数は、被支持体の計測点において実際に計測して得られた計測傾斜角の値が反映されている座標計測点を通ることを条件として求められ、座標計測点間の補間傾斜角の値を与える。一方、本補間関数は、座標計測点と、予備補間関数上の推定された暫定点が補正されて求められた、つまり暫定点の位置値又は傾斜角値の少なくとも一方が変更された仮想座標計測点とを通ることを条件として求められ、座標計測点間の補間傾斜角の値を与える。仮想座標計測点は暫定点より信頼性が高いので、本補間関数は座標計測点のみを含む予備補間関数より高い精度で補間傾斜角の値を与えることができる。
梁やラーメン等の部材のたわみ角(傾斜角度)の関数が任意の位置で積分されるとたわみ(変位量)の関数が求められること(弾性曲線式を立てる解法)に基づいて、本補間関数を位置値で積分して被支持体の位置値に対応した被支持体の変位量値を与える関数を求めることができる。したがって、本補間関数の方が高い精度で被支持体の変位量値を与えることができる。通常、被支持体は支持体に追従して変位するので、被支持体の変位量が推定されることによって、構造物全体の変位量も推定される。
前記演算装置は、前記位置軸と、前記被支持体の変位量を表す変位量値を示す変位軸とからなる位置―変位座標において、前記予備補間関数に基づいて、前記位置値に対応した前記変位量値を与える予備変位関数を求め、前記予備変位関数上の予備極値をとる予備極値点と同一の前記位置値からなる前記予備補間関数上の点を前記暫定点に採用し、前記仮想座標計測点を、前記位置値に対応した前記変位量値を与える本変位関数の本極値をとる本極値点に対応する点として求めることもある(請求項2)。
仮想座標計測点又は座標計測点に近い程、補間傾斜角の信頼性が高いので、本変位関数の本極値点が仮想座標計測点に対応して与えられることで、本極値点が計測点間の補間傾斜角の中で精度の高い点となる。この結果、本変位関数の形状(被支持体の全体的な変位の傾向)の精度も高い。
前記プログラムは、前記暫定点の前記位置値に対応した、前記本補間関数の前記仮想座標測定点における一次微分係数を与える関数を備えることもある(請求項3)。仮想座標計測点における一次微分係数が与えられることで、補間計測角の値の精度が一層高められ、本変位関数の極値の精度も高くなる。
前記構造物はレールからなる前記被支持体と、まくらぎからなる前記支持体とを有する鉄道軌道であり、前記鉄道軌道の全体の変位を推定することもある(請求項4)。構造物が鉄道軌道の場合、構造物全体の構造の種類や使用されるレールの種類等の、暫定点と仮想座標計測点との関係に影響を及ぼす要因の種類が他の構造物の場合と比べて少ない。したがって、それらの要素の組合せ毎に暫定点と本座標計測点との関係を容易に設定することができるので、演算装置に暫定点の補正を指示する個々のプログラムを単純な構成とすることができる。
請求項5に係る発明は、1本からなる、又は接合されて1本となる梁状構造の被支持体と該被支持体を支持している支持体とからなる構造物の変位を推定する構造物変位推定方法であって、前記被支持体の長さ方向に間隔をおいて前記被支持体に沿って設置されている、前記被支持体の計測点における計測傾斜角を計測する複数個の傾斜計を用いて前記計測傾斜角を計測する計測工程と、演算装置が、前記被支持体上の点の長さ方向の位置を表す位置値を示す位置軸と、前記被支持体の傾斜角を表す傾斜角値を示す傾斜角軸とからなる位置−傾斜角座標において、前記計測点の位置値と前記計測傾斜角の傾斜計値とで表される座標計測点を含み、前記位置値に対応した前記傾斜角値を与える予備補間関数を求める予備関数計算工程と、記憶装置に予め記憶されているプログラムに従って、前記計測点間の位置値と前記補間傾斜角の傾斜計値とで表される、前記予備補間関数上の暫定点を補正することによって、前記暫定点に代わる仮想座標計測点を求める仮想座標計測点計算工程と、前記座標計測点及び前記仮想座標計測点とを含み、前記位置値に対応した前記傾斜角値を与える本補間関数を求める本補間関数計算工程とを有することを特徴とする。この場合、請求項1と同等な作用・効果を奏する。
前記計測工程前に、前記構造物の種類毎に設定される前記プログラムを前記記憶装置に記憶する記憶工程と、前記構造物の種類を入力し、前記演算装置に使用させる前記プログラムを決定させるプログラム決定工程とを有することもある(請求項6)。構造物の種類によって、すなわち構造物の構造によって被支持体の傾斜角の傾向を分類することができるので、暫定点の補正を指示する個々のプログラムが単純化される。ここで、構造物の種類とは、例えば橋梁や軌道というように大きく分類、又は、例えば軌道の中での踏切や伸縮継目(又は、伸縮継手(EJ))というように小さく分類されるものである。
図1に本発明の構造物変位推定システム1が軌道(構造物)2に使用されている例を示す。軌道2は、例えばレール(被支持体)3が道床4に支持されているまくらぎ(支持体)5に支持されて構成されている。レール3は、例えば複数本の定尺レール3Aが継目板10で繋がれて1本で構成されている。本実施の形態では、定尺レール3Aは代表的な50Nレールとする。定尺レール3A、3Aの接続部分は鉛直荷重に対して構造的な弱点部分となるので、通常まくらぎ5の上に配置される。
fi(x) =ai(x−xi)3+bi(x−xi)2+ci(x−xi)+di・・・関数(1)
dfi(x)/dx =3ai(x−xi)2+2bi(x−xi)+ci・・・関数(2)
d2fi(x)/dx2=6ai(x−xi)+2bi・・・関数(3)
fi(xi)=yi・・・条件式(A)
fi(xi+1)=yi+1・・・条件式(B)
Ki・fi+1'(xi+1)=fi'(xi+1)・・・条件式(C)
Ki・fi+1''(xi+1)=fi''(xi+1)・・・条件式(D)
f1''(x1)=0・・・条件式(E)
fn''(xn+1)=0・・・条件式(F)
fp‘(xq)=0・・・条件式(G)
fq(xq)=0・・・条件式(H)
fp‘'(xq)=β・・・条件式(I)
Kp‘・fq'(xq)=β・・・条件式(J)
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
2………軌道(構造物)
3………レール(被支持体)
3A……定尺レール
4………道床
5………まくらぎ(支持体)
6………傾斜計
7………コンピュータ
7A……記憶装置
7B……演算装置
7C……出力装置
7D……ROM
7E……入力装置
7b……パラメータ領域
8………無線LANユニット
9………受信ユニット
10……継目板
Claims (6)
- 1本からなる、又は接合されて1本となる梁状構造の被支持体と該被支持体を支持している支持体とからなる構造物の変位を推定する構造物変位推定システムであって、
前記被支持体の長さ方向に間隔をおいて前記被支持体に沿って設置されている、前記被支持体の計測点における計測傾斜角を計測する複数個の傾斜計と、
前記被支持体の前記計測点間部分における補間傾斜角を推定する演算装置とを有し、
前記演算装置は、前記被支持体上の点の長さ方向の位置を表す位置値を示す位置軸と、前記被支持体の傾斜角を表す傾斜角値を示す傾斜角軸とからなる位置−傾斜角座標において、
前記計測点の位置値と前記計測傾斜角の傾斜角値とで表される座標計測点を含み、前記位置値に対応した前記傾斜角値を与える予備補間関数を求め、
記憶装置に予め記憶されているプログラムに従って、前記計測点間の位置値と前記補間傾斜角の傾斜計値とで表される、前記予備補間関数上の暫定点を補正することによって、前記暫定点に代わる仮想座標計測点を求め、
前記座標計測点及び前記仮想座標計測点を含み、前記位置値に対応した前記傾斜角値を与える本補間関数を求めることを特徴とする構造物変位推定システム。 - 前記演算装置は、前記位置軸と、前記被支持体の変位量を表す変位量値を示す変位軸とからなる位置―変位座標において、
前記予備補間関数に基づいて、前記位置値に対応した前記変位量値を与える予備変位関数を求め、
前記予備変位関数上の予備極値をとる予備極値点と同一の前記位置値からなる前記予備補間関数上の点を前記暫定点に採用し、
前記仮想座標計測点を、前記位置値に対応した前記変位量値を与える本変位関数の本極値をとる本極値点に対応する点として求めることを特徴とする請求項1に記載の構造物変位推定システム。 - 前記プログラムは、前記暫定点の前記位置値に対応した、前記本補間関数の前記仮想座標測定点における一次微分係数を与える関数を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の構造物変位推定システム。
- 前記構造物はレールからなる前記被支持体と、まくらぎからなる前記支持体とを有する鉄道軌道であり、
前記鉄道軌道の全体の変位を推定することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の構造物変位推定システム。 - 1本からなる、又は接合されて1本となる梁状構造の被支持体と該被支持体を支持している支持体とからなる構造物の変位を推定する構造物変位推定方法であって、
前記被支持体の長さ方向に間隔をおいて前記被支持体に沿って設置されている、前記被支持体の計測点における計測傾斜角を計測する複数個の傾斜計を用いて前記計測傾斜角を計測する計測工程と、
演算装置が、前記被支持体上の点の長さ方向の位置を表す位置値を示す位置軸と、前記被支持体の傾斜角を表す傾斜角値を示す傾斜角軸とからなる位置−傾斜角座標において、
前記計測点の位置値と前記計測傾斜角の傾斜計値とで表される座標計測点を含み、前記位置値に対応した前記傾斜角値を与える予備補間関数を求める予備関数計算工程と、
記憶装置に予め記憶されているプログラムに従って、前記計測点間の位置値と前記補間傾斜角の傾斜計値とで表される、前記予備補間関数上の暫定点を補正することによって、前記暫定点に代わる仮想座標計測点を求める仮想座標計測点計算工程と、
前記座標計測点及び前記仮想座標計測点を含み、前記位置値に対応した前記傾斜角値を与える本補間関数を求める本補間関数計算工程と
を有することを特徴とする構造物変位推定方法。 - 前記計測工程前に、前記構造物の種類毎に設定される前記プログラムを前記記憶装置に記憶させる記憶工程と、
前記構造物の種類を入力し、前記演算装置に使用する前記プログラムを決定させるプログラム決定工程とを有することを特徴とする請求項5に記載の構造物変位推定方法。
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