JP2011257389A - Structure displacement measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として、非接触式で且つ簡易に動的な構造物の変位量を測定する構造物変位量測定方法に関する。 The present invention mainly relates to a structure displacement measuring method for measuring a displacement of a structure that is non-contact and simple and dynamic.
構造物としての橋桁のたわみは、列車の走行性、構造物の健全性を検討する指標として重要なものである。これまでの橋梁たわみ測定は、使用するセンサーなどにより、大きく次の6つの方法に分けられる。接触測定法については、歪ゲージ式測定法、光ファイバー式測定法が用いられ、非接触測定法については、光波(レーザー)式測定法、超音波式測定法、レーザードップラー式測定法、画像式測定法等が用いられている(例えば、特許文献1参照)。 The deflection of the bridge girder as a structure is an important index for examining the running performance of a train and the soundness of the structure. Conventional bridge deflection measurement can be roughly divided into the following six methods depending on the sensor used. For contact measurement methods, strain gauge measurement method and optical fiber measurement method are used, and for non-contact measurement methods, light wave (laser) measurement method, ultrasonic measurement method, laser Doppler measurement method, image method measurement The method etc. are used (for example, refer patent document 1).
歪ゲージ式測定法は、測定センサーが低価格であるため、よく用いられる測定法である。しかし、現地立ち入りの困難な河川橋、架道橋などにおいては、変位計の設置が困難であり、作業員の安全確保が重要課題、動的測定が困難であるといった問題がある。また、光ファイバー式測定法は、長期間のモニタリングが可能であるが、施工時にセンサーを取り付ける必要がある、施工後の観測に費用がかかる等の問題がある。 The strain gauge measurement method is a measurement method that is often used because the measurement sensor is inexpensive. However, in river bridges and overpasses that are difficult to enter, displacement gauges are difficult to install, so ensuring safety for workers is an important issue, and dynamic measurement is difficult. In addition, the optical fiber type measurement method can be monitored for a long time, but there are problems that it is necessary to attach a sensor at the time of construction, and that observation after construction is expensive.
一方、非接触型の橋桁のたわみ測定法として光波式測定法があるが、足場等の設置が必要、橋梁下が道路や河川の場合測定不可、作業員の安全確保が重要課題等の問題がある。また、超音波測定法は、他の方法に比べ測定精度が低い、動的測定が困難、測定箇所を特定困難等の問題がある。レーザードップラー式測定法は、非接触方式で最も優れた測定法であるが、測定距離が離れた場合、ターゲット反射板が必要、システム価格が高価である等の問題がある。 On the other hand, there is a light wave measurement method as a method for measuring the deflection of non-contact type bridge girders, but there are problems such as installation of scaffolding etc., measurement not possible when the bridge is under roads or rivers, and ensuring safety of workers is an important issue. is there. In addition, the ultrasonic measurement method has problems such as low measurement accuracy compared to other methods, difficulty in dynamic measurement, and difficulty in specifying a measurement location. The laser Doppler measurement method is the most excellent measurement method in the non-contact method. However, when the measurement distance is long, there is a problem that a target reflector is necessary and the system price is expensive.
画像式測定法には「ターゲットを用いる方法」「パターン光を投光する方法」「テンプレートマッチングを用いる方法」があるが、「ターゲットを用いる方法」(例:特許公開2008−58178)はターゲットを設置する必要があるため完全非接触とならない。「パターン光を投光する方法」(例:特許公開2011−2378)はパターン投光器が必要であり簡易的な方法とは言えないうえ遠方へのパターン投光が困難である。本発明は「テンプレートマッチングを用いる方法」に属する。この方法の例として特許公開2006−329628や特許公開2006−343160があるが、これらはカメラも大気も変動しないことが前提となっており、高倍率の望遠レンズを用いて遠方から撮影する場合には対応できない。また、大型の構造物上の局所を拡大して撮影する場合、撮影範囲内に非接触で大きさの基準を与えることは困難であり、カメラだけを用いた方法では画素から実寸への変換を行うことができない。 Image type measurement methods include “a method using a target”, “a method for projecting pattern light”, and “a method using template matching”, but “a method using a target” (eg, Patent Publication 2008-58178) Because it is necessary to install, it is not completely non-contact. The “method of projecting pattern light” (for example, Japanese Patent Publication No. 2011-2378) requires a pattern projector, which is not a simple method and is difficult to project a pattern to a distant place. The present invention belongs to the “method using template matching”. Examples of this method include Japanese Patent Publication No. 2006-329628 and Japanese Patent Publication No. 2006-343160, which are based on the assumption that neither the camera nor the atmosphere fluctuates, and when photographing from a distance using a high magnification telephoto lens. Can not respond. In addition, when shooting on a large structure with an enlarged local area, it is difficult to provide a non-contact size reference within the shooting range, and the method using only the camera can convert pixels to actual size. I can't do it.
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、構造物の変位量を完全非接触で手軽かつ精度よく測定することのできる構造物変位量測定方法を提供することを目的としている。 The present invention has been developed to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a structure displacement amount measuring method capable of easily and accurately measuring the displacement amount of a structure without contact. It is said.
前記課題を解決するため、本発明に係る構造物変位量測定方法は、基準画像と測定画像を比較し、画素変位量を算出した上で、撮影距離と撮影角度の情報から実寸変位量を算出する完全非接触の構造物変位量測定方法である。 In order to solve the above-described problem, the structural displacement measurement method according to the present invention compares the reference image and the measurement image, calculates the pixel displacement, and calculates the actual displacement from the information on the shooting distance and shooting angle. This is a completely non-contact structure displacement measuring method.
また、本発明に係る構造物変位量測定方法は、撮影装置により基準画像と測定画像を撮影し、測定装置により撮影距離と撮影角度の情報を得る第1のステップと、前記に撮影された基準画像と測定画像とを比較して画素変位量を算出する第2のステップと、前記画素変位量を実寸変位量に変換する第3のステップと、前記画像連番を実時間に変換する第4のステップと、前記第3のステップと第4のステップで変換されたデータから変化量が0の位置を推定する第5のステップと、前記第3のステップと第4のステップで変換されたデータから異常値を検出して除去する第6のステップと、前記第5のステップと第6のステップにより補正された変換データから変位量を決定する第7のステップと、前記第5のステップと第6のステップにより補正された変換データの変化量0区間から測定誤差を算出する第8のステップとを備えたことを特徴とする。 Further, the structure displacement measuring method according to the present invention includes a first step of capturing a reference image and a measurement image by a photographing device, and obtaining information of a photographing distance and a photographing angle by the measuring device, and the reference photographed above. A second step of calculating the pixel displacement amount by comparing the image with the measurement image, a third step of converting the pixel displacement amount into an actual displacement amount, and a fourth step of converting the image sequence number into real time. Step, a fifth step for estimating a position where the amount of change is 0 from the data converted in the third step and the fourth step, and data converted in the third step and the fourth step A sixth step of detecting and removing an abnormal value from the seventh step, a seventh step of determining a displacement amount from the converted data corrected by the fifth step and the sixth step, the fifth step and the fifth step 6 steps Characterized by comprising an eighth step of calculating a measurement error from the corrected transformed data variation 0 interval.
本発明は、構造物の変位量を完全非接触で手軽かつ精度よく測定することのできる構造物変位量測定方法を提供することが可能である。 The present invention can provide a structure displacement amount measuring method that can easily and accurately measure the displacement amount of a structure without contact.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。構造に関する図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings relating to the structure are schematic and different from the actual ones. Moreover, the part from which the relationship and ratio of a mutual dimension differ also in between drawings is contained.
まず、概要を説明する。本実施形態における構造物動的変位量測定方法では、動的撮影を行い、基準画像と測定画像とを比較し、画素変位量を算出する。その上で、撮影距離と撮影角度の情報から実寸変位量を算出する。この実寸変位量は、画素数で表わされた変位量を実スケールの単位に変換することで算出される。あわせて実測定誤差も算出する。実測定誤差とは実際に測定された誤差であり、後述する測定推定誤差とは異なる。現地の条件により実測定誤差が大きい場合は撮影条件を変更する。大気揺らぎの影響を軽減するために撮影距離の制約を導入した。また、離れて撮影しないといけない場合において大気揺らぎの小さい夜間撮影による測定を可能にする。また、測定データに大気揺らぎの影響がある場合はフィルタ処理などによる軽減を可能とする。 First, an outline will be described. In the structure dynamic displacement measuring method in this embodiment, dynamic imaging is performed, a reference image and a measurement image are compared, and a pixel displacement is calculated. Then, the actual displacement amount is calculated from the information on the shooting distance and shooting angle. The actual displacement amount is calculated by converting the displacement amount expressed by the number of pixels into a unit of an actual scale. In addition, the actual measurement error is calculated. The actual measurement error is an actually measured error and is different from a measurement estimation error described later. If the actual measurement error is large due to local conditions, change the shooting conditions. In order to mitigate the effects of atmospheric fluctuations, a shooting distance constraint was introduced. In addition, when shooting must be performed at a distance, measurement by night shooting with small atmospheric fluctuations is possible. If the measurement data is affected by atmospheric fluctuations, it can be reduced by filtering.
このような構造物動的変位量測定方法を手軽に実現する方法の一例として、民生用のデジタルカメラを利用する非接触の橋梁たわみ測定を提案する。本手法は橋梁を高倍率で連続的に撮影した一連画像のフレーム間移動量を画像処理よって自動的にサブピクセルオーダーで求め、レーザー計測された撮影距離と焦点距離に基づいて実寸の変位量に変換する。サブピクセルとは1画素よりも細かい単位をいう。撮影するカメラとレンズの組み合わせについてあらかじめ較正を行うことにより、フォーカス調整による焦点距離の変化の影響を取り除き、高精度に実寸の変位量を計算する。以下、図面を用いて詳細に説明する。 As an example of a method for easily realizing such a structural dynamic displacement measurement method, non-contact bridge deflection measurement using a consumer digital camera is proposed. In this method, the amount of movement between frames of a series of images obtained by continuously photographing a bridge at a high magnification is automatically calculated in sub-pixel order by image processing, and the actual displacement is calculated based on the distance measured by the laser and the focal length. Convert. A subpixel is a unit smaller than one pixel. By calibrating the combination of the camera and lens to be photographed in advance, the influence of the change in focal length due to focus adjustment is removed, and the actual displacement is calculated with high accuracy. Hereinafter, it explains in detail using a drawing.
図1は、本発明の構造物動的変位量測定方法の主要な処理ステップを示している。最初に、S1に示すように、測定撮影の前処理作業を行う。この前処理作業は、図2に示すように、測定撮影前シミュレーション作業(S11〜S16、S19)と、測定撮影前現場確認作業(S17〜S18、S19)とに大きく分けられる。 FIG. 1 shows the main processing steps of the structural dynamic displacement measuring method of the present invention. First, as shown in S1, preprocessing work for measurement imaging is performed. As shown in FIG. 2, the pre-processing work is roughly divided into a pre-measurement-photographing simulation work (S11 to S16, S19) and a pre-measurement-photographing site confirmation work (S17 to S18, S19).
このような構造物動的変位量測定方法を実現するためのシステムは、図3に示すように、撮影装置1、携帯用パソコンやサーバー等の演算処理装置2、測定適用性判定部3を備えている。演算処理装置2は、入力部21、登録部22、動的変位量測定部23、出力部24、記憶部25、発生変位量予測部26、撮影設定条件算出部27、変位算出部28、異常値検出・除去部29、測定精度推定部30で構成される。 As shown in FIG. 3, the system for realizing such a structure dynamic displacement measuring method includes an imaging device 1, an arithmetic processing device 2 such as a portable personal computer or a server, and a measurement applicability determination unit 3. ing. The arithmetic processing device 2 includes an input unit 21, a registration unit 22, a dynamic displacement amount measurement unit 23, an output unit 24, a storage unit 25, a generated displacement amount prediction unit 26, an imaging setting condition calculation unit 27, a displacement calculation unit 28, an abnormality A value detection / removal unit 29 and a measurement accuracy estimation unit 30 are included.
以下、測定撮影前シミュレーション作業について説明する。この作業では、まず、対象橋梁登録(S11)を行う。ここでは、たわみ測定を行う橋梁名、橋梁構造条件(支間長、構造(単桁、連続桁)、素材(メタル・コンクリート))、通過列車条件(車両重量、車両長、車軸間長、車両数、列車速度、想定乗車率)を入力部21から入力して、対象橋梁情報を登録部22に登録し、記憶部25に記憶させる。 Hereinafter, the simulation work before measurement photographing will be described. In this work, first, target bridge registration (S11) is performed. Here, the name of the bridge for which the deflection is measured, the bridge structure conditions (length between spans, structure (single girder, continuous girder), material (metal / concrete)), passing train conditions (vehicle weight, vehicle length, axle length, number of vehicles) , Train speed, estimated occupancy rate) are input from the input unit 21, and the target bridge information is registered in the registration unit 22 and stored in the storage unit 25.
次に、発生変位量予測(S12)を行う。発生変位量予測部26は、上記橋梁構造条件、通過列車条件から、最大たわみ量、たわみ波形、最大たわみ周波数をシミュレーション手法により予測・算出する。 Next, the generated displacement amount prediction (S12) is performed. The generated displacement amount prediction unit 26 predicts and calculates the maximum deflection amount, the deflection waveform, and the maximum deflection frequency from the bridge structure condition and the passing train condition by a simulation method.
次に、目標測定精度の決定(S13)を行う。S12で予測した結果に基づき、対象橋梁のたわみ測定の目標精度を決定する。次に、撮影条件設定(S14)を行う。S14では、測定対象橋梁の周辺状況を考慮し、たわみ測定撮影条件(デジタルカメラ、三脚(構造・重量)、撮影距離、撮影モード(連写、或いは動画))を設定する。その後、測定推定誤差を計算(S15)する。 Next, the target measurement accuracy is determined (S13). Based on the result predicted in S12, the target accuracy of the deflection measurement of the target bridge is determined. Next, photographing condition setting (S14) is performed. In S14, the deflection measurement photographing conditions (digital camera, tripod (structure / weight), photographing distance, photographing mode (continuous shooting or moving image)) are set in consideration of the surrounding situation of the measurement target bridge. Thereafter, a measurement estimation error is calculated (S15).
測定推定誤差の決定を難しくしているのは大気揺らぎによる影響である。大気揺らぎの影響は非線形であるばかりでなく、気象条件や場所により変化する。そのため、測定推定誤差の式に大気揺らぎの項を設けて評価すべきである。撮影装置が受ける外力に起因する誤差の項(A×K×D)、撮影画像に起因する誤差の項(P×s/f×D)、大気揺らぎに起因する誤差の項(B×D1.5)、それ以外の誤差の項(C)をした場合、最も単純なモデルは次に示す式のような各項を線形結合した式である。
ここに、Aは環境によって異なる係数、Kは三脚など機材によって固有な係数、D(m)は撮影距離、Pはサブピクセル係数、s(μm)はセンササイズ、f(mm)は焦点距離、Bは撮影時の大気揺らぎの大きさに関する係数、C(mm)はそれ以外の誤差である。 Here, A is a different coefficient depending on the environment, K is a coefficient specific to each equipment such as a tripod, D (m) is a shooting distance, P is a subpixel coefficient, s (μm) is a sensor size, f (mm) is a focal length, B is a coefficient related to the magnitude of atmospheric fluctuation during shooting, and C (mm) is the other error.
まず、大気揺らぎの影響について判断するため、大気揺らぎが大きい場合の影響を調べた。図4は、大気揺らぎが大きい計測データの静止範囲の標準誤差と、それらを大気揺らぎの項だけを使って表現すべく係数Bを定めたときのグラフを示したものである。参考のため、第1項と第2項を合算した推定精度を点線で示す。 First, in order to judge the effects of atmospheric fluctuations, the effects of large atmospheric fluctuations were investigated. FIG. 4 shows a standard error of measurement data having a large atmospheric fluctuation and a graph when the coefficient B is determined to express them using only the atmospheric fluctuation term. For reference, the estimation accuracy obtained by adding the first term and the second term is indicated by a dotted line.
次に、サブピクセル係数Pの推定方法について説明する。ここでは、現地の環境条件を一定に保つことで第一項の影響を受けない測定を行い、サブピクセル係数Pの精度を推定した。また、焦点距離や撮影モード、被写体の明るさや変化の大きさがサブピクセル係数Pにどのように影響を与えるかを調べた。以下に推定方法の手順1〜4を示す。 Next, a method for estimating the subpixel coefficient P will be described. Here, the local environmental conditions were kept constant, and the measurement was not affected by the first term, and the accuracy of the subpixel coefficient P was estimated. We also examined how the focal length, shooting mode, subject brightness, and magnitude of change affect the subpixel coefficient P. The steps 1 to 4 of the estimation method are shown below.
1.環境条件を一定に保ち、同時に(1)変動する対象と(2)静止している対象を撮影し、(1)−(2)を計算することで、変動のみを捉えた測定データを得る。 1. While keeping the environmental conditions constant, (1) Fluctuating objects and (2) Still objects are photographed, and (1)-(2) are calculated to obtain measurement data that captures only fluctuations.
2.1.と同一な環境において同一の変動に対して複数回の測定を行い、1.と同じ処理により複数回分の測定データを得る。 2.1. Perform multiple measurements for the same variation in the same environment. The measurement data for a plurality of times is obtained by the same processing as.
3.複数回分の測定データ間のばらつきにより測定精度の推定を行う。 3. The measurement accuracy is estimated based on the variation between multiple measurement data.
4.測定精度を空間分解能(=s/f×D)で除することによりPの値を得る。 4). The value of P is obtained by dividing the measurement accuracy by the spatial resolution (= s / f × D).
ところで、対象iを測定したときの全体の精度をσi, 第一項相当の精度をσi1, 第二項の精度をσi2としたとき、
となる。変動のみを捉えた測定データはσi1分がキャンセルされるためσi2のみの影響が残る。変動のみを捉えた測定データの精度をσmとし、変動した対象をi=1, 静止した対象をi=2とすると、誤差伝播則より
となる。静止した対象も変動した対象も同じ精度であるとすると(iを省略して)、σ2=σm/√2となる。 It becomes. If the stationary object and the changed object have the same accuracy (omitting i), σ 2 = σ m / √2.
さて、1回目の測定と2回目の測定の差を求め、その平均二乗誤差としてσdを得たとする。1回目の測定と2回目の測定に精度の差がないとすると、数3と同様に誤差伝播則を適用して、σm=σd/√2を得る。従ってσ2=σd/2として第2項の精度を得る。よって、
としてサブピクセル係数が算出される。3回以上の測定を行っている場合は、σdの平均値を用いる。なお、良い条件で撮影されたときのグラフが得られているときは、そのグラフとの平均二乗誤差を求め、良い条件で撮影されたときのσ2の値を用いて
として計算することができる。 Can be calculated as
次に、大気揺らぎが発生する場合の対策について説明する。 Next, a countermeasure when atmospheric fluctuation occurs will be described.
大気揺らぎの影響は時間方向及び空間方向の平滑化によってある程度緩和できる。ただし、たわみの変動を正しく把握するには、時間方向について大きく平滑化するのは適切ではない。一方、空間方向の平滑化のためにマッチング用の領域をあまり大きくしてしまうと、マッチングそのものが失敗する可能性が高くなる。また、マッチング用の処理時間も大きくなる。そのため、マッチング用の小領域を複数とり得られたグラフを平滑化する方法が考えられる。 The influence of atmospheric fluctuation can be alleviated to some extent by smoothing in the time direction and the spatial direction. However, it is not appropriate to largely smooth in the time direction in order to correctly grasp the deflection variation. On the other hand, if the matching area is made too large for smoothing in the spatial direction, there is a high possibility that the matching itself will fail. In addition, the processing time for matching also increases. Therefore, a method of smoothing a graph obtained by taking a plurality of small regions for matching can be considered.
次に、フィルタによる大気揺らぎの低減方法について説明する。 Next, a method for reducing atmospheric fluctuation using a filter will be described.
図5は、画像計測した計測グラフ(実線)と既往測定システムによる実測値(点線)のグラフを重ね合わせたものである。フィルタの値を大きくすることで計測グラフ(実線)が随分なめらかになっており、既往測定システムのグラフ(点線)と形が近くなっている。フィルタの効果がよく表れている例である。 FIG. 5 is a graph obtained by superimposing a measurement graph (solid line) obtained by image measurement and a graph of actual measurement values (dotted line) obtained by the past measurement system. By increasing the value of the filter, the measurement graph (solid line) becomes smoother and closer to the graph (dotted line) of the previous measurement system. This is an example in which the effect of the filter appears well.
このようにフィルタを利用する場合は、どの程度のフィルタサイズに設定するかが問題となるため、様々な大きさのフィルタをかけて最適なフィルタサイズを調査した。その結果、全体的なおおまかな傾向としては、図6に示すように、標準偏差が小さいときのフィルタサイズの変化は急であり、徐々に変化が穏やかとなることがわかった。このような傾向を示すモデル式としては、逆数をとる累乗関数や対数(log)がある。今回の調査データに最も当てはまりやすいのは対数であったので、以下のようなモデル式を立てて係数を求めることにした。
次に、時季・夜間における測定誤差の定式化について説明する。 Next, formulation of measurement errors during the season and night will be described.
数1(基礎式)の第1項と第2項は撮影距離Dに比例するが、第3項は撮影距離に応じて非線形に大きな影響を与える。大気揺らぎが十分小さい場合は、第1項や第2項の影響に隠れて、かなり撮影距離が大きくなるまでは非線形な影響は現れないが、大気揺らぎが大きくなると撮影距離が小さいうちから非線形な影響が現れる。 The first and second terms of Equation 1 (basic formula) are proportional to the shooting distance D, but the third term has a large non-linear effect depending on the shooting distance. When the atmospheric fluctuation is sufficiently small, it is hidden by the effects of the first and second terms, and no nonlinear effect appears until the shooting distance becomes considerably large. The effect appears.
ここで、大気揺らぎの影響は撮影時期や時間帯、大気の状況により大きく異なるため、大気揺らぎの影響を小さくする撮影距離の制約を導入する。大気揺らぎに起因する項を除去した推定式によって測定推定誤差を算出すれば、夏場測定や夜間測定などが可能となる。 Here, since the influence of atmospheric fluctuations varies greatly depending on the shooting time, time zone, and atmospheric conditions, a restriction on the shooting distance that reduces the influence of atmospheric fluctuations is introduced. If a measurement estimation error is calculated using an estimation formula that eliminates terms due to atmospheric fluctuations, summer measurements and nighttime measurements can be performed.
次に、測定撮影前現場確認作業について説明する。測定撮影前現場確認作業として、現場撮影(S17)を行い、適用性判定(S18)を行う。撮影機材を用いた橋梁たわみ測定撮影を行う前に、撮影場所の周辺状況や気象条件などたわみ測定撮影に適した状態であるかどうかを確認するため、現場撮影を行った後、たわみ測定撮影と同じ状況で静止状態の変動量を目視で確認する。具体的には、デジタルカメラの液晶モニターに貼り付けた専用スケールシートを用いて、静止物の変動がたわみ測定適用範囲内であるかどうかをS18で判定する。 Next, on-site confirmation work before measurement photographing will be described. As field confirmation work before measurement photographing, field photographing (S17) is performed, and applicability determination (S18) is performed. Before taking a bridge deflection measurement using a photographic equipment, in order to check whether it is in a state suitable for deflection measurement photography such as the surrounding situation of the shooting location and weather conditions, Visually check the amount of fluctuation in the stationary state under the same conditions. Specifically, using a dedicated scale sheet attached to the liquid crystal monitor of the digital camera, it is determined in S18 whether the fluctuation of the stationary object is within the deflection measurement application range.
現場の天候や風などの気象条件や自動車による振動などの環境条件等の影響により、画像方式の測定精度は大きく異なる。そのため、画像式測定法が適用可能かどうかの判定を現地で行う仕組みを考え実現した。画像式測定法が適用可能かどうかの判定には、第1に、三脚やカメラ、レンズにたわみやガタつき、緩みがないか、力を加えて確認することである。第2に、ストーンバッグの紐が張った状態になっているか、接地しているかを確認することである。第3に、風、振動、大気揺らぎの影響をチェックすることである。第4に、液晶モニター上で測定対象箇所の露光等の状態をチェックし、測定可能な撮影(シャッター速度、絞り、ISO感度)かどうかを確認をすることである。 The measurement accuracy of the imaging method varies greatly due to the influence of weather conditions such as on-site weather and wind, and environmental conditions such as vibrations caused by automobiles. For this reason, we have realized a mechanism to determine whether the image measurement method can be applied locally. In order to determine whether or not the image type measurement method is applicable, first, it is necessary to confirm whether a tripod, a camera, or a lens is bent, loose, or loose by applying force. Secondly, it is to confirm whether the string of the stone bag is stretched or grounded. Third, check the effects of wind, vibration, and atmospheric fluctuations. Fourthly, the state of exposure or the like of the measurement target portion is checked on the liquid crystal monitor to confirm whether or not the photographing is possible (shutter speed, aperture, ISO sensitivity).
上記の事項を確認した後、専用スケールシートによる確認を行う。ここで、専用スケールについて説明する。動的に変動する測定対象物の変位量をカメラにより測定するためには、1)カメラ自身が受ける振動などの影響、2)カメラと測定対象物との間にある大気などの影響に配慮する必要がある。そのため、測定の前に静止した対象をモニタリングすることで測定誤差を推定し、測定推定誤差が許容範囲内であることを確かめる必要がある。上記1)、2)の影響は測定位置周辺におけるその時々の環境に左右されることから、現場において測定直前にモニタリングできることが望ましい。 After confirming the above items, check with the dedicated scale sheet. Here, the dedicated scale will be described. In order to measure the displacement of a measurement object that fluctuates dynamically with a camera, 1) Consider the effects of vibrations on the camera itself, and 2) Consider the effects of the atmosphere between the camera and the measurement object. There is a need. Therefore, it is necessary to estimate a measurement error by monitoring a stationary object before measurement and to confirm that the measurement estimation error is within an allowable range. Since the effects of 1) and 2) are affected by the circumstances around the measurement position, it is desirable to be able to monitor immediately before the measurement at the site.
その方法のひとつとして、カメラの背面部にある液晶モニターを利用し、最大倍率で観測することにより測定推定誤差を評価することが考えられる。しかし、カメラの液晶モニターには変動量を測定する機能がないため、専用のスケールを貼り付けることにより定量的に誤差の量を推定できるようにする。ここでは、カメラの液晶モニターと専用スケール等が測定適用判定部3に該当する。 As one of the methods, it is conceivable to evaluate the measurement estimation error by using a liquid crystal monitor on the back of the camera and observing at a maximum magnification. However, since the camera's LCD monitor does not have a function for measuring the amount of variation, an error amount can be estimated quantitatively by attaching a dedicated scale. Here, the liquid crystal monitor of the camera and the dedicated scale correspond to the measurement application determination unit 3.
許容される誤差範囲(以下許容誤差範囲)は、撮影機材ごとに定められたパラメータKによって規定される。そのパラメータKが適用される場合の許容誤差範囲を表す目盛りを打った専用スケールを利用することで、現場において測定しようとしている環境が許容誤差範囲内となる状況であるかを、他に特別な装置を利用することなく簡便かつ即座に判断できる。 An allowable error range (hereinafter referred to as an allowable error range) is defined by a parameter K determined for each photographic equipment. By using a dedicated scale with a scale indicating the allowable error range when the parameter K is applied, it is possible to determine whether the environment being measured in the field is within the allowable error range. Simple and immediate judgment can be made without using an apparatus.
数1の測定推定誤差のうち、環境要因となる誤差を表すのが第1項のD×A×Kである。専用スケールはこの第1項の影響を判断するために用いられる。さて、カメラのd画素分の揺れが及ぼす対象物上での誤差の大きさδは以下の式で与えられる。 Of the measurement estimation errors of Equation 1, D × A × K in the first term represents an error that is an environmental factor. A dedicated scale is used to determine the effect of this first term. Now, the magnitude δ of the error on the object caused by the camera shake of d pixels is given by the following equation.
δ=D/f×S×d
よって、D×A×Kの誤差に相当する画素数dは以下の式から算出できる。
δ = D / f × S × d
Therefore, the number of pixels d corresponding to an error of D × A × K can be calculated from the following equation.
D×A×K= D/f×S×d
よって
d = A×K×f/S
撮影機材安全率係数K及び画素サイズSはカメラごとに固定した値であり、レンズの焦点距離を最大にすることにしておけば、焦点距離fの概算値も決定される。つまり撮影時の設定を決めておけば、測定誤差に相当する画素数dは撮影距離Dに関わらず一定の値となる。
D × A × K = D / f × S × d
Therefore
d = A × K × f / S
The photographing equipment safety factor coefficient K and the pixel size S are fixed values for each camera, and if the focal length of the lens is maximized, an approximate value of the focal length f is also determined. That is, if the setting at the time of shooting is determined, the number of pixels d corresponding to the measurement error becomes a constant value regardless of the shooting distance D.
ところで、カメラセンサの解像度と液晶モニターの解像度は一致しない。実際、液晶モニターの素子数はカメラセンサの素子数と比べずっと少ない。そのため、被写体の細部を表示するための拡大機能を有している。その方法は大きく分けて2種類あり、多くの一眼レフカメラで採用されているモニターの表示倍率を変える方法、多くのコンパクトカメラで採用されているデジタルズームを用いる方法である。 By the way, the resolution of the camera sensor and the resolution of the liquid crystal monitor do not match. In fact, the number of LCD monitor elements is much smaller than the number of camera sensor elements. Therefore, it has an enlargement function for displaying the details of the subject. There are roughly two types of methods, a method of changing the display magnification of a monitor adopted in many single-lens reflex cameras, and a method of using a digital zoom adopted in many compact cameras.
例えば、撮影時の画像画素数がW×Hであり液晶モニターのドット数がw×hであったとすると、対象とするのが縦方向の変位なのでH/h以上の倍率で表示できればよい。最大表示倍率をmとすると、m×h/Hが1画素あたりの表示ドット数である。さらに、液晶モニターの1ドットの縦方向の幅(mm)をsとすると、以下の式により許容誤差範囲に相当する液晶モニター上での変動幅δ(mm)を算出できる。 For example, if the number of image pixels at the time of shooting is W × H and the number of dots on the liquid crystal monitor is w × h, it is only necessary to display at a magnification of H / h or higher because the target is vertical displacement. If the maximum display magnification is m, m × h / H is the number of display dots per pixel. Further, when the vertical width (mm) of one dot of the liquid crystal monitor is s, the fluctuation width δ (mm) on the liquid crystal monitor corresponding to the allowable error range can be calculated by the following formula.
δ= A×K×f/S×m×h/H×s
専用スケールの例を図7に示す。
δ = A × K × f / S × m × h / H × s
An example of a dedicated scale is shown in FIG.
カメラの種類と、撮影機材安全率係数(三脚の種類)を変えて、専用スケールシートを液晶パネルに貼り付け、液晶パネルの条件設定を行い、静止物を観測した。測定適用範囲内であれば、S2へ進む。測定適用範囲内でなければ、環境条件(振動、風、大気ゆらぎなど)を考慮し、撮影条件変更を行い、S14に進む。 We changed the camera type and the equipment safety factor coefficient (tripod type), attached a special scale sheet to the liquid crystal panel, set the liquid crystal panel conditions, and observed a stationary object. If it is within the measurement application range, the process proceeds to S2. If it is not within the measurement application range, the shooting conditions are changed in consideration of environmental conditions (vibration, wind, atmospheric fluctuation, etc.), and the process proceeds to S14.
ここで、S11で登録した情報に加え、線路名、撮影位置見取図(GPS観測値)、測定箇所、測定撮影日時、気象状況(天候、湿度、風)、撮影距離、撮影作業者名、解析作業者名などの情報を入力部21等を用いて登録部22に登録し、撮影関連データを取り込む。 Here, in addition to the information registered in S11, track name, shooting position sketch (GPS observation value), measurement location, measurement shooting date, weather condition (weather, humidity, wind), shooting distance, shooting operator name, analysis work Information such as a person's name is registered in the registration unit 22 using the input unit 21 or the like, and photographing related data is captured.
測定適用範囲内となってS2に進むと、対象橋梁測定撮影が行われる。すなわち、決定した撮影条件に基づき、現地において対象橋梁のたわみ測定撮影を行う。測定撮影は、列車通過前から列車通過までの間、連続して撮影(動的撮影)を行う。図8に示すように、デジタルカメラ11で橋梁50の中央部を側面から連写撮影もしくは動画撮影する。撮影は通過前数秒と通過後数秒も含めて行う。予想されるたわみ量の大きさや必要な測定精度、また桁の長さや列車速度を考慮して撮影機材やフレームレート(F)や焦点距離(f)を決定する。また、カメラから橋梁の撮影部位までの距離(D)および撮影位置からの傾斜角(Φ)をハンディ型レーザー距離計12等で測定しておく。 When the process proceeds to S2 within the measurement application range, the target bridge measurement photographing is performed. That is, based on the determined shooting conditions, the deflection measurement shooting of the target bridge is performed at the site. Measurement shooting is performed continuously (dynamic shooting) from before the train passes until the train passes. As shown in FIG. 8, continuous shooting or moving image shooting is performed from the side of the center of the bridge 50 with the digital camera 11. Shooting is performed including several seconds before passing and several seconds after passing. The photographing equipment, frame rate (F), and focal length (f) are determined in consideration of the expected amount of deflection, the required measurement accuracy, the length of the digits, and the train speed. Further, the distance (D) from the camera to the imaging region of the bridge and the inclination angle (Φ) from the imaging position are measured with a handheld laser distance meter 12 or the like.
次に、動的撮影された画像データは記憶部25に保存されるが、この保存データから処理画像の選択を行い(S3)、撮影画像の判定(S4)を行う。S4では、たわみ測定時に撮影した画像が連写(静止画像)であるか動画像であるかを判定する。静止画像の場合はS6に進み、動画像の場合は動画から静止画への変換(S5)、すなわち1コマ毎の静止画像に変換する。これらの処理を動的変位量測定部23で行う。 Next, the dynamically captured image data is stored in the storage unit 25. A processed image is selected from the stored data (S3), and the captured image is determined (S4). In S4, it is determined whether the image taken at the time of deflection measurement is continuous shooting (still image) or moving image. In the case of a still image, the process proceeds to S6, and in the case of a moving image, conversion from a moving image to a still image (S5), that is, conversion into a still image for each frame is performed. These processes are performed by the dynamic displacement measuring unit 23.
S6では最終的に最大変位量を算出するのであるが、その詳細な手順を図9に示す。まず、基準画像(例えば、無負荷時の画像)を測定画像(例えば、列車通過時の画像)と比較し、さらに、基準画像をテンプレート、測定画像を探索プレートとして所定の処理を行う。 In S6, the maximum displacement is finally calculated, and the detailed procedure is shown in FIG. First, a reference image (for example, an image at no load) is compared with a measurement image (for example, an image at the time of passing a train), and further, a predetermined process is performed using the reference image as a template and the measurement image as a search plate.
まず、通過前に撮影された画像の1つを基準画像Rとし、たわみによって一様に動いているとみなせる箇所の時系列画像データをCn(n:撮影画像枚数)とする。基準画像Rと他の一連の画像Cnの間の鉛直方向の時系列の移動量Δypixを画素単位で自動的に計測する。計測をサブピクセルにかつ自動的に安定して計算する方法として最小二乗マッチングアルゴリズムを適用する。最小二乗マッチングにより輝度差が最小になるように輝度補正を行い(S61)、画素単位の変化量測定を行い(S62)、グラフ化を行う(S63)。グラフ化したデータから、縦軸の画素数をたわみ量(mm)に、横軸の撮影枚数を経過時間(秒)に変換する(S64)。 First, one of the images photographed before passing is set as a reference image R, and time-series image data of a portion that can be regarded as moving uniformly due to deflection is defined as Cn (n: number of captured images). A time-series movement amount Δypix in the vertical direction between the reference image R and another series of images Cn is automatically measured in units of pixels. A least square matching algorithm is applied as a method for automatically and stably calculating the measurement in sub-pixels. Luminance correction is performed so that the luminance difference is minimized by least square matching (S61), change amount measurement is performed in units of pixels (S62), and graphing is performed (S63). From the graphed data, the number of pixels on the vertical axis is converted into a deflection amount (mm), and the number of shots on the horizontal axis is converted into elapsed time (seconds) (S64).
(1) 画像座標(画素)と写真座標(mm)との関係
いま写真の画像座標を(u,v)としたとき、レンズ歪を無視して写真の中心位置を原点とする写真座標(x ,y)は、センサの1素子のサイズをs (mm/画素)、画素数をw×hとしたとき、以下のように表される。
(2) カメラ座標系と対象座標系との関係
カメラの焦点距離をfとしたとき、橋桁の列車進行方向(Z)に対するカメラの光軸方向の水平方向の回転量をθ、カメラの傾斜角をφとしたとき、カメラ座標系(x, y, -f) とカメラ座標系と座標原点を同一とする橋桁の計測点を現す対象座標系(X,Y,Z)との関係は以下のように表される。
ここに、ΔX, ΔYはそれぞれ計測点(X,Y,Z)における横揺れ量とたわみ量である。また、Δx, Δyはたわみと横揺れによる写真上の変動量である。λは縮尺変数である。なお、Z方向の変動はないものと仮定した。また、カメラの光軸まわりの回転量をκとし、橋桁は傾いていないと仮定した。 Here, ΔX and ΔY are a roll amount and a deflection amount at the measurement point (X, Y, Z), respectively. Δx and Δy are the amount of change on the photograph due to deflection and roll. λ is a scale variable. It was assumed that there was no change in the Z direction. The rotation amount around the optical axis of the camera is κ, and it is assumed that the bridge girder is not tilted.
さて、φは距離計に搭載される傾斜計の値をそのまま用いればよいが、θ, κは画像から求めることにする。まずκであるが、画像の中央付近で上下方向に向いたエッジを探す。望遠撮影であることから、中央付近の微小な変化では縮尺係数λは変化しないと仮定すると、画像上のエッジのベクトル(dx,dy)と対象上のベクトル(0, dY, 0)を用いて、
のように表すことができる。この式から、
κ=arctan(-dx/dy)
としてκを得ることができる。次に、左右方向のエッジの画像上のベクトル(dx’, dy’)と対象上のベクトル(0, 0, dZ)を用いて、
κ = arctan (-dx / dy)
Κ can be obtained as Next, using the vector (dx ', dy') on the image of the edge in the horizontal direction and the vector (0, 0, dZ) on the object,
なる関係式からθを解く。 Θ is solved from the following relational expression.
θ=arctan(sinφ(dx’cosκ+dy’sinκ)/(-dx’sinκ+dy’cosκ))
以下、簡単のためκ=0として話を進める。
θ = arctan (sinφ (dx'cosκ + dy'sinκ) / (-dx'sinκ + dy'cosκ))
In the following, for the sake of simplicity, the discussion proceeds with κ = 0.
(3)たわみ量の簡易計算
まず簡単のため正面から撮影した場合、すなわちθ=π/2のときについて考える。このとき、は以下のように変形できる。
さて、写真の中心(x, y) = (0, 0)を計測点としたとき、たわみも横揺れもないときには、Z = 0、Ycosφ-Xsinφ=0 すなわち Y=Xtanφが成り立つ。 Now, when the center (x, y) = (0, 0) of the photograph is taken as a measurement point, Z = 0, Ycosφ−Xsinφ = 0, that is, Y = Xtanφ holds when there is no deflection or roll.
このとき、たわみ(=ΔY)のみが発生したと仮定した場合は
Δx = 0
Δy ≒ fΔYcosφ/X(cosφ+tanφsinφ)
のような簡単な関係となるため、
ΔY = ΔyX(cosφ+ tanφsinφ)/fcosφ
としてたわみ量を計算できる。φが小さいなら、tanφsinφ≒0なのでΔY = ΔyX/fとしてもよい。ちなみに、近似可能な範囲を±1%、すなわち0.99 <(cosφ+ tanφsinφ)/cosφ<1.01とするなら、-5.7°<φ<5.7°である。
At this time, if it is assumed that only deflection (= ΔY) has occurred, Δx = 0
Δy ≒ fΔYcosφ / X (cosφ + tanφsinφ)
Because it becomes a simple relationship like
ΔY = ΔyX (cosφ + tanφsinφ) / fcosφ
The amount of deflection can be calculated as If φ is small, tanφsinφ≈0, so ΔY = ΔyX / f may be set. Incidentally, if the approximate range is ± 1%, that is, 0.99 <(cosφ + tanφsinφ) / cosφ <1.01, −5.7 ° <φ <5.7 °.
ところで、測定時には写真の中央付近にある対象物までの水平距離Dを計測している。この水平距離D用いると、わざわざθを計算しなくても簡単にたわみ量を計算できる。 By the way, at the time of measurement, the horizontal distance D to the object near the center of the photograph is measured. If this horizontal distance D is used, the amount of deflection can be easily calculated without having to calculate θ.
(x, y) =(0, 0)付近の対象座標X, Zと水平距離Dとの関係は以下のように表される。 The relationship between the target coordinates X and Z in the vicinity of (x, y) = (0, 0) and the horizontal distance D is expressed as follows.
X=D sinθ、Z=-D cosθ
ところで、
by the way,
となるので、上式は写真中央付近ではDを用いて以下のように書き直すことができる。
これから、変動がない場合のYを計算すると、Y = D tanφとなる。よって、横揺れΔXがないと仮定するなら、-5.7°<φ<5.7°の範囲で
ΔY = ΔyD/f
としても、ほぼ正確なたわみ量を計算可能である。傾斜角がこの範囲を超える場合は
ΔY = ΔyD(cosφ+ tanφsinφ)/fcosφ
を用いて計算すればよい。なお、この式が適用できるのは写真の中央付近に写った対象でなおかつ水平距離がほぼDとなる場合に限ることに注意が必要である。
From this, when Y is calculated when there is no fluctuation, Y = D tanφ. Therefore, if it is assumed that there is no roll ΔX, ΔY = ΔyD / f in the range of -5.7 ° <φ <5.7 °
However, it is possible to calculate an almost accurate deflection amount. If the tilt angle exceeds this range, ΔY = ΔyD (cosφ + tanφsinφ) / fcosφ
It is sufficient to calculate using It should be noted that this formula can be applied only when the object appears near the center of the photograph and the horizontal distance is approximately D.
(4) 厳密な計算
より厳密に計算するなら、上記(2)で示した式を逆に解けばよい。すなわち以下の式を解くことになる。
最初に、変動がない状態での対象座標(X, Y, Z)を求める必要があるが、式の数が3つであるのに対して、変数の数がλを含めると4つであるので、このままでは解けない。そこで、計測する橋梁桁の面がほぼ鉛直な平面であると仮定する。この場合Xは一定となる。写真のほぼ中心までの水平距離Dを用いると、すでに述べたようにX = D sinθとなる。これを変動量0として前記の式に代入してY、Zを解くと以下のようになる。
ここで得られたX, Y, Z を式に代入して、最終的に以下の式を得る。
この式を用いることで、鉛直方向のたわみ量ΔYだけでなく、横揺れ量ΔXを計算することができる。また、写真の中心付近から外れた場所を計測してたわみ量を出すこともできる。 By using this equation, not only the vertical deflection amount ΔY but also the roll amount ΔX can be calculated. In addition, the amount of deflection can be obtained by measuring a place that is off the center of the photograph.
以上の理論により、画素単位の変位量をmm単位鉛直方向変位量(たわみ量)に、写真連番(コマ)を撮影経過時間(秒単位)に変換する。 Based on the above theory, the displacement amount in pixel units is converted into the vertical displacement amount (deflection amount) in mm units, and the photograph sequence number (frame) is converted into the elapsed shooting time (in seconds).
たわみ量の変換式
ΔY = Δy×D×(cosφ+ tanφsinφ)/fcosφ
経過時間の変換式
t = n / F
ここで、上記変換式で変換する前に、S69に示されるように、撮影距離較正処理及び焦点距離補正処理を行う必要がある。図10に示すように、デジタルカメラには距離計が装着されている。距離計による測定値D’と撮影距離DとのずれをΔDは、焦点距離fを固定したうえで、ピントが合う範囲内で異なる撮影距離で複数の撮影を行ったうえ、最小二乗法によって算出する。
Deflection formula ΔY = Δy × D × (cosφ + tanφsinφ) / fcosφ
Elapsed time conversion formula t = n / F
Here, before conversion by the above conversion formula, it is necessary to perform shooting distance calibration processing and focal length correction processing as shown in S69. As shown in FIG. 10, a distance meter is attached to the digital camera. ΔD is the difference between the measured value D 'measured by the distance meter and the shooting distance D. The focal length f is fixed, and multiple shots are taken at different shooting distances within the focus range. To do.
AF(オートフォーカス)を有効にして近距離でたわみ測定撮影を行う場合は、予め寸法が既知である被写体を撮影し、撮影距離と焦点距離の関係から算出した近似式を用いて、公称焦点距離の補正を行う。図11に例を示す。 縦軸は公称焦点距離と実際の焦点距離との差を、横軸は撮影距離を示す。撮影距離がある値より小さくなると急激に焦点距離の差が増大している。これらのデータを用いて、撮影距離に対する焦点距離補正処理を行う。 When performing deflection measurement shooting at a close distance with AF (autofocus) enabled, the subject is shot in advance and the nominal focal length is calculated using an approximate expression calculated from the relationship between the shooting distance and the focal length. Perform the correction. An example is shown in FIG. The vertical axis represents the difference between the nominal focal length and the actual focal length, and the horizontal axis represents the shooting distance. When the shooting distance becomes smaller than a certain value, the difference in focal length increases rapidly. Using these data, focal length correction processing for the shooting distance is performed.
次に、たわみ量0位置の推定(S65)を行う。たわみが発生していない区間(無負荷区間、列車通過前区間)を指定し、その区間の平均値を算出し、グラフの全体からその平均値を差し引きし、たわみ量0の位置を推定する。以上、S61〜S65、S69の各処理については、変位算出部28により行われる。 Next, the position of the deflection amount 0 is estimated (S65). A section in which no deflection occurs (no-load section, section before passing train) is calculated, the average value of the section is calculated, the average value is subtracted from the entire graph, and the position of the deflection amount 0 is estimated. As mentioned above, each process of S61-S65, S69 is performed by the displacement calculation part 28. FIG.
S66では、異常値があるか否かの異常値判定を行う。例えば、メディアンフィルタによる異常値判定を行う。具体的には、明らかに異常があると判別できるのは、隣接するデータと比べて非常に大きいか小さいかのいずれかのデータである。そこでメディアンフィルタを用いて異常値をカットすることにした。 In S66, it is determined whether there is an abnormal value. For example, an abnormal value is determined by a median filter. Specifically, data that can be clearly determined to be abnormal is data that is either very large or small compared to adjacent data. Therefore, we decided to cut out abnormal values using a median filter.
メディアンフィルタとは、中間値をとるフィルタのことである。中間値とは例えば{1 15 2} のような系列があったとき、{1 2 15}のように昇順に並べ替えをしたときの中間に位置する値であり、この場合は2が中間値に相当する。 The median filter is a filter that takes an intermediate value. For example, when there is a series such as {1 15 2}, the intermediate value is a value located in the middle when sorting in ascending order like {1 2 15}. In this case, 2 is the intermediate value It corresponds to.
具体的には、ある時刻の移動量ΔY は、前後3枚の移動量の中間値(最大から最小に並べたときの中間に位置する値、メディアン値)Δymed 、異常値判定の閾値をTh として、(ΔYmed-ΔY) ≧ Th の場合、異常値と判定する(S66)。異常値と判定された場合、次式を用いて、異常値を補正し、除去する(S67)。 Specifically, the movement amount ΔY at a certain time is the intermediate value of the movement amount of the front and rear three sheets (a value located in the middle when arranged from the maximum to the minimum, the median value) Δymed, and the threshold for abnormal value determination is Th , (ΔYmed−ΔY) ≧ Th, it is determined as an abnormal value (S66). If it is determined as an abnormal value, the abnormal value is corrected and removed using the following equation (S67).
(ΔYmed-ΔY) ≧ Thの場合 ΔY = ΔYmed
(ΔYmed-ΔY) < Thの場合 ΔY = ΔY
そして、変位量(最大たわみ量)を出力する(S68)。以上、S66〜S68までが、異常値検出・除去部29で実行される。
If (ΔYmed-ΔY) ≥ Th ΔY = ΔYmed
If (ΔYmed-ΔY) <Th ΔY = ΔY
Then, the displacement amount (maximum deflection amount) is output (S68). As described above, the abnormal value detection / removal unit 29 executes S66 to S68.
次に、測定精度推定部30は、たわみ量0推定時の区間における変位の標準偏差を算出し、測定精度を推定する。すなわち、列車通過前の静止状態(たわみ0)の変位量の標準偏差を算出し、この数値より、列車通過時におけるたわみ量測定値の測定精度を推定する(S7)。最後に、対象橋梁のたわみ測定結果の最大たわみ量、たわみ波形、推定した測定精度、測定場所、測定対象物等の情報を出力部24によりレポート出力する(S8)。 Next, the measurement accuracy estimation unit 30 calculates the standard deviation of the displacement in the section when the deflection amount 0 is estimated, and estimates the measurement accuracy. That is, the standard deviation of the displacement amount in the stationary state (deflection 0) before passing through the train is calculated, and the measurement accuracy of the measured deflection amount when passing through the train is estimated from this value (S7). Finally, information such as the maximum deflection amount, deflection waveform, estimated measurement accuracy, measurement location, measurement object, etc. of the deflection measurement result of the target bridge is output by the output unit 24 (S8).
以上のように、本発明の構造物変位量測定方法によれば、構造物の変位量を完全非接触で手軽かつ精度よく測定することができる。すなわち、画像式測定方法であっても、動的測定や微小たわみ量の測定ができ、測定精度の推定を行なうことができる。さらには、近距離から長距離までの広範囲撮影で高精度測定を行うことができ、現地の条件が違っても測定精度を同程度にすることができる。 As described above, according to the structure displacement amount measuring method of the present invention, the displacement amount of the structure can be measured easily and accurately with complete non-contact. That is, even with the image-type measurement method, dynamic measurement and measurement of a minute deflection amount can be performed, and measurement accuracy can be estimated. Furthermore, high-precision measurement can be performed over a wide range of shooting from a short distance to a long distance, and the measurement accuracy can be made comparable even if the local conditions are different.
なお、ここでは、橋梁を列車が通過する場合を例示して説明したが、もちろん、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、橋梁以外の構造物であっても同様の手法で変位量を測定することが可能である。 Here, the case where the train passes through the bridge has been described as an example, but the present invention is not limited to this. That is, the displacement amount can be measured by a similar method even for structures other than bridges.
前記課題を解決するため、本発明に係る構造物変位量測定方法は、撮影装置を移動可能な三脚上に固定したうえで動画像または連写画像を撮影し、その撮影された測定画像のうちの1枚の画像を基準画像とし、基準画像と測定画像を比較し、画素変位量を算出した上で、撮影距離と撮影角度の情報から実寸変位量を算出する完全非接触の構造物変位量測定方法であって、大気揺らぎを含む環境要因と撮影機材の性能に基づいて事前推定誤差を算出し、その事前推定誤差に基づいて撮影条件を初期設定した後、現場において実際に測定された事後測定誤差に基づいて撮影条件を再設定することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a structure displacement measuring method according to the present invention is a method of shooting a moving image or a continuous shot image after fixing a shooting device on a movable tripod, and out of the shot measurement images. A non-contact structure displacement amount that calculates the actual displacement amount from the information of the photographing distance and the photographing angle after comparing the reference image with the measurement image and calculating the pixel displacement amount. What measurement methods der, to calculate the pre-estimation error based on the performance of the environmental factors and photographic equipment, including air fluctuation, after the initial set the shooting conditions on the basis of the pre-estimation error, the actual measured in the field The imaging condition is reset based on the post-measurement error .
まず、概要を説明する。本実施形態における構造物動的変位量測定方法では、動的撮影を行い、基準画像と測定画像とを比較し、画素変位量を算出する。その上で、撮影距離と撮影角度の情報から実寸変位量を算出する。この実寸変位量は、画素数で表わされた変位量を実スケールの単位に変換することで算出される。あわせて実測定誤差(事後測定誤差)も算出する。実測定誤差とは実際に測定された誤差であり、後述する測定推定誤差(事前測定誤差)とは異なる。現地の条件により実測定誤差が大きい場合は撮影条件を変更する。大気揺らぎの影響を軽減するために撮影距離の制約を導入した。また、離れて撮影しないといけない場合において大気揺らぎの小さい夜間撮影による測定を可能にする。また、測定データに大気揺らぎの影響がある場合はフィルタ処理などによる軽減を可能とする。 First, an outline will be described. In the structure dynamic displacement measuring method in this embodiment, dynamic imaging is performed, a reference image and a measurement image are compared, and a pixel displacement is calculated. Then, the actual displacement amount is calculated from the information on the shooting distance and shooting angle. The actual displacement amount is calculated by converting the displacement amount expressed by the number of pixels into a unit of an actual scale. In addition, the actual measurement error (post-measurement error) is also calculated. The actual measurement error is an actually measured error and is different from a measurement estimation error (preliminary measurement error) described later. If the actual measurement error is large due to local conditions, change the shooting conditions. In order to mitigate the effects of atmospheric fluctuations, a shooting distance constraint was introduced. In addition, when shooting must be performed at a distance, measurement by night shooting with small atmospheric fluctuations is possible. If the measurement data is affected by atmospheric fluctuations, it can be reduced by filtering.
Claims (12)
前記に撮影された基準画像と測定画像とを比較して画素変位量を算出する第2のステップと、
前記画素変位量を実寸変位量に変換する第3のステップと、
前記画像連番を実時間に変換する第4のステップと、
前記第3のステップと第4のステップで変換されたデータから変化量が0の位置を推定する第5のステップと、
前記第3のステップと第4のステップで変換されたデータから異常値を検出して除去する第6のステップと、
前記第5のステップと第6のステップにより補正された変換データから変位量を決定する第7のステップと、
前記第5のステップと第6のステップにより補正された変換データの変化量0区間から測定誤差を算出する第8のステップとを備えたことを特徴とする構造物変位量測定方法。 A first step of capturing a reference image and a measurement image with an imaging device, and obtaining information of an imaging distance and an imaging angle with the measurement device;
A second step of calculating a pixel displacement amount by comparing the reference image captured in the above and the measurement image;
A third step of converting the pixel displacement amount into an actual displacement amount;
A fourth step of converting the image sequence number into real time;
A fifth step of estimating a position where the amount of change is 0 from the data converted in the third step and the fourth step;
A sixth step of detecting and removing abnormal values from the data converted in the third step and the fourth step;
A seventh step of determining a displacement amount from the conversion data corrected in the fifth step and the sixth step;
A structure displacement amount measuring method comprising: an eighth step of calculating a measurement error from a section 0 of change amount of conversion data corrected in the fifth step and the sixth step.
現地の条件に応じた実測定誤差を算出することを特徴とする請求項2記載の構造物変位量測定方法。 In the eighth step,
3. The structural displacement amount measuring method according to claim 2, wherein an actual measurement error is calculated according to local conditions.
前記撮影装置に取り付けられた専用スケールを用いて現地の条件による影響を測定し、影響が大きい場合には、撮影条件を変更することを特徴とする請求項2記載の構造物変位量測定方法。 Before shooting in the first step,
3. The structural displacement measuring method according to claim 2, wherein the influence of local conditions is measured using a dedicated scale attached to the photographing apparatus, and when the influence is large, the photographing conditions are changed.
測定推定誤差σ = A×K×D + P×s/f×D + B×D1.5 + C
環境によって異なる係数をA、機材によって固有な係数をK、撮影距離をD、サブピクセル係数をP、センササイズをs、焦点距離をf、撮影時の大気揺らぎの大きさに関する係数をBとする。 Error term (A × K × D) due to external force received by the photographing apparatus, error term due to photographed image (P × s / f × D), error term due to atmospheric fluctuation (B × D 1.5 3) The structure displacement amount measuring method according to claim 2, wherein when the other error term (C) is given, the measurement estimation error is calculated by the following equation.
Measurement estimation error σ = A × K × D + P × s / f × D + B × D 1.5 + C
A coefficient that varies depending on the environment, K is a coefficient specific to the equipment, D is a shooting distance, P is a sub-pixel coefficient, s is a sensor size, f is a focal length, and B is a coefficient related to the magnitude of atmospheric fluctuation during shooting. .
同時に変動する対象と静止している対象を撮影することによって、前記サブピクセル係数Pを算出することを特徴とする請求項6記載の構造物変位量測定方法。 In the calibration of the imaging device,
The structure displacement amount measuring method according to claim 6, wherein the sub-pixel coefficient P is calculated by photographing an object that fluctuates simultaneously and an object that is stationary.
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