JP2018072218A - Method and device for displacement - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、応力変動が生じる構造物の変位を計測する変位計測方法及び変位計測装置に関する。 The present application relates to a displacement measuring method and a displacement measuring apparatus for measuring a displacement of a structure in which a stress fluctuation occurs.
近年、例えば、橋梁等の構造物の老朽化が問題となっており、この対策を実施するには老朽化の度合いを知る必要がある。 In recent years, for example, aging of structures such as bridges has become a problem, and it is necessary to know the degree of aging in order to implement this countermeasure.
一般的に老朽化の度合いは、目視による定期点検によって判断され、この目視点検では、材料劣化や外観変状がわかるものの、内部劣化を知ることができず、安全性を適切に判断することが困難である。 In general, the degree of aging is determined by periodic visual inspection. Although this visual inspection shows material deterioration and external appearance deformation, internal deterioration cannot be known, and safety can be determined appropriately. Have difficulty.
目視点検では、ハンマーで床版を叩き、その音を聞いて劣化の指標とすることが従来から行われており、この場合には、床版の下部空間に足場を組む必要があった。 In visual inspection, hitting a floor slab with a hammer and listening to the sound is used as an indicator of deterioration. In this case, it is necessary to build a scaffold in the lower space of the floor slab.
このような方法では、足場の組立、分解、移動等に時間と費用を要することや、熟練度によって判断に差異が出るなどの問題がある。 In such a method, there are problems that time and cost are required for assembly, disassembly, movement, etc. of the scaffold, and that the judgment is different depending on the skill level.
そこで、足場を組むことなく老朽化の度合いを判断する手法として、特許文献1に記載されているように、非接触で橋梁の変位を計測する装置が従来から知られている。 Therefore, as a method for determining the degree of aging without assembling a scaffold, a device that measures the displacement of a bridge in a non-contact manner as described in Patent Document 1 is conventionally known.
この手法は、3次元レーザスキャナにより構造物の変位を計測する装置であって、計測対象物から離れた位置に測定装置を設置し、任意のターゲットに向けて照射したレーザーパルスが反射して戻ってくるまでの時間から算出する距離を計測することで任意点の座標を算出し、その座標の移動から変位を計測するものである。 This method measures the displacement of a structure with a three-dimensional laser scanner. A measuring device is installed at a position away from the object to be measured, and a laser pulse irradiated toward an arbitrary target is reflected back. By measuring the distance calculated from the time until it comes, the coordinates of an arbitrary point are calculated, and the displacement is measured from the movement of the coordinates.
しかしながら、特許文献1の手法は、広い範囲を計測できる反面、個々のポイントでは精度が低く、計測位置を正確に特定することが困難であり、構造物の変位量を正確に計測することができるとは言えない。 However, while the method of Patent Document 1 can measure a wide range, the accuracy is low at each point, and it is difficult to accurately specify the measurement position, and the displacement amount of the structure can be accurately measured. It can not be said.
また、その他、橋桁の変位を計測する一例として、トータルステーションを用いる手法やデジタルカメラ等を用いる手法が知られているが、トータルステーションでは高い計測精度が望めず、デジタルカメラでは1台のカメラでは1測点のみの計測となり広い範囲を計測できない等の問題がある。 In addition, as an example of measuring the displacement of a bridge girder, a method using a total station or a method using a digital camera is known, but high measurement accuracy cannot be expected in a total station, and a digital camera performs one measurement with one camera. There is a problem that only a point is measured and a wide range cannot be measured.
本願は上記各問題点の解決を課題の一例として為されたもので、簡易に精度良く構造物に生じる変位を計測可能な変位計測方法等を提供することにある。 The present application has been made by solving the above-described problems as an example of an object, and is to provide a displacement measuring method and the like that can easily and accurately measure a displacement generated in a structure.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の変位計測方法は、構造物(2)の異なる複数の変動部にターゲット(10)を配置し、前記ターゲットを撮影する光学式撮像装置(30)を固定部に配置して、前記構造物の変位前後の前記ターゲットを撮影し、各ターゲットの画像データの濃度分布に基づいて解析処理される変位前後の前記ターゲットの中心座標から前記構造物の変位量が計測されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the displacement measuring method according to claim 1 is an optical imaging device (30) in which a target (10) is arranged in a plurality of different variable portions of the structure (2) and the target is imaged. ) Is placed on a fixed part, the target before and after the displacement of the structure is photographed, and the center coordinates of the target before and after the displacement are analyzed based on the density distribution of the image data of each target. The displacement amount is measured.
また、請求項2に記載の変位計測装置(1)は、構造物の異なる複数の変動部に配置されるターゲット(10)と、固定部に配置される光学式撮像装置(30)と、前記光学式撮像装置により撮影された変位前後の前記ターゲットの画像データの濃度分布に基づいて解析処理される変位前後の前記ターゲットの中心座標から前記構造物の変位量を計測する処理装置(50)と、を備えていることを特徴とする。
Further, the displacement measuring device (1) according to
また、請求項3に記載の変位計測装置は、請求項2に記載の変位計測装置において、前記光学式撮像装置は、画角内に複数の前記ターゲットが含まれるように配置されていることを特徴とする。
The displacement measuring device according to claim 3 is the displacement measuring device according to
また、請求項4に記載の変位計測装置は、請求項2、又は請求項3に記載の変位計測装置において、前記中心座標は、画像データの各行又は各列の画素の階調値の平均値をグラフ化して得られた線図から算出されることを特徴とする。
The displacement measuring device according to claim 4 is the displacement measuring device according to
また、請求項5に記載の変位計測装置は、請求項2乃至4のいずれか一項に記載の変位計測装置において、前記ターゲットは、中心を基点として周囲の濃度が徐々に変動する指標であることを特徴とする。
Moreover, the displacement measuring apparatus according to claim 5 is the displacement measuring apparatus according to any one of
また、請求項6に記載の変位計測装置は、請求項5に記載の変位計測装置において、前記指標は、中心に頂点を有するようにして2つの三角形を点対称又は線対称に配置し、2つの三角形と他の部分の領域を異なる色調で表示したものであることを特徴とする。
Further, the displacement measuring device according to
また、請求項7に記載の変位計測装置は、請求項5、又は請求項6に記載の変位計測装置において、前記指標は、鉛直方向に2つ並んで配置されていることを特徴とする。 A displacement measuring device according to a seventh aspect is the displacement measuring device according to the fifth or sixth aspect, wherein two of the indicators are arranged in a vertical direction.
また、請求項8に記載の変位計測装置は、請求項2乃至7のいずれか一項に記載の変位計測装置において、前記ターゲットに光を照射する照射体が設けられていることを特徴とする。
Moreover, the displacement measuring device according to claim 8 is the displacement measuring device according to any one of
また、請求項9に記載の変位計測装置は、請求項2乃至8のいずれか一項に記載の変位計測装置において、前記ターゲットは、鉛直方向に移動可能であるとともに、鉛直軸回りに回転可能であることを特徴とする。
The displacement measuring device according to claim 9 is the displacement measuring device according to any one of
また、請求項10に記載の変位計測装置は、請求項2〜9のいずれか一項に記載の変位計測装置において、前記光学式撮像装置を支持する支持装置を更に備え、当該支持装置は、前記光学式撮像装置とともに水準器を並べて配置可能なベースを具備していることを特徴とする。
The displacement measurement device according to
また、請求項11に記載の変位計測装置は、請求項2〜10のいずれか一項に記載の変位計測装置において、前記光学式撮像装置は、動画データを撮影する撮像装置であって、
前記画像データは、動画データから時系列に切り出された静止画像であることを特徴とする。
Moreover, the displacement measuring device according to
The image data is a still image cut out in time series from moving image data.
以下、本願の実施形態について、図1乃至図10を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 10.
(変位検出方法の概要)
まず、変位計測方法について図1乃至図3を用いて説明する。
(Outline of displacement detection method)
First, a displacement measuring method will be described with reference to FIGS.
本実施形態の変位計測方法は、計測対象物としての構造物(例えば、橋梁)の老朽化の度合いを判断するために静的載荷時における撓み量(変位量)を計測するものである。 The displacement measuring method of this embodiment measures the amount of deflection (displacement) during static loading in order to determine the degree of aging of a structure (for example, a bridge) as a measurement object.
本実施形態の変位計測方法は、ターゲット10を用いて橋梁2に生じる撓み量(変位量)を計測するものであって、図2に示すターゲット10に表示される指標10Aを撮影し、その指標10Aの画像データの濃度分布に基づいて変位前後の指標10Aの中心座標を算出し、変位前後の中心座標を用いて橋梁2に生じる変位量を計測するものである。
The displacement measuring method of the present embodiment measures the amount of deflection (displacement) generated in the
なお、橋梁2の撮影には、撮影した画像をデジタルデータとして記録可能なデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの光学的撮像装置(以下、「撮像装置30」と称する。)が用いられる。また、デジタルビデオカメラ等の撮像装置を用いる場合には、動画を撮影した後に時系列に切り出された静止画の画像データが用いられる。
Note that an optical imaging device (hereinafter referred to as “
また、指標10Aの中心座標は、図3(b)に示すように、画像データの各行又は各列の画素の階調値の平均値をグラフ化して得られた線図から算出される。
Further, as shown in FIG. 3B, the center coordinates of the
この種の変位計測方法で用いられる指標の一例として、例えば、図9(a)に示すように、正方形を45度回転した菱形状の指標が知られている。この指標は、矩形部分が黒色で塗りつぶされたマーカ領域と、マーカ領域の周辺が白色で塗りつぶされた他の領域と、を有している。 As an example of an index used in this type of displacement measuring method, for example, as shown in FIG. 9A, a diamond-shaped index obtained by rotating a square by 45 degrees is known. This index has a marker area in which a rectangular portion is filled with black and another area in which the periphery of the marker area is filled with white.
このような指標は、撮影装置30により撮影され、撮影された画像データの重心座標は、例えば、図9(b)に示すように、画像データの各行又は各列の画素の階調値の平均値をグラフ化して得られた線形図から算出される。上述した正方形の指標の重心座標を線形図から算出する場合、図9(b)に示すような線形の頂点座標を求めるため、高次関数の解析が必要である。
Such an index is photographed by the photographing
また、このような指標は、撮像装置30と指標との距離が遠くなるほど、撮像装置30により撮影された画像データから得られるピクセル数が少なくなり、解析精度が低くなる。一方で、指標を大きくした場合、一般に複数のターゲットを任意の点に配置して、撮像装置30の画角内に複数のターゲットが映りこむように撮影されるため、ターゲットの配置変更等が必要となり作業性が悪い。
In addition, the longer the distance between the
また、その他従来の一般的な指標を用いてその重心(中心)座標を求める場合、白黒の境界を決める閾値の設定が困難で、特に、周囲の明るさが変化すると閾値も変えなければならず誤差を生じやすい。 In addition, when obtaining the center-of-gravity (center) coordinates using other conventional general indices, it is difficult to set a threshold value for determining the black-and-white boundary. In particular, the threshold value must be changed when the ambient brightness changes. Prone to errors.
(指標について)
そこで、本実施形態の変位計測方法で用いられる指標10Aは、図2及び図3に示すように、中心Xを基点として周囲の濃度が徐々に変動するように表示されたものであって、例えば、中心Xに頂点を有するようにして同一の2つの三角形を点対称又は線対称に配置し、この2つの三角形と他の部分の領域を異なる色調で表示したものである。
(About indicators)
Therefore, the
この指標によれば、指標をグラフ化して重心座標を算出する場合、図3に示すような線形図の交点座標を求めるため、1次関数の解析で重心座標を求めることができる。したがって、高次関数の解析で重心座標を求めるよりも、誤差が生じにくく、容易な算出式で高精度に重心座標を算出可能である。 According to this index, when calculating the barycentric coordinates by graphing the index, the barycentric coordinates can be obtained by analyzing the linear function because the intersection coordinates of the linear diagram as shown in FIG. 3 are obtained. Therefore, errors are less likely to occur than when the barycentric coordinates are obtained by analysis of a higher order function, and the barycentric coordinates can be calculated with high accuracy by an easy calculation formula.
また、本実施形態の指標10Aは、撮像装置30とターゲット10の距離に応じて、撮影される範囲が設定される。具体的には、撮像装置30とターゲット10の距離が近い場合には、図2に示す枠10bを解析する範囲として設定され、撮像装置30とターゲット10の距離が遠い場合には、図2に示す枠10cを解析する範囲として設定される。
In addition, the
したがって、従来のように、撮像装置30と指標10Aとの距離が遠くなっても所定のピクセル数を確保することが可能であり、ターゲット10(指標)の大きさを変えることなく1つの指標で高精度に重心座標を算出できる。
Therefore, it is possible to secure a predetermined number of pixels even when the distance between the
また、本実施形態の指標は、階調値の平均値をグラフ化することで算出されるので、白黒の境界を決める閾値を設置する必要がない。 In addition, since the index of the present embodiment is calculated by graphing the average value of gradation values, it is not necessary to set a threshold value for determining a black and white boundary.
(指標の精度について)
表1は、屋内において、撮影距離を変えて本実施形態で用いられた指標10Aを変位させた際の精度測定の結果である。
(About indicator accuracy)
Table 1 shows the results of accuracy measurement when the
表1における測定は、屋内において、撮影距離が5m及び10mの時に、ターゲット10を1〜10mmの範囲で変位させて、変位毎に撮像装置30により撮影して、その撮影画像から変位量の測定を行った。表1より、本発明の指標の計測誤差の平均は、撮影距離が5mの場合に0.019(mm)、撮影距離が10mの場合に、-0.007(mm)であった。本結果より、本発明の指標を用いることで、誤差をほぼ1/50以内にできることがわかる。
The measurement in Table 1 shows that when the shooting distance is 5 m and 10 m indoors, the
表2は、屋外において、撮影距離を変えて本実施形態で用いられた指標10Aを変位させた際の精度測定の結果である。
Table 2 shows the results of accuracy measurement when the
表2における測定は、屋外において、撮影距離を5〜30mの範囲で変えたときに、ターゲットを1〜10mmの範囲で変位させて、変位毎に撮像装置30により撮影して、その撮影画像から変位量の誤差を計測し、その最小値、最大値、及び平均値を計測した。表2により、本発明の指標の計測誤差の平均は、ほぼ1/50以内であった。本結果より、通常、周囲の明るさが暗かったり撮影距離が長くなると誤差を生じやすいが、本発明においては、周囲の明るさや撮影距離に影響を受けにくいことがわかる。
The measurement in Table 2 shows that when the shooting distance is changed in the range of 5 to 30 m outdoors, the target is displaced in the range of 1 to 10 mm, and the image is taken by the
(変位計測装置の構成等)
次に、上記変位計測方法を実施するための変位計測装置(以下、「計測装置1」と称する。)について図1乃至図8を用いて説明する。
(Configuration of displacement measuring device)
Next, a displacement measuring device (hereinafter referred to as “measuring device 1”) for carrying out the displacement measuring method will be described with reference to FIGS.
本実施形態の計測装置1は、一例として、図1に示すような橋梁2を計測対象物として適用した場合の実施形態を示すものであるが、この実施形態に限定されるものではなく、たとえば、高速道路等の大型構造物に適用することができる。また、以下の説明において、橋梁2は、図1に示すように、一例として、上端が道路面4と同一面となる橋台5を構築し、支承体6を介して橋桁7を載置しているものとする。また、本実施形態では、道路面4や支承体6を変位の生じにくい(変位しない)位置(固定部)とし、橋桁7を変位する位置(変動部)として説明を行う。
As an example, the measurement apparatus 1 of the present embodiment shows an embodiment in which a
本実施形態の計測装置1は、図1及び図4に示すように、橋梁2の橋桁7上に配置されるターゲット10と、このターゲット10を撮影する撮像装置30と、撮影された画像データに基づいて静的載荷時において橋梁(橋桁)に発生する撓み量(変位量)を解析処理する処理装置50と、を備える。
As shown in FIGS. 1 and 4, the measurement apparatus 1 of the present embodiment includes a
図1に示すように、ターゲット10は変動部に複数設置され、撮像装置30は固定部に設置される。図示例において、ターゲット10は、適宜間隔を有して一直線上に複数配置されているが、図1(b)に示すように、撮像装置30の画角に含まれるように配置されていれば特に本実施形態に限定されるものではない。具体的に本実施形態では、図1(b)に示すように、撮像装置30を横にずらしてターゲット10を斜め方向から撮影しているが、ターゲット10が並ぶ直線上に撮像装置30を配置し、各ターゲット10を高さ方向又は左右(横)方向にずらし、各ターゲット10が撮像装置30の画角内に含まれるようにしても構わない。
As shown in FIG. 1, a plurality of
このように撮像装置30の画角内に複数のターゲット10が含まれるようにすることで、1台の撮像装置30で複数個所のターゲット10を撮影可能であるため、設備や計測のための機器の設置を簡易に行え、作業性の効率化及び低コスト化を図れる。
Since a plurality of
図5に示すように、ターゲット10は、目印となる指標10Aが表示された表示装置11と、指標10Aに光を照射する照射装置17と、を備え、表示装置11と照射装置17は一体的に構成される。
As shown in FIG. 5, the
表示装置11は、地面に固定される基台12と、この基台12上に取り付けられ平行に立設する2つの立設体13と、この2つの立設体13に架け渡され、鉛直方向に摺動可能に取り付けられるブラケット14と、このブラケット14から立設するフレーム15に取り付けられる表示体16と、を備える。フレーム15は、ブラケット14に対して鉛直軸回りに回転可能に取り付けられており、表示体16を鉛直軸回りに適宜回転調整することが可能である。
The
このように表示装置11は、表示体16を鉛直方向に調整可能であるとともに、鉛直軸回りに回転可能であるため、撮像装置30と向き合うように調整される。
Thus, the
また、図示しないが、基台12には、複数の孔部が形成され、アンカー等の固定具がこの孔部に挿入されてアスファルトやコンクリート等の地面に設置される。また、基台12の4隅には、頭部と軸部とを備えるネジが取り付けられ、左右のネジの軸部の基台底面からの突出量を調整することにより基台の水平度が調整される。
Although not shown, the
表示体16は、例えば、不透過性の材料で形成された遮光板16aの表面に表示された指標10Aを有し、この指標10Aは、図2に示すように、中心Xを基点として周囲の濃度が徐々に変動するように表示されたものである。
The
具体的に例えばこの指標10Aは、図2に示すように、中心Xに頂点を有するようにして2つの三角形を点対称又は線対象に配置し、この2つの三角形を黒色として表示し、他の部分を白色で表示したものである。
Specifically, for example, as shown in FIG. 2, the
なお、指標の表示形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、任意の中心Xを通るようにして45°と−45°の斜線によって領域を区分けし、任意の対向する2つの領域と他の対向する2つの領域が異なる色調で表示してもよい。 Note that the display form of the index is not limited to the above-described embodiment. For example, an area is divided by oblique lines of 45 ° and −45 ° so as to pass through an arbitrary center X, and two opposing two The area and the other two opposing areas may be displayed in different colors.
このように指標10Aは、中心Xを基点として周囲の濃度が徐々に変動するように表示することで、撮像装置に30より撮影された画像データから中心座標を容易且つ正確に算出可能となる。
As described above, the
また、表示体16の背面には、斜め下方に延びる斜材21が枢軸を介して回動可能に取り付けられ、この斜材21は、表示装置11の2つの立設体13、13間に配置されるガイド23の後方に枢軸を介して回動可能に取り付けられる。また、ガイド23の前方には、照射装置17がブラケット(図示しない)を介して着脱可能、且つ上下方向に回動可能に取り付けられ、その向きが調整されて表示体16の表面に光を照射可能である。
A
ガイド23は、2つの立設体13、13によって左右方向の移動が規制され前後方向に移動可能であって、表示体16の高さ調整等によって移動する。また、ガイド23を後方へと移動することで斜材21の傾倒角を小さくすることで表示体16の安定化を図ることが可能である。
The movement of the
このように、表示体16は、立設体13、斜材21、及びガイド23によるトラス構造により支持され表示体16の安定化が図られ、風による表示体の横転等が防止される。
In this way, the
また、この表示体16には、鉛直方向に2つの指標10A、10Bが表示される。2つの指標10A、10Bは同一の指標であっても構わないが、本実施例の指標10Bに示すように、指標10Aを90度反転した形状であっても構わない。そして、本実施形態の計測装置1は、この2つの指標10A、10Bの中心のずれを計測することで橋台7のねじれを計測可能である。
Further, two
撮像装置30は、例えば、デジタルカメラ等の光学式撮像装置を用い、ターゲット10に表示されている指標10A、10Bをデジタルデータとして撮影し記録する。なお、撮像装置30は、当該デジタルカメラに限られるものではなく、静止画を画像データとして記録することができる装置であればよくデジタルビデオカメラなどであっても構わない。
The
この撮像装置30は、光学式撮像装置35と、水準器36と、これら光学式撮像装置35と水準器36を安定的に支持する支持装置38と、を備える。図6に示すように、支持装置38は、少なくとも3方向に拡がる脚31、31、31を備えた支持体32と、その支持体32上に載置されるベース33と、を備えている。
The
ベース33は、光学式撮像装置が載置される基部33aと、この基部33aの後端部に延長して設けられ、水準器が載置される延長部33bと、を有し、一方向に延びて平面視略T字状に形成される。なお、本実施形態において、延長部33bは、基部33aと一体的に設けられているが、必要に応じて脱着可能に構成されても構わない。また、延長部33bには、水準器36を位置決めするための枠33cを有し、この枠33cに水準器が載置される。そして、ベース上には、図示しないが、光学式撮像装置及び水準器36が並べて配置される。
The base 33 includes a
ベース33の前方端部には、地面に接する脚34が取り付けられており、この脚34と支持体32の3本の脚31によって、光学式撮像装置及び水準器が安定的に支持される。
A
また、脚34は、図示しないが、その先端部が固定用の金具を介して、例えば、Pレスアンカー等の固定具によって地面に固定される。
Moreover, although not shown, the
処理装置50は、一般にコンピュータと称される装置であって例えば、撮影装置によって撮影された画像データを取得し、その画像データに基づいて指標の中心座標を算出するとともに、変位前後の橋台の画像データの中心座標を比較して変位量及び変位方向を解析処理する解析処理部50aを備えている。このコンピュータは、演算機能を有するCPU(Central Processing Unit)、作業用RAM(Random Access Memory)、不揮発性メモリ、及び各種処理プログラムやデータを記憶するROM(Read Only Memory)等を備え、CPUがROMに記憶された各種プログラムを読み出し実行することにより各部を統括制御する。
The
具体的には、解析処理部50aは、例えば、まず、撮像装置によって撮影された変位前後の橋台の画像データを取得して、図3に示すように、取得した画像データの列ごとに画素の階調値の平均値を算出し、その値の点を結線することで得られる線形図から2つの1次式を得た後、当該2つの1次式の交点を算出し、算出した交点を指標の中心座標として算出する。 Specifically, for example, the analysis processing unit 50a first acquires the image data of the abutment before and after the displacement photographed by the imaging device, and, as shown in FIG. After obtaining the two linear expressions from the linear diagram obtained by calculating the average value of the gradation values and connecting the points of the values, the intersection of the two linear expressions is calculated, and the calculated intersection is Calculated as the center coordinates of the index.
次に、計測装置1を用いて、橋梁2に発生する変位量(撓み量)を計測する手法について説明する。
Next, a method for measuring the amount of displacement (amount of deflection) generated in the
まず、下準備が必要であり、図1(a)に示すように、使用者によって設定された変動部の複数の位置にターゲット10が設置されるとともに、図1(b)に示すように、撮像装置30が当該複数のターゲット10が画角内に収まるように固定部に設置される。
First, preparation is required, and as shown in FIG. 1A, the
なお、ターゲット10は、複数の設置される必要性はなく、例えば、変位量が最大となると推測される橋梁2の中央位置にのみ設置されても構わない。
In addition, the
(ターゲットの設置について)
まず、橋梁2上に作業スペースを設定する。作業スペースは、好適には、図1(b)に示すように、道路部分に隣接する歩道部分が用いられる。
(About target installation)
First, a work space is set on the
そして、図1に示すように、橋台7の上面(変動部)に複数のターゲット10が適宜設置される。また、図1(b)に示すように、橋台7から外れた道路上面(固定部)に複数のターゲット10が画角内に収まるように撮像装置30が設置される。
And as shown in FIG. 1, the some
また、ターゲット10は、好適には、撮像装置30のレンズ面とほぼ同じ高さに指標が配置されるように表示体16の高さが調整されるとともに、撮像装置30のレンズ面に対して向き合うように、表示体16の向きが調整される。また、照射装置17から照射される光が指標10Aに照射されるように照射装置17の向きが調整される。さらに、風が強い場合には、表示体16の背面に設けられる斜材21の傾倒角が小さくなるようにガイド23を後方に移動するなどして調整を行い、表示体16の安定化を図る。
In addition, the height of the
なお、表示体16が左右方向に傾いている場合には、水平調整用のねじにより基台12が水平になるように調整される。
When the
(計測手法について)
次に、無負荷(変位前の)状態において、撮像装置30によって各ターゲット10の指標10Aが撮影されるとともに、静的載荷(変位後の)状態において、撮像装置30によって各ターゲット10の指標10Aが撮影される。なお、撮影された画像データは、所定の解像度で処理装置50に送信(出力)される。また、これらの画像データは、図3(a)に示すように、格子状に配置された任意階調の画素により表現された画像データであって、一般的にデジタルカメラで撮影した際に記録されるデジタル画像である。
(About measurement method)
Next, the
次に、処理装置50は、変位前後の画像データから指標10Aの中心座標を算出するとともに、その座標情報に基づいて変位量を算出する。
Next, the
(中心座標の算出方法について)
まず、変位前後の画像データを読み出し、夫々の指標10Aの中心Xを含む一定領域の画像を切り出す。
(About the calculation method of center coordinates)
First, image data before and after displacement is read, and an image of a certain region including the center X of each
このとき、図2に示すように、撮像装置50に近いターゲット10は狭い範囲を切り出し範囲Yとして設定し、撮像装置30から遠いターゲット10は広い範囲を切り出し範囲Zとして設定し、その範囲内の画像データを解析することで、効率よく正確に座標を算出可能である。
At this time, as shown in FIG. 2, the
次に、図3に示すように、表示された画像データの各ピクセルの列又は行の階調値の平均値の分布から得られる2つの一次式の交点座標をサブピクセル単位で算出し、算出した座標を指標の中心座標とする。 Next, as shown in FIG. 3, the intersection coordinates of two linear expressions obtained from the distribution of the average values of the gradation values of the columns or rows of each pixel of the displayed image data are calculated in units of subpixels. This coordinate is used as the center coordinate of the index.
具体的には、例えば、画像データのサブピクセルの列の階調値の平均をX軸の値として、サブピクセルの行側を各サブピクセルの列のY軸の値としてグラフ化する。 Specifically, for example, an average of gradation values of sub-pixel columns of image data is graphed as an X-axis value, and a row side of the sub-pixel is graphed as a Y-axis value of each sub-pixel column.
その際、階調値の分布は図3(b)に示すようにV形となり、このグラフから2つの1次式を算出するとともに、2つの1次式の交点座標を算出し、その交点座標を指標の中心座標とする。 At this time, the distribution of gradation values is V-shaped as shown in FIG. 3B, and two linear expressions are calculated from this graph, and the intersection coordinates of the two linear expressions are calculated. Is the center coordinate of the index.
(変位量(撓み量)の算出について)
次に、変位前後の指標10Aの中心Xは、図7に示すように、下方に移動するため、変位前後の各ターゲットの交点座標のY軸の値を読み出し、その差分を算出し、その値を変位量(撓み量)とする。
(Calculation of displacement (bending amount))
Next, since the center X of the
また、橋台7にねじれが生じる場合、図8に示すように、変位前後の指標10A,10Bの中心Xの位置がずれるため、各指標10A,10Bの交点(中心)座標を算出して、変位前後の交点座標のX軸とY軸の値を読み出し、各座標の差分を算出することで、ねじれ量を算出することも可能である。
Further, when the
以上に説明したように、本実施形態の計測装置1は、橋梁2の異なる複数の位置に配置されるターゲット10と、固定部に配置される撮像装置30と、撮像装置30により撮影された変位前後のターゲット10に表示された指標10Aの画像データの濃度分布に基づいて解析処理される変位前後の指標10Aの中心座標から橋梁2の変位量を計測する処理装置50と、を備えている。また、この指標10Aの中心座標は、画像データの各行又は各列の画素の階調値の平均値をグラフ化して得られた線図から算出される。また、このターゲット10に表示される指標10Aは、中心Xを基点として周囲の濃度が徐々に変動するものであって、具体的には、この指標10Aは、中心Xに頂点を有するようにして2つの三角形を点対称又は線対称に配置し、この2つの三角形と他の部分の領域を異なる色調で表示したものである。
As described above, the measuring device 1 according to the present embodiment includes the
このように構成された計測装置1によれば、中心座標を正確に計測することができるため、変位量を正確に計測することができる。また、照度が変化しても計測精度に大きな影響を及ぼすことがない。また、外気温の影響を受けずに、低音高温環境下にも適応できる。また、非接触で構造物の変位を計測可能であるため、足場が不要であり作業性の効率化、低コスト化を図れる。 According to the measuring apparatus 1 configured as described above, since the center coordinates can be accurately measured, the displacement amount can be accurately measured. Further, even if the illuminance changes, the measurement accuracy is not greatly affected. In addition, it can be adapted to low temperature and high temperature environments without being affected by outside air temperature. Further, since the displacement of the structure can be measured in a non-contact manner, a scaffold is unnecessary, and work efficiency can be improved and costs can be reduced.
また、撮像装置30は、画角内に複数のターゲット10が含まれるように配置されている。したがって、1台の撮像装置30で複数のターゲット10を撮影可能であるため、経済性に優れる。
The
また、指標10A、10Bは、鉛直方向に2つ並んで配置されており、この2つの指標10A、10Bの中心のずれを計測することで橋梁2のねじれを計測可能である。
In addition, two
また、指標10Aに光を照射する照射装置17が設けられおり、夜間であっても橋梁2における変位計測を行うことが可能である。
Moreover, the
また、表示体16は、鉛直方向に移動可能であるとともに、鉛直軸回りに回転可能であり、指標10Aを撮像装置30に向き合うように配置することができるため、撮像装置30によって指標10Aを適切に撮影することができる。
Further, the
(他の実施例)
次に、変位計測方法の他の実施例について説明する。
(Other examples)
Next, another embodiment of the displacement measuring method will be described.
上述した変位計測方法は、橋梁の変位を計測する手法であるが、橋梁以外の、例えば、建築物の変位や、橋梁以外の他の構造物の任意箇所の変形を計測することが可能である。 The displacement measurement method described above is a method for measuring the displacement of a bridge, but it is possible to measure the displacement of a building other than a bridge, for example, an arbitrary portion of a structure other than a bridge. .
具体的には、建築物の左右に設けられている柱に、指標10Aを有するターゲット10を配置し、それぞれの指標10Aの重心座標を比較することで建築物の変位を容易に計測可能である。具体的には、左右の指標10Aの重心座標のX座標の変位により横方向のひずみ量が計測可能であり、左右の指標10Aの重心座標のY座標の変位によりねじれによるひずみ量が計測可能である。
Specifically, the displacement of the building can be easily measured by placing the
また、任意箇所の変形を計測する場合には、特に、指標10Aを同じ方向(縦又は横方向)で連続して配置することで、様々な方向の変位、回転、ねじれ等を計測することが可能である。
Moreover, when measuring the deformation | transformation of arbitrary places, the displacement, rotation, a twist, etc. of various directions can be measured especially by arrange | positioning the parameter |
また、ターゲットの設置について、上述した実施形態では、図1に示すように、橋台7の上面(変動部)にのみ、ターゲット10を適宜設置したが、橋台7から外れた道路上面(固定部)に複数のターゲット10を配置しているが、道路面4や支承体6を変位の生じにくい(変位しない)位置(固定部)にターゲット(以下、「固定ターゲット」という。)を設置して、この固定ターゲットも他のターゲット10とともに撮像装置30の画角に含まれるように配置することで、撮像装置30の取り外し、再設置した場合に、この固定部に設置された固定ターゲットの座標をもとに画像データの座標修正を行うことが可能である。
Further, regarding the installation of the target, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the
また、撮像装置により撮影した画像データから変位を計測する場合、座標をまずピクセル単位で計測し、その後、ピクセルサイズを乗じて実際の単位(mm)に変換するため、ピクセルサイズを算出する必要がある。このピクセルサイズの算出方法について以下に説明する。 In addition, when measuring displacement from image data captured by an imaging device, the coordinates are first measured in units of pixels, and then multiplied by the pixel size to convert to actual units (mm), so it is necessary to calculate the pixel size. is there. The pixel size calculation method will be described below.
まず、指標10Aについて、図10(a)に示すように、鉛直方向における三角形の範囲を表す基準位置A、Bを示す平行線70を表示しておくことで、ピクセルサイズを簡易且つ正確に算出可能となる。具体的には、予めA−B間の距離を処理装置50の記憶部に記憶しておき、撮像装置30により撮影された画像データのA−B間のピクセル数を処理装置50により算出し、このA−B間の距離とピクセル数に基いてピクセルサイズを算出する。
First, for the
また、他のピクセルサイズの算出方法として、図10(b)に示すように、上下に並べて指標10Aを配置しておき、この2つの指標10Aのそれぞれの中心座標C、Dを繋ぐC−D間の距離を予め処理装置50の記憶部に記憶しておく。次に、撮像装置30により撮影された画像データに基づいて2つの指標10Aの中心座標を線形図から算出し、C−D間のピクセル数を処理装置50により算出し、このC−D間の距離とピクセル数に基いてピクセルサイズを算出する。
As another pixel size calculation method, as shown in FIG. 10 (b), the
なお、本実施形態は一形態であって、この形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、画像データの各行のピクセルの階調値の平均値を求めてグラフ化しているが、画像データの各列のピクセルの階調値の平均値を求めてグラフ化しても構わない。また、画像データの各行と各列のピクセルの階調値の平均値を求めてグラフ化しても構わない。 In addition, this embodiment is one form and is not limited to this form. For example, in this embodiment, the average value of the gradation values of the pixels in each row of the image data is obtained and graphed. However, the average value of the gradation values of the pixels in each column of the image data may be obtained and graphed. I do not care. Further, an average value of gradation values of pixels in each row and each column of image data may be obtained and graphed.
また、本実施形態のターゲット10は、表示装置11と照射装置17を一体的に構成しているが、別体としてもよく、さらには、照射装置17は必須の構成要素ではない。
In addition, the
1 計測装置
2 橋梁
10 ターゲット
10A 指標
30 撮像装置
50 処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (11)
固定部に配置される光学式撮像装置と、
前記光学式撮像装置により撮影された変位前後の前記ターゲットの画像データの濃度分布に基づいて解析処理される変位前後の前記ターゲットの中心座標から前記構造物の変位量を計測する処理装置と、
を備えていることを特徴とする変位計測装置。 A target arranged in a plurality of variable parts of different structures;
An optical imaging device disposed in the fixed portion;
A processing device that measures the amount of displacement of the structure from the center coordinates of the target before and after displacement analyzed based on the density distribution of the image data of the target before and after displacement imaged by the optical imaging device;
Displacement measuring device characterized by comprising.
当該支持装置は、前記光学式撮像装置とともに水準器を並べて配置可能なベースを具備していることを特徴とする請求項2〜9のいずれか一項に記載の変位計測装置。 A support device for supporting the optical imaging device;
The displacement measuring device according to any one of claims 2 to 9, wherein the support device includes a base on which a level can be arranged side by side with the optical imaging device.
動画データを撮影する撮像装置であって、
前記画像データは、動画データから時系列に切り出された静止画像であることを特徴とする請求項2〜10のいずれか一項に記載の変位計測装置。 The optical imaging device is:
An imaging device for capturing video data,
The displacement measurement apparatus according to any one of claims 2 to 10, wherein the image data is a still image cut out in time series from moving image data.
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