JP2019011995A - Rigidity measuring device, rigidity measuring method, and program - Google Patents

Rigidity measuring device, rigidity measuring method, and program Download PDF

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弘大 松岡
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Abstract

To provide a rigidity measuring device that accurately and more quickly measures the rigidity of a measuring object by using picked-up images obtained by photographing the measuring object.SOLUTION: A rigidity measuring device 10 measures the rigidity of a measuring object on the basis of picked-up images photographed while exciting the measuring object, and comprises: an image information acquisition unit 35 that acquires a plurality of picked-up images of the measuring object photographed by the imaging unit 20 continuously every predetermined time; a displacement information calculation unit 36 that calculates displacement information from reference positions of a plurality of measuring points of the measuring object on the basis of the plurality of picked-up images; and a rigidity estimation unit 37 that estimates the rigidity of the measuring object on the basis of deflection of the measuring object calculated on the basis of the displacement information and deflection obtained through finite element analysis.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、剛性検出装置、剛性検出方法、及びプログラムに関するものである。   The present invention relates to a stiffness detection device, a stiffness detection method, and a program.

特許文献1,2に開示されているように、コンクリート構造物の表面を打撃した際に内部を伝播する弾性波速度を計測することで、コンクリートの強度などの物性を把握する方法が知られている。   As disclosed in Patent Documents 1 and 2, there is known a method for grasping physical properties such as strength of concrete by measuring the elastic wave velocity propagating inside when hitting the surface of a concrete structure. Yes.

特許文献1の弾性波速度比による床版の劣化度診断法には、弾性波速度の低下からひび割れや劣化の進行度合いを推定する方法が示されている。この文献には、衝撃弾性波を発生させる方法として、鋼製ハンマで床版を打撃する方法が記載されている。   In the method for diagnosing the deterioration of a floor slab based on the elastic wave velocity ratio of Patent Document 1, a method for estimating the progress of cracks and deterioration from a decrease in elastic wave velocity is shown. This document describes a method of hitting a floor slab with a steel hammer as a method of generating a shock elastic wave.

特許文献2には、橋梁やトンネルの壁面の簡単な加振方法として、火薬を目標点に向けて投てきすることで、検査員の手が容易に届かない場所であっても大きな加振力を発生させることができる方法が記載されている。   In Patent Document 2, as a simple method of oscillating the walls of bridges and tunnels, a large oscillating force can be obtained even in places where the inspector's hand cannot reach easily by throwing gunpowder toward the target point. The methods that can be generated are described.

一方、特許文献3に開示されているように、橋梁や建物の壁面等の測定対象に設置した反射体(ターゲット)に向けてレーザ光を出射し、反射されてきたレーザ光を受光することで測定対象の振動やたわみを非接触で測定する装置が知られている。   On the other hand, as disclosed in Patent Document 3, a laser beam is emitted toward a reflector (target) installed on a measurement target such as a bridge or a wall surface of a building, and the reflected laser beam is received. Devices for measuring vibration and deflection of a measurement object in a non-contact manner are known.

コンクリート構造物等では、ひび割れや、局所的な劣化、損傷等が発生した場合、その箇所の剛性が変化することが知られている。そのため、この剛性を精度よく検出する技術の開発が望まれている。また、昨今では4K高速度カメラ等、高画質で高サンプリングレートのビデオカメラの普及により、撮像された画像データを解析することで、様々な物体の多様な動作を検出する技術が開発され、測定対象の損傷検知や状態評価等のための剛性の検出への活用が期待されている。   In a concrete structure or the like, when cracks, local deterioration, damage, or the like occurs, it is known that the rigidity of the portion changes. Therefore, development of a technique for accurately detecting this rigidity is desired. Recently, with the widespread use of high-quality, high-sampling-rate video cameras such as 4K high-speed cameras, technology has been developed to detect various movements of various objects by analyzing captured image data. It is expected to be used for detection of rigidity for damage detection and condition evaluation of the target.

特開2014−149285号公報JP 2014-149285 A 特開2015−203572号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-203572 特開2017−53772号公報JP 2017-53772 A

しかしながら、特許文献1−3に記載の従来技術では、測定対象にセンサやターゲットを取り付ける必要があり、長大橋や斜張橋の斜材(ケーブル)などが測定対象となった場合、これらの取り付けが困難となる。一方、4K高速度カメラ等を用いた場合、ターゲット等の設置は不要となるが、画像データ量が膨大であり、測定対象の剛性を高速に検出するのが困難となるおそれがある。   However, in the prior art described in Patent Documents 1-3, it is necessary to attach a sensor or a target to a measurement target. When a slant (cable) of a long-span bridge or a cable-stayed bridge is a measurement target, these are attached. It becomes difficult. On the other hand, when a 4K high-speed camera or the like is used, it is not necessary to install a target or the like, but the amount of image data is enormous, and it may be difficult to detect the rigidity of the measurement target at high speed.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、測定対象を撮影した撮像画像を利用して、測定対象の剛性をより精度よく、かつより高速に検出することができる剛性検出装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a stiffness detector that can detect the stiffness of a measurement target with higher accuracy and higher speed using a captured image obtained by photographing the measurement target. The purpose is to do.

前記目的を達成するために、本発明の剛性検出装置は、測定対象を加振して撮影された撮像画像に基づいて、前記測定対象の剛性を検出する剛性検出装置であって、所定時間ごとに連続して撮影された前記測定対象の複数の撮像画像を取得する画像情報取得部と、前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を算出する変位情報算出部と、前記変位情報に基づいて算出した前記測定対象のたわみ、及び有限要素解析によるたわみに基づいて、前記測定対象の剛性を推定する剛性推定部と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the stiffness detector of the present invention is a stiffness detector that detects the stiffness of the measurement target based on a captured image that is taken by vibrating the measurement target, and is provided at predetermined intervals. An image information acquisition unit that acquires a plurality of captured images of the measurement object that are continuously photographed, and displacement information from a reference position of the plurality of measurement points of the measurement object based on the plurality of captured images A displacement information calculation unit, a deflection of the measurement object calculated based on the displacement information, and a rigidity estimation unit that estimates the rigidity of the measurement object based on a deflection by finite element analysis. And

ここで、前記剛性推定部は、たわみの最大値が得られた時刻の全節点での前記測定対象のたわみと、有限要素解析によるたわみとの二乗平均誤差を算出し、前記二乗平均誤差が、前回算出した二乗平均誤差より小さくなる間は、剛性の値を所定の初期値から所定ずつ変動させて更新し、所定回数以上更新されなかったときの剛性の値を、前記測定対象の剛性とする構成とすることができる。または、前記剛性推定部は、たわみの最大値が得られた時刻の全節点での前記測定対象のたわみと、有限要素解析によるたわみに基づいて、隣接する節点間の曲率をそれぞれ算出し、各節点における前記測定対象の曲率と、前記有限要素解析の曲率との二乗平均誤差を算出し、前記二乗平均誤差が、前回算出した二乗平均誤差より小さくなる間は、剛性の値を所定の初期値から所定ずつ変動させて更新し、所定回数以上更新されなかったときの剛性の値を、前記測定対象の剛性とする構成とすることができる。さらには、前記剛性推定部によって推定された前記測定対象の剛性に基づいて、前記測定対象の状態を検出する状態検出部を、備えた構成とすることができる。   Here, the stiffness estimator calculates a mean square error between the deflection of the measurement target at all nodes at the time when the maximum value of the deflection is obtained and the deflection by the finite element analysis, and the mean square error is While the value is smaller than the previously calculated mean square error, the stiffness value is updated by changing from a predetermined initial value by a predetermined amount, and the stiffness value when not updated more than a predetermined number of times is defined as the stiffness of the measurement target. It can be configured. Alternatively, the rigidity estimation unit calculates the curvature between adjacent nodes based on the deflection of the measurement object at all nodes at the time when the maximum value of deflection is obtained and the deflection by finite element analysis, A mean square error between the curvature of the measurement object at the node and the curvature of the finite element analysis is calculated, and while the mean square error is smaller than the previously calculated mean square error, the stiffness value is set to a predetermined initial value. It is possible to adopt a configuration in which the stiffness value is updated by varying by a predetermined amount, and the stiffness value when not updated more than a predetermined number of times is set as the stiffness of the measurement object. Furthermore, it can be set as the structure provided with the state detection part which detects the state of the said measuring object based on the rigidity of the said measuring object estimated by the said rigidity estimation part.

また、本発明の剛性検出方法は、上述のような剛性検出装置で行われる剛性検出方法であって、所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する工程と、前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を算出する工程と、前記変位情報に基づいて算出した前記測定対象のたわみ、及び有限要素解析によるたわみに基づいて、前記測定対象の剛性を推定する工程と、を有することを特徴とする。   Further, the stiffness detection method of the present invention is a stiffness detection method performed by the stiffness detection apparatus as described above, and a step of acquiring a plurality of captured images of a measurement object continuously photographed every predetermined time; A step of calculating displacement information from a reference position of a plurality of measurement points of the measurement object based on the plurality of captured images, a deflection of the measurement object calculated based on the displacement information, and a deflection by finite element analysis And estimating the rigidity of the measurement object based on the above.

また、本発明のプログラムは、コンピュータを、所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する手段と、前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を算出する手段と、前記変位情報に基づいて算出した前記測定対象のたわみ、及び有限要素解析によるたわみに基づいて、前記測定対象の剛性を推定する手段として機能させるためのプログラム手段として機能させるためのプログラムである。   Further, the program of the present invention includes a computer that acquires a plurality of captured images of a measurement target that are continuously captured every predetermined time, and a plurality of measurements of the measurement target based on the plurality of captured images. It functions as means for calculating displacement information from a reference position of a point, and means for estimating the rigidity of the measurement object based on the deflection of the measurement object calculated based on the displacement information and the deflection by finite element analysis. It is a program for functioning as a program means.

このように構成された本発明によれば、所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像に基づいて、測定対象の複数の測定点の変位情報を算出し、この変位情報に基づいて、測定対象のたわみ形状を算出する。そして、算出された測定対象のたわみと、有限要素解析によるたわみに基づいて、測定対象の剛性分布を推定する。したがって、測定対象を撮影した撮像画像を利用して、測定対象の剛性をより精度よく、かつより高速に検出することが可能となる。   According to the present invention configured as described above, the displacement information of the plurality of measurement points of the measurement target is calculated based on the plurality of captured images of the measurement target continuously photographed every predetermined time, and the displacement information Based on the above, the deflection shape of the measurement object is calculated. Then, the stiffness distribution of the measurement target is estimated based on the calculated deflection of the measurement target and the deflection by the finite element analysis. Therefore, it is possible to detect the rigidity of the measurement object with higher accuracy and at higher speed using the captured image obtained by photographing the measurement object.

また、剛性推定部は、測定対象のたわみと、有限要素解析によるたわみとの二乗平均誤差を算出し、この二乗平均誤差に基づいて測定対象の剛性を推定する構成であれば、測定対象の全体剛性を検出することができる。この剛性を観取した測定者は、測定対象の全体的な剛性の状態を的確に把握することができる。また、剛性推定部は、測定対象のたわみと、有限要素解析によるたわみに基づいて、それぞれの曲率を算出し、測定対象の曲率と有限要素解析の曲率との二乗平均誤差を算出し、この二乗平均誤差に基づいて測定対象の剛性を推定する構成であれば、測定対象の局所剛性を検出することができる。この剛性を観取した測定者は、測定対象のひび割れ、局所的な劣化や損傷等が発生した箇所を的確に特定することができる。また、剛性推定部によって推定された測定対象の剛性に基づいて、測定対象の状態を検出する状態検出部を備えた構成であれば、測定対象のひび割れ、局所的な劣化や損傷等を的確かつ自動的に検出して測定者に提示することができる。   In addition, the rigidity estimation unit calculates a mean square error between the deflection of the measurement target and the deflection by the finite element analysis, and if the rigidity of the measurement target is estimated based on the mean square error, the entire measurement target Stiffness can be detected. The measurer who observed this rigidity can accurately grasp the state of the overall rigidity of the measurement object. The stiffness estimator calculates the respective curvatures based on the deflection of the measurement target and the deflection of the finite element analysis, calculates the mean square error between the curvature of the measurement target and the curvature of the finite element analysis, and calculates this square. If it is the structure which estimates the rigidity of a measuring object based on an average error, the local rigidity of a measuring object can be detected. A measurer who observes this rigidity can accurately specify a location where a crack, local deterioration, damage, or the like of the measurement target has occurred. In addition, if the configuration includes a state detection unit that detects the state of the measurement target based on the rigidity of the measurement target estimated by the stiffness estimation unit, the measurement target is accurately cracked, locally deteriorated, damaged, and the like. It can be automatically detected and presented to the measurer.

第1実施形態の剛性検出装置の全体構成及び剛性検出状況を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the whole structure and rigidity detection condition of the rigidity detection apparatus of 1st Embodiment. 図1に示す剛性検出装置の機能を表す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing the function of the rigidity detection apparatus shown in FIG. 模型橋梁を衝撃加振し、各測定点で測定された変位データに基づいて生成された三次元画像の一例と、その剛体性変形成分及び曲げ変形成分とを表す図である。It is a figure showing an example of the three-dimensional image produced | generated based on the displacement data measured at each measurement point, and its rigid deformation component and bending deformation component by impact-exciting a model bridge. 全体剛性(EI)の推計手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the estimation procedure of whole rigidity (EI). 局所剛性(EI)の推計手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the estimation procedure of local rigidity (EI). 第1実施形態の剛性検出装置で実行される剛性検出方法の工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process of the rigidity detection method performed with the rigidity detection apparatus of 1st Embodiment. 全体剛性推計の工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process of total rigidity estimation. 局所剛性推計の工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process of local rigidity estimation.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態の剛性検出装置10の全体構成及び測定状況を説明するための図である。また、図2は、剛性検出装置10の機能を表す機能ブロック図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining the overall configuration and measurement status of the stiffness detector 10 of the first embodiment. FIG. 2 is a functional block diagram showing functions of the rigidity detection device 10.

本実施形態の剛性検出装置10は、測定対象の振動や変形等の変位を測定し、この変位に基づいて、測定対象の剛性を推定(検出)する。測定対象は、橋梁の橋桁等の梁状構造物、建築物若しくは擁壁等の構造物又は地面、斜面若しくは岩盤等の地物など、変位が生じるものであればいずれの構造又は形態であってもよい。   The rigidity detection device 10 of the present embodiment measures a displacement such as vibration or deformation of the measurement target, and estimates (detects) the rigidity of the measurement target based on the displacement. The object to be measured is any structure or form as long as displacement occurs, such as a beam-like structure such as a bridge girder of a bridge, a structure such as a building or a retaining wall, or a feature such as a ground, a slope, or a bedrock. Also good.

図1では、測定対象として、コンクリート鉄道橋のような橋梁1のRC桁2を例示している。このRC桁2は、平面視長方形状のコンクリート構造物であり、橋脚3,3間に架け渡されている。RC桁2では、例えば列車T等の走行による衝撃等で、ひび割れが発生したり、局所的な劣化や損傷が発生したりすることがある。RC桁2は、長手方向(線路方向)に同じ断面形状を有するため、ひび割れ等が発生した箇所のみの剛性が変化(低下)する。   In FIG. 1, the RC girder 2 of the bridge 1 like a concrete railway bridge is illustrated as a measuring object. The RC girder 2 is a concrete structure having a rectangular shape in plan view, and is spanned between the piers 3 and 3. In the RC girder 2, for example, cracks may occur or local deterioration or damage may occur due to an impact caused by traveling of the train T or the like. Since the RC girder 2 has the same cross-sectional shape in the longitudinal direction (line direction), the rigidity of only the portion where a crack or the like occurs changes (decreases).

また、測定対象が斜張橋の斜材(ケーブル)などの細長い物であってもよい。例えば、測定対象が斜張橋や長大橋であった場合に、剛性を検出したい箇所を撮影しにくいことがある。そのような場合に、例えば斜材を撮影した撮像画像を利用することができる。   Further, the object to be measured may be an elongated object such as a cable stayed cable (cable). For example, when the measurement target is a cable-stayed bridge or a long-span bridge, it may be difficult to photograph a portion where the rigidity is to be detected. In such a case, for example, a captured image obtained by photographing an oblique material can be used.

本実施形態の剛性検出装置10は、図1に示すように、測定対象となる構造物の撮像画像を所定時間ごとに連続して撮影する撮像部20と、撮像部20から逐次入力される撮像画像に基づいて、測定対象の変位を算出し、変位に基づいて剛性を検出する演算部30と、撮像部20及び演算部30とを接続するケーブル40と、を備えて構成される。   As shown in FIG. 1, the rigidity detection device 10 of the present embodiment includes an imaging unit 20 that continuously captures captured images of a structure to be measured every predetermined time, and imaging that is sequentially input from the imaging unit 20. A calculation unit 30 that calculates the displacement of the measurement target based on the image and detects the rigidity based on the displacement, and a cable 40 that connects the imaging unit 20 and the calculation unit 30 are configured.

本実施形態では、撮像部20と演算部30とはケーブル40を介して撮像画像等を送受信しているが、これに限定されるものではない。例えば、Bluetooth(登録商標)等の近距離無線通信や、WiFi(登録商標)等の無線LAN通信を利用して画像データを送受信する構成とすることもできる。   In the present embodiment, the imaging unit 20 and the calculation unit 30 transmit and receive captured images and the like via the cable 40, but are not limited to this. For example, image data can be transmitted and received using short-range wireless communication such as Bluetooth (registered trademark) or wireless LAN communication such as WiFi (registered trademark).

また、本実施例では、RC桁2をハンマ50で叩いて衝撃加振を行う。ハンマ50には、加速度センサ等のセンサ部51が設けられている。センサ部51は、演算部30と上述のような無線通信で接続され、ハンマ50による衝撃加振を検知して、衝撃加振の時刻データや物性データ等を演算部30へ出力するようになっている。なお、演算部30とセンサ部51とを有線で接続してもよい。   In the present embodiment, the RC girder 2 is hit with the hammer 50 to perform impact excitation. The hammer 50 is provided with a sensor unit 51 such as an acceleration sensor. The sensor unit 51 is connected to the calculation unit 30 by wireless communication as described above, detects the impact excitation by the hammer 50, and outputs the time data and physical property data of the impact excitation to the calculation unit 30. ing. Note that the arithmetic unit 30 and the sensor unit 51 may be connected by wire.

撮像部20は、構造物の被写体像を形成する撮像光学系と、この被写体像を電気信号に変換して出力するCCDやCMOS等の撮像素子と、などを備えて構成される。撮像部20としては、構造物の撮像画像を、所定時間ごとに連続して撮影し、画像データとして出力することができれば、特に限定されるものではないが、精度よく変位を測定するために、高画質で高サンプリングレートのデジタルビデオカメラを使用することが望ましい。より具体的には、解像度が720×480以上で、サンプリング周波数(フレームレート周波数)が60Hz以上のデジタルビデオカメラなどを使用することが望ましい。本実施形態では、解像度が1,920×600で、サンプリング周波数120Hzの高解像度で高サンプリングレートのデジタルビデオカメラを使用している。   The imaging unit 20 includes an imaging optical system that forms a subject image of a structure, an imaging device such as a CCD or CMOS that converts the subject image into an electrical signal, and outputs the electrical signal. The imaging unit 20 is not particularly limited as long as the captured image of the structure can be continuously captured every predetermined time and output as image data, but in order to accurately measure the displacement, It is desirable to use a digital video camera with high image quality and high sampling rate. More specifically, it is desirable to use a digital video camera having a resolution of 720 × 480 or higher and a sampling frequency (frame rate frequency) of 60 Hz or higher. In this embodiment, a digital video camera having a resolution of 1,920 × 600, a sampling frequency of 120 Hz, and a high sampling rate is used.

撮像部20で撮影される撮像画像は、所定時間ごとに連続して撮影された静止画像であってもよいし、動画像のフレーム画像であってもよい。   The captured image captured by the imaging unit 20 may be a still image captured continuously every predetermined time or a frame image of a moving image.

撮像部20は、測定者に保持されて撮影が行われるものでもよいが、本実施形態では、図1に示すように、撮像部20を三脚部21によって支持し、地面等に固定した状態で撮影を行うことで、ブレ等を抑制している。なお、撮像部20をドローン等の小型無人航空機等に搭載して、空中から構造物等の測定対象を撮影する構成とすることもでき、測定者が近づきにくい斜張橋や長大橋等でも容易に撮影することができる。   The imaging unit 20 may be held by a measurer and photographed. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the imaging unit 20 is supported by a tripod 21 and fixed to the ground or the like. By taking a picture, blurring and the like are suppressed. The imaging unit 20 can be mounted on a small unmanned aerial vehicle such as a drone so that a measurement object such as a structure can be photographed from the air. Can be taken.

演算部30としては、例えば、液晶ディスプレイ等の表示部31と、キーボードやマウス等の操作部32を備え、CPU、RAM、ROM等を内蔵したパーソナルコンピュータ(PC)を使用することができる。PCとしては、デスクトップ型PCを使用してもよいが、軽量で携帯性に優れることから、本実施形態では、ノート型PCを使用している。   As the arithmetic unit 30, for example, a personal computer (PC) that includes a display unit 31 such as a liquid crystal display and an operation unit 32 such as a keyboard and a mouse and incorporates a CPU, RAM, ROM and the like can be used. As the PC, a desktop PC may be used, but since it is lightweight and excellent in portability, a notebook PC is used in this embodiment.

図2に示すように、演算部30は、剛性検出装置10全体の動作を制御する制御部(CPU)33と、RAM、ROM、フラッシュメモリ、HDD等からなり各種プログラムやデータを記憶する記憶部34と、などを備えている。制御部33は、記憶部34に記憶されたプログラムに従って、剛性検出装置10全体を制御する。また、制御部33は、記憶部34に記憶された剛性検出プログラムに従って、剛性検出方法を実行する。すなわち、制御部33は、画像情報取得部35、変位情報算出部36、剛性推定部37、状態検出部38、表示画像生成部39としても機能する。   As shown in FIG. 2, the calculation unit 30 includes a control unit (CPU) 33 that controls the operation of the entire stiffness detection apparatus 10, and a storage unit that stores various programs and data including RAM, ROM, flash memory, HDD, and the like. 34 and the like. The control unit 33 controls the rigidity detection apparatus 10 as a whole according to the program stored in the storage unit 34. In addition, the control unit 33 executes a stiffness detection method according to the stiffness detection program stored in the storage unit 34. That is, the control unit 33 also functions as an image information acquisition unit 35, a displacement information calculation unit 36, a rigidity estimation unit 37, a state detection unit 38, and a display image generation unit 39.

画像情報取得部35は、撮像部20から入力される測定対象の撮像画像の画像データを取得する。このとき、画像情報取得部35は、取得した画像データに対して、必要な画像処理や加工(例えば、座標変換、コントラスト調整、色変換、明るさ調整、フィルタ処理等)を施す。取得した画像データは、記憶部34に記憶されて、変位情報算出部36に受け渡される。なお、記憶部34への記憶は、揮発メモリに一時的に記憶されるものであってもよいし、不揮発メモリに記憶されるものであってもよい。以降で説明する変位データ、たわみデータ、表示画像データ等についても同様である。   The image information acquisition unit 35 acquires image data of a measurement target captured image input from the imaging unit 20. At this time, the image information acquisition unit 35 performs necessary image processing and processing (for example, coordinate conversion, contrast adjustment, color conversion, brightness adjustment, filter processing, etc.) on the acquired image data. The acquired image data is stored in the storage unit 34 and transferred to the displacement information calculation unit 36. Note that the storage in the storage unit 34 may be temporarily stored in the volatile memory or may be stored in the nonvolatile memory. The same applies to displacement data, deflection data, display image data, and the like described below.

変位情報算出部36は、画像情報取得部35で取得した所定時間ごとの複数の画像データについて、適宜の画像解析ツールを用いて、画像データごとに、測定対象の複数の測定点の、予め決められた所定の基準位置からの変位情報(変位データ)を算出する。これにより、複数の測定点の変位データを取得することができる。つまり、変位データは、空間方向(測定点の位置の方向)と時間方向(撮影の時間軸方向)とを有する時空間データとして表される。算出された変位データは、記憶部34に記憶されて剛性推定部37に受け渡される。   The displacement information calculation unit 36 determines in advance a plurality of measurement points to be measured for each piece of image data using a suitable image analysis tool for a plurality of pieces of image data obtained by the image information acquisition unit 35 every predetermined time. Displacement information (displacement data) from the predetermined reference position is calculated. Thereby, displacement data of a plurality of measurement points can be acquired. That is, the displacement data is represented as spatio-temporal data having a spatial direction (direction of the position of the measurement point) and a time direction (time axis direction of imaging). The calculated displacement data is stored in the storage unit 34 and transferred to the stiffness estimation unit 37.

変位に基づいて、より精度よく剛性を検出するために、例えば、RC桁2の長手方向の多数の箇所を、測定点とすることが望ましい。より具体的には、測定点を100点よりも多くすることが望ましく、200点以上とすることがより望ましく、いわゆる大規模多点の変位データを測定することが望ましい。高画質で高サンプリングレートの撮像部20で撮影した撮像画像を用いることによって、このような大規模多点での変位データを取得することができる。この大規模多点での変位データに基づいて、より精度よく剛性を検出することができる。   In order to detect the rigidity more accurately based on the displacement, for example, it is desirable to set a number of locations in the longitudinal direction of the RC beam 2 as measurement points. More specifically, the number of measurement points is preferably more than 100 points, more preferably 200 points or more, and it is desirable to measure so-called large-scale multipoint displacement data. By using a picked-up image taken by the image pickup unit 20 with high image quality and a high sampling rate, it is possible to acquire such large-scale multi-point displacement data. Rigidity can be detected with higher accuracy based on this large-scale multi-point displacement data.

剛性推定部37は、変位情報算出部36で算出した変位データに基づいて、たわみ形状を抽出し、このたわみ形状に基づいて、有限要素法を用いた数値解析によって構造物の剛性分布を推定する。   The stiffness estimator 37 extracts a flexure shape based on the displacement data calculated by the displacement information calculator 36, and estimates the stiffness distribution of the structure by numerical analysis using a finite element method based on the flexure shape. .

橋梁のような梁状構造物は、ひび割れが発生したり、局所的な劣化や損傷が発生したりすると、その箇所の剛性のみが局所的に変化(低下)することが知られている。このような局所的な剛性の変化は、固有振動数や振動モード形により検知する試みがなされているが、感度が低く精度よく検知することが困難であった。また、振動モード形の高精度な測定には高密度なセンサの配置が必要であり、既存のセンサでは取得が困難であった。さらに、振動モード形では波形データからの同定誤差の影響も大きく、ひび割れ等による変化の検出は困難であった。   It is known that when a beam-like structure such as a bridge is cracked or locally deteriorated or damaged, only the rigidity of the portion locally changes (decreases). Attempts have been made to detect such a local change in stiffness by means of the natural frequency or vibration mode shape, but it has been difficult to detect accurately because of low sensitivity. In addition, high-accuracy measurement of the vibration mode type requires a high-density sensor arrangement, which is difficult to obtain with existing sensors. Furthermore, in the vibration mode type, the influence of the identification error from the waveform data is large, and it is difficult to detect changes due to cracks or the like.

そこで、発明者は、撮像部20で撮影された高画質で高サンプリングレートの撮像画像に基づいて得られた大規模多点の変位データのうち、衝撃加振時のたわみ形状に着目した。このたわみ形状を利用し、有限要素法を用いた数値解析によって、測定対象の長手方向の剛性分布を精度よく推定できることを知見し、本願発明をするに至った。   Therefore, the inventor has focused on the deflection shape at the time of impact excitation among large-scale multi-point displacement data obtained based on the high-quality and high-sampling-rate captured image captured by the imaging unit 20. It has been found that the longitudinal stiffness distribution of the measurement target can be accurately estimated by numerical analysis using the finite element method using this flexure shape, and the present invention has been made.

状態検出部38は、剛性推定部37により推定された剛性分布に基づいて、RC桁2にひび割れ、局所的な劣化、損傷等が発生しているか否かの判定、さらには発生箇所の特定等を行って、RC桁2の状態を検出する。   Based on the stiffness distribution estimated by the stiffness estimator 37, the state detector 38 determines whether or not the RC girder 2 is cracked, locally deteriorated, damaged, etc. To detect the state of the RC digit 2.

表示画像生成部39は、剛性推定部37により推定された剛性分布や、状態の検出結果を表す画像を生成し、表示部31に表示する。   The display image generation unit 39 generates an image representing the rigidity distribution estimated by the rigidity estimation unit 37 and the detection result of the state, and displays the image on the display unit 31.

次に、本実施形態の剛性検出装置10で行われる剛性検出方法について、図6−図8のフローチャートに基づき説明する。剛性検出に際して、まず、図1に示すように、剛性の検出対象である橋梁1のRC桁2の全体像を撮像部20で撮影できる位置に、剛性検出装置10を設置する。その後、演算部30を起動して、操作部32を操作すること等により、剛性検出プログラムを起動するとともに、撮像部20を起動してRC桁2の撮影を開始する。ここでは、動画像を撮影するものとする。   Next, a stiffness detection method performed by the stiffness detection apparatus 10 of the present embodiment will be described based on the flowcharts of FIGS. When detecting the rigidity, first, as shown in FIG. 1, the rigidity detecting device 10 is installed at a position where the entire image of the RC girder 2 of the bridge 1 that is the object of rigidity detection can be imaged. After that, by starting the arithmetic unit 30 and operating the operation unit 32, the stiffness detection program is started, and the imaging unit 20 is started to start photographing of the RC digit 2. Here, a moving image is taken.

そして、ハンマ50にてRC桁2の長手方向の中央を衝撃加振する。この衝撃加振によってRC桁2が振動する様子を撮像部20で撮影する。撮影画像の画像データが撮像部20から演算部30に出力されることで、剛性検出処理が開始される。この画像データの出力は、動画像の撮影に対応してリアルタイムに行われるものであってもよいし、予め決められた時間の動画像の撮影が完了した後に、一括出力するものであってもよい。また、センサ部51で検出された衝撃加振時の時刻データ等も、演算部30に出力される。   Then, the hammer 50 impacts the center of the RC girder 2 in the longitudinal direction. The imaging unit 20 takes a picture of how the RC girder 2 vibrates due to this impact excitation. Stiffness detection processing is started by outputting image data of a captured image from the imaging unit 20 to the calculation unit 30. The output of the image data may be performed in real time corresponding to the shooting of the moving image, or may be output at once after the shooting of the moving image for a predetermined time is completed. Good. In addition, time data and the like at the time of impact excitation detected by the sensor unit 51 are also output to the calculation unit 30.

剛性検出処理では、図6に示すように、まず、ステップS1で、画像情報取得部35が、センサ部51からの時刻データに基づいて、撮像部20からの衝撃加振後に撮影された動画像の画像データ(フレーム画像データ)を取得する。画像データには、必要な画像処理や加工処理が施される。次のステップS2では、変位情報算出部36が、ステップS1で取得した画像データに基づいて、画像解析によってフレームごとに、複数の測定点(例えば、200点以上)における変位データを算出し、記憶部34に記憶する。   In the stiffness detection process, as shown in FIG. 6, first, in step S <b> 1, the image information acquisition unit 35 is a moving image captured after impact excitation from the imaging unit 20 based on the time data from the sensor unit 51. Image data (frame image data) is acquired. The image data is subjected to necessary image processing and processing. In the next step S2, the displacement information calculation unit 36 calculates and stores displacement data at a plurality of measurement points (for example, 200 points or more) for each frame by image analysis based on the image data acquired in step S1. Store in the unit 34.

次のステップS3では、剛性推定部37が、ステップS2で算出された複数の測定点での時系列の変位データ(大規模多点変位データ)を、行数を時間、列数を空間とした行列として記憶部34から読み込む。次いでステップS4で、センサ部51からの衝撃加振の時刻データを取得し、ステップS5へと進む。   In the next step S3, the stiffness estimator 37 uses time-series displacement data (large-scale multipoint displacement data) at a plurality of measurement points calculated in step S2, the number of rows as time, and the number of columns as space. Reading from the storage unit 34 as a matrix. Next, in step S4, time data of impact excitation from the sensor unit 51 is acquired, and the process proceeds to step S5.

ステップS5で、剛性推定部37は、読み込んだ変位データと衝撃加振の時刻データに基づいて、RC桁2のたわみ形状を取得する。図3に、変位データを時間軸、空間軸及び変位軸の3次元空間にプロットして得られた、たわみ形状のイメージ(三次元画像)を示す。図3中、「Disp」は変位を表し、「Frame num.」はフレームNo、すなわち時間を表し、「Measurement points」は測定点の位置、すなわち空間を表す。   In step S5, the rigidity estimation unit 37 acquires the deflection shape of the RC girder 2 based on the read displacement data and impact vibration time data. FIG. 3 shows an image of a deflection shape (three-dimensional image) obtained by plotting displacement data in a three-dimensional space of a time axis, a space axis, and a displacement axis. In FIG. 3, “Disp” represents a displacement, “Frame num.” Represents a frame number, that is, time, and “Measurement points” represents a position of a measurement point, that is, a space.

そして、ステップS6で、衝撃加振時のたわみ形状、つまりたわみの最大値が得られた時刻でのたわみ形状(図3に太実線で示された曲げ変形成分)から、剛体回転及び剛体平進成分(図3に細実線で示された剛体変形成分)を除去する。具体的には、衝撃加振時の左右支点上の2点を結ぶ直線の傾きと切片を算出し、たわみ形状から引くことで、曲げ成分のみを抽出する。そのため、測定対象の剛性の算出精度を向上させることができる。   Then, in step S6, from the deflection shape at the time of impact excitation, that is, the deflection shape at the time when the maximum value of the deflection is obtained (bending deformation component indicated by a thick solid line in FIG. 3), rigid body rotation and rigid body flattening are performed. The component (rigid body deformation component indicated by a thin solid line in FIG. 3) is removed. Specifically, only the bending component is extracted by calculating the slope and intercept of a straight line connecting two points on the left and right fulcrums at the time of impact excitation and subtracting from the deflection shape. Therefore, the calculation accuracy of the rigidity of the measurement object can be improved.

次いで、ステップS7で、梁モデルを用いて、抽出した曲げ成分のたわみ形状の計測点数と節点数に基づいて、有限要素法(FEM)による数値解析を行う。以下、この有限要素解析の梁モデル又は結果を、「有限要素梁モデル」という。   Next, in step S7, using the beam model, a numerical analysis by a finite element method (FEM) is performed based on the number of measurement points and the number of nodes of the extracted bending shape of the bending component. Hereinafter, the beam model or result of this finite element analysis is referred to as a “finite element beam model”.

その後、ステップS8へと進み、曲げ剛性の初期値EI0を任意に設定し、以下のステップS9の全体剛性推計と、ステップS10の局所剛性推計の二段階の処理を行って、各々剛性を推定する。なお、本実施形態では、ステップS9、S10の双方を実行しているが、いずれか一方を実行し、全体剛性と局所剛性のいずれか一方を推計してもよい。   Thereafter, the process proceeds to step S8, where the initial value EI0 of the bending stiffness is arbitrarily set, and the following two-step processing of the overall stiffness estimation in step S9 and the local stiffness estimation in step S10 is performed to estimate the stiffness. . In addition, in this embodiment, although both step S9 and S10 are performed, any one may be performed and either one of whole rigidity and local rigidity may be estimated.

ステップS9の第一段階処理(全体剛性推計)の手順を、図7のフローチャートに沿って説明する。また、図4に、全体剛性(EI)の推計手順を説明するための図を示す。この図4の紙面上部に、測定対象のRC桁2の概略図を示し、測定対象の曲げ変形成分のたわみ(以下、「測定曲げ成分のたわみ」という)を一点鎖線で示す。図4の紙面下部に、有限要素梁モデルのたわみを実線で示す。このステップS9では、測定曲げ成分のたわみと、有限要素梁モデルのたわみを比較することで、全体剛性(EI)を推計する。   The procedure of the first stage process (total rigidity estimation) in step S9 will be described along the flowchart of FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the procedure for estimating the overall rigidity (EI). The schematic view of the RC girder 2 to be measured is shown in the upper part of the paper surface of FIG. 4, and the bending deformation component of the measurement target (hereinafter referred to as “measurement bending component deflection”) is indicated by a dashed line. The deflection of the finite element beam model is indicated by a solid line at the bottom of the page of FIG. In this step S9, the overall stiffness (EI) is estimated by comparing the deflection of the measured bending component with the deflection of the finite element beam model.

具体的に、以下の手順に従って第一段階処理を行う。
1.有限要素梁モデルに対して、RC桁2の衝撃加振位置と同様の位置に大きさ1の荷重を載荷し、有限要素梁モデルのたわみ形状を算出する(ステップS91)。
2.補正係数を、下記数式を用いて算出する(ステップS92)。
補正係数=(測定曲げ成分のたわみ最大値)/(有限要素梁モデルのたわみ最大値)
3.ステップS91で得られた有限要素梁モデルのたわみ最大値が、測定曲げ成分のたわみ最大値と等しくなるように、有限要素梁モデルの各節点の変位にステップS92で得られた補正係数を乗じる(ステップS93)。
4.測定曲げ成分のたわみ最大値が得られた時刻の全節点での測定曲げ成分のたわみと有限要素梁モデルのたわみの二乗平均誤差(現在)を算出する(ステップS94)。
5.全節点のEI値を、現在のEIから徐々に変動させるため、まず、新しいEI値を算出する。新しいEI値は、例えば前のEI値を平均してもよいし、前のEI値の10%を標準偏差とする正規分布から発生させてもよく、EIをランダムに変動させることができる(ステップS95)。
6.上記ステップS95で算出した新しいEI値で再びたわみ(有限要素梁モデル)を計算し、補正係数を乗算して補正を行い、測定曲げ成分のたわみと有限要素梁モデルのたわみの二乗平均誤差(新)を算出する(ステップS96)。
7.上記ステップS96で算出された二乗平均誤差が、現在のEI値の二乗平均誤差よりも小さくなるか判定し(ステップS97)、小さくなると判定された場合(YES)、新しいEI値を次のEI値としてステップS95に戻り、EI値を更新する。
8.上記ステップS97の判定で、小さくならないと判定された場合(NO)、次にEI値の更新が所定回数以上(例えば20回以上)されていないかを判定し(ステップS98)、更新が所定回数以上されていると判定された場合(NO)、ステップS95に戻ってEI値を更新する。
9.上記ステップS98の判定で、EI値の更新が所定回数以上されていないと判定された場合(YES)、EI値が収束したとして、その時のEI値を全体剛性とする(ステップS99)。
Specifically, the first stage process is performed according to the following procedure.
1. With respect to the finite element beam model, a load having a magnitude of 1 is loaded at the same position as the impact excitation position of the RC girder 2, and the deflection shape of the finite element beam model is calculated (step S91).
2. A correction coefficient is calculated using the following mathematical formula (step S92).
Correction factor = (Maximum deflection of measured bending component) / (Maximum deflection of finite element beam model)
3. The displacement of each node of the finite element beam model is multiplied by the correction coefficient obtained in step S92 so that the maximum deflection value of the finite element beam model obtained in step S91 is equal to the maximum deflection value of the measured bending component ( Step S93).
4). The mean square error (current) of the deflection of the measured bending component and the deflection of the finite element beam model at all nodes at the time when the maximum bending value of the measured bending component is obtained is calculated (step S94).
5. In order to gradually change the EI values of all nodes from the current EI, first, a new EI value is calculated. The new EI value may be averaged from the previous EI value, or may be generated from a normal distribution with a standard deviation of 10% of the previous EI value, and the EI can be varied randomly (step S95).
6). The deflection (finite element beam model) is calculated again with the new EI value calculated in the above step S95, corrected by multiplying by the correction coefficient, and the mean square error (new) of the deflection of the measured bending component and the deflection of the finite element beam model. ) Is calculated (step S96).
7). It is determined whether the root mean square error calculated in step S96 is smaller than the mean square error of the current EI value (step S97). If it is determined to be smaller (YES), the new EI value is set to the next EI value. The process returns to step S95 to update the EI value.
8). If it is determined in step S97 that the EI value is not reduced (NO), it is then determined whether or not the EI value has been updated a predetermined number of times (for example, 20 times or more) (step S98), and the update is performed a predetermined number of times. When it is determined that the above has been performed (NO), the process returns to step S95 to update the EI value.
9. If it is determined in step S98 that the EI value has not been updated a predetermined number of times (YES), the EI value has converged, and the EI value at that time is set as the overall rigidity (step S99).

次にステップS10の第二段階処理(局所剛性推計)の手順を、図8のフローチャートに沿って説明する。また、図5に、局所剛性(EI)の推計手順を説明するための図を示した。この図5の紙面左上部に、測定対象のRC桁2の概略図を示し、測定たわみ成分及び曲率に変換した測定たわみ成分を一点鎖線で示す。また、図5の紙面左下部に、有限要素梁モデルのたわみ及び曲率に変換した有限要素梁モデルのたわみを実線で示す。また、図5の紙面右に、測定たわみ成分の曲率(一点鎖線)と、有限要素梁モデルの曲率(実線)とを重畳した図を示す。ステップS10では、測定たわみ成分の曲率と、有限要素梁モデルの曲率とを比較することで、局所剛性(EI)を推計する。   Next, the procedure of the second stage process (local stiffness estimation) in step S10 will be described along the flowchart of FIG. FIG. 5 shows a diagram for explaining the estimation procedure of the local stiffness (EI). The schematic diagram of the RC girder 2 to be measured is shown in the upper left part of the drawing sheet of FIG. 5, and the measured deflection component and the measured deflection component converted into the curvature are indicated by a one-dot chain line. In addition, in the lower left part of FIG. 5, the deflection of the finite element beam model and the deflection of the finite element beam model converted into the curvature are indicated by solid lines. Moreover, the figure which superimposed the curvature (one-dot chain line) of the measurement deflection component and the curvature (solid line) of the finite element beam model is shown on the right side of FIG. In step S10, the local stiffness (EI) is estimated by comparing the curvature of the measured deflection component with the curvature of the finite element beam model.

具体的に、以下の手順に従って第二段階処理を行う。なお、ステップS9とステップS10とをともに実行するときには、下記ステップS101−S104を省略して、上記ステップS91−S94で算出された値を用いてもよい。
1.上記ステップS9の全体剛性推計で得られたEIを有する有限要素梁モデルに、RC桁2の衝撃加振位置と同様の位置に大きさ1の荷重を載荷し、たわみ形状を算出する(ステップS101)。
2.補正係数を、下記数式を用いて算出する(ステップS102)。
補正係数=(測定曲げ成分のたわみ最大値)/(有限要素梁モデルのたわみ最大値)
3.ステップS101で得られた有限要素梁モデルのたわみ最大値が、測定曲げ成分のたわみ最大値と等しくなるように、有限要素梁モデルの各節点の変位に上記ステップS102で得られた補正係数を乗じる(ステップS103)。
4.測定曲げ成分のたわみ最大値が得られた時刻の全節点での測定曲げ成分のたわみと有限要素梁モデルのたわみの二乗平均誤差(現在)を算出する(ステップS104)。
5.測定曲げ成分のたわみ及び有限要素梁モデルのたわみに対して、隣り合う節点間の差分(曲率)をそれぞれ計算する(ステップS105)
6.各節点において算出した測定曲げ成分の曲率及び有限要素梁モデルの曲率の二乗誤差(現在)を算出する(ステップS106)。
7.誤差の大きい節点に対応する要素のEI値を変動させるため、まず、新しいEI値を算出する。新しいEI値は、例えば前のEI値を平均してもよいし、前のEI値の10%を標準偏差とする正規分布から発生させてもよく、EIをランダムに変動させることができる(ステップS107)。
9.上記ステップS107で算出した新しいEI値で再びたわみ(有限要素梁モデル)を計算し、補正係数を乗算して補正を行い、測定曲げ成分の曲率と有限要素梁モデルの曲率の二乗平均誤差(新)を算出する(ステップS108)。
10.上記ステップS108で算出された二乗平均誤差(新)が二乗平均誤差(現在)よりも小さくなるか判定し(ステップS109)、小さくなると判定された場合(YES)に、新しいEI値を、選択した要素の次のEI値としてステップS105に戻り、EI値を更新する。
11.上記ステップS109の判定で、小さくならないと判定された場合(NO)、EI値の更新が所定回数以上(例えば20回以上)されていないかを判定し(ステップS110)、更新が所定回数以上されていると判定された場合(NO)、ステップS105に戻ってEI値を更新する。
12.上記ステップS110の判定で、EI値の更新が所定回数以上されていないと判定された場合(YES)、EI値が収束したとして、その時のEI値を局所剛性とする(ステップS111)。
Specifically, the second stage process is performed according to the following procedure. When both step S9 and step S10 are executed, the following steps S101 to S104 may be omitted and the values calculated in steps S91 to S94 may be used.
1. A load of size 1 is loaded on the finite element beam model having EI obtained by the overall rigidity estimation in step S9 at a position similar to the impact excitation position of the RC girder 2, and a deflection shape is calculated (step S101). ).
2. A correction coefficient is calculated using the following mathematical formula (step S102).
Correction factor = (Maximum deflection of measured bending component) / (Maximum deflection of finite element beam model)
3. The displacement of each node of the finite element beam model is multiplied by the correction coefficient obtained in step S102 so that the maximum deflection value of the finite element beam model obtained in step S101 is equal to the maximum deflection value of the measured bending component. (Step S103).
4). The mean square error (current) of the deflection of the measured bending component and the deflection of the finite element beam model at all nodes at the time when the maximum deflection value of the measured bending component is obtained is calculated (step S104).
5. The difference (curvature) between adjacent nodes is calculated for the deflection of the measured bending component and the deflection of the finite element beam model (step S105).
6). The square error (current) of the curvature of the measured bending component and the curvature of the finite element beam model calculated at each node is calculated (step S106).
7). In order to change the EI value of an element corresponding to a node having a large error, first, a new EI value is calculated. The new EI value may be averaged from the previous EI value, or may be generated from a normal distribution with a standard deviation of 10% of the previous EI value, and the EI can be varied randomly (step S107).
9. The deflection (finite element beam model) is calculated again with the new EI value calculated in step S107, corrected by multiplying the correction coefficient, and the mean square error (new) of the curvature of the measured bending component and the curvature of the finite element beam model. ) Is calculated (step S108).
10. It is determined whether the root mean square error (new) calculated in step S108 is smaller than the mean square error (current) (step S109). If it is determined to be smaller (YES), a new EI value is selected. Returning to step S105 as the next EI value of the element, the EI value is updated.
11. If it is determined in step S109 that the EI value has not been reduced (NO), it is determined whether the EI value has been updated a predetermined number of times (for example, 20 times or more) (step S110), and the update has been performed a predetermined number of times or more. If it is determined (NO), the process returns to step S105 to update the EI value.
12 If it is determined in step S110 that the EI value has not been updated a predetermined number of times (YES), the EI value has converged, and the EI value at that time is set as local stiffness (step S111).

以上、ステップS9の全体剛性推計、ステップS10の局所剛性推計の処理が終了したら、ステップS11へと進む(図6参照)。このステップS11では、状態検出部38が、ステップS9、S10で推計された全体剛性分布や局所剛性分布に基づいて、ひび割れ、局所的な劣化、損傷等が発生しているか否かを判定し、発生している場合は発生箇所を特定して、RC桁2の状態を検出する。図4、図5の例では、全体剛性分布又は局所剛性分布から、RC桁2の中央付近に損傷が生じていることを検出できる。   As described above, when the processing of the overall rigidity estimation in step S9 and the local rigidity estimation process in step S10 is completed, the process proceeds to step S11 (see FIG. 6). In step S11, the state detection unit 38 determines whether cracks, local degradation, damage, or the like has occurred based on the overall stiffness distribution or the local stiffness distribution estimated in steps S9 and S10. If it has occurred, the location of the occurrence is specified and the state of the RC digit 2 is detected. In the examples of FIGS. 4 and 5, it can be detected that damage has occurred near the center of the RC beam 2 from the overall stiffness distribution or the local stiffness distribution.

状態を検出したら、次にステップS12へと進む。このステップS12では、表示画像生成部39が、剛性推定部37により推定された全体剛性分布、局所剛性分布、検出された状態など、剛性の検出結果を表す画像を生成する。例えば、測定対象のRC桁2の概略図(図4、図5参照)、剛性分布の数値、損傷等の状態、損傷等の発生箇所等を表した画像を生成し、表示部31に表示する。   If a state is detected, it will progress to step S12 next. In step S <b> 12, the display image generation unit 39 generates an image representing the rigidity detection result such as the overall rigidity distribution, the local rigidity distribution estimated by the rigidity estimation unit 37, and the detected state. For example, a schematic diagram (see FIGS. 4 and 5) of the RC girder 2 to be measured, a numerical value of the stiffness distribution, a state of damage, an occurrence point of damage, and the like are generated and displayed on the display unit 31. .

なお、表示画像生成部39は、検出結果とともに、図3に示すような変位の三次元画像を表示部31に表示するものとすれば、測定者に変形を視覚的に認識させることができる。このとき、変位の大きさにより表示カラーを変化させてグラデーション化したり、グラフの重なっている部分を半透明化したりすることで、可視性を向上させることができる。   If the display image generation unit 39 displays a three-dimensional image of displacement as shown in FIG. 3 on the display unit 31 together with the detection result, the measurement person can visually recognize the deformation. At this time, visibility can be improved by changing the display color according to the magnitude of the displacement to make a gradation, or by making the overlapping portions of the graphs translucent.

次に、本実施形態の作用を説明する。本実施形態の剛性検出装置10は、撮像部20によって所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の画像データ(撮像画像)を取得する画像情報取得部35と、複数の画像データに基づいて、測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位データ(変位情報)を算出する変位情報算出部36と、変位情報に基づいて算出した測定対象のたわみ、及び有限要素解析によるたわみに基づいて、測定対象の剛性を推定する剛性推定部37と、を備えている。   Next, the operation of this embodiment will be described. The rigidity detection apparatus 10 of the present embodiment includes an image information acquisition unit 35 that acquires a plurality of image data (captured images) of a measurement target that are continuously captured by the imaging unit 20 every predetermined time, and a plurality of image data. Based on the displacement information calculation unit 36 that calculates displacement data (displacement information) from the reference position of a plurality of measurement points of the measurement target, the deflection of the measurement target calculated based on the displacement information, and the deflection by the finite element analysis And a rigidity estimation unit 37 for estimating the rigidity of the measurement target.

また、本実施形態の剛性検出方法は、本実施形態の剛性検出装置10で行われ、撮像部20によって所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する工程と、複数の撮像画像に基づいて、測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を算出する工程と、変位情報に基づいて算出した測定対象のたわみ、及び有限要素解析によるたわみに基づいて、測定対象の剛性を推定する工程と、を有している。   Further, the stiffness detection method of the present embodiment is performed by the stiffness detection apparatus 10 of the present embodiment, and acquires a plurality of captured images of the measurement target continuously captured every predetermined time by the imaging unit 20; Based on a plurality of captured images, based on the step of calculating displacement information from the reference position of a plurality of measurement points of the measurement target, the deflection of the measurement target calculated based on the displacement information, and the deflection by finite element analysis, And estimating the rigidity of the measurement object.

また、本実施形態のプログラムは、コンピュータを、所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する手段と、複数の撮像画像に基づいて、測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を算出する手段と、変位情報に基づいて算出した測定対象のたわみ、及び有限要素解析によるたわみに基づいて、測定対象の剛性を推定する手段として機能させるためのプログラムである。   In addition, the program of the present embodiment includes a computer that acquires a plurality of captured images of a measurement target that are continuously captured every predetermined time, and a plurality of measurement points of the measurement target based on the plurality of captured images. A program for functioning as a means for calculating the displacement information from the reference position, and a means for estimating the rigidity of the measurement object based on the deflection of the measurement object calculated based on the displacement information and the deflection based on the finite element analysis. is there.

したがって、本実施形態では、撮像部20での撮像画像を利用することで、従来のようなターゲットが不要となるとともに、多くの測定点での変位データを取得することができる。特に、高画質で高サンプリングレートの撮像部20を使用することで、大規模多点の変位データ(いわゆるビッグデータ)を取得することができる。このような大規模多点の変位データ(ビックデータ)に基づいてたわみ形状を算出し、このたわみ形状に基づいて、有限要素法を用いた数値解析を行うことで、測定対象の剛性を精度よく検出することができる。また、大規模多点の変位データであっても、有限要素による数値解析を行うことで、測定対象の剛性を高速に検出することができる。また、高度なセンサ等も不要となる。したがって、測定対象の剛性をより精度よく、かつより高速に検出することが可能な剛性検出装置10、剛性検出方法及びプログラムを提供することができる。また、この剛性に基づいて、測定対象のひび割れ、局所的な劣化、損傷等が発生状態や、発生箇所などを精度よく検出することも可能となる。   Therefore, in the present embodiment, by using the image captured by the imaging unit 20, a conventional target is not necessary, and displacement data at many measurement points can be acquired. In particular, by using the imaging unit 20 with high image quality and high sampling rate, large-scale multipoint displacement data (so-called big data) can be acquired. By calculating the deflection shape based on such large-scale multi-point displacement data (big data) and performing numerical analysis using the finite element method based on this deflection shape, the rigidity of the measurement target can be accurately determined. Can be detected. Further, even for large-scale multipoint displacement data, the rigidity of the measurement object can be detected at high speed by performing numerical analysis using a finite element. Further, an advanced sensor or the like is not necessary. Therefore, it is possible to provide the rigidity detection device 10, the rigidity detection method, and the program capable of detecting the rigidity of the measurement target with higher accuracy and at higher speed. Further, based on this rigidity, it is also possible to accurately detect the occurrence state, occurrence location, and the like of a crack, local deterioration, damage, etc. of the measurement object.

また、本実施形態では、剛性推定部37は、たわみの最大値が得られた時刻の全節点での測定対象のたわみと、有限要素解析によるたわみとの二乗平均誤差を算出し、二乗平均誤差が、前回算出した二乗平均誤差より小さくなる間は、剛性の値を所定の初期値から所定ずつ変動させて更新し、所定回数以上更新されなかったときの剛性の値を、測定対象の剛性(全体剛性)とする構成である。この剛性を観取した測定者は、測定対象の全体的な剛性の状態を把握することができる。   In the present embodiment, the stiffness estimator 37 calculates the mean square error between the deflection of the measurement target at all nodes at the time when the maximum value of the deflection is obtained and the deflection by the finite element analysis, and the mean square error However, while the value is smaller than the previously calculated mean square error, the stiffness value is changed by a predetermined amount from the predetermined initial value and updated, and the stiffness value when not updated more than a predetermined number of times is determined as the stiffness of the measurement target ( Overall rigidity). The measurer who observed this rigidity can grasp the overall rigidity state of the measurement object.

また、本実施形態では、剛性推定部37は、たわみの最大値が得られた時刻の全節点での測定対象のたわみと、有限要素解析によるたわみに基づいて、隣接する節点間の曲率をそれぞれ算出し、各節点における測定対象の曲率と、有限要素解析の曲率との二乗平均誤差を算出し、二乗平均誤差が、前回算出した二乗平均誤差より小さくなる間は、剛性の値を所定の初期値から所定ずつ変動させて更新し、所定回数以上更新されなかったときの剛性の値を、測定対象の剛性(局所剛性)とする構成である。この剛性を観取した測定者は、測定対象のひび割れ、局所的な劣化や損傷等が発生した箇所を的確に特定することができる。   In the present embodiment, the rigidity estimation unit 37 calculates the curvature between adjacent nodes based on the deflection of the measurement target at all nodes at the time when the maximum value of deflection is obtained and the deflection by the finite element analysis. Calculate the mean square error between the curvature of the object to be measured at each node and the curvature of the finite element analysis, and while the mean square error is smaller than the previous mean square error, the stiffness value is The value is updated by changing the value by a predetermined amount, and the rigidity value when the value is not updated a predetermined number of times or more is set as the rigidity of the measurement target (local rigidity). A measurer who observes this rigidity can accurately specify a location where a crack, local deterioration, damage, or the like of the measurement target has occurred.

また、本実施形態では、剛性推定部37によって推定された測定対象の剛性に基づいて、測定対象の状態を検出する状態検出部38を備えた構成である。これにより、測定対象のひび割れ、局所的な劣化や損傷等を的確かつ自動的に検出して測定者に提示することができる。   In the present embodiment, the state detection unit 38 that detects the state of the measurement target based on the rigidity of the measurement target estimated by the rigidity estimation unit 37 is provided. Thereby, the crack of a measuring object, local deterioration, damage, etc. can be detected accurately and automatically, and it can show to a measurement person.

以上、図面を参照して、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and design changes that do not depart from the gist of the present invention are not limited thereto. include.

例えば、上記各実施形態では、剛性検出装置10が撮像部20を備え、この撮像部20で撮影した撮像画像が演算部30に逐次入力される構成となっているが、この構成に限定されるものではない。演算部30が撮像画像を取得できればよく、例えば、撮像部20で撮影した撮像画像を撮像部20の記憶部に記録しておき、演算部30にすべての撮影画像のデータを転送する構成とすることもできる。また、現場で撮影した撮像画像を、インターネット等の通信回線を通じてダウンロードしたり、USBメモリやSDメモリカード等からインストールしたりする構成とすることもできる。   For example, in each of the embodiments described above, the rigidity detection device 10 includes the imaging unit 20 and the captured image captured by the imaging unit 20 is sequentially input to the calculation unit 30, but the configuration is limited to this configuration. It is not a thing. The calculation unit 30 only needs to be able to acquire the captured image. For example, the captured image captured by the imaging unit 20 is recorded in the storage unit of the imaging unit 20 and data of all captured images is transferred to the calculation unit 30. You can also. In addition, it is also possible to adopt a configuration in which captured images taken on site are downloaded via a communication line such as the Internet or installed from a USB memory or an SD memory card.

また、センサ部51を設けたハンマ50も、剛性検出装置10の構成部品とすることができる。また、演算部30がPCに限定されることはなく、大規模な多点変位データを処理する能力を備えていれば、タブレット端末や、スマートフォン等の携帯端末を使用することもできる。   Further, the hammer 50 provided with the sensor unit 51 can also be a component of the rigidity detecting device 10. In addition, the calculation unit 30 is not limited to a PC, and a portable terminal such as a tablet terminal or a smartphone can be used as long as it has an ability to process large-scale multipoint displacement data.

また、上記実施形態では、剛性推定部37により推定された剛性分布に基づいて、測定対象の状態を検出する状態検出部38を備え、剛性検出装置10によって自動で状態を判定しているが、これに限定されるものではない。剛性検出装置10を、状態検出部38を設けることなく構成し、剛性推定部37により推定された剛性分布に基づいて、測定者が測定対象の状態を判定するものとしてもよい。剛性検出装置10によって精度よく検出された剛性分布等に基づいて、測定者はより的確に状態を判定することができる。   Moreover, in the said embodiment, although equipped with the state detection part 38 which detects the state of a measuring object based on the rigidity distribution estimated by the rigidity estimation part 37, the state is determined automatically by the rigidity detection apparatus 10, It is not limited to this. The rigidity detection device 10 may be configured without providing the state detection unit 38, and the measurer may determine the state of the measurement target based on the rigidity distribution estimated by the rigidity estimation unit 37. The measurer can more accurately determine the state based on the stiffness distribution and the like detected with high accuracy by the stiffness detector 10.

1 橋梁(測定対象)
2 RC桁(測定対象)
10 剛性検出装置
20 撮像部
33 制御部
35 画像情報取得部
36 変位情報算出部
37 剛性推定部
38 状態検出部
1 Bridge (measurement target)
2 RC digit (measurement target)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rigidity detection apparatus 20 Imaging part 33 Control part 35 Image information acquisition part 36 Displacement information calculation part 37 Rigidity estimation part 38 State detection part

Claims (6)

測定対象を加振して撮影された撮像画像に基づいて、前記測定対象の剛性を検出する剛性検出装置であって、
所定時間ごとに連続して撮影された前記測定対象の複数の撮像画像を取得する画像情報取得部と、
前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を算出する変位情報算出部と、
前記変位情報に基づいて算出した前記測定対象のたわみ、及び有限要素解析によるたわみに基づいて、前記測定対象の剛性を推定する剛性推定部と、を備えたことを特徴とする剛性検出装置。
A rigidity detection device that detects the rigidity of the measurement object based on a captured image that is taken by vibrating the measurement object,
An image information acquisition unit for acquiring a plurality of captured images of the measurement object continuously photographed every predetermined time;
A displacement information calculation unit that calculates displacement information from a reference position of a plurality of measurement points of the measurement target based on the plurality of captured images;
A stiffness detection apparatus comprising: a stiffness estimation unit configured to estimate the stiffness of the measurement target based on the deflection of the measurement target calculated based on the displacement information and the deflection based on the finite element analysis.
前記剛性推定部は、たわみの最大値が得られた時刻の全節点での前記測定対象のたわみと、有限要素解析によるたわみとの二乗平均誤差を算出し、前記二乗平均誤差が、前回算出した二乗平均誤差より小さくなる間は、剛性の値を所定の初期値から所定ずつ変動させて更新し、所定回数以上更新されなかったときの剛性の値を、前記測定対象の剛性とすることを特徴とする請求項1に記載の剛性検出装置。   The stiffness estimator calculates a mean square error between the deflection of the measurement object at all nodes at the time when the maximum value of the deflection is obtained and the deflection by the finite element analysis, and the mean square error was calculated last time. While it is smaller than the mean square error, the stiffness value is updated by changing it from a predetermined initial value by a predetermined amount, and the stiffness value when not updated more than a predetermined number of times is set as the stiffness of the measurement object. The rigidity detection apparatus according to claim 1. 前記剛性推定部は、たわみの最大値が得られた時刻の全節点での前記測定対象のたわみと、有限要素解析によるたわみに基づいて、隣接する節点間の曲率をそれぞれ算出し、各節点における前記測定対象の曲率と、前記有限要素解析の曲率との二乗平均誤差を算出し、前記二乗平均誤差が、前回算出した二乗平均誤差より小さくなる間は、剛性の値を所定の初期値から所定ずつ変動させて更新し、所定回数以上更新されなかったときの剛性の値を、前記測定対象の剛性とすることを特徴とする請求項1または2に記載の剛性検出装置。   The stiffness estimator calculates the curvature between adjacent nodes based on the deflection of the measurement target at all nodes at the time when the maximum value of deflection was obtained and the deflection by finite element analysis, and at each node. A mean square error between the curvature of the measurement object and the curvature of the finite element analysis is calculated, and while the mean square error is smaller than the previously calculated mean square error, the stiffness value is determined from a predetermined initial value. The rigidity detection device according to claim 1 or 2, wherein the rigidity value is updated while being changed at a time, and the rigidity value when the update is not performed more than a predetermined number of times is the rigidity of the measurement object. 前記剛性推定部によって推定された前記測定対象の剛性に基づいて、前記測定対象の状態を検出する状態検出部を、備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の剛性検出装置。   The state detection part which detects the state of the said measuring object based on the rigidity of the said measuring object estimated by the said rigidity estimation part was provided, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Stiffness detection device. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の剛性検出装置で行われる剛性検出方法であって、
所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する工程と、
前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を算出する工程と、
前記変位情報に基づいて算出した前記測定対象のたわみ、及び有限要素解析によるたわみに基づいて、前記測定対象の剛性を推定する工程と、を有することを特徴とする剛性検出方法。
A rigidity detection method performed by the rigidity detection apparatus according to any one of claims 1 to 4,
Acquiring a plurality of captured images of a measurement object continuously photographed every predetermined time;
Calculating displacement information from reference positions of a plurality of measurement points of the measurement object based on the plurality of captured images;
And a step of estimating the rigidity of the measurement object based on the deflection of the measurement object calculated based on the displacement information and the deflection by finite element analysis.
コンピュータを、
所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する手段と、
前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を算出する手段と、
前記変位情報に基づいて算出した前記測定対象のたわみ、及び有限要素解析によるたわみに基づいて、前記測定対象の剛性を推定する手段として機能させるためのプログラム。
Computer
Means for acquiring a plurality of captured images of the measurement object continuously photographed every predetermined time;
Means for calculating displacement information from a reference position of a plurality of measurement points of the measurement object based on the plurality of captured images;
The program for functioning as a means to estimate the rigidity of the said measuring object based on the deflection of the said measuring object calculated based on the said displacement information, and the deflection | deviation by a finite element analysis.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112752963A (en) * 2019-08-29 2021-05-04 汤浅系统机器株式会社 Deformation testing machine
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