JP2022142130A - Measurement device, measurement program, measurement method, and measurement system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計測装置、計測プログラム、計測方法、及び計測システムに関し、例えば、計測対象の構造物の変位量を遠隔から計測する計測システムに適用し得る。 The present invention relates to a measuring device, a measuring program, a measuring method, and a measuring system, and can be applied, for example, to a measuring system that remotely measures the amount of displacement of a structure to be measured.
近年、橋梁等の構造物に種々のセンサを設置し、電車や自動車等の車両が通過した際の構造物のたわみ(活荷重変位)を計測して、安全性の確認や劣化の予測に活用する取り組みが進められている。 In recent years, various sensors have been installed on structures such as bridges to measure the deflection (live load displacement) of structures when vehicles such as trains and automobiles pass by, and are used to confirm safety and predict deterioration. Efforts are underway to
例えば、特許文献1では、カメラによって撮影された車両走行時の路面の撮影画像に基づき、車両走行時の路面の変位を測定し、測定した変位から車両の軸重を求めて構造の劣化を推定する手法が開示されている。
For example, in
また、特許文献2では、構造物に固定式と可搬式の2種類のセンサを設置して、両センサが検出した変位量データを収集し、構造物の変位を解析することによって、構造物全体に蓄積された損傷や劣化を推定する手法が開示されている。 In addition, in Patent Document 2, two types of sensors, a fixed type and a portable type, are installed in a structure, the displacement amount data detected by both sensors are collected, and the displacement of the structure is analyzed. A method is disclosed for estimating the damage and deterioration accumulated in the
ところで、上述の特許文献1、2に記載の技術は、常時計測する構成を採用することで確度の高い劣化の予測が可能となるが、設置の際に電源工事が必要となってしまう。
By the way, the technologies described in
この点、電池で動作する加速度センサ端末を利用することで、設置にかかるコストを低減できる。しかしながら、上述のような常時計測し続けるような利用をすると電池容量の消費が速く、頻繁なバッテリー交換が必要となり、かえってコストがかかってしまう懸念がある。 In this respect, the use of a battery-operated acceleration sensor terminal can reduce installation costs. However, there is a concern that the use of continuous measurement as described above consumes the battery capacity quickly and requires frequent battery replacement, which in turn increases costs.
そのため、設置コストが低く、且つ構造物の計測を効率的に実行できる計測装置、計測プログラム、計測方法、及び計測システムが望まれている。 Therefore, a measuring device, a measuring program, a measuring method, and a measuring system capable of efficiently measuring structures with low installation costs are desired.
第1の本発明は、加速度センサを備える計測装置であって、(1)所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御する制御手段と、(2)他の計測装置とデータの送受信を行う通信手段と、(3)前記加速度センサで計測した加速度データを保持するデータ保持手段と、(4)前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定する振動検出手段と、(5)前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出する変位計算手段とを有することを特徴とする。 A first aspect of the present invention is a measuring apparatus comprising an acceleration sensor, comprising: (1) control means for controlling the operation of the acceleration sensor based on predetermined measurement cycle information; and (2) data transmission/reception with another measuring apparatus. (3) data holding means for holding acceleration data measured by the acceleration sensor; and (4) vibration detection for determining whether or not the acceleration data includes vibration that meets predetermined vibration detection conditions. (5) displacement calculation means for calculating a displacement based on the acceleration data and extracting a part of the information from the calculated displacement data only when the vibration detection means detects a vibration that meets the vibration detection conditions; and
第2の本発明の計測プログラムは、加速度センサを備える計測装置に搭載されるコンピュータを、(1)所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御する制御手段と、(2)他の計測装置とデータの送受信を行う通信手段と、(3)前記加速度センサで計測した加速度データを保持するデータ保持手段と、(4)前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定する振動検出手段と、(4)前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出する変位計算手段として機能させることを特徴とする。 A measurement program according to a second aspect of the present invention provides a computer installed in a measurement device having an acceleration sensor, (1) control means for controlling the operation of the acceleration sensor based on predetermined measurement cycle information, and (2) other (3) data holding means for holding acceleration data measured by the acceleration sensor; and (4) the acceleration data including vibrations that meet predetermined vibration detection conditions. (4) displacement is calculated based on the acceleration data only when the vibration detection means detects a vibration that matches the vibration detection condition, and some information is obtained from the calculated displacement data; It is characterized by functioning as displacement calculation means for extracting .
第3の本発明は、加速度センサを備える計測装置に使用する計測方法であって、(1)制御手段は、所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御し、(2)通信手段は、他の計測装置とデータの送受信を行い、(3)データ保持手段は、前記加速度センサで計測した加速度データを保持し、(4)振動検出手段は、前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定し、(5)変位計算手段は、前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出することを特徴とする。 A third aspect of the present invention is a measurement method used in a measurement apparatus having an acceleration sensor, comprising: (1) control means controlling the operation of the acceleration sensor based on predetermined measurement cycle information; and (2) communication means. (3) data holding means holds acceleration data measured by the acceleration sensor; (4) vibration detection means detects a predetermined vibration in the acceleration data; (5) the displacement calculation means calculates the displacement based on the acceleration data only when the vibration detection means detects the vibration that meets the vibration detection conditions; It is characterized by extracting a part of information from the displacement data.
第4の本発明は、複数の計測装置と、前記各計測装置で計測したデータを収集するデータ収集装置とを有する計測システムであって、前記各計測装置として、第1の本発明の計測装置を適用したことを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is a measuring system having a plurality of measuring devices and a data collecting device for collecting data measured by each of the measuring devices, wherein each of the measuring devices is the measuring device of the first aspect of the present invention. is characterized by applying
本発明によれば、設置コストが低く、且つ構造物の計測を効率的に実行できる。 According to the present invention, the installation cost is low and the measurement of the structure can be performed efficiently.
(A)主たる実施形態
以下では、本発明に係る計測装置、計測プログラム、計測方法、及び計測システムの一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(A) Main Embodiments An embodiment of a measuring device, a measuring program, a measuring method, and a measuring system according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
(A-1)実施形態の構成
[全体構成]
図2は、実施形態に係るデータ計測システムの全体構成を示す全体構成図である。
(A-1) Configuration of Embodiment [Overall Configuration]
FIG. 2 is an overall configuration diagram showing the overall configuration of the data measurement system according to the embodiment.
図2において、実施形態に係るデータ計測システム1は、計測装置としての無線通信装置10(10-1~10-n)、基地局20、及びデータ収集装置30を有する。
In FIG. 2, the
図1において、各無線通信装置10と基地局20との間のネットワークはセンサネットワークSNである。一般的に、センサネットワークSNの通信方式は、特定小電力無線方式などに代表される低速な無線通信方式を適用することができる。例えば、IEEE802.11a/b/g/nなどに代表される無線ネットワーク規格、若しくは、IEEE802.15.4、Bluetooth(登録商標)などの無線通信方式であっても構わない。センサネットワークSNは、基幹ネットワークNTに比べ低速な通信方式である。
In FIG. 1, the network between each
基地局20及びデータ収集装置30の間のネットワークは基幹ネットワークNTである。基幹ネットワークNTは、例えば、Internet又はEthernet(登録商標)である。基幹ネットワークNTは、無線回線であってもよいし、有線回線であってもよい。
A network between the
データ計測システム1は、データ収集装置30が、基地局20を介して、各無線通信装置10のセンサデータを収集するシステムである。データ計測システム1は、主として、各無線通信装置10、基地局20、及びデータ収集装置30を有して構成される。以下では、説明の便宜上、センサネットワークSNを構成する無線通信装置10、及び基地局20を総称して「ノード」とも呼ぶものとする。
The
[無線通信装置]
無線通信装置10は、主にセンサ、変位計算手段及び通信手段を有する。この実施形態において、無線通信装置10は、例えば、橋梁等の構造物に固定する形で設置されているものとする。
[Wireless communication device]
The
無線通信装置10は、計測時間内の変位を計測して、変位の最大値のみをデータ収集装置30に向けて送信する(センサネットワークSNを介して基地局20に到達後、基幹ネットワークNTを介してデータ収集装置30に送信される)。無線通信装置10は、加速度(又は変位)の時系列データを全て送信する場合と比べて通信量を削減できる。
The
また、無線通信装置10は、計測したい振動(車両の通行の振動など)を検知した場合のみ変位の計算等を行う。これにより、無駄なリソース消費を削減できる。そして、無線通信装置10は、各ノード間(複数のセンサ間)で車両通過を検知したという情報や検出時刻情報をやり取りする。これにより、通過の誤検知を減らしたり、振動の無い時刻の計算を省き計算量を削減したりすることが可能となる。
Further, the
[基地局]
基地局20は、センサネットワークSNと、基幹ネットワークNTとの間でデータを中継する機能を有する。基地局20は、各無線通信装置10からデータを受信すると、各無線通信装置10のデータを含む情報をデータ収集装置30に送信する。これにより、計測データをデータ収集装置30に与えることができる。
[base station]
The
[データ収集装置]
データ収集装置30は、基地局20を介して、各無線通信装置10から計測データ(変位データ)を含む情報を収集し、各データを保存(蓄積管理)する。なお、変形例として、基地局20及びデータ収集装置30の装置が一体化した構成としても良い。
[Data collection device]
The
[無線通信装置の内部構成]
図1は、実施形態に係る無線通信装置の内部構成を示す内部構成図である。
[Internal configuration of wireless communication device]
FIG. 1 is an internal configuration diagram showing the internal configuration of a wireless communication device according to an embodiment.
図1において、無線通信装置10は、加速度センサ11、データ保持部12、制御部13、振動検出部14、変位計算部15、通信部16、及び条件入力部17を有する。
In FIG. 1 , the
本実施形態に係る無線通信装置は、その各部をハードウェアによって構成しても良く、また、一部の構成についてはソフトウェア的に構成しても良い。 The radio communication apparatus according to the present embodiment may have each part configured by hardware, and a part of the configuration may be configured by software.
[加速度センサ]
加速度センサ11は、橋梁等の構造物にかかる計測対象物理量をセンシングするものである。この実施形態の加速度センサ11は、少なくとも1軸以上の計測軸を持ち、一定のサンプリング周期で計測された加速度データを出力する手段を有する。加速度センサ11は、計測した加速度データをデータ保持部に与える。
[Acceleration sensor]
The
[データ保持部]
データ保持部12は、加速度センサ11から取得した加速度データを一時的に保持するものである。加速度データは、例えば、加速度センサ11が計測した加速度の数値とタイムスタンプを含むものとする。タイムスタンプは、制御部13が保持している他の無線通信装置10と同期された時刻に基づいて記録されたものであり、例えば、加速度データ1サンプル毎に1つのタイムスタンプを記録したのもであってもよいし、加速度データの先頭のサンプルの時刻とサンプリング周期を記録するものであってもよい。
[Data holding part]
The
データ保持部12は、振動検出部14から加速度データの取得を要求されると、保存している加速度データを振動検出部14に与える。同様に、データ保持部12は、加速度データの取得を変位計算部15から要求されると、保存している加速度データを変位計算部15に与える。
When the
データ保持部12は、変位計算部15に加速度データを与えた後、保存している加速度データを削除する。また、データ保持部12は、制御部13から保存した加速度データの削除を要求された場合にも保存している加速度データを削除する。
After providing the acceleration data to the
[制御部]
制御部13は、条件入力部17で設定した計測周期情報に応じて加速度センサ11の制御(加速度センサ11の動作及び停止する制御)を行う。
[Control part]
The
制御部13は、他の無線通信装置10と同期された時刻を保持しているものとする。時刻同期の手段は限定しないが、同期のための情報を他の無線通信装置10とやり取りしてもよい。時刻同期は、例えば、Network Time Protocol(NTP)などのプロトコルによって実行される。
It is assumed that the
制御部13は、加速度センサ11による計測が終了すると、振動の検出を振動検出部14に要求する。そして、制御部13は、振動検出部14から振動の検知が通知されると、通信部16に振動検出パケットの送信を要求する。
When the measurement by the
制御部13は、計測終了した後、データ保持時間が経過しても、他の無線通信装置10からの振動検出パケット受信の通知がなかった場合、データ保持部12にデータの削除を要求する。他の無線通信装置10が送信した振動検出パケット受信の通知があった場合、制御部13は、変位計算部15に検出した振動の開始時刻と終了時刻を与え、変位の計算を要求する。
If the
[振動検出部]
振動検出部14は、加速度センサ11によって計測された加速度データの中に、条件入力部17によって予め設定した振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定するものである。
[Vibration detector]
The
振動検出部14は、条件に合致する振動があった場合には、制御部13に検出した振動の開始時刻と終了時刻を与え、振動の検知を通知する。例えば、振動検出条件として、加速度データの片側振幅(0-to-peak)のしきい値、および時間幅が設定されている場合、加速度データ中にしきい値を上回るサンプルがあった場合に、しきい値を上回ったサンプルより早い時刻のサンプルの中で、振動検出条件の時間幅以上連続してしきい値を下回る最後の点を振動の開始時刻として抽出し、しきい値を上回ったサンプルより遅い時刻のサンプルの中で、振動検出条件の時間幅以上連続してしきい値を下回る最初の点を振動の終了時刻として抽出する。
When there is vibration that meets the conditions, the
[変位計算部]
変位計算部15は、制御部13から変位の計算の要求があったときに、データ保持部12から加速度データを取得して、変位時系列データを算出する。
[Displacement calculator]
The
変位計算部15は、制御部13から受け取った振動の開始時刻と終了時刻、及びデータ保持部12から取得した加速度データとを用いて、変位を計算するものである。例えば、データ保持部12から取得した加速度データから振動の開始時刻と終了時刻の間のデータを抽出したのちに、抽出した加速度データにハイパスフィルタを適用した、時間方向に2階積分することで変位を計算する。
The
変位計算部15は、計算した変位データから変位の最大値と最大値を取る時刻を抽出し、通信部16に送信を要求する。
The
[通信部]
通信部16は、センサネットワークSN内の他のノード(無線通信装置10及び基地局20)と無線でパケットの送受信を行う通信インターフェースである。
[Communication]
The
通信部16は、他のノードから振動検出パケットを受信すると、振動検出パケットの受信を制御部13に通知する。振動検出パケットは、同一システム内に存在するすべてのノードが受信できるようにブロードキャストで送信される。
Upon receiving the vibration detection packet from another node, the
通信部16は、制御部13から振動検出パケットの送信を要求されると、振動検出パケットをブロードキャストする。また、通信部16は、変位計算部15から変位データの送信を要求されると、データ収集装置30に向けて変位データを送信する。
When the
[条件入力部]
条件入力部17は、制御部13で使用する計測周期情報、及び振動検出部14で使用する振動検出条件を設定するものである。
[Condition input part]
The
条件入力部17は、シリアルポートやUSBのような物理的なインターフェースを介して入力するようなものであってもよいし、通信部16を介して前記の計測周期情報や振動検出条件を含むパケットをやり取りすることで設定するものであってもよい。
The
(A-2)実施形態の動作
次に、以上のような構成を有するこの実施形態のデータ計測システム1の動作を説明する。
(A-2) Operation of Embodiment Next, the operation of the
図3は、実施形態に係るデータ計測システムにおける無線通信装置の特徴動作を示す説明図である。なお、各無線通信装置10には、条件入力部17を介して、制御部13で使用する計測周期情報、データ保持時間、及び振動検出部14で使用する振動検出条件が予め設定されているものとする。また、計測周期情報は、各無線通信装置10で同一の値が設定されていることを前提とする。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing characteristic operations of the wireless communication device in the data measurement system according to the embodiment. In each
<S101>
無線通信装置10の制御部13は、計測周期情報に応じて加速度センサ11を動作させる。加速度センサ11は、センシングデータとしての加速度データをデータ保持部12に与える。データ保持部12は、加速度センサ11から取得した加速度データを一時的に保持する。
<S101>
The
<S102>
制御部13は、振動の検出を振動検出部14に要求する。振動検出部14は、データ保持部12から保持されている加速度データを取得する。
<S102>
The
そして、振動検出部14は、取得した加速度データについて、振動検出条件に合致する振動が含まれるか否か判定を行う。振動検出部14は、振動が含まれていなかった場合には、一連の処理を終了する。一方、振動が含まれていた場合には、振動検出部14は、制御部13に検出した振動の開始時刻と終了時刻を与え、振動の検知を通知する。
Then, the
<S103>
制御部13は、振動検出部14から振動の検知を通知されると、通信部16に振動検出パケットの送信を要求する。通信部16は、制御部13から振動検出パケットの送信を要求されると、振動検出パケットをセンサネットワークSN内にブロードキャストする。
<S103>
When notified of the vibration detection by the
<S104>
制御部13は、計測が終了した後、データ保持時間が経過する前に、他のノードが送信した振動検出パケット受信の通知があった場合、変位計算部15に検出した振動の開始時刻と終了時刻を与え、変位の計算を要求する。
<S104>
If the
一方、制御部13は、計測が終了した後、データ保持時間が経過しても、他の端末が送信した振動検出パケットの受信の検知の通知がなかった場合、データ保持部12に加速度データの削除を要求する。データ保持部12は、制御部13から保存した加速度データの削除を要求されると、保存している加速度データを削除して、一連の処理を終了する。
On the other hand, if the
<S105>
変位計算部15は、制御部13から変位の計算の要求があると、データ保持部12に加速度データの取得を要求する。変位計算部15は、データ保持部12から取得した加速度データから変位データを算出する。データ保持部12は、変位計算部15から要求されると、保存している加速度データを変位計算部15に与え、保存している加速度データを削除する。
<S105>
Upon receiving a displacement calculation request from the
変位計算部15は、計算した変位データから変位の最大値と最大値を取る時刻を抽出し、抽出した変位データを通信部16に与え、変位データの送信を要求する。
The
<S106>
通信部16は、変位計算部15から変位データの送信を要求されると、変位計算部15から取得した変位の最大値と最大値を取る時刻を含むパケットをデータ収集装置30に向けて送信する。
<S106>
When the transmission of displacement data is requested by the
(A-3)実施形態の効果
本実施形態よれば、以下の効果を奏する。
(A-3) Effects of Embodiment According to this embodiment, the following effects are obtained.
本実施形態のデータ計測システム1は、常時計測する計測システムと比べて、構成が簡便になるため、設置コストが低減させることが可能となる。
Since the
データ計測システム1は、システムの使用者が予め設定した条件に合致する振動があり、かつ、複数のセンサ端末(複数の無線通信装置10)で振動を検出した場合のみ、変位の計算や値の送信を行う。そのため、計測したい振動が含まれないデータの無駄な処理の実行回数を低減でき、すべての計測データを都度処理する場合と比較して、省電力性が向上する。
The
(B)他の実施形態
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
(B) Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modified embodiments as exemplified below can also be mentioned.
(B-1)上記実施形態では、振動検出部14の動作として、1回の計測につき、1つの振動を抽出する動作を説明したが、1回の計測で複数の振動を抽出してもよい。変形例として、例えば、1つ振動を抽出した後に、抽出した振動の開始時刻~終了時刻以外の区間を対象に、再度同様の判定動作を行い複数の開始時刻と終了時刻のセットを抽出してもよい。
(B-1) In the above embodiment, as the operation of the
(B-2)制御部13は、データ保持時間が経過する前に、他の無線通信装置10が送信した振動検出パケットの受信の通知があった場合、変位の計算を要求するとしたが、さらに条件を加えてもよい。例えば、制御部13は、振動検出パケットに、振動の開始時刻と終了時刻を記載して送信し、他の無線通信装置10が検出した振動の開始時刻~終了時刻の区間と自らが検出した振動の開始時刻~終了時刻の区間に重なりがある場合に、変位の計算を要求するとしてもよい。
(B-2) The
1…データ計測システム、10…無線通信装置、11…加速度センサ、12…データ保持部、13…制御部、14…振動検出部、15…変位計算部、16…通信部、17…条件入力部、20…基地局、30…データ収集装置、NT…基幹ネットワーク、SN…センサネットワーク。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御する制御手段と、
他の計測装置とデータの送受信を行う通信手段と、
前記加速度センサで計測した加速度データを保持するデータ保持手段と、
前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定する振動検出手段と、
前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出する変位計算手段と
を有することを特徴とする計測装置。 A measuring device comprising an acceleration sensor,
control means for controlling the operation of the acceleration sensor based on predetermined measurement cycle information;
a communication means for transmitting and receiving data to and from another measuring device;
data holding means for holding acceleration data measured by the acceleration sensor;
vibration detection means for determining whether or not the acceleration data includes vibration that meets predetermined vibration detection conditions;
displacement calculation means for calculating a displacement based on the acceleration data and extracting a part of information from the calculated displacement data only when the vibration detection means detects a vibration that meets the vibration detection conditions. measurement device.
所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御する制御手段と、
他の計測装置とデータの送受信を行う通信手段と、
前記加速度センサで計測した加速度データを保持するデータ保持手段と、
前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定する振動検出手段と、
前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出する変位計算手段と
して機能させることを特徴とする計測プログラム。 A computer installed in a measuring device equipped with an acceleration sensor,
control means for controlling the operation of the acceleration sensor based on predetermined measurement cycle information;
a communication means for transmitting and receiving data to and from another measuring device;
data holding means for holding acceleration data measured by the acceleration sensor;
vibration detection means for determining whether or not the acceleration data includes vibration that meets predetermined vibration detection conditions;
Only when the vibration detection means detects vibration that meets the vibration detection conditions, the displacement is calculated based on the acceleration data, and functions as a displacement calculation means for extracting part of the information from the calculated displacement data. A measurement program characterized by
制御手段は、所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御し、
通信手段は、他の計測装置とデータの送受信を行い、
データ保持手段は、前記加速度センサで計測した加速度データを保持し、
振動検出手段は、前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定し、
変位計算手段は、前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出する
ことを特徴とする計測方法。 A measuring method for use in a measuring device equipped with an acceleration sensor,
The control means controls the operation of the acceleration sensor based on predetermined measurement cycle information,
The communication means transmits and receives data to and from other measuring devices,
The data holding means holds acceleration data measured by the acceleration sensor,
The vibration detection means determines whether or not the acceleration data includes vibration that meets predetermined vibration detection conditions,
The displacement calculation means calculates the displacement based on the acceleration data only when the vibration detection means detects vibration that meets the vibration detection conditions, and extracts part of the information from the calculated displacement data. measurement method.
前記各計測装置として、請求項1~3のいずれかに記載の計測装置を適用したことを特徴とする計測システム。
A measurement system having a plurality of measurement devices and a data collection device that collects data measured by each measurement device,
A measurement system, wherein the measurement device according to any one of claims 1 to 3 is applied as each of the measurement devices.
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