JP5763827B1 - 橋梁通行可否判定システム - Google Patents

Abstract

【課題】橋梁の点検調査に要する時間を短縮し、目視点検では把握できない橋梁の応答変位について把握する安価で精度の高い橋梁通行可否判定を可能とし、通信回線の混雑に影響されずに、橋梁の点検結果を把握する橋梁通行可否判定システムを提供する。【解決手段】橋桁と、橋桁の端部に隣接している構造物とに、それぞれ設置されている橋桁側計測ノード及び構造物側計測ノードと、橋梁への通行可否を判定する橋梁監視サーバ装置とを通信ネットワークを介して相互に通信可能に接続し、サーバ装置が備える積分値算出手段が、橋桁側計測ノードと構造物側計測ノードそれぞれの振動による加速度値を２回積分し、ＳＩＮＣフィルタが積分値から加速度値の低周波数成分を除去し、相対変位量算出手段が各計測ノードの相対変位量を算出し、判定手段が相対変位量と予め定められている相対変位量の閾値とを比較して、橋梁への通行可否を判定する橋梁通行可否判定システム。【選択図】図１

Description

この発明は、地震等による災害発生時における橋梁への通行の可否を判定する橋梁通行可否判定システムに関する。

従来、地震等による災害発生時における橋梁への通行可否の判定は、緊急点検により行われていた。緊急点検とは、災害発生時に点検調査員が各橋梁を巡回・点検して被災状況を把握し、各橋梁の点検結果から通行可否を判定するものである。

また、特許文献１には、通行判定対象の橋梁に光ファイバによる変位計を設置し、橋桁の移動量を公衆インターネット等により遠隔モニタリングを行い、災害発生時に即時に通行可否を判定する発明が提案されている。

さらに、特許文献２には、サーボ型加速度センサを用いて加速度を計測し、計測した加速度値を２回積分することにより地すべりによる変位を求める発明が提案されている。

なお、加速度センサの低周波数帯のノイズを除去するため、特許文献２の発明ではカルマンフィルタが使用されているが、非特許文献１には、バターワースフィルタによる前記ノイズを除去する手法が知られている。

特開２００７−１２０１７８号公報 特開２００６−１９４８２２号公報

速度波形・変位波形の求め方、気象庁、インターネット（URL: http://www.data.jma.go.jp/svd/eqev/data/kyoshin/kaisetsu/calc_wave.htm）

上述した緊急点検による橋梁への通行可否判定では、
・点検作業員による橋梁点検が完了するまで橋梁の被災状況が分からないため、通行可否を判定するまで時間を要する。
・管理する橋梁が多数ある場合、多数の点検作業員を確保することが困難であり、橋梁の被災状況の把握に時間を要する。
・地震発生中の橋梁の応答変位が把握できないため、地震後の点検作業員による目視点検では橋梁にどの程度の負荷がかかっているのか確認することが困難である。
・災害発生後は携帯電話通信網等の通信回線の混雑により、点検作業員から事業所に対して点検結果の報告を速やかに行うことが困難である。
という課題が発生する。

そこで、この発明は、
・橋梁の点検調査に要する時間を短縮し、速やかに通行可否判定を行う橋梁通行可否判定システムを提供すること
・目視点検では把握できない橋梁の応答変位について把握する、安価で精度の高い橋梁通行可否判定システムを提供すること
・通信回線の混雑に影響されずに、橋梁の点検結果を把握する橋梁通行可否判定システムを提供すること
を目的とする。

上記課題を解決するため、以下の発明を提案する。

請求項１の発明は、
橋梁における橋桁と、当該橋桁の端部に隣接している構造物とにそれぞれ設置されている橋桁側計測ノード及び構造物側計測ノードと、
前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードが計測する前記橋桁及び前記構造物それぞれの振動による加速度値を取得して、当該加速度値から、前記橋桁及び前記構造物の状態を推定し、前記橋梁への通行可否を判定する橋梁監視サーバ装置とが、
通信ネットワークを介して相互に通信可能に接続されてなる橋梁通行可否判定システムであって、
前記橋梁監視サーバ装置は、
前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードのそれぞれから取得した前記加速度値を２回積分し、前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードそれぞれの前記振動による加速度値の積分値を算出する積分値算出手段と、
前記算出されたそれぞれの積分値から、前記加速度値の低周波数成分を除去するＳＩＮＣフィルタと、
前記低周波数成分が除去されたそれぞれの積分値に基づいて、前記構造物側計測ノードを基準とした前記橋桁側計測ノードの相対変位量又は前記橋桁側計測ノードを基準とした前記構造物側計測ノードの相対変位量を算出する相対変位量算出手段と、
前記算出された相対変位量と、予め定められている前記相対変位量の閾値とを比較して、前記橋梁への通行可否を判定する判定手段とを備え、
前記橋桁側計測ノードは、橋軸が延びる方向に交差する方向で少なくとも２個配置した第一の橋桁側計測ノードと第二の橋桁側計測ノードとを備えてなり、
前記ＳＩＮＣフィルタは、前記加速度値の全周波数成分に対して遅延時間を一定にして前記算出されたそれぞれの積分値から、前記加速度値の低周波数成分を除去する
ことを特徴とする橋梁通行可否判定システムである。

請求項２の発明は、
前記構造物側計測ノードが設置される前記構造物は橋台である
ことを特徴とする請求項１記載の橋梁通行可否判定システムである。

請求項３の発明は、
前記構造物側計測ノードは、橋軸が延びる方向に交差する方向で少なくとも２個配置した第一の構造物側計測ノードと第二の構造物側計測ノードとを備えてなる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の橋梁通行可否判定システムである。

請求項４の発明は、
前記橋梁監視サーバ装置は、
前記低周波数成分が除去されたそれぞれの積分値に基づいて、定められた基準点に対する前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードそれぞれの絶対変位量を算出する処理を行う絶対変位量算出手段をさらに備えており、
前記判定手段は、
前記算出された絶対変位量と、予め定められている前記絶対変位量の閾値とを比較して、前記橋梁への通行可否を判定する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の橋梁通行可否判定システムである。

請求項５の発明は、
前記橋桁側計測ノードと前記構造物側計測ノードは、それぞれＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）加速度センサを備えており、これを用いて、前記橋桁及び前記構造物それぞれの振動による加速度値を計測する
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の橋梁通行可否判定システムである。

請求項６の発明は、
前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードと、前記橋梁監視サーバ装置との間の通信ネットワークを介した相互に通信可能な接続は、
データ中継ノードを介して行われており、
前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードと、前記データ中継ノードとが、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線通信網によってリアルタイムで相互に通信可能に接続されている
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の橋梁通行可否判定システムである。

請求項７の発明は、
前記データ中継ノードは、携帯電話通信網又は衛星通信網のいずれかの通信ネットワークを選択して、前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードから取得した前記加速度値を前記橋梁監視サーバ装置へ転送する情報転送手段
を備えていることを特徴とする請求項６記載の橋梁通行可否判定システムである。

請求項８の発明は、
前記情報転送手段は、前記携帯電話通信網の混雑時に前記橋梁監視サーバ装置への通信を前記衛星通信網に自動で切替える通信ネットワーク切替機能を備えている
ことを特徴とする請求項７記載の橋梁通行可否判定システムである。

この発明によれば、
・橋梁の点検調査に要する時間を短縮し、速やかに通行可否判定を行う橋梁通行可否判定システムを提供することができる。
・目視点検では把握できない橋梁の応答変位について把握する、安価で精度の高い橋梁通行可否判定システムを提供することができる。
・通信回線の混雑に影響されずに、橋梁の点検結果を把握する橋梁通行可否判定システムを提供することができる。

本発明の橋梁通行可否判定システムの構成の一例を表す概念図である。 本発明に用いられる計測ノードのその他の配置例を表した図であって、（ａ）橋桁側に２個、橋台側に２個設置した図、（ｂ）双方の橋桁側に２個ずつ設置した図である。 本発明に用いられる計測ノード及びデータ中継ノードの構成の一例を表す図である。 本発明に用いられる計測ノードが計測する加速度の方向を表す図である。 本発明に用いられる橋梁監視サーバ装置の構成の一例を表す図である。 （ａ）本発明に用いられる加速度センサで計測した設計地震動の加速度値を表す図である。（ｂ）レーザ変位計で計測した変位波形と、図（ａ）図示の加速度値の低周波数帯のノイズを除去せずに算出した変位波形とを表す図である。（ｃ）図（ｂ）図示のレーザ変位計による変位波形と、本発明によって算出された変位波形とがほぼ一致している状態を表す図である。（ｄ）図（ｃ）図示における誤差を表す図である。 本発明による橋梁通行可否判定処理フローの一例を表す図である。 本発明による橋梁通行不可判定が事業者側端末に送信され、事業者側端末にアラートが表示されている一例を表す図である。 事業者側端末に表示されるアラート表示の他の例を表す図である。 事業者側端末に表示されるアラート表示の他の例を表す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の一例を説明する。

１．本発明の構成
本発明は、橋梁における橋桁と、当該橋桁の端部に隣接している構造物とに、それぞれ設置されている橋桁側計測ノード及び構造物側計測ノードと、前記橋梁への通行可否を判定する橋梁監視サーバ装置とが、通信ネットワークを介して相互に通信可能に接続されてなる。

前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードが計測する前記橋桁及び前記構造物それぞれの振動による加速度値を取得して、当該加速度値から、前記橋桁及び前記構造物の状態を推定し、前記橋梁への通行可否を判定する橋梁通行可否判定システムである。

本明細書において、「橋桁の端部に隣接している構造物」には、
・図１及び図２（ａ）図示の橋台２０２
・図１及び図２（ａ）図示の橋台２０２が隣接している橋桁２０１の端部とは反対側の橋桁２０１の端部に隣接している橋桁（図示していない）
・図２（ｂ）図示の複数径間の橋梁２００における橋桁２０１ａの端部に隣接している橋桁２０１ｂ
・図２（ｂ）図示の橋桁２０１ｂが隣接している橋桁２０１ａの端部とは反対側の橋桁２０１ａの端部に隣接している橋桁（図示していない）
等が含まれる。

本発明の橋梁通行可否判定システム１００において、前記橋桁側計測ノードは、橋桁２０１に、橋軸が延びる方向に交差する方向で少なくとも２個配置した第一の橋桁側計測ノード３０１と第二の橋桁側計測ノード３０３とを備えてなる。

橋桁２０１の端部に隣接している構造物が図１又は図２（ａ）図示の橋台２０２の場合、前記構造物側計測ノードは、橋台２０２に一つ配置した第一の構造物側計測ノード３０２を備えてなる。又は、橋台２０２に、橋軸が延びる方向に交差する方向で少なくとも２個配置した第一の構造物側計測ノード３０２と第二の構造物側計測ノード３０４とを備えてなる構成にすることもできる。いずれの構成でも、地震等の振動が発生した場合、橋台２０２が地盤と一体となって振動すると考えられ、図４図示の鉛直方向軸周りに回転することが少ないので、同等の精度で前記橋梁への通行の可否を判定することができる。

橋桁２０１の端部に隣接している構造物が図２（ｂ）図示の橋桁２０１ｂの場合、前記橋梁への通行可否判定精度の観点から、前記構造物側計測ノードは、橋桁２０１ｂに、橋軸が延びる方向に交差する方向で少なくとも２個配置した第一の構造物側計測ノード３０２と第二の構造物側計測ノード３０４とを備えてなる構成が好ましい。

橋梁通行可否判定システム１００は、無線通信規格で定められている無線通信網５００ａを介して、第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、第一の構造物側計測ノード３０２及び第二の構造物側計測ノード３０４と相互に通信可能に接続されているデータ中継ノード３０５を備えている。

橋梁通行可否判定システム１００は、携帯電話通信網又は衛星通信網の通信ネットワーク５００ｂを介して、データ中継ノード３０５と相互に通信可能に接続されている橋梁監視サーバ装置４００を備えている。

なお、橋梁監視サーバ装置４００は、インターネット通信網等の通信ネットワーク５００ｃを介して事業者側端末６００と相互に通信可能に接続されている。事業者側端末６００には、事業者の本社及び支社で使用される本社端末６００ａ及び支社端末６００ｂ、災害等における橋梁２００の復旧等を計画・実施する管制センターや管理事務所で使用される管制センター端末６００ｃ及び管理事務所端末６００ｄ等が含まれる。

２．計測ノード及び中継ノードの構成
図３は、第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、第一の構造物側計測ノード３０２及び第二の構造物側計測ノード３０４（以下、これらを総称して「計測ノード３００」ということがある。）と、データ中継ノード３０５の構成の一例を表す図である。

計測ノード３００とデータ中継ノード３０５とは、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線通信網５００ａによってリアルタイムで相互に通信可能に接続されている。これは、橋梁の被災によって、通信手段が破断され計測データの送受信が困難となること等を考慮したものである。

本発明では、図１及び図２図示のように、橋桁２０１と、橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物とに、それぞれ複数の橋桁側計測ノード及び一又は複数の構造物側計測ノードが設置される。

計測ノード３００は、橋桁２０１と、橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物の、振動による加速度値を計測する加速度計測手段３１１を備えている。

本明細書において、「振動による加速度値」には、地震動による加速度値や、その他の要因で常時発生している振動による加速度値が含まれる。

加速度計測手段３１１には、従来公知の種々の加速度センサを用いることができるが、本発明では、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）加速度センサを採用した。

加速度計測手段３１１は、図４に示す橋軸方向（Ｘ方向）、橋軸と直角方向（Ｙ方向）及び鉛直方向（Ｚ方向）についての前記振動による加速度値を計測する。図１図示の形態では、加速度計測手段３１１は、橋桁２０１に設置されている第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、橋台２０２に設置されている第一の構造物側計測ノード３０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値を計測する。

計測ノード３００の各計測ノードは、各加速度計測手段３１１が計測した各計測ノードの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値をデータ中継ノード３０５へ送信する情報送信手段３１０を備えている。

データ中継ノード３０５は、計測ノード３００の各計測ノードから送信された前記振動による加速度値を受信する情報受信手段３１２を備えている。

データ中継ノード３０５は、受信した前記振動による加速度値を橋梁監視サーバ装置４００へ転送する情報転送手段３１３を備えている。

情報転送手段３１３は、携帯電話通信網又は衛星通信網のいずれかの通信ネットワーク５００ｂを選択して、受信した前記振動による加速度値を橋梁監視サーバ装置４００へ転送する。

また、情報転送手段３１３は、地震発生時における携帯電話通信網の混雑時には前記衛星通信網に自動で切替える通信ネットワーク切替機能を備えている。

特許文献１で提案されている発明では、
・光ファイバによる変位計と光ファイバの敷設工事費用が高額である
・災害発生時に光ファイバが破断するおそれがある
・公衆インターネット環境が構築されていない地域に導入することが困難である
という課題が発生する。

この発明では、加速度計測手段３１１として、安価なＭＥＭＳ加速度センサを採用することにより、光ファイバによる変位計を用いたシステムよりも極めて安価な橋梁通行可否判定システムを構築することができる。

また、計測ノード３００とデータ中継ノード３０５とを、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線通信網５００ａによってリアルタイムで相互に通信可能に接続することにより、光ファイバの敷設工事が不要となり、地震等による災害発生時においても通信回線が破断することがない。

さらに、前記衛星通信網による通信ネットワーク５００ｂは日本全土をカバーしているので、公衆インターネット環境が構築されていないいかなる地域にも本発明の橋梁通行可否判定システムを導入することができる。

３．橋梁監視サーバ装置の構成
図５は、橋梁監視サーバ装置４００の構成の一例を表す図である。橋梁監視サーバ装置４００は、計測ノード３００が計測する橋桁２０１及び橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値を取得して、当該加速度値から、橋桁２０１及び前記構造物の状態を推定し、橋梁２００への通行可否を判定するサーバ装置である。

橋梁監視サーバ装置４００は、通信ネットワーク５００ｂを介してデータ中継ノード３０５との間で相互に情報通信を行い、通信ネットワーク５００ｃを介して事業者側端末６００と相互に情報通信を行う情報送受信手段４０１を備えている。

橋梁監視サーバ装置４００は、所定のデータベース（以下「ＤＢ」という。）である記憶手段４０３を備えている。

記憶手段４０３は、橋梁２００に関する情報が記憶されている橋梁ＤＢ４０３ａを備えている。橋梁２００に関する情報には、橋梁２００の名称、橋梁形式、位置、全長、管理者等の情報が含まれる。

記憶手段４０３は、計測ノード３００に関する情報が記憶されている計測ノードＤＢ４０３ｂを備えている。計測ノード３００に関する情報には、計測ノードのＩＤ、設置されている橋梁２００の名称、設置位置等の情報が含まれる。計測ノード３００に関する情報は、橋梁２００に関する情報に関連付けられて記憶される。

記憶手段４０３は、加速度計測手段３１１が計測した、橋桁２０１及び橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値及び、当該加速度値についての閾値が記憶されている加速度ＤＢ４０３ｃを備えている。前記振動による加速度値及び前記加速度値についての閾値は、橋梁２００に関する情報に関連付けられて記憶される。

記憶手段４０３は、後述する絶対変位量算出手段４０６が算出する橋桁２０１及び当該橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物の橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量及び、当該絶対変位量についての閾値が記憶されている絶対変位量ＤＢ４０３ｄを備えている。前記絶対変位量及び前記絶対変位量についての閾値は、橋梁２００に関する情報に関連付けられて記憶される。

記憶手段４０３は、後述する相対変位量算出手段４０７が算出する、当該橋桁２０１に隣接する前記構造物を基準とした橋桁２０１の端部の橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の相対変位量と、当該構造物に隣接する橋桁２０１を基準とした前記構造物の端部の橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の相対変位量及び、当該相対変位量についての閾値が記憶される相対変位量ＤＢ４０３ｅを備えている。前記相対変位量及び前記相対変位量についての閾値は、橋梁２００に関する情報に関連付けられて記憶される。

橋梁監視サーバ装置４００は、加速度計測手段３１１が計測した、橋桁２０１及び橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値を取得して、当該加速度値を２回積分する処理を行う積分値算出手段４０４を備えている。

前記振動による加速度値を積分する処理には、シンプソンの公式が用いられる。シンプソンの公式では加速度値をａ_ｎとすると、１回積分により速度ｖ_ｎが算出される。

前記速度ｖ_ｎを１回積分すると変位ｘ_ｎが算出される。

この実施形態では、積分値算出手段４０４は、第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、第一の構造物側計測ノード３０２及び第二の構造物側計測ノード３０４が計測した橋桁２０１及び橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値を上記の数式を用いて積分処理を２回行い、橋桁２０１及び前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値の積分値を算出する。

橋梁監視サーバ装置４００は、積分値算出手段４０４が行った２回積分処理によって算出された前記積分値から、前記振動による加速度値の低周波数成分を除去するフィルタ処理を行う積分値補正手段４０５を備えている。

前記振動による加速度値の低周波数成分を除去する手法として、上述したように、特許文献２で提案されているカルマンフィルタを使用した加速度センサの低周波数帯のノイズを除去する発明や、非特許文献１で提案されているバターワースフィルタによる前記ノイズを除去する手法が知られている。

特許文献２で提案されている発明及び非特許文献１に記載の手法では、
・低周波数帯のノイズ除去としてカルマンフィルタを用いる場合、当該フィルタを高価なサーボ型加速度センサのみに適用することを推奨していることから、サーボ型加速度センサよりも安価な加速度センサにカルマンフィルタを適用することができない可能性がある。
・低周波数帯のノイズ除去としてバターワースフィルタを用いる場合、振動の周波数成分ごとに異なる遅延時間が生じ、当該遅延時間の補正を時間領域で容易に行えないため、変位量の測定精度が低下する。
・加速度センサは低周波数帯の精度が悪いことが知られており、フィルタ処理によって低周波数帯を除去する必要がある。バターワースフィルタの特性として、除去する低周波数帯を広くするパラメータ設定を行うと、周波数成分ごとに対する遅延時間が大きくなるので、変位量の測定精度が低下する。また、バターワースフィルタは、全ての周波数成分に対して、遅延時間を一定に設定することが不可能である。
・バターワースフィルタをサーボ型加速度センサに適用する場合、除去する低周波数帯を狭く設定して遅延時間が小さくなるように設定することができるが、サーボ型加速度センサ以外の加速度センサに適用すると、加速度センサによっては遅延時間が小さくなるように設定することが困難となる。
という課題が発生する。

そこで、この発明では、積分値補正手段４０５にＳＩＮＣフィルタを採用した。ＳＩＮＣフィルタは、振動のすべての周波数成分に対して遅延時間が一定となる設定が可能なフィルタ手段である。ＳＩＮＣフィルタによって前記遅延時間の補正を時間領域で容易に行えるため、低周波数成分の精度が低い前記ＭＥＭＳ加速度センサに適用することができ、後述する変位量算出の精度は高くなる。

また、上記のような特性を有するＳＩＮＣフィルタを前記サーボ型加速度センサよりも安価な前記ＭＥＭＳ加速度センサに適用することで、サーボ型加速度センサを用いたシステムよりも極めて安価な橋梁通行可否判定システムを構築することができる。

積分値補正手段４０５による前記フィルタ処理を行うためには、ＳＩＮＣフィルタの係数ｈ_ｍを事前に求める必要がある。このＳＩＮＣフィルタの係数ｈ_ｍは、次数をＭ、通過帯域をω_１〜ω_２とすると、以下の式により求められる。

このＳＩＮＣフィルタの係数ｈ_ｍにより前記積分値について、前記振動による加速度値の低周波数成分が除去される。低周波数成分が除去された橋桁２０１及び前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の変位量ｙ_ｎは以下のようになる。

なお、積分値補正手段４０５を計測ノード３００に備える構成にし、計測ノード３００内で前記フィルタ処理を行うようにすることもできる。

積分値補正手段４０５による前記フィルタ処理の検証として、振動台を用いた検証試験を行った。振動台への入力加速度を設計地震動とし、本発明に用いられるＭＥＭＳ加速度センサが計測した設計地震動の加速度値から算出した変位とレーザ変位計で計測した変位との比較を行った。

図６（ａ）は、本発明に用いられるＭＥＭＳ加速度センサで計測した設計地震動の加速度値を表す図である。図６（ａ）図示の加速度値を２回積分して算出した変位と、レーザ変位計で計測した変位との比較を図６（ｂ）に表す。

図６（ｂ）図示のように、加速度値の低周波数成分のフィルタ処理が行われていないため、ＭＥＭＳ加速度センサについての変位波形と、レーザ変位計についての変位波形とが一致していないことが確認できる。

そこで、図６（ａ）図示のＭＥＭＳ加速度センサで計測した加速度値の波形にＳＩＮＣフィルタによる低周波数成分の除去を行うと、図６（ｃ）に示されるように、フィルタ処理を行ったＭＥＭＳ加速度センサについての変位波形と、レーザ変位計についての変位波形とがほぼ一致していることが確認できた。また、誤差についても図６（ｄ）図示のように、極めて微細な数値範囲であることが確認できた。

このように、振動のすべての周波数成分に対して遅延時間が一定となる設定が可能であり、遅延時間の補正を時間領域で容易に行えるＳＩＮＣフィルタを低周波数成分の精度が低いＭＥＭＳ加速度センサに適用することで、後述する橋桁２０１と、当該橋桁の端部に隣接している前記構造物の橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記絶対変位量及び前記相対変位量を正確に算出することができる。

橋梁監視サーバ装置４００は、積分値補正手段４０５によってフィルタ処理された橋桁２０１及び橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値の積分値に基づいて、橋桁２０１と前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量を算出する処理を行う絶対変位量算出手段４０６を備えている。

本明細書において、「橋桁２０１及び橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物それぞれの絶対変位量」とは、橋桁２０１及び橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物それぞれの、定められた基準点に対する変位量である。

この実施形態では、前記定められた基準点を地球の中心とし、当該基準点に対する第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３それぞれの変位量が橋桁２０１の絶対変位量である。

また、前記地球の中心を基準点として、当該基準点に対する第一の構造物側計測ノード３０２及び第二の構造物側計測ノード３０４それぞれの変位量が前記構造物の絶対変位量である。

算出された橋桁２０１及び橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物の絶対変位量は、橋梁２００に関する情報に関連付けられて絶対変位量ＤＢ４０３ｄに記憶される。

橋梁監視サーバ装置４００は、積分値補正手段４０５によってフィルタ処理された橋桁２０１及び橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値の積分値に基づいて、橋桁２０１と前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の相対変位量を算出する処理を行う相対変位量算出手段４０７を備えている。

本明細書において、「橋桁２０１及び橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物それぞれの相対変位量」とは、当該橋桁２０１に隣接している前記構造物を基準とした橋桁２０１の端部の変位量及び、橋桁２０１を基準とした前記構造物の変位量である。

この実施形態では、第一の構造物側計測ノード３０２及び第二の構造物側計測ノード３０４を基準とした第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３の変位量が、橋桁２０１の相対変位量である。

また、第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３を基準とした第一の構造物側計測ノード３０２及び第二の構造物側計測ノード３０４の変位量が、橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物の相対変位量である。

したがって、この実施形態では以下の相対変位量が算出される。

ａ）第一の構造物側計測ノード３０２を基準点とした第一の橋桁側計測ノード３０１の変位量
ｂ）第二の構造物側計測ノード３０４を基準点とした第一の橋桁側計測ノード３０１の変位量
ｃ）第二の構造物側計測ノード３０４を基準点とした第二の橋桁側計測ノード３０３の変位量
ｄ）第一の構造物側計測ノード３０２を基準点とした第二の橋桁側計測ノード３０３の変位量
ｅ）第一の橋桁側計測ノード３０１を基準点とした第一の構造物側計測ノード３０２の変位量
ｆ）第二の橋桁側計測ノード３０３を基準点とした第一の構造物側計測ノード３０２の変位量
ｇ）第二の橋桁側計測ノード３０３を基準点とした第二の構造物側計測ノード３０４の変位量
ｈ）第一の橋桁側計測ノード３０１を基準点とした第二の構造物側計測ノード３０４の変位量

算出された橋桁２０１及び橋桁２０１の端部に隣接している前記構造物の相対変位量は、橋梁２００に関する情報に関連付けられて相対変位量ＤＢ４０３ｅに記憶される。

なお、ｂ）、ｄ）、ｆ）、ｈ）で表される相対変位量によって、橋梁２００の「ねじれ」の状態を把握することができる。

橋梁監視サーバ装置４００は、計測ノード３００が計測した第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、第一の構造物側計測ノード３０２及び第二の構造物側計測ノード３０４それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値、絶対変位量算出手段４０６が算出した橋桁２０１及び前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量、相対変位量算出手段４０７が算出した橋桁２０１及び前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の相対変位量に基づいて、橋梁２００への通行可否を判定する判定手段４０８を備えている。判定手段４０８は、以下の判定処理部で構成される。

（加速度判定部）
判定手段４０８を構成する加速度判定部４０８ａでは、計測ノード３００の各計測ノードが計測した第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、第一の構造物側計測ノード３０２及び第二の構造物側計測ノード３０４それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値が、加速度ＤＢ４０３ｃに記憶されている前記加速度値についての閾値を超えているか否かの判定処理が行われる。

加速度判定部４０８ａは、前記各計測ノードが計測した第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、第一の構造物側計測ノード３０２及び第二の構造物側計測ノード３０４それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値のうち、一の振動による加速度値が前記加速度値についての閾値を超えた場合、橋梁２００への通行不可と判定する。

（絶対変位判定部）
判定手段４０８を構成する絶対変位判定部４０８ｂでは、絶対変位量算出手段４０６が算出した橋桁２０１及び前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量が、絶対変位量ＤＢ４０３ｄに記憶されている前記絶対変位量についての閾値を超えているか否かの判定処理が行われる。

絶対変位判定部４０８ｂは、絶対変位量算出手段４０６が算出した第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、第一の構造物側計測ノード３０２及び第二の構造物側計測ノード３０４それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量のうち、一の絶対変位量が前記絶対変位量についての閾値を超えた場合、橋梁２００への通行不可と判定する。

（相対変位判定部）
判定手段４０８を構成する相対変位判定部４０８ｃでは、相対変位量算出手段４０７が算出した橋桁２０１及び前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の相対変位量が、相対変位量ＤＢ４０３ｅに記憶されている前記相対変位量についての閾値を超えているか否かの判定処理が行われる。

相対変位判定部４０８ｃは、相対変位量算出手段４０７が算出した上記ａ）乃至ｈ）の相対変位量のうち、一の相対変位量が前記相対変位量についての閾値を超えた場合、橋梁２００への通行不可と判定する。

橋梁監視サーバ装置４００は、判定手段４０８の各判定部が橋梁２００への通行不可と判定した場合に、所定のアラート情報を生成する処理を行うアラート情報生成手段４０９を備えている。

判定手段４０８の加速度判定部４０８ａが橋梁２００への通行不可と判定した場合、アラート情報生成手段４０９は、地震動の検知に関するアラート情報を生成する。当該アラート情報には、橋梁名、計測ノードのＩＤ、当該計測ノードが計測した前記振動による加速度値、前記加速度値についての閾値等が含まれる。生成された前記アラート情報は、事業者側端末６００に送信される。

判定手段４０８の絶対変位判定部４０８ｂ又は相対変位判定部４０８ｃが橋梁２００への通行不可と判定した場合、アラート情報生成手段４０９は、橋梁２００の異常に関するアラート情報を生成する。当該アラート情報には、橋梁名、計測ノードのＩＤ、橋桁２０１と前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量、相対変位量及びこれら変位量についての閾値等が含まれる。生成された前記アラート情報は、事業者側端末６００に送信される。

図８乃至図１０は、アラート情報生成手段４０９が生成した前記アラート情報が、事業者側端末６００に表示される状態の例を表す図である。事業者側端末６００には、前記地震動の検知に関するアラート情報や、橋梁の異常に関するアラート情報が表示されている。

事業者端末６００を使用する事業者は、前記地震動の検知に関するアラート情報や、橋梁の異常に関するアラート情報を直ちに把握して、橋梁の通行可否判定を迅速に行うことができる。

特に本発明では、目視点検では把握できない地震発生中における橋桁と前記構造物それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量及び相対変位量が正確に算出されるので、前記事業者は直ちに橋梁の被災状況を推定することができる。

これらの各手段によって行われる情報処理が、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等で構成される制御手段４０２によって制御される。

４．橋梁通行可否判定の処理フロー
図７を参照して、本発明の橋梁通行可否判定システム１００による橋梁通行可否判定の処理フローを説明する。

図１図示の形態において、橋梁２００における橋桁２０１と、橋桁２０１の端部に隣接している構造物である橋台２０２とに、それぞれ設置されている第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、第一の構造物側計測ノード３０２の加速度計測手段３１１であるＭＥＭＳ加速度センサは、それぞれの計測ノードの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値を計測する処理を行う（Ｓ１０１）。

計測された各振動による加速度値は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線通信網５００ａを介してデータ中継ノード３０５へ送信される。

中継ノード３０５は、携帯電話通信網又は衛星通信網の通信ネットワーク５００ｂを介して、前記各振動による加速度値を橋梁監視サーバ装置４００へ転送する処理を行う（Ｓ１０２）。

橋梁監視サーバ装置４００が前記各振動による加速度値を受信すると（Ｓ１０３）、判定手段４０８を構成する加速度判定部４０８ａは、第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、第一の構造物側計測ノード３０２の各加速度計測手段３１１が計測したそれぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値が、加速度ＤＢ４０３ｃに記憶されている前記加速度値についての閾値を超えているか否かの判定処理を行う（Ｓ１０４）。

また、前記加速度値についての判定処理と並行して、積分値算出手段４０４は、第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、第一の構造物側計測ノード３０２の各加速度計測手段３１１が計測したそれぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値を取得して、当該加速度値を２回積分する処理を行う（Ｓ１０５）。

上記Ｓ１０４において、加速度判定部４０８ａは、加速度計測手段３１１が計測した前記各振動による加速度値のうち、一の振動による加速度値が当該加速度値についての閾値を超えた場合、橋梁２００への通行不可と判定する。

判定手段４０８の加速度判定部４０８ａが橋梁２００への通行不可と判定した場合、アラート情報生成手段４０９は、地震動の検知に関するアラート情報を生成する処理を行う（Ｓ１０６）。当該アラート情報には、橋梁名、計測ノードのＩＤ、当該計測ノードが計測した前記振動による加速度値、当該加速度値についての閾値等が含まれる。生成された前記アラート情報は、事業者側端末６００に送信される（Ｓ１０７）。また、前記アラート情報は、橋梁ＤＢ４０３ａ、計測ノードＤＢ４０３ｂ、加速度ＤＢ４０３ｃに記憶される（Ｓ１０８）。

事業者側端末６００では、図８、図９図示のような地震動の検知に関するアラート情報が表示される。当該地震動の検知に関するアラート情報により、事業者は地震動の検知範囲に位置する橋梁２００を素早く把握することができる。

前記加速度値についての判定処理と並行して行われる上記Ｓ１０５の積分処理において、積分値算出手段４０４は、上述した数式１及び数式２を用いて、橋桁２０１及び橋台２０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値を２回積分する処理を行う。

積分値補正手段４０５であるＳＩＮＣフィルタは、積分値算出手段４０４が行った２回積分処理によって算出された橋桁２０１及び橋台２０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値の積分値から、上述した数式３及び数式４を用いて、前記振動による加速度値の低周波数成分を除去するフィルタ処理を行う（Ｓ１０９）。

絶対変位量算出手段４０６は、前記ＳＩＮＣフィルタによって前記フィルタ処理された橋桁２０１及び橋台２０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の積分値に基づいて、橋桁２０１及び橋台２０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量である、第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と第一の構造物側計測ノード３０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量を算出する処理を行う（Ｓ１１０）。

また、相対変位量算出手段４０７は、前記ＳＩＮＣフィルタによって前記フィルタ処理された橋桁２０１及び橋台２０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の前記振動による加速度値の積分値に基づいて、橋桁２０１及び橋台２０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の相対変位量である、上述した相対変位量ａ）乃至ｈ）を算出する処理を行う（Ｓ１１１）。

判定手段４０８を構成する絶対変位判定部４０８ｂは、絶対変位量算出手段４０６が算出した橋桁２０１及び橋台２０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量が、絶対変位量ＤＢ４０３ｄに記憶されている前記絶対変位量についての閾値を超えているか否かの判定処理を行う（Ｓ１１２）。

絶対変位判定部４０８ｂは、絶対変位量算出手段４０６が算出した第一の橋桁側計測ノード３０１及び第二の橋桁側計測ノード３０３と、第一の構造物側計測ノード３０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量のうち、一の絶対変位量が当該絶対変位量についての閾値を超えた場合、橋梁２００への通行不可と判定する。

また、判定手段４０８を構成する相対変位判定部４０８ｃは、相対変位量算出手段４０７が算出した橋桁２０１及び橋台２０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の相対変位量が、相対変位量ＤＢ４０３ｅに記憶されている前記相対変位量についての閾値を超えているか否かの判定処理を行う（Ｓ１１３）。

相対変位判定部４０８ｃは、相対変位量算出手段４０７が算出した上記ａ）乃至ｈ）の相対変位量のうち、一の相対変位量が当該相対変位量についての閾値を超えた場合、橋梁２００への通行不可と判定する。

判定手段４０８の絶対変位判定部４０８ｂ又は相対変位判定部４０８ｃが橋梁２００への通行不可と判定した場合、アラート情報生成手段４０９は、橋梁２００の異常に関するアラート情報を生成する処理を行う（Ｓ１１４）。当該アラート情報には、橋梁名、計測ノードのＩＤ、橋桁２０１及び橋台２０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量、相対変位量及びこれら変位量についての閾値等が含まれる。生成された前記アラート情報は、事業者側端末６００に送信される（Ｓ１１５）。また、前記アラート情報は、橋梁ＤＢ４０３ａ、計測ノードＤＢ４０３ｂ、絶対変位量ＤＢ４０３ｄ、相対変位量ＤＢ４０３ｅに記憶される（Ｓ１１６）。

事業者側端末６００では、図８、図９図示のような地震動の検知に関するアラート情報が表示された状態から図１０図示のような橋梁２００の異常に関するアラート情報が表示される。当該橋梁２００の異常に関するアラート情報により、前記地震動の検知に関するアラート情報に引き続いて、どの橋梁がどの程度の被災状況なのかを速やかに把握し、橋梁２００の通行可否判定を迅速に行うことができる。

特に本発明では、目視点検では把握できない地震発生中における橋桁２００及び橋台２０２それぞれの橋軸方向、橋軸直角方向及び鉛直方向の絶対変位量及び相対変位量が正確に算出されるので、前記事業者は直ちに橋梁の被災状況を推定することができる。

以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。

１００ 橋梁通行可否判定システム
２００ 橋梁
２０１ 橋桁
２０２ 橋台
３００ 計測ノード
３０１ 第一の橋桁側計測ノード
３０２ 第一の構造物側計測ノード
３０３ 第二の橋桁側計測ノード
３０４ 第二の構造物側計測ノード
３０５ データ中継ノード
３１０ 情報送信手段
３１１ 加速度計測手段
３１２ 情報受信手段
３１３ 情報転送手段
４００ 橋梁監視サーバ装置
４０１ 情報送受信手段
４０２ 制御手段
４０３ 記憶手段
４０３ａ 橋梁データベース
４０３ｂ 計測ノードデータベース
４０３ｃ 加速度データベース
４０３ｄ 絶対変位量データベース
４０３ｅ 相対変位量データベース
４０４ 積分値算出手段
４０５ 積分値補正手段
４０６ 絶対変位量算出手段
４０７ 相対変位量算出手段
４０８ 判定手段
４０８ａ 加速度判定部
４０８ｂ 絶対変位判定部
４０８ｃ 相対変位判定部
４０９ アラート情報生成手段
５００ａ 無線通信網
５００ｂ 通信ネットワーク
５００ｃ 通信ネットワーク
６００ 事業者側端末
６００ａ 本社端末
６００ｂ 支社端末
６００ｃ 管制センター端末
６００ｄ 管理事務所端末

Claims (8)

1. 橋梁における橋桁と、当該橋桁の端部に隣接している構造物とにそれぞれ設置されている橋桁側計測ノード及び構造物側計測ノードと、
   前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードが計測する前記橋桁及び前記構造物それぞれの振動による加速度値を取得して、当該加速度値から、前記橋桁及び前記構造物の状態を推定し、前記橋梁への通行可否を判定する橋梁監視サーバ装置とが、
   通信ネットワークを介して相互に通信可能に接続されてなる橋梁通行可否判定システムであって、
   前記橋梁監視サーバ装置は、
   前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードのそれぞれから取得した前記加速度値を２回積分し、前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードそれぞれの前記振動による加速度値の積分値を算出する積分値算出手段と、
   前記算出されたそれぞれの積分値から、前記加速度値の低周波数成分を除去するＳＩＮＣフィルタと、
   前記低周波数成分が除去されたそれぞれの積分値に基づいて、前記構造物側計測ノードを基準とした前記橋桁側計測ノードの相対変位量又は前記橋桁側計測ノードを基準とした前記構造物側計測ノードの相対変位量を算出する相対変位量算出手段と、
   前記算出された相対変位量と、予め定められている前記相対変位量の閾値とを比較して、前記橋梁への通行可否を判定する判定手段とを備え、
   前記橋桁側計測ノードは、橋軸が延びる方向に交差する方向で少なくとも２個配置した第一の橋桁側計測ノードと第二の橋桁側計測ノードとを備えてなり、
   前記ＳＩＮＣフィルタは、前記加速度値の全周波数成分に対して遅延時間を一定にして前記算出されたそれぞれの積分値から、前記加速度値の低周波数成分を除去する
   ことを特徴とする橋梁通行可否判定システム。
2. 前記構造物側計測ノードが設置される前記構造物は橋台である
   ことを特徴とする請求項１記載の橋梁通行可否判定システム。
3. 前記構造物側計測ノードは、橋軸が延びる方向に交差する方向で少なくとも２個配置した第一の構造物側計測ノードと第二の構造物側計測ノードとを備えてなる
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の橋梁通行可否判定システム。
4. 前記橋梁監視サーバ装置は、
   前記低周波数成分が除去されたそれぞれの積分値に基づいて、定められた基準点に対する前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードそれぞれの絶対変位量を算出する処理を行う絶対変位量算出手段をさらに備えており、
   前記判定手段は、
   前記算出された絶対変位量と、予め定められている前記絶対変位量の閾値とを比較して、前記橋梁への通行可否を判定する
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の橋梁通行可否判定システム。
5. 前記橋桁側計測ノードと前記構造物側計測ノードは、それぞれＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）加速度センサを備えており、これを用いて、前記橋桁及び前記構造物それぞれの振動による加速度値を計測する
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の橋梁通行可否判定システム。
6. 前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードと、前記橋梁監視サーバ装置との間の通信ネットワークを介した相互に通信可能な接続は、
   データ中継ノードを介して行われており、
   前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードと、前記データ中継ノードとが、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線通信網によってリアルタイムで相互に通信可能に接続されている
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の橋梁通行可否判定システム。
7. 前記データ中継ノードは、携帯電話通信網又は衛星通信網のいずれかの通信ネットワークを選択して、前記橋桁側計測ノードと、前記構造物側計測ノードから取得した前記加速度値を前記橋梁監視サーバ装置へ転送する情報転送手段
   を備えていることを特徴とする請求項６記載の橋梁通行可否判定システム。
8. 前記情報転送手段は、前記携帯電話通信網の混雑時に前記橋梁監視サーバ装置への通信を前記衛星通信網に自動で切替える通信ネットワーク切替機能を備えている
   ことを特徴とする請求項７記載の橋梁通行可否判定システム。