JP6143727B2 - 橋梁点検システム及び橋梁点検方法 - Google Patents

Description

本発明は、橋梁上面における道路の路面等の損傷と橋梁下面における床版等の損傷を点検する橋梁点検手法に関するものである。

老朽化した橋梁の損傷は、橋梁上面と橋梁下面の双方で発生するが、それら損傷の原因は、次のように考えられている。
まず、橋梁上面では、アスファルト舗装の路面に対し、通行車両の衝撃や車両重量の載荷が繰り返され（以下、繰り返し荷重等とする）、その繰り返し荷重等により老朽化に伴う損傷が進行する。そして、これらの損傷は、アスファルト舗装路面にポットホールやクラックとして現れていると考えられている。

また、橋梁上面において、アスファルト表層や基層の油脂分が雨水等の水分により洗い流されると、アスファルト合剤の骨材が分離し、舗装内部に水分が流入し、更には、その下部にある橋梁の床版コンクリートまで浸透する。

床版コンクリートには、通行車両の繰り返し荷重等によるクラックや剥離が発生しており、これらクラックや剥離から床版内部への水分の浸透が発生すると、コンクリート内の石灰分が洗い流され、クラックが広げられ、床版厚を貫通したクラックからのエフロレッセンス(白華、遊離石灰)が発生する。そして、これにより、床版コンクリートの劣化がさらに進行し、橋梁下面における、床版コンクリートの剥離や脱落を起こす原因になると考えられている。

更に、鋼橋の場合には、床版コンクリートのクラックから浸透した水分が鋼製桁に付着することにより錆びが発生し、腐食が進行する原因になると考えられている。

このように、橋梁上面の状況は橋梁下面の構造体に大きな影響があり点検は正確な位置と状況の同時把握が必要である。そこで、橋梁上面の損傷については、日々点検が行われ、その状況により補修計画及び補修が行われている。

橋梁上面の構造物(路面、高欄、ガードレール、投物防止柵、遮音壁等)の点検は、交通の安全を阻害するポットホールやクラック及びガードレール等の交通安全施設の損傷を把握し補修する目的で実施され、損傷の大きさや深さを目視やスケールを用いて測量し、写真撮影を行う。この際、位置情報として用いられるのは道路毎の路線沿いに道路の始点から付与されたキロポストである。損傷が存在する場所は一般交通が常時走行している道路上であり、時間を要するＧＰＳを用いた公共座標計測は危険なため用いられず、道路の縦断方向の位置を示す指標であるキロポストが使用されている。

一方、橋梁下面の状況は、橋梁上面から目視で確認できないため、橋梁上面の点検とは別に行われる。橋梁下面の桁やコンクリート床版の構造物の位置は図面により間接的に確認され、検査路等のある場所については近接して目視や点検ハンマーによる打音により点検し、写真により記録する。この際に位置情報として用いられるのは、橋梁の構造図面の位置や縦桁と横桁に囲まれた床版コンクリートのパネルである。なお、公共座標による位置情報は、橋梁下ではＧＰＳ取得が不可能なこともあり、用いられていない。

ところが、交通の安全という道路機能上の重要な目的に加え、路肩を低速走行する等の容易な手法で実施できる橋梁上面の点検がほぼ毎日実施されているのに対し、橋梁下面の点検は、橋梁上面の点検と比較し難しいこともあり、その頻度は橋梁上面の点検と比較し少ないのが実情である。例えば、橋梁下面においては、検査路等の足場の無い個所も多く存在し、河川や海等の侵入の難しい場所では、大掛かりな点検用足場を設置することなく橋梁下面に近接した目視やハンマーの打音による点検を行うことは難しい。

なお、足場が存在しない橋梁下面の点検には、無線で遠隔操作できる飛行体を用いる手法が考えられる。例えば、特開平７−２４７５１号公報、特開２００６−２７４４８号公報、特開２００７−３３１４２６号公報に開示されている、点検作業用の飛行体を用いることが考えられる。

特開平７−２４７５１号公報 特開２００６−２７４４８号公報 特開２００７−３３１４２６号公報

しかしながら、従来の点検方法では、例え飛行体を利用して橋梁下面の点検を行ったとしても、橋梁上面において損傷が発見された場合に、橋梁下面の状況を同時に目視で確認することはできなかった。すなわち、橋梁上面の損傷が橋梁下面にどの程度影響しているかが確認できず、舗装のみを補修すべきか、床版コンクリートまでを含め補修すべきか判断することが難しかった。

そこで、本発明は、橋梁上面と橋梁下面の損傷の関係を同時に正確な位置で把握し、高精度な橋梁点検の実現を可能とする橋梁点検システム及び橋梁点検方法を提供することを目的とする。

本発明に係る橋梁点検システムは、橋梁上面の上側に設けられた第一計測装置と、橋梁下面の下側に設けられた第二計測装置と、撮像装置を搭載し前記橋梁下面に沿って移動する飛行体と、前記飛行体とケーブル接続され前記飛行体に電力を供給する電源装置と、前記飛行体の制御装置と、前記橋梁上面の点検対象部及び前記飛行体の座標を算出する演算処理装置を有する。

前記演算処理装置は、前記第一計測装置が設置された位置を座標基準とし、前記橋梁上面の点検対象部の座標を、前記第一計測装置の計測値に基づいて算出する。

また、前記飛行体の座標を、前記第一計測装置が設置された位置を座標基準とし、前記飛行体の座標を、前記第二計測装置の計測値に基づいて算出する。

前記制御装置は、前記飛行体の座標の値と前記点検対象部の座標の値の差分に基づく移動指示信号を前記飛行体に出力し、前記飛行体は、前記移動指示信号に基づき移動し、橋梁下面における前記点検対象部の真下の画像を取得する。

前記第一計測装置及び前記第二計測装置の一方、或いは双方がステレオカメラを備えるものであってもよい。

本発明に係る橋梁点検方法では、橋梁上面の上側に第一計測地点を設け、橋梁下面の下側に第二計測地点を設ける。

また、前記第一計測地点の位置座標を基準とし、前記橋梁上面の点検対象部の座標を、前記第一計測地点で得た計測値に基づいて算出する。

更に、前記橋梁下面に沿って移動する飛行体の座標を、前記第一計測地点の位置座標を基準とし前記第二計測装置の計測値に基づいて算出する。

そして、前記飛行体の座標の値と前記点検対象部の座標の値の差分に基づき前記飛行体を移動させ、前記橋梁下面における前記点検対象部の真下の画像を取得する。

前記第一計測地点における計測及び前記第二計測地点の計測の一方、或いは双方を、ステレオカメラを使用して行ってもよい。

本発明によれば、飛行体の座標の値と点検対象部の座標の値の差分に基づき飛行体を移動させ、橋梁下面における点検対象部の真下の画像を取得できるため、取得された橋梁下面の画像を参照しながら、橋梁上面と橋梁下面の損傷の関係を同時に把握することができる。

しかも、橋梁上面の点検対象部の座標と、橋梁下面に沿って移動する飛行体の座標は、橋梁上面において点検対象部の計測が行われる地点（第一計測装置或いは第一計測地点）を座標基準として算出されるため、極めて正確な座標を算出することができ、高精度の点検が可能になる。

従来技術による点検では、既述のように、橋梁下面の桁やコンクリート床版の構造物の位置が図面により間接的に確認されていたことから、橋梁上面と橋梁下面の正確な位置関係を把握することが難しかった。そのため、橋梁上面の損傷と橋梁下面の損傷の関連付けが難しかった。これに対し、本発明では、第一計測装置が設置された位置、すなわち第一計測地点を座標基準とし、橋梁上面の点検対象部の座標を第一計測装置の計測値に基づいて算出し、飛行体の座標を第二計測装置の計測値に基づいて算出するため、橋梁上面と橋梁下面の正確な位置関係を把握することが可能となる。

更に、飛行体にはケーブルにより電源が供給されるため、長時間の飛行が可能となり、橋梁上面の点検作業と同時に橋梁下面に沿って飛行させることが可能となる。そのため、橋梁上面の点検作業と並行して橋梁下面の画像を取得することが可能となる。

本発明において、点検対象部及び飛行体を計測する手法に制限はないが、平行等位に設置される２つのカメラを有するステレオカメラによる計測が好適である。ステレオカメラを使用する場合は、点検対象部或いは飛行体を撮影した２つの画像データに基づき、座標を算出することができる。

また、本発明において、基準座標は、ＧＰＳにより取得した公的座標が好適であるが、位置を特定できることが可能であれば、その他の手法により決めてもよい。

本発明に係る橋梁点検システムの実施形態の全体構成を示すブロック図である。 同橋梁点検システムにより点検が実施されている状態を橋軸方向から示す断面図である。 同橋梁点検システムによる点検が実施されている状態を示す平面図である。 点検対象部の座標算出に使用される撮像画像と点検対象部の位置関係を示す概念図である。

図１〜４を参照しながら、本発明に係る橋梁点検システムの実施形態について説明する。
この橋梁点検システムは、図１に示すように、演算処理装置１、第一計測装置２、第二計測装置３、及び、飛行体４を有する。

演算処理装置１は、飛行体４の座標及び橋梁上面の点検対象部の座標を算出するためのもので、第一計測装置２及び第二計測装置３が接続されている。そして、これら計測装置２、３から座標算出に必要となる画像データを取得するものとなっている。

また、演算処理装置１には、点検に必要な情報を表示するモニタ１１と、点検データを記憶するための記憶装置１２が接続されている。更に、演算処理装置１には、ケーブル４１を介して飛行体４が接続されるとともに、その飛行体４を操作するための操作卓１３が接続されている。

なお、この実施形態の演算処理装置１には、ラップトップタイプの公知のパーソナルコンピュータが採用されている。

演算処理装置１、モニタ１１、記憶装置１２及び操作卓１３は、橋梁上面９１の道路路肩部に設置された移動台車５に積載されている。そして、これらの装置は、一体の操作部１０として、橋梁上面９１の道路路肩部を人手により一体に移動できるものとなっている。

移動台車５には、また、第二計測装置３と飛行体４を橋梁下面９２の下側に配置するための、迂回装置６が載置されている。

迂回装置６は、橋梁上面９１に対し上方に起立する支持部材６１と支持部材６１の上端から水平方向に延びる腕部材６２で構成される迂回フレーム、及び、腕部材６２の自由端（支持部材６１に固定されていない端部）に取付けられた、伸縮自在の吊り下げロット６３を備えている。

迂回フレームの支持部材６１は、移動台車５に対し、長手方向の軸線を中心とした回転が可能な状態で支持固定されている。そして、吊り下げロット６３を縮めた状態で支持部材６１を回転させることにより、吊り下げロット６３を、壁高欄や遮音壁等の路肩構造物９３の外側に配置することができる。

更に、路肩構造物９３の外側に配置された、縮められた状態の吊り下げロット６３を延ばすことにより、吊り下げロット６３の先端を橋梁下面９２の下側に配置することができる。従って、吊り下げロット６３の先端に、第二計測装置３と飛行体４を取り付けることで、これらを橋梁下面の下側に配置することができる。

なお、第二計測装置３が取り付けられた吊り下げロット６３の先端は、本発明に係る橋梁点検方法の第二計測地点に相当する。

支持部材６１、腕部材６２、及び吊り下げロット６３は、また、連続する中空部を有し、飛行体４を演算処理装置１に接続するケーブル４１がその中空部に挿通されている。なお、飛行体４を橋梁下面９２の下側に配置するとき、飛行体４は、ケーブル４１により吊り下げロット６３の先端から吊り下げられた状態となる。

ケーブル４１は、飛行体４の電力供給線を兼ねるものとなっており、移動台車５に載置された、図示しない発電機にも接続されている。更に、ケーブル４１は、吊り下げロット６３の下端部に設けられた図示しない巻き取り装置により、飛行体４の移動に合わせた長さの調整が可能とされている。そして、この長さ調整により、飛行体４に対するケーブル４１の重量負荷軽減が図られている。

発電機には、公知のディーゼル発電機が採用されており、飛行体４の他、演算処理装置１、第一計測装置２、第二計測装置３、モニタ１１、記憶装置１２、操作卓１３、及び、その他の図示しない周辺機材の電力源となっている。

第一計測装置２は、ステレオカメラ２１とＧＰＳ装置２２を備え、支持部材６１の上端部に設置されている。そして、橋梁上面９１に存在する損傷等の点検対象部Ｐ１の位置の計測を行う。

なお、第一計測装置２が取り付けられた支持部材６１の上端部は、本発明に係る橋梁点検方法の第一計測地点に相当する。

ステレオカメラ２１は一対のカメラ２１ｌ、２１ｒを有し、これらカメラ２１ｌ、２１ｒは、ＧＰＳ装置２２を中心として対象に配置されている。すなわち、ＧＰＳ装置２２とカメラ２１ｌの距離ｂｌ１は、カメラ２１ｌとカメラ２１ｒの間の距離をＢ１とすれば、ｂｌ１＝Ｂ１／２とされている。同様に、ＧＰＳ装置２２とカメラ２１ｒの距離ｂｌｒもＢ１／２とされている

また、カメラ２１ｌ、２１ｒは、双方の光軸が平行し撮像面が一致し、更に、撮像面の横軸（ｘ軸）も一致し、互いに回転していない状態で配置されている。そして、ＧＰＳ装置２２は、撮像面のｘ軸上において、カメラ２１ｌとカメラ２１ｒの中間位置Ｇ１に配置される。

従って、ＧＰＳにより取得した中間位置Ｇ１の公共座標を（ｘ０、ｙ０、ｚ０）とすれば、カメラ２１ｌの座標は（ｘ０−Ｂ１／２、ｙ０、ｚ０）となり、カメラ２１ｒの座標は（ｘ０＋Ｂ１／２、ｙ０、ｚ０）となる。なお、ＧＰＳにより公共座標が取得される中間位置Ｇ１は、この橋梁点検システムの基準地点となり、その公共座標（ｘ０、ｙ０、ｚ０）は、この橋梁点検システムの基準座標となる。

実際の空間の座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）における撮像目的点（点検対象部Ｐ１）の座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）は、カメラ２１ｌの撮像画面上の投影点Ｐｌ１の座標（ｘｌ１、ｚｌ１）と、カメラ２１ｒの撮像画面上の投影点Ｐｒ１の座標（ｘｒ１、ｚｒ１）により、以下の数式（１）、（２）、（３）から算出される。

なお、カメラ２１ｌ（左カメラ）の焦点ｌ０を原点とした、カメラ２１ｌの撮像画面上の座標系を（ｘｌ、ｚｌ）、カメラ２１ｒの座標系を（ｘｒ、ｚｒ）とする。また、Ｘ軸、ｘｌ軸、ｘｒ軸の全てを、カメラ２１ｌの焦点からカメラ２１ｒ（右カメラ）の焦点に向かう方向に一致させるものとする。更に、カメラ２１ｌ、２１ｒの焦点距離をｆ１とする。

数式（２）において、カメラ２１ｌ、２１ｒの間の距離Ｂ１と、カメラ２１ｌ、２１ｒの焦点距離ｆ１は定数であるため、ｘｌ１−ｘｒ１（視差）を求めることにより、Ｙ１を得ることができる。また、Ｙ１を得ることができれば、数式（１）よりＸ１を、数式（３）よりＺ１を得ることができる。ただし、Ｐ１の座標の算出処理は、第一計測手段２が取得した画像データと公共座標データが送信される演算処理装置１において行われる。

第二計測装置３も、第一計測装置２と同様にステレオカメラ３１を備える。そして、既述のように、吊り下げロット６３の下端部に設置さ、橋梁下面９２に沿って移動する飛行体４の位置の計測を行う。

なお、この実施形態において点検対象となっている橋梁は、一般的な橋梁と同様に、橋梁下面９２から下方に突出する主桁９４を有している。そのため、第二計測装置３は、主桁９４に阻まれることなく飛行体４を確認できる配置とされている。その配置は、腕部材６２による第一計測地点（第一計測装置２が設置された地点）からの張り出し長ＬＹａと、吊り下げロット６３による垂下長ＬＺａを適宜変えることで調整可能となっている。

第二計測装置３のステレオカメラ３１も、第一計測装置２のステレオカメラ２１と同様に一対のカメラ３１ｌ、３１ｒを有し、両カメラの撮像画面上の座標系で示された飛行体４の投影点の座標（ｘｌ２、ｚｌ２）及び（ｘｒ２、ｚｒ２）に基づき、実際の空間の座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）における飛行体４の座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を、以下の数式（４）、（５）、（６）から算出することができる。ただし、Ｐ１の座標の算出処理と同様、Ｐ２の座標の算出処理は、第二計測手段３が取得した画像データが送信される演算処理装置１において行われる。

なお、第一計測装置２の場合と同様、カメラ３１ｌ（左カメラ）の焦点を原点とした、カメラ３１ｌの撮像画面上の座標系を（ｘｌ、ｚｌ）、カメラ３１ｒの座標系を（ｘｒ、ｚｒ）とする。また、Ｘ軸、ｘｌ軸、ｘｒ軸の全てを、カメラ３１ｌの焦点からカメラ３１ｒ（右カメラ）の焦点に向かう方向に一致させることも、第一計測装置２の場合と同様である。カメラ３１ｌ、３１ｒの焦点距離はｆ２とする。

飛行体４は、公知のリモコンヘリコプターであり、飛行を制御するためのコンピュータが搭載されている。飛行姿勢は、ジャイロセンサー（角度センサ）、レーザレンジファインダ（距離センサ）からのデータの処理により飛行モーターの制御を行うことで、自律保持される。水平、垂直の移動は、操作卓１３からの移動指示によりコンピュータが処理し飛行制御する。自律制御には、強風や障害物への衝突の可能性がある場合に、操作卓１３へのアラートを送信する他、回避を行うなどのフェールセーフ機能も含まれる。また、飛行中の操作のための小型のモニタカメラが複数搭載され、飛行中の動画映像が操作卓１３へ送信される。

飛行体４には、また、デジタル映像撮影機材として、高画質デジタルカメラとデジタルビデオが、本体上部及び本体下部に搭載されており、これら撮影機材により橋梁下面の映像を撮影する。撮影の方向は、操作卓１３から指示を行い動作するジンバル装置により制御される。

飛行体４は、更に、撮影方向を照射するＬＥＤライトを搭載している。ＬＥＤライトはジンバル装置に設置され、照度が低くデジタル映像撮影に向いていない橋梁下面において、撮影機材方向と同期して撮影方向を照射する。

第一計測装置２のステレオカメラ２１で取得された画像と、飛行体４に搭載されたデジタル映像撮影機材で取得された画像は、モニタ１１に並べて表示される。また、第二計測装置３のステレオカメラ３１で取得された画像も併せて、モニタ１１に表示される。

モニタ１１には、更に、演算処理装置１で算出された、点検対象部Ｐ１と飛行体４（Ｐ２）の座標が表示される。そして、利用者は、その座標に基づいて飛行体４を移動させることで、点検対象部Ｐ１の真下の地点に飛行体４を配置することができる。

なお、点検対象部Ｐ１の真下の地点の座標は、点検対象部Ｐ１の座標に対し、橋梁の高さ方向、すなわちＺ軸上の位置が異なり、橋軸方向であるＹ軸上と、橋軸方向に直交する橋の幅方向であるＸ軸上の位置が同じものとなる。従って、飛行体４の操作においては、飛行体４のＸ座標Ｘ２を点検対象Ｐ１のＸ座標Ｘ１に、飛行体４のＹ座標Ｙ２を点検対象Ｐ１のＹ座標Ｙ１に一致させればよい。

飛行体４の移動操作は、操作卓１３により行うことができる。移動の方向（上下移動、水平移動）、そして、移動距離を指示すると、その指示は演算処理装置１を介して飛行体４に伝送される。また、操作卓１３により、飛行開始、飛行停止、及び、画像取得に関する指示も行うことができる。

飛行体４が点検対象部の真下まで移動すると、モニタ１１には、点検対象部の橋梁上面の画像と橋梁画面の画像が並べて表示される。従って、橋梁の特定部位について、橋梁上面の状態と橋梁下面の状態を同時に確認することができる。

点検対象部Ｐ１は、第一計測装置２のステレオカメラ２１の角度を調整することで変更することができる。また、点検対象部Ｐ１が、第一計測装置２のステレオカメラ２１の撮像範囲の外にある場合、すなわち、角度調整によっても撮像できない場所にある場合は、その点検対象部が撮像範囲に含まれる位置まで移動台車５を移動させればよい。

モニタ１１に表示される情報は、全て、データ記憶装置１２に記憶される。データ記憶装置１２は、その他基本情報としてデータを記録した日付、時間、及び、ＧＰＳ装置２２の位置情報を記録する。更に、飛行体４の移動記録として軌跡データを公共座標データとして記録する。従って、点検作業現場では、点検に必要となるデータの収集のみを行い、データの解析は別に行うことが可能となり、現場作業時間の短縮を図ることができる。

１ 演算処理装置
２ 第一計測装置
３ 第二計測装置
４ 飛行体
５ 移動台車
６ 迂回装置
１０ 操作部
１１ モニタ
１２ 記憶装置
１３ 操作卓
２１、３１ ステレオカメラ
２１ｌ、２１ｒ、３１ｌ、３１ｒ カメラ
４１ ケーブル
６１ 支持部材
６２ 腕部材
６３ 吊り下げロット
９１ 橋梁上面
９２ 橋梁下面
９３ 路肩構造物
９４ 主桁

Claims (6)

1. 橋梁上面の上側に設けられた第一計測装置と、橋梁下面の下側に設けられた第二計測装置と、撮像装置を搭載し前記橋梁下面に沿って移動する飛行体と、前記飛行体とケーブル接続され前記飛行体に電力を供給する電源装置と、前記飛行体の制御装置と、前記橋梁上面の点検対象部及び前記飛行体の座標を算出する演算処理装置を有し、
   前記演算処理装置は、前記第一計測装置が設置された位置を座標基準とし、前記橋梁上面の点検対象部の座標を、前記第一計測装置の計測値に基づいて算出し、
   前記飛行体の座標を、前記第一計測装置が設置された位置を座標基準とし、前記飛行体の座標を、前記第二計測装置の計測値に基づいて算出し、
   前記制御装置は、前記飛行体の座標の値と前記点検対象部の座標の値の差分に基づく移動指示信号を前記飛行体に出力し、
   前記飛行体は、前記移動指示信号に基づき移動し、橋梁下面における前記点検対象部の真下の画像を取得することを特徴とする橋梁点検システム。
2. 前記第一計測装置はステレオカメラを備える請求項１に記載の橋梁点検システム。
3. 前記第二計測装置はステレオカメラを備える請求項１又は２に記載の橋梁点検システム
4. 橋梁上面の上側に第一計測地点を設け、
   橋梁下面の下側に第二計測地点を設け、
   前記第一計測地点の位置座標を基準とし、前記橋梁上面の点検対象部の座標を、前記第一計測地点で得た計測値に基づいて算出し、
   前記橋梁下面に沿って移動する飛行体の座標を、前記第一計測地点の位置座標を基準とし、前記第二計測装置の計測値に基づいて算出し、
   前記飛行体の座標の値と前記点検対象部の座標の値の差分に基づき前記飛行体を移動させ、前記橋梁下面における前記点検対象部の真下の画像を取得することを特徴とする橋梁点検方法。
5. 前記第一計測地点における計測はステレオカメラを使用して行われる請求項４に記載の橋梁点検方法。
6. 前記第二計測地点における計測はステレオカメラを使用して行われる請求項４又は５に記載の橋梁点検方法。
   
   
   
   

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