JP6164709B1 - 構造物点検方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネルや橋梁等の構造物に対して低コストで点検が行える構造物点検方法を提供する。【解決手段】構造物（例えばトンネル）に対し、検知装置１０を設置する。検知装置１０は、外部から照射される電磁波をアンテナで受けて非接触給電され、この給電電力によって作動する。作動した検知装置１０は、構造物に対する検知データを採取し、この検知データを外部に送信する。データ収集時には、電磁波送信装置２０およびデータ受信装置２１を搭載した移動体（例えば車両）３０を構造物（例えばトンネル）内の通行路（例えば、道路）に沿って走行させる。電磁波送信装置２０から送信する電磁波によって検知装置１０を作動させ、検知装置１０が送信する検知データをデータ受信装置２１で無線通信によって受信する。【選択図】図２

Description

本発明は、トンネルや橋梁等の構造物における構造物点検方法に関する。

道路や鉄道などのインフラには、トンネルや橋梁等の多くの構造物が存在している。これらの構造物を安全に使用するためには、点検等による維持管理を適切に行うことが求められる。このような構造体に対する点検は、現状では測量器具を用いた測量や人による近接目視などが主流であるが、点検を行う手間が煩雑であり、点検に掛かるコストが高くなるといった問題がある。

測量や目視以外の点検方法としては、特許文献１に、コンクリート等の構造体における地震等の災害後の損傷位置や損傷程度を検知する検知装置が開示されている。具体的には、ひずみセンサと通信部とを有する検出装置をコンクリートの表面に配置若しくは内部に埋め込み、外部のリーダと該検出装置とで無線通信を行い、ひずみセンサによって検知されたひずみをワイヤレスで収集することが開示されている。

特開２００６−２９９３１号公報

特許文献１では、トラス構造、橋梁及びトンネル等の構造体に上記検知装置を設置する例が記載されている。しかしながら、特許文献１の例では、検知装置はひずみの集中し易い箇所に選択的に取り付けられるものとなっている。これは、設置された各検知装置に対し、リーダを人が持って検知装置に近づけ、検知装置に対して一つずつデータ採取を行うことが前提であるためと考えられる。すなわち、橋梁及びトンネル等の構造体では、該構造体に対して多数の検知装置を設置しても、データ収集に多くの人手が必要となり、点検に掛かるコスト削減の効果は得られない。

このため、特許文献１の検知装置は、地震等の災害後の損傷位置や損傷程度を検知することに適用が限定されており、該検知装置を用いて構造物の長期的な維持管理を行う方法は開示されていない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、トンネルや橋梁等の構造物に対して低コストで点検が行える構造物点検方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、通行路に対して建設される構造物の構造物点検方法であって、外部から照射される電磁波をアンテナで受けて非接触給電され、この給電電力によって作動するものであり、作動時には、前記構造物に対する検知データを採取し、この検知データを外部に送信する検知装置を、前記構造物に対して設置し、電磁波送信装置およびデータ受信装置を搭載した移動体を前記通行路に沿って移動させ、前記電磁波送信装置から送信する電磁波によって前記検知装置を作動させ、作動した前記検知装置が送信する検知データを前記データ受信装置で無線通信によって受信することにより、前記検知装置から前記検知データを収集することを特徴としている。

上記の構成によれば、走行路（例えば道路や線路）を走行する移動体（例えば車両や電車）によって、構造物（例えばトンネルや橋梁）に対して設置された検知装置に対して容易にデータ収集が可能となる。例えば、構造物に対して検知装置をマトリクス状に多数配置したとしても、データ読み取り用のリーダを人が持って検知装置に近づけ、検知装置に対して一つずつデータ採取を行う必要がない。これにより、本構造物点検方法では、点検に係る人件費コストを大きく削減することができる。また、検知装置自体は、低価格のＩＣチップで提供することができ、これを多数用いることによるコスト増加も殆どない。さらには、点検のために他の車両の通行を制限する必要も無く、点検の頻度を上げることも容易であるため、安全性の向上にも寄与する。

上記構造物点検方法では、前記移動体と少なくとも一部の前記検知装置との間の給電および通信は、仲介手段を介して行われる構成とすることができる。

上記の構成によれば、点検対象となる構造物の形状等により、検知装置と移動体との直接の給電や通信が困難となる場合であっても、仲介手段を用いることにより、移動体によって容易に全ての検知装置から検知データを収集することができる。

上記構造物点検方法では、前記構造物はトンネルまたは橋梁である構成とすることができる。

本発明の構造物点検方法は、走行路を走行する移動体によって、構造物に対して設置された検知装置から容易に検知データの収集が可能となる。これにより、点検に係る人件費コストを大きく削減することができるといった効果を奏する。

本発明の構造物点検方法で使用される検知装置の概略構成を示す回路図である。 実施の形態１に係る構造物点検方法を概略的に示す図である。 実施の形態２に係る構造物点検方法を概略的に示す図である。

〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態１では、本発明の構造物点検方法をトンネルに適用する場合を例示する。ここでのトンネルは、道路用であってもよく、鉄道用であっても良い。

図１は、本実施の形態１に係る構造物点検方法で使用される検知装置１０の概略構成を示す回路図である。検知装置１０は、少なくとも、ひずみセンサ１１、ＩＤ記憶部１２、通信制御部１３および給電部１４を備えたＩＣチップと、アンテナ１５とを具備して構成されている。ひずみセンサ１１は、検知装置１０が構造物の表面等に設置されたときに、該構造物において生じるひずみを検知して出力する。ＩＤ記憶部１２は、検知装置１０を個別に特定するためのＩＤ番号を記憶している。通信制御部１３は、ひずみセンサ１１から出力されるひずみデータとＩＤ記憶部１２に記憶されるＩＤ番号とを対として、アンテナ１５を介した無線通信によって外部に通知する。

給電部１４は、外部より照射される電磁波エネルギをアンテナで受けて給電されるものであり（非接触で給電可能なものであり）、外部から給電された電力をひずみセンサ１１や通信制御部１３に供給する。尚、上記給電用のアンテナは、アンテナ１５を兼用してもよく、あるいは給電用の他のアンテナを備えていてもよい。検知装置１０は、非接触給電可能な給電部１４を備えることにより、現地での電源（商用電源やソーラー電源）や、電池やバッテリー等が不要となる。

検知装置１０において、給電部１４は、比較的長距離の非接触給電を可能とするものが使用される。近年、数ｍｍ四方程度のサイズでも、従来よりも長距離の非接触給電が可能なＩＣチップが開発されており、２．５ｍ以上、場合によっては１０ｍ以上の距離でも非接触給電が可能なＩＣチップが存在する。検知装置１０では、そのような微小サイズでありながら長距離の非接触給電が可能なＩＣチップが使用される。また、ひずみセンサ１１の種類は特に限定されない。

また、図１中での図示は省略しているが、検知装置１０は増幅部やＡ／Ｄコンバータを備えていてもよい。増幅部は、ひずみセンサ１１から出力される微弱信号を増幅する。Ａ／Ｄコンバータは、ひずみセンサ１１から出力されるアナログ検知信号を通信制御部１３での通信に適したデジタル信号に変換する
検知装置１０は、図２に示すように、トンネルの内壁に例えばマトリクス状に配置される。すなわち、検知装置１０を所定の間隔（例えば、１ｍ間隔）でトンネルの内壁に接着剤等を用いて貼り付ける。

このようにして検知装置１０が設置されたトンネル内において、電磁波送信装置２０およびデータ受信装置２１を搭載した車両や電車などの移動体３０（図２参照）をトンネル内で走らせることにより、容易に全ての検知装置１０から検知データ（ひずみデータ）を収集することができる。すなわち、本実施の形態では、上述したように、検知装置１０における給電部１４は比較的長距離の非接触給電を可能とするものが使用されており、給電部１４における給電可能距離が、トンネルの内壁面に設置される検知装置１０とトンネル内を走行する移動体３０とが最も近接するときの距離よりも長くなるように設定すればよい。

移動体３０をトンネル内で走らせて検知データの収集を行う際、電磁波送信装置２０から電磁波が送信され、この電磁波によって給電部１４が非接触で給電される。検知装置１０は、この給電電力によって作動する。検知装置１０が作動すると、ひずみセンサ１１によって検知された検知データが通信制御部１３からアンテナ１５を介した無線通信によって外部に送信され、移動体３０に搭載されたデータ受信装置２１によって受信される。

こうして収集される検知データにおいては、ひずみセンサ１１に検知されるひずみデータとＩＤ記憶部１２に記憶されるＩＤ番号とが対となっており、ＩＤ番号によって個々の検知装置１０の配置箇所が特定可能である。このため、収集された検知データを解析することで、トンネル内のどの箇所でどの程度のひずみが生じているか（どの程度劣化が進んでいるか）を検出することが可能となる。

〔実施の形態２〕
本実施の形態２では、本発明の構造物点検方法を橋梁に適用する場合を例示する。ここでの橋梁は、道路用であってもよく、鉄道用であっても良い。

本実施の形態２でも、実施の形態１と同じ検知装置１０が使用される。また、検知装置１０を橋梁に設置するための方法も実施の形態１とほぼ同じである。すなわち、検知装置１０を橋梁の外表面に所定の間隔でマトリクス状に貼り付ける。また、電磁波送信装置２０およびデータ受信装置２１を搭載した車両や電車などの移動体３０（図３参照）を橋梁上で走らせることにより、全ての検知装置１０から検知データ（ひずみデータ）を収集することも実施の形態１と同様である。

但し、本実施の形態２における橋梁に対しての適用では、検知装置１０は道路の路面上に設置することはできず、基本的には橋の裏面側に設置される。また、本発明の橋梁への適用では、橋脚部にも検知装置１０を設置する必要がある。

この場合、実施の形態１と同様に、橋梁上を走行する移動体３０によって全ての検知装置１０による検知データ（ひずみデータ）を収集しようとしても、橋梁の構造自体が給電および通信の障害となったり、検知装置１０と移動体３０との距離が給電部１４の給電可能距離よりも大きくなったりして、検知装置１０との直接の通信が困難となることが考えられる。

検知装置１０への給電および検知装置との通信はアンテナを介して行われる。このため、検知装置１０と移動体３０（電磁波送信装置２０、データ受信装置２１）との間で構造物が障害となったり、検知装置１０と移動体３０との間の距離が大きくなりすぎたりする場合、検知装置１０からのアンテナ線を移動体３０の近くまで伸ばして、給電および通信を行うことも可能である。ただし、この方法では、設置される検知装置１０の数が多い場合に、アンテナ線の延設作業が煩雑となる。

このため、本実施の形態２では、検知データを収集する移動体３０と検知装置１０との間で給電および通信を仲介する仲介手段４０を用いることもできる。仲介手段４０は、点検対象となる構造物（ここでは橋梁）に備えられるものであり、送受信部４１とアンテナ４２とから構成される。

送受信部４１は、検知装置１０との給電および通信が可能な位置に配置され、検知装置１０に電磁波を照射して給電部１４への給電を行う機能、および、検知装置１０から検知データ（ひずみデータ）を受信し、受信した検知データを介して移動体３０へ送信する機能を有する。送受信部４１は、アンテナ４２を介して移動体３０と通信を行うものであり、このため、アンテナ４２は移動体３０との通信が可能な位置に配置される。これにより、仲介手段４０は、移動体３０との直接通信ができない検知装置１０の検知データを移動体３０に対して送信することができる。尚、給電に関しても、電磁波送信装置２０から送信される電磁波がアンテナ４２によって受信されると、送受信部４１から検知装置１０へ電磁波が照射され給電部１４が給電される。

このように、点検対象となる構造物の形状等により、検知装置１０と移動体３０との直接の給電および通信が困難となる場合であっても、仲介手段４０を用いることにより、移動体３０によって容易に全ての検知装置１０から検知データ（ひずみデータ）を収集することができる。尚、本実施の形態２において、構造物に設置される全ての検知装置１０に対して仲介手段４０を用いた給電および通信を行う必要はなく、少なくとも一部の検知装置１０に対して仲介手段４０を用いた給電および通信が行われるものであれば良い。

本実施の形態１，２における構造物点検方法では、検知装置１０に対して非接触で給電することができ、給電可能距離も比較的長距離とされているため、トンネル内や橋梁上を走行する移動体３０によって、マトリクス状に設置された多数の検知装置１０に対して容易にデータ収集が可能となる。すなわち、データ読み取り用のリーダを人が持って検知装置に近づけ、検知装置に対して一つずつデータ採取を行う必要がない。これにより、本構造物点検方法では、点検に係る人件費コストを大きく削減することができる。また、検知装置１０自体は、低価格のＩＣチップで提供することができ、これを多数用いることによるコスト増加も殆どない。さらには、点検のために他の車両の通行を制限する必要も無く、点検の頻度を上げることも容易であるため、安全性の向上にも寄与すると考えられる。

尚、上記実施の形態１，２の説明では、移動体３０を車両や電車として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、人（歩行者など）や飛行体（ドローンなど）を移動体３０としてもよい。例えば、田舎の道路に対して設けられているトンネルや橋に対しては、その地域の居住者に電磁波送信装置２０およびデータ受信装置２１を持って該トンネルや橋を通行してもらってデータを収集することが考えられる。ここでは、人が電磁波送信装置２０およびデータ受信装置２１を持って歩く場合も、電磁波送信装置２０およびデータ受信装置２１が移動体３０に搭載されることに相当すると見なされる。尚、電磁波送信装置２０およびデータ受信装置２１は、人が持って歩ける程度に小型化することには格別の困難性は無い。こうして収集されたデータは、例えばスマートフォン等を用いて施設（トンネルや橋）の管理者のサーバ等に送信することが考えられる。

また、検知装置１０との通信データ量が多くなる場所では、移動体３０の速度を落としたり、移動体３０を停止させたりして、給電およびデータ取得にかかる時間を多く確保できるようにしてもよい。例えば、移動体３０が車両である場合にはそのような場所で走行速度を落としたり、移動体３０がドローンである場合にはそのような場所で数秒間の上空待機を行わせたりすることが考えられる。

また、移動体３０の速度が速い場合には、給電部１４への給電用のアンテナと、データ通信用のアンテナとは、別々のアンテナとすることが好ましい。この場合、一つのアンテナで給電とデータ通信とが同時に行えないような速度であっても、対応が可能となる。

また、上記実施の形態１，２の説明では、点検対象となる構造物に対して検知装置１０をマトリクス状に設置するとしたが、これは好適例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ひずみが特に生じやすい箇所や、ひずみが生じている箇所などがわかっていれば、そのような個所に選択的に検知装置１０を設置する場合も本発明に含まれる。すなわち、本発明の構造物点検方法において、設置される検知装置１０の設置数や設置形態は特に限定されるものではなく、少なくとも１つの検知装置１０が設置されていればよい。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０ 検知装置
１１ ひずみセンサ
１２ ＩＤ記憶部
１３ 通信制御部
１４ 電源部
１５ アンテナ
２０ 電磁波送信装置
２１ データ受信装置
３０ 移動体
４０ 仲介手段
４１ 送受信部
４２ アンテナ

Claims (3)

1. 通行路に対して建設される構造物の構造物点検方法であって、
   外部から照射される電磁波をアンテナで受けて非接触給電され、この給電電力によって作動するものであり、作動時には、前記構造物に対する検知データを採取し、この検知データを外部に送信する検知装置を、前記構造物に対して設置し、
   電磁波送信装置およびデータ受信装置を搭載した移動体を前記通行路に沿って移動させ、
   前記電磁波送信装置から指向性を持たない電磁波を送信し、送信された電磁波によって前記検知装置を給電し、この給電電力によって前記検知装置を作動させ、
   作動した前記検知装置が送信する検知データを前記データ受信装置で無線通信によって受信することにより、前記検知装置から前記検知データを収集することを特徴とする構造物点検方法。
2. 請求項１に記載の構造物点検方法であって、
   前記移動体と少なくとも一部の前記検知装置との間の給電および通信は、仲介手段を介して行われることを特徴とする構造物点検方法。
3. 請求項１に記載の構造物点検方法であって、
   前記構造物は、トンネルまたは橋梁であることを特徴とする構造物点検方法。

Images