JP6364845B2 - Vibration measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、振動計測装置、振動計測方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a vibration measuring device, a vibration measuring method, and a program.
橋梁やトンネルなどの構造物の振動波形の計測は、構造物の診断などのために実施される。例えば、土木建築構造物上の複数の箇所の振動波形をCCDカメラ(Charge−Coupled Device camera)などの非接触振動センサで計測して構造物の固有振動数を検出し、正常状態時の固有振動数と比較することにより、構造物の劣化を判定することが、本発明に関連する第1の関連技術として提案されている(例えば特許文献1参照)。 Measurement of the vibration waveform of structures such as bridges and tunnels is carried out for diagnosis of the structures. For example, vibration waveforms at multiple locations on a civil engineering structure are measured with a non-contact vibration sensor such as a CCD camera (Charge-Coupled Device camera) to detect the natural frequency of the structure, and the natural vibration in a normal state It has been proposed as a first related technique related to the present invention to determine deterioration of a structure by comparing with a number (see, for example, Patent Document 1).
また、原子力発電所に存在する配管などの構造物の振動波形をCCDカメラなどの非接触振動センサで計測して構造物の振動分析を行うことが、本発明に関連する第2の関連技術として提案されている(例えば特許文献2参照)。特にこの第2の関連技術では、測定対象部を広範囲に撮像した広角画像に基づいて測定対象部の位置を決定し、この決定した測定対象部の位置の時系列画像を撮像部により撮像し、この測定対象部の時系列画像に基づいて測定対象部の振動分析を行っている。 As a second related technique related to the present invention, vibration analysis of a structure such as piping existing in a nuclear power plant is measured by a non-contact vibration sensor such as a CCD camera to analyze the vibration of the structure. It has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In particular, in the second related technique, the position of the measurement target part is determined based on a wide-angle image obtained by imaging the measurement target part over a wide range, and a time-series image of the determined position of the measurement target part is captured by the imaging part. Based on the time-series image of the measurement target portion, vibration analysis of the measurement target portion is performed.
また、構造物上の複数の箇所の振動波形をレーザドップラ振動計などの非接触振動センサで計測して構造物の固有振動数や固有振動モードなどの振動特性を測定し、構造物の健全度を検査することが、本発明に関連する第3の関連技術として提案されている(例えば特許文献3、4参照)。 In addition, the vibration waveforms of multiple locations on the structure are measured with a non-contact vibration sensor such as a laser Doppler vibrometer, and the vibration characteristics such as the natural frequency and natural vibration mode of the structure are measured. Has been proposed as a third related technique related to the present invention (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
また、カラー陰極線管のアパーチャグリルなどの構造物の振動をレーザドップラ振動計などの非接触振動センサで計測することが、本発明に関連する第4の関連技術として提案されている(例えば特許文献5参照)。特にこの第5の関連技術では、計測結果に対する様々な解析手段により所望となるデータを入手し、振動発生源を推定している(例えば特許文献5の段落0033参照)。但し、振動発生源の推定結果の利用方法についての記載は一切ない。 Further, it has been proposed as a fourth related technique related to the present invention to measure the vibration of a structure such as an aperture grill of a color cathode ray tube with a non-contact vibration sensor such as a laser Doppler vibrometer (for example, Patent Documents). 5). In particular, in the fifth related technique, desired data is obtained by various analysis means for the measurement result, and the vibration generation source is estimated (see, for example, paragraph 0033 of Patent Document 5). However, there is no description on how to use the vibration source estimation results.
ところで、診断などのために構造物の振動波形を計測する場合、構造物が十分に振動しているときに計測を行う必要がある。しかしながら、本発明に関連する上記第1乃至第4の関連技術では、構造物が何らかの影響を受けて常に振動しているか、或いは振動していることが目視で確認できる状況を前提としている。そのため、たまにしか振動しない構造物や振動していることを目視で確認できない構造物の場合、計測に失敗することがある。 By the way, when measuring the vibration waveform of a structure for diagnosis or the like, it is necessary to perform measurement when the structure is sufficiently vibrated. However, the first to fourth related technologies related to the present invention are based on the premise that the structure is constantly vibrated under some influence, or that the structure can be visually confirmed. Therefore, in the case of a structure that vibrates only occasionally or a structure that cannot be visually confirmed that it vibrates, measurement may fail.
本発明の目的は、上述した課題、即ち、構造物の振動の計測に失敗する、という課題を解決する振動計測装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the vibration measuring device which solves the subject mentioned above, ie, the subject that measurement of the vibration of a structure fails.
本発明の第1の観点に係る振動計測装置は、
構造物の振動を計測する振動計測装置であって、
上記構造物上の振動発生源を検出する検出手段と、
上記振動発生源が検出されたときに上記構造物の振動を計測する振動計測手段と
を有する。
The vibration measuring apparatus according to the first aspect of the present invention is:
A vibration measuring device for measuring the vibration of a structure,
Detecting means for detecting a vibration source on the structure;
Vibration measuring means for measuring the vibration of the structure when the vibration source is detected.
本発明の第2の観点に係る振動計測方法は、
構造物の振動を計測する振動計測方法であって、
上記構造物上の振動発生源を検出し、
上記振動発生源が検出されたときに上記構造物の振動を計測する。
The vibration measuring method according to the second aspect of the present invention includes:
A vibration measurement method for measuring the vibration of a structure,
Detect the vibration source on the structure,
When the vibration generation source is detected, the vibration of the structure is measured.
本発明の第3の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
上記構造物上の振動発生源を検出する検出手段と、
上記振動発生源が検出されたときに上記構造物の振動を計測する振動計測手段と
して機能させる。
The program according to the third aspect of the present invention is:
Computer
Detecting means for detecting a vibration source on the structure;
When the vibration generation source is detected, it functions as a vibration measuring means for measuring the vibration of the structure.
本発明は上述した構成を有するため、構造物の振動を確実に計測することができる。 Since this invention has the structure mentioned above, it can measure the vibration of a structure reliably.
次に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。
[第1の実施形態]
図1を参照すると、本発明の第1の実施形態に係る振動計測装置100は、構造物としての橋梁を対象とし、その振動を橋梁の下面側から非接触方式で計測する機能を有する。振動計測装置100は、主な構成要素として、撮像装置110、通信インターフェイス部(以下、通信I/F部と記す)120、操作入力部130、画面表示部140、記憶部150、および演算処理部160を有する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First embodiment]
Referring to FIG. 1, a vibration measuring apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention targets a bridge as a structure, and has a function of measuring the vibration from the lower surface side of the bridge in a non-contact manner. The vibration measuring apparatus 100 includes, as main components, an
撮像装置110は、構造物の画像を撮像する装置であり、例えばCCDカメラやCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)カメラで構成される。撮像装置110は、演算処理部160に有線または無線を通じて接続されており、演算処理部160から与えられる指令に従って動作する。また撮像装置110は、橋梁をその下面側から撮像し、得られた画像を演算処理部160へ送信する機能を有する。本実施形態では、撮像装置110を使って、構造物上の振動発生源の位置の検出と構造物上の計測対象点の振動波形の計測とを行う。典型的な振動発生源は、橋梁を走行する車両である。
The
図2は撮像装置110を用いて橋梁上の計測対象点の振動波形を計測する方法の概念図である。図2(a)において、110Aは撮像装置110で撮像して得られたフレーム画像を示す。画像中に描かれている十字形状のオブジェクトは、橋梁上に設定された計測対象点110Bである。計測対象点110Bは、画像として特徴が存在する部分を採用する。画像として特徴が存在する部分とは、輝度(色)やテクスチャ(模様)、形状に特徴がある部分のことである。形状に特徴がある部分の例としては、エッジ、コーナー、直線などが挙げられる。また計測対象点は、点である必要はなく、或る広がりをもった領域であってもよい。ここで、撮像装置110の撮影方向に垂直な平面上の一方向をX軸、それに直交する方向をY軸とするXY座標系を定義すると、計測対象点110Bの位置はXY座標系の座標値によって一意に決定される。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a method for measuring the vibration waveform of the measurement target point on the bridge using the
今、橋梁が振動していないときの計測対象点110Bの位置を基準位置(XP0,YP0)とする。撮像装置110の撮像視野を固定したまま撮像を周期的に繰り返すと、計測対象点110Bの位置は橋梁の振動に応じて変化することになる。例えば、図2(b)に示すように、構造物の振動によって計測対象点110BがX軸方向にαだけ移動し、Y軸方向にβだけ移動すると、計測対象点110Bの座標値は(XP0+α,YP0+β)となる(図2(b)では基準位置は破線で示している)。従って、撮像装置110で撮像して得られた時系列画像から上記基準位置との偏差(α、β)の時間的な変化を抽出することによって、当該計測対象点110Bの振動波形(時刻歴波形)を計測することができる。同様な処理を他の計測対象点について実施することにより、橋梁上に設定された計測対象点毎の振動波形を計測できる。
Now, let the position of the
次に撮像装置110を使って橋梁上の振動発生源の位置を検出する方法の概要を説明する。図3は撮像装置110を用いて橋梁上の振動発生源の位置を検出する方法の概念図である。図3(a)において、110Aは、図2と同じ撮像装置110で撮像して得られたフレーム画像を示す。画像中に描かれている丸形状のオブジェクトは、橋梁上に設定された振動発生源検出用の計測対象点110Cである。計測対象点110Cは、計測対象点110Bと同様に、画像として特徴が存在する部分を採用する。橋梁上の振動発生源の位置の検出では、まず、橋梁上に設定した複数の計測対象点110Cの振動波形を、図2を参照して説明した方法と同様の方法により計測する。次に、各計測対象点110Cの振動波形から、当該計測対象点から振動発生源までの距離に依存して変化する特徴量を抽出する。そのような特徴量として、振動波形の最大振幅、平均振幅、位相などが考えられる。次に、各計測対象点110Cの特徴量の分布から橋梁上に振動発生源が存在するか否かを検出し、存在する場合にはその位置を検出する。
Next, an outline of a method for detecting the position of the vibration generation source on the bridge using the
図3(b)は、各計測対象点110Cで計測された振動波形の最大振幅を矢印の長さで模式的に示している。この例では、中央部分に位置する計測対象点の最大振幅が周囲の計測対象点の最大振幅より大きくなっている。この結果、振動発生源は図2(b)で破線で示す位置付近に存在していることが検出される。なお、振動発生源となる車両は橋梁の上の路面を走行しているため、橋梁の下面から撮影する画像には映らない。
FIG. 3B schematically shows the maximum amplitude of the vibration waveform measured at each
再び図1を参照すると、通信I/F部120は、専用のデータ通信回路からなり、通信回線を介して接続された各種装置との間でデータ通信を行う機能を有している。
Referring to FIG. 1 again, the communication I /
操作入力部130は、十字キーや決定ボタンなどの操作ボタン、もしくはキーボードやマウスなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して演算処理部160に出力する機能を有している。
The
画面表示部140は、LCD(Liquid Crystal Display)やPDP(Plasma Display Panel)などの画面表示装置からなり、演算処理部160からの指示に応じて、撮像装置110の撮像画像や計測結果などの各種情報を画面表示する機能を有している。
The
記憶部150は、ハードディスクやメモリなどの記憶装置からなり、演算処理部160における各種処理に必要な処理情報やプログラム150Pを記憶する機能を有している。プログラム150Pは、演算処理部160に読み込まれて実行されることにより各種処理部を実現するプログラムであり、通信I/F部120などのデータ入出力機能を介して外部装置(図示せず)や記憶媒体(図示せず)から予め読み込まれて記憶部150に保存される。記憶部150で記憶される主な処理情報として、第1の計測対象点情報150A、第1の時系列画像150B、第1の振動計測データ150C、振動発生源位置情報150D、第2の計測対象点情報150E、信頼度情報150F、計測対象領域情報150G、第2の時系列画像150H、第2の振動計測データ150Iがある。
The
第1の計測対象点情報150Aは、構造物上の振動発生源を検出するための計測対象点(図3の計測対象点110Cに相当する)の位置情報である。図4は第1の計測対象点情報150Aの構成例を示す。この第1の計測対象点情報150Aには、計測対象点毎に、その識別情報である計測対象点IDと、位置情報とが記憶されている。図4に示す具体例では、計測対象点の位置情報は、図3を参照して説明したXY座標系の座標値である。
The first measurement
第1の時系列画像150Bは、構造物上の振動発生源を検出するために撮像装置110で撮像された構造物の時系列画像である。図5は第1の時系列画像150Bの構成例を示す。この第1の時系列画像150Bには、構造物上の振動発生源を検出するための計測対象点毎に、その識別情報である計測対象点IDと、フレーム時刻t毎のフレーム画像Gとが記憶されている。
The first time-
第1の振動計測データ150Cは、構造物上の振動発生源を検出するための計測対象点における振動波形の計測データである。図6は第1の振動計測データ150Cの構成例を示す。この第1の振動計測データ150Cには、構造物上の振動発生源を検出するための計測対象点の計測点ID毎に計測値Vが記憶されている。計測値Vは、例えば振動波形を時刻情報と一緒に記録した時刻歴波形である。振動波形は、換言すれば、時系列振幅データである。
The first
振動発生源位置情報150Dは、検出された振動発生源の構造物上の位置情報である。図7は振動発生源位置情報150Dの構成例を示す。この振動発生源位置情報150Dには、検出された振動発生源の位置情報が記憶されている。図7に示す具体例では、振動発生源の位置情報は、図3を参照して説明したXY座標系の座標値である。
The vibration
第2の計測対象点情報150Eは、構造物を診断するための計測対象点(図2の計測対象点110Bに相当する)の位置情報である。図8は第2の計測対象点情報150Eの構成例を示す。この第2の計測対象点情報150Eには、計測対象点毎に、その識別情報である計測対象点IDと、位置情報とが記憶されている。図8に示す具体例では、計測対象点の位置情報は、図2を参照して説明したXY座標系の座標値である。
The second measurement
信頼度情報150Fは、構造物を診断するための計測対象点で計測される振動波形の信頼度の情報である。信頼度とは、計測される振動波形に含まれる計測誤差に起因する誤差の小ささを示す指標である。図9は信頼度情報150Fの構成例を示す。この信頼度情報150Fには、構造物を診断するための計測対象点の計測対象点ID毎に信頼度Rが記憶されている。信頼度Rの算出方法については後述する。
The
計測対象領域情報150Gは、第2の計測対象点情報150Eに記憶されている計測対象点のうち、実際に振動波形を計測する計測対象点に関する情報である。図10は計測対象領域情報150Gの構成例を示す。この計測対象領域情報150Gには、第2の計測対象点情報150Eに記憶されている計測対象点から選択された計測対象点の計測対象点IDと位置情報とが記憶されている。図10に示す具体例では、計測対象点の位置情報は、図2を参照して説明したXY座標系の座標値である。
The measurement
第2の時系列画像150Hは、構造物の診断のために撮像装置110で撮像された構造物の時系列画像である。図11は第2の時系列画像150Hの構成例を示す。この第2の時系列画像150Hには、構造物の診断のために選択された計測対象点毎に、その識別情報である計測対象点IDと、フレーム時刻t毎のフレーム画像Gとが記憶されている。
The second
第2の振動計測データ150Iは、構造物の診断のための計測対象点における振動波形の計測データである。図12は第2の振動計測データ150Iの構成例を示す。この第2の振動計測データ150Iには、構造物の診断のための計測対象点の計測点ID毎に計測値Vが記憶されている。計測値Vは、例えば振動波形を時刻情報と一緒に記録した時刻歴波形である。 The second vibration measurement data 150I is measurement data of a vibration waveform at a measurement target point for diagnosis of a structure. FIG. 12 shows a configuration example of the second vibration measurement data 150I. In the second vibration measurement data 150I, a measurement value V is stored for each measurement point ID of a measurement target point for diagnosis of a structure. The measured value V is, for example, a time history waveform in which a vibration waveform is recorded together with time information.
演算処理部160は、MPUなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、記憶部150からプログラム150Pを読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム150Pとを協働させて各種処理部を実現する機能を有している。演算処理部160で実現される主な処理部として、計測対象点設定部160Aと振動発生源検出部160Bと振動計測部160Cとがある。
The
計測対象点設定部160Aは、構造物上の振動発生源を検出するための計測対象点および構造物の診断のための計測対象点に関する位置情報を取得し、第1の計測対象点情報150Aおよび第2の計測対象点情報150Eとして記憶部150に保存する機能を有する。計測対象点設定部160Aは、例えば以下のような方法により計測対象点に関する位置情報を取得する。
The measurement target
まず計測対象点設定部160Aは、橋梁の下面(庄版や主桁下フランジなど)を撮影できる適当な位置に設置した撮像装置110の撮像画像を画面表示部140に表示する。次に、計測対象点設定部160Aは、操作入力部130からのマウス操作などによって、構造物上の振動発生源を検出するための計測対象点とする箇所を橋梁の画像上でオペレータに選択させる。次に、測定対象点設定部160Aは、選択された箇所の位置情報と計測対象点IDとを記憶部150の第1の計測対象点情報に登録する。同様の動作を構造物上の振動発生源の検出に必要な数の計測対象点について繰り返す。位置情報は、図2および図3で説明したようなXY座標系の座標値で表現することができる。同様の動作を構造物の診断のための計測対象点について行うことにより、記憶部150に第2の計測対象点情報150Eを生成することができる。但し、計測対象点情報150A、150Eの生成方法は上記に限定されない。例えば計測対象点設定部160Aは、通信I/F部120を通じて外部の装置から第1の計測対象点情報150Aと第2の計測対象点情報150Eを受信し、記憶部150に保存するようにしてもよい。
First, the measurement target
振動発生源検出部160Bは、構造物上に振動発生源が存在するか否かを検出し、存在する場合には振動発生源の構造物上の位置を検出する機能を有する。振動発生源検出部160Bは、第1の時系列画像取得部160B1と第1の振動波形算出部160B2と振動発生源位置検出部160B3とを有する。
The vibration
第1の時系列画像取得部160B1は、撮像装置110に対して撮像を開始するように指令する機能を有する。また第1の時系列画像取得部160B1は、上記指令に応答して撮像装置110から送信されてくるフレーム画像を受信し、第1の時系列画像150Bとして記憶部150に保存する機能を有する。また第1の時系列画像取得部160B1は、一定期間の時系列画像を第1の時系列画像150Bとして記憶部150に保存すると、第1の振動波形算出部160B2に対して所定の通知を送信し、また撮像装置110に撮像を停止するように指令する。
The first time-series image acquisition unit 160B1 has a function of instructing the
第1の振動波形算出部160B2は、第1の時系列画像取得部160B1から所定の通知を受信すると、記憶部150から第1の計測対象点情報150Aと第1の時系列画像150Bとを読み出し、第1の計測対象点情報150A中の計測対象点毎の振動波形を算出し、第1の振動計測データ150Cとして記憶部150に保存し、所定の通知を振動発生源位置検出部160B3へ送信する機能を有する。第1の振動波形算出部160B2は、個々の計測対象点の振動波形の算出では、例えば以下のような処理を行う。まず第1の振動波形算出部160B2は、第1の時系列画像150B中のフレーム画像をその時刻順に解析し、当該計測対象点の位置と第1の計測対象点情報150Aに記憶されている当該計測対象点の位置(基準位置)との差を算出する。次に第1の振動波形算出部160B2は、この差の時間的な変化を当該計測対象点の振動波形(時刻歴波形)として算出する。或いは第1の振動波形算出部160B2は、デジタル画像相関法(Digital Image Correlation)を用いて計測対象点の振動波形を算出してもよい。具体的には、第1の振動波形算出部160B2は、第1の時系列画像150B中の時間方向に隣接する2つのフレーム画像毎に、2つのフレーム画像にデジタル画像相関法を適用して両フレーム画像上での計測対象点の移動量を検出し、その移動量の時間的な変化を当該計測対象点の振動波形(時刻歴波形)として算出する。
When receiving the predetermined notification from the first time-series image acquisition unit 160B1, the first vibration waveform calculation unit 160B2 reads the first measurement
振動発生源位置検出部160B3は、第1の振動波形算出部160B2から所定の通知を受信すると、記憶部150から第1の計測対象点情報150Aと第1の振動計測データ150Cとを読み出し、第1の振動計測データ150C中の計測対象点ID毎の振動波形からその特徴量を算出し、この算出した特徴量に基づいて、構造物上に振動発生源が存在するか否かを検出し、また存在する場合には振動発生源の構造物上の位置を検出する機能を有する。より具体的には振動発生源位置検出部160B3は以下のような機能を有する。
When the vibration source position detection unit 160B3 receives a predetermined notification from the first vibration waveform calculation unit 160B2, the vibration source position detection unit 160B3 reads the first measurement
振動発生源位置検出部160B3は、第1の振動計測データ150C中の計測対象点ID毎の振動波形から、最大振幅あるいは平均振幅等の特徴量を算出する。次に振動発生源位置検出部160B3は、算出した計測対象点毎の特徴量を予め定められた閾値(以下、特徴量閾値と称す)と比較し、特徴量閾値以上の特徴量を有する計測対象点の個数を算出する。次に振動発生源位置検出部160B3は、この算出した個数を予め定められた閾値(以下、個数閾値と称す)と比較し、個数閾値未満ならば構造物上に振動発生源は存在しないと決定する。他方、個数閾値以上ならば、振動発生源位置検出部160B3は構造物上に振動発生源が存在すると決定する。振動発生源位置検出部160B3は、構造物上に振動発生源が存在すると決定すると、引き続き振動発生源の構造物上の位置を検出する。具体的には、振動発生源位置検出部160B3は、例えば特徴量閾値以上の特徴量を有する計測対象点の重心を振動発生源の構造物上の位置に決定する。あるいは振動発生源位置検出部160B3は、最大の特徴量を有する計測対象点の位置を振動発生源の構造物上の位置に決定してもよい。或いは振動発生源位置検出部160B3は、計測した各計測対象点の振動波形を周波数成分に分解して周波数成分ごとの振幅データおよび位相データを生成し、この周波数成分ごとの振幅データおよび位相データに基づいて、振動発生源の構造物上における位置を検出してもよい。
The vibration source position detection unit 160B3 calculates a feature quantity such as a maximum amplitude or an average amplitude from the vibration waveform for each measurement target point ID in the first
振動発生源位置検出部160B3は、振動発生源の構造物上の位置を決定すると、振動計測部160Cに対して所定の通知を送信する。他方、振動発生源位置検出部160B3は、構造物上に振動発生源は存在しないと決定した場合、第1の時系列画像取得部160B1に対して再び時系列画像を取得するように通知する。これにより、第1の時系列画像取得部160B1、第1の振動波形算出部160B2、振動発生源位置検出部160B3による上述した処理が再び繰り返される。
When the vibration source position detection unit 160B3 determines the position of the vibration source on the structure, the vibration source position detection unit 160B3 transmits a predetermined notification to the
振動計測部160Cは、振動発生源検出部160Bによって構造物上の振動発生源が検出されたときに構造物の振動を計測する機能を有する。また振動計測部160Cは、振動発生源検出部160Bによって検出された振動発生源の構造物上の位置に基づいて、実際に振動波形を計測する計測対象点を決定する機能を有する。振動計測部160Cは、信頼度算出部160C1と計測対象領域決定部160C2と第2の時系列画像取得部160C3と第2の振動波形算出部160C4とを有する。
The
信頼度算出部160C1は、記憶部150から振動発生源位置情報150Dと第2の計測対象点情報150Eとを読み出し、第2の計測対象点情報150E中の計測対象点毎に信頼度Rを算出し、信頼度情報150Fとして記憶部150に保存する機能を有する。また信頼度算出部160C1は、信頼度情報150Fを記憶部150に保存すると、所定の通知を計測対象領域決定部160C2へ送信する。
The reliability calculation unit 160C1 reads the vibration
信頼度算出部160C1は、計測対象点の信頼度の算出では、当該計測対象点の位置情報と振動発生源の位置情報とに基づいて、当該計測対象点から振動発生源までの距離を算出し、この算出した距離に基づいて当該計測対象点の信頼度Rを算出する。具体的には、信頼度算出部160C1は、距離が短いほど、より高い信頼度Rを算出する。換言すれば、距離が長いほど、より低い信頼度Rを算出する。その理由は、振動発生源で発生した振動波は伝達中に減衰するため、振動発生源からの距離が長い計測対象点では十分な振動が発生しないため計測の精度が低下もしくは計測不可能になるためである。 In calculating the reliability of the measurement target point, the reliability calculation unit 160C1 calculates the distance from the measurement target point to the vibration generation source based on the position information of the measurement target point and the position information of the vibration generation source. The reliability R of the measurement target point is calculated based on the calculated distance. Specifically, the reliability calculation unit 160C1 calculates a higher reliability R as the distance is shorter. In other words, the longer the distance, the lower reliability R is calculated. The reason is that the vibration wave generated at the vibration source is attenuated during transmission, so that sufficient vibration does not occur at the measurement target point with a long distance from the vibration source, resulting in a decrease in measurement accuracy or impossible measurement. Because.
但し、信頼度算出部160C1は、計測対象点から振動発生源までの距離とその他の情報とに基づいて、信頼度Rを算出してもよい。例えば、計測対象点から振動発生源までの間の構造物の構成材料を考慮し、コンクリートなどの単一材料のみ介在する場合には上記距離に応じて信頼度Rを算出し、コンクリートと鉄など異なる材料の複数の層が介在する場合には上記距離に応じた信頼度より所定値あるいは所定割合低い信頼度Rを算出してもよい。異なる材料の複数の層が介在するか否かは、構造物の仕様書などのドキュメントに基づいて判別してもよいし、構造物の反射率などを計測して判別してもよい。あるいは第1の振動計測データ150Cを解析して、隣接する計測対象点間で振動波形の相関が低い箇所を異材料層の接続箇所と判別してもよい。
However, the reliability calculation unit 160C1 may calculate the reliability R based on the distance from the measurement target point to the vibration generation source and other information. For example, considering the constituent material of the structure between the measurement target point and the vibration source, if only a single material such as concrete is interposed, the reliability R is calculated according to the distance, and concrete and iron, etc. When a plurality of layers of different materials are present, a reliability R that is a predetermined value or a predetermined ratio lower than the reliability according to the distance may be calculated. Whether or not a plurality of layers of different materials are present may be determined based on a document such as a specification of the structure, or may be determined by measuring the reflectance of the structure. Alternatively, the first
計測対象領域決定部160C2は、信頼度算出部160C1から所定の通知を受信すると、振動発生源検出部160Bによって検出された振動発生源の構造物上の位置に基づいて、実際に振動波形を計測する計測対象点の集合(以下、単に計測対象点集合と記す)を決定し、計測対象領域情報150Gとして記憶部150に保存する機能を有する。計測対象領域決定部160C2は、以下のa〜dに記載する何れかの方法によって、計測対象点集合を決定する。
When the measurement target region determination unit 160C2 receives a predetermined notification from the reliability calculation unit 160C1, the measurement target region determination unit 160C2 actually measures the vibration waveform based on the position of the vibration generation source on the structure detected by the vibration generation
(a)計測対象領域決定部160C2は、記憶部150から振動発生源位置情報150Dと第2の計測対象点情報150Eとを読み出し、振動発生源からの距離に基づいて、第2の計測対象点情報150E中の計測対象点から計測対象点集合を決定する。具体例を図13に示す。図13(a)には、構造物上における計測対象点(図のドット)の分布に重畳して円1601、矩形1602、1603が描かれている。円1601は、振動発生源を中心とし、予め定められた閾値(以下、距離閾値と称す)を半径とする円、矩形1602は円1601に内接する矩形、矩形1603は円1601に外接する矩形である。計測対象点集合は、円1601の内部に存在する計測対象点で構成されていてもよいし、矩形1602の内部に存在する計測対象点で構成されていてもよいし、矩形1603の内部に存在する計測対象点で構成されていてもよい。図13では、円1601に内接あるいは外接する図形として矩形を使用したが、矩形以外の三角形、五角形以上の多角形を使用してもよいし、自由形状の図形であってもよい。また図13(b)に示すように、第2の計測対象点情報150E中の計測対象点をグループgに分割し、グループg毎に、そのグループ内の計測対象点であって振動発生源からの距離が距離閾値以下の計測対象点の数Aを算出し、そのグループ内の計測対象点の総数Bに対する上記Aの割合が予め定められた閾値(以下、割合閾値と称す)以上となるグループgに属する全ての計測対象点を計測対象点集合としてもよい。上記グループ分割は、例えば構造物の面をその材質等に基づいて複数の面に分割し、同じ面に属する計測対象点は同一のグループに分類するといった方法を採用できるが、それに限定されない。
(A) The measurement target region determination unit 160C2 reads the vibration generation
(b)計測対象領域決定部160C2は、記憶部150から信頼度情報150Fと第2の計測対象点情報150Eとを読み出し、信頼度Rに基づいて、第2の計測対象点情報150E中の計測対象点から計測対象点集合を決定する。具体例を図14に示す。図14(a)には、構造物上における計測対象点の分布が描かれており、信頼度Rが予め定められた閾値(以下、信頼度閾値と称す)以上の計測対象点は四角形で描画して区別している。計測対象領域決定部160C2は、図14(a)に示すように、信頼度閾値以上の信頼度Rを有する計測対象点の全てを計測対象点集合としてよい。別の例を図14(b)、(c)に示す。図14(b)には、信頼度閾値以上の信頼度Rを有する計測対象点を包含する最小の矩形1604が描かれている。計測対象領域決定部160C2は、図14(b)に示す矩形1604の内部に存在する計測対象点を計測対象点集合としてよい。図14(b)では矩形1604を使用したが、信頼度閾値以上の信頼度Rを有する計測対象点を包含する最小の図形であれば、矩形1604以外の三角形、五角形以上の多角形を使用してもよいし、自由形状の図形であってもよい。また図14(c)に示すように、第2の計測対象点情報150E中の計測対象点を上記aと同様にグループgに分割し、グループg毎に、そのグループ内の計測対象点であって信頼度Rが信頼度閾値以上の計測対象点の数Cを算出し、そのグループ内の計測対象点の総数Bに対する上記Cの割合が割合閾値以上となるグループgに属する全ての計測対象点を計測対象点集合としてもよい。
(B) The measurement target region determination unit 160C2 reads the
(c)計測対象領域決定部160C2は、記憶部150から第1の振動計測データ150Cと振動発生源位置情報150Dと第2の計測対象点情報150Eとを読み出し、第1の振動計測データ150Cを解析して隣接する計測対象点間で振動波形の相関が低い箇所を振動断裂箇所として検出し、この振動断裂箇所と振動発生源からの距離に基づいて、第2の計測対象点情報150E中の計測対象点から計測対象点集合を決定する。具体例を図15に示す。図15に示すように、第2の計測対象点情報150E中の計測対象点を上記aと同様にグループgに分割し、グループg毎に、そのグループ内の計測対象点であって振動発生源からの距離が距離閾値以下の計測対象点の数Aを算出し、そのグループ内の計測対象点の総数Bに対する上記Aの割合が割合閾値以上となるグループgを抽出する。次に上記割合が等しいグループgが複数抽出された場合、振動断裂箇所の有無によって高低の処理優先度を付与する。すなわち、振動断裂箇所を包含するグループには優先度「高」を付与し、振動断裂箇所を包含しないグループには優先度「低」を付与する。振動断裂箇所の数やサイズに応じて3段階以上の処理優先度を付与してもよい。そして、計測対象領域決定部160C2は、優先度の最も高いグループあるいは優先度の高い上位所定数のグループを計測対象点集合とする。
(C) The measurement target region determination unit 160C2 reads the first
(d)計測対象領域決定部160C2は、記憶部150から第1の振動計測データ150Cと第2の計測対象点情報150Eと信頼度情報150Fとを読み出し、第1の振動計測データ150Cを解析して隣接する計測対象点間で振動波形の相関が低い箇所を振動断裂箇所として検出し、この振動断裂箇所と信頼度Rとに基づいて、第2の計測対象点情報150E中の計測対象点から計測対象点集合を決定する。具体例を図16に示す。図16に示すように、第2の計測対象点情報150E中の計測対象点を上記bと同様にグループgに分割し、グループg毎に、そのグループ内の計測対象点であって信頼度Rが信頼度閾値以上の計測対象点の数Cを算出し、そのグループ内の計測対象点の総数Bに対する上記Cの割合が割合閾値以上となるグループgを抽出する。次に上記割合が等しいグループgが複数抽出された場合、振動断裂箇所の有無によって高低の処理優先度を付与する。すなわち、振動断裂箇所を包含するグループには優先度「高」を付与し、振動断裂箇所を包含しないグループには優先度「低」を付与する。振動断裂箇所の数やサイズに応じて3段階以上の処理優先度を付与してもよい。そして、計測対象領域決定部160C2は、優先度の最も高いグループあるいは優先度の高い上位所定数のグループを計測対象点集合とする。
(D) The measurement target region determination unit 160C2 reads the first
計測対象領域決定部160C2は、計測対象領域情報150Gを記憶部150に保存すると、所定の通知を第2の時系列画像取得部160C3へ送信する。また計測対象領域決定部160C2は、上記c、dによる方法によって計測対象点をグループ分けした場合、グループの情報と各グループの処理優先度とを第2の振動波形算出部160C4に通知する。
When the measurement
第2の時系列画像取得部160C3は、計測対象領域決定部160C2から所定の通知を受けると、撮像装置110に対して撮像を開始するように指令する機能を有する。また第2の時系列画像取得部160C3は、上記指令に応答して撮像装置110から送信されてくるフレーム画像を受信し、第2の時系列画像150Hとして記憶部150に保存する機能を有する。また第2の時系列画像取得部160C3は、一定期間の時系列画像を第2の時系列画像150Hとして記憶部150に保存すると、第2の振動波形算出部160C4に対して所定の通知を送信し、また撮像装置110に撮像を停止するように指令する。
The second time-series image acquisition unit 160C3 has a function of instructing the
第2の振動波形算出部160C4は、第2の時系列画像取得部160C3から所定の通知を受信すると、記憶部150から計測対象領域情報150Gと第2の時系列画像150Hとを読み出し、第2の計測対象領域情報150G中の計測対象点毎の振動波形を第1の振動波形算出部160B2と同様に算出し、第2の振動計測データ150Iとして記憶部150に保存する。すなわち、第2の振動波形算出部160C4は、第2の時系列画像150H中の時間方向に隣接する2つのフレーム画像毎に、2つのフレーム画像にデジタル画像相関法を適用して両フレーム画像上での計測対象点の移動量を検出し、その移動量の時間的な変化を当該計測対象点の振動波形(時刻歴波形)として算出する。あるいは第2の振動波形算出部160C4は、各フレーム画像上の計測対象点の位置と基準位置との差を求めて振動波形を算出してもよい。ここで、第2の振動波形算出部160C4は、計測対象領域決定部160C2から計測対象点のグループ情報と処理優先度の通知を受けている場合、第2の計測対象領域情報150G中の計測対象点のうち処理優先度のより高いグループに属する計測対象点から順に振動波形を算出する。これによって、計測時間が制限される場合に、処理優先度のより低い計測対象点の処理のために処理優先度のより高い計測対象点の処理が遅延するのを防ぐことができる。また第2の振動波形算出部160C4は、各計測対象点の信頼度Rを信頼度情報150Fから読み出し、第2の振動計測データ150Iの各計測対象点の振動計測データに付与するようにしてもよい。
When receiving the predetermined notification from the second time-series image acquisition unit 160C3, the second vibration waveform calculation unit 160C4 reads the measurement
また第2の振動波形算出部160C4は、計測の終了条件が成立したか否かを判定し、終了条件が成立していなければ、振動発生源検出部160Bの第1の時系列画像取得部160B1に対して再び時系列画像を取得するように通知する。これにより、振動発生源検出部160Bおよび振動計測部160Cによる上述した処理が再び繰り返される。ここで終了条件としては、例えば第1の時系列画像取得部160B1が最初の時系列画像を取得した時刻から一定時間以上経過したという条件、第2の計測対象点情報150E中の計測対象点の総数に対する振動波形を計測した計測対象点の総数の割合が閾値以上に達したという条件などが考えられる。終了条件が成立していれば、第2の振動波形算出部160C4は、記憶部150から第2の振動計測データ150Iを読み出し、画面表示部140に表示し、また通信I/F部120を通じて外部の装置に送信して、処理を終了する。
The second vibration waveform calculation unit 160C4 determines whether or not the measurement end condition is satisfied. If the end condition is not satisfied, the first time-series image acquisition unit 160B1 of the vibration
図17は、本実施形態に係る振動計測装置100の動作を示すフローチャートである。以下、図17を参照して振動計測装置100の動作を説明する。 FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the vibration measuring apparatus 100 according to this embodiment. Hereinafter, the operation of the vibration measuring apparatus 100 will be described with reference to FIG.
まず、振動計測装置100の計測対象点設定部160Aは、例えば図2および図3を参照して説明した方法によって、構造物上の振動発生源を検出するための計測対象点および構造物の診断のための計測対象点に関する位置情報を取得し、第1の計測対象点情報150Aおよび第2の計測対象点情報150Eとして記憶部150に保存する(ステップS101)。
First, the measurement target
次に振動計測装置100の振動発生源検出部160Bの第1の時系列画像取得部160B1は、撮像装置110に対して撮像を開始するように指令し、この指令に応答して撮像装置110から送信されてくるフレーム画像を受信し、第1の時系列画像150Bとして記憶部150に保存する(ステップS102)。次に振動発生源検出部160Bの第1の振動波形算出部160B2は、第1の計測対象点情報150A中の計測対象点毎の振動波形を算出し、第1の振動計測データ150Cとして記憶部150に保存する(ステップS103)。次に振動発生源検出部160Bの振動発生源位置検出部160B3は、第1の振動計測データ150C中の計測対象点ID毎の振動波形からその特徴量を算出し、この算出した特徴量に基づいて、構造物上に振動発生源が存在するか否かを検出し、また存在する場合には振動発生源の構造物上の位置を検出し、振動発生源位置情報150Dとして記憶部150に保存する(ステップS104)。
Next, the first time-series image acquisition unit 160B1 of the vibration
振動発生源位置検出部160B3において振動発生源の位置の検出に失敗した場合(ステップS105でNO)、ステップS102〜S104の処理が再び繰り返される。 If the vibration source position detection unit 160B3 fails to detect the position of the vibration source (NO in step S105), the processes in steps S102 to S104 are repeated again.
他方、振動発生源位置検出部160B3において振動発生源の位置の検出に成功すると(ステップS105でYES)、振動計測部160Cの信頼度算出部160C1は、検出された振動発生源の位置に基づいて、構造物の診断のための計測対象点毎に信頼度Rを算出し、信頼度情報150Fとして記憶部150に保存する(ステップS106)。次に振動計測部160Cの計測対象領域決定部160C2は、振動発生源の構造物上の位置に基づいて、実際に振動波形を計測する計測対象点の集合(計測対象点集合)を決定し、計測対象領域情報150Gとして記憶部150に保存する(ステップS107)。次に振動計測部160Cの第2の時系列画像取得部160C3は、撮像装置110に撮像を開始するように指令し、この指令に応答して撮像装置110から送信されてくるフレーム画像を受信し、第2の時系列画像150Hとして記憶部150に保存する(ステップS108)。次に振動計測部160Cの第2の振動波形算出部160C4は、計測対象領域情報150G中の計測対象点毎の振動波形を算出し、第2の振動計測データ150Iとして記憶部150に保存する(ステップS109)。次に第2の振動波形算出部160C4は、計測の終了条件が成立したか否かを判定する(ステップS110)。若し終了条件が成立していないと判定されると、ステップS102〜S109の処理が再び繰り返される。他方終了条件が成立していれば、第2の振動波形算出部160C4は、記憶部150から第2の振動計測データ150Iを読み出し、画面表示部140に表示し、また通信I/F部120を通じて外部の装置に送信して、処理を終了する(ステップS111)。
On the other hand, when the vibration source position detection unit 160B3 succeeds in detecting the position of the vibration source (YES in step S105), the reliability calculation unit 160C1 of the
このように本実施形態によれば、構造物の振動を確実に計測することができる。その理由は、振動計測部160Cは、振動発生源検出部160Bによって構造物上の振動発生源が検出されたときに構造物の振動を計測するためである。
Thus, according to this embodiment, the vibration of the structure can be reliably measured. The reason is that the
また本実施形態によれば、振動発生源の検出と構造物の診断のための振動計測とで同じ撮像装置110を使用しているため、非接触で且つポイントではなくエリアで計測することができ、計測コストを削減することができる。但し、本発明はこれに限定されず、構造物の診断のための振動計測を行う撮像装置とは別の撮像装置を使用して振動発生源の検出を行ってもよい。
Further, according to the present embodiment, since the
また本実施形態によれば、所定の終了条件が成立するまで、振動発生源の検出と構造物の診断のための振動計測とを繰り返すため、一つの振動発生源が移動する先々においてその位置周辺の領域の振動計測を実施することができる。 According to the present embodiment, the detection of the vibration source and the vibration measurement for diagnosing the structure are repeated until a predetermined end condition is satisfied. The vibration measurement of the area can be performed.
また本実施形態によれば、構造物の振動を無駄なく計測することができる。その理由は、振動計測部160Cは、振動発生源検出部160Bによって検出された振動発生源の構造物上の位置に基づいて、第2の計測対象点情報150E中の計測対象点から実際に振動波形を計測する計測対象点を決定するためである。これに対して振動発生源が検出されたときに第2の計測対象点情報150E中の全ての計測対象点の振動波形を計測すると、振動発生源からの距離が近い計測対象点や信頼度Rの高い計測対象点だけでなく、距離が遠い計測対象点や信頼度Rの低い計測対象点についても振動波形が計測されることになり、計測の無駄が多くなる。
Moreover, according to this embodiment, the vibration of the structure can be measured without waste. The reason is that the
また本実施形態によれば、異常が発生している可能性の高い箇所の付近に存在する計測対象点の振動波形を優先的に計測することができる。その理由は、振動計測部160Cは、第1の振動計測データ150Cを解析して、互いに隣接する複数の計測対象点間で振動波形の相関が低い箇所を振動断裂箇所として検出し、この振動断裂箇所の付近の計測対象点の振動波形を優先的に計測するためである。
Further, according to the present embodiment, it is possible to preferentially measure the vibration waveform of the measurement target point that exists in the vicinity of a place where there is a high possibility that an abnormality has occurred. The reason is that the
本実施形態は以上の構成および動作を基本としつつ、以下のような各種の付加変更が可能である。 While the present embodiment is based on the above configuration and operation, the following various additions and changes can be made.
(1)撮像装置110として、ダウンサンプリング機能とROI(Region Of Interest)機能とを有するCCDカメラやCMOSカメラ等を使用してよい。
(1) As the
ダウンサンプリング機能は、撮像装置110側で1フレーム画像あたりの画素数を削減して出力する機能であり、ビニング(Binning)機能とスキッピング機能とが知られている。ビニング機能は、隣り合う受光素子の幾つかの出力を平均化したり足し合わせることで1画素当たりの受光面積を大きくして感度を上げる技術であり、その分実質的な画素数が減少する。またスキッピング機能は、受光素子に蓄積された電荷を読み出す際に受光素子を一定間隔で間引く技術であり、感度はビニング機能より劣るが、処理速度は高速になる。ビニング機能およびスキッピング機能とも、フルスケール画像(ほぼ全ての受光素子を用いて撮像した画像)と比較して、撮像視野は変わらずに広域を撮像できるが、撮像する構造物の面の単位面積あたりの画素数(画素密度)は減少する。
The downsampling function is a function of reducing the number of pixels per frame image on the
他方、ROI機能は、撮像装置110側で1フレーム画像内の注目領域に含まれる受光素子の出力だけを読み出す機能である。ROI機能は、撮像した画像の一部を取り出すため、フルスケール画像よりも視野は狭くなる。しかし、注目領域内においては撮像する構造物の面の単位面積当たりの画素数はフルスケール画像と同じになる。
On the other hand, the ROI function is a function of reading only the output of the light receiving element included in the attention area in one frame image on the
図18は、ダウンサンプリング機能とROI機能とを有するCCDカメラやCMOSカメラ等を撮像装置110として使用して構造物の振動を計測する方法の一例を示す概念図である。撮像装置110の設置場所および撮像視野は、図18(a)に示すように、構造物の広域領域を撮像するように設定される。説明の便宜上、構造物には図18(b)に示すような矩形、ドーナツ形、および三角形の大きな模様と、矩形の小さな文様とが描かれているものとする。このとき撮像装置110で撮像して得られるフルスケールのフレーム画像は、図18(c)に示すようになり、構造物に描かれている全ての文様が写っている。これに対してダウンサンプリング機能を使用して撮像して得られるフレーム画像は、図18(d)に示すようになる。構造物に描かれている大きな文様は認識できるが、小さな文様は認識できない。その理由は、ダウンサンプリング機能では、構造物の単位面積当たりの画素数がフルスケール画像より少なくなるためである。しかし、大きな文様は認識できるので、振動発生源を検出するための計測対象点として、画像としての特徴を有する比較的大きな領域を採用することにより、各計測対象点の振動波形を計測することは可能である。
FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating an example of a method for measuring vibration of a structure using a CCD camera, a CMOS camera, or the like having a downsampling function and an ROI function as the
上述したように、ダウンサンプリング機能を利用した場合には、フルスケール画像と同じ広域を、大きな領域を使って振動波形を計測するため、振動の振幅の最小計測可能単位である空間分解能は低下する。一方で、振動波形の時間分解能は上げることが可能となる。図18(d)に示すダウンサンプリング機能によるフレーム画像の画素数はフルスケール画像の1/4になっている。そのため、フルスケール画像を利用した場合と、ダウンサンプリング機能によるフレーム画像を利用した場合とでは、単位時間あたりに演算処理部160に取り込むことができる画像の枚数を4倍とすることが可能となる。なぜなら、撮像装置110と演算処理部160との間の通信帯域(例えばUSB2.0で480Mbps、USB3.0で5Gbps)は有限であるため、同じ通信帯域を単位時間あたりに通過できる枚数は、1枚の画像の情報量、すなわち画素数によって変わる。すなわち、画素数が1/4にすることができれば、単位時間当たりに伝送する画像枚数増やすことができ、単位時間当たりに演算処理部160に取り込むことができる画像枚数を4倍とすることが可能となり、フレームレートを上げることができる。フレームレートが上がると、フレーム時刻tを短くすることが可能となるため、多数の時系列画像からサンプリング点が多い、すなわち時間分解能が高い振動波形を得ることが可能となる。時間分解能が高い振動波形からは、より細かな振動波形分析が可能となり、計測できる振動の周波数範囲を拡大すること、最大振幅や平均振幅の値をより正確に求めること、振動の相関をより正確に求めることなどが可能となる。
As described above, when the downsampling function is used, since the vibration waveform is measured using the large area in the same wide area as the full-scale image, the spatial resolution that is the smallest measurable unit of the vibration amplitude decreases. . On the other hand, the time resolution of the vibration waveform can be increased. The number of pixels of the frame image by the downsampling function shown in FIG. 18D is ¼ of the full scale image. Therefore, when the full-scale image is used and when the frame image by the downsampling function is used, the number of images that can be taken into the
以上をまとめると、ダウンサンプリング機能を利用した場合には、フルスケール画像を利用する場合と比較すると、低画素密度・高時間分解能・広域計測の振動計測が可能となる。このような計測は、振動源位置検出に有用である。たとえば広域での比較的大きな振幅の高周波振動成分の発生源位置検出には、ダウンサンプリング機能を利用するとよい。 In summary, when the downsampling function is used, vibration measurement with a low pixel density, a high temporal resolution, and a wide area measurement is possible as compared with a case where a full-scale image is used. Such measurement is useful for vibration source position detection. For example, a downsampling function may be used to detect the source position of a high-frequency vibration component having a relatively large amplitude in a wide area.
これに対して図18(e)中の太線内の画像は、ROI機能を使用して撮像して得られる画像である。撮像範囲が狭いため全ての文様は写っていないが、注目領域内ではフルスケール画像と同様に小さな文様まで写っている。このため、注目領域内に存在する構造物の診断のための計測対象点は、比較的小さな領域であっても撮像することができる。従って、ROI機能を用いて撮像した画像は、フルスケール画像と比較して、撮像視野は狭域となるが、撮像する構造物の面の単位面積あたりの画素数(画素密度)は変わらないため、計測対象点を密に設定することが可能になる。 On the other hand, the image in the thick line in FIG. 18 (e) is an image obtained by imaging using the ROI function. Since the imaging range is narrow, not all patterns are shown, but even within the region of interest, even small patterns are shown as with full-scale images. For this reason, even if the measurement target point for the diagnosis of the structure existing in the attention area is a relatively small area, it can be imaged. Therefore, an image captured using the ROI function has a narrow imaging field of view as compared with a full-scale image, but the number of pixels (pixel density) per unit area of the surface of the structure to be imaged does not change. It becomes possible to set the measurement target points densely.
上述したように、ROI機能を利用した場合には、フルスケール画像と同じ空間分解能で振動波形を検出することが可能であるため、振動の振幅の最小計測可能単位である空間分解能はフルスケール画像を用いた場合と変わらないが、フルスケール画像よりも狭い範囲のみ計測する。一方で、振動波形の時間分解能は上げることが可能となる。図18(c)に示すROI機能によるフレーム画像の画素数はフルスケール画像の1/4になっている。そのため、フルスケール画像を利用した場合と、ROI機能によるフレーム画像を利用した場合とでは、ダウンサンプリング機能の場合と同じ理由で、単位時間あたりに演算処理部160に取り込むことができる画像の枚数を4倍とすることが可能となり、フレームレートを上げることができる。フレームレートが上がると、フレーム時刻tを短くすることが可能となるため、多数の時系列画像からサンプリング点が多い、すなわち時間分解能が高い振動波形を得ることが可能となる。時間分解能が高い振動波形からは、より細かな振動波形分析が可能となり、計測できる振動の周波数範囲を拡大すること、最大振幅や平均振幅の値をより正確に求めること、振動の相関をより正確に求めることなどが可能となる。
As described above, when the ROI function is used, a vibration waveform can be detected with the same spatial resolution as that of a full-scale image. Therefore, the spatial resolution that is the minimum measurable unit of vibration amplitude is a full-scale image. Measure only in a narrower range than the full scale image. On the other hand, the time resolution of the vibration waveform can be increased. The number of pixels of the frame image by the ROI function shown in FIG. 18C is ¼ of the full scale image. Therefore, when the full-scale image is used and when the frame image using the ROI function is used, the number of images that can be loaded into the
以上より、ROI機能を利用した場合には、フルスケール画像を利用する場合と比較すると、低画素密度・高時間分解能・狭域計測の振動計測が可能となる。このような計測は、詳細な振動を計測するための、振動計測に有用である。たとえば振動断裂箇所周辺などの狭域で高周波振動まで正確に振動計測したい場合には、ROI機能を利用するとよい。 As described above, when the ROI function is used, vibration measurement with low pixel density, high temporal resolution, and narrow area measurement is possible as compared with the case where a full-scale image is used. Such measurement is useful for vibration measurement for measuring detailed vibration. For example, when it is desired to accurately measure vibrations up to high-frequency vibrations in a narrow region such as the vicinity of a vibration breaking point, it is preferable to use the ROI function.
上述したように、図18(c)に示すダウンサンプリング機能によるフレーム画像の画素数はフルスケール画像の1/4になっている。同様に図18(e)に示すROI機能による注目領域内の画像の画素数はフルスケール画像の1/4になっている。この例に示すように、ダウンサンプリング機能によるフレーム画像の画素数とROI機能による注目領域内の画像の画素数とは、同一あるいは大差がないようにすることができる。このため、フレームレート(単位時間あたりのフレーム画像の数)を同じに設定すると、撮像装置110から演算処理部160への撮像画像の伝送レートを、ダウンサンプリング機能を使用する場合とROI機能を使用する場合とでほぼ等しくできる。これによって、低画素密度・広域計測による振動発生源検出のための振動計測と、高画素密度・狭域計測による構造物診断のための振動計測とを伝送帯域を変えずに、すなわちほぼ同じフレーム時刻tの時系列画像を用いて実施することができる。上述したようにダウンサンプリング機能とROI機能とを使用することにより、計測可能な振動の周波数範囲を拡大するなど高時間分解能で振動波形の分析等の振動計測が可能になる。
As described above, the number of pixels of the frame image by the downsampling function shown in FIG. 18C is ¼ of the full scale image. Similarly, the number of pixels of the image in the attention area by the ROI function shown in FIG. 18E is ¼ of the full-scale image. As shown in this example, the number of pixels of the frame image by the down-sampling function and the number of pixels of the image in the region of interest by the ROI function can be made the same or not greatly different. For this reason, when the frame rate (the number of frame images per unit time) is set to be the same, the transmission rate of the captured image from the
なお、ダウンサンプリング機能とROI機能とを使用する場合、第1の時系列画像取得部160B1は、撮像装置110の撮像モードをダウンサンプリング機能に切替えてから撮像装置110に対して撮像を開始するように指令する。また第2の時系列画像取得部160C3は、計測対象領域情報150G中の計測対象点(すなわち実際に振動波形を計測する計測対象点の集合)を包含する注目領域を設定し、撮像装置110の撮像モードを上記設定した注目領域を撮像するROI機能に切替えてから撮像装置110に対して撮像を開始するように指令する。
When the downsampling function and the ROI function are used, the first time-series image acquisition unit 160B1 starts imaging the
(2)振動発生源検出部160Bは、振動発生源の位置だけでなく移動方向と移動速度を検出してよい。具体的には、振動発生源検出部160Bは、図17のフローチャートのステップS105において振動発生源の位置の検出に成功したとき、ステップS102〜S104と同様の処理を再度実行して再び振動発生源の位置を検出する。次に、振動発生源検出部160Bは、1回目に検出した振動発生源の位置から2回目に検出した振動発生源の位置への方向を検出し、この検出した方向を振動発生源の移動方向とする。また振動発生源検出部160Bは、1回目の位置を検出した時刻から2回目の位置を検出した時刻までの時間とこれら2つの位置間の距離とから、振動発生源の移動速度を検出する。
(2) The vibration
また振動計測部160Cは、振動発生源検出部160Bによって検出された振動発生源の位置(上記2回目の位置に相当する)、その検出時刻、移動方向、移動速度、構造物の診断のための撮像を開始する予定時刻に基づいて、上記予定時刻における振動発生源の位置を推定し、この推定した位置に基づいて実際に振動波形を計測する計測対象点を決定してよい。
Further, the
(3)構造物の振動波形の計測は、CCDカメラやCMOSカメラなどのカメラ撮像方式に限定されず、他の種類の非接触振動センサ、例えばレーザドップラ振動計などであってもよい。またカメラ撮像方式であっても、遠距離観測で解像度の低下が問題になる場合は、サンプリングモアレ法などの高解像度化手法を併用してもよい。 (3) The measurement of the vibration waveform of the structure is not limited to a camera imaging method such as a CCD camera or a CMOS camera, and may be another type of non-contact vibration sensor such as a laser Doppler vibrometer. Even in the case of a camera imaging method, if a decrease in resolution becomes a problem in long-distance observation, a high resolution method such as a sampling moire method may be used in combination.
(4)構造物上の振動発生源を検出するための計測対象点を、構造物の診断のための計測対象点とは別に設定したが、構造物の診断のための計測対象点の全部または一部を、構造物上の振動発生源を検出するための計測対象点として用いてもよい。 (4) Although the measurement target points for detecting the vibration generation source on the structure are set separately from the measurement target points for the diagnosis of the structure, all of the measurement target points for the diagnosis of the structure or A part may be used as a measurement target point for detecting a vibration generation source on the structure.
(5)構造物上の振動発生源は、振動波形を計測して検出する以外に、振動発生源となる車両が通過したことを検出する光スイッチや加速度センサ、重量センサなどを橋梁に設置し、これらのセンサで得られた信号波形に基づいて振動源位置を検出するなどの他の検出方法を使用してもよい。 (5) In addition to measuring and detecting the vibration waveform, the vibration source on the structure has an optical switch, acceleration sensor, weight sensor, etc. installed on the bridge that detects when the vehicle that is the vibration source has passed. Other detection methods such as detecting the vibration source position based on signal waveforms obtained by these sensors may be used.
[第2の実施形態]
図19を参照すると、本発明の第2の実施形態に係る振動計測装置200は、構造物の振動を計測する機能を有する。振動計測装置200は、検出部210と振動計測部220とを有する。
[Second Embodiment]
Referring to FIG. 19, the
検出部210は、構造物上の振動発生源を検出する機能を有する。また振動計測部220は、検出部210によって振動発生源が検出されたときに構造物の振動を計測する機能を有する。
The
上述のように構成された振動計測装置200は、以下のように動作する。まず検出部210は、構造物上に振動発生源が存在するか否かを検出する。次に振動計測部220は、構造物上に振動発生源が存在することが検出されると、構造物の振動を計測する。
The
本実施形態によれば、構造物の振動を確実に計測することができる。その理由は、振動計測部220は、検出部210によって構造物上の振動発生源が検出されたときに構造物の振動を計測するためである。
According to this embodiment, the vibration of the structure can be reliably measured. The reason is that the
以上、本発明を幾つかの実施形態を挙げて説明したが、本発明は以上の実施形態にのみ限定されず、その他各種の付加変更が可能である。 Although the present invention has been described with reference to some embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various other additions and modifications can be made.
例えば上述した実施形態では、構造物として橋梁を例に挙げたが、構造物は橋梁以外の土木建築物であってもよいし、自動車や列車などの工業製品など、土木建築物以外の構造物であってもよい。 For example, in the embodiment described above, a bridge is taken as an example of a structure, but the structure may be a civil engineering building other than a bridge, or a structure other than a civil engineering building such as an industrial product such as an automobile or a train. It may be.
本発明は、橋梁などの構造物上の振動波形を計測する分野全般に適用できる。 The present invention can be applied to the entire field of measuring vibration waveforms on structures such as bridges.
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
[付記1]
構造物の振動を計測する振動計測装置であって、
前記構造物上の振動発生源を検出する検出手段と、
前記振動発生源が検出されたときに前記構造物の振動を計測する振動計測手段と
を有する振動計測装置。
[付記2]
前記検出手段は、前記振動発生源の前記構造物上における位置を検出し、
前記振動計測手段は、前記検出された前記振動発生源の位置に基づいて、前記構造物上の計測対象点を決定し、当該計測対象点に基づいて振動を計測する
付記1または2に記載の振動計測装置。
[付記3]
前記振動計測手段は、前記振動発生源の位置から前記構造物上の各点までの距離に基づいて、前記計測対象点を決定する
付記2に記載の振動計測装置。
[付記4]
前記検出手段は、前記構造物上の各点の振動波形を計測し、当該振動波形に基づいて前記振動発生源の前記構造物上における位置を検出する
付記2または3に記載の振動計測装置。
[付記5]
前記検出手段は、低解像度で撮像された前記構造物の第1の時系列画像に基づいて前記構造物上の各点の振動波形を計測する
付記4に記載の振動計測装置。
[付記6]
前記振動計測手段は、前記構造物の一部分が少なくとも撮像された第2の時系列画像に基づいて前記構造物上の前記計測対象点の振動波形を計測する
付記4または5に記載の振動計測装置。
[付記7]
前記振動計測手段は、互いに隣接する点間で振動波形の相関が低い箇所を振動断裂箇所として検出し、前記振動断裂箇所の位置に基づいて前記計測対象点を決定する
付記4乃至6の何れかに記載の振動計測装置。
[付記8]
前記振動計測手段は、前記振動断裂箇所及び前記振動発生源の位置から前記構造物上の各点までの距離に基づいて前記各点の信頼度を算出し、当該信頼度に基づいて前記計測対象点を決定する付記7に記載の振動計測装置。
[付記9]
撮像装置を有し、
前記撮像装置は、撮像した画像の画素数を削減することにより前記第1の時系列画像を生成する
付記5に記載の振動計測装置。
[付記10]
撮像装置を有し、
前記撮像装置が有する受光素子の一部を出力することで前記第2の時系列画像を生成する、付記6に記載の振動計測装置。
[付記11]
前記検出手段は、前記構造物上の複数の点の振動波形を計測し、当該振動波形に基づいて前記振動発生源の前記構造物上における位置を検出する
付記1乃至10の何れかに記載の振動計測装置。
[付記12]
前記検出手段は、計測した各点の振動波形より、前記構造物上の各点のある周波数成分の振幅を算出し、得られた各周波数成分の振幅のいずれかの情報に基づいて前記振動発生源の前記構造物上における位置を検出する
付記1乃至11の何れかに記載の振動計測装置。
[付記13]
前記振動計測手段は、前記検出された前記振動発生源の位置に基づいて、前記構造物上の計測対象点を決定し、当該計測対象点に基づいて振動を計測する
付記1乃至12の何れかに記載の振動計測装置。
[付記14]
前記振動計測手段は、前記振動発生源の位置から前記構造物上の各点までの距離に基づいて、前記計測対象点を決定する
付記1乃至13の何れかに記載の振動計測装置。
[付記15]
前記検出手段は、広域を低解像度で撮像された前記構造物の第1の時系列画像に基づいて前記構造物上の各点の振動波形を計測する
付記1乃至14の何れかに記載の指導計測装置。
[付記16]
前記振動計測手段は、狭域を高解像度で撮像された第2の時系列画像に基づいて前記構造物上の前記計測対象点の振動波形を計測する
付記1乃至15の何れかに記載の振動計測装置。
[付記17]
撮像装置を有し、
前記撮像装置は、撮像視野を変えずに画像の画素数を削減することにより前記第1の時系列画像を生成する
付記1乃至16の何れかに記載の振動計測装置。
[付記18]
撮像装置を有し、
前記撮像装置が有する受光素子の一部を出力することで前記第2の時系列画像を生成する
付記1乃至17の何れかに記載の振動計測装置。
[付記19]
構造物の振動を計測する振動計測方法であって、
前記構造物上の振動発生源を検出し、
前記振動発生源が検出されたときに前記構造物の振動を計測する
振動計測方法。
[付記20]
コンピュータを、
前記構造物上の振動発生源を検出する検出手段と、
前記振動発生源が検出されたときに前記構造物の振動を計測する振動計測手段と
して機能させるためのプログラム。
[付記21]
撮像装置を有し、
前記撮像装置は、少なくとも2つ以上の隣り合う受光素子の情報を平均化もしくは結合して画素数を削減することにより、前記第1の時系列画像を生成する
付記1乃至18の何れかに記載の振動計測装置。
[付記22]
撮像装置を有し、
前記撮像装置は、受光素子に蓄積された電荷を読み出す際に受光素子を一定間隔で間引くことで画素数を削減することにより、前記第1の時系列情報を生成する
付記1乃至18の何れかに記載の振動計測装置。
[付記23]
撮像装置を有し、
前記撮像装置は、少なくとも1つ以上の画素情報を間引くことで画素数を削減することにより、前記第1の時系列画像を生成する
付記1乃至18の何れかに記載の振動計測装置。
[付記24]
撮像装置を有し、
前記撮像装置は、前記撮像装置が有する受光素子の一部を出力することで前記第2の時系列画像を生成する
付記1乃至18の何れかに記載の振動計測装置。
A part or all of the above embodiments can be described as in the following supplementary notes, but is not limited thereto.
[Appendix 1]
A vibration measuring device for measuring the vibration of a structure,
Detecting means for detecting a vibration source on the structure;
A vibration measuring device having vibration measuring means for measuring vibration of the structure when the vibration generation source is detected.
[Appendix 2]
The detecting means detects a position of the vibration source on the structure;
The vibration measurement means determines a measurement target point on the structure based on the detected position of the vibration generation source, and measures vibration based on the measurement target point. Vibration measuring device.
[Appendix 3]
The vibration measurement apparatus according to appendix 2, wherein the vibration measurement unit determines the measurement target point based on a distance from a position of the vibration generation source to each point on the structure.
[Appendix 4]
The vibration measuring apparatus according to appendix 2 or 3, wherein the detecting means measures a vibration waveform at each point on the structure and detects a position of the vibration source on the structure based on the vibration waveform.
[Appendix 5]
The vibration measuring apparatus according to appendix 4, wherein the detection unit measures a vibration waveform at each point on the structure based on a first time-series image of the structure captured at a low resolution.
[Appendix 6]
6. The vibration measuring device according to appendix 4 or 5, wherein the vibration measuring unit measures a vibration waveform of the measurement target point on the structure based on a second time-series image in which a part of the structure is captured at least. .
[Appendix 7]
Any one of appendices 4 to 6, wherein the vibration measuring means detects a portion having a low correlation of vibration waveforms between adjacent points as a vibration breaking portion, and determines the measurement target point based on the position of the vibration breaking portion. The vibration measuring device described in 1.
[Appendix 8]
The vibration measuring means calculates the reliability of each point based on the distance from the position of the vibration tearing location and the vibration generation source to each point on the structure, and the measurement object based on the reliability The vibration measuring device according to appendix 7, which determines points.
[Appendix 9]
Having an imaging device;
The vibration measuring apparatus according to appendix 5, wherein the imaging apparatus generates the first time-series image by reducing the number of pixels of the captured image.
[Appendix 10]
Having an imaging device;
The vibration measuring device according to appendix 6, wherein the second time-series image is generated by outputting a part of a light receiving element included in the imaging device.
[Appendix 11]
The detection unit according to any one of appendices 1 to 10, wherein the detection unit measures a vibration waveform at a plurality of points on the structure and detects a position of the vibration generation source on the structure based on the vibration waveform. Vibration measuring device.
[Appendix 12]
The detection means calculates the amplitude of a frequency component at each point on the structure from the measured vibration waveform at each point, and generates the vibration based on any information on the obtained amplitude of each frequency component. The vibration measuring device according to any one of appendices 1 to 11, which detects a position of a source on the structure.
[Appendix 13]
Any one of appendices 1 to 12, wherein the vibration measuring means determines a measurement target point on the structure based on the detected position of the vibration generation source, and measures vibration based on the measurement target point. The vibration measuring device described in 1.
[Appendix 14]
The vibration measurement device according to any one of appendices 1 to 13, wherein the vibration measurement unit determines the measurement target point based on a distance from a position of the vibration generation source to each point on the structure.
[Appendix 15]
The instruction according to any one of appendices 1 to 14, wherein the detection unit measures a vibration waveform at each point on the structure based on a first time-series image of the structure that is imaged in a wide area with low resolution. Measuring device.
[Appendix 16]
The vibration according to any one of appendices 1 to 15, wherein the vibration measuring unit measures a vibration waveform of the measurement target point on the structure based on a second time-series image captured in a narrow area with high resolution. Measuring device.
[Appendix 17]
Having an imaging device,
The vibration measuring device according to any one of appendices 1 to 16, wherein the imaging device generates the first time-series image by reducing the number of pixels of the image without changing an imaging field of view.
[Appendix 18]
Having an imaging device;
18. The vibration measuring device according to any one of appendices 1 to 17, wherein the second time-series image is generated by outputting a part of a light receiving element included in the imaging device.
[Appendix 19]
A vibration measurement method for measuring the vibration of a structure,
Detecting a vibration source on the structure;
A vibration measurement method for measuring vibration of the structure when the vibration generation source is detected.
[Appendix 20]
Computer
Detecting means for detecting a vibration source on the structure;
A program for functioning as vibration measurement means for measuring vibration of the structure when the vibration generation source is detected.
[Appendix 21]
Having an imaging device;
The imaging apparatus according to any one of supplementary notes 1 to 18, wherein the first time-series image is generated by averaging or combining information of at least two adjacent light receiving elements to reduce the number of pixels. Vibration measurement device.
[Appendix 22]
Having an imaging device;
Any one of appendices 1 to 18, wherein the imaging device generates the first time-series information by reducing the number of pixels by thinning out the light receiving elements at regular intervals when reading the electric charge accumulated in the light receiving elements. The vibration measuring device described in 1.
[Appendix 23]
Having an imaging device;
The vibration measuring device according to any one of appendices 1 to 18, wherein the imaging device generates the first time-series image by reducing the number of pixels by thinning out at least one piece of pixel information.
[Appendix 24]
Having an imaging device,
The vibration measuring device according to any one of appendices 1 to 18, wherein the imaging device generates the second time-series image by outputting a part of a light receiving element included in the imaging device.
100…振動計測装置
110…撮像装置
110A…フレーム画像
110B…計測対象点
110C…計測対象点
120…通信I/F部
130…操作入力部
140…画面表示部
150…記憶部
150A…第1の計測対象点情報
150B…第1の時系列画像
150C…第1の振動計測データ
150D…振動発生源位置情報
150E…第2の計測対象点情報
150F…信頼度情報
150G…計測対象領域情報
150H…第2の時系列画像
150I…第2の振動計測データ
150P…プログラム
160…演算処理部
160A…計測対象点設定部
160B…振動発生源検出部
160B1…第1の時系列画像取得部
160B2…第1の振動波形算出部
160B3…振動発生源位置検出部
160C…振動計測部
160C1…信頼度算出部
160C2…計測対象領域決定部
160C3…第2の時系列画像取得部
160C4…第2の振動波形算出部
1601…円
1602…矩形
1603…矩形
200…振動計測装置
210…検出部
220…振動計測部
S101〜S111…ステップ
g1…グループ
g2…グループ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ...
Claims (11)
前記構造物上の振動発生源を検出する検出手段と、
前記振動発生源が検出されたときに前記構造物の振動を計測する振動計測手段と
を有し、
前記検出手段は、撮像された前記構造物の第1の時系列画像に基づいて前記構造物上の各点の振動波形を計測し、当該振動波形に基づいて前記振動発生源の前記構造物上における位置を検出する振動計測装置。 A vibration measuring device for measuring the vibration of a structure,
Detecting means for detecting a vibration source on the structure;
The vibration generating source have a vibration measuring means for measuring the vibration of the structure when it is detected,
The detection means measures a vibration waveform at each point on the structure based on the captured first time-series image of the structure, and on the structure of the vibration generation source based on the vibration waveform. Vibration measurement device that detects the position of
請求項1に記載の振動計測装置。 Before Symbol vibration measuring means, based on the position of the detected said vibration source, to determine the measurement object point on the structure, according to claim 1 for measuring the vibration on the basis of the measurement object point Vibration measuring device.
請求項2に記載の振動計測装置。 The vibration measurement apparatus according to claim 2, wherein the vibration measurement unit determines the measurement target point based on a distance from a position of the vibration generation source to each point on the structure.
請求項1乃至3の何れかに記載の振動計測装置。 The first time series images, the vibration measurement device according to any one time is a series images <br/> of claims 1 to 3 of the structure imaged at a low resolution.
請求項2または3に記載の振動計測装置。 The vibration measuring means, vibration measurement according to claim 2 or 3 a portion of the structure is to measure the vibration waveform of the measurement target point on at least the imaged the second time the structure based on the series images apparatus.
請求項2、3または5に記載の振動計測装置。 The vibration measuring means detects the lower portion correlation of the vibration waveform as the vibration sectional裂箇plant between a point adjacent to each other, according to claim 2, 3 or 5 to determine the measurement target point based on the position of the vibration sectional裂箇plants The vibration measuring device described in 1.
請求項6に記載の振動計測装置。 The vibration measuring means calculates the reliability of each point based on the distance from the position of the vibration tearing location and the vibration generation source to each point on the structure, and the measurement object based on the reliability The vibration measuring device according to claim 6 which determines a point.
前記撮像装置は、撮像した画像の画素数を削減することにより前記第1の時系列画像を生成する
請求項4に記載の振動計測装置。 Having an imaging device;
The vibration measurement device according to claim 4 , wherein the imaging device generates the first time-series image by reducing the number of pixels of the captured image.
前記撮像装置が有する受光素子の一部を出力することで前記第2の時系列画像を生成する
請求項5に記載の振動計測装置。 Having an imaging device;
The vibration measurement device according to claim 5 , wherein the second time-series image is generated by outputting a part of a light receiving element included in the imaging device.
前記構造物上の振動発生源を検出し、
前記振動発生源が検出されたときに前記構造物の振動を計測し、
前記検出では、撮像された前記構造物の第1の時系列画像に基づいて前記構造物上の各点の振動波形を計測し、当該振動波形に基づいて前記振動発生源の前記構造物上における位置を検出する
振動計測方法。 A vibration measurement method for measuring the vibration of a structure,
Detecting a vibration source on the structure;
Measuring the vibration of the structure when the vibration source is detected ;
In the detection, a vibration waveform at each point on the structure is measured based on the first time-series image of the captured structure, and the vibration generation source on the structure is measured based on the vibration waveform. A vibration measurement method that detects the position .
構造物上の振動発生源を検出する検出手段と、
前記振動発生源が検出されたときに前記構造物の振動を計測する振動計測手段と
して機能させ、
前記検出手段は、撮像された前記構造物の第1の時系列画像に基づいて前記構造物上の各点の振動波形を計測し、当該振動波形に基づいて前記振動発生源の前記構造物上における位置を検出するプログラム。 Computer
Detecting means for detecting a vibration source on the structure creation,
Function as vibration measurement means for measuring vibration of the structure when the vibration source is detected ;
The detection means measures a vibration waveform at each point on the structure based on the captured first time-series image of the structure, and on the structure of the vibration generation source based on the vibration waveform. A program to detect the position in
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