JP6411866B2 - 変位検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、それに限定されるものではないが、免震構造の建造物において基礎構造体に対する建築構造体の相対的変位を検出するのに好都合に適用することができる変位検出装置に関する。

周知の如く、近時においては免震構造の建造物が提案され実用に供さるようになってきた。免震構造の建造物は、基礎構造体（第一の構造体）とこの基礎構造体に免震手段を介した接続された建築構造体（第二の構造体）から構成されている。免震手段は、基礎構造体の振動に建築構造体が追従しないようにするアイソレータと振動エネルギーを吸収するダンパーとから構成されている。かような免震構造の建造物においては、免震手段の補修及び交換等の維持及び管理のために、基礎構造体に対する建築構造体の振動即ち変位を検出し、例えば累積変位量が所定閾値を超えた場合には所要の補修又は交換を遂行することが重要である。

下記特許文献１には、免震構造の建造物における基礎構造体に対する建築構造体の振動を検出するための変位検出装置が開示されている。この変位検出装置は基礎構造体に配設された摺動面と建築構造体に配設された検出手段とを具備している。摺動面は実質上水平に延在する平面である。検出手段は建築構造体に対して鉛直方向に移動自在に装着され且つ鉛直方向下方に弾性的に偏倚されて上記摺動面に押圧され、基礎構造体に対して建築構造体が振動すると上記摺動面に沿って移動せしめられる。検出手段には摺動面に向けて光線を照射する投光器と摺動面で反射される光線を受光する受光器が配設されており、投光器と受光器との協働によって摺動面に規定されているＸ−Ｙ座標データを検出することにより、基礎構造体に対する建築構造体の水平方向の移動が検出される。

特開２０１４−１６２８６号公報

上記特許文献１に開示されている変位検出装置には、建築構造物に対する検出手段の装着様式が比較的複雑である等に起因して、その製造コストが比較的高価である、という問題が存在する。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は。基礎構造体の如き第一の構造体に対する建築構造体の如き第二の構造体の水平方向における相対的変位を検出するための、比較的安価に製造することができる、新規且つ改良された変位検出装置を提供することである。

本発明者等は、鋭意検討の結果、基礎構造体の如き第一の構造体と建築構造体の如き第二の構造体との一方に被撮像部材を配設し、他方に被撮像部材を撮像するための撮像手段を配設し、撮像手段が撮像する画像を適宜に処理することによって第一の構造体に対する第二の構造体の相対的変位を検出することによって、上記主たる技術的課題を達成することができることを見出した。

即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成する変位検出装置として、第一の構造体に対する第二の構造体の水平方向における相対的変位を検出する変位検出装置にして、
該第一の構造体と該第二の構造体との一方に配設された被撮像部材と、
該第一の構造体と該第二の構造体との他方に配設された、該被撮像部材を撮像するための撮像手段と、
該撮像手段が撮像する該被撮像部材の画像に基いて、該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位を検出する画像処理手段と、
該画像処理手段が検出する該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位を表示する表示手段と、
該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位量が所定閾値を超えると、その時点から所定時間前から該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位量が該所定閾値以下に低減してから所定時間経過するまで、該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位を記録する記録手段と、
を具備することを特徴とする変位検出装置が提供される。

好適実施形態においては、該第一の構造体は建造物の基礎構造体であり、該第二の構造体は免震手段を介して該基礎構造体上に接続された建築構造体である。好ましくは、該画像処理手段は、該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位をＸ−Ｙ座標における変位として検出し、該表示手段は該Ｘ−Ｙ座標における該変位を連続的に表示するＸ−Ｙ変位表示手段を含む。該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位量を累積し、累積変位量が所定累積閾値を超えると警告信号を生成する変位量累積手段を具備するのが好ましい。該被撮像部材は所定カラーに着色された背景と該背景とは異なったカラーに着色され且つ矩形外郭を有するターゲットとを有する水平上面を備えたターゲットボードから構成されているのが好都合である。

本発明の変位検出装置においては、第一の構造体と第二の構造体との一方に配設される被撮像部材と他方に配設される撮像手段との装着は単なる固定でよく、それ故に充分な検出精度を毀損することなく上記特許文献１に開示されている変位検出装置と比べて相当安価に製造することができる。

免震建造物に適用された本発明の変位検出装置の概要を示す簡略模式図。 図１の変位検出装置における被撮像部材を示す平面図。 図１の変位検出装置の構成を示す簡略線図。 図１の変位検出装置の作動手順を示すメインチャート線図。 図４のチャ−ト線図におけるＭ−３の詳細を示すチャート線図。 図４のチャート線図におけるＭ−４の詳細を示すチャート線図。

以下、本発明の変位検出装置の好適実施態様を図示している添付図面を参照して、更に詳述する。

図１には免震構造の建造物２が模式的に図示されており、この建造物２は地盤４に固定された基礎構造体６と免震手段８を介して基礎構造体６に接続された建築構造体１０とを含んでいる。それ自体は周知の形態でよい免震手段８は、基礎構造体６から建築構造体１０を振動学的に分離し基礎構造体６の振動に建築構造体１０が追従しないようにせしめるアイソレータと建築構造物１０の振動エネルギーを吸収するダンパーとから構成されている。建築構造物１０は人が居住乃至作業する所謂ビル或いは工場乃至倉庫等である。

上記基礎構造体６に対する上記建築構造体１０の水平方向における振動即ち変位を検出するための、本発明に従って構成された図示の変位検出装置１２は、基礎構造体６の実質上水平な表面上に固定された被撮像部材１４を具備している。図１と共に図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態における被撮像部材１４は、適宜の合成樹脂板、金属薄板或いは木板から形成することができる実質上水平に延在する矩形状のターゲットボード１６とこのターゲットボード１６の実質上水平に延在する上面に描かれたターゲット１８から構成されている。ターゲットボード１６の背景（ターゲット１８以外の領域）とターゲット１８とは画像処理上明確に区別されるコントラストを有する異なったカラーに着色されていることが望ましく、例えばターゲットボード１６の背景を白色にターゲット１８を黒色に着色することができる。ターゲットボード１６は例えば１５００ｍｍ×１５００ｍｍの正方形ボードでよい。ターゲット１８としては任意の形態ものを採用することができるが、図２に明確に図示する如く、矩形枠形態の、特に８０ｍｍ×８０ｍｍ程度の正方形枠形態、であるのが好適である。

変位検出装置１２は、更に、建築構造体１０の、上記被撮像部材１４に対向する下面に固定された撮像手段２０及び照明手段２２を具備している。周知のＣＣＤ等から構成することができる撮像手段２０は、基礎構造体６に対して建築構造体１０が静止している状態、即ち変位していない状態、においてターゲットボード１６の表面における図２に２点鎖線で示す矩形領域２４（例えば１４１５ｍｍ×７９５ｍｍの長方形領域）を撮像視野としている。ＬＥＤ等の適宜の照明具から構成することができる照明手段２２は、ターゲットボード１６の表面の少なくとも上記矩形領域２４を照明する。

図１と共に図３を参照して説明すると、変位検出装置１２は、適宜の中央処理ユニットから構成することができる画像処理手段２４を含んでいる。上記撮像手段２０が撮像する画像は、後に更に言及する如く、ビットマップ信号として画像処理手段２４に供給され、画像処理手段２４はかかるビットマップ信号を処理して基礎構造体６に対する建築構造体１０の変位を検出する。画像処理手段２４には記録手段２６及び変位量累積手段２８が内蔵されている（記録手段２６及び変位量累積手段２８については後に更に言及する）。更に、画像処理手段２４には変位表示手段が接続されている。図示の実施形態においては、表示手段は基礎構造体６に対する建築構造体１０のＸ軸方向の変位を時間経過に基いて表示する第一の変位表示手段３０、基礎礎構造体６に対する建築構造体１０のＹ軸方向の変位を時間経過に基いて表示する第二の変位表示手段３２及び基礎構造体６に対する建築構造体１０のＸ軸方向の変位とＹ軸方向の変位とを合成してＸ−Ｙ座標における変位として連続的に表示する第三の変位表示手段（Ｘ−Ｙ変位表示手段）３４を含んでいる。画像処理手段２４には、更に、撮像手段２０が撮像する画像を表示する画像表示手段３６が接続されており、この画像表示手段３６には管理者に維持及び管理の必要性を警告する警告手段３８が付設されている。

次に、上記のとおりの変位検出装置１２の作用を説明する。変位検出装置のメイン処理シーケンスを示している図４を参照して説明すると、ステップＭ−１においては、撮像手段２０における撮像サイズの如き撮像条件を設定する。次に、ステップＭ−２において撮像手段が撮像する画像信号を画像処理手段２４に入力する画像入力を開始する。次いで、ステップＭ−３においては、入力画像を処理して基礎構造体４に対する建築構造体１０の水平方向の変位を検出する（この変位検出については後に更に詳述する）。次に、ステップＭ−４において検出された変位を記録手段２６に記録する（この変位記録についても後に更に詳述する）。次のステップＭ−５においては、撮像手段２０が撮像する画像を画像表示手段３６で表示すると共に、検出された変位を第一の変位表示手段３０、第二の変位表示手段３２及び第三の変位表示手段３４で表示する。しかる後に、ステップＭ−６において作動停止するか否かを判別し、作動を継続する場合には上記ステップＭ−２に戻る。

上記ステップＭ−３における変位検出は、図５に示すとおりのシーケンスで遂行することができる。最初に、ステップｎ−１において、撮像手段２０が撮像するピットマップ画像がカラー画像である場合には、処理の迅速化のためにグレースケルール化、即ちグレースケール画像に変換する。次いで、ステップｎ−２において、撮像手段２０が撮像する画像が想定外の異常画像か否かを判別する。例えば、照明手段２２が作動不良で撮像手段２０が撮像する画像全体が暗である異常画像の場合には、図４における上記ステップＭ−５に進行して、警告手段３８において照明手段２２の作動不良を表示或いは音声で警告する。撮像手段２０が撮像する画像が正常である場合には、ステップｎ−３に進行し、画像を平滑化、即ち画像を所定寸法領域のブロックとして認識して平均化し、画像上のノイズを簡易的に緩和する。次いで、ステップｎ−４において画像信号を２値化し、背景と背景以外即ち前景とに分離する。次のステップｎ−５においては、輪郭抽出が遂行される。更に詳細には、撮像された画像の外側領域から４方向に内側に向かって進行して黒に対応する信号が存在する部位を検出し、黒に対応する信号が連続する領域外縁を抽出する。次いで、ステップｎ−６においてポリライン近似が遂行される。このポリライン近似は、上記ステップｎ−５において抽出された領域外縁を近似多角形として認識するものであり、図２に図示するとおりの正方形枠形状のターゲット１８の場合、例えば４個の角点に基いて正方形状として認識しその面積を算出する。次いで、ステップｎ−７において認識した近似多角形が検出対象図形か否か、即ち正方形枠形状のターゲット１８に対応するものであるか否かが判別される。認識した近似多角形が検出対象図形でない場合には、ステップｎ−８に進行し、判別した近似多角形が最終候補か否かを判別する。認識した近似多角形が複数個存在し、判別した近似多角形が最終候補でない場合には上記ステップｎ−６に戻る。一方、判別した近似多角形が最終候補であり、従ってターゲット１８に対応する近似多角形を認識することができない場合には、撮像手段２０が撮像する画像が想定外の異常画像であると認識して、図４における上記ステップＭ−５に進行する。上記ステップｎ−７において認識した近似多角形が検出対象図形即ち正方形のターゲット１８に対応するものであった場合には、ステップｎ−９に進行し、変位量変換係数を算出する。即ち、ターゲット１８の実寸法とターゲット１８の１辺における画像ピクセル数との関係係数（ｍｍ／１ピクセル）が算出される。次いで、ステップｎ−１０においてターゲット１８の中心位置が算出され、ステップｎ−１１においてターゲット１８のＸ軸方向及びＹ軸方向の変位量がピクセル数として算出され、そしてステップｎ−１２においてターゲット１８のＸ軸方向及びＹ軸方向変位量がｍｍとして算出される。

図４に示す上記ステップＭ−４における記録は図６に示すとおりのシーケンスで遂行される。最初に、ステップｓ−１において、現時点が記録対象時間内であるか否かを判別する。そして、記録対象期間内でない場合にはステップｓ−２に進行し、異常画像状態か否か、即ち上記ｎ−２及びｎ−８において異常画像と判別されている状態か否かが判別される。異常画像状態でない場合には、ステップｓ−３に進行し、上記ステップｎ−７においてターゲット１８に対応する近似多角形の検出に所定回数以上失敗したか否かを判別する（１回以上失敗した場合には、後にその原因を調査するためにデータの記録を開始する）。ターゲット１８に対応する近似多角形の検出に失敗していない場合にはステップｓ−４に進行し、上記ステップｎ−１２において検出した変位量が所定閾値以上か否かが判別される。変位量が閾値未満である場合には上記ステップＭ−５を終了する。一方、変位量が閾値以上である場合にはステップｓ−５に進行し、閾値以上の変位が発生したことを警告する。かかる警告は、例えば上記ステップＭ−５に進行して画像表示手段３６に付設されている警告手段３８において表示或いは音声で警告することによって遂行することができる。上記ステップｓ−２において異常画像状態と判別された場合、及び上記ステップｓ−３においてターゲット１８に近似する近似多角形の検出に所定回数以上失敗したと判別された場合も、上記ステップｓ−５に進行する。しかる後に、ステップｓ−６において記録対象時間を設定する。この記録対象時間は、変位量が閾値を超えた時点から所定時間前から記録対象時間を開始し、変位量が閾値以下に低減してから所定時間経過した時点で終了する。かような記録対象時間を実現するためには、画像処理手段２４が検出された変位に関するデータを上記所定時間前に対応する時間間隔の間は一時的に保持する機能を有することが必要である。次いで、ステップｓ−７において検出された変位に関するデータが記録手段２６に記録される。上記ステップｓ−１において現時点が記録対象時間内であると判別された場合には、直接ステップｓ−７に進行する。

本発明に従って構成された図示の変位検出装置においては、上述したとおりの作用に加えて、画像処理手段２４に付設されている変位量累積手段２８が検出された変位量を累積し、累積変位量が所定閾値を超えた場合には警告信号を生成する。かかる警告信号が生成されると、例えば画像表示手段３６に付設された警告手段３８において累積変位量が閾値を超えたことが表示或いは音声で警告される。そして、かかる警告がなされた時には、免震手段８の必要な補修乃至交換を適宜遂行する。

以上、添付図面を参照して本発明に従って構成された変位検出装置の好適実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることは多言を要しない。例えば、図示の実施形態においては、建造物２の基礎構造体６に被撮像部材１４を配設し建築構造体１０に撮像手段２０を配設しているが、所望ならば基礎構造体６に撮像手段２０を配設し建築構造体１０に被撮像部材１４を配設することもできる。また、本発明の変位検出装置は、免震構造の建築物のみならず、水平方向に相対的に変位する２個の構造体、例えば岸壁に構築された第一の構造体と岸壁に隣接して海上に構築された第二の構造体、の水平方向の相対的変位を測定するためにも適用することができる。

２：建造物
６：基礎構造体（第一の構造体）
８：免震手段
１０：建築構造体（第二の構造体）
１２：変位検出装置
１４：被撮像部材
１６：ターゲットボード
１８：ターゲント
２０：撮像手段
２２：照明手段
２４：画像処理手段
２６：記録手段
２８：変位量累積手段
３０：第一の変位表示手段
３２：第二の変位表示手段
３４：第三の変位表示手段（Ｘ−Ｙ変位表示手段）
３６：画像表示手段
３８：警告手段

Claims (5)

1. 第一の構造体に対する第二の構造体の水平方向における相対的変位を検出する変位検出装置にして、
   該第一の構造体と該第二の構造体との一方に配設された被撮像部材と、
   該第一の構造体と該第二の構造体との他方に配設された、該被撮像部材を撮像するための撮像手段と、
   該撮像手段が撮像する該被撮像部材の画像に基いて、該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位を検出する画像処理手段と、
   該画像処理手段が検出する該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位を表示する表示手段と、
   該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位量が所定閾値を超えると、その時点から所定時間前から該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位量が該所定閾値以下に低減してから所定時間経過するまで、該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位を記録する記録手段と、
   を具備することを特徴とする変位検出装置。
2. 該第一の構造体は建造物の基礎構造体であり、該第二の構造体は免震手段を介して該基礎構造体上に接続された建築構造体である、請求項１記載の変位検出装置。
3. 該画像処理手段は、該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位をＸ−Ｙ座標における変位として検出し、該表示手段は該Ｘ−Ｙ座標における該変位を連続的に表示するＸ−Ｙ変位表示手段を含む、請求項１又は２記載の変位検出装置。
4. 該第一の構造体に対する該第二の構造体の水平方向における変位量を累積し、累積変位量が所定累積閾値を超えると警告信号を生成する変位量累積手段を具備する、請求項１から３までのいずれかに記載の変位検出装置。
5. 該被撮像部材は所定カラーに着色された背景と該背景とは異なったカラーに着色され且つ矩形外郭を有するターゲットとを有する水平上面を備えたターゲットボードから構成されている、請求項１から４までのいずれかに記載の変位検出装置。