JP6507380B2 - 剛性測定装置および剛性測定方法 - Google Patents
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Description
以下、図1〜15Dを用いて、実施の形態1を説明する。
[1−1−1.計測対象の撮像]
図1は、実施の形態1における剛性測定システム1の一構成例を示す外観図である。剛性測定システム1は、カメラ101と剛性測定装置200で構成される。カメラ101は、橋梁102を所定期間に複数回撮像し、橋梁102が撮像された複数の撮像画像を生成する。カメラ101は、例えば、所定の時間間隔で橋梁102を複数回撮像する。
図2は、実施の形態1における剛性測定装置200の一構成例を示すブロック図である。図2に示すように、剛性測定装置200は、入出力I/F210、制御部220、変位算出部230、荷重推定部240、剛性算出部250及びメモリ260を備える。剛性測定装置200は、例えば、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。
カメラ101が生成した複数の撮像画像において、橋梁102が同じ位置に撮像されるとは限らない。このような場合、変位算出部230が算出した変位に誤差が生じる。それを解消するために、剛性測定装置は、変位算出部230が算出した変位を補正する機能を備えてもよい。
[1−2−1.補正をしない場合の動作]
図4は、実施の形態1における剛性測定装置200の動作を示すフローチャートである。
制御部220は、入出力I/F210を介して、撮像画像を取得する。撮像画像には、カメラ101によって橋梁102が所定期間に撮像されている。制御部220は、取得した撮像画像をメモリ260に格納する。
制御部220は、橋梁102上に設定された複数の計測点における時間的な変位を、変位算出部230に算出させる。特に、後述する曲げ剛性を算出する場合には、変位算出部230は、3点以上の計測点の変位を算出する。変位算出部230は、メモリ260が記憶している複数の撮像画像を撮像時刻順に取出し、撮像画像毎に橋梁102の変位を算出する。変位算出部230は、算出した変位から変位分布を算出する。そして、変位算出部230は、その変位分布をメモリ260に格納する。
制御部220は、橋梁102の荷重分布を、荷重推定部240に算出させる。荷重推定部240は、メモリ260に格納された撮像画像から荷重源(車両など)の種類と位置を画像認識する。例えば、荷重源が車両である場合、荷重推定部240は、車両の種類と橋梁102上の車両の走行位置を認識する。荷重推定部240は、認識した荷重源の種類から予めメモリ260に格納された種類ごとの荷重値を取得する。荷重推定部240は、荷重値と荷重源の位置を用いて空間的な荷重分布を算出する。そして、荷重推定部240は、その荷重分布をメモリ260に格納する。荷重推定部240は、メモリ260以外に、I/F210を経由して外部データベースから、荷重値を取得してもよい。また、予め荷重源の種類が確定している場合には、荷重推定部240は、荷重源の位置のみを検出し、対応する荷重値として予めメモリ260に格納された所定の荷重値を用いてもよい。
制御部220は、変位算出部230が算出した変位分布と、荷重推定部240が算出した荷重分布とを用いて、橋梁102の全体の剛性分布を、剛性算出部250に算出させる。剛性算出部250は、メモリ260が記憶している変位分布と荷重分布を読み出し、橋梁102全体の剛性分布を算出する。そして、剛性算出部250は、その剛性分布をメモリ260に格納する。制御部220は、メモリ260が記憶している橋梁102全体の剛性分布を入出力I/F210を介して、出力する。
図5は、実施の形態1における剛性測定装置の他の動作を示すフローチャートである。図5は、剛性測定装置201の動作を示す。
制御部221は、変位算出部230が算出した複数の計測点における変位を、補正部270に補正させる。補正部270は、メモリ260が記憶している複数の計測点における時間的な変位を読み出し、基準変位を用いて、各変位を補正する。補正部270は、補正した各変位をメモリ260に格納する。
制御部221は、補正部270が補正した複数の計測点における変位分布と荷重推定部240が算出した荷重分布とを用いて、剛性分布を、剛性算出部251に算出させる。剛性算出部251は、メモリ260が記憶している複数の計測点における変位分布と荷重分布を読み出して、剛性分布を算出する。剛性算出部251は、算出した剛性分布をメモリ260に格納する。
ここでは、剛性測定装置201の動作例を説明する。
また、変位Di(x,y,t)は、基準撮像画像および各撮像画像の位置座標Piを用いて、数式2で算出してもよい。ここで、基準撮像画像とは、例えば、時間的に先頭の撮像画像や、定常状態と見なせる計測対象が撮像された撮像画像などである。
ここで、xは橋梁102の横方向の位置であり、y(x)は変位分布であり、w(x)は荷重分布である。このような微分方程式は、例えば, Hiroyuki KISU, et al, ”A study for identification of bending rigidity of a beam”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Series A, Vol.70, No.698, 2004.記載のように数値的に解くことができる。
なお、計測点数が不足するなど条件不足で不良設定問題になる場合や、計測値にノイズが含まれる場合に安定した解を求めるためには、剛性算出部251は、同じ橋梁102に対して荷重分布が異なる複数の撮像画像から得られた、変位分布と荷重分布を組み合わせて剛性分布を算出してもよい。剛性算出部251は、例えば、図10、図11のように異なる時刻の変位分布と荷重分布の組を複数組み合わせて、図12のような剛性分布を算出してもよい。このとき、剛性算出部251は、異なる撮像画像内の橋梁102が同一であることを利用して、共通の剛性分布を算出する。荷重分布が異なる複数の撮像画像は、車両402が橋梁102を通過する時に橋梁102を動画撮像すれば容易に得ることができる。これにより、橋梁102の剛性分布をより高精度に求めることが可能となる。
次に、せん断剛性Ss(x)を算出する例について説明する。この場合、剛性算出部251は、数式7のような力学方程式を用いて、曲げ剛性の場合と同様にせん断剛性分布を算出することができる。ここで、Sbは曲げ剛性である。
[1−2−5.動作例3]
次に、図13および図14を用いて、ねじり剛性Stを算出する例について説明する。図13は、橋梁と撮像装置の位置関係の一例を示す図である。図14は、橋梁の断面を示す図である。図14は、図13に示すA−A線で切断された橋梁102の断面を示す。
ここで、入力I/F210は、カメラ130およびカメラ131によって橋梁102が同期撮像された2つの撮像画像の入力を受け付ける。ここで、カメラ130およびカメラ131は、図13のように、橋軸直角方向(A−A線に平行な方向)に沿って橋梁102の両側に配置されている。変位算出部230は、カメラ130が生成した撮像映像から変位分布yR(x)を算出し、カメラ131が生成した撮像映像から変位分布yL(x)を算出する。変位算出部230は、yR(x),yL(x)と数式9を用いて、橋梁102のねじれ角φを算出する。ここで、Wbは既知の橋梁102の幅である。
また、荷重推定部240は、車両402の通行映像から通行車線を判断することで、橋軸と垂直な方向における車両402の位置zを求める。ここで、車線の高さ方向の位置は予め既知とする。この時、荷重推定部240は、ねじりモーメントMTを、荷重位置z×荷重w×重力加速度gを用いて算出する。
次に、図15A〜15Dを用いて、吊り構造を持つ橋梁112の鉛直ケーブルの軸剛性Saを求める場合を説明する。
以上のように、本実施の形態の剛性測定装置200は、計測対象の剛性を測定する剛性測定装置であって、荷重推定部240と、変位算出部230と、剛性算出部250とを備える。荷重推定部240は、橋梁102が撮像された撮像画像を用いて、橋梁102に設定された計測点に加わる荷重を推定する。変位算出部230は、撮像画像を用いて、計測点の変位を算出する。剛性算出部250は、荷重と変位を用いて、橋梁102の剛性を算出する。
以下、図1〜3、図7、図16〜19Bを用いて、実施の形態2を説明する。
図16は、実施の形態2における剛性測定装置202の一構成例を示すブロック図である。図16において、図2と同じ動作を行う構成要素に関しては、同符号を付与し、説明を省略する。
実施の形態1の剛性測定装置200と実施の形態2の剛性測定装置202においては、設定部280が計測点を設定する動作のみ異なるので、ここでは、設定部280の動作についてのみ説明する。
以上のように、実施の形態2の剛性測定装置202は、設定部280をさらに備える。設定部280は、橋梁102に基づいて計測点を設定する。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1〜2を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
101,130,131 カメラ(撮像装置)
102,112 橋梁(計測対象)
200,201,202,203 剛性測定装置
210 入出力I/F
220,221 制御部
230 変位算出部
240 荷重推定部
250,251 剛性算出部
260 メモリ
270 補正部
280 設定部
Claims (20)
- 計測対象が有する構造物を吊るすケーブル の剛性を測定する剛性測定装置であって、
複数の時刻において前記計測対象が撮像された複数の撮像画像を用いて、前記ケーブルに設定された2つの計測点の間の長さの変位を算出する変位算出部と、
前記複数の撮像画像を用いて、時間経過に伴う前記ケーブルに加わる荷重を推定する荷重推定部と、
前記荷重と前記変位とを用いて、前記ケーブルの剛性を算出する剛性算出部と、
を備えた剛性測定装置。 - 荷重源の荷重値を記憶する記憶部を備え、
前記荷重推定部は、前記複数の撮像画像を用いて前記計測対象上における前記荷重源の位置を検出し、前記荷重値と前記荷重源の位置とを用いて前記ケーブルに加わる荷重を推定する、
請求項1記載の剛性測定装置。 - 荷重源の種類に対応した荷重値を記憶する記憶部を備え、
前記荷重推定部は、前記複数の撮像画像を用いて前記計測対象上における前記荷重源の位置および種類を検出し、前記荷重源の種類に対応した荷重値と前記荷重源の位置とを用いて前記ケーブルに加わる荷重を推定する、
請求項1記載の剛性測定装置。 - 所定の荷重値を記憶する記憶部を備え、
前記荷重推定部は、前記複数の撮像画像を用いて前記計測対象上における荷重源の位置を検出し、前記所定の荷重値と前記荷重源の位置とを用いて前記ケーブルに加わる荷重を推定する、
請求項1記載の剛性測定装置。 - 前記計測対象に基づいて前記2つの計測点を設定する設定部を備える、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 補正部を備え、
前記変位算出部は、所定の基準計測点の基準変位を算出し、
前記補正部は、前記基準変位を用いて、前記変位を補正し、
前記剛性算出部は、補正された前記変位を用いて、前記剛性を算出する、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 前記変位算出部は、ブロックマッチングまたは相関法を用いて前記変位を算出する、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 前記計測対象は前記ケーブルを複数本有し、
前記荷重推定部は、前記複数のケーブルの各々に加わる荷重を推定することにより、前記計測対象の荷重分布を算出し、
前記変位算出部は、前記複数のケーブルの各々の変位を算出することにより、前記計測対象の変位分布を算出し、
前記剛性算出部は、前記荷重分布と前記変位分布とを用いて、前記計測対象の剛性分布を算出する、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 前記剛性算出部は、互いに異なる複数の前記荷重分布と、前記複数の荷重分布の各々に対応する前記変位分布とを組み合わせて、前記剛性分布を算出する、
請求項8記載の剛性測定装置。 - 前記剛性に基づく画像が前記撮像画像に対して重畳された重畳画像を生成する重畳画像生成部を備える、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 前記剛性算出部は、前記ケーブルの剛性の基準値を記憶し、算出した前記剛性が異常であるか否かを、前記基準値を用いて判断し、判断した結果を出力する、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 前記剛性に基づく画像が前記撮像画像に対して重畳された重畳画像を生成する重畳画像生成部を備え、
前記重畳画像生成部は、前記重畳画像において、前記剛性算出部が異常と判断した前記剛性を可視化させる、
請求項11記載の剛性測定装置。 - 前記2つの計測点と、前記計測対象を撮像する撮像装置との距離に基づいて、前記変位をスケール補正するスケーリング部を備える、
請求項1〜12のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 前記変位算出部は、複数の撮像装置によって前記計測対象が同期撮像された前記複数の撮像画像を用いて、前記変位を算出する、
請求項1〜12のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 前記複数の撮像装置のうちの一つの撮像装置は、前記計測対象に対して、前記複数の撮像装置のうちの別の撮像装置と反対側に配置されている、
請求項14記載の剛性測定装置。 - 前記複数の撮像画像は、前記2つの計測点と、前記計測対象を撮像する撮像装置との距離を示す情報を含み、
前記変位算出部は、前記複数の撮像画像を用いて、前記変位を算出する、
請求項1〜12のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 前記複数の撮像画像は、時間的に先頭である、又は、前記計測対象が定常状態である基準撮像画像を有する、
請求項1〜16のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 前記計測対象は、吊り構造を有する橋、斜張橋、ハープ橋のいずれかである、
請求項1〜17のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 前記ケーブルは、鉛直ケーブルである、
請求項1〜18のいずれか1項に記載の剛性測定装置。 - 計測対象が有する構造物を吊るすケーブルの剛性を測定する剛性測定方法であって、
複数の時刻において前記計測対象が撮像された複数の撮像画像を用いて、前記ケーブルに設定された2つの計測点の間の長さの変位を算出する変位算出ステップと、
前記複数の撮像画像を用いて、時間経過に伴う前記ケーブルに加わる荷重を推定する荷重推定ステップと、
前記荷重と前記変位とを用いて、前記ケーブルの剛性を算出する剛性算出ステップと、
を含む剛性測定方法。
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