JP6570909B2 - データ生成装置、データ生成方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、車両の走行に伴い交通路構造物に生じた歪みの測定値に基づき、交通路を走行した車両を検出する上で有用な成分を精度良く特定するためのデータを生成することである。
このデータ生成装置において、前記補正された時系列データが示す歪みのうちの前記第2の方向における歪みの分布に基づいて、ノイズ分布を特定するノイズ分布特定手段と、前記補正された時系列データにおける、前記ノイズ分布に属さない前記第1の方向における歪みの出現頻度に基づき、前記車両が歪み計の配置位置を通過した通過期間を特定する通過期間特定手段とを備えてもよい。
本発明の第1実施形態に係る車両検出システム1の全体構成を示すブロック図である。図1に示すように車両検出システム1は、車両検出装置10と、複数の歪み計を含む歪み計群20とを備える。車両検出装置10は、歪み計群20に含まれる各歪み計により逐次測定された歪みの測定値に基づいて、橋梁を走行する車両の有無の検出、更には、車軸重量、車軸数、速度、及び車種の特定等の各種の処理を行う。
橋梁200は、鋼材で形成された箱桁橋である。橋梁200の橋桁は、上フランジ210、及び下フランジ250が、橋軸方向に沿って配列した1対のウェブ230,240で上下に連結された箱形となっている。上フランジ210の上面には、上フランジ210に密着するように、車両300が走行する床版220(例えば鋼床版)が形成されている。
図3に示すように、歪み計211の位置を車両300の車軸が通過するとき、この通過に伴い、床版220(上フランジ210も同様。)が下に凸となるようにたわむ。このたわみにより、床版220の上面には圧縮歪みが、下面には引っ張り歪みが生じる。歪み計211は、この引っ張り歪みを測定する。歪み計212も同様に、歪み計212の位置を車両300の車軸が通過するときに、引っ張り歪みを測定する。
図4の上段に示すように、橋梁200の橋桁において、上フランジ210(床版220)、ウェブ230、下フランジ250、及びウェブ240を、内側に空洞を有する弾性体Dとみなす。この場合において、車両300の車軸が、ウェブ230よりも歪み計211,212側に進入したとき、弾性体Dには、図4の下段に示す歪みが生じる。即ち、弾性体Dにおいては、上辺に相当する上フランジ210(床版220)の部分に下に凸となる圧縮歪みが生じ、下辺に相当する下フランジ250の部分に引っ張り歪みが生じる。この圧縮歪みの時系列の変化は、図5の実線のグラフで表される。図5に示す期間Tは、車両300が歪み計211,212の配置位置の付近を通過する期間である。期間Tにおいて、最大の引っ張り歪みは、図5の破線のグラフで表されるように「+ε1」であるが、これは、「−ε2」の圧縮歪みの影響を受けた測定値である。このような圧縮歪みの存在が、車両の検出を含む各処理の精度を低下させる原因となることがある。
なお、図4で説明したような沈み込みは、「鋼床版構造の歪み計測(特にトラフリブ下面や横リブ)」や、「コンクリート床版の下面での歪み計測」においてよく発生する。
制御部110は、演算処理装置としてのCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)を有するプロセッサである。CPUは、ROM又は記憶部130に記憶されたプログラムをRAMに読み出して実行することにより、車両検出装置10の各部を制御する。制御部110は、橋梁200の歪みの時系列データを生成するデータ生成装置として機能する。
測定値取得手段111は、歪み計211,212を用いて測定された、橋梁200(床版220)の歪みの測定値の時系列データを取得する。
処理手段114は、補正手段113により生成された歪みの補正値の時系列データに基づいて、車両300の検出を含む所定の処理を行う。
図6は、車両検出装置10が実行する処理を示すフローチャートである。図7A〜Fの各図は、図6に示す処理ステップの処理の具体例を説明する図である。図7A〜Fに示す各グラフは、図5のグラフと同様、横軸が時間軸で、縦軸が歪みの測定値を表している。実際には、歪みの測定値には、他の車両の走行等を原因としたノイズ成分が定常的に含まれるが、図5で説明した圧縮歪みよりも十分に小さいとし、本実施形態では考慮しないものとする。
なお、ステップS1で取得される時系列データには、任意の時間長の期間における測定値が含まれる。
続いて、制御部110は、ウィンドウW2、W3,W4においても、ステップS4,5の処理を実行して、基準点P2,P3,P4をそれぞれ設定する。次に、制御部110は、ウィンドウW5に着目する。この場合、制御部110は、歪みの時間的な変動が相対的に大きく、歪みの時間的な変動が閾値を超えていると判定する(ステップS4;YES)。このときには、制御部110は、ステップS5の処理ではウィンドウW5において基準点を設定せずに、ステップS6の処理に進む。制御部110は、ウィンドウW6に着目した場合も、ステップS4で「NO」と判定する。このため、制御部110は、ステップS5の処理では基準点を設定しない。ウィンドウW7〜W11においては、歪みの時間的な変動が閾値以下であるから、制御部110は、ステップS4,5の処理を実行して、基準点P7〜P11をそれぞれ設定する。
また、車両検出システム1によれば、温度歪みや振動等の原因で生じた歪みの影響を低減させることができる。図4,5では、橋梁200を走行した車両を検出する上で不要な歪みが、圧縮歪みである場合を説明した。しかし、温度歪みや振動等の原因で生じた歪み、或いは、測定位置以外の位置の車両の走行に起因した歪みが、引っ張り歪みとして出現する場合もある。この場合でも、車両検出システム1において、図6で説明した方法で測定値の時系列データを補正する処理が行われることにより、橋梁200を走行する車両300を検出する上で有用な成分を精度良く特定することができる。
上述した第1実施形態では考慮しなかったが、歪み計211,212を用いて測定される歪みには、ノイズ成分が定常的に含まれる。図8は、歪み計が測定する歪みの時系列の変化の一例を示すグラフである。図8に示すように、ノイズ成分による歪みは微小である。よって、例えば、歪みの測定値に対する閾値を設定し、当該閾値以下の歪みについてはノイズ成分とみなす、といった手法をとられることがある。しかし、この手法では、図8にC1,C2で示したような、多くのノイズ成分に対して引っ張り歪みが僅かに大きい測定値については、ノイズ成分に属するか、又は車両の走行に伴い生じた歪みであるかを正確に判別することが難しい。
本実施形態において、上述した第1実施形態と同じ符号を付した要素については、上述した第1実施形態と同一であるものとする。上述した第1実施形態で説明した要素と対応する要素については、符号の末尾に「A」と付して表す。
ノイズ分布特定手段115は、補正手段113により生成された歪みの補正値の時系列データが示す歪みのうちの圧縮歪みの分布に基づいて、ノイズ分布を特定する。
処理手段114Aは、通過期間特定手段1141を含む。通過期間特定手段1141は、歪みの補正値の時系列データにおける、ノイズ分布特定手段115により特定されたノイズ分布に属さない引っ張りを示す歪みの出現頻度に基づき、車両300が測定位置を通過した通過期間を特定する。
図10は、車両検出装置10Aが実行する処理を示すフローチャートである。図11A,Bは、図10に示す処理ステップの処理の具体例を説明する図である。図11A,Bに示す各グラフは、図6と同様、横軸が時間軸で、縦軸が歪みの測定値を表している。
まず、制御部110Aは、歪みの補正値の時系列データを取得する(ステップS11)。ここでは、制御部110Aは、図8のグラフで表される歪みの補正値の時系列データを取得する。
上述した考えに従い、ステップS14では、制御部110Aは、着目した期間の圧縮歪みの分散を算出し、負側のノイズ分布を特定した後、特定したノイズ分布を正側に反転することにより、正負の両側におけるノイズ分布を特定する。
上述した実施形態は本発明の一実施形態であって、様々に変形されてもよい。以下に、上述した実施形態の変形例を示す。なお、以下に示す変形例は適宜、組み合わされてもよい。
(変形例1)
上述した第1実施形態では、制御部110(基準値生成手段112)は、最大圧縮点に基準点を設定していた。これに代えて、制御部110は、最大圧縮点が測定された時刻とその歪みとの組み合わせに基づいて所定の規則に従い特定される時刻と歪みとの組み合わせを示す基準点を設定してもよい。
例えば、最大圧縮点を示す測定値が、圧縮方向のノイズ成分の影響を受けている可能性がある。このため、制御部110は、最大圧縮点よりも所定量だけ引っ張り方向にずらした点を基準点に設定してもよい。この際に、制御部110は、上述した第2実施形態で説明した方法でノイズ分布を特定し、特定したノイズ分布に応じた量だけ最大圧縮点からずらした点を、基準点としてもよい。また、制御部110は、最大圧縮点を含むウィンドウにおいて、測定値が小さい順に、換言すると負方向に大きい順に所定割合(例えば10%)の数の測定値の平均値を計算し、最大圧縮点から引っ張り方向にこの平均値の分だけずらした点を、基準点としてもよい。また、制御部110は、最大圧縮点の測定値に予め決められた値を加算した点を、基準点としてもよい。即ち、制御部110は、最大圧縮点の圧縮歪みに応じた基準点を設定すればよい。
また、制御部110は、歪みの時間的な変動が閾値以下の期間においても、歪みの統計量に基づいて特定される点から所定量だけ引っ張り方向にずらして、基準点を設定してもよい。
また、制御部110は、測定値の時間的な変動が閾値を超えたウィンドウのうち、最大圧縮点が属さないウィンドウ(例えば、図7CのウィンドウW5)においても、基準点を設定してもよい。即ち、制御部110は、全てのウィンドウにおいて、基準点を設定してもよい。この場合、制御部110は、例えば、着目したウィンドウ内で最大の圧縮を示した点、又は当該ウィンドウが割り当てられた期間の測定値の平均値が示す点を、基準点に設定する。
上述した第1実施形態では、制御部110は、歪みの測定値と基準線との差分を計算して、歪みの測定値の時系列データを補正していた。これに代えて、制御部110は、歪みの測定値の時系列データを補正しなくてもよい。この場合、制御部110は、歪みの測定値の時系列データを補正する処理を行う外部装置に、生成した歪みの基準値の時系列データ(基準線を示すデータ)を出力してもよい。即ち、図1で説明した補正手段113及び処理手段114の機能が、制御部110で実現されなくてもよい。
上述した第1実施形態において、制御部110がステップS2において割り当てる複数のウィンドウは、時間軸上の重なりを持たない。これに代えて、制御部110は、時間軸上の重なりを持つように複数のウィンドウを割り当ててもよい。
また、上述した第2実施形態において、制御部110AがステップS12において区分する複数の期間は時間軸上の重なりを持たない。これに代えて、制御部110は、時間軸上の重なりを持つように複数の期間の割り当てを行ってもよい。
車両検出システム1において、歪みの測定値の時系列データを複数の期間に区分し、各期間にウィンドウを割り当てる処理が行われなくてもよい。車両検出システム1では、歪みの変動量が相対的に大きい期間を、所定の基準に基づいて特定して、当該機関の基準点を設定すればよい。
車両検出システム1Aにおいて、歪みの補正値の時系列データを複数の期間に区分する処理が行われなくてもよい。車両検出システム1Aでは、任意の期間における、歪みの補正値の時系列データが示す歪みのうちの圧縮を示す歪みの分布に基づいて、ノイズ分布を特定すればよい。
上述した第2実施形態の車両検出システム1Aでは、歪みの補正値の時系列データに基づいて、車両300の通過期間を特定した。これに代えて、車両検出システム1Aでは、歪みの補正値ではなく、歪みの測定値の時系列データに基づいて、車両300の通過期間を特定してもよい。例えば、交通路構造物の構造、或いは歪み計の配置位置等によっては、上述した第1実施形態で説明した圧縮歪みの影響を無視できる場合もあり得る。このような場合は、車両検出システム1Aでは、歪みの測定値の時系列データを補正しなくてもよい。なお、この場合に車両検出システム1Aの構成及び動作は、上述した第2実施形態の「歪みの補正値」を「歪みの測定値」に置き換えることによって説明することができる。
上述した実施形態で説明した橋梁の構造、橋桁を構成する部材(橋梁部材)、歪み計の配置位置、及び使用した各数値は一例であり、適宜変更することができる。なお、歪み計211,212は、床版220に生じた歪みを測定可能であればよく、図2で説明した配置位置以外の位置に配置されていてもよい。
上述した実施形態においては、車両検出システム1,1Aが検出する車両が走行する交通路構造物が橋梁であるものとしたが、例えば、高架橋等の橋梁以外の交通路構造物の上の走行する車両が検出されてもよい。
なお、車両検出システム1,1Aにより検出される車両の種別はトラック等の自動車に限られない。例えば、線路の上を走行する鉄道車両が車両検出システム1,1Aにより検出されてもよい。
制御部110又は110Aが実現する各機能は、1又は複数のハードウェア回路により実現されてもよいし、1又は複数のプログラムを実行することにより実現されてもよいし、これらの組み合わせにより実現されてもよい。制御部110又は110Aの機能がプログラムを用いて実現される場合、このプログラムは、磁気記録媒体(磁気テープ、磁気ディスク(HDD(Hard Disk Drive)、FD(Flexible Disk))等)、光記録媒体(光ディスク等)、光磁気記録媒体、半導体メモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶した状態で提供されてもよいし、ネットワークを介して配信されてもよい。また、本発明は、データ生成方法として把握することも可能である。
本願の発明は、上述した実施形態に限定されることなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
Claims (7)
- 車両が交通路を走行するときに前記交通路を構成する構造物の測定位置において生じる歪みの時系列データを用いて車両の走行を検出する車両検出システムに用いられる歪みの時系列データを生成するデータ生成装置であって、
車両の車軸が当該車両の走行方向における前記測定位置を通過するときに前記測定位置に生じる歪みの方向を第1の方向とし、前記第1の方向と反対の歪みの方向を第2の方向とするとき、
前記測定位置における歪みの測定値の時系列データを取得する測定値取得手段と、
前記測定値取得手段が取得した時系列データが示す歪みの変動量が所定の基準を満たす期間において、前記測定値が前記第2の方向における最大の歪みを示す時刻と当該時刻における歪みの測定値との組み合わせ、又は当該時刻と当該時刻における歪みの測定値との組み合わせに基づいて所定の規則に従い特定される時刻と歪みとの組み合わせを示す基準点を設定し、当該基準点を用いて補間演算を行うことにより、前記測定位置における前記第2の方向における歪みの時系列データを生成する基準値生成手段と
を備えることを特徴とするデータ生成装置。 - 前記基準点を第1の基準点とするとき、
前記基準値生成手段は、
前記測定値取得手段が取得した時系列データを時間軸上で複数の期間に区分して、当該複数の期間のうちの前記変動量が所定の基準を満たす期間においては、当該期間内の時刻と当該期間における歪みの測定値の統計量との組み合わせを示す第2の基準点に設定し、前記第1の基準点、及び前記第2の基準点を用いて前記補間演算を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のデータ生成装置。 - 前記基準値生成手段が生成した前記第2の方向における歪みの時系列データに基づいて、前記測定値取得手段が取得した時系列データを補正する補正手段を備える
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のデータ生成装置。 - 前記補正された時系列データが示す歪みのうちの前記第2の方向における歪みの分布に基づいて、ノイズ分布を特定するノイズ分布特定手段と、
前記補正された時系列データにおける、前記ノイズ分布に属さない前記第1の方向における歪みの出現頻度に基づき、前記車両が歪み計の配置位置を通過した通過期間を特定する通過期間特定手段と
を備えることを特徴とする請求項3に記載のデータ生成装置。 - 車両が交通路を走行するときに前記交通路を構成する構造物の測定位置において生じる歪みの時系列データを用いて車両の走行を検出する車両検出システムに用いられる歪みの時系列データを生成するデータ生成方法であって、
車両の車軸が当該車両の走行方向における前記測定位置を通過するときに前記測定位置に生じる歪みの方向を第1の方向とし、前記第1の方向と反対の歪みの方向を第2の方向とするとき、
前記測定位置における歪みの測定値の時系列データを取得するステップと、
前記取得するステップにおいて取得した時系列データが示す歪みの変動量が所定の基準を満たす期間において、前記測定値が前記第2の方向における最大の歪みを示す時刻と当該時刻における歪みの測定値との組み合わせ、又は当該時刻と当該時刻における歪みの測定値との組み合わせに基づいて所定の規則に従い特定される時刻と歪みとの組み合わせを示す基準点を設定し、当該基準点を用いて補間演算を行うことにより、前記測定位置における前記第2の方向における歪みの時系列データを生成するステップと
を備えることを特徴とするデータ生成方法。 - 車両が交通路を走行するときに前記交通路を構成する構造物の測定位置において生じる歪みの時系列データを用いて車両の走行を検出する車両検出システムに用いられる歪みの時系列データを生成するコンピュータに、
車両の車軸が当該車両の走行方向における前記測定位置を通過するときに前記測定位置に生じる歪みの方向を第1の方向とし、前記第1の方向と反対の歪みの方向を第2の方向とするとき、
前記測定位置における歪みの測定値の時系列データを取得するステップと、
前記取得するステップにおいて取得した時系列データが示す歪みの変動量が所定の基準を満たす期間において、前記測定値が前記第2の方向における最大の歪みを示す時刻と当該時刻における歪みの測定値との組み合わせ、又は当該時刻と当該時刻における歪みの測定値との組み合わせに基づいて所定の規則に従い特定される時刻と歪みとの組み合わせを示す基準点を設定し、当該基準点を用いて補間演算を行うことにより、前記測定位置における前記第2の方向における歪みの時系列データを生成するステップと
を実行させるためのプログラム。 - 車両が交通路を走行するときに前記交通路を構成する構造物の測定位置において生じる歪みの時系列データを用いて車両の走行を検出する車両検出システムに用いられる歪みの時系列データを生成するコンピュータに、
車両の車軸が当該車両の走行方向における前記測定位置を通過するときに前記測定位置に生じる歪みの方向を第1の方向とし、前記第1の方向と反対の歪みの方向を第2の方向とするとき、
前記測定位置における歪みの測定値の時系列データを取得するステップと、
前記取得するステップにおいて取得した時系列データが示す歪みの変動量が所定の基準を満たす期間において、前記測定値が前記第2の方向における最大の歪みを示す時刻と当該時刻における歪みの測定値との組み合わせ、又は当該時刻と当該時刻における歪みの測定値との組み合わせに基づいて所定の規則に従い特定される時刻と歪みとの組み合わせを示す基準点を設定し、当該基準点を用いて補間演算を行うことにより、前記測定位置における前記第2の方向における歪みの時系列データを生成するステップと
を実行させるためのプログラムを持続的に記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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