JP6751937B2 - 打音診断装置及び診断方法 - Google Patents
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Description
・必要に応じて触診や打音等の非破壊検査等を併用して行う。
・点検員の資格要件は「道路トンネルに関する設計,施工や維持管理等の専門的知識および技能を有する者」。
図1は、本発明を基本となる実施形態の例を示したブロック図であり、録音手段1、周波数解析手段2、記憶手段3、診断モデル作成手段4、診断手段5及び表示手段6とからなる一体型の診断装置を示している。診断手段には、LOFによる外れ値算定の機能を含む。
(録音手段)
・(Vt-2n-1)/2n-1、-1≦Vt<+1と正規化する。
・ただし、上限下限の最大値±2n-1の90%〜100%の値を示すVtを含む打音は、歪みを含む過大音量と推定してアラームとして廃棄する。なお、前記のパーセンテージは、適宜補整してもよい。
(記憶手段)
(周波数解析手段)
診断モデル作成手段4は、前述したように記憶手段3に記憶させた周波数スペクトラムのデータを読み込んで、診断モデルに適するスペクトラムを選定し改めて登録する。
通信手段7は、広域または近距離通信が可能なものであって、有線通信または無線通信の手段を含む。図2のように測定部と診断部を分けて個別の機器として構成する場合、個別の機器間を接続する近距離通信の接続手段が好適である。有線では、I2CやSPIのような簡易なインターフェイス、又はUSB等を採用できる。
(診断手段)
k近傍法は、被診断対象の周波数スペクトラムが、欠陥の有無がラベル付された2つの標本データ集合のいずれかに属するかを、所定の範囲(K値をいう)で多数決をとり、最も多い個数の標本データ集合に属するラベルをもって診断する。
(LOFよる外れ値算定)
Nk(x)={ y∈D\{ x } | d(x, y) ≦ kdist (x) } (1)
reach-dist k(x, y)=max{ kdist (y), d(x, y) } (2)
ただし、max{ }は、{ }内に示す値の最大値をいう。
lrd k(x)=|Nk(x)|/Σy∈Nk(x) reach-dist k(x, y) (3)
ただし、| |は、| |内に示す集合内の標本の個数。
LOF(x)=1/|Nk(x)|Σy∈Nk(x) (lrd k(y)/lrd k(x)) (4)
lrd k(y)=|Nk(x)|/{d(y1、y5)+d(y2, y4)+d(y3, y2)} (5)
となる。ここで、|Nk(x)|=3、すなわちk=3であるから各y点のk範囲の最大距離の平均の逆数となる。
lrd k(y)=k/{lrd k(y1)+lrd k(y2)+・・・+lrd k(yi)+・・・+lrd k(yk+1)-lrd k(yi)}となる。
周波数スペクトラム閾値診断手段8とは、打音の周波数スペクトラムにおいて、欠陥があった場合に発生する特定の周波数成分が所定の閾値を超えた場合に、欠陥があると診断するものである。
診断装置は、コンクリート等構造体に欠陥があると診断した場合に警告等を表示する。周波数スペクトラムを表示して視認できるようにすることが好ましく、スペクトラムの視覚的特徴を確認できるからである。表示手段6として、液晶型ディスプレイが好ましい。
上記の各手段は個々の独立した存在である必要はなく、複数の手段が1個の部材として形成されていること、ある手段が他の手段の一部であること、ある手段の一部と他の手段の一部とが重複していること等が可能である。
以下、実験機により、LOFによる診断の効果を検証した。K=3とする。
供試体は、300mm(幅)×300mm(奥行)×150mm(高)のコンクリートブロックである。底面から95mmの略中央部に150mm×150mm×5mmの擬似的な間隙を作りこみ、当該間隙には音の共鳴・反射を抑えるため発泡スチロールを埋め込んでいる。コンクリートの強さは27±3N/mm2である。
(ア)欠陥なしと既に判断された12個のデータ集合、
(イ)欠陥ありと既に判断された14個のデータ集合、
(ウ)採取不良(音量過大、過小)な2個のデータ集合
の3つであるである。
・TP真陽性とは、欠陥のあるデータを「欠陥あり」と正しく診断したものをいう。
・TN真陰性とは、欠陥のないデータを「欠陥なし」と正しく判断したものをいう。
・FP偽陽性とは、欠陥のないデータを「欠陥あり」と誤診断したものをいう。
・FN偽陰性とは、欠陥のあるデータを「欠陥なし」と誤診断したものをいう。
以上から、正解率は欠陥のない標本データ(診断モデル)の選択の仕方と閾値設定により変動するが、高い値を示す。閾値が適度に調整されれば、検出率は1.0となることから、閾値は診断対象のコンクリート等構造体の特性に応じて、実験的に検証して設定可能である。以上により、診断品質は実用に十分耐えるという知見が得られた。
図10は、本発明の実験機を示す。測定部は、PD-100打音チェッカー((株)ポート電子製2015年発売)として、表示手段及び操作部は小型のノートPCを用いたものである。
2 周波数解析手段
3 記憶手段
4 診断モデル生成手段
5 診断手段(LOF算定機能含む)
6 表示手段
7 通信手段
8 周波数スペクトラム閾値診断手段
10 測定部
20 診断部
30 サーバー装置
31 記憶手段(知識データベース)
32 サーバー制御手段
Claims (6)
- ハンマー等でコンクリート等構造体を打撃して、打音から前記コンクリート等構造体の欠陥を診断する打音診断装置であって、
前記打音を録音する録音手段と、録音した音の周波数スペクトラムを得る周波数解析手段と、周波数スペクトラムから診断モデルを作成する診断モデル作成手段と、
周波数スペクトラム及び診断モデルを記憶する記憶手段と、
被診断対象の周波数スペクトラムと前記診断モデルとの相関をとるK近傍法による診断手段と、を有する打音診断装置 - 前記診断手段に、Local outlier factorによる外れ値を算定する機能を設けたことを特徴とする請求項1に記載の打音診断装置
- 特定の周波数スペクトラムの成分が所定の閾値を超えるか否かで欠陥の有無を診断するスペクトラム閾値診断手段を前記診断手段に併設した請求項1又は請求項2に記載されたいずれかの打音診断装置
- 請求項1ないし請求項3に記載されたいずれかの打音診断装置に少なくとも1以上の通信手段を付加した打音診断装置であって、前記診断装置を2以上の構成部に分けた場合には、前記構成部のそれぞれに通信手段を設けて、2以上の構成部との間を前記通信手段を介して情報の授受及び制御をすること、を特徴とする請求項1ないし請求項3に記載されたいずれかの打音診断装置
- 前記診断モデルを知識データベースとして記録する記憶手段を有するサーバー装置と、請求項4に記載された打音診断装置とを、広域通信網を介して接続して、前記診断モデルをアップデートまたは/かつダウンロードすることを特徴とする打音診断システム
- 前記録音手段により、コンクリート等構造体が発する打音を録音して、録音した音の周波数スペクトラムを得るステップと、前記周波数スペクトラムを記憶手段に記憶させるステップと、前記記憶手段から周波数スペクトラムのデータを読み込み、周波数スペクトラムのデータから診断モデルを作成するステップと、前記診断モデルを記憶手段に記憶させるステップと、被診断対象の打音の周波数スペクトラムと前記診断モデルとの相関をK近傍法に基づくLocal outlier factorによる外れ値を算定して診断するステップと、を有する打音診断方法。
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