JP7067667B2 - 変位‐重量対応付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、変位‐重量対応付け装置、変位‐重量対応付け方法、およびプログラムに関する。

橋梁などの構造物を車両が通過すると、構造物に荷重が加わり構造物が変位する。このような構造物の変位と車重（車両の重量）との対応関係を求める技術が、種々提案されている。

例えば特許文献１では、重量が既知の個々の車両が構造物上に存在するときに構造物をビデオカメラで撮影し、その撮影した構造物の画像から変位を測定し、変位と車重との対応関係を求めている。

また特許文献２では、橋梁の両端部を車両が通過するタイミングを加速度センサで検知し、また車両が橋梁に存在するときの橋梁の変位を検出し、それらの検出結果に基づいて、Ｗｅｉｇｈ－ｉｎ－Ｍｏｔｉｏｎによって車量を計測している。

特開２０１６－８４５７９ 特開２０１７－５８１７７

上述したように橋梁などの構造物の変位とその原因となった車重との対応関係を求めるためには、車両が構造物をちょうど通過するタイミングを検出する必要があった。そのため、車両が構造物を通過するタイミングを検出できない状況では、構造物の変位と車重との対応関係を求めることは困難であった。

本発明の目的は、上述した課題、すなわち、構造物の変位とその原因となった車重との対応関係を求めるためには、車両が構造物をちょうど通過するタイミングを検出する必要がある、という課題を解決する変位‐重量対応付け装置を提供することにある。

本発明の一形態に係る変位‐重量対応付け装置は、
処理対象期間を設定する設定手段と、
前記処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出する検出手段と、
前記処理対象期間内における前記構造物の変位の複数のピーク値を計測する計測手段と、
前記計測された複数のピーク値の大小関係と前記検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、前記ピーク値と前記車両の重量とを対応付ける対応付け手段と、
を備える。

また、本発明の他の形態に係る変位‐重量対応付け方法は、
処理対象期間を設定し、
前記処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出し、
前記処理対象期間内における前記構造物の変位の複数のピーク値を計測し、
前記計測された複数のピーク値の大小関係と前記検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、前記ピーク値と前記車両の重量とを対応付ける。

また、本発明の他の形態に係るコンピュータ読み取り可能なプログラムは、
コンピュータに、
処理対象期間を設定する処理と、
前記処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出する処理と、
前記処理対象期間内における前記構造物の変位の複数のピーク値を計測する処理と、
前記計測された複数のピーク値の大小関係と前記検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、前記ピーク値と前記車両の重量とを対応付ける処理とを、
行わせるためのプログラムを記録する。

本発明は上述したような構成を有することにより、車両が構造物をちょうど通過するタイミングを検出しなくても構造物の変位と車重との対応関係を求めることができる。

本発明の第１の実施形態に係る診断装置の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置におけるコンピュータの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置における車番‐車重対応表の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置における位置‐時刻‐車番対応表の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置における変位‐車重対応付け結果の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置における診断結果データベースの内容例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置におけるコンピュータが実行する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置における変位‐重量対応付け部の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置における変位‐重量対応付け部の処理対象期間設定部の動作説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置における処理対象期間内に構造物を通過した車両の車番のリストの例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置における処理対象期間内に構造物を通過した車両の重量のリストの例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置における処理対象期間内の時系列画像から計測した構造物の表面のたわみ量の時間的な変化の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置における処理対象期間内のたわみ量のピーク値のリストの例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る診断装置における処理対象期間内に構造物を通過した車両の重量のリストと構造物のたわみ量のピーク値のリストをソートした結果、および両者を対応付けた結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る診断装置の構成例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る変位‐重量対応付け装置のブロック図である。

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は、本発明の第１の実施形態に係る診断装置１００の構成例を示す図である。図１を参照すると、診断装置１００は、コンピュータ１１０とこれにケーブル１２０を介して接続されたカメラ１３０とから構成されている。

カメラ１３０は、診断対象である構造物１４０の表面に存在する領域１４１を所定のフレームレートで撮影する撮像装置である。構造物１４０は、本実施形態の場合、高速道路１６０の本線が河川などの上を越える橋梁（本線橋）である。領域１４１は、本実施形態の場合、橋梁の診断箇所となる床版の一部分である。但し、構造物１４０は橋梁に限定されない。構造物１４０は、高速道路や鉄道の高架構造物などであってもよい。領域１４１のサイズは、例えば数十センチメートル四方である。カメラ１３０は、任意の方向にカメラの撮影方向を固定できるように三脚上の雲台（何れも図示せず）に取り付けられている。カメラ１３０は、例えば、数百万画素程度の画素容量を有するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）イメージセンサを備えたハイスピードカメラであってよい。またカメラ１３０は、可視光かつ白黒カメラであってもよいし、赤外線カメラやカラーカメラであってもよい。またカメラ１３０は、カメラの位置を測定するＧＰＳ受信機を備えていてもよいし、カメラの撮影方向を測定する方位センサおよび加速度センサを備えていてもよい。

一方、高速道路１６０の入口レーン１６１には、車重計測装置１５０が設置されている。車重計測装置１５０は、計量機１５１と車番読取機１５２とから構成される。計量機１５１は、入口レーンを通過する車両の重量を計測する装置である。計量機１５１は、車両通過時の鋼板等のたわみを計測し所定の演算を行って車両総重量を計測するように構成されている。車番読取機１５２は、計量機１５１で車重の計測が行われている車両のナンバープレートを撮影した画像からナンバープレートの文字および数字から成る文字列を車番として認識する装置である。車重計測装置１５０は、計量機１５１で計測した車重と車番読取機１５２で認識した車番との組を車重計測結果として保存および出力するように構成されている。

入口レーン１６１を通過した車両は、紙面の右側から左側に向かって高速道路１６０を走行することになる。高速道路１６０の本線には、構造物１４０の通過前領域に車番読取機１３１が設置され、構造物１４０の通過後領域に車番読取機１３２が設置されている。車番読取機１３１、１３２は、設置箇所を通過する車両のナンバープレートを撮影した画像からナンバープレートの文字および数字から成る文字列を車番として認識し、認識した車番および読取時刻を含む車番読取結果を保存および出力する装置である。説明の便宜上、入口レーン１６１から車番読取機１３１の設置個所までを本線区間１６２、車番読取機１３１の設置個所から構造物１４０の入口（右側端部）までを本線区間１６３、構造物１４０の出口（左側端部）から車番読取機１３２の設置個所までを本線区間１６４、車番読取機１３２の設置個所から左側を本線区間１６５と呼ぶ。入口レーン１６１を通過した車両は、本線に入ると、本線区間１６２、本線区間１６３、構造物１４０、本線区間１６４、本線区間１６５の順に、紙面の右側から左側に向かって高速道路１６０を走行することになる。本線区間１６２～１６４の区間長は任意である。例えば、本線区間１６３、１６４は、数ｍ以下であってもよいし、数ｋｍ以上あってもよい。また、本実施形態では、説明の便宜上、入口レーン１６１に入った車両の全ては、区間１６２～１６４を通過して区間１６５に入るものとする。すなわち、区間１６２、１６３、１６４に分岐および合流の箇所はないものとする。

コンピュータ１１０は、カメラ１３０によって撮影された構造物１４０の時系列画像をケーブル１２０経由で取得するように構成されている。また、コンピュータ１１０は、取得した時系列画像に基づいて構造物１４０の変位のピーク値を計測するように構成されている。計測する変位は、本実施形態の場合、たわみ量である。また、コンピュータ１１０は、無線または有線によって車重計測装置１５０から車重計測結果を取得するように構成されている。また、コンピュータ１１０は、無線または有線によって車番読取機１３１、１３２から車番読取結果を取得するように構成されている。また、コンピュータ１１０は、取得した時系列画像、車重計測結果、および、車番読取結果に基づいて、構造物１４０のたわみ量のピーク値と車重との対応関係を検出するように構成されている。また、コンピュータ１１０は、検出したたわみ量のピーク値と車重との対応関係に基づいて、構造物１４０の健全度を判定し、その判定結果を出力するように構成されている。

図２は、コンピュータ１１０の構成の一例を示すブロック図である。図２を参照すると、コンピュータ１１０は、カメラＩ／Ｆ（インターフェース）部１１１と、車重計測Ｉ／Ｆ部１１２と、車番読取Ｉ／Ｆ部１１３と、通信Ｉ／Ｆ部１１４と、操作入力部１１５と、画面表示部１１６と、記憶部１１７と、演算処理部１１８とから構成されている。

カメラＩ／Ｆ部１１１は、ケーブル１２０を通じてカメラ１３０に接続され、カメラ１３０と演算処理部１１８との間でデータの送受信を行うように構成されている。車重計測Ｉ／Ｆ部１１２は、無線または有線によって車重計測装置１５０との間でデータの送受信を行うように構成されている。車番読取Ｉ／Ｆ部１１３は、無線または有線によって車番読取機１３１、１３２との間でデータの送受信を行うように構成されている。通信Ｉ／Ｆ部１１４は、データ通信回路から構成され、有線または無線によって図示しない外部装置との間でデータ通信を行うように構成されている。操作入力部１１５は、キーボードやマウスなどの操作入力装置から構成され、オペレータの操作を検出して演算処理部１１８に出力するように構成されている。画面表示部１１６は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの画面表示装置から構成され、演算処理部１１８からの指示に応じて、メニュー画面などの各種情報を画面表示するように構成されている。

記憶部１１７は、ハードディスクやメモリなどの記憶装置から構成され、演算処理部１１８における各種処理に必要な処理情報およびプログラム１１７１を記憶するように構成されている。プログラム１１７１は、演算処理部１１８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１１４などのデータ入出力機能を介して図示しない外部装置や記録媒体から予め読み込まれて記憶部１１７に保存される。記憶部１１７に記憶される主な処理情報には、時系列画像１１７２、車番‐車重対応表１１７３、位置‐時刻‐車番対応表１１７４、変位‐重量対応付け結果１１７５、診断結果データベース１１７６がある。

時系列画像１１７２は、カメラ１３０で撮影された時系列画像である。この時系列画像１１７２は、カメラ１３０で撮影された構造物１４０の領域１４１の動画を構成する複数のフレーム画像であってよい。

車番‐車重対応表１１７３は、車両の車番とその車両の重量とを対応付けた表である。図３は、車番‐車重対応表１１７３の例を示す。この例の車番‐車重対応表１１７３は、複数のエントリから構成され、各エントリに車番と車重とを記録する。例えば、１行目のエントリは、車番ＸＸＸ１で特定される車両の重量は１０トンであることを表している。

位置‐時刻‐車番対応表１１７４は、車番読取機１３１、１３２で読み取った車番と読取時刻とを表す表である。図４は、位置‐時刻‐車番対応表１１７４の例を示す。この例の位置‐時刻‐車番対応表１１７４は、複数のエントリから構成され、各エントリに読取機位置と時刻と車番とを記録する。例えば、１行目のエントリは、車番読取機１３１が時刻ｔ１に車番ＸＸＸ２を読み取ったことを表している。これは、換言すれば、車番ＸＸＸ２の車両が時刻ｔ１に車番読取機１３１の設置個所を通過したことを表している。

変位‐重量対応付け結果１１７５は、構造物１４０の領域１４１のたわみ量のピーク値と車両の重量とを対応付けたデータである。図５は、変位‐重量対応付け結果１１７５の例を示す。この例の変位‐重量対応付け結果１１７５は、複数のエントリから構成され、各エントリにたわみ量のピーク値と車重とを記録する。例えば、１行目のエントリは、たわみ量のピーク値が２ｍｍであり、車重が２０トンであることを表している。これは、換言すれば、構造物１４０の領域１４１付近に２０トンの荷重がかかったとき、最大２ｍｍのたわみ量が発生したことを表している。

診断結果データベース１１７６は、診断結果に係る情報を記憶するように構成されている。図６は、診断結果データベース１１７６に記憶されているデータの一例を示す。この例の診断結果データベース１１７６は、複数のエントリから構成され、各エントリに診断箇所ＩＤと診断日時と診断結果と変位‐重量対応付け結果とを記録する。例えば、１行目のエントリは、ＩＤ１４０１１の診断箇所ＩＤで特定される構造物１４０の領域１４１を２０１８年１月１８日に診断した結果は、健全であり、その診断時に得られた変位‐重量対応付け結果１１７５はファイルＦｉｌｅ１４０１１に保存されていることを表している。

演算処理部１１８は、ＭＰＵなどのプロセッサとその周辺回路を有し、記憶部１１７からプログラム１１７１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１１７１とを協働させて各種処理部を実現するように構成されている。演算処理部１１８で実現される主な処理部は、時系列画像取得部１１８１、車番‐車重取得部１１８２、通過車番取得部１１８３、変位‐重量対応付け部１１８４、および、診断部１１８５である。

時系列画像取得部１１８１は、カメラＩ／Ｆ部１１１を通じてカメラ１３０で撮影された時系列画像を取得し、取得した時系列画像を記憶部１１７の時系列画像１１７２に追加して記憶するように構成されている。

車番‐車重取得部１１８２は、車重計測Ｉ／Ｆ部１１２を通じて車重計測装置１５０から車重計測結果を取得し、取得した車重計測結果を記憶部１１７の車番‐車重対応表１１７３に追加して記憶するように構成されている。例えば、車番‐車重取得部１１８２は、動作を開始すると、車重計測装置１５０から過去一定期間に計測された車重計測結果を一括して取得し、その後、動作を終了するまで、新たに計測された車重計測結果だけを常時取得するように構成されている。

通過車番取得部１１８３は、車番読取Ｉ／Ｆ部１１３を通じて車番読取機１３１および車番読取機１３２から車番読取結果を取得し、取得した車番読取結果を記憶部１１７の位置‐時刻‐車番対応表１１７４に追加して記憶するように構成されている。例えば、通過車番取得部１１８３は、動作を開始すると、車番読取機１３１、１３２から過去一定期間に読み取られた車番読取結果を一括して取得し、その後、動作を終了するまで、新たに読み取られた車番読取結果だけを常時取得するように構成されている。

変位‐重量対応付け部１１８４は、記憶部１１７に記憶された時系列画像１１７２に基づいて、構造物１４０のたわみ量のピーク値とその発生時刻とを検出するように構成されている。また、変位‐重量対応付け部１１８４は、記憶部１１７に記憶された車番‐車重対応表１１７３と位置‐時刻‐車番対応表１１７４とに基づいて、一定期間内に構造物１４０を通過した車両の重量のリストを検出するように構成されている。また、変位‐重量対応付け部１１８４は、一定期間内に構造物１４０を通過した車両の重量のリストと当該一定期間内で検出した構造物１４０のたわみ量のピーク値のリストとに基づいて、たわみ量のピーク値と車重とを対応付け、その対応付け結果を記憶部１１７に変位‐重量対応付け結果１１７５として記憶するように構成されている。この変位‐重量対応付け部１１８４の詳細は後述する。

診断部１１８５は、記憶部１１７に記憶された変位‐重量対応付け結果１１７５に基づいて、構造物１４０の劣化診断を行うように構成されている。例えば、診断部１１８５は、変位‐重量対応付け結果１１７５のエントリからたわみ量のピーク値と車重とを取り出し、取り出した車重に対応して事前に記憶する許容たわみ量と上記取り出したピーク値とを比較し、ピーク値が許容たわみ量より大きければ、構造物１４０の領域１４１部分に劣化があると判断し、そうでなければ健全であると判断する。診断部１１８５は、以上のような判定を変位‐重量対応付け結果１１７５の全エントリについて実施してもよいし、重量を大きさに応じて幾つかに区分し、その何れかの区分（例えば重量最大の区分）に属するエントリの全てあるいは一部について実施してもよい。但し、診断部１１８５による劣化診断の手法は上記に限定されない。変位‐重量対応付け結果１１７５に基づいて上記と異なる手法で劣化診断を行うようにしてもよい。また、変位‐重量対応付け結果１１７５に基づく診断に加えて、或いはその診断に代えて、他の手法で劣化診断を行うようにしてもよい。例えば、診断部１１８５は、記憶部１１７に記憶されている時系列画像１１７２或いはカメラ１３０を使用して別途取得した時系列画像を解析して構造物１４０表面の振動を計測し、その振動のパターンから、ひび割れ・剥離・空洞などの内部劣化状態を推定するようにしてもよい。また診断部１１８５は、推定した診断結果に係る情報を診断結果データベース１１７６に記憶するように構成されている。また診断部１１８５は、推定した診断結果を画面表示部１１６に表示し、および／あるいは、通信Ｉ／Ｆ部１１４を通じて外部端末に診断結果を送信するように構成されている。

図７は診断装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。以下、各図を参照して、構造物１４０の劣化診断を行う際の診断装置１００の動作を説明する。

オペレータが、構造物１４０の劣化診断を行うために、コンピュータ１１０およびカメラ１３０などの計測装置群を現場に設置し、操作入力部１１５から起動指示を入力すると、コンピュータ１１０によって図７に示す処理が開始される。なお、車重計測装置１５０および車番読取機１３１、１３２は、高速道路１６０の共用期間中、常時稼働しているものとする。

先ず、時系列画像取得部１１８１、車番‐車重取得部１１８２、および、通過車番取得部１１８３が動作を開始する。すなわち、時系列画像取得部１１８１は、カメラ１３０で撮影された構造物１４０の領域１４１の時系列画像を取得し、記憶部１１７に時系列画像１１７２として順次記憶していく（ステップＳ１）。以下、時系列画像取得部１１８１が時系列画像の取得を開始した時刻を時刻Ｔ_Sと記す。また、車番‐車重取得部１１８２は、時系列画像取得部１１８１の動作と並行して、車重計測装置１５０で取得された入口レーンを通過する車両の車番および重量を含む車重計測結果を取得し、記憶部１１７の車番‐車重対応表１１７３に順次記憶していく（ステップＳ２）。また、通過車番取得部１１８３は、時系列画像取得部１１８１および車番‐車重取得部１１８２の動作と並行して、車番読取機１３１および車番読取機１３２から構造物１４０の通過前領域および通過後領域を通過する車両の車番および通過時刻を含む車番読取結果を取得し、記憶部１１７の位置‐時刻‐車番対応表１１７４に順次記憶していく（ステップＳ３）。時系列画像取得部１１８１、車番‐車重取得部１１８２、および通過車番取得部１１８３は、上述した処理を図７の処理が終了するまで継続して実施する。

次に、変位‐重量対応付け部１１８４は、一定時間の待ち合わせを行う（ステップＳ４）。この一定時間の待ち合わせ中、時系列画像取得部１１８１、車番‐車重取得部１１８２、および、通過車番取得部１１８３によって順次最新の時系列画像、車重計測結果、車番読取結果が取得されて記憶部１１７に蓄積されていくことになる。一定時間の待ち合わせ後、変位‐重量対応付け部１１８４は、記憶部１１７から蓄積した全ての時系列画像１１７２、車番‐車重対応表１１７３、および、位置‐時刻‐車番対応表１１７４を読み出し、それらに基づいて、変位‐重量対応付け処理を実施する（ステップＳ５）。次に、変位‐重量対応付け部１１８４は、変位‐重量対応付け処理に成功すれば（ステップＳ６でＹＥＳ）、変位‐重量対応付け結果１１７５を記憶部１１７に記憶する（ステップＳ７）。一方、時系列画像１１７２の蓄積量が少ない場合や走行車両が居ない場合などでは、変位‐重量対応付け処理に失敗することがある。変位‐重量対応付け部１１８４は、変位‐重量対応付け処理に失敗すれば（ステップＳ６でＮＯ）、ステップＳ４に戻って、再び一定時間の待ち合わせを行い、その後、記憶部１１７から蓄積した全ての時系列画像１１７２、車番‐車重対応表１１７３、および、位置‐時刻‐車番対応表１１７４を読み出し、それらに基づいて、変位‐重量対応付け処理を実施する（ステップＳ５）。このように変位‐重量対応付け部１１８４は、変位‐重量対応付け処理が成功するまで、処理の対象とする時系列画像の期間を延長していく。

変位‐重量対応付け処理に成功し、変位‐重量対応付け結果１１７５が生成されると、診断部１１８５は、記憶部１１７から変位‐重量対応付け結果１１７５を読み出し、その変位‐重量対応付け結果１１７５に基づいて構造物１４０の劣化診断を行い、診断結果の保存および出力を行う（ステップＳ８）。そして、診断部１１８５は図７の処理を終了する。

続いて、変位‐重量対応付け部１１８４の構成例について説明する。

図８は、変位‐重量対応付け部１１８４の一例を示すブロック図である。図８を参照すると、変位‐重量対応付け部１１８４は、処理対象期間設定部１１８４１と、重量検出部１１８４２と、変位検出部１１８４３と、対応付け部１１８４４とを含んで構成される。

処理対象期間設定部１１８４１は、対応付けを行う処理対象期間を設定するように構成されている。例えば、処理対象期間設定部１１８４１は、本線区間１６３・構造物１４０・本線区間１６４の区間内に車両が１台も存在しない時間帯（以下、空白時間帯と記す）を複数検出し、１つの空白時間帯から次の１つの空白時間帯までの期間を１つの処理対象期間として設定するように構成されている。具体的には、処理対象期間設定部１１８４１は、先ず、位置‐時刻‐車番対応表１１７４に基づいて、時刻Ｔ_S以降、車番読取機１３１で読み取られた車番のうち車番読取機１３２で読み取られていない車番の数が０となる時間帯を空白時間帯として全て検出する。次に処理対象期間設定部１１８４１は、検出した空白時間帯が２以上でなければ、対応付けに失敗したと判断する。対応付けに失敗した場合、変位‐重量対応付け部１１８４は、図７のステップＳ４を再び実行することになる。また処理対象期間設定部１１８４１は、検出した空白時間帯が２以上であれば、空白時間帯で区間を区切って１以上の処理対象期間を設定する。さらに処理対象期間設定部１１８４１は、設定した処理対象期間内に構造物１４０を通過した車両の車番のリストを作成する。

図９は処理対象期間設定部１１８４１の動作説明図である。図９に描かれたグラフの横軸は時間、縦軸は、車番読取機１３１で読み取られた車番のうち車番読取機１３２で読み取られていない車番の数（以下、車番数と記す）を表している。この例では、時刻Ｔ_S以降、車番数は５度、０になっている。そのため、処理対象期間設定部１１８４１は、空白時間帯ｔ₁‐ｔ₂から空白時間帯ｔ₃‐ｔ₄までを処理対象期間Ａとし、空白時間帯ｔ₃‐ｔ₄から空白時間帯ｔ₅‐ｔ₆までを処理対象期間Ｂとし、空白時間帯ｔ₅‐ｔ₆から空白時間帯ｔ₇‐ｔ₈までを処理対象期間Ｃとし、空白時間帯ｔ₇‐ｔ₈から空白時間帯ｔ₉‐までを処理対象期間Ｄとし、合計４つの処理対象期間を設定している。

１つの処理対象期間、例えば処理対象期間Ａに注目すると、その直前の空白時間ｔ₁‐ｔ₂では本線区間１６３・構造物１４０・本線区間１６４の区間内に車両は１台も存在していない。時刻ｔ₂になると、最初の１台の車両が車番読取機１３１で読み取られ、本線区間１６３に進入したと考えられる。その後、本線区間１６３に進入する車両が次々と出現し、構造物１４０、本線区間１６４の区間を通過して本線区間１６５へ出ていくことになる。そして、時刻ｔ₃の時点で本線区間１６３・構造物１４０・本線区間１６４の区間内に車両が再び１台もいない状況になったということは、上記時刻ｔ₂以降に車番読取機１３１で読み取られた車番の車両が全て構造物１４０を通過して本線区間１６５へ出てしまったことを意味している。そこで、処理対象期間設定部１１８４１は、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの期間中に車番読取機１３１または車番読取機１３２で読み取った車番を、処理対象期間Ａ内に構造物１４０を通過した車両の車番のリストとして作成する。処理対象期間設定部１１８４１は、他の処理対象期間Ｂ～Ｄについても同様の処理によって通過車両の車番のリストを作成する。

図１０は、処理対象期間Ａ内に構造物１４０を通過した車両の車番のリストの例を示す。この例では、ＸＸＸ１、ＸＸＸ７、…、ＸＸＸ５という車番の車両が構造物１４０を通過したことが示されている。

次に、重量検出部１１８４２は、処理対象期間設定部１１８４１から処理対象期間毎の上記通過車両の車番のリストを受け取り、記憶部１１７に記憶されている車番‐車重対応表１１７３を参照して、処理対象期間内に構造物１４０を通過した車両の重量のリストを作成する。例えば、重量検出部１１８４２は、処理対象期間Ａ内に構造物１４０を通過した車両の車番のリストに、図１０に示したように車番ＸＸＸ１が存在する場合、図３に示す車番‐車重対応表１１７３を、車番ＸＸＸ１をキーに検索して、重量１０トンを取得する。このようにして重量検出部１１８４２は、それぞれの処理対象期間内に構造物１４０を通過した車両の重量のリストを作成する。

図１１は、処理対象期間Ａ内に構造物１４０を通過した車両の重量のリストの例を示す。この例では、２０トン、２０トン、…、１トンという重量の車両が構造物１４０を通過したことが示されている。

次に、変位検出部１１８４３は、処理対象期間設定部１１８４１から設定された処理対象期間の情報を受け取り、処理対象期間毎に、その処理対象期間内に生じた構造物１４０のたわみ量のピーク値を計測する。具体的には、変位検出部１１８４３は、それぞれの処理対象期間毎に以下のような処理を行う。

先ず変位検出部１１８４３は、記憶部１１７に記憶されている時系列画像１１７２から処理対象期間内の時系列画像を抽出する。次に変位検出部１１８４３は、抽出した時系列画像のそれぞれから、構造物１４０の表面のたわみ量の時間的な変化を計測する。例えば、橋梁の床版を下方向からカメラで撮影する場合、車両重量による橋梁の床版に生じるたわみ量δによって、カメラから床版間の撮影距離Lが短くなる。そのため、撮影画像はカメラの光軸を中心として拡大され、たわみによるみかけの変位δ_iが発生する。撮影距離をL、変位をδ_i、たわみ量をδ、変位算出位置のカメラ光軸からの距離をx、カメラの焦点距離をfとすると、δ_i＝xf｛1/(L-δ)－1/L｝なる関係がある。そのため、フレーム画像毎の変位δ_iをデジタル画像相関法などによって検出することにより、上記式から、フレーム画像毎の構造物１４０の表面のたわみ量を算出することができる。なお、撮影距離Lは例えばレーザ距離計によって事前に計測することができ、距離xは画像の変位算出位置とカメラ光軸とから求めることができ、Fは撮像装置毎に既知である。また、計測されるたわみは微小振動まで拾うため、低域通過フィルタや、ピーク値が小さい（閾値未満）場合はカウントから除外するなどの一般的な工夫を加えてもよい。

図１２は、処理対象期間Ａ内の時系列画像から計測した構造物１４０の表面のたわみ量の時間的な変化の一例を示す模式図である。縦軸はたわみ量、横軸は時間である。

また変位検出部１１８４３は、計測したたわみ量の時間的な変化の極大値を検出することにより、たわみ量のピーク値を検出する。例えば、図１２に示す例では、時刻ｔ₂₁、ｔ₂₂、ｔ₂₃、ｔ₂₄、ｔ₂₅、ｔ₂₆、ｔ₂₇の各時刻にたわみ量のピーク値を検出する。そして、変位検出部１１８４３は、処理対象期間毎に、検出したたわみ量のピーク値のリストを作成する。

図１３は、処理対象期間Ａ内のたわみ量のピーク値のリストの例を示す。この例では、２ｍｍ、２ｍｍ、…、０．１ｍｍというたわみ量のピーク値が計測されたことが示されている。

次に、対応付け部１１８４４は、重量検出部１１８４２から処理対象期間内に構造物１４０を通過した車両の重量のリストを受け取り、変位検出部１１８４３から処理対象期間内に構造物１４０の表面に生じたたわみ量のピーク値のリストを受け取り、双方のリストを照らし合わせて、たわみ量のピーク値と車両の重量とを対応付ける。具体的には、処理対象期間毎に、重量のリストおよびピーク値のリストをそれぞれ降順にソートし、ソート後の上位ｉ番目のたわみ量のピーク値と上位ｉ番目の車両の重量とを対応付ける。例えば、処理対象期間Ａに関して、ソート後の車両の重量のリストとたわみ量のピーク値のリストが図１４の上に示される場合、対応付け部１１８４４は、図１４の下に示すような対応結果を生成する。

ここで、時系列画像１１７２からたわみ量のピーク値を検出する際、主に軽量車のときにたわみ量の変化が重量車に比較して相対的に小さくなるため、検出漏れが発生し易い。また、車重計測装置１５０の種類によっては、大型車のみ重量を計測し、乗用車の重量は検出しないものがある。そのような環境では、車両の重量のリストおよびたわみ量のピーク値のリストに含まれる要素の数が同じでない場合が発生し、何れか一方のリストに他方のリストの要素に対応付けることができない１以上の要素が残ることになる。しかし、そのような対応付けのできない要素は破棄しても大きな問題は生じない。その１つの理由は、全車両の重量とたわみ量のピーク値とを対応付けることが目的ではなく、幾つかの重量とたわみ量のピーク値との対応が付けば、劣化診断が可能になるためである。また、他の理由は、降順にソートして上位から順に対応付けていくため、対応付けることができない重量、たわみ量のピーク値は小さな値側に偏るためである。

最終的に対応付け部１１８４４は、処理対象期間毎に対応付けた結果をマージし、最終的な変位‐重量対応付け結果１１７５を作成し、記憶部１１７に記憶する。或いは、対応付け部１１８４４は、マージ後の変位‐重量対応付け結果に対して統計的な処理を施して、最終的な変位‐重量対応付け結果１１７５を作成し、記憶部１１７に記憶する。統計的な処理として、例えば、同じ車重（例えば２０トン）がｎ個存在し、それらに対応するたわみ量のピーク値がｎ個存在する場合、ｎ個のたわみ量のピーク値の平均値あるいは最頻値を、当該車重に対応付けることが考えられる。

以上が、変位‐重量対応付け部１１８４の一例である。

上記説明では、変位‐重量対応付け部１１８４の処理対象期間設定部１１８４１は、本線区間１６３・構造物１４０・本線区間１６４の区間内に車両が１台も存在しない空白時間帯を複数検出し、１つの空白時間帯から次の１つの空白時間帯までの期間を１つの処理対象期間として設定した。しかし、処理対象期間はこれに限定されない。例えば、任意の時刻Ｔ１からその後の任意の時刻Ｔ２までを処理対象期間としてもよい。その場合、重量検出部１１８４２は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間に車番読取機１３１または車番読取機１３２で読み取られた車番の車両を処理対象期間内に構造物１４０を通過した車両と推定してその重量を検出するようにしてよい。或いは、重量検出部１１８４２は、車番読取機１３１の設置個所から構造物１４０までの距離（すなわち、本線区間１６３の長さ）を車両が走行するのに必要な平均時間ｔ１を考慮して、時刻Ｔ１－ｔ１から時刻Ｔ２－ｔ１までの期間に車番読取機１３１で読み取られた車番の車両を処理対象期間内に構造物１４０を通過した車両と推定してその重量を検出するようにしてよい（この構成では、車番読取機１３２は省略可能である）。或いは、重量検出部１１８４２は、構造物１４から車番読取機１３２の設置個所までの距離（すなわち、本線区間１６４の長さ）を車両が走行するのに必要な平均時間ｔ２を考慮して、時刻Ｔ１＋ｔ２から時刻Ｔ２＋ｔ２までの期間に車番読取機１３２で読み取られた車番の車両を処理対象期間内に構造物１４０を通過した車両と推定してその重量を検出するようにしてよい（この構成では、車番読取機１３１は省略可能である）。このような構成では、推定誤差があると、変位検出部１１８４３で処理対象期間内において計測された変位のピークの数と重量検出部１１８４２で検出された車両の重量の数とが一致しなくなる。しかし、対応付け部１１８４４が前述したような統計的な処理を実施することにより、推定誤差があったとしても、たわみ量と車重との対応付けの誤差を抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、車両が構造物１４０をちょうど通過するタイミングを検出しなくても構造物１４０の変位と車重との対応関係を求めることができる。その理由は、変位‐重量対応付け部１１８４は、処理対象期間内に構造物１４０上を通過した複数の車両の重量を検出し、また処理対象期間内における構造物１４０の変位の複数のピーク値を計測し、その計測された複数のピーク値の大小関係と上記検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、ピーク値と車両の重量とを対応付けるためである。

なお、本実施形態は各種の付加変更が可能である。例えば、本実施形態では、構造物１４０のたわみ量と車重とを対応付けた。しかし、車重に対応付ける構造物１４０の変位はたわみ量に限定されない。例えば、構造物１４０にひび割れがある場合、構造物１４０に荷重が加わると、ひび割れの幅が拡大する。そのため、構造物のひび割れの幅と車重とを対応付けるようにしてもよい。

また、本実施形態では、構造物１４０の変位は構造物１４０を撮影するカメラの画像に基づいて検出した。しかし、構造物１４０の変位を検出するセンサはカメラに限定されない。例えばレーザ距離計によって構造物１４０のたわみ量などの変位を検出するようにしてもよい。また、例えばひずみゲージによって構造物１４０のたわみ量、ひび割れ幅などの変位を検出するようにしてもよい。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る診断装置について図１５を参照して説明する。図１５は、本実施形態に係る診断装置のブロック図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、１００Ａは診断装置、１１０Ａはコンピュータ、１７１はサーバ装置、１７２は車番‐車重対応表記憶部、１７３は位置‐時刻‐車番対応表記憶部である。

サーバ装置１７１は、無線または有線により車重計測装置１５０から車重計測結果を取得し、取得した車重計測結果を車番‐車重対応表記憶部１７２の車番‐車重対応表に追加して記憶するように構成されている。またサーバ装置１７１は、無線または有線により車番読取機１３１および車番読取機１３２から車番読取結果を取得し、取得した車番読取結果を位置‐時刻‐車番対応表記憶部１７３の位置‐時刻‐車番対応表に追加して記憶するように構成されている。これらのサーバ装置１７１の機能は、図２の車番‐車重取得部１１８２、通過車番取得部１１８３の機能と同じである。

コンピュータ１１０Ａは、基本的には、図２に示したコンピュータ１１０と同じである。但し、変位‐重量対応付け部１１８４は、記憶部１１７から車番‐車重対応表１１７３および位置‐時刻‐車番対応表１１７４を入力する代わりに、通信Ｉ／Ｆ部１１４を通じて車番‐車重対応表記憶部１７２および位置‐時刻‐車番対応表記憶部１７３から車番‐車重対応表および位置‐時刻‐車番対応表を入力するように構成されている。そのため、コンピュータ１１０Ａでは、コンピュータ１１０における車番‐車重取得部１１８２、通過車番取得部１１８３、車重計測Ｉ／Ｆ部１１２、車番読取Ｉ／Ｆ部１１３は省略されている。

コンピュータ１１０Ａの動作は、コンピュータ１１０の動作と比較して、車番‐車重取得部１１８２および通過車番取得部１１８３の動作が省略されている点、変位‐重量対応付け部１１８４は、通信Ｉ／Ｆ部１１４を通じて車番‐車重対応表記憶部１７２および位置‐時刻‐車番対応表記憶部１７３から車番‐車重対応表および位置‐時刻‐車番対応表を入力する点を除き、コンピュータ１１０の動作と同じである。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の理由により、車両が構造物１４０をちょうど通過するタイミングを検出しなくても構造物１４０の変位と車重との対応関係を求めることができる。また、サーバ装置１７１側で生成されて保持される車番‐車重対応表および位置‐時刻‐車番対応表をコンピュータ１１０Ａからアクセスして利用するため、コンピュータ１１０Ａの構成および動作が簡素化される利点がある。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施形態について図１６を参照して説明する。図１６は、本実施形態に係る変位‐重量対応付け装置のブロック図である。なお、本実施形態は、本発明の変位‐重量対応付け装置の概略を説明する。

図１６を参照すると、本実施形態に係る変位‐重量対応付け装置２００は、設定手段２０１と検出手段２０２と計測手段２０３と対応付け手段２０４とを含んで構成されている。

設定手段２０１は、処理対象期間を設定するように構成されている。設定手段２０１は、例えば図８の処理対象期間設定部１１８４１と同様に構成することができるが、それに限定されない。

検出手段２０２は、処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出するように構成されている。検出手段２０２は、例えば図８の重量検出部１１８４２と同様に構成することができるが、それに限定されない。

計測手段２０３は、処理対象期間内における構造物の変位の複数のピーク値を計測するように構成されている。計測手段２０３は、例えば図８の変位検出部１１８４３と同様に構成することができるが、それに限定されない。

対応付け手段２０４は、計測手段２０３によって計測された複数のピーク値の大小関係と検出手段２０２によって検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、変位のピーク値と車両の重量とを対応付けるように構成されている。対応付け手段２０４は、例えば図８の対応付け部１１８４４と同様に構成することができるが、それに限定されない。

このように構成された変位‐重量対応付け装置２００は以下のように動作する。即ち、先ず、設定手段２０１が処理対象期間を設定する。次に検出手段２０２が、処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出し、また計測手段２０３が、処理対象期間内における構造物の変位の複数のピーク値を計測する。次に対応付け手段２０４が、計測手段２０３によって計測された複数のピーク値の大小関係と検出手段２０２によって検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、変位のピーク値と車両の重量とを対応付ける。

本実施形態は以上のように構成され動作することにより、車両が構造物をちょうど通過するタイミングを検出しなくても構造物の変位と車重との対応関係を求めることができる。その理由は、処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量の大小関係と、処理対象期間内における構造物の変位の複数のピーク値の大小関係とに基づいて、変位のピーク値と車両の重量とを対応付けるためである。

以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

なお、本発明は、日本国にて２０１９年２月２６日に特許出願された特願２０１９－０３３１８２の特許出願に基づく優先権主張の利益を享受するものであり、当該特許出願に記載された内容は、全て本明細書に含まれるものとする。

本発明は、橋梁などの構造物を通過する車両の重量と構造物のたわみ量などの変位とを対応付ける場合などに利用できる。

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］
処理対象期間を設定する設定手段と、
前記処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出する検出手段と、
前記処理対象期間内における前記構造物の変位の複数のピーク値を計測する計測手段と、
前記計測された複数のピーク値の大小関係と前記検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、前記ピーク値と前記車両の重量とを対応付ける対応付け手段と、
を備える変位‐重量対応付け装置。
［付記２］
前記設定手段は、前記構造物の通過前領域を通過する車両の車番を読み取る第１の車番読取機で読み取られた車番のうち、前記構造物の通過後領域を通過する車両の車番を読み取る第２の車番読取機で読み取られていない車番の数が０となる時間帯を区切として、前記処理対象期間を設定するように構成されている、
付記１に記載の変位‐重量対応付け装置。
［付記３］
前記検出手段は、前記構造物の通過前領域を通過する車両の車番を読み取る第１の車番読取機により前記処理対象期間内に読み取られた車番の読み取り結果、または前記構造物の通過後領域を通過する車両の車番を読み取る第２の車番読取機で前記処理対象期間内に読み取られた車番の読み取り結果を入力し、前記構造物上を通過する予定の車両の重量および車番を検出する重量計測装置から車番と重量との対応関係を表す車番‐車重対応表を入力し、前記車番の読み取り結果と前記車番‐車重対応表とから、前記処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出するように構成されている、
付記１または２に記載の変位‐重量対応付け装置。
［付記４］
前記計測手段は、前記構造物の表面を撮影した時系列画像を解析して前記構造物の変位の時間的な変化を検出し、前記変位の時間的な変化の極大値を検出するように構成されている、
付記１乃至３の何れかに記載の変位‐重量対応付け装置。
［付記５］
前記対応付け手段は、前記複数のピーク値および前記複数の車両の重量をそれぞれ降順にソートし、ソート後の上位ｉ番目のピーク値と上位ｉ番目の車両の重量とを対応付けるように構成されている、
付記１乃至４の何れかに記載の変位‐重量対応付け装置。
［付記６］
前記ピーク値と前記車両の重量との対応付けの結果に基づいて、前記構造物の劣化診断を行う診断手段を、さらに備える、
付記１乃至５の何れかに記載の変位‐重量対応付け装置。
［付記７］
処理対象期間を設定し、
前記処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出し、
前記処理対象期間内における前記構造物の変位の複数のピーク値を計測し、
前記計測された複数のピーク値の大小関係と前記検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、前記ピーク値と前記車両の重量とを対応付ける、
変位‐重量対応付け方法。
［付記８］
コンピュータに、
処理対象期間を設定する処理と、
前記処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出する処理と、
前記処理対象期間内における前記構造物の変位の複数のピーク値を計測する処理と、
前記計測された複数のピーク値の大小関係と前記検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、前記ピーク値と前記車両の重量とを対応付ける処理とを、
行わせるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

１００…診断装置
１１０…コンピュータ
１１１…カメラＩ／Ｆ部
１１２…車重計測Ｉ／Ｆ部
１１３…車番読取Ｉ／Ｆ部
１１４…通信Ｉ／Ｆ部
１１５…操作入力部
１１６…画面表示部
１１７…記憶部
１１８…演算処理部
１２０…ケーブル
１３０…カメラ
１３１…車番読取機
１３２…車番読取機
１４０…構造物
１４１…領域
１５０…車重計測装置
１５１…計量機
１５２…車番読取機
１６０…高速道路
１６１…入口レーン
１６２…本線区間
１６３…本線区間
１６４…本線区間
１６５…本線区間
１７１…サーバ装置
１７２…車番‐車重対応表記憶部
１７３…位置‐時刻‐車番対応表記憶部
２００…変位‐重量対応付け装置
２０１…設定手段
２０２…検出手段
２０３…計測手段
２０４…対応付け手段

Claims (8)

1. 処理対象期間を設定する設定手段と、
   前記処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出する検出手段と、
   前記処理対象期間内における前記構造物の変位の複数のピーク値を計測する計測手段と、
   前記計測された複数のピーク値の大小関係と前記検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、前記ピーク値と前記車両の重量とを対応付ける対応付け手段と、
   を備える変位‐重量対応付け装置。
2. 前記設定手段は、前記構造物の通過前領域を通過する車両の車番を読み取る第１の車番読取機で読み取られた車番のうち、前記構造物の通過後領域を通過する車両の車番を読み取る第２の車番読取機で読み取られていない車番の数が０となる時間帯を区切として、前記処理対象期間を設定するように構成されている、
   請求項１に記載の変位‐重量対応付け装置。
3. 前記検出手段は、前記構造物の通過前領域を通過する車両の車番を読み取る第１の車番読取機により前記処理対象期間内に読み取られた車番の読み取り結果、または前記構造物の通過後領域を通過する車両の車番を読み取る第２の車番読取機で前記処理対象期間内に読み取られた車番の読み取り結果を入力し、前記構造物上を通過する予定の車両の重量および車番を検出する重量計測装置から車番と重量との対応関係を表す車番‐車重対応表を入力し、前記車番の読み取り結果と前記車番‐車重対応表とから、前記処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出するように構成されている、
   請求項１または２に記載の変位‐重量対応付け装置。
4. 前記計測手段は、前記構造物の表面を撮影した時系列画像を解析して前記構造物の変位の時間的な変化を検出し、前記変位の時間的な変化の極大値を検出するように構成されている、
   請求項１乃至３の何れかに記載の変位‐重量対応付け装置。
5. 前記対応付け手段は、前記複数のピーク値および前記複数の車両の重量をそれぞれ降順にソートし、ソート後の上位ｉ番目のピーク値と上位ｉ番目の車両の重量とを対応付けるように構成されている、
   請求項１乃至４の何れかに記載の変位‐重量対応付け装置。
6. 前記ピーク値と前記車両の重量との対応付けの結果に基づいて、前記構造物の劣化診断を行う診断手段を、さらに備える、
   請求項１乃至５の何れかに記載の変位‐重量対応付け装置。
7. 処理対象期間を設定し、
   前記処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出し、
   前記処理対象期間内における前記構造物の変位の複数のピーク値を計測し、
   前記計測された複数のピーク値の大小関係と前記検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、前記ピーク値と前記車両の重量とを対応付ける、
   変位‐重量対応付け方法。
8. コンピュータに、
   処理対象期間を設定する処理と、
   前記処理対象期間内に構造物上を通過した複数の車両の重量を検出する処理と、
   前記処理対象期間内における前記構造物の変位の複数のピーク値を計測する処理と、
   前記計測された複数のピーク値の大小関係と前記検出された複数の車両の重量の大小関係とに基づいて、前記ピーク値と前記車両の重量とを対応付ける処理とを、
   行わせるためのプログラム。

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