JP7357272B2

JP7357272B2 - 情報板の異常検出システム

Info

Publication number: JP7357272B2
Application number: JP2019138749A
Authority: JP
Inventors: 篤岩崎; 浩司山本; 貴俊山岸; 洋幸中村
Original assignee: Gunma University NUC; Nohmi Bosai Ltd; Central Nippon Expressway Co Ltd
Current assignee: Gunma University NUC; Nohmi Bosai Ltd; Central Nippon Expressway Co Ltd
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2023-10-06
Anticipated expiration: 2039-07-29
Also published as: JP2021021648A

Description

本発明は、支柱に設置された情報板の取付状態の異常診断を行う情報板の異常検出システムに関する。

支柱に設置された情報板の取付状態を検出する方法としては、検査員による定期検査により、目視あるいは何らかの計器を用いて行われることが主流であった。また、取付状態の異常診断対象である情報板に経年的に発生する亀裂に関して、定量的な検査を、簡単かつ迅速に行う従来技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１では、紫外線または青色系可視光などの励起光によって発光する蛍光色素を、異常診断対象である情報板にあらかじめ混入させている。そして、この情報板に紫外線または青色系可視光などを発光する光源を照射し、目視あるいはＣＣＤカメラ等による撮像画像の解析処理により、亀裂の発生を定量的に判断している。

特開２０１３－８３４９３号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１では、取付状態の定量的な異常診断を可能にしてはいるものの、あくまでも、検査員による定期検査を基本としている。さらに、特許文献１は、異常診断対象の情報板に対して、蛍光色素をあらかじめ混入させておく必要があった。

一方、近年では、情報板の取付状態の異常診断を定期検査よりも短い周期で、検査員を介さずに無人で行うことのできる異常診断システムが望まれている。また、支柱に設置された情報板の取付状態の劣化を、定量的に長期間にわたって診断する必要性も高まっている。さらに、新規の情報板だけでなく、既存の情報板に対しても、容易に対応できることが望まれる。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、情報板の取付状態の劣化を、長期間にわたり、検査員よる定期検査を必要とせずに、定量的に診断することのできる情報板の異常診断システムを得ることを目的とする。

本発明に係る情報板の異常診断システムは、支柱に取り付けられた情報板に設置され、重力加速度を含む加速度情報を測定可能な加速度センサと、加速度センサにより測定された加速度情報から、情報板の支柱に対する取り付け状態の異常診断を行う診断部と、を備え、診断部は、情報板の表示面に関する面内方向および面外方向の２方向において、重力加速度の方向に対する傾き角を、加速度情報から算出し、２方向の傾き角から重力加速度の方向に対する情報板の最大傾き量を算出する傾き算出部と、傾き算出部により算出される最大傾き量を時間経過とともに順次取得し、最大傾き量の初期値に対する現在の最大傾き量の変化量を第１変化量として算出し、あらかじめ決められた設定時間前に算出された複数の最大傾き量の中から現在の最大傾き量と最も隔たった値を採用し、最も隔たった値と現在の最大傾き量との変化量を第２変化量として算出し、第１変化量があらかじめ設定された第１許容変化量を超えるか、あるいは第２変化量があらかじめ設定された第２許容変化量を超えることで、情報板の支柱に対する取り付け状態の異常を検出する異常検出処理部と、を有し、第１許容変化量および第２許容変化量のそれぞれは、最大傾き量となる傾き方向に応じて、面内方向および面外方向の２方向において個別に設定されるものである。

本発明によれば、加速度センサによる測定結果に基づいて、情報板の傾き角度を逐次算出し、算出結果に基づいて取付状態に異常が発生していないかを診断できる構成を備えている。この結果、情報板の取付状態の劣化を、長期間にわたり、検査員よる定期検査を必要とせずに、定量的に診断することのできる情報板の異常診断システムを得ることができる。

本発明の実施の形態１において、異常診断対象である構造物を示した説明図であり、（Ａ）が正面図、（Ｂ）が上面図である。本発明の実施の形態１に係る情報板の異常検出システムの構成図である。本発明の実施の形態１に係る情報板の異常検出システムにおいて実行される一連の異常検出処理を示したフローチャートである。本発明の実施の形態１におけるデータ処理装置１０によってモニタされる傾き監視画面の一例を示した図である。

以下、本発明の情報板の異常検出システムの好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
本発明は、情報板の取付状態の異常診断を行うに当たって、時間経過とともに加速度センサによって取得される物理量から、情報板の取付状態の診断指標となる特徴量として情報板の傾き量を抽出し、異常診断精度の向上を実現することを技術的特徴としている。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１において、異常診断対象である構造物を示した説明図であり、（Ａ）が正面図、（Ｂ）が上面図である。この図１において、取付状態の診断対象である構造物は、支柱２の上方部分に情報板１が取り付けられることで構成されている。情報板１としては、例えば、道路に設置された道路情報板が挙げられ、歩行者あるいはドライバは、道路情報板を視認することで、必要な情報を取得することができる。

支柱２の上部に設置された情報板１は、上部荷重を持つこととなる。従って、図１（Ａ）における左右方向の両矢印、図１（Ｂ）における上下方向の両矢印として例示したように、外力による繰り返し応力の加振が情報板に加わる。そして、継続的にこのような加振が情報板１に加わるにより、情報板の疲労が進行し、損傷に至る場合がある。また、継続的にこのような加振が情報板１に加わるにより、支柱２の固定用ボルトの緩みなどによる支持力の低下が発生する。

そこで、本実施の形態１に係る情報板の異常検出システムは、このような情報板１の損傷、劣化を、情報板１の姿勢を観測することで、長期間に渡って高精度に診断する。

具体的には、本実施の形態１に係る情報板の異常検出システムは、支柱２の頭頂部に設置された加速度センサ２０を用いて、情報板１の面内方向および面外方向の傾きを観測することで、情報板の損傷、劣化を長期間に渡って高精度に検出する。ここで、面内方向とは、情報板１の表示面に沿ってお辞儀する方向のことであり、図１（Ａ）に示した両矢印の方向に相当する。また、面外方向とは、情報板１が表示面に垂直な向きに旗振りをする方向のことであり、図１（Ｂ）に示した両矢印の方向に相当する。

傾きを観測するために、支柱２の頭頂部には、直流加速度を測定可能な加速度センサ２０が設置されている。加速度センサ２０は、直流加速度として重力加速度を観測することができる。また、中継装置３０は、加速度センサ２０から得られる加速度情報に基づいて、情報板１の面外方向、および面内方向の２方向の傾き角を算出することができる。図１においては、中継装置３０が支柱２に設置されている状態を例示している。

次に、本実施の形態１に係る情報板の異常検出システムの構成について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る情報板の異常検出システムの構成図である。本実施の形態１における情報板の異常検出システムは、データ処理装置１０、Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）の加速度センサ２０（１）～２０（Ｎ）、および中継装置３０を備えて構成されている。

なお、本実施の形態１における情報板の異常検出システムでは、最低限、１個の加速度センサ２０を設けておけば、取付状態の異常判定を実施することが可能である。また、複数用いる場合のＮ個のセンサのそれぞれの機能は、全て共通である。そこで、以下の説明では、それぞれのセンサを区別する必要がない場合には、（１）～（Ｎ）の添字を用いずに、単に加速度センサ２０と記載する。

Ｎ個の加速度センサ２０のそれぞれは、センサ部２１と、加速度情報出力部２２を有しており、診断対象物の異なる位置に設置されている。本発明の異常検出システムによって、長期にわたって診断対象物の取付状態の異常判定が行われることとなる。

センサ部２１は、例えば、薄膜の水晶振動子を用いる３軸加速度センサであり、かつ直流加速度を測定可能な加速度センサである。また、加速度情報出力部２２は、センサの設置箇所における情報板の３軸の加速度に関するアナログ信号を、所定のサンプリングレート（例えば、５０Ｈｚのサンプリングレート）でデジタル信号に変換し、加速度情報として中継装置３０へ送信する。

中継装置３０は、図１に示したように、支柱２に取り付けられている。そして、中継装置３０は、それぞれのセンサ２０内の加速度情報出力部２２から受信した加速度情報に基づいて、支柱２の傾きを測定することができる。

さらに、中継装置３０は、この支柱２の傾き角から、情報板１の面外方向、および面内方向の２方向の傾き角を算出し、その２方向の傾き角から最大傾き角を求めることができる。そして、中継装置３０は、最大傾き角を時系列で順次算出し、算出した最大傾き角を傾き情報として、測定した時間情報とともに記憶部に順次記憶させる。また、中継装置３０は、傾き情報を生成するごとに、傾き情報および測時間情報をデータ処理装置１０に送信する。

データ処理装置１０内の診断部１１は、中継装置３０から受信した傾き情報および時間情報に基づいて、情報板１の傾きが正常であるか異常であるかを判断する。また、データ処理装置１０は、傾き情報および測定時間情報を長期にわたって保存する必要がある場合には、大容量の記憶部に保存させておくことも可能である。

このような一連の異常診断手法を、図３、図４に基づいて、以下に説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る情報板の異常検出システムにおいて実行される一連の異常検出処理を示したフローチャートである。また、図４は、本発明の実施の形態１におけるデータ処理装置１０によってモニタされる傾き監視画面の一例を示した図である。

ステップＳ３０１において、中継装置３０は、サンプリング周期ごとに、加速度センサ２０から加速度情報を取得する。次に、ステップＳ３０２において、中継装置３０は、加速度センサを設置した際にあらかじめ記憶されている姿勢情報、姿勢の誤差情報から、それぞれ正確な鉛直方向、面内方向、面外方向に対応する加速度ベクトルを補正する。

次に、ステップＳ３０３において、中継装置３０は、加速度情報に対してローパスフィルタ処理を施すことで、直流加速度（重力加速度）を算出する。さらに、ステッＳ３０４において、中継装置３０は、ステップＳ３０３で生成した重力加速度から、面内方向で観測される重力加速度を、ベクトル分解により算出する。同様に、ステッＳ３０５において、中継装置３０は、ステップＳ３０３で生成した重力加速度から、面外方向で観測される重力加速度を、ベクトル分解により算出する。

次に、ステップＳ３０６において、中継装置３０は、ベクトル分解により算出された面内方向および面外方向の重力加速度から、面内軸および面外軸における情報板１の傾き角を算出する。さらに、ステップＳ３０７において、中継装置３０は、面内軸および面外軸のそれぞれの傾き角から、最大傾き角を算出する。

次に、ステップＳ３０８において、中継装置３０は、最大傾き角を算出するごとに、加速度情報が測定された時刻と最大傾き角とを関連付けて、傾き情報として記憶部に記憶させる。この結果、記憶部には、最大傾き角が時系列データとして保存される。

次に、ステップＳ３０９において、中継装置３０は、最大傾き角を算出するごとに、算出した最大傾き角と、加速度情報が測定された時刻とが関連付けられた傾き情報を、データ処理装置１０に転送する。以上のステップＳ３０１～ステップＳ３０９による一連の算出処理を、中継装置３０側で実施し、ステップＳ３１０以降の診断処理は、データ処理装置１０内の診断部１１で実行する。

ステップＳ３１０において、診断部１１は、中継装置３０から受信した傾き情報が、あらかじめ設定した許容傾き量を示す閾値を超えているか否かを判定する。そして、診断部１１は、受信した傾き情報が閾値を超えている場合には、情報板１の取付状態に異常が発生したと判断し、警報を出力する。なお、閾値としては、例えば、１°を設定しておくことができる。

また、ステップＳ３１１において、診断部１１は、あらかじめ記憶しておいた最大傾き量の初期値から現在の最大傾き量となる変化量を第１変化量として算出し、算出した第１変化量があらかじめ設定した許容変化量を示す第１許容変化量を超えているか否かを判定する。そして、診断部１１は、算出した第１変化量が第１許容変化量を超えている場合には、情報板１の取付状態に異常が発生したと判断し、警報を出力する。なお、第１許容変化量としては、例えば、０．９°を設定しておくことができる。

さらに、ステップＳ３１２において、診断部１１は、あらかじめ決められた設定時間前に算出された最大傾き角から現在の最大傾き量となる変化量を第２変化量として算出し、算出した第２変化量があらかじめ設定した許容変化量を示す第２許容変化量を超えているか否かを判定する。そして、診断部１１は、算出した第２変化量が第２許容変化量を超えている場合には、情報板１の取付状態に異常が発生したと判断し、警報を出力する。なお、第２許容変化量としては、例えば、０．２°を設定しておくことができる。

なお、第２変化量を算出する際の基準となる、あらかじめ決められた設定時間前に算出された最大傾き角としては、例えば、１日前あるいは１週間前に算出された最大傾き量のうち、現在の最大傾き角と最も隔たった値を採用することができる。これにより、診断部１１は、第２変化量が第２許容変化量を超えたか否かを判断することで、比較的短い期間で急激に傾き角が変化した状況が発生した際に、異常判定を行うことができる。

また、第１許容変化量および第２許容変化量のそれぞれは、最大傾き量となる傾き方向に応じて、可変設定することができる。この結果、一律の許容変化量による判断ではなく、設置環境、設置状体に応じて異なる、情報板１が傾きやすい方向、傾きにくい方向を考慮した上で、許容変化量を適切に設定でき、診断精度の向上を図ることができる。

以上のステップＳ３１０～ステップＳ３１２による一連の診断処理を、データ処理装置１０側で実施することで、図３に示した一連処理は終了する。

なお、図３を用いた以上の説明では、ステップＳ３０１～ステップＳ３０９による傾き算出処理を中継装置３０で実行し、ステップＳ３１０～ステップＳ３１２による診断処理をデータ処理装置１０で実行する場合について説明した。しかしながら、傾き算出処理を実行する傾き算出部と、診断処理を実行する異常検出処理部とを、１つの装置内に集約することも可能である。

１つの装置に集約した場合には、傾き算出部は、情報板の表示面に関する面内方向および面外方向の２方向において、重力加速度の方向に対する傾き角を、加速度情報から算出し、２方向の傾き角から重力加速度の方向に対する情報板の最大傾き量を算出する。

一方、異常検出処理部は、傾き算出部により算出される最大傾き量を時間経過とともに順次取得し、最大傾き量の初期値に対する現在の最大傾き量の変化量を第１変化量として算出する。さらに、異常検出処理部は、あらかじめ決められた設定時間前に算出された最大傾き量に対する現在の最大傾き量の変化量を第２変化量として算出し、第１変化量があらかじめ設定された第１許容変化量を超えるか、あるいは第２変化量があらかじめ設定された第２許容変化量を超えることで、情報板の支柱に対する取り付け状態の異常を検出することができる。

図４は、本発明の実施の形態１において、データ処理装置１０によって監視される情報板の傾き角情報を例示した説明図である。データ処理装置１０は、中継装置から順次送られてくる傾き各情報を、記憶部に順次記憶させることで、長時間にわたる最大傾き角の遷移を時系列データとして保存できる。

そこで、オペレータは、傾き角を監視したいセンサと、監視したい時間幅を設定することで、所望の情報板の最大傾き角の遷移状態を、容易にモニタを介して確認することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、加速度センサによる測定結果に基づいて、情報板の傾き角度を逐次算出し、算出結果に基づいて取付状態に異常が発生していないかを診断できる構成を備えている。この結果、情報板の取付状態の劣化を、長期間にわたり、検査員よる定期検査を必要とせずに、定量的に診断することのできる情報板の異常検出システムを実現できる。

１情報板、２支柱、１０データ処理装置、１１診断部、２０加速度センサ、２１センサ部、２２加速度情報出力部、３０中継装置（傾き算出部）。

Claims

支柱に取り付けられた情報板に設置され、重力加速度を含む加速度情報を測定可能な加速度センサと、
前記加速度センサにより測定された前記加速度情報から、前記情報板の前記支柱に対する取り付け状態の異常診断を行う診断部と、
を備え、
前記診断部は、
情報板の表示面に関する面内方向および面外方向の２方向において、前記重力加速度の方向に対する傾き角を、前記加速度情報から算出し、前記２方向の傾き角から前記重力加速度の方向に対する前記情報板の最大傾き量を算出する傾き算出部と、
前記傾き算出部により算出される前記最大傾き量を時間経過とともに順次取得し、最大傾き量の初期値に対する現在の最大傾き量の変化量を第１変化量として算出し、あらかじめ決められた設定時間前に算出された複数の最大傾き量の中から前記現在の最大傾き量と最も隔たった値を採用し、前記最も隔たった値と前記現在の最大傾き量との変化量を第２変化量として算出し、前記第１変化量があらかじめ設定された第１許容変化量を超えるか、あるいは前記第２変化量があらかじめ設定された第２許容変化量を超えることで、前記情報板の前記支柱に対する取り付け状態の異常を検出する異常検出処理部と、
を有し、
前記第１許容変化量および前記第２許容変化量のそれぞれは、前記最大傾き量となる傾き方向に応じて、前記面内方向および前記面外方向の前記２方向において個別に設定される
情報板の異常検出システム。