JP7480086B2 - 構造物評価システム、構造物評価装置及び構造物評価方法 - Google Patents
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Description
実施形態における構造物評価システムは、より簡便な方法で構造物の劣化状態を評価することができるシステムである。具体的には、構造物評価システムでは、構造物を物体(例えば、車両)が通過したことによって発生した弾性波を、構造物に設置した1以上のセンサで検出し、1以上のセンサによって検出された弾性波の一定期間分の検出数又は特徴量の合計値に基づいて構造物の劣化状態を評価する。これにより、従来のように、弾性波源の位置標定を行わずに構造物の劣化状態を評価することができる。
図2は、第1の実施形態における構造物評価システム100の構成を示す図である。構造物評価システム100は、構造物11の健全性の評価に用いられる。以下の説明において、評価とは、ある基準に基づいて構造物11の健全性の度合い、すなわち構造物11の劣化状態を決定することを意味する。なお、以下の説明では、構造物11の一例としてコンクリートで構成された橋梁を例に説明するが、構造物11は橋梁に限定される必要はない。構造物11は、亀裂の発生または進展、あるいは外的衝撃(例えば雨、人工雨など)に伴い弾性波13が発生する構造物であればどのようなものであってもよい。例えば、構造物11は、岩盤であってもよい。なお、橋梁は、河川や渓谷等の上に架設される構造物に限らず、地面よりも上方に設けられる種々の構造物(例えば高速道路の高架橋)なども含む。
以下、構造物評価システム100の具体的な構成について説明する。
通信部23は、制御部22によって生成された送信データを構造物評価装置30に送信する。
以下の説明では、AFE21において行われる処理を前処理と記載する。
第1の実施形態では、突発型の弾性波と連続型の弾性波とを区別せずに、センサで検出された弾性波の数に基づいて構造物の劣化状態を評価する構成について説明した。第2の実施形態では、弾性波から得られる特徴量を利用して、突発型の弾性波の影響を抑制しつつ、連続型の弾性波を用いた評価を行う構成について説明する。
評価部322は、センサ10によって検出された所定期間分の弾性波13の特徴量のセンサ10毎の合計値が閾値以下である場合に、構造物11に劣化が生じていると評価する。より具体的には、評価部322は、合計値をセンサ10毎に算出し、閾値以下となる合計値がある場合には、閾値以下となった合計値に関連するセンサ10が設置されている領域を劣化が生じている領域と評価する。
第3の実施形態では、センサから得られた弾性波の特徴量によって連続型の弾性波を抽出し、抽出した連続型の弾性波を用いて構造物の劣化状態を評価する。第1の実施形態及び第2の実施形態との差分は、第3の実施形態では構造物の劣化状態の評価に連続型の弾性波を利用して、突発型の弾性波を利用しないようにフィルタリングを行う点である。
図10は、第1の分離手法を説明するための図である。図10には、横軸を持続時間とし、縦軸を検出数とした場合の弾性波のグラフが示されている。図10では、時間に影響する特徴量として持続時間を用いているが、エネルギーや立ち上がり時間であってもよい。構造物評価装置30は、例えば、グラフ中から分離の基準となる値(以下「基準値」という)を検出し、検出した基準値における持続時間以上の持続時間の弾性波に対応する送信データを、連続型の弾性波に対応する送信データとして抽出する。図10では、基準値としてP1又はP2が示されている。ここで、基準値の位置は、予め定められていてもよいし、グラフの変化に基づいて検出してもよい。グラフの変化に基づいて検出する場合、グラフにおける下降傾向から上昇傾向へと変化した位置を基準値とすればよい。なお、センサ10毎の変化点ではなく、過去のデータやセンサ間で比較した一番小さい変化点、一番大きい変化点又は切片等の固定した値を基準として使用してもよい。
図11は、第2の分離手法を説明するための図である。図11には、横軸を持続時間とし、縦軸を検出数とした場合の弾性波の頻度分布が示されている。図11では、時間に影響する特徴量として持続時間を用いているが、エネルギーや立ち上がり時間であってもよい。構造物評価装置30は、図11に示すように、平均、中央値、検出数を対数で表した頻度分布を用いた平均又は中央値を基準値として使用してもよい。
図12は、第3の分離手法を説明するための図である。図12には、横軸を持続時間とし、縦軸を振幅とした場合の弾性波の分布が示されている。図12では、時間に影響する特徴量として持続時間を用いているが、エネルギーや立ち上がり時間であってもよい。構造物評価装置30は、図12に示すグラフに主成分分析を使用して送信データを分離してもよい。図12(A)から図12(F)は主成分分析を用いた処理の流れを示している。図12(A)の横軸と縦軸の値を正規化すると図12(B)に示す状態になる。図12(B)では、主成分分析により新たな2軸A1,A2を作成した状態を示している。図12(B)に示した軸A2を横軸、軸A1を縦軸となるように、図12(B)の図を回転すると図12(C)となる。図12(C)において、正の部分と負の部分とで色を変えると、図12(D)となる。図12(D)の状態から、図12(B)と同じ軸に戻すと図12(E)となる。そして、図12(E)の横軸と縦軸の値を、図12(A)と同じ値に戻すと図12(F)の状態になる。このように、主成分分析を用いて送信データを、突発型の弾性波の送信データと、連続型の弾性波の送信データとに分離することができる。
図13は、第4の分離手法を説明するための図である。図13では、図12(A)と同様の図を用いている。第4の分離手法として、図13に示すように、k-means法を使用して送信データを分離してもよい。
第5の分離手法として、あらかじめ抽出し突発型の弾性波のサンプルと、連続型の弾性波のサンプルとを教師データとして、SVM(Support Vector Machine)のような教師付き学習を行って生成した学習済みモデルを使用して、記憶部33に記憶されている送信データを、突発型の弾性波の送信データと、連続型の弾性波の送信データとに分離してもよい。なお、特徴量ではなく、弾性波の波形そのものを学習した学習済みモデルを利用して、連続型の弾性波を抽出してもよい。
評価部322は、弾性波13の特徴量に基づいて連続型の弾性波に対応する送信データを抽出し、抽出した送信データに含まれる弾性波13の特徴量の一定期間の合計値が閾値以下である場合に、構造物11に劣化が生じていると評価する。ここで、評価部322は、弾性波13の特徴量に基づいて連続型の弾性波に対応する送信データを抽出する際に、上述した第1の分離手法から第5の分離手法のいずれかの手法を用いる。
評価部322は、センサ10毎の合計値を正規化した後に閾値と比較するように構成されてもよい。例えば、評価部322は、センサ10毎の合計値を車両数で正規化してもよい。このように構成されることによって、合計値を車両数で正規化し、例えば、1台あたりの平均値にすることで違う期間やほかの橋梁と比較が行いやすくなる。
Claims (8)
- 物体が通過する面とは異なる面に設置され、構造物を前記物体が通過したことによって発生した弾性波を検出する1以上のセンサと、
前記1以上のセンサによって検出された所定期間分の前記弾性波の特徴量のセンサ毎の合計値が第一の閾値以下である場合に、前記構造物に劣化が生じていると評価する評価部と、
を備え、
前記1以上のセンサが検出する前記弾性波には、前記構造物の劣化によって発生した第1の弾性波と、前記構造物を通過したことに応じて加えられた荷重によって発生した第2の弾性波とが含まれ、
前記評価部は、少なくとも所定期間分の前記第2の弾性波を利用して前記構造物の劣化状態を評価する構造物評価システム。 - 前記評価部は、前記弾性波の特徴量に基づいて前記第1の弾性波を抽出し、抽出した前記第1の弾性波の特徴量の一定期間の合計値が前記第一の閾値以下である場合に、前記構造物に劣化が生じていると評価する、
請求項1に構造物評価システム。 - 物体が通過する面とは異なる面に設置され、構造物を前記物体が通過したことによって発生した弾性波を検出する1以上のセンサと、
前記1以上のセンサによって検出された所定期間分の前記弾性波の検出数のセンサ毎の合計値が第一の閾値以下である場合に、前記構造物に劣化が生じていると評価する評価部と、
を備え、
前記1以上のセンサが検出する前記弾性波には、前記構造物の劣化によって発生した第1の弾性波と、前記構造物を通過したことに応じて加えられた荷重によって発生した第2の弾性波とが含まれ、
前記評価部は、前記弾性波の特徴量に基づいて前記第2の弾性波を抽出し、抽出した前記第2の弾性波の検出数の一定期間の合計値が第一の閾値以下である場合に、前記構造物に劣化が生じていると評価する、
構造物評価システム。 - 前記評価部は、前記合計値をセンサ毎に算出し、前記第一の閾値以下となる前記合計値がある場合には、前記第一の閾値以下となった前記合計値に関連するセンサが設置されている領域を劣化が生じている領域と評価する、
請求項1から3のいずれか一項に構造物評価システム。 - 前記評価部は、前記センサ毎の前記合計値を正規化した後に前記第一の閾値と比較する、
請求項1から4のいずれか一項に構造物評価システム。 - 前記弾性波の特徴量は、時間に影響するパラメータである、
請求項1から5のいずれか一項に構造物評価システム。 - 物体が通過する面とは異なる面に設置され、構造物を前記物体が通過したことによって発生した弾性波を検出する1以上のセンサによって検出された所定期間分の前記弾性波の特徴量のセンサ毎の合計値が第一の閾値以下である場合に、前記構造物に劣化が生じていると評価する評価部、
を備え、
前記1以上のセンサが検出する前記弾性波には、前記構造物の劣化によって発生した第1の弾性波と、前記構造物を通過したことに応じて加えられた荷重によって発生した第2の弾性波とが含まれ、
前記評価部は、少なくとも所定期間分の前記第2の弾性波を利用して前記構造物の劣化状態を評価する構造物評価装置。 - 物体が通過する面とは異なる面に設置され、構造物を前記物体が通過したことによって発生した弾性波を検出する1以上のセンサによって検出された所定期間分の前記弾性波の特徴量のセンサ毎の合計値が第一の閾値以下である場合に、前記構造物に劣化が生じていると評価し、
前記1以上のセンサが検出する前記弾性波には、前記構造物の劣化によって発生した第1の弾性波と、前記構造物を通過したことに応じて加えられた荷重によって発生した第2の弾性波とが含まれ、
少なくとも所定期間分の前記第2の弾性波を利用して前記構造物の劣化状態を評価する、
構造物評価方法。
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