WO2017217033A1 - 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

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 Download PDF

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渡部　一雄
塩谷　智基
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株式会社東芝
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    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture

Definitions

  • the structure evaluation system of the embodiment has a plurality of sensors, a position location unit, and an evaluation unit.
  • the sensor detects elastic waves generated from the structure.
  • the position locator derives a source distribution of the elastic wave generated by the impact on the structure.
  • the evaluation unit evaluates the deterioration state of the structure from the feature quantity of the elastic wave in the transmission source distribution.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration of a structure evaluation system 100 according to an embodiment.
  • the structure evaluation system 100 is used for evaluating the soundness of a structure.
  • evaluation means determining the degree of soundness of a structure, that is, the deterioration state of the structure, based on a certain standard.
  • a bridge is described as an example of a structure, but the structure need not be limited to a bridge.
  • the structure may be any structure as long as an elastic wave is generated due to the occurrence or development of a crack or an external impact (for example, rain, artificial rain, etc.).
  • Bridges are not limited to structures laid on rivers and valleys, but also include various structures (for example, highway viaducts) provided above the ground.
  • the signal processing unit 11 receives an AE source signal processed by the AE sensor 10 as an input.
  • the signal processing unit 11 extracts an AE feature amount including information on an elastic wave by performing signal processing such as noise removal and parameter extraction required on the input AE source signal.
  • the information on the elastic wave is information such as the amplitude, energy, rise time, duration, frequency, zero cross count number, etc. of the AE source signal.
  • the signal processing unit 11 outputs information based on the extracted AE feature amount to the structure evaluation apparatus 20 as an AE signal.
  • the AE signal output from the signal processing unit 11 includes information such as sensor ID, AE detection time, AE source signal amplitude, energy, rise time, and frequency.
  • the amplitude of the AE source signal is, for example, the value of the maximum amplitude among the elastic waves.
  • the energy is, for example, a value obtained by time integration of the square of the amplitude at each time point.
  • the definition of energy is not limited to the above example, and may be approximated using, for example, a waveform envelope.
  • the rise time is, for example, a time T1 until the elastic wave rises from a zero value exceeding a predetermined value set in advance.
  • the duration is, for example, the time from when the rise of the elastic wave starts until the amplitude becomes smaller than a preset value.
  • the frequency is the frequency of the elastic wave.
  • the zero cross count number is, for example, the number of times the elastic wave crosses a reference line passing through a zero value.
  • the display unit 203 is an image display device such as a liquid crystal display or an organic EL (Electro Luminescence) display.
  • the display unit 203 displays the evaluation result according to the control of the evaluation unit 202.
  • the display unit 203 may be an interface for connecting the image display device to the structure evaluation device 20. In this case, the display unit 203 generates a video signal for displaying the evaluation result, and outputs the video signal to an image display device connected to the display unit 203.
  • Fig. 2 is a diagram showing the propagation of elastic waves due to rainfall.
  • FIG. 2 when the raindrop 31 collides with the road surface 32, an elastic wave 33 is generated from the colliding position.
  • the elastic wave 33 propagates through the floor slab and also to the lower surface.
  • the elastic wave 33 having a sufficient amplitude until reaching the AE sensor 10 installed on the lower surface is detected by the AE sensor 10.
  • the position locating unit 201 can specify the approximate collision position of the raindrop 31 by performing position locating on the elastic wave 33 generated by rain.
  • the impact caused by the collision of the minute object is an impact applied to the surface (the road surface 32 in FIG. 2) opposite to the surface where the AE sensor 10 is installed.
  • the elastic wave 33 generated by the raindrops 31 colliding with the road surface 32 is blocked by the crack, bypasses the crack, or attenuates. Therefore, it is difficult for the elastic wave 33 having a sufficient amplitude to reach the AE sensor 10 located immediately below the crack. Therefore, when the position location unit 201 performs position location of the AE transmission source on the lower surface of the floor slab having the large horizontal crack 34, the number of AE transmission sources to be localized decreases. Collisions of the raindrops 31 on the road surface 32 due to rainfall occur at a random and uniform frequency for the entire area.
  • the AE sensor 10 is a highly sensitive piezoelectric sensor, it also detects elastic waves generated by factors that are not caused by damage to the floor slab, such as an impact on a structure due to rainfall. For this reason, rainfall or the like may become a noise source for damage detection using the AE sensor 10.
  • the second threshold value may be set in advance or may be set as appropriate.
  • the predetermined period may be a predetermined time before and after the target time (for example, five minutes before and after), or may be a period before the target time if the target time is included. It may be a period after the target time.
  • the evaluation unit 202 evaluates a region where the density of the AE transmission source is less than the first threshold (region 36 in FIG. 4) as a region where the deterioration of the structure occurs.
  • the evaluation unit 202 may be any area as an evaluation target.
  • the evaluation unit 202 may perform evaluation for each region surrounded by the four AE sensors 10, may perform evaluation for each region surrounded by four or more AE sensors 10, or may perform three AEs. Evaluation may be performed for each region surrounded by the sensor 10, or evaluation may be performed for each region for which a range is specified.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the evaluation process of the structure evaluation apparatus 20.
  • the position location unit 201 acquires an AE signal within a predetermined period from a buffer (not shown) (step S101). That is, the position location unit 201 acquires an AE signal within a predetermined period including the target time from a buffer (not shown).
  • the position location unit 201 performs position location of each AE transmission source using the acquired plurality of AE signals (step S102). Thereafter, the position location unit 201 derives a transmission source distribution based on the result of the position location (step S103).
  • the position location unit 201 outputs the generated transmission source distribution to the evaluation unit 202.
  • the evaluation unit 202 determines whether there is a region where the density of the AE transmission source is less than the first threshold, using the transmission source distribution output from the position location unit 201 (step S104). When there is a region where the density of the AE transmission source is less than the first threshold (step S104—YES), the evaluation unit 202 evaluates the region less than the first threshold as a region where the deterioration of the structure occurs (step S105). ). On the other hand, when there is no region where the density of the AE transmission source is less than the first threshold (step S104—NO), the evaluation unit 202 evaluates that there is no region where the structure is deteriorated (step S106).
  • the evaluation unit 202 causes the display unit 203 to display the evaluation result.
  • the evaluation unit 202 displays the evaluation result in a manner different from the other areas in the area where the source distribution is deteriorated. Examples of modes different from other areas include coloring an area where deterioration has occurred, surrounding the area with a circle, and displaying the area where deterioration has occurred in characters.
  • the display unit 203 displays the evaluation result according to the control of the evaluation unit 202.
  • the structure evaluation apparatus 20 derives a transmission source distribution including a large amount of AE transmission sources by using an AE signal due to an impact on the structure. And the structure evaluation apparatus 20 evaluates the area
  • the structure evaluation apparatus 20 derives the source distribution by using the AE signal within a predetermined period including the target time as the AE signal due to the impact on the structure. Conventionally, measurement for several tens of hours has been required for evaluation. Compared to this, the method using the structure evaluation apparatus 20 can significantly reduce the required time by using only the AE signal within a predetermined period including the target time, and can perform the evaluation efficiently.
  • the structure evaluation apparatus 20 may include only the evaluation unit 202, and the position locating unit 201 and the display unit 203 may be provided in another casing.
  • the evaluation part 202 acquires transmission source distribution from another housing, and evaluates the soundness of a structure using the acquired transmission source distribution.
  • the evaluation part 202 outputs an evaluation result to the display part 203 with which another housing is provided.
  • the signal processing unit 11 may be provided in the structure evaluation apparatus 20. When configured in this manner, the signal processing unit 11 acquires the AE source signal that has been processed by the AE sensor 10 directly from the AE sensor 10 or via a relay device (not shown). In FIG. 1, one signal processing unit 11 is connected to a plurality of AE sensors 10-1 to 10-n. However, the structure evaluation system 100 includes a plurality of signal processing units 11, and each AE sensor 10 The signal processing unit 11 may be connected to each of the plurality of sensor units, and a plurality of sensor units may be provided. The evaluation unit 202 may be configured to derive the source distribution using the AE signal at the target time as the AE signal due to the impact on the structure.
  • the evaluation unit 202 may operate as an output control unit.
  • the output control unit controls the output unit and outputs an evaluation result.
  • the output unit includes a display unit 203, a communication unit, and a printing unit.
  • the output control unit controls the communication unit and transmits the evaluation result to another device.
  • the output unit is a printing unit
  • the output control unit controls the printing unit to print the evaluation result.
  • the structure evaluation apparatus 20 may include the display unit 203, the communication unit, and a part or all of the printing unit as an output unit, and execute the above operation.
  • the evaluation unit 202 may display the transmission source distribution on the display unit 203 in a contour diagram.
  • the factors that cause an increase in the number of generated elastic waves need not be limited to the above example (meteorological phenomenon). More specifically, the innumerable minute objects that cause an increase in the number of generated elastic waves need not be limited to objects generated by weather phenomena.
  • the innumerable minute objects may be objects generated by watering with a water truck, spraying or spraying a medicine, or a device capable of giving a hit (for example, a hammer).
  • the hitting may be hitting by chain drawing or hitting by tapping.
  • the structure evaluation apparatus 20 uses a source of elastic waves generated by an impact generated by an artificial action such as watering by a water truck, spraying or spraying a medicine, or numerous hits using the apparatus. It is possible to control the timing of measurement.
  • FIGS. 6 and 7 are sequence diagrams showing the flow of processing of the structure evaluation system 100.
  • FIG. 6 and 7 it is assumed that the AE sensor 10-1 is in operation and the AE sensor 10-2 is inactive at the start of processing. “Suspended” means that not all functions of the apparatus are suspended, but only functions related to activation are operating.
  • the AE sensor 10-1 detects an elastic wave (AE wave) generated by the structure (step S201).
  • the AE sensor 10-1 converts the detected elastic wave into a voltage signal (AE source signal), performs processing such as amplification and frequency limitation on the AE source signal, and outputs the signal to the signal processing unit 11 (step S202). .
  • the signal processing unit 11 performs signal processing such as necessary noise removal and parameter extraction on the input AE source signal (step S203).
  • the signal processing unit 11 outputs information based on the AE feature value extracted by performing the signal processing to the structure evaluation apparatus 20 as an AE signal (step S204). Steps S201 to S204 are repeatedly executed.
  • the AE signal output from the signal processing unit 11 is accumulated in a buffer (not shown).
  • the AE sensor 10-2 executes the activation process (step S208). As a result, the AE sensor 10-2 changes from the rest to the operation.
  • the AE sensor 10-1 detects an elastic wave (AE wave) generated by the structure (step S209).
  • the AE sensor 10-1 converts the detected elastic wave into a voltage signal (AE source signal), performs processing such as amplification and frequency limitation on the AE source signal, and outputs the signal to the signal processing unit 11 (step S210).
  • the signal processing unit 11 performs signal processing such as necessary noise removal and parameter extraction on the input AE source signal (step S211).
  • the position location unit 201 acquires an AE signal within a predetermined period including the target time from a buffer (not shown). The position location unit 201 performs position location of each AE transmission source using the acquired AE signal (step S217). Thereafter, the position location unit 201 derives a transmission source distribution based on the result of the position location (step S218). The position location unit 201 outputs the derived transmission source distribution to the evaluation unit 202. The evaluation unit 202 performs evaluation using the transmission source distribution output from the position location unit 201 (step S219). Since the evaluation method is the same as the above method, it is omitted. The evaluation unit 202 causes the display unit 203 to display the evaluation result. The display unit 203 displays the evaluation result according to the control of the evaluation unit 202 (step S220). By being configured as described above, it is not necessary that all the AE sensors 10 are always operating. Therefore, power consumption can be reduced.
  • the AE sensor 10 may be configured to be activated when a part or all of the AE sensor 10 is at rest and a minute object is detected by a device such as a rain gauge, a camera, or a microphone. Further, for example, based on weather information such as rainfall, temperature, and humidity in the vicinity of the measurement area, it is possible to operate the AE sensor 10 at a time when an event due to an impact on the structure is expected to occur. is there.
  • a plurality of AE sensors 10 that detect elastic waves generated from a structure, and a position locating unit 201 that derives a source distribution from the elastic waves generated by an impact on the structure.
  • the evaluation unit 202 that evaluates the deterioration state of the structure from the density of the AE transmission source obtained based on the transmission source distribution, the structure can be evaluated efficiently.

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Abstract

実施形態の構造物評価システムは、複数のセンサと、位置標定部と、評価部とを持つ。センサは、構造物より発生した弾性波を検出する。位置標定部は、前記構造物への衝撃により発生した前記弾性波の発信源分布を導出する。評価部は、前記発信源分布における前記弾性波の特徴量から前記構造物の劣化状態を評価する。

Description

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
　本発明の実施形態は、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に関する。
　橋梁のコンクリート床版に交通などによる荷重がかかった際、床版内の亀裂の進展や摩擦などによりＡＥ（Acoustic Emission）が発生する。床版表面にＡＥセンサを設置することで、ＡＥを検出することができる。ＡＥは、材料の疲労亀裂の進展に伴い発生する弾性波である。また、複数のＡＥセンサを設置することでセンサ間のＡＥ到達時刻の差から、弾性波の発信源（以下、「ＡＥ発信源」という。）の位置を標定することができる。
　一般的に、橋梁のコンクリート床版において、水平ひび割れといった床版内部の損傷は、従来の非破壊検査で検出することが非常に困難であるが、ＡＥセンサによって取得されたデータの分析により内部の損傷を推定することができる。しかし、橋梁等にＡＥセンサを設置し、損傷の推定に十分なデータを得るには長い時間を要してしまう。そのため、コンクリート内部の評価を効率的に行えない場合があった。なお、このような問題は、橋梁のコンクリート床版に限らず亀裂の発生または進展に伴い弾性波が発生する構造物すべてに共通する問題である。
特開２００４－１２５７２１号公報
　本発明が解決しようとする課題は、効率的に構造物の評価を行うことができる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を提供することである。
　実施形態の構造物評価システムは、複数のセンサと、位置標定部と、評価部とを持つ。センサは、構造物より発生した弾性波を検出する。位置標定部は、前記構造物への衝撃により発生した前記弾性波の発信源分布を導出する。評価部は、前記発信源分布における前記弾性波の特徴量から前記構造物の劣化状態を評価する。
実施形態の構造物評価システム１００のシステム構成を示す図。 降雨による弾性波の伝播の様子を示した図。 ある測定期間中の弾性波発生数の推移を表す図。 所定の期間内のＡＥ信号を用いて導出された発信源分布の一例を示す図。 構造物評価装置２０の評価処理の流れを表すフローチャート。 構造物評価システム１００の処理の流れを示すシーケンス図。 構造物評価システム１００の処理の流れを示すシーケンス図。
　以下、実施形態の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を、図面を参照して説明する。
　図１は、実施形態の構造物評価システム１００のシステム構成を示す図である。構造物評価システム１００は、構造物の健全性の評価に用いられる。本実施形態において、評価とはある基準に基づいて、構造物の健全性の度合い、すなわち構造物の劣化状態を決定することを意味する。なお、本実施形態では、構造物の一例として橋梁を例に説明するが、構造物は橋梁に限定される必要はない。例えば、構造物は、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。なお、橋梁は、河川や渓谷など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。
　構造物評価システム１００は、複数のＡＥセンサ１０－１～１０－ｎ（ｎは２以上の整数）、信号処理部１１および構造物評価装置２０を備える。信号処理部１１および構造物評価装置２０は、有線又は無線により通信可能に接続される。なお、以下の説明では、ＡＥセンサ１０－１～１０－ｎについて区別しない場合にはＡＥセンサ１０と記載する。
　ＡＥセンサ１０は、構造物に設置される。例えば、ＡＥセンサ１０は、橋梁のコンクリート床版３０に設置される。ＡＥセンサ１０は、圧電素子を有し、構造物が発生する弾性波（ＡＥ波）を検出し、検出した弾性波を電圧信号（ＡＥ源信号）に変換する。ＡＥセンサ１０は、ＡＥ源信号に対して増幅、周波数制限などの処理を施して信号処理部１１に出力する。なお、ＡＥセンサ１０に代えて加速度センサが用いられてもよい。この場合、加速度センサは、ＡＥセンサ１０と同様の処理を行うことによって、信号処理後の信号を信号処理部１１に出力する。コンクリート床版の厚さは、例えば１５ｃｍ以上である。
　信号処理部１１は、ＡＥセンサ１０による処理が施されたＡＥ源信号を入力とする。信号処理部１１は、入力したＡＥ源信号に対して、必要とされるノイズ除去、パラメータ抽出などの信号処理を行うことによって弾性波に関する情報を含むＡＥ特徴量を抽出する。弾性波に関する情報とは、例えば、ＡＥ源信号の振幅、エネルギー、立ち上がり時間、持続時間、周波数、ゼロクロスカウント数などの情報である。信号処理部１１は、抽出したＡＥ特徴量に基づく情報をＡＥ信号として構造物評価装置２０に出力する。信号処理部１１が出力するＡＥ信号には、センサＩＤ、ＡＥ検知時刻、ＡＥ源信号振幅、エネルギー、立ち上り時間および周波数などの情報が含まれる。
　ここで、ＡＥ源信号の振幅は、例えば弾性波の中で最大振幅の値である。エネルギーは、例えば各時点において振幅を二乗したものを時間積分した値である。なお、エネルギーの定義は、上記例に限定されず、例えば波形の包絡線を用いて近似されたものでもよい。立ち上がり時間は、例えば弾性波がゼロ値から予め設定される所定値を超えて立ち上がるまでの時間Ｔ１である。持続時間は、例えば弾性波の立ち上がり開始から振幅が予め設定される値よりも小さくなるまでの時間である。周波数は、弾性波の周波数である。ゼロクロスカウント数は、例えばゼロ値を通る基準線を弾性波が横切る回数である。
　構造物評価装置２０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、評価プログラムを実行する。評価プログラムの実行によって、構造物評価装置２０は、位置標定部２０１、評価部２０２、表示部２０３を備える装置として機能する。なお、構造物評価装置２０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、評価プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、評価プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
　位置標定部２０１は、信号処理部１１から出力されたＡＥ信号を入力とする。また、位置標定部２０１は、構造物におけるＡＥセンサ１０の設置位置に関する情報（以下、「センサ位置情報」という。）をセンサＩＤに対応付けて予め保持する。設置位置に関する情報は、例えば緯度および経度、あるいは構造物の特定位置からの水平方向および垂直方向の距離などである。位置標定部２０１は、入力されたＡＥ信号に含まれるセンサＩＤ、ＡＥ検知時刻等の情報と、予め保持しているセンサ位置情報とに基づいてＡＥ発信源の位置標定を行う。例えば、位置標定部２０１は、構造物への衝撃による複数のＡＥ信号を用いて、それぞれＡＥ発信源の位置標定を行う。ここで、構造物への衝撃とは、無数の微小物体の衝突により生じる衝撃である。また、構造物への衝撃による複数のＡＥ信号とは、無数の微小物体の衝突により生じる衝撃によって構造物で発生した弾性波より得られる信号である。無数の微小物体は、構造物の外部から構造物に影響を与える物体である。例えば、無数の微小物体は、雨滴、ひょう、あられなどの気象現象により発生する物体である。また、位置標定部２０１は、位置標定結果を用いて、発信源分布を導出する。発信源分布は、構造物で発生したＡＥ発信源が示された分布を表す。位置標定部２０１は、導出した発信源分布を評価部２０２に出力する。
　評価部２０２は、位置標定部２０１から出力された発信源分布を入力とする。評価部２０２は、入力された発信源分布に基づいて構造物の健全性を評価する。例えば、評価部２０２は、発信源分布における弾性波の特徴量から構造物の劣化状態を評価する。発信源分布における弾性波の特徴量とは、ＡＥ発信源の密度に相当する。具体的な処理としては、評価部２０２は、発信源分布に基づいて、ＡＥ発信源の密度が第一の閾値未満の領域を構造物の劣化が生じている領域と評価する。評価部２０２は、評価結果を表示部２０３に表示させる。第一の閾値は、予め設定されていてもよいし、適宜設定されてもよい。
　表示部２０３は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の画像表示装置である。表示部２０３は、評価部２０２の制御に従って評価結果を表示する。表示部２０３は、画像表示装置を構造物評価装置２０に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部２０３は、評価結果を表示するための映像信号を生成し、自身に接続されている画像表示装置に映像信号を出力する。
　図２は、降雨による弾性波の伝播の様子を示した図である。図２に示すように、雨滴３１が路面３２に衝突すると、衝突した位置から弾性波３３が生じる。弾性波３３は、床版内部を伝わって下面にも伝播する。下面に設置されたＡＥセンサ１０に到達するまで十分な振幅を保った弾性波３３は、ＡＥセンサ１０により検出される。位置標定部２０１は、損傷による弾性波３３の場合と同様に、雨によって発生した弾性波３３に対して位置標定を行うことにより雨滴３１のおおよその衝突位置を特定することができる。このように、微小物体の衝突により生じる衝撃は、ＡＥセンサ１０を設置した面に相対する面（図２では、路面３２）へ加わる衝撃である。
　しかしながら、床版内部に大きな水平亀裂３４が入っていた場合、路面３２に衝突した雨滴３１によって発生した弾性波３３は亀裂によって遮られたり、亀裂を迂回したり、減衰したりする。そのため、亀裂直下に位置するＡＥセンサ１０には十分な振幅を保った弾性波３３が到達しにくくなる。したがって、大きな水平亀裂３４を有する床版下面において、位置標定部２０１がＡＥ発信源の位置標定を行った場合、標定されるＡＥ発信源が少なくなる。降雨による雨滴３１の路面３２への衝突は、領域全体に対して、ランダムで均等な頻度で生じる。そのため、大きな損傷を有しない床版の下面では弾性波３３が検出され、ＡＥ発信源の位置標定が行われると領域全域にまんべんなくＡＥ発信源が標定される。一方、床版内部に大きな損傷を有する場合は、損傷部直下でのＡＥ発信源の密度が少なくなることが想定される。本実施形態における構造物評価装置２０は、このような想定に基づいて構造物の健全性を評価する。
　図３は、ある測定期間中の弾性波発生数の推移を表す図である。図３において、横軸は測定期間中の時刻（ｈｏｕｒ）を表し、縦軸はヒット数を表す。ヒット数は、弾性波の検出数である。ヒット数は、例えば３０分毎の弾性波の検出数を表す。図３において、測定期間０時間～１２０時間までのヒット数は、平常時の弾性波の検出数である。測定期間１２０時間～１４０時間までの間におけるヒット数においては、平常時（測定期間０時間～１２０時間）の弾性波の発生数に比べて非常に多くの弾性波３５が観測されている期間がある（図３の符号３５）。この時間には、強めの風をともなう降雨が観測されている。ゲリラ豪雨等の激しい降雨の際は、このように短時間に大量の弾性波が発生する。ＡＥセンサ１０は、非常に高感度な圧電センサであるため、降雨による構造物への衝撃など、床版の損傷に起因しない要因で発生する弾性波も検出する。このため、降雨などはＡＥセンサ１０を用いた損傷の検出にとってノイズ源となってしまうことがある。
　これに対して、構造物評価装置２０における位置標定部２０１は、図３に示すような大量の弾性波が検出された時刻（以下、「対象時刻」という。）を含む所定の期間内のＡＥ信号を、構造物への衝撃による複数のＡＥ信号として用いて発信源分布を導出する。大量の弾性波が検出されたか否かの判定は、ある時刻において検出された弾性波が第二の閾値以上であるか否かで行われる。ある時刻において検出された弾性波の数が第二の閾値以上である場合には、大量の弾性波が検出されたと判定される。一方、ある時刻において検出された弾性波の数が第二の閾値未満である場合には、大量の弾性波が検出されていないと判定される。なお、第二の閾値は、予め設定されていてもよいし、適宜設定されてもよい。また、所定の期間は、対象時刻を基準として前後所定の時間（例えば、前後５分）であってもよいし、対象時刻が含まれていれば対象時刻の前の期間であってもよいし、対象時刻の後の期間であってもよい。
　図４は、所定の期間内のＡＥ信号を用いて導出された発信源分布の一例を示す図である。図４において、横軸と縦軸は評価対象となる構造物の特定位置からの水平方向の長さ（ｍｍ）と垂直方向の長さ（ｍｍ）を表す。図４では、図３における降雨中の約１０分間（例えば、測定期間１２０時間～１３０時間の間において非常に多くの弾性波３５が観測された時刻（符号３５）を含む約１０分間）のＡＥ信号を用いてＡＥ発信源を標定した結果が示されている。図中の＋印は、ＡＥセンサ１０の設置位置を表す。評価対象の構造物の領域全体にＡＥ発信源が分布している中で、中央の領域３６にほとんどＡＥ発信源が標定されていない。評価部２０２は、このようにＡＥ発信源の密度が第一の閾値未満の領域（図４における領域３６）を構造物の劣化が生じている領域と評価する。なお、評価部２０２が、評価対象とする領域はどのような領域であってもよい。例えば、評価部２０２は、４つのＡＥセンサ１０で囲まれる領域毎に評価を行ってもよいし、４つ以上のＡＥセンサ１０で囲まれる領域毎に評価を行ってもよいし、３つのＡＥセンサ１０で囲まれる領域毎に評価を行ってもよいし、範囲が指定された領域毎に評価を行ってもよい。
　図５は、構造物評価装置２０の評価処理の流れを表すフローチャートである。なお、図５では、弾性波の検出数が第二の閾値以上となった場合に実行される。また、不図示のバッファには、信号処理部１１から出力されたＡＥ信号が蓄積されているものとする。
　位置標定部２０１は、所定の期間内のＡＥ信号を不図示のバッファから取得する（ステップＳ１０１）。すなわち、位置標定部２０１は、対象時刻を含む所定の期間内のＡＥ信号を不図示のバッファから取得する。位置標定部２０１は、取得した複数のＡＥ信号を用いて、それぞれＡＥ発信源の位置標定を行う（ステップＳ１０２）。その後、位置標定部２０１は、位置標定の結果に基づいて発信源分布を導出する（ステップＳ１０３）。
　位置標定部２０１は、生成した発信源分布を評価部２０２に出力する。評価部２０２は、位置標定部２０１から出力された発信源分布を用いて、ＡＥ発信源の密度が第一の閾値未満の領域があるか否か判定する（ステップＳ１０４）。ＡＥ発信源の密度が第一の閾値未満の領域がある場合（ステップＳ１０４－ＹＥＳ）、評価部２０２は第一の閾値未満の領域を構造物の劣化が生じている領域と評価する（ステップＳ１０５）。
　一方、ＡＥ発信源の密度が第一の閾値未満の領域がない場合（ステップＳ１０４－ＮＯ）、評価部２０２は構造物の劣化が生じている領域がないと評価する（ステップＳ１０６）。評価部２０２は、評価結果を表示部２０３に表示させる。例えば、評価部２０２は、発信源分布において劣化が生じている領域を他の領域と異なる態様で評価結果を表示させる。他の領域と異なる態様としては、劣化が生じている領域を色付けすること、円などで囲むこと、劣化が生じている領域を文字で表示させるなどが挙げられる。表示部２０３は、評価部２０２の制御に従って、評価結果を表示する。
　以上のように構成された構造物評価システム１００によれば、効率的に構造物の評価を行うことが可能になる。以下、この効果について詳細に説明する。
　構造物評価装置２０は、構造物への衝撃によるＡＥ信号を用いることで、大量のＡＥ発信源を含む発信源分布を導出する。そして、構造物評価装置２０は、発信源分布に基づいて、ＡＥ発信源の密度が第一の閾値未満の領域を構造物の劣化が生じている領域と評価する。このように、従来ではノイズ源となってしまうデータを利用することによって効率的に構造物の評価を行うことが可能になる。
　また、構造物評価装置２０は、対象時刻を含む所定の期間内のＡＥ信号を、構造物への衝撃によるＡＥ信号として用いることによって発信源分布を導出する。従来では、評価を行うために数十時間の計測が必要となっていた。これと比較して、構造物評価装置２０による手法では、対象時刻を含む所定の期間内のＡＥ信号のみを用いることによって大幅に所要時間を短縮し、効率よく評価を行うことができる。
　以下、構造物評価装置２０の変形例について説明する。
　構造物評価装置２０が備える各機能部は、一部又は全てが別の筺体に備えられていてもよい。例えば、構造物評価装置２０が評価部２０２のみを備えて、位置標定部２０１および表示部２０３が別の筺体に備えられてもよい。このように構成される場合、評価部２０２は、発信源分布を別の筺体から取得し、取得した発信源分布を用いて構造物の健全性を評価する。そして、評価部２０２は、評価結果を別の筺体が備える表示部２０３に出力する。
　このように構成されることによって、発信源分布の導出に既存の装置を用いることによって、構造物評価装置２０の製造コストを抑えることができる。
　信号処理部１１は、構造物評価装置２０に備えられてもよい。このように構成される場合、信号処理部１１は、ＡＥセンサ１０による処理が施されたＡＥ源信号を、ＡＥセンサ１０から直接、又は、不図示の中継装置を介して取得する。
　図１では、複数のＡＥセンサ１０－１～１０－ｎに１台の信号処理部１１が接続されているが、構造物評価システム１００は複数台の信号処理部１１を備え、各ＡＥセンサ１０にそれぞれ信号処理部１１が接続されて複数台のセンサユニットを備えるように構成されてもよい。
　評価部２０２は、対象時刻のＡＥ信号を、構造物への衝撃によるＡＥ信号として用いて発信源分布を導出するように構成されてもよい。
　また、評価部２０２は、出力制御部として動作してもよい。出力制御部は、出力部を制御して、評価結果を出力する。ここで、出力部には、表示部２０３、通信部および印刷部が含まれる。出力部が通信部である場合、出力制御部は通信部を制御して、評価結果を他の装置に送信する。また、出力部が印刷部である場合、出力制御部は印刷部を制御して、評価結果を印刷する。なお、構造物評価装置２０は、出力部として、表示部２０３、通信部および印刷部の一部又は全てを備えて上記の動作を実行してもよい。
　評価部２０２は、発信源分布をコンター図で表示部２０３に表示させてもよい。
　また、弾性波の発生数増加を引き起こす要因は、上記の例（気象現象）に限定される必要はない。より具体的には、弾性波の発生数増加を引き起こす要因である無数の微小物体は、気象現象により発生する物体に限定される必要はない。例えば、無数の微小物体は、散水車による散水、薬剤の散布や散水により発生する物体であってもよいし、打撃を与えることが可能な装置（例えば、金槌）であってもよい。また、打撃としては、上記の他にチェーンドローイングによる打撃でもよいし、タッピングによる打撃でもよい。構造物評価装置２０は、散水車による散水、薬剤の散布や散水により発生する物体や、装置等を用いた多数の打撃といった人工的な行為により発生する衝撃で発生した弾性波の発信源を用いることによって計測のタイミングをコントロールすることができる。そのため、より効率よく診断が可能になる。例えば、散水車による散水の場合、事前に散水車による散水が行われる時刻が分かっている場合、構造物評価システム１００のユーザは、散水車による散水が行われる時刻に構造物評価システム１００を起動させることによって構造物の評価を行う。このように計測のタイミングをコントロールすることができる。また、このような場合には、弾性波の発生するタイミングが予め分かるため、構造物評価システム１００を普段は休止させておき弾性波を発生させるタイミングに合わせて、外部から起動のタイミングを知らせるトリガーを入力することによって消費電力を抑えた運用が可能である。
　計測にかかる電力低減のために、例えば通常は一部のＡＥセンサ１０のみ起動させておき、急激な弾性波の発生数の増加が検出された場合に、他のＡＥセンサ１０を起動させるように構成されてもよい。このように構成された場合の処理について図６及び図７を用いて説明する。
　図６及び図７は、構造物評価システム１００の処理の流れを示すシーケンス図である。
なお、図６及び図７において、処理開始時にはＡＥセンサ１０－１が稼働中で、ＡＥセンサ１０－２が休止中であるとする。休止中とは、装置の全ての機能が休止しているわけではなく、起動に関わる機能のみ動作している状態を表す。
　ＡＥセンサ１０－１は、構造物が発生する弾性波（ＡＥ波）を検出する（ステップＳ２０１）。ＡＥセンサ１０－１は、検出した弾性波を電圧信号（ＡＥ源信号）に変換し、ＡＥ源信号に対して増幅、周波数制限などの処理を施して信号処理部１１に出力する（ステップＳ２０２）。信号処理部１１は、入力したＡＥ源信号に対して、必要とされるノイズ除去、パラメータ抽出などの信号処理を行う（ステップＳ２０３）。信号処理部１１は、信号処理を行うことによって抽出されるＡＥ特徴量に基づく情報をＡＥ信号として構造物評価装置２０に出力する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０１～ステップＳ２０４の処理が繰り返し実行される。信号処理部１１から出力されたＡＥ信号は、不図示のバッファに蓄積される。
　位置標定部２０１が、弾性波の発生数の急激な増加を検出したとする（ステップＳ２０６）。例えば、現時刻における弾性波の発生数と、直前の時刻における弾性波の発生数との差が、第三の閾値を超えた場合に、位置標定部２０１は弾性波の発生数の急激な増加が発生したと検出する。第三の閾値は、予め設定されていてもよいし、適宜設定されてもよい。その後、位置標定部２０１は、弾性波の発生数の急激な増加を検出したことを信号処理部１１に通知する（ステップＳ２０６）。信号処理部１１は、位置標定部２０１から通知を受信すると、休止中のＡＥセンサ１０－２に対して起動信号を送信する（ステップＳ２０７）。起動信号とは、起動処理の実行を指示するための信号である。
　ＡＥセンサ１０－２は、信号処理部１１から起動信号を受信すると起動処理を実行する（ステップＳ２０８）。これにより、ＡＥセンサ１０－２は、休止中から稼働中となる。
ＡＥセンサ１０－１は、構造物が発生する弾性波（ＡＥ波）を検出する（ステップＳ２０９）。ＡＥセンサ１０－１は、検出した弾性波を電圧信号（ＡＥ源信号）に変換し、ＡＥ源信号に対して増幅、周波数制限などの処理を施して信号処理部１１に出力する（ステップＳ２１０）。信号処理部１１は、入力したＡＥ源信号に対して、必要とされるノイズ除去、パラメータ抽出などの信号処理を行う（ステップＳ２１１）。信号処理部１１は、信号処理を行うことによって抽出されるＡＥ特徴量に基づく情報をＡＥ信号として構造物評価装置２０に出力する（ステップＳ２１２）。ステップＳ２０９～ステップＳ２１２の処理が繰り返し実行される。信号処理部１１から出力されたＡＥ信号は、不図示のバッファに蓄積される。
　ＡＥセンサ１０－２は、構造物が発生する弾性波（ＡＥ波）を検出する（ステップＳ２１３）。ＡＥセンサ１０－２は、検出した弾性波を電圧信号（ＡＥ源信号）に変換し、ＡＥ源信号に対して増幅、周波数制限などの処理を施して信号処理部１１に出力する（ステップＳ２１４）。信号処理部１１は、入力したＡＥ源信号に対して、必要とされるノイズ除去、パラメータ抽出などの信号処理を行う（ステップＳ２１５）。信号処理部１１は、信号処理を行うことによって抽出されるＡＥ特徴量に基づく情報をＡＥ信号として構造物評価装置２０に出力する（ステップＳ２１６）。ステップＳ２１３～ステップＳ２１６の処理が繰り返し実行される。信号処理部１１から出力されたＡＥ信号は、不図示のバッファに蓄積される。
　位置標定部２０１は、対象時刻を含む所定の期間内のＡＥ信号を不図示のバッファから取得する。位置標定部２０１は、取得したＡＥ信号を用いて、それぞれＡＥ発信源の位置標定を行う（ステップＳ２１７）。その後、位置標定部２０１は、位置標定の結果に基づいて発信源分布を導出する（ステップＳ２１８）。位置標定部２０１は、導出した発信源分布を評価部２０２に出力する。評価部２０２は、位置標定部２０１から出力された発信源分布を用いて評価を行う（ステップＳ２１９）。評価の方法は、上記の方法と同様であるため省略する。評価部２０２は、評価結果を表示部２０３に表示させる。表示部２０３は、評価部２０２の制御に従って評価結果を表示する（ステップＳ２２０）。
　以上のように構成されることによって、常時、全てのＡＥセンサ１０が稼働している必要がない。そのため、消費電力を低減することができる。
　また、ＡＥセンサ１０の一部又は全てが休止中で、雨量計、カメラ、マイクなどの機器により微小物体を検知した場合に、ＡＥセンサ１０を起動させるように構成されてもよい。また、例えば、計測地域の近傍の雨量、気温、湿度などの気象情報を元に、構造物への衝撃に起因する事象の発生が予想される時刻にＡＥセンサ１０を起動させるといった運用も可能である。
　以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、構造物より発生した弾性波を検出する複数のＡＥセンサ１０と、構造物への衝撃により発生した弾性波から発信源分布を導出する位置標定部２０１と、発信源分布に基づいて得られるＡＥ発信源の密度から構造物の劣化状態を評価する評価部２０２とを持つことにより、効率的に構造物の評価を行うことができる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１０（１０－１～１０－ｎ）…ＡＥセンサ，１１…信号処理部，２０…構造物評価装置，２０１…位置標定部，２０２…評価部，２０３…表示部

Claims (12)

  1. 　構造物より発生した弾性波を検出する複数のセンサと、
    　前記構造物への衝撃により発生した前記弾性波の発信源分布を導出する位置標定部と、
    　前記発信源分布における前記弾性波の特徴量から前記構造物の劣化状態を評価する評価部と、
    　を備える構造物評価システム。
  2. 　前記評価部は、前記弾性波の特徴量が第一の閾値未満の領域を前記構造物の劣化が生じている領域と評価する、請求項１に記載の構造物評価システム。
  3. 　前記位置標定部は、第二の閾値以上の数の弾性波が検出された時刻における弾性波から得られた信号又は前記時刻を含む所定の期間内における弾性波から得られた信号を、前記構造物への衝撃により発生した前記弾性波の信号として用いることによって前記発信源分布を導出する、請求項１又は２に記載の構造物評価システム。
  4. 　前記構造物への衝撃は、無数の微小物体の衝突により生じる衝撃である、請求項１から３のいずれか一項に記載の構造物評価システム。
  5. 　前記微小物体は、構造物の外部から構造物に影響を与える物体である、請求項４に記載の構造物評価システム。
  6. 　前記微小物体は、気象現象により発生する物体である、請求項４又は５に記載の構造物評価システム。
  7. 　前記微小物体の衝突により生じる衝撃は、人工的な行為により発生する衝撃である、請求項４から６のいずれか一項に記載の構造物評価システム。
  8. 　前記微小物体の衝突により生じる衝撃は、前記センサを設置した面に相対する面へ加わる衝撃である、請求項４から７のいずれか一項に記載の構造物評価システム。
  9. 　前記センサの一部が休止状態であり、
    　第三の閾値以上の弾性波が検出された場合に前記休止状態のセンサを起動させる信号処理部をさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の構造物評価システム。
  10. 　前記センサの一部又は全てが休止状態であり、
    　前記構造物への衝撃に起因する事象の発生が予想される時刻に前記休止状態のセンサを起動させる信号処理部をさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の構造物評価システム。
  11. 　構造物への衝撃により発生した前記弾性波の発信源分布を導出する位置標定部と、
    　前記発信源分布における前記弾性波の特徴量から前記構造物の劣化状態を評価する評価部と、
    　を備える構造物評価装置。
  12. 　構造物への衝撃により発生した前記弾性波の発信源分布を導出する位置標定ステップと、
    　前記発信源分布における前記弾性波の特徴量から前記構造物の劣化状態を評価する評価ステップと、
    　を有する構造物評価方法。
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