WO2021117301A1 - 橋梁変位量算出装置、橋梁変位量測定装置、橋梁変位量算出方法、橋梁変位量測定方法、プログラム - Google Patents

橋梁変位量算出装置、橋梁変位量測定装置、橋梁変位量算出方法、橋梁変位量測定方法、プログラム Download PDF

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昭浩 富岡
拓矢 大胡
真太郎 市川
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日本航空電子工業株式会社
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    • G01M5/0008—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of bridges

Definitions

  • the present invention relates to a bridge displacement amount calculation device for calculating a bridge displacement amount generated when a vehicle passes, a bridge displacement amount calculation method, a bridge displacement amount measuring device for measuring a bridge displacement amount, a bridge displacement amount measuring method, and a bridge displacement amount measuring method.
  • a bridge displacement amount calculation method for calculating a bridge displacement amount generated when a vehicle passes
  • a bridge displacement amount calculation method for calculating a bridge displacement amount generated when a vehicle passes
  • a bridge displacement amount calculation method for measuring a bridge displacement amount
  • a bridge displacement amount measuring method for measuring a bridge displacement amount
  • a bridge displacement amount measuring method for measuring a bridge displacement amount
  • a bridge displacement amount measuring method for measuring a bridge displacement amount measuring method
  • a bridge displacement amount measuring method for measuring a bridge displacement amount measuring method
  • a bridge displacement amount measuring method for measuring a bridge displacement amount measuring method
  • a bridge displacement amount measuring method for measuring a bridge displacement amount measuring method
  • a bridge displacement amount measuring method for measuring a bridge displacement amount measuring method
  • Patent Document 1 and the like are known as a conventional technique for obtaining the displacement amount of a bridge by integrating the output of an acceleration sensor installed on the bridge in the second order.
  • the receiving unit 121 of the displacement amount calculation device 12 continuously receives the measured value of the accelerometer attached to the superstructure of the bridge.
  • the first calculation unit 1231 of the calculation unit 123 calculates the displacement amount by integrating the measured values of the accelerometer on the second order.
  • the displacement amount calculated by the first calculation unit 1231 has the gravity component included in the measured value of the accelerometer and a part of the integration error due to the measurement error removed.
  • the second calculation unit 1232 of the calculation unit 123 specifies a spline curve whose control point is the bottom that appears before and after the timing at which the smoothed displacement amount, which is the smoothed displacement amount calculated by the first calculation unit 1231, shows a peak. To do. The second calculation unit 1232 subtracts the value indicated by the spline curve from the displacement amount calculated by the first calculation unit 1231 to remove the integration error remaining in the displacement amount calculated by the first calculation unit 1231. ] Is described.
  • FIG. 1 is FIG. 3 of Patent Document 1.
  • Patent Document 1 has a problem that it is necessary to specify the analysis period (in Patent Document 1, the first control point and the second control point) from the acquired data in order to specify the spline curve. (See paragraph 0065 of Patent Document 1 and the like).
  • An object of the present invention is to obtain the displacement amount of a bridge without specifying the analysis period.
  • the bridge displacement amount calculation device of the present invention calculates the displacement amount of the bridge that occurs when the vehicle passes, based on the acceleration data at a predetermined position of the bridge.
  • the bridge displacement amount calculation device includes a DC component removing unit, a high-pass filter unit, a first integrating unit, and a second integrating unit.
  • the DC component removing unit removes the DC component of the acceleration data and outputs the DC removal acceleration data.
  • the high-pass filter unit reduces the low-frequency component of the input data by using the reciprocal of the time the vehicle passes between the bridge frames as the cutoff frequency.
  • the first integration unit integrates the input data and outputs it.
  • the second integration unit integrates the input data and outputs the displacement amount data.
  • the bridge displacement amount calculation device performs the following first process or second process.
  • the high-pass filter unit receives the DC elimination acceleration data as an input
  • the first integration unit receives the output of the high-pass filter unit as an input
  • the second integration unit receives the output of the first integration unit as an input.
  • the first integration unit receives the DC elimination acceleration data as an input
  • the high-pass filter unit receives the output of the first integration unit as an input
  • the second integration unit receives the output of the high-pass filter unit as an input.
  • the bridge displacement amount measuring device of the present invention includes an acceleration sensor that acquires acceleration data at a predetermined position of the bridge, a cutoff frequency determining unit, and a bridge displacement amount calculating device of the present invention.
  • the low frequency component of the input data is reduced by using the inverse number of the time for the vehicle to pass between the bridge frames as the cutoff frequency. Since the measurement error included in the acceleration data can be reduced, the displacement amount of the bridge can be obtained while avoiding the accumulation of the error due to the integration. Further, in the present invention, it is not necessary to specify the analysis period.
  • FIG. 3 of Patent Document 1 The figure which shows the functional configuration example of the bridge displacement amount calculation device and the bridge displacement amount measurement device of this invention.
  • Side view of the experimental bridge Side view of the experimental bridge.
  • Top view of the experimental bridge The figure which shows the example of the DC removal acceleration data in the processing flow of FIG.
  • the figure which shows the output of the 1st integration part when the output of the high-pass filter part in the processing flow of FIG. 3 is input.
  • the figure which shows the example of the DC removal acceleration data in the processing flow of FIG. The figure which shows the output of the 1st integration part at the time of inputting the DC elimination acceleration data in the processing flow of FIG.
  • FIG. 2 shows an example of the functional configuration of the bridge displacement amount calculation device and the bridge displacement amount measurement device of the present invention.
  • FIG. 3 shows the processing flow of the first bridge displacement calculation method of the present invention
  • FIG. 4 shows the processing flow of the second bridge displacement calculation method of the present invention.
  • FIG. 5 shows the processing flow of the first bridge displacement measuring method of the present invention
  • FIG. 6 shows the processing flow of the second bridge displacement measuring method of the present invention.
  • the bridge displacement amount calculation device 100 calculates the displacement amount of the bridge that occurs when the vehicle passes, based on the acceleration data at a predetermined position of the bridge.
  • the bridge displacement amount calculation device 100 includes a DC component removing unit 110, a high-pass filter unit 120, a first integration unit 130, and a second integration unit 140.
  • the DC component removing unit 110 removes the DC component of the acceleration data and outputs the DC removed acceleration data (S110).
  • the high-pass filter unit 120 reduces the low-frequency component of the input data by using the reciprocal of the time that the vehicle passes between the bridge frames as the cutoff frequency (S120 or S125).
  • "Skeleton" means to include both piers and piers.
  • Lengths related to "between frames” include girder length and span length, but the difference between the girder length and span length does not significantly affect the calculation result of the bridge displacement amount calculation device 100. Either length may be used. Further, the "between the skeletons" may be determined by using a definition other than the definition of the length related to the existing bridge. For example, the distance between the skeletons may be obtained based on the measured values in a predetermined procedure. The reduction of low frequency components may be due to various characteristics, but it does not have to be strictly specified. It may be reduced by about 3 dB in the vicinity of the cutoff frequency.
  • the first integration unit 130 integrates the input data and outputs it (S130 or S135).
  • the bridge displacement amount calculation device 100 performs the following first process or second process.
  • the high-pass filter unit 120 inputs the DC elimination acceleration data
  • the first integration unit 130 inputs the output of the high-pass filter unit 120
  • the second integration unit 140 is the first.
  • the output of the integrating unit 130 is used as an input.
  • the first integrating unit 130 inputs the DC elimination acceleration data
  • the high-pass filter unit 120 inputs the output of the first integrating unit 130
  • the second integrating unit 140 inputs the high-pass.
  • the output of the filter unit 120 is used as an input.
  • the second integration unit 140 integrates the input data and outputs the displacement amount data (S140). That is, in the case of the first process, the second integrating unit 140 integrates the output of the first integrating unit 130 and outputs the displacement amount data. In the case of the second process, the second integration unit 140 integrates the output of the high-pass filter unit 120 and outputs the displacement amount data.
  • the bridge displacement amount measuring device 200 includes at least an acceleration sensor 210, a cutoff frequency determining unit 240, and a bridge displacement amount calculating device 100.
  • the acceleration sensor 210 is attached to a predetermined position on the bridge and acquires acceleration data (S210).
  • the cutoff frequency determination unit 240 determines the cutoff frequency (S241 or S242).
  • the bridge displacement amount measuring device 200 may include a vehicle passing sensor 220 or a vehicle speed sensor 230.
  • the vehicle passage sensor 220 detects a vehicle passing through each position of two adjacent skeletons of a bridge (S220).
  • the vehicle passage sensor 220 is a set of two sensors, and may be arranged on the road above each skeleton to detect the passage of the vehicle.
  • the cutoff frequency determination unit 240 acquires the time for the vehicle to pass between the skeletons from the time interval between the passage of the vehicle detected by one sensor of the vehicle passage sensor 220 and the passage of the vehicle detected by the other sensor. The inverse number of time is determined as the cutoff frequency (S241).
  • the vehicle speed sensor 230 measures the speed of the vehicle passing through the bridge (S230).
  • the speed of the vehicle passing through the bridge is not always constant, but it may be accurate enough to require the approximate time to pass between the skeletons.
  • the cutoff frequency determination unit 240 may record the data of the interval between the skeletons, and the reciprocal of the time for the vehicle to pass between the skeletons at a predetermined speed may be used as the cutoff frequency. In this case, neither the vehicle passage sensor 220 nor the vehicle speed sensor 230 (steps S220 and S230) is required.
  • the bridge displacement amount calculation device 100 and the bridge displacement amount measurement device 200 of the present invention are mainly used for maintenance and inspection of the bridge. For example, deterioration of a bridge can be diagnosed by determining the amount of displacement of a vehicle having a known weight while traveling on the bridge at a substantially constant speed during a time period when a general vehicle hardly passes. Since the purpose of the present invention is to maintain and inspect the bridge in this way, there may be a sudden change in speed regardless of whether the vehicle passing sensor 220 or the vehicle speed sensor 230 is used, and a plurality of vehicles pass at the same time. You don't have to think about doing it. Further, if the traveling speed of the vehicle for inspection is determined in advance, the measurement can be performed without the vehicle passing sensor 220 and the vehicle speed sensor 230.
  • the bridge displacement amount calculation device 100 calculates the displacement amount of the bridge based on the acquired acceleration data and the determined cutoff frequency (S100, S105).
  • FIG. 7A and 7B show the experimental bridges.
  • FIG. 7A is a side view of the bridge
  • FIG. 7B is a plan view of the bridge.
  • Accelerometers were installed at approximately the center of the piers P3 and P4 to measure the acceleration when the vehicle was passing.
  • the distance between the pier P3 and the pier P4 is 80,000 mm (80 m).
  • FIG. 8A, 8B, 8C show an example of data in the processing flow of FIG. 3, and FIGS. 9A, 9B, 9C show an example of data in the processing flow of FIG.
  • the horizontal axis is time (seconds), and the vehicle passes the pier P3 around 27 seconds and the pier P4 around 35 seconds.
  • 8A and 9A show DC elimination acceleration data (data obtained by removing the DC component from the data acquired by the acceleration sensor 210).
  • the vertical axis shows the acceleration (mm / s 2 ).
  • 8A and 9A are the same data.
  • FIG. 8B shows the output of the high-pass filter unit 120 when the DC elimination acceleration data is input.
  • the vertical axis shows the acceleration (mm / s 2 ).
  • FIGS. 8C and 9C show the output of the first integration unit 130 when the output of the high-pass filter unit 120 is used as an input.
  • the vertical axis shows the speed (mm / s).
  • FIG. 9B shows the output of the first integrating unit 130 when the DC elimination acceleration data is input.
  • the vertical axis shows the speed (mm / s).
  • FIG. 9C shows the output of the high-pass filter unit 120 when the output of the first integration unit 130 is used as an input.
  • the vertical axis shows the speed (mm / s). From FIGS. 8C and 9C, it can be seen that the results are almost the same even if the order of the high-pass filter and the integration is changed. Since the time to pass between the skeletons is about 8 seconds, the frequency component of about 0.12 Hz or less is reduced.
  • FIG. 10A, 10B, and 10C are diagrams showing the results of obtaining the displacement from the acceleration.
  • FIG. 10A is DC elimination acceleration data, which is the same as that of FIGS. 8A and 9A.
  • FIG. 10B is the same as that in FIG. 9C, and is data obtained by integrating acceleration data once and reducing low frequency components by a high-pass filter.
  • FIG. 10C is data obtained by further integrating FIG. 10B (displacement amount which is the output of the second integrating unit 140) and displacement amount data measured by a laser Doppler vibrometer.
  • “P” is the displacement amount that is the output of the second integrating unit 140
  • “L” is the displacement amount measured by the laser Doppler vibrometer.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example when the cutoff frequency is changed.
  • FIG. 11 adds the result of obtaining the displacement amount to FIG. 10C with the cutoff frequency of the high-pass filter set to 0.2 Hz.
  • the displacement data when the cutoff frequency is 0.2 Hz is indicated by "Q". It can be seen that if a frequency that is too high is set as the cutoff frequency, the calculation result of the displacement amount becomes small.
  • FIG. 12 is a diagram for showing an example in the case where the low frequency component is not reduced.
  • the vertical axis of FIG. 12 has a different scale from the vertical axis of FIGS. 10C and 11, but is a displacement amount.
  • the data with "P” in FIG. 12 is the same as the data with "P” in FIGS. 10C and 11.
  • the data marked with "N” indicates the data obtained by second-order integrating the DC elimination acceleration data without using the high-pass filter unit 120. It can be seen that if the high-pass filter unit 120 is not used, errors are accumulated by integration.
  • the cutoff frequency may be the reciprocal of the time for the vehicle to pass between the bridge frames. More detailed frequency characteristics may be appropriately designed in consideration of the required measurement accuracy and the like.
  • a high-pass filter whose cutoff frequency is the reciprocal of the time the vehicle passes between the bridge frames. The accelerometer is fixed to the bridge. Since the bridge bends when the bridge is displaced, the direction of gravity changes slightly for the accelerometer when the bridge is not displaced and when the bridge is displaced. It is considered that the subtle change in the direction of gravity when the bridge is displaced becomes a measurement error and accumulates by integration. Since the deflection of the bridge is caused by the passage of the vehicle, there should be no component with a period longer than the time the vehicle passes between the bridge frames (frequency lower than the cutoff frequency). Therefore, in the present invention, a high-pass filter is used in which the reciprocal of the time during which the vehicle passes between the skeletons of the bridge is used as the cutoff frequency.
  • the low frequency component of the input data is reduced by using the inverse number of the time for the vehicle to pass between the bridge frames as the cutoff frequency. Since the measurement error included in the acceleration data can be reduced, the displacement amount of the bridge can be obtained while avoiding the accumulation of the error due to the integration. In addition, it is not necessary to specify the analysis period, and it is not necessary to know the exact time when the vehicle passed over the skeleton.
  • the recording unit 2020 of the computer 2000 shown in FIG. 13 is made to read a program for executing each step of the above method, and the control unit 2010, the input unit 2030, the output unit 2040, the display unit 2050, and the like operate. It can be carried out by letting it.
  • the program that describes this processing content can be recorded on a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium may be, for example, a magnetic recording device, an optical disk, a photomagnetic recording medium, a semiconductor memory, or the like.
  • the distribution of this program is carried out, for example, by selling, transferring, renting, etc., a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM on which the program is recorded. Further, the program may be stored in the storage device of the server computer, and the program may be distributed by transferring the program from the server computer to another computer via a network.
  • a computer that executes such a program first stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage device. Then, when the process is executed, the computer reads the program stored in its own recording medium and executes the process according to the read program. Further, as another execution form of this program, a computer may read the program directly from a portable recording medium and execute processing according to the program, and further, the program is transferred from the server computer to this computer. Each time, the processing according to the received program may be executed sequentially. In addition, the above processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition without transferring the program from the server computer to this computer. May be.
  • the program in this embodiment includes information to be used for processing by a computer and equivalent to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property of defining the processing of the computer, etc.).
  • the present device is configured by executing a predetermined program on the computer, but at least a part of these processing contents may be realized by hardware.
  • Bridge displacement calculation device 110 DC component removal unit 120 High-pass filter unit 130 1st integration unit 140 2nd integration unit 200 Bridge displacement measurement device 210 Accelerometer 220 Vehicle passing sensor 230 Vehicle speed sensor 240 Cutoff frequency determination unit

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Abstract

解析期間を特定することなく、橋梁の変位量を求める。橋梁変位量算出装置は、直流成分除去部、ハイパスフィルタ部、第１積分部、第２積分部を備える。直流成分除去部は、直流除去加速度データを出力する。ハイパスフィルタ部は、橋梁の躯体の間を車両が通過する時間の逆数を遮断周波数とする。第１積分部は、入力されたデータを積分する。第２積分部は、入力されたデータを積分し、変位量データを出力する。ハイパスフィルタ部は直流除去加速度データを入力とし、第１積分部はハイパスフィルタ部の出力を入力とし、第２積分部は第１積分部の出力を入力とする、または、第１積分部は直流除去加速度データを入力とし、ハイパスフィルタ部は第１積分部の出力を入力とし、第２積分部はハイパスフィルタ部の出力を入力とする。橋梁変位量測定装置は、加速度センサと遮断周波数決定部と橋梁変位量算出装置を備える。

Description

橋梁変位量算出装置、橋梁変位量測定装置、橋梁変位量算出方法、橋梁変位量測定方法、プログラム
　本発明は、車両が通過したときに生じる橋梁の変位量を算出する橋梁変位量算出装置、橋梁変位量算出方法、橋梁の変位量を測定する橋梁変位量測定装置、橋梁変位量測定方法、および、橋梁変位量算出方法または橋梁変位量測定方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
　橋梁に設置した加速度センサの出力を２階積分することで橋梁の変位量を求める従来技術として特許文献１などが知られている。特許文献１の要約には、『変位量算出装置１２の受信部１２１は橋梁の上部構造に取り付けられた加速度計の計測値を継続的に受信する。演算部１２３の第１演算部１２３１は、加速度計の計測値を２階積分して変位量を算出する。第１演算部１２３１により算出される変位量は、加速度計の計測値に含まれる重力成分と計測誤差に起因する積分誤差の一部が除去されている。演算部１２３の第２演算部１２３２は、第１演算部１２３１により算出された変位量を平滑化した平滑化変位量がピークを示すタイミングの前後に出現するボトムを制御点とするスプライン曲線を特定する。第２演算部１２３２は、第１演算部１２３１により算出された変位量からスプライン曲線が示す値を減算して、第１演算部１２３１により算出される変位量に残存する積分誤差を除去する。』と記載されている。図１は、特許文献１の図３である。
特開２０１８－２０４９５２号公報
　しかしながら、特許文献１の技術は、スプライン曲線を特定するために、取得したデータから解析期間（特許文献１では、第１の制御点と第２の制御点）を特定する必要があるという課題がある（特許文献１の段落００６５など参照）。
　本発明は、解析期間を特定することなく、橋梁の変位量を求めることを目的とする。
　本発明の橋梁変位量算出装置は、車両が通過したときに生じる橋梁の変位量を、橋梁の所定箇所の加速度データに基づいて算出する。橋梁変位量算出装置は、直流成分除去部、ハイパスフィルタ部、第１積分部、第２積分部を備える。直流成分除去部は、加速度データの直流成分を除去し、直流除去加速度データを出力する。ハイパスフィルタ部は、橋梁の躯体の間を車両が通過する時間の逆数を遮断周波数として、入力されたデータの低周波成分を低減する。第１積分部は、入力されたデータを積分し、出力する。第２積分部は、入力されたデータを積分し、変位量データを出力する。橋梁変位量算出装置は、以下の第１の処理、または第２の処理を行う。第１の処理は、ハイパスフィルタ部は直流除去加速度データを入力とし、第１積分部はハイパスフィルタ部の出力を入力とし、第２積分部は第１積分部の出力を入力とする。第２の処理は、第１積分部は直流除去加速度データを入力とし、ハイパスフィルタ部は第１積分部の出力を入力とし、第２積分部はハイパスフィルタ部の出力を入力とする。本発明の橋梁変位量測定装置は、橋梁の所定箇所の加速度データを取得する加速度センサと遮断周波数決定部と本発明の橋梁変位量算出装置とを備える。
　本発明の橋梁変位量算出装置、橋梁変位量測定装置によれば、橋梁の躯体の間を車両が通過する時間の逆数を遮断周波数として、入力されたデータの低周波成分を低減することで、加速度データに含まれている測定誤差を低減できるので、積分による誤差の蓄積を避けて橋梁の変位量を求めることができる。また、この発明では、解析期間を特定する必要がない。
特許文献１の図３。 本発明の橋梁変位量算出装置と橋梁変位量測定装置の機能構成例を示す図。 本発明の第１の橋梁変位量算出方法の処理フローを示す図。 本発明の第２の橋梁変位量算出方法の処理フローを示す図。 本発明の第１の橋梁変位量測定方法の処理フローを示す図。 本発明の第２の橋梁変位量測定方法の処理フローを示す図。 実験した橋梁の側面図。 実験した橋梁の平面図。 図３の処理フローでの直流除去加速度データの例を示す図。 図３の処理フローでの直流除去加速度データを入力したときのハイパスフィルタ部の出力を示す図。 図３の処理フローでのハイパスフィルタ部の出力を入力としたときの第１積分部の出力を示す図。 図４の処理フローでの直流除去加速度データの例を示す図。 図４の処理フローでの直流除去加速度データを入力したときの第１積分部の出力を示す図。 図４の処理フローでの第１積分部の出力を入力としたときのハイパスフィルタ部の出力を示す図。 加速度から変位を求めた結果を示す図であって、直流除去加速度データを示す図。 加速度から変位を求めた結果を示す図であって、加速度データを１回積分し、ハイパスフィルタによって低周波成分を低減したデータを示す図。 加速度から変位を求めた結果を示す図であって、図１０Ｂをさらに積分したデータと、レーザードップラー変位計で測定した変位量のデータを示す図。 遮断周波数を変更した場合の例を示す図。 低周波成分を低減しない場合の例を示す図。 コンピュータの機能構成例を示す図。
　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
　図２に本発明の橋梁変位量算出装置と橋梁変位量測定装置の機能構成例を示す。図３に本発明の第１の橋梁変位量算出方法の処理フローを、図４に本発明の第２の橋梁変位量算出方法の処理フローを示す。図５に本発明の第１の橋梁変位量測定方法の処理フローを、図６に本発明の第２の橋梁変位量測定方法の処理フローを示す。
＜橋梁変位量算出装置と橋梁変位量算出方法＞
　橋梁変位量算出装置１００は、車両が通過したときに生じる橋梁の変位量を、橋梁の所定箇所の加速度データに基づいて算出する。橋梁変位量算出装置１００は、直流成分除去部１１０、ハイパスフィルタ部１２０、第１積分部１３０、第２積分部１４０を備える。直流成分除去部１１０は、加速度データの直流成分を除去し、直流除去加速度データを出力する（Ｓ１１０）。ハイパスフィルタ部１２０は、橋梁の躯体の間を車両が通過する時間の逆数を遮断周波数として、入力されたデータの低周波成分を低減する（Ｓ１２０またはＳ１２５）。「躯体」とは、橋台と橋脚の両方を含む意味である。「躯体の間」に関連する長さには桁長、支間長などがあるが、桁長と支間長との差が橋梁変位量算出装置１００の算出結果に大きな影響を与えることはないので、どちらの長さを用いてもよい。また、「躯体の間」を、既存の橋梁に関連する長さの定義以外の定義を用いて決めてもよい。例えば、あらかじめ定めた手順での実測値に基づいて躯体の間隔を求めてもよい。低周波成分の低減には、いろいろな特性での低減があり得るが、厳密に規定する必要はない。遮断周波数の近傍で３ｄＢ程度低減すればよい。
　第１積分部１３０は、入力されたデータを積分し、出力する（Ｓ１３０またはＳ１３５）。橋梁変位量算出装置１００は、以下の第１の処理、または第２の処理を行う。第１の処理（図３参照）の場合は、ハイパスフィルタ部１２０は直流除去加速度データを入力とし、第１積分部１３０はハイパスフィルタ部１２０の出力を入力とし、第２積分部１４０は第１積分部１３０の出力を入力とする。第２の処理（図４参照）の場合は、第１積分部１３０は直流除去加速度データを入力とし、ハイパスフィルタ部１２０は第１積分部１３０の出力を入力とし、第２積分部１４０はハイパスフィルタ部１２０の出力を入力とする。
　第２積分部１４０は、入力されたデータを積分し、変位量データを出力する（Ｓ１４０）。つまり、第１の処理の場合は、第２積分部１４０は、第１積分部１３０の出力を積分し、変位量データを出力する。第２の処理の場合は、第２積分部１４０は、ハイパスフィルタ部１２０の出力を積分し、変位量データを出力する。
＜橋梁変位量測定装置と橋梁変位量測定方法＞
　橋梁変位量測定装置２００は、少なくとも加速度センサ２１０と遮断周波数決定部２４０と橋梁変位量算出装置１００とを備える。加速度センサ２１０は、橋梁の所定箇所に取り付けられ、加速度データを取得する（Ｓ２１０）。
　遮断周波数決定部２４０は、遮断周波数を決定する（Ｓ２４１またはＳ２４２）。例えば、橋梁変位量測定装置２００は、車両通過センサ２２０または車両速度センサ２３０を備えればよい。車両通過センサ２２０は、橋梁の隣り合う２つの躯体のそれぞれの位置を通過する車両を検知する（Ｓ２２０）。例えば、車両通過センサ２２０は２つのセンサの組であり、それぞれの躯体の上部の道路に配置して車両の通過を検知すればよい。遮断周波数決定部２４０は、車両通過センサ２２０の一方のセンサが検知した車両の通過と他方のセンサが検知した車両の通過の時間間隔から、躯体の間を車両が通過する時間を取得し、その時間の逆数を遮断周波数として決定する（Ｓ２４１）。車両通過センサ２２０を用いる場合は、躯体の間隔のデータを記録しておく必要はない。車両速度センサ２３０は、橋梁を通過する車両の速度を計測する（Ｓ２３０）。橋梁を通過する車両の速度は一定とは限らないが、躯体の間を通過するおおよその時間を求められる程度の精度でよい。この場合は、遮断周波数決定部２４０は、躯体の間隔のデータをあらかじめ記録しておき、車両速度センサの出力と橋梁の隣り合う２つの躯体の間隔に基づいて遮断周波数を決定する（Ｓ２４２）。具体的には、
　遮断周波数＝１／（躯体の間隔／速度）
のように遮断周波数を求めればよい。また、遮断周波数決定部２４０は、躯体の間隔のデータを記録しておき、あらかじめ定めた速度の場合の躯体の間を車両が通過する時間の逆数を、遮断周波数としてもよい。この場合は、車両通過センサ２２０も車両速度センサ２３０（ステップＳ２２０，Ｓ２３０）も不要である。
　なお、本発明の橋梁変位量算出装置１００も橋梁変位量測定装置２００も、主に橋梁の保守点検に利用する。例えば、一般車両がほとんど通過しない時間帯に、重量が既知の車両を、ほぼ一定の速度で橋梁を走行させて変位量を求めれば、橋梁の劣化を診断できる。本発明では、このように橋梁の保守点検を目的としているので、車両通過センサ２２０を用いる場合も車両速度センサ２３０を用いる場合も、急激な速度の変化があり得ること、複数の車両が同時に通過することを考慮する必要はない。また、点検用の車両が走行する速度をあらかじめ決めておけば、車両通過センサ２２０も車両速度センサ２３０も備えなくても測定は可能である。
　橋梁変位量算出装置１００は、取得した加速度データと決定された遮断周波数に基づいて橋梁の変位量を算出する（Ｓ１００，Ｓ１０５）。
＜実験＞
　図７Ａ，７Ｂに実験した橋梁の図を示す。図７Ａは橋梁の側面図、図７Ｂは橋梁の平面図である。橋脚Ｐ３と橋脚Ｐ４のほぼ中央部分に加速度センサを設置して車両通行時の加速度を測定した。橋脚Ｐ３と橋脚Ｐ４の間隔は８００００ｍｍ（８０ｍ）である。
　図８Ａ，８Ｂ，８Ｃに図３の処理フローでのデータの例、図９Ａ，９Ｂ，９Ｃに図４の処理フローでのデータの例を示す。横軸は時間（秒）であり、車両は２７秒のあたりに橋脚Ｐ３を通過し、３５秒のあたりで橋脚Ｐ４を通過している。図８Ａと図９Ａは、直流除去加速度データ（加速度センサ２１０で取得したデータから直流成分を除去したデータ）を示している。縦軸は加速度（ｍｍ／ｓ２）を示している。図８Ａと図９Ａは同じデータである。図８Ｂは、直流除去加速度データを入力したときのハイパスフィルタ部１２０の出力を示している。縦軸は加速度（ｍｍ／ｓ２）を示している。図８Ｃは、ハイパスフィルタ部１２０の出力を入力としたときの第１積分部１３０の出力を示している。縦軸は速度（ｍｍ／ｓ）を示している。図９Ｂは、直流除去加速度データを入力したときの第１積分部１３０の出力を示している。縦軸は速度（ｍｍ／ｓ）を示している。図９Ｃは、第１積分部１３０の出力を入力としたときのハイパスフィルタ部１２０の出力を示している。縦軸は速度（ｍｍ／ｓ）を示している。図８Ｃと図９Ｃから、ハイパスフィルタと積分の順番を入れ替えても、結果はほぼ同じであることが分かる。なお、躯体の間を通過する時間が８秒程度なので、約０．１２Ｈｚ以下の周波数成分を低減している。
　図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、加速度から変位を求めた結果を示す図である。図１０Ａは、直流除去加速度データであり、図８Ａ，図９Ａと同じである。図１０Ｂは図９Ｃと同じであり、加速度データを１回積分し、ハイパスフィルタによって低周波成分を低減したデータである。図１０Ｃは、図１０Ｂをさらに積分したデータ（第２積分部１４０の出力である変位量）と、レーザードップラー変位計で測定した変位量のデータである。「Ｐ」を付しているのは第２積分部１４０の出力である変位量であり、「Ｌ」を付しているのはレーザードップラー変位計で測定した変位量である。多少のずれはあるが、橋梁変位量算出装置１００で求めた変位量とレーザードップラー変位計で測定した変位量は、全体的には同様の変位を示している。
　図１１は、遮断周波数を変更した場合の例を示す図である。図１１は、図１０Ｃにハイパスフィルタの遮断周波数を０．２Ｈｚとして変位量を求めた結果を付加している。遮断周波数を０．２Ｈｚとしたときの変位量のデータは「Ｑ」を付している。高すぎる周波数を遮断周波数に設定すると、変位量の計算結果が小さくなってしまうことが分かる。
　図１２は、低周波成分を低減しない場合の例を示すための図である。図１２の縦軸は、図１０Ｃおよび図１１の縦軸とはスケールが異なるが、変位量である。図１２の「Ｐ」を付しているデータは、図１０Ｃと図１１の「Ｐ」を付しているデータと同じである。「Ｎ」を付しているデータは、ハイパスフィルタ部１２０を用いないで、直流除去加速度データを２階積分したデータを示している。ハイパスフィルタ部１２０を用いないと、積分によって誤差が蓄積されることが分かる。
　これらの結果から、加速度データの低周波成分を低減しないと積分により誤差が蓄積し、高すぎる遮断周波数で低周波成分を低減すると変位量の計算結果が小さくなってしまうことが分かる。つまり、ハイパスフィルタ部１２０の特性は、誤差が蓄積しない程度には低周波成分を低減し、変位量の計算値が小さくなりすぎないように周波数特性を調整すればよいことが分かる。本発明では、ハイパスフィルタ部１２０の設計の指針として、遮断周波数を橋梁の躯体の間を車両が通過する時間の逆数とすればよいことを示している。さらに詳細な周波数特性は、求められる測定精度なども考慮し、適宜設計すればよい。
　橋梁の躯体の間を車両が通過する時間の逆数を遮断周波数とするハイパスフィルタを利用すれば積分による誤差の蓄積を低減できる理由は、以下のように推測される。加速度センサは橋梁に固定されている。橋梁が変位するときには橋梁はたわむので、加速度センサにとって、橋梁が変位していないときと、橋梁が変位したときでは重力の方向が微妙に変化する。橋梁が変位したときの重力方向の微妙な変化が、測定誤差となり積分によって蓄積していると考えられる。橋梁のたわみは車両の通過によって生じるので、橋梁の躯体の間を車両が通過する時間よりも長い周期（遮断周波数よりも低い周波数）の成分は存在しないはずである。そこで、本発明では、橋梁の躯体の間を車両が通過する時間の逆数を遮断周波数とするハイパスフィルタを利用している。
　本発明の橋梁変位量算出装置、橋梁変位量測定装置によれば、橋梁の躯体の間を車両が通過する時間の逆数を遮断周波数として、入力されたデータの低周波成分を低減することで、加速度データに含まれている測定誤差を低減できるので、積分による誤差の蓄積を避けて橋梁の変位量を求めることができる。また、解析期間を特定する必要もないし、車両が躯体の上を通過した時間を正確に知る必要もない。
［プログラム、記録媒体］
　上述の各種の処理は、図１３に示すコンピュータ２０００の記録部２０２０に、上記方法の各ステップを実行させるプログラムを読み込ませ、制御部２０１０、入力部２０３０、出力部２０４０、表示部２０５０などに動作させることで実施できる。
　この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。
　また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
　このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。
　また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、本装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
１００　橋梁変位量算出装置　　　　　　　１１０　直流成分除去部
１２０　ハイパスフィルタ部　　　　　　　１３０　第１積分部
１４０　第２積分部　　　　　　　　　　　２００　橋梁変位量測定装置
２１０　加速度センサ　　　　　　　　　　２２０　車両通過センサ
２３０　車両速度センサ　　　　　　　　　２４０　遮断周波数決定部

Claims (9)

  1. 　車両が通過したときに生じる橋梁の変位量を、前記橋梁の所定箇所の加速度データに基づいて算出する橋梁変位量算出装置であって、
    　前記加速度データの直流成分を除去し、直流除去加速度データを出力する直流成分除去部と、
    　前記橋梁の躯体の間を前記車両が通過する時間の逆数を遮断周波数として、入力されたデータの低周波成分を低減するハイパスフィルタ部と
    　入力されたデータを積分し、出力する第１積分部と、
    　入力されたデータを積分し、変位量データを出力する第２積分部と、
    　を備え、
    　前記ハイパスフィルタ部は前記直流除去加速度データを入力とし、前記第１積分部は前記ハイパスフィルタ部の出力を入力とし、前記第２積分部は前記第１積分部の出力を入力とする、または、
    　前記第１積分部は前記直流除去加速度データを入力とし、前記ハイパスフィルタ部は前記第１積分部の出力を入力とし、前記第２積分部は前記ハイパスフィルタ部の出力を入力とする
    　ことを特徴とする橋梁変位量算出装置。
  2. 　請求項１記載の橋梁変位量算出装置を備える橋梁変位量測定装置であって、
    　前記橋梁の前記所定箇所の加速度データを取得する加速度センサと、
    　前記遮断周波数を決定する遮断周波数決定部
    　も備えることを特徴とする橋梁変位量測定装置。
  3. 　請求項２記載の橋梁変位量測定装置であって、
    　前記橋梁の隣り合う２つの躯体のそれぞれの位置を通過する車両を検知する車両通過センサをさらに備え、
    　前記遮断周波数決定部は、前記車両通過センサの出力に基づいて前記遮断周波数を決定する
    　ことを特徴とする橋梁変位量測定装置。
  4. 　請求項２記載の橋梁変位量測定装置であって、
    　前記橋梁を通過する車両の速度を計測する車両速度センサをさらに備え、
    　前記遮断周波数決定部は、前記車両速度センサの出力と前記橋梁の隣り合う２つの躯体の間隔に基づいて前記遮断周波数を決定する
    　ことを特徴とする橋梁変位量測定装置。
  5. 　車両が通過したときに生じる橋梁の変位量を、前記橋梁の所定箇所の加速度データに基づいて算出する橋梁変位量算出方法であって、
    　前記加速度データの直流成分を除去し、直流除去加速度データを出力する直流成分除去ステップと、
    　前記橋梁を前記車両が通過する時間の逆数を遮断周波数として、入力されたデータの低周波成分を低減するハイパスフィルタステップと
    　入力されたデータを積分し、出力する第１積分ステップと、
    　入力されたデータを積分し、変位量データを出力する第２積分ステップと、
    　を有し、
    　前記ハイパスフィルタステップは前記直流除去加速度データを入力とし、前記第１積分ステップは前記ハイパスフィルタステップの出力を入力とし、前記第２積分ステップは前記第１積分ステップの出力を入力とする、または、
    　前記第１積分ステップは前記直流除去加速度データを入力とし、前記ハイパスフィルタステップは前記第１積分ステップの出力を入力とし、前記第２積分ステップは前記ハイパスフィルタステップの出力を入力とする
    　ことを特徴とする橋梁変位量算出方法。
  6. 　前記橋梁の前記所定箇所の加速度データを取得する加速度取得ステップと、
    　前記遮断周波数を決定する遮断周波数決定ステップと、
    　請求項５記載の橋梁変位量算出方法の各ステップ
    　を実行する橋梁変位量測定方法。
  7. 　請求項６記載の橋梁変位量測定方法であって、
    　前記橋梁の隣り合う２つの躯体のそれぞれの位置において通過する車両を検知する車両通過検知ステップも有し、
    　前記遮断周波数決定ステップは、前記車両通過検知ステップの出力に基づいて前記遮断周波数を決定する
    　ことを特徴とする橋梁変位量測定方法。
  8. 　請求項６記載の橋梁変位量測定方法であって、
    　前記橋梁を通過する車両の速度を計測する車両速度計測ステップも有し、
    　前記遮断周波数決定ステップは、前記車両速度計測ステップの出力と前記橋梁の隣り合う２つの躯体の間隔に基づいて前記遮断周波数を決定する
    　ことを特徴とする橋梁変位量測定方法。
  9. 　請求項５記載の橋梁変位量算出方法の各ステップ、または請求項６から８のいずれかに記載の橋梁変位量測定方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
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