(57)【要約】【課題】  個々の構造物監視装置に稼働する時間を外部から設定することなく、各装置が自律的に学習し、稼働する時間を決定する構造物監視装置を提供する。【解決手段】  本発明は、車両が通行する構造物を監視する構造物監視装置であって、車両の通行状況を計測時刻に計測する計測手段と、前記計測手段が計測した車両の通行状況に基づき、各時間帯における車両の通行頻度を算出し、算出した車両の通行頻度と、過去の車両の通行頻度とから将来の通行頻度を推測し、推測した前記将来の通行頻度の内、最も車両の通行頻度が高い時間帯を、前記計測手段の次の計測時刻とするスケジュール決定手段とを備えることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両が通行する構造物を監視する構造物監視装置であって、
車両の通行状況を計測時刻に計測する計測手段と、
前記計測手段が計測した車両の通行状況に基づき、各時間帯における車両の通行頻度を算出し、算出した車両の通行頻度と、過去の車両の通行頻度とから将来の通行頻度を推測し、推測した前記将来の通行頻度の内、最も車両の通行頻度が高い時間帯を、前記計測手段の次の計測時刻とするスケジュール決定手段と
を備えることを特徴とする構造物監視装置。
【請求項２】
前記スケジュール決定手段は、外部から与えられた所定の時刻を前記計測手段の次の計測時刻とすることを特徴とする請求項１に記載の構造物監視装置。
【請求項３】
前記計測手段は、初期段階として、車両通行に関して推測される周期と互いに素な周期を用いて全ての時間帯の車両の通行状況を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物監視装置。
【請求項４】
前記過去の車両の通行頻度は、他の構造物監視装置で取得されたデータを初期値として利用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の構造物監視装置。
【請求項５】
前記過去の車両の通行頻度は、前記構造物を定期的に通過する定期運行車両のデータを初期値として利用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の構造物監視装置。
【請求項６】
前記過去の車両の通行頻度は、曜日別の各時間帯の車両の通行頻度であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の構造物監視装置。
【請求項７】
前記過去の通行頻度は、所定のカレンダーに関する情報に従い、祝日等の休暇日に前記計測手段が計測した前記車両の通行頻度を日曜日のデータとすることを特徴とする請求項６に記載の構造物監視装置。
【請求項８】
前記計測手段は、大型車両を小型車両の複数台分とみなしてカウントすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の構造物監視装置。
【請求項９】
車両が通行する構造物を監視する構造物監視装置に使用する構造物監視方法であって、
計測手段及びスケジュール決定手段を備え、
前記計測手段は、車両の通行状況を計測時刻に計測し、
前記スケジュール決定手段は、前記計測手段が計測した車両の通行状況に基づき、各時間帯における車両の通行頻度を算出し、算出した車両の通行頻度と、過去の車両の通行頻度とから将来の通行頻度を推測し、推測した前記将来の通行頻度の内、最も車両の通行頻度が高い時間帯を、前記計測手段の次の計測時刻とする
ことを特徴とする構造物監視方法。
【請求項１０】
車両が通行する構造物を監視する構造物監視装置に搭載されるコンピュータを、
車両の通行状況を計測時刻に計測する計測手段と、
前記計測手段が計測した車両の通行状況に基づき、各時間帯における車両の通行頻度を算出し、算出した車両の通行頻度と、過去の車両の通行頻度とから将来の通行頻度を推測し、推測した前記将来の通行頻度の内、最も車両の通行頻度が高い時間帯を、前記計測手段の次の計測時刻とするスケジュール決定手段と
して機能させることを特徴とする構造物監視プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物監視装置、構造物監視方法、及び構造物監視プログラムに関し、例えば、車両などの積載物によって振動する、橋梁などの構造物に固定設置されたセンサ装置に適用できる。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動する構造物（例えば、橋梁）に種々のセンサを設置し、構造物の健全性を測定する試みが数多くなされてきた（特許文献１参照）。構造物の健全性を判断するためには、構造物に負荷を与える必要がある。日常的に負荷として与えられるのは、例えば、車両などの通過に伴う加重である。
【０００３】
ところで、センサ装置を動作させるには電力が必要であるが、橋などの屋外において電源を確保することは容易ではない。また、機器を設置する場所は橋の床板の裏など、通常の方法ではたどり着けない場所が多く、頻繁に電池の交換を行うのは現実的ではない。仮に、太陽電池等の発電機能を用いたとしても、常時センサ装置を駆動させることは難しい。ただし、構造物は長い年月をかけて劣化するものであり、常時監視する必要性は乏しい。間欠的に監視を行い、異常があった場合に監視の頻度を上げるといった動作を行うことが合理的である。
【０００４】
一方で、センサ装置による監視は車両が通過する時刻に行う必要がある。しかしながら、車両が通過する時刻は自明ではない。交通量が十分に多い環境であれば、適当な時刻に動作させるだけで、目的を達成することが可能であるが、過疎地など交通量が少ない環境においては、適当に動作させるだけでは、車両通過時のデータを取得することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】再表２０１７／０６４８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の構造物監視システムは、過去の知見や調査の結果から、交通量が多い時間帯を推測し、推測した時間に機器を稼働させるように設定することが行われていた。しかしながら、予測が当たっているのかどうかの検証が困難、個々の機器に設定をする必要があり、手間がかかるといった問題が存在する。
【０００７】
そのため、個々の構造物監視装置に稼働する時間を外部から設定することなく、各装置が自律的に学習し、稼働する時間を決定する構造物監視装置、構造物監視方法、及び構造物監視プログラムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明は、車両が通行する構造物を監視する構造物監視装置であって、（１）車両の通行状況を計測時刻に計測する計測手段と、（２）前記計測手段が計測した車両の通行状況に基づき、各時間帯における車両の通行頻度を算出し、算出した車両の通行頻度と、過去の車両の通行頻度とから将来の通行頻度を推測し、推測した前記将来の通行頻度の内、最も車両の通行頻度が高い時間帯を、前記計測手段の次の計測時刻とするスケジュール決定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第２の本発明は、車両が通行する構造物を監視する構造物監視装置に使用する構造物監視方法であって、計測手段及びスケジュール決定手段を備え、（１）前記計測手段は、車両の通行状況を計測時刻に計測し、（２）前記スケジュール決定手段は、前記計測手段が計測した車両の通行状況に基づき、各時間帯における車両の通行頻度を算出し、算出した車両の通行頻度と、過去の車両の通行頻度とから将来の通行頻度を推測し、推測した前記将来の通行頻度の内、最も車両の通行頻度が高い時間帯を、前記計測手段の次の計測時刻とすることを特徴とする。
【００１０】
第３の本発明の構造物監視プログラムは、車両が通行する構造物を監視する構造物監視装置に搭載されるコンピュータを、（１）車両の通行状況を計測時刻に計測する計測手段と、（２）前記計測手段が計測した車両の通行状況に基づき、各時間帯における車両の通行頻度を算出し、算出した車両の通行頻度と、過去の車両の通行頻度とから将来の通行頻度を推測し、推測した前記将来の通行頻度の内、最も車両の通行頻度が高い時間帯を、前記計測手段の次の計測時刻とするスケジュール決定手段として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、個々の構造物監視装置に稼働する時間を外部から設定することなく、各装置が自律的に学習し、稼働する時間を決定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る無線機の内部構成を示す内部構成図である。
【図２】実施形態に係るデータ計測システムの全体構成を示す全体構成図である。
【図３】実施形態に係る無線機の稼働スケジュールの一例を示す説明図である。
【図４】実施形態に係るスケジュール決定部が決定したスケジュールに従い計測した車両通行状況の一例を示す説明図（その１）である。
【図５】実施形態に係る図４の車両通行状況を正規化した例を示す説明図である。
【図６】実施形態に係るスケジュール決定部が決定したスケジュールに従い計測した車両通行状況の一例を示す説明図（その２）である。
【図７】実施形態に係るスケジュール決定部が決定したスケジュールに従い計測した通過車両の測定回数の一例を示す説明図である。
【図８】実施形態に係るスケジュール決定部が算出した各時間帯における通過車両の単位時間当たりの通過台数の期待値を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明に係る構造物監視装置、構造物監視方法、及び構造物監視プログラムの主たる実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００１４】
（Ａ−１）実施形態の構成
［全体構成］
図２は、実施形態に係るデータ計測システムの全体構成を示す全体構成図である。
【００１５】
図２において、実施形態に係るデータ計測システムは、構造物監視装置として無線機１０（１０−１〜１０−ｎ）、親機２０、及び監視装置３０を有する。
【００１６】
図１において、各無線機１０と親機２０との間のネットワークはセンサネットワークＳＮである。一般的に、センサネットワークＳＮの通信方式は、特定小電力無線方式などに代表される低速な無線通信方式を適用することができる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎなどに代表される無線ネットワーク規格、若しくは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信方式であっても構わない。センサネットワークＳＮは、基幹ネットワークＮＴに比べ低速な通信方式である。
【００１７】
親機２０、及び監視装置３０の間のネットワークは基幹ネットワークＮＴである。基幹ネットワークＮＴは、例えば、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ又はＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）である。基幹ネットワークＮＴは、無線回線であってもよいし、有線回線であってもよい。
【００１８】
データ計測システム１は、監視装置３０が、親機２０を介して、各無線機１０のセンサデータを収集するシステムである。データ計測システム１は、主として、各無線機１０、親機２０及び監視装置３０を有して構成される。
【００１９】
［無線機］
無線機１０は、主にセンサ、スケジュール決定手段、及び通信手段を有する。無線機１０は、センサを稼働させる時刻を随時学習しながら決定する。無線機１０が計測したデータはセンサネットワークＳＮを介して親機２０に送信される。なお、この実施形態において、無線機１０は、例えば、橋梁等の構造物に固定する形で設置されているものとする。
【００２０】
［親機］
親機２０は、センサネットワークＳＮと、基幹ネットワークＮＴとの間でデータを中継する機能を有する。親機２０は、各無線機１０からデータを受信すると、各無線機１０のデータを含む情報を監視装置３０に送信する。これにより、センサデータを監視装置３０に与えることができる。
【００２１】
［監視装置］
監視装置３０は、親機２０を介して、各無線機１０からセンサデータを含む情報を収集し、各データを保存（蓄積管理）する。なお、変形例として、親機２０及び監視装置３０の装置が一体化した構成としても良い。
【００２２】
［無線機の内部構成］
図１は、実施形態に係る無線機１０の内部構成を示す内部構成図である。
【００２３】
図１において、無線機１０は、通信部１０１、制御部１０２、加速度センサ１０３、スケジュール決定部１０４、タイマ部１０５、及び時計１０６を有する。
【００２４】
本実施形態に係る無線機は、その各部をハードウェアによって構成しても良く、また、一部の構成についてはソフトウェア的に構成しても良い。
【００２５】
通信部１０１は、センサネットワークＳＮにアクセスするための通信インタフェースである。
【００２６】
制御部１０２は、各部を制御し、親機２０（監視装置３０）に送信するデータを生成するものである。
【００２７】
加速度センサ１０３は、橋梁等の構造物にかかる計測対象物理量をセンシングするものである。また、加速度センサの他に、温度センサ、湿度センサ、振動センサ、赤外線イメージセンサ等、様々な種類のセンサを用いても良い。
【００２８】
スケジュール決定部１０４は、加速度センサ１０３の計測結果から推定される車両の通行状況等を利用し、無線機１０を起動させる時刻（加速度センサ１０３を次に計測させる時刻）を決定する。スケジュール決定部１０４の詳細は動作の項で述べる。
【００２９】
タイマ部１０５は、スケジュール決定部１０４の指定に従い、無線機１０を休止状態から起動状態にする機能部である。なお、ここでの休止状態とは、タイマ部１０５、及び時計１０６以外の構成部の休止を意味する。
【００３０】
時計１０６は、現在時刻を提供する時計である。
【００３１】
（Ａ−２）実施形態の動作
次に、以上のような構成を有するこの実施形態のデータ計測システム１の動作を、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態では、データ計測システム１を構成する各無線機１０の稼動スケジュール決定処理について特徴が存在するので、以下では、無線機１０の稼動スケジュール決定処理を中心に説明を行う。
【００３２】
まず、無線機１０の動作の概要について簡単に述べる。
【００３３】
無線機１０は、一定時間、加速度センサ１０３を稼動させ、構造物の特性を示すセンシングデータ（計測結果）を取得する。無線機１０は、計測結果により、車両の通行状況（通行の有無）を推定する。無線機１０は、計測結果及び、車両の通行状況を、通信部１０１を用いて監視装置３０に伝達する。
【００３４】
次に、無線機１０を稼働させるスケジュール処理について述べる。
【００３５】
（Ａ−２−１）稼動スケジュール決定処理（初期状態）
スケジュール決定部１０４は、初期状態では、各時刻におけるデータを収集するために一定間隔で稼動させるようにスケジュールを決定する。この際、スケジュール決定部１０４は、車両の通行には人間の活動周期などに伴う周期性があると仮定し、想定される周期と互いに素となるような間隔を設定する。
【００３６】
図３は、実施形態に係る無線機の初期状態の稼働スケジュールの一例を示す説明図である。
【００３７】
図３では、無線機１０の稼動時間を１時間とし、想定される活動周期を２４時間（＝１日）と１６８時間（＝１週間）とした。これらと互いに素となる間隔として２３時間を用いた。図３では、月曜日の０時に動作を開始した例を示した。２３時間毎なので、同日の２３時にも稼動する。次の稼動は２日目の２２時となる。図３の各セルの数字は、当該時間帯が、開始から何日目に稼動状態となったのかを示している。
【００３８】
図３の例では、１６１日で全ての曜日、時刻の稼動がなされることが分かる。当然ながら、初期状態では無線機１０を常時稼動とすることで、７日で全てのデータを取得することも可能である。しかしながら、この場合には１日当たりの消費電力が２０倍以上となっている。１日当たり１時間の動作とした場合と比較して、センサ装置の電池寿命が１５０日以上減少していることに留意する必要がある。
【００３９】
なお、スケジュール決定部１０４は、初期状態として、実測データを用いるのではなく、一般的な知識に基づいて確率を設定する方法を取ることも考えられる。例えば「平日の８時と１８時に通勤がある」といった知識から確率を設定することも可能である。
【００４０】
（Ａ−２−２）稼動スケジュール決定処理（初期状態後）
次に、スケジュール決定部１０４が、得られた車両の通行状況データ等から動作スケジュールを修正（決定）する処理を述べる。例として、最終的に１日当たり１時間の稼動とする場合を示す。
【００４１】
スケジュール決定部１０４が、図３のスケジュールによって定期的に計測を行った結果、全時間の車両通行状況が図４のように計測できたとする。図４の各セルの数字は、各時間帯における車両の通過台数を示している。
【００４２】
図５は、図４の各曜日の車両数の合計を１として正規化した例である。スケジュール決定部１０４は、図５の結果から、次に計測を行う時刻を決定する。例えば、スケジュール決定部１０４は、明日の曜日に従って、確率的に稼動時間を選択しても良い。図５の例では、スケジュール決定部１０４は、翌日が月曜日であれば、確率が最も大きい値である「０．１３」の８時台を選択する。
【００４３】
なお、この際、スケジュール決定部１０４は、車両数が多い時間の選択確率をより上げる、車両数が１や２など一定値以下の場合には確率を０にするなどの処理を行った後、次に計測を行う時刻を決定しても良い。
【００４４】
また、スケジュール決定部１０４は、図４（図５）のような時間帯のデータが揃わなくとも、前後の時刻、他の曜日など周辺のデータで補完するなどの所定の方法により、動作スケジュールを修正しても良い。
【００４５】
そして、スケジュール決定部１０４は、実際に稼働した結果を随時、車両通行状況データ（図４）に反映させる。なお、反映させる際、加算するだけでは、稼動時間が多い時間帯の数値が上昇するので、稼動時間当たりの車両の通過数とする必要がある。このために無線機１０は、各時間における通過台数と稼動時間を保持する必要がある。図６は、図４の状態から所定期間経過した後の計測した車両の通過台数を示している。また、図７は、各時間帯における通過車両の測定回数を示している。
【００４６】
スケジュール決定部１０４は、図６の車両の通過台数と、図７の通過車両の測定回数とを基に、各時間帯における通過車両の単位時間当たりの通過台数の期待値を算出し、期待値が大きい時間帯を優先的に稼動させるように稼働スケジュールを決定する。
【００４７】
上記一連の処理を繰り返すと、より確実に車両の通行が期待できる時間帯の選択確率が上昇し、期待できない時間帯の選択確率は減少することになる。
【００４８】
（Ａ−３）実施形態の効果
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【００４９】
無線機１０が、自律的に自身を稼働させる時刻を学習することにより、稼動時間（加速度センサ１０３の計測時間）に車両の通行がない状況が削減される。これによって、例えば、一定数の車両の通行があるまで計測を続行する場合には消費電力の削減につながる。また、車両通行の有無にかかわらず一定時間の計測を行う場合には、確実に構造物の劣化状況を計測することが可能となる。
【００５０】
（Ｂ）他の実施形態
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
【００５１】
（Ｂ−１）上記実施形態では、各日付の祝日等は考慮していなかったが、例えば、カレンダー情報を監視装置３０から配信し、無線機１０は当該カレンダー情報を基に、祝日、長期休暇などを別の曜日として扱う対応をとることもできる（例えば、月曜日が祝日なら日曜日の扱いとしても良い）。
【００５２】
（Ｂ−２）上記実施形態では、計測した各車両の種類については特に考慮していなかった。一般的に橋梁などの劣化を検出するためには重い車両を用いた方が良いと言われている。従って、無線機１０（スケジュール決定部１０４）は、計測時に小型車両（例えば、一般乗用車）と大型車両（例えば、大型バス）の分類が可能とすると、大型車両が通過する確率が高い時間に稼動時間を設定することが望ましい。
【００５３】
例えば、無線機１０は、小型車両は台数をそのまま数えるのに対し、大型車両は１台当たり小型車Ｘ台として数える。Ｘは大型車両をどの程度重視するかによって決める。また、車両の重さなどの属性によって変化させても良い。
【００５４】
また、上述した重い車両には、決まった時間に決まった道を走行することが期待できる車両が存在する。例えば、ゴミの収集車、路線バス、施設の送迎バスなどが考えられる。スケジュール決定部１０４は、このような車両の通行スケジュールを予め設定し、当該時間の稼動確率を上げることで、動作スケジュールを効率的に決定することができる。
【００５５】
（Ｂ−３）上記実施形態では、無線機１０の電源（例えば、電池）の残量は考慮されていなかった。一般的に電池で動作する機器は交換時期を予め定めておき、電池残量にかかわらず、決まった時期に電池を交換する運用を行うことが多い。
【００５６】
一定数の車両の通行があるまで計測を続行する無線機１０においては、稼動時刻の予測がうまくいった場合には電池の消費が想定よりも小さくなる。そこで、無線機１０は、余った電池容量を用いて、投機的に時刻を選択し、測定を行う構成としても良い。
【００５７】
（Ｂ−４）上記実施形態では、構造物に取り付ける無線機の数（センサの数）については特に考慮していなかった。例えば、同一の構造物に複数のセンサ（無線機）を取り付ける場合が存在する。目的は劣化の進行状況が異なる複数の部位の劣化を検知したい場合や、単純にシステムの冗長性を持たせるためであったりする。複数のセンサ機器（無線機１０）が互いに直接通信できる場合、もしくは親機２０を介して通信を行う場合には、各センサ機器（無線機１０）の動作時刻を通知し、他の無線機１０が動作していない時間に自らの動作時刻を設定する構成を取ることができる。このように動作することで、効率的に構造物を監視することが可能となる。
【００５８】
（Ｂ−５）上記実施形態では、本発明の構造物監視装置を無線機１０に適用する例を示したが、有線の通信装置に適用しても良い。
【符号の説明】
【００５９】
１…データ計測システム、１０…無線機、２０…親機、３０…監視装置、１０１…通信部、１０２…制御部、１０３…加速度センサ、１０４…スケジュール決定部、１０５…タイマ部、１０６…時計、ＮＴ…基幹ネットワーク、ＳＮ…センサネットワーク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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