(57)【要約】  最初に損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差とその温度分布の中の温度勾配との比と、損傷深さと、の相関関係を求めておく。次に構造物のうち損傷が含まれる部位の表面の温度分布を計測する。構造物表面の温度分布が求められたならば、損傷部を含む２点間の温度分布に着目し、その中から最高温度と最低温度の温度差を求め、さらに所定以上の温度変動を示す区間の温度勾配を求める。そして求めた温度差と温度勾配の比を演算し、その比に対応する損傷深を最初に求めておいた相関関係を用いて判定する。以上の処理によって損傷深さを推測できる。
2010106639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に含まれる損傷の深さを判定する構造物の損傷深さ判定方法において、
損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比を用いて損傷深さを判定すること
を特徴とする構造物の損傷深さ判定方法。
【請求項２】
構造物に含まれる損傷の深さを判定する構造物の損傷深さ判定方法において、
損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比と、損傷深さと、の相関関係を用意し、
構造物のうち損傷が含まれる部位の表面の温度分布を計測し、
計測された温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比を演算し、
演算された比に対応する損傷深さを前記相関関係を用いて判定すること
を特徴とする構造物の損傷深さ判定方法。
【請求項３】
損傷が含まれる部位の表面の温度分布を、赤外線カメラを用いて計測すること
を特徴とする請求項２記載の構造物の損傷深さ判定方法。
【請求項４】
前記温度差及び前記温度勾配を、損傷が含まれる部位の表面を含む２点間の温度分布から求めること
を特徴とする請求項２記載の構造物の損傷深さ判定方法。
【請求項５】
構造物に含まれる損傷の深さを判定する構造物の損傷深さ判定装置において、
損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比と、損傷深さと、の相関関係を記憶する相関関係記憶部と、
構造物のうち損傷が含まれる部位の表面の温度分布を計測する温度分布計測部と、
前記温度分布計測部で計測された温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比を演算する比演算部と、
前記比演算部で演算された比に対応する損傷深さを前記相関関係記憶部で記憶された相関関係を用いて判定する損傷深さ判定部と、を備えたこと
を特徴とする構造物の損傷深さ判定装置。
【請求項６】
構造物に含まれる損傷の処置を判定する構造物の損傷処置判定方法において、
損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比と、損傷処置内容と、の対応関係を用意し、
構造物のうち損傷が含まれる部位の表面の温度分布を計測し、
計測された温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比を演算し、
演算された比に対応する損傷処置内容を前記対応関係を用いて判定すること
を特徴とする構造物の損傷処置判定方法。
【請求項７】
構造物に含まれる損傷の処置を判定する構造物の損傷処置判定装置において、
損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比と、損傷処置内容と、の対応関係を記憶する対応関係記憶部と、
構造物のうち損傷が含まれる部位の表面の温度分布を計測する温度分布計測部と、
前記温度分布計測部で計測された温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比を演算する比演算部と、
前記比演算部で演算された比に対応する損傷処置内容を前記対応関係記憶部で記憶された対応関係を用いて判定する損傷処置判定部と、を備えたこと
を特徴とする構造物の損傷処置判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物に含まれる損傷の深さを判定する構造物の損傷深さ判定方法に関し、特に構造物表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差とその温度分布の中の温度勾配との比を用いて損傷深さを判定する方法に関する。またその方法を実行するための一連の装置に関する。また損傷深さに応じて損傷の処置を判定する方法に関する。またその方法を実行するための一連の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁、高架に代表されるコンクリート構造物（以下、単に「構造物」という）は、それ自体の劣化に加え長年の間に気象変化、地盤の変化や荷重負荷の影響を受ける。これらが収集され、悪条件が重なった時点で構造物の部分的な破壊や、剥離などが発生し、第三者に対する被害や事故に繋がるおそれがある。そこで構造物の剥落を未然に防止するために、構造物の継続的な点検と監視が必要とされている。【０００３】
構造物の点検と監視の方法としては、構造物へ接近しなくて済み、広範囲な調査を高効率に行うことができる赤外線調査法が研究されている。この赤外線調査法は、構造物表面のうち内部に損傷がある部分（「損傷部」という）の表面温度と損傷がない部分（「健全部」という）の表面温度に温度差が発生する現象を利用する技術であり、具体的には、赤外線カメラによって構造物表面の赤外線熱画像を撮影し、赤外線熱画像の温度分布から損傷の位置を判定する技術である。但し損傷部の表面温度と健全部の表面温度との温度差はある程度の熱条件が揃わなければ発生しない。つまり構造物の赤外線調査は熱条件が揃った時期に行う必要がある。【０００４】
下記特許文献１、２には構造物の赤外線調査に適した時期を判定するための技術が開示されている。より具体的には、内部に損傷を含む人工的な試験体を検査対象の構造物周辺に予め設置しておき、赤外線カメラで検査対象の構造物を撮影する前に試験体を撮影し、試験体の赤外線熱画像の温度分布から損傷の位置が判定できることを確認し、その後に検査対象の構造物を撮影するようにしている。【０００５】
さらに特許文献１、２には赤外線熱画像の温度分布から損傷の形態（例えば砂すじ、クラック等）や深さを判定する技術が開示されている。より具体的には、ある時期における構造物表面の２点間の温度分布をグラフ（横軸：２点間の位置、縦軸：温度）にして示し、さらにグラフの中から温度変動が大きい２点間の傾きすなわち温度勾配を求め、その温度勾配やグラフ自体の形状によって損傷の形態や深さを判定するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−１４０６２２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２９７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
構造物表面の温度を変動させる要素には外気温の他に構造物の内部に蓄積される累積熱エネルギーがある。本発明者らの更なる研究によると、構造物の被日射エネルギーが多くなると累積熱エネルギーは大きくなり構造物表面の最高温度が高くなることが判明している。この研究結果は、被日射エネルギーが多くなるほど構造物表面の最高温度と最低温度の温度差が大きくなり、結果として温度分布の中の温度勾配が急峻になることを意味する。【０００７】
つまり損傷部を赤外線カメラで撮影した場合に、構造物の累積熱エネルギー（構造物の被日射エネルギー）が大きければ赤外線熱画像の温度分布から求められる温度勾配は急峻になり、構造物の累積熱エネルギーが小さければ赤外線熱画像の温度分布から求められる温度勾配はなだらかになる。このように同じ損傷であっても構造物の累積熱エネルギーの大きさ次第で温度勾配が変わることになる。【０００８】
また本発明者らの更なる研究によると、損傷がクラックである場合は、クラックの大きさや幅も温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差に影響を与えることが判明している。このため同じ深さのクラックであってもその大きさや幅次第で温度勾配が変わることになる。【０００９】
こうした研究結果を考慮すると、特許文献１、２の赤外線調査のように温度勾配の形状と温度勾配から損傷の形態や深さを判定する技術は精度面で改良の余地がある。【００１０】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、赤外線調査における損傷深さの判定精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１発明は、
構造物に含まれる損傷の深さを判定する構造物の損傷深さ判定方法において、
損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比を用いて損傷深さを判定すること
を特徴とする。【００１２】
本発明者らは、損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差とその温度分布の中の温度勾配との比が、損傷の深さと一定の関係にあることを発見した。この関係は構造物の累積熱エネルギーに影響を受けない。またこの関係は、損傷がクラックである場合にクラック幅やクラック長にも影響を受けない。本発明はこうした発見に基づくものであり、温度差と温度勾配との比を用いることにより損傷深さを判定するものである。【００１３】
第２発明は、
構造物に含まれる損傷の深さを判定する構造物の損傷深さ判定方法において、
損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比と、損傷深さと、の相関関係を用意し、
構造物のうち損傷が含まれる部位の表面の温度分布を計測し、
計測された温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比を演算し、
演算された比に対応する損傷深さを前記相関関係を用いて判定すること
を特徴とする。【００１４】
第３発明は、
損傷が含まれる部位の表面の温度分布を、赤外線カメラを用いて計測すること
を特徴とする。【００１５】
第４発明は、
前記温度差及び前記温度勾配を、損傷が含まれる部位の表面を含む２点間の温度分布から求めること
を特徴とする。【００１６】
第２発明乃至第４発明は本発明者の発見に基づき構造物の損傷深さ判定方法を具現化したものである。最初に損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差とその温度分布の中の温度勾配との比と、損傷深さと、の相関関係を求めておく。次に構造物のうち損傷が含まれる部位の表面の温度分布を計測する。例えば赤外線カメラで構造物表面の赤外線熱画像を撮影し、その赤外線熱画像から温度分布を求める。構造物表面の温度分布が求められたならば、損傷部を含む２点間の温度分布に着目し、その中から最高温度と最低温度の温度差を求め、さらに所定以上の温度変動を示す区間の温度勾配を求める。そして求めた温度差と温度勾配の比を演算し、その比に対応する損傷深を最初に求めておいた相関関係を用いて判定する。以上の処理によって損傷深さを推測できる。【００１７】
第５発明は、
構造物に含まれる損傷の深さを判定する構造物の損傷深さ判定装置において、
損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比と、損傷深さと、の相関関係を記憶する相関関係記憶部と、
構造物のうち損傷が含まれる部位の表面の温度分布を計測する温度分布計測部と、
前記温度分布計測部で計測された温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比を演算する比演算部と、
前記比演算部で演算された比に対応する損傷深さを前記相関関係記憶部で記憶された相関関係を用いて判定する損傷深さ判定部と、を備えたこと
を特徴とする。【００１８】
第５発明は第２発明に係る方法を実行するための一連の装置である。【００１９】
第６発明は、
構造物に含まれる損傷の処置を判定する構造物の損傷処置判定方法において、
損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比と、損傷処置内容と、の対応関係を用意し、
構造物のうち損傷が含まれる部位の表面の温度分布を計測し、
計測された温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比を演算し、
演算された比に対応する損傷処置内容を前記対応関係を用いて判定すること
を特徴とする。【００２０】
第６発明は本発明者の発見に基づき構造物の損傷処置判定方法を具現化したものである。最初に損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差とその温度分布の中の温度勾配との比と、損傷処置内容と、の対応関係を求めておく。次に構造物のうち損傷が含まれる部位の表面の温度分布を計測する。例えば赤外線カメラで構造物表面の赤外線熱画像を撮影し、その赤外線熱画像から温度分布を求める。構造物表面の温度分布が求められたならば、損傷部を含む２点間の温度分布に着目し、その中から最高温度と最低温度の温度差を求め、さらに所定以上の温度変動を示す区間の温度勾配を求める。そして求めた温度差と温度勾配の比を演算し、その比に対応する損傷処置内容を最初に求めておいた相対応係を用いて判定する。例えば演算された比が所定値より大きい場合は応急処置が必要と判断し、損傷部に応急処置を施す。演算された比が所定値以下の場合は処置不要と判断し、損傷部を放置する。【００２１】
第７発明は、
構造物に含まれる損傷の処置を判定する構造物の損傷処置判定装置において、
損傷が含まれる部位の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比と、損傷処理内容と、の対応関係を記憶する対応関係記憶部と、
構造物のうち損傷が含まれる部位の表面の温度分布を計測する温度分布計測部と、
前記温度分布計測部で計測された温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と当該温度分布の中の温度勾配との比を演算する比演算部と、
前記比演算部で演算された比に対応する損傷処置内容を前記対応関係記憶部で記憶された対応関係を用いて判定する損傷処置判定部と、を備えたこと
を特徴とする。【００２２】
第７発明は第６発明に係る方法を実行するための一連の装置である。
【発明の効果】
【００２３】
構造物表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差とその温度分布の中の温度勾配との比と、損傷深さと、には相関関係がある。この相関関係は構造物の累積熱エネルギーに影響を受けず、また損傷の大きさや幅にも影響を受けない。本発明はこの相関関係を利用して損傷深さや損傷処置を判定するようにしているため、その判定精度は従来よりも高くなる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。  
本実施形態は、構造物表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差とその温度分布の中の温度勾配との比と、損傷深さと、の相関関係を利用するものである。より具体的には、比と損傷深さの相関関係を予め求めておき、構造物表面の実際の温度分布から温度差と温度勾配を求めその比を演算し、演算した比に対応する損傷深さを予め求めた相関関係を用いて判定するものである。さらに損傷深さと損傷処置とには密接な関係があるため、前記相関関係を利用して損傷処置を辺亭するものである。【００２５】
［１  本発明に至る根拠となった研究］
本発明の実施形態を説明する前に、本発明に至る根拠となった研究について説明する。本発明はこの研究結果に基づいてなされたものである。  
本発明者らは損傷を含む構造物表面の温度分布の変動を室内実験とシミュレーションによって調べた。【００２６】
［１．１  室内実験］
本発明者らは構造物に模したコンクリートの供試体を作成し、その供試体を実験室内に置き、室温を１日の屋外気温変動と同じように変動させつつ一定時間毎に供試体表面を赤外線カメラで撮影し、撮影された供試体表面の赤外線熱画像のうち損傷部を含む２点間の温度分布をグラフ化した。【００２７】
図１（ａ）〜（ｄ）は室内実験で使用された供試体を示す。  
図１（ａ）〜（ｄ）に示すように供試体には形態や深さが異なる複数の損傷が人工的に形成される。図１（ａ）に示す供試体１は供試体内部に留まる３つの損傷（クラック）１ａを有する。損傷１ａの深さはそれぞれ１cm、２cm、３cmであり、大きさはそれぞれ８cm×１０cmであり、幅はそれぞれ１mm未満である。図１（ｂ）に示す供試体２は内部に供試体表面（赤外線撮影面）２ｂに達する３つの損傷（クラック）２ａを有する。図１（ｄ）に示す供試体４は内部に供試体表面（赤外線撮影面）４ｂの一部を崩壊させる３つの損傷（クラック）４ａを有する。供試体２、４の損傷２ａ、４ａの深さ、大きさ、幅は供試体１の損傷１ａの深さ、大きさ、幅と同じである。図１（ｃ）に示す供試体３は供試体表面（赤外線撮影面）３ｂに３つの補修跡３ａを有する。一の補修跡３ａは直径５cm、深さ５cmの孔が形成され、孔の上部にモルタルが充填され、孔の底面とモルタルの底面との間に隙間が形成される。一の補修跡３ａは直径５cm、深さ５cmの孔が形成され、孔全体にモルタルが充填される。一の補修跡３ａは直径５cm、深さ２．５cmの孔が形成され、孔の中心部に柱状のモルタルが形成され、孔の内周面とモルタルの外周面との間に隙間が形成される。【００２８】
図２（ａ）、（ｂ）は室内実験の室温変動パターンを示す。  
図２（ａ）は１日の最高温度と最低温度の差である日較差を１０℃としたケースの室温変動パターンであり、図２（ｂ）は日較差を１５℃としたケースの室温変動パターンである。室内実験の温度変動パターンとしては、日較差１０℃、１５℃の２パターンが設定され、さらに各日較差毎に春（＝秋）、夏、冬の３パターンが設定される。【００２９】
図２（ａ）、（ｂ）の６つの温度変動パターンにしたがって室温を変動させつつ供試体表面１ａ〜４ａの赤外線熱画像を赤外線カメラで撮影する。【００３０】
図３、図４は各供試体表面の赤外線熱画像から得られた温度分布をグラフ化して示す。これらのグラフは、損傷部を含む２点間の温度分布を、横軸を２点間の位置とし縦軸を温度として示している。なお図３、４には紙面の都合上、４時間毎の温度分布のみが示されているが、実際は２０分毎に温度分布を計測した。【００３１】
図３は、室温を図２（ａ）に示すＡの温度変動パターン、すなわち春、日較差１０℃の温度変動パターンで変動させた実験における各供試体表面１ａ〜４ａの温度分布の推移を示している。図４は、室温を図２（ｂ）に示すＡの温度変動パターン、すなわち春、日較差１５℃の温度変動パターンで変動させた実験における各供試体表面１ａ〜４ａの温度分布の推移を示している。【００３２】
各損傷１ａ、２ａ、４ａについて図３のグラフと図４のグラフを比較する。グラフの形状は概ね同じであるが、グラフ中の最高温度と最低温度の温度差は日較差１５℃の方が大きいことが判る。以上の室内実験から本発明者らは次のように推測した。  
・コンクリート表面に出現する温度分布（グラフ）の形状は、熱エネルギーの強さよりも内部の損傷の形態に依存する。  
・温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差が大きくなると温度分布（グラフ）の形状が変化する。この現象は撮影時間の違い（累積熱エネルギーの違い）でも現れており、温度差と温度分布の形状とに相関関係が存在することを示唆している。具体的には温度差が大きくなると温度勾配が急峻になる。【００３３】
本発明者らは上記推測に基づき、温度分布の温度差と温度勾配との関係を下記判別変換及び判別図によって調べた。【００３４】
図５は判別変換の概念を示す。  
図５（ａ）は図３、４で示す各グラフに相当し、温度差と温度分布の定義を視覚化して示している。温度差とは、温度分布の中の最高温度と最低温度の差をいう。温度勾配とは、温度変動率が所定以上となるような範囲の両境界Ｐ1、Ｐ2の間の勾配をいう。そして判別変換とは、温度分布を温度差と温度勾配に変換することをいう。図５（ｂ）は温度差を横軸に温度勾配を縦軸にしたグラフに図５（ａ）の結果を記入した様子を示す。判別変換の結果を図５（ｂ）のように散布図にて図示したものを判別図という。【００３５】
図６（ａ）〜（ｉ）は損傷形態及び損傷深さ別の判別図である。これらの判別図は室内実験で撮影した赤外線熱画像の温度分布を損傷形態及び損傷深さ別に判別変換し判別図にしたものである。【００３６】
図６から温度差と温度勾配には相関関係があることが確認できる。注目すべきは図６（ａ）〜図６（ｃ）で示される損傷１ａの判別図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）からは、散布図上の傾き（温度勾配／温度差）と損傷深さとに関係があることが判る。より具体的には、損傷が深くなるにつれて散布図上の傾きが小さくなることが判る。一方、図６（ｄ）〜図６（ｆ）で示される損傷２ａの判別図や図６（ｇ）〜図６（ｉ）で示される損傷３ａの判別図では損傷深さに関係なく散布図上の傾きがほぼ一定であり、さらに図６（ｄ）〜図６（ｉ）の散布図上の傾きは図６（ａ）の散布図上の傾きよりも大きいことが判る。これは損傷２ａ、４ａが全て供試体表面２ｂ、４ｂに達しているため、実質的に損傷１ａよりも浅いと判断することで説明できる。【００３７】
なお散布図の横軸を温度勾配にし縦軸を温度差にしてもよい。この場合は傾きの大小が逆になるだけで、同じことが言える。以上をまとめると、温度差と温度勾配との比と損傷深さとに関係があるということが言える。【００３８】
以上の室内実験の結果から、散布図上の傾きすなわち温度差と温度勾配との比と損傷深さとに関係があるという結論に至った。【００３９】
［１．２  シミュレーション］
この説明では構造物に含まれる損傷をクラックであるとする。損傷部表面を含む構造物表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差は、損傷の大きさと損傷の幅（クラック幅）及び累積熱エネルギーに影響を受ける。本発明者らは、その関係を明らかにするために、シミュレーションによって温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差を求めた。具体的には、春（日較差１１℃）に相当する熱環境を設定し、損傷の大きさを２cm、４cm、６cm、８cm、１０cmとし、損傷の幅を１mm未満、１mm、２mm以上とした空洞型の内部損傷（図１（ａ）に示す供試体１の損傷１ａに相当する）の非定常熱伝導解析を実施した。【００４０】
図７はシミュレーションで設定した熱環境を示す。図７（ａ）は日向における日射量と外気温を時間経過と共に示し、図７（ｂ）は日陰における外気温を時間経過と共に示す。【００４１】
図８はシミュレーション結果を示す。  
図８の結果から、大きさが２cm以下、幅が１mm未満、深さが４cm以上という条件の何れかを満たす損傷は赤外線調査法によって検出できないと判別できる。これらの条件の何れかを満たす損傷は概ね温度差が０．１℃以下となっている。現存する赤外線カメラでは０．１℃以下の温度差を検出できない。よってこれらの損傷は赤外線調査法では検出できないということになる。【００４２】
上記［１．１］の室内実験では、赤外線熱画像から得られる温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差と温度勾配との比と、損傷深さとは、相関関係があることを確認した。しかしこの室内実験では熱環境や損傷の大きさや幅を変更して実験を行っていない。シミュレーションでは熱環境や損傷の大きさ、幅を変更したＦＥＭによる非定常熱伝導解析によって相関関係を確認した。この際に使用したデータは図８である。【００４３】
図９（ａ）〜（ｄ）は損傷深さ別の判別図である。これらの判別図はＦＥＭ解析によって得た温度分布を損傷形態及び損傷深さ別に判別変換し判別図にしたものである。【００４４】
図９（ａ）〜（ｄ）からは、判別図の傾きすなわち温度差と温度勾配との比は、損傷深さと一定の規則性があることが判る。この規則性は熱環境（累積熱エネルギー：撮影時間含む）や損傷の大きさや幅に影響を受けない。【００４５】
［１．３  まとめ］
図１０は損傷深さと判別図の傾きとの関係を示す。  
室内実験結果の判別変換とシミュレーション結果の判別変換を整理すると図１０で示される関係が得られる。図１０からは判別図の傾きと損傷深さとに相関関係があることが改めて確認できる。寄与率は０．９８であり、強い相関であることが判る。また図１１に示すように、室内実験によって得られた判別図の傾きとＦＥＭ解析によって得られた判別図の傾きには大きな違いがみられなかったことから、図１０は有効であると推察する。【００４６】
［２  第１の実施形態］
［２．１  装置構成］
図１２は損傷深さ判定装置の基本的な構成を機能ブロック化して示す。  
損傷深さ判定装置１００は、赤外線カメラ１０と解析部２０と画像表示部３０とを有する。さらに解析部２０は、記憶部２１と演算部２２と判定部２３とを有する。赤外線カメラ１０と解析部２０は信号線Ｌ1で通信自在に接続されている。また解析部２０と画像表示部３０は信号線Ｌ2で通信自在に接続されている。赤外線カメラ１０と解析部２０及び解析部２０と画像表示部３０は無線で通信自在に接続されていても良い。【００４７】
赤外線カメラ１０は構造物４０から放射される赤外線エネルギーを検出し、その赤外線エネルギーを温度に変換することによって構造物４０の表面の温度分布を示す赤外線熱画像を撮影する。【００４８】
解析部２０の記憶部２１は、構造物４０のうち損傷部の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差とその温度分布の中の温度勾配との比と、損傷深さと、の相関関係を記憶する。なお本実施形態では、この比として図６や図９で示される判別図の傾きを利用し、相関関係として図１０で示される損傷深さと判別図の傾きとの関係を記憶するものとする。演算部２２は、赤外線カメラ１０で撮影された赤外線熱画像から損傷部表面を含む２点間の温度分布を抽出し、抽出された温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差とその温度分布の中の温度勾配との比、ここでは判別図の傾きを演算する。判定部２３は、演算部２２で演算された判別図の傾きを記憶部２１で記憶された相関関係と照合し、傾きに対応する損傷深さを判定する。【００４９】
画像表示部３０は赤外線カメラ１０で撮影された赤外線熱画像を表示する機能を有し、また解析部２０の判定部２３で判定された損傷深さを表示する機能を有する。画像表示部３０はモニターのように画像を表示装置に映し出すものでも良いし、プリンターのように画像を印刷するものでも良い。【００５０】
［２．２  処理手順］
図１３は損傷深さ判定処理の処理手順を示す。  
先ず予め判別図の傾きと損傷深さとの相関関係を用意する（ステップＳ１１）。この際には上述した室内実験やシミュレーションによって新たに相関関係を求めても良いし、既存の相関関係を用いても良い。赤外線調査が可能な時期すなわち赤外線熱画像によって健全部と損傷部との判別が可能な時期が到来したら、赤外線カメラで構造物の表面を撮影し赤外線熱画像を取得する（ステップＳ１２）。赤外線熱画像によって損傷部が確認できたら、その損傷部を含む２点間の温度分布を抽出する（ステップＳ１３）。さらに２点間の温度分布から最高温度と最低温度の温度差と温度勾配とを求め、図５で示されるような判別変換をする（ステップＳ１４）。判別変換によって得られる判別図の傾きをステップＳ１１で用意した相関関係と照合し、相関関係の中から傾きに対応する損傷深さを判定する（ステップＳ１５）。以上の手順により赤外線調査で損傷深さを判定できる。【００５１】
なお以上の処理は図１２で示す損傷深さ判定装置１００で行われるようにしてもよいし、損傷深さ判定装置１００を介さずに作業員自身が行うようにしてもよい。【００５２】
［３  第２の実施形態］
［３．１  装置構成］
図１４は損傷処置判定装置の基本的な構成を機能ブロック化して示す。  
図１４で示す損傷処置判定装置２００は図１２で示す損傷深さ判定装置１００と一部の構成が一致する。一致する構成に関しては同一符号を付し、その説明を省略する。【００５３】
解析部５０の記憶部５１は、構造物４０のうち損傷部の表面の温度分布の中の最高温度と最低温度の温度差とその温度分布の中の温度勾配との比と、損傷処置内容と、の対応関係を記憶する。なお本実施形態では、この比として図６や図９で示される判別図の傾きを利用する。また対応関係としては、傾きが所定値より大きい場合は応急処置要と記憶し、比が所定値以下の場合は処置不要と記憶するものとする。演算部２２は、図１２で示す損傷深さ判定装置１００の演算部２２と同様に判別図の傾きを演算する。判定部５３は、演算部２２で演算された判別図の傾きを記憶部５１で記憶された相関関係と照合し、傾きに対応する損傷処置内容を判定する。【００５４】
画像表示部６０は赤外線カメラ１０で撮影された赤外線熱画像を表示する機能を有し、また解析部５０の判定部５３で判定された損傷処置内容を表示する機能を有する。画像表示部６０はモニターのように画像を表示装置に映し出すものでも良いし、プリンターのように画像を印刷するものでも良い。【００５５】
［３．２  処理手順］
図１５は損傷処置判定処理の処理手順を示す。  
先ず予め判別図の傾きと損傷処置内容との対応関係を用意する（ステップＳ２１）。赤外線調査が可能な時期すなわち赤外線熱画像によって健全部と損傷部との判別が可能な時期が到来したら、赤外線カメラで構造物の表面を撮影し赤外線熱画像を取得する（ステップＳ２２）。赤外線熱画像によって損傷部が確認できたら、その損傷部を含む２点間の温度分布を抽出する（ステップＳ２３）。さらに２点間の温度分布から最高温度と最低温度の温度差と温度勾配とを求め、図５で示されるような判別変換をする（ステップＳ２４）。判別変換によって得られる判別図の傾きをステップＳ２１で用意した対応関係と照合し、対応関係の中から傾きに対応する損傷処置内容を判定する（ステップＳ２５）。以上の手順により赤外線調査で損傷処置を判定できる。【００５６】
なお以上の処理は図１４で示す損傷処置判定装置２００で行われるようにしてもよいし、損傷処置判定装置２００を介さずに作業員自身が行うようにしてもよい。【００５７】
［４  第３の実施形態］
実際の構造物表面には汚れやカビ等が付着していたり凹凸が存在したりする。これらは構造物の損傷ではない非損傷であるものの構造物表面の温度分布に影響を及ぼす。温度分布から損傷の処置を判定するには、こうした非損傷と損傷とを区別する必要がある。非損傷と損傷とを区別する一例として、決定木分析がある。この分析はある基準に従いデータを分割することで事象を予測するものであり、公知のソフトウェアを利用して実現できる。例えばSPSS Classification Trees 16.0（登録商標）を使用する。成長方法は、各予測変数に対して可能な限り分割を調べることができるCHAIDの改良版であるExhaustive CHAIDとする。CHAID樹木はディシジョンツリーと呼ばれており、最初はデータセット全体を対象として、空間の部分集合を（親ノード）を複数の子（ノード）に分岐させる作業を繰り返す形で構築する。決定木分析の結果を図１６、図１７に示す。【００５８】
図１６はコンクリート表面状態と温度分布の形状と判別図の傾きを整理したディシジョンツリーを示す。ここでの目標カテゴリは処置区分の応急処置とする。  
図１６で示すように、ディシジョンツリーは一系統のノード群からなる。ノード群の最上位のノードをルートノードといい、これは全データの集合体である。ノード群の最下位のノードすなわちそれ以上下位のノードが存在しないノードをターミナルノードという。また分岐前の上位のノードを親ノードといい、分岐後の下位のノードを小ノードという。図１６のディシジョンツリーは１８のノードからなり、そのうちルートノードが１、ターミナルノードが１１ある。【００５９】
図１７は各ノード別のゲインを示す。ゲインとは各ノード中の目標カテゴリ、ここでは応急処置、の割合である。図１７で示すように、No.15、No.12、No.17、No.10のノードのみが応急処置と関係がある。【００６０】
図１６で示されるディシジョンツリーによれば、処置区分を３つ（応急処置、処置不要、健全）に判別する際に重要なカテゴリは温度分布の形状である。この温度分布の形状とは図３、図４で示す各グラフの形状のことをいう。ここでは“台形型”（ノードNo.1）と“三角・釣型鐘”（ノードNo.2）を判別区分としてあげている。形状の定義は適宜決定しておく。【００６１】
温度分布の形状が“台形型”である場合に、次に重要なカテゴリは構造物表面の目視状況である。ここでは“クラック、補修”（ノードNo.3）と“コールドジョイント、ビーコン跡、横締め部”（ノードNo.4）と“健全部”（ノードNo.5）と“表面凹凸、遊離石灰”（ノードNo.6）とを判別区分としてあげている。目視状況が“クラック、補修”か“コールドジョイント、ビーコン跡、横締め部”か“健全部”である場合に、次に重要なカテゴリは判別図の傾きである。この段階で判別図の傾きによって処置区分を判別する。一方、目視状況が“表面凹凸、遊離石灰”である場合は、その段階で処置区分を判別する。【００６２】
温度分布の形状が“三角・釣型鐘”である場合に、次に重要なカテゴリは判別図の傾きである。ここでは“≦２０”（ノードNo.7）と“＞２０”（ノードNo.8）とを判別区分としてあげている。判別図の傾きが“＞２０”である場合に、次に重要なカテゴリは構造物の目視状況である。この段階で目視状況によって処置区分を判別する。一方、判別図の傾きが“≦２０”である場合は、その段階で処置区分を判別する。【００６３】
以上のように、決定木分析によってディシジョンツリーを作成しておき、そのディシジョンツリーに従い損傷処置を判別することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、橋梁、高架等コンクリートを用いた構造物の赤外線調査のみならず、モルタルなど内部に異常が発生する資材を用いた構造物全般の損傷調査に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は室内実験で使用された供試体を示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は室内実験の室温変動パターンを示す図である。
【図３】各供試体表面の赤外線熱画像から得られた温度分布をグラフ化して示す図である。
【図４】各供試体表面の赤外線熱画像から得られた温度分布をグラフ化して示す図である。
【図５】判別変換の概念を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｉ）は損傷形態及び損傷深さ別の判別図である。
【図７】シミュレーションで設定した熱環境を示す図である。
【図８】シミュレーション結果を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は損傷深さ別の判別図である。
【図１０】損傷深さと判別図の傾きとの関係を示す図である。
【図１１】室内実験によって得られた判別図の傾きとＦＥＭ解析によって得られた判別図の傾きを比較する図である。
【図１２】損傷深さ判定装置の基本的な構成を機能ブロック化して示す図である。
【図１３】損傷深さ判定処理の処理手順を示す図である。
【図１４】損傷処置判定装置の基本的な構成を機能ブロック化して示す図である。
【図１５】損傷処置判定処理の処理手順を示す図である。
【図１６】コンクリート表面状態と温度分布の形状と判別図の傾きを整理したディシジョンツリーを示す図である。
【図１７】各ノード別のゲインを示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…赤外線カメラ、
２０…解析部、２１…記憶部、２２…演算部、２３…判定部、
４０…構造物、
５０…解析部、５１…記憶部、５２…演算部、５３…判定部、
１００…損傷深さ判定装置、２００…損傷処置判定装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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