(57)【要約】【課題】  構造物の特性変化の測定から荷重算出までの過程を全自動且つリアルタイム行う構造物の特性変化検出システムを提供する。【解決手段】  橋梁等の構造物に配置されており、構造物（１１）の上を車両等の移動物体（ｐ）が走行することによる構造物の特性変化を検出する少なくとも１個のセンサ（１３１〜１３ｍ、４０１〜４０（ｎ＋１）、４１１〜４１（ｎ＋１）を含む現場側システム（７１）と、センサの出力を構造物から離れた所望の地点で受信して処理する観測地側システム（７２）とを備え、観測地側システムによりセンサの出力を自動的に且つ実質的にリアルタイムで処理して、構造物の特性変化を検出するようにし、１例として、移動物体は車両であり、構造物は車両通行用の道路又は複数の車線を有する橋梁である。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に配置されており、該構造物の上を移動物体が走行することによる該構造物の特性の変化を検出する少なくとも１個のセンサを含む現場側システムと、
前記センサの出力を前記構造物から離れた所望の地点で受信して処理する観測地側システムとを備え、
前記観測地側システムにより前記センサの出力を自動的に処理して、前記構造物の特性の変化を検出するようにしたことを特徴とする構造物の特性変化検出システム。
【請求項２】
前記構造物の特性は、前記構造物のひずみ、変位、温度の少なくとも一つを含む前記移動物体の走行に対する応答である、請求項１に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項３】
前記移動物体は車両であり、前記構造物は車両通行用の道路である、請求項１又は２に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項４】
前記道路は車両通行用の少なくとも一つの車線を有する橋梁である、請求項３に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項５】
前記センサは前記橋梁の前記車両の走行面以外の位置に配置された前記車両の重量算出用ひずみセンサを含んでおり、該重量算出用ひずみセンサは、前記橋梁の部材に配置されており、該部材は、前記橋梁を通過する車両によって生じるひずみ応答を、前記車線の全てに対して網羅できる位置にあり、且つ、前記車線内の走行位置の違いに対して、大きくひずみ応答が変化しない部材である、請求項４に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項６】
前記センサは前記車両の走行方向に直交する左右の車輪を結ぶ車軸を検知するための複数の車軸検知用センサを含んでおり、前記複数の車軸検知用センサはそれぞれ、前記橋梁の前記車両走行面以外の位置に配置されている部材に配置されており、該部材は、前記複数の車線に対応する位置にあり、前記車軸が通過する毎にひずみ応答が独立して生じる部材で、且つ、隣接する車線を前記車軸が通過してもひずみ応答が少ない部材である、請求項４又は５に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項７】
前記観測地側システムは、所定時間間隔毎に、前記センサの出力に基づいて前記構造物の特性値の最頻値を取得する最頻値取得手段と、該最頻値を前記構造物の温度変化による温度ひずみとして、前記構造物の特性値から前記温度ひずみを除去して活荷重ひずみを自動的に算出して出力する活荷重ひずみ算出手段とを備えている、請求項１から６のいずれか一項に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項８】
前記観測地側システムは、前記活過重ひずみ算出手段の出力が所定制限値を超えている過積載車両を自動的に検出する過積載車検出手段と、時刻を計時するタイマーと、過積載車を検出した時に自動的且つ実質的にリアルタイムに前記橋梁上の車両のバックプレート番号を前記タイマーが計時した検出時の時刻とともに撮影する撮影手段と、過積載車を検出した時に自動的且つ実質的にリアルタイムで所定機関に通報する通報手段とをさらに備えている、請求項７に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項９】
前記観測地側システムは、どの車線に対応する前記車軸検知用センサの出力が反応したかを判定することにより、前記車両がどの車線を走行しているかを自動的に判定する車線判定手段を備えている、請求項６に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項１０】
前記車軸検知用センサは、それぞれが前記車線に直交する方向に配列された２群のセンサ群を備えており、前記センサ群は互いに前記車線に平行な方向に所定距離だけ離れて配置されており、前記観測地側システムは、各車線に対応する前記２群のセンサ群の出力波形の相関関数が最大となるときの時間差で前記所定距離を割り算することにより該当車線を通過する車両の走行速度を自動的に算出する速度算出手段を備えている、請求項６に記載の構造物の特性変化判定システム。
【請求項１１】
前記観測値側システムは、各車線に対応する前記車軸検知用センサの出力波形の１階微分波形の０値の前後の変化量が所定値以上である期間で、該出力波形の２階微分波形がプラスの区間及び該２階微分波形の極値を検出することにより、車両の通過時刻を自動的に判定する通過時刻判定手段を備えている、請求項６に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項１２】
前記観測地側システムはさらに、前記橋梁上を走行中の車両を１台ごとに検出する車両検出手段と、検出した車両の車軸間隔を算出する車軸間隔算出手段と、検出した車両の車軸数をカウントする車軸数カウント手段を備え、前記車軸数カウント手段は、車両が前記車軸検知用センサを通過する直前から直後の間で、前記車両の車軸数をカウントするカウンタを備えており、前記カウンタは、前記車両が前記車軸検知用センサを通過する前にリセットされており、前記車軸検知用センサの出力波形の1階微分波形の極小値と、前記極小値が検出された時刻以降で最初に前記1階微分波形が極大となる時刻における前記1階微分波形の極大値との差が所定値より大きいと判定された場合に車軸数に１を加算する工程を繰り返す加算手段と、前記検出された車両が前記車軸検知用センサを通過したかどうかを判定する判定手段とを備え、前記判定手段により前記車両が前記車軸検知用センサを通過するまでに、前記加算手段により加算された数を前記車両の車軸数と決定するようにした、請求項６に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項１３】
前記観測地側システムは、軸数及び軸間隔と車種とを関係付けて格納しているデータベースと、前記橋梁上を走行する車両の車種を判定する車種判定手段とを備えており、前記車種判定手段は、各車両毎に軸数及び軸間隔を取得する手段と、取得した軸数及び軸間隔とを前記データベース内の軸数及び軸間隔と照合することにより車種を識別するようにした、請求項４から１３のいずれか一項に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項１４】
前記観測地側システムはさらに、渋滞検出手段を備えており、前記渋滞検出手段は、前記重量算出用ひずみ計の出力値が所定時間内に所定値以上変化した場合に、渋滞と判定し、演算若しくは判定を中止するようにした、請求項７から１３のいずれか一項に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項１５】
前記観測地側システムはさらに、渋滞検出手段を備えており、前記渋滞検出手段は、前記車線のいずれか一つに関する前記車軸数が０より大であり、且つ、該車線上の車両の速度が所定値より小の場合に、渋滞と判定し、演算若しくは判定を中止するようにした、請求項７から１３のいずれか一項に記載の構造物の特性変化検出システム。
【請求項１６】
構造物に配置されており、該構造物の上を移動物体が走行することによる該構造物の特性の変化を少なくとも１個のセンサにより検出するステップと、
前記センサの出力を前記構造物から離れた所望の地点の観測地システムで受信して処理するステップとを備え、
前記観測地側システムにより前記センサの出力を自動的に処理して、前記構造物の特性の変化を検出することを特徴とする構造物の特性変化検出方法。
【請求項１７】
コンピュータに、構造物に配置されており、該構造物の上を移動物体が走行することによる該構造物の特性の変化を検出する少なくとも１個のセンサにより検出された出力を前記構造物から離れた所望の地点の観測地システムで受信して処理するステップと、
前記観測地側システムにより前記センサの出力を自動的に処理して、前記構造物の特性の変化を検出するステップとを実行させることを特徴とする構造物の特性変化検出プログラム。
【請求項１８】
コンピュータに、構造物に配置されており、該構造物の上を移動物体が走行することによる該構造物の特性の変化を検出する少なくとも１個のセンサにより検出された出力を前記構造物から離れた所望の地点の観測地システムで受信して処理するステップと、
前記観測地側システムにより前記センサの出力を自動的に処理して、前記構造物の特性の変化を検出するステップとを実行させるための構造物の特性変化検出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造物の特性変化検出システム、方法、プログラム及び記録媒体に関し、特に橋梁等の公共構造物のひずみを自動的にしかも実質的にリアルタイムで検出するシステム、方法、プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁等の道路構造物や舗装道路の維持管理を効果的に行う上で、交通荷重の特性を継続的に把握することは極めて重要である。例えば、各路線の交通荷重の特性が分かれば、限られた維持管理費の中でどの路線に対して優先的にその費用を投入すればよいのかを判断できる。
【０００３】
さらに、より一層効果的な維持管理計画の策定をするためには、これまでの交通荷重の変動から今後の動向を予測することが重要であり、長期間継続して交通荷重をモニタリングすることが不可欠である。
【０００４】
しかしながら、交通荷重に関する実態調査は、国土交通省や各公団で行われてはいるものの（非特許文献１及び２参照）、数ヶ月にわたる長期の実体調査としては、東名高速道路において実施された報告例（非特許文献３及び４参照）以外には殆どない。
【０００５】
交通荷重を測定する手法として、車両が橋梁上を通過した時に生じる橋梁部材の応答から、逆解析によって車両重量を算出するWeigh-In-Motion(以下、W.I.M.と称する）が１９７０年代にF. Mosesによって提案されている（非特許文献５参照）。このW.I.M.は軸重計と比べると非常に簡易で、かつ安価にシステムを構築できるという利点がある。また、車両が走行している状態でその重量を測定することができるので、交通流を乱すことなく、測定に必要となるセンサは橋梁の下面に設置することから、その存在を運転者に気づかれないという利点もある。
【０００６】
本発明の発明者等は、車両重量を算出するための橋梁部材の応答として主桁下フランジのひずみを利用したW.I.M.システムを構築している（非特許文献６参照）。また、非特許文献７ではＲＣ床版下面のひび割れ開閉幅を利用しており、非特許文献８では縦桁に生じるひずみを利用し、非特許文献９では支点反力を利用して、W.I.M.システムを構築している。
【非特許文献１】建設省土木研究所：橋梁に生じる応力の実体調査研究、第２３回建設省技術研究発表会、1969.
【非特許文献２】阪神高速道路公団：阪神高速道路における活荷重実体調査と荷重評価のための解析、1984.
【非特許文献３】石井忠司、藤原修二：東名高速道路の交通荷重測定と荷重特性について、土木学会論文集、No.453/V1-17, pp163-170, 1992.
【非特許文献４】井口忠司、藤原修二：東名高速道路における通行車両の進行特性、土木学会論文集、No.492/V1-23, pp29-46, 1994.
【非特許文献５】F.Moses: Weigh-In-Motion System Using Instrumented Bridge, ASCE, Vol. 105, No. 4, pp41-45.
【非特許文献６】三木千壽、村上潤、米田利博、吉村洋司、走行車両の重量測定、橋梁と基礎、Vol.21, No.4, pp41-45,1987.
【非特許文献７】松井繁之、Ahmed EL-HAKIM:ＲＣ床版のびびわれの開閉量による輪荷重の測定に関する研究、構造光学論文集、Vol. 35A, pp407-417, 19989.
【非特許文献８】小塩達也、山田健太郎、小林直人、水野良由：鋼１桁端の立て桁を用いたBridge Weigh-In-Motionシステムの開発、構造光学論文集,Vol47.A, pp1082-1091. 2001.
【非特許文献９】小塩達也、山田健太郎、若尾政克、因田智博：支点反力によるBWIMを用いた自動車軸重調査と荷重特性の分析、構造光学論文集、Vol149.A, pp743-753, 2003.
【非特許文献１０】三木千壽、水の上俊雄、小林裕介：光通信網を使用した鋼橋梁の健全度評価モニタリングシステムの開発、土木学会論文集、Ｎｏ．６８６／ＶＩ−５２，ｐｐ３１−４０，２００１
【非特許文献１１】西川和廣、山本悟司、鹿嶋久義：温度変化に伴う橋梁の挙動に関する計測結果の分析、土木学会第４７回年次学術講演回概要集、I-449, pp.1074-1075, 1992
【非特許文献１２】小林裕介、三木千壽、出野麻由子、斉藤勝晶：合成桁橋梁の健全度モニタリングを目的とした温度変形挙動の検討、構造工学論文集、Vol.48A, pp.979-985, 2002
【非特許文献１３】小林裕介、古庄龍悟、三木千壽：鋼床版箱桁橋梁の温度変形挙動について、第５７回年次学術講演会公演概要集第１部、５７巻、pp.1443-1444, 2002.
【非特許文献１４】イブ・トーマス、中村尚五：デジタル信号処理、東京電機大学出版局、1999.
【非特許文献１５】大崎順彦、新・地震動のスペクトル解析入門、鹿島出版会、1994.
【非特許文献１６】交通量統計表、警視庁交通部、2001.
【非特許文献１７】三木千壽、舘石和雄、杉本一郎：道路橋の疲労照査のための活荷重に関する一考察、土木学会論文集、No.432/I-16, pp.63-68, 1991.
【非特許文献１８】玉越隆史：道路橋示方書（鋼橋編）の疲労設計の考え方、第6回鋼構造と橋に関するシンポジウム論文報告集、pp.11-21, 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の先行技術はいずれも実橋梁に適用してそれらの有用性を示しているが、長期にわたって継続的に交通荷重をモニタリングするためには、データの取得や解析処理、システムの安定性などに課題が残されている。
【０００８】
長期間継続的に交通荷重をモニタリングする場合、膨大な数の車両についてその重量を算出するため省力化が必須であり、ひずみの測定から荷重算出までの過程を全自動とする必要があるという課題がある。また、絶え間なく通過する車両をリアルタイムに自動で処理するためには、橋梁の温度による変形の影響の検出や、車両の走行位置の検知を自動化させるアルゴリズムの開発が不可欠であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題が解決するために、本発明の第１の態様により提供されるものは、構造物に配置されており、該構造物の上を移動物体が走行することによる該構造物の特性の変化を検出する少なくとも１個のセンサを含む現場側システムと、センサの出力を構造物から離れた所望の地点で受信して処理する観測地側システムとを備え、観測地側システムによりセンサの出力を自動的に処理して、構造物の特性の変化を検出するようにしたことを特徴とする構造物の特性変化検出システムである。
【００１０】
本発明の第２の態様においては、第１の態様における構造物の特性とは、構造物のひずみ、変位、温度の少なくとも一つを含む移動物体の走行に対する応答である。
【００１１】
本発明の第３の態様おいては、第１又は第２の態様における移動物体は車両であり、構造物は車両通行用の道路である。
【００１２】
本発明の第４の態様においては、第３の態様における道路は車両通行用の少なくとも一つの車線を有する橋梁である。
【００１３】
本発明の第５の態様においては、第４の態様におけるセンサは橋梁の車両走行面以外の位置に配置された車両の重量算出用ひずみセンサを含んでおり、該重量算出用ひずみセンサは、橋梁の部材に配置されており、該部材は、橋梁を通過する車両によって生じるひずみ応答を、車線の全てに対して網羅できる位置にあり、且つ、車線内の走行位置の違いに対して、大きくひずみ応答が変化しない部材である。
【００１４】
本発明の第６の態様においては、第３又は第４の態様において、センサは車両の走行方向に直交する左右の車輪を結ぶ車軸を検知するための複数の車軸検知用センサを含んでおり、複数の車軸検知用センサはそれぞれ、橋梁の部材に配置されており、該部材は、複数の車線に対応する位置にあり、車軸が通過する毎にひずみ応答が独立して生じる部材で、且つ、隣接する車線を車軸が通過してもひずみ応答が少ない部材である。
【００１５】
本発明の第７の態様においては、第１から第６のいずれかの態様において、観測地側システムは、所定時間間隔毎に、センサの出力に基づいて構造物の特性値の最頻値を取得する最頻値取得手段と、該最頻値を構造物の温度変化による温度ひずみとして、構造物の特性値から温度ひずみを除去して活荷重ひずみを自動的に算出して出力する活荷重ひずみ算出手段とを備えている。
【００１６】
本発明の第８の態様においては、第７の態様において、観測地側システムは、活過重算出手段の出力が所定制限値を超えている過積載車両を自動的に検出する過積載車検出手段と、時刻を計時するタイマーと、過積載車を検出した時に自動的且つ実質的にリアルタイムに橋梁上の車両のバックプレート番号をタイマーが計時した検出時の時刻とともに撮影する撮影手段と、過積載車を検出した時に自動的且つ実質的にリアルタイムで所定機関に通報する通報手段とをさらに備えている。
【００１７】
本発明の第９の態様においては、第６の態様において、観測地側システムは、どの車線に対応する車軸検知用センサの出力が反応したかを判定することにより、車両がどの車線を走行しているかを自動的に判定する車線判定手段を備えている。
【００１８】
本発明の第１０の態様においては、第６の態様において、車軸検知用センサは、それぞれが車線に直交する方向に配列された２群のセンサ群を備えており、センサ群は互いに車線に平行な方向に所定距離だけ離れて配置されており、観測地側システムは、各車線に対応する２群のセンサ群の出力波形の相関関数が最大となるときの時間差で所定距離を割り算することにより該当車線を通過する車両の走行速度を自動的に算出する速度算出手段を備えている。
【００１９】
本発明の第１１の態様においては、第６の態様において、観測値側システムは、各車線に対応する車軸検知用センサの出力波形の１階微分波形の０値の前後の変化量が所定値以上である期間で、該出力波形の２階微分波形がプラスの区間及び２階微分波形の極値を検出することにより、車両の通過時刻を自動的に判定する通過時刻判定手段を備えている。
【００２０】
本発明の第１２の態様によれば、第６の態様において、観測地側システムはさらに、橋梁上を走行中の車両を１台ごとに検出する車両検出手段と、検出した車両の車軸間隔を算出する車軸間隔算出手段と、検出した車両の車軸数をカウントする車軸数カウント手段を備え、車軸数カウント手段は、車両が車軸検知用センサを通過する直前から直後の間で、車両の車軸数をカウントするカウンタを備えており、カウンタは、車両が車軸検知用センサを通過する前にリセットされており、車軸検知用センサの出力波形の1階微分波形の極小値と、極小値が検出された時刻以降で最初に1階微分波形が極大となる時刻における1階微分波形の極大値との差が所定値より大きいと判定された場合に車軸数に１を加算する工程を繰り返す加算手段と、検出された車両が車軸検知用センサを通過したかどうかを判定する判定手段とを備え、判定手段により車両が車軸検知用センサを通過するまでに、加算手段により加算された数を車両の車軸数と決定するようにした。
【００２１】
本発明の第１３の態様によれば、第４から１３のいずれかの態様において、観測地側システムは、軸数及び軸間隔と車種とを関係付けて格納しているデータベースと、橋梁上を走行する車両の車種を判定する車種判定手段とを備えており、車種判定手段は、各車両毎に軸数及び軸間隔を取得する手段と、取得した軸数及び軸間隔とをデータベース内の軸数及び軸間隔と照合することにより車種を識別するようにした。
【００２２】
本発明の第１４の態様によれば、第７から第１３のいずれかの態様において、観測地側システムはさらに、渋滞検出手段を備えており、渋滞検出手段は、重量算出用ひずみ計の出力値が所定時間内に所定値以上変化した場合に、渋滞と判定し、演算若しくは判定を中止するようにした。
【００２３】
本発明の第１５の態様によれば、第７から第１３のいずれかの態様において、観測地側システムはさらに、渋滞検出手段を備えており、渋滞検出手段は、車線のいずれか一つに関する車軸数が０より大であり、且つ、該車線上の車両の速度が所定値より小の場合に、渋滞と判定し、演算若しくは判定を中止するようにした。
【００２４】
本発明によれば、上記の構造物の特性変化検出システムの動作を実現する方法、コンピュータに実行させるプログラム、及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の第１の態様によれば、観測地側システムにおいてセンサの出力を人手を介することなく全自動で処理できるので、２４時間の監視体制が確立できるという効果が得られる。
【００２６】
本発明の第２の態様によれば、構造物の特性の変化として移動物体の走行に対する構造物の応答の変化が検出されるという効果が得られる。
【００２７】
本発明の第３の態様によれば、車両通行用道路のひずみ監視を全自動で行うことが可能になるという効果が得られる。
【００２８】
本発明の第４の態様によれば、橋梁のひずみ監視を全自動で行うことが可能になるという効果が得られる。
【００２９】
本発明の第５の態様によれば、移動物体が走行中であっても、移動物体の重量算出用ひずみ計を橋梁の適切な場所に配置することができるという効果が得られる。
【００３０】
本発明の第６の態様によれば、移動物体が走行中であっても、複数の車軸検知用センサを橋梁の適切な場所に設置することができるという効果が得られる。
【００３１】
本発明の第７の態様によれば、構造物の温度ひずみを構造物のひずみ値から自動的に算出することにより、構造物のひずみをから全自動で温度ひずみ分を差し引いた移動物体による真のひずみを算出できるという効果が得られる。
【００３２】
本発明の第８の態様によれば、過積載の違法走行車を自動的且つ実質的にリアルタイムで検出できるので、橋梁の安全対策に迅速に対処できるという効果が得られる。
【００３３】
本発明の第９の態様によれば、車両がどの車線を走行しているかを自動的に判定できるという効果が得られる。
【００３４】
本発明の第１０の態様によれば、２群のセンサ群により車両の走行速度を自動的に判定できるという効果が得られる。
【００３５】
本発明の第１１の態様によれば、車両がセンサ上を通過した時刻を自動的に判定できるという効果が得られる。
【００３６】
本発明の第１２の態様によれば、橋梁上を走行している車両の車軸間隔と車軸数を検出できるので橋梁上を走行している車両の車種の判定が容易になるという効果が得られる。
【００３７】
本発明の第１３の態様によれば、橋梁上を走行中の車両の車軸数及び車軸間隔をデータベース内のそれらと照合することにより車種を識別できるので、違法過積載車両の車種を自動的且つリアルタイムに容易に特定できるという効果が得られる。
【００３８】
本発明の第１４及び１５の態様によれば、渋滞が検出された場合は上記の演算若しくは判定を中止することにより、無効な演算や判定を排除できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に、本発明の実施の形態を図面によって詳述する。全図を通じて同一物には同一参照符号を付してある。なお、以下の説明では橋梁のひずみ検出を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、筺体構造を有する構造体でその上を移動物体が走行することにより構造体が変形する等構造体の特性が変化するものであれば、道路、鉄道、滑走路等、他の構造物にも提供可能である。
【００４０】
（Ａ）システムの全体構成
図１は本発明の一実施例による橋梁ひずみ検出システムの現場側システムの構成例を示す概略図である。同図において、１１は橋梁の上平面図、１２１〜１２（ｎ＋１）は車線、１３１〜１３ｍは重量算出用ひずみセンサ、１４は重量算出用ひずみセンサ１３１〜１３ｍの出力に接続された動ひずみ計、１５は動ひずみ計１４のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１６はＡ／Ｄ変換器１５の出力データを収録する収録用パーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。重量算出用ひずみセンサ１３１〜１３ｍの出力はｆ1（ｔ）、ｆ2（ｔ）、…ｆm（ｔ）である。また、ＢＬは橋梁の長さである。
【００４１】
動ひずみ計１４はひずみゲージであるが、これに替えてＦＢＧ(Fiber Bragg Grating)光ファイバセンサを用いてもよい。ひずみゲージの場合は、耐久性を考慮して、センサ１３１〜１３ｍの周囲を点溶接によって非測定部材に貼付する点溶接形防水式ひずみゲージが好ましい。また、センサ部は金属の箱で覆い、リード線は金属管内を通して保護する。ＦＢＧ光ファイバセンサは材質がガラスであるため非腐食で、且つ測定に光を用いていることから電気的なノイズを受けないという利点がある。本発明の発明者等は、「ＦＢＧ光ファイバセンサによるWeigh-In-Motionシステムの構築」という論文でＦＢＧセンサの有用性を公表している(応用力学論文集Vol X, ２００３年８月）。
【００４２】
重量算出用ひずみセンサ１３１〜１３ｍの設置位置は、次の条件を満たす位置であればよく、全ての車線に対応して設置する必要はない。
（１）通過する車両によって生じるひずみ応答を、全ての車線に対して網羅できる位置であること。
（２）車線内の走行位置（橋軸直角方向）の違いに対して、大きくひずみ応答が変化しない部材が配置されている位置であること。
【００４３】
図２は重量算出用ひずみセンサ１３１〜１３ｍの設置位置の一例を示す橋梁の一部の斜視図である。同図に示す橋梁は鈑桁橋梁と呼ばれるもので、Ｉ型の上フランジと、下フランジと、それらの間のウェブと、ウェブを保持する鉛直スティフナとで構成されている。この場合上記の条件（１）及び（２）を満たす位置は支間中央の下フランジ上である。図２には下フランジ上に配置されたセンサ１３１が代表的に示されている。
【００４４】
図３は重量算出用ひずみセンサ１３１〜１３ｍの設置位置の他の一例を示す橋梁の一部の斜視図である。同図に示す橋梁は鋼床版箱桁橋梁と呼ばれるもので、その横リブ下フランジ(橋軸直角方向）が示されている。鋼床板による上フランジ、ウェブおよび下フランジで箱形を成す構造であり、横軸方向に一定間隔に横リブが配置されている。この場合上記の条件（１）及び（２）を満たす位置はこの横リブの下縁である。図には横リブの下縁にセンサ１３１が代表的に示されている。
【００４５】
図４は本発明の他の実施例による橋梁ひずみ検出システムの現場側システムの構成例を示す概略図である。同図において、図１と同一のものには同一の参照番号を付してあり、ここでは説明を省略する。この例では、２群の軸検知用センサ群が車線と直交する方向に配列されている。一方の軸検知用センサ群はセンサ４０１、４０２、…４０l、４０(n+1)からなり、他方の群の軸検知用センサ群はセンサ４１１、４１２、…４１l、４１(n+1)からなっている。軸検知用センサのそれぞれは車線１２１〜１２(n+1)に対応して配置されており、各車線を通過する車両の走行による橋梁のひずみを検出する。一方の軸検知用センサ群は橋梁の左端から所定距離ｘbだけ離れた基準位置に配置されている。一方のセンサ群と他方のセンサ群とは車線に平行な方向に所定距離MLだけ離れて配置されている。所定距離MLは例えば数メートルである。両群のセンサの出力は動ひずみ計１４に入力される。
【００４６】
軸検知用ひずみセンサ４０１〜４０(n+1)及び４１１〜４１(n+1)の設置位置は、次の条件を満たす位置であればよい。
（１）各車線に対応する位置であること。
（２）車両の走行方向に直交する左右の車輪を結ぶ車軸が通過するごとにひずみ応答が独立して生じる部材が存在する位置であること。
（３）隣の車線を車両の車軸が通過してもひずみ応答を生じない部材が存在する位置であること。
【００４７】
図５は軸検知用ひずみセンサ４０１〜４０(n+1)及び４１１〜４１(n+1)の設置位置の一例を示す橋梁の一部の斜視図である。同図に示す橋梁は図２に示したものと同じ鈑桁橋梁と呼ばれるものである。この場合上記の条件（１）〜（３）を満たす位置は鉛直スティフナの上フランジ側である。図には鉛直スティフナの上フランジ側にセンサ４０１及び４１１が代表的に示されている。
【００４８】
図６は軸検知用ひずみセンサ４０１〜４０(n+1)及び４１１〜４１(n+1)の設置位置の他の一例を示す橋梁の一部の斜視図である。同図に示す橋梁は図３に示したものと同じ鋼床版箱桁橋梁と呼ばれるものである。この場合上記の条件（１）〜（３）を満たす位置はこのトラフリブの頂部である。図にはトラフリブの頂部にセンサ４０１及び４１１が代表的に示されている。
【００４９】
（Ｂ）システムブロック図
図７は本発明の一実施例による構造物ひずみ検出システムの構成を示す概略ブロック図である。同図において、この実施例による構造物ひずみ検出システムは、橋梁等の構造物の上を走行することによるその構造物のひずみを検出する現場側システム７１と、その構造物から離れた所望の地点に配置された観測地側システム７２とを備えている。現場側システム７１内の電光変換器７１２と観測地側システム７２内の光電変換器７２とは光ファイバケーブル７３により接続されている。
【００５０】
現場側システム７１は、図１又は図４に示した収録用ＰＣ１６と、収録用ＰＣ１６の出力である収録データを保持し、観測地側システム７２からの要求に応じて収録データを供給するサーバ用ＰＣ７１１と、サーバ用ＰＣ７１１の出力を電気信号から光信号に変換する電光変換器７１２とを備えている。本発明においては、収録用ＰＣ１６から出力されるデータは実質的にリアルタイムでサーバ用ＰＣ７１１、電光変換器７１２及び光ファイバケーブル７３を介して観測地側システム７２に送信される。
【００５１】
観測地側システム７２は、光電変換器７２２と、光電変換器７２２の出力に接続されているサーバ用ＰＣ７２３と、サーバ用ＰＣ７２３に接続されている計算用ＰＣ７２４と、計算用ＰＣ７２４に接続されているデータベース７２５とを備えている。サーバ用ＰＣ７２３は光電変換器７２２からの出力データを保存し、計算用ＰＣ７２４からの要求に応じて計算用ＰＣ７２４に保存データを供給する。本発明においては、光電変換器７２２から出力されるデータは実質的にリアルタイムでサーバ用ＰＣ７２３を介して計算用ＰＣ７２４に供給される。
【００５２】
データベース７２５には予め車軸数、車軸間隔、車種が対応付けられて格納されている。計算用ＰＣ７２４は、現場側システムから送られて来たデータに基づいて、後に詳述するように車軸数、車軸間隔を計算し、計算して得られた車軸数及び車軸間隔をデータベース７２５内の車軸数及び車軸間隔と照合することにより、橋梁を走行中の車両の車種を自動的に且つ実質的にリアルタイムで検出することができる。
【００５３】
図７においては現場側システムは１つだけ示されているが、複数の現場側システムからのデータを１つの観測地側システムで自動的且つ実質的にリアルタイムで処理をすることも可能である。本システムにより、橋梁のひずみの測定から車両重量の算出までをリアルタイムで且つ全自動で処理する。W.I.Mの解析に必要となる橋梁のひずみは、各橋梁においてすべて、例えば１００Ｈｚで常時測定されている。
【００５４】
（Ｃ）活荷重ひずみと温度ひずみとの分離方法
橋梁部材での測定されたひずみには、活荷重によって生じるひずみ（以下、活荷重ひずみという）と、温度変化によって橋梁が変化したために生じるひずみ(以下、温度ひずみという）との２つの成分が含まれている（非特許文献１１〜１３参照）。W.I.M.解析では、活荷重ひずみの変動から車両重量を算出するために、測定値から活荷重ひずみの成分だけを抽出する必要がある。
【００５５】
温度ひずみは温度の日変動や季節変動に伴って変動するので、活荷重ひずみと比較すると極めて長周期的な変動である。このことから、活荷重ひずみと温度ひずみの分離にはローパスフィルターを用いることが考えられる。しかし、本発明によるシステムではリアルタイムで交通荷重をモニタリングすることを目的としているので、測定ひずみが現場側システム７１から観測地側システム７２に転送された後、即座に活荷重ひずみを得る必要があり、したがってリアルタイム処理ができないローパスフィルターは使えない。
そこで本発明においては、活荷重ひずみと温度ひずみを分離する手法として、測定ひずみの頻度分布における最頻値を利用することにした。
また、温度ひずみと分離された活荷重ひずみをW.I.M処理して得られた重量が所定値より大きい場合に過積載の車両が違法走行しているとみなして、直ちに車両のバックプレートの車両番号をカメラにより自動的に撮影するようにした。この撮影時には、コンピュータに内蔵のタイマー又はコンピュータの外部のクロックジェネレータ等のタイマーにより刻時されている時刻も撮影内容に含ませる。
【００５６】
図８は本発明の実施例により、上記温度ひずみと活荷重ひずみの分離及び過積載の違法車を撮影するために、計算用ＰＣ７２４（図７）に内蔵されたシステム構成を示すブロック図であり、図９は図８に示したシステムの動作を説明するフローチャートである。
図８に示すように、計算用ＰＣ７２４に内蔵されたシステムは、重量算出用センサ出力受信手段８１と、最頻値取得手段８２と、活荷重算出手段８３と、記憶装置８４と、表示装置８５と、過積載車検出手段８６と、撮影手段８７と、タイマー８８とを備えている。
【００５７】
次に図９により図８のシステムの動作を説明する。
ステップＳ９０にて計算用ＰＣ７２４は時間間隔Δiの番号ｉを１に初期設定する。時間間隔Δiは例えば２分〜５分の間の所定の値である。
【００５８】
次いでステップＳ９１で重量算出用センサ出力受信手段８１は、荷重算出用ひずみｆP（ｔ）（Ｐ＝１，２、…又はｍ）を例えば１００Ｈｚ単位でサーバー用ＰＣ７２３から取得する。荷重算出用ひずみｆP（ｔ）は図１に示した重量算出用ひずみセンサ１３１〜１３ｍの出力に基づいて、後に詳述する較正を行って得られる、重量に対応する値である。
【００５９】
次いでステップＳ９２にて、時間間隔Δｉが経過したかを判定し、経過するまでは荷重算出用ひずみｆP（ｔ）を取得し続ける。
【００６０】
時間間隔Δｉが経過すると、ステップＳ９３にて図１０の（ｂ）の左に示したような、Δｔiの間における荷重算出用ひずみｆP（ｔ）の頻度分布を作成する。
【００６１】
次いでステップＳ９４にて、最頻値取得手段８２により、ステップＳ９３で作成した頻度分布におけるひずみの最頻値ｆを、時刻（ｔi+(ｔｉ+Δｔｉ））／２における温度ひずみの値として取得する。
【００６２】
次いでステップＳ９５にて，活荷重算出手段８３により、その時間間隔Δｔiにおける活荷重ひずみのゼロ点補正値ｆLを、ｆL＝ｆP（(ｔi+(ｔi+Δｔi））／２）−ｆとして計算用ＰＣ７２４の記憶装置８４に格納したり表示装置８５に実質的にリアルタイムで表示する。
【００６３】
次いでステップS９６で、活荷重ひずみのゼロ点補正値ｆLが所定閾値Xを超えたかを判定する。所定値Xは過積載の法的な制限値に設定する。ｆLが所定値Xを超えていれば、ステップＳ９７にて撮影手段８７により実質的にリアルタイムで橋梁上の車両のバックプレート番号を撮影する。このとき、タイマー８８が刻時している時刻を撮影内容に含ませる。計算用ＰＣ７２４に内蔵されたタイマー８８に替えて、計算用ＰＣ７２４の外部のクロックジェネレータ等のタイマーを用いてもよい。
【００６４】
次いでステップＳ９８でｉをインクリメントし、ステップＳ９９でｉは最後かを判定し、最後でなければステップＳ９１に戻って上記動作を次の時間間隔についても行い、最後であればこの処理を終了する。最後かどうかは、橋梁のひずみの測定時間によって決まる。橋梁のひずみの測定時間はひずみの測定の目的により異なり、２４時間であっても１ヶ月であっても、また手動で最後を決定してもよい。
【００６５】
図１０は図８及び図９により説明した温度ひずみ及び最頻値を説明するグラフ図である。
図１０の（ａ）は本発明の一実施例により得られたある１日の間に得られた橋梁の荷重算出用ひずみｆP（ｔ）の時間的変化を示す図であり、（ｂ）の左側はその１日の間の時刻ｔiからｔi＋Δｔiの間の数分Δｔiの間の荷重算出用ひずみ波形を示している。図において、横軸は時間ｔを示し縦軸は荷重算出用ひずみ量ｆP（ｔ）を示している。図１０の（ａ）から分かるように、２４時間の荷重算出用ひずみ変動では、荷重算出用ひずみの最低値が温度変化により長い周期で変動しており、活荷重による荷重算出用ひずみ変動がこの長い周期の温度変動の上に重なっている。しかし、図１０の（ｂ）の左側のグラフから分かるように、２分〜５分等の数分程度の間では通常、温度変化は殆どないので、温度ひずみの変動は無視できるほど小さく温度ひずみが一定値として扱える。つまり、活荷重の変動がなければ、測定した荷重算出用ひずみは一定値となり、たとえ活荷重ひずみの変動があったとしても、それ以外の部分では一定となっているので、１００Ｈｚで測定されているひずみ値の頻度分布から図１０の（ｂ）の右側に示すように、荷重算出用ひずみの頻度ｘが最大の時のひずみ、即ち荷重算出用ひずみの最頻値ｆが得られる。
【００６６】
図１１は活荷重ひずみを温度ひずみから分離した後の活荷重の時間変化を示す図である。同図に示すように、活荷重ひずみのセロ点補正値ｆLの最低値は実測値から温度ひずみｆを差し引いた結果、ほぼ０に修正されている。即ち、日射の有無にかかわらず、測定ひずみから低周波成分である温度ひずみを分離し、活荷重ひずみを算出できることが分る。
以上のような頻度分布の最頻値を利用した分離手法は、その処理過程に頻度分布の作成、最頻値の抽出しかない。このため、位相差がなく実時間処理が可能であり、リアルタイムでの処理を目的としている本発明による構造物ひずみ検出システムに非常に有効である。
【００６７】
（Ｄ)過積載車両の検知
図１２は本発明の実施例による大型車両の検知方法を示すグラフである。
橋梁を通過する車両には、橋梁の保護のために、トラックでは２５トン、トレーラでは４３トンといった法的な重量制限がある。これ以上の過積載車は違法であり、本来は分割して制限重量内で走行しなければならないが、現実には過積載の違法車の走行が野放し状態になっていて社会問題化している。
【００６８】
本発明の実施例では、図１に示した重量算出用センサ１３１〜３ｍにより常時測定されているひずみから、大型車が通過した時の波形を抽出するために、図８のブロック図における過積載車検出手段８６により図９のステップS９６の判定をする。実際には、違法過積載車が連続して通行した場合にもそれらによって生じた荷重算出用ひずみｆLを検出できるように、図１２に示すように、W.I.Mの重量算出のために、荷重算出用ひずみｆLが閾値Xを超える数秒前のｆL（１台の場合は固定値）から、荷重算出用ひずみｆLが閾値Xを下回ってから数秒後のｆL（１台の場合は固定値）までを抽出している。
【００６９】
（Ｅ）車線の判定
図１３は本発明の実施例により計算用ＰＣ７２４（図７）に内蔵された、橋梁上を通過中の車両の走行車線の判定システムのブロック図である。同図において、図７に示した計算用ＰＣ７２４は、軸検知用ひずみセンサ４０１〜４０(n+1)又は４１１〜４１(n+1)の出力をサーバ用ＰＣ７２３から受信する軸検知用ひずみセンサ出力受信手段１３１と、車線判定手段１３２とを備えている。
【００７０】
図１４は図１３に示したシステムの動作を説明するフローチャートである。同図において、ステップＳ１４１にて各車線に対応する軸検知用ひずみセンサの出力ｇP（ｔ）を軸検知用ひずみセンサ出力受信手段１３１が所定時間毎に取得する。
【００７１】
次いでステップＳ１４２にて各車両が、どの車線に対応した軸検知用ひずみセンサで反応しているかを判定する。そして、その判定の結果、ステップＳ１４３にて各時刻においてｐ番目の車線を車両が走行していることが自動的且つ実質的にリアルタイムで分る。走行車線の自動判定は、上記過積載車両の検出と合わせて行うことにより違法過積載車両がどの車線を走行しているかを自動的且つリアルタイムで検出できる。また、後に述べる走行速度、走行位置の検出にも利用できる。
【００７２】
図１５は隣接する２つの車線に対応する軸検知用ひずみセンサの出力波形の一例を示す図である。図において横軸は時間、縦軸はセンサ出力を示している。図５の（ａ）からは時刻ｔ１で車線Ｐを車両が通過したことが分り、図５の（ｂ）からは時刻ｔ２で車線（Ｐ＋１）を車両が通過したことが分る。車線Ｐに対応するセンサ出力は２つのピークがあることから２軸の車両が通過したことが分り、車線（Ｐ＋１）に対応するセンサ出力は３つのピークがあることから３軸の車両が通過したことが分る。なお、図５の（ａ）に示されるプラス方向のセンサ出力は、隣の車両（Ｐ＋１）を走行した車両により車線（Ｐ＋１）がひずんだことの反作用で車線Ｐが盛り上がったことを示している。
【００７３】
（Ｆ）車両走行速度の検知
図１６は本発明の実施例により計算用ＰＣ７２４（図７）に内蔵された、橋梁上を通過中の車両の走行速度算出システムのブロック図である。同図において、図７に示した計算用ＰＣ７２４は、軸検知用ひずみセンサ４０１〜４０(n+1)又は４１１〜４１(n+1)の出力をサーバ用ＰＣ７２３から受信する軸検知用ひずみセンサ出力受信手段１６１と、自己相関関数算出手段１６２と、測定区間ＭＬの間の走行時間算出手段１６３と、速度算出手段１６４とを備えている。
【００７４】
図１７は図１６に示した車両走行速度算出システムの動作を説明するフローチャートである。同図において、ステップＳ１７１にて車線Ｐに対応する軸検知用ひずみセンサ４０Ｐの出力ｇP1と４１Ｐの出力ｇP2を軸検知用ひずみセンサ出力受信手段１６１が取得する。
【００７５】
次いでステップS１７２にて自己相関関数算出手段１６２は自己相関関数
【数１】
2006084404.tif 000003
を算出する。この自己相関関数を算出する意義は、計算用ＰＣ７２４に軸検知用ひずみセンサ４０Ｐの出力ｇP1と４１Ｐの出力ｇP2のピーク値の時間差を自動認識させるためである。オフラインで軸検知用ひずみセンサ４０Ｐの出力ｇP1と４１Ｐの出力ｇP2のピーク値の時間差を測定することは人間が波形の形状を見て迷うことなく行うことが可能であるが、自動的に両者のピーク値の時間差をコンピュータに認識させる処理は簡単ではない。
【００７６】
本発明においては、軸検知用ひずみセンサ４０Ｐの出力ｇP1と４１Ｐの出力ｇP2の波形が類似していると仮定して上記自己相関関数
【数２】
2006084404.tif 000004
が最大となる時のτ＝τMLが、２つの波形の時間的なずれ量となることに着目した。
【００７７】
そこで、ステップS１７３にて、
【数３】
2006084404.tif 000005
が最大となる時のτを算出し、これを測定区間MLを走行するに要した時間とする。この演算はML走行時間算出手段１６３にて行う。
【００７８】
次いでステップS１７４にてML/τMLを車線Ｐ上のｋ番目の車両の速度ｖPkとする。次いでステップS１７５にて車線Ｐ上のすべての車両について速度を検出したかを判定し、車線Ｐ上のすべての車両について速度を検出するまでステップS１７２〜ステップS１７５を繰り返す。車両間の区別の方法は後に詳述する。車線Ｐ上のすべての車両の速度の検出が終わると、ステップS１７６にてこれらの速度ｖPk（ｋ＝１，２、…）を計算用ＰＣ７２４内の記憶装置（例えば図８に示した記憶装置８４）に格納する。他の車線を走行する車両の速度も同様にして検出し格納する。こうして得られた車両の速度は、スピード違反車のリアルタイムの検出や前述の違法過積載車の情報と組み合わせて違反車の取締りに利用可能である。
【００７９】
図１８の（ａ）は軸検知用ひずみセンサ４０Ｐの出力ｇP1と４１Ｐの出力ｇP2の波形を示し、図１８の（ｂ）はこれら２つのひずみ波形から算出した自己相関関数
【数４】
2006084404.tif 000006
の波形を示す。Ｃ(τ)の最大値Ｃ(τ)maxにより、２箇所の測定点を通過した時間差τMLが得られる。
【００８０】
（Ｇ）車軸通過時刻の検知
図１９は本発明の実施例による橋梁上の基準位置を車軸が通過した時刻を自動的且つ実質的にリアルタイムで算出する計算用ＰＣ７２４（図７）に内蔵された時刻算出システムの概略ブロック図である。同図において、時刻算出システムは、第１の群中の軸検知用ひずみセンサ４０Ｐ（Ｐ＝１，２、…又はｎ）による車線１２Ｐのｋ番目の車両によるひずみ出力ｇP1（ｔ）（下添字の１は第１の群のセンサ出力であることを示す。以下同じ）をサーバ用ＰＣ７２３から受信する軸検知用ひずみセンサ出力受信手段１９１と、ｇP1（ｔ）の一次微分ｇP1’（ｔ）及び二次微分ｇP1”（ｔ）を算出する微分算出手段１９２と、ｇP1’の極小値ｇP1’（ｔ1min i）を算出する極小値算出手段１９３と、ｇP1’（ｔ）の極大値ｇP1’（ｔ1max i）を算出する極大値算出手段１９４と、極大値と極小値との差が設定値より大きいかを判定する判定手段１９５と、判定結果に基づき、車線Ｐを通過した各車両の通過時刻ｔPkを決定する時刻決定手段とを備えている。
【００８１】
図２０は図１９に示したシステムの動作を説明するフローチャートである。同図において、ステップS２０１で軸検知用ひずみセンサ出力受信手段１９１は軸検知用ひずみセンサ４０Ｐによる車線１２Ｐのｋ番目の車両によるひずみ出力ｇP1（ｔ）をサーバ用ＰＣ７２３から受信する。図面中には車線Ｐの基準位置ｘbをｋ番目の車軸が通過した時のセンサ出力のみを記載しているが、実際には車線１２Ｐ上の測定区間MLを所定の測定時間内に通過する全ての車両の全ての車軸に応答するセンサ出力について、以下の処理を行う。
【００８２】
ステップS２０２ひずみ出力ｇP1（ｔ）の１次微分ｇP1’（ｔ）及び２次微分ｇP1”（ｔ）を算出する。
【００８３】
次いでステップS２０３で、２次微分ｇP1”（ｔ）＝０の時の１次微分ｇP1’（ｔ）の極小値ｇP1’（ｔ1min i）を算出する。
【００８４】
次いでステップS２０４で、ステップS２０３で算出した１次微分ｇP1’（ｔ）の極小値のそれぞれについて、その極小点以降で最初に極大となる点の１次微分ｇP1’（ｔ1max i）の値を算出する。
【００８５】
次いでステップS２０５で各車両について、極大値と極小値との差が設定値より大きいかを判定する。上記差が設定値より大きければ、ステップS２０６にてその時のｔ1min i＜ｔ＜ｔ1max iにおいてｇ’P1（ｔ）＝０となる時刻を、車線Ｐに所定測定時間内のｋ番目の軸が基準位置ｘbを通過した時刻ｔPkとする。
【００８６】
ステップS２０６で行った演算を所定時間間隔内橋梁上の基準位置ｘbを通過する全ての車両により得られる全てのひずみ出力についても行う。
【００８７】
ステップS２０７では所定測定時間内に基準位置ｘbを通過した全ての軸による全てのひずみ出力ｇP1（ｔ）について、ｔ1min i＜ｔ＜ｔ1max iにおいてｇP1”（ｔ）＝０となる時刻を獲得したかを判定し、未だであればステップS２０５〜ステップS２０７を繰り返す。
【００８８】
ステップS２０７の判定で所定測定時間内に基準位置ｘbを通過した全ての軸の通過時刻ｔmi（ｉ＝１，２、…）を自動的且つリアルタイムで、記憶手段１９７に格納したり、表示手段１９８に表示したりする。
【００８９】
図２１は図２０におけるステップS２０１〜ステップS２０６を説明するグラフ図である。同図において、（ａ）はステップS２０１で取得したセンサ出力ｇP1（ｔ）の時間対ひずみの関係を示すグラフ図、（ｂ）はステップS２０２で算出したｇP1’（ｔ）の時間対ひずみの関係を示すグラフ図、（ｃ）はステップS２０２で算出したｇP1”（ｔ）の時間対ひずみの関係を示すグラフ図である。（ｃ）に示すｇP1”（ｔ）が最初に０になる時の（ｂ）に示すｇP1’（ｔ）がその極小値値ｇP1’（ｔ1min i）であり、その極小値の次の極値が極大値ｇP1’（ｔ1max i）である。極大値ｇP1’（ｔ1max i）と極小値値ｇP1’（ｔ1min i）との差が所定設定値Xを超えた時のｇP1’（ｔ）＝０の時の時刻ｔmkが、測定時間内に測定区間XLに進入してきた車両のｋ番目の軸が車線Ｐの下の軸検知用ひずみセンサを通過した時刻となる。同様に、時刻ｔP(k+1)は、測定時間内に測定区間XLに進入してきた車両の（ｋ＋１）番目の軸が車線Ｐの下の軸検知用ひずみセンサを通過した時刻となる。
【００９０】
図１９〜２１の説明では第１の群中の軸検知用ひずみセンサ４０Ｐによるひずみ検出を行ったが、第２の群中の軸検知用ひずみセンサ４１Ｐを用いてもよく、この場合は符号ｇP1（ｔ）、ｇP1’（ｔ）、ｇP1”（ｔ）、ｇP1’（ｔ1max i)、ｇP1’（ｔ1min i）中のサフィックス１は２になる。
【００９１】
（Ｈ）車軸数の検出
図２２は本発明の実施例により計算用ＰＣ７２４（図７）に内蔵された、各車両の車軸数の検出システムを示すブロック図である。同図において、図７に示した計算用ＰＣ７２４は、軸検知用ひずみセンサ４０１〜４０(n+1)又は４１１〜４１(n+1)の出力をサーバ用ＰＣ７２３から受信する軸検知用ひずみセンサ出力受信手段２２１と、測定区間ＭＬに侵入してきた車両を車両毎に検出する車両検出手段２２２と、検出された各車両の車軸数をカウントする車軸数カウント手段２２３と、検出された各車両の車軸間隔を算出する車軸間隔算出手段２２４と図７に示したデータベース７２５と、カウントされた車軸数とデータベース７２５内の車軸数とを照合して車種を判定する照合手段２２５と、照合結果を記憶する記憶手段２２６と、照合結果を表示する表示手段２２７とを備えている。
【００９２】
図２３は図２２に示したシステムの動作を説明するフローチャートである。同図において、ステップS２３１で１車両を検出する前に車軸数ｎPを０に初期設定する。
【００９３】
ステップＳ２３２〜ステップＳ２３６までは図２０により説明したステップＳ２０１〜ステップＳ２０５と同じなのでここでは説明を省略する。
【００９４】
ステップＳ２３６の判定結果がイエスであればステップＳ２３７に進み軸数ｎPをインクリメントしてステップＳ２３８に進む。ステップＳ２３６の判定結果がノーであればｎPをインクリメントすることなしにステップＳ２３８に進む。
【００９５】
ステップＳ２３８では所定測定時間内に基準位置ｘbを通過した全ての軸による全てのひずみ出力ｇP1（ｔ）について、ｔ1min i＜ｔ＜ｔ1max iにおいて車軸数をカウントしたかを判定し、未だであればステップS２３６〜ステップS２３８を繰り返す。
【００９６】
ステップS２３８の判定でイエスであればステップＳ２３９で所定測定時間内に基準位置ｘbを通過した全ての車両の全ての軸数ｎPを車両毎に自動的且つリアルタイムで、記憶手段２５に格納したり、表示手段２２６に表示したりする。尚、車両間の区別の仕方は後述する。
【００９７】
車軸通過時刻は（Ｇ）にて説明したようにして各車両毎に得られるので、各車両毎の車軸間隔は車軸通過時刻の差と車速ｖPk（図１７のステップＳ１７４）に基づいて自動的且つ実質的にリアルタイムで算出することが出来る。この演算は車軸間隔算出手段２２４により行われる。
【００９８】
図２４は本発明の実施例により、測定区間ＭＬにおける渋滞の発生を検出する方法を説明するフローチャートである。同図において、ステップＳ２４１にて荷重算出用ひずみ計の出力の時刻｛ｔｉ＋（ｔｉ＋Δｔｉ））｝／２における温度ひずみｆ（図９のステップＳ９４参照）、測定区間ＭＬのける測定時間内の車線Ｐ上のｋ番目の車両の速度ｖPk（図１７のステップＳ１７４参照）、及び車線Ｐ上の測定時間内での車軸数ｎP（図２３のステップＳ２３９を参照）を取得する。
【００９９】
次いでステップＳ２４２で温度ひずみｆがある時間に設定値以上変化した場合、もしくはｎP＞０且つｖPk＜設定値の時、ステップＳ２４３にて渋滞が発生したと判定する。渋滞が発生した場合は、温度ひずみｆ、車両数ｎP、車両の速度ｖPkを算出するステップ及びステップＳ２４２とＳ２４３を除くすべての判定および演算を停止する。
【０１００】
（Ｉ）車両間隔，車軸間隔、車種の自動検出
図２５は本発明の実施例により車両と車両の間を自動的に検出する動作を説明するフローチャート、図２６はその動作を概略的に説明する図である。
図２５において、ステップＳ２５１で測定時間に車線Ｐにおけるｋ番目の車軸が基準位置ｘbを通過した時刻ｔPk（図２０のステップＳ２０９参照）およびその車両の速度ｖPk（図１７のステップＳ１７６参照）を取得する。
【０１０１】
次にステップＳ２５２にて、車軸の通過時間群の中で、軸と軸の通過時間差ｔP(k+1)−ｔPkが設定値より大きい場合を車両と車両の区切れとして、１台ごとの車軸の通過時間差を算出する。なお、この車両と車両の区切れの検出は図２３におけるステップＳ２３１の初期設定に利用される。
【０１０２】
次にステップＳ２５３で軸と軸の通過時間差ｔP(k+1)−ｔPkに速度を乗じることによって各車両の軸間隔ｗpqを算出する。この演算は図２２の車軸間隔測定手段２２４によって行われる。
【０１０３】
次にステップＳ２５４で１つの車両の軸間隔ｗriｗri（ｉ＝１，２、…）を、軸間隔データベース（図７のデータベース７２５）と照合して車種を特定する。
【０１０４】
次にステップＳ２５５で測定時間内のすべての車両ｒについて照合が完了したかを判定し、未完了であればステップＳ２５３からステップＳ２５５を繰り返し、完了であればステップＳ２５６にて車種を決定して自動的且つリアルタイムに記憶装置に格納したり表示装置に表示したり過積載車両や速度違反車両の場合には所定機関に通報する等の適切な処置をとる。
【０１０５】
図２５により説明した車両と車両の区切れは図２６により一層よく理解できる。図においては、車両１の車軸が基準位置を通過した時刻ｔP1、ｔP2、ｔP3が示されており、車両ｒの軸の通過時刻ｔPk、車両ｒ＋１の軸の通過実施例記憶ｔP(k+1)、ｔP(k+2)が示されており、車両ｒの軸間隔はｗp1、ｗp2、ｗp3、ｗp4であることが示されている。これらの軸間隔をデータベース７２５にあらかじめ格納してある軸間隔と車種との関係と照合することにより、橋梁を通過している車両の車種を自動的且つ実質的にリアルタイムに検出し、必要な場合には警察に通報するなどの対処を実質的にリアルタイムで行うことができる。
【０１０６】
（Ｊ）複数センサ出力の自動処理
図１に示した重量算出用ひずみセンサ１３１〜１３ｍ及び図２に示した軸検知用センサ群はセンサ４０１、４０２、…４０l、４０(n+1)、４１１、４１２、…４１l、４１(n+1)の出力は隣接する車線からの影響を受けるので複雑な波形となっている。本発明の実施例ではこの複雑な波形から注目する車線に対応するセンサにより検出される車両の速度や荷重を抽出する。これを図２７及び２８により説明する。
【０１０７】
図２７は本発明の実施例によりセンサ出力の複雑な波形から注目する車線に対応するセンサにより検出される車両による橋梁の応答を抽出する方法を説明するフローチャートである。
最初にステップＳ２７１に示すように、活荷重算出用ひずみセンサ１３Ｐから算出した活荷重ひずみｆloadP（ｔ）、車線Ｐにおけるｋ番目の車軸が基準位置ｘbを通過した時刻ｔPk、車線Ｐ上のｋ番目の車両の速度ｖPk、車両が走行中の車線ｓPを前述した手法で取得する。
【０１０８】
図２８の（ａ）は重量算出用ひずみセンサ１３１〜１３ｍの一つである活荷重算出用ひずみセンサ１３ｍから算出した活荷重ひずみｆloadm（ｔ）の時間的変化を示すグラフ図である。図示のように、活荷重ひずみセンサ１３ｍの出力波形は複数の車線からの影響を主とする様々な影響を受けて乱れた波形となっている。
【０１０９】
図２８の（ｂ）は活荷重算出用ひずみ１３ｍに対する車線Ｐの影響線と車線（Ｐ＋１）の影響線を示すグラフ図である。影響線とは較正用の曲線である。この影響線は橋梁の長さＢＬ全体にわたって、例えば深夜等他の車両が通行しない時に予め分っている重量の試験車両（例えば１０トンの水を搭載した給水車）を走行させて橋梁のひずみを測定して得られる。図において横軸は橋梁の長さ方向ＢＬの位置ｘを示し、縦軸は活荷重算出用ひずみセンサ１３ｍに対する車線Ｐの荷重の影響線ＩmP（ｘ）及び車線（Ｐ＋１）の荷重の影響Ｉm(P+1)を示している。
【０１１０】
図２８の（ｃ）は図１に示した活荷重ひずみｆloadm（ｔ）のピーク時ｔPk、つまり車線Ｐにおけるｋ番目の車軸が基準位置ｘbを通過した時刻に、影響線ＩmP(x)のピークを合わせた図である。即ち、図２７のステップＳ２７２に示すように、時刻ｔPkによって、ｆloadm（ｔ）の時間軸上における影響線ＩmPk（ｘ）の位置を特定しており、時刻ｔ(P+1)kによって、ｆloadm（ｔ）の時間軸上における影響線Ｉm(P+1)k（ｘ）の位置を特定している。
【０１１１】
図２８の（ｄ）は図１７のステップＳ１７４で取得した車線Ｐ上のｋ番目の車両の速度ｖPkで図２８（ｃ）に示した影響線上の活荷重ひずみｆloadm（ｔ）を割り算することによって、図２７のステップＳ２７３に示すように、影響線ＩmP（ｘ）を影響線ＩmP（ｔ）に変換し、Ｉm(P+1)（ｘ）をＩm(P+1)（ｔ）に変換している。
【０１１２】
図２８の（ｅ）は、図２７のステップＳ２７４に示すような演算による最小二乗法によって車線Ｐ上のｋ番目の軸重ＰPkを算出することを説明する図である。即ち、基準線である影響線ＩmPｋ（ｔ）及びＩm(P+1)ｋにこのようにして算出された軸重ＰPkを掛け算することにより影響線は活荷重ひずみｆloadm（ｔ）の曲線にほぼ重なる。
【０１１３】
こうして自動的且つ実質的にリアルタイムで得られた車線Ｐ上のｋ番目の軸重ＰPkは計算用ＰＣ７２４（図７）内の記憶手段に格納されるか表示手段に表示される等、目的に応じて利用される。
【０１１４】
本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、例えば、現場側システム７１と観測値側システム７２との接続を光ファイバーケーブル７３に替えて、無線で行っても電気的な接続を行うようにしてもよい。
又、構造物は橋梁に限定されず、固体であって上面が移動物体により特性が変化する物であれば、道路、鉄道、滑走路でもよい。滑走路の場合は、移動物体は航空機でもよい。構造物の特性の変化としては、構造物のひずみ以外に、構造物の変形、温度変化、等がある。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明により、構造物、特に橋梁の上を走行する車両等の移動物体による構造物の特性変化とその特性変化に基づく様々な数値を自動的且つ実質的にリアルタイムで取得することができるので、構造物の安全対策を迅速に行う事ができる。
特に、橋梁の上を走行する車両の重量を演算して過積載の違法車両を自動的且つ実質的にリアルタイムで検出することができるので、橋梁の保護及び安全の確保のための行動を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の一実施例による橋梁ひずみ検出システムの現場側システムの構成例を示す概略図である。
【図２】重量算出用ひずみセンサ１３１〜１３ｍの設置位置の一例を示す橋梁の一部の斜視図である。
【図３】重量算出用ひずみセンサ１３１〜１３ｍの設置位置の他の一例を示す橋梁の一部の斜視図である。
【図４】本発明の他の実施例による橋梁ひずみ検出システムの現場側システムの構成例を示す概略図である。
【図５】軸検知用ひずみセンサ４０１〜４０(l+1)及び４１１〜４１(l+1)の設置位置の一例を示す橋梁の一部の斜視図である。
【図６】軸検知用ひずみセンサ４０１〜４０(l+1)及び４１１〜４１(l+1)の設置位置の他の一例を示す橋梁の一部の斜視図である。
【図７】本発明の一実施例による構造物ひずみ検出システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図８】本発明の実施例により、上記温度ひずみと活荷重ひずみの分離及び過積載の違法車を撮影するために、計算用ＰＣ７２４（図７）に内蔵されたシステム構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示したシステムの動作を説明するフローチャートである。
【図１０】図８及び図９により説明した温度ひずみ及び最頻値を説明するグラフ図である。
【図１１】活荷重ひずみを温度ひずみから分離した後の活荷重の時間変化を示す図である。
【図１２】本発明の実施例による大型車両の検知方法を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例により計算用ＰＣ７２４（図７）に内蔵された、橋梁上を通過中の車両の走行車線の判定システムのブロック図である。
【図１４】図１３に示したシステムの動作を説明するフローチャートである。
【図１５】隣接する２つの車線に対応する軸検知用ひずみセンサの出力波形の一例を示す図である。
【図１６】図１６に示した車両走行速度算出システムの動作を説明するフローチャートである。
【図１７】図１６に示した車両走行速度算出システムの動作を説明するフローチャートである。
【図１８】ａ）は軸検知用ひずみセンサ４０ｍの出力ｇm1と４１ｍの出力ｇm2の波形を示すグラフ図、（ｂ）はこれら２つのひずみ波形から算出した自己相関関数C(τ)＝∫ｇm1（ｔ−τ）・ｇm2（ｔ）ｄｔの波形を示すグラフ図である。
【図１９】本発明の実施例による橋梁上の基準位置の通過時刻を自動的且つ実質的にリアルタイムで算出する計算用ＰＣ７２４（図７）に内蔵された時刻算出システムの概略ブロック図である。
【図２０】図１９に示したシステムの動作を説明するフローチャートである。
【図２１】図２０におけるステップS２０１〜ステップS２０６を説明するグラフ図である。
【図２２】本発明の実施例により計算用ＰＣ７２４（図７）に内蔵された、各車両の車軸数の検出システムを示すブロック図である。
【図２３】図２２に示したシステムの動作を説明するフローチャートである。
【図２４】本発明の実施例により、測定区間ＭＬにおける渋滞の発生を検出する方法を説明するフローチャートである。
【図２５】本発明の実施例により車両と車両の間を自動的に検出する動作を説明するフローチャートである。
【図２６】図２５で説明した動作を概略的に説明する図である。
【図２７】本発明の実施例によりセンサ出力の複雑な波形から注目する車線に対応するセンサにより検出される車両の速度や荷重を抽出する方法を説明するフローチャートである。
【図２８】図２７にて説明した方法を説明するグラフ図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１１    橋梁
１２１〜１２（ｎ＋１）    車線
１３１〜１３ｍ    重量算出用ひずみセンサ
１４    動ひずみ計
１５    Ａ／Ｄ変換器
１６    収録用ＰＣ
４０１〜４０（ｎ＋１）    第１の群の車軸検知用センサ
４１１〜４１（ｎ＋１）    第２の群の車軸検知用センサ
７１    現場側システム
７２    観測地側システム
７２４    計算用ＰＣ
７２５    データベース
８２    最頻値取得手段
８３    活荷重算出手段
８６    過積載車検出手段
８７    撮影手段
８８    タイマー
８９    通報手段
１３２    車線判定手段
１６４    速度算出手段
１９６    通過時刻判定手段
２２２    車両検出手段
２２３    車軸数カウント手段
２２４    車軸間隔算出手段
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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