(57)【要約】【課題】  高所作業車を利用した加速度計の設置、リード線の配線及び計測ボックスの設置を要さず、労力と時間、費用を削減する。【解決手段】  高架道路上の照明柱、標識柱、監視カメラ柱などの付属構造物１の振動をビデオカメラ１１により録画し、録画された画像データをオンラインあるいはオフラインにてパソコン１２に取り込み、取り込んだ画像データを、パターンマッチング法などの位置追跡手法により画像処理し、画像処理により付属構造物１の振動変位波形を導出し、振動変位波形の時系列データに高速フーリエ変換などの周波数分析を施し、付属構造物１の固有振動数を検出し、検出した付属構造物１の固有振動数を用い、制振装置の設計パラメータの一つである固有振動数比を決定する。【選択図】        図１
2006002873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高架道路上の照明柱、標識柱、監視カメラ柱などの付属構造物の振動をビデオカメラにより録画し、
前記録画された画像データをオンラインあるいはオフラインにてパソコンに取り込み、
取り込んだ前記画像データを、パターンマッチング法などの位置追跡手法により画像処理し、
前記画像処理により前記付属構造物の振動変位波形を導出し、
前記振動変位波形の時系列データに高速フーリエ変換などの周波数分析を施し、
前記付属構造物の固有振動数を検出し、
前記検出した前記付属構造物の固有振動数を用い、制振装置の設計パラメータの一つである固有振動数比を決定する
ことを特徴とする高速道路上付属構造物に対する制振装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高架道路上の照明柱、標識柱、監視カメラ柱などの付属構造物の揺れを抑える制振装置の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に示すように、高架道路に設置された照明柱、標識柱及び監視カメラ柱などの付属構造物１は、高架桁２上を走行する大型車両３の影響により大きく振動することが知られている。特に、高架桁２の固有振動数と付属構造物１の固有振動数が近い場合、共振により大きな揺れとなり、その揺れが原因となって疲労損傷を起こす場合がある。
【０００３】
このような付属構造物１の揺れを抑える方法の一つとして、図７に示すように、同調質量ダンパーと呼ばれる制振装置４の設置が有効であり、制振装置４は、おもりｍ、ばねｋ及び減衰器ｃから構成される簡単な装置であり、同図のＭ、Ｋ、Ｃは付属構造物１の一般化質量、ばね、減衰である。
【０００４】
そして、制振装置４の性能は、付属構造物１の一般化質量Ｍとおもりｍの質量比、付属構造物１と制振装置４の固有振動数比、減衰器ｃの減衰により左右され、このうち固有振動数比は、制振装置４の性能を大きく左右する最も重要な設計要素である。
【０００５】
この固有振動数比を決定するためには、構造物本体の固有振動数を何らかの方法で決定する必要がある。一つは構造物の構造解析モデルをもとに、固有振動解析により固有振動数を決定する方法、もう一つは構造物の固有振動数を直接計測する方法である。
【０００６】
そして、固有振動解析による方法は、構造解析モデルの精度に大きく依存する。しかし、付属構造物１と高架桁２との接続部の剛性評価など不明点があるために、場合によっては１０％以上の誤差を生じることがあり、固有振動数比に１０％以上の誤差を有する場合、制振効果は極端に低下し、所要の制振効果を満足しない恐れがある。
【０００７】
従って、固有振動数を直接計測する方法が、最も精度が高く、信頼性の高い方法であり、振動を直接計測するため、図８及び図９に示すように、高所作業車５を利用し、例えば高架桁２の標識柱６に加速度計７を設置し、加速度計７からのリード線８を、標識柱６、高架桁２及び橋脚９に沿い、桁下中央分離帯上の計測ボックス１０に配線している。
【０００８】
一方、本発明者などは、構造物の振動性状を簡易・低コストで測定する振動測定技術を開発している。それは、構造物をビデオカメラで撮像し、その画像データをパソコンに取り込み、画像処理により振動変位を測定し、構造物の振動性状を把握するものである。
【非特許文献１】第５６回土木年次講演会「家庭用ビデオカメラによる振動測定                        技術の開発」平成１３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図８及び図９に示す標識柱６の振動を加速度計７により測定する場合、高所作業車５を利用して加速度計７を設置するのみならず、リード線８の配線及び計測ボックス１０を設置するなど、かなりの労力と時間、費用を要し、さらに、公道で作業を行う場合、車線規制により一般交通を一時的に遮断する必要があり、社会的な経済損失も少なくないなどの問題点がある。
【００１０】
また、本発明者などで既に開発したビデオカメラによる振動測定技術は、構造物の振動性状を把握するのみであり、制振装置の固有振動数比の設計に用いることには全然思い至っていない。
【００１１】
本発明は、前記の点に留意し、高架道路上の付属構造物への加速度計などの計測機器の設置、計測機器のリード線の配線、計測ボックスの設置、高速道路の車線規制などの必要がなく、高架道路上付属構造物に対する制振装置の設計上最も重要な要素である固有振動数比を、労力、時間、費用などを大幅に削減して精度よく決定する設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の高架道路上付属構造物に対する制振装置の設計方法は、高架道路上の照明柱、標識柱、監視カメラ柱などの付属構造物の振動をビデオカメラにより録画し、前記録画された画像データをオンラインあるいはオフラインにてパソコンに取り込み、取り込んだ前記画像データを、パターンマッチング法などの位置追跡手法により画像処理し、前記画像処理により前記付属構造物の振動変位波形を導出し、前記振動変位波形の時系列データに高速フーリエ変換などの周波数分析を施し、前記付属構造物の固有振動数を検出し、前記検出した前記付属構造物の固有振動数を用い、制振装置の設計パラメータの一つである固有振動数比を決定するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高架道路上付属構造物に対する制振装置の設計方法は、高架道路上の照明柱、標識柱、監視カメラ柱などの付属構造物の振動をビデオカメラにより録画し、録画された画像データをオンラインあるいはオフラインにてパソコンに取り込み、取り込んだ画像データを、パターンマッチング法などの位置追跡手法により画像処理し、画像処理により付属構造物の振動変位波形を導出し、振動変位波形の時系列データに高速フーリエ変換などの周波数分析を施し、付属構造物の固有振動数を検出し、検出した付属構造物の固有振動数を用い、制振装置の設計パラメータの一つである固有振動数比を決定するため、高所作業車を利用した加速度計の設置、リード線の配線及び計測ボックスの設置を要さず、従来の方法に比し、計測機器の設置からデータ処理までの所要時間を大幅に削減することができ、従来の手法に比し、遜色ない精度で付属構造物の固有振動数を検出することができる計測法を適用し、制振装置の設計上最も重要な要素である固有振動数比を精度よく決定する方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態を、図１ないし図４を参照して説明する。図１に示すように、高架道路上の照明柱、標識柱、監視カメラ柱などの付属構造物１を、高架桁下方側部の歩道等に三脚に支持されたビデオカメラ１１により撮像して録画し、録画された画像データを、オンラインあるいはオフラインにて画像処理用パソコン１２に取り込む。
【００１５】
パソコン１２において、取り込んだ画像データを、パターンマッチング法などの位置追跡手法により画像処理し、図２Ａに示すように、付属構造物１の振動変位波形を導出する。
【００１６】
この振動変位波形の時系列データに高速フーリエ変換などの周波数分析を施し、図２Ｂに示すように、付属構造物１の固有振動数を検出して確認する。
図３は、ビデオカメラ１１による付属構造物１の計測とデータ処理フローを示す。
【００１７】
つぎに、具体的に説明する。ビデオ画像の中で対象物の位置を追跡し、それを時系列で整理することで振動波形を得る。この位置追跡手法としてパターンマッチングという画像処理手法を採用している。この手法は、ビデオ画像の１コマ中に予め定めた標準パターン（テンプレート）と同じもの、あるいは近いもののある位置を検出する手法である。すなわち、予め用意したテンプレートをビデオ画像上で移動させながら画素レベルの相関を調べ、相関の最も強い位置をテンプレートの現在の位置として認識する。
【００１８】
図４及び図５は、室内実験により、本方法の計測精度を検証したものであり、図４における○印はビデオによる測定値、−実線はレーザ変位計による測定値であり、図４Ａは０〜１０秒の変位、同図Ｂは５〜１０秒の変位の拡大図であり、ビデオによる測定値とレーザ変位計による測定値が非常によく一致している。
【００１９】
また、図５Ａはビデオによるフーリエ振幅図、同図Ｂはレーザ変位計によるフーリエ振幅図であり、両者のピーク振動数はきわめてよく一致している。
【００２０】
つぎに、ビデオ計測により得られる固有振動数と、レーザ変位計により得られる固有振動数は、表１に示すように、１％以下の誤差で非常によく一致している。
【００２１】
【表１】
2006002873.tif 000003
【００２２】
以上は、ビデオによる計測で精度よく固有振動数を検出できる旨を説明したが、本発明の対象となる高架道路上の付属構造物の屋外の計測では、望遠レンズ等を利用することにより、５０ｍ前後の遠隔計測も可能である。
【００２３】
なお、被写体である付属構造物の寸法があらかじめ既知である場合は、前記の画像処理から変位量そのものを抽出することができる。
【００２４】
つぎに、従来の計測方法と本発明のビデオによる計測方法との比較を表２に示す。
【００２５】
【表２】
2006002873.tif 000004
【００２６】
ビデオによる計測は、従来の計測と比較して微小振動の検出ができなく、また十数ＨＺ以上の高い振動数の検出ができないなどの制約があるが、制振対象の前記付属構造物の固有振動数が数ＨＺ程度であり、実用上、制振装置の設計に支障はない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の１形態の概略図である。
【図２】Ａは図１の付属構造物の振動変位波形図、Ｂは同振幅・振動数関係図である。
【図３】図１のデータ処理フローである。
【図４】Ａは図１のビデオ計測による変位とレーザ変位計による変位との比較図、ＢはＡの一部の拡大図である。
【図５】Ａは図１のビデオによるフーリエ振幅図、Ｂはレーザ変位計によるフーリエ振幅図である。
【図６】高架道路の概略図である。
【図７】制振装置の概念図である。
【図８】従来の計測器設置概略図である。
【図９】図８の側面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    付属構造物
１１  ビデオカメラ
１２  パソコン
【図１】
2006002873.tif 000005
【図２】
2006002873.tif 000006
【図３】
2006002873.tif 000007
【図４】
2006002873.tif 000008
【図５】
2006002873.tif 000009
【図６】
2006002873.tif 000010
【図７】
2006002873.tif 000011
【図８】
2006002873.tif 000012
【図９】
2006002873.tif 000013