(57)【要約】【課題】柱状構造物の状態を効率よく計測点検する。【解決手段】電柱１００に付与された縞状パターンのマーカー１１０を撮影した時系列画像データを入力し、入力した時系列画像データを解析して電柱１００に発生している変位を求め、求めた変位から電柱１００の固有振動数を算出し、固有振動数に基いて電柱１００の状態を判定する。これにより、現地に赴くことなく、電柱１００の状態を計測点検することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状構造物に付した所定のパターンを撮影した時系列画像データを入力する入力手段と、
前記時系列画像データから前記柱状構造物に発生している変位を求める変位算出手段と、
前記変位から前記柱状構造物の固有振動数を求める固有振動数算出手段と、
前記固有振動数に基づいて前記柱状構造物の状態を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする状態測定装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記固有振動数と規格値とを比較して前記柱状構造物の状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の状態測定装置。
【請求項３】
前記柱状構造物の固有振動数の統計データを記憶した記憶手段を備え、
前記判定手段は、前記固有振動数算出手段が求めた前記固有振動数と前記統計データとを比較して前記柱状構造物の状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の状態測定装置。
【請求項４】
前記柱状構造物の固有振動数の時系列データを記憶する記憶手段を備え、
前記判定手段は、所定の期間あるいは所定の個数の前記時系列データの統計値の変化量に基づいて前記柱状構造物の状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の状態測定装置。
【請求項５】
柱状構造物に付した所定のパターンを撮影する撮影装置と、
前記柱状構造物の三次元位置情報を地図サーバから取得し、当該三次元位置情報に基づいて前記撮影装置が前記所定のパターンを撮影できるように前記撮影装置の角度位置決めを行う可動台と、
前記撮影装置が撮影した時系列画像データを入力する入力手段、前記時系列画像データから前記柱状構造物に発生している変位を求める変位算出手段、前記変位から前記柱状構造物の固有振動数を求める固有振動数算出手段、前記固有振動数に基づいて前記柱状構造物の状態を判定する判定手段を有する状態測定装置と、
を備えることを特徴とする状態測定システム。
【請求項６】
柱状構造物に付した所定のパターンを撮影した時系列画像データを入力するステップと、
前記時系列画像データから前記柱状構造物に発生している変位を求めるステップと、
前記変位から前記柱状構造物の固有振動数を求めるステップと、
前記固有振動数に基づいて前記柱状構造物の状態を判定するステップと、
を有することを特徴とする状態測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の状態を判定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
主に１９６５〜１９７５年頃に急速に整備された社会基盤設備は老朽化しているものも増えてきており、点検・修理更改の必要性が高まっている。電力・通信用電柱、道路標識、街路灯、交通信号機、送電線・送電鉄塔、工場等プラント内設備などが、鋼構造物の腐食、コンクリート構造物のひび割れ・剥離などに起因する損壊倒壊という事態に至る以前に、その状態を点検によって把握することが急務となってきている。
【０００３】
構造物の状態を把握する手段の一つとして、ディジタルカメラで撮影された画像から構造物の変位分布を評価する全視野計測がある。例えば、橋梁に取り付けたマーカーを定点固定したディジタルカメラで撮影し、マーカーを取り付けた箇所の変位を測定することで、橋梁のたわみを計測できる。全視野計測には、ランダム模様のマーカーを用いるディジタル画像相関法と規則模様を用いるモアレ法がある。モアレ法では、橋梁のトラス構造自体をマーカーに利用して変位を計測できる。
【０００４】
一方で、非特許文献１には、モータ駆動に圧電素子機構を組み入れた技術によって１μｒａｄの角度位置決め精度が実現できる撮影機材のポインティング技術が開示されている。この技術を用いると、撮影機材から５ｋｍ先で、５ｍｍの精度の角度位置決めが可能であり、５ｋｍ先にある電柱頭頂部に接続されている上部支線（鋼より線）をディジタルカメラ画角内に正確に取り込むに十分な位置決め精度に到達している。さらに、非特許文献２で報告されている高精度校正装置では、±０．５秒の誤差での角度校正が可能な装置が報告されており、十分な技術成熟があると判断される状況にある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“光衛星間通信実験衛星「きらり」（OICETS）プロジェクトに係る事後評価いついて”、［ｏｎｌｉｎｅ］、宇宙航空研究開発機構、［２０１６年１２月１５日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/uchuu/reports/08031301/003.pdf〉
【非特許文献２】渡部司、益田正、梶谷誠、藤本弘之、中山貫、「ロータリーエンコーダの高精度校正装置の開発（第１報）−校正システムと基礎実験−」、精密工学会誌、公益社団法人精密工学会、２００１年、第６７巻、第７号、pp.1091-1095
【非特許文献３】“無電柱化対策に関する調査の結果”、［ｏｎｌｉｎｅ］、総務省、［２０１６年１２月１５日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.soumu.go.jp/main_content/000308785.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
柱状構造物の状態を知るためには、検査者が柱状構造物のある現地まで赴き点検作業を実施する必要があった。市街地や郊外に設置されている柱状構造物は非常に多くの数が存在するため（非特許文献３）、短時間で効率良く点検しなければならないという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、柱状構造物の状態を効率よく計測点検することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明に係る状態測定装置は、柱状構造物に付した所定のパターンを撮影した時系列画像データを入力する入力手段と、前記時系列画像データから前記柱状構造物に発生している変位を求める変位算出手段と、前記変位から前記柱状構造物の固有振動数を求める固有振動数算出手段と、前記固有振動数に基づいて前記柱状構造物の状態を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
第２の本発明に係る状態測定システムは、柱状構造物に付した所定のパターンを撮影する撮影装置と、前記柱状構造物の三次元位置情報を地図サーバから取得し、当該三次元位置情報に基づいて前記撮影装置が前記所定のパターンを撮影できるように前記撮影装置の角度位置決めを行う可動台と、前記撮影装置が撮影した時系列画像データを入力する入力手段、前記時系列画像データから前記柱状構造物に発生している変位を求める変位算出手段、前記変位から前記柱状構造物の固有振動数を求める固有振動数算出手段、前記固有振動数に基づいて前記柱状構造物の状態を判定する判定手段を有する状態測定装置と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
第３の本発明に係る状態測定方法は、柱状構造物に付した所定のパターンを撮影した時系列画像データを入力するステップと、前記時系列画像データから前記柱状構造物に発生している変位を求めるステップと、前記変位から前記柱状構造物の固有振動数を求めるステップと、前記固有振動数に基づいて前記柱状構造物の状態を判定するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、柱状構造物の状態を効率よく計測点検することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の状態測定装置を含む全体構成図である。
【図２】二次元ディジタルパターンマーカーの例を示す図である。
【図３】本実施形態の状態測定装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】電柱にひび割れが発生した場合の固有振動数の変化を示すグラフである。
【図５】固有振動数データの変化を時系列に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本実施形態の状態測定装置を含む全体構成図である。同図に示す状態測定装置１は、望遠鏡４を取り付けたディジタルカメラ３で遠隔の電柱１００を撮影した画像を入力し、画像を解析して電柱１００の変位を求め、求めた変位を固有振動数に変換し、得られた固有振動数に基づいて電柱１００の状態（ひび割れ等の有無）を判定する。なお、電柱１００に限らず街路灯などの他の柱状構造物にも同様に適用できる。
【００１４】
図１に示す状態測定装置１は、入力部１１、変位算出部１２、振動数算出部１３、及び判定部１４を備える。状態測定装置１が備える各部は、演算処理装置、記憶装置等を備えたコンピュータにより構成して、各部の処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。このプログラムは状態測定装置１が備える記憶装置に記憶されており、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
【００１５】
入力部１１は、電柱１００を撮影した時系列画像データを入力する。
【００１６】
変位算出部１２は、入力した時系列画像データを解析し、電柱１００に発生している変位を求める。変位の解析には、電柱１００に付されたマーカー１１０に応じて、ディジタル画像相関法又はモアレ縞位相解析法を用いることができる。
【００１７】
電柱１００には、縞状パターンのマーカー１１０が付されている。電柱１００に設置する二次元ディジタルマーカーは、画像処理により電柱１００の変位を測定できるものであればよい。図２に、電柱１００に取り付ける二次元ディジタルパターンマーカーの例を示す。なお、電柱１００上部に設置された支線や吊り線が鋼より線の場合、鋼より線の外観形状が縞状パターンとして観測できる。遠隔から投影機またはレーザ走査器などを使用して二次元ディジタルパターンを電柱１００に投影してもよい。
【００１８】
振動数算出部１３は、求めた変位から電柱１００の固有振動数を算出する。
【００１９】
判定部１４は、固有振動数に基づいて電柱１００の状態を判定する。例えば、予め定めた規格値と比較、予め蓄積しておいた統計データとの比較、あるいは、固有振動数の時系列データの統計値の変化を検出することにより、電柱１００の状態を判定する。
【００２０】
ディジタルカメラ３は、二軸角度位置決め機構を有する可動台５の上に積載されて、高所、例えば市街地の建造物（通信用・送電用鉄塔や高層建築物）の上部に配置される。角度位置決め機構には、非特許文献１に記載された、積層圧電素子による１軸制御により±０．９２μｒａｄ（捕捉時）、±０．６４μｒａｄ（追尾時）の角度制御技術を用いることができる。
【００２１】
高精度角度位置決め技術を十分に活用するには、水平方向だけでも全周３６０度に対して十万分の５７、仰角１０度に対して十万分の１６を選択する必要がある。多数の遠隔の電柱１００を撮影するために、二方向で約一千万分の１の角度位置決めを手動操作で行うのは困難である。そこで、三次元地図サーバ２を可動台５に接続し、三次元地図サーバ２から得られる電柱１００の位置情報に基づいて可動台５を制御し、電柱１００に付与されたマーカー１１０をディジタルカメラ３の画角内に収めるとよい。電柱１００の計測が終了した後は、次の近隣の検査対象物に対して角度位置決めを行い、継続して同様の点検計測を繰り返す。これにより、街路上の検査対象物へのポインティングが自動化できる。三次元地図サーバ２が保持する三次元ディジタル地図に関しては、自動運転自動車の開発と関連して急速に整備されることが予想される。
【００２２】
次に、本実施形態の状態測定装置の処理の流れについて説明する。
【００２３】
図３は、本実施形態の状態測定装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【００２４】
入力部１１は、電柱１００を撮影した時系列の画像データを入力する（ステップＳ１１）。例えば、時刻ｔ１に電柱１００を撮影した画像データと時刻ｔ２に電柱１００を撮影した画像データを入力する。
【００２５】
変位算出部１２は、画像データを解析して変位を求める（ステップＳ１２）。変位算出部１２は、画像データのパターンを追跡、マッチングをとって、時系列の画像データの中から正規化された相関係数の最適値となる領域を探す処理を行って全視野の変形等データを得るディジタル画像相関法の処理を行い、電柱１００の歪み、変位を求める。以下の参考文献１に記載された方法を用いて歪み、変位を求めてもよい。
参考文献１：森本吉春、外２名、「サンプリングモアレ法による変位・ひずみ分布計測」、Journal of the Vacuum Society of Japan、日本真空学会、２０１１年３月１１日、第５４巻、第１号、pp.32-38
【００２６】
振動数算出部１３は、変位から固有振動数を算出する（ステップＳ１３）。電柱１００の固有振動数ω＝２πｆ，ｆ＝ｖ／λは、変位ｘから速度ｖ＝ｄｘ／ｄｔを求めて算出できる。
参考文献２：国松直、「シリーズ『振動に関わる苦情への対応』−第２回  振動の基礎：振動の発生と伝搬−」、機関誌ちょうせい、総務省公害等調整委員会、平成２５年８月、第７４号
【００２７】
判定部１４は、固有振動数に基づいて電柱１００の状態を判定する（ステップＳ１４）。以下、判定部１４による状態の判定方法の例を説明する。
【００２８】
第１の判定方法は、固有振動数を規格値と比較して異常を判定する方法である。
【００２９】
図４は、電柱にひび割れが発生した場合の固有振動数の変化を示すグラフである。実線は、ひび割れが発生していない電柱の固有振動数を示し、点線は、ひび割れが発生した電柱の固有振動数を示す。同図に示すように、電柱にひび割れが発生すると固有振動数が低下する。そこで、判定部１４は、規格値を基に、固有振動数が規格値を超えて低下した場合に、電柱１００に異常があると判定する。
【００３０】
第２の判定方法は、固有振動数を統計データと比較して異常を判定する方法である。
【００３１】
例えば、予め、電柱に人為的に異なるサイズのひび割れを作り、電柱の固有振動数の変化量のデータを蓄積しておき、蓄積されている固有振動数の変化量のデータの中から、ある変化量を選択し、その変化量を基準として異常を判定する。多数のデータを回帰分析して相関関数を求めておき、相関関数を用いて異常を判定する。
【００３２】
第３の判定方法は、固有振動数の時系列データに基づいて異常を判定する方法である。
【００３３】
図５に示すように、時系列の固有振動数データの所定の期間あるいは所定の個数の統計値に閾値を超える変化があった場合に異常と判定する。例えば、固有振動数が大きく変化した前後１０点のデータの統計値をそれぞれ求めて比較し、統計値の差分が閾値以上であった場合に異常と判定する。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、電柱１００に付与された縞状パターンのマーカー１１０を撮影した時系列画像データを入力し、入力した時系列画像データを解析して電柱１００に発生している変位を求め、求めた変位から電柱１００の固有振動数を算出し、固有振動数に基づいて電柱１００の状態を判定することにより、現地に赴くことなく、電柱１００の状態を計測点検することができる。計測点検の結果、必要である場合にのみ、現地に出向き、詳細な点検修理・更改を実施すればよい。
【００３５】
本実施形態によれば、三次元地図サーバ２から得られる位置情報に基づいてディジタルカメラ３を取り付けた可動台５を制御し、電柱１００に付与されたマーカー１１０をディジタルカメラ３の画角内に収めることにより、検査対象物へのポインティングを自動化できる。
【００３６】
なお、関東広域圏（半径５０〜１００ｋｍ）を地デジ放送の放送エリアとする東京スカイツリーの塔頂近くに、本実施形態の状態測定装置を設置することができれば、人口３０００万人の生活圏内にある膨大な柱状社会基盤設備の計測点検の可能性がある。東京都下にある電柱数は、約１１１万本である。このうち、大気状態が観測に最適ではない場合にも計測点検可能と考えられる半径３０ｋｍ（２８００ｋｍ２）に限っても、本実施形態の状態測定装置で計測点検可能なものは５〜６０万本存在する。埼玉、千葉、神奈川エリアを含めて考えると２００万本以上は計測点検可能であり、建物の影などで観測できないもの９割を除外しても、２０万本以上は点検計測可能であると推量される。さらに、日本全国にある電柱は、約１２００万本とされ、前記同様の密度で計測点検装置を設置することができれば１００万本以上の計測点検が可能であると推量される。これ以外にも、道路標識、街路灯、交通信号機、送電線・送電鉄塔などに、本願発明による状態測定方法を適用することで、さらに多数の設備状態測定が可能になると考えられる。
【符号の説明】
【００３７】
１…状態測定装置
１１…入力部
１２…変位算出部
１３…振動数算出部
１４…判定部
２…三次元地図サーバ
３…ディジタルカメラ
４…望遠鏡
５…可動台
１００…電柱
１１０…マーカー
【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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