(57)【要約】【課題】振動データの経時変化から地盤もしくは構造物を解析する構造物解析装置、構造物解析システムおよび構造物解析方法を提供する。【解決手段】本発明の構造物解析装置７０は、地盤もしくは構造物に設置された、第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとの出力を取得する取得部１６と、出力を第１の周波数領域と第２の周波数領域とに分割し、第１の周波数領域において、第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとで出力の第１出力比ＲＬを算出し、第２の周波数領域において、第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとで出力の第２出力比ＲＨを算出し、第１出力比ＲＬと第２出力比ＲＨとの経時変化から地盤もしくは構造物を解析する解析部５６と、を備える。【選択図】図１
2018159631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤もしくは構造物に設置された、第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとの出力
を取得する取得部と、
前記出力を第１の周波数領域と第２の周波数領域とに分割し、
前記第１の周波数領域において、前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーと
で前記出力の第１出力比を算出し、
前記第２の周波数領域において、前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーと
で前記出力の第２出力比を算出し、
前記第１出力比と前記第２出力比との経時変化から前記地盤もしくは前記構造物を解析
する解析部と、を備えることを特徴とする構造物解析装置。
【請求項２】
前記第１の周波数領域は、前記地盤もしくは前記構造物の固有振動の周波数を含む領域
であることを特徴とする請求項１に記載の構造物解析装置。
【請求項３】
前記第１の周波数領域は、０．１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の周波数領域であることを特徴
とする請求項１又は請求項２に記載の構造物解析装置。
【請求項４】
前記第１の周波数領域と前記第２の周波数領域とは、異なる周波数領域であることを特
徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の構造物解析装置。
【請求項５】
前記出力の高速フーリエ変換処理を行い、前記第１の周波数領域と前記第２の周波数領
域とに分割することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の構造物解
析装置。
【請求項６】
地盤もしくは構造物に設置された、第１の慣性センサーおよび第２の慣性センサーと、
前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーとの出力を解析する構造物解析装置
と、を備え、
前記構造物解析装置は、前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーとの出力を
取得する取得部と、
前記出力を第１の周波数領域と第２の周波数領域とに分割し、
前記第１の周波数領域において、前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーと
で前記出力の第１出力比を算出し、
前記第２の周波数領域において、前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーと
で前記出力の第２出力比を算出し、
前記第１出力比と前記第２出力比との経時変化から前記地盤もしくは前記構造物を解析
する解析部と、を備えることを特徴とする構造物解析システム。
【請求項７】
地盤もしくは構造物に設置された、第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとの出力
を取得することと、
前記出力を第１の周波数領域と第２の周波数領域とに分割することと、
前記第１の周波数領域において、前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーと
で前記出力の第１出力比を算出することと、
前記第２の周波数領域において、前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーと
で前記出力の第２出力比を算出することと、
前記第１出力比と前記第２出力比との経時変化から前記地盤もしくは前記構造物を解析
することと、を含むことを特徴とする構造物解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物解析装置、構造物解析システムおよび構造物解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、土木構造物や建築構造物に関し、老朽化や地震等による強度の劣化及び損傷の状
況を調べる方法としては、目視による方法に加え、下記特許文献１に示すように、構造物
を加振し、加振に対する応答を電気信号としてセンサーが検出し、検出した電気信号から
固有振動数を算出する方法が知られている。この方法では、時間を置いて複数の固有振動
数を算出し、複数の固有振動数の変化に基づいて構造物を解析する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３９５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の方法では、解析が必要な場合に振動を都度発生させる必要があり
、構造物の特性に関して時間経過に伴う連続的な変化や設置されたセンサー間の時間経過
に伴う構造物で生じた現象を捉えることは困難であった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、構造物から検出する振動データに
基づいて、構造物の時間経過に伴う特性変化を連続して捉え、特に、設置されたセンサー
間の時間経過に伴う構造物で生じた現象を捉えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
適用例又は形態として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る構造物解析装置は、地盤もしくは構造物に設置された、第
１の慣性センサーと第２の慣性センサーとの出力を取得する取得部と、前記出力を第１の
周波数領域と第２の周波数領域とに分割し、前記第１の周波数領域において、前記第１の
慣性センサーと前記第２の慣性センサーとで前記出力の第１出力比を算出し、前記第２の
周波数領域において、前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーとで前記出力の
第２出力比を算出し、前記第１出力比と前記第２出力比との経時変化から前記地盤もしく
は前記構造物を解析する解析部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、地盤もしくは構造物に設置された、第１の慣性センサーと第２の慣
性センサーとが検出した振動データの出力を第１の周波数領域と第２の周波数領域とに分
割し、第１の周波数領域における第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとで出力の第
１出力比を算出し、第２の周波数領域における第１の慣性センサーと第２の慣性センサー
とで出力の第２出力比を算出し、第１出力比と第２出力比との経時変化を解析することで
、第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとの間の地盤もしくは構造物で生じた現象を
捉えることができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に記載の構造物解析装置において、前記第１の周波数領域は、
前記地盤もしくは前記構造物の固有振動の周波数を含む領域であることが好ましい。
【０００９】
本適用例によれば、第１の周波数領域が地盤もしくは構造物の固有振動の周波数を含む
領域であるので、地盤もしくは構造物に起因する振動の影響を分析することができ、地盤
もしくは構造物で生じた現象を正確に解析することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載の構造物解析装置において、前記第１の周波数領域は、
０．１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の周波数領域であることが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、第１の周波数領域が０．１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の周波数領域であ
るので、地盤もしくは構造物の固有振動の周波数が含まれ、地盤もしくは構造物に起因す
る振動の影響を分析することができ、地盤もしくは構造物で生じた現象をより正確に解析
することができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に記載の構造物解析装置において、前記第１の周波数領域と前
記第２の周波数領域とは、異なる周波数領域であることが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、第１の周波数領域と第２の周波数領域とが異なる周波数領域である
ため、地盤もしくは構造物に起因する振動の影響と、地盤もしくは構造物以外の物に起因
する振動の影響と、を分離して分析することができ、地盤もしくは構造物で生じた現象を
より正確に解析することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に記載の構造物解析装置において、前記出力の高速フーリエ変
換処理を行い、前記第１の周波数領域と前記第２の周波数領域とに分割することが好まし
い。
【００１５】
本適用例によれば、出力を高速フーリエ変換処理することにより、出力を高速フーリエ
変換周波数に応じたエネルギーの大きさとして表すことができるので、第１の周波数領域
における地盤もしくは構造物に起因する振動エネルギーと、第２の周波数領域における地
盤もしくは構造物以外の物に起因する振動エネルギーと、を分離して分析することができ
、地盤もしくは構造物で生じた現象をより正確に解析することができる。
【００１６】
［適用例６］本適用例に係る構造物解析システムは、地盤もしくは構造物に設置された
、第１の慣性センサーおよび第２の慣性センサーと、前記第１の慣性センサーと前記第２
の慣性センサーとの出力を解析する構造物解析装置と、を備え、前記構造物解析装置は、
前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーとの出力を取得する取得部と、前記出
力を第１の周波数領域と第２の周波数領域とに分割し、前記第１の周波数領域において、
前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーとで前記出力の第１出力比を算出し、
前記第２の周波数領域において、前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーとで
前記出力の第２出力比を算出し、前記第１出力比と前記第２出力比との経時変化から前記
地盤もしくは前記構造物を解析する解析部と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、地盤もしくは構造物に設置された、第１の慣性センサーおよび第２
の慣性センサーと、第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとの出力を解析する構造物
解析装置と、を備え、構造物解析装置が第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとが検
出した振動データの出力を第１の周波数領域と第２の周波数領域とに分割し、第１の周波
数領域における第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとで出力の第１出力比を算出し
、第２の周波数領域における第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとで出力の第２出
力比を算出し、第１出力比と第２出力比との経時変化を解析するので、第１の慣性センサ
ーと第２の慣性センサーとの間の地盤もしくは構造物で生じた現象を捉えることができる
。
【００１８】
［適用例７］本適用例に係る構造物解析方法は、地盤もしくは構造物に設置された、第
１の慣性センサーと第２の慣性センサーとの出力を取得することと、前記出力を第１の周
波数領域と第２の周波数領域とに分割することと、前記第１の周波数領域において、前記
第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサーとで前記出力の第１出力比を算出すること
と、前記第２の周波数領域において、前記第１の慣性センサーと前記第２の慣性センサー
とで前記出力の第２出力比を算出することと、前記第１出力比と前記第２出力比との経時
変化から前記地盤もしくは前記構造物を解析することと、を含むことを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、地盤もしくは構造物に設置された、第１の慣性センサーと第２の慣
性センサーとの出力を取得し、取得した出力を第１の周波数領域と第２の周波数領域とに
分割し、第１の周波数領域における第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとで出力の
第１出力比を算出し、第２の周波数領域における第１の慣性センサーと第２の慣性センサ
ーとで出力の第２出力比を算出し、第１出力比と第２出力比との経時変化を解析すること
で、第１の慣性センサーと第２の慣性センサーとの間の地盤もしくは構造物で生じた現象
を捉えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る構造物解析システムの構成を説明する図。
【図２】振幅の平均値が出現する頻度を示すヒストグラムの図。
【図３】曜日毎の指標振幅を示すヒストグラムの図。
【図４】長期間に亘る指標振幅の変化を示すヒストグラムの図。
【図５】指標周波数の最頻値の変化を示すヒストグラムの図。
【図６】指標頻度の頻度値の変化を示すヒストグラムの図。
【図７】出力比と構造物現象との関係を示す図。
【図８】補強工事前の２つの慣性センサーの出力結果を示す図。
【図９】補強工事前の第１の慣性センサー出力のＦＦＴ処理結果を示す図。
【図１０】補強工事前の第２の慣性センサー出力のＦＦＴ処理結果を示す図。
【図１１】補強工事後の第１の慣性センサー出力のＦＦＴ処理結果を示す図。
【図１２】補強工事後の第２の慣性センサー出力のＦＦＴ処理結果を示す図。
【図１３】出力比と地盤現象との関係を示す図。
【図１４】物性変動の解析処理の流れを示すフローチャート。
【図１５】構造物の現象解析処理の流れを示すフローチャート。
【図１６】第２実施形態に係る構造物解析システムの構成を説明する図。
【図１７】表示部に表示される画面の一例を示す図。
【図１８】表示部に表示される画面の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の構造物解析装置、構造物解析システムおよび構造物解析方法について、
その好適な構成例を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
［構造物解析システム］
先ず、本発明の第１実施形態に係る構造物解析システム１について、図１を参照して説
明する。
図１は、第１実施形態に係る構造物解析システム１の構成を説明する図である。この構
造物解析システム１は、地盤もしくは構造物の振動に関する振動情報に基づいて、地盤も
しくは構造物の物性や現象を解析する機能を備える。なお、本実施形態では、橋梁や建物
等の構造物の物性や現象を解析する例を挙げ、説明する。
【００２３】
構造物解析システム１は、図１に示すように、２つのセンサー部１０，１２と、構造物
解析装置７０と、情報処理装置８０と、を含み構成されている。
２つのセンサー部１０，１２において、一方のセンサー部１０は、第１の慣性センサー
Ｓ１と第１の温度センサーＴ１とで構成されており、他方のセンサー部１２は、第２の慣
性センサーＳ２と第２の温度センサーＴ２とで構成されている。なお、第１の慣性センサ
ーＳ１および第２の慣性センサーＳ２は、加速度センサーやＩＭＵ（Internal Measureme
nt Unit）等であり、第１の温度センサーＴ１および第２の温度センサーＴ２は、サーマ
ルダイオード、サーミスタ、熱電対等である。２つのセンサー部１０，１２は、橋梁や建
物等の構造物に設置され、構造物の振動および温度を検出し、検出した振動および温度に
応じた振動データおよび温度データを出力する。
なお、温度センサーを具備せず、温度データが外部から付与される態様でも構わない。
外部から付与される態様として、インターネット等のネットワーク等を介して、気象庁の
ような外部の機関や、テレビ・ラジオ等のマスメディアから取得する態様も想定できる。
【００２４】
構造物解析装置７０は、例えば、箱状の筐体に実装され、２つのセンサー部１０，１２
と共に、橋梁や建物等の構造物に設置されて構造物の振動情報を検出し、検出した振動情
報の時間経過に伴う変動に基づいて構造物の物性や現象を解析する。また、構造物解析装
置７０は、解析した結果に関する情報を情報処理装置８０に通信を介して送信する機能を
有する。
本実施形態では、情報処理装置８０は、サーバー装置、パーソナルコンピューター、タ
ブレットのような多機能携帯端末、スマートフォンのような高機能携帯電話等を想定する
。
【００２５】
構造物解析装置７０は、取得部１６、電源部１８、制御部２０、記憶部６０および通信
部６５を備える。
取得部１６は、２つのセンサー部１０，１２が検出した振動および温度に応じた振動デ
ータおよび温度データを取得し、制御部２０へ出力する。
制御部２０は、取得部１６が出力した振動データおよび温度データを取得し、記憶部６
０に記憶する。
【００２６】
電源部１８は、例えば、太陽光を受光して発電するソーラーパネル、および充放電可能
な二次電池を想定し、電源部１８で得られた電力により構造物解析装置７０が駆動する。
記憶部６０は、フラッシュメモリーやハードディスクのような不揮発性の記憶媒体を想
定し、制御部２０が各機能の動作を制御するためのプログラム（例えば、物性解析プログ
ラム）や、制御部２０から送られる各種のデータを記憶する。
通信部６５は、制御部２０から出力される種々の情報を情報処理装置８０に送信する。
【００２７】
本実施形態では、通信部６５は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）（ＢＴＬＥ
：Bluetooth Low Energyを含む）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（Ｗｉ−Ｆｉ：Wireless Fid
elity）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）、ＡＮＴ＋
（登録商標）等の無線通信規格に対応した通信を想定する。
制御部２０は、代表値算出部３０、分布傾向解析部４０、指標値算出部５０、温度補正
部５２、指標値変動解析部５４および解析部５６を備え、構造物解析装置７０の各機能を
制御する。
制御部２０の各機能部は、図示を略した、ＣＰＵやＲＡＭ等のハードウェアと、記憶部
６０に記憶されたソフトウェアと、の協働により実現される機能的構成を示すものであっ
て、具体的な実装形態は特に制限されない。従って、必ずしも各機能部に個別に対応する
ハードウェアが実装される必要はなく、１つのプロセッサーがプログラムを実行すること
で複数の機能部の機能を実現する構成とすることも可能である。
【００２８】
また、ソフトウェアで実現される機能の一部をハードウェアで実現しても良く、あるい
は、ハードウェアで実現される機能の一部をソフトウェアで実現しても良い。
代表値算出部３０は、記憶部６０に記憶された振動データを、１０秒間隔（第１の期間
）の区間で無作為に区切り、区間ごとに代表値（解析値）を算出する。代表値算出部３０
は、代表値として平均値、平均差分値、最大値と最小値の差分値等を算出する統計処理部
３２と、代表値として高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴと謂う）処理により周波数や品質
係数（Ｑ値）を算出するフーリエ変換部３４と、を備える。代表値算出部３０は、区間ご
とに算出した各代表値を記憶部６０に記憶する。
また、代表値算出部３０は、記憶部６０に記憶された温度データを取得し、所定の時間
範囲で取得した温度データの平均値（温度解析値）を算出しても良い。代表値算出部３０
は、算出した温度データの平均値を記憶部６０に記憶しても良い。
【００２９】
分布傾向解析部４０は、第１の期間よりも長い第２の期間（例えば、１日〜数年）に亘
り記憶部６０に記憶された区間ごとの各代表値に関して、分布傾向を解析する。分布傾向
解析部４０は、ヒストグラム生成部４５を備える。ヒストグラム生成部４５は、第２の期
間における各代表値の出現回数（出現頻度）を示すヒストグラムを生成する。分布傾向解
析部４０は、ヒストグラム生成部４５が生成したヒストグラムから分布傾向を解析する。
例えば、分布傾向解析部４０は、振動データの平均値のヒストグラムから加速度の出力
頻度を解析できる。また、分布傾向解析部４０は、振動データの平均差分値のヒストグラ
ムから加速度の差分頻度を解析できる。また、分布傾向解析部４０は、振動データの最大
値と最小値の差分値のヒストグラムから振幅頻度を解析できる。また、分布傾向解析部４
０は、振動データの品質係数のヒストグラムからピーク頻度値を解析できる。また、分布
傾向解析部４０は、振動データの周波数のヒストグラムから周波数頻度を解析できる。
【００３０】
更に、分布傾向解析部４０は、温度データの平均値のヒストグラムから温度の出力頻度
を解析できる。
指標値算出部５０は、分布傾向解析部４０において生成されたヒストグラムに基づき、
ヒストグラムの特性に対応する指標値を算出する。
ここで、指標値を算出する一例として、図２を参照して説明する。図２は、振幅の平均
値（波高値）を横軸とし、出現する頻度を縦軸としたヒストグラムである。指標値算出部
５０は、指標として、ヒストグラムが示す重心値、重み付けした重心値（８０％振幅位置
）、最頻値等を採用しても良い。この図２では、指標値（指標振幅）が５ｍＧであること
を示している。
【００３１】
また、ヒストグラムに対して最小二乗法を適用し、ヒストグラムの傾斜角度を指標値と
して算出しても良い。また、平均差分値のヒストグラムから変化速度やイベントログの指
標値を算出しても良い。
また、フーリエ変換部３４でＦＦＴ処理を行うことにより、品質係数のヒストグラムか
ら最大ピーク頻度の指標値（指標頻度）を算出しても良い。また、周波数のヒストグラム
から最大ピーク位置の指標値（指標周波数）を算出しても良い。
温度補正部５２は、指標値算出部５０が算出した指標値に対して温度補正を行い、温度
の変動による影響を排除できる。
【００３２】
例えば、代表値算出部３０が算出した温度データの平均値の変動から、分布傾向解析部
４０が温度の出力頻度を解析し、温度の出力頻度の最頻値に基づいて、指標値算出部５０
が算出した指標値を補正しても良い。
この場合、平均値のヒストグラムから最頻値を取得した傾斜角度の指標値を採用するこ
とで、構造物の傾斜を温度補正できる。これにより、構造物の傾斜を解析する場合、慣性
センサーが温度変動により受ける影響を除外し、構造物の物性変化を長年に亘り解析でき
る。
【００３３】
指標値変動解析部５４は、指標値、もしくは、温度補正部５２により温度補正された指
標値の時間経過に伴う経時変化に基づいて、構造物の物性に関する変化を解析する。解析
した結果を示す情報は、情報処理装置８０に送信される。
情報処理装置８０は、構造物解析装置７０から送信される物性変化に関する情報を受信
し、必要に応じて情報を加工し、ユーザーに表示する。尚、情報処理装置８０は、１つの
構造物または複数の構造物に設置された複数の構造物解析装置７０から情報をそれぞれ受
信し、受信した複数の情報を多面的に加工して表示しても良い。
【００３４】
ここで、図３〜図６を参照し、構造物の物性に関する変動の解析例を示す。
【００３５】
図３は、橋梁のような構造物において、１日単位の解析における振動データの最大値と
最小値の差分値の曜日毎のヒストグラムから、区間と頻度の積算を行うことで指標振幅を
算出したヒストグラムを生成した例である。この場合、７の倍数で移動平均を行うことで
指標振幅の変動を曜日ごとに示している。図３では曜日依存性、即ち、曜日による通行量
の変動が出ていることがわかる。
また、図４は、およそ一年間に亘る指標振幅の経時変化を示すヒストグラムである。所
定の時期における指標振幅の変動は、所謂、シルバーウィーク、ゴールデンウィーク、年
末年始等の長期連休による通行量の減少を示している。
なお、周知のように、解析する日数を７の倍数、即ち、一週間単位で移動平均を取るこ
とで、指標振幅の変動は一定になる特性がある。従って、曜日依存性や長期連休の影響を
除くと、橋梁の物性が変化しない場合は、指標振幅の変動は小さく、安定して推移する。
また、時間の経過に従い、振幅が下がれば橋梁のヤング率が下がったことがわかる。また
、工事等で振幅が上がれば、補強によりヤング率が上がったことがわかる。
【００３６】
また、指標振幅の経時変化において、通行量の変動による影響を除外する方法としては
、例えば、通行による振動が生じない橋梁の堅牢な箇所に一方のセンサー部１０を設置し
て得られる振動データと、他方のセンサー部１２が出力する振動データとの差分を取る方
法を採用できる。
【００３７】
また、図５および図６は、橋梁のような構造物を対象としてフーリエ変換部３４でＦＦ
Ｔ処理を行い、算出した指標周波数の最頻値（図５）および指標頻度の頻度値（図６）の
７日間の移動平均の推移を示すヒストグラムである。
図５から、指標周波数の最頻値は、５．１Ｈｚ付近で安定しているが、２０１６年の１
月に非線形性を有する変動が確認できる。この変動は、例えば、悪天候による影響が考え
られる。図６では、大雪により振動が減衰し、品質係数が低下していることを示している
。このように、ＦＦＴ処理により得られる指標頻度や指標周波数は天候や工事により生じ
る変動に対応するため、指標頻度や指標周波数に基づいて構造物の物性に関する変動を推
定できる。
以上述べた構成により、構造物から検出する振動データに基づいて、構造物の時間経過
に伴う物性変化を連続して捉えることができる。
【００３８】
解析部５６は、代表値算出部３０において、橋梁や建物等の構造物に設置された第１の
慣性センサーＳ１と第２の慣性センサーＳ２とが検出した振動データをＦＦＴ処理した第
１の慣性センサーＳ１および第２の慣性センサーＳ２の出力を、第１の周波数領域と第２
の周波数領域とに分割する。なお、振動データをＦＦＴ処理することにより、振動データ
をＦＦＴ周波数に応じた振動エネルギーの大きさとして表すことができ、構造物で生じた
現象を解析し易くすることができる。また、第１の周波数領域と第２の周波数領域とは異
なる周波数領域であり、第１の周波数領域は１０Ｈｚ以下の周波数領域で、構造物の固有
振動の周波数（例えば、約３Ｈｚ〜５Ｈｚ）を含んでいる。そのため、構造物に起因する
振動エネルギーの状態を分析することができる。なお、超高層ビルなどにおいては固有振
動の周波数が０．１Ｈｚ〜０．５Ｈｚ程度となるので、第１の周波数領域の下限値を０．
１Ｈｚ程度と設定することができる。また、第２の周波数領域は１０Ｈｚより高い周波数
領域であるので、構造物以外の物、例えば、自動車等に起因する振動エネルギーの状態を
分析することができる。
【００３９】
次に、第１の周波数領域において、第１の慣性センサーＳ１および第２の慣性センサー
Ｓ２のＰＳＤ（Power Spectral Density）の最大値Ａ１ｌb，Ａ２ｌbをそれぞれ選出し、
第１出力比ＲＬb（＝Ａ２ｌb／Ａ１ｌb）を算出する。また、第２の周波数領域において
、第１の慣性センサーＳ１および第２の慣性センサーＳ２のＰＳＤの最大値Ａ１ｈb，Ａ
２ｈbをそれぞれ選出し、第２出力比ＲＨb（＝Ａ２ｈb／Ａ１ｈb）を算出する。算出され
た第１出力比ＲＬbおよび第２出力比ＲＨbは、記憶部６０に記憶する。
【００４０】
次に、所定の期間経過後に、構造物に設置された第１の慣性センサーＳ１と第２の慣性
センサーＳ２とが検出した振動データをＦＦＴ処理した第１の慣性センサーＳ１および第
２の慣性センサーＳ２の出力に基づいて、第１出力比ＲＬaおよび第２出力比ＲＨaを算出
し、記憶部６０に記憶された第１出力比ＲＬbおよび第２出力比ＲＨbと比較する。
【００４１】
その結果、今回算出した第１出力比ＲＬaおよび第２出力比ＲＨaが前回算出した第１出
力比ＲＬbおよび第２出力比ＲＨbに対して、増大又は減少かを分析することにより、経時
変化に伴う、第１の周波数領域で分析できる構造物に起因する振動エネルギーの状態を第
１出力比ＲＬの差で、第２の周波数領域で分析できる構造物以外の例えば自動車等に起因
する振動エネルギーの状態を第２出力比ＲＨの差で、それぞれ解析できる。そのため、第
１の慣性センサーＳ１が設置された位置Ａ１と第２の慣性センサーＳ２が設置された位置
Ａ２との間の経時変化に伴う構造物で生じた現象を解析することができる。
【００４２】
図７は、第１出力比ＲＬおよび第２出力比ＲＨの変動と構造物現象との関係を示す図で
あり、例えば、ＲＬが増大し、ＲＨが減少している場合には、Ａ１−Ａ２間の構造劣化、
つまり、Ａ１−Ａ２間にヒビの発生や鉄骨のサビ等が生じている。また、ＲＬが減少し、
ＲＨが増大している場合には、Ａ１−Ａ２間の構造強化、つまり、Ａ１−Ａ２間に補強工
事等が施されている。また、ＲＬが減少し、ＲＨが減少している場合には、Ａ１−Ａ２間
の構造分離、つまり、Ａ１−Ａ２間の構造体の断裂が生じていると解析することができる
。
【００４３】
ここで、図８〜図１２を参照し、経時変化に伴う構造物で生じた現象の解析例を示す。
なお、本解析例では、橋梁に設置された第１の慣性センサーＳ１の位置Ａ１と第２の慣
性センサーＳ２の位置Ａ２との間を補強工事した事例を挙げて説明する。
図８は、補強工事前に第１の慣性センサーＳ１および第２の慣性センサーＳ２が検出し
た振動データであり、測定時間を横軸とし、重力方向の加速度出力を縦軸としている。ま
た、図９および図１０は、補強工事前の第１の慣性センサーＳ１および第２の慣性センサ
ーＳ２出力のＦＦＴ処理結果、つまり、図８に示す振動データをＦＦＴ処理した結果であ
り、図１１および図１２は、補強工事後の第１の慣性センサーＳ１および第２の慣性セン
サーＳ２出力のＦＦＴ処理結果である。なお、図９〜図１２では、ＦＦＴ周波数を横軸と
し、ＰＳＤ（Power Spectral Density）を縦軸としている。
【００４４】
図９および図１０において、ＦＦＴ周波数が１０Ｈｚ以下の第１の周波数領域（≦１０
Ｈｚ）におけるＰＳＤの最大値（Ａ１ｌb，Ａ２ｌb）は、第１の慣性センサーＳ１ではＡ
１ｌb＝０．０７２であり、第２の慣性センサーＳ２ではＡ２ｌb＝０．１６２である。
また、ＦＦＴ周波数が１０Ｈｚより高い第２の周波数領域（１０Ｈｚ＜）におけるＰＳ
Ｄの最大値（Ａ１ｈb，Ａ２ｈb）は、第１の慣性センサーＳ１ではＡ１ｈb＝０．０７７
であり、第２の慣性センサーＳ２ではＡ２ｈb＝０．０５９である。従って、補強工事前
の第１出力比ＲＬb（＝Ａ２ｌb／Ａ１ｌb）は、２．２５であり、第２出力比ＲＨb（＝Ａ
２ｈb／Ａ１ｈb）は、０．６７である。
【００４５】
図１１および図１２において、第１の周波数領域（≦１０Ｈｚ）におけるＰＳＤの最大
値（Ａ１ｌa，Ａ２ｌa）は、第１の慣性センサーＳ１ではＡ１ｌa＝０．１７７であり、
第２の慣性センサーＳ２ではＡ２ｌa＝０．３７８である。また、第２の周波数領域（１
０Ｈｚ＜）におけるＰＳＤの最大値（Ａ１ｈa，Ａ２ｈa）は、第１の慣性センサーＳ１で
はＡ１ｈa＝０．１４４であり、第２の慣性センサーＳ２ではＡ２ｈa＝０．１２５である
。従って、補強工事後の第１出力比ＲＬa（＝Ａ２ｌa／Ａ１ｌa）は、２．１３であり、
第２出力比ＲＨa（＝Ａ２ｈa／Ａ１ｈa）は、０．８７である。
【００４６】
補強工事前後の第１出力比ＲＬ（ＲＬa，ＲＬb）および第２出力比ＲＨ（ＲＨa，ＲＨb
）を比較すると、第１出力比ＲＬは、補強工事前２．２５から補強工事後２．１３へと減
少し、第２出力比ＲＨは、補強工事前０．６７から補強工事後０．８７へと増大している
。従って、図７に示すように、第１出力比ＲＬ減少、第２出力比ＲＨ増大となり、第１の
慣性センサーＳ１が設置された位置Ａ１と第２の慣性センサーＳ２が設置された位置Ａ２
との間が構造強化、つまり、補強工事が施されているという構造物で生じた現象を解析す
ることができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、第１の慣性センサーＳ１および第２の慣性センサーＳ２を有す
る２つのセンサー部１０，１２を橋梁や建物等の構造物に設置した例を挙げ説明したが、
地盤に第１の慣性センサーＳ１および第２の慣性センサーＳ２を有する２つのセンサー部
１０，１２を設置して解析しても構わない。第１の慣性センサーＳ１が設置された地盤位
置Ａ１と第２の慣性センサーＳ２が設置された地盤位置Ａ２との間の経時変化に伴う地盤
で生じた現象の解析結果について、図１３を参照して説明する。
【００４８】
図１３は、第１出力比ＲＬおよび第２出力比ＲＨの変動と地盤現象との関係を示す図で
あり、例えば、ＲＬが増大しＲＨが減少している場合には、Ａ１−Ａ２間の地盤構造脆弱
化、つまり、Ａ１−Ａ２間において土中水分増加や地表への積雪等が生じている。また、
ＲＬが減少しＲＨが増大している場合には、Ａ１−Ａ２間の地盤強化、つまり、Ａ１−Ａ
２間に舗装や転圧等が施されている。また、ＲＬが減少しＲＨが減少している場合には、
Ａ１−Ａ２間の地盤分離、つまり、Ａ１−Ａ２間で地割れや地滑り等が発生していると解
析することができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、第１の慣性センサーＳ１と第２の慣性センサーＳ２との２つの
慣性センサーを用いた構成について説明したが、これに限定することはなく、２つ以上の
複数の慣性センサーを用いた構成でも構わない。慣性センサーの設置位置が増えることで
、例えば、構造物の断裂している位置や地盤の地割れが発生している位置をより正確に特
定することができる。
【００５０】
［構造物解析方法］
次に、構造物解析装置７０における構造物解析方法の処理の流れについて、図１４およ
び図１５を参照して説明する。
図１４は、構造物解析装置７０による構造物解析方法の処理の流れを示すフローチャー
トである。
処理が開始されると、制御部２０は、１０ｍ秒毎に振動に関する振動データを取得し、
取得した振動データを記憶する（ステップＳ２００）。
次に、制御部２０は、記憶した振動データを第１の期間毎に区切って読み出し、複数の
振動データから代表値を算出する（ステップＳ２０２）。
次に、制御部２０は、算出した代表値に関し、第２の期間における分布傾向を解析する
（ステップＳ２０４）。
次に、制御部２０は、解析した分布傾向から指標値を算出する（ステップＳ２０６）。
次に、制御部２０は、指標値に対して温度補正を行うか、否かを判定する（ステップＳ
２０８）。
【００５１】
ここで、指標値に対して温度補正を行うと判定した場合（ステップＳ２０８でＹｅｓ）
、制御部２０は、温度変動に基づいて指標値を補正し（ステップＳ２１０）、ステップＳ
２１２に進む。
他方で、指標値に対して温度補正を行わないと判定した場合（ステップＳ２０８でＮｏ
）、ステップＳ２１２に進む。
ステップＳ２１２では、制御部２０は、指標値の時間経過に伴う変動に基づいて、構造
物の物性変動を解析する（ステップＳ２１２）。
ステップＳ２１４では、制御部２０は、代表値の時間経過に伴う変動に基づいて、構造
物で生じた現象を解析する（ステップＳ２１４）。なお、本解析の詳細は、図１５を参照
して説明する。
次に、制御部２０は、解析した構造物の物性変動に関する情報や解析した構造物で生じ
た現象に関する情報を情報処理装置８０に送り（ステップＳ２１６）、一連の処理を終了
する。
【００５２】
図１５は、代表値の時間経過に伴う変動に基づいて、構造物で生じた現象を解析する（
ステップＳ２１４）処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ２１４では、解析部５６において、先ず、フーリエ変換処理した代表値を第
１の周波数領域と第２の周波数領域とに分割する（ステップＳ３００）。
次に、第１の周波数領域において、第１の慣性センサーＳ１と第２の慣性センサーＳ２
とで代表値の第１出力比ＲＬを算出する（ステップＳ３０２）。
次に、第２の周波数領域において、第１の慣性センサーＳ１と第２の慣性センサーＳ２
とで代表値の第２出力比ＲＨを算出する（ステップＳ３０４）。
なお、算出された第１出力比ＲＬおよび第２出力比ＲＨは、記憶部６０に記憶する。
次に、記憶部６０に保存されている比較対象となる第１出力比ＲＬおよび第２出力比Ｒ
Ｈを選出し、第１出力比ＲＬと第２出力比ＲＨとの経時変化から構造物の現象を解析する
（ステップＳ３０６）。
以上で、第１の慣性センサーＳ１と第２の慣性センサーＳ２との間の経時変化に伴う構
造物で生じた現象の解析処理を終了する。
【００５３】
以上述べた第１実施形態に係る構造物解析システム１および構造物解析装置７０によれ
ば、以下のような効果を奏する。
従来、構造物等を目視検査や打音、加振検査を行う場合、検査員が現地にいくことが必
要で、場合によっては通行止め等の大掛かりな準備が必要であったが、構造物解析システ
ム１は、自然に発生する環境振動（構造物の周囲の環境変化によって生じる構造物の振動
）の測定のみにより構造物等の物性や現象の変化を把握することができる。
【００５４】
また、慣性センサーＳ１，Ｓ２が検出した振動データの出力を第１の期間毎に抽出し、
抽出した振動データに基づいて解析値をそれぞれ算出し、第１の期間よりも長い第２の期
間での解析値の分布傾向を解析し、分布傾向に対応する指標値を算出するため、分布傾向
に対応する指標値を連続的に捉えることができ、指標値の時間経過に伴う連続的な変化か
ら構造物の物性変化を解析することができる。
【００５５】
また、地盤もしくは構造物に設置された第１の慣性センサーＳ１と第２の慣性センサー
Ｓ２とが検出した振動データの出力を第１の周波数領域と第２の周波数領域とに分割し、
第１の周波数領域における第１の慣性センサーＳ１と第２の慣性センサーＳ２とで出力の
第１出力比ＲＬを算出し、第２の周波数領域における第１の慣性センサーＳ１と第２の慣
性センサーＳ２とで出力の第２出力比ＲＨを算出し、第１出力比ＲＬと第２出力比ＲＨと
の経時変化を解析することで、第１の慣性センサーＳ１が設置された位置Ａ１と第２の慣
性センサーＳ２が設置された位置Ａ２との間の地盤もしくは構造物で生じた現象を捉える
ことができる。
【００５６】
また、第１の周波数領域と第２の周波数領域とが異なる周波数領域であり、第１の周波
数領域が１０Ｈｚ以下の周波数領域で、地盤もしくは構造物の固有振動の周波数を含むの
で、第１の周波数領域において地盤もしくは構造物に起因する振動エネルギーの状態を分
析することができるため、地盤もしくは構造物で生じた現象を正確に解析することができ
る。
【００５７】
また、第１の慣性センサーＳ１および第２の慣性センサーＳ２が検出した振動データで
ある出力をＦＦＴ処理し、第１の周波数領域と第２の周波数領域とに分割することで、地
盤もしくは構造物に起因する振動エネルギーと、地盤もしくは構造物以外の物、例えば、
自動車等に起因する振動エネルギーと、を分離して分析することができるため、地盤もし
くは構造物で生じた現象をより正確に解析することができる。
【００５８】
（第２実施形態）
［構造物解析システム］
次に、本発明の第２実施形態に係る構造物解析システム１ａについて、図１６を参照し
て説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同じ部分については、同一符号を
付してその説明を省略する。
第１実施形態では、構造物解析装置７０が振動データを取得し、取得した振動データに
基づいて、地盤もしくは構造物の物性や現象に関する解析を行ったが、第２実施形態では
、情報処理装置８０ａで取得した振動データに基づいて、地盤もしくは構造物の物性や現
象に関する解析を行う。図１６は、第２実施形態に係る構造物解析システム１ａの構成を
説明する図である。
構造物解析システム１ａでは、構造物解析装置７０ａが振動データを取得し、取得した
振動データを情報処理装置８０ａに送る。情報処理装置８０ａは、構造物解析装置７０ａ
から送られる振動データに基づいて地盤もしくは構造物の物性や現象に関する解析を行う
。
【００５９】
構造物解析装置７０ａは、２つのセンサー部１０，１２が検出した振動データおよび温
度データを取得する取得部１６、電源部１８、データ処理部２５、記憶部６０およびデー
タ出力部６８を備える。
情報処理装置８０ａは、データ取得部８２、制御部８４、記憶部８６、操作部８８およ
び表示部９０を備える。
データ処理部２５は、取得部１６から出力される振動データおよび温度データを記憶部
６０に記憶し、所定のタイミングでデータ群を生成し、生成したデータ群をデータ出力部
６８から出力する。
データ出力部６８は、第１実施形態で説明した通信部６５であっても良い。この場合、
データ群をリアルタイムで送信しても良く、また、所定のタイミングでまとめて送信して
も良い。
【００６０】
また、データ出力部６８は、例えば、メモリーカードやＵＳＢメモリーのように、構造
物解析装置７０ａから着脱可能な記憶媒体への書き込み装置であっても良い。
同様に、データ取得部８２は、通信部６５と通信可能な通信装置であっても良い。また
、データ取得部８２は、構造物解析装置７０ａで書き込まれた記憶媒体を装着可能で、記
憶媒体に書き込まれた情報を読み出し可能な読み取り装置であっても良い。
また、制御部８４は、第１実施形態で述べた制御部２０と同じ機能、即ち、代表値算出
部３０、分布傾向解析部４０、指標値算出部５０、温度補正部５２、指標値変動解析部５
４および解析部５６を備える。
【００６１】
また、記憶部８６は第１実施形態で述べた記憶部６０と同じ機能を有する。操作部８８
は、ユーザーが操作することで、構造物解析システム１ａに対して種々の指示を行うこと
ができる。
また、表示部９０は、地盤もしくは構造物の物性や現象に関する情報を表示し、ユーザ
ーに視認させることができる。図１７および図１８は、モニター等の表示部９０に表示さ
れる画面の一例を示す図であり、図１７は、およそ一年間に亘る指標振幅の経時変化を時
系列順に移動平均をかけて連続して表示している。そのため、長期的なデータの変動が解
り易くなる。また、図１８は、お盆、シルバーウィーク、年末年始、ゴールデンウィーク
等の長期連休期間のイベントログを同時に表示しているので、指標振幅が低下した要因が
通行量の減少によるものであることが容易に理解することができる。また、表示するデー
タが閾値を超えた場合にイベントログを表示しても構わない。また、数年間のデータを年
毎に色分けして表示することで、年毎の地盤もしくは構造物で生じた特徴的な物性や現象
を捉え易い。
【００６２】
なお、本実施形態では、制御部８４は、第１実施形態で述べた制御部２０と同じ機能を
有したが、これには限定されない。例えば、代表値算出部３０の一部の機能は、構造物解
析装置７０ａのデータ処理部２５が実行しても良い。また、通信部６５がセンサー部１０
，１２に備えられ、センサー部１０，１２の通信部６５から振動データがネットワークを
介してサーバー等に送信され、サーバーが構造物解析装置７０や情報処理装置８０で振動
データが解析されても良い。
【００６３】
以上、本発明の構造物解析システム１，１ａ、構造物解析装置７０，７０ａおよび構造
物解析方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定され
るものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することが
できる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていても良い。また、前述した各
実施形態を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１，１ａ…構造物解析システム、１０，１２…センサー部、１６…取得部、１８…電源
部、２０…制御部、２５…データ処理部、３０…代表値算出部、３２…統計処理部、３４
…フーリエ変換部、４０…分布傾向解析部、４５…ヒストグラム生成部、５０…指標値算
出部、５２…温度補正部、５４…指標値変動解析部、５６…解析部、６０…記憶部、６５
…通信部、６８…データ出力部、７０，７０ａ…構造物解析装置、８０，８０ａ…情報処
理装置、８２…データ取得部、８４…制御部、８６…記憶部、８８…操作部、９０…表示
部、Ａ１…第１の慣性センサーが設置された位置、Ａ２…第２の慣性センサーが設置され
た位置、ＲＬ，ＲＬa，ＲＬb…第１出力比、ＲＨ，ＲＨa，ＲＨb…第２出力比、Ｓ１…第
１の慣性センサー、Ｓ２…第２の慣性センサー。
【図１】
2018159631.tif 000003
【図２】
2018159631.tif 000004
【図３】
2018159631.tif 000005
【図４】
2018159631.tif 000006
【図５】
2018159631.tif 000007
【図６】
2018159631.tif 000008
【図７】
2018159631.tif 000009
【図８】
2018159631.tif 000010
【図９】
2018159631.tif 000011
【図１０】
2018159631.tif 000012
【図１１】
2018159631.tif 000013
【図１２】
2018159631.tif 000014
【図１３】
2018159631.tif 000015
【図１４】
2018159631.tif 000016
【図１５】
2018159631.tif 000017
【図１６】
2018159631.tif 000018
【図１７】
2018159631.tif 000019
【図１８】
2018159631.tif 000020