(57)【要約】【課題】簡易に精度良く構造物に生じる変位を計測可能な変位計測方法等を提供する。【解決手段】複数の異なる変動部にターゲット１０を配置し、ミラー３１と照射体２５との間にハーフミラー３２を配置して、異なる位置に配置される複数のターゲット１０に光を照射し、各ターゲット１０からの反射光が画角内に収まるようにして変位前後の反射光を撮影し、撮影された画像データから変位前後の各反射光の移動量及び移動方向を検出して前記構造物の変位を計測する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物上の複数の異なる変動部にターゲットを配置し、光を反射するミラーと光を照射する照射体との間に光を透過及び反射するハーフミラーを配置して、前記ミラーを介して一部のターゲットに前記光を照射するとともに、ハーフミラーを介して他のターゲットに前記光を照射し、光を照射した各ターゲットからの反射光が画角内に収まるようにして変位前後の前記反射光を撮影し、撮影された画像データから変位前後の各反射光の移動量及び移動方向を検出して前記構造物の変位を計測することを特徴とする変位計測方法。
【請求項２】
固定部に他のターゲットを配置し、光を反射するミラーと光を照射する照射体との間に新たなハーフミラーを配置して、当該新たなハーフミラーによって他のターゲットからの反射光を前記画角内に収めることを特徴とする請求項１に記載の変位計測方法。
【請求項３】
前記ターゲットは、入射した光の方向に反射する反射体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変位計測方法。
【請求項４】
構造物の異なる複数の変動部に配置されるターゲットと、
前記ターゲットに光を照射する光学系と、
前記光の照射方向を調整する調整手段と、
複数の前記ターゲットからの反射光が画角内に収まるようにして撮影する撮影装置と、
前記撮影装置により撮影された変位前後の各前記反射光の移動量と移動方向を検出して前記構造物の変位を計測する処理装置と、
を備え、
調整手段は、光を透過及び反射するハーフミラーと、光を反射するミラーと、を備え、
前記ハーフミラーは、光学系とミラーとの間に配置され、ミラーはハーフミラーを透過した光を一部の前記ターゲットに照射するように調整され、ハーフミラーは他の前記ターゲットに照射するように調整されることを特徴とする変位計測装置。
【請求項５】
構造物上の複数の異なる変動部にターゲットを配置し、光を反射するミラーと光を照射する照射体との間に光を透過及び反射するハーフミラーを配置して、前記ミラーを介して一部のターゲットに前記光を照射するとともに、ハーフミラーを介して他のターゲットに前記光を照射し、光を照射した各ターゲットからの反射光が画角内に収まるようにして変位前後の前記反射光を撮影し観測することを特徴とする変位観測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、応力変動が生じる構造物の変位を計測する変位計測方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、橋梁等の構造物の老朽化が問題となっており、この対策を実施するには老朽化の度合いを知る必要がある。
【０００３】
一般的に老朽化の度合いは、目視による定期点検によって判断され、この目視点検では、材料劣化や外観変状がわかるものの、内部劣化を知ることができず、安全性を適切に判断することが困難である。
【０００４】
目視点検では、ハンマーで床版を叩き、その音を聞いて劣化の指標とすることが従来から行われており、この場合には、床版の下部空間に足場を組む必要があった。
【０００５】
このような方法では、足場の組立、分解、移動等に時間と費用を要することや、熟練度によって判断に差異が出るなどの問題がある。
【０００６】
また、足場を組むことなく老朽化の度合いを判断する手法として、非接触で橋梁の変位を計測する装置が従来から知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
この装置は、３次元レーザスキャナにより構造物の変位を計測する装置であって、計測対象物から離れた位置に測定装置を設置し、任意のターゲットに向けて照射したレーザーパルスが反射して戻ってくるまでの時間から算出する距離を計測することで任意点の座標を算出し、その座標の移動から変位を計測するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４１１４７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の手法は、広い範囲を計測できる反面、個々のポイントでは精度が低く、計測位置を正確に特定することが困難であり、構造物の変位量を正確に計測することができるとは言えない。
【００１０】
また、その他、橋桁の変位を計測する一例として、トータルステーションを用いる手法やデジタルカメラ等を用いる手法が知られているが、トータルステーションでは高い計測精度が望めず、デジタルカメラでは、一般的に１測点のみの計測となり広い範囲を計測できない等の問題がある。
【００１１】
本願は上記各問題点の解決を課題の一例として為されたもので、簡易に精度良く構造物に生じる変位を計測可能な変位計測方法等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の変位計測方法は、構造物（２）上の複数の異なる変動部にターゲット（１０）を配置し、光を反射するミラー（３１）と光を照射する照射体（２５）との間に光を透過及び反射するハーフミラー（３２）を配置して、前記ミラーを介して一部のターゲット（１０ｂ）に前記光を照射するとともに、ハーフミラーを介して他のターゲット（１０ａ）に前記光を照射し、光を照射した各ターゲットからの反射光が画角内に収まるようにして変位前後の前記反射光を撮影し、撮影された画像データから変位前後の各反射光の移動量及び移動方向を検出して前記構造物の変位を計測することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の変位計測方法は、請求項１に記載の変位計測方法において、固定部に他のターゲットを配置し、光を反射するミラーと光を照射する照射体との間に新たなハーフミラーを配置して、当該新たなハーフミラーによって他のターゲットからの反射光を前記画角内に収めることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の変位計測方法は、請求項１又は請求項２に記載の変位計測方法において、前記ターゲットは、入射した光の方向に反射する反射体であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の変位計測装置は、構造物の異なる複数の変動部に配置されるターゲット（１０）と、前記ターゲットに光を照射する光学系（２５）と、前記光の照射方向を調整する調整手段（３０）と、複数の前記ターゲットからの反射光が画角内に収まるようにして撮影する撮影装置（４０）と、前記撮影装置により撮影された変位前後の各前記反射光の移動量と移動方向を検出して前記構造物の変位を計測する処理装置（５０）と、を備え、調整手段は、光を透過及び反射するハーフミラーと、光を反射するミラーと、を備え、前記ハーフミラーは、光学系とミラーとの間に配置され、ミラーはハーフミラーを透過した光を一部の前記ターゲットに照射するように調整され、ハーフミラーは他の前記ターゲットに照射するように調整されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
複数のターゲットを画角内に収めることができるため、一台の撮影装置を用いて複数のターゲットを撮影可能であるため、設備や計測のための機器の設置を簡易に行え、作業性の効率化及び低コスト化を図れる。また、照射装置から照射される光を異なる位置に配置された複数のターゲットに簡単に照射できるとともに、簡単に複数のターゲットを画角内に収めるように調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】変位計測装置の側面視における配置例を示す模式図である。
【図２】変位計測装置の平面視における配置例を示す模式図である。
【図３】変位計測装置の他の配置例を示す模式図である。
【図４】反射装置の一例を示す外観図である。
【図５】撮影画像の一例を示す模式図である。
【図６】変位計測装置の構成例を示す模式図である。
【図７】撮影装置から反射体を視認した際の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本願の実施形態について、図１乃至図７を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、便宜的に加重により地盤が変動する領域を変動部、地盤が変動しにくい領域を固定部とし、例えば、橋梁２部分を変動部、橋梁２部分以外を固定部として説明を行う。
【００１９】
（変位計測方法の概要）
まず、本実施形態における変位計測方法について説明する。
【００２０】
本実施形態の変位計測方法は、一例として、計測対象物としての構造物（例えば、橋梁２）の老朽化の度合いを判断するために静的載荷時における撓み量（変位量）を計測するものである。
【００２１】
本実施形態の変位計測方法は、少なくとも橋梁２上の複数の異なる変動部にターゲット１０を配置するとともに、図２に示すように、ＬＥＤ（light emitting diode）等の光源を有する照射装置２５（本願の照射体）から照射される光の方向を調整する調整装置３０を用いて橋梁２の長手方向に配置される複数のターゲット１０（Ｒ１〜Ｒ９、Ｌ１〜Ｌ９）に光を照射し、撮影装置４０を用いて各ターゲット１０からの反射光が画角内に収まるように撮影し、その撮影データに基いて橋梁２に生じる撓み量（変位量）を計測するものである。
【００２２】
図２に示すように、調整装置３０は、ミラー３１とハーフミラー３２を用いて橋梁２の左側に配置される複数のターゲット１０ｂと、右側に配置される複数のターゲット１０ａのそれぞれに光が照射されるように照射装置２５から照射される光の照射方向を調整するものである。
【００２３】
調整装置３０は、左側のターゲット１０ｂの直線上に配置されるミラー３１と、このミラー３１と光を照射する照射装置２５との間であって、右側のターゲット１０ａの直線上に配置される光を透過及び反射するハーフミラー３２と、を備えている。
【００２４】
そして、照射装置２５から照射された光は、ミラー３１及びハーフミラー３２によって橋梁２の左側と右側に配置された各々のターゲット１０a、１０ｂに照射され、各ターゲット１０ａ、１０ｂからの反射光がミラー３１及びハーフミラー３２を介して撮影装置４０のレンズに入射される。
【００２５】
また、ミラー３１及びハーフミラー３２は、各ターゲット１０からの反射光が画角内の異なる位置に収まる（画角内で重ならない）ように配置される。
【００２６】
なお、橋梁２の撮影には、例えば、動画をデジタルデータとして記録可能なデジタルビデオカメラ等の光学式撮影装置（以下、「撮影装置４０」と称する。）が用いられるが、静止画を撮影可能なデジタルカメラ等であっても構わない。また、デジタルビデオカメラ等の撮影装置を用いる場合には、動画を撮影した後に時系列に切り出された静止画の画像データが用いられる。
【００２７】
また、撮影装置４０は、好適には橋梁２の領域外（固定部）に設置され、図２に示すように、各ターゲット１０からの反射光が画角内に収まるように、右側のターゲット１０ａとハーフミラー３２を結ぶ直線上に配置される。
【００２８】
なお、撮影装置４０を変動部に設置する場合には、図３に示すように、固定部にターゲット（以下、「固定ターゲット１０ｃ」と称する。）を配置し、照射装置２５とミラー３１との間に新たなハーフミラー３３を配置し、このハーフミラー３３を用いて固定ターゲット１０ｃからの反射光が上述した変動部に配置されたターゲット１０ａ、１０ｂからの反射光と同じ画角内に収まるようにして撮影される。
【００２９】
これにより、撮影装置４０の変動によって生じる誤差を、固定ターゲット１０ｃからの反射光の画像データによって補正することでより変動部に設置された各ターゲット１０ａ、１０ｂの正確な変位を計測することができる。
【００３０】
また、橋梁２の変位を計測する際には、反射光の中心座標を算出してもよいが、ピントが合わない画像データも存在することから、反射光の重心座標を算出することが好ましい。これにより精度の高い変位を計測可能である。
【００３１】
また、本実施形態の変位計測方法に用いられるターゲット１０は、光を反射する反射体１５を備え、この反射体１５は、光を反射する材料であれば公知のどのようなものであっても構わないが、好ましくは、再帰性反射材が用いられる。再帰性反射材は、例えば、図４に示すように、プリズムレンズ１５Ａであって、例えば、三角錐の底面１６を有し、入射光１７をこの底面１６で受けて３面を使い光の入射方向に向けて反射させる。このように再帰性反射材とは、入射した光に対して常に入射した光の方向に光を返すものであって、プリズムレンズの他にガラスビーズ等を用いた様々な種類・形態の反射体が知られているがどのようなものであっても構わない。
【００３２】
一般的な図示しない反射体は光が拡散してしまうことで、反射光を明瞭に撮影しにくいものの、再帰性反射材を用いることで、反射光を明瞭に撮影することができ、高い精度で変位を計測することが可能である。
【００３３】
このように、本実施形態の具体的な変位計測方法は、橋梁２の左右それぞれの長軸方向に配置された複数の計測点にターゲット１０となる再帰性反射材（以下、「反射体１５」と称する。）を設置して、左右それぞれの長手方向に配置された各反射体１５に対してミラー３１とハーフミラー３２を用いて照射装置２５から照射される光を照射し、図５に示すように、左右それぞれの各反射体１５（Ｒ１〜Ｒ９、Ｌ１〜Ｌ９）からの反射光が同じ画角内に区分けされて収まるように撮影し、変位前後の各反射光の画像データから各反射光の重心を算出し、変位前後の重心座標を用いて変位前後の各反射光の移動量及び移動方向を検出して、橋梁２に生じる変位を計測する。
【００３４】
このようにすれば、撮影装置４０の画角内に複数の反射体１５が含まれるため、１台の撮影装置で複数個所のターゲットを撮影可能であるため、設備や計測のための機器の設置を簡易に行え、作業性の効率化及び低コスト化を図れる。また、ミラー３１及びハーフミラー３２を用いることで、照射装置２５から照射される光を異なる位置に配置された複数のターゲット１０に簡単に照射できるとともに、画角内に複数のターゲット１０を収めて撮影することができる。
【００３５】
（変位計測装置の構成等）
次に、上記変位計測方法を実施するための変位計測装置（以下、「計測装置１」と称する。）について説明する。
【００３６】
本実施形態の計測装置１は、一例として、図１に示すような川に架かる橋梁２を計測対象物として適用した場合の実施形態を示すものであるが、この実施形態に限定されるものではなく、たとえば、高速道路等の大型構造物に適用することもできる。また、以下の説明において、橋梁２は、図１に示すように、一例として、上端が道路面４と同一面となる橋台５を構築し、支承体６を介して橋桁７を載置しているものとする。また、以下の説明では、道路面４や支承体６を変位の生じにくい（変位しない）位置（固定部）とし、橋桁７を変位する位置（変動部）として説明を行う。
【００３７】
本実施形態の計測装置１は、図１、図２及び図６に示すように、橋梁２の橋桁７上（変動部）に予め設定された計測点に配置されるターゲット１０と、このターゲット１０に対して光を照射する照射装置２５（本願の光学系）と、照射装置２５によって照射される光の照射方向を調整する調整装置３０と、異なる光の照射方向に配置されたターゲット１０からの反射光を同時に画角内に収まるように撮影する撮影装置４０と、撮影された画像データに基づいて静的載荷時において橋梁２（橋桁５）に発生する撓み量（変位量）を解析処理する処理装置５０と、を備える。
【００３８】
図７に示すように、ターゲット１０は、橋梁２の一部に連結される連結具１６と、この連結具１６から一方向に延びるアーム１７と、アーム１７の先端に取り付けられる反射体１５と、を備えている。この反射体１５は、再帰性反射材を用いて形成され、例えば、構造物の長手方向左右の一辺に沿って直列に配置される。
【００３９】
調整装置３０は、図２に示すように、光を透過及び反射するハーフミラー３２と、光を反射するミラー３１と、を備えている。ハーフミラー３２は、照射装置２５とミラー３１との間に配置され、照射装置２５からの光を橋梁２の右側に配置されるターゲット１０ａに照射されるようにその位置が調整される。一方で、ミラー３１はハーフミラー３２を透過した光を橋梁３の左側に配置されるターゲット１０ｂに照射するようにその位置が調整される。
【００４０】
そして、反射体１５に入射した光は、入射した光の方向に反射して、ミラー３１及びハーフミラー３２を介して撮影装置４０のレンズに入射される。このようにミラー３１及びハーフミラー３２を用いることで、照射装置からの光を異なる位置に配置された複数のターゲットに簡単に照射できるとともに、画角内に複数のターゲットを適切に配置して収めるように調整できる。
【００４１】
図１に示すように、ターゲット１０は連結具１６によって橋梁２の変動部に複数設置され、撮影装置４０は固定部に設置される。また、撮影装置４０は、各ターゲット１０からの反射光が画角内に収まるように、右側のターゲット１０ａとハーフミラー３２を結ぶ直線上に設置される。
【００４２】
また、ターゲット１０の反射体１５は、適宜間隔を有して一直線上に複数配置されているが、撮影装置４０の画角内に含まれるように配置されていれば良く特に本実施形態に限定されるものではない。具体的に本実施形態では、撮影装置４０を反射体１５よりも高く設置して、各ターゲット１０の反射体１５からの反射光が鉛直方向に並ぶようにして画角内に収まるように撮影している（図７）が、例えば、長軸方向に並ぶ各ターゲット１０の反射体１５を鉛直方向に少しずつずらして配置し、各反射体１５からの反射光が鉛直方向に並ぶようにして画角内に収まるように撮影しても構わない。また、各反射体１５の高さを一定にして撮影装置４０を左右（横）方向にずらして、各反射体１５からの反射光が水平方向に並ぶようにして画角内に収まるようにしても構わない。
【００４３】
このように撮影装置４０の画角内に複数の反射体１５が含まれるようにすることで、１台の撮影装置４０で複数個所のターゲット１０の反射体１５を撮影可能であるため、設備や計測のための機器の設置を簡易に行え、作業性の効率化及び低コスト化を図れる。
【００４４】
また、撮影装置４０は、例えば、デジタルカメラ等の光学式撮影装置を用い、ターゲット１０からの反射光で示されるスポットをデジタルデータとして撮影し記録する。なお、撮影装置４０は、当該デジタルビデオカメラに限られるものではなく、静止画を画像データとして記録するデジタルカメラなどであっても構わない。
【００４５】
処理装置５０は、一般にコンピュータと称される装置であって例えば、撮影装置によって撮影された変位前後における各ターゲットの反射光の画像データを取得し、その画像データに基づいて反射光の重心の座標を算出し、変位前後の反射光の重心の座標を比較して変位量及び変位方向を解析処理する解析処理部を備えている。このコンピュータは、演算機能を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）、作業用ＲＡＭ(Random Access Memory)、不揮発性メモリ、及び各種処理プログラムやデータを記憶するＲＯＭ(Read Only Memory)等を備え、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された各種プログラムを読み出し実行することにより各部を統括制御する。
【００４６】
（計測手法について）
次に本実施形態の計測手法について説明する。
【００４７】
最初に計測装置１を設置する。具体的には、上述したように、ターゲット１０を橋梁２の変動部に取り付け、照射装置２５からの光が各ターゲット１０に照射されるようにミラー３１及びハーフミラー３２の位置を調整して設置する。また、反射光が画角内に収まるように撮影装置４０の位置を調整して設置し、計測を始める。
【００４８】
まず、無負荷（変位前の）状態において、撮影装置４０によって各ターゲット１０からの反射光が撮影されるとともに、静的載荷（変位後の）状態において、撮影装置４０によって各ターゲット１０からの反射光が撮影される。なお、撮影された画像データは、所定の解像度で処理装置５０に送信（出力）される。
【００４９】
次に、処理装置５０は、変位前後の画像データから反射光を示すスポットの重心を算出するとともに重心の座標を算出し、変位前後の座標情報の差分から変位方向及び変位量を算出し、構造物の変位を解析（計測）し、計測処理を終了する。
【００５０】
以上に説明したように、本実施形態の計測装置１は、橋梁２の異なる複数の変動部に配置されるターゲット１０ａ、１０ｂと、ターゲット１０ａ、１０ｂに光を照射する照射装置２５と、照射装置２５から照射される光の照射方向を調整する調整装置３０と、複数のターゲット１０ａ、１０ｂからの反射光が画角内に収まるようにして撮影する撮影装置４０と、撮影装置４０により撮影された変位前後の各反射光の移動量と移動方向を検出して橋梁２の変位を計測する処理装置５０と、を備え、調整装置３０は、光を透過及び反射するハーフミラー３２と、光を反射するミラー３１と、を備え、ハーフミラー３２は、照射装置２５とミラー３１との間に配置され、ミラー３１はハーフミラー３２を透過した光を一部のターゲット１０ｂに照射するように調整され、ハーフミラー３２は他のターゲット１０ａに照射するように調整される。
【００５１】
このように構成された計測装置１によれば、撮影装置４０の画角内に複数のターゲット１０が含まれ、１台の撮影装置で複数個所のターゲット１０を撮影可能であるため、設備や計測のための機器の設置を簡易に行え、作業性の効率化及び低コスト化を図れる。また、ミラー３１及びハーフミラー３２を用いることで、照射装置２５から照射される光を異なる位置に配置された複数のターゲット１０に簡単に照射できるとともに、画角内に複数のターゲット１０を収めて撮影することができる。
【００５２】
なお、本実施形態は一形態であって、この形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、橋梁の変位を計測する手法であるが、橋梁以外の、例えば、建築物の変位や、橋梁以外の他の構造物の任意箇所の変形を計測することが可能である。また、本実施形態では、撮影装置４０により撮影された画像データに基づいて橋梁に生じる変位を計測するようにしているが、必ずしも変位を計測する必要はなく、例えば、撮影装置４０により変位前後の画像データを取得することで変位の観測手法（装置）として適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  変位計測装置
２  橋梁
１０  ターゲット
２５  照射装置
３１  ミラー
３２  ハーフミラー
３０  調整装置
４０  撮影装置
５０  処理装置
【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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