(57)【要約】【課題】構造物の３次元位置データに基づく面の抽出では面を過剰に抽出すること。【解決手段】構造物解析装置は、３次元位置データ計測手段と３次元位置データ生成手段と面抽出手段とを有する。３次元位置データ計測手段は、構造物上の各点の３次元位置データを第１の位置データとして計測する。３次元位置データ生成手段は、構造物の３次元位置データであって第１の位置データも、構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない３次元位置データを第２の位置データとして生成する。面抽出手段は、第２の位置データに基づき、構造物を構成する複数の構成面を抽出する。【選択図】図１
2015125128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物上の各点の３次元位置データを第１の位置データとして計測する３次元位置データ計測手段と、
前記構造物上の各点の３次元位置データであって前記第１の位置データよりも、前記構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない３次元位置データを第２の位置データとして生成する３次元位置データ生成手段と、
前記第２の位置データに基づき、前記構造物を構成する複数の構成面を抽出する面抽出手段と
を有する構造物解析装置。
【請求項２】
前記３次元位置データ生成手段は、前記第１の位置データを変換処理して前記第２の位置データを生成する
請求項１に記載の構造物解析装置。
【請求項３】
前記３次元位置データ生成手段は、前記構造物上の各点の３次元位置データを計測して前記第２の位置データを生成する
【請求項４】
前記面抽出手段は、前記第２の位置データに基づいて前記構造物を構成する複数の第１の面を抽出すると共に、前記第１の位置データに基づいて前記構造物を構成する複数の第２の面を抽出し、前記第２の面のうち、同じ前記第１の面に対応する複数の前記第２の面を１つの面に統合する
請求項２または３に記載の構造物解析装置。
【請求項５】
前記構造物上に設定した複数の測定点における振動波形を計測する振動計測手段と、
前記振動波形に基づいて、前記構造物を診断する診断手段と
を有する
請求項１乃至４の何れかに記載の構造物解析装置。
【請求項６】
前記振動計測手段は、前記構造物の前記構成面毎に振動波形を計測し、
前記診断手段は、前記構成面毎の前記振動波形に基づいて、前記構造物を診断する
請求項５に記載の構造物解析装置。
【請求項７】
前記振動計測手段は、前記構造物の複数の前記構成面の振動波形を計測し、
前記診断手段は、前記複数の構成面の前記振動波形に基づいて、前記構造物を診断する
請求項５に記載の構造物解析装置。
【請求項８】
前記診断手段は、
前記構造物に欠陥があるか否かを判定する判定手段と、
前記欠陥があると判定された前記構造物の領域を出力する領域出力手段と
を含む
請求項５乃至７の何れかに記載の構造物解析装置。
【請求項９】
構造物解析装置が実行する構造物解析方法であって、
構造物上の各点の３次元位置データを第１の位置データとして計測し、
前記構造物上の各点の３次元位置データであって前記第１の位置データよりも、前記構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない３次元位置データを第２の位置データとして生成し、
前記第１の位置データに基づき、前記構造物を構成する複数の構成面を抽出する
構造物解析方法。
【請求項１０】
コンピュータを、
構造物上の各点の３次元位置データを第１の位置データとして計測する３次元位置データ計測手段と、
前記構造物上の各点の３次元位置データであって前記第１の位置データよりも、前記構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない３次元位置データを第２の位置データとして生成する３次元位置データ生成手段と、
前記第２の位置データに基づき、前記構造物を構成する複数の構成面を抽出する面抽出手段と
して機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物を構成する面を抽出する構造物解析装置、構造物解析方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁などの構造物の振動波形を測定して構造物の診断を行う構造物解析装置が、種々提案されている。
【０００３】
例えば、土木建築構造物上に設定した測定点における振動波形をＣＣＤカメラ(Charge-coupled device camera)等の非接触型振動計で測定して構造物の固有振動数を検出し、正常状態時の固有振動数と比較することにより、構造物の劣化を判定することが、本発明に関連する第１の関連技術として提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、構造物上に設定した測定点における振動波形をレーザドップラ振動計等の非接触型振動計で測定して構造物の固有振動数や固有振動モードなどの振動特性を測定し、構造物の健全度を検査することが、本発明に関連する第２の関連技術として提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
また、地震記録計を建物内の数か所と上記建物の基礎部とに設置し、地震後速やかに、基礎部の地震記録計から得られた入力地震波と建物内の地震記録計から得られた応答波形の伝達関数を求め、この伝達関数を地震が起きる前の建物の伝達関数と比較することにより、建物が損傷を受けたかどうか、建物の損傷の程度、あるいは損傷の場所等を判断することが、本発明に関連する第３の関連技術として提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００６】
他方、レーザスキャナ等の距離測定器により測定した構造物上の各点の３次元位置データから、構造物の複数の面を抽出するセグメンテーションアルゴリズムが、本発明に関連する第４の関連技術として提案されている（例えば特許文献４、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３４０４３０２号公報
【特許文献２】特許第４００１８０６号公報
【特許文献３】特開平１１−４４６１５号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１２／１４１２３５
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】佐藤幸男  村瀬晋二，距離画像を用いた高速多面体近似，情報処理学会論文誌，日本，社団法人情報処理学会，１９９５年１０月１５日，第３６巻,第１０号，ｐｐ２３０３−２３０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、複数の面を有する構造物では、劣化や損傷などがないときでも、面ごとに振動特性が相違するケースがある。例えば、橋梁は、橋脚、橋桁、橋台、床板、照明など様々な要素の組み合わせで構成されているため、要素間をまたぐ箇所の面同士では、たとえ正常な状態を保っていても振動特性に相違が生じる。また、ＣＣＤカメラやレーザドップラ振動計等による非接触型の振動計による計測では、同じ要素の複数の面のうち振動計から見た角度に相違がある面どうしは、計測される振動波形の振幅に自ずと差が生じる。
【００１０】
そのため、構造物の振動波形を測定して構造物の診断を行うときは、構造物の面を考慮する必要がある。すなわち、構造物の面別に診断を行う、あるいは、振動特性が変化した箇所が複数の面の接続箇所であれば異常と判定しない、といった措置が必要になる。
【００１１】
しかしながら、構造物上の各点の３次元位置データに基づいて当該構造物の面を機械的に抽出する本発明に関連する上記第４の関連技術では、構造物の面に生じた亀裂等の異常個所を構造物のエッジとして検出し、本来は１つの面であるにもかかわらず複数の面として抽出するという課題がある。
【００１２】
本発明の目的は、上述した課題、すなわち構造物の３次元位置データに基づく面の抽出では面を過剰に抽出する、という課題を解決する構造物解析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点に係る構造物解析装置は、
構造物上の各点の３次元位置データを第１の位置データとして計測する３次元位置データ計測手段と、
上記構造物上の各点の３次元位置データであって前記第１の位置データよりも、上記構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない３次元位置データを第２の位置データとして生成する３次元位置データ生成手段と、
上記第２の位置データに基づき、上記構造物を構成する複数の構成面を抽出する面抽出手段と
を有する。
【００１４】
本発明の第２の観点に係る構造物解析方法は、
構造物解析装置が実行する構造物解析方法であって、
構造物上の各点の３次元位置データを第１の位置データとして計測し、
上記構造物上の各点の３次元位置データであって前記第１の位置データよりも、上記構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない３次元位置データを第２の位置データとして生成し、
上記第２の位置データに基づき、上記構造物を構成する複数の構成面を抽出する。
【００１５】
本発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
構造物上の各点の３次元位置データを第１の位置データとして計測する３次元位置データ計測手段と、
上記構造物上の各点の３次元位置データであって前記第１の位置データよりも、上記構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない３次元位置データを第２の位置データとして生成する３次元位置データ生成手段と、
上記第２の位置データに基づき、上記構造物を構成する複数の構成面を抽出する面抽出手段と
して機能させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述した構成を有するため、構造物上の各点の３次元位置データに基づく面の抽出において面を過剰に抽出することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置と面抽出対象となる構造物とを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置のブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置における第１の３次元位置データの構成例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置における第２の３次元位置データの構成例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置における構成面データの構成例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置の３次元位置データ生成処理の一例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置の３次元位置データ生成処理の他の例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置の効果を説明する模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置のブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置における第２の面データの構成例を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置における構成面データの構成例を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置の解析を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る構造物解析装置のブロック図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る構造物解析装置の振動計測データの構成例を示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る構造物解析装置において構造物の振動波形を測定して診断を行う動作の一例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る構造物解析装置が構造物の１つの構成面に注目して振動波形を測定している模式図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る構造物解析装置のブロック図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る構造物解析装置の解析を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[第１の実施形態]
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置１００は、構造物１１０上の各点の３次元位置を遠隔地から計測し、その計測結果から構造物１１０を構成する面を機械的に抽出する機能を有する。
【００１９】
構造物１１０は、例えば橋梁などの土木建築物である。或いは構造物１１０は、自動車や列車などの工業製品など、土木建築物以外の構造物であってもよい。以下では、説明の便宜上、構造物１１０は、構造物解析装置１００から観測できる面として、面１１０Ａと面１１０Ｂの２面を有するものとする。また、面１１０Ａには、紙面の縦方向に幅Ｌの亀裂１１０Ｃが生じているものとする。
【００２０】
構造物解析装置１００は、構造物１１０を構成する面の抽出では、まず構造物１１０の各点の３次元位置データを計測する。次いで構造物解析装置１００は、計測した構造物１１０の各点の３次元位置データの集合である第１の３次元位置データから、一部の情報を間引いたデータ集合である第２の３次元位置データに変換する。なお、３次元位置データの集合は、典型的には点群（point cloud）が例として挙げられるが、この形態に限られるものではない。そして、構造物解析装置１００は、第２の３次元位置データに基づき、構造物１１０を構成する複数の構成面を抽出する。
【００２１】
図２を参照すると、構造物解析装置１００は、３次元位置検出センサ１０１、通信インターフェイス部（以下、通信Ｉ／Ｆ部と記す）１０２、操作入力部１０３、画面表示部１０４、記憶部１０５、および演算処理部１０６を有する。
【００２２】
３次元位置検出センサ１０１は、構造物１１０上の各点の３次元位置を遠隔地から計測する機能を有する。３次元位置検出センサ１０１は、３次元距離画像センサやミリ波レーダーやレンジファインダなどのＴｏＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）測距装置であってもよいし、三角測量方式による測距センサであってもよい。
【００２３】
通信Ｉ／Ｆ部１０２は、専用のデータ通信回路からなり、通信回線を介して接続された各種装置との間でデータ通信を行う機能を有している。
【００２４】
操作入力部１０３は、キーボードやマウスなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して演算処理部１０６に出力する機能を有している。
【００２５】
画面表示部１０４は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）やＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）などの画面表示装置からなり、演算処理部１０６からの指示に応じて、構造物１１０の構成面のデータなどの各種情報を画面表示する機能を有している。
【００２６】
記憶部１０５は、ハードディスクやメモリなどの記憶装置からなり、演算処理部１０６における各種処理に必要な処理情報やプログラム１０５Ｐを記憶する機能を有している。プログラム１０５Ｐは、演算処理部１０６に読み込まれて実行されることにより各種処理部を実現するプログラムであり、通信Ｉ／Ｆ部１０２などのデータ入出力機能を介して外部装置（図示せず）や記憶媒体（図示せず）から予め読み込まれて記憶部１０５に保存される。記憶部１０５で記憶される主な処理情報として、第１の３次元位置データ１０５Ａ、第２の３次元位置データ１０５Ｂ、および構成面データ１０５Ｃがある。
【００２７】
第１の３次元位置データ１０５Ａは、３次元位置検出センサ１０１により計測した構造物１１０の各点の３次元位置データである。図３は第１の３次元位置データ１０５Ａの構成例を示す。この第１の３次元位置データ１０５Ａは、３次元位置検出センサ１０１により計測した構造物１１０の各点毎に、その識別情報である点ＩＤと、位置情報とを有している。例えば、図３の１行目は、ＩＤ＝Ｐ１の点の位置情報は、ＸP1、ＹP1、ＺP1であることを表している。この具体例では、位置情報は、構造物１１０が存在する空間に設定したＸＹＺ座標系の座標値を使用している。ＸＹＺ座標系の向きは任意であるが、本実施形態では、３次元位置検出センサ１０１と構造物１１０の中心を結ぶ線に並行にＺ軸を設定している。
【００２８】
本実施の形態において、第２の３次元位置データ１０５Ｂは、第１の３次元位置データ１０５Ａから生成されるデータである。具体的には、第２の３次元位置データ１０５Ｂは、第１の３次元位置データ１０５Ａから一部の点の位置に関する情報を削減することによって生成される。第１の３次元位置データ１０５Ａから一部の点の位置に関する情報を削減する方法としては、例えば次の２つの方法が例として挙げられるが、当該方法は下記に限られたものではない。
１）３次元のうち２つの次元の座標がある範囲内にあるデータから、ある１つのデータを残し、残りのデータを削除する方法。
２）３次元のうち２つの次元の座標がある範囲内にある各データの当該２つの次元以外の残りの１つの次元の座標値を上記範囲内にある複数のデータの当該次元の平均値、最小値などのような１つの値に統一する方法。
上記で例示される方法によって生成された第２の３次元位置データ１０５Ｂは、例えば次の特徴を有する。すなわち、３次元位置検出センサ１０１と構造物１１０との中心を結ぶ線に垂直な平面上の単位面積当たりの点の位置に関する情報が、第１の３次元位置データ１０５Ａよりも第２の３次元位置データ１０５Ｂのほうが少ないという特徴である。図４は第２の３次元位置データ１０５Ｂの構成例である。この第２の３次元位置データ１０５Ｂは、構造物１１０の各点毎に、識別情報である点ＩＤと、第１の３次元位置データ１０５Ａと同じＸＹＺ座標系による位置情報とを有している。例えば、図４の１行目は、ＩＤ＝Ｑ１の点の位置情報は、ＸQ1、ＹQ1、ＺQ1であることを表している。
【００２９】
構成面データ１０５Ｃは、第２の３次元位置データ１０５Ｂに基づいて抽出した構造物１１０を構成する構成面に関するデータである。図５は構成面データ１０５Ｃの構成例を示す。この構成面データ１０５Ｃは、抽出された構成面毎に、その識別情報である構成面ＩＤと、その構成面を特定する位置情報とを有している。位置情報は、例えば、その構成面に属する第２の３次元位置データの集合であってもよいし、その構成面を定義する数式であってもよい。或いは、構成面が平面の場合、平面の各頂点の位置情報によって表現してもよい。例えば、図５の１行目は、ＩＤ＝Ｒ１の構成面は、点（ＸQ1、ＹQ1、ＺQ1）、点（ＸQ11、ＹQ11、ＺQ11）、点（ＸQ31、ＹQ31、ＺQ31）、点（ＸQ51、ＹQ51、ＺQ51）を頂点とする平面であることを表している。また、図５の２行目は、ＩＤ＝Ｒ２の構成面は、点（ＸQ12、ＹQ12、ＺQ12）、点（ＸQ19、ＹQ19、ＺQ19）、点（ＸQ52、ＹQ52、ＺQ52）、点（ＸQ59、ＹQ59、ＺQ59）を頂点とする平面であることを表している。なお、ＩＤ＝Ｒ１の構成面は、構造物１１０の面１１０Ａに対応し、ＩＤ＝Ｒ２の構成面は、構造物１１０の面１１０Ｂに対応している。
【００３０】
演算処理部１０６は、ＭＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、記憶部１０５からプログラム１０５Ｐを読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム１０５Ｐとを協働させて各種処理部を実現する機能を有している。演算処理部１０６で実現される主な処理部として、３次元位置データ計測部１０６Ａと３次元位置データ生成部１０６Ｂと面抽出部１０６Ｃとがある。
【００３１】
３次元位置データ計測部１０６Ａは、構造物１１０の各点の３次元位置データを３次元位置検出センサ１０１を用いて計測する機能を有する。３次元位置データ計測部１０６Ａによって計測する単位面積当たりの点の数は、使用する３次元位置検出センサ１０１の性能によって規定される。ここでは、３次元位置検出センサ１０１は、３次元位置検出センサ１０１と構造物１１０との中心を結ぶ線に垂直な平面（構造物１１０上の平面）に生じている幅Ｌの亀裂より充分に短い間隔で構造物１１０上の各点の位置情報を計測できるものとする。
【００３２】
３次元位置データ計測部１０６Ａは、構造物１１０の各点の３次元位置データの計測を完了すると、各計測点毎の計測値に点ＩＤを付加し、第１の３次元位置データ１０５Ａとして記憶部１０５に保存する。
【００３３】
３次元位置データ生成部１０６Ｂは、記憶部１０５から第１の３次元位置データ１０５Ａを読み出し、情報削減処理を行って第２の３次元位置データ１０５Ｂを算出し、記憶部１０５に保存する機能を有する。３次元位置データ生成部１０６Ｂが行う情報削減処理は、３次元位置データをより情報量の少ない３次元位置データに変換する処理であり、任意の処理が考えられる。以下に情報削減処理を例示するが、本発明は以下の処理に限定されない。
【００３４】
＜例１＞
第１の３次元位置データ１０５Ａ中の各点の位置情報を、その点と周囲ｎ−１点の位置情報の平均値に置き換える。例えば、ｎ＝９の場合、図６に示すように、点Ｐ５のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値を、点Ｐ１〜Ｐ９のＸ座標値の平均値、Ｙ座標値の平均値、Ｚ座標値の平均値に置き換える。このとき、ｎをより大きな値とする程に、点の位置に関する情報がより減少する。なお、３次元位置検出センサ１０１と構造物１１０の中心を結ぶ線に並行にＺ軸をとるＸＹＺ座標系の場合、各点のＸ座標値とＹ座標値とは元の値とし、Ｚ座標値のみその点と周囲ｎ−１点のＺ座標値の平均値で置き換える近似計算が可能であり、その場合、点のＺ座標の位置に関する情報が減少する。
【００３５】
＜例２＞
第１の３次元位置データ１０５Ａから一定間隔で点の位置情報を間引く。例えば、Ｘ座標値が互いに隣接するｎ個の点のうち１つの点を除いて他の点の位置情報を削除する。同様に、Ｙ座標値が互いに隣接するｎ個の点のうち１つの点を除いて他の点の位置情報を削除する。ｎ＝５とした場合、図７の左側に示す第１の３次元位置データ１０５Ａは、同図の右側に示すような第２の３次元位置データ１０５Ｂに変換される。
【００３６】
＜例３＞
上記例１の処理を施した後、上記例２の処理を施す。
【００３７】
面抽出部１０６Ｃは、記憶部１０５から第２の３次元位置データ１０５Ｂを読み出し、セグメンテーションアルゴリズムを使用して第２の３次元位置データ１０５Ｂから構造物１１０を構成する複数の構成面を抽出する機能を有する。構造物１１０の３次元位置データから構造物１１０の面を抽出するセグメンテーションアルゴリズムは、例えば特許文献４および非特許文献１に記載されるように公知である。面抽出部１０６Ｃは、面抽出処理を完了すると、抽出した面に関する情報を構成面データ１０５Ｃとして記憶部１０５に保存する。また面抽出部１０６Ｃは、記憶部１０５から構成面データ１０５Ｃを読み出し、画面表示部１０４に表示し、また通信Ｉ／Ｆ部１０２を通じて外部の装置へ送信してもよい。
【００３８】
図８は、本実施形態に係る構造物解析装置１００の動作を示すフローチャートである。以下、図８を参照して構造物解析装置１００の動作を説明する。
【００３９】
まず、構造物解析装置１００の３次元位置データ計測部１０６Ａは、構造物１１０の各点の３次元位置データを３次元位置検出センサ１０１を用いて計測し、その計測結果を図３に示すような第１の３次元位置データ１０５Ａとして記憶部１０５に保存する（ステップＳ１０１）。
【００４０】
次に３次元位置データ生成部１０６Ｂは、記憶部１０５から第１の３次元位置データ１０５Ａを読み出し、情報削減処理を行うことにより図４に示すような第２の３次元位置データ１０５Ｂを生成し、記憶部１０５に保存する（ステップＳ１０２）。
【００４１】
最後に面抽出部１０６Ｃは、記憶部１０５から第２の３次元位置データ１０５Ｂを読み出し、所定のセグメンテーションアルゴリズムにより、第２の３次元位置データから構造物１１０を構成する複数の構成面を抽出し、抽出結果を図５に示すような構成面データ１０５Ｃとして記憶部１０５に保存する（ステップＳ１０３）。
【００４２】
このように本実施形態によれば、構造物１１０の各点の３次元位置データに基づく面の抽出において面を過剰に抽出することを防止できる。その理由は、３次元位置データ生成部１０６Ｂが、計測された構造物１１０の各点の３次元位置データ１０５Ａを、構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない第２の３次元位置データ１０５Ｂに変換し、面抽出部１０６Ｃが第２の３次元位置データ１０５Ｂに基づいて構造物１１０を構成する複数の構成面を抽出するためである。
【００４３】
図９は本実施形態の効果を説明する模式図である。図９（Ａ）は第１の３次元位置データ１０５Ａによって識別される構造物１１０の面１１０Ａ、１１０Ｂのイメージであり、計測する点の密度が高いため面１１０Ａに生じている亀裂１１０Ｃが明確に識別されている。他方、図９（Ｂ）は第２の３次元位置データ１０５Ｂによって識別される面１１０Ａ、１１０Ｂのイメージであり、第１の３次元位置データ１０５Ａより単位面積当たりの点の位置に関する情報が減少しているため亀裂１１０Ｃは識別できていない。そのため、第２の３次元位置データ１０５Ｂに基づいて構造物１１０の面を抽出する面抽出部１０６Ｃは、面を過剰に抽出することがなくなる。
【００４４】
［第２の実施形態］
図１０を参照すると、本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置２００は、３次元位置検出センサ２０１、通信Ｉ／Ｆ部２０２、操作入力部２０３、画面表示部２０４、記憶部２０５、および演算処理部２０６を有する。このうち、３次元位置検出センサ２０１、通信Ｉ／Ｆ部２０２、操作入力部２０３、および画面表示部２０４は、図２に示した本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置１００の３次元位置検出センサ１０１、通信Ｉ／Ｆ部１０２、操作入力部１０３、および画面表示部１０４と同一の機能を有する。
【００４５】
記憶部２０５は、ハードディスクやメモリなどの記憶装置からなり、演算処理部２０６における各種処理に必要な処理情報やプログラム２０５Ｐを記憶する機能を有している。プログラム２０５Ｐは、演算処理部２０６に読み込まれて実行されることにより各種処理部を実現するプログラムであり、通信Ｉ／Ｆ部２０２などのデータ入出力機能を介して外部装置（図示せず）や記憶媒体（図示せず）から予め読み込まれて記憶部２０５に保存される。記憶部２０５で記憶される主な処理情報として、第１の３次元位置データ２０５Ａ、第２の３次元位置データ２０５Ｂ、構成面データ２０５Ｃ、第１の面データ２０５Ｄ、第２の面データ２０５Ｅがある。このうち、第１の３次元位置データ２０５Ａ、および第２の３次元位置データ２０５Ｂは、図２に示した本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置１００における第１の３次元位置データ１０５Ａ、および第２の３次元位置データ１０５Ｂと同じである。
【００４６】
第１の面データ２０５Ｄは、第２の３次元位置データ２０５Ｂに基づいて抽出した構造物１１０を構成する面に関するデータである。この第１の面データ２０５Ｄは、図２に示した本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置１００における構成面データ１０５Ｃと同じである。即ち、第１の面データ２０５Ｄの構成例は、図５に示す構成面データ１０５Ｃと同じである。
【００４７】
第２の面データ２０５Ｅは、第１の３次元位置データ２０５Ａに基づいて抽出した構造物１１０を構成する面に関するデータである。図１１は第２の面データ２０５Ｅの構成例を示す。この第２の面データ２０５Ｅは、抽出された面毎に、その識別情報である構成面ＩＤと、その構成面を特定する位置情報とを有している。位置情報は、例えば、その構成面に属する第１の３次元位置データの集合であってもよいし、その構成面を定義する数式であってもよい。或いは、構成面が平面の場合、平面の各頂点の位置情報によって表現してもよい。例えば、図１１の１行目は、ＩＤ＝Ｓ１の構成面は、点（ＸP1、ＹP1、ＺP1）、点（ＸP5、ＹP5、ＺP5）、点（ＸP31、ＹP31、ＺP31）、点（ＸP41、ＹP41、ＺP41）を頂点とする平面であることを表している。また、図５の２行目は、ＩＤ＝Ｓ２の構成面は、点（ＸP6、ＹP6、ＺP6）、点（ＸP7、ＹP7、ＺP7）、点（ＸP36、ＹP36、ＺP36）、点（ＸP37、ＹP37、ＺP37）を頂点とする平面であることを表している。また、図５の３行目は、ＩＤ＝Ｓ３の構成面は、点（ＸP8、ＹP8、ＺP8）、点（ＸP11、ＹP11、ＺP11）、点（ＸP37、ＹP37、ＺP37）、点（ＸP51、ＹP51、ＺP51）を頂点とする平面であることを表している。また、図５の４行目は、ＩＤ＝Ｓ４の構成面は、点（ＸP12、ＹP12、ＺP12）、点（ＸP19、ＹP19、ＺP19）、点（ＸP52、ＹP52、ＺP52）、点（ＸP59、ＹP59、ＺP59）を頂点とする平面であることを表している。なお、ＩＤ＝Ｓ２の構成面は、構造物１１０の亀裂１１０Ｃに対応し、ＩＤ＝Ｓ１の構成面は、亀裂１１０Ｃの左側の面１１０Ｂに対応し、ＩＤ＝Ｓ３の構成面は、亀裂１１０Ｃの右側の面１１０Ｂに対応し、ＩＤ＝Ｓ４の構成面は、面１１０Ｂに対応している。
【００４８】
構成面データ２０５Ｃは、第２の面データ２０５Ｅで識別される複数の面のうち、第１の面データ２０５Ｄで識別される同じ１つの面に対応する複数の面を１つの構成面に統合したデータである。図１２は構成面データ２０５Ｃの構成例を示す。この構成面データ２０５Ｃは、構成面毎に、その識別情報である構成面ＩＤと、位置情報とを有している。例えば、図１２の１行目は、ＩＤ＝Ｔ１の構成面は、点（ＸP1、ＹP1、ＺP1）、点（ＸP11、ＹP11、ＺP11）、点（ＸP31、ＹP31、ＺP31）、点（ＸP51、ＹP51、ＺP51）を頂点とする平面であることを表している。また、図５の２行目は、ＩＤ＝Ｔ２の構成面は、点（ＸP12、ＹP12、ＺP12）、点（ＸP19、ＹP19、ＺP19）、点（ＸP52、ＹP52、ＺP52）、点（ＸP59、ＹP59、ＺP59）を頂点とする平面であることを表している。なお、ＩＤ＝Ｔ１の構成面は、図１１のＩＤ＝Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の３つの面を１つに統合したものであり、ＩＤ＝Ｔ２の構成面は、図１１のＩＤ＝Ｓ４の面に相当する。
【００４９】
演算処理部２０６は、ＭＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、記憶部２０５からプログラム２０５Ｐを読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム２０５Ｐとを協働させて各種処理部を実現する機能を有している。演算処理部２０６で実現される主な処理部として、３次元位置データ計測部２０６Ａと３次元位置データ生成部２０６Ｂと面抽出部２０６Ｃとがある。このうち、３次元位置データ計測部２０６Ａと３次元位置データ生成部２０６Ｂとは、図２に示した本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置１００の３次元位置データ計測部１０６Ａと３次元位置データ生成部１０６Ｂと同一の機能を有する。
【００５０】
面抽出部２０６Ｃは、構造物１１０を構成する構成面を抽出する機能を有する。面抽出部２０６Ｃは、第１の面抽出部２０６１と第２の面抽出部２０６２と面統合部２０６３とを有する。
【００５１】
第１の面抽出部２０６１は、記憶部２０５から第２の３次元位置データ２０５Ｂを読み出し、セグメンテーションアルゴリズムを使用して第２の３次元位置データ２０５Ｂから構造物１１０を構成する複数の面を抽出し、抽出結果を第１の面データ２０５Ｄとして記憶部２０５に保存する機能を有する。また第２の面抽出部２０６２は、記憶部２０５から第１の３次元位置データ２０５Ａを読み出し、セグメンテーションアルゴリズムを使用して第１の３次元位置データ２０５Ａから構造物１１０を構成する複数の面を抽出し、抽出結果を第２の面データ２０５Ｅとして記憶部２０５に保存する機能を有する。構造物１１０の３次元位置データから構造物１１０の面を抽出するセグメンテーションアルゴリズムは、例えば特許文献４および非特許文献１に記載されるように公知である。
【００５２】
面統合部２０６３は、記憶部２０５から第１の面データ２０５Ｄと第２の面データ２０５Ｅとを読み出し、第２の面データ２０５Ｅで識別される複数の第２の面のうち、第１の面データ２０５Ｄで識別される同じ１つの第１の面にフィッテングする複数の面を１つの面に統合する機能を有する。例えば、第２の面ごとに、面間距離が最小の第１の面を検出し、この検出した第１の面を当該第２の面がフィッテングする面に決定する。そして、同じ第１の面にフィッテングする複数の第２の面を１つの面に統合する。複数の面を１つの面に統合する方法は任意である。例えば、互いに統合する複数の面からの距離が最小となる１つの平面あるいは曲率が閾値以下の曲面を算出してよい。面統合部２０６３は、面統合処理を完了すると、生成した構成面に関する情報を構成面データ２０５Ｃとして記憶部２０５に保存する。また面統合部２０６３は、記憶部２０５から構成面データ２０５Ｃを読み出し、画面表示部２０４に表示し、また通信Ｉ／Ｆ部２０２を通じて外部の装置へ送信してもよい。
【００５３】
図１３は、本実施形態に係る構造物解析装置２００の動作を示すフローチャートである。以下、図１３を参照して構造物解析装置２００の動作を説明する。
【００５４】
まず、構造物解析装置２００の３次元位置データ計測部２０６Ａは、構造物１１０の各点の３次元位置データを３次元位置検出センサ２０１を用いて計測し、その計測結果を例えば図３の第１の３次元位置データ１０５Ａと同様な第１の３次元位置データ２０５Ａとして記憶部２０５に保存する（ステップＳ２０１）。
【００５５】
次に３次元位置データ生成部２０６Ｂは、記憶部２０５から第１の３次元位置データ２０５Ａを読み出し、情報削減処理を行うことにより例えば図４の第２の３次元位置データ１０５Ｂと同様な第２の３次元位置データ２０５Ｂを生成し、記憶部２０５に保存する（ステップＳ２０２）。
【００５６】
次に面抽出部２０６Ｃの第１の面抽出部２０６１は、記憶部２０５から第２の３次元位置データ２０５Ｂを読み出し、所定のセグメンテーションアルゴリズムにより、第２の３次元位置データから構造物１１０を構成する複数の第１の面を抽出し、例えば図５の構成面データ１０５Ｃと同様な抽出結果を第１の面データ２０５Ｄとして記憶部２０５に保存する（ステップＳ２０３）。
【００５７】
次に面抽出部２０６Ｃの第２の面抽出部２０６２は、記憶部２０５から第１の３次元位置データ２０５Ａを読み出し、所定のセグメンテーションアルゴリズムにより、第１の３次元位置データから構造物１１０を構成する複数の第２の面を抽出し、抽出結果を例えば図１１に示すような第２の面データ２０５Ｅとして記憶部２０５に保存する（ステップＳ２０４）。
【００５８】
最後に面抽出部２０６Ｃの面統合部２０６３は、記憶部２０５から第１の面データ２０５Ｄと第２の面データ２０５Ｅとを読み出し、同じ第１の面にフィッテングする複数の第２の面を１つの面に統合し、統合結果を例えば図１２に示すような構成面データ２０５Ｃとして記憶部２０５に保存する（ステップＳ２０５）。
【００５９】
このように本実施形態によれば、構造物１１０の３次元位置データに基づく面の抽出において面を過剰に抽出することを防止できる。その理由は、３次元位置データ生成部２０６Ｂが、計測された構造物１１０の第１の３次元位置データ２０５Ａを、構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない第２の３次元位置データ２０５Ｂに変換し、面抽出部２０６Ｃが第２の３次元位置データ２０５Ｂに基づいて構造物１１０を構成する複数の第１の面を抽出すると共に第１の３次元位置データ２０５Ａに基づいて構造物１１０を構成する複数の第２の面を抽出し、同じ１つの第１の面にフィッテングする複数の第２の面を１つの面に統合するためである。
【００６０】
また本実施形態によれば、本発明の第１の実施形態と比較して、抽出した構成面データ２０５Ｃの空間解像度を高めることができる。その理由は、面抽出部２０６Ｃが第２の３次元位置データ２０５Ｂに基づいて構造物１１０を構成する複数の第１の面を抽出すると共に、第１の３次元位置データ２０５Ａに基づいて構造物１１０を構成する複数の第２の面を抽出し、同じ１つの第１の面にフィッテングする複数の第２の面を１つの面に統合するためである。
【００６１】
［第３の実施形態］
図１４を参照すると、本発明の第３の実施形態に係る構造物解析装置３００は、構造物１１０上の各点の３次元位置を遠隔地から計測し、その計測結果から構造物１１０を構成する面を機械的に抽出する機能と、この抽出した構成面を考慮して構造物１１０の振動解析を行う機能とを有する。この構造物解析装置３００は、３次元位置検出センサ３０１、通信Ｉ／Ｆ部３０２、操作入力部３０３、画面表示部３０４、記憶部３０５、演算処理部３０６、および振動計３０７を有する。このうち、３次元位置検出センサ３０１、通信Ｉ／Ｆ部３０２、操作入力部３０３、および画面表示部３０４は、図１０に示した本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置２００の３次元位置検出センサ２０１、通信Ｉ／Ｆ部２０２、操作入力部２０３、および画面表示部２０４と同一の機能を有する。
【００６２】
振動計３０７は、構造物１１０上に設定された複数の測定点における振動波形を計測する機能を有する。振動計３０７は、接触型の振動計であってもよいし、非接触型の振動計であってもよい。接触型の振動計は、圧電素子を使用するものであってよい。また振動型の振動計は、ムービングコイル型、サーボ型などの加速度センサまたは速度センサなどを使用するものであってよい。他方、非接触型の振動計は、ＣＣＤカメラなどのカメラ撮像方式であってもよいし、レーザドップラ振動計などであってもよい。またカメラ撮像方式において、遠距離観測で解像度の低下が問題になる場合は、サンプリングモアレ法などの高解像度化手法を併用してもよい。
【００６３】
記憶部３０５は、ハードディスクやメモリなどの記憶装置からなり、演算処理部３０６における各種処理に必要な処理情報やプログラム３０５Ｐを記憶する機能を有している。プログラム３０５Ｐは、演算処理部３０６に読み込まれて実行されることにより各種処理部を実現するプログラムであり、通信Ｉ／Ｆ部３０２などのデータ入出力機能を介して外部装置（図示せず）や記憶媒体（図示せず）から予め読み込まれて記憶部３０５に保存される。記憶部３０５で記憶される主な処理情報として、第１の３次元位置データ３０５Ａ、第２の３次元位置データ３０５Ｂ、構成面データ３０５Ｃ、第１の面データ３０５Ｄ、第２の面データ３０５Ｅ、振動計測データ３０５Ｆがある。このうち、第１の３次元位置データ３０５Ａ、第２の３次元位置データ３０５Ｂ、構成面データ３０５Ｃ、第１の面データ３０５Ｄ、第２の面データ３０５Ｅは、図１０に示した本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置２００における第１の３次元位置データ２０５Ａ、第２の３次元位置データ２０５Ｂ、構成面データ２０５Ｃ、第１の面データ２０５Ｄ、第２の面データ２０５Ｅと同じである。
【００６４】
振動計測データ３０５Ｆは、振動計３０７により計測した構造物１１０の各点における振動波形の計測データである。図１５は振動計測データ３０５Ｆの構成例を示す。この振動計測データ３０５Ｆには、各測定点毎に、その識別情報である点ＩＤと、計測結果である測定値Ｖとが記憶されている。例えば図１５の１行目は、ＩＤ＝Ｐ１の点の測定値はＶ1であることを示している。ここで、測定値Ｖは、例えば振動波形を時刻情報と一緒に記録した時刻歴波形である。
【００６５】
演算処理部３０６は、ＭＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、記憶部３０５からプログラム３０５Ｐを読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム３０５Ｐとを協働させて各種処理部を実現する機能を有している。演算処理部３０６で実現される主な処理部として、３次元位置データ計測部３０６Ａと３次元位置データ生成部３０６Ｂと面抽出部３０６Ｃと振動計測部３０６Ｄと診断部３０６Ｅとがある。このうち、３次元位置データ計測部３０６Ａと３次元位置データ生成部３０６Ｂと面抽出部３０６Ｃとは、図１０に示した本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置２００の３次元位置データ計測部２０６Ａと３次元位置データ生成部２０６Ｂと面抽出部２０６Ｃと同一の機能を有する。
【００６６】
振動計測部３０６Ｄは、構造物１１０上の各点における振動波形を振動計３０７を用いて計測する機能を有する。振動計測部３０６Ｄが振動計３０７を用いて計測する構造物１１０上の測定点の位置情報は、第１の３次元位置データ３０５Ａに記録されている位置情報を使用する。但し、第１の３次元位置データ３０５Ａとは別の位置情報を使用してもよい。振動計３０１として、ＣＣＤカメラやレーザドップラ振動計等の非接触型振動計を使用する場合、振動計測部３０６Ａは、３次元位置データ３０５Ａ中の位置情報に従って、測定点を非接触型振動計により光学的に視準し、その測定点の振動波形データを電気的に取り出す。構造物１１０上における測定点間の距離は、検出できる異常領域の最小サイズを決定する。測定点間の距離を短くして高い密度で測定点を設定すればするほど、より小さなサイズの異常領域を検出することができる。従って、測定点間の距離は、検出対象とする異常領域の最小サイズより十分に短いことが望まれる。
【００６７】
振動計測部３０６Ｄは、振動計３０７を用いて複数の測定点における振動波形を同時に計測することが望ましい。但し、必ずしも同時に計測する必要はない。振動計測部３０６Ｄが振動計３０７を用いて計測する振動波形は、車両走行や打撃振動などの人工的な振動を与えたときの構造物１１０の振動波形であってもよいし、そのような人工的な振動がない状態で常に生じている構造物１１０の振動波形であってもよい。また振動計測部３０６Ｄが振動計３０７を用いて計測する振動の方向は、近接する測定点どうしでほぼ同じであれば、任意である。例えば、接触型の振動計を用いて構造物１１０の振動波形を計測する場合、互いに直交する３成分（東西方向、南北方向、天地方向など）の振動波形を計測してよい。あるいはＣＣＤカメラ等による非接触型の振動計を用いる場合、振動計と測定点とを結ぶ線に直交する方向の振動波形を計測することになる。またレーザドップラ振動計による計測では、振動計と測定点とを結ぶ線に並行する方向の振動波形を計測することになる。勿論、それぞれ異なる場所に複数の非接触型の振動計を設置して同じ測定点の振動波形を同時に計測することにより、方向の異なる複数成分の振動波形を計測してもよい。振動計測のサンプリング周波数は、構造物１１０で生じる振動周波数の２倍以上であることが望ましい。また振動計測の時間長は、計測された振動波形をもとに周波数スペクトル解析を行う場合、定常的なスペクトルを得ることができる程度の時間長であることが望ましい。
【００６８】
振動計測部３０６Ｄは、振動波形の計測を完了すると、各測定点毎の計測値に測定点ＩＤを付加し、振動計測データ３０５Ｆとして記憶部３０５に保存する。
【００６９】
診断部３０６Ｅは、記憶部３０５から第１の３次元位置データ３０５Ａ、構成面データ３０５Ｃ、および振動計測データ３０５Ｆを読み出し、これらのデータに基づいて構造物１１０の診断を行う機能を有する。ここで、診断とは、振動計測データに基づいて構造物の適正や欠陥の有無などを判断することである。診断する限り、診断結果が生成され、保存されるか、出力される。換言すれば、構造物の適正や欠陥の有無などを表す情報が保存されているか、出力されているならば、構造物が診断されたことを意味する。
【００７０】
本実施形態では、診断部３０６Ｅは、判定部３０６１と領域出力部３０６２とを有する。判定部３０６１は、構造物１１０に欠陥があるか否かを判定する機能を有する。領域出力部３０６２は、判定部３０６１において欠陥があると判定された構造物１１０の領域を画面表示部３０４に出力し、または／および通信Ｉ／Ｆ部３０２を通じて外部装置へ出力する機能を有する。
【００７１】
次に本実施形態に係る構造物解析装置３００の動作を説明する。構造物解析装置３００の動作は、構造物１１０の構成面を抽出する動作と構造物の振動波形を測定して構造物の診断を行う動作とに大別される。前者の構成面抽出動作は、図１０に示した本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置２００の動作と同じである。以下では、構造物の振動波形を測定して診断を行う動作について詳細に説明する。
【００７２】
図１６は構造物の振動波形を測定して診断を行う動作の一例を示すフローチャートである。まず、構造物解析装置３００の振動計測部３０６Ｄは、記憶部３０５から構成面データ３０５Ｅを読み出し、そこに記載されている構成面の１つに注目する（ステップＳ３０１）。次に振動計測部３０６Ｄは、注目中の構成面上の各点の位置情報を第１の３次元位置データ３０５Ａから読み出し、これらの点における構造物１１０の振動波形を振動計３０７を使用して計測し、その測定結果を振動計測データ３０５Ｆとして記憶部３０５に保存する（ステップＳ３０１）。例えば、図１７に示すように、構造物１１０の構成面１１０Ａに注目し、構成面１１０Ａ上の各測定点１１１の振動波形を測定し、その測定結果を保存する。
【００７３】
次に診断部３０６の判定部３０６１は、記憶部３０５から振動計測データ３０５Ｆを読み出し、各測定点毎に、計測された振動波形の計測値から所定の特徴量を算出する（ステップＳ３０３）。特徴量の種類は任意である。例えば、振動波形の最大振幅、位相、振動波形の周波数スペクトル、固有周波数などを特徴量の種類としてよい。次に判定部３０６１は、注目中の構成面上の各点の位置情報および上記特徴量とに基づいて、注目中の構成面を、特徴量の一様性を満たす部分領域に分割する（ステップＳ３０４）。すなわち、注目中の構成面の領域を、振動波形の特徴量のうち所定の条件を満たす特徴量が算出される測定点を含む部分領域に分割する。
【００７４】
次に判定部３０６１は、上記部分領域毎に、その部分領域上の各測定点の特徴量を平滑化する（ステップＳ３０５）。特徴量の平滑化では、同じ種類の特徴量毎にその平均を算出する。例えば、平滑化した最大振幅は、同じ部分領域に属する全ての測定点の最大振幅の平均値を算出する。また平滑化した周波数スペクトルは、同じ部分領域に属する全ての測定点の周波数スペクトルの平均を算出する。
【００７５】
次に判定部３０６１は、平滑化した振動の特徴量に基づいて構造物１１０の診断を行う（ステップＳ３０６）。具体的には、判定部３０６１は、お互いに隣接する部分領域間の平滑化した振動波形の特徴量の相関度に基づいて構造物を診断する。例えば、判定部３０６１は、上記相関度と所定の閾値とを比較することによって、部分領域内に異常があるか否か診断する。また判定部３０６１は、特定の周波数成分が振動波形の周波数スペクトルに含まれているか否かに基づいて、構造物を診断する。
【００７６】
以上で注目中の構成面に関する構造物１１０の診断を終え、構造物１１０に未だ注目していない構成面が存在すれば、そのうちの１つの構成面に注目を移し（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０２の処理に戻って上述した処理と同様の処理を繰り返す。そして、構成面データ３０５Ｃに記述された全ての構成面に対する処理を終えると（ステップＳ３０８でＹＥＳ）、診断部３０６Ｅの領域出力部３０６２は、ステップＳ３０６において欠陥があると判定された構造物１１０の領域を画面表示部３０４に出力し、または／および通信Ｉ／Ｆ部３０２を通じて外部装置へ出力する（ステップＳ３０９）。
【００７７】
このように本実施形態によれば、本発明の第２の実施形態と同様の効果が得られると共に、機械的に抽出した構造物１１０の構成面別に振動波形を測定して診断を行うことができる。
【００７８】
また本実施形態によれば、振動計３０７の計測値に及ぼすノイズの影響を受けて構造物の診断結果の精度が低下することがなくなり、ノイズに頑健な診断が可能になる。その理由は、診断部３０６Ｅが測定点毎の振動波形の特徴量に基づいて、複数の測定点により形成される領域（１つの構成面）を、特徴量の一様性を満たす部分領域に分割し、その分割の結果に基づいて構造物１１０の診断を行うためである。また、部分領域毎にその振動波形の特徴量を平滑化しているためである。
【００７９】
［第４の実施形態］
図１８を参照すると、本発明の第４の実施形態に係る構造物解析装置４００は、３次元位置検出センサ４０１、通信Ｉ／Ｆ部４０２、操作入力部４０３、画面表示部４０４、記憶部４０５、および演算処理部４０６を有する。このうち、３次元位置検出センサ４０１、通信Ｉ／Ｆ部４０２、操作入力部４０３、および画面表示部４０４は、図１０に示した本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置２００の３次元位置検出センサ２０１、通信Ｉ／Ｆ部２０２、操作入力部２０３、および画面表示部２０４と同一の機能を有する。
【００８０】
３次元位置検出センサ４０８は、構造物１１０上の各点の３次元位置を遠隔地から計測する機能を有する。３次元位置検出センサ４０８は、３次元距離画像センサやミリ波レーダーやレンジファインダなどのＴｏＦ測距装置であってもよいし、三角測量方式による測距センサであってもよい。但し、３次元位置検出センサ４０８は、３次元位置検出センサ４０１よりも計測する単位面積当たりの点の数が少ない。例えば、ミリ波レーダーのＴｏＦ測距装置であれば、３次元位置検出センサ４０１が短波長を使用する高分解能タイプ、３次元位置検出センサ４０８は長波長を使用する低分解能タイプに相当する。本実施形態では、分解能の相違する２つの３次元位置検出センサ４０１、４０８を使用したが、それら２つのセンサに代わりに分解能を高低に切り替えることができる１つの３次元位置検出センサを使用してもよい。
【００８１】
記憶部４０５は、ハードディスクやメモリなどの記憶装置からなり、演算処理部４０６における各種処理に必要な処理情報やプログラム４０５Ｐを記憶する機能を有している。プログラム４０５Ｐは、演算処理部４０６に読み込まれて実行されることにより各種処理部を実現するプログラムであり、通信Ｉ／Ｆ部４０２などのデータ入出力機能を介して外部装置（図示せず）や記憶媒体（図示せず）から予め読み込まれて記憶部４０５に保存される。記憶部４０５で記憶される主な処理情報として、第１の３次元位置データ４０５Ａ、第２の３次元位置データ４０５Ｂ、構成面データ４０５Ｃ、第１の面データ４０５Ｄ、第２の面データ４０５Ｅがある。このうち、第１の３次元位置データ４０５Ａは、図１０に示した本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置２００における３次元位置データ２０５Ａと同じである。
【００８２】
本実施形態では、第２の３次元位置データ４０５Ｂは、構造物１１０上の各点の３次元位置データを３次元位置検出センサ４０８によって計測して取得する。第２の３次元位置データ４０５Ｂは、図２に示した本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置１００における第２の３次元位置データ１０５Ｂに相当する。即ち、第２の３次元位置データ４０５Ｂの構成例は、図４に示す第２の３次元位置データ１０５Ｂと同じである。
【００８３】
第１の面データ４０５Ｄは、第２の３次元位置データ４０５Ｂに基づいて抽出した構造物１１０を構成する面に関するデータである。この第１の面データ４０５Ｄは、図２に示した本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置１００における構成面データ１０５Ｃと同じである。即ち、第１の面データ４０５Ｄの構成例は、図５に示す構成面データ１０５Ｃと同じである。
【００８４】
第２の面データ４０５Ｅは、第１の３次元位置データ４０５Ａに基づいて抽出した構造物１１０を構成する面に関するデータである。この第２の面データ４０５Ｅは、図１０に示した本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置２００における第２の面データ２０５Ｅと同じである。即ち、第２の面データ４０５Ｅの構成例は、図１１に示す第２の面データ２０５Ｅと同じである。
【００８５】
構成面データ４０５Ｃは、第２の面データ４０５Ｅで識別される複数の面のうち、第１の面データ４０５Ｄで識別される同じ１つの面に対応する複数の面を１つの構成面に統合したデータである。この構成面データ４０５Ｃは、図１０に示した本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置２００における構成面データ２０５Ｃと同じである。即ち、構成面データ４０５Ｃの構成例は、図１２に示す構成面データ２０５Ｃと同じである。
【００８６】
演算処理部４０６は、ＭＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、記憶部４０５からプログラム４０５Ｐを読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム４０５Ｐとを協働させて各種処理部を実現する機能を有している。演算処理部４０６で実現される主な処理部として、３次元位置データ計測部４０６Ａと３次元位置データ生成部４０６Ｂと面抽出部４０６Ｃとがある。このうち、３次元位置データ計測部４０６Ａは、図２に示した本発明の第１の実施形態に係る構造物解析装置１００の３次元位置データ計測部１０６Ａと同一の機能を有する。
【００８７】
３次元位置データ生成部４０６Ｂは、構造物１１０の各点の３次元位置データを３次元位置検出センサ４０８を用いて計測する機能を有する。３次元位置データ生成部４０６Ｂによって計測する単位面積当たりの点の数は、使用する３次元位置検出センサ４０８の性能によって規定される。ここでは、３次元位置検出センサ４０８は、３次元位置検出センサ１０１と構造物１１０との中心を結ぶ線に垂直な平面（構造物１１０上の平面）に生じている幅Ｌの亀裂よりも広い間隔で構造物１１０の各点の位置情報を計測するものとする。
【００８８】
３次元位置データ計測部４０６Ｂは、構造物１１０の各点の３次元位置データの計測を完了すると、各計測点毎の計測値に点ＩＤを付加し、第２の３次元位置データ４０５Ｂとして記憶部４０５に保存する。
【００８９】
面抽出部４０６Ｃは、構造物１１０を構成する構成面を抽出する機能を有する。面抽出部４０６Ｃは、第１の面抽出部４０６１と第２の面抽出部４０６２と面統合部４０６３とを有する。これらの第１の面抽出部４０６１と第２の面抽出部４０６２と面統合部４０６３とは、図１０に示した本発明の第２の実施形態に係る構造物解析装置２００における面抽出部２０６Ｃの第１の面抽出部２０６１と第２の面抽出部２０６２と面統合部２０６３と同一の機能を有する。
【００９０】
図１９は、本実施形態に係る構造物解析装置４００の動作を示すフローチャートである。以下、図１９を参照して構造物解析装置４００の動作を説明する。
【００９１】
まず、構造物解析装置４００の３次元位置データ計測部４０６Ａは、構造物１１０の各点の３次元位置データを３次元位置検出センサ４０１を用いて計測し、その計測結果を例えば図３の第１の３次元位置データ１０５Ａと同様な第１の３次元位置データ４０５Ａとして記憶部４０５に保存する（ステップＳ４０１）。
【００９２】
次に３次元位置データ生成部４０６Ｂは、構造物１１０の各点の３次元位置データを３次元位置検出センサ４０８を用いて計測し、その計測結果を例えば図４の第２の３次元位置データ１０５Ｂと同様な第２の３次元位置データ４０５Ｂとして記憶部４０５に保存する（ステップＳ４０２）。
【００９３】
次に面抽出部４０６Ｃの第１の面抽出部４０６１は、記憶部４０５から第２の３次元位置データ４０５Ｂを読み出し、所定のセグメンテーションアルゴリズムにより、第２の３次元位置データから構造物１１０を構成する複数の第１の面を抽出し、例えば図５の構成面データ１０５Ｃと同様な抽出結果を第１の面データ４０５Ｄとして記憶部４０５に保存する（ステップＳ４０３）。
【００９４】
次に面抽出部４０６Ｃの第２の面抽出部４０６２は、記憶部４０５から第１の３次元位置データ４０５Ａを読み出し、所定のセグメンテーションアルゴリズムにより、第１の３次元位置データから構造物１１０を構成する複数の第２の面を抽出し、抽出結果を例えば図１１に示すような第２の面データ４０５Ｅとして記憶部４０５に保存する（ステップＳ４０４）。
【００９５】
最後に面抽出部４０６Ｃの面統合部４０６３は、記憶部４０５から第１の面データ４０５Ｄと第２の面データ４０５Ｅとを読み出し、同じ第１の面にフィッテングする複数の第２の面を１つの面に統合し、統合結果を例えば図１２に示すような構成面データ４０５Ｃとして記憶部４０５に保存する（ステップＳ４０５）。
【００９６】
このように本実施形態によれば、構造物１１０の３次元位置データに基づく面の抽出において面を過剰に抽出することを防止できる。その理由は、３次元位置データ生成部４０６Ｂが構造物１１０の３次元位置データを、構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない第２の３次元位置データ４０５Ｂとして計測し、面抽出部４０６Ｃが第２の３次元位置データ４０５Ｂに基づいて構造物１１０を構成する複数の第１の面を抽出すると共に第１の３次元位置データ４０５Ａに基づいて構造物１１０を構成する複数の第２の面を抽出し、同じ１つの第１の面にフィッテングする複数の第２の面を１つの面に統合するためである。
【００９７】
また本実施形態によれば、本発明の第１の実施形態と比較して、抽出した構成面データ４０５Ｃの空間解像度を高めることができる。その理由は、面抽出部４０６Ｃが第２の３次元位置データ４０５Ｂに基づいて構造物１１０を構成する複数の第１の面を抽出すると共に、第１の３次元位置データ４０５Ａに基づいて構造物１１０を構成する複数の第２の面を抽出し、同じ１つの第１の面にフィッテングする複数の第２の面を１つの面に統合するためである。
【００９８】
［その他の実施形態］
以上、本発明を幾つかの実施形態を挙げて説明したが、本発明は以上の実施形態にのみ限定されず、その他各種の付加変更が可能である。例えば以下のような実施形態も本発明に含まれる。
【００９９】
上記第３の実施形態では、上記第２の実施形態による構成で抽出された構造物の構成面を考慮して振動解析を行ったが、上記第１の実施形態または上記第４の実施形態による構成で抽出された構造物の構成面を考慮して振動解析を行うようにしてもよい。
【０１００】
上記第３の実施形態では、構造物１１０の構成面別に振動波形を測定して診断を行った。しかし、構造物１１０の構成面を考慮して振動解析を行う方法は、構成面別に振動波形を測定して診断する方法に限定されない。例えば、構造物１１０の複数面の振動波形を測定して診断を行う際に、構成面どうしの接続部分における振動波形の特徴量の相違は異常と判定しない方法でもよい。
【０１０１】
上記の各実施形態では、３次元位置データに基づいて構造物の面を抽出したが、３次元位置データに基づいて抽出した構造物の構成面を他のデータを利用して更に分割してもよい。例えば、ハイパースペクトルカメラと構造物１１０を照明する光投射装置との組み合わせから構成される反射率検出センサを使用して、構造物１１０上の各点の分光反射率を遠隔地から計測し、３次元位置データに基づいて抽出した各構成面を、分光反射率の違いによって更に複数の面に分割してよい。例えば、コンクリート、鉄、アルミ、樹脂といった分光反射率の異なる複数種類の材質で構造体１１０が構成されている場合、同一平面上に材質の異なる複数の面が存在していると、３次元位置データだけでは、材質の異なる面を互いに１つの構成面として抽出できないが、分光反射率を利用すれば可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、橋梁などの土木建築物や各種工業製品・設備などの構造物の構成面を機械的に抽出したり、抽出した構成面別に振動を測定して構造物の診断を行う分野に適用できる。
【０１０３】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
構造物上の各点の３次元位置データを第１の位置データとして計測する３次元位置データ計測手段と、
前記構造物上の各点の３次元位置データであって前記第１の位置データよりも、前記構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない３次元位置データを第２の位置データとして生成する３次元位置データ生成手段と、
前記第２の位置データに基づき、前記構造物を構成する複数の構成面を抽出する面抽出手段と
を有する構造物解析装置。
（付記２）
前記３次元位置データ生成手段は、前記第１の位置データを変換処理して前記第２の位置データを生成する
付記１に記載の構造物解析装置。
（付記３）
前記３次元位置データ生成手段は、前記構造物上の各点の３次元位置データを計測して前記第２の位置データを生成する
付記１に記載の構造物解析装置。
（付記４）
前記面抽出手段は、前記第２の位置データに基づいて前記構造物を構成する複数の第１の面を抽出すると共に、前記第１の位置データに基づいて前記構造物を構成する複数の第２の面を抽出し、前記第２の面のうち、同じ前記第１の面に対応する複数の前記第２の面を１つの面に統合する
付記２または３に記載の構造物解析装置。
（付記５）
前記構造物上に設定した複数の測定点における振動波形を計測する振動計測手段と、
前記振動波形に基づいて、前記構造物を診断する診断手段と
を有する
付記１乃至４の何れかに記載の構造物解析装置。
（付記６）
前記振動計測手段は、前記構造物の前記構成面毎に振動波形を計測し、
前記診断手段は、前記構成面毎の前記振動波形に基づいて、前記構造物を診断する
付記５に記載の構造物解析装置。
（付記７）
前記振動計測手段は、前記構造物の複数の前記構成面の振動波形を計測し、
前記診断手段は、前記複数の構成面の前記振動波形に基づいて、前記構造物を診断する
付記５に記載の構造物解析装置。
（付記８）
前記診断手段は、
前記構造物に欠陥があるか否かを判定する判定手段と、
前記欠陥があると判定された前記構造物の領域を出力する領域出力手段と
を含む
付記５乃至７の何れかに記載の構造物解析装置。
（付記９）
構造物解析装置が実行する構造物解析方法であって、
構造物上の各点の３次元位置データを第１の位置データとして計測し、
前記構造物上の各点の３次元位置データであって前記第１の位置データよりも、前記構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない３次元位置データを第２の位置データとして生成し、
前記第２の位置データに基づき、前記構造物を構成する複数の構成面を抽出する
構造物解析方法。
（付記１０）
前記第２の位置データの生成では、前記第１の位置データを変換処理して前記第２の位置データを生成する
付記９に記載の構造物解析装置。
（付記１１）
前記第２の位置データの生成では、前記構造物上の各点の３次元位置データを計測して前記第２の位置データを生成する
付記９に記載の構造物解析装置。
（付記１２）
前記構成面の抽出では、前記第２の位置データに基づいて前記構造物を構成する複数の第１の面を抽出すると共に、前記第１の位置データに基づいて前記構造物を構成する複数の第２の面を抽出し、前記第２の面のうち、同じ前記第１の面に対応する複数の前記第２の面を１つの面に統合する
付記７に記載の構造物解析方法。
（付記１３）
前記構造物上に設定した複数の測定点における振動波形を計測し、
前記振動波形に基づいて、前記構造物を診断する
付記９乃至１２の何れかに記載の構造物解析方法。
（付記１４）
前記振動波形の計測では、前記構造物の前記構成面毎に振動波形を計測し、
前記診断では、前記構成面毎の前記振動波形に基づいて、前記構造物を診断する
付記１３に記載の構造物解析方法。
（付記１５）
前記振動波形の計測では、前記構造物の複数の前記構成面の振動波形を計測し、
前記診断では、前記複数の構成面の前記振動波形に基づいて、前記構造物を診断する
付記１３に記載の構造物解析方法。
（付記１６）
前記診断では、
前記構造物に欠陥があるか否かを判定し、
前記欠陥があると判定された前記構造物の領域を出力する
付記１３乃至１５の何れかに記載の構造物解析方法。
（付記１７）
コンピュータを、
構造物上の各点の３次元位置データを第１の位置データとして計測する３次元位置データ計測手段と、
前記構造物上の各点の３次元位置データであって前記第１の位置データよりも、前記構造物の面の単位面積当たりの点の位置に関する情報が少ない３次元位置データを第２の位置データとして生成する３次元位置データ生成手段と、
前記第２の位置データに基づき、前記構造物を構成する複数の構成面を抽出する面抽出手段と
して機能させるためのプログラム。
【符号の説明】
【０１０４】
１００…構造物解析装置
１０１…３次元位置検出センサ
１０２…通信Ｉ／Ｆ部
１０３…操作入力部
１０４…画面表示部
１０５…記憶部
１０５Ａ…第１の３次元位置データ
１０５Ｂ…第２の３次元位置データ
１０５Ｃ…構成面データ
１０５Ｐ…プログラム
１０６Ａ…３次元位置データ計測部
１０６Ｂ…３次元位置データ生成部
１０６Ｃ…面抽出部
１１０…構造物
１１０Ａ、１１０Ｂ…構成面
１１０Ｃ…亀裂
【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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