(57)【要約】【課題】大型建造物、特に橋梁の維持管理、診断方法に用いることができる客観的且つ定量的な大型建造物の診断データ収集システム等を提供する。【解決手段】橋梁１ｆの診断データ収集システム１は、無線付橋梁センサモジュール１ａ、データ記録装置１ｂ、走行車両１ｅに搭載されたデータ収集装置１ｃ、橋梁診断装置１ｄから構成される。診断のためのデータ（センサ情報）は定期的に無線付橋梁センサ１ａで計測され、その結果は無線付橋梁センサ１ａの無線によりデータ記録装置１ｂに格納される。りデータ記録装置１ｂに格納されたデータは、定期的に橋梁１ｆを走行するデータ収集装置１ｃを搭載した走行車両１ｅに転送される。データ収集装置１ｃに収集されたデータは、橋梁診断装置１ｄに入力され、橋梁１ｆの劣化及び／又は健全度が診断される。【選択図】図１
2008255570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型建造物の劣化及び／又は健全度を診断する大型建造物の診断データ収集システムであって、
大型建造物の所定の部位に配置された複数の無線付橋梁センサと、
複数の前記無線付橋梁センサにより計測され該無線付橋梁センサの無線機により送信されたセンサ情報を記録するデータ記録装置と、
前記データ記録装置に記録され該データ記録装置の無線機により転送されたセンサ情報を収集する走行車両に搭載されたデータ収集装置と、
前記データ収集装置に収集され該データ収集装置の無線機により転送されたセンサ情報に基づき大型建造物の劣化及び／又は健全度を診断する診断装置とを備え、
前記無線付橋梁センサの計測は所定の測定モードにより行われることを特徴とする大型建造物の診断データ収集システム。
【請求項２】
請求項１記載の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記無線付橋梁センサは、大型建造物の外部に設置された複数の加速度センサ及び単数のひずみセンサと、大型建造物の内部に設置された単数の加速度センサ及び単数の温度センサとを備えたことを特徴とする大型建造物の診断データ収集システム。
【請求項３】
請求項１記載の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記無線付橋梁センサは、大型建造物の外部に設置された複数のひずみセンサと、大型建造物の内部に設置された単数の加速度センサ及び単数の温度センサとを備えたことを特徴とする大型建造物の診断データ収集システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記無線付橋梁センサモジュールと前記データ記録装置との間の通信は微弱無線又は特定小電力無線を用いることを特徴とする大型建造物の診断データ収集システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記データ記録装置と前記データ収集装置との間の通信は無線ＬＡＮを用いることを特徴とする大型建造物の診断データ収集システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記データ収集装置と前記診断装置の間の通信は携帯電話回線又はＰＨＳ回線を用いることを特徴とする大型建造物の診断データ収集システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記所定の測定モードは、定期的な測定モード、連続測定モード、所定の事象発生時の振動により起動される測定モードのいずれかであることを特徴とする大型建造物の診断データ収集システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記大型建造物は橋梁であり、前記所定の部位は橋梁の橋脚、桁又は床版のいずれか１以上であることを特徴とする大型建造物の診断データ収集システム。
【請求項９】
大型建造物の劣化及び／又は健全度を診断する大型建造物の診断データ収集方法であって、
大型建造物の所定の部位に配置された複数の無線付橋梁センサによりセンサ情報を計測し、計測された該センサ情報を該無線付橋梁センサの無線機によりデータ記録装置へ送信し、送信された該センサ情報を前記データ記録装置により記録し、記録された該センサ情報を該データ記録装置の無線機によりセンサ情報を収集する走行車両に搭載されたデータ収集装置へ転送し、転送された該センサ情報を前記データ収集装置により収集し、収集された該センサ情報を該データ収集装置の無線機により大型建造物の劣化及び／又は健全度を診断する診断装置へ送信し、送信された該センサ情報に基づき該診断装置により大型建造物の劣化及び／又は健全度を診断するものであり、前記無線付橋梁センサの計測は所定の測定モードにより行われることを特徴とする大型建造物の診断データ収集方法。
【請求項１０】
請求項９記載の大型建造物の診断データ収集方法において、前記無線付橋梁センサは、大型建造物の外部に設置された複数の加速度センサ及び単数のひずみセンサと、大型建造物の内部に設置された単数の加速度センサ及び単数の温度センサとを備えたことを特徴とする大型建造物の診断データ収集方法。
【請求項１１】
請求項９記載の大型建造物の診断データ収集方法において、前記無線付橋梁センサは、大型建造物の外部に設置された複数のひずみセンサと、大型建造物の内部に設置された単数の加速度センサ及び単数の温度センサとを備えたことを特徴とする大型建造物の診断データ収集方法。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれかに記載の大型建造物の診断データ収集方法において、前記無線付橋梁センサモジュールと前記データ記録装置との間の通信は微弱無線又は特定小電力無線を用いることを特徴とする大型建造物の診断データ収集方法。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれかに記載の大型建造物の診断データ収集方法において、前記データ記録装置と前記データ収集装置との間の通信は無線ＬＡＮを用いることを特徴とする大型建造物の診断データ収集方法。
【請求項１４】
請求項９乃至１３のいずれかに記載の大型建造物の診断データ収集方法において、前記データ収集装置と前記診断装置の間の通信は携帯電話回線又はＰＨＳ回線を用いることを特徴とする大型建造物の診断データ収集方法。
【請求項１５】
請求項９乃至１４のいずれかに記載の大型建造物の診断データ収集方法において、前記所定の測定モードは、定期的な測定モード、連続測定モード、所定の事象発生時の振動により起動される測定モードのいずれかであることを特徴とする大型建造物の診断データ収集方法。
【請求項１６】
請求項９乃至１４のいずれかに記載の大型建造物の診断データ収集方法において、前記大型建造物は橋梁であり、前記所定の部位は橋梁の橋脚、桁又は床版のいずれか１以上であることを特徴とする大型建造物の診断データ収集方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型建造物の診断データ収集システム等に関し、特に、橋梁等の大型建造物の劣化および健全度を診断する大型建造物の診断データ収集システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
社会資本、特に、橋梁、道路、港湾および教育施設等の大型建造物は、建造および整備されてから年数を経ると老朽化、陳腐化していくことは免れない。近い将来、これらの大型建造物に対する維持補修および更新等の費用は、建造等に対する全投資額の半分を超えるものと言われている。このため、上記大型建造物については、壊して新規に造る方法から既存の大型建造物に予防的な補修を行って、耐用年数の延長、すなわち長寿命化を図る方法に変更することにより、財政負担の軽減を図る必要性が高まってきている。
【０００３】
社会資本の中でも橋梁は大規模建造物であるだけでなく、一旦、橋梁に不具合が起こったときのインパクトは交通網の遮断に繋がるため、経済的、社会的にも非常に大きい。橋梁は、ほとんどが鉄筋コンクリート製または鉄骨製であり、その設計耐用年数は５０年〜６０年である。２０１０年頃には半数以上の橋梁が架設後４０年以上経過することになり、２０２０〜２０３０年頃には耐用年数５０年を越える橋梁が急増することとなるため、これらの橋梁を更新しなければならないと言われている。本来、コンクリートは耐久性に富んだ材料であるため、良質な材料および高度な技術を適用すれば、１０００年コンクリートの製造も不可能ではないと考えられている。その一方で、橋梁建設後２０年も経たないうちに橋梁に劣化が顕在化する等といった事例があることも事実である。これらの事例の原因は、建設当時には知られていなかった劣化現象、過去の設計技術レベルが現在の状況に対応していなかったこと等が考えられている。車の大型化、交通量の増大に伴って、過去の設計時に想定した橋梁の積載重量に対して過積載となってしまっていること、大半の橋梁で採用されている鉄筋コンクリート構造には一時期塩分を規定値以上に含む砂利が使用されていたこと、橋梁の設置場所が海岸に近い場合は潮風にさらされること等を考慮すると、橋梁の耐用年数は過去の設計値よりも短縮される可能性がある。河川に架かる橋梁の場合、橋脚部分の基礎を川底に埋設して固定することにより全体の強度を出している。しかし、河川流域の開発等により森林の保水力が減少することに伴って、河川流域に降雨後の河川流速が上がるため、橋脚基礎部分の潜掘が進みやすくなっている。このため、橋梁の強度劣化を早めているケースも生じている。以上より明らかなように、今後、維持管理し補修を要する橋梁の数は急激に増大していくものと考えられる。
【０００４】
従来から実施されている、橋梁、トンネル、ダム、擁壁等道路構造物、樋門・樋管等河川構造物、港湾構造物、上下水道施設等のコンクリート構造物の維持管理および診断方法は、管理者によって異なるものの、一般には以下のような方法が採用されている（非特許文献１〜５参照）。
１．定期点検・調査（一次検査）：劣化程度の把握、劣化原因の推定
調査・検査方法を列挙すると、損傷・変状調査、構造物調査・点検、外観変状調査、健全度調査、外観目視検査、打音検査、赤外線法、Ｘ線法、非破壊検査、腐食調査、耐荷力調査、ひび割れ調査、コア採取、シュミットハンマー等がある。
２．劣化試験・評価・予測（二次検査）：劣化の経時変化の予測、要求性能と比較して評価
（１）試験・測定方法を列挙すると、静的載荷試験、耐久性試験、応力頻度測定、材料試験、圧縮強度試験、劣化試験、非破壊試験、変位測定、疲労試験等がある。
（２）評価・判定方法を列挙すると、健全度診断（ひび割れの発生原因究明と対策の検討）、耐久性評価（中性化、塩害、アルカリ骨材反応、錆・腐食）、耐荷力評価（活荷重、疲労、温度、地震）、変位・変形検討（基礎沈下・傾斜、クリープ、側方流動、振動）等がある。
（３）予測方法を列挙すると、劣化予測（コンクリート片落下の可能性）、ライフサイクルコスト予測、耐用年数予測等がある。
３．対策の判定・選定：  補修工法、補強工法
（１）補修工法を列挙すると、表面塗布、ひび割れ注入・充填、断面修復、表面被覆、電気防食等がある。
（２）補強工法を列挙すると、打ち換え、コンクリート巻立て、鋼板接着、支持点増設等がある。
【０００５】
まず、定期点検・調査の一次検査が行われ、その結果に基づき、更に詳細な二次検査を行うか否かを決める。二次検査を行う場合、劣化試験・評価・予測等を含めた破壊試験（コンクリートコアの切り出しによる断面検査等）、非破壊試験（橋脚基礎部分の洗掘の進み方の推定に用いられる衝撃振動法等）も併用される。その結果、補修、補強を施すほうが良いかどうかという判定が行われる。補修・補強を施すと判定された場合、どのような補修工法、補強工法を選定するべきかを決める。
【０００６】
【非特許文献１】谷川恭雄著、「コンクリート構造物の非破壊検査・診断方法」、セメントジャーナル社、２００４年９月１７日発行。
【非特許文献２】小林一輔著、「コア採取によるコンクリート構造物の劣化診断法」、森北出版株式会社、２００１年１２月２８日発行。
【非特許文献３】鈴木一孝、野尻陽一、松岡康訓共著、「コンクリートの組織構造の診断」、森北出版株式会社、１００３年９月３０日発行。
【非特許文献４】片脇清士著、「最新のコンクリート防食と補修技術」、山海堂株式会社、１９９９年９月１６日発行。
【非特許文献５】魚本健人監修、「コンクリート構造物の検査・診断−非破壊検査ガイドブック」、理工図書株式会社、２００３年８月１１日。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
鉄筋コンクリート製橋梁に対する従来の維持管理、診断方法では、上述した打音検査または外観目視検査という非破壊検査、コンクリートコアの切り出しによる断面検査等という破壊検査が１〜２年に１回程度実施されていた。しかし、打音検査または外観目視検査等は官能検査であるため定性的であり且つ精度が低いという問題があった。検査は５年に１回程度の実施であったため、暴風雨等の緊急時に必要と考えられるリアルタイムな検査には対応できるものではないという問題があった。例えば、橋脚基礎部分の洗掘の進み方の推定は上述の衝撃振動法を用いるが、この方法は大掛かりな方法であるため日常的に橋梁の健全度データを収集できるものではないだけでなく、通常の振動以外の振動を必要とするものであるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、大型建造物の維持管理、診断方法に用いることができる客観的且つ定量的な大型建造物の診断データ収集システム等を提供することにある。
【０００９】
本発明の第二の目的は、大型建造物の維持管理、診断方法に用いることができる日常的且つリアルタイムで常時監視可能な大型建造物の診断データ収集システム等を提供することにある。
【００１０】
本発明の第三の目的は、大型建造物の維持管理、診断方法に用いることができる通常の振動を用いた大型建造物の診断データ収集システム等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の大型建造物の診断データ収集システムは、大型建造物の劣化及び／又は健全度を診断する大型建造物の診断データ収集システムであって、大型建造物の所定の部位に配置された複数の無線付橋梁センサと、複数の前記無線付橋梁センサにより計測され該無線付橋梁センサの無線機により送信されたセンサ情報を記録するデータ記録装置と、前記データ記録装置に記録され該データ記録装置の無線機により転送されたセンサ情報を収集する走行車両に搭載されたデータ収集装置と、前記データ収集装置に収集され該データ収集装置の無線機により転送されたセンサ情報に基づき大型建造物の劣化及び／又は健全度を診断する診断装置とを備え、前記無線付橋梁センサの計測は所定の測定モードにより行われることを特徴とする。
【００１２】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記無線付橋梁センサは、大型建造物の外部に設置された複数の加速度センサ及び単数のひずみセンサと、大型建造物の内部に設置された単数の加速度センサ及び単数の温度センサとを備えることができる。
【００１３】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記無線付橋梁センサは、大型建造物の外部に設置された複数のひずみセンサと、大型建造物の内部に設置された単数の加速度センサ及び単数の温度センサとを備えることができる。
【００１４】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記無線付橋梁センサモジュールと前記データ記録装置との間の通信は微弱無線又は特定小電力無線を用いることができる。
【００１５】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記データ記録装置と前記データ収集装置との間の通信は無線ＬＡＮを用いることができる。
【００１６】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記データ収集装置と前記診断装置の間の通信は携帯電話回線又はＰＨＳ回線を用いることができる。
【００１７】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記所定の測定モードは、定期的な測定モード、連続測定モード、所定の事象発生時の振動により起動される測定モードのいずれかとすることができる。
【００１８】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集システムにおいて、前記大型建造物は橋梁であり、前記所定の部位は橋梁の橋脚、桁又は床版のいずれか１以上とすることができる。
【００１９】
この発明の大型建造物の診断データ収集方法は、大型建造物の劣化及び／又は健全度を診断する大型建造物の診断データ収集方法であって、大型建造物の所定の部位に配置された複数の無線付橋梁センサによりセンサ情報を計測し、計測された該センサ情報を該無線付橋梁センサの無線機によりデータ記録装置へ送信し、送信された該センサ情報を前記データ記録装置により記録し、記録された該センサ情報を該データ記録装置の無線機によりセンサ情報を収集する走行車両に搭載されたデータ収集装置へ転送し、転送された該センサ情報を前記データ収集装置により収集し、収集された該センサ情報を該データ収集装置の無線機により大型建造物の劣化及び／又は健全度を診断する診断装置へ送信し、送信された該センサ情報に基づき該診断装置により大型建造物の劣化及び／又は健全度を診断するものであり、前記無線付橋梁センサの計測は所定の測定モードにより行われることを特徴とする。
【００２０】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集方法において、前記無線付橋梁センサは、大型建造物の外部に設置された複数の加速度センサ及び単数のひずみセンサと、大型建造物の内部に設置された単数の加速度センサ及び単数の温度センサとを備えることができる。
【００２１】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集方法において、前記無線付橋梁センサは、大型建造物の外部に設置された複数のひずみセンサと、大型建造物の内部に設置された単数の加速度センサ及び単数の温度センサとを備えることができる。
【００２２】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集方法において、前記無線付橋梁センサモジュールと前記データ記録装置との間の通信は微弱無線又は特定小電力無線を用いることができる。
【００２３】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集方法において、前記データ記録装置と前記データ収集装置との間の通信は無線ＬＡＮを用いることができる。
【００２４】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集方法において、前記データ収集装置と前記診断装置の間の通信は携帯電話回線又はＰＨＳ回線を用いることができる。
【００２５】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集方法において、前記所定の測定モードは、定期的な測定モード、連続測定モード、所定の事象発生時の振動により起動される測定モードのいずれかとすることができる。
【００２６】
ここで、この発明の大型建造物の診断データ収集方法において、前記大型建造物は橋梁であり、前記所定の部位は橋梁の橋脚、桁又は床版のいずれか１以上とすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の大型建造物の診断データ収集システム等によれば、橋梁の橋脚、桁または床版の複数位置に無線付き橋梁センサモジュールを配置し、各橋梁センサモジュールで診断に使用する加速度データ、ひずみデータおよび温度データを同時計測する。これらの橋梁データは、センサモジュール毎に無線通信によってデータ記録装置に記録することができる。また走行車両に搭載したデータ収集装置にデータ記録装置に記録されたデータを転送して橋梁データを収集することができる。収集されたデータを劣化診断装置に入力し診断することができる。この結果、大型建造物またはその構成要素の維持管理、診断方法に用いることができる客観的かつ定量的で、日常的且つリアルタイムで常時監視可能であり、大型建造物の劣化・健全度診断方法等を提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、各実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２９】
以下の実施例１では、大型建造物として橋梁を例にとり説明する。しかし、本発明の大型建造物の診断データ収集システム等は橋梁以外の大型建造物に対して適用可能であることは勿論である。図１は、本発明の橋梁の診断データ収集システム１の概略図を示す。図１に示されるように、橋梁１ｆの診断データ収集システム１は、無線付橋梁センサモジュール１ａ（加速度センサ、ひずみセンサまたは温度センサ等。以下では、いずれか特定のセンサを指す場合、「無線付橋梁センサ１ａ」とも言う。）、データ記録装置（記録装置）１ｂ、およびデータ収集装置１ｃ（走行車両１ｅに搭載）および橋梁診断装置１ｄから構成される。診断のためのデータ（センサ情報）は定期的に無線付橋梁センサ１ａで計測され、その結果は無線付橋梁センサ１ａの無線（後述）によりデータ記録装置１ｂに格納される。その格納データは、定期的に橋梁１ｆを走行するデータ収集装置１ｃを搭載した走行車両１ｅに転送される。収集されたデータは、橋梁診断装置（診断装置）１ｄに入力され、橋梁１ｆの劣化及び／又は健全度が診断される。
【００３０】
無線付橋梁センサ１ａを用いた橋梁１ｆの劣化・健全度診断では、橋梁１ｆを対象として橋梁１ｆに加える車両の振動、風圧、河川の流速圧等の外力によって生じる床版の微小変位量、振動、橋脚の振動等の橋梁１ｆ全体の振動情報やひずみ情報をリアルタイムで計測し、その測定したデータに基づいて橋梁１ｆの健全状態を評価し、補修・補強工事の検査等を行う。また、橋梁１ｆに加えられた外力によって生じる橋梁１ｆ全体の振動情報やひずみ情報を無線付橋梁センサモジュール１ａを用いて計測し、橋梁１ｆの健全度を日常的、あるいは、地震等の異常事態の発生時や台風、大雨後に迅速に評価・管理を行う。
【００３１】
橋梁の診断データ収集システム１における橋梁診断データ収集方法の流れは、以下のようになる。
【００３２】
（１）橋梁１ｆの複数点に設置された無線付橋梁センサモジュール１ａで橋梁１ｆの振動情報やひずみ情報を計測して、無線でデータ記録装置１ｂへ転送し診断用データの蓄積を行う。
（２）データ記録装置に蓄積された橋梁１ｆの振動情報やひずみ情報を走行車両１ｅに搭載されたデータ収集装置１ｂへ送信することにより、診断用データを収集する。
（３）収集した診断用データを独立成分分析等で分析し、橋梁１ｆの健全度を把握することにより、橋梁１ｆの健全度診断を行う。
【００３３】
本発明の橋梁の診断データ収集システム１のデータ収集部は、図１の３つの部分で構成され、それぞれは無線橋梁センサモジュール１ａ、データ記録装置１ｂ及びデータ収集装置１ｃである。次に、各部分について詳しく説明する。
【００３４】
無線付橋梁センサモジュール１ａは、外力により生じる橋梁１ｆの振動情報やひずみ情報を測定する装置である。無線付橋梁センサモジュール１ａでは、加速度センサ、ひずみセンサ、そして温度センサの３種類のセンサ情報を橋梁センサＩＦ（インタフェース）部に入力して、信号振幅、ブリッジによるひずみ量変換、ノイズカット（フィルタリング）等のアナログ処理を行う。また、処理された橋梁１ｆの振動情報やひずみ情報は、無線モジュールのＡ／Ｄ変換ポートにより入力され微弱無線や特定小電力無線等の無線によりデータ記録装置１ｂへ送信される。特定小電力無線とは、免許を必要としない無線であり、アンテナ電力が１０ｍＷ以下の近距離用の無線である。通信可能な距離は約５０ｍ程度であるが、見通しが立たないような状況でも通信可能である。
【００３５】
本発明では、２種類の無線付橋梁センサモジュール１ａを開発した。図２および図３は、無線付橋梁センサモジュール１ａの構成を示すブロック図であり、図２がタイプ１の無線付橋梁センサモジュール１ａの構成を示し、図３がタイプ２の無線付橋梁センサモジュール１ａの構成を示す。図２に示される無線付橋梁センサモジュール１ａのタイプ1は、主に、地震、台風等の災害時における橋脚の振動測定をするため開発した。図２に示されるように、タイプ1の構成としては、外部加速度センサ２ｃを３式、外部ひずみセンサ３ｃを１式設置し、そして橋梁センサＩＦボード２ａの中に内部加速度センサ２ａ−１と温度センサ２ａ−２とが各一式ずつ設置されるように構成されている。そして、（新）無線モジュール２ｂが加速度センサ２ｃおよび２ａ−１とひずみセンサ３ｃと温度センサ２ａ−２との３種類のセンサによって測定した橋梁１ｆの振動情報やひずみ情報や温度情報の送受信の役割を演じる。
【００３６】
ここで、タイプ1の構成の考え方は、以下のようになる。外部加速度センサ２ｃが３式がある理由は、加速度センサの同時計測を行うために用意した。ひずみセンサ３ｃが１式だけある理由は、橋梁１ｆの上に車両が走行したのかを判定するために用意した。外部加速度センサ２ｃと内部加速度センサ２ａ−１とを分けて設定した理由は、設置点の環境やノイズの違いを把握・調査するために設定した。また、内部加速度センサ２ａー１は橋梁１ｆに固定して1点のみ測定するために用意した。外部加速度センサは橋梁１ｆの同時測定したい部分を測定するために用意した。
【００３７】
図３に示されるように、無線付橋梁センサモジュール１ａのタイプ２は、橋梁１ｆのひび割れ箇所や亀裂等の劣化状況をひずみの変化で測定するために開発された。図３で図２と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。タイプ２の構成は、外部に４つのひずみセンサ３ｃで構成されており、他の部分（内部）はタイプ１と同じ構成になっている。
【００３８】
センサ３種類の決定の考え方は以下のようになる。加速度センサ２ｃまたは２ａ−１は、外力による橋梁１ｆの振動特性を測定する。ひずみセンサ３ｃは、外力による橋梁伸縮(ひずみ)を測定する。温度センサ２ａ−２は、環境変化(気温)によるセンサの設置状態（故障・正常等）の把握を行う。さらに、気温に対する橋梁１ｆの振動変化とひずみ変化を同時計測し、温度に対してデータの校正に用いる。
【００３９】
橋梁１ｆの振動測定に適切な加速度センサ２ｃまたは２ａ−１を決定するために以下の条件を設定して選定した。加速度センサ２ｃまたは２ａ−１の条件仕様は、以下の通りである。
（１）使用温度の範囲：−２５℃〜５０℃
（２）応答周波数の範囲：０Ｈｚ〜５００Ｈｚ
（３）３軸測定可能(３軸の中で３軸を選択)
【００４０】
この条件仕様に適用できるセンサを比較して選定した。条件仕様に合い、消費電流も一番小さくてコスト安価なAnalog Devices（登録商標）社製のＡＤＸＬ３３０を選定した。加速度センサ２ｃまたは２ａ−１の感度調査のために、決定した加速度センサＡＤＸＬ３３０を用いて実験を行った。この実験は無線モジュールを用いてデータ収集間隔は１０ｍｓで収集した。図４は、測定した結果データを示す。図４に示されるように、Ｘ軸方向に振ると電圧の変化が検出できた。
【００４１】
ひずみセンサ３ｃは、長期モニタリングを目的にしているので、無線付橋梁センサモジュール１ａが橋梁１ｆに設置する期間として５年間を想定した。そのため、外部環境に直接さらされるひずみセンサ３ｃは、防水が必要となる。そこで、ひずみセンサ３ｃの条件仕様としては、防水ができる防水型、また温度補償ができる３線式がある。この条件仕様を適用して選定したひずみセンサ３ｃは東京測器研究所（登録商標）のＷＦＬＭシリーズである。図５は、当該ひずみセンサ３ｃを示す。このひずみセンサ３ｃの仕様を以下に示す。
【００４２】
（１）使用温度範囲：−２０℃〜８０℃
（２）３線式(温度補償が可能)
（３）ゲージ率（Ｋ）：２．０
（４）ゲージの抵抗値：１２０Ω
【００４３】
ゲージ率（Ｋ）とひずみ(ε)との関係は式１のように示している。式１、Ｌはゲージの長さ、Ｒはゲージの抵抗値である。
【００４４】
【数１】
2008255570.tif 000003
【００４５】
ひずみセンサ３ｃの特性を調査するために、次のような実験を行った。この実験もデータ収集間隔は１０ｍｓで設定した。ひずみセンサ３ｃを鉄板に貼り付けて実験を行った。図６は、ひずみセンサ３ｃの特性を調査した実験の結果を示す。鉄板の両端は固定して、手で鉄板に衝撃を加えると、図６に示されるような信号が得られた。
【００４６】
温度センサ２ａ−２も加速度センサ２ｃ等のように条件仕様を想定した。この条件仕様としては以下のようになる。
（１）安価なセンサ
（２）小消費電流
（３）小さいサイズ
【００４７】
この条件仕様に適用できるセンサとして、セイコーインスツル株式会社（登録商標）（旧セイコーインスツルメント株式会社（登録商標））製のＳ−８１１０／８１２０Ｃを選定した。
【００４８】
図７および図８は以上の条件に合わせて製作した無線付橋梁センサモジュール１ａを示す。図７は、タイプ１、図８はタイプ２を示す。この無線付橋梁センサモジュール１ａの基本仕様は以下に示す。
（１）電源電圧：＋６〜１２Ｖ
（２）新無線モジュール２ｂの電源：＋３．３Ｖ
（３）消費電流：２００ｍＡ以内
（４）回路内電源：３．３〜５Ｖ
（５）センサ情報出力部：マイコンのＡ／Ｄ変換ポート入力へ８ポート出力
（６）電源ＯＮ／ＯＦＦ制御部：マイコンから１ポート入力
【００４９】
データ記録装置１ｂは無線付橋梁センサモジュール１ａに含まれている３種類のセンサ（加速度センサ２ｃまたは２ａ−１、ひずみセンサ３ｃ、温度センサ２ａ−２）によって測定されたデータを記録するものである。測定されたデータは新無線モジュール２ｂを用いて送受信を行う。また、走行車両１ｅによってデータ収集するとき、走行車両１ｅに搭載されたデータ収集装置１ｃ（ＰＣ）の無線ＬＡＮを用いてデータ記録装置１ｂに記憶されたデータが受信される。
【００５０】
図９はデータ記録装置１ｂの概要図を示す。図９に示されるように、データ記録装置１ｂは、無線モジュール６ｂ、無線ＬＡＮ搭載小型ＣＰＵボード６ａ、コンパクトディスク（測定したデータを保存する空間。不図示）で構成される。無線ＬＡＮ搭載小型ＣＰＵボード６ａは無線ＬＡＮ(８０２．１１ｂ)により、走行車両１ｅに搭載されたデータ収集装置１ｃ（ＰＣ）へデータアクセスを行う。
【００５１】
データ記録装置１ｂの無線部の適用規格は、ＩＥＥＥ  Ｓｔｄ  ８０２．１１ｂ、１１ｇに準拠している。無線周波数は２．４ＧＨｚ帯ＩＳＭバンドを使用する。この無線部の環境条件は、常温(１０〜４０℃)の周囲温度で動作する。露結や水侵入の対策として、防水筐体の中に収納する。
【００５２】
図１０は、データ記録装置１ｂの構成を示す。図１０に示されるように、内部に無線ＬＡＮが内蔵されている。また無線モジュール６ｂとの接続は外付けのＵＳＢ−ＲＳ２３２Ｃ変換によりシリアル通信により行う。図１１はデータ記録装置１ｂの外形寸法を示す。
【００５３】
図１２はデータ記録装置１ｃの電源部の構成を示す。図１３はデータ記録装置１ｃの電源部の外形寸法を示す。データ記録装置１ｃの電気性能は以下のようになる。
出力電圧、電流：
（１）ＤＣ  １２Ｖ±０．５Ｖ、１．５Ａ
（２）ＤＣ    ５Ｖ±０．５Ｖ、０．５Ａ
充電電圧、電流：
ＤＣ  ＋１９Ｖ、０．８Ａｔｙｐ．
【００５４】
走行車両１ｅに搭載されたデータ収集装置１ｃは、データ記録装置１ｂでその記録したデータを走行車両１ｅによって走行しながらデータを収集する。このデータ収集装置１ｃは無線ＬＡＮとＰＣとで構成される。
【００５５】
図１４は無線モジュール６ｂの構成ブロック図を示す。図１４に示されるように、無線モジュール６ｂは、無線部１４ａ、マイコン部１４ｂおよび電源部１４ｃから構成される。全体構造は、マイコン部１４ｂと無線部１４Ａとの２枚の基板から構成される２層構造である。マイコン部１４ｂは演算と入出力を担い、無線部１４ａは送受信のみを扱う。無線部１４ａに接続するアンテナ１４ｄは、棒状アンテナを使用することが好適である。
【００５６】
マイコン部１４ｂの入出力は、アナログ信号８ｃｈ、Ａ／Ｄ変換機能およびシリアル通信機能から構成されている。動作電圧は、３．０Ｖ付近で動作する部品が多く、またトータルの消費電力量を抑えるために３．３Ｖにした。データ記録装置１ｂと診断装置１ｄとの間の通信は携帯電話回線またはＰＨＳ回線を用いることができる。
【００５７】
本発明の無線付橋梁センサモジュール１ａを用いた橋梁診断データ収集システム１の測定条件については、次のような３つの測定モードを用意している。この３つのモードの測定条件とは、以下のとおりである。
モード１：定期測定モード
モード２：連続測定モード
モード３：異常発生時に測定モード
【００５８】
ここで、モード１は定期測定モードであり、１日に１回の測定を行い、１回に５分間の測定を行うものである。モード２は連続測定モードで、ある時間と閾値を超えたデータのみを記録するものである。そしてモード３は地震または災害等の異常発生時（所定の事象発生時）に測定を行うものであり、発電用デバイスによる自発的測定を行う。そして、消費電力を節約するために、測定を行わない他の時間帯はスリープモードに設定する。
【００５９】
図１５は、上述した各種３つの測定モードの詳細な流れを説明する。
（１）測定モード1（定期測定）は１日１回、１回５分間（朝：７時〜８時、夕：１８時等）測定する。
【００６０】
無線付橋梁センサモジュール１ａの動作シーケンスは以下の通りである。
１）無線モジュールＩＩＩによって測定モードを無線モジュールＩＩが受信する。
２）無線モジュールＩＩによって橋梁センサＩＦボード２ａの電源をオンする。
３）センサが安定してからデータを測定する。
４）同時にデータ記録装置１ｃに送信する。
５）５分間が経ったら電源をオフにする。
【００６１】
データ記録装置１ｃの動作シーケンスは以下の通りである。
１）無線モジュールＩＩＩがデータ記録装置１ｃ内のＰＣから測定モードを受け取る。
２）無線モジュールＩＩＩが新無線モジュールＩＩに測定モードを送信する。
３）無線付橋梁センサモジュール１ａからのデータの受信を待つ。データが来ると受信してＲＳ２３２ＣポートからＣＰＵボードへ伝送する。
４）データを受け取ってファイルに書き込む。（データの変換）
【００６２】
（２）測定モード２（連続測定）は所定の時間、閾値を超えたデータのみを記録する。
【００６３】
無線付橋梁センサモジュール１ａの動作シーケンスは以下の通りである。
１）新無線モジュールＩＩＩによって測定モードを新無線モジュールＩＩが受信する。
２）測定モードを読んでモード２の場合、橋梁センサＩＦボード２ａの電源をオンにする。
３）センサが安定してからデータを測定する。
４）同時にデータ記録装置に送信する。
５）測定モードがモード２以外になったら、橋梁センサＩＦボード２ａの電源をオフにする。
【００６４】
データ記録装置１ｃの動作シーケンスは以下の通りである。
１）新無線モジュールＩＩＩがデータ記録装置１ｃ内のＰＣポートから測定モードを受け取る。
２）新無線モジュールＩＩＩが新無線モジュールＩＩに測定モードを送信する。
３）無線付橋梁センサモジュール１ａからのデータの受信を待つ。  
４）データが来ると受け取ってＰＣボードへデータを伝送する。
５）データを受け取ってファイルに書き込む。
６）閾値を超えたか否かを判定して、閾値を超えたものだけを書く。
【００６５】
（３）測定モード３：異常発生時に測定する。
【００６６】
無線付橋梁センサモジュール１ａの動作シーケンスは以下の通りである。
１）発電用振動デバイス（不図示）によって橋梁センサＩＦボード２ａの電源がオンになる。
２）それによって、測定条件がモード３になる。 
３）安定になってからデータを測定する。
４）同時にデータ記録装置に送信する。
５）５分間が経ったら電源をオフにする。
【００６７】
データ記録装置１ｃの動作シーケンスは以下の通りである。
１）測定モード３の場合、
２）データの受信を待つ。データが来ると受信してＰＣへＲＳ２３２３Ｃポートから伝送する。
３）データを受け取ってファイルに書き込む。（データの変換）
【００６８】
データ収集装置１ｃは、道路や橋梁１ｆを定期的に点検する走行車両１ｅに搭載され、橋梁１ｆを走行するだけで、自動的にデータ記録装置に蓄積されたデータを回収する。
【００６９】
データ記録装置１ｂ(サーバと呼称する)とデータ収集装置１ｃ（以下クライアントと呼称する）とはそれぞれ無線ＬＡＮのアダプタを持っている．これを利用することでデータの集積を行う。具体的にはデータ記録装置１ｂは簡易型のＦＴＰソフトを起動する．そして移動体に搭載されているＰＣ（データ収集装置１ｃ）からのコネクションを受け付け、データを転送する。
【００７０】
図１６は、上述のデータ集積手順をフローチャートで示す。図１６に示されるように、クライアント１ｃがサーバ１ｂに対して接続要求のコマンドを送信すると、サーバ１ｂから応答があり、サーバ１ｂとクライアント１ｃはコマンドとデータの二つの接続を確立する（ステップＳ１０）。クライアント１ｃから転送可能なファイルのリスト要求があると、サーバ１ｂから転送可能な収集した橋梁データの一例であるファイルの一覧がコマンドコネクションで返される（ステップＳ１２）。クライアント１ｃがその中から必要なデータを要求し、サーバ１ｂはデータをデータコネクションで返信する（ステップＳ１４）。すべての送信が終わったら終了する。以上の接続はスレッドで行われ、複数の接続が同時に行える。複数のサーバ１ｂが存在する場合、命名規則によって分類される。
【００７１】
図１７は、公道でのデータ収集実験結果を示す。図１７（Ａ）は車の移動図、図１７（Ｂ）は受信強度と送受信のレートとを示す。
【００７２】
図１８は、収集した橋梁データの一例を示す。図１８（Ａ）は主桁に設置したひずみセンサ３ｃ、図１８（Ｂ）は主桁に設置した外部加速度センサ２ｃ、図１８（Ｃ）は橋脚に設置した外部加速度センサ２ｃの各収集結果を示す。
【００７３】
橋梁１ｆの劣化・健全度診断では、データ収集装置１ｃで収集した橋梁１ｆの振動データ等を用いて橋梁診断する。利用する信号処理方法は独立成分分析（ＩＣＡ）やスペクトル解析等である。橋脚の診断を例に説明する。図１９は橋梁診断の流れをフローチャートで示す。図１９に示されるように、無線付橋梁センサモジュール１ａからデータを収集する（ステップＳ２０）。当該データを用いて独立成分分析を行い、微細信号を取り出す（ステップＳ２２）。スペクトル解析を行って橋梁の固有振動数を抽出する（ステップＳ２４）。すなわち、得られた橋脚の振動情報に基づいて信号処理を行う。それによって、橋脚の固有振動数を求める。橋梁１ｆの健全度を判定する（ステップＳ２６）。その結果、橋梁が健全である場合、対応した処理を行い（ステップＳ２８）、健全でない場合、維持補修を行う（ステップＳ３０）。
【００７４】
外力による橋脚の振動を測定する部位は、橋脚の複数箇所である。図２０は橋脚の各部位の測定信号を示す。次に、測定して得られた橋脚の複数箇所の振動情報を独立成分分析によって、独立な振動情報を分離する。図２１（Ａ）は、独立成分分析によって抽出された独立な信号情報を示し、図２１（Ｂ）はそのスペクトル解析結果示す。この結果から、橋脚の固有振動数を算定する。これによって求めた固有振動数と標準値(既存の測定データから設定した固有振動数)あるいは設計上の固有振動数とを対比することにより、橋脚の健全度を判定する。橋梁１ｆの健全度の判定では、式２に示すように「実測固有振動数」と「固有振動数の標準値」との比を健全度指標(α)と呼び、判定の目安は表１に示すように「建造物保守管理の標準」（鉄道総合技術研究所：建造物保守管理の標準参照）に示されている判定ランクに対応させて区分している。
【００７５】
【数２】
2008255570.tif 000004
【００７６】
【表１】
2008255570.tif 000005
【００７７】
以上より、本発明の橋梁の診断データ収集システム１は、無線付橋梁センサモジュール１ａ、データ記録装置（記録装置）１ｂ、データ収集装置１ｃ（走行車両１ｅに搭載）、橋梁診断装置１ｄから構成される。診断のためのデータ（センサ情報）は定期的に無線付橋梁センサ１ａで計測され、その結果は無線付橋梁センサ１ａの無線によりデータ記録装置１ｂに格納される。その格納データは、定期的に橋梁１ｆを走行するデータ収集装置１ｃを搭載した走行車両１ｅに転送される。収集されたデータは、橋梁診断装置（診断装置）１ｄに入力され、橋梁１ｆの劣化及び／又は健全度が診断される。本発明の橋梁診断データ収集システム１によれば、橋梁１ｆの橋脚、桁または床版の複数位置に無線付き橋梁センサモジュール１ａを配置し、各橋梁センサモジュール１ａで診断に使用する加速度データ、ひずみデータおよび温度データを同時計測する。これらの橋梁データは、センサモジュール１ａ毎に無線通信によってデータ記録装置１ｂに記録することができる。また走行車両１ｅに搭載したデータ収集装置１ｃにデータ記録装置１ｂに記録されたデータを転送して橋梁データを収集することができる。収集されたデータを橋梁診断装置１ｄに入力し診断することができる。この結果、大型建造物またはその構成要素の維持管理、診断方法に用いることができる客観的かつ定量的で、日常的且つリアルタイムで常時監視可能であり、大型建造物の劣化・健全度診断データ収集システム等を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の活用例として、大型構造物、例えば橋梁、ビル、トンネル、ダム、擁壁等道路構造物、桶門・桶管等河川構造物、港湾構造物、上下水道施設等自体およびこれらの構成要素への適用が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の橋梁診断データ収集システム１を示す概略図である。
【図２】無線付橋梁センサモジュール１ａの構成を示すブロック図である。
【図３】無線付橋梁センサモジュール１ａの構成を示すブロック図である。
【図４】測定した結果データを示す図である。
【図５】ひずみセンサ３ｃを示す図である。
【図６】ひずみセンサ３ｃの特性を調査した実験の結果を示す図である。
【図７】製作した無線付橋梁センサモジュール１ａを示す図である。
【図８】製作した無線付橋梁センサモジュール１ａを示す図である。
【図９】データ記録装置１ｂの概要図である。
【図１０】データ記録装置１ｂの構成を示す図である。
【図１１】データ記録装置１ｂの外形寸法を示す図である。
【図１２】データ記録装置１ｃの電源部の構成を示す図である。
【図１３】データ記録装置１ｃの電源部の外形寸法を示す図である。
【図１４】無線モジュール６ｂの構成ブロック図である。
【図１５】各種３つの測定モードの詳細な流れを説明する図である。
【図１６】データ集積手順を示すフローチャートである。
【図１７】公道でのデータ収集実験結果を示す図である。
【図１８】収集した橋梁データの一例を示す図である。
【図１９】橋梁診断の流れを示すフローチャートである。
【図２０】橋脚の各部位の測定信号を示す図である。
【図２１】独立成分分析によって抽出された独立な信号情報とそのスペクトル解析結果とを示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  橋梁の診断データ収集システム、  １ａ  無線付き橋梁センサ、  １ｂ  データ記録装置、  １ｃ  データ収集装置、  １ｄ  橋梁診断装置、  １ｅ  走行車両、  １ｆ  橋梁、  ２ａ  橋梁センサＩＦボード、  ２ａ−１  内部加速度センタ、  ２ａ−２  温度センサ、  ２ｂ  無線モジュール、  ２ｃ  外部加速度センサ、  ３ｃ  ひずみセンサ、  ６ａ  無線ＬＡＮ搭載小型ＣＰＵボード、  ６ｂ  無線モジュール。
【図９】
2008255570.tif 000006
【図１０】
2008255570.tif 000007
【図１２】
2008255570.tif 000008
【図１４】
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【図１６】
2008255570.tif 000010
【図１９】
2008255570.tif 000011
【図１】
2008255570.tif 000012
【図２】
2008255570.tif 000013
【図３】
2008255570.tif 000014
【図４】
2008255570.tif 000015
【図５】
2008255570.tif 000016
【図６】
2008255570.tif 000017
【図７】
2008255570.tif 000018
【図８】
2008255570.tif 000019
【図１１】
2008255570.tif 000020
【図１３】
2008255570.tif 000021
【図１５】
2008255570.tif 000022
【図１７】
2008255570.tif 000023
【図１８】
2008255570.tif 000024
【図２０】
2008255570.tif 000025
【図２１】
2008255570.tif 000026