(57)【要約】【課題】測定振動信号のうち雑音が含まれる部分を自動的に除去して、測定振動信号のうち雑音が含まれない部分を解析することにより、測定対象の構造を簡易で迅速且つ正確に推定することができる振動解析装置及びこれを用いた振動計測時の解析区間の自動検出方法を提供すること。【解決手段】振動発生手段（起振機３）から測定対象（例えば、地盤１）に所定の振動周波数の振動を付与して前記測定対象を振動させる一方、前記測定対象の振動を振動測定手段（振動計測装置４）で測定して測定振動信号を出力させ、解析手段（振動解析手段５）により前記測定振動信号から所定レベル以上の雑音振動信号のある部分を除去して雑音除去振動信号とした後、前記雑音除去振動信号を解析して前記測定対象の構造を推定する様にしている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動発生手段から測定対象に所定の振動周波数の振動を付与して前記測定対象を振動させる振動付与手段と、前記測定対象の振動を測定する振動測定手段と、前記振動測定手段から出力される測定振動信号から所定レベル以上の雑音振動信号のある部分を除去して雑音除去振動信号とした後、前記雑音除去振動信号を解析して前記測定対象の構造を推定する解析手段を有することを特徴とする振動解析装置。
【請求項２】
振動発生手段から測定対象に所定の振動周波数の振動を付与して前記測定対象を振動させる一方、前記測定対象の振動を振動測定手段で測定して測定振動信号を出力させ、解析手段により前記測定振動信号から所定レベル以上の雑音振動信号のある部分を除去して雑音除去振動信号とした後、前記雑音除去振動信号を解析して前記測定対象の構造を推定することを特徴とする振動計測時の解析区間の自動検出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の振動計測時の解析区間自動検出方法において、前記解析手段は、前記測定振動信号を所定時間ごとの区間振動信号に分割して、前記所定レベル以上の雑音振動信号がある区間の区間振動信号を除いて前記測定対象の構造を推定することを特徴とする振動計測時の解析区間の自動検出方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の振動計測時の解析区間自動検出方法において、前記解析手段は、ある区間での時間軸上での複数の点の２乗値の総和を求めて、区間ごとの振動の大きさを算出し、振動値が所定レベルを超えている区間を解析対象から外すことを特徴とする振動計測時の解析区間の自動検出方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一つに記載の振動計測時の解析区間自動検出方法において、前記測定対象は地盤であることを特徴とする振動計測時の解析区間の自動検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば地盤等の測定対象の構造を探査するための振動解析装置及びこれを用いた振動計測時の解析区間の自動検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば測定対象としての地盤の地下構造を調査する方法として、ボーリング孔を用いる方法や、反射法のような地震探査法がある。
【０００３】
また、最近では、表面波を用いる地盤振動測定方法が提案されている。この地盤振動測定方法は、比較的深層部の調査では常時振動を用い、宅地等の浅層部の調査では起振機等を用いて地盤を振動させ、振動の上下成分であるレイリー波を観測して周波数−波数スペクトル法や空間自己相関法によって周波数と位相速度との関係（観測分散特性）を得るものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そして、地盤の地下構造モデルから計算される理論上の周波数と位相速度との関係（理論分散特性）と、前記の観測分散特性とを比較し、地盤の地下構造モデルの修正を繰り返すことにより、位相速度に対する地盤の地下構造を推定するインバージョン法が用いられる。
【０００５】
このようなインバージョン法による地下構造の調査を行う場合は、地表面に複数個の振動センサを設置し、複数個のセンサにより地盤振動を同時に測定し、各振動センサ間の波の位相速度の関係を基に地盤の地下構造の調査を行っている。
【０００６】
また、雑音が含まれる音声信号の周波数から最低値を検出し、この最低値を上回る部分を音声信号と判断する様にした雑音推定装置、雑音除去装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
この雑音推定装置、雑音除去装置は、所定期間の入力信号を抽出する時間領域抽出手段と、抽出された所定期間の入力信号を周波数領域信号に変換する時間・周波数変換手段と、前記時間・周波数変換手段により周波数領域信号に変換された入力信号を所定周波数帯域毎に周波数領域分割する周波数領域分割手段とを備えている。そして、雑音推定装置は分割された周波数領域毎に、過去の１又は複数の所定期間の周波数領域信号を参照して雑音を推定する雑音推定手段を有し、雑音除去装置は分割された周波数領域毎に推定された雑音を引き算して、雑音を除去する雑音除去手段を有している。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２４１５５８号
【特許文献２】
特開２００２−２５８８９３号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した表面波を用いる地盤振動測定法において、センサで検出される振動周波数には種々の雑音が含まれる場合がある。この雑音としては、起振機で生じる振動周波数以外の振動成分、例えば道路沿いであれば車両の走行に伴う振動成分、実際に生じた地震等の振動成分等その他の振動成分が考えられる。この様な雑音が含まれる振動周波数から地盤の構造を正確に推定するのは難しいものである。
【００１０】
この地盤の構造を正確に推定するためには、起振機で振動させられた地盤の振動周波数から雑音の周波数を除去して、この雑音が除去された振動周波数を解析する必要がある。この雑音除去に上述した雑音推定装置、雑音除去装置の技術を利用することが考えられる。
【００１１】
しかしながら、上述した雑音推定装置、雑音除去装置では、時間・周波数変換手段により時間領域抽出手段で抽出された所定期間の入力信号を周波数領域信号に変換しているため、この変換を行う時間だけ雑音推定や雑音除去に時間がかかるものであった。
【００１２】
そこで、この発明は、測定振動信号のうち雑音が含まれる部分を自動的に除去して、測定振動信号のうち雑音が含まれない部分を解析することにより、測定対象の構造を簡易で迅速且つ正確に推定することができる振動解析装置及びこれを用いた振動計測時の解析区間の自動検出方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１の発明の振動解析装置は、振動発生手段から測定対象に所定の振動周波数の振動を付与して前記測定対象を振動させる振動付与手段と、前記測定対象の振動を測定する振動測定手段と、前記振動測定手段から出力される測定振動信号から所定レベル以上の雑音振動信号のある部分を除去して雑音除去振動信号とした後、前記雑音除去振動信号を解析して前記測定対象の構造を推定する解析手段を有することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、測定振動信号のうち雑音が含まれる部分を自動的に迅速に除去して、測定振動信号のうち雑音が含まれない部分を解析することにより、測定対象の構造を簡易で迅速に且つ正確に推定することができる。
【００１５】
また、上述した目的を達成するため、請求項２の発明の振動計測時の解析区間の自動検出方法は、振動発生手段から測定対象に所定の振動周波数の振動を付与して前記測定対象を振動させる一方、前記測定対象の振動を振動測定手段で測定して測定振動信号を出力させ、解析手段により前記測定振動信号から所定レベル以上の雑音振動信号のある部分を除去して雑音除去振動信号とした後、前記雑音除去振動信号を解析して前記測定対象の構造を推定することを特徴とする。
【００１６】
この振動計測時の解析区間の自動検出方法によれば、測定振動信号のうち雑音が含まれる部分を自動的に迅速に除去して、測定振動信号のうち雑音が含まれない部分を解析することにより、測定対象の構造を簡易で迅速に且つ正確に推定することができる。
【００１７】
また、請求項３の発明は、請求項２に記載の振動計測時の解析区間自動検出方法において、前記解析手段は、前記測定振動信号を所定時間ごとの区間振動信号に分割して、前記所定レベル以上の雑音振動信号がある区間の区間振動信号を除いて前記測定対象の構造を推定することを特徴とする。
【００１８】
この方法によれば、雑音が含まれる区間の区間振動信号を除くので、測定対象の構造を確実且つ正確に推定することができる。
【００１９】
更に、請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の振動計測時の解析区間自動検出方法において、前記解析手段は、ある区間での時間軸上での複数の点の２乗値の総和を求めて、区間ごとの振動の大きさを算出し、振動値が所定レベルを超えている区間を解析対象から外すことを特徴とする。
【００２０】
この方法によれば、雑音が含まれる区間を簡易且つ確実に推定して除去できる。
【００２１】
また、請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか一つに記載の振動計測時の解析区間自動検出方法において、前記測定対象は地盤であることを特徴とする。
【００２２】
この方法によれば、測定振動信号のうち雑音が含まれる部分を自動的に迅速に除去して、測定対象である地盤の構造を簡易で迅速に且つ正確に推定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１において、１は測定対象である地盤、２は測定対象の構造を探査解析するために表面波を用いる振動解析装置としての振動測定システム（振動計測時の解析区間の自動検出システム）である。
【００２５】
この振動測定システム２は、測定対象に所定の振動周波数の振動を付与して前記測定対象を振動させる振動発生装置（振動発生手段）としての起振機３と、測定対象の振動を測定して測定振動信号を出力させる振動計測装置（振動測定手段）４と、測定振動信号から所定レベル以上の雑音振動信号のある部分を除去して雑音除去振動信号とした後、前記雑音除去振動信号を解析して前記測定対象の構造を推定する振動解析手段５を有する。
【００２６】
振動計測装置４は、振動検出手段としての複数の振動検出センサ６，７，８と、振動検出センサ６，７，８で検出された振動を計測する振動計測回路（振動計測部）９を有する。この振動検出センサ６，７，８としては、速度センサや加速度センサを用いることができる。
【００２７】
また、振動解析手段５は、制御装置（制御手段）である演算制御回路１０，記録手段であるデータ記録再生装置１１，雑音除去手段である信号処理回路１２，信号解析手段である信号解析回路１３，表示部（表示手段）である液晶表示器等の表示装置１４を有する。そして、振動計測装置４，データ記録再生装置１１，信号処理回路１２，信号解析回路１３，表示装置１４は演算制御回路１０に接続されている。
【００２８】
そして、演算制御回路１０には、振動計測回路９からの測定振動信号が入力される様になっている。この演算制御回路１０は、振動計測回路９から入力される測定振動信号を測定振動データとしてデータ記録再生装置１１に記録させる様になっている。また、演算制御回路１０は、信号処理回路１２を動作制御して、データ記録再生装置１１に記録された測定振動信号から所定レベル以上の雑音振動信号のある部分を信号処理回路１２により除去して雑音除去振動信号とさせ、この雑音除去振動信号をデータ記録再生装置１１に記録させるようになっている。
【００２９】
更に、演算制御回路１０は、信号解析回路１３を動作制御して、データ記録再生装置１１に記録させた雑音除去振動信号を呼び出して、この呼び出した雑音除去振動信号を信号解析回路１３により解析させて測定対象である地盤の構造を推定させる様になっている。
【００３０】
また、演算制御回路１０は、振動発生回路（起振機駆動回路）１５を動作制御して起振機３を駆動させ、起振機３で地盤１に所定の振動周波数の振動を付与させるようになっている。
【００３１】
次に、この様な構成の振動測定システム１により地盤１の知りたい部分の構造を測定して推定する方法について説明する。
【００３２】
地盤１の測定したい部分の上方の複数箇所に振動検出センサ６，７，８を配置すると共に、振動検出センサ６，７，８から離れた場所に起振機３を配置する。
【００３３】
一方、振動測定システム１の演算制御回路１０を作動させると共に、図示しないスイッチを操作して演算制御回路１０により振動発生回路１５を動作制御させる。この演算制御回路１０は、振動発生回路１５により起振機３を駆動させ、起振機３で地盤１に所定の振動周波数の振動を付与させる。この振動周波数は、測定したい部分の深さに応じて手動又は自動で変える様にできる。この様な振動の付与の仕方には周知の技術を用いることができるので、その説明は省略する。
【００３４】
この起振機３で地盤１が振動させられると、この振動は振動検出センサ６，７，８で検出され、振動検出センサ６，７，８から振動信号が出力される。この振動信号は、図２に示したように、時間［ｓ］の経過に伴う電圧［Ｖ］の変化として出力される。
【００３５】
この振動検出センサ６，７，８から出力される振動信号は、振動計測回路９を介して測定振動信号として演算制御回路１０に入力され、演算制御回路１０により測定振動データとしてデータ記録再生装置１１に記録させられる。この様な振動の測定は、例えば１５分間或いは３０分間等の長時間実行する。
【００３６】
そして、演算制御回路１０は、信号処理回路１２を動作制御して、データ記録再生装置１１に記録された測定振動信号を時間軸上で所定時間Ｔごとに複数（又は多数）の区間Ｔｉ（ｉ＝０，１，２，…ｎ）に分割処理させる。例えば、所定時間Ｔを１秒とすると、１秒ごとの区間Ｔｎに分割処理する。
【００３７】
しかも、演算制御回路１０は、信号処理回路１２を動作制御して、分割処理した区間Ｔｉから所定レベル以上の雑音振動信号が所定時間以上ある部分を信号処理回路１２により除去して雑音除去振動信号とさせ、この雑音除去振動信号をデータ記録再生装置１１に記録させるようになっている。
【００３８】
この場合、演算制御回路１０は、信号処理回路１２を動作制御して、各区間Ｔ１〜Ｔｎをそれぞれ時間軸上で複数の測定点Ｓｉ（ｉ＝０，１，２，…ｎ）に分け（例えば、時間軸上で５１２の測定点Ｓｉに分け）、測定点Ｓ１〜Ｓｎにおける振動信号の電圧Ｖ１〜Ｖｎをサンプリングして、このサンプリングした電圧Ｖ１〜Ｖｎの２乗値の総和Ｘを演算して求める。この総和Ｘは、各区間Ｔｉ（Ｔ１〜Ｔｎ）ごとにＸｉ（Ｘ１〜Ｘｎ）としてそれぞれ求められる。そして、演算制御回路１０は、この求めた総和Ｘｉがある値（所定レベル、即ち所定の閾値）を超えていれば、演算制御回路１０は突発的なノイズ（雑音）が発生した区間として総和Ｘｉに対応する区間Ｔｉを解析対象から除去する（外す）。
【００３９】
この際、ある値（所定レベル、即ち所定の閾値）の設定方法としては、従来の知見から設定した固定値でも良いし、ある一定時間、データを収録後、最大の区間振動値に対するパーセント値で設定しても良い。
【００４０】
そして、演算制御回路１０は、この様にしてノイズがある区間を除去した残りの振動信号を雑音除去振動信号のデータとしてデータ記録再生装置１１に記録させる。この後、演算制御回路１０は、信号解析回路１３を動作制御して、データ記録再生装置１１に記録させた雑音除去振動信号を呼び出して、この呼び出した雑音除去振動信号を信号解析回路１３によりＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）分析などの解析をさせる。
【００４１】
この解析の結果は、図４に示したように、振動の周期（ｓ）と強度（−）との関係で求められる。この図４では、破線で示した振動曲線１６がノイズ（雑音）をカットしない場合のデータであり、実線で示した振動曲線１７がノイズ（雑音）をカットした場合のデータである。そして、演算制御回路１０は、この解析結果の振動曲線１７から測定対象である地盤の構造を推定させる。
【００４２】
この様な測定解析により、従来とは異なり、周波数変換が不要であり、簡易にノイズ以外の部分が抽出できると共に、正確な解析結果を得ることができる。また、地面の微少な振動を測定する際、対象外の例えば交通振動等を除去したい場合に利用できる。
【００４３】
以上説明したようにこの発明の実施の形態の振動計測システム（振動解析装置）は、測定対象に所定の振動周波数の振動を付与して前記測定対象（例えば地盤１）を振動させる振動発生手段（起振機３）と、前記測定対象の振動を測定して測定振動信号を出力させる振動測定手段（振動計測装置）４と、前記測定振動信号から所定レベル以上の雑音振動信号のある部分を除去して雑音除去振動信号とした後、前記雑音除去振動信号を解析して前記測定対象の構造を推定する解析手段（振動解析手段５）を備えている。
【００４４】
この構成の解析区間の自動検出方法によれば、測定振動信号のうち雑音が含まれる部分を自動的に迅速に除去して、測定振動信号のうち雑音が含まれない部分を解析することにより、測定対象の構造を簡易で迅速に且つ正確に推定することができる。
【００４５】
また、この発明の実施の形態の振動計測時の解析区間の自動検出方法では、振動発生手段（起振機３）から測定対象（例えば、地盤１）に所定の振動周波数の振動を付与して前記測定対象を振動させる一方、前記測定対象の振動を振動測定手段（振動計測装置４）で測定して測定振動信号を出力させ、解析手段（振動解析手段５）により前記測定振動信号から所定レベル以上の雑音振動信号のある部分を除去して雑音除去振動信号とした後、前記雑音除去振動信号を解析して前記測定対象の構造を推定する様にしている。
【００４６】
この振動計測時の解析区間の自動検出方法によれば、測定振動信号のうち雑音が含まれる部分を自動的に迅速に除去して、測定振動信号のうち雑音が含まれない部分を解析することにより、測定対象の構造を簡易で迅速に且つ正確に推定することができる。
【００４７】
また、この発明の実施の形態の振動計測時の解析区間の自動検出方法における前記解析手段（振動解析手段５）は、前記測定振動信号を所定時間ごとの区間振動信号に分割して、前記所定レベル以上の雑音振動信号がある区間の区間振動信号を除いて前記測定対象の構造を推定する様にしている。
【００４８】
この方法によれば、雑音が含まれる区間の区間振動信号を除くので、測定対象の構造を確実且つ正確に推定することができる。
【００４９】
更に、この発明の実施の形態の振動計測時の解析区間の自動検出方法における前記解析手段（振動解析手段５）は、ある区間での時間軸上での複数の点の２乗値の総和を求めて、区間ごとの振動の大きさを算出し、振動値が所定レベルを超えている区間を解析対象から外すことを特徴とする。
【００５０】
この方法によれば、雑音が含まれる区間を簡易且つ確実に推定して除去できる。
【００５１】
また、この発明の実施の形態の振動計測時の解析区間の自動検出方法では、前記測定対象は地盤１としている。この方法によれば、測定振動信号のうち雑音が含まれる部分を自動的に迅速に除去して、測定対象である地盤の構造を簡易で迅速に且つ正確に推定することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、２の発明によれば、測定振動信号のうち雑音が含まれる部分を自動的に迅速に除去して、測定振動信号のうち雑音が含まれない部分を解析することにより、測定対象の構造を簡易で迅速に且つ正確に推定することができる。
【００５３】
また、請求項３の発明によれば、雑音が含まれる区間の区間振動信号を除くので、測定対象の構造を確実且つ正確に推定することができる。
【００５４】
更に、請求項４の発明によれば、雑音が含まれる区間を簡易且つ確実に推定して除去できる。
【００５５】
また、請求項５の発明によれば、測定振動信号のうち雑音が含まれる部分を自動的に迅速に除去して、測定対象である地盤の構造を簡易で迅速に且つ正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる振動計測時の解析区間の自動検出方法のための振動測定システムの説明図である。
【図２】図１の振動測定システムで測定されたノイズを含む測定振動信号の一例を示す振動波形図である。
【図３】図２の測定振動信号から雑音振動信号を除去したのこりの雑音除去振動信号の一例を示す振動波形図である。
【図４】ノイズをカットした場合とカットしない場合の振動解析結果の説明図である。
【符号の説明】
１…地盤（測定対象）
３…起振機（振動発生手段）
４…振動測定装置（振動を振動測定手段）
５…振動解析手段（解析手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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