(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋梁を通過する車両の車重を計測するための橋梁通過車両監視システムであって、
前記橋梁における車重の１測定位置ごとに１個が配置されると共に、前記測定位置を車軸が通過する際に橋梁に生じるひずみを計測するひずみ計と、
予め選定された３軸以上の大型車両の軸間距離のデータを車種と共に登録した軸間距離データベースと、前記測定位置を所定の基準軸重が通過したときの基準軸重ひずみ波形とを記憶する車両辞書記憶部と、
前記ひずみ計により計測された波形データから、車両１台分の波形を切り出す波形抽出部と、
前記波形抽出部により抽出された車両１台分の波形から車軸が通過したタイミングを検出する車軸通過タイミング特定処理部と、
前記車軸通過タイミング特定処理部により検出された車軸の通過タイミングを基に、通過した車両の軸間比率を算出する軸間比率算出処理部と、
前記軸間比率算出処理部により算出された軸間比率のデータと、前記軸間距離データベースに登録された軸間距離を基に算出される軸間比率のデータとを比較し、通過した大型車両の軸間距離、車種を特定すると共に、前記通過タイミングと前記特定された軸間距離とを基に車速を算出する軸間距離特定処理部と、
前記軸間距離特定処理部により算出された車速を基に、車軸の通過タイミングに合わせて、前記基準軸重のひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成し、該基準軸重ひずみ波形と、実際に計測された車両一台分のひずみ波形のデータとを比較し、各軸の軸重を算出する軸重算出処理部と、
を備えることを特徴とする橋梁通過車両監視システム。
【請求項２】
前記軸重算出処理部は、
前記軸間距離特定処理部により算出された車速を基に、車軸の通過タイミングに合わせて、前記基準軸重ひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成し、該基準軸重ひずみ波形における第１の軸をｎ１倍、第２の軸をｎ２倍、第３の軸をｎ３倍、・・・、第ｎの軸をｎｎ倍（ｎ１〜ｎｎは正の数）した結果のひずみ波形のデータと、実際に計測された車両一台分のひずみ波形のデータとを比較し、最小二乗法によって、２つの波形の誤差が最小になるように、前記の各軸の倍率ｎ１、ｎ２、・・、ｎｎを求めて各軸の軸重を算出すること
を特徴とする請求項１に記載の橋梁通過車両監視システム。
【請求項３】
前記車軸通過タイミング特定処理部は、
前記ひずみ波形に含まれる変曲点を検出することによって車軸の通過タイミングを特定するように構成され、
また、前記基準軸重は１トンであり、予め軸重が分かっているWトンの車軸を通過させて測定されたひずみ波形を基に、該測定されたＷトンのひずみ波形の振幅を１／Ｗ倍して前記基準軸重ひずみ波形を生成するように構成されたこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の橋梁通過車両監視システム。
【請求項４】
橋梁を通過する車両の車重を計測するための橋梁通過車両監視システムにおける橋梁通過車両監視方法であって、
前記橋梁における車重の１測定位置ごとに、車軸が通過する際に橋梁に生じるひずみを計測するひずみ計を１個配置すると共に、
前記橋梁通過車両監視システム内の制御部により、
予め選定された大型車両の軸間距離のデータを車種と共に登録した軸間距離データベースと、前記測定位置を所定の基準軸重が通過したときの基準軸重ひずみ波形とを車両辞書記憶部に記憶する手順と、
前記ひずみ計により計測された波形データから、車両１台分の波形を切り出す波形抽出手順と、
前記波形抽出手順により抽出された車両１台分の波形から車軸が通過したタイミングを検出する車軸通過タイミング特定処理手順と、
前記車軸通過タイミング特定処理手順により検出された車軸の通過タイミングを基に、通過した車両の軸間比率を算出する軸間比率算出処理手順と、
前記軸間比率算出処理手順により算出された軸間比率のデータと、前記軸間距離データベースに登録された軸間距離を基に算出される軸間比率のデータとを比較し、通過した大型車両の軸間距離、車種を特定すると共に、前記通過タイミングと前記特定された軸間距離とを基に車速を算出する軸間距離特定処理手順と、
前記軸間距離特定処理手順により算出された車速を基に、車軸の通過タイミングに合わせて、前記基準軸重のひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成し、該基準軸重ひずみ波形と、実際に計測された車両一台分のひずみ波形のデータとを比較し、各軸の軸重を算出する軸重算出処理手順と、
が行なわれることを特徴とする橋梁通過車両監視方法。
【請求項５】
橋梁を通過する車両の車重を計測するための橋梁通過車両監視システムであって、前記橋梁における車重の１測定位置ごとに、車軸が通過する際に橋梁に生じるひずみを計測するひずみ計が１個配置される橋梁通過車両監視システム内のコンピュータに、
予め選定された大型車両の軸間距離のデータを車種と共に登録した軸間距離データベースと、前記測定位置を所定の基準軸重が通過したときの基準軸重ひずみ波形とを車両辞書記憶部に記憶する手順と、
前記ひずみ計により計測された波形データから、車両１台分の波形を切り出す波形抽出手順と、
前記波形抽出手順により抽出された車両１台分の波形から車軸が通過したタイミングを検出する車軸通過タイミング特定処理手順と、
前記車軸通過タイミング特定処理手順により検出された車軸の通過タイミングを基に、通過した車両の軸間比率を算出する軸間比率算出処理手順と、
前記軸間比率算出処理手順により算出された軸間比率のデータと、前記軸間距離データベースに登録された軸間距離を基に算出される軸間比率のデータとを比較し、通過した大型車両の軸間距離、車種を特定すると共に、前記通過タイミングと前記特定された軸間距離とを基に車速を算出する軸間距離特定処理手順と、
前記軸間距離特定処理手順により算出された車速を基に、車軸の通過タイミングに合わせて、前記基準軸重のひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成し、該基準軸重ひずみ波形と、実際に計測された車両一台分のひずみ波形のデータとを比較し、各軸の軸重を算出する軸重算出処理手順と、
を実行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、橋梁を通過する車両の重量を計測する橋梁通過車両監視システム、橋梁通過車両監視方法、およびコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁の維持管理をする上で、橋梁を通過する大型車両の車軸重量が、橋梁の損傷を予測するために重要な情報となる。軸重測定ため、橋梁の主桁に設置したひずみ計から車両通過時のひずみ値を連続測定し、軸重を算出する手法Weight In Motionが提案されている。この手法では通過する車両の車軸間隔（軸間距離）が必要となるが、既存の手法（例えば、非特許文献１を参照）では車線ごとに、車軸通過に鋭敏な２つの箇所にひずみ計（以下、車軸検知用ひずみ計）を追加設置し、以下の方法で車軸間隔を算出している。
【０００３】
図１３（Ａ）は、大型トラック等の３軸車両の通過時における、車軸検知用ひずみ計による測定結果、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）と同じく大型トラック等の３軸車両の通過時における、車重算出用ひずみ計による測定結果を示している。以下、図１３（Ａ）および（Ｂ）の測定結果を基に、車軸間隔を算出する方法について説明する。
【０００４】
まず、第１の手順として、図１３（Ａ）に示すように、ひずみは車軸が通過する前は徐々に増大し、車軸が通過した後は徐々に減少するため、ひずみ波形からピーク検出を行って車軸の通過タイミングを特定する。
【０００５】
次に、第２の手順として、車両通過時には車軸の通過が複数回検出されるため、２つの車軸検知用ひずみ計の間で、車軸の通過タイミングの対応関係を特定する。
【０００６】
続いて、第３の手順として、通過タイミングの対応関係を特定した結果を用いて、同じ車軸の通過タイミングの差から、２つの車軸検知用ひずみ計の間を走行した時間を算出する。
【０００７】
そして、手順４として、２つの車軸検知用ひずみ計の設置間隔と走行時間から走行速度を算出する。そして、手順２により特定した各軸の通過タイミングと手順４により算出した車速から車軸間隔を算出する。
【非特許文献１】小林佑介、外２名“リアルタイム全自動処理Weight−In−Motionによる長期交通加重モニタリング”、土木学会論文集，２００４年１０月，Ｎｏ．７７３／Ｉ−６９，pp.99-112
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の方法では車線ごと（１測定位置ごとに）重量算出用のひずみ計１個と車軸検知用ひずみ計２個の計３個のひずみ計が必要となるため、多車線の橋梁では多くのひずみ計を必要とし、設置コストやデータ処理時間が増大する。また、２個の車軸検知用ひずみ計の設置位置の間で車速が変化すると車軸間隔の精度が低下する問題もある。
【０００９】
そこで１個の車重算出用ひずみ計から車軸間隔を得ることができれば、ひずみ計の数を３個から１個に削減でき、測定箇所が１箇所になるため速度変更の影響を受ける可能性が小さくなる。
【００１０】
しかし、測定箇所を１箇所にすると、車重算出には、車軸通過の前後でひずみがゆっくりと変化する測定箇所が望ましいため、ピーク検出のような手法では車軸間隔が狭い場合に車軸の通過タイミングを特定することが難しいという問題があった。
【００１１】
具体的には、図１３（Ｂ）に示すように、軸重が異なる車軸が近接している場合に、重量が軽い車軸は隣接する重い車軸の影響でピークが生じないことが多い。さらに、通過タイミングを１箇所でしか特定できないため車速を算出できず、各軸の通過タイミングからは軸間距離の比率しか決定できないという問題があった。
【００１２】
このため、ひずみ計を１個に削減しても、車両の軸間距離および車速を特定でき、さらには車種を特定できる橋梁通過車両監視システムの提供が望まれていた。またさらに、ひずみ計を１個に削減しても、車両の軸重を効果的に計測できる橋梁通過車両監視システムの提供が望まれていた。
【００１３】
本発明は、斯かる実情に鑑みなされたものであり、本発明の第１の目的は、従来は１測定位置ごとに３個必要であったひずみ計を１個に削減しても、軸間距離、および車種を特定できる、橋梁通過車両監視システムを提供することにある。
【００１４】
また、本発明の第２の目的は、ひずみ計を１個に削減しても、軸間距離、車速、車種、および軸重を特定できる、橋梁通過車両監視システム、橋梁通過車両監視方法、およびコンピュータプログラムを提供することにある。
【００１５】
また、本発明のさらなる目的は、ひずみ計の個数を削減することにより、ひずみ計の設置や維持管理に関するコストを削減できると共に、処理・保存するデータの量を削減でき、さらには、ひずみ計を１測定位置に１個しか設置しないことにより、車速変更や車線変更の影響を受けにくい、橋梁通過車両監視システム、橋梁通過車両監視方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
また、本発明の橋梁通過車両監視システムは、橋梁を通過する車両の車重を計測するための橋梁通過車両監視システムであって、前記橋梁における車重の１測定位置ごとに１個が配置されると共に、前記測定位置を車軸が通過する際に橋梁に生じるひずみを計測するひずみ計と、予め選定された３軸以上の大型車両の軸間距離のデータを車種と共に登録した軸間距離データベースと、前記測定位置を所定の基準軸重が通過したときの基準軸重ひずみ波形とを記憶する車両辞書記憶部と、前記ひずみ計により計測された波形データから、車両１台分の波形を切り出す波形抽出部と、前記波形抽出部により抽出された車両１台分の波形から車軸が通過したタイミングを検出する車軸通過タイミング特定処理部と、前記車軸通過タイミング特定処理部により検出された車軸の通過タイミングを基に、通過した車両の軸間比率を算出する軸間比率算出処理部と、前記軸間比率算出処理部により算出された軸間比率のデータと、前記軸間距離データベースに登録された軸間距離を基に算出される軸間比率のデータとを比較し、通過した大型車両の軸間距離、車種を特定すると共に、前記通過タイミングと前記特定された軸間距離とを基に車速を算出する軸間距離特定処理部と、前記軸間距離特定処理部により算出された車速を基に、車軸の通過タイミングに合わせて、前記基準軸重のひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成し、該基準軸重ひずみ波形と、実際に計測された車両一台分のひずみ波形のデータとを比較し、各軸の軸重を算出する軸重算出処理部と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の橋梁通過車両監視システムでは、３軸以上の大型車両の軸間距離のデータを車種と共に軸間距離データベースに登録しておく。また、所定の基準軸重が通過したときの基準軸重ひずみ波形を記憶しておく。そして、計測したひずみ波形から車軸が通過したタイミングを検出し、この通過タイミングから、通過した車両の軸間比率を算出する。そして、通過タイミングから算出した軸間比率と、軸間距離データベースに登録された軸間距離から算出される軸間比率とを比較し、大型車両の軸間距離、車速および車種を特定する。また、車軸の通過タイミングに合わせて、基準軸重ひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成し、該基準軸重ひずみ波形と、実際に計測された車両一台分のひずみ波形のデータとを比較し、各軸の軸重を算出する。
これにより、従来は１測定位置ごとに３個必要であったひずみ計を１個に削減しても、橋梁を通過する車両の軸間距離、車速、車種、および軸重を特定できる。
【００１８】
また、本発明の橋梁通過車両監視システムは、前記軸重算出処理部は、前記軸間距離特定処理部により算出された車速を基に、車軸の通過タイミングに合わせて、前記基準軸重ひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成し、該基準軸重ひずみ波形における第１の軸をｎ１倍、第２の軸をｎ２倍、第３の軸をｎ３倍、・・・、第ｎの軸をｎｎ倍（ｎ１〜ｎｎは正の数）した結果のひずみ波形のデータと、実際に計測された車両一台分のひずみ波形のデータとを比較し、最小二乗法によって、２つの波形の誤差が最小になるように、前記の各軸の倍率ｎ１、ｎ２、・・、ｎｎを求めて各軸の軸重を算出することを特徴とする。
上記構成からなる本発明の橋梁通過車両監視システムでは、車軸の通過タイミングに合わせて、基準軸重ひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成する。そして、「各軸をｎ１倍、ｎ２倍、ｎ３倍、・・・、ｎｎ倍」した結果の波形と、実際に計測された「車両一台分のひずみデータ」とを比較し、最小二乗法によって、２つのひずみ波形の誤差が最小になるように、各軸の軸重を算出する。すなわち、２つのひずみ波形の誤差が最小になるように、各軸の倍率ｎ１、ｎ２、ｎ３、・・・、ｎｎ、を求めて各軸の軸重を算出する。
これにより、１個のひずみ計により、軸重を容易に特定できる。
【００１９】
また、本発明の橋梁通過車両監視システムは、前記車軸通過タイミング特定処理部は、前記ひずみ波形に含まれる変曲点を検出することによって車軸の通過タイミングを特定するように構成され、また、前記基準軸重は１トンであり、予め軸重が分かっているWトンの車軸を通過させて測定されたひずみ波形を基に、該測定されたＷトンのひずみ波形の振幅を１／Ｗ倍して前記基準軸重ひずみ波形を生成するように構成されたことを特徴とする。
上記構成からなる本発明の橋梁通過車両監視システムでは、計測されたひずみ波形から車軸の通過タイミングを特定する際に、ひずみ波形を微分し、微分値が０、すなわち傾きが変化した点を車軸が通過した点として抽出する。また、基準軸重１トンのひずみ波形を求める際には、Wトンの車軸を実際に通過させてひずみ波形を測定し、該測定されたＷトンのひずみ波形の振幅を１／Ｗ倍して１トンの基準軸重ひずみ波形を求める。
これにより、計測されたひずみ波形から車軸の通過タイミングを容易に特定でき、また、基準軸重ひずみ波形を容易に求めることができる。
【００２０】
また、本発明の橋梁通過車両監視方法は、橋梁を通過する車両の車重を計測するための橋梁通過車両監視システムにおける橋梁通過車両監視方法であって、前記橋梁における車重の１測定位置ごとに、車軸が通過する際に橋梁に生じるひずみを計測するひずみ計を１個配置すると共に、前記橋梁通過車両監視システム内の制御部により、予め選定された大型車両の軸間距離のデータを車種と共に登録した軸間距離データベースと、前記測定位置を所定の基準軸重が通過したときの基準軸重ひずみ波形とを車両辞書記憶部に記憶する手順と、前記ひずみ計により計測された波形データから、車両１台分の波形を切り出す波形抽出手順と、前記波形抽出手順により抽出された車両１台分の波形から車軸が通過したタイミングを検出する車軸通過タイミング特定処理手順と、前記車軸通過タイミング特定処理手順により検出された車軸の通過タイミングを基に、通過した車両の軸間比率を算出する軸間比率算出処理手順と、前記軸間比率算出処理手順により算出された軸間比率のデータと、前記軸間距離データベースに登録された軸間距離を基に算出される軸間比率のデータとを比較し、通過した大型車両の軸間距離、車種を特定すると共に、前記通過タイミングと前記特定された軸間距離とを基に車速を算出する軸間距離特定処理手順と、前記軸間距離特定処理手順により算出された車速を基に、車軸の通過タイミングに合わせて、前記基準軸重のひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成し、該基準軸重ひずみ波形と、実際に計測された車両一台分のひずみ波形のデータとを比較し、各軸の軸重を算出する軸重算出処理手順と、が行なわれることを特徴とする。
これにより、従来は１測定位置ごとに３個必要であったひずみ計を１個に削減しても、橋梁を通過する車両の軸間距離、車速、車種、および軸重を特定できる。
【００２１】
また、本発明のコンピュータプログラムは、橋梁を通過する車両の車重を計測するための橋梁通過車両監視システムであって、前記橋梁における車重の１測定位置ごとに、車軸が通過する際に橋梁に生じるひずみを計測するひずみ計が１個配置される橋梁通過車両監視システム内のコンピュータに、予め選定された大型車両の軸間距離のデータを車種と共に登録した軸間距離データベースと、前記測定位置を所定の基準軸重が通過したときの基準軸重ひずみ波形とを車両辞書記憶部に記憶する手順と、前記ひずみ計により計測された波形データから、車両１台分の波形を切り出す波形抽出手順と、前記波形抽出手順により抽出された車両１台分の波形から車軸が通過したタイミングを検出する車軸通過タイミング特定処理手順と、前記車軸通過タイミング特定処理手順により検出された車軸の通過タイミングを基に、通過した車両の軸間比率を算出する軸間比率算出処理手順と、前記軸間比率算出処理手順により算出された軸間比率のデータと、前記軸間距離データベースに登録された軸間距離を基に算出される軸間比率のデータとを比較し、通過した大型車両の軸間距離、車種を特定すると共に、前記通過タイミングと前記特定された軸間距離とを基に車速を算出する軸間距離特定処理手順と、前記軸間距離特定処理手順により算出された車速を基に、車軸の通過タイミングに合わせて、前記基準軸重のひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成し、該基準軸重ひずみ波形と、実際に計測された車両一台分のひずみ波形のデータとを比較し、各軸の軸重を算出する軸重算出処理手順と、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ひずみ計の数を削減できるため、設置や維持管理に関するコストを削減できる。また、ひずみ計の数を削減できるため、処理・保存するデータの量を削減でき、計算時間の短縮や計算機資源の削減が可能となる。高速で通過する車両も対象とすると、ひずみは１００Ｈｚ以上の高頻度で測定する必要があるため、データ量は膨大になり、この効果は大きい。
【００２３】
また、ひずみ計を、１測定位置ごとに１箇所しか設置しないため、車速変更や車線変更の影響を受けにくくなる。従来技術の方法では、車両通過時には車軸の通過が複数回検出されるため、２つの車軸検知用ひずみ計の間で、車軸の通過タイミングの対応関係を特定する処理が必要であり、対応誤りも生じる可能性があるが、本発明であればその必要が無く、誤りの影響もない。さらに、大型車両のデータベースと照合するため、軸間距離だけでなく、車種も同時に特定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
［概要］
本明細書において「測定位置」とは、通過する車両の軸重を測定するための場所を意味し、この「測定位置」の１つにおいて、従来は３箇所にひずみ計（合計３個のひずみ計）を配置していたが、本発明に橋梁通過車両監視システムでは、１つの測定位置ごとに、１個のひずみ計のみを配置する。
【００２５】
１測定位置当り従来は３個使用していたひずみ計を１個にした場合、車両の通過タイミングを特定することが難しいという問題に対して、本発明の橋梁通過車両監視システムでは以下のようにしている。すなわち、重量算出用のひずみ測定箇所であっても、車軸通過前にひずみが増加して通過後にひずみが減少する点は車軸検知用の測定箇所と同じであり、車軸の通過タイミングはひずみ波形において変曲点として現れる。そこで、重量算出用のひずみ波形に含まれる変曲点を検出することによって車軸の通過タイミングを特定して解決する。
【００２６】
変曲点の特定方法としては様々な方法が考えられるが、例えば、ひずみ波形の方向（微分値の極性）が変化した点を変曲点とする、といった方法が考えられる。
【００２７】
また、通過タイミングを１箇所でしか特定できないため、車速を算出できず、各軸の通過タイミングからは軸間距離の比率しか決定できないという問題に対して、本発明の橋梁通過車両監視システムでは、橋梁の維持管理を行う上では大型車両のみを監視対象とすればよく、車種も限られていることから、大型車両の軸間距離をデータベース化し、軸間距離の比率をキーとして、軸間距離を検索する仕組みを用意して、解決している。なお、車軸とは、車体から地面に車両の重量が加わる軸（本実施形態においては車輪の中央における垂直の軸）のことであり、車種によって、２軸（自家用車）〜３軸や４軸（トラック等）の軸を有している。
【００２８】
［実施の形態の説明］
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本発明の橋梁通過車両監視システムにおけるひずみ計の設置例を示す図である。図１（Ａ）に示すように、本発明の橋梁通過車両監視システムでは、主桁（橋桁）１２の下面にひずみ計１０４を貼り付け、その部分の伸びひずみを計測する（なお、ひずみ計１０４は、ひずみ検出センサとなる膜状のシートと、このセンサの信号を増幅する増幅器等で構成される）。
【００３０】
具体的には重量車両の通過により、主桁１２が下に凸にたわみ、それによって主桁１２の下面が引き伸ばされた伸びひずみを計測する。
【００３１】
例えば、３軸の車両が橋梁を通過した場合は、図１（Ｂ）に示すようにひずみが計測される。
【００３２】
なお、ひずみとは物質の形状の変形であり、局所的には、計測箇所の伸び縮みの量になる。たとえば、ある箇所のひずみが０．１であるとは、その箇所が０．９倍の長さになったこと、つまり１０％の縮小が生じた状態である。よって、ひずみは比率であり、単位は無い。
【００３３】
また、図２は、橋梁の走行車線における車重算出用ひずみ計の配置例を示す図であり、図２に示すように、走行車線ごとにひずみ計１０４ａ、１０４ｂが配置される。
【００３４】
また、図３は、ひずみ計の設置例の詳細を示す図であり、上下２車線ずつで主桁１２が６本の場合の設置例を示す図である。
【００３５】
図３（Ａ）は、橋梁の平面図である。図３（Ｂ）は、橋脚１１の断面図であり、図３（Ａ）におけるＸ−Ｘ´方向の断面図である（橋脚１１の部分は位置関係を示すために破線で示されている）。
【００３６】
また、図３（Ｃ）は、主桁１２の部分を拡大して、詳細に示した図である。図３（Ｃ）に示すように、主桁１２の下面にひずみ計１０４が設備されている。このひずみ計１０４は、図３（Ｄ）の側面図に示すように、主桁１２に下面であって、２つの橋脚１１の中間部分に配置される。
【００３７】
図４は、本発明の橋梁通過車両監視システムの構成を示す図である。
図４に示す橋梁通過車両監視システム２０において、主制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含む制御部であり、橋梁通過車両監視システム２０内の各処理部おける処理動作を統括して制御するための処理部である。
【００３８】
ひずみ計測部２２は、ひずみの測定位置ごと（例えば、走行車線ごと）に配置される、ひずみ計１０４の計測データを収集するための処理部である。例えば、１０ｍｓ程度のサンプリング周期で、各ひずみ計の計測データを収集する。収集したデータは、通過車両記憶部４１等の記憶部に保存される。
【００３９】
波形抽出部２３は、測定されたひずみ波形から車両１台分の波形を切り出す処理を行なう。この処理では、車両が通過していないときには、当然ながらひずみは、ほぼ０（ゼロ）となる。そのため、低い値に閾値を設定し、その値を超えたときから車両が該当の橋梁に乗ったと判定し、その値を下回ったときに、車両が通過し終わったと判定し、その２つのタイミングの間のひずみデータを１台分の波形として抽出する。
【００４０】
車軸通過タイミング特定処理部２４は、車軸が通過したタイミングを見つける処理を行なう。一般的にひずみ計の直上を車軸が通過する場合、ひずみ値は増加から減少に転じる。連続計測データから、このような変曲点を見つける方法として、取得した振幅の連続データについて微分を行い、微分値が０、すなわち傾きが変化した点を車軸が通過した点として抽出し、通過した時刻Ｘ１〜Ｘｎを抽出する。
【００４１】
図５は、ひずみ計の計測データと微分波形の例を示す図である。図５（Ａ）に示すように、波形抽出部２３により、車両１台分の振幅波形を切り出す処理を行なう。そして、図５（Ｂ）に示すように、振幅データについて微分を行い、微分値が０、すなわち傾きが変化した点（ａ点およびｂ点）を車軸が通過した点として抽出する。
【００４２】
軸間比率算出処理部２５は、車軸通過タイミング特定処理部２４の処理で得られた車軸が通過した時間を元に、車軸間比率を算出する。具体的には隣接する車軸の通過時間（Ｘｉ＋１−Ｘｉ）（ｉ＝１〜ｎ）の時間差を算出し、全体の時間（第１の車軸通過時間と、最後の車軸通過時間の差）で割って軸間比率を算出する。
【００４３】
軸間距離特定処理部２６は、車両辞書記憶部３１内の軸間距離データベース３２に記録された各車両の車軸間距離を基に算出される軸間比率と、車軸通過タイミングから算出された軸間比率とを比較し、車種の特定を行う。
【００４４】
例えば、車両辞書記憶部３１中の軸間距離データベース３２から得られる軸間比率を（ｙ１，ｙ２）とし、車軸通過タイミングから算出された軸間比率（ｘ１、ｘ２）とし、（ｘ１，ｘ２）、（ｙ１，ｙ２）をベクトルとみなして内積を計算し、１に近いものを通過した車種と推定する。
【００４５】
また、推定された軸間距離（ｍｍ）と計測された車軸通過時間（ｓ）から、「（軸間距離）／（車軸通過時間）＝速度（ｍｍ／ｓ）」として速度を算出する。
【００４６】
図６は、軸間距離特定処理と車種推定処理の具体例を示す図である。
例えば、車両辞書記憶部３１中の軸間距離データベース３２に、図６中の表に示すような軸間距離データが登録されているものとする。このデータベースに格納された車軸間距離から隣り合う車軸間の距離を計算し、１軸目から最終軸までの距離で割り、比率を算出する。
【００４７】
例えば、図６の中の（例１）に示すように、表中の「３軸車、大型トラック」の場合は、１−２軸間が５８７０ｍｍであり、２−３軸間は、「（１−３軸間距離）−（１−２軸間距離）」＝７０７０−５８７０＝１２００（ｍｍ）」より、１２００ｍｍとなる。また、１軸目から最終軸（３軸目）までの距離は、７０７０ｍｍである。
【００４８】
従って、「３軸車、大型トラック」の軸間比率は、
５８７０／７０５０：１２００／７０７０＝０．８３：０．１７、となる。
【００４９】
また、表中の「３軸車、大型ダンプの場合は、「１−２軸間＝３２００（ｍｍ）」、「２−３軸間＝１３２０（ｍｍ）」であり、軸間比率は、
３２００／４５２０：１３２０／４５２０＝０．７０：０．３０、となる。
【００５０】
このようにして、計測データから得られた軸間の比率と、データベースに格納された情報から得られた軸間比率を元に車種を推定する。
【００５１】
この場合に、計測によって得られた軸間比率の組をベクトル（ｘ１，ｘ２）とし、同様にデータベースから算出された比率もベクトル（ｙ１，ｙ２）として、データベース内の全てのデータについて内積値を計算する。そして、内積値がもっとも１に近いものの情報を軸間距離データベース３２から取得し、車種と軸間距離（ｍｍ）を特定する。
【００５２】
例えば、図６の（例２）に示すように、計測で得られた軸間比率を（０．７５、０．２５とすると、「３軸車、大型トラック」との内積は、
（０．７５、０，２５）・（０．８３、０．１７）＝０．６６、となる。
一方 「３軸車、大型ダンプ」との内積は、
（０．７５、０，２５）・（０．７０、０．３０）＝０．６０、となる。
これにより、最も１に近い、「３軸車、大型トラック」が通過した車種と推定される。
【００５３】
なお、４軸車の場合は（ｘ１，ｘ２、ｘ３）のベクトルを作成し、同様の処理を行う。
また、推定された軸間距離（ｍｍ）と計測された車軸通過時間（ｓ）から（軸間距離）／（車軸通過時間）＝速度（ｍｍ／ｓ）として速度を算出する。
【００５４】
図４に戻り、軸重算出処理部２７は、各軸の通過タイミングと、車速と、基準軸重ひずみ波形と、計測されたひずみ波形とを基に軸重を算出し、軸重の総和によって車重を算出する。なお、軸間比率算出処理部２５における軸重算出処理については後述する。
【００５５】
基準軸重ひずみ波形生成部２８は、軸重の算出の事前準備として、事前に軸重が分かっている軸面を通過させ、基準軸重（例えば、１ｔ（１トン））の車両が通過したときのひずみ波形（基準軸重ひずみ波形）を求める処理を行なう。
【００５６】
例えば、４ｔの軸重を通過させた場合の計測データから「１ｔの車両が通過したときのひずみ波形」を求める。この基準軸重ひずみ波形のデータは、車両辞書記憶部３１中に基準軸重ひずみ波形３３として記憶される。なお、基準軸重ひずみ波形については後述する。
【００５７】
統計データ生成部２９は、通過車両記憶部４１に保存されたデータを基に、車重別、車種別の統計データを生成する。なお、統計データの具体例については後述する。
【００５８】
車両辞書記憶部３１には、前述した軸間距離データベース３２、および基準軸重ひずみ波形３３が記憶される。また、通過車両記憶部４１には、計測結果、および計測結果を集計した、車重別、車種別の統計データが保存される。
【００５９】
次に、上述した軸重算出処理部２７における処理の詳細について説明する。
図７は、軸重算出処理について説明するための図である。また、図８は、軸重算出処理の詳細（１）を示す図であり、図９は、軸重算出処理の詳細（２）を示す図である。以下、図７、図８および図９を参照して、軸重算出処理の詳細について説明する。
【００６０】
図７（Ａ）に示すように、１ｔ（１トン）の車両が橋梁を通過した時に計測されるひずみを考えると、図７（Ｂ）に示すようなひずみ波形となる。そして、図７（Ｃ）に示すように、Ｗｔ（Ｗトン）の１軸車両が橋梁を通過した場合は、計測されるひずみはＷ倍になり、計測されるひずみも、図７（Ｄ）に示すように、Ｗ倍になる。
【００６１】
このため、軸重の算出の事前準備として、事前に軸重が分かっている軸面を通過させ、「１ｔの車両が通過したときのひずみ波形」を求めておく。例えば、図８（Ａ）に示すように、４ｔの軸重を通過させた場合の計測データから「１ｔの車両が通過したときのひずみ波形（基準軸重ひずみ波形）」を求める。
【００６２】
そして、軸重算出処理の最初のステップＳ１として、図８（Ｂ）に示すような時間単位のひずみ波形を求める。すなわち、図８（Ａ）に示す１ｔの基準軸重ひずみ波形を基に、車速を使用して、横軸を距離から時間の単位にしたひずみ波形を求める。
【００６３】
次に、ステップＳ２として、図８（Ｃ）に示すように、３軸車両の車軸の通過タイミングに合わせて、１ｔの基準軸重ひずみ波形を配置する。
【００６４】
それから、ステップＳ３として、図９（Ａ）に示す基準軸重ひずみ波形を、車両の通過タイミングに合わせて時間軸上に配置した波形に対し、図９（Ｂ）に示すような、「各軸をａ倍、ｂ倍、ｃ倍した結果の波形（ａ、ｂ、ｃは正の数）」を生成する。
【００６５】
そして、図９（Ｂ）に示す波形と、図９（Ｃ）に示す実際に計測された「車両一台分のひずみデータ」と比較し、最小二乗法によって、２つのひずみ波形の誤差が最小になるように、各軸の軸重を算出する。すなわち、２つのひずみ波形の誤差が最小になるように、前記の倍率ａ、ｂ、ｃを求めて各軸の軸重を算出する。
【００６６】
なお、一般のｎ軸の車両に対しては、第１の軸をｎ１倍、第２の軸をｎ２倍、第３の軸をｎ３倍、・・・、第ｎ軸をｎｎ倍（ｎ１〜ｎｎは正の数）した結果のひずみ波形のデータと、実際に計測された車両一台分のひずみ波形のデータと比較し、最小二乗法によって、２つのひずみ波形の誤差が最小になるように、各軸の軸重を算出する。
【００６７】
以上、説明したステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３の処理により通過する車両の各軸の車重を求め、これらの総和を取ることにより車重を求めることができる。
【００６８】
また、図１０は、軸重算出処理の流れを示す図であり、図８および図９で説明した軸重算出処理の流れ（ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３）を整理して示した図である。以下、図１０を参照して、軸重算出処理の流れについて説明する。
【００６９】
最初に、図８で説明した処理手順により、車軸通過タイミングと、車速と、１ｔの基準軸重ひずみ波形を基に、１ｔのひずみを時間軸上に配置し（ステップＳ１、Ｓ２）、「１ｔ×軸数分の合計ひずみ波形(図８（Ｃ）を参照)」を生成する。
【００７０】
それから、図９で説明した手順により「車両一台分のひずみデータ」と「１ｔ×軸数分の合計ひずみ」とを比較し、最小二乗法によって、誤差が最小になるように、各軸の軸重を算出し（ステップＳ３）、各軸の重量を求める。
【００７１】
そして、各軸の重量を合計することにより（ステップＳ４）、車重が求まる。
【００７２】
このようにして、本発明の橋梁通過車両監視システムにおいては、１つのひずみ計により、橋梁を通過する車両の軸重を計測することができる。そして、図１１に示すような、車重別の統計データを得ることができる。
【００７３】
図１１に示す統計データは、日付ごとに、橋梁を通過する車両を車重別に集計したデータである。また、通過する車両の軸間比率から車種を特定し、車種別の統計データを得ることもできる・
【００７４】
このように、統計処理を行なうことにより、車重別、車種別の通行実態把握することができる。また、路線別の比較、通過量の傾向の把握などが行なえるようになり、橋梁劣化予測、点検・補修必要箇所の特定、道路増設計画への利用、規制・指導の強化方針決定等に利用できるようになる。
【００７５】
以上、本発明の橋梁通過車両監視システムについて説明したが、本発明によれば、ひずみ計の数を削減できるため、設置や維持管理に関するコストを削減できる。また、ひずみ計の数を削減できるため、処理・保存するデータの量を削減でき、計算時間の短縮や計算機資源の削減が可能となる。高速で通過する車両も対象とすると、ひずみは１００Ｈｚ以上の高頻度で測定する必要があるため、データ量は膨大になり、この効果は大きい。
【００７６】
また、ひずみ計を１箇所（１測定位置当り）しか設置しないため、車速変更や車線変更の影響を受けにくくなる。また、従来技術の方法では、車両通過時には車軸の通過が複数回検出されるため、２つの車軸検知用ひずみ計の間で、車軸の通過タイミングの対応関係を特定する処理が必要であり、対応誤りも生じる可能性があるが、本発明であればその必要が無く、誤りの影響もない。さらに、大型車両のデータベースと照合するため、軸間距離だけでなく、車種も同時に特定できる。
【００７７】
なお、図４に示した橋梁通過車両監視システムは、内部にコンピュータシステムを有している。そして、ひずみ計測部２２、波形抽出部２３、車軸通過タイミング特定処理部２４、軸間比率算出処理部２５、軸間距離特定処理部２６、軸重算出処理２７、基準軸重ひずみ波形生成部２８、統計データ生成部２９等における処理は、ＣＰＵがプログラムを読み出して実行することにより、その機能が実現されるものである（もちろん、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよい）。
【００７８】
そして、上記プログラムは、例えばハードディスクやＲＯＭ等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
【００７９】
すなわち、ひずみ計測部２２、波形抽出部２３、車軸通過タイミング特定処理部２４、軸間比率算出処理部２５、軸間距離特定処理部２６、軸重算出処理２７、基準軸重ひずみ波形生成部２８、統計データ生成部２９等における、各処理は、ＣＰＵ等の中央演算処理装置が上記プログラムを読み出して、情報の加工、演算処理を実行することにより、実現されるものである。
【００８０】
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００８１】
また、図４に示す橋梁通過車両監視システムには、周辺機器として入力装置、表示装置等（いずれも表示せず）が接続されているものとする。ここで、入力装置としては、キーボード、マウス等の入力デバイスのことをいう。表示装置とは、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶表示装置等のことをいう。
【００８２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の橋梁通過車両監視システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の橋梁通過車両監視システムにおけるひずみ計の設置例を示す図である。
【図２】橋梁の走行車線におけるひずみ計の配置例を示す図である。
【図３】ひずみ計の設置例の詳細を示す図である。
【図４】橋梁通過車両監視システムの構成例を示す図である。
【図５】ひずみ計の計測データと微分波形の例を示す図である。
【図６】軸間距離特定処理と車種推定処理の具体例を示す図である。
【図７】軸重算出処理について説明するための図である。
【図８】軸重算出処理の詳細（１）を説明するための図である。
【図９】軸重算出処理の詳細（２）を説明するための図である。
【図１０】軸重算出処理の流れを示す図である。
【図１１】車重別の統計データの例を示す図である。
【図１２】従来のひずみ計の配置図である。
【図１３】ひずみ計による測定結果の例を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１１・・・橋脚、１２・・・主桁、２０・・・橋梁通過車両監視システム、２１・・・主制御部、２２・・・ひずみ計測部、２３・・・波形抽出部、２４・・・車軸通過タイミング特定処理部、２５・・・軸間比率算出処理部、２６・・・軸間距離特定処理部、２７・・・軸重算出処理部、２８・・・基準軸重ひずみ波形生成部、２９・・・統計データ生成部、３１・・・車両辞書記憶部、３２・・・軸間距離データベース、３３・・・基準軸重ひずみ波形、４１・・・通過車両記憶部、１０３、１０４・・・ひずみ計
【図１】
0005164100.tif 000002
【図２】
0005164100.tif 000003
【図３】
0005164100.tif 000004
【図４】
0005164100.tif 000005
【図５】
0005164100.tif 000006
【図６】
0005164100.tif 000007
【図７】
0005164100.tif 000008
【図８】
0005164100.tif 000009
【図９】
0005164100.tif 000010
【図１０】
0005164100.tif 000011
【図１１】
0005164100.tif 000012
【図１２】
0005164100.tif 000013
【図１３】
0005164100.tif 000014