(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物若しくは土木構造物にセンサーユニットを設置して、これにより検出した振動状態に関する振動情報を無線通信によりサーバーコンピュータに送信し、前記センサーユニットに固有のＩＤ情報と関連づけて振動データベースに記録するようにしたモニタリングシステムであって、
前記サーバーコンピュータに無線通信により接続可能とされ、ユーザの所定操作に応じて前記振動情報を要求する要求信号を、ＩＤ情報と共にサーバーコンピュータに送信する携帯端末を備えており、
前記サーバーコンピュータは、前記要求信号を受信して、対応するＩＤ情報に関連する振動情報を前記振動データベースから読み出し、これを前記携帯端末に送信する情報提供手段を有し、
前記携帯端末は、
前記センサーユニットから無線通信によりＩＤ情報を取得するＩＤ情報取得手段と、
前記取得したＩＤ情報と共に要求信号をサーバーコンピュータに送信する振動情報要求手段と、
前記要求信号を受けたサーバーコンピュータから送信される振動情報を受領して、これをユーザに表示する振動情報表示手段とを有し、
前記センサーユニットは、
直交３軸の各方向について加速度を検出可能な加速度センサと、
前記加速度センサの各軸毎の出力を交流成分と直流成分とに分離するとともに、そのいずれかに切替えて信号処理を行う信号処理手段と、
前記３軸それぞれの出力の直流成分のみに基づいて、重力加速度の値によらず各軸の鉛直方向からの傾き角を演算する傾き角演算手段とを有し、
前記加速度センサの出力の交流成分に基づいて検出した振動状態に関する振動情報をサーバーコンピュータに送信し、かつ、前記加速度センサの出力の直流成分に基づいて建築物若しくは土木構造物の傾き状態を検出し、この検出値を振動情報と共にサーバーコンピュータに送信するものであり、
前記センサーユニットは、前記加速度センサのいずれかの軸出力の交流成分の振幅が所定の閾値を超えたとき、その後の所定時間までの交流成分に基づいて振動状態を検出し、その後、直流成分に切替えて所定時間後までの各軸毎の直流成分の平均値に基づいて、該各軸の鉛直方向からの傾き角を傾き角演算手段により演算する
ことを特徴とするモニタリングシステム。
【請求項２】
サーバーコンピュータは、センサーユニットの設置されている建築物若しくは土木構造物の情報が記録されている建築物データベースを備え、
情報提供手段は、要求信号に応じて前記センサーユニットに係る振動情報を携帯端末に送信するとき、前記建築物若しくは土木構造物の情報も含めて送信する、請求項１に記載のモニタリングシステム。
【請求項３】
サーバーコンピュータは、複数のセンサーユニットが同じ建築物若しくは土木構造物に設置されている場合に、それら複数のセンサーユニットに係る振動情報を互いに関連づけて振動データベースに記録するように構成され、
情報提供手段は、前記複数のセンサーユニットのうちのいずれかに係る振動情報を携帯端末に送信するとき、関連づけられている他のセンサーユニットに係る振動情報も含めて送信する、請求項１又は２のいずれかに記載のモニタリングシステム。
【請求項４】
センサーユニットは、
時間の設定が可能な時計手段を有し、この時計手段による時間情報を振動情報に付加してサーバーコンピュータに送信するとともに、
同期信号の入力側及び出力側に切替え可能な入出力ポートと、
出力側に切替えられた前記入出力ポートから同期信号を出力する同期信号出力手段と、
入力側に切替えられた前記入出力ポートに前記同期信号を受けて、前記時計手段の計時値をリセットする計時値リセット手段と、を有する
請求項１〜３のいずれか１つに記載のモニタリングシステム。
【請求項５】
センサーユニットにはＩＤ情報を記録している無線ＩＣタグが含まれており、
携帯端末のＩＤ情報取得手段は、前記無線ＩＣタグからＩＤ情報を取得する、請求項１〜４のいずれか１つに記載のモニタリングシステム。
【請求項６】
携帯端末は、ユーザの所定操作により入力される建築物若しくは土木構造物に関する検査情報を、無線ＩＣタグから取得したＩＤ情報と共にサーバーコンピュータに送信する検査情報送信手段を有し、
前記サーバーコンピュータは、前記検査情報をＩＤ情報と関連づけて検査情報データベースに記録する、請求項５に記載のモニタリングシステム。
【請求項７】
センサーユニットは、センサにより検出された振動のデータをＦＦＴ処理する解析演算手段を有し、その解析後のデータのみをサーバーコンピュータに送信する、請求項１〜５のいずれか１つに記載のモニタリングシステム。
【請求項８】
センサーユニットには建築物若しくは土木構造物の画像を記録するカメラが備えられ、加速度センサの出力の交流成分の振幅が所定の閾値を超えたとき、前記カメラによる録画を開始し、所定時間後までの録画データを取得するとともに、この録画データを振動情報と共にサーバーコンピュータに送信する、請求項１に記載のモニタリングシステム。
【請求項９】
建築物若しくは土木構造物に複数のセンサーユニットを設置して、それぞれにより検出された振動若しくは傾き状態に関する情報を無線通信によりコンピュータ装置に送信し、ユーザに表示するとともにデータベースに記録するようにしたモニタリングシステムであって、
前記複数のセンサーユニットは、それぞれ、
直交３軸の各方向について加速度を検出可能な加速度センサと、
前記加速度センサの各軸毎の出力を交流成分と直流成分とに分離するとともに、そのいずれかに切替えて信号処理を行う信号処理手段と、
前記３軸それぞれの出力の直流成分のみに基づいて、重力加速度の値によらず各軸の鉛直方向からの傾き角を演算する傾き角演算手段と、
無線通信により前記コンピュータ装置から送信される作動指令を受けて所定期間、前記加速度センサからの出力を取得する加速度データ取得手段と、
前記加速度データ取得手段によって取得された加速度データを無線通信によりコンピュータ装置に送信するデータ送信手段とを有し、
前記加速度センサの出力の交流成分に基づいて検出した振動状態に関する振動情報をサーバーコンピュータに送信し、かつ、前記加速度センサの出力の直流成分に基づいて建築物若しくは土木構造物の傾き状態を検出し、この検出値を振動情報と共にサーバーコンピュータに送信するものであり、
前記センサーユニットは、前記加速度センサのいずれかの軸出力の交流成分の振幅が所定の閾値を超えたとき、その後の所定時間までの交流成分に基づいて振動状態を検出し、その後、直流成分に切替えて所定時間後までの各軸毎の直流成分の平均値に基づいて、該各軸の鉛直方向からの傾き角を傾き角演算手段により演算する
ことを特徴とするモニタリングシステム。
【請求項１０】
センサーユニットは、加速度センサから出力される整数のデータ値を、小数点を含む所定単位のデータ値に変換するための校正値が記憶されている校正値記憶手段を有し、
データ送信手段は、前記校正値を、加速度データである前記整数のデータ値に付加してサーバーコンピュータに送信する、請求項９に記載のモニタリングシステム。
【請求項１１】
直交３軸の各方向について加速度を検出可能な加速度センサと、
前記加速度センサの各軸毎の出力を交流成分と直流成分とに分離するとともに、そのいずれかに切替えて信号処理を行う信号処理手段と、
前記３軸それぞれの出力の直流成分のみに基づいて、重力加速度の値によらず各軸の鉛直方向からの傾き角を演算する傾き角演算手段と、
無線通信によりコンピュータ装置から送信される作動指令を受けて所定期間、前記加速度センサからの出力を取得する加速度データ取得手段と、
前記加速度データ取得手段によって取得された加速度データを無線通信によりコンピュータ装置に送信するデータ送信手段とを備え、
前記加速度センサの出力の交流成分に基づいて検出した振動状態に関する振動情報をサーバーコンピュータに送信し、かつ、前記加速度センサの出力の直流成分に基づいて建築物若しくは土木構造物の傾き状態を検出し、この検出値を振動情報と共にサーバーコンピュータに送信し、
前記加速度センサのいずれかの軸出力の交流成分の振幅が所定の閾値を超えたとき、その後の所定時間までの交流成分に基づいて振動状態を検出し、その後、直流成分に切替えて所定時間後までの各軸毎の直流成分の平均値に基づいて、該各軸の鉛直方向からの傾き角を傾き角演算手段により演算する、ことを特徴とするセンサーユニット。
【請求項１２】
前記加速度センサから出力される整数のデータ値を、小数点を含む所定単位のデータ値に変換するための校正値が記憶されている校正値記憶手段を備え、
前記データ送信手段は、前記校正値を、加速度データである前記整数のデータ値に付加して前記コンピュータ装置に送信する、請求項１１に記載のセンサーユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建物や橋梁等の建築物若しくは土木構造物の振動状態を検出し、記録するモニタリングシステム及びそれに用いるセンサーユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より例えば建物の柱や梁、或いは壁等に加速度計を配置して、地震等による振動が生じたときに所定期間、その振動の履歴情報を記録するようにしたシステムは知られている。一例として特許文献１、２に記載のものでは、建物に振動が加わると加速度計からの出力を起電力としてＩＣチップを駆動し、これにより振動波形を記憶するようにしている。そうして振動が加わっているときにのみ振動波形を記録することで、無駄なデータの記録が行われなくなり、長期に亘って記録を採り続けることができる。
【０００３】
また、前記従来例のものでは加速度計と一体に所謂無線ＩＣタグを設けており、それに含まれるＩＣチップやメモリを利用して振動波形を記録するようにしている。ユーザは、必要に応じて情報読み出し／記録装置を加速度計の近くに持ってゆけば、無線通信によりデータを読み出すことができるので、加速度計との間の配線が不要になり、そのための手間も省くことができる。
【０００４】
さらに、特許文献３には、プラントを構成する複数の機器の振動状態をオンラインで監視して、その振動状態の変化から機器の異常を検出するようにしたシステムが記載されている。このものでは、多数のセンサからの信号が無線通信で振動解析装置に集められ、ＦＦＴ解析によって振動の原因が特定されるようになっている。センサからの信号には振動情報の他に検出時刻の情報も含まれており、通信時間が変化する場合でも各信号の時間同期を取って正確な分析が行える。
【特許文献１】特開２００６−３８４８２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２０２号公報
【特許文献３】特開２００６−２４２８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記後者の従来例のような監視（モニタリング）システムを橋梁及び高架橋等の土木構造物やより一般的な建物等に適用して、前者のように主に地震による被害を把握するためのシステムを構築することも考えられる。このようなシステムによれば、大きな地震が発生したときに建物等の被害状況を定量的に判定するための有益な情報が収集されることになり、応急的な倒壊危険度予測を的確に行って居住者の安全を確保する上で有用である。
【０００６】
しかしながら、地震発生後の建物等の安全性は、やはり被災地に出向いた検査員が判定しなくてはならないところ、特に大きな地震の被災地では多くの検査員が必要になるため、その経験や熟練度合いのばらつきが大きくなってしまう。
【０００７】
また、前者の従来例のように建物に設置されたＩＣタグチップから情報を読み出すようにした場合、各端末で情報を個々に管理する必要や、当該建物に関する複数設置されたＩＣタグからのデータを一つ一つ設置場所に行き取得する必要があり、最新の情報収集表示が不可能で、サーバに送信された加速度情報も参照、表示及び解析することはできない。
【０００８】
斯かる諸点に鑑みて本発明の主たる目的は、前記のようなモニタリングシステムにより収集した情報を被災地において多数の検査員がそれぞれ容易に利用できるようにして、的確な倒壊危険度予測を行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために本発明は、携帯端末が被災地で建築物等に係るＩＤ情報を取得し、これに基づいてサーバーコンピュータから無線通信により所要の情報を自動的に取得するように構成した。
【００１０】
すなわち、請求項１の発明は、建築物若しくは土木構造物にセンサーユニットを設置して、これにより検出した振動状態に関する振動情報を無線通信によりサーバーコンピュータに送信し、前記センサーユニットに固有のＩＤ情報と関連づけて振動データベースに記録するようにしたモニタリングシステムが対象であって、前記サーバーコンピュータに無線通信により接続可能とされ、ユーザの所定操作に応じて前記振動情報を要求する要求信号をＩＤ情報と共にサーバーコンピュータに送信する携帯端末を備えている。
【００１１】
そして、前記サーバーコンピュータは、前記要求信号を受信して、対応するＩＤ情報に関連する振動情報を前記振動データベースから読み出し、これを前記携帯端末に送信する情報提供手段を有するものとし、一方、前記携帯端末は、前記センサーユニットから無線通信によりＩＤ情報を取得するＩＤ情報取得手段と、このＩＤ情報と共に要求信号をサーバーコンピュータに送信する振動情報要求手段と、その要求信号を受けたサーバーコンピュータから送信される振動情報を受領して、これをユーザに表示する振動情報表示手段と、を有するものとする。
【００１２】
前記のシステムによれば、地震発生後に被災地を訪れた検査員が携帯する端末に所定の操作を行うと、この携帯端末のＩＤ情報取得手段が無線通信によりセンサーユニットからＩＤ情報を取得し、このＩＤ情報に対応する所要の振動情報を無線通信によりサーバーコンピュータから取得して、ユーザである検査員に表示する。この振動情報には例えば前記センサーユニットの設置されている建物等の地震による振動履歴の情報が含まれており、これに基づいて検査員は建物等の被害状況を定量的に把握して、的確な倒壊危険度予測を行うことができる。
【００１３】
好ましいのは、センサーユニットにはＩＤ情報を記録している無線ＩＣタグを含ませ、携帯端末のＩＤ情報取得手段は、前記無線ＩＣタグからＩＤ情報を取得するものとすることである（請求項５）。こうすれば、検査員は、例えば建物の玄関付近に設置したセンサーユニットに携帯端末をかざすだけでＩＤ情報を取得できる。尚、無線ＩＣタグによる無線通信の距離は、将来は１メートル以上に伸びると考えられており、そうなれば携帯端末をかざす必要もなくなる。
【００１４】
また、センサーユニット自体に無線ＩＣタグのコードを記憶させておき、これを一体に取り付けた端末によって読み出し、携帯端末に無線通信で送信するようにしてもよい。
【００１５】
また、好ましいのは、センサーユニットの設置されている建築物若しくは土木構造物の情報（構造や場所、検査、解析、地震履歴情報等）が記録されている建築物データベースをサーバーコンピュータに備えておき、要求信号に応じて携帯端末に振動情報を送信するときには、前記建築物若しくは土木構造物の情報も含めて送信するようにすることである（請求項２）。こうすれば、地震による震動履歴だけでなく、外観からは分かり難い建築物若しくは土木構造物の情報から倒壊危険度予測をより正確に行える。特に、建築物若しくは土木構造物の情報として地震発生前に実験により採取した建築物若しくは土木構造物の振動特性のデータを用いれば、地震による損傷をかなり正確に判定できる。
【００１６】
つまり、本発明に係るモニタリングシステムによれば、地震後の被災地へ出向いた検査員が建物等の情報や地震による振動履歴等を極めて容易に取得することができ、経験が浅くあまり熟練度合いの高くない検査員であっても、それらの情報に基づいて倒壊危険度予測を間違いなく行えるものである。
【００１７】
そうして行われた倒壊危険度予測を含めた種々の検査結果は、検査員の所定操作により携帯端末に入力されることになるから、好ましいのは、その建物等に関する検査情報が、無線ＩＣタグから取得したＩＤ情報と共に検査情報送信手段によってサーバーコンピュータに送信され、これを受けたサーバーコンピュータが検査情報をＩＤ情報と関連づけて、検査情報データベースに記録することである（請求項６）。
【００１８】
さらに、例えばビルディングの１階と５階、１０階のような高層階とにそれぞれセンサーユニットが設置されている場合や、同じ階でも複数箇所に多面的に設置されている場合には、それぞれのセンサーユニットにより得られた振動情報を組み合わせることにより、例えばビルディングの振動伝達特性が地震動によって、どのように変化したかを知ることができ、これにより損傷の程度を判定することが可能になる。
【００１９】
そのためには、同じ建築物若しくは土木構造物に設置されている複数のセンサーユニットに係る振動情報を、互いに関連づけてサーバーコンピュータの振動データベースに記録しておき、それら複数のセンサーユニットのうちのいずれかに係る振動情報を携帯端末に送信するときには、関連づけられている他のセンサーユニットに係る振動情報も含めて送信するようにすればよい（請求項３）。但し、そうして複数のセンサーユニットに係る振動情報を組み合わせて判定する場合には、振動情報の時間軸が一致していなくてはならない。
【００２０】
そこで、好ましいのは、前記センサーユニットに時間の設定が可能な時計手段を設け、この時計手段による時間情報を振動情報に付加してサーバーコンピュータに送信するようにするとともに、複数のセンサーユニットを同じ建築物に設置する場合には、それら複数のセンサーユニットを信号線によって接続しサンプリング時間のタイミングを合わせて、サンプリング時の時間とサンプリングデータ欠落の有無を保証することである。
【００２１】
そのために各センサーユニットには、同期信号の入力側及び出力側に切替え可能な入出力ポートと、出力側に切替えられた前記入出力ポートから同期信号を出力する同期信号出力手段と、入力側に切替えられた前記入出力ポートに前記同期信号を受けて、前記時計手段の計時値をリセットする計時値リセット手段と、を設けるのがよい（請求項４）。
【００２２】
こうすると、いずれか１つのセンサーユニットを出力側に、残りの全てを入力側に設定して、その出力側のセンサーユニットから同期信号を出力させることで、全てのユニットの時間同期をとることができる。信号線で繋いでいることから、無線とは異なり正確な同期が可能であり、それらを数珠繋ぎに並列接続すれば配線も少なくて済む。また、個別に同期信号のトリガー出力用または受信用として予め設定する必要もない。
【００２３】
ところで、そうして一般の建物等に適用したモニタリングシステムは、従来例（特許文献３）のようにプラントに適用した場合と比べて、振動の検出対象が格段に多くなることから、地震が発生したときには過度に多くの信号がサーバーコンピュータに集中して一時的に処理ができなくなる虞れがある。
【００２４】
これに対してはセンサーユニットにＦＦＴアルゴリズム等の解析演算手段を備えて、センサにより検出された振動のデータをＦＦＴ処理し、解析後のデータのみをサーバーコンピュータに送信するようにすればよい（請求項７）。こうすれば、生データを送信するのに比べて無線通信量を格段に少なくすることが可能になり、しかも、サーバー側では解析演算をする必要がないことから、地震の際の処理の負担を大幅に軽減できる。
【００２５】
より好ましいのは、センサーユニットに、加速度センサの出力を交流成分と直流成分とに分離するとともに、そのいずれかに切替えて信号処理を行う信号処理手段を設けて、交流成分に基づいて検出した振動状態に関する振動情報をサーバーコンピュータに送信するようにすることである（請求項１、９、１１）。すなわち、一般に振動状態の検出に用いられる加速度の信号には、動的加速度を現す交流成分の他に重力加速度による直流成分が重畳して含まれており、検出の精度を高めるためにセンサ出力のＡＤ変換の分解能を高くすれば、データ量が非常に多くなってしまう。
【００２６】
この点、センサ出力を交流成分と直流成分とに分離すれば、重力の影響を受けることなく振動状態を検出できるようになり、交流成分のみをＡＤ変換する際の分解能はあまり高くする必要がないから、その分、データ量が少なくなって無線通信量も少なくできる。
【００２７】
また、そうした場合、センサーユニットは、加速度センサの出力の直流成分に基づいて建築物若しくは土木構造物の傾き状態を検出し、この検出値を振動情報と共にサーバーコンピュータに送信するように構成するのが好ましい（請求項１、９、１１）。こうすれば、地震による建物等の傾きの情報も加味して、より的確な判定が行える。
【００２８】
また、センサーユニットのセンサとして好ましいのは、直交３軸の各方向について加速度を検出可能な３軸加速度センサである。これは、精度の高い危険度判定のためには例えば１軸の最大加速度データのみでは不十分であり、３次元的な揺れの方向、揺れの周波数解析によるピーク周波数とその大きさ等によるのが好ましいからである。
【００２９】
そうした場合にセンサーユニットの信号処理手段は、前記３軸加速度センサの各軸毎の出力をそれぞれ交流成分と直流成分とに分離するものとし、その各軸の出力の直流成分のみに基づいて、重力加速度の値によらず各軸の鉛直方向からの傾き角を演算する傾き角演算手段を設けるのがよい（請求項１、９、１１）。
【００３０】
すなわち、３軸それぞれの出力の直流成分ｘ，ｙ，ｚにより求められる重力ベクトルが鉛直下方を向いていることに着目すると、このベクトルの大きさＡ＝√（ｘ2＋ｙ2＋ｚ2）により θx ＝ arcsin（ｘ／Ａ），θy ＝ arcsin（ｙ／Ａ），θz ＝ arcsin（ｚ／Ａ）と表すことができる。この演算式によれば、計測場所によって微妙に異なる重力の影響を排除し、また、加速度センサの各軸毎の温度変化等による感度の変動の影響も打ち消して、加速度センサーの傾きを特定することができる。
【００３１】
このことから前記センサーユニットによれば、全方位角度を安定的に検出可能であり、それを建物等に設置する際のアライメントに利用することができるし、建物等の傾きが経時的に変化しても、その影響を受けることなく地震による上下や水平の振動を正確に検出することができる。また、地震発生直後の建物等の傾きを知ることもできる。さらに、センサーユニットを寒冷地や温暖地問わず設置することができ、その場合の加速度センサの温度補償または自動校正も必要なくなる。
【００３２】
より具体的には前記センサーユニットを、加速度センサのいずれかの軸出力の交流成分の振幅が所定の閾値を超えたとき、その後の所定時間までの交流成分に基づいて振動状態を検出し、その後、直流成分に切替えて所定時間後までの各軸毎の直流成分の平均値に基づいて、該各軸の鉛直方向からの傾き角を傾き角演算手段により演算するように構成すればよい（請求項１、９、１１）。
【００３３】
さらに、センサーユニットには建築物若しくは土木構造物の画像を記録するカメラを備え、加速度センサの出力の交流成分の振幅が所定の閾値を超えたとき、前記カメラによる録画を開始し、所定時間後までの録画データを取得するとともに、この録画データを振動情報と共にサーバーコンピュータに送信するように構成してもよい（請求項８）。こうすれば、地震発生時の録画画像も加えて、さらに判定が的確なものとなる。
【００３４】
ところで、以上、述べたような地震後の危険度判定以外に、本発明のモニタリングシステムは、所謂耐震補強の効果を確認するためにも利用できる。すなわち、従来より倒壊予防として耐震強化のために建物の補修を行う場合、加振器（起振器）を用いて建物を揺らし、建物の複数個所を同時にモニタリングすることにより、振動の大きい補強箇所を狭い範囲に特定することが行われている。
【００３５】
この場合、一般的には１つのデータ収集装置に複数の加速度計を有線で接続し、パーソナルコンピュータ上の画面でリアルタイムに表示するものである。また、無線装置で加速度データを取得後にデータ収集装置に送信するものもある。
【００３６】
しかしながら、有線式であると設置に時間と費用が掛かり、設置場所を簡易に変更することが難しい。また、無線式であってもデータを取得後に閲覧・解析する場合、振動の大きい要補強箇所を特定するには無線式の加速度計を増やすか、加速度計の場所を測定終了ごとに設置し直し、再測定を行い補強箇所を見つけなければならないから、非常に時間と手間が掛かってしまう。
【００３７】
これに対し、本発明のモニタリングシステムは、建築物若しくは土木構造物に複数のセンサーユニットを設置して、それぞれにより検出された振動若しくは傾き状態に関する情報を無線通信によりコンピュータ装置に送信し、ユーザに表示するとともにデータベースに記録するようにしたものであって、前記複数のセンサーユニットには、それぞれ、加速度センサと、無線通信により前記コンピュータ装置から送信される作動指令を受けて所定期間、前記加速度センサからの出力を取得する加速度データ取得手段と、前記加速度データ取得手段によって取得された加速度データを無線通信によりコンピュータ装置に送信するデータ送信手段と、を備えている（請求項１及び９）。
【００３８】
このシステムによれば、上述した種々の構成を適宜盛り込むことにより、前記のような建物等の耐震補強時において、その建物等の複数個所に設置したセンサーユニットからの時間同期した加速度データをコンピュータ装置へ送信し、リアルタイムにて時間軸を合わせた波形表示および解析表示が可能になる。また、建物等の要補強箇所を２次元または３次元的に正確に判定し、補強にかかる時間とコストを低く抑えることも可能になる。
【００３９】
好ましいのは、センサーユニットに、加速度センサから出力される整数のデータ値を、小数点を含む所定単位のデータ値に変換するための校正値が記憶されている校正値記憶手段を設け、その校正値を振動情報である前記整数のデータ値に付加してサーバーコンピュータに送信するようにすることである（請求項１０、１２）。すなわち、センサ出力である整数のデータ値を、例えば加速度の単位に合わせてfloat、doubuleといった小数点値に変換すると、送信データ量が数倍に膨れ上がることになるので、通信前には変換は行わず、整数のデータ値と共に変換のための校正値を送信して、コンピュータ装置にて変換するようにすれば、圧倒的に通信量を減らすことができる。
【００４０】
ところで、前記の如きセンサーユニットは、上述したモニタリングシステムのみならず、それ以外の種々の用途にも利用できる。よって、請求項１１の発明は、直交３軸の各方向について加速度を検出可能な加速度センサと、前記加速度センサの各軸毎の出力を交流成分と直流成分とに分離するとともに、そのいずれかに切替えて信号処理を行う信号処理手段と、前記３軸それぞれの出力の直流成分のみに基づいて、重力加速度の値によらず各軸の鉛直方向からの傾き角を演算する傾き角演算手段と、無線通信によりコンピュータ装置から送信される作動指令を受けて所定期間、前記加速度センサからの出力を取得する加速度データ取得手段と、前記加速度データ取得手段によって取得された加速度データを無線通信によりコンピュータ装置に送信するデータ送信手段とを備え、前記加速度センサの出力の交流成分に基づいて検出した振動状態に関する振動情報をサーバーコンピュータに送信し、かつ、前記加速度センサの出力の直流成分に基づいて建築物若しくは土木構造物の傾き状態を検出し、この検出値を振動情報と共にサーバーコンピュータに送信し、前記加速度センサのいずれかの軸出力の交流成分の振幅が所定の閾値を超えたとき、その後の所定時間までの交流成分に基づいて振動状態を検出し、その後、直流成分に切替えて所定時間後までの各軸毎の直流成分の平均値に基づいて、該各軸の鉛直方向からの傾き角を傾き角演算手段により演算する、センサーユニットである。
【発明の効果】
【００４１】
以上、説明したように、本発明に係るモニタリングシステムによると、地震による建物等の振動状態がセンサーユニットにより検出されて、サーバーコンピュータのデータベースに記録される一方で、被災地においては検査員が携帯する端末により建物等のセンサーユニットからＩＤ情報を取得し、これに基づいてサーバーコンピュータからは、建物等の情報や地震動による振動履歴の情報が自動的に送信されるようになる。このように有益な情報を非常に簡単に利用できるようになれば、経験が浅くあまり熟練度合いの高くない検査員であっても、地震による建物等の被害状況を把握して、的確な倒壊危険度予測を間違いなく行える。
【００４２】
また、建物等の耐震補強時においては複数個所に設置したセンサーユニットからの時間同期した加速度データを基に、リアルタイムにモニタリングすることで容易に要補強箇所を２次元または３次元的に正確に判定し、補強にかかる時間とコストを低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００４４】
（実施形態１）
図１は、本発明に係るモニタリングシステムを地震動の監視（モニタリング）のために用いる実施形態の概要を示し、このシステムＳでは建物や橋梁等の種々の建築物若しくは土木構造物１，１，…（図には一例として１０階建ての建物を示す）に振動を検出するためのセンサーユニット２，２，…を設置して、これにより検出した振動の情報をサーバーコンピュータ３（以下、単にサーバ３という）に送信するようにしている。サーバ３は、例えば建物１，１，…等の管理会社に設置されることも、或いは自治体の防災センター等に設置されることもあり得る。
【００４５】
図の例ではサーバ３は、無線ＬＡＮ４やインターネットを介してセンサーユニット２，２，…と双方向通信可能に接続され、センサーユニット２，２，…から送られてくる振動情報をＩＤ情報等と関連づけて外部記憶装置３０のデータベース（加速度データ情報ＤＢ）に格納（記録）するようになっている。この加速度データ情報ＤＢには振動情報として、例えば地震動による加速度の計測データやそれをＦＦＴ処理した後のデータ（図７を参照）を、計測の日時と共に前記ＩＤ情報等と関連づけした状態で格納すればよい。
【００４６】
そうしてサーバ３の外部記憶装置３０に格納した情報は、ＩＤ認識によって随時、検索・閲覧することができる。例えば、図示のように建物等１の被害状況を検査している検査員Ｍ（ユーザ）が所定の操作を行うと、携帯する端末５が無線ＬＡＮ４やＰＬＣ及びインターネットを介してサーバ３に接続され、このサーバ３から前記のような加速度データ情報を取得できるようになる。図の例では携帯端末５はＰＤＡ（Personal Digital Asistance）であり、以下、この実施形態でもＰＤＡ５として説明するが、これはノート型パソコンや携帯電話等であってもよい。
【００４７】
また、前記加速度データ等の情報は、図示のように別のユーザＵが携帯電話６により取得することも可能である。ＰＤＡ５や携帯電話６は、その作動中に必要に応じて図示の如くインターネットを介してサーバ３に接続され、ログインした状態において、所謂サーバ・クライアント環境を構成するものであり、この環境において従来一般的な通信手法に従い双方向に通信を行うことができる。
【００４８】
−センサーユニットの構成−
この実施形態のセンサーユニット２は、図２に示すように、加速度センサーモジュール７とＰＤＡ８とを備えるとともに、同図には示さないが、固有のＩＤ情報が記録されている無線ＩＣタグ９を含んでいる。図３に模式的に示すように無線ＩＣタグ９は、ＩＣチップ９ａと無線通信用のアンテナ９ｂとを有する公知のものであり、検査員Ｍの携帯するＰＤＡ５に取り付けられたリーダ／ライタ１０からの電波を受信して電磁誘導により起動され、記録している情報を送信したり（読み取り）、或いはリーダ／ライタ１０から送信される情報を記録する（書き込み）ことができる。無線ＩＣタグ９は、加速度センサーモジュール７やＰＤＡ８と一体的に配置してもよいし、離して配置してもよい。
【００４９】
加速度センサーモジュール７は、直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向についてそれぞれ加速度を検出する３軸加速度センサ７０と、その各軸毎の出力信号に所定の前処理を加えてからマイクロコンピュータ７１（ＭＰＵ）に入力する信号処理回路７２（信号処理手段）と、を備えている。信号処理回路７２の制御（後述する半導体スイッチ７２ｂの作動やアンプ７２ｃのゲイン調整）はＭＰＵ７１によって行われる。
【００５０】
ここで３軸加速度センサ７０は、所謂ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた公知のものであり、振動の検出対象である建築物若しくは土木構造物に合わせて感度の高い周波数帯や振幅を調整してある。Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸毎の出力信号は、それぞれフィルタ等を介して信号処理回路７２に送られ、交流成分（ＡＣ）と直流成分（ＤＣ）とに分離される。図の例では、コンデンサ７２ａの介在する上側の配線に交流成分が現れ、下側の配線には直流成分が現れ、このいずれかが半導体スイッチ７２ｂにより切替えられて可変ゲインアンプ７２ｃに入力され、増幅された後にＡＤ変換されて、マイクロコンピュータ７１（ＭＰＵ）に入力される。
【００５１】
すなわち、一般に加速度の信号には、動的加速度を現す交流成分と、静的な重力加速度に比例する直流成分とが重畳しており、検出の精度を高めるためにＡＤ変換の分解能を高くすれば、データ量が非常に多くなってしまうところ、前記のように分離した交流成分のみを用いれば重力の影響を排除できるので、ＡＤ変換の分解能はあまり高くしなくてもよく、その分、データ量を少なくすることができる。尚、直流成分は後述の如くセンサ７０の傾きの検出に使用される。ＡＤ変換器を６つ設ければ交流、直流の同時サンプリングも可能である。
【００５２】
ＭＰＵ７１は、従来周知のようにＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマー及び通信ポートを有するとともに、電気的に消去書き換え可能なメモリであるＥＥＰＲＯＭを有している。ＥＥＰＲＯＭには、信号処理回路７２の半導体スイッチ７２ｂの方向や可変ゲインアンプ７２ｃのゲイン制御値、或いは３軸加速度センサ７０の校正値等のデータが格納されており、ＣＰＵは、例えば前記交流、直流の切替えに応じてゲインデータをＥＥＰＲＯＭから読み出すようになっている。
【００５３】
また、ＭＰＵ７１には、ＡＤ変換器のサンプリングタイミングを供給するカウンター７３と、このカウンター７３やＭＰＵ７１を作動させるための基準クロック７４（両者を合わせて時計手段）とが接続されるとともに、加速度センサーモジュール７の操作部７５と、ブザー７６と、通信状態や振動波形を表示するための表示器７７とが接続され、さらに、一般的な通信装置７８と時間同期用の入出力端子７９（入出力ポート）も接続されている。通信装置７８は、例えばシリアル通信ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ、無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮ、ブルートゥース、ＺｉｇＢｅｅ等でよい。
【００５４】
前記時間同期用入出力端子７９は、ＣＰＵによって信号の入力側及び出力側のいずれかに切替え可能なものであり、図１のように一つの建物等１に複数のセンサーユニット２，２，…を設置する場合には、それらの時間軸を同期させるために、図２に示すように複数のセンサーユニット２，２，…のそれぞれの入出力端子７９を信号線によって数珠繋ぎに並列接続する。こうすれば、いずれかのユニット２からそれ以外のユニット２，２，…全てにそれぞれ信号線を繋ぐのに比べて、配線が遙かに少なくて済む。尚、後述する時間同期の操作を終えれば、信号線は取り外す。
【００５５】
前記のように構成された加速度センサーモジュール７においては、ＭＰＵ７１のＣＰＵが例えばＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、詳しくは後述するが、３軸加速度センサ７０からの出力の交流成分が加速度データとして取り込まれ、一時的にＲＡＭに記憶される。このデータは、通常は例えば１００秒程度の間隔で更新されるが、地震等による所定以上に大きな振動が入力すると、その時点から所定時間（例えば１秒）遡った時点を始点として、所定時間が経過するまでのデータをＰＤＡ８に送信する。
【００５６】
そうして加速度センサーモジュール７から送信される加速度データを受け入れるＰＤＡ８は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた携帯型のコンピュータ装置であって、記憶装置を内蔵するとともにディスプレーや操作部、無線通信機の一体化された一般的な構成のものである（図３のＰＤＡ５を参照）。ＰＤＡ８の内部記憶装置には、加速度データをＦＦＴ処理するための解析演算プログラムと、演算後のデータ等を無線ＩＣタグ９のＩＤ情報と共にサーバ３に送信する送信プログラムと、が格納されている。
【００５７】
また、ＰＤＡ８の内部記憶装置には、詳しくは後述するが、３軸加速度センサ７０の各軸毎の出力の直流成分に基づいて、各軸Ｘ，Ｙ，Ｚの鉛直方向Ｇからの傾き角θx，θy，θz（図４参照）、即ちセンサ７０自体の傾きを演算する傾き角演算プログラムも格納されている。こうしてセンサ７０自体の傾きを検出できることから、全方位角度を安定して検出可能であり、建物等１が傾いていても地震動を正確に上下、水平に分けて検出することができる。また、地震による建物等の傾きも検出できる。
【００５８】
尚、前記解析演算プログラムをＣＰＵが実行することで、ＰＤＡ８は、加速度センサーモジュール７により検出された振動のデータをＦＦＴ処理する解析演算手段を備えることになり、同様に傾き角演算プログラムを実行することで、３軸Ｘ，Ｙ，Ｚそれぞれの鉛直方向Ｇからの傾きを演算する傾き角演算手段を備えることになる。換言すれば、解析演算手段や傾き角演算手段はソフトウエアプログラムによって構成される。
【００５９】
−サーバ及び携帯端末の構成−
次に、サーバ３について説明すると、これは、主にＰＤＡ５，…，８，…に対するアプリケーション・サーバとして機能する一般的な構成のコンピュータ装置であり、ＣＰＵが内部記憶装置に格納された種々のプログラムを必要に応じて読み出し、実行するようになっている。図示は省略するが、サーバ３には、キーボードやマウス、ディスプレーの他、ハードディスクドライブ等の外部記憶装置３０が接続されていて、この外部記憶装置３０には、前記した加速度データ情報ＤＢの他にも、地震の際の倒壊危険度予測に役立つ種々の情報を記録したデータベースＤＢが設けられている。
【００６０】
図の例では、外部記憶装置３０には加速度データ情報ＤＢの他にＩＤ情報ＤＢ、建物情報ＤＢ、検査情報ＤＢ、ユーザ情報ＤＢ及び端末情報ＤＢが設けられている。ＩＤ情報ＤＢには、センサーユニット２，２，…毎の無線ＩＣタグ９，９，…に記録されたＩＤ情報（１６桁の数字等）が、設置されている建物等１と関連づけられた建物設置ＩＤとして記録されている。よって、図１に示す建物等１のように１階、５階及び１０階に各々センサーユニット２，２，…が設置されている場合、これら３つのセンサーユニット２，２，…に係る加速度データ情報は互いに関連づけられた状態になる。
【００６１】
また、建物情報ＤＢには、センサーユニット２，２，…の設置されている建物等１，１，…の場所、竣工時期、構造種別、用途、地上階数等の情報が記録されている（図１１（ａ）を参照）。検査情報ＤＢには過去に行われた建物等の検査結果が検査項目毎に記録されており、ユーザ情報ＤＢには、システムへのアクセスが許可されているユーザ（検査員や建物の所有者）情報が記録され、端末情報ＤＢには、ＰＤＡ８のようにセンサーユニット２を構成する端末の固有の情報が記録されている（図１２（ｂ）を参照）。
【００６２】
そして、サーバ３の内部記憶装置には、上述したようにセンサーユニット２，２，…の各ＰＤＡ８から無線通信により送られてくる解析後の加速度データを受領して、センサーユニット２，２，…に固有のＩＤ情報と関連づけた状態で加速度データ情報ＤＢに格納するデータ格納プログラムと、検査員Ｍの携帯するＰＤＡ５からの要求信号に応じて加速度データ情報等、所定の情報をデータベースから読み出してＰＤＡ５に送信する情報提供プログラムと、そのＰＤＡ５から送信されてきた検査情報をＩＤ情報と関連づけて検査情報ＤＢに記録する記録プログラムと、を備えている。この情報提供プログラムをＣＰＵが実行することで、サーバ３は、ＰＤＡ５からの要求に応じて加速度データ情報等を提供する情報提供手段を備えることになる。
【００６３】
一方で検査員Ｍの携帯する端末、即ち前記ＰＤＡ５は、前記センサーユニット２のＰＤＡ８と基本的に同じものでよいが、これには図３に示すように、無線ＩＣタグ９のリーダ／ライタ１０が接続されていて、建物等１に設置されたセンサーユニット２の無線ＩＣタグ９からＩＤ情報を読み取り可能になっている。すなわち、ＰＤＡ５の内部記憶装置には、操作部５ｂに所定の操作が行われるのに応じてリーダ／ライタ１０を起動し、これによりセンサーユニット２の無線ＩＣタグ９から無線通信によりＩＤ情報を読み取るＩＤ情報取得プログラムが格納されており、このプログラムとリーダ／ライタ１０とによってＩＤ情報取得手段が構成される。
【００６４】
また、ＰＤＡ５の内部記憶装置には、前記のようにＩＤ情報を取得した後、これと共に加速度データ情報等の要求信号をサーバ３に送信する情報要求プログラムと、その要求信号を受けたサーバ３から送信されてくる情報を受領して、これをディスプレー５ａに表示する情報表示プログラムとが格納されており、それらのプログラムによって振動情報要求手段と振動情報表示手段とが構成される。そうしてディスプレー５ａに表示される情報には、後述するように、地震による振動の履歴のみならず、例えば建物等１の構造や築年数等の情報も含まれており、これに基づいて検査員Ｍは建物等１の倒壊危険度予測を的確に行うことができる。
【００６５】
さらに、ＰＤＡ５の内部記憶装置には、ユーザである検査員Ｍの所定操作によって入力される建物等の検査結果を、無線ＩＣタグ９から読み取ったＩＤ情報と共にサーバ３に送信する検査情報送信プログラムとが格納されており、このプログラムによって検査情報送信手段が構成される。
【００６６】
（システムの設置及び作動）
以下に、上述したモニタリングシステムＳについて、より具体的に説明する。最初に、建物等１，１，…にセンサーユニット２，２，…を設置するときには、３軸加速度センサ７０のＸ軸、Ｙ軸をそれぞれ水平方向に、またＺ軸を鉛直方向に一致させる。そのためにはセンサ７０を仮設した状態で、まず、図４に示す各軸Ｘ，Ｙ，Ｚの鉛直方向Ｇからの傾き角θx，θy，θzを該各軸毎の出力に基づいて演算し、センサ自体の傾きを求める。
【００６７】
すなわち、建物等にセンサーユニット２を仮設してＰＤＡ８に所定の操作を行うと、ＣＰＵが傾き角演算プログラムを起動して、加速度センサーモジュール７のＭＰＵ７１に作動指令を送信する。これを受けたＭＰＵ７１は、信号処理回路７２の半導体スイッチ７２ｂを切替えて、３軸加速度センサ７０の各軸Ｘ，Ｙ，Ｚ毎の出力のうち直流成分を取り込むようになり、こうして取り込んだ各軸毎の直流成分のデータｘ，ｙ，ｚをＰＤＡ８に送信する。
【００６８】
そのデータを受け入れたＰＤＡ８では、３軸それぞれの出力の直流成分ｘ，ｙ，ｚに基づいて、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸の鉛直方向Ｇからの傾き角θx，θy，θzを以下の式(1)〜(4)により演算する。すなわち、θx ＝ arcsin（ｘ／Ａ）…(1)，θy ＝ arcsin（ｙ／Ａ）…(2)，θz ＝ arcsin（ｚ／Ａ）…(3)，Ａ ＝√（ｘ2＋ｙ2＋ｚ2） …(4) である。尚、式(4)の“Ａ”は、３軸それぞれの出力の直流成分ｘ，ｙ，ｚにより求められる重力ベクトルＧの大きさを表している。
【００６９】
ここで、一般的にＭＥＭＳ技術を用いた３軸加速度センサ７０では、３軸が同一半導体内に作りこまれているので、環境温度の変動等に起因する電気的な感度変化やオフセットを同程度の割合で生じる。この感度変化がαとすると、
Ａ’ ＝√｛（ｘ・α）2＋（ｙ・α）2＋（ｚ・α）2｝  となるが、
θx’ ＝ arcsin｛（ｘ・α）／Ａ’2｝＝ arcsin（ｘ／Ａ）＝ θx  となり、
感度変化の影響はキャンセルされることが分かる。
【００７０】
また、そのオフセット量をΔとすると、前記式(4)は、
Ａ’ ＝√｛（ｘ＋Δ）2＋（ｙ＋Δ）2＋（ｚ＋Δ）2｝ となるが、
Ａを予め記憶していれば各軸のオフセット量  β＝（Ａ’−Ａ）／√３  により求まり、これを例えば式(1)に代入すると、
θx’ ＝ arcsin｛（ｘ’−β）／Ａ2｝＝ arcsin（ｘ／Ａ）＝ θx  となり、
オフセットの影響はキャンセルされることが分かる。ここで、ｘ’＝ｘ＋β  である。
【００７１】
同様にして、計測場所によって微妙に重力の大きさが異なる影響もキャンセルされるので、前記の手法によれば３軸加速度センサ７０の傾きを非常に精度良くを特定することができる。このことは、前記のようにセンサーユニット２，２，…の設置の際に役に立つのみならず、経時的に建物等１が傾いて、センサ７０のＺ軸が鉛直方向からずれたとしても、このずれを正確に検出して補正することができるので、地震動を正確に上下、水平に分けて検出することができ、地震による揺れを３次元的で解析する上でも有利になる。また、後述するように地震の発生直後に建物等の傾きを検出することもできるようになる。
【００７２】
ところで、図１に示したように同じ建物等１に複数（図の例では３つ）のセンサーユニット２，２，…を設置する場合には、これらのセンサーユニット２，２，…同士の時間軸を同期させてサンプリング時間のタイミングを合わせる必要がある。そこで、例えばノートパソコン等をいずれか１つのセンサーユニット２（例えば１階のもの）の近くに置いて、無線通信によりＰＤＡ８に同期コマンドを送り、これを含めた複数のセンサーユニット２，２，…の加速度センサーモジュール７，７，…の時間同期をとる。
【００７３】
すなわち、図５のフローに示すように、各センサーユニット２のＰＤＡ８においては、同期コマンドを受けると（ステップＳ１：同期開始命令か？にＹＥＳ）時間同期プログラムを起動し、ステップＳ２に進んで信号の出力側かどうか判定する。そして、出力側のセンサーユニット２ではＹＥＳと判定してステップＳ３に進み、加速度センサーモジュール７の入出力端子７９を出力側に設定するとともに、時間同期のための信号である同期トリガーパルスを出力し、その上でカウンター７３をリセットしてステップＳ４に進み、ノートパソコン等に同期成功フラグを送信してリターンする。
【００７４】
一方、前記ステップＳ２において信号の出力側でない（ＮＯ）と判定された残りの２台のセンサーユニット２，２，…では、ステップＳ５に進んで加速度センサーモジュール７の入出力端子７９を入力側に設定して、同期トリガーパルスの入力待ちになる。そして、同期トリガーパルスを入力すればカウンター７３をリセットして、ステップＳ６で同期は成功した（ＹＥＳ）と判定し、前記ステップＳ４に進む一方、所定時間待っても同期トリガーパルスを入力しなければ、ステップＳ６で同期に成功しなかった（ＮＯ）と判定し、ステップＳ７に進んで同期失敗フラグを送信し、しかる後にリターンする。
【００７５】
こうして全てのセンサーユニット２，２，…の時間軸が同期するようになり、それら全てのサンプリングタイミングが同期して、サンプリング時の時間とサンプリングデータ欠落の有無を保証することができる。信号線で繋いでいることから、無線通信の場合とは異なり正確な同期が可能であり、しかも、並列であっても数珠繋ぎに接続することで、配線が少なくて済む。また、個別に同期信号のトリガー出力用または受信用として予め設定する必要もない。同期させるセンサーユニット２，２，…の数は２つであってもよいし、４つ以上であっても何ら問題はない。
【００７６】
そうした時間同期の調整は、前記したようなセンサーユニット２，２，…の設置時に行えば、その後の暫くの期間は各加速度センサーモジュール７の基準クロック７４の作動によって、センサーユニット２，２，…の時間軸が概ね同じに維持される。但し基準クロック７４は少しずつずれる可能性があるので、求められる同期の精度によっては一定の期間（例えば２〜３年）毎に時間同期の調整を行うようにしてもよい。尚、時間同期プログラムが同期信号出力手段、時計値リセット手段に対応している。
【００７７】
−地震動の計測及びデータ収集−
次に、以上のように建物等１，１，…に設置したセンサーユニット２，２，…により地震動を計測し、そのデータを送信する手順について説明する。まず、センサーユニット２，２，…の設置された建物等１，１，…が地震によって所定以上大きく揺れると、図６の時刻ｔ１に示すように、各センサーユニット２の加速度センサーモジュール７においては３軸加速度センサ７０からのＸ，Ｙ，Ｚいずれかの軸方向出力の交流成分の大きさが所定の閾値（トリガーレベル）を超える。
【００７８】
これがトリガーになってＭＰＵ７１は、そのとき（地震動の計測日時）から所定時間遡った時点ｔ０から所定時間経過するまで（時刻ｔ２）の加速度データをＰＤＡ８に送信する。それからＭＰＵ７１は信号処理回路７２の半導体スイッチ７２ｂを切替えて、今度は加速度センサ７０の各軸Ｘ，Ｙ，Ｚ毎の出力の直流成分を取り込むようになり、予め設定した時間が経過して出力変動が小さくなれば（時刻ｔ３）、ここまでの各軸毎の直流成分のデータｘ，ｙ，ｚをＰＤＡ８に送信する（時刻ｔ４）。その後、ＭＰＵ７１は、信号処理回路７２を再び交流側に切替える。
【００７９】
それら交流成分、直流成分のそれぞれのデータは、いずれもＸ，Ｙ，Ｚの各軸毎に送信されるが、このときには計測の日時を表すカウンタ値（計時値）も同時に送信される。このカウンタ値に基づいて複数のセンサーユニット２，２，…からのデータの時間軸を合わせることができる。
【００８０】
前記のように交流成分、直流成分のそれぞれのデータ送信を受けたＰＤＡ８では、受け取った加速度データを一旦、メモリに保存するとともに、解析演算プログラムを起動して交流成分のデータにＦＦＴ処理を実行する。一例として図７の上側には、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の加速度（交流成分）の計測値の時間変化を表すデータを示し、下側には、ＦＦＴ処理を施した後の周波数特性を表すデータを示す。ＦＦＴ処理によって加速度のピーク値（地震の大きさを表す）およびピーク周波数（建物等の共振周波数を表す）が得られ、これらは建物等１の損傷度合いの指標となる。
【００８１】
また、ＰＤＡ８ではＣＰＵが傾き角演算プログラムを起動して、上述したセンサーユニット２，２，…の設置時と同様に、３軸毎の直流成分のデータに基づいて各軸の鉛直方向からの傾き角を演算する。これにより地震動を正確に上下、水平に分けて検出することができるとともに、地震による建物等の傾きを検出することもできる。
【００８２】
そうして地震動の強さを表す加速度データや建物等の傾きに関するデータを取得したＰＤＡ８は送信プログラムを起動して、図８(a)に示すようにセンサーユニット２からサーバ３へのデータ送信を行う。このデータには、前記ＦＦＴ処理後の加速度データ、建物等の傾きのデータ、地震動の計測時刻の他に、例えば、対応する無線ＩＣタグ９のＩＤ情報、加速度センサーモジュール７の物理アドレス等の情報が含まれている。尚、物理アドレスは加速度センサーモジュール７に固有のもので、ＭＡＣアドレスとも呼ばれる。
【００８３】
そして、前記ＰＤＡ８からのデータ送信を受けたサーバ３は、外部記憶装置３０の端末情報ＤＢ（図１２(b)を参照）を参照して物理アドレスを検証し、ＯＫであれば加速度データ等の情報をＩＤ情報等と関連づけて加速度データ情報ＤＢに記録するとともに、センサーユニット２のＰＤＡ８にはデータ保存成功フラグを返信する。こうして加速度データ情報ＤＢには、前記図７の下側に示したＦＦＴ処理後の加速度波形やピーク値、ピーク周波数等の加速度データ情報が計測の日時と共にＩＤ情報等と関連づけされた状態で格納される。尚、例えばサーバ３のメンテナンス、接続異常、通信網異常等の理由により所定時間経過してもサーバ３からの返信がない場合は（データ送信タイムアウト）、それを所定回数繰り返し、それでも駄目であれば例えば同図(b)に示すように、データを電子メールに添付してメールサーバ３’経由で送信することもできる。勿論、予めサーバ３を補助する別のサーバーコンピュータを設けておいても良いし、データをＰＤＡ８の記憶装置に一時的に保存し、後に新規に取得したデータと一緒に送ることもできる。
【００８４】
−地震による被害状況の検査−
前記のようにしてサーバ３のデータベースに格納された情報は、上述したようにインターネットを通じて閲覧可能であり、地震後の被災地に出向いた検査員Ｍが携帯するＰＤＡ５によって容易に利用することができる。以下ではＰＤＡ５によりサーバ３から情報を取得する際の手順を、信号の流れを示す図９に基づき図１０〜１２も参照して、より具体的に説明する。
【００８５】
まず、図１０(a)には、ＰＤＡ５のディスプレー５ａに表示されるログイン画面を示す。このログイン画面は、ＰＤＡ５の操作部５ｂに所定の操作を行うと表示され、図示のように２つの操作ボタンを備えている。検査員Ｍは、自身のＩＤ情報であるユーザＩＤ及びパスワードを入力するか、或いは「読み取り」ボタンを押して、身につけている無線ＩＣタグ９’からユーザＩＤを読み取らせた後にパスワードを入力し、それから「ログイン」ボタンを押す。
【００８６】
そうすると、図９に模式的に示すように、ＰＤＡ５からサーバ３にユーザＩＤやパスワードが送信され、これを受けたサーバ３では、ユーザ情報ＤＢを参照してユーザＩＤ、パスワードを検証し、ＯＫであればＰＤＡ５にログイン成功フラグを返信して、ログイン許可を与える。するとＰＤＡ５のディスプレーには図１０(b)のような画面が表示され、この画面上の「読み取り」ボタンを押しながらＰＤＡ５をセンサーユニット２の近くにかざすと、リーダ／ライタ１０がセンサーユニット２の無線ＩＣタグ９からＩＤ情報を読み取る（建物設置ＩＤ取得）。
【００８７】
次いで、検査員Ｍが前記画面上の「接続」ボタンを押すと、前記のように取得した建物設置ＩＤが、加速度データ情報等を要求する要求信号と共にサーバ３に送信される。これを受けたサーバ３では、建物設置ＩＤから特定される建物等１に設置されている全てのセンサーユニット２，２，…を検索抽出した後に、加速度データ情報ＤＢや建物情報ＤＢ等を参照して各センサーユニット２の加速度データ情報の他、例えば建物情報、その付随情報、端末情報、ログインユーザ情報等、ユーザや建物に関連する所定の情報を全てＰＤＡ５へ送信する。
【００８８】
そうして送られてきた全ての情報は、検査員ＭがＰＤＡ５の操作部５ｂを操作することでディスプレー５ａに切替え表示される。加速度データ情報としては例えば図７の周波数特性を表すデータが表示され、建物情報としては、図１１(a)に例示するように建物等１の構造や竣工年月等が表示され、その付随情報としては、同図(b)に例示するように建物等１の内部におけるセンサーユニット２の配置等が表示される。尚、ユーザ情報、端末情報は図１２(a)(b)にそれぞれ例示する。
【００８９】
そして、前記加速度データ情報から検査員は、地震動の大きさや建物等１の揺れの大きさを定量的に把握できるとともに、外観からは分かり難い建物等１の構造や築年数等を建物情報から知ることができる。特に、図１に示すように建物等１の１階、５階及び１０階に各々センサーユニット２，２，…が設置されていて、それら全ての加速度データ情報が送られてくる場合は、それらを組み合わせて、例えば１階及び５階でそれぞれ加速度がピーク値を示す時刻のずれから建物等１の振動伝達特性を求めることができ、これにより、損傷の程度について判定することも可能になる。
【００９０】
また、前記加速度データ情報若しくは建物情報のいずれかには、後述するように建物等１を強制加振して、各センサーユニット２，２，…により計測された加速度データを付け加えるようにしてもよい。こうすれば、地震による被害を受ける前の建物等１の振動伝達特性が分かるので、これとの対比によって、建物等１の振動伝達特性が地震によりどのように変化したのか知ることができ、このことも建物等１の受けた損傷の程度の判定に有利になる。
【００９１】
そして、検査員ＭはＰＤＡ５の操作部５ｂを操作して、自らの行った検査の結果を入力することができる。図示は省略するが、例えばディスプレー５ａに予め設定された検査項目毎に入力を促す画面が表示され、これに従って対話式で入力するようにすればよい。それから検査員Ｍの所定操作に応じて、ＰＤＡ５の検査情報送信プログラムが起動され、前記検査結果の情報を無線ＩＣタグ９から読み取ったＩＤ情報と共にサーバ３に送信する。
【００９２】
したがって、この実施形態１に係る地震動のモニタリングシステムＳによると、地震が発生して建物等１，１，…が揺れたときに、これによる振動状態がセンサーユニット２，２，…により検出されて、無線通信を介してサーバ３に送信されるようになる。このとき、多数の建物等１，１，…に設置されている非常に多くのセンサーユニット２，２，…からの通信がサーバ３に集中することになるが、この実施形態では加速度センサ７０からの信号に所定の処理を加えてデータ量を少なくし、その処理後のデータのみをサーバ３に送信するようにしているので、サーバ３が処理の不能な状態に陥ることはない。
【００９３】
また、そうしてサーバ３に集められ、データベースに記録された加速度データ情報は、その後、被災地に出向いた検査員Ｍが携帯するＰＤＡ５により容易に取得することができる。この際、サーバ３からは加速度データ情報のみならず、建物情報やその付随情報等、建物等１の被害状況の判定に有益な情報が多く提供されるので、これらの情報を利用すれば、経験が浅くあまり熟練度合いの高くない検査員Ｍであっても、地震による建物等１の被害状況を把握して、的確な倒壊危険度予測を間違いなく行える。
【００９４】
また、そうして行った検査の結果を検査員ＭがＰＤＡ５に入力すれば、これをＰＤＡ５から無線通信によってサーバ３に送信し、検査項目毎に検査情報ＤＢに格納することもできる。こうすれば、複数の検査員Ｍ，Ｍ，…が同じ建物等１について重複して検査を行う心配もない。
【００９５】
（実施形態２）
次に図１３には、本発明に係るモニタリングシステムを所謂耐震補強の効果を確認するために用いる場合を示す。このシステムにおいて用いるセンサーユニット２，２，…の基本的な構成は前記実施形態１のものと同じであり、以下、同じものには同じ符号を付して、説明を省略する。
【００９６】
この実施形態のモニタリングシステムは、実施形態１と同じく建物等に複数のセンサーユニット２，２，…を設置して、それぞれにより検出された加速度や傾きに関する情報を無線通信によりコンピュータ装置１２（図の例ではノート型パソコンであり、以下、ＰＣ１２という）に送信し、ユーザである検査員Ｍに表示するとともに、図示しないがＰＣ１２の内部記憶装置に設けられているデータベースに格納するようにしたものである。
【００９７】
図の例ではＰＣ１２は、無線ＬＡＮ４を介してセンサーユニット２，２，…と双方向通信可能に接続され、ログインした状態において所謂サーバ・クライアント環境を構成する。尚、ＰＣ１２は、前記実施形態１と同様にインターネットを介して接続するようにしてもよい。また、コンピュータ装置はパソコンに限らず、実施形態１のＰＤＡ５，８を利用することも可能である。
【００９８】
この実施形態では必ずしもセンサーユニット２，２，…に無線ＩＣタグ９，９…は必要ないが、実施形態１のシステムと共用すべく、図のように無線ＩＣタグ９，９…を含ませてもよい。また、各センサーユニット２のＰＤＡ８の内部記憶装置には、実施形態１と同じく解析演算プログラムや傾き角演算プログラム、送信プログラムが格納されるとともに、前記のように無線通信によってＰＣ１２から送信されるコマンド（命令）を受けて所定期間、３軸加速度センサ７０からの出力を取得するデータ取得プログラムも格納されている。
【００９９】
そのデータ取得プログラムをＣＰＵが実行することで、ＰＤＡ８は、加速度データ取得手段を備えることになる。また、この実施形態では前記送信プログラムは、前記解析演算プログラムや傾き角演算プログラムを用いて演算されたデータ等をＰＣ１２に送信するようになっており、この送信プログラムは、前記加速度データ取得手段によって取得された加速度データを無線通信によりコンピュータ装置に送信するデータ送信手段に対応する。
【０１００】
以下に、図１４のフローを参照してＰＤＡ８の行う処理の手順を具体的に説明すると、まずステップＴ１では、ＰＣ１２からの設定変更や校正値要求等のコマンドの入力を待ち、入力があれば（ＹＥＳ）ステップＴ２に進んで、それらに対応する指令をセンサーモジュール７へ送信する。これを受けてセンサーモジュール７では、ＭＰＵ７１が指令の内容に応じてＥＥＰＲＯＭの設定値、即ち信号処理回路７２のＡＣ／ＤＣ切替えや可変ゲインアンプ７２ｃのゲイン制御値を変更したり、或いは３軸加速度センサ７０の校正値データを読み込んでＰＤＡ８に送信する。
【０１０１】
ここで、校正値というのは、周知の通り、加速度センサ７０から出力される整数のデータ値を、小数点を含む所定単位（例えばgal）のデータ値に変換するための係数値であり、予め実験等に基づいて特定された最適値が校正値記憶手段であるＥＥＰＲＯＭに格納されている。この校正値によって加速度データ（整数のデータ値）を例えばfloat、doubuleといった小数点値に変換すると、データ量が数倍に膨れ上がるので、この実施形態では、通信前には変換を行わず、整数のデータ値と共に変換のための校正値をＰＤＡ８に送信し、さらにＰＣ１２に送信して、ここで変換するようにしている。これにより通信量が圧倒的に少なくなって、リアルタイムの処理が可能になる。
【０１０２】
すなわち、前記ステップＴ２に続くステップＴ３でＰＤＡ８は、センサーモジュール７から校正値を受信したかどうか判定し、受信すれば（ＹＥＳ）ステップＴ４に進んで校正値をＰＣ１２に送信する。続いてＰＤＡ８は、ＰＣ１２からデータ計測に係るコマンド、即ちサンプリング開始命令の入力を待ち、入力があれば（ステップＴ５でＹＥＳ）ステップＴ６に進んで、センサーモジュール７へサンプリング開始指令を送信する。
【０１０３】
ここで、図１３には模式的に白抜きの矢印で示すが、図示しない加振機によって建物等１を加振しておく。そうすると、前記のサンプリング開始指令を受けたセンサーモジュール７では、上述した実施形態１と同様に３軸加速度センサ７０からの出力の交流成分がＭＰＵ７１に取り込まれて、所定時間間隔の加速度データとしてＰＤＡ８に送信される。
【０１０４】
そうして加速度データの送信されてくるＰＤＡ８では、前記ステップＴ６に続くステップＴ７においてデータを受信したかどうか判定し、受信すれば（ＹＥＳ）ステップＴ８に進んで、このデータをＰＣ１２に送信する。続くステップＴ９ではＰＣ１２からのサンプリング停止命令の入力を待ち、入力があれば（ＹＥＳ）ステップＴ１０に進んで、センサーモジュール７へサンプリング停止指令を送信する。
【０１０５】
こうして、この実施形態２のシステムによれば、例えば耐震補強の効果を確認するために建物等１を加振して、その複数箇所に設置してあるセンサーユニット２，２，…からの時間同期した加速度データをＰＣ１２へ送信することができ、リアルタイムにて時間軸を合わせた波形表示および解析表示が可能になる。また、建物等１の要補強箇所を２次元または３次元的に正確に判定し、補強にかかる時間とコストを低く抑えることも可能になる。
【０１０６】
しかも、有線式のものと異なり、センサーユニット２，２，…の設置にかかる時間や費用を大幅に軽減でき、設置場所を簡易に変更することもできる。また、一旦、データを取得した後に閲覧・解析し、振動の大きい要補強箇所を特定する場合にも容易に対応できるというメリットもある。
【０１０７】
（他の実施形態）
尚、本発明のモニタリングシステムの構成は、前記した実施形態１、２のものに限定されず、その他の種々の構成を包含する。例えば、前記実施形態ではセンサーユニット２を加速度センサーモジュール７とＰＤＡ８とで構成しているが、加速度センサーモジュール７のＣＰＵを高性能のものとし、記憶装置の容量を拡大等するとともに無線通信機を組み込めば、これによりＰＤＡ８を代替し、それを省略することも可能になる。
【０１０８】
また、前記実施形態の加速度センサーモジュール７では、ＭＰＵ７１とは別に信号処理回路７２を備えているが、そのうちの半導体スイッチ７２ｂや可変ゲインアンプ７２ｃ等の機能は、プログラム可能なＭＰＵに内蔵することもできる。
【０１０９】
また、加速度センサーモジュール７には必ずしも３軸加速度センサ７０を用いなくてもよく、例えば上下方向のみの振動を検出するように１軸の加速度センサを設けることもでき、加速度センサに変えて変位センサや速度センサを用いることも可能である。
【０１１０】
さらに、センサーユニット２には必ずしも無線ＩＣタグ９を備えなくてもよく、例えば、ＩＤ情報を記録したバーコードを備えるようにしてもよいし、手間はかかるが、センサーユニット２の所定箇所にＩＤ情報を表示しておいて、これを検査員Ｍが手入力するようにしてもよい。
【０１１１】
加えて、センサーユニット２には建物等１の画像を記録するカメラを備えてもよい。この場合には、加速度センサ７０のいずれかの軸方向出力の交流成分の大きさがトリガーレベルを超えたとき（図６の時刻ｔ１）、前記カメラによる録画を開始し、所定時間後までの録画データを取得するとともに、この録画データを加速度データ等と共にサーバ３に送信するようにすればよい。こうすれば、地震発生時の録画画像も加えて、さらに的確な倒壊危険度予測が行える。
【０１１２】
さらにまた、前記実施形態のセンサーユニット２或いは加速度センサーモジュール７を、実施形態１のような地震動のモニタリングシステムＳや実施形態２のような耐震補強の確認以外の用途に用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明に係るモニタリングシステムは、建物や橋梁等に適用して、それらの地震による被害状況を迅速且つ的確に判定する有益な手法を提供するものであり、防災、安全等の用途に極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る地震動のモニタリングシステムの概略構成図である。
【図２】センサーユニットの構成を示す図である。
【図３】ＰＤＡと無線ＩＣタグとの通信の様子を示す説明図である。
【図４】加速度センサの傾きの演算に係る模式図である。
【図５】時間同期のための処理フローの一例を示す図である。
【図６】加速度の計測に係るタイムチャート図である。
【図７】加速度データの一例を示す図である。
【図８】センサーユニットからサーバに加速度データを送信する際の信号の流れを示す説明図である。
【図９】ＰＤＡによりサーバから加速度データ等の情報を取得する際の信号の流れを示す説明図である。
【図１０】ＰＤＡのログイン画面等の表示例を示す説明図である。
【図１１】同建物情報等の表示例を示す説明図である。
【図１２】同ユーザ情報等の表示例を示す説明図である。
【図１３】実施形態２に係る図１相当図である。
【図１４】耐震補強の確認のための処理フローの一例を示す図である。
【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８】
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【図９】
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【図１３】
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【図１４】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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