(57)【要約】【課題】目視点検以外の方法で橋梁の状態に関する情報をユーザに提供できるようにする。【解決手段】橋梁点検支援システムが、車両が走行する橋梁の構成部分から発せられた音を取得する音取得部と、前記音取得部が取得した音を解析して前記構成部分の固有振動数を検出する固有振動数検出部と、前記固有振動数検出部が検出した固有振動数と判定基準振動数とを比較して、前記構成部分に関する異常を判定する判定部と、を備える。【選択図】図１
2017095980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両が走行する橋梁の構成部分から発せられた音を取得する音取得部と、
前記音取得部が取得した音を解析して前記構成部分の固有振動数を検出する固有振動数検出部と、
前記固有振動数検出部が検出した固有振動数と判定基準振動数とを比較して、前記構成部分に関する異常を判定する判定部と、
を備える橋梁点検支援システム。
【請求項２】
前記構成部分を撮影する撮影部と、
前記撮影部が撮影した画像と、前記判定部の判定結果とを対応付けて表示する表示部と、
を備える請求項１に記載の橋梁点検支援システム。
【請求項３】
前記構成部分から発せられた音の履歴に基づいて前記判定基準振動数を決定する判定基準決定部を備える請求項１または請求項２に記載の橋梁点検支援システム。
【請求項４】
前記橋梁は同一の素材、同一の形状かつ同一の大きさの構成部分を複数備え、
前記橋梁点検支援システムは、前記同一の素材、同一の形状かつ同一の大きさの構成部分の各々から発せられた音に基づいて前記判定基準振動数を決定する判定基準決定部を備える
請求項１または請求項２に記載の橋梁点検支援システム。
【請求項５】
前記橋梁は鋼鈑桁橋であり、
前記構成部分は、前記橋梁の主桁ウェブ、主桁下フランジ、補剛材及び支承のうち少なくともいずれかである
請求項１から４のいずれか一項に記載の橋梁点検支援システム。
【請求項６】
前記音取得部は、前記橋梁を車両が走行したときに前記構成部分から発せられた音を取得する請求項１から５のいずれか一項に記載の橋梁点検支援システム。
【請求項７】
車両が走行する橋梁の構成部分から発せられた音を取得する音取得ステップと、
前記音取得ステップで取得した音を解析して前記構成部分の固有振動数を検出する固有振動数検出ステップと、
前記固有振動数検出ステップで検出した固有振動数と判定基準振動数とを比較して、前記構成部分に関する異常を判定する判定ステップと、
を含む損傷判定方法。
【請求項８】
コンピュータに、
車両が走行する橋梁の構成部分から発せられた音を取得する音取得ステップと、
前記音取得ステップで取得した音を解析して前記構成部分の固有振動数を検出する固有振動数検出ステップと、
前記固有振動数検出ステップで検出した固有振動数と判定基準振動数とを比較して、前記構成部分に関する異常を判定する判定ステップと、
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、橋梁点検支援システム、損傷判定方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁の損傷による事故を未然に防止するために、橋梁を点検して損傷を検出することが重要である。
例えば特許文献１には、橋梁の全体の固有振動モードを把握し、無線センサを利用する技術が記載されている。特許文献１に記載の技術では、センサの配置やデータ取得に際し、構造工学や無線に関する専門的な知識が必要となる。このため、構造振動に関する専門的な知識を計測作業に際して必要とせずに、損傷の有無を適切に簡易に判定できるものが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５５５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
橋梁では損傷が生じていても、汚れ等の付着により発見が困難な場合や、目視点検で識別できる表面の状態から内部の状況は把握できないため損傷の度合いを把握することが難しい場合がある。この場合、カメラ等で橋梁を撮影しその画像から点検を行っても、前記の課題は解決されない。
【０００５】
ここで、点検作業員が、目視以外の方法で橋梁の状態に関する情報を得られれば、点検業務の中でより適切な損傷の診断が可能となり、さらに作業の効率化につながる。例えば、橋梁の目視点検と目視点検以外の方法とを併用することで、橋梁の汚れを落とす作業等を低減しながら損傷の有無を検知できれば、点検作業員の負担を軽減することができる。
【０００６】
本発明は、目視点検以外の方法で橋梁の状態に関する情報をユーザに提供することができる橋梁点検支援システム、損傷判定方法及びプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、橋梁点検支援システムは、車両が走行する橋梁の構成部分から発せられた音を取得する音取得部と、前記音取得部が取得した音を解析して前記構成部分の固有振動数を検出する固有振動数検出部と、前記固有振動数検出部が検出した固有振動数と判定基準振動数とを比較して、前記構成部分に関する異常を判定する判定部と、を備える。
【０００８】
橋梁点検支援システムが、前記構成部分を撮影する撮影部と、前記撮影部が撮影した画像と、前記判定部の判定結果とを対応付けて表示する表示部と、を備えるようにしてもよい。
【０００９】
橋梁点検支援システムが、前記構成部分から発せられた音の履歴に基づいて前記判定基準振動数を決定する判定基準決定部を備えるようにしてもよい。
【００１０】
前記橋梁は同一の素材、同一の形状かつ同一の大きさの構成部分を複数備え、前記橋梁点検支援システムは、前記同一の素材、同一の形状かつ同一の大きさの構成部分の各々から発せられた音に基づいて前記判定基準振動数を決定する判定基準決定部を備えるようにしてもよい。
【００１１】
前記橋梁は鋼鈑桁橋であり、前記構成部分は、前記橋梁の主桁ウェブ、主桁下フランジ、補剛材及び支承のうち少なくともいずれかであるようにしてもよい。
【００１２】
前記音取得部は、前記橋梁を車両が走行したときに前記構成部分から発せられた音を取得するようにしてもよい。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、損傷判定方法は、車両が走行する橋梁の構成部分から発せられた音を取得する音取得ステップと、前記音取得ステップで取得した音を解析して前記構成部分の固有振動数を検出する固有振動数検出ステップと、前記固有振動数検出ステップで検出した固有振動数と判定基準振動数とを比較して、前記構成部分に関する異常を判定する判定ステップと、を含む。
【００１４】
本発明の第３の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、車両が走行する橋梁の構成部分から発せられた音を取得する音取得ステップと、前記音取得ステップで取得した音を解析して前記構成部分の固有振動数を検出する固有振動数検出ステップと、前記固有振動数検出ステップで検出した固有振動数と判定基準振動数とを比較して、前記構成部分に関する異常を判定する判定ステップと、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、目視点検以外の方法で橋梁の状態に関する情報をユーザに提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る橋梁点検支援システムの機能構成を示す概略ブロック図である。
【図２】同実施形態における鋼鈑桁橋の構成例を示す説明図である。
【図３】同実施形態における処理装置が橋梁の異常を判定する処理手順の例を示すフローチャートである。
【図４】第１の実験における加振位置を示す説明図である。
【図５】第１の実験で加速度計を用いて検出された振動の周波数スペクトルを示すグラフである。
【図６】第１の実験で音の解析にて得られた振動の周波数スペクトルを示すグラフである。
【図７】第２の実験における加振位置を示す説明図である。
【図８】第２の実験で主桁上フランジを叩いた場合に得られた振動の周波数スペクトルを示すグラフである。
【図９】第２の実験で取合部を叩いた場合に得られた振動の周波数スペクトルを示すグラフである。
【図１０】第３の実験での加振位置及び外したボルトを示す説明図である。
【図１１】第３の実験で得られた固有振動数の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の一実施形態に係る橋梁点検支援システムの機能構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、橋梁点検システム１は、データ取得装置１００と、処理装置２００とを備える。データ取得装置１００は、撮影部１１０と、音取得部１２０とを備える。処理装置２００は、表示部２１０と、操作入力部２２０と、記憶部２８０と、制御部２９０とを備える。制御部２９０は、判定基準決定部２９１と、固有振動数検出部２９２と、判定部２９３とを備える。
【００１８】
橋梁点検システム１は、橋梁の点検を支援するシステムである。以下では、橋梁点検システム１が鋼鈑桁橋の点検に用いられる場合を例に説明するが、橋梁点検システム１を用いて行う点検の対象はこれに限らない。車両の走行等による加振に応じて音を発するいろいろな橋梁の点検に橋梁点検システム１を用いることができる。
【００１９】
データ取得装置１００は、橋梁の構成部分の画像を撮影し、橋梁の構成部分が発する音を採取する装置である。ここでいう橋梁の構成部分とは、橋梁を構成する部分であって、構成部分自らが振動した場合に音を発する部分である。
橋梁の構成部分は、橋梁の部材であってもよい。例えば、点検対象の橋梁が鋼鈑桁橋である場合、構成部分の例として、主桁ウェブ（Web Plate）、補剛材及び支承を挙げることができる。
【００２０】
あるいは、橋梁の構成部分は、橋梁の部材を組み合わせたものであってもよい。例えば、点検対象の橋梁が鋼鈑桁橋である場合、構成部分の例として、主桁ウェブと主桁上フランジと主桁下フランジとを組み合わせたＩ字鋼を挙げることができる。
あるいは、橋梁の構成部分は、橋梁の部材の一部、あるいは、橋梁の部材を組み合わせたものの一部であってもよい。例えば、点検対象の橋梁が鋼鈑桁橋である場合、構成部分の例として、主桁ウェブが主桁上フランジ、主桁下フランジ及び補剛材で区切られた部分を挙げることができる。
ここで、図２を参照して、橋梁点検システム１を用いての点検の対象となる橋梁の構成の例について説明する。
【００２１】
図２は、鋼鈑桁橋の構成例を示す説明図である。同図に示す鋼鈑桁橋９１０は、下部構造である橋脚９１１と、支承９１２と、上部構造９１３とで構成され、橋脚９１１が支承９１２を介して上部構造９１３を支持している。上部構造９１３は、桁９１４と床版９１５とで構成され、桁９１４が床版９１５を支持している。床版９１５に車両の走行経路が設けられている。
【００２２】
桁９１４は、主桁ウェブ９２２と、主桁上フランジ９２３と、主桁下フランジ９２４と、補剛材９２５と、横桁９２６と、下横構９２７と、対傾構９２８とで構成されており、支承９１２を介して橋脚９１１によって支持されている。
【００２３】
主桁ウェブ９２２と、主桁上フランジ９２３と、主桁下フランジ９２４と、補剛材９２５との組み合わせは、主桁９２１を構成する。主桁９２１は、床版９１５を支持する。
主桁ウェブ９２２は、主桁上フランジ９２３と主桁下フランジ９２４とを結合する。主桁ウェブ９２２は、主にせん断力に抵抗する。
主桁上フランジ９２３、主桁下フランジ９２４は、それぞれ主桁ウェブ９２２の上部、下部に設けられ、主に曲げモーメントに抵抗する。
補剛材９２５は、主桁ウェブ９２２に沿って設けられ、主桁ウェブ９２２と主桁上フランジ９２３と主桁下フランジ９２４とを結合する。補剛材９２５は、主に主桁９２１の座屈を防止する。
【００２４】
横桁９２６は、複数の主桁９２１を結合し、床版９１５の荷重を分散する。
下横構９２７及び対傾構９２８も、横桁９２６と共に複数の主桁９２１を結合する。下横構９２７は、主に横荷重に抵抗する。対傾構９２８は、主に主桁のねじれを防止する。
支承９１２は、上部構造９１３から橋脚９１１へと荷重を伝える。
橋脚９１１は、支承９１２を介して上部構造９１３を支持する。
但し、橋梁点検システム１による点検支援の対象となる橋梁は、図２を参照して説明した構造を有する橋梁に限らない。例えば、橋梁点検システム１が、下横構９２７及び対傾構９２８のうち何れか一方または両方を備えていない鋼鈑桁橋の点検を支援するようにしてもよい。
【００２５】
撮影部１１０はカメラを含んで構成され、橋梁の構成部分を撮影する。例えば、撮影部１１０は、主桁ウェブ９２２の近傍から主桁ウェブ９２２を撮影する。撮影部１１０が、１つの主桁ウェブ９２２の全体を映した画像を撮影するようにしてもよいし、主桁ウェブ９２２の一部を映した画像を撮影するようにしてもよい。撮影部１１０は、撮影した画像を電気信号による画像データにて出力する。
橋梁点検システム１のユーザ（以下、単にユーザと称する）は、撮影部１１０が主桁ウェブ９２２を撮影した画像を参照して、主桁ウェブ９２２の亀裂又は腐食等の損傷の有無及び損傷の程度を確認することができる。
【００２６】
ここで、橋梁の構成部分の状態をユーザが直接目視確認することが困難な場合がある。例えば、高い位置にある桁９１４を、ユーザが地上から目視確認する場合、桁９１４がユーザから遠いため、主桁ウェブ９２２と支承９１２の構成部分や補剛材９２５と主桁ウェブ９２２、主桁下フランジ９２４との接合部を細部まで目視確認できない可能性がある。さらには、地上からは、主桁下フランジ９２４と主桁ウェブ９２２との結合部分が主桁下フランジ９２４に隠れてしまい、直接目視確認できない可能性がある。
そこで、撮影部１１０が橋梁の構成部分の近傍からその構成部分を撮影することで、ユーザは、撮影部１１０が撮影した画像を参照して構成部分に関する異常の有無及び異常の程度を確認することができる。
【００２７】
ここでいう、構成部分に関する異常は、構成部分の損傷であってもよいし、構成部分を固定した状態の変化であってもよい。構成部分に関する異常の例として、構成部分の破損、腐食による構成部分の損傷、構成部分の亀裂、構成部分を止めるボルトの脱落を挙げることができる。
また、以下では、構成部分に関する異常の有無の判定と、構成部分に関する異常の程度の判定とを総称して、構成部分に関する異常の判定と表記する。橋梁点検システム１が、構成部分に関する異常の有無の判定、及び、構成部分に関する異常の程度の判定のいずれか一方のみを行うようにしてもよいし、両方を行うようにしてもよい。
【００２８】
撮影部１１０を含むデータ取得装置１００を橋梁の構成部分の近傍に位置させるために、例えば、データ取得装置１００を棒の先端に設置しておき、ユーザが棒を操作してデータ取得装置１００を橋梁の構成部分に近づける。あるいは、データ取得装置１００をドローン（Drone、ラジオコントロール式の小型無人飛行機）に設置しておき、ユーザがドローンを操作して橋梁の構成部分に近づけるなど、棒を用いる方法以外の方法を用いるようにしてもよい。
なお、撮影部１１０が、動画像を撮影するようにしてもよいし、静止画像を撮影するようにしてもよい。撮影部１１０が動画像を撮影する場合、ユーザは、撮影部１１０の画像を確認しながらデータ取得装置１００を橋梁の構成部分に近づけることができる。
【００２９】
音取得部１２０は指向性を有するマイクを含んで構成され、橋梁の構成部分から発せられた音を取得する。音取得部１２０は、指向性の方向を撮影部１１０が撮影を行う方向に合せて設置されている。これにより、音取得部１２０は、撮影部１１０が撮影している構成部分が発する音を取得する。
音取得部１２０は、橋梁を車両が走行したときに構成部分から発せられた音を取得する。あるいは、人（点検作業員の１人）が橋梁の構成部分をハンマーで叩くなどの加振を行い、音取得部１２０が、この加振によって発せられた音を取得するようにしてもよい。音取得部１２０は、取得した音を電気信号による音データにて出力する。
音取得部１２０が取得する音は、橋梁の構成部分に関する異常の判定に用いられる。具体的には、処理装置２００は、音取得部１２０が取得する音を用いて、橋梁の構成部分における損傷の有無及び程度を判定する。
【００３０】
ここで、上述したように撮影部１１０が橋梁の構成部分の画像を撮影することで、ユーザが行う近接目視点検を援助することができる。
しかしながら、橋梁に汚れ等が付着している場合、橋梁の目視点検に対する障害となる可能性がある。撮影部１１０が橋梁の構成部分を撮影する場合も、撮影対象となっている構成部分に汚れが付着していると、点検したい箇所を撮影できない可能性がある。汚れを落とせば橋梁を目視点検することができるが、汚れを落とす作業は点検作業員にとって負担であり、また、汚れを落とす作業に費用及び時間を要する。さらには、橋梁（特に上部構造）が高い位置にある場合など、橋梁に付着した汚れを落とす作業の実施が困難な場合がある。また、たとえ腐食の発生等が認められたとしても、目視では内部の状態が把握できないため、損傷の程度を判断することが困難な場合もある。
【００３１】
これに対し、橋梁の構成部分の表面のみに錆又は汚れが付着した場合でも、構成部分の固有振動数は、錆や汚れが付着していない場合とほぼ同じである。一方、橋梁の構成部分を止めていたボルトが脱落した場合、又は、橋梁の構成部分に大きなひびが生じた場合など、大きな損傷が生じた場合、構成部分の固有振動数が変化することが考えられる。このことから、橋梁の構成部分の表面に錆又は汚れが付着して目視点検を十分に行えない場合、構成部分の固有振動数を検出することで、構成部分に大きな損傷が生じている可能性を判断するための情報を得られる。すなわち、橋梁点検システム１は、さらに詳細な点検を行うか否かをユーザが判断するための情報を提供することができる。
【００３２】
処理装置２００は、データ取得装置１００が取得したデータ（撮影部１１０が撮影した画像を示す画像データ、及び、音取得部１２０が取得した音を示す音データ）に基づいて、橋梁の点検を支援するための情報を提供する。具体的には、処理装置２００は、撮影部１１０が撮影した画像を表示する。また、処理装置２００は、音取得部１２０が取得した音に基づいて、橋梁の構成部分の異常を判定し、判定結果を表示する。
【００３３】
処理装置２００は、例えばパソコン（Personal Computer）又はスマートフォンなどの情報処理装置を含んで構成される。
なお、データ取得装置１００と処理装置２００とが一体に（すなわち、１つの装置として）構成されていてもよいし、別の装置として構成されていてもよい。例えば、処理装置２００がスマートフォンを用いて構成されている場合、スマートフォンが備えるカメラ及びマイクを用いてデータ取得装置１００が構成されていてもよい。
【００３４】
表示部２１０は、例えば液晶パネルなどの表示画面を有し、各種画像を表示する。特に、表示部２１０は、撮影部１１０が撮影した画像と、橋梁の構成部分の異常の判定結果とを対応付けて表示する。但し、表示部２１０は、撮影部１１０が撮影した画像と、橋梁の構成部分の異常の判定結果とを対応付けて表示する構成は必須ではない。例えば、表示部２１０が、ユーザ操作に応じて、撮影部１１０が撮影した画像の表示と、橋梁の構成部分の異常の判定結果の表示とを切り替えるようにしてもよい。
表示部２１０は、処理装置２００の一部として構成されていてもよいし、処理装置２００とは別の装置として構成されていてもよい。
【００３５】
操作入力部２２０は、例えば表示部２１０の表示画面に設けられてタッチパネルを構成するタッチセンサなどの入力デバイスを有し、ユーザ操作を受ける。例えば、撮影部１１０が静止画像を撮影する場合、操作入力部２２０は、撮影タイミングを示すユーザ操作（シャッター操作）を受ける。
記憶部２８０は、各種データを記憶する。記憶部２８０は、処理装置２００が備える記憶デバイスを用いて構成される。あるいは、記憶部２８０が、処理装置２００とは別の装置として構成されていてもよい。
【００３６】
制御部２９０は、処理装置２００の各部を制御して各種機能を実行する。制御部２９０は、例えば処理装置２００が有するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が、記憶部２８０からプログラムを読み出して実行することで構成される。
判定基準決定部２９１は、橋梁の構成部分の異常の判定基準として用いられる判定基準周波数を決定する。具体的には、判定基準決定部２９１は、構成部分に異常が生じていない場合（通常時）に想定される共振周波数を求め、得られた共振周波数を判定基準周波数として設定する。
【００３７】
判定基準決定部２９１が、橋梁の構成部分から発せられた音の履歴に基づいて判定基準振動数を決定するようにしてもよい。
例えば、記憶部２８０は、同一の橋梁の点検が行われる度に、橋梁の構成部分毎に、構成部分が発した音の解析にて得られた固有振動数を蓄積（記憶）しておく。記憶部２８０が記憶する固有振動数は、音の履歴の例に該当する。
そして、判定基準決定部２９１は、橋梁の構成部分毎に、記憶部２８０が記憶している固有振動数の平均値を算出し、得られた平均値を、橋梁の構成部分毎の判定基準振動数に決定する。
【００３８】
但し、判定基準決定部２９１が固有振動数から判定基準振動数を求める方法は、固有振動数の平均値を算出する方法に限らない。例えば、判定基準決定部２９１が、固有振動数の平均値に代えて、最頻値（Ｍｏｄｅ）又は中間値（Ｍｅｄｉａｎ）を算出するようにしてもよい。あるいは、判定基準決定部２９１が、記憶部２８０が記憶している固有振動数のうち、最大のものから所定数、及び、最小のものから所定数を除いた残りの平均を算出するようにしてもよい。
なお、記憶部２８０が記憶する音の履歴は、解析にて得られた固有振動数の蓄積に限らず、固有振動数を求めることができるデータの蓄積であればよい。例えば、記憶部２８０が、橋梁の構成部分毎に、構成部分が発した音を音データにて記憶しておくようにしてもよい。
【００３９】
あるいは、点検対象の橋梁が有する複数の構成部分が同一の素材、同一の形状かつ同一の大きさを有している場合、判定基準決定部２９１が、これらの構成部分のうち、代表の構成部分とされている構成部分についてのみ判定基準振動数を決定するようにしてもよい。この場合、記憶部２８０は、同一の素材、同一の形状かつ同一の大きさの構成部分のうち、代表の構成部分とされている構成部分についてのみ、音の履歴を記憶すればよい。
【００４０】
あるいは、判定基準決定部２９１が、前記同一の素材、同一の形状かつ同一の大きさの構成部分の各々から発せられた音に基づいて判定基準振動数を決定するようにしてもよい。
例えば、点検対象の橋梁が鋼鈑桁橋である場合、鋼鈑桁橋は、通常、主桁ウェブが主桁上フランジ、主桁下フランジ及び補剛材で区切られた構成部分を複数有しており、これら複数の構成部分は、同一の素材、同一の形状かつ同一の大きさで構成されている。音取得部１２０は、これら構成部分の各々について、構成部分が発する音を取得する。
そして、判定基準決定部２９１は、音取得部１２０が取得した音の解析（構成部分が発した音の解析）にて得られた固有振動数の平均値を算出し、得られた平均値を、橋梁の構成部分毎の判定基準振動数に決定する。
【００４１】
但し、判定基準決定部２９１が固有振動数から判定基準振動数を求める方法は、固有振動数の平均値を算出する方法に限らない。例えば、判定基準決定部２９１が、固有振動数の平均値に代えて、最頻値（Ｍｏｄｅ）又は中間値（Ｍｅｄｉａｎ）を算出するようにしてもよい。あるいは、判定基準決定部２９１が、音取得部１２０が取得した音の解析にて得られた固有振動数のうち、最大のものから所定数、及び、最小のものから所定数を除いた残りの平均を算出するようにしてもよい。
【００４２】
固有振動数検出部２９２は、音取得部１２０が取得した音を解析して構成部分の固有振動数を検出する。具体的には、固有振動数検出部２９２は、音取得部１２０が取得した音をスペクトル解析する。固有振動数検出部２９２が、音のスペクトル解析を行うアルゴリズムとして、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform、高速フーリエ変換）など公知のアルゴリズムを用いることができる。そして、固有振動数検出部２９２は、得られた周波数スペクトルのうち所定の条件以上に大きい周波数成分を固有振動数として検出する。
【００４３】
例えば、固有振動数検出部２９２は、得られた周波数スペクトルから、周波数成分が最も大きい周波数を、固有振動数として検出する。
あるいは、固有振動数検出部２９２が複数の振動モードについて固有振動数を検出するようにしてもよい。例えば、固有振動数検出部２９２が、得られた周波数スペクトルから、周波数成分が大きい順に所定数（例えば３つ）の周波数を固有振動数として検出するようにしてもよい。
【００４４】
あるいは、固有振動数検出部２９２は、固有振動数のおおよその値が既知である場合、この周波数のおおよその値の付近で最も周波数成分が大きい周波数を固有振動数として検出するようにしてもよい。例えば、判定基準決定部２９１が判定基準振動数を決定済みである場合、固有振動数検出部２９２は、この判定基準振動数を中心とする所定の周波数幅の範囲内（例えば、プラスマイナス１０ヘルツ（Ｈｚ）以内）で周波数成分が最も大きい周波数を、固有振動数として検出する。判定基準決定部２９１が、判定基準振動数を１つのみ決定している場合、判定基準決定部２９１は、この判定基準振動数に基づいて固有振動数を１つ検出する。一方、判定基準決定部２９１が、振動モード毎に判定基準振動数を決定している場合、判定基準決定部２９１は、これらの判定基準振動数に基づいて振動モード毎に固有震度数を検出する。
【００４５】
判定部２９３は、固有振動数検出部２９２が検出した固有振動数と、判定基準決定部２９１が決定した判定基準振動数とを比較して、橋梁の構成部分の異常を判定する。
具体的には、判定部２９３は、固有振動数検出部２９２が検出した固有振動数を、判定基準決定部２９１が決定した判定基準振動数から減算して、判定基準振動数からの低下量を算出する。そして、判定部２９３は、得られた低下量と閾値とを比較し、固有振動数が閾値以上に低下していると判定した場合、異常有り（異常を検出した）と判定する。一方、固有振動数が閾値以上には低下していない（固有振動数が低下していない、または、固有振動数の低下量が閾値以下である）と判定した場合、判定部２９３は、異常なし（異常を検出していない）と判定する。
【００４６】
ここで、橋梁の構成部分に関する異常が生じると、構成部分が振動する際の拘束が小さくなり、固有振動数が低下することが考えられる。例えば、現在、点検対象となっている構成部分（以下、点検対象の構成部分と称する）と他の部分とを溶接した溶接個所の近傍に亀裂が生じた場合、振動の際の節（固定部分）であった溶接個所で構成部分がある程度動くようになり、これによって固有振動数が低下することが考えられる。そこで、判定部２９３が固有振動数の低下を検出することで、構成部分に関する異常を検出し得る。また、支承において腐食による固着が生じ本来の可動機能が失われると、固有振動数が大きくなることもある。
【００４７】
あるいは、判定部２９３が、異常の有無に加えて、あるいは代えて、異常の程度を判定するようにしてもよい。例えば、判定部２９３は、異常ありと判定した場合に、異常を検出したメッセージと共に、固有振動数の低下量を表示部２１０に表示させるようにしてもよい。
ここで、橋梁の構成部分に関する異常の程度が大きいほど、固有振動数の低下量が大きくなる可能性がある。例えば、点検対象の構成部分と他の部分とを溶接した溶接個所に亀裂が生じた場合、亀裂の大きさが大きいほど、溶接個所で構成部分が大きく動ようになり、これによって固有振動数の低下量が大きくなることが考えられる。
このように、固有振動数の低下量を、異常の程度を示す指標値として用いることができる。判定部２９３が、固有振動数の低下量を表示部２１０に表示させることで、ユーザは、表示された低下量を参照して異常の程度を推定することができる。
【００４８】
次に、図３を参照して橋梁点検システム１の動作について説明する。
図３は、処理装置２００が橋梁の異常を判定する処理手順の例を示すフローチャートである。処理装置２００は、音取得部１２０が点検対象の構成部分に向けられた状態（音取得部１２０のマイクの指向性の方向が、点検対象の構成部分に向けられた状態）で、同図の処理を行う。なお、図３の処理と並行して、処理装置２００は、撮影部１１０が点検対象の構成部分を撮影した画像を画像データにて取得し、取得した画像を表示部２１０に表示させる。
図３の説明では、点検対象の構成部分を、単に構成部分と表記する。
【００４９】
図３の処理にて、固有振動数検出部２９２は、構成部分が発した音を示す音データを取得する（ステップＳ１０１）。具体的には、車両が橋梁を走行することで、あるいは、点検作業員が構成部分を叩くことによって構成部分が音を発すると、音取得部１２０が、発せられた音を取得して電気信号の音データに変換する。そして、データ取得装置１００は、得られた音データを処理装置２００へ送信する。処理装置２００が、データ取得装置１００から送信された音データを受信すると、固有振動数検出部２９２は、この音データを取得する。
ステップＳ１０１で音取得部１２０が音を取得する処理は、音取得ステップにおける処理の例に該当する。
【００５０】
次に、固有振動数検出部２９２は、ステップＳ１０１で得られた音をスペクトル解析する（ステップＳ１０２）。例えば、上述したように、固有振動数検出部２９２は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による周波数解析装置を用いて音のスペクトル解析を行う。
そして、固有振動数検出部２９２は、ステップＳ１０２で得られた周波数スペクトルから構成部分の固有振動数を検出する（ステップＳ１０３）。例えば、上述したように、固有振動数検出部２９２は、得られたステップＳ１０２で周波数スペクトルから、周波数成分が最も大きい周波数を固有振動数として検出する。
ステップＳ１０２とＳ１０３との組み合わせは、固有振動数検出ステップの例に該当する。
【００５１】
次に、判定部２９３は、固有振動数検出部２９２が検出した固有振動数の判定基準振動数からの低下量を算出する（ステップＳ１０４）。具体的には、判定部２９３は、判定基準決定部２９１が決定した判定基準振動数から、固有振動数検出部２９２が検出した固有振動数を減算することで低下量を算出する。
例えば、判定基準決定部２９１は、上述したように判定基準振動数を決定して記憶部２８０に記憶させておく。そして、判定部２９３は、記憶部２８０が記憶している判定基準振動数を読み出す。記憶部２８０が橋梁の構成部分毎に判定基準振動数を記憶している場合、判定部２９３は、点検対象の構成部分の判定基準振動数を読み出す。そして、判定基準決定部２９１は、記憶部２８０から読み出した判定基準振動数から、固有振動数検出部２９２が検出した固有振動数を減算する。
【００５２】
なお、判定部２９３が複数モードの固有振動数に基づいて固有振動数の低下量を算出するようにしてもよい。例えば、記憶部２８０は、複数の振動モードの各々について判定基準振動数を記憶しておく。また、ステップＳ１０３で固有振動数検出部２９２は、記憶部２８０が判定基準振動数を記憶している振動モードの各々について固有振動数を検出する。そして、判定部２９３は、記憶部２８０が判定基準振動数を記憶している振動モードの各々について、判定基準振動数から固有振動数を減算して低下量を算出し、得られた複数の低下量の平均を算出するようにしてもよい。
【００５３】
次に、判定基準決定部２９１は、ステップＳ１０４で得られた低下量が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０５）。この閾値は、例えば記憶部２８０が、正の定数にて予め記憶しておく。
ステップＳ１０４とＳ１０５との組み合わせは、判定ステップの例に該当する。
低下量が閾値よりも大きいと判定した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、表示部２１０は、制御部２９０の制御に従って、異常を検出した旨のメッセージを表示する（ステップＳ１１１）。
ステップＳ１１１の後、図３の処理を終了する。
【００５４】
一方、ステップＳ１０５で、低下量が閾値以下であると判定した場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、表示部２１０は、制御部２９０の制御に従って、異常を検出していない旨のメッセージを表示する（ステップＳ１２１）。
ステップＳ１２１の後、図３の処理を終了する。
【００５５】
以上のように、判定部２９３は、橋梁の構成部分から発せられた音から固有振動数検出部２９２が検出した固有振動数と、判定基準振動数を比較して、構成部分に関する異常を判定する。
このように、判定部２９３が、構成部分に関する異常を音に基づいて判定することで、橋梁点検システム１は、目視点検以外の方法で橋梁の状態に関する情報をユーザに提供することができる。
例えば、橋梁の構成部分の表面に錆又は汚れが付着しており、ユーザ（点検作業員）が目視点検を十分に行えない場合、橋梁点検システム１は、この構成部分についてさらに詳細な点検を行うか否かをユーザが判断するための情報を提供することができる。
【００５６】
ここで、橋梁の構成部分に加速度センサを設置して固有振動数を求める方法も考えられる。しかしながら、この方法では、構成部分毎に加速度センサの設置及び取り外しを行う必要がある。構成部分の数が多い場合、構成部分毎に加速度センサの設置及び取り外しを行うことは現実的でない。
これに対し、橋梁点検システム１では、音の測定にて固有振動数を求めるので、構成部分に加速度センサを設置する必要がなく、また加速度センサを取り外す必要もない。この点で、橋梁点検システム１によれば点検作業員が加速度センサの取り付け及び取り外しを行う負担を軽減させることができる。
【００５７】
ここで、橋梁の構成部分の固有振動数に代えて、橋梁全体の固有振動数に基づいて異常の有無を判定することも考えられる。しかしながら、この場合、固有振動数が低くなり（例えば、１０ヘルツ程度）、固有振動数を正確に検出することが困難な可能性がある。これに対し、橋梁の構成部分の固有振動数を検出する場合、固有振動数が比較的高く、音の解析にて比較的高精度に固有振動数を求め得る。
【００５８】
なお、ユーザが、橋梁点検システム１を用いて、橋梁の主桁を全て点検するなど、橋梁の構成部分を全て点検するようにしてもよい。
あるいは、ユーザが、橋の端部など損傷が生じやすい部分のみ、橋梁点検システム１を用いて点検するようにしてもよい。
【００５９】
また、表示部２１０は、撮影部１１０が橋梁の構成部分を撮影した画像と、判定部２９３の判定結果とを対応付けて表示する。
これにより、ユーザは、構成部分の目視による状況と、判定部２９３による判定結果とを容易に、かつ、正確に対応付けることができ、判定部２９３による判定結果がどの構成部分の判定結果であるかを把握することができる。例えば、橋梁の構成部分の表面に錆又は汚れが付着しており、この構成部分についてさらに詳細な点検を行うか否かを判断する際、ユーザは、判定部２９３による判定結果がどの構成部分の判定結果かの対応付けを行う必要無しに、対応関係を把握することができる。この点で、ユーザは、構成部分をさらに詳細に点検するか否かを判断する際に、判定部２９３による判定結果を容易に参照することができる。
【００６０】
また、橋梁の目視点検が義務付けられている場合など、撮影部１１０を橋梁の構成部分に近づけ、撮影の方向をその構成部分に向ける仕組みが必須である場合、この仕組みを用いて音取得部１２０もその構成部分に近づけ、指向性の方向をその構成部分に向けることができる。この点で、音取得部１２０を構成部分に近づけて、指向性の方向をその構成部分に向ける仕組みを別途設ける必要がない。この点で、橋梁点検システム１の製造コストの増加を抑制することができる。また、撮影部１１０と音取得部１２０とを別々に構成部分に近づける必要がない点で、ユーザの手間の増加を抑制することができる。
【００６１】
また、判定基準決定部２９１は、橋梁の構成部分から発せられた音の履歴に基づいて判定基準振動数を決定する。
判定部２９３は、この判定基準振動数と固有振動数検出部２９２が検出した固有振動数とを比較することで、固有振動数の変化を検出することができる。固有振動数の変化を検出することで、判定部２９３は、構成部分に関する異常を判定することができる。
【００６２】
また、判定基準決定部２９１は、同一の素材、同一の形状かつ同一の大きさの構成部分の各々から発せられた音に基づいて判定基準振動数を決定する。
判定部２９３は、この判定基準振動数と固有振動数検出部２９２が検出した固有振動数とを比較することで、他の構成部分と同一の素材、同一の形状かつ同一の大きさを有しているにもかかわらず、他の構成部分と固有振動数が異なる構成部分を検出することができる。この固有振動数の違いは、例えば構成部分と他の部分とを溶接した溶接個所の近傍に亀裂が生じたなど、構成部分に関する異常に起因すると考えられる。従って、判定部２９３は、構成部分に関する異常を判定することができる。
【００６３】
また、橋梁点検システム１は、例えば、鋼鈑桁橋の主桁ウェブ、主桁下フランジ、補剛材及び支承のうち少なくともいずれかの点検に用いることができる。
【００６４】
また、音取得部１２０は、橋梁を車両が走行したときに構成部分から発せられた音を取得する。これにより、点検作業員は、例えば構成部分をハンマーで叩くなど、構成部分に音を発生させるための作業を行う必要がない。この点で点検作業員の負荷を低減させることができる。
【００６５】
次に、図４〜図１１を参照して、音の解析に基づく損傷判定に関する実験について説明する。
図４は、第１の実験における加振位置を示す説明図である。同図に示すように、第１の実験では、主桁ウェブ９４２に、主桁上フランジ９４３、主桁下フランジ９４４、中間補剛材９４５及び端補剛材９４６を取り付けて構成された主桁９４１と、ソールプレート９４７とを結合した鋼製の模型９４０を用意した。そして、主桁上フランジ９４３の点Ｐ１１の位置を木槌で叩くことで模型９４０を加振し、主桁ウェブ９４２の領域Ａ１１の振動を測定した。領域Ａ１１は、主桁ウェブが、主桁上フランジ９４３、主桁下フランジ９４４、中間補剛材９４５及び端補剛材９４６で区切られた部分である。領域Ａ１１の平板１次モード、２次モードが、橋梁上を車両が通過した際に発生する構造物音を発生させる振動モードであることが、非特許文献である土木学会論文集735巻 (2003年),pp131-144に示されている。
【００６６】
領域Ａ１１の振動の測定は、加速度計を用いる方法と、主桁ウェブ９４２の領域Ａ１１が発する音を解析する方法との両方で行った。
加速度計を用いる方法では、主桁ウェブ９４２の領域Ａ１１内に加速度計を設置して加速度を測定し、加速度の測定値から算出される振幅をフーリエ変換して振動の周波数スペクトルを取得した。
音を解析する方法では、主桁ウェブ９４２の領域Ａ１１にマイクを近付けて音を取得し、フーリエ変換して音の周波数スペクトルを取得した。主桁ウェブ９４２とマイクとの距離は約１０センチメートル（ｃｍ）とした。
【００６７】
図５は、第１の実験で加速度計を用いて検出された振動の周波数スペクトルを示すグラフである。同図に示すグラフの横軸は周波数を示し、縦軸は各周波数におけるスペクトルの強度を示している。第１の実験では、模型９４０の加振および加速度センサによる加速度の測定を５回行い、各回で得られた周波数スペクトルをグラフに示している。
同図に示すように、３３６ヘルツ及び３５８ヘルツ、また、５４４ヘルツ及び５７８ヘルツ、６２４ヘルツ、６６３ヘルツで、特にスペクトルの強度が強くなるピークが現れている。
ここで、有限要素モデルを用いた固有振動解析では、領域Ａ１１の平板の１次モードを示すモードの固有振動数が２６５ヘルツと３１１ヘルツと３００ヘルツ前後で２つ表れ、平板２次モードの固有振動数がそれぞれ、４３３ヘルツ、４４７ヘルツ、４７７ヘルツ、４９５ヘルツと４つ現れることが算出された。このことから、特にスペクトル強度が強くなっている３３６ヘルツ、５４４ヘルツは、それぞれ、領域Ａ１１の平板１次モード、２次モードの固有振動数である。
【００６８】
図６は、第１の実験で音の解析にて得られた振動の周波数スペクトルを示すグラフである。同図に示すグラフの横軸は周波数を示し、縦軸は各周波数におけるスペクトルの強度を示している。実験では、模型９４０の加振および音の取得を５回行い、各回で得られた周波数スペクトルをグラフに示している。
図５のグラフと図６のグラフとを比較すると、図６のグラフでは、スペクトルの強度は異なるものの、図５の場合と同様、３３６ヘルツ、５４４ヘルツのスペクトル強度が強くなっている。
【００６９】
このように、第１の実験では、模型９４０から発せられる音をフーリエ変換してスペクトルの強度が強い周波数を検出することで、模型９４０の固有振動数を検出することができた。同様に、橋梁点検システム１を用いて、橋梁の構成部分から発せられる音をフーリエ変換してスペクトルの強度が強い周波数を検出することで、構成部分の固有振動数を検出できると考えられる。
【００７０】
図７は、第２の実験における加振位置を示す説明図である。第２の実験でも第１の実験の場合と同じ模型９４０を用意した。そして、主桁上フランジ９４３の点Ｐ２１の位置、点Ｐ２２で示される取合部を、それぞれ木槌で叩くことで模型９４０を加振し、模型９４０の振動を測定した。
【００７１】
模型９４０の振動の測定では、主桁ウェブ９４２の領域Ａ１１にマイクを近付けて音を取得し、フーリエ変換して音の周波数スペクトルを取得した。主桁ウェブ９４２とマイクとの距離が約１０センチメートルの場合、約２０センチメートルの場合、約４０センチメートルの場合それぞれについてマイクで音を取得し、音の周波数スペクトルを求めた。
【００７２】
図８は、第２の実験で主桁上フランジ９４３の点Ｐ２１の位置を叩いた場合に得られた振動の周波数スペクトルを示すグラフである。同図に示すグラフの横軸は周波数を示し、縦軸は各周波数におけるスペクトルの強度を示している。線Ｌ２１１は、主桁ウェブ９４２とマイクとの距離が約１０センチメートルの場合の周波数スペクトルを示す。線Ｌ２１２は、主桁ウェブ９４２とマイクとの距離が約２０センチメートルの場合の周波数スペクトルを示す。線Ｌ２１３は、主桁ウェブ９４２とマイクとの距離が約４０センチメートルの場合の周波数スペクトルを示す。
【００７３】
図８では、主桁ウェブ９４２とマイクとの距離が異なっても、ほぼ同じ周波数でピーク（スペクトル強度が強い部分）が現れている。橋梁点検システム１を用いて橋梁の構成部分の固有振動数を求める場合も、構成部分とマイクとの距離が一定でなくともほぼ一定の固有振動数を得られると考えられる。
【００７４】
図９は、第２の実験で取合部（点Ｐ２２の位置）を叩いた場合に得られた振動の周波数スペクトルを示すグラフである。同図に示すグラフの横軸は周波数を示し、縦軸は各周波数におけるスペクトルの強度を示している。線Ｌ２２１は、主桁ウェブ９４２とマイクとの距離が約１０センチメートルの場合の周波数スペクトルを示す。線Ｌ２２２は、主桁ウェブ９４２とマイクとの距離が約２０センチメートルの場合の周波数スペクトルを示す。線Ｌ２２３は、主桁ウェブ９４２とマイクとの距離が約４０センチメートルの場合の周波数スペクトルを示す。
【００７５】
図９でも、主桁ウェブ９４２とマイクとの距離が異なっても、ほぼ同じ周波数でピーク（スペクトル強度が強い部分）が現れている。橋梁点検システム１を用いて橋梁の構成部分の固有振動数を求める場合も、構成部分とマイクとの距離が一定でなくともほぼ一定の固有振動数を得られると考えられる。
また、図８のグラフと図９のグラフとを比較すると、ピークの周波数が異なっているものの、図９のグラフでは、中間補剛材９４５及び端補剛材９４６の固有振動数がピークの周波数に現れていると考えられる。
【００７６】
このように、第２の実験では、異なる部分それぞれの固有振動数を得られた。橋梁点検システム１を用いて、橋梁の構成部分の固有振動数を検出する場合も、構成部分それぞれの固有振動数を検出できると考えられる。その際、指向性の強いマイクを用いて点検対象の構成部分にマイクを用いることで、点検対象の構成部分が発する音を選択的に取得し、固有振動数を検出できると考えられる。
【００７７】
図１０は、第３の実験での加振位置及びボルトを外した様子の説明図である。第３の実験でも第１の実験の場合と同じ模型９４０を用意した。そして、第３の実験では、ボルト９５１、９５２、９５３及び９５４のうちの一部または全部を外した状態で主桁上フランジ９４３の点Ｐ３１の位置を木槌で叩くことで模型９４０を加振し、主桁ウェブ９４２の領域Ａ１１の振動を測定した。
領域Ａ１１の振動の測定は、主桁ウェブ９４２の領域Ａ１１が発する音を解析する方法で行った。具体的には、主桁ウェブ９４２の領域Ａ１１にマイクを近付けて音を取得し、フーリエ変換して音の周波数スペクトルを取得した。
【００７８】
図１１は、第３の実験で得られた固有振動数の例を示す説明図である。同図では、外したボルトの数が０個の場合〜４個の場合の各々について、得られた固有振動数を示している。具体的にはボルトを外していない場合、ボルト９５１を外した場合、ボルト９５１及び９５２を外した場合、ボルト９５１、９５２及び９５３を外した場合、ボルト９５１、９５２、９５３及び９５４を外した場合の各々について得られた固有振動数を示している。それぞれ、模型９４０の加振および音の取得を５回行って固有振動数を５回求め、得られた５つの固有振動数の平均値を示している。
【００７９】
図１１に示すように、第３の実験では、ボルトを外した状態の方が、ボルトを外さない状態よりも固有振動数が低下している。橋梁点検システム１を用いて橋梁の構成部分に関する異常を判定する場合も、構成部分に関する異常がある場合に固有振動数が低下すると、橋梁点検システム１は異常を検知し得る。
また、図１１では、ボルト９５１及び９５２を外した場合に、ボルト９５１のみを外した場合よりも固有振動数が大きくなっている以外は、ボルトを外した数が多くなるほど固有振動数が低下している。橋梁点検システム１を用いて橋梁の構成部分に関する異常を判定する場合も、橋梁点検システム１は、固有振動数の低下の大きさに基づいて異常の程度を判定することができる。
【００８０】
なお、制御部２９０の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することで各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【００８１】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００８２】
１  橋梁点検システム
１００  データ取得装置
１１０  撮影部
１２０  音取得部
２００  処理装置
２１０  表示部
２２０  操作入力部
２８０  記憶部
２９０  制御部
２９１  判定基準決定部
２９２  固有振動数検出部
２９３  判定部
【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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