(57)【要約】  情報処理装置（２０００）は、移動荷重が加えられた構造物（１０）について行われた観測の結果を含む観測情報を取得し、観測情報と健全条件を用いて、構造物（１０）におけるたわみ量の時間変化と印加位置の時間変化との関係が、健全条件を満たすか否かを判定する。健全条件は、印加位置を変えながら構造物（１０）に荷重を加えることで構造物（１０）に生じるたわみについて、健全な構造物（１０）であれば満たされる条件である。そして、情報処理装置（２０００）は、この判定結果に基づいて、構造物（１０）の健全度合いに関する情報を出力する。
2020065959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加位置を変えながら構造物に荷重を加えることで生じた前記構造物のたわみの観測結果に関する観測情報を取得する取得部と、
前記観測情報を用い、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とが、所定の条件を満たすか否かを判定する判定部と、
前記判定部による判定結果に基づいて、前記構造物の健全度合いに関する情報を出力する出力部と、を有する情報処理装置。
【請求項２】
前記所定の条件は、弾性曲線方程式から導出することができる、請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記所定の条件は、前記構造物が健全な状態である場合において、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とが満たす関係を表し、
前記出力部は、前記所定の条件が満たされないと判定された場合に、前記構造物が健全な状態でないことを示す情報を出力する、請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化、前記印加位置の時間変化、及び前記たわみの観測位置の時間変化に関する条件である、請求項１乃至３いずれか一項に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とを線形の関係で表す関係式であり、
前記判定部は、前記観測情報を用いて前記関係式について線形回帰を行い、前記線形回帰の結果に基づいて、前記所定の条件が満たされているか否かを判定する、請求項１乃至３いずれか一項に記載の情報処理装置。
【請求項６】
前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化を、前記印加位置の時間変化と前記たわみの観測位置の時間変化の線形和で表す関係式であり、
前記判定部は、前記観測情報を用いて前記関係式について重回帰を行い、前記重回帰の結果に基づいて、前記所定の条件が満たされているか否かを判定する、請求項１乃至４いずれか一項に記載の情報処理装置。
【請求項７】
コンピュータによって実行される制御方法であって、
印加位置を変えながら構造物に荷重を加えることで生じた前記構造物のたわみの観測結果に関する観測情報を取得する取得ステップと、
前記観測情報を用い、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とが、所定の条件を満たすか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップによる判定結果に基づいて、前記構造物の健全度合いに関する情報を出力する出力ステップと、を有する制御方法。
【請求項８】
前記所定の条件は、弾性曲線方程式から導出することができる、請求項７に記載の制御方法。
【請求項９】
前記所定の条件は、前記構造物が健全な状態である場合において、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とが満たす関係を表し、
前記出力ステップにおいて、前記所定の条件が満たされないと判定された場合に、前記構造物が健全な状態でないことを示す情報を出力する、請求項８に記載の制御方法。
【請求項１０】
前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化、前記印加位置の時間変化、及び前記たわみの観測位置の時間変化に関する条件である、請求項７乃至９いずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１１】
前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とを線形の関係で表す関係式であり、
前記判定ステップにおいて、前記観測情報を用いて前記関係式について線形回帰を行い、前記線形回帰の結果に基づいて、前記所定の条件が満たされているか否かを判定する、請求項７乃至９いずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１２】
前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化を、前記印加位置の時間変化と前記たわみの観測位置の時間変化の線形和で表す関係式であり、
前記判定ステップにおいて、前記観測情報を用いて前記関係式について重回帰を行い、前記重回帰の結果に基づいて、前記所定の条件が満たされているか否かを判定する、請求項７乃至１０いずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１３】
請求項７乃至１２いずれか一項に記載の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造物の検査に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートや鋼材からなる構造物が、様々な用途で利用されている。例えばこのような構造物には、トンネルや橋梁などのインフラ構造物や、飛行機や自動車の外殻プレートなどがある。このような構造物は、その表面や内部に生じる亀裂や空洞といった欠陥によって、健全度合い（正常度合い）が低下することが知られている。構造物の健全度の低下は、事故等の原因になりうるため、構造物の健全度を把握できる必要がある。【０００３】
構造物の健全度を把握する方法として、検査員による目視検査や打音検査などがある。しかし、このような方法には、検査員が構造物に近接するための設備を整えるためのコストが大きいことや、目視検査や打音検査から健全度を判断できる熟練した検査員を育成するためのコストが大きいといった問題がある。そのため、より簡易に構造物の健全度を把握できる手法が望まれている。【０００４】
構造物の健全度を判定する手法として、印荷重によるたわみに着目する手法がある。特許文献１には、計測対象とするコンクリート床版のたわみと、終局状態にある別の参照用コンクリート床版のたわみとを比較することで、健全度を判定する手法が開示されている。特許文献２には、構造物の面内方向の変位量を画像計測から求めることで欠陥部のマッピングを行う手法が開示されている。特許文献３には、橋梁を撮像装置で撮像し、得られた画像から橋梁のたわみ量分布を計測して異常を検知する手法が開示されている。ここでいうたわみ量分布とは、橋梁上の位置ごとのたわみ量を表す分布である。特許文献４には、コンクリート構造物の表面歪を用いることで疲労度を計測する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９０２５６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／１５２０７５号
【特許文献３】特開２０１６−８４５７９号公報
【特許文献４】特開２０１４−１０９５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、構造物の構造力学的な性質に着目することで構造物の健全度を把握する新たな技術を見出した。本発明の目的の一つは、構造物の健全度を把握する新たな技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の情報処理装置は、１）印加位置を変えながら構造物に荷重を加えることで生じた構造物のたわみの観測結果に関する観測情報を取得する取得部と、２）観測情報を用い、たわみの量の時間変化と印加位置の時間変化とが、所定の条件を満たすか否かを判定する判定部と、３）判定部による判定結果に基づいて、構造物の健全度合いに関する情報を出力する出力部と、を有する。【０００８】
本発明の制御方法は、コンピュータによって実行される。当該制御方法は、１）印加位置を変えながら構造物に荷重を加えることで生じた構造物のたわみの観測結果に関する観測情報を取得する取得ステップと、２）観測情報を用い、たわみの量の時間変化と印加位置の時間変化とが、所定の条件を満たすか否かを判定する判定ステップと、３）判定ステップによる判定結果に基づいて、構造物の健全度合いに関する情報を出力する出力ステップと、を有する。【０００９】
本発明のプログラムは、コンピュータに、本発明の制御方法が有する各ステップを実行させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、構造物の健全度を把握する新たな技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
【図１】実施形態１の情報処理装置の概要を例示する図である。
【図２】実施形態１の情報処理装置の機能構成を例示する図である。
【図３】情報処理装置を実現するための計算機を例示する図である。
【図４】実施形態１の情報処理装置によって実行される処理の流れを例示するフローチャートである。
【図５】利用する健全条件を決定する処理の流れを例示するフローチャートである。
【図６】健全条件の判定に関する情報をグラフで例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、特に説明する場合を除き、各ブロック図において、各ブロックは、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位の構成を表している。
【００１３】
［実施形態１］
＜発明の概要＞
図１は、実施形態１の情報処理装置２０００の概要を例示する図である。本実施形態の情報処理装置２０００は、構造物１０の健全度合いを把握するために利用できる装置である。構造物１０は、梁のように略水平方向に掛けて設置され、上から加わる荷重を支える物体である。例えば図１において、構造物１０は橋である。構造物１０は、少なくとも、互いに離間した２カ所で支えられる。
【００１４】
構造物１０の健全度を把握するための観測データを得るために、構造物１０には、印加位置を変えながら荷重が加えられる。例えば図１では、自動車２０を荷重を加える手段として利用している。具体的には、自動車２０を構造物１０の上で移動させることで、印加位置を変えながら、自動車の重さを構造物１０に加えている。
【００１５】
情報処理装置２０００は、このように印加位置を変えながら構造物１０に荷重を加えることで構造物１０に生じるたわみについて、健全条件が満たされているか否かを判定する。健全条件は、印加位置を変えながら構造物１０に荷重を加えることで構造物１０に生じるたわみについて、健全な構造物１０であれば満たされる条件である。なお、以降の記載では、印加位置を変えながら荷重を加えることを、「移動荷重を加える」とも表記する。
【００１６】
情報処理装置２０００によって利用される健全条件は、弾性曲線方程式から導かれる。弾性曲線方程式によると、両端支持梁に集中荷重が与えられた場合、そのたわみ量は以下の式（１）で与えられる。
【数１】
2020065959.tif 000003
ここで、x はたわみを観測する梁上の位置を表し、δ は梁のたわみ量を表す。また、L、E、及びI はそれぞれ、梁の支間長、ヤング率、及び断面二次モーメントを表す。xw は印加位置を表し、f は梁に加えられた荷重の大きさを表す。なお、原点は、梁の２つの支点の一方である（図１では左側の支点）。
【００１７】
導出方法は後述するが、例えば健全条件として、式（１）の弾性曲線方程式から、以下の式（２）を導出することができる。
【数２】
2020065959.tif 000004
ここで、t は時刻を表す。
【００１８】
構造物１０が健全である場合、構造物１０について、式（２）の左辺の値と右辺の値が十分に近い値（例えば、これらの差が閾値以下）となる。逆に、構造物１０が健全でない場合、構造物１０について、式（２）の左辺の値と右辺の値が近い値にならない（例えば、これらの差が閾値より大きくなる）。そのため、式（２）を判断基準として利用すると、構造物１０の健全度合いを把握することができる。
【００１９】
ここで、式（２）の左辺は、たわみ量の時間変化を表す。また、式（２）の右辺の ∂xw/∂t は、印加位置の時間変化（例えば、自動車２０の速さ）を表す。よって、式（２）の判断基準は、たわみ量の時間変化と印加位置の時間変化の関係式と見ることができる。
【００２０】
そこで情報処理装置２０００は、移動荷重が加えられた構造物１０について行われた観測の結果を含む観測情報を取得し、観測情報と健全条件を用いて、構造物１０におけるたわみ量の時間変化と印加位置の時間変化との関係が、健全条件を満たすか否かを判定する。ここでいう「健全条件を満たす」とは、例えば、前述した式（２）の左辺と右辺との差が閾値以下であることを意味する。そして、情報処理装置２０００は、この判定結果に基づいて、構造物１０の健全度合いに関する情報（以下、出力情報）を出力する。例えば出力情報は、構造物１０が健全であるか否かを示す情報や、構造物１０がどの程度健全であるかを表す指標を示す。
【００２１】
情報処理装置２０００が取得する観測情報は、１つ以上の時刻について、たわみ量の時間変化及び印加位置の時間変化を示すか、又はこれらの算出に利用できる観測結果を示す。たわみ量の時間変化は、例えば、「たわみ量、そのたわみ量が観測された時刻」の組みを複数得ることで算出することができる。同様に、印加位置の時間変化は、例えば、「印加位置、その印加位置に荷重が加えられた時刻」の組みを複数得ることで算出することができる。
【００２２】
なお、健全条件として利用できる式は、上述の式（２）に限定されない。後述するように、弾性曲線方程式を用いることで、他の健全条件を導出することもできる。
【００２３】
＜作用効果＞
本実施形態の情報処理装置２０００によれば、構造力学及び材料力学において定められている弾性曲線方程式から導かれる健全条件を用いて、構造物１０の健全度合いが把握される。より具体的には、構造物１０に移動加重を加え、たわみ量の時間変化と荷重の印加位置の時間変化とが健全条件を満たすか否かを判定することにより、構造物１０の健全度に関する情報を生成する。本実施形態の情報処理装置２０００によれば、このように、構造物の健全度を把握するための新たな技術が提供される。また、弾性曲線方程式という、構造力学及び材料力学において定められている構造物の性質を利用するため、構造物１０の健全度合いを精度良く把握することができる。
【００２４】
なお、図１を参照した上述の説明は、情報処理装置２０００の理解を容易にするための例示であり、情報処理装置２０００の機能を限定するものではない。以下、本実施形態の情報処理装置２０００についてさらに詳細に説明する。
【００２５】
＜機能構成の例＞
図２は、実施形態１の情報処理装置２０００の機能構成を例示する図である。情報処理装置２０００は、取得部２０２０、判定部２０４０、及び出力部２０６０を有する。取得部２０２０は観測情報を取得する。判定部２０４０は、観測情報を用い、たわみ量の時間変化と印加位置の時間変化とが健全条件を満たすか否かを判定する。出力部２０６０は、判定部による判定結果に基づいて出力情報を出力する。
【００２６】
＜情報処理装置２０００のハードウエア構成＞
情報処理装置２０００の各機能構成部は、各機能構成部を実現するハードウエア（例：ハードワイヤードされた電子回路など）で実現されてもよいし、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせ（例：電子回路とそれを制御するプログラムの組み合わせなど）で実現されてもよい。以下、情報処理装置２０００の各機能構成部がハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで実現される場合について、さらに説明する。
【００２７】
図３は、情報処理装置２０００を実現するための計算機１０００を例示する図である。計算機１０００は任意の計算機である。例えば計算機１０００は、Personal Computer（PC）やサーバマシンなどの据え置き型の計算機である。その他にも例えば、計算機１０００は、スマートフォンやタブレット端末などの可搬型の計算機である。計算機１０００は、情報処理装置２０００を実現するために設計された専用の計算機であってもよいし、汎用の計算機であってもよい。
【００２８】
計算機１０００は、バス１０２０、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０、ストレージデバイス１０８０、入出力インタフェース１１００、及びネットワークインタフェース１１２０を有する。バス１０２０は、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０、ストレージデバイス１０８０、入出力インタフェース１１００、及びネットワークインタフェース１１２０が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ１０４０などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。
【００２９】
プロセッサ１０４０は、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、FPGA（Field−Programmable Gate Array）などの種々のプロセッサである。メモリ１０６０は、RAM（Random Access Memory）などを用いて実現される主記憶装置である。ストレージデバイス１０８０は、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）、メモリカード、又は ROM（Read Only Memory）などを用いて実現される補助記憶装置である。
【００３０】
入出力インタフェース１１００は、計算機１０００と入出力デバイスとを接続するためのインタフェースである。例えば入出力インタフェース１１００には、キーボードなどの入力装置や、ディスプレイ装置などの出力装置が接続される。
【００３１】
ネットワークインタフェース１１２０は、計算機１０００を通信網に接続するためのインタフェースである。この通信網は、例えば LAN（Local Area Network）や WAN（Wide Area Network）である。ネットワークインタフェース１１２０が通信網に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。
【００３２】
ストレージデバイス１０８０は、情報処理装置２０００の各機能構成部を実現するプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ１０４０は、これら各プログラムモジュールをメモリ１０６０に読み出して実行することで、各プログラムモジュールに対応する機能を実現する。
【００３３】
＜処理の流れ＞
図４は、実施形態１の情報処理装置２０００によって実行される処理の流れを例示するフローチャートである。取得部２０２０は、観測情報を取得する（Ｓ１０２）。判定部２０４０は、観測情報と健全条件を用いて、構造物１０におけるたわみ量の時間変化と印加位置の時間変化とが、健全条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１０４）。出力部２０６０は、Ｓ２０４における判定結果を利用して、出力情報を出力する（Ｓ１０６）。
【００３４】
＜健全条件について＞
＜＜式（２）の健全条件の導出方法＞＞
式（２）の健全条件の導出方法を説明する。前述したように、式（２）の健全条件は、以下に再掲する弾性曲線方程式に基づいて得られる。
【数３】
2020065959.tif 000005
【００３５】
まず、式（１）を xw に関して微分すると、以下の式（３）が得られる。
【数４】
2020065959.tif 000006
【００３６】
ここで、印加位置を変えながらたわみ量を観測することから、印加位置 xw は時間変化する。そこで、たわみ量を時刻 t で微分することにより、以下の式（４）を得ることができる。
【数５】
2020065959.tif 000007
【００３７】
そして、式（４）に式（３）を代入すると、以下に再掲する前述した式（２）を得ることができる。
【数６】
2020065959.tif 000008
【００３８】
＜＜第２の健全条件＞＞
以下、式（２）以外の健全条件について説明する。なお、以下で説明する健全条件と区別するため、式（２）の健全条件を、第１の健全条件と表記する。
【００３９】
式（２）には、たわみの観測位置 x が含まれる。しかしながら、観測作業における制限などにより、観測位置 x を得ることができない場合も考えられる。そこで、観測位置 x が不明であっても利用できる健全条件、すなわち、式中にたわみの観測位置 x が陽に含まれない健全条件が有用である。
【００４０】
まず式（１）を x について微分することで、以下の式（５）を得る。
【数７】
2020065959.tif 000009
【００４１】
そして、式（５）を x について解いた上で式（２）に代入すると、以下の式（６）が得られる。
【数８】
2020065959.tif 000010
【００４２】
なお、式（６）では、たわみの観測位置 x は不要であるが、∂δ/∂x が必要となる。∂δ/∂x は、例えば、２つの互いに異なる位置でたわみ量を観測することで算出することができる。具体的には、以下のようにして算出することができる。
【数９】
2020065959.tif 000011
【００４３】
ここで、δ1 とδ2 は、互いに異なる２つの位置で観測されたたわみ量であり、Δx は観測位置間の距離を表す。よって、式（６）を利用すれば、たわみ量を観測した位置が不明であっても、２つの観測位置でたわみ量を観測しておき、それら２つの観測位置でのたわみ量及びそれら２つの観測位置の間の距離を観測情報で得られれば、健全条件が満たされるか否かを判定することができる。
【００４４】
例えば、カメラで構造物１０を撮像することで得られる撮像画像を用いて、撮像画像に含まれる２つの観測位置それぞれについてたわみを観測するとする。この場合、観測位置が構造物１０全体においてどの位置に当たるのかは、撮像画像やカメラパラメータを用いても特定できない可能性がある。一方で、撮像画像に含まれる２つの観測位置の間の距離は、撮像画像及びカメラパラメータを用いることで、撮像画像から容易に特定することができる。よってこのケースでは、式（２）の健全条件を用いることは難しいが、式（６）の健全条件を利用できるといえる。
【００４５】
なお、Δx が十分小さい場合、∂δ/∂x は、位置 x におけるたわみ角を表す。そのため、式（６）は、たわみ量の時間変化とたわみ角との関係式とも見ることができる。このように、たわみ量とたわみ角という構造物１０の複数の材料特性を用いることにより、１つの材料特性のみに着目する場合と比較し、構造物１０の健全度をより精度良く把握できる。
【００４６】
＜＜第３の健全条件＞＞
たわみの観測位置 x が時間と共に変化するケースも存在する。例えば、カメラで構造物１０を撮像することで得られる撮像画像を用いてたわみを観測するとする。この場合、観測位置は、撮像された構造物１０上の位置である。そのため、カメラの撮像範囲を時間と共に変化させながら（例えば、撮像範囲を構造物１０の左から右へ移動させながら）繰り返し撮像を行い、得られた複数の撮像画像それぞれからたわみ量を算出すれば、観測位置が時間と共に変化することになる。
【００４７】
この場合、健全条件に、観測位置の時間変化に関する項を含めることができる。まず、たわみ量を時刻 t で微分することにより、以下の式（８）を得ることができる。
【数１０】
2020065959.tif 000012
【００４８】
そして、式（８）に式（３）と式（５）を代入することにより、以下の式（９）を得ることができる。
【数１１】
2020065959.tif 000013
【００４９】
この式（９）も、健全条件として利用することができる。ここで、式（９）の健全条件は、たわみ量の時間変化、観測位置の時間変化、及び印加位置の時間変化が満たす関係と見ることができる。
【００５０】
＜＜第４の健全条件＞＞
たわみ量の観測位置 x が時間変化し、なおかつたわみ量の観測位置が得られないケースも考えられる。このケースで利用できる健全条件は、前述した式（９）の健全条件を、x が陽に現れないように変形することで得ることができる。具体的には、この健全条件は、式（５）を x について解いた上で、式（９）に代入することで得ることができる。この健全条件の具体的な表記は省略する。
【００５１】
＜観測情報の取得：Ｓ１０２＞
取得部２０２０は、観測情報を取得する（Ｓ１０２）。観測情報は、移動荷重が加えられた構造物１０について行われたたわみの観測に関する情報である。観測情報は、少なくとも、荷重の印加に関する情報と、たわみに関する情報を含む。
【００５２】
＜＜荷重に関する情報＞＞
荷重について、例えば観測情報は、「印加位置、その印加位置に荷重が加えられた時刻」とのペアを複数示す。前述したように、この情報から、印加位置の時間変化 ∂xw/∂t を算出することができる。ただし、観測情報は、印加位置の時間変化を直接示していてもよい。
【００５３】
なお、上記ペアが３つ以上ある場合、複数の時刻について、印加位置の時間変化を算出することができる。ただし、観測情報は、「時刻、その時刻における印加位置の時間変化」を複数示してもよい。
【００５４】
印加位置は、例えば、構造物１０に対して荷重を加える装置に設けられた位置センサ（例えば GPS（Global Positioning System）センサ）などを利用して算出することができる。また、時刻は、荷重を加える装置に設けられた時計などから得ることができる。
【００５５】
構造物１０に対して荷重を加える装置には、様々なものを利用できる。例えば前述した自動車のように、乗り物を利用することができる。
【００５６】
＜＜たわみに関する情報＞＞
たわみについて、例えば観測情報は、「たわみ量、そのたわみ量が観測された時刻」のペアを複数示す。前述したように、この情報から、たわみ量の時間変化 dδ/dt を算出することができる。ただし、観測情報は、たわみ量の時間変化を直接示してもよい。
【００５７】
なお、上記ペアが３つ以上ある場合、複数の時刻について、たわみ量の時間変化を算出することができる。ただし、観測情報は、「時刻、その時刻におけるたわみ量の時間変化」を複数示してもよい。
【００５８】
構造物１０のたわみ量を算出する技術には、既存の技術を利用することができる。例えば、構造物１０の観測位置に変位センサを設けておき、そのセンサの検出値に基づいて、たわみ量を算出するという方法がある。その他にも例えば、構造物１０をカメラで撮像し、その撮像画像を解析することでも、たわみ量を算出することができる。
【００５９】
なお、第２の健全条件や第４の健全条件を利用する場合、∂δ/∂x が必要となる。この場合、例えば観測情報は、「２つの互いに異なる観測位置におけるたわみ量、観測位置間の距離」のペアを示す。この情報と式（７）により、∂δ/∂x を算出することができる。また観測情報は、∂δ/∂xを直接示してもよい。
【００６０】
＜＜その他の情報＞＞
その他にも観測情報は、観測位置を示す。なお、観測位置が時間変化する場合、観測情報右派、「観測位置、時刻」のペアを複数示す。観測位置は、例えば、観測位置で位置センサ（例えば GPS（Global Positioning System）センサ）などを利用することにより、算出することができる。
【００６１】
なお、観測位置は任意の位置とすることができるが、構造物１０の支間の中心位置（L/2）又はそれに近い位置で観測を行うことが好適である。構造物１０を支持する部材から離れた位置ほどたわみが大きくなりやすいため、計測誤差の影響を受けにくくなるからである。
【００６２】
また、観測情報は、構造物１０の支間長 L をさらに示してもよい。構造物１０の支間長は、構造物１０の設計図などから得てもよいし、測量機器を用いて測量することで得られてもよい。また、自動車２０など、移動荷重を印加する手段として装置が構造物１０の支間を移動するのに要した時間と、その装置の移動速度に基づいて、支間長を計算してもよい。
【００６３】
＜＜観測情報の取得方法＞＞
取得部２０２０が観測情報を取得する方法は様々である。例えば取得部２０２０は、観測情報が記憶されている記憶装置にアクセスすることで、観測情報を取得する。この記憶装置は、情報処理装置２０００の内部に設けられていてもよいし、情報処理装置２０００の外部に設けられていてもよい。その他にも例えば、情報処理装置２０００は、他の装置から送信される観測情報を受信することで、観測情報を取得してもよい。この「他の装置」は、例えば、構造物１０についての観測を行った装置である。
【００６４】
なお、荷重に関する情報とたわみに関する情報とは、それぞれ別の装置から送信されてもよい。例えば荷重に関する情報は、荷重の印加に利用された装置（例えば自動車２０）から送信される。一方、たわみに関する情報は、たわみの観測や解析に利用された装置（例えば変位センサや、撮像画像を解析した装置）から送信される。
【００６５】
＜健全条件を用いた判定：Ｓ１０４＞
判定部２０４０は、観測情報を用い、構造物１０について健全条件が満たされているか否かを判定する（Ｓ１０４）。ここで、各健全条件において、右辺の値を具体的に出するためには、荷重の大きさ F、構造物１０のヤング率 E 、及び構造物１０の断面２次モーメント I が含まれている。しかしながら、右辺の値を具体的に求めなくても、健全条件が満たされているか否かを判定することは可能である。
【００６６】
以下、荷重の大きさ F、構造物１０のヤング率 E 、及び構造物１０の断面２次モーメント I の全てが分かっているケースと、これらのいずれか１つ以上が不明であるケースの双方について、判定部２０４０の動作を説明する。
【００６７】
＜＜F、E、及び I が全て分かるケース＞＞
このケースでは、健全条件の左辺と右辺の双方を具体的に計算することができる。そのため、判定部２０４０は、１つ以上の時刻それぞれについて、観測結果を用いて健全条件の左辺の値と右辺の値と差を算出し、差の大きさ（差の絶対値や差の二乗など）が閾値以上であるか否かを判定する。或る時刻の観測値について、上記差の大きさが閾値以上である場合、判定部２０４０は、その時刻において健全条件が満たされていないと判定する。一方、或る時刻の観測値について、上記差の大きさが閾値未満である場合、判定部２０４０は、その時刻において健全条件が満たされていると判定する。また、差の大きさを全ての時刻について積算し、その積算した値を閾値と比較するようにしてもよい。
【００６８】
このように健全条件の左辺と右辺の値を具体的に求める方法には、後述する直線回帰などの処理が不要であるため、健全条件が満たされているか否かの判定に要する計算コストが小さいという利点がある。
【００６９】
＜＜F、E、及び I のいずれか１つ以上が不明であるケース＞＞
このケースでは、健全条件の右辺の値を具体的に求めることができない。しかしながら、少なくとも前述した第１の健全条件と第３の健全条件を利用する場合には、右辺の値を具体的に算出しなくても、健全条件が満たされているか否かを把握することができる。以下、その方法を具体的に説明する。
【００７０】
＜＜＜第１の健全条件について＞＞＞
第１の健全条件は、K=f/6EI とおくと、y=K*u の形に表すことができる。具体的には以下のように表すことができる。
【数１２】
2020065959.tif 000014
【００７１】
そのため、左辺の値 yと、右辺において K で括られる部分の値 u とを算出し、(u, y) をグラフ上にプロットすると、健全条件が満たされる場合には、プロットが１つの直線に乗ることになる。そこで例えば、判定部２０４０は、複数の時刻それぞれについて得られた観測結果を利用し、各時刻 t について健全条件の左辺の値 y(t) と、右辺において K で括られる部分の値 u(t) とを算出し、(u(t), y(t)) について線形回帰を行う。例えば線形回帰は、最小二乗法を利用して行うことができる。より具体的には、以下に示す最適化問題を解くことで、直線の傾きを表す K を算出することができる。
【数１３】
2020065959.tif 000015
【００７２】
ここで、構造物１０の健全度が低い場合、健全条件が満たされない時刻があるため、その時刻に対応するプロットは、回帰直線から大きく外れる。そのため、構造物１０の健全度が低い場合には、構造物１０の健全度が高い場合と比較し、上記最適化問題の結果として得られる残差平方和の最小値が大きくなる。
【００７３】
そこで例えば、判定部２０４０は、線形回帰の結果として得られる残差平方和の最小値を閾値と比較し、残差平方和の最小値が閾値以上である場合、健全条件が満たされていないと判定する。一方、残差平方和の最小値が閾値未満である場合、判定部２０４０は、健全条件が満たされていると判定する。
【００７４】
なお、上述した最適化問題は、残差平方和の代わりに RMSE（Root Mean Squared Error）などを最小化する問題としてもよい。この場合、判定部２０４０は、RMSE の最小値を閾値と比較することで、健全条件が満たされているか否かを判定する。
【００７５】
ここで、残差の絶対値や残差の二乗に閾値を設けておき、各時刻においてこれらの値が閾値以上であるか否かを判定してもよい。或る時刻における残差の絶対値や残差の二乗が閾値以上である場合、その時刻のプロットが回帰直線から大きく外れていることが分かる。そのため、その時刻における印加位置 xw を特定することで、その位置を、構造物１０の欠陥位置（ひび割れ等が生じている位置）として特定することができる。
【００７６】
また、判定部２０４０は、残差平方和や RMSE と閾値との比較によって健全条件が満たされているか否かを判定する代わりに、各時刻の残差の絶対値や残差の二乗を閾値と比較することで、健全条件が満たされているか否かを判定してもよい。例えば判定部２０４０は、残差の絶対値や残差の二乗が閾値以上である時刻が所定数以上ある場合、健全条件が満たされていないと判定する。一方、判定部２０４０は、残差の絶対値や残差の二乗が閾値以上である時刻が所定数未満である場合、健全条件が満たされていると判定する。所定数は、１でもよいし、１より大きい任意の数であってもよい。
【００７７】
ここで説明した直線回帰を利用する方法によれば、荷重の大きさ f、構造物１０のヤング率 E、及び構造物１０の断面２次モーメント I が不明であっても、健全条件が満たされているか否かを判定することができる。特に、ヤング率と断面２次モーメントを把握することは難しいことも多いと考えられる。そのため、このような把握することが難しい情報を利用せずに健全条件が満たされているか否かを判定できる方法を利用することで、健全度判定が可能な状況を増やすことができる。言い換えれば、情報処理装置２０００を利用可能なシチュエーションを増やすことができる。
【００７８】
＜＜＜第３の健全条件について＞＞＞
第３の健全条件では、印加位置 xw に加えて観測位置 x も変化する。そのため、直線回帰ではなく重回帰を行う。具体的には、式（９）の健全条件を以下のように表すことで、重回帰を行う。
【数１４】
2020065959.tif 000016
【００７９】
そして、例えば判定部２０４０は、以下の最適化問題を解くことで得られる残差平方和の最小値を、閾値と比較する。
【数１５】
2020065959.tif 000017
【００８０】
なお、残差平方和の最小値と閾値との比較については、第１の健全条件のケースと同様である。また、残差平方差の代わりに RMSE などを利用できる点についても同様である。
【００８１】
＜利用する健全条件を決める方法＞
判定部２０４０が利用する健全条件は、予め１つに定められていてもよいし、判定部２０４０が動作する際に動的に決定されてもよい。後者の場合、例えば判定部２０４０は、観測情報の内容に基づいて、利用する健全条件を決定する。
【００８２】
図５は、利用する健全条件を決定する処理の流れを例示するフローチャートである。判定部２０４０は、観測位置が時間変化するか否かを判定する（Ｓ２０２）。例えば判定部２０４０は、観測位置の時間変化を表す情報が観測情報に含まれている場合には、観測位置が時間変化すると判定し、含まれていない場合には観測位置が時間変化しないと判定する。
【００８３】
観測位置が変化しないと判定された場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、判定部２０４０は、観測位置が既知であるか否かを判定する（Ｓ２０４）。例えば判定部２０４０は、観測位置が観測情報に含まれている場合には、観測位置が既知であると判定し、含まれていない場合には観測位置が既知でないと判定する。観測位置が既知である場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、判定部２０４０は、第１の健全条件を、判定に利用する健全条件として決定する（Ｓ２０６）。一方、観測位置が既知でない場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、判定部２０４０は、第２の健全条件を、判定に利用する健全条件として決定する（Ｓ２０８）。
【００８４】
観測位置が変化すると判定された場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、判定部２０４０は、観測位置が既知であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。観測位置が既知である場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、判定部２０４０は、第３の健全条件を、判定に利用する健全条件として決定する（Ｓ２１２）。一方、観測位置が既知でない場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、判定部２０４０は、第４の健全条件を、判定に利用する健全条件として決定する（Ｓ２１４）。
【００８５】
＜出力情報の出力＞
出力部２０６０は、判定部２０４０による判定の結果に基づいて、構造物１０の健全度に関する出力情報を出力する（Ｓ１０６）。例えば出力情報は、健全条件が満たされているか否かの判定結果を示す情報である。ここで、複数の時刻の観測値それぞれについて、健全条件が満たされているか否かが判定された場合、出力情報は、時刻やその時刻における荷重の印加位置に対応づけて、健全条件が満たされているか否かの判定結果を示すことが好ましい。
【００８６】
その他にも例えば、出力情報は、健全条件が満たされているか否かの判定に利用された指標値を出力してもよい。F、E、及び I のいずれか１つ以上が分からないケースでは、例えば、回帰の結果得られた残差平方和や RMSEの最小値などが指標値として出力される。また、F、E、及び I が全て分かるケースでは、例えば、健全条件の左辺の値と右辺の値の差の大きさが指標値として出力される。
【００８７】
出力情報は、構造物１０の健全度に関する健全条件の判定に関する情報を、表やグラフなどでグラフィカルに示すことが好適である。図６は、健全条件の判定に関する情報をグラフで例示する図である。図６の上段は、直線回帰の結果をグラフで表している。横軸は u を表し、縦軸は y を表す。また、残差平方和と比較した閾値（Th^2 とおく）の平方根の値 Th が、点線で表されている。そして、残差平方和が閾値以上となっているプロットが強調表示されている。これにより、構造物１０の健全度が低くなっていることを視覚的に容易に把握できる。なお、健全条件が満たされていないプロットの周辺に、欠陥位置を示す情報が出力されてもよい。
【００８８】
図６の下段の例では、健全条件の左辺の値と右辺の値の差の絶対値を、グラフで表している。横軸は荷重の印加位置 xw を表し、縦軸は辺の値と右辺の値の差の絶対値を表している。また、閾値が点線で表されている。さらに、差の絶対値が閾値以上であるプロットが強調表示されている。これにより、構造物１０の健全度が低くなっていること、及び構造物１０の欠陥位置が、視覚的に容易に把握できる。
【００８９】
さらに、同一の構造物１０について過去に得られた判定結果や、他の構造物１０について行った判定の結果を比較できるようにしてもよい。この場合、前述したグラフの横軸と縦軸それぞれについてそれぞれ規格化を施す。
【００９０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００９１】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
１．  印加位置を変えながら構造物に荷重を加えることで生じた前記構造物のたわみの観測結果に関する観測情報を取得する取得部と、
前記観測情報を用い、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とが、所定の条件を満たすか否かを判定する判定部と、
前記判定部による判定結果に基づいて、前記構造物の健全度合いに関する情報を出力する出力部と、を有する情報処理装置。
２．  前記所定の条件は、弾性曲線方程式から導出することができる、１．に記載の情報処理装置。
３．  前記所定の条件は、前記構造物が健全な状態である場合において、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とが満たす関係を表し、
前記出力部は、前記所定の条件が満たされないと判定された場合に、前記構造物が健全な状態でないことを示す情報を出力する、２．に記載の情報処理装置。
４．  前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化、前記印加位置の時間変化、及び前記たわみの観測位置の時間変化に関する条件である、１．乃至３．いずれか一つに記載の情報処理装置。
５．  前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とを線形の関係で表す関係式であり、
前記判定部は、前記観測情報を用いて前記関係式について線形回帰を行い、前記線形回帰の結果に基づいて、前記所定の条件が満たされているか否かを判定する、１．乃至３．いずれか一つに記載の情報処理装置。
６．  前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化を、前記印加位置の時間変化と前記たわみの観測位置の時間変化の線形和で表す関係式であり、
前記判定部は、前記観測情報を用いて前記関係式について重回帰を行い、前記重回帰の結果に基づいて、前記所定の条件が満たされているか否かを判定する、１．乃至４．いずれか一つに記載の情報処理装置。
【００９２】
７．  コンピュータによって実行される制御方法であって、
印加位置を変えながら構造物に荷重を加えることで生じた前記構造物のたわみの観測結果に関する観測情報を取得する取得ステップと、
前記観測情報を用い、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とが、所定の条件を満たすか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップによる判定結果に基づいて、前記構造物の健全度合いに関する情報を出力する出力ステップと、を有する制御方法。
８．  前記所定の条件は、弾性曲線方程式から導出することができる、７．に記載の制御方法。
９．  前記所定の条件は、前記構造物が健全な状態である場合において、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とが満たす関係を表し、
前記出力ステップにおいて、前記所定の条件が満たされないと判定された場合に、前記構造物が健全な状態でないことを示す情報を出力する、８．に記載の制御方法。
１０．  前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化、前記印加位置の時間変化、及び前記たわみの観測位置の時間変化に関する条件である、７．乃至９．いずれか一つに記載の制御方法。
１１．  前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とを線形の関係で表す関係式であり、
前記判定ステップにおいて、前記観測情報を用いて前記関係式について線形回帰を行い、前記線形回帰の結果に基づいて、前記所定の条件が満たされているか否かを判定する、７．乃至９．いずれか一つに記載の制御方法。
１２．  前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化を、前記印加位置の時間変化と前記たわみの観測位置の時間変化の線形和で表す関係式であり、
前記判定ステップにおいて、前記観測情報を用いて前記関係式について重回帰を行い、前記重回帰の結果に基づいて、前記所定の条件が満たされているか否かを判定する、７．乃至１０．いずれか一つに記載の制御方法。
【００９３】
１３．  ７．乃至１２．いずれか一つに記載の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
【図１】
2020065959.tif 000018
【図２】
2020065959.tif 000019
【図３】
2020065959.tif 000020
【図４】
2020065959.tif 000021
【図５】
2020065959.tif 000022
【図６】
2020065959.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月10日(2021.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加位置を変えながら構造物に荷重を加えることで生じた前記構造物のたわみの観測結果に関する観測情報を取得する取得部と、
前記観測情報を用い、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とが、所定の条件を満たすか否かを判定する判定部と、
前記判定部による判定結果に基づいて、前記構造物の健全度合いに関する情報を出力する出力部と、を有する情報処理装置。
【請求項２】
前記所定の条件は、弾性曲線方程式から導出することができる、請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記所定の条件は、前記構造物が健全な状態である場合において、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とが満たす関係を表し、
前記出力部は、前記所定の条件が満たされないと判定された場合に、前記構造物が健全な状態でないことを示す情報を出力する、請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化、前記印加位置の時間変化、及び前記たわみの観測位置の時間変化に関する条件である、請求項１乃至３いずれか一項に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とを線形の関係で表す関係式であり、
前記判定部は、前記観測情報を用いて前記関係式について線形回帰を行い、前記線形回帰の結果に基づいて、前記所定の条件が満たされているか否かを判定する、請求項１乃至３いずれか一項に記載の情報処理装置。
【請求項６】
前記所定の条件は、前記たわみの量の時間変化を、前記印加位置の時間変化と前記たわみの観測位置の時間変化の線形和で表す関係式であり、
前記判定部は、前記観測情報を用いて前記関係式について重回帰を行い、前記重回帰の結果に基づいて、前記所定の条件が満たされているか否かを判定する、請求項１乃至４いずれか一項に記載の情報処理装置。
【請求項７】
コンピュータによって実行される制御方法であって、
印加位置を変えながら構造物に荷重を加えることで生じた前記構造物のたわみの観測結果に関する観測情報を取得する取得ステップと、
前記観測情報を用い、前記たわみの量の時間変化と前記印加位置の時間変化とが、所定の条件を満たすか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップによる判定結果に基づいて、前記構造物の健全度合いに関する情報を出力する出力ステップと、を有する制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
＜作用効果＞
本実施形態の情報処理装置２０００によれば、構造力学及び材料力学において定められている弾性曲線方程式から導かれる健全条件を用いて、構造物１０の健全度合いが把握される。より具体的には、構造物１０に移動荷重を加え、たわみ量の時間変化と荷重の印加位置の時間変化とが健全条件を満たすか否かを判定することにより、構造物１０の健全度に関する情報を生成する。本実施形態の情報処理装置２０００によれば、このように、構造物の健全度を把握するための新たな技術が提供される。また、弾性曲線方程式という、構造力学及び材料力学において定められている構造物の性質を利用するため、構造物１０の健全度合いを精度良く把握することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
＜処理の流れ＞
図４は、実施形態１の情報処理装置２０００によって実行される処理の流れを例示するフローチャートである。取得部２０２０は、観測情報を取得する（Ｓ１０２）。判定部２０４０は、観測情報と健全条件を用いて、構造物１０におけるたわみ量の時間変化と印加位置の時間変化とが、健全条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１０４）。出力部２０６０は、Ｓ１０４における判定結果を利用して、出力情報を出力する（Ｓ１０６）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
＜健全条件を用いた判定：Ｓ１０４＞
判定部２０４０は、観測情報を用い、構造物１０について健全条件が満たされているか否かを判定する（Ｓ１０４）。ここで、各健全条件において、右辺の値を具体的に算出するためには、荷重の大きさ F、構造物１０のヤング率 E 、及び構造物１０の断面２次モーメント I が含まれている。しかしながら、右辺の値を具体的に求めなくても、健全条件が満たされているか否かを判定することは可能である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
図６の下段の例では、健全条件の左辺の値と右辺の値の差の絶対値を、グラフで表している。横軸は荷重の印加位置 xw を表し、縦軸は左辺の値と右辺の値の差の絶対値を表している。また、閾値が点線で表されている。さらに、差の絶対値が閾値以上であるプロットが強調表示されている。これにより、構造物１０の健全度が低くなっていること、及び構造物１０の欠陥位置が、視覚的に容易に把握できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2020065959.tif 000024
【国際調査報告】
2020065959.tif 000025
2020065959.tif 000026
2020065959.tif 000027