特開 2022-142130 計測装置、計測プログラム、計測方法、及び計測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022142130

(43)【公開日】2022-09-30

(54)【発明の名称】計測装置、計測プログラム、計測方法、及び計測システム

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/00 20060101AFI20220922BHJP

   G08C 17/00 20060101ALI20220922BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20220922BHJP

【ＦＩ】

G01B21/00 A

G08C17/00 Z

G01M99/00 Z

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021042154

(22)【出願日】2021-03-16

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（令和２年度総務省「インフラモニタリングにおけるインフラ３ＤモデルとＩｏＴセンサ情報モデルの異分野間連携に関する研究開発と標準化」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願）

(71)【出願人】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100180275

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 倫太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100161861

【弁理士】

【氏名又は名称】若林 裕介

(72)【発明者】

【氏名】中津 尚大

【テーマコード（参考）】

2F069

2F073

2G024

【Ｆターム（参考）】

2F069AA02

2F069GG07

2F069GG41

2F069JJ02

2F069JJ04

2F069NN09

2F073AA11

2F073AA19

2F073AA40

2F073AB01

2F073AB04

2F073AB05

2F073BB01

2F073BC02

2F073CC03

2F073CC09

2F073CC12

2F073CD11

2F073DD02

2F073DE06

2F073DE13

2F073DE17

2F073EE01

2F073EF09

2F073FF01

2F073FG01

2F073FG02

2F073GG01

2F073GG08

2G024AD34

2G024BA11

2G024CA13

2G024CA26

2G024FA01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】設置コストが低く、且つ構造物の計測を効率的に実行できる計測装置を提供する。
【解決手段】加速度センサ１１を備える計測装置１０であって、（１）所定の計測周期情報に基づき加速度センサの動作を制御する制御手段１３と、（２）他の計測装置とデータの送受信を行う通信手段１６と、（３）加速度センサで計測した加速度データを保持するデータ保持手段１２と、（４）加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定する振動検出手段１４と、（５）振動検出手段が振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出する変位計算手段１５とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加速度センサを備える計測装置であって、
所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御する制御手段と、
他の計測装置とデータの送受信を行う通信手段と、
前記加速度センサで計測した加速度データを保持するデータ保持手段と、
前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定する振動検出手段と、
前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出する変位計算手段と
を有することを特徴とする計測装置。

【請求項2】

前記制御手段は、前記振動検出手段が振動を検知すると、前記通信手段を用いて、他の計測装置に振動を検出した旨を示す振動検出パケットを通知すると共に、所定時間内に他の計測装置から送信された前記振動検出パケットを受信した場合のみ前記変位計算手段の処理を実行するように制御することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記変位計算手段が前記変位データから抽出する情報は、変位の最大値と該最大値の時刻であることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。

【請求項4】

加速度センサを備える計測装置に搭載されるコンピュータを、
所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御する制御手段と、
他の計測装置とデータの送受信を行う通信手段と、
前記加速度センサで計測した加速度データを保持するデータ保持手段と、
前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定する振動検出手段と、
前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出する変位計算手段と
して機能させることを特徴とする計測プログラム。

【請求項5】

加速度センサを備える計測装置に使用する計測方法であって、
制御手段は、所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御し、
通信手段は、他の計測装置とデータの送受信を行い、
データ保持手段は、前記加速度センサで計測した加速度データを保持し、
振動検出手段は、前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定し、
変位計算手段は、前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出する
ことを特徴とする計測方法。

【請求項6】

複数の計測装置と、前記各計測装置で計測したデータを収集するデータ収集装置とを有する計測システムであって、
前記各計測装置として、請求項１～３のいずれかに記載の計測装置を適用したことを特徴とする計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測装置、計測プログラム、計測方法、及び計測システムに関し、例えば、計測対象の構造物の変位量を遠隔から計測する計測システムに適用し得る。

【背景技術】

【0002】

近年、橋梁等の構造物に種々のセンサを設置し、電車や自動車等の車両が通過した際の構造物のたわみ（活荷重変位）を計測して、安全性の確認や劣化の予測に活用する取り組みが進められている。

【0003】

例えば、特許文献１では、カメラによって撮影された車両走行時の路面の撮影画像に基づき、車両走行時の路面の変位を測定し、測定した変位から車両の軸重を求めて構造の劣化を推定する手法が開示されている。

【0004】

また、特許文献２では、構造物に固定式と可搬式の２種類のセンサを設置して、両センサが検出した変位量データを収集し、構造物の変位を解析することによって、構造物全体に蓄積された損傷や劣化を推定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】国際公開番号第２０１８／１５９００３号

【特許文献2】特開２０１５－９９０７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述の特許文献１、２に記載の技術は、常時計測する構成を採用することで確度の高い劣化の予測が可能となるが、設置の際に電源工事が必要となってしまう。

【0007】

この点、電池で動作する加速度センサ端末を利用することで、設置にかかるコストを低減できる。しかしながら、上述のような常時計測し続けるような利用をすると電池容量の消費が速く、頻繁なバッテリー交換が必要となり、かえってコストがかかってしまう懸念がある。

【0008】

そのため、設置コストが低く、且つ構造物の計測を効率的に実行できる計測装置、計測プログラム、計測方法、及び計測システムが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１の本発明は、加速度センサを備える計測装置であって、（１）所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御する制御手段と、（２）他の計測装置とデータの送受信を行う通信手段と、（３）前記加速度センサで計測した加速度データを保持するデータ保持手段と、（４）前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定する振動検出手段と、（５）前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出する変位計算手段とを有することを特徴とする。

【0010】

第２の本発明の計測プログラムは、加速度センサを備える計測装置に搭載されるコンピュータを、（１）所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御する制御手段と、（２）他の計測装置とデータの送受信を行う通信手段と、（３）前記加速度センサで計測した加速度データを保持するデータ保持手段と、（４）前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定する振動検出手段と、（４）前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出する変位計算手段として機能させることを特徴とする。

【0011】

第３の本発明は、加速度センサを備える計測装置に使用する計測方法であって、（１）制御手段は、所定の計測周期情報に基づき前記加速度センサの動作を制御し、（２）通信手段は、他の計測装置とデータの送受信を行い、（３）データ保持手段は、前記加速度センサで計測した加速度データを保持し、（４）振動検出手段は、前記加速度データ内に所定の振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定し、（５）変位計算手段は、前記振動検出手段が前記振動検出条件に合致する振動を検知した場合のみ、前記加速度データに基づき変位を計算し、計算した変位データから一部の情報を抽出することを特徴とする。

【0012】

第４の本発明は、複数の計測装置と、前記各計測装置で計測したデータを収集するデータ収集装置とを有する計測システムであって、前記各計測装置として、第１の本発明の計測装置を適用したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、設置コストが低く、且つ構造物の計測を効率的に実行できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に係る無線通信装置の内部構成を示す内部構成図である。

【図2】実施形態に係るデータ計測システムの全体構成を示す全体構成図である。

【図3】実施形態に係るデータ計測システムにおける無線通信装置の特徴動作を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（Ａ）主たる実施形態
以下では、本発明に係る計測装置、計測プログラム、計測方法、及び計測システムの一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0016】

（Ａ－１）実施形態の構成
［全体構成］
図２は、実施形態に係るデータ計測システムの全体構成を示す全体構成図である。

【0017】

図２において、実施形態に係るデータ計測システム１は、計測装置としての無線通信装置１０（１０－１～１０－ｎ）、基地局２０、及びデータ収集装置３０を有する。

【0018】

図１において、各無線通信装置１０と基地局２０との間のネットワークはセンサネットワークＳＮである。一般的に、センサネットワークＳＮの通信方式は、特定小電力無線方式などに代表される低速な無線通信方式を適用することができる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎなどに代表される無線ネットワーク規格、若しくは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信方式であっても構わない。センサネットワークＳＮは、基幹ネットワークＮＴに比べ低速な通信方式である。

【0019】

基地局２０及びデータ収集装置３０の間のネットワークは基幹ネットワークＮＴである。基幹ネットワークＮＴは、例えば、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ又はＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）である。基幹ネットワークＮＴは、無線回線であってもよいし、有線回線であってもよい。

【0020】

データ計測システム１は、データ収集装置３０が、基地局２０を介して、各無線通信装置１０のセンサデータを収集するシステムである。データ計測システム１は、主として、各無線通信装置１０、基地局２０、及びデータ収集装置３０を有して構成される。以下では、説明の便宜上、センサネットワークＳＮを構成する無線通信装置１０、及び基地局２０を総称して「ノード」とも呼ぶものとする。

【0021】

［無線通信装置］
無線通信装置１０は、主にセンサ、変位計算手段及び通信手段を有する。この実施形態において、無線通信装置１０は、例えば、橋梁等の構造物に固定する形で設置されているものとする。

【0022】

無線通信装置１０は、計測時間内の変位を計測して、変位の最大値のみをデータ収集装置３０に向けて送信する（センサネットワークＳＮを介して基地局２０に到達後、基幹ネットワークＮＴを介してデータ収集装置３０に送信される）。無線通信装置１０は、加速度（又は変位）の時系列データを全て送信する場合と比べて通信量を削減できる。

【0023】

また、無線通信装置１０は、計測したい振動（車両の通行の振動など）を検知した場合のみ変位の計算等を行う。これにより、無駄なリソース消費を削減できる。そして、無線通信装置１０は、各ノード間（複数のセンサ間）で車両通過を検知したという情報や検出時刻情報をやり取りする。これにより、通過の誤検知を減らしたり、振動の無い時刻の計算を省き計算量を削減したりすることが可能となる。

【0024】

［基地局］
基地局２０は、センサネットワークＳＮと、基幹ネットワークＮＴとの間でデータを中継する機能を有する。基地局２０は、各無線通信装置１０からデータを受信すると、各無線通信装置１０のデータを含む情報をデータ収集装置３０に送信する。これにより、計測データをデータ収集装置３０に与えることができる。

【0025】

［データ収集装置］
データ収集装置３０は、基地局２０を介して、各無線通信装置１０から計測データ（変位データ）を含む情報を収集し、各データを保存（蓄積管理）する。なお、変形例として、基地局２０及びデータ収集装置３０の装置が一体化した構成としても良い。

【0026】

［無線通信装置の内部構成］
図１は、実施形態に係る無線通信装置の内部構成を示す内部構成図である。

【0027】

図１において、無線通信装置１０は、加速度センサ１１、データ保持部１２、制御部１３、振動検出部１４、変位計算部１５、通信部１６、及び条件入力部１７を有する。

【0028】

本実施形態に係る無線通信装置は、その各部をハードウェアによって構成しても良く、また、一部の構成についてはソフトウェア的に構成しても良い。

【0029】

［加速度センサ］
加速度センサ１１は、橋梁等の構造物にかかる計測対象物理量をセンシングするものである。この実施形態の加速度センサ１１は、少なくとも１軸以上の計測軸を持ち、一定のサンプリング周期で計測された加速度データを出力する手段を有する。加速度センサ１１は、計測した加速度データをデータ保持部に与える。

【0030】

［データ保持部］
データ保持部１２は、加速度センサ１１から取得した加速度データを一時的に保持するものである。加速度データは、例えば、加速度センサ１１が計測した加速度の数値とタイムスタンプを含むものとする。タイムスタンプは、制御部１３が保持している他の無線通信装置１０と同期された時刻に基づいて記録されたものであり、例えば、加速度データ１サンプル毎に１つのタイムスタンプを記録したのもであってもよいし、加速度データの先頭のサンプルの時刻とサンプリング周期を記録するものであってもよい。

【0031】

データ保持部１２は、振動検出部１４から加速度データの取得を要求されると、保存している加速度データを振動検出部１４に与える。同様に、データ保持部１２は、加速度データの取得を変位計算部１５から要求されると、保存している加速度データを変位計算部１５に与える。

【0032】

データ保持部１２は、変位計算部１５に加速度データを与えた後、保存している加速度データを削除する。また、データ保持部１２は、制御部１３から保存した加速度データの削除を要求された場合にも保存している加速度データを削除する。

【0033】

［制御部］
制御部１３は、条件入力部１７で設定した計測周期情報に応じて加速度センサ１１の制御（加速度センサ１１の動作及び停止する制御）を行う。

【0034】

制御部１３は、他の無線通信装置１０と同期された時刻を保持しているものとする。時刻同期の手段は限定しないが、同期のための情報を他の無線通信装置１０とやり取りしてもよい。時刻同期は、例えば、Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＮＴＰ）などのプロトコルによって実行される。

【0035】

制御部１３は、加速度センサ１１による計測が終了すると、振動の検出を振動検出部１４に要求する。そして、制御部１３は、振動検出部１４から振動の検知が通知されると、通信部１６に振動検出パケットの送信を要求する。

【0036】

制御部１３は、計測終了した後、データ保持時間が経過しても、他の無線通信装置１０からの振動検出パケット受信の通知がなかった場合、データ保持部１２にデータの削除を要求する。他の無線通信装置１０が送信した振動検出パケット受信の通知があった場合、制御部１３は、変位計算部１５に検出した振動の開始時刻と終了時刻を与え、変位の計算を要求する。

【0037】

［振動検出部］
振動検出部１４は、加速度センサ１１によって計測された加速度データの中に、条件入力部１７によって予め設定した振動検出条件に合致する振動が含まれるか判定するものである。

【0038】

振動検出部１４は、条件に合致する振動があった場合には、制御部１３に検出した振動の開始時刻と終了時刻を与え、振動の検知を通知する。例えば、振動検出条件として、加速度データの片側振幅（０－ｔｏ－ｐｅａｋ）のしきい値、および時間幅が設定されている場合、加速度データ中にしきい値を上回るサンプルがあった場合に、しきい値を上回ったサンプルより早い時刻のサンプルの中で、振動検出条件の時間幅以上連続してしきい値を下回る最後の点を振動の開始時刻として抽出し、しきい値を上回ったサンプルより遅い時刻のサンプルの中で、振動検出条件の時間幅以上連続してしきい値を下回る最初の点を振動の終了時刻として抽出する。

【0039】

［変位計算部］
変位計算部１５は、制御部１３から変位の計算の要求があったときに、データ保持部１２から加速度データを取得して、変位時系列データを算出する。

【0040】

変位計算部１５は、制御部１３から受け取った振動の開始時刻と終了時刻、及びデータ保持部１２から取得した加速度データとを用いて、変位を計算するものである。例えば、データ保持部１２から取得した加速度データから振動の開始時刻と終了時刻の間のデータを抽出したのちに、抽出した加速度データにハイパスフィルタを適用した、時間方向に２階積分することで変位を計算する。

【0041】

変位計算部１５は、計算した変位データから変位の最大値と最大値を取る時刻を抽出し、通信部１６に送信を要求する。

【0042】

［通信部］
通信部１６は、センサネットワークＳＮ内の他のノード（無線通信装置１０及び基地局２０）と無線でパケットの送受信を行う通信インターフェースである。

【0043】

通信部１６は、他のノードから振動検出パケットを受信すると、振動検出パケットの受信を制御部１３に通知する。振動検出パケットは、同一システム内に存在するすべてのノードが受信できるようにブロードキャストで送信される。

【0044】

通信部１６は、制御部１３から振動検出パケットの送信を要求されると、振動検出パケットをブロードキャストする。また、通信部１６は、変位計算部１５から変位データの送信を要求されると、データ収集装置３０に向けて変位データを送信する。

【0045】

［条件入力部］
条件入力部１７は、制御部１３で使用する計測周期情報、及び振動検出部１４で使用する振動検出条件を設定するものである。

【0046】

条件入力部１７は、シリアルポートやＵＳＢのような物理的なインターフェースを介して入力するようなものであってもよいし、通信部１６を介して前記の計測周期情報や振動検出条件を含むパケットをやり取りすることで設定するものであってもよい。

【0047】

（Ａ－２）実施形態の動作
次に、以上のような構成を有するこの実施形態のデータ計測システム１の動作を説明する。

【0048】

図３は、実施形態に係るデータ計測システムにおける無線通信装置の特徴動作を示す説明図である。なお、各無線通信装置１０には、条件入力部１７を介して、制御部１３で使用する計測周期情報、データ保持時間、及び振動検出部１４で使用する振動検出条件が予め設定されているものとする。また、計測周期情報は、各無線通信装置１０で同一の値が設定されていることを前提とする。

【0049】

＜Ｓ１０１＞
無線通信装置１０の制御部１３は、計測周期情報に応じて加速度センサ１１を動作させる。加速度センサ１１は、センシングデータとしての加速度データをデータ保持部１２に与える。データ保持部１２は、加速度センサ１１から取得した加速度データを一時的に保持する。

【0050】

＜Ｓ１０２＞
制御部１３は、振動の検出を振動検出部１４に要求する。振動検出部１４は、データ保持部１２から保持されている加速度データを取得する。

【0051】

そして、振動検出部１４は、取得した加速度データについて、振動検出条件に合致する振動が含まれるか否か判定を行う。振動検出部１４は、振動が含まれていなかった場合には、一連の処理を終了する。一方、振動が含まれていた場合には、振動検出部１４は、制御部１３に検出した振動の開始時刻と終了時刻を与え、振動の検知を通知する。

【0052】

＜Ｓ１０３＞
制御部１３は、振動検出部１４から振動の検知を通知されると、通信部１６に振動検出パケットの送信を要求する。通信部１６は、制御部１３から振動検出パケットの送信を要求されると、振動検出パケットをセンサネットワークＳＮ内にブロードキャストする。

【0053】

＜Ｓ１０４＞
制御部１３は、計測が終了した後、データ保持時間が経過する前に、他のノードが送信した振動検出パケット受信の通知があった場合、変位計算部１５に検出した振動の開始時刻と終了時刻を与え、変位の計算を要求する。

【0054】

一方、制御部１３は、計測が終了した後、データ保持時間が経過しても、他の端末が送信した振動検出パケットの受信の検知の通知がなかった場合、データ保持部１２に加速度データの削除を要求する。データ保持部１２は、制御部１３から保存した加速度データの削除を要求されると、保存している加速度データを削除して、一連の処理を終了する。

【0055】

＜Ｓ１０５＞
変位計算部１５は、制御部１３から変位の計算の要求があると、データ保持部１２に加速度データの取得を要求する。変位計算部１５は、データ保持部１２から取得した加速度データから変位データを算出する。データ保持部１２は、変位計算部１５から要求されると、保存している加速度データを変位計算部１５に与え、保存している加速度データを削除する。

【0056】

変位計算部１５は、計算した変位データから変位の最大値と最大値を取る時刻を抽出し、抽出した変位データを通信部１６に与え、変位データの送信を要求する。

【0057】

＜Ｓ１０６＞
通信部１６は、変位計算部１５から変位データの送信を要求されると、変位計算部１５から取得した変位の最大値と最大値を取る時刻を含むパケットをデータ収集装置３０に向けて送信する。

【0058】

（Ａ－３）実施形態の効果
本実施形態よれば、以下の効果を奏する。

【0059】

本実施形態のデータ計測システム１は、常時計測する計測システムと比べて、構成が簡便になるため、設置コストが低減させることが可能となる。

【0060】

データ計測システム１は、システムの使用者が予め設定した条件に合致する振動があり、かつ、複数のセンサ端末（複数の無線通信装置１０）で振動を検出した場合のみ、変位の計算や値の送信を行う。そのため、計測したい振動が含まれないデータの無駄な処理の実行回数を低減でき、すべての計測データを都度処理する場合と比較して、省電力性が向上する。

【0061】

（Ｂ）他の実施形態
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。

【0062】

（Ｂ－１）上記実施形態では、振動検出部１４の動作として、１回の計測につき、１つの振動を抽出する動作を説明したが、１回の計測で複数の振動を抽出してもよい。変形例として、例えば、１つ振動を抽出した後に、抽出した振動の開始時刻～終了時刻以外の区間を対象に、再度同様の判定動作を行い複数の開始時刻と終了時刻のセットを抽出してもよい。

【0063】

（Ｂ－２）制御部１３は、データ保持時間が経過する前に、他の無線通信装置１０が送信した振動検出パケットの受信の通知があった場合、変位の計算を要求するとしたが、さらに条件を加えてもよい。例えば、制御部１３は、振動検出パケットに、振動の開始時刻と終了時刻を記載して送信し、他の無線通信装置１０が検出した振動の開始時刻～終了時刻の区間と自らが検出した振動の開始時刻～終了時刻の区間に重なりがある場合に、変位の計算を要求するとしてもよい。

【符号の説明】

【0064】

１…データ計測システム、１０…無線通信装置、１１…加速度センサ、１２…データ保持部、１３…制御部、１４…振動検出部、１５…変位計算部、１６…通信部、１７…条件入力部、２０…基地局、３０…データ収集装置、ＮＴ…基幹ネットワーク、ＳＮ…センサネットワーク。

【図1】

【図2】

【図3】