(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】P2022024375
(43)【公開日】2022-02-09
(54)【発明の名称】複数のセンサー間での時刻同期方法
(51)【国際特許分類】
G01V 1/28 20060101AFI20220202BHJP
G01H 1/00 20060101ALI20220202BHJP
【ＦＩ】
G01V1/28
G01H1/00 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020126907
(22)【出願日】2020-07-28
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】小寺 健三
(72)【発明者】
【氏名】廣石 恒二
(72)【発明者】
【氏名】欄木 龍大
【テーマコード（参考）】
2G064
2G105
【Ｆターム（参考）】
2G064AB01
2G064AB02
2G064BA02
2G064BD02
2G064CC41
2G105AA03
2G105BB01
2G105EE02
2G105NN02
(57)【要約】 （修正有）
【課題】センサー間で通信を行わずに、容易かつ正確にセンサー間の時刻を同期させる方法を提供する。
【解決手段】複数のセンサー間での時刻同期方法は、建築構造物１内に設置されて地震時の加速度データを取得する、複数のセンサー同士の時刻を同期させる方法であって、第１センサー１１で取得される第１加速度データ、及び第２センサー１２で取得される第２加速度データを用いて、前記第１及び第２センサー１１、１２の各々が設けられた位置間の１次固有振動数を算出する工程と、第１及び第２加速度データの各々から、１次固有振動数以下の帯域を抽出し、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する工程と、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波の相関係数を算出することを、繰り返して、複数の相関係数を取得する工程と、総調整量に基づいて、第１加速度データと第２加速度データとの間の時刻歴のずれを補正する工程と、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】複数のセンサー間での時刻同期方法は、建築構造物１内に設置されて地震時の加速度データを取得する、複数のセンサー同士の時刻を同期させる方法であって、第１センサー１１で取得される第１加速度データ、及び第２センサー１２で取得される第２加速度データを用いて、前記第１及び第２センサー１１、１２の各々が設けられた位置間の１次固有振動数を算出する工程と、第１及び第２加速度データの各々から、１次固有振動数以下の帯域を抽出し、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する工程と、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波の相関係数を算出することを、繰り返して、複数の相関係数を取得する工程と、総調整量に基づいて、第１加速度データと第２加速度データとの間の時刻歴のずれを補正する工程と、を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
建築構造物内に設置されて地震時の加速度データを取得する、複数のセンサー同士の時刻を同期させる方法であって、
第１センサーで取得される第１加速度データ、及び前記第１センサーとは異なる位置に設置される第２センサーで取得される第２加速度データを用いて、前記第１及び第２センサーの各々が設けられた位置間の１次固有振動数を算出する工程と、
前記第１及び第２加速度データの各々から、前記１次固有振動数以下の帯域を抽出し、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する工程と、
前記第１加速度帯域波の時間を調整して前記第１加速度帯域波を更新し、更新された前記第１加速度帯域波と前記第２加速度帯域波の相関係数を算出することを、繰り返して、複数の前記相関係数を取得する工程と、
複数の前記相関係数の中から、最も強い相関が得られた前記相関係数を取得し、これに対応する時間の総調整量を計算し、当該総調整量に基づいて、前記第１加速度データと前記第２加速度データとの間の時刻歴のずれを補正する工程と、
を含むことを特徴とする複数のセンサー間での時刻同期方法。
第１センサーで取得される第１加速度データ、及び前記第１センサーとは異なる位置に設置される第２センサーで取得される第２加速度データを用いて、前記第１及び第２センサーの各々が設けられた位置間の１次固有振動数を算出する工程と、
前記第１及び第２加速度データの各々から、前記１次固有振動数以下の帯域を抽出し、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する工程と、
前記第１加速度帯域波の時間を調整して前記第１加速度帯域波を更新し、更新された前記第１加速度帯域波と前記第２加速度帯域波の相関係数を算出することを、繰り返して、複数の前記相関係数を取得する工程と、
複数の前記相関係数の中から、最も強い相関が得られた前記相関係数を取得し、これに対応する時間の総調整量を計算し、当該総調整量に基づいて、前記第１加速度データと前記第２加速度データとの間の時刻歴のずれを補正する工程と、
を含むことを特徴とする複数のセンサー間での時刻同期方法。
【請求項2】
前記第１加速度帯域波の更新において前記時間を調整する量は、最大値が前記第１及び第２センサーの計測時間間隔であることを特徴とする請求項１に記載の複数のセンサー間での時刻同期方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のセンサー間での時刻同期方法に関する。
【背景技術】
【0002】
建築構造物内に、地震時の加速度データを取得するセンサーを複数設置する場合、複数のセンサー同士の時刻を同期させる必要がある。
センサー同士の時刻を同期させる方法として、例えば、センサー間を有線または無線により接続したシステムを構築することが考えられる。しかし、通信環境に問題が生じた場合等においては、センサー間の同期がなされない可能性がある。また、例えば建築構造物が、スタジオやＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｅ）検査室、実験室等の、壁や床、天井等を電磁シールド構造とすることでシールド区画を形成しなければならないような室を含む場合等、通信環境の構築に制限が設けられると、上記のようなシステムを構築すること自体が困難である。更には、上記のようなシステムの構築には費用が嵩む。
したがって、上記のようなシステムを構築するのではなく、各センサーから出力させたデータを比較することによって、センサー間の時刻のずれを計算し、このずれの量を基に、センサー間の時刻を同期させることが行われている。
センサー同士の時刻を同期させる方法として、例えば、センサー間を有線または無線により接続したシステムを構築することが考えられる。しかし、通信環境に問題が生じた場合等においては、センサー間の同期がなされない可能性がある。また、例えば建築構造物が、スタジオやＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｅ）検査室、実験室等の、壁や床、天井等を電磁シールド構造とすることでシールド区画を形成しなければならないような室を含む場合等、通信環境の構築に制限が設けられると、上記のようなシステムを構築すること自体が困難である。更には、上記のようなシステムの構築には費用が嵩む。
したがって、上記のようなシステムを構築するのではなく、各センサーから出力させたデータを比較することによって、センサー間の時刻のずれを計算し、このずれの量を基に、センサー間の時刻を同期させることが行われている。
【0003】
例えば特許文献１には、建築構造物の互いに異なる位置に設置された複数の地震計によりそれぞれ求められた地震記録データの立ち上がり部分波形を抽出し、抽出した各地震記録データの立ち上がり部分波形を相互に比較して各地震記録データ間における同期点のずれ量を求める構成が開示されている。
特許文献１に開示されたような構成では、複数の地震計の地震記録データにおいて、振動の立ち上がり部分の波形を使用して時刻同期を行う。このため、振動の立ち上がり部分の記録が必須であり、何らかの原因で振動の立ち上がり部分の記録ができなかった場合には、時刻の同期に支障を来すことがある。また、地震記録データの立ち上がり部分の波形しか使用しないため、短い波形で時刻同期計算を行わねばならず、精度確保の面で改善の余地がある。さらに、地震記録データから立ち上がり部分波形を抽出する範囲の設定長さによって、時刻の同期結果が異なる可能性がある。
特許文献１に開示されたような構成では、複数の地震計の地震記録データにおいて、振動の立ち上がり部分の波形を使用して時刻同期を行う。このため、振動の立ち上がり部分の記録が必須であり、何らかの原因で振動の立ち上がり部分の記録ができなかった場合には、時刻の同期に支障を来すことがある。また、地震記録データの立ち上がり部分の波形しか使用しないため、短い波形で時刻同期計算を行わねばならず、精度確保の面で改善の余地がある。さらに、地震記録データから立ち上がり部分波形を抽出する範囲の設定長さによって、時刻の同期結果が異なる可能性がある。
【0004】
また、特許文献２には、構造物の異なる位置に設置された複数の振動計が、構造物の振動系において、入力側に設置された第１振動計と、出力側に設置された第２振動計とを含み、第１振動計で測定された第１振動波形データと、第２振動計で測定された第２振動波形データとを取得し、構造物の振動特性である伝達関数を求め、第２振動波形データから伝達関数の影響を除去した第３振動波形データを求め、第１振動波形データと第３振動波形データとの相関に基づいて、第１振動波形データと第２振動波形データとの同期ずれ量を求める構成が開示されている。
特許文献２に開示されたような構成では、構造物の振動計の入力側における振動の計測を必須としている。また、入力側の第１振動波形データと、出力側の第２振動波形データとから求めた伝達関数の概念を利用するため、非線形を示す応答には対応しない。また、構造物が、１質点系以外に適応する場合には、構造物に応じた構造モデルによる伝達関数の算出が必要である。
特許文献２に開示されたような構成では、構造物の振動計の入力側における振動の計測を必須としている。また、入力側の第１振動波形データと、出力側の第２振動波形データとから求めた伝達関数の概念を利用するため、非線形を示す応答には対応しない。また、構造物が、１質点系以外に適応する場合には、構造物に応じた構造モデルによる伝達関数の算出が必要である。
【0005】
また、特許文献３には、木造建物の１階床付近又は床下基礎部分に設置された第１の住宅地震履歴計で得られた、時刻暦に沿ったＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の第１の加速度データと、木造建物の１階天井付近又は２階床付近に設置された第２の住宅地震履歴計で得られた、時刻暦に沿ったＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の第２の加速度データとを用い、第１の住宅地震履歴計からのＺ軸方向の第１の加速度データと第２の住宅地震履歴計からのＺ軸方向の第２の加速度データについて相関係数を算出し、その算出結果に基づいて第１の加速度データと第２の加速度データの間の時刻暦のずれを補正したうえで、木造建物が揺れた時の層間変位量の算出を行う構成が開示されている。
特許文献３に開示されたような構成は、木造建物を対象としたものである。鉄筋コンクリート造、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造等からなるビルディング等の建築構造物は、鉛直方向の１次固有振動数が十分に大きい低層の木造建物と異なり、鉛直方向の１次固有振動数が小さい。このため、特許文献３に開示された構成をそのまま建築構造物に有効に適用しても、有効な時刻同期結果を得るのが難しい場合もある。
特許文献３に開示されたような構成は、木造建物を対象としたものである。鉄筋コンクリート造、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造等からなるビルディング等の建築構造物は、鉛直方向の１次固有振動数が十分に大きい低層の木造建物と異なり、鉛直方向の１次固有振動数が小さい。このため、特許文献３に開示された構成をそのまま建築構造物に有効に適用しても、有効な時刻同期結果を得るのが難しい場合もある。
【0006】
このように、上記のような特許文献に記載に開示された構成においては、容易、かつ正確に、センサー間の時刻を同期させることが容易ではない場合がある。
より容易かつ正確に、センサー間の時刻を同期させることが望まれる。
より容易かつ正確に、センサー間の時刻を同期させることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００７－３２７８７３号公報
【特許文献2】特開２０１８－９１８２４号公報
【特許文献3】特開２０１８－１００８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明が解決しようとする課題は、センサー間で通信を行わずに、容易かつ正確にセンサー間の時刻を同期させることができる、複数のセンサー間での時刻同期方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の複数のセンサー間での時刻同期方法は、建築構造物内に設置されて地震時の加速度データを取得する、複数のセンサー同士の時刻を同期させる方法であって、第１センサーで取得される第１加速度データ、及び前記第１センサーとは異なる位置に設置される第２センサーで取得される第２加速度データを用いて、前記第１及び第２センサーの各々が設けられた位置間の１次固有振動数を算出する工程と、前記第１及び第２加速度データの各々から、前記１次固有振動数以下の帯域を抽出し、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する工程と、前記第１加速度帯域波の時間を調整して前記第１加速度帯域波を更新し、更新された前記第１加速度帯域波と前記第２加速度帯域波の相関係数を算出することを、繰り返して、複数の前記相関係数を取得する工程と、複数の前記相関係数の中から、最も強い相関が得られた前記相関係数を取得し、これに対応する時間の総調整量を計算し、当該総調整量に基づいて、前記第１加速度データと前記第２加速度データとの間の時刻歴のずれを補正する工程と、を含むことを特徴とする。
このような構成によれば、第１センサー、第２センサーで取得される第１加速度データ、第２加速度データから、第１及び第２センサーの各々が設けられた位置間の１次固有振動数以下の帯域を抽出して、第１加速度帯域波、第２加速度帯域波を算出する。第１加速度帯域波の時間を調整して更新することと、更新した第１加速度帯域波と第２加速度帯域波との相関係数を算出することと、を繰り返し、最も強い相関が得られた相関係数に対応する時間の総調整量に基づいて、第１加速度データと第２加速度データとの時刻歴のずれを補正する。このように、建築構造物内に設置される第１センサー、第２センサー間の時刻歴のずれを、１次固有振動数以下の第１加速度帯域波、第２加速度帯域波を用いて補正することによって、複数のセンサー間での時刻を同期させることができる。１次固有振動数以下の周波数帯域においては、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波には、時刻歴が一致した場合において、振幅の増幅及び位相差が殆ど見られないため、これらセンサー間での時刻の同期を行うための指標として適切である。これにより、時刻同期の高精度化を図ることができる。したがって、より正確にセンサー間の時刻を同期させることができる。
また、複数のセンサー間の時刻の同期を図るには、第１センサー、第２センサーの第１加速度データ、第２加速度データのみを用い、建築構造物についての付加的情報は必要ではない。また、第１センサー、第２センサーにおける計測時に同期を行うわけではなく、計測終了後に、第１加速度データ、第２加速度データを用いることで、複数のセンサー間の時刻の同期を図ることができる。また、時刻の同期を図るための計算に人為的操作が必要なく、第１センサー、第２センサーで得られた第１加速度データ、第２加速度データに基づいて一義的な結果を得ることができる。
すなわち、本発明の複数のセンサー間での時刻同期方法は、建築構造物内に設置されて地震時の加速度データを取得する、複数のセンサー同士の時刻を同期させる方法であって、第１センサーで取得される第１加速度データ、及び前記第１センサーとは異なる位置に設置される第２センサーで取得される第２加速度データを用いて、前記第１及び第２センサーの各々が設けられた位置間の１次固有振動数を算出する工程と、前記第１及び第２加速度データの各々から、前記１次固有振動数以下の帯域を抽出し、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する工程と、前記第１加速度帯域波の時間を調整して前記第１加速度帯域波を更新し、更新された前記第１加速度帯域波と前記第２加速度帯域波の相関係数を算出することを、繰り返して、複数の前記相関係数を取得する工程と、複数の前記相関係数の中から、最も強い相関が得られた前記相関係数を取得し、これに対応する時間の総調整量を計算し、当該総調整量に基づいて、前記第１加速度データと前記第２加速度データとの間の時刻歴のずれを補正する工程と、を含むことを特徴とする。
このような構成によれば、第１センサー、第２センサーで取得される第１加速度データ、第２加速度データから、第１及び第２センサーの各々が設けられた位置間の１次固有振動数以下の帯域を抽出して、第１加速度帯域波、第２加速度帯域波を算出する。第１加速度帯域波の時間を調整して更新することと、更新した第１加速度帯域波と第２加速度帯域波との相関係数を算出することと、を繰り返し、最も強い相関が得られた相関係数に対応する時間の総調整量に基づいて、第１加速度データと第２加速度データとの時刻歴のずれを補正する。このように、建築構造物内に設置される第１センサー、第２センサー間の時刻歴のずれを、１次固有振動数以下の第１加速度帯域波、第２加速度帯域波を用いて補正することによって、複数のセンサー間での時刻を同期させることができる。１次固有振動数以下の周波数帯域においては、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波には、時刻歴が一致した場合において、振幅の増幅及び位相差が殆ど見られないため、これらセンサー間での時刻の同期を行うための指標として適切である。これにより、時刻同期の高精度化を図ることができる。したがって、より正確にセンサー間の時刻を同期させることができる。
また、複数のセンサー間の時刻の同期を図るには、第１センサー、第２センサーの第１加速度データ、第２加速度データのみを用い、建築構造物についての付加的情報は必要ではない。また、第１センサー、第２センサーにおける計測時に同期を行うわけではなく、計測終了後に、第１加速度データ、第２加速度データを用いることで、複数のセンサー間の時刻の同期を図ることができる。また、時刻の同期を図るための計算に人為的操作が必要なく、第１センサー、第２センサーで得られた第１加速度データ、第２加速度データに基づいて一義的な結果を得ることができる。
【0010】
本発明の一態様においては、本発明の複数のセンサー間での時刻同期方法は、前記第１加速度帯域波の更新において前記時間を調整する量は、最大値が前記第１及び第２センサーの計測時間間隔である。
このような構成によれば、複数のセンサー間での時刻同期方法を適切に実現可能である。
このような構成によれば、複数のセンサー間での時刻同期方法を適切に実現可能である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、センサー間で通信を行わずに、容易かつ正確にセンサー間の時刻を同期させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態に係る複数のセンサー間での時刻同期方法を実現するための時刻同期システムの一例を示す図である。
【図3】第１センサーと第２センサーで取得した第１加速度データ、第２加速度データの一例を示す図である。
【図5】第１加速度データと第２加速度データに時間のずれがない場合に、これら加速度データから計算された伝達関数における周波数と振幅との関係を示す図である。
【図7】各方向の１次固有振動数以下の帯域における、各センサーの波形である。
【図8】各方向の１次固有振動数近傍の帯域における、各センサーの波形である。
【図9】第１加速度データと第２加速度データに時間のずれがある場合に、これら加速度データから計算された伝達関数における周波数と振幅との関係を示す図である。
【図12】互いに時間のずれがある第１加速度帯域波と第２加速度帯域波と、を示す図である。
【図13】第１センサーと、第１センサーに対し、０．５秒の時間だけずれた第２センサーから取得された第１加速度データ、第２加速度データに対し、上記の方法を適用した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明は、建築構造物内に設置される時刻同期の取れていない複数センサー同士において、計測された時刻歴波形データを用いて、センサー間で時刻を同期させる複数のセンサー間での時刻同期方法である。本発明の特徴は、建築構造物内で計測された複数の時刻歴波形データ(加速度記録など)において、両者間において振幅の増幅及び位相差が殆ど認められない、１次固有振動数以下の帯域波を使用して時刻同期を行う点である。
以下、添付図面を参照して、本発明による複数のセンサー間での時刻同期方法を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係る複数のセンサー間での時刻同期方法を実現するための時刻同期システムの一例を示す図を図１に示す。
図１に示されるように、時刻同期システム１０は、第１センサー１１と、第２センサー１２と、システム本体２０と、を主に備えている。
第１センサー１１、第２センサー１２は、ビルディング等の建築構造物１に設置されている。第１センサー１１と、第２センサー１２は、建築構造物１において、水平方向Ｘと、水平面内でこれに直交する水平方向Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々で、互いに異なる位置に配置されている。本実施形態において、第１センサー１１は、例えば、建築構造物１の地上１階フロア１ＦＬに設置されている。第２センサー１２は、例えば、建築構造物１の屋上フロアＲＦＬに設置されている。第１センサー１１、第２センサー１２は、それぞれ、加速度センサーである。第１センサー１１は、地震発生時に、第１センサー１１が設置された地上１階フロア１ＦＬに生じた加速度の変化を示す、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々における、第１加速度データを取得する。第２センサー１２は、地震発生時に、第２センサー１２が設置された屋上フロアＲＦＬに生じた加速度の変化を示す、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々における、第２加速度データを取得する。第１センサー１１と第２センサー１２は、それぞれ、取得した第１加速度データ、第２加速度データを、例えば、インターネット等の公衆無線網等の外部ネットワーク１００を介し、外部に送信する。
以下、添付図面を参照して、本発明による複数のセンサー間での時刻同期方法を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係る複数のセンサー間での時刻同期方法を実現するための時刻同期システムの一例を示す図を図１に示す。
図１に示されるように、時刻同期システム１０は、第１センサー１１と、第２センサー１２と、システム本体２０と、を主に備えている。
第１センサー１１、第２センサー１２は、ビルディング等の建築構造物１に設置されている。第１センサー１１と、第２センサー１２は、建築構造物１において、水平方向Ｘと、水平面内でこれに直交する水平方向Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々で、互いに異なる位置に配置されている。本実施形態において、第１センサー１１は、例えば、建築構造物１の地上１階フロア１ＦＬに設置されている。第２センサー１２は、例えば、建築構造物１の屋上フロアＲＦＬに設置されている。第１センサー１１、第２センサー１２は、それぞれ、加速度センサーである。第１センサー１１は、地震発生時に、第１センサー１１が設置された地上１階フロア１ＦＬに生じた加速度の変化を示す、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々における、第１加速度データを取得する。第２センサー１２は、地震発生時に、第２センサー１２が設置された屋上フロアＲＦＬに生じた加速度の変化を示す、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々における、第２加速度データを取得する。第１センサー１１と第２センサー１２は、それぞれ、取得した第１加速度データ、第２加速度データを、例えば、インターネット等の公衆無線網等の外部ネットワーク１００を介し、外部に送信する。
【0014】
システム本体２０は、コンピュータ装置からなるもので、予め設定されたコンピュータプログラムに基づいた処理を実行することで、複数のセンサー（第１センサー１１、第２センサー１２）間の時刻同期処理を自動的に行う。システム本体２０は、例えばクラウドコンピュータであり、外部ネットワーク１００に対し、無線又は有線により接続されている。システム本体２０は、外部ネットワーク１００を介して第１センサー１１、第２センサー１２から受信した加速度データ（第１加速度データ、第２加速度データ）に基づいて、第１センサー１１と第２センサーとの間の時刻歴のずれを補正する処理を実行する。
システム本体２０は、データ受信部２１と、１次固有振動数算出部２２と、加速度帯域波算出部２３と、相関係数取得部２４と、時刻歴ずれ補正部２５と、を機能的に備えている。
システム本体２０は、データ受信部２１と、１次固有振動数算出部２２と、加速度帯域波算出部２３と、相関係数取得部２４と、時刻歴ずれ補正部２５と、を機能的に備えている。
【0015】
データ受信部２１は、第１センサー１１、第２センサー１２で取得した第１加速度データ、第２加速度データを、外部ネットワーク１００を介して受信する。
１次固有振動数算出部２２は、第１センサー１１と第２センサー１２から取得された第１加速度データと第２加速度データを基に、第１及び第２センサー１１、１２の各々が設けられた位置間の１次固有振動数を算出する。
加速度帯域波算出部２３は、第１加速度データ、及び第２加速度データの各々から、１次固有振動数以下の帯域を抽出し、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する。
相関係数取得部２４は、第１加速度帯域波の時間を調整して第１加速度帯域波を更新し、更新された第１加速度帯域波と第２加速度帯域波の相関係数を算出することを、繰り返して、複数の相関係数を取得する。
時刻歴ずれ補正部２５は、複数の相関係数の中から、最も強い相関が得られた相関係数を取得し、これに対応する時間の総調整量を計算し、総調整量に基づいて、第１加速度データと第２加速度データとの間の時刻歴のずれを補正する。
１次固有振動数算出部２２は、第１センサー１１と第２センサー１２から取得された第１加速度データと第２加速度データを基に、第１及び第２センサー１１、１２の各々が設けられた位置間の１次固有振動数を算出する。
加速度帯域波算出部２３は、第１加速度データ、及び第２加速度データの各々から、１次固有振動数以下の帯域を抽出し、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する。
相関係数取得部２４は、第１加速度帯域波の時間を調整して第１加速度帯域波を更新し、更新された第１加速度帯域波と第２加速度帯域波の相関係数を算出することを、繰り返して、複数の相関係数を取得する。
時刻歴ずれ補正部２５は、複数の相関係数の中から、最も強い相関が得られた相関係数を取得し、これに対応する時間の総調整量を計算し、総調整量に基づいて、第１加速度データと第２加速度データとの間の時刻歴のずれを補正する。
【0016】
次に、上記時刻同期システム１０における複数のセンサー間での時刻同期方法について説明する。
図２は、時刻同期システムにおける、複数のセンサー間での時刻同期方法の流れを示すフローチャートである。
図２に示されるように、本実施形態における複数のセンサー間での時刻同期方法は、加速度データを受信する工程Ｓ１と、１次固有振動数を算出する工程Ｓ２と、加速度帯域波を算出する工程Ｓ３と、複数の相関係数を取得する工程Ｓ４と、時刻歴のずれを補正する工程Ｓ５と、を含む。
加速度データを受信する工程Ｓ１は、データ受信部２１が、第１センサー１１、第２センサー１２で取得した第１加速度データ、第２加速度データを、外部ネットワーク１００を介して受信する。図３は、これらセンサーで取得した第１加速度データ、第２加速度データの一例を示す図である。図４は、図３の第１加速度データ、第２加速度データの時間軸の一部を拡大して示した図である。図３、図４、及び後に説明する図５以降の各図においては、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々における各種データが示されている。
図３、図４に示すように、建築構造物１の地上１階フロア１ＦＬで取得された第１加速度データよりも、屋上フロアＲＦＬで取得された第２加速度データの方が、検出される加速度が大きい。
図２は、時刻同期システムにおける、複数のセンサー間での時刻同期方法の流れを示すフローチャートである。
図２に示されるように、本実施形態における複数のセンサー間での時刻同期方法は、加速度データを受信する工程Ｓ１と、１次固有振動数を算出する工程Ｓ２と、加速度帯域波を算出する工程Ｓ３と、複数の相関係数を取得する工程Ｓ４と、時刻歴のずれを補正する工程Ｓ５と、を含む。
加速度データを受信する工程Ｓ１は、データ受信部２１が、第１センサー１１、第２センサー１２で取得した第１加速度データ、第２加速度データを、外部ネットワーク１００を介して受信する。図３は、これらセンサーで取得した第１加速度データ、第２加速度データの一例を示す図である。図４は、図３の第１加速度データ、第２加速度データの時間軸の一部を拡大して示した図である。図３、図４、及び後に説明する図５以降の各図においては、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々における各種データが示されている。
図３、図４に示すように、建築構造物１の地上１階フロア１ＦＬで取得された第１加速度データよりも、屋上フロアＲＦＬで取得された第２加速度データの方が、検出される加速度が大きい。
【0017】
１次固有振動数を算出する工程Ｓ２では、１次固有振動数算出部２２が、建築構造物１の１次固有振動数を算出する。これには、１次固有振動数算出部２２が、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々において、第１センサー１１で取得される第１加速度データと、第２センサー１２で取得される第２加速度データとの伝達関数を算出する。さらに、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々において算出された、振幅の伝達関数について、平均化処理を行う。平均化処理の結果、振幅が最大となる周波数が、第１センサー１１が設けられた位置と、第２センサー１２が設けられた位置との間の、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々における１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚとなる。
図５は、第１加速度データと第２加速度データに時間のずれがない場合に、これら加速度データから計算された伝達関数における周波数と振幅との関係を示す図である。図５においては、伝達関数に加え、当該伝達関数を平均化処理した波形も示されている。
図６は、図５の伝達関数における周波数と位相差との関係を示す図である。図６においては、図５における平均化処理した波形のピークに相当する、水平方向Ｘの１次固有振動数Ｆｘ、水平方向Ｙの１次固有振動数Ｆｙ、及び鉛直方向Ｚの１次固有振動数Ｆｚが、同時に示されている。
図５は、第１加速度データと第２加速度データに時間のずれがない場合に、これら加速度データから計算された伝達関数における周波数と振幅との関係を示す図である。図５においては、伝達関数に加え、当該伝達関数を平均化処理した波形も示されている。
図６は、図５の伝達関数における周波数と位相差との関係を示す図である。図６においては、図５における平均化処理した波形のピークに相当する、水平方向Ｘの１次固有振動数Ｆｘ、水平方向Ｙの１次固有振動数Ｆｙ、及び鉛直方向Ｚの１次固有振動数Ｆｚが、同時に示されている。
【0018】
１次固有振動数は、図５、図６に示されるような、第１センサー１１と第２センサー１２の間の時刻歴のずれが無い場合に計算されてもよいが、第１センサー１１と第２センサー１２の間の時刻歴のずれが有る場合に計算されてもよい。第１センサー１１と第２センサー１２の間の時刻歴のずれが有る場合においても、１次固有振動数算出部２２は、ずれが無い場合と同様に、１次固有振動数を計算する。
より具体的には、１次固有振動数算出部２２は、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々において、互いに時刻歴のずれが有る第１加速度データと第２加速度データとの伝達関数を算出する（後述の図９参照）。さらに、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々において算出された、振幅の伝達関数について、平均化処理を行う（後述の図１０参照）。平均化処理の結果、振幅が最大となる周波数が、第１センサー１１が設けられた位置と、第２センサー１２が設けられた位置との間の１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚとなる（後述の図１０参照）。
より具体的には、１次固有振動数算出部２２は、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々において、互いに時刻歴のずれが有る第１加速度データと第２加速度データとの伝達関数を算出する（後述の図９参照）。さらに、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々において算出された、振幅の伝達関数について、平均化処理を行う（後述の図１０参照）。平均化処理の結果、振幅が最大となる周波数が、第１センサー１１が設けられた位置と、第２センサー１２が設けられた位置との間の１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚとなる（後述の図１０参照）。
【0019】
次に、加速度帯域波を算出する工程Ｓ３を説明する。
図７は、各方向Ｘ、Ｙ、Ｚの１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の帯域における、各センサー１１、１２の波形である。本図は、特に、第１加速度データと第２加速度データの各々を、０．１Ｈｚ以上０．５Ｈｚ以下の周波数帯域でバンドパスフィルタ処理を行った結果を示すものである。
図８は、各方向Ｘ、Ｙ、Ｚの１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ近傍の帯域における、各センサー１１、１２の波形である。本図は、特に、第１加速度データと第２加速度データの各々を、方向Ｘ、Ｙにおいては１．０Ｈｚ以上１．６Ｈｚ以下の周波数帯域で、及び鉛直方向Ｚにおいては９．０Ｈｚ以上１３．０Ｈｚ以下の周波数帯域で、それぞれバンドパスフィルタ処理を行った結果を示すものである。
図９は、第１加速度データと第２加速度データに時間のずれがある場合に、これら加速度データから計算された伝達関数における周波数と振幅との関係を示す図である。図９においては、時間のずれが無い場合の伝達関数に、０．５秒の時間のずれが有る場合の伝達関数が、重ねて示されている。
図１０は、図９の、時間のずれが有る場合の伝達関数に対して、平均化処理を行った結果を示す図である。
図１１は、第１加速度データと第２加速度データに時間のずれがある場合に、これら加速度データから計算された伝達関数における周波数と位相差との関係を示す図である。図１１においては、時間のずれが無い場合の伝達関数に、０．５秒の時間のずれが有る場合の伝達関数が、重ねて示されている。
図７は、各方向Ｘ、Ｙ、Ｚの１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の帯域における、各センサー１１、１２の波形である。本図は、特に、第１加速度データと第２加速度データの各々を、０．１Ｈｚ以上０．５Ｈｚ以下の周波数帯域でバンドパスフィルタ処理を行った結果を示すものである。
図８は、各方向Ｘ、Ｙ、Ｚの１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ近傍の帯域における、各センサー１１、１２の波形である。本図は、特に、第１加速度データと第２加速度データの各々を、方向Ｘ、Ｙにおいては１．０Ｈｚ以上１．６Ｈｚ以下の周波数帯域で、及び鉛直方向Ｚにおいては９．０Ｈｚ以上１３．０Ｈｚ以下の周波数帯域で、それぞれバンドパスフィルタ処理を行った結果を示すものである。
図９は、第１加速度データと第２加速度データに時間のずれがある場合に、これら加速度データから計算された伝達関数における周波数と振幅との関係を示す図である。図９においては、時間のずれが無い場合の伝達関数に、０．５秒の時間のずれが有る場合の伝達関数が、重ねて示されている。
図１０は、図９の、時間のずれが有る場合の伝達関数に対して、平均化処理を行った結果を示す図である。
図１１は、第１加速度データと第２加速度データに時間のずれがある場合に、これら加速度データから計算された伝達関数における周波数と位相差との関係を示す図である。図１１においては、時間のずれが無い場合の伝達関数に、０．５秒の時間のずれが有る場合の伝達関数が、重ねて示されている。
【0020】
図９、図１１に示されるように、第１加速度データと第２加速度データに時間のずれがあっても、振幅の伝達関数はほぼ同じであるが、位相に関しては大きく異なっている。このため、実際に第１センサー１１と第２センサー１２の時間のずれの量を推定する際には、第１加速度データと第２加速度データの位相のずれを観察するのが効果的であると考えられる。
この位相のずれに関し、図６、図８に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向において、１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ近傍、あるいはそれ以上の周波数域では、第１加速度データと第２加速度データとの間に位相差がある。これに対し、図６、図７に示すように、１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の周波数域では、第１加速度データと第２加速度データとの間の位相差が小さい。
このため、本実施形態においては、実際に第１センサー１１と第２センサー１２の時間のずれの量を推定する際には、後に説明するように、第１加速度データ、及び第２加速度データの各々から１次固有振動数以下の帯域を抽出し、この抽出された帯域波の時間をずらして波形の一致を観測することにより、時間のずれの量を推定する。
ここで、水平方向Ｘ、Ｙにおける１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙは、特に図５、図１０に示されるように、鉛直方向Ｚにおける１次固有振動数Ｆｚよりも大幅に低くなっている。すなわち、鉛直方向Ｚにおいては、水平方向Ｘ、Ｙと比較すると、１次固有振動数Ｆｚ以下の、位相差のばらつきが小さい周波数域が広くなっている。このため、鉛直方向Ｚにおいて、１次固有振動数Ｆｚ以下の第１加速度帯域波、第２加速度帯域波の波形が一致するように、時刻歴のずれを補正すれば、上記のような波形の一致を観測する処理に使用可能な周波数帯域が広くなるため、精度が良い同期処理が可能となる。
以上の理由により、本実施形態においては、実際に第１センサー１１と第２センサー１２の時間のずれの量を推定する際には、鉛直方向Ｚの、第１加速度データ、及び第２加速度データの各々から、特に鉛直方向Ｚの１次固有振動数Ｆｚ以下の帯域を抽出し、これを基にして各処理を実行している。また、本実施形態においては、鉛直方向Ｚにおいて、第１加速度データ、第２加速度データのいずれか一方または双方が計測されておらず、水平方向Ｘ、Ｙのいずれかにおいて第１加速度データ、第２加速度データが計測されている場合には、水平方向Ｘ、Ｙのいずれか一方または双方の、第１加速度データ、第２加速度データの各々から、水平方向Ｘ、Ｙの１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ以下の帯域を抽出し、これを基にして各処理を実行する。このように、各処理は水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚのいずれにおいても実行される可能性があるため、以下の説明では、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚのいずれにおいても処理が行われることを想定して説明する。
この位相のずれに関し、図６、図８に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向において、１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ近傍、あるいはそれ以上の周波数域では、第１加速度データと第２加速度データとの間に位相差がある。これに対し、図６、図７に示すように、１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の周波数域では、第１加速度データと第２加速度データとの間の位相差が小さい。
このため、本実施形態においては、実際に第１センサー１１と第２センサー１２の時間のずれの量を推定する際には、後に説明するように、第１加速度データ、及び第２加速度データの各々から１次固有振動数以下の帯域を抽出し、この抽出された帯域波の時間をずらして波形の一致を観測することにより、時間のずれの量を推定する。
ここで、水平方向Ｘ、Ｙにおける１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙは、特に図５、図１０に示されるように、鉛直方向Ｚにおける１次固有振動数Ｆｚよりも大幅に低くなっている。すなわち、鉛直方向Ｚにおいては、水平方向Ｘ、Ｙと比較すると、１次固有振動数Ｆｚ以下の、位相差のばらつきが小さい周波数域が広くなっている。このため、鉛直方向Ｚにおいて、１次固有振動数Ｆｚ以下の第１加速度帯域波、第２加速度帯域波の波形が一致するように、時刻歴のずれを補正すれば、上記のような波形の一致を観測する処理に使用可能な周波数帯域が広くなるため、精度が良い同期処理が可能となる。
以上の理由により、本実施形態においては、実際に第１センサー１１と第２センサー１２の時間のずれの量を推定する際には、鉛直方向Ｚの、第１加速度データ、及び第２加速度データの各々から、特に鉛直方向Ｚの１次固有振動数Ｆｚ以下の帯域を抽出し、これを基にして各処理を実行している。また、本実施形態においては、鉛直方向Ｚにおいて、第１加速度データ、第２加速度データのいずれか一方または双方が計測されておらず、水平方向Ｘ、Ｙのいずれかにおいて第１加速度データ、第２加速度データが計測されている場合には、水平方向Ｘ、Ｙのいずれか一方または双方の、第１加速度データ、第２加速度データの各々から、水平方向Ｘ、Ｙの１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ以下の帯域を抽出し、これを基にして各処理を実行する。このように、各処理は水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚのいずれにおいても実行される可能性があるため、以下の説明では、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚのいずれにおいても処理が行われることを想定して説明する。
【0021】
より具体的には、実際に第１センサー１１と第２センサー１２の時間のずれの量を推定する際には、加速度帯域波を算出する工程Ｓ３において、加速度帯域波算出部２３が、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する。これには、加速度帯域波算出部２３が、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの、第１加速度データ、及び第２加速度データの各々において、工程Ｓ２で算出した１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の帯域を、例えばバンドパスフィルタを用いて抽出し、これを、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波として算出する。本実施形態では、これら第１加速度データ、及び第２加速度データの各々において、１次固有振動数Ｆｚの例えば０．８倍（Ｆｚ×０．８）以下の帯域を抽出し、これを、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波として算出する。
図１２は、このように算出された、互いに時間のずれがある、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を示す図である。
図１２は、このように算出された、互いに時間のずれがある、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を示す図である。
【0022】
複数の相関係数を取得する工程Ｓ４では、相関係数取得部２４が、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波の相関係数を複数取得する。
まず、相関係数取得部２４は、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波に対し、次の式で表される誤差ｒを評価する。
上式において、Ｎは、図１２に示されるような時刻歴波形上での時刻の数、ｙ１ＦＬ、ｉはｉ番目の時刻における第１加速度帯域波の値、ｙＲＦＬ、ｉはｉ番目の時刻における第２加速度帯域波の値である。
上式の誤差ｒは、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波の、各時刻における差の積算であり、この誤差ｒが小さければ小さいほど、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波が近い形状となっている。したがって、誤差ｒは、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波の相関係数であるといえる。
相関係数取得部２４は、上式により計算された誤差ｒを、相関係数として保存する。
まず、相関係数取得部２４は、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波に対し、次の式で表される誤差ｒを評価する。
【数1】
上式の誤差ｒは、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波の、各時刻における差の積算であり、この誤差ｒが小さければ小さいほど、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波が近い形状となっている。したがって、誤差ｒは、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波の相関係数であるといえる。
相関係数取得部２４は、上式により計算された誤差ｒを、相関係数として保存する。
【0023】
次に、相関係数取得部２４は、第１加速度帯域波の時間を調整して、第１加速度帯域波を更新する。調整した第１加速度帯域波は、調整後の第１加速度帯域波として更新する。更新後、更新された第１加速度帯域波と第２加速度帯域波との相関係数を算出する。このようにして、第１加速度帯域波の時間を、第２加速度帯域波に対して所定時間ずつ順次ずらして更新し、それぞれ、時間をずらして更新した第１加速度帯域波と第２加速度帯域波との相関係数を算出する。ここで、第１加速度帯域波の時間を順次ずらして調整する量は、一般的な加速度計の計測時間間隔である１００Ｈｚ（０.０１秒）刻みで時間増分を行い、センサー間で時刻同期する。よって、時間を調整する最大値が０．０１秒となるようにするのが好ましい。
このようにして、工程Ｓ４では、第１加速度帯域波の時間を順次ずらして調整し、調整後の第１加速度帯域波と第２加速度帯域波との相関関数を算出することで、複数の相関係数が得られる。
このようにして、工程Ｓ４では、第１加速度帯域波の時間を順次ずらして調整し、調整後の第１加速度帯域波と第２加速度帯域波との相関関数を算出することで、複数の相関係数が得られる。
【0024】
既に説明したように、鉛直方向Ｚにおいては、水平方向Ｘ、Ｙと比較すると、１次固有振動数Ｆｚ以下の、位相差のばらつきが小さい周波数域が広くなっており、鉛直方向Ｚにおける波形を用いると、波形の一致を観測する処理に使用可能な周波数帯域が広くなるため、精度が良い同期処理が可能となる。したがって、本実施形態においては、工程Ｓ４における上記のような処理は、基本的には、鉛直方向Ｚの第１加速度帯域波と第２加速度帯域波に対して行われる。また、本実施形態においては、鉛直方向Ｚにおいて、第１加速度データ、第２加速度データのいずれか一方または双方が計測されておらず、水平方向Ｘ、Ｙのいずれかにおいて第１加速度データ、第２加速度データが計測されている場合には、工程Ｓ４における上記のような処理は、水平方向Ｘ、Ｙのいずれかにおける、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波に対して行われる。
【0025】
時刻歴のずれを補正する工程Ｓ５では、時刻歴ずれ補正部２５が、複数の相関係数の中から、最も強い相関が得られた相関係数を取得し、これに対応する時間の総調整量を計算し、総調整量に基づいて、第１加速度データと第２加速度データとの間の時刻歴のずれを補正する。具体的には、相関係数すなわち誤差ｒが最も小さいものを、最も強い相関が得られた相関係数として取得する。そして、この相関係数が得られた、更新された第１加速度帯域波は、相関係数取得部２４において、最初の第１加速度帯域波からどれだけの時間がずらされた結果として更新されたのか、そのずらされた時間の総量を、時間の総調整量として計算する。
時刻歴のずれを補正する工程Ｓ５では、このようにして特定された、第１加速度データと第２加速度データとの間の時刻歴のずれ量、すなわち総調整量に基づいて、第１加速度データまたは第２加速度データの時刻歴を調整する。より詳細には、時刻歴ずれ補正部２５が、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々に対し、第１加速度データまたは第２加速度データの、時刻歴を、第１加速度データと第２加速度データの相関が最も強くなる方向に、総調整量分だけずらすことで、第１加速度データまたは第２加速度データの時刻歴を調整する。
調整された第１加速度データと第２加速度データは、地震の記録として使用される。また、上記総調整量に基づいて、第１センサー１１、第２センサー１２間での時刻同期を図る。
時刻歴のずれを補正する工程Ｓ５では、このようにして特定された、第１加速度データと第２加速度データとの間の時刻歴のずれ量、すなわち総調整量に基づいて、第１加速度データまたは第２加速度データの時刻歴を調整する。より詳細には、時刻歴ずれ補正部２５が、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚの各々に対し、第１加速度データまたは第２加速度データの、時刻歴を、第１加速度データと第２加速度データの相関が最も強くなる方向に、総調整量分だけずらすことで、第１加速度データまたは第２加速度データの時刻歴を調整する。
調整された第１加速度データと第２加速度データは、地震の記録として使用される。また、上記総調整量に基づいて、第１センサー１１、第２センサー１２間での時刻同期を図る。
【0026】
図１３は、第１センサー１１と、第１センサー１１に対し、０．５秒の時間だけずれた第２センサー１２から取得された第１加速度データ、第２加速度データに対し、上記の方法を適用した結果を示す図である。図１３においては、鉛直方向Ｚに加え、水平方向Ｘ、Ｙの各々に対しても、同様の処理を適用した結果を、比較例として示している。各図において、相関係数すなわち誤差ｒは、最大値が１となるように正規化されている。
図１３において、水平方向Ｘ、Ｙの各々の加速度データに対して処理を行った結果として、時間のずれはそれぞれ０．４９秒、０．４９秒として算出された。これに対し、鉛直方向Ｚに関しては、時間のずれは０．５０秒と算出されている。すなわち、鉛直方向Ｚにおいては、水平方向Ｘ、Ｙよりも高い精度で時間のずれ量が算出されている。これは、既に説明したように、鉛直方向Ｚにおいては使用可能な帯域が水平方向Ｘ、Ｙよりも広いことに起因している。
図１３において、水平方向Ｘ、Ｙの各々の加速度データに対して処理を行った結果として、時間のずれはそれぞれ０．４９秒、０．４９秒として算出された。これに対し、鉛直方向Ｚに関しては、時間のずれは０．５０秒と算出されている。すなわち、鉛直方向Ｚにおいては、水平方向Ｘ、Ｙよりも高い精度で時間のずれ量が算出されている。これは、既に説明したように、鉛直方向Ｚにおいては使用可能な帯域が水平方向Ｘ、Ｙよりも広いことに起因している。
【0027】
上述したような複数のセンサー間での時刻同期方法によれば、建築構造物１内に設置されて地震時の加速度データを取得する、複数のセンサー１１、１２同士の時刻を同期させる方法であって、第１センサー１１で取得される第１加速度データ、及び第１センサー１１とは異なる位置に設置される第２センサー１２で取得される第２加速度データを用いて、第１及び第２センサー１１、１２の各々が設けられた位置間の１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを算出する工程Ｓ２と、第１及び第２加速度データの各々から、１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の帯域を抽出し、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する工程Ｓ３と、第１加速度帯域波の時間を調整して第１加速度帯域波を更新し、更新された第１加速度帯域波と第２加速度帯域波の相関係数を算出することを、繰り返して、複数の相関係数を取得する工程Ｓ４と、複数の相関係数の中から、最も強い相関が得られた相関係数を取得し、これに対応する時間の総調整量を計算し、総調整量に基づいて、第１加速度データと第２加速度データとの間の時刻歴のずれを補正する工程Ｓ５と、を含む。
このような構成によれば、第１センサー１１、第２センサー１２で取得される第１加速度データ、第２加速度データから、第１及び第２センサー１１、１２の各々が設けられた位置間の１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の帯域を抽出して、第１加速度帯域波、第２加速度帯域波を算出する。第１加速度帯域波の時間を調整して更新することと、更新した第１加速度帯域波と第２加速度帯域波との相関係数を算出することと、を繰り返し、最も強い相関が得られた相関係数に対応する時間の総調整量に基づいて、第１加速度データと第２加速度データとの時刻歴のずれを補正する。このように、建築構造物１内に設置される第１センサー１１、第２センサー１２間の時刻歴のずれを、１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の第１加速度帯域波、第２加速度帯域波を用いて補正することによって、複数のセンサー１１、１２間での時刻を同期させることができる。
既に説明したように、１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の周波数帯域においては、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波には、時刻が一致した場合において、振幅の増幅及び位相差が殆ど見られないため、これらセンサー１１、１２間での時刻の同期を行うための指標として適切である。これにより、時刻同期の高精度化を図ることができる。したがって、より正確にセンサー１１、１２間の時刻を同期させることができる。
また、複数のセンサー１１、１２間の時刻の同期を図るには、第１センサー１１、第２センサー１２の第１加速度データ、第２加速度データのみが必要であり、建築構造物１についての付加的情報は必要ではない。また、第１センサー１１、第２センサー１２における計測時に同期を行うわけではなく、計測終了後に、第１加速度データ、第２加速度データを用いることで、複数のセンサー１１、１２間の時刻の同期を図ることができる。また、時刻の同期を図るための計算に人為的操作が必要なく、第１センサー１１、第２センサー１２で得られた第１加速度データ、第２加速度データに基づいて一義的な結果を得ることができる。
このような構成によれば、第１センサー１１、第２センサー１２で取得される第１加速度データ、第２加速度データから、第１及び第２センサー１１、１２の各々が設けられた位置間の１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の帯域を抽出して、第１加速度帯域波、第２加速度帯域波を算出する。第１加速度帯域波の時間を調整して更新することと、更新した第１加速度帯域波と第２加速度帯域波との相関係数を算出することと、を繰り返し、最も強い相関が得られた相関係数に対応する時間の総調整量に基づいて、第１加速度データと第２加速度データとの時刻歴のずれを補正する。このように、建築構造物１内に設置される第１センサー１１、第２センサー１２間の時刻歴のずれを、１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の第１加速度帯域波、第２加速度帯域波を用いて補正することによって、複数のセンサー１１、１２間での時刻を同期させることができる。
既に説明したように、１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ以下の周波数帯域においては、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波には、時刻が一致した場合において、振幅の増幅及び位相差が殆ど見られないため、これらセンサー１１、１２間での時刻の同期を行うための指標として適切である。これにより、時刻同期の高精度化を図ることができる。したがって、より正確にセンサー１１、１２間の時刻を同期させることができる。
また、複数のセンサー１１、１２間の時刻の同期を図るには、第１センサー１１、第２センサー１２の第１加速度データ、第２加速度データのみが必要であり、建築構造物１についての付加的情報は必要ではない。また、第１センサー１１、第２センサー１２における計測時に同期を行うわけではなく、計測終了後に、第１加速度データ、第２加速度データを用いることで、複数のセンサー１１、１２間の時刻の同期を図ることができる。また、時刻の同期を図るための計算に人為的操作が必要なく、第１センサー１１、第２センサー１２で得られた第１加速度データ、第２加速度データに基づいて一義的な結果を得ることができる。
【0028】
特に本実施形態においては、１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを算出する工程Ｓ２においては、鉛直方向Ｚの１次固有振動数Ｆｚを算出し、第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する工程Ｓ３においては、鉛直方向Ｚの第１及び第２加速度データの各々から、鉛直方向Ｚの１次固有振動数Ｆｚ以下の帯域を抽出し、鉛直方向Ｚの第１加速度帯域波及び第２加速度帯域波を算出する。
既に説明したように、鉛直方向Ｚの１次固有振動数Ｆｚは、水平方向Ｘ、Ｙの１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙよりも大きな値となるため、センサー１１、１２間での時刻の同期を行うための指標として使用可能な周波数帯域が水平方向よりも広くなる。
特に、建築構造物１が超高層ビルディング等である場合、水平方向Ｘ、Ｙの１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙが小さくなり、振動が長周期化する傾向にあり、時刻同期に使用できる帯域が少ない。これに対し、鉛直方向Ｚにおいては、建築構造物１の１次固有振動数Ｆｚがより大きくなり、時刻同期に使用できる帯域も広くなり、時刻同期の高精度化に繋がる。また、大地震時において、建築構造物１が損傷する等して水平方向Ｘ、Ｙに非線形化した場合において、建築構造物１は鉛直方向Ｚに非線形化する可能性は低い。
以上の理由により、鉛直方向Ｚの加速度データから、特に１次固有振動数Ｆｚ以下の帯域を抽出して使用することによって、建築構造物１が水平方向に非線形化するような大地震時においても、時刻同期の高精度化を図ることができる。
既に説明したように、鉛直方向Ｚの１次固有振動数Ｆｚは、水平方向Ｘ、Ｙの１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙよりも大きな値となるため、センサー１１、１２間での時刻の同期を行うための指標として使用可能な周波数帯域が水平方向よりも広くなる。
特に、建築構造物１が超高層ビルディング等である場合、水平方向Ｘ、Ｙの１次固有振動数Ｆｘ、Ｆｙが小さくなり、振動が長周期化する傾向にあり、時刻同期に使用できる帯域が少ない。これに対し、鉛直方向Ｚにおいては、建築構造物１の１次固有振動数Ｆｚがより大きくなり、時刻同期に使用できる帯域も広くなり、時刻同期の高精度化に繋がる。また、大地震時において、建築構造物１が損傷する等して水平方向Ｘ、Ｙに非線形化した場合において、建築構造物１は鉛直方向Ｚに非線形化する可能性は低い。
以上の理由により、鉛直方向Ｚの加速度データから、特に１次固有振動数Ｆｚ以下の帯域を抽出して使用することによって、建築構造物１が水平方向に非線形化するような大地震時においても、時刻同期の高精度化を図ることができる。
【0029】
また、第１加速度帯域波の更新において時間を調整する量は、最大値が第１及び第２センサー１１、１２の計測時間間隔である。
このような構成によれば、複数のセンサー１１、１２間での時刻同期方法を適切に実現可能である。
このような構成によれば、複数のセンサー１１、１２間での時刻同期方法を適切に実現可能である。
【0030】
なお、本発明の複数のセンサー間での時刻同期方法は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、建築構造物１の地上１階フロア１ＦＬに設置されたセンサーを第１センサー１１とし、屋上フロアＲＦＬに設置されたセンサーを第２センサー１２として、第１センサー１１から取得した第１加速度データを基にした第１加速度帯域波に対してその時間を更新、調整し、第２センサー１２から取得した第２加速度データを基にした第２加速度帯域波に対する相関係数を算出したが、これに限られない。例えば、建築構造物１の屋上フロアＲＦＬに設置されたセンサーを第１センサー１１とし、地上１階フロア１ＦＬに設置されたセンサーを第２センサー１２として、第１センサー１１から取得した第１加速度データを基にした第１加速度帯域波に対してその時間を更新、調整し、第２センサー１２から取得した第２加速度データを基にした第２加速度帯域波に対する相関係数を算出してもよい。
また、上記実施形態においては、第１センサー１１は建築構造物１の地上１階フロア１ＦＬに設置され、第２センサー１２は屋上フロアＲＦＬに設置されていたが、これに限られず、地上１階フロア１ＦＬ、屋上フロアＲＦＬ以外の階層に設けられても構わない。
また、上記実施形態においては、各処理は、基本的には、鉛直方向Ｚの第１加速度帯域波と第２加速度帯域波に対して行われ、鉛直方向Ｚにおいて、第１加速度データ、第２加速度データのいずれか一方または双方が計測されていない場合には、水平方向Ｘ、Ｙのいずれかにおける、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波に対して行われる。このため、結果的に、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚのいずれにおいても各処理が実行されていたが、これに限られず、これら方向のいずれか１つ、またはいずれか２つの組み合わせに対してのみ、各処理が実行されてもよい。いずれの場合であっても、処理の対象として鉛直方向Ｚを含むように、方向を選択するのが望ましいのは言うまでもない。
また、上記実施形態では、複数のセンサー間での時間調整の最大値を０.０１秒としたが、０.０１秒に限定するものではなく、最大値は、各センサーの計測時間の最小時間間隔としてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、上記実施形態においては、建築構造物１の地上１階フロア１ＦＬに設置されたセンサーを第１センサー１１とし、屋上フロアＲＦＬに設置されたセンサーを第２センサー１２として、第１センサー１１から取得した第１加速度データを基にした第１加速度帯域波に対してその時間を更新、調整し、第２センサー１２から取得した第２加速度データを基にした第２加速度帯域波に対する相関係数を算出したが、これに限られない。例えば、建築構造物１の屋上フロアＲＦＬに設置されたセンサーを第１センサー１１とし、地上１階フロア１ＦＬに設置されたセンサーを第２センサー１２として、第１センサー１１から取得した第１加速度データを基にした第１加速度帯域波に対してその時間を更新、調整し、第２センサー１２から取得した第２加速度データを基にした第２加速度帯域波に対する相関係数を算出してもよい。
また、上記実施形態においては、第１センサー１１は建築構造物１の地上１階フロア１ＦＬに設置され、第２センサー１２は屋上フロアＲＦＬに設置されていたが、これに限られず、地上１階フロア１ＦＬ、屋上フロアＲＦＬ以外の階層に設けられても構わない。
また、上記実施形態においては、各処理は、基本的には、鉛直方向Ｚの第１加速度帯域波と第２加速度帯域波に対して行われ、鉛直方向Ｚにおいて、第１加速度データ、第２加速度データのいずれか一方または双方が計測されていない場合には、水平方向Ｘ、Ｙのいずれかにおける、第１加速度帯域波と第２加速度帯域波に対して行われる。このため、結果的に、水平方向Ｘ、Ｙ、及び鉛直方向Ｚのいずれにおいても各処理が実行されていたが、これに限られず、これら方向のいずれか１つ、またはいずれか２つの組み合わせに対してのみ、各処理が実行されてもよい。いずれの場合であっても、処理の対象として鉛直方向Ｚを含むように、方向を選択するのが望ましいのは言うまでもない。
また、上記実施形態では、複数のセンサー間での時間調整の最大値を０.０１秒としたが、０.０１秒に限定するものではなく、最大値は、各センサーの計測時間の最小時間間隔としてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【符号の説明】
【0031】
１…建築構造物 １２…第２センサー
１１…第１センサー Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ…１次固有振動数
１１…第１センサー Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ…１次固有振動数
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
