JP2018179535A - 健全度モニタリングシステム及び健全度モニタリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】橋梁の健全度を継続的に監視するための負担を低減し、かつ、健全度評価の精度を向上させる健全度モニタリングシステムを提供する。【解決手段】健全度モニタリングシステムは、橋梁の各橋脚に設置されるモニタリング装置４Ａ〜４Ｃと、健全度評価装置とを備える。モニタリング装置４Ａ〜４Ｃは、各橋脚の常時微動を測定する加速度センサ４５と、測定データに基づいて各橋脚のパワースペクトル面積比を算出する解析部４６と、記憶部４７と、通信部４８と、加速度センサ４５及び解析部４６の各々に対して電力を供給する電力供給部４９と、を備える。健全度評価装置は、いずれか２つのモニタリング装置４Ａ〜４Ｃ間のパワースペクトル面積比の差分を算出する。【選択図】図２

Description

本発明は、橋脚の健全度をモニタリングする健全度モニタリングシステム及び健全度モニタリング方法に関する。

一般に、河川等にかけられる橋梁では、局所洗掘や川底低下等によって橋脚の安定性に関する健全度が低下する。このため、従来、橋脚を重錘によって打撃し、その衝撃による振動をセンサ等で測定し、振動の固有振動数の変化によって橋脚の健全度を評価することが行われている（例えば特許文献１）。しかし、このような従来の方法では、大掛かりな装置と多くの人手とを必要とするため、継続的な監視の手法として負担が大きい。

そこで、近年では、風や水流による橋脚の常時微動を測定することによって、橋脚の健全度を評価する新たな方法が検討されている（例えば特許文献２及び特許文献３）。この方法では、橋脚の常時微動を加速度センサで測定し、振動数毎の振動の大きさを示す波形であるパワースペクトルを算出する。そして、パワースペクトルの所定範囲の波形面積と当該所定範囲のうちの低振動数域の波形面積との割合であるパワースペクトル面積比を算出する。このパワースペクトル面積比は、橋脚の固有振動数との相関関係を示すため、橋脚の健全度を示す指標として利用可能である。
具体的には、特許文献２には、橋脚に設置されて当該橋脚の常時微動を測定し、健全度の指標としてのパワースペクトル面積比を算出する状態監視システムが開示されている。この状態監視システムは、算出したパワースペクトル面積比をＳＤカード等の記録媒体に記録する。
特許文献３には、橋脚に設置された状態監視システムとの通信を行う健全度予測装置が開示されている。この健全度予測装置は、状態監視システムから送信された橋脚の常時微動の測定データを受信し、受信した測定データに基づいて健全度の指標としてのパワースペクトル面積比を算出する。

特開２００７−５１８７３号公報 特開２０１５−２３０２０６号公報 特開２０１７−３４１７号公報

近年頻繁に発生する河川の増水により、橋脚の健全度を継続的に監視するニーズが高まっており、このニーズに対応するため、より負担が少なく、かつ、より精度の高いモニタリング技術が求められている。
例えば、特許文献３では、状態監視システムが測定データを健全度予測装置に送信し、健全度予測装置が測定データに基づいてパワースペクトル面積比を算出している。ここで、測定データを送信する手段としては、無線通信が挙げられている。しかし、測定データは、生データであってデータ送信量が多くなるため、巡回時に無線受信するとしても、受信に要する時間が長くなり、手間となる。また、インターネット回線を通じて測定データを送信する環境を整えることも考えられるが、やはりデータ送信量が多くなるため、回線使用料のコストが高くなる。
また、特許文献２，３では、測定データに環境ノイズの影響が含まれてしまう。具体的には、橋脚は、温度変化によって、強度、荷重、及び拘束力等の構造的な特性が変化するため、橋脚の常時微動は、周囲の気温によって影響を受ける。また、橋脚の常時微動は、橋脚が設けられた河川の水位によっても影響を受ける。気温や水位などの環境因子は、季節や突発的な気象現象によって変動する。よって、橋脚を長期にわたって継続的に監視する場合、測定データに含まれる環境ノイズの影響が大きくなり、健全度評価の精度が低下する恐れがある。

本発明の目的は、橋脚の健全度を継続的に監視するための負担を低減し、かつ、健全度評価の精度を向上させることができる健全度モニタリングシステム及び健全度モニタリング方法を提供することにある。

本発明の健全度モニタリングシステムは、橋脚の健全度をモニタリングする健全度モニタリングシステムであって、橋梁を構成する複数の前記橋脚のうち、２つ以上の前記橋脚にそれぞれ設置されるモニタリング装置と、健全度評価装置とを備え、前記モニタリング装置は、前記橋脚の常時微動を測定する加速度センサと、前記加速度センサの測定データに基づいて、前記橋脚のパワースペクトル面積比を算出する解析部と、算出された前記パワースペクトル面積比を記憶する記憶部と、記憶された前記パワースペクトル面積比を出力する出力部と、前記加速度センサ及び前記解析部の各々に対して電力を供給する電力供給部と、を備え、前記健全度評価装置は、前記モニタリング装置から出力された前記パワースペクトル面積比を取得する取得部と、２つの前記モニタリング装置間の前記パワースペクトル面積比の差分を算出する差分算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明では、各モニタリング装置において、加速度センサが橋脚の常時微動を測定し、その測定データを解析部に送信する。解析部は、橋脚の常時微動に基づいて、パワースペクトル面積比を算出し、記憶部に記憶させる。出力部は、記憶部に記憶されたパワースペクトル面積比を、外部に適宜出力する。すなわち、モニタリング装置からは、常時微動を測定した生データではなく、解析結果であるパワースペクトル面積比が出力されるため、データ送信量が少なくなる。このため、インターネット回線を用いずとも、無線通信等でデータ送信を手軽に行うことができる。これにより、インターネット回線の使用料がかからず、コストダウンを図ることができる。また、巡回時に無線通信する場合には、その受信時間が短縮される。
また、本発明では、橋梁を構成する複数の橋脚のうち、２つ以上の橋脚にそれぞれモニタリング装置が設置される。そして、健全度評価装置の差分算出部は、２つのモニタリング装置間のパワースペクトル面積比の差分を算出する。このパワースペクトル面積比の差分からは、各モニタリング装置が設置された各橋脚に同様に影響した環境ノイズ（気温や水位等の影響）が排除される。このため、当該差分に現れる変化は、片方の橋脚のみに生じた変化（局所洗掘など）に起因するものになる。よって、当該差分を健全度評価の指標とすることにより、継続的な監視における周囲の環境因子の影響を抑制することができ、橋脚の健全度をより高精度に評価することができる。
以上により、本発明の健全度モニタリングシステムによれば、橋脚の健全度を継続的に監視するための負担を低減し、かつ、健全度評価の精度を向上させることができる。

本発明の健全度モニタリングシステムにおいて、前記電力供給部は、電力を発電する太陽光パネルと、前記太陽光パネルが発電した電力を蓄電する蓄電池と、前記加速度センサ及び前記解析部の各々に対して前記蓄電池からの電力供給と前記太陽光パネルからの電力供給とを切り換える切換部と、を備えることが好ましい。
本発明によれば、太陽光パネルが発電した電力を利用して、加速度センサ及び解析部を動作させることができる。また、太陽光パネルで発電された電力のうち余剰の電力は自動的に蓄電池に送られ、夜間など太陽光パネルで発電ができない場合には、切換部によって蓄電池から電力をセンサ及び解析部に出力するようにできる。よって、バッテリの交換が不要となり、その手間及びコストが省略される。

本発明の健全度モニタリングシステムにおいて、前記電力供給部は、バックアップ電池をさらに備え、前記切換部は、前記太陽光パネル及び前記蓄電池からの電力供給が不足する場合、前記バックアップ電池からの電力供給に切り換えることが好ましい。
このような構成によれば、長期にわたる日照不足が続き、太陽光パネル及び蓄電池によっては加速度センサ及び解析部等の消費電力を賄えない場合に、バックアップ電池の電力を利用することができる。これにより、測定データの欠損や解析データの送信に支障が出ることを防止できる。

本発明の健全度モニタリングシステムにおいて、前記モニタリング装置の前記出力部は、前記健全度評価装置に前記パワースペクトル面積比を出力する無線通信手段を備えることが好ましい。
このような構成によれば、無線通信等でデータ送信を手軽に行うことができるため、前述したように、インターネット回線の使用料がかからず、コストダウンを図ることができる。また、出力部がパワースペクトル面積比を記録媒体（例えば、ＵＳＢメモリ）に出力するような場合と比べると、記録媒体を回収する手間が不要である。よって、橋脚の健全度をより簡易かつ低コストでモニタリングできる。

本発明の健全度モニタリングシステムにおいて、前記モニタリング装置は、ユニット化されていることが好ましい。
このような構成によれば、複数の橋脚にモニタリング装置を設置するための手間や費用を低減させることができる。

本発明の健全度モニタリング方法は、橋脚の健全度をモニタリングする健全度モニタリング方法であって、橋梁を構成する複数の前記橋脚のうち、２つ以上の前記橋脚にそれぞれ設置されるモニタリング装置を用い、前記モニタリング装置は、前記橋脚の常時微動を測定する加速度センサと、前記加速度センサの測定データに基づいて、前記橋脚のパワースペクトル面積比を算出する解析部と、算出された前記パワースペクトル面積比を記憶する記憶部と、記憶された前記パワースペクトル面積比を出力する出力部と、前記加速度センサ及び前記解析部の各々に対して電力を供給する電力供給部と、を備えるものであり、前記モニタリング装置から出力された前記パワースペクトル面積比を取得する工程と、２つの前記モニタリング装置間の前記パワースペクトル面積比の差分を算出する工程と、を含むことを特徴とする。
このような方法によれば、前述した本発明の健全度モニタリングシステムと同様の効果を奏することができる。

本発明の一実施形態に係る健全度モニタリングシステムを示す模式図。 前記実施形態のモニタリング装置の概略構成を示すブロック図。 前記実施形態の健全度評価装置の概略構成を示すブロック図。 パワースペクトルの例を示すグラフ。 パワースペクトル面積比の経時変化を示すグラフ。 パワースペクトル面積比と気温との関係を示すグラフ。 気温補正されたパワースペクトル面積比と水位との経時変化を示すグラフ。

以下、本発明に係る一実施形態について、図面に基づいて説明する。
［健全度モニタリングシステムの構成］
図１に示すように、本実施形態に係る健全度モニタリングシステム１は、河川２にかけられた橋梁３について、その橋脚３１〜３３の健全度をモニタリングするものである。
なお、本実施形態では、橋梁３の橋脚の例として、岸辺の陸地２１に設けられた橋脚３１と、河川２内に設けられ、川底２２に支持される橋脚３２，３３とを用いて説明する。橋脚３１〜３３は橋桁３５を支持し、橋桁３５には、人や車両が通行するための道路や線路が設けられる。

健全度モニタリングシステム１は、橋脚３１〜３３に設置されるモニタリング装置４Ａ〜４Ｃと、健全度評価装置５とを備えている。
モニタリング装置４Ａ〜４Ｃは、計測ユニット４０及び太陽光パネル４１を備えている。計測ユニット４０は、各橋脚３１〜３３の常時微動を測定するために、各橋脚３１〜３３の上側部分の任意位置に設置される。太陽光パネル４１は、太陽光を受光できる位置に設置されればよく、例えば橋桁３５上の街灯用ポール３７等に設置される。
健全度評価装置５は、例えば橋梁点検者が持ち運び可能である携帯機器（例えばスマートフォンやタブレット端末等）として構成される。

［モニタリング装置の構成］
図２は、各モニタリング装置４Ａ〜４Ｃの概略構成を示すブロック図である。各モニタリング装置４Ａ〜４Ｃは、前述の計測ユニット４０と太陽光パネル４１とを備えている。計測ユニット４０は、蓄電池４２、バックアップ電池４３、切換部４４、加速度センサ４５、解析部４６、記憶部４７、及び、通信部４８を備えており、これらは１つのケースに収納されることでユニット化されている。すなわち、計測ユニット４０は、各機能が一体化されたスマートセンサである。

太陽光パネル４１は、太陽光を受光し、この受光した太陽光のエネルギーを電力に変換する。
蓄電池４２は、太陽光パネル４１で発電された電力のうち余剰の電力を蓄電可能な二次電池である。
バックアップ電池４３は、例えばボタン電池や乾電池等の一次電池である。
切換部４４は、太陽光パネル４１、蓄電池４２、及び、バックアップ電池４３のいずれか１つの電源に選択的に接続されると共に、加速度センサ４５、解析部４６、記憶部４７及び通信部４８に接続されている。
なお、図２では、各ブロックを繋ぐ電力線を模式的に示している。また、太陽光パネル４１、蓄電池４２及びバックアップ電池４３の各電源と切換部４４との間には、直流電力を交流電力に変換するためのパワーコンディショナ等（不図示）が接続されている。

本実施形態では、太陽光パネル４１、蓄電池４２、バックアップ電池４３、及び、切換部４４が、加速度センサ４５や解析部４６等に電力を供給するための電力供給部４９を構成している。
例えば、切換部４４は、太陽光パネル４１が十分に発電している場合には、接続先として太陽光パネル４１を選択する。また、夜間など太陽光パネル４１が発電ができない場合、切換部４４は、接続先を蓄電池４２に切り換える。また、加速度センサ４５及び解析部４６等の消費電力に対して、太陽光パネル４１及び蓄電池４２からの電力供給が不足する場合、切換部４４は、接続先をバックアップ電池４３に切り換える。
このような切換部４４としては、供給能力のある方に優先的に切り換える電子スイッチ（ダイオードスイッチ）を用いることができる。

加速度センサ４５は、橋桁３５の軸方向に直交する方向（橋軸直交方向）の常時微動の加速度（振動情報）を測定する。常時微動は、例えば風や水流の影響で橋脚３１〜３３に常時生じる微小振動である。橋軸直交方向の常時微動を測定する理由としては、洗掘によって影響を受ける度合いがより大きいためである。
加速度センサ４５としては、例えばＭＥＭＳ加速度計など、微小振動を検出可能な精度の高い一軸加速度計が用いられる。ＭＥＭＳ加速度計を用いることで、安価かつ省電力で駆動することができる。

解析部４６は、ＣＰＵ及びメモリによって構成され、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することで処理を実行する。具体的には、解析部４６は、加速度センサ４５の測定データに基づいて、後述するパワースペクトル面積比αを算出し、算出したパワースペクトル面積比αを計測日時と共に記憶部４７に記憶させる。
記憶部４７は、計測日時に関連付けられたパワースペクトル面積比αを解析データとして累積的に記憶する。

通信部４８は、無線通信手段を備える出力部として、無線通信（例えばBlue tooth（登録商標）等）を媒介する通信インタフェースであり、例えば健全度評価装置５からの要求に応え、それまでに記憶部４７に記憶されたパワースペクトル面積比αを含む解析データを出力する。

［健全度評価装置の構成］
図３は、健全度評価装置５の概略構成を示すブロック図である。健全度評価装置５は、通信部５１、差分算出部５２、健全度判定部５３、データベース５４等を備えており、これらは図示しない電源から電力を供給される。
取得部としての通信部５１は、無線通信を媒介する通信インタフェースであり、各モニタリング装置４Ａ〜４Ｃからパワースペクトル面積比αを含む解析データを取得する。

差分算出部５２及び健全度判定部５３は、ＣＰＵ及びメモリによって構成され、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することで各処理を実行する。
差分算出部５２は、モニタリング装置４Ａ〜４Ｃから取得した解析データに基づき、いずれか２つのモニタリング装置４Ａ〜４Ｃ間のパワースペクトル面積比αの差分Δαを算出する。
健全度判定部５３は、パワースペクトル面積比αの差分Δαを健全度の指標として、予め設定された基準値と比較することにより、健全度の判定を行う。
データベース５４には、例えば橋梁３の各橋脚３１〜３３について、過去に解析されたパワースペクトル面積比αやその差分Δα、及び、過去実績に裏付けられた健全度判定用の基準値などが保存されている。

〔健全度モニタリング方法〕
次に、健全度モニタリングシステム１による橋脚３２，３３の健全度のモニタリング方法について説明する。
なお、本実施形態では、陸地２１に設けられた橋脚３１を気温補正用のコントロールとし、河川２内に設けられた橋脚３２，３３の健全度をモニタリングする。橋脚３１〜３３は、周囲の気温の影響を同様に受けているが、陸地２１に設けられた橋脚３１は、局所洗掘等が生じないため、河川２内に設けられた橋脚３２，３３に比べて安全性の低下の可能性が低い。

まず、モニタリング装置４Ａ〜４Ｃが、任意のモニタリング期間、以下の処理を継続して行う。
解析部４６は、タイマー等で設定された測定時間に、加速度センサ４５に各橋脚３１〜３３の常時微動の加速度を測定させ、その測定データを取得する。測定は、例えば車両の通行が少ない深夜帯に、所定の間隔（例えば３０分）をおいて複数回（例えば５回）行われ、１回の測定時間は例えば十数秒間である。

次いで、解析部４６は、測定時間における加速度の時間変化の波形を既知の手法で解析し、フーリエ振幅スペクトルからパワースペクトルを算出する。なお、フーリエ振幅スペクトルは振動数ごとの振動の大きさを振幅で示すものであり、パワースペクトルは、振動数ごとの振動の大きさを振幅の２乗で示すものである。パワースペクトルの例を図４に示す。図４は、横軸を振動数とし、縦軸を振幅の２乗値で示したグラフである。図４によれば、各振動数での波のエネルギーが表現される。

次いで、解析部４６は、パワースペクトルからパワースペクトル面積比αを算出する。
パワースペクトル面積比αは、振動数ｆ０を下限とし、振動数ｆ１を上限とする低振動数範囲のパワースペクトルの波形の面積ＳＡ_Ｌと、振動数ｆ０を下限とし、振動数ｆ１より大きい振動数ｆ２を上限とする全範囲のパワースペクトルの波形の面積ＳＡ_Ａとの比によって算出される。なお、各範囲を定める振動数は、ｆ０＜ｆ１＜ｆ２を条件として任意に設定されるものであり、パワースペクトルの波形の面積とは、波形の積分値である。

本実施形態のパワースペクトル面積比αは、低振動数範囲のパワースペクトルの波形の面積ＳＡ_Ｌで全範囲のパワースペクトルの波形の面積ＳＡ_Ａを割ることによって求められる。即ち、パワースペクトル面積比αの算出式は下式（１）のように表される。
パワースペクトル面積比α＝ＳＡ_Ａ／ＳＡ_{Ｌ ・・・}（１）
なお、このようなパワースペクトル面積比αが、橋脚３１〜３３の健全性の指標値として有効であることは、例えば特開２０１５−２３０２０６号公報を参照できる。

解析部４６は、例えば、１日５回の測定で得られたそれぞれの常時微動からパワースペクトル面積比αを算出し、その平均値を計測日におけるパワースペクトル面積比αとして記憶部４７に記憶させる。

解析部４６は、任意のモニタリング期間、以上の手順を繰り返して行う。これにより、記憶部４７には、任意のモニタリング期間の日数分、計測日時に関連付けられたパワースペクトル面積比αが解析データとして記憶される。

モニタリング期間の経過後、例えば橋梁点検者が、健全度評価装置５を携帯してモニタリング装置４Ａ〜４Ｃとの無線通信可能範囲に入り、データ要求操作を行う。すると、健全度評価装置５の通信部５１は、データ要求信号を出力し、モニタリング装置４Ａ〜４Ｃから解析データを受信する。

差分算出部５２は、モニタリング装置４Ａ〜４Ｃから受信した解析データに基づき、各測定日のデータにつき、コントロールである橋脚３１のパワースペクトル面積比α１と、監視対象である橋脚３２，３３のパワースペクトル面積比α２，α３との差分を算出する。
例えば、橋脚３２のパワースペクトル面積比α２から、橋脚３１のパワースペクトル面積比α１を引いた差分は、気温補正された橋脚３２のパワースペクトル面積比Δα２となる。また、橋脚３３のパワースペクトル面積比α３から、橋脚３１のパワースペクトル面積比α１を引いた差分は、気温補正された橋脚３３のパワースペクトル面積比Δα３となる。
また、差分算出部５２は、気温補正された橋脚３２，３３のパワースペクトル面積比Δα２，Δα３をデータベース５４に記憶させる。

健全度判定部５３は、気温補正された橋脚３２，３３のパワースペクトル面積比Δα２，Δα３について、健全度の判定を行う。例えば、健全度判定部５３は、データベース５４から適当な基準値を参照し、最新のパワースペクトル面積比Δα２，Δα３がこの基準値を下回ったときに、異常と判定する。
また、健全度判定部５３は、異常と判定した場合、所定の警報装置（不図示）などでアラーム音や警告表示等の警報を発する。これに応じて、衝撃振動試験等による詳細な点検や補修を行うことができる。
また、橋梁点検者は、気温補正された橋脚３２，３３のパワースペクトル面積比Δα２，Δα３の推移を確認することで、橋脚３２，３３の健全度を予測することも可能である。

〔効果〕
（１）本実施形態では、各モニタリング装置４Ａ〜４Ｃにおいて、加速度センサ４５が橋脚３１〜３３の常時微動を測定し、その測定データを解析部４６に送信する。解析部４６は、橋脚３１〜３３の常時微動に基づいて、パワースペクトル面積比α１〜α３を算出し、記憶部４７に記憶させる。通信部４８は、記憶部４７に記憶されたパワースペクトル面積比α１〜α３を、適宜、外部に出力する。すなわち、モニタリング装置４Ａ〜４Ｃからは、常時微動を測定した生データではなく、解析結果であるパワースペクトル面積比α１〜α３が出力されるため、データ送信量が少なくなる。このため、インターネット回線を用いずとも、無線通信等でデータ送信を手軽に行うことができる。これにより、インターネット回線の使用料がかからず、コストダウンを図ることができる。また、巡回時に無線通信する場合には、その受信時間が短縮される。

また、本実施形態では、橋脚３１〜３３に設けられたモニタリング装置４Ａ〜４Ｃが、各橋脚３１〜３３のパワースペクトル面積比α１〜α３を計測する。そして、健全度評価装置５の差分算出部５２が、いずれか２つのモニタリング装置４Ａ〜４Ｃ間のパワースペクトル面積比α１〜α３の差分を算出する。
特に、本実施形態では、陸地２１に設けられた橋脚３１のパワースペクトル面積比α１をコントロールとし、河川２内に設けられた橋脚３２，３３のパワースペクトル面積比α２，α３からパワースペクトル面積比α１を引いている。この差分は、気温補正された橋脚３２，３３のパワースペクトル面積比Δα２，Δα３となる。
よって、気温補正されたパワースペクトル面積比Δα２，Δα３を橋脚３２，３３の健全度評価の指標とすることにより、継続的な監視における気温変化の影響を抑制することができ、橋脚３２，３３の健全度をより高精度に評価することができる。
以上により、本実施形態によれば、橋脚３２，３３の健全度を継続的に監視するための負担を低減し、かつ、健全度評価の精度を向上させることができる。

（２）本実施形態では、太陽光パネル４１が発電した電力を利用して、加速度センサ４５及び解析部４６を動作させることができる。また、太陽光パネル４１で発電された電力のうち余剰の電力は自動的に蓄電池４２に送られ、夜間など太陽光パネル４１で発電ができない場合には、切換部４４によって蓄電池４２から電力を加速度センサ４５及び解析部４６に出力するようにできる。よって、バッテリの交換が不要となり、その手間及びコストが省略される。

（３）本実施形態では、モニタリング装置４Ａ〜４Ｃの切換部４４は、太陽光パネル４１及び蓄電池４２からの電力供給が不足する場合、バックアップ電池４３からの電力供給に切り換える。このため、長期にわたる日照不足が続き、太陽光パネル４１及び蓄電池４２によっては加速度センサ４５及び解析部４６等の消費電力を賄えない場合に、バックアップ電池４３の電力を利用することができる。これにより、測定データの欠損や解析データの送信に支障が出ることを防止できる。

（４）本実施形態では、モニタリング装置４Ａ〜４Ｃの通信部４８が、パワースペクトル面積比α１〜α３を無線通信によって出力する。よって、無線通信でデータ送信を手軽に行うことができるため、前述したように、インターネット回線の使用料がかからず、コストダウンを図ることができる。また、パワースペクトル面積比α１〜α３を記録媒体（例えば、ＵＳＢメモリ）に出力するような場合と比べると、記録媒体を回収する手間が不要である。よって、橋脚３２，３３の健全度をより簡易かつ低コストでモニタリングできる。

（５）本実施形態では、モニタリング装置４Ａ〜４Ｃは、それぞれユニット化されている。このため、橋脚３１〜３３にモニタリング装置４Ａ〜４Ｃを設置するための手間や費用を低減させることができる。

〔実施例〕
次に、本実施形態の健全度モニタリングシステム１を用いて、約１年間、橋梁３の橋脚３１，３２の監視を実施した例について説明する。
図５は、モニタリング期間において、橋脚３１，３２のパワースペクトル面積比α１，α２が推移する様子を示すグラフである。図５には、橋脚３１，３２のパワースペクトル面積比α１，α２と共に、その３次近似曲線を示している。
図５に示すように、パワースペクトル面積比α２の３次近似曲線は、モニタリング開始日ｔ０から徐々に上昇し、その後、モニタリング終了日ｔ１間際で下降している。このため、パワースペクトル面積比α２の３次近似曲線について、モニタリング開始日ｔ０付近とモニタリング終了日ｔ１付近とを比べると大きな差は見られない。

図６は、モニタリング期間に計測された橋脚３１，３２のパワースペクトル面積比α１，α２と、その計測日時における周囲の気温との関係を示すグラフである。図６において、縦軸がパワースペクトル面積比α１，α２を示し、横軸が周囲の気温を示す。
図６に示すように、パワースペクトル面積比α１，α２は、計測日時における気温との間に相関関係を有している。すなわち、図６によれば、パワースペクトル面積比α１，α２は、周囲の気温による環境ノイズを含んでいることが分かる。

本実施例では、橋脚３２のパワースペクトル面積比α２から、橋脚３１のパワースペクトル面積比α１を引いた差分を、気温補正された橋脚３２のパワースペクトル面積比Δα２とした。図７は、気温補正された橋脚３２のパワースペクトル面積比Δα２の３次近似曲線を示すグラフである。図７には、パワースペクトル面積比Δα２の推移と共に、河川２の水位の推移を示している。
図７に示すように、気温補正されたパワースペクトル面積比Δα２の３次近似曲線は、河川２の水位が急上昇したときをタイミングとして下降を開始しており、モニタリング開始日ｔ０付近とモニタリング終了日ｔ１付近とを比べると明らかな差が見られる。

したがって、本実施例によれば、パワースペクトル面積比α２と比べて、気温補正されたパワースペクトル面積比Δα２の方が、橋脚３２の健全度が損なわれていることを明確に判定できる。すなわち、気温補正されたパワースペクトル面積比Δα２を用いて橋脚３２の健全度を判定することにより、健全度判定の精度を向上できることが明らかである。

〔変形例〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

前記実施形態において、陸地２１に設けられた橋脚３１を気温補正用のコントロールとし、河川２内に設けられた橋脚３２，３３の健全度をモニタリングしている。
この変形例として、水中に設けられた橋脚３２，３３のうちの１つをコントロールとしてもよい。例えば、橋脚３２をコントロールとする場合、橋脚３３のパワースペクトル面積比α３から橋脚３２のパワースペクトル面積比α２を引いて、その差分を求める。これにより、気温だけでなく、河川２の水位変化による環境ノイズを除いた橋脚３３のパワースペクトル面積比Δα３を得ることとができる。
なお、水中に設けられた複数の橋脚３２，３３のうちいずれの橋脚をコントロールとするかは、任意に定めることができる。
または、コントロールを特に定めず、水中に設けられた３本以上の橋脚をモニタリング対象として、各橋脚間のパワースペクトル面積比αの差分Δαを算出し、算出された差分Δαを互いに比較することで、健全度を判定してもよい。

前記実施形態では、橋梁３の橋脚３１〜３３を例として説明したが、本発明はこれに限られず、モニタリング装置を設置するモニタリング対象の橋脚は何本であってもよい。

前記実施形態において、モニタリング装置４Ａ〜４Ｃは、出力部として、通信部４８の替わりに、パワースペクトル面積比αを含む解析データを記録媒体に書き込むデータ書込部を有していてもよい。また、健全度評価装置５は、取得部として、通信部５１の替わりに、記録媒体からパワースペクトル面積比αを含む解析データを読み取る読取部を有していてもよい。

前記実施形態において、健全度評価装置５は、例えばスマートフォンやタブレット端末等の携帯機器として構成されるが、本発明はこれに限定されず、据え置き型の装置として構成されてもよい。
また、健全度評価装置５は、各モニタリング装置４Ａ〜４Ｃに組み込まれて構成されてもよい。すなわち、各モニタリング装置４Ａ〜４Ｃ間で解析データの送受信を行うように構成されてもよい。

前記実施形態では、モニタリング装置４Ａ〜４Ｃの計測ユニット４０は、ユニット化されているが、本発明はこれに限られない。例えば、通信部４８は、太陽光パネル４１と一緒に、橋桁３５上の街灯用ポール３７等に設置されてもよい。
前記実施形態では、電力供給部４９が、太陽光パネル４１、蓄電池４２、バックアップ電池４３、及び、切換部４４を備えているが、本発明はこれに限定されない。例えば、電力供給部４９は、バックアップ電池４３を備えていなくてもよい。また、電力供給部４９は、太陽光パネル４１及び蓄電池４２のいずれか一方から構成されるものであってもよい。

前記実施形態では監視対象の橋脚として河川橋梁の橋脚の例を挙げて説明したが、これに限らず、高架橋の橋脚などでもよい。ただし、河川橋梁では橋脚近辺の地盤の洗掘範囲が徐々に広がり、長期的に安定性が低下する場合が多く、本発明を適用して長期のモニタリングを行うのに特に適している。
また、前記実施形態では、加速度センサ４５は、橋桁３５の軸方向に直交する方向（橋軸直交方向）の常時微動の加速度を測定するが、必要に応じて、橋桁３５の軸方向の常時微動の加速度を測定してもよい。

１…健全度モニタリングシステム、２…河川、３…橋梁、３１〜３３…橋脚、４０…計測ユニット、４１…太陽光パネル、４２…蓄電池、４３…バックアップ電池、４４…切換部、４５…加速度センサ、４６…解析部、４７…記憶部、４８…通信部、４９…電力供給部、４Ａ〜４Ｃ…モニタリング装置、５…健全度評価装置、５１…通信部、５２…差分算出部、５３…健全度判定部、５４…データベース。

Claims (6)

1. 橋脚の健全度をモニタリングする健全度モニタリングシステムであって、
   橋梁を構成する複数の前記橋脚のうち、２つ以上の前記橋脚にそれぞれ設置されるモニタリング装置と、健全度評価装置とを備え、
   前記モニタリング装置は、
   前記橋脚の常時微動を測定する加速度センサと、
   前記加速度センサの測定データに基づいて、前記橋脚のパワースペクトル面積比を算出する解析部と、
   算出された前記パワースペクトル面積比を記憶する記憶部と、
   記憶された前記パワースペクトル面積比を出力する出力部と、
   前記加速度センサ及び前記解析部の各々に対して電力を供給する電力供給部と、を備え、
   前記健全度評価装置は、
   前記モニタリング装置から出力された前記パワースペクトル面積比を取得する取得部と、
   ２つの前記モニタリング装置間の前記パワースペクトル面積比の差分を算出する差分算出部と、を備えることを特徴とする健全度モニタリングシステム。
2. 請求項１に記載の健全度モニタリングシステムにおいて、
   前記電力供給部は、
   電力を発電する太陽光パネルと、
   前記太陽光パネルが発電した電力を蓄電する蓄電池と、
   前記加速度センサ及び前記解析部の各々に対して前記蓄電池からの電力供給と前記太陽光パネルからの電力供給とを切り換える切換部と、を備えることを特徴とする健全度モニタリングシステム。
3. 請求項２に記載の健全度モニタリングシステムにおいて、
   前記電力供給部は、バックアップ電池をさらに備え、
   前記切換部は、前記太陽光パネル及び前記蓄電池からの電力供給が不足する場合、前記バックアップ電池からの電力供給に切り換えることを特徴とする健全度モニタリングシステム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の健全度モニタリングシステムにおいて、
   前記モニタリング装置の前記出力部は、前記健全度評価装置に前記パワースペクトル面積比を出力する無線通信手段を備えることを特徴とする健全度モニタリングシステム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の健全度モニタリングシステムにおいて、
   前記モニタリング装置は、ユニット化されていることを特徴とする健全度モニタリングシステム。
6. 橋脚の健全度をモニタリングする健全度モニタリング方法であって、
   橋梁を構成する複数の前記橋脚のうち、２つ以上の前記橋脚にそれぞれ設置されるモニタリング装置を用い、
   前記モニタリング装置は、
   前記橋脚の常時微動を測定する加速度センサと、
   前記加速度センサの測定データに基づいて、前記橋脚のパワースペクトル面積比を算出する解析部と、
   算出された前記パワースペクトル面積比を記憶する記憶部と、
   記憶された前記パワースペクトル面積比を出力する出力部と、
   前記加速度センサ及び前記解析部の各々に対して電力を供給する電力供給部と、を備えるものであり、
   前記モニタリング装置から出力された前記パワースペクトル面積比を取得する工程と、
   ２つの前記モニタリング装置間の前記パワースペクトル面積比の差分を算出する工程と、を含むことを特徴とする健全度モニタリング方法。

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