JP2019011994A - Displacement measuring device, displacement measuring method, and program - Google Patents
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Abstract
【課題】測定対象を撮影した撮像画像を利用して、測定対象の変位を精度よく測定し、かつ変位を直感的に理解することができる変位測定装置等を提供する。【解決手段】撮像部20で撮影した測定対象の撮像画像に基づいて、測定対象を加振したときの変位を測定する変位測定装置10であり、撮像部20によって所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する画像情報取得部35と、複数の撮像画像に基づいて、測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を時系列に算出する変位情報算出部36と、所定時間ごとの複数の測定点の変位情報を平滑化フィルタにより平滑化する平滑化処理部37と、を備えて構成される。【選択図】図2Disclosed is a displacement measuring device or the like that can accurately measure a displacement of a measurement object and intuitively understand the displacement using a captured image obtained by photographing the measurement object. A displacement measuring apparatus 10 that measures a displacement when a measurement target is vibrated based on a captured image of the measurement target photographed by an imaging unit 20, and is continuously photographed by the imaging unit 20 every predetermined time. Displacement information calculation unit 35 that obtains a plurality of captured images of the measurement target and displacement information from the reference positions of the plurality of measurement points of the measurement target in time series based on the plurality of captured images And a smoothing processing unit 37 that smoothes displacement information of a plurality of measurement points at predetermined time intervals using a smoothing filter. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、変位測定装置、変位測定方法、及びプログラムに関するものである。 The present invention relates to a displacement measuring device, a displacement measuring method, and a program.
特許文献1,2に開示されているように、コンクリート構造物の表面を打撃した際に内部を伝播する弾性波速度を計測することで、コンクリートの強度などの物性を把握する方法が知られている。 As disclosed in Patent Documents 1 and 2, there is known a method for grasping physical properties such as strength of concrete by measuring the elastic wave velocity propagating inside when hitting the surface of a concrete structure. Yes.
特許文献1の弾性波速度比による床版の劣化度診断法には、弾性波速度の低下からひび割れや劣化の進行度合いを推定する方法が示されている。この文献には、衝撃弾性波を発生させる方法として、鋼製ハンマで床版を打撃する方法が記載されている。 In the method for diagnosing the deterioration of a floor slab based on the elastic wave velocity ratio of Patent Document 1, a method for estimating the progress of cracks and deterioration from a decrease in elastic wave velocity is shown. This document describes a method of hitting a floor slab with a steel hammer as a method of generating a shock elastic wave.
一方、特許文献2には、橋梁やトンネルの壁面の簡単な加振方法として、火薬を目標点に向けて投てきすることで、検査員の手が容易に届かない場所であっても大きな加振力を発生させることができる方法が記載されている。 On the other hand, in Patent Document 2, as a simple vibration method for the walls of bridges and tunnels, a large amount of vibration can be applied even in places where the inspector's hand cannot reach easily by throwing gunpowder toward the target point. A method by which force can be generated is described.
一方、特許文献3に開示されているように、橋梁や建物の壁面等の測定対象に設置した反射体(ターゲット)に向けてレーザ光を出射し、反射されてきたレーザ光を受光することで測定対象の振動やたわみを非接触で測定する変位測定装置が知られている。 On the other hand, as disclosed in Patent Document 3, a laser beam is emitted toward a reflector (target) installed on a measurement target such as a bridge or a wall surface of a building, and the reflected laser beam is received. 2. Description of the Related Art Displacement measuring devices that measure vibration and deflection of a measurement object without contact are known.
また、昨今では4K高速度カメラ等、高画質で高サンプリングレートのビデオカメラの普及により、撮像された画像データを解析することで、様々な物体の多様な動作を検出する技術が開発され、この技術が建造物の変位の検出にも応用され始めている。 Recently, with the widespread use of high-quality, high-sampling rate video cameras such as 4K high-speed cameras, technology has been developed to detect various movements of various objects by analyzing captured image data. Technology is beginning to be applied to building displacement detection.
しかしながら、特許文献1−3に記載の従来技術では、測定対象にセンサやターゲットを取り付ける必要があり、長大橋や斜張橋の斜材(ケーブル)などが測定対象となった場合、これらの取り付けが困難となる。一方、4K高速度カメラ等を用いた場合、ターゲット等の設置は不要となるが、画像データ量が膨大であり、そのままでは測定対象の動きを直感的に理解するのが困難となるおそれがある。 However, in the prior art described in Patent Documents 1-3, it is necessary to attach a sensor or a target to a measurement target. When a slant (cable) of a long-span bridge or a cable-stayed bridge is a measurement target, these are attached. It becomes difficult. On the other hand, when a 4K high-speed camera or the like is used, it is not necessary to install a target or the like. However, the amount of image data is enormous, and it may be difficult to intuitively understand the movement of the measurement target. .
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、測定対象を撮影した撮像画像を利用して、測定対象の変位を精度よく測定し、かつ変位を直感的に理解することができる変位測定装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses a captured image obtained by photographing a measurement object to accurately measure the displacement of the measurement object and to intuitively understand the displacement. The object is to provide a device.
前記目的を達成するために、本発明の変位測定装置は、測定対象を撮影した撮像画像に基づいて、前記測定対象を加振したときの変位を測定する変位測定装置であって、所定時間ごとに連続して撮影された前記測定対象の複数の撮像画像を取得する画像情報取得部と、前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を時系列に算出する変位情報算出部と、前記所定時間ごとの前記複数の測定点の前記変位情報を平滑化フィルタにより平滑化する平滑化処理部と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the displacement measuring device of the present invention is a displacement measuring device that measures the displacement when the measuring object is vibrated on the basis of a captured image obtained by photographing the measuring object. An image information acquisition unit that acquires a plurality of captured images of the measurement object continuously captured, and displacement information from a reference position of the plurality of measurement points of the measurement object based on the plurality of captured images. A displacement information calculation unit that calculates in series is provided, and a smoothing processing unit that smoothes the displacement information of the plurality of measurement points every predetermined time by a smoothing filter.
ここで、平滑化処理された前記複数の測定点の前記変位情報に基づいて、前記測定対象の変位を時系列に表す三次元画像を生成し表示部に表示する画像生成部を、備えた構成とすることができる。また、前記平滑化処理部は、前記測定点の総数を基準とした次数によって前記変位情報を平滑化する構成とすることができる。さらには、前記測定対象が、平面視長方形状の桁の隅角部が複数の支承で支持された梁状構造物であり、前記平滑化処理部により平滑化処理された前記複数の測定点の前記変位情報に基づいて、前記支承による前記桁の支持状態を検出する支持状態検出部を、備えた構成とすることができる。 Here, based on the displacement information of the plurality of measurement points that have been smoothed, a configuration including an image generation unit that generates a three-dimensional image representing the displacement of the measurement object in time series and displays it on a display unit It can be. The smoothing processing unit may be configured to smooth the displacement information by an order based on the total number of measurement points. Furthermore, the measurement object is a beam-like structure in which corners of a rectangular beam in plan view are supported by a plurality of supports, and the plurality of measurement points smoothed by the smoothing processing unit. A support state detection unit that detects a support state of the beam by the support based on the displacement information may be provided.
また、本発明の変位測定方法は、上述のような変位測定装置で行われる変位測定方法であって、所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する工程と、前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を時系列に算出する工程と前記所定時間ごとの前記複数の測定点の前記変位情報を平滑化フィルタにより平滑化する工程と、を有することを特徴とする。 Further, the displacement measuring method of the present invention is a displacement measuring method performed by the displacement measuring apparatus as described above, and a step of acquiring a plurality of captured images of the measurement object continuously photographed every predetermined time; A step of calculating displacement information from a reference position of a plurality of measurement points of the measurement object in time series based on the plurality of captured images, and a smoothing filter for the displacement information of the plurality of measurement points for each predetermined time And a smoothing step.
また、本発明のプログラムは、コンピュータを、所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する手段と、前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を時系列に算出する手段と、前記所定時間ごとの前記複数の測定点の前記変位情報を平滑化フィルタにより平滑化する手段として機能させるためのプログラムである。 Further, the program of the present invention includes a computer that acquires a plurality of captured images of a measurement target that are continuously captured every predetermined time, and a plurality of measurements of the measurement target based on the plurality of captured images. A program for functioning as means for calculating displacement information from a reference position of a point in time series and means for smoothing the displacement information of the plurality of measurement points every predetermined time by a smoothing filter.
このように構成された本発明の変位測定装置は、所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像に基づいて、測定対象の複数の測定点の変位情報を算出する。よって、高画質の複数の撮像画像から、より多くの測定点における変位情報を時系列に算出することができる。そして、算出された変位情報を、平滑化フィルタを用いて平滑化することで、測定点によって異なる変位情報のノイズを精度よく除去することができる。したがって、測定対象を撮影した撮像画像を利用して、測定対象の変位を精度よく測定し、かつ変位を直感的に理解することが可能となる。 The displacement measuring apparatus of the present invention configured as described above calculates displacement information of a plurality of measurement points of the measurement target based on a plurality of captured images of the measurement target that are continuously photographed every predetermined time. Therefore, displacement information at more measurement points can be calculated in time series from a plurality of high-quality captured images. Then, by smoothing the calculated displacement information using a smoothing filter, noise of displacement information that differs depending on the measurement point can be accurately removed. Therefore, it is possible to accurately measure the displacement of the measurement object and intuitively understand the displacement using the captured image obtained by photographing the measurement object.
また、平滑化処理された複数の測定点の変位情報に基づいて、測定対象の変位を時系列に表す三次元画像を生成して表示する構成であれば、測定者は測定対象の変位を、視覚によって、より直感的に理解することができる。また、測定点の総数を基準とした次数によって変位情報を平滑化する構成であれば、測定点の総数に応じた適切な平滑化が可能となり、変位をより精度よく測定し、変位をより直感的に理解することができる。 Further, if the configuration is to generate and display a three-dimensional image representing the displacement of the measurement object in time series based on the smoothed displacement information of the plurality of measurement points, the measurer displays the displacement of the measurement object, It can be understood more intuitively through vision. In addition, if the displacement information is smoothed by the order based on the total number of measurement points, appropriate smoothing according to the total number of measurement points is possible, and the displacement can be measured more accurately and the displacement can be made more intuitive. Can be understood.
また、測定対象が、平面視長方形状の桁の隅角部が複数の支承で支持された梁状構造物である場合は、平滑化処理された複数の測定点の変位情報に基づいて、支承による桁の支持状態を検出することができる。梁状構造物の変位を精度よく測定し、かつ変位を直感的に理解できることから、三点支持状態であるなど、支承による桁の支持状態を、より精度よく検出することができ、かつ支持状態を直感的に理解することができる。 In addition, when the measurement target is a beam-like structure in which the corners of a rectangular beam in plan view are supported by a plurality of supports, the support is based on the displacement information of a plurality of smoothed measurement points. It is possible to detect the support state of the girders. Since the displacement of the beam-like structure can be measured accurately and the displacement can be understood intuitively, the support state of the girder by the support, such as the three-point support state, can be detected more accurately and the support state Can be understood intuitively.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態の変位測定装置10の全体構成及び測定状況を説明するための図である。また、図2は、変位測定装置10の機能を表す機能ブロック図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining the overall configuration and measurement status of the displacement measuring apparatus 10 of the first embodiment. FIG. 2 is a functional block diagram showing functions of the displacement measuring apparatus 10.
本実施形態の変位測定装置10は、測定対象の振動や変形等の変位を測定する。測定対象は、橋梁の橋桁等の梁状構造物、建築物若しくは擁壁等の構造物又は地面、斜面若しくは岩盤等の地物など、変位が生じるものであればいずれの構造又は形態であってもよい。 The displacement measuring apparatus 10 according to the present embodiment measures displacement such as vibration or deformation of a measurement target. The object to be measured is any structure or form as long as displacement occurs, such as a beam-like structure such as a bridge girder of a bridge, a structure such as a building or a retaining wall, or a feature such as a ground, a slope, or a bedrock. Also good.
図1では、測定対象として、橋梁1のRC桁2を例示している。このRC桁2は、平面視長方形状のコンクリート構造物であり、橋脚3,3間に架け渡されている。RC桁2は、例えば列車Tの走行等による衝撃で振動する。 In FIG. 1, the RC girder 2 of the bridge 1 is illustrated as a measuring object. The RC girder 2 is a concrete structure having a rectangular shape in plan view, and is spanned between the piers 3 and 3. The RC girder 2 vibrates due to an impact caused by running of the train T, for example.
また、測定対象が斜張橋の斜材(ケーブル)などの細長い物であってもよい。例えば、測定対象が斜張橋や長大橋であった場合に、変位を測定したい箇所を撮影しにくいことがある。そのような場合に、例えば斜材を撮影した撮像画像を利用することができる。
ことができる。
Further, the object to be measured may be an elongated object such as a cable stayed cable (cable). For example, when the measurement target is a cable-stayed bridge or a long-span bridge, it may be difficult to photograph a portion where the displacement is to be measured. In such a case, for example, a captured image obtained by photographing an oblique material can be used.
be able to.
本実施形態の変位測定装置10は、図1に示すように、測定対象となる構造物の撮像画像を所定時間ごとに連続して撮影する撮像部20と、撮像部20から逐次入力される撮像画像に基づいて、測定対象の変位を算出する演算部30と、撮像部20及び演算部30とを接続するケーブル40と、を備えて構成される。 As shown in FIG. 1, the displacement measuring apparatus 10 according to this embodiment includes an imaging unit 20 that continuously captures captured images of a structure to be measured every predetermined time, and imaging that is sequentially input from the imaging unit 20. Based on the image, the calculation unit 30 that calculates the displacement of the measurement target and the cable 40 that connects the imaging unit 20 and the calculation unit 30 are configured.
本実施形態では、撮像部20と演算部30とはケーブル40を介して撮像画像等を送受信しているが、これに限定されるものではない。例えば、Bluetooth(登録商標)等の近距離無線通信や、WiFi(登録商標)等の無線LAN通信を利用して画像データを送受信する構成とすることもできる。 In the present embodiment, the imaging unit 20 and the calculation unit 30 transmit and receive captured images and the like via the cable 40, but are not limited to this. For example, image data can be transmitted and received using short-range wireless communication such as Bluetooth (registered trademark) or wireless LAN communication such as WiFi (registered trademark).
撮像部20は、構造物の被写体像を形成する撮像光学系と、この被写体像を電気信号に変換して出力するCCDやCMOS等の撮像素子と、などを備えて構成される。撮像部20としては、構造物の撮像画像を、所定時間ごとに連続して撮影し、画像データとして出力することができれば、特に限定されるものではないが、精度よく変位を測定するために、高画質で高サンプリングレートのデジタルビデオカメラを使用することが望ましい。より具体的には、解像度が720×480以上で、サンプリング周波数(フレームレート周波数)が60Hz以上のデジタルビデオカメラなどを使用することが望ましい。本実施形態では、解像度が1,920×600で、サンプリング周波数120Hzの高解像度で高サンプリングレートのデジタルビデオカメラを使用している。 The imaging unit 20 includes an imaging optical system that forms a subject image of a structure, an imaging device such as a CCD or CMOS that converts the subject image into an electrical signal, and outputs the electrical signal. The imaging unit 20 is not particularly limited as long as the captured image of the structure can be continuously captured every predetermined time and output as image data, but in order to accurately measure the displacement, It is desirable to use a digital video camera with high image quality and high sampling rate. More specifically, it is desirable to use a digital video camera having a resolution of 720 × 480 or higher and a sampling frequency (frame rate frequency) of 60 Hz or higher. In this embodiment, a digital video camera having a resolution of 1,920 × 600, a sampling frequency of 120 Hz, and a high sampling rate is used.
撮像部20で撮影される撮像画像は、所定時間ごとに連続して撮影された静止画像であってもよいし、動画像のフレーム画像であってもよい。 The captured image captured by the imaging unit 20 may be a still image captured continuously every predetermined time or a frame image of a moving image.
撮像部20は、測定者に保持されて撮影が行われるものでもよいが、本実施形態では、図1に示すように、撮像部20を三脚部21によって支持し、地面等に固定した状態で撮影を行うことで、ブレ等を抑制している。なお、撮像部20をドローン等の小型無人航空機等に搭載して、空中から構造物等の測定対象を撮影する構成とすることもでき、測定者が近づきにくい斜張橋や長大橋等でも容易に撮影することができる。 The imaging unit 20 may be held by a measurer and photographed. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the imaging unit 20 is supported by a tripod 21 and fixed to the ground or the like. By taking a picture, blurring and the like are suppressed. The imaging unit 20 can be mounted on a small unmanned aerial vehicle such as a drone so that a measurement object such as a structure can be photographed from the air. Can be taken.
演算部30としては、例えば、液晶ディスプレイ等の表示部31と、キーボードやマウス等の操作部32を備え、CPU、RAM、ROM等を内蔵したパーソナルコンピュータ(PC)を使用することができる。PCとしては、デスクトップ型PCを使用してもよいが、軽量で携帯性に優れることから、本実施形態では、ノート型PCを使用している。 As the arithmetic unit 30, for example, a personal computer (PC) that includes a display unit 31 such as a liquid crystal display and an operation unit 32 such as a keyboard and a mouse and incorporates a CPU, RAM, ROM and the like can be used. As the PC, a desktop PC may be used, but since it is lightweight and excellent in portability, a notebook PC is used in this embodiment.
図2に示すように、演算部30は、変位測定装置10全体の動作を制御する制御部(CPU)33と、RAM、ROM、フラッシュメモリ、HDD等からなり各種プログラムやデータを記憶する記憶部34と、などを備えている。制御部33は、記憶部34に記憶されたプログラムに従って、変位測定装置10全体を制御する。また、制御部33は、記憶部34に記憶された変位測定プログラムに従って、変位測定方法を実行する。すなわち、制御部33は、画像情報取得部35、変位情報算出部36、平滑化処理部37、表示画像生成部38としても機能する。 As shown in FIG. 2, the calculation unit 30 includes a control unit (CPU) 33 that controls the operation of the displacement measuring apparatus 10 as a whole, and a storage unit that stores various programs and data including RAM, ROM, flash memory, HDD, and the like. 34 and the like. The control unit 33 controls the entire displacement measuring apparatus 10 according to the program stored in the storage unit 34. Further, the control unit 33 executes the displacement measurement method according to the displacement measurement program stored in the storage unit 34. That is, the control unit 33 also functions as an image information acquisition unit 35, a displacement information calculation unit 36, a smoothing processing unit 37, and a display image generation unit 38.
画像情報取得部35は、撮像部20から入力される測定対象の撮像画像の画像データを取得する。このとき、画像情報取得部35は、取得した画像データに対して、必要な画像処理や加工(例えば、座標変換、コントラスト調整、色変換、明るさ調整、フィルタ処理等)を施す。取得した画像データは、記憶部34に記憶されて、変位情報算出部36に受け渡される。なお、記憶部34への記憶は、揮発メモリに一時的に記憶されるものであってもよいし、不揮発メモリに記憶されるものであってもよい。以降で説明する変位データや表示画像データ等についても同様である。 The image information acquisition unit 35 acquires image data of a measurement target captured image input from the imaging unit 20. At this time, the image information acquisition unit 35 performs necessary image processing and processing (for example, coordinate conversion, contrast adjustment, color conversion, brightness adjustment, filter processing, etc.) on the acquired image data. The acquired image data is stored in the storage unit 34 and transferred to the displacement information calculation unit 36. Note that the storage in the storage unit 34 may be temporarily stored in the volatile memory or may be stored in the nonvolatile memory. The same applies to the displacement data and display image data described below.
変位情報算出部36は、画像情報取得部35で取得した所定時間ごとの複数の画像データについて、適宜の画像解析ツールを用いて、画像データごとに、測定対象の複数の測定点の、予め決められた所定の基準位置からの変位情報(変位データ)を算出する。これにより、複数の測定点の変位データを時系列に取得することができる。つまり、変位データは、空間方向(測定点の位置の方向)と時間方向(撮影の時間軸方向)とを有する時空間データとして表される。算出された変位データは、記憶部34に記憶されて平滑化処理部37に受け渡される。 The displacement information calculation unit 36 determines in advance a plurality of measurement points to be measured for each piece of image data using a suitable image analysis tool for a plurality of pieces of image data obtained by the image information acquisition unit 35 every predetermined time. Displacement information (displacement data) from the predetermined reference position is calculated. Thereby, displacement data of a plurality of measurement points can be acquired in time series. That is, the displacement data is represented as spatio-temporal data having a spatial direction (direction of the position of the measurement point) and a time direction (time axis direction of imaging). The calculated displacement data is stored in the storage unit 34 and transferred to the smoothing processing unit 37.
より精度よく変位を測定するために、例えば、RC桁2の長手方向の多数の箇所を、測定点とすることが望ましい。より具体的には、測定点を100点よりも多くすることが望ましく、200点以上とすることがより望ましく、いわゆる大規模多点の変位データを測定することが望ましい。高画質で高サンプリングレートの撮像部20で撮影した撮像画像を用いることによって、このような大規模多点での変位データを取得することができる。この大規模多点での変位データに基づいて、より精度よく変位を測定することができる。 In order to measure the displacement with higher accuracy, for example, it is desirable to set a large number of locations in the longitudinal direction of the RC beam 2 as measurement points. More specifically, the number of measurement points is preferably more than 100 points, more preferably 200 points or more, and it is desirable to measure so-called large-scale multipoint displacement data. By using a picked-up image taken by the image pickup unit 20 with high image quality and a high sampling rate, it is possible to acquire such large-scale multi-point displacement data. Based on this large-scale multi-point displacement data, the displacement can be measured with higher accuracy.
ここで、橋梁のような梁状測定対象の振動形状は、橋梁全体を剛体とした平進・回転成分とサイン波で表わされる梁の曲げ成分により説明することができる。しかしながら、大規模多点での変位データにおいては、各測定点でノイズ及び測定精度が異なるため、取得された変位データから上述のような各成分を読み取ることは困難である。また、時系列に得られた大規模多点の変位データのデータ量は膨大であり、測定結果を二次元プロットしただけでは測定対象の動きを直感的に理解することが困難である。 Here, the vibration shape of a beam-like object to be measured such as a bridge can be explained by a translational / rotational component in which the entire bridge is a rigid body and a bending component of the beam represented by a sine wave. However, in large-scale multi-point displacement data, noise and measurement accuracy are different at each measurement point, so that it is difficult to read each component as described above from the obtained displacement data. Also, the amount of large-scale multipoint displacement data obtained in time series is enormous, and it is difficult to intuitively understand the movement of the measurement object simply by two-dimensionally plotting the measurement results.
このことを鑑みて、発明者は、「梁状構造物において線路方向の変位形状は連続であり、近接した任意の二点の変位はどの時点においても大きく異ならない。」という性質に着目し、変位データを、時間方向ではなく、空間方向に平滑化することに想到した。これにより、ノイズを精度よく除去するとともに、測定対象の動きを直感的に理解できるようにしようとするものである。 In view of this, the inventor pays attention to the property that “the displacement shape in the line direction is continuous in the beam-like structure, and the displacement of any two adjacent points does not differ greatly at any point in time”. We came up with the idea of smoothing the displacement data in the spatial direction, not in the time direction. Thus, the noise is accurately removed and the movement of the measurement object can be intuitively understood.
そこで、平滑化処理部37は、変位情報算出部36で算出した変位データに基づいて、所定時間ごとの複数の測定点の変位データを平滑化フィルタにより平滑化する。この平滑化処理によって、各測定点で異なるノイズを精度よく除去することができる。平滑化フィルタによる平滑化の方法としては、特に限定されることはないが、移動平均フィルタによる移動平均フィルタ処理、メディアンフィルタを用いたメディアンフィルタ処理が好適である。 Therefore, the smoothing processing unit 37 smoothes the displacement data at a plurality of measurement points for each predetermined time using a smoothing filter based on the displacement data calculated by the displacement information calculation unit 36. By this smoothing process, different noise at each measurement point can be accurately removed. The smoothing method using the smoothing filter is not particularly limited, but moving average filter processing using a moving average filter and median filter processing using a median filter are suitable.
なお、時空間データである変位データは、空間方向と時間方向は独立している。そのため、通常の二次元移動平均フィルタやメディアンフィルタではなく、空間的な移動平均フィルタやメディアンフィルタを用いて、空間方向にのみ平滑化処理を行う。 In the displacement data, which is spatiotemporal data, the spatial direction and the temporal direction are independent. Therefore, smoothing processing is performed only in the spatial direction using a spatial moving average filter or median filter instead of a normal two-dimensional moving average filter or median filter.
また、平滑化処理では、測定点の総数を基準とした次数によって変位データを平滑化することが望ましい。例えば、測定点が100点より多く200点より少ないときは、測定点の総数の10分の1を次数とし、10分の1次の移動平均フィルタや、10分の1次のメディアンフィルタを用いて平滑化処理を行うことが望ましい。また、測定点の総数が200点以上であるときには、次数を20とし、20次の移動平均フィルタや、20次のメディアンフィルタを用いて平滑化処理を行うことが望ましい。これは、梁状構造物であるRC桁2の変位が不連続に変化しないこと、変形形状は概ね三次の曲げ変形程度までで表現できることを根拠としている。 In the smoothing process, it is desirable to smooth the displacement data with an order based on the total number of measurement points. For example, when the number of measurement points is more than 100 and less than 200, the order is 1/10 of the total number of measurement points, and a 1 / 10th order moving average filter or a 1 / 10th order median filter is used. It is desirable to perform smoothing processing. When the total number of measurement points is 200 or more, it is desirable to set the order to 20 and perform the smoothing process using a 20th order moving average filter or a 20th order median filter. This is based on the fact that the displacement of the RC girder 2 which is a beam-like structure does not change discontinuously, and that the deformed shape can be expressed up to about the third bending deformation.
表示画像生成部38は、平滑化処理された複数の測定点の変位データに基づいて、測定対象の変位を時系列に表す三次元画像を生成し、表示部31に表示する(例えば図5、図8−図11参照)。 The display image generation unit 38 generates a three-dimensional image that represents the displacement of the measurement object in time series based on the smoothed displacement data of the plurality of measurement points, and displays it on the display unit 31 (for example, FIG. 5). FIG. 8 to FIG. 11).
次に、本実施形態の変位測定装置10で行われる変位測定方法について、図6のフローチャートに基づき説明する。変位測定を行うに際して、まず、図1に示すように、測定対象である橋梁1のRC桁2の全体像を撮像部20で撮影できる位置に、変位測定装置10を設置する。その後、演算部30を起動して、操作部32を操作すること等により、変位測定プログラムを起動するとともに、撮像部20を起動してRC桁2の撮影を開始する。ここでは、動画像を撮影するものとする。 Next, a displacement measuring method performed by the displacement measuring apparatus 10 of the present embodiment will be described based on the flowchart of FIG. When performing displacement measurement, first, as shown in FIG. 1, the displacement measuring device 10 is installed at a position where the entire image of the RC girder 2 of the bridge 1 to be measured can be captured by the imaging unit 20. After that, the arithmetic unit 30 is activated and the operation unit 32 is operated to activate the displacement measurement program, and the imaging unit 20 is activated to start photographing the RC digit 2. Here, a moving image is taken.
そして、衝撃加振によってRC桁2が振動する様子を、撮像部20で撮影する。この衝撃加振は、例えば列車Tの走行等によるものであってもよいが、ハンマ等によってRC桁2を叩くことによるものであってもよい。撮影画像の画像データが撮像部20から演算部30に出力されることで、変位測定処理が開始される。この画像データの出力は、動画像の撮影に対応してリアルタイムに行われるものであってもよいし、予め決められた時間の動画像の撮影が完了した後に、一括出力するものであってもよい。 Then, the imaging unit 20 captures an image of how the RC girder 2 vibrates due to impact excitation. This impact excitation may be caused by, for example, traveling of the train T or the like, or may be caused by hitting the RC girder 2 with a hammer or the like. Displacement measurement processing is started by outputting image data of the captured image from the imaging unit 20 to the calculation unit 30. The output of the image data may be performed in real time corresponding to the shooting of the moving image, or may be output at once after the shooting of the moving image for a predetermined time is completed. Good.
図6に示すように、変位測定処理では、まず、ステップS1で、画像情報取得部35が、撮像部20からの動画像の画像データ(フレーム画像データ)を取得し、必要な画像処理や加工処理を施す。次のステップS2では、変位情報算出部36が、ステップS1で取得した画像データに基づいて、画像解析によってフレームごとに、予め決められた複数の測定点における変位データを算出し、記憶部34に記憶する。 As shown in FIG. 6, in the displacement measurement process, first, in step S <b> 1, the image information acquisition unit 35 acquires image data (frame image data) of a moving image from the imaging unit 20 and performs necessary image processing and processing. Apply processing. In the next step S2, the displacement information calculation unit 36 calculates displacement data at a plurality of predetermined measurement points for each frame by image analysis based on the image data acquired in step S1, and stores it in the storage unit 34. Remember.
次のステップS3では、平滑化処理部37が、ステップS2で算出された複数の測定点での時系列の変位データ(大規模多点変位データ)を、行数を時間、列数を空間とした行列として記憶部34から読み込む。読み込んだ変位データの行数Nと列数Mとを算出する。動画像の場合は、フレーム画像のフレーム数を、行数Nとすることができる。また、測定点の総数を、空間の列数Mとすることができる。その後、ステップS4へと進む。 In the next step S3, the smoothing processing unit 37 uses time series displacement data (large-scale multipoint displacement data) at a plurality of measurement points calculated in step S2, the number of rows as time, and the number of columns as space. Is read from the storage unit 34 as a matrix. The number N of rows and the number M of columns of the read displacement data are calculated. In the case of a moving image, the number of frames in the frame image can be set to N rows. Further, the total number of measurement points can be set to the number M of columns in the space. Thereafter, the process proceeds to step S4.
このステップS4では、列数Mの数に基づいて平滑化を行うか否かを決定し、かつ平滑化のための次数を決定するため、列数Mが100以下か判定する。列数Mが100以下(ステップS4の判定がYES)の場合は、平滑化を行わずにステップS17へと進む。 In step S4, it is determined whether the number of columns M is 100 or less in order to determine whether to perform smoothing based on the number of columns M and to determine the order for smoothing. If the number M of columns is 100 or less (YES in step S4), the process proceeds to step S17 without performing smoothing.
一方、列数Mが100より多い(ステップS4の判定がNO)場合は、平滑化のための次数を設定すべく、ステップS5へと進む。このステップS5では、列数Mが200以上か判定し、200以上(ステップS5の判定がYES)の場合は、ステップS6へと進み、平滑化の次数を20に設定する。これに対して、列数Mが200未満(ステップS5の判定がNO)の場合は、ステップS7へと進み、平滑化の次数を列数Mの10分の1に設定する。次数を設定したら、ステップS8へと進む。 On the other hand, if the number of columns M is greater than 100 (NO in step S4), the process proceeds to step S5 in order to set the order for smoothing. In step S5, it is determined whether the number of columns M is 200 or more. If 200 or more (YES in step S5), the process proceeds to step S6, and the smoothing order is set to 20. On the other hand, if the number of columns M is less than 200 (NO in step S5), the process proceeds to step S7, and the order of smoothing is set to 1/10 of the number of columns M. When the order is set, the process proceeds to step S8.
このステップS8では、行数カウンタnに1を設定する。この行数カウンタnは、時空間データである変位データを、時間(フレーム)ごと、つまり第n行ごとに平滑化処理を行うためのカウンタで、現在処理中の行数(時間)を表す。 In step S8, 1 is set to the row number counter n. The row number counter n is a counter for performing smoothing processing on displacement data, which is spatio-temporal data, every time (frame), that is, every n-th row, and represents the number of rows (time) currently being processed.
次に、ステップS9へと進み、列数カウンタmに1を設定する。この列数カウンタは、第n行の時間における各測定点での変位データを、次数に応じて順次平滑化処理を行うためのカウンタであり、現在処理中の列数(測定点)を表す。 Next, proceeding to step S9, 1 is set to the column number counter m. This column number counter is a counter for sequentially smoothing displacement data at each measurement point at the time of the n-th row according to the order, and represents the number of columns (measurement points) currently being processed.
その後、ステップS10へと進むと、平滑化処理部37が、ステップS6又はS7で設定した次数に従って、移動平均フィルタ又はメディアンフィルタを用いて第n行の時間での変位データの平滑化処理を行う。 Thereafter, when the process proceeds to step S10, the smoothing processing unit 37 performs the smoothing process of the displacement data at the time of the n-th row using the moving average filter or the median filter according to the order set in step S6 or S7. .
次いで、ステップS11へと進み、列数カウンタm=Mか、すなわち第n行のすべての測定点での変位データを用いて平滑化処理が終了したか否か判定する。m<M(ステップS11の判定がNO)の場合は、すべての測定点を用いた平滑化処理が終了していないため、ステップS12へと進んで列数カウンタmをカウントアップし(m=m+1)、ステップS10に戻って、変位データの平滑化処理を続行する。 Next, the process proceeds to step S11, where it is determined whether the column number counter m = M, that is, whether the smoothing process has been completed using the displacement data at all measurement points in the nth row. If m <M (determination in step S11 is NO), since the smoothing process using all the measurement points has not been completed, the process proceeds to step S12 to increment the column number counter m (m = m + 1). ), Returning to step S10, the displacement data smoothing process is continued.
そして、m=M(ステップS11の判定がYES)となり、当該第n行のすべての測定点での変位データを用いた平滑化処理が終了したら、ステップS13へと進む。 When m = M (determination in step S11 is YES) and the smoothing process using the displacement data at all the measurement points in the n-th row is completed, the process proceeds to step S13.
移動平均フィルタ処理の効果を証明すべく、図3に、ある時点での平滑化処理前の元の変位データをプロットして変形形状を表したグラフと、平滑化処理後の変位データをプロットして変形形状を表したグラフを示す。図3のグラフは、図1のような実物の橋梁1ではなく、一本のRC桁が橋脚によって支持された模型橋梁を使用し、RC桁の中央をハンマで叩いて衝撃加振させ、変位測定装置10で変位を測定して得たものである。平滑化処理には、20次の移動平均フィルタを用いた。この図3から解るように、平滑化処理前の変形形状のグラフに比べて、平滑化処理の変形形状のグラフでは、当該時点における剛体平進・回転成分及び曲げ変形成分を、より直感的に理解することができる。 In order to prove the effect of the moving average filter processing, in FIG. 3, a graph representing the deformed shape by plotting the original displacement data before smoothing processing at a certain point and the displacement data after smoothing processing are plotted. The graph showing the deformed shape is shown. The graph of FIG. 3 uses a model bridge in which one RC girder is supported by a pier instead of the actual bridge 1 as shown in FIG. It is obtained by measuring the displacement with the measuring device 10. A 20th order moving average filter was used for the smoothing process. As can be seen from FIG. 3, compared to the graph of the deformed shape before the smoothing process, in the graph of the deformed shape of the smoothing process, the rigid body translation / rotation component and the bending deformation component at the time point are more intuitive. I can understand.
次に、ステップS13では、行数カウンタn=Nか、すなわちすべての行(時間)の変位データの平滑化処理が終了したか否か判定する。n<N(ステップS13の判定がNO)の場合は、すべての行での平滑処理が終了していないため、ステップS14へと進む。このステップS14で行数カウンタnをカウントアップした後(n=n+1)、ステップS9に戻って、行数カウンタmに1を設定して初期化し、ステップS10へと進んで次の第n行の時間における変位データの平滑化処理を続行する。 Next, in step S13, it is determined whether or not the row number counter n = N, that is, whether or not the smoothing processing of the displacement data of all the rows (time) is completed. When n <N (determination in step S13 is NO), the smoothing process has not been completed for all rows, and the process proceeds to step S14. After counting up the row number counter n in step S14 (n = n + 1), the process returns to step S9 to set the row number counter m to 1 for initialization, and then proceeds to step S10 to proceed to the next nth row. Continue smoothing the displacement data over time.
一方、n=N(ステップS13の判定がYES)となり、すべての時間での変位データの平滑化処理が終了したら、ステップS15の三次元画像の生成処理へと進む。 On the other hand, when n = N (determination in step S13 is YES) and the displacement data smoothing process at all times is completed, the process proceeds to the three-dimensional image generation process in step S15.
このステップS15では、表示画像生成部38が、平滑化処理後の変位データを、時間軸、空間軸及び変位軸の3次元空間に曲面としてプロットし、表示部31へ表示する三次元画像を生成する。このとき、表示画像生成部38は平滑化処理後の変位データに基づいて曲面を計算する。また、変位の大きさにより表示カラーを変化させてグラデーション化することで、視認性を向上させることができる。また、曲面を半透明化することで、グラフの重なっている部分の可視性を向上させることができる。このような三次元画像では、変位の直感的な理解を促進させることができる。 In step S15, the display image generation unit 38 plots the smoothed displacement data as a curved surface in the three-dimensional space of the time axis, the space axis, and the displacement axis, and generates a three-dimensional image to be displayed on the display unit 31. To do. At this time, the display image generation unit 38 calculates a curved surface based on the displacement data after the smoothing process. In addition, the visibility can be improved by changing the display color according to the magnitude of the displacement and performing gradation. Further, by making the curved surface translucent, it is possible to improve the visibility of the overlapping portions of the graphs. In such a three-dimensional image, an intuitive understanding of displacement can be promoted.
その後、ステップS16へと進み、表示画像生成部38は、ステップS14で生成した三次元画像を表示部31に表示する。 Thereafter, the process proceeds to step S <b> 16, and the display image generation unit 38 displays the three-dimensional image generated in step S <b> 14 on the display unit 31.
なお、先のステップS4で、列数Mが100以下と判定され、平滑化処理を行わずにステップS17へと進んだ場合は、表示画像生成部38は、平滑化処理前の元の変位データを三次元プロットして三次元画像を生成する。この場合も、グラデーション化や半透明化を施すことで、視認性を向上させることができる。その後、ステップS16へと進み、表示画像生成部38は、ステップS17で生成した三次元画像を表示部31に表示する。 If it is determined in step S4 that the number M of columns is 100 or less and the process proceeds to step S17 without performing the smoothing process, the display image generation unit 38 acquires the original displacement data before the smoothing process. To generate a three-dimensional image. Also in this case, visibility can be improved by gradation or semi-transparency. Thereafter, the process proceeds to step S16, and the display image generation unit 38 displays the three-dimensional image generated in step S17 on the display unit 31.
このように本実施形態では列数Mが100以下の場合でも三次元画像を生成して表示しているが、これに限定されることはない。ステップS17を設けずに、列数Mが100以下の場合は、直ちに変位測定処理を終了してもよい。 As described above, in this embodiment, even when the number of columns M is 100 or less, a three-dimensional image is generated and displayed. However, the present invention is not limited to this. If step S17 is not provided and the number of columns M is 100 or less, the displacement measurement process may be immediately terminated.
以上で、変位測定装置10による変位測定処理が完了する。測定者は、大規模多点の変位データ(ビックデータ)に基づいて生成された三次元画像を視認することで、剛体平進・回転変形、曲げ変形といった梁状構造物の変形形状と、時間的な振動性状を直感的に理解することが可能となる。 Thus, the displacement measuring process by the displacement measuring device 10 is completed. By measuring the three-dimensional image generated based on large-scale multipoint displacement data (big data), the measurer can determine the deformation shape of the beam-like structure such as rigid body translation / rotation deformation, bending deformation, and time. It becomes possible to intuitively understand typical vibration properties.
図5に、平滑化処理後の変位データに基づいて生成された変位波形の三次元画像の一例を示す。また、参考として、図4に、平滑処理前の元の変位データに基づいて生成された三次元画像の一例を示す。図4、図5の三次元画像も、本実施形態の変位測定装置10で測定した模型橋梁の変位データに基づいて生成されたものである。 FIG. 5 shows an example of a three-dimensional image of the displacement waveform generated based on the displacement data after the smoothing process. For reference, FIG. 4 shows an example of a three-dimensional image generated based on the original displacement data before the smoothing process. The three-dimensional images in FIGS. 4 and 5 are also generated based on the displacement data of the model bridge measured by the displacement measuring apparatus 10 of the present embodiment.
図4、図5中の「Disp」は変位を表し、「Frame num.」はフレームNo、すなわち時間を表し、「Measurement points」は測定点、すなわち空間を表す。また、三次元画像中の「Excitation」は、ハンマにより衝撃加振した位置と時点を表す。後述の図8−図11の三次元画像においても同様である。 4 and FIG. 5, “Disp” represents displacement, “Frame num.” Represents frame number, that is, time, and “Measurement points” represents measurement point, that is, space. In addition, “Excitation” in the three-dimensional image represents a position and a point of time when shock is applied by a hammer. The same applies to the three-dimensional images shown in FIGS.
平滑処理後の変位データに基づく図5の三次元画像によれば、衝撃加振後に1次曲げ変形と剛体平進による振動が励起され、曲げ変形はすぐに減衰し、剛体平進振動も徐々に減衰していく様子を直感的に理解することができる。 According to the three-dimensional image shown in FIG. 5 based on the displacement data after the smoothing process, the vibration due to the primary bending deformation and the rigid body translation is excited after the impact excitation, the bending deformation is immediately damped, and the rigid body vibration is gradually increased. You can intuitively understand how it decays.
これに対して、平滑化処理前の元の変位データに基づく図4の三次元画像においては、衝撃加振後に徐々に振動が減衰していく様子は確認できるが、ノイズにより変形成分までを捉えることはできないことが解る。 On the other hand, in the three-dimensional image of FIG. 4 based on the original displacement data before the smoothing process, it can be confirmed that the vibration gradually attenuates after the impact excitation, but the deformation component is captured by noise. I understand that I can't.
なお、三次元画像の表示方向が図4、図5に示されるものに限定されることはなく、異なる表示方向の三次元画像を生成することもできる。また、測定者が操作部32等を操作して、三次元画像を表示部31内で回転させ、測定者が三次元画像の表示方向を任意に変化させることができる構成とすることもできる。いずれの場合でも、変形状態等に応じて、測定者が見易い表示方向で三次元画像を表示することが望ましい。 Note that the display direction of the three-dimensional image is not limited to that shown in FIGS. 4 and 5, and three-dimensional images with different display directions can be generated. Alternatively, the measurement person can operate the operation unit 32 and the like to rotate the three-dimensional image in the display unit 31 so that the measurement person can arbitrarily change the display direction of the three-dimensional image. In any case, it is desirable to display the three-dimensional image in a display direction that is easy for the measurer to see according to the deformation state or the like.
以上説明したように、第1実施形態の変位測定装置10、変位測定方法及びプログラムでは、測定対象の変位を精度よく測定でき、かつ、測定対象の変位を直感的に理解することができる。また、この高精度な測定結果を活用することで、測定対象の損傷検知や状態評価を精度よく行うことが可能となる。以下では、本実施形態の変位測定装置10を用いて橋梁1の変位を測定し、その測定結果を利用して支承状態を検出(評価)する具体例について説明する。 As described above, the displacement measuring apparatus 10, the displacement measuring method, and the program according to the first embodiment can accurately measure the displacement of the measurement target and can intuitively understand the displacement of the measurement target. Further, by utilizing this highly accurate measurement result, it becomes possible to accurately detect damage and evaluate the state of the measurement object. Below, the specific example which measures the displacement of the bridge 1 using the displacement measuring apparatus 10 of this embodiment, and detects (evaluates) a support state using the measurement result is demonstrated.
(支承状態の検出例)
図7を用いて、三点支持状態について説明する。図7に示す橋脚1は、平面視長方形状のRC桁2の隅角部2a−2dが、一対の橋脚3a,3b上の4つの支承4a−4dで支持されている。
(Example of detection of bearing status)
The three-point support state will be described with reference to FIG. In the bridge pier 1 shown in FIG. 7, the corners 2a-2d of the RC beam 2 having a rectangular shape in plan view are supported by four supports 4a-4d on the pair of bridge piers 3a, 3b.
このような4点の支承4a−4dで支持されるRC桁2の場合、橋脚3a,3bの沈下や偏心により、ある一つの支承4a−4dでの支持部のみが浮いてしまう三点支持状態になることがある。図7では、一方の橋脚3aの沈下や偏心により傾斜した例を示している。この状態の橋梁1では、列車Tの通過によって支承4bと支承4cに過大な荷重が作用し、支承4dに作用する荷重は小さくなり、支承4a側ではRC桁2の隅角部2aが浮いた状態となり、三点支持状態となる。 In the case of the RC girder 2 supported by such four-point supports 4a-4d, a three-point support state in which only the support portion of one support 4a-4d is lifted due to the sinking or eccentricity of the piers 3a, 3b. May be. FIG. 7 shows an example in which one pier 3a is inclined due to settlement or eccentricity. In the bridge 1 in this state, an excessive load is applied to the support 4b and the support 4c by the passage of the train T, the load applied to the support 4d is reduced, and the corner 2a of the RC girder 2 is lifted on the support 4a side. The state becomes a three-point support state.
この三点支持状態になると、列車Tの通過とともに支承4aとRC桁2とが衝突を繰り返す現象が生じる。一般的には支承4の「バタつき」と言われ、支承部の代表的な異常として知られている。この三点支持状態を放置すると、支承部の損傷や異常を招く結果となる。また、三点支持となっている場合でも見かけ上は浮きが確認できない場合もあり、損傷が生じてから三点支持状態であったことがわかる場合が多い。損傷等を抑制するためには、支承状態の異常を、速やかに、かつ精度よく検出することが肝要である。 In this three-point support state, a phenomenon occurs in which the support 4a and the RC girder 2 repeatedly collide as the train T passes. Generally, it is said to be “fluttering” of the bearing 4 and is known as a typical abnormality of the bearing section. If this three-point support state is left unattended, this will result in damage to the bearings and abnormalities. Further, even when the three-point support is used, there is a case where the float cannot be confirmed in appearance, and it is often found that the three-point support state has been obtained after the damage has occurred. In order to suppress damage or the like, it is important to detect an abnormality in the bearing state quickly and accurately.
本実施形態の変位測定装置10によって、支承状態の異常等を、速やかに、かつ精度よく検出するこができることを検証するため、三点支持状態の模型橋梁と、浮きのない健全状態の模型橋梁とを衝撃加振して変位を測定した。そして、平滑化処理後の変位データに基づいてそれぞれの三次元画像を生成し、表示部31に表示した。変位測定手順は、上記で図6のフローチャートを用いて説明したとおりである。 In order to verify that the abnormality in the bearing state can be detected promptly and accurately by the displacement measuring apparatus 10 of the present embodiment, a model bridge in a three-point support state and a model bridge in a healthy state without floating Were subjected to shock excitation to measure the displacement. Then, each three-dimensional image was generated based on the displacement data after the smoothing process and displayed on the display unit 31. The displacement measurement procedure is as described above using the flowchart of FIG.
図8に、三点支持状態の模型橋梁の変位を測定したときの三次元画像を示し、図9に、浮きのない健全状態の模型橋梁の変位を測定したとき三次元画像を示す。 FIG. 8 shows a three-dimensional image when the displacement of the model bridge in the three-point support state is measured, and FIG. 9 shows a three-dimensional image when the displacement of the model bridge in a healthy state without floating is measured.
図8の三次元画像によれば、三点支持状態で浮きがある場合には、衝撃加振により支承反力が生じないことが解る。これに対して、図9の三次元画像によれば、浮きのない健全な支承状態では、支承反力により衝撃加振直後に上側振幅が生じることが解る。 According to the three-dimensional image in FIG. 8, it can be seen that when there is a float in a three-point support state, no bearing reaction force is generated by impact excitation. On the other hand, according to the three-dimensional image in FIG. 9, it can be seen that in a healthy support state without floating, an upper amplitude is generated immediately after impact excitation due to the support reaction force.
また、支承反力の不釣り合いにより衝撃加振直後の橋梁では剛体平進とともに剛体回転成分が卓越するため、浮きがある三点支持状態では、図8に示すように、小刻みな衝突と反発とが繰り返される。 In addition, because of the unbalanced bearing reaction force, the bridge immediately after impact excitation has a rigid body rotation as well as a rigid body rotation component. Is repeated.
図8、図9の結果から、浮きのない健全な支承状態で1波振動する間に、浮きのある三点支持状態では2波振動することが解る。また、浮きがない健全な場合には、図9に示すように、左右の平均支承変位はほぼ一致し、衝撃加振直後の上側振幅の継続時間も概ね一致する。なお、剛体回転成分は2波程度ですぐに減衰してしまうため、加振直後の波形を用いることが望ましい。 From the results of FIGS. 8 and 9, it can be seen that while one wave vibrates in a healthy support state without floating, two waves vibrate in a three-point support state with floating. Further, in the case of a healthy state with no floating, as shown in FIG. 9, the left and right average bearing displacements are substantially the same, and the duration time of the upper amplitude immediately after the impact excitation is also substantially the same. Since the rigid body rotation component is attenuated immediately after about 2 waves, it is desirable to use the waveform immediately after the vibration.
以上説明したように、本実施形態では、測定対象の変位を精度よく測定できることから、その測定結果(三次元画像等)を分析することで、各振動成分の卓越度合いにより、測定対象が健全であるか否かを精度よく判断することができる。また、異常の場合は、異常が発生した箇所がどこであるかを精度よく判断することができる。また、模型橋梁等を用いて、予め様々な状態の変位を測定しておき、各状態での波形の特徴を予め把握しておけば、これらと、実際の測定対象を衝撃加振したときの変位の測定結果とを比較することで、当該測定対象の状態を迅速かつ精度よく評価することができる。 As described above, in this embodiment, since the displacement of the measurement target can be measured with high accuracy, the measurement target is healthy by analyzing the measurement result (three-dimensional image, etc.) according to the prominent degree of each vibration component. It can be accurately determined whether or not there is. Further, in the case of an abnormality, it is possible to accurately determine where the abnormality has occurred. In addition, if you measure the displacement of various states in advance using a model bridge, etc., and grasp the characteristics of the waveform in each state in advance, these and the actual measurement object when shocked By comparing the measurement result of the displacement, the state of the measurement object can be evaluated quickly and accurately.
また、測定対象の局所的な損傷は、曲げ変形の曲率に表れることが知られている。そのため、本実施形態の変位測定装置10等を用いて変位を測定することで、曲げ変形に基づく損傷位置の同定が可能となる。また、本実施形態では、ビッグデータを用いて精度よく変位を測定することができるため、梁状構造物の大規模な数値解析モデルの検証にも応用することができる。 Moreover, it is known that the local damage of a measuring object appears in the curvature of bending deformation. Therefore, the damage position based on the bending deformation can be identified by measuring the displacement using the displacement measuring apparatus 10 or the like of the present embodiment. Moreover, in this embodiment, since displacement can be accurately measured using big data, it can be applied to verification of a large-scale numerical analysis model of a beam-like structure.
次に、本実施形態の作用を説明する。本実施形態の変位測定装置10は、撮像部20によって所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の画像データ(撮像画像)を取得する画像情報取得部35と、複数の画像データに基づいて、測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位データ(変位情報)を時系列に算出する変位情報算出部36と、所定時間ごとに複数の測定点の変位情報を平滑化フィルタにより平滑化する平滑化処理部37と、を備えている。 Next, the operation of this embodiment will be described. The displacement measuring apparatus 10 of the present embodiment includes an image information acquisition unit 35 that acquires a plurality of image data (captured images) of a measurement target that are continuously captured by the imaging unit 20 every predetermined time, and a plurality of image data. Based on the displacement information calculation unit 36 that calculates the displacement data (displacement information) from the reference position of the plurality of measurement points to be measured in time series, and the displacement information of the plurality of measurement points at a predetermined time by the smoothing filter And a smoothing processing unit 37 for smoothing.
また、本実施形態の変位測定方法は、本実施形態の変位測定装置10で行われ、撮像部20によって所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する工程と、複数の撮像画像に基づいて、測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を時系列に算出する工程と、所定時間ごとの複数の測定点の変位情報を平滑化フィルタにより平滑化する工程と、を有している。 Further, the displacement measuring method of the present embodiment is performed by the displacement measuring apparatus 10 of the present embodiment, and a step of acquiring a plurality of captured images of the measurement target continuously captured every predetermined time by the imaging unit 20; Based on a plurality of captured images, a step of calculating displacement information from a reference position of a plurality of measurement points to be measured in a time series, and smoothing the displacement information of the plurality of measurement points every predetermined time by a smoothing filter And a process.
また、本実施形態のプログラムは、コンピュータを、所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する手段と、複数の撮像画像に基づいて、測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を時系列に算出する手段と、所定時間における複数の測定点の変位情報を平滑化フィルタにより平滑化する手段として機能させるためのプログラムである。 In addition, the program of the present embodiment includes a computer that acquires a plurality of captured images of a measurement target that are continuously captured every predetermined time, and a plurality of measurement points of the measurement target based on the plurality of captured images. Is a program for functioning as means for calculating displacement information from the reference position in time series and means for smoothing displacement information of a plurality of measurement points at a predetermined time by a smoothing filter.
したがって、本実施形態では、撮像部20での撮像画像を利用することで、従来のようなターゲットが不要となるとともに、多くの測定点での変位データを取得することができる。特に、高画質で高サンプリングレートの撮像部20を使用することで、大規模多点の変位データ(いわゆるビッグデータ)を取得することができる。この膨大な変位データであっても、平滑化処理によって、各測定点で異なる変位データのノイズを精度よく除去することができる。したがって、平滑化処理された変位データに基づいて、測定対象の変位を精度よく測定することができる。そのため、剛体平進・回転、及び曲げ変形といった梁状構造物の変形形状、時間的な振動性状など、測定対象の変位を直感的に理解することが可能な変位測定装置10、変位測定方法及びプログラムを提供することができる。 Therefore, in the present embodiment, by using the image captured by the imaging unit 20, a conventional target is not necessary, and displacement data at many measurement points can be acquired. In particular, by using the imaging unit 20 with high image quality and high sampling rate, large-scale multipoint displacement data (so-called big data) can be acquired. Even with this enormous amount of displacement data, the noise of the displacement data that differs at each measurement point can be accurately removed by the smoothing process. Therefore, the displacement of the measurement object can be accurately measured based on the smoothed displacement data. Therefore, the displacement measuring device 10 that can intuitively understand the displacement of the measurement object, such as the deformation shape of the beam-like structure such as the rigid body flattening / rotation and bending deformation, the temporal vibration property, the displacement measuring method, and the like A program can be provided.
また、本実施形態では、平滑化処理された複数の測定点の変位データに基づいて、測定対象の変位を時系列に表す三次元画像を生成し表示部31に表示する表示画像生成部38を備えた構成となっている。この三次元画像によって、測定者が変位デーを視覚的に理解し易くなり、測定対象の変位をより直感的に理解することができる。 Further, in the present embodiment, the display image generation unit 38 that generates a three-dimensional image representing the displacement of the measurement object in time series and displays it on the display unit 31 based on the smoothed displacement data of the plurality of measurement points. It has a configuration with. This three-dimensional image makes it easier for the measurer to visually understand the displacement data, and allows the displacement of the measurement object to be understood more intuitively.
また、本実施形態では、平滑化処理部37は、測定点の総数を基準とした次数によって変位データを平滑化する構成となっている。これにより、測定点の総数に応じた適切な平滑化処理が可能となり、測定対象の変位をより直感的に理解することができる。 Moreover, in this embodiment, the smoothing process part 37 becomes a structure which smoothes displacement data by the order on the basis of the total number of measurement points. Thereby, an appropriate smoothing process according to the total number of measurement points is possible, and the displacement of the measurement object can be understood more intuitively.
また、本実施形態では、平面視長方形状のRC桁2の隅角部2a−2dが複数の支承4a−4bで支持された梁状構造物(橋梁1)の変形を測定するものとし、平滑化処理部37により平滑化処理された複数の測定点の変位データに基づいて、支承4a−4bによるRC桁2前記桁の支持状態を検出する支持状態検出部39を備えた構成とすることもできる。この構成により、支承4a−4bによる支持状態を、精度よく検出することができ、かつ支承状態を直感的に理解することができる。 Further, in the present embodiment, the deformation of the beam-like structure (bridge 1) in which the corners 2a-2d of the RC girder 2 having a rectangular shape in plan view are supported by a plurality of supports 4a-4b is measured. The support state detection unit 39 that detects the support state of the RC beam 2 by the support 4a-4b based on the displacement data of the plurality of measurement points smoothed by the conversion processing unit 37 may be used. it can. With this configuration, the support state by the supports 4a-4b can be accurately detected, and the support state can be intuitively understood.
(第2実施形態)
次に、第2実施形態の変位測定装置10について、図面に基づいて説明する。第2実施形態の変位測定装置10は、制御部33に、図2に点線で示した支持状態検出部39を設けたこと以外は、図1、図2に示す第1実施形態の変位測定装置10と同様の基本構成を備えている。そのため、以下では主に第1実施形態とは異なる構成について説明し、第1実施形態と同様の構成には同様の符号を付して、詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, the displacement measuring apparatus 10 of 2nd Embodiment is demonstrated based on drawing. The displacement measuring apparatus 10 according to the second embodiment is the same as the displacement measuring apparatus according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 except that the control unit 33 is provided with a support state detecting unit 39 indicated by a dotted line in FIG. 10 has the same basic configuration. Therefore, in the following, the configuration different from the first embodiment will be mainly described, the same reference numerals are given to the same configuration as the first embodiment, and the detailed description will be omitted.
第2実施形態の変位測定装置10は、撮像部20と、表示部31、操作部32、制御部33及び記憶部34を主に備えた演算部30と、がケーブル40によって接続されている。制御部33は、図2に示すように、画像情報取得部35、変位情報算出部36、平滑化処理部37、表示画像生成部38、及び支持状態検出部39を備えて構成されている。支持状態検出部39は、平滑化処理部37により平滑化処理された複数の測定点の変位データに基づいて、支承4によるRC桁2の支持状態を検出する。 In the displacement measuring apparatus 10 according to the second embodiment, an imaging unit 20 and a calculation unit 30 mainly including a display unit 31, an operation unit 32, a control unit 33, and a storage unit 34 are connected by a cable 40. As shown in FIG. 2, the control unit 33 includes an image information acquisition unit 35, a displacement information calculation unit 36, a smoothing processing unit 37, a display image generation unit 38, and a support state detection unit 39. The support state detection unit 39 detects the support state of the RC beam 2 by the support 4 based on the displacement data of the plurality of measurement points smoothed by the smoothing processing unit 37.
上記第1実施形態では、変位の測定結果(三次元画像)に基づいて、測定者が支承状態を評価していた。これに対して、第2実施形態の変位測定装置10では、支持状態検出部39によって、自動で支承による支持状態を検出する構成となっている。 In the said 1st Embodiment, the measurer evaluated the support state based on the measurement result (three-dimensional image) of a displacement. On the other hand, in the displacement measuring apparatus 10 of 2nd Embodiment, the support state detection part 39 is the structure which detects the support state by support automatically.
なお、本実施形態の支持状態検出部39は、剛体回転成分の卓越度を用いて支持状態を検出しているが、これに限定されるものではなく、他の手法によって支持状態を検出することもできる。 In addition, although the support state detection part 39 of this embodiment has detected the support state using the predominance degree of a rigid body rotation component, it is not limited to this, It detects a support state by another method. You can also.
支持状態の検出手順を説明すると、まず、第1実施形態と同様に、RC桁2を衝撃加振して、撮像部20によって動画像を撮影する。そして、撮像部20で撮影した動画像の画像データを画像情報取得部35が取得し、この画像データに基づいて、変位情報算出部36が、各測定点における変位データを時系列で算出する。この変位データに基づいて、平滑化処理部37が平滑化処理を実行する。 The procedure for detecting the support state will be described. First, similarly to the first embodiment, the RC girder 2 is impacted and the moving image is captured by the imaging unit 20. And the image information acquisition part 35 acquires the image data of the moving image image | photographed with the imaging part 20, and the displacement information calculation part 36 calculates the displacement data in each measurement point in time series based on this image data. Based on the displacement data, the smoothing processing unit 37 executes a smoothing process.
次に、支持状態検出部39は、平滑化処理後の大規模多点の変位データに基づいて、衝撃加振直後の最大振幅記録時点の変形を抽出する。この最大振幅記録時点の変形形状に対して、一次関数(傾きと切片)を算出する。支持状態検出部39は、算出した一次関数の両支点部での振幅に一定以上の差がある場合には、振幅が小さい方に浮きがあると判定する。浮きの判定に用いる両支点部での振幅の差の例として、例えば2倍がある。 Next, the support state detection unit 39 extracts the deformation at the maximum amplitude recording time immediately after the impact excitation based on the large-scale multipoint displacement data after the smoothing process. A linear function (slope and intercept) is calculated for the deformed shape at the time of recording the maximum amplitude. The support state detection unit 39 determines that there is a float in the smaller amplitude when there is a certain difference in the amplitudes at the two fulcrum portions of the calculated linear function. As an example of the difference in amplitude at both fulcrum portions used for the determination of floating, there is, for example, twice.
そして、表示画像生成部38は、大規模多点の変位データに基づいて三次元画像を生成するとともに、その三次元画像中に一次関数を表す線分を重畳して、表示部31に表示する。このとき、「浮きあり(三点支持状態)」、「健全状態」等の文字列表示部31に三次元画像とともに表示してもよい。測定者は、表示部31に表示された三次元画像を視認するだけで、測定対象の変形形状や振動形状だけでなく、支持状態が健全であるか否かを、直感的に理解することができる。 The display image generation unit 38 generates a three-dimensional image based on the large-scale multipoint displacement data, and superimposes a line segment representing a linear function on the three-dimensional image, and displays it on the display unit 31. . At this time, you may display with a three-dimensional image on the character string display parts 31, such as "there is a float (three-point support state)" and "a healthy state". The measurer can intuitively understand not only the deformed shape and the vibration shape of the measurement target but also whether the support state is sound by merely viewing the three-dimensional image displayed on the display unit 31. it can.
図10に、三点支持状態の模型橋梁の変位を測定したときの三次元画像を示し、図11に、浮きのない健全状態の模型橋梁の変位を測定したとき三次元画像を示す。 FIG. 10 shows a three-dimensional image when the displacement of the model bridge in the three-point support state is measured, and FIG. 11 shows a three-dimensional image when the displacement of the model bridge in the healthy state without floating is measured.
図10の三次元画像によれば、支承部に浮きがある場合には、衝撃加振の直後に橋梁1の剛体平進とともに剛体回転成分が卓越する。その結果、衝撃加振直後に最大変位を記録した時点において橋梁1の剛体回転成分が大きくなる。本実施形態のように、変形形状の一次関数を求めることで、この傾向をより明確化し、ノイズのよる誤差の影響を低減することができる。 According to the three-dimensional image in FIG. 10, when the support portion is lifted, the rigid body rotation component is dominant together with the rigid body translation of the bridge 1 immediately after the impact excitation. As a result, the rigid body rotation component of the bridge 1 becomes large at the time when the maximum displacement is recorded immediately after impact excitation. By obtaining a linear function of a deformed shape as in the present embodiment, this tendency can be clarified and the influence of errors due to noise can be reduced.
なお、図11の三次元画像によれば、浮きがない場合には回転成分はほとんど励起されないため、最大変位を記録した時点の両支点部の振幅値は、概ね同じ値(0.75〜1.2)程度となることが解る。 According to the three-dimensional image in FIG. 11, when there is no floating, the rotational component is hardly excited, so the amplitude values of both fulcrum portions at the time of recording the maximum displacement are approximately the same value (0.75 to 1 .2) It is understood that it becomes about.
なお、本実施形態では、算出した一次関数に基づいて、浮きがあるか否か等を判定しているが、これに限定されるものではない。支持状態検出部39は、判定までを行わずに、一次関数の算出までを行い、一次関数の線分が重畳された三次元画像を、測定者が視認することで、測定者自身が中に浮きがあるか否か等を判定するものであってもよい。 In the present embodiment, whether or not there is a float is determined based on the calculated linear function, but is not limited thereto. The support state detection unit 39 performs the calculation of the linear function without performing the determination, and the measurer himself / herself sees the three-dimensional image on which the line segment of the linear function is superimposed. It may be determined whether or not there is a float.
以上、第2実施形態の変位測定装置10、変位測定方法及びプログラムによっても、第1実施形態と同様に、測定対象の変位を精度よく測定することができるため、その測定結果に基づいて、支承状態等を精度よく検出することができる。しかも、変位測定装置10によって自動で支承状態を検出するため、その検出結果を視認することで、測定者は支承状態を直感的に理解することができる。 As described above, since the displacement measuring apparatus 10, the displacement measuring method, and the program according to the second embodiment can measure the displacement of the measurement object with high accuracy as in the first embodiment, the support is based on the measurement result. The state and the like can be detected with high accuracy. Moreover, since the support state is automatically detected by the displacement measuring device 10, the measurer can intuitively understand the support state by visually checking the detection result.
以上、図面を参照して、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and design changes that do not depart from the gist of the present invention are not limited thereto. include.
例えば、上記各実施形態では、変位測定装置10が撮像部20を備え、この撮像部20で撮影した撮像画像が演算部30に逐次入力される構成となっているが、この構成に限定されるものではない。演算部30が撮像画像を取得できればよく、例えば、撮像部20で撮影した撮像画像を撮像部20の記憶部に記録しておき、演算部30にすべての撮影画像のデータを転送する構成とすることもできる。また、現場で撮影した撮像画像を、インターネット等の通信回線を通じてダウンロードしたり、USBメモリやSDメモリカード等からインストールしたりする構成とすることもできる。 For example, in each of the above-described embodiments, the displacement measuring apparatus 10 includes the imaging unit 20, and the captured image captured by the imaging unit 20 is sequentially input to the arithmetic unit 30, but the configuration is limited to this configuration. It is not a thing. The calculation unit 30 only needs to be able to acquire the captured image. For example, the captured image captured by the imaging unit 20 is recorded in the storage unit of the imaging unit 20 and data of all captured images is transferred to the calculation unit 30. You can also. In addition, it is also possible to adopt a configuration in which captured images taken on site are downloaded via a communication line such as the Internet or installed from a USB memory or an SD memory card.
また、演算部30がPCに限定されることはなく、大規模な多点変位データを処理する能力を備えていれば、タブレット端末や、スマートフォン等の携帯端末を使用することもできる。 In addition, the calculation unit 30 is not limited to a PC, and a portable terminal such as a tablet terminal or a smartphone can be used as long as it has an ability to process large-scale multipoint displacement data.
また、上記各実施形態では、図7に示すように、4点の支承4によって支持されたRC桁2を、支承状態の検出対象としているが、検出対象が図7の例に限定されるものではない。例えば5点以上の支承4によって支持されたRC桁2などでも、上記各実施形態の変位測定装置10、変位測定方法及びプログラムによって、精度よく支承状態を検出することができる。 Further, in each of the above embodiments, as shown in FIG. 7, the RC girder 2 supported by the four bearings 4 is the detection target of the support state, but the detection target is limited to the example of FIG. is not. For example, even in an RC girder 2 supported by five or more bearings 4, the bearing state can be detected with high accuracy by the displacement measuring device 10, the displacement measuring method, and the program of each of the above embodiments.
1 橋梁(測定対象)
2 RC桁(測定対象)
2a−2d 隅角部
4a−4d 支承
10 変位測定装置
20 撮像部
31 表示部
33 制御部
35 画像情報取得部
36 変位情報算出部
37 平滑化処理部
38 表示画像生成部
39 支持状態検出部
1 Bridge (measurement target)
2 RC digit (measurement target)
2a-2d Corner 4a-4d Support 10 Displacement measuring device 20 Imaging unit 31 Display unit 33 Control unit 35 Image information acquisition unit 36 Displacement information calculation unit 37 Smoothing processing unit 38 Display image generation unit 39 Support state detection unit
Claims (6)
所定時間ごとに連続して撮影された前記測定対象の複数の撮像画像を取得する画像情報取得部と、
前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を時系列に算出する変位情報算出部と、
前記所定時間ごとの前記複数の測定点の前記変位情報を平滑化フィルタにより平滑化する平滑化処理部と、を備えたことを特徴とする変位測定装置。 A displacement measuring device that measures a displacement when the measuring object is vibrated based on a captured image of the measuring object,
An image information acquisition unit for acquiring a plurality of captured images of the measurement object continuously photographed every predetermined time;
Based on the plurality of captured images, a displacement information calculation unit that calculates, in a time series, displacement information from a reference position of the plurality of measurement points of the measurement target;
A displacement measurement apparatus comprising: a smoothing processing unit that smoothes the displacement information of the plurality of measurement points at each predetermined time with a smoothing filter.
前記平滑化処理部により平滑化処理された前記複数の測定点の前記変位情報に基づいて、前記支承による前記桁の支持状態を検出する支持状態検出部を、備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の変位測定装置。 The measurement object is a beam-like structure in which corners of a rectangular beam in plan view are supported by a plurality of supports,
The support state detection unit that detects a support state of the beam by the support based on the displacement information of the plurality of measurement points smoothed by the smoothing processing unit. The displacement measuring apparatus as described in any one of 1-3.
所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する工程と、
前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を時系列に算出する工程と、
前記所定時間ごとの前記複数の測定点の前記変位情報を平滑化フィルタにより平滑化する工程と、を有することを特徴とする変位測定方法。 It is the displacement measuring method performed with the displacement measuring apparatus as described in any one of Claims 1-4,
Acquiring a plurality of captured images of a measurement object continuously photographed every predetermined time;
Based on the plurality of captured images, calculating displacement information from a reference position of the plurality of measurement points of the measurement object in time series;
Smoothing the displacement information of the plurality of measurement points at each predetermined time with a smoothing filter.
所定時間ごとに連続して撮影された測定対象の複数の撮像画像を取得する手段と、
前記複数の撮像画像に基づいて、前記測定対象の複数の測定点の基準位置からの変位情報を時系列に算出する手段と、
前記所定時間ごとの前記複数の測定点の前記変位情報を平滑化フィルタにより平滑化する手段として機能させるためのプログラム。 Computer
Means for acquiring a plurality of captured images of the measurement object continuously photographed every predetermined time;
Means for calculating displacement information from a reference position of a plurality of measurement points of the measurement object in time series based on the plurality of captured images;
The program for functioning as a means to smooth | blunt the said displacement information of these measurement points for every said predetermined time with a smoothing filter.
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