JP7502974B2 - 点検システム及び解析装置 - Google Patents

Description

本発明は、点検システム及び解析装置に関する。

道路や軌道、管路、送電網、通信網といった社会インフラにおいて、これらを構成する構造物の老朽化が急速に進んでおり、保守のコストの増大や少子高齢化と業務自体の難しさに起因する人材不足などの課題に直面している。サービスレベルとコストの両立可能なデジタル技術を導入した社会インフラ保守の実現が求められている。

これらの構造物は、さまざまな外力の影響や周辺環境の影響、経年劣化などにより状態が変化することがある。このため、構造物の健全性評価において、状態変化を計測する点検システムが必要とされている。状態変化の一例を挙げると、外観の変化としては傾きや高さといった形状の変化や亀裂や損傷がある。また、内部の変化としては亀裂や腐食がある。

構造物を点検する技術として、例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３がある。
特許文献１は、構造物の外側にレーザー距離計を設置することにより構造物を点検している。特許文献２は、構造物上に複数の撮像装置を設置することにより構造物を点検している。特許文献３は、撮像対象に変位計測マーカーを予め設置することにより構造物を点検している。

特開２００２－２５７５４５号公報 特開２０１３－４０８２０号公報 特開２０２０－９８１０１号公報

特許文献１では、構造物の外側にレーザー距離計を設置する必要がある。このため、構造物の構成や周辺環境、また変位計測方向によっては、立ち入りと設置の自由度や時間に制約が生じてしまい、点検の費用対効果や効率が悪い。

特許文献２では、構造物上に複数の撮像装置を設置し、撮像個所も構造物上としている。このため、構造物内の変形は計測できるものの、構造物を設置した地盤や空間に対する傾きや高さの変化を計測できない。

特許文献３では、撮像対象に変位計測マーカーを予め設置する必要がある。

本発明の目的は、点検の費用対効果が高く計測が容易な点検システムを提供することにある。

本発明の一態様の点検システムは、構造物を点検する点検システムであって、前記構造物に設置され、前記構造物とは独立して設けられた第１の物体及び第２の物体を撮像する少なくとも一つの撮像装置と、前記構造物の状態変化前に前記撮像装置により撮像された前記第１の物体及び前記第２の物体の少なくとも一つの第１の像を含む第１の画像と、前記構造物の状態変化後に前記撮像装置により撮像された前記第１の物体及び前記第２の物体の少なくとも一つの第２の像を含む前記第２の画像と、を比較して、前記第１の像と前記第２の像の間の位置変化量に基づいて前記構造物の状態変化量を計測して前記構造物の健全性を評価する解析装置と、を有することを特徴とする。

本発明の一態様の解析装置は、構造物を点検する点検システムにおける解析装置であって、前記構造物に設置され前記構造物とは独立して設けられた第１の物体及び第２の物体を撮像する少なくとも一つの撮像装置により、前記構造物の状態変化前に撮像された前記第１の物体及び前記第２の物体の少なくとも一つの第１の像を含む第１の画像と、前記構造物の状態変化後に撮像された前記第１の物体又は前記第２の物体の少なくとも一つの第２の像を含む前記第２の画像と、を比較して、前記第１の像と前記第２の像の位置変化量に基づいて前記構造物の状態変化量を計測して前記構造物の健全性を評価することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、点検の費用対効果が高く計測が容易な点検システムを提供することができる。

実施例１の点検システムの構成例を示す図である。 実施例１の点検システムの構成例を示す図である。 実施例１の撮像装置の構成例を示す図である。 実施例１の解析装置の構成例を示す図である。 実施例１の点検システムにおける点検アルゴリズムの一例を説明する図である。 実施例１の点検システムが実行する処理の一例を説明するフローチャートである。 実施例１の解析装置が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。 実施例１の点検システムの運用の一例を説明するフローチャートである。 実施例２の点検システムの構成例を示す図である。 実施例３の点検システムの構成例を示す図である。 実施例３の振動計測装置の構成例を示す図である。 実施例３の振動センサ端末の構成例を示す図である。 実施例３の振動センサ端末の構成例を示す図である。 実施例３の振動解析装置の構成例を示す図である。 実施例３の点検システムの設置例を示す図である。 実施例３の点検システムが実行する処理の一例を説明するフローチャートである。 実施例３の点検システムが実行する処理の一例を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

以下に説明する発明の構成において、同一又は類似する構成又は機能には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」等の表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数又は順序を限定するものではない。

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、及び範囲等は、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、及び範囲等を表していない場合がある。したがって、本発明では、図面等に開示された位置、大きさ、形状、及び範囲等に限定されない。

図１及び図２は、実施例１の点検システムの構成例を示す図である。図３は、実施例１の撮像装置の構成例を示す図である。図４は、実施例１の解析装置の構成例を示す図である。図５は、実施例１の点検システムにおける点検アルゴリズムの一例を説明する図である。図６は、実施例１の点検システムが実行する処理の一例を説明するフローチャートである。図７は、実施例１の解析装置が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。図８は、実施例１の点検システムの運用の一例を説明するフローチャートである。

点検システム１は、撮像装置３と解析装置４及びユーザ端末５から構成される。解析装置４及び撮像装置３は、ネットワークを介して接続され、解析装置４及びユーザ端末５は、ネットワークを介して接続される。ネットワークは例えば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）及びＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等である。接続方式は有線又は無線のいずれでもよい。なお、解析装置４及び撮像装置３は直接接続されてもよいし、解析装置４及びユーザ端末５は直接接続されてもよい。

撮像装置３は、構造物１０に設置され、構造物１０とは独立した少なくとも２つの物体２０、２１の方向に向く。そして、撮像をし、物体２０、２１を含む画像６を取得する。

撮像時における撮像装置３の状態は撮像前に調整される。また、物体２０、２１は一緒に撮像し１つの画像６としてもよいし、それぞれ別に撮像しそれぞれ別の画像６としてもよい。別に撮像する場合は、撮像装置３を複数にしてそれぞれ割り当ててもよいし、１つの撮像装置３により物体２０、２１それぞれで撮像装置３の状態を別に調整して撮像してもよい。

また、撮像のタイミングは、撮像装置３にタイマーの機能を有し、そのタイマーで制御してもよいし、解析装置４により制御してもよい。撮像装置３は、撮像素子３０、光学レンズ３１、演算装置３２、記憶装置３３、及び通信装置３４を有する。

撮像素子３０は、被写体からの光線を電気信号に変換する半導体素子で、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）及びＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサである。撮像素子３０は光学レンズ３１を介して物体２０、２１を含む被写体を、所定の撮像条件にて撮像する。撮像条件には、例えば、撮像素子３０のシャッタースピード、ＩＳＯ感度、光学レンズ３１の倍率、焦点距離、絞り、これらで決まる露出等が挙げられる。なお、光学レンズ３１は撮像装置３とは分離できていてもよい、また、光学レンズ３１は撮像素子３０と一体化していてもよい。

演算装置３２は、撮像装置３全体を制御する装置であり、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びマイコン等である。演算装置３２は、記憶装置３３に格納されるプログラムを実行する。演算装置３２は、プログラムを実行することによって、所定の機能を実現するモジュールとして動作する。

記憶装置３３は、メモリ等であり、演算装置３２が実行するプログラム及びプログラムが使用する情報と、撮像素子３０が撮像したデジタルデータと、このデジタルデータを演算装置３２にて処理しファイル化した画像６を格納する。

通信装置３４は、ネットワークインタフェース等であり、ネットワークを介して、外部装置と通信する。実施例１の通信装置３４は、通信装置３４を介して、解析装置４に接続される。

撮像装置３は治具３５を介して構造物１０の道床、壁、柱等に固定される。なお、治具３５は三脚であってもよい。また、撮像装置３の位置調整のために撮像装置３と治具３５間には方向制御装置３６を備えていてもよく、撮像装置３の位置合わせの精度や再現性の向上や撮像装置３の撮像範囲拡大などの効果が得られる。

解析装置４は、撮像装置３により撮像した画像６の収集及び蓄積を行い、また、画像６を解析することによって、画像６の特徴量から物体を抽出し、そこで選択した物体２０、２１に着目し、過去の画像６からの変化量を計算する。この変化量から構造物１０の状態変化を計算し、構造物１０の健全度を判定し、点検結果７を出力する。

なお、少なくとも２つの物体２０、２１とすることで、物体２０もしくは物体２１のいずれかの状態が変化しても、構造物１０の状態変化の誤検出を防ぐことができる。更に、物体２０、２１は、画像６内に存在する物体の中から、点検の都度、選択してもよい。

例えば、工事や遮蔽物の出現等により、これまでに選択した物体２０、２１のいずれかにおいて形状や見え方が過去の画像６から変化し、構造物１０の状態変化の計測が困難になった場合でも、画像６内の別の物体を物体２０、２１として選択し直し、選択し直した物体に対応する過去の画像６の物体２０、２１からの変化量を計算し直す。これにより、構造物１０の状態変化を計測することができる。

ここで、物体２０、２１の選択は、解析装置４が画像解析により識別した物体の中から自動的に選択してもよいし、点検システム１の運用者がユーザ端末５を操作して、物体２０、２１を選択して解析装置４に適用してもよい。

解析装置４は、演算装置４０、記憶装置４１、及び通信装置４２を有する。演算装置４０は、解析装置４全体を制御する装置であり、例えば、ＣＰＵ及びマイコン等である。演算装置４０は、記憶装置４１に格納されるプログラムを実行する。演算装置４０は、プログラムを実行することによって、所定の機能を実現するモジュールとして動作する。

記憶装置４１は、メモリ等であり、演算装置４０が実行するプログラム及びプログラムが使用する情報と、画像６と、解析結果７を格納する。なお、記憶装置４１に格納されるデータは、ユーザ端末５がアクセスできるように管理されているものとする。

通信装置４２は、ネットワークインタフェース等であり、ネットワークを介して、外部装置と通信する。実施例１の通信装置４２は、通信装置４２を介して、撮像装置３及びユーザ端末５に接続される。

ユーザ端末５は、解析装置４を操作するための端末である。ユーザ端末５は、図示しない演算装置、記憶装置、及び通信装置を有する。なお、解析装置４にキーボード及びマウス等の入力装置、並びに、ディスプレイ等の出力装置が接続されている場合、点検システム１はユーザ端末５を含まなくてもよい。

なお、解析装置４は、ＩｏＴゲートウェイ及び解析サーバで構成されるシステムに置き換えてもよい。例えば、撮像装置３の近傍にＩｏＴゲートウェイを設置し、クラウド又は遠隔地に解析サーバを設置するシステム構成が考えられる。

なお、少なくとも一つの撮像装置３が、解析装置４が有する機能を有するようにしてもよい。この場合、点検システム１は撮像装置３とユーザ端末５から構成される。

図５は、実施例１の点検システム１における計測アルゴリズムの一例を説明する図である。
構造物１０に設置した撮像装置３において、状態変化前（Ｓ１）の物体２０もしくは物体２１を含む像を撮像すると、画像６－１が得られる。その後、構造物１０が傾斜角θで傾斜し（Ｓ２）、撮像装置３もそれに連動して縦方向に傾斜角θで傾斜すると、画像６－２が得られる。このとき、撮像装置３と物体２０もしくは物体２１間の距離Ｘ、物体２０もしくは物体２１の見掛け上の高さＹの変化量ΔＹの関係式は（数１）で与えられる。

（数１）で示すように、距離Ｘと高さＹといった位置情報は予め取得しておき、画像６－１において、高さＹと画像内の画素数との比も取得しておくことにより、画像６－２内の画素数もしくは座標の変化量から、変化量ΔＹがわかる。そのため、距離Ｘと変化量ΔＹから構造物１０の傾斜角θが計測できる。

なお、距離Ｘと高さＹの取得方法の一例としては、地図を使用する方法がある。その際、撮像装置３にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を備えることにより、撮像装置３の地図上の位置精度が向上でき、距離Ｘの誤差は小さくなる。また、距離Ｘが数１０ｍ以下の場合は、直接測定してもよく、例えば撮像装置３にレーザー距離計を備えることにより、距離Ｘと高さＹを取得することができる。

図６は、実施例１の点検システム１が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。
点検システム１は、点検開始のトリガが入ると（ステップＳ１０１）、撮像装置３のキャリブレーション（ステップＳ１０２）を実施する。

開始のトリガは、通常点検と緊急点検といったタイミングで実行される。通常点検は一定の周期で行われ、時間帯は光量が多く得られる昼間の方が好ましい。緊急点検は、地震発生時や異常気象時、構造物１０の異常検知時等の場合に行われ、構造物１０の急激な状態変化を計測する。

キャリブレーション（ステップＳ１０２）では、撮像装置各部の稼働状態の診断、撮像装置３の撮像条件の調整、撮影方向の位置合わせ等が行われる。診断が正常かつ、撮像条件や位置合わせが再現できた場合は、次に、撮像条件判定（ステップＳ１０３）を行い、撮像装置３に対して、入射光の照度が十分かつスペクトルに異常がなく、天候不良でなければ、撮像条件判定はＯＫとして、撮像（ステップＳ１０４）を実施する。

なお、撮像条件判定がＮＧな一例としては、逆光や異常光により露出調整が不十分になる場合、雨や雪、風といった天候により、画像にノイズ成分が映り込む場合やブレが生じる可能性が高くなる場合、等が挙げられ、そのような場合は、撮像を中断もしくは延期する。

撮像装置３により取得した画像６は、解析装置４に伝送され、後述する画像解析（ステップＳ１０５）を行い、解析結果７１を出力する。

解析結果７１が出力されると、過去の解析結果７２を読み込み（ステップＳ１０７）、マッチングを行う（ステップＳ１０８）。

マッチング（ステップＳ１０８）では、画像形状の一致度（例えば、撮影対象が過去画像と比較して妥当かどうか）の判定を行う。ここでは、画像自体の位置ずれや回転ずれはマッチングしているもの（判定はＯＫ）とみなす。

そして、マッチング判定（ステップＳ１０９）がＯＫであれば、次の構造物１０の状態変化量の計算（ステップＳ１１０）に進む。一方、マッチング判定（ステップＳ１０９）がＮＧであれば、撮像装置３の状態に異常があるとみなし、キャリブレーション（ステップＳ１０２）に戻る。

マッチングの手法として、画像の相関をとる方法が挙げられ、高精度な手法としては位相限定相関法（ＰＯＣ；Ｐｈａｓｅ Ｏｎｌｙ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）が一例に挙げられる。

状態変化量の計算（ステップＳ１１０）では、解析結果７１、７２で得られた特徴量から同一のものを物体２０、２１として選択し、物体２０、２１の画像内の画素数もしくは座標の変化量から、構造物１０の傾きや高さの変化量を計測し、構造物１０の健全度を判定（ステップＳ１１１）し、点検結果７としてユーザ端末５や解析装置４の記憶装置４１に出力する（ステップＳ１１２）。以上により一連の点検は終了する（ステップＳ１１３）。

なお、状態変化量（ステップＳ１１０）の計算において、解析結果７１、７２における物体２０、２１の選択は、点検の都度行っても良い。これにより、例えば工事や遮蔽物の出現等により、これまでに選択した物体２０、２１のいずれかにおいて形状や見え方が変化しても、画像内の別の物体を物体２０、２１として選択し直し、選択し直した物体に対応する過去の画像６の物体２０、２１からの変化量を計算し直す。この結果、構造物１０の傾きや高さの変化量を計測することができる。

図７は、実施例１の解析装置４が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。
解析装置４における、画像解析（ステップ１０５）の一例を述べると次のようになる。
まず、撮像装置３より解析装置４に伝送された画像６は、エッジ検出（ステップＳ２０１）により、画像内の明るさの変化が大きな点を検出し、物体の輪郭を検出する。エッジ検出の手法としては、例えば、一次微分を使った勾配法と、二次微分を使ったラプラシアン法が挙げられる。

次に、フィルタ処理（ステップＳ２０２）を行い、エッジ検出時のノイズ成分を低減させる。フィルタの一例としては、ソーベル（Ｓｏｂｅｌ）フィルタ、ラプラシアンフィルタ、キャニー（Ｃａｎｎｙ）フィルタが挙げられる。

その後、２値化（ステップＳ２０３）により、解析対象物と背景とを分離する。２値化した画像６１は、領域分割（ステップＳ２０４）と直線検出（ステップＳ２０５）の処理がそれぞれ平行して行われる。

領域分割（ステップＳ２０４）では、領域分割において同じような特徴を持つ複数の領域に分割をし、特徴量を抽出する（Ｓ２０４－１）。そして、特徴量を絞り込む（ステップＳ２０４－２）。

一方、直線検出（ステップＳ２０５）では、直線を検出し、検出した複数の直線で構成される領域に分割した上で（ステップＳ２０５－１）、特徴量を抽出する（ステップＳ２０５－２）。直線検出の手法としては、例えば、ハフ（Ｈｏｕｇｈ）変換やＬＳＤ （Ｌｉｎｅ Ｓｅｇｍｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）が挙げられる。

次に、ステップＳ２０４－２とステップＳ２０５－２の結果を合算したうえで、さらに直線成分で絞り込むことにより（ステップＳ２０６）、物体のみを認識し、解析結果７１として出力をする（ステップＳ２０７）。

なお、領域分割や直線検出、特徴量抽出、絞り込みにおいて機械学習やＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）を用いることにより、物体の分類や同一物体の認識が容易になるなど、解析精度が向上できる。

画像解析において、物体２０、２１は、領域分割及び、直線検出により認識するために、外側には直線状の外装もしくは構造を有するほうが認識し易い。例えば、建築物の場合は全体の輪郭を認識してもよく、その建築物の外側にある窓や扉、配管、屋根、柵、柱を認識してもよい。また、物体２０もしくは２１においてこれらを複数含めることにより、構造物１０の傾きや高さの変化量の計測精度を向上することができる。

また、物体２０もしくは２１の少なくとも一つは地形としてもよい。例えば、山の稜線は形状が変化し難く、位置変化も無く、安定なため、構造物１０の傾きや高さの変化量を安定に計測することができる。

また、物体２０もしくは２１の少なくとも一つは予め決まった部分が発光してもよい。例えば、信号や建築物内の標識灯が挙げられる。これらの位置は固定されており、形状も変化し難く安定であり、発光により夜間でも認識が可能であるため、構造物１０の傾きや高さの変化量を安定に計測することができる。

図８は、実施例１の点検システム１の運用の一例を説明するフローチャートである。
点検システム１は、点検時以外は、画像監視システムとして使用することで、システムを多機能化し、かつ稼働率を向上することができる。例えば、構造物１０が道路構造物である場合、監視対象を路面とすることで、車両や人の通行状態や通行量を計測することが可能となる。

監視時（ステップＳ３００）では、まず監視対象の路面を選択し（ステップＳ３０１）、撮像装置３を選択した監視対象に向けてキャリブレーションを行い（ステップＳ３０２）、撮像し（ステップＳ３０３）、画像解析（ステップＳ３０４）をすることにより、車両や人の通行状態や通行量を計測（ステップＳ３０５）することが挙げられる。

地震発生時や異常気象時、構造物１０の異常検知時には、緊急点検指示（ステップＳ３０６）を、一定周期毎には通常点検指示（ステップＳ３０７）を行い、実施例１に記載した点検開始のトリガを入れ（ステップＳ１０１）、一連の点検動作（ステップＳ１０２～Ｓ１１２）を行う。そして、点検終了（ステップＳ１１３）後は、監視対象の選択（ステップＳ３０１）に戻り、監視状態を継続する。

本発明の実施例２として、点検システム１の変形例について、図９を参照しつつ説明する。
図９は、実施例２の点検システムの構成例を示す図である。本実施例では、実施例１に対して、物体２１は、物体２０とは構造物１０に対して反対側にある点が異なる。
以下、図９を説明するにあたり、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８と同一の構成要素については、その詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明することとする。

点検システム１－２において、撮像装置３、３－２は、構造物１０に設置され、それぞれ構造物１０とは独立した物体２０、２１の方向に向く。なお、撮像装置３は実施例１に記載した方向制御装置３６を備え、物体２１の方向を向くことが可能な場合は、撮像装置３－２を兼ねることもできる。

撮像装置３、３－２において、状態変化前（Ｓ１）の物体２０、２１を含む像をそれぞれ撮像すると、画像６－１、６－１－２が得られる。その後、構造物１０が傾斜角θで傾斜し（Ｓ２）、撮像装置３、３－２もそれに連動して縦方向に傾斜角θで傾斜すると、画像６－２、６－２－２がそれぞれ得られる。このとき、撮像装置３と物体２０間の距離Ｘ物体２０の見掛け上の高さＹの変化量ΔＹの関係式は前述の（数１）で与えられる。一方、このとき、撮像装置３－２と物体２１間の距離Ｘ２物体２１の見掛け上の高さＹ２の変化量ΔＹ２の関係式は（数２）で与えられる。

物体２１は物体２０とは構造物１０の反対側にあるために、変化量ΔＹ２は変化量ΔＹに対して逆方向となる。そのため、距離Ｘと変化量ΔＹから計算した構造物１０の傾斜角θと、距離Ｘ２と変化量ΔＹ２から計算した構造物１０の傾斜角θが一致すれば、構造物１０自体が傾いていることがわかる。一方、傾斜角θが一致しない場合は、物体２０もしくは物体２１のいずれかも状態変化している可能性がある。なお、変化量ΔＹと変化量ΔＹ２が同方向に変化している場合は、構造物１０の高さが変化している場合が考えられる。高さ変化は、前述のマッチング（ステップＳ１０８）の手法と同じく、画像の相関をとることにより計測できる。

本発明の実施例３として、点検システム１の変形例について、図１０、図１１、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３、図１４、図１５Ａ、図１５Ｂを参照しつつ説明する。

図１０は、実施例３の点検システムの構成例を示す図である。図１１は、実施例３の振動計測装置の構成例を示す図である。図１２Ａは、実施例３の振動センサ端末の構成例を示す図である。図１２Ｂは、実施例３の振動センサ端末の構成例を示す図である。図１３は、実施例３の振動解析装置の構成例を示す図である。図１４は、実施例３の点検システムの設置例を示す図である。図１５Ａは、実施例３の点検システムが実行する処理の一例を説明するフローチャートである。図１５Ｂは、実施例３の点検システムが実行する処理の一例を説明するフローチャートである。

本実施例３では、実施例１に対して、構造物１０に振動計測装置９を備える点が異なる。

以下、図１０、図１１、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３、図１４、図１５Ａ、図１５Ｂを説明するにあたり、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８と同一の構成要素については、その詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明することとする。

点検システム１－３は、撮像装置３と解析装置４、ユーザ端末５、及び振動計測装置９から構成される。振動計測装置９は、振動センサ端末９０と振動解析装置１００から構成される。

振動センサ端末９０と振動解析装置１００はネットワークを介して接続され、振動解析装置１００と解析装置４はネットワークを介して接続される。また、振動解析装置１００とユーザ端末５はネットワークを介して接続される。ネットワークは例えば、ＬＡＮ及びＷＡＮ等である。接続方式は有線又は無線のいずれでもよい。なお、振動センサ端末９０と振動解析装置１００は直接接続されてもよいし、振動解析装置１００と解析装置１００は直接接続されてもよい。また、振動解析装置１００とユーザ端末５は直接接続されてもよい。

振動センサ端末９０は、構造物１０に設置され、構造物１０上もしくはその近傍を動く物体８０から発生して構造物１０を伝搬する振動を、計測する振動センサを有し、計測結果を含むセンサデータを振動解析装置１００に送信する。

振動センサ端末９０は、例えば、構造物１０の壁、柱、路面、床等に固定された状態で設置され、振動を計測する。計測結果（センサデータ）には、振動波形の他に、計測時刻、振動のパターン、振動の回数、振動の強度等が含まれる。なお、振動センサ端末９０の詳細な構成については後述する。

振動解析装置１００は、センサデータの収集や蓄積を行い、また、センサデータを解析することによって、構造物１０の周波数応答を取得する。周波数応答の取得には、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が用いられ、周波数に対する振幅特性や位相特性を取得する。そして、振幅特性のピーク周波数や位相特性の変化周波数から構造物１０の固有振動数を計測する。

構造物１０の固有振動数を定期的にモニタリングすることによっても、構造物１０の状態変化を計測することができる。点検システム１－３は、振動計測装置９を備えることにより、画像による傾きと高さ変化の計測と、振動による固有振動数変化の計測を相補的に行い、構造物１０の状態変化を計測することで、点検システム１に対して、構造物１０の健全性をより精度高く評価することが可能になる。

振動解析装置１００は、演算装置１０１、記憶装置１０２、及び通信装置１０３を有する。演算装置１０１は、振動解析装置１００全体を制御する装置であり、例えば、ＣＰＵやマイコン等である。演算装置１０１は、記憶装置１０２に格納されるプログラムを実行する。演算装置１０１は、プログラムを実行することによって、所定の機能を実現するモジュールとして動作する。

記憶装置１０２は、メモリ等であり、演算装置１０１が実行するプログラム及びプログラムが使用する情報を格納する。なお、記憶装置１０２に格納されるデータは、解析装置４とユーザ端末５アクセスできるように管理されているものとする。

通信装置１０３は、ネットワークインタフェース等であり、ネットワークを介して、外部装置と通信する。実施例３の通信装置１０３は、センサ端末９０及び解析装置４及びユーザ端末５に接続される。

なお、図１１では、振動計測装置９を制御する構成として振動解析装置１００を記載したが、ＩｏＴゲートウェイや解析サーバで構成されるシステムに置き換えてもよい。例えば、振動センサ端末９０の近傍にＩｏＴゲートウェイを設置し、クラウド又は遠隔地に解析サーバを設置するシステム構成が考えられる。

なお、少なくとも一つの振動センサ端末９０が、振動解析装置１００の機能を有するようにしてもよい。また、解析装置４が振動解析装置１００の機能を有するようにしてもよい。

ここで、図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて、振動センサ端末９０の構成について説明する。
図１２Ａは、全てのハードウェア構成が内蔵された振動センサ端末９０の構成例を示す。

振動センサ端末９０は、振動センサ９１、演算装置９２、記憶装置９３、通信装置９４、及び電源装置９５を有する。通信装置９４は、通信装置１０３と同様の構成である。また、演算装置９２及び記憶装置９３は、演算装置１０１及び記憶装置１０２と同様の構成であってもよい。

振動センサ９１は、構造物１０を伝搬する振動を計測する装置である。検出対象の振動を計測する振動センサ９１としては、例えば、加速度センサ及び変位計等が挙げられる。

記憶装置９３は、メモリ等であり、演算装置９２が実行するプログラムが使用する情報とセンサデータを格納する。なお、記憶装置９３に格納されるデータは、演算装置９２がアクセスできるように管理されているものとする。

演算装置９２は、振動センサ９１が計測した信号に対するデジタル処理を実行することによってセンサデータを生成し、通信装置９４を介してセンサデータを振動解析装置１００に送信する。

電源装置９５は、振動センサ９１、演算装置９２、記憶装置９３、通信装置９４、に電力を供給する。電源装置９５は、振動センサ端末９０に内蔵しても、外付けしてもよい。例えば、電源装置９５としてバッテリを使用すると、振動センサ端末９０の構造物１０への設置の際に、振動センサ端末９０に電源を供給するための工事が不要になり、振動センサ端末９０の設置自由度が向上する。一方で、バッテリの電力消費を抑制するために、振動センサ端末９０は常時稼働ではなく、間欠稼働とした方がよい。

間欠稼働するタイミングとしては、例えば、タイマーによる一定周期での稼働や、画像解析による構造物１０の状態変化検知時や、画像解析により構造物１０近傍の物体８０を検知し、物体８０が構造物１０を振動させる可能性が有ると判断した時などが挙げられる。

振動センサ端末９０は、通信装置９４を介して振動解析装置１００から制御される。

図１２Ｂは、一部のハードウェア構成が外付けされた振動センサ端末９０の他の構成例を示す。振動センサ端末９０は、演算装置９２、記憶装置９３、通信装置９４、電源装置９５、及び接続装置９６を有する。

接続装置９６は、外部装置と接続する装置であり、例えば、ＩＯインタフェースである。接続装置９６は、配線を介して振動センサ９１と接続する。そして、配線を介して、振動センサ９１への給電及びデータ通信が行われる。

振動センサ９１は、治具９７を介して、構造物１０の壁、柱、路面、床等に固定される。振動センサ端末９０から振動センサ９１を分離することによって、設置空間が狭い場合でも振動センサ９１を設置することができる。

図１４は点検システム１－３の設置例である。構造物１０の一例として、橋梁１０－１を挙げて説明をする。この時、橋梁１０－１に振動させる物体８０の一例として、橋梁１０－１上を走行する車両８１が挙げられる。

橋梁１０－１は、一般的に、橋桁１０－２、橋脚１０－３、橋台１０－４、基礎１０－５の要素で構成される。橋梁１０－１の健全性を評価するにあたり、これらの要素の状態変化を計測する必要がある。撮像装置３では、橋梁１０－１全体の状態変化として、傾きと高さの変化を計測し、振動計測装置９では、橋桁１０－２、橋脚１０－３、橋台１０－４のそれぞれに設置した振動センサ端末９０で、それぞれの固有振動数を計測する。なお、橋梁１０－１は、河川や湖沼、海等に架橋されることがあるため、基礎１０－５一部は水に接する場合があり、振動センサ端末９０の基礎１０－５への設置が困難になる。そのため、基礎１０－５近傍の橋脚１０－３や橋台１０－４に振動センサ端末９０を設置して、基礎１０－５の固有振動数を計測する。

図１５Ａ、図１５Ｂは点検システム１－３が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。

まず、図１５Ａのフローチャートを説明する。点検システム１－３は、通常、実施例２に記載した画像監視状態にあり（ステップＳ３００～ステップＳ３０５）、その状態において、振動計測装置９は待機状態にある（ステップＳ４０１）。

監視画像により構造物１０近傍の物体８０を検知し、物体８０が構造物１０を振動させる可能性が有ると判断した場合（ステップＳ３０５－２）、もしくは、震発生時や異常気象時、構造物１０の異常検知時などの緊急点検を指示（ステップＳ３０６）する場合、もしくは、一定周期毎に行う通常点検を指示（ステップＳ３０７）する場合に、振動計測装置９の振動解析装置１００に振動計測開始のトリガが入力される（ステップＳ４０２）。

次に、振動センサ端末９０は、起動して（ステップＳ４０３）、振動計測を実施する（ステップＳ４０４）。計測したセンシングデータは、振動解析装置１００により収集して（ステップＳ４０５）、固有振動数を計測する（ステップＳ４０６）。固有振動数を含む振動の計測の結果は解析装置４に転送され（ステップＳ４０７）、振動計測装置９は待機状態（ステップＳ４０１）に戻る。

次に、図１５Ｂのフローチャートを説明する。図１５Ｂは、図１５Ａに対して、振動計測装置９による構造物１０の固有振動数の計測において、固有振動数に変動があり、異常と判定した場合に、撮像装置３と解析装置４による構造物１０の点検を行う点が異なる。

振動計測装置９は通常、待機状態にある（ステップＳ５０１）。振動解析装置１００に振動計測開始のトリガが入力される（ステップＳ５０２）、振動計測を開始する。このトリガは、振動解析装置１００のタイマーにより入力してもよいし、解析装置４もしくはユーザ端末５から入力してもよい。

次に、振動センサ端末９０は起動して（ステップＳ５０３）、振動計測を実施する（ステップＳ５０４）。計測したセンシングデータは、振動解析装置１００により収集して（ステップＳ５０５）、固有振動数を計測する（ステップＳ５０６）。

そして、固有振動数判定を行い（ステップＳ５０７）、判定結果（ステップＳ５０８）が正常であれば、振動計測装置９は待機状態（ステップＳ５０１）に戻り、固有振動数に変動があり、異常と判定した場合は、実施例１に記載した撮像装置３と解析装置４による点検を開始し（ステップＳ１０１）、一連の点検動作（ステップＳ１０２～Ｓ１１２）を行う。そして、点検終了（ステップＳ１１３）後、振動計測装置９は待機状態（ステップＳ５０１）に戻る。

以上で説明したように、点検システム１は、点検対象の構造物１０には、構造物１０とは独立した少なくとも２つの物体２０、２１の方向に向く撮像装置３を備える。撮像装置３は物体２０、２１を時間を隔てて撮像し、解析装置４において、撮像装置３が撮像した画像６を蓄積し、撮像時刻の異なる前記複数画像間の比較により、画像内の物体２０、２１の位置変化から、構造物１０の状態変化を計測し、構造物１０の健全性を評価することができる。

本実施例によれば、実施例１の効果に加えて、物体２１は、物体２０とは構造物１０に対して反対側に設定すること、或いは振動計測装置９を構造物１０に設けることにより、構造物１０の健全性を評価する精度を上げることができる。そして、撮像対象物は予め決める必要無く、都度選べ、且つ撮像装置は計測対象の構造物側に設置するために設置の制約が少なく、計測の容易な点検システムを提供することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、本発明は、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をコンピュータに提供し、そのコンピュータが備えるプロセッサが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。

また、本実施例に記載の機能を実現するプログラムコードは、例えば、アセンブラ、Ｃ／Ｃ＋＋、ｐｅｒｌ、Ｓｈｅｌｌ、ＰＨＰ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｊａｖａ（登録商標）等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。

さらに、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することによって、それをコンピュータのハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ－ＲＷ、ＣＤ－Ｒ等の記憶媒体に格納し、コンピュータが備えるプロセッサが当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしてもよい。

上述の実施例において、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。

１・・・点検システム
１－２・・・点検システム
１－３・・・点検システム
３・・・撮像装置
４・・・解析装置
５・・・ユーザ端末
９・・・振動計測装置
１０・・・構造物
１０－１・・・橋梁
１０－２・・・橋桁
１０－３・・・橋脚
１０－４・・・橋台
１０－５・・・基礎
２０・・・物体
２１・・・物体
３０・・・撮像素子
３１・・・光学レンズ
３２・・・演算装置
３３・・・記憶装置
３４・・・通信装置
３５・・・治具
３６・・・方向制御装置
４０・・・演算装置
４１・・・記憶装置
４２・・・通信装置
７１・・・解析結果
７２・・・解析結果
８０・・・物体
８１・・・車両
９０・・・振動センサ端末
９１・・・振動センサ
９２・・・演算装置
９３・・・記憶装置
９４・・・通信装置
９５・・・電源装置
９６・・・接続装置
９７・・・治具
１００・・・振動解析装置
１０１・・・演算装置
１０２・・・記憶装置
１０３・・・通信装置

Claims (14)

1. 構造物を点検する点検システムであって、
   前記構造物に設置され、前記構造物とは独立して設けられた第１の物体及び第２の物体を撮像する少なくとも一つの撮像装置と、
   前記構造物の状態変化前に前記撮像装置により撮像された前記第１の物体及び前記第２の物体の第１の画像を取得し、
   前記構造物の状態変化後に前記撮像装置により撮像された前記第１の物体及び前記第２の物体の第２の画像を取得し、
   前記第１の画像の中から選択された第１の像と、前記第２の画像の中から選択された第２の像と、を比較して、
   前記第１の像と前記第２の像の間の位置変化量に基づいて前記構造物の状態変化量を計測して前記構造物の健全性を評価する解析装置と、
   を有し、
   前記解析装置は、
   前記構造物の点検の都度、前記第１の画像の中から前記第１の像を選択し、前記第２の画像の中から前記第２の像を選択することを特徴とする点検システム。
2. １つの前記撮像装置が、撮像方向を変えながら前記第１の物体と前記第２の物体をそれぞれ撮像することを特徴とする請求項１に記載の点検システム。
3. ２つの前記撮像装置が、前記第１の物体と前記第２の物体をそれぞれ撮像することを特徴とする請求項１に記載の点検システム。
4. 前記第１の物体と前記第２の物体は、前記構造物を基準にして同じ側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の点検システム。
5. 前記第１の物体と前記第２の物体は、前記構造物を基準にして反対側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の点検システム。
6. 前記第２の画像は、
   前記構造物が所定の傾斜角で傾斜し前記傾斜に連動して前記撮像装置が前記傾斜角で傾斜した前記構造物の状態変化後に前記撮像装置により撮像されることにより取得され、
   前記位置変化量は、
   前記傾斜角と、前記撮像装置と前記第１の物体又は前記第２の物体との間の距離に基づいて求められることを特徴とする請求項１に記載の点検システム。
7. 前記第１の物体又は前記第２の物体との間の前記距離を取得する位置取得部を、更に有することを特徴とする請求項６に記載の点検システム。
8. 前記解析装置は、
   前記撮像装置により取得した現時点の画像を解析して得られた第１の解析結果と、過去に前記撮像装置により取得した過去画像を解析して得られた第２の解析結果とのマッチングを行い、
   前記マッチングにおいて、画像形状の一致度の判定を行い、
   前記マッチングの結果、前記画像形状が一致した場合、前記構造物の前記状態変化量を計測して前記構造物の健全性を評価し点検結果を出力することを特徴とする請求項１に記載の点検システム。
9. 前記点検システムは、
   監視対象を前記撮像装置により撮像して監視する画像監視モードと、
   前記第１の物体及び前記第２の物体を前記撮像装置により撮像して前記構造物を点検する点検モードと、を有し、
   所定の点検指示に応答して、前記画像監視モードから前記点検モードに切り替わることを特徴とする請求項１に記載の点検システム。
10. 前記構造物には、前記構造物の固有振動数を計測する振動計測装置が設置されており、
    前記振動計測装置は、
    所定の点検指示に応答して、前記構造物の前記固有振動数の計測を開始することを特徴とする請求項１に記載の点検システム。
11. 前記振動計測装置は、
    計測された前記固有振動数を判定し、
    前記判定の結果、前記固有振動数に変動があり異常と判定した場合に、前記構造物の点検を行うことを特徴とする請求項１０に記載の点検システム。
12. 前記構造物は、
    道路、軌道、管路、送電網又は通信網により構成され、
    前記第１の物体又は前記第２の物体の外側は、直線状の構造を有することを特徴とする請求項１に記載の点検システム。
13. 前記第１の物体又は前記第２の物体は、
    建築物、地形又は予め決まった部分が発光する構造物であることを特徴とする請求項１に記載の点検システム。
14. 構造物を点検する点検システムにおける解析装置であって、
    前記構造物に設置され前記構造物とは独立して設けられた第１の物体及び第２の物体を撮像する少なくとも一つの撮像装置により、前記構造物の状態変化前に撮像された前記第１の物体及び前記第２の物体の第１の画像を取得し、
    前記構造物の状態変化後に撮像された前記第１の物体又は前記第２の物体の第２の画像を取得し、
    前記第１の画像の中から選択された第１の像と、前記第２の画像の中から選択された第２の像と、を比較して、
    前記第１の像と前記第２の像の位置変化量に基づいて前記構造物の状態変化量を計測し
    て前記構造物の健全性を評価し、
    前記構造物の点検の都度、前記第１の画像の中から前記第１の像を選択し、前記第２の画像の中から前記第２の像を選択することを特徴とする解析装置。

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