JP6251142B2

JP6251142B2 - 測定対象物の非接触検知方法及びその装置

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Publication number: JP6251142B2
Application number: JP2014180744A
Authority: JP
Inventors: 文昭上半; 慎太郎箕浦
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: JP2016057063A

Description

本発明は、測定対象物の非接触検知方法及びその装置に係り、特に、振動測定による構造物・自然斜面等の健全性の検査・診断に関するものである。

構造物等の位置・形状を測量する手法の従来技術としては、例えば、トータルステーション（一般的な測量機器）による多点測量がある。これは、モーターヘッド上に設置したレーザー距離計で構造物上の任意点を視準して測角と距離データを保存するトータルステーションと呼ばれる装置を利用するものであり、同装置を用いた測量方法には、反射プリズムを使用する手法とノンプリズムによる手法がある。反射プリズムを使用する手法では、事前にプリズムを構造物上の測定点に設置する。トータルステーションには反射光の強さを利用してプリズムの位置を自動で検出して視準できるものがある。また、ノンプリズム（反射ターゲットを利用しない場合）による手法では、あらかじめ人が構造物上の測定点を視準して測定位置をトータルステーションに記憶させて測量を実施する。

測定結果は、測定箇所間の距離として構造物の図面データ上に記録する。

また、他の従来技術としては、写真測量技術がある。

従来、測量作業は距離や角度を計測する測量機器を用いて行われてきたが、近年、レーザー計測技術や写真測量技術を用いて測量対象の３次元形状データを取得する手法が用いられるようになった。

写真を用いた３次元形状データの取得では、対象物を視差をもって撮影した２枚以上の画像を用いたステレオ相関法により写真上の点の位置座標を求める。２枚の写真を用いる場合を例にとると、測量分野で用いられる手法は、単眼のカメラで撮影位置をずらして２回にわけて撮影した２枚の写真を用いる手法と、２台のカメラを位置が変わらないよう平行に配置したステレオカメラで同時撮影した２枚の写真を用いる手法がある。

前者は、一般的なカメラでの撮影が可能なことおよび測量対象の大きさなどに応じてカメラの撮影位置を自由に設定して撮影精度を調整することができる利点があり、地形測量など広大な自然物や大型の構造物に適用される場合が多い。

一方、後者は、２台のカメラの位置関係が既知であるため２枚の写真の相関を求めやすいこと、および測定対象に評尺などを設置することなく対象の大きさを求められることなどのメリットがあり、室内実験での寸法計測などやや小さな対象の測量に用いられる場合が多い。

さらに、構造物の振動特性を利用してその健全性を調べる振動測定による非接触測定方法も用いられている。

この方法では、人為的な加振（車両の走行、起振器加振、衝撃加振等）、および常時微動などを振動源とする構造物振動を、対象構造物に取り付けた振動計で測定し、収録データから得られる振幅、卓越振動数などを指標として、構造物の健全性を評価する。

しかし、同方法の実施にあたっては、高所等へのセンサ装置の取付けおよび撤去作業が必要であり、危険かつ時間を要する作業であった。そこで、本願発明者により、センサ装置の取付け等を必要としない構造物振動の非接触計測方法および装置が開発された（下記特許文献１参照）。

その方法および装置では、風や地盤振動による非接触センサ装置自身の揺れによる測定精度の低下を抑制する技術が導入されており、平時の極微小な地盤振動である常時微動を加振源とする構造物等の微小な振動をも高精度、高分解能で測定できることが確認され、既に実用製品として活用されている。

特許第４００１８０６号公報

村井俊治、奥田勉、中村秀至、「非測定用カメラを用いた解析的写真測量に関する研究」、東京大学生産技術研究所報告、２９（６），ｐ１９６−２０９，１９８１−０７芝原正和他、「ステレオ画像法に基づく三次元溶接変形計測法の開発」，溶接学会論文集、第２８巻、第１号、ｐｐ．１０８−１１５，２０１０

しかしながら、従来の非接触振動計測作業では、人が図面等の情報に基づいて測定対象中の測定位置を決定し、遠方の測定点にスコープ等を用いてレーザーを照射し、得られたデータを野帳データ等に基づいて測定点とリンクさせて分析・整理しており、測定およびデータ整理に多大な労力を要するという問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みて、非接触振動計測における測定箇所の決定・視準の自動化を行い、測定角度の増大による誤差を自動補正し、測定位置と接触データの自動リンクによりデータ記録方法を改善する、測定対象物の非接触検知方法及びその装置を提供することを目的とする。本願発明による測定対象物の非接触検知方法は、特に、長大な構造物、広大な斜面などの効率的な健全性の検査・診断に有効である。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕測定対象物の非接触検知方法において、レーザードップラー振動計とＣＣＤカメラを備える２台の非接触センサ装置と、この２台の非接触センサ装置を制御する制御装置とを用いて、前記２台の非接触センサ装置の前記ＣＣＤカメラで測定対象の全景を撮影し、ステレオ画像法により測定対象全体の３次元点群データを作成し、前記測定対象全体の３次元点群データ上の測定したい領域を選定し、この領域中の特徴点を自動抽出して測定点を決定し、前記２台の非接触センサ装置の位置と前記測定点の３次元座標に基づいて、前記２台の非接触センサ装置を制御して前記測定点を同期視準し、前記２台の非接触センサ装置で前記測定点の振動を非接触測定し、測定されたデータの振動解析を行うことを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の測定対象物の非接触検知方法において、ステレオ画像法に必要なカメラの角度情報は前記非接触センサ装置の駆動部に設けたエンコーダから取得することを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載の測定対象物の非接触検知方法において、前記ＣＣＤカメラの位置情報は前記非接触センサ装置に内蔵したＧＰＳで取得することを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕記載の測定対象物の非接触検知方法において、抽出された前記特徴点が測定したい位置を適切に捉えられていない場合には、前記測定点周辺をズームアップして同期撮影し、ステレオ画像法により、前記測定点周辺の３次元点群データを作成し、測定位置を詳細に決定可能にすることを特徴とする。

〔５〕上記〔１〕記載の測定対象物の非接触検知方法において、前記２台の非接触センサ装置は自己振動補正機能を有し、この２台の非接触センサ装置で測定点の振動を非接触測定することを特徴とする。

〔６〕上記〔５〕記載の測定対象物の非接触検知方法において、前記２台の非接触センサ装置の測定データを用いて、測定点の水平２方向の振動成分を分離する補正を実施することを特徴とする。

〔７〕上記〔５〕記載の測定対象物の非接触検知方法において、前記２台の非接触センサ装置の測定データを用いて測定点の振動成分の振幅、卓越振動数、減衰定数の指標を演算することを特徴とする。

〔８〕上記〔７〕記載の測定対象物の非接触検知方法において、得られた振動データ、各指標を測定点の位置データとリンクして記録することを特徴とする。

〔９〕測定対象物の非接触検知装置において、レーザードップラー振動計とＣＣＤカメラからなる２台の非接触センサ装置と、この２台の非接触センサ装置を制御する制御装置と、前記２台の非接触センサ装置で測定対象の全景を撮影し、ステレオ画像法により、測定対象全体の３次元点群データを作成し、前記２台の非接触センサ装置の位置と点群データを同一座標系で把握する手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、非接触振動計測における測定箇所の決定・視準の自動化を行い、測定角度の増大による誤差を自動補正し、測定位置と接触データの自動リンクによりデータ記録方法を改善することができる。特に、長大な構造物、広大な斜面などの効率的な健全性の検査・診断に有効である。

本発明の実施例を示す測定対象物の非接触検知装置の概略説明図である。本発明の実施例を示す測定対象物の非接触検知装置の構成センサ類と電気信号の流れを示した図である。本発明の実施例を示す測定対象物の非接触検知装置の非接触センサ装置内の光学ブロックを示した図である。本発明の実施例を示す測定対象物の非接触検知装置の非接触センサ装置の駆動部の説明図である。本発明の実施例を示す測定対象物の非接触検知装置の演算処理・制御の流れを示した図である。本発明の実施例を示す２台の非接触センサ装置による測定対象物の測定状況の説明図である。本発明の実施例を示す２台の非接触センサ装置のＣＣＤ画像からの測定対象全体の３次元点群データの推定の説明図である。参考として示した、ステレオ画像法による測定対象各部の位置座標の計算理論例である。本発明の実施例を示す橋りょうケーブルを対象とした特徴点の抽出方法例を示す図である。本発明の実施例を示す制御装置の制御によるＣＣＤカメラとＬＤＶカメラの自動視準、および測定点周辺のＣＣＤカメラ撮影の説明図である。本発明の実施例を示す対象測定点周辺のクローズアップ撮影による測定点の決定方法の説明図である。本発明の実施例を示す２台のセンサ装置の計測結果からの測定点速度およびその直交成分の概算方法の説明図である。本発明の他の実施例としての、特徴点の抽出による測定点の検出を岩盤斜面に適用した状況の説明図である。

本発明の測定対象物の非接触検知方法は、レーザードップラー振動計とＣＣＤカメラを備える２台の非接触センサ装置と、この２台の非接触センサ装置を制御する制御装置とを用いて、前記２台の非接触センサ装置の前記ＣＣＤカメラで測定対象の全景を撮影し、ステレオ画像法により測定対象全体の３次元点群データを作成し、前記測定対象全体の３次元点群データ上の測定したい領域を選定し、この領域中の特徴点を自動抽出して測定点を決定し、前記２台の非接触センサ装置の位置と前記測定点の３次元座標に基づいて、前記２台の非接触センサ装置を制御して前記測定点を同期視準し、前記２台の非接触センサ装置で前記測定点の振動を非接触測定し、測定されたデータの振動解析を行う。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示す測定対象物の非接触検知装置の概略説明図である。なお、本発明の測定対象物としては構造物や自然斜面などが挙げられる。

この図において、１は制御装置であり、この制御装置は、通信部２、制御演算部３、振動演算部４、ステレオ画像演算部５、同期駆動演算・制御部６、その他演算部７、操作・表示部８、表示部８Ａ、操作入力部８Ｂ、記憶部９を備えている。

また、第１の非接触センサ装置１１は、第１のレーザードップラー振動計（以下、第１のＬＤＶという）１２、第１のＣＣＤカメラ１３、第１の水平手動調整器１４、第１の水平駆動部１５、第１の水平エンコーダ１６、第１の鉛直手動調整器１７、第１の鉛直駆動部１８、第１の鉛直エンコーダ１９を備えている。

さらに、第２の非接触センサ装置２１は、第２のレーザードップラー振動計（以下、第２のＬＤＶという）２２、第２のＣＣＤカメラ２３、第２の水平手動調整器２４、第２の水平駆動部２５、第２の水平エンコーダ２６、第２の鉛直手動調整器２７、第２の鉛直駆動部２８、第２の鉛直エンコーダ２９を備えている。

このように、第１の非接触センサ装置１１及び第２の非接触センサ装置２１は、主に水平駆動部１５，２５、鉛直駆動部１８，２８で支持されたＬＤＶ（レーザードップラー振動計）１２，２２とＣＣＤカメラ１３，２３で構成される非接触センサ装置である。

制御装置１は操作・表示部８からの入力情報と制御演算部３の演算結果に基づいて２台の非接触センサ装置１１，２１を制御することができる。

図２は本発明の実施例を示す測定対象物の非接触検知装置の構成センサ類と電気信号の流れを示した図である。

この図において、測定対象物の非接触検知装置３１は、制御部３２、ＣＣＤカメラ３３とＬＤＶレンズ３４と距離計３５と、ＬＤＶ受光部３６と、ＧＰＳ３７と、振動計３８とフィルタ３９と電源と制御信号を受ける受信部４０を備えている。

ここでは、本発明の測定対象物の非接触検知装置の構成センサ装置と電気信号の流れを示している。ＣＣＤカメラ３３とＬＤＶが主たるセンサ部であり、それらのオートフォーカス制御と測定対象との距離計測を目的とした距離計３５、自己振動を補正するための振動計３８、センサの位置情報を出力するＧＰＳ３７で構成されている。

図３は本発明の実施例を示す測定対象物の非接触検知装置の非接触センサ装置内の光学ブロックを示した図である。

この図において、４１はＣＣＤカメラ、４２はＬＤＶレンズ、４３は距離計、４４はレーザー管、４４ａ，４４ｂ，４４ｅ，４４ｇはミラー、４４ｃ，４４ｄ，４４ｆはビームスプリッター、４５はＬＤＶ受光部である。

図４は本発明の実施例を示す測定対象物の非接触検知装置の非接触センサ装置の駆動部の説明図であり、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は上面図、図４（ｃ）は側面図である。

これらの図において、５１はセンサ部、５２は鉛直駆動部（鉛直回転用モーター）（図１の１８，２８に対応）、５３は手動調整器Ｖ（図１の１７、２７に対応）、５４は鉛直エンコーダ（図１の１９、２９に対応）、５５は手動調整器Ｈ（図１の１４、２４に対応）、５６は水平駆動部（水平回転用モーター）（図１の１５、２５に対応）、５７は水平エンコーダ（図１の１６、２６に対応）である。

制御装置からの送信情報とエンコーダの回転角計測により、センサ部を任意方向に視準させられる。視準位置に狂いが生じた際には、手動調整器（微調整つまみ）により狂いを補正することができる。

図５は本発明の実施例を示す測定対象物の非接触検知装置の演算処理・制御の流れを示した図である。
（１）まず、左の非接触センサ装置６１と右の非接触センサ装置６２により、測定範囲全体のＣＣＤ撮影を行う。
（２）制御装置により、ステレオ画像による測定対象の全体形状の推定を行う。
（３）制御装置により、探索範囲（面または線）の設定を行う。
（４）制御装置により、全体形状による測定点の概略抽出を行う。
（５）左の非接触センサ装置６１と右の非接触センサ装置６２により、同一点の視準を行う。
（６）左の非接触センサ装置６１と右の非接触センサ装置６２により、測定点周辺のＣＣＤ撮影を行い、ステレオ画像による形状推定を行う。
（７）左の非接触センサ装置６１と右の非接触センサ装置６２により、特徴点（凸部等）の検出・視準を行う。
（８）左の非接触センサ装置６１と右の非接触センサ装置６２により、非接触振動測定（自己振動・角度補正）を行う。
（９）制御装置により、振動解析（卓越振動数・最大振幅・減衰定数）を行う。
（１０）制御装置により、測定点位置情報とデータのリンク・記録を行う。

このように、本発明では、ＬＤＶとＣＣＤカメラを備える２台の非接触センサ装置と制御装置からなる測定対象物の非接触検知装置を使用する。

２台の非接触センサ装置で測定対象の全景を撮影し〔上記（１）〕、ステレオ画像法により測定対象全体の３次元点群データを作成〔上記（２）〕、２台の非接触センサ装置の位置と点群データは同一座標系で把握するようにする。このとき、ステレオ画像法に必要なカメラの角度情報は非接触センサ装置の駆動部に設けたエンコーダから取得し、カメラ（センサ部）の位置情報は非接触センサ装置に内蔵したＧＰＳで取得するようにする。

次に、測定対象全体の３次元点群データ上の測定したい領域を選定〔上記（３）〕、領域中の特徴点を自動抽出して測定位置を決定する〔上記（４）〕。

次に、制御装置が、非接触センサ装置の位置と測定点の３次元点群座標に基づいて２台の非接触センサ装置を制御し、測定点を同期視準〔上記（５）〕する。このとき、必要であれば、測定点周辺をクローズアップして同期撮影して、そのクローズアップ画像からステレオ画像法によりさらに測定点周辺の３次元点群データを作成し〔上記（６）〕、測定位置を詳細に決定する〔上記（７）〕。

次に、２台の非接触センサ装置で測定点の振動を非接触測定する〔上記（８）〕。なお、図２の説明でも触れた通り、２台の非接触センサ装置は自己振動補正機能を有する。２台の測定データを用いて、測定点の水平２方向の振動成分を分離する補正を実施し、各成分の振幅、卓越振動数、減衰定数などの指標を演算する〔上記（９）〕。このようにして得られた振動データ、各指標を測定点の位置データとリンクして記録する〔上記（１０）〕。

上記（４）で抽出した各測定点について、上記（５）から上記（１０）を繰り返し実施する。

以下、上記手順についてより詳細に説明する。

図６は本発明の実施例を示す２台の非接触センサ装置による測定対象物の測定状況の説明図である。

この図において、７１は制御装置、７２は第１の非接触センサ装置、７３は第２の非接触センサ装置、７４は測定対象である橋りょう、７５は支柱、７６は支柱７５を支えるケーブルである。

制御装置７１は、第１の非接触センサ装置７２および第２の非接触センサ装置７３を無線通信により同期制御することができる。

図７は本発明の実施例を示す２台の非接触センサ装置のＣＣＤ画像からの測定対象全体の３次元点群データの推定の説明図であり、図５の「ステレオ画像による測定対象の全体形状推定」に相当する。なお、図７（ａ）は左カメラ（非接触センサ装置１１のＣＣＤ１３）画像、図７（ｂ）は右カメラ（非接触センサ装置２１のＣＣＤ２３）画像、図７（ｃ）は測定対象全体の３次元点群データを示す画像である。

このように、２台の非接触センサ装置のＣＣＤ画像から後述するステレオ画像法により測定対象全体の３次元点群データを推定することができる。

ここで、点群計算に必要な左右カメラ１３，２３の角度情報は非接触センサ装置駆動部の各エンコーダ１６，２６，１９，２９から、左右カメラ１３，２３間の距離は各センサに内蔵したＧＰＳ３７から取得する。点群データは非接触センサ装置１１，２１の位置を基準としてセンサ装置と同一座標上に記録される。

ここで、ステレオ画像法による測定対象各部の位置座標の計算理論例について、上記非特許文献２を引用して説明する。

図８は参考として示した、ステレオ画像法による幾何学的パラメータを模式的に示す図である。

ステレオ画像法とは複数の異なる視点から計測対象物の画像を撮影し、それぞれの撮影画像上への計測対象物体の投影位置の違いから三次元情報を取得するものである。図８はステレオ画像法における幾何学的パラメータを模式的に表したものである。ここでは、両カメラ間の光軸回りのカメラ角は、左右で一致していると仮定し、また、焦点距離の等しい２台のカメラを配置した場合について、その基礎理論について説明する。

左カメラのＹ軸回りのカメラ角をθ₁、右カメラのカメラ角をθ₂と定義する。図中のＰ（Ｘ_P，Ｙ_P，Ｚ_P）は計測対象物上の点、Ａを左右カメラの光軸の交点位置、Ｌを左カメラ主点位置、Ｒを右カメラ主点位置と定義する。また、ＰＬとＸＺ平面のなす角をα_L、ＰＬとＸＹ平面のなす角をβ_Lとし、同様にＰＲとなす角をα_Rおよびβ_R、また、ＰとＬ，Ｒを結ぶ平面とＸＺ平面のなす角をα₀、左右カメラ間距離線分ＬＲをＢと定義する。これにより、三次元座標Ｐ（Ｘ_P，Ｙ_P，Ｚ_P）は式（２）で表すことができる。ただし、Ｐ点の右カメラにおける撮影画像上の座標を（Ｘ_R，Ｙ_R）、また、焦点距離をｆと定義すると、α_R，β_Rは式（３）〜（５）のように表され、α₀は式（６）のように表すことができる。

以上により、焦点距離ｆと左右カメラ間距離Ｂおよびカメラ角θ₁，θ₂が既知であり、両画像の対応点（Ｘ_R，Ｙ_R）および（Ｘ_L，Ｙ_L）が正確に探索できれば、α_R，β_R，α_L，β_Lが算出でき、これらの値を式（２）に代入することで、構造物の三次元形状を算出することが可能となる。

Ｘ_P＝Ｂｔａｎβ_R／（ｔａｎβ_L＋ｔａｎβ_R）
Ｚ_P＝Ｘ_Pｔａｎβ_L
Ｙ_P＝Ｘ_Pｔａｎα₀ …〔以上（２）〕
ｔａｎα_R＝ｙ_R／√（ｆ²＋ｘ_R ²） …（３）
ｔａｎβ_R＝（ｆｃｏｓθ₂＋ｘ_Rｓｉｎθ₂）／（ｆｓｉｎθ₂−ｘ_Rｃｏｓθ₂） …（４）
ｓｉｎβ_R＝（ｆｃｏｓθ₂−ｘ_Lｓｉｎθ₂）／√（ｆ²＋ｘ_R ²）
…（５）
ｔａｎα₀＝（１／２）〔（ｔａｎα_L／ｓｉｎβ_L）＋（ｔａｎα_R／ｓｉｎβ_R）〕 …（６）
なお、上記はステレオ画像法による位置座標計算の一例であり、上記に限らず一般的なステレオ画像法の手法を用いればよい。

図９は本発明の実施例を示す橋りょうケーブルを対象とした特徴点の抽出方法例を示す図であり、図９（ａ）は第１のセンサ装置のＣＣＤ画像、図９（ｂ）は第２のセンサ装置のＣＣＤ画像、図９（ｃ）は測定対象全体３次元点群を示す図、図９（ｄ）は探索平面による特徴点の抽出と抽出された特徴点の点群を示す図である。

制御装置の操作・表示部画面には、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すような各センサ装置からの撮影画像と上記ステレオ画像法により推定された測定対象全体の３次元点群が表示されている。

そこで、まず、操作・表示部画面上において測定点を抽出したい箇所を探索ライン８３で指定する（図５の「探索範囲（面または線）の設定」に相当）。

次に、制御演算部は、測定対象全体の３次元点群から探索ライン８３を通る水平面（探索平面８４）上に位置する点群８５（特徴点）を測定点として抽出する。

この事例では、探索平面８４上にはケーブル８６と支柱８７の部分のみに点群８５（特徴点）が存在するためケーブル８６と支柱８７を効率的に測定点として抽出することができる。

また、画面上の任意の点を測定点として指定することもできる。

図１０は本発明の実施例を示す制御装置の制御によるＣＣＤカメラとＬＤＶの自動視準、および測定点周辺のＣＣＤカメラ撮影の説明図であり、図１０（ａ）は第１の非接触センサ装置画像、第２の非接触センサ装置画像、測定対象全体の３次元点群における対象測定点および撮影範囲を示す図、図１０（ｂ）は制御装置の概略ブロック図、図１０（ｃ）は制御情報の無線送信による測定点の自動視準を示す図である。

ＣＣＤカメラの画素数に対して測定対象が大きい場合などに、抽出された特徴点が測定したい位置を適切に捉えられていない場合がある。そのような場合は、測定点９１近傍のみをズームアップして再撮影し〔図１０（ａ）の四角が撮影範囲を示す〕、測定点９１周辺の３次元点群を作成して、最も適切な位置を測定点９１として抽出する。

対象測定点９１および撮影範囲を制御装置９２の画面上で指定することにより、非接触センサ装置の駆動部が制御され、２台の非接触センサ装置９６、９７が測定点９１を自動視準し、適切なズーム倍率で測定点９１周辺を撮影する（図５の「同一点の視準」に相当）。

図１１は本発明の実施例を示す対象測定点周辺のクローズアップ撮影による測定点の決定方法の説明図であり、図１１（ａ）は測定対象全体の３次元点群から抽出された点群を示す図、図１１（ｂ）は測定点周辺の撮影による３次元点群（ｘ−ｙ平面）を示す図、図１１（ｃ）は測定点周辺の撮影による３次元点群（ｘ−ｚ平面）を示す図である。

これらの図において、１０１は測定対象全体の３次元点群から抽出された点群、１０２は測定点、１０３はクローズアップ撮影範囲、１０４は個々の座標点、１０５は点群座標の平均位置から決定した測定点である。

測定点１０２周辺をクローズアップ撮影し、再度ステレオ画像法による形状推定を行うことによって、測定点１０２周辺形状をより多数の点群（座標点１０４）で再現することができる（図５の「測定点周辺のＣＣＤ撮影」と「ステレオ画像法による形状推定」に対応）。その点群の平均位置を測定点１０５にすることによって測定位置の中心を捉えることができる。

また、３次元点群上の任意点を画面上で測定点として指定することもできるものとする。

図１２は本発明の実施例を示す２台のセンサ装置の計測結果からの測定点速度およびその直交成分の概算方法の説明図である。

この図において、１１１は測定対象である橋梁（ここでは、上から見た図）、１１２は第１の非接触センサ装置、１１３は第２の非接触センサ装置である。なお、橋梁１１１上の色つき四角は支柱、白丸はケーブルおよび支柱上に抽出された測定点、黒丸は２台の非接触センサ装置１１２、１１３が視準、同時測定している測定点をそれぞれ表しており、図１２は第１の非接触センサ装置１１２に最も近い測定点を測定している状態を示す。

水平方向振動成分が卓越する測定対象については、以下のように水平振動のベクトル（卓越方向と振幅）、および、その直交する２方向成分（図１２では橋軸方向と橋軸直交方向）を概算する（ＬＤＶは測定対象がセンサ側に近づく場合を正の速度として検出する）（図５の「振動解析（卓越振動数・最大振幅・減衰定数）」に相当）。
Ｖ_X＝Ｖ₁ｃｏｓ（θ_S1）＋Ｖ₂ｃｏｓ（θ_S2）
＝（Ｖ_L1＋Ｖ_S1）ｃｏｓ（θ_S1）＋（Ｖ_L2＋Ｖ_S2）ｃｏｓ（θ_S2）
Ｖ_Z＝Ｖ₁ｓｉｎ（θ_S1）＋Ｖ₂ｓｉｎ（θ_S2）
＝（Ｖ_L1＋Ｖ_S1）ｃｏｓ（θ_S1）＋（Ｖ_L2＋Ｖ_S2）ｃｏｓ（θ_S2）
Ｖ＝√（Ｖ_X ²＋Ｖ_Z ²）Ｖの卓越方向＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ_Z／Ｖ_X）
なお、上記式において、
Ｖ：測定点の速度
Ｖ₁：Ｖの第１のセンサ測定方向成分
Ｖ₂：Ｖの第２のセンサ測定方向成分
Ｖ_X：測定点の速度のｘ成分
Ｖ_Z：測定点の速度のｚ成分
Ｖ_L1：第１のセンサの第１のＬＤＶの検出速度
Ｖ_S1：第１のセンサの振動計の検出速度
θ_S1：第１のセンサのエンコーダの検出水平角度
Ｖ_L2：第２のセンサの第２のＬＤＶの検出速度
Ｖ_S2：第２のセンサの振動計の検出速度
θ_S2：第２のセンサのエンコーダの検出水平角度
とする。

次に、データの記録方法について説明する。

上記した方法により決定された測定点は、測定対象の３次元点群、画像データとリンクして保存される（図５の「測定点位置情報とデータのリンク・記録」に相当）。これにより、測定点を３次元点群または画像データ上に表示して確認することができる。

上記してきた方法により測定された振動データ、および振動演算部により算出されたそのスペクトル、卓越周波数、最大振幅・平均振幅、減衰定数なども、測定点の座標情報、測定日時とリンクして自動記録される。

記録されたデータは、制御装置上で適宜閲覧することができる。測定対象の３次元点群、画像データ上に示された測定点をクリックすることによってその測定点のデータを呼び出すことができる。また、卓越周波数、振幅、減衰定数などの計算結果は測定点付近に数値等で表示することができる。

図１３は本発明の他の実施例としての、特徴点の抽出による測定点の検出を岩盤斜面に適用した状況の説明図である。

この図において、２０１は岩盤斜面の３次元点群、２０２は指定領域、２０３は測定点である。

上記してきた方法により３次元点群２０１の指定領域２０２内で、尖度と大きさが閾値を超える形状を有する部分を自動抽出するとともに、３次元点群２０１の目視により追加指定して、指定領域２０２内の突起部を測定点２０３として抽出した事例である。

このように、本発明の測定対象物の非接触検知方法は、構造物に対してだけでなく、自然斜面などに対しても有効である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の測定対象物の非接触検知方法及びその装置は、非接触振動計測における測定箇所の決定・視準の自動化を行い、測定角度の増大による誤差の自動補正と、測定位置と接触データの自動リンクによるデータ記録方法として利用可能である。

１，７１，９２制御装置
２，９３通信部
３，９４制御演算部
４振動演算部
５ステレオ画像演算部
６同期駆動演算・制御部
７その他の演算部
８操作・表示部
８Ａ表示部
８Ｂ操作入力部
９，９５記憶部
１１，７２，９６，１１２第１の非接触センサ装置
１２第１のＬＤＶ（第１のレーザードップラー振動計）
１３第１のＣＣＤカメラ
１４第１の水平手動調整器
１５第１の水平駆動部
１６第１の水平エンコーダ
１７第１の鉛直手動調整器
１８第１の鉛直駆動部
１９第１の鉛直エンコーダ
２１，７３，９７，１１３第２の非接触センサ装置
２２第２のＬＤＶ（第２のレーザードップラー振動計）
２３第２のＣＣＤカメラ
２４第２の水平手動調整器
２５第２の水平駆動部
２６第２の水平エンコーダ
２７第２の鉛直手動調整器
２８第２の鉛直駆動部
２９第２の鉛直エンコーダ
３１測定対象物の非接触検知装置
３２制御部
３３，４１ＣＣＤカメラ
３４，４２ＬＤＶレンズ
３５，４３距離計
３６，４５ＬＤＶ受光部
３７ＧＰＳ
３８振動計
３９フィルタ
４０受信部
４４レーザー管
４４ａ，４４ｂ，４４ｅ，４４ｇミラー
４４ｃ，４４ｄ，４４ｆビームスプリッター
５１センサ部
５２鉛直駆動部（鉛直回転用モーター）
５３手動調整器Ｖ
５４鉛直エンコーダ
５５手動調整器Ｈ
５６水平駆動部（水平回転用モーター）
５７水平エンコーダ
６１左の非接触センサ装置
６２右の非接触センサ装置
７４、１１１測定対象である橋りょう
７５，８７支柱
７６，８６ケーブル
８１第１の非接触センサ装置の画像
８２第２の非接触センサ装置の画像
８３探索ライン
８４探索平面
８５，１０１測定対象全体の３次元点群の探索平面上に位置する点群（抽出された点群）
９１，１０２測定点
１０３クローズアップ撮影範囲
１０４個々の座標点
１０５点群座標の平均位置から決定した測定点
２０１岩盤斜面の３次元点群
２０２指定領域
２０３測定点

Claims

（ａ）レーザードップラー振動計とＣＣＤカメラを備える２台の非接触センサ装置と、該２台の非接触センサ装置を制御する制御装置とを用いて、
（ｂ）前記２台の非接触センサ装置の前記ＣＣＤカメラで測定対象の全景を撮影し、
（ｃ）ステレオ画像法により測定対象全体の３次元点群データを作成し、
（ｄ）前記測定対象全体の３次元点群データ上の測定したい領域を選定し、該領域中の特徴点を自動抽出して測定点を決定し、
（ｅ）前記２台の非接触センサ装置の位置と前記測定点の３次元座標に基づいて、前記２台の非接触センサ装置を制御して前記測定点を同期視準し、
（ｆ）前記２台の非接触センサ装置で前記測定点の振動を非接触測定し、
（ｇ）測定されたデータの振動解析を行うことを特徴とする、測定対象物の非接触検知方法。
請求項１記載の測定対象物の非接触検知方法において、ステレオ画像法に必要なカメラの角度情報は前記非接触センサ装置の駆動部に設けたエンコーダから取得することを特徴とする測定対象物の非接触検知方法。
請求項１記載の測定対象物の非接触検知方法において、前記ＣＣＤカメラの位置情報は前記非接触センサ装置に内蔵したＧＰＳで取得することを特徴とする測定対象物の非接触検知方法。
請求項１記載の測定対象物の非接触検知方法において、抽出された前記特徴点が測定したい位置を適切に捉えられていない場合には、前記測定点周辺をズームアップして同期撮影し、ステレオ画像法により、前記測定点周辺の３次元点群データを作成し、測定位置を詳細に決定可能にすることを特徴とする測定対象物の非接触検知方法。
請求項１記載の測定対象物の非接触検知方法において、前記２台の非接触センサ装置は自己振動補正機能を有し、該２台の非接触センサ装置で測定点の振動を非接触測定することを特徴とする測定対象物の非接触検知方法。
請求項５記載の測定対象物の非接触検知方法において、前記２台の非接触センサ装置の測定データを用いて、測定点の水平２方向の振動成分を分離する補正を実施することを特徴とする測定対象物の非接触検知方法。
請求項５記載の測定対象物の非接触検知方法において、前記２台の非接触センサ装置の測定データを用いて測定点の振動成分の振幅、卓越振動数、減衰定数の指標を演算することを特徴とする測定対象物の非接触検知方法。
請求項７記載の測定対象物の非接触検知方法において、得られた振動データ、各指標を測定点の位置データとリンクして記録することを特徴とする測定対象物の非接触検知方法。
（ａ）レーザードップラー振動計とＣＣＤカメラからなる２台の非接触センサ装置と、
（ｂ）該２台の非接触センサ装置を制御する制御装置と、
（ｃ）前記２台の非接触センサ装置で測定対象の全景を撮影し、ステレオ画像法により、測定対象全体の３次元点群データを作成し、前記２台の非接触センサ装置の位置と点群データを同一座標系で把握する手段とを具備することを特徴とする測定対象物の非接触検知装置。