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JP6501673B2 - Method of judging deterioration of structure - Google Patents
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Description

本発明は、例えば、橋梁やトンネルの内壁などの構造物が劣化しているか否かを判定する方法に関するものである。   The present invention relates to, for example, a method of determining whether a structure such as an inner wall of a bridge or a tunnel is deteriorated.

従来、橋梁やトンネルの内壁などのコンクリート構造物にひび割れや空隙などの非健全部があるか否かを検査する方法として、構造物表面をハンマーなどで打撃して加振したときに発生する音を作業者が聞いて、非健全部があるか否かを判断していた。しかし、このような方法では、作業効率が低いだけでなく、作業者により判断が異なる場合があるといった問題点があった。
そこで、ハンマーとマイクロフォンとを一体に構成し、加振したときに発生する音をマイクロフォンで採取し、採取された音の周波数スペクトルと予め記憶しておいた健全部の周波数スペクトルである基準周波数スペクトルを比較することで、コンクリート構造物の剥離の有無を判定する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, the sound generated when the surface of a structure is struck with a hammer or the like is used as a method of inspecting whether a concrete structure such as an inner wall of a bridge or tunnel has a non-sounding portion such as a crack or a void. The workers heard that it was judged whether there was a non-health department. However, such a method not only has low working efficiency, but also has the problem that the judgment may differ depending on the worker.
Therefore, a hammer and a microphone are integrally formed, and the sound generated when the vibration is generated is collected by the microphone, and the frequency spectrum of the collected sound and the reference frequency spectrum which is the frequency spectrum of the sound part stored in advance. The method of determining the presence or absence of peeling of a concrete structure is proposed by comparing (refer patent document 1).

特開2001−249117号公報JP 2001-249117 A

しかしながら、前記従来の方法では、特定周波数帯域の音圧レベルから構造物の劣化状態を判定していることから、加振方法やマイクロフォンの位置、周囲の状況による影響が大きく、そのため、構造物の劣化判定方法としては十分とはいえなかった。   However, in the above-described conventional method, since the deterioration state of the structure is determined from the sound pressure level in the specific frequency band, the vibration method, the position of the microphone, and the surrounding conditions are large. It can not be said that it is sufficient as a deterioration determination method.

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、構造物が劣化しているか否かを確実に判定する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for reliably determining whether or not a structure is deteriorated.

本発明は、構造物の表面を打撃したときに構造物が発生する発生音の音圧信号から、前記構造物が劣化しているか否かを判定する方法であって、前記構造物の基準健全領域を設定するステップと、前記基準健全領域内の複数の加振点の発生音の音圧信号を採取するステップと、前記発生音の音圧信号から、加振点毎に判定項目のデータを算出して基準データ群を構築するステップと、前記判定項目のデータから前記判定項目のデータ間の相関関数を算出するステップと、前記構造物の劣化判定箇所である計測点における発生音の音圧信号を採取するステップと、前記計測点における発生音の音圧信号から、前記判定項目のデータである計測データを算出するステップと、前記計測データと前記相関関数とを用いて、前記計測データと前記基準データ群との間のマハラノビスの距離を算出するステップと、前記算出されたマハラノビスの距離を用いて前記計測点の劣化判定を行うステップと、を備え、前記基準健全領域が、前記構造物の表面を加振したときの発生音の高低、もしくは、音色が変化しない連続した領域であり、前記判定項目が、前記発生音の音圧レベル、1/3オクターブバンドの各レベル、時系列波形の変化量と存在量、周波数特性の変化量と存在量のいずれか、または、複数であることを特徴とする。
このように、計測する構造物を加振したときに音が変わらない領域を基準健全領域とし、この基準健全領域のデータを基準データ群とするとともに、計測データと基準データ群との間のマハラノビスの距離により構造物が劣化しているか否かを判定するようにしたので、構造物の劣化判定を容易にかつ確実に行うことができる。
また、基準データ群を劣化判定する構造物のデータとしたので、現場にて基準データ群を得ることができるとともに、現場の構造物の形状や配筋の情報を含んだ基準データ群を得ることができるので、劣化判定を正確に行うことができる。
The present invention is a method of determining whether the structure is deteriorated or not from the sound pressure signal of the sound generated by the structure when striking the surface of the structure, and the reference soundness of the structure is determined. From the step of setting the region, the step of collecting the sound pressure signal of the generated sound of the plurality of excitation points in the reference sound region, and the sound pressure signal of the generated sound, the data of the judgment item for each excitation point The step of calculating and constructing a reference data group, the step of calculating the correlation function between the data of the judgment items from the data of the judgment items, and the sound pressure of the generated sound at the measurement point which is the deterioration judgment portion of the structure The step of collecting a signal, the step of calculating measurement data which is data of the determination item from the sound pressure signal of the generated sound at the measurement point, the measurement data and the correlation function using the measurement data Said criteria Calculating the Mahalanobis distance from the data group, and performing deterioration determination of the measurement point using the calculated Mahalanobis distance, wherein the reference sound area is the structure of the structure The height of the generated sound when the surface is vibrated, or a continuous area where the timbre does not change, and the determination items include the sound pressure level of the generated sound, each level of 1/3 octave band, and time series waveform It is characterized in that it is one or more of the variation and the abundance, and the variation and the abundance of the frequency characteristic.
As described above, an area where the sound does not change when the structure to be measured is excited is regarded as a reference sound area, data of the reference sound area is used as a reference data group, and Mahalanobis between the measurement data and the reference data group It is determined whether or not the structure is deteriorated based on the distance d. Therefore, the deterioration of the structure can be determined easily and reliably.
In addition, since the reference data group is data of the structure to be judged to be deteriorated, it is possible to obtain the reference data group at the site, and to obtain the reference data group including the information on the shape and reinforcement of the site structure. Therefore, the deterioration determination can be performed accurately.

また、前記劣化判定を行うステップで、予め求めておいた劣化していない試験体の複数個所を加振したときの発生音のデータを用いて算出したマハラノビスの距離に基づいて設定した閾値を用いて前記計測点の劣化判定を行うようにしたので、劣化判定の精度をより高めることができる。
また、前記劣化判定を行うステップで、予め求めておいた内部に空洞のある試験体を加振したときの発生音のデータを用いて算出したマハラノビスの距離に基づいて設定した閾値と、ひび割れによる浮きが存在する試験体を加振したときの発生音のデータを用いて算出したマハラノビスの距離に基づいて設定した閾値とのいずれか一方、または、両方を用いて前記計測点の劣化判定を行うようにしたので、計測点の劣化状態についても判定できる。
Further, in the step of performing the deterioration determination, using a threshold set based on the Mahalanobis distance calculated using data of the generated sound when a plurality of locations of the non-degraded test object are excited and determined in advance. Since the deterioration determination of the measurement point is performed, the accuracy of the deterioration determination can be further enhanced.
Further, in the step of performing the deterioration determination, a threshold set based on the distance of Mahalanobis calculated using data of sound generated when a test body having a cavity inside is excited and determined in advance and determined by cracking The determination of deterioration of the measurement point is performed using one or both of the threshold value set based on the Mahalanobis distance calculated using the data of the sound generated when the test body in which the floating exists is excited. Since this is done, it is also possible to judge the deterioration state of the measurement point.

また、本発明は、前記計測点における発生音の音圧信号を採取するステップでは、複数のマイクロフォンにより、前記発生音の音圧信号を採取するとともに、前記各マイクロフォンに入力する前記音圧信号の到達時間差から前記発生音の方向である音源方向を推定するステップと、撮影手段により、前記計測点方向、もしくは、前記推定された音源方向の映像を撮影するステップと、前記計測点の劣化判定結果と前記推定された音源方向のデータと前記撮影された映像のデータである画像データとを合成して、前記推定された音源方向と前記計測点の劣化判定の結果とを示す図形が描画された画像である劣化位置画像を作成するステップとを更に備えることを特徴とする。
これにより、判定するたびに加振点に印をつけることなく、非健全部の位置を容易に特定することができる。また、複数の劣化位置画像を重ね合わせることで、非健全部の分布状態についても容易に求めることができる。
Further, according to the present invention, in the step of collecting the sound pressure signal of the generated sound at the measurement point, the sound pressure signal of the generated sound is collected by a plurality of microphones and the sound pressure signal input to each of the microphones. Estimating the sound source direction which is the direction of the generated sound from the arrival time difference, photographing the direction of the measurement point or the estimated sound source direction by the photographing means, and determining the deterioration of the measurement point And the data of the estimated sound source direction and the image data which is the data of the photographed image are synthesized to draw a figure indicating the estimated sound source direction and the result of the deterioration determination of the measurement point And D. creating a degraded position image that is an image.
Thus, the position of the non-sounding part can be easily identified without marking the excitation point each time it is determined. In addition, by superimposing a plurality of deterioration position images, the distribution state of the non-sound portion can be easily obtained.

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。   The summary of the invention does not enumerate all necessary features of the present invention, and a subcombination of these feature groups can also be an invention.

本実施の形態に係るコンクリート構造物の劣化判定システムの構成を示す図である。It is a figure showing composition of a degradation judging system of a concrete structure concerning this embodiment. 本実施の形態に係る劣化判定方法診断画像の作成方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the creation method of the degradation determination method diagnostic image which concerns on this Embodiment. 加振手段である検知棒の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the detection rod which is an excitation means. 1/3オクターブバンドの各レベルの算出方法を示す図である。It is a figure which shows the calculation method of each level of a 1/3 octave band. 基準データ群と正規化された基準データ群を示す図である。It is a figure which shows a reference data group and the normalized reference data group. 空隙部を有する試験体のマハラノビスの距離の分布例を示す図である。It is a figure which shows the example of distribution of the distance of Mahalanobis of the test object which has a space | gap part. 周波数スペクトルにおける存在量と変化量の抽出方法を示す図である。It is a figure which shows the extraction method of the abundance and the variation in a frequency spectrum. 劣化位置画像の作成機能を備えた劣化判定システムの構成を示す図である。It is a figure showing composition of a degradation judging system provided with the creation function of a degradation position picture. 音・映像採取ユニットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a sound / imaging | video extraction unit. マイクロフォンの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of a microphone. 劣化位置分布画像の作成方法を示す図である。It is a figure which shows the production method of a degradation position distribution image. 劣化位置分布画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a degradation position distribution image.

図1は、本実施の形態に係るコンクリート構造物の劣化判定システム(以下、劣化判定システムという)1の構成を示す図で、劣化判定システム1は、加振手段としてのハンマー2と、音採取手段としてのマイクロフォン3と、劣化判定装置4と、表示装置5とを備える。
同図に示すように、本例では、作業者W(腕のみを記載)が、劣化診断の対象物であるコンクリート構造物としての建造物の壁部(以下、壁部6という)の表面を、ハンマー2で打撃して加振した際に発生する音(以下、発生音という)をマイクロフォン3で採取することで、壁部6の発生音の音圧信号を検出する。
劣化判定装置4は、音データ取込手段41と、記憶手段42と、統計データ作成手段43と、相関行列生成手段44と、劣化判定手段45とを備える。
劣化判定装置4の記憶手段42〜劣化判定手段45までの各手段は、例えば、パーソナルコンピュータのソフトウェアとメモリーとにより構成される。
音データ取込手段41は、増幅器41aとA/D変換器41bとを備える。
増幅器41aは、マイクロフォン3で測定された音圧信号から高周波ノイズ成分を除去するとともに、音圧信号を増幅する。A/D変換器41bは、増幅された音圧信号をA/D変換し、A/D変換された音圧信号である音圧波形データを記憶手段42に送る。
記憶手段42は、基準発生音記憶部42aと計測発生音記憶部42bとを備える。
基準発生音記憶部42aは、後述する基準健全領域における加振点の音圧波形データを記憶し、計測発生音記憶部42bは、劣化判定する加振点の音圧波形データ(以下、計測音データという)を記憶する。
なお、基準健全領域内の点を劣化判定する場合には、再度加振した基準健全領域内の加振点の音圧波形データは、計測音データとして計測発生音記憶部42bに記憶される。
FIG. 1 is a view showing the configuration of a deterioration determination system for a concrete structure (hereinafter referred to as a deterioration determination system) 1 according to the present embodiment, wherein the deterioration determination system 1 comprises a hammer 2 as vibration means and sound collection A microphone 3 as a means, a deterioration determination device 4 and a display device 5 are provided.
As shown in the figure, in this example, the worker W (only the arm is described) is the surface of the wall of a building (hereinafter referred to as the wall 6) as a concrete structure which is a target of degradation diagnosis. The sound pressure signal of the sound generated by the wall portion 6 is detected by collecting with the microphone 3 a sound generated when the hammer 2 strikes and vibrates (hereinafter referred to as a generated sound).
The deterioration determination device 4 includes a sound data capture unit 41, a storage unit 42, a statistical data generation unit 43, a correlation matrix generation unit 44, and a deterioration determination unit 45.
Each unit from the storage unit 42 to the deterioration determination unit 45 of the deterioration determination device 4 includes, for example, software of a personal computer and a memory.
The sound data acquisition means 41 includes an amplifier 41a and an A / D converter 41b.
The amplifier 41 a removes high frequency noise components from the sound pressure signal measured by the microphone 3 and amplifies the sound pressure signal. The A / D converter 41 b A / D converts the amplified sound pressure signal, and sends sound pressure waveform data, which is the A / D converted sound pressure signal, to the storage unit 42.
The storage unit 42 includes a reference generated sound storage unit 42 a and a measurement generated sound storage unit 42 b.
The reference generation sound storage unit 42a stores sound pressure waveform data of an excitation point in a reference sound area to be described later, and the measurement generation sound storage unit 42b outputs sound pressure waveform data of an excitation point for determining deterioration (hereinafter referred to as measurement sound Store data).
When it is determined that the point in the reference sound area is deteriorated, the sound pressure waveform data of the excitation point in the reference sound area that has been excited again is stored in the measurement generated sound storage unit 42b as measurement sound data.

統計データ作成手段43は、音圧波形抽出部43aと、周波数スペクトル算出部43bと、1/3オクターブバンド値算出部43cとを備える。
音圧波形抽出部43aは、相関行列を生成する際には、基準発生音記憶部42aに記憶された加振点毎の音圧波形データを抽出し、計測点の劣化判定を行うときには、計測発生音記憶部42bに記憶された加振点の音圧波形データを抽出する。
周波数スペクトル算出部43bは、抽出した音圧波形データをFFT処理して、周波数スペクトルを算出する。
1/3オクターブバンド値算出部43cは、周波数スペクトル毎に矩形フィルタを用いて1/3オクターブバンドの各レベルを加振点P毎に求める。
基準健全領域内の加振点をPi(i=1〜n)とし、1/3オクターブバンドの中心周波数をf(j=1〜k)とすると、基準健全領域内の加振点Piにおける1/3オクターブバンドの各レベルが基準データ群を構築するデータ(基準データyij)で、劣化判定箇所における加振点Prにおける1/3オクターブバンドの各レベルが計測データyrjである。
以下、劣化判定箇所における加振点Prを計測点Prという。
相関行列生成手段44は、基準データ群のデータである基準データyijを用いて、1/3オクターブバンドの各レベル間の相関行列Rを生成する。
劣化判定手段45は、マハラノビスの距離算出部45aと、判定部45bとを備える。
マハラノビスの距離算出部45aは、計測点Prのデータである1/3オクターブバンドの各レベルyrjと、相関行列Rとを用いて、計測点Prにおける発生音のデータと基準データ群とのマハラノビスの距離D2を求める。
相関行列の生成方法及びマハラノビスの距離D2の算出方法については後述する。
判定部45bは、マハラノビスの距離D2と予め設定された閾値とを比較することで、計測点Prが健全部であるか否かを判定する。
表示装置5は、劣化判定手段45の判定結果を、ディスプレイなどの表示画面5a上に表示する。
The statistical data creation unit 43 includes a sound pressure waveform extraction unit 43a, a frequency spectrum calculation unit 43b, and a 1/3 octave band value calculation unit 43c.
When generating the correlation matrix, the sound pressure waveform extraction unit 43a extracts the sound pressure waveform data for each excitation point stored in the reference generated sound storage unit 42a, and performs measurement when determining deterioration of the measurement point. The sound pressure waveform data of the excitation point stored in the generated sound storage unit 42b is extracted.
The frequency spectrum calculation unit 43 b performs FFT processing on the extracted sound pressure waveform data to calculate a frequency spectrum.
The 1/3 octave band value calculation unit 43c obtains each level of the 1/3 octave band for each excitation point P using a rectangular filter for each frequency spectrum.
Assuming that the excitation point in the reference sound area is P i (i = 1 to n) and the center frequency of the 1/3 octave band is f j (j = 1 to k), the excitation point P in the reference sound area is Each level of the 1/3 octave band in i is the data (reference data y ij ) constructing the reference data group, and each level of the 1/3 octave band in the excitation point P r in the degradation judgment portion is the measurement data y rj is there.
Hereinafter, the vibration point P r in the deterioration determination portion that measurement point P r.
The correlation matrix generation means 44 generates a correlation matrix R between each level of the 1/3 octave band using reference data y ij which is data of a reference data group.
The deterioration determination unit 45 includes a Mahalanobis distance calculation unit 45a and a determination unit 45b.
Mahalanobis distance calculating unit 45a includes a respective level y rj 1/3 octave band is the data of the measuring points P r, by using the correlation matrix R, the data and the reference data group generated sound at the measurement point P r Find the distance D 2 of Mahalanobis.
Method will be described later calculates the production methods and the Mahalanobis distance D 2 of the correlation matrix.
The determination unit 45 b determines whether the measurement point P r is a healthy part by comparing the Mahalanobis distance D 2 with a preset threshold.
The display device 5 displays the determination result of the deterioration determination means 45 on a display screen 5 a such as a display.

次に、劣化判定方法について、図2のフローチャートを参照して説明する。
まず、基準健全領域を設定する(ステップS11)。
基準健全領域は、劣化判定する壁部6の表面を打撃して加振した際に発生する発生音の高低(もしくは、音色)が変化しない連続した領域を指す。以下、基準健全領域における加振点の打音データを健全部データという。
健全部と非健全部とでは、打音の周波数特性が異なるので、予め設定された1つもしくは複数の特定周波数領域の音圧レベルを調べることで、加振点が健全部か否かを判定できる。
また、健全部における打音と非健全部における打音とでは、発生音の高低(もしくは、音色)が明らかに異なるので、加振点が健全部か否かの判定を作業者Wが行っても良い。
なお、壁部6の打撃にはハンマー2を用いてもよいが、図3(a)に示すような、外周に点検対象物の表面(壁面6)に衝突する複数の突起部7qが形成された回転ヘッド7aと、回転ヘッド7aを回転自在に支持するヘッド支持棒7bとを備えた検知棒7を、回転ヘッド7aを点検面に沿って転がすことにより、表面に衝撃を連続して与えて、音を発生させるようにすれば、健全部のデータを効率よく採取することができる。
Next, the deterioration determination method will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, a reference sound area is set (step S11).
The reference sound area refers to a continuous area in which the height (or timbre) of the generated sound does not change when striking and vibrating the surface of the wall 6 to be judged to be deteriorated. Hereinafter, tapping sound data of the excitation point in the reference sound area is referred to as sound part data.
Since the sound characteristics of the hitting sound are different between the sound part and the non sound part, it is determined whether the vibration point is the sound part by examining the sound pressure level of one or more specific frequency regions set in advance. it can.
In addition, since the height (or timbre) of the generated sound is obviously different between the hitting sound in the sound part and the hitting sound in the non sound part, the worker W determines whether the vibration point is a sound part or not. Also good.
Although a hammer 2 may be used to hit the wall 6, as shown in FIG. 3 (a), a plurality of protrusions 7q are formed on the outer periphery that collide with the surface (wall 6) of the inspection object. An impact is continuously given to the surface by rolling the rotary head 7a along the inspection surface with the detection rod 7 provided with the rotary head 7a and the head support bar 7b rotatably supporting the rotary head 7a. If sound is generated, data of the sound part can be collected efficiently.

基準健全領域の設定が終了した後には、暗騒音データと健全部データとを取得(ステップS12)し、取得された健全部データ(複数の加振点の音圧波形データ)が、使用可能なデータか否かを判定する(ステップS13)。
ステップS13において、(健全部のデータの音圧レベル)<(暗騒音データの音圧レベル)+10dBであると判定された場合には、「S/N比が不十分である」との警告を発する(ステップS14)。暗騒音としては、例えば、計測箇所の近くを通過する大型トラックの騒音などがあるが、このような場合には、ある程度の時間を置いてから、ステップS12に戻って、暗騒音データと健全部データとを取直せばよい。
ステップS13において、(健全部のデータの音圧レベル)≧(暗騒音データの音圧レベル)+10dBであると判定された場合には、ステップS15に進んで、相関行列を算出するための基準データ群を構築する。
After the setting of the reference sound area is completed, the background noise data and the sound area data are acquired (step S12), and the acquired sound area data (sound pressure waveform data of a plurality of excitation points) can be used. It is determined whether it is data (step S13).
If it is determined in step S13 that (sound pressure level of data of sound part) <(sound pressure level of dark noise data) +10 dB, a warning “S / N ratio is insufficient” is given. It emits (step S14). The background noise includes, for example, the noise of a large truck passing near the measurement point, etc. In such a case, after leaving a certain amount of time, the process returns to step S12, and the background noise data and the sound part You can recover the data.
If it is determined in step S13 that (sound pressure level of data of sound part)) (sound pressure level of dark noise data) +10 dB, the process proceeds to step S15, and reference data for calculating a correlation matrix Build a group.

基準データ群は、上記したように、加振点Pi(i=1〜n)毎に求められる音圧波形データの変量であるk個の判定項目の値yij(j=1〜k)から構成される。
判定項目としては、音圧レベル、1/3オクターブバンドの各レベル、時間軸波形の変化量と存在量、周波数特性の変化量と存在量、加振点の位置と音源方向との差などが挙げられる。
本例では、1/3オクターブバンドの各レベルを判定項目とするとともに、取得された健全部データの1/3オクターブバンドの各レベルを求めることで、相関行列を算出するための基準データ群を構築する。
具体的には、図4(a)に示すように、健全部データである基準健全領域における打音の時系列波形を、125msec(サンプリング周波数16384Hz、データ長2048個)間隔で切り出し、それぞれの時系列波形をフーリエ変換して、図4(b)に示すような、周波数スペクトルを求めた後、周波数スペクトル毎に矩形フィルタを用いて1/3オクターブバンドの各レベルを求める。
本例では、道路交通量の影響などを考慮し、フーリエ変換において対象とする周波数範囲を890Hz〜7070Hzとしたので、図4(c)に示すように、音圧レベルを求める1/3オクターブバンドの中心周波数fj(j=1〜k)は、1000Hz,1250Hz,1600Hz,2000Hz,2500Hz,3150Hz,4000Hz,5000Hz,6300Hzとなる。すなわち、基準データ群を構成する変量の数である判定項目の数(以下、項目数kという)は、k=9である。
また、本例では、基準データ群を構築するためのデータ数である健全部のデータ数nをn=20とした。多変量解析ではデータ数は多い方が望ましいが、健全部では変数間の相関が高いので、データ数としてはn>kであればよい。
このように、打音の取得位置であるデータ番号をi(i=1〜n)、判定項目である中心周波数fjをj(j=1〜k)とすると、基準データ群は、n×k個の基準データyijから構築される。
As described above, the reference data group is the value y ij (j = 1 to k) of k determination items which are variables of the sound pressure waveform data obtained for each of the excitation points P i (i = 1 to n). It consists of
Judgment items include sound pressure level, each level of 1/3 octave band, amount of change of time axis waveform and amount of change, amount of change of frequency characteristic and amount of exist, difference between position of excitation point and direction of sound source It can be mentioned.
In this example, each level of the 1/3 octave band is used as a determination item, and a reference data group for calculating a correlation matrix is obtained by obtaining each level of the 1/3 octave band of the acquired healthy part data. To construct.
Specifically, as shown in FIG. 4A, the time-series waveform of the tapping sound in the reference sound area, which is sound area data, is cut out at 125 msec (sampling frequency 16384 Hz, data length 2048) intervals, and each time After the series waveform is Fourier-transformed to obtain a frequency spectrum as shown in FIG. 4B, each level of 1/3 octave band is determined using a rectangular filter for each frequency spectrum.
In this example, the frequency range to be targeted in Fourier transform is set to 890 Hz to 7070 Hz in consideration of the influence of the road traffic, etc. Therefore, as shown in FIG. The central frequency f j (j = 1 to k) of the above becomes 1000 Hz, 1250 Hz, 1600 Hz, 2000 Hz, 2500 Hz, 3150 Hz, 4000 Hz, 5000 Hz, 6300 Hz. That is, the number of determination items (hereinafter referred to as the item number k), which is the number of variables constituting the reference data group, is k = 9.
Further, in this example, the number n of data in the sound part, which is the number of data for constructing the reference data group, is n = 20. In multivariate analysis, it is desirable for the number of data to be large, but since the correlation between variables is high in the sound part, the number of data may be n> k.
As described above, assuming that the data number which is the acquisition position of the tapping sound is i (i = 1 to n) and the center frequency f j which is the determination item is j (j = 1 to k), the reference data group is n × It is constructed from k reference data y ij .

次に、基準データyijを正規化して相関行列を算出する(ステップS16)。
詳細には、図5に示すように、基準データyijの判定項目毎の平均mjと標準偏差σjとを求めた後、平均mjと標準偏差σjとを用いて基準データyijを正規化する。正規化されたデータをYijとすると、Yij=(yij−mj)/σjである。正規化されたデータYijの平均は0で、標準偏差は1である。
次に、この正規化されたデータYijから、以下の[数1]に示す式を用いてYipとYiqとの相関係数rpqを算出することで、以下の[数2]に示すような、対角要素が1、p行q列の要素がrpqである、k×kの相関行列Rを算出する。

Figure 0006501673
Figure 0006501673
Next, the reference data y ij is normalized to calculate a correlation matrix (step S16).
Specifically, as shown in FIG. 5, after obtaining the average m j and the standard deviation sigma j for each determination item reference data y ij, reference data y ij by using the mean m j and the standard deviation sigma j Normalize Assuming that the normalized data is Y ij , Y ij = (y ij −m j ) / σ j . The mean of the normalized data Y ij is zero and the standard deviation is one.
Next, the correlation coefficient r pq between Y ip and Y iq is calculated from the normalized data Y ij using the following equation 1 to obtain the following equation 2. As shown, a k × k correlation matrix R with 1 diagonal element and r pq elements in p rows and q columns is calculated.
Figure 0006501673
Figure 0006501673

相関行列の算出が終了した後には、劣化判定箇所における加振点である計測点Prにおける発生音を取得するとともに、計測時の暗騒音データを取得する(ステップS17)。
なお、劣化判定箇所としては、壁部6の基準健全領域以外であってもよいし、基準健全領域内の箇所を含んでもよい。
次に、取得された計測データが使用可能なデータか否かを判定する(ステップS18)。ステップS18において、(計測データの音圧レベル)<(暗騒音データの音圧レベル)+10dBであると判定された場合には、「S/N比が不十分である」との警告を発する(ステップS19)とともに、ある程度の時間を置いてから、ステップS17に戻って、計測データと暗騒音データとを取直す。
ステップS18において、(計測のデータの音圧レベル)≧(暗騒音データの音圧レベル)+10dBであると判定された場合には、ステップS20に進んで、発生音の1/3オクターブバンドの各レベルである計測データyrj(j=1〜k)を算出する。
次に、算出された計測データyrj(j=1〜k)を正規化し、正規化された計測データである1/3オクターブバンドの各レベルYrj(j=1〜k)とステップS16で算出した相関行列Rの逆行列R-1とを用いて、計測点Prにおける計測データと基準データ群とのマハラノビスの距離D2を求める(ステップS21)。
マハラノビスの距離D2は、以下の[数3]に示す式を用いて求められる。

Figure 0006501673
ここで、kは項目数である。 After the calculation of the correlation matrix is completed, the generated sound at the measurement point P r which is the excitation point at the deterioration determination location is acquired, and the background noise data at the time of measurement is acquired (step S17).
In addition, as degradation determination location, it may be except the reference | standard sound area of the wall part 6, and the part in a reference | standard sound area may be included.
Next, it is determined whether the acquired measurement data is usable data (step S18). If it is determined in step S 18 that (sound pressure level of measurement data) <(sound pressure level of background noise data) +10 dB, a warning “S / N ratio is insufficient” is issued (step S18) At the same time as step S19), after a certain amount of time has passed, the process returns to step S17 and the measurement data and the background noise data are read again.
If it is determined in step S18 that (sound pressure level of measurement data) ≧ (sound pressure level of background noise data) +10 dB, the process proceeds to step S20, and each of 1/3 octave bands of generated sound is generated. Measured data y rj (j = 1 to k) which is a level is calculated.
Next, the calculated measurement data y rj (j = 1 to k) is normalized, and each level Y rj (j = 1 to k) of the 1/3 octave band which is the normalized measurement data and the step S16 Using the inverse matrix R −1 of the calculated correlation matrix R, the distance D 2 of Mahalanobis between the measurement data at the measurement point P r and the reference data group is determined (step S 21).
The Mahalanobis distance D 2 can be obtained using the equation shown in the following [Equation 3].
Figure 0006501673
Here, k is the number of items.

次に、ステップS21で求めたマハラノビスの距離D2と予め設定された閾値Kとを用いて、計測点Prの劣化判定を行う(ステップS22)。
2>Kである場合には計測点Prが非健全部であると判定し、D2≦Kである場合には計測点Prが健全部であると判定する。本例では、K=4とした。
判定後は、判定結果をディスプレイなどの表示画面5a上に表示する(ステップS23)。
ステップS24では、計測が終了したか否かを判定する。
計測が終了していない場合には、ステップS17に戻って、次の計測点Pr+1の発生音を計測し、計測が終了した場合には、本処理を終了する。
なお、計測点Prが非健全部であると判定された場合には、作業者Wが、スプレーなどで、計測点Prに印をつけるようにすればよい。これにより、非健全部の位置だけでなく、壁部6における非健全部の分布状態についても知ることができる。
Next, deterioration determination of the measurement point P r is performed using the Mahalanobis distance D 2 obtained in step S21 and the threshold value K set in advance (step S22).
When D 2 > K, it is determined that the measurement point P r is a non-healthy part, and when D 2 ≦ K, it is determined that the measurement point P r is a health part. In this example, K = 4.
After the determination, the determination result is displayed on the display screen 5a such as a display (step S23).
In step S24, it is determined whether the measurement has ended.
If the measurement is not completed, the process returns to step S17 to measure the sound generated at the next measurement point Pr + 1 , and when the measurement is completed, the present process is ended.
If it is determined that the measurement point P r is a non-healthy part, the worker W may mark the measurement point P r with a spray or the like. As a result, not only the position of the non-healthy part but also the distribution of the non-healthy part in the wall 6 can be known.

[実験例]
図6は、空隙部と浮き部とを有する直方体状のコンクリート試験体を加振したときに発生する発生音のマハラノビスの距離D2の分布例を示す図で、基準データ群としては、空隙部及び浮き部から所定距離離れた健全部を加振したときの発生音のデータを用いた。
同図において、横軸は加振位置、縦軸はマハラノビスの距離D2で、D2>100のものは、D2=100とした。
図6から明らかなように、空隙部及び浮き部では、マハラノビスの距離D2が非常に大きく、計測データが基準データ群から大きく離れていることがわかる。
これにより、マハラノビスの距離D2を用いてコンクリート構造物の劣化判定を行うことができることが確認された。
[Example of experiment]
FIG. 6 is a view showing a distribution example of the Mahalanobis distance D 2 of the generated sound generated when a rectangular solid concrete test body having a void and a float is vibrated, and the void is used as a reference data group And the data of the sound generated when a sound part which is separated from the floating part by a predetermined distance is excited are used.
In the figure, the horizontal axis is the excitation position, the vertical axis is the Mahalanobis distance D 2 , and for D 2 > 100, D 2 = 100.
As apparent from FIG. 6, in the gap portion and the floating portion, it can be seen that the Mahalanobis distance D 2 is very large, far away measurement data from the reference data set.
Thus, it was confirmed that it is possible to perform the deterioration determination of the concrete structure by using the Mahalanobis distance D 2.

以上、本発明を実施の形態及び実験例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment and an experiment example, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It is obvious to those skilled in the art that various changes or modifications can be added to the above embodiment. It is also apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such alterations or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

例えば、前記実施の形態では、建造物の壁部6の劣化状態を判定したが、本発明は橋梁やトンネルの内壁、更には建造物の躯体などの他のコンクリート構造物にも適用可能である。また、本発明は、コンクリート構造物だけでなく、モルタルやタイルなどから成る構造物の劣化診断にも適用できる。
また、前記実施の形態では、作業者Wが、ハンマー2で壁部6の表面を打撃して加振するようにしているが、例えば、ハンマーと、ハンマーを回転させる手段と、ハンマーを上下させる手段と、走行手段とを備えた自動加振装置を構成し、この自動加振装置を用いて壁部6の表面を打撃して加振する加振点の位置を容易に記録できる。
For example, although the deterioration state of the wall portion 6 of the building is determined in the above embodiment, the present invention is also applicable to other concrete structures such as the inner wall of a bridge or tunnel and further the frame of the building. . Further, the present invention can be applied not only to concrete structures but also to deterioration diagnosis of structures consisting of mortar, tiles and the like.
Further, in the above embodiment, the worker W strikes the surface of the wall portion 6 with the hammer 2 to vibrate, but for example, the hammer, the means for rotating the hammer, and the hammer are moved up and down. The automatic excitation apparatus is provided with means and traveling means, and the position of the excitation point at which the surface of the wall portion 6 is struck and excited can be easily recorded using this automatic excitation apparatus.

また、前記実施の形態では、1/3オクターブバンドの各レベルを判定項目としたが、音圧レベル、時間軸波形の変化量と存在量、周波数特性の変化量と存在量などを判定項目としてもよい。
例えば、周波数特性の変化量と存在量とを判定項目とする場合には、健全部データの音圧信号を、サンプリング周波数16384Hz、データ長2048個(周波数分解能8Hz)でフーリエ変換して得られた周波数スペクトルを用いればよい。この場合も、道路交通音などの影響を考慮して、変化量と存在量とを求める打音の周波数スペクトルの周波数範囲は890Hz〜7070Hzとすることが好ましい。
変化量と存在量とは周波数スペクトルの特徴を抽出するために用いられるもので、図7に示すように、周波数軸(横軸)に平行な複数の標本線を設定し、周波数特性値が標本線の値よりも大きい周波数のカウント数が存在量で、周波数特性値が標本線を横切った周波数のカウント数が変化量である。
例えば、標本線の数を7本とすれば、測定項目数はk=7×2=14となる。したがって、健全部のデータ数としては、n>14であればよい。
また、周波数特性の変化量と存在量とを判定項目とする場合に、周波数スペクトルの変化量と存在量とに代えて、1/3オクターブバンドの変化量と存在量とを用いてもよい。
また、音圧レベルとして、1/3オクターブバンドのdB合成値を用いてもよい。
なお、判定項目として音圧レベルを用いる場合には、他の判定項目とともに用いる必要があることはいうまでもない。
Further, in the above embodiment, although each level of 1/3 octave band is used as a determination item, sound pressure level, change amount and amount of time axis waveform, change amount and amount of frequency characteristic, etc. are determination items. It is also good.
For example, in the case where the change amount and the abundance of the frequency characteristic are used as determination items, the sound pressure signal of the sound part data is obtained by Fourier transform with 16384 Hz sampling frequency and 2048 data lengths (8 Hz frequency resolution) A frequency spectrum may be used. Also in this case, it is preferable to set the frequency range of the frequency spectrum of the hitting sound to be 890 Hz to 7070 Hz, in which the amount of change and the amount of presence are obtained in consideration of the influence of road traffic noise and the like.
The amount of change and the amount of presence are used to extract the characteristics of the frequency spectrum, and as shown in FIG. 7, a plurality of sample lines parallel to the frequency axis (horizontal axis) are set, and the frequency characteristic value is a sample The count number of the frequency larger than the value of the line is the abundance, and the count number of the frequency at which the frequency characteristic value crosses the sample line is the variation.
For example, if the number of sample lines is seven, the number of measurement items is k = 7 × 2 = 14. Therefore, the number of data in the sound part may be n> 14.
When the change amount and the abundance of the frequency characteristic are used as determination items, the change amount and the abundance of the 1/3 octave band may be used instead of the change amount and the abundance of the frequency spectrum.
Further, as the sound pressure level, a dB combined value of 1/3 octave band may be used.
In addition, when using a sound pressure level as a determination item, it is needless to say that it is necessary to use with another determination item.

また、前記実施の形態では、劣化判定の閾値をK=4としたが、予め求めておいた劣化していない試験体の複数個所を加振したのデータysjを用いて算出したマハラノビスの距離Ds 2に基づいて設定した閾値Ksを用いて計測点の劣化判定を行ってもよい。閾値Ksとしては、例えば、Ds 2の平均値Dsm 2、もしくは、Ds 2の最大値Dsmax 2に、a>0である係数をかけたものを用いるなどすればよい。
また、予め求めておいた内部に空洞のある試験体を加振したときの発生音のデータyvjを用いて算出したマハラノビスの距離Dvに基づいて設定した閾値Kvと用いて、計測点の劣化状態が空洞であるか否かを判定するようにしてもよい。
また、ひび割れによる浮きが存在する試験体を加振したときの発生音のデータyfjを用いて算出したマハラノビスの距離Dに基づいて設定した閾値Kfと用いて、計測点の劣化状態が浮きであるか否かを判定することも可能である。
In the above embodiment, the threshold value for determining deterioration is K = 4. However, the Mahalanobis distance calculated using data y sj obtained by vibrating a plurality of locations of the non-degraded test object determined in advance. The deterioration determination of the measurement point may be performed using the threshold value K s set based on D s 2 . The threshold K s, for example, the average value D sm 2 of D s 2, or, to a maximum value D smax 2 of D s 2, may be such as used multiplied by the coefficient is a> 0.
Also, using a threshold value K v set based on the distance D v of the Mahalanobis calculated using data y v j of the generated sound when a test body having a cavity inside is determined and determined in advance, measurement points are used. It may be determined whether or not the degradation state of is hollow.
In addition, using the threshold value K f set based on the Mahalanobis distance D f calculated using the data y fj of the generated sound when the test body in which there is lift due to cracking is excited, the deterioration state of the measurement point is It is also possible to determine whether it is a float.

また、前記実施の形態では、作業者Wが、非健全部であると判定された計測点Prに印をつけるようにしたが、複数のマイクロフォンM1〜M5により発生音の音圧信号を採取して、各マイクロフォンM1〜M5に入力する音圧信号の到達時間差から、マイクロフォンM1〜M5から見たときの発生音の方向(以下、音源方向)を推定するとともに、推定された音源方向を撮影し、計測点の劣化判定結果と推定された音源方向のデータと撮影された音源方向の画像データとを合成して、推定された音源方向と計測点の劣化判定の結果とを示す図形が描画された画像(劣化位置画像)を作成しておけば、非健全部の位置を容易に特定することができる。また、複数の劣化位置画像を重ね合わせることで、非健全部の分布状態についても容易に求めることができる。 Further, in the above embodiment, the worker W marks the measurement point P r determined to be the non-healthy part, but the sound pressure signal of the generated sound is collected by the plurality of microphones M1 to M5. Then, from the arrival time difference of the sound pressure signal input to each of the microphones M1 to M5, the direction (hereinafter referred to as the sound source direction) of the generated sound when viewed from the microphones M1 to M5 is estimated, and the estimated sound source direction is photographed Then, the degradation point determination result of the measurement point, the data of the estimated sound source direction, and the image data of the captured sound source direction are synthesized, and a figure indicating the estimated sound source direction and the degradation determination result of the measurement point is drawn If the created image (deteriorated position image) is created, the position of the non-healthy part can be easily identified. In addition, by superimposing a plurality of deterioration position images, the distribution state of the non-sound portion can be easily obtained.

図8は、劣化位置画像の作成機能を備えた劣化判定システム1Gの構成を示す図で、劣化判定システム1Gは、加振手段としてのハンマー2と、音・映像採取ユニット10と、劣化判定装置4Gと、表示装置5とを備える。なお、実施の形態1の劣化判定システム1と同じものについては、同符号とした。
図9に示すように、音・映像採取ユニット10は、複数のマイクロフォンM1〜M5を備えた音採取手段11と、撮影手段としてのCCDカメラ(以下、カメラという)12と、マイクロフォン固定部13と、カメラ支持台14と、支柱15とを備える。
マイクロフォンM1〜M5は、壁部6の表面の計測点Prを打撃したときの発生音の音圧信号をそれぞれ測定し、カメラ12は、計測点Prを中心とした映像を撮影する。
マイクロフォン固定部13にはマイクロフォンM1〜M5が設置され、カメラ支持台14にはカメラ12が設置され、マイクロフォン固定部13とカメラ支持台14とは、3本の支柱15によって連結されている。つまり、音採取手段11と撮影手段としてのカメラ12とは一体化されて音・映像採取ユニット10を構成する。
本例では、音・映像採取ユニット10は、カメラ12の撮影方向が、壁部6の表面の計測点Prになるように設置される。
FIG. 8 is a view showing the configuration of a deterioration determination system 1G having a function of creating a deterioration position image, and the deterioration determination system 1G includes a hammer 2 as an excitation means, a sound / image collecting unit 10, and a deterioration determination device 4G and the display device 5 are provided. The same reference numerals are applied to the same components as the deterioration determination system 1 of the first embodiment.
As shown in FIG. 9, the sound / image collecting unit 10 includes a sound collecting unit 11 having a plurality of microphones M1 to M5, a CCD camera (hereinafter referred to as a camera) 12 as a photographing unit, and a microphone fixing unit 13. , Camera support 14 and a support 15.
The microphones M1 to M5 respectively measure the sound pressure signal of the generated sound when striking the measurement point P r on the surface of the wall portion 6, and the camera 12 captures an image around the measurement point P r .
Microphones M1 to M5 are installed on the microphone fixing unit 13, the camera 12 is installed on the camera support 14, and the microphone fixing unit 13 and the camera support 14 are connected by three columns 15. That is, the sound collecting means 11 and the camera 12 as the photographing means are integrated to constitute the sound / image collecting unit 10.
In this example, the sound / image collecting unit 10 is installed such that the shooting direction of the camera 12 is the measurement point P r on the surface of the wall 6.

図10は、マイクロフォンM1〜M5の配置例を示す図で、本例では、4個のマイクロフォンM1〜M4を、互いに直交する2直線(ここでは、x軸とy軸)上にそれぞれ所定の間隔Lで配置された2組のマイクロフォン対(M1,M3)及びマイクロフォン対(M2,M4)を構成するように配置するとともに、第5のマイクロフォンM5をマイクロフォンM1〜M4の作る正方形を底面とする四角錐の頂点の位置に配置した。これにより、更に4組のマイクロフォン対(M5, M1)〜(M5, M4)が構成される。   FIG. 10 is a view showing an arrangement example of the microphones M1 to M5. In this example, four microphones M1 to M4 are respectively arranged at predetermined intervals on two straight lines (here, x axis and y axis) orthogonal to each other. 4 to arrange two microphone pairs (M1, M3) and microphone pairs (M2, M4) arranged in L, and use the fifth microphone M5 as a bottom surface formed by the microphones M1 to M4. It was placed at the apex of the pyramid. Thus, four microphone pairs (M5, M1) to (M5, M4) are further configured.

図8に示すように、劣化判定装置4Gは、音データ取込手段41と、映像データ取込手段51と、記憶手段42Gと、統計データ作成手段43と、相関行列生成手段44と、劣化判定手段45と、音源方向推定手段52と、劣化位置画像作成手段53と、劣化位置分布画像作成手段54とを備える。なお、音データ取込手段41などの、実施の形態1の劣化判定システム1と同じものについては、同符号とした。
音データ取込手段41は、各マイクロフォンM1〜M5で測定された音圧信号から高周波ノイズ成分を除去した後にこれら音圧信号を増幅するとともに、増幅された音圧信号をA/D変換して得られた音圧波形データを記憶手段42Gに送る。
映像データ取込手段51は、カメラ12で撮影した計測点Prを中心とした映像の映像信号を入力し、この映像信号をA/D変換して得られた画像データである計測位置画像データを記憶手段42Gに送る。
なお、撮影方向を、音源方向推定手段52で推定された音源方向としてもよい。但し、計測点Prと推定された音源方向とは、カメラ視野が極端に狭い場合を除いては大きな違いはないので、本例のように、音・映像採取ユニット10を用いて、音と映像とを同時に採取する方が効率がよい。
As shown in FIG. 8, the degradation determination device 4G includes a sound data capture unit 41, a video data capture unit 51, a storage unit 42G, a statistical data creation unit 43, a correlation matrix generation unit 44, and a degradation determination. A means 45, a sound source direction estimation means 52, a degradation position image creation means 53, and a degradation position distribution image creation means 54 are provided. The same symbols as in the degradation determination system 1 of the first embodiment, such as the sound data capture means 41, are used.
The sound data acquisition means 41 removes high frequency noise components from the sound pressure signals measured by the respective microphones M1 to M5, amplifies these sound pressure signals, and A / D converts the amplified sound pressure signals. The obtained sound pressure waveform data is sent to the storage means 42G.
The video data capture means 51 receives a video signal of a video centered on the measurement point P r captured by the camera 12, and measures position image data as image data obtained by A / D converting this video signal. To storage means 42G.
The shooting direction may be the sound source direction estimated by the sound source direction estimating means 52. However, there is no significant difference between the sound source direction estimated as the measurement point P r and the case where the camera field of view is extremely narrow. Therefore, as in this example, using the sound / video sampling unit 10 It is more efficient to collect video and images simultaneously.

記憶手段42Gは、基準健全領域のデータである健全部データを記憶する基準発生音記憶部42aと、計測音データを記憶する計測発生音記憶部42bと、計測位置画像データを記憶する画像記憶部42cとを備える。
統計データ作成手段43は、記憶手段42Gに記憶された音圧波形データを抽出して、基準データyijと計測データyrjとを作成する。
相関行列生成手段44は、基準データyijを用いて相関行列を生成する。
劣化判定手段45は、計測データyrjと相関行列とを用いて、計測点Prにおける発生音のデータと基準データ群とのマハラノビスの距離D2を求めるとともに、マハラノビスの距離D2と予め設定された閾値とを比較して、計測点Prが健全部であるか否かを判定し、その結果を劣化位置画像作成手段53に送る。
The storage unit 42G stores a reference generated sound storage unit 42a that stores sound portion data that is data of a reference sound area, a measurement generated sound storage unit 42b that stores measurement sound data, and an image storage unit that stores measurement position image data. And 42c.
The statistical data creation unit 43 extracts sound pressure waveform data stored in the storage unit 42G, and creates reference data y ij and measurement data y rj .
The correlation matrix generation unit 44 generates a correlation matrix using the reference data y ij .
The deterioration determination means 45 determines the Mahalanobis distance D 2 between the data of the generated sound at the measurement point P r and the reference data group using the measurement data y rj and the correlation matrix, and sets in advance the Mahalanobis distance D 2 The threshold value is compared with the threshold value to determine whether the measurement point P r is a healthy part, and the result is sent to the degradation position image creating means 53.

音源方向推定手段52は、記憶手段42Gに記憶されたマイクロフォンM1〜M5により採取された音圧波形データ(計測データ)をFFTにて周波数解析し、周波数f毎にマイクロフォンM1〜M5間のそれぞれの位相差を求め、この求められた位相差から周波数毎に音源の方向である発生音の方向を推定するとともに、音圧レベルの最も高い周波数の水平角θと仰角φとを、計測点Prを打撃したときの発生音の音源方向(θr,φr)として、劣化位置画像作成手段53に送る。
本例では、位相差に代えて、位相差に比例する物理量である到達時間差Dijを用いて音源方向である水平角θ及び仰角φを求めている。
具体的には、音圧波形データをFFTにて周波数解析し、周波数f毎にマイクロフォンM1〜M5間のそれぞれの位相差を求め、この求められた位相差から各周波数毎に音源の方向を推定する。なお、本例では、位相差に代えて、位相差に比例する物理量である到達時間差Dijを用いて音源方向である水平角θ及び仰角φを求めている。
水平角θと仰角φとは以下の[数4]に示す式(1)及び式(2)で表わせる。

Figure 0006501673
ここで、到達時間差Dijは、マイクロフォンMiに到達する音圧信号と、このマイクロフォンMiに対して対となるマイクロフォンMjに到達する音圧信号との時間差であり、この対となる2つのマイクロフォンMi及びマイクロフォンMjに入力される信号のクロススペクトルPij(f)を求め、更に、対象とする前記周波数fの位相角情報Ψ(rad)を用いて、以下の[数5]に示す式(3)により算出される。
Figure 0006501673
なお、音源方向は周波数毎に計測する。 The sound source direction estimation means 52 performs frequency analysis of sound pressure waveform data (measurement data) collected by the microphones M1 to M5 stored in the storage means 42G by FFT, and the respective microphones M1 to M5 are separated for each frequency f. The phase difference is determined, and from the determined phase difference, the direction of the generated sound which is the direction of the sound source is estimated for each frequency, and the horizontal angle θ and elevation angle φ of the highest frequency of the sound pressure level are measured points P r Are sent to the degradation position image creating means 53 as the sound source direction (θ r , φ r ) of the generated sound when striking the.
In this example, the horizontal angle θ and the elevation angle φ, which are the sound source direction, are determined using the arrival time difference D ij that is a physical quantity proportional to the phase difference, instead of the phase difference.
Specifically, the sound pressure waveform data is frequency analyzed by FFT, the phase difference between the microphones M1 to M5 is determined for each frequency f, and the direction of the sound source is estimated for each frequency from the determined phase difference. Do. In the present embodiment, the horizontal angle θ and the elevation angle φ, which are sound source directions, are determined using the arrival time difference D ij that is a physical quantity proportional to the phase difference, instead of the phase difference.
The horizontal angle θ and the elevation angle φ can be expressed by Equations (1) and (2) shown in the following [Equation 4].
Figure 0006501673
Here, the arrival time difference D ij is a time difference between the sound pressure signal arriving at the microphone M i and the sound pressure signal arriving at the microphone M j that is paired with the microphone M i . The cross spectrum P ij (f) of the signal input to one microphone M i and the microphone M j is determined, and further, using the phase angle information Ψ (rad) of the frequency f as an object, the following [Equation 5] It is calculated by the equation (3) shown in
Figure 0006501673
The sound source direction is measured for each frequency.

劣化位置画像作成手段53では、音源方向推定手段52で推定された計測点Prにおける音源方向のデータ(θr,φr)と、記憶手段42Gに記憶された計測位置画像データと、劣化判定手段45の判定結果とを合成し、図11に示すような、画像中に音源方向と判定結果とを示す図形(ここでは、×印とした)が描画された音源位置画像Grを作成する。音源位置画像Grの横軸は水平角θrで縦軸は仰角φrである。
本例では、計測点Prが非健全部である場合のみ×印とし、計測点Prが非健全部である場合には、図形を描画せずに、計測位置画像を音源位置画像Grとした。
音源位置画像Grは、計測点Pr毎に後作成され、順次、劣化位置分布画像作成手段54に送られる。
In the degradation position image creation means 53, the data (θ r , φ r ) of the sound source direction at the measurement point P r estimated by the sound source direction estimation means 52, the measurement position image data stored in the storage means 42G, and the deterioration determination The sound source position image G r is generated by combining the judgment result of the means 45 and drawing a figure (in this case, indicated by a cross) indicating the sound source direction and the judgment result in the image as shown in FIG. . The horizontal axis of the sound source position image Gr is the horizontal angle θ r and the vertical axis is the elevation angle φ r .
In this example, a × mark only if the measuring point P r is a non-sound portion, when the measurement point P r is a non-sound portion, without drawing the figure, the measurement position image sound source position image G r And
The sound source position image Gr is subsequently generated for each measurement point Pr , and is sequentially sent to the deterioration position distribution image creating means 54.

劣化位置分布画像作成手段54は、複数の音源位置画像Gr(r=1〜N、N;計測点の数)を合成した、劣化位置分布画像GTを作成する。
本例では、図11に示すように、隣接する計測点Pr,Pr+1の距離が、カメラ12の映像視野に入るように、計測点Prを設定する。そして、記憶手段42Gに記憶された計測位置画像データから、同じ箇所が写っている2枚の劣化位置画像Gr,Gr+1を読み出し、これら2枚の劣化位置画像Gr,Gr+1を重ね合わせることで、2つの計測点Pr,Pr+1の劣化判定結果が描画された劣化位置画像Grと計測点Prの劣化判定結果が描画された劣化位置分布画像Gr,r+1とを合成する。
なお、同じ箇所が写っている2枚の画像データとしては、例えば、時刻trに撮影した劣化位置画像Grと、時刻tr+1に撮影した画像Gr+1とを選べばよい。
このような操作を繰り返したN個の劣化位置画像G1〜GNを合成すれば、図12に示すような、非健全部のみに×印が描画された劣化位置分布画像GTを得ることができるので、壁部6の全体の劣化の状態を容易に把握することができる。
表示装置5は、劣化判定手段45の判定結果、劣化位置画像Gr、及び、劣化位置分布画像GTをディスプレイなどの表示画面5a上に表示する。
Degraded positional distribution image creation means 54, a plurality of sound source position image G r; was synthesized (r = 1 to N, N the number of measurement points), to create a degraded positional distribution image G T.
In this example, as shown in FIG. 11, measurement points P r are set such that the distance between adjacent measurement points P r and P r + 1 falls within the image field of the camera 12. Then, from the measurement position image data stored in the storage unit 42G, two deterioration position images G r and G r + 1 in which the same part is shown are read out, and these two deterioration position images G r and G r + By superimposing 1 , degradation position image G r in which the degradation determination result of two measurement points P r and P r + 1 is drawn and degradation position distribution image G r in which the degradation determination result of measurement point P r is drawn , r + 1 are synthesized.
Incidentally, as the image data for two of the same portion is captured, for example, a deterioration position image G r taken at time t r, may be selected and the image G r + 1 taken at time t r + 1.
By synthesizing such operation was repeated N number of degraded position image G 1 ~G N, as shown in FIG. 12, the × mark only the unhealthy part to obtain a drawn degraded positional distribution image G T As a result, it is possible to easily grasp the state of deterioration of the wall 6 as a whole.
The display device 5 displays the degradation position image G r and the degradation position distribution image G T as the determination result of the degradation determination means 45 on the display screen 5 a such as a display.

なお、音・映像採取ユニット10を、昇降手段と、走行手段とを備えたユニット移動手段に搭載して、壁部6の表面の計測点Prを打撃したときの発生音の音圧信号と計測点Prを中心とした映像を撮影する構成として、撮影時のカメラ12の座標(xc,yc,zc)を記憶しておけば、音源方向のデータ(θr,φr)とカメラ座標(xc,yc,zc)とから、音源位置を特定できるので、より精度の高い劣化位置分布画像GTを得ることができる。 Note that the sound / video signal of the sound generated when the sound / image collecting unit 10 is mounted on a unit moving means provided with raising / lowering means and traveling means and striking the measurement point P r on the surface of the wall 6 If the coordinates (x c , y c , z c ) of the camera 12 at the time of shooting are stored as a configuration for shooting an image centered on the measurement point P r , data of the sound source direction (θ r , φ r ) a camera coordinate (x c, y c, z c) from a, it is possible to identify the sound source position, it is possible to obtain a more accurate deterioration position distribution image G T.

1 コンクリート構造物の劣化判定システム、2 ハンマー、3 マイクロフォン、
4 劣化判定装置、5 表示装置、6 壁部、
41 音データ取込手段、42 記憶手段、43 統計データ作成手段、
44 相関行列生成手段、45 劣化判定手段。
1 Concrete Structure Deterioration Judgment System, 2 Hammers, 3 Microphones,
4 deterioration judgment device, 5 display devices, 6 walls,
41 sound data acquisition means, 42 storage means, 43 statistical data generation means,
44 correlation matrix generation means, 45 deterioration determination means.

Claims (4)

構造物の表面を打撃したときに構造物が発生する発生音の音圧信号から、前記構造物が劣化しているか否かを判定する方法であって、
前記構造物の基準健全領域を設定するステップと、
前記基準健全領域内の複数の加振点の発生音の音圧信号を採取するステップと、
前記発生音の音圧信号から、加振点毎に判定項目のデータを算出して基準データ群を構築するステップと、
前記判定項目のデータから前記判定項目のデータ間の相関関数を算出するステップと、
前記構造物の劣化判定箇所である計測点における発生音の音圧信号を採取するステップと、
前記計測点における発生音の音圧信号から、前記判定項目のデータである計測データを算出するステップと、
前記計測データと前記相関関数とを用いて、前記計測データと前記基準データ群との間のマハラノビスの距離を算出するステップと、
前記算出されたマハラノビスの距離を用いて前記計測点の劣化判定を行うステップと、
を備え、
前記基準健全領域が、前記構造物の表面を加振したときの発生音の高低、もしくは、音色が変化しない連続した領域であり、
前記判定項目が、前記発生音の音圧レベル、1/3オクターブバンドの各レベル、時系列波形の変化量と存在量、周波数特性の変化量と存在量のいずれか、または、複数であることを特徴とする構造物の劣化判定方法。
It is a method of determining whether the structure is deteriorated or not from the sound pressure signal of the sound generated by the structure when striking the surface of the structure,
Setting a reference sound area of the structure;
Collecting sound pressure signals of sounds generated at a plurality of excitation points in the reference sound area;
Calculating data of a determination item for each excitation point from the sound pressure signal of the generated sound to construct a reference data group;
Calculating a correlation function between the data of the determination items from the data of the determination items;
Collecting the sound pressure signal of the generated sound at the measurement point which is the degradation determination point of the structure;
Calculating measurement data, which is data of the determination item, from a sound pressure signal of the generated sound at the measurement point;
Calculating the Mahalanobis distance between the measurement data and the reference data group using the measurement data and the correlation function;
Performing the deterioration determination of the measurement point using the calculated Mahalanobis distance;
Equipped with
The reference sound area is the height of the generated sound when the surface of the structure is vibrated, or a continuous area in which the timbre does not change,
The judgment items include the sound pressure level of the generated sound, each level of 1/3 octave band, change amount and presence amount of time series waveform, change amount and presence amount of frequency characteristic, or a plurality thereof A method of judging deterioration of a structure characterized by
前記劣化判定を行うステップでは、
予め求めておいた劣化していない試験体の複数個所を加振したときの発生音のデータを用いて算出したマハラノビスの距離に基づいて設定した閾値を用いて前記計測点の劣化判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の構造物の劣化判定方法。
In the step of performing the deterioration determination,
Using the threshold value set based on the Mahalanobis distance calculated using the data of the sound generated when a plurality of locations of the non-degraded test body determined in advance are vibrated, the degradation point of the measurement point is determined The method for determining deterioration of a structure according to claim 1, characterized in that
前記劣化判定を行うステップでは、
予め求めておいた内部に空洞のある試験体を加振したときの発生音のデータを用いて算出したマハラノビスの距離に基づいて設定した閾値と、ひび割れによる浮きが存在する試験体を加振したときの発生音のデータを用いて算出したマハラノビスの距離に基づいて設定した閾値とのいずれか一方、または、両方を用いて前記計測点の劣化判定を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の構造物の劣化判定方法。
In the step of performing the deterioration determination,
The threshold value set based on the distance of Mahalanobis calculated using the data of the sound generated when the test body with the cavity inside was determined beforehand was used to determine the threshold value and the test body in which the floating due to cracking existed The deterioration determination of the measurement point is performed using one or both of the threshold value set based on the distance of Mahalanobis calculated using the data of the generated sound at that time, or both of them. A method of judging deterioration of a structure according to item 2.
前記計測点における発生音の音圧信号を採取するステップでは、
複数のマイクロフォンにより、前記発生音の音圧信号を採取するとともに、
前記各マイクロフォンに入力する前記音圧信号の到達時間差から前記発生音の方向である音源方向を推定するステップと、
撮影手段により、前記計測点方向、もしくは、前記推定された音源方向の映像を撮影するステップと、
前記計測点の劣化判定結果と前記推定された音源方向のデータと前記撮影された映像のデータである画像データとを合成して、前記推定された音源方向と前記計測点の劣化判定の結果とを示す図形が描画された画像である劣化位置画像を作成するステップとを更に備えることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の構造物の劣化判定方法。
In the step of collecting the sound pressure signal of the generated sound at the measurement point,
While collecting a sound pressure signal of the generated sound by a plurality of microphones,
Estimating a sound source direction which is a direction of the generated sound from a difference in arrival time of the sound pressure signal input to each of the microphones;
Shooting an image of the measurement point direction or the estimated sound source direction by a photographing unit;
The degradation determination result of the measurement point, the data of the estimated sound source direction, and the image data that is the data of the captured image are combined, and the estimated sound source direction and the degradation determination result of the measurement point The method for determining deterioration of a structure according to any one of claims 1 to 3, further comprising the step of creating a deterioration position image which is an image in which a graphic showing "is drawn."
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