成果報告書詳細
管理番号20140000000539
タイトル平成25年度成果報告書 社会課題対応センサーシステム開発プロジェクト (研究開発成果等の他分野での先導研究) 橋梁の予防保全及び防災・減災を目的としたセンサーシステムの研究開発
公開日2014/9/18
報告書年度2013 - 2013
委託先名日本電気株式会社 一般財団法人首都高速道路技術センター
プロジェクト番号P11006
部署名ロボット・機械システム部
和文要約件名:平成25年度成果報告書 社会課題対応センサーシステム開発プロジェクト(研究開発成果等の他分野での先導研究) 橋梁の予防保全及び防災・減災を目的としたセンサーシステムの研究開発

橋梁の予防保全及び防災・減災を目的としたセンサーシステムの先導研究を行った。本先導研究の主たる内容は、橋梁用のセンサーシステムの構築である。実証実験場所として、首都高速道路の鋼橋、PC橋の2箇所を選定し、実験用センサーシステムの構築を行った。センサーシステムで使用したセンサーは、振動センサー、ひずみゲージ、変位計、傾斜計、き裂ゲージ、温度計の6種類である。従来型センサーによるモニタリングの検証として、ひずみ、変位などの変化に着目したセンサーを用い、WIMによる車両重量の計測と組み合わせることによる健全度評価、異常検知への適用性の確認を行った。約3ヶ月のモニタリング期間で、橋梁の損傷が新たに発生することはなかったが、車両重量が変わることに対する構造物の応答の変化から損傷の有無が検出できるかを、通過交通に対する応答から推察した。また温度に対する応答、き裂ゲージについても、損傷モニタリングへの適用性を検証した。さらに、これら従来型と振動センサーの応答を比較し、振動による損傷検知の可能性についての検証を行った。振動センサーでは、通行車両による構造物への加振を利用し、振動波形の計測を行った。振動特性を把握するために、振動波形に対し周波数分析を行い、1次-3次までの固有振動数の推定を行った。またこの固有振動数の数値の妥当性を確認するため、振動解析シミュレーションソフトでの固有振動数の算出を行い、結果の比較を行った。計測による分析結果とシミュレーションの結果が一致することを確認している。ひずみゲージ、変位計、傾斜計を用いて、橋梁に対するひずみ、変位、傾斜といった構造物の物理変化の計測を行った。またデータ分析では、複数のセンサーからの計測データ間における不変的な関係性に着目し、異常の検知が可能かの検証を行った。複数の振動センサーからのデータの関係性を把握することでデータに不変関係が得られることを確認した。センサーシステム構築の実証実験の1つとして、無線センサーネットワークの実証実験を行った。振動センサーのデータを無線センサーモジュール用いて、データ収集を行っている。無線通信には、920MHz近距離無線を使用した。無線通信の実証実験により、無線センサーネットワークを構築する上での課題抽出を行った。橋梁用のセンサーシステムとして、センサーの選定から、設置、データ取得まで一連のシステム構築、実証実験を行った結果を元に、構造物モニタリングシステムの実用化に向けたセンサーシステムの将来あるべき姿の考察、およびその課題抽出を行った。
英文要約Title:The Sensor System Development Project to Solve Social Problems (Advance research for the application of R&D outcomes in other field). R&D of sensor system for preventive maintenance of bridges and disaster prevention and reduction FY2013 Final Report

We conducted the advance research of sensor system which purposes are preventive maintenance of bridges and disaster prevention and reduction.The main content of this research is to build the sensor system for bridges.Two (2) places of steel bridge and pre-stressed concrete bridge of expressways in the capital were selected for demonstration experiment and sensor system was built there.Six (6) types of sensors which are vibration sensor, strain gauge, displacement meter, clinometer, crack gauge and thermometer were used for sensor system.As a verification of monitoring by existing sensors, we conducted the evaluation of decrepitude in combination with the curb weight measurement by WIM and confirmation of applicability for anomaly detection by using sensors focused on variations in strain, displacement etc.The damage of bridges didn't occur newly during about three month period for monitoring, however inferred through the response to the passage traffic whether the damage can be detected by the variation in response from the construction against the weight change. And also we verified the applicability for damage monitoring regarding the response to the temperature and crack gauge and the possibility of damage detection by vibration comparing the response from existing sensors with one from vibration sensors.By vibration sensors, we measured the oscillatory waveform utilizing the shaking to the construction caused by vehicles’ passage, analyzed the frequency against the oscillatory waveform and estimated the natural frequency of first-order through third-order to grasp the oscillation property. And we calculated the natural frequency by oscillation analysis simulation software and compared the results to confirm the validity of natural frequency value then confirmed the analysis result by measurement coincides with the simulation result.The physical changes of the construction such as strain, displacement and gradient to bridges were measured by using strain gauge, displacement meter and clinometer.As for the data analysis, we verified whether the anomaly detection is possible focusing on the invariable relation among multiple data sent from multiple sensors. It is confirmed that the invariable relation in data can be obtained by grasping the relation in data from multiple vibration sensors.We conducted the demonstration experiment for wireless sensor network as one of experiments of building the sensor system. The data of vibration sensors is collected through the wireless sensor modules, and we used the near field wireless communication of 920MHz. Through the demonstration experiment for wireless communication, challenges on building the wireless sensor network were extracted and identified.Based on the result of system implementation such as selection of sensors, installation and data acquisition as sensor system for bridges followed by demonstration experiment, we conducted the consideration regarding what the sensor system needs to be for practical realization of the construction monitoring system and identified the challenges for that.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る