スマートフォンに内蔵された加速度センサの橋梁振動計測への適用性に関する基礎的検討
橋梁の振動計測による異常検知，状態監視，健全度評価等を目的とした研究は多く行われているが，実務において長期的・定期的に計測が為され，活用された事例は少ない．その原因の一つに振動計測のサイクルコストの高さがあると考えられる．本研究では実務で活用しやすい振動計測手法と為り得る，スマートフォンに内蔵されたMEMSの加速度センサの橋梁振動計測への適用性を確認した．その結果，スマートフォンの加速度センサのノイズレベルは，振動数領域で最大でも10mGal*sec程度であった．また，一般的な鋼上部構造で振動計測を試行した結果，適切な作用を与えることで，感度が良いとは言えないスマートフォンの加速度センサであっ...
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| Published in | インフラメンテナンス実践研究論文集 Vol. 2; no. 1; pp. 126 - 135 |
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| Main Authors | , |
| Format | Journal Article |
| Language | Japanese |
| Published |
公益社団法人 土木学会
2023
|
| Online Access | Get full text |
| ISSN | 2436-777X |
| DOI | 10.11532/jsceim.2.1_126 |
Cover
| Abstract | 橋梁の振動計測による異常検知，状態監視，健全度評価等を目的とした研究は多く行われているが，実務において長期的・定期的に計測が為され，活用された事例は少ない．その原因の一つに振動計測のサイクルコストの高さがあると考えられる．本研究では実務で活用しやすい振動計測手法と為り得る，スマートフォンに内蔵されたMEMSの加速度センサの橋梁振動計測への適用性を確認した．その結果，スマートフォンの加速度センサのノイズレベルは，振動数領域で最大でも10mGal*sec程度であった．また，一般的な鋼上部構造で振動計測を試行した結果，適切な作用を与えることで，感度が良いとは言えないスマートフォンの加速度センサであっても，鋼上部構造の固有振動特性を計測できることを実験的に示した． |
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| AbstractList | 橋梁の振動計測による異常検知，状態監視，健全度評価等を目的とした研究は多く行われているが，実務において長期的・定期的に計測が為され，活用された事例は少ない．その原因の一つに振動計測のサイクルコストの高さがあると考えられる．本研究では実務で活用しやすい振動計測手法と為り得る，スマートフォンに内蔵されたMEMSの加速度センサの橋梁振動計測への適用性を確認した．その結果，スマートフォンの加速度センサのノイズレベルは，振動数領域で最大でも10mGal*sec程度であった．また，一般的な鋼上部構造で振動計測を試行した結果，適切な作用を与えることで，感度が良いとは言えないスマートフォンの加速度センサであっても，鋼上部構造の固有振動特性を計測できることを実験的に示した． |
| Author | 大住, 道生 小林, 巧 |
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| References | 21) 防災科学技術研究所：J-SHIS，地震ハザードステーション，https://www.j-shis.bosai.go.jp/（最終閲覧日：2022年10月9日）［National Research Institute for Earth Science and Disaster Resilience: J-SHIS.(Last viewed: 2022.10.9)］ 7) 星隈順一，今村隆浩，澤田守，西田秀明：熊本地震で被災したPCラーメン橋の復旧とモニタリングの活用，第21回性能に基づく橋梁等の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集，2018.［Hoshikuma, J., Imamura, T, Sawada, M. and Nishida, H.: Kumamoto Jhisin de hisai shita PC ra-menkyou no fukkyu to monitaringu no kathuyou, Proceedings of the Nth Symposium on Performance-based Seismic Design Method for Bridges, 2018.］ 9) 長山智則, Spencer Jr., B. F., 藤野陽三 : スマートセンサを用いた多点構造振動計測のためのミドルウェア開発，土木学会論文集 A, Vol. 65, No. 2, pp. 523-535, 2009. ［NAGAYAMA, T., Spencer Jr., B. F. and FUJINO, Y.: SMART SENSOR MIDDLEWARE DEVELOPMENT FOR DENSE STRUCTURAL VIBRATION MEASUREMENT, Journal of Japan Socirty of Civil Engineers A, Vol. 65, No. 2, pp. 523-535, 2009.］ 16) 松田滋夫，中仙道和之，盛川仁，飯山かほり，坂井公俊：水晶振動子による加速度センサの微動観測への適用性に関する検討，土木学会論文集A1（構造・地震工学），Vol. 76，No. 4（地震工学論文集第39巻），I_793-I_803，2020.［Matsuda, S., Nakasendo, K., Morikawa, H., Iiyama, K. and Sakai, K.: AN EXPERIMENTAL STUDY FOR APPKICATION OF ACCELEROMETER MADE OF QUARTS OSCILLATOR TO MICROTREMOR SURVEY, Journal of Japan Socirty of Civil Engineers, Vol. 76, No. 4, 2020.］ 23) 岡谷智一，鈴木晴彦，中川博人：微動計McSEIS-MT NEOの開発と微動探査手法概説，応用地質技術年報，No. 31，2012.［Okaya, T., Suzuki, H. and Nakagawa, H.: Development of New Instrument (McSEIS-MT NEO) for Microtremor Measurement and Summary of Microtremor Exploration, Oyo Corporation, No. 31, 2012.］ 12) 八幡太一，小池真紀夫，木村吉郎：携帯情報端末を用いた簡易振動測定の試み，土木学会第67回年次学術講演会，2012.［Yahata, T., Koike, M. and Kimura, Y.: Keitai jyouhou tanmatsu wo motiita kani sindou skutei no kokoromi, Japan Society of Civil Engineers 2012 Annual Meeting, I096, 2012.］ 11) Antonio, A. and Giuseppe, A. : Suitability of Low-Cost Three-Axis MEMS Accelerometers in Strong-Motion Seismology: Tests on the LIS331DLH (iPhone) Accelerometer, Article in Bulletin of the Seismological Society of America, 2013. 25) Havskov, J. and Alguacil, G. : Instrumentation in earthquake seismology. Modern approaches in geophysics, 22, Springer, p. 358, 2004. 24) Usher, M. J., Burch, R. F. and Gurap, C. : Wideband feedback seismometers, Phys. Earth Planet. Int., 18, pp. 38-50, 1979, 1979. 15) 内藤昌平：「i 地震」で身近な地震を計ってみよう，センサクラウド技術を用いた地震情報共有システムの開発，防災科研ニュース”冬”，No. 183，2013.［Naito, S: “i jishin” de mijika na jishin wo hakattemiyou, bousaikaken news “fuyu”, No. 183, 2013.］ 10) 川谷充郎，金哲佑，尾崎隆弥，利波立秋，塚本昌彦，藤田直生，南靖彦：橋梁振動モニタリングのためのMEMS無線センサノード開発と実橋適用性検討，応用力学論文集，Vol. 13，pp. 1009-1016，2010. ［ KAWATANI, M., Chul-Woo, K., OZAKI, R., TOSHINAMI, T., TSUKAMOTO, M., FUJITA, N. amd MINAMI, Y.: Development of Wireless Sensor Node for Bridge Vibration Monitorning and Feasibility Investigation for Actual Application, Journal of applied mechanics : JSCE, Vol. 13, 2010.］ 3) 西村昭，藤井学，宮本文穂，加賀山泰一：橋梁の損傷評価における力学的挙動の有効性，土木学会論文集，第380号，I-7，pp. 355-364，1987.［Nishimura, A., Fujii, M., Miyamoto, A. and Kagayama, T: SENSITIVITY OF MECHANICAL BEHAVIOR OF BRIDGES FOR THEIR DAMAGE ASSESSMENT, Doboku Gakkai Ronbunshu, No. 380, 1987.］ 26) 青山裕：CMT40T地震計の傾斜応答に関する簡易試験，火山，第53巻，第1号，pp. 35-46，2008. ［Aoyama, H.: Simplified test on tilt response of CMG40T seismometers, kazan, No. 53, 1, pp. 35-46, 2008.］ 13) 党紀，司宏俊，林祉青，綾瀬一起，王欣：台湾花蓮地震における橋梁の被害分析，土木学会第73回年次学術講演会，2018.［Ji, D., Shi, K., Chih, C, L., Ayase, K, and Ou, K.: Taiwan karen jishin niokeru kyouryou no higai bunseki, Japan Society of Civil Engineers 2018 Annual Meeting, 2018.］ 2) 加藤雅史，高木保志，島田静雄：PC橋梁の破壊に伴う振動性状の変化に関する実験的研究，土木学会論文報告集，第341号，1984.［Kato, M., Takagi, Y. and Shimada, S.: VIBRATIONAL CHARACTERISTICS OF A PC FRAME BRIDGE UNDER THE FAILURE PROCESS, Doboku Gakkai Ronbunshu, No. 341, 1984.］ 4) 関雅樹，田中宏昌，堤要二，山下和敏，中野聡，西村昭彦：鉄道橋の固有振動数に着目した洪水時の安全管理システム，土木学会論文集，No. 686，VI-52，2001.［Seki, M., Tanaka, H., Tsutsumi, Y., Yamashita, K., Nakao, S. and Nishimura, A.: A PROPOSAL OF TRAIN OPERATION CONTRAL SYSTEM OF RAILWAY BRIDGES CONSIDERING NATURAL FREQUENCY OF PIERS UNDER FLOODS, Doboku Gakkai Ronbunshu, No. 686, VI-52, 2001.］ 14) Kong, Q., R. M. Allen, and L. Schreier. : MyShake: Initial observations from a global smartphone seismic network, Geophysical Research Letters, 43, pp. 9588-9594, 2016. 17) 植木岳雪，原英俊，尾崎正紀：八王子地域の地質，地域地質研究報告 5万分の1地質図幅 東京 (8) 第62号 NI-54-52-11，地質調査総合センター，産業技術総合研究所，2013.［Ueki, T., Hara, H. and Ozaki, M.: Hachiouji chiiki no tishitu, Advanced Industrial Science and Technology, 2013.］ 18) 気象庁：震度と加速度，強震観測について，https://www.data.jma.go.jp/eqev/data/kyoshin/kaisetsu/comp.html.（最終閲覧日：2022年10月9日） ［ Japan Meteorological Agency: shindo to kasokudo.( Last viewed: 2022.10.9) ］ 5) 渡邊学歩，友廣郁也，後藤悟史，江本久雄：橋梁振動実験に基づく斜橋の固有振動数の同定と部材の損傷が振動特性に及ぼす影響に関する基礎的研究，構造工学論文集，Vol. 60A，2014. ［ Watanabe, G., Tomohiro, F., Goto, S. and Emoto, H.: Health monitoring and indentification of dynamic characteristic of a skewed bridge based on the vibration test using a moving vehicle, Journal of Structural Engineering A, Vol. 60A, 2014.］ 6) 森伸一郎，小林巧：4点曲げ載荷を受ける鉄筋コンクリート梁の可視損傷の進展と固有振動数の変化，構造工学論文集，Vol. 67A，2021.［Mori, S. and Kobayashi, T.: Evolution of visible damage and change of natural frequency in reinforced concrete beams subjected to four-point bending load, Journal of Structural Engineering A, Vol. 67A, 2021.］ 19) 近江明加，森伸一郎：車両走行とハンマー打撃によるコンクリート桁橋の固有振動数の検出容易性，土木学会四国支部第19回技術研究発表会講演概要集，pp. 7-8，2013.［Konoe, A. and Mori, S.: syaryou soukou to hanma dageki niyoru konkurito ketahasi no koyuusindousu no kensyutuyouisei, Japan Society of Civil Engineers, shikokushibu, dai 19 kai gijyutukenkyu happyoukai, 2013.］ 22) 森伸一郎，小林巧：5径間単純PC橋の経年変化と曲げ破壊履歴による固有振動特性の変化，プレストレストコンクリート工学会，第28回シンポジウム論文集，2019.［Mori, S. and Kobayashi, T: 5 keikan tanjyun PC kyou no keinenhenka to magehakai rireki niyoru koyuusindoutokusei no henka, Japan Prestressed Concrete Institute, Dai 28 kai symposium ronbunsyu, 2019.］ 20) 森伸一郎：打撃振動測定によるPC桟橋の損傷モニタリング技術の開発，（一財）港湾空港総合技術センター，平成28年度，研究助成，成果報告書，2017. ［Mori, S: dageki shindousokutei niyoru PC sanbashi no sonsyou monitaringu gijyutu no kaihatsu, SCOPE, 2017.］ 1) 小西拓洋，金哲佑：橋梁メンテナンスのための構造工学【実践編】，第14回 センシングとモニタリング，橋梁と基礎，2022-6，pp. 47-52，2022.［Konishi, T. and Chul-Woo, Kim.: Sensing and Monitoring, Bridge and Foundation Rngineering, Vol, 56, 6, 2022.］ 8) Lynch, J. P., Law, K. H., Kiremidjian, A. S., Carryer, E.Kenny, T. W., Partridge, A. and Sundararajan, A. : The-design of a wireless sensing unit for structural health monitoring, Proceedings of the 3rd International Workshop on Structural Health Monitoring, pp. 1041-1050, Stanford, CA, USA, September 12-14, 2001. |
| References_xml | – reference: 1) 小西拓洋，金哲佑：橋梁メンテナンスのための構造工学【実践編】，第14回 センシングとモニタリング，橋梁と基礎，2022-6，pp. 47-52，2022.［Konishi, T. and Chul-Woo, Kim.: Sensing and Monitoring, Bridge and Foundation Rngineering, Vol, 56, 6, 2022.］ – reference: 26) 青山裕：CMT40T地震計の傾斜応答に関する簡易試験，火山，第53巻，第1号，pp. 35-46，2008. ［Aoyama, H.: Simplified test on tilt response of CMG40T seismometers, kazan, No. 53, 1, pp. 35-46, 2008.］ – reference: 22) 森伸一郎，小林巧：5径間単純PC橋の経年変化と曲げ破壊履歴による固有振動特性の変化，プレストレストコンクリート工学会，第28回シンポジウム論文集，2019.［Mori, S. and Kobayashi, T: 5 keikan tanjyun PC kyou no keinenhenka to magehakai rireki niyoru koyuusindoutokusei no henka, Japan Prestressed Concrete Institute, Dai 28 kai symposium ronbunsyu, 2019.］ – reference: 13) 党紀，司宏俊，林祉青，綾瀬一起，王欣：台湾花蓮地震における橋梁の被害分析，土木学会第73回年次学術講演会，2018.［Ji, D., Shi, K., Chih, C, L., Ayase, K, and Ou, K.: Taiwan karen jishin niokeru kyouryou no higai bunseki, Japan Society of Civil Engineers 2018 Annual Meeting, 2018.］ – reference: 4) 関雅樹，田中宏昌，堤要二，山下和敏，中野聡，西村昭彦：鉄道橋の固有振動数に着目した洪水時の安全管理システム，土木学会論文集，No. 686，VI-52，2001.［Seki, M., Tanaka, H., Tsutsumi, Y., Yamashita, K., Nakao, S. and Nishimura, A.: A PROPOSAL OF TRAIN OPERATION CONTRAL SYSTEM OF RAILWAY BRIDGES CONSIDERING NATURAL FREQUENCY OF PIERS UNDER FLOODS, Doboku Gakkai Ronbunshu, No. 686, VI-52, 2001.］ – reference: 24) Usher, M. 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F., 藤野陽三 : スマートセンサを用いた多点構造振動計測のためのミドルウェア開発，土木学会論文集 A, Vol. 65, No. 2, pp. 523-535, 2009. ［NAGAYAMA, T., Spencer Jr., B. 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Modern approaches in geophysics, 22, Springer, p. 358, 2004. – reference: 15) 内藤昌平：「i 地震」で身近な地震を計ってみよう，センサクラウド技術を用いた地震情報共有システムの開発，防災科研ニュース”冬”，No. 183，2013.［Naito, S: “i jishin” de mijika na jishin wo hakattemiyou, bousaikaken news “fuyu”, No. 183, 2013.］ – reference: 19) 近江明加，森伸一郎：車両走行とハンマー打撃によるコンクリート桁橋の固有振動数の検出容易性，土木学会四国支部第19回技術研究発表会講演概要集，pp. 7-8，2013.［Konoe, A. and Mori, S.: syaryou soukou to hanma dageki niyoru konkurito ketahasi no koyuusindousu no kensyutuyouisei, Japan Society of Civil Engineers, shikokushibu, dai 19 kai gijyutukenkyu happyoukai, 2013.］ – reference: 11) Antonio, A. and Giuseppe, A. : Suitability of Low-Cost Three-Axis MEMS Accelerometers in Strong-Motion Seismology: Tests on the LIS331DLH (iPhone) Accelerometer, Article in Bulletin of the Seismological Society of America, 2013. – reference: 20) 森伸一郎：打撃振動測定によるPC桟橋の損傷モニタリング技術の開発，（一財）港湾空港総合技術センター，平成28年度，研究助成，成果報告書，2017. ［Mori, S: dageki shindousokutei niyoru PC sanbashi no sonsyou monitaringu gijyutu no kaihatsu, SCOPE, 2017.］ |
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