高精度画像計測を応用した橋梁等インフラ構造物の健全性評価に関する汎用的新技術開発

开发利用高精度图像测量对桥梁等基础设施结构进行健康评估的通用新技术

基本信息

批准号：
22K04138
负责人：
橋本岳
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

現在の日本では，橋梁等のインフラ設備の老朽化とそれに伴うメンテナンスの必要性が深刻な問題となっており，橋梁の健全度評価には橋脚間中央部の鉛直方向の振動沈下幅の計測が不可欠とされている。しかし，現状ではこの振動沈下幅の計測の制限が強い。そこで本研究では，橋本が独自に開発した高精度画像計測技術を振動沈下幅の計測へ応用して現状の制限へ対策する。具体的に，高い汎用性（人工マーカーを用いない，計測距離の延長，橋梁に対する角度の自由度増加）の実現により健全度評価のための計測が飛躍的に簡便となることを目指す。本研究期間には計測技術の改良を行い，計測装置の実機を製作し，その実機を現場で計測することで有効性を確認する。今年度は，次の2つのテーマについて研究を行った。テーマ1（汎用性の向上）：鉛直方向0.1mmの分解能を維持しつつ，計測距離を2倍，角度は斜め30度までの計測に関して可能性を検証した。具体的に以下の研究を行った。(a)シーズ技術を使ってカメラ配置等を決定して実機を設計した。(b)橋梁に対する対応点探索の研究として具体的に，ZNCCやPOC等のマッチング手法およびA-KAZE等の画像特徴点とDeep Learningによる超解像を結びつけた研究を行った。(c)カメラの揺れに対して，物理的な風防を施した上で，画像処理を使って揺れ対策を検討した。さらに，人工的な固定点を用いない方法について次を検討した。①橋梁以外の固定点（例：地面，遠方の建物）を含めて撮影し，画素分解能の低さを超解像により補う方法。②機械学習によるカメラの振動の補正。テーマ2（実機製作と計測実施）：上記の研究結果を踏まえて実機を製作した。その実機を用いて天竜川の橋梁を対象とした計測を実施した。その結果，橋梁の鉛直方向の振動沈下幅（たわみ）の計測に成功した。

在当今的日本，桥梁等基础设施设备的老化以及由此产生的维护需求已成为一个严重的问题，通过测量桥墩之间中心垂直方向的振动沉降宽度来评估桥梁的健康状况认为必不可少。然而，目前这种振动沉降宽度的测量存在很大的局限性。因此，在本研究中，我们将桥本独创的高精度图像测量技术应用于振动沉降宽度的测量，以克服目前的局限性。具体来说，我们的目标是通过实现高多功能性（无人工标记、更长的测量距离以及相对于桥的角度自由度增加）来显着简化健康评估的测量。在本研究期间，我们将改进测量技术，制造实际的测量装置，并通过在实际装置上进行测量来确认其有效性。今年，我们围绕以下两个主题进行了研究。主题1（提高通用性）：在保持0.1毫米垂直分辨率的同时，我们验证了以两倍测量距离和最大30度角度进行测量的可能性。具体来说，我们进行了以下研究。 (a) 使用种子技术，我们决定了相机的放置等并设计了实际的机器。 (b) 具体来说，我们结合 ZNCC 和 POC 等匹配方法、A-KAZE 等图像特征点以及使用深度学习的超分辨率，进行了搜索桥梁对应点的研究。 (c) 在安装物理挡风玻璃以防止相机抖动后，我们使用图像处理来考虑防抖对策。此外，我们研究了以下不使用人工固定点的方法。 1）一种捕获包括桥梁以外的固定点（例如地面、远处建筑物）的图像并通过超分辨率补偿低像素分辨率的方法。 ② 使用机器学习校正相机振动。主题2（实机生产和测量实现）：根据上述研究成果建造了实机。我们使用实际机器对天龙川沿岸的一座桥梁进行了测量。结果，我们成功测量了桥梁的竖向振动沉降宽度（挠度）。