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LiDARの新しい視点
アプリケーションノート

Ommatidia Q2マルチチャネル・レーザードップラー振動計による移動式橋梁振動モニタリング

 

概要

橋梁管理者は、車線規制や鉄道の運行停止、あるいはすべての構造物へのセンサー設置を行うことなく、客観的で再現性があり、収集が容易な振動データを必要としています。Ommatidia Q2マルチチャネル・レーザードップラー振動計は、安全な観測地点から移動式かつ非接触での橋梁振動測定を可能にし、構造物全体の65の速度信号を同時に捉えます。

本アプリケーションノートでは、供用中の橋梁における2つのフィールド実証(通常交通下の道路橋と、列車通過時の鉄道橋)をまとめています。その目的は、Q2がいかに移動式橋梁モニタリングキャンペーン、ベースライン作成、および追跡点検をサポートできるかを示すことです。なお、これらの測定結果は、構造診断や認定されたモード解析評価として提示するものではありません。

課題:スケーラブルな橋梁振動モニタリング

恒久的な構造ヘルスモニタリングは価値がありますが、ネットワーク内のすべての橋梁に対する第一歩としては現実的ではありません。定期的な目視点検と固定計装の間で、資産所有者は迅速かつ安全で再現性のある移動式測定レイヤーを必要としています。

有用な移動式手法は、アクセス可能な位置から作業でき、構造物との接触を避け、同じ稼働イベント中に資産の異なるポイントを比較できる十分な空間情報を取得できる必要があります。

Q2のアプローチ:65ポイントの同時非接触測定

Q2は、ターゲットエリアへの見通しが良い場所に設置されます。装置は構造物にレーザービームのラインを照射し、各ポイントでの視線方向の表面速度を記録します。

このセットアップにより、1回の取得から複数の出力がサポートされます:

  • 交通または列車通過時の時間領域応答
  • 速度信号の積分により得られる変位推定値
  • 周波数スペクトルと主要な振動成分
  • 測定ポイント間の比較
  • 装置内蔵の加速度計を使用した品質チェック

内蔵加速度計は橋梁を直接測定するものではありません。装置自体とその周辺環境の動きを記録するため、現場での品質管理リファレンスとして有用です。

道路橋および鉄道橋でのフィールド実証

どちらの実証も、接触センサー、資産の改造、またはサービスの停止を伴わずに、遠隔で実施されました。

道路橋

実際の交通下において、約10〜17mの距離から複数の60秒間のデータ取得が記録されました。ビームは主に中央の桁に沿って配置され、異なる可視ゾーンを比較するために追加の取得も行われました。

⏱ 60秒間の取得 ・ 距離10〜17m
鉄道橋

有効な80秒間の取得により、列車通過前、通過中、通過後の応答を捉えました。列車は記録開始から約30秒後に橋に進入し、約10秒かけて通過しました。

⏱ 80秒間の取得 ・ 通過時間 約10秒

選択された図は、コンパクトな移動式キャンペーンにおいてQ2が提供できるエビデンスの種類(ビーム位置、時間領域応答、周波数成分、セットアップの品質チェック)を示しています。

速度波形 — 道路橋


mm/s




0
30
60 秒

変位(積分値) — 道路橋

mm
0
30
60 秒

図3. 道路橋の例:1つのレーザーチャネルからの表面速度と、速度信号の積分によって推定された変位。

振動速度スペクトル — 道路橋

mm/s


周波数 (Hz) →

振動測定 vs. 内蔵加速度計

mm/s



振動測定
加速度計
周波数 (Hz) →

図4. 道路橋の例:レーザー振動測定による速度スペクトルと、等価速度として表された内蔵加速度計との比較。

鉄道橋の列車通過例

鉄道橋のケースでは、単一の列車通過イベントに対する応答を示しています。列車が橋に進入すると振動レベルが上昇し、通過中は高いレベルを維持し、通過後に減衰します。

RGBキャプチャは、構造物上の65本のレーザービームのおおよその位置を記録します。これは再現性のあるキャンペーンにとって重要です。なぜなら、装置の位置、視線、および照射ゾーンが十分に文書化されている場合にのみ、将来の測定値と比較できるからです。

速度波形 — 鉄道橋

mm/s


列車進入
0
30
60
80 秒

変位(積分値) — 鉄道橋

mm
0
30
60
80 秒

図6. 鉄道橋の例:列車通過イベント中の1つのレーザーチャネルからの速度波形と、同じ記録から推定された変位。

列車通過時の速度スペクトル

mm/s
周波数 (Hz) →

振動測定 vs. 内蔵加速度計

mm/s
振動計測
加速度計
周波数 (Hz) →

図7. 鉄道橋の例:列車通過時のスペクトルと、レーザー振動測定と等価速度として表された内蔵加速度計との比較。

測定結果が示したもの

実証実験は、非接触アクセスと同時多点取得を組み合わせることの価値を示しています。

📡
稼働イベントが鮮明に捉えられた

Q2は、通常の道路交通および列車の通過に関連する振動の増加を記録しました。

🗺
測定ポイントによって応答が異なった

異なるチャネルが常に同一の挙動を示すわけではありませんでした。この空間情報は、単一点測定よりも多くのコンテキストを提供し、追跡測定の指針となります。

📊
周波数領域解析により主要成分を特定した

道路橋では、繰り返しの測定において再現性のある低周波成分が見られました。鉄道橋では、通過前、通過中、通過後に明確なスペクトル内容が示され、将来のトラッキングに有用な候補となりました。

内蔵加速度計が品質管理をサポートした

両方の実証において、振動測定スペクトルを装置の加速度計と比較することで、特定の成分が橋梁の応答によるものか、あるいはセットアップの動きに影響されている可能性があるかを評価するのに役立ちました。

橋梁管理者がデータを活用する方法

Q2は、エンジニアリング評価や規制上の点検に代わるものではありません。その価値は、選択された資産に対して迅速に展開できる、客観的で再現性のある測定レイヤーを追加することにあります。

橋梁モニタリングプログラムにおいて、これは以下をサポートします:

センサーを設置することなく迅速なベースライン作成
文書化された位置からの再現性のある測定
キャンペーン間での振動シグネチャの比較
詳細点検のための資産の優先順位付け
運用モード解析のためのパイロットスタディ
外部観測地点からのより安全なデータ取得

Q2は多くのポイントを一度に測定するため、各キャンペーンで1回のセットアップにより時間的情報と空間情報の両方を捉えることができます。これは、構造物への直接アクセスが制限されている場合に特に有用です。

パイロットキャンペーンからモニタリングワークフローへ

実用的なQ2ワークフローは、シンプルで再現性のある測定から開始し、ベースラインが構築されるにつれて拡張していくことができます。

1
パイロット資産の選択

安全なアクセス、クリアな視線、および運用上の関連性がある橋梁を選択します。

2
再現性のある位置の文書化

装置の位置、距離、方位、ターゲットゾーン、光学構成、および動作条件を記録します。

3
複数のイベントの測定

再現性を評価するために、複数の交通または列車通過を捉えます。

4
内部品質チェックの活用

Q2の加速度計を確認し、セットアップの動きの影響を受けた区間を特定します。

5
ベースラインの構築

主要な周波数、相対振幅、イベント期間、および空間応答パターンを長期的に追跡します。

6
エンジニアリング判断との統合

必要に応じて、Q2のデータを点検履歴、メンテナンス記録、モデル、または補完的な計装と組み合わせます。

結論

移動式橋梁モニタリングのための実用的なレイヤー

フィールド実証により、Ommatidia Q2マルチチャネル・レーザードップラー振動計が、安全な非接触測定位置からの移動式橋梁振動モニタリングをサポートできることが示されました。このシステムは、稼働中の振動イベントを捉え、複数のポイントを同時に測定し、ベースライン作成や追跡キャンペーンに適した時間領域および周波数領域の情報を提供しました。

 

Q2は、恒久的な計装を決定する前に、点検プログラムに動的測定を追加する実用的な方法を橋梁管理者に提供します。Ommatidiaは、橋梁モニタリングの実証、移動式点検キャンペーン、運用モード解析のパイロット、および資産ベースラインプログラムをサポートいたします。

 

OMMATIDIA — アプリケーションノート ・ 移動式橋梁振動モニタリング ・ Q2マルチチャネル・レーザードップラー振動計

 

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