JPH1114448A - 構造物の振動観測方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地震と風とによる両方の振動を効率よく記録
する。 【解決手段】 Ａ／Ｄ変換器６は振動センサ４と風速セ
ンサ５からの信号を取り込み、ビルの振動およびビル周
辺の風速を表すデジタル信号をそれぞれ出力する。第１
の統計量取得手段１３は、上記風速を表すデジタル信号
により一定時間ごとの風速の平均値を算出する。第２の
統計量取得手段１４は、上記振動を表すデジタル信号に
より一定の時間ごとの構造物の振動の最大値を取得す
る。そして、第１の記憶制御手段１６は、上記風速の平
均値が１０ｍ／ｓを上回る場合には、上記振動を表すデ
ジタル信号を１秒間に１０回の頻度で記憶手段１２に記
憶させる。一方、第２の記憶制御手段１８は、上記振動
の最大値が１０ｇａｌを上回る場合には、振動を表すデ
ジタル信号を１秒間に２００回の頻度で記憶手段１２に
記憶させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の振動を観
測して記録する方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高層ビルなどの構造物では、安全性の確
保や、メンテナンス上の理由から、地震や強風による構
造物の振動が長期間にわたって観測され、観測結果が記
録されている。従来、このような観測は地震用の振動観
測装置と、風用の振動観測装置とを構造物に設置して行
われ、地震および風による構造物の振動をそれぞれの観
測装置で観測して結果を記録していた。

【０００３】地震による振動は瞬間的に発生し、周期が
短く、振幅も大きいため、地震用の観測装置では、１秒
あたり２００回程度の非常に高い頻度（したがって非常
に短い時間間隔）で振動センサの出力信号をサンプリン
グし、デジタル信号に変換して記憶装置に格納してい
る。一方、風による振動は周期が長いため、風用の観測
装置では、１秒あたり１０回程度の比較的低い頻度（し
たがって比較的長い時間間隔）で振動センサの出力信号
をサンプリングし、デジタル信号に変換して記憶装置に
格納している。また、風による振動は、一般に長時間継
続するので、観測も長時間にわたり連続して行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、地震用と風用
の観測装置は共に振動センサによって構造物の振動を検
出し、結果を記録するものであり、基本的な構成は同一
である。したがって、地震用と風用の観測装置を個別に
設置するのは無駄であり、共通化を図ることで観測に要
するコストを削減することができる。地震用と風用の観
測装置を比較すると、地震用は、より周期の短い振動を
観測・記録できるので、地震用の観測装置の方が性能は
高く、したがって、地震用の観測装置をそのまま風用の
観測装置として用いることも可能である。しかし、その
場合には、風による振動も１秒あたり２００回の非常に
高い頻度でサンプリングを行い、そして長時間にわたっ
てデータを記録することになり、記憶装置としては膨大
な記憶容量を備えたものが必要となる。また、必要のな
い多量のデータを扱わなければならず、データを通信回
線を通じて転送するような場合には効率がわるい。

【０００５】そこで本発明の目的は、このような問題を
解決し、不必要に多量のデータを記録することなく地震
と風とによる両方の振動を記録することを可能とする構
造物の振動観測方法および装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、構造物の振動を検出して前記構造物の振動を
表す時系列のデジタル信号を生成し、生成した前記デジ
タル信号を記録する方法であって、風速を測定して風速
に係わる第１の統計量を取得し、取得した前記第１の統
計量が第１のしきい値を上回るとき、前記デジタル信号
を第１の頻度で記録し、振動を表す前記デジタル信号に
もとづいて前記構造物の振動の大きさに係わる第２の統
計量を取得し、取得した前記第２の統計量が、第２のし
きい値を上回るとき、前記デジタル信号を、前記第１の
頻度より高い第２の頻度で記録することを特徴とする。
本発明はまた、前記第１の統計量が、平均値、標準偏
差、最大値、最小値のうちのいずれかまたは複数である
ことを特徴とする。本発明はまた、前記第２の統計量
が、標準偏差、最大値、最小値のうちのいずれかまたは
複数であることを特徴とする。

【０００７】本発明はまた、構造物に取り付けられた振
動センサと、前記振動センサの出力信号を所定の頻度で
サンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
と、前記Ａ／Ｄ変換器が出力する前記デジタル信号を記
憶する記憶手段とを備えた構造物の振動観測装置であっ
て、前記構造物周辺の風速を測定する風速センサと、前
記風速センサが測定した風速にもとづいて前記風速に係
わる第１の統計量を取得する第１の統計量取得手段と、
前記Ａ／Ｄ変換器が出力する前記デジタル信号にもとづ
いて前記構造物の振動の大きさに係わる第２の統計量を
取得する第２の統計量取得手段と、前記第１の統計量取
得手段が算出した前記第１の統計量が第１のしきい値を
上回るとき、前記Ａ／Ｄ変換器が出力する前記デジタル
信号を第１の頻度で前記記憶手段に記憶させる第１の記
憶制御手段と、前記第２の統計量取得手段が算出した前
記第２の統計量が第２のしきい値を上回るとき、前記Ａ
／Ｄ変換器が出力する前記デジタル信号を、前記第１の
頻度より高い第２の頻度で前記記憶手段に記憶させる第
２の記憶制御手段とを備えたことを特徴とする。本発明
はまた、前記第１の統計量が、平均値、標準偏差、最大
値、最小値のうちのいずれかまたは複数であることを特
徴とする。本発明はまた、前記第２の統計量が、標準偏
差、最大値、最小値のうちのいずれかまたは複数である
ことを特徴とする。本発明はまた、Ａ／Ｄ変換器が出力
する前記デジタル信号を一時的に記憶する一時記憶装置
をさらに備え、前記一時記憶装置は、前記記憶手段が記
憶可能な速度で、記憶した前記デジタル信号を読み出し
て前記記憶手段に出力することを特徴とする。

【０００８】本発明の構造物の振動観測方法では、風速
を測定して風速に係わる第１の統計量を取得し、取得し
た第１の統計量が第１のしきい値を上回るとき、構造物
の振動を検出して生成したデジタル信号を第１の頻度で
記録する。一方、構造物の振動を検出して生成した前記
デジタル信号にもとづいて構造物の振動の大きさに係わ
る第２の統計量を取得し、取得した前記第２の統計量
が、第２のしきい値を上回るとき、前記デジタル信号
を、第１の頻度より高い第２の頻度で記録する。したが
って、風により建物が振動した場合には、低い頻度の第
１の頻度で建物の振動を表すデジタル信号を記録し、地
震の場合にのみ、高い頻度の第２の頻度で振動を表すデ
ジタル信号を記録することができる。

【０００９】また、本発明の構造物の振動観測装置で
は、第１の統計量取得手段は、風速センサが測定した風
速にもとづいて風速に係わる第１の統計量を取得し、第
１の記憶制御手段は、第１の統計量取得手段が算出した
第１の統計量が第１のしきい値を上回るとき、Ａ／Ｄ変
換器が出力するデジタル信号を第１の頻度で記憶手段に
記憶させる。一方、第２の統計量取得手段は、Ａ／Ｄ変
換器が出力するデジタル信号にもとづいて構造物の振動
の大きさに係わる第２の統計量を取得し、第２の記憶制
御手段は、第２の統計量取得手段が算出した第２の統計
量が第２のしきい値を上回るとき、Ａ／Ｄ変換器が出力
するデジタル信号を、第１の頻度より高い第２の頻度で
記憶手段に記憶させる。したがって、風により建物が振
動した場合には、低い頻度の第１の頻度で建物の振動を
表すデジタル信号を記録し、地震の場合にのみ、高い頻
度の第２の頻度で振動を表すデジタル信号を記録するこ
とができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を実施例
にもとづき図面を参照して説明する。図１は本発明によ
る構造物の振動観測装置の一例を示すブロック図、図２
は構成図である。以下では、この図を参照しつつ本実施
例の構造物の振動観測装置について説明し、同時に本発
明の構造物の振動観測方法の実施例についても説明す
る。図１、図２に示したように、この構造物の振動観測
装置２は、複数の振動センサ４、風速センサ５、Ａ／Ｄ
変換器６、パーソナルコンピュータ８（以下パソコン８
ともいう）、通信モデム１０を含んで構成されている。
そしてパソコン８により、本発明に係わる記憶手段１
２、第１および第２の統計量取得手段１３、１４、第１
および第２の記憶制御手段１６、１８が構成されてい
る。

【００１１】パソコン８はハードディスク装置を備え、
上記記憶手段１２はこのハードディスク装置により構成
されている。また、ハードディスク装置にはプログラム
データが格納されており、そのプログラムデータをパソ
コン８のメインメモリにロードし、パソコン８のＣＰＵ
をそのプログラムデータにもとづいて動作させることに
より、第１および第２の統計量取得手段１３、１４、第
１および第２の記憶制御手段１６、１８の各機能が実現
される。

【００１２】複数の振動センサ４は、例えば高層ビルの
振動を検出すべく、ビルの各所に設置され、一方、風速
センサ５はビルの屋上に設置されている。Ａ／Ｄ変換器
６はこれら複数の振動センサ４および風速センサ５に接
続され、各振動センサ４および風速センサ５が、ビルの
振動および風速を検出して出力するアナログ信号を受け
取り、それぞれを一定の頻度でサンプリングした後、デ
ジタル信号に変換して出力する。本実施例では、Ａ／Ｄ
変換器６は１秒間に２００回の頻度でサンプリングを行
い、同じ頻度でデジタル信号を出力する。

【００１３】第１の統計量取得手段１３は、Ａ／Ｄ変換
器６が出力するデジタル信号にもとづいて風速に係わる
統計量を算出し、第２の統計量取得手段１４は、Ａ／Ｄ
変換器６が出力するデジタル信号にもとづいて構造物の
振動の大きさに係わる統計量を取得する。ただし、本実
施例では第１および第２の統計量取得手段１３、１４
は、Ａ／Ｄ変換器６が出力するすべてのデジタル信号を
取り込むのではなく、Ａ／Ｄ変換器６が連続して１０の
デジタル信号を出力するごとに１つのデジタル信号を取
り込む。したがって、１秒間に２０回の頻度でデジタル
信号を取り込む。また、第１の統計量取得手段１３が算
出する統計量は本実施例では風速の平均値であり、第２
の統計量取得手段１４が取得する統計量は本実施例では
振動の最大値（加速度の最大値）である。

【００１４】第１の記憶制御手段１６は、第１の統計量
取得手段１３が算出した統計量、すなわち風速の平均値
が第１のしきい値、具体的には本実施例では１０ｍ／ｓ
を上回るとき、Ａ／Ｄ変換器６が出力するデジタル信号
を第１の頻度で記憶手段１２に記憶させる。なお、第１
の頻度は本実施例では１秒間に１０回の頻度である。第
２の記憶制御手段１８は、第２の統計量取得手段１４が
取得した統計量、すなわち振動の最大値が第２のしきい
値、具体的には本実施例では１０ｇａｌ（ｃｍ／ｓ² ）
を上回るとき、Ａ／Ｄ変換器６が出力するデジタル信号
を、第１の頻度より高い第２の頻度で記憶手段１２に記
憶させる。第２の頻度は本実施例では１秒間に２００回
の頻度である。通信モデム１０は不図示の通信回線に接
続されており、この通信モデム１０を介して、記憶手段
１２に格納された、ビルの振動を表すデジタル信号を例
えばビルの管理センタなどに送信することができる。

【００１５】図３は構造物の振動観測装置２の動作を示
すフローチャートである。以下ではこのフローチャート
をも参照して、上述のように構成された構造物の振動観
測装置２の動作について説明をする。Ａ／Ｄ変換器６は
常時、各振動センサ４から、各振動センサ４がビルの振
動を検出して出力するアナログ信号を受け取り、一方、
風速センサ５から、風速センサ５がビル屋上の風速を検
出して出力するアナログ信号を受け取って、各信号を１
秒間に２００回の頻度でサンプリングした後、デジタル
信号に変換して出力している。

【００１６】第１の統計量取得手段１３は、Ａ／Ｄ変換
器６が出力する風速を表すデジタル信号を、１秒間に２
０回の頻度で取り込み、取り込んだデジタル信号にもと
づいて、一定の時間ごとに風速の平均値を算出する（ス
テップＳ１）。一方、 第２の統計量取得手段１４は、
Ａ／Ｄ変換器６が出力する振動を表すデジタル信号を、
１秒間に２０回の頻度で取り込み、取り込んだデジタル
信号にもとづいて、一定の時間ごとに構造物の振動の最
大値を取得する（ステップＳ２）。そして、第１の記憶
制御手段１６は、統計量取得手段１３が算出した風速の
平均値が第１のしきい値、１０ｍ／ｓを上回るか否かを
判定し（ステップＳ３）、判定結果がイエスの場合に
は、Ａ／Ｄ変換器６が出力する振動を表すデジタル信号
を第１の頻度（１秒間に１０回）で記憶手段１２に記憶
させる（ステップＳ４）。すなわち、風が強く、ビルが
風により振動する場合には、第１の記憶制御手段１６
は、Ａ／Ｄ変換器６が出力するデジタル信号を１／２０
に間引いて記憶手段１２に格納する。

【００１７】次に、第２の記憶制御手段１８は、第２の
統計量取得手段１４が取得した振動の最大値が、第２の
しきい値、１０ｇａｌを上回るか否かを判定し（ステッ
プＳ５）、判定結果がイエスの場合は、Ａ／Ｄ変換器６
が出力する振動を表すデジタル信号を、第２の頻度（１
秒間に２００回）で記憶手段１２に記憶させる（ステッ
プＳ６）。なお、このとき第２の記憶制御手段１８は、
この地震による振動を表すデジタル信号を、上記第１の
記憶制御手段１６が記憶させた風による振動を表す上記
デジタル信号とは別の記憶領域に記憶させる。すなわ
ち、ビルの振動が大きく、振動が地震によって生じたも
のである場合には、第２の記憶制御手段１８は、Ａ／Ｄ
変換器６が出力する振動を表すデジタル信号を、間引く
ことなく１秒間に２００回の頻度で記憶手段１２に記憶
させる。その後、ステップＳ１に戻り、以降、同様の動
作が繰り返される。

【００１８】このように、本実施例の構造物の振動観測
装置２では、１台の装置で、地震および風によるビルの
振動を共に観測して記録することができ、従来のように
地震用と風用の観測装置を個別に設置する必要がないの
で、振動観測に要するコストを削減することができる。
そして、ビル振動のデジタル信号は風による振動の場合
には低頻度で記憶手段１２に記憶され、地震の場合にの
み高頻度で記憶されるので、記憶手段１２としては小規
模のものを用いればよい。また、記憶したデジタル信号
を通信回線を通じて転送する場合にも、不必要に多量の
データを送る必要がなく、効率よく転送できる。

【００１９】なお、パソコン８の性能が必ずしも十分で
なく、Ａ／Ｄ変換器６からのデジタル信号を高速に取り
込むことができない場合などには、例えばＡ／Ｄ変換器
６に一時記憶装置を内蔵させることも有効である。すな
わち、Ａ／Ｄ変換器６が出力するデジタル信号を一時的
に一時記憶装置に記憶させ、その後、一時記憶装置か
ら、記憶手段１２が記憶可能な速度で、すなわちパソコ
ン８がデジタル信号を取り込むことができる速度で、記
憶したデジタル信号を読み出して記憶手段１２に出力す
るようにすればよい。なお、一時記憶装置は、Ａ／Ｄ変
換器６に内蔵させる他にもＡ／Ｄ変換器６とは独立した
装置として設けることも無論可能である。

【００２０】本実施例では、Ａ／Ｄ変換器６がサンプリ
ングを行う頻度、および第２の記憶制御手段１８がデジ
タル信号を記憶手段１２に記憶される頻度はいずれも１
秒間に２００回としたが、この値はあくまでも一例であ
り、好ましい値として１秒間に１００回から２００回の
範囲内の値としたり、さらには、これ以外の値に設定す
ることも可能である。また、第１の記憶制御手段１６が
デジタル信号を記憶させる頻度についても、本実施例の
１秒間に１０回という頻度に限定されるものではなく、
好ましい値として１秒間に１回から１０回の範囲内の値
としたり、さらには、これ以外の値に設定することも可
能である。

【００２１】そして、Ａ／Ｄ変換器６がサンプリングを
行う頻度は、必ずしも第２の記憶制御手段１８がデジタ
ル信号を記憶手段１２に記憶させる頻度、すなわち第２
の頻度に一致している必要はなく、第２の頻度を上回る
頻度であれば、例えば適切に間引くことなどにより、第
２の記憶制御手段１８は第２の頻度でデジタル信号を記
憶手段１２に記憶させることができる。また、本実施例
では、第１の統計量取得手段１３は風速の平均値を算出
するとしたが、平均値以外にも風速の標準偏差、最大
値、最小値などを算出し、それぞれに応じた第１のしき
い値を設定して、振動を表すデジタル信号の記憶手段１
２への格納を同様に制御することができる。そして、用
いる統計量は１つに限らず、複数を用いて風速の程度を
判断する方式とすることも可能である。

【００２２】また、第２の統計量取得手段１５について
も、振動の最大値を取得する以外に振動の標準偏差や最
小値などを求め、それぞれに応じた第２のしきい値を設
定して、振動を表すデジタル信号の記憶手段１２への格
納を同様に制御することができる。そして、用いる統計
量は１つに限らず、複数を用いて振動の程度を判断する
方式とすることも可能である。さらに、本実施例では、
第１の統計量取得手段１３は風速に係わる統計量のみを
取得し、第１の記憶制御手段１６がその結果にもとづい
て記憶手段１２への信号の格納を制御するとしたが、第
１の統計量取得手段１３は風速に係わる統計量と共に、
振動を表すデジタル信号にもとづいて振動の例えば標準
偏差をも求め、第１の記憶制御手段１６が風速の程度と
振動の程度の双方にもとづいて記憶手段１２への信号の
格納を制御する構成とすることも可能である。そのよう
な構成では、風によってビルが振動したとき、振動を記
録するか否かの判定を一層厳密に行えるよう図ることが
できる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の構造物の振
動観測方法では、風速を検出して風速に係わる第１の統
計量を取得し、取得した第１の統計量が第１のしきい値
を上回るとき、構造物の振動を検出して生成したデジタ
ル信号を第１の頻度で記録する。一方、構造物の振動を
検出して生成した前記デジタル信号にもとづいて構造物
の振動の大きさに係わる第２の統計量を取得し、取得し
た前記第２の統計量が、第２のしきい値を上回るとき、
前記デジタル信号を、第１の頻度より高い第２の頻度で
記録する。また、本発明の構造物の振動観測装置では、
第１の統計量取得手段は、風速センサが測定した風速に
もとづいて風速に係わる第１の統計量を取得し、第１の
記憶制御手段は、第１の統計量取得手段が算出した第１
の統計量が第１のしきい値を上回るとき、Ａ／Ｄ変換器
が出力するデジタル信号を第１の頻度で記憶手段に記憶
させる。一方、第２の統計量取得手段は、Ａ／Ｄ変換器
が出力するデジタル信号にもとづいて構造物の振動の大
きさに係わる第２の統計量を取得し、第２の記憶制御手
段は、第２の統計量取得手段が取得した第２の統計量が
第２のしきい値を上回るとき、Ａ／Ｄ変換器が出力する
デジタル信号を、第１の頻度より高い第２の頻度で記憶
手段に記憶させる。したがって、本発明では、１台の装
置で、地震および風によるビルの振動を共に観測して記
録することができ、従来のように地震用と風用の観測装
置を個別に設置する必要がないので、振動観測に要する
コストを削減することができる。そして、構造物の振動
を表すデジタル信号は風による振動の場合には低頻度で
記憶され、地震の場合にのみ高頻度で記憶されるので、
記憶手段としては小規模のものを用いればよい。また、
記憶したデジタル信号を通信回線を通じて転送する場合
にも、不必要に多量のデータを送る必要がなく、効率よ
く転送できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による構造物の振動観測装置の一例を示
すブロック図である。

【図２】本発明による構造物の振動観測装置の一例を示
す構成図である。

【図３】実施例の構造物の振動観測装置の動作を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

２ 構造物の振動観測装置 ４ 振動センサ ５ 風速センサ ６ Ａ／Ｄ変換器 ８ パーソナルコンピュータ（パソコン） １０ 通信モデム １２ 記憶手段 １３ 第１の統計量取得手段 １４ 第２の統計量取得手段 １６ 第１の記憶制御手段 １８ 第２の記憶制御手段

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物の振動を検出して前記構造物の振
   動を表す時系列のデジタル信号を生成し、生成した前記
   デジタル信号を記録する方法であって、 風速を測定して風速に係わる第１の統計量を取得し、 取得した前記第１の統計量が第１のしきい値を上回ると
   き、前記デジタル信号を第１の頻度で記録し、 振動を表す前記デジタル信号にもとづいて前記構造物の
   振動の大きさに係わる第２の統計量を取得し、 取得した前記第２の統計量が、第２のしきい値を上回る
   とき、前記デジタル信号を、前記第１の頻度より高い第
   ２の頻度で記録する、ことを特徴とする構造物の振動観
   測方法。
2. 【請求項２】 前記第１の統計量は、平均値、標準偏
   差、最大値、最小値のうちのいずれかまたは複数である
   請求項１記載の構造物の振動観測方法。
3. 【請求項３】 前記第２の統計量は、標準偏差、最大
   値、最小値のうちのいずれかまたは複数である請求項１
   記載の構造物の振動観測方法。
4. 【請求項４】 構造物に取り付けられた振動センサと、
   前記振動センサの出力信号を所定の頻度でサンプリング
   してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／
   Ｄ変換器が出力する前記デジタル信号を記憶する記憶手
   段とを備えた構造物の振動観測装置であって、 前記構造物周辺の風速を測定する風速センサと、 前記風速センサが測定した風速にもとづいて前記風速に
   係わる第１の統計量を取得する第１の統計量取得手段
   と、 前記Ａ／Ｄ変換器が出力する前記デジタル信号にもとづ
   いて前記構造物の振動の大きさに係わる第２の統計量を
   取得する第２の統計量取得手段と、 前記第１の統計量取得手段が算出した前記第１の統計量
   が第１のしきい値を上回るとき、前記Ａ／Ｄ変換器が出
   力する前記デジタル信号を第１の頻度で前記記憶手段に
   記憶させる第１の記憶制御手段と、 前記第２の統計量取得手段が算出した前記第２の統計量
   が第２のしきい値を上回るとき、前記Ａ／Ｄ変換器が出
   力する前記デジタル信号を、前記第１の頻度より高い第
   ２の頻度で前記記憶手段に記憶させる第２の記憶制御手
   段と、 を備えたことを特徴とする構造物の振動観測装置。
5. 【請求項５】 前記第１の統計量は、平均値、標準偏
   差、最大値、最小値のうちのいずれかまたは複数である
   請求項４記載の構造物の振動観測装置。
6. 【請求項６】 前記第２の統計量は、標準偏差、最大
   値、最小値のうちのいずれかまたは複数である請求項４
   記載の構造物の振動観測装置。
7. 【請求項７】 Ａ／Ｄ変換器が出力する前記デジタル信
   号を一時的に記憶する一時記憶装置をさらに備え、前記
   一時記憶装置は、前記記憶手段が記憶可能な速度で、記
   憶した前記デジタル信号を読み出して前記記憶手段に出
   力する請求項４記載の構造物の振動観測装置。