国立产业技术综合研究所［中钵良二会长］（以下简称“AIST”）分析测量标准研究部[研究部部长 野中英彦] 无损测量研究组 津田宏研究组组长 李志远 首席研究员 东日本高速公路株式会社东北分公司（以下简称“NEXCO东日本”）与 NEXCO Engineering Tohoku Co, Ltd（以下简称“NEXCO ENGINEERING TOHOKU”）合作，开发了使用数码相机的技术从桥梁底部拍摄桥梁图像，比以往任何时候都更容易测量车辆通过桥梁时发生的偏转分布。我们还利用该技术进行了示范实验，测量了常磐高速公路常磐富冈交流道（IC）和山本交流道之间的九座桥梁的挠度分布。
桥梁的健康状况是根据车辆通过时的挠度来评估的。以前，桥面使用钢琴线连接到地面，并通过钢琴线的膨胀和收缩来测量挠度。然而，这种方法安装钢琴线需要时间和精力，并且当桥梁跨越山脉、山谷或直接在海洋下方时，测量很困难。新开发的技术只需用安装在桥侧面或桥台上的数码相机拍照即可测量附着在桥侧面的目标的偏转。此外，该技术还可用于定期测量具有一定负载的车辆通过桥梁时的偏转量，从而可以监测桥梁随时间的健康状况。
该技术的详细内容将于2016年9月7日至9日在东北大学河内北校区（宫城县仙台市）举行的日本土木工程学会2016年全国会议第71届学术年会上公布。
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| 常磐高速公路9座新建桥梁挠度测量示范实验示意图 |
近年来，由于在经济高速增长时期建造的社会基础设施已有半个多世纪的历史，开发高可靠性、低成本的老化结构维护和管理技术已成为紧迫的社会问题。例如，检查员定期对桥梁进行目视检查，如果发现问题，他们会进行详细调查，例如测量挠度。然而，传统的挠度测量需要在每个测量点搭建脚手架，用琴丝连接地面和桥梁，并安装位移计来测量挠度，成本极高且耗时。另外，如果桥梁直接位于海底，琴弦无法固定，因此无法测量挠度。
AIST 到目前为止莫尔条纹二手采样莫尔条纹法为了高精度测量结构的位移分布，并成功测量了福冈县若户大桥主梁的挠度分布，但我们正在寻找试验场地来进一步验证该技术。与此同时，NEXCO 东日本东北分公司和 NEXCO Engine Tohoku 正在寻找能够使他们轻松且经济地管理其维护和管理的公路桥梁的技术。
因此，三方针对常磐高速公路常磐富冈IC和山本IC之间通车前的9座桥梁，利用产业技术研究院开发的位移测量技术，测量了车辆通行过程中桥梁产生的挠度。环形位移计进行比较和验证测量结果。
新开发的技术利用莫尔条纹的扩展现象来测量桥梁的挠度。首先，使用数码相机拍摄一座连接有方格目标的桥梁（图 1）。由于数码相机的图像传感器像素以格子图案排列，因此捕获的目标图像对应于叠加的目标和图像传感器像素的两个格子。对拍摄图像进行数据处理，以使拍摄元件的像素与目标之间的晶格间距更接近，从而产生莫尔条纹。根据变形前后产生的莫尔条纹的相位值的变化来计算附着目标的部分的位移。
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| 图1从桥侧面对角线方向拍摄的相机（左）和安装在桥台上的相机从桥轴线方向拍摄的相机（右） |
另外，采用独创的莫尔条纹测量方法，桥梁挠度测量需要在测量点前面安装摄像头，但在实际现场，很难在测量点前面固定安装摄像头的地方。因此，从桥梁维护和管理的角度来看，希望能够通过沿桥梁侧面对角安装摄像机来测量挠度（图1左），或者如果可能的话，在作为桥梁结构一部分的桥台上安装摄像机（图1右）。为此，我们开发了一种新的挠度测量算法，考虑到被拍摄目标的网格间距根据与相机的距离而变化的事实以及测量过程中补偿相机抖动的需要，使得通过将相机对角安装在桥梁或桥台上来测量挠度成为可能。
图2显示了通过从桥轴方向拍摄图像来测量挠度的示例。在本实验中，将目标固定在桥壁栏杆上，当两辆洒水车以 60 km/h 的速度通过桥梁时，使用从桥轴线方向拍摄的目标图像来测量挠度。当两个喷水器经过目标即测量点时（图2右侧约13秒和16秒），分别测得约06毫米的偏转。此外，使用该技术测量的偏转量与使用传统环形位移计测量的偏转量非常匹配。
使用环形位移计进行挠度测量，仅测量一个位置，并进行组装脚手架、安装钢琴钢丝和位移计等准备工作，就需要几天时间。利用该技术，测量所需的唯一准备工作就是连接目标和安装相机，因此一天内即可完成测量，包括准备工作，与传统技术相比，大大缩短了时间和成本。此外，即使是过去难以测量挠度的跨越河流、山区、山谷和海洋的桥梁，现在通过在桥台上安装数码相机，也可以测量挠度大小，大大扩展了通过测量挠度来评估桥梁健康状况的能力。新开发的技术实现了简单而高精度的挠度测量，有望成为一项新技术，可以大大提高评估老龄化问题的社会基础设施健康状况的效率。
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| 图2验证实验（左）和两个喷头通过桥梁时测得的偏转量（右） |
此次，我们在常磐高速公路通车前的9座桥梁上成功进行了挠度测量示范实验，证实了该技术的有效性。未来，这种测量技术不仅将应用于公路桥梁，还将应用于铁路桥梁、隧道等社会基础设施，以及高层建筑变形分布的测量。该项目还将用于诊断发达国家的社会基础设施的健康状况，这些国家的社会基础设施正在迅速老化，而发展中国家的社会基础设施由于快速发展而不够可靠。