特許ウォッチ

公開番号2025037118
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-17
出願番号2023143893
出願日2023-09-05
発明の名称PCまくらぎの健全度評価装置及びPCまくらぎの健全度評価方法
出願人公益財団法人鉄道総合技術研究所
代理人個人
主分類E01B 3/34 20060101AFI20250310BHJP(道路,鉄道または橋りょうの建設)
要約【課題】ひび割れが発生したPCまくらぎの交換の必要性又は優先順位付けに関する判断基準を明確に示すことができるPCまくらぎの健全度評価装置を提供する。
【解決手段】PCまくらぎの健全度評価装置は、ひび割れが抽出された第2画像を作成する第1作成部11と、第2画像が二値化された第3画像を作成する第2作成部12と、第3画像に対してノイズが除去された第4画像を作成する第3作成部13と、第4画像に対して第4領域が第5領域に細線化された第5画像を作成する第4作成部14と、第5画像における第5領域に含まれる複数の第2画素の画素数に基づいて、ひび割れの長さを算出する第1算出部15と、ひび割れの長さとPCまくらぎの耐荷力との関係を示す第1データを記録する第1記録部16と、ひび割れの長さの第1算出値、及び、第1データに基づいて、PCまくらぎの健全度を評価する評価部17と、を有する。
【選択図】図3

特許請求の範囲【請求項１】
上面を含み且つ前記上面にひび割れが発生したＰＣまくらぎの健全度を評価するＰＣまくらぎの健全度評価装置において、
前記ＰＣまくらぎの前記上面が撮像された第１画像に対して、セマンティックセグメンテーションを実行することにより、前記ひび割れが抽出された第２画像を作成する第１作成部と、
前記第１作成部により作成された前記第２画像に対して、第１閾値による二値化処理を実行することにより、前記第２画像が二値化された第３画像を作成する第２作成部と、
前記第２作成部により作成された前記第３画像に対して、前記第１閾値以上の輝度値をそれぞれ有する複数の第１画素を含む第１領域を、前記複数の第１画素のうち互いに隣り合う複数の第１画素である複数の第２画素をそれぞれ含む複数の第２領域に分割し、分割された前記複数の第２領域のうち第２閾値以下の面積を有する第２領域である第３領域に含まれる前記複数の第２画素の各々が有する輝度値を０とするノイズ除去処理を実行することにより、ノイズが除去された第４画像を作成する第３作成部と、
前記第３作成部により作成された前記第４画像に対して、前記複数の第２領域のうち前記第２閾値を超える面積を有する第２領域である第４領域に細線化処理を実行することにより、前記第４領域が第５領域に細線化された第５画像を作成する第４作成部と、
前記第４作成部により作成された前記第５画像における前記第５領域に含まれる複数の前記第２画素の画素数に基づいて、前記ひび割れの長さを算出する第１算出部と、
前記ひび割れの長さと前記ＰＣまくらぎの耐荷力との関係を示す第１データを記録する第１記録部と、
前記第１算出部により算出された前記ひび割れの長さの第１算出値、及び、前記第１記録部により記録された前記第１データに基づいて、前記ＰＣまくらぎの健全度を評価する評価部と、
を有する、ＰＣまくらぎの健全度評価装置。
続きを表示（約 3,400 文字）【請求項２】
請求項１に記載のＰＣまくらぎの健全度評価装置において、
前記評価部は、前記第１算出値及び前記第１データに基づいて、前記ＰＣまくらぎの健全度を複数の第１ランクのいずれかに分類することにより、前記ＰＣまくらぎの健全度を評価する、ＰＣまくらぎの健全度評価装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＰＣまくらぎの健全度評価装置において、
前記第１データに基づいて、前記ＰＣまくらぎの健全度を前記複数の第１ランクに分類するための前記ひび割れの長さについての複数の第３閾値を取得する第１取得部を有し、
前記評価部は、前記第１算出値、及び、前記第１取得部により取得された前記複数の第３閾値に基づいて、前記ＰＣまくらぎの健全度を前記複数の第１ランクのいずれかである第２ランクに分類することにより、前記第２ランクに基づいて、前記ＰＣまくらぎの健全度を評価する、ＰＣまくらぎの健全度評価装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＰＣまくらぎの健全度評価装置において、
前記ＰＣまくらぎの健全度評価装置は、前記上面である第１上面に第１レール締結装置により第１レールが締結されている前記ＰＣまくらぎである第１ＰＣまくらぎの健全度を評価し、
前記ＰＣまくらぎの健全度評価装置は、更に、
前記第１ＰＣまくらぎの前記第１上面が撮像された第６画像における前記第１レール締結装置の第１位置と、第２上面を含み且つ前記第２上面に第２レール締結装置により第２レールが締結されている第２ＰＣまくらぎの前記第２上面が撮像された第７画像における前記第２レール締結装置の第２位置と、のずれ量を算出し、算出された前記ずれ量だけ前記第６画像をずらし、前記第６画像がずらされた前記第１画像を作成する第５作成部と、
前記第５画像における前記第５領域の第３位置に基づいて、前記第１レールの幅方向における前記ひび割れの前記第１レール締結装置からの第１距離を算出する第２算出部と、
を有し、
前記第１データは、前記ひび割れの長さと前記耐荷力と前記第１距離との関係を示し、
前記評価部は、前記第１算出値、前記第１データ、及び、前記第２算出部により算出された前記第１距離の第２算出値に基づいて、前記第１ＰＣまくらぎの健全度を評価する、ＰＣまくらぎの健全度評価装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＰＣまくらぎの健全度評価装置において、
前記ＰＣまくらぎの健全度評価装置は、前記上面である第３上面に第３レール締結装置により第３レールが締結されている前記ＰＣまくらぎである第３ＰＣまくらぎの健全度を評価し、
前記ＰＣまくらぎの健全度評価装置は、更に、
前記第３レールよりも第１高さだけ上方の第４位置から前記第３上面が撮像された前記第１画像を撮像する第１撮像部と、
平面視において互いに間隔を空けて配置された第１部分及び第２部分を含み、前記第１部分と前記第２部分との間の第１実距離が既知であり、且つ、第４レールが締結されている第４ＰＣまくらぎが、前記第４レールよりも前記第１高さと等しい第２高さだけ上方の第５位置から撮像された第８画像を撮像する第２撮像部と、
前記第２撮像部により撮像された前記第８画像に基づいて、前記第１部分と前記第２部分との間の画素単位の距離である第１画素距離を算出し、算出された前記第１画素距離と前記第１実距離とに基づいて、前記第１画素距離と前記第１実距離との第１比率を算出する第３算出部と、
を有し、
前記第１算出部は、前記第５画像における前記第５領域に含まれる前記複数の第２画素の画素数、及び、前記第３算出部により算出された前記第１比率の第３算出値に基づいて、前記ひび割れの長さを算出する、ＰＣまくらぎの健全度評価装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＰＣまくらぎの健全度評価装置において、
前記ＰＣまくらぎの健全度評価装置は、軌道に沿って配置された複数の前記ＰＣまくらぎのうち前記上面にひび割れが発生した前記ＰＣまくらぎである第５ＰＣまくらぎの健全度を評価し、
前記ＰＣまくらぎの健全度評価装置は、更に、
前記軌道上の基準位置から前記第５ＰＣまくらぎまでの前記軌道に沿った第２距離を表す第１情報を示す第２データを記録する第２記録部と、
前記評価部により評価された前記第５ＰＣまくらぎの健全度、及び、前記第２記録部により記録された前記第２データに基づいて、前記第５ＰＣまくらぎを交換するか否かを判定する判定部と、
を有する、ＰＣまくらぎの健全度評価装置。
【請求項７】
請求項３に記載のＰＣまくらぎの健全度評価装置において、
前記ＰＣまくらぎを設置してからの経過年数又は累積通トン数を表す第１パラメータを示す第３データを記録する第３記録部と、
前記第１パラメータと前記耐荷力との関係を示す第４データを記録する第４記録部と、
前記第４記録部により記録された前記第４データに基づいて、前記ＰＣまくらぎの健全度を複数の第３ランクに分類するための前記第１パラメータについての複数の第４閾値を取得する第２取得部と、
を有し、
前記評価部は、前記第１算出値及び前記複数の第３閾値に基づいて、前記ＰＣまくらぎの健全度を前記第２ランクに分類し、且つ、前記第３記録部に記録された前記第３データ、及び、前記第２取得部により取得された前記複数の第４閾値に基づいて、前記ＰＣまくらぎの健全度を前記複数の第３ランクのいずれかである第４ランクに分類することにより、前記第２ランク及び前記第４ランクに基づいて、前記ＰＣまくらぎの健全度を評価する、ＰＣまくらぎの健全度評価装置。
【請求項８】
上面を含み且つ前記上面にひび割れが発生したＰＣまくらぎの健全度を評価するＰＣまくらぎの健全度評価方法において、
（ａ）前記ＰＣまくらぎの前記上面が撮像された第１画像に対して、セマンティックセグメンテーションを第１作成部により実行することにより、前記ひび割れが抽出された第２画像を前記第１作成部により作成するステップ、
（ｂ）前記（ａ）ステップにて作成された前記第２画像に対して、第１閾値による二値化処理を第２作成部により実行することにより、前記第２画像が二値化された第３画像を前記第２作成部により作成するステップ、
（ｃ）前記（ｂ）ステップにて作成された前記第３画像に対して、前記第１閾値以上の輝度値をそれぞれ有する複数の第１画素を含む第１領域を、前記複数の第１画素のうち互いに隣り合う複数の第１画素である複数の第２画素をそれぞれ含む複数の第２領域に分割し、分割された前記複数の第２領域のうち第２閾値以下の面積を有する第２領域である第３領域に含まれる前記複数の第２画素の各々が有する輝度値を０とするノイズ除去処理を第３作成部により実行することにより、ノイズが除去された第４画像を前記第３作成部により作成するステップ、
（ｄ）前記（ｃ）ステップにて作成された前記第４画像に対して、前記複数の第２領域のうち前記第２閾値を超える面積を有する第２領域である第４領域に細線化処理を第４作成部により実行することにより、前記第４領域が第５領域に細線化された第５画像を前記第４作成部により作成するステップ、
（ｅ）前記（ｄ）ステップにて作成された前記第５画像における前記第５領域に含まれる複数の前記第２画素の画素数に基づいて、前記ひび割れの長さを第１算出部により算出するステップ、
（ｆ）前記ひび割れの長さと前記ＰＣまくらぎの耐荷力との関係を示す第１データを第１記録部により記録するステップ、
（ｇ）前記（ｅ）ステップにて算出された前記ひび割れの長さの第１算出値、及び、前記（ｆ）ステップにて記録された前記第１データに基づいて、前記ＰＣまくらぎの健全度を評価部により評価するステップ、
を有する、ＰＣまくらぎの健全度評価方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣまくらぎの健全度を評価するＰＣまくらぎの健全度評価装置及びＰＣまくらぎの健全度評価方法に関するものである。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
プレストレストコンクリート（ＰＣ）製のまくらぎであるＰＣまくらぎは、鉄道の高速化及び安全性の向上に欠かせない軌道の重要な構成要素である。ＰＣまくらぎは木まくらぎと比較して、高い耐久性を有している。そのため、維持管理コストの削減又は軌道変位の抑制の観点等からＰＣまくらぎの導入が進められてきた。既設のＰＣまくらぎの中には、敷設から５０年以上経過したＰＣまくらぎであっても、設計に対して十分な耐力を有しているものも存在する。
【０００３】
一方で、例えば、線路を通過する各車両の重量の総和、即ち通過トン数を意味する通トンが比較的大きな線路環境では、摩耗が進行しているケースも散見され、凍害とみられる損傷により著しく耐荷力が低下しているケースも散見されている。そのため、近年ではＰＣまくらぎからＰＣまくらぎへの交換需要も増加しており、既設ＰＣまくらぎの実態調査や交換基準に関する検討が進められている。即ち、ＰＣまくらぎの健全度を効率良く評価することが重要となってきている。
【０００４】
特開２０２２－１２６２７号公報（特許文献１）には、ＰＣまくらぎの健全度を評価するＰＣまくらぎの健全度評価方法において、ＰＣまくらぎのスケーリング面積に基づいて、このＰＣまくらぎの健全度を評価する評価工程を含む技術が開示されている。
【０００５】
特開２０１６－８９３３９号公報（特許文献２）には、ＰＣまくらぎ劣化判定システムにおいて、ＰＣまくらぎへの加振により生じる音を取得するマイクと、マイクが取得した音に基づいて、ＰＣまくらぎのたわみ３次モードの固有振動数を検出する固有振動数検出部と、固有振動数検出部が検出したたわみ３次モードの固有振動数が所定条件よりも低周波であると判定すると、ＰＣまくらぎが劣化していると判定する劣化判定部と、を具備する技術が開示されている。
【０００６】
特開２０２１－１８９１２４号公報（特許文献３）には、まくらぎ寿命推定方法において、鉄道車両及び当該鉄道車両が走行する軌道のそれぞれをモデル化するモデル化工程と、鉄道車両と軌道の動的相互作用解析によって鉄道車両走行時における軌道のまくらぎが負荷するまくらぎの曲げモーメントの時刻歴波形を計算する時刻歴波形計算工程と、任意のＰＣまくらぎに対して、静的詳細解析によってＰＣまくらぎの曲げモーメントとＰＣ鋼材応力関係を計算する静的詳細解析工程とを有する技術が開示されている。上記特許文献３に記載の技術では、まくらぎ寿命推定方法において、時刻歴波形計算工程及び静的詳細解析工程の結果から、鉄道車両走行時のＰＣまくらぎのＰＣ鋼材応力の時刻歴波形を計算するＰＣ鋼材応力の時刻歴波形算出工程と、ＰＣ鋼材応力の時刻歴波形を用いて、将来にわたるＰＣ鋼材の引張疲労強度を算出する引張疲労強度算出工程とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０２２－１２６２７号公報
特開２０１６－８９３３９号公報
特開２０２１－１８９１２４号公報
【非特許文献】
【０００８】
V. Badrinarayanan et al., “Segnet: A deep convolutional encoder-decoder architecture for image segmentation”, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 39, No. 12, pp. 2481-2495, (2017).
OpenCV, “Structural Analysis and Shape Descriptors”、［online］、［令和５年３月１５日検索］、インターネット〈URL：https://docs.opencv.org/3.4/d3/dc0/group__imgproc__shape.html〉
OpenCV, “Extended Image Processing”、［online］、［令和５年３月１５日検索］、インターネット〈URL：https://docs.opencv.org/4.x/df/d2d/group__ximgproc.html〉
箕浦慎太郎、外３名、「縦ひび割れの発生したＰＣまくらぎの健全度評価」、コンクリート工学年次論文集、２０１６年、第３８巻、第２号、ｐ．１５８５－１５９０
Scikit-image, “Module: registration”、［online］、［令和５年３月１５日検索］、インターネット〈URL：https://scikit-image.org/docs/stable/api/skimage.registration.html#r065f4156fcfd-1〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＰＣまくらぎの上面には、ＰＣまくらぎの長手方向にひび割れが発生したものが散見されているが、これらのひび割れの発生とＰＣまくらぎの性能（耐荷力等）との関連は明確になっておらず、交換の必要性又は優先順位付けに関する判断基準が明確になっていなかった。また、交換の判断は各現場での目視による定性的な判断で行われており、現場若しくは検査者による基準の違い、又は、交換作用の平滑化による維持管理の合理化若しくは作業効率等の観点で、課題があった。
【００１０】
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、ＰＣまくらぎの健全度を評価するＰＣまくらぎの健全度評価装置において、ＰＣまくらぎの長手方向にひび割れが発生した場合に、発生したひび割れの長さを正確に算出し、且つ、ＰＣまくらぎの交換の必要性又は優先順位付けに関する判断基準を明確に示すことができるＰＣまくらぎの健全度評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許