2018 Fiscal Year Research-status Report
MEMS加速度・ジャイロセンサを用いた地震被害計測センサの開発
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18K04328
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
佐伯 昌之 東京理科大学, 理工学部土木工学科, 教授 (70385516)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | MEMS / ジャイロ / 加速度 / 層間変形角 / 地震応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，地震による構造物の変形を街規模で迅速に計測するための安価なセンサを開発することである．そのために本研究では，無線センサネットワークに搭載可能な安価なMEMS加速度・ジャイロセンサで加速度・角速度を計測し，地震動に伴う回転角（建物に固定した場合には，建物の傾斜角）を計測するためのアルゴリズムを開発する．
2018年度は，1)センサ試作，2)層間変形角の推定アルゴリズムの開発，3)アルゴリズムの実装，4)振動実験，5)生活ノイズフィルタの開発と実証試験，6)地震動強さ指標の妥当性検証を予定していた．
1)は2017年度に別予算で試作したセンサを用いることで代用した．2)および3)については，姿勢制御などで使われている標準的なカルマンフィルタアルゴリズムを基にプログラムを実装し，センサの出力結果をPC上で解析するところまで進めた．ただし，センサ自体には未だ実装していない．4)は別予算で小型の2軸振動台を購入し，これを用いてセンサ試作機を固定して振動実験を行った．この観測データを用いて，センサの回転角（傾斜角）を推定するところまでは実現している．5)の生活ノイズフィルタは試作しているものはあるが，継続的に動作を検証する必要があり，完了はしていない．6)の地震動強さ指標の妥当性は検証し，やはり構造物に固定したセンサで計測された地震応答を用いると，地盤の地震動を用いるよりも過大評価する傾向があること，しかも過大評価の程度は，地震動と対象構造物の振動特性に依存するために大きくばらつく傾向があり，構造応答から計算される地震動指標とはほぼ相関性が見られないことが明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
進捗状況は，研究項目によって多少は凸凹はあるものの，先にも説明した通り，おおむね順調に進展している．そのため，2019年度も当初予定通りに研究を進めることができる．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画では，上記のうちの6)は2018年度中に完了しており，残りの1)センサ試作，2)層間変形角推定アルゴリズムの開発，3)上記アルゴリズムの実装，4)振動実験，5)生活ノイズフィルタの開発と実証試験を継続することになっている．
1)のセンサ試作では，現在，別の新しいMEMSセンサの性能を検討している最中であり，特に性能が向上することがないようであれば，現在の試作機をそのまま継続して使用する．より良い製品があれば，試作機を作製して，精度が向上するかどうかを確認する．2)のアルゴリズム開発では，プログラムを実装して2軸振動データを解析できるところまできており，今後，プログラムの精度向上を目指す．カルマンフィルタを使用していることから，初期値の与え方，分散共分散行列の設定の仕方，カルマンフィルタに入力する前のフィルタ処理などの前処理方法により精度が向上する可能性があり，これを１つ１つ点検していくことになる．とくに，2018年度の解析結果より，強い地震動が加速度応答として入力された場合に，加速度から推定される傾斜成分の精度が悪化することが分かっており，加速度と角速度の重みのバランスをどのように設定すべきかが研究の重要な点となっている．3)の実装については，PC上で動作するプログラムから小型センサに実装できるプログラムへの修正について考えるが，2)の進展状況に依存するため，2020年度の実施とする可能性が高い．4)の振動実験は継続して実施する．5)の生活ノイズフィルタの開発と実証試験も，現状のまま継続することとする．
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| Causes of Carryover |
2018年度と2019年度にセンサの試作を検討していたが，2018年度はそれ以前に試作したセンサをそのまま用いて2軸振動実験を行い，アルゴリズム開発・実装のための基礎データを取得することができた．
2018年度に試作しなかったために，予算を若干残し，2019年度のセンサ試作と合わせて使用することができると考えている．実際には，センサ試作のための市場調査（入手が容易な安価なMEMSセンサのサーベイ）を2018年度末に企業に依頼しており，その支払いをまだ済ませていない．2019年度のセンサ試作とあわせて処理を進める予定である．
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