2023 Fiscal Year Research-status Report
振動特性を考慮した三次元点群データによる橋梁変位計測システムの開発
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21K14228
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
阿久津 絢子 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (10894496)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 動的挙動 / 橋梁振動 / 三次元点群データ / 変位 / 動画分析 / 位相限定相関法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，カメラによる動画や画像を用いて構築する橋梁の三次元点群データについて，特に橋梁の振動により生じる誤差を低減するため，振動特性を考慮した三次元点群データによる橋梁変位計測システムの開発を目的としている．
前年度中に動画処理を行うことで異なる位置やタイミングで撮影した動画から基準となるフレームの決定，抽出および対象のフレームを用いて点群データ化する方法を構築したため，本年度は作成した点群データの処理方法および変位計測方法について検討を行った．
画像を用いた点群データは，各画像から特徴点を抽出し特徴点同士をマッチングさせることで生成する．多くの画像を用いることによりマッチングする特徴点の数は増えるが，一方でノイズの原因となる特徴点が増えてしまう．そのため，変位計測の前に点群データの前処理としてノイズ除去処理を行った．本研究では橋梁等の構造物の点群データを利用するため，構造物の外形を検出し，かつノイズ除去が可能なRANSAC法とSORフィルタを適用し，ノイズ除去処理を行った．
変位計測方法の検討として，橋梁の支承を模擬したモデルを用いた実験を行った．支承モデルの周囲から撮影した画像を用いて3次元点群データを生成し，支承モデルを回転させたり，微小に動かしたりした状態で生成した点群データと比較する方法を検討した．変位や回転角度の計測は，生成した点群データにおいてメッシュやグリッドを生成せずに点群間の距離を取得するM3C2比較法やRANSAC法により得られた平面から法線ベクトルを取得することで算出した．実験ではレーザ変位計等を用いて実測値を計測しており，本研究で検討したノイズ除去方法および変位，回転計測方法を適用した結果と比較し，高い精度で変位や回転角度を得ることができていることが確認できた．
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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
本年度は3年目に計画していた復元した3次元点群データから変位を取得する方法の検討，得られた点群データのノイズ除去方法の検討を行い，前年度までに構築した動画分析により橋梁の振動状態を把握し，点群データを構築するシステムに組み込んだ．変位計測は，前年度に取得した橋梁の点群データでは変位を生じさた状態での点群取得が困難であったため，橋梁支承部モデルを3Dプリンタで出力させて実験を行った．確認のために取得していたレーザ変位計での計測結果と比べても高い精度で変位や回転を算出できていることが確認できたため，本研究は概ね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに動画から橋梁の振動を取得する方法，取得した振動の基準位置のフレームを抽出して振動を考慮した点群データ構築方法，得られた点群データから変位や回転角度を取得する方法について検討を行ってきた．振動を考慮した動画フレームの取得部分についてフレームの抽出を位置のみで決定しているが，実際には動画フレーム間での微小なブレの影響等が考慮されていないため，フレームのブレ度合等を考慮した自動抽出方法を検討したいと考えている．また，その抽出に機械学習や確率的なアプローチの導入を検討している．さらにカメラが車両等に搭載されて動いている場合の画角変更や振動への対応方法についても考えていきたい．当初は今年度で終了の予定であったが，補助期間の延長を申請し，海外での学会発表および論文投稿を行う予定である．
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| Causes of Carryover |
海外での学会発表を行う予定であるが，その発表が次年度であったため補助期間の延長を申請し，海外への渡航費や宿泊費等が円安等の状況により予想が困難であったため，多めに繰越額を残しておいた．
基本的には海外学会発表の参加費，渡航費，宿泊費に充てる．残額が出た場合は論文投稿や現在までに購入していなかった計測用ノートPC購入に充てる予定である．
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