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藉由影像推測建築物內部劣化情況之技術讓公共建設養護、修繕環境更具效率

「藉由影像推測建築物內部劣化情況之技術」是全球首創的技術,藉由鏡頭拍攝的表面影像,就能測量並推測出公路橋樑等建築物內部的劣化情況。此項技術可說是NEC至今研發出的影像、圖片處理技術專業知識之集大成,利用此項技術,不必架設鷹架,在車輛通行中的公路橋樑樑下方就能進行攝影、測量與分析,檢查並推測內部有無龜裂、剝離、空洞等劣化的具體情況,進而有效地及早發現劣化或排定修繕作業先後順序,降低人工檢查作業花費的成本。

對於日趨重要的公共建設,達到有效的預防養護

時至今日,公共建設的老舊化已成社會問題,其中最令人擔憂的就是公路橋樑。一般來說,公路橋樑樑的耐用年限約為50年,但目前連結交通網絡的公路橋樑樑卻多半於1975年前後建成(譯註:日本當地情況),已被指出有崩塌的危險性。另一方面,從事養護、修繕工程的老練作業人員日漸減少,近年來的少子化更加速了這個趨勢。加以財政現況日益嚴峻,籌措編列公路橋樑養護、修繕預算更是一大難題。鑑於上述情況,公路橋樑的養護、修繕環境若繼續採用現行作法,令人擔憂有朝一日財政破產的情況。

 

而其解決之道,就是今後應由「事後養護型」改為「預防養護型」,從以往發現明顯異常才進行修補的作法,轉變為發生異常前便逐步修補、維護,以延長使用年限。改採預防養護型的方式後,得以延長建築物的整體壽命,也能夠減少維護、管理的開銷。若要做預防養護型的維護與管理,需要經常性實施檢查作業。

 

公路橋樑養護的重點,在於找出建築物結構內部的劣化部分。目前,檢查作業一般是由老練的作業人員敲擊表面,分辨敲擊聲有無異常而進行診斷。因此,檢查時必須搭建鷹架讓作業人員能夠直接接觸才能診斷,而搭建費用約占檢查成本的50%。換言之,檢查內部結構劣化時,如何節省鷹架搭建費用,成了一大課題。如果利用本次介紹的技術,就能省去鷹架的搭建費用,檢查成本可望減少到原來成本的十分之一以下。

 

時空分析的示範情況。對公路橋樑模型施加壓力後,畫面顯示出內部劣化的狀態。

「可視化」診斷內部劣化,並自動建立出能反映診斷結果的養護計畫

NEC今後的目標,是提供「公路橋樑劣化診斷解決方案」以及「養護計畫優化解決方案」兩項解決方案。

 

公路橋樑劣化診斷解決方案,能將建築物內部劣化可視化。具體來說,由拍攝人員自公路橋樑下方遠處進行攝影,再將圖片資料集中到伺服器處理。這些圖片經過分析,將龜裂、剝離、空洞等劣化診斷結果,以可視化方式淺顯易懂地反饋出來。而養護計畫優化解決方案,則依據公路橋樑劣化診斷解決方案得出的各項診斷結果,分析其劣化種類及嚴重程度後,整理出維修的優先順序,自動安排養護計畫。有了這兩項解決方案,一項前所未有、低廉成本即可從遠處收集內部劣化資訊的全新公路橋樑劣化診斷方式得以實現。

 

在今後的研發規劃方面,首先是2014年度內會同公路單位展開實證實驗;在2015年度內,計畫是在實驗的同時,以試驗性的商用化付費使用為目標。其後,不斷累積資料並進行研發,持續驗證劣化進展的可預測性、養護計畫優化的可行性,朝向2018年度內養護計畫優化解決方案商用化的目標邁進。

放眼未來,目前我們作為系統供應商與之交易往來的檢驗業者、建築顧問公司、公路管理單位等,將與各方業者攜手合作,透過提供劣化診斷或養護計畫案規劃等服務,解決各業者面臨的課題,邁向公共建設養護領域,進一步擴張事業版圖。

NEC將憑藉此項技術,提供社會公共建設老舊化對策並強化防災能力,為實現安全、安心的社會而有所貢獻。

 

以顏色深淺或漸層的不連續性表現劣化情形,從畫面就可判斷龜裂、剝離等內部劣化狀態

將內部劣化情況予以可視化,需要針對表面振動進行時空分析,利用「龜裂」、「剝離」、「空洞」等劣化情況造成的表面振動位移向量差異進行判斷。上面的4張圖片,都是以加壓機在上方對保麗龍製作的梁柱(比擬橋面支撐梁)加壓時,由下方透過鏡頭拍攝而得。我們故意造成保麗龍的劣化,將各個狀態拍攝下來後,將所產生的變動予以可視化。

 

偏藍色部分表示向左移動,偏紅色部分表示向右側移動,不同時間點的變化情況,則運用顏色深淺來顯示在圖片上。顏色越深,表示變化越大。健康狀態(無劣化)下進行加壓時,左側向左、右側向右移動,顏色漸層連續而均勻。

 

出現龜裂時,會發生明顯顏色分界,光譜呈現不連續,在該部分出現大幅變動,表示顏色分界處出現裂隙。剝離狀態時,由於應力完全無法作用在剝離部分,會出現一部分是與顏色漸層連續面無關的變動。空洞狀態最不容易分辨,加壓時,空洞中的空氣形成類似氣墊的狀態,受力作用較慢,因此該處呈現如同等高線般的模樣。

 

如上所說,針對這樣的顏色顯示模式、振動扭曲呈現模式,就能將各種劣化情況予以分類,這項發現可說是我們的一大進展。(日文版原文發表日期:2015年3月)

研究者簡介

高田 巡( NEC 資訊及媒體處理研究所 訊號處理科技群 主任研究員)

在京都出生、成長,1998年畢業於京都大學工學研究所。碩士課程專攻「多人會議系統效能化」介面。進入NEC後,在奈良縣生駒的研究所,著手開發使用三面投影機的大型「臨場感視訊會議系統」。2002年起,也接觸圖片壓縮加密,2008年因圖片加密團隊縮編,調任玉川事業處。其後歷經派任至NEC Informatec Systems,Ltd.等異動,2011年起擔任目前職位。他將目前的研究視為圖像壓縮加密的下一階段。興趣是前往度假勝地潛水。不管再忙也會抽出空檔,每年請幾天假,前往帛琉、法屬新喀里多尼亞、地中海馬爾他島等地欣賞大型魚類,可說是他恢復精神的最佳方式。

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