JP2017117147A - 構造物の施工管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造物の施工や保守点検作業を行う際に、機械学習の手法により種々の施工データを蓄積し、施工データを用いて適切な施工管理を行う方法を提供する。【解決手段】構造物の施工や保守点検作業において監視確認すべき事項に関するデータを設定し、各データについて機械学習を実施することにより、各データに基づく結果予測を行い、結果予測に関するデータを作業者が確認可能に提示する。視確認すべき事項に関するデータ及び結果予測に関するデータは、映像データを含んでいる。結果予測に関するデータの提示は、映像表示または音声表示の少なくとも一方により行う。【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の施工管理方法に関するものであり、詳しくは、機械学習の手法により種々の施工データを蓄積し、当該施工データを用いて適切な施工管理を行うことが可能な技術に関するものである。

構造物の施工や保守点検作業を行うには、多数の項目を監視確認する必要がある。監視確認項目は作業内容により異なり、作業毎に迅速且つ適切な確認を行わなければならない。このような監視確認項目には、作業員の目視や経験に基づいて判断を行うものがあり、必ずしも適切な判断が行われない場合もある。また、作業員により常時監視（２４時間監視）を行うと作業負担が増大し、さらに、常時監視を行うことができない環境の場合もある。従来、情報処理装置を用いて多数の監視確認項目に対する監視確認作業を行う技術が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１に記載された技術は、過去の作業履歴に基づいて機械学習を行うことにより、当該作業に関する知識を抽出する情報処理装置等に関するものである。この技術は、製品の開発時に実施された作業の履歴を、少なくとも、主体情報、主体属性情報、対象情報、対象属性情報、環境情報を含む構造に構造化する構造化手段と、構造化された履歴に基づいて機械学習を行うことにより、作業に関する知識を抽出する抽出手段とを備えている。

特許文献２に記載された技術は、運用管理者の計算資源の管理稼働の負担を低減し、管理作業の効率を向上させることを目的とした制御装置等に関するものである。この技術は、計算資源群の内部で稼働する計算資源における事象に関する情報である事象情報を記憶部に格納する格納部と、記憶部によって記憶された事象情報を用いた機械学習により複数の監視項目の情報からなる判定条件式を作成する作成部と、事象の発生を契機に、作成部によって作成された判定条件式を用いて、事象が発生した計算資源に対して実行する操作を決定する決定部と、決定部によって決定された操作を、事象が発生した計算資源に対して実行する操作部とを備えている。

特開２０１５−１４８９１７号公報 特開２０１５−４６１３３号公報

上述したように、構造物の施工管理作業として、例えば、トンネルの掘削や保守点検作業を行うには、多数の項目を監視確認して、作業毎に迅速且つ適切な対応を行う必要があるが、このような監視確認作業は、作業員の目視や経験に頼っているのが現状である。例えば、トンネルの掘削や保守点検作業に用いる情報は、点検帳票に記載されていることが一般的であり、照度が不足するトンネル内に点検帳簿を持参して確認することは困難な場合が多い。

また、管理情報をデータベース化している場合であっても、管理情報は表示装置の表示画面に一覧表示されるだけであり、実際の監視箇所と管理情報との関係を直感的に把握できないことがある。さらに、過去の施工実績は現場毎に管理されており、これらの情報を統括して管理することは行われていない。この点、過去の構造物の施工や保守点検作業における実績は、他の構造物の施工や保守点検作業における結果予測に用いることができるが、このような結果予測は、作業者の勘と経験に頼っているのが現状である。

なお、従来技術として示したように、機械学習の手法を用いた制御装置や制御方法により、監視確認作業を行うようにした技術も開示されているが、このような従来技術の適用対象は一般的なものであり、構造物の施工や保守点検作業のように、種々の特殊要因が存在する技術に対して直接適用することは考慮されていない。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、構造物の施工管理作業として、例えば、トンネルの掘削や保守点検作業を行う際に、機械学習の手法により種々の施工データを蓄積し、当該施工データを用いて適切な施工管理を行うことが可能な構造物の施工管理方法を提供することを目的とする。

本発明の構造物の施工管理方法は、構造物の施工や保守点検作業において監視確認すべき事項に関するデータを設定し、各データについて機械学習を実施することにより、各データに基づく結果予測を行い、当該結果予測に関するデータを作業者が確認可能に提示することを特徴とするものである。

このような構成からなる構造物の施工管理方法は、まず初めに、構造物の施工や保守点検作業において監視確認すべき事項に関するデータを設定する。監視確認すべき事項は、施工管理現場の状況に合わせて適宜変更することができ、例えば、切羽や壁面の状況、作業員の状況等、種々の項目を監視確認すべき事項とすることができる。

また、上述した構成に加えて、監視確認すべき事項に関するデータ及び結果予測に関するデータは、映像データを含んでいることが好ましい。映像データとは、例えば、切羽の映像、壁面の映像、作業員の映像等である。なお、本発明の映像とは、静止画及び動画の双方を含む概念である。

また、上述した構成に加えて、結果予測に関するデータの提示は、映像表示または音声表示の少なくとも一方により行うことが好ましい。この場合、例えば、プロジェクションマッピングの手法により、切羽面や壁面に結果予測に関する映像を表示し、特に警告が必要な場合には、スピーカーから警報音を発生したり、警告内容を音声発生したりする。

本発明に係る構造物の施工管理方法では、構造物の施工や保守点検作業において監視確認すべき事項に関するデータに対して、機械学習を実施して結果予測を行い、結果予測に関するデータを作業者に提示することができる。したがって、作業者は、構造物の施工や保守点検に必要なデータを迅速かつ確実に確認することができる。

また、結果予測に関するデータは、機械学習の結果であるため、作業員の勘や経験に頼る必要がなく、熟練した作業員は勿論のこと、経験が少ない作業員であっても、迅速かつ適切に構造物の施工管理を行うことができる。

本発明の実施形態に係る構造物の施工管理方法の概念図。 本発明の実施形態に係る構造物の施工管理方法に用いる施工管理装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施形態における結果予測データの表示例を示す模式図。

以下、図面を参照して、本発明に係る構造物の施工管理方法の実施形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施形態に係る構造物の施工管理方法を説明するもので、図１は構造物の施工管理方法の概念図、図２は構造物の施工管理方法に用いる機器の構成を示すブロック図、図３は結果予測データの表示例を示す模式図である。

＜構造物の施工管理方法の概要＞
本発明の実施形態に係る構造物の施工管理方法は、図１に示すように、構造物の施工や保守点検作業において監視確認すべき事項に関するデータを設定し、設定した監視確認データの入力を行い、入力した監視確認データを記憶する。そして機械学習の手法により監視確認データを分析して結果予測を行い、当該結果予測データを作業者に提示するようになっている。機械学習とは人工知能に関する技術であり、コンピュータを用いて、入力データを所定のアルゴリズムに従い処理し、人間が行う学習と同様の機能を持たせるようにしたものであり、アルゴリズムには種々の態様がある。本実施形態では、例えば、ディープラーニングにより各種のデータを処理して結果予測を行うが、他のアルゴリズムを用いてデータ処理及び結果予測を行ってもよい。

ディープラーニングとは、ニューラルネットワークを多層構造化した機械学習の手法であり、特に画像認識の分野における実用化が進められている。本実施形態では、例えば、トンネルの施工管理を行う際に、切羽や壁面の状況、作業者の状況等を撮影した画像データについて、ディープラーニングの手法を用いてデータを処理することにより結果予測を行う。そして、結果予測に関するデータを切羽面や壁面等に投影したり、スピーカーから音声発生したりして、作業者に対して監視確認すべき事項を提示する。

＜施工管理装置＞
まず初めに、本発明に係る構造物の施工管理方法に用いる施工管理装置について説明する。施工管理装置は、コンピュータ及びコンピュータにインストールされたアプリケーションプログラムと、コンピュータに付帯する機器により構成する。この施工管理装置１０は、図２に示すように、基本的な構成要素として、監視確認データ入力手段１１、監視確認データ記憶手段１２、結果予測手段１３、結果予測データ出力手段１４を備えている。

この施工管理装置１０を構成する各手段は、図３（ａ）に示すように、施工管理を行う現場に設置したコンピュータ等に内蔵（付帯）していてもよいが、図３（ｂ）に示すように、構成手段の一部または全部を、データ通信回線３０を介して遠隔地に設置したサーバー４０の機能としてもよい。この場合、サーバー４０はクラウドシステム上に構築した仮想サーバー４０であってもよい。データ通信回線３０は、データの送受信を行うことができればどのような回線であってもよく、インターネット、公衆電話回線、専用データ通信回線、無線ＬＡＮ回線、有線ＬＡＮ回線等を、単独であるいは組み合わせて用いることができる。このように、施工管理装置１０をサーバー４０の機能とすることにより、監視確認データを一元管理することができるとともに、遠隔地において多様な監視確認データを利用することができる。なお、図３に示す構成では、投影装置２０が結果予測データ出力手段１４として機能する。

＜監視確認データ入力手段＞
監視確認データ入力手段１１は、構造物の施工や保守点検作業において監視確認すべき事項に関して設定されたデータを入力するための機器及びプログラムからなる。この監視確認データ入力手段１１は、コンピュータに接続されたキーボード、マウス、タッチパネル、スキャナー、カメラ等の入力デバイスと、データ入力を実施するためのプログラムとが連動して機能する手段である。

本実施形態では、監視確認項目について映像データを使用するため、カメラで撮影した映像データが入力データの主要部分となり、この映像データに対して、撮影日時、撮影場所等のデータを関連付けて記憶する。例えば、トンネル切羽に関する監視確認データでは、坑口からの距離、データの取得時間（入力時間）等のデータが映像データに関連付けられる。なお、画像フォーマットはどのような形式であってもよく、例えば、ＪＰＥＧ、ＧＩＦ、ＴＩＦＦ等の画像フォーマットや、ＭＰＥＧ、ＡＶＩ等の動画フォーマットとすることができる。

＜監視確認データ記憶手段＞
監視確認データ記憶手段１２は、監視確認データ入力手段１１の機能により入力された監視確認データを記憶するための手段であり、例えば、ＨＤＤ等の大容量記憶装置により構成する。また、監視確認データ記憶手段１２に、結果予測手段１３における結果予測データを記憶しておき、ディープラーニング（機械学習）の学習データとして利用する。さらに、監視確認データは、検索を容易なものとするために、インデックスを付してデータベース化することが好ましい。具体的な監視確認データについては、後述する。

＜結果予測手段＞
結果予測手段１３は、ディープラーニング（機械学習）を行うための手段であり、コンピュータ及びこれにインストールされたディープラーニング（機械学習）のためのアプリケーションプログラムから構成する。ディープラーニング（機械学習）の概要は上述したとおりであり、公知の技術を用いてディープラーニング（機械学習）を実施することにより、結果予測を行う。

＜結果予測データ出力手段＞
結果予測データ出力手段１４は、結果予測手段１３における結果予測データを、作業者が確認可能に提示するための手段である。本実施形態では、映像を投影するための投影装置２０や、音声出力を行うためのアンプ及びスピーカー等が結果予測データ出力手段１４として機能する。また、コンピュータに付帯したディスプレイ装置、プリンター等を結果予測データ出力手段１４として機能させてもよい。

投影装置２０としては、例えば、液晶プロジェクタを用いることができる。液晶プロジェクタは、図示しないが、光源、液晶パネル、投影レンズ系等を主要な構成要素とする機器であり、結果予測データ出力手段１４から出力された各種の監視確認データを映像化して、切羽面等に投影する。この際、投影するデータを三次元的に表現することが好ましい。データを三次元的に表現するには、プロジェクションマッピングの技術を用いればよい。なお、プロジェクションマッピングには、映像を三次元的に表現するためのハードウェア及びソフトウェアが必要となる。

また、投影装置２０は、データを担持した映像を適切な箇所に投影するために、合焦機能、ズーミング機能、パン・チルト機能等を備えていることが好ましい。これにより、投影面が屈曲している場合であっても鮮明な映像を映し出すことができる。以下、具体的な監視確認データの使用態様について説明する。

＜支保パターンの決定＞
切羽や、トンネルの掘削状況を撮影した動画を用いて、ディープラーニング（機械学習）を実施する。監視確認項目は、地山の強度、風化変質、割れ目間隔、割れ目状態、割れ目の走向傾斜、湧水の有無及び湧水量、劣化状況等である。これらの監視確認項目についてディープラーニング（機械学習）を実施し、自動的に分類(点数付け)を行って結果予測データを導出する。そして、結果予測データに基づいて、支保パターンの決定を行う。なお、風化変質のように、照明等の条件で点数付けの態様が異なる場合には、点数付けの条件を付して機械学習させることが好ましい。また、種々の項目を総合し、全体として点数付けを行って機械学習させることが可能である。

＜吹き付けコンクリートの監視確認＞
吹き付けコンクリートを施工した後に、吹き付けコンクリート面を撮影した映像を用いて、ディープラーニング（機械学習）を実施する。監視確認項目は、吹き付けコンクリート面のクラックやロックボルトの座金の変化（変状）等である。これらの監視確認項目についてディープラーニング（機械学習）を実施し、自動的に分類(点数付け)を行って結果予測データを導出する。そして、結果予測データに基づいて、吹き付けコンクリート面の監視確認を行う。

＜切羽付近の監視確認＞
切羽付近を撮影した映像を用いて、ディープラーニング（機械学習）を実施する。監視確認項目は、局所的な支保工の飛び出しや、切羽面の変化（変状）等である。これらの監視確認項目についてディープラーニング（機械学習）を実施し、自動的に分類(点数付け)を行って結果予測データを導出する。そして、結果予測データに基づいて、切羽付近における不具合や測量ミスの監視確認を行う。

＜トンネル壁面の監視確認＞
トンネル壁面を撮影した映像を用いて、ディープラーニング（機械学習）を実施する。監視確認項目は、トンネル壁面からの湧水の範囲及び湧水量等である。これらの監視確認項目についてディープラーニング（機械学習）を実施し、自動的に分類(点数付け)を行って結果予測データを導出する。そして、結果予測データに基づいて、トンネル壁面からの湧水の有無や裏面排水材の設置範囲の監視確認を行う。

＜切羽における崩落等の監視確認＞
切羽を撮影した動画を用いて、ディープラーニング（機械学習）を実施する。監視確認項目は、掘削素掘り面からの崩落や鏡吹き付け面のクラック等である。これらの監視確認項目についてディープラーニング（機械学習）を実施し、自動的に分類(点数付け)を行って結果予測データを導出する。そして、結果予測データに基づいて、切羽における崩落を監視確認し、万が一、地山崩落の危険がある場合には警報を発生して作業者に待避を促す。なお、切羽の監視確認においては、切羽の経時的変化についてディープラーニング（機械学習）を実施する。例えば、時系列的に切羽の状態をディープラーニング（機械学習）させ、結果予測データを導出する。

＜作業者の監視確認＞
作業者の姿態を撮影した動画を用いて、ディープラーニング（機械学習）を実施する。監視確認項目は、不安全行動、保護具等の着用、健康状態等である。不安全行動及び保護具の着用とは、通過すべき指定通路以外を横断する近道作業、喫煙許可場所以外での喫煙、くわえタバコ、防塵マスクの未着用、安全帯の未使用等のことである。また、健康状態とは、朝礼時における顔色、高熱、ふらつき等のことである。これらの監視確認項目についてディープラーニング（機械学習）を実施し、自動的に分類(点数付け)を行って結果予測データを導出する。そして、結果予測データに基づいて、作業者や監督者に対して注意喚起を行う。

＜作業段階における監視確認＞
トンネル坑内等で撮影した作業機械等の動画を用いて、ディープラーニング（機械学習）を実施する。監視確認項目は、作業機械により判定可能な作業の進行状況（作業段階）等である。作業機械により判定可能な作業の進行状況（作業段階）とは、発破削孔、装薬、ズリ積み込み運搬、１次吹き付け、支保工の建て込み、２次吹き付け、ロックボルト削孔、モルタル充填、ロックボルト打設等のことである。これらの監視確認項目についてディープラーニング（機械学習）を実施し、自動的に分類(点数付け)を行って結果予測データを導出する。そして、結果予測データに基づいて、各作業段階における注意事項や次の作業への準備等を提示したり、工程表を自動作成したりして、工程管理を行うことができる。

＜他の実施形態＞
上述した実施形態では、トンネルの掘削や保守点検作業を例にとって説明を行ったが、本発明は、トンネルだけではなく他の構造物にも適用することができる。また、機械学習としてディープラーニングを例にとって説明を行ったが、本発明は、ディープラーニング以外の機械学習の手法を用いて構造物の施工管理を行うことができる。

１０ 施工管理装置
１１ 監視確認データ入力手段
１２ 監視確認データ記憶手段
１３ 結果予測手段
１４ 結果予測データ出力手段
２０ 投影装置
３０ データ通信回線
４０ サーバー

Claims (3)

1. 構造物の施工や保守点検作業において監視確認すべき事項に関するデータを設定し、
   各データについて機械学習を実施することにより、各データに基づく結果予測を行い、
   当該結果予測に関するデータを作業者が確認可能に提示する、
   ことを特徴とする構造物の施工管理方法。
2. 前記監視確認すべき事項に関するデータ及び前記結果予測に関するデータは、映像データを含んでいる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の構造物の施工管理方法。
3. 前記結果予測に関するデータの提示は、映像表示または音声表示の少なくとも一方により行う、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の構造物の施工管理方法。

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