JP2019152005A - 転圧回数予測システム、及び転圧方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)最適な回数で転圧することができるため、転圧不足や過転圧を避けることができ、その結果、高品質の盛土を提供することができる。
(2)試験施工で決定された計画転圧回数よりも少ない回数で転圧を終えることもあり、この場合、施工コストを低減することができ、すなわち効率的な転圧施工を実現することができる。
(3)従来の往復走行に基づく計画転圧回数にとらわれない、合理的な転圧回数を提供することができるため、転圧にかかる時間数を低減することができ、その結果、土工全体のサイクルタイムを短縮することができる。
本願発明の実施形態の例を説明するにあたって、はじめにここで用いる用語の定義を示しておく。既述したとおり本願発明は人工知能AI(特に、機械学習)を利用することをひとつの特徴としており、過去実施された盛土転圧の実績データを数多く機械学習し、その結果を実際の施工に活用する。ここでは便宜上、過去に転圧された盛土のことを特に「標本盛土」ということとし、これから実施しようとする転圧施工のことを「本施工」、この本施工が対象とする盛土のことを特に「施工盛土」ということとする。
盛土の物性値とは、その盛土にかかる種々の属性のことであり、盛土材にかかる属性や、施工にかかる属性などが挙げられる。盛土材にかかる属性としては、材質(粘性土やシルト、砂や砂質土、レキ、など)や、状態を表す諸元(乾燥密度、含水比、間隙率、均等係数など)などを例示することができる。一方、施工にかかる属性としては、転圧機械の性能や規格、転圧機械の運転者、転圧回数、盛土量(面積や体積)、施工状況(期間や機械台数、天候など)を例示することができる。
前述したように、通常は転圧しながら変動物性値を順次計測していく。そこで、本施工中に計測して得られた変動物性値のことを、ここでは便宜上、「計測変動物性値」ということとする。また、転圧されるたびに変動物性値が変化することを考えると、この変動物性値が施工盛土を評価する指標になりうると考えることができる。すなわち、あらかじめ基準となる変動物性値を設定しておき、計測変動物性値がその基準に達したときに施工盛土が目標とする要求性能を満足したと評価するわけである。ここでは便宜上、この基準となる変動物性値のことを「計測変動物性値」ということとする。
一般的に施工盛土は比較的広い範囲で計画されることから、全体をまとめて盛土品質を評価するのではなく、全体を分割してそれぞれの部分を個別に評価する方が、高品質な盛土を得ることができる。ここでは、施工盛土の平面範囲のことを「施工範囲」、施工範囲を分割して得られるそれぞれの部分のことを「小領域」ということとする。例えば図1では、施工範囲Crをいわゆるメッシュ分割することで多数(図では8×11)の小領域Msを設定している。なお、基本的に転圧機械の走行レーンLn(図に示す矢印方向)は、1列に並べられた複数の小領域Msによって形成される。
次に、本願発明の転圧回数予測システムについて説明する。図2は、本願発明の転圧回数予測システム100の主な構成を示すブロック図であり、図3は、転圧回数予測システム100の主な処理の流れを示すフロー図である。なおこのフロー図では、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生ずる出力情報を示している。
学習手段101は、多数の標本盛土の「学習データセット」を学習するものであり、この学習データセットは学習データセット記憶手段105に記憶される。ここで学習セットとは、標本盛土ごとに用意されるデータセットであり、その標本盛土における複数種類の物性値と、転圧回数と変動物性値の関係(以下、「転圧回数−変動物性値」と記す。)を含んで構成されるデータセットである。なお、転圧回数−変動物性値は、標本盛土を転圧したときの記録であり、それぞれの転圧回数(1回、2回、3回・・・)とそのときの変動物性値との関係を表すものである。
変動物性値計測手段102は、施工盛土の変動物性値を計測して計測変動物性値を取得するものである。後述するように本願発明は、計測変動物性値と基準変動物性値を照らし合わせて、今後必要となる転圧回数を予測する。すなわち転圧しながら計測変動物性値を取得することとなり、そのため本施工にあたってはあらかじめ変動物性値の種類を設定しておくとよい。例えば、変動物性値を加速度応答値CCVとして評価する場合は変動物性値計測手段102として加速度計等を用意し、変動物性値を飽和度として評価する場合は変動物性値計測手段102として水分センサやRI計などを用意し、変動物性値を沈下量として評価する場合は変動物性値計測手段102として衛星観測システムGNSSやトータルステーションTSを用意する。もちろん1種類の変動物性値による評価に限らず、2種類以上の変動物性値(例えば加速度応答値CCVと飽和度など)で評価することもできる。
変動物性値予測手段103は、今後の転圧回数ごとの変動物性値を予測するものである。なお、本施工で既に実施した転圧回数のことを「実績転圧回数」としたが、これに対して本施工において今後実施する転圧回数のことをここでは「今後転圧回数」ということとする。図3に示すように、変動物性値計測手段102によって計測変動物性値が取得されると、変動物性値予測手段103が今後転圧回数ごとの変動物性値を予測する(Step50)。ただし、第1回目の転圧後に予測し、第2回目の転圧後にも予測するなど毎回転圧するたびに予測する仕様としてもよいし、あらかじめ定めた実績転圧回数(例えば第3回目)で予測する仕様としてもよい。
転圧回数算出手段104は、残りの必要転圧回数(本施工においてあと何回転圧すべきか)を求めるものである。図3に示すように、変動物性値予測手段103によって今後転圧回数−予測変動物性値が求められると、転圧回数算出手段104が残りの必要転圧回数を算出する(Step60)。具体的には図4に示すように、今後転圧回数−予測変動物性値と、あらかじめ設定された基準変動物性値に基づいて、予測変動物性値が基準変動物性値に達する(あるいは上回る)今後転圧回数(以下、「最終転圧回数)という。)を求め、現時点の実績転圧回数と最終転圧回数の差から残りの必要転圧回数を算出する。例えば図4のケースでは、第5回目(最終転圧回数)の転圧で予測変動物性値が基準変動物性値を上回ると予測され、現時点までに3回(実績転圧回数)の転圧を行っていることから、残りの必要転圧回数は2回として求められる。なお、施工盛土を小領域Ms(図1)ごとで評価する場合は、転圧回数算出手段104が小領域Msごとの残りの必要転圧回数を求める仕様とするとよい。
図1に示すように、施工盛土を小領域Msごとで評価する場合、計測変動物性値記憶手段108は小領域Msごとに計測変動物性値を記憶し、変動物性値予測手段103は小領域Msごとに今後転圧回数−予測変動物性値を求め、転圧回数算出手段104は小領域Msごとに残りの必要転圧回数を算出すると説明した。したがって、すべての小領域Msが同じ必要転圧回数となることもあれば、それぞれの小領域Msで異なる必要転圧回数が算出されることがある。それぞれの小領域Msで必要転圧回数が異なる場合に、図1に示すような単純直線の走行レーンLnで転圧していくと、既に最終転圧回数に達した小領域Msを走行することもあり、すなわち過転圧を引き超すことも考えられる。
続いて、本願発明の転圧方法について、図6を参照しながら説明する。なお、本願発明の転圧方法は、ここまで説明した転圧回数予測システム100を使用する方法であり、したがって転圧回数予測システム100で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の転圧方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「1.定義」を含め「2.転圧回数予測システム」で説明したものと同様である。
101 (転圧回数予測システムの)学習手段
102 (転圧回数予測システムの)変動物性値計測手段
103 (転圧回数予測システムの)変動物性値予測手段
104 (転圧回数予測システムの)転圧回数算出手段
105 (転圧回数予測システムの)学習データセット記憶手段
106 (転圧回数予測システムの)変動モデル記憶手段
107 (転圧回数予測システムの)入力データセット記憶手段
108 (転圧回数予測システムの)計測変動物性値記憶手段
109 (転圧回数予測システムの)転圧経路設定手段
110 (転圧回数予測システムの)出力手段
111 (転圧回数予測システムの)転圧機械
112 (転圧回数予測システムの)測位手段
Cr 施工範囲
Ms 小領域
Ln 走行レーン
Claims (5)
- 転圧の程度に応じて変動する盛土の物性値である変動物性値に基づいて、該盛土の必要転圧回数を予測するシステムであって、
多数の標本盛土の学習データセットを学習する学習手段と、
施工対象である施工盛土の前記変動物性値を計測して計測変動物性値を取得する変動物性値計測手段と、
前記施工盛土の入力データセットに基づいて、該施工盛土の今後の転圧回数ごとの前記変動物性値を予測する変動物性値予測手段と、
前記対象盛土が目標とする前記変動物性値である基準変動物性値と、前記変動物性値予測手段によって予測された今後の転圧回数ごとの前記変動物性値と、に基づいて残りの必要転圧回数を求める転圧回数算出手段と、を備え、
前記標本盛土ごとに用意される前記学習データセットは、該標本盛土の複数種類の物性値と、該標本盛土を転圧したときの転圧回数ごとの前記変動物性値と、を含み、
前記入力データセットは、前記施工盛土の複数種類の物性値を含み、
前記学習手段は、前記学習データセットに基づいて、転圧回数と前記変動物性値の関係を示す変動モデルを生成し、
前記変動物性値予測手段は、前記入力データセット、前記施工盛土の転圧回数、該施工盛土の転圧回数ごとの前記計測変動物性値、及び前記変動モデルに基づいて、前記変動物性値を予測する、
ことを特徴とする転圧回数予測システム。 - 前記変動物性値計測手段は、前記施工盛土を複数に分割して得られる小領域ごとに、該小領域の前記計測変動物性値を取得し、
前記変動物性値予測手段は、前記小領域ごとに、前記変動物性値を予測し、
前記転圧回数算出手段は、前記小領域ごとに、残りの必要転圧回数を求める、
ことを特徴とする請求項1記載の転圧回数予測システム。 - 前記転圧回数算出手段が求めた前記小領域ごとの残りの必要転圧回数に基づいて、今後の転圧経路を設定する転圧経路設定手段を、さらに備えた、
ことを特徴とする請求項2記載の転圧回数予測システム。 - 前記施工盛土を転圧する転圧機械を、さらに備え、
前記変動物性値計測手段は、前記転圧機械に設けられ、該転圧機械の移動に伴って前記計測変動物性値を取得する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の転圧回数予測システム。 - 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の転圧回数予測システムを用いて、前記施工盛土を転圧する方法であって、
転圧機械によって、前記施工盛土を転圧する転圧工程と、
前記変動物性値計測手段によって、前記施工盛土の前記計測変動物性値を取得する変動物性値計測工程と、を備え、
前記転圧工程では、前記転圧回数算出手段によって求められた残りの必要転圧回数となるまで、前記施工盛土を転圧する、
ことを特徴とする転圧方法。
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