JP2020024184A - Structural inside deformation character detection device - Google Patents

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Abstract

To solve the problem that a method for creating general teacher data cannot be applied because an inside deformation characteristic cannot clearly be regulated due to the difficulty of externally observing or measuring the inside deformation characteristic by actual measurement in applying a method for detecting the inside deformation characteristic existing in a structural inside by using an impulse applied to a structure and a response of the structure to the impulse.SOLUTION: A part or all of teacher data is set by numerical analysis and experiment about a structure model including an inside deformation state assumed to have a high possibility of existence in an object structure, a part considered to have a large relevance to a surface response corresponding to an inside deformation state assumed to have a high possibility of existence in the object structure about at least a part of the surface response obtained in actually measuring the object structure is extracted, and the measurement data of the parts is added to the teacher data.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、概して、コンクリート等の構造(以下、構造と称する。)の内部に存在する内部変状の存否だけでなく、その位置、形状、範囲、種類、物性等の内部変状特性を、構造に作用する刺激とそれに対する応答との関係に基づいて検出する装置に関する。より具体的には、特定の刺激を受けた構造の内部変状特性と応答との関係についての教師データの作成に特徴を有する装置及び方法に関する。   The present invention generally uses not only the presence or absence of internal deformation existing inside a structure such as concrete (hereinafter referred to as a structure) but also the internal deformation characteristics such as its position, shape, range, type, and physical properties. The present invention relates to an apparatus for detecting based on a relationship between a stimulus acting on a structure and a response to the stimulus. More specifically, the present invention relates to an apparatus and a method having a feature in generating teacher data on a relationship between an internal deformation characteristic of a structure subjected to a specific stimulus and a response.

構造の内部に存在するため外部から観察できず、しかもその物理的特性を簡便に把握する手段も存在しない内部変状については、その有無、位置、範囲、種類等の特性を非破壊的に検出するために、構造の外部から物理的な刺激を人為的に与えて得られた、又は自然の物理作用の刺激の下で得られた、応答を分析することが一般に行われている。その最も簡易な刺激は、太陽光加熱によるものであり、より高度なものとして自然微動、打撃、加振、人工加熱、超音波、エックス線透過等がある。   Non-destructive detection of the presence, location, range, type, etc. of internal deformations that cannot be observed from the outside because they are inside the structure and there is no means to easily grasp their physical characteristics In order to do so, it is common practice to analyze the response obtained artificially by applying a physical stimulus from outside the structure, or obtained under the stimulus of natural physical action. The simplest stimulus is due to solar heating, and more advanced stimuli include natural tremor, impact, vibration, artificial heating, ultrasonic waves, and X-ray transmission.

例えば、人体やコンパクトな物品等のように対象が比較的小規模な構造体であれば、エックス線や超音波等を用いて設備の整った閉鎖空間内で測定することによって内部状況を高精度で詳細観察できるので、内部変状特性の検出は比較的容易である。しかし、その対極にある、自然環境下にある社会資本を構成するような大型構造を対象とするような場合、通常、内部を直接観察することができず、比較的単純な刺激に対する、構造表面での応答だけを測定することしか現実的にはできない。このような表面応答のデータをヒトが見ただけでは内部変状の有無程度を認識することはできても、内部変状の特性までも識別することは実際上不可能である。   For example, if the target is a relatively small structure such as a human body or a compact article, the internal situation can be measured with high accuracy by measuring in a well-equipped enclosed space using X-rays or ultrasonic waves. Since the detailed observation can be performed, the detection of the internal deformed characteristic is relatively easy. However, at the other end of the spectrum, when targeting large structures that constitute social capital in the natural environment, it is usually not possible to directly observe the interior, and the structure surface is exposed to relatively simple stimuli. It is only practical to measure only the response at Although humans can recognize the degree of internal deformation only by looking at such surface response data, it is practically impossible to identify the characteristics of internal deformation.

そのため、得られた表面応答から何らかの論理を介して内部変状特性を分類し特定する手段が必要である。そのような手段の1つとして、表面応答から内部変状特性をコンピュータによる逆解析によって求めることが考えられるが、現状では、その逆解析ために詳細な表面応答データと高度で精緻な解析手法が必要であり、対象が大規模で大量である場合、コスト効果の観点から全く現実的ではない。   Therefore, a means for classifying and specifying the internal deformation characteristic from the obtained surface response through some logic is required. As one of such means, it is conceivable to obtain the internal deformation characteristics from the surface response by computer inverse analysis. At present, detailed surface response data and advanced and sophisticated analysis methods are required for the inverse analysis. Necessary, if the target is large and large, it is not entirely feasible from a cost-effective point of view.

現在、自動運転、人物認証、指紋認証、文字読み取り、又は音声認証等にみられるように、得られた画像データ、波動データ等から対象物を認識及び/又は識別する技術がディープラーニング(以下、DLと称する。)を利用して発展してきている。このようなDLを特定の刺激に対して得られた構造の表面応答データと内部変状の特性とを関連付ける手段として利用することが考えられる。この検出手段を用いれば、エックス線等によって内部変状を詳細に可視化したり、逆解析によって内部変状を具体的な数値で確定することはできないけれども、保守対象が大量であり、また現状ではコスト効果の観点から目視と打音検査程度のもので対応するしかない一般的な社会資本の大型構造の内部変状の検出を改善できると考えられる。しかし、このような社会資本の大型構造の内部変状の認識・識別にDLを利用するには、以下に示すいくつかの問題を解決する必要がある。   At present, technology such as autonomous driving, person authentication, fingerprint authentication, character reading, or voice authentication, which recognizes and / or identifies an object from obtained image data, wave data, etc. DL). It is conceivable to use such a DL as a means for associating the surface response data of the structure obtained for a specific stimulus with the characteristics of the internal deformation. If this detection method is used, it is not possible to visualize the internal deformation in detail using X-rays or the like, and to determine the internal deformation with specific numerical values by inverse analysis, but the maintenance target is large, and at present the cost is low. From the viewpoint of effectiveness, it is thought that it is possible to improve the detection of internal deformation of large structures of general social capital that can only be dealt with by visual inspection and tapping sound inspection. However, in order to use DL for recognizing and identifying internal deformation of such a large structure of social capital, it is necessary to solve some problems described below.

図1は、画像認識・識別を例にして、一般の画像認識・識別を対象とするDLと、本発明が対象にする構造内部の変状特性検出に対するDLとを比較したものであり、前者を図の左半分に、後者を右半分に示している。図1の左半分に示すように、一般の画像認識・識別においては、通常、教師データは、実際にヒトが目で見て対象を識別できる画像データから構成される。すなわち、教師データの画像に含まれる認識・識別の対象物、例えば、人物、動物、自動車、構造、文字等については、個々の形態が非常に多様であっても、形態上の特徴にそれぞれ一定の共通性があり、視覚で直接的に対象の特徴を取得できるものである。しかも、そのような画像データは、関連技術の進歩によって、簡便に大量に高精度に収集、蓄積、処理等が可能である。そのため、たとえ画像において対象物の一部が隠れていたり、見る角度が異なるため見え方が様々に変化しても、個々の対象物についての形態上の特徴及び見え方と対象物とを1対1で関連付けるための基本的な情報又は手法が蓄積されている。このように直接目視できるものではないものであっても、例えば人体内部の臓器を対象とする場合であれば、エックス線や超音波を用いて得られた画像によって間接的に視認が可能であり、併せて長年にわたって蓄積された膨大な解剖学的情報が背景に存在するのが一般的であるので、教師データの作成は一般の画像認識・識別の場合と大きく異ならない。また、社会資本の大規模構造においても、コンクリート構造の表面に現れたひび割れ、鋼構造の表面に存在する錆のように、表面に現れた現象そのものについての認識・識別の場合には、高精度なCCDカメラ等による画像と一般の画像認証・識別の技術を応用することで、比較的容易に対応できると考えられる。   FIG. 1 shows a comparison between a DL for general image recognition / identification and a DL for detecting a deformation characteristic inside a structure to which the present invention is applied, using image recognition / identification as an example. In the left half of the figure, and the latter in the right half. As shown in the left half of FIG. 1, in general image recognition / identification, the teacher data is usually composed of image data that enables a human to visually identify a target. In other words, the recognition / identification target included in the image of the teacher data, for example, a person, an animal, a car, a structure, a character, and the like, even if the individual forms are extremely diverse, each has a fixed form characteristic. And the feature of the object can be directly obtained visually. Moreover, such image data can be collected, stored, processed, etc. in a large amount simply and easily with the advance of related technology. Therefore, even if a part of the object is hidden in the image or the appearance changes variously due to different viewing angles, the morphological features and appearance of each object and the appearance and the object are paired. Basic information or method for associating in step 1 is stored. Even if it is not something that can be directly seen in this way, for example, if it is intended for organs inside the human body, it can be indirectly recognized by images obtained using X-rays and ultrasonic waves, In addition, since a large amount of anatomical information accumulated over many years is present in the background, the creation of teacher data is not significantly different from the case of general image recognition and identification. Even in large-scale structures of social capital, high-precision recognition and identification of phenomena on the surface itself, such as cracks on the surface of concrete structures and rust on the surface of steel structures, are required. It is considered that the technique can be relatively easily applied by applying an image obtained by a simple CCD camera or the like and a general image authentication / identification technique.

また、音声等の波動・振動データを利用するDLの場合も、一般的なDLにおいては、波動・振動データとその発生源の特性との関連付けが可能であるので、画像認証・識別の場合と同様のことがいえる。   Also, in the case of a DL that uses wave / vibration data such as voice, in a general DL, it is possible to associate the wave / vibration data with the characteristics of the source of the data. The same can be said.

しかし、社会資本を構成する大型構造等を対象とする場合のように表面応答から内部変状を認識・識別する作業においては、背景技術の項において触れたように、応答のデータをヒトが見ただけでは内部変状の有無程度を認識することはできても、内部変状特性までも識別することは実用上不可能である。より具体的に説明すると、図1の右半分に示すように、一般に大型構造に与えられる刺激としては、自然加熱、打撃、加振、人工加熱、超音波等が考えられるが、それらに対する応答は、構造表面の各点に現れた、ある時点での又は経時的な波動分布、変位分布、温度分布等であり、これらについての生のデータを見ただけでは、ヒトは、内部変状が存在しない比較的広い時間的又は空間的領域における比較的安定したデータの中に、内部変状に関連する異常値データの局所的存在を感知できるだけであり、内部変状の詳細についてのそれ以上の推測は事実上不可能である。   However, in the work of recognizing and identifying internal deformations from surface responses, such as when targeting large structures that constitute social capital, as described in the background section, humans view response data. Even if it is possible to recognize the degree of internal deformation by itself, it is practically impossible to identify even internal deformation characteristics. More specifically, as shown in the right half of FIG. 1, stimuli generally given to a large structure include natural heating, impact, vibration, artificial heating, ultrasonic waves, and the like. The wave distribution, displacement distribution, temperature distribution, etc. at a certain point in time or over time, which appeared at each point on the surface of the structure. Not only can the local presence of outliers related to internal transformations be detected in relatively stable data in relatively large temporal or spatial domains, but further inferences about the details of internal transformations Is virtually impossible.

そのため、特定の刺激を受けた構造の内部変状特性と応答との関係についての教師データを作成するときに、応答のデータが存在するだけでは、それに対応する内部変状の特性を関連付ける教師データを作成することができない。   Therefore, when creating teacher data about the relationship between the response and the internal metamorphic property of a structure that has received a specific stimulus, if the response data only exists, the teacher data that associates the corresponding internal metamorphic property with that data Can not be created.

また、対象構造の教師データそのものでなくとも、過去の類似の構造の教師データが存在すればそれから類推することも考えられるが、社会資本の大型構造の内部変状が問題になって時間が浅いため、特定の刺激を受けた構造の内部変状特性と応答とを関係付ける測定データは皆無に等しい。たとえ存在したとしても、前述のように自然環境下で構築された大型構造の内部における物性的、空間的等の特徴は、使用材料、構築方法、構築時条件等の影響を受けて不均一であり、更に、そのような構造が自然環境の経時的影響を受けて、力学的、化学的等の原因によって破壊、損傷、変形、化学変化、腐蝕等の変状を経時的に生じさせる場合、変状の多様性はそれに輪をかけて増大されるので、そもそも別個である構造同士の間での流用は、現状ではほとんど不可能であると考えられる。そして、今後、そのような多様性に対応する教師データを充実させるために、大型構造になんらかの刺激に対する応答についての測定データが大量に得られたとしても、供用中の、場合によっては更に土中に埋まっている等のため直接アクセスできないこともある大型構造から内部変状発生箇所を切り出して内部変状を詳細に調査することは事実上不可能であるため、内部変状の特性についての教師データが不完全であることには変わりがない。その対策として、内部変状及び刺激の特性を明確に設定できる試験体を用いた実験による教師データの収集も考えられるが、コストとの関係で、設定できる内部変状の特性の数は、実構造での多様性に比べれば微々たるものに過ぎず、補助的に利用できても根本的な解決策にはなり得ない場合が多いと思われる。   It is also possible to infer from the teacher data of the similar structure in the past, if it is not the teacher data of the target structure itself, but the time is short due to the internal transformation of the large structure of social capital. Thus, there is virtually no measurement data relating the response to the internal deformation properties of a structure that has received a particular stimulus. Even if they exist, the physical and spatial characteristics of large structures built in the natural environment, as described above, are uneven due to the effects of materials used, construction methods, construction conditions, etc. Yes, furthermore, when such a structure is affected by the natural environment over time, causing mechanical, chemical or other causes to cause damage, damage, deformation, chemical change, corrosion, etc. over time, Since the diversity of deformations is multiplied by the loop, it is considered that at present it is almost impossible to divert between structures that are originally separate. In the future, in order to enrich the teacher data corresponding to such diversity, even if a large amount of measurement data on the response to some stimulus is obtained in a large structure, it may be in service, and in some cases even in the soil. Since it is practically impossible to cut out the location of the internal deformation from a large structure that may not be directly accessible because it is buried in the building, etc., it is practically impossible, teacher data on the characteristics of the internal deformation Is still incomplete. As a countermeasure, it is conceivable to collect teacher data by experiments using test specimens that can clearly set the characteristics of internal deformation and stimulus.However, due to cost, the number of characteristics of internal deformation that can be set is Compared to the diversity in structure, it is only a small thing, and it seems that even if it can be used supplementarily, it can not often be a fundamental solution.

このように、本発明が対象とする大型構造の内部変状の認識・識別へのDLの適用においては、一般の画像又は波動・振動データを対象とした認識・識別におけるような教師データの作成が事実上不可能であり、そのため、新たな教師データの作成方法を考案する必要がある。   As described above, in the application of the DL to the recognition and identification of the internal deformation of a large structure targeted by the present invention, the generation of teacher data as in the recognition and identification of general images or wave / vibration data is performed. Is practically impossible, so that it is necessary to devise a method for creating new teacher data.

上記課題に対して、現在のところ、多様な内部変状を有する構造が刺激を受けたときの応答と内部変状との関係を物理的に比較的正しく関連付けることができるのは、現実的には、例えば有限要素解析等の解析によるのが簡便であるので、基本的な教師データの一部又は全部を解析によって作成することが考えられる。すなわち、(a)検出対象の構造の構造特性、(b)検出対象の内部変状の特性、(c)その構造に対して与える刺激等について物理モデルを設定し、(d)その刺激に対する構造の応答を解析的に求める。このときの解析は、前述のような、応答から内部変状の特性を特定するといういわゆる逆解析ではなく、前記物理モデルから応答を求めるという順解析であり、この順解析は、現状でも、実際に研究、設計実務等で多く利用されている実績のあるものである。したがって、このようにして得られた個々の教師データは、特殊な場合を除いて実用上の物理的整合性がほぼ保証されていると考えられる。また、今後更に解析技術が進歩すれば、解析精度の向上だけでなく、パラメータの種類を増やしてそれらの変動の幅をより広げる等、教師データを現実の多様性を反映したものにより近付けることも可能である。   At present, it is practically impossible to physically relate the relationship between the response when a structure having various internal deformations is stimulated and the internal deformations relatively physically to the above problem. Since it is easy to perform the analysis by, for example, finite element analysis, it is conceivable to create a part or all of the basic teacher data by analysis. That is, a physical model is set for (a) the structural characteristics of the structure to be detected, (b) the characteristics of the internal deformation of the target, (c) the stimulus given to the structure, and (d) the structure to the stimulus. Is analytically obtained. The analysis at this time is not a so-called inverse analysis of identifying the characteristics of internal deformation from the response as described above, but a forward analysis of obtaining a response from the physical model. It is widely used in research and design practice. Therefore, it is considered that the individual teacher data thus obtained almost guarantees practical physical consistency except for special cases. In the future, if the analysis technology advances further, it will be possible not only to improve the analysis accuracy but also to bring the teacher data closer to the one that reflects the actual diversity, such as by increasing the types of parameters and expanding the range of their fluctuation. It is possible.

しかし、下記の実施形態に示すように、解析モデルを構成するパラメータの数は多く、現状では、各パラメータの値を現実に即したばらつきまで考慮して設定することには実用上の限界が存在する。したがって、ここでは、解析のケースの数を可能な範囲で少なくして効率化及合理化を企図しながら、現実の対象構造及び内部変状の多様性にも対応できる教師データの作成方法として以下のものを更に加えることも提案する。
(a)対象構造を実測したときに得られた応答に関する測定データの中から、存在する可能性が高いと想定される内部変状と関連性が大きいと考えられる部分を抽出し、それらの測定データの部分を内部変状と関係付けて教師データに加える。これにより、対象構造に生じている現実の内部変状と応答との関係を反映したデータを教師データに加えることができると思われる。
(b)(a)で抽出した測定データの部分に対応する対象構造の内部変状発生箇所のうちの少なくとも一部について、内部変状の特性調査を他の測定箇所に比べてより詳細に実行することにより、実際の内部変状の特性とその応答との関係をより正確に教師データに反映させて、教師データの信頼性を向上させる。このようにして作成された教師データを用いることにより、DLの精度向上を図ることが考えられる。
However, as shown in the following embodiment, the number of parameters constituting the analysis model is large, and at present, there is a practical limit in setting each parameter value in consideration of actual variation. I do. Therefore, here, the following method is used as a method of creating teacher data that can cope with the diversity of the actual target structure and internal deformation while aiming for efficiency and rationalization by reducing the number of analysis cases as much as possible. It is also suggested to add more.
(a) From the measurement data on the response obtained when the target structure was actually measured, extract the parts that are considered to be highly relevant to the internal deformation that is likely to exist and measure them The part of the data is added to the teacher data in relation to the internal transformation. Thus, it is considered that data reflecting the relationship between the actual internal deformation occurring in the target structure and the response can be added to the teacher data.
(b) Perform at least a part of the internal deformation characteristic investigation on the target structure corresponding to the measurement data part extracted in (a) in more detail than other measurement points By doing so, the relationship between the characteristics of the actual internal deformation and its response is more accurately reflected on the teacher data, and the reliability of the teacher data is improved. It is conceivable to improve the accuracy of the DL by using the teacher data created in this way.

なお、社会資本を構成するような大型構造では、測定可能な応答が構造表面での応答に限られる場合が多いので、本明細書においては表面応答のみを用いる例を示しているが、本発明の対象となる応答は表面応答に限定されない。   Note that in a large structure that constitutes social capital, the measurable response is often limited to the response on the surface of the structure, and thus, in this specification, an example using only the surface response is shown. Is not limited to the surface response.

一般的なDLと、本発明が対象とする構造に対するDLとを比較した略図である。5 is a schematic diagram comparing a general DL with a DL for a structure targeted by the present invention. 本発明の一実施形態に係る装置の構成を表す略図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an apparatus according to an embodiment of the present invention. 構造内部に存在する2つの内部変状の経時的な成長、及びそれに対応して測定面に現れたそれぞれの表面応答同士の関係の概要を模式的に表す略図である。5 is a schematic diagram schematically showing the outline of the growth over time of two internal deformations existing inside the structure and the relationship between the respective surface responses appearing on the measurement surface corresponding thereto. 図2に示す装置を構成する各手段でのデータ処理内容、及び手段相互間でのデータの流れを示す略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing data processing contents in each means constituting the apparatus shown in FIG. 2 and a flow of data between the means. 本発明の一実施形態に係る、応答から内部変状の特性を検出するための方法のフローチャートを表す略図である。4 is a schematic diagram illustrating a flowchart of a method for detecting a characteristic of an internal metamorphosis from a response, according to an embodiment of the present invention. 構造に単一のひび割れが存在する場合を想定したひび割れ解析モデルの一例を示す。1 shows an example of a crack analysis model assuming a case where a single crack exists in a structure. 図6に示すひび割れ解析モデルにおいて、上面での典型的な表面温度分布を表す斜視図である。図中、(a)は上面を加熱する表側加熱の場合、(b)は下面を加熱する裏側加熱の場合をそれぞれ示す。FIG. 7 is a perspective view showing a typical surface temperature distribution on the upper surface in the crack analysis model shown in FIG. 6. In the figure, (a) shows the case of front side heating in which the upper surface is heated, and (b) shows the case of back side heating in which the lower surface is heated. 図6に示すひび割れ解析モデルにおける傾斜角δを30°、45°及び60°とした3つの場合について、ひび割れ開口部の垂直二等分線上でのそれぞれの温度分布を示す。図中、(a)は上面を加熱する表側加熱の場合、(b)は下面を加熱する裏側加熱の場合をそれぞれ示す。FIG. 6 shows respective temperature distributions on the vertical bisector of the crack opening in three cases where the inclination angle δ is 30 °, 45 °, and 60 ° in the crack analysis model shown in FIG. 6. In the figure, (a) shows the case of front side heating in which the upper surface is heated, and (b) shows the case of back side heating in which the lower surface is heated. 構造の内部に浮きが存在している浮き解析モデルの一例を示す。4 shows an example of a buoyancy analysis model in which a buoy exists inside a structure. 図9に示す浮き解析モデルにおいて、上面での典型的な表面温度分布を示した斜視図である。図中、(a)は上面を加熱する表側加熱の場合、(b)は下面を加熱する裏側加熱の場合をそれぞれ示す。FIG. 10 is a perspective view showing a typical surface temperature distribution on the upper surface in the floating analysis model shown in FIG. 9. In the figure, (a) shows the case of front side heating in which the upper surface is heated, and (b) shows the case of back side heating in which the lower surface is heated. 図9に示す浮き解析モデルにおける深さeを10mm、30mm及び50mmとした3つの場合について、浮きの中央線上での温度分布を示す。図中、(a)は上面を加熱する表側加熱の場合、(b)は下面を加熱する裏側加熱の場合をそれぞれ示す。FIG. 10 shows the temperature distribution on the center line of the float in three cases where the depth e is 10 mm, 30 mm, and 50 mm in the float analysis model shown in FIG. 9. In the figure, (a) shows the case of front side heating in which the upper surface is heated, and (b) shows the case of back side heating in which the lower surface is heated. 図6に示すひび割れ解析モデルにおける傾斜角δ=45°の場合にノイズが付加された表面温度分布を示す。図中、(a)は上面を加熱する表側加熱の場合、(b)は下面を加熱する裏側加熱の場合をそれぞれ示す。7 shows a surface temperature distribution to which noise is added when the inclination angle δ is 45 ° in the crack analysis model shown in FIG. 6. In the figure, (a) shows the case of front side heating in which the upper surface is heated, and (b) shows the case of back side heating in which the lower surface is heated. 図9に示す浮き解析モデルにおける深さe=30mmの場合にノイズが付加された表面温度分布を示す。図中、(a)は上面を加熱する表側加熱の場合、(b)は下面を加熱する裏側加熱の場合をそれぞれ示す。10 shows a surface temperature distribution to which noise is added when the depth e is 30 mm in the floating analysis model shown in FIG. 9. In the figure, (a) shows the case of front side heating in which the upper surface is heated, and (b) shows the case of back side heating in which the lower surface is heated. ひび割れモデルについての表面温度のうちの、δ=45°で表側加熱の場合であってノイズを含まないときの表面温度分布に本検出方法を適用した結果を示す。参考として、左側にひび割れ解析モデルを示している。The results of applying the present detection method to the surface temperature distribution in the case of front side heating at δ = 45 ° and no noise among the surface temperatures of the crack model are shown. For reference, the crack analysis model is shown on the left. ひび割れモデルについての表面温度のうちの、δ=45°で裏側加熱の場合であってノイズを含まないときの表面温度分布に本検出方法を適用した結果を示す。The results of applying the present detection method to the surface temperature distribution when the backside heating is performed at δ = 45 ° and no noise is included among the surface temperatures of the crack model are shown. ひび割れモデルについての表面温度のうちの、δ=45°で表側加熱の場合であってノイズを含むときの表面温度分布に本検出方法を適用した結果を示す。参考として、左側にひび割れ解析モデルを示している。The results of applying the present detection method to the surface temperature distribution when the surface temperature is δ = 45 ° in the case of front side heating and noise is included among the surface temperatures of the crack model are shown. For reference, the crack analysis model is shown on the left. ひび割れモデルについての表面温度のうちの、δ=45°で裏側加熱の場合であってノイズを含むときの表面温度分布に本検出方法を適用した結果を示す。The results of applying the present detection method to the surface temperature distribution when noise is included in the case of backside heating at δ = 45 ° among the surface temperatures of the crack model are shown. 4つの異なる傾斜角を有する複数ひび割れ解析モデルの場合の表側加熱についての検出結果のうちの正の正弦波関連成分及び正の余弦波関連成分を示す。9 shows a positive sine wave-related component and a positive cosine wave-related component of the detection result of front side heating in the case of a multiple crack analysis model having four different inclination angles. δ=45°の2つのひび割れが直交する直交ひび割れ解析モデルを示す。5 shows an orthogonal crack analysis model in which two cracks at δ = 45 ° are orthogonal. 図19に示す直交ひび割れ解析モデルの場合の表側加熱についての検出結果のうちの正の正弦波関連成分及び正の余弦波関連成分を示す。FIG. 20 shows a positive sine wave-related component and a positive cosine wave-related component of the detection result of front side heating in the case of the orthogonal crack analysis model shown in FIG. 19. 図9に示す浮きモデルに対する表側加熱の場合であってノイズを含むときの検出結果を示す。FIG. 10 shows detection results when noise is included in the case of front side heating for the floating model shown in FIG. 9. 図9に示す浮きモデルに対する裏側加熱の場合であってノイズを含むときの検出結果を示す。FIG. 10 shows a detection result in the case of backside heating with respect to the floating model shown in FIG. 9 when noise is included. 模擬ひび割れを設けたひび割れ試験体の概略図を示す。1 shows a schematic view of a cracked test piece provided with a simulated crack. 図23に示すひび割れ試験体の模擬ひび割れを設けた表側面を真上にして、晴れの日に日射により加熱したときの表側面における表面温度分布を示す。図中、(a)は表面温度分布それ自体のRGB画像であり、(b)は、表面温度分布から平均温度を除算した結果の最大絶対値で正規化した結果を示す画像である。FIG. 24 shows a surface temperature distribution on the front side surface when heated by solar radiation on a sunny day, with the front side surface provided with the simulated crack of the crack specimen shown in FIG. In the figure, (a) is an RGB image of the surface temperature distribution itself, and (b) is an image showing a result obtained by dividing the average temperature from the surface temperature distribution by a maximum absolute value. 図24の(a)に示すRGB画像を構成する表面温度分布についての検出結果である。25 is a detection result of a surface temperature distribution forming an RGB image shown in FIG. 図24の(b)にRGB画像を構成する表面温度分布に事前にノイズ除去を行なった後の検出結果である。FIG. 24B shows a detection result after noise removal has been performed on the surface temperature distribution forming the RGB image in advance. 冬季の晴れの日に実構造橋梁のRC床版の下面側を赤外線撮像装置で測定したときの床版下面での表面温度分布を表示したRGB画像及び状況写真である。It is the RGB image and the situation photograph which displayed the surface temperature distribution under the floor slab when the lower surface side of the RC slab of the actual structure bridge was measured with an infrared imaging device on a sunny day in winter. 図27に示すRGB画像中の長方形の実線で囲まれた上側領域R1の表面温度分布に対して本検出方法を適用した結果を示す。28 shows the result of applying the present detection method to the surface temperature distribution of the upper region R1 surrounded by a rectangular solid line in the RGB image shown in FIG. 図27に示すRGB画像中の長方形の実線で囲まれた中間領域R2の表面温度分布に対して本検出方法を適用した結果を示す。FIG. 28 illustrates a result of applying the present detection method to the surface temperature distribution of the intermediate region R2 surrounded by the rectangular solid line in the RGB image illustrated in FIG. 図27に示すRGB画像中の長方形の実線で囲まれた下側領域R3の表面温度分布に対して本検出方法を適用した結果を示す。28 shows a result of applying the present detection method to the surface temperature distribution of the lower region R3 surrounded by a rectangular solid line in the RGB image shown in FIG. 内部変状を含む棒状構造において端部に打撃を与えて内部変状を検出する方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of hitting an edge part and detecting an internal deformation in the rod-shaped structure containing an internal deformation. 図31の棒状構造に類似する実構造の棒状構造の端部を打撃したときに、端部で加速度センサによって実測された加速度データの一例を示す。32 shows an example of acceleration data actually measured by an acceleration sensor at an end of a rod-shaped structure having a real structure similar to the rod-shaped structure of FIG. 31 when the end is hit. 図31の棒状構造について、棒状構造の上端部を打撃したときに、振動が棒状構造中を伝播して再び上端部に戻ってくるときの加速度データを解析によって求めた結果を示す。(a)は内部変状を含まない場合であり、(b)は内部変状を棒状構造の中央部に有する場合である。31 shows a result obtained by analyzing acceleration data when vibration is propagated through the rod-shaped structure and returned to the upper end again when the upper end of the rod-shaped structure is hit with respect to the rod-shaped structure in FIG. 31. (A) is a case where the internal deformation is not included, and (b) is a case where the internal deformation is provided at the center of the rod-shaped structure. 図32に示す実測された加速度データに直交ウェーブレットによる多重解像度解析を利用したウェーブレット縮退によるノイズ除去を作用させた結果を示す。33 shows a result obtained by applying noise removal by wavelet degeneration using multi-resolution analysis using orthogonal wavelets to the actually measured acceleration data shown in FIG. 32. 図24に示す試験体の実測された表面温度分布データからDLの手法を用いて検出したひび割れ発生箇所の概略位置を示す。FIG. 26 shows a schematic position of a crack occurrence point detected by using the DL method from the measured surface temperature distribution data of the test specimen shown in FIG. 24. 図27に示すRC床版下面で実測された表面温度分布データからDLの手法を用いて検出したひび割れ発生箇所の概略位置を示す。FIG. 28 shows a schematic position of a crack occurrence point detected by using the DL method from surface temperature distribution data actually measured on the lower surface of the RC slab shown in FIG. 27.

1 本発明に係る構造内部変状検出装置
1.1 装置の構成
図2は、本発明を実施するための、構造の表面乃至内部に存在する内部変状を特定の刺激に対する応答から検出する装置100の具体的な構成の一例を示す。図中の矢印は、各手段間でのデータの流れを概して表す。
1 Structural internal deformation detecting device according to the present invention
1.1 Configuration of Device FIG. 2 shows an example of a specific configuration of a device 100 for implementing the present invention, which detects internal deformation existing on the surface or inside of a structure from a response to a specific stimulus. The arrows in the figure generally represent the flow of data between the means.

図2において、装置100は、実測手段101と、構造解析手段102と、実験手段103と、実測データ記憶手段104と、教師データ記憶手段105と、教師データ抽出手段106と、推測手段107と、表示手段108と、を備える。実測手段101としては、対象構造がなんらかの刺激を受けて応答するときに、少なくとも応答の値を測定する手段であって、例えば、表面温度を測定する赤外線撮像装置、振動を測定する加速度センサ、打撃音を測定する音響センサ等が考えられる。構造解析手段102としては、例えば、伝熱解析、力学解析、音響解析等を実行可能である一般的な有限要素解析ソフトが考えられる。実験手段103としては、例えば、対象構造の一部又は全体の原寸又は縮小模擬試験体に既知仕様の内部変状を設置したものが考えられる。実測データ記憶手段104としては、実測手段101が取得した実測データ、対象構造仕様、測定条件等を記憶するコンピュータのHDD、SDD等が考えられる。教師データ抽出手段106は、実測データ記憶手段104に記憶された実測データの少なくとも一部の中から、検出対象の内部変状の応答との関連性が強いと評価される実測データの部分を抽出する手段であり、その詳細については後述する。教師データ記憶手段105は、実測データの少なくとも一部の中から教師データ抽出手段106を介して抽出された教師データ、並びに構造解析手段102及び実験手段103によって作成された教師データを記憶するコンピュータのHDD、SDD等が考えられる。推測手段107は、記憶手段104に記憶された実測データのうちの少なくとも一部を構成する区画のそれぞれについて、教師データ記憶手段105に記憶された教師データを用いて、検出対象の内部変状の存在に起因した応答との関連性を認識・識別する手段である。表示手段108としては、推測手段107によって得られた結果を表示するディスプレイ等が考えられる。
1.2 内部変状検出の手順
次に、図2に示す装置を構成する各手段でのデータ処理内容、及び手段相互間でのデータの流れについて、特定の内部変状及び測定方法を想定して以下により具体的に説明する。
2, the apparatus 100 includes an actual measurement unit 101, a structure analysis unit 102, an experiment unit 103, an actual measurement data storage unit 104, a teacher data storage unit 105, a teacher data extraction unit 106, an estimation unit 107, Display means 108. The actual measurement unit 101 is a unit that measures at least the value of the response when the target structure receives a certain stimulus, and is, for example, an infrared imaging device that measures a surface temperature, an acceleration sensor that measures vibration, An acoustic sensor or the like for measuring sound is conceivable. As the structural analysis means 102, for example, general finite element analysis software capable of executing heat transfer analysis, mechanical analysis, acoustic analysis, and the like can be considered. The experimental means 103 may be, for example, one in which an internal deformation of a known specification is installed on a part or the whole of the target structure or on a full-scale or reduced simulation test specimen. As the actual measurement data storage unit 104, a HDD, an SDD, or the like of a computer that stores the actual measurement data acquired by the actual measurement unit 101, the target structure specifications, the measurement conditions, and the like can be considered. The teacher data extracting unit 106 extracts, from at least a part of the measured data stored in the measured data storage unit 104, a portion of the measured data that is evaluated to be strongly related to the response of the internal deformation of the detection target. This will be described in detail later. The teacher data storage unit 105 is a computer for storing the teacher data extracted from at least a part of the actually measured data via the teacher data extraction unit 106, and the teacher data created by the structure analysis unit 102 and the experiment unit 103. HDDs, SDDs, and the like are conceivable. The estimating unit 107 uses the teacher data stored in the teacher data storage unit 105 for each section constituting at least a part of the actually measured data stored in the storage unit 104, and This is a means for recognizing and identifying the association with the response caused by the existence. As the display means 108, a display or the like for displaying the result obtained by the estimating means 107 can be considered.
1.2 Procedure for detecting internal deformation Next, assuming a specific internal deformation and measurement method, the contents of data processing in each means constituting the device shown in Fig. 2 and the flow of data between the means are as follows. This will be described more specifically.

一般に、検出対象となる内部変状を想定する場合に留意すべき点は、最初から多種多様な内部変状を考慮すると問題が必要以上に複雑になることである。そのため、工学的経験に基づいて対象構造内に生じている可能性が大きい少数の基本的特性を有する内部変状を対象にした検出から始めることが重要であり、特に劣化進行の初期段階での点検調査レベルの検出においては効率がよい場合が多い。もう1つの留意すべき点は、内部変状は一定の状態に留まることなく、経時的に変化すること、特に規模が拡大することである。   In general, a point to be noted when assuming an internal deformation to be detected is that the problem becomes more complicated than necessary when various internal deformations are considered from the beginning. For this reason, it is important to start with the detection of internal deformations with a small number of basic characteristics that are likely to have occurred in the target structure based on engineering experience, especially in the early stages of deterioration progression. Efficiency is often high in detecting inspection levels. Another point to be noted is that the internal deformation does not remain in a constant state but changes with time, and in particular, scales up.

これらをより具体的に説明すると、例えば、図3(a)は、平板構造の1つの構造区画内に2つの内部変状1及び2が存在する場合であって、平板の上面に刺激、例えば日照が与えられたときに、平板構造の下面の測定面にそれぞれの内部変状に対応して現れた表面応答、例えば表面温度分布を模式的に示している。図3(a)の左側は、劣化進行の初期段階における構造の断面を示し、2つの内部変状が間隔をあけて存在していることに対応して、表面応答もそれぞれ独立している。一方、図3(a)の右側は、劣化が進行した段階を示し、2つの内部変状が拡張してより接近したことに対応して、測定面に現れた表面応答が互いに干渉し合って両者の関係が複雑化している。図3(b)は、平板構造の測定面の平面図であって、2つの内部変状に対応して測定面に現れた表面応答を模式的に示している。図3(b)の左側に示すA−A断面が図3(a)の左側に対応し、図3(b)の右側に示すB−B断面が図3(a)の右側に対応する。このように、内部変状の成長があまり進行していない初期段階では、各内部変状に関連する温度分布はほとんど独立して散在すると考えられ、この場合は、単独の各内部変状における刺激と応答との関係だけによって各内部変状の存在位置等の特性を検出できる可能性が高い。しかし、各内部変状の成長が進行するにつれて、内部変状に関連する応答分布同士の間隔が狭まり、相互に干渉又は重複して両者が混在する箇所が現れてくると、複数の内部変状の応答の影響をも考慮する必要があると思われる。しかし、劣化進行の初期段階での点検調査レベルの検出においては、各内部変状が独立して存在している状態を検出できれば十分である場合が多い。   More specifically, for example, FIG. 3A shows a case where two internal deformations 1 and 2 are present in one structural section of a flat plate structure, and a stimulus, for example, FIG. 3 schematically shows a surface response, for example, a surface temperature distribution, which appears on the measurement surface on the lower surface of the flat plate structure in response to each internal deformation when sunshine is given. The left side of FIG. 3A shows a cross section of the structure at an early stage of the progress of deterioration, and the surface response is also independent from each other in response to the presence of two internal deformations at an interval. On the other hand, the right side of FIG. 3A shows a stage where the deterioration has progressed, and the surface responses appearing on the measurement surface interfere with each other in response to the two internal deformations expanding and becoming closer to each other. The relationship between them is becoming more complicated. FIG. 3B is a plan view of a measurement surface having a flat plate structure, and schematically shows a surface response appearing on the measurement surface in response to two internal deformations. The cross section AA shown on the left side of FIG. 3B corresponds to the left side of FIG. 3A, and the cross section BB shown on the right side of FIG. 3B corresponds to the right side of FIG. Thus, in the initial stage when the growth of internal metamorphosis is not progressing much, it is considered that the temperature distribution associated with each internal metamorphosis is almost scattered independently, and in this case, the stimulation in each single internal metamorphosis is considered. It is highly possible that the characteristics such as the location of each internal deformation can be detected only by the relationship between the response and the response. However, as the growth of each internal deformation progresses, the interval between the response distributions related to the internal deformation narrows, and when a part where both interfere or overlap with each other appears, a plurality of internal deformations occur. It may be necessary to consider the effect of the response. However, in the detection of the inspection level at the early stage of the progress of deterioration, it is often sufficient to be able to detect a state in which each internal deformation exists independently.

そこで、以下の説明では、1つの構造区画内に2つの内部変状が独立して存在し、内部変状の成長があまり進行していない初期段階において、内部変状が発生している箇所を区分化して検出する手順について以下に説明する。内部変状の検出においては、この構造区画の上面及び/又は下面が刺激を受けたときに、構造区画の上面及び/又は下面で応答を測定してもよいが、ここでは構造区画の上面に刺激を与えて、下面で応答を測定する場合を想定する。また、測定される応答は二次元的分布及び/又は構造物のいくつかの地点での時間的変化であってもよい。   Therefore, in the following description, two internal deformations are independently present in one structural section, and a portion where the internal deformation has occurred in the initial stage where the growth of the internal deformation has not progressed much is described. The procedure for segmented detection will be described below. In the detection of internal deformation, the response may be measured at the upper and / or lower surface of the structural compartment when the upper and / or lower surface of the structural compartment is stimulated. Assume that a stimulus is applied and the response is measured on the lower surface. Also, the measured response may be a two-dimensional distribution and / or a temporal change at some point of the structure.

対象とする内部変状が、図3(a)の左側及び図3(b)の左側に示すように、2つの独立した内部変状1及び内部変状2であると想定する場合、そのような内部変状についての教師データの作成は、例えば、図4の左上部分に示すように、内部変状1及び内部変状2をモデル化したモデル内部変状501及び502をそれぞれ有するモデル構造301及び302に、実際の刺激をモデル化したモデル刺激401及び402(例えば、加熱、打撃等)を与えた場合のモデル応答601及び602(例えば、温度分布、振動等)を構造解析手段102によって求めることによる。この場合について、図においては内部変状の種類が異なるように示しているが、同じ種類の内部変状であってもよい。   When it is assumed that the target internal deformations are two independent internal deformations 1 and 2 as shown on the left side of FIG. 3A and the left side of FIG. For example, as shown in the upper left part of FIG. 4, the generation of the teacher data for the internal transformation is performed by using a model structure 301 having model internal transformations 501 and 502 that model the internal transformations 1 and 2, respectively. And 302, model responses 601 and 602 (for example, temperature distribution, vibration, etc.) when model stimuli 401 and 402 (for example, heating, impact, etc.) which model actual stimuli are obtained by the structural analysis means 102. It depends. In this case, although the type of the internal deformation is shown differently in the figure, the same type of internal deformation may be used.

このモデル内部変状501とモデル応答601、モデル内部変状502とモデル応答602を関係付けたデータを、解析設定条件等の解析情報とともに、教師データ記憶手段105に記憶する。前記のように、内部変状の成長があまり進行していない初期段階では、各内部変状はほとんど独立して散在することが多いので、モデル構造は、経験的に想定できる内部変状の基本的又は平均的な特性を考慮した比較的単純で独立した仕様でも対応が可能であると思われる。しかし、それだけでは実現象に十分に対応できない場合、又は内部変状の成長が更に進行した場合には、順次、モデル内部変状の種類を増やすか、及び/又は各モデル内部変状を構成するパラメータの値の範囲を広げるというステップ展開的な対応をとることが考えられる。   Data relating the model internal deformation 501 and the model response 601 and the model internal deformation 502 and the model response 602 are stored in the teacher data storage unit 105 together with analysis information such as analysis setting conditions. As described above, in the initial stage where the growth of the internal deformation has not progressed much, each internal deformation is often scattered almost independently. It seems that a relatively simple and independent specification that takes into account the target or average characteristics can be handled. However, if the actual phenomenon cannot be sufficiently dealt with by itself, or if the growth of the internal deformation further progresses, the types of the model internal deformation are sequentially increased, and / or each model internal deformation is configured. It is conceivable to take a stepwise approach of expanding the range of parameter values.

一方、図4の右上部分に示すように、実測手段101を用いて実際に対象の実構造が特定の実刺激を受けたときの実応答を測定し、その時の天候、温度、湿度等の環境、対象の実構造の構造寸法等の測定情報とともに、実応答データを実測データ記憶手段104に記憶する。   On the other hand, as shown in the upper right part of FIG. 4, the actual response when the actual structure of the target is actually subjected to a specific actual stimulus is measured by using the actual measurement means 101, and the environment such as weather, temperature, and humidity at that time is measured. In addition, the actual response data is stored in the actual measurement data storage unit 104 together with the measurement information such as the structural dimensions of the target actual structure.

また、随意により、実測データ記憶手段104に記憶された実応答データの中から、想定した内部変状1及び内部変状2に関連する応答との相関性が強いと考えられる応答の範囲を教師データ抽出手段106によって抽出し、それらの範囲の応答データを内部変状と関連付けたデータを教師データ記憶手段105に追加的に記憶する。例えば、実応答1001とモデル内部変状501のモデル応答601との間に強い関連性があると評価された場合、実応答1001を生じさせた実内部変状901はモデル内部変状501に類似すると考えて、実応答1001を内部変状1の教師データの一部として教師データ記憶手段105に記憶する。また、実応答1002とモデル応答602との関係についても同様であれば、実応答1002を内部変状2の教師データの一部として教師データ記憶手段105に記憶する。この操作により、対象の実構造に存在している実内部変状とそれに関連する実応答との関係を教師データに反映させることができると考えられる。更に、随意により、対象とする実構造、実内部変状、実刺激等を想定した実験手段103によって教師データに相当するデータを作成する場合には、これを教師データ記憶手段105に追加的に記憶する。   In addition, optionally, from the actual response data stored in the actual measurement data storage unit 104, a range of a response considered to have a strong correlation with the response related to the assumed internal deformation 1 and the internal deformation 2 is instructed. Data extracted by the data extracting means 106 and data in which the response data in those ranges are associated with the internal abnormalities are additionally stored in the teacher data storage means 105. For example, when it is evaluated that there is a strong relationship between the actual response 1001 and the model response 601 of the model internal deformation 501, the actual internal deformation 901 that caused the actual response 1001 is similar to the model internal deformation 501. Considering that, the actual response 1001 is stored in the teacher data storage unit 105 as a part of the teacher data of the internal transformation 1. If the relationship between the actual response 1002 and the model response 602 is the same, the actual response 1002 is stored in the teacher data storage unit 105 as a part of the teacher data of the internal transformation 2. By this operation, it is considered that the relationship between the real internal deformation existing in the target real structure and the real response related thereto can be reflected in the teacher data. Further, optionally, when the data corresponding to the teacher data is created by the experiment means 103 assuming the actual structure, the actual internal deformation, the actual stimulus, etc., the data is additionally stored in the teacher data storage means 105. Remember.

このような構造解析、実測及び実験に基づいて作成された教師データは、必ずしも一般の画像認識等での教師データのように大量かつ簡便に得られる訳ではないので、質・量ともに満足でない場合がある。そのため、DLにおいて用いられるようなデータ拡張法(回転、拡縮、平行移動、せん断、ぼかし、ノイズ付加等でデータを加工すること)によって、これらの教師データのデータ量を増加させて教師データに多様性を付加することが有効な場合がある。   Teacher data created based on such structural analysis, actual measurement and experiments is not always obtained in a large amount and as easily as teacher data in general image recognition etc. There is. Therefore, by using a data expansion method such as that used in DL (processing data by rotation, scaling, parallel movement, shearing, blurring, adding noise, etc.), the data amount of the teacher data is increased and the teacher data is diversified. In some cases, it may be effective to add a property.

以上のようにして得られた、教師データ記憶手段105に記憶された教師データと、実測データ記憶手段104に記憶された実測データ等とを用いて、推測手段107において実行される学習、評価等の動作よって実応答の中から想定した内部変状と関連性があると考えられる実応答の箇所を認識・推測し、実構造と対応させる等して表示手段108に表示する。このとき、その実応答の範囲に関連付けられる可能性が高い内部変状の種類、その存在の可能性等についての情報を表示することも考えられる。   Using the teacher data stored in the teacher data storage unit 105 and the measured data stored in the measured data storage unit 104 obtained as described above, learning, evaluation, and the like executed by the estimation unit 107 By recognizing / estimating a part of the actual response which is considered to be related to the assumed internal deformation from the actual response by the above operation, the actual response is displayed on the display means 108 in correspondence with the actual structure. At this time, it is also conceivable to display information about the type of internal deformation that is highly likely to be associated with the range of the actual response, the possibility of its existence, and the like.

上記手順のうちの主要な手順を記載したフローチャートの一例を図5に示し、このフローチャートに基づいて各ステップを具体的に説明する。ステップ1(S1)において、例えば内部変状の位置、範囲、物性、種類等の特性を検出する対象となる実構造について、加熱、打撃、加振、超音波等の特定の実刺激に対する表面温度等の実応答を実測手段によって実応答データとして測定する。ステップ2(S2)において、測定情報とともに、実応答データを実測データ記憶手段に記憶する。ステップ3(S3)において、対象の構造に存在すると考えられる、検出対象となる1つ又は複数の内部変状を工学的経験・判断に基づいて想定し、想定された内部変状に対応するモデル内部変状を含むモデル構造にモデル刺激を与えた場合について構造解析手段によって解析を行ってモデル応答データを求める。ステップ4(S4)において、解析情報とともに、モデル応答データを教師データ記憶手段に記憶する。   FIG. 5 shows an example of a flowchart describing the main procedure of the above procedure, and each step will be specifically described based on this flowchart. In step 1 (S1), for example, for a real structure whose characteristics such as the position, range, physical properties, and type of internal deformation are to be detected, the surface temperature with respect to a specific real stimulus such as heating, impact, vibration, or ultrasonic waves Are measured as actual response data by actual measurement means. In step 2 (S2), the actual response data is stored in the actual measurement data storage means together with the measurement information. In step 3 (S3), one or more internal deformations to be detected, which are considered to be present in the target structure, are assumed based on engineering experience and judgment, and a model corresponding to the assumed internal deformations An analysis is performed by the structural analysis means for a case where a model stimulus is applied to the model structure including the internal deformation to obtain model response data. In step 4 (S4), the model response data is stored in the teacher data storage means together with the analysis information.

このとき、随意のステップ10(S10)を付加的に行って、実応答データの中から、想定した内部変状に対応する応答との関連性が強いと評価できる部分を抽出し、それらを更なる教師データとして教師データ記憶手段に追加的に記憶してもよい。また、随意のステップ11(S11)を付加的に行って、対象とする実構造、実内部変状、実刺激等を想定した実験から得られた実験データを更なる教師データとして教師データ記憶手段に追加的に記憶してもよい。更に、随意のステップ12(S12)を付加的に行って、教師データ記憶手段に蓄積された教師データをデータ拡張法その他の手法によって加工することにより、教師データを質・量において向上させてもよい。   At this time, an optional step 10 (S10) is additionally performed to extract, from the actual response data, portions that can be evaluated as having a strong relationship with the response corresponding to the assumed internal deformation, and update them. May be additionally stored in the teacher data storage means as teacher data. Further, an optional step 11 (S11) is additionally performed, and the experiment data obtained from the experiment assuming the actual structure, the actual internal deformation, the actual stimulus, and the like as the object are further used as teacher data storage means. May be additionally stored. Further, the optional step 12 (S12) is additionally performed, and the teacher data stored in the teacher data storage unit is processed by the data extension method or other methods, so that the teacher data can be improved in quality and quantity. Good.

次に、ステップ5(S5)において、以上のようにして得られた教師データ記憶手段に記憶された教師データと実測データ記憶手段に記憶された実応答データとを用いて、DL等の手法によって構造内に存在する内部変状の位置、範囲、物性、種類等の特性を評価・推測する。   Next, in step 5 (S5), using the teacher data stored in the teacher data storage means obtained as described above and the actual response data stored in the measurement data storage means, by a method such as DL. Evaluate and infer properties such as the position, range, physical properties, and type of internal deformation existing in the structure.

最後に、ステップ6(S6)において、検出された内部変状の特性をディスプレイ等の表示手段に表示する。このとき、内部変状についての関連情報、例えば、内部変状が生じている実構造における位置、その実応答の範囲に関連付けられる可能性が高い内部変状の種類、その存在の可能性等についての情報を表示してもよい。   Finally, in step 6 (S6), the detected characteristic of the internal deformation is displayed on a display means such as a display. At this time, related information about the internal deformation, for example, the position in the actual structure where the internal deformation occurs, the type of the internal deformation that is likely to be associated with the range of the actual response, the possibility of its existence, etc. Information may be displayed.

ここで課題として残るのは、教師データ抽出手段106を構成する、実測データの実応答の中から想定した内部変状に対応する応答と関連性が強い部分を抽出するための具体的な抽出方法が必要であることである。前記のように、なんらかの刺激を受けた、内部変状を有する構造の応答には、大部分の健全な一般部分を反映した、変動が比較的少ない定常的な応答の中に、内部変状を反映した、変動が比較的大きい非定常的な応答部分が局所的に現れる。従来の信号処理技術において、このような定常応答の中の非定常的な応答の抽出に有効なフィルタによる走査方法がある。例えば、このフィルタによる走査方法を構造の応答の実測データに適用して、想定した内部変状と関連性があると考えられるものと類似した非定常的な応答部分を抽出し、これを教師データに加えることが考えられる。これに関する具体的な内容については、後に詳述する。   What remains as an issue here is a specific extraction method that constitutes the teacher data extraction means 106 and extracts a portion strongly related to the response corresponding to the assumed internal deformation from the actual response of the actually measured data. Is necessary. As described above, the response of a structure having an internal deformation that has undergone some stimulus includes an internal deformation in a relatively small and steady-state response that reflects most healthy general parts. The reflected, non-stationary response part with relatively large fluctuation appears locally. In a conventional signal processing technique, there is a scanning method using a filter effective for extracting an unsteady response from such a steady response. For example, by applying the scanning method using this filter to the measured data of the response of the structure, an unsteady response part similar to the one considered to be related to the assumed internal deformation is extracted, and this is Can be added to The specific contents regarding this will be described later in detail.

以上においては、内部変状を内部変状1及び内部変状2としたが、フィルタ特性を種々変化させて、内部変状1及び内部変状2に対応しない応答の中から新たな特徴的な応答の部分を抽出することができれば、その部分を内部変状3とすることができる。この場合、たとえ内部変状3の特性を解析モデルで設定するような明確な仕様で具体的に確定できない場合であっても、対象構造の新たな特徴的な内部変状についてのものとして教師データに加えることにより、分類・識別の精度を段階的に向上させていくことができると思われる。   In the above description, the internal deformation is defined as the internal deformation 1 and the internal deformation 2. However, by changing the filter characteristics variously, a new characteristic from among the responses not corresponding to the internal deformation 1 and the internal deformation 2 is obtained. If the part of the response can be extracted, the part can be set as the internal deformation 3. In this case, even if the characteristics of the internal deformation 3 cannot be specifically determined by a clear specification such as that set by an analysis model, the teacher data is regarded as a new characteristic internal deformation of the target structure. It seems that the accuracy of classification and identification can be improved step by step by adding.

このように、本発明は比較的少ない解析データによる教師データから出発しても、実際の実構造での測定データの利用、データ拡張等により、実構造における内部変状の多種多様な特性を反映した教師データを増殖させていくことができる。
2 教師データの作成方法の一例
2.1 全体状況の設定
次に、教師データの作成方法を具体的に説明するために、図3(a)に示した構造区画に内部変状1及び内部変状2が存在することを想定した例をより具体化して、コンクリート平板構造に存在する代表的な内部変状であるひび割れ及び浮きを選び、ひび割れ及び浮きが存在する側及びその反対側の平板構造の面を加熱よって刺激し、それぞれの加熱(以下、表側加熱及び裏側加熱と呼ぶ)に対応する、ひび割れ及び浮きが存在する側の面の表面温度を応答として測定する場合を考える。
As described above, the present invention reflects the various characteristics of internal deformation in the actual structure by using measurement data in the actual actual structure, expanding the data, etc. even when starting from teacher data based on relatively few analysis data. The teacher data can be propagated.
2 Example of how to create teacher data
2.1 Setting of the overall situation Next, in order to specifically explain the method of creating the teacher data, an example in which the internal deformation 1 and the internal deformation 2 exist in the structural section shown in FIG. More specifically, cracks and floats, which are typical internal deformations existing in the concrete plate structure, are selected, and the side of the plate structure on the side where the cracks and floats are present and the opposite side of the plate structure are stimulated by heating. Consider a case in which the surface temperature of the surface on the side where cracks and floating are present, corresponding to heating (hereinafter referred to as front side heating and back side heating), is measured as a response.

ここで、ひび割れとは、構造内に局所的に存在する薄く広がった平面的な空間であって、その空間の一部分が構造表面と交差しているものであり、一方、浮きとは、構造内に局所的に存在する薄く広がった平面的な空間であって、その空間が構造表面と交差していないものであるとする。
2.2 解析による教師データの作成
2.2.1 ひび割れに関連する表面温度分布
図6は、構造にひび割れが存在しているひび割れ解析モデルを示す。このモデルについて具体的に定常伝熱解析を行う場合には、例えば、熱伝導率κ(1.6W/(m・K))の均一物質からなる縦a(500mm)、横b(500mm)、厚さh(100mm)の平板の上面中央部付近に幅0.1mm、長さc(150mm)のひび割れ開口部があり、そのひび割れ開口部から平板上面となす傾斜角がδ(45°)であって平板上面から深さe(50mm)にまで達するひび割れが貫入しているというような多くの条件設定を行う必要がある。更に、下面又は上面の熱伝達境界の熱伝達率を6W/m2K、雰囲気温度Tを22°とし、4つの側面を断熱境界面とし、上面又は下面から流入する熱流束φを100W/m2にするというような熱的条件も更に設定する必要がある。このような条件の下で、上面を観測面とし、上面又は下面を加熱する表側加熱又は裏側加熱のそれぞれの場合において、上面での典型的な表面温度分布を斜視図で示したものが図7(a)及び7(b)である。これらの条件を構成するパラメータを変動させることにより、種々のモデルケースについて検討することができる。例えば、傾斜角δを30°、45°及び60°とした3つの場合について、表側加熱又は裏側加熱のときのひび割れの開口部の垂直二等分線上でのそれぞれの温度分布を示したものが図8a及び8bである。表側加熱と裏側加熱の両者の形状は、上下を逆にするとほぼ相似の温度分布になる。また、これらの温度分布の形状は、概略的には、ひび割れ開口部を原点とした正弦波に類似している。この部分的な表面温度分布の形状が、ひび割れが発生している箇所を検出する手掛かりの1つになると思われる。
2.2.2 浮きに関連する表面温度分布
次に、平板コンクリート構造に浮きがある場合に、浮きが表面温度分布に及ぼす影響を解析によって求めた。その解析モデルを図9に示す。このモデルでは、熱伝導率κ(1.6W/(m・K))の均一物質からなる縦a(500mm)、横b(500mm)、厚さh(100mm)の平板の上面から深さe(30mm)のところに辺長c(150mm)、同d(1500mm)の正方形で厚さ0.1mmの薄片状の空間が存在するとしている。加熱条件をひび割れモデルと同じにした場合に、表側加熱及び裏側加熱のときの上面全体での典型的な表面温度分布を示したものが図10(a)及び10(b)である。この場合も、これらのパラメータを変動させることにより、種々のモデルケースについて検討することができる。例えば、深さeを10mm、30mm及び50mmとした3つの場合について、浮きの中央線上での温度分布を示したものが図11(a)及び11(b)である。浮きについても、表側加熱と裏側加熱の両者の形状は、上下を逆にするとほぼ相似の温度分布になる。また、これらの温度分布の形状は、概略的にいうと、浮き中央を原点とした正弦波に類似している。この形状が、浮きが発生している箇所を検出する手掛かりの1つになると思われる。なお、図11(a)と図11(b)とは、異なる温度分布ではあるが、解析モデルの上面の同じ範囲の温度分布を前者は250x250画素、後者は画素125X125で表しているが、この程度の画素数の違いでは、画像の粗さにほとんど影響を及ぼさないことがわかる。
2.2.3 教師データの多様化
以上のようにして、解析モデルを用いて平板コンクリート構造の内部変状であるひび割れ及び浮きに関連する表面温度分布についての教師データを作成することができる。更に、必要に応じて、上記で設定した多くのパラメータに関して、例えば、個々の寸法を変える、コンクリートの熱的条件を変える、加熱条件を変える、ひび割れ同士を交差させる、ひび割れと浮きとを連結する等のように薄片状の空間を単一のものから複数が組み合わされたものに変更する、非定常状態を考慮する等の操作によってモデルの多様性を増すことにより教師データを補強してもよい。更に、現実の構造の条件により適合させるために、一般的なコンクリート構造の内部に存在する鉄筋、骨材等の影響を解析モデルに組み込むことも可能である。
Here, a crack is a thin, wide, planar space that exists locally in the structure, and a part of the space intersects with the surface of the structure. It is assumed that the space is a thin and spread planar space that exists locally in the space, and that the space does not intersect the structural surface.
2.2 Creating teacher data by analysis
2.2.1 Surface temperature distribution related to cracks Fig. 6 shows a crack analysis model in which cracks exist in the structure. When a steady-state heat transfer analysis is specifically performed on this model, for example, a vertical a (500 mm), a horizontal b (500 mm), and a thickness b made of a uniform material having a thermal conductivity κ (1.6 W / (m · K)) are used. A flat plate having a height of h (100 mm) has a crack opening having a width of 0.1 mm and a length of c (150 mm) near the center of the upper surface, and the inclination angle formed from the crack opening with the upper surface of the flat plate is δ (45 °). Many conditions need to be set such that cracks reaching the depth e (50 mm) from the upper surface of the flat plate have penetrated. Furthermore, the heat transfer coefficient of the heat transfer boundary of the lower surface or the upper surface is 6 W / m 2 K, the ambient temperature T is 22 °, the four side surfaces are the adiabatic boundary surfaces, and the heat flux φ flowing from the upper surface or the lower surface is 100 W / m. It is necessary to further set thermal conditions such as 2 . FIG. 7 is a perspective view showing a typical surface temperature distribution on the upper surface in each of the front side heating and the back side heating in which the upper surface is the observation surface and the upper surface or the lower surface is heated under such conditions. (a) and 7 (b). By varying the parameters that make up these conditions, various model cases can be considered. For example, for three cases where the inclination angle δ was 30 °, 45 ° and 60 °, those showing the respective temperature distributions on the vertical bisector of the opening of the crack at the time of front side heating or back side heating are shown. Figures 8a and 8b. The shapes of both the front side heating and the back side heating have substantially similar temperature distributions when turned upside down. The shape of these temperature distributions is roughly similar to a sine wave whose origin is the crack opening. The shape of this partial surface temperature distribution is considered to be one of the clues for detecting the location where the crack has occurred.
2.2.2 Surface temperature distribution related to floating Next, the effect of floating on the surface temperature distribution when the flat concrete structure has floating was determined by analysis. FIG. 9 shows the analysis model. In this model, the depth e (from the top surface of a flat plate of vertical a (500 mm), horizontal b (500 mm), and thickness h (100 mm) made of a uniform material having a thermal conductivity κ (1.6 W / (m · K)) At 30 mm), there is a flaky space of 0.1 mm thick with a square of side length c (150 mm) and d (1500 mm). FIGS. 10 (a) and 10 (b) show typical surface temperature distributions on the entire upper surface at the time of heating on the front side and the heating on the back side when the heating conditions are the same as those of the crack model. Also in this case, various model cases can be examined by changing these parameters. For example, FIGS. 11A and 11B show the temperature distribution on the center line of the float in three cases where the depth e is 10 mm, 30 mm, and 50 mm. As for the floating, the shapes of both the front side heating and the back side heating have substantially similar temperature distributions when the top and bottom are reversed. In addition, the shape of these temperature distributions is roughly similar to a sine wave whose origin is at the center of the float. This shape is considered to be one of the clues for detecting the place where the floating occurs. Although FIG. 11A and FIG. 11B have different temperature distributions, the temperature distribution in the same range on the upper surface of the analysis model is represented by 250 × 250 pixels in the former and pixels 125 × 125 in the latter. It can be seen that the difference in the number of pixels has little effect on the roughness of the image.
2.2.3 Diversification of teacher data As described above, it is possible to create teacher data on the surface temperature distribution related to cracks and floats, which are internal deformations of the flat concrete structure, using the analysis model. Further, if necessary, regarding many parameters set above, for example, changing individual dimensions, changing thermal conditions of concrete, changing heating conditions, intersecting cracks, connecting cracks and floats. The teacher data may be reinforced by increasing the diversity of the model by changing the flaky space from a single one to a combination of multiple ones as in, etc., and considering the unsteady state. . Further, in order to more appropriately match the conditions of the actual structure, it is also possible to incorporate the effects of reinforcing bars, aggregates, and the like existing inside the general concrete structure into the analysis model.

また、前記のように、解析モデルの構成、パラメータ等を変化させる以外に、前述のように、DLの手法において用いられるデータ拡張法、すなわち、回転、拡縮、平行移動、せん断、ぼかし、ノイズ付加等を表面温度分布に適用してもよい。
2.3 実測の表面温度分布から教師データを作成する方法
2.3.1 教師データ部分を抽出する解析方法
構造の表面温度分布中に含まれる、内部変状に関連する局所的温度変化部を検出するフィルタとして、例えば、平面での定常的な信号の中の非定常な信号の局所変化の検出に有効といわれる2次元ウェーブレット変換をベースとしたフィルタがあり、このフィルタを利用する方法を以下に説明する。
In addition, as described above, in addition to changing the configuration, parameters, and the like of the analysis model, as described above, data expansion methods used in the DL method, that is, rotation, scaling, translation, shearing, blurring, and noise addition Etc. may be applied to the surface temperature distribution.
2.3 How to create teacher data from measured surface temperature distribution
2.3.1 Analysis method for extracting the teacher data part As a filter to detect local temperature change parts related to internal deformation contained in the surface temperature distribution of the structure, for example, There is a filter based on a two-dimensional wavelet transform that is effective for detecting a local change of an unsteady signal. A method using this filter will be described below.

座標軸を横方向にx、縦方向にyとすると、2次元ウェーブレット変換の基本式は次式のようになる。   Assuming that the coordinate axes are x in the horizontal direction and y in the vertical direction, the basic expression of the two-dimensional wavelet transform is as follows.

ここに、t(x,y)は座標(x,y)における表面温度に関連する関数であって、温度分布だけでなく温度分布を反映した明度画像データ又はカラー画像を構成する刺激値でも代用できるが、以下、簡単のためこれらを含めて温度分布と呼ぶ。ψ(x,y)はマザーウェーブレットと呼ばれる関数であり、局在化した関数である。(x0,y0)はψ(x,y)のシフトパラメータであり、aはスケーリングパラメータである。 Here, t (x, y) is a function related to the surface temperature at the coordinates (x, y), and not only the temperature distribution but also the stimulus values constituting the brightness image data or the color image reflecting the temperature distribution can be substituted. Although it is possible, hereinafter, these are referred to as a temperature distribution for simplicity. ψ (x, y) is a function called mother wavelet, which is a localized function. (x 0 , y 0 ) is a shift parameter of ψ (x, y), and a is a scaling parameter.

次に、コンクリート構造の内部変状近傍の温度分布を特性化するのに好適なマザーウェーブレットψ(x,y)を選択する必要がある。そのような温度分布は、方向性、勾配及び大きさなどが場所によって変化するという特徴があるので、本発明では、例えば、信号の局所的方向性、周期性などを検出するのに有効とされるガボール関数を用いた2次元ガボールウェーブレットを一例として利用した。
2.3.2 検出に適した2次元ガボールウェーブレットの特性
マザーウェーブレットψ(x,y)を改めて式(2)に示す2次元ガボールウェーブレット(以下、ガボールウェーブレットと略す)で定義し直す。このガボールウェーブレットは、x軸方向に進行する複素振動ei(2πfx+φ)に2次元のガウス窓をかけたものである。2次元のガウス窓をかけることによって、複素振動ei(2πfx+φ)は原点の周りに局在化するようになり、その近傍での温度分布の局所的な周期性及び方向性を反映した結果が得られる。
Next, it is necessary to select a mother wavelet ψ (x, y) suitable for characterizing the temperature distribution near the internal deformation of the concrete structure. Since such a temperature distribution has a feature that the directionality, gradient, magnitude, and the like change depending on a place, the present invention is effective for detecting, for example, local directionality, periodicity, and the like of a signal. A two-dimensional Gabor wavelet using a Gabor function was used as an example.
2.3.2 Characteristics of two-dimensional Gabor wavelet suitable for detection The mother wavelet ψ (x, y) is redefined as a two-dimensional Gabor wavelet (hereinafter abbreviated as Gabor wavelet) shown in equation (2). This Gabor wavelet is obtained by applying a two-dimensional Gaussian window to a complex vibration e i (2πfx + φ) traveling in the x-axis direction. By applying a two-dimensional Gaussian window, the complex oscillation e i (2πfx + φ) becomes localized around the origin, reflecting the local periodicity and directionality of the temperature distribution near it. The result is obtained.

ここに、fは中心周波数、σx及びσyはx軸方向及びy軸方向の窓幅、並びにφは位相を表す。 Here, f represents the center frequency, σ x and σ y represent the window widths in the x-axis direction and the y-axis direction, and φ represents the phase.

このようなガボールウェーブレットを用いることによって、温度分布t(x,y)のガボールウェーブレット変換Ψ(x,y)が次式で与えられる。   By using such a Gabor wavelet, a Gabor wavelet transform Ψ (x, y) of the temperature distribution t (x, y) is given by the following equation.

しかし、式(2)のウェーブレットは、xy平面上で一方向にのみ進行する波であるのに対して、変状に起因する温度変化の方向は任意であるので、温度分布t(x,y)の各点での温度変化の任意方向の特性を検出するためには、各点の周りでウェーブレットを回転させる必要がある。そこで、ψ(x,y)を各点で反時計回りに角度θr回転させて得られるψr(x,y,θr)を次式で定義し、解析においては必要な範囲にわたってこれを回転させる。 However, the wavelet in the equation (2) is a wave traveling in only one direction on the xy plane, whereas the direction of the temperature change due to the deformation is arbitrary, and therefore, the temperature distribution t (x, y In order to detect the characteristic of the temperature change at each point in any direction, it is necessary to rotate the wavelet around each point. Therefore, ψ r (x, y, θ r ) obtained by rotating ψ (x, y) counterclockwise at each point by an angle θ r is defined by the following equation, and this is calculated over a necessary range in the analysis. Rotate.

ここで、ひび割れ又は浮きに関連した表面温度分布の形状を検出するのに適している式(2)のガボールウェーブレットの構成について考察する。ひび割れに関連した表面温度分布は、図4〜6に関して述べたように、開口部の直線に垂直な方向において、開口部を境界として表面温度が急変し、最高温点を含む峰部と最低温点を含む谷部とが開口部の両側に存在するので、開口部に原点を有する正弦波に類似していると考えてもよいと思われる。従って、複素振動ei(2πfx+φ)のうちの正弦波sin(2πfx)によって、ひび割れに関連した温度分布を検出できる可能性があると考えられる。 Here, the configuration of the Gabor wavelet of the formula (2) suitable for detecting the shape of the surface temperature distribution related to cracks or floating is considered. As described with reference to FIGS. 4 to 6, the surface temperature distribution related to the crack is such that in the direction perpendicular to the straight line of the opening, the surface temperature changes abruptly at the opening, and the peak including the highest hot spot and the lowest temperature. Since valleys including points are present on both sides of the opening, it may be considered to be similar to a sine wave having an origin at the opening. Therefore, it is considered that there is a possibility that the temperature distribution related to the crack can be detected by the sine wave sin (2πfx) of the complex vibration e i (2πfx + φ) .

一方、浮きに関連した表面温度分布は、図9〜11に関して述べたように、浮き近傍の表面温度分布の鉛直断面における形状が、表側加熱及び裏側加熱の両方とも、それぞれの最高温度点及び最低温度点に原点を有する余弦波の特徴に類似していると考えてもよいと思われる。従って、複素振動ei(2πfx+φ)のうちの余弦波cos(2πfx)によって、浮きに関連した表面温度分布を検出できる可能性があると考えられる。 On the other hand, as described with reference to FIGS. 9 to 11, the surface temperature distribution related to the float is such that the shape of the surface temperature distribution near the float in the vertical cross section is the highest temperature point and the lowest temperature for both the front side heating and the back side heating. It may be considered to be similar to the characteristic of a cosine wave having an origin at a temperature point. Therefore, it is considered that there is a possibility that the surface temperature distribution related to the floating can be detected by the cosine wave cos (2πfx) of the complex vibration e i (2πfx + φ) .

更に、内部変状に関連した表面温度分布の特徴をより詳細に分析するために、検出対象範囲の表面温度分布を、内部変状の影響をほとんど又は全く受けていない健全部分の表面温度(基準温度とも呼ぶ)との差として表した正負の温度からなる温度分布を求め、この温度分布にウェーブレット変換を作用させることが考えられる。これにより得られた前記の正弦波成分及び余弦波成分は、その値の大きさだけでなく、その値が正又は負のいずれであるかによって、内部変状の特性をより多角的に評価することができる。健全部分の表面温度とは、例えば、図5〜6及び図9〜10に示す場合では、表側加熱のとき約31℃であり、裏側加熱のとき約29℃となる。また、健全部分の表面温度を設定するのが容易でなければ、単に検出対象範囲の表面温度分布の平均温度を基準温度としてもよい場合がある。
2.3.3 内部変状に関連する温度分布の検出手順
上記のようなガボールウェーブレットψ(x,y)を用いて表面温度分布t(x,y)内に存在する、内部変状の存在によって影響を受けた温度分布の箇所、すなわち内部変状に関連した特徴的な温度分布の箇所を検出する手順は以下の通りである。
Further, in order to analyze the characteristics of the surface temperature distribution related to the internal deformation in more detail, the surface temperature distribution of the detection range is changed to the surface temperature of the sound part which has little or no influence of the internal deformation (reference value). It is conceivable to obtain a temperature distribution composed of positive and negative temperatures expressed as a difference from the temperature distribution, and apply a wavelet transform to this temperature distribution. The sine wave component and the cosine wave component obtained as described above evaluate not only the magnitude of the value but also the characteristics of the internal deformation from various angles depending on whether the value is positive or negative. be able to. The surface temperature of the healthy part is, for example, about 31 ° C. for front side heating and about 29 ° C. for back side heating in the cases shown in FIGS. If it is not easy to set the surface temperature of the healthy part, the average temperature of the surface temperature distribution in the detection target range may be simply used as the reference temperature.
2.3.3 Procedure for detecting temperature distribution related to internal deformation Using Gabor wavelet ψ (x, y) as described above, it is affected by the presence of internal deformation existing in surface temperature distribution t (x, y). The procedure for detecting the location of the received temperature distribution, that is, the location of the characteristic temperature distribution related to the internal deformation is as follows.

例えば、ひび割れに類似した変状に関連する温度分布箇所を検出する場合、式(2)の複素振動ei(2πfx+φ)のうちの正弦波sin(2πfx)との関連性が大きい温度分布箇所を見つけることになる。そのため、正弦波sin(2πfx)の特性に幅をもたせるために、適当な範囲内にある周波数f及び窓幅σx、σyの値の組を順次選択して、それらに対するガボールウェーブレットψ(x,y)を設定する。反時計回りに適当な間隔で設けた角度 For example, when detecting a temperature distribution portion related to a deformation similar to a crack, a temperature distribution having a high relevance to the sine wave sin (2πfx) in the complex vibration e i (2πfx + φ) of the equation (2). You will find a place. Therefore, in order to give the sine wave sin (2πfx) a range of characteristics, a set of values of the frequency f and the window width σ x , σ y within an appropriate range is sequentially selected, and the Gabor wavelet ψ (x , y). Angles provided at appropriate intervals in a counterclockwise direction

だけ回転させたψr(x,y,θr)によって、対象領域の表面温度分布t(x,y)のガボールウェーブレット展開係数Ψriを求める。次に、その展開係数Ψriの絶対値の二乗和が最大となる角度θriの値θr0を求め、この値θr0の方向を前記周波数f並びに窓幅σx及びσyの値の組についての対象の正弦波の進行方向であるとする。 The Gabor wavelet expansion coefficient y ri of the surface temperature distribution t (x, y) of the target area is obtained by ψ r (x, y, θ r ) rotated by only. Then, the value theta r0 angle theta ri the square sum of the absolute values of the expansion coefficients [psi ri is maximum determined, the set of values of the orientation of this value theta r0 the frequency f and window width sigma x and sigma y Is the traveling direction of the target sine wave.

次に、対象領域全体のガボールウェーブレット展開級数の絶対値を大きい順に並べて上位p%(展開係数比率)の展開係数のみを残して他を0にする補正を行うと、結果として微小な温度変化に関連する値が除去されるので、その変状に特有の傾向を示す温度変化のうちの比較的大きいものが強調されることになる。補正された展開係数の二乗値の分布を図に表示すると、内部変状に関連した表面温度分布が存在する箇所の位置が示される。このようにしてもノイズの影響が大きく、本発明の方法だけでは検出が十分に行われない場合には、ノイズ除去法を事前に対象領域の表面温度分布に適用することが有効である。ノイズ除去法の一例として、直交ウェーブレットによる多重解像度解析を利用したウェーブレット縮退によるものが考えられる。   Next, when the absolute values of the Gabor wavelet expansion series of the entire target area are arranged in the descending order, and only the expansion coefficient of the upper p% (expansion coefficient ratio) is left to be zero and the others are corrected, as a result, a minute temperature change occurs. Since the associated value is removed, relatively large temperature changes that tend to be characteristic of the deformation will be emphasized. When the distribution of the squared value of the corrected expansion coefficient is displayed in the figure, the position of the location where the surface temperature distribution related to the internal deformation exists is shown. Even in this case, the influence of noise is large, and when detection is not sufficiently performed only by the method of the present invention, it is effective to apply the noise removal method to the surface temperature distribution of the target area in advance. As an example of the noise removal method, a method based on wavelet degeneration using multi-resolution analysis using orthogonal wavelets can be considered.

また、浮きに類似した変状に関連する温度分布発生箇所を検出する場合は、式(2)の複素振動ei(2πfx+φ)のうちの余弦波cos(2πfx)との関連性が大きい温度分布箇所を見つけることになり、手順は上記と同様である。 In addition, when detecting a temperature distribution occurrence location related to deformation similar to a float, the relationship with the cosine wave cos (2πfx) of the complex vibration e i (2πfx + φ) of Expression (2) is large. The temperature distribution point is found, and the procedure is the same as above.

以上においては、フィルタの複素振動ei(2πfx+φ)を単独の周波数の正弦波又は余弦波で構成したが、複数の周波数の正弦波と複数の余弦波とを組み合わせてフィルタを構成してもよい。更に、フィルタを任意の関数に拡大して構成してもよい。その結果、新たな特徴的な表面応答の部分を抽出することができれば、その部分に関連する内部変状の特性を明確に特定できなくとも、その内部変状を新たな内部変状としてもよい。
2.3.4 解析データに対する検出可能性についての検証
(1)対象の表面温度データ及び考慮するノイズ
図6に示したひび割れ解析モデル又は図9に示した浮き解析モデルについて伝熱解析によって求めた表面温度分布データを対象にして、ひび割れ又は浮きに関連した表面温度分布の箇所を検出する検出方法の有効性について検証した。
In the above, the complex vibration e i (2πfx + φ) of the filter is configured by a sine wave or a cosine wave of a single frequency, but a filter is configured by combining a sine wave of a plurality of frequencies and a plurality of cosine waves. Is also good. Further, the filter may be expanded to an arbitrary function. As a result, if it is possible to extract a part of a new characteristic surface response, it is not necessary to clearly specify the characteristic of the internal deformation related to the part, and the internal deformation may be set as a new internal deformation. .
2.3.4 Verification of detectability of analysis data
(1) Target surface temperature data and noise to be considered For the crack analysis or the floating analysis model shown in FIG. 6 or the floating analysis model shown in FIG. The validity of the detection method for detecting the location of the surface temperature distribution was verified.

ここで考慮すべき点は、現実の表面温度分布は、図7〜8及び図10〜11に示すような温度分布に様々な要因に起因するノイズが付加されていることである。ノイズの影響を受けて内部変状に特徴的な温度分布が大きく乱される可能性がある。そのため、検出可能性の検討に際してはノイズが付加された表面温度分布を対象にしても十分に検出できることを示す必要がある。   A point to be considered here is that the actual surface temperature distribution is such that noises due to various factors are added to the temperature distributions as shown in FIGS. Under the influence of noise, the temperature distribution characteristic of the internal deformation may be significantly disturbed. Therefore, when examining the detectability, it is necessary to show that the detection can be sufficiently performed even for the surface temperature distribution to which noise is added.

表面温度分布ノイズについて考察すると、ノイズ特性は、コンクリートがセメント、細骨材、粗骨材などの複合材料から構成されることによる局所的な熱的性質の不均一、コンクリート表面の凹凸及び汚れ、加熱条件及び環境条件の不均一などの影響を受けるので一概に規定できないが、ここでは、内部変状を有するコンクリートの表面温度分布の標準偏差σを基準にして平均が0であるガウス性白色ノイズとして与えた。   Considering the surface temperature distribution noise, the noise characteristics include the unevenness of local thermal properties due to the fact that concrete is composed of composite materials such as cement, fine aggregate, coarse aggregate, unevenness and dirt on the concrete surface, Because it is affected by non-uniform heating conditions and environmental conditions, it cannot be specified unconditionally, but here, Gaussian white noise whose average is 0 based on the standard deviation σ of the surface temperature distribution of concrete with internal deformation As given.

たとえば、図6に示すひび割れ解析モデルにおいてδ=45°の場合で表側加熱及び裏側加熱のときの観測面での温度分布の標準偏差σは、それぞれ0.157である。また、図9に示す浮き解析モデルにおいてd=30mmの場合の表側加熱及び裏側加熱のときの観測面での温度分布の標準偏差σは、それぞれ0.261である。これらのひび割れ解析モデル及び浮き解析モデルについて、それぞれの標準偏差σの2倍の2σを標準偏差σwとするガウス性白色ノイズを表面温度分布にノイズとして付加した場合の温度分布をそれぞれ図12及び図13に示す。内部変状の存在箇所の表面温度が周辺よりも高く又は低くなっているので、色表示をすればその存在を視覚的に認識できる場合があるが、内部変状の特性を反映した特徴的な温度変化を見て取ることが困難になっている。
(2)ひび割れの検出可能性についての検証
表側加熱及び裏側加熱の場合のひび割れ解析モデルによって求めた表面温度分布について、それらがノイズを含まない場合、及び前記のガウス性白色ノイズを付加した場合の表面温度分布を対象にして検証を行った。
For example, in the crack analysis model shown in FIG. 6, when δ = 45 °, the standard deviation σ of the temperature distribution on the observation surface at the time of front side heating and back side heating is 0.157, respectively. In the floating analysis model shown in FIG. 9, the standard deviation σ of the temperature distribution on the observation surface in the case of d = 30 mm in the case of front side heating and the case of back side heating is 0.261, respectively. These cracks analysis model and float analysis model, respectively the temperature distribution in the case of adding the respective double 2σ standard deviation sigma as noise Gaussian white noise with standard deviation sigma w to the surface temperature distribution diagram 12 and As shown in FIG. Since the surface temperature of the location of the internal deformation is higher or lower than the surrounding area, it may be possible to visually recognize the presence of the internal deformation by displaying the color. It is difficult to see the temperature change.
(2) Verification of the detectability of cracks Regarding the surface temperature distribution obtained by the crack analysis model in the case of front side heating and back side heating, when they do not contain noise, and when the above Gaussian white noise is added Verification was performed on the surface temperature distribution.

図6に示したひび割れモデルについての表面温度のうちの、δ=45°で表側加熱及び裏側加熱の場合であってノイズを含まないときの表面温度分布に本検出方法を適用した結果をそれぞれ図14の(a)〜(d)及び図15の(a)〜(d)に示す。表側加熱の場合については、図14(a)は、ガボールウェーブレットの複素振動ei(2πfx+φ)を構成する正弦波に関連する部分のうちの正の部分(以下、正の正弦波関連成分という)であり、同じく図14(b)は、正弦波に関連する部分のうちの負の部分(以下、負の正弦波関連成分という)であり、図14(c)は、余弦波に関連する部分のうちの正の部分(以下、正の余弦波関連成分という)であり、同じく図14(d)は、余弦波に関連する部分のうちの負の部分(以下、負の余弦波関連成分という)である。なお、本検討では展開係数比率p=4%という非常に狭い範囲にある正弦波関連成分及び余弦波関連成分の存否を主に問題にしているので、各成分の値そのものについては特に意味はない。 Among the surface temperatures of the crack model shown in FIG. 6, the results of applying the present detection method to the surface temperature distribution when δ = 45 ° and front side heating and back side heating and no noise are included are shown. 14 (a) to (d) and FIG. 15 (a) to (d). In the case of the front side heating, FIG. 14A shows a positive portion (hereinafter, a positive sine wave related component ) of a portion related to the sine wave constituting the complex vibration e i (2πfx + φ ) of the Gabor wavelet. FIG. 14B shows a negative portion (hereinafter referred to as a negative sine wave related component) of the portion related to the sine wave, and FIG. 14C shows a portion related to the cosine wave. FIG. 14 (d) shows a positive portion (hereinafter, referred to as a positive cosine wave-related component) of the portion corresponding to the negative cosine wave (hereinafter referred to as a negative cosine wave-related component). Component). In this study, since the main problem is whether or not there are a sine wave-related component and a cosine wave-related component in a very narrow range of the expansion coefficient ratio p = 4%, the value of each component has no particular meaning. .

図14(a)に示す正の正弦波関連成分が存在する位置は、ひび割れ開口部での表面温度が基準温度よりも高い側の位置とほぼ一致しており、そして、図14(b)に示す負の正弦波関連成分が存在する位置は、ひび割れ開口部での表面温度が基準温度よりも低い側の位置とほぼ一致している。したがって、正負の正弦波関連成分によってひび割れ開口部の位置を検出できることがわかる。   The position where the positive sine wave related component shown in FIG. 14 (a) is present almost coincides with the position where the surface temperature at the crack opening is higher than the reference temperature, and FIG. 14 (b) The position where the negative sine wave-related component is present substantially coincides with the position where the surface temperature at the crack opening is lower than the reference temperature. Therefore, it can be seen that the position of the crack opening can be detected by the positive and negative sine wave related components.

また、図14(c)に示す正の余弦波関連成分が存在する範囲については、図8(a)のグラフに示すような、ひび割れ開口部を境にしてひび割れ面が存在する側と反対側にある最高温点からなだらかに温度が低下する、基準温度よりも温度が高い範囲とほぼ一致している。また、図14(d)に示す負の余弦波関数成分については、図8(b)のグラフに示すような、ひび割れ面が存在する側にある最低温点からなだらかに温度が上昇する、基準温度よりも温度が低い範囲とほぼ一致している。したがって、正負の余弦波関連成分によってひび割れ面が存在する側を検出できることがわかる。   Further, the range where the positive cosine wave related component shown in FIG. 14 (c) exists, as shown in the graph of FIG. 8 (a), on the side opposite to the side where the cracked surface exists with the crack opening as a boundary. The temperature almost falls in the range where the temperature gradually drops from the highest temperature point in FIG. Further, the negative cosine wave function component shown in FIG. 14 (d) has a reference temperature at which the temperature rises gently from the lowest hot spot on the side where the cracked surface exists as shown in the graph of FIG. 8 (b). The temperature almost coincides with the range where the temperature is lower than the temperature. Therefore, it can be seen that the side where the cracked surface exists can be detected by the positive and negative cosine wave related components.

このように、図14(a)〜(d)の正弦波関連成分及び余弦波関連成分からひび割れに関する情報、すなわち、ひび割れ開口部の位置と、ひび割れ開口部に対してひび割れ面が存在する側とを検出することができる。   As described above, information on cracks from the sine wave-related components and cosine wave-related components in FIGS. 14A to 14D, that is, the position of the crack opening and the side where the crack surface exists with respect to the crack opening Can be detected.

一方、裏側加熱の場合も表側加熱の場合と同様に、図15(a)〜(d)において、ひび割れ開口部の位置が正負の正弦波関連成分によって示される。裏側加熱の場合は、図8(b)に示すように、ひび割れ面が存在しない側に最高温点とその点から徐々に温度が低下する、基準温度よりも温度が高い範囲が存在し、ひび割れ開口部を境にしたその反対側に最低温点から徐々に温度が上昇する、基準温度よりも温度が低い範囲が存在する。前者の温度範囲は、図15(c)に示す正の余弦波関連成分によって検出され、そして、後者の温度範囲は、図15(d)の負の余弦波関連成分によって検出される。したがって、裏面加熱の場合も、図15(a)〜(d)の正弦波関連成分及び余弦波関連成分からひび割れに関する情報、すなわち、ひび割れ開口部の位置と、ひび割れ開口部に対してひび割れ面が存在する側とを検出することができる。   On the other hand, in the case of the backside heating, similarly to the case of the frontside heating, in FIGS. 15A to 15D, the position of the crack opening is indicated by positive and negative sine wave related components. In the case of the backside heating, as shown in FIG. 8 (b), there is a maximum hot spot on the side where no cracked surface exists and the temperature gradually decreases from that point. On the opposite side of the opening, there is a range in which the temperature gradually rises from the lowest temperature point and is lower than the reference temperature. The former temperature range is detected by the positive cosine wave-related component shown in FIG. 15C, and the latter temperature range is detected by the negative cosine wave-related component shown in FIG. 15D. Therefore, also in the case of the backside heating, the information regarding the crack from the sine wave-related component and the cosine wave-related component in FIGS. 15A to 15D, that is, the position of the crack opening and the cracked surface with respect to the crack opening The existence side can be detected.

次に、図9に示したδが45°で表側加熱及び裏側加熱の場合であってノイズを含む(図13を参照)ときの検出結果を図16(a)〜(d)及び図17(a)〜(d)に示す。表側加熱の場合、ノイズを含んでいてもノイズの影響をほぼ完全に除去して図14(a)〜(d)に示すノイズ無しの場合と同程度に明瞭に、図16(a)及び16(b)の正負の正弦波関連成分からひび割れ開口部の位置、そして図16(c)及び16(d)の正負の余弦波関連成分からひび割れ面の存在する側を決定することができる。一方、裏側加熱の場合は、図17(a)〜(d)に示すように、表側加熱の場合よりも観測対象の観測面での温度変化が小さいため、ノイズの影響を完全に除去できずに検出画像が多少乱れているが、ひび割れ開口部の位置及びひび割れ面の存在する側を決定することは十分に可能である。   Next, the detection results when the δ shown in FIG. 9 is 45 ° and the front-side heating and the back-side heating include noise (see FIG. 13) are shown in FIGS. 16 (a) to (d) and FIG. a) to (d). In the case of the front side heating, even if noise is included, the influence of the noise is almost completely removed, and as clearly as the case without noise shown in FIGS. 14 (a) to (d), FIGS. The position of the crack opening can be determined from the positive and negative sine wave related components in (b), and the side where the cracked surface exists can be determined from the positive and negative cosine wave related components in FIGS. 16 (c) and 16 (d). On the other hand, in the case of backside heating, as shown in FIGS. 17A to 17D, the temperature change on the observation surface of the observation target is smaller than in the case of front side heating, so that the influence of noise cannot be completely removed. However, the position of the crack opening and the side where the cracked surface exists can be sufficiently determined.

これまでの検討では、1つの画像の中に1つのひび割れ傾斜角(δ=45°)のひび割れが含まれる場合を対象にしたが、次に、1つの画像の中に異なる傾斜角を有する複数のひび割れが含まれる場合を検討する。図6に示した、それぞれ傾斜角δが30°、45°及び60°のひび割れを有する3個のひび割れモデルに、δが75°のひび割れを有するひび割れモデルを加えた合計4個のひび割れモデルを縦横それぞれ2個ずつ連結した、全体の大きさが1000mm×1000mm×100mmのひび割れモデルを考える。このひび割れモデルを前記表側加熱条件と同じ条件で加熱して得られた表面温度分布に本検出方法を適用した結果のうちの正の正弦波関連成分及び正の余弦波関連成分を図18に示す。   In the previous studies, the case where one image includes a crack with one crack inclination angle (δ = 45 °) was targeted. Next, a plurality of images having different inclination angles in one image were examined. Consider the case where cracks are included. A total of four crack models obtained by adding a crack model having a crack with a δ of 75 ° to three crack models having a crack with a tilt angle δ of 30 °, 45 ° and 60 ° shown in FIG. Consider a crack model with a total size of 1000 mm x 1000 mm x 100 mm, connected two by two in each direction. FIG. 18 shows a positive sine wave-related component and a positive cosine wave-related component among the results of applying the present detection method to the surface temperature distribution obtained by heating this crack model under the same conditions as the front side heating conditions. .

図18においても、これまでと同様に、正弦波関連成分がひび割れ開口部の位置、及び余弦波関連成分がひび割れ面の存在する側を示している。ひび割れ開口部の位置及びひび割れ面の存在する側は、傾斜角δが小さいほどより広い範囲の信号として検出される。すなわち、δ=30°、δ=45°の順に各成分によって表示される範囲が広く、δが60°のひび割れでは、ひび割れ面の存在する側についての信号が現れず、δが75°のひび割れでは、ひび割れ開口部の位置及びひび割れ面の存在する側についての信号が両方とも現れていない。   In FIG. 18 as well, the sine wave-related component indicates the position of the crack opening and the cosine wave-related component indicates the side where the crack surface exists, as in the past. The position of the crack opening and the side where the crack surface exists are detected as signals in a wider range as the inclination angle δ is smaller. That is, the range represented by each component is wide in the order of δ = 30 ° and δ = 45 °. For a crack with δ of 60 °, no signal appears on the side where the cracked surface exists, and a crack with δ of 75 ° Does not show any signal about the position of the crack opening and the side where the crack surface exists.

その理由として、図8からわかるように、表側加熱及び裏側加熱の両方において、傾斜角δが小さい程、最高温点での温度が高いので正弦波関連成分がより強く表れると考えられる。また、この場合、ひび割れ深さが同じであるので、傾斜角δが小さい程ひび割れ開口部から構造内部に続くひび割れ面の面積が大きく、それに応じて、余弦波関連成分として検出される範囲が広いからであると考えられる。このように、表面温度分布の特性の相違から、ひび割れの傾斜角の相違を検出できることがわかる。   The reason is that, as can be understood from FIG. 8, in both the front side heating and the back side heating, the smaller the inclination angle δ, the higher the temperature at the highest hot spot, so that the sine wave related component appears more strongly. In this case, since the crack depth is the same, the smaller the inclination angle δ, the larger the area of the crack surface extending from the crack opening to the inside of the structure, and accordingly, the range detected as the cosine wave-related component is wider. It is considered that Thus, it can be seen from the difference in the characteristics of the surface temperature distribution that the difference in the inclination angle of the crack can be detected.

更に、より複雑な状態として、図19に示すように、図6に示すδ=45°のひび割れに直角であるもう1つのδ=45°のひび割れが加わった2本のひび割れが直交する直交ひび割れモデルを考える。表側加熱の場合であってノイズを含むときの表面温度分布に本検出方法を適用した結果を図20(a)〜(d)に示す。この場合も、図20(a)及び20(b)の正負の正弦波関連成分から直交する2本のひび割れ開口部の位置を検出できることがわかる。また、図20(c)及び20(d)の正負の余弦波関連成分から2本のひび割れ面の存在する側を決定することができる。
(3)浮きの検出可能性についての検証
図9に示した浮きモデルに対する表側加熱及び裏側加熱の場合であってノイズを含むときの検出結果を図21(a)〜(d)及び図22(a)〜(d)に示す。浮きモデルの場合、図21(a)及び21(b)並びに図22(a)及び22(b)の正負の正弦波関連成分が現れていない。その理由は、ひび割れモデルの場合のようにひび割れ開口部を境にして表面温度が急変することがないからである。そして、表側加熱によって観測面にドーム状の基準温度よりも高温の部分が生じるので正の余弦波関連成分が現れる。それに反して、裏側加熱によって観測面にドーム状の基準温度よりも低温の部分が生じるので、負の余弦波関連成分が現れる。
Further, as a more complicated state, as shown in FIG. 19, two cracks obtained by adding another δ = 45 ° crack perpendicular to the δ = 45 ° crack shown in FIG. Consider the model. 20 (a) to (d) show the results of applying the present detection method to the surface temperature distribution when noise is included in the case of front side heating. Also in this case, it can be seen that the positions of two orthogonal crack openings can be detected from the positive and negative sine wave related components in FIGS. 20 (a) and 20 (b). Also, the side where the two cracked surfaces exist can be determined from the positive and negative cosine wave related components in FIGS. 20 (c) and 20 (d).
(3) Verification of Float Detectability The detection results of the floating model shown in FIG. 9 in the case of front side heating and back side heating and including noise are shown in FIGS. 21 (a) to 21 (d) and FIG. a) to (d). In the case of the floating model, the positive and negative sine wave-related components shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b) and FIGS. 22 (a) and 22 (b) do not appear. The reason is that the surface temperature does not suddenly change at the crack opening as in the case of the crack model. Then, a portion higher in temperature than the dome-shaped reference temperature is generated on the observation surface by the front side heating, so that a positive cosine wave related component appears. On the other hand, since a portion lower than the dome-shaped reference temperature is generated on the observation surface due to the backside heating, a negative cosine wave-related component appears.

このように、加熱面、及び正弦波関連成分及び正負の余弦波関連成分の現れ方を総合的に考察することにより、浮きの存在を検出することができ、したがって、浮きに関連した表面温度分布の箇所を教師データとして特定することができる。
2.4 ひび割れの検出についての実験データによる検証
2.4.1 実験概要
解析データによる検証を受けて、浮きよりも比較的複雑な表面温度分布を呈するひび割れについて、本発明の方法の検出性能を実験によって検証した。
Thus, by comprehensively considering the appearance of the heating surface and the sine wave-related component and the positive / negative cosine wave-related component, the presence of the floating can be detected, and therefore, the surface temperature distribution related to the floating can be detected. Can be specified as teacher data.
2.4 Verification of experimental data on crack detection
2.4.1 Outline of Experiment After verification by analysis data, the detection performance of the method of the present invention for a crack exhibiting a surface temperature distribution that is relatively more complex than that of a float was verified by an experiment.

図23は、450mm×600mm×200mm(a1=200mm、a2=250mm、a3=150mm、b1=100mm、b2=250mm、b3=100mm)のコンクリート試験体であって、表面となす傾斜角δが30°及び60°であるように厚さ1mm(幅350mm、長さ200mm及び115mm)のひび割れの空間を模擬するアクリル板を挿入したものである。   FIG. 23 shows a concrete specimen of 450 mm × 600 mm × 200 mm (a1 = 200 mm, a2 = 250 mm, a3 = 150 mm, b1 = 100 mm, b2 = 250 mm, b3 = 100 mm), and the inclination angle δ with the surface is 30. An acrylic plate simulating a cracked space having a thickness of 1 mm (width of 350 mm, length of 200 mm and 115 mm) was inserted so that the angle was 60 ° and 60 °.

アクリル版及び空気の熱伝導率は、それぞれ約0.21W/(m・K)及び約0.025W/(m・K)であるので、厚さ1mmのアクリル板は、幅が0.12mm程度のひび割れに相当する断熱性能を有すると考えられる。   Since the thermal conductivity of the acrylic plate and the air is about 0.21 W / (mK) and about 0.025 W / (mK), respectively, an acrylic plate with a thickness of 1 mm will be cracked with a width of about 0.12 mm. It is considered to have a corresponding thermal insulation performance.

図24(a)は、模擬ひび割れを設けた表側面を真上にして、晴れの日に日射により加熱したときの表側面における表面温度画像である。このときの表面温度分布の最高温度は19.4℃、最低温度は13.8℃、平均温度は16.3℃、及び標準偏差は1.1℃である。図24(b)は、表面温度分布から平均温度を除算した結果をそれらの最大絶対値で正規化したものを表示している。これらの画像からは傾斜角δが30°のひび割れの開口部の位置は視認できるが、傾斜角δが60°のひび割れの開口部の位置については視認できない。前節で示したように、傾斜角δが大きい程ひび割れに特徴的な温度分布が生じ難い傾向にある。また、2枚のアクリル板の位置関係により、傾斜角δが60°のひび割れについての最高温点が現れる箇所に貯まるべき熱量が、傾斜角δが30°のひび割れの最低温点が生じる低温部に流れたためにそれがさらに助長されたこともその一因と考えられる。
2.4.2 検出結果
図25(a)〜(d)は、図24(b)に示す画像データについての検出結果であり、同じく、上から(a)正の正弦波関連成分、(b)負の正弦波成分、(c)正の余弦波関連成分、及び(d)負の余弦波成分を示す。
FIG. 24 (a) is a surface temperature image on the front side surface when the front side surface provided with the simulated crack is heated by sunlight on a sunny day with the front side right above. At this time, the maximum temperature of the surface temperature distribution is 19.4 ° C, the minimum temperature is 13.8 ° C, the average temperature is 16.3 ° C, and the standard deviation is 1.1 ° C. FIG. 24 (b) shows a result obtained by dividing the average temperature from the surface temperature distribution and normalized by their maximum absolute values. From these images, the position of the crack opening with the inclination angle δ of 30 ° is visible, but the position of the crack opening with the inclination angle δ of 60 ° is not visible. As shown in the previous section, the larger the inclination angle δ, the more difficult it is for a crack to have a characteristic temperature distribution. Also, due to the positional relationship between the two acrylic plates, the amount of heat to be stored at the location where the highest hot spot appears for a crack with an inclination angle δ of 60 ° is determined by the low It is also thought that it was further promoted by the flow to the country.
2.4.2 Detection Results FIGS. 25 (a) to 25 (d) are detection results for the image data shown in FIG. 24 (b), and (a) a positive sine wave related component, and (b) a negative , A (c) positive cosine-wave-related component, and (d) a negative cosine-wave component.

正及び負の正弦波関連成分は、傾斜角δが30°のひび割れの開口部の位置を明瞭に示している。しかし、傾斜角δが60°のひび割れについては、全く検出できていない。これは前述のような理由によって、傾斜角δが60°のひび割れの箇所には本検出方法の対象となる特徴的な温度分布が生じていなかったと考えられる。   The positive and negative sine wave related components clearly indicate the location of the crack opening with an inclination angle δ of 30 °. However, cracks with an inclination angle δ of 60 ° were not detected at all. This is presumably because, for the above-described reason, the characteristic temperature distribution targeted by the present detection method did not occur at a crack having an inclination angle δ of 60 °.

正及び負の余弦波関連成分は、傾斜角δが30°のひび割れ開口部から少し離れた位置にあるが、ひび割れ面の存在する側及びその反対側の正しく温度変化を捉えている。従って、余弦波関連成分は、正弦波関連成分と重ね合わせることによって、ひび割れ発生箇所を検出する上で有用な補完情報になるだけでなく、それ単独でも、表面温度が比較的なだらかに変化する、変状の影響を受けない周辺部よりも高温の領域を検出できる可能性があると考えられる。   The components related to the positive and negative cosine waves are located slightly away from the crack opening having the inclination angle δ of 30 °, but correctly capture the temperature change on the side where the crack surface exists and on the opposite side. Therefore, the cosine wave-related component, by being superimposed with the sine wave-related component, not only becomes useful supplementary information for detecting the crack occurrence location, but also alone, the surface temperature changes relatively slowly, It is considered that there is a possibility that a region having a higher temperature than a peripheral portion which is not affected by the deformation can be detected.

図25(c)〜(d)をみると、細かな点状の成分が存在している。これは、前述したようなコンクリートがセメント、細骨材、粗骨材などの複合材料から構成されることによる局所的な熱的性質の不均一、コンクリート表面の凹凸及び汚れ等を原因とするノイズの影響であると考えられる。このようなノイズ成分を除去する前処理の効果を検討した。用いたノイズ除去法は、前記した直交ウェーブレットによる多重解像度解析を利用したウェーブレット縮退によるものである。図23a〜bに示す画像データに対してDaubechies(N=10)のウェーブレットレベルj=5のスケーリング係数とウェーブレット展開整数の絶対値を大きい順に並べたときの上位α=1%のみを用いて縮退するノイズ除去を事前に行なった後に、改めて展開係数比率p=4%とした検出処理を行なった結果を図26(a)〜(d)に示す。微小な温度変化が除去され、傾斜角δが30°のひび割れの開口部の存在がより明瞭に検出可能になっている。   25 (c) to 25 (d), there are fine point-like components. This is because the concrete is composed of composite materials such as cement, fine aggregate, coarse aggregate, etc. as described above, and the local thermal properties are uneven, and the noise due to unevenness and dirt on the concrete surface is caused. Is considered to be the effect of The effect of preprocessing for removing such noise components was studied. The noise removal method used is based on wavelet degeneration using multi-resolution analysis using the orthogonal wavelets described above. The image data shown in FIGS. 23A and 23B are degenerated using only the upper α = 1% when the scaling coefficients of the wavelet level j = 5 of Daubechies (N = 10) and the absolute values of the wavelet expansion integers are arranged in descending order. 26 (a) to 26 (d) show the result of performing a detection process with the expansion coefficient ratio p = 4% again after performing noise removal in advance. The minute temperature change is removed, and the presence of a crack opening having an inclination angle δ of 30 ° can be more clearly detected.

実構造の温度分布には、この試験体以上のノイズ成分が含まれている場合も想定される。このような場合に、ここで示したノイズ除去法が有効であると思われる。
2.5 実構造での実測データへの適用性の検討
2.5.1 実構造での実測データ
実構造における表面温度分布への適用の一例として、床版と一般に呼ばれる平板コンクリート構造への適用について説明する。このような構造は、道路又は鉄道の橋梁部若しくは高架構造部等に広く一般的に用いられ、しかも交通荷重、雨水等の厳しい劣化要因に晒されるので、その劣化が特に問題となっている。したがって、本発明の適用が望ましい適用例の1つである。この場合の刺激は、人工的に加熱する場合にも同様に適用可能であるが、ここでは、最も簡便でコストがかからない、構造の上面側が太陽光の影響を受けて直接的又は間接的に加熱される場合を考える。
It is also assumed that the temperature distribution of the actual structure includes a noise component equal to or greater than this test piece. In such a case, the noise removal method described here is considered to be effective.
2.5 Examination of applicability to actual measurement data in actual structure
2.5.1 Measured data in actual structure As an example of application to surface temperature distribution in an actual structure, application to a slab concrete structure generally called a floor slab will be described. Such a structure is widely and generally used for a bridge portion of a road or a railway or an elevated structure portion, and is exposed to severe deterioration factors such as traffic load and rainwater. Therefore, the application of the present invention is one of the desirable application examples. The stimulus in this case can be applied similarly to the case of artificial heating, but here, the simplest and least costly, the upper side of the structure is directly or indirectly heated under the influence of sunlight. Think about it.

この場合、検出すべき内部変状として、コンクリート構造の床版に特に典型的にみられるひび割れ及び浮きを想定し、表面応答である構造の下面の表面温度分布の中からひび割れ及び浮きに関連する表面温度分布の存在箇所を検出することを考える。   In this case, as the internal deformation to be detected, it is assumed that cracks and lifts which are particularly typically seen in the floor slab of the concrete structure, and the surface response related to the cracks and lifts from the surface temperature distribution of the lower surface of the structure which is a surface response. Consider detection of the location where the surface temperature distribution exists.

このような構造が置かれた熱的状態は図4の模式図に示したものとほぼ同様である。これを前記の解析モデルによる検討と照合させると、ひび割れについては図6(b)、及び浮きについては図9(b)に示したような構造上の態様に、観測面と加熱面とが異なる裏面加熱の加熱条件が作用する場合に相当する。
2.5.2 検出結果
次に、実際に対象構造を実測したときに得られた表面温度分布の中から、解析で想定したひび割れ及び浮きに対応する表面温度分布と関連性が大きい範囲を抽出する検討結果を示す。
The thermal state in which such a structure is placed is almost the same as that shown in the schematic diagram of FIG. When this is compared with the examination by the above-described analysis model, the observation surface and the heating surface are different from each other in a structural aspect as shown in FIG. 6B for cracks and FIG. 9B for floating. This corresponds to the case where the heating condition of the back surface heating works.
2.5.2 Detection results Next, from the surface temperature distribution obtained when the target structure was actually measured, a study was conducted to extract a range that is highly relevant to the surface temperature distribution corresponding to cracks and floats assumed in the analysis. The results are shown.

図27は、冬季の晴れの日に橋梁のRC床版の下面側を赤外線撮像装置で測定したときの状況写真、及び床版下面での表面温度分布を表示したRGB画像である。RGB画像中の長方形の実線で囲まれた領域R1〜R3の表面温度分布に対して本検出方法を適用した結果をそれぞれ図28〜30に示す。これまでと同様に、それぞれの図において、(a)正の正弦波関連成分、(b)負の正弦波関連成分、(c)正の余弦波関連成分、及び(d)負の余弦波関連成分を示す。   FIG. 27 is a photograph of the situation when the lower surface side of the RC slab of the bridge is measured by an infrared imaging device on a sunny day in winter, and an RGB image displaying the surface temperature distribution on the lower surface of the slab. FIGS. 28 to 30 show the results of applying the present detection method to the surface temperature distributions of the regions R1 to R3 surrounded by the rectangular solid lines in the RGB image, respectively. As before, in each figure, (a) positive sine wave related component, (b) negative sine wave related component, (c) positive cosine wave related component, and (d) negative cosine wave related component The components are shown.

この構造条件及び裏側加熱という加熱条件においては、解析データによる検討で示したように、この場合の浮きに関連する範囲は、周囲よりも低温になるので負の余弦波関連成分のみが現れ、ひび割れに関連する範囲は、正負の正弦波関連成分が1つの組として現れ、正の正弦波関連成分は、ひび割れの周辺に付随して現れる。このようにして、実測データの中から、対象の内部変状と関連性が大きい表面温度分布の範囲を抽出して、その範囲の表面温度分布をそれぞれひび割れ及び浮きに関連した教師データにすることができる。
3 応答が振動的データである場合の教師データの作成
3.1 検討対象の全体状況の説明
本発明に従う一実施形態として、内部変状を有する構造に与える刺激が打撃であって、得られる応答が振動的データである場合に、内部変状と振動的データとの関係についての教師データを作成する方法について以下に説明する。
Under these structural conditions and the heating conditions of backside heating, as shown in the analysis data analysis, the range related to floating in this case is lower in temperature than the surroundings, so only negative cosine wave related components appear and cracks The positive and negative sine wave related components appear as one set, and the positive sine wave related component appears accompanying the periphery of the crack. In this way, the range of the surface temperature distribution that is highly relevant to the internal deformation of the target is extracted from the measured data, and the surface temperature distribution in that range is converted into teacher data related to cracking and lifting. Can be.
3 Creating teacher data when response is oscillatory data
3.1 Description of the overall situation to be considered As one embodiment according to the present invention, when the stimulus given to the structure having the internal deformation is a blow and the obtained response is oscillatory data, the internal deformation and the vibration data A method of creating teacher data on the relationship with the teacher will be described below.

対象の構造及び内部変状の一例として、図31に示すような棒状構造の中間部分の一部に内部変状が存在する場合を想定する。このような棒状構造の端部を打撃して、構造中を伝播して再び端部に戻ってきた振動を観測することにより、内部変状が生じているか否か、更にどの位置に、どの程度の内部変状が何個程度存在するか等についての検出することが行われる場合がある。内部変状の存在箇所において棒状構造を伝播する振動の一部が反射され、一部が透過するので、振動の形状と内部変状の存在とが関連するからである。   As an example of the target structure and the internal deformation, it is assumed that an internal deformation exists in a part of the intermediate portion of the rod-shaped structure as shown in FIG. By striking the end of such a rod-shaped structure and observing the vibration that propagates through the structure and returns to the end again, it is determined whether or not internal deformation has occurred, and at what position and to what extent. In some cases, detection may be performed as to how many internal deformations exist in the image. This is because a part of the vibration propagating in the rod-shaped structure is reflected and a part is transmitted at the location where the internal deformation exists, so that the shape of the vibration is related to the existence of the internal deformation.

例えば、この棒状構造が地中にある場合、構造の長さ等の詳細が不明である上に、与えた振動データと内部変状との関係を直接関係付けることができないため、振動データから直接的に教師データを作成することは困難である。振動データとしては、構造の端部付近に設置した加速度センサによって検出される加速度データ、又は振動が空中に伝播した、端部周辺の空中に設置した音響センサによって検出される音響データ等が考えられる。実構造について加速度センサによって測定された加速度データの一例を図32に示す。   For example, when this rod-shaped structure is underground, the details such as the length of the structure are unknown and the relationship between the given vibration data and internal deformation cannot be directly related. It is difficult to create teacher data on a regular basis. As the vibration data, acceleration data detected by an acceleration sensor installed near the end of the structure, or acoustic data detected by an acoustic sensor installed in the air around the end where the vibration propagated in the air can be considered. . FIG. 32 shows an example of acceleration data measured by the acceleration sensor for the actual structure.

ここに示す棒状構造での例は、図6及び図9に示したような平板構造にひび割れ及び浮きのような内部変状が存在する場合に、構造表面への打撃等の刺激によって発生させられた振動、音響等を応答とする場合の教師データの作成にも同様に適用することができる。
3.2 解析による教師データの作成
図31に示すような棒状構造が内部変状を含まない場合、及び内部変状を棒状構造の中央部に有する場合について、棒状構造の上端部を打撃したときに、波動が棒状構造中を伝播して再び上端部に戻ってくる波動データのうちの加速度データを解析によって求めた結果を図33(a)及び33(b)に示す。図33(a)に示す内部変状を含まない場合、棒状構造中を伝播する波動は棒状構造の先端部と上端部で反射を周期的に繰り返して次第に減衰する。一方、棒状構造の中間部に内部変状が存在する場合、図33(b)に示すように、伝播する波動が内部変状において反射及び透過するため、棒状構造の上端部で観察される波動は非常に複雑な形状を示すようになる。内部変状が1カ所にだけ存在する場合でもこのように複雑な形状を呈するので、内部変状の数が増加すると、ヒトが波動の形状を観察しただけでは内部変状の存在位置を識別することは困難である。
3.3 教師データの多様化
上記の様な解析モデルを設定して、解析によって内部変状を有する棒状構造の端部に打撃を加えたときの端部における加速度データの教師データを作成することができる。更に、必要に応じて、図に示す棒状構造に設定した多くのパラメータに関して、例えば、個々の寸法を変える、構成材料の強度的条件を変える、周辺からの拘束条件を加える、内部変状の位置、範囲、個数等を変化させる等の操作によってモデル構造の多様性を増すことにより教師データを補強してもよい。更に、現実の構造の条件によりよく適合させるために、一般的なコンクリート構造の内部に存在する鉄筋、骨材等の影響を解析モデルに組み込むことも可能である。
The example of the rod-like structure shown here is generated by stimulus such as impact on the structure surface when there is internal deformation such as cracks and floating in the flat plate structure as shown in FIGS. The same can be applied to the generation of teacher data when vibration, sound, or the like is used as a response.
3.2 Creation of teacher data by analysis When the rod-shaped structure as shown in FIG. 31 does not include the internal deformation, and when the internal deformation is in the center of the rod-shaped structure, when the upper end of the rod-shaped structure is hit, FIGS. 33 (a) and 33 (b) show the results obtained by analyzing the acceleration data among the wave data which propagate through the rod-shaped structure and return to the upper end portion again. When the internal deformation shown in FIG. 33 (a) is not included, the wave propagating in the rod-like structure is periodically attenuated by repeating the reflection at the tip and the upper end of the rod-like structure. On the other hand, if there is an internal deformation in the middle part of the rod-like structure, as shown in FIG. 33 (b), the propagating wave is reflected and transmitted in the internal deformation, so that the wave observed at the upper end of the rod-like structure Shows a very complicated shape. Even if the internal deformation exists only in one place, it exhibits such a complicated shape. Therefore, when the number of the internal deformations increases, the position of the internal deformation can be identified simply by observing the shape of the wave. It is difficult.
3.3 Diversification of teacher data By setting the above analysis model, it is possible to create teacher data of acceleration data at the end of the rod-shaped structure with internal deformation by hitting the end by analysis. . Further, if necessary, regarding many parameters set in the rod-shaped structure shown in the figure, for example, changing individual dimensions, changing the strength conditions of the constituent materials, adding constraints from the periphery, the position of internal deformation The teacher data may be reinforced by increasing the diversity of the model structure by an operation such as changing the range, the number, or the like. Further, in order to better match the conditions of the actual structure, it is also possible to incorporate the influence of reinforcing bars, aggregates, and the like existing inside the general concrete structure into the analysis model.

この棒状構造の場合も、実構造において得られる実測データは多くのノイズを含むことが多いので、ノイズを除去して波動の形状をより明確にするのが望ましい場合がある。図32に示す実測されたデータに作用させるノイズ除去法の一例として、直交ウェーブレットによる多重解像度解析を利用したウェーブレット縮退によるものが考えられる。このノイズ除去を図32の実測データに作用させた結果を図34に示す。   Even in the case of this rod-shaped structure, since the measured data obtained in the actual structure often includes a lot of noise, it is sometimes desirable to remove the noise to make the shape of the wave more clear. As an example of the noise removal method applied to the actually measured data shown in FIG. 32, a method based on wavelet degeneration using multi-resolution analysis using orthogonal wavelets is considered. FIG. 34 shows the result of applying this noise removal to the measured data of FIG.

また、対象とする振動的データを実測されたデータそのものとするだけでなく、実測されたデータをフーリエ変換、直交ウェーブレットによる多重解像度解析等により分解したものを対象とすることによって、内部変状に関する影響をより詳細に検討することができる場合がある。   In addition to the target vibration data, not only the measured data itself, but also the decomposition of the measured data by Fourier transform, multi-resolution analysis using orthogonal wavelets, etc. In some cases the impact can be considered in more detail.

また、前記のように、解析に用いるモデル構造の構成、パラメータ等を変化させる以外に、解析によって得られた応答データにDLの手法において用いられるデータ拡張法、すなわち、回転、拡縮、平行移動、せん断、ぼかし、ノイズ付加等を適用してもよい。
4 DLを用いたひび割れの発生位置の検出についての例
4.1 検出手順
検出手順は、主として図5に示したフローチャートに従う。ただし、解析によって求めた教師データのみを使用するので、随意のステップS10及びS11を除く。
In addition, as described above, in addition to changing the configuration, parameters, and the like of the model structure used in the analysis, the data expansion method used in the DL method for response data obtained by the analysis, that is, rotation, scaling, translation, Shearing, blurring, noise addition, etc. may be applied.
4 Example of detecting the location of crack occurrence using DL
4.1 Detection Procedure The detection procedure mainly follows the flowchart shown in FIG. However, since only the teacher data obtained by the analysis is used, optional steps S10 and S11 are excluded.

ステップ1に従って、内部変状発生箇所を検出する対象の構造区画における表面温度分布を測定し、ステップ2に従って、これを表面温度分布データとして記憶する。   According to step 1, the surface temperature distribution in the structural section from which the internal deformation is to be detected is measured, and according to step 2, this is stored as surface temperature distribution data.

次に、ステップ3に従って、対象の構造区画に存在する、検出すべき1つ又は複数の内部変状を工学的経験・判断に基づいて想定するのであるが、ここでは、RC床版構造の下面に存在するひび割れのみを想定した。そして、ひび割れ発生箇所での表面温度分布を図6に示したひび割れ解析モデルを用いた解析より求めた。2.2.1において述べたように解析モデルを構成するパラメータは、多岐にわたり、更に各パラメータがとる数値も一定の範囲内で自由に設定できる。しかし、ここでは、最も基本的な場合として、2.2.1に示した各パラメータの値を用い、ひび割れ傾斜角δが45°のひび割れを有する1つのひび割れ解析モデルを対象とした。   Next, according to step 3, one or more internal deformations to be detected existing in the target structural section are assumed based on engineering experience and judgment. Here, the lower surface of the RC floor slab structure is assumed. Only the cracks present in the Then, the surface temperature distribution at the place where the cracks occurred was determined from the analysis using the crack analysis model shown in FIG. As described in 2.2.1, the parameters constituting the analysis model are diversified, and the numerical values of each parameter can be set freely within a certain range. However, in this case, as the most basic case, the value of each parameter shown in 2.2.1 was used, and one crack analysis model having a crack with a crack inclination angle δ of 45 ° was targeted.

次に、随意のステップ12に従って、上記の1つのひび割れ解析モデルから求めたひび割れ発生箇所での表面温度分布に加工を加える。ここでは、得られた表面温度分布を一般化するために、最低温度を0、最大温度を1とするように正規化し、更に正規化された温度分布に前述したデータ拡張法のうちの−90°〜+90°の範囲での回転と、1.0倍〜1.5倍の範囲での拡大と、1:1.5〜1.5:1の範囲でのアスペクト比変更とを作用させて多様化することにより、合計50個の教師データを作成した。   Next, according to an optional step 12, processing is applied to the surface temperature distribution at the crack occurrence location determined from the one crack analysis model. Here, in order to generalize the obtained surface temperature distribution, the minimum temperature is normalized to be 0 and the maximum temperature is set to 1, and the normalized temperature distribution is further reduced by -90 of the data expansion method described above. Rotation in the range of ° to + 90 °, enlargement in the range of 1.0 to 1.5 times, and change of the aspect ratio in the range of 1: 1.5 to 1.5: 1 By diversifying, a total of 50 teacher data were created.

次に、ステップ5において、対象の実測された表面温度分布データを読み出して、上記の教師データを用いてDL検出を実行した。   Next, in step 5, the actually measured surface temperature distribution data of the target was read, and DL detection was performed using the above teacher data.

最後に、ステップ6に従って、検出されたひび割れ発生が想定される箇所を、例えば、元の表面温度分布の画像に重ねて示した。
4.2 実験データでの検討
4.2.1 対象の実験データ
2.4に示したひび割れ試験体を用いた実験によって得られた図24(b)に示す表面温度分布データを対象にした。
4.1.2 検出結果
上記表面温度分布に対してDLの手法を適用し、教師データの元となったひび割れに関連した局所的な表面温度分布が存在する箇所を用いて検出した。図35において、そのような箇所の概略位置を上記の表面温度分布の画像に重ねて描いた四角の枠で示した。この結果は、図25及び26に示した結果と同様に、傾斜角δが30°のひび割れの開口部の位置を明瞭に検出できているが、一方、傾斜角δが60°のひび割れについては、図の右上の一部分だけしか検出できていないことを示している。
4.2 実構造物での実測データでの検討
4.2.1 対象の実測データ
図27に示したRC床版の下面で実測された表面温度分布データを対象にした。
4.2.2 検出結果
上記表面温度分布に対してDLの手法を適用し、教師データの元となったひび割れに関連した局所的な表面温度分布が存在する箇所を用いて検出した。図36において、そのような箇所の概略位置を上記の表面温度分布の画像に重ねて描いた四角の枠で示した。
Finally, according to step 6, the location where the occurrence of the detected crack is assumed is shown, for example, superimposed on the image of the original surface temperature distribution.
4.2 Examination with experimental data
4.2.1 Target experimental data
The surface temperature distribution data shown in FIG. 24B obtained by an experiment using the crack specimen shown in 2.4 is targeted.
4.1.2 Detection results The DL method was applied to the surface temperature distribution described above, and detection was performed using a location where a local surface temperature distribution related to a crack, which was the source of the teacher data, exists. In FIG. 35, the approximate position of such a portion is indicated by a square frame drawn over the image of the surface temperature distribution. 25 and 26, the positions of the openings of the cracks having the inclination angle δ of 30 ° can be clearly detected, as with the results shown in FIGS. 25 and 26. , Only the upper right part of the figure has been detected.
4.2 Examination with measured data on actual structures
4.2.1 Actual Measurement Data of Target The surface temperature distribution data actually measured on the lower surface of the RC slab shown in FIG. 27 was used.
4.2.2 Detection results The DL method was applied to the above surface temperature distribution, and detection was performed using a location where a local surface temperature distribution related to a crack as the base of the teacher data exists. In FIG. 36, the approximate position of such a portion is indicated by a square frame drawn over the image of the surface temperature distribution.

これらの2つの例では、ただ1つの基本的なひび割れ解析モデルから作成した教師データを用いてDLを実行した結果を示したが、解析モデルをより多様化する、例えばひび割れ傾斜角、ひび割れの大きさ若しくは深さを変える、ひび割れの本数を増やす、複数のひび割れの関係を平行、交差等とする、及び/又は対象の内部変状に代表的な内部変状である浮きを加える等を行なうことによって検出の精度向上に寄与できると考えられる。   In these two examples, the result of executing DL using teacher data created from only one basic crack analysis model is shown. However, the analysis model is further diversified, for example, a crack inclination angle and a crack size. Changing the depth or depth, increasing the number of cracks, making the relationship of multiple cracks parallel, intersecting, etc., and / or adding a float which is a typical internal deformation to the internal deformation of the object It is thought that this can contribute to improvement in detection accuracy.

100 構造内部変状検出装置
101 実測手段
102 構造解析手段
103 実験手段
104 実測データ記憶手段
105 教師データ記憶手段
106 教師データ抽出手段
107 推測手段
108 表示手段
REFERENCE SIGNS LIST 100 structural internal deformation detecting device 101 actual measuring means 102 structural analyzing means 103 experimental means 104 actual measured data storing means 105 teacher data storing means 106 teacher data extracting means 107 estimating means 108 display means

Claims (20)

物理的刺激が与えられた実構造の表面乃至内部に存在する内部変状の特性を検出する構造内部変状検出装置であって、
典型的特性を有する内部変状を含むモデル構造に物理的刺激を与えたときの前記モデル構造の応答を解析する構造解析手段と、
前記構造解析手段によって得られた前記モデル構造の応答を教師データとして記録する教師データ記録手段と、
前記実構造に前記物理的刺激を与えて得られた応答を実測データとして記録する実測データ記録手段と、
前記教師データと前記実測データとを用いて、前記実構造の表面乃至内部に存在する内部変状の特性を推測する推測手段と、
前記推測された内部変状の特性を画面に表示する表示手段と、
を備える、構造内部変状検出装置。
A structural internal deformation detection device for detecting characteristics of internal deformation existing on the surface or inside of a real structure given a physical stimulus,
Structural analysis means for analyzing the response of the model structure when a physical stimulus is applied to the model structure including internal deformation having typical characteristics,
Teacher data recording means for recording the response of the model structure obtained by the structure analysis means as teacher data,
Actual measurement data recording means for recording the response obtained by giving the physical stimulus to the actual structure as actual measurement data,
Estimating means for estimating characteristics of internal deformation existing on the surface or inside of the actual structure using the teacher data and the actual measurement data,
Display means for displaying on the screen the characteristics of the estimated internal deformation,
A structural internal deformation detection device comprising:
前記実構造の応答の中から前記モデル構造の応答との相関性が強い前記実構造の応答の部分を抽出する教師データ抽出手段を更に備え、前記教師データ記録手段は、前記教師データ抽出手段によって抽出された、前記モデル構造の応答との相関性が強い前記実構造の応答の部分を前記教師データとして更に含む、請求項1に記載の構造内部変状検出装置。   Further comprising teacher data extracting means for extracting a part of the response of the real structure having a strong correlation with the response of the model structure from the response of the real structure, wherein the teacher data recording means is provided by the teacher data extracting means The structural internal deformation detection device according to claim 1, further comprising, as the teacher data, a portion of the extracted response of the real structure having a strong correlation with the response of the model structure. 前記教師データ記録手段は、前記実構造及び前記内部変状を模擬した試験体から得られた実験データを前記教師データとして更に含む、請求項1〜2の何れかに記載の構造内部変状検出装置。   3. The structural internal deformation detection according to claim 1, wherein the teacher data recording unit further includes, as the teacher data, experimental data obtained from a test body simulating the actual structure and the internal deformation. 4. apparatus. 前記推測手段には、ディープラーニングの手法を実行するソフトウェアが備えられている、請求項1〜3の何れかに記載の構造内部変状検出装置。   The structural internal deformation detecting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the estimating means includes software for executing a deep learning technique. 前記教師データ記録手段又は実測データ記録手段は、前記教師データ又は前記実測データのデータ量をデータ拡張法によって増加させる、請求項1〜4の何れかに記載の構造内部変状検出装置。   The structural internal deformation detecting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the teacher data recording unit or the measurement data recording unit increases a data amount of the teacher data or the measurement data by a data extension method. 前記刺激は、加熱、打撃、加振、超音波の何れかを含む、請求項1〜5の何れかに記載の構造内部変状検出装置。   The structural internal deformation detecting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the stimulus includes any of heating, impact, vibration, and ultrasonic waves. 前記内部変状の特性は、内部変状の存在位置、存在範囲、物性、及び種類を含む、請求項1〜6の何れかに記載の構造内部変状検出装置。   The structural internal deformation detection device according to claim 1, wherein the characteristics of the internal deformation include an existing position, an existing range, a physical property, and a type of the internal deformation. 前記教師データ抽出手段は、前記実構造の応答が2次元に分布するデータである場合に、前記実構造の応答の特定領域毎に2次元フィルタを用いて処理して得られた特徴を利用する、請求項1〜7の何れかに記載の構造内部変状検出装置。   The teacher data extracting means uses, when the response of the real structure is data distributed in two dimensions, a characteristic obtained by processing using a two-dimensional filter for each specific region of the response of the real structure. The structural internal deformation detecting device according to any one of claims 1 to 7. 前記2次元フィルタは、2次元ガボールウェーブレットである、請求項8に記載の構造内変状部分検出装置。   The apparatus for detecting a deformed portion in a structure according to claim 8, wherein the two-dimensional filter is a two-dimensional Gabor wavelet. 前記教師データ抽出手段は、前記実構造の応答が音又は波動である場合に、前記音又は波動の特定区間毎に1次元フィルタを用いて処理して得られた特徴を利用する、請求項1〜7の何れかに記載の構造内部変状検出装置。   The said teacher data extraction means uses the characteristic obtained by processing using the one-dimensional filter for every specific area | region of the said sound or wave, when the response of the said real structure is a sound or wave. The structural internal deformation detecting device according to any one of claims 7 to 7. 物理的刺激が与えられた実構造の表面乃至内部に存在する内部変状の特性を検出する構造内部変状検出方法であって、
典型的特性を有する内部変状を含むモデル構造に物理的刺激を与えたときの前記モデル構造の応答を解析する構造解析ステップと、
前記構造解析ステップによって得られた前記モデル構造の応答を教師データとして記録する教師データ記録ステップと、
前記実構造に前記物理的刺激を与えて得られた応答を実測データとして記録する実測データ記録ステップと、
前記教師データと前記実測データとを用いて、前記実構造の表面乃至内部に存在する内部変状の特性を推測する推測ステップと、
前記推測された内部変状の特性を画面に表示する表示ステップと、
を備える、構造内部変状検出方法。
A structural internal deformation detection method for detecting characteristics of internal deformation existing on the surface or inside of a real structure given a physical stimulus,
A structural analysis step of analyzing a response of the model structure when a physical stimulus is applied to the model structure including the internal deformation having typical characteristics,
A teacher data recording step of recording the response of the model structure obtained by the structural analysis step as teacher data,
An actual measurement data recording step of recording a response obtained by giving the physical stimulus to the actual structure as actual measurement data,
An estimating step of estimating a characteristic of an internal deformation existing on the surface or inside of the actual structure using the teacher data and the actual measurement data;
A display step of displaying the property of the estimated internal deformation on a screen,
A method for detecting deformation inside a structure, comprising:
前記実構造の応答の中から前記モデル構造の応答との相関性が強い前記実構造の応答の部分を抽出する教師データ抽出ステップを更に備え、前記教師データ記録ステップは、前記教師データ抽出ステップによって抽出された、前記モデル構造の応答との相関性が強い前記実構造の応答の部分を前記教師データとして加えることを更に含む、請求項11に記載の構造内部変状検出方法。   Further comprising a teacher data extracting step of extracting a response portion of the real structure having a strong correlation with the response of the model structure from the responses of the real structure, wherein the teacher data recording step is performed by the teacher data extracting step. 12. The structural internal deformation detection method according to claim 11, further comprising adding, as the teacher data, a part of the extracted response of the real structure having a strong correlation with the response of the model structure. 前記教師データ記録ステップは、前記実構造及び前記内部変状を模擬した試験体から得られた実験データを前記教師データとして加えることを更に含む、請求項11〜12の何れかに記載の構造内部変状検出装置。   The inside of the structure according to any one of claims 11 to 12, wherein the teacher data recording step further includes adding, as the teacher data, experimental data obtained from a test body simulating the actual structure and the internal deformation. Deformation detection device. 前記推測ステップは、ディープラーニングの手法を実行することを更に含む、請求項11〜13の何れかに記載の構造内部変状検出方法。   14. The method according to claim 11, wherein the inferring step further includes performing a deep learning method. 15. 前記教師データ記録ステップ又は前記実測データ記録ステップは、前記教師データのデータ量をデータ拡張法によって増加させることを更に含む、請求項11〜14の何れかに記載の構造内部変状検出方法。   15. The structural internal deformation detection method according to claim 11, wherein the teacher data recording step or the actually measured data recording step further includes increasing a data amount of the teacher data by a data extension method. 前記物理的刺激は、加熱、打撃、加振、及び超音波を含む、請求項11〜15の何れかに記載の構造内部変状検出方法。   16. The method according to any one of claims 11 to 15, wherein the physical stimulus includes heating, impact, vibration, and ultrasonic waves. 前記内部変状の特性は、内部変状の存在位置、存在範囲、物性、及び種類を含む、請求項11〜16の何れかに記載の構造内部変状検出方法。   The structural internal deformation detection method according to claim 11, wherein the characteristic of the internal deformation includes an existing position, an existing range, a physical property, and a type of the internal deformation. 前記教師データ抽出ステップは、前記実構造の実応答が2次元に分布するデータである場合に、前記実構造の実応答の特定領域毎に2次元フィルタを用いて処理して得られた特徴を利用する、請求項11〜17の何れかに記載の構造内部変状検出方法。   The teacher data extracting step includes, when the real response of the real structure is data distributed two-dimensionally, a feature obtained by processing using a two-dimensional filter for each specific region of the real response of the real structure. The structural internal deformation detection method according to any one of claims 11 to 17, wherein the method is used. 前記2次元フィルタは、2次元ガボールウェーブレットである、請求項18に記載の構造内変状部分検出方法。   The method according to claim 18, wherein the two-dimensional filter is a two-dimensional Gabor wavelet. 前記教師データ抽出ステップは、前記実構造の応答が音又は波動である場合に、前記音又は波動の特定区間毎に1次元フィルタを用いて処理して得られた特徴を利用する、請求項11〜17の何れかに記載の構造内部変状検出方法。

12. The teacher data extracting step uses a feature obtained by processing using a one-dimensional filter for each specific section of the sound or the wave when the response of the real structure is a sound or a wave. 18. The method for detecting internal deformation of a structure according to any one of claims 17 to 17.

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