JP2021143575A - Damage prediction apparatus, learning model, and method of generating learning model - Google Patents

Damage prediction apparatus, learning model, and method of generating learning model Download PDF

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Abstract

To provide a damage prediction apparatus which predicts damage when external force is applied to a target structure without performing structure analysis every time.SOLUTION: A damage prediction apparatus comprises input means and output means. The input means accepts input including a map of degradation level distribution or soundness determination distribution in a beam structure obtained from inspection results of a target structure, a planar shape of the beam structure in the target structure, and unassumed external force applied to the target structure, as input date for prediction means utilizing a learnt model provided with teaching data to perform machine learning, the teaching data including input data and output data, the input data taking the map of degradation level distribution or soundness determination distribution in the beam structure of a pier or a bridge, the planar shape of the beam structure, and the external force applied to the beam structure, and the output data taking the information indicating damage condition of the beam structure obtained from a structure analysis result when the external force is applied to the beam structure, and the output means outputs information indicating damage condition predicted when unassumed external force is applied to the target structure.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、桟橋又は橋梁の梁構造に対し外力が与えられたときの損傷を予測する技術に関する。なお、本明細書に於いて橋梁とは、水面上または陸上部を道路交通法第2条で定義される車両が通過するための架空構造物をいう。 The present invention relates to a technique for predicting damage when an external force is applied to a pier or a beam structure of a bridge. In addition, in this specification, a bridge means a fictitious structure for a vehicle defined in Article 2 of the Road Traffic Act to pass on the water surface or on land.

構造物の施工又は保守点検に機械学習を適用する技術が知られている。例えば特許文献1には、地山の強度、風化変質、割れ目間隔、割れ目状態、割れ目の走向傾斜、湧水の有無及び湧水量、並びに劣化状況等を監視し、これらを入力として支保パターンを決定し、この支保パターンを出力することが記載されている。 Techniques for applying machine learning to the construction or maintenance of structures are known. For example, in Patent Document 1, the strength of the ground, weathering alteration, crack interval, crack state, strike dip of crack, presence / absence of spring water, amount of spring water, deterioration status, etc. are monitored, and the support pattern is determined by inputting these. However, it is described that this support pattern is output.

特許文献1に記載の技術は、構造物の施工管理を行うためのものであり、桟橋又は橋梁の損傷を予測できるものではない。一般に、桟橋又は橋梁の梁構造に対し外力が与えられたときの損傷を予測又は評価するためには、非特許文献1に記載された詳細定期点検診断を実施し、その結果に基づいた構造解析が行われる。詳細定期点検診断及びその結果に基づいた構造解析にはコストがかかるため、一般点検診断から得られる劣化度判定結果から比較的簡易に残存耐力を評価する手法が提案されている(非特許文献2)。 The technique described in Patent Document 1 is for performing construction management of a structure, and cannot predict damage to a pier or a bridge. Generally, in order to predict or evaluate damage when an external force is applied to the beam structure of a pier or a bridge, a detailed periodic inspection and diagnosis described in Non-Patent Document 1 is carried out, and a structural analysis based on the result is performed. Is done. Since detailed periodic inspection diagnosis and structural analysis based on the results are costly, a method of relatively easily evaluating the residual proof stress from the deterioration degree judgment result obtained from the general inspection diagnosis has been proposed (Non-Patent Document 2). ).

特開2017−117147号公報JP-A-2017-117147

国土交通省港湾局監修、「港湾の施設の維持管理技術マニュアル(改訂版)」一般財団法人沿岸技術研究センター、2018年7月、p.296、p.317Supervised by the Port Bureau of the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, "Maintenance and Management Technical Manual for Port Facilities (Revised Edition)", Coastal Technology Research Center, July 2018, p. 296, p. 317 宇野州彦・岩波光保“劣化度判定結果を活用した残存耐力評価手法の実桟橋への適用”土木学会論文集B3(海洋開発),第74巻第2号、pp.I_55−I_60、2018.Shuhiko Uno and Mitsuyasu Iwanami "Application of Residual Yield Strength Evaluation Method Utilizing Deterioration Degree Judgment Results to Actual Piers" JSCE Proceedings B3 (Ocean Development), Vol. 74, No. 2, pp. I_55-I_60, 2018.

非特許文献2に記載の技術においては、劣化度の影響を考慮しつつ桟橋の損傷を予測するには、対象となる桟橋の構造解析をその都度、行わなければならなかった。 In the technique described in Non-Patent Document 2, in order to predict the damage of the pier while considering the influence of the degree of deterioration, the structural analysis of the target pier had to be performed each time.

これに対し本発明は、対象となる構造物に外力が与えられたときの損傷を、その都度構造解析を行うことなく予測する技術を提供する。 On the other hand, the present invention provides a technique for predicting damage when an external force is applied to a target structure without performing structural analysis each time.

本発明は、桟橋又は橋梁の梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び前記梁構造に与えられる外力を入力データとし、前記梁構造に前記外力が与えられたときの構造解析結果から得られる前記梁構造の損傷状態を示す情報を出力データとする教師データを与えて機械学習をさせた学習済モデルを用いた予測手段に対する入力データとして、対象となる構造物の点検結果から得られた梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該対象となる構造物における梁構造の平面形状、及び当該対象となる構造物に与えられる想定外力の入力を受け付ける入力手段と、前記学習済モデルから得られる、前記対象となる構造物に対し前記想定外力が与えられたときに予測される損傷状態を示す情報を出力する出力手段とを有する損傷度予測装置を提供する。 In the present invention, a map of deterioration degree distribution or soundness judgment distribution in a beam structure of a pier or a bridge, a planar shape of the beam structure, and an external force applied to the beam structure are used as input data, and the external force is applied to the beam structure. It is a target as input data for a prediction means using a trained model that has been machine-learned by giving teacher data whose output data is information indicating the damaged state of the beam structure obtained from the structural analysis result at the time of Map of deterioration degree distribution or soundness judgment distribution in the beam structure obtained from the inspection result of the structure, plane shape of the beam structure in the target structure, and input of unexpected force applied to the target structure. Damage degree prediction having an input means for receiving the above and an output means for outputting information indicating a damage state predicted when the unexpected force is applied to the target structure obtained from the trained model. Provide the device.

前記出力手段は、前記損傷状態を示す情報として、当該損傷の範囲、当該損傷の度合い、及び当該損傷の割合の少なくとも一つ以上の情報を出力してもよい。 The output means may output at least one or more information indicating the damage state, the range of the damage, the degree of the damage, and the rate of the damage.

前記出力手段は、前記損傷状態を示す情報として、前記梁構造における損傷区分に基づく損傷度分布のマップを出力し、前記損傷度分布のマップが前記梁構造を示す図上にマッピングされてもよい。 The output means may output a map of the damage degree distribution based on the damage classification in the beam structure as information indicating the damage state, and the map of the damage degree distribution may be mapped on the diagram showing the beam structure. ..

前記損傷度予測装置は、前記梁構造に関し、前記劣化度分布又は健全性判定分布を用いて確率モデルに従い将来の時点における劣化度分布又は健全性判定分布を予測する予測手段を有し、前記出力手段は、前記推定された劣化度分布又は健全性判定分布を前記学習済モデルに入力して得られた、前記想定外力が与えられたときに予測される損傷状態を示す情報を出力してもよい。 The damage degree predicting device has a predicting means for predicting the deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution at a future time point according to a probability model using the deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution with respect to the beam structure, and has the output. The means may output the information indicating the damage state predicted when the unexpected force is applied, which is obtained by inputting the estimated deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution into the trained model. good.

前記劣化度分布又は健全性判定分布のマップは、複数の梁構造に対して共通の空間的サイズを有してもよい。 The map of the degree of deterioration distribution or the soundness determination distribution may have a common spatial size for a plurality of beam structures.

また、本発明は、桟橋又は橋梁の梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる外力が入力される入力層と、前記梁構造に前記外力が与えられたときの構造解析結果から得られる当該梁構造の損傷状態を示す情報を出力する出力層と、前記梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる外力を入力データとし、当該梁構造に前記外力が与えられたときの構造解析結果から得られる当該梁構造の損傷状態を示す情報を出力データとする教師データを用いてパラメータが学習された中間層とを有し、対象となる構造物の点検結果から得られた梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる想定外力を示すデータを取得し、前記対象となる構造物の梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる想定外力を示すデータを前記入力層に入力し、前記中間層にて演算し、当該梁構造に当該想定外力が与えられたときの当該梁構造の損傷状態を示す情報を前記出力層から出力するようコンピュータを機能させるための学習済モデルを提供する。 Further, the present invention comprises a map of deterioration degree distribution or soundness judgment distribution in a beam structure of a pier or a bridge, a planar shape of the beam structure, an input layer into which an external force applied to the beam structure is input, and the beam structure. An output layer that outputs information indicating the damaged state of the beam structure obtained from the structural analysis result when the external force is applied to the beam, a map of the deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution in the beam structure, and the beam structure. Teacher data in which the planar shape and the external force applied to the beam structure are input data, and the information indicating the damage state of the beam structure obtained from the structural analysis result when the external force is applied to the beam structure is output data. A map of the degree of deterioration distribution or soundness judgment distribution in the beam structure obtained from the inspection results of the target structure, the plan shape of the beam structure, and the relevant Data showing the unexpected force applied to the beam structure is acquired, and the map of the deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution in the beam structure of the target structure, the planar shape of the beam structure, and the assumption given to the beam structure. Data indicating the external force is input to the input layer, the calculation is performed in the intermediate layer, and information indicating the damaged state of the beam structure when the expected external force is applied to the beam structure is output from the output layer. Provides a trained model for the computer to work.

さらに、本発明は、桟橋又は橋梁の損傷度の予測をする損傷度予測装置に適用するための学習済モデルを生成するモデル生成方法であって、前記梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる外力、当該梁構造に前記外力が与えられたときの構造解析結果から得られる当該梁構造の損傷状態を示す情報を含む教師データを取得するステップと、前記教師データを用いて、前記梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる外力を入力し、当該梁構造に当該外力が与えられたときの構造解析結果から得られる当該梁構造の損傷状態を示す情報を出力する学習済モデルを生成するステップとを有する学習済モデルの生成方法を提供する。 Further, the present invention is a model generation method for generating a trained model to be applied to a damage degree prediction device for predicting the damage degree of a pier or a bridge, and is a deterioration degree distribution or a soundness determination distribution in the beam structure. Map, the planar shape of the beam structure, the external force applied to the beam structure, and the teacher data including information indicating the damage state of the beam structure obtained from the structural analysis result when the external force is applied to the beam structure. The step of acquiring the above and the map of the deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution in the beam structure, the planar shape of the beam structure, and the external force applied to the beam structure are input using the teacher data, and the beam structure is input. Provided is a method for generating a trained model having a step of generating a trained model that outputs information indicating a damaged state of the beam structure obtained from the structural analysis result when the external force is applied to the beam.

前記梁構造の損傷状態を示す情報は、前記劣化度分布又は健全性判定分布のマップに対応する、損傷区分に基づく損傷度の分布を前記梁構造を示す図上に示す画像を含んでもよい。 The information indicating the damage state of the beam structure may include an image showing the distribution of the degree of damage based on the damage category on the diagram showing the beam structure, which corresponds to the map of the degree of deterioration distribution or the soundness determination distribution.

前記劣化度分布又は健全性判定分布のマップは、複数の梁構造に対して共通の空間的サイズを有してもよい。 The map of the degree of deterioration distribution or the soundness determination distribution may have a common spatial size for a plurality of beam structures.

本発明によれば、対象となる構造物に外力が与えられたときの損傷を、都度、構造解析を行う場合と比較してより短時間で予測することができる。 According to the present invention, damage when an external force is applied to a target structure can be predicted in a shorter time than in the case of performing structural analysis each time.

一実施形態に係る損傷度予測装置1の機能構成を例示する図。The figure which illustrates the functional structure of the damage degree prediction apparatus 1 which concerns on one Embodiment. 学習装置2の機能構成を例示する図。The figure which illustrates the functional structure of the learning apparatus 2. 損傷度予測装置1のハードウェア構成を例示する図。The figure which illustrates the hardware composition of the damage degree prediction apparatus 1. FIG. 一実施形態に係る機械学習モデル9の構造を例示する図。The figure which illustrates the structure of the machine learning model 9 which concerns on one Embodiment. 教師データを準備する処理を例示するフローチャート。A flowchart illustrating the process of preparing teacher data. 劣化度の判定基準を例示する図。The figure which exemplifies the judgment criteria of the degree of deterioration. 健全性の判定基準を例示する図。The figure which exemplifies the judgment criteria of soundness. 劣化度分布のマップを例示する図。The figure which exemplifies the map of the degree of deterioration distribution. 梁構造の平面形状を示す情報を例示する図。The figure which illustrates the information which shows the planar shape of a beam structure. 外力条件を例示する図。The figure which illustrates the external force condition. 構造解析の結果を例示する図。The figure which illustrates the result of the structural analysis. 機械学習モデル9の学習処理を例示するフローチャート。The flowchart which illustrates the learning process of the machine learning model 9. 損傷度の予測処理を例示するシーケンスチャート。A sequence chart illustrating the damage degree prediction process. 予測される損傷状態を示す情報を例示する図。The figure which illustrates the information which shows the predicted damage state. 変形例に係る劣化度分布及び平面形状のデータを例示する図。The figure which illustrates the deterioration degree distribution and plane shape data which concerns on a modification.

1.構成
図1は、一実施形態に係る損傷度予測装置1の機能構成を例示する図である。損傷度予測装置1は、対象となる構造物に対し外力が与えられたときの損傷を予測するシステムである。対象となる構造物は、桟橋又は橋梁の梁構造体である。損傷度予測装置1は、対象となる構造物の損傷を、その構造物の構造解析によらずに機械学習を用いて予測する。
1. 1. Configuration FIG. 1 is a diagram illustrating the functional configuration of the damage degree prediction device 1 according to the embodiment. The damage degree prediction device 1 is a system that predicts damage when an external force is applied to a target structure. The target structure is a beam structure of a pier or a bridge. The damage degree prediction device 1 predicts the damage of the target structure by using machine learning without relying on the structural analysis of the structure.

損傷度予測装置1は、ユーザから指示又はデータの入力を受け付け、入力された指示又はデータに応じた情報を出力するクライアント装置又はユーザ端末である。損傷度予測装置1は、記憶手段11、入力手段12、予測手段13、及び出力手段14を有する。記憶手段11は、種々のデータ及びプログラムを記憶する。この例において、記憶手段11に記憶されるデータには学習済モデルMが含まれる。学習済モデルMは、教師データを与えて機械学習をさせた機械学習モデルである。学習済モデルMは、例えば、ニューラルネットワーク、ランダムフォレスト、決定木、サポートベクターマシン、又は深層学習を用いたモデルである。この教師データは、入力データ(又は説明変数)として
(1)桟橋又は橋梁の梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、
(2)その梁構造の平面形状、及び
(3)その梁構造に与えられる外力
を少なくとも含む。またこの教師データは、出力データ(又は目的変数)としてその梁構造にその外力が与えられたときの構造解析結果から得られるその梁構造の損傷状態を示す情報を少なくとも含む。この教師データは、少なくとも1つの桟橋又は橋梁に関するデータである。学習済モデルMは、学習装置2により生成される。
The damage degree prediction device 1 is a client device or user terminal that receives an instruction or data input from a user and outputs information according to the input instruction or data. The damage degree prediction device 1 includes a storage means 11, an input means 12, a prediction means 13, and an output means 14. The storage means 11 stores various data and programs. In this example, the data stored in the storage means 11 includes the trained model M. The trained model M is a machine learning model in which teacher data is given to perform machine learning. The trained model M is, for example, a model using a neural network, a random forest, a decision tree, a support vector machine, or deep learning. This teacher data can be used as input data (or explanatory variables) (1) Map of deterioration degree distribution or soundness judgment distribution in the beam structure of a pier or bridge.
It includes at least the planar shape of the beam structure and (3) the external force applied to the beam structure. The teacher data also includes at least information indicating the damaged state of the beam structure obtained from the structural analysis result when the external force is applied to the beam structure as output data (or objective variable). This teacher data is data about at least one pier or bridge. The trained model M is generated by the learning device 2.

図2は、学習装置2の機能構成を例示する図である。学習装置2は、モデルに教師データを与えて機械学習をさせ、学習済モデルMを得る。学習装置2は、記憶手段21及び学習手段22を有する。記憶手段21は、教師データ及び学習済モデル(又は学習前のモデル)を記憶する。学習手段22は、モデルに教師データを与えて機械学習をさせ、学習済モデルを得る。学習装置2は、学習済モデルMを損傷度予測装置1に出力する。 FIG. 2 is a diagram illustrating the functional configuration of the learning device 2. The learning device 2 gives teacher data to the model to perform machine learning, and obtains a trained model M. The learning device 2 has a storage means 21 and a learning means 22. The storage means 21 stores the teacher data and the trained model (or the model before learning). The learning means 22 gives teacher data to the model and causes machine learning to obtain a trained model. The learning device 2 outputs the trained model M to the damage degree prediction device 1.

再び図1を参照する。入力手段12は、学習済モデルMに入力するための説明変数の入力を受け付ける。予測手段13は、入力手段12を介して入力された説明変数を学習済モデルMに与え、対応する目的変数を得る。学習済モデルMに入力される説明変数は、
(a)対象となる構造物の点検結果から得られた梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、
(b)対象となる構造物における梁構造の平面形状、及び
(c)対象となる構造物に与えられる想定外力
を少なくとも含む。これらの説明変数に対し学習済モデルMから得られる目的変数(すなわち予測の結果)は、対象となる構造物の損傷状態を示す情報を少なくとも含む。出力手段14は、予測手段13が得た、構造物の損傷状態を示す情報を出力する。
See FIG. 1 again. The input means 12 accepts the input of explanatory variables for input to the trained model M. The prediction means 13 gives an explanatory variable input via the input means 12 to the trained model M, and obtains a corresponding objective variable. The explanatory variables input to the trained model M are
(A) Map of deterioration degree distribution or soundness judgment distribution in the beam structure obtained from the inspection result of the target structure,
It includes at least the planar shape of the beam structure in the target structure and (c) the unexpected force applied to the target structure. For these explanatory variables, the objective variable (ie, the result of the prediction) obtained from the trained model M contains at least information indicating the damage state of the target structure. The output means 14 outputs the information indicating the damaged state of the structure obtained by the predictor means 13.

図3は、損傷度予測装置1のハードウェア構成を例示する図である。損傷度予測装置1は、CPU(Central Processing Unit)101、メモリ102、ストレージ103、入力装置104、表示装置105を有するコンピュータ装置、例えば、パーソナルコンピュータである。CPU101は、プログラムを実行して各種演算を行い、損傷度予測装置1における他のハードウェア要素を制御する制御装置である。メモリ102は、CPU101がプログラムを実行する際にワークエリアとして機能する主記憶装置であり、例えばRAMを含む。ストレージ103は、各種プログラム及びデータを記録する不揮発性の記憶装置であり、例えばSSD(Solid State Drive)又はHDD(Hard Disk Drive)を含む。入力装置104は、ユーザが損傷度予測装置1に対し指示又はデータを入力するための装置であり、例えば、タッチスクリーン、キーボード、及びマイクロフォンのうち少なくとも一種を含む。表示装置105は、ユーザに対し情報を提示する装置であり、例えば、OLED(Organic Light Emitting Diode)ディスプレイ又はLCD(Liquid Crystal Display)を含む。 FIG. 3 is a diagram illustrating a hardware configuration of the damage degree prediction device 1. The damage degree prediction device 1 is a computer device having a CPU (Central Processing Unit) 101, a memory 102, a storage 103, an input device 104, and a display device 105, for example, a personal computer. The CPU 101 is a control device that executes a program, performs various calculations, and controls other hardware elements in the damage degree prediction device 1. The memory 102 is a main storage device that functions as a work area when the CPU 101 executes a program, and includes, for example, a RAM. The storage 103 is a non-volatile storage device that records various programs and data, and includes, for example, an SSD (Solid State Drive) or an HDD (Hard Disk Drive). The input device 104 is a device for a user to input an instruction or data to the damage degree prediction device 1, and includes, for example, at least one of a touch screen, a keyboard, and a microphone. The display device 105 is a device that presents information to the user, and includes, for example, an OLED (Organic Light Emitting Diode) display or an LCD (Liquid Crystal Display).

この例において、ストレージ103に記憶されるプログラムには、コンピュータ装置を損傷度予測装置1として機能させるためのプログラム(以下「クライアントプログラム」という)が記憶される。CPU101がクライアントプログラムを実行することにより、コンピュータ装置に損傷度予測装置1としての機能が実装される。CPU101がクライアントプログラムを実行している状態において、メモリ102及びストレージ103の少なくとも一方が記憶手段11の一例である。CPU101が予測手段13の一例である。入力装置104が入力手段12の一例である。表示装置105が出力手段14の一例である。 In this example, in the program stored in the storage 103, a program for causing the computer device to function as the damage degree prediction device 1 (hereinafter referred to as “client program”) is stored. When the CPU 101 executes the client program, the function as the damage degree prediction device 1 is implemented in the computer device. At least one of the memory 102 and the storage 103 is an example of the storage means 11 in a state where the CPU 101 is executing the client program. The CPU 101 is an example of the prediction means 13. The input device 104 is an example of the input means 12. The display device 105 is an example of the output means 14.

学習装置2のハードウェア構成については図示を省略するが、損傷度予測装置1と同様のハードウェア構成を有するコンピュータ装置である。なお、学習装置2は、損傷度予測装置1と同一のコンピュータ装置に実装されてもよいし、損傷度予測装置1とは別のコンピュータ装置、例えばネットワーク上のサーバ装置に実装されてもよい。 Although the hardware configuration of the learning device 2 is not shown, it is a computer device having the same hardware configuration as the damage degree prediction device 1. The learning device 2 may be mounted on the same computer device as the damage degree prediction device 1, or may be mounted on a computer device different from the damage degree prediction device 1, for example, a server device on a network.

2.動作
損傷度予測装置1の動作説明に先立ち、本実施形態において用いられる機械学習モデルの概要を説明する。
2. An outline of the machine learning model used in the present embodiment will be described prior to the description of the operation of the motion damage degree prediction device 1.

図4は、一実施形態に係る機械学習モデル9の構造を例示する図である。この例において、機械学習モデルは、入力層91、中間層92、及び出力層93を有する。入力層91には、桟橋又は橋梁の梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、その梁構造の平面形状、及びその梁構造に与えられる外力が入力される。出力層93は、その梁構造にその外力が与えられたときの構造解析結果から得られるその梁構造の損傷状態を示す情報を出力する。損傷状態を示す情報は、損傷の範囲、損傷の度合い、及び損傷の割合の少なくとも一つ以上の情報を含む。より詳細には、損傷状態を示す情報は、損傷度分布のマップを含む。中間層92は、入力層91と出力層93との間に位置する層であり、入力層91を介して入力されたデータから出力層93を介して出力するデータを得るためのパラメータを含む。中間層92において、その梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、その梁構造の平面形状、及びその梁構造に与えられる外力を入力データとし、その梁構造にその外力が与えられたときの構造解析結果から得られるその梁構造の損傷状態を示す情報を出力データとする教師データを用いてそのパラメータが学習される。 FIG. 4 is a diagram illustrating the structure of the machine learning model 9 according to the embodiment. In this example, the machine learning model has an input layer 91, an intermediate layer 92, and an output layer 93. In the input layer 91, a map of the degree of deterioration distribution or the soundness judgment distribution in the beam structure of the pier or the bridge, the planar shape of the beam structure, and the external force applied to the beam structure are input. The output layer 93 outputs information indicating a damaged state of the beam structure obtained from the structural analysis result when the external force is applied to the beam structure. Information indicating the damage status includes at least one or more information on the extent of damage, the degree of damage, and the rate of damage. More specifically, the information indicating the damage state includes a map of the damage degree distribution. The intermediate layer 92 is a layer located between the input layer 91 and the output layer 93, and includes parameters for obtaining data output via the output layer 93 from data input via the input layer 91. In the intermediate layer 92, the map of the degree of deterioration distribution or the soundness judgment distribution in the beam structure, the planar shape of the beam structure, and the external force applied to the beam structure are used as input data, and the external force is applied to the beam structure. The parameters are learned using the teacher data whose output data is the information indicating the damaged state of the beam structure obtained from the structural analysis result at that time.

以下、損傷度予測装置1及び学習装置2の動作を説明する。損傷度予測装置1及び学習装置2の動作は、概ね、教師データの準備、学習済モデルMの生成(すなわち学習)、及び学習済モデルMを用いた予測の三段階に分けられる。以下、教師データの準備、学習、及び予測のそれぞれの処理を説明する。以下において、学習手段22等の機能要素を処理の主体として記載することがあるが、これは、CPU101等のハードウェア要素がプログラムに従って他のハードウェア要素と協働して処理を実行することを意味する。また、以下では対象となる構造物として桟橋を例として説明する。 Hereinafter, the operations of the damage degree prediction device 1 and the learning device 2 will be described. The operation of the damage degree prediction device 1 and the learning device 2 is roughly divided into three stages: preparation of teacher data, generation of a trained model M (that is, learning), and prediction using the trained model M. Hereinafter, each process of teacher data preparation, learning, and prediction will be described. In the following, functional elements such as the learning means 22 may be described as the main body of the process, which means that the hardware elements such as the CPU 101 execute the process in cooperation with other hardware elements according to the program. means. Further, in the following, a pier will be described as an example of the target structure.

2−1.教師データの準備
図5は、教師データを準備する処理を例示するフローチャートである。ここでは、様々なサイズの桟橋を対象として、その各々に複数の解析条件(例えば、劣化度分布及び外力に関する条件)を与えて構造解析が実施される。構造解析には既知の構造解析ソフトウェア(例えば、株式会社フォーラムエイト製の「Engineer's Studio」など)が用いられる。構造解析の結果として損傷の範囲、損傷の度合い、及び損傷の割合のデータが得られる。これらのデータが教師データとして用いられる。
2-1. Preparation of teacher data FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of preparing teacher data. Here, structural analysis is performed on piers of various sizes by giving each of them a plurality of analysis conditions (for example, conditions relating to deterioration degree distribution and external force). Known structural analysis software (for example, "Engineer's Studio" manufactured by FORUM8 Co., Ltd.) is used for structural analysis. As a result of the structural analysis, data on the extent of damage, the degree of damage, and the rate of damage are obtained. These data are used as teacher data.

ステップS101において、学習装置2(の学習手段22)は、桟橋の劣化度分布を示す情報を取得する。ここで、劣化度を示す情報のデータ形式はどのようなものでもよい。一例において、劣化度を示す情報は、対象となる桟橋の梁構造における部分梁を特定する情報(例えば、部分梁の識別子又は部分梁の相対的位置を示す情報)と、その梁の劣化度を示す情報との組み合わせである。一例において、劣化度分布の情報は、この組み合わせを示す文字列のデータである。劣化度とは、その梁の劣化の程度を示す情報であり、この例では、検査員が実際の桟橋を所定の検査基準に従って検査した結果、又は検査装置による自動判定により得られる情報である。 In step S101, the learning device 2 (learning means 22) acquires information indicating the deterioration degree distribution of the pier. Here, the data format of the information indicating the degree of deterioration may be any. In one example, the information indicating the degree of deterioration includes information for identifying a partial beam in the beam structure of the target pier (for example, information indicating an identifier of the partial beam or information indicating the relative position of the partial beam) and the degree of deterioration of the beam. It is a combination with the information shown. In one example, the deterioration degree distribution information is character string data indicating this combination. The degree of deterioration is information indicating the degree of deterioration of the beam, and in this example, it is information obtained by an inspector inspecting an actual pier according to a predetermined inspection standard or by an automatic determination by an inspection device.

図6は、桟橋劣化度の判定基準を例示する図である(非特許文献1より引用)。この例においては、梁の側面部及び下面部のそれぞれについて基準が設けられている。側面部及び下面部のいずれについても、劣化度としてはa、b、c、及びdの四区分が定義される。劣化度aが一番劣化の程度が重い状態(又は劣化の程度が高い)であり、劣化度dが一番劣化の程度が軽い又は劣化がない状態(又は劣化の程度が低い)である。梁構造は複数の部分梁に区分され、各部分梁について劣化度が判定される。検査員は、梁構造のうち対象となる部分梁の下面部及び側面部を観察し、判定基準と照らし合わせてその部分梁の劣化度を判定する。この例において、検査員は、その部分梁の下面部の劣化度及び側面部の劣化度をそれぞれ判定し、より程度が重い劣化度を、その部分梁の劣化度として採用する。例えば、下面の劣化度がcであり、2つある側面のうち一歩の劣化度がb、他方がdであった場合、その部分梁の劣化度はbである。 FIG. 6 is a diagram illustrating a criterion for determining the degree of deterioration of the pier (cited from Non-Patent Document 1). In this example, a reference is provided for each of the side surface portion and the lower surface portion of the beam. For both the side surface portion and the lower surface portion, four categories of a, b, c, and d are defined as the degree of deterioration. The degree of deterioration a is the state where the degree of deterioration is the heaviest (or the degree of deterioration is high), and the degree of deterioration d is the state where the degree of deterioration is the lightest or no deterioration (or the degree of deterioration is low). The beam structure is divided into a plurality of partial beams, and the degree of deterioration is determined for each partial beam. The inspector observes the lower surface portion and the side surface portion of the target partial beam in the beam structure, and judges the degree of deterioration of the partial beam by comparing with the judgment criteria. In this example, the inspector determines the degree of deterioration of the lower surface portion and the degree of deterioration of the side surface portion of the partial beam, respectively, and adopts a heavier degree of deterioration as the degree of deterioration of the partial beam. For example, when the degree of deterioration of the lower surface is c, the degree of deterioration of one of the two side surfaces is b, and the degree of deterioration of the other is d, the degree of deterioration of the partial beam is b.

なお対象となる構造物が桟橋ではなく橋梁(すなわち道路橋)であった場合、劣化度に代わり健全性という指標が用いられる。 If the target structure is a bridge (that is, a road bridge) instead of a pier, the index of soundness is used instead of the degree of deterioration.

図7は、健全性の判定基準を例示する図である(道路橋定期点検要領「国土交通省 道路局2019.2」より引用)。この例において、道路橋の健全性としては、区分I、II、III、及びIVの四区分が定義される。区分Iが最も健全(又は劣化の程度が軽い)状態であり、区分IVが最も劣化の程度が重い状態である。検査員は、梁構造のうち対象となる部分梁を観察し、判定基準と照らし合わせてその部分梁の健全性を判定する。なお、図6及び図7において例示した劣化度及び健全性の判定基準はあくまで例示であり、これ以外の基準が用いられてもよい。劣化度及び健全性の区分は4つに限られず、5つ以上に区分されてもよい。 FIG. 7 is a diagram illustrating the criteria for determining soundness (quoted from the road bridge periodic inspection procedure “Road Bureau, Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism 2019.2”). In this example, the soundness of the road bridge is defined as four categories I, II, III, and IV. Category I is the most healthy (or lightly deteriorated) state, and Category IV is the most severely deteriorated state. The inspector observes the target partial beam in the beam structure and judges the soundness of the partial beam by comparing it with the judgment criteria. The criteria for determining the degree of deterioration and soundness illustrated in FIGS. 6 and 7 are merely examples, and other criteria may be used. The degree of deterioration and soundness are not limited to four, and may be classified into five or more.

再び図5を参照する。ステップS102において、学習手段22は、ステップS101において取得した劣化度分布をマップ(すなわち画像)に変換する。このマップは、規格化された梁の配列を示す画像、及びその画像上において対応する梁の劣化度を示す情報を含む。 See FIG. 5 again. In step S102, the learning means 22 converts the deterioration degree distribution acquired in step S101 into a map (that is, an image). This map contains an image showing a standardized beam arrangement and information showing the degree of deterioration of the corresponding beam on the image.

図8は、劣化度分布のマップを例示する図である。この例において、マップは、縦及び横方向に複数の梁を組み合わせた梁構造を有する。例えば、横方向は岸に平行な方向を、縦方向は岸に垂直な方向を示す。以下、右向きをx方向、上向きをy方向と定義する。この図において、灰色の部分は梁接合部(すなわち2本の梁が交わる部分)又は杭頭部(すなわち下から杭により支えられる部分)を示す。梁接合部、杭頭部に挟まれた部分、又は(梁接合部でない)梁の端部(すなわち2つの灰色塗り部分に挟まれた部分、又は(梁接合部でない)梁の端部)がそれぞれ、部分梁である。このマップにおいて、全ての部分梁は共通のサイズを有する。すなわち、このマップは、梁構造の実際のサイズを示す情報は含んでいない。これが「規格化された梁の配列を示す」の趣旨である。 FIG. 8 is a diagram illustrating a map of the degree of deterioration distribution. In this example, the map has a beam structure that combines a plurality of beams in the vertical and horizontal directions. For example, the horizontal direction indicates a direction parallel to the shore, and the vertical direction indicates a direction perpendicular to the shore. Hereinafter, the rightward direction is defined as the x direction, and the upward direction is defined as the y direction. In this figure, the gray part indicates a beam joint (that is, a part where two beams intersect) or a pile head (that is, a part supported by a pile from below). The beam joint, the part sandwiched between the pile heads, or the end of the beam (not the beam joint) (that is, the part sandwiched between the two gray-painted parts, or the end of the beam (not the beam joint)) Each is a partial beam. In this map, all partial beams have a common size. That is, this map does not contain information that indicates the actual size of the beam structure. This is the purpose of "showing a standardized beam arrangement".

このマップにおいて、各部分梁の劣化度が色で表される(この図では色を表現できないので代わりにハッチングで区別する)。例えば、劣化度aの部分は赤、劣化度bの部分は黄、劣化度cの部分は緑、劣化度dの部分は青で表される。 In this map, the degree of deterioration of each partial beam is represented by color (color cannot be expressed in this figure, so it is distinguished by hatching instead). For example, the portion of the degree of deterioration a is represented by red, the portion of the degree of deterioration b is represented by yellow, the portion of the degree of deterioration c is represented by green, and the portion of the degree of deterioration d is represented by blue.

大きさの異なる様々な桟橋を共通の画像サイズで処理できるようにするため、このマップは複数の梁構造に対して共通の空間的サイズを有する。例えば、このマップは、世界で最大の桟橋の劣化度を記録できる空間的サイズを有する。一例として、岸に垂直な方向において世界最大の桟橋が岸に平行な方向に1,000本の梁を有し、岸に平行な方向において世界最大の桟橋が岸に垂直な方向に500本の梁を有する場合、このマップは、1,000行×500列の梁構造に相当する画像を有する。 This map has a common spatial size for multiple beam structures so that different piers of different sizes can be processed with a common image size. For example, this map has the largest spatial size in the world to record the degree of deterioration of a pier. As an example, the world's largest pier in the direction perpendicular to the shore has 1,000 beams in the direction parallel to the shore, and the world's largest pier in the direction parallel to the shore has 500 beams in the direction perpendicular to the shore. With beams, this map has an image corresponding to a beam structure of 1,000 rows x 500 columns.

例えば、5行×7列の梁構造を有する桟橋が対象である場合、学習手段22は、この梁構造のうち基準となる部分(例えば、左上の部分梁)がマップ上の基準位置(例えば、左上の部分梁)と対応するように、部分梁を着色する。マップにおいて対象となる梁構造よりも外側の部分は着色されず無色のままである。なお、劣化度分布のマップが複数の梁構造に対して共有の空間的サイズを有する代わりに、各梁構造に対して個別の空間的サイズを有してもよい。 For example, when the target is a pier having a beam structure of 5 rows × 7 columns, in the learning means 22, the reference portion (for example, the upper left partial beam) of the beam structure is the reference position (for example, the upper left partial beam) on the map. Color the partial beam so that it corresponds to the upper left partial beam). The part outside the beam structure of interest in the map remains uncolored and colorless. It should be noted that instead of the map of the degree of deterioration having a shared spatial size for a plurality of beam structures, each beam structure may have an individual spatial size.

再び図5を参照する。ステップS103において、学習手段22は、対象となる梁構造の平面形状を示す情報を取得する。ここで、梁構造の平面形状を示す情報のデータ形式はどのようなものでもよい。一例において、平面形状を示す情報は、対象となる桟橋の梁構造における部分梁を特定する情報と、その梁のサイズを示す情報との組み合わせである。 See FIG. 5 again. In step S103, the learning means 22 acquires information indicating the planar shape of the target beam structure. Here, any data format of information indicating the planar shape of the beam structure may be used. In one example, the information indicating the planar shape is a combination of information indicating a partial beam in the beam structure of the target pier and information indicating the size of the beam.

図9は、梁構造の平面形状を示す情報を例示する図である。ここで、図9(A)は部分梁の識別番号を示す。縦方向及び横方向の部分梁にそれぞれ識別番号が振られている。図9(B)の表は、対象となる梁構造のサイズ(縦横それぞれの部分梁の数)を示す情報、及び各部分梁の寸法を示す情報を含む。この梁構造はx方向に80本、y方向に60本の部分梁から構成される。例えば、梁番号101の梁は、x方向の長さが0.95m、y方向の長さが0.50mである。 FIG. 9 is a diagram illustrating information indicating the planar shape of the beam structure. Here, FIG. 9A shows the identification number of the partial beam. Identification numbers are assigned to the vertical and horizontal partial beams, respectively. The table of FIG. 9B includes information indicating the size of the target beam structure (the number of partial beams in each of the vertical and horizontal directions) and information indicating the dimensions of each partial beam. This beam structure is composed of 80 partial beams in the x direction and 60 partial beams in the y direction. For example, the beam of beam number 101 has a length of 0.95 m in the x direction and a length of 0.50 m in the y direction.

再び図5を参照する。ステップS104において、学習手段22は、対象となる梁構造に与える外力条件を取得する。 See FIG. 5 again. In step S104, the learning means 22 acquires the external force condition applied to the target beam structure.

図10は、桟橋における外力条件を例示する図である。なお、橋梁における外力条件はこれとは別に定義されてもよい(例示は省略する)。この表の行は外力条件を、列は説明変数を示す。この例では、説明変数として、静的(海←陸)、静的(海→陸)、L1、L2−1、及びL2−2の5種が用いられる。「静的(海←陸)」は、所定の船舶の牽引力を表す。「静的(海→陸)」は、所定の船舶の接岸力を示す。「L1」はレベル1地震動、すなわち供用期間中に発生する確率が高い地震を示す。「L2」はレベル2地震動、すなわち供用期間中に発生する確率が低いが、大きなエネルギーを放出する地震を示し、L2−1は、タイプI:プレート境界型のレベル2地震動(例えば東北地方太平洋沖地震など)を示す。L2−2は、タイプII:内陸直下型のレベル2地震動(例えば兵庫県南部地震など)を示す。なお、外力条件として記載している静的(海←陸)、静的(海→陸)、については、所定の船舶の牽引力・接岸力としてだけではなく、設計荷重としても作用させ、健全な桟橋で発生するはずのない損傷が発生するかどうかを確認するためにも用いられる。 FIG. 10 is a diagram illustrating external force conditions at the pier. The external force condition in the bridge may be defined separately (exemplification is omitted). The rows of this table show the external force conditions, and the columns show the explanatory variables. In this example, five types of explanatory variables are used: static (sea ← land), static (sea → land), L1, L2-1, and L2-2. "Static (sea ← land)" represents the traction force of a given ship. "Static (sea → land)" indicates the berthing force of a given vessel. “L1” indicates a level 1 seismic motion, that is, an earthquake with a high probability of occurring during the service period. “L2” indicates a level 2 earthquake motion, that is, an earthquake that is unlikely to occur during the service period but emits a large amount of energy, and L2-1 is a type I: plate boundary type level 2 earthquake ground motion (for example, off the Pacific coast of the Tohoku region). (Earthquake, etc.). L2-2 indicates a type II: inland type level 2 seismic motion (for example, the Hyogo-ken Nanbu Earthquake). The static (sea ← land) and static (sea → land) described as external force conditions are sound as they act not only as the traction force and berthing force of the specified ship but also as the design load. It is also used to see if there is any damage that should not occur at the pier.

この表において、各セルの値は「0」又は「1」のいずれかである。値「0」は、その外力が与えられないことを、値「1」はその外力が与えられることを、それぞれ示す。例えば、外力条件「静的(海←陸)」は、対称となる梁構造に船舶の牽引力のみが与えられ、他の外力は与えられないことを示す。なおこの例では単一の種類の外力が与えられる外力条件のみが示されているが、複数種類の外力が与えられる外力条件が用いられてもよい。具体的には、例えば船舶の牽引力とレベル1地震動とが同時に与えられる外力条件が用いられてもよい。 In this table, the value of each cell is either "0" or "1". A value "0" indicates that the external force is not applied, and a value "1" indicates that the external force is applied. For example, the external force condition "static (sea ← land)" indicates that only the traction force of the ship is given to the symmetrical beam structure, and no other external force is given. In this example, only an external force condition in which a single type of external force is applied is shown, but an external force condition in which a plurality of types of external forces are applied may be used. Specifically, for example, an external force condition in which the traction force of the ship and the level 1 seismic motion are given at the same time may be used.

再び図5を参照する。ステップS105において、学習手段22は、ステップS103において取得した平面形状を有しかつステップS101において取得した劣化度分布を有する梁構造に対し、ステップS104において取得した外力条件により示される外力が与えられたと仮定した場合の構造解析結果を取得する。構造解析は、学習手段22自身により行われてもよいし、学習装置2以外の他の装置により行われてもよい。 See FIG. 5 again. In step S105, the learning means 22 applies the external force indicated by the external force condition acquired in step S104 to the beam structure having the planar shape acquired in step S103 and the deterioration degree distribution acquired in step S101. Obtain the structural analysis result when assuming. The structural analysis may be performed by the learning means 22 itself, or may be performed by a device other than the learning device 2.

図11は、構造解析の結果を例示する図である。この例においては、構造解析の結果として損傷度分布及び損傷面積率のデータが得られる。一例において、構造解析の結果は、規格化された梁構造の画像上にマッピングされる。このマップにおいて、全ての部分梁は共通のサイズを有する。すなわち、このマップは、図8の例と同様に、梁構造の実際のサイズを示す情報は含んでいない。 FIG. 11 is a diagram illustrating the results of structural analysis. In this example, the damage degree distribution and the damaged area ratio data are obtained as a result of the structural analysis. In one example, the results of the structural analysis are mapped onto an image of a standardized beam structure. In this map, all partial beams have a common size. That is, this map, like the example in FIG. 8, does not contain information indicating the actual size of the beam structure.

このマップにおいて、各部分梁の損傷が色で表される(この図では色を表現できないので代わりにハッチングで区別する)。例えば、ひび割れ損傷は黄色で、降伏損傷は赤で、終局損傷は黒で表される。これらの損傷が梁構造のマップ上に表示させているので、この図は損傷の範囲及び度合いを示していると言える。 In this map, the damage to each partial beam is represented by a color (the color cannot be represented in this figure, so it is distinguished by hatching instead). For example, crack damage is shown in yellow, yield damage is shown in red, and ultimate damage is shown in black. Since these damages are displayed on the map of the beam structure, it can be said that this figure shows the extent and degree of damages.

学習装置2は、様々な形状及びサイズを有する複数の桟橋の各々についてステップS101〜S105の処理を繰り返し行い、データを蓄積する。こうして蓄積されたデータが、以下で説明する学習処理において教師データとして用いられる。この教師データにおいて、ステップS102において取得した劣化度分布のマップ、ステップS103において取得した平面形状、及びステップS104において取得した外力条件が入力データであり、ステップS105において得られた構造解析結果が出力データである。学習装置2は、これらの教師データを記憶手段21に記憶する。 The learning device 2 repeats the processes of steps S101 to S105 for each of the plurality of piers having various shapes and sizes, and accumulates data. The data accumulated in this way is used as teacher data in the learning process described below. In this teacher data, the map of the degree of deterioration distribution acquired in step S102, the planar shape acquired in step S103, and the external force condition acquired in step S104 are input data, and the structural analysis result obtained in step S105 is output data. Is. The learning device 2 stores these teacher data in the storage means 21.

2−2.学習
図12は、機械学習モデル9の学習処理を例示するフローチャートである。図12のフローは、例えば、損傷度予測装置1の管理者又はユーザから学習の指示が与えられたことを契機として開始される。あるいは、図12のフローは、所定量の教師データが蓄積されたことを契機として開始されてもよい。
2-2. Learning FIG. 12 is a flowchart illustrating the learning process of the machine learning model 9. The flow of FIG. 12 is started, for example, when a learning instruction is given from the administrator or the user of the damage degree prediction device 1. Alternatively, the flow of FIG. 12 may be started when a predetermined amount of teacher data is accumulated.

ステップS201において、学習手段22は、学習に用いる教師データを取得する。この例において、学習手段22は、損傷度予測装置1とは別の外部装置において準備された教師データを取得する。 In step S201, the learning means 22 acquires teacher data used for learning. In this example, the learning means 22 acquires teacher data prepared in an external device different from the damage degree prediction device 1.

ステップS202において、学習手段22は、機械学習モデル9に対し、教師データを与えて機械学習をさせる。この教師データは、入力データ及び出力データを含む。一例において、入力データは、ステップS102において取得した劣化度分布のマップ、ステップS103において取得した平面形状、及びステップS104において取得した外力条件である。 In step S202, the learning means 22 gives the machine learning model 9 teacher data to perform machine learning. This teacher data includes input data and output data. In one example, the input data is a map of the degree of deterioration distribution acquired in step S102, a planar shape acquired in step S103, and an external force condition acquired in step S104.

ステップS203において、学習手段22は、機械学習により中間層92のパラメータが学習された機械学習モデル9を、学習済モデルMとして記憶手段21に記憶する。学習装置2は、学習済モデルMを損傷度予測装置1に出力する。損傷度予測装置1は、学習済モデルMを記憶手段11に記憶する。こうして、損傷度予測装置1は学習済モデルMを得る。 In step S203, the learning means 22 stores the machine learning model 9 in which the parameters of the intermediate layer 92 are learned by machine learning in the storage means 21 as the learned model M. The learning device 2 outputs the trained model M to the damage degree prediction device 1. The damage degree prediction device 1 stores the learned model M in the storage means 11. In this way, the damage degree prediction device 1 obtains the trained model M.

2−3.予測
図13は、損傷度の予測処理を例示するシーケンスチャートである。損傷度の予測は、ユーザからの要求に応じて行われる。
2-3. Prediction FIG. 13 is a sequence chart illustrating the damage degree prediction process. The degree of damage is predicted in response to a request from the user.

ユーザは、損傷度予測装置1において損傷度の予測を指示する。具体的には、ユーザは、対象となる構造物について、説明変数を入力する。入力手段12は、説明変数、具体的には以下の(ア)〜(ウ)のデータの入力を受け付ける(ステップS301)。
(ア)対象となる構造物の点検結果から得られた梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布。
(イ)対象となる構造物における梁構造の平面形状。
(ウ)対象となる構造物に与えられる想定外力。
The user instructs the damage degree prediction device 1 to predict the damage degree. Specifically, the user inputs explanatory variables for the target structure. The input means 12 accepts the input of explanatory variables, specifically the following data (a) to (c) (step S301).
(A) Deterioration degree distribution or soundness judgment distribution in the beam structure obtained from the inspection results of the target structure.
(B) Planar shape of the beam structure in the target structure.
(C) Unexpected force applied to the target structure.

一例において、構造物の点検結果を入力するためのユーザインターフェースを損傷度予測装置1自身が提供する。ユーザは、点検結果を損傷度予測装置1に入力する。あるいは、損傷度予測装置1は、対象となる構造物の点検結果を記録する装置から、劣化度分布又は健全性判定分布のデータの提供を受けてもよい。劣化度分布又は健全性判定分布のデータは、教師データの場合と同様に、どのようなデータ形式を有していてもよい。 In one example, the damage degree predictor 1 itself provides a user interface for inputting the inspection result of the structure. The user inputs the inspection result into the damage degree prediction device 1. Alternatively, the damage degree prediction device 1 may receive the data of the deterioration degree distribution or the soundness determination distribution from the device that records the inspection result of the target structure. The data of the deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution may have any data format as in the case of the teacher data.

対象となる構造物の平面形状のデータ(例えば画像データ)については、ユーザが損傷度予測装置1に入力する。あるいは、構造物の平面形状のデータは、サーバ等の外部装置においてデータベースに記録されており、損傷度予測装置1は、このデータベースから、ユーザの指示に応じて対象となる構造物の平面形状のデータを取得してもよい。 The user inputs the planar shape data (for example, image data) of the target structure to the damage degree prediction device 1. Alternatively, the data of the planar shape of the structure is recorded in a database in an external device such as a server, and the damage degree prediction device 1 uses the database to indicate the planar shape of the target structure according to the user's instruction. Data may be acquired.

想定外力については、例えば、教師データにおいて用いられたのと同じ条件が用いられる。あるいは、損傷度予測装置1は、図10の表のうちユーザにより指定された条件のみを説明変数として用いてもよい。 For the unexpected force, for example, the same conditions used in the teacher data are used. Alternatively, the damage degree prediction device 1 may use only the conditions specified by the user in the table of FIG. 10 as explanatory variables.

ステップS302において、入力手段12は、損傷度を予測する要求を生成する。この要求は、ステップS301において入力、取得、又は指定された説明変数を含む。ステップS303において、入力手段12は、予測手段13に対し損傷度の予測を要求する。 In step S302, the input means 12 generates a request for predicting the degree of damage. This request includes an explanatory variable input, acquired, or specified in step S301. In step S303, the input means 12 requests the predicting means 13 to predict the degree of damage.

ステップS304において、予測手段13は予測の要求を受け付ける。この例において、予測手段13は、要求に含まれる劣化度分布のデータを、マップ(すなわち画像)に変換する。このマップは、規格化された梁の配列を示す画像、及びその画像上において対応する梁の劣化度を示す情報を含む。なお、劣化度分布のデータをマップに変換する処理は、サーバ等の外部装置において行われてもよい。マップへの変換が外部装置において行われる場合、損傷度予測装置1は劣化度分布のマップを外部装置に送信する。 In step S304, the prediction means 13 receives a request for prediction. In this example, the prediction means 13 converts the deterioration degree distribution data included in the request into a map (that is, an image). This map contains an image showing a standardized beam arrangement and information showing the degree of deterioration of the corresponding beam on the image. The process of converting the deterioration degree distribution data into a map may be performed by an external device such as a server. When the conversion to the map is performed in the external device, the damage degree prediction device 1 transmits the map of the deterioration degree distribution to the external device.

なおこの例においては損傷度予測装置1に入力される情報は学習済モデルMに入力される説明変数とは完全に同一ではない(劣化度分布のデータがマップに変換されるため)が、劣化度分布のデータから劣化度分布のマップが得られることを考えると、入力手段12は、実質的に以下の3種の説明変数を学習済モデルMに入力していると言える。
(a)対象となる構造物の点検結果から得られた梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、
(b)対象となる構造物における梁構造の平面形状、及び
(c)対象となる構造物に与えられる想定外力。
In this example, the information input to the damage degree prediction device 1 is not exactly the same as the explanatory variables input to the trained model M (because the deterioration degree distribution data is converted into a map), but the deterioration Considering that a map of the deterioration degree distribution can be obtained from the degree distribution data, it can be said that the input means 12 substantially inputs the following three types of explanatory variables into the trained model M.
(A) Map of deterioration degree distribution or soundness judgment distribution in the beam structure obtained from the inspection result of the target structure,
(B) The planar shape of the beam structure in the target structure, and (c) the unexpected force applied to the target structure.

ステップS305において、予測手段13は、梁の劣化度のマップ、梁構造の平面形状、及び想定外力を説明変数として学習済モデルMに入力する。学習済モデルMは、入力された説明変数に応じて目的変数、すなわち損傷状態を示す情報を出力する。損傷状態を示す情報は、一例において、図11で例示した、教師データとして用いられる損傷分布のマップと同じ形式のデータである。ステップS306において、予測手段13は、学習済モデルMから出力された目的変数を取得する。予測手段13は、取得した目的変数を、要求の送信元の装置に送信する(ステップS307)。ステップS308において、出力手段14は、学習済モデルMから出力された目的変数に応じて、予測される損傷状態を示す情報を出力する。出力手段14は、学習済モデルMから出力された情報をそのままユーザに対し出力してもよいし、学習済モデルMから出力された情報に対し何らかの加工がされた後で出力してもよい。 In step S305, the prediction means 13 inputs the map of the degree of deterioration of the beam, the planar shape of the beam structure, and the unexpected force as explanatory variables into the trained model M. The trained model M outputs an objective variable, that is, information indicating a damage state according to the input explanatory variable. The information indicating the damage state is, in one example, data in the same format as the damage distribution map used as the teacher data illustrated in FIG. In step S306, the prediction means 13 acquires the objective variable output from the trained model M. The prediction means 13 transmits the acquired objective variable to the device that sends the request (step S307). In step S308, the output means 14 outputs information indicating a predicted damage state according to the objective variable output from the trained model M. The output means 14 may output the information output from the learned model M to the user as it is, or may output the information output from the learned model M after some processing has been performed on the information.

図14は、出力手段14から出力される、予測される損傷状態を示す情報を例示する図である。この例では、各部分梁の損傷度(すなわち損傷の度合い)が複数に区分(すなわち損傷区分)され、各区分が視覚的に(例えば異なる色で)表現される。ここで用いられる区分は図11において例示されたものと共通であり、例えば、ひび割れ損傷は黄色で、降伏損傷は赤で、終局損傷は黒で表される。 FIG. 14 is a diagram illustrating information indicating a predicted damage state output from the output means 14. In this example, the degree of damage (ie, the degree of damage) of each partial beam is divided into a plurality of divisions (that is, damage divisions), and each division is visually represented (for example, in different colors). The categories used here are common to those illustrated in FIG. 11, for example, crack damage is represented in yellow, yield damage is represented in red, and ultimate damage is represented in black.

また、出力手段14から出力される情報には、損傷の割合が含まれる。ここで損傷の割合とは、対象となる梁構造が有する部分梁のうち、所定の損傷を有する部分梁の面積の割合をいう。例えば対象となる梁構造における部分梁の総面積が5,000m2である場合において、少なくとも一部にひび割れ損傷がある部分梁の総面積が3,000m2であったときは、ひび割れ面積率は60%である。あるいは、損傷の割合は面積率ではなく、損傷のある部分梁の数の割合で示されてもよい。 Further, the information output from the output means 14 includes the damage rate. Here, the damage ratio means the ratio of the area of the partial beam having a predetermined damage to the partial beam of the target beam structure. For example, when the total area of the partial beam in the target beam structure is 5,000 m2 and the total area of the partial beam with crack damage at least partially is 3,000 m2, the crack area ratio is 60%. Is. Alternatively, the percentage of damage may be expressed as a percentage of the number of damaged partial beams rather than the area percentage.

なお、予測される損傷状態を示す情報の形式は図14の例に限定されない。損傷状態を示す情報は、損傷の範囲、損傷の度合い、及び損傷の割合の少なくとも一つ以上の情報を含んでいればよい。例えば、出力手段14は損傷の区分を区別せず、損傷の有無を2値(すなわち損傷あり/損傷無し)で表してもよい。あるいは、出力手段14は、損傷状態をマップで出力せず、損傷の割合のみを出力してもよい。 The format of the information indicating the predicted damage state is not limited to the example of FIG. The information indicating the damage state may include at least one or more information on the extent of damage, the degree of damage, and the rate of damage. For example, the output means 14 does not distinguish between damage categories, and the presence or absence of damage may be represented by a binary value (that is, with or without damage). Alternatively, the output means 14 may output only the damage rate without outputting the damage state on the map.

このように、損傷度予測装置1によれば、対象となる構造物の構造解析をその都度実施することなく、損傷状態を示す情報を得ることができる。 As described above, according to the damage degree prediction device 1, it is possible to obtain information indicating the damage state without performing the structural analysis of the target structure each time.

3.変形例
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例に記載された事項のうち2つ以上のものが組み合わせて用いられてもよい。
3. 3. Modifications The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be performed. Hereinafter, some modification examples will be described. Two or more of the items described in the following modifications may be used in combination.

3−1.劣化度分布のデータ形式
実施形態においては、劣化度分布のデータが、部分梁の識別子とその部分梁の劣化度との組を複数含む文字列のデータである例を説明した。しかし劣化度分布のデータ形式はこれに限定されない。例えば、図8に例示したような劣化度分布のマップ(すなわち画像)データが、劣化度分布のデータとして学習装置2に入力されてもよい。これは、学習及び予測のいずれの処理においても適用できる。なおこの場合、劣化度分布のデータをマップに変換する処理は省略されてもよい。
3-1. Degradation degree distribution data format In the embodiment, an example in which the deterioration degree distribution data is character string data including a plurality of pairs of a partial beam identifier and the deterioration degree of the partial beam has been described. However, the data format of the deterioration degree distribution is not limited to this. For example, the map (that is, image) data of the deterioration degree distribution as illustrated in FIG. 8 may be input to the learning device 2 as the deterioration degree distribution data. This applies to both learning and prediction processing. In this case, the process of converting the deterioration degree distribution data into a map may be omitted.

あるいは、劣化度分布のデータがマップとして学習装置2に入力される場合、マップにおける梁の配列は規格化されていなくてもよい。すなわち、劣化度分布のマップが、劣化度分布又及び梁構造の平面形状の両方の情報を含んでいてもよい。 Alternatively, when the deterioration degree distribution data is input to the learning device 2 as a map, the arrangement of the beams in the map does not have to be standardized. That is, the map of the degree of deterioration distribution may include information on both the degree of deterioration and the planar shape of the beam structure.

図15は、この変形例に係る劣化度分布及び平面形状のデータを例示する図である。この図は、図8の例と異なり、梁の配列は規格化されていない。すなわち、この図における部分梁のサイズは、実際の部分梁のサイズを反映している。例えばこの図における2つの部分梁の長さの比は、実際の部分梁の長さの比に相当する。図15に示されるようにこのデータは縮尺を示す情報を含んでいる。 FIG. 15 is a diagram illustrating data on the degree of deterioration and the planar shape according to this modified example. In this figure, unlike the example of FIG. 8, the arrangement of the beams is not standardized. That is, the size of the partial beam in this figure reflects the actual size of the partial beam. For example, the ratio of the lengths of the two partial beams in this figure corresponds to the ratio of the actual lengths of the partial beams. As shown in FIG. 15, this data contains information indicating the scale.

なお、劣化度分布のデータがマップとして学習装置2に入力される場合、学習手段22が、劣化度分布のマップと梁構造の平面形状とから、図15に相当する(実際の部分梁のサイズを反映した)マップを生成し、これを機械学習モデル9又は学習済モデルMに入力してもよい。また、出力手段14が出力する損傷度分布のマップが、劣化度の分布のマップと同様に部分梁のサイズを反映又は縮尺したものであってもよい。 When the deterioration degree distribution data is input to the learning device 2 as a map, the learning means 22 corresponds to FIG. 15 from the deterioration degree distribution map and the plan shape of the beam structure (actual partial beam size). You may generate a map (reflecting) and input it into the machine learning model 9 or the trained model M. Further, the damage degree distribution map output by the output means 14 may reflect or scale the size of the partial beam in the same manner as the deterioration degree distribution map.

3−2.確率モデル
予測手段13は、所定の確率モデルを用いて将来の劣化度又は健全性を予測してもよい。この確率モデルは、過去の状態推移に基づく確率により将来の状態推移を推定するモデルであり、一例としてはマルコフ連鎖モデルである。この例において、予測手段13は、学習済モデルMと確率モデルとを組み合わせて予測を行う。より具体的には、予測手段13は、学習済モデルMからの出力を確率モデルに入力する。予測手段13は、さらに、現在時刻及び予測の対象となる将来時刻を確率モデルに入力する。これらの時刻は、例えば入力手段12を介してユーザにより入力される。
3-2. The probabilistic model predicting means 13 may use a predetermined probabilistic model to predict the degree of deterioration or soundness in the future. This probabilistic model is a model that estimates future state transitions based on probabilities based on past state transitions, and an example is a Markov chain model. In this example, the prediction means 13 makes a prediction by combining the trained model M and the probability model. More specifically, the prediction means 13 inputs the output from the trained model M into the probabilistic model. The prediction means 13 further inputs the current time and the future time to be predicted into the probability model. These times are input by the user, for example, via the input means 12.

3−3.その他
対象となる梁構造物が複数層の梁構造を有している場合、予測の対象となる梁構造はどれか単一の層に限定されない。複数の層に対して学習及び予測の処理が適用されてもよい。
3-3. Others When the target beam structure has a multi-layer beam structure, the target beam structure is not limited to any single layer. Learning and prediction processing may be applied to a plurality of layers.

教師データの準備、学習、及び予測における処理の順序は図5、図12、及び図13において例示したものに限定されない。例えば、説明変数の入力順序はどのようなものであってもよい。 The order of processing in the preparation, learning, and prediction of teacher data is not limited to that illustrated in FIGS. 5, 12, and 13. For example, the input order of the explanatory variables may be any.

損傷度予測装置1のハードウェア構成は実施形態において例示されたものに限定されない。要求される機能を実装できるものであれば、損傷度予測装置1はどのようなハードウェア構成を有してもよい。例えば、損傷度予測装置1の機能の一部、一例としては予測手段13及び学習済モデルMをサーバ装置等の外部装置に実装してもよい。この場合、入力手段12及び出力手段14を有するコンピュータ装置がこの外部装置と協働し、全体として実施形態に係る損傷度予測装置1として機能する。 The hardware configuration of the damage degree prediction device 1 is not limited to that exemplified in the embodiment. The damage degree prediction device 1 may have any hardware configuration as long as it can implement the required functions. For example, a part of the functions of the damage degree prediction device 1, for example, the prediction means 13 and the trained model M may be mounted on an external device such as a server device. In this case, the computer device having the input means 12 and the output means 14 cooperates with the external device and functions as the damage degree prediction device 1 according to the embodiment as a whole.

プログラム及び学習済モデル等のソフトウェア要素は、CD−ROM(Compact Disc Read only memory)等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された状態で提供されてもよいし、インターネット等の通信網を介してダウンロードされてもよい。 Software elements such as programs and trained models may be provided as recorded on a computer-readable recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc Read only memory), or may be provided via a communication network such as the Internet. It may be downloaded.

1…損傷度予測装置、2…学習装置、9…機械学習モデル、11…記憶手段、12…入力手段、13…予測手段、14…出力手段、21…記憶手段、22…学習手段、91…入力層、92…中間層、93…出力層、101…CPU、102…メモリ、103…ストレージ、104…入力装置、105…表示装置 1 ... Damage degree predictor, 2 ... Learning device, 9 ... Machine learning model, 11 ... Storage means, 12 ... Input means, 13 ... Prediction means, 14 ... Output means, 21 ... Storage means, 22 ... Learning means, 91 ... Input layer, 92 ... Intermediate layer, 93 ... Output layer, 101 ... CPU, 102 ... Memory, 103 ... Storage, 104 ... Input device, 105 ... Display device

Claims (9)

桟橋又は橋梁の梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び前記梁構造に与えられる外力を入力データとし、前記梁構造に前記外力が与えられたときの構造解析結果から得られる前記梁構造の損傷状態を示す情報を出力データとする教師データを与えて機械学習をさせた学習済モデルを用いた予測手段に対する入力データとして、対象となる構造物の点検結果から得られた梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該対象となる構造物における梁構造の平面形状、及び当該対象となる構造物に与えられる想定外力の入力を受け付ける入力手段と、
前記学習済モデルから得られる、前記対象となる構造物に対し前記想定外力が与えられたときに予測される損傷状態を示す情報を出力する出力手段と
を有する損傷度予測装置。
When the external force is applied to the beam structure, the map of the deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution in the beam structure of the pier or the bridge, the planar shape of the beam structure, and the external force applied to the beam structure are used as input data. Inspection of the target structure as input data for the prediction means using a trained model that has been machine-learned by giving teacher data that uses information indicating the damaged state of the beam structure as output data obtained from the structural analysis results. A map of the degree of deterioration distribution or soundness judgment distribution in the beam structure obtained from the results, the planar shape of the beam structure in the target structure, and the input means for receiving the input of the unexpected force applied to the target structure. When,
A damage degree prediction device having an output means for outputting information indicating a damage state predicted when the unexpected force is applied to the target structure obtained from the trained model.
前記出力手段は、前記損傷状態を示す情報として、当該損傷の範囲、当該損傷の度合い、及び当該損傷の割合の少なくとも一つ以上の情報を出力する
請求項1に記載の損傷度予測装置。
The damage degree prediction device according to claim 1, wherein the output means outputs at least one or more information on the range of the damage, the degree of the damage, and the rate of the damage as information indicating the damage state.
前記出力手段は、前記損傷状態を示す情報として、前記梁構造における損傷区分に基づく損傷度分布のマップを出力し、
前記損傷度分布のマップが前記梁構造を示す図上にマッピングされる
請求項2に記載の損傷度予測装置。
The output means outputs a map of the damage degree distribution based on the damage classification in the beam structure as information indicating the damage state.
The damage degree prediction device according to claim 2, wherein a map of the damage degree distribution is mapped on a diagram showing the beam structure.
前記梁構造に関し、前記劣化度分布又は健全性判定分布を用いて確率モデルに従い将来の時点における劣化度分布又は健全性判定分布を予測する予測手段を有し、
前記出力手段は、前記推定された劣化度分布又は健全性判定分布を前記学習済モデルに入力して得られた、前記想定外力が与えられたときに予測される損傷状態を示す情報を出力する
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の損傷度予測装置。
With respect to the beam structure, there is a predicting means for predicting the deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution at a future time point according to the probability model using the deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution.
The output means outputs information indicating a damage state predicted when the unexpected force is applied, which is obtained by inputting the estimated deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution into the trained model. The damage degree prediction device according to any one of claims 1 to 3.
前記劣化度分布又は健全性判定分布のマップは、複数の梁構造に対して共通の空間的サイズを有する
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の損傷度予測装置。
The damage degree prediction device according to any one of claims 1 to 4, wherein the map of the deterioration degree distribution or the soundness determination distribution has a common spatial size for a plurality of beam structures.
桟橋又は橋梁の梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる外力が入力される入力層と、
前記梁構造に前記外力が与えられたときの構造解析結果から得られる当該梁構造の損傷状態を示す情報を出力する出力層と、
前記梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる外力を入力データとし、当該梁構造に前記外力が与えられたときの構造解析結果から得られる当該梁構造の損傷状態を示す情報を出力データとする教師データを用いてパラメータが学習された中間層と
を有し、
対象となる構造物の点検結果から得られた梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる想定外力を示すデータを取得し、
前記対象となる構造物の梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる想定外力を示すデータを前記入力層に入力し、前記中間層にて演算し、当該梁構造に当該想定外力が与えられたときの当該梁構造の損傷状態を示す情報を前記出力層から出力する
ようコンピュータを機能させるための学習済モデル。
A map of the degree of deterioration distribution or soundness judgment distribution in the beam structure of a pier or a bridge, the planar shape of the beam structure, and the input layer into which the external force applied to the beam structure is input.
An output layer that outputs information indicating a damaged state of the beam structure obtained from the structural analysis result when the external force is applied to the beam structure, and
The map of the degree of deterioration distribution or the soundness judgment distribution in the beam structure, the planar shape of the beam structure, and the external force applied to the beam structure are used as input data, and the structural analysis result when the external force is applied to the beam structure. It has an intermediate layer whose parameters have been learned using teacher data whose output data is information indicating the damaged state of the beam structure obtained from the above.
Obtain a map of the degree of deterioration distribution or soundness judgment distribution in the beam structure obtained from the inspection results of the target structure, the planar shape of the beam structure, and data showing the unexpected force applied to the beam structure.
A map of the degree of deterioration distribution or the soundness judgment distribution in the beam structure of the target structure, the planar shape of the beam structure, and data indicating the unexpected force applied to the beam structure are input to the input layer, and the intermediate A trained model for operating a computer to calculate from the layer and output information indicating the damage state of the beam structure when the unexpected force is applied to the beam structure from the output layer.
桟橋又は橋梁の損傷度の予測をする損傷度予測装置に適用するための学習済モデルを生成するモデル生成方法であって、
前記梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる外力、当該梁構造に前記外力が与えられたときの構造解析結果から得られる当該梁構造の損傷状態を示す情報を含む教師データを取得するステップと、
前記教師データを用いて、前記梁構造における劣化度分布又は健全性判定分布のマップ、当該梁構造の平面形状、及び当該梁構造に与えられる外力を入力し、当該梁構造に当該外力が与えられたときの構造解析結果から得られる当該梁構造の損傷状態を示す情報を出力する学習済モデルを生成するステップと
を有する学習済モデルの生成方法。
A model generation method that generates a trained model for application to a damage degree predictor that predicts the degree of damage to a pier or bridge.
The map of the degree of deterioration distribution or the soundness judgment distribution in the beam structure, the planar shape of the beam structure, the external force applied to the beam structure, and the structural analysis result obtained when the external force is applied to the beam structure. Steps to acquire teacher data containing information indicating the damaged state of the beam structure, and
Using the teacher data, a map of the degree of deterioration distribution or the soundness judgment distribution in the beam structure, the planar shape of the beam structure, and the external force applied to the beam structure are input, and the external force is given to the beam structure. A method of generating a trained model having a step of generating a trained model that outputs information indicating a damaged state of the beam structure obtained from the structural analysis result at that time.
前記梁構造の損傷状態を示す情報は、前記劣化度分布又は健全性判定分布のマップに対応する、損傷区分に基づく損傷度の分布を前記梁構造を示す図上に示す画像を含む
請求項7に記載の学習済モデルの生成方法。
The information indicating the damage state of the beam structure includes an image showing the distribution of the damage degree based on the damage classification corresponding to the map of the deterioration degree distribution or the soundness judgment distribution on the diagram showing the beam structure. How to generate a trained model as described in.
前記劣化度分布又は健全性判定分布のマップは、複数の梁構造に対して共通の空間的サイズを有する
請求項6乃至8のいずれか一項に記載の学習済モデルの生成方法。
The method for generating a trained model according to any one of claims 6 to 8, wherein the map of the degree of deterioration distribution or the soundness determination distribution has a common spatial size for a plurality of beam structures.
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