JP2022052963A - Ground condition learning device, ground condition determination device, ground condition learning method, and ground condition determination method - Google Patents

Ground condition learning device, ground condition determination device, ground condition learning method, and ground condition determination method Download PDF

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Abstract

To provide a ground condition learning device, a ground condition determination device, a ground condition learning method, and a ground condition determination method that can realize accurate ground determination in a short time.SOLUTION: The present invention is a ground condition learning device 3 that includes a learning data acquisition unit 31 and a learning processing unit 32 to learn the conditions of a tunnel face. The learning data acquisition unit 31 acquires a set of the survey data before construction at the position of the tunnel face, the construction data obtained at the time of construction, and the ground grade as learning data. The learning processing unit 32 has a learning device, and makes the learning device machine-learn so as to output the ground grade by inputting the survey data and the construction data.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、地山状況学習装置、地山状況判定装置、地山状況学習方法および地山状況判定方法に関する。 The present invention relates to a ground condition learning device, a ground condition determination device, a ground condition learning method, and a ground condition determination method.

山岳トンネルの建設プロジェクトでは、事前調査として物理探査やボーリング調査等の地質調査を行い、例えば地山分類表を用いた地山評価により地山等級を決定する。設計段階では、事前調査で決定された地山等級に対応する標準支保パターンを適用するのが一般的である。一方、施工段階では、切羽の地質状況を切羽観察記録として記録し、切羽観察記録を基に評価点をつけて、その評価点を用いた地山評価により地山等級を選定する(新切羽評価点法)。 In the mountain tunnel construction project, geophysical surveys such as geophysical surveys and boring surveys are conducted as preliminary surveys, and the ground grade is determined by ground evaluation using, for example, a ground classification table. At the design stage, it is common to apply a standard support pattern corresponding to the ground grade determined in the preliminary survey. On the other hand, at the construction stage, the geological condition of the face is recorded as a face observation record, evaluation points are given based on the face observation record, and the ground grade is selected by the ground evaluation using the evaluation points (new face evaluation). Point method).

このように、施工段階における地山評価は、主に、掘削中・掘削直後に技術者が切羽近傍で観察または撮影した写真をベースに行われている。切羽近傍は危険が多いうえ、地質の専門技術者による評価は必ずしも一定とならず、後に地山評価を修正する場合がある。施工段階における地山評価を支援する技術として、例えば特許文献1に記載される技術が提案されている。 As described above, the ground evaluation at the construction stage is mainly performed based on the photographs observed or taken by the engineer in the vicinity of the face during and immediately after excavation. There are many dangers in the vicinity of the face, and the evaluation by a geological expert is not always constant, and the geological evaluation may be revised later. As a technique for supporting the evaluation of the ground at the construction stage, for example, the technique described in Patent Document 1 has been proposed.

特許文献1に記載される評価支援装置は、坑内観察における切羽の撮影画像を基準画素数で分割して生成した学習用分割画像を入力データに用い、切羽の観察項目に対する評価区分を出力するように機械学習により生成したモデルを記憶する学習結果記憶部と、入力部と出力部とに接続された制御部とを備える。そして、制御部が、入力部から取得した評価対象の切羽画像の評価領域を、基準画素数で分割し、分割した評価対象分割画像に学習結果を適用して個別評価区分を取得し、個別評価区分に基づいて、評価領域の評価区分を予測する。 The evaluation support device described in Patent Document 1 uses a learning divided image generated by dividing a captured image of a face in underground observation by a reference number of pixels as input data, and outputs an evaluation classification for an observation item of the face. It is provided with a learning result storage unit that stores a model generated by machine learning, and a control unit connected to an input unit and an output unit. Then, the control unit divides the evaluation area of the face image of the evaluation target acquired from the input unit by the reference pixel number, applies the learning result to the divided evaluation target divided image, acquires the individual evaluation category, and obtains the individual evaluation. Predict the evaluation category of the evaluation area based on the category.

また、事前調査段階における地山評価を支援する技術として、非特許文献1に記載される地山評価手法が研究されている。非特許文献1に記載される地山評価手法は、ニューラルネットワーク(ANN:Artificial Neural Network)を用いて地山等級を予測するものである。具体的には、入力データとして「弾性波速度」、「岩種」、「土被り」を用い、出力データとして「地山等級」が出力される。 Further, as a technique for supporting the ground evaluation in the preliminary search stage, the ground evaluation method described in Non-Patent Document 1 is being studied. The ground evaluation method described in Non-Patent Document 1 predicts the ground grade using a neural network (ANN: Artificial Neural Network). Specifically, "elastic wave velocity", "rock type", and "overburden" are used as input data, and "ground grade" is output as output data.

特開2019-023392号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-0233392

増田 千胤、他3名、「ニューラルネットワークを用いた堆積岩および火成岩に分類した山岳トンネルにおける地山評価結果」、第47回岩盤力学に関するシンポジウム講演集、公益社団法人土木学会、2020年1月、講演番号7、p.34-39Chikazu Masuda and 3 others, "Results of Ground Evaluation in Mountain Tunnels Classified as Sedimentary Rocks and Igneous Rocks Using Neural Networks", 47th Symposium on Rock Mechanics, Japan Society of Civil Engineers, January 2020, Lecture number 7, p.34-39

特許文献1に係る技術は、学習用に品質の良い撮影画像(高解像度、撮影時の照度が適切な画像)を大量に使用する必要があるので、準備に多くの時間を費やさなければならないという問題がある。また、切羽の撮影画像は、地山判定に影響する地山の変形性・安定性に関する情報が間接的に表現されているものなので、切羽の撮影画像に基づく地山判定の精度は必ずしも高いとはいえず、依然として地山評価を後に修正する場合があった。また、非特許文献1に係る技術は、地山の事前調査で得られる情報のみから地山判定を行うので、施工段階で要求される地山判定の精度を実現するものではない。つまり、事前調査にかける予算や時間には制約あり、また地質調査の技術的限界によって事前調査で得られるデータ量が不十分な現場が多いという現状がある。 The technique according to Patent Document 1 requires a large amount of high-quality photographed images (high-resolution images with appropriate illuminance at the time of photographing) to be used for learning, so that a large amount of time must be spent on preparation. There's a problem. In addition, since the captured image of the face indirectly expresses information on the deformability and stability of the ground that affects the ground determination, the accuracy of the ground determination based on the captured image of the face is not necessarily high. However, there were still cases where the ground evaluation was revised later. Further, since the technique according to Non-Patent Document 1 performs the ground determination only from the information obtained in the preliminary survey of the ground, it does not realize the accuracy of the ground determination required at the construction stage. In other words, there are restrictions on the budget and time required for the preliminary survey, and there are many sites where the amount of data obtained from the preliminary survey is insufficient due to the technical limitations of the geological survey.

このような観点から、本発明は、短時間で精度の良い地山判定を実現可能である地山状況学習装置、地山状況判定装置、地山状況学習方法および地山状況判定方法を提供する。 From such a viewpoint, the present invention provides a ground condition learning device, a ground condition determination device, a ground condition learning method, and a ground condition determination method that can realize accurate ground determination in a short time. ..

本発明に係る地山状況学習装置は、学習データ取得部と学習処理部とを備えたトンネル切羽の状況を学習する地山状況学習装置である。
前記学習データ取得部は、トンネル切羽の位置における施工前の調査データと、施工時に得られる施工時データと、地山等級との組を学習データとして取得する。
前記学習処理部は、学習器を有しており、前記調査データおよび前記施工時データを入力することによって前記地山等級を出力するように前記学習器を機械学習させる。
The ground condition learning device according to the present invention is a ground condition learning device including a learning data acquisition unit and a learning processing unit for learning the state of a tunnel face.
The learning data acquisition unit acquires a set of the survey data before construction at the position of the tunnel face, the construction data obtained at the time of construction, and the ground grade as learning data.
The learning processing unit has a learning device, and the learning device is machine-learned so as to output the ground grade by inputting the survey data and the construction data.

本発明に係る地山状況学習装置においては、施工前の調査段階で得られる情報および施工段階で得られる情報の両方を含んだ学習データを用いて学習器を機械学習させる。そのため、従来に比べて学習データとしての有効性が高く、短時間での学習が可能であり、また当該方法で学習した学習器を用いると、精度の良い地山判定を実現可能である。 In the ground condition learning device according to the present invention, the learner is machine-learned using learning data including both the information obtained in the investigation stage before construction and the information obtained in the construction stage. Therefore, it is more effective as learning data than in the past, and it is possible to learn in a short time, and when a learning device learned by the method is used, it is possible to realize accurate ground determination.

地山等級は、例えば地山の状態を段階的に分類したものであり、実際の施工で最終的に採用されたもの(実施した支保パターンに相当する)であるのが望ましい。
また、調査データおよび施工時データは、例えば地山等級の判定において一般的に使用される情報であってよく、地山等級に何らかの相関を有する情報である。
調査データは、トンネル切羽の位置における地山の弾性波速度、土被りおよび岩種のうちの何れか一つを含むのが望ましい。施工時データは、切羽の押出し変位量および落石頻度の何れか一つを含むのが望ましい。なお、弾性波速度や岩種は、施工中に測定したものであってもよい(つまり、施工時データに、弾性波速度や岩種が含まれていてもよい)。
The ground grade is, for example, a graded classification of the condition of the ground, and it is desirable that the ground grade is the one finally adopted in the actual construction (corresponding to the implemented support pattern).
Further, the survey data and the construction data may be, for example, information generally used in determining the ground grade, and are information having some correlation with the ground grade.
The survey data should include any one of the elastic wave velocities, overburdens and rock species of the ground at the location of the tunnel face. It is desirable that the construction data includes any one of the extrusion displacement amount of the face and the rockfall frequency. The elastic wave velocity and rock type may be measured during construction (that is, the elastic wave velocity and rock type may be included in the data at the time of construction).

前記弾性波速度および前記土被りは、トンネル軸方向に分割した所定区間の基準値または統計値であり、前記岩種は、トンネル軸方向に分割した所定区間の代表岩種であってもよい。
前記落石頻度は、掘削ズリ出し作業の完了後予め決められた時間内に前記トンネル切羽で落石が発生した落石回数であり、前記切羽の押出し変位量は、掘削ズリ出し作業の完了後予め決められた時間内に前記トンネル切羽を測定した計測値であってもよい。
The elastic wave velocity and the overburden are reference values or statistical values of a predetermined section divided in the tunnel axial direction, and the rock type may be a representative rock type of a predetermined section divided in the tunnel axial direction.
The rock fall frequency is the number of rock falls that occur in the tunnel face within a predetermined time after the completion of the excavation slip removal work, and the extrusion displacement amount of the face is predetermined after the completion of the excavation slip removal work. It may be a measured value obtained by measuring the tunnel face within the specified time.

本発明に係る地山状況判定装置は、判定データ取得部と推定処理部とを備えたトンネル切羽の状況を判定する地山状況判定装置である。
前記判定データ取得部は、トンネル切羽の位置における施工前の調査データと、施工時に得られる施工時データとを取得する。
前記推定処理部は、前記調査データおよび前記施工時データを入力することによって地山等級を出力するように機械学習を行った学習済みの学習器を有する。
The ground condition determination device according to the present invention is a ground condition determination device for determining the condition of a tunnel face, which includes a determination data acquisition unit and an estimation processing unit.
The determination data acquisition unit acquires the survey data before construction at the position of the tunnel face and the construction data obtained at the time of construction.
The estimation processing unit has a learned learner that has been machine-learned to output a ground grade by inputting the survey data and the construction data.

本発明に係る地山状況判定装置においては、施工前の調査段階で得られる情報および施工段階で得られる情報の両方を含んだ学習データを用いて機械学習させた学習器を用いるので、精度の良い地山判定を実現可能である。 In the ground condition determination device according to the present invention, a learning device that has been machine-learned using learning data including both information obtained in the investigation stage before construction and information obtained in the construction stage is used, so that the accuracy is high. It is possible to realize a good ground judgment.

本発明に係る地山状況学習方法は、トンネル切羽の状況を学習する地山状況学習方法である。この地山状況学習方法は、学習データ取得ステップと、学習処理ステップとを有する。
前記学習データ取得ステップでは、前記トンネル切羽の位置における施工前の調査データと、施工時に得られる施工時データと、地山等級との組を学習データとして取得する。
前記学習処理ステップでは、前記調査データおよび前記施工時データを学習器に入力することによって前記地山等級を出力するように前記学習器を機械学習させる。
The ground condition learning method according to the present invention is a ground condition learning method for learning the condition of the tunnel face. This ground-based situation learning method has a learning data acquisition step and a learning processing step.
In the learning data acquisition step, a set of the survey data before construction at the position of the tunnel face, the construction data obtained at the time of construction, and the ground grade is acquired as training data.
In the learning processing step, the learning device is machine-learned so as to output the ground grade by inputting the survey data and the construction data into the learning device.

本発明に係る地山状況学習方法においては、施工前の調査段階で得られる情報および施工段階で得られる情報の両方を含んだ学習データを用いて学習器を機械学習させる。そのため、従来に比べて学習データとしての有効性が高く、短時間での学習が可能であり、また当該方法で学習した学習器を用いると、精度の良い地山判定を実現可能である。 In the ground-based situation learning method according to the present invention, the learner is machine-learned using learning data including both the information obtained in the investigation stage before construction and the information obtained in the construction stage. Therefore, it is more effective as learning data than in the past, and it is possible to learn in a short time, and when a learning device learned by the method is used, it is possible to realize accurate ground determination.

本発明に係る地山状況判定方法は、トンネル切羽の状況を判定する地山状況判定方法である。この地山状況判定方法は、判定データ取得ステップと、推定処理ステップとを有する。
前記判定データ取得ステップでは、トンネル切羽の位置における施工前の調査データと、施工時に得られる施工時データとを取得する。
推定処理ステップでは、前記調査データおよび前記施工時データを入力することによって地山等級を出力するように機械学習を行った学習済みの学習器を用いて取得したデータから地山等級を推定する。
The ground condition determination method according to the present invention is a ground condition determination method for determining the condition of a tunnel face. This ground condition determination method includes a determination data acquisition step and an estimation processing step.
In the determination data acquisition step, the survey data before construction at the position of the tunnel face and the construction data obtained at the time of construction are acquired.
In the estimation processing step, the ground grade is estimated from the data acquired by using the trained learner that has been machine-learned so as to output the ground grade by inputting the survey data and the construction data.

本発明に係る地山状況判定方法においては、施工前の調査段階で得られる情報および施工段階で得られる情報の両方を含んだ学習データを用いて機械学習させた学習器を用いるので、精度の良い地山判定を実現可能である。 In the ground condition determination method according to the present invention, a learning device that has been machine-learned using learning data including both information obtained in the investigation stage before construction and information obtained in the construction stage is used, so that the accuracy is high. It is possible to realize a good ground judgment.

本発明によれば、短時間で精度の良い地山判定を実現可能である。 According to the present invention, it is possible to realize an accurate ground determination in a short time.

本発明の概要を説明するための図であり、(a)はこれまでの標準的な判定手法を示すイメージであり、(b)は本発明による判定手法を示すイメージである。It is a figure for demonstrating the outline of this invention, (a) is an image which shows the standard determination method so far, (b) is an image which shows the determination method by this invention. 本発明の実施形態に係る地山状況学習システムの構成図である。It is a block diagram of the ground condition learning system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る地山状況判定システムの構成図である。It is a block diagram of the ground condition determination system which concerns on embodiment of this invention. 切羽押出し変位計の外観図である。It is an external view of the face extrusion displacement meter. 落石検知装置の外観図である。It is an external view of a rockfall detection device. 本発明の実施形態に係る地山状況学習装置および地山状況判定装置の機能構成図である。It is a functional block diagram of the ground condition learning apparatus and the ground condition determination apparatus which concerns on embodiment of this invention. ニューラルネットワークのイメージ図である。It is an image diagram of a neural network.

以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. Each figure is merely schematically shown to the extent that the present invention can be fully understood. Therefore, the present invention is not limited to the illustrated examples. In each figure, common components and similar components are designated by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted.

[本発明の概要]
図1を参照して本発明の概要を説明する。図1は、本発明の概要を説明するための図である。図1(a)に示すように、これまでは、切羽の地質状況を切羽観察記録として記録し、切羽観察記録を基に評価点をつけて、その評価点を用いた地山評価により技術者が地山等級を選定していた(新切羽評価点法)。また、施工時の計測結果を地山等級の選定の参考にすることもあった。一方、図1(b)に示すように、本発明の発明者は、事前の地質調査で得られる調査データ(例えば弾性波速度、岩種、土被り)に加えて、施工段階で取得可能であって地山判定に影響する地山の変形性・安定性に直結する施工時データ(例えば切羽の押出し変位量、落石頻度)を用いて機械学習させることを考え出した。以下、詳細に説明する。
[Outline of the present invention]
The outline of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of the present invention. As shown in FIG. 1 (a), until now, the geological condition of the face was recorded as a face observation record, an evaluation point was given based on the face observation record, and a technician was evaluated by the ground using the evaluation point. Was selecting the ground grade (new face evaluation point method). In addition, the measurement results at the time of construction were sometimes used as a reference for selecting the ground grade. On the other hand, as shown in FIG. 1 (b), the inventor of the present invention can obtain the survey data (for example, elastic wave velocity, rock type, overburden) obtained in the preliminary geological survey at the construction stage. Therefore, we devised machine learning using construction data (for example, the amount of extrusion displacement of the face and the frequency of rock fall) that are directly related to the deformability and stability of the ground, which affects the judgment of the ground. Hereinafter, it will be described in detail.

<実施形態に係る地山状況学習システムの構成について>
図2を参照して、実施形態に係る地山状況学習システム1Aについて説明する。図2は、実施形態に係る地山状況学習システム1Aの構成図である。地山状況学習システム1Aは、トンネル切羽の状況を学習するシステムである。地山状況学習システム1Aは、トンネルの種類を限定せずに様々な種類のトンネルに用いることができる。本実施形態では、トンネルの一例として山岳トンネルを例示して説明する。
<About the configuration of the ground-based situation learning system according to the embodiment>
The ground-based situation learning system 1A according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram of the ground condition learning system 1A according to the embodiment. The ground situation learning system 1A is a system for learning the situation of the tunnel face. The ground situation learning system 1A can be used for various types of tunnels without limiting the types of tunnels. In this embodiment, a mountain tunnel will be illustrated as an example of the tunnel.

図2に示すように、地山状況学習システム1Aは、各々のトンネルの工事現場に設置される管理用端末2,2・・と、地山状況学習装置3とを主に備える。管理用端末2と地山状況学習装置3とはネットワーク4を介して通信可能である。地山状況学習システム1Aは、クラウドシステムとして構成することも可能であり、その場合に地山状況学習装置3はクラウドサーバに対応する。なお、図2に示す地山状況学習システム1Aの構成はあくまで例示である。 As shown in FIG. 2, the ground condition learning system 1A mainly includes management terminals 2, 2 ... Installed at the construction site of each tunnel, and the ground condition learning device 3. The management terminal 2 and the ground condition learning device 3 can communicate with each other via the network 4. The ground condition learning system 1A can also be configured as a cloud system, in which case the ground condition learning device 3 corresponds to a cloud server. The configuration of the ground situation learning system 1A shown in FIG. 2 is merely an example.

管理用端末2は、例えばトンネル坑外の事務所内に設置され、トンネル工事の管理者などによって操作される。管理用端末2には、トンネル工事に関する様々な情報が記憶されている。管理用端末2には、例えば事前調査として行った物理探査やボーリング調査等の地質調査の結果が記憶されている。管理用端末2が記憶する情報は、例えば地山の弾性波速度、土被り、岩種などの情報である。また、管理用端末2には、トンネル施工中に取得したトンネル切羽に関する情報が記憶されている。管理用端末2が記憶する情報は、例えばトンネル切羽の押出し変位量、落石頻度、地山等級などである。地山等級は、地山の状態を段階的に分類したものであり、例えば実際の施工で最終的に採用されたもの(実施した支保パターンに相当する)である。 The management terminal 2 is installed in an office outside the tunnel, for example, and is operated by a tunnel construction manager or the like. Various information about the tunnel construction is stored in the management terminal 2. The management terminal 2 stores, for example, the results of geophysical surveys such as geophysical surveys and boring surveys conducted as preliminary surveys. The information stored in the management terminal 2 is, for example, information such as the elastic wave velocity of the ground, the overburden, and the rock type. Further, the management terminal 2 stores information about the tunnel face acquired during the tunnel construction. The information stored in the management terminal 2 is, for example, the amount of extrusion displacement of the tunnel face, the frequency of falling rocks, the ground grade, and the like. The ground grade is a graded classification of the condition of the ground, for example, the one finally adopted in the actual construction (corresponding to the implemented support pattern).

地山状況学習装置3は、地山状況学習システム1Aの中心的な役割を担う装置であり、各工事現場から収集した情報を用いてトンネル切羽の状況を学習する。地山状況学習装置3は、例えば施工中のトンネルの工事現場で使用されている管理用端末2からトンネル切羽の位置における弾性波速度、土被りおよび岩種、ならびにトンネル切羽の押出し変位量、落石頻度および地山等級を収集する(図2の白抜き矢印参照)。そして、地山状況学習装置3は、収集した情報を用いて学習器(モデル)を機械学習させる。なお、学習方法の詳細は後述する。地山状況学習装置3によって学習された学習済み学習器(学習済みモデル)は、例えば新たなトンネルの工事現場に配信され、トンネルの地山判定に使用される(図2のドット柄矢印参照)。 The ground condition learning device 3 is a device that plays a central role in the ground condition learning system 1A, and learns the condition of the tunnel face using the information collected from each construction site. The ground condition learning device 3 is, for example, from the management terminal 2 used at the construction site of the tunnel under construction, the elastic wave velocity at the position of the tunnel face, the overburden and rock type, the amount of extrusion displacement of the tunnel face, and the falling rock. Collect frequency and ground grade (see white arrow in Figure 2). Then, the ground-based situation learning device 3 makes the learning device (model) machine-learn using the collected information. The details of the learning method will be described later. The trained learner (learned model) learned by the ground condition learning device 3 is delivered to, for example, a construction site of a new tunnel and used for determining the ground of the tunnel (see the dot pattern arrow in FIG. 2). ..

地山状況学習装置3によって学習された学習済み学習器が配信され、学習済み学習器を用いてトンネル切羽の状況を判定可能な装置を「地山状況判定装置」と称する。本実施形態では、管理用端末2に学習済み学習器を反映することを想定しているので「地山状況判定装置2B」と表記する。なお、地山状況学習装置3は、地山状況判定装置2Bから収集した情報を用いて学習器を機械学習させることもできる(図2のストライプ柄矢印参照)。また、クラウドサーバに対応する地山状況学習装置3が学習済み学習器を用いてトンネル切羽の状況を判定する構成にしてもよく、その場合、地山状況学習装置3が「地山状況判定装置」である(つまり、地山状況判定装置がクラウド上にあってもよい)。 A device to which the learned learner learned by the ground condition learning device 3 is distributed and can determine the state of the tunnel face using the learned learner is referred to as a "ground condition determination device". In this embodiment, since it is assumed that the learned learner is reflected in the management terminal 2, it is referred to as "ground condition determination device 2B". The ground condition learning device 3 can also make the learner machine-learn using the information collected from the ground condition determination device 2B (see the striped arrow in FIG. 2). Further, the ground condition learning device 3 corresponding to the cloud server may be configured to determine the state of the tunnel face using the learned learner. In that case, the ground condition learning device 3 is the “ground condition learning device 3”. (That is, the ground condition determination device may be on the cloud).

<実施形態に係る地山状況判定システムの構成について>
図3を参照して、実施形態に係る地山状況判定システム1Bについて説明する。図3は、実施形態に係る地山状況判定システム1Bの構成図である。地山状況判定システム1Bは、トンネル切羽の状況を判定するシステムである。地山状況判定システム1Bは、トンネルの種類を限定せずに様々な種類のトンネルに用いることができる。本実施形態では、トンネルの一例として山岳トンネルを例示して説明する。なお、地山状況判定システム1Bで判定するトンネルは、地山状況学習システム1Aで学習を行ったトンネルに類似しているのが望ましい。トンネルの類似とは、例えば断面形状や断面積が類似することや、地山状況が類似することなど、様々な類似性を含む意図である。
<About the configuration of the ground condition judgment system according to the embodiment>
The ground condition determination system 1B according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram of the ground condition determination system 1B according to the embodiment. The ground condition determination system 1B is a system for determining the condition of the tunnel face. The ground condition determination system 1B can be used for various types of tunnels without limiting the types of tunnels. In this embodiment, a mountain tunnel will be illustrated as an example of the tunnel. It is desirable that the tunnel determined by the ground condition determination system 1B is similar to the tunnel trained by the ground condition learning system 1A. The similarity of tunnels is intended to include various similarities such as similar cross-sectional shapes and cross-sectional areas and similar ground conditions.

図3に示すように、地山状況判定システム1Bは、学習済み学習器を有する地山状況判定装置2Bと、三点式の切羽押出し変位計5と、落石検知装置6,6と、作業員が使用する作業員用端末7とを備える。地山状況判定装置2Bと作業員用端末7とは例えば坑内に設けられたネットワークを介して通信可能である。なお、切羽押出し変位計5や落石検知装置6,6は、地山状況判定装置2Bや作業員用端末7と通信可能に構成されていてもよい。なお、図3に示す地山状況判定システム1Bの構成はあくまで例示である。 As shown in FIG. 3, the ground condition determination system 1B is used by a ground condition determination device 2B having a learned learner, a three-point face extrusion displacement meter 5, rock fall detection devices 6 and 6, and a worker. It is provided with a worker terminal 7. The ground condition determination device 2B and the worker terminal 7 can communicate with each other via, for example, a network provided in the mine. The face extrusion displacement meter 5 and the rock fall detection devices 6 and 6 may be configured to be communicable with the ground condition determination device 2B and the worker terminal 7. The configuration of the ground condition determination system 1B shown in FIG. 3 is merely an example.

切羽押出し変位計5は、トンネル切羽の押出し変位量(つまり、トンネル軸方向の変位量)を計測する装置である。切羽押出し変位計5は、トンネル切羽から所定距離だけ離れた位置に配置され、例えば掘削ズリ出し作業の完了後予め決められた時間内(例えば10分間)に生じたトンネル切羽の押出し変位量を測定する。図4は、切羽押出し変位計5の外観図である。図4に示すように、本実施形態の切羽押出し変位計5は、三つのレーザー式変位計51を備え、トンネル切羽の中央部分の三点の押出し変位量を測定する。作業員は、例えば測定した三点の変位量の平均値をトンネル切羽の押出し変位量として地山状況判定装置2Bに登録する。トンネル切羽の押出し変位量は、トンネル切羽の変形性を示す指標の一例である。トンネル切羽の変形性を示す指標は、例えば計測工(坑内計測)の内空変位量や天端沈下量(およびこれらの初期変位)などであってもよい。例えばターゲット設置から1日間の変位量、または決められた掘削長(例えば、1日で掘削できる長さである3mや4mなど)での変位量である。 The face extrusion displacement meter 5 is a device that measures the extrusion displacement amount of the tunnel face (that is, the displacement amount in the tunnel axial direction). The face extrusion displacement meter 5 is arranged at a position separated from the tunnel face by a predetermined distance, and measures, for example, the amount of extrusion displacement of the tunnel face generated within a predetermined time (for example, 10 minutes) after the completion of excavation slipping work. do. FIG. 4 is an external view of the face extrusion displacement meter 5. As shown in FIG. 4, the face extrusion displacement meter 5 of the present embodiment includes three laser type displacement meters 51, and measures the amount of extrusion displacement at three points in the central portion of the tunnel face. For example, the worker registers the average value of the measured displacements of the three points in the ground condition determination device 2B as the extrusion displacement of the tunnel face. The amount of extrusion displacement of the tunnel face is an example of an index showing the deformability of the tunnel face. The index indicating the deformability of the tunnel face may be, for example, the amount of internal air displacement or the amount of subsidence of the crown (and their initial displacement) of the measuring engineer (measurement in the mine). For example, the amount of displacement for one day from the installation of the target, or the amount of displacement at a fixed excavation length (for example, 3 m or 4 m, which is the length that can be excavated in one day).

なお、本実施形態では、作業員用端末7を用いて押出し変位量の登録を行うことを想定しているが、例えば作業員の操作によらずに切羽押出し変位計5が自動で地山状況判定装置2Bへの登録を行うものであってもよい。また、切羽押出し変位計5は、一点または三点以外の複数点の変位量を測定するものであってもよく(つまり、測定点数の限定はない)、複数点を測定した場合に登録する情報は代表値(つまり、何れか一つの測定値)や統計値であってよい。また、本実施形態の切羽押出し変位計5は、脚部52を備える自立式のものであるが、トンネルの天井や壁に取り付けるものであってもよい。 In this embodiment, it is assumed that the extrusion displacement amount is registered using the worker terminal 7, but for example, the face extrusion displacement meter 5 automatically performs the ground condition without the operation of the worker. It may be registered in the determination device 2B. Further, the face extrusion displacement meter 5 may measure the displacement amount of a plurality of points other than one point or three points (that is, the number of measurement points is not limited), and information to be registered when a plurality of points are measured. May be a representative value (that is, any one measured value) or a statistical value. Further, although the face extrusion displacement meter 5 of the present embodiment is a self-standing type provided with legs 52, it may be attached to the ceiling or wall of a tunnel.

落石検知装置6は、トンネル切羽の落石を検知する装置である。落石検知装置6は、トンネル切羽の近くに配置され、トンネル切羽の落石を監視する。本実施形態では、二つの落石検知装置6を用いてトンネル切羽を監視している。つまり、第一落石検知装置6aでトンネル切羽の右側半分を監視し、第二落石検知装置6bでトンネル切羽の左側半分を監視している。落石検知装置6は、例えば掘削ズリ出し作業の完了後予め決められた時間内(例えば掘削ズリ出し作業の完了からの10分間)を監視期間として設置し、その監視期間内に発生する落石を検知する。 The rockfall detection device 6 is a device for detecting rockfall on the tunnel face. The rockfall detection device 6 is arranged near the tunnel face and monitors the rockfall of the tunnel face. In this embodiment, two rockfall detection devices 6 are used to monitor the tunnel face. That is, the first rockfall detection device 6a monitors the right half of the tunnel face, and the second rockfall detection device 6b monitors the left half of the tunnel face. The rockfall detection device 6 is installed, for example, within a predetermined time after the completion of the excavation slip removal work (for example, 10 minutes from the completion of the excavation slip removal work) as a monitoring period, and detects rockfalls that occur within the monitoring period. do.

図5は、落石検知装置6の外観図である。図5に示すように、本実施形態の落石検知装置6は、カメラ61と、カメラ61の上下に設けられた照明具62,62とを備え、カメラ61で撮影した映像を用いて落石を検知する。照明具62は、例えばLED(Light Emitting Diode)照明や有機EL照明(OLED)であり、カメラ61の感度(カメラ感度)に対応した波長成分を少なくとも含む。カメラ61は、例えばデジタルビデオカメラであり、1秒間に数十枚の画像(「フレーム」とも呼ばれる)を撮影する。落石検知装置6の図示しない制御部は、例えばフレーム間差分法を用いて落石を検出する。フレーム間差分法では、連続する二つのフレーム間でのフレーム間差分画像を生成し、フレーム間差分画像を用いて落石を検出する。なお、映像から落石を検出する技術はこれに限定されない。 FIG. 5 is an external view of the rockfall detection device 6. As shown in FIG. 5, the rockfall detection device 6 of the present embodiment includes a camera 61 and lighting devices 62 and 62 provided above and below the camera 61, and detects rockfalls using images taken by the camera 61. do. The illuminating tool 62 is, for example, LED (Light Emitting Diode) lighting or organic EL lighting (OLED), and includes at least a wavelength component corresponding to the sensitivity (camera sensitivity) of the camera 61. The camera 61 is, for example, a digital video camera, and captures dozens of images (also referred to as “frames”) per second. A control unit (not shown) of the rockfall detection device 6 detects rockfall by using, for example, the inter-frame difference method. In the inter-frame difference method, an inter-frame difference image is generated between two consecutive frames, and a rockfall is detected using the inter-frame difference image. The technology for detecting rockfall from video is not limited to this.

作業員は、例えば第一落石検知装置6aおよび第二落石検知装置6bが監視期間内に落石を検出した回数の合計値を、トンネル切羽で落石が発生した回数(落石回数)として地山状況判定装置2Bに登録する。トンネル切羽の落石回数は、トンネル切羽の安定性を示す指標の一例である。 For example, the worker determines the ground condition by using the total number of times the first rockfall detection device 6a and the second rockfall detection device 6b have detected rockfalls within the monitoring period as the number of times rockfalls have occurred at the tunnel face (number of rockfalls). Register with device 2B. The number of rockfalls on the tunnel face is an example of an index showing the stability of the tunnel face.

なお、本実施形態では、作業員用端末7を用いて落石回数の登録を行うことを想定しているが、例えば作業員の操作によらずに落石検知装置6が自動で地山状況判定装置2Bへの登録を行うものであってもよい。また、一台または三台以上の落石検知装置6を用いてトンネル切羽の落石を検知してもよく、落石検知装置6を用いずに作業員が目視でトンネル切羽の落石を検知してもよい。また、所定時間あたりの落石回数(単位時間あたりの落石回数も含む)以外の落石の頻度を示す情報(例えば、落石の回数をレベル分けした情報)を地山状況判定装置2Bへ登録してもよい。また、本実施形態の落石検知装置6は、脚部63を備える自立式のものであるが、トンネルの天井や壁に取り付けるものであってもよい。 In this embodiment, it is assumed that the number of rockfalls is registered using the worker terminal 7, but for example, the rockfall detection device 6 automatically determines the ground condition without the operation of the worker. It may be registered in 2B. Further, one or three or more rockfall detection devices 6 may be used to detect rockfalls on the tunnel face, or a worker may visually detect rockfalls on the tunnel face without using the rockfall detection device 6. .. In addition, even if information indicating the frequency of rockfalls other than the number of rockfalls per predetermined time (including the number of rockfalls per unit time) (for example, information in which the number of rockfalls is divided into levels) is registered in the ground condition determination device 2B. good. Further, although the rock fall detection device 6 of the present embodiment is a self-standing device provided with a leg portion 63, it may be mounted on the ceiling or wall of a tunnel.

地山状況判定装置2Bは、地山状況判定システム1Bの中心的な役割を担う装置であり、事前に行った地質調査の結果ならびに切羽押出し変位計5および落石検知装置6で施工中に検出した情報を用いてトンネル切羽の状況を判定する。地山状況判定装置2Bには、例えばトンネル切羽の位置における地山の弾性波速度、土被り、岩種の情報が記憶されている。また、地山状況判定装置2Bは、例えば切羽押出し変位計5からトンネル切羽の押出し変位量を取得し、また、落石検知装置6からトンネル切羽の落石頻度を取得する。そして、地山状況判定装置2Bは、これらの情報を学習済み学習器に入力することでトンネル切羽の地山等級を求める。なお、判定方法の詳細は後述する。地山状況判定装置2Bは、判定した地山等級の情報を例えば作業員用端末7に送信する。 The ground condition determination device 2B is a device that plays a central role in the ground condition determination system 1B, and was detected during construction by the results of a geological survey conducted in advance and the face extrusion displacement meter 5 and the rockfall detection device 6. Use the information to determine the status of the tunnel face. The ground condition determination device 2B stores, for example, information on the elastic wave velocity, overburden, and rock type of the ground at the position of the tunnel face. Further, the ground condition determination device 2B acquires, for example, the amount of extrusion displacement of the tunnel face from the face extrusion displacement meter 5, and acquires the frequency of rock fall of the tunnel face from the rock fall detection device 6. Then, the ground condition determination device 2B obtains the ground grade of the tunnel face by inputting such information into the learned learner. The details of the determination method will be described later. The ground condition determination device 2B transmits the determined ground grade information to, for example, the worker terminal 7.

作業員用端末7は、例えばタブレット端末であり、管理用端末2に格納されるトンネル工事に関する情報を閲覧することができる。また、切羽押出し変位計5で測定した押出し変位量および落石検知装置6で検出した落石頻度を作業員が作業員用端末7に入力し、トンネル切羽の判定の実行を作業員が指示することで、入力したこれらの情報が地山状況判定装置2Bに送信される。また、トンネル切羽の状況の判定結果(地山等級の情報)が作業員用端末7に表示され、作業員は、判定結果(地山等級の情報)に基づいて実施する支保パターン(実施支保パターン)を決定する。 The worker terminal 7 is, for example, a tablet terminal, and information on tunnel construction stored in the management terminal 2 can be browsed. Further, the worker inputs the amount of extrusion displacement measured by the face extrusion displacement meter 5 and the frequency of rock fall detected by the rock fall detection device 6 into the worker terminal 7, and the worker instructs the execution of the tunnel face determination. , These input information are transmitted to the ground condition determination device 2B. In addition, the determination result (information on the ground grade) of the tunnel face condition is displayed on the worker terminal 7, and the worker implements the support pattern (implementation support pattern) based on the determination result (information on the ground grade). ) Is determined.

<実施形態に係る地山状況学習方法について>
図6を参照して、実施形態に係る地山状況学習方法について説明する。図6は、実施形態に係る地山状況学習装置3および地山状況判定装置2Bの機能構成図である。なお、地山状況学習装置3自身がトンネル切羽の状況を判定する場合、地山状況学習装置3と地山状況判定装置2Bとを一つの装置として構成することができる。
<About the method of learning the ground condition according to the embodiment>
A method of learning the ground condition according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a functional configuration diagram of the ground condition learning device 3 and the ground condition determination device 2B according to the embodiment. When the ground condition learning device 3 itself determines the condition of the tunnel face, the ground condition learning device 3 and the ground condition determination device 2B can be configured as one device.

地山状況学習装置3は、学習データ取得部31と学習処理部32とを備え、また学習処理部32は、学習器を有する。学習器は、機械学習における学習システムであり、与えられたデータを基に分類・予測・判定した結果と正答となる実際の結果とを比較し、各種パラメータを調整することで良い結果を導くことが可能になる。学習器は、例えばニューラルネットワークであり、本実施形態でもニューラルネットワークを想定して説明する。なお、学習器は、「学習モデル」などとも呼ばれる。 The ground situation learning device 3 includes a learning data acquisition unit 31 and a learning processing unit 32, and the learning processing unit 32 has a learning device. The learning device is a learning system in machine learning, and it derives good results by comparing the results of classification, prediction, and judgment based on given data with the actual results that are the correct answers, and adjusting various parameters. Will be possible. The learner is, for example, a neural network, and the present embodiment will also be described assuming a neural network. The learning device is also called a "learning model" or the like.

ニューラルネットワークは、周知のように人間の脳の動きをコンピュータに模倣させる目的で生まれた情報処理手法である。ニューラルネットワークは、複雑な非線形処理を得意とし、学習機能を用いることで説明変数と目的変数の関係を定式化する必要がないという特徴を持つ。図7に示すように、ニューラルネットワークは、一般的に入力層、中間層、出力層で構成される。図7は、ニューラルネットワークのイメージ図である。入力層には説明変数が入力され、出力層からは目的変数が出力される。中間層は、両者を関係づける役割を担っている。中間層の層数および各中間層のニューロン数には制約が無く、任意に設定することができる。 Neural networks are, as is well known, an information processing method created for the purpose of imitating the movement of the human brain by a computer. Neural networks are good at complex nonlinear processing, and have the feature that it is not necessary to formulate the relationship between explanatory variables and objective variables by using a learning function. As shown in FIG. 7, a neural network is generally composed of an input layer, an intermediate layer, and an output layer. FIG. 7 is an image diagram of a neural network. Explanatory variables are input to the input layer, and objective variables are output from the output layer. The middle class plays a role in linking the two. There are no restrictions on the number of layers in the middle layer and the number of neurons in each middle layer, and they can be set arbitrarily.

学習データ取得部31は、学習器を学習させるための学習データを取得する。学習データは、トンネル切羽の位置における地山の弾性波速度、岩種、土被り、押出し変位量、落石頻度および地山等級の組として構成される。学習データの対応関係は厳密であることが望ましいが、必ずしも厳密でなくてもよく、各データ間でトンネル切羽の位置の多少のずれがあってもよい。学習データは、例えば類似するトンネルを施工した際の施工実績に基づいて作成されるのがよい。 The learning data acquisition unit 31 acquires learning data for learning the learning device. The training data is composed as a set of elastic wave velocity, rock type, overburden, extrusion displacement, rockfall frequency and geological grade of the ground at the position of the tunnel face. It is desirable that the correspondence between the training data is strict, but it is not always strict, and there may be a slight deviation in the position of the tunnel face between the data. The learning data should be created based on, for example, the construction results when a similar tunnel is constructed.

弾性波速度は、トンネル軸方向に分割した所定区間の基準値または統計値である。弾性波速度は、事前の地質調査から取得した値でもよいし、例えばトンネル軸方向に10m間隔で測定した測定値、当該測定値を統計的な処理によって算出した値などであってもよい。
岩種は、トンネル軸方向に分割した所定区間の代表岩種である。岩種は、事前の地質調査から決定してもよいし、トンネル内に露出した地山や掘削ズリを観察して決定してもよい。岩種には数値を対応させておき、対応させたその数値を学習データに利用する。岩種と数値との対応関係は、例えば「火成岩」が「1」、「堆積岩」が「2」などである。
土被りは、ンネル軸方向に分割した所定区間の基準値または統計値である。土被りは、事前の地質調査の結果(縦断図など)から取得した値を使用する。
The elastic wave velocity is a reference value or a statistical value of a predetermined section divided in the tunnel axial direction. The elastic wave velocity may be a value obtained from a preliminary geological survey, or may be, for example, a measured value measured at intervals of 10 m in the direction of the tunnel axis, a value calculated by statistical processing of the measured value, or the like.
The rock type is a representative rock type of a predetermined section divided in the tunnel axial direction. The rock type may be determined from a preliminary geological survey, or may be determined by observing the exposed ground and excavation scraps in the tunnel. Numerical values are associated with rock types, and the associated numerical values are used for learning data. The correspondence between rock species and numerical values is, for example, "1" for "igneous rock" and "2" for "sedimentary rock".
The overburden is a reference value or a statistical value of a predetermined section divided in the tunnel axis direction. For the overburden, the value obtained from the result of the preliminary geological survey (longitudinal view, etc.) is used.

押出し変位量は、トンネル施工中にトンネル切羽に生じた所定時間あたりの変位量である。押出し変位量は、例えば掘削ズリ出し作業の完了後予め決められた時間内(例えば10分後)に測定する。
落下頻度は、トンネル施工中にトンネル切羽周辺で発生した所定時間あたりの落石回数であり、例えば掘削ズリ出し作業の完了後予め決められた時間内(例えば掘削ズリ出し作業の完了からの10分間)にトンネル切羽で落石が発生した落石回数である。
地山等級は、トンネル施工現場において実際に採用された地山等級であり、例えばトンネル軸方向に分割した所定区間ごとに取得する。地山等級には数値を対応させておき、対応させたその数値を学習データに利用する。地山等級と数値との対応関係は、例えば「D地山」が「1」、「CII地山」が「2」、「CI地山」が「3」、「B地山」が「4」などである。
The extrusion displacement amount is the displacement amount per predetermined time generated in the tunnel face during tunnel construction. The amount of extrusion displacement is measured, for example, within a predetermined time (for example, 10 minutes later) after the completion of the excavation slip-out operation.
The fall frequency is the number of rockfalls per predetermined time that occurred around the tunnel face during tunnel construction, for example, within a predetermined time after the completion of the excavation scraping work (for example, 10 minutes from the completion of the excavation scraping work). It is the number of rockfalls that occurred at the tunnel face.
The ground grade is a ground grade actually adopted at the tunnel construction site, and is acquired for each predetermined section divided in the tunnel axial direction, for example. Numerical values are associated with the ground grade, and the associated numerical values are used for learning data. The correspondence between the ground grade and the numerical value is, for example, "D ground" is "1", "CII ground" is "2", "CI ground" is "3", and "B ground" is "4". "And so on.

学習処理部32は、トンネル切羽の位置における地山の弾性波速度、岩種、土被り、押出し変位量、落石頻度および地山等級の組として構成される学習データを用いて、学習器を機械学習させる。学習器を学習させる方法は特に限定されず、例えば誤差逆伝播法によって学習器を学習させる。具体的には、学習データの弾性波速度、岩種、土被り、切羽押出し変位量および落石頻度の五つの情報が入力層に入力され、出力層から出力される結果と学習データの地山等級との誤差に基づいて中間層を調整する。つまり、学習処理部32は、弾性波速度、岩種、土被り、切羽押出し変位量および落石頻度を入力することによって、適切な地山等級が出力されるように学習器を機械学習させる。学習させる学習データの数は特に限定されず、例えば期待する精度(正答率)に到達することで学習を終了する。学習済みの学習器は、地山状況判定装置2Bに配信される。 The learning processing unit 32 uses the learning data configured as a set of the elastic wave velocity, rock type, overburden, extrusion displacement amount, rockfall frequency, and ground grade of the ground at the position of the tunnel face to machine the learning device. Let them learn. The method of training the learner is not particularly limited, and the learner is trained by, for example, the error back propagation method. Specifically, five pieces of information such as elastic wave velocity, rock type, overburden, face extrusion displacement, and rockfall frequency of training data are input to the input layer, and the results output from the output layer and the ground grade of the training data. Adjust the middle layer based on the error with. That is, the learning processing unit 32 machine-learns the learning device so that an appropriate ground grade is output by inputting the elastic wave velocity, the rock type, the overburden, the displacement amount of the face extrusion, and the rockfall frequency. The number of learning data to be learned is not particularly limited, and for example, learning ends when the expected accuracy (correct answer rate) is reached. The learned learner is delivered to the ground condition determination device 2B.

<実施形態に係る地山状況判定方法について>
図6を参照して、実施形態に係る地山状況判定方法について説明する。
地山状況判定装置2Bは、判定データ取得部21と推定処理部22とを備え、また、推定処理部22は、学習済みの学習器を有する。学習済みの学習器は、地山状況学習装置3によって学習器を機械学習させたものである。つまり、学習済みの学習器は、弾性波速度、岩種、土被り、切羽押出し変位量および落石頻度を入力することによって、適切な地山等級が出力されるように学習されたものである。
<Regarding the method for determining the ground condition according to the embodiment>
The method for determining the ground condition according to the embodiment will be described with reference to FIG.
The ground condition determination device 2B includes a determination data acquisition unit 21 and an estimation processing unit 22, and the estimation processing unit 22 has a learned device. The learned learner is machine-learned by the ground-based situation learning device 3. In other words, the trained learner has been trained to output an appropriate ground grade by inputting elastic wave velocity, rock type, overburden, face extrusion displacement amount, and rockfall frequency.

判定データ取得部21は、地山等級の判定を行う基になる判定データを取得する。判定データは、トンネル切羽の位置における地山の弾性波速度、岩種、土被り、押出し変位量および落石頻度の組として構成される。判定データの対応関係は厳密であることが望ましいが、必ずしも厳密でなくてもよく、各データ間でトンネル切羽の位置の多少のずれがあってもよい。判定データを構成する弾性波速度、岩種、土被り、押出し変位量および落石頻度の情報は、学習データと同様の方法によって測定等したものであってよい。 The determination data acquisition unit 21 acquires determination data that is the basis for determining the ground grade. The determination data is composed of a set of elastic wave velocity, rock type, overburden, extrusion displacement amount and rockfall frequency of the ground at the position of the tunnel face. It is desirable that the correspondence between the determination data is strict, but it is not always strict, and there may be a slight deviation in the position of the tunnel face between the data. The information on the elastic wave velocity, rock type, overburden, extrusion displacement amount, and rockfall frequency constituting the determination data may be measured by the same method as the learning data.

推定処理部22は、トンネル切羽の位置における地山の弾性波速度、岩種、土被り、押出し変位量、落石頻度の組として構成される判定データを用いて、トンネル切羽の状況を推定する。トンネル切羽の情報の推定には学習済みの学習器が使用される。図7に示すように、入力層には、弾性波速度、岩種、土被り、切羽押出し変位量および落石頻度の五つの情報が入力される。また、出力層からは、地山等級の情報が出力される。出力層から出力される地山等級の情報は、例えば各々の地山等級(例えば、D地山、CII地山、CI地山、B地山)である可能性が確率として出力される。 The estimation processing unit 22 estimates the condition of the tunnel face using the determination data composed of the elastic wave velocity of the ground at the position of the tunnel face, the rock type, the overburden, the amount of extrusion displacement, and the frequency of rock fall. A trained learner is used to estimate the tunnel face information. As shown in FIG. 7, five pieces of information such as elastic wave velocity, rock type, overburden, face extrusion displacement amount, and rock fall frequency are input to the input layer. In addition, information on the ground grade is output from the output layer. The information of the ground grade output from the output layer is output as a probability that it is, for example, each ground grade (for example, D ground, CII ground, CI ground, B ground).

以上のように、本実施形態に係る地山状況学習装置3では、施工前の調査段階で得られる情報(調査データ)および施工段階で得られる情報(施工時データ)の両方を含んだ学習データを用いて学習器を機械学習させる。そのため、従来に比べて学習データとしての有効性が高く、短時間での学習が可能であり、また当該方法で学習した学習器を用いる地山状況判定装置2Bは、精度の良い地山判定を実現可能である。 As described above, in the ground condition learning device 3 according to the present embodiment, learning data including both information (survey data) obtained in the survey stage before construction and information (data at the time of construction) obtained in the construction stage. Make the learner machine-learn using. Therefore, the effectiveness as learning data is higher than in the past, learning is possible in a short time, and the ground condition determination device 2B using the learning device learned by the method performs accurate ground determination. It is feasible.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and can be carried out without changing the gist of the claims.

実施形態では、弾性波速度、岩種、土被り、押出し変位量および落石頻度の五つを含む学習データを用いて学習を行い、また、この五つの情報を含む判定データを用いて地山の状況を判定していた。しかしながら、学習データおよび判定データの構成はこれに限定されない。
例えば、岩種ごとに学習器を用意しておき、弾性波速度、土被り、押出し変位量および落石頻度の四つを含む学習データを岩種ごとに用意した学習器に入力することで学習を行うことも可能である。その場合、該当する岩種の学習器に、弾性波速度、土被り、押出し変位量および落石頻度の四つを含む判定データを入力することで地山の状況が判定される。
また、地山判定に影響する地山の変形性に関する情報(トンネル切羽の押出し変位量)および安定性に関する情報(落石頻度)の何れか一方を含んだ学習データを用いて学習器を機械学習させてもよい。安定性に関する情報(落石頻度)を含んだ学習データを用いて学習器を機械学習させるのが望ましい。
In the embodiment, learning is performed using learning data including five items of elastic wave velocity, rock type, overburden, extrusion displacement amount, and rockfall frequency, and judgment data including these five pieces of information is used for learning. I was judging the situation. However, the structure of the training data and the determination data is not limited to this.
For example, a learning device is prepared for each rock type, and learning is performed by inputting learning data including elastic wave velocity, overburden, extrusion displacement amount, and rockfall frequency into the learning device prepared for each rock type. It is also possible to do it. In that case, the condition of the ground is determined by inputting the determination data including the elastic wave velocity, the overburden, the extrusion displacement amount, and the rockfall frequency into the learning device of the corresponding rock type.
In addition, the learner is machine-learned using training data that includes either information on the deformation of the ground (extruded displacement of the tunnel face) or information on stability (frequency of falling rocks) that affects the judgment of the ground. You may. It is desirable to make the learner machine-learn using learning data that includes information on stability (rockfall frequency).

1A 地山状況学習システム
1B 地山状況判定システム
2 管理用端末
2B 地山状況判定装置
3 地山状況学習装置
5 切羽押出し変位計
6 落石検知装置
7 作業員用端末
21 判定データ取得部
22 推定処理部
31 学習データ取得部
32 学習処理部
1A ground condition learning system 1B ground condition judgment system 2 management terminal 2B ground condition learning device 3 ground condition learning device 5 face extrusion displacement meter 6 rockfall detection device 7 worker terminal 21 judgment data acquisition unit 22 estimation processing Department 31 Learning data acquisition unit 32 Learning processing unit

Claims (8)

学習データ取得部と学習処理部とを備えたトンネル切羽の状況を学習する地山状況学習装置であって、
前記学習データ取得部は、トンネル切羽の位置における施工前の調査データと、施工時に得られる施工時データと、地山等級との組を学習データとして取得し、
前記学習処理部は、学習器を有しており、前記調査データおよび前記施工時データを入力することによって前記地山等級を出力するように前記学習器を機械学習させる、
ことを特徴とする地山状況学習装置。
It is a ground-based situation learning device that learns the situation of the tunnel face equipped with a learning data acquisition unit and a learning processing unit.
The learning data acquisition unit acquires a set of the survey data before construction at the position of the tunnel face, the construction data obtained at the time of construction, and the ground grade as learning data.
The learning processing unit has a learning device, and the learning device is machine-learned so as to output the ground grade by inputting the survey data and the construction data.
A ground-based situation learning device characterized by this.
前記調査データは、前記トンネル切羽の位置における地山の弾性波速度、土被りおよび岩種のうちの何れか一つを含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の地山状況学習装置。
The survey data includes any one of the elastic wave velocity, overburden and rock species of the ground at the location of the tunnel face.
The ground-based situation learning device according to claim 1.
前記施工時データは、切羽の押出し変位量および落石頻度の何れか一つを含む、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の地山状況学習装置。
The construction data includes any one of the extrusion displacement amount of the face and the rockfall frequency.
The ground-based situation learning device according to claim 1 or 2, wherein the device is characterized by the above.
前記弾性波速度および前記土被りは、トンネル軸方向に分割した所定区間の基準値または統計値であり、
前記岩種は、トンネル軸方向に分割した所定区間の代表岩種である、
ことを特徴とする請求項2に記載の地山状況学習装置。
The elastic wave velocity and the overburden are reference values or statistical values of a predetermined section divided in the tunnel axial direction.
The rock type is a representative rock type of a predetermined section divided in the tunnel axial direction.
The ground-based situation learning device according to claim 2.
前記落石頻度は、掘削ズリ出し作業の完了後予め決められた時間内に前記トンネル切羽で落石が発生した落石回数であり、
前記切羽の押出し変位量は、掘削ズリ出し作業の完了後予め決められた時間内に前記トンネル切羽を測定した計測値である、
ことを特徴とする請求項3に記載の地山状況学習装置。
The rockfall frequency is the number of rockfalls that occur at the tunnel face within a predetermined time after the excavation scraping work is completed.
The extrusion displacement amount of the face is a measured value obtained by measuring the tunnel face within a predetermined time after the completion of the excavation slip-out work.
The ground-based situation learning device according to claim 3.
判定データ取得部と推定処理部とを備えたトンネル切羽の状況を判定する地山状況判定装置であって、
前記判定データ取得部は、トンネル切羽の位置における施工前の調査データと、施工時に得られる施工時データとを取得し、
前記推定処理部は、前記調査データおよび前記施工時データを入力することによって地山等級を出力するように機械学習を行った学習済みの学習器を有する、
ことを特徴とする地山状況判定装置。
It is a ground condition determination device that determines the condition of the tunnel face equipped with a determination data acquisition unit and an estimation processing unit.
The determination data acquisition unit acquires the survey data before construction at the position of the tunnel face and the construction data obtained at the time of construction.
The estimation processing unit has a trained learner that has been machine-learned to output a ground grade by inputting the survey data and the construction data.
A ground condition judgment device characterized by this.
トンネル切羽の状況を学習する地山状況学習方法であって、
前記トンネル切羽の位置における施工前の調査データと、施工時に得られる施工時データと、地山等級との組を学習データとして取得する学習データ取得ステップと、
前記調査データおよび前記施工時データを学習器に入力することによって前記地山等級を出力するように前記学習器を機械学習させる学習処理ステップと、を有する、
ことを特徴とする地山状況学習方法。
It is a ground-based situation learning method for learning the situation of the tunnel face.
A learning data acquisition step for acquiring a set of pre-construction survey data at the position of the tunnel face, construction data obtained at the time of construction, and a ground grade as learning data.
It has a learning process step of causing the learner to perform machine learning so as to output the ground grade by inputting the survey data and the construction data into the learner.
A method of learning the ground situation that is characterized by this.
トンネル切羽の状況を判定する地山状況判定方法であって、
トンネル切羽の位置における施工前の調査データと、施工時に得られる施工時データとを取得する判定データ取得ステップと、
前記調査データおよび前記施工時データを入力することによって地山等級を出力するように機械学習を行った学習済みの学習器を用いて取得したデータから地山等級を推定する推定処理ステップと、を有する、
ことを特徴とする地山状況判定方法。
It is a method for determining the condition of the ground, which determines the condition of the tunnel face.
Judgment data acquisition step to acquire the survey data before construction at the position of the tunnel face and the construction data obtained at the time of construction,
An estimation processing step for estimating the ground grade from data acquired using a trained learner that has been machine-learned to output the ground grade by inputting the survey data and the construction data. Have,
A method for determining the condition of the ground, which is characterized by the fact that.
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