JP2024016883A - Ground state determination system - Google Patents

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誠 木村
Makoto Kimura
諒 佐藤
Ryo Sato
メヂイ ベジャ
Medhi Beja
亮介 鶴田
Ryosuke Tsuruta
園子 青木
Sonoko Aoki
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Nittoc Constructions Co Ltd
Hazama Ando Corp
Original Assignee
Nittoc Constructions Co Ltd
Hazama Ando Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ground state determination system capable of determining the ground state in real-time while boring without depending on human determination, which is to solve problems in a conventional art.
SOLUTION: A ground state determination system of the present invention is a system to determine a state of the ground to be bored or excavated, being provided with learned model creation means and ground state determination means. The learned model creation means is means to create a learned model through machine learning of teacher data on which a geological label and a soil property label are attached, and the ground state determination means is means to determine a geological category and a soil property category of the objective ground by inputting construction data acquired during boring to the learned model.
SELECTED DRAWING: Figure 2
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本願発明は、ボーリングの対象地盤の性状を判定する技術に関するものであり、より具体的には、事前に生成された学習済みモデルを使用して施工中に対象地盤の性状をリアルタイムで判定することができる地盤性状判定システムに関するものである。 The present invention relates to a technology for determining the properties of the target ground for boring, and more specifically, to determine the properties of the target ground in real time during construction using a learned model generated in advance. This relates to a ground property determination system that can perform

ボーリングとは、比較的小さい孔径で比較的長い筒状の地中孔を形成する施工のことであり、通常はロッドとその先端に装着されたビットを用いて削孔することで実施される。このボーリングは、コア採取や標準貫入試験といった地盤調査を目的として行われることもあるが、いわゆる本設の工事として行われることもある。例えば、発破掘削によるトンネル掘削では火薬(ダイナマイト)を装填するためドリルジャンボによってボーリングが行われ、NATM(New Austrian Tunnelling Method)によるトンネル工事ではロックボルトを挿入するためにやはりドリルジャンボによってボーリングが行われる。また、深層混合による地盤改良を目的として機械攪拌や高圧噴射などを行う際には、地盤に対して鉛直下向きにボーリングが行われる。 Boring is the process of forming a relatively long cylindrical underground hole with a relatively small diameter, and is usually carried out by drilling the hole using a rod and a bit attached to its tip. This boring is sometimes carried out for the purpose of ground investigation, such as core collection and standard penetration testing, but it is also sometimes carried out as part of so-called permanent construction work. For example, in tunnel excavation using blast excavation, boring is performed using a drill jumbo in order to load gunpowder (dynamite), and in tunnel construction using NATM (New Australian Tunneling Method), boring is also performed using a drill jumbo in order to insert rock bolts. . Furthermore, when performing mechanical agitation or high-pressure injection for the purpose of soil improvement through deep mixing, boring is performed vertically downward into the ground.

近年、異常気象に伴う豪雨等によってのり面や斜面などの深層崩壊が発生したり、大規模な地すべりが発生したりしており、斜面等の対策工が以前にもまして重要となっている。そして、斜面等における深層崩壊や地すべりの対策工としては、今やアンカーシステムは欠かせないものとなっている。このアンカーシステムは、テンドンの一方の固定端を地盤内に設置することから、古くは「アースアンカー」と呼ばれ、現在では「グラウンドアンカー」と呼ばれている。グラウンドアンカーは、ダムの安定対策として1957年に初めて我が国に導入されて以来、60年近くにわたって採用されており、経済的であって施工性にも優れていることから、さらに高度成長に伴う社会資本整備の加速化もあって、2万4千件ともいわれる夥しい数の施工実績を数えるほど多用されてきた。このグラウンドアンカーも、やはりロータリーパーカッション式などのボーリングマシンでボーリングが実施される。 In recent years, heavy rains associated with abnormal weather have caused deep failures of slopes and slopes, as well as large-scale landslides, making slope countermeasures more important than ever. Anchor systems have now become indispensable as countermeasures against deep collapses and landslides on slopes. This anchor system was originally called an "earth anchor" because one fixed end of the tendon is installed in the ground, and is now called a "ground anchor." Ground anchors have been used for nearly 60 years since they were first introduced in Japan in 1957 as a measure to stabilize dams, and because they are economical and have excellent construction properties, they have become increasingly popular with society as society continues to grow rapidly. Due in part to the acceleration of capital development, it has been used so frequently that an estimated 24,000 construction projects have been completed. This ground anchor is also bored using a boring machine such as a rotary percussion type.

本設としてのボーリング(以下、「ボーリング工事」という。)を実施する場合、一般的にはあらかじめ地盤調査が行われ、その調査結果に応じて削孔していく。例えばグラウンドアンカーを設置するためのボーリング工事では、定着層の位置やその定着層の物性値(周面摩擦抵抗など)を把握すべく地盤調査が行われる。そして、その地盤調査の結果に基づいて実施された設計計画にしたがって削孔していくものの、当然ながら削孔している地盤内の様子を目視することはできず、果たして設計計画どおりに実施したとしても問題ないかといったことを正確に判断することは著しく困難である。 When carrying out boring for permanent construction (hereinafter referred to as "boring work"), a ground survey is generally conducted in advance, and holes are drilled according to the results of the survey. For example, during boring work to install a ground anchor, a ground survey is conducted to determine the location of the anchoring layer and the physical properties of the anchoring layer (such as circumferential frictional resistance). Although the holes were drilled in accordance with the design plan based on the results of the ground investigation, it was of course impossible to visually see the inside of the ground where the holes were being drilled, and it was not possible to carry out the work according to the design plan. However, it is extremely difficult to accurately judge whether there is a problem.

他方、ボーリング工事を行っている最中、即時的に(リアルタイムで)地盤内の性状を把握することは極めて有益であることが知られている。例えば、グラウンドアンカーのための削孔を行っているときにリアルタイムで定着層の位置やその物性値を把握することができれば、計画よりも短い削孔長(自由長や定着長)で足りることが判明したり、逆に計画よりも長く削孔しなければ機能しないことが判明したりすることもあり、結果的に効率的かつ効果的なグラウンドアンカーを設置することができるわけである。 On the other hand, it is known that it is extremely useful to instantly (in real time) grasp the properties of the ground during boring work. For example, if you can grasp the position of the anchoring layer and its physical properties in real time while drilling a hole for a ground anchor, you may be able to use a shorter drilling length (free length or anchoring length) than planned. In some cases, it may turn out that the ground anchor will not work unless the hole is drilled longer than planned, and as a result, an efficient and effective ground anchor can be installed.

そこで、これまでにもボーリング工事の最中にリアルタイムで地盤内の性状を把握するための種々の取り組みが行われてきた。代表的な手法としては、特許文献1で開示されているように施工機械の電気信号(トルクや推力、打撃圧力など)から地盤の硬軟を推定する技術や、削孔に伴って地上に上げられたスライムの外観から専門技術者が目視判断したり薬品等を用いて化学的試験を行ったりすることで地質区分や土質区分を判定する技術などを挙げることができる。 Therefore, various efforts have been made to grasp the properties of the ground in real time during boring work. Typical methods include a technology that estimates the hardness and softness of the ground from electrical signals (torque, thrust, impact pressure, etc.) from construction machines, as disclosed in Patent Document 1, and Techniques include determining the geological classification and soil type by visual judgment by specialized engineers or by chemical tests using chemicals, etc., based on the appearance of the slime.

特開2021-127655号公報JP2021-127655A

しかしながらリ、リアルタイムで地盤内の性状を把握する従来の手法はいずれも問題を抱えていた。例えば、施工機械の電気信号から地盤の硬軟を推定する手法(以下、「機械情報推定手法」という。)は、地盤の硬軟や空洞の有無を判定することができるものの、地質区分や土質区分を判定するには不向きである。一方、スライムを外観判定する手法(以下、「スライム外観判定手法」という。)は、地質区分や土質区分を判定することができるものの、地盤の硬軟や空洞の有無を判定することが難しい。 However, all conventional methods for understanding the properties of the ground in real time have had problems. For example, a method of estimating the hardness of the ground from electrical signals from construction machines (hereinafter referred to as the "machine information estimation method") can determine the hardness and softness of the ground and the presence or absence of cavities, but Not suitable for judgment. On the other hand, although the method of determining the appearance of slime (hereinafter referred to as "slime appearance determination method") can determine the geological classification and soil quality classification, it is difficult to determine the hardness and softness of the ground and the presence or absence of cavities.

また機械情報推定手法では、施工機械に装着された様々な計測機器やデバイスなどから情報が取得されることもあるが、それぞれ独立した情報であってフォーマットやディメンジョン(1次元~3次元)が異なり、ひとつの中央装置にアップロードして集約したとしても、それらの情報を総合的に判断することは容易ではない。つまり、このように有機的に連携していないいわばバラバラの情報から性状を判断するには、人の知見や経験、技術力に依存していたわけである。そのため判断する者の力量によってその結果が異なり、安定した判定を得ることができなかった。さらに、人が熟考をもって検討するが故に、リアルタイムで地盤性状(地質区分や土質区分など)を判定することができず、得られた情報を適時に施工にフィードバックすることができないこともあった。 In addition, in machine information estimation methods, information may be obtained from various measuring instruments and devices installed on construction machines, but each is independent information and has different formats and dimensions (1-3 dimensions). Even if the information is uploaded and aggregated into one central device, it is not easy to comprehensively judge the information. In other words, determining properties from disparate information that is not organically linked relies on human knowledge, experience, and technical ability. As a result, the results vary depending on the ability of the judge, making it impossible to obtain stable judgments. Furthermore, because people deliberate and deliberate, it was not possible to determine the ground properties (geological classification, soil classification, etc.) in real time, and the obtained information could not be fed back to construction in a timely manner.

スライム外観判定手法は、上記したとおり専門知識を有する技術者がスライム外観から目視判断することによって地質区分や土質区分を判定するものである。そのため、ボーリング工事を行うにあたっては専門技術者を確保して常駐させる必要があり、その人件費を予算として用意しなければならない。特に、複数の施工班を配備して削孔を行うケースでは、複数人の専門技術者を常駐させることになるが、コストがかかるうえに、そもそも必要数を確保することが難しいこともある。さらに、複数の専門技術者による判定結果を速やかに集約することは困難であり、その結果、リアルタイムで地盤性状を判定することができず、得られた情報を適時に施工にフィードバックすることができない。また、専門技術者の力量によって判定結果が異なることも避けられず、安定した判定を得ることもできない。 As described above, the slime appearance determination method is a method in which an engineer with specialized knowledge visually determines the geological classification or soil quality classification based on the slime appearance. Therefore, when carrying out boring work, it is necessary to secure specialized engineers and have them permanently stationed, and a budget must be set aside for their labor costs. In particular, in cases where multiple construction teams are deployed to drill holes, multiple specialized engineers must be stationed at all times, which not only costs money but also makes it difficult to secure the required number in the first place. Furthermore, it is difficult to quickly aggregate the judgment results of multiple specialized engineers, and as a result, it is not possible to judge the ground properties in real time, and the obtained information cannot be fed back to construction in a timely manner. . Furthermore, it is unavoidable that the judgment results differ depending on the skill of the expert engineer, and it is not possible to obtain stable judgments.

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち、人の判断に依存することなく削孔中の地盤性状をリアルタイムで把握することができる地盤性状判定システムを提供することである。 An object of the present invention is to solve the problems faced by the prior art, namely, to provide a ground property determination system that can grasp the ground properties during drilling in real time without relying on human judgment. It is.

本願発明の地盤性状判定システムは、種別ラベルが付された施工データを学習することによって学習済みモデルを生成し、施工中に施工データを学習済みモデルに入力することによって地質区分や土質区分をリアルタイムで判定する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。 The ground property determination system of the present invention generates a trained model by learning construction data with type labels, and calculates geological classification and soil type classification in real time by inputting the construction data into the trained model during construction. This invention was made with a focus on the fact that a judgment can be made based on an unprecedented idea.

本願発明の地盤性状判定システムは、削孔又は掘削を行う対象地盤の性状を判定するシステムであって、学習済みモデル生成手段と地盤性状判定手段を備えたものである。このうち学習済みモデル生成手段は、地質区分ラベルや土質区分ラベルが付された教師データを機械学習することによって学習済みモデルを生成する手段であり、地盤性状判定手段は、削孔中(あるいは、掘削中)に取得された施工データを学習済みモデルに入力することによって対象地盤の地質区分や土質区分を判定する手段である。なお教師データは、削孔機械(あるいは、掘削機械)から得られる施工に関する施工機械データ、削孔(あるいは、掘削)によって得られる地盤スライムを撮影して得られるカメラ画像データ、地盤スライムをスペクトルカメラで取得して得られるスペクトル画像データ、削孔後(あるいは、掘削後)にボアホールカメラで撮影して得られるボアホール画像データのなかから選択される1又は2以上のデータに、地質区分ラベルや土質区分ラベルが付されることで生成される。また学習済みモデルに入力される施工データは、施工機械データ、カメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データから選択される1又は2以上のデータであって、機械学習に用いられた教師データと同種のデータである。 The ground property determination system of the present invention is a system for determining the properties of the ground to be drilled or excavated, and includes a trained model generation means and a ground property determination means. Among these, the trained model generation means is a means for generating a trained model by machine learning training data to which geological classification labels and soil classification labels are attached, and the ground property determination means is a means for generating trained models during drilling (or This is a means of determining the geological classification and soil quality classification of the target ground by inputting construction data acquired during excavation (during excavation) into a trained model. The training data includes construction machine data related to construction obtained from a drilling machine (or excavation machine), camera image data obtained by photographing ground slime obtained by drilling (or excavation), and ground slime captured by a spectral camera. One or more data selected from spectral image data obtained by spectral image data obtained by drilling a hole (or after drilling) and borehole image data obtained by photographing with a borehole camera after drilling (or after excavation), geological classification labels and soil quality. It is generated by adding a category label. Furthermore, the construction data input to the trained model is one or more data selected from construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data, and is the same as the teaching data used for machine learning. This is the same type of data.

本願発明の地盤性状判定システムは、地盤の硬軟度ラベルが付された教師データを機械学習して学習済みモデルを生成するものとすることもできる。この場合、地盤性状判定手段は、学習済みモデルに施工データが入力されると対象地盤の硬軟度も判定する。 The ground property determination system of the present invention can also generate a learned model by performing machine learning on teacher data labeled with ground hardness/softness labels. In this case, the ground property determining means also determines the hardness and softness of the target ground when construction data is input to the learned model.

本願発明の地盤性状判定システムは、地盤の空洞ラベルが付された教師データを機械学習して学習済みモデルを生成するものとすることもできる。この場合、地盤性状判定手段は、学習済みモデルに施工データが入力されると対象地盤の空洞の状況も判定する。 The ground property determination system of the present invention can also generate a learned model by performing machine learning on teacher data labeled with ground cavities. In this case, the ground property determining means also determines the condition of cavities in the target ground when construction data is input to the learned model.

本願発明の地盤性状判定システムは、1又は2以上の端末機器と、この端末機器と通信可能な中央装置をさらに備えたものとすることもできる。この場合、端末機器を用いて入力された施工データは中央装置に送信される。そして中央装置は、施工データを受信するとともに、地盤性状判定手段に施工データを入力することによって対象地盤の地質区分や土質区分を判定する。また端末機器は、地盤性状判定手段によって判定された結果をリアルタイムで出力することができる。 The ground property determination system of the present invention may further include one or more terminal devices and a central device capable of communicating with the terminal devices. In this case, construction data input using the terminal device is transmitted to the central device. Then, the central device receives the construction data and determines the geological classification and soil type of the target ground by inputting the construction data into the ground property determining means. Further, the terminal device can output the results determined by the ground property determining means in real time.

本願発明の地盤性状判定システムは、施工の進捗に伴う削孔(あるいは、掘削)の実績出来形と、計画された削孔形状(あるいは、掘削形状)を重ねた3次元(あるいは2次元)表示が可能なものとすることもできる。 The ground property determination system of the present invention is a three-dimensional (or two-dimensional) display that superimposes the actual result of drilling (or excavation) and the planned drilling shape (or excavation shape) as construction progresses. It can also be made possible.

本願発明の地盤性状判定システムには、次のような効果がある。
(1)不可視である地盤に関する情報(地質区分や土質区分、地盤の硬軟、空洞の有無)をリアルタイムに判定することができ、その結果、施工班に必要な情報を迅速にフィードバックすることができ、より適正なボーリング工事を行うことができる。
(2)人の知見等に依存することがないため、人的誤差やヒューマンエラーが排除され、安定的かつ整合性のある判定結果を得ることができる。
(3)複数の施工班を配備して削孔を行うケースであっても、各班からの施工データを中央装置に集約することによって様々な関係者が確認して共有することができ、これにより施工環境の不確実性に対する予見や適切な施工管理など適切なアドバイスを各所から提示することができる。
(4)施工の進捗に伴う削孔(あるいは、掘削)の実績出来形と、計画された削孔形状(あるいは、掘削形状)、そして判定された地盤情報(地質区分や土質区分、地盤の硬軟、空洞の有無)を重ねて3次元(あるいは2次元)表示することによって、より明確に地盤の性状を把握することができ、例えば計画された定着層や支持層を確認することも可能となる。
(5)施工中に得られた情報を改めて教師データとし、深層学習を継続的に行うことによって、さらに推定精度が向上した学習済みモデルを得ることができる。
The ground property determination system of the present invention has the following effects.
(1) Information about the ground that is invisible (geological classification, soil type, hardness and softness of the ground, presence or absence of cavities) can be determined in real time, and as a result, necessary information can be quickly fed back to the construction team. , more appropriate boring work can be performed.
(2) Since it does not depend on human knowledge, human error and human errors are eliminated, and stable and consistent judgment results can be obtained.
(3) Even in cases where multiple construction teams are deployed to drill holes, the construction data from each team can be consolidated into a central device, allowing various parties to check and share it. This makes it possible to provide appropriate advice from various sources, such as predicting uncertainties in the construction environment and appropriate construction management.
(4) The actual results of drilling (or excavation) as construction progresses, the planned drilling shape (or excavation shape), and the determined ground information (geological classification, soil type, hardness and softness of the ground) By superimposing and displaying 3D (or 2D) information such as the presence or absence of cavities, it is possible to understand the properties of the ground more clearly, and for example, it is also possible to confirm the planned anchorage layer and support layer. .
(5) By using the information obtained during construction as training data and continuously performing deep learning, it is possible to obtain a trained model with further improved estimation accuracy.

施工データに基づいて判定される地盤性状を模式的に示すモデル図。A model diagram schematically showing ground properties determined based on construction data. 本願発明の地盤性状判定システムの主な構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of the ground property determination system of the present invention. 中央装置と端末機器が分散配置された地盤性状判定システムを示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a ground property determination system in which a central device and terminal devices are distributed. 削孔機械から得られる施工機械データの一例を示す上方一覧図。An upper list diagram showing an example of construction machine data obtained from a drilling machine. (a)は3D表示された地盤表面とグラウンドアンカー頭部を模式的に示すモデル画像図、(b)は3D表示された地盤断面とグラウンドアンカーを模式的に示すモデル画像図。(a) is a model image diagram schematically showing a ground surface and a ground anchor head displayed in 3D, and (b) is a model image diagram schematically showing a ground cross section and a ground anchor displayed in 3D. (a)は出力制御手段によって表示された計画ボーリング孔を模式的に示すモデル画像図、(b)は出力制御手段によって表示された計画ボーリング孔と出来形ボーリング孔の重複表示を模式的に示すモデル画像図。(a) is a model image diagram schematically showing a planned borehole displayed by the output control means, and (b) is a model image diagram schematically showing the overlapping display of the planned borehole and finished borehole displayed by the output control means. Model image diagram. 試験施工を実施しつつ、地盤性状判定システムを使用して学習済みモデルを生成するまでの主な処理の流れを示すフロー図。A flow diagram showing the main process flow from performing test construction to generating a learned model using the ground property determination system. 本施工を実施する中で、地盤性状判定システムを使用して地盤性状を判定するまでの主な処理の流れを示すフロー図。1 is a flowchart showing the flow of main processes up to determining the ground properties using the ground properties determination system during this construction.

本願発明の地盤性状判定システムの例を図に基づいて説明する。 An example of the ground property determination system of the present invention will be explained based on the drawings.

1.全体概要
本願発明は、ボーリング工事を行っている最中、あるいは地盤掘削を行っている最中に、対象となる地盤の性状をリアルタイムで判定することができる技術である。より詳しくは、図1に示すように施工中に得られるデータ(以下、「施工データ」という。)に基づいて、その地盤性状を判定する。なお本願発明は、ボーリング工事の最中に削孔深度ごとの地盤性状を判定することもできるし、地盤掘削工事の最中に掘削深度ごとの地盤性状を判定することもできるが、便宜上ここではボーリング工事の例で説明することとする。
1. Overall Overview The present invention is a technology that can determine the properties of the target ground in real time during boring work or ground excavation. More specifically, as shown in FIG. 1, the ground properties are determined based on data obtained during construction (hereinafter referred to as "construction data"). Note that the present invention can determine the ground properties for each drilling depth during the boring work, and can also determine the ground properties for each excavation depth during the ground excavation work, but for convenience, this will not be described here. This will be explained using the example of boring work.

施工データとしては、例えば図1に示すように「施工機械データ」や、「スライム写真」、「スペクトルデータ」、「ボアホール写真」を挙げることができる。このうち施工機械データは、後述するようにボーリング工事に使用される削孔機械(ボーリングマシンやドリルジャンボなど)から得られる種々の情報である。またスライム写真は、削孔中地上に上げられるスライムをデジタルカメラ等で撮影して得られる画像データであり、スペクトルデータは、そのスライムをハイパースペクトルカメラやマルチスペクトルカメラで撮影して得られるデータである。ただしスライム写真とスペクトルデータは、色見本とともに撮影したうえで取得することが望ましい。ボアホール写真は、ボーリング孔の内壁をボアホールカメラで撮影して得られる画像データである。なお施工データは、施工中定期的(あるいは断続的)に取得され、例えば施工機械データは15cmほど掘進するたびに、スライム写真とスペクトルデータは1~2mほど掘進するたびに取得され、ボアホール写真は削孔が完了したタイミングで取得される。 Examples of construction data include "construction machine data," "slime photographs," "spectrum data," and "borehole photographs," as shown in FIG. 1, for example. Among these, the construction machine data is various information obtained from drilling machines (boring machines, drill jumbo, etc.) used for boring work, as will be described later. In addition, slime photography is image data obtained by photographing slime raised on the ground during drilling with a digital camera, etc., and spectral data is data obtained by photographing the slime with a hyperspectral camera or multispectral camera. be. However, it is preferable to take slime photos and spectrum data together with a color sample before acquiring them. A borehole photograph is image data obtained by photographing the inner wall of a borehole with a borehole camera. Construction data is acquired periodically (or intermittently) during construction; for example, construction machine data is acquired every time the excavation is approximately 15 cm, slime photographs and spectral data are acquired every time the excavation is approximately 1 to 2 m, and borehole photographs are acquired every time the excavation is approximately 1 to 2 m. Obtained when drilling is completed.

一方の地盤性状としては、例えば図1に示すように「地質区分」や、「土質区分」、「地盤の硬軟度」、「空洞状況」を挙げることができる。このうち地質区分は、例えば砂岩や花崗岩、粘板岩といった区分のことであり、土質区分は、砂質土や礫質土、粘性土といった区分のことである。また地盤の硬軟度は、いわゆる岩級区分などその強度を表す指標であり、空洞状況は、空洞の有無や大小、その規模など文字どおり空洞に関する状況のことである。 On the other hand, the ground properties include, for example, "geological classification", "soil classification", "hardness/softness of the ground", and "cavity condition" as shown in FIG. 1. Among these, geological classifications are, for example, classifications such as sandstone, granite, and slate, and soil classifications are classifications such as sandy soil, gravelly soil, and clayey soil. In addition, the hardness and softness of the ground is an indicator of its strength, such as the so-called rock class classification, and the condition of cavities literally refers to the conditions related to cavities, such as the presence or absence of cavities, their size, and their scale.

施工データに基づいて地盤性状を判定するにあたっては、機械学習によって生成される「学習済みモデル」が用いられる。すなわち、施工データを入力すると学習済みモデルが地盤性状を出力するわけである。なお学習済みモデルを生成するには、深層学習(deep learning)をはじめ、従来用いられている種々の機械学習技術を採用することができる。 A ``trained model'' generated by machine learning is used to determine ground properties based on construction data. In other words, when construction data is input, the learned model outputs ground properties. Note that in order to generate the learned model, various conventionally used machine learning techniques, including deep learning, can be employed.

機械学習によって学習済みモデルを生成するためには、教師データが用いられる。この教師データは、施工データに正解ラベル、つまり既知の地盤性状をラベル(以下、単に「地盤性状ラベル」という。)として付与したものである。そして、教師データを得るためにはあらかじめ試験的な施工(以下、単に「試験施工」という。)を行う必要があり、換言すれば、試験施工を実施したうえで実際の施工(以下、単に「本施工」という。)の際に地盤性状が判定される。なお試験施工では、本施工と同様の機械(特に、削孔用の機械)を使用することが望ましく、また少なくとも本施工で取得されるものと同様の施工データを取得する。そこで両者の施工データを区別するため、試験施工で得られるデータのことを「試験施工データ」と、本施工で得られるデータのことを「本施工データ」ということとする。あるいは、過去に実施された本施工を試験施工として取り扱うこともできる。つまり、過去に実施された本施工で得られる種々のデータに基づいて、施工データに地盤性状ラベルを付与することによって教師データを作成し、その教師データを学習することによって学習済みモデルを生成するわけである。もちろん、試験施工と過去の本施工で得られる情報を、それぞれ利用することによって教師データを作成することもできる。 Teacher data is used to generate a trained model using machine learning. This training data is obtained by adding a correct label to the construction data, that is, a known ground property as a label (hereinafter simply referred to as a "ground property label"). In order to obtain training data, it is necessary to conduct a trial construction (hereinafter simply referred to as "test construction") in advance.In other words, after carrying out the test construction, actual construction (hereinafter simply referred to as " The ground properties will be determined during the actual construction. In the test construction, it is desirable to use a machine similar to that used in the main construction (particularly a drilling machine), and at least obtain construction data similar to that obtained in the main construction. Therefore, in order to distinguish between the two types of construction data, the data obtained in the test construction will be referred to as "test construction data" and the data obtained in the actual construction will be referred to as "main construction data." Alternatively, actual construction carried out in the past can be treated as test construction. In other words, training data is created by attaching ground property labels to the construction data based on various data obtained from actual construction carried out in the past, and a trained model is generated by learning the training data. That's why. Of course, training data can also be created by using information obtained from test construction and past actual construction.

2.地盤性状判定システム
本願発明の地盤性状判定システムについて詳しく説明する。図2は、本願発明の地盤性状判定システム100の主な構成を示すブロック図である。この図に示すように本願発明の地盤性状判定システム100は、学習済みモデル生成手段101と地盤性状判定手段102を含んで構成され、また施工機械データ取得手段103や出力制御手段104、出力手段105、学習済みモデル記憶手段108、試験ボーリングデータ記憶手段109、試験施工データ記憶手段110、本施工データ記憶手段111を含んで構成することもでき、さらに後述する端末側送受信手段106や中央側送受信手段107、端末機器、中央装置を含んで構成することもできる。
2. Ground Property Determination System The ground property determination system of the present invention will be explained in detail. FIG. 2 is a block diagram showing the main configuration of the ground property determination system 100 of the present invention. As shown in this figure, the ground property determination system 100 of the present invention includes a learned model generation means 101 and a ground property determination means 102, and also includes a construction machine data acquisition means 103, an output control means 104, and an output means 105. , the learned model storage means 108, the test boring data storage means 109, the test construction data storage means 110, and the actual construction data storage means 111. 107, terminal equipment, and a central device.

地盤性状判定システム100を構成する主な要素のうち学習済みモデル生成手段101と地盤性状判定手段102、出力制御手段104は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、CPU等のプロセッサ、ROMやRAMといったメモリ、マウスやキーボード等の入力手段やディスプレイを具備するもので、パーソナルコンピュータ(PC)やサーバー、iPad(登録商標)といったタブレット型PC、スマートフォンを含む携帯端末などによって構成することができる。ディスプレイを具備したコンピュータ装置を利用する場合は、そのディスプレイを出力手段105として利用するとよい。 Among the main elements constituting the ground property determination system 100, the learned model generation means 101, the ground property determination means 102, and the output control means 104 can be manufactured as dedicated devices, or can be manufactured using general-purpose computer equipment. You can also. This computer device is equipped with a processor such as a CPU, memory such as ROM and RAM, input means such as a mouse and keyboard, and a display, and includes a personal computer (PC), a server, a tablet PC such as an iPad (registered trademark), and a smartphone. It can be configured by a mobile terminal, etc. If a computer device equipped with a display is used, the display may be used as the output means 105.

学習済みモデル記憶手段108と試験ボーリングデータ記憶手段109、試験施工データ記憶手段110、本施工データ記憶手段111は、汎用的コンピュータの記憶装置を利用することもできるし、データベースサーバーに構築することもできる。データベースサーバーに構築する場合、ローカルなネットワーク(LAN:Local Area Network)に置くこともできるし、インターネット経由で保存するクラウドサーバーとすることもできる。なおこれらの記憶手段は、それぞれ別体として構成することもできるし、2以上の記憶手段をまとめて構築することもできる。 The learned model storage means 108, the test boring data storage means 109, the test construction data storage means 110, and the main construction data storage means 111 can use a storage device of a general-purpose computer, or can be constructed in a database server. can. When building a database server, it can be placed on a local network (LAN: Local Area Network), or it can be a cloud server that stores it via the Internet. Note that these storage means can be constructed separately, or two or more storage means can be constructed together.

地盤性状判定システム100を構成する一部の要素は、汎用的なコンピュータ装置を利用することができると説明したが、図3に示すようにさらに端末機器と中央装置によって構成することもできる。端末機器は、実際にボーリング工事を行う施工班の近くに配置され、パーソナルコンピュータやタブレット型PC、スマートフォンなどを利用するとよい。一方の中央装置は、管理事務所や監督員詰め所など施工班とは異なる管理班に配置され、サーバーやパーソナルコンピュータなどを利用するとよい。また、端末機器に端末側送受信手段106を設けるとともに、中央装置に中央側送受信手段107を設けることによって、端末機器と中央装置は通信可能となり、これにより端末機器から中央装置に種々の情報(例えば、本施工データ)を送信したり、中央装置から端末機器に種々の情報(例えば、判定結果)を送信したりすることができる。なお図3では、2つの施工班に配置された端末機器がそれぞれ中央装置と接続されている例を示しているが、これに限らず1の端末機器、あるいは3以上の端末機器を中央装置と接続して運用することもできる。 Although it has been explained that some of the elements constituting the ground property determination system 100 can be made up of general-purpose computer devices, they can also be made up of terminal equipment and a central device as shown in FIG. 3. The terminal equipment may be placed near the construction team that actually performs the boring work, and may be a personal computer, tablet PC, smartphone, or the like. On the other hand, the central device may be placed in a management team different from the construction team, such as a management office or a supervisor's office, and may utilize a server, personal computer, or the like. Further, by providing the terminal side transmitting/receiving means 106 in the terminal device and the central side transmitting/receiving means 107 in the central device, the terminal device and the central device can communicate, and thereby various information (e.g. , actual construction data), and various information (for example, determination results) can be transmitted from the central device to the terminal device. Note that although Figure 3 shows an example in which terminal devices placed in two construction teams are each connected to the central device, this is not the only option. It can also be connected and operated.

以下、本願発明の地盤性状判定システム100を構成する主な要素ごとに詳しく説明する。 Hereinafter, each main element constituting the ground property determination system 100 of the present invention will be explained in detail.

(学習済みモデル生成手段)
学習済みモデル生成手段101は、学習済みモデルを生成する手段である。具体的には、深層学習といった機械学習技術を利用して教師データ(施工データに地盤性状ラベルが付されたデータ)を学習することによって、この学習済みモデルを生成する。そして教師データは、既述したとおり試験施工を行うことによって得ることができる。以下、教師データを得るまでの手順の一例について説明する。
(Learned model generation means)
The trained model generating means 101 is a means for generating a trained model. Specifically, this trained model is generated by learning teacher data (data in which ground property labels are attached to construction data) using machine learning technology such as deep learning. The training data can be obtained by performing test construction as described above. An example of the procedure for obtaining teacher data will be described below.

まず、試験用のボーリング孔(以下、単に「試験ボーリング孔」という。)を形成する。例えば本施工が、グラウンドアンカーの設置工事であって、ロータリーパーカッション式ボーリングマシンによって削孔する計画であれば、その計画された(あるいは同規格の)ロータリーパーカッション式ボーリングマシンを用いて試験ボーリング孔を削孔していくとよい。このとき、本施工にて取得を計画している施工データを取得しながら削孔する。例えば本施工において施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データの取得を計画している場合は、試験施工においても施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データを取得しながら削孔する。 First, a test borehole (hereinafter simply referred to as "test borehole") is formed. For example, if the main construction is ground anchor installation work and the plan is to drill a hole using a rotary percussion type boring machine, the test boring hole will be made using the planned (or the same standard) rotary percussion type boring machine. It is best to drill the holes. At this time, the holes are drilled while acquiring the construction data that is planned to be acquired during the main construction. For example, if you are planning to acquire construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data during main construction, you will also acquire construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data during test construction. Drill the hole while

ここで施工機械データとは、既述したとおりボーリング工事に使用される削孔機械(ボーリングマシンやドリルジャンボなど)から得られる種々の情報であり、削孔機械に搭載(あるいは装着)された施工機械データ取得手段103によって取得される。例えば施工機械データとしては、図4に示すようにボーリングマシンの削孔速度や給進力、トルク、送水圧、打撃圧、送水流量といったローデータ(生データ)をはじめ、これらローデータから求められる打撃エネルギー、打撃ブロー数、破壊エネルギー値、削孔エネルギー値などを挙げることができる。もちろんこれらに限らず、削孔中のビットの位置やロッドの挿入角度といった計測値などをはじめ、削孔機械に関する様々な情報を施工機械データとして取得することもできる。試験施工中、取得された施工機械データや、カメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データといった施工データ(つまり、試験施工データ)は、試験施工データ記憶手段110に記憶される(図2)。 As mentioned above, the construction machine data here refers to various information obtained from the drilling machines used for boring work (boring machines, drill jumbo, etc.) It is acquired by the machine data acquisition means 103. For example, construction machine data includes raw data such as drilling speed, feeding force, torque, water supply pressure, impact pressure, and water flow rate of a boring machine, as shown in Figure 4, and the raw data that can be obtained from these raw data. Examples include impact energy, number of impact blows, breaking energy value, and drilling energy value. Of course, the information is not limited to these, and various information regarding the drilling machine can also be acquired as construction machine data, including measured values such as the position of the bit during drilling and the insertion angle of the rod. During the test construction, construction data (that is, test construction data) such as construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data acquired during the test construction is stored in the test construction data storage means 110 (FIG. 2).

試験ボーリング孔が形成されると、取得したボーリングコアの観察を行う。また、得られたボーリングコアの1軸(あるいは3軸)圧縮試験を行ったり、孔内水平載荷試験を行ったり、削孔中に標準貫入試験を行ったり、所望の物理試験を行うことによって地盤の物理試験データを取得する。そして、ボーリングコアの観察結果と物理試験データを基に、人(例えば専門技術者)が試験ボーリング孔の地盤性状を評価する。具体的には、試験ボーリング孔を深度ごとのブロックに分割したうえで、そのブロックごとに地質区分と土質区分(あるいは、どちらか一方)を評価していく。このとき、地質区分や土質区分に加えて、地盤の硬軟度や空洞状況を評価することもできる。ここで得られる物理試験データや、ブロックごとの地盤性状(地質区分や土質区分など)は、試験ボーリングデータ記憶手段109に記憶される(図2)。 Once the test borehole is formed, the obtained boring core is observed. In addition, we conduct uniaxial (or triaxial) compression tests on the obtained boring cores, perform in-hole horizontal loading tests, perform standard penetration tests during drilling, and conduct desired physical tests to determine the ground conditions. Obtain physical test data. Then, based on the observation results of the borehole core and the physical test data, a person (for example, a specialized engineer) evaluates the ground properties of the test borehole. Specifically, the test borehole is divided into blocks according to depth, and the geological classification and soil type (or one or the other) are evaluated for each block. At this time, in addition to geological classification and soil type classification, it is also possible to evaluate the hardness and softness of the ground and the condition of cavities. The physical test data obtained here and the ground properties for each block (geological classification, soil classification, etc.) are stored in the test boring data storage means 109 (FIG. 2).

一方、試験ボーリング孔を削孔している間、施工機械データやカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データといった試験施工データが得られており、特に施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データは、掘削深度ごとに複数のデータが得られている。そして、これら試験施工データが取得されたときの深度に基づいて、それぞれの試験施工データに対して地盤性状(地質区分や土質区分など)を関連付け、それぞれの試験施工データに地質区分ラベルや土質区分ラベル、硬軟度ラベル、空洞ラベルといった地盤性状ラベルを付与することによって教師データを作成する。 On the other hand, while drilling test boreholes, test construction data such as construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data are obtained, especially construction machine data, camera image data, and spectral image data. Multiple data are obtained for each excavation depth. Based on the depth at which these test construction data were acquired, ground properties (geological classification, soil classification, etc.) are associated with each test construction data, and each test construction data is associated with a geological classification label and soil classification. Teacher data is created by adding soil property labels such as labels, hardness/softness labels, and cavity labels.

教師データは、評価された地盤性状の種別に応じて作成するとよい。例えば、専門技術者が地質区分と土質区分について評価したときは、試験施工データに地質区分ラベルと土質区分ラベルを付与して教師データを作成し、専門技術者が地質区分と土質区分、地盤の硬軟度、空洞状況について評価したときは、試験施工データに地質区分ラベルと土質区分ラベル、硬軟度ラベル、空洞ラベルを付与して教師データを作成する。 The training data may be created according to the type of ground properties evaluated. For example, when a specialized engineer evaluates the geological classification and soil type, the training data is created by adding geological classification labels and soil type labels to the test construction data, and the specialized engineer evaluates the geological classification, soil type, and soil type. When hardness/softness and cavity conditions are evaluated, training data is created by adding geological classification labels, soil type classification labels, hardness/softness labels, and cavity labels to the test construction data.

また教師データは、取得した試験施工データの種別に応じて作成するとよい。例えば、試験施工データとして施工機械データのみが取得されているケースでは、その施工機械データに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成するが、試験施工データとして施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データが取得されているケースでは、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データそれぞれに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成する。あるいは、試験施工データとして施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データが取得されているケースでは、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データからなるデータセット(削孔深度に応じたデータセット)に対して、つまりデータセットごとに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成することもできる。 Further, the teacher data may be created according to the type of the acquired test construction data. For example, in a case where only construction machine data is acquired as test construction data, training data is created by adding a ground property label to the construction machine data. In cases where image data and borehole image data have been acquired, training data is created by adding ground property labels to each of the construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data. Alternatively, in a case where construction machine data, camera image data, and spectral image data are acquired as test construction data, a dataset consisting of construction machine data, camera image data, and spectral image data (data set according to drilling depth) In other words, it is also possible to create training data by assigning a ground property label to each data set.

既述したとおり教師データは、必ずしも試験施工(この場合、本施工ではないという意味)を実施したうえで作成する必要はなく、過去の本施工で得られた種々の情報に基づいて教師データを作成することもできるし、試験施工を行って得られる各種情報と過去の本施工で得られた各種情報に基づいて教師データを作成することもできる。 As mentioned above, training data does not necessarily need to be created after carrying out test construction (in this case, meaning not actual construction), but training data can be created based on various information obtained from past actual construction. Alternatively, training data can be created based on various information obtained from test construction and various information obtained from past actual construction.

学習済みモデル生成手段101は、このような手順で得られた数多くの教師データを学習することによって学習済みモデルを生成する。なお教師データは、1の試験ボーリング孔から作成することもできるし、2以上の試験ボーリング孔を形成したうえで作成することもできる。学習済みモデル生成手段101によって生成された学習済みモデルは、学習済みモデル記憶手段108に記憶される(図2)。 The learned model generation means 101 generates a learned model by learning a large amount of teacher data obtained through such a procedure. Note that the teacher data can be created from one test borehole, or can be created after forming two or more test boreholes. The trained model generated by the trained model generation means 101 is stored in the trained model storage means 108 (FIG. 2).

(地盤性状判定手段)
本施工中、取得された施工機械データや、カメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データといった施工データ(つまり、本施工データ)は、本施工データ記憶手段111に記憶される(図2)。そして地盤性状判定手段102は、本施工データ記憶手段111から本施工データを読み出すとともに、その本施工データを学習済みモデルに入力することによって地盤性状(地質区分や土質区分など)を出力する。既述したとおり施工データは、施工中定期的(あるいは断続的)に取得される。そのため地盤性状判定手段102は、本施工データが取得されるたびに、換言すれば削孔深度ごとに地盤性状を出力することもできる。これにより、例えばグラウンドアンカーの削孔を行っているときにリアルタイムで定着層の位置やその物性値を把握することができ、その結果、計画よりも短い削孔長で足りることが判明したり、逆に計画よりも長く削孔しなければ機能しないことが判明したりするなど、効率的かつ効果的な施工を実現することができる。
(Means for determining ground properties)
During the actual construction, construction data (that is, actual construction data) such as acquired construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data is stored in the actual construction data storage means 111 (FIG. 2). Then, the ground property determining means 102 reads out the actual construction data from the actual construction data storage means 111, and outputs the ground properties (geological classification, soil classification, etc.) by inputting the actual construction data into the learned model. As mentioned above, construction data is acquired periodically (or intermittently) during construction. Therefore, the ground property determining means 102 can also output the ground property each time the main construction data is acquired, in other words, for each drilling depth. For example, when drilling a hole for a ground anchor, it is possible to grasp the position of the anchoring layer and its physical properties in real time, and as a result, it is possible to find out that a shorter hole length than planned is sufficient On the other hand, it is possible to realize efficient and effective construction by discovering that it will not work unless the hole is drilled longer than planned.

(出力制御手段)
地盤性状判定手段102によって判定された地盤性状(地質区分や土質区分など)は、ディスプレイやプリンタといった出力手段105に出力される。このとき、削孔深度ごとの地盤性状をリスト形式で出力することもできるし、図面形式で出力することもできる。また出力制御手段104によって、本施工によって形成されたボーリング孔(以下、単に「本ボーリング孔」という。)の形状とともに、削孔深度ごとの地盤性状を2次元(2D)や3次元(3D)で表示することもできる。
(Output control means)
The ground properties (geological classification, soil classification, etc.) determined by the ground property determining means 102 are output to an output means 105 such as a display or a printer. At this time, the ground properties for each drilling depth can be output in list format or in drawing format. In addition, the output control means 104 controls the shape of the borehole formed by the main construction (hereinafter simply referred to as "the main borehole") as well as the ground properties for each drilling depth in two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D). It can also be displayed.

施工機械データとして削孔中のビットの位置やロッドの挿入角度といった計測値などが取得されているケースでは、削孔の形状(つまり、実績出来形)を施工の進捗に応じて把握することができる。したがって出力制御手段104は、図5に示すように本ボーリング孔を3D(あるいは2D)で出力手段105に表示することができるわけである。また出力制御手段104は、図6に示すように計画されたボーリング孔(以下、「計画ボーリング孔DP」という。)の形状(削孔形状)と、実績出来形である本ボーリング孔(以下、「出来形ボーリング孔DA」という。)の形状を重複したうえで、出力手段105に3D(あるいは2D)で表示することもできる。なお、図6(a)では計画ボーリング孔DPのみを破線で示し、図6(b)は計画ボーリング孔DPと出来形ボーリング孔DAの重複表示を示している。 In cases where measurement values such as the position of the bit during drilling and the insertion angle of the rod are acquired as construction machine data, it is possible to understand the shape of the drilling hole (in other words, the actual finished shape) according to the progress of construction. can. Therefore, the output control means 104 can display the main borehole in 3D (or 2D) on the output means 105 as shown in FIG. In addition, the output control means 104 controls the shape (drilling shape) of a planned borehole (hereinafter referred to as "planned borehole DP") as shown in FIG. It is also possible to overlap the shape of the "as-built borehole DA" and display it in 3D (or 2D) on the output means 105. In addition, in FIG. 6(a), only the planned borehole DP is shown by a broken line, and FIG. 6(b) shows an overlapping display of the planned borehole DP and the completed borehole DA.

また図6(b)では、削孔深度ごとの地盤性状を出来形ボーリング孔DA上に表示している。このとき異なる地盤性状は、色や濃淡、パターン(模様)を変えることによって表示するとよい。また、図3に示すように端末機器と中央装置によって構成する場合、ボーリング工事を行う施工班でも端末機器の出力手段105に表示された情報をリアルタイムで確認することができる。例えば、端末機器の端末側送受信手段106を利用して中央装置に本施工データを送信し、これを中央側送受信手段107が受信して地盤性状判定手段102が削孔深度ごとの地盤性状を判定するとともに端末機器に送信することによって、施工班では削孔深度ごとの地盤性状を計画ボーリング孔DPや出来形ボーリング孔DAとともに逐次確認することができるわけである。 Further, in FIG. 6(b), the ground properties for each drilling depth are displayed on the completed borehole DA. At this time, different ground properties may be displayed by changing colors, shading, and patterns. Furthermore, when the system is configured with terminal equipment and a central device as shown in FIG. 3, even the construction team performing boring work can check the information displayed on the output means 105 of the terminal equipment in real time. For example, the main construction data is transmitted to the central device using the terminal-side transmitting/receiving means 106 of the terminal device, the central transmitting/receiving means 107 receives this, and the ground property determining means 102 determines the ground property for each drilling depth. At the same time, by transmitting the information to the terminal device, the construction team can sequentially confirm the ground properties for each drilling depth along with the planned borehole DP and finished borehole DA.

(使用例)
図7と図8を参照しながら、本願発明の地盤性状判定システム100を使用する例について説明する。図7は、試験施工を実施しつつ、地盤性状判定システム100を使用して学習済みモデルを生成するまでの主な処理の流れを示すフロー図である。また図8は、本施工を実施する中で、地盤性状判定システム100を使用して地盤性状を判定してその結果を表示する主な処理の流れを示すフロー図である。なお図7と図8は、それぞれ中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な情報等を、右列にはその処理から生ずる情報等を示している。
(Example of use)
An example of using the ground property determination system 100 of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a flowchart illustrating the main process flow from performing test construction to generating a learned model using the ground property determination system 100. Moreover, FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the main process of determining the ground properties using the ground properties determination system 100 and displaying the results while carrying out the main construction. In FIGS. 7 and 8, the center column shows the process to be performed, the left column shows information necessary for the process, and the right column shows information generated from the process.

学習済みモデルを生成するにあたっては、図7に示すようにまず試験ボーリング孔を形成するための削孔を行う(図7のStep211)。このとき、本施工で計画されているものと同様の掘削機械を使用して削孔するとよい。試験ボーリング孔の削孔中は、ボーリングコアを採取し(図7のStep212)、本施工で計画されているものと同様の施工データ(試験施工データ)を取得し(図7のStep213)、また必要に応じて標準貫入試験を行う。 To generate a trained model, first, as shown in FIG. 7, drilling is performed to form a test borehole (Step 211 in FIG. 7). At this time, it is advisable to drill holes using the same excavating machine as that planned for this construction. During drilling of the test borehole, a boring core is collected (Step 212 in Figure 7), construction data (test construction data) similar to that planned in the main construction is obtained (Step 213 in Figure 7), and Perform standard penetration tests as necessary.

試験ボーリング孔が形成されると、孔内水平載荷試験やボーリングコアの圧縮試験など物理試験を行うことによって地盤の物理試験データを取得し(図7のStep214)、取得したボーリングコアの観察を行う。そして例えば専門技術者が、物理試験データとボーリングコアの観察結果を基に、試験ボーリング孔の深度ブロックごとに地盤性状を評価する。ここでは地盤性状として、地質区分と土質区分(あるいは、どちらか一方)を評価することもできるし、あるいは地質区分や土質区分に加えて地盤の硬軟度や空洞状況を評価することもできる(図7のStep215)。 Once the test borehole is formed, physical test data of the ground is obtained by conducting physical tests such as a horizontal loading test in the hole and a compression test of the boring core (Step 214 in Figure 7), and the obtained boring core is observed. . Then, for example, a specialized engineer evaluates the ground properties for each depth block of the test borehole based on the physical test data and the observation results of the boring core. Here, as ground properties, it is possible to evaluate the geological classification and soil type (or either one), or in addition to the geological classification and soil type, it is also possible to evaluate the hardness and softness of the ground and the condition of cavities (Fig. 7, Step 215).

地盤性状を評価すると、その取得深度に基づいてそれぞれの試験施工データに地盤性状を関連付け、さらにそれぞれの試験施工データに対して地盤性状ラベルを付与することによって教師データを作成する(図7のStep216)。ことのき、評価された地盤性状の種別に応じて教師データを作成するとよい。例えば、専門技術者が地質区分と土質区分について評価したときは、試験施工データに地質区分ラベルと土質区分ラベルを付与して教師データを作成し、専門技術者が地質区分と土質区分、地盤の硬軟度、空洞状況について評価したときは、試験施工データに地質区分ラベルと土質区分ラベル、硬軟度ラベル、空洞ラベルを付与して教師データを作成する。 Once the ground properties are evaluated, training data is created by associating the ground properties with each test construction data based on the acquired depth and further adding a ground property label to each test construction data (Step 216 in Figure 7). ). It is advisable to create training data according to the type of ground properties evaluated. For example, when a specialized engineer evaluates the geological classification and soil type, the training data is created by adding geological classification labels and soil type labels to the test construction data, and the specialized engineer evaluates the geological classification, soil type, and soil type. When hardness/softness and cavity conditions are evaluated, training data is created by adding geological classification labels, soil type classification labels, hardness/softness labels, and cavity labels to the test construction data.

また教師データは、取得した試験施工データの種別に応じて作成するとよい。例えば、試験施工データとして施工機械データのみが取得されているケースでは、その施工機械データに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成し、試験施工データとして施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データが取得されているケースでは、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データそれぞれに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成する。あるいは、試験施工データとして施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データが取得されているケースでは、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データからなるデータセットごとに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成することもできる。 Further, the teacher data may be created according to the type of the acquired test construction data. For example, in a case where only construction machine data is acquired as test construction data, training data is created by adding a ground property label to the construction machine data, and the construction machine data, camera image data, and spectral image are used as test construction data. In the case where data and borehole image data have been acquired, training data is created by adding ground property labels to each of the construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data. Alternatively, in cases where construction machine data, camera image data, and spectral image data are acquired as test construction data, a ground property label can be assigned to each data set consisting of construction machine data, camera image data, and spectral image data. You can also create data.

教師データを作成すると、深層学習といった機械学習技術を利用してこれら教師データを学習することによって、学習済みモデル生成手段101が学習済みモデルを生成する(図7のStep217)。 Once the training data is created, the trained model generation means 101 generates a trained model by learning the training data using machine learning technology such as deep learning (Step 217 in FIG. 7).

試験施工を実施して学習済みモデルを生成すると本施工を行う。本施工を行うにあたっては、図3に示すように、管理班に中央装置を配置するとともに、施工班の近くに端末機器を配置するとよい。中央装置や端末機器の配置を行い、そのほか必要な仮設工事など準備工が完了すると、図8に示すように本ボーリング孔を形成するための削孔を行う(図8のStep221)。このとき、試験施工で採用されたものと同様の掘削機械を使用して削孔するとよい。 After carrying out the test construction and generating a trained model, the main construction is performed. When carrying out this construction, it is preferable to arrange a central device in the management team and to arrange terminal equipment near the construction team, as shown in FIG. After the central equipment and terminal equipment are arranged and other necessary temporary construction work and other preparatory work is completed, drilling is performed to form the main borehole as shown in FIG. 8 (Step 221 in FIG. 8). At this time, it is advisable to drill the hole using the same excavating machine as that used in the test construction.

本ボーリング孔の削孔中は、少なくとも試験施工で取得されたものと同様の施工データ(本施工データ)、つまり教師データと同種の施工データを取得する。例えば図8では、削孔が進むたびに施工機械データ取得手段103によって施工機械データが取得され(図8のStep222)、スライムが得られるたびにカメラ画像データとスペクトル画像データが取得されている(図8のStep223)。またこの例では、これらの本施工データに加え、削孔が進むたびに削孔中のビットの位置やロッドの挿入角度といった計測値が取得されており、つまり削孔の進捗に応じて本ボーリング孔の実績出来形(削孔形状)を把握している(図8のStep224)。 During drilling of the main borehole, at least construction data similar to that obtained in the test construction (main construction data), that is, construction data of the same type as the teacher data is acquired. For example, in FIG. 8, construction machine data is acquired by the construction machine data acquisition means 103 each time drilling progresses (Step 222 in FIG. 8), and camera image data and spectral image data are acquired each time slime is obtained ( Step 223 in FIG. 8). Additionally, in this example, in addition to these actual construction data, measured values such as the position of the bit during drilling and the insertion angle of the rod are acquired each time drilling progresses. The actual shape of the hole (drilled shape) is known (Step 224 in FIG. 8).

本施工データが取得されると、その本施工データが地盤性状判定手段102に入力され、そして地盤性状判定手段102が本施工データに係る地盤性状を出力する(図8のStep225)。このとき、教師データと同種の施工データが取得されていることから、教師データと同種の施工データが地盤性状判定手段102に入力される。例えば、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データに地盤性状ラベルが付与された教師データを機械学習したケースでは、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データが地盤性状判定手段102に入力されるわけである。 When the actual construction data is acquired, the actual construction data is input to the ground property determining means 102, and the soil property determining means 102 outputs the ground property related to the actual construction data (Step 225 in FIG. 8). At this time, since the same type of construction data as the teacher data has been acquired, the same type of construction data as the teacher data is input to the ground property determining means 102. For example, in a case where machine learning is performed using training data in which ground property labels are attached to construction machine data, camera image data, and spectral image data, the construction machine data, camera image data, and spectral image data are input to the ground property determination means 102. That's why.

また地盤性状判定手段102は、当然ながら学習済みモデルを生成する際に用いた教師データと同種の地盤性状を出力する。例えば、地質区分ラベルと土質区分ラベルが付与された教師データを機械学習したケースでは、地盤性状判定手段102は地盤性状として地質区分と土質区分を出力し、地質区分ラベルと土質区分ラベル、硬軟度ラベル、空洞ラベルが付与された教師データを機械学習したケースでは、地盤性状判定手段102は地盤性状として地質区分と土質区分、地盤の硬軟度、空洞状況を出力する。なお、例えば施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データそれぞれに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成した場合は、入力された施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データそれぞれについて地盤性状を出力する。一方、例えば施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データからなるデータセットに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成した場合は、データセットごとに地盤性状を出力する。 Also, the ground property determining means 102 naturally outputs the same type of ground property as the teacher data used to generate the learned model. For example, in a case where training data to which a geological classification label and a soil classification label are assigned is subjected to machine learning, the ground property determining means 102 outputs the geological classification and soil classification as the ground properties, and outputs the geological classification label, soil classification label, hardness and softness. In the case where training data to which labels and cavity labels have been assigned is subjected to machine learning, the ground property determining means 102 outputs the geological classification, soil classification, hardness and softness of the ground, and cavity status as the ground properties. For example, if training data is created by assigning soil property labels to each of the construction machine data, camera image data, and spectral image data, the ground properties will be assigned to each of the input construction machine data, camera image data, and spectral image data. Output. On the other hand, if the teacher data is created by adding a ground property label to a data set consisting of construction machine data, camera image data, and spectral image data, for example, the ground property is output for each data set.

図3に示すように端末機器と中央装置によって構成する場合、端末機器を用いて本施工データを入力し、中央装置の地盤性状判定手段102が地盤性状を出力する仕様とすることもできる。すなわち、施工班の近くに配置された端末機器に本施工データを入力すると、その本施工データが端末側送受信手段106によって中央側送受信手段107に送信され、中央装置の地盤性状判定手段102がその本施工データを取り込んで地盤性状を出力するわけである。この場合、地盤性状判定手段102によって出力された地盤性状は、端末機器に送信してその出力手段105に表示するとよい。 As shown in FIG. 3, when the system is configured by a terminal device and a central device, the main construction data can be input using the terminal device, and the ground property determining means 102 of the central device can output the ground property. That is, when the actual construction data is input to a terminal device placed near the construction team, the actual construction data is transmitted by the terminal-side transmitting/receiving means 106 to the central-side transmitting/receiving means 107, and the ground property determining means 102 of the central device reads the actual construction data. The actual construction data is taken in and the ground properties are output. In this case, the ground properties output by the ground property determining means 102 may be transmitted to the terminal device and displayed on the output means 105 thereof.

地盤性状判定手段102によって地盤性状出力されると、出力制御手段104が図5に示すように本ボーリング孔を3D(あるいは2D)で出力手段105に表示する(図8のStep226)。あるいは、図6に示すように計画ボーリング孔DPの形状(削孔形状)と、出来形ボーリング孔DAの形状を重複表示するとともに、色や濃淡、パターンを用いて地盤性状の種別を示すこともできる。 When the ground properties are outputted by the ground properties determination means 102, the output control means 104 displays the main borehole in 3D (or 2D) on the output means 105 as shown in FIG. 5 (Step 226 in FIG. 8). Alternatively, as shown in Figure 6, the shape of the planned borehole DP (drilled hole shape) and the shape of the finished borehole DA may be displayed overlappingly, and the type of ground properties may be indicated using colors, shading, and patterns. can.

本願発明の地盤性状判定システムは、斜面等の対策工としてのグラウンドアンカー工事や、トンネル工事、深層混合による地盤改良工事など、ボーリングを伴う種々の施工に利用することができる。本願発明によれば、高精度の情報化施工が可能であり、その結果、トンネル構造物や基礎地盤など高品質の社会基盤(社会インフラストラクチャ)を構築することができ、また斜面等における適切な災害対策を図ることができることを考えると、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。 The ground property determination system of the present invention can be used in various construction works that involve boring, such as ground anchor construction as a measure against slopes, tunnel construction, and ground improvement work by deep mixing. According to the present invention, highly accurate information-based construction is possible, and as a result, high-quality social infrastructure such as tunnel structures and foundations can be constructed, and appropriate construction on slopes, etc. Considering that this invention can be used as a countermeasure against disasters, it can be said that this invention is not only useful in industry, but can also be expected to make a significant contribution to society.

100 本願発明の地盤性状判定システム
101 (地盤性状判定システムの)学習済みモデル生成手段
102 (地盤性状判定システムの)地盤性状判定手段
103 (地盤性状判定システムの)施工機械データ取得手段
104 (地盤性状判定システムの)出力制御手段
105 (地盤性状判定システムの)出力手段
106 (地盤性状判定システムの)端末側送受信手段
107 (地盤性状判定システムの)中央側送受信手段
108 (地盤性状判定システムの)学習済みモデル記憶手段
109 (地盤性状判定システムの)試験ボーリングデータ記憶手段
110 (地盤性状判定システムの)試験施工データ記憶手段
111 (地盤性状判定システムの)本施工データ記憶手段
DA 出来形ボーリング孔
DP 計画ボーリング孔
100 Ground property determination system of the present invention 101 Learned model generation means (of the ground property determination system) 102 Ground property determination means (of the soil property determination system) 103 Construction machine data acquisition means (of the soil property determination system) 104 (Soil property Output control means (of the judgment system) 105 Output means (of the ground property judgment system) 106 Terminal-side transmission/reception means (of the ground property judgment system) 107 Central-side transmission/reception means (of the ground property judgment system) 108 Learning (of the ground property judgment system) Completed model storage means 109 Test boring data storage means (of the soil property determination system) 110 Test construction data storage means (of the soil property determination system) 111 Main construction data storage means (of the soil property determination system) DA As-built borehole DP Plan borehole

Claims (5)

削孔又は掘削を行う対象地盤の性状を判定するシステムであって、
地質区分ラベル及び/又は土質区分ラベルが付された教師データを機械学習することによって、学習済みモデルを生成する学習済みモデル生成手段と、
削孔中又は掘削中に取得された施工データを前記学習済みモデルに入力することによって、前記対象地盤の地質区分及び/又は土質区分を判定する地盤性状判定手段と、を備え、
前記教師データは、削孔機械又は掘削機械から得られる施工に関する施工機械データ、削孔又は掘削によって得られる地盤スライムを撮影して得られるカメラ画像データ、該地盤スライムをスペクトルカメラで取得して得られるスペクトル画像データ、削孔後又は掘削後にボアホールカメラで撮影して得られるボアホール画像データから選択される1又は2以上のデータに、前記地質区分ラベル及び/又は前記土質区分ラベルが付されることで生成され、
前記学習済みモデルに入力される前記施工データは、前記施工機械データ、前記カメラ画像データ、前記スペクトル画像データ、前記ボアホール画像データから選択される1又は2以上のデータであって、機械学習に用いられた前記教師データと同種のデータである、
ことを特徴とする地盤性状判定システム。
A system for determining the properties of target ground for drilling or excavation,
a trained model generating means for generating a trained model by machine learning training data attached with geological classification labels and/or soil classification labels;
A ground property determining means for determining the geological classification and/or soil classification of the target ground by inputting construction data acquired during drilling or excavation into the learned model,
The teacher data includes construction machine data related to construction obtained from a drilling machine or an excavation machine, camera image data obtained by photographing ground slime obtained by drilling or excavation, and data obtained by capturing the ground slime with a spectral camera. The geological classification label and/or the soil quality classification label is attached to one or more data selected from spectral image data obtained by photographing with a borehole camera after drilling or excavation. is generated with
The construction data input to the trained model is one or more data selected from the construction machine data, the camera image data, the spectral image data, and the borehole image data, and is used for machine learning. is the same type of data as the teacher data obtained.
A ground property determination system characterized by:
前記学習済みモデル生成手段は、地盤の硬軟度ラベルが付された前記教師データを機械学習することによって、前記学習済みモデルを生成し、
前記地盤性状判定手段は、前記学習済みモデルに前記施工データが入力されると、前記対象地盤の硬軟度を判定する、
ことを特徴とする請求項1記載の地盤性状判定システム。
The learned model generation means generates the learned model by machine learning the teacher data labeled with the hardness/softness of the ground,
The ground property determining means determines the hardness and softness of the target ground when the construction data is input to the learned model.
The ground property determination system according to claim 1, characterized in that:
前記学習済みモデル生成手段は、地盤の空洞ラベルが付された前記教師データを機械学習することによって、前記学習済みモデルを生成し、
前記地盤性状判定手段は、前記学習済みモデルに前記施工データが入力されると、前記対象地盤の空洞の状況を判定する、
ことを特徴とする請求項1記載の地盤性状判定システム。
The learned model generation means generates the learned model by machine learning the teacher data labeled with a ground cavity label,
When the construction data is input to the learned model, the ground property determining means determines the condition of the cavity in the target ground.
The ground property determination system according to claim 1, characterized in that:
1又は2以上の端末機器と、
前記端末機器と通信可能な中央装置と、をさらに備え、
前記端末機器を用いて入力された前記施工データは前記中央装置に送信され、
前記中央装置は、前記施工データを受信するとともに、前記地盤性状判定手段に該施工データを入力することによって前記対象地盤の地質区分及び/又は土質区分を判定し、
前記端末機器は、前記地盤性状判定手段によって判定された結果をリアルタイムで出力し得る、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の地盤性状判定システム。
one or more terminal devices;
further comprising a central device capable of communicating with the terminal device,
The construction data input using the terminal device is transmitted to the central device,
The central device receives the construction data and determines the geological classification and/or soil classification of the target ground by inputting the construction data into the ground property determining means,
The terminal device can output the results determined by the ground property determining means in real time.
The ground property determination system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
前記端末機器は、施工の進捗に伴う削孔又は掘削の実績出来形と、計画された削孔形状又は掘削形状と、を重ねて2次元又は3次元表示し得る、
ことを特徴とする請求項4記載の地盤性状判定システム。
The terminal device can display the actual result of drilling or excavation according to the progress of construction and the planned drilling shape or excavation shape in a two-dimensional or three-dimensional manner.
5. The ground property determination system according to claim 4.
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