JP6949623B2 - Operation setting presentation device and program - Google Patents

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Description

本発明は、操作設定提示装置、及びプログラムに関する。 The present invention relates to an operation setting presentation device and a program.

従来、土圧式シールド工法(泥土圧シールド工法)によりトンネルなどを築造する際、シールド掘削機が掘削する現場の施工環境(土質、水圧など地山の状態)は、現場の位置により刻々と変化する。そのため、予め計画されている掘進指示と施工環境に対応して測定される各種測定装置からの測定データとを比較したり、測定データを監視したりしながら、オペレータが手動でシールド掘削機の操作を行う。例えば、土圧式シールド工法では、オペレータが掘進時のチャンバー内の土圧を監視しながらチャンバー内の土圧が所定の範囲となるように掘削で生じた土を排土する操作を行う。例えば、オペレータは、スクリューコンベアの回転速度の設定値を手動で変化させることで所定時間に排土される量を制御し、チャンバー内の土圧が所定の範囲内となるように操作を行う(例えば、特許文献1)。 Conventionally, when constructing a tunnel or the like by the soil pressure shield method (mud pressure shield method), the construction environment (soil quality, water pressure, etc.) of the site excavated by the shield excavator changes from moment to moment depending on the location of the site. .. Therefore, the operator manually operates the shield excavator while comparing the pre-planned excavation instruction with the measurement data from various measuring devices measured according to the construction environment and monitoring the measurement data. I do. For example, in the earth pressure type shield method, the operator monitors the earth pressure in the chamber at the time of excavation and discharges the soil generated by excavation so that the earth pressure in the chamber falls within a predetermined range. For example, the operator controls the amount of soil discharged in a predetermined time by manually changing the set value of the rotation speed of the screw conveyor, and operates so that the earth pressure in the chamber is within a predetermined range ( For example, Patent Document 1).

特開2013−199772号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-199772

しかしながら、スクリューコンベアの回転速度を調整してチャンバー内の土圧が所定の範囲内となるように操作するには、掘進速度とスクリューコンベアによる排土速度をバランスさせる必要がある。掘進速度はカッタートルクや総推力など多数のデータと密接に関係する。そのため、多数のデータを監視しながらスクリューコンベアの回転速度を操作しなければならず、操作は熟練度の高いオペレータでなければ難しい。
熟練したオペレータは減少の傾向にあり、確保することが難しく、また、熟練度の高いオペレータを要請するには多大な時間を要する。また、熟練したオペレータであっても操作のタイミングや設定値を誤ることがあり、シールド掘削機に対する操作が適切に行われない場合、掘削されたトンネルの設計に対する精度や安全性が低下してしまう懸念がある。
このため、シールド掘削機における操作の設定値が適切に提示される方法が求められている。
However, in order to adjust the rotation speed of the screw conveyor so that the earth pressure in the chamber is within a predetermined range, it is necessary to balance the excavation speed and the earth discharge speed by the screw conveyor. The excavation speed is closely related to a large number of data such as cutter torque and total thrust. Therefore, it is necessary to operate the rotation speed of the screw conveyor while monitoring a large amount of data, and the operation is difficult unless the operator has a high degree of skill.
The number of skilled operators is decreasing, it is difficult to secure them, and it takes a lot of time to request highly skilled operators. In addition, even a skilled operator may make a mistake in the operation timing and set values, and if the shield excavator is not operated properly, the accuracy and safety of the excavated tunnel design will decrease. There are concerns.
Therefore, there is a demand for a method in which the set value of the operation in the shield excavator is appropriately presented.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シールド掘削機における精度のよい操作の設定値を示すことができる操作設定提示装置、及びプログラムを提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an operation setting presenting device and a program capable of showing accurate operation setting values in a shield excavator. ..

上述した課題を解決するために本発明の一実施形態の操作設定提示装置は、シールド掘削機の掘削状況に関する掘削状況データに当該掘削状況におけるシールド掘削機における操作の設定値に関する設定データが付された学習データを用いて機械学習を実行することにより、シールド掘削機における操作の設定値を予測する設定予測モデルを作成するモデル作成部を備え、前記掘削状況データには、シールド掘削機の施工環境に関する環境データ、及び前記環境データに対応するシールド掘削機の掘削動作に関する動作データが含まれ、前記環境データには、指示土圧、及び制御土圧が含まれ、前記動作データには、シールド掘削機のスクリューコンベアに関する測定値が含まれ、前記設定データには、前記スクリューコンベアに関する操作の設定値が含まれることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, in the operation setting presentation device of the embodiment of the present invention, the setting data regarding the operation setting value of the shield excavator in the excavation situation is added to the excavation status data regarding the excavation status of the shield excavator. It is equipped with a model creation unit that creates a setting prediction model that predicts the set value of the operation in the shield excavator by executing machine learning using the training data, and the excavation status data includes the construction environment of the shield excavator. Environmental data related to, and operation data related to the excavation operation of the shield excavator corresponding to the environmental data are included, the environmental data includes indicated soil pressure and control soil pressure, and the operation data includes shield excavation. It is characterized in that the measured value relating to the screw conveyor of the machine is included, and the setting data includes the setting value of the operation relating to the screw conveyor.

また、本発明の一実施形態の操作設定提示装置では、前記モデル作成部は、前記掘削状況データに前記設定データが付されたデータの中から選択されたデータを学習データとして用いることにより機械学習を実行することを特徴とする。 Further, in the operation setting presentation device according to the embodiment of the present invention, the model creation unit uses the data selected from the data to which the setting data is attached to the excavation status data as training data to perform machine learning. It is characterized by executing.

また、本発明の一実施形態の操作設定提示装置では、前記モデル作成部は、前記制御土圧と、前記指示土圧との差分が所定の閾値以下である前記掘削状況データを選択し、選択した前記掘削状況データに前記設定データが付された学習データを用いて機械学習を実行することを特徴とする。 Further, in the operation setting presentation device according to the embodiment of the present invention, the model creation unit selects and selects the excavation status data in which the difference between the controlled earth pressure and the indicated earth pressure is equal to or less than a predetermined threshold value. It is characterized in that machine learning is executed using the learning data in which the setting data is attached to the excavation status data.

また、本発明の一実施形態の操作設定提示装置は、所定の時間毎に前記掘削状況データを取得する掘削状況データ取得部と、前記モデル作成部により作成された前記設定予測モデルを用いて、前記掘削状況データに示される状況におけるシールド掘削機における操作の設定値を予測する予測部と、前記予測部により予測された予測結果を出力する出力部をさらに備えることを特徴とする。 Further, the operation setting presentation device according to the embodiment of the present invention uses the excavation status data acquisition unit that acquires the excavation status data at predetermined time intervals and the setting prediction model created by the model creation unit. It is further provided with a prediction unit that predicts a set value of an operation in the shield excavator in the situation shown in the excavation status data, and an output unit that outputs a prediction result predicted by the prediction unit.

また、本発明の一実施形態の操作設定提示装置は、前記所定の時間毎に前記設定データを取得する設定データ取得部と、前記掘削状況データ取得部により取得された前記掘削状況データに前記設定データ取得部により取得された前記設定データを対応づけたデータを記憶する記憶部をさらに備え、前記予測部は、前記記憶部に記憶されたデータを用いて前記モデル作成部に機械学習を実行させることにより前記設定予測モデルを更新することを特徴とする。 Further, the operation setting presentation device according to the embodiment of the present invention sets the setting data acquisition unit for acquiring the setting data at predetermined time intervals and the drilling status data acquired by the excavation status data acquisition unit. A storage unit that stores data associated with the setting data acquired by the data acquisition unit is further provided, and the prediction unit causes the model creation unit to execute machine learning using the data stored in the storage unit. This is characterized by updating the setting prediction model.

また、本発明の一実施形態のプログラムは、コンピュータに上述した操作設定提示装置として機能させるためのプログラムである。 Further, the program of one embodiment of the present invention is a program for causing a computer to function as the above-mentioned operation setting presenting device.

以上説明したように、この発明によれば、シールド掘削機における精度のよい操作の設定値を示すことができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to show the set value of the operation with high accuracy in the shield excavator.

実施形態の操作設定提示装置100が設定予測モデルを作成する対象のシールド掘削機20を説明する図である。It is a figure explaining the shield excavator 20 of the object which the operation setting presenting apparatus 100 of embodiment creates a setting prediction model. 実施形態の操作設定提示装置100の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the operation setting presenting apparatus 100 of embodiment. 実施形態の学習データ記憶部107における学習データテーブルの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the learning data table in the learning data storage unit 107 of embodiment. 実施形態の操作設定提示装置100の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the operation setting presentation apparatus 100 of embodiment.

以下、実施形態の、操作設定提示装置、及びプログラムを、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the operation setting presenting device and the program of the embodiment will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態の操作設定提示装置100(図2参照)が設定予測モデルを作成する対象のシールド掘削機20を説明する図である。
図1(a)は、本実施形態の操作設定提示装置100が設定予測モデルを作成する対象のシールド掘削機20の概念図を示している。図1(b)は、シールド掘削機20を推進させる推進ジャッキの概念図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a shield excavator 20 for which the operation setting presentation device 100 (see FIG. 2) of the present embodiment creates a setting prediction model.
FIG. 1A shows a conceptual diagram of a shield excavator 20 for which the operation setting presentation device 100 of the present embodiment creates a setting prediction model. FIG. 1B is a conceptual diagram of a propulsion jack that propels the shield excavator 20.

図1(a)に示すように、シールド掘削機20は、円筒形のスキンプレート2の矢印D1の方向の後部において、エレクタ(不図示)によりセグメントを組み立てることにより、一次覆工Sを施工しつつ、地山30を掘削するための機構である。シールド掘削機20においては、カッタービット23を備えた環状かつ面板型のカッター10の矢印D1の方向の後部に作泥土室7が設けられている。作泥土室7には複数の土圧計70が設置される。土圧計70は、作泥土室7における泥土圧を測定する。作泥土室7には作泥土材注入管8から作泥土材9が注入され、練混ぜ翼(不図示)により練混ぜられることにより掘削された土砂が泥土に変換される。シールド掘削機20では、作泥土室7の泥土圧を地山30の掘削面(切羽)における土圧と水圧とにバランスさせることにより地山を安定させ、掘削を行う。作泥土室7に堆積された掘削残土は、スクリューコンベア60に導入され、コンベア62、63を介して、掘削しているトンネルの外部に排土される。架台Mは、スクリューコンベア60、およびコンベア62、63の各々を支持している。
また、シールド掘削機20は、作泥土材9を注入する代わりに特殊起泡材で作られた気泡を掘削土に添加することで掘削土の流動性を向上させながら作泥土室7(チャンバー)内の土圧を調整して掘削を行う場合もある。
As shown in FIG. 1 (a), the shield excavator 20 performs a primary lining S by assembling segments with an elector (not shown) at the rear portion of the cylindrical skin plate 2 in the direction of arrow D1. At the same time, it is a mechanism for excavating the ground 30. In the shield excavator 20, a mud chamber 7 is provided at the rear of the annular and face plate type cutter 10 provided with the cutter bit 23 in the direction of the arrow D1. A plurality of soil pressure gauges 70 are installed in the mud soil chamber 7. The soil pressure gauge 70 measures the mud pressure in the mud-making chamber 7. The mud-making soil material 9 is injected into the mud-making soil chamber 7 from the mud-making soil material injection pipe 8, and the excavated earth and sand is converted into mud by mixing with a kneading blade (not shown). In the shield excavator 20, the earth is stabilized and excavated by balancing the earth pressure of the mud-making chamber 7 with the earth pressure and the water pressure on the excavation surface (face) of the earth 30. The excavated residual soil accumulated in the mud-making chamber 7 is introduced into the screw conveyor 60 and discharged to the outside of the excavated tunnel via the conveyors 62 and 63. The gantry M supports each of the screw conveyor 60 and the conveyors 62 and 63.
Further, the shield excavator 20 improves the fluidity of the excavated soil by adding bubbles made of a special foaming material to the excavated soil instead of injecting the mud soil material 9, and the mud soil chamber 7 (chamber). In some cases, excavation is carried out by adjusting the earth pressure inside.

ここで、スクリューコンベア60は、油圧制御によりスクリューの回転速度が制御される。スクリューコンベア60のスクリューの回転速度(以下、単にスクリューの回転速度という)が速くなると作泥土室7の泥土の排土が進むため泥土圧が低下し、スクリューの回転速度が遅くなると作泥土室7の泥土の排土が停滞するため泥土圧が上昇する。すなわち、スクリューの回転速度を設定する操作が行われることにより泥土圧が制御される。 Here, in the screw conveyor 60, the rotation speed of the screw is controlled by hydraulic control. When the rotation speed of the screw of the screw conveyor 60 (hereinafter, simply referred to as the rotation speed of the screw) increases, the mud soil in the mud soil chamber 7 is discharged, so that the mud pressure decreases. The mud pressure rises due to the stagnation of the mud discharge. That is, the mud pressure is controlled by performing an operation of setting the rotation speed of the screw.

図1(b)に示すように、推進ジャッキは、スキンプレート2の内周を囲むようにして、スキンプレート2とセグメントとの間に配置される。推進ジャッキが油圧操作により推進(伸長)されることでスキンプレート2の面が押されシールド掘削機20が推進する。 As shown in FIG. 1 (b), the propulsion jack is arranged between the skin plate 2 and the segment so as to surround the inner circumference of the skin plate 2. When the propulsion jack is propelled (extended) by the flood control operation, the surface of the skin plate 2 is pushed and the shield excavator 20 propels.

ここで、いずれの位置の推進ジャッキを推進させるかによりスキンプレート2の面を推進させる力点が設定され、シールド掘削機20の推進方向が決定される。また、推進ジャッキを推進させる速度によりシールド掘削機20の推進速度が決定される。すなわち、いずれの推進ジャッキを選択するかを設定する操作が行われることによりシールド掘削機20の推進方向が制御される。また、推進ジャッキの推進速度を設定する操作が行われることによりシールド掘削機20の推進速度が制御される。つまり、シールド掘削機20において、シールド掘削機20の掘進速度とスクリューの回転に伴う排土速度とをバランスさせることにより土圧の制御が行われ、土圧を制御することで地山を安定させて掘削を行う。 Here, the force point for propelling the surface of the skin plate 2 is set depending on which position of the propulsion jack is propelled, and the propulsion direction of the shield excavator 20 is determined. Further, the propulsion speed of the shield excavator 20 is determined by the speed at which the propulsion jack is propelled. That is, the propulsion direction of the shield excavator 20 is controlled by performing an operation of setting which propulsion jack is selected. Further, the propulsion speed of the shield excavator 20 is controlled by performing an operation of setting the propulsion speed of the propulsion jack. That is, in the shield excavator 20, the earth pressure is controlled by balancing the excavation speed of the shield excavator 20 and the soil discharge speed accompanying the rotation of the screw, and the earth pressure is controlled to stabilize the ground. And excavate.

本実施形態では、シールド掘削機20の掘進時における掘削状況に関する掘削状況データが取得される。掘削状況データには、シールド掘削機の施工環境に関する環境データ、及び環境データに対応するシールド掘削機の掘削動作に関する動作データが含まれる。
環境データは、例えば、指示土圧、及び制御土圧である。ここで、指示土圧は、矢印Aの方向に働く地山30の土圧であり、深度や地質に基づいて導出される土圧に地盤の沈下に伴う影響を考慮して決定される。また、制御土圧は、作泥土室7の内部における泥土圧の代表値である。例えば、制御土圧は、作泥土室7の中央付近に設置された土圧計70の所定の時間毎(例えば、1秒毎)により測定された泥土圧の平均値である。
動作データは、例えば、スクリューの回転速度の測定値、スクリューコンベア60の油圧、スクリューコンベア60のゲート(出口)の開度、推進ジャッキのストローク、カッター10のトルク、シールド掘削機20の推進速度、推進ジャッキの総推進力、気泡注入率等である。これらの環境データ、および動作データは、所定の時間毎(例えば、1秒毎)に測定される。
In the present embodiment, excavation status data regarding the excavation status at the time of excavation of the shield excavator 20 is acquired. The excavation status data includes environmental data regarding the construction environment of the shield excavator and operation data regarding the excavation operation of the shield excavator corresponding to the environmental data.
Environmental data are, for example, indicated earth pressure and controlled earth pressure. Here, the indicated earth pressure is the earth pressure of the ground 30 working in the direction of the arrow A, and is determined in consideration of the influence of the subsidence of the ground on the earth pressure derived based on the depth and the geology. The controlled earth pressure is a representative value of the earth pressure inside the mud-making chamber 7. For example, the controlled earth pressure is an average value of the earth pressure measured every predetermined time (for example, every second) of the earth pressure gauge 70 installed near the center of the mud making chamber 7.
The operation data includes, for example, the measured value of the rotation speed of the screw, the oil pressure of the screw conveyor 60, the opening degree of the gate (exit) of the screw conveyor 60, the stroke of the propulsion jack, the torque of the cutter 10, the propulsion speed of the shield excavator 20 and the like. The total propulsion force of the propulsion jack, the bubble injection rate, etc. These environmental data and operation data are measured at predetermined time intervals (for example, every second).

また、本実施形態では、シールド掘削機20の操作に関する設定データが取得される。設定データは、例えば、スクリューの回転速度の設定値、推進ジャッキの選択の設定値、推進ジャッキの推進速度の設定値である。これらの設定データは、動作データが測定される所定の時間毎と同等の時間毎に取得される。 Further, in the present embodiment, setting data relating to the operation of the shield excavator 20 is acquired. The setting data is, for example, a set value of the rotation speed of the screw, a set value of selection of the propulsion jack, and a set value of the propulsion speed of the propulsion jack. These setting data are acquired at the same time as the predetermined time when the operation data is measured.

図2は、実施形態の操作設定提示装置100の構成例を示すブロック図である。
操作設定提示装置100は、例えば、掘削状況データ入力部101と、設定データ入力部102と、予測結果出力部103と、処理部104と、モデル作成部105と、設定予測部106と、学習データ記憶部107とを備える。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the operation setting presentation device 100 of the embodiment.
The operation setting presentation device 100 includes, for example, an excavation status data input unit 101, a setting data input unit 102, a prediction result output unit 103, a processing unit 104, a model creation unit 105, a setting prediction unit 106, and learning data. A storage unit 107 is provided.

掘削状況データ入力部101は、例えば、操作設定提示装置100のタイマー(不図示)からの所定の時間(例えば、1秒間)の経過を示す計時信号が供給されたタイミングにおいて、上述した掘削状況データを取得する。掘削状況データ入力部101には、例えば作泥土室7の中央付近に設置された土圧計70により測定された測定結果が入力される。また、掘削状況データ入力部101には、例えばスクリューコンベア60や、推進ジャッキに設置された各種センサ(不図示)により検出された検出値が入力される。掘削状況データ入力部101は、学習データ記憶部107における学習データテーブルに対して、取得した掘削状況データを、取得した時間(タイムスタンプ)と対応づけて記憶させる。 The excavation status data input unit 101 is, for example, at the timing when a timekeeping signal indicating the passage of a predetermined time (for example, 1 second) from the timer (not shown) of the operation setting presenting device 100 is supplied, the excavation status data input unit 101 described above. To get. For example, the measurement result measured by the soil pressure gauge 70 installed near the center of the mud making chamber 7 is input to the excavation status data input unit 101. Further, in the excavation status data input unit 101, for example, the detection values detected by the screw conveyor 60 and various sensors (not shown) installed on the propulsion jack are input. The excavation status data input unit 101 stores the acquired excavation status data in association with the acquired time (time stamp) in the learning data table in the learning data storage unit 107.

設定データ入力部102は、例えば、掘削状況データ入力部101により掘削状況データが取得されるタイミングにおいて、上述した設定データを取得する。設定データ入力部102には、シールド掘削機20の操作盤(不図示)におけるタッチパネル等に入力される各種操作の設定値が入力される。設定データ入力部102は、学習データ記憶部107における学習データテーブルに対して、取得した設定データを、取得した時間と対応づけて記憶させる。 The setting data input unit 102 acquires the above-mentioned setting data at the timing when the excavation status data is acquired by the excavation status data input unit 101, for example. In the setting data input unit 102, setting values of various operations input to a touch panel or the like on the operation panel (not shown) of the shield excavator 20 are input. The setting data input unit 102 stores the acquired setting data in the learning data table in the learning data storage unit 107 in association with the acquired time.

予測結果出力部103は、設定予測部106により予測された操作の内容を出力する。予測結果出力部103は、例えば、表示装置であり、設定予測部106により予測された操作の内容を表示する。また、予測結果出力部103は、例えば、スピーカであり、設定予測部106により予測された操作の内容を音声やアラーム音などにより出力する。 The prediction result output unit 103 outputs the content of the operation predicted by the setting prediction unit 106. The prediction result output unit 103 is, for example, a display device, and displays the content of the operation predicted by the setting prediction unit 106. Further, the prediction result output unit 103 is, for example, a speaker, and outputs the content of the operation predicted by the setting prediction unit 106 by voice, an alarm sound, or the like.

処理部104は、掘削状況データ入力部101により取得された掘削状況データ、および設定データ入力部102により取得された設定データに基づいて、学習データを生成する。処理部104は、例えば、複数の時系列の掘削状況データにおける特徴量を抽出する。特徴量は、掘削状況データに含まれる特徴的な成分であり、例えば、指示土圧と制御土圧の差分、および掘削状況データを短時間(例えば、10秒)移動平均した値や長時間(例えば、60秒)移動平均した値などを算出することにより得ることができる。処理部104は、学習データ記憶部107における学習データテーブルに対して、抽出した特徴量を、対応する時間と対応づけて記憶させる。 The processing unit 104 generates learning data based on the excavation status data acquired by the excavation status data input unit 101 and the setting data acquired by the setting data input unit 102. The processing unit 104 extracts, for example, a feature amount in a plurality of time-series excavation status data. The feature amount is a characteristic component included in the excavation status data, for example, the difference between the indicated earth pressure and the controlled earth pressure, the value obtained by moving average the excavation status data for a short time (for example, 10 seconds), or a long time (for example). For example, it can be obtained by calculating a moving average value (60 seconds). The processing unit 104 stores the extracted feature amount in the learning data table in the learning data storage unit 107 in association with the corresponding time.

また、処理部104は、それぞれのタイミングで取得された掘削状況データおよび設定データに対し、学習データとして用いるか否かの判定を行う。学習データとして用いるか否かの判定は、例えば、指示土圧と制御土圧との乖離の度合に基づいて行われる。
処理部104は、ある時刻の指示土圧と制御土圧との差分(以下、土圧差分という)が所定の閾値以上である場合、その時刻の掘削状況データおよび設定データを学習データとして用いないと判定する。また、処理部104は、ある時刻の土圧差分が所定の閾値未満である場合、その時刻の掘削状況データおよび設定データを学習データとして用いると判定する。処理部104は、学習データ記憶部107における学習データテーブルに対して行った判定の結果を、対応する時間と対応づけて記憶させる。
なお、処理部104は、土圧差分だけでなく、操作の頻度やばらつきに基づいて判定を行ってもよい。また、処理部104は、掘削状況データおよび設定データをクラスタ分析した結果に基づいて判定を行ってもよい。
In addition, the processing unit 104 determines whether or not to use the excavation status data and the setting data acquired at each timing as learning data. Judgment as to whether or not to use as training data is performed based on, for example, the degree of deviation between the indicated earth pressure and the controlled earth pressure.
When the difference between the indicated earth pressure and the controlled earth pressure at a certain time (hereinafter referred to as the earth pressure difference) is equal to or more than a predetermined threshold value, the processing unit 104 does not use the excavation status data and the setting data at that time as learning data. Is determined. Further, when the earth pressure difference at a certain time is less than a predetermined threshold value, the processing unit 104 determines that the excavation status data and the setting data at that time are used as learning data. The processing unit 104 stores the result of the determination performed on the learning data table in the learning data storage unit 107 in association with the corresponding time.
The processing unit 104 may make a determination based not only on the earth pressure difference but also on the frequency and variation of operations. Further, the processing unit 104 may make a determination based on the result of cluster analysis of the excavation status data and the setting data.

モデル作成部105は、学習データ記憶部107における学習データテーブルに記憶されたデータを学習データとして用いて機械学習を実行することにより、シールド掘削機20における操作の設定値を予測するための設定予測モデルを作成する。ここで、設定予測モデルを作成する機械学習の技法としては、決定木学習、ニューラルネットワーク、遺伝的プログラミング、サポートベクタマシンなどの一般的に用いられている技法のいずれを用いてもよい。
また、モデル作成部105は、処理部104により学習データとして用いると判定された掘削状況データ、および当該掘削状況データに対応する設定データを学習データとして機械学習を実行する。これによりモデル作成部105は、例えば、土圧がより適切に精度よく制御された場合の掘削状況データと設定データとを学習することができる。
The model creation unit 105 performs setting prediction for predicting the set value of the operation in the shield excavator 20 by executing machine learning using the data stored in the training data table in the training data storage unit 107 as learning data. Create a model. Here, as the machine learning technique for creating the setting prediction model, any of commonly used techniques such as decision tree learning, neural network, genetic programming, and support vector machine may be used.
Further, the model creation unit 105 executes machine learning using the excavation status data determined to be used as the training data by the processing unit 104 and the setting data corresponding to the excavation status data as learning data. As a result, the model creation unit 105 can learn, for example, the excavation status data and the setting data when the earth pressure is controlled more appropriately and accurately.

設定予測部106は、モデル作成部105により作成された設定予測モデルを用いて、掘削状況データに示される状況におけるシールド掘削機20の操作における設定値を予測する。設定予測部106は、ある時刻に取得された掘削状況データを設定予測モデルに入力させた場合に設定予測モデルから出力されるデータを、予測される操作を示すデータとする。 The setting prediction unit 106 predicts the set value in the operation of the shield excavator 20 in the situation shown in the excavation status data by using the setting prediction model created by the model creation unit 105. The setting prediction unit 106 uses the data output from the setting prediction model as the data indicating the predicted operation when the excavation status data acquired at a certain time is input to the setting prediction model.

学習データ記憶部107は、モデル作成部105に設定予測モデルを作成させるための学習データテーブルを記憶する。
図3は、実施形態の学習データ記憶部107における学習データテーブルの構成例を示す図である。図3の例では、学習データテーブルはタイムスタンプ、掘削状況データ、掘削状況データ短時間移動平均、掘削状況データ長時間移動平均、土圧差分、設定データ、分類の各項目を有する。タイムスタンプには掘削状況データおよび設定データが取得された時刻が記憶される。掘削状況データにはタイムスタンプに示す時刻に取得された掘削状況データが記憶される。なお、掘削状況データには複数の掘削状況データ(掘削状況データ#1、#2、・・・、#N)のそれぞれが記憶される。ここでNは任意の自然数である。
The learning data storage unit 107 stores a learning data table for causing the model creation unit 105 to create a setting prediction model.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a learning data table in the learning data storage unit 107 of the embodiment. In the example of FIG. 3, the learning data table has each item of time stamp, excavation status data, excavation status data short-time moving average, excavation status data long-term moving average, earth pressure difference, setting data, and classification. The time stamp stores the time when the excavation status data and the setting data were acquired. The excavation status data acquired at the time indicated by the time stamp is stored in the excavation status data. In addition, each of a plurality of excavation status data (excavation status data # 1, # 2, ..., # N) is stored in the excavation status data. Where N is an arbitrary natural number.

掘削状況データ短時間移動平均にはそれぞれの掘削状況データの短時間(例えば、10秒)の移動平均値が記憶される。掘削状況データ長時間移動平均にはそれぞれの掘削状況データの長時間(例えば、60秒)の移動平均値が記憶される。土圧差分には指示土圧と制御土圧の差分が記憶される。設定データにはタイムスタンプに示す時刻に取得された掘削状況データが記憶される。設定データには複数の設定データ(掘削状況データ#1、・・・、#M)のそれぞれが記憶される。ここでMは任意の自然数である。分類には処理部104により行われた分類を示す番号が記憶され、例えば、番号0は番号3よりも学習データとして用いられる度合が低い分類であることを示す。 The short-time moving average value of each excavation status data for a short time (for example, 10 seconds) is stored in the excavation status data short-time moving average. The excavation status data long-time moving average stores the long-term (for example, 60 seconds) moving average value of each excavation status data. The difference between the indicated earth pressure and the controlled earth pressure is stored in the earth pressure difference. The excavation status data acquired at the time indicated by the time stamp is stored in the setting data. Each of a plurality of setting data (excavation status data # 1, ..., # M) is stored in the setting data. Here, M is an arbitrary natural number. A number indicating the classification performed by the processing unit 104 is stored in the classification, and for example, the number 0 indicates that the classification is less frequently used as learning data than the number 3.

図4は、実施形態の操作設定提示装置100の動作例を示すフローチャートである。
まず、操作設定提示装置100は学習データを取得する(ステップS1)。ここで、操作設定提示装置100が取得する学習データは、操作設定提示装置100が操作における設定値を予測する対象のシールド掘削機20における掘削状況データおよび設定データであってもよいし、他のシールド掘削機における標準的な掘削時の掘削状況データおよび設定データであってもよい。
FIG. 4 is a flowchart showing an operation example of the operation setting presentation device 100 of the embodiment.
First, the operation setting presentation device 100 acquires learning data (step S1). Here, the learning data acquired by the operation setting presentation device 100 may be excavation status data and setting data in the shield excavator 20 to be predicted by the operation setting presentation device 100 in operation, or other data. It may be standard excavation status data and setting data at the time of excavation in a shield excavator.

次に、操作設定提示装置100は取得した学習データを用いて機械学習を実行することにより設定予測モデルを作成する(ステップS2)。
次に、操作設定提示装置100は、操作における設定値を予測する対象のシールド掘削機20における掘削状況データおよび設定データを取得する(ステップS3)。取得された掘削状況データおよび設定データは学習データ記憶部107に記憶される。また、操作設定提示装置100は、取得された掘削状況データに基づいて抽出された特徴量、および学習データとしての分類を示す情報を学習データ記憶部107に記憶させることで、学習データ記憶部107の学習データテーブルに学習データを記憶する(ステップS4)。
Next, the operation setting presentation device 100 creates a setting prediction model by executing machine learning using the acquired learning data (step S2).
Next, the operation setting presenting device 100 acquires the excavation status data and the setting data of the shield excavator 20 for which the set value in the operation is predicted (step S3). The acquired excavation status data and setting data are stored in the learning data storage unit 107. Further, the operation setting presentation device 100 stores the feature amount extracted based on the acquired excavation status data and the information indicating the classification as the learning data in the learning data storage unit 107, thereby storing the learning data storage unit 107. The training data is stored in the training data table of (step S4).

次に、操作設定提示装置100は、設定予測モデルを更新するか否かを判定する(ステップS5)。操作設定提示装置100は、学習データ記憶部107における学習データテーブルに、モデルを作成するために必要な量の学習データが蓄積された場合に設定予測モデルを更新すると判定する。
操作設定提示装置100は、設定予測モデルを更新すると判定した場合、設定予測モデルを更新する(ステップS6)。操作設定提示装置100は、学習データ記憶部107における学習データテーブルに記憶された学習データを用いてモデル作成部105に機械学習を実行させることで、新たな設定予測モデルを作成させる。そして、操作設定提示装置100は、設定予測モデルを新たな設定予測モデルに置き換えることにより設定予測モデルを更新する。ここで、新たに作成された設定予測モデルは、シールド掘削機20の掘進に伴って取得された掘削状況データおよび設定データを用いて作成されたモデルである。このため、操作設定提示装置100は、掘削の環境や予測対象のシールド掘削機20の特徴に応じて精度の高い予測を行うことで、より精度の高い操作の設定値を提示することが可能となる。
Next, the operation setting presentation device 100 determines whether or not to update the setting prediction model (step S5). The operation setting presentation device 100 determines that the setting prediction model is updated when an amount of learning data necessary for creating a model is accumulated in the learning data table in the learning data storage unit 107.
When the operation setting presentation device 100 determines that the setting prediction model is to be updated, the operation setting presentation device 100 updates the setting prediction model (step S6). The operation setting presentation device 100 causes the model creation unit 105 to execute machine learning using the learning data stored in the learning data table in the learning data storage unit 107, thereby creating a new setting prediction model. Then, the operation setting presentation device 100 updates the setting prediction model by replacing the setting prediction model with a new setting prediction model. Here, the newly created setting prediction model is a model created by using the excavation status data and the setting data acquired along with the excavation of the shield excavator 20. Therefore, the operation setting presenting device 100 can present a more accurate operation setting value by making a highly accurate prediction according to the excavation environment and the characteristics of the shield excavator 20 to be predicted. Become.

そして、操作設定提示装置100は、取得された掘削状況データを設定予測モデルに入力させることによりシールド掘削機20の操作における設定値を予測する(ステップS7)。操作設定提示装置100は、予測した操作の設定値を示すデータを出力する(ステップS8)。 Then, the operation setting presenting device 100 predicts the set value in the operation of the shield excavator 20 by inputting the acquired excavation status data into the setting prediction model (step S7). The operation setting presentation device 100 outputs data indicating the predicted operation setting value (step S8).

以上説明したように、実施形態の操作設定提示装置100は、シールド掘削機20に対する操作に関し、掘削状況データに当該掘削状況における設定データが付された学習データを用いて機械学習を実行することにより、シールド掘削機20の操作における設定値を予測する設定予測モデルを作成するモデル作成部105を備える。
これにより、実施形態の操作設定提示装置100は、シールド掘削機20における精度のよい操作の設定値を示すことができる。モデル作成部105が、掘削状況と操作の設定値との関係性を示すモデルを作成することができるためである。モデル作成部105により作成されたモデルに掘削状況を入力することで出力される設定値を提示することでシールド掘削機20における精度のよい操作の設定値を示すことができる。
As described above, the operation setting presenting device 100 of the embodiment performs machine learning with respect to the operation of the shield excavator 20 by using the learning data in which the setting data in the excavation situation is attached to the excavation status data. A model creation unit 105 for creating a setting prediction model for predicting a set value in the operation of the shield excavator 20 is provided.
Thereby, the operation setting presenting device 100 of the embodiment can show the set value of the operation with high accuracy in the shield excavator 20. This is because the model creation unit 105 can create a model showing the relationship between the excavation status and the set value of the operation. By presenting the set value output by inputting the excavation status to the model created by the model creation unit 105, it is possible to show the set value of the operation with high accuracy in the shield excavator 20.

また、実施形態の操作設定提示装置100では、掘削状況データには、シールド掘削機20の施工環境に関する環境データ、及び環境データに対応するシールド掘削機20の掘削動作に関する動作データが含まれる。これにより、実施形態の操作設定提示装置100は、掘削現場の環境と、シールド掘削機20の特性とに基づいた設定予測モデルを作成することができ、モデルから出力される設定データに基づいてシールド掘削機20における精度のよい操作の設定値を示すことができる。 Further, in the operation setting presenting device 100 of the embodiment, the excavation status data includes environmental data regarding the construction environment of the shield excavator 20 and operation data regarding the excavation operation of the shield excavator 20 corresponding to the environmental data. As a result, the operation setting presentation device 100 of the embodiment can create a setting prediction model based on the environment of the excavation site and the characteristics of the shield excavator 20, and shields based on the setting data output from the model. It is possible to show the set value of the operation with high accuracy in the excavator 20.

また、実施形態の操作設定提示装置100では、環境データには、掘進時における指示土圧、および指示土圧が含まれ、動作データには、シールド掘削機20のスクリューコンベア60に関する測定値が含まれ、設定データには、スクリューコンベア60に関する操作の設定値が含まれる。これにより、実施形態の操作設定提示装置100は、関連性の高い指示土圧と指示土圧、及びスクリューコンベア60の設定値とのそれぞれの関係に基づいた設定予測モデルを作成することができ、モデルから出力される設定データに基づいてシールド掘削機20における精度のよい操作の設定値を示すことができる。 Further, in the operation setting presenting device 100 of the embodiment, the environmental data includes the indicated earth pressure at the time of excavation and the indicated earth pressure, and the operation data includes the measured value regarding the screw conveyor 60 of the shield excavator 20. The setting data includes the setting value of the operation related to the screw conveyor 60. As a result, the operation setting presentation device 100 of the embodiment can create a setting prediction model based on the respective relationships between the highly relevant indicated earth pressure, the indicated earth pressure, and the set value of the screw conveyor 60. Based on the setting data output from the model, it is possible to show the setting value of the operation with high accuracy in the shield excavator 20.

また、実施形態の操作設定提示装置100では、モデル作成部105は、指示土圧と制御土圧との差分に基づいて学習データに用いると判定されたデータを用いて機械学習を実行する。これにより、実施形態の操作設定提示装置100は、より適切なデータを用いて設定予測モデルを作成することができ、モデルから出力される設定データに基づいてシールド掘削機20における精度のよい操作の設定値を示すことができる。
また、実施形態の操作設定提示装置100では、モデル作成部105は、土圧差分が所定の閾値以下である掘削状況データを選択し、選択した掘削状況データに設定データが付された学習データを用いて機械学習を実行する。これにより、実施形態の操作設定提示装置100は、より土圧が目標値に近い状態に適切に制御された場合のデータを学習データとすることでより適切なデータを用いて設定予測モデルを作成することができ、モデルから出力される設定データに基づいてシールド掘削機20における精度のよい操作の設定値を示すことができる。
Further, in the operation setting presentation device 100 of the embodiment, the model creation unit 105 executes machine learning using the data determined to be used for the learning data based on the difference between the indicated earth pressure and the controlled earth pressure. As a result, the operation setting presentation device 100 of the embodiment can create a setting prediction model using more appropriate data, and based on the setting data output from the model, the operation setting presentation device 100 of the shield excavator 20 can perform an accurate operation. The set value can be shown.
Further, in the operation setting presentation device 100 of the embodiment, the model creation unit 105 selects the excavation status data in which the earth pressure difference is equal to or less than a predetermined threshold value, and uses the learning data in which the setting data is added to the selected excavation status data. Use to perform machine learning. As a result, the operation setting presentation device 100 of the embodiment creates a setting prediction model using more appropriate data by using the data when the earth pressure is appropriately controlled to be closer to the target value as training data. It is possible to show the set value of the operation with high accuracy in the shield excavator 20 based on the setting data output from the model.

また、実施形態の操作設定提示装置100は、所定の時間毎に掘削状況データを取得する掘削状況データ入力部101と、モデル作成部により作成された設定予測モデルを用いて、掘削状況データに示される状況におけるシールド掘削機20の操作における設定値を予測する設定予測部106と、設定予測部106により予測された予測結果を出力する予測結果出力部103をさらに備える。これにより、実施形態の操作設定提示装置100は、掘削状況データ入力部101により取得されたシールド掘削機20の掘削状況に基づいて、設定予測部106が操作における設定値を予測することができ、予測結果出力部103により予測した操作を出力させることができる。このため、実施形態の操作設定提示装置100は、オペレータが設定する操作の推奨値を提示することができ、例えば、操作ガイダンスを実施する操作支援装置として機能させることができる。また、操作の推奨値をシールド掘削機20の操作盤における設定信号に変換して操作盤に出力させることで自動運転が可能となる。 Further, the operation setting presenting device 100 of the embodiment is shown in the excavation status data by using the excavation status data input unit 101 that acquires the excavation status data at predetermined time intervals and the setting prediction model created by the model creation unit. It further includes a setting prediction unit 106 that predicts a set value in the operation of the shield excavator 20 in the above situation, and a prediction result output unit 103 that outputs the prediction result predicted by the setting prediction unit 106. As a result, the operation setting presenting device 100 of the embodiment can predict the set value in the operation by the setting prediction unit 106 based on the excavation status of the shield excavator 20 acquired by the excavation status data input unit 101. The predicted operation can be output by the prediction result output unit 103. Therefore, the operation setting presenting device 100 of the embodiment can present the recommended value of the operation set by the operator, and can function as, for example, an operation support device for executing the operation guidance. Further, automatic operation is possible by converting the recommended operation value into a setting signal on the operation panel of the shield excavator 20 and outputting it to the operation panel.

また、実施形態の操作設定提示装置100は、所定の時間毎に設定データを取得する設定データ入力部102と、掘削状況データ入力部101により取得された掘削状況データに設定データ入力部102により取得された設定データを対応づけたデータを記憶する学習データ記憶部107をさらに備え、設定予測部106は、学習データ記憶部107に記憶されたデータを用いてモデル作成部105に機械学習を実行させることにより設定予測モデルを更新する。これにより、実施形態の操作設定提示装置100は、操作における設定値を予測する対象のシールド掘削機20の、掘削の進行に伴って蓄積された掘削状況データ、およびその掘削状況データに対応する設定データに基づいて設定予測モデルを更新することができ、精度のよい予測を行うことができる。このため、シールド掘削機20における精度のよい操作の設定値を示すことができる。 Further, the operation setting presenting device 100 of the embodiment is acquired by the setting data input unit 102 that acquires the setting data at predetermined time intervals and the setting data input unit 102 that acquires the excavation status data acquired by the excavation status data input unit 101. A learning data storage unit 107 that stores data associated with the set setting data is further provided, and the setting prediction unit 106 causes the model creation unit 105 to execute machine learning using the data stored in the learning data storage unit 107. By updating the setting prediction model. As a result, the operation setting presenting device 100 of the embodiment is set to correspond to the excavation status data accumulated as the excavation progresses and the excavation status data of the shield excavator 20 for which the set value in the operation is predicted. The setting prediction model can be updated based on the data, and accurate prediction can be performed. Therefore, it is possible to show the set value of the operation with high accuracy in the shield excavator 20.

上述した実施形態における操作設定提示装置100が行う処理の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。 All or part of the processing performed by the operation setting presenting device 100 in the above-described embodiment may be realized by a computer. In that case, the program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read by the computer system and executed. The term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices. Further, the "computer-readable recording medium" refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, a "computer-readable recording medium" is a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and dynamically holds the program for a short period of time. It may also include a program that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or a client in that case. Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be further realized for realizing the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system. It may be realized by using a programmable logic device such as FPGA.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention.

100…操作設定提示装置、101…掘削状況データ入力部、102…設定データ入力部、103…予測結果出力部、104…処理部、105…モデル作成部、106…設定予測部、107…学習データ記憶部。 100 ... Operation setting presentation device, 101 ... Excavation status data input unit, 102 ... Setting data input unit, 103 ... Prediction result output unit, 104 ... Processing unit, 105 ... Model creation unit, 106 ... Setting prediction unit, 107 ... Learning data Memory.

Claims (6)

シールド掘削機の掘削状況に関する掘削状況データに当該掘削状況におけるシールド掘削機における操作の設定値に関する設定データが付された学習データを用いて機械学習を実行することにより、シールド掘削機における操作の設定値を予測する設定予測モデルを作成するモデル作成部
を備え
前記掘削状況データには、シールド掘削機の施工環境に関する環境データ、及び前記環境データに対応するシールド掘削機の掘削動作に関する動作データが含まれ、
前記環境データには、指示土圧、及び制御土圧が含まれ、
前記動作データには、シールド掘削機のスクリューコンベアに関する測定値が含まれ、
前記設定データには、前記スクリューコンベアに関する操作の設定値が含まれる
ことを特徴とする操作設定提示装置。
Setting the operation of the shield excavator by executing machine learning using the learning data in which the setting data of the operation of the shield excavator in the drilling situation is added to the excavation status data of the shield excavator. It has a model creation unit that creates a setting prediction model that predicts the value .
The excavation status data includes environmental data relating to the construction environment of the shield excavator and operation data relating to the excavation operation of the shield excavator corresponding to the environmental data.
The environmental data includes indicated earth pressure and controlled earth pressure.
The operation data includes measurements on the screw conveyor of the shield excavator.
The setting data includes setting values of operations related to the screw conveyor.
An operation setting presentation device characterized by this.
前記モデル作成部は、前記掘削状況データに前記設定データが付されたデータの中から選択されたデータを学習データとして用いることにより機械学習を実行する
ことを特徴とする請求項に記載の操作設定提示装置。
The operation according to claim 1 , wherein the model creation unit executes machine learning by using data selected from the data to which the setting data is attached to the excavation status data as training data. Setting presentation device.
前記モデル作成部は、前記制御土圧と、前記指示土圧との差分が所定の閾値以下である前記掘削状況データを選択し、選択した前記掘削状況データに前記設定データが付された学習データを用いて機械学習を実行する
ことを特徴とする請求項又は請求項に記載の操作設定提示装置。
The model creation unit selects the excavation status data in which the difference between the control earth pressure and the indicated earth pressure is equal to or less than a predetermined threshold value, and the training data in which the setting data is added to the selected excavation status data. The operation setting presenting device according to claim 1 or 2 , wherein machine learning is performed using the above.
所定の時間毎に前記掘削状況データを取得する掘削状況データ取得部と、
前記モデル作成部により作成された前記設定予測モデルを用いて、前記掘削状況データに示される状況におけるシールド掘削機における操作の設定値を予測する予測部と、
前記予測部により予測された予測結果を出力する出力部
をさらに備えることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか一項に記載の操作設定提示装置。
An excavation status data acquisition unit that acquires the excavation status data at predetermined time intervals,
Using the setting prediction model created by the model creation unit, a prediction unit that predicts the set value of the operation of the shield excavator in the situation shown in the excavation status data, and
The operation setting presenting device according to any one of claims 1 to 3 , further comprising an output unit that outputs a prediction result predicted by the prediction unit.
前記所定の時間毎に前記設定データを取得する設定データ取得部と、
前記掘削状況データ取得部により取得された前記掘削状況データに前記設定データ取得部により取得された前記設定データを対応づけたデータを記憶する記憶部をさらに備え、
前記予測部は、前記記憶部に記憶されたデータを用いて前記モデル作成部に機械学習を実行させることにより前記設定予測モデルを更新する
ことを特徴とする請求項に記載の操作設定提示装置。
A setting data acquisition unit that acquires the setting data at each predetermined time, and a setting data acquisition unit.
A storage unit for storing data in which the excavation status data acquired by the excavation status data acquisition unit is associated with the setting data acquired by the setting data acquisition unit is further provided.
The operation setting presentation device according to claim 4 , wherein the prediction unit updates the setting prediction model by causing the model creation unit to execute machine learning using the data stored in the storage unit. ..
コンピュータを、請求項1から請求項のいずれか一項に記載の操作設定提示装置として機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as the operation setting presenting device according to any one of claims 1 to 5.
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