JP7304060B2 - Structural internal deformation characteristics detector - Google Patents

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Description

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

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

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

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

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

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

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

しかし、社会資本を構成する大型構造等を対象とする場合のように表面応答から内部変状を認識・識別する作業においては、背景技術の項において触れたように、応答のデータをヒトが見ただけでは内部変状の有無程度を認識することはできても、内部変状特性までも識別することは実用上不可能である。より具体的に説明すると、図1の右半分に示すように、一般に大型構造に与えられる刺激としては、自然加熱、打撃、加振、人工加熱、超音波等が考えられるが、それらに対する応答は、構造表面の各点に現れた、ある時点での又は経時的な波動分布、変位分布、温度分布等であり、これらについての生のデータを見ただけでは、ヒトは、内部変状が存在しない比較的広い時間的又は空間的領域における比較的安定したデータの中に、内部変状に関連する異常値データの局所的存在を感知できるだけであり、内部変状の詳細についてのそれ以上の推測は事実上不可能である。 However, in the work of recognizing and identifying internal deformations from surface responses, such as in the case of large-scale structures that make up social infrastructure, human beings cannot see the response data, as mentioned in the background art section. Although it is possible to recognize the presence or absence of internal deformation only by the measurement, it is practically impossible to identify even the internal deformation characteristics. More specifically, as shown in the right half of FIG. 1, the stimulus applied to a large structure generally includes natural heating, impact, vibration, artificial heating, and ultrasonic waves. , wave distribution, displacement distribution, temperature distribution, etc., appearing at each point on the surface of the structure at a certain point in time or over time. It can only detect the local presence of outlier data related to internal deformations in relatively stable data in relatively large temporal or spatial regions without further speculation about the details of the internal deformations. is virtually impossible.

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

また、対象構造の教師データそのものでなくとも、過去の類似の構造の教師データが存在すればそれから類推することも考えられるが、社会資本の大型構造の内部変状が問題になって時間が浅いため、特定の刺激を受けた構造の内部変状特性と応答とを関係付ける測定データは皆無に等しい。たとえ存在したとしても、前述のように自然環境下で構築された大型構造の内部における物性的、空間的等の特徴は、使用材料、構築方法、構築時条件等の影響を受けて不均一であり、更に、そのような構造が自然環境の経時的影響を受けて、力学的、化学的等の原因によって破壊、損傷、変形、化学変化、腐蝕等の変状を経時的に生じさせる場合、変状の多様性はそれに輪をかけて増大されるので、そもそも別個である構造同士の間での流用は、現状ではほとんど不可能であると考えられる。そして、今後、そのような多様性に対応する教師データを充実させるために、大型構造になんらかの刺激に対する応答についての測定データが大量に得られたとしても、供用中の、場合によっては更に土中に埋まっている等のため直接アクセスできないこともある大型構造から内部変状発生箇所を切り出して内部変状を詳細に調査することは事実上不可能であるため、内部変状の特性についての教師データが不完全であることには変わりがない。その対策として、内部変状及び刺激の特性を明確に設定できる試験体を用いた実験による教師データの収集も考えられるが、コストとの関係で、設定できる内部変状の特性の数は、実構造での多様性に比べれば微々たるものに過ぎず、補助的に利用できても根本的な解決策にはなり得ない場合が多いと思われる。 In addition, even if it is not the training data of the target structure itself, if there is training data of a similar structure in the past, it is possible to make an analogy from it, but the internal deformation of the large-scale structure of social capital has become a problem and time is short. Therefore, there is almost no measured data relating the internal deformation characteristics of a structure to a response to a specific stimulus. Even if they do exist, the physical and spatial characteristics inside a large-scale structure built in the natural environment as described above are uneven due to the influence of the materials used, the construction method, and the construction conditions. In addition, if such a structure is subject to the effects of the natural environment over time and causes mechanical, chemical, etc. causes, such as destruction, damage, deformation, chemical change, corrosion, etc., to occur over time, Since the diversity of deformation is multiplied by that, it is considered almost impossible at present to divert between different structures in the first place. In the future, even if we can obtain a large amount of measured data on the response to some kind of stimulus in a large structure, in order to enrich the training data corresponding to such diversity, we will continue Since it is practically impossible to examine the internal deformation in detail by extracting the internal deformation locations from large structures that are sometimes inaccessible because they are buried in the ground, training data on the characteristics of internal deformation is still incomplete. As a countermeasure, it is conceivable to collect training data through experiments using test specimens that can clearly set internal deformation and stimulus characteristics, but due to cost considerations, the number of internal deformation characteristics that can be set is limited. Compared to the diversity of structures, it is nothing more than an insignificant thing, and even if it can be used as a supplement, it seems that in many cases it cannot be a fundamental solution.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ここで、ひび割れとは、構造内に局所的に存在する薄く広がった平面的な空間であって、その空間の一部分が構造表面と交差しているものであり、一方、浮きとは、構造内に局所的に存在する薄く広がった平面的な空間であって、その空間が構造表面と交差していないものであるとする。
2.2 解析による教師データの作成
2.2.1 ひび割れに関連する表面温度分布
図6は、構造にひび割れが存在しているひび割れ解析モデルを示す。このモデルについて具体的に定常伝熱解析を行う場合には、例えば、熱伝導率κ(1.6W/(m・K))の均一物質からなる縦a(500mm)、横b(500mm)、厚さh(100mm)の平板の上面中央部付近に幅0.1mm、長さc(150mm)のひび割れ開口部があり、そのひび割れ開口部から平板上面となす傾斜角がδ(45°)であって平板上面から深さe(50mm)にまで達するひび割れが貫入しているというような多くの条件設定を行う必要がある。更に、下面又は上面の熱伝達境界の熱伝達率を6W/m2K、雰囲気温度Tを22°とし、4つの側面を断熱境界面とし、上面又は下面から流入する熱流束φを100W/m2にするというような熱的条件も更に設定する必要がある。このような条件の下で、上面を観測面とし、上面又は下面を加熱する表側加熱又は裏側加熱のそれぞれの場合において、上面での典型的な表面温度分布を斜視図で示したものが図7(a)及び7(b)である。これらの条件を構成するパラメータを変動させることにより、種々のモデルケースについて検討することができる。例えば、傾斜角δを30°、45°及び60°とした3つの場合について、表側加熱又は裏側加熱のときのひび割れの開口部の垂直二等分線上でのそれぞれの温度分布を示したものが図8a及び8bである。表側加熱と裏側加熱の両者の形状は、上下を逆にするとほぼ相似の温度分布になる。また、これらの温度分布の形状は、概略的には、ひび割れ開口部を原点とした正弦波に類似している。この部分的な表面温度分布の形状が、ひび割れが発生している箇所を検出する手掛かりの1つになると思われる。
2.2.2 浮きに関連する表面温度分布
次に、平板コンクリート構造に浮きがある場合に、浮きが表面温度分布に及ぼす影響を解析によって求めた。その解析モデルを図9に示す。このモデルでは、熱伝導率κ(1.6W/(m・K))の均一物質からなる縦a(500mm)、横b(500mm)、厚さh(100mm)の平板の上面から深さe(30mm)のところに辺長c(150mm)、同d(1500mm)の正方形で厚さ0.1mmの薄片状の空間が存在するとしている。加熱条件をひび割れモデルと同じにした場合に、表側加熱及び裏側加熱のときの上面全体での典型的な表面温度分布を示したものが図10(a)及び10(b)である。この場合も、これらのパラメータを変動させることにより、種々のモデルケースについて検討することができる。例えば、深さeを10mm、30mm及び50mmとした3つの場合について、浮きの中央線上での温度分布を示したものが図11(a)及び11(b)である。浮きについても、表側加熱と裏側加熱の両者の形状は、上下を逆にするとほぼ相似の温度分布になる。また、これらの温度分布の形状は、概略的にいうと、浮き中央を原点とした正弦波に類似している。この形状が、浮きが発生している箇所を検出する手掛かりの1つになると思われる。なお、図11(a)と図11(b)とは、異なる温度分布ではあるが、解析モデルの上面の同じ範囲の温度分布を前者は250x250画素、後者は画素125X125で表しているが、この程度の画素数の違いでは、画像の粗さにほとんど影響を及ぼさないことがわかる。
2.2.3 教師データの多様化
以上のようにして、解析モデルを用いて平板コンクリート構造の内部変状であるひび割れ及び浮きに関連する表面温度分布についての教師データを作成することができる。更に、必要に応じて、上記で設定した多くのパラメータに関して、例えば、個々の寸法を変える、コンクリートの熱的条件を変える、加熱条件を変える、ひび割れ同士を交差させる、ひび割れと浮きとを連結する等のように薄片状の空間を単一のものから複数が組み合わされたものに変更する、非定常状態を考慮する等の操作によってモデルの多様性を増すことにより教師データを補強してもよい。更に、現実の構造の条件により適合させるために、一般的なコンクリート構造の内部に存在する鉄筋、骨材等の影響を解析モデルに組み込むことも可能である。
Here, a crack is a thin, planar space that exists locally within a structure, and a part of the space intersects the structure surface. Suppose that there is a thin, planar space that exists locally in , and that space does not intersect the structural surface.
2.2 Creation of training data by analysis
2.2.1 Surface temperature distribution related to cracks Figure 6 shows a crack analysis model in which cracks exist in the structure. When conducting a steady-state heat transfer analysis for this model, for example, a uniform material with a thermal conductivity of κ (1.6 W/(m K)) is used. A crack opening with a width of 0.1 mm and a length of c (150 mm) is located near the center of the upper surface of a flat plate of height h (100 mm). It is necessary to set many conditions, such as a crack penetrating to a depth e (50 mm) from the upper surface of the flat plate. Furthermore, the heat transfer coefficient of the heat transfer boundary on the lower or upper surface is 6 W/m 2 K, the ambient temperature T is 22 °, the four side surfaces are adiabatic boundary surfaces, and the heat flux φ flowing from the upper or lower surface is 100 W / m It is necessary to further set the thermal conditions such as 2 . FIG. 7 shows a perspective view of a typical surface temperature distribution on the upper surface in each case of front-side heating or back-side heating in which the upper surface is used as the observation surface and the upper surface or the lower surface is heated under such conditions. (a) and 7(b). Various model cases can be considered by varying the parameters that make up these conditions. For example, the temperature distribution on the vertical bisector of the crack opening when the front side heating or the back side heating is performed for three cases where the inclination angle δ is 30°, 45°, and 60°. Figures 8a and 8b. When the shapes of both the front side heating and the back side heating are turned upside down, they have almost similar temperature distributions. Also, the shape of these temperature distributions roughly resembles a sine wave with the origin at the crack opening. The shape of this partial surface temperature distribution is thought to be one of the clues to detect cracking locations.
2.2.2 Surface temperature distribution related to float Next, when there is a float in the flat concrete structure, the effect of the float on the surface temperature distribution was obtained by analysis. The analysis model is shown in FIG. In this model, the depth e ( 30 mm), there is a square space with side length c (150 mm) and side length d (1500 mm) with a thickness of 0.1 mm. FIGS. 10(a) and 10(b) show typical surface temperature distributions over the entire upper surface when the heating conditions are the same as for the crack model, and when the front side heating and the back side heating are performed. Again, different model cases can be considered by varying these parameters. For example, FIGS. 11(a) and 11(b) show the temperature distribution on the center line of the float for three cases where the depth e is 10 mm, 30 mm and 50 mm. As for the float, the shapes of both the front side heating and the back side heating have almost similar temperature distributions when they are turned upside down. Further, the shape of these temperature distributions roughly resembles a sine wave with the center of the float as the origin. This shape is considered to be one of the clues for detecting the location where the floating occurs. 11(a) and 11(b) show different temperature distributions, but the temperature distribution in the same range on the upper surface of the analysis model is shown by 250×250 pixels in the former and 125×125 pixels in the latter. It can be seen that a small difference in the number of pixels has almost no effect on the roughness of the image.
2.2.3 Diversification of teaching data As described above, the analysis model can be used to create teaching data on surface temperature distributions related to cracks and floats, which are internal deformations of flat concrete structures. Furthermore, if necessary, with respect to the many parameters set above, for example, changing the individual dimensions, changing the thermal conditions of the concrete, changing the heating conditions, intersecting cracks, connecting cracks and floats. The training data may be reinforced by increasing the diversity of the model through operations such as changing the flaky space from a single space to a combination of multiple spaces, taking into account unsteady states, etc. . Furthermore, it is also possible to incorporate the effects of reinforcing bars, aggregates, etc. existing inside a typical concrete structure into the analysis model in order to better match the conditions of the actual structure.

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

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

Figure 0007304060000001
ここに、t(x,y)は座標(x,y)における表面温度に関連する関数であって、温度分布だけでなく温度分布を反映した明度画像データ又はカラー画像を構成する刺激値でも代用できるが、以下、簡単のためこれらを含めて温度分布と呼ぶ。ψ(x,y)はマザーウェーブレットと呼ばれる関数であり、局在化した関数である。(x0,y0)はψ(x,y)のシフトパラメータであり、aはスケーリングパラメータである。
Figure 0007304060000001
Here, t(x, y) is a function related to the surface temperature at the coordinates (x, y), and not only the temperature distribution but also the brightness image data reflecting the temperature distribution or the stimulus value constituting the color image can be substituted. However, hereinafter, for the sake of simplification, these are also referred to as the temperature distribution. ψ(x,y) is a function called a mother wavelet and is a localized function. (x 0 ,y 0 ) is the shift parameter of ψ(x,y) and a is the scaling parameter.

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

Figure 0007304060000002
ここに、fは中心周波数、σx及びσyはx軸方向及びy軸方向の窓幅、並びにφは位相を表す。
Figure 0007304060000002
where f is the center frequency, σ x and σ y are the window widths in the x and y directions, and φ is the phase.

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

Figure 0007304060000003
しかし、式(2)のウェーブレットは、xy平面上で一方向にのみ進行する波であるのに対して、変状に起因する温度変化の方向は任意であるので、温度分布t(x,y)の各点での温度変化の任意方向の特性を検出するためには、各点の周りでウェーブレットを回転させる必要がある。そこで、ψ(x,y)を各点で反時計回りに角度θr回転させて得られるψr(x,y,θr)を次式で定義し、解析においては必要な範囲にわたってこれを回転させる。
Figure 0007304060000003
However, while the wavelet of equation (2) is a wave that travels in only one direction on the xy plane, the direction of temperature change due to deformation is arbitrary, so the temperature distribution t(x,y ), we need to rotate the wavelet around each point to detect the directional characteristics of the temperature change at each point. Therefore, ψ r (x, y, θ r ), which is obtained by rotating ψ(x, y) counterclockwise by an angle θ r at each point, is defined by the following equation. rotate.

Figure 0007304060000004
Figure 0007304060000004

Figure 0007304060000005
Figure 0007304060000005

Figure 0007304060000006
ここで、ひび割れ又は浮きに関連した表面温度分布の形状を検出するのに適している式(2)のガボールウェーブレットの構成について考察する。ひび割れに関連した表面温度分布は、図4~6に関して述べたように、開口部の直線に垂直な方向において、開口部を境界として表面温度が急変し、最高温点を含む峰部と最低温点を含む谷部とが開口部の両側に存在するので、開口部に原点を有する正弦波に類似していると考えてもよいと思われる。従って、複素振動ei(2πfx+φ)のうちの正弦波sin(2πfx)によって、ひび割れに関連した温度分布を検出できる可能性があると考えられる。
Figure 0007304060000006
We now consider the construction of the Gabor wavelet of equation (2) suitable for detecting the shape of surface temperature distributions associated with cracks or floats. As described with reference to FIGS. 4 to 6, the surface temperature distribution related to cracking is such that, in the direction perpendicular to the straight line of the opening, the surface temperature changes suddenly with the opening as the boundary, and the peak containing the highest temperature point and the lowest temperature point. Since troughs containing points exist on both sides of the aperture, it can be thought of as analogous to a sine wave with its origin at the aperture. Therefore, it is thought that there is a possibility that the sine wave sin(2πfx) of the complex vibration ei(2πfx+φ) can detect the crack-related temperature distribution.

一方、浮きに関連した表面温度分布は、図9~11に関して述べたように、浮き近傍の表面温度分布の鉛直断面における形状が、表側加熱及び裏側加熱の両方とも、それぞれの最高温度点及び最低温度点に原点を有する余弦波の特徴に類似していると考えてもよいと思われる。従って、複素振動ei(2πfx+φ)のうちの余弦波cos(2πfx)によって、浮きに関連した表面温度分布を検出できる可能性があると考えられる。 On the other hand, the surface temperature distribution associated with the float, as described with respect to FIGS. It can be thought of as analogous to the characteristics of a cosine wave with its origin at the temperature point. Therefore, it is conceivable that the cosine wave cos(2πfx) of the complex oscillation ei(2πfx+φ) can detect the surface temperature distribution related to float.

更に、内部変状に関連した表面温度分布の特徴をより詳細に分析するために、検出対象範囲の表面温度分布を、内部変状の影響をほとんど又は全く受けていない健全部分の表面温度(基準温度とも呼ぶ)との差として表した正負の温度からなる温度分布を求め、この温度分布にウェーブレット変換を作用させることが考えられる。これにより得られた前記の正弦波成分及び余弦波成分は、その値の大きさだけでなく、その値が正又は負のいずれであるかによって、内部変状の特性をより多角的に評価することができる。健全部分の表面温度とは、例えば、図5~6及び図9~10に示す場合では、表側加熱のとき約31℃であり、裏側加熱のとき約29℃となる。また、健全部分の表面温度を設定するのが容易でなければ、単に検出対象範囲の表面温度分布の平均温度を基準温度としてもよい場合がある。
2.3.3 内部変状に関連する温度分布の検出手順
上記のようなガボールウェーブレットψ(x,y)を用いて表面温度分布t(x,y)内に存在する、内部変状の存在によって影響を受けた温度分布の箇所、すなわち内部変状に関連した特徴的な温度分布の箇所を検出する手順は以下の通りである。
Furthermore, in order to analyze the characteristics of the surface temperature distribution related to internal deformation in more detail, the surface temperature distribution of the detection target range was measured by measuring the surface temperature of a healthy portion that was hardly or not affected by internal deformation (reference It is conceivable to obtain a temperature distribution consisting of positive and negative temperatures expressed as a difference between the temperature and the temperature, and to apply the wavelet transform to this temperature distribution. The sine wave component and cosine wave component thus obtained can evaluate the characteristics of the internal deformation from various angles depending not only on the magnitude of the value but also on whether the value is positive or negative. be able to. For example, in the cases shown in FIGS. 5 to 6 and 9 to 10, the surface temperature of the sound portion is about 31° C. when the front side is heated and about 29° C. when the back side is heated. Moreover, if it is not easy to set the surface temperature of the sound portion, the average temperature of the surface temperature distribution in the detection target range may be used as the reference temperature.
2.3.3 Procedure for detecting temperature distribution related to internal deformation Using the Gabor wavelet ψ(x,y) as described above, the surface temperature distribution t(x,y) is affected by the presence of internal deformation. The procedure for detecting the location of the temperature distribution subjected to , that is, the location of the characteristic temperature distribution related to the internal deformation is as follows.

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

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

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

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

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

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

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

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

図6に示したひび割れモデルについての表面温度のうちの、δ=45°で表側加熱及び裏側加熱の場合であってノイズを含まないときの表面温度分布に本検出方法を適用した結果をそれぞれ図14の(a)~(d)及び図15の(a)~(d)に示す。表側加熱の場合については、図14(a)は、ガボールウェーブレットの複素振動ei(2πfx+φ)を構成する正弦波に関連する部分のうちの正の部分(以下、正の正弦波関連成分という)であり、同じく図14(b)は、正弦波に関連する部分のうちの負の部分(以下、負の正弦波関連成分という)であり、図14(c)は、余弦波に関連する部分のうちの正の部分(以下、正の余弦波関連成分という)であり、同じく図14(d)は、余弦波に関連する部分のうちの負の部分(以下、負の余弦波関連成分という)である。なお、本検討では展開係数比率p=4%という非常に狭い範囲にある正弦波関連成分及び余弦波関連成分の存否を主に問題にしているので、各成分の値そのものについては特に意味はない。 Of the surface temperatures for the crack model shown in Fig. 6, the results of applying this detection method to the surface temperature distribution when δ = 45°, the front side heating and the back side heating, and no noise are included are shown. 14 (a) to (d) and FIG. 15 (a) to (d). In the case of front-side heating, FIG. 14(a) shows the positive part (hereinafter referred to as the positive sine wave-related component ), and FIG. 14(b) is the negative part (hereinafter referred to as negative sine wave-related component) of the sine wave-related part, and FIG. 14(c) is the cosine wave-related component FIG. 14(d) is a positive part (hereinafter referred to as a positive cosine wave related component) of the part related to the cosine wave (hereinafter referred to as a negative cosine wave related component). component). In this study, the main issue is the presence or absence of the sine wave-related component and the cosine wave-related component within the very narrow range of the expansion coefficient ratio p = 4%, so the value of each component itself has no particular meaning. .

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

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

このように、図14(a)~(d)の正弦波関連成分及び余弦波関連成分からひび割れに関する情報、すなわち、ひび割れ開口部の位置と、ひび割れ開口部に対してひび割れ面が存在する側とを検出することができる。 In this way, from the sine wave-related components and cosine wave-related components of FIGS. can be detected.

一方、裏側加熱の場合も表側加熱の場合と同様に、図15(a)~(d)において、ひび割れ開口部の位置が正負の正弦波関連成分によって示される。裏側加熱の場合は、図8(b)に示すように、ひび割れ面が存在しない側に最高温点とその点から徐々に温度が低下する、基準温度よりも温度が高い範囲が存在し、ひび割れ開口部を境にしたその反対側に最低温点から徐々に温度が上昇する、基準温度よりも温度が低い範囲が存在する。前者の温度範囲は、図15(c)に示す正の余弦波関連成分によって検出され、そして、後者の温度範囲は、図15(d)の負の余弦波関連成分によって検出される。したがって、裏面加熱の場合も、図15(a)~(d)の正弦波関連成分及び余弦波関連成分からひび割れに関する情報、すなわち、ひび割れ開口部の位置と、ひび割れ開口部に対してひび割れ面が存在する側とを検出することができる。 On the other hand, in the case of back side heating, as in the case of front side heating, in FIGS. 15(a) to 15(d), the positions of crack openings are indicated by positive and negative sine wave-related components. In the case of backside heating, as shown in FIG. 8(b), there is a maximum temperature point on the side where the crack surface does not exist, and a range where the temperature gradually decreases from that point, and the temperature is higher than the reference temperature. On the opposite side of the opening, there is a range where the temperature is lower than the reference temperature, where the temperature gradually rises from the lowest temperature point. The former temperature range is detected by the positive cosine related component shown in FIG. 15(c), and the latter temperature range is detected by the negative cosine related component of FIG. 15(d). Therefore, even in the case of back surface heating, the information about the crack from the sine wave-related components and cosine wave-related components in FIGS. existing side and can be detected.

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

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

図18においても、これまでと同様に、正弦波関連成分がひび割れ開口部の位置、及び余弦波関連成分がひび割れ面の存在する側を示している。ひび割れ開口部の位置及びひび割れ面の存在する側は、傾斜角δが小さいほどより広い範囲の信号として検出される。すなわち、δ=30°、δ=45°の順に各成分によって表示される範囲が広く、δが60°のひび割れでは、ひび割れ面の存在する側についての信号が現れず、δが75°のひび割れでは、ひび割れ開口部の位置及びひび割れ面の存在する側についての信号が両方とも現れていない。 In FIG. 18, as before, the sine wave-related component indicates the position of the crack opening, and the cosine wave-related component indicates the side where the crack surface exists. The position of the crack opening and the side on which the crack surface is present are detected as signals of a wider range as the inclination angle δ is smaller. In other words, the range displayed by each component is wide in the order of δ = 30° and δ = 45°. , the signal for both the position of the crack opening and the side where the crack face exists does not appear.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

対象の構造及び内部変状の一例として、図31に示すような棒状構造の中間部分の一部に内部変状が存在する場合を想定する。このような棒状構造の端部を打撃して、構造中を伝播して再び端部に戻ってきた振動を観測することにより、内部変状が生じているか否か、更にどの位置に、どの程度の内部変状が何個程度存在するか等についての検出することが行われる場合がある。内部変状の存在箇所において棒状構造を伝播する振動の一部が反射され、一部が透過するので、振動の形状と内部変状の存在とが関連するからである。 As an example of the target structure and internal deformation, it is assumed that there is internal deformation in a part of the middle portion of the rod-shaped structure as shown in FIG. By hitting the end of such a rod-shaped structure and observing the vibration that propagates through the structure and returns to the end, it is possible to determine whether internal deformation has occurred, and to what position and to what extent. In some cases, the number of internal deformations is detected. This is because the shape of the vibration and the presence of the internal deformation are related because part of the vibration propagating through the rod-like structure is reflected and part of the vibration is transmitted at the location where the internal deformation exists.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Claims (18)

実構造の表面乃至内部に存在して外部から視認できない実内部変状の特性をディープラーニングによって検出する構造内部変状検出装置であって、
前記実構造に実刺激が与えられたときの前記実構造の実応答を測定し、前記実応答を実応答データとして取得する実測手段と、
前記実測手段によって取得された前記実応答データを記憶する実測データ記憶手段と、
モデル構造を前記実構造に基づいて設定し、前記実内部変状に対して基本的なパラメータから構成された任意のモデル内部変状を、前記実構造内に生じている可能性が大きい少数の基本的特性を有するように設定し、前記基本的なパラメータのうちのいくつかの値を順次変動させた前記モデル内部変状を更に組み込んだ前記モデル構造を作成し、そして前記実刺激に基づいて設定されたモデル刺激を前記モデル構造に与えたときの前記モデル構造のモデル応答を順次構造解析してモデル応答データを作成する構造解析手段と、
前記モデル応答データを前記ディープラーニングに用いる教師データとして記憶する教師データ記憶手段と、
前記ディープラーニングによって、前記教師データ記憶手段に記憶された前記教師データについて学習を行い、前記学習の結果と前記実測データ記憶手段に記憶された実応答データとを用いて前記実内部変状の特性を推測する推測手段と、
前記推測された前記実内部変状の特性を画面に表示する表示手段と、
を備える、構造内部変状検出装置。
A structural internal deformation detection device that detects the characteristics of real internal deformation that exists on the surface or inside the actual structure and is invisible from the outside by deep learning,
measurement means for measuring an actual response of the real structure when a real stimulus is applied to the real structure and acquiring the actual response as actual response data;
measured data storage means for storing the actual response data acquired by the measured means;
A model structure is set based on the actual structure, and an arbitrary model internal deformation composed of basic parameters for the actual internal deformation is selected from a small number of models that are likely to occur in the actual structure. creating the model structure further incorporating the model internal deformation set to have basic properties and sequentially varying the values of some of the basic parameters; and based on the real stimuli structural analysis means for generating model response data by sequentially structurally analyzing model responses of the model structure when the set model stimulus is applied to the model structure;
teacher data storage means for storing the model response data as teacher data used in the deep learning;
learning the teacher data stored in the teacher data storage means by the deep learning, and using the results of the learning and the actual response data stored in the measured data storage means, characteristics of the real internal deformation a guessing means for guessing
display means for displaying the estimated characteristics of the real internal deformation on a screen;
A structural internal deformation detection device comprising:
前記実測データ記憶手段に記憶された前記実応答データの中から前記モデル応答との相関性が強いと考えられる前記実応答データの部分を抽出する教師データ抽出手段を更に備え、前記教師データ記憶手段は、前記教師データ抽出手段によって抽出された、前記モデル応答との相関性が強いと考えられる前記実応答データの部分を前記教師データとして更に含む、請求項1に記載の構造内部変状検出装置。 further comprising teacher data extracting means for extracting, from the actual response data stored in the measured data storage means, a part of the actual response data considered to have a strong correlation with the model response; 2. The structural internal deformation detection device according to claim 1, further comprising, as said teacher data, a part of said actual response data extracted by said teacher data extracting means and considered to have a strong correlation with said model response. . 前記実構造及び前記実内部変状を模擬した試験体に前記実刺激に基づいて設定され刺激を与えたときの応答についての実験データを得るための実験手段を更に備え、前記教師データ記憶手段は、前記実験手段によって得られた前記実験データを前記教師データとして更に含む、請求項1~2のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出装置。 further comprising experimental means for obtaining experimental data on response when a stimulus set based on the real stimulus is applied to the test body simulating the real structure and the real internal deformation, wherein the teacher data storage means 3. The structural internal deformation detection device according to claim 1, further comprising said experimental data obtained by said experimental means as said teacher data. 前記教師データ記憶手段に記憶された前記教師データにデータ拡張法を適用して、前記教師データの数量と多様性を増大させる、請求項1~3のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出装置。 4. The structural internal deformation according to any one of claims 1 to 3, wherein a data augmentation method is applied to said teacher data stored in said teacher data storage means to increase the quantity and variety of said teacher data. detection device. 前記内部変状の特性は、前記内部変状の位置、範囲、物性、又は種類を含む、請求項1~4のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出装置。 5. The structural internal deformation detection device according to claim 1, wherein the characteristics of the internal deformation include the position, range, physical properties, or type of the internal deformation. 前記実刺激は、加熱、打撃、加振、超音波のうちのいずれかを含む、請求項1~5のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出装置。 6. The structural internal deformation detection device according to claim 1, wherein the actual stimulus includes any one of heating, impact, vibration, and ultrasonic waves. 前記実構造がコンクリート平板構造であり、前記モデル内部変状が薄い平面的なひび割れである場合に、前記モデル内部変状を構成する基本パラメータが、ひび割れ開口部の幅と長さ、前記ひび割れが平板上面となす傾斜角、及び前記ひび割れの前記平板上面からの貫入深さを含む、請求項1~6のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出装置。 When the actual structure is a concrete plate structure and the model internal deformation is a thin planar crack, the basic parameters constituting the model internal deformation are the width and length of the crack opening, the crack 7. The structural internal deformation detection device according to any one of claims 1 to 6, including an inclination angle with respect to the upper surface of the flat plate and a penetration depth of the crack from the upper surface of the flat plate. 前記実構造がコンクリート平板構造であり、前記モデル内部変状が薄い平面的な浮きである場合に、前記モデル内部変状を構成する基本パラメータが、前記浮きの縦方向長さと横方向長さと厚さ、及び前記浮きの平板上面からの深さを含む、請求項1~6のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出装置。 When the actual structure is a concrete plate structure and the model internal deformation is a thin planar float, the basic parameters that constitute the model internal deformation are the vertical length, the horizontal length and the thickness of the float. 7. The structural internal deformation detection device according to any one of claims 1 to 6, including the height and the depth from the upper surface of the flat plate of the float. 前記実構造が棒状構造であり、前記実刺激が打撃であり、前記実応答データが振動的データである場合に、前記振動的データに含まれたノイズを直交ウェーブレットによる多重解像度解析を利用したウェーブレット縮退により除去する、請求項1~5のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出装置。 When the actual structure is a rod-shaped structure, the actual stimulus is a blow, and the actual response data is vibrational data, the noise contained in the vibrational data is wavelet using multi-resolution analysis by orthogonal wavelets. 6. The structural internal deformation detection device according to claim 1, wherein the removal is performed by degeneracy. 実構造の表面乃至内部に存在して外部から視認できない実内部変状の特性をディープラーニングによって検出する構造内部変状検出方法であって、
前記実構造に実刺激が与えられたときの前記実構造の実応答を測定し、前記実応答を実応答データとして取得する実測ステップと、
前記実測ステップによって取得された前記実応答データを記憶する実測データ記憶ステップと、
モデル構造を前記実構造に基づいて設定し、前記実内部変状に対して基本的なパラメータから構成された任意のモデル内部変状を、前記実構造内に生じている可能性が大きい少数の基本的特性を有するように設定し、前記基本的なパラメータのうちのいくつかの値を順次変動させた前記モデル内部変状を更に組み込んだ前記モデル構造を作成し、そして前記実刺激に基づいて設定されたモデル刺激を前記モデル構造に与えたときの前記モデル構造のモデル応答を順次構造解析してモデル応答データを作成する構造解析ステップと、
前記モデル応答データを前記ディープラーニングに用いる教師データとして記憶する教師データ記憶ステップと、
前記ディープラーニングによって、前記教師データ記憶ステップに記憶された前記教師データについて学習を行い、前記学習の結果と前記実測データ記憶ステップに記憶された実応答データとを用いて前記実内部変状の特性を推測する推測ステップと、
前記推測された前記実内部変状の特性を画面に表示する表示ステップと、
を含む、構造内部変状検出方法。
A structural internal deformation detection method for detecting, by deep learning, characteristics of real internal deformation that exists on the surface or inside the actual structure and cannot be visually recognized from the outside,
an actual measurement step of measuring an actual response of the real structure when a real stimulus is applied to the real structure and acquiring the actual response as actual response data;
an actual measurement data storage step of storing the actual response data acquired by the actual measurement step;
A model structure is set based on the actual structure, and an arbitrary model internal deformation composed of basic parameters for the actual internal deformation is selected from a small number of models that are likely to occur in the actual structure. creating the model structure further incorporating the model internal deformation set to have basic properties and sequentially varying the values of some of the basic parameters; and based on the real stimuli a structural analysis step of sequentially analyzing a model response of the model structure when the set model stimulus is applied to the model structure to create model response data;
a teacher data storage step of storing the model response data as teacher data used in the deep learning;
learning the teacher data stored in the teacher data storing step by the deep learning, and using the result of the learning and the actual response data stored in the measured data storing step, characteristics of the real internal deformation a guessing step of guessing
a display step of displaying the estimated characteristics of the actual internal deformation on a screen;
A structural internal deformation detection method comprising:
前記実測データ記憶ステップに記憶された前記実応答データの中から前記モデル応答との相関性が強いと考えられる前記実応答データの部分を抽出する教師データ抽出ステップを更に含み、前記教師データ記憶ステップは、前記教師データ抽出ステップによって抽出された、前記モデル応答との相関性が強いと考えられる前記実応答データの部分を前記教師データとして更に含む、請求項10に記載の構造内部変状検出方法。 further comprising a teacher data extraction step of extracting a portion of the actual response data that is considered to have a strong correlation with the model response from the actual response data stored in the actual measurement data storage step; 11. The structural internal deformation detection method according to claim 10, further comprising a portion of said actual response data extracted by said teacher data extraction step and considered to have a strong correlation with said model response as said teacher data. . 前記実構造及び前記実内部変状を模擬した試験体に前記実刺激に基づいて設定され刺激を与えたときの応答についての実験データを得るための実験ステップを更に含み、前記教師データ記憶ステップは、前記実験ステップによって得られた前記実験データを前記教師データとして更に含む、請求項10~11のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出方法。 further comprising an experiment step for obtaining experimental data on response when a stimulus set based on the real stimulus is applied to the test body simulating the real structure and the real internal deformation; 12. The structural internal deformation detection method according to claim 10, further comprising said experimental data obtained by said experimental step as said teacher data. 前記教師データ記憶ステップに記憶された前記教師データにデータ拡張法を適用して、前記教師データの数量と多様性を増大させる、請求項10~12のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出方法。 13. The structural internal deformation according to any one of claims 10 to 12, wherein a data augmentation method is applied to said teacher data stored in said teacher data storage step to increase the quantity and diversity of said teacher data. Detection method. 前記内部変状の特性は、前記内部変状の位置、範囲、物性、又は種類を含む、請求項10~13のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出方法。 The internal structural deformation detection method according to any one of claims 10 to 13, wherein the characteristics of the internal deformation include the position, range, physical properties, or type of the internal deformation. 前記実刺激は、加熱、打撃、加振、超音波のうちのいずれかを含む、請求項10~14のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出方法。 The structural internal deformation detection method according to any one of claims 10 to 14, wherein the actual stimulus includes any one of heating, impact, vibration, and ultrasonic waves. 前記実構造がコンクリート平板構造であり、前記モデル内部変状が薄い平面的なひび割れである場合に、前記モデル内部変状を構成する基本パラメータが、ひび割れ開口部の幅と長さ、前記ひび割れが平板上面となす傾斜角、及び前記ひび割れの前記平板上面からの貫入深さを含む、請求項10~15のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出方法。 When the actual structure is a concrete plate structure and the model internal deformation is a thin planar crack, the basic parameters constituting the model internal deformation are the width and length of the crack opening, the crack 16. The structural internal deformation detection method according to any one of claims 10 to 15, including an inclination angle with respect to the upper surface of the flat plate and a penetration depth of the crack from the upper surface of the flat plate. 前記実構造がコンクリート平板構造であり、前記モデル内部変状が薄い平面的な浮きである場合に、前記モデル内部変状を構成する基本パラメータが、前記浮きの縦方向長さと横方向長さと厚さ、及び前記浮きの平板上面からの深さを含む、請求項10~15のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出方法。 When the actual structure is a concrete plate structure and the model internal deformation is a thin planar float, the basic parameters that constitute the model internal deformation are the vertical length, the horizontal length and the thickness of the float. 16. The structural internal deformation detection method according to any one of claims 10 to 15, wherein the height and the depth from the upper surface of the flat plate of the float are included. 前記実構造が棒状構造であり、前記実刺激が打撃であり、前記実応答データが振動的データである場合に、前記振動的データに含まれたノイズを直交ウェーブレットによる多重解像度解析を利用したウェーブレット縮退により除去する、請求項11~15のうちのいずれかに記載の構造内部変状検出方法。 When the actual structure is a rod-shaped structure, the actual stimulus is a blow, and the actual response data is vibrational data, the noise contained in the vibrational data is wavelet using multi-resolution analysis by orthogonal wavelets. 16. The structural internal deformation detection method according to any one of claims 11 to 15, wherein removal is performed by degeneracy.
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