JP6016010B2 - Geological and formation change detection device and detection method - Google Patents
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Description
本発明は、採石や杭打ち等の穿孔掘削作業中に地質や地層の変化を検知するのに好適な検知装置、検知方法に関する。 The present invention relates to a detection device and a detection method suitable for detecting changes in geology and formation during drilling and excavation work such as quarrying and pile driving.
土木工事において、地中深くに存在する特定の地層と地層の境界位置に到達することを目的とした穿孔掘削作業が発生する。一例として建築物の基礎工事では杭打ちするために支持層に至る地点まで穿孔する必要があるが、このとき穿孔し過ぎると支持杭を安定することができない。また石炭の採掘工事では石炭を露出させて掘り出すために、石炭層の上に載っている砂岩層に孔を開け発破する必要がある。このとき穿孔し過ぎると石炭の露出が不調となる。そのため掘削機の掘削刃の先端位置において、掘削地盤の地層が変化したことを正確に検知できる技術が求められていた。
こうした検知技術として、特許文献1乃至3に開示されるように、掘削機のドリルに音響センサを装着し、この音響センサによって取得された掘削音の変化から地質や地層の変化をリアルタイムで検知するものがある。
In civil engineering work, there is a drilling and excavation work aimed at reaching a boundary position between a specific stratum that exists deep underground. As an example, in the foundation work of a building, it is necessary to drill up to a point that reaches the support layer in order to drive the pile, but if the hole is drilled too much, the support pile cannot be stabilized. In the mining work of coal, it is necessary to pierce and blast the sandstone layer on the coal layer in order to expose the coal and excavate it. At this time, if the hole is excessively drilled, the exposure of the coal becomes unstable. Therefore, there is a need for a technique that can accurately detect the change in the formation of the excavation ground at the tip position of the excavating blade of the excavator.
As such a detection technique, as disclosed in Patent Documents 1 to 3, an acoustic sensor is attached to a drill of an excavator, and a change in geology or formation is detected in real time from a change in excavation sound acquired by the acoustic sensor. There is something.
しかし地盤の中の状態は極めて複雑であり、同じ地層であっても、水分の分布状態や岩石等の包含状態は、場所により或いは深度により必ずしも一様ではない。また異なる地層が積層している場合、その積層状態は大きく歪んでいたり屈曲していたりすることも多い。
この点、特許文献1に開示された発明は、掘削音の波形をオシロスコープ等で観測し、これらと事前に用意した波形及び周波数のデータとを目視対比することによって地質や地層の変化を判断する。また特許文献2に開示された発明は、掘削音の振幅が単位時間あたりに閾値を超えた度数の分布を作成し、これと事前に用意した地質・地層毎の同様の度数分布データとを照合することによって地質や地層の変化を判断する。また特許文献3に開示された発明では、掘削音の周波数スペクトルを取得し、これと、目標地盤と同等の地盤を掘削した際に取得しておいた教師スペクトルとを比較することによって地質や地層の変化を判断する。
However, the conditions in the ground are extremely complex, and even in the same formation, the distribution state of moisture and the inclusion state of rocks are not necessarily uniform depending on the location or depth. In addition, when different formations are laminated, the laminated state is often greatly distorted or bent.
In this regard, the invention disclosed in Patent Document 1 observes the waveform of the excavation sound with an oscilloscope or the like, and judges changes in geology or formation by visually comparing these with the waveform and frequency data prepared in advance. . Further, the invention disclosed in Patent Document 2 creates a frequency distribution in which the amplitude of excavation sound exceeds a threshold per unit time, and collates this with the same frequency distribution data for each geology and strata prepared in advance. To determine changes in geology and strata. In the invention disclosed in Patent Document 3, the frequency spectrum of the excavation sound is acquired, and this is compared with the teacher spectrum acquired when excavating the ground equivalent to the target ground. Judgment of changes.
よって、特許文献1乃至3に開示された技術を用いる場合、事前に用意したこれらの基準データを取得したときの地盤の状態と、これから掘削しようとする地盤の状態が近似しているということが前提になっている。しかし両者は必ずしも一致しない。そのため穿孔掘削作業の実際の現場では、掘削音変化の検出精度が一定しないという問題が生じていた。 Therefore, when using the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3, the state of the ground when these reference data prepared in advance are acquired and the state of the ground to be excavated from now on are approximate. It is a premise. However, they do not necessarily match. Therefore, in the actual site of drilling and excavation work, there has been a problem that the detection accuracy of excavation sound change is not constant.
また多様な地盤の状態に対応する検知装置を得るためには、多数の基準データを穿孔掘削作業の前に用意する必要があり、かつ掘削作業の対象地盤に適した基準データを、ユーザが作業の都度、検討し選ばなければならない。そのため地質・地層変化の検知作業全体で見ると作業負担が大きく、かつ作業工数も多くて煩雑になるという問題が生じていた。
本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、掘削作業現場で検知のために取得される掘削音のデータと、これと比較される基準データとの間の、地盤状態の相違に基づく不適合性を改善し、基準データの準備作業や選択作業の負担が極めて少ない地質・地層変化の検知装置及び検知方法を提供することを目的とする。
In addition, in order to obtain a detection device corresponding to various ground conditions, it is necessary to prepare a lot of reference data before drilling and excavation work, and the user can work on reference data suitable for the target ground for excavation work. Each time you have to consider and choose. For this reason, there has been a problem that the burden of work is large and the number of work steps is large and cumbersome when viewed in terms of the entire geological / geological change detection work.
The present invention has been devised in view of the above-described problems, and the ground condition between excavation sound data acquired for detection at an excavation work site and reference data to be compared with the excavation sound data. It is an object of the present invention to provide a detection device and a detection method for a geological / geological change that can improve the nonconformity based on the difference between the two and reduce the burden of the reference data preparation work and selection work.
本発明は、上記の目的を達成するために、本発明に係る地質・地層変化の検知方法および検知装置を次のように構成したことを特徴とする。
本発明に係る地質・地層変化の検知装置の第一の態様は、掘削機の掘削音を取得する集音装置と、前記取得された掘削音に基づいて音響分析処理を実行する音響分析装置と、を有する地質・地層変化検知装置であって、音響分析装置は、音響特徴量を抽出する関数を用いて、前記掘削音から音響特徴量を抽出する音響特徴量算出手段と、音響特徴量に基づいて、音響分析処理に用いる基準音部分空間を作成する基準音部分空間作成手段と、音響特徴量と基準音部分空間との間の逸脱距離を算出する逸脱距離算出手段と、逸脱距離の大小を判断するための閾値を設定する閾値設定手段と、逸脱距離が閾値を超えているか否かを判断する比較手段とを備え、基準音部分空間作成手段は、掘削機による掘削作業の開始直後における第一所定時間内に集音装置によって取得された掘削音に基づいて音響特徴量算出手段が算出した音響特徴量から、基準音部分空間を作成し、閾値設定手段は、第一所定時間経過後の第二所定時間内に集音装置によって取得された掘削音に基づいて音響特徴量算出手段が算出した音響特徴量から、閾値を算出し、比較手段は、第二所定時間経過後に、逸脱距離が閾値を超えているか否かを判断する処理を実行することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the geological / geological change detection method and detection apparatus according to the present invention are configured as follows.
A first aspect of a geological / geological change detection device according to the present invention is a sound collection device that acquires excavation sound of an excavator, and an acoustic analysis device that executes acoustic analysis processing based on the acquired excavation sound, The acoustic analysis device includes a sound feature amount calculating means for extracting an acoustic feature amount from the excavation sound using a function for extracting the acoustic feature amount, and an acoustic feature amount. A reference sound subspace creating means for creating a reference sound subspace to be used for acoustic analysis processing, a deviation distance calculating means for calculating a deviation distance between the acoustic feature quantity and the reference sound subspace, and a magnitude of the deviation distance A threshold setting means for setting a threshold for judging whether or not and a comparison means for judging whether or not the deviation distance exceeds the threshold, the reference sound subspace creating means is immediately after the start of excavation work by the excavator Within the first predetermined time A reference sound subspace is created from the acoustic feature amount calculated by the acoustic feature amount calculation means based on the excavation sound acquired by the sound device, and the threshold setting means is within a second predetermined time after the first predetermined time has elapsed. The threshold value is calculated from the acoustic feature amount calculated by the acoustic feature amount calculation unit based on the excavation sound acquired by the sound collector, and the comparison unit determines whether the deviation distance exceeds the threshold value after the second predetermined time has elapsed. It is characterized by executing a process for determining whether or not.
本発明の第二の態様では、前記第一の態様の音響特徴量算出手段が用いる関数を高次局所自己相関関数(Higher-order Local Auto-Correlation)としてもよい。なお、以下の本明細書中においては特に明記しない限り、高次局所自己相関関数のことを単に「HLAC」という。
本発明の第三の態様では、前記第一又は第二の態様の第一所定時間及び第二所定時間の少なくとも一方を、掘削機の掘削作業前にユーザが設定可能なユーザインターフェース部を備えてもよい。
In the second aspect of the present invention, the function used by the acoustic feature quantity calculating means of the first aspect may be a higher-order local auto-correlation function. In the following description, the high-order local autocorrelation function is simply referred to as “HLAC” unless otherwise specified.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a user interface unit that allows the user to set at least one of the first predetermined time and the second predetermined time of the first or second aspect before excavation work of the excavator. Also good.
本発明の第四の態様では、前記第一乃至第三の態様の掘削機から供給される制御信号に応じて、基準音部分空間作成手段、閾値設定手段及び比較手段の動作タイミングを制御する動作制御手段を備えてもよい。
本発明の第五の態様では、前記第一乃至第四の態様の集音装置を、掘削機の掘削刃を移動させるドリフタ上に配置してもよい。
本発明の第六の態様では、前記第一乃至第五の態様の地質・地層変化検知装置と、この地質・地層変化検知装置の比較手段の判断結果に基づいて報知動作を行う報知装置とを備えた掘削機としてもよい。
In the fourth aspect of the present invention, the operation for controlling the operation timing of the reference sound subspace creation means, the threshold setting means, and the comparison means in accordance with the control signal supplied from the excavator of the first to third aspects. Control means may be provided.
In the fifth aspect of the present invention, the sound collecting device of the first to fourth aspects may be disposed on a drifter that moves the excavator blade of the excavator.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a geological / geological change detection device according to the first to fifth aspects, and a notification device that performs a notification operation based on a determination result of a comparison unit of the geological / geological change detection device. It may be an excavator provided.
本発明の第七の態様は、掘削機の掘削音を取得し、その取得された掘削音に基づいて音響分析処理を実行することで地質・地層の変化を検知する地質・地層変化検知方法であって、音響特徴量を抽出する関数を用いて、掘削音から音響特徴量を抽出する音響特徴量算出ステップと、音響特徴量に基づいて、音響分析処理に用いる基準音部分空間を作成する基準音部分空間作成ステップと、音響特徴量と基準音部分空間との間の逸脱距離を算出する逸脱距離算出ステップと、逸脱距離の大小を判断するための閾値を設定する閾値設定ステップと、逸脱距離が閾値を超えているか否かを判断する比較ステップとを備え、基準音部分空間作成ステップは、掘削機による掘削作業の開始直後における第一所定時間内に実行し、閾値設定ステップは、第一所定時間経過後の第二所定時間内に実行し、比較ステップは、第二所定時間経過後に実行することを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is a geology / stratification change detection method for detecting excavation sound of an excavator and detecting a change in geology / stratum by executing acoustic analysis processing based on the acquired excavation sound. An acoustic feature quantity calculating step for extracting an acoustic feature quantity from the excavation sound using a function for extracting the acoustic feature quantity, and a reference for creating a reference sound subspace to be used for acoustic analysis processing based on the acoustic feature quantity A sound subspace creation step, a departure distance calculation step for calculating a departure distance between the acoustic feature quantity and the reference sound subspace, a threshold setting step for setting a threshold for judging the magnitude of the departure distance, and a departure distance The reference sound subspace creation step is executed within a first predetermined time immediately after the start of excavation work by the excavator, and the threshold setting step includes a comparison step for determining whether or not the threshold value exceeds the threshold value. Executed within the second predetermined time after a predetermined time, the comparison step is characterized by executing the after the second predetermined time.
従って、本発明を適用した地質・地層変化の検知装置の第一の態様は、これから掘削しようとする掘削対象地盤の地質・地層の状態に応じた基準データを、掘削作業の進行に併せて掘削作業現場で速やかに取得する。そしてこの基準データに基づいて掘削音の音響分析処理を実行することによって、掘削作業時の掘削音変化を精度良く検知する。そのため、地盤状態が多様であっても対応できる優れた汎用性を有している。 Therefore, according to the first aspect of the geological / geological change detection device to which the present invention is applied, the reference data corresponding to the geological / geological condition of the excavation target ground to be excavated is excavated along with the progress of the excavation work. Obtain promptly at the work site. And the excavation sound change at the time of excavation work is detected accurately by executing the acoustic analysis process of the excavation sound based on this reference data. Therefore, it has excellent versatility that can cope with various ground conditions.
また本発明を適用した地質・地層変化の検知装置の第二の態様は、音響特徴量算出手段が用いる関数として高次局所自己相関を用いる。HLACは、音響信号を時間−周波数平面の2次元の変化パターンから音響特徴量を抽出するため、音響信号の時間的変化と周波数的変化を同時に反映した特徴抽出が可能になる。またHLACの逐次型主成分分析により、基準音部分空間は逐次更新学習される。よってこの音響特徴量を用いることにより、掘削中の現在の地盤状態を反映した精密な分析が可能となる。よって地質・地層変化に起因する掘削音の微妙な変化を精度よく捉えることができる。 The second aspect of the geological / geological change detection apparatus to which the present invention is applied uses higher-order local autocorrelation as a function used by the acoustic feature quantity calculating means. Since HLAC extracts an acoustic feature quantity from a two-dimensional change pattern of an acoustic signal in a time-frequency plane, it is possible to perform feature extraction that simultaneously reflects temporal and frequency changes of the acoustic signal. In addition, the reference sound subspace is successively updated and learned by the sequential principal component analysis of HLAC. Therefore, by using this acoustic feature amount, a precise analysis reflecting the current ground condition during excavation becomes possible. Therefore, it is possible to accurately capture subtle changes in excavation sound caused by geological and strata changes.
また本発明を適用した地質・地層変化の検知方法の第三の態様においては、第一所定時間及び第二所定時間の少なくとも一方を、ユーザが任意に設定可能となることから、作業現場に応じた最適な検知処理を行うことができる。
また本発明を適用した地質・地層変化の検知方法の第四の態様においては、ユーザは掘削機から制御信号を送信して、基準音部分空間作成手段、閾値設定手段及び比較手段の動作タイミングを制御することができる。よって効率的に掘削作業を実行することができる。
In the third aspect of the geological / geological change detection method to which the present invention is applied, at least one of the first predetermined time and the second predetermined time can be arbitrarily set by the user. Optimal detection processing can be performed.
In the fourth aspect of the geological / geological change detection method to which the present invention is applied, the user transmits a control signal from the excavator to set the operation timing of the reference sound subspace creating means, the threshold setting means, and the comparing means. Can be controlled. Therefore, excavation work can be performed efficiently.
また本発明を適用した地質・地層変化の検知方法の第五の態様においては、集音装置を掘削機の掘削刃を移動させるドリフタ上に配置するため、ドリルやロッドで発生する音を作業の進行度合に関係なく、ほぼ一定の品質で集音することができる。
また本発明を適用した地質・地層変化の検知方法の第六の態様は、本発明に係る地質・地層変化検知装置と、この地質・地層変化検知装置の比較手段の判断結果に基づいて報知動作を行う報知装置を備えた掘削機である。よって、ユーザに地質や地層が変化したことを報知することのできる掘削機を得ることができる。
In the fifth aspect of the geological / geological change detection method to which the present invention is applied, the sound collecting device is disposed on the drifter that moves the excavator blade of the excavator. Regardless of the degree of progress, the sound can be collected with almost constant quality.
The sixth aspect of the geological / geological change detection method to which the present invention is applied is the notification operation based on the determination result of the geological / geological change detecting device according to the present invention and the comparing means of the geological / geological change detecting device. It is an excavator provided with a notification device for performing. Therefore, it is possible to obtain an excavator that can notify the user that the geology and the formation have changed.
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
(構成)
図1は、本発明に係る地質・地層変化検知装置10のブロック図である。
地質・地層変化検知装置10は、掘削機に配置されている集音装置100と、集音装置100によって取得された掘削音に基づいて音響分析処理を実行する音響分析装置120と、音響分析装置120による判断結果に基づいて報知する報知装置150と、同じく音響分析装置120による判断結果を表示する結果表示装置140と、上記集音装置100及び報知装置150と音響分析装置120の間に介在してデータの入出力処理を行うユーザインターフェース110と、音響分析装置120用のメモリと、音響分析処理のために用いられるプログラムのバイナリコードやパラメータの設定値等を記憶する記憶装置170と、上記パラメータの設定変更等を行う操作キーパネル160を備えている。
以上の中で集音装置100以外は、基本的に掘削機のキャビン内においてユーザに対して配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Constitution)
FIG. 1 is a block diagram of a geological / geological
The geological / geological
In the above, except for the
またユーザインターフェース110は、掘削音を増幅するアンプ(図示せず)と、アナログ‐ディジタル変換するADコンバータを備える。
ユーザインターフェース110によって処理される掘削機からの制御信号発信装置130として、回転SW、打撃SW、フラッシングSW、フィード前進SW、フィード後進SW、ジャミングSW、フィード圧力センサ、手動開始SWがある。これらの制御信号発信装置130から供給される各信号は、後述する学習開始条件処理や、終了条件処理の実行に用いられる。
The
The control
集音装置100は、掘削機が地盤を掘削する際の掘削音を取得する。取得された掘削音は音響分析装置120に取り込む。図2に掘削機における集音装置の取り付け位置を示す。
音響分析装置120は、音響特徴量算出部120aと、基準音部分空間作成部120bと、逸脱距離算出部120cと、閾値設定部120dと、比較部120eとを備える。音響分析装置120は、集音装置100が取得した掘削音に基づいて音響分析処理を実行するものである。
The
The
音響特徴量算出部120aは、音響特徴量を抽出する関数を用いて、集音装置100が取得した掘削音から音響特徴量を抽出するものである。
基準音部分空間作成部120bは、音響特徴量算出部120aが抽出した音響特徴量に基づいて、音響分析処理に用いる基準音部分空間を作成するものである。
逸脱距離算出部120cは、音響特徴量算出部120aが抽出した音響特徴量と、基準音部分空間作成部120bが作成した基準音部分空間との間の逸脱距離を算出するものである。
The acoustic feature
The reference sound
The departure
閾値設定部120dは、逸脱距離算出部120cが算出した逸脱距離の大小を判断するための閾値を設定するものである。
比較部120eは、逸脱距離算出部120cが算出した逸脱距離が、閾値設定部120dが設定した閾値を超えているか否かを判断するものである。
報知装置150は、音響分析装置120による判断結果に基づいてユーザに対して報知するものである。
The threshold setting unit 120d sets a threshold for determining the magnitude of the departure distance calculated by the departure
The
The
結果表示装置140は、音響分析装置120による判断結果をユーザに対して表示するものである。
ユーザインターフェース110は、集音装置100及び報知装置150と、音響分析装置120の間に介在してデータの入出力処理を行うものである。
メモリは音響分析装置120の分析処理に用いられるものである。
記憶装置170は、音響分析処理のために用いられるプログラムのバイナリコードやパラメータの設定値等を記憶するものである。
操作キーパネル160は、パラメータの設定変更等を行うものである。
The
The
The memory is used for analysis processing of the
The
The operation
(パラメータ)
本発明の処理に用いられるパラメータは、掘削対象地盤に応じて適宜変更することができる。しかし一般的な多くの石炭採掘現場に適用する場合においては、特に以下のように定義してもよい。
開始条件の連続時間S:0〜5秒の間
圧力値P0:0〜10MPaの範囲
第一所定時間:5秒間
第二所定時間:5秒間
調整係数α:代表的な値としては6などに設定される。
終了条件の連続時間E:0〜10秒の間
このように各パラメータの値を設定することにより、多くの場合、石炭採掘現場において効率のよい音響分析処理を行うことができるので、本発明に係る地質・地層変化検知装置10の実施形態を、より好適なものとすることができる。
(Parameter)
The parameter used for the process of this invention can be suitably changed according to excavation object ground. However, when applied to many general coal mining sites, the following definitions may be made.
Start condition continuous time S: 0 to 5 seconds Pressure value P0: 0 to 10 MPa range First predetermined time: 5 seconds Second predetermined time: 5 seconds Adjustment coefficient α: Typical value is set to 6 Is done.
End time continuous time E: 0 to 10 seconds By setting the values of the parameters in this way, in many cases, efficient acoustic analysis processing can be performed at the coal mining site. Such an embodiment of the geological / geological
(作用)
図3は本発明の音響分析処理を示すフローチャートである。
まずユーザが掘削機を起動すると、連動して本発明に係る地質・地層変化検知装置10が起動する。集音装置100は集音可能となるよう通電され、音響分析装置120は初期設定等の準備をする。ユーザは必要に応じ、操作キーパネル160を用いて設定入力操作を実行する。
その後、掘削機に取り付けた集音装置100で掘削音の取得が開始される。ユーザインターフェースは、取得された掘削音をアンプで増幅し、さらにADコンバータでアナログ−ディジタル変換処理を実行する。その後、このディジタル化した音響信号を音響分析装置120に取り込む処理を実行する。こうして取り込まれた音響信号から、音響特徴量算出部120aによって、音響特徴量が抽出され、ステップS20に移行する。
なお、この掘削音取得処理と取得した掘削音の音響特徴量抽出処理は、後述する処理が進んでも、並列して実行され続ける。
(Function)
FIG. 3 is a flowchart showing the acoustic analysis processing of the present invention.
First, when the user activates the excavator, the geological / geological
Thereafter, acquisition of excavation sound is started by the
Note that the excavation sound acquisition process and the acquired excavation sound acoustic feature amount extraction process continue to be executed in parallel even when the process described later proceeds.
ステップS20では、ステップS30以降の音響分析処理を開始するかどうか、下記(1)(2)のいずれかの制御信号130によって制御される。
(1)回転SW,打撃SW,フラッシングSWの3つのSWが全てONである入力信号と、フィード圧力がS[秒]以上連続してP0[MPa]を上回った場合に送信される入力信号
(2)手動開始SWがONである入力信号
なおフィード圧力信号はアンプで増幅し、さらにADコンバータでアナログ‐ディジタル変換処理した後、音響分析装置120での処理に用いる。
In step S20, whether or not to start the acoustic analysis processing in step S30 and later is controlled by one of the following control signals 130 of (1) and (2).
(1) An input signal in which all three SWs of rotation SW, impact SW and flushing SW are ON, and an input signal transmitted when the feed pressure continuously exceeds P0 [MPa] for S [seconds] ( 2) Input signal when manual start SW is ON Note that the feed pressure signal is amplified by an amplifier, further subjected to analog-digital conversion processing by an AD converter, and then used for processing by the
上記(1)(2)のいずれかの入力信号を受け取った場合、音響分析処理はステップS30に移行して、このステップS30では、基準音部分空間作成部120bは、並行して実行されている掘削音取得処理及び音響特徴量処理を通じて抽出された音響特徴量から、基準音の学習処理を実行する。このようにして、現在掘削している地盤の基準データとしての基準音部分空間が作成される。
この基準音部分空間作成処理(ステップS30)を、パラメータの一つである第一所定時間の間実行する。この第一所定時間が終了し基準音の学習が終了すると、ステップS30で学習された基準音部分空間のパラメータを記憶装置170に記憶させるとともに、次のステップS40の処理へ引き渡す。
When the input signal of any one of (1) and (2) is received, the acoustic analysis process proceeds to step S30, and in this step S30, the reference sound
This reference sound subspace creation process (step S30) is executed for a first predetermined time which is one of the parameters. When the first predetermined time is finished and the learning of the reference sound is finished, the parameters of the reference sound subspace learned in step S30 are stored in the
ステップS40では、逸脱距離算出部120cによって、掘削音取得処理と音響特徴量抽出処理を通じて抽出された音響特徴量の、基準音部分空間からの逸脱距離を算出する。
この逸脱距離算出処理(ステップS40)を、パラメータの一つである第二所定時間の間実行する。この第二所定時間の間、算出された逸脱距離は次の閾値設定処理(ステップS50)へ順次引き渡し、ステップS50において閾値作成に用いる。第二所定時間が終了しこの処理が終了すると、音響分析処理はステップS60に移行する。なおステップS40及びS50で算出された逸脱距離及び閾値のパラメータは記憶装置170に記憶させている。
ステップS60では、以下の手順に従って逸脱距離に対する閾値を設定する。第二所定時間の間に算出された逸脱距離(120d(n),n=1,...,N)の平均μと標準偏差σを求め、
In step S40, the deviation
This deviation distance calculation process (step S40) is executed for a second predetermined time which is one of the parameters. During this second predetermined time, the calculated deviation distance is sequentially transferred to the next threshold value setting process (step S50) and used for threshold value generation in step S50. When the second predetermined time ends and this process ends, the acoustic analysis process proceeds to step S60. The deviation distance and threshold parameters calculated in steps S40 and S50 are stored in the
In step S60, a threshold for the deviation distance is set according to the following procedure. Find the average μ and standard deviation σ of the deviation distance (120d (n), n = 1, ..., N) calculated during the second predetermined time,
ステップS60では、比較部120eによって、音響変化の検知処理を実行する。掘削音取得処理と音響特徴量抽出処理を通じて抽出された音響特徴量から、逸脱距離算出処理(ステップS40)を通じて逸脱距を算出する。この算出された逸脱距離と設定された閾値との大小を比較する。
算出された逸脱距離が閾値より小さい場合、処理はステップS70に移行する。これはステップS60と同等の処理を実行して逸脱距離を算出する。そしてステップS80に移行して、比較部120eによって閾値との大小を比較する。
ここでも算出された逸脱距離が閾値より小さい場合、再度ステップS70に回帰し、中断処理を実行しない限り、ステップS70とステップS80の処理を繰り返す。
In step S60, the
If the calculated deviation distance is smaller than the threshold, the process proceeds to step S70. This calculates the deviation distance by executing the same process as in step S60. Then, the process proceeds to step S80, and the
Here, if the calculated deviation distance is smaller than the threshold value, the process returns to step S70 again, and the processes of step S70 and step S80 are repeated unless the interruption process is executed.
反対に、算出された逸脱距離が閾値以上となる場合、処理はステップS90に移行する。ステップS90では音響分析装置120は、ドリルビットが現在掘削している部位において、地質・地層の変化が生じたと判断し、ユーザインターフェース110を介して報知装置150に信号を送信する。これにより報知装置150は警報ブザーを鳴らしてユーザに報知する。また音響分析装置120は、ユーザインターフェース110を介して結果表示装置140に信号を送信する。これにより結果表示装置140はユーザに対して視覚的に結果を表示する。
On the other hand, when the calculated deviation distance is equal to or greater than the threshold, the process proceeds to step S90. In step S <b> 90, the
音響分析装置120は、音響分析処理を終了するかどうか、下記(4)〜(6)のいずれかの制御信号130によって制御される。具体的には、
(4)ジャミングSWがONに切り換わった場合である入力信号
(5)フィード後進SWがONに切り換わった場合である入力信号
(6)フィード前進SWが120E[秒]以上OFFの場合である入力信号
上記(4)〜(6)のいずれかを受け取った場合に、音響分析処理を終了して、待機状態に移行する。
以上が、本発明に係る音響分析処理の基本の流れとなる。
The
(4) Input signal when jamming SW is turned ON (5) Input signal when feed reverse SW is turned ON (6) When feed forward SW is OFF for more than 120E [sec] Input signal When any one of the above (4) to (6) is received, the acoustic analysis process is terminated, and a transition is made to a standby state.
The above is the basic flow of the acoustic analysis processing according to the present invention.
(効果)
本発明に係る地質・地層変化検知装置10は、上述した音響分析処理を実行することによって、掘削作業時の掘削音の変化を精度良く検知する。そのため、掘削対象の地盤がどんなに多様な地質・地層状態である場合であっても、環境条件が作業毎に異なる場合であっても、対応できるという有利な効果を奏する。
(effect)
The geological / geological
図4に、ステップS30〜ステップS60で説明した処理の例を示す。図4では横軸が時間で縦軸が逸脱距離を示す。
図4に示す音響分析処理では、地質・地層が変化したと判断するための逸脱距離に対する閾値を、基準音学習を行った直後の5秒間で算出される逸脱距離の期待値と標準偏差から求めている。時刻00:01.9あたりから掘削を開始し、その直後の5秒間で基準音の学習を行っている。そして続く5秒間で算出される逸脱距離の期待値と標準偏差から音響変化検知の閾値を求め、それ以後の区間では逸脱距離と閾値を比較している。そして逸脱距離が閾値を超えた時刻00:25.7から地質・地層が変化し始めたと判断している。
FIG. 4 shows an example of the processing described in steps S30 to S60. In FIG. 4, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the deviation distance.
In the acoustic analysis processing shown in FIG. 4, the threshold for the deviation distance for determining that the geology / stratum has changed is obtained from the expected value and the standard deviation of the deviation distance calculated in 5 seconds immediately after the reference sound learning. ing. Drilling started at around 00: 01.9, and the reference sound was learned for 5 seconds immediately after that. Then, the threshold value for detecting the acoustic change is obtained from the expected value of the deviation distance calculated in the next 5 seconds and the standard deviation, and the deviation distance and the threshold value are compared in the subsequent sections. Then, it is determined that the geology and strata started to change from 00: 25.7 when the departure distance exceeded the threshold.
10 地質・地層変化検知装置
100 集音装置
110 ユーザインターフェース
120 音響分析装置
120a 音響特徴量算出部
120b 基準音部分空間作成部
120c 逸脱距離算出部
120d 閾値設定部
120e 比較部
130 制御信号
140 結果表示装置
150 報知装置
160 操作キーパネル
170 記憶装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記音響分析装置は、
音響特徴量を抽出する関数を用いて、前記掘削音から音響特徴量を抽出する音響特徴量算出手段と、
前記音響特徴量に基づいて、前記音響分析処理に用いる基準音部分空間を作成する基準音部分空間作成手段と、
前記音響特徴量と前記基準音部分空間との間の逸脱距離を算出する逸脱距離算出手段と、
前記逸脱距離の大小を判断するための閾値を設定する閾値設定手段と、
前記逸脱距離が前記閾値を超えているか否かを判断する比較手段と、
を備え、
前記基準音部分空間作成手段は、前記掘削機による掘削作業の開始直後における第一所定時間内に前記集音装置によって取得された掘削音に基づいて前記音響特徴量算出手段が算出した前記音響特徴量から、前記基準音部分空間を作成し、
前記閾値設定手段は、前記第一所定時間経過後の第二所定時間内に前記集音装置によって取得された前記掘削音に基づいて前記音響特徴量算出手段が算出した前記音響特徴量から、前記閾値を算出し、
前記比較手段は、前記第二所定時間経過後に、逸脱距離が前記閾値を超えているか否かを判断する処理を実行することを特徴とする地質・地層変化検知装置。 A geological / geological change detection device comprising: a sound collection device that acquires excavation sound of an excavator; and an acoustic analysis device that executes acoustic analysis processing based on the acquired excavation sound,
The acoustic analyzer is
An acoustic feature quantity calculating means for extracting an acoustic feature quantity from the excavation sound using a function for extracting an acoustic feature quantity;
A reference sound subspace creating means for creating a reference sound subspace to be used for the acoustic analysis processing based on the acoustic feature amount;
A deviation distance calculating means for calculating a deviation distance between the acoustic feature quantity and the reference sound subspace;
Threshold setting means for setting a threshold for determining the magnitude of the deviation distance;
Comparing means for determining whether the deviation distance exceeds the threshold;
With
The reference sound subspace creating means calculates the acoustic feature calculated by the acoustic feature amount calculation means based on excavation sound acquired by the sound collector within a first predetermined time immediately after the start of excavation work by the excavator. From the quantity, create the reference sound subspace,
The threshold setting unit is configured to calculate the acoustic feature amount calculated by the acoustic feature amount calculation unit based on the excavation sound acquired by the sound collector within a second predetermined time after the first predetermined time has elapsed. Calculate the threshold,
The comparison means is configured to execute a process of determining whether or not a deviation distance exceeds the threshold value after the second predetermined time has elapsed.
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の地質・地層変化検知装置。 5. The geological / geological change detection device according to claim 1, wherein the sound collecting device is disposed on a drifter that moves a drilling blade of the excavator.
音響特徴量を抽出する関数を用いて、前記掘削音から音響特徴量を抽出する音響特徴量算出ステップと、
前記音響特徴量に基づいて、前記音響分析処理に用いる基準音部分空間を作成する基準音部分空間作成ステップと、
前記音響特徴量と前記基準音部分空間との間の逸脱距離を算出する逸脱距離算出ステップと、
前記逸脱距離の大小を判断するための閾値を設定する閾値設定ステップと、
前記逸脱距離が前記閾値を超えているか否かを判断する比較ステップと、
を備え、
前記基準音部分空間作成ステップは、前記掘削機による掘削作業の開始直後における第一所定時間内に実行し、
前記閾値設定ステップは、前記第一所定時間経過後の第二所定時間内に実行し、
前記比較ステップは、前記第二所定時間経過後に実行することを特徴とする地質・地層変化検知方法。
A geological / geological change detection method for detecting a geological / geological change by acquiring excavation sound of an excavator and executing acoustic analysis processing based on the acquired excavated sound,
An acoustic feature quantity calculating step for extracting an acoustic feature quantity from the excavation sound using a function for extracting the acoustic feature quantity;
A reference sound subspace creating step for creating a reference sound subspace used for the acoustic analysis processing based on the acoustic feature amount;
A deviation distance calculating step of calculating a deviation distance between the acoustic feature quantity and the reference sound subspace;
A threshold setting step for setting a threshold for determining the magnitude of the deviation distance;
A comparing step of determining whether the deviation distance exceeds the threshold;
With
The reference sound subspace creation step is executed within a first predetermined time immediately after the start of excavation work by the excavator,
The threshold setting step is executed within a second predetermined time after the first predetermined time has elapsed,
The comparison step is executed after elapse of the second predetermined time.
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