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JP7414694B2 - Analysis result judgment method, validity judgment support method, analysis result learning device, and analysis result judgment device - Google Patents
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JP7414694B2 - Analysis result judgment method, validity judgment support method, analysis result learning device, and analysis result judgment device - Google Patents

Analysis result judgment method, validity judgment support method, analysis result learning device, and analysis result judgment device Download PDF

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JP7414694B2 JP2020188959A JP2020188959A JP7414694B2 JP 7414694 B2 JP7414694 B2 JP 7414694B2 JP 2020188959 A JP2020188959 A JP 2020188959A JP 2020188959 A JP2020188959 A JP 2020188959A JP 7414694 B2 JP7414694 B2 JP 7414694B2
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Description

本発明は、解析結果判定方法、妥当性判断支援方法、解析結果学習装置および解析結果判定装置に関する。 The present invention relates to an analysis result determination method, a validity determination support method, an analysis result learning device, and an analysis result determination device.

現在、建設業務に関して、人工知能(AI:Artificial Intelligence)技術を用いた様々な技術が開発されている。例えば、地震計記録のランニングスペクトルを用いて低周波微動と通常の地震動のシグナルを自動的に高精度で判別する手法が開発されている(非特許文献1参照)。ランニングスペクトルは、地震等の波動シグナルに含まれる周波数成分の時間変化を表示する手法の一つである。画像の縦方向に周波数成分を示し、これを横方向に時間経過に従って表示することで、シグナルに含まれる周波数成分の継続時間と時間変化を画像として表示する手法である。この技術によれば、低周波微動と通常の地震動を自動的に高精度で判別できる。 Currently, various technologies using artificial intelligence (AI) technology are being developed for construction work. For example, a method has been developed that uses the running spectrum of seismograph records to automatically distinguish between low-frequency tremors and normal seismic motion signals with high precision (see Non-Patent Document 1). A running spectrum is one of the methods of displaying temporal changes in frequency components included in wave signals such as earthquakes. This is a method of displaying the duration and time change of the frequency components included in a signal as an image by showing the frequency components in the vertical direction of the image and displaying them in the horizontal direction according to the passage of time. This technology makes it possible to automatically distinguish between low-frequency tremors and normal seismic motion with high precision.

“プレスリリース「人工知能を用いて地震動と低周波微動シグナルを自動的に高精度で判別する新手法を開発」”、[online]、国立研究開発法人海洋研究開発機構、[令和2年11月2日検索]、インターネット<http://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20190116/>“Press release “Developing a new method to automatically and highly accurately distinguish seismic motion and low-frequency tremor signals using artificial intelligence””, [online], Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, [November 2020] Searched on the 2nd of each month], Internet <http://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20190116/>

一方、未だに人間が手作業で行っている業務も多く存在し、さらなる業務の効率化や業務の精度の向上が望まれている。例えば、原子力関連施設の許認可を取得するために、耐震解析・評価を行い、これに関連する資料(「品質保証資料」と呼ぶ)を提出する必要がある。現在では、人間が耐震解析・評価で用いるインプットデータを印刷して根拠資料と照合し、チェックマークした資料を品質保証資料としている。このインプットデータのチェック作業は膨大であり、特にダブルチェック、トリプルチェックを行っていることからその労力は多大となる。 On the other hand, there are still many tasks that are still performed manually by humans, and further improvements in efficiency and accuracy are desired. For example, in order to obtain permits for nuclear power-related facilities, it is necessary to perform seismic analysis and evaluation and submit related materials (referred to as "quality assurance materials"). Currently, humans print out input data used in seismic analysis and evaluation, compare it with supporting documents, and check-marked documents are used as quality assurance documents. The work of checking this input data is enormous, especially since double checks and triple checks are performed.

このような観点から、本発明は、耐震解析業務における解析の品質確認作業を効率的に行うことができる解析結果判定方法、妥当性判断支援方法、解析結果学習装置および解析結果判定装置を提供する。 From this perspective, the present invention provides an analysis result determination method, a validity determination support method, an analysis result learning device, and an analysis result determination device that can efficiently perform analysis quality confirmation work in seismic analysis work. .

本発明に係る解析結果判定方法は、地震応答解析の解析結果を判定する解析結果判定方法である。前記地震応答解析は、解析モデルの各節点における応答時刻歴波形を動的解析によって算出するものである。
この解析結果判定方法は、学習データを用いて学習器を機械学習させる学習工程と、前記学習工程で学習した学習器により地震応答解析の解析結果を判定する判定工程とを有する。前記学習工程は、学習データ生成工程と学習処理工程とを有する。
前記学習データ生成工程では、解析結果として得られる応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データと、前記応答時刻歴波形が正常か異常かを示す解析結果判断情報との組を学習データとして生成する。
前記学習処理工程では、前記画像データを入力することによって前記解析結果判断情報を出力するように前記学習器を学習させる。
前記判定工程では、解析を行った画像データを学習済みの学習器に入力することによって当該画像データの基になる応答時刻歴波形が正常か異常かを判定する。
The analysis result determination method according to the present invention is an analysis result determination method for determining the analysis result of earthquake response analysis. In the seismic response analysis, response time history waveforms at each node of the analysis model are calculated by dynamic analysis.
This analysis result determination method includes a learning step in which a learning device is subjected to machine learning using learning data, and a determination step in which an analysis result of an earthquake response analysis is determined by the learning device learned in the learning step. The learning process includes a learning data generation process and a learning processing process.
In the learning data generation step, image data of a response time history waveform obtained as an analysis result or a frequency characteristic of the response time history waveform, and analysis result judgment information indicating whether the response time history waveform is normal or abnormal. A set of data is generated as learning data.
In the learning processing step, the learning device is trained to output the analysis result judgment information by inputting the image data.
In the determination step, the analyzed image data is input to a trained learning device to determine whether the response time history waveform on which the image data is based is normal or abnormal.

本発明に係る解析結果判定方法においては、解析結果として得られる応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データを含んだ学習データを用いて学習器を機械学習させる。当該学習データを用いて学習した学習器を用いると、解析結果の正常、異常の判断が人間によらずに可能である。その為、業務の効率化を実現できる。また、応答時刻歴波形や当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データは、動的問題で起こり得る異常応答に対して人間が見ても異常と判断できるものであり、画像データと解析結果判断情報との関連付け(ラベリング)が比較的容易である。 In the analysis result determination method according to the present invention, a learning device is subjected to machine learning using learning data that includes a response time history waveform obtained as an analysis result or image data of the frequency characteristics of the response time history waveform. By using a learning device trained using the learning data, it is possible to judge whether the analysis results are normal or abnormal without relying on humans. Therefore, it is possible to improve the efficiency of business operations. In addition, image data that visualizes the response time history waveform and the frequency characteristics of the response time history waveform can be used to judge abnormal responses that may occur in dynamic problems even when viewed by humans. Association (labeling) with analysis result judgment information is relatively easy.

機械学習させる学習データには、正しい解析条件で解析を行った前記画像データに正常を示す解析結果判断情報を付した第一の学習データと、間違った解析条件で解析を行った前記画像データに異常を示す解析結果判断情報を付した第二の学習データとが含まれている。前記学習データ生成工程では、解析条件として、減衰の未入力、減衰の誤入力、材料物性値の誤入力、動的解析への物性変更間違い、および側方粘性境界要素の範囲間違いの何れかを行うことによって前記第二の学習データを作成してもよい。
このようにすれば、動的問題で起こり得る異常応答を概ね満足できる。
The learning data for machine learning includes first learning data in which the image data analyzed under correct analysis conditions is attached with analysis result judgment information indicating normality, and image data analyzed under incorrect analysis conditions. The learning data includes second learning data with analysis result judgment information indicating an abnormality. In the learning data generation process, one of the following analysis conditions is set: no damping input, incorrect damping input, incorrect input of material property values, incorrect change of physical properties to dynamic analysis, and incorrect range of lateral viscous boundary elements. The second learning data may be created by performing the following steps.
In this way, abnormal responses that may occur in dynamic problems can be generally satisfied.

本発明に係る妥当性判断支援方法は、地震応答解析で用いる解析条件の妥当性の判断を支援する妥当性判断支援方法である。
この妥当性判断支援方法は、前記した解析結果判定方法で判定された全節点の解析結果判断情報を取得し、解析モデルに関連づけて当該解析結果判断情報を描画する描画処理工程を有する。
このようにすれば、節点ごとの解析結果の正常、異常を一目で判断できるので、間違った解析条件の特定が容易である。
The validity determination support method according to the present invention is a validity determination support method that supports determination of the validity of analysis conditions used in earthquake response analysis.
This validity judgment support method includes a drawing process of acquiring analysis result judgment information of all nodes judged by the above-described analysis result judgment method and drawing the analysis result judgment information in association with an analysis model.
In this way, it is possible to judge at a glance whether the analysis results for each node are normal or abnormal, making it easy to identify incorrect analysis conditions.

本発明に係る解析結果学習装置は、地震応答解析の解析結果を学習する解析結果学習装置である。前記地震応答解析は、解析モデルの各節点における応答時刻歴波形を動的解析によって算出するものである。
この解析結果学習装置は、学習データ取得部と学習処理部とを備える。
前記学習データ取得部は、解析結果として得られる応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データと、前記応答時刻歴波形が正常か異常かを示す解析結果判断情報との組を学習データとして取得する。
前記学習処理部は、学習器を有しており、前記画像データを入力することによって前記解析結果判断情報を出力するように前記学習器を機械学習させる。
An analysis result learning device according to the present invention is an analysis result learning device that learns analysis results of earthquake response analysis. In the seismic response analysis, response time history waveforms at each node of the analysis model are calculated by dynamic analysis.
This analysis result learning device includes a learning data acquisition section and a learning processing section.
The learning data acquisition unit includes image data of a response time history waveform obtained as an analysis result or a frequency characteristic of the response time history waveform, and analysis result determination information indicating whether the response time history waveform is normal or abnormal. Obtain the set of as learning data.
The learning processing section has a learning device, and causes the learning device to perform machine learning so as to output the analysis result judgment information by inputting the image data.

本発明に係る解析結果学習装置においては、解析結果として得られる応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データを含んだ学習データを用いて学習器を機械学習させる。当該学習データを用いて学習した学習器を用いると、解析結果の正常、異常の判断が人間によらずに可能である。その為、業務の効率化を実現できる。また、応答時刻歴波形や当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データは、動的問題で起こり得る異常応答に対して人間が見ても異常と判断できるものであり、画像データと解析結果判断情報との関連付け(ラベリング)が比較的容易である。 In the analysis result learning device according to the present invention, the learning device is subjected to machine learning using learning data that includes a response time history waveform obtained as an analysis result or image data that is an image of the frequency characteristic of the response time history waveform. By using a learning device trained using the learning data, it is possible to judge whether the analysis results are normal or abnormal without relying on humans. Therefore, it is possible to improve the efficiency of business operations. In addition, image data that visualizes the response time history waveform and the frequency characteristics of the response time history waveform can be used to judge abnormal responses that may occur in dynamic problems even when viewed by humans. Association (labeling) with analysis result judgment information is relatively easy.

本発明に係る解析結果判定装置は、地震応答解析の解析結果を判定する解析結果判定装置である。前記地震応答解析は、解析モデルの各節点における応答時刻歴波形を動的解析によって算出するものである。
この解析結果判定装置は、判定データ取得部と判定処理部とを備える。
前記判定データ取得部は、解析結果として得られる応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データを取得する。
前記判定処理部は、前記画像データを入力することによって当該画像データの基になる応答時刻歴波形が正常か異常かを示す判定結果を出力するように機械学習を行った学習済みの学習器を有する。
An analysis result determination device according to the present invention is an analysis result determination device that determines an analysis result of an earthquake response analysis. In the seismic response analysis, response time history waveforms at each node of the analysis model are calculated by dynamic analysis.
This analysis result determination device includes a determination data acquisition section and a determination processing section.
The determination data acquisition unit acquires a response time history waveform obtained as an analysis result or image data of a frequency characteristic of the response time history waveform.
The determination processing unit uses a trained learning device that has performed machine learning so as to input the image data and output a determination result indicating whether the response time history waveform on which the image data is based is normal or abnormal. have

本発明に係る解析結果判定装置においては、解析結果として得られる応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データを含んだ学習データを用いて機械学習した学習器によって判定する。その為、解析結果の正常、異常の判断が人間によらずに可能であり、業務の効率化を実現できる。 In the analysis result determination device according to the present invention, the determination is made by a learning device that performs machine learning using learning data that includes a response time history waveform obtained as an analysis result or image data of the frequency characteristics of the response time history waveform. do. Therefore, it is possible to judge whether the analysis results are normal or abnormal without relying on humans, and it is possible to improve the efficiency of business operations.

本発明によれば、耐震解析業務における解析の品質確認作業を効率的に行うことができる。 According to the present invention, analysis quality confirmation work in seismic analysis work can be performed efficiently.

本発明の実施形態に係る妥当性判断支援システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a validity determination support system according to an embodiment of the present invention. 解析モデルの例示である。This is an example of an analytical model. 画像データの例示であり、(a)は加速度時刻歴画像の例示であり、(b)は加速度時刻歴画像の周波数特性を画像化した伝達関数画像の例示である。These are examples of image data, in which (a) is an example of an acceleration time history image, and (b) is an example of a transfer function image that visualizes the frequency characteristics of the acceleration time history image. 実施形態に係る妥当性判断支援方法(解析結果判定方法を含む)のフローチャートの例示である。3 is an illustration of a flowchart of a validity determination support method (including an analysis result determination method) according to an embodiment. 学習させる解析モデルの種類の例示であり、(a)は「成層モデル」、(b)は「不整形モデル」、(c)は「破砕帯モデル」、(d)は「非対称モデル」の例示である。These are examples of the types of analytical models to be trained, and (a) is a "stratified model", (b) is an "irregular model", (c) is a "fracture zone model", and (d) is an example of an "asymmetric model". It is. 加速度時刻歴画像の例示であり、(a)は正常応答の加速度時刻歴画像の例示であり、(b)はパルスが発生した異常応答の加速度時刻歴画像の例示であり、(c)は初期異動振動が発生した異常応答の加速度時刻歴画像の例示である。These are examples of acceleration time history images, (a) is an example of an acceleration time history image of a normal response, (b) is an example of an acceleration time history image of an abnormal response in which a pulse has occurred, and (c) is an example of an acceleration time history image of an initial This is an example of an acceleration time history image of an abnormal response in which variable vibration occurs. 伝達関数画像の例示であり、(a)は正常応答の伝達関数画像の例示であり、(b)は高周波ノイズが発生した異常応答の伝達関数画像の例示であり、(c)は過減衰が発生した異常応答の伝達関数画像の例示である。These are examples of transfer function images, (a) is an example of a transfer function image of a normal response, (b) is an example of a transfer function image of an abnormal response in which high-frequency noise has occurred, and (c) is an example of a transfer function image of an abnormal response in which high-frequency noise has occurred. This is an example of a transfer function image of an abnormal response that has occurred. 実施形態に係る妥当性判断支援方法の判定工程の処理の流れを示すイメージ図である。FIG. 3 is an image diagram showing a processing flow of a determination step of the validity determination support method according to the embodiment.

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

<実施形態に係る妥当性判断支援システムの構成について>
図1を参照して、実施形態に係る妥当性判断支援システム1について説明する。図1は、実施形態に係る妥当性判断支援システム1の概略構成図である。
妥当性判断支援システム1は、地震応答解析で用いる解析条件の妥当性の判断を支援するシステムである。妥当性判断支援システム1は、主に、解析結果学習装置10と、解析結果判定装置20とを備える。なお、解析結果学習装置10および解析結果判定装置20を一つの装置として構成することもできる。
解析結果学習装置10は、地震応答解析を行うことで出力される応答時刻歴波形と当該応答時刻歴波形の分析結果(例えば正常、異常のどちらであるか)との関係を学習する装置である。解析結果学習装置10は、例えば地震応答解析を行った結果として出力される節点の応答時刻歴波形を画像化した情報を用いて機械学習を行う。
解析結果判定装置20は、地震応答解析を行うことで出力される応答時刻歴波形から当該応答時刻歴波形が正常、異常のどちらであるかを判定する装置である。解析結果判定装置20は、例えば地震応答解析を行った結果として出力される節点の応答時刻歴波形を画像化した情報を用いて正常、異常の判定を行う。
<About the configuration of the validity judgment support system according to the embodiment>
With reference to FIG. 1, a validity determination support system 1 according to an embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a validity determination support system 1 according to an embodiment.
The validity determination support system 1 is a system that supports determination of the validity of analysis conditions used in earthquake response analysis. The validity determination support system 1 mainly includes an analysis result learning device 10 and an analysis result determination device 20. Note that the analysis result learning device 10 and the analysis result determination device 20 can also be configured as one device.
The analysis result learning device 10 is a device that learns the relationship between a response time history waveform output by performing earthquake response analysis and an analysis result of the response time history waveform (for example, whether it is normal or abnormal). . The analysis result learning device 10 performs machine learning using, for example, information obtained by imaging response time history waveforms of nodes output as a result of earthquake response analysis.
The analysis result determination device 20 is a device that determines whether the response time history waveform is normal or abnormal based on the response time history waveform output by performing earthquake response analysis. The analysis result determination device 20 determines normality or abnormality using, for example, information obtained by imaging response time history waveforms of nodes output as a result of earthquake response analysis.

(解析結果学習装置)
図1に示すように、解析結果学習装置10は、地震応答解析部11と、学習データ生成部12と、学習処理部13とを備える。地震応答解析部11、学習データ生成部12および学習処理部13は、CPU(Central Processing Unit)によるプログラム実行処理や、専用回路等により実現される。これらの機能がプログラム実行処理により実現する場合、当該機能を実現するためのプログラムが図示しない記憶部に格納される。
(Analysis result learning device)
As shown in FIG. 1, the analysis result learning device 10 includes an earthquake response analysis section 11, a learning data generation section 12, and a learning processing section 13. The earthquake response analysis section 11, learning data generation section 12, and learning processing section 13 are realized by program execution processing by a CPU (Central Processing Unit), a dedicated circuit, and the like. When these functions are realized by program execution processing, a program for realizing the functions is stored in a storage unit (not shown).

地震応答解析部11は、仮想的な空間を用いた数値解析によって構造物への地震の影響を計算するものであり、例えば有限要素法による地震応答解析によって構造物への地震の影響を計算する。
地震応答解析部11には、解析モデルDおよび解析条件Eが入力される。解析モデルDは、解析対象の構造物を抽象化(モデル化)したものである。解析モデルDは、二次元および三次元の何れであってもよい。図2に解析モデルDを例示する。解析モデルDは、複数の領域(これは「要素」や「メッシュ」などとも呼ばれる)に分割されている(つまり、解析モデルDは、メッシュ(要素)の集合体である)。メッシュは、例えば三角形や四角形などの単純な形状であり、頂点は「節点」と呼ばれる。解析条件Eは、例えば解析対象の構造物に関する情報、外力として与えられる地震に関する情報などである。
The earthquake response analysis unit 11 calculates the influence of an earthquake on a structure by numerical analysis using a virtual space, for example, calculates the influence of an earthquake on a structure by earthquake response analysis using the finite element method. .
An analysis model D and analysis conditions E are input to the earthquake response analysis section 11. The analysis model D is an abstraction (modeling) of the structure to be analyzed. The analytical model D may be either two-dimensional or three-dimensional. FIG. 2 shows an example of analysis model D. The analytical model D is divided into a plurality of regions (also called "elements", "mesh", etc.) (that is, the analytical model D is a collection of meshes (elements)). A mesh is a simple shape such as a triangle or a quadrilateral, and the vertices are called "nodes." The analysis conditions E include, for example, information regarding a structure to be analyzed, information regarding an earthquake applied as an external force, and the like.

地震応答解析部11は、例えば解析モデルDおよび解析条件Eを入力として、各節点における加速度時刻歴波形を計算する。加速度時刻歴波形は、応答時刻歴波形の一例であり、地震応答解析部11が解析する応答時刻歴波形は、加速度以外のものであってもよい。地震応答解析部11は、応答時刻歴波形の周波数特性をさらに求めてもよい。
地震応答解析部11は、計算した各節点の応答時刻歴波形や当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データFを学習データ生成部12に出力する。画像化の方法は特に限定されない。画像データFは、例えば二値画像(白黒画像)である。地震応答解析部11は、例えば、加速度時刻歴波形を画像化した加速度時刻歴画像や加速度時刻歴画像の周波数特性を画像化した伝達関数画像を作成し、学習データ生成部12に出力する。画像データFの一例を図3に示す。図3(a)は、加速度時刻歴画像の例示であり、図3(b)は、加速度時刻歴画像の周波数特性を画像化した伝達関数画像の例示である。加速度時刻歴画像および伝達関数画像には、基準となる軸が含まれていてもよいが、それ以外の補足情報は含まれていないのがよい。つまり、図3では、加速度時刻歴画像および伝達関数画像を理解しやすいように、軸の説明文(「時刻」、「加速度」、「周波数」、「伝達関数」)や数値(周波数を示す「0Hz」および「50Hz」、伝達関数を示す「0」および「20」)を付しているが、実際の加速度時刻歴画像および伝達関数画像には、これらの情報が含まれていないのがよい(後記する図6および図7についても同様)。
なお、本実施形態では、地震応答解析部11における解析機能(地震応答解析を実現する地震解析プログラム)は十分に検証がなされており、解析における計算上の間違いはないものとする。つまり、正しい解析条件を入力すれば、各節点における正常な解析結果(ここでは加速度時刻歴波形を想定)が必ず得られるものとする。その為、解析結果に異常があった場合には、解析条件に間違いがあったことになる。解析条件の間違いとは、例えば必要な情報の未入力、誤入力、前提となる条件の間違いなどである。
The earthquake response analysis unit 11 receives, for example, the analysis model D and the analysis conditions E as input, and calculates an acceleration time history waveform at each node. The acceleration time history waveform is an example of a response time history waveform, and the response time history waveform analyzed by the earthquake response analysis unit 11 may be other than acceleration. The earthquake response analysis unit 11 may further obtain the frequency characteristics of the response time history waveform.
The earthquake response analysis unit 11 outputs image data F, which is an image of the calculated response time history waveform of each node and the frequency characteristics of the response time history waveform, to the learning data generation unit 12. The imaging method is not particularly limited. The image data F is, for example, a binary image (black and white image). The earthquake response analysis unit 11 creates, for example, an acceleration time history image that is an image of an acceleration time history waveform, or a transfer function image that is an image of the frequency characteristics of the acceleration time history image, and outputs it to the learning data generation unit 12. An example of the image data F is shown in FIG. FIG. 3(a) is an example of an acceleration time history image, and FIG. 3(b) is an example of a transfer function image that visualizes the frequency characteristics of the acceleration time history image. The acceleration time history image and the transfer function image may include a reference axis, but preferably do not include any other supplementary information. In other words, in Figure 3, in order to make it easier to understand the acceleration time history image and the transfer function image, explanations of the axes (“time”, “acceleration”, “frequency”, “transfer function”) and numerical values (“frequency” 0Hz" and "50Hz", and "0" and "20" indicating the transfer function), but it is best not to include this information in the actual acceleration time history image and transfer function image. (The same applies to FIGS. 6 and 7, which will be described later).
In this embodiment, it is assumed that the analysis function (earthquake analysis program that implements earthquake response analysis) in the earthquake response analysis section 11 has been sufficiently verified, and there are no calculation errors in the analysis. In other words, if correct analysis conditions are input, a normal analysis result (assuming an acceleration time history waveform here) at each node will always be obtained. Therefore, if there is an abnormality in the analysis results, it means that there was a mistake in the analysis conditions. Mistakes in analysis conditions include, for example, non-input of necessary information, incorrect input, and mistakes in prerequisite conditions.

学習データ生成部12は、学習で使用する学習データを生成する。ここでの学習データは、応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データFと、応答時刻歴波形が正常か異常かを示す情報(この情報を「解析結果判断情報」と呼ぶ)とを組にしたものである。解析結果判断情報は、各節点の応答時刻歴波形や周波数特性を人間が分析し、判断した結果であってよい。妥当性判断支援システム1の管理者は、例えば図示しない入力装置を用いて、画像データFに解析結果判断情報を設定する。大まかには、正しい解析条件で解析を行った結果として計算された応答時刻歴波形などに正常を示す情報(解析結果判断情報)を付し、間違った解析条件で解析を行った結果として計算された応答時刻歴波形などに異常を示す情報(解析結果判断情報)を付することになる。ここで、間違った解析条件で解析を行ったからといって全ての節点で異常応答が発生するとは限らないことに留意する必要がある。つまり、間違った解析条件で解析を行っても、ある節点では正常な応答時刻歴波形となり、ある節点では異常な応答時刻歴波形となる場合がある。異常応答が発生する節点の場所や範囲は、例えば解析条件の間違いの内容に関連する。なお、解析結果判断情報は、どのような異常が発生したかを示す情報が含まれるものであってもよい。つまり、解析結果判断情報は、正常、異常a、異常b、・・のように異常の種類によって分けられたものであってもよい。学習データ生成部12は、学習データを学習処理部13に出力する。 The learning data generation unit 12 generates learning data used in learning. The learning data here includes image data F that visualizes the response time history waveform or the frequency characteristics of the response time history waveform, and information indicating whether the response time history waveform is normal or abnormal (this information is referred to as "analysis result judgment information"). ). The analysis result determination information may be the result of human analysis and determination of response time history waveforms and frequency characteristics of each node. The administrator of the validity determination support system 1 sets analysis result determination information in the image data F using, for example, an input device (not shown). Roughly speaking, information indicating normality (analysis result judgment information) is attached to the response time history waveform etc. calculated as a result of analysis performed under the correct analysis conditions, and information indicating normality (analysis result judgment information) is attached to the response time history waveform calculated as a result of analysis performed under the correct analysis conditions. Information indicating an abnormality (analysis result judgment information) is attached to the response time history waveform and the like. It should be noted here that even if analysis is performed under incorrect analysis conditions, abnormal responses do not necessarily occur at all nodes. In other words, even if analysis is performed under incorrect analysis conditions, a normal response time history waveform may be obtained at a certain node, and an abnormal response time history waveform may be obtained at a certain node. The location and range of the node where the abnormal response occurs is related to, for example, the nature of the error in the analysis conditions. Note that the analysis result determination information may include information indicating what kind of abnormality has occurred. In other words, the analysis result determination information may be classified according to the type of abnormality, such as normal, abnormality a, abnormality b, etc. The learning data generation section 12 outputs learning data to the learning processing section 13.

応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データFと、応答時刻歴波形が正常か異常かを示す情報(この情報を「解析結果判断情報」と呼ぶ)とを組にした状態で予め記憶部に登録しておき、学習データ生成部12が登録されている情報を学習データとして取得してもよい。記憶部は、通信回線を介して接続される装置が備えるものであってもよい(例えば、クラウドシステム)。記憶部に格納される学習データを取得する機能を「学習データ取得部」と呼ぶ場合がある。なお、学習データ生成部12が地震応答解析部11から各節点の応答時刻歴波形や当該応答時刻歴波形の周波数特性を示す情報を取得し、学習データ生成部12で学習に用いる画像データFの作成を行ってもよい。 The image data F that visualizes the response time history waveform or the frequency characteristics of the response time history waveform is combined with information indicating whether the response time history waveform is normal or abnormal (this information is called "analysis result judgment information"). The learning data generation unit 12 may obtain the registered information as the learning data by registering the information in the storage unit in advance in a state of . The storage unit may be provided in a device connected via a communication line (for example, a cloud system). The function of acquiring learning data stored in the storage unit may be referred to as a “learning data acquisition unit”. The learning data generation unit 12 acquires the response time history waveform of each node and the frequency characteristics of the response time history waveform from the earthquake response analysis unit 11, and the learning data generation unit 12 acquires the image data F used for learning. You may also create one.

学習処理部13は、学習器を有しており、学習データ生成部12で生成した学習データを用いて学習器を機械学習させる。学習器は、機械学習における学習システムであり、与えられたデータを基に分類・予測・判定などした結果と正答となる実際の結果とを比較し、各種パラメータを調整することで良い結果を導くことが可能になる。学習器は、例えばニューラルネットワークであり、本実施形態でもニューラルネットワークを想定して説明する。なお、学習器は、「学習モデル」や「人工知能(AI:Artificial Intelligence)」などとも呼ばれる。 The learning processing section 13 has a learning device, and uses the learning data generated by the learning data generation section 12 to perform machine learning on the learning device. A learning device is a learning system in machine learning that compares the results of classification, prediction, judgment, etc. based on the given data with the actual result that is the correct answer, and adjusts various parameters to derive good results. becomes possible. The learning device is, for example, a neural network, and this embodiment will also be described assuming a neural network. Note that the learning device is also called a "learning model" or "artificial intelligence (AI)."

ニューラルネットワークは、周知のように人間の脳の動きをコンピュータに模倣させる目的で生まれた情報処理手法である。ニューラルネットワークは、複雑な非線形処理を得意とし、学習機能を用いることで説明変数と目的変数の関係を定式化する必要がないという特徴を持つ。ニューラルネットワークは、一般的に入力層、中間層、出力層で構成される。入力層には説明変数が入力され、出力層からは目的変数が出力される。中間層は、両者を関係づける役割を担っている。中間層の層数および各中間層のニューロン数には制約が無く、任意に設定することができる。 Neural networks, as is well known, are an information processing method that was created for the purpose of making computers imitate the movements of the human brain. Neural networks are good at complex nonlinear processing, and have a learning function that eliminates the need to formulate the relationship between explanatory variables and objective variables. Neural networks generally consist of an input layer, a hidden layer, and an output layer. Explanatory variables are input to the input layer, and objective variables are output from the output layer. The middle layer plays the role of linking the two. There are no restrictions on the number of hidden layers and the number of neurons in each hidden layer, and they can be set arbitrarily.

学習器を学習させる方法は特に限定されず、例えば誤差逆伝播法によって学習器を学習させる。具体的には、学習データを構成する画像データFが入力層に入力され、出力層から出力される結果と学習データを構成する解析結果判断情報との誤差に基づいて中間層を調整する。つまり、学習処理部13は、画像データFを入力することによって応答時刻歴波形が正常か異常かを示す情報(解析結果判断情報)を出力するように学習器を機械学習させる。学習させる学習データの数は特に限定されず、例えば期待する精度に到達することで学習を終了する。なお、異常応答の種類に対応した学習器(AI)を作成してもよい(詳細は後記する)。 The method of learning the learning device is not particularly limited, and for example, the learning device is trained using the error backpropagation method. Specifically, image data F constituting the learning data is input to the input layer, and the intermediate layer is adjusted based on the error between the result output from the output layer and the analysis result judgment information constituting the learning data. That is, the learning processing unit 13 causes the learning device to perform machine learning so as to output information (analysis result determination information) indicating whether the response time history waveform is normal or abnormal by inputting the image data F. The number of learning data to be trained is not particularly limited, and, for example, learning is terminated when the expected accuracy is reached. Note that a learning device (AI) corresponding to the type of abnormal response may be created (details will be described later).

(解析結果判定装置)
図1に示すように、解析結果判定装置20は、地震応答解析部21と、判定データ取得部22と、判定処理部23とを備える。地震応答解析部21、判定データ取得部22および判定処理部23は、CPU(Central Processing Unit)によるプログラム実行処理や、専用回路等により実現される。これらの機能がプログラム実行処理により実現する場合、当該機能を実現するためのプログラムが図示しない記憶部に格納される。
(Analysis result judgment device)
As shown in FIG. 1, the analysis result determination device 20 includes an earthquake response analysis section 21, a determination data acquisition section 22, and a determination processing section 23. The earthquake response analysis section 21, the judgment data acquisition section 22, and the judgment processing section 23 are realized by program execution processing by a CPU (Central Processing Unit), a dedicated circuit, and the like. When these functions are realized by program execution processing, a program for realizing the functions is stored in a storage unit (not shown).

地震応答解析部21は、仮想的な空間を用いた数値解析によって構造物への地震の影響を計算するものであり、例えば有限要素法による地震応答解析によって構造物への地震の影響を計算する。地震応答解析部21には、解析モデルDおよび解析条件Eが入力される。地震応答解析部21の処理は、学習工程における地震応答解析部11の処理と同様であるので詳細な説明を省略する。地震応答解析部21は、計算した各節点の応答時刻歴波形や当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データFを判定データ取得部22に出力する。画像データFは、例えば二値画像(白黒画像)である。なお、地震応答解析部21における解析機能(地震応答解析を実現する地震解析プログラム)は十分に検証がなされており、解析における計算上の間違いはないものとする。 The earthquake response analysis unit 21 calculates the influence of an earthquake on a structure by numerical analysis using a virtual space, for example, calculates the influence of an earthquake on a structure by earthquake response analysis using the finite element method. . An analysis model D and analysis conditions E are input to the earthquake response analysis section 21. The processing of the seismic response analysis section 21 is similar to the processing of the seismic response analysis section 11 in the learning process, so a detailed explanation will be omitted. The seismic response analysis unit 21 outputs image data F, which is an image of the calculated response time history waveform of each node and the frequency characteristics of the response time history waveform, to the determination data acquisition unit 22. The image data F is, for example, a binary image (black and white image). It is assumed that the analysis function (earthquake analysis program that implements earthquake response analysis) in the earthquake response analysis section 21 has been sufficiently verified, and there are no calculation errors in the analysis.

判定データ取得部22は、判定で使用する判定データを取得する。ここでの判定データは、応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データFである。判定データ取得部22は、他の装置から通信回線を介して判定データを取得してもよい。判定データ取得部22は、判定データを判定処理部23に出力する。なお、判定データ取得部22が地震応答解析部21から各節点の応答時刻歴波形や当該応答時刻歴波形の周波数特性を示す情報を取得し、判定データ取得部22で判定に用いる画像データFの作成を行ってもよい。 The determination data acquisition unit 22 acquires determination data used in determination. The determination data here is image data F that is an image of the response time history waveform or the frequency characteristics of the response time history waveform. The determination data acquisition unit 22 may acquire determination data from another device via a communication line. The determination data acquisition unit 22 outputs the determination data to the determination processing unit 23. Note that the judgment data acquisition unit 22 acquires information indicating the response time history waveform of each node and the frequency characteristics of the response time history waveform from the earthquake response analysis unit 21, and the judgment data acquisition unit 22 acquires the image data F used for judgment. You may also create one.

判定処理部23は、学習済みの学習器(AI)を有している。学習済みの学習器は、解析結果学習装置10によって学習器を機械学習させたものである。つまり、学習済みの学習器は、画像データFを入力することによって加速度時刻歴波形が正常か異常かを示す情報(解析結果判断情報)を出力するように学習させたものである。判定処理部23は、判定データ取得部22で取得した判定データを学習済みの学習器に入力することによって、解析した応答時刻歴波形が正常か異常かを示す情報(判定結果)を出力する。本実施形態では、判定処理部23は、全ての節点の判定結果を描画処理部31に出力する。 The determination processing unit 23 has a learned learning device (AI). The learned learning device is a learning device subjected to machine learning by the analysis result learning device 10. In other words, the trained learning device is trained to output information (analysis result determination information) indicating whether the acceleration time history waveform is normal or abnormal by inputting the image data F. The determination processing unit 23 outputs information (determination result) indicating whether the analyzed response time history waveform is normal or abnormal by inputting the determination data acquired by the determination data acquisition unit 22 into a trained learning device. In this embodiment, the determination processing section 23 outputs the determination results of all nodes to the drawing processing section 31.

描画処理部31には、全ての節点の判定結果(解析結果判断情報に相当する)が入力される。描画処理部31は、解析モデルDの節点に関連付けて判定結果を表示する。これにより、例えば間違った解析条件で解析を行った場合に、異常応答が発生した節点の場所や範囲を一目で確認することができる。なお、本実施形態では、解析結果判定装置20に描画処理部31の機能を加えた装置を「妥当性判断支援装置30」と呼ぶことにする。 The determination results (corresponding to analysis result determination information) of all nodes are input to the drawing processing unit 31. The drawing processing unit 31 displays the determination results in association with the nodes of the analysis model D. With this, for example, if analysis is performed under incorrect analysis conditions, the location and range of the node where an abnormal response has occurred can be confirmed at a glance. In this embodiment, a device in which the function of the drawing processing unit 31 is added to the analysis result determination device 20 will be referred to as a "validity determination support device 30."

<実施形態に係る妥当性判断支援方法(解析結果判定方法を含む)について>
図4を参照して(適宜、図1ないし図3を参照)、実施形態に係る妥当性判断支援方法(解析結果判定方法を含む)について説明する。図4は、実施形態に係る妥当性判断支援方法(解析結果判定方法を含む)のフローチャートの例示である。妥当性判断支援方法は、地震応答解析で用いる解析条件の妥当性の判断を支援するものである。
図4に示すように、妥当性判断支援方法は、学習工程(S10)と、判定工程(S20)とを有する。学習工程(S10)は、学習データを用いて学習器を機械学習する工程である。判定工程(S20)は、学習工程で学習した学習済みの学習器(AI)により地震応答解析の解析結果を判定する工程である。
<About the validity judgment support method (including the analysis result judgment method) according to the embodiment>
A validity determination support method (including an analysis result determination method) according to the embodiment will be described with reference to FIG. 4 (see FIGS. 1 to 3 as appropriate). FIG. 4 is an example of a flowchart of the validity determination support method (including the analysis result determination method) according to the embodiment. The validity judgment support method supports the judgment of the validity of analysis conditions used in earthquake response analysis.
As shown in FIG. 4, the validity determination support method includes a learning step (S10) and a determination step (S20). The learning step (S10) is a step of performing machine learning on the learning device using learning data. The determination step (S20) is a step of determining the analysis result of the earthquake response analysis using the trained learning device (AI) learned in the learning step.

(学習工程(S10))
学習工程(S10)は、事前準備(地震応答解析)工程(S11)と、プレ処理工程(S12)と、ラベリング工程(S13)と、学習処理工程(S14)とを主に有する。
「事前準備工程(S11)」
事前準備工程では、まず動的問題で起こり得る異常応答を決定する。本実施形態では、「E1:高周波ノイズ」、「E2:過減衰」、「E3:パルス」、「E4:初期異常振動」、「E5:変位ドリフト」の五つを異常応答とする。ここに列挙した五つで、動的問題の異常応答は概ね説明できる。これらの異常応答を発生させるために、故意に間違った解析条件を設定する。ここでは、解析条件の間違いとして、例えば(1)減衰の未入力、(2)減衰の誤入力(例えば「3%(0.03)」を「3」と入力)、(3)材料物性値(変形係数、ポアソン比、密度など)の誤入力、(4)動的解析への物性変更間違い(例えば自重解析からの変更ミス)、(5)側方粘性境界要素の範囲間違いを行う。
正しい解析条件で解析を行い、全ての節点で「E0:正常応答」の加速度時刻歴波形を出力させる。また、上記した(1)~(5)の間違った解析条件で解析を行い、「E1:高周波ノイズ」、「E2:過減衰」、「E3:パルス」、「E4:初期異常振動」、「E5:変位ドリフト」の異常応答が発生した加速度時刻歴波形を出力させる。
本実施形態では、(A)「E1:高周波ノイズ」を判定(検知)できる学習器(AI)、(B)「E2:過減衰」を判定(検知)できる学習器(AI)、(C) 「E3:パルス」を判定(検知)できる学習器(AI)、(D) 「E4:初期異常振動」を判定(検知)できる学習器(AI)、(E) 「E5:変位ドリフト」を判定(検知)できる学習器(AI)の五つの学習済み学習器(AI)を作成することにする。これら五つの学習器を作成するために、入力データを各々50ケース用意し、これらの入力データを用いて解析を行った。各ケースは、例えば解析モデル、入力物性値、地震動を変えたものである。これにより、各学習器(A)~(E)の学習データ量は、「解析データ数(ここでは「50」)×節点数(例えば2,000)=約10万」となる。解析モデルは、様々なものを用いるのがよく、例えば「成層モデル」、「不整形モデル」、「破砕帯モデル」、「非対称モデル」などを用いるのがよい。図5に学習させる解析モデルの種類を示す。図5(a)は「成層モデル」、(b)は「不整形モデル」、(c)は「破砕帯モデル」、(d)は「非対称モデル」の例示である。地震動は、様々なタイプのものを用いるのがよく、例えば「海溝型」、「内陸直下型」のものを地盤種別ごとに用いるのがよい。
(Learning process (S10))
The learning process (S10) mainly includes a preliminary preparation (earthquake response analysis) process (S11), a pre-processing process (S12), a labeling process (S13), and a learning processing process (S14).
“Advance preparation process (S11)”
In the preliminary preparation step, first, abnormal responses that may occur in a dynamic problem are determined. In this embodiment, five abnormal responses are "E1: high frequency noise", "E2: overdamping", "E3: pulse", "E4: initial abnormal vibration", and "E5: displacement drift". The five listed here can generally explain abnormal responses in dynamic problems. In order to generate these abnormal responses, incorrect analysis conditions are intentionally set. Here, errors in analysis conditions include (1) not inputting attenuation, (2) incorrectly inputting attenuation (for example, inputting "3" instead of "3% (0.03)"), (3) material property values (deformation (4) incorrectly changing physical properties to dynamic analysis (for example, changing from self-weight analysis); (5) incorrectly entering the range of lateral viscous boundary elements.
Perform the analysis under the correct analysis conditions and output the acceleration time history waveform of "E0: normal response" at all nodes. In addition, analysis was performed using the incorrect analysis conditions (1) to (5) above, and "E1: High frequency noise", "E2: Overdamping", "E3: Pulse", "E4: Initial abnormal vibration", " E5: Output the acceleration time history waveform where the abnormal response of "displacement drift" occurred.
In this embodiment, (A) a learning device (AI) that can determine (detect) "E1: high frequency noise", (B) a learning device (AI) that can determine (detect) "E2: overdamping", (C) Learning device (AI) that can determine (detect) “E3: Pulse”, (D) Learning device (AI) that can determine (detect) “E4: Initial abnormal vibration”, (E) Determine “E5: Displacement drift” We will create five trained learning machines (AI) that can (detect). In order to create these five learning devices, 50 cases of input data were prepared for each, and analysis was performed using these input data. Each case is a case in which, for example, the analysis model, input physical property values, and seismic motion are changed. As a result, the amount of learning data for each learning device (A) to (E) is "number of analysis data (here, 50") x number of nodes (for example, 2,000) = approximately 100,000. Various analytical models may be used, such as a "stratified model,""irregularmodel,""fracture zone model," or "asymmetric model." Figure 5 shows the types of analytical models to be trained. FIG. 5(a) is an example of a "stratified model", (b) is an "irregular model", (c) is a "fracture zone model", and (d) is an example of an "asymmetric model". It is best to use various types of seismic motion, for example, ``ocean trench type'' and ``inland type'' for each type of ground.

「プレ処理工程(S12)」
応答時刻歴波形を画像化する。本実施形態での画像データは以下の2種類である。
(1)加速度時刻歴画像
(2)伝達関数画像
「加速度時刻歴画像」、「伝達関数画像」を用いる理由は、次の通りである。AIの学習データは、データ自体(生データ)を学習する方法と画像を学習する方法とがある。発明者は、色々な生データを用いた学習や色々な画像(例えばランニングスペクトルなど)を用いた学習を試みた結果、「どのデータを学習すれば最も正解率が向上するか」という点に着目した。また、動的問題で起こり得る異常応答に対して人間が見ても異常と判断できる画像を採用することが重要であると考えた(例えば、動的問題特有の「周波数帯」での画像作成により高周波ノイズなどを判断できる)。その結果、「加速度時刻歴画像」および「伝達関数画像」の二つを採用した。
図6に加速度時刻歴画像を例示する。図6(a)は正常応答の加速度時刻歴画像の例示であり、(b)はパルスが発生した異常応答の加速度時刻歴画像の例示であり、(c)は初期異動振動が発生した異常応答の加速度時刻歴画像の例示である。
図7に伝達関数画像を例示する。図7(a)は正常応答の伝達関数画像の例示であり、(b)は高周波ノイズが発生した異常応答の伝達関数画像の例示であり、(c)は過減衰が発生した異常応答の伝達関数画像の例示である。
なお、「E1:高周波ノイズ」および「E2:過減衰」の異常応答を判定するAIを作成するためには、特に伝達関数画像が有効である。また、「E3:パルス」および「E4:初期異常振動」の異常応答を判定するAIを作成するためには、特に加速度時刻歴画像が有効である。また、加速度時刻歴画像の作成は、「加速度」、「時刻」の上限を設けずに画像化するのがよい。伝達関数画像の作成は、「伝達関数」、「周波数」の範囲を予め設定して画像化するのがよい(例えば伝達関数を「0」~「20」の範囲とし、周波数を「0Hz」~「50Hz」の範囲として画像化するのがよい)。
"Pre-processing step (S12)"
Image the response time history waveform. The image data in this embodiment is of the following two types.
(1) Acceleration time history image (2) Transfer function image The reason for using "acceleration time history image" and "transfer function image" is as follows. There are two ways to learn AI learning data: the method of learning the data itself (raw data) and the method of learning images. After trying learning using various raw data and learning using various images (such as running spectra), the inventor focused on ``which data should be learned to most improve the accuracy rate?'' did. In addition, we considered it important to use images that humans can judge as abnormal for abnormal responses that may occur in dynamic problems (for example, image creation in a "frequency band" specific to dynamic problems). high-frequency noise, etc.). As a result, we adopted two types: an "acceleration time history image" and a "transfer function image."
FIG. 6 illustrates an acceleration time history image. 6(a) is an example of an acceleration time history image of a normal response, (b) is an example of an acceleration time history image of an abnormal response in which a pulse has occurred, and (c) is an example of an acceleration time history image in an abnormal response in which an initial fluctuation vibration has occurred. This is an example of an acceleration time history image.
FIG. 7 illustrates a transfer function image. FIG. 7(a) is an example of a transfer function image of a normal response, (b) is an example of a transfer function image of an abnormal response in which high-frequency noise has occurred, and (c) is an example of a transfer function image in an abnormal response in which over-attenuation has occurred. This is an example of a function image.
Note that a transfer function image is particularly effective for creating AI for determining abnormal responses of "E1: high frequency noise" and "E2: overdamping". In addition, acceleration time history images are particularly effective for creating AI for determining abnormal responses of "E3: Pulse" and "E4: Initial Abnormal Vibration." Further, when creating an acceleration time history image, it is preferable to create an image without setting upper limits for "acceleration" and "time". To create a transfer function image, it is best to set the range of "transfer function" and "frequency" in advance and create an image (for example, set the transfer function in the range of "0" to "20" and set the frequency as "0Hz" to It is best to image it as a range of 50Hz).

「ラベリング工程(S13)」
学習データ用画像各々に、「正常」か「異常」かのラベリングを行う。正常と異常の割合が概ね「50:50」となるように、「事前準備工程(S11)」での正解となるインプットデータからなる解析数と間違ったインプットデータからなる解析数を調整する。なお、間違ったインプットデータで解析を行ったからといって全節点が異常とはならない点に留意してラベリングを行う。ラベリング方法は、工学的に判断したものであってよく、例えば人間が画像を見て「正常」および「異常」を判断する。なお、正常と異常の割合を概ね「50:50」にするのは、過学習を避けるためである。
"Labeling process (S13)"
Each training data image is labeled as "normal" or "abnormal". The number of analyzes consisting of correct input data and the number of analyzes consisting of incorrect input data in the ``advance preparation step (S11)'' are adjusted so that the ratio of normal and abnormal is approximately 50:50. Note that labeling is performed keeping in mind that even if analysis is performed with incorrect input data, all nodes do not become abnormal. The labeling method may be based on engineering judgment, for example, a human determines "normal" and "abnormal" by looking at the image. Note that the reason for setting the ratio of normal to abnormal at approximately 50:50 is to avoid overfitting.

「学習処理工程S14」
ラベリングを行った画像データを用いた教師あり学習によって、地震応答解析を行うことで出力される加速度時刻歴波形と当該加速度時刻歴波形の分析結果(例えば正常、異常のどちらであるか)との関係を学習器(AI)に学習させる。例えば、畳み込みニューラルネットワークによって学習器(AI)を学習させる。
"Learning process step S14"
Through supervised learning using labeled image data, the acceleration time history waveform output from seismic response analysis and the analysis results (for example, whether it is normal or abnormal) of the acceleration time history waveform are Let the learning device (AI) learn the relationship. For example, a learning device (AI) is trained using a convolutional neural network.

(判定工程(S20))
図4に示す判定工程(S20)は、事前準備(地震応答解析)工程(S21)と、プレ処理工程(S22)と、判定処理工程(S23)と、描画処理工程(S24)とを主に有する。事前準備(地震応答解析)工程(S21)およびプレ処理工程(S22)は、学習工程(S10)での事前準備工程(S11)およびプレ処理工程S12と同様である。
「事前準備工程(S21)、プレ処理工程(S22)」
事前準備工程では、地震解析プログラムにより解析を行い、全ての節点の加速度時刻歴波形を出力する。
プレ処理工程では、加速度時刻歴波形を画像化する。本実施形態での画像データは、「加速度時刻歴画像」および「伝達関数画像」の2種類である。
(Judgment step (S20))
The determination step (S20) shown in FIG. 4 mainly includes a preliminary preparation (earthquake response analysis) step (S21), a pre-processing step (S22), a determination processing step (S23), and a drawing processing step (S24). have The advance preparation (seismic response analysis) step (S21) and the pre-processing step (S22) are the same as the advance preparation step (S11) and the pre-processing step S12 in the learning step (S10).
"Advance preparation process (S21), pre-processing process (S22)"
In the preliminary preparation process, analysis is performed using an earthquake analysis program and the acceleration time history waveforms of all nodes are output.
In the pre-processing step, the acceleration time history waveform is imaged. The image data in this embodiment is of two types: an "acceleration time history image" and a "transfer function image."

「AI(判定処理)工程(S23)」
AI(判定処理)工程では、プレ処理を行った画像データを学習済みの学習器(AI)に入力し、全節点の応答結果に対して「正常」か「異常」かを判定する。AIによる判定結果は、例えば「0」~「1.0」の間の値が全節点に対して出力され、「0.5」未満であれば「正常」であり、「0.5」以上であれば「異常」であると判定する。本実施形態では、(A)「E1:高周波ノイズ」を判定(検知)できる学習器(AI)、(B)「E2:過減衰」を判定(検知)できる学習器(AI)、(C) 「E3:パルス」を判定(検知)できる学習器(AI)、(D) 「E4:初期異常振動」を判定(検知)できる学習器(AI)、(E) 「E5:変位ドリフト」を判定(検知)できる学習器(AI)の五つを作成しているので、その全てに画像データを入力し、各々の判定結果が出力される。
“AI (judgment processing) step (S23)”
In the AI (judgment processing) step, the pre-processed image data is input to a learned learning device (AI), and it is determined whether the response results of all nodes are "normal" or "abnormal." The judgment result by AI is, for example, a value between "0" and "1.0" is output for all nodes, and if it is less than "0.5", it is "normal", and if it is "0.5" or more, it is "abnormal". It is determined that In this embodiment, (A) a learning device (AI) that can determine (detect) "E1: high frequency noise", (B) a learning device (AI) that can determine (detect) "E2: overdamping", (C) Learning device (AI) that can determine (detect) “E3: Pulse”, (D) Learning device (AI) that can determine (detect) “E4: Initial abnormal vibration”, (E) Determine “E5: Displacement drift” Since we have created five learning devices (AI) capable of (detection), image data is input to all of them, and each judgment result is output.

「描画処理工程(S24)」
描画処理工程では、AI(判定処理)工程で出力された判定結果を例えば描画ツールに入力し、「異常」と判定された節点位置が分かるようにした画面を表示部に表示する。なお、「異常」と判定された節点位置を表示するのに代えて、または併せて「正常」と判定された節点位置を表示してもよい。判定結果の表示は、解析を行った解析モデルDに関連付けたものであるのがよい。五つのAIを用いて判定結果を出力する場合、五つの判定結果を別々の画像として出力してもよいし、各々の判定結果を一つの画像にまとめて出力してもよい。ここまで説明した判定工程(S20)の一連の処理の流れを示す図8に示す。
“Drawing processing step (S24)”
In the drawing processing step, the judgment results output in the AI (judgment processing) step are inputted into, for example, a drawing tool, and a screen is displayed on the display unit on which the positions of the nodes judged as "abnormal" can be seen. Note that instead of displaying the node positions determined to be "abnormal," or in addition to displaying the node positions determined to be "normal," node positions determined to be "normal" may be displayed. It is preferable that the display of the determination result be associated with the analysis model D that performed the analysis. When outputting the determination results using five AIs, the five determination results may be output as separate images, or each determination result may be output as one image. FIG. 8 shows the flow of a series of processes in the determination step (S20) described so far.

以上のように、本実施形態に係る妥当性判断支援システム1では、解析結果として得られる応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データを含んだ学習データを用いて学習器を機械学習させる。当該学習データを用いて学習した学習器を用いると、解析結果の正常、異常の判断が人間によらずに可能である。その為、業務の効率化を実現できる。
また、応答時刻歴波形や当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データは、動的問題で起こり得る異常応答に対して人間が見ても異常と判断できるものであり、画像データと解析結果判断情報との関連付け(ラベリング)が比較的容易である。
また、本実施形態に係る妥当性判断支援システム1では、解析モデルに関連づけて解析結果判断情報(判定結果)を描画する。その為、節点ごとの解析結果の正常、異常を一目で判断できるので、間違った解析条件の特定が容易である。
As described above, the validity judgment support system 1 according to the present embodiment uses learning data that includes image data of the response time history waveform obtained as an analysis result or the frequency characteristics of the response time history waveform. Make the learning device perform machine learning. By using a learning device trained using the learning data, it is possible to judge whether the analysis results are normal or abnormal without relying on humans. Therefore, it is possible to improve the efficiency of business operations.
In addition, image data that visualizes the response time history waveform and the frequency characteristics of the response time history waveform can be used to judge abnormal responses that may occur in dynamic problems even when viewed by humans. Association (labeling) with analysis result judgment information is relatively easy.
Further, in the validity judgment support system 1 according to the present embodiment, analysis result judgment information (judgment result) is drawn in association with the analysis model. Therefore, it is possible to judge at a glance whether the analysis results for each node are normal or abnormal, making it easy to identify incorrect analysis conditions.

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

例えば、実施形態では、有限要素法による地震応答解析を行うことを想定していたが、応答解析はこれに限定されない。有限要素法による解析モデルに代えて、質点系モデル(「串団子モデル」とも呼ばれる)などを用いてもよい。
また、実施形態では構造物の種類を特定していなかったが、構造物の種類(例えば地上構造物、地下構造物など)ごとにAIを作成してもよい。
また、実施形態では「加速度時刻歴波形」を用いて学習していたが、加速度に限定されず加速度以外の「応答時刻歴波形」を用いて学習してもよい。
For example, in the embodiment, it is assumed that earthquake response analysis is performed using the finite element method, but the response analysis is not limited to this. Instead of the analytical model based on the finite element method, a mass point system model (also called a "skewer dumpling model") or the like may be used.
Further, although the type of structure is not specified in the embodiment, AI may be created for each type of structure (for example, above-ground structure, underground structure, etc.).
Further, in the embodiment, learning is performed using an "acceleration time history waveform", but the learning is not limited to acceleration, and learning may be performed using a "response time history waveform" other than acceleration.

1 妥当性判断支援システム
10 解析結果学習装置
11 地震応答解析部
12 学習データ生成部(学習データ取得部)
13 学習処理部
20 解析結果判定装置
21 地震応答解析部
22 判定データ取得部
23 判定処理部
30 妥当性判断支援装置
31 描画処理部
1 Validity judgment support system 10 Analysis result learning device 11 Earthquake response analysis section 12 Learning data generation section (learning data acquisition section)
13 Learning processing section 20 Analysis result judgment device 21 Earthquake response analysis section 22 Judgment data acquisition section 23 Judgment processing section 30 Validity judgment support device 31 Drawing processing section

Claims (5)

地震応答解析の解析結果を判定する解析結果判定方法であって、
前記地震応答解析は、解析モデルの各節点における応答時刻歴波形を動的解析によって算出するものであり、
学習データを用いて学習器を機械学習させる学習工程と、
前記学習工程で学習した学習器により地震応答解析の解析結果を判定する判定工程とを有し、
前記学習工程は、
解析結果として得られる応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データと、前記応答時刻歴波形が正常か異常かを示す解析結果判断情報との組を学習データとして生成する学習データ生成工程と、
前記画像データを入力することによって前記解析結果判断情報を出力するように前記学習器を学習させる学習処理工程とを有し、
前記判定工程では、解析を行った画像データを学習済みの学習器に入力することによって当該画像データの基になる応答時刻歴波形が正常か異常かを判定する、
ことを特徴とする解析結果判定方法。
An analysis result determination method for determining analysis results of earthquake response analysis,
The seismic response analysis calculates the response time history waveform at each node of the analysis model by dynamic analysis,
A learning process in which the learning device performs machine learning using the learning data;
a determination step of determining the analysis result of the earthquake response analysis using the learning device learned in the learning step;
The learning process is
A set of a response time history waveform obtained as an analysis result or image data of the frequency characteristics of the response time history waveform, and analysis result judgment information indicating whether the response time history waveform is normal or abnormal is generated as learning data. a learning data generation process,
a learning processing step of learning the learning device to output the analysis result judgment information by inputting the image data,
In the determination step, inputting the analyzed image data into a trained learning device determines whether the response time history waveform on which the image data is based is normal or abnormal.
An analysis result determination method characterized by the following.
機械学習させる学習データには、正しい解析条件で解析を行った前記画像データに正常を示す解析結果判断情報を付した第一の学習データと、間違った解析条件で解析を行った前記画像データに異常を示す解析結果判断情報を付した第二の学習データとが含まれており、
前記学習データ生成工程では、解析条件として、減衰の未入力、減衰の誤入力、材料物性値の誤入力、動的解析への物性変更間違い、および側方粘性境界要素の範囲間違いの何れかを行うことによって前記第二の学習データを作成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の解析結果判定方法。
The learning data for machine learning includes first learning data in which the image data analyzed under correct analysis conditions is attached with analysis result judgment information indicating normality, and image data analyzed under incorrect analysis conditions. and second learning data with analysis result judgment information indicating an abnormality.
In the learning data generation process, one of the following analysis conditions is set: no damping input, incorrect damping input, incorrect input of material property values, incorrect change of physical properties to dynamic analysis, and incorrect range of lateral viscous boundary elements. creating said second learning data by performing;
The analysis result determination method according to claim 1, characterized in that:
地震応答解析で用いる解析条件の妥当性の判断を支援する妥当性判断支援方法であって、
請求項1または請求項2に記載の解析結果判定方法で判定された全節点の解析結果判断情報を取得し、解析モデルに関連づけて当該解析結果判断情報を描画する描画処理工程を有する、
ことを特徴とする妥当性判断支援方法。
A validity judgment support method for supporting judgment of the validity of analysis conditions used in earthquake response analysis, the method comprising:
A drawing processing step of acquiring analysis result judgment information of all nodes judged by the analysis result judgment method according to claim 1 or claim 2, and drawing the analysis result judgment information in association with an analysis model.
A validity judgment support method characterized by the following.
地震応答解析の解析結果を学習する解析結果学習装置であって、
前記地震応答解析は、解析モデルの各節点における応答時刻歴波形を動的解析によって算出するものであり、
解析結果として得られる応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データと、前記応答時刻歴波形が正常か異常かを示す解析結果判断情報との組を学習データとして取得する学習データ取得部と、
学習器を有しており、前記画像データを入力することによって前記解析結果判断情報を出力するように前記学習器を機械学習させる学習処理部と、を備える、
ことを特徴とする解析結果学習装置。
An analysis result learning device for learning analysis results of earthquake response analysis,
The seismic response analysis calculates the response time history waveform at each node of the analysis model by dynamic analysis,
A set of a response time history waveform obtained as an analysis result or image data of the frequency characteristics of the response time history waveform, and analysis result judgment information indicating whether the response time history waveform is normal or abnormal is obtained as learning data. a learning data acquisition unit,
a learning processing unit that has a learning device and performs machine learning on the learning device so as to output the analysis result judgment information by inputting the image data;
An analysis result learning device characterized by:
地震応答解析の解析結果を判定する解析結果判定装置であって、
前記地震応答解析は、解析モデルの各節点における応答時刻歴波形を動的解析によって算出するものであり、
解析結果として得られる応答時刻歴波形または当該応答時刻歴波形の周波数特性を画像化した画像データを取得する判定データ取得部と、
前記画像データを入力することによって当該画像データの基になる応答時刻歴波形が正常か異常かを示す判定結果を出力するように機械学習を行った学習済みの学習器を有する判定処理部と、を備える、
ことを特徴とする解析結果判定装置。
An analysis result determination device for determining analysis results of earthquake response analysis,
The seismic response analysis calculates the response time history waveform at each node of the analysis model by dynamic analysis,
a determination data acquisition unit that acquires image data of a response time history waveform obtained as an analysis result or a frequency characteristic of the response time history waveform;
a determination processing unit having a trained learning device that performs machine learning so as to input the image data and output a determination result indicating whether the response time history waveform on which the image data is based is normal or abnormal; Equipped with
An analysis result determination device characterized by:
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