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JP7544669B2 - Rockfall monitoring system and method - Google Patents
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Description

本発明は、落石監視システムおよび落石監視方法に関する。 The present invention relates to a rockfall monitoring system and a rockfall monitoring method.

崖や斜面で発生する落石や崩落を検知する技術が存在する(例えば、特許文献1ないし3を参照)。
特許文献1には、落石監視対象区間毎にセンサ用光ファイバを敷設し、これら区間毎のセンサ用光ファイバを直列又は並列に接続して光ファイバ系を構成し、この光ファイバ系を伝達する光の変化から落石を検知する技術が記載されている(例えば、段落0013参照)。
特許文献2には、監視領域の斜面に張った落石防護ネットで落石を蓄積場に誘導して集め、蓄積場の体積変化又は集めた落石の重量変化を光ファイバの歪変化に置換して光ファイバの歪量の変化から落石の有無を検知する技術が記載されている(例えば、段落0006参照)。
特許文献3には、斜面および斜面直下に設置された落石防護網等の落石防護施設に取付けて落石や土砂崩落等の検出を行う落石検知装置が記載されている(例えば、請求項1参照)。この落石検知装置は、地磁気、圧力、傾斜、加速度などを検出する半導体センサ素子を備え、落石や土砂崩落による振動の振幅や周期等の波形情報と、予め記憶してある情報とを比較した結果で落石や土砂崩落を判断する。
There are techniques for detecting rock falls and collapses that occur on cliffs and slopes (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
Patent Document 1 describes a technology in which sensor optical fibers are laid in each section to be monitored for rockfalls, and the sensor optical fibers for each section are connected in series or parallel to form an optical fiber system, and rockfalls are detected from changes in the light transmitted through this optical fiber system (see, for example, paragraph 0013).
Patent Document 2 describes a technology in which falling rocks are guided and collected in an accumulation area using a rockfall protection net stretched over the slopes of a monitored area, and the change in volume of the accumulation area or the change in weight of the collected fallen rocks is converted into a change in strain in an optical fiber, and the presence or absence of falling rocks is detected from the change in the amount of strain in the optical fiber (see, for example, paragraph 0006).
Patent Document 3 describes a rockfall detection device that is attached to rockfall protection facilities, such as rockfall protection nets, installed on slopes and immediately below the slopes to detect falling rocks, landslides, etc. (See, for example, claim 1.) This rockfall detection device is equipped with semiconductor sensor elements that detect geomagnetism, pressure, inclination, acceleration, etc., and judges the occurrence of a rockfall or landslide based on the results of comparing waveform information, such as the amplitude and period of vibration caused by a falling rock or landslide, with pre-stored information.

特開2000-180219号公報JP 2000-180219 A 特開2002-138418号公報JP 2002-138418 A 特開2011-047252号公報JP 2011-047252 A

特許文献1ないし3の技術を用いれば、発生した落石に対する注意や警告を行うことはできるものの、近い将来に発生する落石を考慮した注意や警告を行うことができなかった。
また、特許文献1ないし3の技術では、落石を検出する範囲に光ファイバ系や落石防護ネットなどを予め設置しなければならないという問題もあった。例えば、落石が予想される範囲が広範囲であれば、そのすべての範囲に光ファイバや落石防護網などを取り付ける必要があり、事前の準備に多大な労力が必要であった。
このような観点から、本発明は、落石に対する管理や対策の向上に貢献できる落石監視システムおよび落石監視方法を提供する。
The techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 make it possible to give warnings and cautions about falling rocks that have already occurred, but they do not allow for warnings and cautions that take into account rockfalls that will occur in the near future.
Furthermore, the techniques of Patent Documents 1 to 3 have the problem that optical fiber systems, rockfall protection nets, etc. must be installed in advance in the range where rockfall is to be detected. For example, if the range where rockfall is expected is wide, optical fiber systems, rockfall protection nets, etc. must be installed in the entire range, which requires a great deal of effort for advance preparation.
From this perspective, the present invention provides a rockfall monitoring system and a rockfall monitoring method that can contribute to improving management and countermeasures against rockfalls.

本発明に係る落石監視システムは、落石の発生を監視する落石監視システムである。この落石監視システムは、監視領域を撮像する撮像部と、落石解析部と、落石予測部とを備える。
落石解析部は、フレーム差分法を用いた画像解析によって、前記撮像部が撮像した撮像画像から前記監視領域で発生した落石に関する定量的な第1情報を求める。
落石予測部は、前記第1情報と前記撮像画像を撮像した時点での環境に関する第2情報とから、前記監視領域で発生する新たな落石を予測する。この落石予測部は、所定の時間を1単位として時系列で連続した複数単位の前記第1情報および前記第2情報を入力することによって、次の単位の時間における前記新たな落石に関する第3情報を出力するように機械学習を行った学習済みモデルを有する。
前記第1情報は、例えば、落石の発生源、落石の規模および落石運動の特徴の何れかである。前記新たな落石の発生を報知する報知部をさらに備えてもよい。
このようにすると、近い将来に発生する落石を考慮した注意や警告を行うことができるので、落石に対する管理や対策の向上に貢献できる。
前記撮像部が撮像した撮像画像に写る落石をフレーム差分法によって検出する落石検出部を備えてもよい。その場合、前記落石解析部は、前記落石検出部によって落石が検出されたフレーム差分画像から前記第1情報を求めるのがよい。
このようにすると、落石の検出および落石に関する定量的な第1情報の取得を撮像画像の解析により行えるので、事前の準備にかかる労力を抑制でき、従来よりも簡易に落石を監視できる。
The rockfall monitoring system according to the present invention is a system for monitoring the occurrence of a rockfall, and includes an imaging unit for imaging a monitoring area, a rockfall analysis unit, and a rockfall prediction unit.
The rockfall analysis unit obtains quantitative first information regarding a rockfall that has occurred in the monitoring area from the images captured by the imaging unit through image analysis using a frame difference method.
The rockfall prediction unit predicts a new rockfall that will occur in the monitoring area based on the first information and second information related to the environment at the time the captured image is captured. The rockfall prediction unit has a trained model that has been machine-learned to input a plurality of units of the first information and the second information that are consecutive in time series, with a predetermined time being one unit, and output third information related to the new rockfall in the next unit of time .
The first information is, for example, any one of a source of a rockfall, a size of the rockfall, and a characteristic of the rockfall movement. The vehicle may further include a notification unit that notifies the occurrence of a new rockfall.
This makes it possible to provide warnings and alerts that take into account rockfalls that may occur in the near future, thereby contributing to improved management and countermeasures against rockfalls.
The image capturing device may further include a rockfall detection unit that detects a rockfall in an image captured by the imaging unit by a frame difference method. In this case, the rockfall analysis unit may obtain the first information from a frame difference image in which a rockfall is detected by the rockfall detection unit.
In this way, rockfall detection and quantitative first information regarding rockfall can be obtained by analyzing captured images, thereby reducing the effort required for advance preparations and making it easier to monitor rockfalls than before.

本発明に係る落石監視方法は、落石の発生を監視する落石監視方法である。この落石監視方法は、監視領域を撮像する撮像工程と、落石解析工程と、落石予測工程とを有する。
落石解析工程では、フレーム差分法を用いた画像解析によって、前記撮像工程で撮像した撮像画像から前記監視領域で発生した落石に関する定量的な第1情報を求める。
落石予測工程では、前記第1情報と前記撮像画像を撮像した時点での環境に関する第2情報とから、前記監視領域で発生する新たな落石を予測する。この落石予測工程では、所定の時間を1単位として時系列で連続した複数単位の前記第1情報および前記第2情報を入力することによって、次の単位の時間における前記新たな落石に関する第3情報を出力するように機械学習を行った学習済みモデルを用いて予測を行う。
このようにすると、近い将来に発生する落石を考慮した注意や警告を行うことができるので、落石に対する管理や対策の向上に貢献できる。
The rockfall monitoring method according to the present invention is a method for monitoring the occurrence of a rockfall, and includes an imaging step of imaging a monitoring area, a rockfall analysis step, and a rockfall prediction step.
In the rockfall analysis step, first quantitative information regarding a rockfall occurring in the monitoring area is obtained from the captured images captured in the imaging step by image analysis using a frame difference method.
In the rockfall prediction step, a new rockfall occurring in the monitoring area is predicted based on the first information and second information related to the environment at the time when the captured image was captured. In this rockfall prediction step, a prediction is made using a trained model that has undergone machine learning so as to input a plurality of units of the first information and the second information that are consecutive in time series , with a predetermined time being one unit, and output third information related to the new rockfall in the next unit of time .
This makes it possible to provide warnings and alerts that take into account rockfalls that may occur in the near future, thereby contributing to improved management and countermeasures against rockfalls.

本発明によれば、落石に対する管理や対策の向上に貢献できる。 This invention can contribute to improving management and countermeasures against falling rocks.

本発明の実施形態に係る落石監視システムのイメージ図である。1 is a conceptual diagram of a rockfall monitoring system according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施形態に係る落石監視システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a rockfall monitoring system according to an embodiment of the present invention. 監視部の一部である画像処理装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an image processing device that is a part of a monitoring unit. 本発明の実施形態に係る落石監視システムの動作イメージを示すフロー図である。FIG. 2 is a flow chart showing an operation image of the rockfall monitoring system according to the embodiment of the present invention. フレーム差分法による画像解析のイメージ図である。FIG. 1 is an image diagram of image analysis using the frame difference method. 落石に関する定量的な情報(第1情報)の抽出処理を説明するための図である。11 is a diagram for explaining a process of extracting quantitative information (first information) regarding falling rocks. FIG. 落石の発生源の推定処理を説明するための図である。11 is a diagram for explaining a process for estimating the source of a rockfall. FIG. 学習データの基になる観測データの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of observation data on which learning data is based. 学習モデルの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a learning model. 学習データの基になる観測データの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of observation data on which learning data is based. 学習モデルの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a learning model.

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。
<実施形態に係る落石監視システムの構成>
図1および図2を参照して、実施形態に係る落石監視システム1の構成について説明する。図1は、落石監視システム1のイメージ図である。図2は、落石監視システム1の概略構成図である。
Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each drawing is merely a schematic illustration to allow a sufficient understanding of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the illustrated examples. In each drawing, common or similar components are denoted by the same reference numerals, and duplicated explanations thereof will be omitted.
<Configuration of rockfall monitoring system according to embodiment>
The configuration of a rockfall monitoring system 1 according to an embodiment will be described with reference to Fig. 1 and Fig. 2. Fig. 1 is a conceptual diagram of the rockfall monitoring system 1. Fig. 2 is a schematic diagram of the rockfall monitoring system 1.

落石監視システム1は、撮影した映像(連続した画像で構成される)から落石を検出し、さらに落石を検出したことを報知する機能を有する。また、落石監視システム1は、検出した落石から近い将来に発生する新たな落石を予測する機能を有する。
落石監視システム1は、落石の監視を必要とする様々な場面で使用することができ、監視対象の落石は、形状、大きさ、色など特に限定されるものではない。ここでは、図1に示すように、崖や斜面の監視に落石監視システム1を用いることを想定し、崖や斜面の少なくとも一部(全部であってもよい)が監視領域である。
落石監視システム1では、人工知能(AI:Artificial Intelligence)技術を用いて落石を撮影した映像から落石の傾向を学習し、既に発生した落石から近い将来に発生するであろう落石を予測する。学習や予測では、落石が発生した画像からフレーム差分法(または「フレーム間差分法」とも呼ばれる)による画像解析によって落石に関する定量的な情報を抽出し、その定量的な情報を使用する。フレーム差分法では、連続する二つのフレーム間でのフレーム差分画像を生成し、閾値処理を行うことで移動体を特定する。詳細は後記する。
The rockfall monitoring system 1 has a function of detecting rockfalls from the captured video (consisting of successive images) and of notifying the detection of a rockfall. The rockfall monitoring system 1 also has a function of predicting new rockfalls that will occur in the near future based on the detected rockfalls.
The rockfall monitoring system 1 can be used in various situations requiring monitoring of rockfalls, and the rockfalls to be monitored are not particularly limited in terms of shape, size, color, etc. Here, as shown in Fig. 1, it is assumed that the rockfall monitoring system 1 is used to monitor cliffs and slopes, and at least a part (or the entirety) of the cliffs and slopes is the monitoring area.
The rockfall monitoring system 1 uses artificial intelligence (AI) technology to learn the tendency of rockfalls from images of rockfalls, and predicts rockfalls that will occur in the near future based on rockfalls that have already occurred. In the learning and prediction, quantitative information about rockfalls is extracted from images of rockfalls by image analysis using a frame difference method (also called "interframe difference method"), and the quantitative information is used. In the frame difference method, a frame difference image between two consecutive frames is generated, and a moving object is identified by threshold processing. Details will be described later.

図1に示すように、落石監視システム1は、撮像部2と、監視部3と、報知部4とを備える。図2に示すように、撮像部2、監視部3および報知部4は、電源5から電力の供給を受けている。電源5の種類や数は特に限定されない。撮像部2、監視部3および報知部4は、例えば、各々が単独の装置として構成することができる。
図1に示すように、撮像部2は、落石8が発生する可能性がある場所(ここでは崖面9)を撮像可能に設置される。図1では、崖面9から離れた場所に架る橋に撮像部2が設置されている。報知部4は、警報対象者(例えば崖面9の近傍を通行する者や崖面9の近傍で作業を行う者など、落石の発生事実・発生予測の通報を受ける者)が視認できる場所に設置される。図1では、崖面9に繋がる道に報知部4が設置されている。監視部3の設置場所は特に限定されず、例えば報知部4の近くや落石監視システム1を管理する管理者が居る施設内に設置される。
撮像部2と監視部3とは、例えば無線通信によって通信可能に接続されており、撮像部2から監視部3へは崖面9を撮像した画像が送信される。また、監視部3と報知部4とは、例えば通信ケーブルによって通信可能に接続されており、監視部3から報知部4へは落石8の検出結果や予測結果(落石8を検出したか否かや所定時間後に落石が発生するか否かなど)が通知される。なお、落石監視システム1の構成はここで示すものに限定されず、例えば、監視部3が撮像部2や報知部4の機能を有していてもよい(つまり、撮像部2や報知部4を含めて監視部3であってもよい)。
As shown in Fig. 1, the rockfall monitoring system 1 includes an imaging unit 2, a monitoring unit 3, and an alarm unit 4. As shown in Fig. 2, the imaging unit 2, the monitoring unit 3, and the alarm unit 4 receive power from a power source 5. The type and number of the power sources 5 are not particularly limited. For example, the imaging unit 2, the monitoring unit 3, and the alarm unit 4 can each be configured as an independent device.
As shown in Fig. 1, the imaging unit 2 is installed so as to be able to capture an image of a location where a rockfall 8 may occur (here, a cliff face 9). In Fig. 1, the imaging unit 2 is installed on a bridge located away from the cliff face 9. The notification unit 4 is installed in a location where it can be seen by a person to whom an alarm is to be issued (e.g., a person passing near the cliff face 9 or a person performing work near the cliff face 9, who will receive a report of the occurrence or prediction of a rockfall). In Fig. 1, the notification unit 4 is installed on a road leading to the cliff face 9. The installation location of the monitoring unit 3 is not particularly limited, and it may be installed, for example, near the notification unit 4 or in a facility where a manager who manages the rockfall monitoring system 1 is located.
The imaging unit 2 and the monitoring unit 3 are communicatively connected, for example, by wireless communication, and an image of the cliff face 9 is transmitted from the imaging unit 2 to the monitoring unit 3. The monitoring unit 3 and the notification unit 4 are communicatively connected, for example, by a communication cable, and the monitoring unit 3 notifies the notification unit 4 of the detection results and prediction results of the rockfall 8 (whether or not a rockfall 8 has been detected, whether or not a rockfall will occur after a predetermined time, etc.). Note that the configuration of the rockfall monitoring system 1 is not limited to that shown here, and for example, the monitoring unit 3 may have the functions of the imaging unit 2 and the notification unit 4 (that is, the monitoring unit 3 may include the imaging unit 2 and the notification unit 4).

撮像部2は、監視領域(ここでは、崖面9)を撮像する手段である。撮像部2は、落石8を認識できる解像度を有しており、また、落石8の移動が分かる程度に連続撮影が可能である。撮像部2は、例えばデジタルビデオカメラであり、1秒間に数十枚(例えば40枚)の画像(以下では、「フレーム」と呼ぶ場合がある)を撮影する。本実施形態では、崖面9の監視に使用することを想定しているので、撮像部2は崖面9を撮影するように設置されている。撮像部2によって撮影された画像は、監視部3に送られる。撮像部2は、屋外での長時間の使用に耐えられる仕様であるのがよい。
撮像部2は、図示しない照明手段を有していてもよい。照明手段は、光を発する光源であって、例えば、LED(Light Emitting Diode)照明、有機EL照明(OLED)である。照明手段は、落石8の発生を監視する範囲(つまり、監視領域)を照らすように設置されている。照明手段の数や形状は特に限定されない。照明手段は、撮像部2の感度(カメラ感度)に対応した波長成分を少なくとも含む光源であり、例えば、可視光、赤外光などであってよい。なお、撮像部2は、ズーム機能を有していてもよい。
The imaging unit 2 is a means for imaging the monitoring area (here, the cliff face 9). The imaging unit 2 has a resolution that allows the recognition of the falling rocks 8, and is capable of continuous shooting to the extent that the movement of the falling rocks 8 can be seen. The imaging unit 2 is, for example, a digital video camera, and captures several tens of images (for example, 40 images) per second (hereinafter, sometimes referred to as "frames"). In this embodiment, since it is assumed that the imaging unit 2 will be used to monitor the cliff face 9, the imaging unit 2 is installed to capture the cliff face 9. The images captured by the imaging unit 2 are sent to the monitoring unit 3. It is preferable that the imaging unit 2 has specifications that allow it to withstand long periods of outdoor use.
The imaging unit 2 may have a lighting means (not shown). The lighting means is a light source that emits light, such as an LED (Light Emitting Diode) light or an organic electroluminescent light (OLED). The lighting means is installed so as to illuminate the area in which the occurrence of rockfall 8 is monitored (i.e., the monitoring area). The number and shape of the lighting means are not particularly limited. The lighting means is a light source that includes at least a wavelength component corresponding to the sensitivity (camera sensitivity) of the imaging unit 2, and may be, for example, visible light, infrared light, etc. The imaging unit 2 may have a zoom function.

報知部4は、落石8を検出した場合に危険を知らせる手段である。報知部4は、近い将来(例えば、数分後~数時間後)における落石8の発生を予測した場合に危険を知らせてもよい。報知部4は、例えば落石8が検出されたことや発生を予測したことを、視覚や聴覚を介して警報対象者に報知する。報知部4は、例えば、表示板、回転灯やブザーであってよい。また、崖面9での作業を想定した場合、警報対象者が装着するもの(例えばヘルメット)に表示機能や警告音を鳴らすブザーを設けても良い。
報知部4は、監視対象に関連する場所に設置される(図1では、崖面9の前を通る道に設置されている)。落石8の予測を知らせる場合、報知部4は、落石8が発生する確率や規模、落石8が発生するまでの時間に応じた警報を行ってもよい。報知部4を屋外に設置する場合、屋外での長時間の使用に耐えられる仕様であるのがよい。
The alarm unit 4 is a means for notifying a danger when a rockfall 8 is detected. The alarm unit 4 may also notify a danger when it predicts the occurrence of a rockfall 8 in the near future (e.g., several minutes to several hours later). The alarm unit 4 notifies the person to be warned, for example, that a rockfall 8 has been detected or predicted, visually or aurally. The alarm unit 4 may be, for example, a display board, a rotating light, or a buzzer. In addition, in the case where work is assumed on a cliff face 9, a display function or a buzzer that sounds a warning sound may be provided on something worn by the person to be warned (e.g., a helmet).
The alarm unit 4 is installed at a location related to the object of monitoring (in FIG. 1, it is installed on a road passing in front of a cliff face 9). When notifying a prediction of a rockfall 8, the alarm unit 4 may issue an alarm according to the probability and scale of the rockfall 8 occurring, and the time until the rockfall 8 occurs. When the alarm unit 4 is installed outdoors, it is preferable that the specifications are such that it can withstand long-term outdoor use.

図2を参照して(適宜、図1参照)、監視部3について説明する。監視部3は、撮像部2(図1参照)によって撮影された画像に対して画像処理を行って落石8を検出する。また、監視部3は、撮像部2によって撮影された画像からフレーム差分法による画像解析によって落石に関する定量的な情報(第1情報)を抽出し、その定量的な情報を学習済みモデルに入力して将来の落石8の発生を予測する。
図2に示すように、監視部3は、例えば、画像保存装置3Aと、画像処理装置3Bとで構成される。画像保存装置3Aおよび画像処理装置3Bは、PC(Personal Computer)やサーバであってよい。監視部3は、画像保存装置3Aと画像処理装置3Bとをまとめた単一の装置であってもよい。
画像保存装置3Aには、崖面9を撮影した画像が保存される。画像保存装置3Aに保存される画像は、学習モデルの学習に使用される。画像保存装置3Aには、異なる場所の複数の崖面9を撮影した画像が保存されていてもよい。
画像処理装置3Bは、フレーム差分法による画像解析によって抽出される落石に関する定量的な情報から、近い将来に新たな落石が発生するか否かを予測する装置である。画像処理装置3Bは、学習済みモデルを有しており、学習済みモデルに落石に関する定量的な情報を入力することで落石の発生を予測する。画像処理装置3Bは、学習モデルを自身で学習させる機能を有していてもよいし、他の装置(例えば画像保存装置3A)で学習を行った学習済みモデルを取得して使用してもよい。
The monitoring unit 3 will be described with reference to Fig. 2 (and Fig. 1 as appropriate). The monitoring unit 3 performs image processing on the images captured by the imaging unit 2 (see Fig. 1) to detect rockfalls 8. The monitoring unit 3 also extracts quantitative information (first information) related to rockfalls from the images captured by the imaging unit 2 by image analysis using a frame difference method, and inputs the quantitative information into a trained model to predict the occurrence of future rockfalls 8.
2, the monitoring unit 3 is composed of, for example, an image storage device 3A and an image processing device 3B. The image storage device 3A and the image processing device 3B may be a PC (Personal Computer) or a server. The monitoring unit 3 may be a single device that combines the image storage device 3A and the image processing device 3B.
The image storage device 3A stores images of the cliff face 9. The images stored in the image storage device 3A are used for learning the learning model. The image storage device 3A may store images of a plurality of cliff faces 9 taken at different locations.
The image processing device 3B is a device that predicts whether a new rockfall will occur in the near future based on quantitative information about rockfalls extracted by image analysis using a frame difference method. The image processing device 3B has a trained model, and predicts the occurrence of a rockfall by inputting quantitative information about rockfalls into the trained model. The image processing device 3B may have a function of training the training model itself, or may acquire and use a trained model trained by another device (e.g., the image storage device 3A).

図3を参照して、画像処理装置3Bの構成を説明する。図3は、画像処理装置3Bのブロック図である。画像処理装置3Bは、例えば、記憶部31と、制御部32とを備えている。
記憶部31には、落石8の検出や予測に必要な情報(例えば、撮影条件情報31a、検出対象情報31b、落石運動情報31cなど)が記憶されている。撮影条件情報31aは、例えば、撮像部2の情報(画角、解像度、フレームレートなど)、崖面9から撮像部2までの距離Lなどの情報である。検出対象情報31bは、例えば、検出する落石8のサイズ(最小と最大)、落下速度などの情報である。落石運動情報31cは、落石運動の特徴に関する情報であり、例えば跳躍運動、滑り運動、自由落下運動などの落下パターン(落下類型)ごとの落石8の動きの情報である。
制御部32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。制御部32がプログラム実行処理により実現する場合、記憶部31には、制御部32の機能を実現するためのプログラム(落石監視プログラム)が格納される。
The configuration of the image processing device 3B will be described with reference to Fig. 3. Fig. 3 is a block diagram of the image processing device 3B. The image processing device 3B includes, for example, a storage unit 31 and a control unit 32.
The memory unit 31 stores information required for detecting and predicting rockfall 8 (e.g., shooting condition information 31a, detection target information 31b, rockfall movement information 31c, etc.). The shooting condition information 31a is, for example, information on the imaging unit 2 (angle of view, resolution, frame rate, etc.) and information on the distance L from the cliff face 9 to the imaging unit 2. The detection target information 31b is, for example, information on the size (minimum and maximum) and falling speed of the rockfall 8 to be detected. The rockfall movement information 31c is information on the characteristics of the rockfall movement, and is, for example, information on the movement of the rockfall 8 for each fall pattern (fall type) such as jumping movement, sliding movement, and free fall movement.
The control unit 32 is realized by a program execution process by a CPU (Central Processing Unit), a dedicated circuit, etc. When the control unit 32 is realized by a program execution process, the memory unit 31 stores a program (a rockfall monitoring program) for realizing the functions of the control unit 32.

制御部32は、主に、画像取得部33と、落石検出部34と、落石解析部35と、落石予測部36と、落石通知部37とを備える。なお、図3に示す制御部32の各機能は、説明の便宜上分けたものであり、本発明を限定するものではない。ここでは、処理の概要を説明し、処理の詳細については後記する動作で説明する。
画像取得部33は、撮像部2で撮影した画像を取得する。ここでの画像取得部33は、無線通信を介して撮像部2から画像を受信するが、画像を取得するための通信手段は特に限定されない。
落石検出部34は、撮像部2が撮影した画像に対して画像処理を行い、画像処理後の画像から落石8を検出する。落石検出部34による画像処理の手法は特に限定されず、例えばフレーム差分法を用いて落石8を検出する。フレーム差分法では、連続する二つのフレーム間でのフレーム差分画像を生成し、閾値処理を行うことで移動体を特定する。フレーム差分法を用いた落石の検出方法については、例えば「特開2019-203288」に記載がある。
落石解析部35は、フレーム差分法による画像解析によって、落石8に関する定量的な情報(第1情報)を抽出する。落石解析部35によって抽出された定量的な情報は、落石予測部36に送られ、学習モデルの学習や近い将来に発生する落石8の予測に使用される。
落石予測部36は、学習済みモデルを有しており、落石解析部35で抽出した定量的な情報を学習済みモデルに入力して将来の落石8の発生を予測する。落石予測部36は、落石解析部35で抽出した定量的な情報を用いて、学習モデルの学習や学習済みモデルの再学習を行ってもよい。
落石通知部37は、落石8を検出した場合や近い将来(例えば、数分後~数時間後)における落石8の発生を予測した場合に、報知部4に対してその情報を通知する。報知部4は、落石8の発生やその予測などを受信した場合に、そのことを報知する。
The control unit 32 mainly includes an image acquisition unit 33, a rockfall detection unit 34, a rockfall analysis unit 35, a rockfall prediction unit 36, and a rockfall notification unit 37. Note that the functions of the control unit 32 shown in Fig. 3 are separated for the sake of convenience of explanation and do not limit the present invention. An overview of the process will be described here, and the details of the process will be described in the operation described later.
The image acquisition unit 33 acquires the image captured by the imaging unit 2. The image acquisition unit 33 here receives the image from the imaging unit 2 via wireless communication, but the communication means for acquiring the image is not particularly limited.
The rockfall detection unit 34 performs image processing on the image captured by the imaging unit 2, and detects the falling rocks 8 from the processed image. The method of image processing by the rockfall detection unit 34 is not particularly limited, and for example, the falling rocks 8 are detected using a frame difference method. In the frame difference method, a frame difference image between two consecutive frames is generated, and a moving object is identified by performing threshold processing. A method of detecting falling rocks using the frame difference method is described in, for example, "JP 2019-203288 A".
The rockfall analysis unit 35 extracts quantitative information (first information) regarding the rockfall 8 by image analysis using a frame difference method. The quantitative information extracted by the rockfall analysis unit 35 is sent to the rockfall prediction unit 36 and used for learning the learning model and for predicting rockfalls 8 that will occur in the near future.
The rockfall prediction unit 36 has a trained model, and inputs the quantitative information extracted by the rockfall analysis unit 35 into the trained model to predict the occurrence of a future rockfall 8. The rockfall prediction unit 36 may use the quantitative information extracted by the rockfall analysis unit 35 to train the trained model or re-train the trained model.
When the rockfall notification unit 37 detects a rockfall 8 or predicts the occurrence of a rockfall 8 in the near future (for example, several minutes to several hours later), it notifies the alarm unit 4 of that information. When the alarm unit 4 receives information about the occurrence of a rockfall 8 or a prediction thereof, it notifies the alarm unit 4 of that fact.

<実施形態に係る落石監視システムの動作>
図4を参照して(適宜、図1ないし図3を参照)、実施形態に係る落石監視システム1の動作について説明する。図4は、実施形態に係る落石監視システム1の動作イメージを示すフロー図である。図4に示すように、落石監視システム1の動作は、主に、「落石画像記録工程(S10)」、「環境データ記録工程(S20)」、「落石解析工程S30」、「落石学習工程(S40)」、「落石予測工程(S50)」を含んで構成される。
(落石画像記録工程(S10))
撮像部2は、崖面9の撮影を開始し、撮影中に落石8が発生した場合に、落石8が発生したときの連続画像や撮影を行った時刻を画像保存装置3Aに保存する。撮像部2が撮像した画像が画像処理装置3Bに送られ、落石検出部34の処理によって画像に落石8が写っているか否かが判定され、落石8が写っていると判定された画像が画像保存装置3Aに送られて保存されてもよい。
<Operation of rockfall monitoring system according to embodiment>
The operation of the rockfall monitoring system 1 according to the embodiment will be described with reference to Fig. 4 (and Figs. 1 to 3 as appropriate). Fig. 4 is a flow diagram showing an image of the operation of the rockfall monitoring system 1 according to the embodiment. As shown in Fig. 4, the operation of the rockfall monitoring system 1 mainly includes a "rockfall image recording process (S10)", an "environmental data recording process (S20)", a "rockfall analysis process S30", a "rockfall learning process (S40)", and a "rockfall prediction process (S50)".
(Rockfall image recording process (S10))
The imaging unit 2 starts photographing the cliff face 9, and if a rockfall 8 occurs during photographing, the imaging unit 2 stores the successive images at the time of the rockfall 8 and the time of photographing in the image storage device 3A. The image captured by the imaging unit 2 is sent to the image processing device 3B, and the rockfall detection unit 34 determines whether or not the image contains a falling rock 8, and the image determined to contain a falling rock 8 may be sent to the image storage device 3A and stored therein.

(環境データ記録工程(S20))
図示しない機関(例えば気象庁)は、監視を行う崖面9(付近でもよい)の環境に関する環境データ(第2情報)を記憶する。環境データは、例えば気象に関する気象データ、地震に関する地震データなどであってよい。例えば気象庁は、気象観測や地震観測を常に行っており、気象データや地震データと測定を行った時刻とを関連付けて記録する。気象データは、例えば所定時間ごとの降水量、気温、平均風速、最大風速などである。地震データは、例えば震度や地震の類型などである。
(落石解析工程S30)
画像処理装置3Bの落石解析部35は、画像保存装置3Aに保存される画像を取得し、フレーム差分法による画像解析によって、落石8に関する定量的な情報(第1情報)を抽出する。図5を参照して、フレーム差分法による画像解析について説明する。図5は、フレーム差分法による画像解析のイメージ図である。
フレーム差分法では、過去Nフレーム分(N≧3であり、例えばN=10程度がよい)の撮像画像Eに対して、時系列で連続した二つの撮像画像Eのフレーム差分画像Fを生成し、閾値処理を行うことで各々のフレーム差分画像Fから移動体(ここでは、落石8)の領域を抽出する(図5の上段および中段を参照)。図5では、撮像画像E,Eからフレーム差分画像Fを生成し、撮像画像E,Eからフレーム差分画像Fを生成し、撮像画像E,Eからフレーム差分画像Fを生成する場合を示している。
また、フレーム差分画像Fを合成することでフレーム差分合成画像Gを生成し、移動体の領域の和集合を求める(図5の下段を参照)。図5では、フレーム差分画像F,F,F,・・・からフレーム差分合成画像Gを生成する場合を示している。
(Environmental data recording process (S20))
An institution not shown (for example, the Japan Meteorological Agency) stores environmental data (second information) related to the environment of the cliff face 9 (or the vicinity) being monitored. The environmental data may be, for example, meteorological data related to weather and earthquake data related to earthquakes. For example, the Japan Meteorological Agency constantly conducts meteorological and earthquake observations, and records the meteorological and earthquake data in association with the time when the measurements were made. The meteorological data may be, for example, the amount of precipitation, temperature, average wind speed, and maximum wind speed for each specified period of time. The earthquake data may be, for example, seismic intensity and type of earthquake.
(Rockfall analysis process S30)
The rockfall analysis unit 35 of the image processing device 3B acquires the images stored in the image storage device 3A and extracts quantitative information (first information) regarding the rockfall 8 by image analysis using the frame difference method. Image analysis using the frame difference method will be described with reference to Fig. 5. Fig. 5 is a conceptual diagram of image analysis using the frame difference method.
In the frame difference method, frame difference images F of two consecutive captured images E in time series are generated for the captured images E of the past N frames (N≧3, for example, N=10 is preferable ) , and a region of a moving object (here, a falling rock 8) is extracted from each frame difference image F by performing threshold processing (see the upper and middle parts of FIG. 5). FIG. 5 shows a case where a frame difference image F1 is generated from captured images E1 and E2 , a frame difference image F2 is generated from captured images E2 and E3 , and a frame difference image F3 is generated from captured images E3 and E4 .
Further, the frame difference images F are synthesized to generate a frame difference synthetic image G, and the union of the moving object regions is obtained (see the lower part of FIG. 5). FIG. 5 shows a case where the frame difference synthetic image G is generated from the frame difference images F 1 , F 2 , F 3 , . . .

画像処理装置3Bの落石解析部35は、落石8に関する定量的な情報(第1情報)として、例えば(ア)落石の発生源、(イ)落石の規模、(ウ)落石運動の特徴を求める。
(ア)落石の発生源の推定について
図6および図7を参照して、落石の発生源の推定について説明する。図6は、落石8に関する定量的な情報の抽出処理を説明するための図である。図7は、落石8の発生源の推定処理を説明するための図である。
図6に示すように、フレーム差分画像Fを時系列に並べた場合に、落石発生前の期間Tや落石が終了した期間Tではフレーム差分画像Fは黒色のピクセルのみで構成される。一方、落石が発生中の期間Tでは、落石8の領域(符号K)が白色のピクセルで記され、フレーム差分画像F~Fは黒色および白色のピクセルで構成される。落石解析部35は、時系列でみて白色のピクセルが出現したフレーム差分画像F(図6では、フレーム差分画像F)を用いて落石8の発生源を特定する。落石解析部35は、落石8の発生源として白色のピクセルの位置を求めてもよいし、図7に示すように、フレーム差分画像Fを所定数に分割することでフレーム差分画像F上に発生源を区別するための領域Hを設定し、落石8の領域(符号K)がどの領域Hに対応するかを特定してもよい。図7では、領域Hの識別情報を、領域H内に二桁の数字で記している。
The rockfall analysis unit 35 of the image processing device 3B obtains quantitative information (first information) regarding the rockfall 8, such as (a) the source of the rockfall, (b) the scale of the rockfall, and (c) the characteristics of the rockfall movement.
(A) Estimation of the source of a rockfall Estimation of the source of a rockfall will be described with reference to Fig. 6 and Fig. 7. Fig. 6 is a diagram for explaining the extraction process of quantitative information regarding a rockfall 8. Fig. 7 is a diagram for explaining the estimation process of the source of a rockfall 8.
As shown in FIG. 6, when the frame difference images F are arranged in a time series, the frame difference images F are composed of only black pixels in the period T1 before the occurrence of the rockfall and the period T3 when the rockfall has ended. On the other hand, in the period T2 during which the rockfall is occurring, the area of the falling rock 8 (symbol K) is marked with white pixels, and the frame difference images F 1 to F n are composed of black and white pixels. The rockfall analysis unit 35 identifies the source of the falling rock 8 by using the frame difference image F in which white pixels appear in the time series (frame difference image F 1 in FIG. 6). The rockfall analysis unit 35 may determine the position of the white pixel as the source of the falling rock 8, or may divide the frame difference image F into a predetermined number of parts to set an area H for distinguishing the source on the frame difference image F as shown in FIG. 7, and identify which area H the area of the falling rock 8 (symbol K) corresponds to. In FIG. 7, the identification information of the area H is marked in the area H with a two-digit number.

(イ)落石の規模の推定について
落石解析部35は、フレーム差分画像F上での落石8の面積(つまり、符号Kで示す白色ピクセルの面積)を求めることで、落石8のおおよその規模を推定する。落石8の規模の推定には、例えば以下に示す式(1)を用いてもよい。
また、式(1)で求めた値をさらに段階評価して落石8の規模を表してもよい。例えば、落石8の規模Sが「1平米以上」に段階評価「5」を対応させ、「0.8平米以上、1平米未満」に段階評価「4」を対応させ、「0.6平米以上、0.8平米未満」に段階評価「3」を対応させ、「0.4平米以上、0.6平米未満」に段階評価「2」を対応させ、「0.2平米以上、0.4平米未満」に段階評価「1」を対応させ、「0平米以上、0.2平米未満」に段階評価「0」を対応させる。
(A) Estimation of the Scale of a Rockfall The rockfall analysis unit 35 estimates the approximate scale of the rockfall 8 by determining the area of the rockfall 8 (i.e., the area of the white pixels indicated by the symbol K) on the frame difference image F. The scale of the rockfall 8 may be estimated using, for example, the following formula (1).
The value obtained by the formula (1) may be further graded to represent the scale of the rockfall 8. For example, the scale S of the rockfall 8 may be assigned to "1 square meter or more" as a scale rating of "5", to "0.8 square meters or more and less than 1 square meter" as a scale rating of "4", to "0.6 square meters or more and less than 0.8 square meters" as a scale rating of "3", to "0.4 square meters or more and less than 0.6 square meters" as a scale rating of "2", to "0.2 square meters or more and less than 0.4 square meters" as a scale rating of "1", and to "0 square meters or more and less than 0.2 square meters" as a scale rating of "0".

Figure 0007544669000001
Figure 0007544669000001

(ウ)落石運動の特徴の推定について
落石解析部35は、図5に示すフレーム差分合成画像Gに表される落石8の軌跡から、落石運動の特徴を推定する。落石運動の特徴は、例えば、跳躍運動、滑り運動、自由落下運動などの落下パターン(落下類型)である。跳躍運動は、落石8が崖面9にぶつかって跳ねながら落下するものである。滑り運動は、落石8が崖面9を滑りながら落下するものである。自由落下運動は、落石8が崖面9にあまり接触せずに落下するものである。落石解析部35は、例えばこれらの運動の特徴を予め情報として保有しており、その保有する情報とフレーム差分合成画像Gに示される落石8の軌跡との比較で落石運動の特徴を推定する。
落石解析部35によって抽出された落石8に関する定量的な情報は、落石予測部36に送られ、学習モデルの学習や近い将来に発生する落石8の予測に使用される。
(C) Estimation of Characteristics of Falling Rocks The rockfall analysis unit 35 estimates the characteristics of the falling rocks' movement from the trajectory of the falling rocks 8 shown in the frame difference composite image G shown in Fig. 5. The characteristics of the falling rocks' movement are, for example, falling patterns (fall types) such as jumping movement, sliding movement, and free fall movement. Jumping movement is when the falling rocks 8 hit the cliff face 9 and bounce while falling. Sliding movement is when the falling rocks 8 slide along the cliff face 9 while falling. Free fall movement is when the falling rocks 8 falls without making much contact with the cliff face 9. The rockfall analysis unit 35 holds, for example, the characteristics of these movements as information in advance, and estimates the characteristics of the falling rocks' movement by comparing the held information with the trajectory of the falling rocks 8 shown in the frame difference composite image G.
The quantitative information regarding the rockfall 8 extracted by the rockfall analysis unit 35 is sent to the rockfall prediction unit 36 and used for training the learning model and for predicting rockfalls 8 that will occur in the near future.

(落石学習工程(S40))
落石学習工程は、(A)落石8に関する定量的な情報(第1情報)や環境データ(第2情報)と、(B)近い将来での新たな落石8の発生に関する情報(第3情報)との関係を学習する工程である。落石予測部36は、例えば落石8に関する定量的な情報として求めた「落石の発生源、落石の規模、落石運動の特徴」の少なくとも何れか一つと、環境データとして取得する「所定時間ごとの降水量、気温、平均風速、最大風速や、震度、地震の類型」の少なくとも何れか一つを用いて機械学習を行う。学習で用いるデータの数や種類は、崖面9がある場所の地理的特徴などを考慮して選択されるのがよい。
落石予測部36は、学習モデルを有しており、(A)落石8に関する定量的な情報(第1情報)や環境データ(第2情報)と、(B)近い将来での新たな落石8の発生に関する情報(第3情報)とを組にした学習データを用いて学習モデルを機械学習させる。学習モデルは、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。学習モデルは、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、学習モデルは、「学習器」や「人工知能(AI:Artificial Intelligence)」などとも呼ばれる。
(Rockfall learning process (S40))
The rockfall learning process is a process of learning the relationship between (A) quantitative information (first information) and environmental data (second information) related to the rockfall 8, and (B) information related to the occurrence of a new rockfall 8 in the near future (third information). The rockfall prediction unit 36 performs machine learning using, for example, at least one of "the source of the rockfall, the size of the rockfall, and the characteristics of the rockfall movement" obtained as quantitative information related to the rockfall 8, and at least one of "precipitation amount per predetermined time, temperature, average wind speed, maximum wind speed, seismic intensity, and earthquake type" obtained as environmental data. The number and type of data used in learning are preferably selected in consideration of the geographical characteristics of the location where the cliff face 9 is located.
The rockfall prediction unit 36 has a learning model, and the learning model is trained by machine learning using learning data that is a combination of (A) quantitative information (first information) and environmental data (second information) related to the rockfall 8, and (B) information related to the occurrence of new rockfalls 8 in the near future (third information). The learning model is a learning system in machine learning, and can derive good results by comparing the results of classification, prediction, and judgment based on given data with the actual results that are correct answers, and adjusting various parameters. The learning model is, for example, a neural network, and the present embodiment will be described assuming a neural network. The learning model is also called a "learner" 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。
学習モデル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モデルを学習させる。具体的には、学習データを構成する(A)落石8に関する定量的な情報(第1情報)や環境データ(第2情報)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(B)近い将来での新たな落石8の発生に関する情報(第3情報)との誤差に基づいて中間層を調整する。つまり、落石予測部36は、(A)落石8に関する定量的な情報(第1情報)や環境データ(第2情報)を入力することによって(B)近い将来での新たな落石8の発生に関する情報(第3情報)を出力するように学習モデルを機械学習させる。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。
As is well known, neural networks are an information processing technique that was created with the aim of having a computer mimic the workings of the human brain. Neural networks excel at complex nonlinear processing, and by using a learning function, they have the advantage that there is no need to formulate the relationship between explanatory variables and objective variables. Neural networks are generally composed 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 hidden layer plays the role of relating 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.
The method of training the learning model is not particularly limited, and the learning model is trained by, for example, the error backpropagation method. Specifically, (A) quantitative information (first information) and environmental data (second information) on the rockfall 8 constituting the training data are input to the input layer, and the intermediate layer is adjusted based on the error between the result output from the output layer and (B) information on the occurrence of a new rockfall 8 in the near future (third information) constituting the training data. In other words, the rockfall prediction unit 36 trains the learning model by machine learning so that (B) information on the occurrence of a new rockfall 8 in the near future (third information) is output by inputting (A) quantitative information (first information) and environmental data (second information) on the rockfall 8. The number of training data to be trained is not particularly limited, and the learning is terminated when, for example, an expected accuracy is reached.

(落石予測工程(S50))
落石予測工程は、(A)落石8に関する定量的な情報(第1情報)や環境データ(第2情報)から(B)近い将来での新たな落石8の発生を予測する工程である。落石予測部36は、リアルタイムで取得した(A)落石8に関する定量的な情報や環境データを用いて近い将来の落石の発生を予測する。
落石予測部36は、学習済みの学習モデル(学習済みモデル)を有している。学習済みモデルは、落石学習工程(S40)によって学習モデルを機械学習させたものである。つまり、学習済みモデルは、(A)落石8に関する定量的な情報(第1情報)や環境データ(第2情報)を入力することによって(B)近い将来での新たな落石8の発生に関する情報(第3情報)を出力するように学習させたものである。落石予測部36は、リアルタイムで取得した(A)落石8に関する定量的な情報や環境データを入力することによって、未だに発生していない(B)近い将来での新たな落石8の発生に関する情報(例えば、「落石あり・なし」や「落石が発生する時間、発生源、規模など」)を出力する。
(Rockfall prediction process (S50))
The rockfall prediction process is a process of predicting the occurrence of a new rockfall 8 in the near future (B) from (A) quantitative information (first information) related to the rockfall 8 and environmental data (second information). The rockfall prediction unit 36 predicts the occurrence of a rockfall in the near future using (A) the quantitative information and environmental data related to the rockfall 8 acquired in real time.
The rockfall prediction unit 36 has a trained learning model (trained model). The trained model is a learning model that has been machine-learned by the rockfall learning step (S40). In other words, the trained model is trained to output information (B) regarding the occurrence of a new rockfall 8 in the near future (third information) by inputting (A) quantitative information (first information) regarding the rockfall 8 and environmental data (second information). The rockfall prediction unit 36 inputs (A) quantitative information and environmental data regarding the rockfall 8 acquired in real time, and outputs (B) information regarding the occurrence of a new rockfall 8 in the near future that has not yet occurred (for example, "whether or not there is a rockfall" and "the time, source, scale, etc. of the rockfall to occur").

次に、学習データおよび学習モデルの構築について説明する。図8に、学習データの基になる観測データの一例を示す。図8に示す観測データは、1時間ごとに測定したものである。各々の観測データは、「日付」、「時間」、「落石回数」、「落石発生源」、「落石規模」、「降水量[mm]」、「気温[℃]」、「平均風速[m/s]」、「最大風速[m/s]」、「地震(震度)」で構成される。
ここでの落石回数は、1時間で発生した落石の数である。落石発生源は、図7での領域Hの識別情報である。落石規模は、上述した式(1)で求めた値をさらに段階評価したものである。降水量は、1時間あたりの量(時間雨量)、平均気温および平均風速は、1時間ごとの平均値、最大風速は、1時間における瞬間最大風速である。地震は、1時間内で発生した地震の震度である。
図9に、学習モデルの一例を示す。例えば、ある第一時点での落石8に関する情報(例えば、予測を行う時刻の10時間前、9時間前、8時間前・・1時間前のように1時間ずつずらした情報)と、第一時点よりも時間が経過した後の落石8に関する情報(例えば、予測を行う時刻の情報)との組を用いて学習モデルを学習させる。これにより、発生した落石8や環境に関する情報を学習済みモデルに入力することで、近い将来に発生する落石8の「落石発生時刻」、「落石発生源」、「落石規模」を予測できる。なお、学習データの項目としては、例えば「落石発生時刻」、「落石発生源」、「落石規模」、「降水量」の優先度が高く、これらの項目を含めることで近い将来に発生する落石の「落石発生時刻」、「落石発生源」、「落石規模」を高い精度で推定することが可能になる。
Next, the construction of the learning data and the learning model will be described. Fig. 8 shows an example of the observation data on which the learning data is based. The observation data shown in Fig. 8 was measured every hour. Each observation data consists of "date", "time", "number of rockfalls", "source of rockfall", "scale of rockfall", "precipitation [mm]", "temperature [℃]", "average wind speed [m/s]", "maximum wind speed [m/s]", and "earthquake (seismic intensity)".
The number of rockfalls here is the number of rockfalls that occurred in one hour. The source of the rockfall is the identification information of area H in FIG. 7. The scale of the rockfall is a further step-by-step evaluation of the value calculated by the above-mentioned formula (1). The amount of precipitation is the amount per hour (hourly rainfall), the average temperature and average wind speed are the average values per hour, and the maximum wind speed is the maximum instantaneous wind speed in one hour. The earthquake is the seismic intensity of earthquakes that occurred within one hour.
FIG. 9 shows an example of the learning model. For example, the learning model is trained using a set of information on the rockfall 8 at a certain first time point (for example, information shifted by one hour, such as 10 hours, 9 hours, 8 hours, . . . 1 hour before the time of prediction) and information on the rockfall 8 after a time has elapsed from the first time point (for example, information on the time of prediction). As a result, by inputting information on the rockfall 8 that has occurred and the environment into the trained model, it is possible to predict the "rockfall occurrence time", "rockfall source", and "rockfall scale" of the rockfall 8 that will occur in the near future. Note that, for example, "rockfall occurrence time", "rockfall source", "rockfall scale", and "precipitation" are given high priority as items of the learning data, and by including these items, it is possible to estimate with high accuracy the "rockfall occurrence time", "rockfall source", and "rockfall scale" of the rockfall that will occur in the near future.

図10に、学習データの基になる観測データの一例を示す。図10に示す観測データは、1時間ごとに測定したものである。各々の観測データは、「日付」、「時間」、「落石有無」、「落石回数」、「落石規模」、「降水量[mm]」、「気温[℃]」、「平均風速[m/s]」、「最大風速[m/s]」、「地震(震度)」で構成される。
ここでの落石有無は、1時間内に落石8が発生したか否かの情報であり、落石回数は、1時間で発生した落石の数である。落石規模は、上述した式(1)で求めた値をさらに段階評価したものである。降水量は、1時間あたりの量(時間雨量)、平均気温および平均風速は、1時間ごとの平均値、最大風速は、1時間における瞬間最大風速である。地震は、1時間内で発生した地震の震度である。
図11に、学習モデルの一例を示す。例えば、入力データを、落石回数、落石規模、降水量、気温、風速、地震とし、出力データは、落石が発生したか否か(落石ありorなし)、とする。例えば、1時間を「1単位」として、過去10時間を入力データ(図10の符号「a」参照)とし、直後の1時間を出力データ(図10の符号「b」参照)とする。1時間に同一箇所で複数回の落石8があった場合の規模は、例えば合算した値とする。これにより、過去10時間の観測データから次の1時間で落石8が起こるかどうかを予測できる。なお、1時間後に落石8が発生する確率を予測するように学習を行ってもよい。また、数時間分の観測データを加算処理や統計的処理などを行って学習モデルに入力してもよい。
An example of the observation data on which the learning data is based is shown in Fig. 10. The observation data shown in Fig. 10 was measured every hour. Each observation data consists of "date", "time", "presence or absence of rockfall", "number of rockfalls", "scale of rockfall", "precipitation [mm]", "temperature [℃]", "average wind speed [m/s]", "maximum wind speed [m/s]", and "earthquake (seismic intensity)".
Here, the presence or absence of rockfall is information on whether or not a rockfall 8 has occurred within one hour, and the number of rockfalls is the number of rockfalls that have occurred within one hour. The scale of rockfall is a further step-by-step evaluation of the value calculated by the above-mentioned formula (1). The amount of precipitation is the amount per hour (hourly rainfall), the average temperature and average wind speed are the average values per hour, and the maximum wind speed is the maximum instantaneous wind speed in one hour. Earthquakes are the seismic intensity of earthquakes that have occurred within one hour.
FIG. 11 shows an example of a learning model. For example, the input data is the number of rockfalls, the scale of rockfalls, the amount of precipitation, the temperature, the wind speed, and the earthquake, and the output data is whether a rockfall has occurred (whether a rockfall has occurred or not). For example, one hour is set as "one unit," the past 10 hours are the input data (see symbol "a" in FIG. 10), and the immediately following hour is the output data (see symbol "b" in FIG. 10). When multiple rockfalls 8 have occurred at the same location in one hour, the scale is set as, for example, a sum value. This makes it possible to predict whether a rockfall 8 will occur in the next hour from the observation data of the past 10 hours. It is also possible to learn to predict the probability that a rockfall 8 will occur in one hour. It is also possible to input several hours' worth of observation data into the learning model by performing addition processing, statistical processing, or the like.

以上のように、実施形態に係る落石監視システム1によれば、落石解析部35がフレーム差分法を用いた画像解析によって監視領域で発生した落石8に関する定量的な第1情報を撮像画像から求め、落石予測部36がその第1情報を用いて監視領域で発生する新たな落石8を予測する。その結果、近い将来に発生する落石8を考慮した注意や警告を行うことができるので、落石8に対する管理や対策の向上に貢献できる。
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。
As described above, according to the rockfall monitoring system 1 of the embodiment, the rockfall analysis unit 35 obtains quantitative first information on a rockfall 8 that has occurred in the monitoring area from the captured image by image analysis using the frame difference method, and the rockfall prediction unit 36 predicts a new rockfall 8 that will occur in the monitoring area using the first information. As a result, it is possible to issue a warning or alert taking into account a rockfall 8 that will occur in the near future, which contributes to improving management and measures against rockfalls 8.
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and can be practiced within the scope of the claims.

1 落石監視システム
2 撮像部
3 監視部
3A 画像保存装置
3B 画像処理装置
4 報知部
5 電源
8 落石
9 崖面(監視領域)
33 画像取得部
34 落石検出部
35 落石解析部
36 落石予測部
37 落石通知部
REFERENCE SIGNS LIST 1 Rockfall monitoring system 2 Imaging unit 3 Monitoring unit 3A Image storage device 3B Image processing device 4 Notification unit 5 Power supply 8 Rockfall 9 Cliff face (monitoring area)
33 Image acquisition unit 34 Rockfall detection unit 35 Rockfall analysis unit 36 Rockfall prediction unit 37 Rockfall notification unit

Claims (5)

落石の発生を監視する落石監視システムであって、
監視領域を撮像する撮像部と、
フレーム差分法を用いた画像解析によって、前記撮像部が撮像した撮像画像から前記監視領域で発生した落石に関する定量的な第1情報を求める落石解析部と、
前記第1情報と前記撮像画像を撮像した時点での環境に関する第2情報とから、前記監視領域で発生する新たな落石を予測する落石予測部と、を備え、
前記落石予測部は、所定の時間を1単位として時系列で連続した複数単位の前記第1情報および前記第2情報を入力することによって、次の単位の時間における前記新たな落石に関する第3情報を出力するように機械学習を行った学習済みモデルを有する、
ことを特徴とする落石監視システム。
A rockfall monitoring system for monitoring the occurrence of rockfall, comprising:
An imaging unit that images a monitoring area;
a rockfall analysis unit that obtains quantitative first information regarding a rockfall occurring in the monitoring area from the captured image captured by the imaging unit by image analysis using a frame difference method;
a rockfall prediction unit that predicts a new rockfall that will occur in the monitoring area based on the first information and second information related to an environment at the time when the captured image is captured,
the rockfall prediction unit has a trained model that has been machine-learned to input a plurality of units of the first information and the second information that are consecutive in time series, with a predetermined time being one unit, and output third information regarding the new rockfall in the next unit of time ;
A rockfall monitoring system.
前記第1情報は、落石の発生源、落石の規模および落石運動の特徴の何れかである、ことを特徴とする請求項1に記載の落石監視システム。 The rockfall monitoring system according to claim 1, characterized in that the first information is any one of the source of the rockfall, the size of the rockfall, and the characteristics of the rockfall movement. 前記撮像部が撮像した撮像画像に写る落石をフレーム差分法によって検出する落石検出部を備え、
前記落石解析部は、前記落石検出部によって落石が検出されたフレーム差分画像から前記第1情報を求める、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の落石監視システム。
a rockfall detection unit that detects a rockfall in an image captured by the imaging unit by a frame difference method;
The rockfall analysis unit obtains the first information from a frame difference image in which a rockfall is detected by the rockfall detection unit.
3. A rockfall monitoring system according to claim 1 or 2.
前記新たな落石の発生を報知する報知部をさらに備える、ことを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れか一項に記載の落石監視システム。 The rockfall monitoring system according to any one of claims 1 to 3, further comprising an alarm unit that notifies the occurrence of a new rockfall. 落石の発生を監視する落石監視方法であって、
監視領域を撮像する撮像工程と、
フレーム差分法を用いた画像解析によって、前記撮像工程で撮像した撮像画像から前記監視領域で発生した落石に関する定量的な第1情報を求める落石解析工程と、
前記第1情報と前記撮像画像を撮像した時点での環境に関する第2情報とから、前記監視領域で発生する新たな落石を予測する落石予測工程と、を有し、
前記落石予測工程では、所定の時間を1単位として時系列で連続した複数単位の前記第1情報および前記第2情報を入力することによって、次の単位の時間における前記新たな落石に関する第3情報を出力するように機械学習を行った学習済みモデルを用いて予測を行う、
ことを特徴とする落石監視方法。
A rockfall monitoring method for monitoring the occurrence of a rockfall, comprising the steps of:
an imaging step of imaging a monitoring area;
a rockfall analysis step of obtaining quantitative first information regarding a rockfall occurring in the monitoring area from the captured image captured in the imaging step by image analysis using a frame difference method;
a rockfall prediction step of predicting a new rockfall that will occur in the monitoring area based on the first information and second information related to the environment at the time when the captured image is captured,
In the rockfall prediction step, a prediction is made using a trained model that has undergone machine learning so as to input a plurality of units of the first information and the second information that are consecutive in time series, with a predetermined time being one unit , and output third information regarding the new rockfall in the next unit of time .
A method for monitoring falling rocks.
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