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JP7748850B2 - Concrete quality prediction method - Google Patents
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JP7748850B2 - Concrete quality prediction method - Google Patents

Concrete quality prediction method

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JP7748850B2 JP2021176059A JP2021176059A JP7748850B2 JP 7748850 B2 JP7748850 B2 JP 7748850B2 JP 2021176059 A JP2021176059 A JP 2021176059A JP 2021176059 A JP2021176059 A JP 2021176059A JP 7748850 B2 JP7748850 B2 JP 7748850B2
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Description

本発明は、コンクリートの品質予測方法に関する。 The present invention relates to a method for predicting the quality of concrete.

コンクリート製品工場では、最初に、コンクリート製品の用途、品質等に合わせて調整されたコンクリートの配合に基いて、ミキサ内で各材料を練り混ぜることで生コンクリートが製造される。次いで、生コンクリートの性状に合わせて、適宜、締固め、表面仕上げ、及び養生等が行われてコンクリート製品が製造される。
一方で、配合や練り混ぜ時間が同じであっても、骨材の表面水率の状態や外気温等の変動によって、生コンクリートの性状も変動するため、所望のコンクリート製品を製造するためには、適宜、仕上げ工程における諸条件を調整する必要がある。
例えば、想定していたよりも流動性の高い生コンクリートが製造された場合、仕上げの際にダレが生じる可能性が高くなるため、所定時間静置した後に仕上げ工程が行われる。また、想定していたよりも流動性の低い生コンクリートが製造された場合、仕上げ工程に要する時間が予定よりも長くなる可能性がある。
At a concrete product factory, ready-mix concrete is first produced by mixing the various materials in a mixer based on a concrete mix adjusted to suit the application, quality, etc. of the concrete product. Next, compaction, surface finishing, curing, etc. are carried out as appropriate according to the properties of the ready-mix concrete to produce the concrete product.
On the other hand, even if the mix proportions and mixing time are the same, the properties of ready-mixed concrete will vary depending on the surface moisture content of the aggregate, the outside temperature, etc., so in order to produce the desired concrete product, it is necessary to adjust the conditions in the finishing process as appropriate.
For example, if ready-mixed concrete with higher fluidity than expected is produced, there is a high possibility that sagging will occur during finishing, so the finishing process is carried out after leaving it to stand for a predetermined period of time. Also, if ready-mixed concrete with lower fluidity than expected is produced, the time required for the finishing process may be longer than expected.

生コンクリートの品質について、人間の感覚や経験によらなくても、短時間でかつ高い精度で予測することができる方法として、特許文献1には、予測モデルを用いて、生コンクリートの品質を予測するための方法であって、上記予測モデルは、画像データを含む学習用入力データと生コンクリートの品質に関する学習用出力データの組み合わせである学習データを複数用いた機械学習によって作成されたものであり、画像データを含む予測用入力データを、上記予測モデルに入力し、上記予測モデルから生コンクリートの品質に関する予測用出力データを出力して、該予測用出力データを用いて生コンクリートの品質を予測することを特徴とする生コンクリートの品質予測方法が記載されている。 Patent Document 1 describes a method for predicting the quality of ready-mixed concrete using a prediction model, which is capable of predicting the quality of ready-mixed concrete in a short time and with high accuracy without relying on human sense or experience. The prediction model is created by machine learning using multiple pieces of training data, which are a combination of training input data including image data and training output data related to the quality of ready-mixed concrete. The prediction input data including image data is input to the prediction model, and prediction output data related to the quality of ready-mixed concrete is output from the prediction model, and the quality of ready-mixed concrete is predicted using the prediction output data.

また、特許文献2には、施工中のコンクリートの表面に対する均し作業を実施する前に、均し作業を行うのに好適な均し作業可能時期を予測するための方法であって、施工時間帯の気温とコンクリートの温度が相関関係にあるとみなして、施工時間帯に予想される予想気温を、予め把握された所定の貫入抵抗試験により得られる貫入抵抗値と経過時間の関係を表す近似式の傾き情報と、コンクリートの温度の関係に当てはめることで、予想気温に対応する傾き情報を求めるステップと、求めた傾き情報を、予め把握されたフレッシュコンクリートを作製する際の注水時刻からコンクリートの導電率低下時刻までの時間と、傾き情報の関係に当てはめることで、求めた傾き情報に対応する導電率低下時刻を推定するステップと、求めた傾き情報に対応する貫入抵抗値と経過時間の関係を推定するステップと、推定した貫入抵抗値と経過時間の関係と、推定した導電率低下時刻から、コンクリートの均し作業可能時期を予測するステップとを備えることを特徴とするコンクリートの均し 作業可能時期の予測方法が記載されている。 Patent Document 2 also describes a method for predicting a suitable time for leveling work before carrying out leveling work on the surface of concrete being constructed. The method includes the steps of: assuming that there is a correlation between the air temperature during the construction period and the temperature of the concrete; applying the predicted air temperature during the construction period to the relationship between the slope information of an approximation equation that represents the relationship between a penetration resistance value obtained by a predetermined penetration resistance test and elapsed time, and the temperature of the concrete, to obtain slope information corresponding to the predicted air temperature; applying the obtained slope information to the relationship between the slope information and the time from the water pouring time when preparing fresh concrete to the time when the concrete's conductivity decreases, which is previously known; estimating the time when the conductivity decreases corresponding to the obtained slope information; estimating the relationship between the penetration resistance value corresponding to the obtained slope information and elapsed time; and predicting the time when the concrete can be leveled from the relationship between the estimated penetration resistance value and elapsed time and the estimated time when the conductivity decreases.

特開2020-144132号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-144132 特開2019-73962号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-73962

コンクリートの表面仕上げや締固め等の仕上げ工程に関する判断の指標の一つとして、コンクリートのスランプ値が知られている。
しかし、コンクリート製品工場において多く採用されている低スランプのコンクリートのように、コンクリートのスランプ値が最初から小さく設定されている場合、上記指標としてのスランプ値の信頼性は低くなるという問題がある。このため、仕上げ工程における諸条件の調整は、熟練作業者の感覚と経験に依存している面が大きい。
本発明の目的は、コンクリートの品質(特に、コンクリートの仕上げ性)について、人間の感覚や経験によらなくても、短時間でかつ高い精度で予測することができる方法を提供することである。
The slump value of concrete is known as one of the indicators for determining finishing processes such as surface finishing and compaction of concrete.
However, when the slump value of concrete is set low from the beginning, as in the case of low-slump concrete commonly used in concrete product factories, the reliability of the slump value as an indicator of the above-mentioned problem is low. For this reason, the adjustment of various conditions in the finishing process largely depends on the sense and experience of skilled workers.
An object of the present invention is to provide a method for predicting the quality of concrete (particularly the finishability of concrete) in a short time with high accuracy without relying on human senses or experience.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、画像データを含む入力データとコンクリートの仕上げ性に関する出力データの組み合わせを複数用いた機械学習によって作成された予測モデルに、画像データを含む入力データを入力して得られた出力データを用いて、コンクリートの品質を予測する方法によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の[1]~[7]を提供するものである。
[1] 予測モデルを用いて、コンクリートの品質を予測するための方法であって、上記予測モデルは、画像データを含む学習用入力データとコンクリートの仕上げ性に関する学習用出力データの組み合わせである学習データを複数用いた機械学習によって作成されたものであり、画像データを含む予測用入力データを、上記予測モデルに入力し、上記予測モデルからコンクリートの仕上げ性に関する予測用出力データを出力して、該予測用出力データを用いてコンクリートの品質を予測することを特徴とするコンクリートの品質予測方法。
[2] 上記学習用出力データ及び上記予測用出力データが、コンクリートの仕上げ中の作業に関するデータを含む前記[1]に記載のコンクリートの品質予測方法。
As a result of intensive research into solving the above-mentioned problems, the inventors discovered that the above-mentioned object can be achieved by a method of predicting the quality of concrete by inputting input data including image data into a prediction model created by machine learning using multiple combinations of input data including image data and output data related to the finishability of concrete, and using the output data obtained, and thus completed the present invention.
That is, the present invention provides the following [1] to [7].
[1] A method for predicting the quality of concrete using a prediction model, wherein the prediction model is created by machine learning using a plurality of pieces of training data that are a combination of training input data including image data and training output data related to the finishability of concrete, the method comprising: inputting prediction input data including image data into the prediction model; outputting prediction output data related to the finishability of concrete from the prediction model; and predicting the quality of concrete using the prediction output data.
[2] The method for predicting quality of concrete according to [1], wherein the learning output data and the prediction output data include data related to work during finishing of the concrete.

[3] 上記学習用出力データ及び上記予測用出力データが、コンクリートの仕上げ後の品質に関するデータを含む前記[1]又は[2]に記載のコンクリートの品質予測方法。
[4] 上記学習用入力データ及び上記予測用入力データとして用いられるデータのうち、少なくとも1種以上のデータが、標準化されたデータである前記[1]~[3]のいずれかに記載のコンクリートの品質予測方法。
[5] 上記標準化されたデータが、上記学習用入力データ及び上記予測用入力データに含まれる画像データであって、上記画像データがグレースケール画像であり、上記グレースケール画像を構成する各画素の画素値を各々標準化したものである前記[4]に記載のコンクリートの品質予測方法。
[6] 上記画像データが、コンクリートの材料を練り混ぜるためのミキサ内で上記材料を練り混ぜる様子を連続的に撮影した複数の画像データであって、上記画像データと上記予測用出力データを表示手段に表示する前記[1]~[5]のいずれかに記載のコンクリートの品質予測方法。
[7] 上記学習用入力データ及び上記予測用入力データに含まれるデータのうち少なくとも1種以上のデータが、コンクリート工場における情報管理システムから得られたものである前記[1]~[6]のいずれかに記載のコンクリートの品質予測方法。
[3] The method for predicting quality of concrete according to [1] or [2], wherein the learning output data and the prediction output data include data on the quality of the concrete after finishing.
[4] The method for predicting quality of concrete according to any one of [1] to [3], wherein at least one type of data among the data used as the learning input data and the data used as the prediction input data is standardized data.
[5] The method for predicting quality of concrete according to [4], wherein the standardized data is image data included in the learning input data and the prediction input data, the image data is a grayscale image, and the pixel values of each pixel constituting the grayscale image are standardized.
[6] A method for predicting the quality of concrete according to any one of [1] to [5], wherein the image data is a plurality of image data continuously captured to show the mixing of concrete materials in a mixer for mixing the materials, and the image data and the prediction output data are displayed on a display means.
[7] The method for predicting quality of concrete according to any one of [1] to [6], wherein at least one type of data among the data included in the learning input data and the prediction input data is obtained from an information management system in a concrete factory.

本発明のコンクリートの品質予測方法を用いれば、短時間でかつ高い精度でコンクリートの品質(特に、コンクリートの仕上げ性)を予測することができる。このため、目的とする品質のコンクリートを効率的かつ安定的に製造することができる。 By using the concrete quality prediction method of the present invention, it is possible to predict concrete quality (especially concrete finishability) in a short amount of time and with high accuracy. This makes it possible to efficiently and stably produce concrete of the desired quality.

実施例において、二軸ミキサの上方からミキサ内を撮影した静止画像及び該静止画像から切り出す画像データの位置(a)と、該位置を基準として、5ピクセル単位でずらした画像データの位置(b)を示す図である。In the embodiment, this figure shows a still image taken from above the two-axis mixer, the position of image data extracted from the still image (a), and the position of image data shifted by 5 pixels from the position (b).

本発明のコンクリートの品質予測方法は、予測モデルを用いて、コンクリートの品質を予測するための方法であって、予測モデルは、画像データを含む学習用入力データとコンクリートの仕上げ性に関する学習用出力データの組み合わせである学習データを複数用いた機械学習によって作成されたものであり、画像データを含む予測用入力データを、予測モデルに入力し、予測モデルからコンクリートの仕上げ性に関する予測用出力データを出力して、該予測用出力データを用いてコンクリートの品質を予測するものである。
以下、詳しく説明する。
The concrete quality prediction method of the present invention is a method for predicting concrete quality using a prediction model, which is created by machine learning using multiple pieces of training data that are a combination of training input data including image data and training output data related to the finishability of concrete.The prediction input data including image data is input to the prediction model, and prediction output data related to the finishability of concrete is output from the prediction model, and the quality of concrete is predicted using the prediction output data.
A detailed explanation is provided below.

予測モデルは、機械学習によって作成されたものである。
機械学習に用いられる学習方法の例としては、ニューラルネットワーク、線形回帰、決定木、サポートベクター回帰、アンサンブル法、サポートベクターマシン、判別分析、単純ベイズ法、最近傍法等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、より高い精度で品質を予測することができる観点から、ニューラルネットワークが好ましい。
ニューラルネットワークは、より高い精度で品質を予測することができる観点から、入力層と出力層の間に一つ以上の中間層を有する階層型のニューラルネットワークが好適である。
The predictive model was created using machine learning.
Examples of learning methods used in machine learning include neural networks, linear regression, decision trees, support vector regression, ensemble methods, support vector machines, discriminant analysis, naive Bayes methods, nearest neighbor methods, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, neural networks are preferred from the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy.
From the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy, a hierarchical neural network having one or more intermediate layers between an input layer and an output layer is preferable.

ニューラルネットワークの例としては、3次元畳み込みニューラルネットワーク(3DCNN:3D Convolutional Neural Network)等の畳み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolutional Neural Network)や、再帰型ニューラルネットワーク(RNN:Recurrent Neural Network)や、長期・短期記憶(LSTM:Long Short-Term memory)ニューラルネットワーク(LSTMを用いて再帰型ニューラルネットワークを改良したもの)等が挙げられる。
中でも、画像認識の分野において優れた性能を有する、畳み込みニューラルネットワーク(中間層として、畳み込み層やプーリング層等を有するニューラルネットワーク)がより好適である。畳み込みニューラルネットワークによれば、画像データから特徴量を検出し、該特徴量を用いて、分類または回帰を行うことが可能な予測モデルを作成することができる。
畳み込みニューラルネットワークにおける、畳み込み層とプーリング層の組み合わせからなる層の数は、より高い精度で予測をすることができる観点から、好ましくは2つ以上、より好ましくは3つ以上である。
また、機械学習は、例えば、Google社が開発したソフトウェアライブラリである「TensorFlow」(「TENSORFLOW」は、登録商標である。)や、IBM社が開発したシステムである「IBM Watson」(「IBM WATSON」は、登録商標である。)等を用いて行うことができる。
Examples of neural networks include convolutional neural networks (CNNs) such as a 3D convolutional neural network (3DCNN), recurrent neural networks (RNNs), and long short-term memory (LSTM) neural networks (recurrent neural networks improved using LSTM).
Among these, convolutional neural networks (neural networks with a convolutional layer, a pooling layer, or the like as an intermediate layer) are more suitable because they have excellent performance in the field of image recognition. Convolutional neural networks can detect features from image data and create a prediction model capable of classification or regression using the features.
The number of layers in a convolutional neural network, which is a combination of convolutional layers and pooling layers, is preferably two or more, and more preferably three or more, from the viewpoint of enabling prediction with higher accuracy.
Machine learning can also be performed using, for example, "TensorFlow"("TENSORFLOW" is a registered trademark), a software library developed by Google, or "IBM Watson"("IBMWATSON" is a registered trademark), a system developed by IBM.

予測モデルは、画像データを含む学習用入力データとコンクリートの仕上げ性に関する学習用出力データの組み合わせである学習データを複数用いた機械学習によって作成される。
学習用入力データとして用いられる画像データとしては、コンクリートの製造に関する画像データが挙げられる。具体的には、コンクリートの材料を練り混ぜるためのミキサ(以下、単に「ミキサ」ともいう。)内で各材料を練り混ぜる様子を撮影した画像データや、ミキサ内で各材料を練り混ぜて生コンクリートを得た後、該生コンクリートをミキサからホッパーに投入する様子を撮影した画像データや、トラックアジテータのドラム内で攪拌されている生コンクリートの様子を撮影した画像データ(例えば、トラックアジテータの生コンクリート投入口付近から、ライト等を用いて光を当てて、ドラム内を撮影したもの)、コンクリートの材料の練り混ぜ時におけるミキサの電力負荷値の履歴を表示しているモニタ(電力負荷値の経時変化等を、グラフ等を用いて視覚的にわかるように表示したもの)を撮影した画像データ等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、より高い精度で品質を予測することができる観点から、ミキサ内で各材料を練り混ぜる様子を撮影した画像データが好ましい。該画像データは、各材料の練り混ぜ直後から練り混ぜ終了時までのどの時点の画像データでもよいが、早期に品質を予測する観点から、電力負荷値の減少の程度が緩やかになったときに撮影したものが好ましい。
The predictive model is created through machine learning using multiple training data, which are combinations of training input data including image data and training output data related to the finishability of concrete.
Examples of image data used as training input data include image data related to concrete production. Specifically, examples include image data photographed showing the mixing of concrete materials in a mixer (hereinafter simply referred to as a "mixer"), image data photographed after mixing the materials in the mixer to obtain ready-mixed concrete and then pouring the ready-mixed concrete from the mixer into a hopper, image data photographed showing the state of ready-mixed concrete being stirred in the drum of a truck agitator (for example, image data photographed by shining a light or the like near the ready-mixed concrete inlet of the truck agitator, and image data photographed from a monitor displaying the history of the mixer's power load value during mixing of concrete materials (visually displaying the change in power load value over time using a graph or the like). These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, from the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy, image data photographed while the materials are being mixed in the mixer is preferred. The image data may be image data taken at any time from immediately after mixing the materials to the end of mixing, but from the viewpoint of being able to predict quality at an early stage, it is preferred to take the image data when the rate of decrease in the power load value becomes gradual.

学習用入力データとして用いられる画像データの数は、より高い精度で品質を予測することができる観点から、好ましくは100以上、より好ましくは1,000以上、さらに好ましくは1万以上、さらに好ましくは5万以上、特に好ましくは10万以上である。
画像データは、動画像のデータであっても静止画像のデータであってもよい。また、画像は2次元画像であってもよく3次元画像であってもよい。
画像データの撮影は、ミキサ内やミキサ周辺等に適宜設置されたカメラによって行われる。例えば、ミキサ内の上部に、練り混ぜられている各材料が良く映るように、カメラを設置する。
また、練り混ぜられている各材料の凹凸が良く見えるようにする目的で、練り混ぜられている各材料の側面あるいは斜め上方からライト等を用いて光を当てて、影がより濃く生じるようにしてもよい。
また、画像データの撮影は、より高い精度で品質を予測することができる観点から、ミキサ内において回転している撹拌羽根(ミキサ羽根)が、任意に定めた特定の回転の位置にある時に行うことが好ましい。上記位置は、一か所であっても二か所以上であってもよい
The number of image data used as learning input data is preferably 100 or more, more preferably 1,000 or more, even more preferably 10,000 or more, even more preferably 50,000 or more, and particularly preferably 100,000 or more, from the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy.
The image data may be either moving image data or still image data, and the image may be either a two-dimensional image or a three-dimensional image.
The image data is captured by a camera appropriately installed inside the mixer or around the mixer, etc. For example, a camera is installed at the top of the mixer so that the materials being mixed can be clearly seen.
In addition, in order to make the unevenness of each mixed material more visible, light may be applied from the side or diagonally above each mixed material using a light or the like to create a darker shadow.
In addition, from the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy, it is preferable to capture image data when the stirring blade (mixer blade) rotating in the mixer is at a specific rotation position that has been arbitrarily determined. The position may be one position or two or more positions.

画像データは、ミキサ内を撮影した画像(例えば、ミキサ内の全体が映るように撮影されたもの)から、特定の範囲の画像を切り出したものであってもよい。
上記特定の範囲は、より高い精度で予測をすることができる観点から、ミキサ内においてコンクリートの材料を練り混ぜる様子を連続的に撮影する際に、材料の挙動が表れやすい部分が映りこむ可能性のある範囲が好ましい。
具体的には、上記特定の範囲は、ミキサの回転軸と該回転軸に固着してなる撹拌羽根からなる混練用部材の、以下の(1)~(3)のすべての部分の近傍であって、コンクリートの材料が映りこむ可能性のある範囲である。
(1) 上記回転軸の少なくとも一部分
(2) 上記撹拌羽根の先端部分
(3) 上記回転軸に上記撹拌羽根が固着している部分
なお、上記特定の範囲は、撹拌羽根が複数ある場合は、少なくとも1つの攪拌羽根の、上記先端部分及び上記固着部分が映りこめばよい。
また、上記ミキサが二軸ミキサである場合、一方の回転軸と他方の回転軸のいずれについても上記(1)~(3)のすべての部分が映り込む範囲であり、かつ、コンクリートの材料が映りこむ可能性のある範囲が好ましい。
なお、ミキサ内を撮影した一つの画像から、複数の画像データを切り出してもよい。
The image data may be an image of a specific range cut out from an image taken inside the mixer (for example, an image taken so that the entire inside of the mixer is visible).
From the viewpoint of enabling predictions with higher accuracy, it is preferable that the above-mentioned specific range be a range in which parts of the concrete that are likely to show the behavior of the materials are likely to be captured when continuous images are taken of the process of mixing concrete materials inside the mixer.
Specifically, the specific range is the vicinity of all of the following parts (1) to (3) of the mixing member consisting of the mixer's rotating shaft and the mixing blades fixed to the rotating shaft, and is a range in which concrete materials may be reflected.
(1) At least a portion of the rotating shaft; (2) the tip portion of the agitator blade; and (3) the portion of the rotating shaft where the agitator blade is fixed. If there are multiple agitator blades, the specific range should be such that the tip portion and the fixed portion of at least one agitator blade are reflected in the image.
Furthermore, if the mixer is a twin-shaft mixer, it is preferable that the range be such that all of the above-mentioned parts (1) to (3) are reflected on both one rotating shaft and the other rotating shaft, and that the concrete material is likely to be reflected.
It should be noted that multiple image data may be extracted from one image taken of the inside of the mixer.

撮影された二つ以上の画像データから任意に選択された二つの画像データから得られる差分データを、学習用入力データとして用いられる画像データとして用いてもよい。例えば、ミキサ内の任意に定めた二か所の場所にミキサ羽根が位置した際に撮影された二つの画像データの差分データを、学習用入力データとして用いられる画像データとして用いてもよい。
なお、本明細書中、差分データとは、二つの画像データを比較して、異なる部分のみを抽出した画像データをいう。
また、経時的に連続する複数の静止画像を重ね合わせて合成したものを画像データとして用いてもよい。このような画像データは、例えば、市販の画像ソフトを用いて、複数の静止画像の各々の不透明度(または透明度)を30~70%程度にしたうえで、重ね合わせることで得ることができる。重ね合わせる静止画像の枚数は、作業の効率性等の観点から、好ましくは2~20枚である。
画像データの撮影は、例えば、1秒間あたりのフレーム数を10として、10秒間行われる。これにより、100枚の静止画像のデータを得ることができる。
Difference data obtained from two image data arbitrarily selected from two or more captured image data may be used as image data to be used as learning input data. For example, difference data between two image data captured when the mixer blades are positioned at two arbitrarily determined positions within the mixer may be used as image data to be used as learning input data.
In this specification, the differential data refers to image data obtained by comparing two pieces of image data and extracting only the different portions.
Alternatively, image data may be obtained by superimposing multiple still images in succession over time. Such image data can be obtained, for example, by using commercially available image software to adjust the opacity (or transparency) of each of the multiple still images to about 30 to 70% and then superimposing them. From the standpoint of work efficiency, the number of still images to be superimposed is preferably 2 to 20.
Image data is captured for 10 seconds, for example, at 10 frames per second, thereby obtaining data for 100 still images.

より高い精度で品質を予測することができる観点から、学習用入力データとして、さらに、練り混ぜ時におけるミキサの電力負荷値(以下、単に「電力負荷値」ともいう。)に関するデータを用いてもよい。
電力負荷値に関するデータの例としては、各材料の練り混ぜの開始直後から練り混ぜ終了時までの特定の時点における電力負荷値及びその絶対値や、練り混ぜ時における電力負荷値の最大値または最小値や、電力負荷値の単位時間当たりの変化量や、電力負荷値の変化パターン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、電力負荷値に関するデータの数は1つであってもよいが、より高い精度で品質を予測することができる観点から、好ましくは2以上、より好ましくは5以上である。
From the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy, data on the power load value of the mixer during mixing (hereinafter simply referred to as "power load value") may also be used as learning input data.
Examples of data related to power load values include power load values and their absolute values at specific times from immediately after the start of mixing each material to the end of mixing, maximum or minimum power load values during mixing, amount of change in power load value per unit time, change pattern of power load value, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
Furthermore, the number of data relating to the power load value may be one, but from the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy, it is preferably two or more, and more preferably five or more.

また、電力負荷値に関するデータに基づいて、学習用入力データとして使用する画像データ(ミキサ内で各材料を練り混ぜる様子を撮影した画像データ)を定めてもよい。例えば、より高い精度でかつ早い段階で品質を予測することができる観点からは、水と水以外のコンクリートの材料の練り混ぜを開始して、ミキサの電力負荷値が安定した時点(電力負荷値の単位時間当たりの変化量が小さくなった時点)の後に、撮影した画像データを用いることが好ましい。
コンクリートの材料の練り混ぜにおいて、ミキサの電力負荷値が安定する時期は、コンクリートの水セメント比等によっても異なるが、水セメント比が50~70%程度であれば、水と水以外のコンクリートの材料の練り混ぜの開始時(例えば、水以外のコンクリートの材料をミキサ内に投入して空練りした後、ミキサに水を投入して練り混ぜを開始した時)から、30秒間程度経過した後である。
また、強度発現性の観点から水セメント比を、上述の数値範囲(50~70%)よりも小さくした場合、上記電力負荷値が安定する時期は遅くなり、高強度コンクリートでは、水と水以外のコンクリートの材料の混練の開始時から、5~10分間程度経過した後となる場合もある。
Furthermore, image data to be used as learning input data (image data captured by photographing the mixing of the materials in the mixer) may be determined based on data related to the power load values. For example, from the perspective of being able to predict quality with higher accuracy and at an earlier stage, it is preferable to use image data captured after mixing of water and other concrete materials has started and the mixer's power load value has stabilized (the point at which the rate of change in the power load value per unit time has become small).
When mixing concrete ingredients, the time when the mixer's power load value stabilizes varies depending on the water-cement ratio of the concrete, etc., but if the water-cement ratio is around 50 to 70%, it will be around 30 seconds after the start of mixing water and concrete ingredients other than water (for example, after the concrete ingredients other than water are poured into the mixer and dry mixed, water is poured into the mixer and mixing begins).
Furthermore, if the water-cement ratio is set lower than the above-mentioned range (50 to 70%) from the viewpoint of strength development, the time when the power load value stabilizes will be delayed, and in the case of high-strength concrete, it may take 5 to 10 minutes from the start of mixing the water and concrete materials other than water.

また、電力負荷値に関するデータに基づいて、二つ以上の画像データを撮影し、撮影された二つ以上の画像データから任意に選択された二つの画像データから得られる差分データを、学習用入力データとして用いられる画像データとして用いてもよい。例えば、電力負荷値が安定した時点から、任意の時間、撮影(例えば、1秒間で30枚(フレーム)撮影)を行い、得られた複数の画像データから任意に選択された二つの画像データから得られる差分データを、学習用入力データとして用いられる画像データとして用いてもよい。 Furthermore, two or more image data may be captured based on data related to the power load value, and the difference data obtained from two image data arbitrarily selected from the captured two or more image data may be used as image data to be used as learning input data. For example, once the power load value has stabilized, image capture may be performed for an arbitrary period of time (for example, capturing 30 frames per second), and the difference data obtained from two image data arbitrarily selected from the multiple image data obtained may be used as image data to be used as learning input data.

また、より高い精度で品質を予測する観点から、学習用入力データとして、さらに他のデータを用いてもよい。
他のデータとしては、コンクリートの配合条件に関するデータ、コンクリートの品質に関するデータ、セメントに関するデータ、セメント以外のコンクリートの材料に関するデータ、練り混ぜの手段及び方法に関するデータ、練り混ぜ時の環境に関するデータ、及びコンクリートの運搬に関するデータ等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよいが、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの各種データには、数値に関するデータ、及び、分類に関するデータが含まれる。
ここで、本明細書中、数値に関するデータとは、具体的な数値として表すことのできるデータを意味する。数値に関するデータには、例えば、作業者の目視や手作業の際(例えば、コンクリートをコテで叩いた際、コンクリートをハンドスコップで持ち上げた際等)の感覚等に基づいて、コンクリートの品質を複数の段階に分けて評価し、各段階を数値で置き換えたものも含まれるものとする。
分類に関するデータとは、特定の配合設計や、特定の種類や、特定の性質や、特定の数値範囲等の基準に従って区分されたデータを意味している。
Moreover, from the viewpoint of predicting quality with higher accuracy, other data may also be used as learning input data.
Other data include data on concrete mix conditions, data on concrete quality, data on cement, data on concrete materials other than cement, data on mixing means and methods, data on the environment during mixing, data on concrete transportation, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
These various data include numerical data and classification data.
In this specification, "numerical data" refers to data that can be expressed as specific numerical values. Numerical data also includes data obtained by dividing the quality of concrete into multiple stages and evaluating it based on the worker's visual inspection or sense when working manually (for example, when hitting concrete with a trowel, lifting concrete with a hand shovel, etc.), and replacing each stage with a numerical value.
Data relating to classification means data classified according to criteria such as a specific mix design, a specific type, a specific property, or a specific numerical range.

コンクリートの配合条件に関するデータの例としては、コンクリートに配合される、セメント、細骨材、粗骨材、水、各種混和剤(AE剤、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、流動化剤、凝結遅延剤等)、及び各種混和材(高炉スラグ微粉末、シリカフューム、フライアッシュ等)等の配合割合(例えば、セメント100質量%に対する混和剤の量(質量%))や、示方配合表の項目である、水セメント比、空気量、細骨材率、単位水量(コンクリート1m当たりの水の量)、単位セメント量、単位細骨材量、単位粗骨材量、単位混和剤量、及び単位混和材量等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of data related to the mix conditions of concrete include the mix ratios (for example, the amount (mass%) of admixture relative to 100% by mass of cement) of cement, fine aggregate, coarse aggregate, water, various admixtures (AE agents, water-reducing agents, AE water-reducing agents, high-performance water-reducing agents, high-performance AE water-reducing agents, superplasticizers, setting retarders, etc.), and various admixtures (ground granulated blast furnace slag, silica fume, fly ash, etc.) mixed into the concrete, as well as items in the design mix table, such as the water-cement ratio, air content, fine aggregate rate, unit water content (amount of water per 1 m3 of concrete), unit cement content, unit fine aggregate content, unit coarse aggregate content, unit admixture content, and unit admixture content. These may be used alone or in combination of two or more.

コンクリートの品質に関するデータの例としては、目的とするコンクリートの設計上のデータとして、強度(呼び強度、圧縮強度、曲げ強度等)、スランプ、スランプフロー、空気量、塩化物含有量、ひび割れ抵抗性、動弾性係数、動せん断弾性係数、動ポアソン比、硬化体空隙量及び空隙径分布、耐久性、色調等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、コンクリートの品質として重要性が高い点で、スランプ及びスランプフローが好ましい。
なお、コンクリートの強度、スランプ、スランプフロー、空気量、及び塩化物含有量は、例えば、「JIS A 5308:2014(レディーミクストコンクリート)」に記載の試験方法によって測定することができる。
Examples of data relating to the quality of concrete include target concrete design data such as strength (nominal strength, compressive strength, flexural strength, etc.), slump, slump flow, air content, chloride content, crack resistance, dynamic modulus of elasticity, dynamic shear modulus of elasticity, dynamic Poisson's ratio, hardened body void volume and void size distribution, durability, color tone, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
Of these, slump and slump flow are preferred because they are highly important in terms of concrete quality.
The strength, slump, slump flow, air content, and chloride content of concrete can be measured, for example, by the test methods described in "JIS A 5308:2014 (Ready-mixed concrete)."

セメントに関するデータの例としては、セメント全体に関するデータ、セメントクリンカーの原料に関するデータ、セメントクリンカーの焼成条件に関するデータ、セメントの粉砕条件に関するデータ、及びセメントクリンカーに関するデータ等が挙げられる。
セメント全体に関するデータの例としては、(i)コンクリートの材料として用いられるセメントのデータとして、種類、化学組成、鉱物組成、湿式f.CaO(フリーライム量)、強熱減量、ブレーン比表面積、粒度分布、ふるい残分量、色調、(ii)セメントに含まれる各鉱物の鉱物学的性質及び結晶学的性質、(iii)セメントに含まれる石膏の半水化率等が挙げられる。
セメントクリンカーの原料に関するデータの例としては、(i)セメントクリンカーの調合原料のデータとして、化学組成、該化学組成から算出される水硬率、ふるい残分量、ブレーン比表面積(粉末度)、強熱減量、供給量、副原料(廃棄物のような特殊な原料)の供給量、ブレンディングサイロの貯留量(残量)、ストレージサイロの貯留量(残量)、(ii)原料ミルと調合原料のブレンディングサイロの間に位置するサイクロンの電流値(サイクロンの回転数を表し、サイクロンを通過する原料の速度と相関関係があるもの)、(iii)キルンへの投入時から所定の時間前の時点(例えば、5時間前の1つの時点や、3時間前、4時間前、5時間前、及び6時間前の4つの時点のような複数の時点)のセメントクリンカーの原料(搬送中に向流する空気流によって微粒分等が抜き取られたセメントクリンカーの調合原料。以後、セメントクリンカーの窯入原料と称す。)の化学組成、該化学組成から算出される水硬率、(iv)セメントクリンカーの窯入原料と副原料を混合してなる原料のデータとして、化学組成、該化学組成から算出される水硬率、ブレーン比表面積、ふるい残分量、脱炭酸率、及び水分量等が挙げられる。
Examples of data related to cement include data related to cement as a whole, data related to raw materials for cement clinker, data related to burning conditions for cement clinker, data related to grinding conditions for cement, and data related to cement clinker.
Examples of data related to cement as a whole include: (i) data on cement used as a material for concrete, such as type, chemical composition, mineral composition, wet f. CaO (free lime content), loss on ignition, Blaine specific surface area, particle size distribution, sieve residue, and color; (ii) mineralogical properties and crystallographic properties of each mineral contained in cement; and (iii) the hemihydration rate of gypsum contained in cement.
Examples of data on raw materials for cement clinker include: (i) data on the blended raw materials for cement clinker, such as chemical composition, hydraulic ratio calculated from the chemical composition, sieve residue, Blaine specific surface area (fineness), ignition loss, supply amount, supply amount of auxiliary raw materials (special raw materials such as waste), amount stored in the blending silo (remaining amount), amount stored in the storage silo (remaining amount), (ii) current value of the cyclone located between the raw material mill and the blending silo for blended raw materials (representing the rotation speed of the cyclone, which is correlated with the speed of the raw materials passing through the cyclone), (iii) time from when the raw materials are fed into the kiln, (iv) Data on the raw materials for cement clinker, such as the chemical composition, hydraulic hardness calculated from the chemical composition, of the raw materials for cement clinker (mixed raw materials for cement clinker from which fine particles and the like have been removed by a countercurrent airflow during transportation; hereinafter referred to as the raw materials for cement clinker to be kilned) at a point in time a predetermined time ago (for example, one point in time 5 hours ago, or multiple points in time such as four points in time 3 hours, 4 hours, 5 hours, and 6 hours ago), (v) data on the raw materials obtained by mixing the raw materials for cement clinker to be kilned and auxiliary raw materials, such as the chemical composition, hydraulic hardness calculated from the chemical composition, Blaine specific surface area, sieve residue amount, decarbonation rate, and moisture content.

セメントの焼成条件に関するデータの例としては、(i)セメントクリンカーの焼成時におけるデータとして、セメントクリンカーの原料のキルンへの挿入量、キルン回転数、落口温度、焼成帯温度、セメントクリンカー温度、キルン平均トルク、O濃度、NO濃度、(ii)クリンカークーラー温度、及び、(iii)プレヒーターのガスの流量(プレヒーターの温度と相関関係があるもの)等が挙げられる。
セメンの粉砕条件に関するデータの例としては、粉砕温度、仕上ミル内の散水量、セパレーター風量、石膏の種類、石膏の添加量、セメントクリンカーの投入量、仕上ミルの回転数、仕上ミルから排出される粉体の温度、仕上ミルから排出される粉体の量、仕上ミルから排出されない粉体の量等が挙げられる。
セメントクリンカーに関するデータの例としては、セメントクリンカーのデータとして、(i)鉱物組成、化学組成、湿式f.CaO(フリーライム)、及び、容重、(ii)セメントクリンカーに含まれる各鉱物の結晶学的性質(格子定数や結晶子径など)、(iii)セメントクリンカーに含まれる2種以上の鉱物の比等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of data related to cement burning conditions include: (i) data during cement clinker burning, such as the amount of cement clinker raw material inserted into the kiln, kiln rotation speed, outlet temperature, burning zone temperature, cement clinker temperature, kiln average torque, O2 concentration, NOx concentration; (ii) clinker cooler temperature; and (iii) preheater gas flow rate (which is correlated with the preheater temperature).
Examples of data related to cement milling conditions include milling temperature, amount of water sprayed inside the finishing mill, separator air volume, type of gypsum, amount of gypsum added, amount of cement clinker added, number of revolutions of the finishing mill, temperature of powder discharged from the finishing mill, amount of powder discharged from the finishing mill, amount of powder not discharged from the finishing mill, etc.
Examples of data related to cement clinker include (i) mineral composition, chemical composition, wet f. CaO (free lime), and volume weight, (ii) crystallographic properties (lattice constant, crystallite size, etc.) of each mineral contained in the cement clinker, and (iii) ratios of two or more minerals contained in the cement clinker.
These may be used alone or in combination of two or more.

セメント以外のコンクリートの材料に関するデータの例としては、(i)骨材(細骨材や粗骨材)のデータとして、種類、密度、吸水率、含水率、表面水率、粒度分布、最大寸法、及び、粒形、(ii)混和剤の種類、(iii)混和材の種類等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
練り混ぜの手段及び方法に関するデータの例としては、ミキサの種類、形式、容量や、材料の練り混ぜ量や、練り混ぜ時間等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
練り混ぜ時の環境に関するデータの例としては、温度(外気温、ミキサ内の温度、コンクリートの温度)、練り混ぜ水の温度、湿度、製造日、製造時刻等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
コンクリートの運搬に関するデータの例としては、トラックアジテータのドラム内の電力負荷値や、コンクリートの容量、質量及び温度や、運搬時の外気温度や、運搬時間(練り混ぜ終了後、運搬終了時点(荷卸時)までの時間)、運搬距離、運搬日、運搬時刻等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of data on concrete materials other than cement include (i) aggregate (fine aggregate and coarse aggregate) data such as type, density, water absorption rate, water content, surface water content, particle size distribution, maximum size, and particle shape, (ii) type of admixture, and (iii) type of admixture. These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of data relating to the mixing means and method include the type, model, and capacity of the mixer, the amount of material to be mixed, the mixing time, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of data relating to the environment during mixing include temperature (outside air temperature, temperature inside the mixer, temperature of concrete), temperature of mixing water, humidity, production date, production time, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of data related to concrete transportation include the power load value inside the drum of a truck agitator, the volume, mass, and temperature of the concrete, the outside air temperature during transportation, transportation time (the time from the end of mixing to the end of transportation (unloading)), transportation distance, transportation date, transportation time, etc. These may be used alone or in combination of two or more.

上述した各種学習用入力データは、コンクリート工場における既存の情報管理システムから得られたものであってもよい。
コンクリート工場における情報管理システムとは、コンクリート工場において、コンクリートの製造を制御するのに必要なデータ及びコンクリートの製造の際に得られるデータ等を、コンピュータやネットワーク等を用いて一元管理するシステムである。
コンクリート工場の例としては、生コンクリート工場、コンクリート製品工場等が挙げられる。各種学習用入力データは、生コンクリート工場における既存の情報管理システム、及びコンクリート製品工場における既存の情報管理システムのいずれか一方の情報管理システムから得られたものでもよく、両方の情報管理システムから得られたものでもよい。
情報管理システムの例としては、生コンクリート工場における、生コンクリートに使用された材料の配合情報(生コンクリートを出荷する際に、上記コンクリートの品質を示す情報として開示されるもの)を管理するためのシステム、保管されていた材料の計量値(バッチ毎の各材料の投入量)を設定し、かつ、ミキサ等の生コンクリートの製造装置を制御するためのシステム、製造された生コンクリートを、アジテータ車等を用いて運搬する際の運搬条件等の情報を管理するためシステム(例えば、GPSを活用した生コン配車システムである「スカイワンII」(パシフィックシステム株式会社製))等が挙げられる。
上述した情報管理システムは例示であり、各種データの取得方法は、特に限定されるものではない。
なお、本明細書中、「生コンクリート」とは、硬化する前の流動性を有するコンクリートをいう。また、「コンクリート」の語には、硬化する前の流動性を有するコンクリート(生コンクリート)、及び、硬化後のコンクリートの両方が含まれるものとする。
The various learning input data described above may be obtained from an existing information management system in a concrete factory.
An information management system for a concrete factory is a system that centrally manages data necessary to control the production of concrete and data obtained during the production of concrete using computers, networks, etc.
Examples of concrete factories include ready-mix concrete factories, concrete product factories, etc. The various learning input data may be obtained from either an existing information management system in the ready-mix concrete factory or an existing information management system in the concrete product factory, or may be obtained from both information management systems.
Examples of information management systems include systems for managing the composition information of materials used in ready-mixed concrete at ready-mixed concrete factories (information that is disclosed as information indicating the quality of the concrete when the ready-mixed concrete is shipped), systems for setting the measurement values of stored materials (the amount of each material added per batch) and for controlling ready-mixed concrete manufacturing equipment such as mixers, and systems for managing information such as the transportation conditions when transporting manufactured ready-mixed concrete using agitator trucks, etc. (for example, ``Sky One II'' (manufactured by Pacific Systems Co., Ltd.), a ready-mixed concrete distribution system that utilizes GPS).
The above-described information management system is an example, and the method of acquiring various data is not particularly limited.
In this specification, "ready-mixed concrete" refers to concrete that has fluidity before hardening. The term "concrete" includes both concrete that has fluidity before hardening (ready-mixed concrete) and concrete after hardening.

コンクリートの仕上げ性に関する学習用出力データの例としては、実際にコンクリートを製造した際のコンクリートの仕上げ中の作業に関するデータや、コンクリートの仕上げ後の品質に関するデータ、及びコンクリートの仕上げ前の流動性に関するデータ(スランプ値、スランプフロー値等)等が挙げられる。
なお、コンクリートの仕上げとは、コンクリートを打設した後に、コテ等を用いてコンクリートの表面を仕上げることをいう。
コンクリートの仕上げ中の作業に関するデータの例としては、仕上げ性の定性評価、仕上げ作業時間、仕上げ作業時間と仕上げ人数の積算値、締固め性(バイブレーターの使用時間)等が挙げられる。
Examples of learning output data regarding the finishability of concrete include data regarding the work performed during finishing of concrete when the concrete is actually produced, data regarding the quality of the concrete after finishing, and data regarding the fluidity of the concrete before finishing (slump value, slump flow value, etc.).
Finishing concrete refers to finishing the surface of the concrete using a trowel or similar tool after the concrete has been poured.
Examples of data related to work during concrete finishing include qualitative evaluation of finishability, finishing work time, cumulative value of finishing work time and number of people working on finishing, and compaction performance (time spent using a vibrator).

仕上げ性の定性評価とは、実際にコンクリートの表面の仕上げを行った作業者による、コンクリートの仕上げ性(コテ等を用いてコンクリートの表面を仕上げる際の容易性)の目視や手作業の際の感覚等に基いた評価である。例えば、上記仕上げ性を、非常に硬め、硬め、良好、軟らかめ、及び、非常に軟らかめの5段階で評価してもよい。
また、上記5段階の各評価を数字で置き換えてもよい。例えば、非常に硬めを「-2」、硬めを「-1」、良好を「0」、軟らかめを「1」、非常に軟らかめを「2」の各数値に置き換えてもよい。
The qualitative evaluation of finishability is an evaluation based on the visual inspection and manual sensation of the concrete finishability (ease of finishing the concrete surface using a trowel, etc.) by the worker who actually finished the concrete surface. For example, the finishability may be evaluated on a five-point scale: very hard, hard, good, soft, and very soft.
Furthermore, each of the five-level evaluations may be replaced with a number. For example, very hard may be replaced with "-2," hard may be replaced with "-1," good may be replaced with "0," soft may be replaced with "1," and very soft may be replaced with "2."

コンクリートの仕上げ後の品質に関するデータの例としては、コンクリートの仕上がり具合の目視評価、寸法(硬化後のコンクリート製品の実測値)、テストハンマーによる反発度(例えば、「JIS A 1155:2012(コンクリートの反発度の測定方法)」に準拠して測定された反発度)、トレント法による透気係数等が挙げられる。
コンクリートの仕上がり具合の目視評価とは、実際にコンクリートを仕上げた後のコンクリートの外観の目視による評価である。例えば、外観が良好な場合を「A」、ジャンカが発生している場合を「B」、ひび割れが発生している場合を「C」、表面気泡が発生している場合を「D」、レイタンスが発生している場合を「E」、断面欠損が発生している場合を「F」とし、コンクリートの外観を、例えば、「A」や、「B及びC」等として評価してもよい。
Examples of data related to the quality of concrete after finishing include visual evaluation of the finished condition of the concrete, dimensions (actual measured values of the concrete product after hardening), rebound degree measured using a test hammer (for example, rebound degree measured in accordance with "JIS A 1155:2012 (Method for measuring rebound degree of concrete)"), and air permeability coefficient according to the Trent method.
The visual evaluation of the condition of the concrete finish is a visual evaluation of the appearance of the concrete after it has actually been finished. For example, a good appearance is given an "A," junk is given a "B," cracks are given a "C," surface bubbles are given a "D," laitance is given a "E," and cross-sectional defects are given an "F." The appearance of the concrete may be evaluated as, for example, "A,""B and C," etc.

本発明における機械学習は、画像データを含む学習用入力データとコンクリートの仕上げ性に関する学習用出力データの組み合わせである学習データを複数用いて、従来知られている一般的な機械学習の方法に従って行われる。
なお、学習データとして用いられる学習用入力データ及び学習用出力データは、実際に学習データ用のサンプルとして、コンクリートを製造した際に得られる画像や実測値等のデータである。
学習データ用のサンプルの数は、必要とされる学習用入力データ及び学習用出力データの種類によっても異なるが、より高い精度で品質を予測することができる観点から、好ましくは4以上、より好ましくは6以上、特に好ましくは8以上である。
The machine learning in the present invention is performed according to a conventional machine learning method known in the art, using multiple pieces of training data that are combinations of training input data including image data and training output data related to the finishability of concrete.
The learning input data and learning output data used as learning data are data such as images and actual measurements obtained when concrete is actually produced as samples for learning data.
The number of samples for training data varies depending on the types of training input data and training output data required, but from the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy, it is preferably 4 or more, more preferably 6 or more, and particularly preferably 8 or more.

学習回数は、より高い精度で品質を予測することができる観点から、好ましくは1,000回以上、より好ましくは8,000回以上、特に好ましくは1万回以上である。
一回の学習において、サンプルから得られたデータの全てを使用する必要はなく、一部のみを使用してもよい。
一回の学習で使用される学習データの選択は、特に限定されるものではなく、特定の条件(例えば、撮影した順序)によって上から下に向かって並べられた学習データをその並びの順番に選択してもよく、ランダムに選択してもよい。また、学習データ用のサンプルが複数ある場合には、各サンプルのデータが少なくとも一つ学習データに含まれるように選択することが好ましい。
また、一つのサンプルから得られる画像データの数は、より高い精度で品質を予測することができる観点から、好ましくは1,000以上、より好ましくは2,000以上、特に好ましくは2,500以上である。
また、本明細書中、「機械学習」とは、人間による思考を介さずに、機械(特に、コンピュータ)のみによって学習するこという。
From the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy, the number of learning times is preferably 1,000 or more, more preferably 8,000 or more, and particularly preferably 10,000 or more.
In one learning session, it is not necessary to use all of the data obtained from the sample, and only a portion of the data may be used.
The selection of learning data to be used in one learning is not particularly limited, and the learning data may be selected in the order in which they are arranged from top to bottom according to a specific condition (for example, the order in which they were photographed), or may be selected randomly. Furthermore, when there are multiple samples for the learning data, it is preferable to select the data so that at least one piece of data from each sample is included in the learning data.
Furthermore, the number of image data obtained from one sample is preferably 1,000 or more, more preferably 2,000 or more, and particularly preferably 2,500 or more, from the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy.
In addition, in this specification, "machine learning" refers to learning by machines (particularly computers) alone, without the intervention of human thought.

機械学習によって作成された予測モデルに、画像データを含む予測用入力データを入力し、予測モデルからコンクリートの仕上げ性に関する予測用出力データを出力した後、該予測用出力データを用いてコンクリートの品質を予測することができる。
より高い精度で品質を予測することができる観点から、予測用入力データとして、さらに、練り混ぜ時におけるミキサの電力負荷値に関するデータ、コンクリートの配合条件に関するデータ、目的とするコンクリートの品質に関するデータ、セメントに関するデータ、セメント以外のコンクリートの材料に関するデータ、練り混ぜの手段及び方法に関するデータ、練り混ぜ時の環境に関するデータ、及びコンクリートの運搬に関するデータ等を用いてもよい。これらは1種を単独で用いてもよいが、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのデータは、コンクリートの製造において、リアルタイムに得られるデータである。
Prediction input data including image data is input into a prediction model created by machine learning, and prediction output data regarding the finishability of concrete is output from the prediction model.The prediction output data can then be used to predict the quality of the concrete.
From the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy, the prediction input data may further include data on the power load value of the mixer during mixing, data on the concrete mix conditions, data on the desired concrete quality, data on cement, data on concrete materials other than cement, data on mixing means and methods, data on the environment during mixing, and data on concrete transportation. These data may be used alone or in combination of two or more. These data are data obtained in real time during concrete production.

予測用入力データとして用いられる画像データ等の詳細は、上述した学習用入力データとして用いられる画像データ等と同じである。
また、コンクリートの仕上げ性に関する予測用出力データの詳細は、上述したコンクリートの仕上げ性に関する学習用出力データと同じである。
また、コンクリートの品質予測をリアルタイムで集中的に管理、制御することができ、予測モデルの再学習を定期的に行うことができる等の観点から、上述した学習用入力データ及び予測用入力データに含まれるデータのうち少なくとも1種以上のデータが、コンクリート工場(生コンクリート工場及びコンクリート製品工場の少なくともいずれか一方)における情報管理システムから得られたものであることが好ましい。
The details of the image data and the like used as the input data for prediction are the same as those of the image data and the like used as the input data for learning described above.
The details of the prediction output data relating to the finishability of concrete are the same as those of the learning output data relating to the finishability of concrete described above.
Furthermore, from the viewpoint of being able to centrally manage and control concrete quality predictions in real time and to periodically retrain the prediction model, it is preferable that at least one type of data included in the above-mentioned learning input data and prediction input data is obtained from an information management system at the concrete factory (at least one of a ready-mix concrete factory and a concrete product factory).

より高い精度でコンクリートの仕上げ性を予測する観点から、上述した学習用入力データ及び予測用入力データとして用いられるデータのうち、少なくとも1種以上のデータとして、標準化されたデータを用いてもよい。
なお、学習用入力データにおいて特定の種類のデータを標準化した場合、標準化されたデータと同じ種類の予測用入力データについても標準化する必要がある。例えば、学習用入力データの1種として用いられる設計スランプ値を標準化した場合、予測用入力データとして用いられる設計スランプ値も、予測モデルに入力する前に標準化する必要がある。
また、標準化することが可能なデータは、数値に関するデータ(数値として表すことができるデータ)である。
データの標準化は、以下の手順を用いて行うことができる。
学習データの個数をn、学習用入力データとして用いられるデータであって標準化の対象となるデータをxとして、下記式(1)~(2)から、x(ただし、iは1~nまでの整数である。)の平均値μ及び標準偏差σを算出する。
なお、標準化の対象となるデータは、学習用入力データの中から任意に選択されるデータであり、1種であっても2種以上であってもよい。
From the viewpoint of predicting the finishability of concrete with higher accuracy, standardized data may be used as at least one of the data used as the learning input data and prediction input data described above.
In addition, when a specific type of data in the training input data is standardized, the same type of prediction input data as the standardized data must also be standardized. For example, when a design slump value used as one type of training input data is standardized, the design slump value used as prediction input data must also be standardized before being input into the prediction model.
Furthermore, data that can be standardized is numerical data (data that can be expressed as a numerical value).
Data normalization can be performed using the following procedure.
Let n be the number of training data, and x be the data to be used as training input data and to be standardized. Then, the mean value μ and standard deviation σ of x i (where i is an integer from 1 to n) are calculated using the following formulas (1) and (2).
The data to be standardized is data arbitrarily selected from the learning input data, and may be one type or two or more types.

次いで、上記平均値μ、上記標準偏差σ及び下記式(3)を用いて、xを標準化して、標準化されたデータZを得ることができる。
標準化されたデータは、平均が0であり、分散が1である数値である。単位や桁が異なる複数の種類のデータ(例えば、設計スランプ値(cm)、設計空気量(%)、粗骨材最大寸法(mm)、単位粗骨材量(kg/m))の各々について、標準化することで、単位や桁が異なるデータを揃えることができる。このため、各データの予測用出力データへの影響が比較しやすくなり、予測モデルを作成する際に使用する学習データの取捨選択が容易になる。
また、予測モデルを用いてコンクリートの品質を予測する際に、標準化されたデータ(学習用入力データの中から任意に選択されたデータ)と同じ種類の予測用入力データも、標準化する必要がある。
この場合、予測用入力データの標準化に用いられる平均値μ及び標準偏差σは、学習用入力データを用いて算出されたものを使用する。
Next, x i is standardized using the mean value μ, the standard deviation σ, and the following formula (3) to obtain standardized data Z.
Standardized data is a numerical value with a mean of 0 and a variance of 1. By standardizing each of multiple types of data with different units or digits (for example, design slump value (cm), design air content (%), maximum coarse aggregate dimension (mm), unit coarse aggregate amount (kg/m 3 )), it is possible to align data with different units or digits. This makes it easier to compare the impact of each data on the prediction output data, and facilitates the selection of learning data to use when creating a prediction model.
In addition, when predicting the quality of concrete using a prediction model, it is necessary to standardize the prediction input data of the same type as the standardized data (data arbitrarily selected from the learning input data).
In this case, the mean value μ and standard deviation σ used for standardizing the prediction input data are calculated using the learning input data.

より高い精度でコンクリートの仕上げ性を予測する観点から、上記学習用入力データ及び上記予測用入力データに含まれる画像データとして、標準化された画像データを用いることが好ましい。標準化された画像データを用いることで、画像全体の輝度値の変化(例えば、画像データの撮影時間の違いや撮影条件の違いによる、画面全体の明るさの変化)が予測モデルの作成に与える影響を抑えることができる。
画像データを標準化する方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
標準化される画像データは、グレースケール画像のデータである。撮影された画像データがカラー画像である場合、カラー画像をグレースケール画像に変換する必要がある。カラー画像をグレースケール画像に変換する方法としては、特に限定されるものではなく、市販されている画像ソフトの機能を用いて、NTSC加重平均法等の一般的な方法で行えばよい。
From the viewpoint of predicting the finishability of concrete with higher accuracy, it is preferable to use standardized image data as the image data included in the training input data and the prediction input data. By using standardized image data, it is possible to reduce the influence of changes in the brightness value of the entire image (for example, changes in the brightness of the entire screen due to differences in the shooting time or shooting conditions of the image data) on the creation of the prediction model.
Examples of methods for standardizing image data include the following.
The image data to be standardized is grayscale image data. If the captured image data is a color image, the color image must be converted into a grayscale image. The method for converting a color image into a grayscale image is not particularly limited, and a common method such as the NTSC weighted average method can be used using the functions of commercially available image software.

次いで、グレースケール画像を構成する各画素の画素値(輝度値)を、各々標準化する。
具体的には、学習用入力データに含まれる画像データが、64×64ピクセルの画像30枚からなる画像データである場合、該画像データを構成する全ての画素の画素値(64×64×30=122,880個の画素値)と上記式(1)~(2)を用いて、平均値μと標準偏差σを算出する(式(1)中、nは122,880、xは画素値(輝度値)である。)。
次いで、上記平均値μ、上記標準偏差σ及び上記式(3)を用いて、xを標準化して、標準化されたデータZを得ることができる。
Next, the pixel values (luminance values) of the pixels that make up the grayscale image are standardized.
Specifically, if the image data included in the learning input data is image data consisting of 30 images of 64 x 64 pixels, the average value μ and standard deviation σ are calculated using the pixel values of all pixels that make up the image data (64 x 64 x 30 = 122,880 pixel values) and the above formulas (1) and (2) (in formula (1), n is 122,880, and x is the pixel value (brightness value)).
Next, the x i can be standardized using the mean value μ, the standard deviation σ, and the equation (3) to obtain the standardized data Z.

本発明のコンクリートの品質予測方法によれば、コンクリートの製造において、予め作成した予測モデルに、製造中のコンクリートの画像データ等を入力することで、得られるコンクリートの仕上げ性を人間の判断によらずに、高い精度で迅速に予測することができる。
特に、目的とするコンクリートの設計上のスランプ値が最初から小さく設定されている場合(例えば、スランプ値が15cm以下、好ましくは10cm以下、より好ましくは5cm以下に設定されている場合)、及び、製造されたコンクリートのスランプ値の実測値が小さい場合(例えば、スランプ値が15cm以下、好ましくは10cm以下、より好ましくは5cm以下である場合)の少なくともいずれか一方の場合では、コンクリートの流動性が低下して仕上げが困難になるとともに、コンクリートの表面仕上げや締固め等の仕上げ工程に関する判断の指標としてのスランプ値の信頼性は低くなるという問題がある。
本発明のコンクリートの品質予測方法によれば、設計上のスランプ値が最初から小さく設定されている(特に、0~5cmの範囲内の数値に設定されている)コンクリートから得られた学習データ(学習用入力データ及び学習用出力データの組み合わせ)、及び、予測用入力データを用いる場合等において、従来、精度よく予測することが難しかったスタンプ値の小さいコンクリートの仕上げ性を、より高い精度で予測することができ、コンクリートの仕上げ性のばらつきに応じて行われる仕上げ工程における調整を容易に行なうことができる。
特に、コンクリート製品工場は、低スランプのコンクリートを製造する場合が多いため、本発明のコンクリートの品質予測方法は、コンクリート製品工場におけるコンクリートの品質予測方法として好適である。
また、コンクリートの仕上げ性の予測は、製造時に取得された複数の画像データ毎に行うこともできるため、複数の画像データから、複数の出力データ(例えば、仕上げ性の定性評価)を得ることができる。得られた複数の出力データのうち、明らかに他と異なるデータを排除したものや、得られた複数の出力データから算出された平均値を、予測用出力データとしてもよい。
According to the concrete quality prediction method of the present invention, in concrete production, by inputting image data of the concrete being produced into a prediction model created in advance, it is possible to quickly predict the finish quality of the concrete to be obtained with high accuracy without relying on human judgment.
In particular, in at least one of the following cases, when the design slump value of the target concrete is set small from the beginning (for example, when the slump value is set to 15 cm or less, preferably 10 cm or less, more preferably 5 cm or less), and when the measured slump value of the produced concrete is small (for example, when the slump value is 15 cm or less, preferably 10 cm or less, more preferably 5 cm or less), the fluidity of the concrete decreases, making finishing difficult, and the reliability of the slump value as an indicator for judging finishing processes such as surface finishing and compaction of the concrete decreases.
According to the concrete quality prediction method of the present invention, when using learning data (a combination of learning input data and learning output data) obtained from concrete whose design slump value is set small from the beginning (particularly set to a value within the range of 0 to 5 cm) and prediction input data, it is possible to predict with higher accuracy the finishability of concrete with a small stamp value, which has traditionally been difficult to predict accurately, and it is easy to make adjustments in the finishing process that are carried out in response to variations in the finishability of concrete.
In particular, since concrete product factories often produce low-slump concrete, the concrete quality prediction method of the present invention is suitable as a method for predicting the quality of concrete in concrete product factories.
Furthermore, since the prediction of concrete finishability can be performed for each of the multiple image data acquired during production, multiple output data (e.g., qualitative evaluation of finishability) can be obtained from the multiple image data. Among the multiple output data obtained, data that is clearly different from the others can be eliminated, or an average value calculated from the multiple output data obtained can be used as the output data for prediction.

得られるコンクリートの仕上げ性が、目的とするコンクリートの仕上げ性を満たさないと予測される場合には、コンクリートの製造条件を変える等の対応を適宜行うことによって、効率的かつ安定的にコンクリートを製造することができる。
例えば、予測モデルから得られた仕上げ性の定性評価が、目標とする仕上げ性の定性評価と大きく異なる場合には、コンクリートの材料として使用した、セメント、骨材、混和剤等の品質の異常や、これらの材料の計量値が誤っていた可能性が考えられるため、直ちに製造工程を見直す必要がある。また、骨材の表面水の設定値が実際の値と異なることも想定され、ミキサから排出される前に補正値を算出し、補正値に基いて適切な量の追加の水をミキサ内に注水することもできる。
また、予測用入力データとして、コンクリートの材料を練り混ぜるためのミキサ内で材料を練り混ぜる様子を連続的に撮影した画像データを予測用モデルに入力し、得られた予測用出力データを、上記画像データとともに、表示手段(例えば、ディスプレイ)に表示してもよい。上記表示を、例えば、リアルタイムで行うことで、予測用出力データと、ミキサ内のコンクリートの様子を確認しながら、コンクリートの製造条件を変える等の対応をより迅速に行うことができる。
また、定期的に仕上げ性の定性評価の予測を行い、得られた仕上げ性の定性評価の予測値が、目標値と少しずつずれていく場合には、骨材の表面水率の変動が考えられるため、表面水の設定値を見直す等の対応を行えばよい。
さらに、コンクリートの品質の予測に使用した、予測用入力データ及び実際のコンクリートの仕上げ性に関するデータを蓄積し、蓄積されたデータを用いて予測モデルの再学習を定期的に行うことで、予測の精度の向上を図ってもよい。
If it is predicted that the finishability of the resulting concrete will not satisfy the desired finishability of the concrete, appropriate measures such as changing the concrete production conditions can be taken to produce concrete efficiently and stably.
For example, if the qualitative evaluation of finishability obtained from the predictive model differs significantly from the target qualitative evaluation of finishability, it is possible that there is an abnormality in the quality of the cement, aggregate, admixtures, etc. used as concrete materials, or that the measurement values of these materials were incorrect, and the manufacturing process must be reviewed immediately.It is also possible that the set value of the surface water of the aggregate differs from the actual value, and a correction value can be calculated before the aggregate is discharged from the mixer, and an appropriate amount of additional water can be injected into the mixer based on the correction value.
Furthermore, image data continuously captured of the mixing of concrete ingredients in a mixer may be input to the prediction model as input data for prediction, and the resulting output data for prediction may be displayed on a display device (e.g., a display) together with the image data. By displaying the data in real time, for example, it is possible to more quickly respond by changing the concrete production conditions while checking the output data for prediction and the state of the concrete in the mixer.
In addition, if a qualitative evaluation of finishability is predicted periodically and the predicted value of the qualitative evaluation of finishability deviates slightly from the target value, this may be due to a fluctuation in the surface water content of the aggregate, and appropriate measures such as reviewing the set value of the surface water content can be taken.
Furthermore, the accuracy of predictions may be improved by accumulating the prediction input data and data on the finishability of actual concrete used to predict the quality of concrete, and periodically re-learning the prediction model using the accumulated data.

また、コンクリートの製造を制御するコンピュータと、本発明のコンクリートの品質予測方法を実施するために用いられるコンピュータを接続することによって、制御システムの自動化を図ることができる。
さらに、複数の工場におけるコンクリートの製造における各種データを、インターネットを経由して送信し、一か所において本発明のコンクリートの品質予測方法を用いてリアルタイムで集中的に管理、制御してもよい。
Furthermore, by connecting a computer that controls concrete production with a computer used to implement the concrete quality prediction method of the present invention, the control system can be automated.
Furthermore, various data relating to concrete production at multiple factories may be transmitted via the Internet and centrally managed and controlled in real time at one location using the concrete quality prediction method of the present invention.

[コンクリート1~20の作製]
セメント、細骨材(山砂)、粗骨材A(砕石5号)、粗骨材B(砕石6号)を二軸ミキサに投入して、空練りした後、水を投入して練り混ぜて、コンクリート(生コンクリート)1~20を作製した。各材料の量は、表1に示す単位量となる量にした。
なお、コンクリートは、目標とするスランプ値を3.0cmとし、該スランプ値を得ることができるように各材料の配合設計を行ったものである。
また、コンクリートを作製する際に、二軸ミキサの上方にビデオカメラを設置し、各材料を練り混ぜる際の動画像を撮影した。
作製した各コンクリートについて、「JIS A 1101:2014(コンクリートのスランプ試験方法)」に準拠して、スランプの実測値を測定した。
また、各コンクリートの仕上げ性の定性評価(コテを用いて表面を仕上げた際の、作業者の目視等の感覚に基いた評価)を、非常に硬めを「-2」、硬めを「-1」、良好を「0」、軟らかめを「1」、非常に軟らかめを「2」として行った。
結果を表1に示す。
[Preparation of Concrete 1 to 20]
Cement, fine aggregate (mountain sand), coarse aggregate A (crushed stone No. 5), and coarse aggregate B (crushed stone No. 6) were put into a twin-shaft mixer and mixed dry, after which water was added and mixed to produce concrete (ready-mixed concrete) 1 to 20. The amount of each material was adjusted to the unit amount shown in Table 1.
The concrete had a target slump value of 3.0 cm, and the mix design of each material was carried out so as to achieve this slump value.
In addition, when preparing the concrete, a video camera was installed above the twin-shaft mixer to capture video images of the materials being mixed.
For each concrete produced, the actual slump value was measured in accordance with "JIS A 1101:2014 (Concrete slump test method)".
In addition, a qualitative evaluation of the finishability of each concrete (evaluation based on the worker's sense of visual inspection when finishing the surface with a trowel) was conducted with very hard being "-2", hard being "-1", good being "0", soft being "1", and very soft being "2".
The results are shown in Table 1.

[実施例1]
学習データ用のサンプルとして、コンクリート1、3~7、11及び13~15を選択した。
各サンプルについて、ミキサ内に水を投入して、練り混ぜを開始して1分間経過した時点から15秒間の動画像から、一秒あたりのフレーム数を30として、二軸ミキサの内部全体が映っている450(15×30)枚の静止画像を得た。各静止画像から、二軸ミキサの略中央部分でありかつ一方の回転軸と他方の回転軸が位置する間の範囲であって、練り混ぜを行いながら撮影した際に、(1)両方の回転軸の一部分、(2)回転軸(二つの回転軸のうち、いずれか一方又は両方)に固着してなる複数の撹拌羽根の先端部分の少なくとも一つ、(3)回転軸(二つの回転軸のうち、いずれか一方又は両方)と複数の撹拌羽根の固着している部分の少なくとも一つ、のすべての部分について、その近傍に位置するコンクリートの材料が映りこむ可能性のある範囲の画像データ(256×256ピクセル)を切り出した(図1(a)の線で囲まれた部分参照)。
なお、二軸ミキサの電力負荷値は、練り混ぜを開始して1分間経過した時点ですでに安定した状態であり、練り混ぜが終了するまで電力負荷値は安定していた。
[Example 1]
Concrete samples 1, 3 to 7, 11, and 13 to 15 were selected as samples for training data.
For each sample, 450 (15 × 30) still images capturing the entire interior of the twin-shaft mixer were obtained from a 15-second video sequence, starting one minute after water was poured into the mixer and mixing began, at a frame rate of 30 frames per second. From each still image, image data (256 × 256 pixels) was extracted from the approximate center of the twin-shaft mixer, between one and the other rotating shafts, within which concrete material likely appeared when the images were taken during mixing. The images were extracted from the following areas: (1) portions of both rotating shafts; (2) at least one of the tips of the blades attached to the rotating shafts (either or both of the rotating shafts); and (3) at least one of the blades attached to the rotating shafts (either or both of the rotating shafts) (see the area enclosed by the line in Figure 1(a)).
The power load value of the twin-shaft mixer was already stable one minute after the start of mixing, and remained stable until mixing was completed.

また、図1(b)に示すように、上記画像データを切り出した位置を基準として、縦方向及び横方向(上下の方向及び左右の方向)に5ピクセル単位でずらした位置から、256×256ピクセルの画像データを、合計で24枚(切り出した位置がすべて異なる画像データ)切り出した。すなわち、1つの静止画像から合計で25枚の画像データを切り出し、サンプル1つにつき11,250(30×15×25)枚、合計して112,500(11,250×10)枚の画像データを得た。
なお、25枚の画像データは、上記(1)~(3)のすべての部分について、その近傍に位置する生コンクリートの材料が映りこむ可能性のある範囲の画像データであった。
次いで、各画像データを64×64ピクセルの画像サイズに縮小して、学習入力用データとして用いる112,500枚の80%である90,000枚の画像データを使用し、学習用テストデータとして残りの20%である22,500枚を使用した。
1(b), a total of 24 256 x 256 pixel image data pieces (each piece of image data cut at a different position) were cut out from positions shifted by 5 pixels vertically and horizontally (up and down and left and right) based on the position where the image data was cut out. That is, a total of 25 image data pieces were cut out from one still image, and 11,250 (30 x 15 x 25) image data pieces were obtained per sample, for a total of 112,500 (11,250 x 10) image data pieces.
The 25 pieces of image data were image data for the range in which the ready-mixed concrete material located nearby could be reflected for all of the above sections (1) to (3).
Next, each image data was reduced to an image size of 64 x 64 pixels, and 90,000 image data, or 80% of the 112,500 images used as learning input data, were used, and the remaining 20%, or 22,500 images, were used as learning test data.

得られた64×64ピクセルの画像データを、該画像データを構成する1ピクセル(画素)毎に256階調に変換したグレースケール画像とした。
変換後の画像データ(グレースケール画像)に対して標準化処理を行い、標準化処理後の画像データを学習用入力データとして、学習用入力データとして使用する画像データが得られたサンプルのスランプの実測値、コンクリートの仕上げ性の定性評価(作業者の目視や手作業の際の感覚等による評価であり、非常に硬めを「-2」、硬めを「-1」、良好を「0」、軟らかめを「1」、非常に軟らかめを「2」としたもの;コンクリートの仕上げ性に関するデータ)を学習用出力データとした。
上記学習用入力データと上記学習用出力データの組み合わせからなる学習データを使用して、予測モデルの機械学習を行い、学習済みの予測モデルを得た。
機械学習には、「TensorFlow」を使用し、6層の畳み込みニューラルネットワークを用いて学習を行った。なお、畳み込み層とプーリング層は、「畳み込み層とプーリング層の組み合わせ」を1層として数えるものとする。
学習回数は50万回とし、一回の学習で入力される画像データ(学習用入力データ)の数は、50個(ランダムに選択されたもの)とした。また、学習において、誤差関数として最小二乗法を使用した。
The obtained 64×64 pixel image data was converted into a grayscale image by converting each pixel constituting the image data into 256 gradations.
The converted image data (grayscale image) was subjected to a standardization process, and the image data after standardization was used as input data for learning. The actual measured slump value of the sample from which the image data used as input data for learning was obtained, and the qualitative evaluation of the concrete finishability (evaluation based on the worker's visual inspection or sense during manual work, with very hard being ``-2'', hard being ``-1'', good being ``0'', soft being ``1'', and very soft being ``2''; data related to the concrete finishability) were used as output data for learning.
Using the learning data consisting of a combination of the learning input data and the learning output data, machine learning of the prediction model was performed to obtain a trained prediction model.
For machine learning, we used "TensorFlow" and conducted training using a six-layer convolutional neural network. Note that the combination of a convolutional layer and a pooling layer is counted as one layer.
The number of learning times was 500,000, and the number of image data (learning input data) input in each learning was 50 (randomly selected). In addition, the least squares method was used as the error function in the learning.

検証データ用のサンプルとして、学習に使用していないコンクリート2、8~10、12及び16~20を選択した。
各サンプルについて、ミキサ内に水を投入して、練り混ぜを開始して1分間経過した時点から15秒間の動画像から、一秒あたりのフレーム数を30として、二軸ミキサの内部全体が映っている450枚の静止画像を得た。1つの静止画像から、上記(1)~(3)のすべての部分について、その近傍に位置する生コンクリートの材料が映りこむ可能性のある範囲の画像データ(256×256ピクセル)を切り出した。次いで、該画像データを切り出した位置を基準として、縦方向及び横方向(上下の方向及び左右の方向)に10ピクセル単位でずらした位置から、256×256ピクセルの画像データを、合計で8枚(切り出した位置がすべて異なる画像データ)切り出した。すなわち、1つの静止画像から合計で9枚の画像データを切り出し、サンプル1つにつき11,250枚、合計して112,500枚の画像データを得た。
As samples for validation data, concrete samples 2, 8 to 10, 12, and 16 to 20 that were not used for learning were selected.
For each sample, 450 still images showing the entire interior of the twin-shaft mixer were obtained from a 15-second video sequence starting one minute after water was poured into the mixer and mixing began, with a frame rate of 30 frames per second. From each still image, image data (256 x 256 pixels) was extracted from the range in which the ready-mixed concrete materials located nearby could be reflected for all of the above sections (1) to (3). Next, based on the position where the image data was extracted, a total of eight 256 x 256 pixel image data (image data with different extraction positions) were extracted from positions shifted by 10 pixels vertically and horizontally (up and down and left and right). In other words, a total of nine image data were extracted from one still image, resulting in 11,250 images per sample, for a total of 112,500 images.

得られた画像データの各々について、64×64ピクセルの画像サイズに縮小した後、該画像データを構成する1ピクセル(画素)毎に256階調に変換したグレースケール画像にした。
変換後の画像データ(グレースケール画像)に対して標準化処理を行い、標準化処理後の画像データを予測用入力データとして、上記学習済みの予測モデルに入力し、予測モデルから、コンクリートの仕上げ性に関する予測用出力データとして、学習用入力データとして使用する画像データが得られたサンプルのスランプの予測値、及び、コンクリートの仕上げ性の定性評価(コンクリートの仕上げ性に関する予測用出力データ)を出力した。
検証データ用のサンプル(コンクリート2、8~10、12及び16~20の合計10個のサンプル)の各々について、上記サンプルから得られた予測用入力データ(11,250枚の画像データ)を予測モデルに入力することで得られたスランプの予測値(予測用出力データ)の平均値を算出した。次いで、サンプルのスランプの実測値と、上記平均値を比較し、該平均値が実測値の±0.25cm以内の数値であった場合を正解(許容範囲内)とした。検証データ用のサンプル(10個)から得られた、スランプの実測値と上記平均値の比較から得られた正解率(全サンプル中、上記平均値がスランプの実測値の±0.25cm以内の数値であったサンプルの個数の割合)は、80%であった。
また、検証データ用のサンプル(コンクリート2、8~10、12及び16~20の合計10個のサンプル)の各々について、上記サンプルから得られた予測用入力データ(11,250枚の画像データ)を予測モデルに入力することで、予測用出力データとしてコンクリートの仕上げ性の定性評価の最頻値(10個)を得た。
得られた仕上げ性に関するデータの正解率(全サンプル中、予測が正しかったサンプル(すなわち、予測された評価(-2、-1、0、1または2)と、実際のサンプルの評価(-2、-1、0、1または2)が同じもの)の個数の割合)は、90%であった。
実施例1から、本発明によれば、画像データを用いて、高い精度でコンクリートの仕上げ性を予測しうることがわかる。
Each of the obtained image data was reduced to an image size of 64×64 pixels, and then each pixel constituting the image data was converted into a grayscale image with 256 gradations.
The converted image data (grayscale image) was subjected to a standardization process, and the standardized image data was input as prediction input data into the trained prediction model.The prediction model then output, as prediction output data regarding the finishability of concrete, a predicted slump value for the sample from which the image data used as learning input data was obtained, and a qualitative evaluation of the finishability of concrete (prediction output data regarding the finishability of concrete).
For each of the verification data samples (a total of 10 samples: concrete 2, 8-10, 12, and 16-20), the prediction input data (11,250 image data) obtained from the samples was input into the prediction model to calculate the average value of the predicted slump (prediction output data). Next, the actual measured slump value of the sample was compared with the average value, and the average value was considered to be correct (within the acceptable range) if it was within ±0.25 cm of the actual measured value. The accuracy rate (the percentage of samples in which the average value was within ±0.25 cm of the actual measured value of slump) obtained from the verification data samples (10 samples) was 80%.
In addition, for each of the verification data samples (a total of 10 samples: concrete samples 2, 8-10, 12, and 16-20), the prediction input data (11,250 image data) obtained from the samples was input into the prediction model, and the most frequent values (10) of the qualitative evaluation of the concrete finishability were obtained as prediction output data.
The accuracy rate of the obtained data on finishability (the percentage of samples for which the prediction was correct (i.e., the predicted rating (-2, -1, 0, 1, or 2) was the same as the actual rating (-2, -1, 0, 1, or 2)) out of all samples)) was 90%.
From Example 1, it can be seen that according to the present invention, the finishability of concrete can be predicted with high accuracy using image data.

[実施例2]
コンクリート製品の工場において、実際に行われているコンクリートの製造において、以下に記載するコンクリートの品質予測方法を用いて、コンクリートの仕上げ性を予測した。
コンクリートの材料としては、セメント(普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、又は低熱ポルトランドセメント)、細骨材(砕砂と山砂を混合してなるもの)、粗骨材(砕石2005)、及び、混和剤(AE剤、AE減水剤、及び高性能AE減水剤から選ばれる少なくとも1種)を使用した。
各材料の種類及び量は、コンクリートの水セメント比が30~40%の範囲内であり、得られるコンクリートのスランプ値が2~4cmの範囲内となるように適宜定めた。また、各材料の混練は、二軸ミキサ(容量5m)を使用し、練り混ぜ時間は60~120秒間の範囲内とし、各材料の合計の量は1.00~3.25mの範囲内とした。
[Example 2]
In the actual production of concrete at a concrete product factory, the finishability of concrete was predicted using the concrete quality prediction method described below.
The concrete materials used were cement (ordinary Portland cement, moderate-heat Portland cement, or low-heat Portland cement), fine aggregate (a mixture of crushed sand and pit sand), coarse aggregate (crushed stone 2005), and admixtures (at least one selected from air-entraining agents, air-entraining water-reducing agents, and high-performance air-entraining water-reducing agents).
The type and amount of each material was determined appropriately so that the water-cement ratio of the concrete was within the range of 30 to 40%, and the slump value of the resulting concrete was within the range of 2 to 4 cm. The materials were mixed using a twin-shaft mixer (capacity 5 m 3 ), with the mixing time within the range of 60 to 120 seconds, and the total amount of each material within the range of 1.00 to 3.25 m 3 .

上述した条件で、様々な配合のコンクリートを70バッチ製造し、該バッチから学習データを得た。
具体的には、コンクリートを製造する際に、二軸ミキサの上部にビデオカメラを設置し、該カメラを用いて、各材料を練り混ぜる際の動画像を撮影した。撮影された動画像は、ビデオ信号分配器によって監視室のモニタに映し出すとともに、録画装置のSDカード内に動画像のデータとして保存した。
動画像の撮影は、練り混ぜ終了時(コンクリートを二軸ミキサから排出する直前)の15秒前から、練り混ぜ終了時までの15秒間行った。動画像の一秒あたりのフレーム数を30とし、二軸ミキサの内部全体が映っている450(30×15)枚の静止画像を得た。各静止画像から、二軸ミキサ内の回転軸に固着してなる撹拌羽根の近傍に位置するコンクリートの材料が映りこむ可能性のある範囲から、画像データ(512×512ピクセル)を切り出した。
なお、上記範囲は、経時的に連続する複数の静止画像を確認し、画像に映りこむコンクリートの表面の動きが大きいと判断した範囲であり、該範囲は撹拌羽根の近傍の部分であった。
なお、二軸ミキサの電力負荷値は、動画像の撮影を開始する際にはすでに安定した状態であり、練り混ぜが終了するまで電力負荷値は安定していた。
Seventy batches of concrete with various blending ratios were produced under the above conditions, and training data was obtained from the batches.
Specifically, a video camera was installed on top of the twin-shaft mixer to capture video images of the materials being mixed during the concrete production process. The captured video images were displayed on a monitor in the monitoring room via a video signal distributor and were also saved as video image data on an SD card in the recording device.
The video was taken for 15 seconds, starting 15 seconds before the end of mixing (just before the concrete was discharged from the twin-shaft mixer) and continuing for 15 seconds until the end of mixing. The number of frames per second of the video was 30, and 450 (30 x 15) still images showing the entire interior of the twin-shaft mixer were obtained. From each still image, image data (512 x 512 pixels) was extracted from an area that could potentially capture concrete material located near the mixing blades fixed to the rotating shaft inside the twin-shaft mixer.
The above range was determined by checking multiple consecutive still images over time and determining that the concrete surface reflected in the images had significant movement, and this range was the area near the stirring blades.
The power load value of the twin-shaft mixer was already in a stable state when the video recording started, and remained stable until the mixing was completed.

また、上記画像データを切り出した位置を基準として、縦方向及び横方向(上下の方向及び左右の方向)に5ピクセル単位でずらした位置から、512×512ピクセルの画像データを、合計で24枚(切り出した位置がすべて異なる画像データ)切り出した。すなわち、1つの静止画像から合計で25枚の画像データを切り出し、1バッチにつき11,250(30×15×25)枚、合計して787,500(11,250×70)枚の画像データ(70バッチ分の画像データ)を得た。
なお、25枚の画像データは、上記のすべての部分について、二軸ミキサ内の回転軸に固着してなる撹拌羽根の近傍に位置するコンクリートの材料が映りこむ可能性のある範囲の画像データであった。
次いで、各画像データを64×64ピクセルの画像サイズに縮小した後、得られた64×64ピクセルの画像データを、該画像データを構成する1ピクセル(画素)毎に256階調に変換したグレースケール画像とした。
変換後の画像データ(グレースケール画像)に対して標準化処理を行い、標準化処理後の画像データ(787,500枚)の80%に相当する630,000枚の画像データを学習用入力データとして使用した。また、残り20%に相当する157,500枚を、機械学習後に得られた予測モデルの信頼性を確認するためのテストデータとして使用した。
Furthermore, using the position where the image data was extracted as a reference, 24 pieces of 512 x 512 pixel image data (image data extracted at different positions) were extracted from positions shifted by 5 pixels in the vertical and horizontal directions (up and down and left and right directions). That is, 25 pieces of image data were extracted in total from one still image, and 11,250 (30 x 15 x 25) pieces of image data per batch were obtained, for a total of 787,500 (11,250 x 70) pieces of image data (70 batches of image data).
In addition, for all of the above-mentioned parts, the 25 pieces of image data were image data from a range in which concrete material located near the mixing blades fixed to the rotating shaft inside the twin-shaft mixer could be reflected.
Next, each image data was reduced to an image size of 64 x 64 pixels, and the resulting 64 x 64 pixel image data was converted into a grayscale image by converting each pixel (picture element) constituting the image data into 256 gradations.
The converted image data (grayscale images) were standardized, and 630,000 images, equivalent to 80% of the standardized image data (787,500 images), were used as input data for training. The remaining 20%, or 157,500 images, were used as test data to confirm the reliability of the prediction model obtained after machine learning.

製造後のコンクリートを、ミキサから排出して、排出されたコンクリートを採取して、「JIS A 1101:2014(コンクリートのスランプ試験方法)」に準拠して、70バッチ分のスランプの実測値を測定し、該実測値を学習用出力データまたはテストデータとした。
また、70バッチ分のコンクリートの仕上げ性の定性評価(作業者の目視や手作業の際の感覚等よる評価であり、非常に硬めを「-2」、硬めを「-1」、良好を「0」、軟らかめを「1」、非常に軟らかめを「2」としたもの;コンクリートの仕上げ性に関するデータ)を、学習用出力データまたはテストデータとした。
学習用入力データ(画像データ)と、該学習用入力データとして使用する画像データが得られたバッチの学習用出力データ(スランプの実測値及びコンクリートの仕上げ性の定性評価)の組み合わせを学習データとした。
SDカード内の動画像のデータを別のコンピュータに保存した後、該コンピュータを用いて、上記学習データを使用して、予測モデルの機械学習を行い、学習済みの予測モデルを得た。
機械学習には、「TensorFlow」を使用し、7層の畳み込みニューラルネットワークを用いて学習を行った。また、学習において、誤差関数として最小二乗法を使用した。
学習回数は50万回とし、一回の学習で入力される画像データ(学習用入力データ)の数は、50枚(ランダムに選択されたもの)とした。
The concrete after production was discharged from the mixer, and the discharged concrete was sampled. The actual slump values of 70 batches were measured in accordance with "JIS A 1101:2014 (Concrete slump test method)," and the actual measured values were used as learning output data or test data.
In addition, qualitative evaluation of the finishability of 70 batches of concrete (evaluation based on the worker's visual inspection or sense during manual work, with very hard being ``-2'', hard being ``-1'', good being ``0'', soft being ``1'', and very soft being ``2''; data regarding the finishability of concrete) was used as learning output data or test data.
The training data was a combination of training input data (image data) and training output data (measured slump value and qualitative evaluation of concrete finishability) of the batch from which the image data used as the training input data was obtained.
The video data in the SD card was saved to another computer, and then the computer was used to perform machine learning of the prediction model using the training data, thereby obtaining a trained prediction model.
For machine learning, TensorFlow was used, and training was performed using a seven-layer convolutional neural network. In training, the least squares method was used as the error function.
The number of learning times was set to 500,000, and the number of image data (learning input data) input in each learning was set to 50 (randomly selected).

検証データ用として、上述した70バッチと同様の条件で、新たに26バッチのコンクリートを製造し、上述した70バッチのコンクリートと同様にして動画像を撮影し、該動画像から、1バッチにつき、450(30×15)枚の静止画像を得た。
各静止画像から、上述した70バッチと同様にして、一つの画像データを切り出し、さらに、該画像データを切り出した位置を基準として、縦方向及び横方向(上下の方向及び左右の方向)に10ピクセル単位でずらした位置から、512×512ピクセルの画像データを、合計で8枚(切り出した位置がすべて異なる画像データ)切り出した。すなわち、1つの静止画像から合計で9枚の画像データを切り出し、1バッチにつき4,050(30×15×9)枚、合計して105,300(4,050×26)枚の画像データ(26バッチ分の画像データ)を得た。
なお、上記画像データは、上記(1)~(3)のすべての部分について、その近傍に位
置するコンクリートの材料が映りこむ可能性のある範囲の画像データであった。
次いで、各画像データを64×64ピクセルの画像サイズに縮小した後、該画像データを構成する1ピクセル(画素)毎に256階調に変換したグレースケール画像にした。
変換後の画像データ(グレースケール画像)に対して標準化処理を行い、標準化処理後の画像データを検証用データとした。
また、製造後の生コンクリートの、スランプの実測値及びコンクリートの仕上げ性の定性評価を、上述した70バッチの生コンクリートと同様にして測定した。
For verification data, 26 new batches of concrete were produced under the same conditions as the 70 batches described above, and video images were taken in the same manner as the 70 batches of concrete described above. From the video images, 450 (30 x 15) still images were obtained per batch.
From each still image, one image data was extracted in the same manner as for the 70 batches described above, and then, using the position where the image data was extracted as a reference, eight 512 x 512 pixel image data pieces (each image data piece extracted at a different position) were extracted from positions shifted by 10 pixels in the vertical and horizontal directions (up and down and left and right directions). In other words, a total of nine image data pieces were extracted from one still image, resulting in 4,050 (30 x 15 x 9) pieces of image data per batch, for a total of 105,300 (4,050 x 26) pieces of image data (26 batches of image data).
The image data was image data for all of the above sections (1) to (3) in the range in which concrete material located nearby could be reflected.
Next, each image data was reduced to an image size of 64×64 pixels, and each pixel constituting the image data was converted into a grayscale image with 256 gradations.
The converted image data (grayscale image) was subjected to standardization processing, and the standardized image data was used as verification data.
Furthermore, the actual slump values of the ready-mixed concrete after production and the finishability of the concrete were qualitatively evaluated in the same manner as for the 70 batches of ready-mixed concrete described above.

検証用データが得られた26バッチの画像データを予測用入力データとして、上記学習済みの予測モデルに入力し、予測モデルから、コンクリートの仕上げ性に関する予測用出力データとして、コンクリートのスランプの予測値及びコンクリートの仕上げ性の定性評価を出力した。次いで、バッチ毎にコンクリートのスランプの予測値の平均値及びコンクリートの仕上げ性の定性評価の最頻値を得た。
スランプの実測値とスランプの予測値の平均値(予測用出力データとして出力されたコンクリートのスランプの予測値の平均値)を比較し、スランプの予測値の平均値が、上記実測値の±0.25cm以内の数値であったバッチを正解(許容範囲内)とした場合、正解率は88%であった。また、コンクリートの仕上げ性の定性評価の最頻値の正解率(予測が正しかったもの(すなわち、予測された分類(-2、-1、0、1または2)と、実際のサンプルの分類(-2、-1、0、1または2)が同じもの)の割合)の正解率は92%であった。
これらの結果から、本発明によれば、画像データを用いて、高い精度でコンクリートの仕上げ性を予測しうることがわかる。
The image data of the 26 batches from which the verification data was obtained were input as prediction input data into the trained prediction model, and the prediction value of the concrete slump and the qualitative evaluation of the concrete finishability were output from the prediction model as prediction output data related to the concrete finishability. Next, the average value of the predicted value of the concrete slump and the mode value of the qualitative evaluation of the concrete finishability were obtained for each batch.
The actual measured slump value was compared with the average predicted slump value (the average predicted slump value of the concrete output as prediction output data), and batches whose average predicted slump value was within ±0.25 cm of the actual measured value were considered correct (within the acceptable range). The accuracy rate was 88%. Furthermore, the accuracy rate of the most common value for the qualitative evaluation of concrete finishability (the percentage of cases where the prediction was correct (i.e., the predicted classification (-2, -1, 0, 1, or 2) was the same as the actual sample classification (-2, -1, 0, 1, or 2))) was 92%.
These results show that the present invention makes it possible to predict the finishability of concrete with high accuracy using image data.

Claims (7)

予測モデルを用いて、コンクリートの品質を予測するための方法であって、
上記予測モデルは、画像データを含む学習用入力データとコンクリートの仕上げ性に関する学習用出力データの組み合わせである学習データを複数用いた機械学習によって作成されたものであり、
画像データを含む予測用入力データを、上記予測モデルに入力し、上記予測モデルからコンクリートの仕上げ性に関する予測用出力データを出力して、該予測用出力データを用いてコンクリートの品質を予測し、
上記学習データが、設計上のスランプ値が0~5cmの範囲内の数値であるコンクリートから得られたものであり、かつ、予測の対象となるコンクリートの設計上のスランプ値が0~5cmの範囲内の数値であり、
上記学習用出力データ及び上記予測用出力データが、コンクリートの仕上げ中の作業に関するデータであることを特徴とするコンクリートの品質予測方法。
1. A method for predicting concrete quality using a predictive model, comprising:
The prediction model is created by machine learning using a plurality of pieces of training data, which are combinations of training input data including image data and training output data related to the finishability of concrete,
inputting prediction input data including image data into the prediction model, outputting prediction output data relating to the finishability of concrete from the prediction model, and predicting the quality of concrete using the prediction output data ;
the learning data is obtained from concrete having a design slump value within a range of 0 to 5 cm, and the design slump value of the concrete to be predicted is within a range of 0 to 5 cm,
A method for predicting the quality of concrete , wherein the learning output data and the prediction output data are data relating to work during concrete finishing .
上記学習用出力データ及び上記予測用出力データが、コンクリートの仕上げ性の定性評価である請求項1に記載のコンクリートの品質予測方法。 2. The method for predicting quality of concrete according to claim 1, wherein the learning output data and the prediction output data are qualitative evaluations of the finishability of concrete. 上記学習用出力データ及び上記予測用出力データが、コンクリートの仕上げ後の品質に関するデータを含む請求項1又は2に記載のコンクリートの品質予測方法。 The concrete quality prediction method according to claim 1 or 2, wherein the learning output data and the prediction output data include data relating to the quality of the finished concrete. 上記学習用入力データ及び上記予測用入力データとして用いられるデータのうち、少なくとも1種以上のデータが、標準化されたデータである請求項1~3のいずれか1項に記載のコンクリートの品質予測方法。 The concrete quality prediction method according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one type of data used as the learning input data and the prediction input data is standardized data. 上記標準化されたデータが、上記学習用入力データ及び上記予測用入力データに含まれる画像データであって、
上記画像データがグレースケール画像であり、上記グレースケール画像を構成する各画素の画素値を各々標準化したものである請求項4に記載のコンクリートの品質予測方法。
the standardized data is image data included in the learning input data and the prediction input data,
5. The method for predicting concrete quality according to claim 4, wherein the image data is a grayscale image, and the pixel values of the pixels constituting the grayscale image are standardized.
上記画像データが、コンクリートの材料を練り混ぜるためのミキサ内で上記材料を練り混ぜる様子を連続的に撮影した複数の画像データであって、
上記画像データと上記予測用出力データを表示手段に表示する請求項1~5のいずれか1項に記載のコンクリートの品質予測方法。
The image data is a plurality of image data continuously captured to capture a state in which concrete materials are mixed in a mixer for mixing the materials,
The method for predicting quality of concrete according to any one of claims 1 to 5, wherein the image data and the prediction output data are displayed on a display means.
上記学習用入力データ及び上記予測用入力データに含まれるデータのうち少なくとも1種以上のデータが、コンクリート工場における情報管理システムから得られたものである請求項1~6のいずれか1項に記載のコンクリートの品質予測方法。 The concrete quality prediction method according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one type of data included in the learning input data and the prediction input data is obtained from an information management system at a concrete factory.
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