JP7832069B2 - Soil condition determination system and soil condition determination method - Google Patents
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Description
本願発明は、ボーリングの対象地盤の性状を判定する技術に関するものであり、より具体的には、事前に生成された学習済みモデルを使用して施工中に対象地盤の性状をリアルタイムで判定することができる地盤性状判定システムに関するものである。 This invention relates to a technology for determining the properties of the target ground during boring, and more specifically, to a ground property determination system that can determine the properties of the target ground in real time during construction using a pre-generated, trained model.
ボーリングとは、比較的小さい孔径で比較的長い筒状の地中孔を形成する施工のことであり、通常はロッドとその先端に装着されたビットを用いて削孔することで実施される。このボーリングは、コア採取や標準貫入試験といった地盤調査を目的として行われることもあるが、いわゆる本設の工事として行われることもある。例えば、発破掘削によるトンネル掘削では火薬(ダイナマイト)を装填するためドリルジャンボによってボーリングが行われ、NATM(New Austrian Tunnelling Method)によるトンネル工事ではロックボルトを挿入するためにやはりドリルジャンボによってボーリングが行われる。また、深層混合による地盤改良を目的として機械攪拌や高圧噴射などを行う際には、地盤に対して鉛直下向きにボーリングが行われる。 Boring is a construction method that creates relatively small, relatively long, cylindrical boreholes in the ground. It is usually performed by drilling using a rod and a bit attached to its end. Boring is sometimes performed for ground investigation purposes, such as core sampling or standard penetration testing, but it can also be part of the main construction work. For example, in blast tunnel excavation, a drill jumbo is used to load explosives (dynamite), and in NATM (New Australian Tunneling Method) tunnel construction, a drill jumbo is also used to insert rock bolts. Furthermore, when performing ground improvement through deep mixing, such as mechanical agitation or high-pressure injection, boring is performed vertically downwards relative to the ground.
近年、異常気象に伴う豪雨等によってのり面や斜面などの深層崩壊が発生したり、大規模な地すべりが発生したりしており、斜面等の対策工が以前にもまして重要となっている。そして、斜面等における深層崩壊や地すべりの対策工としては、今やアンカーシステムは欠かせないものとなっている。このアンカーシステムは、テンドンの一方の固定端を地盤内に設置することから、古くは「アースアンカー」と呼ばれ、現在では「グラウンドアンカー」と呼ばれている。グラウンドアンカーは、ダムの安定対策として1957年に初めて我が国に導入されて以来、60年近くにわたって採用されており、経済的であって施工性にも優れていることから、さらに高度成長に伴う社会資本整備の加速化もあって、2万4千件ともいわれる夥しい数の施工実績を数えるほど多用されてきた。このグラウンドアンカーも、やはりロータリーパーカッション式などのボーリングマシンでボーリングが実施される。 In recent years, heavy rains associated with extreme weather events have led to deep-seated landslides and large-scale mudslides on slopes and embankments, making stabilization measures for slopes and other areas more important than ever. Anchor systems have become indispensable for preventing deep-seated landslides and mudslides on slopes and other areas. This anchor system, which involves installing one fixed end of a tendon into the ground, was formerly called an "earth anchor" and is now known as a "ground anchor." Ground anchors were first introduced in Japan in 1957 as a stabilization measure for dams and have been used for nearly 60 years. Because they are economical and easy to install, and coupled with the acceleration of infrastructure development accompanying high economic growth, they have been widely used, with an estimated 24,000 installations. Ground anchors are also installed using boring machines such as rotary percussion boring machines.
本設としてのボーリング(以下、「ボーリング工事」という。)を実施する場合、一般的にはあらかじめ地盤調査が行われ、その調査結果に応じて削孔していく。例えばグラウンドアンカーを設置するためのボーリング工事では、定着層の位置やその定着層の物性値(周面摩擦抵抗など)を把握すべく地盤調査が行われる。そして、その地盤調査の結果に基づいて実施された設計計画にしたがって削孔していくものの、当然ながら削孔している地盤内の様子を目視することはできず、果たして設計計画どおりに実施したとしても問題ないかといったことを正確に判断することは著しく困難である。 When conducting permanent boring work (hereinafter referred to as "boring work"), a ground survey is generally conducted beforehand, and drilling is carried out according to the survey results. For example, in boring work to install ground anchors, a ground survey is conducted to determine the location of the anchorage layer and its physical properties (such as surface friction resistance). While drilling is carried out according to the design plan based on the results of this ground survey, it is naturally impossible to visually inspect the conditions inside the ground during drilling, making it extremely difficult to accurately determine whether the work will proceed as planned according to the design.
他方、ボーリング工事を行っている最中、即時的に(リアルタイムで)地盤内の性状を把握することは極めて有益であることが知られている。例えば、グラウンドアンカーのための削孔を行っているときにリアルタイムで定着層の位置やその物性値を把握することができれば、計画よりも短い削孔長(自由長や定着長)で足りることが判明したり、逆に計画よりも長く削孔しなければ機能しないことが判明したりすることもあり、結果的に効率的かつ効果的なグラウンドアンカーを設置することができるわけである。 On the other hand, it is known that understanding the properties of the ground in real time while boring work is being carried out is extremely beneficial. For example, if the location and physical properties of the anchorage layer can be determined in real time while drilling for ground anchors, it may be found that a shorter drilling length (free length or anchorage length) than planned is sufficient, or conversely, that a longer drilling length is necessary for the anchor to function. As a result, it becomes possible to install ground anchors efficiently and effectively.
そこで、これまでにもボーリング工事の最中にリアルタイムで地盤内の性状を把握するための種々の取り組みが行われてきた。代表的な手法としては、特許文献1で開示されているように施工機械の電気信号(トルクや推力、打撃圧力など)から地盤の硬軟を推定する技術や、削孔に伴って地上に上げられたスライムの外観から専門技術者が目視判断したり薬品等を用いて化学的試験を行ったりすることで地質区分や土質区分を判定する技術などを挙げることができる。 Therefore, various efforts have been made to understand the properties of the ground in real time during boring work. Representative methods include techniques for estimating the hardness or softness of the ground from electrical signals (torque, thrust, impact pressure, etc.) from construction machinery, as disclosed in Patent Document 1, and techniques for determining geological and soil classifications by visually inspecting the appearance of the slime brought to the surface during drilling, or by conducting chemical tests using chemicals.
しかしながらリ、リアルタイムで地盤内の性状を把握する従来の手法はいずれも問題を抱えていた。例えば、施工機械の電気信号から地盤の硬軟を推定する手法(以下、「機械情報推定手法」という。)は、地盤の硬軟や空洞の有無を判定することができるものの、地質区分や土質区分を判定するには不向きである。一方、スライムを外観判定する手法(以下、「スライム外観判定手法」という。)は、地質区分や土質区分を判定することができるものの、地盤の硬軟や空洞の有無を判定することが難しい。 However, conventional methods for understanding the properties of the ground in real time all had their problems. For example, methods that estimate the hardness or softness of the ground from the electrical signals of construction machinery (hereinafter referred to as "machine information estimation methods") can determine the hardness or softness of the ground and the presence or absence of voids, but are unsuitable for determining geological or soil classifications. On the other hand, methods that judge the appearance of slime (hereinafter referred to as "slime appearance judgment methods") can determine geological or soil classifications, but it is difficult to determine the hardness or softness of the ground and the presence or absence of voids.
また機械情報推定手法では、施工機械に装着された様々な計測機器やデバイスなどから情報が取得されることもあるが、それぞれ独立した情報であってフォーマットやディメンジョン(1次元~3次元)が異なり、ひとつの中央装置にアップロードして集約したとしても、それらの情報を総合的に判断することは容易ではない。つまり、このように有機的に連携していないいわばバラバラの情報から性状を判断するには、人の知見や経験、技術力に依存していたわけである。そのため判断する者の力量によってその結果が異なり、安定した判定を得ることができなかった。さらに、人が熟考をもって検討するが故に、リアルタイムで地盤性状(地質区分や土質区分など)を判定することができず、得られた情報を適時に施工にフィードバックすることができないこともあった。 Furthermore, in machine information estimation methods, information may be acquired from various measuring instruments and devices attached to construction machinery. However, this information is independent, differing in format and dimensions (1- to 3-dimensional). Even if uploaded and aggregated into a single central system, it is not easy to comprehensively interpret this information. In other words, judging the properties from such disparate, unorganized information relied on human knowledge, experience, and technical skills. Consequently, the results varied depending on the judgment of the person making the decision, making it impossible to obtain a stable judgment. Moreover, because the analysis was conducted by humans with careful consideration, it was sometimes impossible to determine the ground properties (geological classification, soil classification, etc.) in real time, and the acquired information could not be fed back into construction in a timely manner.
スライム外観判定手法は、上記したとおり専門知識を有する技術者がスライム外観から目視判断することによって地質区分や土質区分を判定するものである。そのため、ボーリング工事を行うにあたっては専門技術者を確保して常駐させる必要があり、その人件費を予算として用意しなければならない。特に、複数の施工班を配備して削孔を行うケースでは、複数人の専門技術者を常駐させることになるが、コストがかかるうえに、そもそも必要数を確保することが難しいこともある。さらに、複数の専門技術者による判定結果を速やかに集約することは困難であり、その結果、リアルタイムで地盤性状を判定することができず、得られた情報を適時に施工にフィードバックすることができない。また、専門技術者の力量によって判定結果が異なることも避けられず、安定した判定を得ることもできない。 As described above, the slime appearance assessment method involves a skilled technician visually inspecting the slime's appearance to determine the geological and soil classifications. Therefore, conducting boring work requires securing and stationing a specialized technician, and this personnel cost must be included in the budget. In particular, when multiple construction teams are deployed for drilling, several specialized technicians must be stationed there, which is costly and can be difficult to secure the necessary number. Furthermore, it is difficult to quickly consolidate the assessment results from multiple technicians, resulting in the inability to assess ground properties in real time and feed the obtained information back into construction in a timely manner. Additionally, differences in assessment results due to the skill level of the technicians are unavoidable, making it difficult to obtain consistent assessments.
本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち、人の判断に依存することなく削孔中の地盤性状をリアルタイムで把握することができる地盤性状判定システムを提供することである。 The objective of this invention is to solve the problems of the prior art, namely, to provide a ground condition determination system that can grasp the ground conditions during drilling in real time without relying on human judgment.
本願発明の地盤性状判定システムは、種別ラベルが付された施工データを学習することによって学習済みモデルを生成し、施工中に施工データを学習済みモデルに入力することによって地質区分や土質区分をリアルタイムで判定する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。 The ground property determination system of the present invention focuses on generating a trained model by learning construction data with type labels, and then determining geological and soil classifications in real time by inputting construction data into the trained model during construction. This invention is based on a completely new concept.
本願発明の地盤性状判定システムは、削孔又は掘削を行う対象地盤の性状を判定するシステムであって、学習済みモデル生成手段と地盤性状判定手段を備えたものである。このうち学習済みモデル生成手段は、地質区分ラベルや土質区分ラベルが付された教師データを機械学習することによって学習済みモデルを生成する手段であり、地盤性状判定手段は、削孔中(あるいは、掘削中)に取得された施工データを学習済みモデルに入力することによって対象地盤の地質区分や土質区分を判定する手段である。なお教師データは、削孔機械(あるいは、掘削機械)から得られる施工に関する施工機械データ、削孔(あるいは、掘削)によって得られる地盤スライムを撮影して得られるカメラ画像データ、地盤スライムをスペクトルカメラで取得して得られるスペクトル画像データ、削孔後(あるいは、掘削後)にボアホールカメラで撮影して得られるボアホール画像データのなかから選択される1又は2以上のデータに、地質区分ラベルや土質区分ラベルが付されることで生成される。また学習済みモデルに入力される施工データは、施工機械データ、カメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データから選択される1又は2以上のデータであって、機械学習に用いられた教師データと同種のデータである。 The ground property determination system of the present invention is a system for determining the properties of the target ground to be drilled or excavated, and comprises a trained model generation means and a ground property determination means. Of these, the trained model generation means is a means for generating a trained model by machine learning on training data to which geological classification labels and soil classification labels are attached, and the ground property determination means is a means for determining the geological classification and soil classification of the target ground by inputting construction data acquired during drilling (or excavation) into the trained model. The training data is generated by attaching geological classification labels and soil classification labels to one or more data selected from among construction machine data related to construction obtained from a drilling machine (or excavation machine), camera image data obtained by photographing ground slime obtained by drilling (or excavation), spectral image data obtained by acquiring ground slime with a spectral camera, and borehole image data obtained by photographing with a borehole camera after drilling (or excavation). Furthermore, the construction data input to the trained model consists of one or more data sets selected from construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data, and is of the same type as the training data used in machine learning.
本願発明の地盤性状判定システムは、地盤の硬軟度ラベルが付された教師データを機械学習して学習済みモデルを生成するものとすることもできる。この場合、地盤性状判定手段は、学習済みモデルに施工データが入力されると対象地盤の硬軟度も判定する。 The ground property determination system of the present invention can also generate a trained model by machine learning using training data with ground hardness/softness labels. In this case, the ground property determination means also determines the hardness/softness of the target ground when construction data is input to the trained model.
本願発明の地盤性状判定システムは、地盤の空洞ラベルが付された教師データを機械学習して学習済みモデルを生成するものとすることもできる。この場合、地盤性状判定手段は、学習済みモデルに施工データが入力されると対象地盤の空洞の状況も判定する。 The ground property determination system of the present invention can also generate a trained model by machine learning using training data with labels indicating ground cavities. In this case, the ground property determination means also determines the condition of cavities in the target ground when construction data is input to the trained model.
本願発明の地盤性状判定システムは、1又は2以上の端末機器と、この端末機器と通信可能な中央装置をさらに備えたものとすることもできる。この場合、端末機器を用いて入力された施工データは中央装置に送信される。そして中央装置は、施工データを受信するとともに、地盤性状判定手段に施工データを入力することによって対象地盤の地質区分や土質区分を判定する。また端末機器は、地盤性状判定手段によって判定された結果をリアルタイムで出力することができる。 The ground condition determination system of the present invention may further comprise one or more terminal devices and a central device capable of communicating with these terminal devices. In this case, construction data input using the terminal devices is transmitted to the central device. The central device receives the construction data and, by inputting the construction data into the ground condition determination means, determines the geological classification and soil classification of the target ground. The terminal devices can also output the results determined by the ground condition determination means in real time.
本願発明の地盤性状判定システムは、施工の進捗に伴う削孔(あるいは、掘削)の実績出来形と、計画された削孔形状(あるいは、掘削形状)を重ねた3次元(あるいは2次元)表示が可能なものとすることもできる。 The ground condition determination system of the present invention can also be configured to display in three dimensions (or two dimensions) by overlaying the actual drilling (or excavation) results as construction progresses with the planned drilling (or excavation) shape.
本願発明の地盤性状判定システムには、次のような効果がある。
(1)不可視である地盤に関する情報(地質区分や土質区分、地盤の硬軟、空洞の有無)をリアルタイムに判定することができ、その結果、施工班に必要な情報を迅速にフィードバックすることができ、より適正なボーリング工事を行うことができる。
(2)人の知見等に依存することがないため、人的誤差やヒューマンエラーが排除され、安定的かつ整合性のある判定結果を得ることができる。
(3)複数の施工班を配備して削孔を行うケースであっても、各班からの施工データを中央装置に集約することによって様々な関係者が確認して共有することができ、これにより施工環境の不確実性に対する予見や適切な施工管理など適切なアドバイスを各所から提示することができる。
(4)施工の進捗に伴う削孔(あるいは、掘削)の実績出来形と、計画された削孔形状(あるいは、掘削形状)、そして判定された地盤情報(地質区分や土質区分、地盤の硬軟、空洞の有無)を重ねて3次元(あるいは2次元)表示することによって、より明確に地盤の性状を把握することができ、例えば計画された定着層や支持層を確認することも可能となる。
(5)施工中に得られた情報を改めて教師データとし、深層学習を継続的に行うことによって、さらに推定精度が向上した学習済みモデルを得ることができる。
The ground condition determination system of the present invention has the following effects:
(1) It is possible to determine information about the ground that is invisible (geological classification, soil classification, hardness of the ground, presence or absence of voids) in real time, and as a result, necessary information can be quickly fed back to the construction team, enabling more appropriate boring work to be carried out.
(2) Because it does not rely on human knowledge, human error is eliminated, and stable and consistent judgment results can be obtained.
(3) Even when drilling is carried out by deploying multiple construction teams, the construction data from each team can be collected in a central device, allowing various stakeholders to review and share it. This enables appropriate advice from all parties involved, such as predictions regarding uncertainties in the construction environment and appropriate construction management.
(4) By overlaying the actual drilling (or excavation) results as construction progresses, the planned drilling (or excavation) shape, and the determined ground information (geological classification, soil classification, ground hardness, presence or absence of voids) and displaying them in three dimensions (or two dimensions), the properties of the ground can be grasped more clearly, and for example, it becomes possible to confirm the planned anchorage layer and bearing layer.
(5) By using the information obtained during construction as training data and continuously performing deep learning, it is possible to obtain a trained model with further improved estimation accuracy.
本願発明の地盤性状判定システムの例を図に基づいて説明する。 An example of the ground condition determination system of the present invention will be explained with reference to the diagram.
1.全体概要
本願発明は、ボーリング工事を行っている最中、あるいは地盤掘削を行っている最中に、対象となる地盤の性状をリアルタイムで判定することができる技術である。より詳しくは、図1に示すように施工中に得られるデータ(以下、「施工データ」という。)に基づいて、その地盤性状を判定する。なお本願発明は、ボーリング工事の最中に削孔深度ごとの地盤性状を判定することもできるし、地盤掘削工事の最中に掘削深度ごとの地盤性状を判定することもできるが、便宜上ここではボーリング工事の例で説明することとする。
1. Overall Overview The present invention is a technology that can determine the properties of the target ground in real time while boring work or ground excavation is being carried out. More specifically, as shown in Figure 1, the ground properties are determined based on data obtained during construction (hereinafter referred to as "construction data"). The present invention can also determine the ground properties at each drilling depth during boring work, or at each excavation depth during ground excavation work, but for convenience, the example of boring work will be explained here.
施工データとしては、例えば図1に示すように「施工機械データ」や、「スライム写真」、「スペクトルデータ」、「ボアホール写真」を挙げることができる。このうち施工機械データは、後述するようにボーリング工事に使用される削孔機械(ボーリングマシンやドリルジャンボなど)から得られる種々の情報である。またスライム写真は、削孔中地上に上げられるスライムをデジタルカメラ等で撮影して得られる画像データであり、スペクトルデータは、そのスライムをハイパースペクトルカメラやマルチスペクトルカメラで撮影して得られるデータである。ただしスライム写真とスペクトルデータは、色見本とともに撮影したうえで取得することが望ましい。ボアホール写真は、ボーリング孔の内壁をボアホールカメラで撮影して得られる画像データである。なお施工データは、施工中定期的(あるいは断続的)に取得され、例えば施工機械データは15cmほど掘進するたびに、スライム写真とスペクトルデータは1~2mほど掘進するたびに取得され、ボアホール写真は削孔が完了したタイミングで取得される。 Construction data includes, for example, "construction machine data," "slime photographs," "spectral data," and "borehole photographs," as shown in Figure 1. Of these, construction machine data, as described later, is various information obtained from drilling machinery (such as boring machines and drill jumbos) used in boring work. Slime photographs are image data obtained by photographing the slime brought to the surface during drilling with a digital camera, and spectral data is obtained by photographing the slime with a hyperspectral camera or multispectral camera. However, it is desirable to obtain slime photographs and spectral data together with a color sample. Borehole photographs are image data obtained by photographing the inner wall of the borehole with a borehole camera. Construction data is acquired periodically (or intermittently) during construction. For example, construction machine data is acquired every 15 cm of drilling, slime photographs and spectral data are acquired every 1-2 m of drilling, and borehole photographs are acquired when drilling is completed.
一方の地盤性状としては、例えば図1に示すように「地質区分」や、「土質区分」、「地盤の硬軟度」、「空洞状況」を挙げることができる。このうち地質区分は、例えば砂岩や花崗岩、粘板岩といった区分のことであり、土質区分は、砂質土や礫質土、粘性土といった区分のことである。また地盤の硬軟度は、いわゆる岩級区分などその強度を表す指標であり、空洞状況は、空洞の有無や大小、その規模など文字どおり空洞に関する状況のことである。 On the other hand, ground properties can be described as follows, for example, as shown in Figure 1: "geological classification," "soil classification," "ground hardness/softness," and "void conditions." Geological classification refers to classifications such as sandstone, granite, and slate, while soil classification refers to classifications such as sandy soil, gravelly soil, and cohesive soil. Ground hardness/softness is an indicator of its strength, such as the rock class classification, and void conditions refer to the presence, size, and scale of voids—literally, the condition of any cavities.
施工データに基づいて地盤性状を判定するにあたっては、機械学習によって生成される「学習済みモデル」が用いられる。すなわち、施工データを入力すると学習済みモデルが地盤性状を出力するわけである。なお学習済みモデルを生成するには、深層学習(deep learning)をはじめ、従来用いられている種々の機械学習技術を採用することができる。 When determining ground properties based on construction data, a "trained model" generated by machine learning is used. In other words, when construction data is input, the trained model outputs the ground properties. Various conventional machine learning techniques, including deep learning, can be used to generate the trained model.
機械学習によって学習済みモデルを生成するためには、教師データが用いられる。この教師データは、施工データに正解ラベル、つまり既知の地盤性状をラベル(以下、単に「地盤性状ラベル」という。)として付与したものである。そして、教師データを得るためにはあらかじめ試験的な施工(以下、単に「試験施工」という。)を行う必要があり、換言すれば、試験施工を実施したうえで実際の施工(以下、単に「本施工」という。)の際に地盤性状が判定される。なお試験施工では、本施工と同様の機械(特に、削孔用の機械)を使用することが望ましく、また少なくとも本施工で取得されるものと同様の施工データを取得する。そこで両者の施工データを区別するため、試験施工で得られるデータのことを「試験施工データ」と、本施工で得られるデータのことを「本施工データ」ということとする。あるいは、過去に実施された本施工を試験施工として取り扱うこともできる。つまり、過去に実施された本施工で得られる種々のデータに基づいて、施工データに地盤性状ラベルを付与することによって教師データを作成し、その教師データを学習することによって学習済みモデルを生成するわけである。もちろん、試験施工と過去の本施工で得られる情報を、それぞれ利用することによって教師データを作成することもできる。 To generate a trained model using machine learning, training data is used. This training data consists of construction data to which correct labels, i.e., known ground properties, are attached (hereinafter simply referred to as "ground property labels"). In order to obtain training data, it is necessary to conduct a trial construction (hereinafter simply referred to as "trial construction") beforehand. In other words, after conducting trial construction, the ground properties are determined during the actual construction (hereinafter simply referred to as "main construction"). It is desirable to use the same machinery as in the main construction (especially drilling machinery) in the trial construction, and at least the same construction data as that obtained in the main construction should be obtained. Therefore, in order to distinguish between the two types of construction data, the data obtained in trial construction will be called "trial construction data," and the data obtained in main construction will be called "main construction data." Alternatively, main construction carried out in the past can be treated as trial construction. In short, training data is created by attaching ground property labels to construction data based on various data obtained in main construction carried out in the past, and a trained model is generated by training on this training data. Of course, training data can also be created by utilizing information obtained from both test construction and past full-scale construction projects.
2.地盤性状判定システム
本願発明の地盤性状判定システムについて詳しく説明する。図2は、本願発明の地盤性状判定システム100の主な構成を示すブロック図である。この図に示すように本願発明の地盤性状判定システム100は、学習済みモデル生成手段101と地盤性状判定手段102を含んで構成され、また施工機械データ取得手段103や出力制御手段104、出力手段105、学習済みモデル記憶手段108、試験ボーリングデータ記憶手段109、試験施工データ記憶手段110、本施工データ記憶手段111を含んで構成することもでき、さらに後述する端末側送受信手段106や中央側送受信手段107、端末機器、中央装置を含んで構成することもできる。
2. Ground Condition Determination System The ground condition determination system of the present invention will be described in detail. Figure 2 is a block diagram showing the main configuration of the ground condition determination system 100 of the present invention. As shown in this figure, the ground condition determination system 100 of the present invention is configured to include a trained model generation means 101 and a ground condition determination means 102. It can also be configured to include a construction machine data acquisition means 103, an output control means 104, an output means 105, a trained model storage means 108, a test boring data storage means 109, a test construction data storage means 110, and a main construction data storage means 111. Furthermore, it can also be configured to include a terminal-side transmitting and receiving means 106, a central-side transmitting and receiving means 107, terminal equipment, and a central device, which will be described later.
地盤性状判定システム100を構成する主な要素のうち学習済みモデル生成手段101と地盤性状判定手段102、出力制御手段104は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、CPU等のプロセッサ、ROMやRAMといったメモリ、マウスやキーボード等の入力手段やディスプレイを具備するもので、パーソナルコンピュータ(PC)やサーバー、iPad(登録商標)といったタブレット型PC、スマートフォンを含む携帯端末などによって構成することができる。ディスプレイを具備したコンピュータ装置を利用する場合は、そのディスプレイを出力手段105として利用するとよい。 The main components of the ground condition determination system 100—the trained model generation means 101, the ground condition determination means 102, and the output control means 104—can be manufactured as dedicated components or utilize general-purpose computer equipment. This computer equipment includes a processor such as a CPU, memory such as ROM or RAM, input means such as a mouse or keyboard, and a display. It can be comprised of personal computers (PCs), servers, tablet PCs such as iPads (registered trademark), and mobile terminals including smartphones. When using computer equipment with a display, it is preferable to use that display as the output means 105.
学習済みモデル記憶手段108と試験ボーリングデータ記憶手段109、試験施工データ記憶手段110、本施工データ記憶手段111は、汎用的コンピュータの記憶装置を利用することもできるし、データベースサーバーに構築することもできる。データベースサーバーに構築する場合、ローカルなネットワーク(LAN:Local Area Network)に置くこともできるし、インターネット経由で保存するクラウドサーバーとすることもできる。なおこれらの記憶手段は、それぞれ別体として構成することもできるし、2以上の記憶手段をまとめて構築することもできる。 The trained model storage means 108, the test boring data storage means 109, the test construction data storage means 110, and the actual construction data storage means 111 can utilize the storage devices of a general-purpose computer or be built on a database server. When built on a database server, it can be located on a local network (LAN) or on a cloud server accessed via the internet. These storage means can be configured as separate units or two or more storage means can be combined into a single unit.
地盤性状判定システム100を構成する一部の要素は、汎用的なコンピュータ装置を利用することができると説明したが、図3に示すようにさらに端末機器と中央装置によって構成することもできる。端末機器は、実際にボーリング工事を行う施工班の近くに配置され、パーソナルコンピュータやタブレット型PC、スマートフォンなどを利用するとよい。一方の中央装置は、管理事務所や監督員詰め所など施工班とは異なる管理班に配置され、サーバーやパーソナルコンピュータなどを利用するとよい。また、端末機器に端末側送受信手段106を設けるとともに、中央装置に中央側送受信手段107を設けることによって、端末機器と中央装置は通信可能となり、これにより端末機器から中央装置に種々の情報(例えば、本施工データ)を送信したり、中央装置から端末機器に種々の情報(例えば、判定結果)を送信したりすることができる。なお図3では、2つの施工班に配置された端末機器がそれぞれ中央装置と接続されている例を示しているが、これに限らず1の端末機器、あるいは3以上の端末機器を中央装置と接続して運用することもできる。 While some elements of the ground condition determination system 100 can utilize general-purpose computer equipment, as explained earlier, it can also be further composed of terminal equipment and a central device, as shown in Figure 3. The terminal equipment should be placed near the construction team actually performing the boring work, and may utilize personal computers, tablet PCs, or smartphones. The central device, on the other hand, should be located in a management office or supervisor's office, separate from the construction team, and may utilize servers or personal computers. Furthermore, by providing terminal-side transmission/reception means 106 in the terminal equipment and central-side transmission/reception means 107 in the central device, communication between the terminal equipment and the central device becomes possible. This allows for the transmission of various information (e.g., construction data) from the terminal equipment to the central device, and from the central device to the terminal equipment (e.g., determination results). Figure 3 shows an example where terminal equipment located in two construction teams is connected to the central device, but the system is not limited to this; it can also be operated with one terminal device, or three or more terminal devices connected to the central device.
以下、本願発明の地盤性状判定システム100を構成する主な要素ごとに詳しく説明する。 The following will provide a detailed explanation of each of the main elements constituting the ground condition determination system 100 of the present invention.
(学習済みモデル生成手段)
学習済みモデル生成手段101は、学習済みモデルを生成する手段である。具体的には、深層学習といった機械学習技術を利用して教師データ(施工データに地盤性状ラベルが付されたデータ)を学習することによって、この学習済みモデルを生成する。そして教師データは、既述したとおり試験施工を行うことによって得ることができる。以下、教師データを得るまでの手順の一例について説明する。
(Means for generating pre-trained models)
The pre-trained model generation means 101 is a means for generating a pre-trained model. Specifically, this pre-trained model is generated by training the model on training data (construction data with ground condition labels attached) using machine learning techniques such as deep learning. The training data can be obtained by conducting test construction as described above. Below, an example of the procedure for obtaining the training data will be described.
まず、試験用のボーリング孔(以下、単に「試験ボーリング孔」という。)を形成する。例えば本施工が、グラウンドアンカーの設置工事であって、ロータリーパーカッション式ボーリングマシンによって削孔する計画であれば、その計画された(あるいは同規格の)ロータリーパーカッション式ボーリングマシンを用いて試験ボーリング孔を削孔していくとよい。このとき、本施工にて取得を計画している施工データを取得しながら削孔する。例えば本施工において施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データの取得を計画している場合は、試験施工においても施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データを取得しながら削孔する。 First, a test borehole (hereinafter simply referred to as the "test borehole") is formed. For example, if the main construction is for the installation of ground anchors and the plan is to drill using a rotary percussion boring machine, then the test borehole should be drilled using the planned (or equivalent) rotary percussion boring machine. During this process, drilling should be carried out while acquiring the construction data planned for the main construction. For example, if the main construction plans to acquire construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data, then the test construction should also be carried out while acquiring construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data.
ここで施工機械データとは、既述したとおりボーリング工事に使用される削孔機械(ボーリングマシンやドリルジャンボなど)から得られる種々の情報であり、削孔機械に搭載(あるいは装着)された施工機械データ取得手段103によって取得される。例えば施工機械データとしては、図4に示すようにボーリングマシンの削孔速度や給進力、トルク、送水圧、打撃圧、送水流量といったローデータ(生データ)をはじめ、これらローデータから求められる打撃エネルギー、打撃ブロー数、破壊エネルギー値、削孔エネルギー値などを挙げることができる。もちろんこれらに限らず、削孔中のビットの位置やロッドの挿入角度といった計測値などをはじめ、削孔機械に関する様々な情報を施工機械データとして取得することもできる。試験施工中、取得された施工機械データや、カメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データといった施工データ(つまり、試験施工データ)は、試験施工データ記憶手段110に記憶される(図2)。 Here, construction machine data refers to various information obtained from drilling machines (such as boring machines and drill jumbos) used in boring work, as previously described, and is acquired by the construction machine data acquisition means 103 mounted (or attached) to the drilling machine. For example, as shown in Figure 4, construction machine data can include raw data such as the drilling speed, feed force, torque, water pressure, impact pressure, and water flow rate of the boring machine, as well as impact energy, number of impact blows, fracture energy value, and drilling energy value derived from this raw data. Of course, it is not limited to these; various information related to the drilling machine, such as measured values like the bit position and rod insertion angle during drilling, can also be acquired as construction machine data. During test construction, the acquired construction machine data, as well as construction data such as camera image data, spectral image data, and borehole image data (i.e., test construction data), are stored in the test construction data storage means 110 (Figure 2).
試験ボーリング孔が形成されると、取得したボーリングコアの観察を行う。また、得られたボーリングコアの1軸(あるいは3軸)圧縮試験を行ったり、孔内水平載荷試験を行ったり、削孔中に標準貫入試験を行ったり、所望の物理試験を行うことによって地盤の物理試験データを取得する。そして、ボーリングコアの観察結果と物理試験データを基に、人(例えば専門技術者)が試験ボーリング孔の地盤性状を評価する。具体的には、試験ボーリング孔を深度ごとのブロックに分割したうえで、そのブロックごとに地質区分と土質区分(あるいは、どちらか一方)を評価していく。このとき、地質区分や土質区分に加えて、地盤の硬軟度や空洞状況を評価することもできる。ここで得られる物理試験データや、ブロックごとの地盤性状(地質区分や土質区分など)は、試験ボーリングデータ記憶手段109に記憶される(図2)。 Once the test borehole is formed, the acquired borehole core is observed. Furthermore, physical test data of the ground is obtained by performing uniaxial (or triaxial) compression tests, in-situ horizontal loading tests, standard penetration tests during drilling, and other desired physical tests on the obtained borehole core. Based on the observation results of the borehole core and the physical test data, a person (e.g., a specialist engineer) evaluates the ground properties of the test borehole. Specifically, the test borehole is divided into blocks based on depth, and the geological classification and soil classification (or one of them) are evaluated for each block. At this time, in addition to the geological and soil classifications, the hardness and softness of the ground and the presence of voids can also be evaluated. The physical test data obtained here, as well as the ground properties for each block (geological and soil classifications, etc.), are stored in the test borehole data storage means 109 (Figure 2).
一方、試験ボーリング孔を削孔している間、施工機械データやカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データといった試験施工データが得られており、特に施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データは、掘削深度ごとに複数のデータが得られている。そして、これら試験施工データが取得されたときの深度に基づいて、それぞれの試験施工データに対して地盤性状(地質区分や土質区分など)を関連付け、それぞれの試験施工データに地質区分ラベルや土質区分ラベル、硬軟度ラベル、空洞ラベルといった地盤性状ラベルを付与することによって教師データを作成する。 Meanwhile, during the drilling of the test boreholes, test construction data such as construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data are obtained. In particular, multiple data sets of construction machine data, camera image data, and spectral image data are obtained for each drilling depth. Based on the depth at which this test construction data was acquired, ground properties (such as geological classification and soil classification) are associated with each test construction data set. Training data is then created by assigning ground property labels such as geological classification labels, soil classification labels, hardness/softness labels, and cavity labels to each test construction data set.
教師データは、評価された地盤性状の種別に応じて作成するとよい。例えば、専門技術者が地質区分と土質区分について評価したときは、試験施工データに地質区分ラベルと土質区分ラベルを付与して教師データを作成し、専門技術者が地質区分と土質区分、地盤の硬軟度、空洞状況について評価したときは、試験施工データに地質区分ラベルと土質区分ラベル、硬軟度ラベル、空洞ラベルを付与して教師データを作成する。 Training data should be created according to the type of ground properties evaluated. For example, when a specialist evaluates geological classification and soil classification, training data should be created by adding geological classification labels and soil classification labels to the test construction data. When a specialist evaluates geological classification, soil classification, ground hardness/softness, and void conditions, training data should be created by adding geological classification labels, soil classification labels, hardness/softness labels, and void labels to the test construction data.
また教師データは、取得した試験施工データの種別に応じて作成するとよい。例えば、試験施工データとして施工機械データのみが取得されているケースでは、その施工機械データに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成するが、試験施工データとして施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データが取得されているケースでは、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データそれぞれに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成する。あるいは、試験施工データとして施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データが取得されているケースでは、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データからなるデータセット(削孔深度に応じたデータセット)に対して、つまりデータセットごとに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成することもできる。 Furthermore, training data should be created according to the type of test construction data acquired. For example, in cases where only construction machine data is acquired as test construction data, training data is created by assigning ground property labels to that construction machine data. However, in cases where construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data are acquired as test construction data, training data is created by assigning ground property labels to the construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data, respectively. Alternatively, in cases where construction machine data, camera image data, and spectral image data are acquired as test construction data, training data can also be created by assigning ground property labels to a dataset consisting of construction machine data, camera image data, and spectral image data (a dataset corresponding to the drilling depth), that is, to each dataset.
既述したとおり教師データは、必ずしも試験施工(この場合、本施工ではないという意味)を実施したうえで作成する必要はなく、過去の本施工で得られた種々の情報に基づいて教師データを作成することもできるし、試験施工を行って得られる各種情報と過去の本施工で得られた各種情報に基づいて教師データを作成することもできる。 As previously mentioned, training data does not necessarily need to be created after conducting a test construction (meaning not the actual construction in this case). Training data can also be created based on various information obtained from past actual constructions, or it can be created based on various information obtained from test constructions and various information obtained from past actual constructions.
学習済みモデル生成手段101は、このような手順で得られた数多くの教師データを学習することによって学習済みモデルを生成する。なお教師データは、1の試験ボーリング孔から作成することもできるし、2以上の試験ボーリング孔を形成したうえで作成することもできる。学習済みモデル生成手段101によって生成された学習済みモデルは、学習済みモデル記憶手段108に記憶される(図2)。 The trained model generation means 101 generates a trained model by learning from a large amount of training data obtained through the above procedure. The training data can be created from one test borehole, or from two or more test boreholes. The trained model generated by the trained model generation means 101 is stored in the trained model storage means 108 (Figure 2).
(地盤性状判定手段)
本施工中、取得された施工機械データや、カメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データといった施工データ(つまり、本施工データ)は、本施工データ記憶手段111に記憶される(図2)。そして地盤性状判定手段102は、本施工データ記憶手段111から本施工データを読み出すとともに、その本施工データを学習済みモデルに入力することによって地盤性状(地質区分や土質区分など)を出力する。既述したとおり施工データは、施工中定期的(あるいは断続的)に取得される。そのため地盤性状判定手段102は、本施工データが取得されるたびに、換言すれば削孔深度ごとに地盤性状を出力することもできる。これにより、例えばグラウンドアンカーの削孔を行っているときにリアルタイムで定着層の位置やその物性値を把握することができ、その結果、計画よりも短い削孔長で足りることが判明したり、逆に計画よりも長く削孔しなければ機能しないことが判明したりするなど、効率的かつ効果的な施工を実現することができる。
(Means for determining ground properties)
During construction, construction data such as construction machine data, camera image data, spectral image data, and borehole image data (i.e., actual construction data) is stored in the actual construction data storage means 111 (Figure 2). The ground property determination means 102 reads the actual construction data from the actual construction data storage means 111 and outputs the ground properties (geological classification, soil classification, etc.) by inputting the actual construction data into a trained model. As described above, construction data is acquired periodically (or intermittently) during construction. Therefore, the ground property determination means 102 can also output the ground properties each time actual construction data is acquired, in other words, for each drilling depth. This makes it possible to grasp the location and physical properties of the anchoring layer in real time, for example, when drilling ground anchors, and as a result it is possible to find out that a shorter drilling length than planned is sufficient, or conversely, that it is necessary to drill longer than planned for it to function, thereby realizing efficient and effective construction.
(出力制御手段)
地盤性状判定手段102によって判定された地盤性状(地質区分や土質区分など)は、ディスプレイやプリンタといった出力手段105に出力される。このとき、削孔深度ごとの地盤性状をリスト形式で出力することもできるし、図面形式で出力することもできる。また出力制御手段104によって、本施工によって形成されたボーリング孔(以下、単に「本ボーリング孔」という。)の形状とともに、削孔深度ごとの地盤性状を2次元(2D)や3次元(3D)で表示することもできる。
(Output control means)
The ground properties (such as geological classification and soil classification) determined by the ground property determination means 102 are output to an output means 105, such as a display or printer. At this time, the ground properties for each drilling depth can be output in list format or in drawing format. Furthermore, the output control means 104 can display the ground properties for each drilling depth, along with the shape of the borehole formed by the main construction (hereinafter simply referred to as "main borehole"), in two dimensions (2D) or three dimensions (3D).
施工機械データとして削孔中のビットの位置やロッドの挿入角度といった計測値などが取得されているケースでは、削孔の形状(つまり、実績出来形)を施工の進捗に応じて把握することができる。したがって出力制御手段104は、図5に示すように本ボーリング孔を3D(あるいは2D)で出力手段105に表示することができるわけである。また出力制御手段104は、図6に示すように計画されたボーリング孔(以下、「計画ボーリング孔DP」という。)の形状(削孔形状)と、実績出来形である本ボーリング孔(以下、「出来形ボーリング孔DA」という。)の形状を重複したうえで、出力手段105に3D(あるいは2D)で表示することもできる。なお、図6(a)では計画ボーリング孔DPのみを破線で示し、図6(b)は計画ボーリング孔DPと出来形ボーリング孔DAの重複表示を示している。 In cases where measurement values such as the position of the drill bit and the insertion angle of the rod are acquired as construction machine data, the shape of the drilled hole (i.e., the actual completed shape) can be grasped according to the progress of construction. Therefore, the output control means 104 can display the actual borehole in 3D (or 2D) on the output means 105 , as shown in Figure 5. Furthermore , as shown in Figure 6, the output control means 104 can also display the shape of the planned borehole (hereinafter referred to as "planned borehole DP") (drilled shape) and the shape of the actual completed borehole (hereinafter referred to as "completed borehole DA") overlapping on the output means 105 in 3D (or 2D). Note that in Figure 6(a), only the planned borehole DP is shown with a dashed line, and in Figure 6(b), the overlapping display of the planned borehole DP and the completed borehole DA is shown.
また図6(b)では、削孔深度ごとの地盤性状を出来形ボーリング孔DA上に表示している。このとき異なる地盤性状は、色や濃淡、パターン(模様)を変えることによって表示するとよい。また、図3に示すように端末機器と中央装置によって構成する場合、ボーリング工事を行う施工班でも端末機器の出力手段105に表示された情報をリアルタイムで確認することができる。例えば、端末機器の端末側送受信手段106を利用して中央装置に本施工データを送信し、これを中央側送受信手段107が受信して地盤性状判定手段102が削孔深度ごとの地盤性状を判定するとともに端末機器に送信することによって、施工班では削孔深度ごとの地盤性状を計画ボーリング孔DPや出来形ボーリング孔DAとともに逐次確認することができるわけである。 Furthermore, in Figure 6(b), the ground conditions for each drilling depth are displayed on the completed borehole DA. Different ground conditions can be displayed by changing the color, shade, or pattern. Also, as shown in Figure 3, when the system is configured with terminal equipment and a central unit, the construction team performing the boring work can also check the information displayed on the output means 105 of the terminal equipment in real time. For example, by using the terminal-side transmission/reception means 106 of the terminal equipment to transmit the actual construction data to the central unit, which is then received by the central-side transmission/reception means 107. The ground condition determination means 102 then determines the ground conditions for each drilling depth and transmits this information to the terminal equipment. This allows the construction team to sequentially check the ground conditions for each drilling depth along with the planned borehole DP and the completed borehole DA.
(使用例)
図7と図8を参照しながら、本願発明の地盤性状判定システム100を使用する例について説明する。図7は、試験施工を実施しつつ、地盤性状判定システム100を使用して学習済みモデルを生成するまでの主な処理の流れを示すフロー図である。また図8は、本施工を実施する中で、地盤性状判定システム100を使用して地盤性状を判定してその結果を表示する主な処理の流れを示すフロー図である。なお図7と図8は、それぞれ中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な情報等を、右列にはその処理から生ずる情報等を示している。
(Example of use)
An example of using the ground condition determination system 100 of the present invention will be described with reference to Figures 7 and 8. Figure 7 is a flowchart showing the main processing flow from conducting test construction to generating a trained model using the ground condition determination system 100. Figure 8 is a flowchart showing the main processing flow of determining the ground conditions using the ground condition determination system 100 and displaying the results during actual construction. In Figures 7 and 8, the central column shows the processing to be performed, the left column shows the information necessary for that processing, and the right column shows the information generated from that processing.
学習済みモデルを生成するにあたっては、図7に示すようにまず試験ボーリング孔を形成するための削孔を行う(図7のStep211)。このとき、本施工で計画されているものと同様の掘削機械を使用して削孔するとよい。試験ボーリング孔の削孔中は、ボーリングコアを採取し(図7のStep212)、本施工で計画されているものと同様の施工データ(試験施工データ)を取得し(図7のStep213)、また必要に応じて標準貫入試験を行う。 To generate the trained model, drilling is first performed to create a test borehole, as shown in Figure 7 (Step 211 in Figure 7). At this time, it is preferable to use drilling equipment similar to that planned for the actual construction. During drilling of the test borehole, a bore core is collected (Step 212 in Figure 7), construction data (test construction data) similar to that planned for the actual construction is obtained (Step 213 in Figure 7), and a standard penetration test is performed as needed.
試験ボーリング孔が形成されると、孔内水平載荷試験やボーリングコアの圧縮試験など物理試験を行うことによって地盤の物理試験データを取得し(図7のStep214)、取得したボーリングコアの観察を行う。そして例えば専門技術者が、物理試験データとボーリングコアの観察結果を基に、試験ボーリング孔の深度ブロックごとに地盤性状を評価する。ここでは地盤性状として、地質区分と土質区分(あるいは、どちらか一方)を評価することもできるし、あるいは地質区分や土質区分に加えて地盤の硬軟度や空洞状況を評価することもできる(図7のStep215)。 Once the test borehole is formed, physical tests such as in-bore horizontal loading tests and boring core compression tests are conducted to acquire physical test data of the ground (Step 214 in Figure 7), and the acquired boring cores are observed. Then, for example, a specialist engineer evaluates the ground properties for each depth block of the test borehole based on the physical test data and the observation results of the boring cores. Here, the ground properties can be evaluated by geological classification and soil classification (or one of them), or in addition to geological classification and soil classification, the hardness and softness of the ground and the presence of voids can also be evaluated (Step 215 in Figure 7).
地盤性状を評価すると、その取得深度に基づいてそれぞれの試験施工データに地盤性状を関連付け、さらにそれぞれの試験施工データに対して地盤性状ラベルを付与することによって教師データを作成する(図7のStep216)。ことのき、評価された地盤性状の種別に応じて教師データを作成するとよい。例えば、専門技術者が地質区分と土質区分について評価したときは、試験施工データに地質区分ラベルと土質区分ラベルを付与して教師データを作成し、専門技術者が地質区分と土質区分、地盤の硬軟度、空洞状況について評価したときは、試験施工データに地質区分ラベルと土質区分ラベル、硬軟度ラベル、空洞ラベルを付与して教師データを作成する。 When ground properties are evaluated, training data is created by associating the ground properties with each test construction data based on the acquisition depth, and then assigning ground property labels to each test construction data (Step 216 in Figure 7). It is advisable to create training data according to the type of ground properties evaluated. For example, if a specialist evaluates geological classification and soil classification, training data is created by assigning geological classification labels and soil classification labels to the test construction data. If a specialist evaluates geological classification, soil classification, ground hardness/softness, and void conditions, training data is created by assigning geological classification labels, soil classification labels, hardness/softness labels, and void labels to the test construction data.
また教師データは、取得した試験施工データの種別に応じて作成するとよい。例えば、試験施工データとして施工機械データのみが取得されているケースでは、その施工機械データに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成し、試験施工データとして施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データが取得されているケースでは、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データ、ボアホール画像データそれぞれに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成する。あるいは、試験施工データとして施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データが取得されているケースでは、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データからなるデータセットごとに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成することもできる。 Furthermore, training data should be created according to the type of test construction data acquired. For example, in cases where only construction machinery data is acquired as test construction data, training data should be created by assigning ground property labels to that construction machinery data. In cases where construction machinery data, camera image data, spectral image data, and borehole image data are acquired as test construction data, training data should be created by assigning ground property labels to each of the construction machinery data, camera image data, spectral image data, and borehole image data. Alternatively, in cases where construction machinery data, camera image data, and spectral image data are acquired as test construction data, training data can also be created by assigning ground property labels to each dataset consisting of construction machinery data, camera image data, and spectral image data.
教師データを作成すると、深層学習といった機械学習技術を利用してこれら教師データを学習することによって、学習済みモデル生成手段101が学習済みモデルを生成する(図7のStep217)。 Once training data is created, the trained model generation means 101 generates a trained model by training on this training data using machine learning techniques such as deep learning (Step 217 in Figure 7).
試験施工を実施して学習済みモデルを生成すると本施工を行う。本施工を行うにあたっては、図3に示すように、管理班に中央装置を配置するとともに、施工班の近くに端末機器を配置するとよい。中央装置や端末機器の配置を行い、そのほか必要な仮設工事など準備工が完了すると、図8に示すように本ボーリング孔を形成するための削孔を行う(図8のStep221)。このとき、試験施工で採用されたものと同様の掘削機械を使用して削孔するとよい。 After conducting a test construction and generating a trained model, the main construction will be carried out. For the main construction, as shown in Figure 3, it is advisable to place the central device in the management area and terminal equipment near the construction area. Once the central device and terminal equipment are in place and other necessary temporary construction and preparatory work is completed, drilling to form the main borehole will be carried out as shown in Figure 8 (Step 221 in Figure 8). At this time, it is advisable to use the same drilling machinery as that used in the test construction.
本ボーリング孔の削孔中は、少なくとも試験施工で取得されたものと同様の施工データ(本施工データ)、つまり教師データと同種の施工データを取得する。例えば図8では、削孔が進むたびに施工機械データ取得手段103によって施工機械データが取得され(図8のStep222)、スライムが得られるたびにカメラ画像データとスペクトル画像データが取得されている(図8のStep223)。またこの例では、これらの本施工データに加え、削孔が進むたびに削孔中のビットの位置やロッドの挿入角度といった計測値が取得されており、つまり削孔の進捗に応じて本ボーリング孔の実績出来形(削孔形状)を把握している(図8のStep224)。 During drilling of the main borehole, construction data similar to that obtained in the test construction (main construction data), i.e., construction data of the same type as the training data, is acquired. For example, in Figure 8, construction machine data is acquired by the construction machine data acquisition means 103 as drilling progresses (Step 222 in Figure 8), and camera image data and spectral image data are acquired each time slime is obtained (Step 223 in Figure 8). In this example, in addition to this main construction data, measured values such as the position of the drill bit and the insertion angle of the rod are acquired as drilling progresses, meaning that the actual shape of the main borehole (drilled hole shape) is understood according to the progress of drilling (Step 224 in Figure 8).
本施工データが取得されると、その本施工データが地盤性状判定手段102に入力され、そして地盤性状判定手段102が本施工データに係る地盤性状を出力する(図8のStep225)。このとき、教師データと同種の施工データが取得されていることから、教師データと同種の施工データが地盤性状判定手段102に入力される。例えば、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データに地盤性状ラベルが付与された教師データを機械学習したケースでは、施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データが地盤性状判定手段102に入力されるわけである。 Once the construction data is acquired, it is input to the ground condition determination means 102, which then outputs the ground conditions related to the construction data (Step 225 in Figure 8). At this time, since construction data of the same type as the training data has been acquired, construction data of the same type as the training data is input to the ground condition determination means 102. For example, in a case where training data with ground condition labels attached to construction machine data, camera image data, and spectral image data has been machine-learned, the construction machine data, camera image data, and spectral image data are input to the ground condition determination means 102.
また地盤性状判定手段102は、当然ながら学習済みモデルを生成する際に用いた教師データと同種の地盤性状を出力する。例えば、地質区分ラベルと土質区分ラベルが付与された教師データを機械学習したケースでは、地盤性状判定手段102は地盤性状として地質区分と土質区分を出力し、地質区分ラベルと土質区分ラベル、硬軟度ラベル、空洞ラベルが付与された教師データを機械学習したケースでは、地盤性状判定手段102は地盤性状として地質区分と土質区分、地盤の硬軟度、空洞状況を出力する。なお、例えば施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データそれぞれに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成した場合は、入力された施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データそれぞれについて地盤性状を出力する。一方、例えば施工機械データとカメラ画像データ、スペクトル画像データからなるデータセットに地盤性状ラベルを付与して教師データを作成した場合は、データセットごとに地盤性状を出力する。 Furthermore, the ground property determination means 102 naturally outputs the same type of ground property as the training data used to generate the trained model. For example, in the case where training data with geological classification labels and soil classification labels has been machine-learned, the ground property determination means 102 outputs the geological classification and soil classification as ground properties. In the case where training data with geological classification labels, soil classification labels, hardness/softness labels, and cavity labels has been machine-learned, the ground property determination means 102 outputs the geological classification, soil classification, ground hardness/softness, and cavity status as ground properties. Note that, for example, if training data is created by assigning ground property labels to construction machine data, camera image data, and spectral image data, the ground properties will be output for each of the input construction machine data, camera image data, and spectral image data. On the other hand, if training data is created by assigning ground property labels to a dataset consisting of construction machine data, camera image data, and spectral image data, the ground properties will be output for each dataset.
図3に示すように端末機器と中央装置によって構成する場合、端末機器を用いて本施工データを入力し、中央装置の地盤性状判定手段102が地盤性状を出力する仕様とすることもできる。すなわち、施工班の近くに配置された端末機器に本施工データを入力すると、その本施工データが端末側送受信手段106によって中央側送受信手段107に送信され、中央装置の地盤性状判定手段102がその本施工データを取り込んで地盤性状を出力するわけである。この場合、地盤性状判定手段102によって出力された地盤性状は、端末機器に送信してその出力手段105に表示するとよい。 As shown in Figure 3, when the system is configured with terminal equipment and a central unit, it is also possible to configure it so that construction data is input using the terminal equipment, and the ground condition determination means 102 of the central unit outputs the ground condition. That is, when construction data is input to terminal equipment located near the construction team, that construction data is transmitted to the central unit transmission/reception means 107 by the terminal-side transmission/reception means 106, and the ground condition determination means 102 of the central unit receives that construction data and outputs the ground condition. In this case, the ground condition output by the ground condition determination means 102 should be transmitted to the terminal equipment and displayed on its output means 105.
地盤性状判定手段102によって地盤性状が出力されると、出力制御手段104が図5に示すように本ボーリング孔を3D(あるいは2D)で出力手段105に表示する(図8のStep226)。あるいは、図6に示すように計画ボーリング孔DPの形状(削孔形状)と、出来形ボーリング孔DAの形状を重複表示するとともに、色や濃淡、パターンを用いて地盤性状の種別を示すこともできる。 When the ground properties are output by the ground properties determination means 102, the output control means 104 displays the borehole in 3D (or 2D) on the output means 105 as shown in Figure 5 (Step 226 in Figure 8). Alternatively, as shown in Figure 6, the shape of the planned borehole DP (drilling shape) and the shape of the completed borehole DA can be displayed together, and the type of ground properties can be indicated using color, shade, and pattern .
本願発明の地盤性状判定システムは、斜面等の対策工としてのグラウンドアンカー工事や、トンネル工事、深層混合による地盤改良工事など、ボーリングを伴う種々の施工に利用することができる。本願発明によれば、高精度の情報化施工が可能であり、その結果、トンネル構造物や基礎地盤など高品質の社会基盤(社会インフラストラクチャ)を構築することができ、また斜面等における適切な災害対策を図ることができることを考えると、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。 The ground property determination system of the present invention can be used in various construction projects involving boring, such as ground anchor work as a countermeasure against slopes, tunnel construction, and ground improvement work by deep mixing. According to the present invention, high-precision information-based construction is possible, and as a result, it is possible to construct high-quality social infrastructure such as tunnel structures and foundation grounds, and to implement appropriate disaster countermeasures on slopes, etc. Therefore, this invention is not only industrially applicable but also has the potential to make a significant contribution to society.
100 本願発明の地盤性状判定システム
101 (地盤性状判定システムの)学習済みモデル生成手段
102 (地盤性状判定システムの)地盤性状判定手段
103 (地盤性状判定システムの)施工機械データ取得手段
104 (地盤性状判定システムの)出力制御手段
105 (地盤性状判定システムの)出力手段
106 (地盤性状判定システムの)端末側送受信手段
107 (地盤性状判定システムの)中央側送受信手段
108 (地盤性状判定システムの)学習済みモデル記憶手段
109 (地盤性状判定システムの)試験ボーリングデータ記憶手段
110 (地盤性状判定システムの)試験施工データ記憶手段
111 (地盤性状判定システムの)本施工データ記憶手段
DA 出来形ボーリング孔
DP 計画ボーリング孔
100 Ground condition determination system of the present invention 101 Means for generating a trained model (of the ground condition determination system) 102 Means for determining ground conditions (of the ground condition determination system) 103 Means for acquiring construction machine data (of the ground condition determination system) 104 Means for controlling the output (of the ground condition determination system) 105 Means for outputting (of the ground condition determination system) 106 Means for transmitting and receiving data from the terminal side (of the ground condition determination system) 107 Means for transmitting and receiving data from the central side (of the ground condition determination system) 108 Means for storing a trained model (of the ground condition determination system) 109 Means for storing test boring data (of the ground condition determination system) 110 Means for storing test construction data (of the ground condition determination system) 111 Means for storing actual construction data (of the ground condition determination system) DA Completed borehole DP Planned borehole
Claims (5)
地質区分ラベル及び/又は土質区分ラベルが付された教師データを機械学習することによって、学習済みモデルを生成する学習済みモデル生成手段と、
削孔中又は掘削中に取得された施工データを前記学習済みモデルに入力することによって、前記対象地盤の地質区分及び/又は土質区分を判定する地盤性状判定手段と、を備え、
前記教師データは、削孔機械又は掘削機械から得られる施工に関する施工機械データ、削孔又は掘削によって得られる地盤スライムを撮影して得られるカメラ画像データ、及び該地盤スライムをスペクトルカメラで取得して得られるスペクトル画像データからなるデータセットに、前記地質区分ラベル及び/又は前記土質区分ラベルが付されることで生成され、
前記学習済みモデルに入力される前記施工データは、前記施工機械データ、前記カメラ画像データ、及び前記スペクトル画像データであって、機械学習に用いられた前記教師データと同種のデータである、
ことを特徴とする地盤性状判定システム。 A system for determining the properties of the target ground to be drilled or excavated,
A means for generating a trained model that generates a trained model by machine learning on training data that has geological classification labels and/or soil classification labels attached,
The system includes a ground property determination means that determines the geological classification and/or soil classification of the target ground by inputting construction data acquired during drilling or excavation into the trained model,
The aforementioned training data is generated by attaching the geological classification labels and/or soil classification labels to a dataset consisting of construction machine data related to construction obtained from a drilling machine or excavating machine, camera image data obtained by photographing ground slime obtained by drilling or excavating, and spectral image data obtained by acquiring the ground slime with a spectral camera.
The construction data input to the trained model is the construction machine data, the camera image data, and the spectral image data , and is of the same type as the training data used in machine learning.
A ground condition determination system characterized by the following features.
前記スペクトル画像データは、色見本とともに前記地盤スライムを撮影して得られた画像データである、
ことを特徴とする請求項1記載の地盤性状判定システム。 The aforementioned camera image data is image data obtained by photographing the ground slime together with a color sample.
The spectral image data is image data obtained by photographing the ground slime together with a color sample.
The ground condition determination system according to claim 1.
前記地盤性状判定手段は、前記学習済みモデルに前記施工データが入力されると、前記対象地盤の硬軟度を判定する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の地盤性状判定システム。 The pre-trained model generation means generates the pre-trained model by machine learning the training data to which the hardness and softness of the ground are labeled.
When the construction data is input to the learned model, the ground condition determination means determines the hardness or softness of the target ground.
A ground condition determination system according to claim 1 or 2, characterized by the features described above.
前記端末機器と通信可能な中央装置と、をさらに備え、
前記端末機器を用いて入力された前記施工データは前記中央装置に送信され、
前記中央装置は、前記施工データを受信するとともに、前記地盤性状判定手段に該施工データを入力することによって前記対象地盤の地質区分及び/又は土質区分を判定し、
前記端末機器は、前記地盤性状判定手段によって判定された結果をリアルタイムで出力し、
また前記端末機器は、施工の進捗に伴う削孔又は掘削の実績出来形と、計画された削孔形状又は掘削形状と、を重ねて2次元又は3次元表示し得る、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の地盤性状判定システム。 One or more terminal devices,
The system further comprises a central device capable of communicating with the aforementioned terminal devices,
The construction data entered using the terminal device is transmitted to the central device.
The central device receives the construction data and inputs the construction data into the ground condition determination means to determine the geological classification and/or soil classification of the target ground.
The terminal device outputs the results determined by the ground condition determination means in real time.
Furthermore, the terminal equipment can overlay the actual completed drilling or excavation results as construction progresses with the planned drilling or excavation shape in a two-dimensional or three-dimensional display.
A ground condition determination system according to claim 1 or 2, characterized by the features described above.
グラウンドアンカーの削孔中に取得された前記施工データを前記学習済みモデルに入力することによって、前記対象地盤の地質区分及び/又は土質区分を判定する工程と、The process of determining the geological classification and/or soil classification of the target ground by inputting the construction data acquired during drilling of the ground anchor into the trained model,
グラウンドアンカーの削孔中にリアルタイムで定着層の位置と物性値を把握することによって、計画よりも短い削孔長とするか、又は計画よりも長い削孔長とするかを判断する工程と、を備えた、The system includes a step of determining whether to use a shorter or longer drilling length than planned by understanding the position and physical properties of the anchoring layer in real time during ground anchor drilling.
ことを特徴とする地盤性状判定方法。A method for determining ground properties, characterized by the features described above.
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