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A Recognition System for Cross-section-analysis of Tunnels Using a Visual Cortex Model

Research Project

Project/Area Number 17K18897
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Civil engineering and related fields
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

Yasunaga Moritoshi  筑波大学, システム情報系, 教授 (80272178)

Project Period (FY) 2017-06-30 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords自己組織化マップ / 大脳視覚野 / トンネル / 切羽 / コンクリート / 打音検査 / パターン認識
Outline of Final Research Achievements

The Self-organizing map (SOM), which mimics the visual cortex in brain, was applied to classification tasks in cross-section analysis of tunnels and impact-echo testing of concrete structures, and it was demonstrated that the SOM was effective for the information technologies for the civil construction (I-Construction) in the coming future.
On the other hand, SOM needs very long computation time in its learning. In order to overcome this difficulty, we proposed a novel specialized hardware for the SOM, and showed it was able to accelerate the computation speed several to 40 times faster than the software computation, using a hardware prototype.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

トンネルやダム,橋梁などの社会インフラは,その老朽化が急速に進んでいる.一方で,熟練の検査者は減少しており,今後は人工知能をこれらの検査・解析に応用することが望まれている.本研究では,大脳の視覚野をモデルとした人工知能である自己組織化マップをこれら社会インフラの検査・解析に適用した.自己組織化マップは,“学習結果の可視化”というディープラーニング等の人工知能技術にはない特徴を有する.本研究では,この特徴が検査者をアシストする新たな検査システム開発に有効であることを示した.さらに,本システムを専用ハードウェア化することで,大規模な自己組織化マップを高速に実行できることを試作・評価により示した.

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (1 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] 自己組織化マップ(SOM)を用いた打音法2018

    • Author(s)
      黒田千歳,安永守利
    • Journal Title

      検査技術(日本工業出版)

      Volume: 23 Pages: 30-35

    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Evaluation of support vector machine applied to hammering-sound-test for different concrete structures2020

    • Author(s)
      Yu Yasuda, Yuuki Kawahara, Noriyuki Utagawa, Chitose Kuroda, Ikuo Yoshihara, and Moritoshi Yasunaga
    • Organizer
      International Symposium on Artificial Life and Robotics 2020 (AROB 25th '20)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 自己組織化マップを用いた打音診断2019

    • Author(s)
      黒田千歳,歌川紀之,島田拓夢,小松弘人,川原佑宇紀,原田謙一,安永守利
    • Organizer
      土木学会第74回年次学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Zynq FPGAを用いた自己組織化マップ計算の高速化2019

    • Author(s)
      川原佑宇紀,安永守利
    • Organizer
      第70回電子情報通信学会機能集積情報システム研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチ打音システムを用いたコンクリートの剥離検知2019

    • Author(s)
      歌川紀之,黒田千歳,川原佑宇紀,安田 悠,安永守利
    • Organizer
      日本非破壊検査協会 平成31年度秋季講演大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Parallel hardware implementation of self-organizing map using multiple Zynq FPGAs2019

    • Author(s)
      Yuki Kawahara, Hiroto Komatsu, Takumu Shimada, Noriyuki Utagawa, Chitose Kuroda and Moritoshi Yasunaga
    • Organizer
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications 2019 (NOLTA2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 自己組織化マップ(SOM)の基礎とそのFPGAによるハードウェア実装2019

    • Author(s)
      安永守利
    • Organizer
      エレクトロニクス実装学会 インテリジェント実装学会公開研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Design and performance evaluation of a self-organizing map implemented on a Zynq FPGA2019

    • Author(s)
      Yuuki Kawahara, Hiroto Komatsu, Takumu Shimada, Noriyuki Utagawa, Chitose Kuroda, Ikuo Yoshihara, and Moritoshi Yasunaga
    • Organizer
      International Symposium on Artificial Life and Robotics 2019 (AROB 22th '19)
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      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Zynq FPGAを用いた自己組織化マップのハードウェア化の基本検討2018

    • Author(s)
      川原佑宇紀,小松弘人,島田拓夢,安永守利,歌川紀之,黒田千歳
    • Organizer
      第66回電子情報通信学会機能集積情報システム研究会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 円形空洞試験体の波形データを用いた学習による打音法2018

    • Author(s)
      歌川紀之,黒田千歳,瀬谷正巳,安永守利,島田拓夢
    • Organizer
      一般社団法人 日本非破壊検査協会 コンクリート構造物の非破壊検査しシンポジウム
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 打音検査への機械学習の適用2018

    • Author(s)
      黒田千歳,歌川紀之,島田拓夢,小松弘人,川原佑宇紀,安永守利
    • Organizer
      土木学会第73回年次学術講演会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 自己組織化マップを用いた打音法(2)2018

    • Author(s)
      歌川紀之,黒田千歳,島田拓夢,小松弘人,川原佑宇紀,安永守利
    • Organizer
      土木学会第73回年次学術講演会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] トンネル切羽画像の自己組織化マップと深層学習による認識と解析2018

    • Author(s)
      島田拓夢,安永守利,瀬谷正巳,黒田千歳,歌川紀之
    • Organizer
      第67回電子情報通信学会機能集積情報システム研究会,信学技報 (FIIS18)
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Zynq FPGAを用いた自己組織化マップのハードウェア化と打音検査システムへの適用2018

    • Author(s)
      小松弘人,川原佑宇紀,島田拓夢,安永守利,歌川紀之,黒田千歳
    • Organizer
      第67回電子情報通信学会機能集積情報システム研究会,信学技報 (FIIS18)
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 試験体で得られた学習データを用いた打音法2018

    • Author(s)
      黒田千歳,歌川紀之,島田拓夢,小松弘人,川原佑宇紀,原田謙一,安永守利
    • Organizer
      一般社団法人 日本非破壊検査協会 平成30年度秋季講演大会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] トンネル切羽観察(風化変質)のAI(自己組織化マップ:SOM)による自動評価の試み2017

    • Author(s)
      瀬谷正巳,黒田千歳,歌川紀之,島田拓夢,安永守利
    • Organizer
      土木学会第72回年次学術講演会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 自己組織化マップSOMを用いた打音法2017

    • Author(s)
      歌川紀之,黒田千歳,安永守利,島田拓夢
    • Organizer
      土木学会第72回年次学術講演会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] AIを用いた打音データの解析について2017

    • Author(s)
      歌川紀之,黒田千歳,瀬谷正巳,島田拓夢,安永守利
    • Organizer
      日本非破壊検査協会 平成28年度秋季講演大会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] An impact-echo method using self-organizing map2017

    • Author(s)
      Takumu Shimada, Hiroto Komatsu, Yuuki Kawahara, Noriyuki Utagawa, Chitose Kuroda, Ikuo Yoshihara, and Moritoshi Yasunaga
    • Organizer
      International Symposium on Artificial Life and Robotics
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hardware implementation of a self-organizing map using a zynq FPGA and its application to impact-echo testing2017

    • Author(s)
      Hiroto Komatsu, Takumu Shimada, Yuuki Kawahara, Noriyuki Utagawa, Chitose Kuroda, Ikuo Yoshihara, and Moritoshi Yasunaga
    • Organizer
      International Symposium on Artificial Life and Robotics
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-07-21   Modified: 2021-02-19  

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