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Structural performance evaluation of real civil infrastructure by merging dense point cloud data into FE analysis

Research Project

Project/Area Number 21K04230
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
Research InstitutionHokkaido University (2022-2023)
Kitami Institute of Technology (2021)

Principal Investigator

Miyamori Yasunori  北海道大学, 工学研究院, 教授 (00363383)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords点群データ / SfM / 構造解析 / FEM / 点群モデル / FEMモデル / 鋼構造 / 点群 / 維持管理 / 既存構造物 / 健全度評価
Outline of Research at the Start

設計図書などに基づき構築されたFEMモデルに、供用中の実構造物の損傷部分を撮影して得られた点群モデルを融合させて、実構造物の性能評価を高精度に行う方法を開発する。
具体的には、3次元形状でかつ損傷を有する構造部材を精度よく点群モデル化する方法を確立したうえで、FEMモデルに損傷部分の点群モデルの座標値を組み込むプログラムを開発する。さらに、より大型の実橋梁を対象にロボット撮影技術と組み合わせて実証試験を行う。

Outline of Final Research Achievements

We developed a method to construct a finite element model that can calculate the displacement and stress distribution of a structural member from point cloud data acquired by SfM (Structure from Motion), which is 3D data that can be used to manage civil infrastructures. The coordinate data of the point cloud model is used as nodal points in units of a voxel. The point cloud data was converted into 2D cross sections at regular intervals in the axial direction of the member, each section was divided into 2D Delaunay sections, and solid elements were created by connecting adjacent sections and nearest neighbor points. The point cloud FE model constructed with this method enables linear static analysis of structures with locally reduced thickness and shows the possibility of quantitatively understanding the stress state of existing structures.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年,構造物の維持管理に3次元データが活用されている.SfM(Structure from Motion)は通常のデジタルカメラで撮影した静止画や動画から3次元点群データを構築することができて,経済性や汎用性に優れている.一方,現状では点群データは構造物の外面の変状を確認し,健全性を定性的に評価することが主な用途である.本研究は,構造物の維持管理をさらに効率化するため,点群データから構造解析可能な数値モデルを作成して,健全性を定量的に把握する方法であり,表面的には劣化が進行していても,実際の保有耐力を適切に評価し,構造物の長寿命化につながる技術で,有用性があり社会的意義を有する.

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Construction of a point cloud FE model of the structure and its validity by static load tests2024

    • Author(s)
      吉田 明燁、宮森 保紀、門田 峰典、齊藤 剛彦
    • Journal Title

      Journal of Structural Engineering, A

      Volume: 70A Issue: 0 Pages: 414-427

    • DOI

      10.11532/structcivil.70A.414

    • ISSN
      1881-820X
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] THE TECHNOLOGICAL TRENDS AND FUTURE CHALLENGES OF POINT CLOUD PROCESSING TECHNOLOGY FOR THE MAINTENANCE OF CIVIL STRUCTURES2021

    • Author(s)
      門田峰典,宮森保紀
    • Journal Title

      Intelligence, Informatics and Infrastructure

      Volume: 2 Issue: J2 Pages: 333-340

    • DOI

      10.11532/jsceiii.2.J2_333

    • NAID

      130008118351

    • ISSN
      2435-9262
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 小規模鋼橋における3 次元点群データ取得方法の検討2024

    • Author(s)
      小室翔
    • Organizer
      令和5年度土木学会北海道支部年次技術研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 損傷を受けた鋼桁の載荷実験および点群 FEMモデルによる応力解析2024

    • Author(s)
      吉田明燁
    • Organizer
      令和5年度土木学会北海道支部年次技術研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 2主桁供試体の点群 FEMモデル構築アルゴリズムの開発2023

    • Author(s)
      吉田明燁
    • Organizer
      令和5年度土木学会全国大会第78回年次学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 交差する部材を有する桁供試体の点群データからFEMデータへの変換に関する検討2023

    • Author(s)
      吉田明燁、宮森保紀、齊藤剛彦、門田峰典
    • Organizer
      土木学会北海道支部令和4年度年次技術研究発表会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 鋼構造物の点群モデルからFEMモデルを構築するための要素生成方法の改良に関する検討2022

    • Author(s)
      吉田明燁、宮森保紀、齊藤剛彦
    • Organizer
      令和4年度土木学会全国大会第77回年次学術講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 鋼部材の点群データからFEMデータへの変換における部材隅角部の要素生成に関する検討2022

    • Author(s)
      吉田明燁、宮森保紀、齊藤剛彦
    • Organizer
      第47回土木情報学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 立体的な構造物の3次元点群モデルを構築するための撮影手法に関する基礎的検討2022

    • Author(s)
      吉田明燁,宮森保紀,齊藤剛彦
    • Organizer
      土木学会北海道支部令和3年度年次技術研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 鋼I桁供試体の3次元高密度点群モデルからFEMモデルへの自動変換手法の改良2021

    • Author(s)
      宮森保紀,齊藤剛彦,山崎智之,佐藤瑛典,吉田明燁
    • Organizer
      第46回土木情報学シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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