2016 Fiscal Year Annual Research Report
Bayesian Anomaly Detection for Long-term Bridge Health Monitoring
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16H04398
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
金 哲佑 京都大学, 工学研究科, 教授 (80379487)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野村 泰稔 立命館大学, 理工学部, 任期制講師 (20372667)
橋本 国太郎 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (40467452)
張 凱淳 京都大学, 工学研究科, 講師 (50751723)
吉田 郁政 東京都市大学, 工学部, 教授 (60409373)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 長期モニタリング / 外部因子 / 非線形統計解析 / ベイズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，長期的な経年変化に着目した橋梁異常診断の実現のため，長期モニタリングにおける様々な外部因子（気象状況・構造物の運用状況など）の影響や多種多量のデータを逐次に分析できる異常診断法の構築を目的とする．
そのために研究初年度のH28年度は，長期橋梁モニタリングの観測データ（指標）の外部因子による変化と橋梁の損傷による変化を区別するとともに損傷による変化をより明確にするため，まず外部因子の観測値への影響をARXモデルで近似し逐次改良のためにカルマンフィルタを適用した適応型回帰モデルを開発した．その試みをまとめてKKHTCNN，IALCCE2016にて発表している．またStructural Infrastructure Engineeringに投稿している．
長期モニタリングデータによる異常診断においては，異常の有無に関する事前情報を必ずしも必要としない仮説の尤度比に着目した逐次ベイズ異常診断の基礎理論の提案に成功している．その成果をまとめて，国際会議および国内外の専門雑誌に発表している．またコピュラベース尤度比の誘導に成功し，コピュラベース尤度比に基づいた損傷指標Z値を用い橋梁の長期モニタリングへの適用を試みた．また既往の研究で検討されたあるマハランビス距離（MD）およびベイズファクター（BF)による異常検知度とも比較検討を行った．その結果，コピュラによる損傷指標Z値の方がMDおよびBFより変化に敏感であったが，虚報（false alarm）の可能性も高いことが明らかになった．
その他，橋梁振動モニタリングにおける損傷検知の実橋梁への適用について検討を行い，トラス橋梁の引張材の腐食による切断損傷であれば，提案手法による損傷検知の可能性が高いことが分かった．関連して国内外の専門雑誌に発表している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H28年度は以下の項目について計画とおり研究が実施された．
１）外部因子と観測値の多変量確率変数間の非線形性までを考慮する回帰モデルの構築；２）逐次更新の長期モニタリングデータに適合する逐次回帰法の構築；３）構造同定手法の整備と無事前情報異常検知法の開発；４）妥当性検証のための模型桁整備と実橋長期モニタリング用の機器整備
具体的に，長期モニタリングにおける外部因子と観測値の相関を考慮できる逐次回帰モデルを構築した．また観測データ間の非線形的相関を考慮するために，コピュラモデルの検討を行った結果，観測値間の確率的な独立性を表すコピュラモデルとしてガウス型コピュラが適切であることが分かった．またコピュラベース尤度比の誘導に成功し，コピュラベース尤度比に基づいた損傷指標Z値を用い橋梁の長期モニタリングへの適用を試みた．コピュラによる損傷指標Z値の損傷検知における感度と虚報の可能性について検討を行う必要があることが明らかになった．また適応型ベイファクタの基礎理論の開発にも成功しており，適応型ベイファクタによる異常検知に可能性について検討を行った．実橋梁での損傷実験データに適応型ベイファクタを適用した結果，異常検知のみならず損傷位置に近いセンサの同定も可能であることが分かった．適応型ベイファクタの基礎理論開発には「無事前情報ベイズ」に着目しており，事前情報を必要としない異常検知法として拡張できる．
計測機器やモニタリング対象橋梁の整備については，計画とおり実験室の模型橋梁の整備を行った．また長期モニタリング対象橋梁でのセンサや長期モニタリング用の計測機器の整備を行い，現在継続して長期モニタリングを実施している．
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度の研究結果と課題を踏まえて，2年目の研究推進について以下の方策を定めることで，研究目標の達成を目指す．
１）コピュラによる損傷指標Z値の損傷検知における感度と虚報の可能性について検討を行う予定である．検討にはH28年度に整備した実橋梁の長期振動モニタリングデータを用い，詳細点検結果の比較によるコピュラベース損傷指標Z値の損傷検知感度および虚報度について検討を行う．
２）H28年度開発した適応型ベイファクタの損傷検知性能について検討を行う．性能検討には，H28年度に整備した実橋梁と模型桁での振動モニタリングデータを用いる．
３）H28年度開発した手法をPC桁の損傷検知にも適用し，その汎用性について検討を行う．
４）スマートフォンによる簡易目視点検システムを構築し，その目視点検データとモニタリングデータの融合法を開発する．
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