2019 Fiscal Year Annual Research Report
車載型高速地中レーダー計測とDSP・AI処理による地表地中空間情報の超規模構築
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19H02221
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
水谷 司 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (10636632)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 模擬フィールド / 埋設管 / 空洞 / 地中レーダー / DSP・AI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，非学習型で解析学的処理の代表格である「ディジタル信号処理」と進展目覚ましい学習型処理の「最先端のAI」を高度に活用することで，「非可視空間情報」である地中内部の埋設管・空洞の「三次元位置」と可能であれば材質などのプロパティまでを自動で推定することを目的としている．実際の道路内部の状態を知ることは困難な場合が多いことから，初年度は当初の計画通りに有効性検証用の試験フィールドの構築をした．試験フィールドにはさまざまな材質・太さ，勾配，向きの実際に道路内部で利用されている縦横断埋設管を埋め込んでいる．さらに別の既往のフィールドデータとして複数の模擬空洞を埋設した試験フィールドのデータについも入手することができた．空洞の定義は国土交通省によると一般的に，水平スケール50×50 cm，厚さ10 cm以上とされることから，そのサイズを中心にした複数の大きさの模擬空洞が埋設されている．
埋設管フィールドと空洞フィールドについては，共に５０MHzから約３GHzまで対応している送受信アンテナをもつ地中レーダーを用いて計測した．
計測したデータを用いて，本格分析は翌年度以降に予定していたものの，予定を前倒しして，人工知能と解析学的信号処理のアルゴリズム開発も開始した．アルゴリズムの開発は，汎用数値計算ソフトウェアであるMATHWORKS社製の「MATLAB」をベースに行っている．全体の処理フローは①「前処理」，②AIによる「中央処理」，③「後処理」として地中内部の反射物の反応を局在化させ大きさを推定する「マイグレーション」アルゴリズムを実装している．
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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
当初予定していた通りにさまざまな材質・太さ，勾配，向きの実際に道路内部で利用されている縦横断埋設管を埋め込んだ模擬フィールドを構築することができた．さらに空洞については，別の既往のフィールドデータとして複数の模擬空洞を埋設した試験フィールドのデータについも入手することができ，本研究で実施する埋設管・空洞のレーダーを使った自動検知に必要なデータを取得するためのフィールドおよびデータを準備することができた．
また，埋設管フィールドと空洞フィールドについては，共に５０MHzから約３GHzまで対応している送受信アンテナをもつ地中レーダーを用いてすでに計測を実施しており，計測したデータを用いて，本格分析は翌年度以降に予定していたものの，予定を前倒しして，人工知能と解析学的信号処理のアルゴリズム開発も開始しているため，開発はおおむね順調に進展しているといえる．なお，アルゴリズムの開発は，汎用数値計算ソフトウェアであるMATHWORKS社製の「MATLAB」をベースに行っており，全体の処理フローは①「前処理」，②AIによる「中央処理」，③「後処理」として地中内部の反射物の反応を局在化させ大きさを推定する「マイグレーション」アルゴリズムを実装している．開発したこのアルゴリズムを土台として次年度はさらに開発を進展させられる見込みである．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は前年度に予定を前倒しして開始したデータ処理アルゴリズムの構築をさらに進展させる．アルゴリズムの開発は，前年度同様解析システムの確立のしやすさを考えて，すべてMATHWORKS社製の汎用数値計算ソフトウェア「MATLAB」をベースに行う．前述の通り，全体の処理フローは①「前処理」，②AIによる「中央処理」，③「後処理」として地中内部の反射物の反応を局在化させ大きさを推定する「マイグレーション」アルゴリズムによる複数ステップにより構成される．
AIの開発には多くのデータが必要となると予想されることから，1万オーダーのオリジナルデータの確保を目指す．教師データ収集の労力を大幅に低減するため，埋設管と空洞のレーダー画像をタッチすることで自動で所定の画像サイズで切り出し保存する「アノテーターグラフィカルユーザーインターフェース」の開発も行う．構築したアルゴリズムを既に計測した試験フィールドデータに適用し，埋設管などの三次元位置情報の検出能を検証する．精度の向上が必要な場合には，教師データの追加・学習，エラー除去のディジタル信号処理の改良などを繰り返し行う．
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Research Products
(12 results)
