2019 Fiscal Year Annual Research Report
Bayesian System Identification and Information Integration for enhancement of structural health monitoring
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19H02225
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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) |
五井 良直 京都大学, 工学研究科, 助教 (30831359)
張 凱淳 京都大学, 工学研究科, 講師 (50751723)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ベイズ理論 / 異常検知 / 時間領域 / 橋梁 / 振動 / モニタリング / 構造同定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，構造ヘルスモニタリグにおける同定精度向上と他の先験情報との融合による構造物の健全度評価までを可能にする実践的な構造モニタリング手法の提案による構造ヘルスモニタリグの高度化を目的としている．具体的には，橋梁に特化した時間領域ベイズ構造同定法の構築し，提案のモニタリング情報と他の点検情報との融合によるベイズ健全度評価法の提案と実証実験による妥当性検証を目指している．
令和1年度は，「時間領域ベイズ構造同定法の構築」，「ベイズ異常検知法の提案」，「妥当性検証のための模型橋梁の整備と実橋梁のモニタリングシステム整備」について検討を行なった．
時間領域ベイズ構造同定法構築に関連して，計測される応答の時系列からベイズ更新による多変量自己回帰モデルの係数行列の正規分布モデルを同定し，その係数行列の正規分布モデルから振動特性の分布を同定する手法の提案に成功した．基礎的な枠組みの提案ができその成果を国内外の学術会議にて発表を行なっている．
ベイズ異常検知法の提案については，多変量自己回帰モデルの係数行列を特徴量として利用するベイズファクターによる異常検知法を開発し，その理論や実用性の可能性について議論した内容を国際会議にて発表を行なっており，関係者からは高い評価を得ている．
関連研究成果として，国際会議にて21件，国内学術会議にて6件，国際専門雑誌に4編，国内専門雑誌に3編の論文を発表している．また，関連学会参加のために旅費と参加登録費，模型橋梁実験および実橋梁の振動計測にためのセンサ，旅費と謝金，関連研究に関わる特別講演の講演料等を，概ね研究計画に従って支出している．
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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
R01年度は，以下の項目について，計画に従い研究が実施された．
１）橋梁モニタリグに特化した時間領域ベイズ構造同定法の構築：R01年度は不確定性が高い土木構造物に特化した時間領域でのベイズ構造同定法の構築を行なった．計測される応答の時系列からベイズ更新による多変量自己回帰モデルの係数行列の正規分布モデルを同定し，その係数行列の正規分布モデルから振動特性の分布を同定する手法（BAyesian Vector Auto-Regressive: BAVAR）の提案に成功した．ただし，多変量自己回帰モデルの最適モデル次数の自動設定のために分布の分散に着目した自動化案については，その安定性に課題が残り今後の課題である．
２）システム行列の確率分布から導いた特徴量によるベイズ異常検知法の提案：本年度は損傷に敏感な振動特性の事前設定を必要としない振動特性を一つの指標に集約した特徴量と異常検知法の提案に取り組み，BAVARで同定された係数行列の変化に着目する異常検知法のプロトタイプの提案に成功した．
３）妥当性検証のための模型橋梁の整備と実橋梁のモニタリングシステム整備:提案手法の妥当性検証のための橋梁と計測機器の整備を行い，模擬損傷の導入が可能な模型橋梁と長期モニタリングを行なっている実橋梁にBWIM用のひずみセンサや劣化した加速度センサの整備を行なった．また画像処理による変位計測や車両重量同定の可能性を検討するために，大型トラックによる走行実験を行なった．
研究実績概要で述べたとおり，国際会議にて21件，国内学術会議にて6件，国際専門雑誌に4編，国内専門雑誌に3編の論文も発表しており，現在まで進捗状況はおおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
R01年度の研究結果と課題を踏まえて，R02年度の研究推進について以下の方策を定めることで，研究を進める．
1)R01年度の研究で残された課題に対する対策：構築した時間領域ベイズ構造同定法の課題である最適モデル次数の選択法の確立と同定精度について他の手法との比較・検討の必要があり，極の分散だけではなく，極の分散とスペクトルのピークの両方を満足する仕組みで同定の自動化を図る予定である．異常検知法については，模型橋梁損傷実験や実橋梁での損傷実験データを用いてその検知性能の評価を行う．具体的には，損傷検知とセンサ数の関係を調べ，損傷検知で適用すべき最小のセンサ数を提案する．
2) R01年度の研究で，構造ヘルスモニタリングおよび異常検知における不確定性把握の重要性が浮き上がった．不確定要因としては季節変動や移動荷重の変動などが考えられる．そのために，初年度に整備した実橋梁での長期モニタリングデータや模型橋梁に橋体の温度を変化させる実験を行い，季節変動の影響について検討を行う．不確定性のモデル化のために，非線形回帰や非ガウス分布による異常検知を検討する．非ガウス分布による異常検知においては，安定分布の適用を試みる．
R01年度の研究成果については，土木学会論文集，米国土木学会（ASCE）論文集，Structural Health Monitoring, Mechanical Systems and Signal Processingなどの権威ある学術雑誌に投稿するとともに，国内外の学術会議に積極的に参加し，成果発表に励む．
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Research Products
(40 results)
