2021 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ波レーダ法によるコンクリート構造物内部異常の定量的推定を実現する検査技術
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21K04092
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
高山 潤也 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (50323796)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | マイクロ波レーダ / 非破壊検査 / 逆問題 / 非線形信号処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は「マイクロ波レーダ法によるコンクリート構造物内部異常の検査技術を確立」し，「劣化を端緒としたコンクリート構造物事故の未然防止」という実問題に対する早期解決手段を構築することにある．マイクロ波レーダ法は検査技術のひとつとして浸透しているが，観測情報が十分活用されず精度が不十分である．そこで新たな信号処理技術により観測波形中の未活用情報を抽出し，新しく構築するマイクロ波伝播モデルをそこへ組み合わせ，「内部構造の諸性状の高精度定量推定」=「鉄筋・配管の径識別」・「空隙の位置・形状同定」および「金属・樹脂・空隙の弁別」・「錆度評価」を実現する．
研究初年度は「媒質ごとのマイクロ波の減衰・透過・散乱の挙動」，「アンテナ放射の指向特性」および「周波数特性」を考慮に入れた，「波形包含情報の活用のための基盤技術の構築」を行った．具体的には，「伝播時間・位相変化の高精度同時評価法の確立」と「マイクロ波伝播モデルの緻密化」について推進した．
前者については，時間-周波数解析を利用し，伝播時間・反射位相の高精度同時評価法を構築した．反射時には，コンクリートと異常部位の電気特性相違から波形の位相が変化する．その推定も実現しつつ，伝播時間評価精度を従来の数倍まで高めることが可能となった．また後者については，反射点の正確な座標・誘電率の推定には伝播経路情報が不可欠であることから，有限差分時間領域(FDTD)法による伝播シミュレーションを行い，その性質のモデル化を試みた．結果に基づき，減衰・透過・散乱特性として電気的特性境界面での挙動に関するモデル化を図り，マイクロ波伝播モデルに組み込むことで緻密化を達成するに至った．
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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
本研究では，コンクリート内部構造に関する諸性状を誰もが「容易」に「高精度定量推定」できる検査技術の実現を，1．波形包含情報の活用のための基盤技術構築 ⇒ 信号処理技術と伝播モデルの完成，2．異常部位の定量推定技術の構築 ⇒ 逆問題的手法に基づく性状推定，3．漸進学習型信号処理機能の実現 ⇒ 学習・更新による推定精度の向上をサブ課題として，基盤技術構築とその発展的応用により達成する計画である．
初年度は「波形包含情報の活用のための基盤技術構築」を行い，原理的あるいは数値解析的な検討を進め，概ね初期の目標を達成できている．原理的な側面からは新たな信号処理手法として，時間-周波数解析を利用した伝播時間・反射位相の高精度同時評価法を構築するに至った．また数値解析的側面からは，有限差分時間領域法による伝播シミュレーションを行い，電気的特性境界面における減衰・透過・散乱特性のモデル化とそれらのマイクロ波伝播モデルへ組み込みにより緻密化を図るに至っている．また研究成果のまとめも順調であり，国際学会発表1件，国内学会発表1件を行い，学術論文2編がまとまった．
一方でそれら検討内容の実験的検証に関しては，行動制限などの影響もあって，わずかではあるものの不足してしまった状況にあると判断している．しかしながら次年度早々に検証を行うことで十分に取り戻せる範囲であり，研究推進に際して大きな問題とはならない．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究2年目当初には，初年度に不足していた実験的県書をまず初めに実施する予定であり，そのうえで「コンクリート構造物内の異常部位の定量推定技術の構築」に着手する．具体的には，はじめに研究初年度に構築した基盤技術：「伝播時間・位相変化評価法」と「マイクロ波伝播モデル」を発展的に融合し，伝播時間・位相変化評価と伝播経路推定を交互に繰り返して相互補間的に推定精度を向上させる方法を構築する．
さらに「定量推定の実現」として，上記の伝播時間・位相変化量・伝播モデルを利用した推定法を基盤とする位置・形状推定（伝播時間+伝播モデル）⇒ 鉄筋・配管径と空隙形状の推定，材質・劣化度推定（位相変化量+伝播モデル）⇒ 金属・樹脂・空隙弁別と錆度推定を，それぞれ実現していく．
研究3年目はそれらの方法へ学習機能を付与することで，継続的に推定性能の向上を図るための機能を実現していく予定であり，現段階では概ね当初計画通りに推進していく予定である．
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| Causes of Carryover |
実地実験の実施を先送りし，実験関係の機器類とデータ処理用計算機の購入も併せて先送りしたためである．また旅費についても，実地実験用およびオンライン開催となったため学会参加用が余分となった．当該費用については，次年度の実地実験実施時に機器購入と旅費に充てる計画である．
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Research Products
(4 results)
