2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of Algorithm for Estimating Seismic Damage of Buried Pipelines Using State-Vector Space on Road Surface Ground Failures
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22K18303
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
庄司 学 筑波大学, システム情報系, 教授 (60282836)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永田 茂 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 災害過程研究部門, 主幹研究員 (50217999)
北原 格 筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (70323277)
川村 洋平 北海道大学, 工学研究院, 教授 (40361323)
延原 肇 筑波大学, システム情報系, 教授 (80359687)
丸山 喜久 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (70397024)
西尾 真由子 筑波大学, システム情報系, 准教授 (00586795)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Keywords | 末梢系埋設管路 / 地震損傷 / 推定アルゴリズム / 道路路面 / 地盤変状 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，上水道の配水管，及び，下水道の汚水管・雨水管等のライフライン末梢系地下埋設管路を対象として，埋設地点の道路路面に対する地震起因の地盤変状を画像データとして覚知した場合の埋設管路の損傷推定アルゴリズムを開発することである．
研究パートAでは，地震起因の地盤変状で被災した埋設管路のデータベースを構築するとともに，道路路面に発生した地震起因の地盤変状の特徴を明らかにした．熊本地震発生後の道路路面の数百点に及ぶ被害モードを25枚の航空写真から同定し，道路路面の地震被害モードに関わる教師データを構築するともに，これらの輝度値の変化に着目することで，コントラスト(CNT)，分散(VAR)，歪度(SKW)，尖度(KRT)，エネルギー(EGY)，エントロピー(EPY)の6つの特徴量に基づくテクスチャ解析により，道路路面の地震被害モードの検出に有効な特徴量を定性的に明らかにした．同じく熊本地震で被災した上・下水道の末梢系埋設管路を対象として，地表面最大速度(PGV)並びに地表断層変位(U)の空間変動に対する埋設管路の被害率の特徴を明らかにし，PGVとUの2変量に対するフラジリティー特性を解明した．
研究パートBでは，UAVや車両搭載カメラより取得する画像データより推定される道路路面の状態量から，地震で被災した後の管路－埋設地盤系の状態観測量を出力する識別子を創出することで，地震直後の地下埋設管路の損傷推定に関わる第1フェーズのアルゴリズムの開発を試みた．RTK-GNSS並びに高解像度コンパクトデジタルカメラを搭載したドローンを想定した実験装置を用いて地表の亀裂の空撮画像を取得した上で，空撮画像のステレオマッチングによる亀裂の深さ計測アルゴリズムを提案し，ミリメートルオーダの高さ方向解像度及び深さ5cmから15cmの亀裂に対してマイクロメートルオーダの亀裂の深さ計測精度を達成した．
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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
「補助事業期間中の研究実施計画」に示した研究内容に対して，1) 研究パートAについては熊本地震で被災した道路路面に対して航空写真に基づくテクスチャー解析により特徴量の抽出をはかることができたこと，また，同じく熊本地震で被災した上・下水道埋設管路の被害データの収集をはかることができ，かつ，強震動並びに地表断層変位による2変量のフラジリティー特性をあきらかにできたこと，一方，2）研究パートBについてはRTK-GNSS，高解像度コンパクトデジタルカメラを搭載したドローンから地表の亀裂の空撮画像を取得し，空撮画像のステレオマッチングによる亀裂の深さ計測アルゴリズムを提案でき，かつ，ミリメートルオーダの高さ方向解像度および深さ5cm, 15cm の亀裂に対してマイクロメートルオーダの高精度の深さ計測を達成できたこと，により上記の自己点検評価となった．
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| Strategy for Future Research Activity |
「補助事業期間中の研究実施計画」に示した研究内容において，2022年度に得られた上・下水道埋設管路の被害データに対する分析を推進し，分析対象とする地下埋設管路の管体構造，継手構造，材料特性，管径・管厚，継手間のスパン，人孔構造，道路路面からの埋設深度，埋設土質の物性，建設年からの経年時間を管路－埋設地盤系の状態量とし，管体割れの幅や長さ，管体の座屈変形量や屈曲角度，継手部の相対変位量等の地震損傷モードの観測情報を加えて，系の状態観測量に関わるプロトタイプデータを構築する．同様に，2022年度に開発を進めた，空撮画像のステレオマッチングによる亀裂の深さ計測アルゴリズムに関わる研究を推進し，地盤変状の中でも道路路面の液状化被害に焦点を当てて，UAVによる空撮と道路路面－埋設地盤系の振動台加震実験を組み合わせた，アルゴリズムの検証実験を実施する．
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| Causes of Carryover |
研究パートAにおいて，地震起因の地盤変状で被災した埋設管路のデータベース構築にあたり，PCワークステーション並びに分析ソフトウェアの選定を試みたが，コロナ禍並びにウクライナ戦争による物価高騰並びに必要PCパーツ等の調達困難に直面した結果，2023年度にあらためて選定しなおした上で購入することとしたため．
また，研究パートBにおいて，埋設管路の損傷推定に関わるアルゴリズムの開発にあたり，必要となるUAVやデジタルカメラ等の購入に対して，同様に，コロナ禍並びにウクライナ戦争による物価高騰並びに必要PCパーツ等の調達困難に直面した結果，2023年度にあらためて選定しなおした上で購入することとしたため．
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