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大脳視覚野モデルを用いたトンネル切羽の解析・認識システム

研究課題

研究課題/領域番号 17K18897
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
研究分野 土木工学およびその関連分野
研究機関筑波大学

研究代表者

安永 守利  筑波大学, システム情報系, 教授 (80272178)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2018年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
キーワード自己組織化マップ / 大脳視覚野 / トンネル / 切羽 / コンクリート / 打音検査 / パターン認識
研究成果の概要

大脳の視覚野をモデルとした人工知能である自己組織化マップ(SOM:Self-Organizing Map)をトンネルの切羽(掘削途中の断面)の判定やコンクリート打音検査に適用し,SOMが今後の情報土木建築(I-Construction)における解析・認識技術に有効であることを示した.
一方SOMは計算量が多いため,ソフトウェアだけでは学習に時間がかかるという問題を有する.さらに本研究では,この問題を解決するためにSOMの専用のハードウェアシステムを提案した.そして,ハードウェアシステムの試作により,ソフトウェアに比べて数倍~40倍の高速化が可能であることを示した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

トンネルやダム,橋梁などの社会インフラは,その老朽化が急速に進んでいる.一方で,熟練の検査者は減少しており,今後は人工知能をこれらの検査・解析に応用することが望まれている.本研究では,大脳の視覚野をモデルとした人工知能である自己組織化マップをこれら社会インフラの検査・解析に適用した.自己組織化マップは,“学習結果の可視化”というディープラーニング等の人工知能技術にはない特徴を有する.本研究では,この特徴が検査者をアシストする新たな検査システム開発に有効であることを示した.さらに,本システムを専用ハードウェア化することで,大規模な自己組織化マップを高速に実行できることを試作・評価により示した.

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 自己組織化マップ(SOM)を用いた打音法2018

    • 著者名/発表者名
      黒田千歳,安永守利
    • 雑誌名

      検査技術(日本工業出版)

      巻: 23 ページ: 30-35

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Evaluation of support vector machine applied to hammering-sound-test for different concrete structures2020

    • 著者名/発表者名
      Yu Yasuda, Yuuki Kawahara, Noriyuki Utagawa, Chitose Kuroda, Ikuo Yoshihara, and Moritoshi Yasunaga
    • 学会等名
      International Symposium on Artificial Life and Robotics 2020 (AROB 25th '20)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 自己組織化マップを用いた打音診断2019

    • 著者名/発表者名
      黒田千歳,歌川紀之,島田拓夢,小松弘人,川原佑宇紀,原田謙一,安永守利
    • 学会等名
      土木学会第74回年次学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Zynq FPGAを用いた自己組織化マップ計算の高速化2019

    • 著者名/発表者名
      川原佑宇紀,安永守利
    • 学会等名
      第70回電子情報通信学会機能集積情報システム研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] マルチ打音システムを用いたコンクリートの剥離検知2019

    • 著者名/発表者名
      歌川紀之,黒田千歳,川原佑宇紀,安田 悠,安永守利
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 平成31年度秋季講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Parallel hardware implementation of self-organizing map using multiple Zynq FPGAs2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kawahara, Hiroto Komatsu, Takumu Shimada, Noriyuki Utagawa, Chitose Kuroda and Moritoshi Yasunaga
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications 2019 (NOLTA2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 自己組織化マップ(SOM)の基礎とそのFPGAによるハードウェア実装2019

    • 著者名/発表者名
      安永守利
    • 学会等名
      エレクトロニクス実装学会 インテリジェント実装学会公開研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Design and performance evaluation of a self-organizing map implemented on a Zynq FPGA2019

    • 著者名/発表者名
      Yuuki Kawahara, Hiroto Komatsu, Takumu Shimada, Noriyuki Utagawa, Chitose Kuroda, Ikuo Yoshihara, and Moritoshi Yasunaga
    • 学会等名
      International Symposium on Artificial Life and Robotics 2019 (AROB 22th '19)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Zynq FPGAを用いた自己組織化マップのハードウェア化の基本検討2018

    • 著者名/発表者名
      川原佑宇紀,小松弘人,島田拓夢,安永守利,歌川紀之,黒田千歳
    • 学会等名
      第66回電子情報通信学会機能集積情報システム研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 円形空洞試験体の波形データを用いた学習による打音法2018

    • 著者名/発表者名
      歌川紀之,黒田千歳,瀬谷正巳,安永守利,島田拓夢
    • 学会等名
      一般社団法人 日本非破壊検査協会 コンクリート構造物の非破壊検査しシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 打音検査への機械学習の適用2018

    • 著者名/発表者名
      黒田千歳,歌川紀之,島田拓夢,小松弘人,川原佑宇紀,安永守利
    • 学会等名
      土木学会第73回年次学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 自己組織化マップを用いた打音法(2)2018

    • 著者名/発表者名
      歌川紀之,黒田千歳,島田拓夢,小松弘人,川原佑宇紀,安永守利
    • 学会等名
      土木学会第73回年次学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] トンネル切羽画像の自己組織化マップと深層学習による認識と解析2018

    • 著者名/発表者名
      島田拓夢,安永守利,瀬谷正巳,黒田千歳,歌川紀之
    • 学会等名
      第67回電子情報通信学会機能集積情報システム研究会,信学技報 (FIIS18)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Zynq FPGAを用いた自己組織化マップのハードウェア化と打音検査システムへの適用2018

    • 著者名/発表者名
      小松弘人,川原佑宇紀,島田拓夢,安永守利,歌川紀之,黒田千歳
    • 学会等名
      第67回電子情報通信学会機能集積情報システム研究会,信学技報 (FIIS18)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 試験体で得られた学習データを用いた打音法2018

    • 著者名/発表者名
      黒田千歳,歌川紀之,島田拓夢,小松弘人,川原佑宇紀,原田謙一,安永守利
    • 学会等名
      一般社団法人 日本非破壊検査協会 平成30年度秋季講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] トンネル切羽観察(風化変質)のAI(自己組織化マップ:SOM)による自動評価の試み2017

    • 著者名/発表者名
      瀬谷正巳,黒田千歳,歌川紀之,島田拓夢,安永守利
    • 学会等名
      土木学会第72回年次学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 自己組織化マップSOMを用いた打音法2017

    • 著者名/発表者名
      歌川紀之,黒田千歳,安永守利,島田拓夢
    • 学会等名
      土木学会第72回年次学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] AIを用いた打音データの解析について2017

    • 著者名/発表者名
      歌川紀之,黒田千歳,瀬谷正巳,島田拓夢,安永守利
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 平成28年度秋季講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] An impact-echo method using self-organizing map2017

    • 著者名/発表者名
      Takumu Shimada, Hiroto Komatsu, Yuuki Kawahara, Noriyuki Utagawa, Chitose Kuroda, Ikuo Yoshihara, and Moritoshi Yasunaga
    • 学会等名
      International Symposium on Artificial Life and Robotics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hardware implementation of a self-organizing map using a zynq FPGA and its application to impact-echo testing2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Komatsu, Takumu Shimada, Yuuki Kawahara, Noriyuki Utagawa, Chitose Kuroda, Ikuo Yoshihara, and Moritoshi Yasunaga
    • 学会等名
      International Symposium on Artificial Life and Robotics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-07-21   更新日: 2021-02-19  

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