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Mining4.0時代における効率的な発破のためのデジタルツイン技術の共創

研究課題

研究課題/領域番号 21KK0070
研究種目

国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

配分区分基金
審査区分 中区分22:土木工学およびその関連分野
研究機関北海道大学

研究代表者

川村 洋平  北海道大学, 工学研究院, 教授 (40361323)

研究分担者 北原 格  筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (70323277)
宍戸 英彦  筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (50782067)
鳥屋 剛毅  秋田大学, 国際資源学研究科, 准教授 (50753240)
福田 大祐  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80647181)
菊池 亮佑  北海道大学, 工学研究院, 助教 (50832854)
PARK ILHWAN  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80844753)
謝 淳  筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (00913287)
研究期間 (年度) 2021-10-07 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
2024年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
キーワード研究交流 / World Mining Congress / 発破デザイン / 派遣・招聘 / 粒度分布推定 / 人工知能 / 多視点画像撮影方式 / スマートマイニング / デジタルツイン / 発破 / モックパイル粒度分布推定 / Blastingプラットフォーム / チーム再編成 / Webinar / オーストラリア / スマ ートマイニング
研究開始時の研究の概要

本共同研究は、世界の鉱業が目指す“2050年の低炭素型自動化・無人化鉱山操業”を牽引する次世代鉱山デジタルツインテクノロジーを開発するものである。自動化および無人化が最も必要とされる発破現場の切羽と発破起砕物を対象に、3次元形状復元などの多次元情報処理と深層学習に代表される人工知能を統合することでCyber-Physical Blastingプラットフォームを構築する。その中で多様な発破シミュレーションおよび検証実験を繰り返し、モックパイル粒度分布推定や発破デザインなどの自動化システムを実装することにより、最適発破計画、発破効率向上、生産率向上、生産管理および安全管理を実現とする。

研究実績の概要

本共同研究は、世界の鉱業が目指す“2050年の低炭素型自動化・無人化鉱山操業”を牽引する次世代鉱山デジタルツインテクノロジーを開発するものである。自動化および無人化が最も必要とされる発破現場の切羽と発破起砕物(モックパイル)を対象に、3次元形状復元などの多次元情報処理と深層学習に代表される人工知能を統合することでCyber-Physical Blastingプラットフォームを構築する。その中で多様な発破シミュレーションおよび検証実験を繰り返し、モックパイル粒度分布推定や発破デザインなどの自動化システムを実装することにより、最適発破計画、発破効率向上、生産率向上、生産管理および安全管理を実現とするものである。
本研究チームは、鉱業界で世界随一の規模と研究体制を誇るの研究教育コンソーシアムMining Education Australiaと関わりが深く、MEAが推し進める“未来のスマートマイニングに資する共同研究”に、本研究の研究成果である高度ICTを導入することで国際共同研究開発を加速・推進した。国内外の先進的な研究者で組織された学際研究チームが、上記コンソーシアムや海外資源採掘企業と緊密に連携しながら研究開発を実施することにより、実用化の先鞭を付けること目指した。
3年目である2023年度は10名の若手研究者(修士学生)をCurtin大学、Queensland大学へ1カ月派遣した。また、Curtin大学からはオーストラリア側対応者であるHyongdoo Jang氏を日本に招聘し研究打合せと講演を実現した。さらにブリスベンで開催されたWorld Mining Congressに3名の関係学生を派遣し、学会発表や懇親を行う等の十分な交流を実現した。国内では研究項目である人工知能による発破デザイン最適化システムを開発して。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

他の獲得予算も組み合わせ、当初予定の3倍程度の人材交流が可能となった。また、共同研究においても有効な現場データを得て、計画以上の成果を示せた。

今後の研究の推進方策

来年度は、資源採掘作業のVR空間生成とそれを用いた疑似作業体験の実現および現場での効果的なARによるデジタルツイン技術の開発を目指す。広大な採掘現場を隅々まで正確に記述したCGモデルを生成するためには、膨大な計測コストおよびデータ量が必要である上に、生成したCGモデルをレンダリングするための専用計算機が必要であり、実利用上現実的とは言い難い。本研究課題では、現場の忠実なコピーを目指すのではなく、“採掘作業にとって再現が必要な要因のVR・AR提示”に着目した研究開発を展開する。多視点全方位映像から得られる光線情報とIBMRによって復元した3次元形状を適応的に組み合わせることにより、互いの長所を活かしたVR・AR空間構築技術を開発する。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (17件) (うち国際共著 10件、 査読あり 17件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 14件、 招待講演 2件) 備考 (6件)

  • [国際共同研究] Curtin University/University of Adelaide/Monash University(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Digital Twin Technology in Data Center Simulations: Evaluating the Feasibility of a Former Mine Site. Sustain2023

    • 著者名/発表者名
      Ikeda, H.; Mokhtar, N.E.B.; Sinaice, B.B.; Mahboob, M.A.; Toriya, H.; Adachi, T.; Kawamura, Y
    • 雑誌名

      Sci. Pract. Policy

      巻: 15 ページ: 16176-16176

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Urban Quarry Ground Vibration Forecasting: A Matrix Factorization Approach2023

    • 著者名/発表者名
      Ikeda, H.; Takeuchi, M.; Pansilvania, E.; Sinaice, B.B.; Toriya, H.; Adachi, T.; Kawamura, Y.
    • 雑誌名

      NATO Adv. Sci. Inst. Ser. E Appl. Sci.

      巻: 13 ページ: 12674-12674

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Evaluation and Prediction of Blast-Induced Ground Vibrations: A Gaussian Process Regression (GPR) Approach2023

    • 著者名/発表者名
      Yewuhalashet Fissha, Hajime Ikeda, Hisatoshi Toriya, Narihiro Owada, Tsuyoshi Adachi, and Youhei Kawamura
    • 雑誌名

      Mining 3

      巻: 4 ページ: 659-682

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Deep Learning-Based Estimation of Muckpile Fragmentation Using Simulated 3D Point Cloud Data2023

    • 著者名/発表者名
      Hajime Ikeda, Taiga Sato, Kohei Yoshino, Hisatoshi Toriya, Hyongdoo Jang, Tsuyoshi Adachi, Itaru Kitahara, Youhei Kawamura
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 13 号: 19 ページ: 10985-10985

    • DOI

      10.3390/app131910985

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Vehicle Localization in a Completed City-Scale 3D Scene Using Aerial Images and an On-Board Stereo Camera2023

    • 著者名/発表者名
      Haihan Zhang, Chun Xie, Hisatoshi Toriya, Hidehiko Shishido, Itaru Kitahara
    • 雑誌名

      Remote Sensing

      巻: 15 号: 15 ページ: 3871-3871

    • DOI

      10.3390/rs15153871

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Method for Completing Missing 3D Point Cloud Reconstructed from Aerial Multi-View Images Using Self-Attention Mechanism2023

    • 著者名/発表者名
      Takenobu Kiyama, Chun Xie, Hidehiko Shishido, Hisatoshi Toriya, Itaru Kitahara
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS2023)

      巻: 1 ページ: 927-930

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rock dynamic fracture by destress blasting and application in controlling rockbursts in deep underground2023

    • 著者名/発表者名
      Han, H., Fukuda, D., Xie, J., Salmi, E. F., Sellers, E., Liu, H., An, H., & Chan, A.
    • 雑誌名

      Computers and Geotechnics

      巻: 155 ページ: 105228-105228

    • DOI

      10.1016/j.compgeo.2022.105228

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a finite-discrete element method with finite-strain elasto-plasticity and cohesive zone models for simulating the dynamic fracture of rocks2023

    • 著者名/発表者名
      Wu Di, Li Haibo, Fukuda Daisuke, Liu Hongyuan
    • 雑誌名

      Computers and Geotechnics

      巻: 156 ページ: 105271-105271

    • DOI

      10.1016/j.compgeo.2023.105271

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Investigation of the dynamic tensile fracture process of rocks associated with spalling using 3-D FDEM2023

    • 著者名/発表者名
      Min, G., Fukuda, D., Oh, S., & Cho, S.
    • 雑誌名

      Computers and Geotechnics

      巻: 164 ページ: 105825-105825

    • DOI

      10.1016/j.compgeo.2023.105825

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Urban Quarry Ground Vibration Forecasting: A Matrix Factorization Approach2023

    • 著者名/発表者名
      Hajime Ikeda, Masato Takeuchi, Elsa Pansilvania, Brian Bino Sinaice, Hisatoshi Toriya, Tsuyoshi Adachi, Youhei Kawamura
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 13 号: 23 ページ: 12674-12674

    • DOI

      10.3390/app132312674

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] フィールド科学体験型VRシアターの構築とその教育現場への適用と評価2023

    • 著者名/発表者名
      田中洋輔, 大塚尚広, 田中優太朗, 川村洋平
    • 雑誌名

      情報処理

      巻: 64-8 ページ: 1-1

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of Bayesian Neural Network (BNN) for the Prediction of Blast-Induced Ground Vibration2023

    • 著者名/発表者名
      Yewuhalashet Fissha, Hajime Ikeda, Hisatoshi Toriya, Tsuyoshi Adachi, Youhei Kawamura
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 13 号: 5 ページ: 1-1

    • DOI

      10.3390/app13053128

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Deep Learning as an Early Detection System for Rotary Percussion Drilling Malfunctions2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshino KOSUGI, Hisatoshi TORIYA, Mahdi SAADAT, Tsuyoshi ADACHI,Hajime IKEDA,Youhei KAWAMURA
    • 雑誌名

      International Journal of the Society of Materials Engineering for Resources

      巻: Vol.25, No.2

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fragmentation Size Distribution Measurement by GNSS-Aided Photogrammetry at Real Mine Site2022

    • 著者名/発表者名
      Hisatoshi Toriya, Zedrick Paul L. Tungol, Hajime Ikeda, Narihiro Owada, Hong Doo Jang, Tsuyoshi Adachi, Itaru Kitahara, Youhei Kawamura
    • 雑誌名

      Mining

      巻: 2(3) 号: 3 ページ: 438-448

    • DOI

      10.3390/mining2030023

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An Estimation Method of Fragmentation in Blast Muckpiles Using Local and Global Modules of Deep Learning Based on 3D Point Clouds2022

    • 著者名/発表者名
      Kohei YOSHINO, Taiga SATO, Hisatoshi TORIYA, Hidehiko SHISHIDO, Jang HYONGDOO, Youhei KAWAMURA, and Itaru KITAHARA
    • 雑誌名

      International Journal of the Society of Materials Engineering for Resources

      巻: Vol.25, No.1

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Model Scaling in Smartphone GNSS-Aided Photogrammetry for Fragmentation Size Distribution Estimation2021

    • 著者名/発表者名
      Zedrick Paul L. Tungol, Hisatoshi Toriya, Narihiro Owada, Itaru Kitahara, Fumiaki Inagaki, Mahdi Saadat, Hyong Doo Jang and Youhei Kawamura
    • 雑誌名

      Minerals

      巻: 11 号: 12 ページ: 1-17

    • DOI

      10.3390/min11121301

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of spilling judgment system for dump truck loading using digital twin technology2021

    • 著者名/発表者名
      T.Sato, K.Yoshino, H.Toriya, H.Kuroki, Y.Goto, I. Kitahara, Y.Kawamura
    • 雑誌名

      Proceedings of Future Mining 2021

      巻: 5 ページ: 112-120

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Development and application of a grain-based hybrid finite-discrete element method for investigating fracture processes of heterogeneous rocks under static and dynamic loads2023

    • 著者名/発表者名
      Liu, H., Fukuda, D., Han, H. Wu, D. Zhang, QB
    • 学会等名
      15th ISRM International Congress & 72nd Geomechanics Colloquium 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Innovative Blasting Simulation Technology toward Achieving Fracturing Control in Resource Development2023

    • 著者名/発表者名
      Fukuda, D., Ikawa, W., Takahashi, Y., Saburi, T., & Kubota, S.
    • 学会等名
      11th International Conference on Explosives and Blasting
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical modeling of Controlled Demolition of Reinforced-Concrete Structures Using GPGPU-based 3-D FDEM2023

    • 著者名/発表者名
      Min, G., Fukuda, D., Park, H., Shin, C., Kim, G., Jeon, P., Ichikawa, K., Seok, C., & Cho, S.
    • 学会等名
      11th International Conference on Explosives and Blasting
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Passivation of Arsenopyrite by Microencapsulation using Ferric-catecholate Complexes and Phosphate2023

    • 著者名/発表者名
      Ilhwan Park, Sanghee Jeon, Naoki Hiroyoshi, Mayumi Ito
    • 学会等名
      GEE 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Advanced Sulfide Passivation Technique to Control Acid Mine Drainage at the Source2023

    • 著者名/発表者名
      Ilhwan Park, Sayaka Fujita, Kosei Aikawa, Naoki Hiroyoshi, Mayumi Ito
    • 学会等名
      Impact of Chemical and Biological Hazards on the Environment, Animals and Human Health and its Countermeasure
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Microencapsulation-based surface modification for improving flotation separation of Cu-Zn mixed sulfide minerals2023

    • 著者名/発表者名
      Ilhwan Park, Dai Uchida, Sanghee Jeon, Kosei Aikawa, Naoki Hiroyoshi, Mayumi Ito
    • 学会等名
      Flotation'23
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Underground Mine Monitoring System with Mobile Devices Based on Wi-Fi Direct Technology2023

    • 著者名/発表者名
      Takaya Shionoiri, Hajime Ikeda, Daniyar Malgazhdar, Hisatoshi Toriya, Youhei Kawamura
    • 学会等名
      26th World Mining Congress
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Verification of the Radio Wave Attenuation Coefficient Based on Comparison of Communication Experiments and Simulations of Wi-Fi Direct in an Underground Mine2023

    • 著者名/発表者名
      Hajime Ikeda, Daniyar Malgazhdar, Brian Bino Sinaice, Narihiro Owada, Hisatoshi Toriya, Ling Cheng, Tsuyoshi Adachi
    • 学会等名
      26th World Mining Congress
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Proposal of Environmentally Sustainable Mining Development System Utilizing "Smart Mining +"2023

    • 著者名/発表者名
      Youhei KAWAMURA, Natsuo OKADA
    • 学会等名
      The 3R International Scientific Conference on Material Cycles and Waste Management
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Evaluation of Influential Parameters for Overbreak Phenomenon in Drill and Blast Tunnel Excavation Using Overbreak Resistance Factor2023

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Kurauchi, Hyunjun Im Naru Sato, Hyongdoo Jang, Hirotada Kuroki, Yoshiko Goto, Hajime Ikeda, Hisatoshi Toriya, Youhei Kawamura
    • 学会等名
      International Symposium on Earth Science and Technology 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Prediction of Blast-Induced Ground Vibrations Using GPR and ANN Approaches2023

    • 著者名/発表者名
      Yewuhalashet Fissha, Hajime Ikeda, Narihiro Owada, Hisatoshi Toriya, Tsuyoshi Adachi, Youhei Kawamura
    • 学会等名
      International Symposium on Earth Science and Technology 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An image-capturing system to generate 3D borehole models using multiple fiberscope cameras2023

    • 著者名/発表者名
      Jingwen Qin, Hisatoshi Toriya, Hidehiko Shishido, Youhei Kawamura, Itaru Kitahara
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Image Technology (IWAIT)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Construction of Training Data in the Computational Domain and Deep Learning Identification Trials for Estimation of Fragmentation in Blast Muckpiles2021

    • 著者名/発表者名
      Taiga Sato, Kohei Yoshino, Hisatoshi Toriya, Jang Hyongdoo, Itaru Kitahara and Youhei Kawamura
    • 学会等名
      ICMR2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Estimation Method of Fragmentation in Blast Muckpiles Using Deep Learning with Hierarchical Feature Extraction for 3D Point Cloud2021

    • 著者名/発表者名
      Kohei Yoshino, Taiga Sato, Hisatoshi Toriya, Hidehiko Shishido, Jang Hyongdoo, Youhei Kawamura, and Itaru Kitahara
    • 学会等名
      ICMR2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 資源マネージメント研究室HP

    • URL

      https://resource-management.eng.hokudai.ac.jp/jpn/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 研究者総覧

    • URL

      https://researchers.general.hokudai.ac.jp/profile/ja.92d1d00eefd06771520e17560c007669.html

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 資源マネージメント研究室HP

    • URL

      https://resource-management.eng.hokudai.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 研究者総覧 川村洋平

    • URL

      https://researchers.general.hokudai.ac.jp/profile/ja.92d1d00eefd06771520e17560c007669.html

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 資源マネージメント研究室

    • URL

      https://resources-management.eng.hokudai.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 資源経済・情報学研究室

    • URL

      https://www.gipc.akita-u.ac.jp/~mining/ja/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-10-22   更新日: 2024-12-25  

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