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2017 年度 実績報告書

長期橋梁ヘルスモニタリングのための逐次ベイズ異常診断法の提案

研究課題

研究課題/領域番号 16H04398
研究機関京都大学

研究代表者

金 哲佑  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80379487)

研究分担者 野村 泰稔  立命館大学, 理工学部, 任期制講師 (20372667)
橋本 国太郎  神戸大学, 工学研究科, 准教授 (40467452)
張 凱淳  京都大学, 工学研究科, 講師 (50751723)
吉田 郁政  東京都市大学, 工学部, 教授 (60409373)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード長期モニタリング / 外部因子 / ベイズ / データ正規化 / 損傷実験
研究実績の概要

本研究は,長期的な経年変化に着目した橋梁異常診断の実現のため,長期モニタリングにおける様々な外部因子(気象状況・構造物の運用状況など)の影響や多種多量のデータを逐次に分析できる異常診断法の構築を目的としている.
H29年度は,H28年度に検討した損傷指標と環境因子の損傷指標への影響低減のための多次元自己回帰手法の妥当性検討と異常検知手法の改良について研究を行なった.特に提案手法の妥当性検討のために,実際の鋼板桁橋とPC桁橋を対象とした実橋梁損傷実験と模型橋梁実験を実施した.鋼板桁橋の損傷実験の前に半年程度の長期モニタリングを行った後に,損傷実験を行なっている.計測には加速度の計測とともに橋梁の橋軸方向のたわみ計測,損傷によるひずみの変化を捉えるためのひずみ計測と橋桁の温度の計測を行った.特に損傷実験では安全を考慮し,落橋防止装置を設置し損傷実験を行なった.PC桁橋の破壊実験はあまり例のない実橋の破壊実験であり,安全に万全を期するために事前検討を十分に行い計画した上で実施した.損傷実験は最初の計画より大規模な現地実験となり,膨大なデータの分析ための強制振動抽出アルゴリズムを開発し,データ分析の合理化を図った.また長期モニタリング対象橋の長期モニタリングも引き継ぎ実施した.
ベイズ異常検知のロバスト性を高めるために,線形システムモデルの同定にベイズ統計を導入した改良ベイズ異常検知の理論を提案している.また研究成果を積極的に国内外で発信しており,国内学術会議に8件,国際会議に14件,国内外の専門雑誌に7編発表している.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

H29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)H28年度開発の異常検知法の妥当性検討のための実橋梁実験および模型橋梁実験;2)初年度開発の異常検知法の改良
3)損傷実験のためのモデルアップデートと損傷シミュレーション;4)成果発表と実用化のための問題点分析
具体的に,実際の鋼板桁橋とPC桁橋を対象とした実橋梁損傷実験と模型橋梁実験を実施した.特に,鋼板桁橋の損傷実験の前に半年程度の長期モニタリングを行った後に,損傷実験を行なっている.PC桁橋は破壊実験を行なっている.H28開発の損傷検知法による実橋梁での損傷検知可能性を確認しているが,実験ケースによっては損傷指標のばらつきが観測されており,異常検知法の改良に着手した.ロバスト性のある損傷指標の提案のために,ベイズシステム同定と特徴量抽出の2段階ベイズ異常検知を提案しており,次年度以降の詳細な検討は必要であるものの,損傷検知精度の大幅な向上が期待される.研究成果を積極的に国内外で発信しており,国内学術会議に8件,国際会議に14件,国内外の専門雑誌に7編発表している.以上の理由により現在まで進捗状況はおおむね順調に進展していると判ずる.
ただし当初1件の実橋損傷実験計画より多い2件の実橋梁損傷実験を実施することになり,膨大なデータ処理や分析のために損傷実験のためのモデルアップデートと損傷シミュレーションの検討は十分に行われてなく,次年度に引き継ぎ検討することになった.

今後の研究の推進方策

H29年度の研究結果と課題を踏まえて,最終年度の研究推進について以下の方策を定めることで,研究目標の達成を目指す.1)H29に実施した実橋梁損傷実験の貴重な実験データを活かし2段階ベイズ異常検知法の有効性と実用性について包括的検討を行い,その成果次第に提案手法の特許申請を試みる.
2)長期モニタリングのおける環境因子の逐次低減のために2年間検討を行ったデータ正規化手法の中で橋梁の長期振動モニタリングに適した正規化手法について検討を行う.
3)目視点検との融合をはかるために,目視点検結果のランダム遷移行列とモニタリング対象特徴量のランダム遷移行列を構築し,異なる性質のランダム遷移行列間の相関のモデル化を試みる.
4)研究成果の発表のために,土木学会論文集,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.

備考

研究室のホームページから研究業績の「Publication」のページに業績をまとめている.また「Research/Funding(科研費)」のページに関連科研費による研究内容を公開している.

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 14件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Long-term bridge health monitoring and performance assessment based on a Bayesian approach2018

    • 著者名/発表者名
      Kim Chul-Woo、Zhang Yi、Wang Ziran、Oshima Yoshinobu、Morita Tomoaki
    • 雑誌名

      Structure and Infrastructure Engineering

      巻: 14 ページ: 883~894

    • DOI

      10.1080/15732479.2018.1436572

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 橋梁振動の多変量自己回帰モデルのベイズ推定に基づく異常検知2018

    • 著者名/発表者名
      五井良直・金 哲佑
    • 雑誌名

      材料

      巻: 67 ページ: 143 ~ 150

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-term health monitoring for deteriorated bridge structures based on Copula theory2018

    • 著者名/発表者名
      Yi Zhang, Chul Woo Kim, Kong Fah Tee, Akhil Garg, Ankit Garg
    • 雑誌名

      Smart Structures and Systems

      巻: 21 ページ: 171~185

    • DOI

      10.12989/sss.2018.21.2.171

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Modeling multivariate ocean data using asymmetric copulas2018

    • 著者名/発表者名
      Yi Zhang, Chul-Woo Kim, Michael Beer and Huliang Dai and Carlos Guedes Soares
    • 雑誌名

      Coastal Engineering

      巻: 135 ページ: 91-111

    • DOI

      10.1016/j.coastaleng.2018.01.008

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Bayesian outlier detection for health monitoring of bridges2017

    • 著者名/発表者名
      Y, Goi and C.W. Kim
    • 雑誌名

      Procedia Engineering

      巻: 199 ページ: 2120-2125

    • DOI

      10.1016/j.proeng.2017.09.073

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Damage detection of a truss bridge utilizing a damage indicator from multivariate autoregressive model2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Goi and C.W. Kim
    • 雑誌名

      Journal of Civil Structural Health Monitoring

      巻: 7 ページ: 153-162

    • DOI

      10.1007/s13349-017-0222-y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energy dissipation and absorption capacity influence on modal parameters of a PC girder2017

    • 著者名/発表者名
      O.S. Luna Vera, C.W. Kim, Y. Oshima
    • 雑誌名

      J. of Physics: Conf. Series

      巻: 842 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1088/1742-6596/842/1/012038

    • 査読あり
  • [学会発表] Low Pass Filter Supported System Identification of a Long Span Steel Arch Bridge2017

    • 著者名/発表者名
      Takuya Mimasu, Chul Woo Kim, Gen Hayashi, Yoshinao Goi and San Yu Khaing
    • 学会等名
      the 8th International Conference on Science and Engineering 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] A Field Experiment for Extracting Bridge Vibration Characteristics Indirectly by a Homemade Trailer2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nakajima, C.W. Kim, K.C. Chang, S. Hasegawa, H. Sekiya and H. Okamoto
    • 学会等名
      the 8th International Conference on Science and Engineering 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Investigation on the Feasibility of Drive-by Pavement Roughness and Bridge Vibration Monitoring2017

    • 著者名/発表者名
      S. Hasegawa, P.J. McGetrick, C.W. Kim, K.C. Chang and S. Nakajima
    • 学会等名
      Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure Conference 2017 (SHMII8)
    • 国際学会
  • [学会発表] Modal parameters variation of PC beam and its influence on failure probability2017

    • 著者名/発表者名
      O.S. Luna Vera, C.W. Kim and Y. Oshima
    • 学会等名
      Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure Conference 2017 (SHMII8)
    • 国際学会
  • [学会発表] A Bayesian Anomaly Detection of Highway Bridges2017

    • 著者名/発表者名
      Y Goi and C. W. Kim
    • 学会等名
      The 30th KKHTCNN Symposium on Civil Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] Drive-by Bridge Vibration Monitoring and Pavement Roughness Identification2017

    • 著者名/発表者名
      Souichirou Hasegawa, C.W. Kim and Kai-Chun Chang
    • 学会等名
      The 30th KKHTCNN Symposium on Civil Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] Anomaly detection of bridges under vehicle induced vibration by means of Bayesian inference2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Goi and C.W. Kim
    • 学会等名
      Fourth Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures (SMAR2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Remote vibration monitoring for scour detection of a railway bridge2017

    • 著者名/発表者名
      C.W. Kim, D. Kawabe, S. Kitagawa, M. Shinoda, T. Nakamura and H. Yao
    • 学会等名
      Fourth Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures (SMAR2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Use of copula theory in the long-term health monitoring for deteriorated bridges2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Zhang and C.W. Kim
    • 学会等名
      the 12th International Conference on Structural Safety and Reliability (ICOSSAR2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Damage Detection Using Multivariate Autoregressive Coefficients Mapped on Principal Subspace2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Goi and C.W. Kim
    • 学会等名
      the 12th International Conference on Structural Safety and Reliability (ICOSSAR2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] On Appropriate Vehicle Models for Drive-by Bridge Inspection Methods: A Laboratory Experimental Study2017

    • 著者名/発表者名
      K.C. Chang, S. Nakajima, S. Hasegawa and C.W. Kim
    • 学会等名
      The 13th International Workshop on Advanced Smart Materials and Smart Structures Technology
    • 国際学会
  • [学会発表] Diagnosing damage of a PC box girder based on max-peak-time in impact hammer experiment2017

    • 著者名/発表者名
      Xiongfei Ye, Harutoshi Ogai and Chul-Woo Kim
    • 学会等名
      The 13th International Workshop on Advanced Smart Materials and Smart Structures Technology
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimal Maintenance Strategies for Developing Sustainable Port Infrastructures,2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Zhang and C.W. Kim
    • 学会等名
      the Annual Conference of the International Association of Maritime Economists (IAME2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Energy Capacity Influence on Modal Parameters of Prestressed Concrete Box Girders,2017

    • 著者名/発表者名
      O.S. Luna Vera, C.W. Kim and Y. Oshima
    • 学会等名
      VIII ECCOMAS Thematic Conference on Smart Structures and Materials (SMART 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] 載荷試験によるPC箱桁の損傷と振動特性の変化2017

    • 著者名/発表者名
      徐 展・O. S. Luna Vera・金 哲佑・大島 義信
    • 学会等名
      土木学会第72回年次学術講演会
  • [学会発表] Sensitivity Based Model Updating and Damage Detection of an Artificially Damaged Steel Truss Bridge2017

    • 著者名/発表者名
      Kai-Chun Chang, Richard Wanjala and C.W. Kim
    • 学会等名
      土木学会第72回年次学術講演会
  • [学会発表] 振動モニタリングにおけるセンサ間通信の省力化のためのシステム行列の再構築2017

    • 著者名/発表者名
      三増拓也・金 哲佑・五井良直
    • 学会等名
      平成29年度土木学会関西支部年次学術講演会
  • [学会発表] 走行車両による橋梁振動数同定に適した車両モデルの検討2017

    • 著者名/発表者名
      中嶌俊祐・金 哲佑・張 凱淳・長谷川聡一朗
    • 学会等名
      平成29年度土木学会関西支部年次学術講演会
  • [学会発表] A copula-ARMA approach for long-term bridge vibration monitoring2017

    • 著者名/発表者名
      張 蓮・Y. Zhang・金 哲佑
    • 学会等名
      平成29年度土木学会関西支部年次学術講演会
  • [学会発表] 構造ヘルスモニタリング用センサの効率的活用に向けたシステム行列の再構築2017

    • 著者名/発表者名
      三増拓也・金 哲佑・五井良直
    • 学会等名
      第20回応用力学シンポジウム
  • [学会発表] 多次元自己回帰モデルのベイズ推論を用いた特徴抽出による鋼トラス橋の損傷検知2017

    • 著者名/発表者名
      五井良直・金 哲佑
    • 学会等名
      第20回応用力学シンポジウム
  • [学会発表] Performance variation influence on experimental modal parameters of a prestressed concrete beam2017

    • 著者名/発表者名
      O.S. Luna Vera, C.W. Kim and Y. Oshima
    • 学会等名
      第20回応用力学シンポジウム
  • [備考] Infrastructure Innovation Engineering

    • URL

      http://infra.kuciv.kyoto-u.ac.jp/pub.html

  • [備考] Infrastructure Innovation Engineering

    • URL

      http://infra.kuciv.kyoto-u.ac.jp/kaken.html

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公開日: 2018-12-17  

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