| 研究課題/領域番号 |
21K04217
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
小林 義和 日本大学, 理工学部, 教授 (20339253)
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| 研究分担者 |
西田 孝弘 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 港湾空港技術研究所, 主任研究官 (10345358)
小田 憲一 日本大学, 理工学部, 准教授 (70632298)
中村 勝哉 日本大学, 理工学部, 助手 (70843548)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | AEトモグラフィ法 / AE位置標定 / 到達時刻 / 弾性波速度分布 |
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| 研究実績の概要 |
AEトモグラフィ法(AET)において、弾性波速度分布の変化が収束するまで十分にイタレーションを繰り返しても、観測されたAEの到達時刻と波線追跡に基づいて求められたAEの到達時刻の誤差が十分に低減されない問題に対し、従来よりその要因であると予測されていたAE位置標定の分解能について、その影響について検討を行った。この検討は、従来要求される計算資源の問題から実施が不可能であったものを、手法の特性に影響が出ない範囲で解析を簡略化することによって実行可能とした。その結果、簡略化したモデルにおいてではあるが、原因がAEの位置標定の分解能に起因するものであることを明らかにし、波線追跡に基づいた手法においても、実用的な計算資源でAE位置標定の分解能の向上を図る必要性があることが示された。また、AEを含む弾性波の到達時刻をセンサーで記録された時系列データより適切に検出するため、よりSN比が高く、到達時刻の読み取りが容易な時系列データを選別し、それに対して到達時刻を自動的に読み取る手法の開発を行った。また、本研究の目的の一つである計測システムの構築については、新型コロナウィルスの感染拡大に伴う世界的な半導体不足の影響を受けて必要な機材を調達することが難しく、２０２１年度においてはその構築を進めることができなかった。また、検証実験についても、計測システムの構築が機材調達の観点から実施が困難であるため、それに伴ってその実施を延期した。しかし、状況が改善した際に速やかに検証実験を開始できるように、センサー配置や到達時刻の読み取りに対する要求精度等を明らかにするための数値実験を計画することとした。
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| 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
２０２１年度においては、AEトモグラフィ法 (AET) における解析精度の向上と、AETにおいて観測値として用いられる弾性波の到達時刻の要求測定精度の決定方法について検討を行った。従来、AETにおいては弾性波伝播速度分布の同定を行う際に、観測誤差が十分低減されない問題が認識されていたため、２０２１年度は、AETにおける観測誤差が十分に低減されない問題の要因を明らかにし、その解決を試みた。この問題の要因として、AETにおけるAE位置標定の分解能による影響が提起されていたため、この検討のために、計算コストが莫大になる波線追跡を実施せず、直線波線を仮定することにより、AETにおいてAE位置標定の候補点となる中継点を高密度に配置することを可能にするプログラムの開発を行った。このプログラムによって解析対象領域内にランダムに発生させたAEの発信位置から受信点までの初動走時を求め、これを観測到達時刻として様々な発信点の設置密度において弾性波速度分布をAETによって同定したところ、観測誤差が十分に低減されない原因が、AETにおける弾性波の発信点の推定分解能にあることを明らかにした。
また、実験データの処理を効率的に実施するための手法の開発を行い、計測された弾性波の到達時刻の読み取りの難易度を自己組織化マップを利用して分類し、解析に使われる弾性波を自動的に分類する手法について検討を行った。また、その分類された弾性波に対し、ニューラルネットワークで弾性波の到達時刻を自動的に検出する技術の開発を行った。
計測システムの開発については、新型コロナウィルス感染拡大に伴う世界的な半導体不足ため、計測システム構築に必要なワンボードコンピュータの導入などが進んでいない。このため、２０２１年度においては、計測システムの開発は行わず、２０２２年度状況が改善した暁には、早急に計測システムの開発を進めることとした。
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| 今後の研究の推進方策 |
２０２２年度は、２０２１年度の開発を踏まえ、解析手法については、引き続きその改良及び必要な機能の実装を推進する予定である。AETについては、数値実験によって適切な弾性波速度分布が同定されるために許容される弾性波の到達時刻の検出誤差を明らかにし、開発される計測システムに要求される弾性波の到達時刻検出精度を明らかにする。また、２０２１年度には、AE位置標定の分解能を向上させることによってAETにおいて観測誤差が十分低減され、良好な弾性波速度分布が同定されることが数値実験によって明らかになったが、波線を直線として仮定しており、損傷が大きく、弾性波の屈折や回折の影響が大きくなるような問題へこれをそのまま適用することは難しい。このため、波線追跡を行いつつ、このようなAE位置標定の分解能を向上させる方法を提案することを予定している。また、２０２１年度には実施ができなかった周波数応答による材料物性の同定アルゴリズムを組み込み、解析手法の完成へ向けて研究を推進する予定である。また、新型コロナウィルスの感染拡大収束の見通しも立たず、更に昨年度発生したロシア連邦によって生じているウクライナ問題の半導体製造への影響が危惧されている中ではあるが、２０２２年度においては、世界的な半導体不足が解消されることに期待し、計測システム開発のための機材の調達を引き続き試みる予定である。機材の調達が可能になった際には、多チャンネル計測を実施するための計測システムの開発を試みる予定である。なお、計測システムの構築が進捗するまでは、計測チャンネル数は限られているものの、提案手法の性能の確認などを目的として、現在研究グループで保有している計測システムを用いて室内実験などを実施し、提案法の有効性を確認するための実測データを収集する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウィルスの感染拡大に伴い、解析手法の開発については順調に進捗したが、計測システムの構築と検証実験の実施については、必要な機材の調達が不可能であったため、開発を行うことが困難であった。これに伴って、計測システムの調達と検証実験に使われる資材等の調達が行われなかったため、次年度使用額が生じた。また、出張なども予定されていたが、これについても新型コロナウィルスの感染拡大に伴って実施することができず、これも次年度使用が生じた理由の一つである。２０２２年度については、これらの状況の改善次第、計測機器や実験用供試体等の調達を速やかに進め、研究目的の完遂のために使用をする予定である。
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