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2023 年度 実施状況報告書

無人化施工の効率向上に導く掘削時の力覚・視覚情報を連携した地盤強度推定法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K04303
研究機関東北大学

研究代表者

里見 知昭  東北大学, 環境科学研究科, 助教 (80588020)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード地盤情報施工 / バケット掘削 / 掘削実験 / 力覚 / 視覚 / 掘削抵抗力 / 土の破壊形状 / 土の性状
研究実績の概要

無人化施工の効率向上には地盤情報の把握が不可欠である.そこで研究代表者は,どの現場でも必ず導入されている油圧ショベルのバケットの力覚情報に注目し,力覚情報から地盤強度を推定する研究を進めてきた.しかし,力覚情報のみでは推定精度を大幅に向上させる難しさを実感してきた.そこで,バケット掘削を応用した地盤強度推定の精度を向上させるためには,掘削時に刻々と変化する掘削抵抗力(力覚情報)と土の破壊形状(視覚情報)の相互作用の解明が不可欠であるという考えに至った.今年度は当初の計画にもとづき,力覚センサおよびビデオカメラを設置したバケット掘削模型実験を行い,特に土の破壊形状を画像処理で定量化して,抽出された視覚指標とコーン指数(建設機械のトラフィカビリティの評価指標)との関係について検討した.
昨年度のバケット掘削模型実験を通じて,掘削時の土の破壊形状(土の破壊せん断線)は土の種類や含水状態に応じて変化することが認められた.そこで,砂質土から粘性土までの幅広い土を対象に,掘削時の土の破壊せん断線を画像処理で検出して,土の性状が画像処理で得られた特徴量に及ぼす影響を明らかにした.そして,画像処理で得られた特徴量とコーン指数との関係はおおむね正の相関関係を示し,視覚情報からコーン指数を推定できる可能性が示唆された.よって,バケット掘削時の力覚情報と視覚情報を連携して地盤強度を推定するための基盤を構築することができた.

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

当初計画どおり,バケット掘削時の土の破壊形状を画像処理で定量化して,抽出された視覚指標とコーン指数(建設機械のトラフィカビリティの評価指標)との関係について検討した.その結果,画像処理で得られた特徴量とコーン指数との関係はおおむね正の相関関係を示すことを見いだし,視覚情報からコーン指数を推定できる可能性が示唆された.よって,バケット掘削時の力覚情報と視覚情報を連携して地盤強度を推定するための基盤構築につながり,土と機械の力学的相互作用を取り扱うテラメカニクス研究における新たな知見である.以上の研究成果は国内の関連学会およびシンポジウムにて発表および発表予定であることを鑑みて,おおむね順調に進展していると自己評価した.

今後の研究の推進方策

今後は,バケット掘削模型実験および土質力学試験を継続し,バケット掘削時の掘削抵抗力(力覚情報)と土の破壊形状(視覚情報)から地盤強度を推定するモデル構築を行う.推定モデル構築と並行して,X線CT対応型コーン貫入試験を行い,土の性状がコーン貫入時の貫入抵抗の変動と土の変形破壊に及ぼす影響を明らかにし,コーン指数と土の性状との関係を明示する.なお,以上の計画は当初の計画どおりである.

次年度使用額が生じた理由

2023年度は,バケット掘削時の土の破壊形状を画像処理で定量化するという当初の計画どおりにおおむね進行できた.しかし,X線CT対応型コーン貫入試験装置の設計・製作に必要な部品の納期に時間を要することが分かった.そのため,2023年度に使用する助成金を次年度使用額に充てることにした.本助成金は,X線CT対応型コーン貫入試験装置にかかる部品購入費および材料加工費とともに,当初計画の成果発表参加費とその旅費に充てて,本研究課題を遂行する.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] 砂質土地盤におけるコーン指数とバケットに作用する抵抗力の関係2023

    • 著者名/発表者名
      谷口直哉,劉暁東,里見知昭,高橋弘
    • 雑誌名

      テラメカニックス

      巻: 43 ページ: 7-12

  • [雑誌論文] Automatic Detection and Evaluation of Soil Failure Pattern during Bucket Excavation for Sandy Soil2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Satomi, Naoya Yaguchi, Xiaodong Liu and Hiroshi Takahashi
    • 雑誌名

      Proc. International Symposium on Earth Science and Technology 2023

      巻: - ページ: 65-70

    • 査読あり
  • [学会発表] 砂質土地盤のバケット掘削による土の破壊形状とコーン指数との関係評価2023

    • 著者名/発表者名
      里見知昭,谷口直哉,高橋弘
    • 学会等名
      第58回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] バケット掘削による土の破壊形状とコーン指数との関係に及ぼす細粒分の影響2023

    • 著者名/発表者名
      里見知昭,谷口直哉,高橋弘
    • 学会等名
      令和5年度土木学会全国大会第78回年次学術講演
  • [学会発表] バケット掘削における土の破壊形態判別に及ぼす粘土分の影響2023

    • 著者名/発表者名
      谷口直哉,劉暁東,里見知昭,高橋弘
    • 学会等名
      第44回テラメカニックス研究会
  • [学会発表] 画像処理によるバケット掘削時の土の破壊形状の自動検出およびコーン指数との関係評価2023

    • 著者名/発表者名
      里見知昭,谷口直哉,劉暁東,高橋弘
    • 学会等名
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会

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公開日: 2024-12-25  

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