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2019年10月02日
iPadアプリひとつで切羽評価を行える『切羽評価システム』を開発 -AI活用技術で山岳トンネル施工の生産性向上-

当社は、株式会社sMedio(東京都中央区、社長:岩本定則)と共同で、山岳トンネルの切羽評価を行うためのAI(人工知能)活用技術『切羽評価システム』を開発しました。
本システムは、切羽写真を用いて、切羽観察簿の各項目をAIで評価します。さらに、AIは当社が開発した技術『DRISS』による膨大な探査実績を切羽写真と組み合わせて深層学習(ディープラーニング)しており、写真から地山強度も推定することが可能です。本システムによって、観察作業の効率化や評価精度の向上が期待されます。

■背景
山岳トンネル施工の安全性や施工性を確保するためには、切羽の地質状況を把握することが重要です。そのため、少なくとも1日1回の頻度で目視を主体とした切羽観察が実施されています。切羽観察は「切羽の状態」や「風化変質」等の所定の項目に基づいて切羽評価を行うものであり、切羽の安定性や支保の妥当性の検討に欠かせません。
そこで、山岳トンネル施工に不可欠な切羽観察をサポートし、観察作業の効率化や評価精度の向上を行うためのAI活用技術『切羽評価システム』を開発しました(図1参照)。

■システムの概要
本システムは、専用のiPadアプリ※等で撮影された切羽写真を用いて、切羽観察簿の各項目をAIで評価します。また、これまでに長年蓄積されてきた『DRISS』※の膨大な探査実績もAIに学習させて、写真から地山強度を推定することを可能としています。さらに、『VIS』※と呼ばれる画像処理法を写真に適用して切羽の凹凸の視認性を上げる機能もあり、これを用いることで割れ目に関する項目の判定精度の向上が期待されます(図2参照)。切羽写真の撮影やAIによる評価がひとつのアプリで実施可能であるため、観察作業の効率化や、地山性状の把握の迅速化が期待されます(図3参照)。
アプリ内では、AIの評価に加えて観察者のコメント等を入力することも可能です。これらのデータはクラウドに保存され、所定の観察簿の形式でダウンロードすることができるため、観察簿の作成を効率的に進めることができます。
また、現場を支援する部署では、クラウドに蓄積された写真、評価点、DRISS地山強度等の各現場の実績をAIに学習させて、現場での判定にフィードバックすることが可能です。これにより、判定精度の継続的な向上を図ることができます。

■期待される効果
①観察作業の効率化
・切羽写真の撮影やAIによる評価はiPadアプリひとつで実施可能なため、観察作業の効率化や地山性状の把握の迅速化ができます。
・これまでに蓄積された各現場の実績をAIに学習させて、それを判定に用いることで観察者による評価のばらつきを軽減することができます。
・アプリで得られたAIの判定結果や観察者のコメント等を所定の形式でダウンロードすることができるため、効率的に切羽観察簿を作成することができます。
②評価精度の向上
・写真から地山強度を推定することで、より定量的な評価が可能です。
・画像処理機能により、割れ目に関する評価項目の判定精度を向上させることも可能です。

■今後の展開
当社では、山岳トンネル工事における様々な課題をAIで解決するために『山岳トンネルAIソリューション』の構築を昨年度から進めており、本システムは『掘削サイクル判定システム』※に続いて開発された要素技術です(図4参照)。今後は、山岳トンネルの省人化・無人化施工を目指した『山岳トンネルAIソリューション』の構築を引き続き推進し、山岳トンネル工事の自動化、生産性向上、労働災害の低減等を進めてまいります。

※補足説明
・本アプリケーションは西松建設㈱のプライベートアプリであり、一般公開はされておりません。
・DRISS(Drilling Survey System)
削岩機による穿孔時の油圧や速度のデータを用いて、切羽前方の地山の硬さ等を定量評価する当社技術です。
・VIS(Visual illusion based-Image feature enhancement System、錯視誘発画像特徴強調システム)
東京理科大学理工学部土木工学科の小島尚人教授によって開発されたシステムです。画像に錯視誘発処理を施し、ひび割れ等の細かい特徴の判読性を向上させます。錯視誘発処理により、画像全体を鮮鋭化(残像錯視)させるとともに、各種画像特徴(凹凸、線構造、エッジ、キメ、粗さ等)を強調できます。エンボス処理等を応用した特許取得技術です。
・掘削サイクル判定システム
山岳トンネルの切羽作業をAIで自動判定するための、『山岳トンネルAIソリューション』の要素技術です(2018年9月7日プレスリリース)。
・iPadは、Apple Inc.の商標です。

 

 

 
図1 『切羽評価システム』の概要

 

 
図2 『切羽評価システム』の判定内容

 

 

 図3 『切羽評価システム』の構成

 

 
図4 『山岳トンネルAIソリューション』構想図