2023/5/30

車で橋を診る
車両振動モニタリングによる橋梁診断技術の社会実装
Social Implementation of Drive-by Monitoring Technology for Bridge Diagnose

筑波大学システム情報系・助教

山本亨輔
Yamamoto Kyosuke

Ph.D. (Eng.), Asst. Prof.
Institution of Systems and Information Engineering
University of Tsukuba

1

2023/5/30

2012年3月

2012年8月

2012年10月

京都大学大学院単位取得退学
7月 博士(工学)取得

Jomo Kenyatta Universityof Agriculture and Technology
にて臨時教員（2ヶ月）

筑波大学
システム情報系・助教

筑波大学システム情報系・助教

山本亨輔
Yamamoto Kyosuke

Ph.D. (Eng.), Asst. Prof.
Institution of Systems and Information Engineering
University of Tsukuba2

2023/5/30

2012年3月

2012年8月

2012年10月

京都大学大学院
単位取得退学7月 博士(工学)取得

Jomo Kenyatta Universityof Agriculture and Technology
にて臨時教員（2ヶ月）

筑波大学
システム情報系・助教

筑波大学システム情報系・助教

山本亨輔
Yamamoto Kyosuke

Ph.D. (Eng.), Asst. Prof.
Institution of Systems and Information Engineering
University of Tsukuba3

2023/5/30

橋の老朽化に苦しむ自治体
The Problem of Aging Bridges

Local governments facing constant budget shortfalls

infrastructure investment
1960年代の集中的インフラ投資 Intensive
in Japan and Western Europe during the 1960s

インフラ一斉老朽化 vs 国家の持続性
Simultaneous Aging of Infrastructures is the problem of the national sustainability

日本の公的歳出は170兆円[1]くらい（インフラ開発・維持管理は概ね10％）

Japanese Public Investment was about 135 trillion yen/year for COVID-19
and 14% is used for the development of maintenance of the infrastructures

地方自治体で人材・予算・技術が不足
Lack of human resources, budget and technology in local governments

資料は国交省・総務省から手に入る
4[1] 総務省『令和2年版地方財政白書』より※平成30年度の政府（一般会計と交付税及び譲与税配付金、公共事業関係等の6特別会計の純計）と地方（普通会計）の財政支出の合計は、169兆2,216億円（国：71兆9,488億円＋地方：97兆2,729億円）※令和2年度は222兆5,076億円（国：98兆48億円＋地方：124兆5,029億円）※日本政府が発表する支出には公債費35兆円が含まれる･･･政策的経費（政府支出）は135兆円[2] 国土交通省『令和5年度予算概要』・・・インフラ老朽化対策等による持続可能なインフラメンテナンスの実現：7,388 億円
地域における総合的な防災・減災対策、老朽化対策等に対する集中的支援（防災・安全交付金）：8,313 億円[3] 谷成二(国土交通省道路局国道･技術課 課長補佐): 我が国の道路メンテナンスの現状～道路メンテナンス年報（2巡目の2年目）の公開～, 2021.

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振動ベースの構造ヘルスモニタリング
Vibration-based Structural Health Monitoring例）振動から計算される特徴量に基づいて、構造物の性能を推測する方法
Methods of estimating the performance of a structure based on features calculated from vibration

Load

変位𝑥 𝑡

荷重：𝑓 𝑡𝑚𝑘

Restoring Force

復元力：𝑘𝑥変形状態から元に戻ろうとする力

The force to return the original statefrom deformed state

加速度： 𝑥

たとえば、

Displacementd 𝑥d𝑡𝑥

過渡応答

自由振動

Transient response(under forced excitation)

Free Vibration(free from loads)

𝑚𝑥𝑚𝑥（強制加振）𝑘𝑥（荷重無し)

𝑓𝑘𝑥

Assuming that the solution is𝑘𝑥 の解を 𝑥𝑚

2階微分すると元の関数と同じ形になる

Second derivative has
the same form withthe solution (original)

固有角振動数
Eigen angularfrequency

𝑥sin 𝜔𝑡 と仮定－𝜔 sin 𝜔𝑡－𝜔 sin 𝜔𝑡𝜔𝑘𝑚

特徴量の変化＝力学パラメータの変化なので、健全度を評価できる
We can evaluate the structural health, because the changes of features indicates the changes of mechanical parameters

5𝑘sin 𝜔𝑡𝑚

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車両振動を用いる間接的モニタリング
Indirect Bridge Monitoring using Vehicle Vibration

車両振動モニタリング

橋梁振動モニタリング
Bridge Vibration Monitoring

Visual Inspection

粗い精度・低コスト・迅速精度良い・高額・客観的

精度良い・労力が大きい
所要時間が長い
人によって結果が異なる

Drive-by Bridge Monitoring

Rough evaluation, low cost, rapidly

Good accuracy, expensive, objective

近接目視点検Good accuracy, labor-consuming
required long time, low reliability

橋梁スクリーニングによる予算配分・人員配置の重点化

Concentration of budget and engineers
based on priorities obtained from Screening

持続的な橋梁維持管理
Sustainable Bridge Maintenance

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技術者の不足＆減少

Shortage and decline of Engineers

持続性が低いLow Sustainability

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車両振動モニタリングの社会実装
Social Implementation of Drive-by Bridge Monitoring

特徴量による異常検知

Feature-based Abnormality Detection

健全時Intact

牽引車による橋梁診断Diagnosis with a dedicated trailer

Damaged※ 模型実験の結果（中釜悠太, 卒論2013）

7Fleet Monitoring

橋梁スクリーニング

データ駆動維持管理

全橋一律点検から優先順位別点検へ

点検・診断の自動化

From monotony inspection of all bridges
to priority-based inspection

Automated Inspection
using Fleet-of-Vehicles

Bridge Screening

損傷時

群的モニタリング

Data-driven Maintenance2023/5/30

車両振動モニタリングの社会実装
Social Implementation of Drive-by Bridge Monitoring
点検精度の向上（周辺橋梁にも波及）
時刻同期

分析レポートReport

建設企業
Construction
Companies¥

振動センサ・
GPS搭載車両

Monitoring Vehicle withvibration sensors and GPS

臨時
計測

地元企業

異常検知

Visual

目視 Inspection
点検

地元企業
依頼・技術支援

Request and Technology Transfer¥橋梁管理契約

Bridge Maintenance

課題｜Technical issues
・多様な資金調達方法の設計と導入
Design and implementation of various financing methods

地方自治体

Local Government

8・技術的完成度の向上（AI・ビッグデータ分析など）
Improvement of TRL (Technology Readiness Level) by AI-bigdata analysis

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筑波大学山本研 (2012~) は
土木的課題の解決を目指して（インフラ強靭化）

1) 力学ベースの基礎的・学術的研究
Numerical Simulation (FEM)
Structural Dynamics (Vibration)
New Structure Design2) 研究成果の社会実装・教育還元
Vibration-based SHM
Drive-by Bridge Monitoring
Project-based Learning in Africa

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