特開 2023-153657 土質判定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023153657

(43)【公開日】2023-10-18

(54)【発明の名称】土質判定装置

(51)【国際特許分類】

   E02D 1/02 20060101AFI20231011BHJP

   G09B 29/00 20060101ALN20231011BHJP

【ＦＩ】

E02D1/02

G09B29/00 F

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022063051

(22)【出願日】2022-04-05

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-06-19

(71)【出願人】

【識別番号】592131906

【氏名又は名称】みずほリサーチ＆テクノロジーズ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】391051049

【氏名又は名称】株式会社エステック

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】下元 正義

(72)【発明者】

【氏名】永田 亮

(72)【発明者】

【氏名】神谷 潤

(72)【発明者】

【氏名】笠間 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】永田 泰之

(72)【発明者】

【氏名】谷内 貴史

(72)【発明者】

【氏名】青山 智哉

【テーマコード（参考）】

2C032

2D043

【Ｆターム（参考）】

2C032HC08

2C032HC14

2C032HC27

2D043AA00

2D043AC01

(57)【要約】

【課題】判定対象土の土質名を判定すること。
【解決手段】土質判定装置は、制御部と、補助記憶装置と、を備える。補助記憶装置は、学習済みモデルを記憶している。学習済みモデルは、土の自然含水密度及び土の湿潤密度と土質名を対応付けたデータである。制御部は、判定対象土の自然含水密度、及び判定対象土の湿潤密度を学習済みモデルに入力する。学習済みモデルは、判定対象土の土質名を出力する。制御部は、判定対象土の土質名をユーザ端末に出力する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

記憶部と、
制御部と、を備えた土質判定装置であって、
前記記憶部は、土に含まれる水分量を示す値及び前記土の湿潤密度を土質名に対応付け
た対応データを記憶し、
前記制御部は、
判定対象土に含まれる水分量を示す値及び前記判定対象土の湿潤密度を取得し、
前記判定対象土に含まれる水分量を示す値及び前記判定対象土の湿潤密度を用いて前記対応データから前記判定対象土の前記土質名を抽出し、
前記判定対象土の前記土質名をユーザ端末に出力する、土質判定装置。

【請求項2】

前記対応データは、前記土に含まれる水分量を示す値及び前記土の湿潤密度を用いて統計的処理に基づいて生成された学習済みモデルである、請求項１に記載の土質判定装置。

【請求項3】

前記土に含まれる水分量を示す値は、前記土の単位体積当たりの水分量であり、
前記判定対象土に含まれる水分量を示す値は、前記判定対象土の単位体積当たりの水分量である、請求項１又は請求項２に記載の土質判定装置。

【請求項4】

前記対応データを第１対応データとすると、
前記記憶部は、前記土の特性であって前記土に含まれる水分量を示す値及び前記土の湿潤密度とは異なる前記土の特性を前記土質名に対応付けた第２対応データを記憶し、
前記制御部は、
前記判定対象土の前記特性を取得し、
前記判定対象土の前記特性を用いて前記第２対応データから前記判定対象土の前記土質名を抽出し、
前記第１対応データから抽出した前記判定対象土の前記土質名と前記第２対応データから抽出した前記判定対象土の前記土質名とが一致する前記土質名を、前記判定対象土の前記土質名と判定する、請求項１又は請求項２に記載の土質判定装置。

【請求項5】

前記記憶部は、前記土質名、前記土に含まれる水分量を示す値及び前記土の湿潤密度に、固化材の種類に応じた改良土の強度を対応付けた強度データを記憶し、
前記制御部は、
前記判定対象土の前記土質名、前記判定対象土に含まれる水分量を示す値及び前記判定対象土の湿潤密度を用いて前記固化材の種類に応じた前記改良土の強度を前記強度データから抽出し、
前記判定対象土の前記土質名、前記判定対象土に含まれる水分量を示す値、前記判定対象土の湿潤密度、及び前記固化材の種類に応じた前記改良土の強度を前記ユーザ端末に出力する、請求項１又は請求項２に記載の土質判定装置。

【請求項6】

前記記憶部は、位置情報に、当該位置情報で表される場所の周辺情報を対応付けた周辺
データを記憶し、
前記制御部は、
前記判定対象土を採集した場所の位置情報を用いて前記周辺データから前記判定対象土を採集した場所の前記周辺情報を抽出し、
前記判定対象土を採集した場所の前記周辺情報を前記ユーザ端末に出力する、請求項１又は請求項２に記載の土質判定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、土質判定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示のように、地盤改良を行う際には、地盤改良を行う現場の土と固化材とを混合させることで改良土を形成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２６６６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

土質、固化材の種類、及び固化材の量に応じて改良土の強度は変化する。土質に応じて固化材の種類、及び固化材の量を定めるために、地盤改良を行う現場の土を判定対象土として判定対象土の土質名を判定したい場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する土質判定装置は、記憶部と、制御部と、を備えた土質判定装置であって、前記記憶部は、土に含まれる水分量を示す値及び前記土の湿潤密度を土質名に対応付けた対応データを記憶し、前記制御部は、判定対象土に含まれる水分量を示す値及び前記判定対象土の湿潤密度を取得し、前記判定対象土に含まれる水分量を示す値及び前記判定対象土の湿潤密度を用いて前記対応データから前記判定対象土の前記土質名を抽出し、前記判定対象土の前記土質名をユーザ端末に出力する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、判定対象土の土質名を判定できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】土質判定システムの概略構成図である。

【図2】土質判定システムで行われる制御を示すシーケンスである。

【図3】入力画面の一例を示す図である。

【図4】入力画面の一例を示す図である。

【図5】湿潤密度と自然含水密度との相関を示す図である。

【図6】Ｃの有無とΦの有無との組み合わせに対応付けられた土質名を示す図である。

【図7】感触に対応付けられた土質名を示す図である。

【図8】コンシステンシー限界に対応付けられた土質名を示す図である。

【図9】周辺データの一例を示す図である。

【図10】強度データの一例を示す図である。

【図11】出力画面の一例を示す図である。

【図12】出力画面の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、土質判定装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、土質判定システム１０は、ユーザ端末１１と、土質判定装置５１と、を備える。

【0009】

＜ユーザ端末＞
ユーザ端末１１は、端末用制御部１２と、補助記憶装置１５と、入力部１６と、表示部１７と、位置測定部１８と、通信装置１９と、を備える。ユーザ端末１１としては、例えば、スマートフォン、タブレット端末、及びパーソナルコンピュータを挙げることができる。本実施形態において、ユーザ端末１１は、スマートフォンやタブレット端末などの携帯通信端末である。

【0010】

端末用制御部１２は、プロセッサ１３と、端末用記憶部１４と、を備える。プロセッサ１３としては、例えば、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、及びDSP（Digital Signal Processor）を挙げることができる。端末用記憶部１４は、RAM（Random Access Memory）及びROM（Read Only Memory）を含む。端末用記憶部１４は、処理をプロセッサ１３に実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。端末用記憶部１４、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。端末用制御部１２は、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）やFPGA（Field Programmable Gate Array）等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である端末用制御部１２は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。

【0011】

補助記憶装置１５は、記憶されたデータを書き換え可能な不揮発性記憶装置である。補助記憶装置１５としては、例えば、ソリッドステートドライブやフラッシュメモリを用いることができる。フラッシュメモリは、eMMC（embedded Multi Media Card）などのフラッシュメモリを利用した記憶媒体を含む。補助記憶装置１５には、端末側プログラムＰＧ１が記憶されている。端末側プログラムＰＧ１は、端末用記憶部１４に読み込まれて、プロセッサ１３によって実行される。

【0012】

入力部１６は、ユーザの操作を受け付けて、入力信号として出力する部材である。本実施形態の入力部１６は、タッチパネルである。入力部１６は、ユーザの操作が入力された位置を検出し、位置を示す情報を入力信号として出力する。ユーザの操作は、例えば、タッチ操作、タップ操作、スライド操作、スワイプ操作、ピンチ操作である。入力部１６としては、マウス、キーボード、音声入力に用いるマイクが用いられてもよい。

【0013】

表示部１７としては、例えば、液晶ディスプレイ、及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイを挙げることができる。表示部１７には、入力部１６が重ねて設けられており、入力部１６と表示部１７とでタッチスクリーンを構成している。

【0014】

位置測定部１８は、ユーザ端末１１の位置を測定する。ユーザ端末１１の位置は、ユーザ端末１１の経緯度である。位置測定部１８は、GNSS（Global Navigation Satellite System）衛星から送信される衛星信号を受信する。位置測定部１８は、衛星信号を用いて位置を測定する。

【0015】

通信装置１９は、通信網Ｎ１を通じて情報の送受信を行うことができる通信インターフェースである。通信装置１９は、通信網Ｎ１を通じて、土質判定装置５１と情報の送受信を行うことができる。

【0016】

＜土質判定装置＞
土質判定装置５１は、制御部５２と、補助記憶装置５５と、通信装置５６と、を備える。土質判定装置５１は、サーバーである。

【0017】

制御部５２は、プロセッサ５３と、サーバー用記憶部５４と、を備える。プロセッサ５３としては、例えば、CPU、GPU、及びDSPを挙げることができる。サーバー用記憶部５４は、RAM及びROMを含む。サーバー用記憶部５４は、処理をプロセッサ５３に実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。サーバー用記憶部５４、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御部５２は、ASICやFPGA等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御部５２は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。

【0018】

補助記憶装置５５は、記憶されたデータを書き換え可能な不揮発性記憶装置である。補助記憶装置５５としては、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、及びフラッシュメモリが挙げられる。補助記憶装置５５は、土質判定プログラムＰＧ２を記憶している。土質判定プログラムＰＧ２は、サーバー用記憶部５４に読み込まれて、プロセッサ５３によって実行される。補助記憶装置５５は、学習済みモデルＤ１と、第１データＤ２と、第２データＤ３と、第３データＤ４と、周辺データＤＢ１と、強度データＤＢ２と、を記憶している。補助記憶装置５５は、学習済みモデルＤ１、周辺データＤＢ１、及び強度データＤＢ２を記憶する記憶部である。

【0019】

通信装置５６は、通信網Ｎ１を通じて情報の送受信を行うことができる通信インターフェースである。通信装置５６は、通信網Ｎ１を通じて、ユーザ端末１１と情報の送受信を行うことができる。

【0020】

土質判定システム１０は、例えば、地盤改良を行う際に用いられる。地盤改良では、地盤改良を行う現場の土と固化材とを混合することによって改良土を形成する。改良土の強度は、土質、固化材の種類、及び固化材の量に応じて変化する。土質に応じた固化材の種類、及び固化材の量を選定するために地盤改良の現場から採集した土の土質名を土質判定装置５１が判定する。そして、土質判定装置５１が判定した土質名をユーザ端末１１に出力することによって、ユーザに土質名を提供する。本実施形態において、土質判定装置５１による土質名の判定対象となる土は、地盤改良を行う現場で採集される土である。この土を判定対象土と称する。以下、判定対象土の土質名を判定する際に土質判定システム１０で行われる制御について説明する。土質判定システム１０で行われる制御は、端末用制御部１２が端末側プログラムＰＧ１を実行するとともに制御部５２が土質判定プログラムＰＧ２を実行することで行われる。一例として地盤改良を行う現場の土を判定対象土とする場合について説明するが、判定対象土はどのような土であってもよい。

【0021】

＜土質判定システムで行われる制御＞
図２に示すように、ステップＳ１において、端末用制御部１２は、表示部１７に入力画面を表示させる。詳細にいえば、ユーザによるユーザ端末１１の操作によって端末用制御部１２が端末側プログラムＰＧ１を実行すると、表示部１７に入力画面が表示される。

【0022】

図３及び図４に示すように、端末用制御部１２は、入力画面として、位置表示部２１と、入力表示部２４と、予測部３６と、を表示部１７に表示させる。位置表示部２１は、ユーザ端末１１の位置が表示される箇所である。位置表示部２１には、地図２２が表示される。この地図２２に重畳して表示されるアイコン２３によってユーザ端末１１の位置が表される。地図２２は、ピンチ操作によって拡大及び縮小が可能であってもよい。

【0023】

入力表示部２４は、情報を入力するための項目が表示される領域である。入力表示部２４の各項目には、判定対象土の土質名を判定するのに必要となる情報が入力される。入力表示部２４は、位置更新部２５と、反映部２６と、緯度入力部２７と、経度入力部２８と、ＩＤ入力部２９と、湿潤密度入力部３０と、自然含水比入力部３１と、Ｃ入力部３２と、Φ入力部３３と、感触入力部３４と、コンシステンシー限界入力部３５と、を備える。図３及び図４に示すように、入力画面の表示内容が表示部１７に収まりきらない場合、ユーザの操作によって表示内容をスクロール可能であってもよい。

【0024】

位置更新部２５は、ユーザからの操作を受け付けてユーザ端末１１の位置を更新するものである。例えば、位置更新部２５がユーザによってタップ操作されると、端末用制御部１２は位置測定部１８から位置情報を取得する。位置測定部１８から位置情報を取得すると、端末用制御部１２は位置表示部２１のアイコン２３の位置を更新する。位置情報は、ユーザ端末１１の経緯度を示す情報である。

【0025】

反映部２６は、ユーザからの操作を受け付けて緯度入力部２７及び経度入力部２８にユーザ端末１１の位置を反映するものである。例えば、反映部２６がユーザによってタップ操作されると、端末用制御部１２はアイコン２３の緯度を緯度入力部２７に反映する。反映部２６がユーザによってタップ操作されると、端末用制御部１２はアイコン２３の経度を経度入力部２８に反映する。緯度入力部２７には、ユーザによって任意の緯度が入力可能であってもよい。経度入力部２８には、ユーザによって任意の経度が入力可能であってもよい。

【0026】

ＩＤ入力部２９には、ユーザが任意のＩＤを入力することができる。このＩＤは、入力表示部２４の各項目に入力された情報と紐付けられる。即ち、ＩＤは、入力表示部２４の各項目に入力された情報を管理するために用いられる。

【0027】

湿潤密度入力部３０は、判定対象土の湿潤密度［ｇ／ｃｍ^３］を入力する箇所である。湿潤密度入力部３０には、ユーザによって任意の値が入力可能である。ユーザは、判定対象土の湿潤密度を測定することで得られた値を湿潤密度入力部３０に入力する。判定対象土の湿潤密度は、例えば、湿潤密度試験によって測定することができる。

【0028】

自然含水比入力部３１は、判定対象土の自然含水比［％］を入力する箇所である。自然含水比入力部３１には、ユーザによって任意の値が入力可能である。ユーザは、判定対象土の自然含水比を測定することで得られた値を自然含水比入力部３１に入力する。判定対象土の自然含水比は、例えば、含水比試験によって測定することができる。

【0029】

Ｃ入力部３２は、判定対象土のＣの有無を入力する箇所である。Ｃは、粘着力を意味する。図４に示す例では、ラジオボタンによってＣの有無を選択可能にしている。ユーザは、判定対象土のＣの有無を確認する。Ｃの有無は、例えば、判定対象土が乾燥した状態で崩れ易いか否かによって判断することができる。ユーザは、判定対象土が乾燥した状態で崩れ易い場合、Ｃが無いと判断することができる。ユーザは、判定対象土が乾燥した状態で崩れ難い場合、Ｃが有ると判断することができる。

【0030】

Φ入力部３３は、判定対象土のΦの有無を入力する箇所である。Φは、内部摩擦角を意味する。図４に示す例では、ラジオボタンによってΦの有無を選択可能にしている。ユーザは、判定対象土のΦの有無を確認する。Φの有無は、例えば、判定対象土を団子状や筒状などの形状に固めた際に形状が維持され易いか否かによって判断することができる。ユーザは、判定対象土を固めた際に形状が維持され易い場合、Φが無いと判断することができる。ユーザは、判定対象土を固めた際に形状が維持され難い場合、Φが有ると判断することができる。

【0031】

感触入力部３４は、判定対象土の感触を入力する箇所である。感触入力部３４は、予め定められた選択肢から１つを選択して入力する箇所である。選択肢としては、第１選択肢～第６選択肢が設定されている。第１選択肢は「指でこするとざらざらとした感触がある」である。第２選択肢は「指でこすると砂粒以外にざらざらとした感触がある」である。第３選択肢は「指でこすると砂粒以外は細粒分が指紋に刷り込まれる」である。第４選択肢は「指で触ると粘着性が有り、指でこするとベタっとする感じ」である。第５選択肢は「手でつかむとボリュームの割には軽い」である。第６選択肢は「強制的に攪拌すると水っぽくなる。ボリュームの割には軽い」である。図４に示す例では、プルダウンによって選択肢が表示される。ユーザは、プルダウンによって表示された第１選択肢～第６選択肢のうち判定対象土の感覚に最も近いものを選択する。

【0032】

コンシステンシー限界入力部３５は、判定対象土のコンシステンシー限界を入力する箇所である。コンシステンシー限界入力部３５は、予め定められた選択肢から１つを選択して入力する箇所である。選択肢としては、第１選択肢～第６選択肢が設定されている。第１選択肢は「容器に入れて傾けるとサラサラ崩れる」である。第２選択肢は「団子状には形を変えられる」である。第３選択肢は「棒状にするとすぐに切れてしまう」である。第４選択肢は「棒状にすると切れやすい」である。第５選択肢は「棒状に形を変えられる」である。第６選択肢は「指でつぶすと泥状化する」である。図４に示す例では、プルダウンによって選択肢が表示される。ユーザは、プルダウンによって表示された第１選択肢～第６選択肢のうち判定対象土のコンシステンシー限界に最も近いものを選択する。

【0033】

予測部３６は、ユーザからの操作を受け付けることによって土質判定装置５１に判定対象土の判定を要求する箇所である。例えば、入力表示部２４の各項目を入力した状態で予測部３６をタップ操作すると、土質判定装置５１に対して入力表示部２４の各項目に入力された情報に基づいて土質名の判定が要求される。

【0034】

図２に示すように、土質判定装置５１に判定対象土の判定が要求されると、ステップＳ２において、端末用制御部１２は、位置情報、湿潤密度情報、自然含水比情報、及び付加情報を土質判定装置５１に送信する。位置情報は、緯度入力部２７に入力された緯度及び経度入力部２８に入力された経度を示す情報である。湿潤密度情報は、湿潤密度入力部３０に入力された湿潤密度を示す情報である。自然含水比情報は、自然含水比入力部３１に入力された自然含水比を示す情報である。付加情報は、Ｃ入力部３２に入力されたＣの有無を示す情報、Φ入力部３３に入力されたΦの有無を示す情報、感触入力部３４に入力された選択肢を示す情報、及びコンシステンシー限界入力部３５に入力された選択肢を示す情報を含む。

【0035】

次に、ステップＳ３において、制御部５２は、ステップＳ２でユーザ端末１１から送信された位置情報、湿潤密度情報、自然含水比情報、及び付加情報を受信する。これにより、制御部５２は、位置情報、判定対象土の自然含水比、判定対象土の湿潤密度、判定対象土のＣの有無、判定対象土のΦの有無、判定対象土の感触、及び判定対象土のコンシステンシー限界を取得する。

【0036】

次に、ステップＳ４において、制御部５２は、判定対象土の自然含水密度及び判定対象土の湿潤密度から土質名を推定する。自然含水密度は、判定対象土の単位体積当たりの水分量［ｇ／ｃｍ^３］である。制御部５２は、以下の（１）式に基づき判定対象土の自然含水比から判定対象土の自然含水密度を算出する。自然含水密度は、判定対象土の水分量を示す値である。

【0037】

【数1】

制御部５２は、判定対象土の湿潤密度、及び（１）式から算出した判定対象土の自然含水密度を学習済みモデルＤ１に入力する。そして、学習済みモデルＤ１から出力された土質名を判定対象土の土質名と推定する。言い換えれば、制御部５２は、判定対象土の土質名の候補を、学習済みモデルＤ１を用いて抽出する。土は、土を形成する土粒子の大きさによって複数の土質名に分類することができる。土粒子が小さくなるほど土粒子同士の間の間隙が多くなる。間隙が多くなるほど土に含まれる水が多くなる。従って、土の自然含水密度及び土の湿潤密度と土質名とは相関がある。学習済みモデルＤ１は、この相関を用いて土の自然含水密度及び土の湿潤密度と土質名とを対応付けた第１対応データである。学習済みモデルＤ１は、統計的処理に基づいて生成されている。

【0038】

学習済みモデルＤ１は、教師なし学習によって生成されていてもよい。この場合、土の自然含水密度及び土の湿潤密度を学習データとして用いる。教師なし学習では、土の自然含水密度及び土の湿潤密度からグループ構造が導出されるため、グループ構造に土質名を対応付ければよい。

【0039】

学習済みモデルＤ１は、教師あり学習によって生成されていてもよい。この場合、土の自然含水密度及び土の湿潤密度に土質名を対応付けた学習データを用いる。本実施形態では、二分木を用いて学習済みモデルＤ１を生成している。

【0040】

図５は、縦軸を土の自然含水密度、横軸を土の湿潤密度として土質名に応じてプロットを行った図である。土質名としては砂、細砂、シルト混じり砂、粘土混じり砂、シルト質砂、粘土質砂、砂質シルト、シルト、粘土質シルト、砂質粘土、シルト質粘土、粘土、砂混じり粘性土、有機質シルト、有機質粘土、黒ボク、ローム、及び粘土質ロームを挙げることができる。図５では、図示の都合上、砂、シルト混じり砂、シルト質砂、砂質シルト、粘土質シルト、シルト質粘土、粘土、有機質粘土、及びロームのみを図示している。

【0041】

土の自然含水密度と土の湿潤密度には、湿潤密度が小さくなるほど自然含水密度が大きくなる相関があることを把握できる。土の自然含水密度と土の湿潤密度には、線形の相関がある。土の自然含水比と土の湿潤密度にも相関が存在するが、土の自然含水比と土の湿潤密度との相関は非線形である。土に含まれる水分量を示す値として自然含水密度を用いることで、二分木を用いて学習済みモデルＤ１を生成する際に、学習データから特徴を抽出しやすくなる。

【0042】

学習済みモデルＤ１は、土の自然含水密度及び土の湿潤密度で表される平面上での土質名を表す領域を表しているといえる。図５では、砂を表す領域Ａ１、シルト混じり砂を表す領域Ａ２、シルト質砂を表す領域Ａ３、砂質シルトを表す領域Ａ４、粘土質シルトを表す領域Ａ５、シルト質粘土を表す領域Ａ６、粘土を表す領域Ａ７、ロームを表す領域Ａ８、及び有機質粘土を表す領域Ａ９を図示している。各領域Ａ１～Ａ９は、他の領域Ａ１～Ａ９に重なり合っている。二分木によって領域Ａ１～Ａ９を導出すると、各領域Ａ１～Ａ９同士が重なり合わない。しかしながら、土の自然含水密度及び土の湿潤密度で表される平面上に土質名に応じてプロットを行うと、複数の土質名が混在して存在する範囲が存在する。このような範囲については、混在する土質名の両方の領域Ａ１～Ａ９に含まれるように、二分木によって導出された領域の調整を行っている。これにより、図５に示すような領域Ａ１～Ａ９を得ることができる。図５では、図示の都合上、砂、シルト混じり砂、シルト質砂、砂質シルト、粘土質シルト、シルト質粘土、粘土、有機質粘土、及びロームのそれぞれに対応する領域Ａ１～Ａ９のみを図示している。学習済みモデルＤ１は、図示されていない土質名に対応する領域を含む。

【0043】

制御部５２は、上記した学習済みモデルＤ１を用いて、土質名を推定する。制御部５２は、判定対象土の自然含水密度及び判定対象土の湿潤密度から判定対象土が属する領域Ａ１～Ａ９を判定する。制御部５２は、判定対象土が属する領域Ａ１～Ａ９が１つであれば、当該領域Ａ１～Ａ９が対応する土質名を判定対象土の土質名として推定する。制御部５２は、判定対象土が属する領域Ａ１～Ａ９が複数であれば、それらの領域Ａ１～Ａ９に対応する複数の土質名を判定対象土の土質名として推定する。制御部５２は、判定対象土が属する領域Ａ１～Ａ９が存在しない場合、判定対象土の自然含水密度及び判定対象土の湿潤密度から所定範囲に領域Ａ１～Ａ９が存在するか否かを判定する。例えば、判定対象土の自然含水密度及び判定対象土の湿潤密度が図５の点Ｐ１で表されるとする。この場合、点Ｐ１の属する領域Ａ１～Ａ９が存在しないため、点Ｐ１を中心とする所定範囲Ａ１０に領域Ａ１～Ａ９が存在するか否かが判定される。図５の例であれば、所定範囲Ａ１０に粘土質シルトに対応する領域Ａ５が存在するため、判定対象土の土質名として粘土質シルトが推定されることになる。所定範囲Ａ１０としては、例えば、湿潤密度や自然含水比の測定誤差に基づいて設定される。制御部５２は、判定対象土の自然含水密度及び判定対象土の湿潤密度から所定範囲に領域Ａ１～Ａ９が存在しない場合、判定対象土に対応する土質名は存在しないと判定する。

【0044】

図２に示すように、次に、ステップＳ５において、制御部５２は、付加情報から土質名を絞り込む。詳細にいえば、制御部５２は、ステップＳ４で推定された土質名を付加情報で絞り込むことによって、判定対象土の土質名を判定する。制御部５２は、判定対象土のＣ及び判定対象土のΦの組み合わせによる土質名の抽出、判定対象土の感触による土質名の抽出、及び判定対象土のコンシステンシー限界による土質名の抽出の３つの抽出手法によって土質名の絞り込みを行う。また、ステップＳ５において、制御部５２は、判定対象土の土質分類を判定する。

【0045】

図６に示すように、Ｃの有無とΦの有無との組み合わせには、土質名、及び土質分類が対応付けられている。この対応付けを規定したデータが第１データＤ２である。Ｃ及びΦには、土質名及び土質分類との相関がある。Ｃ無とΦ有との組み合わせ、Ｃ有とΦ有との組み合わせ、及びＣ有とΦ無との組み合わせのそれぞれには、土質名及び土質分類が対応付けられている。Ｃ無とΦ無との組み合わせには、土質名及び土質分類が対応付けられていない。Ｃの有無及びΦの有無は、土の特性であって、土に含まれる水分量を示す値及び土の湿潤密度とは異なる土の特性である。Ｃの有無及びΦの有無と土質名とを対応付けた第１データＤ２は、第２対応データである。

【0046】

図７に示すように、土の感触と土質名及び土質分類には相関がある。この相関を用いて、感触の第１選択肢～第６選択肢のそれぞれには土質名、及び土質分類が対応付けられている。この対応付けを規定したデータが第２データＤ３である。土の感触は、土の特性であって、土に含まれる水分量を示す値及び土の湿潤密度とは異なる土の特性である。土の感触と土質名とを対応付けた第２データＤ３は、第２対応データである。

【0047】

図８に示すように、土のコンシステンシー限界と土質名及び土質分類には相関がある。この相関を用いて、土のコンシステンシー限界の第１選択肢～第６選択肢のそれぞれには土質名、及び土質分類が対応付けられている。この対応付けを規定したデータが第３データＤ４である。土のコンシステンシー限界は、土の特性であって、土に含まれる水分量を示す値及び土の湿潤密度とは異なる土の特性である。土のコンシステンシー限界と土質名とを対応付けた第３データＤ４は、第２対応データである。第１データＤ２、第２データＤ３、及び第３データＤ４を記憶する補助記憶装置５５は、第２対応データを記憶する記憶部である。

【0048】

土質分類は、土質名に対応付けられた分類である。土質名が定まることによって土質分類は定まる。土質分類としては、砂、砂質土、シルト、粘性土、有機質土、黒ボク、及びロームを挙げることができる。土質分類には、赤ボクが含まれていてもよい。土質分類の砂は、砂、細砂、シルト混じり砂、粘土混じり砂の土質名に対応付けられている。土質分類の砂質土は、シルト質砂、及び粘土質砂の土質名に対応付けられている。土質分類のシルトは、砂質シルト、シルト、及び粘土質シルトの土質名に対応付けられている。土質分類の粘性土は、砂混じり粘性土、砂質粘土、シルト質粘土、及び粘土の土質名に対応付けられている。土質分類の有機質土は、有機質シルト、及び有機質粘土の土質名に対応付けられている。土質分類の黒ボクは、粘土質シルト、有機質シルト、シルト、有機質粘土、シルト質粘土、及び黒ボクの土質名に対応付けられている。土質分類のロームは、ローム、及び粘土質ロームの土質名に対応付けられている。土質分類の赤ボクは、粘土の土質名に対応付けられている。

【0049】

制御部５２は、ステップＳ３で取得した判定対象土のＣの有無及び判定対象土のΦの有無から、Ｃの有無とΦの有無との組み合わせに対応する土質名を抽出する。制御部５２は、Ｃ無とΦ無との組み合わせであれば、判定対象土に対応する土質名が存在しないと判定する。制御部５２は、ステップＳ３で取得した判定対象土の感触の選択肢から、感触の選択肢に対応する土質名を抽出する。制御部５２は、ステップＳ３で取得した判定対象土のコンシステンシー限界の選択肢から、コンシステンシー限界の選択肢に対応する土質名を抽出する。制御部５２は、付加情報による３つの抽出手法のうち２つ以上の抽出手法で抽出された土質名によって、ステップＳ４で推定された土質名の絞り込みを行う。制御部５２は、ステップＳ４で推定された土質名と、３つの抽出手法のうち２つ以上の抽出手法で抽出された土質名とが一致する土質名を判定対象土の土質名と判定する。判定対象土の土質名は、複数であってもよいし、単数であってもよい。即ち、判定対象土の土質名は、単数に絞り込まれなくてもよい。制御部５２は、判定対象土の土質名に対応する土質分類を判定対象土の土質分類として抽出する。

【0050】

図２に示すように、次に、ステップＳ６において、制御部５２は、位置情報から周辺情報を抽出する。周辺情報は、周辺データＤＢ１から抽出することができる。
図９に示すように、周辺データＤＢ１は、過去に施工が行われた場所の位置情報と、当該施工が行われた際に得られた周辺情報とを対応付けたデータベースである。周辺情報としては、例えば、土質特性情報、搬入路情報、硬質地盤情報、特殊ヘッド情報、地下水位情報、転石・地中障害情報、エアー有無情報、施工機械情報、及びエリア特性情報が挙げられる。土質特性は、位置情報で示される場所の土質の特性に関する情報である。搬入路情報は、位置情報で示される場所周辺の交通に関する情報である。硬質地盤情報は、位置情報で示される場所の硬質地盤に関する情報である。特殊ヘッド情報は、位置情報で示される場所で施工の際に用いられた特殊ヘッドに関する情報である。地下水位情報は、位置情報で示される場所の地下水位に関する情報である。転石・地中障害情報は、位置情報で示される場所の転石・地中障害に関する情報である。エアー有無情報は、位置情報で示される場所の地中に存在する空洞に関する情報である。施工機械情報は、位置情報で示される場所での施工時に用いられた施工機械を示す情報である。エリア特性情報は、位置情報で示される場所の周辺に関する情報であって施工に関連がある情報である。

【0051】

制御部５２は、ステップＳ３で得られた位置情報によって表される地点から所定距離の範囲を検索範囲とみなす。例えば、ステップＳ３で得られた位置情報によって表される地点を中心とし、半径を所定距離とする円形の範囲を検索範囲とみなす。所定距離としては、ユーザが設定可能であってもよいし、予め定められた範囲であってもよい。所定距離としては、例えば、１［ｋｍ］～１０［ｋｍ］の範囲で任意に設定することができる。制御部５２は、周辺データＤＢ１を検索することによって検索範囲内の位置を表す位置情報を抽出する。制御部５２は、当該位置情報に対応付けられた周辺情報を、判定対象土を採集した場所の周辺情報として抽出する。

【0052】

図２に示すように、次に、ステップＳ７において、制御部５２は、土質名、自然含水密度及び湿潤密度から固化材の種類に応じた改良土の強度を抽出する。改良土の強度は、強度データＤＢ２から抽出することができる。

【0053】

図１０に示すように、強度データＤＢ２は、土質名、土の湿潤密度、及び土の自然含水密度に、固化材の種類、固化材の単位体積当たりの量、及び改良土の強度を対応付けたデータベースである。強度データＤＢ２は、過去に行われた地盤改良の結果をデータベース化したものである。適宜、固化材の種類、固化材の単位体積当たりの量、及び改良土の強度を配合試験結果と称する。

【0054】

制御部５２は、判定対象土の土質名、判定対象土の自然含水密度及び判定対象土の湿潤密度に合致する条件の配合試験結果を強度データＤＢ２から検索する。判定対象土の土質名、判定対象土の自然含水密度及び判定対象土の湿潤密度に合致する条件とは、判定対象土に類似する土を抽出できる条件である。制御部５２は、判定対象土の土質名と一致する土の土質名、判定対象土の湿潤密度から第１所定範囲に含まれる土の湿潤密度、判定対象土の自然含水密度から第２所定範囲内に含まれる土の自然含水密度の組み合わせを抽出する。制御部５２は、当該組み合わせに対応付けられた配合試験結果を抽出する。この配合試験結果は、判定対象土を用いた改良土の強度の予測値ともいえる。第１所定範囲、及び第２所定範囲は任意に設定することができる。第１所定範囲及び第２所定範囲としては、判定対象土と類似する土を用いた配合試験結果を抽出できるように設定される。

【0055】

図２に示すように、次に、ステップＳ８において、制御部５２は、土質判定装置５１により得られた情報をユーザ端末１１に出力する。制御部５２は、ステップＳ５で得られた土質名を示す情報、ステップＳ５で得られた土質分類を示す情報、ステップＳ６で得られた周辺情報、及びステップＳ７で得られた配合試験結果を、通信網Ｎ１を介してユーザ端末１１に出力する。制御部５２は、土質分類の黒ボクに対応する土質名についてはユーザ端末１１への出力を行わないようにしてもよい。同様に、土質分類に赤ボクが含まれる場合には、土質分類の赤ボクに対応する土質名についてはユーザ端末１１への出力を行わないようにしてもよい。この場合、土質分類の黒ボク及び赤ボクに対応する土質名については、周辺データＤＢ１を構築する際の情報として取り扱われる。

【0056】

次に、ステップＳ９において、端末用制御部１２は、表示部１７に出力画面を表示させる。出力画面には、土質判定装置５１の出力結果が表示される。
図１１及び図１２に示すように、端末用制御部１２は、出力画面として、土質分類表示部４２と、土質名表示部４３と、周辺情報表示部４４と、強度表示部４５と、を表示部１７に表示させる。図１１及び図１２に示すように、出力画面の表示内容が表示部１７に収まりきらない場合、ユーザの操作によって表示内容をスクロール可能であってもよい。また、出力画面の表示内容を複数に分割し、分割した表示内容をユーザの操作によって切り替えられるようにしてもよい。

【0057】

土質分類表示部４２には、ステップＳ５で抽出された土質分類が表示される。
土質名表示部４３には、ステップＳ５で抽出された土質名が表示される。制御部５２は、付加情報による３つの抽出手法のうち３つの抽出手法で抽出された土質名と、２つの抽出手法で抽出された土質名と、を区別して表示してもよい。例えば、制御部５２は、土質名の表示態様を変更してもよい。図１１に示すように、２つの抽出手法で抽出された土質名を括弧書きで表記してもよいし、３つの抽出手法で抽出された土質名と、２つの抽出手法で抽出された土質名とで表示色を変更してもよい。

【0058】

周辺情報表示部４４には、ステップＳ６で得られた周辺情報が表示される。図１１に示す例では、土質特性、及び搬入路の表示を行っているが、表示部１７にはステップＳ６で抽出された周辺情報の全てが表示される。

【0059】

強度表示部４５には、ステップＳ７で得られた配合試験結果が表示される。図１２に示すように、配合試験結果は、横軸を固化材の単位体積当たりの配合量、縦軸を改良土の強度とするグラフによって表示されてもよい。配合試験結果は、テキストで表示されてもよい。

【0060】

＜本実施形態の効果＞
（１）制御部５２は、判定対象土の自然含水密度及び判定対象土の湿潤密度を用いて学習済みモデルＤ１から判定対象土の土質名を抽出している。制御部５２は、判定対象土の土質名をユーザ端末１１に出力する。ユーザは、ユーザ端末１１を確認することによって判定対象土の土質名を把握できる。

【0061】

（２）第１対応データは、土の自然含水密度及び土の湿潤密度を学習データとして生成された学習済みモデルＤ１である。学習済みモデルＤ１を用いることで、土の自然含水密度及び土の湿潤密度から得られた土質名の特徴を用いて、土質名の抽出を行うことができる。

【0062】

（３）学習済みモデルＤ１は、土の自然含水密度及び土の湿潤密度と土質名とを対応付けている。制御部５２は、判定対象土の自然含水密度及び判定対象土の湿潤密度を学習済みモデルＤ１に入力することによって判定対象土の土質名を抽出できる。土の自然含水密度と土の湿潤密度とは、線形の相関があるため、土質名の判定を行いやすい。特に、二分木を用いて学習済みモデルＤ１を生成する場合、領域の分割を行いやすい。このため、土質名の判定精度を向上させることができる。

【0063】

（４）制御部５２は、学習済みモデルＤ１によって抽出された土質名を付加情報によって絞り込んでいる。これにより、土質名の判定精度を向上させることができる。
（５）制御部５２は、付加情報による３つの抽出手法のうち２つ以上の抽出手法で抽出された土質名による絞り込みを行っている。付加情報による土質名の絞り込みは、ユーザによる選択に基づいて行われるため、ユーザによるばらつきが生じるおそれがある。３つの抽出手法のうち２つ以上の抽出手法で抽出された土質名を判定対象土の土質名とすることで、ユーザによるばらつきを原因として、抽出される土質名に差異が生じることを抑制できる。

【0064】

（６）制御部５２は、判定対象土の土質名、判定対象土の自然含水密度、及び判定対象土の湿潤密度から固化材の種類に応じた改良土の強度を抽出する。制御部５２は、改良土の強度をユーザ端末１１に出力する。ユーザは、ユーザ端末１１を確認することによって固化材の種類、及び固化材の量に応じた改良土の強度の予測値を把握できる。

【0065】

（７）制御部５２は、判定対象土を採集した場所の周辺情報を抽出する。制御部５２は、周辺情報をユーザ端末１１に出力する。ユーザは、ユーザ端末１１を確認することによって周辺情報を把握できる。土質判定システム１０が地盤改良に用いられる場合、判定対象土を採集した場所の周辺について施工に関する情報を得ることができる。

【0066】

＜変更例＞
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0067】

・制御部５２は、判定対象土を採集した場所の周辺情報を抽出しなくてもよい。この場合、補助記憶装置５５には、周辺データＤＢ１が記憶されていなくてもよい。
・制御部５２は、配合試験結果を抽出しなくてもよい。この場合、補助記憶装置５５には、強度データＤＢ２が記憶されていなくてもよい。

【0068】

・制御部５２は、付加情報による３つの抽出手法の全てで抽出された土質名によって、ステップＳ４で推定された土質名の絞り込みを行ってもよい。制御部５２は、ステップＳ４で判定対象土の土質名として推定された土質名のうち、３つの抽出手法で抽出された土質名を判定対象土の土質名であると判定するといえる。

【0069】

・制御部５２は、付加情報による３つの抽出手法のうち１つ以上の抽出手法で抽出された土質名による絞り込みを行ってもよい。制御部５２は、ステップＳ４で判定対象土の土質名として推定された土質名のうち、１つ以上の抽出手法で抽出された土質名を判定対象土の土質名であると判定するといえる。

【0070】

・制御部５２は、判定対象土の土質分類を抽出しなくてもよい。
・制御部５２は、ステップＳ４によって得られた土質名を判定対象土の土質名と判定してもよい。即ち、付加情報による絞り込みを行わなくてもよい。この場合、学習済みモデルＤ１は、対応データである。

【0071】

・土質判定プログラムＰＧ２は、ユーザ端末１１で実行されてもよい。この場合、ユーザ端末１１が土質判定装置となる。実施形態で制御部５２が行っていた処理は、端末用制御部１２で行われることになる。

【0072】

・自然含水密度の算出は、端末用制御部１２が行ってもよい。この場合、端末用制御部１２は、自然含水比情報に代えて、自然含水密度を示す自然含水密度情報を土質判定装置５１に送信すればよい。

【0073】

・学習済みモデルＤ１は、土の自然含水比及び土の湿潤密度を学習データとして用いて生成されたものであってもよい。土の自然含水比［％］は、土に含まれる水分量を示す値である。土の自然含水比は、土に含まれる水分量を割合で示す値である。土の自然含水比と土の湿潤密度には非線形の相関がある。このため、非線形の相関から土質名の特徴を抽出できるアルゴリズムを用いて学習済みモデルＤ１を生成することができる。この場合、制御部５２は、判定対象土の自然含水比及び判定対象土の湿潤密度を用いて土質名の抽出を行う。

【0074】

・第１対応データは、土の自然含水密度及び土の湿潤密度を土質名に対応付けたデータであればよく、学習済みモデルＤ１とは異なるデータであってもよい。例えば、機械学習とは異なる統計処理によって第１対応データは生成されていてもよい。

【0075】

・学習済みモデルＤ１、第１データＤ２、第２データＤ３、第３データＤ４、周辺データＤＢ１、及び強度データＤＢ２は、それぞれ別々の記憶部に記憶されていてもよい。
・制御部５２は、ステップＳ４で、判定対象土が属する領域Ａ１～Ａ９が存在しない場合、判定対象土に対応する土質名が存在しないと判定してもよい。

【符号の説明】

【0076】

Ｄ１…対応データ、及び第１対応データである学習済みモデル、Ｄ２…第２対応データである第１データ、Ｄ３…第２対応データである第２データ、Ｄ４…第２対応データである第３データ、１１…ユーザ端末、５１…土質判定装置、５２…制御部、５５…記憶部としての補助記憶装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】