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(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】P2024179736
(43)【公開日】2024-12-26
(54)【発明の名称】制御装置、制御方法、およびプログラム
(51)【国際特許分類】
E21B 7/00 20060101AFI20241219BHJP
E21C 25/60 20060101ALI20241219BHJP
【ＦＩ】
E21B7/00 Z
E21C25/60
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023098802
(22)【出願日】2023-06-15
(71)【出願人】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】佐野 敬
(72)【発明者】
【氏名】戸田 伸親
(72)【発明者】
【氏名】木原 康成
(72)【発明者】
【氏名】林 裕悟
(72)【発明者】
【氏名】大西 貴之
(72)【発明者】
【氏名】垣見 康介
(72)【発明者】
【氏名】井手 康夫
(72)【発明者】
【氏名】福嶋 幸治
(72)【発明者】
【氏名】矢葺 健太郎
【テーマコード（参考）】
2D065
2D129
【Ｆターム（参考）】
2D065AA17
2D065AA19
2D065BA14
2D065BA32
2D065BA34
2D065CA02
2D065CA06
2D129AA04
2D129AB05
2D129AB13
2D129BA02
2D129CA23
2D129CA25
2D129CB05
2D129FA05
2D129HA02
(57)【要約】
【課題】制御装置にミスト穿孔のより適切パラメータを設定しておき穿孔機を制御すること。
【解決手段】地盤に対してミスト穿孔を行う穿孔機の制御装置であって、穿孔作業時の穿孔機の穿孔エネルギー、回転圧、および穿孔速度のうち一部または全部を含む作動状態を示す情報を取得する取得部と、作動状態を示す情報に基づいて、ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する削孔制御部と、を備える穿孔機の制御装置。
【選択図】図３
【解決手段】地盤に対してミスト穿孔を行う穿孔機の制御装置であって、穿孔作業時の穿孔機の穿孔エネルギー、回転圧、および穿孔速度のうち一部または全部を含む作動状態を示す情報を取得する取得部と、作動状態を示す情報に基づいて、ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する削孔制御部と、を備える穿孔機の制御装置。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
地盤に対してミスト穿孔を行う穿孔機の制御装置であって、
穿孔作業時の前記穿孔機の作動状態を示す情報を取得する取得部と、
前記作動状態を示す情報に基づいて、前記ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する削孔制御部と、を備える、
穿孔機の制御装置。
穿孔作業時の前記穿孔機の作動状態を示す情報を取得する取得部と、
前記作動状態を示す情報に基づいて、前記ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する削孔制御部と、を備える、
穿孔機の制御装置。
【請求項2】
前記作動状態を示す情報は、穿孔エネルギー、回転圧、および穿孔速度のうち一部または全部を含む、
請求項１記載の穿孔機の制御装置。
請求項１記載の穿孔機の制御装置。
【請求項3】
前記作動状態を示す情報に基づいて、穿孔対象の地山性状を判定する地山性状判定部を更に備え、
前記削孔制御部は、前記地山性状判定部の判定結果に基づいて、前記ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する、
請求項１記載の穿孔機の制御装置。
前記削孔制御部は、前記地山性状判定部の判定結果に基づいて、前記ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する、
請求項１記載の穿孔機の制御装置。
【請求項4】
前記削孔制御部は、前記地山性状判定部の前記判定結果を用いて、前記地山性状と前記混合比率を導出可能な情報が対応付けられたテーブルを検索することで、前記混合比率を決定する、
請求項３記載の穿孔機の制御装置。
請求項３記載の穿孔機の制御装置。
【請求項5】
前記削孔制御部は、前記穿孔機の作動状態を示す情報が入力されると前記混合比率を出力するように学習された学習済モデルに、前記取得された作動状態を示す情報を入力することで、前記混合比率を決定する、
請求項１記載の穿孔機の制御装置。
請求項１記載の穿孔機の制御装置。
【請求項6】
地盤に対してミスト穿孔を行う穿孔機の制御装置が、
穿孔作業時の前記穿孔機の作動状態を示す情報を取得する処理と、
前記作動状態を示す情報に基づいて、前記ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する処理と、
を実行する穿孔機の制御方法。
穿孔作業時の前記穿孔機の作動状態を示す情報を取得する処理と、
前記作動状態を示す情報に基づいて、前記ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する処理と、
を実行する穿孔機の制御方法。
【請求項7】
地盤に対してミスト穿孔を行う穿孔機の制御装置のプロセッサに、
穿孔作業時の前記穿孔機の作動状態を示す情報を取得する処理と、
前記作動状態を示す情報に基づいて、前記ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する処理と、
を実行させるためのプログラム。
穿孔作業時の前記穿孔機の作動状態を示す情報を取得する処理と、
前記作動状態を示す情報に基づいて、前記ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する処理と、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御装置、制御方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、トンネル掘削は、穿孔機を用いて複数の爆破掘削用の装薬孔を形成し地盤を掘削することで行われる。切羽の穿孔作業においては、くり粉の排出と削孔ロッドの回転による摩擦熱上昇防止のために削孔水が用いられる。削孔水の量は、作業員の経験に基づいて決定している。破砕帯等亀裂が分布する脆弱な地山では、削孔水が亀裂から浸透し地山が緩み、肌落ち災害を誘発する可能性がある。そのため、地山を緩ませないように、削孔水と圧縮空気を混合させ削孔水量を減らして行うミスト穿孔が採用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平１１－１４８２８９号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】「切羽前方の地山性状を高精度に予測」、清水建設、２０１６／６／６、ウェブサイトのＵＲＬ：”https://www.shimz.co.jp/company/about/news-release/2016/2016011.html”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率は、装置に事前に設定値を入力することで決定される。このとき、経験値のある作業員が孔口からの戻り水量と地山の浸水度合いに基づいて最適な混合比率を設定するが、作業員の経験値によって混合比率の設定値の正確性が変わってしまう場合があった。また、地山性状が急変する地盤においては作業員の経験値による判断だけでは浸水を完全に防ぐことは難しい。本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、より適切パラメータで穿孔機を制御することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様の制御装置は、地盤に対してミスト穿孔を行う穿孔機の制御装置であって、穿孔作業時の穿孔機の穿孔エネルギー、回転圧、および穿孔速度のうち一部または全部を含む作動状態を示す情報を取得する取得部と、作動状態を示す情報に基づいて、ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する削孔制御部と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
この発明によれば、より適切パラメータで穿孔機を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】各実施形態に係る穿孔機Ｄの構成図である。
【図2】各実施形態に係る穿孔機Ｄの一部の例を示す構成図である。
【図3】第１実施形態に係る制御装置１００の構成の一例を示す図である。
【図4】混合比率テーブル１２２の内容の一例を示す図である。
【図5】第１実施形態の制御装置１００によって実施される処理の一例を示すフローチャートである。
【図6】第２実施形態に係る制御装置１００Ａの構成の一例を示す図である。
【図7】第２実施形態に係る学習用装置２００の構成の一例を示す図である。
【図8】モデル生成部２２０が行う処理の一例を示した図である。
【図9】第２実施形態において実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照し、本発明の制御装置、制御方法、およびプログラムの実施形態について説明する。
［全体構成］
図１は、各実施形態に係る穿孔機Ｄの構成図である。穿孔機Ｄは、いわゆるドリルジャンボと称されるものである。以下に穿孔機Ｄの基本構成を説明する。穿孔機Ｄは、例えば、台車１と、車輪２と、アウトトリガ３と、ブーム４と、ガイドセル５と、ドリフター６と、削孔ロッド７、トルクセンサ８とを備える。台車１は、車輪２により自走可能かつアウトトリガ３により定位置に配置可能である。ブーム４は、台車１の前方において任意方向に旋回かつ伸縮が可能である。ガイドセル５はブーム４の前方に設けられる。ドリフター６は、ガイドセル５に案内され進退するものであり、先端には岩盤を掘削するための削孔ロッド７が取り付けられている。また、ドリフター６にはトルクセンサ８が取り付けられている。トルクセンサ８は、軸に掛かる回転方向のトルクを計測する装置である。穿孔機Ｄは、制御装置１００によって少なくともミスト混合比の制御が行われる。制御装置１００は、例えば、無線または有線で穿孔機Ｄと通信することで穿孔機Ｄを遠隔制御する。これに代えて、制御装置１００は、穿孔機Ｄに内蔵され、或いは搭載されてもよい。
［全体構成］
図１は、各実施形態に係る穿孔機Ｄの構成図である。穿孔機Ｄは、いわゆるドリルジャンボと称されるものである。以下に穿孔機Ｄの基本構成を説明する。穿孔機Ｄは、例えば、台車１と、車輪２と、アウトトリガ３と、ブーム４と、ガイドセル５と、ドリフター６と、削孔ロッド７、トルクセンサ８とを備える。台車１は、車輪２により自走可能かつアウトトリガ３により定位置に配置可能である。ブーム４は、台車１の前方において任意方向に旋回かつ伸縮が可能である。ガイドセル５はブーム４の前方に設けられる。ドリフター６は、ガイドセル５に案内され進退するものであり、先端には岩盤を掘削するための削孔ロッド７が取り付けられている。また、ドリフター６にはトルクセンサ８が取り付けられている。トルクセンサ８は、軸に掛かる回転方向のトルクを計測する装置である。穿孔機Ｄは、制御装置１００によって少なくともミスト混合比の制御が行われる。制御装置１００は、例えば、無線または有線で穿孔機Ｄと通信することで穿孔機Ｄを遠隔制御する。これに代えて、制御装置１００は、穿孔機Ｄに内蔵され、或いは搭載されてもよい。
【0010】
図２は、各実施形態に係る穿孔機Ｄの一部の例を示す構成図である。穿孔機Ｄは、図１の構成に加えて、穿孔ドリル１１を備える。穿孔ドリル１１の先端には、スイーベルジョイント１２を介して削孔ロッド７が取り付けられている。削孔ロッド７の先端にはビット１３が取り付けられている。穿孔ドリル１１は、スイーベルジョイント１２を案内するガイドセル５によって支持される。
スイーベルジョイント１２に接続された削孔水収納部１４、圧送ポンプ１５、流量調整装置１６、コンプレッサー１７を備える。削孔水収納部１４、圧送ポンプ１５、流量調整装置１６、コンプレッサー１７は互いに接続される導管からなる。穿孔ドリル１１は、例えば、モータ９を備える。このモータ９には、レゾルバ１０が取り付けられている。これらのセンサは穿孔機によって切羽を穿孔する際の作動状態を求めるために必要なデータを計測するための機能を有している。
スイーベルジョイント１２に接続された削孔水収納部１４、圧送ポンプ１５、流量調整装置１６、コンプレッサー１７を備える。削孔水収納部１４、圧送ポンプ１５、流量調整装置１６、コンプレッサー１７は互いに接続される導管からなる。穿孔ドリル１１は、例えば、モータ９を備える。このモータ９には、レゾルバ１０が取り付けられている。これらのセンサは穿孔機によって切羽を穿孔する際の作動状態を求めるために必要なデータを計測するための機能を有している。
【0011】
穿孔機Ｄは、削孔水と圧縮空気を混合させ削孔水量を減らして行うミスト穿孔を行う。圧縮空気は、コンプレッサー１７より供給される。削孔水は、削孔水収納部１４から圧送ポンプ１５を介して圧縮空気により高圧で圧送される。削孔水と圧縮空気は、流量調整装置１６によって所定の流量に調整がされる。削孔水と圧縮空気と合流後、ミスト穿孔となる。ミスト穿孔は、スイーベルジョイント１２を経て削孔ロッド７内に供給され、削孔ロッド７の先端のビット１３より噴霧状に噴射される。ビット１３は、ミスト穿孔を噴射しながら、地山２０に穿孔する。
【0012】
＜第１実施形態＞
図３は、第１実施形態に係る制御装置１００の構成の一例を示す図である。制御装置１００は、通信部１０２と、取得部１０４と地山性状判定部１０６と、削孔制御部１０８と、記憶部１２０を備える。通信部１０２と記憶部１２０以外の構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。これらの各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。
図３は、第１実施形態に係る制御装置１００の構成の一例を示す図である。制御装置１００は、通信部１０２と、取得部１０４と地山性状判定部１０６と、削孔制御部１０８と、記憶部１２０を備える。通信部１０２と記憶部１２０以外の構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。これらの各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。
【0013】
通信部１０２は、穿孔機Ｄと通信する。記憶部１２０は、記憶媒体、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access read/write Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、またはこれらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。記憶部１２０は、混合比率テーブル１２２を記憶する。
【0014】
取得部１０４は、穿孔作業時の穿孔機の作動状態を示す情報を取得する。作動状態とは、例えば、穿孔エネルギー、回転圧、および穿孔速度のうち一部または全部を含む。作動状態は、例えば、穿孔機に取り付けられた各種センサによって、求めることができる。各種センサには、前述したトルクセンサ８、レゾルバ１０の他、適宜必要なものが含まれてよい。
【0015】
穿孔エネルギーは、例えば、穿孔機に取り付けられた各種センサによって、削岩機の作動油圧、削孔距離、孔口位置、削孔角度、打撃エネルギー、打撃数、穿孔速度、孔断面積に基づいて求めることができる。打撃エネルギーは、穿孔機の削岩機能の特性や穿孔時の負荷に基づいて求めることができ、穿孔面積、打撃エネルギー、穿孔速度、打撃数に基づいて求めることができる。
【0016】
回転圧は、例えば、トルクセンサ８の出力に基づいて計算される。穿孔速度は、例えば、削孔ロッド７の進行速度に基づいて求めるようにしてもよい。
【0017】
地山性状判定部１０６は、穿孔機の作動状態を示す情報に基づいて、穿孔対象の地山性状を判定する。地山性状は、例えば、硬岩、中硬岩、軟岩、破砕帯の４つに分類される。地山性状判定部１０６は、穿孔エネルギー、回転圧、および穿孔速度に応じて地山性状を導出する既知の技術に基づいて、穿孔対象の地山性状を判定する（非特許文献１）。
【0018】
削孔制御部１０８は、地山性状判定部１０６の判定結果に基づいて、ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する。ミスト穿孔の混合比率は、混合比率テーブル１２２の情報に基づいて導出することができる。図４は、混合比率テーブル１２２の内容の一例を示す図である。この混合比率テーブル１２２では、地山性状ごとに、削孔水の割合と、圧縮空気の割合が定められている。図示する例では、地山性状が「硬岩」の場合、削孔水の割合が８０％、圧縮空気の割合が２０％となっており、地山性状が「中硬岩」の場合、削孔水の割合が６０％、圧縮空気の割合が４０％となっており、地山性状が「軟岩」の場合、削孔水の割合が５０％、圧縮空気の割合が５０％となっており、地山性状が「破砕帯」の場合、削孔水の割合が２０％、圧縮空気の割合が８０％となっている。混合比率テーブル１２２に記録されている情報は、後から変更可能な情報であってもよい。供給するミストの絶対量（噴出速度）の情報も混合比率テーブル１２２に含まれてもよい。
【0019】
削孔制御部１０８は、混合比率テーブル１２２から導出された情報に基づいて、削孔水収納部１４とコンプレッサー１７を制御し、削孔水と圧縮空気を合流させミスト穿孔にする。ミスト穿孔は、ビット１３から噴射される。削孔制御部１０８は、その他に、穿孔ドリル１１を制御したり、穿孔機Ｄに備えられている各部の制御をする。供給するミストの絶対量（噴出速度）の情報も混合比率テーブル１２２に含まれる場合、削孔制御部１０８は、それを反映させてミスト穿孔を制御してよい。
【0020】
［フローチャート］
図５は、第１実施形態の制御装置１００によって実施される処理の一例を示すフローチャートである。まず、取得部１０４は、穿孔作業時の穿孔機の作動状態を取得する（ステップＳ１００）。
図５は、第１実施形態の制御装置１００によって実施される処理の一例を示すフローチャートである。まず、取得部１０４は、穿孔作業時の穿孔機の作動状態を取得する（ステップＳ１００）。
【0021】
地山性状判定部１０６は、作動状態を示す情報に基づいて、穿孔対象の地山性状を判定する（ステップＳ１０２）。
【0022】
削孔制御部１０８は、地山性状の判定結果に基づいて、ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を混合比率テーブル１２２から導出する（ステップＳ１０４）。
【0023】
削孔制御部１０８は、導出した混合比率に基づいて、ミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整する（ステップＳ１０６）。
【0024】
ステップＳ１０６の処理の後、本フローチャートは、ステップＳ１００の処理に戻され本フローチャートの処理が繰り返される。
【0025】
［まとめ］
係る処理を行うことで、制御装置１００は、地山性状に応じてミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整することができるため、ミスト穿孔の効率が上がり肌落ち災害の可能性を低減することができる。
係る処理を行うことで、制御装置１００は、地山性状に応じてミスト穿孔における削孔水と圧縮空気の混合比率を自動調整することができるため、ミスト穿孔の効率が上がり肌落ち災害の可能性を低減することができる。
【0026】
＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係る制御装置１００Ａの構成の一例を示す図である。第１実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する詳細な説明は省略する。図６に示す制御装置１００Ａは、図３で示す構成と比較すると、記憶部１２０が、混合比率テーブル１２２に代えて学習済モデル１２４を記憶する点で異なる。
図６は、第２実施形態に係る制御装置１００Ａの構成の一例を示す図である。第１実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する詳細な説明は省略する。図６に示す制御装置１００Ａは、図３で示す構成と比較すると、記憶部１２０が、混合比率テーブル１２２に代えて学習済モデル１２４を記憶する点で異なる。
【0027】
取得部１０４は、第１実施形態と同様に穿孔機の作動状態を取得して地山性状判定部１０６に送信する。削孔制御部１０８は、穿孔機の作動状態を示す情報が入力されるとミスト穿孔の混合比率を出力するように学習された学習済モデル１２４に、取得された作動状態を示す情報を入力することで、ミスト穿孔の混合比率を決定する。
【0028】
地山性状判定部１０６は、地山性状を検出し、フィードバックするデータとして保持する。
【0029】
学習済モデル１２４は、例えば、制御装置１００Ａとは別体である学習用装置２００によって生成される。図７は、第２実施形態に係る学習用装置２００の構成の一例を示す図である。学習用装置２００は、例えば、取得部２１０と、モデル生成部２２０と、記憶部２５０を備える。
記憶部２５０以外の構成要素は、第１実施形態の制御装置１００の構成要素と同様に、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ等のプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。これらの各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤやフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。
記憶部２５０以外の構成要素は、第１実施形態の制御装置１００の構成要素と同様に、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ等のプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。これらの各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤやフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。
【0030】
記憶部２５０は、第１実施形態の制御装置１００の記憶部１２０と同様に、記憶媒体、例えば、ＨＤＤ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、またはこれらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。記憶部２５０は、学習用データセット２５２、モデル設定情報２５４、学習済モデル１２４などの情報を記憶する。
【0031】
［学習段階／フェーズ１］
以下、学習用装置２００の各部の機能について、学習段階と推論段階と再学習段階に分けて説明する。学習段階において、取得部２１０は、学習用データセット２５２の元データとなる各種データを制御装置１００Ａから取得する。元データは、例えば、学習用データ２５２Ａの元になる、前述した穿孔機の「作動状態」や、教師データ２５２Ｂの元になる、過去のトンネル工事や事前の試験施工において穿孔機の作動状態から経験値の高い作業員が算出した最適な削孔水と圧縮空気の混合比率である。学習用データセット２５２は、学習用データ２５２Ａと、教師データ２５２Ｂとが対応付けられたものである。
以下、学習用装置２００の各部の機能について、学習段階と推論段階と再学習段階に分けて説明する。学習段階において、取得部２１０は、学習用データセット２５２の元データとなる各種データを制御装置１００Ａから取得する。元データは、例えば、学習用データ２５２Ａの元になる、前述した穿孔機の「作動状態」や、教師データ２５２Ｂの元になる、過去のトンネル工事や事前の試験施工において穿孔機の作動状態から経験値の高い作業員が算出した最適な削孔水と圧縮空気の混合比率である。学習用データセット２５２は、学習用データ２５２Ａと、教師データ２５２Ｂとが対応付けられたものである。
【0032】
取得部２１０は、前処理部２１２を含む。前処理部２１２は、元データに対して前処理を行い、学習用データセット２５２を生成する。前処理部２１２は、例えば、正規化処理や異常値除去処理などを行う。
【0033】
モデル生成部２２０は、学習用データ２５２Ａと、教師データ２５２Ｂとに基づいて、学習済モデル１２４を生成する。前述したように、学習用データ２５２Ａは、穿孔機の制御装置１００Ａから取得した穿孔機の作動状態に対して前処理を行ったものである。教師データ２５２Ｂは、過去のトンネル工事や事前の試験施工において穿孔機の作動状態から経験値の高い作業員が算出した最適な削孔水と圧縮空気の混合比率に対して前処理を行ったものである。学習用データ２５２Ａの要素数は、モデル設定情報２５４により規定されている入力ノードの数に一致する。モデル設定情報２５４は、学習済モデル１２４の元になる機械学習モデルの入力ノード数、出力ノード数、中間ノードの接続態様などを規定する情報である。
【0034】
図８は、モデル生成部２２０が行う処理の一例を示した図である。モデル生成部２２０は、学習用データ２５２Ａを入力データとした場合の機械学習モデルの出力が教師データ２５２Ｂに近づくように、バックプロパゲーションなどの手法により機械学習モデルのパラメータを学習する。例えば、規定回数、上記の処理を実行した時点での機械学習モデルが、学習済モデル１２４として確定する。
【0035】
［推論段階／フェーズ２］
学習用装置２００は、例えば、制御装置１００Ａに学習済モデル１２４を送信する。送信された学習済モデル１２４は、制御装置１００Ａの記憶部１２０に記憶される。制御装置１００Ａの取得部１０４は、穿孔機の制御装置１００Ａから取得した穿孔機の作動状態を取得する。削孔制御部１０８は、学習済モデル１２４を入力データとしてミスト穿孔の混合比率を算出する。削孔制御部１０８は、算出した混合比率を穿孔機に入力し、地山を穿孔する。
学習用装置２００は、例えば、制御装置１００Ａに学習済モデル１２４を送信する。送信された学習済モデル１２４は、制御装置１００Ａの記憶部１２０に記憶される。制御装置１００Ａの取得部１０４は、穿孔機の制御装置１００Ａから取得した穿孔機の作動状態を取得する。削孔制御部１０８は、学習済モデル１２４を入力データとしてミスト穿孔の混合比率を算出する。削孔制御部１０８は、算出した混合比率を穿孔機に入力し、地山を穿孔する。
【0036】
［再学習段階／フェーズ３］
制御装置１００Ａの取得部１０４は、フェーズ２にて実際に地山を穿孔した際の穿孔機の作動状態を取得する。また、取得部１０４は、実際の作業中に作動状態から導出した地山性状の結果も地山性状判定部１０６から併せて取得する。経験値の高い作業員は取得した作動状態と地山性状の結果を確認し、更に正確なデータになるように修正を行う。学習用装置２００は、その修正結果を教師データ２５２Ｂとして取り込み、フェーズ１の処理を繰り返し、再学習を行う。
制御装置１００Ａの取得部１０４は、フェーズ２にて実際に地山を穿孔した際の穿孔機の作動状態を取得する。また、取得部１０４は、実際の作業中に作動状態から導出した地山性状の結果も地山性状判定部１０６から併せて取得する。経験値の高い作業員は取得した作動状態と地山性状の結果を確認し、更に正確なデータになるように修正を行う。学習用装置２００は、その修正結果を教師データ２５２Ｂとして取り込み、フェーズ１の処理を繰り返し、再学習を行う。
【0037】
学習用装置２００は、フェーズ２とフェーズ３をフィードバックとして繰り返し、フェーズ１で構築する学習済モデル１２４の精度を向上させる。
【0038】
［フローチャート］
図９は、第２実施形態において実行される処理の一例を示すフローチャートである。まず、取得部２１０は、元データを制御装置１００Ａの取得部１０４から取得する（ステップＳ２００）。
図９は、第２実施形態において実行される処理の一例を示すフローチャートである。まず、取得部２１０は、元データを制御装置１００Ａの取得部１０４から取得する（ステップＳ２００）。
【0039】
前処理部２１２は、前処理を行う（ステップＳ２０２）。
【0040】
モデル生成部２２０は、学習済モデル１２４を確定する（ステップＳ２０４）。
【0041】
学習用装置２００は、確定した学習済モデル１２４を制御装置１００Ａへ送信する（ステップＳ２０６）。
【0042】
制御装置１００Ａの取得部１０４は、地山を削孔し、穿孔機の作動状態を取得する（ステップＳ２０８）。
【0043】
制御装置１００Ａの削孔制御部１０８は、学習済モデル１２４を入力データとしてミスト穿孔の混合比率を算出する（ステップＳ２１０）。
【0044】
次に、削孔制御部１０８は、算出した混合比率を穿孔機に入力し、地山を穿孔する（ステップＳ２１２）。
【0045】
制御装置１００Ａの取得部１０４は、ステップＳ２１２の処理で削孔した際の穿孔機の作動状態を各種センサから取得し、実際の作業中に作動状態から導出した地山性状の結果も地山性状判定部１０６から併せて取得する（ステップＳ２１４）。
【0046】
経験値の高い作業員は、ステップＳ２１４で取得した結果を確認し、更に正確なデータになるように修正を行う（ステップＳ２１６）。
【0047】
学習用装置２００の取得部２１０は、ステップＳ２１６にて作業員が修正したデータを教師データ２５２Ｂとして取り込む（ステップＳ２１８）。
【0048】
学習用装置２００のモデル生成部２２０は、ステップＳ２１８の処理において取り込んだ教師データ２５２Ｂを用いて学習済モデル１２４を再構築する（ステップＳ２２０）。
【0049】
［まとめ］
係る処理を行うことで、制御装置１００Ａは、経験値の高い作業員の技量に依存する削孔水と圧縮空気の混合比率の算出を効率的に最適化ができる。また、学習用装置２００が削孔水と圧縮空気の混合比率の算出を学習することが、経験値の高い作業員の熟練技術を継承でき、作業員の後継者不足、人材不足を解決するために寄与できる。
係る処理を行うことで、制御装置１００Ａは、経験値の高い作業員の技量に依存する削孔水と圧縮空気の混合比率の算出を効率的に最適化ができる。また、学習用装置２００が削孔水と圧縮空気の混合比率の算出を学習することが、経験値の高い作業員の熟練技術を継承でき、作業員の後継者不足、人材不足を解決するために寄与できる。
【0050】
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【0051】
Ｄ 穿孔機
１ 台車
２ 車輪
３ アウトトリガ
４ ブーム
５ ガイドセル
６ ドリフター
７ 削孔ロッド
８ トルクセンサ
９ モータ
１０ レゾルバ
１１ 穿孔ドリル
１２ スイーベルジョイント
１３ ビット
１４ 削孔水収納部
１５ 圧送ポンプ
１６ 流量調整装置
１７ コンプレッサー
２０ 地山
２１ 孔壁
１００ 制御装置
１００Ａ 制御装置
１０２ 通信部
１０４ 取得部
１０６ 地山性状判定部
１０８ 削孔制御部
１２０ 記憶部
１２２ 混合比率テーブル
１２４ 学習済モデル
２００ 学習用装置
２１０ 取得部
２１２ 前処理部
２２０ モデル生成部
２５０ 記憶部
２５２ 学習用データセット
２５４ モデル設定情報
１ 台車
２ 車輪
３ アウトトリガ
４ ブーム
５ ガイドセル
６ ドリフター
７ 削孔ロッド
８ トルクセンサ
９ モータ
１０ レゾルバ
１１ 穿孔ドリル
１２ スイーベルジョイント
１３ ビット
１４ 削孔水収納部
１５ 圧送ポンプ
１６ 流量調整装置
１７ コンプレッサー
２０ 地山
２１ 孔壁
１００ 制御装置
１００Ａ 制御装置
１０２ 通信部
１０４ 取得部
１０６ 地山性状判定部
１０８ 削孔制御部
１２０ 記憶部
１２２ 混合比率テーブル
１２４ 学習済モデル
２００ 学習用装置
２１０ 取得部
２１２ 前処理部
２２０ モデル生成部
２５０ 記憶部
２５２ 学習用データセット
２５４ モデル設定情報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】