Structural performance evaluation of real civil infrastructure by merging dense point cloud data into FE analysis

通过将密集点云数据合并到有限元分析中，对真实民用基础设施的结构性能进行评估

• 批准号: 21K04230
• 负责人: 宮森 保紀
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Hokkaido University (2022)Kitami Institute of Technology (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04230/
• 关键词: SfM; FEM; 点群; 構造解析; 維持管理; 点群モデル; 既存構造物; 健全度評価

近年ではデジタルトランスフォーメーションの普及に伴い，土木構造物の維持管理に３次元データの活用が推進されている．３次元データについては，３次元点群モデルの利用が注目されている．３次元点群モデルはSfMによる画像からモデルを構築する方法と，レーザースキャナーでモデルを構築する方法がある．いずれも，構築された点群モデルから構造物の寸法や変状を簡易にかつ正確に捉えられるが，SfMはカメラで撮影した画像を用いることができるので，安価で軽量なシステムを構築することができ，将来の応用可能性が高い．一方，点群モデルには表面欠損のような外面的な情報しか得ることができないデメリットもある．本研究では，点群モデルをより維持管理に活用できるようにするのを目的としている．具体的には，点群モデルを構造物の応力や変位を定量的評価できるFEMモデルに変換するアルゴリズム開発してきた．今年度は，今まで課題とされてきた部材隅角部のリブ状の要素や，要素の欠損を解消するモデル化手法を開発した．また，軸方向のみならず，軸直角方向にも部材が交差する構造の点群モデルをFEMモデルに変換するアルゴリズムを開発した．一方，点群モデルのノイズがFEMモデルの精度に悪影響を与えているため，実橋梁を対象として，SfMを用いてノイズが少ない点群モデルを構築し，FEMモデルに変換することが課題である．また，点群から構築したFEMモデルについて，概ねの応力分布だけでなく，応力の精度についても改善が必要である．

近年来，随着数字化转型的传播，已经提倡使用三维数据来维护和管理土木工程结构。关于3D数据，3D点云模型的使用引起了人们的注意。可以使用SFM从图像构建三维点云模型，并且可以使用激光扫描仪构建模型。两者都可以轻松，准确地捕获构造点云模型的结构的尺寸和变形，但是由于可以在SFM中使用摄像头的图像，因此可以构建便宜且轻量级的系统，并且将来很可能会应用。另一方面，点云模型还具有缺点，即只能获得外部信息，例如表面缺陷。这项研究旨在使点云模型对维护管理更有用。具体而言，我们开发了一种将点云模型转换为FEM模型的算法，该模型可以定量评估结构的应力和位移。今年，我们开发了一种建模方法，可以消除成员角落和元素缺陷的肋骨状元素，这一直是迄今为止的挑战。我们还开发了一种算法，以转换一个结构的点云模型，在该模型中，成员不仅在轴向方向相交，而且沿垂直于FEM模型的方向相交。另一方面，由于点云模型中的噪声对FEM模型的准确性具有负面影响，因此挑战是使用SFM使用SFM构建一个点云模型，并将其转换为FEM模型。此外，对于由点云构成的FEM模型，不仅需要在一般应力分布上，而且还需要对压力的准确性进行改进。

项目成果

鋼構造物の点群モデルからFEMモデルを構築するための要素生成方法の改良に関する検討

改进钢结构点云模型构建有限元模型的单元生成方法研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉田明燁;宮森保紀;齊藤剛彦
• 通讯作者: 齊藤剛彦

鋼部材の点群データからFEMデータへの変換における部材隅角部の要素生成に関する検討

钢构件点云数据转有限元数据时构件角点单元生成研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉田明燁;宮森保紀;齊藤剛彦
• 通讯作者: 齊藤剛彦

THE TECHNOLOGICAL TRENDS AND FUTURE CHALLENGES OF POINT CLOUD PROCESSING TECHNOLOGY FOR THE MAINTENANCE OF CIVIL STRUCTURES

土木结构维护点云处理技术的技术趋势和未来挑战

• DOI: 10.11532/jsceiii.2.j2_333
• 发表时间: 2021
• 期刊: Intelligence, Informatics and Infrastructure
• 作者: Doi Kotaro;Asano Hiroyasu;Hoshi Yoshinao;Hiromoto Sachiko;門田峰典，宮森保紀
• 通讯作者: 門田峰典，宮森保紀

鋼I桁供試体の3次元高密度点群モデルからFEMモデルへの自動変換手法の改良

钢工字梁试件三维高密度点云模型到有限元模型自动转换方法的改进

• 发表时间: 2021
• 作者: Doi Kotaro;Hiromoto Sachiko;瓦井 智貴，小室 雅人，河野 克哉，岸 徳光，岸良 良，溝口 愛美;宮森保紀，齊藤剛彦，山崎智之，佐藤瑛典，吉田明燁
• 通讯作者: 宮森保紀，齊藤剛彦，山崎智之，佐藤瑛典，吉田明燁

交差する部材を有する桁供試体の点群データからFEMデータへの変換に関する検討

相交构件梁试件点云数据到有限元数据转换研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 吉田明燁;宮森保紀;齊藤剛彦;門田峰典
• 通讯作者: 門田峰典