RFIDタグを利用した地下構造物周辺地盤の3次元変形計測手法の考案

开发使用 RFID 标签测量地下结构周围地面 3D 变形的方法

• 批准号: 17656145
• 负责人: 堀 宗朗
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17656145/
• 关键词: RFIDタグ; 地盤構造; 逆解析; 地盤水分量; 電磁波伝播特性; 材料特性; 3次元位置計測; 数値シミュレーション; 三次元計測; 誘導電磁波

地震工学の古典的な重要問題である地盤-構造物相互作用を解決する新しい視点を設けることを念頭に,本研究は,地下構造物周辺地盤の変形を計測する手法の考案に取り組んだ.計測ディバイスとしてRFIDタグを利用することがポイントである.計測原理は,適当数のRFIDタグを地盤に埋め,地震動による地盤の変形に追随して位置を変えるRFIDタグの位置を同定することで,地盤の動的3次元計測を行うことである.主要な研究内容は,1)地盤中でRFIDタグが送受信する電磁波の特性と水分を含む地盤の電磁波伝播特性を検討すること,2)RFIDタグの3次元位置同定を行う逆問題を解く解析手法を考案し,その妥当性を検証すること,である.RFIDタグが受動的に送受信する電磁波の出力は小さいため,測定誤差は大きいものの,地盤レーダのような強い出力の器具を使い,大きな振幅の電磁波を使う必要が確認された.一方,地盤の電磁波特性は,RFIDタグの長さのスケールでみると,閉め固め度等に依存した強い非一様性を持つことが示唆された.特に水分を含む場合,この局所的な非一様性は増大するようである.したがって,逆問題としては,電磁波のソースとなるRFIDタグと一緒に,それを取り巻く地盤の局所的非一様性も同定しなければならないことが明らかになった.この逆問題は極めて難解である.地表面からの測定データしか利用できない場合には位置同定の精度に限界がある.上記を考慮した上で,等価介在物法を利用した逆解析手法を考案し,位置同定のシミュレーションを行った.高出力の地盤レーダを使い,比較的一様な地盤を対象とする条件の元で,RFIDタグの3次元位置同定が可能であることを示唆する結果を得た.

本研究的目的是为解决地震工程中的一个经典重要问题——地基-结构相互作用创造一个新的视角，旨在设计一种测量地下结构周围地面变形的方法。测量的关键是使用RFID标签作为设备。测量原理是将适当数量的RFID标签埋在地下，并识别RFID标签的位置，这些标签会随着地面因地震而变形而改变其位置。本研究的目的是进行动态三维测量。主要研究内容是：1）检查RFID标签在地面中发射和接收的电磁波特性以及含有水分的土壤的电磁波传播特性； RFID 标签的三维测量。目的是设计一种解析方法来解决反问题并验证其有效性。RFID标签无源发射和接收的电磁波输出较小，因此虽然测量误差较大，但不可能产生与地面雷达一样的强大输出。已证实需要使用工具使用大振幅电磁波。另一方面，当从长度尺度观察时，根据压实程度等，地面的电磁波特性具有很强的不均匀性。有人认为，这种局部不均匀性尤其在含有水分时会增加。因此，相反的问题是周围地面以及作为电磁波源的 RFID 标签的局部不均匀性。还必须识别不均匀性。这个反演问题是极其困难的。如果仅利用地表测量数据，位置识别的精度是有限的。考虑到上述情况，我们采用了等效包含法。方法并使用高功率地面雷达进行位置识别模拟，可以在相对均匀的地面条件下识别 RFID 标签的三维位置。

项目成果

Preliminary study on digital images for automated identification of structural damages by edge detection

数字图像边缘检测自动识别结构损伤的初步研究

• 发表时间: 2007
• 作者: L. Huang;K. Oguni and M. Hori
• 通讯作者: K. Oguni and M. Hori

Proposal of FEM implemented with particle discretization for analysis of failure phenomena

提出采用粒子离散化的有限元法来分析失效现象

• 发表时间: 2005
• 期刊: Journal of the Mechanics and Physics of Solids 53
• 作者: M. Hori;K. Oguni;H. Sakaguchi
• 通讯作者: H. Sakaguchi

Hierarchical Localization Algorithm Based on Inverse Delaunay Tessellation

• DOI: 10.1007/11669463_15
• 发表时间: 2006-02
• 作者: Masayuki Saeki;J. Inoue;K. Khor;Tomohiro Kousaka;Hiroaki Honda;K. Oguni;M. Hori

Development of integrated earthquake simulation for estimation of strong ground motion

开发用于估计强地震动的综合地震模拟

• 发表时间: 2006
• 期刊: Asian Journal of Civil Engineering (Building and Housing) 7
• 作者: M.Hori;T.Ichimura;K.Oguni
• 通讯作者: K.Oguni

Macro-Micro Analysis Method for Wave Propagation in Stochastic Media

随机介质中波传播的宏微观分析方法

• 发表时间: 2006
• 期刊: Earthquake Engineering & Structural Dynamics 35
• 作者: T. Ichimura;M. Hori
• 通讯作者: M. Hori