情報通信審議会情報通信技術分科会技術戦略委員会御中社会インフラ維持管理における IoT 化の取組 2017 年 5 月 12 日株式会社 NTT データ 2017 NTT DATA Corporation NTT DATA Corporation

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ゆうりゅうにかどり
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1 情報通信審議会情報通信技術分科会技術戦略委員会御中社会インフラ維持管理における IoT 化の取組 2017 年 5 月 12 日株式会社 NTT データ 2017 NTT DATA Corporation NTT DATA Corporation

2 アウトライン 1. インフラ状態監視システムに関する研究開発背景 1-1 社会インフラの老朽化進行と破損事例 1-2 当社のインフラ状態監視システムの製品開発 1-3 インフラ状態監視システムの更なる普及展開に向けて 2. インフラ状態監視システムに関する研究開発概要 2-1 無線センサによるインフラ状態監視に向けた取組概要 2-2 インフラ維持管理更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト 2-3 スマートなインフラ維持管理にむけた ICT 基盤の確立 2-4 加速度センサの情報モデルの標準化概要 3. 今後の課題 3-1 インフラ状態監視における今後の課題 2017 NTT DATA Corporation 2

1-1 社会インフラの老朽化進行と破損事例近年築 50 年を超えるインフラ数や老朽化による破損が年々増加しているため

道路橋トンネル河川管理施設港湾岸壁 25% 18% 20% 43% 43% 34% 32% 67% 64% 58% 50% 80%

] 建築後 50 年以上経過する日本の社会資本の割合出典 : 国土交通省白書 (2016 年 ) 0% 2013 2023 2033 [

見晴橋トラス橋の斜材の破断鋼鉄製の支柱の腐食出典 : 総務省社会資本の維持管理及び更新に関する行政評価監視 (2010 年 )

3 1-1 社会インフラの老朽化進行と破損事例近年築 50 年を超えるインフラ数や老朽化による破損が年々増加しているため破損防止に向けた長寿命化施策を施す必要がある国内でのインフラ老朽化米国でのインフラ ( 橋梁 ) 老朽化 80% 40% 道路橋トンネル河川管理施設港湾岸壁 25% 18% 20% 43% 43% 34% 32% 67% 64% 58% 50% 80% 40% 34% 日本より米国の方が 10 年早く老朽化のピークを迎える 51% 64% 8% 0% [ 年 ] 建築後 50 年以上経過する日本の社会資本の割合出典 : 国土交通省白書 (2016 年 ) 0% [ 年 ] 建築後 50 年以上経過する米国の橋梁の割合出典 : 国土技術政策総合研究所資料第 645 号 (2011 年 ) 本荘大橋見晴橋トラス橋の斜材の破断鋼鉄製の支柱の腐食出典 : 総務省社会資本の維持管理及び更新に関する行政評価監視 (2010 年 ) ミネアポリス橋梁の崩壊事故現場出典 : 米国ミネアポリス橋梁崩壊事故に関する技術調査報告 (2007 年 ) 2017 NTT DATA Corporation 3

4 ( 参考 ) センサを用いた社会インフラの状態監視に関する国策人的コスト等の点検費用削減に向けた施策としてセンサを用いたインフラ状態監視が国策として様々な形で掲げられている科学イノベーション総合戦略 2016 重きを置くべき取組センサで計測したデータを高信頼かつ超低消費電力で収集伝送する通信技術等の開発と現場への導入 1 内閣府 (2016 年 5 月 ) 世界最先端 IT 国家創造宣言工程表 IT 利活用の更なる推進のための重点項目高度なセンサロボット非破壊検査情報化施工などの技術を開発活用することにより社会インフラの実態を正確に把握蓄積し見える化することで社会インフラを安全により長く利用できることにつなげる取組を推進 2 内閣官房 (2016 年 5 月 ) インフラ長寿命化基本計画目指すべき姿 2017 NTT DATA Corporation 4 国内の重要インフラ老朽インフラの全てでセンサーロボット非破壊検査技術等を活用した高度で効率的な点検補修を実施 (2030 年 ) 3 国土交通省 (2013 年 11 月 )

1-2 当社のインフラ状態監視システムの製品開発先述した背景を受けてインフラ状態監視システムの製品開発を行った各種センサで計測したデータをリアルタイムで加工送信することで人が目視でチェックしてきた劣化情報や車両通行情報気象情報を継続的に収集解析するデータの加工については例えば変位データを閾値超過の有無へ加工する等センサ構造物異常検知統計情報収集

5 1-2 当社のインフラ状態監視システムの製品開発先述した背景を受けてインフラ状態監視システムの製品開発を行った各種センサで計測したデータをリアルタイムで加工送信することで人が目視でチェックしてきた劣化情報や車両通行情報気象情報を継続的に収集解析するデータの加工については例えば変位データを閾値超過の有無へ加工する等センサ構造物異常検知統計情報収集リアルタイムかつ長期継続的に橋梁の状態を計測し災害時のリアルタイム異常検知および平常時の早期異常把握を支援走行車両重量推定車種推定橋梁に生じるひずみ量から橋上を走行している車両の重量を算出また得られた重量と台数を統計的に解析することによって車両走行が構造物に与える損傷度を算出し点検や補修に役立てる変位 ( 隙間段差 ) 計測データのリアルタイム送信解析ひずみ ( 応力荷重 ) 傾斜 ( 桁脚の傾斜 ) 加速度 ( 振動衝撃 ) 気象 ( 風雨地震 ) 監視映像気象情報収集気象情報を収集提供することによって通行規制判断に役立てる 2017 NTT DATA Corporation 5

6 1-3 インフラ状態監視システムの更なる普及展開に向けて当初インフラ状態監視システムを一般橋梁に展開することを試みたが展開にはシステム構築のコスト期間の削減や収集データの一元管理比較利用が必要となる認識に至ったローカル管理設備クラウドデータセンタセンサ To-Be ( 無線 + クラウド ) 通信ケーブル通信電源ケーブル必要敷設期間コスト小ケーブル断線リスク無橋梁の新設既設不問個別システムでのデータ管理データ管理の煩雑化有線センサ As-Is ( 有線 + 個別システム ) オンプレミス ( 個別システム ) 無線センサ通信電源ケーブル不要敷設期間コスト小ケーブル断線リスク無橋梁の新設既設不問クラウドでのデータ管理データの統一管理や比較利用の実現 2017 NTT DATA Corporation 6

2-1 無線センサによるインフラ状態監視に向けた取組概要無線センサを用いたクラウド型インフラ状態監視は大きく以下の 3 つのプロセスに分かれるが当社ではデータ収集とデータ伝送において研究開発を行った 1 データ収集 2 データ伝送 3 データ分析橋梁 A 道路 A センサローカル管理設備 ( コンセントレータ ) データ解析アプリケーション課題複数種センサでのデータ収集 ( 加速度

7 2-1 無線センサによるインフラ状態監視に向けた取組概要無線センサを用いたクラウド型インフラ状態監視は大きく以下の 3 つのプロセスに分かれるが当社ではデータ収集とデータ伝送において研究開発を行った 1 データ収集 2 データ伝送 3 データ分析橋梁 A 道路 A センサローカル管理設備 ( コンセントレータ ) データ解析アプリケーション課題複数種センサでのデータ収集 ( 加速度ひずみ etc.) 情報モデル統一通信の低消費電力化橋梁の状態把握に向けた分析手法の確立インフラ維持管理更新等の社会課題対応システム開発 (NEDO) スマートなインフラ維持管理にむけた ICT 基盤の確立 ( 総務省 ) 戦略的イノベーション創造プログラム (SIP) 研究開発複数種のセンサでのデータ収集やそれらに対するセンサネットワークの構築加速度センサの長期電池稼働 (5 年 ) を目標とし低消費電力でのデータ収集と情報モデルの標準化を実施総合科学技術イノベーション会議が選定した課題であるインフラ維持管理更新マネジメント技術の一つとして研究開発中 2017 NTT DATA Corporation 7

2-2 インフラ維持管理更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト (2014 年度 ~2018 年度 )

弊社担当領域 RIMS ネットワーク収集サーバフレキシブル面パターンセンサ貼り付け箇所ローカル管理設備 ( コンセントレータ )

AE センサ観測データ振動 ( ミクロ破壊 ~ マクロ破壊 ) 橋梁ひずみセンサ観測データひずみ構造物センサ観測データ

(X, Y, Z 軸 ) 雨量情報温度ヘッダ (1 byte) データサイズ (4 byte) 個別センサID (8 byte)

8 2-2 インフラ維持管理更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト (2014 年度 ~2018 年度 ) 道路インフラに多種多様なセンサが設置された際それぞれの独自方式に合わせた専用の機器およびシステムを構築する必要がありデータ収集が非効率となる多種多様なセンサ / メーカーに対応できるオープンなネットワーク共通プラットフォームを当社も所属する技術研究組合 NMEMS 技術研究機構にて研究開発弊社担当領域 RIMS ネットワーク収集サーバフレキシブル面パターンセンサ貼り付け箇所ローカル管理設備 ( コンセントレータ ) NEXCO 東日本資料より抜粋インフラ管理センター ( 高速道路会社 ) 受信するパケット床版主桁橋梁橋脚道路付帯物法面 AE センサ観測データ振動 ( ミクロ破壊 ~ マクロ破壊 ) 橋梁ひずみセンサ観測データひずみ構造物センサ観測データ加速度 (X, Y, Z 軸 ) 傾斜 (X, Y, Z 軸 ) 温度法面センサ観測データ座標 (X, Y, Z 軸 ) 傾斜 (X, Y, Z 軸 ) 雨量情報温度ヘッダ (1 byte) データサイズ (4 byte) 個別センサID (8 byte) 先頭時刻 (4 byte) ミリ秒 (2 byte) フォーマットID (2 byte) 観測データ (x byte) 2017 NTT DATA Corporation 8 本研究は国立研究開発法人新エネルギー産業技術総合開発機構 (NEDO) の委託研究業務の結果得られたものです

2-3 スマートなインフラ維持管理にむけた ICT 基盤の確立 (2014 年度 ~2016 年度 ) 無線式の加速度センサを 5 年以上電池駆動させることを目的とした通信規格の研究開発を実施本研究開発で実装した情報モデルや動作仕様については学識有識者やセンサメーカインフラ管理者等との技術検討を経て 2017 年 5

9 2-3 スマートなインフラ維持管理にむけた ICT 基盤の確立 (2014 年度 ~2016 年度 ) 無線式の加速度センサを 5 年以上電池駆動させることを目的とした通信規格の研究開発を実施本研究開発で実装した情報モデルや動作仕様については学識有識者やセンサメーカインフラ管理者等との技術検討を経て 2017 年 5 月末に TTC ( 一般社団法人情報通信技術委員会 ) にて標準化予定無線センサを用いた橋梁状態監視の実装に対する要求条件は技術レポートとして TTC にて制定済 1 マルチホップネットワーク技術距離の長い橋梁については電波が届かない場合があるためバケツリレーによる長距離伝送を可能とした技術 2 送信電文の優先度制御技術計測時のみ 100Hz 待機時は 12.5Hz でサンプリングすることで省電力化を図る技術データ送信ローカル管理設備管理設備ローカル管理設備 3 時刻同期技術橋梁全体がどのように動いているか等を正しく把握するため各センサーの時刻を同期させる技術起動待機データ送信停止 AM 7:00 大大大大大 AM 8:00 型型型型型車両車両車両車両車両ががががが通通通通通過過過過過待機異常発生 PM 2:15 異常終了待機 PM 2:18 4 地震検知技術以下の機能を備え待機中でも地震の検知を行う技術異常アラート検知機能異常データ計測送信機能 2017 NTT DATA Corporation 9

10 2-4 加速度センサの情報モデルの標準化概要情報モデル : データの用途や通信方式実装等に依存しない共通的なデータの項目構造を規定したもの動作仕様 : センサユニットとローカル管理設備間でセンサユニットの設定や計測したデータの取得などの処理に必要なインタフェースをアプリケーション間の処理にマッピングした仕様 ( コマンド名等 ) センサユニット A センサユニット B エリア NW A エリア NW B 動作仕様ローカル管理設備ローカル管理設備方向性コマンド名メソッド意味 (*1) 時刻要求要求 S L センサユニットに設定する時刻を要求する計測データ出力通知 S L センサ計測完了時の計測データの出力を開始計測データ通知 S L センサデータ計測完了時に計測データの出力計測データ終了通知 S L センサデータ計測完了時に計測データの出力を完了地震アラーム通知 S L 地震トリガの閾値超過の通知初期化要求 L S センサユニットの設定をデフォルト値に戻す計測時刻設定要求 L S センサ計測を開始する時刻と計測を継続する時間の設定トリガ表示要求 L S 加速度センサの計測条件を表示トリガ設定設定 L S 加速度センサの計測条件を設定情報モデル ( 一部抜粋 ) (*1) S: センサユニット L: ローカル管理設備 (Device) 加速度センサ 1..* * 1..1 (module) 計測データ (module) 計測時刻 (module) 計測トリガ (module) 地震トリガ 1..n 1..* (DataPoint) Read 計測値 (X 軸 /Y 軸 /Z 軸 ) データ計測時刻 ( 秒 ) データ計測時刻 ( ミリ秒 ) サンプリングレート (Hz) 測定加速度軸 (1,2,3) パケット数 (0の場合ストリーム) 計測終了時のバッテリ電圧 (V) 装置内温度 ( ) 装置外温度 ( ) (DataPoint) Read/Write 計測開始時刻 ( 時 : 分 ) 計測継続時間 ( 分 ) (DataPoint) Read/Write 加速度軸 (1,2,3) 1..1 分解能 (mg) 計測中のトリガ受付 (Yes/No) サンプリングレート (Hz) トリガ前計測回数トリガ後計測回数閾値 (X 軸 ) 閾値 (Y 軸 ) 1..* 閾値 (Z 軸 ) 1..1 (Event) トリガ超過アラーム NTT DATA Corporation 10

11 3-1 インフラ状態監視における今後の課題センサによるインフラ状態監視における今後の課題として各種センサデータ及び加工データの情報モデルの統一や収集データに対する分析技術の確立維持管理以外での新たな付加価値の創造が挙げられる 1 情報モデルの統一 (1 により 2 や 3 の取組が加速 ) 2 分析技術の確立 3 付加価値の創造情報モデルの標準化と実装が進めばデータの一元管理や比較利用が可能となる総務省実証にて様々な通信プロトコルに適用可能な加速度センサの情報モデルを標準化したがそれ以外のセンサデータ ( ひずみ腐食等 ) 及び加工データ ( 固有振動数等 ) の標準化も進めていく必要があるまた実装に向けたリファレンスモデルを共有することが有効であるセンシングデータの分析のみで目視での点検項目を満たすことができればインフラ状態監視システムでの維持管理が可能となるセンシングデータをもとにした分析手法の研究開発を進める必要がある維持管理や修繕以外で情報モデルを活用できれば新たな市場価値を見出すことができる 1 で標準化した情報モデルへ新たな価値を付与するために他業種を巻き込んだ検討連携を行う必要がある複数業種間での情報モデル検討国際標準化 SIP 等による分析技術の研究開発 CIM を介した建設業者と管理業者との情報連携 2017 NTT DATA Corporation 11

~ 維持管理のライフサイクルの業務効率化を図る手法のこと CIM による土木構造物ライフサイクルの連携 CIM

12 ( 参考 ) CIM の概要 CIM(Construction Information Model) とは形状情報に加え材質や仕様コスト情報等を 3D モデルに持たせることで仮想建築を行いながら土木建設物を設計し測量 ~ 設計 ~ 施工 ~ 維持管理のライフサイクルの業務効率化を図る手法のこと CIM による土木構造物ライフサイクルの連携 CIM における情報モデル図 : CIM の概念 ( 国土交通省資料より ) 2017 NTT DATA Corporation 12

13 2017 NTT DATA Corporation

国土技術政策総合研究所研究資料

国土技術政策総合研究所研究資料第 7 章検査基準 7-1 検査の目的検査の目的は対向車両情報表示サービス前方停止車両低速車両情報表示サービスおよびその組み合わせサービスに必要な機能の品質を確認することである解説設備の設置後機能や性能の総合的な調整を経て検査基準に従い各設備検査を実施する各設備検査の合格後各設備間を接続した完成検査で機能性能等のサービス仕様を満たしていることを確認する検査を実施し合否を判定する

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