4.3 ニューラルネットワークモデル ニューラルネットワークモデル ニューラルネットワークモデル ニューラルネットワークモデル
4.4.2 越波流量に関 する比較 越波流量に関 する比較 越波流量に関 する比較 越波流量に関 する比較
図 4 6，図 4 7 は， 天端被災 および 複合 型 被災モデ ル 2 を対象 と した水理 模型実 験 より得ら れた 越波流 量 の実験結 果と， ニュ ー ラルネッ トワー クを 用 いた評価 システム による越 波流量 の予 測 結果を比 較した もの で ある． 図 4 6 が 天端被 災モデル ，図 4 7 が複合型 被災モ デル 2の比較図 である ．また ，数値実 験での 越波流 量に関す る統計 量
を表 4 4， 表 4 5 に 示 す．これ らの図 より ， 本研究で 構築さ れた 天 端被災モ デルおよ
び 複 合 型 被 災 モ デ ル 2 に お け る 被 覆 層 の 累 積 損 傷 に 伴 う 越 波 流 量 に 関 す る 評 価 シ ス テムは ，天 端被災 モデ ルの場合 は±50％ ，複 合型被災 モデル 2の場 合は±40％ の誤差 範囲で予 測され てお り ，バラつ きがか なり 大 きいと言 える．
図4 6 越波流 量に関 す る予測値 と実験 値の 比 較（不規 則波： 天端 被 災モデル ）
表4 4 数値 実験で の 統計量（ 不規則 波： 天 端被災モ デル）
DL
越波流量(cm3/cm/s) 数値実験
平均値 5 標準偏 差 σ 変動係 数 σ/5
0 0.040 0.025 0.613
1 0.046 0.035 0.777
2 0.043 0.031 0.722
3 0.038 0.026 0.680
4 0.047 0.023 0.488
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0.00
0.05 0.04
0.03 0.02
0.01 0.00
+50%
*50%
実験値(cm3/cm/s) 予測値(cm3/cm/s)
74
しかし ながら ， 表 4 4，表 4 5 に示さ れて いる数値 実験で の越 波 流量に関 する統 計 量を見て みると ，変動 係数（＝ 標準偏 差/平均 値）がそ れぞれ ，天端 被災モデ ルの場 合 は0.488～0.777（平均 値：約 0.65），複合型 被 災モデル 2の場合 は0.420～0.682（ 平 均値：約0.55）と なっ ている．こ の越波 流量 における 実験毎 の変 動 係数値を 考慮す る と，評価シ ステ ムにお ける予測 値がそ れぞ れ ，天端被災 モデ ルの場 合が 50％，複合型 被災モデ ル 2 の場 合 が 40％の 誤差範 囲に あ ることは ，予測 精度 と しては妥 当な結果 であると 言えよ う．
図 4 7 越波流 量に関 す る予測値 と実験 値の 比 較（不規 則波： 複合 型 被災モデ ル 2）
表 4 5 数値 実験で の 統計量（ 不規則 波： 複 合型被災 モデル 2）
DL
越波流量(cm3/cm/s) 数値実験
平均値 5 標準偏 差 σ 変動係 数 σ/5
0 0.035 0.023 0.656
1 0.076 0.033 0.439
2 0.074 0.050 0.682
3 0.083 0.043 0.515
4 0.105 0.044 0.420
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
0.25 0.20
0.15 0.10
0.05 0.00
+40%
*40%
実験値(cm3/cm/s) 予測値(cm3/cm/s)
75
4.5 4.5 4.5
4.5 結語 結語 結語 結語
本章で は，海 岸保全 施 設の一つ である 消波 工 に，ライフ サイ クルマ ネ ジメント（LCM） の導入を 行う 際に必 要 不可欠と なる累 積損 傷 を伴う消 波工の 消波 性 能に関す る評価シ ステムの 開発 を行っ た ．評価シ ステム の構 築 にあたっ ては， デー タ 間の因果 関係が不 明確な情 報処 理の分 析 に有効な ニュー ラル ネ ットワー クを用 いた ． その際， ネットワ ークを調 整す るため に 多数の入 力と出 力デ ー タに関す る教師 デー タ が必要と なるが，
本研究で は第3章で 行 った数値 波動水 路を 用 いた数値 実験結 果を 教 師データ として用 いた．本 章で得 られ た 結果を， 以下に 要約 す る．
1． 不 規 則 波 を 対 象 と し た 天 端 被 災 モ デ ル ， お よ び 複 合 型 被 災 モ デ ル の 消 波 性 能 に 関 する評価 シス テムの 構 築にあた って は，単 一 のシステ ムで 全てを 網 羅するこ とが困 難であっ たた め，天 端 被災モデ ルの 反射率 ， 越波流量 の評 価シス テ ム，複合 型被災 モデルの 反射率，越波 流量の評 価シス テム，計4つの 評価シ ステム をそれぞ れ構築 した．
2． 反 射 率 の 評 価 シ ス テ ム に 関 す る 検 証 と し て 実 験 値 と 予 測 値 の 比 較 検 討 を 行 っ た 結 果， 規 則波 を対 象 とし た複 合 型被 災モ デ ル 1，不 規 則波 を対 象 とし た天 端 被災 モデ ル，およ び複合 型被災 モデル 2に おいて ，開 発された 評価シ ステ ム は実験値 を 10％
程度の誤 差範囲 で予 測 可能であ った．
3． 越 波 流 量 の 評 価 シ ス テ ム に 関 す る 検 証 と し て 実 験 値 と 予 測 値 の 比 較 検 討 を 行 っ た 結果，不 規則波 を対象 とした天 端被災 モデ ル ，および 複合型 被災モ デル 2にお いて，
開発され た評価 シス テ ムは天端 被災モ デル の 場合が最 大 50％ 程度の 誤差，複合型 被 災モデル 2の場合 が最 大 40％程 度の誤 差とな った．し かし，数値実 験 での越波 流量 のバラツ キを数 量化 し た変動係 数の値 とし て ，天端 被災 モデル の場 合が約 0.65（平 均値）， 複合型 被災モ デ ル 2 の場合 が 約 0.55（ 平均値） である こと を 考慮する と，
本研究で 構築し た越 波 流量の評 価シス テム に よる予測 値は妥 当な 結 果と言え よう．
76
＜参考文献＞
＜参考文献＞
＜参考文献＞
＜参考文献＞
1）中野 馨 監 修：ニ ュ ーロコン ピュー タ， 技 術評論社 ，1989． 2）吉冨 康成： ニュー ラ ルネット ワーク ，朝 倉 書店，2007．
3） 間 瀬 肇 ： ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク を 用 い た 捨 石 防 波 堤 の 安 定 性 評 価 ， 海 岸 工 学 論 文集， 第 41巻，pp.761 765，1994．
4） 間 瀬 肇 ， 酒 井 哲 郎 ： ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク を 用 い た 消 波 ブ ロ ッ ク 被 覆 工 の 変 形 量評価， 海岸工 学論 文 集，第 42巻，pp.891 895，1995．
5） 間 瀬 肇 ， 永 橋 俊 二 ，Terry S.HEDGES： 緩 傾 斜 護 岸 の 越 波 流 量 算 定 に お け る ニ ュ ーラルネ ットワ ーク の 適応性に 関する 研究，海 洋開発論 文集，第 21巻 ，pp.593 598，
2005．
6） 斉 藤 武 久 ， 砂 原 啓 人 ， 市 川 督 人 ， 福 本 正 ， 間 瀬 肇 ， 石 田 啓 ： ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク を 用 い た 人 工 リ ー フ 周 辺 の 水 理 特 性 評 価 － ト ラ ッ プ 式 ダ ブ ル リ ー フ を 対 象 と して－， 海岸工 学論 文 集，第 55巻（2），pp.971 975，2008．
7） 太 田 隆 夫 ， 松 見 吉 晴 ， 時 岡 明 範 ， 木 村 晃 ： 傾 斜 護 岸 の 断 面 変 形 の モ デ ル 化 と 性 能 評価，土 木学会 論文 集 B2（海岸工学 ），Vol.66 No.1，pp.721 725，2010．
8） 加 藤 展 顕 ： 傾 斜 護 岸 の 被 災 断 面 形 状 と 性 能 変 化 の 特 性 に 関 す る 研 究 ， 鳥 取 大 学 大 学院工学 研究科 社会 基 盤工学専 攻，修 士論 文 ，2011．
77
第 第 第
第 5 5 5 5 章 章 章 章 年齢型予防保全を基礎とした消波施設の 年齢型予防保全を基礎とした消波施設の 年齢型予防保全を基礎とした消波施設の 年齢型予防保全を基礎とした消波施設の 最適保全方策
最適保全方策 最適保全方策 最適保全方策
5 5 5
5.1 .1 .1 .1 緒言 緒言 緒言 緒言
我が国 の海岸 保全 施 設は，1956 年 の海岸 法 の制定や ，1959 年の 伊 勢湾台風 等によ る大災害 を契機 に整 備 されたも のが多 く 1)， 現在では 老朽化 が進 行 し，本来 保持すべ き性能が 十分 に発揮 さ れていな い施設 や， 耐 力の低下 が著し い施 設 が増加し ている．
施設が保 持す べき要 求 性能の維 持のた めに は 保全実施 の必要 性が あ るが，無 計画な保 全や突発 的な 事後保 全 は総保全 費用増 大の 要 因となる ．そこ で， 国 土交通省 ・農林水 産 省 （2008） に よ り 海 岸 保 全 施 設 の 維 持 管 理 に 対 し ， ラ イ フ サ イ ク ル マ ネ ジ メ ン ト
（LCM）と呼ば れる概 念を導入 したマ ニュ ア ル（案 ）が作 成され ，適時，適 切な 保全 対策の必 要性が 訴え ら れてい る 1)．
ここで ，海 岸保全 施 設の一つ である 消波 工 に目を向 けて見 ると ， この消波 工の今ま での保全 方法 は事後 保 全型であ り，消 波工 が 大規模被 災を受 ける 度 に保全を 行ってき た．しか しな がら， 事 後保全は 総保全 費用 増 大の要因 となる だけ で はなく， 多くの人 命・財産 を危 険にさ ら すことに も繋が るた め ，今後は 適時・ 適切 な 予防保全 を行う必 要がある と考え られ る ．
本章で は，消 波施設 の保全計 画策定 には，施設の物 理・性 能面の 劣化過程 を把握 し，
施 設 破 壊 へ の 信 頼 性 評 価 が 重 要 で あ る と 考 え ， 消 波 施 設 の 破 壊 に 至 る 過 程 と し て ，2 種類の確 率モデ ルを 採 用する．1 つ は衝撃 型 累積損傷 モデル であ り ，衝撃に より発生 し累積さ れた損 傷量 に より，施設 の状態 を定 義するモ デルで ある．もう 1つ は耐力 劣 化モデル であ り，施 設 耐力劣化 と負荷 発生 過 程を別過 程とし て捉 え ，耐力と 負荷の大 小関係に より ，破壊 事 象を表現 するモ デル で ある．両 施設劣 化破 壊 モデルの もと，年 齢型予防 保全 を基礎 と した保全 モデル をい く つか提案 し，総 期待 保 全費用を 最小とす る施設保 全方策 につ い て解析的 および 数値 実 験的な検 討を行 う．
5 5 5
5.2 .2 .2 .2 衝撃型累積損傷モデルを用いた消波施設保全モデル 衝撃型累積損傷モデルを用いた消波施設保全モデル 衝撃型累積損傷モデルを用いた消波施設保全モデル 衝撃型累積損傷モデルを用いた消波施設保全モデル
5 5 5
5.2.1.2.1.2.1.2.1
衝撃型累積損 傷モデル 衝撃型累積損 傷モデル 衝撃型累積損 傷モデル 衝撃型累積損 傷モデル の概 要 の概 要 の概 要 の概 要
消波ブ ロッ クは， 台 風や異常 発達し た低 気 圧等によ って発 生し た 波によっ て移動や 天端高の 沈下 等の損 傷 を被る． このよ うな 波 をここで は，以 後， 異 常波浪と 呼ぶ．損
傷は異常 波浪 によっ て のみ発生 し，累 積さ れ ると仮定 する． 累積 し た損傷は ，何らか の保全を 受け ない限 り 減少する とこは ない ． 消波ブロ ックは 施設 全 体に累積 された損 傷量が Kを 超えた 場合 ，要求 性能を 保証で き なくなる ．す なわち ，製品とし ては故 障 状態であ ると 見なす ． 維持管理 者は施 設の 要 求性能を 満足す るこ と を目的に ，緊急に 事後保全 を実 施する ． 一般的に ，事後 保全 は 緊急性を 要する ため に 費用が掛 かる傾向 にある． 異常波 浪襲 来 に伴う消 波施設 事後 保 全実施の 概要図 を図
図
異 常 波 浪 の 襲 来 は ， 小 和 田
Poisson Process）に 従 うと仮定 する ．ポア ソ ン過程は ランダ ムに 発 生する事 象を表現 するのに 適した 確率 過 程である ．関数
を表す計 数過程 とす れ ば，時刻 て表され る．
Pr
{
N( )
t = j}
= F1j確率変数 Zjは，j 回 の 異常波浪 により 累積 さ れた損傷 量であ り， そ の分布関 数は次式 で表され る．
Pr
{
Zj ≤x}
=G( )j(
78
傷は異常 波浪 によっ て のみ発生 し，累 積さ れ ると仮定 する． 累積 し た損傷は ，何らか の保全を 受け ない限 り 減少する とこは ない ． 消波ブロ ックは 施設 全 体に累積 された損 を 超えた 場合 ，要求 性能を 保証で き なくなる ．す なわち ，製品とし ては故 障 状態であ ると 見なす ． 維持管理 者は施 設の 要 求性能を 満足す るこ と を目的に ，緊急に 事後保全 を実 施する ． 一般的に ，事後 保全 は 緊急性を 要する ため に 費用が掛 かる傾向 にある． 異常波 浪襲 来 に伴う消 波施設 事後 保 全実施の 概要図 を図 5
図5 1 衝撃型 累積損 傷 モデル概 要図
異 常 波 浪 の 襲 来 は ， 小 和 田 2)よ り ， 平 均 λ1 の 定 常 ポ ア ソ ン 過 程 （
）に 従 うと仮定 する ．ポア ソ ン過程は ランダ ムに 発 生する事 象を表現 するのに 適した 確率 過 程である ．関数 N(t)を ，時刻 t まで に発生 す る異常波 浪の回 数 を表す計 数過程 とす れ ば，時刻 t ま でに j 回 の異常波 浪が襲 来す る 確率は， 次式とし
( )
1 exp( 1)! )
( j t
j j
t =
λ
t −λ回 の 異常波浪 により 累積 さ れた損傷 量であ り， そ の分布関 数は次式
( )
x =∫
0xG(
x−y)
dG(j−1)( )
y傷は異常 波浪 によっ て のみ発生 し，累 積さ れ ると仮定 する． 累積 し た損傷は ，何らか の保全を 受け ない限 り 減少する とこは ない ． 消波ブロ ックは 施設 全 体に累積 された損 を 超えた 場合 ，要求 性能を 保証で き なくなる ．す なわち ，製品とし ては故 障 状態であ ると 見なす ． 維持管理 者は施 設の 要 求性能を 満足す るこ と を目的に ，緊急に 事後保全 を実 施する ． 一般的に ，事後 保全 は 緊急性を 要する ため に 費用が掛 かる傾向
1に示す ．
の 定 常 ポ ア ソ ン 過 程 （homogeneous
）に 従 うと仮定 する ．ポア ソ ン過程は ランダ ムに 発 生する事 象を表現 まで に発生 す る異常波 浪の回 数 回 の異常波 浪が襲 来す る 確率は， 次式とし
(5.1)
回 の 異常波浪 により 累積 さ れた損傷 量であ り， そ の分布関 数は次式
(5.2)