少 数 デ ー タ に よ る舗 装 の パ フ ォー マ ンス モ デ ル の 構 築
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(2) MR:路. 床 土 の レ ジ リ エ ン ト係 数(psi). sN:構. 造厚指数. 式(5)を 日 本 の 諸 量 に 対 応 さ せ 信 頼 性 確 率 を50%と し た 場 合,式(6)の. よ う に 変 換 す る こ と が で き る5).. (6) こ こで, w5:累 積5t換 算 輪 数 CBR:路. 床 土 の 設 計CBR(%). 図‑1式(4)と. 式(6)と の 比 較. TA:ア ス フ ァル ト舗 装 の等 値 換 算 厚(cm) ΔPSI:初 期 供 用 性 指 数PSI0と 終 局 供 用 性 指 数PSIt との差 こ こで,式(4)と. 式(6)と の整 合 性 に つ い て検 討 す. る.式(4)を 終 局 供 用 性 指 数 をPSI=2.5と した場 合 の パ フ ォー マ ンス 式 と見 な して,式(6)と 比 較す る と 図 −1の よ う にな り ,両 者 は ほ ぼ一致 す る.(相 関 係 数 =0 .99)こ の こ とよ り,両 者 は 基 本 的 に 同一 の設 計 概 念 に よ る 式 で あ る こ とが 分 か る. この よ うに 舗 装 要綱 の 設 計 式 は,AASHTO設 の終 局 供用 性 指 数 をpsI=2.5に. 図‑2ニ. 計式. ュー ロパ フ ォー マ ンス モ デ ル. 固定 した 式 と見 な す. こ とが で き る.つ ま り,AASHTO設. 計 式 は舗 装 要綱. の設 計 式 を包 括 した柔 軟 性 の 高 い設 計 式 で ある こ と が 分 か る.そ こで,本 研 究 にお いて はAASHTO設. 計. 式 をニ ュー ロパ フ ォー マ ンス の基 本 の 学 習 デ ー タ と. (9). して 用 い る. 3.ニ. ュー ロ パ フ オ ー マ ン ス モ デウレ. 査 に お いて 収 集 され る デ ー タ は,路 面 の供 用 性 指 標 と してMCIが 用 い られ る 場 合 が多 く,ま た 交 通 条 件. (1)ニ. ュ ー ラ ル ネ ッ トワ ー ク モ デ ル. に 関 して は大 型 車 交 通 量 が用 い られ る.そ のた め,. の 予 測 手 法 と し てPerceptron型. 日常 で の道 路 管 理 に お け る利 便 性 を考 慮 した 場 合 に は,容 易 に入 手 可 能 な これ らの デー タ を使 用 した モ. Propagation法. (2)わ が 国 の 諸 量 へ の 変 換 現 在,わ が 国 にお い て 実 施 され て い る路 面 性 状 調 本 研 究 に お い て は,舗 ワ ー ク を 適 用 し,学. デ ル 式 へ の 変 換 が 必 要 と され る.そ のた め,式(1)を. 習 ア ル ゴ リ ズ ム と し てBack. こ の ア ル ゴ リズ ム は 以 下 の と お り で あ る8),9).図 −2に 示 す よ う なn層. 量 の 変 換 を行 う. psIとMCIの 変 換 につ いて は,次 の 式(7)を 用 い. る.入. か ら な る ネ ッ トワー ク を考 え. 力 さ れ た 各 ユ ニ ッ トの 情 報 は,ウ. け ら れ て 次 の 層 に 伝 わ る.最. る.6). は 期 待 さ れ る 出 力(教. (7). ェ イ トを 付. 終 層 で 出 力 され た 情 報. 師 信 号 と呼 ぶ)と. 比 較 さ れ,. 両 者 の 差 が 小 さ く な る よ う に 結 合 ウ ェ イ トは 修 正 さ. 5t換 算 輪 数 と大 型 車 交 通 量 の変 換 に つ いて は,建. れ る.. 設 省 の研 究7)に よ る式(8)を 用 い る.. す な わ ち,パ タ ー ンpを 掲 示 し た と き の 第k層(k. (8). =2. こ こ で, W:大. の ニ ュ ー ラル ネ ッ ト. に よ る 学 習 を 行 う.. 基 本 学 習 の デ ー タ と して 用 い る ため に,対 応す る 諸. w5:5t換. 装 の パ フ オー マ ンス モ デ ル. ,3,4,…,n)の. 各 入 出 力 関 数 を 次 の よ う に 表 す.. (10). 算 輪 数(輪) 型 車 交 通 量(台). (11). これ ら を 式(1)に 代 入 し て 変 換 す る と,次 式 が 得 ら れ る.. こ こ で, Oｋpｊ:パタ ー ンpに ―182―. お け る 第k層. のj番. 目のユ ニ.
(3) 表‑1再. 学 習 の対 象 と した 実 測 デ ー タ(九 州 地 方)10). 表‑2検. 証 に使 用 した 実 測 デ ー タ(九 州 地 方)10). ッ トの 出 力 値 iKpj:パタ ー ンpに. (2)デー お け る 第k層. のj番. 目の ユ ニ ッ. 本 研 究 に お い て は,図‑2の. トの 入 力 値. ト,中. wκ‑1,κ ｉ,j:第k‑1層 第j番. のi番. 目 の ユ ニ ッ ト と 第k層. のj番 目 の ユ ニ ッ トの 入 出 力 関 数 のj番 目 の ユ ニ ッ トの し き い 値. Nk:第k層. の ユ ニ ッ トの 数. 評 価 関 数 と して)教. 師 信 号 と 出 力 値 の2乗. 間 層4ユ. ニ ッ ト,出. よ うな 入 力 層3ユ 力 層1ユ. ュ ー ラ ル ネ ッ トワ ー ク を 用 い,次. ニツ. ニ ッ ト構 造 の ニ. に示 す 計 算 手 順 に. 基 づ い て 学 習 を 行 う2).. fkj:第k層 θkj:第k層. 及 びEを. の. 目の ユ ニ ッ トとの結 合 ウ ェイ ト. タの 学 習. sTEPI:PSIか. らMCI,5t換. 算 輪 数 か ら大 型 車 交 通. 量 へ の 変 換 後 の 式(9)を 用 い て,基 ー タ の た め の 出 力 を行 う . sTEP2:sTEPIで. 誤 差EP. 本学習 デ. 出力 され た デ ー タ を基 に基 本 の ニ. ュ ー ラル ネ ッ トワ ー ク の 学 習 を行 い,基 本 ニ. 考 え る.. ュ ー ロ モ デ ル を 構 築 す る.. (12). sTEP3:sTEP2で. 作成 され た 基 本 ニ ュー ラル ネ ッ ト. ワ ー ク を,対 象 地 域 の 実 測 デ ー タ を 用 い て 再. (13). 学 習 を 行 い,修 正 ニ ュ ー ロ モ デ ル を 作 成 す る.. こ こで, tnpj:パター ンpに お け る最 終 層n層 のユ ニ. 4.解. 析事例. (1)九. 州地 方 の 事 例. ッ トjの 教 師 信 号 この 評価 関 数Epが 最 小 にな る よ う に,教 師信 号 と 出 力 値 との 差 を 出 力側 か ら入 力側 へ 逆 方 向 に伝 搬 を. AASHTO設. 繰 り返 す こ とで 学 習 を行 う.. 計 式 を30000回. ロ モ デ ル を 作 成 した.次. ―183―. 学 習 さ せ,基 本 ニ ュ ー. に この基 本 ニ ュー ロ モデ ル.
(4) 図‑3基. 本 ニ ュー ロ モデ ル と実 測 値. 図‑4修. 正 ニ ュー ロモ デ ル と実 測 値. 図‑5実. 図‑6NO.11の. 図‑7NO.10の. 測 値 と出 力 値 との 比 較(九 州 地 方). 図‑8NO.9の. 場 合(九 州 地方). 場 合(九 州 地 方). 場合(九 州 地 方). を九 州 地 方 の 国道 にお け る 実 測 デ ー タ に よ って 再 学 習 を行 った.再 学習 に用 い た 実測 デ ー タ は,表‑1に 示 す 宗 像 郡 宗 像 町 のデ ー タ10)であ る. この よ う に作 成 され る パ フ ォー マ ンス モ デ ル の 適 合性 の検 証 には,九 州 地 方 の国 道 にお け る16箇 所, 122個 の デ ー タ10)を 用 いた.(表‑2) まず,基 本 ニ ュ ー ロモ デ ル を出 力 し,こ れ を宗 像 町 の実 測 デ ー タ を 比 較す る と,図‑3の. よ うにな る.. この よ う に,AASHTO設 計 式 か ら得 られ た基 本 ニ ュ ー ロモ デ ル は地 域 特 性 が 加 味 され て い な いた め に , 実 測 デ ー タ と合 致 しな い.そ こで,実 測 デ ー タ を こ の 基 本 ニ ュ ー ロモ デ ル を用 いて,1000回 の再 学 習 を 行 っ た.図‑4は. 図‑9設. 計 曲線 の 例(九 州 地 方). そ の結 果 で あ る.. 図‑5は 修 正 ニ ュー ロモ デ ル を用 いて,実 測 デ ー タ. MCIと. 予測MCIと. の相 関 デ ー タ をみ る と,両 者 が ほ. を 出 力値 と比 較 した もの で あ る.出 力 値 と実 測 デ ー. ぼ一 致 す る デー タ グル ー プ と,一 致 しな い グル ー プ. タ の相 関 係 数 は0.78で. に分 かれ る.前 者 は 本研 究 で作 成 したニ ュー ロパ フ. あ っ た.図‑5に. 示す実 測. ―184―.
(5) オー マ ン ス モ デル で規 範 され るデ ー タで あ り,後 者 はそ れ以 外 の デ ー タ とい え る.す なわ ち,後 者 に 属 す る4箇 所 の デ ー タ は 、TAま た は設 計CBRの. いず れ. かが 比 較 的 小 さ く,他 の 地点 の劣 化 挙 動 と は異 な る た め,こ れ らに対 して は 別個 の モ デル で 対 応 す る 必 要 が あ る よ うに 思 わ れ る.こ の よ うな乖 離 が 大 き い 4箇 所 の デ ー タ グル ー プ を 除 い た 相 関係 数 は0.81 とな る. 図‑6〜 図‑8は,累. 積 大 型 車 交 通 量 とMcIと. の関. 係 を,修 正 ニ ュー ロモ デ ル に よ る出 力値 と実 測 デ ー タ に よ って 示 した も ので あ る.ま た,図‑9は,修 ニ ュー ロモ デ ル に よ って,設 計CBRが10%の. 正. 図‑10実. 測 値 と出 力値 との 比較(東 北 地 方). 場合 を. 事 例 にパ フ ォー マ ン ス 曲線 を示 した もの で あ る. (2)東 北 地 方 の 事 例 (1)と 同様 に,基 本 ニ ュー ロモ デ ル を弘 前 市 の7個 のデ ー タ10)を用 い て1000再. 学 習 を行 い,東 北 地 方. にお け るパ フ ォ ー マ ンス モデ ル を作 成 した2).適 性 の検 証 に は,14箇. 所,96個. 合. のデ ー タ10)を用 いた. (図‑10).. (3)両 地域 の パ フ オー マ ンス 式 の比 較 各 地 方 にお け るパ フ ォー マ ンス とAASHTO設. 計式. の パ フ ォー マ ンス の 比 較 を行 っ た もの が 図‑11で. 図‑11パ. あ. フ ォー マ ンス の 比 較. る. 東 北 地 方 にお け るパ フ ォー マ ンス は他 のパ フ ォ ー マ ンス と比 べ る と路 面 の 劣 化 の 進 行 が 早 い.こ れ は. 方 の パ フ ォー マ ンス モ デ ル と本 研 究 で 得 られ た 九 州 地 方 の モデ ル との 比 較検 討 を行 った.. ス パ イ ク タイ ヤ 禁 止 以 前 のデ ー タ が 含 ま れ て い る た め で あ る と考 え られ る.ま た,AASHTO設. 本研 究 の事 例 研 究 に,建 設省 土 木 研 究 所 な らび に. 計 式 と九. 各 地 方 建設 局 の貴 重 な 資 料 を 使用 させ て い ただ いた. こ こ に深 く感 謝 の意 を表 し ます.. 州 地 方 の パ フ ォー マ ンス を比 べ た 場 合,九 州 地 方 の 方 が 劣 化 の進 行 が 早 い.こ. の よ う に本 モ デ ル を用 い. る こ と に よ って,各 地 域 の供 用 履 歴 デ ー タ に含 ま れ る交 通 条 件 や 気 象 条 件 等 の よ うな 地 域 特 性 を反 映 し た パ フ ォー マ ン ス モ デ ル を容 易 に作 成 す る こ とが で. 参 考 文 献 1). き る.. 堀木. 賢 一, 福 田. NO.496/. 3.む. 正: ニ ュ ー ラ ル ネ ッ トワ ー ク に よ. る 舗 装 の パ フ ォ ー マ ン ス モ デ ル, 2). すび. 既 往 の ニ ュ ー ロモ デ ル1),3)に よ って 舗 装 のパ フ オ ー マ ンス モ デ ル を作 成 す るた め に は ,比 較 的 大 量 の. 雅 道,. 3). 堀木. 賢 一,. 4). す る こ とは,一 般 に は きわ めて 困 難 で あ る.そ こで, よ. る基 本 モ デ ル を作 成 し,こ れ を少 量 の実測 デ ー タ を 用 いて 再 学 習 す る こ とに よ っ てパ フ ォー マ ンス モ デ ル を構 築 す る手 法 を検 討 した.. 福田. 正: 舗 装 設 計 式 に 基 づ い た ニ ュ ー. 福田. 5) 6). NO.520/. V‑28,. 7). さ らに本 研 究 に お い て は,既 に得 られ て い る東 北 地. ―185―. pp195‑201,. 1995.. AASHTO GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENT STRUCTURES,American Association of State Highway and Transportation Officials, 1986. 竹下. 春 見:. ア ス フ ァ ル ト舗 装 の 構 造 設 計 に 関 す る 考. え 方, 舗 装,. vol. 1, NO.2,1966.. 孔. 田. 永 健 ,福. 正: 動 的 計 画 法 に 基 づ く ア ス フ ァ ル. ト舗 装 の 最 適 設 計,土. 本 研 究 で は本 手 法 を 九 州 地 方 に適 用 し,一 般 的 な モ デル を構 築 しそ の 汎 用 性 と適 合 性 の検 証 を試 み た.. 稿 中). 正: ニ ュ ー ロ パ フ ォ ー マ ン ス モ デ. ル を 用 い た プ ロ ジ ェ ク ト型 舗 装 管 理 シ ス テ ム, 土 木 学 会 論 文 集,. が あ った.し か し,こ の よ うな 大 量 の デ ー タ を収 集. 土 木 学 会 論 文 集,. pp99‑102,1994.. ロ パ フ ォ ー マ ン ス モ デ ル, 土 木 学 会 論 文 集(投. ア ス フ ァル ト舗 装 の供 用 履 歴 デ ー タ を学 習 す る必 要. 本 研 究 にお いて は,舗 装 設 計 式(AASHTO式)に. 斎藤. V‑24,. 木 学 会 論 文 集,. NO.502/. V‑25,. pp167‑170, 1994. 建 設 省: 車 両 重 量 調 査 結 果 の 解 析, 土 研 資 料 第1722 号, 1981..
(6) 8) 9). 安居院. 猛,. グ ラ ム,. 昭 晃 堂,. 麻生. 英 樹:. 図 書,. 1988.. 長崎. 宏,. 高橋. 裕 樹: ニ ュ ー ラ ル プ ロ. 10). 1993.. 建 設 省: ア ス フ ァル ト舗 装 の 構 造 設 計 に 関す る検 討 報 告 書, 土 研 資 料 第3041号,. 1991.. ニ ュ ー ラ ル ネ ッ トワ ー ク 情 報 処 理, 産 業. NEURO. PERFORMANCE Masamichi. MODELING SAITOH. and. USING Tadashi. FEW. PAVEMENT. DATA. FUKUDA. We reported a method of the neural network performance modeling using a pavement design equation and few pavement data obtained in Tohoku. However, the pavement data had the influence of abrasion by studded tires . In this study, we used the pavement data obtained in Kyushu, and confirmed the general use of the neuro performance modeling using few pavement data.. ―186―.
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