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JP2024061292A - Ready-mixed concrete quality prediction system and ready-mixed concrete prediction method - Google Patents

Ready-mixed concrete quality prediction system and ready-mixed concrete prediction method Download PDF

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JP2024061292A
JP2024061292A JP2022169149A JP2022169149A JP2024061292A JP 2024061292 A JP2024061292 A JP 2024061292A JP 2022169149 A JP2022169149 A JP 2022169149A JP 2022169149 A JP2022169149 A JP 2022169149A JP 2024061292 A JP2024061292 A JP 2024061292A
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ready
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concrete
mixed
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JP2022169149A
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Japanese (ja)
Inventor
正智 工藤
Masatomo Kudo
弘徳 石田
Hironori Ishida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiheiyo Cement Corp
Original Assignee
Taiheiyo Cement Corp
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Publication date
Application filed by Taiheiyo Cement Corp filed Critical Taiheiyo Cement Corp
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Abstract

To provide a ready-mixed concrete quality prediction system and a ready-mixed concrete quality prediction method that can predict with high accuracy, quality of ready-mixed concrete in an early stage after the start of kneading and mixing.SOLUTION: A ready-mixed concrete quality prediction system comprises: a storage unit that stores a learned model; an input unit that receives input of input data for prediction; and an output unit that outputs an output result. Training data is data in which input data for learning based on a learning data group including image extraction information and time-series information extracted from a plurality of pieces of image data acquired by an imaging unit photographing ready-mixed concrete being kneaded and mixed and different in photographing time, and output data for learning including quality prediction information are associated with each other. The plurality of pieces of image data of ready-mixed concrete to be predicted is input as the input data for prediction. The quality prediction information of the ready-mixed concrete to be predicted is output as the output result.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、生コンクリートの品質を予測するためのシステム及び方法に関する。 The present invention relates to a system and method for predicting the quality of ready-mix concrete.

生コンクリートは、使用用途や使用する現場の環境に応じて、要求される特性が異なる。そのため、従来、生コンクリートの製造工程においては、製造する生コンクリートが、要求される特性を満たすように、感覚や経験に基づいて、目視で練り混ぜ状態を確認して出荷していた。 The required properties of ready-mix concrete vary depending on the purpose of use and the environment of the site where it is used. For this reason, in the conventional manufacturing process for ready-mix concrete, the mixed state was checked visually based on intuition and experience to ensure that the ready-mix concrete produced met the required properties before it was shipped.

生コンクリートの品質に関連する重要な特性の一つとして、スランプ値がある。スランプ値は、硬化前のコンクリートのコンシステンシーを示す指標として用いられる値であり、一般的に生コンクリートの出荷時や荷卸し時には、当該生コンクリートのスランプ値が要求される数値範囲内であるかどうかの評価や検査が行われる。 One of the important characteristics related to the quality of ready-mix concrete is the slump value. The slump value is a value used as an index showing the consistency of concrete before hardening, and generally, when ready-mix concrete is shipped or unloaded, it is evaluated and inspected to see if the slump value of the ready-mix concrete is within the required numerical range.

生コンクリートのスランプ値の評価結果や検査結果は、製造された生コンクリートを出荷できるかどうか、荷卸し現場にて使用できるかどうかの品質に関する合否判定の基準となる。このため、生コンクリートのスランプ値は、製造工場から出荷される前に、できる限り作業者の感覚や経験に依らず、高い精度で予測できることが期待されている。 The evaluation and inspection results of the slump value of ready-mixed concrete are the standard for judging whether the manufactured ready-mixed concrete can be shipped and whether it can be used at the unloading site. For this reason, it is expected that the slump value of ready-mixed concrete can be predicted with high accuracy, as much as possible, before it is shipped from the manufacturing plant, independent of the worker's senses and experience.

そこで近年では、生コンクリートのスランプ値をより高い精度で予測するために、ミキサ内の練り混ぜられている生コンクリートの画像データとスランプ値とを関連付けた教師データを適用した機械学習によって生成された学習済みモデルを用いて、生コンクリートのスランプ値を予測する方法が提案されている(下記特許文献1を参照)。 In recent years, therefore, in order to predict the slump value of ready-mixed concrete with higher accuracy, a method has been proposed for predicting the slump value of ready-mixed concrete using a trained model generated by machine learning that applies training data that associates image data of the ready-mixed concrete being mixed in the mixer with the slump value (see Patent Document 1 below).

特開2020-144132号公報JP 2020-144132 A

上記特許文献1に記載されている予測方法は、十分高い精度で生コンクリートのスランプ値を予測できる。ただし、当該方法は、練り混ぜを開始して1~5分程度経過した後の、各種材料が攪拌され、十分に練り混ぜた状態の生コンクリートを撮影して得られる画像データに基づいて、スランプ値の予測が行われる。この主な理由は、練り混ぜが開始してしばらくは、材料が十分に混ざりあっておらず、生コンクリートの状態が刻々と変化することから、スランプ値の予測が安定しないためである。 The prediction method described in Patent Document 1 can predict the slump value of fresh concrete with a sufficiently high degree of accuracy. However, this method predicts the slump value based on image data obtained by photographing the fresh concrete in a state where the various ingredients have been stirred and thoroughly mixed, approximately 1 to 5 minutes after mixing has begun. The main reason for this is that for a while after mixing has begun, the ingredients are not sufficiently mixed, and the state of the fresh concrete changes from moment to moment, making it difficult to stably predict the slump value.

材料が十分に練り混ぜられるまでには、練り混ぜ開始から1~5分程度を要するため、練り混ぜている生コンクリートが、期待するスランプ値にはならないとの予測結果が得られた場合、数分の練り混ぜ工程が無駄となるがある。このような対応は、場合によっては、数十分、数時間の時間が無駄となってしまう可能性があり、生コンクリートの製造において品質の安定化に関する大きなリスクともなり得る。 It takes about 1 to 5 minutes from the start of mixing for the ingredients to be sufficiently mixed, so if the prediction result indicates that the ready-mixed concrete will not achieve the desired slump value, several minutes of the mixing process may be wasted. In some cases, this type of response can result in tens of minutes or even hours of wasted time, which can pose a major risk to the stabilization of quality in the production of ready-mixed concrete.

また、上記特許文献1に記載されている予測方法は、1枚1枚の画像で評価することで、十分高い精度で生コンクリートのスランプ値を予測できる。ただし、当該方法は、1枚1枚の画像から得られる予測結果を用いており、実際の熟練の技術者の評価では、動画で予測していることから熟練の技術者の感覚と近い予測が可能であることがより望ましい。 The prediction method described in Patent Document 1 can predict the slump value of fresh concrete with a sufficiently high degree of accuracy by evaluating each image one by one. However, this method uses prediction results obtained from each image, and it is more desirable to be able to make predictions that are close to the sense of a skilled technician, since the predictions are made from video in the evaluation of an actual skilled technician.

上述したようなこれらのリスクの回避や、更なる生産効率の向上の観点から、最近では、材料が十分に練り混ぜられるのを待つことなく、練り混ぜ開始後、早期に生コンクリートのスランプ値等の流動性に基づく品質に関連する指標、又はその他の生コンクリートの品質に関連する指標を高い精度で予測できることが期待されている。 In order to avoid these risks as mentioned above and to further improve production efficiency, it is hoped that it will be possible to predict quality-related indicators based on the fluidity of fresh concrete, such as the slump value, or other indicators related to the quality of fresh concrete with high accuracy early after mixing begins, without having to wait until the materials are fully mixed.

本発明は、上記課題に鑑み、練り混ぜ開始後、早期に生コンクリートの品質を、高い精度で予測可能な生コンクリートの品質予測システム及び生コンクリートの品質予測方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a ready-mixed concrete quality prediction system and a ready-mixed concrete quality prediction method that can predict the quality of ready-mixed concrete with high accuracy early after mixing begins.

本発明の生コンクリートの品質予測システムは、
教師データに基づく機械学習により生成された学習済みモデルが記憶される記憶部と、
予測用入力データの入力を受け付ける入力部と、
前記学習済みモデルによって導出される出力結果を出力する出力部とを備え、
前記教師データは、練り混ぜられている生コンクリートを撮影する撮像部によって取得された撮影時刻が異なる複数の画像データから抽出される、生コンクリートの練り混ぜ時の状態に関連する情報である画像抽出情報、及び時間経過に伴う状態変化に関連する情報である時系列情報を含む学習データ群に基づく学習用入力データと、生コンクリートの練り混ぜ後の品質に関連する情報である品質予測情報を含む学習用出力データとが関連付けられたデータであり、
前記予測用入力データとして、練り混ぜられている予測対象の生コンクリートの複数の画像データが入力され、
前記出力結果として、当該予測対象の生コンクリートの前記品質予測情報を出力することを特徴とする。
The quality prediction system for ready-mixed concrete of the present invention comprises:
A storage unit that stores a trained model generated by machine learning based on teacher data;
an input unit that accepts input of prediction input data;
An output unit that outputs an output result derived by the trained model,
The teacher data is data in which learning input data based on a learning data group including image extraction information, which is information related to the state of the fresh concrete during mixing, and time-series information, which is information related to state changes over time, extracted from a plurality of image data captured at different times by an imaging unit that captures the fresh concrete being mixed, is associated with learning output data including quality prediction information, which is information related to the quality of the fresh concrete after mixing,
As the prediction input data, a plurality of image data of the ready-mixed concrete to be predicted is input,
The quality prediction information of the ready-mix concrete to be predicted is output as the output result.

上記品質予測システムの学習用入力データ、及び予測用入力データとして適用される画像データは、カメラによって取得されたデータをそのまま採用してもよく、ビデオカメラでの動画撮影によって取得された動画データから切り出された一フレームの画像データであってもよい。そして、「撮影時刻が異なる複数の画像データ」とは、異なる時間に写真撮影することで得られた複数の画像データであってもよく、取得した動画データの異なる時間のコマ画像を抽出して得た複数の画像データや、動画データを再生している最中に異なる時間でスナップショットして得た複数の画像データ等であっても構わない。なお、システムを構成するハードウェアの処理能力にもよるが、当然ながら「撮影時刻が異なる複数の画像データ」は、動画データを構成するフレーム単位の各画像データであってもよい。 The image data applied as the learning input data and prediction input data of the quality prediction system may be data acquired by a camera as is, or may be image data of one frame cut out from video data acquired by shooting a video with a video camera. The "multiple image data captured at different times" may be multiple image data acquired by taking photographs at different times, multiple image data acquired by extracting frame images at different times from the acquired video data, or multiple image data acquired by taking snapshots at different times while playing the video data. Depending on the processing power of the hardware constituting the system, the "multiple image data captured at different times" may naturally be each image data of each frame that constitutes the video data.

本発明の品質予測システムで用いられる学習済みモデルは、機械学習によって作成されるが、機械学習に用いられる学習方法については、「発明を実施するための形態」の項目において詳述される。 The trained model used in the quality prediction system of the present invention is created by machine learning, and the learning method used in the machine learning is described in detail in the section "Form for implementing the invention."

画像抽出情報とは、複数の画像データに基づいて抽出される情報であって、例えば、生コンクリートの表面の振幅や、ミキサの羽根の動きによって生コンクリートが沈み込む深さ等である。 Image extraction information is information extracted based on multiple image data, such as the amplitude of the surface of the fresh concrete and the depth to which the fresh concrete sinks due to the movement of the mixer blades.

時系列情報とは、異なる時刻に撮影された複数の画像データに基づく情報であって、例えば、練り混ぜ工程の時間経過に伴う、生コンクリートの表面の振幅の変化量や、ミキサの羽根の動きによって生コンクリートが沈み込む深さの変化量等である。 Time-series information is information based on multiple image data taken at different times, such as the amount of change in the amplitude of the surface of the fresh concrete over time during the mixing process, or the amount of change in the depth to which the fresh concrete sinks due to the movement of the mixer blades.

上述したように、従来の品質予測方法は、練り混ぜ工程での時間経過に伴う生コンクリートの状態変化が小さくなった後でなければ、安定的に予測することができなかった。そこで、本発明者らは、生コンクリートの時間経過に伴う状態変化と、品質とを関連付けることに着目し、上記品質予測システムの着想を得た。 As mentioned above, conventional quality prediction methods could not make stable predictions until the changes in the state of fresh concrete over time during the mixing process had become small. Therefore, the inventors focused on associating the changes in the state of fresh concrete over time with its quality, and came up with the idea for the above quality prediction system.

時系列情報は、生コンクリートの品質の予測とともに、生コンクリートの練り混ぜ状態を把握することにも寄与すると考えられる。つまり、時系列情報は、画像抽出情報を抽出するために、どの時刻で取得された画像データを採用すべきかという点においても活用できる。 Time series information is thought to contribute to predicting the quality of fresh concrete as well as understanding the mixing state of fresh concrete. In other words, time series information can also be used to determine at what time image data should be acquired in order to extract image extraction information.

以上より、上記構成の品質予測システムは、画像抽出情報と時系列情報とによって、より高精度に生コンクリートの品質予測が可能である。また、時系列情報は、練り混ぜ工程が進行すると、生コンクリートの状態がどのように変化するかの予測に利用することができる。このため、上記構成の品質予測システムは、生コンクリートが十分に練り混ぜられていない段階であっても、生コンクリートが十分に練り混ぜられた状態を予測して、生コンクリートの品質を予測することができる。 As described above, the quality prediction system configured as above can predict the quality of ready-mixed concrete with higher accuracy by using image extraction information and time series information. Furthermore, the time series information can be used to predict how the state of the ready-mixed concrete will change as the mixing process progresses. Therefore, the quality prediction system configured as above can predict the state when the ready-mixed concrete is sufficiently mixed, and can predict the quality of the ready-mixed concrete, even when the ready-mixed concrete is not sufficiently mixed.

上記品質予測システムにおいて、
前記学習用入力データ、及び前記予測用入力データは、生コンクリートを練り混ぜるミキサの羽根が生コンクリートをすくい上げている状態の画像データを含む複数の画像データから抽出される前記画像抽出情報、及び前記時系列情報を含む前記学習データ群に基づくデータであっても構わない。
In the above quality prediction system,
The learning input data and the prediction input data may be data based on the image extraction information extracted from a plurality of image data including image data of the state in which the blades of a mixer that mixes fresh concrete are scooping up the fresh concrete, and the learning data group including the time series information.

上記品質予測システムにおいて、
前記学習用入力データ、及び前記予測用入力データは、前記ミキサの羽根が生コンクリート中に沈んでいる状態の画像データと、生コンクリートをすくい上げている状態の画像データとを含む複数の画像データから抽出される前記画像抽出情報、及び前記時系列情報を含む前記学習データ群に基づくデータであっても構わない。
In the above quality prediction system,
The learning input data and the prediction input data may be data based on the image extraction information extracted from a plurality of image data including image data of the mixer blades submerged in fresh concrete and image data of the mixer blades scooping up fresh concrete, and the learning data group including the time series information.

上記構成によれば、生コンクリートの表面の振幅や、ミキサの羽根の動きによって生コンクリートが沈み込む深さ等、生コンクリートの状態を予測するために用いられる時系列情報に基づく特徴量が得やすくなる。したがって、上記構成の品質予測システムは、時系列情報による予測精度が高められるため、品質の予測精度がさらに向上するととも、より早い段階での品質予測が可能となる。 The above configuration makes it easier to obtain feature quantities based on time-series information used to predict the state of fresh concrete, such as the amplitude of the surface of the fresh concrete and the depth to which the fresh concrete sinks due to the movement of the mixer blades. Therefore, the quality prediction system of the above configuration improves the prediction accuracy based on time-series information, further improving the quality prediction accuracy and enabling quality prediction at an earlier stage.

上記品質予測システムにおいて、
前記学習用入力データ、及び前記予測用入力データは、練り混ぜられている生コンクリートを撮影する撮像部によって、生コンクリートの練り混ぜ開始から練り混ぜられた生コンクリートが前記ミキサから排出されるまでの期間に取得された画像データから抽出された前記画像抽出情報、及び前記時系列情報を含む前記学習データ群に基づくデータであっても構わない。
In the above quality prediction system,
The learning input data and the prediction input data may be data based on the learning data group including the image extraction information extracted from image data acquired by an imaging unit that photographs the fresh concrete being mixed during the period from the start of mixing the fresh concrete to the time the mixed fresh concrete is discharged from the mixer, and the time series information.

上記品質予測システムにおいて、
前記学習用入力データ、及び前記予測用入力データは、生コンクリートの配合関連情報、又は製造関連情報をさらに含む前記学習データ群に基づくデータであっても構わない。
In the above quality prediction system,
The learning input data and the prediction input data may be data based on the learning data group that further includes mix-related information or production-related information for ready-mix concrete.

生コンクリートを練り混ぜる容器内の環境パラメータ、生コンクリートの配合関連情報及び製造関連情報については、「発明を実施するための形態」の項目において、画像抽出情報等とともに詳述される。 The environmental parameters inside the container in which the ready-mix concrete is mixed, the mix-related information for ready-mix concrete, and the manufacturing-related information are described in detail in the section "Form for carrying out the invention," along with image extraction information, etc.

上記構成の品質予測システムは、画像抽出情報及び時系列情報に加えて更なる情報に基づいて、生コンクリートの品質に関連する指標を予測することができるため、予測精度がさらに向上する。 The quality prediction system configured as described above can predict indicators related to the quality of ready-mix concrete based on further information in addition to image extraction information and time series information, thereby further improving prediction accuracy.

本発明の生コンクリートの品質予測方法は、
練り混ぜられている生コンクリートを撮影する撮像部によって取得された撮影時刻が異なる複数の画像データから抽出される、生コンクリートの練り混ぜ時の状態に関連する情報である画像抽出情報、及び時間経過に伴う状態変化に関連する情報である時系列情報を含む学習データ群に基づく学習用入力データと、生コンクリートの練り混ぜ後の品質に関連する情報である品質予測情報を含む学習用出力データとが関連付けられた教師データに基づく機械学習により生成された学習済みモデルが記憶された記憶部を備え、
前記記憶部に対し、予測用入力データとして練り混ぜられている予測対象の生コンクリートの複数の画像データを入力し、前記複数の画像データを前記学習済みモデルに適用するステップ(A)と、
前記学習済みモデルによって導出される当該予測対象の生コンクリートの前記品質予測情報を取得するステップ(B)とを含むことを特徴とする。
The method for predicting the quality of ready-mixed concrete of the present invention comprises the steps of:
a storage unit in which a trained model generated by machine learning based on teacher data in which training input data based on a training data group including image extraction information, which is information related to the state of the fresh concrete during mixing, and time-series information, which is information related to state changes over time, extracted from a plurality of image data captured at different times by an imaging unit that captures the fresh concrete being mixed, and training output data including quality prediction information, which is information related to the quality of the fresh concrete after being mixed, are associated, is stored;
A step (A) of inputting a plurality of image data of a prediction target fresh concrete being mixed as prediction input data into the storage unit, and applying the plurality of image data to the trained model;
and (B) acquiring the quality prediction information of the fresh concrete to be predicted, which is derived by the trained model.

本発明によれば、練り混ぜ開始後、早期に生コンクリートの品質を、高い精度で予測可能な生コンクリートの品質予測システム及び生コンクリートの品質予測方法が実現される。 The present invention provides a ready-mix concrete quality prediction system and a ready-mix concrete quality prediction method that can predict the quality of ready-mix concrete with high accuracy early after mixing begins.

生コンクリートの品質予測システムの一実施態様の模式的な全体構成図である。FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of one embodiment of a quality prediction system for ready-mix concrete. 一実施形態におけるメインサーバの構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a main server according to an embodiment. ミキサの一部を模式的に示す図面である。2 is a diagram illustrating a schematic view of a part of a mixer. 検証実験の結果をプロットしたグラフである。1 is a graph plotting the results of a verification experiment. 所定の条件で取得した7枚の画像データが図示された図面である。1 is a diagram illustrating seven pieces of image data acquired under specified conditions. 所定の条件で取得した7枚の画像データが図示された図面である。1 is a diagram illustrating seven pieces of image data acquired under specified conditions. 所定の条件で取得した30枚の画像データが図示された図面である。3 is a diagram illustrating 30 pieces of image data acquired under specified conditions. 検証実験の結果をプロットしたグラフである。1 is a graph plotting the results of a verification experiment.

以下、本発明の生コンクリートの品質予測システムについて、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、図面上の個数は、実際の個数と必ずしも一致していない。 The ready-mix concrete quality prediction system of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that each of the drawings is a schematic illustration, and the numbers on the drawings do not necessarily correspond to the actual numbers.

本発明の生コンクリートの品質予測システムは、後述される撮影時刻が異なる複数の画像データから抽出される画像抽出情報、及び時系列情報を含む学習用入力データと、生コンクリートの品質予測情報を含む学習用出力データとを関連付けてなる教師データに基づく機械学習により生成された学習済みモデルを用いて、生コンクリートの品質を予測するシステムである。 The ready-mix concrete quality prediction system of the present invention is a system that predicts the quality of ready-mix concrete using a trained model generated by machine learning based on training data that associates training input data including image extraction information extracted from multiple image data captured at different times (described below) and time series information with training output data including quality prediction information for ready-mix concrete.

最初に、画像抽出情報及び時系列情報の詳細と、これらの情報と生コンクリートの品質との関係性について説明する。なお、学習用入力データは、配合関連情報及び製造関連情報を含んでいてもよいため、これらについてもここで併せて説明する。 First, we will explain the details of the image extraction information and time series information, and the relationship between this information and the quality of ready-mix concrete. Note that the learning input data may also include mix-related information and manufacturing-related information, which will also be explained here.

[画像抽出情報]
画像抽出情報は、ミキサ内の練り混ぜられている生コンクリートの画像データから抽出される情報であって、生コンクリートの粘度や含水量等を把握するとともに、所定の時間経過後に生コンクリートの状態を予測するための要素となる。このため、生コンクリートの品質の予測値に関連する品質予測情報は、画像抽出情報と関連付けることができる。
[Image extraction information]
The image extraction information is information extracted from image data of the fresh concrete being mixed in the mixer, and is used to grasp the viscosity, water content, etc. of the fresh concrete, and is also an element for predicting the state of the fresh concrete after a predetermined time has passed. Therefore, quality prediction information related to the predicted value of the quality of the fresh concrete can be associated with the image extraction information.

したがって、画像抽出情報を含む学習用入力データ、品質予測情報を含む学習用出力データとして機械学習を行って生成された生コンクリートの品質を予測するための学習済みモデルを適用することで、製造される生コンクリートの品質を予測することができる。 Therefore, by applying a trained model for predicting the quality of ready-mix concrete generated by machine learning using learning input data including image extraction information and learning output data including quality prediction information, it is possible to predict the quality of the ready-mix concrete to be produced.

なお、画像抽出情報は、具体的には、生コンクリートの表面の振幅や、ミキサの羽根によって生コンクリートが沈み込む深さ等が挙げられる。学習済みモデルに適用される画像抽出情報は、上記の各画像抽出情報のうちの一種だけを用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Specific examples of image extraction information include the amplitude of the surface of the fresh concrete and the depth to which the fresh concrete sinks due to the mixer blades. The image extraction information applied to the trained model may be one of the above image extraction information or a combination of two or more types.

[時系列情報]
時系列情報は、ミキサ内の練り混ぜられている生コンクリートを異なる時刻で撮影して取得された複数の画像データに基づく、画像抽出情報、及び当該情報に関連する時間経過に伴う変化量の情報であって、画像抽出情報と組み合わせられることで、所定の時間経過後の生コンクリートの状態を予測するための要素となる。このため、生コンクリートの品質の予測値に関連する品質予測情報は、時系列情報と関連付けることができる。さらに、時系列情報は、練り混ぜを開始してから、十分な練り混ぜが行われるまでの生コンクリートの状態の変化に関する情報を含み得る。このため、画像抽出情報と時系列情報との組み合わせによれば、練り混ぜを開始してから早期の段階における画像抽出情報と、十分練り混ぜられた状態の生コンクリートの画像抽出情報とを関連付けることができる。
[Time series information]
The time series information is image extraction information based on multiple image data acquired by photographing the ready-mixed concrete in the mixer at different times, and information on the amount of change over time related to the image extraction information, and when combined with the image extraction information, it becomes an element for predicting the state of ready-mixed concrete after a predetermined time has passed. Therefore, quality prediction information related to the predicted value of the quality of ready-mixed concrete can be associated with the time series information. Furthermore, the time series information may include information on the change in the state of ready-mixed concrete from the start of mixing to the time when sufficient mixing is performed. Therefore, by combining the image extraction information and the time series information, it is possible to associate image extraction information at an early stage after the start of mixing with image extraction information of ready-mixed concrete in a sufficiently mixed state.

したがって、画像抽出情報、及び時系列情報を含む学習用入力データ、品質予測情報を含む学習用出力データとして機械学習を行って生成された生コンクリートの品質を予測するための学習済みモデルを適用することで、製造される生コンクリートの品質を予測することができる。 Therefore, by applying a trained model for predicting the quality of ready-mix concrete generated by machine learning using learning input data including image extraction information and time series information, and learning output data including quality prediction information, it is possible to predict the quality of the ready-mix concrete to be produced.

なお、時系列情報は、具体的には、時間変化に伴う生コンクリートの表面の振幅の変化量や、ミキサの羽根の動きによって生コンクリートが沈み込む深さの変化量等が挙げられる。学習済みモデルに適用される時系列情報は、上記の各時系列情報のうちの一種だけを用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、学習済みモデルに適用される時系列情報は、撮影時刻が異なる複数の画像データから抽出される、当該学習済みモデルに適用される画像抽出情報とは別の特徴量に関する情報であっても構わない。 Specific examples of time series information include the amount of change in the amplitude of the surface of fresh concrete over time, and the amount of change in the depth to which fresh concrete sinks due to the movement of the mixer blades. The time series information applied to the trained model may be one of the above time series information, or a combination of two or more types. The time series information applied to the trained model may be information about features extracted from multiple image data captured at different times, and different from the image extraction information applied to the trained model.

[配合関連情報]
生コンクリートの配合関連情報とは、製造される生コンクリートにおける水和反応が進行する速度等に寄与する情報であって、生コンクリートの流動性等にどのような変化が生じ、時間経過によってどの程度のスランプロスが生じるかを予測するための要素となる。
[Formulation related information]
Information related to the mix proportions of ready-mixed concrete is information that contributes to the speed at which the hydration reaction progresses in the ready-mixed concrete being produced, and is a factor in predicting what changes will occur in the fluidity, etc. of the ready-mixed concrete and how much slump loss will occur over time.

したがって、配合関連情報を含む学習用入力データ、品質予測情報を含む学習用出力データとして機械学習を行って生成された生コンクリートの品質を予測するための学習済みモデルを適用することで、製造される生コンクリートの品質をより高い精度で予測することができる。 Therefore, by applying a trained model for predicting the quality of ready-mix concrete generated by machine learning using training input data including mix-related information and training output data including quality prediction information, it is possible to predict the quality of the ready-mix concrete to be produced with greater accuracy.

なお、配合関連情報は、具体的には、水セメント比(W/C)、セメント種類、混和剤種類、混和剤量、及び単位水量が挙げられる。学習済みモデルに適用される配合関連情報は、上記の各配合関連情報のうちの一種だけを用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Specific examples of the mix-related information include the water-cement ratio (W/C), cement type, admixture type, admixture amount, and unit water volume. The mix-related information applied to the trained model may be one of the above mix-related information, or a combination of two or more of them.

[製造関連情報]
生コンクリートの製造関連情報とは、練り混ぜ中の生コンクリートの硬さや流動性を確認できる要素であり、生コンクリートの品質を予測するための要素となる。また、上記配合関連情報との組み合わせによって、水和反応がどの程度進行しているか等を把握する要素として用いることができる。
[Manufacturing related information]
The information related to the production of ready-mixed concrete is an element that can confirm the hardness and fluidity of the ready-mixed concrete during mixing, and is an element for predicting the quality of ready-mixed concrete. In addition, by combining it with the above-mentioned mix proportion information, it can be used as an element for grasping the progress of the hydration reaction, etc.

したがって、製造関連情報を含む学習用入力データ、品質予測情報を含む学習用出力データとして学習が行われて生成された学習済みモデルが適用された品質予測システムは、生コンクリートの品質をより高い精度で予測することができる。 Therefore, a quality prediction system that applies a trained model generated by training input data including manufacturing-related information and output data including quality prediction information can predict the quality of ready-mix concrete with higher accuracy.

なお、製造関連情報は、具体的には、ミキサ種類、ミキサ形式、練り混ぜ時間、練り混ぜ音、電力負荷値、練り混ぜ時の生コン温度、ミキサ内温湿度等が挙げられる。学習済みモデルに適用される製造関連情報は、上記の各製造関連情報のうちの一種だけを用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Specific examples of the manufacturing-related information include mixer type, mixer model, mixing time, mixing sound, power load value, ready-mixed concrete temperature during mixing, and temperature and humidity inside the mixer. The manufacturing-related information applied to the trained model may be one of the above manufacturing-related information, or a combination of two or more types.

また、上記の配合関連情報、及び製造関連情報のうちの、少なくとも一つの情報が、生コンクリート工場における既存の情報管理システムから取得される構成としても構わない。具体的には、既存の生コンクリート工場における、生コンクリートを出荷時に通常使用する、指定した材料の配合関連情報を管理するシステムから、上記の配合関連情報が取得されてもよい。さらに、生コンクリートの練り混ぜ時の状況を管理する管理システムから、練り混ぜ時間、練り混ぜ音、電力負荷値、練り混ぜ時の生コンクリートの温度、ミキサ内温湿度等の製造関連情報が取得されてもよい。なお、上記の情報管理システムは、配合関連情報、及び製造関連情報の取得方法に関する一例であって、各情報の取得方法を限定するものではない。 At least one of the above mix-related information and production-related information may be acquired from an existing information management system in the ready-mix concrete factory. Specifically, the mix-related information may be acquired from a system that manages mix-related information of specified materials that are normally used when shipping ready-mix concrete in an existing ready-mix concrete factory. Furthermore, production-related information such as mixing time, mixing sound, power load value, temperature of ready-mix concrete during mixing, and temperature and humidity inside the mixer may be acquired from a management system that manages the situation when mixing ready-mix concrete. Note that the above information management system is one example of a method for acquiring mix-related information and production-related information, and does not limit the method for acquiring each piece of information.

以上より、画像抽出情報及び時系列情報を含む学習用入力データと、品質予測情報を含む学習用出力データとによって機械学習を行って生成された学習済みモデルが適用された品質予測システムは、時系列情報を含まない学習用入力データよって機械学習を行って生成された学習済みモデルが適用された品質予測システムよりも高い精度で、かつ、練り混ぜ開始から早期に生コンクリートの品質を予測することができる。 From the above, a quality prediction system to which a trained model generated by performing machine learning on training input data including image extraction information and time series information, and training output data including quality prediction information is applied, can predict the quality of ready-mix concrete with higher accuracy and earlier from the start of mixing than a quality prediction system to which a trained model generated by performing machine learning on training input data not including time series information is applied.

さらに、配合関連情報及び製造関連情報を含む学習用入力データと、品質予測情報を含む学習用出力データとによって機械学習を行って生成された学習済みモデルが適用された品質予測システムは、生コンクリートの品質をより高い精度で予測することができる。 Furthermore, a quality prediction system that applies a trained model generated by performing machine learning using training input data including mix-related information and manufacturing-related information, and training output data including quality prediction information, can predict the quality of ready-mix concrete with higher accuracy.

学習済みモデルの学習に用いる教師データのサンプルの数は、学習用入力データからスランプ情報を導出するために必要な特徴量を抽出し、さらに予測精度を高める観点から、好ましくは100以上、より好ましくは1,000以上、さらに好ましくは10,000以上、さらに好ましくは50,000以上、特に好ましくは100,000以上である。さらに、各学習済みモデルにおける学習回数は、予測精度を高める観点から、好ましくは1,000回以上、より好ましくは8,000回以上、特に好ましくは10,000回以上であるが、特に限定されない。例えば、学習データとして質の高い1つのサンプルのみが教師データとして採用されても構わない。 The number of training data samples used to train the trained model is preferably 100 or more, more preferably 1,000 or more, even more preferably 10,000 or more, even more preferably 50,000 or more, and particularly preferably 100,000 or more, from the viewpoint of extracting features necessary to derive slump information from the training input data and further improving prediction accuracy. Furthermore, the number of training times for each trained model is preferably 1,000 or more, more preferably 8,000 or more, and particularly preferably 10,000 or more, from the viewpoint of improving prediction accuracy, but is not particularly limited. For example, only one sample with high quality as training data may be adopted as training data.

次に、本発明の品質予測ステムで用いられる学習済みモデルを作成するための機械学習の方法について説明する。本発明の品質予測ステムで用いられる学習済みモデルを作成するための機械学習の方法としては、例えば、ニューラルネットワーク、線形回帰、決定木、サポートベクター回帰、アンサンブル法、サポートベクターマシン、判別分析、単純ベイズ法、最近傍法等が挙げられる。これらの方法は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Next, we will explain the machine learning method for creating the trained model used in the quality prediction system of the present invention. Examples of the machine learning method for creating the trained model used in the quality prediction system of the present invention include neural networks, linear regression, decision trees, support vector regression, ensemble methods, support vector machines, discriminant analysis, naive Bayes methods, nearest neighbor methods, etc. These methods may be used alone or in combination of two or more.

これらの方法の中でも、より高い精度で品質を予測することができる観点から、ニューラルネットワークによる機械学習が選択されることが好ましい。ニューラルネットワークは、より高い精度で品質を予測することができる観点から、入力層と出力層の間に一つ以上の中間層を有する階層型のニューラルネットワークが好適である。 Among these methods, machine learning using a neural network is preferably selected from the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy. From the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy, it is preferable for the neural network to be a hierarchical neural network having one or more intermediate layers between the input layer and the output layer.

ニューラルネットワークの例としては、三次元畳み込みニューラルネットワーク(3DCNN:3D Convolutional Neural Network)等の畳み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolutional Neural Network)や、深層ニューラルネットワーク(DNN:Deep Neural Network)や、再帰型ニューラルネットワーク(RNN:Recurrent Neural Network)や、長期・短期記憶(LSTM:Long Short-Term memory)ニューラルネットワーク(LSTMを用いて再帰型ニューラルネットワークを改良したもの)等が挙げられる。 Examples of neural networks include convolutional neural networks (CNN) such as 3D Convolutional Neural Networks (3DCNN), deep neural networks (DNN), recurrent neural networks (RNN), and long short-term memory (LSTM) neural networks (recurrent neural networks improved using LSTM).

これらの中でも、画像認識の分野に優れた性能を有し、時間軸に関する、三次元畳み込みニューラルネットワーク(中間層として、畳み込み層やプーリング層等を有するニューラルネットワーク)がより好適である。三次元畳み込みニューラルネットワークは、異なる時刻に取得された複数の画像データから特徴量(時間変化に伴って変化する特徴量を含む)を検出し、当該特徴量を用いて、分類又は回帰を行うことが可能な予測モデルを作成することができる。畳み込みニューラルネットワークにおける、畳み込み層とプーリング層の組み合わせからなる層の数は、より高い精度で予測をすることができる観点から、好ましくは二つ以上、より好ましくは三つ以上である。 Among these, a three-dimensional convolutional neural network (a neural network having a convolutional layer, a pooling layer, or the like as an intermediate layer) is more suitable, as it has excellent performance in the field of image recognition and is related to the time axis. A three-dimensional convolutional neural network can detect features (including features that change over time) from multiple image data acquired at different times, and create a prediction model capable of performing classification or regression using the features. In a convolutional neural network, the number of layers consisting of a combination of convolutional layers and pooling layers is preferably two or more, more preferably three or more, from the viewpoint of being able to perform predictions with higher accuracy.

また、機械学習を行うためのツールとしては、例えば、Google社が開発したソフトウェアライブラリである「TensorFlow(登録商標)」や、IBM社が開発したシステムである「IBM Watson(登録商標)」等を用いることができる。 In addition, as a tool for performing machine learning, for example, "TensorFlow (registered trademark)", a software library developed by Google, or "IBM Watson (registered trademark)", a system developed by IBM, can be used.

次に、品質予測システム1の具体的な構成について説明する。 Next, we will explain the specific configuration of the quality prediction system 1.

本発明の生コンクリートの品質予測システム1の本実施形態の構成について説明する。図1は、生コンクリートの品質予測システム1の一実施態様の模式的な全体構成図である。品質予測システム1は、図1に示すように、メインサーバ10と、当該メインサーバ10とネットワーク接続された、データサーバ20と、操作用端末30と、複数の参照用端末40とで構成されている。 The configuration of this embodiment of the ready-mix concrete quality prediction system 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of one embodiment of the ready-mix concrete quality prediction system 1. As shown in FIG. 1, the quality prediction system 1 is composed of a main server 10, a data server 20 connected to the main server 10 via a network, an operation terminal 30, and multiple reference terminals 40.

なお、メインサーバ10にネットワーク接続されるデータサーバ20、操作用端末30、参照用端末40のそれぞれの数は任意であって、それぞれ有線又は無線でデータ通信を行うように接続されている。また、図1においては図示されていないが、メインサーバ10には、品質予測の対象となる生コンクリートを練り混ぜている状態を撮影する撮像部60がネットワーク接続されている(図2参照)。 The number of data servers 20, operation terminals 30, and reference terminals 40 connected to the main server 10 via a network is arbitrary, and each is connected to perform data communication via wire or wirelessly. Also, although not shown in FIG. 1, an imaging unit 60 that captures images of the state of mixing the ready mixed concrete, the subject of quality prediction, is connected to the main server 10 via a network (see FIG. 2).

本実施形態におけるメインサーバ10は、作業者が操作用端末30を操作して動作開始の操作を行うと、予測動作を開始する。そして、学習済みモデルM1に適用する画像データを含む予測用入力データd1が、撮像部60からメインサーバ10に入力されると、メインサーバ10内で所定の処理が行われて、生コンクリートの品質の予測値に関連する情報である品質予測情報がメインサーバ10から出力される。 In this embodiment, the main server 10 starts a prediction operation when the worker operates the operation terminal 30 to start the operation. Then, when prediction input data d1 including image data to be applied to the trained model M1 is input from the imaging unit 60 to the main server 10, a predetermined process is performed within the main server 10, and quality prediction information, which is information related to the predicted value of the quality of ready-mix concrete, is output from the main server 10.

メインサーバ10から出力された品質予測情報を含む出力データd3は、各参照用端末40に送信される。そして、各参照用端末40は、メインサーバ10から出力された当該出力データd3から得られる生コンクリートの品質の予測値をそれぞれの表示装置50に表示する。 The output data d3 including the quality prediction information output from the main server 10 is transmitted to each reference terminal 40. Then, each reference terminal 40 displays the predicted value of the quality of ready-mix concrete obtained from the output data d3 output from the main server 10 on each display device 50.

なお、本実施形態の各参照用端末40は、図1に示すように、表示装置50と別体のデスクトップ型PCであるが、ノートPC、スマートフォン、タブレット等の表示装置50が一体的に構成されている端末であっても構わない。また、各参照用端末40は、操作用端末30としての機能を兼ねていても構わない。 In this embodiment, each reference terminal 40 is a desktop PC separate from the display device 50 as shown in FIG. 1, but it may be a terminal in which the display device 50 is integrally configured, such as a notebook PC, a smartphone, or a tablet. Also, each reference terminal 40 may also function as an operation terminal 30.

図2は、本実施形態におけるメインサーバ10の構成を模式的に示すブロック図である。図2に示すように、本実施形態におけるメインサーバ10は、データ入力部11と、データ出力部12、演算処理部13とを備える。 Figure 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the main server 10 in this embodiment. As shown in Figure 2, the main server 10 in this embodiment includes a data input unit 11, a data output unit 12, and a calculation processing unit 13.

図3は、ミキサ2の一部を模式的に示す図面である。図3に示すように、撮像部60は、撮影対象となる領域60a内に、ミキサ2の羽根2aが写り込む位置に固定されている。図3においては、説明の便宜のため、撮像部60の撮影対象となる領域60aが、一点鎖線によって模式的に図示されている。 Figure 3 is a diagram that shows a schematic of a portion of the mixer 2. As shown in Figure 3, the imaging unit 60 is fixed at a position where the blades 2a of the mixer 2 are captured within the area 60a to be photographed. For ease of explanation, in Figure 3, the area 60a to be photographed by the imaging unit 60 is shown diagrammatically by a dashed line.

本実施形態における撮像部60は、練り混ぜの開始から練り混ぜ終了まで、継続的に撮影を行い、フレームレートが60fps(frame per second)の動画データ(時系列の複数の画像データ)を取得する。このため、当該動画データには、ミキサ2の羽根2aが生コンクリート中に沈んでいる状態と、ミキサ2の羽根2aが生コンクリートをすくい上げている状態とを撮影して取得した画像データとが含まれる。なお、撮像部60は、上述したような動画データを取得するカメラではなく、所定の時間間隔で写真撮影を行い、複数の画像データを取得するカメラであっても構わない。 In this embodiment, the imaging unit 60 continuously captures images from the start of mixing to the end of mixing, and acquires video data (multiple image data in a time series) with a frame rate of 60 fps (frames per second). Therefore, the video data includes image data acquired by capturing images of the blades 2a of the mixer 2 submerged in the fresh concrete and the blades 2a of the mixer 2 scooping up the fresh concrete. Note that the imaging unit 60 does not have to be a camera that acquires video data as described above, but may be a camera that captures images at a predetermined time interval and acquires multiple image data.

なお、ミキサ2の回転速度等にもよるが、ミキサ2の羽根2aが生コンクリート中に沈んでいる最中を撮影した画像データから抽出される画像抽出情報は、生コンクリートの表面における変動が品質予測にほとんど寄与しない場合がある。このような場合は、撮像部60が取得する画像データは、ミキサ2の羽根2aが生コンクリート中に沈んでいる状態を撮影して得られた画像データを含んでいなくても構わない。 Depending on the rotation speed of the mixer 2, etc., the image extraction information extracted from image data captured while the mixer 2 blades 2a are submerged in the fresh concrete may not contribute much to quality prediction due to the variations in the surface of the fresh concrete. In such cases, the image data acquired by the imaging unit 60 does not need to include image data obtained by capturing an image of the mixer 2 blades 2a submerged in the fresh concrete.

演算処理部13及び記憶部13aは、例えば、CPUやMPU等の演算処理ユニットで構成される。記憶部13aは、例えば、フラッシュメモリやハードディスク等のメモリで構成される。そして、記憶部13aは、教師データに基づく機械学習により生成された学習済みモデルM1が記録されている。 The calculation processing unit 13 and the memory unit 13a are composed of a calculation processing unit such as a CPU or an MPU. The memory unit 13a is composed of a memory such as a flash memory or a hard disk. The memory unit 13a stores a trained model M1 generated by machine learning based on teacher data.

教師データは、撮像部60が撮影して取得した複数の画像データから抽出される画像抽出情報、及び画像抽出情報の時間経過に伴う状態変化に関連する情報である時系列情報を含む学習用入力データと、生コンクリートの品質に関連する情報を含む学習用出力データとが関連付けられたデータである。 The teacher data is data that associates learning input data, which includes image extraction information extracted from multiple image data captured by the imaging unit 60 and time series information that is information related to changes in the state of the image extraction information over time, with learning output data that includes information related to the quality of ready-mix concrete.

画像抽出情報は、撮像部60が取得した画像データから抽出される、生コンクリートの一時的な情報であり、撮影時における生コンクリートの状態に関連する情報である。 The image extraction information is temporary information about the ready-mix concrete extracted from the image data acquired by the imaging unit 60, and is information related to the state of the ready-mix concrete at the time of image capture.

生コンクリートの品質に関連する情報とは、出力データに含まれる生コンクリートの品質予測情報である。本実施形態における、生コンクリートの品質予測情報は、スランプ値であるが、生コンクリートの品質に関連する他の情報を採用しても構わない。生コンクリートの品質予測システム1は、生コンクリートのコンシステンシーや流動性に関する指標であれば、特に好適に、練り混ぜに際しての時間経過に伴う生コンクリートの状態変化と関連付けられるため、十分に予測が可能である。また、生コンクリートの品質予測システム1は、上記の関連付けに基づいて、生コンクリートのコンシステンシーや流動性に関する指標以外の、その他の品質であっても予測対象とすることができる。 The information related to the quality of fresh concrete is the quality prediction information of fresh concrete contained in the output data. In this embodiment, the quality prediction information of fresh concrete is a slump value, but other information related to the quality of fresh concrete may be used. The fresh concrete quality prediction system 1 can make sufficient predictions, particularly if the index is related to the consistency or fluidity of fresh concrete, because it is associated with the change in the state of fresh concrete over time during mixing. Furthermore, based on the above association, the fresh concrete quality prediction system 1 can predict other qualities besides the indexes related to the consistency or fluidity of fresh concrete.

学習用出力データに含まれる品質予測情報は、生コンクリートの製造工場での出荷前品質検査において取得されたデータであってもよく、打設現場での打設前品質検査において取得されたデータであっても構わない。いずれのデータを適用するかについては、例えば、生コンクリートのいつの時点における品質が予測対象となるかによって選択される。 The quality prediction information included in the learning output data may be data acquired during pre-shipment quality inspection at a ready-mix concrete manufacturing plant, or may be data acquired during pre-pouring quality inspection at a pouring site. The data to be applied is selected, for example, depending on the point in time at which the quality of ready-mix concrete is to be predicted.

本実施形態におけるデータ入力部11は、撮像部60から送信される画像データを予測用入力データd1として入力を受け付ける。また、本実施形態におけるデータ入力部11は、データサーバ20又は操作用端末30から送信される、学習済みモデルM1に適用するための予測用の生コンクリートの配合関連情報、製造関連情報を含む予測用入力データd1を受け付ける。 The data input unit 11 in this embodiment accepts input of image data transmitted from the imaging unit 60 as prediction input data d1. The data input unit 11 in this embodiment also accepts prediction input data d1 transmitted from the data server 20 or the operation terminal 30, which includes ready-mix concrete mix-related information and manufacturing-related information for prediction to be applied to the trained model M1.

データ入力部11は、予測用入力データd1の入力を受け付けると、演算処理部13に入力するための演算用入力データd2を生成して、演算処理部13に対して出力する。 When the data input unit 11 receives input of prediction input data d1, it generates calculation input data d2 to be input to the calculation processing unit 13 and outputs it to the calculation processing unit 13.

データ出力部12は、演算処理部13から出力された出力データd3が入力されると、図2に示すように、参照用端末40が受信可能な送信用データd4を出力データd3に基づいて生成して、各参照用端末40に対して送信用データd4を送信する。 When the data output unit 12 receives the output data d3 output from the calculation processing unit 13, it generates transmission data d4 that can be received by the reference terminals 40 based on the output data d3, as shown in FIG. 2, and transmits the transmission data d4 to each reference terminal 40.

演算処理部13は、データ入力部11から出力される演算用入力データd2が入力されると、記憶部13aに記録されている学習済みモデルM1を読み出し、学習済みモデルM1に対して演算用入力データd2を適用する。 When the calculation processing unit 13 receives the calculation input data d2 output from the data input unit 11, it reads out the trained model M1 recorded in the memory unit 13a and applies the calculation input data d2 to the trained model M1.

演算処理部13は、学習済みモデルM1による演算処理を実行し、演算用入力データd2に基づいて導出される品質予測情報を含む出力データd3をデータ出力部12に対して出力する。 The calculation processing unit 13 executes calculation processing using the trained model M1, and outputs output data d3 including quality prediction information derived based on the calculation input data d2 to the data output unit 12.

[検証実験1]
ここで、上記の各情報に基づいて学習した学習済みモデルM1を適用した品質予測システム1が、どのぐらいの精度でスランプ値を予測できるかを確認した検証実験について説明する。
[Verification Experiment 1]
Here, we will explain the verification experiment that confirmed the accuracy with which the quality prediction system 1, which applies the trained model M1 trained based on the above information, can predict the slump value.

(実施例1)
実施例1は、上述した生コンクリートの品質予測システム1によって、製造したコンクリートの練り混ぜ直後のスランプ値を予測する。具体的には、実施例1では、セメント、細骨材(山砂)、粗骨材A(砕石5号)、粗骨材B(砕石6号)を二軸ミキサに投入して、空練りした後、水を投入して練り混ぜて、生コンクリート1~100を作製し、このスランプ値を予測することとした。なお、各材料の単位量は、セメントを360~600kg/m3、細骨材(山砂)を150~165kg/m3、粗骨材A(砕石5号)をkg/m3、粗骨材B(砕石6号)をkg/m3、にそれぞれ調整した。
Example 1
In Example 1, the slump value of the produced concrete immediately after mixing is predicted by the above-mentioned ready-mixed concrete quality prediction system 1. Specifically, in Example 1, cement, fine aggregate (mountain sand), coarse aggregate A (crushed stone No. 5), and coarse aggregate B (crushed stone No. 6) are charged into a twin-shaft mixer and dry mixed, and then water is charged and mixed to produce ready-mix concretes 1 to 100, and the slump value of the concrete is predicted. The unit amounts of each material are adjusted to 360 to 600 kg/m 3 for cement, 150 to 165 kg/m 3 for fine aggregate (mountain sand), kg/m 3 for coarse aggregate A (crushed stone No. 5), and kg/m 3 for coarse aggregate B (crushed stone No. 6).

(比較例1)
比較例1は、時系列情報を含まない学習用入力データを適用し、二次元畳み込みニューラルネットワーク(2D-CNN)を適用して学習した学習済みモデルを用いたことを除いて、実施例1と同様である。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 is similar to Example 1, except that learning input data not including time series information was applied and a trained model trained by applying a two-dimensional convolutional neural network (2D-CNN) was used.

予測用入力データを入力して生コンクリートの品質を予測するタイミングは、生コンクリートの練り混ぜ開始から練り混ぜられた生コンクリートが前記ミキサから排出されるまでの期間とすることができる。練り混ぜ開始とは、水以外の生コンクリートの配合材料がミキサに投入され、ミキサが回転を開始した状態をいう。 The timing for inputting prediction input data to predict the quality of fresh concrete can be the period from the start of mixing the fresh concrete to the time the mixed fresh concrete is discharged from the mixer. The start of mixing refers to the state when the ingredients for the fresh concrete other than water are added to the mixer and the mixer starts rotating.

また、特に、予測するタイミングを、練り混ぜが開始され注水が開始されてから、練り混ぜられた生コンクリートが前記ミキサから排出開始されるまでの期間とすることで、より正解率を向上させることができる。ミキサから排出開始とは、ミキサの下方側に位置する排出部の開口が開き、そこから練り混ぜられた生コンクリートの排出が開始した状態をいう。 In particular, the accuracy rate can be improved by setting the prediction timing to the period from when mixing and water injection begin until the mixed fresh concrete begins to be discharged from the mixer. Discharge from the mixer begins when the opening of the discharge section located on the lower side of the mixer opens and the mixed fresh concrete begins to be discharged from there.

注水開始前であっても、ミキサ2の羽根2aが生コンクリート中に沈んでいる状態と、ミキサ2の羽根2aが生コンクリートをすくい上げている状態とを撮影して取得した画像データを取得することができる。そして、注水が開始されると、セメントと水の水和反応が開始されるとともに混和剤の効果が発現した、生コンクリートの性状となるため、注水開始後に予測することで、より正答率を向上させることができる。 また、排出開始されると、排出による容量の減少に伴い、ミキサ内の生コンクリートの液面が下降し、データに映り込むミキサの羽根や内壁の状態が変動しうるため、データの統一性の観点から、排出開始前までの期間とすることで、より正答率を向上させることができる。 Even before the start of water pouring, image data can be obtained by photographing the state in which the mixer 2 blades 2a are submerged in the fresh concrete and the state in which the mixer 2 blades 2a are scooping up the fresh concrete. Then, when water pouring starts, the hydration reaction between the cement and water starts and the effects of the admixtures are expressed, resulting in the properties of the fresh concrete, so by predicting after the start of water pouring, the accuracy rate can be improved. Also, when discharge starts, the liquid level of the fresh concrete in the mixer drops as the volume decreases due to discharge, and the state of the mixer blades and inner walls reflected in the data can change, so from the perspective of data consistency, the accuracy rate can be improved by setting the period up to before discharge starts.

実施例1、比較例1ともに、予測するタイミングは、練混ぜ開始から120秒後とした。なお、練り混ぜ開始から60秒後に注水を行っている。 In both Example 1 and Comparative Example 1, the predicted timing was 120 seconds after the start of mixing. Water was injected 60 seconds after the start of mixing.

実施例1、比較例1ともに、学習に使用した画像の切り出しは、より具体的には、256ピクセル×256ピクセルの範囲で切り出した所定の画像データの中心位置を原点((x,y)=(0,0))とし、(x,y)=(-10,-10)、(0,-10)、(+10,-10)、(-10,0)、(+10,0)、(-10,+10)、(0,+10)、(+10,+10)の座標を中心とした256ピクセル×256ピクセルの範囲でそれぞれ行った。なお、煩雑な記載を避けるために省略したが、上記のx座標及びy座標の単位は、ピクセルである。 More specifically, in both Example 1 and Comparative Example 1, the images used for learning were cut out in a 256 x 256 pixel range with the center position of the specified image data cut out in a 256 x 256 pixel range as the origin ((x, y) = (0, 0)), and the range was 256 x 256 pixels centered on the coordinates (x, y) = (-10, -10), (0, -10), (+10, -10), (-10, 0), (+10, 0), (-10, +10), (0, +10), (+10, +10). Note that, although omitted to avoid cumbersome description, the units of the x and y coordinates above are pixels.

それぞれの出力データ数は、1,043とした。 The number of output data for each was set to 1,043.

学習済みモデルM1の生成は、学習ライブラリはTensor Flow(登録商標)を使用し、学習回数は、200,000回とした。 The trained model M1 was generated using the Tensor Flow (registered trademark) learning library, and the number of training runs was 200,000.

予測値が実際のスランプ値に対して許容差範囲に収まる場合を正解として、正解率を確認した。なお、許容差範囲は、0.5cm、1.0cm、1.5cm、2.0cm、2.5cm、3.0cmとして、それぞれ確認した。 The accuracy rate was confirmed by considering the predicted value to be within the tolerance range of the actual slump value as the correct answer. The tolerance range was confirmed as 0.5 cm, 1.0 cm, 1.5 cm, 2.0 cm, 2.5 cm, and 3.0 cm.

(結果)
図4は、検証実験1の結果をプロットしたグラフである。図4によれば、いずれの許容誤差範囲の条件においても、比較例1に比べて実施例1の方が、高い正解率となっていることが確認される。つまり、二次元畳み込みニューラルネットワーク(2D-CNN)を適用して学習した学習済みモデルを用いて、同様のタイミングで予測した場合の比較例1では低い正解率であるが、時系列情報を学習させた実施例1のほうが正解率であることが確認でき、すなわち、時系列情報が学習用データに含まれていない比較例1よりも、これが含まれている実施例1の方が、予測精度が向上している。
(result)
4 is a graph plotting the results of verification experiment 1. According to FIG. 4, it is confirmed that, under any condition of the allowable error range, Example 1 has a higher accuracy rate than Comparative Example 1. In other words, when predictions are made at the same timing using a trained model trained by applying a two-dimensional convolutional neural network (2D-CNN), the accuracy rate is low in Comparative Example 1, but it can be confirmed that Example 1, which has been trained with time-series information, has a higher accuracy rate. In other words, the prediction accuracy is improved in Example 1, which includes time-series information in the learning data, compared to Comparative Example 1, which does not include time-series information.

[検証実験2]
さらに、学習用入力データとして採用する画像データの取得条件と、予測精度との関連性を確認する検証実験を行ったので、以下で説明する。
[Verification Experiment 2]
Furthermore, we conducted a verification experiment to confirm the relationship between the conditions for obtaining the image data used as learning input data and prediction accuracy, which is described below.

(実施例2)
実施例1と同様の材料、練混ぜ時間、動画データを使用した場合の、動画データから切り出した練混ぜ画像データを学習用入力データとして使用した。学習には、ミキサ羽根の切り替えしがなく、生コンクリートの動きがあるタイミングの画像、連続する時間、1/30秒間隔で連続した7枚の画像を学習用入力データとして使用した。図5は、上記条件で取得した7枚の画像データが図示された図面である。
Example 2
The same materials, mixing time, and video data as those in Example 1 were used, and the mixing image data cut out from the video data was used as the learning input data. For the learning, images of the timing when the mixer blades were not switched and the fresh concrete was moving, and seven consecutive images at 1/30 second intervals were used as the learning input data. Figure 5 is a drawing illustrating the seven pieces of image data obtained under the above conditions.

(実施例3)
実施例1と同様の材料、練混ぜ時間、動画データを使用した場合の、動画データから切り出した練混ぜ画像データを学習用入力データとして使用した。学習には、ミキサ羽根の切り替えしについて一連の動きを捉え、かつその動きが複数回行われるタイミングの画像、連続する時間、1/30秒間隔で連続した7枚の画像を学習データとして使用した。図6は、上記条件で取得した7枚の画像データが図示された図面である。なお、ミキサ羽根の切り替えしについて一連の動きを捉え、かつその動きが複数回行われるタイミングは、1回以上であればよい。
Example 3
When the same materials, mixing time, and video data as those in Example 1 were used, the mixing image data cut out from the video data was used as the learning input data. For learning, a series of movements regarding the switching of the mixer blades was captured, and images of the timing at which the movement was performed multiple times, a continuous time, and seven consecutive images at intervals of 1/30 seconds were used as learning data. Figure 6 is a diagram illustrating seven pieces of image data acquired under the above conditions. Note that the timing at which a series of movements regarding the switching of the mixer blades was captured and the movement was performed multiple times may be one or more times.

(実施例4)
実施例1と同様の材料、練混ぜ時間、動画データを使用した場合の、動画データから切り出した練混ぜ画像データを学習用入力データとして使用した。学習には、ミキサ羽根の切り替えしがなく、生コンクリートの動きがあるタイミングの画像があり、かつミキサ羽根の切り替えしについて一連の動きを捉え、かつその動きが複数回行われるタイミングの画像、連続する時間、1/30秒間隔で連続した30枚の画像を学習データとして使用した。図7は、上記条件で取得した30枚の画像データが図示された図面である。
Example 4
The same materials, mixing time, and video data as those in Example 1 were used, and the mixing image data cut out from the video data was used as the learning input data. For learning, there was an image of a timing when there was no switching of the mixer blades and there was movement of the fresh concrete, and the image captured a series of movements of the switching of the mixer blades and the timing when the movement was performed multiple times, and 30 consecutive images at 1/30 second intervals were used as the learning data. Fig. 7 is a drawing illustrating the 30 pieces of image data acquired under the above conditions.

(比較例2)
実施例1と同様の材料、練混ぜ時間、動画データを使用した場合の、動画データから切り出した練混ぜ画像データを学習用入力データとして使用した。学習には生コンクリートの動きが存在しない、連続する時間、1/30秒間隔で連続した3枚の画像を学習データとして使用した(図8)。
(Comparative Example 2)
Mixing image data extracted from video data was used as learning input data when the same materials, mixing time, and video data were used as in Example 1. Three consecutive images with a continuous time interval of 1/30 seconds, in which there was no movement of fresh concrete, were used as learning data ( FIG. 8 ).

(結果)
図8は、検証実験2の結果をプロットしたグラフである。図8によれば、いずれの許容差範囲の条件においても、比較例2に比べて実施例2、実施例3、実施例4の方が、高い正解率となっていることが確認される。つまり、時系列情報のうち、生コンクリートの動きが存在しない、連続する時間の画像が学習用データに含まれていない比較例2よりも、これが含まれている実施例2、実施例3、実施例4、の方が、予測精度が向上している。
(result)
Fig. 8 is a graph plotting the results of verification experiment 2. Fig. 8 confirms that, under any of the tolerance range conditions, Examples 2, 3, and 4 have higher accuracy rates than Comparative Example 2. In other words, the prediction accuracy is improved in Examples 2, 3, and 4, in which images of consecutive times in which there is no movement of fresh concrete are included in the time-series information, compared to Comparative Example 2, in which such images are not included in the learning data.

特に、ミキサ羽根の切り替えしがなく、生コンクリートの動きがあるタイミングの画像を含む、実施例2は、正解率が最も良く、ミキサ羽根の切り替えしについて一連の動きを捉え、かつ、その動きが複数回行われるタイミングの画像を含んだ実施例3と、ミキサ羽根の切り替えしがなく、生コンクリートの動きがあるタイミングの画像とミキサ羽根の切り替えしについて一連の動きを捉え、かつ、その動きが複数回行われるタイミングの画像を含んだ実施例4とも、ほぼ同等の正解率であることが確認できた。 In particular, Example 2, which includes images of a timing when there is no mixer blade switching and fresh concrete is moving, had the best accuracy rate, and it was confirmed that Example 3, which captures a series of mixer blade switching movements and includes images of the timing when this movement occurs multiple times, and Example 4, which captures a series of mixer blade switching movements and includes images of the timing when there is fresh concrete moving and the timing when there is no mixer blade switching, and includes images of the timing when this movement occurs multiple times, all had roughly the same accuracy rate.

[検証実験3]
最後に、時系列情報を含むか否かによる、練り混ぜ開始からの経過時間ごとの予測精度の違いを確認する検証実験を行ったので、以下で説明する。
[Verification Experiment 3]
Finally, we conducted a verification experiment to confirm the difference in prediction accuracy for each elapsed time from the start of mixing depending on whether or not time-series information is included, and we explain this below.

(実施例5)
実施例1と同様の材料、練混ぜ時間、動画を使用した場合の、動画から切り出した練混ぜ画像を学習データとして使用し、練混ぜ時間ごとの正解率を確認した。
Example 5
When the same materials, mixing times, and videos as in Example 1 were used, mixing images cut out from the videos were used as learning data, and the accuracy rate for each mixing time was confirmed.

(比較例3)
比較例3は、時系列情報を含まない学習用入力データを適用し、二次元畳み込みニューラルネットワーク(2D-CNN)を適用して学習した学習済みモデルを用いたことを除いて、実施例1と同様である。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3 is similar to Example 1, except that learning input data not including time series information was applied and a trained model trained by applying a two-dimensional convolutional neural network (2D-CNN) was used.

実施例5と比較例3ともに、所定の時間での比較を行った。なお、許容差は1.5cmとした正解率で評価した。なお、練り混ぜ開始から60秒後に注水を行った。 For both Example 5 and Comparative Example 3, a comparison was made at a specified time. The allowable error was 1.5 cm, and the evaluation was based on the accuracy rate. Water was poured 60 seconds after the start of mixing.

(結果)
結果は、下記表1のとおりであった。
(result)
The results are shown in Table 1 below.

上記表1からもわかるように、時系列情報が学習用データに含まれていない比較例3よりも、これが含まれている実施例5の方が、比較的早いタイミングにおいて、比較的高い精度で予測できていることが確認できた。 As can be seen from Table 1 above, it was confirmed that Example 5, which includes time series information in the learning data, is able to make predictions at a relatively early timing and with relatively high accuracy compared to Comparative Example 3, which does not include time series information in the learning data.

以上より、品質予測システム1は、画像抽出情報、及び時系列情報に基づいて学習した学習済みモデルを適用することで、従来の画像抽出情報に基づく予測よりも高い精度で生コンクリートの品質を予測することができる。また、上述したように、練り混ぜを開始してすぐに、練り混ぜられた生コンクリートの状態を予測できるため、練り混ぜ開始後、早期に生コンクリートの品質を予測することができる。 As described above, by applying a trained model trained based on image extraction information and time series information, the quality prediction system 1 can predict the quality of ready-mixed concrete with higher accuracy than conventional predictions based on image extraction information. In addition, as described above, the state of the mixed ready-mixed concrete can be predicted immediately after mixing begins, making it possible to predict the quality of ready-mixed concrete early after mixing begins.

なお、本実施形態の品質予測システム1は、図3に示すように、撮像部60は、撮影対象となる領域60a内に、ミキサ2の羽根2aが含まれる位置に配置されているが、撮像部60は、撮影対象となる領域60a内に、ミキサ2が含まれない位置に配置されていても構わない。ミキサ2が含まれていなくとも、練り混ぜられている生コンクリートは、常に流動しており、練り混ぜの進行によって、流動性に変化が現れる。 In the quality prediction system 1 of this embodiment, as shown in FIG. 3, the imaging unit 60 is arranged at a position where the blades 2a of the mixer 2 are included in the area 60a to be photographed, but the imaging unit 60 may be arranged at a position where the mixer 2 is not included in the area 60a to be photographed. Even if the mixer 2 is not included, the mixed fresh concrete is always flowing, and changes in fluidity occur as the mixing progresses.

つまり、品質予測システム1は、撮像部60の撮影対象となる領域60a外でのミキサ2の動作に起因して、当該領域60a内で生じる生コンクリートの波打つ動き等を捉えた画像データから抽出された画像抽出情報、及び時系列情報に基づいて、生コンクリートの品質を予測する構成とすることもできる。 In other words, the quality prediction system 1 can be configured to predict the quality of ready-mixed concrete based on image extraction information extracted from image data capturing the rippling movement of ready-mixed concrete that occurs within the area 60a that is the subject of imaging by the imaging unit 60 due to the operation of the mixer 2 outside the area 60a, and on time-series information.

また、本実施形態において、学習用入力データ、及び予測用入力データは、予測精度を向上させる観点から配合関連情報、製造関連情報を含むデータとしたが、これらの情報を学習用入力データ、及び予測用入力データに含めるか否かは任意である。 In addition, in this embodiment, the learning input data and prediction input data include formulation-related information and manufacturing-related information in order to improve prediction accuracy, but it is up to the user to decide whether or not to include this information in the learning input data and prediction input data.

なお、上述した品質予測システム1が備える構成は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成に限定されない。 Note that the configuration of the quality prediction system 1 described above is merely an example, and the present invention is not limited to the configurations shown in the figures.

1 : 品質予測システム
2 : ミキサ
2a : 羽根
10 : メインサーバ
11 : データ入力部
12 : データ出力部
13 : 演算処理部
13a : 記憶部
20 : データサーバ
30 : 操作用端末
40 : 参照用端末
50 : 表示装置
60 : カメラ
60a : 領域
M1 : 学習済みモデル
1: Quality prediction system 2: Mixer 2a: Blade 10: Main server 11: Data input unit 12: Data output unit 13: Calculation processing unit 13a: Memory unit 20: Data server 30: Operation terminal 40: Reference terminal 50: Display device 60: Camera 60a: Area M1: Trained model

Claims (6)

教師データに基づく機械学習により生成された学習済みモデルが記憶される記憶部と、
予測用入力データの入力を受け付ける入力部と、
前記学習済みモデルによって導出される出力結果を出力する出力部とを備え、
前記教師データは、練り混ぜられている生コンクリートを撮影する撮像部によって取得された撮影時刻が異なる複数の画像データから抽出される、生コンクリートの練り混ぜ時の状態に関連する情報である画像抽出情報、及び時間経過に伴う状態変化に関連する情報である時系列情報を含む学習データ群に基づく学習用入力データと、生コンクリートの練り混ぜ後の品質に関連する情報である品質予測情報を含む学習用出力データとが関連付けられたデータであり、
前記予測用入力データとして、練り混ぜられている予測対象の生コンクリートの複数の画像データが入力され、
前記出力結果として、当該予測対象の生コンクリートの前記品質予測情報を出力することを特徴とする生コンクリートの品質予測システム。
A storage unit that stores a trained model generated by machine learning based on teacher data;
an input unit that accepts input of prediction input data;
An output unit that outputs an output result derived by the trained model,
The teacher data is data in which learning input data based on a learning data group including image extraction information, which is information related to the state of the fresh concrete during mixing, and time-series information, which is information related to state changes over time, extracted from a plurality of image data captured at different times by an imaging unit that captures the fresh concrete being mixed, is associated with learning output data including quality prediction information, which is information related to the quality of the fresh concrete after mixing;
As the prediction input data, a plurality of image data of the ready-mixed concrete to be predicted is input,
A ready-mixed concrete quality prediction system, characterized in that the quality prediction information of the ready-mixed concrete to be predicted is output as the output result.
前記学習用入力データ、及び前記予測用入力データは、生コンクリートを練り混ぜるミキサの羽根が、生コンクリートをすくい上げている状態の画像データを含む複数の画像データから抽出される前記画像抽出情報、及び前記時系列情報を含む前記学習データ群に基づくデータであることを特徴とする請求項1に記載の生コンクリートの品質予測システム。 The ready-mixed concrete quality prediction system according to claim 1, characterized in that the learning input data and the prediction input data are data based on the image extraction information extracted from a plurality of image data including image data of the blades of a mixer that mixes ready-mixed concrete scooping up the ready-mixed concrete, and the learning data group including the time series information. 前記学習用入力データ、及び前記予測用入力データは、前記ミキサの羽根が生コンクリート中に沈んでいる状態の画像データと、生コンクリートをすくい上げている状態の画像データとを含む複数の画像データから抽出される前記画像抽出情報、及び前記時系列情報を含む前記学習データ群に基づくデータであることを特徴とする請求項2に記載の生コンクリートの品質予測システム。 The ready-mixed concrete quality prediction system according to claim 2, characterized in that the learning input data and the prediction input data are data based on the image extraction information extracted from a plurality of image data including image data of the mixer blades submerged in the ready-mixed concrete and image data of the mixer blades scooping up the ready-mixed concrete, and the learning data group including the time series information. 前記学習用入力データ、及び前記予測用入力データは、練り混ぜられている生コンクリートを撮影する撮像部によって、生コンクリートの練り混ぜられた生コンクリートが前記ミキサから排出されるまでの期間に取得された画像データから抽出された前記画像抽出情報、及び前記時系列情報を含む前記学習データ群に基づくデータであることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の生コンクリートの品質予測システム。 The ready-mixed concrete quality prediction system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the learning input data and the prediction input data are data based on the learning data group including the image extraction information extracted from image data acquired by an imaging unit that captures the ready-mixed concrete being mixed during the period from when the mixed ready-mixed concrete is discharged from the mixer, and the time series information. 前記学習用入力データ、及び前記予測用入力データは、生コンクリートの配合関連情報、又は製造関連情報をさらに含む前記学習データ群に基づくデータであることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の生コンクリートの品質予測システム。 The ready-mixed concrete quality prediction system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the learning input data and the prediction input data are data based on the learning data group that further includes ready-mixed concrete mix-related information or manufacturing-related information. 練り混ぜられている生コンクリートを撮影する撮像部によって取得された撮影時刻が異なる複数の画像データから抽出される、生コンクリートの練り混ぜ時の状態に関連する情報である画像抽出情報、及び時間経過に伴う状態変化に関連する情報である時系列情報を含む学習データ群に基づく学習用入力データと、生コンクリートの練り混ぜ後の品質に関連する情報である品質予測情報を含む学習用出力データとが関連付けられた教師データに基づく機械学習により生成された学習済みモデルが記憶された記憶部を備え、
前記記憶部に対し、予測用入力データとして練り混ぜられている予測対象の生コンクリートの複数の画像データを入力し、前記複数の画像データを前記学習済みモデルに適用するステップ(A)と、
前記学習済みモデルによって導出される当該予測対象の生コンクリートの前記品質予測情報を取得するステップ(B)とを含むことを特徴とする生コンクリートの品質予測方法。
a storage unit in which a trained model generated by machine learning based on teacher data in which training input data based on a training data group including image extraction information, which is information related to the state of the fresh concrete during mixing, and time-series information, which is information related to state changes over time, extracted from a plurality of image data captured at different times by an imaging unit that captures the fresh concrete being mixed, and training output data including quality prediction information, which is information related to the quality of the fresh concrete after being mixed, are associated, is stored;
A step (A) of inputting a plurality of image data of a prediction target fresh concrete being mixed as prediction input data into the storage unit, and applying the plurality of image data to the trained model;
and (B) acquiring the quality prediction information of the ready-mixed concrete to be predicted, which is derived by the trained model.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118501419A (en) * 2024-05-13 2024-08-16 保利长大工程有限公司 Intelligent concrete quality monitoring system and method
CN118876236A (en) * 2024-09-29 2024-11-01 福建南方路面机械股份有限公司 A method and device for intelligent concrete unloading based on real-time monitoring of current

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