necのモニタリング技術と...

ＮＥＣのモニタリング技術とその適用事例

２０１５年６月１８日

日本電気株式会社

中央研究所

主任研究員葛西茂

インフラ・イノベーション研究会第26回講演会資料「モニタリング技術の活用」【NECグループ外秘】

NEC Group Internal Use Only

Page 2 © NEC Corporation 2015

目次

１．NECが目指す情報化社会

２．弊社技術とモニタリング事例

振動センシング＆センサＮＷ

画像センシング

インバリアント分析技術

異種混合学習技術

© NEC Corporation 2015

NEC が目指す

『人と地球にやさしい情報社会』

NEC が目指す

『人と地球にやさしい情報社会』

Page 4 © NEC Corporation 2015 出典 OECD・FAO・PwC・国連のデータを元に作成

２０５０年の地球



ＩＣＴが安全で高効率な社会インフラを実現

豊富な実績・強いポジションを梃子とし、グローバルに展開

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海底

空港

港

工場

鉄道

道路

銀行

企業電波塔

放送局

重要施設

郵便局

物流基地

病院

行政

消防署通信小売店

エネルギー

ダム・水道

宇宙

光海底ケーブル

海底地震計

航空管制

指紋認証

銀行ＡＴＭ

各種業務システム

デジタルＴＶ送信

ＴＶスタジオ

電子カルテ

電子政府水管理

漏水検知ＰＯＳ

港湾監視

水中監視

生産管理工場管理

鉄道通信交通管制施設監視郵便区分機物流

消防システム

通信システムスマートエネルギー

衛星通信・地球観測

次世代ネットワーク技術

高性能・高信頼ＩＴ基盤技術

各種センサ・ヒューマンインターフェース技術

社会インフラを支えるＮＥＣのＩＣＴ

• 「海底から宇宙まで」、ＩＣＴを活用した社会インフラの高度化領域へ経営資源を集中


大量情報の収集分析・将来予測社会課題の解決

• インバリアント分析

• 異種混合学習

• 顔画像解析

• 行動分析

• テキスト含意認識

• 監視カメラ

• スマートデバイス

• 蓄積データ

• 各種センサ

SDN : Software-Defined Networking

・ネットワーク仮想化

・サイバーセキュリティ

独自性・競争優位性あるＩＣＴアセットを活かした情報による社会価値創造

各種センサ・ﾋｭｰﾏﾝｲﾝﾀﾌｪｰｽ技術

高性能・高信頼ＩＴ基盤技術

次世代ネットワーク技術

CLOUD BIGDATA

SDN

※ 米国国立標準技術研究所（NIST）主催の評価タスクでの参加機関中No.1の評価を獲得

独自

独自

独自

No.1

No.1

※

※

海底～宇宙まで

世界初ＳＤＮスイッチ

今後の情報システムに不可欠

ＩＣＴが安全で高効率な社会インフラを実現


社会インフラモニタリング


ＮＥＣのモニタリングソリューション

環境、立地データ

・気候変動、海岸からの距離、・・・

管理データ

・補修法、累積凍結防止剤散布量、・・・

交通データ

・区間の交通量、累積10ｔ換算軸数、・・・

構造設計データ

・築年、建築基準、構造特性、・・・

施工データ

・施工時期、工法、材料配合比、・・・

効率的な維持管理を実現

効率的な維持管理を実現

健全度診断ＳＬ①ひび割れ等、②耐荷力健全度診断ＳＬ①ひび割れ等、②耐荷力

③劣化予測ＳＬ③劣化予測ＳＬ

▌データサイエンス（物理・数学的解析）に基づく高精度診断、予測

▌モニタリングデータや多種類のデータ群を効率的に統合管理

⇒ 維持管理業務を効率化、ＬＣＣ削減に貢献

健全度を見える化

既存点検・検査データ

・目視・打音検査、・・・・

統合管理ＳＬ

計画設計

点検

保全施工モニタリングデータ

・遠隔自動データ収集

将来を予測データ蓄積・分析


ソリューション実現のための保有基盤技術群

③劣化予測ＳＬ③劣化予測ＳＬ

▌複数の保有基盤技術を組み合わせてＳＬを実現

（1）振動センシング（1）振動センシング

（3）画像センシング（3）画像センシング（2）センサＮＷ（2）センサＮＷ（5）異種混合解析（5）異種混合解析

（4）インバリアント分析技術（4）インバリアント分析技術

②耐荷力診断ＳＬ②耐荷力診断ＳＬ①ひび割れ・剥離

検知ＳＬ①ひび割れ・剥離

検知ＳＬ

遠隔・非破壊遠隔・非接触パターン自動抽出

高精度

機械振動解析

通信・ＮＷ

統計解析

統計解析＋

＋

＋

＋光学振動解析


振動センシング＆センサＮＷ技術

(ｾﾝｼﾝｸﾞ・ﾃﾞｰﾀｱﾅﾘﾃｨｸｽ)

振動センシング＆センサＮＷ技術



耐荷力診断ソリューション

道路管理者

モニタリングSLイメージ

・構造情報・気象・交通量・過去点検データ・施⼯/補修データ

耐荷力（強度）低下情報

振動センサ

変位・歪センサ温湿度センサ

詳細点検喚起

危険注意

ビッグデータ解析

▌振動センシングと、センサＮＷ技術とで、「構造物の耐荷力（強度）低下」を非破壊かつ遠隔自動診断


振動センシング技術

（2）可視化解析（）料（1）材料・センサデバイス

水冷ＰＣ振動センサ超薄型圧電スピーカスパコンＭＥＭＳ（マイクロマシン）

数値解析と実機解析法併用、現象の理解を促進

自社製品へ適用

脆性（圧電）・延性（電気接点）の材料、デバイス設計知見保有

自社電子機器開発で培った技術を社会インフラへ展開自社電子機器開発で培った技術を社会インフラへ展開

感度20倍広周波数帯域1Hz-15kHz>

ビデオ


センサＮＷ技術

道路橋にセンサを常設、データを無線センサユニットで収集、その振動応答等から構造物の機械的特性等をモニタリングする技術を開発中道路橋にセンサを常設、データを無線センサユニットで収集、その振動応答等から構造物の機械的特性等をモニタリングする技術を開発中

振動温度湿度振動温度湿度振動温度湿度振動温度湿度

‥ ‥

近距離無線（920MHz）近距離無線（920MHz）

計算サーバ

④管理ソフトウェア

大規模無線センサーネットワーク

大量センサー情報収集とデータ分析広域無線（3G）

①センサ

②センサユニット（子機）

③ゲートウェイ装置（親機）


モニタリング事例～漏水監視サービス

世界初、高精度センサとクラウドを組み合わせ、

上水道管の漏水を早期発見する｢漏水監視サービス」を発売

世界初、高精度センサとクラウドを組み合わせ、

上水道管の漏水を早期発見する｢漏水監視サービス」を発売

センサロガ

中継装置

基地局装置

ウォータクラウド


モニタリング事例～スマートウォータマネジメント

実験例）

バルブの急開閉で発生する急激な水圧変化と機械振動

振動センサで水道管の破裂予兆を捕捉、老朽化した水道インフラをいたわりながら、ポンプやバルブを最適に運転

英国インペリアル大学と

スマートウォーターマネジメントの共同研究を実施中

英国インペリアル大学と

スマートウォーターマネジメントの共同研究を実施中







▐橋梁の定期点検が近接目視が法令化。近接目視のための足場設置はコスト大で工期も長く、高所作業車では通行規制が必要

内部劣化は入力振動に対する応答振動の傾向として発現精密な光学測距による非接触・一点での振動計測手段が存在

時間をかけて多点計測することで内部劣化検知できた事例あり

光学振動解析

高速・高解像化が急速に進む

画像センサを利用動画

表面振動情報

内部状態（ヒビ・浮き等）

推定

！

橋梁下部より高速画像センサで構造物を観測、表面振動より内部状態を推定し、足場設置や通行規制を最小限にする効率的診断を狙う橋梁下部より高速画像センサで構造物を観測、表面振動より内部状態を推定し、足場設置や通行規制を最小限にする効率的診断を狙う


歪小歪大

圧縮

引張剥離部は応力伝わらず変位一定

空洞直下の歪は小

亀裂周辺に変位不連続

剥離部では変位一定

空洞直下の歪は小

健全ひびわれ剥離空洞

（青＝左方向移動赤＝右方向移動色の濃さ＝変位の大きさ）

交通荷重交通荷重交通荷重交通荷重

空洞で応力吸収

表面の振動パターンから、内部劣化状態の分類可能性を原理実証。• 小型の両持ち梁（発泡ポリスチレン材, 梁長200mm）を構築し、屋内実験。• 加圧器で荷重した状態の梁下面の移動方向・移動量を色で可視化。

実験装置外観

カメラ

梁

なだらかな青‐赤のグラデーションが現れる

光学振動解析の取り組み状況


インバリアント分析技術（ＳＩＡＴ）SIAT：System Invariant Analysis Technology

※インバリアント (Invariant)：不変性

(ﾃﾞｰﾀｱﾅﾘﾃｨｸｽ)

インバリアント分析技術（ＳＩＡＴ）SIAT：System Invariant Analysis Technology

※インバリアント (Invariant)：不変性



←異常度

「いつもの」動きを見える化＜インバリアント（不変性）モデル＞

「いつもと違う」関係性を検知＜リアルタイム異常予兆検知＞

専門家でも気付きにくい関係性を、機械的・自動的に見える化

専門家でも気付きにくい関係性を、機械的・自動的に見える化

すべての関係性を網羅的に見て、早期に異常予兆を検知

すべての関係性を網羅的に見て、早期に異常予兆を検知

センサ間の相関を自動的に可視化（モデル化）、現在の観測データと

モデルからの予想値を比較し「いつもと違う挙動」を早期に検知

センサ間の相関を自動的に可視化（モデル化）、現在の観測データと

モデルからの予想値を比較し「いつもと違う挙動」を早期に検知

動きを見える化

異常予兆検知

センサA

センサB

センサA・Bの関係性の値

世界初インバリアント分析技術（ＳＩＡＴ）


インバリアント分析を活用した「大規模プラント故障予兆監視システム」の有効性を、発電所での実証実験にて確認

インバリアント分析を活用した「大規模プラント故障予兆監視システム」の有効性を、発電所での実証実験にて確認

お客様側の電力プラント運用の専門家とNEC側の分析担当者との密連携により、予兆監視精度向上実現

高度な分析高度な分析

現場ノウハウ現場ノウハウ

モニタリング事例～プラント故障予兆監視

多種類かつ多点センサの相関関係から、「いつもと違う」を発見







従来の分析

一つの予測式により予測

分析専門家が仮説と試行錯誤で、予測式を条件分けして使用

膨大なデータから複数の予測式を自動で導出

専門家の仮説なしに、状況（天気など）に応じて参照する予測式を自動で選択


専門家が膨大な工数をかけて予測

効果問題点高精度の予測を維持

予測式： Y =a0x0+a1x1+・・・+a50x50

Yｎ =a0x0+a1x1+・・・+a50x50Yｎ =a0x0+a1x1+・・・+a50x50Yｎ =a0x0+a1x1+・・・+a50x50Yｎ =a0x0+a1x1+・・・+a50x50予測式： Yｎ =a0x0+a1x1+・・・+a50x50


多種多様なデータから、簡単に複数の規則性を自動で発見し、状況により最適な規則性を選択する、NEC独自のアルゴリズム技術

多種多様なデータから、簡単に複数の規則性を自動で発見し、状況により最適な規則性を選択する、NEC独自のアルゴリズム技術

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Ａ

Ｂ

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複数の規則性を

自動発見

多種多様な

データ


モニタリング事例電力需要予測

人手や従来の手法で分析するには困難な、膨大かつ多様な

データから、ビルのエネルギー需要の高精度な予測を実証

人手や従来の手法で分析するには困難な、膨大かつ多様な

データから、ビルのエネルギー需要の高精度な予測を実証

異種混合学習技術を用いて、研

究施設の24時間後や1ヶ月後な

どの電力使用量・熱使用量に対

して、混在する多数の規則性の

発見による自動的な予測を実証。

ビル群や街・都市のスマート化貢

献に期待。



今後に向けて今後に向けて


サスティナブルな社会の実現

インフラ保有者• インフラデータ提供• 実証実験環境の提供など

技術パートナー構造体の劣化メカニズム知見劣化と取得データの相関検証など

高度な分析技術高度な分析技術

多様なデータ収集技術多様なデータ収集技術

インフラ維持管理のスマート化

点検技術者の不足

点検・補修コストの増大

効率的な保全のための、劣化診断

大量のインフラの老朽化

NECはICT技術活用による

社会インフラ維持管理のスマート化を実現していきます

NECはICT技術活用による

社会インフラ維持管理のスマート化を実現していきます


ご清聴、ありがとうございました。

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