Automatizált talajmodell-generálást segítő algoritmus kidolgozása / Development of an algorithm for automated soil model generation

Elsődleges fülek

Nyilvántartási szám: 
22/32
Témavezető neve: 
Témavezető e-mail címe:
mahler.andras@emk.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése: 
A talajkörnyezet geometriai modelljének megalkotása alapvető építőmérnöki feladat. A modell jellemzően mérnöki mérlegelés és szubjektív döntések eredményeként alakul ki, azaz e feladat élőmunkaigénye nagy, a kialakuló geometriai modell pedig nagyban függ a feladat végző személy döntéseitől.
Az építőipari digitalizáció folyamatos fejlődésével, valamint a BIM és a véges elemes módszerek térhódításával egyre komolyabb az igény arra, hogy a talajkörnyezetet geometriai modelljét gyorsan és reprodukálható módon határozzuk meg. Jelen PhD kutatás célkitűzése olyan eljárás kidolgozása, amely ezt a modellalkotási folyamatot egyértelműen definiált algoritmusok segítségével valósítja meg.
Az automatizáláshoz az alábbi problémák megoldása szükséges:
1) Rétegek automatizált szétválasztása. 
A rétegek szétválasztása hagyományosan a fúráskor tapasztalt réteghatárok alapján történt. A modern helyszíni vizsgálatok térhódítása rámutatott, hogy ez sok esetben – különösen nagyobb mélységben fekvő vékony rétegek esetén – jelentős bizonytalanságot vihet a kiinduló geotechnikai adatokba. A hazánkban egyre jelentősebb szerepet játszó statikus nyomószondázás (CPTu) esetén a szondaellenállás összetevőit két centiméterenként meghatározva nagyon pontos, jó felbontású információt nyerhetünk a talajrétegződésről. További előny, hogy ezek a szondázási adatok jól használhatók a rétegek automatizált szétválasztásához is. A jelenleg használatos módszerek alapelve, hogy a nyers adatokból meghatározott 2 centiméteres rétegekből a hasonlóakat összevonják. Mahler PhD dolgozatában egy ettől eltérő koncepciót javasolt, melynek során a mérési adatokból képzett integrálgörbe közelítésével egy rétegből kiindulva egy iterációs folyamattal lépésenként több réteg kerül meghatározásra. Jelen kutatás keretében szükséges annak meghatározása, hogy milyen paraméter (pl. talajazonosítási index) figyelembevételével érhető el a legmegbízhatóbb réteghatár-meghatározás, illetve, hogy az iterációt meddig célszerű végezni. 
2) A meghatározott réteghatárok alapján térbeli geometriai modell generálása
A cél, hogy a szakirodalomban elérhető módszerek illetve tanuló algoritmusok segítségével egy új eljárást dolgozzon ki, amely a szondázások helyén tapasztalt rétegződés alapján térbeli geometriai modellt alkot. Ez a modell kiindulási alapként szolgálhat a talajkörnyezet BIM modelljének vagy véges elemes modellek elkészítéséhez. 
 
A PhD munka fő célkitűzése, hogy az említett két munkarész összekapcsolásával egy integrált, automatizált talajmodell generáló rendszer szülessen.              
 
***
Creating proper model geometry of the soil environment is a basic civil engineering task. The model is typically formed as a result of engineering consideration and subjective decisions, i.e. this task is human resource consuming, and the emerging model depends to a large extent on the decisions of the person performing the task.
With the continuous development of digitalization in the construction industry and the spread of BIM and finite element methods, the need to quickly and reproducibly define the model of the soil environment is becoming more and more important. The objective of this PhD research is to develop a procedure that automates this model creation process with the help of clearly defined algorithms.
Automation requires solving the following problems:
1) Automated separation of layers.
The layers were traditionally separated based on the layer boundaries encountered during drilling. The expansion of modern in situ testing has shown that in many cases, especially in the case of thin layers lying at a greater depth, this can lead to significant uncertainty in the initial geotechnical data. In the case of cone penetration test (CPTu), which plays an increasingly important role in Hungary, by determining the components of cone resistance every two centimeters, we can obtain very accurate, high-resolution information about soil stratification. Another advantage is that this probing data can also be used for automated separation of layers. The basic principle of the currently used methods is to merge similar ones from the 2-centimeter sub-layers determined from the raw data. In his PhD thesis, Mahler proposed a different concept, during which, by approximating the integral curve formed from the measurement data the soil mass is divided to more and more layers using an iteration process. In the context of this research, it is necessary to determine which parameter (e.g. soil identification index) can be taken into account to achieve the most reliable layer boundary determination, and how long it is recommended to carry out the iteration.
2) Generating a spatial geometric model based on the defined layer boundaries
The goal is to develop a new procedure with the help of methods available in the literature and learning algorithms, which creates a spatial geometric model based on the stratification experienced at the location of the CPT tests. This model can serve as a starting point for creating a BIM model of the soil environment or finite element models.
 
The main objective of the PhD work is to create an integrated, automated soil model generation process by merging the mentioned two work parts.
A téma meghatározó irodalma: 
1. P. Bruce, A. Bruce, and P. Gedeck. Practical Statistics for Data Scientists. O’Reilly Media, 2 edition, 2020.
2. E. Ganju, M. Prezzi, and R. Salgado. Algorithm for generation of stratigraphic profiles using cone penetration test data. Computers and Geotechnics, 90:73–84, 2017.
3. A. Mahler. Statikus szondázási eredmények hasznosítása. PhD disszertáció, Budapest University of Technology and Economics, Budapest, 2007.
4. P. K. Robertson. Interpretation of cone penetration tests — a unified approach. Canadian Geotechnical Journal, 46:1337–1355, 2009.
5. Z. Zhang, M. T. Tumay, and M. Y. AbuFarsakh. From theory to implementation of a cpt-based probabilistic and fuzzy soil classification. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 2008
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai: 
1. Geotechnique
2. Computers and Geotechnics
3. Periodica Polytechnica Civil Engineering
4. Geomechanik und Tunnelbaus 
5. Útügyi lapok: A közlekedésépítési szakterület mérnöki és tudományos folyóirata
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja: 
1. Gajári, G., Kisgyörgy, L., Ádány, S., Mahler, A., Lógó, J. (2021) “A Visco-hypoplastic Constitutive Model for Rolled Asphalt”, Periodica Polytechnica Civil Engineering, 65(3), pp. 798–809, 2021. https://doi.org/10.3311/PPci.17515
2. Vigh, L G.,Zsarnóczay, Á., Simon J., Mahler A., Bán Z. (2018) Helyi Spektrumok alkalmazása földrengésre történő méretezésre Budapest, Magyarország : Magyar Mérnöki Kamara, 80 p. ISBN: 9786158045223
3. Mahler András, Móczár Balázs (2019) Scherfestigkeits‐ und Verformungs-verhalten von tertiären Böden Geomechanik und Tunnelbau 12 : 4 pp. 352-361., 10 p.
4. Hübner, B., Mahler, A. (2020) “Analysis of Seismic Fragility Functions of Highway Embankments”, Periodica Polytechnica Civil Engineering, 64(4), pp. 1162–1169, 2020. https://doi.org/10.3311/PPci.16483 
5. Mahler András (2018) A talajkörnyezet modellezése In: Szepesházi, Róbert; Honti, Imre; Schell, Péter; Wolf, Ákos; Mahler, András; Szilvágyi, Zsolt; Lődör, Kristóf; Móczár, Balázs; Szepesházi, Attila; Koch, Edina - Wolf, Ákos (szerk.) Geotechnikai végeselemes modellezés Pécs, Magyarország : Kontraszt Plusz Kft., pp. 32-46. , 15 p.
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye: 
1. Kieu, M., & Mahler, A. (2018). A Study on the Relationship Between Matric Suction and the Void Ratio and Moisture Content of a Compacted Unsaturated Soil. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 62(3), 709-716. https://doi.org/10.3311/PPci.11974
2. Pap M., Mahler A. (2019) Comparison of Different Empirical Correlations to Estimate Permeability Coefficient of Quaternary Danube Soils
Periodica Polytechnica Civil Engineering, 63(1) 25-29. 
3. Mahler A., Móczár B. (2019) Scherfestigkeits‐ und Verformungs-verhalten von tertiären Böden Geomechanik und Tunnelbau 12(4) 352-361.
4. Hübner B., Mahler A. (2020) Közúti infrastruktúra elemeinek szeizmikus teljesítőképességének vizsgálata. Útügyi lapok: A közlekedésépítési szakterület mérnöki és tudományos folyóirata 8(13) 41-60. 
5. Pap M., Mahler A., Tóth Cs. (2017) Klimatikus viszonyok hatása a reziliens modulusra I.: Környezeti hatások és talajjellemzők meghatározása Útügyi lapok: A közlekedésépítési szakterület mérnöki és tudományos folyóirata 5(10) 49-57.

A témavezető eddigi doktoranduszai

Pap Miklós (2015/2018/)
Kieu Minh The (2014/2018/)
Bán Zoltán (2014/2018/2022)
Mosallaei Amir (2020/2024/)
Státusz: 
elfogadott