利用IT追求建设业界的成长战略的“建设IT记者” 家入 龙太
家入活动体验报告
Vol.48
大数据分析体验培训会
【株式会社Yeri Lab 家入龙太 简介】
作为建筑IT记者通过引入 BIM、i-Construction 和 IoT,持续以"领先一步"的方式传递情报,以解决建筑行业面临的生产率提高、全球环境保护和国际化等管理问题。 他的座右铭是【全年无休,24小时接待】,致力于撰写有关建筑、IT和管理的文章,发表演讲和咨询。
官方博客https://ieiri-lab.jp

由建筑IT记者家入龙太参加的FORUM8体验培训会的报告。
介绍各种新产品和 UC-1技术培训会。 另外也介绍产品概述、功能、体验内容、案例研究和应用案例、家入的评论和建议以及对产品的未来展望。

序言

我是建筑IT记者家入。 本次体验培训会的主题是"大数据分析"。 一些客户可能会想知道大数据与FORUM8产品(如土木工程设计、虚拟现实 (VR)、BIM(建筑信息建模)和 CIM(构建信息建模)之间的关系。

大数据分析对于规划、建造和维护城市和国家基础设施至关重要。 为了最好地满足用户(如大量人员和汽车)、地震和洪水等防灾方面以及施工和维护成本和工作量等资源,通过计算机分析这庞大的数据是最有效的。


FORUM8产品和大数据

在FORUM8的产品中,与大数据密切相关的产品是与实时VR系统【UC-win/Road】相关的产品。 例如,记录驾驶模拟器中驾驶员操作的驾驶日志数据,该数据用于分析驾驶员的驾驶特性以及对周围交通流的影响,也是大数据的一种。

随着出生率下降和人口老龄化,日本人口迅速减少,因此需要大幅提高生产率。 从去年开始,随着新的冠状病毒感染控制措施的推出,人们还要求将工作转变为非接触式工作方式和远程办公等工作方式。毫不夸张地说,实现这一目标的唯一途径是实行将基础设施领域数字化并通过云共享和反馈数字化转型(DX)。

FORUM8通过用对道路、隧道和桥梁的检修收集来的数据构建基础设施数字数据库,并由此开展活动,从而进一步与国家DX中心合作。


•将社会基础设施信息数字化后并将其收集到网络云中,将其用作大数据中的图像   •将大数据分析的结果反馈到现场,以实现最佳结果

是什么大数据?

大数据实际上是"各种形状、特征和类型的数据的集合",但它由三个元素组成:数据大小(Volume)、多样性(Variety)和频率(Velocity)。

大数据可以产生不同的位置。 有连接"人与人"的电话、电子邮件、SNS等,有连接"人与设备"的网络搜索、电子商务、便携式游戏和防灾警报系统,有连接"设备和设备"的计算机数控数据、GNSS(全球定位系统)、各种传感器和监控系统等。

随着世界数字化进程的推进,全世界需要处理的数据量也在加速增长。 例如,Google每天需要处理超过24 PB的数据。 大约为24,000 个1TB硬盘的数据量,您可以想象是多么的困难。 研究表明,在2020年代,"44 Zeta"字节是Peta字节的1000多万倍。

由于大数据的数据量每天都在增加,并且数据结构各不相同,因此很难使用传统的关系数据库(RDBMS)进行存储和备份,也很难对这个庞大的数据进行处理、分析和建模。

为了解决这些问题,我们利用了称为Hadoop的分布式框架。Hadoop是一种将多台计算机通过细分处理进行分配,并收集每台计算机上处理的结果并将其合并在一起的方法。Hadoop控制的计算机可以像一台大计算机一样运行并处理大数据。

• 大数据的三个元素
体验培训会流程

去年10月20日下午1点半至4点半,以ZOOM的网上培训会的形式召开了【大数据分析体验培训会】。 讲师包括FORUM8UC-1开发第一组组长中村俊辅和系统开发组经理冈木裕久。

在当天的日程安排中,中村先生首先简要地讲解了BIM/CIM的基本知识及其与建筑行业DX的关系,然后冈木先生按键推进PPT,之后对大数据分析的概要和事例进行了约30分钟的解释。

然后,我们休息了大约1小时20分钟,将UC-win/Road的驾驶日志和流量模拟数据视为大数据,并进行了分析体验。

最后,作为大数据的分析案例,简单说明了数据可视化、UC-win/Road 与大数据之间的关系以及计算工具维护效果的示例,并回答了相关问题。

 
• 10月20日在线举办的大数据分析体验培训会
体验

为了从各种格式组成的大量数据中了解特征和趋势,本次培训会使用了不常用的工具"R语言"。 R语言在命令行上执行各种数据处理,启动并操作了名为"R Studio"的软件。

• "R Studio"画面   •R语言命令示例

首先,我们开始进行可以将大数据的趋势可视化的练习。 我们使用【pl ot 函数】创建简单的 XY 轴二维图形,用“hclust函数”等对相似数据进行分类的【层次聚类分析】,以及使用"rgl"数据库进行三维数据可视化。

•分层聚类分析的结果,对相似数据进行分类   • 使用"rgl"数据库进行三维数据可视化的示例

然后,我们使用实际土木工程结构的数据对箱涵洞的覆盖厚度和壁厚之间的关系进行了大数据分析。 从FORUM8的设计结果检查支持系统"SystemA"读取数据,并提取框涵洞数据。

然后,覆盖厚度和左右总壁厚数据显示为二维图形。 此外,通过用R语言处理数据,除了覆盖层厚度和总壁厚外,还同时显示了横纵轴平均内气宽、内气高和内气宽高比的图表。通过查看这些图表,可以直观地了解数据之间是否存在相关性。

•水平轴的覆盖厚度,垂直轴上框涵洞左右壁的总厚度绘制的数据   •进一步增加数据类型,并显示了替换了X轴和Y轴的大量图形的示意图。

此外,这些数据被分类为名为"K平均方法"的群集。由此,通过箱涵条件的设定与检验可以看到设计的不同之处。

•"K 平均方法"对盒涵洞的聚类分类结果

接下来是天气的大数据分析。 首先访问日本气象厅的网络服务器,下载和分析天气数据。通过电子表格软件(如 Excel)也可以执行此操作,但下载、复制和粘贴每月数据并进行分析可能非常耗时。

我们使用通用编程语言Python从服务器中获取所需的数据,通过一种称为“网络抓取”的方法从服务器中提取必要的数据,并将一年的平均温度绘制成图表。 使用大数据工具,您可以快速创建这些图表并分析出趋势。

•使用编程语言"Python"创建的一年平均温度图表

随后操作培训终于转移到了交通流分析。我们使用 UC-win/Road收集的的行驶数据对"紧急制动"进行了调查。由此得出突然刹车不仅会导致接触事故,而且会对轮胎磨损和燃油经济性产生不利影响的结果。 在这里,我们验证了是否由道路形状或其他车辆导致的突然制动的大数据。

驾驶日志数据是CSV格式的文本数据,其中数据记录大约60个项目的数据,如时间和方向的速度和加速度、车身的倾角和与车道的距离。由此我以ID号为线索提取了一辆汽车的信息,并尝试追踪了驾驶状况。 。

这次我尝试提取所有车辆突然刹车的数据。当加速度超过0.4G时,它被视为"突然制动"。在UC-win/Road车型上可以看到停车区旁边的道路为大量紧急制动区域。

•红色框内发生0.4G以上急刹车多的地方   •在UC-win/Road 车型上看到紧急制动的多发点,发现位于停车区旁边的道路。

在培训结束时,讲师进行了使用大数据计算道路维护效果的演示。 在十字路口设置右转车道时,软件可以评估交通流量的改善情况。

仅通过交通模拟,就可以知道交叉路口的拥堵长度会减少多少。另外大数据分析也可以定量评估在道路周边行驶的所有的汽车减少的通过时间,以及由拥堵的减少而产生的降低成本的效果。

•在交叉路口设置右转车道之前(左)和后(右)的交通流模拟结果也可以用作大数据来分析各种投资效果

使用Python编写的程序需要一个小时来分析右转车道安装前和安装后交通流模拟结果。这个最终的模拟分析结果很有趣。 右转车道的结果表明,所有车型的平均速度都提高了,每天的行驶成本也明显降低。

•在交叉路口设置右转车道可提高平均速度和行驶成本。

家入的评语和建议

在一个交叉路口设置右转车道不仅会影响交叉路口,还会影响其他交叉路口的交通流量和拥堵长度。因此,除了整个汽车的平均行驶速度和经济影响外,还可以在温室气体排放、急刹车次数、轮胎磨损等许多方面上进行投资对比。

通过大数据分析追求"整体最佳",我们似乎能够进行最佳的基础设施投资。



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(Up&Coming '21 夏季刊)
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