令和２年度

建設施工と建設機械シンポジウム
論文集・梗概集

令 和 ２ 年 12 月 2 日 ～ 12 月 3 日機械

主催：一般社団法人
後援：経済産業省

振

興

会

館

日本建設機械施工協会
国土交通省(国研)土木研究所

令和２年度

建設施工と建設機械シンポジウム
論文集・梗概集

令和２年 12 月 2 日～12 月 3 日
機

械

振

興

会

館

主催：一般社団法人日本建設機械施工協会
後援：経済産業省

国土交通省(国研)土木研究所

論文審査規定概要
１． 審査方法
論文の審査は、論文アブストラクト及び本論文の２段階で行い、アブストラクトについてはシンポジウ
ム実行委員会委員が全編を審査し、本論文については１編あたり５名の委員が審査を行う。
下記の審査基準に基づき、実行委員会で採択を決定する。
２． 審査基準論文の完成度、有用性、新規性並びに本シンポジウムの主旨に合致するかどうかの視点で採否の判断を行う。
３． 審査委員名簿（委員五十音順・敬称略）

委員

委 員 長 建山
副委員長 高 橋

名

和由

機関名・会社名所属

立命館大学 理工学部 教授

弘 東北大学 大学院環境科学科 教授

委

員 阿部

里 視 コマツ 商品企画本部 商品企画室

委

員 岩崎

辰 志 国土交通省 関東地方整備局 企画部 施工管理課

委

員 北 山

委

員 木下

洋 一 鹿島道路（株）生産技術本部機械部

委

員 玉石

修 介 （一社）日本機械土工協会

委

員 行川

恒 弘 前田道路（株）工事事業本部 工事技術部

委

員 東谷

和 巳 コベルコ建機（株）技術開発本部 クレーン開発部

委

員 福田

智 之 （株）大林組 ロボティクス生産本部 企画管理

委

員 藤島

一 雄

委

員 本 田

肇

委

員 増

竜 郎

委

員 森川

博 邦 （国研）土木研究所 技術推進本部 先端技術チーム

委

員 山 本 茂 太 キャタピラージャパン(同) 販売促進部

委

員 渡 部

委

員 伊 藤 文 夫 （一社）日本建設機械施工協会 施工技術総合研究所

委

員 畑 田

委

員 西脇

孝 西尾レントオール（株）通信測機営業部

日立建機（株）事業戦略室 商品戦略（株）トプコン ｽﾏｰﾄｲﾝﾌﾗ事業本部 ｽﾏｰﾄｲﾝﾌﾗ営業ｻﾎﾟｰﾄ部
国土交通省 総合政策局 公共事業企画調整課

純 （株）カナモト レンタル事業部 広域特需営業部

健 （一社）日本建設機械施工協会
徹郎（一社）日本建設機械施工協会

令和２年度「建設施工と建設機械シンポジウム」論文集・梗概集
目
Ⅰ

次

○印

発表者

論文集

１．磁気マーカシステムを用いた除雪車走行支援ガイダンスに関する実験（国研）土木研究所 寒地土木研究所○新保・・・・・・

貴広、舟橋

誠、久慈

２．軟弱地盤における建設機械の走破性に関する基礎的実験

1

直之・・・・・・（国研）土木研究所

３．ドローン撮影画像を用いた簡易な路面ひび割れ測定技術の開発○山田充・・・・・・(株) NIPPO

○其田

○立花

9

直樹、相田

（株）構造計画研究所
４．路面自走ロボットを活用した舗装工事の省人化技術（株）NIPPO

5

高幣

尚
玲児

・・・・・・
洋平、梶原 覚、相田 尚

13５．路盤鉄筋コンクリート施工における出来形精度向上と品質確保、工程短縮の取り組み
九州新幹線(西九州)彼杵川橋りょう工事路盤鉄筋コンクリート施工報告

・・・・・・(株) 鹿島道路

○野田

17

哲也

６．2016 年度からの土木業界における i-Construction における取組みと建設機械技術の動向
・・・・・・
日本大学 大学院理工学研究科○久保田

日本大学理工学部
７．斜め往復撮影による標定点不要の造成地 UAV 写真測量手法の開発

23

雄基

関

文夫

・・・・・・(株)フジタ〇松岡
山口大学
神野 有生、高田

27

祐仁
雅也

８．RTK-GNSS 搭載型 UAV を用いた空中写真測量における標定点数削減に関する検討
・・・・・・
国交省

国土技術政策総合研究所

○木村

圭佑、山下

尚、小塚

９．土工の出来高算出における動画を使う写真測量の精度確認手法と撮影条件
国交省

31
清

・・・・・・

35

国土技術政策総合研究所○金森 宗一郎、小塚 清（国研）土木研究所
森川 博邦

10．見える化技術を活用した建設現場の新たな取組み－新名神枚方工事における「建設現場の見える化」技術の導入実績－

・・・・・・

鹿島建設（株）11．遠隔臨場による移動レス・接触レスな働き方改革

○大屋

39
満

・・・・・・

43

映像活用 CIM 研究会○柳瀬 ひろし（株）環境風土テクノ
須田 清隆（株）堀口組漆館
直12．発注者への ICT 施工に関するアンケート調査について
国交省

関東地整

・・・・・・
関東技術事務所

13．標準歩掛と情報理論を用いた新技術の生産性評価手法
国交省

関東地整

○河野

智一

・・・・・・
関東技術事務所

○髙津

47

知司

51

14．市町村工事を対象とした ICT 施工の導入を目指した取り組みについて
国交省

・・・・・・ 55

近畿地整

○武本

昌仁

15．電子制御を活用した HMT(Hydraulic Mechanical Transmission)ホイールローダの開発
・・・・・・（株）小松製作所

○竹野

陽、村本

卓也、講堂

16．新型除雪グレーダ用可変幅型ブレードの開発
国交省

康史朗

・・・・・・

東北地整 東北技術事務所

○田村

57

直樹、宇野

63

賢一

17．高強度モルタル供試体における多段型モデル掘削機の掘削性能についての実験的考察
・・・・・・
呉工業高等専門学校

○宮永

渚生、重松

尚久、杉原

18．硬質地盤に対応した深層混合処理工法の開発と適用事例（株）不動テトラ

○永石

綾乃

・・・・・

雅大、田中

肇一、梅田

67

洋彰、杉野

71

秀一

19．重機搭載レーザー計測システム（トンネル版）の開発
ICT 技術を使ったインバート掘削の出来形計測検証

・・・・・・（株）フジタ○中村 多聞、浅沼
ジオサーフ CS（株）
浮田

75

廉樹
真樹

20．トンネル工事の省力化について
ロックボルタを搭載した多機能機械「マルチジャンボ」

・・・・・・(株)フジタ○野正 裕介、浅沼
古河ロックドリル（株）
能代

81

廉樹
泰範

21．磁界センサを活用した作業員検知警報・停止システム－3K（きつい・汚い・危険）からの脱却－(株)アクティオ

○今関

政美、稲葉

・・・・・・ 87
誠一、安田

勇介

22．ICT 技術を用いた人と重機の接触災害リスク低減システムの開発－人と重機の協調安全－
清水建設（株）○奥田・・・・・・

悠太、藤井

曉也、佐藤

91

有

23．ミリ波レーダと可視カメラを組み合わせた周辺監視センサーの開発と評価結果－ミリ波とカメラの融合による人検知性能の向上－
三菱電機(株)（株）熊谷組
畑本
○木田

匠紀、島野

嵐、萩原

97

○八十岡 興祐
浩伸、飛鳥馬 翼

24．パーカッションドリル機を用いた高圧噴射撹拌の斜施工機械の開発
三信建設工業（株）

・・・・

・・・・・・ 101

耕太、大栗

雅明、鈴木

英文

25．立坑掘削土揚重の改善に向けたローラ付き底開きベッセルおよび円形架台の開発と使用実績－島根原子力発電所 2 号機地下連絡ダクト設置工事に係る作業立坑掘削工事－
鹿島建設(株)安彦

26．小断面トンネル自動吹付機システムの開発
○梶野

瑞基、宮川

27．積雪時におけるラウンドアバウトエプロン端部の可視化方法に関する検討
寒地土木研究所

○久慈

直之、舟橋

28．ＩＣＴ活用による除雪トラックのマシンコントロール化
国交省

北陸地整

柳一、東原

105

秀明

・・・・・・ 111（株）熊谷組（国研）土木研究所

・・・・・・

仁・・・・・・ 115
誠、新保

貴広

・・・・・・ 121

北陸技術事務所

○小浦方

○佐藤

一彦、小泉

倫彦

・・・・・・ 125

29．ウェアラブルデバイスを用いた遠隔現場巡回システムの考察
清水建設（株）

克己、手塚

有、鈴木

正憲、奥田

悠太

30．施工現場でのリスク評価と映像を活用したリスク予知教育－アイトラッキング調査と VR の活用－

・・・・・・

可児建設（株）
トライポッドワークス（株）（株）環境風土テクノ（株）堀口組
31．インフラメンテナンス新技術・体制等導入推進委員会の取り組みについて
国交省

総合政策局

○可児
渋谷
須田
漆館

127

憲生
義博
清隆
直

・・・・・・ 131

公共事業企画調整課○東山

遼

32．インフラ維持管理における AI・３次元モデルを用いたロボット技術の活用拡大に向けた取組
・・・・・・
国交省

総合政策局

公共事業企画調整課

○川口

貴大、渡邉

135

賢一

33．排水機場の状態監視モニタリングシステム構築と異常データ検知 AI 手法に関する研究・・・・・・（国研）土木研究所
34．高温域における煙突補修装置の開発

○須山

友貴、上野

仁士、黒田

－高温域煙突内部吹付装置－

浩章

・・・・・・ 143(株) 奥村組
日本製鉄（株）

139

丸山

○城井

光雄

宣男、小林

淳二

35．既設コンクリート構造物のあと施工せん断補強に伴う削孔作業に適用する自動削孔装置の開発(株) 奥村組

○有川

健、三澤

孝史、西山

・・・・・・
宏一、石井

149

敏之

36．現況路面データを基準に用いた GNSS 切削システム－評価結果と今後の運用について－（株）トプコンポジショニングアジア
兵庫県 県土整備部（一社）施工技術総合研究所
37．UAV を活用した橋梁点検の撮影方法に関する考察（国研）土木研究所

○下川

光治、森川

・・・・・・
○平岡
中田
八木橋

155

茂樹
和秀
宏和

・・・・・・ 161
博邦、服部

達也、榎本

真美、二宮

建

38．水路トンネル調査ロボットの開発－自律飛行可能な飛行船型ロボットによる水路トンネル調査の適用性確認－
西松建設(株)

・・・・・

167

○松浦 誠司、原田 耕司
長崎大学
山本 郁夫
39．写真計測（SfM/MVS）を活用した低コストな路面損傷調査の試行報告
・・・・・・ 171（株）環境風土テクノ○本田 陽一
(株)愛亀
黒河 洋吾
宮城大学
蒔苗 耕司
40．誰でも働ける現場を目指した「遠隔臨場」が作業効率に与える影響の研究
・・・・・・ 175
コベルコ建機（株）○藤原 裕介、山崎 洋一郎、佐伯 誠司
41．自動運転油圧ショベルの現場実証
・・・・・・ 179（株）安藤ハザマ○武石 学
コベルコ建機（株）
土井 隆行、野田 大輔
42．モニター画像からの重機の状態推定と現場環境モデルの構築に関する研究・・・・・・ 183
芝浦工業大学○酒井 優、手塚 悠太、吉見 卓
・・・・・ 189
43．AI を用いて映像中の建設機械を自動的に検出するシステムの開発（株）安藤ハザマ○早川 健太郎、木付拓磨
富士ソフト
増田 裕正、寺原 勲

44．遠隔臨場を活用した多人数コミュニケーションの実験的報告

・・・・・・ 195
可児建設（株）
可児 純子
立命館大学
横山 隆明
（株）環境風土テクノ○須田 清隆45．超大型建築現場における生産性向上を目指した資機材管理システムの開発と導入・・・・・・ 199
鹿島建設（株）○中澤 勇介、内田 佳親、犬窪 昭裕
46．地理空間情報アーカイブ活用における航空レーザ点群の土工事への適用性検証
・・・・・・205（株）安藤・間○澤城 光二郎
朝日航洋（株）
大伴 真吾

Ⅱ

梗概集

Ⅱ－１

ポスターセッション要旨

１．地上写真測量（動画撮影型）土工の出来高算出要領（案）に対応－「Solution Linkage Survey」による現場計測－ ・・・・・ 209
日立建機（株）○ 田中

一博

２．高所作業車における安全対策の提案（挟まれ防止装置や転倒防止装置等の安全対策の紹介）（株）カナモト・・・・・・〇清水211

亮、吉田 道信

３．舗装工事におけるプッシュオフ式トレーラ導入による有効性の検証－材料運搬の側面から人手不足解消と舗装の品質向上を求めて－ ・・・・・・ 213(株) NIPPO〇土肥 真也、梶原 覚
トップアローズ（株）
矢﨑 翔太
４．現場第一主義が生み出す「生きた技術」－『TITRC 土木 ICT

ソリューションシステム』クラウドによる土木事業全体の一括集中管理－
タイトレック（株）

〇山口

孝人、野中

浩平、村上

５．排水ポンプ車のポンプ設置作業の安全性向上
国交省

・・・・

215

四季

・・・・・・ 217

中部地整 中部技術事務所○鶴田、勇、大坪晋作

６．作業効率化と安全性能の向上を両立した次世代の高所作業車－次世代高所作業車 建トゥン－

・・・・・・(株)レンタルのニッケン

一郎、研

○湯島

７．ウェアラブルデバイスを用いた遠隔現場巡回システム
清水建設（株）219

次郎・・・・・・ 221
○佐藤

有、鈴木

正憲、奥田

悠太

８．現場の清掃作業をロボットと協働－自動清掃車「e-madillo」－（自動運転で省力化）

西尾レントオール（株）

・・・・・・〇佐藤

芳和、山口

９． 橋梁点検の作業性向上について ～ 橋梁点検昇降装置の開発 ～国交省 九州地整 九州技術事務所
10． 小型マイコンを用いた建設現場計測用 IoT 機器の試作
立命館大学

223

秀樹

・・・・・・ 225○深町〇横山

真吾、福川 雅章・・・・・・ 227
隆明、建山 和由

11．施工現場でのリスク評価と映像を活用したリスク予知教育－アイトラッキング調査と VR の活用－（株）建設ＩoＴ研究所（株）環境風土テクノ立命館大学

・・・・・・
○可児
須田
横山

229

憲生
清隆
隆明

12．しなやかだけど強靭！ポリウレアなのに簡単！常温型コンクリート舗装補修材「ニンジャシール」
コンクリート舗装に発生する目地部分の角かけ、ひび割れ、段差、水の侵入を解決！
・・・・・・（株）ガイアート

〇渡邉

大介、小川

登

231

Ⅰ

論文集

１．磁気マーカシステムを用いた除雪車走行支援ガイダンスに関する実験(国研)土木研究所 寒地土木研究所(国研)土木研究所 寒地土木研究所(国研)土木研究所 寒地土木研究所
１．はじめに
近年，積雪寒冷地では極端な暴風雪に伴い，車両の立ち往生や長時間にわたる通行止め等が増えてきている。このため，暴風雪による視程障害時においても安全に除雪作業を行い，道路交通の早期解放を可能とする除雪車の開発に対する現場ニーズは高い。
視程障害時に安全に除雪作業を行うには，除雪車の自車位置を正確に測位し，車線内を走行させるための車線走行支援技術が必要である。自車位
置推定には，GNSS による衛星測位を用いることが基本となるが，衛星不感地帯では別の測位技術を用いる必要がある。そこで，気象の影響を受けにくく，自動運転技術にも活用されている磁気マーカを用いた自車位置推定システムによる車線走行
支援ガイダンスを試作し，試験道路において測位
精度及びガイダンス性能の検証実験を行ったので報告する。

○新保 貴広舟橋 誠
久慈 直之の位置情報により測位誤差を補正する仕組みとな
っている。

図-1

自車位置推定システム概要図

３．磁気マーカシステムを用いた車線走行支援ガ
イダンスの検証実験
２．磁気マーカシステムを用いた自車位置推定の磁気マーカシステムと IMU を組み合わせた自車
概要
位置推定システムを用いた車線走行支援ガイダン
磁気マーカシステムは，道路に埋設した磁気マスを試作し，自車位置の測位精度を検証するととーカを車両底部に設置した磁気センサで検知する
もに，ガイダンス情報に従い車線を逸脱せずに走ことで，自車位置を測位する技術である。同技術は，
行可能か検証実験を行った。
国土交通省が実施する「道の駅等を拠点とした自動運転サービス」における実証実験のうち，路車連
3.1 ガイダンス試作機の作製
携型の自動運転バスに利用されている 1)。
ガイダンス試作機は，ロボット用オープンソー
車線走行支援ガイダンスには，愛知製鋼(株)製
スソフトウェア「ROS」※1 の可視化ツールであるの磁気マーカシステムを使用した。また，磁気マー「RViz」をベースに新たに開発したものである。
カシステムの位置情報と慣性計測装置（Inertial
RViz は，ROS で通信されるデータであれば種類を
Measurement Unit 以下，｢IMU｣という）による自問わず表示することができ，外部からのセンサ情律航法を組み合わせた自車位置推定システムを新報やロボットの形状モデル，地図，計画軌道などをたに開発した。自車位置推定システムの概要図を三次元表示することができる。
図-1 に示す。
実験を行った寒地土木研究所苫小牧試験道路の自車位置推定システムは，IMU による自律航法を
高精度三次元地図を作成し，ベクターマップによ主としているが，IMU は観測時間の経過とともに測り区画線と走行車線の中心にガイダンス用の走行
位誤差が累積される。そこで磁気マーカシステム
目安線を表示した。また，現在位置や道路周辺状況- 1 -を把握しやすいように，点群情報を基に道路や道路周辺の起伏・背景をカラー表示した。
ガイダンス画面はオペレータの運転操作のしやすさを考慮し，運転席からの視点（以下，「コック
ピットビュー」という），後方からの鳥瞰的な視点（以下，「バードビュー」という），カーナビゲーシ
ョンのような二次元的な視点（以下，「2D ビュー」という）の 3 種類を設定した。図-2 にガイダンス
画面例を示す。
なお，測位方法は，磁気マーカシステムと IMU の組み合わせによる自車位置推定（以下，「磁気マーカ方式」という）のほかに磁気マーカシステムの測位精度を検証するため RTK-GNSS（以下，「RTK 方式」という）による測位も可能としている。

視界遮断用
ビニールシート

写真-1

視界遮断無し

視界遮断有り写真-2

図-2

ガイダンス画面例（バードビュー）

3.2 実験概要
磁気マーカ方式による測位精度の検証は，磁気マーカを埋設した直線部 L=240m と曲線部 L=160mで行った。ガイダンス性能の検証は直線部から曲線部にかけて連続的に走行させるため、試験コー
スを半周させた。そのため測位方法は RTK 方式で行った。また，視程障害時における運転操作性を検証するため，フロントガラス全面の視界を遮断し，視程障害時を模擬的に再現した状況において，ガ
イダンス情報を頼りに車線を逸脱せずに走行する実験を行った。
実験場所平面図を図-3 に，除雪車外観を写真-1に，運転室内状況を写真-2 に示す。

運転室内状況

3.3 磁気マーカ方式による測位精度検証実験
磁気マーカ方式による測位精度の検証は，磁気マーカを埋設した直線部と曲線部において，設置間隔の違いによる測位精度を検証した。
磁気センサは，除雪トラックの前方底部にブラケットを取り付け，地上高 25cm の位置に設置した（写真-3）。磁気マーカは，直径 30mm，高さ 20mmの埋設型マーカを，車線中央部に深さ 3cm で削孔した穴に埋設し，表層 1cm を充填剤にて充填した（写真-4）
。

25cm

図-3

除雪車外観

実験場所平面図

- 2 -

磁気センサ
写真-3

磁気センサ設置状況

写真-4

磁気マーカ埋設状況

圧雪路面性状は，直線部が平均圧雪厚さ 9.5cm，
雪硬度 63kg/cm2，曲線部が平均圧雪厚さ 4.8cm，雪
硬度 50kg/cm2 である。
実験項目は以下のとおりである。
・マーカ設置間隔：直線部 10m,20m,40m：曲線部 3m,5m
・視界遮断の有無：有・無（視界遮断は直線部のみ）・除雪作業の有無：除雪有，除雪無（回送）・目標測位精度 ：±50cm

表-2
設置
間隔

自車位置推定実験結果(曲線部)

除雪
有無

平均
測位
誤差
(ｍ)

回送

0.04

除雪

0.08

回送

0.28

除雪

0.04

3m

5m

直線部の実験結果を表-1 に，曲線部の実験結果
を表-2 に示す。直線部の実験では，マーカ設置間
隔 10m における視界遮断無しの回送時と除雪時の条件において目標精度を達成できた。視界遮断有りの回送時と除雪時では，右方向の最大誤差が目
標の 50cm を超える箇所があった。しかし最大誤差範囲では 1m 以内に収まっていることと，平均誤差に大きな差が見られないことから，視界遮断無と同等の評価と判断した。一方，マーカ設置間隔
20m,40m の条件では目標精度を達成することができなかった。
曲線部では，マーカ設置間隔 3m の回送時において目標精度を達成できた。マーカ設置間隔 3m の除雪時と設置間隔 5m の回送時では，右方向の最大誤差が目標の 50cm を超える箇所があったが，最大誤差範囲では 1m 以内に収まっていること，及び平均誤差に大きな差が見られないことから，設置間隔
3m の回送時と同等の評価と判断した。

設置
間隔

表-1

自車位置推定実験結果(直線部)

除雪
有無

視界
遮断

平均
測位
誤差
(ｍ)

無し

0.08

回送
有り

0.14

10m
無し

0.07

除雪
有り
無し

0.07
0.71

回送
有り

0.52

無し

0.39

20m
除雪
有り
無し

0.47
0.58

回送
有り

0.75

40m
無し

0.53

除雪
有り

0.53

最大誤差範囲(ｍ)
左方向
最大誤差
(ｍ)

右方向
最大誤差
(ｍ)
0.77

-0.33

0.44
0.71

-0.18

0.53
0.51

-0.12

0.39
0.83

-0.17

0.67
2.40

0.04

2.45
2.26

-0.56

1.69
0.86

0.00

0.86
1.41

-0.21

1.20
1.42

0.00

1.42
1.24

0.15

1.38
0.92

0.14

1.06
2.41

0.01

2.43

評価

〇
△
〇
△
×
×
×
×
×
×
×
×

最大誤差範囲(ｍ)右方向
左方向
最大誤差 最大誤差
(ｍ)
(ｍ)
0.65
-0.23

0.42
0.83

-0.24

0.60
0.69

-0.04

0.66
2.08

-1.38

0.70

評価

〇
△
△
×

本実験では，圧雪路面上に磁気マーカの位置を示すマーキング等は行っておらず，ガイダンスの画面に表示される磁気マーカの位置を目安に実験を行った。そのため直接目視で路面を確認しながら運転するよりも，細かなハンドル操作を伴う運転となり，自律航法の測位精度に影響を与えたものと思われる。また，視界を遮断した場合は運転挙動がより不安定になるため，その傾向がより強くなったものと考えられる。
曲線部の実験では，道路線形に合わせてハンドル操作を行いながら，マーカの位置合わせを行う
ため，確実にマーカ上をセンサが通過するためには，ガイダンスによる運転操作の習熟が必要である。
3.4 RTK 方式によるガイダンス性能検証実験
ガイダンスシステムはリアルタイムに自車位置を高精度地図に表示するとともに，走行軌跡が記録可能である。高精度地図には，走行位置をガイダンスするための走行目安線が表示されているため，オペレータは走行目安線に除雪車モデルの中心を合わせて運転することで，車線を逸脱せずに走行することができる。そこで走行目安線の設定座標を基準とし，目視による通常走行の軌跡と視界を遮断した各ガイダンス情報のみによる走行軌跡の測位座標との差を比較することで，ガイダンス性能を評価することとした。また，オペレータにガイ
ダンス使用時における運転操作性に関するヒアリングを行った。
試験コースは半周 1,800m で、L=800m の直線部 1のうち L=240m を圧雪路面,曲線部は L=160m の全てを圧雪路面とした。圧雪路面では除雪作業を行いながら走行し，圧雪路面以外の区間は乾燥路面のため回送姿勢にて走行するものとした。
実験項目は以下のとおりである。
・ガイダンス種類：コックピット，バード，2D，
通常走行（ガイダンス無し）
・走行条件：除雪有，除雪無（回送）
実験結果を表-3 に示す。

- 3 -

実験はガイダンス種類毎に 2 回行い，実験結果
は道路条件及び走行条件毎に分割し平均処理を行った。目標精度は磁気マーカ方式と同様に±50cmとした。
コックピットビューでは，直線部の除雪時においては目標精度を達成できたが，直線部の回送時と曲線路の除雪時では，左右方向の最大離隔距離が 50cm を超える箇所があった。しかし最大離隔距
離範囲では 1m 以内に収まっていることから概ね目標精度を満たしていると評価した。
バードビューでは，直線部の回送時と除雪時においては目標精度を達成できた。曲線路の除雪時では最大離隔距離範囲が 1m を超えているため目標を達成できていない。
2D ビューはコックピットビューと同様の結果となった。一方，比較のため実施した目視による通常走行では，直線部の回送時と除雪時は目標精度内で走行できたが，曲線路では最大離隔距離範囲が1m を大幅に超える結果となった。

ガイダンス
種類

無し
（通常走行）
視界遮断無表-3

ガイダンス性能検証実験結果

走行
条件

道路
条件

平均
離隔距離
(ｍ)

回送

直線

0.00

直線

0.16

曲線

-0.23

直線

-0.36

直線

-0.08

曲線

0.14

直線

0.02

直線

0.05

曲線

0.10

除雪

回送
コックピット
ビュー
視界遮断有

除雪

回送
バードビュー
視界遮断有

除雪

回送
2Dビュー
視界遮断有

直線

-0.14

直線

-0.19

曲線

-0.18

除雪

最大離隔距離範囲(ｍ)
左方向最大 右方向最大
離隔距離
離隔距離
(ｍ)
(ｍ)
0.49
-0.26
0.24
0.39
-0.03
0.37
1.28
-0.84
0.44
0.71
-0.61
0.10
0.40
-0.32
0.08
0.80
-0.23
0.57
0.60
-0.30
0.30
0.35
-0.12
0.23
1.13
-0.56
0.56
0.79
-0.55
0.25
0.48
-0.46
0.02
0.69
-0.53
0.16

評価

〇
〇
×
△
〇
△
〇
〇
×
△

では，ガイダンス画面上に区画線や走行目安が表示されているため，バラツキはあるものの道路中
心に沿って走行することができた。
オペレータへのヒアリングでは，除雪車モデルと 3D 地図との位置合わせに慣れが必要だが，慣れると走行に支障は無いことがわかった。また，3D 地
図に背景があるため位置関係を把握しやすい，特にバードビューは俯瞰のため道路の先を見通せ，距離感を掴みやすかった。
但し，バードビュー，コックピットビューともに曲線部の出入りではハンドル操作の遅れが生じる場合があるため，ある程度の習熟は必要と思われる。また，画面を見ながらの運転でも画面酔いをすることは無いことが確認できた。
ガイダンス性能の検証実験の結果，コックピットビュー及びバードビューでは，視界を遮断した
状況においてもガイダンス情報に従って車線逸脱することなく除雪作業が可能なことが確認できた。
また，オペレータへのヒアリングの結果，バードビ
ューが最も高い評価を得た。
４．まとめ
暴風雪による視程障害時でも安全に除雪作業が行える運行支援技術として，磁気マーカシステムと IMU を用いた自車位置推定システムの車線走行支援ガイダンスを試作し，除雪車の前方視界を遮断した状態でガイダンス情報に従って車線内を走行する実験を行った。
車線走行支援ガイダンスは，目標測位誤差（±50cm 以内）で自車位置を表示し，車線逸脱することなく除雪作業が可能であることを確認した。
今後は，主たる測位方法である衛星測位（みちびき等）に関する一般道での検証試験を行う予定で
ある。

〇
△

※1 ROS（Robot Operating System：ロボット用ソフトウェ
アプラットフォーム）

通常走行とガイダンス種類毎の平均離隔距離を比較すると，直線部の回送時及び除雪時では，通常 1)
走行とバードビューの平均値は小さく道路中心寄りに走行する傾向が見られた。また，コックピット
ビューと 2D ビューは，左方向に偏る傾向が見られた。
曲線路では目視による通常走行でも左方向に偏る傾向があり，2D ビューは同様の傾向を示したが，コックピットビューとバードビューでは，緩和される傾向が見られた。通常走行では，路面状況が圧
雪のため中央線や外側線が視認できなかったことから，道路中心より左寄りに走行したものと考えられる。一方コックピットビューやバードビュー

- 4 -

参考文献
中山間地域における道の駅等を拠点とした自動運転
ビジネスモデル検討会：道の駅を拠点とした自動運転
サービス「中間とりまとめ」（案）,平成30年

２．軟弱地盤における建設機械の走破性に関する基礎的実験
国立研究開発法人 土木研究所 〇山田 充

下し，スタックに至ることが考えられる。本研究で１．はじめに土砂災害等の 2 次災害の可能性がある危険な現 は具体的に，土の密度と含水比が牽引力にどのよ
場の災害復旧工事では，建設機械のオペレータが うな影響を与えるのか，土の密度と含水比を変化
建設機械に搭乗せずに安全な場所からカメラ画像 させ車両の牽引力を測定し調査するものとした。
また，Bekker 理論では，推進抵抗の主要な要素
等により建設機械を遠隔操作する「無人化施工」が1)適用されることが多い 。近年は，異常気象による として，締固め抵抗 Rc，および排土抵抗 Rb の二つ
水災害が急増し，無人化施工が水災害に適用され があること，締固め抵抗 Rc，および排土抵抗 Rb は車両の沈下量が影響することを示している 4)。するケースも増加している。
水災害現場においては，地盤は軟弱である可能 なわち，車両沈下を調査することが推進抵抗の発性が高く，車両がぬかるみにはまり走行不能にお 生メカニズムの解明に有効と考えられる。本研究
ちいる，いわゆるスタックが特に懸念される。災害 では，車両沈下量と走行回数，地盤支持力，含水比，現場内で無人化施工機械がスタックすると，救出 密度との関係性を調査するものとした。
に侵入することが難しいため，機械の復旧作業は極めて困難となる。
２．実験方法
スタックを回避するためには，走破性の高い新 2．1 車両牽引力の測定
たな車両を開発することや，既存車両の走行可否
実験は，茨城県つくば市の土木研究所構内におを判定する手法を構築する等の方法が考えられる。 いて実施した。実験状況を図-1 に示す。反力（12tこれらを実現するためには，スタック現象の具体 級の油圧ショベル）とクローラダンプをワイヤロ的な原理を解明することが重要と考えらえる。ス ープでつなぎ，反力とワイヤロープとの接続部にタック現象の具体的な原理を解明できれば，スタ 50kN ロードセル（TLB-50KNB）を設置し，動的ひず
ックに支配的な要素を抽出し，それに対応できる み測定器（DRA-30A）を用い，100Hz でロードセル
車両機構の開発や，それを測定することに適した の荷重値を測定した。実験は，ワイヤロープがたる
測定機材，測定手法の構築を行うことができる。
んでいる状態からスタートし，クローラダンプを車両のスタック現象に関する既往研究では，室 ゆっくりと走行させ静かにワイヤロープを緊張さ
内模型実験や，シミュレーションによる研究，乾燥 せたのち，急激にスリップが起こらないように可した砂質土を対象とした研究が多い 2)3)。スタック 能な限り少ない量でアクセル開度を上げていくよ
現象を解明するためには，実際の車両を用いた実 うにして実施した。スリップが起こった時点でア験や，スタックリスクが高いと考えられる高含水 クセル開度を固定し，その後，約 1 回転クローラ
状態での地盤で実験を行うことが重要と考えられ を空転スリップさせたのちアクセルを抜いて実験る。そこで本研究では，実際の建設機械を用い，屋 終了とした。アクセルのコントロールはオペレー
外環境において，高含水地盤で車両の走破性に関 タが感覚で行った。実験は同じ場所で 3 回実施しする実験を行うこととした。
た。実験に用いたクローラダンプの主要諸元を表車両走行の力学モデルである Bekker 理論では， 1 に示す 5)。
スタック現象は，車両の「牽引力」が「推進抵抗」
幅 3m，長さ 6m，深さ 1m のピットを造成し，底4)を下回ったときに発生するとされている 。すな 面に厚さ 0.5m に実験材料を敷均し，実験地盤を作
わち，「牽引力」と「推進抵抗」の二つの力がどの 成した。実験地盤に用いた土材料の基本物性値をように発生するのか，詳細に調査することがスタ 表-2 に示す。実験では締固め施工方法と含水比をック現象の解明に有効と考えられる。
変化させた 3 ケースの実験地盤を作成した。表-3
Bekker 理論では，牽引力 H は土の粘着力 c，お に各ケースの実験地盤の作成条件を示す。
よび内部摩擦角φの値が影響することを示してい
コーンペネトロメータを用い，実験地盤のコーる 4)。一般に c，φは土の含水比の増加，および密 ン指数を測定した。図-2 にコーンペネトロメータ
度の低下により減少する。含水比の高い軟弱な地 の外観を示す。コーンペネトロメータは，ロッドの盤では，走行地盤の c,φ値が減少し，牽引力が低 先端に円錐（コーン）を有する測定装置である。コ- 5 -ーンを人力で 1cm /秒の速度で垂直に測定地盤に貫入し，貫入抵抗を測定する。測定された貫入抵抗
はコーン指数と定義される。コーン指数は車両の走破性、いわゆるトラフィカビリティの判定指標とされている 6)7)。コーン指数は実験前後に 3 点測定した。実験後のコーン指数は車両の履帯の走行跡で測定した。
ビデオカメラにより実験の全体状況，およびクローラ付近の近接動画を撮影した。実験終了後に走行跡の深さをスケールで 3 点測定した。地盤地
表面からラグ（クローラ表面の突起）先端までの深さを測定した。

ロードセル

反力（バッ
クホウ）

クローラダンプ

図-1

ワイヤ

実験状況（牽引力測定）
表-2

表-1

クローラダ

ンプ主要緒元
項目
数値
全長
3.2m
車幅
1.7m
高さ
1.8m
車両重量
2.1t
積載重量
2.5t
接地圧力 55.2kPa

表-3

実験に用いた土材
料の基本物性値

項目
土粒子密度(g/cm 3)
自然含水比(%)
2mm以上(%)
粒度分布 2mm～75μmm(%)
75μmm以下（%)
地盤材料の分類記号
液性限界(%)
塑性限界(%)
最大乾燥密度(g/cm 3)
最適含水比(%)

実験条件一覧（牽引力測定）
締固め方法

含水調整

数値
2.754
73.7
10.8
35.4
53.8
MH
119.7
67.6
1.761
16.7

2．2 車両沈下量の測定
実験は，茨城県つくば市の土木研究所構内において実施した。幅 3m，長さ 6m，深さ 1m のピットを造成し，底面に厚さ 0.5m に実験材料を敷均し，実験地盤を作成した。造成したピット内を，クロー
ラダンプを一定速度（時速約 2km）で，直線走行で通過させた。実験状況を図-3 に示す。
締固め施工方法と含水比を変化させた 3 ケースの実験地盤を作成した。表-4 に各ケースの実験地盤の作成条件を示す。実験に用いた土材料，およびクローラダンプは「2.1 車両牽引力の調査」と同じである（表-1，表-2）。
走行回数 0,1,3,5,10 回で，車両の沈下量，およびコーン指数を測定した。車両通過後のコーン指数は車両走行跡で測定した。車両沈下量は，地盤地
表面かラグ先端までの深さとして測定した。走行
回数 1 回目はスケールを用い測定し，それ以降はレーザ水準器を用い，車両中央付近に定めた一定の場所で沈下量の増減分を測定した。
３．実験結果および考察
3．1 車両牽引力の測定
図-4 に牽引力の測定結果を示す。牽引力の結果
は測定 3 回目を典型例として示す。グラフ上の矢印はスリップ発生を示す。スリップ発生は撮影した動画より確認した。図-5 にコーン指数の測定結果を示す。コーン指数は貫入深さ毎の 3 点の平均値である。実験後のコーン指数は走行跡の測定結果の深さより測定データを示している。走行跡の深さの測定結果は、3 点の平均値で，ケース 1 で0.10m，ケース 2 で 0.18m，ケース 3 で 0.22m であった。
図-4 よりケース 1，ケース 2 では，スリップ直前に最大牽引力が発生し，スリップ後に牽引力がやや低下し，波打つ傾向が見受けられた。一般に静止摩擦力にくらべ動摩擦力は小さい。最大牽引力

攪拌方法

ケース1

プレートコンパクタ

自然含水比 無し

ケース2

無し（敷均しのみ）

自然含水比 無し

ケース3

無し（敷均しのみ）

加水

バックホウ

ハンドル

荷重計

ロッド

実験状況（車両沈下量測定）

表-4

実験条件一覧（車両沈下量測定）
締固め方法

コーン

図-2

図-3

コーンペネトロメータ

- 6 -

含水調整

攪拌方法

ケース4 無し（敷均しのみ）

自然含水比 無し

ケース5 無し（敷均しのみ）

加水無し

ケース6 無し（敷均しのみ）

加水

バックホウ

20

スリップ発生

18
16

牽引力（kN）

14
12
10
8
6
4
2
0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

50

60

70

80

50

60

70

80

1400

1600

経過時間（秒）

ケース 1
20
18

スリップ発生16

牽引力（kN）

14
12
10
8
6
4
2
0

0

10

20

30

40

経過時間（秒）

ケース 2
20
18

スリップ発生16

牽引力（kN）

14
12
10
8
6
4
2
0

0

10

20

30

40

経過時間（秒）

ケース 3
牽引力の測定結果

図-4
0.00

0

200

400

コーン指数 （kN/m2)
600
800
1000

1200

0.05
0.10
0.15
貫入深さ (m)

0.20
0.25
0.30
0.35
0.40

実験前

0.45

実験後

0.50

0.00

ケース 1
0

200

400

コーン指数 （kN/m2)
600
800
1000

1200

1400

1600

1400

1600

0.05
0.10
0.15
貫入深さ (m)

0.20
0.25
0.30
0.35
0.40

実験前

0.45

実験後

0.50

0.00

ケース 2
0

200

400

コーン指数 （kN/m2)
600
800
1000

1200

0.05
0.10
0.15
貫入深さ (m)

0.20
0.25
0.30
0.35

実験前

0.40

実験後

0.45
0.50

図-5

ケース 3
コーン指数の測定結果（牽引力測定実験）

がスリップ直前に発生し、スリップ後に牽引力が低下するのは，地盤面とクローラの摩擦力が静止
摩擦力から動摩擦力に変化したことが一要因と考えられる。スリップ後の牽引力の波うちは、スリッ
プ後の空転により、ラグが新たに地盤面に接触す
るたびに発生したと考えられる。
図-4 よりケース 1 とケース 2 の最大牽引力，およびスリップ後の牽引力にはさほど大きな差は見受けられなかった。ケース 1 とケース 2 は同じ自然含水状態の材料を用い，ケース 1 は締固めを行い，ケース 2 は敷き均しのみで構築した。図-5 より，ケース 2 において，実験前にくらべ実験後のコーン指数の値が大きくなり，ケース 1 の実験後のコーン指数の値に近づく傾向が見受けられた。
実験前には地盤密度が低くコーン指数が小さかったが，車両重量により，実験地盤が締固められ地盤の強度が増加し，牽引力がケース 1 と同程度となったものと考えられる。
図-4 より，ケース 3 では，スリップ前後で牽引力が連続的に増加し，最大牽引力はスリップ中に測定された。図-5 よりケース 3 では実験前後でコーン指数が最も小さく，地盤が軟弱だったと考えられる。スリップ前後で牽引力が連続的となったのは、軟弱な地盤条件ではクローラと地盤面の間にさほど摩擦力が働かず，スリップ前後の静止摩
擦力と動摩擦力がいずれも小さかったことが考えられる。最大牽引力がスリップ中に発生したのは、実験地盤が軟弱だったため c、φの値が著しく小さ
く、スリップ直前の牽引力が，スリップ後の牽引力より小さくなったためと考えられる。スリップ後の牽引力の主要な発生要因としてラグによる掘削抵抗が考えられる。ケース 3 は軟弱でスタックリ
スクが高い地盤条件と考えられる。ケース 3 の牽引力発生要因について引き続き詳細に検討する必要があると考えられる。
3．2 車両沈下量の測定
図-6 に各ケースの走行回数毎の車両沈下量を示す。図-7 には各ケースの走行回数毎のコーン指数を示す。コーン指数は 3 点の平均値である。ケース 4 のコーン指数は，走行 3 回目以降は貫入不可であった。また，ケース 6 は走行 0 回目のコーン指数の測定を行っていない。
図-6 より，全てのケースで，車両の沈下量は走
行回数 3 回以内で概ね一定の沈下量に収束する傾向が見受けられた。地盤の支持力と車両重量のバ
ランスのとれるところまで沈下し，それ以上は走行回数に関わらず沈下が生じなかったと考えられる。
図-7 より，コーン指数の値は，車両走行回数の増加により，若干増加するか，変化しない傾向が見受けられた。一般に軟弱地盤では、走行回数に伴い地盤の走行性は悪化すると考えられている。本実- 7 -験の地盤条件においては，走行回数に伴い車両走行性は悪化しなかったものと考えられる。今後，どのような地盤条件で走行回数に伴い走行性が悪化するのか，詳細に検討する必要があると考えられる。
図-7 より車両沈下量はコーン指数が最も小さい
ケース 6 で最大となり，コーン指数が最も大きい
ケース 4 で最小となった。コーン指数と車両沈下量に相関性があると考えられる。
ケース 4，ケース 5 は，沈下量が比較体小さかった。沈下は車両重量による締固めで生じたと考えられる。ケース 6 では 0.4m 程度の大きな沈下が生じた。ケース 6 は地盤がかなり軟弱だったため，走行回数（回）
0.0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

沈下量 (m)

0.1
0.2

ケース4
ケース5

0.3

ケース6

0.4
0.5

0.00

図-6
0

200

400

車両沈下量の測定結果
コーン指数 (kN/m2)
600
800
1,000

1,200

1,400

1,600

0.10
0.20

貫入深さ (m)

0.30
0.40
0.50
0.60
0.70

走行前

0.80

走行1回目

0.90

0.00

ケース 4
0

200

400

コーン指数 (kN/m2)
600
800
1,000

1,200

1,400

1,600

車両重量により地盤材料が流動し、比較的大きな
車両沈下量を生じたものと考えられる。
ケース 6 のように，比較的大きな車両沈下が生じると，車両底面が地盤に接地し，スタックリスクが高くなると考えられる。どのような地盤条件において，地盤材
料の流動が起こり大きな車両沈下を生ずるのか，
今後詳細に検討する必要があると考えられる。
４．まとめ
本実験では，車両の牽引力と沈下量について，地
盤の密度，含水比との関係性について調査した。その結果，以下の知見を得た。
・自然含水比の地盤では，最大牽引力がスリップ直前に発生し，スリップ発生後は牽引力が低下する傾向が見受けられた。
・高含水，低密度の地盤では，車両の牽引力がスリップ前後で連続的となり，最大牽引力がスリップ後に発生する傾向が見受けられた。
・繰り返し直線走行では，車両沈下量は一定の値に収束する傾向が見受けられた。
・コーン指数と車両沈下量に相関性が見受けられた。
５．おわりに
本実験では，一種類の土材料のみでの実験にとどまっている。今後，様々な土材料で実験を行う必要があると考えられる。一般に履帯車両は曲線走行時に地盤表層を削るため，曲線走行ではより大きな沈下が生じる可能性がある。今後，曲線走行による車両沈下について，詳細に検討する必要があると考えられる。本実験結果はスタック現象解明のための極めて基礎的な知見に過ぎない。スタック現象解明のためには，引き続き様々な検討に取り組む必要がある。

0.10
0.20

参考文献

貫入深さ (m)0.301)建設無人化施工協会技術委員会：無人化施工の推移と展

0.40
走行前

0.50

走行1回目

0.60

望，建設の施工企画，2006

走行3回目

0.70

走行5回目

2)江藤亮輔・山川淳也：路面形状が砂質土との相互作用に

0.80

走行10回目0.90

0.00

与える影響について，テラメカニックス第 39 号，pp.8186，2019

ケース 5
0

200

400

コーン指数(kN/m2)
600
800
1000

3)堀江亮汰・平澤一暁：個別要素法を用いた履帯の所要動
1200

1400

1600

0.20

2000

貫入深さ (m)

0.30
0.40

走行1回目

0.50

走行3回目

0.60

走行5回目
走行10回目

0.70

図-7

5)

ヤ

ン

マ

ー

株

式

会

社

：

https://www.yanmar.com/media/jp/2015/catalog_old/c30r-2.pdf6)日本道路協会：道路土工要領，pp.287，2009

0.80
0.90

力の予測，テラメカニックス第 39 号，pp.67-72，2019
4)テラメカニックス研究会：履帯の設計工学，pp.31-36，

0.10

ケース 6
コーン指数測定結果（沈下量測定実験）

7)地盤工学会：地盤調査の方法と解説，pp。290-295，2004- 8 -３．ドローン撮影画像を用いた簡易な路面ひび割れ測定技術の開発㈱NIPPO 総合技術部 ICT 推進グループ㈱NIPPO 総合技術部生産開発センター㈱構造計画研究所次世代事業開発部

１．はじめにわが国の道路施設の維持修繕比率は，今後増加していくことが予測されている。道路施設の維持修繕は，道路施設を良好な状態に維持していくために必要であるが，維持・修繕に関わる予算には限りがあるため，道路施設の状態を的確に把握し管理することが重要である。
一般的に，舗装修繕の目安の一つとして，舗装路
面のひび割れの数や幅，形状から舗装修繕実施の時期や規模を検討している。舗装路面の状態を把握するために行われるひび割れ調査の手法は，目視・スケッチによる人力での調査の他，路面性状測
定車による調査がある。近年，路面性状測定車の普及により，供用車線のひび割れ調査は人力での調査と比べ短時間で広範囲の測定・評価が可能となっており，その有効性が証明されている。
しかしながら，路面性状測定車の適用範囲はあくまで車両が走行できる路面上に限定されている。
例えば，自転車競技場をはじめとする車両走行が困難な路面では，未だに人海戦術による人力調査が実施されている。目視・スケッチによる路面のひび割れ調査は，人手と時間，さらには正確性の面で課題があることは周知の事実である。
路面性状測定車が走行できない路面を対象とした，ひび割れの延長や幅を簡易的に測定できる技術の開発を行い，人力による苦渋なひび割れ調査業務の生産性向上に取組んだ。本報告では，ドローンを活用した測定方法や解析方法の検討の考察と一部実路面の測定成果について述べるものである。
２．ひび割れ調査に関する現状の課題と開発目標
2.1 現状の課題
路面性状測定車が走行できないような，ひび割れ調査の省人・省力化が困難な路面では目視・スケッチによる路面のひび割れ調査が実施されているが，目視・スケッチによる路面のひび割れ調査には以下の課題がある。
➀3~4 人の人員を要する巡回作業は，労力と時間○其田 直樹相田 尚
高幣 玲児

を必要とする➁目視によるひび割れの幅や延長の測定は，個
人ごとに測定精度にばらつきがある➂路面のひび割れをスケッチした図は，平面図への再現性が低い➃人力によるひび割れ調査は，炎天下の中，屈伸作業を継続するため苦渋作業となる

写真－1

目視によるひび割れ調査

図－1

ひび割れのスケッチ図

2.2 開発目標
2.1 に示した課題を解決するため，路面のひび割れ測定技術の開発における目標を以下の通り設定した。
➀ドローン等の最新技術の活用により，現地での測定作業を省力・省人化させる➁画像解析技術の活用により，ひび割れの抽出作業を自動化させる➂抽出対象とするひび割れの幅は 1mm 程度を上- 9 -限とし，段階的なひび割れ幅の区分けを行う。
➃自動抽出されたひび割れを積算し，平面図へ描写させる
３．ドローン飛行高度の検討
通常ドローンを用いた写真測量では，約 50m 前
後の飛行高度で十分なラップ率を確保して撮影を行い，取得した画像を解析し，オルソ画像や点群データを作成している。しかしながら，この手法ではミリメートル単位のひび割れを認識することはできない。したがって，ミリメートル単位のひび割れを認識することが可能な飛行高度の検討を行う必要がある。
3.1 飛行高度別のひび割れ認識試験
1mm のひび割れを対象に，ドローンの飛行高度
別に路面を撮影した。路面には，撮像からひび割れの詳細寸法が計測できるように，基準物となる紙を張り付けている。図－2，3 にドローン飛行高度
別の撮像とひび割れ特徴量を抽出した線分化図を
示す。

図－2

ドローン飛行高度 3m の撮像と線分確認

図－3

ドローン飛行高度 5m の撮像と線分確認

解像度あたりのピクセル数とドローンの最大画
質（幅 5472，長さ 3684）から，ひび割れ幅 1mm をターゲットとした場合，１mm＝1 ピクセルと設定すると，高度 5m から撮影する必要があった。

図－5

図－4

ドローン飛行高度 5m の線分図拡大

3.2 最適高度の選定
ドローンの飛行高度を 5ｍとした場合，飛行計画
経路を活用したドローンの自動航行やオルソ画像の生成が困難であるため，ドローンの飛行高度は10m が最適であると判断した。また，十分な解析
情報は無いが，ドローンの飛行高度 10m でも撮像に 1mm のひび割れらしき特徴が存在していたため，後述の AI モデルのトレーニング対象とした。
４．処理フローの検討
本測定技術では，ひび割れの延長や幅を簡易的に測定することを目的としているため，ドローンにより撮影された大量の写真から生成されるオルソ図に映し出されるひび割れをコンピュータに推論させる AI 推論を処理フローに組み込んだ。処理フローを図－5 に示す。
また，オルソ図は通常の PC で扱えるようなファイルサイズには収まらないため，それらを分割して，劣化部を解析，解析結果をオルソ図に戻し，積算結果を出力するフローとした。
4.1 オルソ生成
オルソ生成とは，ドローンが連続して撮影した
静止画を画像の特長とメタ情報である緯度・経度
情報をもとに幾何的に画像の位置関係を導き，上空から平面投影された画像を生成する処理である。
本処理では精度をあげるため，先に触れたドロー
ン飛行高度 10m の一定高さで撮影された画像を合成した。

本測定技術の解析処理フロー- 10 -

4.2 分割処理
生成した位置関係を示す座標ファイルをもとに，
延長約 2km の路面をドローン飛行高度 10m の一 オルソ図にひび割れの状態が描かれるように工夫
定高さで撮影された画像から生成されたオルソ画 した。この処理の実装にて，大量にある写真を再統
像は，解像度長さ方向で 10 万ピクセルを超えるも 合して描画することが可能となった。推論結果ののとなった。この巨大なファイルを PC で AI 推論 再統合イメージを図－6 に示す。
処理させることは，高性能なワークステーション
ですら難しい。よって，今回は画像を一定のピクセ
ル幅に分割するツールを準備した。また，ひび割れ
合成図
抽出した結果を全体画像に描写できるように，分割した画像と，元となる画像における分割画像位置を記した座標ファイルを出力できるよう準備した。本ツールの準備により，AI 推論処理を切れ目なくバッチ処理化でき，推論速度を向上させることができた。
4.3 AI 推論
AI 推論はひび割れ幅 1mm の正常な抽出有無の評価のほか，ひび割れ幅の大きさを段階分けした拡大図
推論が可能か評価するため，既に構築していたひ
図－6 推論結果の再統合イメージ
び割れ抽出用の AI モデルを基に新規の AI モデル
4.5
積算
データを作成した。
AI 推論した際に，クラックを矩形にてまとめ，
推論エンジンは，性能面，処理速度面を重視し，そのピクセル長にて長さ・幅とした。
その際に，路パブリックドメインである YOLO V3 を採用することとした。採用理由は，ひび割れ形状の殆どが濃 面に意図的に描いたスケール情報，あるいはセン
淡（暗く落ち込んでいる窪みがクラックである可 ターラインの長さを既知のスケールとし，ピクセ能性が高い）で判別されることが多く，対象路面は ル当たりの実距離を用いて，積算比率を計算，ピク
平均的にグレーであるため，複雑な対象は存在し セルをミリメートルに変換後，合成対象の積算結ないと仮説定義した。本エンジンを活用すること 果を出力した。
は推論にスピード面，性能面で有利と予測した。
モデル設計は，ひび割れがそこにあるか否かを ５．処理フロー内で発生した課題と克服手段判断させるため，撮影された写真と予測ひび割れ 5.1 高精細かつ大量データのオルソ生成の課題
形状がどれほど重なって見えるかを示す指標「IoU」 対象閾値をひび割れ幅 1mm としてオルソ図をが高くなるよう AI モデルを作成した。そのうえで， ファイル化するためには，メモリ空間として莫大推論結果を対象に形状に応じた幅を決め，認識位 な容量を必要とした。そのため，ディスク領域を仮想的にメモリにあてて，結果を出力させた。
置を基に長さを求めた。
しかし，ここで合成されたファイルをもとに分
なお，推論した結果は，幅情報と長さ情報，画像
割画像を生成しようとしても，理論上は成立する
における座標を出力している。画像に対してはどこをひび割れとして推論したかを矩形で括った合 コンピュータリソースも，計算結果があまりに遅く，現実的ではないため，入力画像数を複数に分割成画像も出力している（写真－3）。
にして合成を行った。
5.2 AI 推論における重複積算課題と克服法
AI 推論で劣化診断を行うことで問題となること
は，先に触れた「IoU」の高いものが同一個所に複数発生する場合が課題として残る点にある。この課題に対して，解析結果である場所情報を一度別領域として格納し，その領域を認識した結果の小さいものから大きいものまで重ね合わせて演算し，重複位置を小さいものから順に削除することで，重複カウントを回避した。
写真－3 推論結果描画
4.4 推論結果再統合推論した結果画像だけでは情報を俯瞰的に観察 ６．試行
現地路面を目視によるひび割れ調査した結果とできないため，4.2 で分割する前のオルソ図に 4.3
本測定技術が推論した結果を比較検証した。
で描画した画像を合成する手段を検討した。4.2 で- 11 -

6.1 検証内容
目視によるひび割れの幅と延長は，あらかじめ現地路面にチョーキングし，合成されたオルソ画
像より手計算にてひび割れ数量を算出した。対して，本測定技術は，同じオルソ画像を AI 推論で抽出された結果をオルソ画像に描画し，ひび割れ幅毎に積算した。入力画像と推論結果を合成した画像の一部を図－7 に示す。

ただし，表－1、2 の幅分類に関しては，AI 推論のための分類に利用しているだけであり，厳密にその幅が確かか否かまでは検証を行っていない。

７．まとめ
本測定技術の開発で得られた成果と知見をまとめると以下の通りである。
(1) ひび割れ幅 1mm を測定対象とした場合，
DJI 社
製ドローンの飛行高度は 5m までが有効である。
しかしながら，運用面と測定精度を鑑みると飛行高度は 10m が最適高度である。
推論前画像(2) AI 推論を解析に用いる場合，処理可能なコン
ピュータリソース（CPU 負荷，メモリ搭載量）を軽減するためと，解析処理速度を確保するた
推論結果
めに対象のオルソ画像を分割する必要がある。
(3) AI 推論により生じる可能性があるひび割れの
重複カウントを回避する機能を実装した。また，
AI 推論により得られた結果はオルソ画像へ描写され，自動積算される。
(4) 試行結果によると，目視・スケッチによる路面のひび割れ調査の結果と本測定技術が推論した結果は，誤差 1 割以内に収まっている。
また，ひび割れ調査にかかる測定人員および時拡大図間を比較すると，直線距離 210m を目視・スケッチ
図－7 試行結果確認画面
による人力調査を行った場合，人員 3 名で約 2～3
6.2 検証結果
時間の時間要し，事務所作業は人員 1 名で約 1～2
試行箇所の手計算によるひび割れ長は，約 20． 日程度要する。対して，本測定技術は，人員 2 名
8ｍとなった。これに対し，本測定技術が推論した でのドローン飛行撮影を約 30 分，取得撮像の PC
結果は，表－1 に示す結果となった。なお，本測定 読込・演算作業を約 3～4 時間で処理可能であるた技術の推論において，絶対値（mm 変換値）の導き め，人力作業を必要とする路面のひび割れ調査の方は，オルソ画像のピクセル当たりの幅を，路面 生産性が大幅に向上することがわかった。
の破線ラインの延長から導きだし，ピクセルをミ
８．おわりにリメートルに変換した。
表－1 試行箇所の測定結果
本測定技術は，今まで人力でしか測定すること
幅
長さ（単位:mm）ができなかった路面を対象に，ひび割れ調査にドS(1-5mm)
7578
ローンと画像 AI 技術活用することで，調査業務のM(5-10mm)13127
生産性向上が期待できることがわかった。また，
L(10mm<)
772
勾配のきつい斜面等の人が近づくことが難しい場
計
21477
所での測定を回避することで，身体的な苦痛を軽本測定技術の推論結果は約 21.5m となり，手計 減し，安全性向上へも寄与できることが確認でき算による算出結果よりもひび割れ長が約 0.7m 多 た。今後さらに，本測定技術を実路面で試用し，く推論されたが，目視によるひび割れ調査の精度 更なる測定精度の検証を行い，改良・改善に努めを鑑みれば，良好な結果が得られたと言える。
る所存である。
なお，図－6 に示した直線距離 210m の合成画像の本測定技術による推論結果は表－2 に示す通り
参考文献となり，おおよそ手計算による算出結果と一致す 1) Joseph Redmon，Ali Farhadi： YOLOv3 An Incremental
ることがわかった。
Improvement,arXiv，1804.02767，2018
表－2

直線距離 210m の推論結果

幅

長さ（単位:mm）

S(1-5mm)73291

M(5-10mm)73753

L(10mm<)73481

計2205252) 水産庁漁港漁場整備部整備課：無人航空機（UAV）を活用した水産基盤施設の点検の手引き03，20193）岩崎亘典(OSGeo 財団日本支部),水谷貴行（バーズアイ・
リサーチ研究会 株式会社エコリス）：Open dronemap ハンズオン 28,10,2017 , 地理情報システム学会- 12 -

４．路面自走ロボットを活用した舗装工事の省人化技術㈱NIPPO 総合技術部 ICT 推進グループ〃㈱NIPPO 総合技術部生産開発センター○ 立花 洋平
梶原 覚
相田 尚

１．はじめに装する際，施工機械や材料運搬車両の動線や施工
i-Construction 施策の推進により，舗装現場にお 機械の幅員に応じて舗装の区割りを決め，施工厚
いても ICT や IoT 技術が導入され，生産性および さに合わせた型枠を設置する。その型枠の位置出
安全性の向上に向けた取り組みが盛んに行われて しも，同様に複数人数で幅や位置を測りながら，スいる。今日では ICT を活用したマシンコントロー プレーなどでマーキングする。
ルやマシンガイダンス，出来形管理などは一般的
こうした舗装工事の準備として行われるマーキに使われるようになり，舗装現場は様変わりの様 ング作業では，次のような課題が挙げられる。
相を呈している。しかし，それはごく一部であり，① 供用中の路線では，供用側の通り出しを行う
舗装工事全体をマクロ的に見ると，従来から変わ際，一般車両が走行しており危険である
らない，身体的苦渋や危険性を伴う人力作業が依② 連続した中腰での作業や，しゃがむと立ち上
然多くある。
がるを繰り返す作業であるため，体力的にもこのような作業の一つに，路面切削や舗装の準苦渋作業である備工で行う通り出し（路面マーキング）作業がある。 特に，高速道路の補修工事では，セーフティーコ
この作業に着目し，作業環境を改善するべく検討 ーンで侵入禁止を警告しているとはいえ，目の前を重ねてきた。
を一般車両が 100km/h 程度で通過する上，大規模
本稿では，当該作業に対する自動化技術の調査， 修繕工事では，この作業を事前に 1,000m 程度も行
開発の経緯，今般現場導入した自動走行ロボット っている現状がある。
ならびに，国内メーカと共同開発した自走式ロボ
３．課題解決に向けた検討ットについて報告する。
前述の課題解決に向け，マーキング作業の安全
２．路面マーキング作業の課題
性向上と省力化に向けた検討を 2017 年度から開始
切削オーバーレイ工では，まず切削する境界に した。基本的な要求事項は以下の 3 点とした。
チョークライン（墨つぼ）などでラインを引く（写① 基準に沿って自動的にマーキングする真-1）。その際，糸の両端を張る 2 名と糸を弾き路② 1 名もしくは 2 名でマーキングする
面に粉チョークを転写する 1 名，更に安全監視員③ 現状の作業より 3 割以上，作業効率を向上さの計 4 名が必要となる。
せる
また，マーキング作業には基準を必要とするが，舗装工事の実態を踏まえ，舗装エリアの区割りでは座標が分かれば通り出しは可能であり，切削オ
ーバーレイ工ではセンターラインや外側線を基準にし，現地合わせで通り出しを行っている。したがって，通り出しを行うための装置としてのコンセ
プトは二つの異なる方式を検討することとした。
① GNSS を基準としてマーキングする小型装置② 基準となるものを検出し，それに沿ってマーキングする小型装置
写真-1

従来の通り出し作業状況

また，一般的な舗装工事において広い面積を舗

3.1 既存技術の調査
国内の様々な分野における技術調査を進めると，- 13 -

道路標示を自動作図する装置や建築現場での墨出し作業を自動で行うロボットは存在している。しかし，縦長となる舗装工事の特性や装置の勾配限界，位置制御方法などの観点から舗装現場への導入は難しいことが分かった。
3.2 海外技術の調査
海外では目的が違うが，自動的にライン描画する様々な装置が存在する。特にサッカーやラグビーの盛んな欧州では，GNSS の位置情報やターゲッ
トを基準とした自動制御によるラインマーキング装置が多い。それらの中で，市販の路面標示用スプ
レー缶を使用し，
GNSS による誘導で自動描写する自走式ロボットがあり，日本国内でも適用可能と判断し試験導入した。

4.3 実施例
2019 年 12 月から 2020 年 5 月までの間に 7 現場にて試用した。施工面積が広大な民間工事，港湾ヤードの舗装工事，空港滑走路の舗装修繕工事など
にて，路面切削の通り出しおよび舗装区割りのマーキング作業にて試用した。実施例として 3 現場の概要を表-1 に，試用状況写真を写真-3 に示す。
表-1

試用現場の概要

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

場所

東海地方

関東地方

関西地方

工事概要

民間工事

港湾工事

空港工事

面積

60,000 ㎡

15,000 ㎡

65,000 ㎡

区割り数

40 本

25 本

8 本×2 層

最大延長

300m

120ｍ

（日当り）

４．GNSS を用いた自動走行ロボット
4.1 試験導入した自動走行ロボットの概要
当該ロボットは，VRS 方式の GNSS 測位にて自己位置を取得し，あらかじめ現場座標に合わせた
線形データ（DXF データ）を読み込み，その線形通りに自動走行しながらスプレーマーキングを行う機能を有している。写真-2 に当該ロボットを示
す。

写真-3

60m

現場試用状況写真

4.4 効果各工事における作業状況の比較と，その効果を表-2 に示す。
表-2
写真-2

自動描写する自動走行ロボット

ロボットの操作は専用アプリがインストールされたタブレットで行う。そのアプリには，円や駐車枠などの基本的なテンプレートデータが既に内蔵されており，様々な描画がタブレットの操作で可能となっている。
また，アプリ内で線形のオフセットや延長などの編集も可能である。現場の形状にもよるが，基準となる線形データが 1 本あれば，アプリ内で編集することにより，施工幅に合わせたラインマーキングが可能となる。
4.2 現場への導入，試用
日本国内における使用環境を整え，現場試用を開始した。試用現場は，規制を伴わない広大な面積を有する現場を選定し，この現場における舗装区
割り作業にて試用した。

人員数
人

（人）

力

作業時間
（h）

ロ

人員数

ボ

（人）

ッ

作業時間

ト

（h）
効率向上値

（人力：ロボット）

作業状況比較
Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

4

4

6

28

6

0.8

1

1

1

7.5

3.5

0.25

15 倍

7倍

20 倍

※，ロボット作業には，線形データ作成時間も含む

表の値は，同じ面積においてマーキング作業に掛かる人数と時間を実際に計測した値であり，人数に時間を乗じた値で効率比較したものである。

- 14 -

表-2 より，人力作業に比べ自動走行ロボットを使用すると 7～20 倍と格段に作業効率が上がることがわかった。当該ロボットの導入により，マーキ
ング作業に掛かる人員が減るため別作業へ人員を回すことが可能となり，準備工に掛かる時間が減り，現場全体の進捗にも寄与することができる。
また，マーキング作業での特徴となる立ち体勢と中腰作業の繰り返し動作がないため，作業員の身体的負担がなくなり安全性も向上する。特に真夏の猛暑の中において，このような広大な面積を施工する現場では日陰も少なく，その負担がなくなることは熱中症予防にも寄与することになる。
4.5 自動走行ロボットの応用，展開
現場試用を重ね，その効果を確認することができた。そこで，更に付加価値を付けるべく，自動走行ロボットの応用例を以下に示す。
（１）自動追尾 TS を併用した出来形確認
舗装工事では，下層の出来形結果から，上層材の数量を把握する必要がある。従来は測点ピッチ毎に水準測量を実施する場合や，設置された型枠を基準とし水糸下がりにて舗設厚さを測定していたが，自動走行ロボットに TS 用プリズムを設置し，舗装型枠の通り出しと同時に TS にて簡易的に高さ（厚さ）を測定することで，測量手間を減らすことが可能になる（写真-4）。

自動追尾 TSTS 用プリズム
写真-4

自動追尾 TS 併用例（２）埋設物検知センサの付加
前述したように，当該ロボットは現場座標に合わせた DXF データを基に自動走行する。いわばUAV にて航空写真を撮影する際に飛行ルートを編集するのと同じで，現場全域をカバーするように線形データを作成し，ロボットに埋設物検知センサを付加すれば，現場の埋設物の位置を面的に把握することが可能になる。
4.6 今後の方針
規制を伴わない工事での試用は一通りの効果を確認できたため，規制工事にて試用を進める。当初のターゲットは高速道路の修繕工事におけるマーキング作業であり，当該作業での安全性の確保と身体的苦渋を無くすことにある。実証試験を実施
し，安全性向上効果，規制時間短縮への寄与などを検証する。
５．基準物を用いた自動走行ロボット
前述したように，当初の開発コンセプトは二つの異なる基準にて装置の検討を行うことである。
高速道路の切削オーバーレイ工における基準は既設の白線がほとんどであり，図面や座標を使わないケースが多い。そのような現場にて GNSS を基準とした場合，測量やデータ作成手間が増え，時間的制約のある規制工事においては，使用が敬遠される要因となる。そこで，GNSS を使用せず既設の白線を基準とし，それに沿ってマーキングを行う装置の検討を行った。
5.1 道路白線認識による装置の検討
まず，カメラによる画像から道路白線を認識し，白線からのオフセット位置にマーキングする装置を検討した。
修繕工事における基準の取り方を調査したところ，車線センターの破線から外側に向かって幅を出す方法がほとんどであり，画像によりインターバル区間長の 8m 先にある白線を認識し，補完可能か否かが焦点となった。
シミュレーションの結果，小型カメラの性能や撮影位置などの条件を踏まえると，背景やノイズとの区別がつかないなどの影響で不可能と判断し，再検討の結果，基準物を画像により認識し，その基準物を目標としマーキングする方式に変更した。
5.2 基準物認識型自動マーキングロボット
基準物を目標とし自動走行しながらマーキングするロボットのイメージを図-1 に示す。
現場において幅の基準となる位置に自発光マーカを設置し，そのマーカに向かって走行する。自発光マーカは，検知精度を上げるため太陽光に含まれない波長の不可視光 LED を使用し，可視光や外乱の影響を軽減できるもので検討を始めた。不可視光にすることで，一般車両への影響がないというメリットもある。

図-1 基準物認識型自動マーキングロボットのイメージ図

5.3 マーカ検知の方法
マーカを検知するカメラは，不可視光を撮影可- 15 -

能なカメラを選定した。要素試験を行った結果，太陽光のエネルギーが高く，背景の映り込みを完全には防止できないことが分かった。写真-5 に選定したカメラによる画像を示す。自発光マーカは確認できるが，背景が映り込み同化しているのがわかる。

5.5 試作機の概要
写真-7 に画像解析により自動走行するロボット
試作機，写真-8 に改良型自発光マーカによるマーキング試験状況を示す。
当該ロボットは，有線でのコントローラを装備
しコントローラの自動ボタンを押下している間のみ自動走行するロボットである。また，マーカ付近に到達すると自動停止する機能も付加している。
コントローラユニット

小型カメラ

自発光マーカ

写真-5

選定したカメラによる画像

描画ユニット
制御ユニット

5.4 自発光マーカ検知の課題解決
この課題解決のため，マーカの形状に特徴を持たせた。最終的に決めたマーカの形状を図-2 に示
す。
発光体

写真-7

画像解析により自動走行するロボット試作機

裏板
発光体を
上下二分割
改良型自発光マーカ
接近しても認識
当初形状

可能な高さ

写真-8

改良型自発光マーカによるマーキング試験状況

図-2 自発光マーカの形状

更にカメラの露光時間を調整し，可能な限りマーカのみが映るようにした。以上の処理を施し，得られた画像を写真-6 に示す。

自発光マーカ

写真-6

マーカ検知画像（左；処理前，右；処理後）

この画像内の発光体中央を認識することで，マーカに向かって自動走行しながらマーキングするロボットの試作機が完成した。

5.6 今後の方針
試作段階ではあるが，自発光マーカの認識，自動走行性能，直進性などは確認することができた。今後は，実際の現場にて試用し，その有効性を検証する。
６．おわりに
今回導入および開発した二つの小型ロボットにより，舗装工事の準備工で行われていた通り出し作業を自動化することが可能となった。その効果は大きく，生産性だけでなく安全性の向上にも寄与できるものである。
今後は両ロボットの更なる実証を重ね，舗装工事の生産性向上に向けた手法として広く展開を図り，業界のイメージアップにつなげていきたいと考える。

- 16 -

５．路盤鉄筋コンクリート施工における出来形精度向上と品質確保，工程短縮の取組み
九州新幹線(西九州)彼杵川橋りょう工事路盤鉄筋コンクリート施工報告

鹿島道路(株)

鈴木
○ 野田

泰
哲也

上げ面の平坦性向上が可能となる。
１．はじめに連続的に施工するスリップフォーム工法の採用
九州新幹線（西九州）彼杵川橋りょう工事では三ノ瀬トンネル 855m，彼杵トンネル 2,075m の路盤鉄 により断面全体を同時施工することが可能となり，筋コンクリート・突起コンクリートの施工を行う 弱点のコールドジョイント等が少ないこと，自動こととしている。路盤鉄筋コンクリート（図-1）は， 制御による精度向上に加え，省力化・工事期間の短
インバートコンクリートと軌道スラブの間にあり， 縮等を図ることが可能となる。
仕上がり精度向上と曲線区間のカント部を形成するために設けられているもので，高い出来形精度 ３．施工方法の検討に向けての課題が要求される重要な構造物である。
施工方法の検討にあたって，様々な課題が浮上
本工事では曲線カント部の多い路盤鉄筋コンク したので下記に記載する。
リートの施工にスリップフォーム工法を採用し， 3.1 トンネル内空断面が狭い
出来形精度の向上及びカント部の仕上がり精度向
当施工箇所はカントが大きく 3 トラック（脚）上及び連続施工による工期短縮を図った。
仕様のコンクリートスリップフォームペーバ（以本稿は当工種において出来形精度の確保，品質 下 CSP）では機械の走行安定性を確保することが難確保を念頭に置きながら，工程短縮を達成するた しく，自社で保有している 4 トラック（脚）仕様
めに実施した様々な取組みについて報告するもの の CSP（GOMACO 社製 Commander Ⅲ）を採用した。
である。
しかしトンネル内空断面が狭く，トンネル内をアジテータ車と離合することが困難であり，他にもトンネル延長約 500m 間隔に設置してある器材坑の側壁（写真-1）をかわして通過しなければならない
等の条件下での施工にあたって自社機械の改造が不可欠であった。
器材坑側壁

図-1

新幹線軌道構造（トンネル部）

２．スリップフォーム工法の特徴
スリップフォーム工法とはコンクリートの締固め装置（バイブレータ）と成形装置（モールド）を備えた施工機械を用い，コンクリートを所定の形状に締固め，成形しながら同一断面を連続してコンクリート路盤・構造物を構築する型枠が不要な工法である。従来の人力施工と比較すると，高さに関する出来形精度の向上，カント部の精度向上，仕写真-1 器材坑側壁

3.2 カント部（最大横断勾配 12.8％）の肩ダレ
カント部側面のコンクリートのエッジスランプ- 17 -

（肩ダレ）の防止対策が必要となる。その対策としてダレにくいコンクリート配合の検討が重要である。スリップフォーム工法は，側面整形版が機械に直角固定されており，角度補正ができないため，カントが大きいと薄層側は出来形不足，厚層側は側面テーパーで余剰断面が増大し 5%程度の材料のロスとなる。
（図-2 参照）

体フレームを切断しただけでは対応できず，器材
坑通過側のクローラ部をハイドライブトラック（写真-2）という標準クローラよりも幅が狭いクローラ（図-3）を採用することにより器材坑の側壁部の施工が可能となった。

出来形過大
出来形不足

図-2

標準整形版での課題
写真-2

3.3 新幹線の高速走行安定性の確保
新幹線の高速走行安定性の確保のために，基準
高はもちろんのこと，軌間や通りの精度も求められる。インバートコンクリートの仕上がり基準高の精度が設計値から-30 ㎜の範囲内であるのに対して，路盤鉄筋コンクリートの仕上がり基準高は
設計値±10 ㎜を求められており，精度を確保する
ためにはリアルタイムに出来形補正を行うことが重要である。また突起コンクリートの基準高は設
計値+10 ㎜の範囲内であり，平面位置のズレ量の規格値は設計値から±10 ㎜となっており，鉄筋のかぶり量の確保と突起コンクリートの設置精度についても求められている．仕上がり，品質面においてコンクリートの性状のバラツキ，更に材料待ちによる性状変化をなくすことを考え，コンクリートの品質の安定化と材料の連続供給が重要となる。
3.4 作業効率の向上
所定の期日内に路盤鉄筋コンクリートを完成させる必要がある。先行施工した三ノ瀬トンネルは
計画通りの施工とはならず，作業効率が低下した。
本施工に向けて作業サイクルの見直しと工程短縮による日施工量の向上が重点課題となった。
４．課題への対策
4.1 トンネル内空断面に適応した CSP の改良
鉄道トンネル内空断面は道路断面より狭く，一般道路断面に対応した CSP の本体ではアジテータ
車との坑内離合が困難である課題に対し，本体フレームを切断し本体幅を標準仕様よりも縮める改造を行った。さらにトンネル内器材坑の突出した側壁部分（写真-1）を通過させる課題に対して，本図-3

器材坑脇を通過するハイドライブトラック

標準仕様クローラとハイドライブトラックの比較

4.2 カント部の対策
カント部のエッジスランプ防止の対策として，コンクリートの呼び強度を 24N/㎟から 27N/㎟に設定することで，粘性を高めエッジスランプの防止を図った。さらに単位セメント量と細骨材率を調整し，道路用のコンクリート配合と比較して粘性が高く空気量に富むコンクリート配合としてエッジスランプが生じにくい配合（表-1）とした。
側面整形版が機械直角固定されており，カント
部での角度補正ができないという課題に対しては，側面整形版が直角に下りないよう，あらかじめ角
度をつけたブラケット（図-4）を製作し，懸念された課題の対策とした。さらに，横断勾配が 12.8%と急勾配となり，機械も同一横断勾配に設置するとクローラ部への負担が大きく，施工時の走行安定- 18 -

性が損なわれるため，モールドの吊り具の改善を行い，機械本体の勾配を 5%以内に納まるようにし。
た（写真-3）

５．試験施工課題への対策の効果を見極めるために試験施工を行って評価した。試験施工では本施工を考慮し，幅員，厚み，横断勾配，曲率を本施工時と同条件で行った。本施工の断面を図-5に示す。

増設プレート
増設プレート

図-4

角度補正ブラケット図

表-1

コンクリート配合表

コンクリートの種類
2

呼び強度（Ｎ/㎜ ）最大粒径（㎜）
スランプ（㎝）
空気量（％）
水セメント比（％）
細骨材率（％）
単位量
水
3（㎏/ｍ ） セメント
細骨材①
細骨材②
粗骨材
混和剤

た。さらにコンクリートの連続供給を実現させる
ために，打設サイクルタイム表を作成して工場出荷管理を実施し，コンクリート材料待ちによる性状変化をなくす対策をとった。
4.4 作業効率の向上
施工着手中である彼杵トンネル施工時に挙がった課題なので「６．本施工」の方で対策と効果を記載する。

普通27－4.0－20Ｎ
27
20
4
5.5
53
56
46.5
46.5
150
150
283
599
253
996
2.83

268
603
255
1003
2.68

図-5

本体フレーム（勾配 5％以内）

モールド部（勾配 12.8％）
写真-3 モールド傾斜補正

4.3 高速走行安定性確保の対策
仕上がり精度向上のために，高さと走行位置の自動制御をリアルタイムに補正が行える三次元マ
シンコントロールシステム（以下 3D-MC）での施工を採用した。CSP での 3D-MC は高さの自動制御と走行の自動制御も同時に行なえるため，基準高精度の確保はもちろんのこと，幅員や通りの精度も得ることが可能となった。また仕上がり品質の向上のためコンクリート品質確認の専任者を配置して検査頻度を増やして品質の安定化を図ることとし

本施工断面図5.1 仕上がり精度の確認試験施工での仕上がり精度は，敷均し位置で左側（薄層側）端部位置と設計との誤差は-2 ㎜～+5㎜となっており，規格値内であった。右側（厚層側）
端部敷均し位置は+3 ㎜～+10 ㎜で規格値内であったが，施工幅員は+4 ㎜から+12 ㎜広くなっており，
モールドの幅 2,420 ㎜より広がっている状態であった。これは敷き均し直後にモールドに拘束されていたコンクリートが側方に押し広げられていることが考えられ，スランプによりこの値は変動するものと考えられる。敷き均し高さに関しては，±5 ㎜で敷き均しが規格値を満足した。以上のことより，12.8%の急勾配施工，R4,200m の曲率の施工においても 3D-MC での施工が可能であることを確認した。
5.2 締固め度，圧縮強度試験結果
コンクリートの締固め度を確認するため，採取コアの密度を測定した。当該試験施工では採取コ
アを深さ方向で 4 等分にカットし，それぞれの密度と基準密度から締固め度を求めた。層毎に多少のばらつきは見られたが，全供試体において締固
め度が 100%を満足しており，下層まで十分に締め固まっていることが確認できた。圧縮強度はいずれのコアにおいても呼び強度 27N/㎟を満足しており，コンクリートの締固め性に問題ないことを確認した。

- 19 -

5.3 中性化試験結果
切取りコアの中性化深さを計測するために，一定期間，中性化促進環境下にコアを暴露した後にフェノールフタレイン溶液を噴霧し，中性化深さを計測した。中性化深さは暴露 13 週で 14.4 ㎜となった。既往の中性化の研究結果と今回得られた結果を比較した結果，今回採取したコアの促進中性化深さは，既往の研究において室内で作製された供試体と大きな差異はなかった。今回のスリッ
プフォーム工法で施工したコンクリートの表面は，室内供試体と同程度に密実に施工できていることを確認した。
5.4 試験施工結果まとめ試験施工において，路盤鉄筋コンクリートの機
械施工を想定し条件の最も厳しい曲率 R4,200m，横断勾配 12.8%で実施した。機械の制御は高さ，走行位置共に 3D-MC により幅 0 ㎜以上，高さ±10 ㎜以
内を十分にクリアする精度の高い敷き均しを実施することができた。本施工においても横断勾配が12.8%の施工に対応できるものと考えられた。
配合については，水セメント比 53%と 56%の 2 配合で敷き均しを実施したが，表面性状に大きな差異は見受けられず，敷き均し後のダレもほぼ見られなかった。これらより端部のエッジスランプをより防止できる水セメント比 53%を採用することとした。締固めに関しても，バイブレータで流動化させたコンクリートをスクリュ内で抱え込んだ材
料荷重によりモールド下部に押し込み，圧入することで，コンクリート内のエアが抜けて高い締固め効果が得られた。また，切取りコアによる試験結果からも上層から下層まで十分に締固まっている
ことが確認できた．以上の結果を踏まえ，本施工に
臨んだ。
６．本施工
6.1 トンネル内空断面に適応した CSP の改善効果
機械の本体フレームを切断し，標準仕様よりも脚間を短縮したため，アジテータ車との離合は難無く行えた。器材坑の通過に関しても標準のクローラよりも幅が狭いハイドライブトラックを採用したことで問題なく施工できた。クローラ部に掛かる負担を軽減するために，モールドを傾けたことによりクローラは地面全面に密着しており，ク
ローラには無理な力は掛からなかった。写真-4 にアジテータ車との離合時の写真、写真-5 及び写真
-6 に施行状況の写真を載せる。

写真-4

アジテータ車との離合

写真-5

施工時写真：正面モールド

写真-6

施工時写真：敷均し仕上げ

6.2 カント部への改善効果
カント部におけるコンクリートのエッジスラン
プの防止のために通常の道路用のコンクリート配合と比較して粘性が高く空気量に富むコンクリー
ト配合とした。フレッシュ性状は出荷時のスランプを変更することで対応し，締固め性，変形抵抗性に関してもこれまでの舗装用スリップフォームコ
ンクリートで良好な施工が行われた実績の範囲内- 20 -

に収まる結果となった。また，懸念されていたエッ
ジスランプは見られず，今回のコンクリート性状であれば良好な施工が可能であることが確認できた。写真-7 に敷均し後の仕上げ状況の写真を載せる。
6.3 高速走行安定性確保への改善効果(1) 出来形精度
出来形精度に関しては、敷均し高さ、走行ラインの制御に 3D-MC を採用した事で基準高，幅のどちらとも目標値を満足することが確認できた。出来形検測に関しては，トータルステーションを用いて敷均し直後の面をリアルタイムに検測した。路盤鉄筋コンクリートの出来形精度についてヒスト
グラムでまとめたものを図-6 に示す．図から分かるように，数値のバラつきはあるものの，全て基準
高規格値の設計値±10 ㎜を満足できた。3D-MC 制
御に用いたトータルステーションを写真-8 に示す。

図-6

路盤鉄筋コンクリート

仕上り基準高出来形精度（ヒストグラム）

図-7突起コンクリート

仕上り平面位置出来形精度（ヒストグラム）

写真-7

写真-8

(2) 地上型レーザースキャナでの計測結果
地上型レーザースキャナを用いて，面的に計測を行った測定結果を以下に報告する。計測場所は
延長 100m，幅員 2.42m，横断勾配が 10.53～12.07%に変化する勾配変化区間であった。
① 横断形状評価
計測した点群データをもとに横断方向に描いた
近似直線と，各点群の高低差を比較した。また，施工端部は先行コンクリートが既に打設されており，
3D-MC で施工した際に現況に擦り付けている可能性が高いため，出来形評価対象として設定されている点から内側の範囲を対象とした。
計測延長 100m のうち，20m 毎の 5 測点で評価を行うこととし，突起コンクリート施工測点では正確な評価ができないため，それ以外の測点を対象とした．図-8 に点群データと設計データとの標高差の評価イメージを，表-2 に計測結果を示す。

敷均し後の仕上げ施工

3D 制御用トータルステーション検測

また，突起コンクリートの平面位置出来形精度のヒストグラムを図-7 に示す。
突起コンクリートの平面位置のズレに関しても規格値を満足する事ができた。以上の結果から基
準高，位置共に規格値を満足する精度の高い施工が可能となることが確認できた。

- 21 -

工量 280m を達成でき，所定の期日内に彼杵トンネ
ルの路盤鉄筋コンクリートの施工を終えることができた。写真-9 は上下線の路盤鉄筋コンクリートの仕上がり状況である。

図-8

近似直線に対する点群評価 (イメージ)

表-2

各測点における近似直線に対する高低差測点
20+80220+82220+84220+86220+882
全箇所平均

計測結果
（mm)
標準偏差
MIN
MAX
-1.4
1.1
0.6
-1.0
1.7
0.7
-1.3
1.4
0.8
-1.3
2.1
0.8
-1.5
0.8
0.6
-1.5
2.1
0.7

写真-9

② 横断近似直線と設計勾配の比較①にて算出した横断近似直線と，設計勾配との差を比較した。表-3 に比較結果を示す。
表-3測点
20+80220+82220+84220+86220+882平均

近似直線勾配と設計勾配の比較

計測結果
（％)
設計勾配 近似勾配 勾配の差
12.07
11.77
-0.30
11.79
11.59
-0.20
11.42
11.21
-0.21
11.00
10.94
-0.06
10.53
10.42
-0.11
-0.176

レーザースキャナでの計測結果から，横断近似
直線との高低差，近似直線勾配と設計勾配の差ともに小さく，管理測点だけではなく面的に精度を確保できる 3D-MC の優位性が確認できた。

上下線の路盤鉄筋コンクリート施工完了

７．おわりに本工事における路盤鉄筋コンクリートは，スリップフォーム工法によって施工したが，機械の改造やコンクリート配合を調整することで，新幹線のトンネル内の路盤鉄筋コンクリート施工への高速施工の実績ができるとともにスリップフォーム
工法の優位性が確認できた。また，3D-MC を採用したことで高精度な出来形が確保でき，新幹線の高速走行安定性の確保に貢献した。なお，CSP の運搬に関して，今回は重量 20 トン超の大型機械を運用するため，運搬用車両を入念に検討し，施工計画に反映した。
今後同種工事に対応していく場合には，より確実な施工が実現できるよう，今回得られた知見を活かすとともに，得られた情報を水平展開できる
ように整理していく必要もあると考えている。
最後に，今回このような機会をいただき大変有意義な取組みであったと考えている。関係各位に感謝申し上げる次第である。

6.4 作業効率の向上への改善効果
先行して施工を行った三ノ瀬トンネルでは現場条件や進入路の関係でアジテータ車が一方通行できず，トンネル内での U ターンを余儀なくされた
ため連続打設ができなかった。そのため彼杵トン
ネルでは工程短縮のため施工サイクルの向上が重要となった。
前述したような各課題に対する改善策を実施した結果，施工サイクルが向上し，日当たりの最大施- 22 -

６．「2016 年度からの土木業界における i-Construction における取組みと建設機械技術の動向」
日本大学大学院理工学研究科
日本大学理工学部○ 久保田 雄基
関文夫

１．はじめにまう。BIM/CIM などの ICT 関連の部署は出世の妨
新たな社会を指す，第５期科学技術基本計画に げになってしまうとの声も上がる中，国の政策において我が国が目指すべき未来社会の姿として， よって意識改革が行われなければ，ICT 技術普及
2016 年 1 月内閣府は「Society5.0」1)を提唱した。 の妨げになると考えられる。
国土交通省は建設現場における生産性向上を目的
また，技術面の評価に関しては，道路修繕，鋼橋とし，測量，設計，施工，検査，維持管理に至る全 上部，建設機械関連，簡易型遠隔装置の 4 つの項ての事業プロセスで，情報化を前提とした新基準 目に対して技術的に可能，確実性が高いことが分「i-Construction」2)を 2015 年 12 月より導入した。 かる。建設機械関連，簡易型遠隔装置の 2 つに関建設業の就業者は年々減少の傾向にあり，高齢 してはニーズもあり，今後さらなる新技術が求め層の割合が増加している傾向にある。2019 年の建 られ，開発が進められると想定される。
設業就業者の年齢構成は，
55 歳以上の高齢層が 176万人で全体の 35.3％を占めた。高度経済成長期に
表-1 ニーズ・シーズ調査結果について3)建てられた構造物は老朽化され，補修や建て直しの構造物が増えてきている。今後建設業においては，ICT 技術を用いて生産性の向上が迅速に求められてくる。
本研究では，ICT 関連技術が土木工事現場においてどのように発展を遂げてきたかの調査を行い，今後の動向を分析する。
ニーズ調査結果

項目(１)少子高齢化（熟練者不足）

シーズ調査結果

関心の高さ

a

b

技術面の評価cab

収益面から見た魅力

c

a

b

c

鉄筋工

33%

56%

10%

31%

62%

8%

9%

64%

型枠工

28%

51%

21%

15%

46%

38%

0%

50%

50%

左官工

16%

56%

28%

23%

31%

46%

0%

50%

50%

(２)労働生産性の向上

a

b

c

a

b

c

a

b

27%

c

道路修繕

26%

63%

11%

50%

40%

10%

14%

71%

14%

舗装

27%

62%

12%

17%

33%

50%

0%

44%

56%

道路改良

31%

49%

20%

21%

71%

7%

27%

64%

9%

トンネル（NATM）

22%

56%

22%

21%

71%

7%

17%

50%

33%

築堤・護岸

20%

60%

20%

21%

71%

7%

27%

55%

18%

道路維持

30%

31%

37%

27%

55%

18%

0%

63%

38%

雪寒工

11%

68%

21%

18%

64%

18%

0%

50%

50%

鋼橋上部

8%

62%

31%

67%

17%

17%

0%

44%

56%

68%

27%

橋梁下部

16%

42%

42%

25%

58%

17%

11%

56%

33%

コンクリート橋上部

12%

46%

42%

27%

55%

18%

13%

50%

38%

河川維持工

5%

70%

10%

20%

67%

0%

33%

２．ICT 技術のニーズ及びシーズ
2013 年に国土交通省の建設ロボット懇談会「提言」とりまとめについて（案）の「ニーズ・シーズ
調査結果について」3)より，i-Construction 導入前にICT 技術が要求されていた分野を分析することで，i-Construction 導入時に求められていた ICT 技術の動向の検討を行った。
ニーズ調査は，発注者 36 名，施工業者 8 社に対して実施。シーズ調査は，懇談会委員 8 名，建設機械メーカー5 社，機械・電気メーカー5 社に対して実施していた。
表-1 よりニーズに関しては，建設機械関連，墜
落・転倒，点検作業，簡易型遠隔装置の 4 つの項目に対して高い関心が寄せられている。少子高齢化問題や労働生産性の向上に関してよりも，安全性の向上に関しての関心が強いことが分かる。
３．i-Construction の動向
シーズに関して，メーカーからは収益面からの日経コンストラクションの建設テック掲載の見た魅力があまりないことが分かる。企業は収益「ニュース i-Construction」4)より，2016 年度から性も考慮し生産台数を検討するため，収益性の魅2019 年度における 175 件の i-Construction に関する力がないと思われている技術は後回しになってし(３)施工現場の安全確保

a

b

c

a

b

c

a

b

c

建設機械関連

49%

49%

2%

64%

29%

7%

25%

58%

17%

墜落・転倒

54%

34%

12%

10%

70%

20%

0%

50%

50%

44%

44%

55%

5%

25%

25%

11%

自動車関連

37%

56%

7%

36%

57%

7%

0%

82%

18%

飛来・落下

33%

59%

8%

21%

57%

21%

0%

70%

30%

倒壊・土砂崩落(４)社会資本の老朽化

39%

a

b

c

a

50%

b

c

a

b

c

点検作業

62%

32%

5%

25%

67%

8%

11%

78%

補修作業

35%

38%

26%

10%

70%

20%

14%

57%

29%

更新工事

25%

46%

29%

14%

43%

43%

20%

40%

40%

(５)地球温暖化問題a(６)国際展開a(７)多発する災害

a

b

c

57%

14%

b

b

b

c

a

b

c

29% ー

ー

ー

ー

ー

ー

a

b

c

a

b

c

c

71%

12%

a

18% ー

c

ー

a

ー

b

ー

c

ー

a

ー

b

c

状況把握

41%

53%

6%

42%

50%

8%

0%

89%

応急復旧

43%

51%

6%

8%

83%

8%

0%

78%

簡易型遠隔操作装置

50%

46%

4%

62%

31%

8%

10%

70%

20%

東海、破損構造物撤去

40%

52%

8%

23%

46%

31%

10%

70%

20%

赤太文字：最も値が高い項目＊ ニーズ調査は、発注者36名、施工業者8社に対して実施

シーズ調査は、懇談会委員8名、建設機械メーカー5社、機械・電気メーカー5社に対して実施- 23 -

11%【凡例】関心の高さ【凡例】技術面の評価【凡例】収益面から見た魅力

a．非常に重要a．技術的に可能、確実性も高い

a．技術開発を行う魅力がある

b．重要

b．技術的には可能であるが、確実ではない

b．他の条件次第

c．あまり重要でない

c．技術的に困難

c．魅力がない11%
22%

記事を調査し，適用分野（10 分野），工程（5 工程、「施工・出来高管理」は作業員の減少や高齢化問
全体），企業種（12 種類）を定義付け，各記事をそ 題を抱えており，「維持管理・点検」は高度経済成
れぞれ分類することで ICT 技術の動向を分析した。 長期の建設された老朽化の構造物が多い問題が，この 2 工程における技術が多い傾向になったと推
測できる。
表-3
工程

ICT 技術適用工程調査結果

2016年度

2017年度

2018年度

2019年度

測量・現況把握

3

3

3

5

合計
14

設計・施工計画

2

6

5

2

15

施工・出来高管理

7

20

11

16

54

出来形管理・検査

3

3

1

5

12

維持管理・点検

4

14

18

16

52

工程全体

9

9

6

4

28

合計

28

55

44

48

175

3.3 企業種
企業種は 12 種類（建設業，ソフトウェア，測量
2016 年から本格的に「i-Construction」が本格的 機器メーカー，道路会社，測量会社，国・地方自治に開始したため，2017 年度に前年度から倍増し， 体，大学，研究所，重機メーカー，部品，材料，建55 件の記事が確認された。
設コンサルタント，その他）に分類した。建設業とその他で 50％を超える結果となった。国・地方自3.1 適用分野
治体は 2016，2017 年度の掲載件数が多く，2018 年
表-2 の通り 10 分野（土工，橋梁，水道・河川， 度以降は i-Construction も定着し，民間企業の技術
港湾，道路，トンネル，ダム，事故防止，災害復興・ 提案が増加したため減少したと推測できる。その対策，その他）に分類し，調査を行った。
「その他」 他企業種は電気会社やロボット会社など多種多様に関しては，複数分野に跨る内容やコンクリート な分野が確認できた。BIM/CIM や i-Construction を
工などの分野が多い結果だった。掲載件数として 推進するには多くの分野の技術が必要なので，は土工，トンネル，橋梁の順になった。また，2017 年々増加傾向にあると推測できる。
年度の掲載記事が一番多く，2016 年度から本格的に i-Construction の運用が開始され, 多くの ICT 技術が開発・商用される流れになったためと推測で
きる。
図-1

表-2
適用分野

年度別掲載件数

ICT技術適用分野調査結果

2016年度

2017年度

2018年度

2019年度

土工

5

7

6

7

25

橋梁

2

5

7

11

25

合計

水道・河川

2

2

3

1

8

港湾

2

3

1

2

8

道路

1

4

2

3

10

トンネル

3

12

4

10

29

ダム

2

4

1

2

9

事故防止

1

1

4

2

8

災害復興・対策

1

3

2

0

6

その他

9

14

14

10

47

合計

28

55

44

48

175

3.2 工程工程に関しては 5 つの工程（測量・現況把握，
設計・施工計画，施工・出来高管理，出来形管理・検査，維持管理・点検）と工程全体に分類し，調査を行った。
「施工・出来高管理」と「維持管理・点検」に関しての ICT 技術が多いことが分かった。

図-2
表-4

企業種別割合ICT 技術企業種別掲載件数

2016年度

2017年度

2018年度

2019年度

建設業

11

33

24

28

合計
96

割合

ソフトウェア

1

5

3

4

13

5.0%

測量機器メーカー

2

1

2

3

8

3.1%

36.6%

道路会社

0

3

0

3

6

2.3%

測量会社

1

4

2

1

8

3.1%

国・地方自治体

15

15

7

4

41

15.6%

大学

0

0

3

4

7

2.7%

研究所

0

4

4

2

10

3.8%

重機メーカー

0

1

0

1

2

0.8%

部品、材料

0

1

1

4

6

2.3%

建設コンサルタント

0

3

3

3

9

3.4%

その他

5

16

17

18

56

21.4%

合計

35

86

66

75

262

100.0%- 24 -

４．測量技術の動向
測量技術は年々進化を遂げている。建設業においてとても重要な役割を持っており，構造物の計画から完成後の調査まで幅広く用いられる。本研
究では，国土交通省が掲載している 2017 年「ICT
土工事例集」5)より，各工程においての適用技術の調査を行った。
4.1 調査内容「ICT 土工事例集」に掲載している 104 件の事例
より，起工測量と出来高計測に適用された測量技術の調査を行った。
起工測量に関しては，空中写真測量（UAV）と地
上型レーザースキャナー（TLS）の 2 つの技術が適用されていた。
出来形計測に関しては施工管理・自主管理の点で用いられている技術もあったが，起工測量と比較し，多くの計測方法が適用されていた。起工測量に適用された技術の UAV と TLS 測量の技術は，
出来形計測においては全体の約 60％で，その他の計測方法も多く適用されている結果となった。
（表-5 参照）
表-5

計測方法

起工測量

平均施工数量（m3）

出来形計測

起工測量

出来形計測

UAV

66

21

31,70738,871

TLS

40

19

32,69930,598

締固め回数管理15

39,886TS

2

19,700

GNSS

4

5,825

施工履歴データ

4

16,238

ステレオカメラ1

42,900

合計

106

５．ICT 建機の動向
施工において ICT 建機の活用は年々増加傾向にある。建設業の高齢化は深刻な問題で，法面整形などの高い技術を持つ職人は減少傾向である。
ICT 建機の活用はオペレータ歴が浅くとも，熟練の技術を持つ職人と同等レベルの施工が可能となるので，今後の建設現場において多く導入されることが推測される。
5.1 ICT 建機の導入
上記の測量技術の調査と同様に，「ICT 土工事例集」より ICT 建機の適用台数を調査した。

起工測量及び出来形計測における計測方法の比較
適用件数（回）

盛土の締固作業が含まれる工事内容については，
締固め回数管理が 15 件確認された。また，バック
ホウの爪先施工履歴データの管理も切土工に対して 4 件の実績があった。今後の出来形管理要領案の検討内容に含まれているが，施工中にデータ取得できることは，工事完了後の測量の工程を省くことが可能となり，生産性の向上につながる技術となる。
トータルステーション（TS）や GNSS による点の管理も合計 6 件確認されたが，従来の点の管理より，面での管理が主流になってくると推測され
る。

66

ー

ー

4.2 起工測量
起工測量において，平均施工数量が UAV 測量に
関 し て は 約 31,700m3 ， TLS 測 量 に 関 し て は 約
32,700m3 という結果になった。UAV と TLS を用いる施工数量の条件はあまりなかった。TLS は施工
範囲が広い場合，据替の手間があるが，UAV は気候や施工場所によって飛行が不可能なことがある
ので，UAV と TLS の平均施工数量の差異がほとん
どないと推測される。
4.3 出来形計測
出来形計測においては，すべての事例に対しての適用が確認できなかった。また，自主管理としての出来形計測も数件確認された。そのため「出来形管理要領（案）」には掲載がない計測方法も確認さ
れた。

表-6

ICT建機

ICT建機の適用台数

適用台数（台）ICTバックホウ

86

ICTブルドーザ

31

転圧管理ローラ13

表-6 より，ICT バックホウが 104 件の事例の内，86 台の適用が確認できた。また，出来形計測において締固め回数管理を行う現場も複数確認され，ICT ブルドーザ及び転圧管理ローラの適用現場も増加傾向にあると推測される。締固め回数管理に関しては，自主管理にも適用している現場も複数件確認された。
5.2 ICT バックホウの市場変遷
上記で記した通り，ICT バックホウが建設機械
市場では先行している。本調査では，ICT 建機の市場導入の傾向を調査する。
ICT バックホウは大きく別けて 2DMG（マシンガイダンス），2DMC（マシンコントロール），3DMG，
3DMC の 4 つの機能に分類される。MC は油圧の制御がかかるが，MG はオペレータの技術は必要となる。3D に関しては 3 次元設計データが必要となる。

- 25 -

施工数量に関しては大きな違いはないことが分かった。出来形計測は UAV，TLS だけではなく，転圧管理などの面管理と TS や GNSS の点管理も採用されていた。ICT 建機は重機メーカーと広域レンタル会社の間で，MC 機能と MG 機能の普及において販売・普及戦略の乖離がみられた。

図-3

ICT バックホウ 2D/3D 別出荷台数推移

図-3 は「ICT 建機市場の将来展望」6)より建設機
械メーカー主要 5 社（コマツ，住友建機，日立建機，コベルコ建機，キャタピラー）の合計出荷台数の推移である。各社とも MC 機能の ICT バックホ
ウの出荷台数が多い傾向である。

図-4

７．おわりにICT 建機の普及もあり，安全性向上や生産性向上の視点から「施工・出来形管理」の技術が増えた。
また「維持管理・点検」も高度経済成長期に建設された構造物の老朽化より，新技術の開発が進んでいる。ニーズ・シーズは建設機械関連において，オ
ペレータの人材不足や高齢化の問題が関心の高さと技術面の評価が高いと推測できる。また昨今のコロナ禍において，テレワークの推進が急増する
中，遠隔装置システムはさらに技術開発が進むと見込まれる。測量技術は出来形計測において，多様な技術が用いられており，中でも転圧締固め管理や施工履歴データといった，施工中の計測技術が求められていることが分析結果から分かる。
ICT 建
機は測量機器メーカーなどからもレトロフィットの製品の開発が進んでおり，今後も急速に拡大していくと推測できる。
建設業界も ICT 化が進み，他業種の参入が多くなってきている。建設業から他業種への人材の流出も見られる中，建設業界の人材不足は今後も問題となると予想できるが，ICT 技術の更なる発展
で生産性及び安全性の向上を期待する。
参考文献

広域レンタル会社 ICT バックホウ保有台数

1) 内閣府，Society 5.0：

図-4 は広域レンタル会社の主要 3 社（西尾レン
トオール，カナモト，レンタルのニッケン）の合計
保有台数である。レンタル市場では，建設機械メー
カーの出荷傾向とは逆に MG 機能の保有台数が多い傾向である。
この保有台数の傾向より，実際に現場で使用される機能が MG で，現状では丁張り等の工程を行い熟練のオペレータの補助の役目を果たしていると推測できる。
６．まとめ
i-Construction の動向に関しては，「施工・出来高管理」と「維持管理・点検」に関連した技術が全体の 60％以上を占めた。企業種では，その他業種の技術が年々増加傾向にある。ニーズ・シーズは，
建設機械関連および簡易型遠隔装置において，関心の高さと技術面の評価が高く，施工工程においての技術が求められていることが分かる。起工測量においては UAV と TLS の技術のみであった。

https://www8.cao.go.jp/cstp/society5_0/index.html（閲覧日：2020.6）
2) i-Construction：
https://www.mlit.go.jp/tec/i-construction/index.html（閲覧日：2020.7）
3)国土交通省，建設ロボット懇談会「提言」とりまとめについて（案），pp.3，2013.3

4) 日経クロステック，建設テック「ニュースi-Construction」：
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00107/?S
T=ch_contech（閲覧日：2020.8）
5) 国土交通省，ICT土工事例集：
https://www.mlit.go.jp/tec/tec_tk_000028.html（閲覧日：2020.7）
6) 株式会社富士経済，「ICT建機市場の将来展望」―「i-- 26 -

Construction」動向とICT建機（2D/3D）の方向性と普及拡大策―，pp.30～85，2019.12

７．斜め往復撮影による標定点不要の造成地 UAV 写真測量手法の開発
株式会社フジタ
山口大学
山口大学
１．はじめにUAV 空中写真測量は，国土交通省が推進する「iConstruction」において，広範囲を効率的に計測できる手法として広く普及している。しかし，事前に設置する標定点の測量，工事進捗による標定点更新に膨大な労力を要しており，タイムリーかつ有効に活用する上で現場実装の隘路となっていた。
近年，高精度 GNSS 測位が可能な自己定位型
UAV が低廉な価格で導入可能になり，写真測量の更なる効率化・高精度化が期待される。令和 2 年 3月改訂「空中写真測量（無人航空機）を用いた出来
形管理要領（土工編）（案）」では，SfM の利用においてカメラ位置を直接計測できる手法（自己定位UAV）を併用する場合の標定点設置は任意 1)となった。しかし，標定点を全く設置しない場合，従来から行われている鉛直直下向き撮影では，鉛直方
向に系統誤差が生じる課題があり，標定点の設定や調整点での誤差のオフセットが必須であった。
本報は，標定点を完全に省略して作業の省力化を可能にした上で，鉛直誤差を抑制して計測の高精度化を図ることのできる造成地を対象とした「斜め往復撮影」手法を開発した経緯，及び本手法の現場検証の結果について報告する。
２．標定点設置作業の省力化・削減の取り組み 2)
当社では，2017 年に簡易 UAV 測量システム「デイリードローン®」を開発した。GNSS 搭載対空標
識による標定点設置作業の省力化や独自の飛行・○ 松岡 祐仁
神野 有生
高田 雅也

解析設定により事前準備～解析までの作業時間を
従来比 1/3 となる即日測量を実現したものである。
2018 年末，高精度 GNSS 測位方式に対応する自己定位型 UAV「Phantom 4 RTK®」（以下，P4RTK と称す）を導入した。写真撮影位置の高精度測位により，SfM 時の外部標定要素推定の高精度化が期待できる。2~4ha での当社実験では以下の結果を得た。
・工事測量（起工測量，岩線・出来高計測等）
領域中央 - 標定点 1 点（計測精度±100mm）
・出来形計測領域隅部 - 標定点 4 点（計測精度±50mm）
標定点を従来に比べ大幅に削減した上で計測精度を確保できることから，標定点設置に多大な労力を要していた広大な造成土工現場や高低差の大きい現場を中心に運用を進めている。
３．多様性飛行撮影の導入
3.1 鉛直誤差発生の原因
自己定位型 UAV による標定点削減の取り組み
では，標定点の完全省略時，高い水平精度が確保できていても，鉛直方向に一律の大きな誤差が生じることがしばしば起こる。SfM では，カメラのレンズ特性や撮像面との位置関係等の幾何学構造の校正作業である内部標定が行われる。一律に生じる誤差は，完全に鉛直直下向きの画像セットのみ
では，内部標定要素の内，焦点距離に代表される奥行き方向のスケールが幾何学的に求まらず誤推定されることに起因した系統誤差 3)である（図-1）。

SfM 共線条件（投影中心-撮像面-タイポイント）の模式図（鉛直直下向き画像セットの場合）
投影中心
撮像面

f の過小評価

奥行き方向スケール【 f 】

fタイポイント（重複する写真の一致する特徴点）

誤差
本来推定すべき奥行き

共線条件を満足しても、f の伸縮が可能
誤差
水平位置：不変、鉛直位置：不定 → 鉛直誤差の原因
図-1 奥行き方向のスケール誤推定- 27 -

f の過大評価

鉛直直下向き撮影でも目標鉛直精度を得られるケースがあるが，風による急激な機体の揺れ，ジンバルの制御誤差等で撮影画像の向きに微小なばらつきが生じて奥行き方向の誤推定が抑制されていると考えられる。しかし，偶発的事象に期待することは，運用上現実的でない。このため，奥行き方向のスケールを表すパラメータを幾何学的に安定して求めて鉛直精度の改善を図るため，鉛直直下向き画像セットに別高度や斜め向き画像を加える多様性（多視点）飛行撮影に取り組むこととした。
3.2 多様性（多視点）飛行撮影 検証実験 4)
図-2 に，対象領域と検証点 14 点の配置を示す。
撮影には P4RTK（RTK-GNSS 測位）を用い，対地
高度 73m（地上画素寸法 GSD20mm/pix）から鉛直
直下向き撮影を進行方向 80%，隣接コース間 60%のオーバーラップ率で行った（基本ケース 122 枚）。
次に基本ケースとは別に多様性飛行として，以下の別高度鉛直直下向き，及び斜め向き撮影画像取得のため追加撮影を行った。
① 高度 55m（鉛直直下向き） ··············· 1 枚② 高度 73m（天底角 30°斜め向き） ····· 26 枚
C-14

いずれのケースにおいても，水平誤差は小さく
高精度の結果を得られている。しかし，基本ケースの場合，鉛直成分は全体的に約 1.1m オフセットされた結果となり系統誤差が確認できる。
ケース 1～6 の鉛直誤差は，基本ケースに別高度や斜め向き撮影画像を加えることにより，標定点の設定なしで工事測量要求精度 100mm を確保した。ただし，別高度の鉛直直下向き撮影 1 枚（ケース 1）や斜め向き画像全 26 枚（ケース 2）を加えるだけでは，出来形計測要求精度 50mm 以下にはならない。そこで SfM 解析の過程でノイズとな
り，画像間マッチング，内部標定要素の推定に悪影響を与える可能性がある領域周辺の植生が写る割合の大きな画像，抽出タイポイント数が少ない画像を段階的に除去して解析を行った。結果，ケース
4～6 では，1～3 枚と少数の多様性飛行撮影画像を加えることで鉛直誤差が 50mm 以内となった。
以上より，鉛直直下向き撮影画像セットに多様性飛行撮影画像を加えることにより，鉛直成分の誤推定を大幅に抑制する効果が得られたと考える。
一方，多様性飛行撮影画像は，単に枚数を加えるだ
けでは，十分な効果が得られない可能性があり，少数でも画像同士のマッチングに有利な画像の追加が重要であることが示唆された。

C-02
C-13
C-08

C-10
C-11
C-01

C-07

C-03
C-06
C-04

検証点

C-12

C-05
C-09

図-2 多様性飛行撮影 検証領域

3.3 検証点誤差
表-1 に基本ケース 122 枚，及び基本ケース＋多様性飛行撮影画像（①，②：ケース 1～6）を追加
して SfM 解析（Pix4D mapper 使用）を行った場合の検証点誤差の最大値（絶対値），RMS を示す。

４．斜め往復撮影
多様性飛行撮影画像追加の検証実験では，鉛直誤差の抑制効果を得ることができたが，有利な画像を取得するためには，対象領域に応じて事前検討された適切な位置，高度・角度からの撮影が必要となることが示唆された。多数の画像を撮影してSfM 解析時に有利な画像を選定する方法も考えられるが，実運用では，追加飛行，解析回数・時間を要することになり，手法としての一般化は難しい。
そこで，従来の鉛直直下向き撮影の軌跡は変えず，カメラ角度を進行方向に対して一定角に固定した斜め向き重畳画像を取得する手法（図-3，写真-1）を試行することとした。本手法であれば，隣接コース間の計測領域は 2 方向から撮影され，多様性飛行撮影による鉛直誤差抑制効果が期待できる。

表-1 多様性飛行撮影画像追加時の検証点誤差
ケース

基本＋追加(枚数)①鉛直 ②30°

X誤差(m)

Y誤差(m)

Z誤差(m)

最大

RMS

最大

RMS

最大

RMS

基本

-

-

0.021

0.009

0.017

0.008

1.127

1.097

1

1

-

0.034

0.012

0.019

0.008

0.052

0.028

2

-

26

0.037

0.013

0.015

0.008

0.079

0.060

3

-

6

0.035

0.012

0.018

0.008

0.083

0.065

4

-

3

0.037

0.013

0.020

0.008

0.046

0.031

5

-

1

0.035

0.012

0.018

0.008

0.024

0.011

6

1

1

0.037

0.012

0.018

0.008

0.025

0.011

- 28 -

図-3 斜め往復撮影 飛行経路・軌跡

鉛直直下撮影（従来）高度 36m，天底角 0°では，鉛直 RMS 誤差が 22mmとなった。しかし，前項で述べたとおり，何らかの要因により鉛直直下向きではない画像が混入して鉛直誤差が抑制されたことが要因として推測され，偶発的で再現性の難しい結果と考える。

斜め往復撮影表-2 検証点誤差（ラップ率 80×60%）

写真-1 斜め往復撮影 カメラ角度
高度73m

4.1 斜め往復撮影 飛行実験
図-4 に飛行実験対象領域と検証点 9 点の配置を示す。対象領域は，一部植生が分布しているものの大半は裸地の造成地である。撮影には P4RTK（RTK-GNSS 測位）を用い，以下の組み合わせで計 30 ケースの飛行実験を実施した。
・対地高度…73, 55, 36m（3 種類）
・撮影角度…天底角 0, 10, 20, 30, 40°（5 種類）
・ラップ率…80%×60%, 80%×75%（2 種類）

天底角
（°）

C-04

C-08
C-05

C-02

最大

RMS

最大

RMS

0.016

0.009

0.034

0.022

0.072

0.046

0.017

0.012

0.027

0.021

0.062

0.046

20

0.029

0.020

0.024

0.017

0.028

0.016

30

0.020

0.011

0.028

0.017

0.014

0.008

40

0.013

0.008

0.024

0.015

0.017

0.012

0

0.030

0.021

0.034

0.023

0.077

0.060

10

0.026

0.017

0.027

0.017

0.040

0.028

20

0.019

0.011

0.026

0.018

0.029

0.018

30

0.017

0.011

0.020

0.013

0.044

0.034

40

0.023

0.012

0.026

0.018

0.041

0.035

0

0.018

0.011

0.029

0.021

0.055

0.047

10

0.018

0.013

0.027

0.021

0.021

0.013

20

0.019

0.012

0.028

0.019

0.014

0.008

30

0.012

0.007

0.025

0.018

0.032

0.020

40

0.017

0.010

0.025

0.020

0.032

0.019

表-3 検証点誤差（ラップ率 80×75%）

C-09
検証点

RMS

Z誤差(m)

0

高度36m

C-01

最大

Y誤差(m)

10

高度55m

C-07

X誤差(m)

C-06

高度73m

C-03

天底角

Y誤差(m)

Z誤差(m)

最大

RMS

最大

RMS

最大

RMS

0

0.023

0.014

0.033

0.024

0.633

0.624

10

0.031

0.019

0.025

0.016

0.048

0.043

20

0.026

0.019

0.023

0.015

0.014

0.007

30

0.030

0.021

0.028

0.017

0.025

0.017

40

0.028

0.019

0.023

0.017

0.037

0.031

図-4 斜め往復撮影 検証領域

4.2 検証点誤差
表-2 にラップ率 80×60%設定時の鉛直直下向き
撮影（天底角 0°），及び斜め往復撮影（天底角 10～40°）において，飛行高度を変化させた時の検証
点誤差の最大値（絶対値），RMS を示す。いずれのケースも天底角 0°の場合，50mm 以上の鉛直誤差が生じている。高度 73m，天底角 10°ケースで最大 62mm の鉛直誤差が生じているが，それ以外のケースも含め，斜め往復撮影では鉛直精度の改善が確認できる。
表-3 にラップ率 80×75%にした場合の検証点誤差の最大値（絶対値），RMS を示す。隣接コース間の重複を大きくすることで画像間のマッチングに有利になると考えられるため実験項目として実施
したが，今回の実験ではラップ率 80×60%と比較
して位置精度への大きな影響は見られなかった。

X誤差(m)

（°）

高度55m
0

0.024

0.017

0.025

0.018

0.099

0.082

10

0.022

0.016

0.026

0.018

0.037

0.024

20

0.035

0.025

0.024

0.016

0.032

0.023

30

0.025

0.016

0.027

0.018

0.040

0.035

40

0.028

0.020

0.023

0.017

0.041

0.035

0

0.031

0.020

0.027

0.018

0.028

0.022

10

0.029

0.018

0.027

0.018

0.034

0.022

20

0.026

0.016

0.024

0.015

0.038

0.028

30

0.029

0.021

0.028

0.018

0.040

0.036

40

0.023

0.016

0.025

0.018

0.033

0.029

高度36m

- 29 -

表-4 各ケースの焦点距離 f 標準偏差（pixel）
天底角（°）

ラップ率80×60%

ラップ率80×75％
高度 (m)

73

55

36.5

73

55

36.5

0

6.552

4.649

2.028

4.611

3.894

3.039

10

0.510

0.433

0.467

0.413

0.513

0.511

20

0.182

0.155

0.180

0.137

0.181

0.240

30

0.104

0.084

0.108

0.082

0.099

0.129

40

0.067

0.059

0.079

0.062

0.077

0.128

4.3 焦点距離 標準偏差
表-4 に，全 30 ケースの SfM 解析により推定された奥行き方向のスケールを表す主要パラメータのひとつである焦点距離 f（focal length）の標準偏差を示す。値が大きいほど焦点距離 f の推定において不確実性が増すが，鉛直直下向き撮影（天底角0°）では，鉛直誤差 50mm 以内のケースも含め数画素程度の大きな値となった。斜め往復撮影では，全てのケースで 1/2 画素程度以下となり，天底角の増加に比例して焦点距離 f の推定が安定的になり，本手法の導入効果が顕著に表れたといえる。
一方，鉛直誤差と焦点距離 f の標準偏差の関係
は完全に比例していない。斜め往復撮影は，天底角が大きくなるほど鉛直方向の情報が多くなり，奥行き方向のスケール推定に有利になると考えられる。半面，撮影画像の地上投影形状が進行方向に広がる台形となり，画像前方ほど画素当たりの密度が小さくなり，特徴点の形状自体も変形することから，画像間のマッチングに不利になると考えられる。このトレードオフの関係が，天底角の大きさと鉛直精度が比例しない可能性のひとつと考えられるが，今後の検証項目としたい。
今回の対象領域では，検証した各高度において天底角 20°以上の斜め往復撮影であれば，鉛直精
度 50mm の安定的な確保が確認できた。

50mm の計測が標定点不要で達成可能である。
標定点が不要となり飛行撮影前の準備工程が大幅に軽減されることは，運用上大きなメリットである。この特徴を活かして，人の立ち入りが困難な場所での測量，例えば近年頻発する災害発生時の初動調査への展開が期待できる。
一方，本手法では，これまで標定点や調整点に依存していた位置精度の確保が，撮影画像の情報のみとなる。裸地が多くを占める造成地では良好な位置精度を得ているが，計測対象の植生被覆などの地表面状況，撮影画像の質等の状況に大きく依存することに留意が必要である。これまでの蓄積
データの検証では，従来標準設定で行われることの多かった SfM 解析において，解析設定の変更が精度に大きく影響 4)することが明らかになっている。計測対象の状況に大きく依存する本手法が，より安定して精度を確保するために適した解析設定
について継続して詳細検討を行う予定である。
現在，本手法は，主に造成現場での着工前等の現
況測量，土量変化率の把握による土配計画での運用，及び検証実験により，事例を蓄積しているところである。今後は，斜め向き撮影で光軸が傾くことによる飛行高度と GSD，ラップ率の関係を明確にして ICT 基準類との整合性を図ることや，カメラ角度等撮影条件の最適化を行い，現場の生産性向上に資する技術として発展させていく所存である。

多様性飛行（斜め往復撮影）

従来飛行（鉛直直下向き撮影）

斜め往復撮影で
高さ誤差抑制推定地形の歪み
鉛直方向の誤推定

標定点

図-5 斜め往復撮影手法 概念図

５．おわりに「斜め往復撮影」は，自己定位型 UAV による外部標定要素推定の高精度化と併せて，斜め向き重
畳画像セットにより内部標定要素の内，奥行き方
向のスケールを高精度に推定し，標定点を不要とした造成地等の土工を対象とする空中写真測量手法である。その特徴を以下に示す。
① 従来の鉛直直下向き撮影の飛行経路はそのま
まにカメラを進行方向に傾けることで，多様性飛行撮影画像セットを取得できる。
② 斜め往復撮影画像セットの SfM 解析により，鉛直方向の誤推定が大幅に抑制できる。
③ 従来の鉛直直下向き撮影での GSD20mm/pixelに相当する高度からの斜め往復撮影でも，iConstruction の出来形計測要求精度に相当する

参考文献
1) 国土交通省：空中写真測量（無人航空機）を用いた出来
形管理要領（土工編）（案），p35，20202) 松岡祐仁・野末晃・上原広行：切盛土の日々の出来高管理に簡易UAV測量を適用，日本建設機械施工協会 令和
元年度建設施工と建設機械シンポジウム，20193) 神野有生・宮﨑真弘・八田滉平・福元和真：UAV写真測量のSfMにおける斜め撮影の導入に関する基礎的シミュレーション，日本写真測量学会 平成30年度秋季学術講演会，2018.
4) 高田雅也・水津佑輔・松岡祐仁・野末晃・神野有生：造- 30 -

成地のGCP不使用型UAV写真測量のSfM段階における撮影方法・解析設定の影響，日本写真測量学会 令和2年
度年次学術講演会，2020

８．RTK-GNSS 搭載型 UAV を用いた
空中写真測量における標定点数削減に関する検討
国土技術政策総合研究所
国土技術政策総合研究所
国土技術政策総合研究所

１．はじめに国土交通省では「ICT の全面的な活用」等の施策
を建設現場に導入することによって，建設生産シ
ステム全体の生産性向上を図り、魅力ある建設現場を目指す取り組みである i-Construction を平成
28 年度より進めており，必要となる出来型管理・監督・検査等の要領および基準類の整備を行っている（図-1）．
整備を行うにあたり，公共工事の工種は多種にわたること，また ICT の進歩が速いことから，令和元年度より ICT を活用する立場にある関係業団
体から，① 新たな ICT を活用する提案② 既存 ICT の活用対象を広げる提案③ 既存基準類の改定（カイゼン）の 3 点を対象とした提案（以下民間提案とする）
を募集し，本年度は 22 件の提案・要望を受け付けた（図-2）．
本報では，民間提案の中から土工における無人航空機（以下 UAV とする）を用いた空中写真測量の標定点設置に対する提案・要望を対象とし，それに関連した検証実験について述べる．

図-1○ 木村 圭佑
山下 尚
小塚 清

２．研究目的
空中写真測量を実施するには，測量対象の内外に標定点と検証点を設置する必要がある．標定点
は写真測量により得られた 3 次元データに座標を付与するために用いる点で，検証点は 3 次元デー
タに付与した座標の精度を確認するために用いる点である．標定点や検証点は計測器精度の関係か
ら現在の要領では，中心座標をトータルステーション（以下 TS とする）等により測量する必要がある．その設置数は測量範囲の大きさに比例して増加し，それに伴って測量に関する作業時間は増加する．このことから標定点や検証点の測量作業は現場作業の省力化についての課題となっている．
そのため，標定点数を削減することで作業時間を軽減させる技術開発が行われており，例えばプリズムを取り付けた UAV を TS で追尾しカメラ位置を正確に測量することで，標定点なしで所定の精度（検証点誤差が±0.05m 以内）を確保できる技術が登場した．この技術は，カメラ位置を直接計測できる手法として標定点の設置が不要とすることができると出来形管理要領で規定している．その後，RTK（リアルタイムキネマティック法）-GNSS 等
を用いて，カメラ位置を高精度に得られる UAV が登場し，このたびこの技術を用いることで標定点不要とすることは出来ないが削減することができるという民間提案をいただいた．

図-2

i-Construction基準類の整備状況- 31 -

基準類民間提案のフロー

表-1

RTK-GNSS 搭載型 UAV で使用できる測位技術
ネットワーク型

RTK 方式

PPK 方式RTK 方式

既知点設置の基準局による補正

電子基準点からの補正情報を通UAV で取得した位置座標とタイ

情報で座標を決定する

信回線により取得する RTK

ムスタンプから、後処理で電子

説明

基準点の補正情報により座標を求める
通信回線不要

基地局不要

基地局不要

長所

短所

通信回線不要基地局必要

携帯回線が使えないと使用不可

後処理なので撮影時に良い結果

既知座標上に設置

月額料金必要が得られるか不明

表-2

検証条件

使用 UAV

DJI Phantom4 RTK

撮影高度および36.5m（0.01m/画素）

地上画素寸法73m（0.02m/画素）

直接計測する
手法

GNSS 単独測位①

カメラ位置を

②
③

④
①

標定点

RTK-GNSS

ネットワーク RTK-GNSS
PPK-GNSS

従来手法（5 点）②

四隅（4 点）③

中央（1 点）④なし

写真の進行方向 90%，隣接コース間

ラップ率

60%

SfM
ソフトウェア
検証方法

Pix4D Mapper
検証点（8 点）中心座標の較差

本報は，RTK-GNSS 搭載型 UAV を用いた空中写
真測量に関して，民間提案で提供されたデータを基に，この技術が土工の出来形管理に使える技術であるかどうか検証を行い，その結果を示すもの
である．
３．研究方法
本報では，RTK-GNSS 搭載型 UAV を用いて検証実験を実施した．研究に用いた UAV では RTKGNSS 方式以外にも，ネットワーク型 RTK-GNSS
方式（VRS 方式）や，PPK-GNSS（後処理キネマティック）方式も実施可能である（表-1）．これらの測位技術は現場条件に応じて使い分けることで利便性が向上すると考えられるため，全ての方式で検証を行うこととした．
検証条件を表-2 で示す．地上画素寸法は 0.01m/
画素と 0.02m/画素の 2 パターンで，それに応じた

図-3標定点と検証点の配置

飛行高度を設定する．写真のラップ率は進行方
向 90%，隣接コース間を 60%である．標定点および検証点は図-3 で示す配置とし，中心座標の測量
は TS を用いて実施した．また，標定点数と検証点
誤差の関係を求めるために，使用する標定点数を 0点，1 点（中央），4 点（四隅），5 点と変えてそれぞれ解析を行った．
検証方法は，TS で測定した座標を真値とし，SfM（Structure from Motion）解析で得られた検証点中
心座標との較差を測量誤差とし，この大きさが出
来形管理要領に規定している±0.05m 以内であるかを確認することで行った．なお機体個体差による影響を防ぐために，カメラ位置を直接計測する
手法毎に，同型別機体を用いて 2 回ずつ撮影を実施した．

- 32 -

1
0
-1
-2
-3
-4
-5

検証点の誤差（ｍ）

図-4

GNSS

RTK

VRS

PPK

標定点0点の場合の誤差（0.01m/画素）

0.2
0.15
0.1
0.05
0
-0.05
-0.1
-0.15
-0.2

図-6

0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
-0.6

GNSS

0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
-0.01
-0.02
-0.03
-0.04
-0.05

RTK

VRS

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1

図-5

検証点の誤差（ｍ）

検証点の誤差（m）

2

範囲内を満たしていることがわかる．また，これら 3 つの方式では，地上画素寸法が 0.02m/画素の場合においても同様に所定の精度を確保できることが確認できた．
GNSS 単独測位については，標定点数が増加することで検証点の誤差が減少するが，いずれの場合においても所定の精度（±0.05m）を確保できていないという結果が得られた．これは，従来手法では UAV から取得した GNSS 測位による座標を用いず，標定点の座標を用いて SfM 解析により得られた 3 次元点群データに座標を与えるからであると考えられる．また，RTK・VRS・PPK については標定点数の増加と検証点の誤差に関連は見られなかった．
図-8 および図-9 はそれぞれ地上画素寸法が0.01m と 0.02m で，RTK・VRS・PPK 方式における，標定点を中央 1 点とした場合での標定点と検証点の平面距離と検証点の Z 方向の誤差の関係を示したものである．
図から平面距離と Z 方向の誤差に相関関係が見られず，誤差は標定点と検証点の直線距離に依存しないと考えられることから，標定点を 1 点とする場合において，設置する位置は検証対象エリアの中央でなくても良いことが示唆される．

検証点の誤差（ｍ）

４．研究結果検証の結果を以下に示す．XY 軸方向（平面方向）の測量誤差については全ての計測パターンにおいて，出来形管理要領で規定している±0.05m 以
内に収まっていたため，Z 軸方向（高さ方向）について述べることとする．
図-4 から図-7 は，それぞれ標定点を 0 点，1 点（中央），4 点（四隅），5 点（従来手法）設置した場合における，各カメラ位置を直接計測する手法
で，地上画素寸法 0.01m/画素の場合の測量誤差の最大値・最小値（白箱部の上下）および測量誤差の平均（μ）と標準偏差（σ）から求めたμ±3σ（上下のヒゲ部）を示したものである．測量誤差
が正規分布に従うと仮定するならば，その分布はμ±3σの間に 99.7%が収まる．
地上画素寸法が 0.01m/画素で，標定点が 0 点（無し）の場合，いずれのカメラ位置を直接計測する手法においても，測量誤差の最大値・最小値およびμ±3σが±0.05m を満たしておらず，所定の精度を確保できないことがわかる．地上画素寸法
0.02m/画素，標定点無しの場合は，さらに条件が悪くなるため，同様に精度を確保できていない．
標定点が１～5 点の場合，RTK・VRS・PPK 方式
では，最大値・最小値およびμ±3σが±0.05m のPPK

標定点 4 点の場合の誤差（0.01m/画素）

RTK

VRS

PPK

標定点 1 点の場合の誤差（0.01m/画素）

0.2
0.15
0.1
0.05
0
-0.05
-0.1
-0.15
-0.2

図-7

- 33 -

GNSS

0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
-0.01
-0.02
-0.03
-0.04
-0.05

GNSS

0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
-0.01
-0.02
-0.03
-0.04
-0.05

RTK

VRS

PPK

標定点 5 点の場合の誤差（0.01m/画素）

RTK-1

RTK-2

0.03

0.015

VRS-1

VRS-2

0.02

PPK-1

PPK-2

0.01
0.005
0

-0.005-0.01-0.015

検証点の誤差（ｍ）

検証点の誤差（m）

0.02

-0.02
-0.025

0.01
0
-0.01
-0.02

RTK-1

RTK-2

-0.03

VRS-1

VRS-2

PPK-1

PPK-2

55

65

-0.04
15

25

35

45

55

65

15

35

45

標定点からの水平距離（ｍ）

標定点からの水平距離（ｍ）
図-825

カメラ位置を直接計測する手法ごとの図-9標定点-検証点間距離と測定誤差（0.01m/画素）

カメラ位置を直接計測する手法ごとの標定点-検証点間距離と測定誤差（0.02m/画素）

５．結論
検証結果から，RTK-GNSS搭載型UAVを用いた，
RTK・ネットワーク型RTK(VRS)・PPKの各手法を用いたカメラ位置を直接計測する技術を用いた場
合，標定点なしの時では，出来形管理要領に規定されている検証点精度を確保することができない
が，1点以上設置すれば精度を確保できることが確認できた．
また，現行の要領では出来形計測において地上画素寸法0.01mを満足する条件を付していたが，カメラ位置を直接計測する手法を用いることで地上画素寸法0.02mとした場合でも所定の精度を確保できることが結果として得られた．
加えて，検証点の誤差は，標定点と検証点間の距離に依存しないことが示唆された．これは，RTK-GNSS等を用いてカメラ位置を直接計測した
場合，XY軸方向の計測精度は高いがZ軸方向（高さ方向）は低いため，標定点を用いて高さ方向の座標を合わせていると考えられる．そのため，標定点の設置位置とXY軸方向の計測精度には関連がみられなかったと推測される．

今回の検証では，標定点を1点とした場合について，その設置位置が測量対象の中央の場合にのみ，標定点と検証点間の距離とその測定誤差について検証を実施したが，他の4点のうち1点を標定点として使用した場合での精度検証を追加で実施する
ことで，標定点の配置場所の制約条件等を調査することができると考えられる．
本報ではRTK-GNSS搭載型UAVを用いて検証を行った．今後は，本検証結果の妥当性を検討するために，現行の要領で使用可能と記載されている
TS追尾型UAVを用いて，今回の検証と同条件で追加検証を行い，その結果の比較・検討の実施を予定している．
参考文献
1)

空中写真測量（無人航空機）を用いた出来形管理要領
（土工編）
（案）
，2019

2)

UAVを用いた公共測量マニュアル（案）
，2017

3)

第11回

- 34 -ICT導入協議会資料，2020

９．土工の出来高算出における動画を使う写真測量の精度確認手法と撮影条件
国土交通省国土技術政策総合研究所
国土交通省国土技術政策総合研究所
国立研究開発法人土木研究所

１．背景と目的
1.1 出来高部分払方式への ICT 活用
我が国では、公共工事代金の支払方法として前金払および完成払の 2 回払、もしくは前金払、中間前金払、完成払の 3 回払が一般的である。前金
払は工事契約締結直後に請負代金額のうち最大40%を支払うものであり、中間前金払は出来高および工期が半分をこえた後に請負代金額の最大20%を支払うものである。
このような支払方式においては、工期の後半や増額変更の際に、請負業者が工事資金調達による金利負担を負ったり、下請業者への支払が遅れた
りする可能性がある 1)。
そこで、国土交通省では 3 ヶ月に 1 回程度の頻度で出来高に応じて工事代金の部分払を行う出来
高部分払方式を実施している。これにより、請負業者の財務状況の改善や、下請業者への工事代金の支払の迅速化といった効果が得られることが報告されている 2)。
このような状況を受け、国土交通省では ICT を用いた出来形管理要領において、レーザスキャナ
や UAV 写真測量といった技術を、出来高部分払方
式における出来高計測にも使用することができる
ように定めている 3)4)。このように出来高部分払方
式における出来高計測に使用可能な技術の選択肢を増やすことで、請負業者が出来高部分払方式を使用しやすくなることが期待される。
請負業者が出来高部分払方式をさらに使用しやすい環境を構築するためには、より多くの技術を
出来高部分払方式における出来高計測に使用することができるように、要領を整備していくことが望ましい。
1.2 動画を使う写真測量による出来高計測
本研究が実施された令和元年当時、開発が進んでいた一方で、要領が策定されていなかった技術の一つとして、動画を使う写真測量による出来高算出が挙げられる。

○ 金森 宗一郎
小塚 清
森川 博邦

この技術の原理を以下に記す。まず、人が盛土な
どの計測対象の周りを歩行しながらスマホやデジカメで動画撮影を行う（図-１）。このとき、スマホ
やデジカメには GNSS アンテナを取付け（図-２）
時間と位置を記録する。得られた動画から写真を切り出し、SfM という技術により点群データを取得する。得られた点群データと起工面データを使用し、出来高を算出する。
レーザスキャナや UAV 写真測量が広範囲の計測を短時間で行えるが高価な機器が必要になるという特徴を持つ一方で、本技術は広範囲の計測には向かないが安価な機器のみで計測を行えるという特徴を持つ。
動画を使う写真測量による出来高算出の要領が策定されていない理由は以下の 3 点が挙げられる。
・必要な精度を得るための計測条件を、要領において厳密に規定する必要があるか不明であること。
・動画を使う写真測量による出来高算出を行うある製品の精度確認において、レーザスキャナやUAV 写真測量で用いられている基準値を適用可
能か不明であること。
・本技術を使用することで生産性が向上する効果が得られるか不明であること。
1.3 本研究の目的
以上のことから、本研究では、動画を使う写真
測量による出来高算出について、以下の 3 点を達成することを目的とした。
・必要な精度を得るための計測条件を厳密に規定することの要否を明らかにすること。
・レーザスキャナや UAV 写真測量での出来高計測で用いられている基準値を適用可能か確かめること。
・従来法と比較して生産性が向上するか明らかにすること。
上記を達成する方法として、実機を用いた現場検証を行った。

- 35 -

ⅲ図-１のように、計測対象の盛土を徒歩で一周しながら GNSS つきスマートフォンで盛土の法面を動画撮影する。
ⅳ得られた動画から写真を切り出し、SfM により
点群データを作成する。この際、同じ写真を使い、以下の 3 条件でそれぞれ点群データを作成する。
・標定点すべて（25 m 間隔）を使用する。
・標定点の半分（50 m 間隔）を使用する。
・標定点の 4 分の 1（100 m 間隔）を使用する。
ⅴ得られた出来形面データと起工面データから出来高を算出する。

図-１ 盛土撮影の概略図

3 条件の計測結果についてそれぞれ以下の２点を満たすか調べた。
①SfM で得られた点群における検証点座標の計測
値と真値との較差が、既存の技術において定められた値（x, y, z 方向の較差がそれぞれ 200 mm
以下 3)4)）を下回っていること。
②SfM で得られた点群から作成した出来形面デー
タより算出した出来高が、真値±10%に収まっていること。
①における検証点座標の真値としてはトータルス
テーション（以下 TS）で計測した値を用いた。②における出来高の真値としてはレーザスキャナで
図-２ GNSS アンテナを取り付けた撮影用スマー
計測して得られた出来形面データより算出した値トフォンを用いた。これらの技術は比較的高精度で座標の２．検証方法
計測が行えることから、真値に十分近いと仮定で2.1 計測条件と基準値の検討きると考えたためである。
写真測量においては、測量精度を確保するため
また、②において基準を真値±10%としたのは以に座標が既知である点を撮影範囲内に設置し、測 下のような理由による。出来高部分払方式では計量の基準とすることが多い。設置された点は標定 測した出来高の 9 割分の工事代金を支払うことと点と検証点に分けられる。標定点は、写真測量の座 されている。よって、算出した出来高が真値±10%
標計測において基準とするための点である。一方、 に収まっていれば、実際の出来高分を超える工事
検証点は座標計測においては使用されず、計測後 代金を支払うといった事態を防ぐことができる。
に計測誤差を評価するために使用される。
標定点は数が多いほど測量精度が上がることが 2.2 作業に要する時間の検討期待できるが、設置時に TS 等で座標を計測する必従来法による出来高算出と、本技術を用いた出要があり手間がかかる。そのため、出来高部分払方 来高算出に要する時間を比較した。
式に必要とされる出来高計測の精度を満足するた従来法として、巻き尺及びトータルステーショ
めに設置しなければならない標定点の数を明らか ンによる計測により盛土の図面を作成し、幾何的にすることは、作業量を最小限に抑えつつ求めら に土量算出を行った。
れる精度を確保するために重要である。
なお、2.に記した実験の全ては日本建設機械施工
必要な標定点の数を明らかにするために、以下の手順で標定点の数を変えて SfM および出来高算 協会に業務委託して行った。
出を行った。
＜測定手順＞
ⅰ盛土施工前の起工面データを作成する。
ⅱ図-１のように、計測対象の盛土の法面に標定点と検証点を設置し、TS で座標を計測する。隣り合う標定点の間隔は 25 m とする。

３．結果と考察3.1 標定点間隔と検証点座標の計測誤差の関係
標定点間隔を 25 m または 50 m とした場合、SfM
によって点群データを得ることができた。一方で、標定点間隔を 100 m とした場合、SfM によって点群データを生成することができなかった。

- 36 -

表-１ 動画を使う写真測量で計測した検証点座標と真値（TS で計測した検証点座標）の較差
（東を x 軸正方向、北を y 軸正方向、鉛直上向きを z 軸正方向とする。較差が 200 mm 以下であれ
ば、既存の技術で出来高部分払方式の出来高計測を行う際に必要とされる計測精度を満たす。）
検証点 1

検証点 2

検証点 3

標定点間隔 [m]Δx [mm]Δy [mm]Δz [mm]Δx [mm]Δy [mm]Δz [mm]Δx [mm]Δy [mm]Δz[mm]

25

37

25

-19

86

8

15

-34

-25

25

25

-2

-15

2

-28

12

-1

29

-16

4

25

-39

-22

-4

-39

41

1

-9

6

4

50

-22

-48

-31

-20

15

112

-57

-3

58

これは標定点の数が足りず、座標を算出する条件が不足したものと考えられる。
表 1 に標定点間隔を 25 m または 50 m としたときの SfM で算出した検証点座標と、TS で計測した検証点座標の較差を示す。全ての検証点の全ての方向の較差が 200 mm を下回っており、レーザス
キャナや UAV 写真測量で出来高部分払方式の出来高計測を行う際に必要とされる計測精度を満たしている。
以上の結果から、動画を使う写真測量において、
点群データを生成可能であれば、標定点間隔によらず既存の技術で出来高部分払方式の出来高計測を行う際に必要とされる精度を満たすことができることが分かった。
3.2 出来高の計測誤差
動画を使う写真測量による出来高計測で算出した土量と、レーザスキャナによる出来高計測で算出した土量の比較を表 2 に示す。なお、写真測量からの算出には 3.1 において生成に成功した点群
データを使用したものであり、従って、検証点座標の測定誤差が 200 mm を下回っているものである。
写真測量の場合はレーザスキャナと比較して3.8%多い値が得られた。これは、2.1 で設定した真値±10%という基準を満たす値である。
以上の結果は、写真測量で算出した検証点座標と、TS で計測した検証点座標の較差が 200 mm を下回っていれば、真値±10%の精度で出来高の算出が可能であることを示唆する。
3.3 出来高の計測精度を確保できる盛土高さ
写真測量の座標計測誤差の大きさは、計測地点の座標の値に追随して変化するものではなく、常に一定の範囲の値で与えられると考えることができる。従って、盛土の高さが低くなるほど座標計測
誤差は相対的に大きくなり、出来高算出の相対誤差も大きくなることが予想される。
そこで、真値±10%の精度を確保できる最低限の盛土高さについて検討を行った。
メッシュ法を使用する場合、土量の真値 VT と土

表-2 動画を使う写真測量で算出した土量とレーザスキャナで算出した土量の比較
土量

[m3]

割合(対レーザスキャナ)

写真測量

レーザスキャナ(真値)6000.05790.1103.8%

100%

量の計測値 VM は式 (1) のように表すことができる。ただし、hTi はあるメッシュにおける出来形の起工面からの高さの真値、hEi はあるメッシュにおける出来形の起工面からの高さの計測誤差、Si はあるメッシュの鉛直方向の投影面積をそれぞれ表す。
𝑛𝑛

𝑉𝑉𝑇𝑇 = � ℎ 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑆𝑆𝑖𝑖 ,𝑖𝑖

𝑛𝑛

𝑉𝑉𝑀𝑀 = �(ℎ 𝑇𝑇𝑇𝑇 + ℎ𝐸𝐸𝐸𝐸 )𝑆𝑆𝑖𝑖

(1)

𝑖𝑖

Si が全てのメッシュにおいて一定であると仮定す
ると、算出した土量の相対誤差 εR は式 (2) のように表すことができる。
𝜀𝜀𝑅𝑅 =

���
𝑉𝑉𝑀𝑀 − 𝑉𝑉𝑇𝑇
𝑛𝑛𝑛𝑛 ∑𝑛𝑛𝑖𝑖 ℎ𝐸𝐸𝐸𝐸
ℎ𝐸𝐸
=
=
𝑛𝑛
���
𝑉𝑉𝑇𝑇
𝑛𝑛𝑛𝑛 ∑𝑖𝑖 ℎ 𝑇𝑇𝑇𝑇ℎ 𝑇𝑇

���𝑇𝑇 =
(ℎ

𝑛𝑛

𝑛𝑛

𝑖𝑖

𝑖𝑖

1
1
� ℎ 𝑇𝑇𝑇𝑇 , ���ℎ𝐸𝐸 = � ℎ𝐸𝐸𝐸𝐸 )
𝑛𝑛
𝑛𝑛

(2)

すなわち、算出した土量の相対誤差は、z 軸座標計
測誤差の平均値を真の起工面から出来形までの高さの平均値で除した値に等しい。
ところで、表１に示す z 軸方向の計測誤差から99%信頼区間を算出すると、14±34 [mm]である。
これは、動画を使う写真測量で任意の回数だけ座標計測をしたとき、それらの計測誤差の平均値が99%の確率で 14±34 [mm]に収まると言うことを示している。
ここで、z 軸座標計測誤差の平均値を算出した
99%信頼区間における最大値 48 [mm]とおくと、相���𝑇𝑇 の最小値は式
対誤差 εR が 10%未満となるようなℎ(2) より 480 [mm]と求められる。
この結果は、動画を使う写真測量を用いる場合、盛土の平均高さが 480 [mm]を越えていれば、真値- 37 -

±10%の精度での土量算出が行える確率が 99%を越えるということを示す。ほとんど全ての盛土は 1~ 10 [m]オーダの平均高さを有するため、本技術は平均高さ１メートル以上の盛土の土量算出に十分有効であると考えられる。

での出来高計測で用いられている基準値を適用可能であること・従来法と比較して計測の所要時間が半分以下になる場合があること。
また、一般的に見られるどんな高さの盛土に対しても有効であることを統計的に示した。
3.4 計測条件の規定および基準値の提案
ただし、本研究は可能なあらゆる動画を使う写3.1 の結果より、点群データを生成可能であれば、 真測量システムについて検証したものではない。
その点群データは既存の技術において定められて また、あらゆる現場において検証を行ったものでいる計測誤差 200 mm 以下を満たす精度での座標 もない。したがって、ここで得られた結論が異なる計測が可能であることが分かった。また、3.2 の結 構成の動画を使う写真測量システムや、異なる特果より、計測誤差 200 mm 以下を満たす精度で得 性を持つ現場に適用可能か検討することは、今後られた点群データを使用すれば、真値±10%以内の の課題である。
精度で出来高算出が可能であることが分かった。
また、今後、動画を使う写真測量の座標計測精度
これらのことから、十分な精度で出来高算出を が向上すれば、出来高計測だけでなく出来形管理行えるための条件は、点群データが生成できてい にも使用できるようになる可能性がある。その際ること、および計測誤差 200 mm 以下であること には、出来形管理に必要な精度を満たすための計の２点である可能性がある。そうであれば、標定点 測条件の既定の要否や、精度確認手法について検の数などの撮影条件を要領において厳密に規定す 討を行っていくことが必要である。
る必要は無く、検証点を用いた精度確認のみを行うように定めるべきである。また、精度確認においては、既存の技術と同様、3 軸全てにおいて計測誤差 200 mm 以下であることを確認するべきである。
ただし、本研究においては、標定点を設置していない場合の検討は行っていないため、標定点を設
置せずに点群データを作成できた場合に、十分な精度で出来高計測を行えることを直接的に支持する根拠はない。
3.5 作業に要する時間
図-３に巻き尺及び TS を使う従来法による出来
高計測に要した時間と、動画を使う出来高計測に 図-３ 動画を使う出来高計測に要した時間と、要した時間を比較するグラフを示す。
巻き尺及びTSを使う従来法による出来高
従来法では 90 分を要する一方で、動画による写計測に要した時間の比較
真測量では 35 分を要した。従来法と比べて半分以下の所要時間で計測を行える事が分かった。特に、謝辞
計測に要する時間が著しく短縮された。
本研究の現場検証は日立建機株式会社の協力のもと、円この結果から、動画を使う写真測量による出来 山川鶴岡地区河道掘削工事現場で、同社所有の機器を用い高計測を使うことは生産性向上に有効であると言 て実施した。記して謝意を示す。
える。
４．結言
動画を使う写真測量による出来高計測について、実機を用いた現場検証を行った。その結果、以下のことを明らかにした。
・撮影条件を厳密に規定せずとも、検証点を用いた精度確認を行えば、十分な精度で出来高算出を行うことが可能であること。ただし、標定点の不要であるかについては更なる検討を必要とする。
・精度確認では、レーザスキャナやUAV写真測量

参考文献
1) 国土交通省国土技術政策総合研究所：出来高部分払方式
検討報告書, 2002
2) 溝口

宏樹：我が国における出来高部分払方式の試行を通じた効果・課題と改善策に関する考察，建設マネジ
メント研究論文集，Vol11，pp.1～13, 2004
3) 国土交通省：空中写真測量（無人航空機）を用いた出来
形管理要領（土工編）（案）, 2020
4) 国土交通省：地上型レーザースキャナーを用いた出来形- 38 -

管理要領（土工編）（案）, 2020

10．見える化技術を活用した建設現場の新たな取組み
新名神枚方工事における「建設現場の見える化」技術の導入実績

鹿島建設株式会社

１．はじめに近年，建設業の働き手は減少の一途を辿っており，深刻な人手不足に陥っている。建設業界では，担い手の確保・育成に向け，働き方改革を進めるとともに，IoT 技術を積極的に取り入れた生産性の向上が求められている。こうしたなか，当社では 2018
年 8 月に「鹿島スマート生産ビジョン」を策定し，建設現場の生産性向上に取組んできた。
これを受け，新名神枚方工事では「建設現場の見える化プロジェクト」として技術の更なる高度化を目指し，様々な IoT 技術を導入した生産性向上と安全管理活動を進めている。また，新たな取組み
として，「バイタルセンサを活用した熱中症予防管理」の試行に取り組んでいる。本稿では，その概要と実績について報告する。
２．見える化プロジェクトについて
2.1 プロジェクトのコンセプト
見える化プロジェクトでは，建設現場の工場化を目指し，「施工」と「管理」を 2 つの切り口と 4つのアプローチで技術導入を計画している。
施工では機械化・自動化，プレハブ化等を取り入れ，管理では ICT ツールの導入と IoT 技術による一元管理で管理の高度化を目指す（図－1）。
2.2 モニタリングを活用した見える化現場で発生する問題・課題をタイムリーに発見し，正確な原因の特定を行うため，本工事では，ウェアラブルカメラをはじめとする各種モニタリン
グ技術を活用して現場の見える化に取り組んでいる（図－2）。

見える化で一元管理

図-1

建設現場の工場化への取組み

図-2○ 大屋 満モニタリングを活用した見える化

３．導入技術の概要
3.1 多機能カメラによる現場監視
従来のカメラは監視カメラを通して「人が監視」
をしており，逆に言えば人が見ていない時は監視ができていなかった。本工事では，画像認識，アラート発信などの機能を有する多機能カメラを導入
し，「カメラ自身が監視」するシステムを構築して現場管理の高度化を検証している。
現在は，長期間現場を閉所する時に動体検知機
能を活用した現場無人監視を行っている（写真－1）（表－1）。
3.2 ウェアラブルカメラによる双方向通信
これまでの安全管理に加え新たなアプローチ
として，ウェアラブルカメラによる現場の見える化を実施している。導入しているクラウド型ウェ
アラブルカメラは，可搬式でヘッドセットを使用
して同時通話ができるという利点を生かし，現場の安全巡視などに活用している。
安全巡視を行う際には，ウェアラブルカメラを装着し，事務所と双方向通話をしながら配信される画像を確認することで，質の高い安全巡視が可能となる。また，可搬式のため当日の重点作業場所
や重機運転室などに設置することで，日々の安全管理活動を充実させている。
配信される画像は，多人数同時視聴が可能で，本支店と現場の双方向通信に役立っている。
録画した画像はタイムラプス機能により施工サ
イクルや作業手順の確認などに活用が可能である（図－2）（表－2）。

- 39 -

写真-1

多機能カメラによる動体検知画像
表-1

機能の
概要
効果

図-2

多機能カメラの概要

通常のカメラ機能に加え動体検知，アラート機能，車両ナンバー検知，
サーマル機能などがある
現場の無人監視（省力化）

ばれるセンサーを重機のシガーソケットに差し込
み，稼働情報や位置情報を取得する（図－3）（表－3）。一方，作業員には，腕時計型のバイタルセンサを装着することで，位置情報に加え，心拍，体表面温度などのバイタル情報を取得するとともに，緊
急時には自ら SOS 発信を行うことが可能となる（図－4）（表－4）。
得られた情報は，クラウドサーバを介して地図上に位置情報としてリアルタイムに表示される（図－5）。
機械については、帳票として稼働表を出力でき，稼働率の低い機械の返納や，稼働時間による施工
機械の評価に活用できる。車両の走行履歴は，ダンプの運行ルート確認や運搬回数，サイクルタイムの確認に活用可能である。
バイタルセンサは，IoT 時代の通信システムである LPWA（Low Power Wide Area）の通信規格の一つである LoRa 通信を採用している。
LPWA 通信は，省電力で広い範囲をカバーできる通信規格である。特徴は，通信速度は低速だが，数キロメートル程度の長距離伝送が可能な省電力無線方式という点にある。
今回導入したバイタルセンサのように，通信速度に依存しなければ，現場にインターネット環境を整備するより早く設置でき，かつ安価であるため，本工事では，バイタルセンサの通信システムに採用した。

ウェアラブルカメラのシステム概要図表-2

ウェアラブルカメラの概要

画像のクラウド保存機能のスナップショット，タイムラプス

概要

赤外線機能
ヘッドセットを使用した双方向通話
現場管理の死角を補完，災害発生時の検証

効果

現場緊張感の醸成，作業ワンサイクルの確認

図-3

重機稼働情報システム概要図

遠隔立会への拡張
表-3

3.3 重機稼働情報システム，バイタルセンサ
工事目的物ではなく，それを造る側すなわち，作業員や機械のデータを活用して生産性の向上につなげる試行として，IoT 技術を取り入れた重機稼働
情報システムとバイタルセンサを導入している。
重機稼働情報システムは，GPS トラッカーと呼重機稼働システムの概要

機能のGPS トラッカーにより重機の位置情報と稼働概要

情報をクラウドサーバに記録- 40 -

重機をリアルタイムに把握
効果

場外運行車両の見える化
稼働表によるレンタル機械継続使用の検討

－6）
。

図-4

写真-2

バイタルセンサシステム概要図
表-4

表-5

バイタルセンサの概要

機能のGPS 機能，SOS 機能，転倒検知機能，歩数，機能の接触式心拍センサ（光学式），皮膚温度センサ

概要

によりバイタル情報をリアルタイムに取得し概要

顔認証システムの概要

顔認証による作業員の労務管理
正確な入退場管理

効果

事務所モニタで履歴まで一元管理

延べ労働時間集計の省力
リアルタイムに従業員数を把握

社員・作業員の位置確認
効果

タブレット端末による顔認証

心拍異常・SOS アラートによる熱中症予防
緊急時の連絡先社員の確定

走行履歴の表示図-5

図-6

地図上に表示される位置情報と走行履歴

3.4 顔認証システム
顔認証入退場システムは，国土交通省主導で2019 年 4 月から開始した「建設キャリアアップシ
ステム（CCUS）」の導入を見据えて，顔認証によって作業員の入退場管理を行う新しい現場労務管理システムである。
事前に作業員情報の登録を行い，入場時はタブ
レット型端末で作業員の顔を撮影すれば入場完了となる。退場時も同じように，タブレット型端末で顔認証を行うことで，一日の入退場管理が完了となる（写真－2）（表－5）。

熱中症予防管理のイメージ

4.2 心拍数の閾値設定
国際標準化機構 ISO では，作業中の 1 分間の持
続心拍数は 180－年齢を超えてはならないとしている。
現場では，作業員一人ひとりに心拍数の閾値を設定することが難しいことと，心拍センサの精度が最大±10bpm あることを考慮し，心拍 130bpm（10 回以上/日）を心拍の閾値として心拍データの収集を行った（表－6）。

４．生体データを用いた安全管理の試行
4.1 心拍数による熱中症予防管理
熱中症予防の新たな取り組みとして，バイタル
センサから得られる心拍データと WBGT 計の値を用いた熱中症予防管理を試験的に実施した（図- 41 -

表-6

熱中症予防のための心拍閾値4.3 心拍データの調査実績
表－7 は心拍データの調査実績である。心拍デー
タ取得者数，延べ 323 人の内，閾値（心拍 130bpm
10 回以上/日）を超えた作業員は 43 人。調査期間
中，熱中症発症者はゼロであったが，熱中症に至らずとも「いつもより疲れた」と疲労報告を受けた作
業員は 4 名であった。現場では，WBGT 計の値を参考に熱中症対策を実施しているが，ほぼ全日に渡って閾値超過が発生している（図－7）。
要因の一つとして，心拍数は WBGT 計の値以上に，作業内容（心拍負荷の強度）の影響を強く受けていることが考えられる。
4.4 管理方法について
上述のとおり，心拍のピーク値（心拍 130bpm
10 回以上/日）だけを捉えた管理では，熱中症の予防管理として不十分であることから，疲労報告のあった作業員 4 名について，作業中（8:30～17：00）の心拍データを集計し，その値を日平均心拍数として心拍の傾向を分析したところ， 4 名とも疲労報告の発生した日は，前日と比べ日平均心拍数が急激に上昇していることが分かった（図－8）。
表-7

このように，心拍数の傾向を日常的に把握し，「見える化」することで，今まで感覚的に捉えていた疲
労の度合いを，定量的に捉える有効的な判断材料になると考えられる。更に，WBGT 計の情報と組み合わせることで，「心拍数」と「暑さ」の双方から，より作業ストレスの高いシチュエーションを特定し､個々の作業員に対し，作業負荷の軽減や，声掛け，あるいは当該作業環境の改善など，事前に有効な熱中症予防措置を講じることが可能となる（図－9）。
５．おわりに本稿では，見える化プロジェクトとして導入した技術の概要とバイタルセンサを活用した新たな安全管理の取り組みについて報告した。
本稿が，建設現場の見える化の参考となれば幸いである。

心拍データの調査実績

図-9□は疲労報告発生日〇は WBGT 値 31℃(危険)以上

図-7

心拍数を用いた熱中症予防管理

心拍 130bpm（10 回以上/日）と WBGT 値□は疲労報告発生日(5 回)図-8

日平均心拍数と心拍 130bpm 以上の回数- 42 -

11．遠隔臨場による移動レス・接触レスな働き方改革
映像活用 CIM 研究会○ 柳瀬ひろし株式会社 環境風土テクノ 須田 清隆
株式会社 堀口組
漆館 直
１．はじめに国土交通省では，建設現場の生産性向上を目指す
i-Construction と，統合イノベーション戦略（H30.6.15 閣議決定） を受け，「建設現場の生産性を飛躍的に向上するための革新的技術の導入・活用に関するプロジェクト」を進めている。
本論文では，上記プロジェクトに採択された『一般国道 239 号苫前町霧立峠改良外一連工事』『一般
国道 231 号増毛町大別苅トンネル補修外一連工事』
1)
での，映像を活用した ICT/IOT 化の取組について
まとめている。
ICT/IOT 化の取組としては，リーンマネージメン
トの発想で無駄を削げ落す視点で，山間部の通信環
境が良くない立地での，遠隔臨場を用いた施工現場の無駄と思われる待ち時間の解消，移動時間の解消
や，撮影した映像の振り返りによるコミュニケーシ
ョン齟齬が原因とする手戻り時間の解消などによる働き方改革による施工の生産性効率化を提案している。
２．施工現場の課題抽出
リーンマネジメント（無駄の解消）の考え方を土木工事の建設プロセスに適用している。建設業では
ムリ・ムダ・ムラの解消は以前から行われているが，IT 化が急激に進む社会では，特に中小建設業
においては従来の固定観念がボトルネックになっている現状がある。現在では技術のコモディティー化が進み，映像機器，各種センサー，エッジコンピュータ，AI 推論ソフトウエアおよびハードウェア，
通信機器等の導入コストは大幅に低下してきている。中小の建設業においても，汎用的かつ低価格なIT 化により施工過程を映像による仮想臨場化することが容易になってきている。
本報告では，スマートフォンなど使いなれた道具を利用して映像技術を活用した無駄の排除を行い施工の生産性向上を図ろうとしている。
リーンマネージメントの発想で，ブレーンストー
ミングによる無駄の抽出を以下に示す。
表-１ ブレーンストーミングによる無駄の抽出作業
分類ブレーンストーミング

無駄

60 ㎞以上の移動時間
遠隔地での定期的な現場監視
コミュニケーション齟齬による手戻り時間
不注意な事故（ヒューマンエラー）
必要以上の資材の在庫

付帯作業

狭い工事区域での施工管理
交通誘導による交通障害の改善行動
安全確保のためのパトロール・記録簿作成
ICT 工事のための準備
IT を理解して使えるまでの手間
通信環境の整備に関する手間
電源の確保の手間IT 化へのための投資までの社内手続き
会議開催の時間調整
コンクリート仕上げ測量
施工検査など膨大な書類作成

正味
作業

重機接触事故の懸念
コンクリートの打設・仕上げ
土留め矢板の打ち込み管理と変位管理
配筋の設計データとの精査及び結果報告
型枠の立ち上げと仕上げ
コンクリートの出荷から打設までの時間管理による品質維持

<現状分析〉① 人材難による ICT/IOT 化対応の困難② 技術が個人に依存，高齢技術者の退職は技術の消失に繋がる③ 一人現場が多い小規模工事では，本社や現場の技術者の移動に手間が掛かる④ 小規模工事が多く情報化環境の整備が困難⑤ 現場管理の主体が膨大な書類作成を強いられている⑥ 経験主義が強く技術継承（コミュニケーション）が苦手である
３．映像 IOT の検証事業
映像 IOT の効果は，須田等の研究で取り組んできた映像 CIM の研究成果２）を応用し，中小企業連携で応募した国土交通省『建設現場の生産性を飛躍的に向上するための革新的術の導入・活用に関するプロ
ジェクト』の堀口組コンソーシアムにおいて，平成
30 年北海道開発局発注『一般国道 239 号苫前町霧立
峠改良外一連工事』，平成 31 年発注『一般国道 231- 43 -

号増毛町大別苅トンネル補修外一連工事』「（visualconstruction による労働生産性改革）を通して検証した。
a.立地条件と通信環境
遠隔臨場により，発注者事務所や堀口組本社と現場事務所や現場での日常的に行えるリアルタイムなコミュニケーション環境の整備により，施工者，発注者共に移動時間の解消を目指した(図-１)。

により，上りの現場映像を高品質で送信することを可能にしている(図-３)。
最大４Mbps(HD)＜ウエアラブルカメラ＞

低帯域＜通信用スマホ＞

羽幌道路事務所
豊浦工区
力昼工区

高帯域

豊浦４ｋｍ 力昼１５ｋｍ

最大 256kbps(SD) ＜ビデオ会議センター装置＞

図-３ モバイル映像伝送システム構成（非対称通信）５８ｋｍ

b．現場移動における無駄の解消
遠隔臨場による施工管理では，発注者事務所や堀口組本社と現場事務所や現場での日常的に行えるリアルタイムなコミュニケーション環境の整備により，移動時間の解消と映像利用によるリスクの相互理解を 2 年間にわたり実現している。

霧立現場
豊浦４５ｋｍ力昼３４ｋｍ
６２ｋｍ

堀口組本社

平成 30 年

３１ｋｍ

大別苅現場

平成 30 年発注

【施工者】

平成 31 年発注

従 来

移動時間

49.5
114.3 時間
64.8
移動時間
臨場時間
移動時間

図-１ 事務所，現場の地理的条件

臨場回数 33 回
削減時間 99.0 時間
99/8h=12.4 人工/3 ヶ月

遠隔臨場 臨場時間

15.3

27.0 29.3

【発注者】
従 来

56.3 時間

臨場回数 6 回
削減時間 54.0 時間(運転手含む)54/8h=6.8 人工/3 ヶ月

遠隔臨場
2.3

図-４ 遠隔臨場による時間削減効果（平成 30 年）
平成 31 年
【施工者】
従

来

移動時間

110.4 時間
44.1
66.3
移動時間
臨場時間

遠隔臨場 臨場時間

22.2

図-２ 遠隔臨場システム構成

ネットワークカメラシステムは一般に普及している LTE 経由でインターネットサービスを使用するとともに，セキュリティの確保が重要な遠隔コミュニ
ケーションと大量のデータ伝送を必要とする４K マ
ルチセンサーカメラは閉領域ネットワークサービスと MVMO（Mobile Virtual Network Operator,仮想移
動体通信事業者）サービスを利用している(図-２)。
コミュニケーションでは，一般に通信事業者のサービスにおいて通常は上り下りの通信速度は対称（同じ速度）になっているが，本試行では上り速度を広帯域化（最大 4Mbps）し下りを狭帯域化（最大256Kbps）した非対称通信サービスを活用した。これ

【発注者】
従

13.9 16.5

来

遠隔臨場
2.6

臨場回数 68 回
削減時間 88.2 時間
68/8h=8.5 人工/3 ヶ月
30.3 時間

臨場回数 7 回
削減時間 27.7 時間(運転手含む)27.7/8h=3.5 人工/3 ヶ月

図-５ 遠隔臨場による時間削減効果(平成 31 年)

施工者においては遠隔臨場を行うことで 1 年目 99
時間，2 年目 88 時間の削減(図-４)(図-５)を行った。
1 回当りの臨場時間は，1 年目 0.46ｈ→2 年目
0.33ｈと遠隔臨場を繰り返すことで臨場自体の習熟- 44 -

と無駄の削減が見られた(写真-１)(写真-２)。
発注者においては 1 年目 54 時間，2 年目 28 時間の時間削減と，複数人での移動のため削減効果が高くなっている。一方，1 回当り臨場時間には 0.38ｈ→0.37ｈと大きな変化はない。これは発注者においてはすでに検査内容のルール化，マニュアル化が進んでいるためと考えられる。
施工者においては，今後，継続的に遠隔臨場を繰り返すことで効率化が現れ無駄の削減が進むと考えられる。

d.書類作成における無駄の解消
現場映像そのものが作業の手順を表しているため，映像を使用し手順教育を行うことで，作業手順の理
解度が高まった (写真-６)。

写真-６ 映像による作業手順打合せ

写真-１ 堀口組本社での臨場写真-２ 映像による検査

c.施工管理における無駄の解消
現場の法面崩壊発生において，24 時間撮影のネッ
トワークカメラ画像を設計者が遠隔で確認し，応急対策を現場に指示，札幌から約２００km の移動時間を活用して現場映像を確認しながら対策案を作成することで迅速な現場対応が可能となった(写真-３)。
このように，遠隔かつリアルタイムに現場映像を確認し把握できるため，緊急の場合も施工における意思決定の及ぼす待ち時間が短縮され，現場を止めるリスクが低減できた。

このように，現場打合せに使用する書類を映像で代替することで，書類作成に要する時間を削減でき，現実の映像を使うことで現場空間の共有による認識の一致が容易となった。
また，元請下請間で必要な出来高認定も，従来は図面から数量計算し行っていたが，映像による出来形・歩掛の確認と，後述する 3 次元モデルによる数量把握が可能となり，書類作成時間が削減される。
さらに，現場写真は映像での代替が可能であり，不可視部分の確認に関しては連続的な映像を記録することで現場技術者の撮影手間，整理手間を大きく省くことができる。
その他，書類作成に関しては，現場技術者の大きな負担となっていて，映像で代替できる可能性のあるものが多いことより，今後書類の在り方の議論が必要となる。
e.不安全行動の解消
現場映像をタイムラプス化して安全活動（ＫＹ活動，安全教育）および，安全パトロールに使用した。

写真-３ 法面崩壊状況と現地確認

写真-４ 遠隔現場指導

写真-５ 映像を活用した検討会

遠隔臨場により，本社常勤の管理者や熟練技術者の知見や経験知が同時に複数現場で多面的継続的に活用され，施工指導や工程管理等の迅速化とコミュ
ニケーションのしやすい環境ができ，若手技術者の働きやすさ，技術･経験不足による手戻り時間の解消と，管理者の生産性向上につなげた(写真-４)。
また，記録映像により工事過程での施工の振り返り検証が容易となり，施工課題の認識の共有化，改善の迅速化につなげた(写真-５)。

図-６ タイムラプス映像の活用

タイムラプスは，一定間隔で記録された静止画から動画を作るもので，長時間の現場の変化を短時間で表現でき，作業のふり返りや手順の確認が容易にできる(図-６)。言葉だけでなく実際の映像を見ながら不安全行動や危険個所の指摘が可能で，施工経験- 45 -

の少ない作業員にも臨場感のある説明ができ，不安
全行動の解消につながった(写真-７)。
さらに，安全パトロールの指摘事項等を映像としてクラウドに上げることで，個人の経験に頼っていたヒヤリハット等，安全に関する情報の社内共有を図ることができた(写真-８)。

図-７ 豊浦工区での写真映像による消波ブロックの高密度 3 次元モデル
写真-７ 映像を活用した安全教育

写真-８ 安全情報の共有

f.段階検査における無駄の解消
前述したように，発注者においては段階検査等で複数人での移動が基本となり，1 回当りの臨場の時間削減効果は施工者よりも大きく，従来の９０％以上に及ぶ。さらに，遠隔臨場においては検査準備が整ってからオンラインで検査を開始できるため，従来あった検査官の到着待ち時間，移動後の準備待ち時
間がなくなり受発注者双方の無駄時間解消につながった(写真-９)(写真-10)。
また，記録された映像をふり返ることで，動きのある作業の確認や不可視部分の確認が可能となる等，
時間をさかのぼった検査が可能となり検査の質が変わる可能性がある(写真-11)。
発注者側の省力化効果と，音声でリアルタイムな指示に対応できる映像の持つ信頼性，リアルタイム
性が評価されている。

写真-９ 映像による段階検査

写真-１０ 映像による法枠検査

写真-１１ 遠隔臨場による圧縮強度試験

g.映像解析技術を使った無駄の解消
スマートフォンとクラウドによる写真撮影の簡素化と，過不足のない写真撮影位置を自動指示するソ
フトウエアの開発，少数の写真撮影から始めて追加撮影を反復するモデルの逐次改善プロセスの効果検証を『一般国道 231 号増毛町大別苅トンネル補修外一連工事』の豊浦工区において行い，撮影から 0.5～1 日で 3 次元モデルの生成が可能となった(図-７)。

施工途中の 3 次元モデルが短時間で生成可能となることで，出来上がり構造物の把握が容易となり担当者ごとの認識のズレがなくなる。
また，手間をかけずに細かい部位までの確認管理が可能となり，現場の出来形と出来高確認において測量や数量計算の手間を大幅に省くことができる。
また，時系列で 3 次元モデルを作成することで施工記録としての写真の代替や，テクスチャーを表現することで仕上がり品質を検討することができる。
さらに発注者においては，設計の 3 次元モデルと重ね合わせることで，任意の段階で出来形精度の確認が容易となる。
４.まとめ
本試行は，中小建設業を対象とした ICT/IOT 化の取組として，映像を活用した遠隔臨場を柱として，リーンマネージメントの発想で無駄を削げ落し生産性の向上を図ったものである。2 年間の試行において実証された無駄の削減効果と，今後取組を継続することで期待される効果についてまとめた。
①遠隔臨場により施工者，発注者とも移動時間が削減され，『非常駐管理』の可能性が確認できた。
②ネットワークカメラによる遠隔での常時現場確認により，状況把握，情報共有の迅速化が図られた。
③映像記録の共有化により熟練技術者のノウハウの伝承，若手技術者の能力向上につながった。
④技術者の大きな負担となっている書類作成は，映像による代替の可能性が確認できた。今後，書類の在り方の議論を進めることで，更なる生産性向上へつながると思われる。
中小建設業の生産活動において，リーンマネジメ
ントの発想で映像技術を活用し日常的に無駄を排除する活動が生産性の向上につながることが検証された。今後も継続して活動することでより一層の生産性向上効果が期待できる。
参考文献
1)西川他「Visual‐construction の導入で施工生産性の向上を実現」建設機械 Vol.56 No.4 5P-10P 2020.4
2)須田他「中小零細建設業を対象にする映像を活用した
CIM の開発」日本機械化協会平成 27 年度建設施工と建設
機械シンポジウム論文集- 46 -

12．発注者への ICT 施工に関するアンケート調査について

国土交通省関東地方整備局
関東技術事務所○ 河野 智一

２．従来施工と ICT 施工の比較
１．はじめに
これまでの ICT 施工の普及展開に関する取組は， 監督職員等の負荷がどのように増減したかとい
施工に関する手引き書の提供，ICT 建機や TLS 等 う観点で，工事の各工程で行う作業が従来施工と3 次元測量機器などを使用した施工管理の実習な ICT 施工でどう違うかについて，施工数量の多い
ど，主に工事施工者等を対象としたものが多く，監 土工に着目し，特記仕様書や出来形管理要領，監督職員等発注者に向けたものが少ない現状にある。 督・検査要領等に基づき比較整理したものを表-1
また，ICT 施工，i-construction，生産性向上と言わ ～2 に示す。
れて久しいが，現時点においてはまだ一般化した比較整理した結果，施工計画書作成から試験施とは言い難い状況である。
工までの準備工段階において負荷が増え，まき出
そこで，上記のように発注者への取組が手薄で しから検査までの施工・検査段階では負荷が減っあるとの視点から，監督職員等発注者を支援する ているのではないかと推定された。しかし現場の取組を検討するために，ICT 施工が行われること 実態把握に関する調査がこれまで行われていなかによって監督職員等発注者の負荷がどのように増 ったので，監督職員等の負荷の増減についてアン減しているかに着目し課題整理を行った。
ケート調査により明らかにしたいと考えた。
表-1

土工における従来施工と ICT 施工の比較（準備工段階）
ICT活用工事の施工

監督職員の実施，確認項目(負荷が増えた点：実線，減った点：破線)（ICT施工）

従来の施工
施工計画

現場確認後，施工計画書

現場確認後，施工計画書を作成

適用工種の確認書作成

を作成

具体的なICT活用工事の内容や範囲につい

出来形計測箇所，出来形管理基て受発注者で事前に協議が必要

準及び規格値・出来形管理写真基準等の確認
使用機器・ソフトウェアの確認
撮影計画の把握(UAV)

3次元設

発注者から貸与された設計図書等を基に3設計図書の3次元化の指示

計データ

次元設計データを作成

3次元設計データチェックシートの

作成
起工測量

確認
平板測量，中心線測量，縦使用機器の精度確認試験が必要

横断測量

TLS・UAV等を使用して3次元の点群データ

精度確認試験結果報告書の把握

を収集
配土計画

起工測量図面，設計図書

出来形管理ソフトにより必要土量，発生土量により必要土量，発生土量

を算出

を算出
使用建機

作業内容や作業規模に応締固め管理システムの適用の可否，条件をの選定

じ，使用する建設機械を選確認。作業内容や規模に応じ使用建機を選定定。TS・GNSSの精度確認

試験施工

事前確認調査結果資料の確認

施工仕様の把握，過転圧と施工仕様の把握，過転圧となる締固め回数

土質試験・試験施工結果資料の確なる締固め回数の把握の把握，締固め管理システム作動確認

認- 47 -

表-2

土工における従来施工と ICT 施工の比較（施工・検査段階）

従来の施工
まき出し
締固め
出来形管

ICT 活用工事の施工

監督職員の実施，確認項目(負荷が増えた点：実線，減った点：破線)（ICT 施工）

200m に 1 回の頻度で写真による

締固め層厚分付図の提出により，写真

まき出し厚管理

管理を省略

締固め回数を目視やカウンター等

締固め回数を車載モニターで管理。現で管理。施工後に現場密度試験

場密度試験は省略

施工延長 40m につき 1 箇所測定理

出来形管理状況の把握
締固め施工状況の把握

測定密度 1 点/0.01m2 以上（平面投影

品質管理資料の受理面積）で面的に測定

出来高管

起工測量，出来形測量の結果を基

点群データ処理ソフトウェア等を使

理

に算出

用し算出

検査

200m につき１箇所以上1 工事につき 1 断面

３．アンケート調査
3.1 調査対象
ICT 土工の実績が複数ある関東地方整備局管内の 4 出張所（河川 2，道路 2）において，調査時点
で ICT 土工の工事を工事着手から完成まで複数監督した実績のある監督職員等（主任監督員，監督員，
工事監督支援業務の現場技術員）の計 9 名を対象に実施した。また，アンケートの回収時に回答内容などに関するヒアリングを実施した。
3.2 調査時期
令和元年 11 月 1 日から 11 月 29 日まで
3.3 調査内容及び調査結果(1) 各施工プロセスにおける ICT 施工と従来施工との比較
ICT 土工を行うことにより，作業内容の各段階（施工計画書作成・提出，3 次元設計データ作成，起工測量，その他の準備工段階，出来形管理，品質管理，出来高管理，その他の施工段階，検査，その他）において，従来施工と比べて発注者における作業の難易，作業量及び作業時間がどう変化したかについて，負荷の増減を 5 段階評価（かなり難し
い・増えた，少し難しい・増えた，ほぼ変わらない，
少し易しい・減った，かなり易しい・減った）で回答を求めた。なお回答者個人の主観によるが，従来と比較して概ね 50%以上変化した場合は「かなり」，
それより変化量が少ない場合は「少し」として回答を求めた。また「3 次元設計データ作成」については従来施工では行わない作業なので，作業内容の難易についてのみ，工事全般との比較とした。
結果を図-1～3 に示す。
「施工計画書作成・提出」，「その他の準備工段階」で難しい，増えたという回答が多かった一方，「出来形管理」，「品質管理」，「出来高管理」，「その他施工段階」，「検査」で易し
い，減ったという回答が多かった。全体を通じて，準備工段階が従来と比較して作業内容がより難し
く，作業量，作業時間がより増えたが，実施工以降
は作業内容がより易しく，作業量，作業時間がより- 48 -

出来形管理状況の把握

施工計画書作成・提出
3次元設計データ作成

5
1

4

1

5

起工測量
その他の準備工段階

3

6

出来形管理
品質管理

2

9
6

3

1

7

出来高管理

1

7

その他の施工段階

1

検査

1

2

2

2

2

6

その他

2

かなり難しい
少し易しい

2
4

1

少し難しい
かなり易しい1

ほぼ変わらない

ICT 施工と従来施工との比較(作業の難易)

図-1

施工計画書作成・提出

7

2

起工測量

9

その他の準備工段階

6

出来形管理

1

品質管理

1
1

4

1

3

2

7

その他

2

5

かなり増えた
少し減った

2

少し増えた
かなり減った1

ほぼ変わらない

ICT 施工と従来施工との比較(作業量)

施工計画書作成・提出
起工測量

7
8
5

出来形管理

5

品質管理

2

1

その他の準備工段階

4
4

1

6

出来高管理

2

5

その他の施工段階

1

検査

1

その他

かなり増えた
少し減った

図-3

2

5

検査

図-2

3
6

出来高管理
その他の施工段階

3
5

4

1

3

2

5
4

少し増えた
かなり減った3
3

1

ほぼ変わらない

ICT 施工と従来施工との比較(作業時間)減ったという，当初予想されていたとおりの結果 ・電子納品について，格納ファイル名を LS またはUAV を用いた出来形管理資料の特定ができるよを得た。
うに記入するようになってるが，すぐにファイル
また要因や改善方策について，自由記述による回答やヒアリングにより得られた主な意見として， 名の特定が難しい場合もある。
施工計画書作成から準備工までの段階においては， ●検査ICT 施工の要領や特記仕様書などで規定されてい ・検査時に計測機器の設置等で時間を要することがある。
る作業により負荷が増えたという回答や，受注者が作業を内製化出来ないことで生じるデメリットについての回答，作業の簡素化が伺える回答があ (2) 各施工プロセスの全体に対する割合
作業内容の各段階が，それぞれ全体に対してどった。代表的な回答は次のとおりである。
れほどの割合を占めているかについて，
3 段階評価●施工計画書作成・提出
・施工者希望型の場合は ICT 施工のための協議が （大きい，中くらい，小さい）で回答を求めた結果を図-4 に示す。
「施工計画書作成・提出」，「3 次元
必要で，事務所上申の手続きが増えた。
・工事全体が ICT 施工とならないため，ICT 施工 設計データ作成」は全体に占める割合が大きい，「その他の施工段と従来施工の両方の施工計画書が提出され，確認 「出来形管理」，「出来高管理」，
階」
，
「検査」
，
「その他」
は全体に占める割合が小さ作業が増えた。
いという回答が多かった。
●3 次元設計データ作成
また，全体に占める割合が最も大きいと感じる
・3 次元設計データを外注している受注者が多く，作業から 3 位までの順位を聞いた結果を図-5 に示
内容を問い合わせると回答に時間がかかる。
・受注者の 3 次元設計データ作成に非常に時間が す。
「施工計画書作成・提出」 については全員が，かかるが，監督業務としてはほぼ皆無。
「3 次元設計データ作成」「その他の準備工段階」，
・受発注者ともにソフト面だけでなくハード面の については過半数が上位 3 位までに挙げた。全般
整備が必要ではないか。
を通じて，前述で負荷が増えたという回答が多か●その他の準備工
った準備工までの各項目について，全体に占める・ICT 施工の施工計画書は関連機器の構成や精度 割合も大きいと回答された。
など確認事項が多く，その分だけ立会が増えた。
また，施工管理から工事検査までの段階におい施工計画書作成・提出
8
1
3次元設計データ作成
53
1ては，作業が簡素化されたという回答や，作業の可
起工測量
2
3
4
視化により管理が容易になったという回答など
その他の準備工段階
17
1
ICT 施工の導入目的に合致する回答を多数得られ
出来形管理
4
5
たが，一度作成した 3 次元設計データの修正が容品質管理
54
易ではないことに起因する回答を得た。また，ICT
出来高管理
3
6
施工に慣れていない事に起因する回答もあった。
その他の施工段階
45
代表的な回答は次のとおりである。
検査
36●出来形管理，品質管理その他
36・ヒートマップによる出来形確認や現場密度試験
大きい
中くらい
小さい
の省略により立会回数が減った。それに伴い出来形書類が少なくなり確認作業時間が大幅に減っ
図-4 各作業の全体に占める割合
た。
・合否判定総括表等で判断され，作業量は大幅に
0
2
4
6
8
10
減った。
施工計画書作成・提出
3次元設計データ作成
・GNSS 転圧管理により締固め管理が目に見える起工測量ようになり管理しやすくなった。
その他の準備工段階・データ化され出来形のばらつき度等の確認が容
出来形管理
品質管理
易になった。
出来高管理●その他の施工段階
その他の施工段階
・重機との接触の危険性が減ったので，安全面に検査
対してかなりの効果が見込める。
その他
・概略発注等により設計図面と現地に違いがある
1位
2位
3位
時や施工中形状の変更が生じた時は，2 次元図面の修正とそれを基に 3 次元設計データの作成が再
図-5 全体に占める割合の大きい作業度必要となりかえって手間がかかる。

- 49 -

(3) 不要，無駄と感じる作業
ICT 施工による作業内容の中で不要，無駄と感じる作業について聞いた結果，「特にない」という回答が多かったなか，アンケート回収時のヒアリ
ングで，「業者が ICT 施工を希望した時，3 次元設計データが出来た時にそれぞれ行う協議，事務所への上申を１回にまとめられないか。
」といった手続の簡素化に関する意見，「測量機器自体の性能も向上しており，校正記録の確認も行うのに，現地でその都度精度確認を行う事に疑問である。」「受注者に品質証明員がいる場合は，転圧回数を決定す
る試験盛土や ICT 建機のキャリブレーションは書面確認で良いのではないか。
」といった機器の信頼性に委ねても良いのではないかという趣旨の意見が得られた。
(4) その他意見，要望等
上記以外や ICT 施工全体を通して自由記述によるアンケートの回答やアンケート回収時のヒアリングにより，多くの回答を得た。3 次元設計データについては，ICT 施工のメリットを挙げる回答もあったが，主に 3 次元設計データの作成が容易ではない事に起因する回答も多く得られた。代表的な回答は次のとおりである。
・3 次元設計データにより完成イメージが立体的に見られるので，仕上がり形状がよくわかる。
・細部において 3 次元設計データがイメージしていた形状と異なることがしばしばあるが，3 次元
設計データのチェックで見抜けないこともある。
従来施工で行われていた現場合わせでの施工がより困難となったため，おかしいと思っても施工業者は 3 次元設計データどおりに施工しなければならず，完成品が変な形状になることもある。
・ICT 施工ではすべて 3 次元設計データに縛られるため，図面に手戻りがあると従来施工よりリカ
バリーに時間や手間がかかる。ICT 施工はイレギ
ュラーに弱い。
・発注段階での 3 次元データがあれば，確認作業が容易になる等，負担が減るのではないか。
・従来の図面のように当初と変更の色分けが統一されておらず，様々な色で出てくる。
その他 ICT 施工全般については，ICT 施工を実感しての回答や ICT 施工が施工業者の間に徐々に普及，浸透している事が伺える回答が得られた一方，施工上の懸念や費用対効果に関する回答，執務
環境の整備が施策に追いついていない事に起因する回答が得られた。代表的な回答は次のとおりである。
・堤防としては ICT 施工の方が，見た目も良く，強度も高いものが仕上がると思う。
・施工当初に従来施工とした部分の一部について，

3 次元設計データを自ら作成して MG・MC 建機により施工承諾で行った事例もある。（変更する手間を考慮して）・自社で 3 次元設計データを扱える受注者は端部の構造物付近も ICT 施工を行うところもある。このような業者は徐々に増えていると感じる。
・ICT 施工では最初に密度試験を行ったら締固め
回数のみの管理となるので，搬入土の粒度分布をより厳しく管理していないとばらつきが生じることも懸念される。
・規模の大きな工事では ICT は有効だと思うが，規模が小さく複雑な地形では従来工法のほうが良いと思う。
・3 次元データを確認できる端末が出張所には無いので，提出されたデータを半ば信用するしかな
い。
４．まとめ
本調査では，土工について従来施工と ICT 施工を比較して監督職員の負荷がどのように変化したかを，河川・国道事務所の出張所で工事監督を行っている職員等に対しアンケート調査およびヒアリングを行った。その結果監督職員等の負荷は，ICT施工の導入により施工管理等の作業が簡素化されることで現場施工の開始から完了検査までの段階で減少しているが，事前の協議・確認事項が新たに設けられたため施工計画書作成から準備工の段階で増加しているという，当初考えられたとおりの結果を確認した。また 3 次元設計データについて
は，出来形管理等を確認する作業の軽減に寄与す
るものの，その作成や修正が容易ではないことによりデータ作成を行う施工業者のみならず監督職員等にも負荷がかかっているなど，本調査を行う
ことで把握できた事もあった。
５．今後に向けて
関東地整では ICT 施工の実績が無い工事受注者を支援する取組として「3D チャレンジ型(試行)」を昨年 12 月から実施しているが，今後は上記結果に加え，このような取組で情報収集を行うこと
で，監督職員等の負荷軽減に資する方策について検討していきたいと思う。

- 50 -

13．標準歩掛と情報理論を用いた新技術の生産性評価手法

国土交通省関東技術事務所

１．はじめに
平成 28 年から始まった i-Construction は副題に「建設現場の生産性革命」とあり，第 1 章では「今こそ生産性向上に取り組むチャンス」と生産性向上を掲げている 1)。それを受けて，ICT 活用を始めとする種々の生産性向上が報告されている 2)。
さらに，「働き方改革」が推進されており，あらゆる場面での生産性向上が求められている。また，生産性の向上を実現するための施策として，DX（Digital
Transformation）も進められている。この DX に関しては，昨今の COVID-19 対策の有効な手段としても注目されつつある。
生産性向上には，作業手順等の改善や新技術の導入が不可欠である。一方，新技術の導入に際しては，従来技術に対してその優位性を客観的に示さなければならない。その際に課題となるのが，評価の視点，評価指標，比較対象および比較方法である。
過去の取り組み 3)においては，工場生産で用いられていた IE（Industrial Engineering）を発展させた
CE（Constructive Engineering）等の手法が提案されている。これらの手法は，課題の発見から解決策の評価まで，すなわち，評価の視点から比較方法まで網羅している。評価の視点と評価指標は参考文
献 3)に譲り，本論文では比較対象と比較方法を中心に考察する。
２．評価手法2.1 評価の視点
評価の視点は参考文献 3)では，「生産性の向上」「苦渋性の低減」「安全性の向上」「品質向上」「環境保全」が与えられている。今回対象とする「生産性の向上」に関しては，表-1 のように時間短縮と省力化に分類されている。
2.2 評価指標
生産性の向上などの視点で新技術を評価する場
合は，その指標は定量的に表現できる必要があり，参考文献 3)では表-2 のように示してある。
計測方法は機械運行や工事工程の記録等の帳票のような業務上残される記録を利用する方法や，
ビデオメモモーションや IC カード利用などの現場計測が紹介されている。

表-1○ 髙津 知司

生産性向上における改善の視点

改善の視点

施工改善の内容

目標品質等を確保しながら目標とする施工量（全施工量、日・週・月・年単位
生 時間短縮 施工量）を消化する野に要する時間を産可能な限り短縮する。
性
投入労働力を効率的に分配したり、一の人当たりの作業量を上げることにより、
向上 省力化 目標とする施工量（全施工量、日・週・月・年単位施工量）に対する投入労働力の総量を減少する。
「CEマニュアル」より抜粋
表-2

生産性向上の評価指標

改善目的 評価項目

評価指標
作業単位（工程、単位作業、
作業時間
要素作業、動作）別の時間

生産性
の向上
(時短)

作業効率

作業方法 協同作業時間の割合
作業工程

生産性
の向上
(省力化)

出来高／作業時間、工程数、動作数、工程・動作の構成比
工事全体に対する時間短縮の寄与の割合

作業内容 稼働率、作業内容の構成
出来高 出来高
作業者数 作業単位別の必要要員数
工数 人工、作業工数
作業効率 出来高／工数
工程数、動作数、工程・動作
作業方法 の種類別の構成比、協同作業
時間の割合
作業内容 稼働率、作業内容の構成「CEマニュアル」より作成

2.3 比較対象
新技術を評価する場合，比較対象となる従来技術を定める必要がある。その後，新技術と従来技術とで評価指標を計測する 3)。多くの場合，新技術では評価指標の計測が可能であるが，新技術の現場との施工条件が揃わない等の理由で，従来技術で- 51 -

𝑥𝑥̅ − 𝜇𝜇の計測が困難な場合がある。
𝑇𝑇 =
(3.1)
2
一方，新技術の導入では，スケールメリットを考�𝑠𝑠
𝑛𝑛慮して多くの現場で利用できるものが効果的である。さらに，そのような新技術には，それに対応す ここで𝑠𝑠 2は標本の不偏分散（標本分散），𝑥𝑥̅ は標本平る従来技術に標準的な歩掛が存在することが期待 均， 𝜇𝜇は母平均である。
できる。歩掛では想定される施工条件を幅広く網
今回は，新技術が従来技術より日施工量が多い羅している場合があるので，その場合は試験施工 か否かを検定するので，片側検定となる。現場計測の自由度が増す。また，歩掛からも現場計測からも 値と歩掛からの計算値より𝑇𝑇 = 7.927となる。自由日施工量が得られるので，それを評価指標にする。 度 20(=21-1)の片側 1%の臨界値が 2.528 なので，危2.4 評価方法
険率 1%で帰無仮説は棄却され，「新技術は従来技評価指標の日施工量を新技術での計測値と従来 術と比べ，生産性が向上している」と言える。
技術での計算値とで比較して，生産性の向上を判
建設技術審査証明報告書に記載されているデー
断する。日施工量の差による比較も考えられる 5),6)。 タと t 検定による評価結果は，次節の情報量統計
すなわち，標本𝑥𝑥𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,2, ⋯ , 𝑛𝑛)を次式で与えて，新 学の手法による評価結果と共には表-3 に示す。
技術と従来技術との生産性を比較する。
表-3𝑥𝑥𝑖𝑖 ≝ 新技術での評価指標�日施工量�− 歩掛からの評価指標�日施工量� (2.1)

ここで，𝑖𝑖 = 1, 2, ⋯ , 𝑛𝑛，および𝑛𝑛は標本数（試験施工現場数）である。
これら𝑥𝑥𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1, 2, ⋯ , 𝑛𝑛)を処理対象とすると，統計学や情報量統計学の手法を適用できる。
３．評価の具体例
3.1 事例
今回評価指標に採用した日施工量に関して，新技術を採用した現場での計測値と標準歩掛から算出したと計算値を入手する必要がある。マイクロジョイントパイル工法（MJP 工法）においては，その建設技術審査証明報告書 4)には 21 現場での日施工量を計測したデータと各現場条件で標準歩掛から求めた日施工量とが掲載されているので，対象事例とした。
MJP 工法では，杭の連結部の工夫と工場作業の工数増で現場作業の効率化を図っている（詳細は参考文献 4)を参照）。
3.2 統計学による評価方法
統計学における検定は，① 帰無仮説と対立仮説の設定② 有意水準の設定の順で進めていく。なお，今回利用したデータは，分散が未知で小標本(n < 100)であるので，t 検定を実施する 5),6)。
帰無仮説と対立仮説は，次のように設定する。
a) 帰無仮説：𝜇𝜇 = 0 （従来技術と差が無い）b) 対立仮説：𝜇𝜇 > 0 （新技術の方が施工能力が高い）

さらに，標本𝑥𝑥𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1, 2, ⋯ , 𝑛𝑛) に対する検定統計量𝑇𝑇は，次式で与えられる。

評価結果

現 新技術 従来技術
差
モデル１ モデル２
場 実測値 計算値
a-b
番 (m/日） （m/日）
号
a
b
1
3.484
1.444 2.040
4.162 96.694
2 18.219
4.309 13.910 193.488
4.148
3 30.842
6.018 24.824 616.231 167.720
4 24.100
4.983 19.117 365.460 52.471
5 23.850
5.514 18.336 336.209 41.766
6 18.609
4.759 13.850 191.823
3.907
7 30.627
7.926 22.701 515.335 117.238
8 24.615
5.318 19.297 372.374 55.111
9 10.509
5.410 5.099 26.000 45.892
10
5.386
5.000 0.386
0.149 131.959
11 16.941
3.981 12.960 167.962
1.181
12 17.867
5.858 12.009 144.216
0.018
13 11.275
5.694 5.581 31.148 39.593
14 13.622
6.726 6.896 47.555 24.774
15 19.971
5.160 14.811 219.366
8.630
16 15.132
4.957 10.175 103.531
2.884
17 13.716
5.280 8.436 71.166 11.815
18 13.830
4.963 8.867 78.624
9.038
19
7.714
5.895 1.819
3.309 101.090
20 23.200
6.237 16.963 287.743 25.905
21 15.750
4.487 11.263 126.855
0.373
標本平均
11.8730 11.873
不偏分散（標本分散） 47.110
自由度
20
検定統計量
7.927
片側1%点
2.528
分散（最尤推定値）
185.843 44.867
最大対数尤度-84.659 -69.737
自由パラメータ数
1
2
AIC値（AIC(1), AIC(2))
171.318 143.473
BIC値（BIC(1), BIC(2))
172.363 145.562
マイクロジョイントパイル工法建設技術審査証明報
告書よりデータを引用- 52 -

= 𝑛𝑛(𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�12 + 1) + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝑛𝑛(3.4𝑏𝑏)3.3 情報量統計学による評価方法
情報量統計学とは，次の赤池情報量規準(AIC)
𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 = −2 × 最大対数尤度+2 × 未知パラメータ数に代表される情報量規準を用いて，数理統計学の諸問題を見直す学術分野である 7),8),9)。ここで，未知パラメータ数とは，未知数の個数から未知数に関する拘束条件数を減じたものである。AIC 以外に，ベイズの法則を基に導出された次式のベイズ型情報量規準(BIC) 8)もよく用いられる。

となる（詳細は付録参照）。
＜モデル 2＞
標本𝑥𝑥𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,2, ⋯ , 𝑛𝑛)が平均値𝜇𝜇2 （未知），分散
2 (>0)(未知)の正規分布に従う母集団から抽出さ𝜎𝜎2れたと仮定すると，平均値と分散の最尤推定値は𝑛𝑛1
𝜇𝜇̂ 2 = � 𝑥𝑥𝑖𝑖
𝑛𝑛
𝑖𝑖=1
𝑛𝑛

1
𝜎𝜎�22 = �(𝑥𝑥𝑖𝑖 − 𝜇𝜇̂ 2 )2𝑛𝑛

𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 = −2 × 最大対数尤度+ 未知パラメータ数 × 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 標本数

𝑖𝑖=1

(3.5)

(3.6)

となり，最大対数尤度𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀2はBIC と同型の MDL(Minimum Description Length)
𝑛𝑛が土木分野へ応用されている事例 10)があるので，
𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀2 = − (𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�22 + 1)
(3.7)
2
本論文では AIC と BIC を用いる。
ここで,最大対数尤度は対象とする数学モデル となる。未知数が𝜇𝜇̂ 2 および𝜎𝜎�12の 2 つでそれらに関（以下，モデル）の尤もらしさ（実現象とモデルと する拘束条件はなく未知パラメータ数は 2 で，AICの近さ）を測る尺度で,それが大きいほど「現象を 値𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴(2)と BIC 値𝐵𝐵𝐼𝐼𝐼𝐼(2)はそれぞれ
尤もらしく表現しているモデル」とされている。そ𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴(2) = −2𝑀𝑀𝑀𝑀𝐿𝐿2 + 2 × 2
れに対して未知パラメータ数が小さい方が「簡潔= 𝑛𝑛(𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�22 + 1) + 4 (3.8𝑎𝑎)
で良いモデル」とされている。概して未知パラメー
𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵(2) = −2𝑀𝑀𝑀𝑀𝐿𝐿2 + 2 × 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝑛𝑛
タ数が大きく複雑なモデルの方が尤もらしいので，= 𝑛𝑛(𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�22 + 1) + 2𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝑛𝑛
情報量規準の値が小さいモデルが「尤もらしさ」と(3.8𝑏𝑏)「簡潔さ」とのバランスがとれた良いモデルとなる。このことより，情報量規準は,簡潔に物理現象 となる（詳細は付録参照）。
を表現するモデルを探す指標であると言える 7),8),9)。 (3.2)～(3.8b)式に表-3 の具体的な数値を代入す
まず，新技術と従来技術との間で日施工量の差 ると AIC 値および BIC 値はそれぞれが無い，すなわち，その差が 0(既知)である場合を
𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴(1) = 171.318 > 143.473 = 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴(2)モデル 1，日施工量に差がありその差が未知である
𝐵𝐵𝐼𝐼𝐼𝐼(1) = 172.363 > 145.562 = 𝐵𝐵𝐼𝐼𝐼𝐼(2)場合をモデル 2 と設定する。双方とも分散は未知となり，AIC 値および BIC 値が共に小さいモデル 2とする。
が「良いモデル」として選択され，有意水準を決め＜モデル 1＞なくてもt 検定と同じ結果を得る。
，
標本𝑥𝑥𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,2, ⋯ , 𝑛𝑛)が平均値𝜇𝜇1 = 𝜇𝜇(= 0)（既知）
2 (>
分散𝜎𝜎1
0)(未知)の正規分布に従う母集団から抽４．まとめ出されたと仮定すると分散の最尤推定値は，
本調査研究においては，評価の視点，評価指標，𝑛𝑛1
比較対象，比較方法の一連の手順を示した。本報告22𝜎𝜎�1 = �(𝑥𝑥𝑖𝑖 − 𝜇𝜇)(3.2)
𝑛𝑛で新たに導入した考え方は，
𝑖𝑖=1となり，最大対数尤度𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀1は𝑛𝑛
𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀1 = − (𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�12 + 1)
2

(3.3)

ⅰ）評価指標を計測可能な日施工量とする
ⅱ）従来技術の日施工量を歩掛から求めるⅲ）評価（比較）を数学的手法で実施するとなる。未知数が𝜎𝜎�12 と 1 つでそれに関する拘束条件はなく未知パラメータ数は 1 で，AIC 値𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴(1)と BIC 値𝐵𝐵𝐼𝐼𝐼𝐼(1)はそれぞれ
𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴(1) = −2𝑀𝑀𝑀𝑀𝐿𝐿1 + 2 × 1= 𝑛𝑛(𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�12 + 1) + 2 (3.4𝑎𝑎)
𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵(1) = −2𝑀𝑀𝑀𝑀𝐿𝐿1 + 1 × 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝑛𝑛の 3 点である。標準歩掛を用いることで従来技術での計測を標準的な施工法でシミュレートしたことになる。さらに，情報量統計学の手法を用いることで，評価が(3.2)式～(3.8b)式を計算するだけで自動的かつ簡便に実施できる。
よって，本研究では，簡便で客観的な新技術の生
産性評価手法を提案できた。

- 53 -

以上より，このモデルでは未知パラメータ数が 1 なので，AIC 値𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴(1)と BIC 値𝐵𝐵𝐼𝐼𝐼𝐼(1)は参考文献
1) 国土交通省：i-Construction報告書，平成28年4月
2) 国土交通省：ICT活用工事の実施状況（H30年度）

𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴(1) = −2𝑀𝑀𝑀𝑀𝐿𝐿1 + 2 × 1= 𝑛𝑛(𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�12 + 1) + 2 (𝐴𝐴. 3𝑎𝑎)
𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵(1) = −2𝑀𝑀𝑀𝑀𝐿𝐿1 + 1 × 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝑛𝑛= 𝑛𝑛(𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�12 + 1) + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝑛𝑛3) 一般財団法人先端建設技術センター：CEマニュアル，
1996年3月
4) 一般社団法人日本建設機械施工協会：建設技術審査証明
報告書 建設機械施工技術（建審証第1901号）マイクロ(𝐴𝐴. 3𝑏𝑏)

ジョイントパイル工法，2019年7月
5) 東京大学教養部統計学教室：統計学入門，東京大学出版

で求まる。
A2.モデル 2 の AIC と BIC
6) 上田拓治：44の例題で学ぶ統計的検定と推定の解き方，
標 本 𝑥𝑥𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,2, ⋯ , 𝑛𝑛) が 平 均 値 𝜇𝜇2 （ 未 知 ） ， 分 散
2 (>オーム社，2009年5月
0)(未知)の正規分布に従う母集団から抽出され
𝜎𝜎27) 坂元慶行・石黒真木夫・北川源四郎：情報量統計学（情たものと仮定すると，その確率密度関数𝑝𝑝(𝑥𝑥|𝜇𝜇, 𝜎𝜎1 )は会，1991年7月

報科学講座A・5・4），共立出版，1983年1月

8) 鈴木義一郎：情報量規準による統計解析入門，講談社サ𝑝𝑝(𝑥𝑥|𝜇𝜇2 , 𝜎𝜎2 ) =イエンティフィク，1995年4月
9) 小西貞則・北川源四郎：情報量規準（シリーズ<予測と発見の科学>2），朝倉書店，2004年9月
10) 長健次・髙津知司・橋本信仁：含水比の低い土砂の管路圧送における圧送特性の向上法，土木技術資料，31・
10，p519-523，1989年10月

付録
A1.モデル 1 の AIC と BIC，分
標本𝑥𝑥𝑖𝑖 (𝑖𝑖 = 1,2, ⋯ , 𝑛𝑛)が平均値𝜇𝜇1 = μ（既知）2 (>0)(未知)の正規分布に従う母集団から抽出
散𝜎𝜎1
されたものと仮定すると，その確率密度関数
𝑝𝑝(𝑥𝑥|𝜇𝜇, 𝜎𝜎1 )は𝑝𝑝(𝑥𝑥|𝜇𝜇, 𝜎𝜎1 ) =1�2𝜋𝜋𝜎𝜎12𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 �−

なので，対数尤度𝐿𝐿𝐿𝐿1は，(𝑥𝑥 − 𝜇𝜇)2�
2𝜎𝜎12

𝐿𝐿𝐿𝐿2 �𝑥𝑥1, 𝑥𝑥2, ⋯ , 𝑥𝑥𝑛𝑛 |𝜇𝜇, 𝜎𝜎1 �𝑛𝑛= � 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝑝𝑝(𝑥𝑥𝑖𝑖 |𝜇𝜇2 , 𝜎𝜎2 )
𝑖𝑖=1

𝑛𝑛

𝑛𝑛
𝑛𝑛
1
= − 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 − 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎22 − 2 �(𝑥𝑥𝑖𝑖 − 𝜇𝜇2 )2
2
2
2𝜎𝜎2
𝑖𝑖=1

となり，平均値𝜇𝜇2 と分散𝜎𝜎12 の最尤推定値𝜇𝜇̂ 2 および 𝜎𝜎�22は，それぞれは最尤方程式より

𝜎𝜎�22 =

𝑖𝑖=1𝑛𝑛1
�(𝑥𝑥𝑖𝑖 − 𝜇𝜇̂ 2 )2𝑛𝑛
𝑖𝑖=1(𝐴𝐴. 4)(𝐴𝐴. 5)を得て，最大対数尤度𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀2は次式となる。
𝑛𝑛
𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀2 = − (𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�22 + 1)
2

𝑛𝑛

𝑛𝑛
𝑛𝑛
1
= − 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 − 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎12 − 2 �(𝑥𝑥𝑖𝑖 − 𝜇𝜇)2
2
2
2𝜎𝜎1
𝑖𝑖=1

となり，分散𝜎𝜎12 の最尤推定値𝜎𝜎�12 を最尤方程式より
𝜎𝜎�12 =

なので，対数尤度𝐿𝐿𝐿𝐿2は，(𝑥𝑥 − 𝜇𝜇2 )2
�
2𝜎𝜎22

𝑛𝑛

𝑛𝑛

𝑖𝑖=1

�2𝜋𝜋𝜎𝜎22

𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 �−1
𝜇𝜇̂ 2 = � 𝑥𝑥𝑖𝑖
𝑛𝑛

𝐿𝐿𝐿𝐿1 �𝑥𝑥1 , 𝑥𝑥2, ⋯ , 𝑥𝑥𝑛𝑛 |𝜇𝜇, 𝜎𝜎1 �= � 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝑝𝑝(𝑥𝑥𝑖𝑖 |𝜇𝜇, 𝜎𝜎1 )

1

𝑛𝑛

1
�(𝑥𝑥𝑖𝑖 − 𝜇𝜇)2
𝑛𝑛
𝑖𝑖=1

𝑛𝑛
𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀1 = − (𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�12 + 1)
2

以上より，このモデルでは未知パラメータ数が 2 なので，AIC 値𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴(2) と BIC 値𝐵𝐵𝐼𝐼𝐼𝐼(2)はそれぞれ(𝐴𝐴. 1)を得て，最大対数尤度𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀1は次式となる。

(𝐴𝐴. 2)(𝐴𝐴. 6)𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴(2) = −2𝑀𝑀𝑀𝑀𝐿𝐿2 + 2 × 4= 𝑛𝑛(𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�22 + 1) + 4 (𝐴𝐴. 7𝑎𝑎)
𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵(2) = −2𝑀𝑀𝑀𝑀𝐿𝐿2 + 2 × 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝑛𝑛= 𝑛𝑛(𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 2𝜋𝜋 + 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝜎𝜎�22 + 1) + 2𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝑛𝑛(𝐴𝐴. 7𝑏𝑏)

で求まる。

- 54 -■

14．市町村工事を対象とした ICT 施工の導入を目指した
取り組みについて～さらなる ICT 施工の普及に向けて～

国土交通省 近畿地方整備局

１．はじめに国土交通省では、建設現場における生産性を向上させ、魅力ある建設現場を目指すために、「ICT技術の全面的な活用」、「規格の標準化」、「施工時期の平準化」、「受発注者間のコミュニケーションによる施工の円滑化」を進める i-Construction の取り組みを推進している。
なお、i-Construction の取り組みを円滑かつ効果
的に推進・普及させるため、近畿地方整備局では地方公共団体及び関係業団体等の産学官による iConstruction 推進連絡調整会議や発注者協議会等を通じて、実技研修・講習を実施するなどの普及・促進を行っている。
本稿では、近畿地方整備局が実施している「ICT
技術の全面的な活用」における ICT 施工の普及の取組について紹介する。
2．ICT 技術の全面的な活用について
調査、測量、設計、施工、検査等のあらゆる建設
生産プロセスにおいて ICT 技術を全面的に活用す
る ICT 活用工事については、平成２８年度に土工から始まり、舗装工、浚渫工へと工種を拡げ、今年度から地盤改良工（深層）、法面工、舗装工（修繕）へと展開しているところである。

図-1○ 武本 昌仁

近畿地方整備局における ICT 活用工事（土工）の実績としては、毎年度６割以上の現場で実施されているところである。
なお、府県においても、年々ICT 活用工事の実施
件数は増加している。

図-２

近畿地方整備局の ICT 活用工事契約実績

一方、市町村においては維持修繕的な小規模な工事が多く、ICT 施工のメリットは少ないと思われており、取組が進んでいない状況がある。
建設業における公共工事全体に占める割合を見ると、国発注工事の割合は 2 割に過ぎず、府県・市町村発注工事が 5 割、残り 3 割は都市再生機構などの政府関連企業などとなっている。
そのため、府県及び市町村発注工事において、ICT 施工に取り組まれることが必要不可欠であり、普及を促進する必要がある。

ICT 施工の工種拡大
図-３- 55 -

発注者別の工事請負割合

3．地方公共団体への ICT 施工の普及について
前述の課題を受け、近畿地方整備局が実施している地方公共団体への ICT 施工の普及の取組を紹介する。
府県へは ICT 施工導入への技術支援や講習会の開催を行うとともに、府県発注工事に対して、国から ICT 専門家を派遣する「地方展開モデル事業」を実施している。
モデル事業の支援を契機に県内の関係団体含めて ICT 施工への情報共有を行う協議会を立ち上げたり、ICT 活用工事の発注が増加するなど府県のICT 施工への取り組みは広がりを見せている。

図-４

技術支援の内容としては、3 次元データ作成やICT 施工を含めたソフト、ハード面での支援を実施した。
4.技術支援実施内容
一連の過程における技術支援は下記のとおりである。
①測量：TLS（地上型レーザースキャナー）による点群データの取得②設計：3 次元データの作成実習
難しいと思われていた 3 次元データの作成においては、意外と簡単に作業ができることを確認。
③施工：外渠誘導及びミニバックホウによる盛土（敷均し）街渠誘導においては、従来の水糸の代わりとして、3 次元データを活用
し、街渠設置を実施。
なお、盛土工においては、ミニバック
ホウの排土板がマシンコントロール
で制御可能な機器を現場に導入し、何度も前後することなく、均一な施工ができることを確認。
④出来形管理：ヒートマップによる出来形管理及びＴＳによる出来形管理を実施。

地方展開モデル事業

一方、近畿地方整備局管内における市町村でのICT 施工発注実績は非常に少なく、今後の ICT 施
工及び ICT 技術の導入に向けた裾野を拡げるためにも、府県への支援とは異なった方法で普及に向けた取組を行う必要があると考えている。
そのため、令和元年度は、兵庫県宝塚市の協力のもと、市発注工事において測量から設計、施工、出来形検査までの一連の工程での技術支援を実施した。

図-５ 技術支援工事の概要

今回、技術支援を行ったことで、規模が小さく導入が難しいと思われている工事においても上手く ICT 機器を導入することが現場の生産性向上への一助をなることが理解した頂くことが出来たと考えている。
ICT 機器の進歩が進む一方で、現場への ICT 導入が進まないのは、ICT 導入に際して、「費用が高い」「難しい」などの先入観や慣れた従来施工でも工事が実施できることもあり、導入に踏み切れない部分もあると感じられた。今後はこういった先入観を払拭するような取組が重要であると考えている。
5．おわりに
市町村工事への取組を実施したが、令和２年度
からは、ICT 活用工事にも ICT 活用工事のうち、起工測量、ICT 施工を受注者の希望により実施を選択し、設計データ作成、出来形管理等の施工管理を必須とした「簡易型 ICT 活用工事」も取り入れ、
3 次元データの重要性が更に高まっている。
今後も近畿地方整備局では、ICT 施工を基本とし、さらなる ICT 技術の全面的な活用について、継続して普及・推進に取り組む所存である。
最後になりましたが、ご協力頂いた府県及び兵庫県宝塚市の担当者、受注者の皆様、また施工技術総合研究所の皆様に感謝申し上げます。

- 56 -

15．電子制御を活用した HMT(Hydraulic Mechanical Transmission)
ホイールローダの開発
株式会社小松製作所

１．はじめに
ホイールローダは採石場や建設工事現場などにおいて積込機として使用され，ダンプトラックとの距離に応じて，アクセルペダル，ブレーキペダ
ル，作業機レバーを連携させた複合的で高度な操作が必要とされる。しかし現在，高齢化による熟練オペレータの減少が問題となっており，運転操作の容易化が強く求められている。
そこで，無段変速機能を有するコマツハイドロ
リックメカニカルトランスミッション(KHMT)を搭載した中型ホイールローダ WA470-10 を開発した(図-1)。本機では，電子制御を積極的に活用
し，エンジン，油機，トランスミッションが最適に制御されることにより，アクセルペダルは車
速，作業機レバーは作業機速度と，それぞれ独立して操作することが可能となった。その結果，直感的な操作の実現により非熟練オペレータでも容易にホイールローダを扱うことが可能となり，従来機に比べ操作性を大幅に向上させた。
本稿では，WA470-10 に搭載されたこれらの新機能について紹介する。

図-1

WA470-10２．従来機の変速機構
従来ホイールローダはトルクコンバータ+機械式 ト ラ ン ス ミ ッ シ ョ ン 方 式 ま た は Hydrostatictransmission(HST)方式により構成された。
トルクコンバータ+機械式トランスミッション
方式は，トルクコンバータのロックアップ機構や機械式の減速機構により高い伝達効率を発揮する

村本 卓也
講堂 康史朗〇 竹野 陽が，複数段からなる異なる減速比の歯車をクラッ
チにより切換えるため，作業負荷に応じた変速が発生し，牽引力が段階的に変化する特性がある。
一方で HST 方式は油圧ポンプと油圧モータの組
み合わせにより構成され，機械式のトランスミッ
ションと比べ，伝達効率は劣るが，油圧により無段変速機能が実現され，牽引力が途切れることなくなめらかに変化するため操作性に優れる。
従来コマツでは使用用途が主に砕石・鉱山現場などでの積込作業となる中型～大型のホイールロ
ーダには高効率なトルクコンバータ+機械式トランスミッション方式を採用し，除雪や農畜産分野など用途が多岐にわたり，非熟練オペレータが運転する頻度が高い小型のホイールローダには操作性に優れる HST 方式を採用してきた。
３．KHMT システムについて
3.1 開発の狙い
高い作業効率が求められる中型のホイールロー
ダにおいて，トルクコンバータ+機械式トランスミッション方式の効率の高さと，HST 方式が持つ操作性の高さの両立を実現するためコマツハイドロ
リックメカニカルトランスミッション(KHMT)を搭載した中型ホイールローダ WA470-10 を開発した。KHMT は機械・油圧の２系統でのトルク伝達により，HST 方式同様の無段変速機能を有し，オペレータの操作性向上を図りながら高効率化を実現した。
3.2 システム構成
KHMT のシステム構成を(図-2)に示す。
KHMT は遊星歯車にサイズの異なる 2 つの油圧モータを組み合わせた構成となっており，機械と油圧でトルクを伝達している(図-3)。コントローラはアクセル
ペダルや作業機レバーなどのオペレータ操作，作業機負荷や車速などの車両状態を認識しトランスミッション内の油圧モータやエンジンを電子制御する。

- 57 -

3.3 遊星歯車による無段変速のメカニズム
KHMT は遊星歯車と２つの油圧モータの組み合
わせにより無段変速を行う。遊星歯車はリングギ
ア，キャリア，サンギア，プラネタリギアから構成され，動力はリングギア，キャリア，サンギア
から外部に伝達される。KHMT はキャリアにエン
ジン，リングギアに油圧モータ(B)，サンギアに
油圧モータ(A)と車軸が接続される(図-4)。実際には遊星歯車とそれぞれのコンポーネント間は減速されて接続されているが，ここでは簡略化のため
それらの減速は省いた状態で説明を進める。
遊星歯車のリングギア(油圧モータ(B))，キャリア(エンジン)，サンギア(油圧モータ(A)，車軸)の回転数[rpm]をそれぞれ𝜔𝜔𝑟𝑟 ，𝜔𝜔𝑐𝑐 ，𝜔𝜔𝑠𝑠 また，リング
ギアとサンギアの歯数をそれぞれ𝑍𝑍𝑟𝑟 ，𝑍𝑍𝑠𝑠 で表すと，遊星歯車の回転関係は以下のように表される。
𝑍𝑍𝑠𝑠 × 𝜔𝜔𝑠𝑠 + 𝑍𝑍𝑟𝑟 × 𝜔𝜔𝑟𝑟 = (𝑍𝑍𝑟𝑟 + 𝑍𝑍𝑠𝑠 ) × 𝜔𝜔𝑐𝑐 ……(1)

また，二つの油圧モータは閉回路で接続されていることより，それぞれの容量[cc/rev]を𝑄𝑄𝐴𝐴 ，𝑄𝑄𝐵𝐵
で表すと油圧閉回路における流量のつり合いは以
センシング

バケット

ブーム

レバー

レバー

指令

下のような関係式で表される。ただし，簡略化のため油圧モータの容積効率は 1 とする。
𝑄𝑄𝐴𝐴 × 𝜔𝜔𝑠𝑠 − 𝑄𝑄𝐵𝐵 × 𝜔𝜔𝑟𝑟 = 0
𝑄𝑄𝐴𝐴 ⁄𝑄𝑄𝐵𝐵 = 𝜔𝜔𝑟𝑟 ⁄𝜔𝜔𝑠𝑠

式(2)´は油圧モータの容量比を調節することにより，リングギア(油圧モータ(B))とサンギア(油圧モータ(A)，車軸)の回転数比が制御されることを示す。つまり，式(1)と合わせると，油圧モータの容量比を調節することでトランスミッションとしての減速比(エンジン(キャリア)回転数/車軸(サンギア)回転数)が制御可能であることが示される。
(図-5)に，式(1)における遊星歯車の回転の関係と式(2)´における油圧モータ容量の関係を図示
し，エンジン回転数一定下においてトランスミッ
ションの無段変速機能により車両が加速する過程を示す。
式(1)より，𝜔𝜔𝑐𝑐 は𝜔𝜔𝑟𝑟 と𝜔𝜔𝑠𝑠 を𝑍𝑍𝑠𝑠 : 𝑍𝑍𝑟𝑟 に内分する回転数であることに着目し，各回転数の横軸を内分比に合わせて図示すると直線上に表される(左軸)。
また，𝑄𝑄𝐴𝐴 を𝜔𝜔𝑟𝑟 ，𝑄𝑄𝐵𝐵 を𝜔𝜔𝑠𝑠 と同じ横軸上の位置に棒

アクセル
ペダル

作業機負荷
(容量、圧力)バケットシリンダ
ブームシリンダバルブ

コントローラ
車速

作業機
作業機
ポンプ

KHMT

回転
トルク

遊星歯車
油圧モータ(A)

車軸

容量

……(2)
……(2)´エンジン

油圧モータ(B)

図-2 KHMT システム構成

図-3 KHMT 外観

図-4 遊星歯車接続- 58 -

グラフで図示する(右軸)と，𝑄𝑄𝐴𝐴 ⁄𝑄𝑄𝐵𝐵 を調節することにより𝜔𝜔𝑟𝑟 ⁄𝜔𝜔𝑠𝑠 が制御される様を読み取ることができる。
(図-5)の状況において，KHMT はエンジン回転数一定の下，𝑄𝑄𝐵𝐵 を大きく，また𝑄𝑄𝐴𝐴 を小さく電子制御することで車軸(𝜔𝜔𝑠𝑠 )を加速させている。このとき油圧モータ(A)は車軸に駆動力を伝えるためにモータとして働き，油圧モータ(B)は油圧モータ(A)へと油を送るためにポンプとして作動する。
KHMT は走行に必要な目標エンジン回転数やオペレータ操作による車速要求をコントローラ内で演算し，2 つの油圧モータを電子制御することでトランスミッションとしての減速比を作り上げる。
４．KHMT 化による操作性改善
4.1 従来機における操作性の課題
ここではトルクコンバータ+機械式トランスミッション方式の中型ホイールローダにおけるダンプトラックへの積込作業時の操作性について課題を示す。
積込作業においては作業機に土砂を積んだ状態
から，排土先であるダンプトラックまでの短い距離において作業機を素早く上げる必要がある。作業機速度はポンプの流量に比例するため，積込に必要な流量を確保するためにオペレータはアク

図-5

セルペダル操作によりエンジン回転数を上昇させる。
しかし，トルクコンバータ＋機械式トランスミッション方式の車両は変速作業をオペレータが実施しない限り減速比が変わらないため，エンジン
回転数上昇に伴い車体は加速する。
オペレータはダンプトラックとの距離を意識し，エンジン回転数をアクセルペダルで，作業機速度
を作業機レバーで，車速をブレーキペダルで調節する必要があり，高度な複合操作が要求される。
車両の効率的な稼働は現場の生産能力に影響するため，複雑な複合操作の解消は若手オペレータのみならず，現場オーナーやすべてのオペレータの悩みの種であり改善が求められていた。
4.2 KHMT の作業機・走行独立制御について
KHMT は無段変速機能の特性を生かし，エンジンの回転数制御とアクセルペダル操作を切り離している。これにより，作業機速度は作業機レバーのみ，車速はアクセルペダルのみで操作する作業機・
走行独立制御を実現した。
本節では作業機・走行独立制御の仕組みを解説するが，これは制御フローを厳密に表すものではなくコンセプトを示すことが目的であることを付
け加えておく。作業機・走行独立制御の概念図を(図-6)に示す。

遊星歯車と油圧モータで無段減速する仕組み

図-6

作業機・走行独立制御概念図- 59 -

コントローラは作業機レバーとアクセルペダルの情報を取得する。作業機・走行独立制御ではこれらの情報をそれぞれ，作業機速度要求，車速要求と認識する。
オペレータが作業機を素早く動かす目的で作業機レバーを操作した際，コントローラは必要な作業機速度を出すためのポンプ流量を演算し，搭載する作業機ポンプのサイズより，目標とするエンジン回転数を算出する。エンジンはこの目標回転数を元にアクセルペダル操作とは関係なくコント
ローラから制御される。これはつまり，作業機レバー操作によりエンジン回転数が自動で制御されることを示す。
一方でコントローラはアクセルペダルにより認識した車速要求を実現するため，トランスミッシ
ョンに必要とされる減速比を演算する。これは作業機レバー操作により決まるエンジン回転数とアクセルペダル操作により決まる車速要求の比を演算することで得られる。KHMT は目標の減速比を実現するため２つの油圧モータを電子制御することでオペレータの車速要求での走行を可能としている。
作業機・走行独立制御により作業機速度と車速を独立して操作可能となり，シンプルで直感的な操作性が実現した。(図-7)にダンプトラックへの積込作業における従来機との操作性の違いを示す。
ダンプトラックへの積込作業は土砂を積んだ状
態で作業機を上げる作業から始まる。この時，従来機は作業機を上げるために作業機レバー(右手)を運転操作

作業機上げ操作操作するが，作業機速度を速める際にはエンジン
回転数を上げるためアクセルペダル(右足)操作が必要となる。一方で WA470-10 はエンジン回転数
が自動で制御されるため作業機レバー(右手)操作のみで作業機速度が調節可能である。
次にダンプトラックへ近づくために車両は走行を始めるが，この時ダンプトラックとの距離を意識して作業機速度と車速を調節する必要がある。
従来機では作業機速度を作業機レバー(右手)とア
クセルペダル(右足)操作で，また，車速をアクセル
ペダル(右足)とブレーキペダル(左足)で調節する必要があり高度な複合操作が要求される。一方でWA470-10 は作業機速度を作業機レバー(右手)で車
速をアクセルペダル(右足)でそれぞれ独立して操作可能である。
ダンプトラックへの積込は減速しながら作業機
速度を調節する必要がある。減速のためにはブレーキペダル(左足)を操作するが，従来機は作業機速度を調節するため，車速の挙動に反してアクセル
ペダル(右足)操作が必要であり感覚と異なる操作が求められる。一方で WA470-10 は作業機速度を作業機レバー(右手)のみで操作できるため，車速の調節は減速のためのブレーキペダル(左足)操作のみに集中することができる。
WA470-10 は作業機・走行独立制御を採用することにより，従来機において発生していた，作業機レバー(右手)，アクセルペダル(右足)，ブレーキペダ
ル(左足)の高度な複合操作をなくし，より直感的で容易な操作性を実現している。
作業機、走行 同時操作

ダンプトラック積込操作

作業機レバー(右手)作業機レバー(右手)作業機レバー(右手)アクセルペダル(右足)アクセルペダル(右足)アクセルペダル(右足)動作イメージ

作業機操作
従来機

アクセルペダル(右足)

車速に影響

走行操作

作業機操作

作業機レバー(右手)ブレーキペダル(左足)ブレーキペダル(左足)作業機レバー(右手)作業機レバー(右手)アクセルペダル(右足)ブレーキペダル(左足)WA470-10
走行操作

図-7

積込作業時の操作性比較- 60 -

4.3 操作性改善の効果確認
５．従来機からの燃費向上
作業機・走行独立制御の操作性向上効果を確認
操作性向上に加え，KHMT 化に伴い従来機にはするため，砕石・鉱山現場で一般的に行われる V なかった，燃費性能を向上させる制御を織り込ん
シェープ作業にて従来機との比較試験を実施した。 だのでここで述べる。
V シェープとは砂利などの製品をダンプトラックに積込む際に行う作業で，その走行軌跡からこの 5.1 エンジン低回転マッチング制御
ような名前が付けられている。V シェープ作業のKHMT の制御システムはオペレータの操作に対流れを(図-8)に示す。
して車体の状況や負荷を総合的に判断し，エンジ
社内試験の結果，V シェープ作業 1 サイクル当 ンが最適な出力となるよう制御されている(図-10)。
たりのペダル操作頻度はアクセルペダルが 22%低これはコントローラがオペレータのアクセルペ減，ブレーキペダルが 75%低減という結果が得ら ダル操作(車速要求)と作業機レバー操作(作業機速れ，操作性の大幅な向上が確認できた。(図-9)度要求)に対して必要なパワーのみエンジンに出力するよう指令することにより実現されている。

図-9 V シェープ作業における操作頻度比較

図-8 V シェープ作業

図-10

エンジン低回転マッチング制御- 61 -

エンジンは掘削や坂道走行など大きな出力が必要とされる局面においては高いエンジン回転数で制御され，低速での平地走行など小さな出力しか必要とされない局面においては低いエンジン回転数で制御される。
一般的にエンジンは回転数が高いほど内部のフリクションが高く効率が悪いとされている。
KHMT は無段変速機能の特徴を生かし，従来機と同じ車速で走行する際にエンジン回転数を低く保つエンジン低回転マッチング制御を織り込み燃費向上を図った。(図-11)に平地走行時におけるエン
ジン回転数の比較結果を示す。比較対象の従来機は WA470-10 モデルチェンジ前の現行機種 WA4708 を選定した。
(図-11)は WA470-8 を各走行速度段での最高車速で走行させた際のエンジン回転数と WA470-10 を対応する車速で走行させた際のエンジン回転数を比較した結果を示す。
WA470-10 はエンジン低回転マッチング制御により，どの車速域においても WA470-8 よりも低い
エンジン回転数で走行が可能である。

図-11

社内試験の結果，燃費は 12%改善することを確認した。これはエンジン低回転マッチング制御によるエンジンの効率な使用や作業機・走行独立制
御による操作性向上が寄与した結果である。
６．おわりに
KHMT の採用により，長年ホイールローダにおける課題であった高度な複合操作という操作性の問題を大幅に改善することができた。熟練オペレータの減少は今後も進行すると考えられ，運転容易化・操作性向上技術のさらなる普及が求められる。
当社はさらなる操作性能・燃費性能を実現する
建設機械を開発していく所存である。
参考文献
1) 村 本 卓 也 ・ 講 堂 康 史 朗 ： 中 型 ホ イ ー ル ロ ー ダ

エンジン回転数比較

5.2 燃費試験結果
社内標準における従来機との積込作業燃費の比
較結果を(図-12)に示す。前節同様比較対象の従来機は WA470-8 を選定した。試験結果は時間当たりの燃料消費量(L/h)について WA470-8 の試験結果を100 として無次元化した値で示す。

図-12

燃費試験結果- 62 -

WA470/475-10 ， コ マ ツ テ ク ニ カ ル レ ポ ー ト ， Vol.65
No.172，pp.50～56， 2020年3月31日発行

16．新型除雪グレーダ用可変幅型ブレードの開発
国土交通省 東北地方整備局 東北技術事務所
宇野 賢一
国土交通省 東北地方整備局 東北技術事務所 ○田村 直樹

１．はじめに従来の2人乗り除雪グレーダ（以下、「従来型」）は、昨今の排ガス規制の強化により生産中止となり、平成27年度から土工用の1人乗りモーターグレーダ（以下、「新型」）をベースにしたものが、除雪グレーダとして導入され始めた。
この土工用モーターグレーダは、排ガス規制に対応した世界標準の機種であり日本独自の除雪専用機種ではなく、従来より導入していた道路幅の変化に対して作業幅員を拡大できる、可変幅型ブ
レード（以下、「ＶＢ」）が搭載できなくなり、除雪作業効率の低下が懸念された。
このため、従来型ＶＢと同等程度の作業能力を確保し、さらに1人乗りでも安全に除雪作業を行うことができる、新型ＶＢを開発した。
本稿では、実際に使用するオペレータや製作メーカへのヒアリングを実施し、その結果から改善点を探り、開発機を完成・現場導入させるまでの取組について紹介するものである。
２．可変幅型ブレード（ＶＢ）とはブレード長を標準的な4ｍから最大6ｍへと拡大することができるブレードであり、最大の6ｍまで拡大した場合の作業幅員は約5.2ｍ（推進角60度時）となり、1台で1.5車線分の除雪が可能となる装置である。
バリアブルブレード、作業幅員可変型ブレード、可変伸縮型ブレードなど、複数の呼び名が存在する。

写真－１ 従来型ＶＢ 作業状況（伸ばした状態(L=6m)）

３．開発のねらい
除雪作業は、一般交通の中で安全かつ迅速に行わなければならず、特に除雪グレーダにおいては、
圧雪除去や路側のきめ細かな作業を求められ、特有の視界領域、複雑な操作方法などの理由から、操作に高い特殊性・専門性を要する。
更に、従来型は2人乗りであったが、新型から
は1人乗りとなり、助手が担っていた安全確認などもオペレータ1人で行わなければならない。
これらの要求を満足するために、従来型ＶＢと同等程度の作業能力を確保することはもちろん、次世代人材の育成も考慮し、開発にあたっては、オペレータの意見を最大限反映することを第一に「つかいやすく安全なもの」を目標として検討した。
４．開発の流れ
開発の流れは次のとおり3ヶ年での計画とした。
1年目 ①オペレータヒアリング②メーカーヒアリング③仕様の決定2年目 ④試作機製作
3年目 ⑤現地適用性試験
４．①オペレータヒアリング
従来型ＶＢの改良要望などを確認するため、オペレータを対象としたヒアリングを実施した。
東北地方整備局管内においては、12工区に23台のＶＢが配備（H29調査時点）されており、このうち、ＤＩＤ区間が含まれない1工区を除く11工区をヒアリングの対象とした。
主な意見は次のとおり。
・常に、構造物との接触に注意している。
・従来の4.0m～6.0ｍで問題ない。
・6.0mでの作業時、雪の抱え込み量が多くなると車体が浮いたり不安定となる。また、線圧が低下することで圧雪除雪に対応できない。
・伸縮に時間が掛かる。
・片側のみ、左右同時の場合の伸縮速度を同じに。
・操作レバーや切り替えスイッチが使いづらい。
・オートブレードが欲しい。

- 63 -

４．②メーカーヒアリング
開発に必要な性能と、オペレータヒアリングの要求を提示し、開発の可能性について、各メーカ
ーに対しヒアリングを実施した。
オペレータヒアリング結果に対するメーカー側の主な回答は次のとおり。
・従来型ＶＢと同様であれば開発は可能。
・圧雪に対応できるＶＢは、現時点では不可。
・伸縮速度については詳細な検討が必要。
・操作性については改良可能。
・メーカー単独での開発予定はない。

Ｆ，「操作性向上」に対する対応「操作レバー等が使いずらい」といった意見への対応として、ハンドル等から手を放さずに操作が可能となるよう配置や動作を見直すものとした。
これは、走行中の安全確保、誤操作防止、オペ
レータの負担軽減といった点から重要であると考えられた。
４．④試作機製作
新型への搭載試験及び現地適用性試験用として試作機を製作した。製作にあたっては４．③Ａのとおり、従来型に準拠するものとした。

４．③仕様の決定
メーカーヒアリングの結果から、開発可能と判断し、主要仕様を決定した。
Ａ，「基本構造、基本寸法」
従来型と新型において、グレーダ独特の車体構造が変更されていないことから、基本的な構造や材質は、従来型に準拠するものとした。
Ｂ，「伸縮幅、ブレード長さ」「6.0m以上伸びればよい」といった意見も一部の工区から上がったものの、ブレード幅を伸ばす
ことで線圧が下がること、一般車両・道路構造物
等との接触リスクが上がること、ブレード端が目視できなくなること等の理由により、従来型ＶＢに準拠するものとした。
Ｃ，「ブレード線圧」「線圧をもっと高くしたい」といった意見も一部の工区から上がったものの、設計上の基準値（26kN/m）を満足する計画であることと、仮に基準値を上回る設計とした場合、カウンターウエイ
トの増設により車体バランスが崩れることが想定されたことから、従来型ＶＢに準拠するものとした。

図－１ 新型 外観図

縮小時：4.0m
写真－２ 新型ＶＢ 縮めた状態(L=4m)

Ｄ，「ブレード高さ・寸法、切削角、推進角」
従来型ＶＢに対して特段の意見等が無かったことから、従来型ＶＢに準拠するものとした。
Ｅ，「伸縮速度」「伸縮速度が遅い・バラバラ」といった意見への対応として、伸縮速度を全体的に向上させ、かつ、一定化する方向で見直すものとした。
これは、後方からの追い越しや対向車両を回避する場合や、構造物へのブレード端の接触回避な
ど、急な回避操作に有効であり安全上重要であると考えられた。

拡幅時：6.0m（片側各 1.0m）
写真－３ 新型ＶＢ 伸ばした状態(L=6m)- 64 -

４．⑤現地適用性試験
現地適用性試験は、国道13号、尾花沢国道維持
出張所の管内において実施した。
試験当初は、「JCMAS T005 除雪グレーダ性能試験方法」に準じた新型ＶＢの除雪量計測や、従来型と新型の作業状況比較なども計画していたが、記録的な小雪のため実施が困難となったことから、オペレータヒアリングとドライブレコーダ画像等を用いた比較検討までとした。
オペレータヒアリングの結果、主な意見は次のとおり。全般的に良好な印象が得られた。
【ＶＢ関係】
・交差点部及びバス停等の除雪が迅速に行えた。
・伸縮速度が向上し操作しやすく安心感もある。
・現在の伸縮速度が適切。現在より遅くても早くても操作しづらくなる。
・一般車両が追い越しをかけてきた際に接触する不安が軽減した。
・通常の車両系建設機械と同様に、どちらかのジョイスティックに操作スイッチを集約したほうが良い。
【車両関係】
・ジョイスティックに不慣れで操作しずらい。
・慣れていない若手や新人であれば、ジョイス
ティックの方が使いやすい可能性はある。

から2本（左右）のＶＢ用油圧シリンダーに分岐する油圧回路となっており、「伸」と「縮」に加え、「片側のみ」と「左右同時」においても、伸縮速度が異なる。
これに対し新型ＶＢでは、従来型ＶＢより吐出量が多い2つのバルブを使用し、左右それぞれの油圧シリンダに独立して油圧を供給する回路とした。
これにより、伸縮速度が全体的に向上し、片側のみの場合と左右同時の場合に発生していた伸縮速度の変化も解消された。

ドライブレコーダ画像等を用いた比較検討の結果、時間当たりの除雪量は、従来型ＶＢを1とした場合、新型ＶＢは0.96～1.09と同程度であり、従来型ＶＢと同程度の能力を確保していることが確認された。

回避方法
ｻｰｸﾙ回転8000

ブレード伸縮速度の比較
項目

開発装置

18cm/秒→0～22cm/秒（縮）26cm/秒→0～33cm/秒

（伸）

9cm/秒

→

0～22cm/秒（縮）13cm/秒→0～33cm/秒

片側のみ

両側同時

表－2 従来型ＶＢと新型ＶＢの伸縮速度

なお、新型ＶＢの伸縮速度を決定するにあたっては、実際に行われている回避行動（＝サークルの回転）から決定しており、「伸」より「縮」を優先し、サークル回転による回避所要時間に近い感覚で伸縮するよう設計している。
従来型ＶＢ

新型ＶＢ

ﾌﾞﾚｰﾄﾞ長 6,000 ㎜ → 6,000 ㎜
推進角

60 度 →40 度

車幅 約 5,200 ㎜ →約 3,800 ㎜
旋回速度 12.5度/s
回転角20度
所要時間 1.6秒

除雪量 [m3/h]

6000

旧型

（伸）

ﾌﾞﾚｰﾄﾞ縮4000

ﾌﾞﾚｰﾄﾞ長 6,000 ㎜ →約 4,400 ㎜
推進角

2000

旋回速度 8度/s
回転角20度
所要時間 2.5秒

60 度 →

60 度

車幅 約 5,200 ㎜ →約 3,800 ㎜

0
日時

検証１
検証1
旧型
新型
12/6
12/28

旧型
2/6

2/6

2/8

2時台～6時台

8時台～11時台

8時台～12時台

-4.5℃

-5.0℃

-0.2℃

時間

8時台～13時台

気温

-0.2℃

-0.8℃

積雪

18㎝

8㎝

路面

シャーベット

検証２
検証2
新型

18㎝

旧型

こな雪

検証３
検証3
旧型

新型

検証４
検証4
旧型

6㎝

5㎝

シャーベットシャーベット新型

縮速度130㎜/s(両)縮距離 800㎜(片)所要時間 約6.1秒

新型

縮速度330㎜/s(両)縮距離 800㎜(片)所要時間 約2.4秒

表－３ 伸縮速度の決定

表－１ 従来型ＶＢと新型ＶＢの除雪量比較

５．従来型ＶＢからの大きな変更点①伸縮速度
ブレードの伸縮には一般的な油圧シリンダが用いられており、油圧シリンダ特有の構造上「伸」と「縮」で伸縮速度が異なる。
従来型ＶＢは、これに加え、1つの油圧バルブ②操作方法
従来型ＶＢの操作方法は、「左右切替スイッチ」にて動かす側のブレードを選択した後、「レバー操作」によりブレードを伸縮させる2アクシ
ョン式を採用していた。
この場合、操作の際にハンドルから手を放す必要があり、また、手の動作距離も長いことから、急な回避操作などで不向きな操作方式である。

- 65 -

これに対し新型ＶＢでは、「左右切替スイッチ」を廃止し、右ブレードは右ジョイスティック、
左ブレードは左ジョイスティックで、左右それぞれを独立して操作できるよう、各ジョイスティッ
クにダイヤルレバーを設けた。
これにより、ハンドル（ジョイスティック）から手を放す必要がなくなり、あわせて、2アクシ
ョン式から1アクション式へと動作点数を減らし、手の動作から指先の動作へと動作距離を短縮する
ことにより、安全かつ直感的な操作が可能となるよう配慮している。

７．まとめ
今回開発したブレードは、従来型ＶＢと同程度の作業能力を有し、伸縮速度の向上と操作スイッチの変更により、使いやすく、1人乗りでも安全に除雪作業を行うことができることが確認された。
しかし、「一つの機構（操作）を左右のジョイ
スティックに振り分ける」という、一般的な車両
系建設機械にはないスティック配置としてしまったことに対して、少数だが改善要望も頂いている。
今後は、より多くの状況下での操作性等を検証し、改良について検討を実施していく予定として
いる。

■旧型機
左右切替スイッチ ＋ レバー操作
レバー

左右切替スイッチ

写真－４ 従来型ＶＢ操作装置■新型機
左右独立した操作スイッチ

左スティック

右スティック〔左側の伸縮操作〕〔右側の伸縮操作〕

↑ 伸長

↑ 伸長

↓ 縮小

↓ 縮小

写真－５ 新型ＶＢ操作装置- 66 -

17．高強度モルタル供試体における多段型モデル掘削機の掘削性能についての実験的考察

呉工業高等専門学校
呉工業高等専門学校
呉工業高等専門学校○ 宮永 渚生
重松 尚久
杉原 綾乃

の変位を与えて掘削する変位制御として，5 つの設
１．はじめに岩盤を掘削する手段として最も効率的で安価な 定速度 Vset を設けそこから得られる実験データか方法である発破工法は，騒音や振動問題によって ら考察を行った。
採用できない事例が多くなってきている。機械化工法のなかで油圧を用いた機械では岩盤に設けたボーリング孔に差し矢を油圧で貫入する割岩機があるが，自由面がない岩盤では効率が著しく低下する。打撃により圧壊する機械として油圧ハンマーやブレーカなどが挙げられるが能力が低いうえ
騒音が大きいなどの課題がある。また，推進工事の需要が山間部などの未整備部分に移行するにつれ，岩盤対応のセミシールドマシンの開発依頼も増加してきている。現在多くの機械に採用されている岩盤を破砕する方式としては，カッタを押し付けて強引に破砕する掘削方式があげられる。そこで，
騒音や振動問題を軽減することが可能とされている端面掘削方式 1)に着目した。図-1 に平面掘削方式と端面掘削方式の概略図を示す。平面掘削方式
は，1 自由面を有する部分を掘削する方式である。
一方で端面掘削方式は，平面掘削方式が行われた
後に行われ，自由面を増やしながら岩石の端部を図-1 平面掘削方式と端面掘削方式の概略図
削孔する工法である。また平面掘削方式との比較実験では，比エネルギーが約 1/10 に減少する 2)こ２．実験概要とが明らかになっている。また，モルタル供試体と2.1 モデル掘削機
コンクリート供試体においての多段型モデル掘削
図-2 にモデル掘削機の断面図，写真-1 にモデル機を作成し荷重により，掘削速度とトルクを制御掘削機の概略図を示す。
モデル掘削機の構成は 4 枚できる 3)ことが分かっている。
のカッタで構成されている。カッタ 1，3，4 は直本研究の目的は，騒音や振動などの厳しい環境
径 100mm でカッタ 2 は 90mm である。まずカッタ問題を十分に満足し効率的に掘削を行うことがで
1，2 が同時に当たり（第 1 段階），その後カッタ 3
きる多段型モデル掘削機を考察し，実用化するたが当たり（第 2 段階），最後にカッタ 4 が当たる（第めの設計指針を提供することである。そこで，高強度モルタル供試体を用い，ディスクカッタを用い 3 段階）仕組みになっている。カッタ 3 が当たるとた新たな多段型モデル掘削機を作り連続的に掘削 芯取れという現象が起こる。また，カッタ 2 と 4 は実験を行った。そして，実験により，掘削時間 t に 周面摩擦が大きくならないように斜めに配置して対する垂直力 Fz，トルク T，掘削深さ z，掘削土量 いる。
図-3 に芯取れの概略図 4)を示す。芯取れとは掘m を測定した。また，今回の実験では，多段型モデ
ル掘削機の掘削に必要な荷重を把握する為に一定 削を進めていくとディスクカッタビットから生じる亀裂が生じ，その亀裂が繋がることによって岩- 67 -

片が剥離する現象である。本実験ではカッタ 3 が当たると芯取れが起こるようになっている。また，
図-4 に芯残りの概略図 4)を示す。芯残りとは最小
半径 r が大きくなると，供試体内側で亀裂が繋がりにくくなり，芯取れが起こらず刃より内側の供試体が残る現象である。

図-2 モデル掘削機の断面図

写真-1

2.2 実験装置
図-5 に実験装置の概略図を示す。実験装置は高さ 1750mm，幅 700mm，奥行き 700mm である。直径 400mm，厚さ 10mm の鋼製円盤のターンテーブ
ル，ターンテーブルを 2r.p.m で回転させるためのモーター，上部フレームに設置した最大推進力
50kN を有するウォームジャッキ，垂直力 Fz と転がり抵抗 Fx を測定するロードセル（許容垂直力 50kN，
許容トルク 2kN・m），および横方向 Fv を測定する
ロードセル（許容横方向力 10kN），下部には電動モーター，チェーン，減速機があり，この減速機によって回転速度を調整できるようになっている。
なお，実験装置は幅 1370mm，奥行き 1100mm の鋼板の上に乗っており横に設置されている油圧シリンダーを伸縮させることで実験装置を横転することができる。横転させた供試体の真下に広範囲にわたって掘削土を回収するための受け皿を設置し，その下に荷重計を設置することで掘削土量 m の測
定を行う。

図-5

モデル掘削機の概略図

実験装置の概略図

2.3 供試体
供試体は水結合材比 W/B＝17%の円柱状の高強度モルタル供試体（一軸圧縮強度 153.5N/mm2）を使用した。寸法は掘削径の外側が割れる現象を抑制するため高さ 172mm，直径 370mm として作成した。また，硬化後水温約 20℃で 90 日間の水中養生を行った。

図-3

芯取れの概略図

図-4

芯残りの概略図

2.4 実験方法
時間あたりの掘削深さ z を一定にして掘削する
変位制御で実験を行った。実験では実験装置を横転させた状態で行い，ターンテーブルに据え付けられた供試体を 2r.p.m で回転し，モデル掘削機を一定の速さで押し当て掘削深さ z=35mm に到達す
るまで掘削した。供試体の固定については鋼製の外枠をはめて六角ボルトで固定した。また，一定の貫入量を設定するウォームジャッキで，設定速度
Vset を 0.0223，0.0302，0.0380，0.0459，0.0537mm/secの 5 パターンを設定した。実験回数は各 3 回ずつ(Vset=0.0537mm/sec のみ 2 回)行った。そして，掘削時間を t とし掘削しているときに作用している垂- 68 -

３．実験結果と考察
ここでは，変化が顕著にみられた設定速度
Vset=0.0223mm/sec の 1 回目の実験結果を例に考察を行う。
3.1 掘削時間 t と垂直力 Fz
図-6 に掘削時間 t と垂直力 Fz の関係を示す。この図を見ると，垂直力 Fz の値が徐々に上昇し急激に下降する場面が 3 回あるように見える。これはビデオ映像を見た結果，1 回目の垂直力 Fz の値の急激な下降が終わったタイミングでカッタ 3 が接触し，その後 2 回目の垂直力 Fz の値の徐々な上昇が始まった。同じように， 2 回目の垂直力 Fz の値の急激な下降が終わったタイミングでカッタ 4 が接触し，その後 3 回目の垂直力 Fz の値の徐々な上昇が始まった。
また，1 回目の垂直力 Fz の上昇は平面掘削方式であることが分かった。そして平面掘削方式の後から起こる端面掘削方式は，2 段階に分けることができる。まずは大きな剥離を生じさせて掘削していく初期端面掘削が起こる。これは垂直力 Fz が急激に下降している時間帯に見えた。その後小さな剥離を生じさせ掘削していく定常端面掘削が起こる。これは垂直力 Fz が上昇している時間帯に見えた。
このような結果が見られた原因として実験開始
直後では，カッタが供試体に切り込んでいき 2 自由面を形成していく上で掘削面が不安定になりやすいことが考えられる。これらの傾向はほかの実
験条件においても同様にみられた。

こった直後に，トルクTの値が減少することが分かった。
実験開始直後は，トルクTの値が急激に増加している。これはカッタが供試体に切り込んでいくた
め掘削面が安定しないことが考えられる。また，トルクTの値の増減と垂直力Fz の増減は同様な傾向がみられる。一例として図-6の掘削時間tと垂直力
Fzの掘削時間t=430(sec)付近で垂直力Fzが減少する
区間に伴い，トルクTの値も同様に減少している。
考えられる要因として掘削の進行とともにカッタが十分に切り込み，掘削面が安定したことが考えられる。また，グラフの傾向についてはどの条件にも同様な傾向がみられた。
700

500
400
300
200
100
0
-100

3.2 掘削時間tとトルクT
図-7に掘削時間tとトルクTの関係を示す。この図を見ると，3.1で示したのと同様にトルクTに関しても，トルクTの値が徐々に上昇し急激に下降する場面が3回あるように見える。また，トルクTの値の変化の仕方と掘削方式の移り方も同様な傾向が見られた。そしてビデオ映像を見ると芯取れが起

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

掘削時間t (sec)

掘削時間tとトルクT

3.3 設定速度 Vset と実測速度 V
実験条件の掘削深さz=35mmで実験終了すると，掘削時間tと掘削深さzの関係から近似線の傾きで実測速度Vを求めることができる。図-8に設定速度
Vsetと実測速度Vの関係を示す。設定速度Vsetが大きくなるにつれて，分かりやすく比較するために引いた45°線から遠ざかっていく傾向がみられた。
45°線は設定速度Vsetと実測速度Vを1対1で表すた
めに引いている。つまりこれは設定速度Vsetが大きくなるにつれ垂直力Fzが大きくなることにより反力も大きくなり，45°線から離れていった。また，
設定速度Vset ごとでのずれは少なかったためある程度の掘削速度Vの予想も可能である。

実測速度V (mm/sec)

掘削時間 t と垂直力 Fz

0

図-7

0.06

図-6

設定速度Vset=0.0223mm/sec

600

トルクT (N・m)

直力 Fz，トルク T，掘削深さ z，掘削土量 m を 0.02
秒で 1 点を記録するデータ収集装置によって測定した。

- 69 -

Vset=0.0223mm/sec
Vset=0.0302mm/sec
Vset=0.0380mm/sec
Vset=0.0459mm/sec
Vset=0.0537mm/sec
線形 (45°線)

0.05
0.04
0.03
0.02
0.01

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

設定速度V set (mm/sec)

図-8設定速度 Vset と実測速度 V

0.06

1回転あたりの掘削量Vround (㎤/round)

700
600

最大トルクTmax (N・m)

3.4 掘削時間tと掘削土量m
掘削時間 t と掘削土量 m の関係から，1 回転あたりの掘削量 Vround を求めることができる。図-9 に設定速度 Vset と 1 回転あたりの掘削量 Vround の関係を示す。設定速度 Vset が大きくなるにつれ，1 回転あたりの掘削量 Vround の数値のばらつきが小さくなる傾向が見られた。

500

Vset=0.0223mm/sec
Vset=0.0302mm/sec
Vset=0.0380mm/sec
Vset=0.0459mm/sec
Vset=0.0537mm/sec

400
300
200

40

1段階

35

2段階

3段階

30
25

Vset=0.0302mm/sec

15

Vset=0.0380mm/sec

10

Vset=0.0459mm/sec

5
0

図-11

Vset=0.0223mm/sec

20

Vset=0.0537mm/sec
0.02

0.03

0.04

0.05

設定速度 Vset (mm/sec)

図-9

設定速度Vsetと1回転あたりの掘削量Vround0.06

掘削段階ごとの最大トルクTmax

４．結論
1. 掘削時間 t との関係について，垂直力 Fz は平面掘削では急激に増加し，その後垂直力 Fz が増加することで初期端面掘削に移り，垂直力
Fz が低下することで定常端面掘削になることが確認された。また，トルク T についても同様の傾向がみられ，ディスクカッタからの水平力により亀裂が生じて，その亀裂が供試体の中心部でつながり岩片が剥離する芯取れが発生した際にトルク T は急激に減少した。
2. 変位制御について，どの設定速度 Vset についてもグラフの形状は同じ傾向がみられ予想が可能である。また，モルタル供試体に関してもモ
デル掘削機による変位制御での実験は力の把握ができたため，荷重制御実験も可能である。

最大垂直力Fzmax (kN)

3.5 掘削段階ごとの最大垂直力Fzmax
図-10に設定速度Vsetに対する掘削段階ごとの最大垂直力Fzmaxを示す。ただし，最大垂直力Fzmaxは掘削段階ごとに複数ある数値のうち平均値をとっている。すべての段階で，設定速度Vsetが大きくなる
につれて最大垂直力Fzmaxが大きくなるわけではな
かったが，3段階目の際には設定速度Vsetが大きくなるにつれて最大垂直力Fzmaxも大きくなっていた。
謝辞 本研究の一部は，科学研究費補助金基盤研
全体的な傾向をみると設定速度Vset の小さい順か
究(C)17K06525の補助を受けて行われた。
ら3つと，大きい順2つでまとまっているようにみえた。また，掘削段階が増えるごとに最大垂直力
参考文献
Fzmaxの差が顕著にみられるようになった。
1) 花岡尚，重松尚久，室達朗:道路建設における環
60
境に優しい硬質岩盤剥離掘削技術の開発，平成
Vset=0.0223mm/sec
55
Vset=0.0302mm/sec
20年度建設施工と建設シンポジウム論文集，
Vset=0.0380mm/sec
50
pp.107-110，2008.
Vset=0.0459mm/sec
Vset=0.0537mm/sec
452) Snowdon，R.A.Ryley，M.D.and Temporal，J:A studyof disc cutting in selected British rock. Int. J. of Rock40
Mech. Min. Sci.& Geomech. Abstrs.19，107-121，
35
1982.
30
3) 重松尚久，北岡一成，室達朗，小田登，河村進
1段階
2段階
3段階
一:多段型端面掘削方式を用いた深礎掘削機の性能に関する室内実験，土木学会論文集F1(トン
図-10 掘削段階ごとの最大垂直力Fzmax
ネル工学)，Vol.69，No.2，pp121-128，2013.
4) 河相拓真，重松尚久，小田登:室内試験における
3.6 掘削段階ごとの最大トルクTmax
TBMセンターカッタビットの配置間隔に関す
図-11に設定速度Vsetに対する掘削段階ごとの最る基礎的研究，令和元年度 建設施工と建設機
大トルクTmaxを示す。ただし，最大トルクTmaxは械シンポジウム論文集・梗概集，pp.43-46，2019.
掘削段階ごとに複数ある数値にうち平均値をとっている。実験回数の少なさが影響したのか3.5の掘削段階ごとの最大垂直力Fzmaxのようにはっきりとした傾向を把握することはできなかった。

- 70 -

18．硬質地盤に対応した
深層混合処理工法の開発と適用事例
株式会社 不動テトラ″″″
1. はじめに
深層混合処理工法は，固化材と軟弱土を地盤中の原位置で撹拌混合し，両者の化学的な結合作用を利用して軟弱地盤を改良する工法である．その中で，高品質かつ大径の改良体を造成することを目的として，固化材スラリーにエアを混合して霧状に吐出するエジェクター吐出方式深層混合処理工法（以下，CI-CMC 工法）が開発され，適用されている 1)．CI-CMC 工法では「エジェクター吐出」
機構により貫入・撹拌時の負荷が低減し，従来よりも硬質な地盤に対応することが可能である．
しかしながら，近年では，これまで改良が不要とされていた硬質な地盤でも改良が必要となる場
合や，構造物によっては改良体を堅固な支持地盤
へ確実に根入れすることが求められるケースが増加している 2)．このような硬質な地盤では，貫入不能や施工に多大な時間を要するなどの問題があり，より効率的な施工を実施するため硬質地盤に適用できる工法の開発が求められてきた．
これらの現状を踏まえ，筆者らは CI-CMC 工法の貫入能力をより高める施工機能を導入し，幅広
い硬質地盤への適応可能な工法の開発ならびに実用化に向けた実験工事を実施してきた 3)~5)．本論文
では，新たに開発した硬質地盤対応工法（CI-CMC-HG 工法）について概説するとともに実際の施工により貫入能力を整理・分析した結果について報告する．
2. 硬質地盤対応工法（CI-CMC-HG 工法）の概要
2.1 貫入能力本工法では，図 1 に示す従来のオーガーの約 2倍のトルクを有する高トルクインバータモータを搭載した硬質地盤対応オーガーを採用している．
これにより同じ出力モータで軟弱層では従来の高速回転施工による品質確保，硬質層では低速回転による高トルク施工で貫入力の向上が可能となった．表 1 に従来工法との機械仕様の比較を示す．
また，撹拌翼からのエジェクター吐出による固化
材スラリーに加え，先端ビットから圧縮エアや固

○ 永石
田中
梅田
杉野

雅大
肇一
洋彰
秀一

硬質地盤対応オーガー（高トルクインバータモータ）
インバータ制御盤

図 1 施工状況
表 1 従来工法とのモータの比較

従来工法

硬質地盤対応工法

オーガー

90 KW

90 KW

発電機

600 KVA

600 KVA

最大トルク

50 kN・m

回転数

104 kN・m-1

18～36 min

先端吐出機構3.3～29.5 min-1

エジェクター吐出

図 2 先端吐出機構とエジェクター吐出化材スラリー等を噴射する先端吐出機構（図 2 参照）を併用することも可能で，通常施工に比べ開発試験工事では貫入時間あたりの回転トルクを約3 割低減できることを確認している．これらのことから，従来では硬質地盤が介在する地盤への深層混合処理工法の適用では，アースオーガーによる- 71 -

速度と同等の速度で硬質地盤（GL-11m 以深）の施工が出来ていることが分かる．これは，回転数を変化させることで硬質地盤に対しても軟弱地盤と同様に貫入が可能であり，一定の施工速度を確保できることから，機械負荷が少なく安定した施工が可能であるとともにコストや工程の管理が容易となることを示唆している．図 5 は当現場における，ある改良地点の平均貫入トルクと N 値をまとめたものである．図より，N 値の増加に伴って貫入トルクが増加しており，従来の工法では不可能であったトルク値 50 kN・m を超える高トルク施工が可能であることが確認できた．

先行削孔が必要であったが，本工法では先行削孔の併用が不要なため，コストの低減ならびに工期の短縮が期待できる．
2.2 見える化施工への対応
本工法では，地盤改良技術の BIM/CIM に対応した施工管理システム「Visios-3D」6)を搭載することが可能である．地盤改良の施工状況をアニメーシ
ョン表示することにより，改良状況の見える化を実現した．さらに，改良後の 3 次元モデルの作成も可能であり，地盤改良の信頼性向上，より確かな品質の確保に寄与している．
3. 施工事例
3.1 道路改良工事での事例
長野県において道路横断 BOX 基礎の沈下及び液状化対策として硬質地盤対応工法（CI-CMC-HG
工法）の施工を実施した．
当該地区では N 値 17~100とばらつきの大きい砂礫層が介在する地盤であり，軟弱層以外の平均 N 値は 63 と硬質地盤であった．
改良仕様は図 3 に示すように，改良径φ1.6 m（2軸施工）の接円配置であり，改良深度 GL-16.1 m，
設計基準強度は𝑞𝑞𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 =1,100 kN/㎡であった．図 4 は施工記録図ならびに地盤柱状図を示している．同
図より N 値 2 程度の軟弱層（GL-1m~11m）の施工
30

時間（分）

図 3 改良仕様

N値

60
0

軟弱層

10

20

30

40

貫入・引抜時のGL軌跡

貫入速度：0.4 m/min
吐出量：237 ℓ/min
トルク：50kN･m
回転：18min-1

引抜速度：1.5 m/min
回転：29min-1

5

速度一定
10

(

G
L
m

0

)
貫入速度：0.4 m/min
吐出量 ：116 ℓ/min
トルク：104kN･m
回転：8min-1

引抜速度：0.4 m/min
回転：18min-1

15

硬質層
20

(a) 施工記録図(b) ボーリング柱状図

図 4 施工記録図ならびにボーリング柱状図- 72 -

50

60

さらに， N 値と貫入トルクの関係をプロットしたものを図 6 に示す．図より，N 値と貫入トル
クには一定の相関があると推察される．
また，事後調査により，改良体の連続性ならびに一軸圧縮強度𝑞𝑞𝑢𝑢𝑢𝑢 =1,153~3,068 kN/㎡を確認しており，品質面においても要求性能を満足していることが確認できた．

N値
0

0

10

20

30

40

50
N値

深度 (m)

5

貫入トルク

10
15

3.2 河川堤防工事での事例
埼玉県内河川における堤防盛土の安定対策として本工法が採用された．当該地区では当初
CI-CMC 工法が採用されていたが，試験施工を実施したところ通常施工が困難であった．そこで追加ボーリング調査を行った結果，同工法では標準施工が困難な硬質層が厚く堆積していることが確認され，硬質地盤対応工法（CI-CMC-HG工法）に変更となった．
改良仕様は図 7 に示すように，改良径φ1.6 m（2 軸施工）の接円配置であり，改良深度 GL-29
m，設計基準強度は𝑞𝑞𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 =1,000 kN/㎡であった．
前項と同様に，当現場における 2 地点の平均貫入抵抗と N 値をまとめたものを図 8 に示す．図より，N 値の増加に伴う貫入抵抗の増加が見受けられ，従来の工法では不可能であった貫入トルク値が 50 kN・m を超える施工が出来ている．
また，N 値と貫入トルクの関係をプロットしたものを図 9 に示す．図より，当該地区においても各地点で N 値と貫入トルクには一定の相関があり，若干の誤差があるものの概ね比例関係にあることが分かる．これらのデータを参考にすることで，施工機の最大トルクから貫入可能な N

20
25

0

10

20

30

40

50

60

70

貫入トルク (kN・m)

図 5 貫入トルクならびに N 値と貫入深度の関係
60

貫入トルク (kN・m)

50
40
30
20
10
0

0

20

40

60

80

100

N値

図 6 N 値と貫入トルクの関係

追加Bor：B-65

追加Bor：E-1
追加Bor：D-32

追加ボーリングより
As層
平均N値31～34（最大N値50)
層厚7～9m堆積

図 7 改良仕様- 73 -

N値
0

0

10

20

N値
30

40

50

0

N値

5

20

30

40

50
N値
貫入トルク

10

深度 (m)

深度 (m)

10

5

貫入トルク

10
15
20
25
30

0

15
20
25

0

20

40

60

80

100

30

120

貫入トルク (kN・m)

0

20

40

60

80

100

120

貫入トルク (kN・m)(a) A地点(b) B地点

図 8 各地点における貫入トルクならびに N 値と貫入深度の関係
90

工程の管理もしやすく，施工後の事後調査からは品質面においても要求性能を十分満足することが確認できた．また，N 値と貫入トルクには一定の相関が見受けられ，貫入トルクからある程度の N値を推定することが可能となった．
今後は改良径の違う実績や他工事の実績を積み重ね，本開発工法を積極的に適用したいと考えている．

80

貫入トルク (kN・m)

70
60
50
40
30
A地点

20

B地点
線形 (A地点)

100

線形 (B地点)

0

10

20

30

40

50

参考文献

60

1) 村上恵洋：エジェクター吐出機構を採用した深層混合処理工法と新しい施工管理システム，基礎工，Vol.45，No.6, pp.44~47，2017.
図 9 N 値と貫入トルクの関係
2) 財団法人 土木研究センター：陸上工事における深層混合処理工法 設計・施工マニュアル，
値の範囲をおおよそ推定することが可能となる．
pp.184~185, 2004.
前項と同様，事後調査結果からは改良体の連続
3) 田中肇一・伊藤竹史・武田尚也：超硬質地盤に適性ならびに一軸圧縮強度𝑞𝑞𝑢𝑢𝑢𝑢 =2,558~4,641 kN/㎡を応した深層混合処理工法の開発，建設機械工，
確認しており，品質面に問題はないことを確認しVol.71，No.10，pp.37~40，2019.
た．
4) 武田尚也・村上恵洋・田中肇一：深層混合処理工法における撹拌翼先端吐出の硬質地盤への効果，
4. 結論
土木学会全国大会，2020（発表予定）.
本論文では，新たに開発した硬質地盤対応工法（CI-CMC-HG 工法）について説明するとともに， 5) 武田尚也，田中肇一，伊藤竹史，田中隼矢：硬質
地盤に対応した深層混合処理工法の開発，第55回
実際の施工現場における貫入能力について整理・
地盤工学研究発表会（京都），2020.
考察した．本工法では，従来の工法に比べ貫入能6)
菅章悟・鈴木克彦・伊藤竹史：ICTを活用した地力が大幅に向上し，N 値が 50 を超える硬質地盤に盤改良工法の新施工管理システム，建設機械工，も十分適応が可能であることが実際の施工によりVol.71，No.3，pp.1~5，2019.
確認できた．さらに，硬質地盤においても軟弱地
N値

盤と同等の速度で施工できることから，コストや- 74 -

19．重機搭載レーザー計測システム（トンネル版）の開発
ICT 技術を使ったインバート掘削の出来形計測検証

株式会社フジタ
ジオサーフ CS 株式会社

１．はじめにトンネル工事では，ＧＮＳＳ(全球測位衛星システム)を使えないことや狭隘な作業環境であることから，日常の施工管理は専門員による測量が主流となっている。しかし，この測量作業は作業エリア内に重機と人が混在するため，接触事故防止に十分配慮する必要がある。また施工機械を止めて計測作業をするサイクルは，施工効率の向上を妨げていた。
近年では，３Ｄレーザースキャナを用いた計測が行われているが，精密機器かつ操作に専門的な知識が必要なことや，盛り替えに時間を要するという難点があった。そのため，簡易に自己位置を計測でき，移動しながら測量できる技術の開発が望まれていた。

○ 中村 多聞
浅沼 廉樹
浮田 真樹

重機搭載レーザー計測システム トンネル版（以下 重機ＬＳ-TS）は，トンネル重機に計測ユニットを搭載して，移動しながらトンネル内の任意の位置で，面的な出来形座標を取得するシステムである。この技術を，国土交通省関東地方整備局
発注の国道 17 号（仮称）新三国トンネル工事のイ
ンバート掘削工にて，検証した結果を報告する。
２．システムの概要
2.1 技術の概要
本システムは，トンネル内で運用可能なマシン
ガイダンス，重機ＬＳ-TS，自動追尾ＴＳで構成さ
れ，トンネル内インバート部の計測を行う。システ
ム構成を図-1 に示す。
①自動追尾ＴＳによる自己位置計測傾斜計

２Ｄスキャナ②運転席で計測ボタン
を押す

重機ＬＳ-TS

自動追尾ＴＳ③２Ｄスキャナで【重機ＬＳ-TS システム仕様】

重機ＬＳモニタ

旋回しながら計測◆計測範囲レーザー計測距離：3～15m◆測定速度：12 万点/秒のデータ取得◆測定視野：水平0°～ －90°④３次元の計測データ
マシンガイダンスモニタ◆測定頻度：25 回/秒
図-1

重機ＬＳ-TS システム構成及び計測フロー- 75 -と設計データを比較

2.2 システムの特徴
本システムの特徴を以下に示す。
・ＧＮＳＳが利用できないトンネル空間においても，明かり工事と同様に ICT 施工が適用できる。
・計測器に屋外用の安価な２Ｄのレーザースキャ
ナを使い，重機を旋回させて計測することで容易に３Ｄデータを取得できる。
・高価かつ耐久面で課題のある３Ｄレーザースキ
ャナと比べて，汎用性と普及性が高い。
・重機に後付で搭載が可能である。
・計測結果は，重機運転席の重機ＬＳモニタで閲覧ができる。
・重機が旋回スキャンする事で取得したインバー
ト施工面の現状データを，３Ｄ設計データと重ね合わせ，差分を色分けしたヒートマップで運
転席のモニタに表示される。
・バックホウの爪先位置が重機ＬＳモニタ上に表示され，計測後に掘削箇所のガイダンスができる。
・計測から解析までを短時間で行い，測量作業が大幅に省力化され，生産性向上が可能となる。
３．トンネル現場における試行プロジェクト
3.1 現場試行の概要
本技術は，内閣府が推進している官民研究開発
投資拡大プログラム（ＰＲＩＳＭ）を活用した国土
交通省の「建設現場の生産性を飛躍的に向上する
ための革新的技術の導入・活用に関するプロジェクト」に選定された試行業務である。トンネルのイ
ンバート工事における日常の計測時間を，３Ｄ計測データ等を活用することで施工の労働生産性の向上を図り，従来工法と比較して作業時間 20%短縮を目標とした。以下に試行業務の概要を示す。

トンネル延長 L=1,283.8m

検証範囲
L=約 231m

図-2

3.2 事前の精度確認
試行業務は，事前に機械工場の平地で精度検証を行った。精度確認状況を図-3 に示す。重機ＬＳ-TS の精度確認は，「国土交通省 地上移動体搭載型
レーザースキャナを用いた出来形管理要領（土工編）(案)」に準じた。検証点において，ＴＳの計測
値と，重機ＬＳ-TS の計測値の差分が基準値 50mm以内であるかを確認した。検証点は標高差を付けて 2 箇所設置した。計測結果を表-1 及び表-2 に示す。これにより，重機ＬＳ-TS が要求精度を満たすことを確認した。
右パネル

左パネル

自動追尾ＴＳ＜試行現場＞
・工 事 名：国道 17 号(仮称)新三国トンネル工事
・概 要：全長 1283.8m，内空断面積約 58.5m2
インバート工の延長 987m
・発 注 者：国土交通省関東地方整備局
・工 期：2016 年 2 月～2021 年 2 月＜試行業務＞
・概 要 ：データを活用して土木工事における施工の労働生産性を図る技術
・検証範囲: 図-2 参照 (全 22BL)・委 託 者: 国土交通省関東地方整備局
・コンソーシアム：㈱フジタ，ジオサーフ CS㈱・試行期間：2019 年 9 月～2020 年 3 月

計測箇所平面図・縦断図

図-3
表-1

機械工場における精度確認状況

機械工場における精度確認計測結果(左パネル)

左パネル

X

Y

Z

TS 計測値-16770.655-46352.618

106.101-16770.643-46352.631

106.082

0.012-0.013-0.019重機ＬＳ-TS
計測値
Δ差分
判定

合格

合格

合格

(単位[m]，出来形計測のため評価基準は±0.050[m]以内)- 76 -

表-2

機械工場における精度確認計測結果(右パネル)

右パネル

X

Y

Z

TS 計測値-16777.126-46343.543

107.784-16777.146-46343.522

107.769-0.0200.021-0.015

重機ＬＳ-TS
計測値
Δ差分
判定

合格

合格

（2）出来形計測結果
重機ＬＳ-TS で取得した点群データと設計面のTIN サーフェスを合成し，標高較差を比較した。比較結果をヒートマップで示したものを図-5 に示す。
白く表示されているところは，設計高さよりマイナスであることを示し，インバートの掘削状況を設計面と比較が可能となった。

合格(単位[m]，出来形計測のため評価基準は±0.050[m]以内)

3.3 トンネル現場での検証結果（1）精度確認
重機ＬＳ-TS は現場搬入後に計測機器やセンサーの固定の確認を行った。また事前キャリブレー
ションの結果，異常がないことを確認してから検証を開始した。トンネル現場で行った精度検証状
況と結果を図-4，表-3 及び表-4 に示す。

右パネル

図-4

検証点設置状況(左)と３Ｄ点群データ(右)表-3トンネル現場における精度確認計測結果

左パネル

X

Y

Z

TS 計測値

85883.930-90900.399

1078.755

85883.955-90900.405

1078.747

0.025-0.006-0.008

合格

合格

計測値
Δ差分
判定

インバート掘削床付け完了時

インバート掘削工は，次工程の吹付け工･インバート工で施工するコンクリート巻厚確保のため，設計面よりマイナス側で掘削管理がされる。今回計測した範囲を従来工法で掘削出来形を確認したが，図-5 と同様に標高が設計面から 50～100mm 程
度マイナス側で管理されていることを確認した（図-6 参照）。

左パネル

重機ＬＳ-TS

図-5

合格(単位[m]，出来形計測のため評価基準は±0.050[m]以内)
図-6
表-4

トンネル現場における精度確認計測結果

右パネル

X

Y

Z

TS 計測値

85888.920-90891.436

1078.459

85888.953-90891.440

1078.486

0.033-0.0040.027

重機ＬＳ-TS
計測値
Δ差分
判定

合格

合格

従来工法による掘削出来形管理（水糸からの下がりによる確認）

先のデータ合成では，重機ＬＳ-TS で取得した点
群データが計測断面において相違がないことを確認した。しかし，計測したデータが施工面全体で精度が確保できるかは判定できない。そのため，次節
で 3 次元データとしての精度検証方法とその結果
を述べる。

合格

(単位[m]，出来形計測のため評価基準は±0.050[m]以内)- 77 -

3.4 3 次元データとしての精度検証
重機ＬＳ-TS で計測した施工面を，定置式３Ｄレーザースキャナ（Leica 社製 MS50）で計測を行い，標高較差を確認した。なお，３Ｄスキャナで計測した点を TIN サーフェスに変換したものを設計面，重機ＬＳ-TS で取得した点群を評価対象とした。インバート掘削の計測状況を図-7 に，結果の一覧表と評価シートを表-5，図-8 に示す。

図-7

重機ＬＳ-TS 及び定置式３Ｄレーザースキャナにおける掘削面の計測状況
図-8

精度評価シート

表-5 3 次元データとしての精度評価一覧

表-5 より施工箇所毎の標準偏差が 20mm 前後で推移していることを確認した。また，図-8 のヒス
トグラムでは，重機ＬＳ-TS の計測値と定置式３Ｄ
レーザースキャナの計測値の差は，全体の半数近くが誤差 0〜10mm に収まっていることを確認できる。以上の結果から本試行業務で計測したデータは，任意の点だけでなく施工面全体において精度が確保されていると判定できる。
４．試行の成果
4.1 サイクルタイムの短縮計測で取得した 3 次元点群データは，トンネルの 3 次元設計データと重ね合わせ，ヒートマップ
で表示される（図-9 参照）。重機オペレータは，画面上のバックホウの爪先位置を確認しながら，設計面まで達していない箇所を確認し，ガイダンス
機能により掘削する。また爪先位置は，設計面からの高さに合わせて色が変化するため，数値よりも瞬間的に認識しやすい表示となっている。
トンネル断面方向に張った水糸から掘削面までの下がりを計測する従来の確認方法から，重機オ
ペレータが自ら作業しながら出来形の良否を確認できるようになり，インバート掘削工全体のサイ
クルタイムが約 20％短縮された（表-6 及び図-10参照）。

- 78 -

4.2 出来形計測における人工の低減
従来のインバート掘削では，掘削時の床付け確認として出来形計測時に専門の測量員が作業ヤードに入り計測作業を行っていた。重機オペレータ
は，この計測結果を専門の計測員から確認し再掘
削等の判断を行っていた。重機ＬＳ-TS では，重機オペレータが自ら作業しながら出来形の良否を判定できるため，床付け確認の専門の測量員が不要となった（図-11 参照）。

重機ＬＳ-TS PC 表示画面

設計面に対する現状の爪先の標高差をカラーバーに合わせて表示する

爪先位置表示図-9表-6

計測結果表示画面

1BL あたりの平均施工時間(全 22BL の平均)

作業内容

従来工法

重機ＬＳ-TS

岩掘削・ずり積込み

8.58

8.58

確認測量

1.33

0.00

出来形測量

1.09

0.15

合計時間

11.00

8.73
（単位[h]）
図-11

出来形計測方法の違い

これによりインバートの掘削確認や出来形計測
時には，専門の測量員を配置することなく重機オ
ペレータのみで施工可能となり，従来の 2 人工から 1 人工での施工を可能とした（図-12，図-13 参
照）
。

図-10

サイクルタイム比較- 79 -

今回の検証は，インバートの全断面掘削で行ったが，今後はその他のトンネル工の出来形計測にも展開が可能であると考える。本技術が建設現場へのⅠⅭＴ導入に対する更なる普及促進につながれば幸いである。
本技術の開発と現場試行にあたり，多岐にわたりご指導を賜りました関係者各位に深く感謝を申し
上げます。

図-12

図-13

従来工法による計測時の必要人工(2 人工)

図-14

従来インバート掘削(重機足場状況)

図-15

従来インバート掘削（掘削高さ確認）

試行技術による計測時の必要人工(1 人工)

4.3 安全性の向上
今回の試行により，従来のインバート掘削での掘削や床付け確認の計測作業に対し，以下の事が確認された。
・重機オペレータが掘削毎に確認の為の重機運転席への昇降動作が不要となり，転倒によるケガの危険性がなくなりオペレータの安全性が確保される（図-14 参照）。
・インバート掘削面確認時に専門の測定者が重機近傍まで近づく為，作業エリア内に重機と人が混在することになり，重機と人の接触事故防止に十分配慮する必要があったが，本システムでは測定時に専門の測定者が不要となった（図-15参照）。
５．おわりに重機ＬＳ-TS によるインバート掘削工の出来形計測を実現することで，従来の人力作業と比較して省人化と生産性向上が図れたことを確認した。
安全面において，重機旋回範囲内に計測の専門員が立入ることがなくなったため，重機と人が接触する危険要因が排除された。また床付け確認作
業で，オペレータが運転席から頻繁に乗り降りす
る必要が無くなった。

- 80 -

図-16

トンネルインバート桟橋での計測イメージ

20．トンネル工事の省力化について
ロックボルタを搭載した多機能機械「マルチジャンボ」

株式会社フジタ 〇野正 裕介
浅沼 廉樹
古河ロックドリル株式会社 能代 泰範

１．はじめにトンネル工は特殊技能を要し，狭い坑内で地質の変化，湧水による落盤や重機と人との接触等，常に危険と隣り合わせの作業となっている。近年では，これらの課題を掘削技術や坑内設備の発達により改善がなされているが，熟練技能員の高齢化による離職で人手不足は深刻であり,省力化と新規人材の育成，現場状況に応じた計画は今後の課題となっていた。
そこで株式会社フジタでは，これらの問題を解決するべく古河ロックドリル株式会社と共同でロックボルタを搭載した多機能機械(以下，マルチジ
ャンボ)の開発を行った。本稿ではマルチジャンボの開発から現場導入の成果及び今後の課題について報告する。
２.マルチジャンボの開発検討
2.1 現状のトンネル工のサイクル課題
山岳トンネルの切羽作業は，掘削方式によって若干異なるが，① 掘削・削孔装薬② ズリ出し③ 吹付け・支保建込み④ ロックボルト打設
上記作業の繰り返しが基本作業となっている。

図-1

この時に使用される施工機械は各作業により異なっており，機械入替えによる手間や施工方法の複雑化の要因となっていた。図 1 に施工サイクルによる機械配置を示すが，機械掘削では自由断面掘削機を使用する為，施工サイクル上で同一の機械を使用する事はない。発破掘削ではこれらの作業の中で④ロックボルト打設作業と次施工サイクル
での①掘削・削孔装薬作業が，同一施工機械のドリ
ルジャンボを使用した連続作業となっている。
しかし，この 2 つの作業は施工機械の据付位置が異なる事から④と①の作業毎に施工機械の盛替えが必要となり、個々に独立した作業と認識されていた。また，④のロックボルト打設は，ロックボ
ルト挿入孔穿孔作業をドリルジャンボによる機械作業で行い，定着モルタル充填やロックボルト挿入は，切羽近傍でドリルジャンボのチャージング
ゲージ等を使用した人力作業となっており、掘削面から岩石落下により作業者が被災するリスクがあり，切羽作業時の安全性の確保の更なる対策が求められていた。
これらの対策として，ドリルジャンボの多機能化の検討を行い，センターブームにロックボルト
打設専用ブーム「ロックボルタ」を装着することでロックボルト打設と装薬穿孔を同時施工可能とした多機能機械「マルチジャンボ」の開発を行った。

施工サイクルによる機械配置- 81 -

2.2 マルチジャンボに求められる機能
マルチジャンボを開発するにあたり，① 施工サイクルの短縮② 作業者の安全性確保
上記を基本方針として開発を行った。
(1）施工サイクルの短縮
施工サイクル短縮に求められる機能条件を以下に示す。
マルチジャンボの固定位置での施工
ロックボルトを打設後，施工機械であるマルチジ
ャンボを次工程の装薬孔穿孔の為に移動せずに行う。
ロックボルト施工の機械化
チャージングゲージを使用し,作業員が行っていた定着モルタル充填作業を，マルチジャンボのみで行う。同じくチャージングゲージに可搬・穿孔
ドリフタにて挿入していたロックボルトを，機械にて保持することでロックボルトを挿入できるようにする。 (図-2,図-3 参照)（2）作業者の安全を確保する
安全性の確保として，ロックボルトの挿入孔穿孔
後，作業員が切羽近傍に入っていた人力作業を少なくし,掘削面から岩石が落下すことで作業者が被災するリスクを排除する。

図-2

３．基本仕様の検討
2.2 より求められた機能より，マルチジャンボ
設計条件を以下のように決定した。
同時穿孔可能なブーム配置
ロックボルトの挿入孔穿孔と，次断面の装薬孔穿孔をマルチジャンボの切羽への据付位置を変更しないブーム配置とする。
ロックボルト動作を連動する
ロックボルトの挿入孔穿孔，定着モルタル充
填，ロックボルト挿入の一連作業を連続して行う機械。
ロックボルトのストック化
ロックボルトをチャージングゲージで運搬していたが，専用のロックボルトフォルダを複数本保持して運搬する。
マルチジャンボにて注入操作を行う
定着モルタルポンプの運転操作をマルチジャン
ボオペレータが自ら行う。
４．概略設計基本仕様検討により,鉱山機械にて使用されているロックボルト打設専用機「ロックボルタ」に着目。
（図-4 参照）
マルチジャンボのセンターブームに「ロックボルタ」を搭載するに再設計を実施し，装置の構成を要素の異なる次の 3 つに分けて検討し，各ユニットの開発を行った。
・ロックボルト格納マガジン
・切替え式セントラライザ
・遠隔式モルタルホース注入ユニット
以下に個々の機能を説明する。

定着モルタル注入作業

図-4

図-3

ロックボルト挿入状況

鉱山用ロックボルタ

4.1 ロックボルト格納マガジン
通常トンネルのロックボルト打設は，ドリルジ
ャンボによるロックボルト挿入孔穿孔を行い，チャージングゲージにてロックボルト本体の運搬，穿孔ドリフタにてロックボルトの挿入を行う。ロックボルト格納マガジン（以下，ターレ- 82 -

ット）は，このロックボルトを複数本ストックすることで，運搬時間の短縮と重量物運搬による作業員の作業負担を軽減する。
4.2 切替え式セントラライザ
ロックボルト打設は、挿入孔の穿孔・定着モルタルの注入・ロックボルト本体の挿入という流れで施工を行う。しかし，同一の穴位置に施工を行うには全て目視による位置合わせが必要であり，機械操作時には合図者による誘導が必要であり施工サイクルの低下となっていた。
この為，挿入孔穿孔を行う穿孔用ドリルと定着モルタル注入ホース，ロックボルトをターレットから引き出し挿入する挿入用ドリルを,同一挿入孔にロックボルト打設可能な切替え式セントラライザの開発を行った。本装置の採用により，ロックボルト打設作業を連続的に行う事が可能となり，施工時間の短縮だけでなく切羽近
傍に合図者を入れる必要がなく安全性の向上を図る。
（図-5 参照）

かった。
この操作を先の切替え式セントラライザに装備した注入ホースユニットとモルタルポンプへの遠隔操作ユニットを組み込むことで，機械オペレー
タ単独での操作を可能とする。遠隔式モルタルホース注入ユニットの採用により，人力で行っていた定着モルタル充填作業を機械オペレータ操作と連動することが可能となり，定着モルタルのロスや切羽作業の削減が図れる。
回転移動

ターレット

回転中心

図-5

4.3 遠隔式モルタルホース注入ユニット
定着モルタルの注入作業は，穿孔ドリフタにて挿入孔を空けたあとにモルタルホース挿入者とモルタルポンプ操作者が合図を行い注入作業行う。この時，切羽機械の死角や騒音から合図が視認できず定着モルタルのロスや誤操作が多

図-6

切替え式セントラライザ(正面)以上の設計条件をもとに，山岳トンネル用「ロックボルタ」を開発。
（図-6,図-7 参照）マルチジャン
ボへの搭載を行った。

マルチジャンボ施工イメージ図- 83 -

地にて組立調整を行った。
組立・調整日数：約 3 日(内訳)本体組立・調整 2 日
ロックボルト NAVI 調整 1 日
現場搬入状況を図-9，組立完了した状況を図-10に示す。

穿孔用ドリフタ
注入ホース

挿入用ドリフタ

ターレット

図-7

切替し式セントラライザ（当初）

５.機械仕様マルチジャンボの機械仕様を以下に示す。
（図-8 参照）
全長：16,720 ㎜/全幅：3,140 ㎜
全高：4,190 ㎜/質量：49,000 ㎏
油圧ドリフタ：2×ＨＤ220/1×ＨＤ90
1×ＨＤ30

図-9

ロックボルタ用ブーム搬入状況

図-10
図-8

坑内組立完了

マルチジャンボ全景

６．現場導入の成果
マルチジャンボ完成後，現場導入状況と実施
工における施工結果を以下に示す。
導入現場は以下の通りとなる。
現場名：国道 17 号(仮称)新三国トンネル工事
発注者：国土交通省関東地方整備局
工事場所：群馬県利根郡みなかみ町永井～新潟県南魚沼郡湯沢町三国
導入期間：2019 年 4 月～2019 年 9 月
工事概要：トンネル延長 L=1,283.8m、トンネル仕上がり内空断面積 約 58.5 ㎡
6.1 現場搬入・組立
マルチジャンボは，汎用のドリルジャンボと同様に分割されて現場搬入される為,本機械も現

6.2 実証実験
組立完了後,実証実験を運用開始前に行った。
(図-11，図-12 参照)。
実施内容は以下の項目であり，個々に①の項目を解決したあとに②③の項目を行った。
＜実施項目＞① 各ユニットの単独動作確認
・穿孔ドリフタ運転
・定着注入ホース運転・ターレット及びロックボルト挿入確認② 総合動作確認③ 装薬孔穿孔とロックボルト打設の同時穿孔確認- 84 -

図-13
図-11

モルタルホースフィーダ位置変更

施工状況 1

ホースガイド図-14
図-12

ホースガイド変更

施工状況 2

6.3 実証実験結果
実証実験を実施した結果，以下の問題点が生じ改良を行った。
(1)モルタルホース送り装置の不具合
定着モルタル注入作業では，挿入孔穿孔を行った後，定着モルタルを充填する為に注入ホースの挿入孔への送り出し･注入しながらの引き出しを行う。この注入ホースがホース送り装置からスムーズに出ず，挿入途中で止まることが頻繁に発生した。また，注入ホースの送り出し状況
が，オペレータから見えづらく注入完了の視認が困難だった。
＜対策＞
当初，定着モルタルホース送り装置の駆動部（モルタルホースフィーダ）をロックボルタユ
ニット後部に設けていたが, 駆動部を前方へ移設し，ホースガイドを現状の下向きから真っす
ぐにする事で改善を行った。(図-13 図-14 参照)
モルタルホースの視認性の向上としては，ホース先端部の形状変更やホース視認窓の増設にて対応を行った。(図-15 参照)

視認窓

図-15

モルタルホース視認窓増設(2)ターレットからの送り出し不良
ターレットからのロックボルト挿入用ドリフ
タへのロックボルトの送り出しは，ターレット
自体が旋回する事で装着が可能となっているが，挿入孔穿孔時にターレット下板に穿孔ズリが堆積する事や挿入用ドリフタへの押込みガイ
ドが短い事から，施工当初にロックボルトの装着不良や脱落が発生した。(図-16 参照)- 85 -

＜導入結果＞
トンネル掘削(支保パターン:DⅠ)で 1 回の掘削当たり，13 本のロックボルト（L=4.0ｍ）を安
全で正確に打設できることを確認された。また，
ロックボルト打設と装薬孔穿孔を同時穿孔で行うことにより，20％の省人化(5→4 人編成に変更)と 10％の作業時間削減を実現し，生産性の向上につながった。(図-18 参照)

図-16

ターレット下板ズリ堆積状況＜対策＞
ターレット下板への穿孔ズリ堆積は，ロックボルト天端施工で頻繁に発生しており，下板ガ
イドレール部を塞いでいた為,下板底部にズリ抜け用の開口を設け，合わせてガイドレール端部の拡張を行った。また押込み不良に関しては，
挿入用ドリフトと押込みガイドを延長する事でロックボルトの装着不良や脱落を改善した。
７.マルチジャンボ導入結果
実証実験を経て，マルチジャンボの現場運用を行った結果, 以下の事が確認された。(図-17 参照)＜マルチジャンボの特長＞
・ロックボルタの収納マガジン（ターレット）に
ロックボルトを最大 8 本装填し，遠隔でロック
ボルト打設が可能。
・穿孔，モルタル充填，ロックボルト挿入の一連動作を作業者が切羽近傍に入ることなく施工が可能になり安全性が向上。
・マルチジャンボの左右のブームを使用し、次工程の発破孔の同時削孔が可能になり生産性が
向上。

図-18

図-17

改良後のユニットの施工状況(左右：穿孔ブーム,中央：ロックボルタブーム)

８．おわりにトンネル熟練技能員の高齢化による離職で人手不足は深刻であり，省力化が求められる中，マルチ
ジャンボの開発を行った。
その結果，20％省力化と 10％の作業時間の短縮,
切羽に作業員が立ち入らなくなったことによる安全性の向上が可能となった。更なる改善を行うことにより，省力化・安全性がさらに向上すると考えられる。今後，当社トンネル現場に投入し，更なるブラッシュアップを実施していく。
最後にマルチジャンボ開発に当たり，多くの助言・ご指導をしていただいた関係各位の方々に心から感謝いたします。本当にありがとうございました。

１サイクル当たりの作業時間比較- 86 -

21．磁界センサを活用した作業員検知警報・停止システム－3K（きつい・汚い・危険）からの脱却－

株式会社 アクティオ
株式会社 アクティオ
株式会社 アクティオ

１．はじめに
従前より建設業は 3K（きつい・汚い・危険）と言われており、現在では新 3K（給与・休暇・希望）の実現を目指して、国土交通省が i-Constructionの施策を打ち出し、ICT の全面的な活用による生産性の向上に取り組んでいる。
ひとたび事故が発生すれば、被災者及びその家族の生活は一変し、現場は事故原因の追究と対策に追われ、一定期間施工を止めざるを得ず、生産性
は落ちることとなる。事故を未然に防ぐことが生
産性向上への第一歩であると考える。
本稿では、過去の重機災害事例から見えた課題に対して、レンタルという切口で重機に後付けできる安全補助装置について紹介する。
２．重機災害発生状況
平成 29 年度における建設業の死亡者数は、全産
業 978 人のうち 323 人で、約 33％を占めておりワ
ースト 1 となっている。
（図-1）○ 今関 政美
稲葉 誠一
安田 勇介

建設工事では作業員と重機との近接作業が多い
ため、バックホウ等の重機と作業員との接触が56.5%と最も多い状況である。災害形態で見ると、
轢かれ・挟まれで 6 割を占め、その際の重機の動きは走行と旋回で 8 割を占めている。作業員が無意識に重機の死角に入ってしまうケースが考えられ、死角を体験させるなどの安全教育を実施しているが、平行して、作業員を検知し警報を発する装置による対策が取られてきた。
３．センサの変遷
3.1 みはり組
みはり組は、重機後方に設置された赤外線セン
サ本体と作業員が装着するヘルメットセンサが、一定距離において反応し、オペレータには音で、作業員には音と振動で注意を促す警報装置である。
みはり組の検知範囲を図-2 に示す。
検知距離は約 5ｍと 10ｍの 2 段階で切替えが可
能で、幅約 2.8ｍ、高さ約 2.5ｍの範囲に作業員が入ると発報する。重機は停止しない。
本商品は重機の後方のみ検知する警報装置あり、左右の検知と、作業員を検知した際に重機の動作を停止させられないか？との現場の声があった。

図-1 業種別死亡者の割合※資料：厚生労働省 労働災害統計より
図-2 みはり組 検知範囲

- 87 -

3.2 スリーエスバックホウ
みはり組の課題を解決すべく、バックホウの左右及び後方に計８個の赤外線発行器を装着し、ヘルメットセンサを付けた作業員を検知すると、走行・旋回・掘削作業の全ての動作を停止するシステムとした。みはり組同様に、オペレータには音で、作業員には音と振動で知らせるようにした。設定
距離内に作業員が滞在している間は停止を続け、設定距離より離れると５秒後に動作を開始する。
スリーエスとは、Ｓａｆｅｔｙ・Ｓｅｎｓｏｒ・
Ｓｔｏｐの３つのＳから命名した。
システムの概要を写真-1 に示す。

図-3 被災者と重機の位置関係
そこで磁界センサを活用し、前方を含めた全方位
360 度を検知するシステムを検討することとした。
４．磁界センサを活用したフォーエスバックホウ
フォーエスとは、スリーエスにＳｉｇｎａｌを追加し４つのＳから命名し、当事者のみならず、外部の人にも気づいてもらえるよう見える化した。
機器の構成を以下に示す。
4.1 検知器本体（写真-2）

検知器本体は最大検知距離 12ｍ版とミニバック
ホウ用の最大 8ｍ版の 2 種類。仕様は以下の通り。
検知方式
磁界式
設定範囲外側3ｍ/4ｍ/6ｍ/8ｍ/10ｍ/12ｍ
3ｍ/4ｍ/6ｍ/8ｍ（8ｍ版）
設定範囲内側外側に対し 1/3・1/2・2/3・3/3
保護等級
IP65 相当
電源
DC12V/24V
電波周波数315MHZ（受信）磁界送信周波数 125KHZ
動作温度－20℃～75℃
4.2 タグ（写真-3）

写真-1 赤外線発光器と受光器
更に、重機災害における作業員の状況別の分析（図-3）から、重機の『後方』で『重機に背を向けての作業』が 26.1%で、重機の『前方』で『重機の方向に向けて作業』している場合が 33.0%と多い
ことがわかった。

- 88 -

振動警報タグヘルメット用タグ

4.3 積層灯（写真-4）

キャブ内

また、スリーエスでは複数のバックホウが近距離で作業をする場合、オペレータがヘルメットセ
ンサを装着していると、そのセンサを検知した別の重機が停止するという事象が発生したため、フォーエスでは運転席の空間を非検知エリアに設定できるようにした。このようにすることでタグを所持しているオペレータを検知せず重機が停止しなくなり生産性を下げることなく作業ができる。
以上の特長を図-4 に示す。

キャブ外

4.4 非検知エリア設定装置（写真-5）

4.5 システムの特長
写真-2 の検知器本体をバックホウのキャブに設置し、12ｍ版は 6 段階、8ｍ版は 4 段階で外側エリアを設定し、内側エリアは外側にエリア対し 4 段
階で設定する。例えば外側を 8ｍに設定し、内側を1/2 に設定すると、外側 8ｍで警報を発してオペレータ及びタグを所持した作業員に危険を知らせ、更に内側 4ｍ内に入ると停止する。
スリーエスでは設定距離内に入った作業員を検知すると即停止するのに対し、フォーエスでは設
定距離を外側・内側の２段階の設定を可能にし、警報から停止となることで安全性を確保した。
作業員が所持するタグ（写真-3）は、振動警報タ
グとヘルメット用タグの 2 種類があり、ヘルメッ
ト用は振動しない。振動警報タグはポケット等に入れていても検知するが、外部から所持していることが見えないため、腕章タイプの専用ホルダも用意している。
キャブ外の積層灯は正常時の緑色から、外側エリアに入ると黄色、内側エリアに入ると赤色が点灯し、外部の人にも機械の状況が見える。また、キャブ内の積層灯は正常時の青色から外側エリア
で黄色、内側エリアで赤色となり、音と色でオペレータに注意喚起をする。

図-4 イメージ図
作業員が内側エリアから離脱した約 5 秒後にバックホウの動作は開始されるが、外側エリア内
では警報は鳴り続け、外側エリアから離脱すると正常の状態に戻るというシステムである。
4.6 検証結果
12ｍ版は外側 6 段階に対し内側 4 段階で設定できるので 24 パターンを検証したが、その一部を紹介する。バックホウ 0.7ｍ3（20ｔ級）の中央部でH 約 2ｍのエンジンルーム上部に検知器本体を設置し、タグに反応し外側で警報、内側で停止した
距離を前後左右で測定した。
（図-5・6・7・8）- 89 -

ヘッ（1）外側 12ｍの内側 1/3（4ｍ）に設定（4）外側 12ｍの内側 3/3（12ｍ）

図-5 内側 4ｍ

図-8 内側 12ｍ（2）外側 12ｍの内側 1/2（6ｍ）に設定

図-6 内側 6ｍ（3）外側 12ｍの内側 2/3（8ｍ）に設定

検証結果を以下の表-1 に示す。
（単位：ｍ）
外 12ｍ
内 4ｍ
外 12ｍ
内 6ｍ
前

0

-0.2

0

-0.2

後

+0.7

0

+0.5

-0.9

右

-0.6

-0.4

-0.4

-0.2

左

-2.0

-1.0

-1.5

-0.8

前
後
右
左

外 12ｍ
0
+0.5
-0.6
-1.2

内 8ｍ
+0.4
+0.4
+0.2
-0.5

内 12ｍ
+0.3
+0.3
-0.6
-1.2

左側の検知距離が短くなる傾向があるが、その他は概ね良好な結果となった。使用前点検にて検知範囲を確認した後、使用することをお勧めする。
５．おわりに今回紹介したセンサは後付けが可能なレンタル品であり、現場にとって利便性が高い商品であると自負しているが、あくまで補助装置である。従来通り、立入禁止措置をするなどシステムを過信せず、安全対策を講じていただきたい。
今後も現場の声を形にし、重機災害の撲滅により、建設現場の生産性向上に微力ながら貢献していきたいと思う。

図-7 内側 8ｍ- 90 -

22．ICT 技術を用いた人と重機の接触災害リスク低減システムの開発
人と重機の協調安全
清水建設（株）１．はじめに情報を得るためのセンシング技術，情報を運ぶための無線通信技術，情報を分析するための AI や
クラウド技術の発展は目覚ましく，現実世界の様々な情報を収集して解析し，現実世界にフィードバックすることで安全性や生産性を向上させる
デジタルツインの実現が現実となりつつある。
そこで，建設現場においても，人と機械が同じ領域で協働する環境において，ICT・IoT・AI 技術などを用いて人・機械・環境が情報を共有しながら安全を確保しようという協調安全という考え方
1）に基づいた安全システムの導入を目指した。
本稿では，2019 年に熊本 57 号滝室坂トンネル
西新設（一期）工事（工事延長＝2679m，掘削断面積＝107m2）に導入したトンネル掘削工事のずり出し作業における，人と重機の接触災害リスク低減システムの構成と，導入にあたっての課題，導入
効果について報告する。

○ 奥田 悠太
藤井 曉也
佐藤 有

これらの接触のリスク低減を実現するために以下のシステムの開発を行い，現場に導入した。
a)ビーコンを用いた位置情報管理システム（図-1）b)警告照明システム（図-2）c)ホイールローダー制御システム（図-3）d)バックホウ制御システムe)AI 搭載人検知カメラシステム（図-4）

２．開発の背景
我が国における建設業の死傷労働災害の発生件
数は，横ばいで推移し下げ止まりの状況にある。
建設業の現場では，人と重機が同じ領域で協働して作業することが一般的で，製造業では一般的な「隔離の原則」や「停止の原則」の実現は難しい。
そのため，指差呼称やグーパー合図といったルー
ルの周知徹底，安全教育の実施による安全意識の向上などに取り組んでいるが，これらは人の注意力に依存し，人の安全意識の差や現場経験量・集中度・疲労度によっても安全レベルにばらつきが生じる。以上の理由から新たな安全管理手法の導入が望まれていた。
３．開発コンセプト
トンネル掘削工事のずり出し作業における人と重機の接触災害を防止するために，以下 4 つのケースを想定した。
①人の切羽エリア侵入時の重機との接触。
②重機オペレーター降車時の他の重機と接触。
③重機が人の存在に気付かず接触。
④人が重機の接近に気付かず接触。

- 91 -

図-1

位置情報管理システム

図-2

警告照明システム

図-3

重機制御システム

図-4

AI 搭載カメラシステム

４．システム構成
システムブロック図を（図-5）に示す。まず，位置情報により人と重機の位置を把握し，ずり出
し作業時にオペレーター以外の人や作業に関係のない車両が切羽エリアに侵入しようとした場合，
警告照明システムが作動し，異常を知らせる。これにより①人が侵入し，重機と接触するリスクを低減している。また，重機オペレーターがずり出し作業中に切羽エリア内で降車した場合には，ビーコンにより降車を検知し，重機に設置した警告灯で周囲に異常をしらせることで，②重機オペレ
ーター降車時の，他の重機と接触するリスクを低減する。万が一，ビーコンの故障などで侵入者がいた場合には，重機に設置した AI カメラにより重機オペレーターに人の接近を知らせることで，③重機が人の存在に気付かず接触するリスクを低減している。④の人が重機の接近に気付かず接触するリスクは，指向性ライトや，シーケンシャルラ
イトにより重機の接近を周囲の人に知らせることでリスクを低減する。

り，入退許可を管理することができる。
ビーコンシステムは Bluetooth 信号の受信強度によりどの受信機の近傍にいるかを判定しているため，測位位置に 10m 程度の誤差がある。そこで切羽エリアと駐機エリアの境界には指向性アンテナを設置すると共に，越境判定ラインを切羽エリア
から 10m 程度後方に設定することで，侵入前に確
実に捕捉できるようにした。
４．２ 警告照明システム
ビーコンを用いた位置情報システムにより，人及び車両の進入を検知した場合，作業中の重機オ
ペレーターと侵入者に対し，迅速かつ確実に異常を伝達する必要がある。そこで，防爆カーテンの架台に白色と赤色の高照度 LED 照明を設置し，点灯方法を一括で制御可能な警告照明システムを導入した。
通常時は白色 LED 照明のみ点灯しており，切羽近傍で 200 ㏓の照度を確保することで，作業の安全性向上を図った（写真-3）。

４．１ ビーコンを用いた位置情報管理システム
トンネル坑内では GNSS 等の位置測位システムを利用することはできない。そこでビーコンシス
テムを採用した。ビーコンシステムとは，
BLE(Bluetooth Low Energy)信号を発する EXTx（以下 発信機）と，受信する EXBeacon（以下 受信機）により位置情報を測位するシステムである。
故障や電池切れなどに対してロバスト性を確保するために，人や重機に発信機を 2 個ずつ装着した（写真-1）。トンネル抗内には 10ｍ間隔で受信機を設置し（写真-2），EXGateway（以下 中継機）と現場無線 LAN ネットワークを経由して EXCloud（以下 サーバー）へ情報が送信される。サーバ
ーでは受信した情報と，あらかじめ設定された地図を照合して人や重機の位置を特定し，マッピン
グする（図-6）。また，クラウドに登録する情報には所属会社や所属グループの情報が付与されてお写真-1

システムブロック図- 92 -

写真-2

重機

受信機

JV 職員

協力業者
図-6 見える化マッピング

写真-3
図-5

発信機

防爆カーテン及び警告照明システム

位置情報管理システムで侵入者を検知すると，アラート信号を受信して赤色 LED 照明が点灯し，大音量スピーカーでアラートを発することで，作業中のトンネル坑内でも確実に危険を認識することができる（図-7）。
本システムは発報の原因となった侵入者が，切羽エリア外に出るまで発報を停止できないプログ
ラムになっており，侵入者が完全に退場するまで重機作業を再開できない。
４．３ ホイールローダー制御システム
重機オペレーターの降車検知はビーコンシステ
ムで実施した。着座スイッチなど物理的に運転席への着座・離席を検知する方法もあるが，作業員が重機の周囲の状況を確認するために腰を浮かせて前のめりになっただけでも降車と検知し，発報してしまう可能性があるため，ビーコンシステムを採用した。
本システムは，ビーコンの受信機を重機の運転席内に設置し，重機オペレーターの発信機の電波強度からオペレーターの降車を検知する。降車を検知すると，重機に設置した警告灯が点灯（写真-4）し，周囲にオペレーターの降車を知らせる。

また，車体の前後には，重機の前後進に合わせて点灯する指向性赤色 LED ライトを設置した（写真-5）。これにより騒音の大きなトンネル坑内においても，視覚的に重機の動きを察知することができる。
４．４ バックホウ制御システム
ホイールローダー制御システムと同様のシステ
ムをバックホウにも搭載し，重機オペレーターの降車をビーコンシステムにより検知する。降車を検知すると，警告灯が点灯するとともに，シーケ
ンシャルライトが赤色で点滅し，周囲に異常を知らせる（写真-6）。重機の前後進に合わせてシーケ
ンシャルライトが外側から内側に向けて青く発光（写真-7）し，周囲に重機の移動を知らせる。

写真-5 指向性赤色 LED ライト

警告灯

図-7

警告照明システム

シーケンシャルライト

写真-6

警告灯及びシーケンシャルライト点灯

写真₋7

シーケンシャルライト（走行時）

写真-4 警告灯点灯状況- 93 -

４．５ AI 搭載人検知カメラシステム
位置情報管理システムでは，発信機を一人（一台）につき 2 個設置し，受信機も複数台設置することでロバスト性を確保しているが，機器の故障などにより侵入を検知できない場合，侵入した人に重機オペレーターが気付かず接触する可能性がある。そこで，オペレーターの死角となる重機後方と左右に AI を搭載した人検知カメラを設置した（写真-8，写真-9）。本システムは，カメラに内蔵された AI によって，図-8 に示す検知エリアへの人や車両，重機の進入を検知し，運転席に設置したモニターの発光とブザーによりアラートを発する。
５ 導入プロセスでの課題と解決策
５．１ 現場運用体制の確立
新しいシステムを現場に導入するには，実際にシステムを活用する現場職員・作業員の理解を得ることが重要である。
解決策として，協調安全とは何か，システム構
成，運用イメージ等について，アニメーション動画を積極活用した勉強会を複数回実施することで，システムへの理解を得ることができた（写真-10）。
導入後は，作業員に対して運用ルールや機器の使い利便性，要望などのヒアリングを 1 カ月間毎日実施することで，ソフト・ハード両面で様々な要望を得ることができた。それらを加味した運用
ルール・機器の設置を行うことで，現場の理解を得ることができ，継続運用が可能となった。

５．２ 位置測位精度向上
トンネル坑内は円筒形の空間が直線または緩やかな線形で連続しているため，電波が遠方まで到達しやすい環境である。一方で支保工や重機，ベ
ルトコンベヤーなどの鋼材が存在するため，電波が乱反射しやすい環境でもある。試験運用中には，切羽エリア外で作業していたにもかかわらず，切羽エリアに侵入したと誤検知し，警告照明が発報する誤作動が多発した。これは，越境ライン付近
が，クラッシャーやテールピース台車により電波の反射状況が特に複雑な上，ホイールローダーがクラッシャーにずりを投入する際に，写真-11 に示
すように照明架台とホイールローダーの車体により，切羽方向の見通しが悪くなり，Bluetooth 信号の乱反射が増長されるためだと推測された。そこ
で，Bluetooth 信号の受信回数と電波強度の関係性を見直すとともに，越境を検知するための指向性
受信機の設置位置を 50cm 単位で移動して検証を繰り返した結果，誤検知が発生しなくなった。

写真-10

写真-8

人検知カメラ

写真-9

勉強会

モニター

カメラ設置位置

写真-11
図-8

AI 搭載カメラの検知エリア- 94 -

誤検知多発状況６

導入効果
本システムの導入により，下記 3 点の効果が得られた。

に，導入当初は平均で 2.6 回/一方の発報があったが，統計開始後 26 日目には 1.9 回/一方に減少した。現場職員から作業員に対し，発報回数や停止時間などについて指示は行っておらず，作業員が自主的に停止回数を減らすための取り組みを行っていると考えられる。
これらの結果から，ずり出し作業時の人と重機の接触災害リスクの低減という本来の目的に加え，安全装置の導入により一時的に生産性が低下する
が，システムの浸透が進むにつれて作業員の自主的な行動変化によって生産性が回復することが確認できた。

６．１ 接触災害リスクの見える化
位置情報管理システムと警告照明システムの導入により坑夫以外の侵入を常に監視し，迅速かつ正確にリスク伝達が可能となった。これまでの人による監視では，常時監視が難しいうえ，現場職員や切羽監視責任者が作業を停止させたい場合，
レーザーポインターやジェスチャーなどで停止指示を出しており，重機に接近する必要がある上，全重機を停止させるまで時間を要していた。警告
照明システムの導入により，重機オペレーターか ７ 今後の開発らも「重機を停止させるか迷うことがなくなった」
今回実施した熊本 57 号滝室坂トンネル西新設との評価を得た。
（一期）工事での本システムの現場実装により以下の要望・課題が明確になった。
６．２ 作業員の主体的な安全行動
これまではルール違反を犯しても自らが警告を ７．１ 切羽エリアへの入場権限の付与について受けるだけであった。しかし，本システムの導入
去年度導入した位置検知管理システムでは，重により，切羽エリアに侵入すると警告照明システ 機・クラッシャーオペレーターが日替わりで交代
ムが作動するため，掘削作業全体に支障をきたす。 し，入場を許可する人の限定が難しく，掘削作業
そのため，オペレーター以外の作業員はずり出し に携わる坑夫は入場可能，それ以外の後向き班や中の切羽エリアに近づかなくなった。また，重機 現場職員は不可で区別をしていた。今後は，重機・オペレーター側は，侵入者によって作業が止めら クラッシャーオペレーターを特定し，対象となる
れないように，自ら他の作業員に注意を行うよう 人にだけ都度入場許可を付与するシステム（図-11）になった。切羽エリア近傍での安全通路に関する を構築することで，更なるリスク低減を目指す。
注意回数について調査したところ，導入当初は 3回/一方であったが，システムの定着と共に減少する結果が得られた（図-9）。
６．３ 作業効率化に向けた自主的な取り組み
補助工法で施工した鏡ボルトの鋼材などは，ずり出し中に重機から降車して回収する必要がある。
本システムの導入により，降車して作業する場合には警告照明システムを意図的に発報させ周りの重機を停止させるルールとした。図-10 に示すよう

図-10

作業員による意図的な発報回数

図-11
図-9

安全通路に関する注意回数- 95 -

オペレーターへの入場許可

図-12

システムの連動

７．２ システムの連動
現システムでは，重機制御システムと警告照明
システムは連動しておらず，重機オペレーターの降車を検知すると，重機に取り付けた警告灯が点灯する。しかし，警告照明システムと比較すると視認性に劣り，他の重機オペレーターが気付かない可能性がある。そこで，現場に整備された無線LAN ネットワークを経由して各システムの制御盤同士が情報を共有できるようにアンテナの増設を行し，重機オペレーターの降車を検知すると警告
照明システムが自動で作動するシステムへの改造に取組む（図-12）。
７．３ 位置測位，降車検知精度の向上
切羽エリアへの入場権限の付与や，システムの連動を実施する場合，重機に乗車しているオペレ
ーターの未検知や判定ミス，降車誤検知は，警告
照明システムの誤発報につながる。警告の誤発報が頻発すると，作業員からのシステムに対する信頼度の低下を招き，本システムの継続利用にとって大きな障害となる。先に述べた通り，ビーコン
システムは 10m 程度の測位誤差を持っており，詳細な位置を把握するためには受信機を検知したい
場所ごとに設置する必要があり，費用とメンテナ
ンスの面で増設は難しい。そこで，着座スイッチ
や通行検知ゲートなど，物理的に人を検知可能な機器とビーコンシステムを組み合わせることで，検知精度を確保できないか検討を行う。

写真-12

単眼カメラにより距離推定

８

おわりに本システムについて，ビーコンシステムとカメラによる現場状況の取得，Bluetooth 信号や現場無線 LAN ネットワークによる情報の運搬，クラウ
ドサーバーや AI でのデータの解析，警告照明シ
ステムによる情報のアウトプットを 1 つのシステ
ムとして現場に導入したことは大きな成果といえる。また，協調安全の考え方は建設現場ではまだ普及していないものであったが，開発部署と作業所，協力業者が協議を重ねて運用方法などの検討や運用責任者の選任，運用マニュアルの整備を行った結果，safety2.0 に適合する技術 3）としてセー
フティーグローバル推進機構 4）が認定する「safety2.0」の適合認証を取得することができた。
ICT，IoT，AI，無線通信技術の発展は目覚まし
く，将来的にはオートメーション化によって人と機械を時間的・空間的に分離することで安全を確保することが望ましい。しかし，建設現場におけるフルオート化にはまだ壁が多い。そこで，人と重機の協調安全「Safety2.0」に基づいた安全管理
手法と技術を広く普及展開する必要がある。今後
は，本システムの改良に加えて，トンネル以外の工種への適応に向けて取り組んでいく。
参考文献

７．４ AI 搭載カメラシステムの高度化
本システムで採用した AI 搭載人検知カメラは，単眼カメラを採用しており非常に低コストではあるが，距離推定が行えない。一方でステレオカメ
ラを用いた AI 搭載人検知カメラはカメラと人の距離を推定することができるが，非常に高価であり，現場のすべての重機に搭載するにはコストがかかる。そこで，単眼カメラで人との距離推定が可能なカメラシステムを開発し，現場実装に向けて。
現場検証をすすめている 2）（写真-12）1）向殿政男：安全学からみた建設業に関する安全について，No．777，pp9-14，2019.11.
2）谷口俊一・平原大暉・園田亜斗夢・岡澤岳・奥田悠太・
鳥海不二夫：建設機械による災害防止のための対人距離推定手法の研究
3）有山正彦：safety2.0（協調安全）の社会実装化に向けて，安全と健康，2019.8.
4）セーフティーグローバル推進機構
労働災害防止の観点から協調安全「safety2.0」を推奨社
会への普及を目的に「safety2.0 適合審査登録制度」を運用している。

- 96 -

23．ミリ波レーダと可視カメラを組み合わせた周辺監視センサーの開発と評価結果
ミリ波とカメラの融合による人検知性能の向上

三菱電機株式会社
株式会社熊谷組
株式会社熊谷組

１．はじめに建設業界では無人運転化，障害物検知のためのセンサの導入を推進中であり，油圧ショベルの運
転席後方などの死角領域については監視センサによる安全性向上が求められている。
現在，有力な監視センサとしてカメラが採用されているが人がしゃがんで認知不可能な状態や砂ぼこりなどの視界不良の環境により誤検知が発生している。
自動車の安全運転支援システムではカメラのほかにミリ波レーダが使用されている。当社では2003 年より継続しているミリ波レーダの量産実績を活かしつつ，そのミリ波技術を応用したレーダを開発中である。また，防衛・宇宙で培った最新レーダ技術や画像認識技術などについても研究開発を実施している。
今回，建設フィールドにおいてミリ波レーダの評価試験を実施するとともに，ミリ波レーダとカメラの両方のセンサを使用した場合の検知性能についても検証したので評価結果について述べる。

○ 八十岡 興祐
畑本 浩伸
飛鳥馬 翼

送受信回路の VCO（Voltage Controlled Oscillator）
から発振された 77GHz の高周波信号はアンテナから送信され，ターゲットにて反射した信号をアンテナで受信し信号処理部の MCU へ送られる。
2.2 原理ミリ波レーダの原理について説明する。図 2 に示すようにミリ波レーダの送信周波数は高速チャープで変調している。送信波と受信波の差分をFFT（Fast Fourier Transform）演算することにより，
ビート周波数が得られる。ビート周波数は距離に相関しているのでビート周波数よりターゲットまでの距離が算出される。FFT 演算では位相情報も一緒に得られ，この位相情報より速度ドップラが求められるのでターゲットとの相対速度も算出される。複数の反射物環境下でも短時間に正確な計測が可能である。

２．ミリ波レーダ
2.1 モジュール構成
ミリ波レーダモジュールはアンテナ，送受信回路及び，送受信回路の制御と信号処理を扱う MCU（Micro Control Unit）で構成される。図 1 にミリ波
レーダモジュールのブロック図を示す。
Tx1

図-2 ミリ波レーダの変調波形

VCO MCU

Tx2
Rx1
Rx2
Rx3
Rx4

図-1 ミリ波レーダモジュールのブロック図

2.3 ミリ波レーダの特長（1）各センサとの比較
表 1 にミリ波とカメラと LiDAR の比較を示す。
ミリ波の分解能性能は他センサよりも劣るが，速度の即時検出性能が優れている。電波の直進性が強いため遠くまでの距離検出が可能という点も優れており 250m 先の自動車を検出する評価結果が- 97 -

得られている。また，降雨や降雪時の悪天候下や砂 以外に手や足の動きによる異なる速度成分が数多
ぼこりの視界不良の環境でも検出が可能という耐 く発生するためである。従って速度方向に広がり
環境性に優れている。また，トンネル出入り口等の を持っている物体は人である可能性が高いので，照度が急激に変化する環境や夜間でも明るさに左 人を識別して検知性能の向上に有効となる。
右されずターゲットを検出することが可能である。
３．ミリ波レーダとカメラのフュージョン
3.1 フュージョン説明
表 1 各センサの特長
建機周囲の人や障害物を検知する有力な監視セ
ミリ波 カメラ LiDAR
ンサとしてカメラが使用されており分解能が優れ測速度（自動追随）◎○○ているため物体認識が容易である。しかし降雨や
測距離
◎
○
◎
砂ぼこりによる視界不良や人が後ろ向きになって分解能（物体認識）
×◎○いる場合などではカメラだけでは認識困難な状態
耐環境（降雨）◎○○となるので誤検知する場合がある。
耐環境（夜間）◎○◎一方，ミリ波レーダは耐環境性があるだけでな
サイズ
◎
○
×
く，人の動きによる相対速度の発生によって人を
コスト
○
○
×
認識することが可能である。
そこで，これら両者の特長を利用したミリ波レ（2）ミリ波レーダによる人識別方法
ミリ波レーダはターゲットまでの距離を正確に ーダとカメラのフュージョン処理を実施した。こ測定できるだけでなく，同時に相対速度を検出す れにより人の検出性能向上が可能となる結果が得ることも可能である。この相対速度情報を利用す られた。
ることにより，周囲の静止物と比較して人を識別することが可能である。
図 3 に人が 5m の位置で手を動かしている時の評価結果を示す。

3.2 構成図 4 にカメラとミリ波レーダをフュージョン
処理するシステムブロック図を示す。

図-4

図-3 相対速度情報による人の検出
グラフは相対速度と距離を示し，ミリ波信号の反射強度が高い物体は赤や黄色の表示となっている。周囲の壁や地面などは静止物であるので相対速度 0m/s における反射強度は高くなり赤や黄色となる。グラフにおいて距離 5m の位置に相対速度がある物体がいることがわかる。しかもこの物体
は相対速度が 0～-1.5m/s まで速度方向に広がりを持っている。もしこの物体が車であれば相対速度
は広がることがなく 2m/s などの 1 か所だけが検出される。このように速度方向に広がりを持っている理由として，人が歩く時は進行方向の速度成分

カメラとミリ波レーダを用いたシステムブ
ロック図

カメラからは画像データが転送されて GPU の画像処理により人の認識を実施する。この時，人物の深層学習により人の様々な姿勢や角度などの画像においても人を識別可能な処理を実施する。
ミリ波レーダからはターゲットデータが出力さ
れ 2 項で述べたように信号処理により人や障害物などの複数ターゲットデータが抽出される。ター
ゲット情報としては距離・方位・相対速度・受信信号強度が得られる。
それぞれの処理結果から得られたデータは同期を取って，同時刻におけるデータについて照合している。カメラの画像情報から人の方位を算出し，ミリ波レーダのターゲット情報の方位と照合させたフュージョン処理をすることにより人の検出性が向上する。
3.3 フィールド試験概要
キャタピラー製油圧ショベル（320E）の後上部- 98 -

にカメラとミリ波レーダを搭載し，周辺監視セン
サとして建機周辺における人などの検知性能を評価することを目的としてフィールド試験を実施した。図 5 に示すように搭載場所は高さ 2.5m，斜め下の方向にカメラとミリ波を向けた。試験内容は
人が直立状態，人が接近してくる状況，建機が旋回している状態について実施した。図 6 と図 7 に構成図を示す。

のみが検知していることを示す。
図 8 の下半分はバードビューを示しており，上空から見た状態である。中心がミリ波レーダとカメラの周辺監視センサを設置した位置であり，5m
前方の位置に緑の四角（人を検知した場所），8m 前
方やや左側の位置に青い四角（反射物標を検知した場所）を方位とともに示す。
図 8 では人は直立しているがしゃがんだ状態でもカメラとミリ波の両方で検知している結果が得られている。

図-5 搭載状況

図-8 人の直立状態
図-6 人の直立または接近の構成図

図-7 建機旋回の構成図
3.4 フィールド試験結果（1）人の直立状態
図 6 に示すように建機から 5m 離れた場所に人が直立した状態で評価実施した。図 8 にフュージョン処理した結果を示す。緑枠はミリ波とカメラの両方とも検知していることを示す。緑枠の範囲
は人の体格範囲のみに絞れている。また，8m の位
置には金属製の反射物標（コーナリフレクタ＝図 8
中の左青枠内）を置いている。反射物標は人ではないのでカメラでは人として検知しないが，ミリ波
レーダでは障害物があると検知することが可能である。図 8 では青枠となっており，これはミリ波（2）人の接近
図 6 に示すように建機から 15m 離れた場所から建機に向かって人が歩いてくる評価を実施した。
図 9 にフュージョン処理した結果を示す。接近す
る人を連続的にカメラとミリ波で検知していることを確認した。検知可能距離はミリ波の場合は～12m，カメラは～10m であった。ミリ波は地面等に対しても反射してターゲットとして検知をする。
図 10 はミリ波レーダが検出した反射物を全てプロットしたものである。ところで地面等の反射物標の速度ドップラは 0m/s であるが，接近する人は速度ドップラが発生する。この速度ドップラの違い
により地面と人を分離することは可能である。図11 はミリ波レーダが検出した反射物について速度
ドップラのある反射物のみをプロットしたものである。この結果より，ミリ波だけでも人が接近していることを認識可能であり，カメラの画像情報と合わせることにより更に人の検出精度は向上する。

- 99 -

図-9 人の接近

図-12 建機の旋回

図-10 検出点を全プロット（ミリ波レーダのみの検出結果）

図-13 旋回時における検出結果（ミリ波レーダのみの検出結果）
3.5 追加検討（1）ミリ波レーダ検出性の向上方法
ミリ波レーダは特に金属物の反射について優れており，自動車の検出は人に比べて容易である。ターゲットが人の場合には検知距離は 20m 程度であれば可能だが，ヘルメットや反射ベストにアルミテープを貼ることでミリ波による検出性はさらに向上する。

図-11 相対速度のある反射物のみを抽出（ミリ波レーダのみの検出結果）（3）建機の旋回
図 7 に示すように建機を旋回させた場合の周囲の検知状況について評価を実施した。図 12 にフュージョン処理した結果を示す。人を建機から 6m 位
置で直立，反射物標を 8m の位置に置いた状態において，人はミリ波レーダとカメラで検知していることを確認した。反射物標についてはミリ波で検知していることを確認した。図 13 は旋回時における検出結果をミリ波レーダのみについてプロットしたものである。ミリ波レーダだけでも人や反射物標を検知することが可能であり，カメラ画像
情報と合わせることにより更に検出精度は向上する。

（2）人以外の障害物検知
本検討では，人の検知についてカメラとミリ波のフュージョン処理にて実施した。建設業界では人および障害物との接触事故防止が求められており，障害物としては三角コーンや大型ブロックなどが挙げられる。これらの物体についても学習させると原理的には検出は可能である。但し，相当数の画像データが必要となり，正解付け作業も必要
となる。
４．むすび
未舗装路におけるフィールド試験場において，建機にカメラとミリ波を搭載して，フュージョン
処理による人の検知性能を述べた。今後は様々なシチュエーションにおける評価試験の実施や最適なアンテナ設計や搭載方法などの開発を実施していく計画である。

- 100 -

24．パーカッションドリル機を用いた
高圧噴射攪拌の斜施工機械の開発
三信建設工業株式会社 ○木田 匠紀
島野

嵐

萩原 耕太
大栗 雅明
鈴木 英文

１．はじめに
都市土木における地盤改良工事は，地下には多くの埋設物があり地上部は道路や構造物があり，制約条件が厳しい場所で施工する必要が有る。また，近年では深度 50 m を超える地下空間構築技術が向上したことにより，地盤改良工事も硬質な洪積土層を対象とする事例が増えてきた。
一方，高圧噴射攪拌工法は小型なボーリングを使用してφ100~200 mm 程度の削孔径で施工を行うことから地下埋設物を避けた施工には有利であるが，大深度の施工では硬質地盤の削孔や，埋設物を避けた斜めボーリングの必要があり，この場合，作業能率や安全性が悪く，現場条件によっては適用が困難な場合がある。
我々はこれらを鑑み，硬質地盤で斜めボーリン
グを安全に施工できる高圧噴射攪拌工法の施工機
械の開発を行った。

図-1

高圧噴射攪拌工法概念図

３．施工機械の概要
２．高圧噴射攪拌工法の概要
V-JET 工法における標準施工で使用する従来施今回施工機の検討を行った V-JET 工法 1)は，図-1 に示すように，硬化材に高い圧力を与えて得ら 工機は写真-1 に示す小型のボーリングマシンであれる強力なエネルギーによって地盤を切削し，硬 り，改良体の配置計画において斜施工が必要とな化材と土とを攪拌混合して円柱状の改良体を造成 る場合には，重量物である削孔ケーシングや噴射ロッドの脱着時の作業員における安全性を考慮し，する地盤改良工法である。
V-JET 工法は従来の高圧噴射攪拌工法と異なり， 表-1 および図-2 に示すよう鉛直に対し，小・中口先端の特殊噴射装置と硬化材の噴射量を使い分け 径改良で 10°，大口径改良で 5°の角度を限界角ることにより，改良径の異なる 4 つのタイプ 度として設定している 2)。地盤強度に対しては N(V0,V1,V2,V3) が用意されていて施工条件に合わ 値 200 程度の砂質土や砂礫土の削孔が可能である
せて 1.0~6.0m の幅の広い改良径の選択が可能であ が硬質地盤の層が厚い場合，削孔時間が長くなるる。これらのタイプ以外でも，現場の条件に対応 ためロータリーパーカッションドリルや大口径ボする特殊仕様を設定し，試験施工等により有効な ーリング等を削孔機として使用する場合がある。
改良径を確認した上で施工仕様を設定することも これらより，採用実績のあるロータリーパーカッ
ションドリル式削孔機をベースとした施工機の開可能である。
発と，削孔ケーシングや噴射ロッドの安全な脱着- 101 -

手法の確立をすれば，従来施工機より作業効率や安全性が向上すると考えた。斜めボーリングが可能な高圧噴射攪拌工法の施工機を開発することが出来ると考えた。

写真-1
表-1

施工タイプ
V0
V1
V2
V3

いては，従来施工機に搭載の自動ステップ装置を取り付け，任意の時間・ステップ距離の設定を可能とした。開発したロータリーパーカッションド
リル（以下，開発施工機とする）の全景を写真-2 に示す。なお，従来使用している噴射ロッド等の施工ツールスのせん断力は，開発施工機の最大トルク値以上であることを確認し標準の施工ツールス
を使用することとした。

従来施工機

従来機斜施工適用可能角度

改良径
2.0 m
3.0 m
4.0 m
6.0 m

施工設備
小
中
中
大

写真-2

限界角度
10°
10°
10°
5°

地下構造物

埋設管

改良範囲

図-2

斜施工概要図４．ロータリーパーカッションドリルの改造
ロータリーパーカッションドリル施工機を高圧
噴射攪拌の造成に使用するに当たり，「二重管スイ
ベルの製作」および「自動ステップ装置の搭載」を行った。
「二重管スイベルの製作」は，従来の施工
機の回転動力がスイベルの下部であるのに対しロータリーパーカッションドリル施工機の回転動力
がスイベルの上部にあることから構造の検討・新規製作を行った。
「自動ステップ装置の搭載」につ開発施工機の全景

５．ツールス脱着時のマニピュレータ導入検討
削孔ケーシングや噴射ロッドおよび先端噴射装
置などの施工ツールスは重量物であり，最大で230kgである。これらの施工ツールスの脱着時には移動式クレーンを用いた吊り作業となるが，斜施工の場合，鉛直の施工と比較し手指の挟まれや吊り荷の振れによる挟まれ等のリスクが高い。これらのリスクを回避し作業員の安全性を向上させるため，海外では既に実現場で用いられているマニピュレータ (機械式ロッドチェンジャー）の導入検討を行った。マニピュレータは表-2に示す機械仕様のものを採用し，バックホウ装着型およびクレーン装着型の2タイプを用い施工配置・作業性・コストを指標に実機を用い比較検討した。それぞれのマニピュレータの全景を写真-3および写真-4に示す。また，上述の指標を基にした比較試験結果を以下に示す。
施工配置：バックホウ装着型が施工機の横に配置する必要が有るのに対しクレーン装着型は配置に自由度がある。
作業性 ：鉛直施工時には差異は無いが，斜施工時にバックホウ装着型が斜めに取り付けられるのに対し，クレーン装着型は介錯ロープ等を用い作業員の補助が必要である。
コスト ：バックホウ装着型の方が作業員の数も減るためクレーン装着型と比較し安価である。

- 102 -

以上より総合的に判断しバックホウ装着型マニピュレータを採用することとした。
表-2

マニピュレータ機械仕様

項目
寸法L×W×H
重量
クランプ幅
最大クランプ重量
旋回角度
回転モーメント諸元
1.75 m×1.1 m×1.3 m
375kg
60~225 mm
1t (0.5t/箇所×2箇所)
0~90°
10kN

発施工機ではバックホウ型マニピュレータを用いるため，機械主体の施工となり従来施工で課題となった手指の挟まれや吊り荷の振れによる挟まれ等のリスクの危険がなく，安全性が向上した。
６．２．施工性の確認
従来施工機と開発施工機を用いて施工性の確認を行った。表-3に施工性の比較結果について示す。
限界角度は従来施工機が5°に対して開発施工機
は22.4°であった。
また，平均削孔時間は主な対象土細砂および玉石 混 じり 砂礫 (50<N ≦150)で ，従 来施 工機 が 14
min/mに対して，開発施工機は5 min/mであり約3倍に向上した。
さらに，従来施工機では，作業員の数は4名（従来施工機のオペレータ1名，クレーンのオペレータ
1名，介錯ロープや玉掛のため手元2名）であったが，開発施工機では，作業員の数は3名（開発施工
機のオペレータ1名，マニピュレータ1名，手元1名）
であり省人化を図ることができた。
表-3

項目
限界角度
平均削孔時間作業員数
写真-3

バックホウ装着型マニピュレータ

写真-4

クレーン装着型マニピュレータ

６．実現場での適用確認
実現場において開発施工機を用い安全性・施工性・削孔精度の確認を行った。
６．１． 安全性の確認
開発施工機を用いて安全性の確認を行った。開施工性の比較

従来施工機
5°
14 min/m
4名

開発施工機
22.4°
5 min/m
3名

６．３．削孔精度の確認
開発施工機を用いて削孔精度の確認を行った。
削孔精度の確認はジャイロを用いた孔曲がり計測装置(多摩川精機製：TUG-NAVI)を用い削孔管路位置の確認を行った。削孔精度は1/250を目標値として実施した。
６．３．１孔曲がり計測装置の概要
管路計測装置の概要を図-3に示す。
ジャイロセンサが設置されたセンサプローブにより，造成杭の削孔孔や改良径確認技術の計測管などの対象管の管路位置（孔曲がり）を測定することが可能である。測定方法は以下の通りである。
(１) センサプローブを対象管の上端に設置し，x軸，y軸，z軸の基準点の設定を行う。
(２) 所定の深度（削孔完了深度）までセンサプロ
ーブを挿入する。
(３) センサプローブを巻取り装置で引上げながら，センサプローブに内蔵されたジャイロ
センサにて傾きを測定する。
また，出力データは，事前に設定した平面位置のx軸，y軸および深度のz軸で計測用ＰＣに表示され，各深度での管路位置（孔曲がり）が出力される。

- 103 -

図-4

削孔精度計測事例

７．まとめ
ロータリーパーカッションドリル機を改造し，６．３．２．計測結果
硬質地盤で斜めボーリングが可能な高圧噴射攪拌
削孔精度の計測結果は目標値1/250に対して， 工法の施工機械の開発をした。バックホウ装着型
1/100~1/2208の範囲であり平均値として1/521の精 のマニピュレータを用いることにより施工ツール度であった。計測結果例を図-4に示す。この値はロ ス脱着時における安全性の向上および作業の効率
ータリーパーカッションドリルの削孔精度1/100 3)， 化，省人化を図ることができた。また，実現場で確
従来の高圧噴射施工機の削孔精度1/200~1/250 4)と 認した削孔精度は，従来の高圧噴射施工機の削孔比較し遜色のない結果であった。また，全体の施 精度と比較し遜色のない結果であった。
工本数52本に対して20%程度が削孔精度の目標値
1/250を満たさなかったが，これらを含む全施工本 参考文献
数について３DCADを用いて削孔管路位置を確認 1) V-JET 協会：V-JET 工法技術・積算資料(第 7 版), p.1,
2019.
し，改良目的を満たせるか（未改良部が無いか）を
2) 前掲載 1),p.11
確認後に施工を行った。
図-3

管路計測装置の概要

3)

4)- 104 -

(一社）日本アンカー協会：グラウンドアンカー設計施
工マニュアル， p.113, 2013.
日本ジェットグラウト協会：JET GROUT Ｑ＆Ａ 平成
26 年 1 月.

25．立坑掘削土揚重の改善に向けたローラ付き底開きベッセル
および円形架台の開発と使用実績
島根原子力発電所 2 号機地下連絡ダクト設置工事に係る作業立坑掘削工事

鹿島建設株式会社
東原 秀明
鹿島建設株式会社 ○安彦 柳一

１．はじめに本工事は中国電力株式会社島根原子力発電所構内において、東西 2 か所の立坑とそれらを繋ぐトンネルである地下連絡ダクトを構築するもので、トンネルの坑口となる作業立坑を先行して掘削した。施工位置を図-1 に示す。
従来の立坑掘削揚土設備としては「底開きベッセル」と「矩形架台」の組合せが一般的であるが、人の介錯などが必要で施工性が悪い。そこで「ローラ付き底開きベッセル」および「円形架台」を開発し、揚土作業における安全性向上と効率化を目指した。
開発にあたっては、事前に想定される不具合を洗い出し対策を施したので、施工に際しては大きなトラブルもなく円滑に作業することができ、安全性と施工性の大幅な向上を図ることができた。
本稿では開発の経緯、設備の特徴、開発時の検討内容、使用実績、不具合と対策等について報告
する。

図-1

立坑平面を図-2、立坑断面を図-3、施工数量を
表-1 にそれぞれ示す。

図-2

立坑平面

図-3

立坑断面

表-1

施工数量

施工位置

２．工事概要2.1 全体工事概要
工事名：島根原子力発電所 2 号機地下連絡ダクト設置工事に係る作業立坑掘削工事
発注者：中国電力株式会社
施工者：鹿島建設株式会社
場 所：島根県松江市鹿島町片句
工 期：2018.4.27～2019.9.30- 105 -

工
掘

削

親

杭

種

数

量

単

位

11,005㎥

17本

吹付けコンクリート

1,820

㎡

ロックボルト734

本

グラウンドアンカ

112

本2.2 仮設配置・施工条件
所定のヤード条件から、図-4 に示すように立坑
南側に 200t クローラクレーン、立坑東側にずり仮置き場を配置し、円形架台およびローラ付き底開きベッセルにて掘削ずりの揚重および放出を行った。立坑の施工方法として、立坑内を南北半分ずつに区切り、南北各エリアにて掘削工およびグラウンドアンカ工を交互に並行して行う方法を取った。従って立坑内の重機配置やずり積込み場所は施工状況に応じて日々変化したため、揚土作業におけるベッセルの揚重旋回ルートについては、ベッセル直下に重機が入らないルートを都度選択する必要があった。また立坑外においても、他業者が本工事ヤード内にて作業を行うことが度々あったため、揚土作業におけるクレーンの旋回方向は固定することができず、立坑内外の作業状況や重機配置によって日毎に決定する必要があった。

表-2

舟

仮設配置

３．揚土設備3.1 開発の経緯
立坑掘削土の揚重計画において、表-2 に示すように舟型、底開き型、転倒型の 3 種類のベッセルの比較検討を行った。必要ヤード広さを抑えられることや排土時の安全性を確保できること、手元作業員を削減できることから、本工事では底開き型ベッセルを選定した。従来の底開きベッセルは
写真-1 に示すようにベッセル本体を矩形架台の所
定の位置に向きを合わせて接地させた後、クレーンの巻下げ操作を行うことで底のゲートが開く構造である。そのため人力での介錯または矩形架台に位置合わせ用の当て壁が必要である。人力での介錯は安全性に欠け、壁当てによる位置合わせでは若干の時間ロスが生じるという懸念があった。
そこで揚土作業の安全性と効率性を向上させることを目的として、従来の底開きベッセルおよび矩形架台を改良した、ローラ付き底開きベッセルお
よび円形架台を開発した。

型

底開き型

転倒型

①必要ヤード広さ○○△②任意箇所での排土○

××③排土時の安全性×○○④手元作業員の削減

×

○

○

○

△

△

△

◎

△

⑤価
総

格
評

写真-1

図-4

ベッセル選定表

従来の底開きベッセルと矩形架台

3.2 設備の特徴
開発した揚土設備の概要を表-3 に示す。円形架台は図-5 に示すように間口の広いすり鉢状の構造とし、内側円周にベッセル受け部を設けた。ベッセルは図-6 に示すように側面下部にローラを取り付け、ローラが円形架台のすり鉢面を転がりベッ
セル受け部に接地した後、クレーンの巻下げ操作を行うことでワイヤの緩みに連動して底のゲートが開く構造とした。これらにより排土時に人が介在せずに済むため安全性を確保することができる
上、ベッセルの細かい位置や向き合わせが不要となり、ベッセル本体が 360 度どの向きであってもスムーズに円形架台中央へ降下することが可能となることで作業性が向上すると考えた。
表-3
名 称
円形架台

揚土設備
仕 様

重 量

上部径φ5,200、下部径φ4,250、全高2,850

5.5t

ローラ付き底開きベッセル

8㎥、全長4,250、全幅2,218、全高1,564

3.9t

吊治具

全長3,624、全幅650、全高981

0.8t- 106 -

図-5

円形架台

(2)ベッセル吊治具ワイヤ長さ
揚土サイクルタイムの向上と安全性を考慮し、ずり積込み時のベッセルの玉外しおよび積込み後の玉掛け作業を無くすように計画した。吊治具上部ワイヤは 2 点吊りで吊り角度によるワイヤ強度低下を考慮し、吊り角度 60 度以内となるように長さを 2.5m とした。吊治具下部ワイヤはバックホウ
による積込み作業の支障とならないように長さを4m とした。吊治具の概要を図-8、ずり積込み状況
を図-9 にそれぞれ示す。
図-6

ローラ付き底開きベッセル

3.3 開発時の検討内容(1)ベッセル容量
ベッセル容量の選定においては、下記事項について検討を行った。
① 揚土サイクルタイム② クレーン最大作業半径③ 立坑内重機配置④ 機械掘削能力⑤ 製作費用
計画時点では、1 回の揚土サイクルにおけるずり
積込み後のクレーン操作にかかる時間はベッセル
容量に関係なくクレーンの性能によって一定として考えた。揚土 1 回あたりではベッセル容量が大きいほど積込みに時間がかかりサイクルタイムは遅くなるが、揚土作業全体での総揚土量は定量であり、総積込み時間は一定であるため、ベッセル
容量が大きいほど揚土回数が減りサイクルタイムは向上すると考えた。しかしクレーン最大作業半径や立坑内重機配置（ベッセル定置可能範囲）を考慮すると、容量が大きいほど作業性が悪くなることが懸念された（図-7 参照）。
そこで掘削能力（時間あたりのずり発生量）に主眼を置いて検討することとした。本工事では掘削方法として機械掘削を計画していたため、機械掘削能力を考慮し上記①～⑤を総合的に検討した結果、ベッセル容量は 8㎥が妥当と判断した。

図-8

図-9

ずり積込み

(3)ベッセル損傷・変形・ずり堆積防止
ずり積込みによるベッセルの損傷や変形を防止するため、図-10 に示すようにベッセル内部に補強
角パイプを取り付けた。排土時にずりが堆積して残らないように上部に 2 本、下部に 1 本をひし形状に取り付けた。ローラを取り付けたベッセル側部は図-11 に示すように、積込み時にずりが堆積したり、ローラやゲート稼動部にずりが噛み込むのを防止するため、ゲート開閉の機構に必要な最低限の開口を除いた全範囲を鉄板で覆った。

図-10
図-7

吊治具

ベッセル容量によるクレーン最大作業半径- 107 -

補強角パイプ

写真-2

図-11

ローラ部カバー(4)ベッセル底部
ベッセル底部の構造を図-12 に示す。ベッセル内部の底板は摩耗時に交換できるように溶接ではな
くボルトで固定することとし、ずり積込み時や放出時の摩耗を軽減するため、普通ボルトではなくボルト頭が飛び出ない皿ボルトを使用した。ベッセル外部の底板は立坑下着底時のずり噛み込みを防止するためフラットな構造とした。またゲートが完全に閉まり切らず僅かに隙間が生じることを想定し、ベッセル揚重中のずり落下を防止するため、片側のゲート底に左右のゲートがラップする
ようにこぼれ防止板を取り付けた。

ローラ(6)円形架台上部径
すり鉢状円形架台の上部径の設定にあたり、ローラ付き底開きベッセルをスムーズに吊り下ろすにはベッセルとのクリアランスがどの程度であれば適切であるかを考え、クレーンオペレータにもヒアリングを行い、クリアランスを 500mm に決定した（図-13 参照）。

図-13

円形架台上部径(7)模型製作・動作確認
考案した設備の動作機構の確認と実製作、実運用に向けたその他懸念事項を漏れなく洗い出すため、事前に 1/10 スケールの模型を製作した。これ
によりローラがすり鉢面を転がることでベッセルが自然に円形架台中央へ降下する状況や、吊治具
ワイヤの張力に連動してゲートが開閉する状況を確認した（写真-3 参照）。
図-12

ベッセル底部(5)ローラ仕様・取付位置
ローラの選定において、当初はベアリング仕様を考えたが下記①～④の懸念があった。
① オイルを切らすことができない② オイルを注入するためにフランジを設ける等のスペースを確保する必要があり構造が大きくなる③ オイルシールが破損すると交換が必要となる④ 構造が大きくなることで損傷リスクが上がる
そこでベアリング仕様ではなくメンテナンス手間の少ないオイレス仕様のローラを選定することとした。ローラは円形架台のすり鉢面をスムーズに転がるように、可能な限り外側に配置した。選定
したローラを写真-2 に示す。

写真-3

模型による動作確認

４．使用実績
4.1 事前検討内容に対する評価(1)ベッセル容量
計画時点において、揚土作業全体ではベッセル
容量が大きいほど揚土回数が減るため、揚土サイ
クルタイムは向上することが見込まれた。しかし重量が増えることでクレーン最大作業半径が小さ
くなり、サイズが大きくなることで定置可能範囲- 108 -

に制限が生じる懸念があった。前述の通り本工事
では立坑内でのずり積込み場所は施工状況に応じて日々変化することを想定していたため、立坑内の全範囲で揚重が可能となる 8 ㎥を選択したことで揚土作業に支障が生じることはなかった。掘削作業全体で考えても揚土作業がクリィティカルになることはなかったので、選定したベッセル容量は適切であったと考える。ベッセル揚重状況を写真-4 に示す。

写真-4

ベッセル揚重状況

写真-7

点検窓

写真-8

点検窓内部

(4)ベッセル底部
内部底板は摩耗が少なく交換することはなかった。外部底板については、
排土後にゲート間に 20mm
程度の隙間が見受けられることがあった（写真-9,10 参照）
。計画当初より各部の僅かな製作誤差
や駆動上必要な余裕代などの要因から、ゲートが完全に閉まり切らず隙間が生じることを想定しこぼれ防止板を取付けていたため、ベッセル揚重中に隙間からずりが落下することはなかった。隙間が広くなっていないか都度確認を行っていたので、追加の対策を施すことなく運用することができた。

(2)ベッセル吊治具ワイヤ長さ
バックホウによるずり積込みにおいて、吊治具
ワイヤが積込み作業の支障となることはなく、円
滑な積込みを実施することができた（写真-5 参照）
。

写真-9

写真-5

実際のずり積込み状況(3)ベッセル損傷・変形・ずり堆積防止
ベッセル内部に補強角パイプを取り付けたこと
で立坑掘削完了まで大きな損傷や変形もなく運用することができた（写真-6 参照）。ベッセル側部については、ほぼ全範囲を鉄板で覆ったことでゲート開閉機構の点検が実施しづらくなってしまったため、写真-7,8 に示すように現場で開閉式の点検窓を設置した。これにより開口部から進入した
細かいずりの清掃も容易となった。

正常なゲート使用後のベッセル内部

ゲート間隙間(5)ローラ仕様・取付位置
使用後のローラを写真-11 に示す。オイレス仕様のローラを選定したことで日々の点検と清掃を確実に実施する程度で修理や交換を行うことなく比較的容易に維持管理を行うことができた。円形架台へのベッセル吊り下ろしにおいて、すり鉢面の途中で競るようなことは発生しなかったため、ローラの取付位置も適切であったと考える。

写真-11

写真-6

写真-10

使用後のローラ(6)円形架台上部径
円形架台へのベッセル吊り下ろし作業においてクレーンオペレータは目視とブーム先端カメラの映像によって操作を行った（写真-12 参照）。設定
した円形架台上部径は状況を確認しながらベッセ
ルを吊り下ろすのに十分な広さであった。

- 109 -

表-4

揚土サイクルタイム内訳

No.

写真-12

クレーン運転席モニタ

4.2 揚土実績
今回開発した設備を使用し、累計 1,753 回にわたり約 8,970 ㎥の地山土量を揚重した。
開発した設備の効率性を評価する上で、ベッセ
ル容量、積込み機械、クレーン仕様、揚程、旋回角度など同一条件下における従来設備の使用実績がないため、従来設備と揚土作業全体のサイクルタイムを比較することはできない。そこで揚土作
業全体のサイクルのうち、従来設備と異なる点として「架台へのベッセル吊り下ろし・接地」が挙げられるため、その作業に要する時間のみに絞って考える。社内の過去の類似工事における従来式
底開きベッセル（10 ㎥）および矩形架台の使用実績と比較すると、上記作業に要する時間はほぼ同等であったが、これについてもクレーンの仕様やオペレータが異なるため厳密には比較することができない。
本工事における立坑深さ 17.5m 地点での揚土サ
イクルタイムの内訳を表-4 に示す。揚土作業の効
率性の評価において、上記の理由から従来設備との比較は難しいが、1 回あたりのサイクルタイム
10 分 6 秒のうち、③円形架台へのベッセル吊り下
ろし・接地に要する 21 秒の作業を、より安全に、容易に行うことが可能となったため、安全性と施工性が向上したと言える。架台を円形にしたこと
で排土時のベッセルの向きを気にする必要がなくなり、ベッセルを円形架台上の大体の位置にさえ持っていけばローラによって自然に架台中央へ誘導されるため、慎重を要する揚土・排土作業においてクレーンオペレータの負担を軽減することができた。
従来式底開きベッセルの矩形架台への位置合わせにおいては、人力での介錯は安全性の面から現実的ではないため壁当てによる位置合わせが一般的と考えられるが、壁とベッセル接地位置の関係からクレーンの旋回方向は必然的に一方向に限定される。前述の通り本工事では旋回方向を限定することができなかったため、円形架台およびロー
ラ付き底開きベッセルを採用したことで左右どちらの旋回方向からでも排土が可能になったことも大きな利点であった。

内

訳

時

間

①

ずり積込み

6分06秒

②

巻上げ・起伏・旋回

1分39秒

③

円形架台へのベッセル吊り下ろし・接地④

ゲート開放・ずり放出⑤

巻上げ・起伏・旋回・巻下げ⑥

立坑下でのベッセル位置決め・着底

⑦

合

計

21秒
8秒
1分40秒
12秒
10分06秒５．不具合と対策
図-14 に示すようにベッセルのゲート側面部にずりが噛み込むことがあった。これは排土時にずりがゲート側面部に噛み込み、そのままゲートが閉じたことで発生したと考えられる。ずりが噛み込むことでゲート開閉機構に支障が生じたり、揚重中に噛み込んだずりが落下する恐れがあったた
め、対策として図-15 に示すようにベッセル内部に鉄板を設置し、側面部へのずりの噛み込みを防止した。これによりずりの噛み込みは発生しなくなり、安全に運用することができた。

図-14

ずり噛み込み状況

図-15

ずり噛み込み対策

６．おわりに設備の開発に当たり、排土方法として電気制御による仕様も検討したが、不具合発生時の対応軽減を考慮し、機械的でシンプルな構造とした。従
来設備を改良したことにより、揚土作業全体のサ
イクルのうち「架台へのベッセル吊り下ろし・接地」作業をより安全に容易に行うことが可能となった。またクレーンの旋回方向に制限を受けず、左右どちらの方向からでも同じように排土することが可能となったことも大きな利点であり、今後の類似工事への適用に有効であると考えられる。
今後、クローラクレーンの運転自動化やオペレー
タの運転を補助するような機能を実用化することができれば、更なる生産性の向上に繋がるものと考えられる。

- 110 -

26．小断面トンネル自動吹付機システムの開発

㈱熊谷組
㈱熊谷組
㈱熊谷組

１．はじめにわが国では「再生可能エネルギーの固定買取制度」（以下 FIT 制度 Feed-in Tariff）が 2012 年に法施行され制度が開始した。FIT 制度により再生可能エネルギーによる発電量は大きく伸びてきている。再生可能エネルギーの中で小水力発電は用途の関係上断面積が 10 ㎡程度の導水路トンネルを用いる場合が多数を占める。当社では小断面トンネ
ルにおける NATM 施工機械群の開発プロジェクトを行っておりこの内の吹付施工での自動吹付機システムを開発したので報告する。

宮川 克己
手塚 仁
○ 梶野 瑞基

各可動部の移動量を計測することで吹付ノズル先端の現在位置と姿勢を CPU ユニットにより把握できるようにしている。
（2） 教示機能
様々な断面形状や距離に対応したオペレーターの吹付動作を記録し、PLC（Programmable Logic
Controller）により再現するため微妙な吹付制御が反映され、自動で人と同様の吹付が何度でも行うことができる。
３．自動吹付機システム搭載試作機
3.1 ロボット移動量の計測
今回使用した試作機のベースマシンは竹内製作
２．自動吹付機システムの概要
所製ミニショベル 1.6t 級で可動部分各所にセンサ
2.1 背景ーを設けた。センサーは、吹付ノズル（左右、前後）、
小断面トンネルでの吹付作業は、換気をおこな ブーム（上下、左右、伸縮）、上部旋回体の各 6 軸
うものの狭隘な作業空間であるため粉塵による苦 に取り付け、各軸の移動量を計測、記録する。
渋作業となる。そこで遠隔で吹付機を操作する自 （1） 吹付ノズル
動運転技術を導入することとし、開発した自動吹吹付ノズルの左右と前後のスイング動作には、付機システムを試作機に搭載し各種確認を行った。 各々絶対値式ロータリーエンコーダーで計測し、2.2 自動吹付機システム概要
計測範囲は、左右各 179°、前後各 114°である。
開発した自動吹付機システムは小型バックホウ （2） ブーム
をベースに自動吹付ロボット機能を搭載し、オペベースマシンのミニショベルのブームは上部旋
レーターの吹付作業を忠実に再現できる教示（テ 回体とブームスイングシリンダーによる左右動作ィーチング）システムである。
（写真-1）とブームシリンダーによる伸縮動作となる。従って、ブームの上下動作はワイヤー式ポテンショメーターを使用し、計測範囲は上方 54°、
下方 18.5°。
伸縮（スライド）動作も同様にワイヤー式ポテンシ
ョメーターで 0 ㎜から 1,000 ㎜。左右動作は絶対値式ロータリーエンコーダーで左右各 50°としている。
（3） 上部旋回体
上部旋回体もワイヤー式ポテンショメーターを使用し、計測範囲は 360°とした。
（図-1）
写真-1

自動吹付ロボット（1） システム
吹付ロボットの可動部にセンサーを取り付けて、- 111 -

図-1

可動部動作範囲

3.2 油圧制御吹付ロボットの動作開始位置を決め原点とし、自動運転の終了時は必ず原点へ自動復帰させる。
原点復帰では比例電磁式制御弁を利用して油量を制御し精度よく円滑に動作させている。また、原点復帰時は、各センサーの計測値を基に移動量を算出して原点位置に戻す。
3.3 自動制御
自動運転での再現（ティーチングプレイバック）
機能は、油圧の油量を一定にして教示操作での油圧弁開閉時間を記憶し、自動運転時にこの記憶した開閉時間で油圧を制御して再現性を図っている。
（写真-2）

耐えうると判断したので、次に複合動作における移動軌跡経路と自動運転経路の測定をした。測定は、原点位置から計測停止位置を任意の 4 点として教示経路に対して 4 回の自動運転経路での誤差を測定した。この測定結果より油圧シリンダーでの移動量誤差は小さく最大誤差も僅か 96 ㎜であった。（表-1）
この検証で得られた結果は、ノズルに関して、油圧モーターが油圧回路閉状態にかかわらず重量負荷
等外力に負けて動いてしまう。アームに関して左右動作のアクチュエーターのあそび（ガタ）が移動動作に影響を与えるという機械的課題と、繰り返しの再現機能は、原点復帰の誤差量（ズレ量）が僅
かだが漸次増加する傾向があることが判明した。
また、実吹付での荷重負荷を想定してノズルに10 ㎏の負荷を載荷させ同様の測定も行ったが、油圧シリンダー動作に関しては大きな影響は認められなかった。（表-2）
表-1
単位㎜
原

部位動作

点

中間点 1

下、右

中間点 2

伸、上、
右

中間点 3

伸、縮、
下、右

最終点

伸、上、
左

複合動作誤差測定
平均誤差

最小誤差

最大誤差

16.2

11.2

21.2

25.1

18.6

37.6

43.9

16.0

72.2

55.4

24.9

96.1

58.7

22.2

95.4

※）1.油圧モーター以外の油圧シリンダーでの動作確認とした
2.測定回数 4 回で 2 度行った結果
表-2

ノズルに 10 ㎏の荷重負荷を載荷させた誤差測定

単位㎜
原

写真-2

部位動作

点

中間点 1

下、右

中間点 2

伸、上、

操作画面

４．自動吹付機システムの検証
4.1 システムの動作検証
自動吹付機システム搭載の試作機での再現性動作の確認を行った。
（1） 定量的測定による再現性動作検証
最初に吹付機ノズルにレーザーポインターを取り付け単独動作における移動量の実測値測定を行い教示と自動の移動量の誤差を定量的に測定してシステムとしての可否の判断をしたところ実用に

右
中間点 3

伸、縮、
下、右

最終点

伸、上、
左

平均誤差

最小誤差

最大誤差

17.8

10.0

25.8

29.5

20.0

40.3

33.4

26.9

39.0

42.0

23.8

58.8

42.7

26.9

55.1

※）測定回数 4 回で行った結果（2） 塗装吹付による動作比較検証- 112 -

吹付機ノズルにエアースプレーガンを取り付け
2 色の塗料を用いて吹き付けを模した教示軌跡の再現性の視認確認を行った。この検証では、教示運
転での塗装跡を自動運転で塗装がほぼ同一に重なる結果が見られ再現性は高いとの確認ができた。
（写真-3）
写真-4

模擬トンネルによる実吹付検証（左：教示

右：自動再生）

この検証で得られた結果は、単独動作検証でも課題となったノズル部油圧モーターが、ホース重量並びに空圧変動に影響され位置の誤差が大きくなった。また、巻厚の誤差は、ロボットの動作差だ
けではなく吹付自体の吐出量の変動も要因の一つであることが解った。
表-4
点位置
上
写真-3

段

塗装吹付による動作比較検証（3） 実吹き付けによる再現性動作検証
模擬トンネルを使用して実際の吹付作業と同条
件で吹付が可能であるか検証を行った。
（表-3）
表-3
項
模擬トンネル目段
下段

実吹付検証仕様仕中様

内空幅 5.2m、高 4.4m

計測点吹き付け厚さ測定

単位㎜

教示運転

自動運転

巻厚差

左

80

74

6

中

102

99

3

右

99

25

74

左

76

59

17

中

133

170

-37

右

128

80

48

左

57

97

-40

中

71

138

-67

右

108

99

9

4.2 検証結果の考察
この自動吹付機システムを搭載した新規機械開コンクリートポンプ
乾式 アリバ 280 12 ㎥/H発に向けた種々の検証より、多少の不具合や課題
急結剤添加装置
液体急結剤ポンプが判明したが、システムとしての有意性は有ると粉体助剤圧送装置
ナトムクリート PAC150確認できた。新規開発においては、検証結果の最大コンプレッサーエンジン式 100ps 2 台の課題であった吹付ノズル部の油圧モーター駆動
コンクリート強度
18N/㎟ W/C 50% s/a 60%
を荷重負荷に耐えうるアクチュエーターに変更すクリアショットることとした。また、制御に関して回転部エンコー
急結剤
ナトミック Z
ダーの０°角度識別不良が発生したので単回転式
エンコーダーから多回転式エンコーダーに変更す
吹付は乾式と湿式の両方で確認した。検証は、教 ることとした。
示吹付エリアと自動吹付エリアに分けそれぞれ基 ５．新規開発機械の計画仕様
準点釘を 9 点設置して吹き付け厚さの差異を計測、新規機械計画では、吹付材料を湿式と乾式の両比較した。
（写真-4）
タイプに対応できる本体ベースで設計し、現状は教示と自動の巻厚差測定結果は、最大 74 ㎜であ 乾式吹付仕様で製作を行っている。
（表-5）
った。実用上この程度の厚差は作業的に問題は無いと判断した。
（表-4）
湿式 MKW-25SNT 5∼25 ㎥/H- 113 -

表-5

本
体
関
係

全

長

12,555 ㎜

全幅1,600 ㎜

全高1,990 ㎜

重量8,600 ㎏
左右 30°

旋回3,000 ㎜

スライド

アーム

搭
載
物

500 ㎜

スライド

ブーム

を進めていく所存である。

計画仕様

左右 40°

旋回

アウトリガー

油圧式

車輪

φ350 ㎜

コンプレッサー

37KW

2本

乾式：アリバ

吹付機

湿式：コンクリートポンプ

急結剤添加装置

1式

６．おわりに試作機を用いた自動吹付機システムの検証により実用化の目途がついた。現在はシステムの改良、調整を行い再現性の精度向上を図っており、並行して吹付の巻厚測定システムの開発も進め、吹き付けの自動化に向け更なる完成度を高めている。
これらのシステムを搭載した新規機械は、完成した後当社つくば技術研究所内の摸擬トンネル（写真-5）に搬入し動作確認、調整を行い 2021 年の現場導入に向け製作を進めている最中である。運用が開始されるとオペレーターの切羽作業の軽減が期待でき作業環境の改善並びに品質の向上に寄与できると期待しており、更には遠隔操作室からの操作も視野に入れている。

写真-5

つくば技術研究所内模擬トンネル

また、将来的には吹付パターンのデータ収集と機械学習による最適パターンの抽出を行い、自動巻厚測定システムと連携することで吹き付けの完
全自動化を目指し施工効率の向上と安全性の確立- 114 -

27．積雪時におけるラウンドアバウトエプロン端部の可視化方法に関する検討(国研)土木研究所 寒地土木研究所(国研)土木研究所 寒地土木研究所(国研)土木研究所 寒地土木研究所

１．はじめにラウンドアバウトは，円形の平面交差点形式の一つで，環道を走行する車両が環道へ進入しようとする車両に対し優先権を持ち，環道交通流が信号機や一時停止などにより中断されない交差点制御方式である（写真-1）。一般的な無信号交差点と比較すると，車両どうしの交錯点が少なく，安全性に優れた交差点で欧米では広く普及している。
日本においても，近年，道路交通法の改正により，環状交差点の通行方法が定められたことから，徐々に普及し，今後，更なる導入が期待されている。

○久慈 直之舟橋 誠
新保 貴広

車両等が，環道と合わせた幅員として通行して良いエリアで，環道の内側の中央島寄りに設置する。
ラウンドアバウトは，このエプロンがあることで，利用者に対して走行速度の抑制ができる交差点である。
しかし，利用者がエプロンと環道の違いを認知できなければ，小型自動車等がエプロン上を走行して交差点内を直線的に通行する状況が生じる。
この状況を抑制し，通行車両の走行位置を安定させ走行速度の抑制効果を発揮するには，環道とエプロンの境界に段差を設けることが有効とされており，段差の高さを 5cm とすることで，通行の抑制効果が高い評価事例もある 1)。

エプロン

北海道開発局ＨＰより
北海道開発局ＨＰより

写真-1

ラウンドアバウト（北海道上ノ国町）

しかし，積雪寒冷地域では，道路管理者がラウンドアバウトの導入を検討する際には，除雪に関する課題やその対応策の検討が必要である。
本稿では，除雪作業時に除雪装置がエプロン端部への接触による損傷を抑制するため，環道とエプロンの境界にある段差を，視覚的に認知できる技術の検討を行ったので報告する。

図-1

ラウンドアバウト標準図 2)

３．エプロン端部可視化試験
3.1 ラウンドアバウトの除雪に関する課題
積雪寒冷地域では，エプロン端部の段差は，積２．ラウンドアバウトのエプロン
雪時に埋没するため，段差位置の把握は難しくな
ラウンドアバウトの幾何構造は，環道，エプロ
り，除雪の際に除雪装置の接触による損傷が懸念
ン，中央島，分離島，流入部，流出部等で構成さ される。過年度の試験では，エプロン端部の段差れている（図-1）。
が鉛直形状において，除雪装置による損傷が確認
環道は，小型自動車等が通行可能な幅員であり， されている 3)（写真-2）。また,エプロン端部をコ
エプロンは環道のみの幅員では通行が困難な牽引 ンクリート製のすりつけ形状（図-2）にすること- 115 -

で，すりつけの角度と除雪機械の種類によっては，損傷を軽減できることが確認されている 3)。しかし，すりつけ形状で 5cm の鉛直形状と同等の乗り上げ抑制効果を発揮するには，エプロン高さが5cm 以上必要であることも確認されている 4)。
そこで，積雪で埋没してもエプロン端部の位置を把握でき，除雪装置のエプロン端部への接触を防げる方法を検討し，除雪車による試験施工を行った。

当たっては，周辺照度におけるレーザーの視認性を確認し，視認可能な照度（時間帯）で行った。
試験に使用する除雪車は，主に国道の除雪に使用している除雪トラックと，交差点等の間口処理に使用している除雪ドーザとした。また，一般ドライバーからの視認性や安全性を検証するため乗用車も使用した（写真-3）。

鉛直形状 高さ 4cm 大きく欠損

写真-3

写真-2

試験車両

3.4 試験方法
3.4.1 試験及び機材設置方法
試験は，レーザーによる視認性や作業性を検証するため，レーザーの他，無対策及び赤色のスプ
レーマーキングによる試験も実施した（写真-4）。

除雪車によるエプロン端部損傷試験 3)●すりつけ形状（傾斜角度13ﾟ、20ﾟ、30ﾟ、45ﾟ、60ﾟ）
環道
環道路面

エプロン
０

ｴﾌﾟﾛﾝ高さ

縁石
傾斜角度●鉛直形状（高さ4cm）
環道
環道路面

図-2

エプロン
縁石

写真-4

ｴﾌﾟﾛﾝ高さ

エプロン端部形状（過年度試験）3)3.2 試験概要
試験は，寒地土木研究所苫小牧寒地試験道路のラウンドアバウト（以下，「試験道路」という）に
中央島の半径が 6m，エプロンの幅が 2m になるよ
うにコースを作成し，その上に国道における一般
的な除雪出動基準である 10cm 程度の雪で覆い，エ
プロン端部が認識できない状態で実施した。
試験は，積雪によりエプロン端部が確認できない状態をレーザー照射による方法でカバーできるかを検証するため，除雪車でエプロン周りの除雪を実施する際の作業性や視認性，安全性の評価を行った。
3.3 試験条件試験に使用した機器の選定条件としては，極力商用電源を用いないもの，除雪車側の加工を必要としないものとした。今回は，電源の供給は電池で，ラウンドアバウトに設置可能なレーザー照射による可視化方法とした。
レーザーによる可視化は，色の違いによる比較のため，緑と赤の 2 色のレーザーを使用した。使用した機器は，車両の追突防止用として市販されている赤色レーザーと，道路の視線誘導標に用いられている緑色レーザーを用いた。試験の実施に

無対策試験（左）とマーキング試験（右）無対策試験では，エプロンの幅をオペレータに伝えるのみとし，マーキング試験では，雪面の赤色マーキングに沿っての除雪とした。
レーザー照射試験は，レーザー照射口を中央島とエプロン境界部 1m の高さに設置して行った。照射口は，エプロン端部から 10cm 外側の雪面上を照射し，円弧状の照射エリアを形成できるように複数台(2.5m 長/1 ブロック)配列した。また，レーザ
ーの色による視認性の違いを検証するため赤色と緑色の 2 色を並べて設置した。照射位置には，除雪の精度を測るための計測用マーカーを取り付けた（図-3）。

図-3

レーザー機器設置方法

3.4.2 車両走行方法
除雪トラック及び除雪ドーザの走行ルートは，- 116 -

流入部からラウンドアバウト内に侵入しエプロン端部を除雪しながら反対側へ流出する（往路）ものとし，その後，Ｕターンし同様に走行した（復路）。赤色と緑色のレーザーは，往路と復路で配置
順を逆にして設置した（図-4）。
除雪方法は，除雪ドーザはバケットで，除雪ト
ラックはグレーダ装置でエプロン端部を目標にしながら走行した。
乗用車の走行に関しては，ラウンドアバウトを走行する上でレーザーの視認性や安全性を確認するため，環道を走行した場合と，エプロンに乗り上げて走行した場合を想定して実施した。

照度試験は，周辺照度の影響により積雪面に照射したレーザーが，どの程度視認できるか確認した。
試験方法は，照射したレーザー付近に照度計を設置し，周辺照度を一定時間観察することにより，照度とレーザーの見え方を主観的な評価で整理した。
その結果，緑色レーザー・赤色レーザーともに，周辺照度が 3,500lx 前後から視認できることを確認した（表-3）。
日の出 1 時間後の照度でも概ね 2,000lx 程度である 5)ので，早朝の除雪作業時には，照射したレー
ザーは，十分に視認できると考えられる。
表-3

時間

図-4

周辺照度

レーザー照射状況

（lx）

16:20

14,300

16:30

8,400

16:40

3,500

16:50

1,600

車両走行方法

3.4.3 評価方法
一般的な除雪作業は，交通量が少なく，通勤・通学の時間帯を避けた早朝に行うことが多い。また，冬季間であるため，夜明け前の薄暗い時間帯でもある。そこで，日没後の薄暗い時間帯から試験を実施した。
なお，試験を行う前には，周辺の明るさの違い
によるレーザーの視認性を確認するため，照度試
験を実施した。
走行試験の評価方法としては，視認性及び安全性は，レーザーが除雪作業中のオペレータに与える影響について，アンケート及びオペレータ目線の動画撮影により検証した。
作業性は，試験走行後の計測用マーカーの位置
から除雪跡との距離を測定し正確さの評価を実施した。
４．試験結果4.1 照度試験

照度試験結果

赤レーザー

17:00

700
緑レーザー

（試験日の日没時間）

令和 2 年 2 月 13 日 17:01:27

4.2 無対策走行試験
エプロン端部の無対策走行試験は，除雪トラッ
ク（往路）及び除雪ドーザ（復路）ともにエプロ
ン端部に沿った除雪走行ができなかった（図-5，
図-6）。特に除雪ドーザは，エプロン上に除雪装置がはみ出した除雪走行となった。事前にエプロンの幅を情報として得た上での試験走行であったが，- 117 -

目視により除雪の目標位置が確認できないため（写真-4），エプロン端部に沿った除雪走行は，難しいと考える。

〈往路〉除雪トラック〈往路〉除雪トラック

エプロン端部（マーキング）位置
除雪装置端部軌跡

エプロン端部位置
除雪装置端部軌跡〈復路〉除雪トラック

図-7

マーキングによる試験の除雪トラック走行軌跡〈復路〉除雪ドーザ〈復路〉除雪ドーザ

図-5

無対策試験の除雪走行軌跡
エプロン端部（マーキング）位置

無対策走行

除雪装置端部軌跡

(mm)
2,000
1,500
往路 (除雪トラック)

1,000
500

560
復路 (除雪ドーザ)

500

0※マイナスはエプロン上

①

②

図-6

60

〈往路〉除雪ドーザ

130

-60

-500
-1,000

210
400

図-8

-500
③

④

⑤

⑥

マーキングによる試験の除雪ドーザ走行軌跡
マーキング可視化走行（除雪トラック）(mm)

無対策試験の除雪精度の計測

2,000
1,500

※エプロン端部は視認できない

往路 [値]

復路 [値]

1,000

730

500

330

0
-500

写真-4

無対策試験の除雪走行状況

160

100

120

③

④

70
30

230
170

※マイナスはエプロン上①

図-94.3 マーキングによる走行試験
カラースプレーでエプロン端部をマーキングした場合の走行試験は，除雪トラック及び除雪ドー
ザともに往復走行で行った。
除雪トラック及び除雪ドーザともにマーキングに沿った除雪走行ができた（図-7，8）。しかし，除雪ドーザは，除雪トラックに比べると除雪の精度が低い結果となった（図-9，10）。
これは，除雪トラックの除雪装置は,オペレータ
がミラー越しにマーキング位置と除雪装置の端部を視認できるのに対して，除雪ドーザは，マーキ
ング位置が除雪装置の影となり直接視認することができなかったためと推測する（写真-5）。

100

②

⑤

⑥

マーキング試験の除雪精度の計測（除雪トラック）

マーキング可視化走行（除雪ドーザ）(mm)

復路 [値]

2,000
1,500

往路 [値]
940

1,000- 118 -

500

550

0
-500

450

270

320

370

250

250

320

340

③

④

⑤

⑥

※マイナスはエプロン上

①

図-10

②

マーキング試験の除雪精度の計測（除雪ドーザ）〈復路〉除雪トラック
マーキング
マーキング

エプロン端部（レーザー照射）位置

写真-5

マーキング試験の除雪走行状況

除雪装置端部軌跡

4.4 レーザーによる走行試験
レーザー照射によりエプロン端部を可視化した
場合の走行試験は，除雪トラック及び除雪ドーザ
ともに往復走行で行った。
除雪トラックは，往路の走行で，緑→赤の順，
復路の走行では，赤→緑の順で走行し，除雪ドー
ザでは，除雪トラックとは逆で，往路の走行では，
赤→緑の順，復路の走行では，緑→赤の順でそれぞれ走行した。
結果は，マーキングでの試験走行と同様にレーザー照射したエプロン端部に沿った除雪走行ができた（図-11，12）。
また，除雪ドーザの走行試験は，前述のマーキ
ングによる走行試験と同様に，レーザーにより可視化されたエプロン端部が除雪装置の影となったが，マーキングによる走行試験の実施後であったため除雪トラックに比べ精度の低下は低かった（図-13，14）。
レーザー色の違いによる試験結果は，オペレー
タのアンケートの結果，緑色レーザーは赤色に比べて，ラウンドアバウトの流入部付近からでもよく視認できた。そのため，除雪開始位置への移動がスムーズに行うことができ，除雪走行開始時の除雪装置とエプロン端部との距離が近くなっている（図-13，14）。
また，今回使用した除雪トラックの除雪装置の塗装が赤色であるため，赤色レーザーは視認しづらいとの意見もあった。よって，赤色レーザーより緑色レーザーの方がよく視認できる結果となった。
レーザーによる除雪作業への影響としては，除雪車両の運転位置が比較的高い位置にあるため，作業中の眩しさは感じなかった（写真-6）。
今回使用した試験機1基のレーザー照射幅は，2.5m程度であり，この試験機を複数台並べて，レーザーを直線的に繋いでエプロン端部の曲線部を可視化したが，試験の際は，大まかな目安程度として認識していたので，作業をする上での支障とはならなかった。

〈往路〉除雪トラック

図-11

レーザーによる試験の除雪トラック走行軌跡〈往路〉除雪ドーザ

エプロン端部（レーザー照射）位置
除雪装置端部軌跡〈復路〉除雪ドーザ

図-12

レーザーによる試験の除雪ドーザ走行軌跡
レーザー可視化走行（除雪トラック）

(mm)
2,000
1,500
1,000

復路 [値]

往路 [値]

500
0
-500

緑レーザー

赤レーザー

500

300

緑レーザー

230

440
100

20

※マイナスはエプロン上

350

100
0

0

赤レーザー

①

②

③

④

⑤

図-13

レーザー試験の除雪精度の計測⑥（除雪トラック）
レーザー可視化走行（除雪ドーザ）
(mm)
2,000
往路 [値]
1,500

赤レーザー

1,000

緑レーザー

500

復路 [値]

赤レーザー

300

240

250

90

150

150

300

0
-500

450

※マイナスはエプロン上

250

緑レーザー

①

②

③

④

図-14

レーザー試験の除雪精度の計測（除雪ドーザ）- 119 -

380

⑤

⑥

レーザー
レーザー

写真-6

レーザー試験の除雪走行状況

4.5 乗用車による走行試験
最後にレーザー照射によりエプロン端部を可視化した状況で，除雪車よりドライバーの目線が低い乗用車に対して，レーザーが与える影響を検証した。また，乗用車がエプロン部の走行を想定した試験も実施した。
その結果，乗用車のドライバーは，レーザーの照射位置が，除雪車のオペレータよりも近い位置にあるが，走行の支障となることはなかった（写真-7）。また，エプロン走行時には，レーザーが車両側面へ照射されたが，ドライバーへの影響はなかった（写真-8）。
ドライバーへのアンケートの結果，エプロン端部をレーザーにより可視化することで，道路の外側線のイメージがあり，心理的にエプロン部を走行することを躊躇するとの意見があった。

ることがわかった。また，色の違いでは，緑色レ
ーザーは，赤色に比べ視認性が良く，レーザーにより可視化することでエプロン端部の位置を把握できることがわかった。
ラウンドアバウトの一般利用者を想定した乗用車での走行は，除雪車に比べるとドライバーの目
線は低いが，走行の支障とはならなかった。
5.2 安全性レーザーでエプロン端部を可視化した状態での除雪作業について，除雪車オペレータの視点が高い位置にあるためレーザーの眩しさの影響はなく，安全な除雪作業や走行が可能であることがわかった。
また，ラウンドアバウトの一般利用者に対しては，エプロン端部をレーザーで照射することでエプロンへの乗り上げ抑制効果も期待できる可能性があった。
5.3 作業性
レーザーを用いた可視化は，除雪装置でエプロ
ン端部を正確に捉えられたことから，作業性の向上につながると考える。
レーザーの色による比較は，緑色レーザーの方がエプロン端部に近い位置を除雪できたことから，
緑色レーザーの方が赤色レーザーに比べ作業性が高いことがわかった。
参考文献

レーザー

1)

ラウンドアバウトマニュアル，平成28年4月28日一般社
団法人交通工学研究会

2)

国土交通省道路局通知：望ましいラウンドアバウトの構造について3)
写真-7

レーザー試験の乗用車走行状況

2014

佐藤信吾・高本敏志・牧野正敏：除雪作業と乗り上げ抑制効果を考慮したラウンドアバウトのエプロン端部（環道走行）

形状に関する検討，寒地土木研究所月報，No.774，pp.40～46，20174)

レーザー

久慈直之・山口洋士・飯田美喜：ラウンドアバウトにおける除雪を考慮したエプロン端部形状の一般車乗り上げ抑制効果，令和元年度建設施工と機械シンポジウ
ム

5)
写真-8

レーザー試験の乗用車走行状況（エプロン走行）

５．まとめ
今回は，積雪により埋没した環道とエプロンの境界にある段差位置を視覚的に認知するため，レーザーを用いた可視化による除雪走行試験を行った。その結果，以下のことがわかった。
5.1 視認性試験に用いたレーザーは，一般的な除雪作業の時間帯である早朝時の照度で十分に視認可能であ- 120 -

こよみハンドブック，2006.4～2008.4，大阪市立科学館

28．ICT 活用による除雪トラックのマシンコントロール化

国土交通省 北陸地方整備局 北陸技術事務所 ○ 小浦方 一彦
国土交通省 北陸地方整備局 北陸技術事務所
小泉 倫彦

１．はじめに北陸地方整備局では，管内（新潟県・富山県・石川県）の直轄国道管理区間14路線,合計約1,076kmの冬期道路交通を確保するため，約500台の除雪機械を配備し，除雪作業を実施している。
除雪機械の運転は，作業装置を路面状況，道路構
造の変化に応じて操作する必要があり，経験と熟練した技術が必要であるが昨今，熟練技能を持つオペレータの高齢化に伴う引退や新規入職者の減少により，担い手の確保が重要な課題となってい
る。
（表-1）

２．除雪トラックの MC 化検討
2.1 検討方針
除雪トラックの作業装置は，交差点や乗り入れ部といった雪を置いてはいけない区間において，一時的に雪を抱え込む「サイドシャッタ」，新雪除雪を行う「フロントプラウ」，圧雪などの路面を整正する「グレーダ装置」で構成される。
（写真-1）

表-1 除雪機械オペレータ年齢構成（新潟・富山・石川）直轄及び地方公共団体
サイドシャッタ
0.9%

3.0%

20.7%

Ｈ10

19.5%

29.8%

24.7%

23.3%

26.1%

0.4%

Ｈ16

フロントプラウ
5.7%

17.9%

写真-1 除雪トラックの作業装置

28.0%

0.4%

Ｈ21 8.7%

26.6%

23.5%

27.6%

13.2%

29.2%

23.3%

15.5%

0.6%

0.7%

Ｈ27 7.9%

22.8%

0%

20%

10%
2 0 才以下

グレーダ装置30%

2 1 ～3 0 才40%
3 1 ～4 0 才

50%

60%

4 1 ～5 0 才

70%

5 1 ～6 0 才80%
6 1 ～7 0 才

作業装置は，8 本のレバーと 20 個のスイッチによる操作を除雪トラックの運転と並行して行っており，それら作業装置の操作（動作）について，MC化を目的として検討に着手したものである。
（写真-2）

90% 100%
7 1 才以上（一社）日本建設機械施工協会北陸支部調べ 1)
このような背景のもと，
北陸技術事務所では ICT（情報通信技術）を活用した除雪機械の作業装置
自動化に取り組んでおり，現在，除雪トラックのマ
シンコントロール（以下「MC」という）化の検討を進めている。
本稿では，2019 年度までの除雪トラック MC 化の検討状況について，報告するものである。

- 121 -

写真-2 除雪トラック作業装置操作レバー

2.2 検討スケジュール
MC 化を行うためには，次の技術を組み合わせたシステムを構築する必要がある。（表-2）
表-2 MC 化に必要な技術
№

1

要素技術

要素技術から 要 素 技 術 に
得 ら れ る情報 よる操作 制御

候補技術

精 度 の ＶＲＳ受信機
高
い
準天頂衛星
自車 位置
システム
情
報
「みちびき」

自車及び作業装置の位置情報の把握

車両位置情報での作業装置制御（誤差は数㎝）

2.3「サイドシャッタ」の MC 化検討
サイドシャッタは，グレーダ装置で除雪した雪を交差点内などに残さないようシャッタを閉める
ことで一時的に雪を抱え込む装置である。
（写真-3）
交差点等，特定の区間における開閉動作であれ
ば位置情報のみで制御が可能であるほか，動作時の安全性等も考慮し，表-2 に示した技術のうち，精度の高い自車位置情報，精度の高い地図データ
を使用し，MC 化に取り組んだ。

慣性計測航法（ＩＮＳ）等

サイドシャッタ 【閉】

精 度 の ＭＭＳデータ
高いダイナミック
地
図
マップ
デ ー タ
除雪作業用
地図データ

2

セ ン サ ー 傾斜計
技術
ストローク計

路面積雪量
雪抱え込み量等

作業装置の状況等の把握雪の量に合わ
せた作業装置の角度，押付力等の動作制御

サイドシャッタ 【開】

精度の高い自車位置情報，精度の高い地図デー
タ（№1），センサー技術（№2）は既存技術の組
み合せで対応可能と推察されることから，各技術を組み合わせた MC 化の検討を行うこととした。
（表-3）
表-3 検討スケジュール
検討年度 Ｈ30 Ｒ1
開発技術・作業装置

写真-3 サイドシャッタ動作状況

将来(2018) (2019) (2020)

位置情報と合わせた
マシンコントロール化

自

①

Ｒ2

動

サイドシャッタ運

フロントプラウ
転②

センサー技術を融合したマシンコントロール化

化

グレーダ装置数年後に実用化の可能性(1) 自車位置情報
MC 化の検討に際し，自車位置情報の取得に関しては，精度，費用等を考慮した結果，2018 年
11 月より運用が開始された準天頂衛星システム「みちびき」のセンチメータ級測位補強サービス（CLAS）を採用することとし，その公称精度は水平誤差 12cm，垂直誤差 24cm である。
衛星受信機の精度を検証するため，一般国道49号福島・新潟県境から新潟県新潟市までの片道68kmについて，「みちびき」の受信機とRTK-GNSS（VRS方式）とを搭載した試験車両で走行した結果，誤差30cm以下が走行した区間の6割程度という結果であった。
上空が開けた平野部では公称精度内に収まるがトンネル等の上空遮蔽物，山間部や樹木が密生しているような衛星を捕捉しにくい区間においては誤差が生じていた。

- 122 -

また，トンネル出口から衛星を捕捉するまでに数十秒を要する場合もあり，常時，精度の高い自車位置情報を取得するために準天頂衛星システムを補完する技術の検討が課題として残った。
(2) 地図データ
MMS（モービル・マッピング・システム）で取得したレーザー点群データから，除雪トラックの作業装置の制御に必要となる地物等の情報を抽出し，地図データを作成した。
（図-1）「みちびきの受信機」「MMS から作成した地図データ」「除雪作業用地図データ」を組み合わせることで遮蔽物等が無い区間においては，
MC に必要な
精度の高い自車位置情報を取得することが可能となった。
(4) 制御ユニット
サイドシャッタを MC するための制御ユニット
は，MMS から作成した地図データと除雪作業用地図データをインストールしたタブレット端末（図3 ①），「みちびき」の受信機（図-3 ②），制御装
置（サイドシャッタへ動作信号を出力する機器）（図-3 ③）で構成されており，各機器を LAN 通
信で交信することで制御を行い，自車位置と地図の基準点が一致した際に動作信号を出力する仕様で製作した。
（図-3）② ＧＰＳアンテナ（「みちびき」受信機）【① タブレット端末】
制御用ソフトウェア

図-1 MMS から作成した地図データ

ディスプレイ表示

位置情報

MMS の公称精度は，水平・垂直誤差ともに25cm であるが，今回作成した地図データは水平誤差 5cm，垂直誤差 6cm となった。

（地図情報）（「みちびき」で受信した自車位置情報）

構造物情報

計算処理

スピーカ出力（警告音声）（ＭＭＳで作成した地図データ）(3) 運転技術データ
サイドシャッタの自動制御を行うため，ドライ
ブレコーダー，データロガーといった記録機器を除雪トラックに搭載し，実際の除雪作業におけるオペレータのサイドシャッタ操作等，運転技術データを収集，解析した。
解析したデータを MMS から作成した地図デー
タに反映させ，除雪作業用地図データを作成した。
（図-2）

上り第１区間
上り第２区間

上り第３区間シャッター下げ区間

下
げ

上
げ

安田除雪ＳＴ出入り口

下
げ

上
げ

下り第１区間図-2 除雪作業用地図データ

下
げ

上
げ

地図情報

制御信号出力（除雪作業用地図データ）③ 除雪トラック制御装置（サイドシャッタ動作信号を出力）

図-3 制御ユニットイメージ(5) サイドシャッタ現道試験
除雪トラックに制御ユニットを搭載し，実際の除雪作業と同様にサイドシャッタが開閉することを確認するため，現道に設定した試験区間において動作確認試験を行った。
サイドシャッタの動作位置は，除雪作業時に操作するオペレータ（助手）からの聞き取りに基づき，乗り入れ部（サイドシャッタを閉める区間）の始まりまでに全閉，通過後に全開となるよう設定した。
試験の結果，ほぼ設定どおりの位置で動作していることを確認したほか，除雪トラックを担当するオペレータ（助手）同乗のもと，動作状況を確認- 123 -

してもらったところ，実際の操作と違和感のない位置で開閉しているとの評価をいただいた。また，2020 年 2 月 7 日夜間の降雪に際し，一般国道 49号において，MC を使用した除雪作業を行い，実際の除雪作業にも問題なく使用できることを確認した。
（写真-4）

サイドシャッタ 【閉】

進行方向

ただし，衛星の不感帯における自車位置情報の測位等について課題が残るなど，他の作業装置のMC 化と合わせて，課題解消に向けた検討の継続が必要であると考えられる。
４．おわりに引き続きフロントプラウ，グレーダ装置について検討することで除雪トラックの作業装置 MC 化を進める。
また，ICT（情報通信技術）は日進月歩であることから，将来的には市場の技術開発動向等を踏まえ，自車位置情報以外の要素を取り入れた作業装置の高度な MC 化の検討を進め，除雪作業の安全性，施工性，生産性のさらなる向上に努めていきたい。
参考文献
1）一般社団法人日本建設機械施工協会北陸支部
道路除雪オペレータの実態調査報告，2018 年 3 月

サイドシャッタ 【開】

進行方向

写真-4 サイドシャッタ MC の動作状況
３．まとめ
これまでの検討結果から，
サイドシャッタの MC
は実用域に達したと判断する。
2020 年 2 月 20 日には，報道機関，関係機関，
除雪作業従事者を対象に現道での公開試験を開催するなど，除雪トラック MC の現状を報告（広報）したところである。
（写真-5）

写真-5 報道機関による取材状況- 124 -

29．ウェアラブルデバイスを用いた遠隔現場巡回システムの考察
清水建設株式会社
清水建設株式会社
清水建設株式会社

１．はじめに本稿では，先行論文である「ウェアラブルデバイ
ス活用による建設現場の施工管理業務支援に関する考察」1)において報告したウェアラブルデバイスを用いた施工管理支援を基に，当社建設現場にて実施したウェアラブルデバイスによる遠隔現場安全品質巡回に関する取り組み事例とその有効性について報告する。
昨今建設業においては業務繁忙・新型感染症対策・国内外の遠方現場の増大から，現場巡回の頻度低下が懸念されており，通信機器を用いた TV 会
議を活用した現場巡回の実施が進んでいる。当社
も iPad などのタブレット端末を用いた遠隔による現場巡回を導入してきたが，端末操作時に両手が塞がってしまう・手袋をとる必要が有る・防塵マスクを着用していると顔認証ができない，といった安全性・利便性の課題があった。そこでハンズフリ
ー・音声のみで操作可能なウェアラブルデバイスの現場巡回での活用を試行した。
２．建設現場での試行内容
2.1 システム構成・機器詳細
ウェアラブルデバイスは，巡回者が頭部に着用可能なウェアラブルデバイス HMT-1（以下 HMT1）を使用した。使用したウェアラブルデバイスの仕様と外観を表-1，表-2，図-1 に示す。ウェアラブ
ルデバイスを用いて視覚を共有した TV 会議（以下視覚共有 TV 会議システム）は Microsoft 社のTeams（以下 Teams）を使用した。システム構成は
図-2 に示す通りである。

○ 佐藤 有鈴木 正憲
奥田 悠太

表-2 ウェアラブルデバイスの仕様
製造会社

RealWear, Inc.

製品名

HMT-1

防水防塵規格 IP66
重量

370ｇ

落下性能

2ｍ

解像度

854x480 (WVGA)

カメラ性能

16メガピクセル

動画解像度

最大1080p@30fps

通信方法
GPS
電池容量

Wi -Fi：802.11 a/b/g/n/ac
Bluetooth：BT 4.1 LE
GPS/GLONASS/BeiDou/Qualcomm Izat
3,250 mAh （最大8+時間稼働）

図-1 ウェアラブルデバイス本体

表-1 ウェアラブルデバイス機能一覧
1.視覚共有TV会議

視覚を共有しデスクから現場へ
リアルタイムに情報共有可能

2.図面閲覧

本体に図面を保存，ハンズフリーで閲覧可能

3.写真撮影ハンズフリーで写真撮影可能

4.動画撮影ハンズフリーで動画撮影可能

5.データをクラウドへ送信

撮影した写真・動画をクラウドへアップロード

図-2 視覚共有 TV 会議システムの構成- 125 -

2.2 視覚共有 TV 会議機能の試行結果
今回のウェアラブルデバイスを用いた現場巡回の試行では，建設現場と清水建設本社間にて視覚共有 TV 会議システムを用いて接続した。巡回者
が建設現場にて HMT-1 を着用し，本社では監督者が PC から Teams に接続し現場状況を確認した。
試行では，リアルタイムに鮮明な現場映像を共有することができ，双方の音声も途切れることな
く円滑なコミュニケーションのもと巡回を実施することができた。本社側の監督者からは，「遠方現場まで移動時間を削減する事ができた，映像もクリアでタイムラグもなかったため実際の現場巡回と同様に現場を確認し安全上の課題を現場と共有する事ができた」との評価を得た。現場で応対した
巡回者からも，「視覚を共有する事で通常の現場巡回と同様に，現場の状況を本社安全部門に報告する事ができた」と評価を得た。この巡回者は以前モニターの無い形式のウェブカメラを用いて遠隔現場巡回を実施したことがあったが，その際遠隔現場巡回では相手の状況を確認する事ができず，監督者の指摘箇所を正確に理解する事ができなかった。今回使用した視覚共有 TV 会議システムは，「ヘルメットに装着したカメラに本社の状況を映し出すことができ，監督者の指摘箇所を正確に理解する事ができた」との評価も得た。
課題としては、今回使用したカメラには手振れ補正機能がついていなかったため，カメラ装着者の歩行状況により映像にブレ（不鮮明な映像）が発
生し，長時間画面を見続けることができない事が挙げられた。

図-3 遠隔現場巡回専用
ウェアラブルデバイス本体
表-3 遠隔現場巡回専用
ウェアラブルデバイスの仕様
製造会社

株式会社ザクティ

製品名

CX-WE100

防水防塵規格

IP65

重量

140ｇ

イメージセンサ 1/2.3型 CMOSイメージセンサ STARVIS™
総画素数

約1230万画素

記録

本体記録なし防塵／防水性能 IP65
動作保証温度
電源電圧-5℃～+50℃
DC5V ±5% (USBより給電)

3.2 ウェアラブルデバイスの多機能化
遠隔現場巡回機器としてだけでなく，次の様な機能の拡充を行う。
①音声入力のみで現場写真を撮影し現場内での情報共有に活用する②多言語翻訳アプリの導入により外国人労働者とのコミュニケーションの円滑化に活用する。

３．今後の展開
3.1 不鮮明な画像の改善
株式会社ザクティが製造している CX-WE100（図- ４．おわりに今後は，遠隔巡回においては手振れ機能補正を
3，表-3）ウェアラブルデバイスの導入により円滑
持つ
CX-WE100 を，言語翻訳・帳票作成機能等施に遠隔現場巡回の実施を可能にし，全国の現場への普及を行う。現在使用しているウェアラブルデ 工補助用途として，HMT-1 を全国の工事現場に展バイス HMT-1 による視覚共有 TV 会議機能には手 開してく所存である。
振れ補正機能が無く，会議室側の画面が大きく揺
参考文献れることで，現場を確認している職員が長時間画
清水建設株式会社 佐藤 有・清水建設株式会社 鈴木
1)
面を見続けることができないという課題があった。
正憲・清水建設株式会社 奥田 悠太：「ウェアラブル
この課題を解決するため CX-WE100 を用いた視覚デバイス活用による建設現場の施工管理業務支援に関共有 TV 会議の試行を検討している。本機器にはする考察」，令和2年度土木学会全国大会第75回年次学術
高度な手振れ補正機能が搭載されており，HMT-1
講演会
を用いた視覚共有 TV 会議と比較して画面を見続けることによる負担が少ないという特徴がある。

- 126 -

30．施工現場でのリスク評価と映像を活用したリスク予知教育－アイトラッキング調査と VR の活用－
可児建設㈱ 可児憲生 トライポッドワークス㈱ 渋谷義博
㈱環境風土テクノ 須田清隆 ㈱堀口組 漆館直１．はじめに眼球運動 瞳孔・角膜反射法 / 暗瞳孔法 / 角膜反射法

地域を支える中小建設業は，地域のインフラの整備・維持の担い手であると同時に，地域社会の安全・安心の

瞳孔

暗瞳孔法

c.被験者選定確保を担う守り手として，なくてはならない存在である。
一方，それらを取り巻く状況としては生産年齢人口の減
少や高齢化による労働力の大幅減少が見込まれ，施工ノウハウや経験を保有する熟練技術者の高齢化による若年者経験知が高い

調査適正数
8名
7名

３．検証結果
ａ．法面作業（高所作業のリスク認識）

退職や転職による建設ノウハウの喪失は，事業継続上の緊急な課題となっている。

総数
9名
10 名

図-1 の経験 1～2 年の技術者は，足元の不安から階段付近を中心に視線が注視するなど，視野が狭い傾向

本報告は，技術者のリスク判断が視覚情報を基に経験的，感覚的に行われることから，アイトラッキングを使った調査を実施し，施工現場空間におけるリスク注視度の高かった箇所やリスク抽出の視線動向などから，リスク発生確率の高い空間を対象に，数台の定点カメラを設置しにあった。一方，図-2 の経験 20 年熟練技術者は，法面作業の危険個所に視線が注視するなど広い視野であった。法面作業の危険予知を共有するために，熟練技術者の視点で注視度の高かった中段に 360°カメラを設置している。

てその実効性をまとめている。同時に，定点カメラの設
置では，リスクの緊張感を共有することができる 360°カ
メラを配置し空間緊張感を仮想体験し，技術者や作業

5

4

員教育のリスク予知力を高める VR の有効性を報告するものである。

3

２．経験知の差によるリスク認識特性

2

技術者の経験や立場によって異なる施工現場の品質

1

面，安全面の着眼点をアイトラッキング調査で分析し，効果的な撮影ポイントや撮影範囲の決定により，施工現場での迅速なリスク管理を試行している。

図-1 若年技術者の高所作業のリスク着眼点

1

2

3
4
5
写真-1 アイトラッキング装置

写真-2 調査における装着状態

a.計測装置仕様（製品名：EMR-9）b.検知方法：図-2 熟練技術者の高所作業のリスク着眼点- 127 -

ｂ．車両運転におけるリスク認識
大別苅トンネル補修外一連工事に向かう道路での交通事故予防を目的に，運転経験が 1～2 年の技術者（図-3）と運転経験が 20 年の技術者（図-4）に対して，運転中の注視特性を確認している。図-3 は，視線注視度が不安定で，かつハンドル（またはメータ）と目先に視線が集中し，周辺への認知が弱い傾向があるのに，図-4 の熟練技術者は，視線に安定感があり，かつ視野範囲が広い傾向にあることが確認された。工事関係車両としての工事付近での事故予防から，若年技術者への運転許図-5 未熟オペレータの作業確認点

可を控える処置をとっている。

図-6 熟練オペレータの作業確認点

ｄ．結果のまとめ
検証結果から熟練技術者と経験が浅い技術者におい図-3 運転経験が少ない運転者の空間認知て，空間に存在するリスクやチェックポイントについて，説明がし難い暗黙知があることが確認できる。
４．映像臨場によるリスク緊張感の共有
Visual-Construction は，映像 CIM の研究成果（国土交通省平成 29 年度政策課題解決型技術開発「中小零細建設業を対象にする映像を活用した valueCIM の開発」）を活用し，映像や画像の活用によるスマートな建設工法を提案するものである。その中で，定点カメラによる映像は，時間経過で変化する空間的な特徴や輻湊する

図-4 熟練運転者の空間認知

作業の様子など統合的な情報が得られる 1）。しかし，通常のカメラでは，撮影範囲が限定されることから死角が

ｃ．ICT 重機
ICT 重機（MG）のオペレータ教育において，熟練オペ
レータ（図-6）と未熟練オペレータ（図-5）の，注視傾向

生じてしまい，複数台のカメラが必要となることや，カメラ設置方法が課題になっていた。

を確認している。明らかに熟練技術者は，ショベルのア

本試行ではこれらの課題を解消する為に，全天候型

ームの位置関係を捉えているのに対し，若年オペレータの 360°カメラを開発した。さらに，撮影した映像からリスはショベル刃先位置を注視する傾向が強いことが確認さクポイントの VR 映像を生成しリスク緊張感の共有を図っれている。また，作業時間（一回の掘削）においても，若ている。

年オペレータの方が，躊躇している分，手間取っている

a．全天候型 360°カメラの構成
コンシューマー向け製品として全天球カメラの利用がことが確認できる。

- 128 -

広まっているが，建設現場で要求される天候が変化することに対する防水防塵性能，長期連続稼働，録画デー
タの大容量化など現場での長期的な定点撮影が困難である。そこで全天候で長期稼働が可能なネットワーク型
魚眼カメラ（図-7）を 2 台組み合わせ，画像処理が可能な録画装置を使用することによりこれらの課題を解決している。2 台分のカメラの視野は水平方向 360°，垂直

写真-4 正距円筒形図法による射影変換

方向 180°と全方位確保され，従来カメラのように高い設置場所の確保や画角の調整が無くなり、死角の少な

次に 2 つの魚眼画像に対し正距円筒図法で透視射い，設置空間上の記録を長期間撮影することができる。

影変換する（写真-4）。正距円筒図法に変換する際の射ｂ．360°カメラの構造、取り付け

影方式には，等距離投影法を用いており画像上の像高

360°カメラは背面の取り付け用の台座が 2 台対象とｙ（ピクセル）が次式で表せる。
……式(1)

なることを利用し，カメラの光軸がずれないようにネジ固定している。その際カメラの間に薄い取り付け金具を挟：焦点距離み込むことによって，カメラ三脚や工事現場の足場など：投射線がレンズの光軸となす角
最後に，これらの変換した画像から全天球イメージに構造物への取り付けが容易となっている。（図-7）

再生可能なＶＲ映像及び，VR タイムラプス映像を生成する。生成した映像は，VR ゴーグル，スマートフォン，PC
アプリによるインタラクティブな操作に連動した再生が可能となり，臨場映像を体験することができる。VR 映像からは，高低差のあるクレーン作業の様子も把握でき，通常の定点カメラでは撮影が難しいアングルでの映像も確認できる（図-8）。

図-7 カメラ取り付け例

ｃ． 正距円筒画像への変換、ＶＲ映像の生成
カメラから取得される映像は，2 つの円形な魚眼レンズ
画像で取得される(写真-3)。
まず初めに 2 台のカメラ間で生じるフレームの時間的ズレとカメラが製造過程で生じてしまう位置的ズレを補正する。
図-8 視点変更による全天球イメージの確認

５．建設現場での試行
本工事は，㈱堀口組による留萌開発建設部発注「一般国道２３２号 苫前町力昼法面補修外一連工事」の法面補修工事であり，作業員の墜落事故防止策など安全対応が必要である（写真-5）。これらの安全対応に必要な作業（KY 活動，安全教育）に VR による緊張感を体験
写真-3 2 台のカメラから取得される映像

させ，社内の安全意識の共有を図った。

- 129 -

② 本 360°カメラによる映像の振り返りにより，全方位かつ工事期間の始終を撮影できたことで，事故や生産性阻害要因の外的要因を踏まえた分析を可能にした。
③ 高解像度における撮影においては，データ転送によるネットワークの通信負荷の増大が要因で，映像転送に遅延が発生している。第５世代移動通信システム(5G)の活用が可能になれば，より臨場感のある仮想臨場に繋写真-5 高所作業の状況がると考える。

具体的には，技術者や作業員への作業環境（状況）に対するリスクの捉え方を，事前にアイトラッキング調査
にて確認し，双方の陥りやすいリスクポイントの危険回避行動を取らせた (写真-6)。

④ 映る対象物が増える為，映像確認の効率化が必要となる。AI による重要シーンの識別等，映像情報の圧縮技術が必要になる。
⑤ 本試行が実験的な要素もあり，2 台のカメラ映像の補正を手動で行っているが，今後は画像認識を利用した自動補正機能を使用し，映像処理の効率化を図る事が必要になる。
謝辞

45

本研究は，国土交通省「建設現場の生産性を飛躍的1に向上するための革新的技術の導入・活用に関するプ

2

ロジェクト」の助成を受けたものです。本論文に関しご協

3

力頂きました関係者各位に感謝申し上げます。

写真-6 アイトラッキングによるリスク着眼点

参考文献
1)渋谷義博：タイムラプス映像から読み取れる施工属性情報に関する検討，土木学会第 70 回年次学術講演会講演概要集，VI－
233，2015

写真-7 リスク着眼点での作業内容（機材吊り込み作業）

６．結果のまとめアイトラッキングの結果を踏まえた 360°カメラを活用した映像臨場によるリスク認識の試行の効果と課題を以下にまとめる。
① 建設事故が多い高所作業や玉掛作業などのリスク認識については，アイトラッキング結果を活用した 360°
カメラの映像をＶＲで表すことで，一段とリアルなリスク緊張感を技術者，作業者に体験させることで，言葉では伝えにくい暗黙知の理解を以て工事の危険予知力を高めることが出来た。

- 130 -

31．インフラメンテナンス新技術・体制等導入推進委員会の取り組みについて
国土交通省 総合政策局 公共事業企画調整課

1. はじめに自治体では,限られた予算や人員等の制約条件の上でインフラメンテナンスを行う必要があり,その中で「新技術」の導入を推進することにより効率的にメンテナンスを行い生産性向上に寄与することが考えられる。国土交通省では,「インフラ
メンテナンス国民会議」（2020 年 2 月時点：会員数
1，949 者）において,自治体のニーズ・企業のシーズのマッチングによる現場試行・導入に取り組んでおり,「インフラメンテナンス国民会議」を通じて紹介された技術の社会実装数は着実に増加している（2019 年 3 月時点：6 技術、71 件）が,導入に向けて課題がある状況である。
自治体における新技術導入に向けた課題として
主に「自治体側でのニーズ抽出上の課題」,「ニーズとシーズのマッチング上の課題」,「自治体内部の合意形成上の課題」の 3 つが考えられる。
（表-1）
表-1 自治体における新技術導入に向けた課題① 自治体側でのニーズ抽出上の課題
自治体の課題把握が漠然としており,解決策のイメージがないため,自治体側でニーズの抽出が適切にできていない場合がある。
② ニーズとシーズのマッチング上の課題「インフラメンテナンス国民会議」が主体となったマッチングでは,マッチングの場に技術的なコーディネートを行う者が不在のため,自治体の漠然としたニーズに対して適切なシーズの組み合わせがなされていない場合がある。
③ 自治体内部の合意形成上の課題
自治体に従来の技術と比較しながら,わかりやすく新技術のメリットを説明できる者が不在のため,自治体内部の合意形成が図りにくい場合がある。

〇東山 遼

2. 施策概要
本委員会は,内閣府の「官民研究投資拡大プログ
ラム(PRISM)」を活用し「インフラメンテナンス国民会議」の加速施策として実施している。本委員会では,「新技術導入の手引き（案）」の策定に向けてモデル自治体における現場試行等を行い,新技術導入における課題抽出・整理を行っている。
既存の取組であるインフラメンテナンス国民会
議が自然発生的なマッチングに対して,本委員会のモデル自治体での現場試行は,ニーズ・シーズのマッチングのコーディネート,現場試行,自治体内部の合意形成支援等を加えることで,自治体の新技術導入加速化に寄与するものである。
（図-1）図-1 本施策によるモデル自治体での取り組み

なお,平成 31 年度のモデル自治体の公募は,インフラメンテナンス国民会議地方フォーラム・ニー
ズ調査より抽出された複数自治体での共通課題となっており,モデルケースとして新技術の導入が望まれているニーズを抽出することで,自治体のニーズを抽出した。
（表-2）
その中から, 対象施設が複数分野に跨っており、
特に新技術導入への発展,導入によるメンテナン
スの効率化やコスト縮減効果が期待される 2 つの応募テーマを選定した。
（表-3）
応募テーマにてニーズ（テーマに関する悩み・
課題を抱える自治体（施設管理者）あるいはそれ
この様な課題の解決を目指し,自治体におけるらで構成される団体）およびシーズ（企業等の応新技術の導入支援を実施することを目的に「イン募資格テーマに関する悩み・課題の解決手段（新フラメンテナンス新技術・体制等導入推進委員会」
技術）を有する民間企業や団体）を同時に公募し（委員長：岩波光保 東京工業大学 環境・社会（公募期間：平成 31 年 2 月 14 日(木)～平成 31 年
理工学院 教授）を設置した。
3 月 1 日(金)）,ニーズ 11 者,シーズ 30 者の応募があった。（表-4）
応募された自治体の中から,自治体横断的なニ- 131 -

ーズや社会実装の実現性,マッチングの実現性を踏まえて「応募自治体が共有・活用可能なテーマ（課題）」,「マッチングの実現性」,「社会実装の有効性」,「広域的な導入の展開」の 4 つの観点（表-5）でモデル自治体（テーマ 1：静岡県、テーマ 2：徳島県）を決定した。なお,シーズ技術については,
モデル自治体の詳細なニーズを周知した上で参加
意向確認を行い,参加希望者はモデル自治体における WG においてプレゼンを行った上で,マッチン
グを図ることとした。
表-2 モデルニーズ選定の考え方
選定の手順
考え方
① 自治体ニー インフラメンテナンス国民会
ズの収集・ 議地方フォーラム・ニーズ調
査より自治体のニーズを抽出
整理② 自治体横断 収集されたニーズから全国に的なニーズ 広く展開できる複数自治体にの一次抽出 共通するニーズを選定③ 社会実装の 技術を取り巻く環境を整理
実現性を踏
まえた絞り
込み
④ マッチング ニーズに対するシーズ（技術の実現性を 開発）の動向を整理
踏まえた絞
り込み

表-3 応募テーマの詳細【応募テーマ 1】
点群データを活用した施設の管理効率化に資する技術（道路や河川管理施設等に関する点群
データの活用技術等）○テーマの詳細
点群データの計測技術の進展や 3 次元モデルでの設計・施工の普及に伴い,点群等の 3 次元デー
タの蓄積と多分野での有効活用が期待されている。これらの取得された 3 次元データを用いてインフラ維持管理に活用するための技術。
【応募テーマ 2】
常時没水している構造物等を可視化し施設の管理効率化に資する技術（道路橋脚,ダム施設及び港湾施設等の没水部の可視化技術等）○テーマの詳細
常時没水しているダム上流面のゲート設備や橋梁基礎の洗掘などの点検・調査を目的として,水中を可視化する技術が開発されている。これ
らの水中可視化をするための技術。

テーマ
テーマ 1

テーマ 2

合計

表-4 募集結果
自治体
神奈川県川崎市
神奈川県藤沢市
静岡県
長崎県
熊本県玉名市
山形県
茨城県
岡山県
徳島県
愛媛県八幡浜市
沖縄県
11 者

技術提供企業18 者（24 技術）

12 者（13 技術）

30 者（37 技術）表-5 選定の考え方① 応募自治体が共有・活用可能なテーマ（課題）
新技術の導入にあたって,応募自治体の多くが共有し,参考とすることができるテーマであること。
② マッチングの実現性
新技術の導入を推進する仕組みを検討するにあたって,有効なニーズ・シーズマッチングの形成が期待できるテーマであること。
③ 社会実装の有効性
新技術導入によるテーマ（課題）の解決が,社会的に大きな影響（効果）を与えるものであること。
④ 広域的な導入の展開
新技術の導入について,特に単独での検討が難しい小規模自治体などを含めた広域的・自治体横断的な導入の展開が期待できるテーマであること。

３．モデル自治体（第 1 サイクル）における現場
試行（テーマ 1）
静岡県をモデル自治体として, 4 技術の現場試行を行った。なお,モデル自治体における WG では,
今井龍一准教授（法政大学）と,関谷浩孝室長（国土技術政策総合研究所）にコーディネートをお願いした。また, オブザーバとして,中部地方整備局
企画部 ・神奈川県川崎市 ・神奈川県藤沢市 ・長崎県 ・熊本県玉名市に参加いただいた。13 者から提案をいただき,そのうち 4 者（表-6）において現場試行を実施した。
（表-7）- 132 -

表-6 静岡 WG 現場試行参加者○大阪経済大学・摂南大学・関西大学・㈱日本インシーク・日本工営㈱○（株）日立ソリューションズ

また,WG における現場試行の取組を,広く業界関係者に周知し,横断的に展開することを目的に,広報活動を実施しています。今後も引き続き実施していく予定である。
（表-10）○日本電気（株）

表-8 徳島 WG 現場試行参加者○（株）パスコ○（株）アーク・ジオ・サポート

表-7 静岡 WG 実施状況
・第 1 回ＷＧ（6/11）
現場試行実施候補の選定について議論（13 者から提案）現場試行内容について,県と企業等で調整（図-2）
・第 2 回ＷＧ（8/23）
現場試行実施計画について議論（現場試行を実施する 4 者を選定）
・現場試行
・第 3 回 WG（2/25）
現場試行結果報告表-9 徳島 WG 実施状況
・第 1 回ＷＧ（7/31）
現場試行実施候補の選定について議論（3 者から提案）
・現場試行内容について,県と企業等で調整
・第 2 回ＷＧ（11/20,11/22）
現場試行実施計画について議論（現場試行を実施する 1 者を選定）
・現場試行（12/10,12/11）（図-3）
・第 3 回 WG（2/21）現場試行結果報告

表-10 広報活動の実施状況
・国交省ＨＰでの会議資料（各社の技術提案資料含む）の掲載・「建設技術フェア in 中部（10/16）」における講演（国交省）
・「インフラテック展 2019（12/4～6）」における講演（静岡県、徳島県）（図-4）

図-2 第 1 回 WG 開催状況
（テーマ 2）
徳島県をモデル自治体として,1 技術（表-8）の現場試行を行った。なお,モデル自治体における WG
では、中野晋 環境防災研究センター・ センター長（徳島大学）と、加藤絵万グループ長（港湾空港技術研究所）にコーディネートをお願いした。
（表-9）
試行を終えてモデル自治体からは,「限られた期間の中で自治体が新技術導入の可否まで判断するのは難しかった。
」,「現場試行参加者には検討や検証のため多くの作業が発生したため負担をかけた。
」等のご意見をいただきました。解決策としては,現場試行に際して,共同研究や協定など実装に向けた検討のための期間や予算を確保すること等が考えられ,現場試行時の安全管理に要する費用の負担や,テレビ会議の推進など,第 2 サイクルの取り組みに反映していきます。

- 133 -

図-3 現場試行状況

図-4 インフラテック展 2019 講演状況

４．新技術導入の手引き（素案）モデル自治体における SIP 技術等を活用した現場
試行結果や新技術を活用している先進的な自治体
へのヒアリング,SIP 成果等を踏まえ,導入検討の流れに沿った「新技術導入の手引き（素案）」を策定した。（表-11）想定読者としては, 自治体において各種インフラの維持管理業務を担う職員と,インフラ維持管理における新技術を有する企業を想定している。
（表-12）
表-11 記載項目例
1.インフラ維持管理における課題の明確化
2.新技術等に関する情報収集
3.入手情報から導入可否及び導入方法を判断
4.導入の意思決定及び予算獲得に向けた説明
5.共同開発・現場試行
6.調達
7.新技術の実導入
8.導入後の評価
9.技術自体や運用面の改善・改良

図-6 手引きの記載イメージ表-12 想定読者
・自治体において各種インフラの維持管理業務を担う職員（新技術の導入に対してニーズを持つ現場職員が、本手引きを参照し、新技術導入を検討）
・インフラ維持管理における新技術を有する企業（新技術を保有しているが、自治体の活用実績が伸び悩んでいる企業が、本手引きを参照し、自治体との適切な関係性の構築方法を把握）
また、自治体職員にとって読みやすいように、
記述内容は簡潔にし、各内容が 1 ページで完結するように（図-5,図-6）すると共に 4 つの観点で作成した。（表-13）

図-5 手引きのページ構成

表-13 手引きのポイント①手引きに新技術導入プロセスを提示（新技術導入の一般的なプロセス図を示すことで新技術導入に向けたイメージを具体化）②手引きへの優良事例の追加（予定）（今後,新技術を活用した優良事例が,多様な領域
で一定程度生まれた段階で,それらの効果を事例として取りまとめることを検討）③導入プロセスの段階ごとのポイントを整理（新技術の導入に向けて留意する必要があるポイ
ントや実際の取組事例を示すことで導入に向けた検討を円滑化）④手引きの導入プロセスに実導入後の PDCA のための項目を設定（PDCA のために留意すべきポイントを整理し,新技術導入以降も継続的に運用改善がされるように工夫）
５．モデル自治体（第 1 サイクル）における現場
試行
第 2 サイクルの現場試行に向けて,公募を実施した。（募集期間：令和 2 年 7 月 14 日～8 月 11 日）
本公募の特徴としては,インフラ技術総覧に掲載された SIP 技術の活用を希望する自治体を優位に評価すること,第一サイクルでは県を対象としたことから,今回は市町村を対象とする（2 箇所を予定）ことが挙げられる。なお,複数の自治体が連携して応募する場合は都道府県も可とし,優先的に採択することとしている。
６. おわりに本取り組みにおきましては,委員の皆様、関係自治体や現場試行参加者等の皆様にご協力を頂き,感謝申し上げるとともに,R4 年度の「新技術導入の手引き（案）」策定に向けて,引き続きご指導の程,よろしくお願いいたします。

- 134 -

32．インフラ維持管理における AI・３次元モデルを用いたロボット技術の活用拡大に向けた取組
国土交通省総合政策局 公共事業企画調整課○ 川口 貴大
渡邉 賢一

１．はじめにこれを受け、国土交通省では社会インフラの維
我が国の社会インフラの維持管理をめぐっては， 持管理や災害対応分野におけるロボットの開発・
老朽化の進行，現場の担い手不足等が喫緊の課題 導入を促進し、現場実装を支援することを目的にとなっている。国土交通省では，より効率的なイン 「次世代社会インフラ用ロボット現場検証委員会
フラ点検を実施するための社会インフラ用ロボッ １）」（以下、現場検証委員会とする）を平成 26 年 2トの活用手法等を示すマニュアルを整備し、現場 月に設置し、技術の現場検証・評価を行うこととし導入を推進してきた。
た。
一方、点検支援技術等から得られる膨大な写真
H26、H27 年度は現場検証委員会を通じて５つのの整理作業や、構造物の変状等を抽出する作業に 重点分野に関する様々な技術を公募し、検証・評価
は時間を要するため，これら作業の効率化が求め を通じて実用性を高めるための技術改良を促進しられている。
た（H26 年度：６７技術、H27 年度：７０技術）。災効率化を実現する手法として、点検写真から構 害分野においては 2 年間の取組を通じて現場での造物の 3 次元モデルを自動生成し，変状等を把握 導入が可能となった一方、維持管理分野において出来るビューアを用いて膨大な写真を管理するこ は、点検を支援し効率化を図るために必要な点検とや、AI を用いて変状等を自動抽出することが有 精度や作業の効率性について課題が残る技術も多効であると考えている。
く、H28 年度以降も検証を引き続き行うこととした。
これまで、現場で取得したデータから３次元モ
H28、 H29 年度は H27 年度に検証・評価を受けた
デルを生成する試行や、AI 開発に必要な教師デー 一部の技術に対して、ロボットによる点検支援のタを作成し、開発者による教師データ品質の確認・ 位置付け（ユースケース）を想定した上で、実用化
AI 性能評価手法の検討等を行ってきたため、本稿 に向けて達成すべき要求性能を設定し、精度検証
ではこれらの取組を紹介する。
や作業時間の短縮に伴う経済性等の検証を実施した（H28、 29 年度：１６技術）。検証を行ったロボ
２．社会インフラ用ロボット現場導入の経緯
ットの例を図-2 に示す。
国土交通省及び経済産業省では、社会インフラの現場ニーズに基づき、国内外の異分野も含めた産学の技術シーズを踏まえ、「維持管理・災害対応」
に関するロボットの実用化に向けた方策を検討するため、「次世代社会インフラ用ロボット開発・導入検討会」を平成 25 年 7 月に設置し、「次世代社
図-2 社会インフラ用ロボットの例
会インフラ用ロボット開発・導入重点分野（５つの重点分野）」を同年 12 月に策定した（図-1）。
以上の取組を通じて、H30 年度には維持管理分野

図-1

５つの重点分野の水中構造物（ダム）及び道路構造物（橋梁、トンネル）の領域において技術を活用する手法をマニ
ュアル等にとりまとめ、実現場において技術を活用できる環境を整備した。
ロボットを用いた点検はロボットにより撮影した映像・画像を中心に行うこととなるため、水中構
造物については、ロボット活用の適否・調査対象等の選定を行う上でダム総合点検等の目的を十分理解するとともに、ロボットの特性を踏まえて判断- 135 -

する必要がある。このため、ロボットによる水中部点検の対象選定手法や点検手法等を「水中部点検 3.1 ３次元モデルを活用した損傷表現
点検業務においては、点検にて損傷が認められにおけるロボット活用マニュアル（案）【ダム堤体編／ダム放流設備編】 平成３１年２月」にとりま た箇所の写真や損傷情報等を帳票等によって記録を残せば、点検支援技術等によって撮影した写真
とめた２）。
道路構造物については、平成 30 年度に行った定 の全てを納品する必要はない。
しかし、点検支援技術等によって撮影した高精期点検要領の改正までの過程の中で、インフラ点
検用ロボット等「点検支援技術」は「点検に必要な 細かつ膨大な画像から３次元モデルを生成し、正知識及び技能を有する者」が点検の対象部位・部 確な損傷位置を３次元的に記録・蓄積することが材・範囲や使用目的を判断した上で定期点検に活 出来れば、損傷の経年変化を容易に比較すること
用するという方向性が示された。このため、点検支 が可能となり、診断等を行う技術者の判断への貢援技術の性能を示す性能評価項目を策定した上で、 献も期待される。
これを実現するためには、３次元モデルの生成
その開発者から現場検証等を通じて提出された性能値を「点検支援技術 性能カタログ（案） 平成 を可能とするデータ項目や仕様の標準を規定し、３１年２月」にとりまとめるとともに、定期点検業 これらが成果品として納品される仕組みが必要で務等において受発注者が点検支援技術を活用する ある。
そこで、国土交通省では３次元モデルの作成に際に、技術を選定し点検業務内で活用するまでの業務プロセス等を「新技術利用のガイドライン（案） 必要なデータに関する共通のデータ項目や仕様を規定し、点検支援技術等により取得した点検写真
平成３１年２月」にとりまとめた３）。
これら現場検証委員会の取組を通じて様々な社 から、３次元モデルを生成するアプリケーション
会インフラ用ロボットが導入され、インフラ維持 等を介して成果品を作成し納品する方法（図－３）を示す「点検支援技術（画像計測技術）を用いた 3
管理の効率化の実現に至った。
次元成果品納品マニュアル（トンネル編／橋梁編）（案） 平成３１年３月」を作成した４）。
３．更なる点検業務の効率化に向けた取組
社会インフラ用ロボットの中でも維持管理において活用されるインフラ点検用ロボット等（以下、点検支援技術等とする）は、ひび割れ等の損傷が判読可能な高精細な写真を撮影できるため、点検技
術者は写真を基本として損傷図を作成することが出来るようになる。これにより、現地でのチョーキ
ングやクラックスケールを用いた計測等を簡略化
でき、人の作業を効率化するとともに、交通規制による損失時間を削減することが期待される。
一方で、点検支援技術等によって高精細な写真を撮影するには、構造物の近傍に寄って撮影する
図-3 ３次元成果品の納品までの流れ必要があるため、撮影された写真は画角が狭く単体では撮影場所を理解しにくく、単純に撮影した
これに基づく納品を行うことで、３次元モデル
写真を蓄積していくだけでは膨大な写真の整理だを生成し損傷を管理するアプリケーションに依存
けに内業の工数を要する恐れがある。また、帳票作
しない、互換性・継続性のあるデータを蓄積するこ成に必要な、構造物の損傷を判読し損傷情報を記とが可能となる。
録する作業は、点検写真と過去の点検成果等をもなお、本マニュアルで規定している納品物は、点とに人手で行う必要があり、この作業の効率化に
検時に撮影した「点検写真」、損傷の位置や形状等は至っていない。
を撮影した写真や３次元モデルに付加した「損傷まず、膨大な写真を整理する手法の一つとして、形状データ」、撮影した写真に関する位置情報等を点検写真から構造物の３次元モデルを作成し、損記載した「点検写真のメタデータ」の３種類であり、傷の経時的な変化を把握出来るビューアを用いてそれぞれの詳細を以下に示す。
管理する手法が考えられる。また、点検写真をもと（1）点検写真に損傷情報を記録する作業を効率化する手法とし点検支援技術等により撮影した写真の生データては、人工知能（AI）を用いた損傷の自動判読技術を示すものであり、３次元モデルを作成するためが有効であると考えられる。
には、損傷部のみの写真だけでなく、損傷部以外の
以下、現在国土交通省にて検討を進めている道
写真も必要であるため、損傷部以外も撮影対象と路構造物に適用可能な上記二つの手法を紹介する。
なる。

- 136 -

点検写真は、その精度を適切に担保するため、点検写真の撮影条件を定めて、これに基づき適切に精度管理を実施する必要がある。本マニュアルでは、撮影した写真を後述する AI の技術開発に必要な教師データ作成のための写真として納品する場
合の撮影条件を参考に示している（表－１）。
表-1

橋梁用教師データ作成用写真の撮影条件（2）損傷形状データ
損傷形状データは、損傷の概略、損傷の位置・形状、損傷の範囲などの情報であり、３次元モデルまたはレイヤ構造図画ファイル（2D）のいずれかの方法から選択してデータを作成することとなる。
３次元モデルによる損傷形状データは、損傷を示
す３次元のポリライン（ひび割れ等）、ポリゴン（腐食、遊離石灰等）を 3DCAD 等によって図示し、作成する。また、レイヤ構造図画ファイル（2D）による損傷形状データは、点検写真と分離可能なレイ
ヤ構造を持たせて重畳された２次元図面上に損傷を示すポリライン、ポリゴンを図示し、作成する。
これは、従来の点検調書では損傷図として納品されていたデータに相当する。
（3）点検写真のメタデータ
点検写真のメタデータとは、対象となる構造物が位置する座標系情報、点検写真またはカメラの位置座標・角度情報等を記載したテキストデータ（CSV ファイル）のことである。
特に、位置座標・角度情報については撮影した写真が３次元空間上のどの位置、角度に存在するかを表現するために必要な情報であり、この表現方
法には①点検写真の中心位置座標・角度②カメラの中心位置座標・角度③点検写真の四隅座標等が考えられる。
本マニュアルでは、これらメタデータの表現方法を規定しており、その一例を表－２に示す。
表-2

点検写真のメタデータ項目の一例

今後、定期点検業務等を通じて撮影した写真を用いた３次元モデル作成の検証を行い、３次元モデルの活用場面の検討等を行い本マニュアルの見直しを図ることで、このような３次元モデルを活用した点検業務の高度化を目指す。
3.2 人工知能（AI）を用いた損傷の自動判読
また、現在は点検支援技術等を用いて取得した
大量の写真から、人手により損傷を判読しているが、将来的には人工知能（AI）を活用して損傷を自動判読することにより、点検記録作成に要する人の作業を支援することが出来ると考えている。点検フローの将来像について、図－４に示す。

図-4

点検フローの将来像

従来点検では、人が構造物を近接目視し、その視覚情報（入力）を頼りに点検要領（ルール）に基づ
き点検記録（結果）を作成していた。この流れを AIで実現する場合、まず、点検で取得した写真（入力）と点検技術者が判断した点検記録（結果）を基に、その判断のポイントを AI が学習するための教師データが必要となる。教師データを用いて AI（学習モデル）が学習することで、AI は入力から結果を推論できるようになり、損傷の自動判読を行う。
このような AI の開発を行い、自動判読の精度向上を実現するためには、AI に学習させるための教師データを大量に準備する必要がある。教師デー
タ作成に必要な作業自体は、点検写真のどこに損傷があるかを写真上にタグ付け（アノテーション）
するだけであるが、納品された点検写真は施設管理者の所有物であること、また、損傷箇所を示すア
ノテーションの精度管理には点検技術者の知識や技能を必要とするため、AI 開発者のみでは開発が- 137 -

困難であることなどから、教師データの整備をまずは協調領域として国が行うことで、民間の AI 開発を支援することが出来ると考えている。AI の開発や活用の流れを図－５に示す。

図-5

AI 学習に必要なデータと AI 活用のイメージ

そこで、国土交通省では、教師データを作成し、これを AI 開発者へ提供し AI 開発を支援するとともに、開発された AI の性能評価等を行うことを目的に「AI 開発支援プラットフォーム」の設立を検討している（図－６）。

図-6AI 開発支援プラットフォームの全体像

本プラットフォームの設立に先立ち、良質で効率的な教師データ整備のあり方や、点検に関する
データの取得・保存・分析・活用を円滑に行うデー
タ基盤のあり方の検討等を行うために「AI 開発支
援プラットフォームの開設準備ワーキンググルー
プ」（以下 AI-PF 準備 WG）を設置６）し、検討を進めている。
平成 30 年 11 月 2 に第 1 回の AI-PF 準備 WG を開催し、教師データとする元写真に求める仕様やアノテーションの仕様を検討してきた。
令和元年 7 月に第 2 回を、令和元年 11 月に第 3 回を開催し、試作した教師データに対する意見聴取を通じて、今後協調領域として整備する教師データの仕様の見直しを行った。
令和 2 年度以降は、過年度整備した教師データを用いて試作された AI の性能評価試行や、AI を実現場に導入した際の活用効果の検証を行う予定である。AI の性能評価試行は、過年度整備した教師データの内、WG の会員に公開していないデータを用いて実施する試験であり、統一された条件下で定量的に検出率を評価することで、現状の AI 性
能を明らかにするともに、実装に向けて現状の AI技術が解決すべき課題を明らかにすることが出来る。また、AI の活用効果の検証は、通常の内業作業と比較して AI を活用した際にどの程度の負担軽減がなされるか、作業時間の測定や作業者へのヒアリング等を通じてその効果を明らかにすること
で、点検技術者が AI を活用するインセンティブを高めることが出来る。
このように、今後は AI の実装や活用推進に向けて取組を進めることが重要となってくる。
４．おわりに
建設技能労働者数が減少し、老朽化が進むイン
フラを数多く抱える我が国においては、既存のインフラを効果的、効率的に維持管理していくことが重要である。
様々な点検支援技術等が市場に現れ、インフラ点検における人の作業の支援が図られる中、本稿で紹介した点検業務の更なる効率化を目指すロボット技術に関する取組が、更なる点検支援技術等の開発・導入を後押しし、インフラ維持管理全体の更なる効率化・高度化につながることを期待している。
本取組を推進する中だけでなく、その先の施策を検討する際にも、常に民間の技術シーズや現場
ニーズの動向に注目しながら、国の役割や着手すべき協調領域を適切に見極め、新しい技術の社会実装による建設現場の生産性向上に貢献して参り
たい。

参考文献
1) 次世代社会インフラ用ロボット現場検証委員会
https://www.mlit.go.jp/sogoseisaku/constplan/sosei_constpla
n_fr_000024.html
2) 指針・ガイドライン等（水管理・国土保全局）
https://www.mlit.go.jp/river/shishin_guideline/index.html
3) 道路の老朽化対策（道路局）
https://www.mlit.go.jp/road/sisaku/yobohozen/yobohozen.ht
ml4) ＩＣＴの全面的な活用
https://www.mlit.go.jp/sogoseisaku/constplan/sosei_constpla
n_tk_000031.html
5) AI開発支援プラットフォームの開設準備WGの設置（平- 138 -

成30年7月27日記者発表）
https://www.mlit.go.jp/common/001247205.pdf

33．排水機場の状態監視モニタリングシステム構築と異常データ検知
AI 手法に関する研究(国研)土木研究所

１．はじめに河川に設置している排水機場は、洪水被害防止が目的である極めて重要な社会インフラである。
従って、確実な稼働が要求される。公共事業予算
は、平成 24 年度頃まで削減の傾向が続き、その後多少増加に転じた。最近約 6 年間は、当初予算
約 6 兆円で推移している。一方、国土交通省所管の排水機場では、設置後 40 年を経過する設備は全体の半分を超え、今後も急速に増加していく。
排水機場は、老朽化によって故障発生リスクが増大している。従来技術では、故障検知・予兆検
知が難しく、時間計画保全を実施していた。しかし、時間計画保全の実施には余計なコストが生じている。
従来技術のままでは、限りある維持管理予算で全国の排水機場を整備しきれなくなる恐れがある。従って、限られた予算で、効率的かつ効果的な維持管理を行うことが求められている。
具体的な解決策として、状態監視技術が挙げられる。これは、設備の状態を正確に診断し、的確な整備時期を判断する技術である。
そしてゆくゆくは、状態監視保全のための診断技術の研究を進め、現場導入を図る。異常検知率・診断精度の向上、診断者不足への対処も必要である。
本発表では、状態監視モニタリングシステムの構築と、その蓄積データを活用した異常検知・自己学習型の AI 検知モデル開発に関する研究について述べる。
２．本研究のロードマップ
本研究のロードマップを図１に示す。
“モニタリ
ングシステム 基本部構築”、“モニタリングシス
テム コア部構築”は昨年度までに実施した。1), 2),3)
本研究の対象である排水機場は、豪雨・洪水時など、必要時のみに稼働する“非”常用設備である。
従って、運転時計測データの収集が困難なのが特

図 1○ 須山 友貴
上野 仁士
黒田 浩章

本研究のロードマップ

徴である。本運転（定格高負荷運転）のデータは計画的に収集出来るものではないため、月一回程度実施される管理運転時のデータを収集し、それを基に診断を行わなければならない。管理運転は本運転と異なり、低負荷・短時間であるので、診断は困難である。
また、異常検知出来る範囲が限定的でもあるのが課題である。つまり、機器不具合症状が進行して- 139 -

からでないと検知出来ない。そこで、原動機機器、
主ポンプ機器などにセンサを取付けて、異常予知
を自己学習する AI 検知モデルの開発を行うこと
で、重大故障に至る前に保全を実施することが可
能になる。

表 1
対象
機器

各センサ等、計測パラメータ、検知する故障

設置部位 センサ等の種類 計測パラメータ
加速度計(X,Y,Z) 3方向の加速度
原動機本
体側部

３．状態監視モニタリングシステムの構築について全国にテストベッドとして選定した排水機場の運転データを収集、研究所のサーバに送信するシ
ステムを構築した。システムのイメージを図 2 に示す。

原

検知する故障転がり軸受の異常アコースティッ
ク・エミッショ 弾性波
ンセンサ

動 原動機本
機 体下部

排ガス管
出口

潤滑油採取

鉄粉濃度

排ガス温度

温度

機器内部の摩耗
傾向
エンジン燃焼状
態

CO,CO2,NO,

排ガス組成

エンジン燃焼状NO2

態
アンバランス(軸曲がり)

渦電流変位計主ポ

主軸軸受

ト(芯ずれ)
水中軸受の緩周辺部

み・がた
インペラの摩耗ン

アコースティッ

プ

図 2

(X,Y)

ミスアライメン
変位

ク・エミッショ 弾性波
ンセンサ

状態監視モニタリングシステムのイメージ

各種センサを常設型として、常時モニタリングを出来るシステムを検討した。各センサと計測パ
ラメータ、及び検知できる故障との関係を表 1 に示す。各センサの概要を表 2 に示す。
これらの故障は、全国設備故障調査結果で、発生件数の多いものを選定した。異常検知 AI 検証項目としているものである。ポンプ主軸変位振動・ポン
プ本体加速度振動・原動機本体加速度振動・原動機
排ガス温度（一部の機場のみ）は、運転時に自動的に計測データを収集・記録する。
運転計測データを収集・記録するテストベッド
は、全国に 3 地域・4 機場・8 台設けている。今年
度、更に 2 地域・1 機場・3 台追加する計画である。
地域は、北海道・東北・関東、今年度追加する排水機場が九州というように、地域での偏りを無くすよう配慮している。排水機場の稼働パターンなどが地域によって異なる場合があるからである。
また、原動機についても、ディーゼルエンジンだけ
でなく、ガスタービンのデータ収集も行っている。
データ収集・送信システムが、ある程度構築できたので、今後このシステムに異常予知・自己学習型の AI 検知モデルを実装して、テストベッドで AI
モデルの効果を検証する。

減
速
機

主軸

回転計

吐出管

主ポンプ圧力計 吐出圧

減速機
本体(データ収集開始

回転パルス

トリガー）

転がり軸受の異加速度計(X,Y,Z) 3方向の加速度

常
歯車の異常

表 2
渦電流変位計(X,Y)

各センサの概要

加速度計(X,Y,Z)

アコースティック・
エミッションセンサ

センサ内のコイルに
高周波電流を流すことにより、高周波磁束が発生する。この圧電素子に変形を加磁界内に測定対象物

えると、電荷が発生（金属）を置くと、する原理を利用して、対象物表面に渦電流振動体に固定して、振が発生する。この渦動加速度を測定する

電流が、コイルと測センサ。X, Y, Zの3次定対象物との距離が元を計測できる。

近いほど大きくなる
性質を利用して変位を計測する。

- 140 -

圧電素子を用いた高感度型センサ。振動体に固定して、材料にき裂が生じる際に発生する弾性波を測定
する。

図 3

異常検知・自己学習型の AI 検知モデルのイメージ

４．異常検知・自己学習型の AI 検知モデルの開発について
4.1 概要状態監視モニタリングシステムから得られるデータに基づいて、いち早く異常を察知して、修理費用が大きくなる前に必要最低限の費用での整備が可能となるよう、AI による早期異常検知に取り組んでいる。
常用設備の故障診断技術は、一定程度確立しているが、排水機場のような“非”常用設備については未確立である。振動解析等による従来技術では
必ずしも充分でないことから、異常検知・自己学習型の AI 検知モデルを開発し、運転不能や停止の解消、重大事故による修理費増大、修理期間長期化の回避、現場技術者の負担軽減を図ることを目指す
異常予知・自己学習型の AI 検知モデルのイメージ
を図 3 に示す。
4.2 これまでの成果
異常検知・自己学習型の AI 検知モデルの判定精度向上を目的として、既存の AI アルゴリズムについて、試行検証を行い、判定精度について、評価・取りまとめをした。対象はテストベッドとした全
国 3 地域 4 機場 8 機の排水機場である。

テストベッドの 4 機場から得られた状態監視データについて、既往研究で、ある程度の有効性が確認 さ れ た AI ア ル ゴ リ ズ ム (OCSVM(One Class
Support Vector Machine)、LOF(Local Outlier Factor)、
MT (Maharanobis-Taguchi System))による異常検知
モデルを構築した。
昨年度までの研究で、定期的な管理運転時デー
タを基にしても、ある程度の AI 診断が可能である
ことが分かった。具体的には、主ポンプ主軸変位振動・ディーゼルエンジン加速度振動・ガスタービン
エンジン加速度振動について、OCSVM・LOF 及びMT については、正常データのみを学習した教師無しモデルで異常データの判別が出来ることが分かった。
更に、テストベッドの 4 機場から得られた状態
監視データを、逐次 AI 研究用サーバに送信・蓄積することにより、実運用に近い環境で異常検知モ
デルの検証・改善を可能にした。このデータの蓄積は、継続することによって、後々ビッグデータとなっていくことを想定している。
排水機場は、月一回程度の管理運転時のデータ
しか、通常採れない上、この時に採れるデータは正常データである。従って教師無しモデルとなる。
AI アルゴリズムのうち、OCSVM と LOF について検証した。これは、ガスタービンエンジンの加速度振動についての異常検知試行である。原動機については燃焼振動を、減速機については歯車異常のデータを収集した。教師無しモデルにおける AI
検知モデルの結果を図 4 に示す。OCSVM、LOF ともに正常・異常を検知出来ている。
ディーゼルエンジンについては、教師ありモデ
ルの検証を実施できた。これは、機器更新時のタイ
ミングに、あえて様々な異常が生じる運転を行い、意図的に故障データを採ったものである。教師ありモデルを構築し、異常パターンの分類を試みた。
OCSVM による異常パターン分類結果を図 5 に示す。これは、排ガス成分濃度データについて異常パターンを分類したものである。
OCSVM の正答率
は 98.0％であり、充分な故障パターン分類が出来ていると考えられる。
4.3 今後の計画
まず、異常検知・自己学習型の AI 検知モデルが、異常検知支援ツールとしてより有用なものになることを目的として、既存のアルゴリズムについて、
試行検証を行う。そして、正常・異常の判定精度向上の評価・取りまとめを行う。今後の計画を表 3 に示す。

- 141 -

減速機

表 3

◆

今後の計画

状態監視モニタリングシステムの検証・改良

モニタリングシステムから得られたデータを収集分析し、異常検知AIモデルの観点からデータの有効性を検証する。
◆
Healthy

Anomaly

異常検知AIモデルの検証・改良

異常兆候データについて、技術者による精密診断を実施し、AIモデルの結果と比較検証する。
◆

他排水機場の状態監視データの収集

昨年度までに構築したテストベッド以外の排水機場においても、教師データとなる状態監視データを取得する。

原動機

Healthy

図 4

Anomaly

教師なしモデルにおける AI 検知結果
(上段：LOF、下段：OCSVM)

追加するテストベッドは、老朽化が著しく、かつ運転頻度が高く、運転時間が長い排水機場を対象にして選定する。
今後、オーバーホール結果などと比較して、教師データの一部とする予定である。
５．期待される効果
異常検知・自己学習型の AI 検知モデルを導入することによって、下記のような効果が期待できる。
・故障による運転不能や運転停止を回避でき、
内水氾濫から住民の生命・財産を確実に守る。
・故障の早期発見による重大故障の回避・設備
修理費の低減・修理期間長期化の回避ができるよ
うになる。
・自己学習で故障管理値を設定できるようになり、技術者の負担軽減・技術者不足への貢献・異常検知精度向上に資する。
謝辞
テストベッドのご提供、及び各種計測等へのご協力を頂いた各地方整備局・事務所の方々に、この場を借りて、厚く御礼申し上げます。
参考文献
1)

中島淳一・梶田洋規・藤野健一：河川ポンプの多様な診断技術，土木技術資料59-8，pp.22～25, 20172)

吉田潔・上野仁士・中島淳一・新田恭士：モニタリン
グシステムとAI技術による河川ポンプ設備の異常の検出，土木技術資料62-4，pp.34～37, 20203)

新田恭士・上野仁士・吉田潔・中島淳一：排水機場ポ
ンプ設備のAI異常検知の取り組み，ぽんぷNo.62，pp.10～13, 2020

図 5

OCSVM による異常パターン分類結果- 142 -

34．高温域における煙突補修装置の開発－高温域煙突内部吹付装置－
〇㈱奥村組
日本製鉄㈱
日本製鉄㈱

城井光雄
丸山宣男
小林淳二

１． はじめに
耐熱ガラス
製鉄所施設の鉄筋コンクリート造煙突は、燃料煙
突の燃焼にともなう熱風および排出ガスの影響から
コ
無線伝送装置ン
コンクリートを保護するために、内側に空気層をク3
リ
段
挟んで耐火レンガ層が設けられている。この耐火
ー
目
ト
（
耐熱容器
約
レンガ層は、熱風および排出ガスに直接触れるた （耐火材被覆）2.0ｍ
め、目地の亀裂やレンガの脱落などの損傷を受け
）
圧縮空気
ボンベﾞ
やすく、放置すれば、躯体コンクリートが直接熱風等に晒されて、強度低下やひび割れ、鉄筋腐食
耐
火
バッテリー
物
が進行することになる。対象となる煙突は高さｍ 2） 段
50m 以上のものが多く、地震や台風により大きなホッパー
目
被害が発生することが考えられる。
（
2.0
煙突の機能維持のため定期的に耐火レンガ層の乾式吹付機械 約
劣化状況を診断し、改修を行う必要がある。一般 LED 照明
水ポンプ
的に用いられる改修方法として、耐火レンガの張 WEB カメラ
1ｍ
替えや耐火材の吹付けが挙げられるが、どちらも） 段
施設の稼働を停止する必要があり、長期間稼働を
目
回転吹付け
ノズル
（
1.5
停止できない施設では、改修を実施することがで約きないのが現状である。
このような現状から、抜本的な改修を行うまで
φ2100mmの応急対策として、施設の稼働を停止することな
図－1 装置の概略構成
く、煙突内部調査に併せて耐火レンガの劣化部を３．装置構成資器材の要素試験
吹付補修する装置の開発を目指した。
本開発は、コンクリートの劣化進行を抑制して、 本装置に搭載する資器材の仕様を決定するため、改修時期を延ばすため「無線操作による遠隔操作 高温度域（200℃）における装置適用上の問題点
での吹付補修を実施する装置」を開発することを を検討し、要素試験を実施した。
本装置の吹付け方式は、煙突の吹付補修で実績目的とする。
本報では、開発におき実施した要素試験の結果 の多い乾式吹付とし、吹付機械は汎用機の中からおよび実煙突での実証試験結果について報告する。 選定した。
3.1 電源システムの構成と動作確認
本装置は、高温度域での使用を想定しているた
２． 装置の開発方針
本装置は、吹付機械、吹付材料、動力、無線通 め、引火性のある軽油等を燃料とした発動発電機
信装置等を搭載した耐熱容器を、クレーンで煙突 の搭載はできない。発動発電機に代わりバッテ
頂部から吊り込み、煙突内部を昇降させながら吹 リーロコで採用されている技術を応用した電源シ付けを行う。吹付け時は、装置に搭載したネット ステムの構築を行った。電源システムの概略構成
ワークカメラの画像をモニターで見ながら、遠隔 を図-2 に示す。
本電源システムは、交流 200V の吹付機械の操作を行う。また、高温度域（200℃）に適用可能とするため、容器を断熱材で被覆し、冷却材を モーターを動作させるため、直流電源であるバッ
内蔵している。さらにメンテナンスを考慮し、3 テリーを使用した。バッテリーによる直流電源
分割できる構造としている。装置の概略構成を図 96V（2V×48 個）をアップバータ（DC/DC コン-1 に示す。

- 143 -

DC96V（2V×48 個）

バッテリーBox

DC315V に昇圧

アップバータ（DC/DC コンバーター）

DC/AC インバーター

乾式吹付け機械

写真－1 集合装置

写真－2 圧力調整器

電源システム
圧力調整器
AC200V（発電機等）
圧力計
充電器
20 本

図－2 電源システムの概略構成

流量計

窒素ボンベおよび集合装置バータ）により 315V に昇圧させて、200V 以上の一定電圧を供給し DC/AC インバーターで交流200V に変換する装置をパッケージング化して搭載した。
要素試験では、上記システムにより、吹付機械
の動作確認を行った。一定時間吹付機械を稼働させ、ローター回転数の測定により、発動発電機と同様に正常に稼働することが確認できた。
３．２ 窒素ボンベによる機械構成と動作確認
本装置による吹付け時は、吹付機械へ圧縮空気を供給する必要がある。前項の発動発電機と同様に軽油を燃料とするコンプレッサーを搭載することはできない。コンプレッサーに代わり、不活性ガスである窒素ガスを使用し、エアー供給のパッ
ケージング化と所定流量の確保を行った。窒素ボ
ンベによる吹付け時の概略構成を図-3 に示す。
窒素ボンベを連結した集合装置に、高圧充填（14.7MPa）された窒素ガスを減圧する圧力調整器を接続し、吹付機械に窒素ガスの供給を行う。
集合装置を写真-1 に、圧力調整器を写真-2 に示す。
要素試験では、上記の構成での吹付け動作確認とともに、気体流量および吹付け作業に必要な空
気ボリュームの供給可能時間の測定を行った。
試験の結果、以下の点が確認できた。
・必要な気体流量に適した圧力調整器を選定すれ
ば、窒素ボンベによる吹付けが可能
・バルブ解放時には、一次側圧力（容器内）の低下によって二次側圧力（調整圧力）が降下するため、圧力降下を考慮して調整圧力を設定する必要がある
・材料吐出量を 0.5m3/h とした場合、窒素ボンベ
1 本当たり 1 分間の吹付が可能
・断熱膨張による窒素ガスの温度低下により、集合装置の銅連結管等が凍結する可能性がある
３．３ ノズル回転装置の機構と動作確認
本装置では、吹付仕上がり精度に対応するため乾式吹付け機械

図－3 窒素ボンベによる吹付け時の概略構成

人手による吹付けを行う際のノズルの動きを再現
し、円運動をさせながら吹付けを行う機構とした。
ノズル回転部に、球面接触をする滑り軸受けである球面ブッシュを設けてノズルを回転させ、装置上部からの材料・水等を供給する配管部にスイベ
ルジョイントを設けてドラムを周方向に旋回させる構造とした。
ノズル回転装置の概略図を図－4 に示す。
配管（材料・水等）

スイベルジョイント

モーター
球面ブッシュ

モーター
ノズル回転部
ドラム旋回部

図－4 ノズル回転装置

３.４ 高温環境下における断熱構造の確認
本装置では吹付機械を制御するために電子機器を使用している。電子機器が正常に動作する温度を 60℃とし、煙突内部吹付時間内はそれ以下に保つことを目標とした。本装置の断熱構造は、耐熱容器外周に断熱材を設置し、装置内部にドライ
アイスを円筒状に配置する構造とした。内部温度を均一に保つための構造検討に、熱流体シミュ
レーションソフトウエア STREAM による装置内部の温度変化の解析を実施した。
要素試験では、200℃を保持した加熱炉の中に耐熱容器を設置し、断熱構造で装置内部温度を60℃以下に保つことができることを確認した。断

- 144 -

解析結果の流速の大きさを図-7 に、装置重心位置の軌跡を図-8 に示す。装置の挙動は、装置
側面が煙突内面から 1m 離れた位置にあるとき、軌跡は最大 30cm の変位（両振幅）となった。

加熱炉
外部空気(200℃)

耐熱容器
データロガー

ドライアイス（単位:ｍ）

最大変位
30cm
計量装置

DC ファンバーナー加熱変位 10cmy

図－5 断熱構造試験の概略

x（単位:ｍ）

図－7 流速の大きさ

図－8 装置重心位置の軌跡（X-X 断面）風洞実験では、1/10 スケールの模型を用いた実験を行った。風洞実験装置概略を図-9 に示す。
吹付装置模型を写真-3 に、実験状況を写真-4 に示す。実煙突の排ガス温度 30℃、装置重量 2.2t、
実風速 5~20m/s の範囲で実験を行い、風速と装置模型の変位を計測した。
吊下げ位置

580

64

0

測点 2

71

φ 4.52 [m]2,40 5＜流出口（outlet）＞

測点 1

1,04

185 210 185
2,850

3,850 または

熱構造試験の概略を図-5 に示す。
試験の結果、以下の知見が得られた。
・ドライアイス（12kg）を耐熱容器内部に円筒状に配置することで十分な冷却効果が得られる
・ドライアイスの昇華ガスは空気より重く耐熱容器下部に滞留するため、DC ファンにより容器内部温度を均一にする必要がある
・装置内部温度が低下しすぎるため、水槽、ホッパー、ノズル駆動部の周囲には断熱材を配置し、冷気の伝達を抑制する必要がある
３．５ 煙突内における吹付装置の姿勢と変位
稼働中の煙突では、燃焼による上昇気流（ドラフト）が発生する。上昇気流による装置への影響
を解析と実験により把握した。また、本装置に姿勢制御装置を設ける必要性を検討した。

測点 3

装置
模型

75 [m]

5

写真－3 吹付け装置模型

0Z=75.0Z=30m
ファン＜煙道口（inlet）＞
φ 6.246 [m]写真－4 実験状況

Z=0.0

図－9 風洞実験装置概略

風洞実験の結果、実煙突換算で、風洞中央部風速 8~14m/s の範囲では、実装置で 1~30cm の最大
煙突全体のモデルと装置周辺の詳細解析モデル 変位（両振幅）に収まって安定した状態を維持すの 2 種類のモデルを用いて、上昇気流による装置 るが、風洞中央部の風速が 16.7m/s を超えると壁の変位および周辺の流速を求めた。解析には熱流 に吹き寄せられるような大きな変位が観測された。
体シミュレーションソフト SCRYU/Tetra を用いた。 実煙突の風速は排ガス温度 200℃でドラフトの風
実煙突を適用対象とした全体解析モデルを図-6 速 11.9ｍ/s 、排ガス温度 30℃の条件で換算値はに示す。排ガス温度 200℃、装置重量 2ｔ、煙突 風速 7.6m/s になり、壁に衝突するような大きな流出口における風速 11.9m/s の条件で解析を行っ 変位を示す風速は、実煙突のドラフトの風速 7.6
た。
m/s の倍以上の 16.7m/s であることが確認できた。
図－6 解析モデル- 145 -

熱流体解析および風洞実験の結果から、上昇気流による吹付装置の変位により、煙突に損傷を与える可能性は非常に低いことが確認でき、姿勢制
御装置の必要性はないと判断した。また、吹付時の反力による装置の振れ幅は 2cm（両振幅）以下
であり小さい。また、作業時の風によるクレーン
ブームの揺れは、装置の振れと共振することはな
いが、外気の風速により変動し、装置の位置制御に影響を与える。
４．高温度域における吹付け材の品質確認
本装置の吹付補修では、耐火性骨材と水硬性セ
メントまたは化学結合材を混合した耐火物である
キャスタブルを使用する。吹付時の施工温度域は200℃程度であるが、市場に流通するキャスタブ
ルの調査では、仕様として使用可能な材料は確認できなかった。そのため、常温硬化型のキャスタ
ブルを 200℃環境で吹付けを行い、材料試験により常温硬化時との力学特性を比較した。
４.１ 品質確認試験項目
吹付材料メーカーで実施されている品質管理項
目を参考にして選定した。試験は（財）岡山セラ
ミックス技術振興財団に委託し、JIS 規定に準じて実施した。試験項目を表-1 に示す。

吹付時の添加水量は、材料メーカー推奨の標準
添加量を基に、本装置で使用する乾式吹付機の機械設定で試し吹きを実施し、添加水量の決定を行った。乾式吹付機の機械設定を表-2 に、添加
水量を表-3 に示す。
表－2 乾式吹付け機械 機械設定
項目

試験方法：名称

曲げ強さ

JIS R 2213：耐火れんがの曲げ強さの試験方法

圧縮強さ

JIS R 2206-2：耐火れんがの圧縮強さの試験方法

かさ比重JIS R 2205：耐火れんがの見掛気孔率・吸水率・比重の測定方法

ノズル型枠

800～1,000 ㎜
バーナー差込口

図－11 加熱炉概略図

写真－6 吹付け状況

回転数

r.p.m

6.0

材料ライン圧力

MP a

0.05

水圧

MP a

0.7

エアー圧力

MP a

0.6

単位

材料A

材料B

施工使用量 kg/m3 1,850 1,800～1,900
%
12～13
15
標準
L/min 1.8～2.0
1.8～2.0
添加
水量 設定 %
12
13
値 L/min
1.8
2

材料C

材料D

材料E

1,830
15

2,000
10～12

2,000
12～13

2.3
15
2.3

1.7～2.0 1.9～2.1
10
10
1.7
1.6

４.３ 試験結果
品質確認試験結果を表-4 に示す。表中の代表値は常温で硬化させたものの値である。
表－4 品質確認試験結果（200℃環境下）

４.２ 試験方法
200℃環境下で吹付けを行うため製作した加熱
炉を図-11 に示す。加熱炉はロックウールによる断熱構造とし、バーナー差込口を 4 か所設け、バーナーの本数と火力調整で炉内温度を 200℃に管理した。吹付ノズルは挿入口から、内部に設置した供試体型枠（30cm×30cm）に向けて吹付ける構造とした。吹付け状況を写真-6 に示す。

確認窓（耐熱ガラス）

設定

表－3 添加水量表－1 試験項目、試験方法
試験項目

単位

材料Ａ

試験
項目

単位

かさ
比重

-

曲げ
強さ

N/mm

圧縮
強さ
熱伝
導率

材料Ｂ

材料Ｃ

材料Ｄ

材料E

代表値 測定値 代表値 測定値 代表値 測定値 代表値 測定値 代表値 測定値
2.02

2.04

1.85
～2.0

1.89

1.83

1.93

-

2.06

-

2.04

3.90

6.90

7.85

8.10

1.30

0.60

-

9.80

7.00

12.00

N/mm2 20.10 28.40

-

56.40

4.20

5.90

-

57.70 45.00 48.80

W/(m・K) 0.71

0.64

1.20

-

-

0.90

2

1.18

測定
不可

0.84

1.18

※材料Ｄは、断面修復材のため、耐火材の試験方法に準拠した試験を実施しておらず、代表値は不明

200℃環境で吹付けた試験体の値は、材料 A、B、E では代表値よりも大きな値が得られている。
一般的な吹付材料であり、高温時の代表値のない
材料 D も他材料と同様な値が得られている。材料 C では圧縮強さは代表値よりも大きいものの、曲げ強さは代表値の半分程度の値となった。曲げ強さの低下原因は、圧縮強度が他の材料より 1/10と小さいことによる熱影響が考えられた。かさ比重については、どの材料も代表値とほぼ同じ値が得られた。
上記の結果より、常温硬化型のキャスタブル材
であっても、200℃環境施工時において常温硬化時と同等の機械的性能を有しているものを選択できることが確認できた。

- 146 -

の高さによるクレーン仕様の選定により変化する
５．実煙突での実証試験
運転を休止し解体予定の煙突において、本装置 が、本実証試験では 30.6 時間を要した。施工箇を用いた吹付けの実証試験を行った。運転休止の 所位置図および資機材配置状況を図-13 に示す。
ため、常温環境下での実験であるが、以下の項目
表－6 吹付け作業サイクル
について確認を行った。
ⅰ）吹付け作業のサイクル
作業内容
計画(分)
実績(分)
ⅱ）装置組立・解体時の作業性①
窒素瓶カードル入れ替え
3010ⅲ）無線遠隔操作における操作性②
耐火材材料投入20
21ⅳ）ノズル回転装置による吹付けの仕上がり状態③
吹付装置投入30
20
５.１ 実証試験概要
④
吹付時間
30
27
30
5
実証試験では、吹付け機械、吹付け材料、動力、 ⑤ 吹付装置取出し
140
83
吹付サイクル合計
無線伝送装置等を搭載した耐熱容器を 220ｔク
(2.33 時間) (1.38 時間)
レーンで煙突頂部から吊り込み、煙突部を昇降させながら遠隔制御により吹付けを行った。また、
表－7 組立解体実績
本装置組立時は 25ｔラフタークレーンを使用した。実証試験の概要を図-12 に示す。
作業内容
実績(分)
機器搬入
吹付装置組立220tCR 組立、機器設置試験吹き、アリバ調整
煙突内部吹付前状況撮影
煙突内部吹付後状況撮影
220tCR 解体、搬出
吹付装置解体
資機材搬出
合計

無線区間

5.3ｍ

20ｍ
40ｍ

操作管理室

220t オールテレーンクレーン

6.7ｍ

有線ケーブル

90
330
470
170
10
25
160
160
420
1,835（30.6 時間）※操作管理室にカメラモニタ・高さ表示器・監視モニター・操作盤を設置

図－12 実証試験概要図①

本装置の仕様は、３章に記載した各要素試験結果を基に選定した。本装置の仕様を表-5 に示す。

⑤
②

③
④

表－5 装置仕様①：220t オールテレーンクレーン
使用ベースマシン
吹付け
吐出能力
機械
所要空気圧力アリバ吹付け機（型式：Aliva237V）②：材料、工具330.5m /h（max1.1m /h）③：吹付装置(仕様は表 3.1 参照)

0.6MPa

圧縮ガス供給量・吐出量

7m ×20本 (2m /min)④：25t ラフタークレーン

添加水水槽・ポンプ

タンク90L 、ポンプ3L/min（MAX）⑤：ハウスカー(吹付操作室)

材料ホッパー容量

0.262m （14袋）

耐熱
容器

3

3

3

図－13 施工箇所・資機材配置状況

外径、寸法φ2,100，H:2.2m×2基,H:1.47m×1基

自重

8.91ｔ

耐熱構造

ドライアイス、ファインブラケット、マイクロサーム

５.２ 実証試験結果
ⅰ）吹付作業サイクル
吹付作業サイクルを表-6 に、組立・解体実績
を表-7 に示す。吹付作業のサイクルは計画時のものを上まわり 1.38 時間であった。
ⅱ）装置組立・解体時の作業性
装置の組立・解体は、施工ヤードの広さや煙突ⅲ）無線遠隔操作における操作性
実証試験においては、懸念されていた煙突内部
環境での吹付装置の操作信号および映像信号の不具合もなく、操作・撮影および録画ができた。
吹付作業におけるモニターの視認性も良好であり、6 台のカメラで全周囲を確認することができ、煙突内高さを指定しての吹付作業も可能であった。
無線操作および監視状況を写真-７に示す。

- 147 -

６．まとめ本開発の目的である「煙突内部調査時に併せて、無線操作による遠隔操作での吹付補修を実施する装置」を開発することができた。吹付装置の無線操作による吹付の仕上がり状態の向上に課題は残されているが、モニターによる吹付作業の習熟により、改善されると考えられる。
７．あとがき写真-7 無線操作および監視状況
既設煙突は、今後も増大が見込まれる社会資本の老朽化と同様に維持・更新の到来を迎えている。
モニターによる吹付作業は、煙突上部と下部が ただし、煙突を補修するには、操業を停止する必開放による空気の流動の効果もあったが、吹付材 要があり、生産性に大きな影響を及ぼす課題が残料のリバウンドが煙突内部に滞留することはな されていた。
かった。また、カメラへの吹付材料のリバウンド 本装置の適用は、煙突を使用したまま補修するこの付着もなく、カメラ映像の視認性は良好であっ とで、操業を停止することなく、延命に寄与することが可能となる。
た。
煙突補修装置の全体構成は開発することができⅳ）ノズル回転装置による吹付けの仕上がり状態
吹付け時にはクレーンブームの揺れによって、 たが、外気風速によるクレーン本体の揺れに影響
吹付装置に最大 50cm（両振幅）の振れが生じた を受けることなどもわかり、荷ぶれ制御や、モニため、一定の吹付距離を保てない状況があった。 ター技術の改善による吹付出来形の向上など、今
また、モニター映像による吹付厚の確認も、目視 後の課題も残されている。
本研究の遂行にあたり、日本製鉄㈱の辻本恭平と異なり十分な立体感を掴むことの不慣れもあった。しかし、仕上がり状態は目標 50mm に対して、 氏には多大の協力を賜った。この場を借りて心よ
均一な厚さにするための不陸の修正は難しかった り謝意を表します。
が、ノズル回転装置により 50~100mm の吹付厚さを確保して施工することができた。吹付試験結果
を表-8 に示す。吹付試験結果（2 日目）を写真-8に示す。
⑤：ハウスカー(吹付操作室)

表-8 吹付試験結果
日時

規定
高さ

吹付作業時間 天候、気温

1日目 20ｍ 14：10～14：38 晴れ6.0℃
2日目

0ｍ

風速

装置の
振れ

0～5ｍ 20～30㎝

10：44～11：11 晴れ4.8℃ 5～10ｍ

50㎝

吹付面積
(m2)
3.76
2.26

写真-8 吹付試験結果（① ：幅 1.9ｍ×高さ 1.1ｍ）- 148 -

35．既設コンクリート構造物のあと施工せん断補強に伴う削孔作業に適用する自動削孔装置の開発

株式会社奥村組
株式会社奥村組
株式会社奥村組
株式会社奥村組

○ 有川
三澤
西山
石井

健
孝史
宏一
敏之

上下方向：1750 ㎜

１．はじめにバキュームパッド
既設コンクリート構造物の補強方法として，あ1),2)と施工せん断補強工法
や壁等の増設工法等が用いられる。その際，せん断補強鉄筋や新設コンクリートとの一体性を高めるためのアンカー筋を既設コンクリートに挿入するための挿入孔の削孔は，制御盤
通常，削岩機や電動ハンマードリル等を用いて人力で行われる。補強工事によっては削孔数が数千
空圧削岩機本以上と多大な労力を要する施工となるため，作業の省力化，効率化が求められていた。
今回，あと施工せん断補強工法における削孔作業の機械化・自動化に取り組み，せん断補強鉄筋の挿入孔を自動で削孔する装置（以下，自動削孔装置）を開発した。
左右方向：500 ㎜
開発した自動削孔装置は，壁状のコンクリート
構造物を対象とした。削孔方法として空圧削岩機を使用し，セットした位置における削孔計画（削孔アウトリガ
位置，削孔深さ，削孔数）に従って，削岩機を削孔位置に移動し，削孔深さまで削孔する。これを削孔集塵カバー数まで自動的に繰り返し，計画孔数の削孔が終わ削孔ビット
れば装置を移動させ，次のエリアの削孔を行う。なお，削孔中に生じる粉塵は，集塵機と集塵カバーにより飛散を防止する。
また，自動削孔中に既設コンクリート中の鉄筋等に接触した場合は，削孔速度の変化により自動判定し，その削孔を中止し，次の孔を削孔するように制御しており，既存鉄筋への損傷を極力抑える
エアシリンダ集塵ホースことができる。
削岩機先端部
開発した自動削孔装置の性能を確認するため，
RC 壁試験体を使用した性能確認実験を実施し，所
写真-1 自動削孔装置
定の性能を有することを確認した。本稿では，自動２．自動削孔装置
削孔装置の概要を示した後，性能確認実験結果に
2.1 自動削孔装置の概要ついて述べる。
自動削孔装置を写真-1 に，主な仕様を表-1 に示す。
自動削孔装置は，あと施工せん断補強工法のせ- 149 -

ん断補強鉄筋の挿入孔（最大削孔径φ40mm 程度）を対象とし，空圧削岩機を用いて自動削孔する装置である。削岩機を削孔方向に最大 1,200mm フィードでき，上下方向の昇降ストローク 1,750mm お
よび左右方向のスライドストローク 500mm のエリ
ア内の移動が可能である。各移動量は，装備したレーザー距離計により計測管理する。自動削孔装置
本体は，ペンダント操作によりレール上を走行させる。
可動範囲内を予め設定した削孔計画（削孔位置，
削孔深さ，削孔数）に従って自動で削孔し，削孔位
置，削孔深さ，削孔数，削孔時間等の施工結果デー
タも自動的に記録する。なお，削孔計画および削孔
結果は，パソコンと本装置の制御装置間を無線 LANで伝送することができる。
また，真空圧によりコンクリート表面に吸着するバキュームパッドを自動削孔装置上部に 2 基装備しており，必要に応じてバキュームパッドを使用することで削孔時の反力を確保することもできる。
削孔中に生じる粉塵は，削岩機の先端部に装備した集塵カバーをコンクリート表面にエアシリン
ダにより押付け，集塵機により吸引することにより飛散を防止する。
2.2 自動削孔時の動作フロー
図-1 に自動削孔時の動作フロー図を示す。
自動削孔装置本体を削孔エリアに移動させ，自動削孔の事前準備として削孔エリア内の原点位置
まで削岩機をスライド・昇降させた後，以下の手順
により自動削孔するように制御している。そのエリアの削孔が終了したら，自動削孔装置本体を次の削孔エリアに移動させ，同じ手順で自動削孔させる。なお，バキュームパッドを使用する場合は，
自動削孔前にバキュームパッドを壁表面に吸着させ，反力を確保する。
①削岩機を稼働させずに，壁にビットが当たるまで前進させることにより壁までの離隔を自動計測する。
②削岩機を前進させると共に、集塵カバーを壁面に押し付け、削孔を開始する。
③計画の削孔長までフィードする。
④削岩機を引き戻し次の削孔位置までスライド・昇降移動する。
⑤計画した全孔数の削孔が終了するまで，②～④を繰り返す。
なお、削孔速度が設定値以下となった場合，鉄筋等の障害物に接触したものと自動判定し，その孔の削孔を中止し，次の削孔位置に移動させる制御としている。

表-1
項 目
最大寸法
質量
昇降範囲
スライド範囲走行速度
昇降速度
スライド速度

自動削孔装置の仕様
仕 様
横 1742×縦 2215×高さ 2593mm
980kg
1750mm
500mm
6.79m/min
2.88m/min（高速）1.5m/min（高速）START

削岩機前進（打撃なし）（壁までの距離自動検出）
削岩機、初期位置に戻る

削岩機・削孔位置へ移動
集塵カバー前進・壁に押付け削岩機稼働、前進

削岩機の前進速度
≧設定速度

NO

YES
NO

削孔深さ≧設定深さ

YES
削岩機後退、稼働停止
集塵カバー後退

設定した全ての孔の削孔が終了

NO

YES
END

図-1

自動削孔時の動作フロー

３．バキュームパッドの吸着性能確認実験
必要に応じて削孔時の反力を確保するために，真空圧によりコンクリート表面に吸着するバキュームパッドを自動削孔装置に装備している。この反力装置について，事前に，コンクリートブロックを用いた要素実験により，選定したバキュームパ
ッド単体の吸着力を確認した。
3.1 吸着性能確認実験の概要(1)バキュームパッド
選定したバキュームパッドは，TAIYO 社製 TVPR20S である。外観を写真-2 に示す。また，真空ポ
ンプユニット（TAIYO 社製 TVU-M06AN）は，真空圧-73.3kPa に達すると停止し，-64kPa 以下になると起動するように設定されている。仕様を表-2に示す。

- 150 -

荷重計
変位計

外径φ240mm

センターホール
ジャッキ
パッドゴム外径φ235mm

真空ポンプ
ユニット

写真-2
表-2

バキュームパッド

ロッド

コンクリートブロック

バキュームパッドおよび真空ポンプユニットの仕様

バキュームパッド（型式：TVP-R20S）
有効面積
(mm2)

吊上荷重 (N)（安全率 2）

30,6601130（真空圧-73kPa）

備考

パッドゴム材質：
クロロプレンスポンジ

理論ポンプ排気量（L/min）-64.0～-73.3

実験状況

表-3

実験ケース

ケース No.

575/685（50Hz/60Hz）

表面条件

1A

滑面

0.01％注 1)

2A

粗面0.24％注 1)

3A

真空ポンプユニット（型式：TVU-M06AN）
設定真空圧
(kPa)

写真-3

3B

タンク容量
（L）

3C

0.5-2.0mm 注 2)
溝面

3D

150

バキューム
パッド

1.0-2.0mm
3.0-2.0mm
5.7-2.8mm注 1) 斜長比=斜長(凸凹長)／測定長
注 2) 溝深さ mm－溝幅 mm(2)実験方法
実験は，写真-3 に示すように自己釣り合い方式
で，バキュームパッドをセンターホールジャッキで引っ張ることによって最大吸着力を測定した。
実験手順は，バキュームパッドをコンクリート
面に真空ポンプユニット（真空圧：-73kPa）で吸着させ，バキュームパッドと連結させたロッドをセンターホールジャッキで，バキュームパッドが剥離するまで載荷した。載荷方法はステップ載荷とし，1kN までは 0.5kN ピッチ，それ以降は 0.2kN ピ
ッチで行った。また，各ステップで，荷重を 10 秒
間保持させた。
実際の既設コンクリート構造物では，コンクリ
ート表面が，必ずしも健全な状態ではない場合も想定されるため，実験パラメータは，コンクリート
表面の状態とした。コンクリート面の状態は，仕上げ面（滑面），ジェットタガネで研掃した面（粗面）

および，ひび割れを想定してディスクサンダーにより溝 1 本を形成した面（溝面）の 3 種類とした。
溝は，深さおよび幅もパラメータとした。計測は，引張り荷重（吸着力）とバキュームパッドの変位とし，サンプリング周波数 10Hz で収録した。実験ケースを表-3 に示す。実験は各ケースで 2～3 回実施した。
3.2 吸着性能確認実験の結果
実験時のバキュームパッドの設置状況を写真-4に，表面条件の粗面を写真-5，溝面（溝深さ 5.7mm溝幅 2.8mm）を写真-6 に示す。
最大吸着力の測定結果一覧を表-4 に，バキュー
ムパッドの荷重（吸着力）と変位の関係を図-2～図-4 に示す。
滑面での最大吸着力は，2.79kN であり，製品の仕 様 で あ る 最 大 吊 上 荷 重 1.13kN×2 （ 安 全 率 ）=2.26kN より大きな値を示した。粗面での最大吸着

バキュームパッド端部
写真-5

粗面(ケース 2A)
写真-6

写真-4

バキュームパッド設置状況- 151 -

溝面(ケース 3D)

3.5

3.5

1A-1
1A-2
1A-3

2.0
1.5
1.0

2.0
1.5
1.0

0.0

2

4

6

8

10

12

14

2

4

図-3

8

10

12

14

0

2

4

6

8

10

12

14

変 位 （mm）

荷重-変位関係(ケース 2A)

表面条件

図-4

荷重-変位関係(ケース 3A～3D)

滑面

0.01%

2.79

2A

粗面

0.24%

2.39

3A

0.5-2.0mm

2.30

3B

1.0-2.0mm

2.33

3.0-2.0mm

2.21

5.7-2.8mm

1.36

溝面

3×2000＝6000mm

最大荷重
(kN)

1A

3D

6

各ケースの最大吸着力

ケース
No

3C

1.0

変 位 （mm）

荷重-変位関係(ケース 1A)
表-4

1.5

0.0

0

変 位 （mm）

図-2

2.0

2200mm

0

2.5

3B-2
3C-2
3D-2

0.5

0.5

0.5
0.0

2.5

3B-1
3C-1
3D-1

3.0

荷 重 （kN）

2.5

パッド端部
3A-1
3A-2

3.5

2A-1
2A-2
2A-3

3.0

荷 重 （kN）

荷 重 （kN）

3.0

写真-7

力は 2.39kN と滑面の場合に比べ 14%低下した。溝
面での最大吸着力は，同じく滑面の場合と比較して，溝深さ 1.0mm で 2.3kN となり 18%低下，溝深さ 3.0mm で 2.2kN となり 21%低下，溝深さ 5.7mm
では 1.36kN となり 51%と大きく低下した。
溝深さ 3.0mm では，溝により安定した真空状態を維持できず，実験中に真空ポンプユニットの起動と停止が繰返され，他のケースと比べ荷重の変動が大きい。溝深さ 5.7mm では真空ポンプユニッ
トが常時起動状態であった。
以上の実験結果より，最大吸着力は，今回の粗面
や 3.0mm 以下の溝面で 2kN 以上が確保されており，
バキュームパッドを 2 台使用することにより，想定する削孔反力(事前の実験より 3kN と想定)を担保できると考える。

前面RC 壁試験体設置状況

背面※鉄筋は全てD10(SD345)

４．自動削孔装置の性能確認実験
図-5 RC 壁試験体・配筋図（単位：mm）
4.1 実験概要
開発した自動削孔装置の性能を確認するためにこの機能を確認するために，試験体の前面と背面
RC 壁試験体を用いた性能確認実験を行った。
で配筋のピッチを変え，削孔時に背面側の鉄筋に(1)実験方法
接触した場合を模擬できるように図った。
鋼製架台の上に 3 基の RC 壁試験体（寸法：縦 (2)実験ケース
800×横 2000×高さ 2200mm）を設置し，レールと実験はφ40mm のビットを用いて削孔した。実験
して敷設した山形鋼上に載せた自動削孔装置で削パラメータは，削孔深さ，バキュームパッド使用孔した。RC 壁試験体の設置状況を写真-7 に示す。 の有無，単孔および連続削孔とした。また，鉄筋RC 壁試験体の実験時のコンクリート圧縮強度は接触時に計画した通りに挙動するかを確認するた
27.6N/mm2 であった。
めに鉄筋に接触させるケースも行った。最終的にRC 壁試験体の配筋図を図-5 に示す。自動削孔装は 100 孔以上の削孔を行った。削孔深さは 400～
置は，鉄筋等に接触時には，自動的に削孔を停止
1000mm まで行った。なお，削孔深さを 1000mm とし，次の削孔位置を削孔するように制御している。 した場合は，奥行き（削孔方向）が 2000mm となる- 152 -

1100
削深さ（測定値） (mm)900

削孔深さ：500mm
削孔深さ：400mm

500
300
100

図-6
表-5

削孔深さ：600mm

700

100

300
500
700
900
削孔深さ（設定値） (mm)

削孔深さの設定値と計測値の関係

削孔深さの設定値と測定値(出来形)の比較

全体

バキュームパッド

バキュームパッド

使用あり

使用なし

4

5

4
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0

100

図-7

300
500
700
900
削孔深さ（設定値） (mm)

実験状況（バキュームパッド使用時）- 153 -

1100

削孔速度と設定削孔深さの関係
200
7

5

6

4

3

1

2

150

150

150

8

※1→8 の順番で削孔

単位：mm

連続削孔実験時の削孔順序

⑧

⑦

⑤

⑥

④

③

①

②

削岩機

写真-8

1100

削孔深さの設定値に対する測定値の差(平均値)
(mm)

図-8

バキュームパッド

削孔深さ：1000mm
削孔深さ：700mm

削孔速度 (mm/s)

ように RC 壁試験体の配置を変えて実験を行った。
4.2 実験結果(1)削孔径実験状況を写真-8 に示す。削孔中は，集塵カッ
プおよび集塵機により粉塵の飛散は防止された。
削孔後，ノギスにより削孔径を計測した結果，削孔径の平均（孔数：109 孔）はφ41.03mm であり，ビット径φ40mm より若干大きい程度である。
また，バキュームパッド使用の有無による削孔径の差異はみられなかった。
(2)削孔深さ
図-6 に，設定削孔深さと削孔後にスケールにより計測した削孔深さの関係を示す。表-5 に，設定削孔深さに対する計測値の差を示す。
全体の平均では，設定値に対し 4mm 深く削孔しているが，実施工において問題のない範囲と考える。バキュームパッド使用の有無による削孔深さに顕著な差異はない。
(3)削孔速度および削孔時間
図-7 に，設定削孔深さごとの削孔速度を示す。
削孔深さが 700mm までは，全てのデータが 5mm/s
以上の削孔速度を示した。削孔深さが 1000mm では，若干，削孔速度が低下し，平均で 4.3mm/s であった。これは，削孔深さが深くなることにより孔壁とビットとの摩擦抵抗が増加したために削孔速度が低下したと考えられる。
図-8に，8孔を連続削孔したケースの削孔順序を示す。横方向の孔間の間隔は200mm，上下方向は150mm とした。設定削孔深さは1000mm とし，
このパターンの連続削孔を2回行った。削孔後の試験体を写真-9に示す。
各孔への移動も含めた計 8 孔の全削孔時間は，平均で約 33 分間であった。その内，各孔への移動時間の合計は平均で約 1 分間であり，削孔位置へ効率的に移動している。
(4)鉄筋接触時の挙動
自動削孔時は，設定した削孔速度以下になると鉄筋等に接触したと自動判定し，その削孔を中止して次の孔を削孔するように制御ソフトを設定し

写真-9

連続削孔後の状況

今回の実験条件では，バキュームパッド使用の有無により，削孔径，削孔深さや削孔速度に大きな差異はみられなかった。従って，コンクリート
強度等の施工条件が今回と同程度であれば，バキュームパッドを使用しなくても実施工において削孔可能であると考える。
５．おわりにあと施工せん断補強工法における削孔作業の省力化，効率化を目的として機械化・自動化を図り，自動削孔装置を開発した。開発した自動削孔装置
は，RC 壁試験体を用いた性能確認実験により，所定の性能を有することを確認できた。今後，実適用を図るとともに，本装置のブラッシュアップを図っていきたいと考える。
本装置の開発に当たっては，奥村機械製作株式会社の山田純一氏，明智茂樹氏，大野 誠氏に多大な協力を受けた。ここに改めて謝意を表します。
参考文献
1)山口治，松本恵美，三澤孝史，廣中哲也：六角ナット定
着型せん断補強鉄筋を用いた後施工せん断補強工法の開発，土木学会第71回年次学術講演会概要集，pp.1017-1018，2016.9
2) 三澤孝史，廣中哲也，山口 治，宇治公隆：定着板を片側に配置したせん断補強鉄筋を用いる後施工せん断補強に関する研究，コンクリート工学会論文集，Vol.29，
pp.111-123，2018.11- 154 -

RC 壁試験体730

鉄筋（D10）
鉄筋（D10）70ている。これを実際に確認するために，鉄筋に接触させる実験ケースを数ケース行った。一例として，手前側の鉄筋と奥側の鉄筋に接触させるように図った削孔パターンを図-9 に示す。鉄筋中心位
置は，壁表面から 70mm と 730mm である。設定削孔深さを 750mm として削孔した。
壁の奥側の鉄筋に接触する位置を削孔した孔内を CCD カメラで撮影した。写真-10 に孔内状況を示す。鉄筋表面には少し傷が見られ，ビットが接触したことがわかる。
手前側および奥側の鉄筋に接触して削孔を自動で中止し，次の鉄筋に接触しない孔位置に移動
し，設定深さまで削孔することを確認した。

平面図
2

1
75

図-9

3
75

4
75

単位：mm

鉄筋接触時の削孔パターン

鉄筋

写真-10

孔内状況

（鉄筋接触位置を削孔）

36．現況路面データを基準に用いたＧＮＳＳ切削システム
評価結果と今後の運用について

株式会社トプコンポジショニングアジア 〇 平岡 茂樹
兵庫県 県土整備部 技術企画課
中田 和秀（一社）施工技術総合研究所
八木橋 宏和１．はじめに国土交通省では、2020 年 4 月より ICT 舗装工(修繕工)の実施要領が策定され運用された．これに先立ち、兵庫県で発注する工事において、路面切削工における ICT 建設機械の施工（以下 ICT 切削工）とスキャナによる精度検証を実施した.
これまでもトータルステーション（以下 TS）を利用した 3D-MC システム（以下 3D-MC）が活用されているが，今回は，GNSS を使った現況路面データを基準に用いた厚み制御が出来る新技術
RD-MC システム（以下 RD-MC）を用いて検証を実施した．

が不要となり、TS がターゲットをロストしたり誤追尾したりするリスクもない．
橋梁部での切削にも活用可能のため、ICT 切削工の活用範囲を大きく広げるシステムである．
３．検証工事-1 県道 志筑郡家線（淡路市井出地内）

3.1 検証項目
・RD-MC の現場適用の確認と効果・スキャナによる出来形検証（ICT 切削工の精度
検証）
3.2 検証状況
・検証日： 2020 年 3 月 5 日
２．
「RD-MC」について
・幅 3.35m 延長 435m 1,500 ㎡ 5cm 切削し AS 舗本システムは，切削オーバーレイ工に ICT を適 装 5cm（図-2）
用し，切削準備の効率化，作業の省人化と安全性 ・センターから 2.05m の部分を切削後残り 1.3m をの向上を図るシステムである．従来の 3D-MC が 両側倣い（ならい）制御で実施．つまり，センタ
TS を使い，3 次元の設計面を使用して制御する ー側切削時左側（路肩側）のラインを本システム
システムであるのに対し，RD-MC では現況面と RD-MC による自動制御．
（その他は切削機に搭載
設計面の高低差（厚さ）をもとに制御している． されている倣い制御を実施）（図-3）
GNSS で切削機の平面位置計測し、その点の設計 ・現況面計測は，地元測量会社（外部委託）で実切削深さ（設計厚さ）を計算し，その厚さになる 施．地上型レーザースキャナで計測し，25cm メッ
ように切削機の切削ドラムを自動制御する新し シュで間引いたものを使用．
いロジックの ICT 切削システムである．
（図-1）

図-2

図-1

平面図

2.05m

現況面と設計面の活用イメージ

TS を使用する ICT 切削工に比べ，本システムでは制御に TS を使わないため、TS 設置場所の確保- 155 -

このラインを RD-MC 自動制御

図-3

横断図

3.3 検証結果
3.3.1 本システム現場適用の確認と効果
地元測量業者で本システムの 3 次元データ，設計データを作成できることが確認できた．
地上型レーザースキャナで既設路面を計測した
25cm メッシュの現況面データと、現況面データをもとに縦断方向に 5m ピッチで作成した設計面データで問題無く自動制御できたことを確認した．
（図-4，図-5）

切削後地上型レーザースキャナで切削面の一部
NO.11+5 – NO.13+15（50m 分）を計測し，設計面との比較を検証した．（図-8）
NO.11+5→

NO.13+15→

図-4 NO.10 付近の 3D 平面図
図-8図-5 NO.10 付近の横断図（上：現況，下：設計）

RD-MC 活用による施工日数の縮減効果は，マーキング作業の省力化により 17%縮減．地上型レーザースキャナによる 3D データ活用効果を含むと従来施工 45 日から 28 日と約 38%の施工日数縮減
効果を確認した．
（図-6）

図-6

スキャナ計測範囲

1) 1m2 に 1 点以上の面精度検証結果
・規格値の最大最小値 50%（±8.5mm）に対し，100%入っていることを確認した．
・平均値では，規格値-2mm に対し 0.3mm となり，規格値内に入っており，実際の切削工事で本システムが活用できることを確認した．
（図-9，図-10）

施工日数の比較（単位：日）*出典:兵庫県
図-9 出来形合否判定総括表のべ作業工数の比較によると，RD-MC 活用による建設機械のべ作業工数の縮減効果は，44%．地
上型レーザースキャナによる 3D データ活用効果を含むと従来施工のべ 82 人・日から 47 人・日と約 43%の縮減効果を確認した．
（図-7）

図-7

のべ作業工数の比較（単位：日）*出典:兵庫県

3.3.2 スキャナによる精度検証- 156 -

図-10 出来形合否判定総括表（測定項目，規格値拡大図）

2) 1m ピッチの自動制御施工精度（縦断）・MAX+5mm，MIN-7mm，±5mm の範囲内に 96%入っており，設計面に対して高精度に制御できたといえる．
（図-11）
・センター側と側溝側は，倣い制御をしており，
そのデータと比較しても同等のばらつきとなっている．3 次元現況面データと 3 次元設計面データを活用した本システムで，従来の倣い制御と同等に制御できていることがわかる．
（図-12）

写真-2 往来する車両と切削機

3.4 現場見学会
現場見学会開催により，ICT 切削工の取組みを実際に見る機会を設けることができた．（写真-3，
写真-4）

図-11 自動制御施工精度グラフ（設計との差）

標準偏差（データのばらつき）

単位:m

センター側（倣い制御）

0.0030センタから2mライン（自動制御）

0.0030

側溝側（倣い制御）

0.0031

図-12 標準偏差比較表

3.3.3 その他効果・センターライン部分は，反対車線の車両が往来しており，写真-1，写真-2 のようにオペレータが切削機の進行方向の制御を実施していたが，左側（反対側）の切削深さ調整については，路面マーキングを見ながら実施する必要が無いことから以下効果が考えられる．
① 安全性の向上（特に夜間は顕著）② オペレータの負担軽減

写真-3

写真-4

４．検証工事-2 県道 伊丹池田線（伊丹市下河原 1丁目地内）

写真-1 センターライン位置でのオペレーション

4.1 検証項目
・RD-MC の現場適用の確認と効果・スキャナによる出来形検証（ICT 切削工の精度
検証）
4.2 検証状況
・検証日： 2020 年 3 月 26 日
・延長約 200m 約 670 ㎡ AS 舗装 5cm（図-13）
・センターと 2.05m の両側を自動制御側で施工後，- 157 -

残り両端は倣い制御を実施）（図-14）
・現況面計測は，地元測量会社（外部委託）で実
施．地上型レーザースキャナで計測し，25cm メッ
シュで間引いたものを使用．

認められなかった．
（図-17）

図-17

図-13

施工日数の比較（単位：日）*出典:兵庫県のべ作業工数の比較によると，MC システム活用による建設機械のべ作業工数の縮減効果は，17%．出来形管理資料作成以外のプロセスで縮減効果があり，全体で 12%の縮減効果を確認した．
（図-18）

平面図

2.05m
この両ラインを RD-MC図-14
自動制御 横断図

4.3 検証結果

図-18のべ作業工数の比較（単位：日）*出典:兵庫県

4.3.2 地上型レーザースキャナによる精度検証
4.3.1 本システム現場適用の確認と効果
切削後地上型レーザースキャナで切削面を計測
地元測量業者で本システムの 3 次元データ，設
し ， 設 計 面 と の 比 較 を 検 証 し た ．（ 図 -19 ）計データを作成できることが確認できた．
地上型レーザースキャナで既設路面を計測した
NO.9+2.1→
25cm メッシュの現況面データと現況面データをもとに縦断方向に 5m ピッチで作成した設計面データで問題無く自動制御できたことを確認した．
（図-15，図-16）

スキャナによる面データ拡大サンプル

NO.0→
図-19
図-15 NO.5 付近の 3D 平面図

図-16 NO.5 付近の横断図（上：現況，下：設計）

RD-MC 活用による施工日数の縮減効果無し．起工測量，施工用データ作成で各 1 日短縮したものの，出来形資料作成で 2 日増加のため縮減効果はスキャナ計測範囲

1) 1m2 に 1 点以上の面精度検証結果
・最大+11mm，最小で-8mm，平均で 1.4mm と舗装工の規格値に入っていることから，実際の切削工事で本システムが活用できることを確認した．
・左端のデータのヒートマップがばらついていることがわかる．左端はマニュアルで施工しており，倣う構造物も無いことから比較的バラツキが大き
く全体に影響しているが，最大最小値 50%（±
8.5mm）に対し，99.4%入っていることを確認した．
（図-20，図-21）- 158 -

検証工事-1 と同様，現場見学会開催により，ICT
切削工の取組みを実際に見る機会を設けることができた．（写真-5，写真-6）

図-20 出来形合否判定総括表

写真-5

図-21 出来形合否判定総括表（測定項目，規格値拡大図）

2) RD-MC 自動制御施工精度（縦断）・MAX+8mm，MIN-5mm，±5mm の範囲内に 97%入っており，設計面に対して高精度に制御できたといえる．
（図-22）
・検証工事-1 での検証結果と比較しても同等以上の制御をしており，3 次元現況面データと 3 次元設
計面データを活用した本システムで，従来の倣い制御と同等以上に制御できていることがわかる．
（図-23）

図-22 自動制御施工精度グラフ（設計との差）

標準偏差（データのばらつき）

センター側（自動制御）

センタから2mライン（自動制御）

側溝側（マニュアル）

図-23 標準偏差比較表

4.4 現場見学会

単位:m

写真-6

５．現場検証結果まとめ
5.1 本システム現場適用の確認と効果
2 現場共，地元測量業者で地上型レーザースキャ
ナを活用し，本システムの既設路面の 3 次元デー
タ，設計データを作成できることが確認できた．
両現場共，25cm メッシュの現況面データと現況
面データをもとに縦断方向に 5m ピッチで作成した設計面データで問題無くマシンコントロール制
御できたことを確認した．
また，検証工事-2 では，出来形管理資料作成に
従来より時間がかかる結果となり，施工工数の縮減効果が見られない部分もあったが，平均すると施工日数 26%縮減，建機施工日数 13%縮減，のべ作業工数では，34%縮減，建設機械ののべ施工工
数 33%縮減との結果となった．
（図-24）
施工日数

建設機械による
施工日数

洲本現場

▲38%

宝塚現場

0%

平均値

▲26%

0.0028

建設機械によるのべ施工工数

▲17%

▲44%

▲43%

0%

▲12%

▲20%

▲13%

▲34%

▲33%

図-24 施工日数標準偏差比較表

0.00300.0098のべ作業工数5.2 スキャナによる精度検証
今回，地上型レーザースキャナで計測した切削後の面と設計データとの比較で検証した結果，路面切削工（面管理）の規格値にすべて入っており，
最大最小値 50%（±8.5mm）に対しても，99%以上- 159 -

入っている結果となった．レベルとの比較ではな
いため，スキャナの測定精度による結果であること，部分的には切削カスなどの誤差を含んでいる可能性もあるなか，高精度に自動制御し施工できたと言える．
5.3 その他効果
今回，両現場共片側 1 車線道路の片側のみ切削する工事のため，センターライン部分は，反対車線の車両が往来しており，特にオペレータがセン
ターライン側で切削機の操作を実施していたが，路面マーキングを見ながら実施する必要が無いこと，運転に集中できることから，安全性の向上，オペレータの負担軽減を両現場で認められた．

との意見もいただき，今後の ICT 切削工普及の足掛かりになる事例と考えています．
効果についても，約 26%の作業日数縮減が確認できましたが，安全性についても向上し，特に夜間工事等における事故防止にも貢献できると思われます．
今後も兵庫県だけではなく，本システムが全国の自治体でも活用され，普及することにより ICT
舗装修繕工全体の効率向上および安全性の向上につながることを期待します．
CONTACT とは，Construction Tactics Group（建設戦略会議）の略で i-Construction の普及を推進するため，3D データをハンドリングするメーカー有志が集まり発足したグループ.

*1

６．今後の運用について
RD-MC を活用するにあたり，現況路面データが必要なため，今回地元測量を活用して現況面計測，
設計データ作成を実施し，うまく運用して施工することが出来た．今後も元請け施工会社，地元測量業者，切削業者と分業して運用することにより，
3 次元データの知識が比較的浅い施工会社でも運用できることを確認した．今後，今回の運用方法で進めていけば経験の浅い施工者でも ICT 活用工
事が対応可能と考える．
（図-25）
また，検証工事-2 では出来形管理資料作成で従来より時間がかかった原因のひとつとして，慣れない 3 次元データ処理作業が考えられる．
しかし，
3 次元データ活用の経験を積むことにより，今後のICT 舗装工への対応につながると考えられる．

図-25 分業状況

７．まとめ
今回，兵庫県にご協力をいただき，CONTACT*1のメンバーとして兵庫県発注の実際の切削オーバ
ーレイ工事で効果検証を実施することができました．御礼申し上げます．
また，今回はじめて ICT 工事に取り組む業者に活用していただきましたが，このような状況においても問題無く本システムを活用し，高精度に施工ができたことは，非常に意味がある結果であり，受注業者からも，今後も ICT 切削工を実施したい- 160 -

以上

37．UAV を活用した橋梁点検の撮影方法に関する考察
国立研究開発法人土木研究所
国立研究開発法人土木研究所
国立研究開発法人土木研究所
国立研究開発法人土木研究所
国立研究開発法人土木研究所

○ 下川
森川
服部
榎本
二宮

光治
博邦
達也
真美
建

１．はじめに梁とハイピア PC 橋における橋梁 3 次元モデル構築
日本国内には、国民生活に不可欠な共有財産の の実現性が得られたので報告する。
（図-1）
1 つである道路橋（橋長 2m 以上）が約 72 万橋あり、その半数は高度成長期に建設されたもので、40 年以上にわたり供用されている。この老朽化した橋梁を効率的に維持管理することは社会的な要請となっている。
国土交通省では、橋梁定期点検要領に基づき、全ての橋梁について 5 年に 1 回点検技術者が全部材を近接目視し、確認した損傷状態などを踏まえ、健全性を診断し、適切に措置することを定めている。橋梁点検では、点検技術者の接近が困難な部
位への特殊車両の適用や、点検作業および報告書作成への多大な時間・費用を多く必要としている。
橋梁点検の生産性向上は、少子高齢化等による土図-1 UAV と SfM を活用した橋梁点検イメージ
木分野の技術者不足もあり喫緊の課題となっている。そのため、点検作業の効率化に対するニーズ
を受け、対応策として新技術の活用を進めている。 ３．検討フロー
２．本研究の目的
現状の橋梁点検では、撮影した損傷画像を点検調書に利用して、手作業で画像の位置関係を整理している。UAV（Unmanned Aerial Vehicle）等の新技術での点検画像は、橋梁全体を対象とし網羅的に撮影するため撮影枚数が多く、位置関係を人手で整理するには手間と時間を必要とし効率的ではない。
そこで筆者らは、市場で調達できる画像を 3 次
元化する SfM（Structure from Motion ）ソフトウェ
アを活用することで、点検画像の撮影位置、撮影
方向の自動推定を行い、3 次元モデル上で点検画像
から損傷を確認し計測する手法を考えている（図-1）。これにより、損傷位置の記録と確認作業を大幅に効率化できると考えている。
本稿では、UAV を活用した橋梁点検業務の撮影マニュアル作成を目的とし、茨城県ならびに鳥取
県の実橋梁を UAV で撮影し、形状が複雑な鋼桁橋

本稿における検証フローを図-2 に示す。検証 1
では、橋梁の損傷確認に必要な画像品質について確認した。検証 2 では、橋梁の 3 次元モデル構築のための SfM 処理方法の検証と網羅性を確認した。
検証 3 では、衝突回避型 UAV を用いた鋼桁橋の 3次元モデル構築用の網羅的な撮影方法の確認とSfM 処理方法の検証を行った。検証 4 では、非GNSS 環境下で自動飛行する UAV を用いたハイピ
ア橋の 3 次元モデル構築用の網羅的な撮影方法の確認と SfM 処理方法の検証を行った。

- 161 -

検証１: 橋梁点検に必要な画像品質
検証２: 橋梁の 3 次元モデル構築方法
検証３: UAV による鋼桁橋の撮影方法
検証４: UAV によるハイピア PC 橋の撮影方法
図-2

検証フロー

４．検証 1：橋梁点検に必要な画像品質
４．１．検証目的
検証 1 では、橋梁のひび割れ幅に対し撮影画像に必要な対物画素寸法を確認することを目的とした（図-3）。この検証を行うための対象構造物として、細かなひび割れが多い茨城県の寒沢橋の床版裏を選定した。
（表-1）

４．３．検証結果
ひび割れの認識方法は、図-6 のように、ひび割
れ幅 0.05 ㎜～0.2 ㎜を現地計測し、表 2 の条件下で撮影した対物画素寸法 0.44 ㎜の画像をディスプレ
イ上で拡大表示し、ひび割れ箇所を画像上で認識できるかを確認した（図-7）。その結果、ひび割れ
幅 0.20mm～0.10mm は概ね確認することができた
が、0.05 ㎜は半数確認できなかった。

表-1 対象構造物
橋梁名

寒沢（かんさわ）橋（茨城県）【計測箇所】

大きさ

橋長 10.4 m

幅 7.4 m記号

構造

単純 PC プレテン I 桁橋

架設年度

1970

■
▲
🔸🔸
●

現地写真

図-6

ひび割れ確認箇所

図-7

ひび割れ確認方法

図-3 対物画素寸法の解説図

４．２．検証方法
対物画素寸法の算出方法は、最初に図-4 の検証
フローに沿って一定距離で画像を取得し、SfM 処理により撮影距離を算出した。次に、図-5 のような撮影距離：H 、カメラ焦点距離：F 、カメラセンサーサイズ(横)：W、カメラセンサー画素数(横)：S 、から対物画素寸法 : P を算出した。
① 撮影計画（橋梁裏） ② 標定点設置
◆ 標定点
標定点

〇 撮影位

測量

置

④ SfM 処理

③ 撮影

SfMの橋梁三次元モデル

撮影画像
三脚撮影

表-2

ひび割 計測れ幅 箇所数0.20 ㎜ 4 個
0.15 ㎜ 20 個
0.10 ㎜ 25 個
0.05 ㎜ 8 個

撮影条件

撮影日時
2020 年 1 月 22 日
撮影場所 橋梁床板裏（周辺は樹木密集地で暗い）
使用機材 単焦点レンズ（24 ㎜）、三脚、LED ライト
露出設定
ISO400、絞り f/8、AF

５．検証２：橋梁の 3 次元モデル構築方法
５．１．検証目的
検証 2 では、Ｉ桁鈑桁橋梁の上部構造を撮影し、近接目視点検相当の撮影画像から、橋梁 3 次元モデル構築に向けた SfM 処理方法の検証と網羅性の確認を目的とした。この検証を行うための対象構造物として、損傷もあり UAV 撮影を想定した事前撮影として、三脚固定カメラにより容易に撮影できる茨城県の園部新大橋を選定した。（表-3）

SfMの撮影位置

図-4

P = H/F ∗ (𝑊𝑊/S)

撮影対象表面
H:撮影距離カメラ

F:焦点距離S:センサー画素数
W:センサーサイズ

図-5

表-3

検証フロー

(横)

計算諸元
H = 2.35 m
F = 24 ㎜
S = 7952 pixel
W = 35.9 ㎜

P : 対物画素寸 = 0.44 ㎜

対物画素寸法の算出- 162 -

対象構造物

橋梁名

園部（そのべ）新大橋（茨城県）

大きさ

橋長 45ｍ 幅 8.5ｍ

構造I 鈑桁鋼橋

架設年度

1973

現地写真

５．２．検証方法
橋梁点検の近接目視点検用に近接で撮影を行う近接撮影では、図-7 のような、Ｉ桁鈑桁橋の上部構造を撮影対象の対物画素寸法 0.5mm となるよ
うに複数方向から撮影した。また、近接撮影枚数を低減させるため、SfM 処理する際の写真重複率の補足用として、遠景から床板全体を撮影した遠景撮影を行った。
橋梁 3 次元モデル構築用の SfM 処理方法は、近接と遠景の撮影画像と現地に設置した標定点（16点）を使用し、両側面と下面、斜め方向、近接と遠景などいろいろな組合せで SfM ソフトウエア
Pix4D により処理を行うことで検証した。
網羅性は、構築した橋梁モデル上に画像を重ね合わせ撮影範囲と未撮影範囲を確認した。

【橋梁断面図】【凡例】

床版＝近接撮影範囲（床版）＝遠景撮影範囲（床版）＝近接撮影範囲（側面）＝未撮影範囲

近接
遠景

＝撮影方向

近接撮影画像（床版）

遠景撮影画像（床版）

図-9

網羅性の確認【撮影条件】
撮影重複率 ＝ 70％以上
撮影機材 ＝ 三脚、一眼レフカメラ【凡例】= 近接撮影（撮影距離 2.7m）= 近接撮影（撮影距離 3.2m）= 遠景撮影（撮影距離 3.6m)
= 標定点

図-7

橋梁 3 次元モデル撮影計画図

５．３．検証結果
SfM 処理の検証では、側面と下面を一度に SfM
処理でモデル化したところうまく接続しなかった
ため、図-8 のように部材毎に分割処理したのち接合する方法で 3 次元モデルを構築した。
網羅性では、図-9 に示すように、未撮影範囲を確認した。特に、主桁の下フランジ部は引っ張り応力が大きく、塗装割れ確認が必要な箇所である。

６．検証３：橋梁の 3 次元モデル構築方法
６．１．検証目的
検証 3 では、Ｉ桁鈑桁橋の上部構造を対象に、UAV にて桁内部を近接撮影し、橋梁 3 次元モデル
構築用の撮影方法と SfM 処理の検証を目的とした。
検証には、ジャパン・インフラ・ウェイマークの衝突回避用 UAV（図-10）を用いた。この検証を行
うための対象構造物として、架設年度が古い、茨城県の機初橋とした。（表-4）
表-4
橋梁名

対象構造物

機初（はたそめ）橋（茨城県）

大きさ

橋長 110ｍ

幅 6.3ｍ構造

I 鈑桁鋼橋

架設年度

1951

現地写真
①部材毎に処理側面（上流側）特徴①
衝突回避用 ビジュア
ルスラムセンサー6 個（60 ㎝接近可能）

③統合処理
②接合

特徴②
ジンバルカメラによる
360 度回転撮影

床版裏

衝突しない

自由な方向から撮影②接合
側面（下流側）図-8

効果①
衝突しないので非 GNSS 環境
下の狭い場所で飛行可能

SfM 処理フロー

図-10- 163 -

効果②
桁の中に入ることで確認困難
な下フランジ部を撮影可能

衝突回避型 UAV（J2）の特徴

６．２．検証方法
撮影方法の検証では、図-11 のように近接撮影として、近接目視点検相当の桁内部（床版下面を含む）と橋梁側面を網羅的に撮影し、桁外部においては、中景撮影として桁内部の近接撮影と遠景撮影の接合用に撮影し、遠景撮影として標定点観測用の撮影を行った。
SfM 処理の検証では、現地に設置した標定点（上部鋼構造の側面と下面）を使用して桁内部を含めた橋梁 3 次元モデルを SfM ソフトウエア Pix4D により処理を行うことで検証した。

用いた３次元成果品納品マニュアル」のオルソモ
ザイク画像作成および３D ビューアモデル構築を行い損傷の一部を抽出した（図-14）。
中景撮影画像

近接撮影画像

遠景撮影画像対物画素寸法 0.38 ㎜

橋梁上部構造側面図【撮影条件】
撮影重複率 ＝ 70％以上
撮影機材 ＝ UAV(J2)【凡例】＝近接撮影（撮影距離 1.0m）＝中景撮影（撮影距離 3.0m)＝遠景撮影（撮影距離 4.0m)＝近接撮影（撮影距離 2.0m）
＝標定点

近接撮影位

橋梁桁内部

橋梁桁外部

桁 近接撮影
中景撮影
遠景撮影

桁

中景撮影位置
遠景撮影位置６．３．検証結果
撮影方法の検証では、図-12 に示すように桁内部は狭く配管があったため桁半部を対象とした。
移動範囲は制限されるが、カメラ方向を回転させることで網羅的に撮影できた。

配管

未
撮影

桁内部と外部の接続結果

図-11 UAV 撮影計画図

床版

未
撮影

図-13

桁内部と外部の SfM 接合処理結果=【凡例】= 近接撮影範囲 (距離 1.1m)= 近接撮影範囲 (距離 2.0m)= 中景撮影範囲 (距離 2.9m)= 遠景撮影範囲 (距離 3.9m)= SFM 未処理範囲= 撮影方向

３D ビューア（土木研究所開発中）より抽出した損傷箇所

図-12 UAV 撮影実施図

床版の対物画素寸法は、SfM 処理で算出した撮影位置から床板（3 次元モデル）間を計測し 1.1ｍ
を撮影距離とし、カメラ諸元と計算した結果 0.38㎜と十分な値であった。
桁内部の SfM 処理では、桁内部の 3 次元モデルができたが、フランジ下部に未処理範囲があった（図-12）。その原因として、画像の重複率不足が考えられる。
桁内部の近接撮影画像と桁外部の中景・遠景撮
影画像を同時に処理した場合、一部接続されなかった（図-13）。このような場合には、近接撮影画
像と中景・遠景撮影画像に写った同一点を手掛かりに手動で接合する方法で、橋梁全体の 3 次元モデルを構築可能となる。この方法により机上で形状の複雑な鋼桁橋の桁内部の全てを画像上で確認が可能となった。これらの活用方法の事例として、
国土交通省の「点検支援技術（画像計測技術）を

オルソモザイク画像（Pix4d）より抽出した損傷箇所

図-14

３次元成果品納品マニュアルの 3D ビューアとオルソモザイク画像による損傷抽出７．検証４：橋梁の 3 次元モデル構築方法
７．１．検証目的
検証 4 では、ハイピア PC 箱桁橋を対象に、プ
ログラム飛行 UAV により近接撮影し、橋梁 3 次元
モデル構築用の撮影方法と SfM 処理の検証を目的とした。また、検証には、デンソーの UAV を用いた（図-15）。さらに、遠景撮影を利用した標定点
設置方法の検証を行い（図 16）。検証には DJI のUAV を用いた。この検証を行うための対象構造物
として、手動操作の UAV では近接撮影が困難な、
ハイピア橋梁の鳥取県の淵見（ふちみ）大橋とし
た。
（表-5）

- 164 -

表-5
橋梁名

SfM 処理の検証では、遠景撮影画像から SfM 処理により 3 次元モデルを構築した。使用した標定
点は地上レーザ計測の点群データから抽出した。
近接画像の SfM 処理は、遠景撮影 3 次元モデルから抽出した座標を標定点に使用し、近接撮影橋
梁 3 次元モデルを SfM ソフトウエア Pix4D により処理を行うことで検証した。

対象構造物
淵見大橋（鳥取県）

橋長 167.0ｍ

大きさ

幅 9.2ｍ

橋脚高 31.0ｍ

構造

PC 連続ラーメン箱桁橋

架設年度

2001

現地写真

【平面図】

【撮影イメージ】

【側面図】
桁
桁

特徴①
可変ピッチプロペラ
強風でも安定した飛行
特徴②
トータルステーションと通信し計画した航路を非 GNSS 環境で高精度自動飛行近接撮影

P2
P1 ※撮影重複率 =70％以上

遠景撮影■= 標定点【凡例】=近接撮影（撮影距離 5m）（デンソー）=遠景撮影（撮影距離 20m)（DJI）※対物画素寸法（平均値）＝6 ㎜＝未撮影

図-15 非 GNSS 自動飛行 UAV（デンソー）の特徴

図-17 撮影実施図❷ 遠景 3 次元モデル
から標定点を抽出➊ 遠景撮影❸近接撮影

遠景撮影
３次元モデル

遠景工程

標定点❹ 近接 SfM 処理

近接工程

７．３．検証結果
撮影方法の検証では、計画した近接撮影範囲の撮影を行った。橋台付近は樹木が茂っているため
UAV の飛行は難しい。近接撮影画像の対物画素寸法は、図-18 に示すように対物画素寸法 0.4 ㎜を確認した。
SfM 処理の検証では、遠景撮影画像の SfM 処理
を全域処理した場合、橋梁を境に統合されなかったため、図-19 に示すように道路を境に別々に SfM
処理し、橋梁モデルを生成し統合を行った。次に
図-20 に示すように３次元モデルを作成し近接撮
影画像 SfM 処理用の標定点座標を抽出した。

3 次元モデルより抽出した標定点

図-16 遠景撮影３Ｄモデルによる標定点作成

７．２．検証方法
撮影方法の検証では、図 17 側面図のように近接撮影範囲として橋脚 P1 と桁の側面と裏面（P1-P2区間）を網羅的に撮影し、遠景撮影は、橋梁全体を対象とするため、安全を考慮し道路真上を避けた飛行可能な位置から橋梁を挟むように複数方向から撮影し、橋脚は P1 を上下方向に撮影した。

- 165 -

図-18

近接撮影地上画素寸法確認結果

図-19

遠景撮影モデル統合イメージ図

７．まとめ
本稿では、UAV を活用した橋梁点検用撮影マニ
ュアル作成を目的に、UAV で撮影した画像から、
SfM ソフトウェアを活用した橋梁３次元モデルを構築するための撮影方法と SfM 処理方法について、
下記の項目が得られた。

図-20

遠景 3 次元モデル標定点座標抽出方法

近接撮影画像 SfM 処理の検証は、図-21-①に示すように橋脚の全方向（正対４方向と角４方向）を同時に処理した場合、橋脚として統合されなかった。SfM 処理方法については、図-21-②③に示す
ように部材を統合し橋梁モデルを生成した。
橋梁全体の 3 次元モデルにより机上でハイピア橋の全てを画像上で確認が可能となった。これらの活用方法の事例として、前項の 6-3 と同様オル
ソモザイク画像作成および 3D ビューアモデル構
築を行い損傷の一部を抽出した（図-21-④）。

① 「橋梁の 3 次元モデル構築方法」では、橋梁を網羅撮影した上で、部材毎に SfM 処理する方法を考案した。
② 「UAV による鋼桁橋の撮影方法」の検証では、
衝突回避型 UAV を活用することで、桁内部の網羅的な近接撮影が可能であることを確認し、近接画像から桁内部を含めた橋梁 3 次元モデ
ルを構築するための撮影方法を考案した。
③ 「UAV によるハイピア PC 橋の撮影方法」の検証では、橋梁下の非 GNSS 環境下で自動飛行す
る UAV を活用することで、計画した航路に沿った近接撮影が可能であることを確認した。さらに、橋梁全体を遠景撮影し構築した 3 次元モ
デルから座標値を抽出したものは標定点の代用が可能であることを確認した。
今回の結果により、現地での点検技術者の近接目視点検作業に先立って机上にて橋梁を網羅的に画像上で確認する技術を確立することができた。
今後は、本稿で確認できた事項について、実運用レベルへ SfM 技術を適応させるため、実橋梁で下記の検証を予定している。
• Ｉ桁鈑桁橋の桁内部の未撮影範囲（下フランジ部）の撮影方法と SfM 処理方法の検証• SfM 処理が許容可能な撮影距離と撮影角度の限界値の確認• SfM 処理による橋梁オルソモザイク画像の検証③統合処理④ ３次元成果品納品マニュアルの3D ビューアとオルソモザイク画像による損傷抽出

図-21

近接撮影 SfM 処理方法

図-21

謝辞：本研究では、橋梁撮影に関して、茨城県と鳥取県から検証場所を提供してただいた。さらに、
アジア航測株式会社により計画および測量作業の助力、株式会社ジャパン・インフラ・ウェイマー
クより UAV 撮影の助力をいただいた。ここに謝意と敬意を表する。
参考文献
1) 下川光治，新田恭士，二宮建，田中洋一：橋梁
点検画像の3 次元管理に関する考察，令和元年
建設施工と建設機械シンポジウム，pp. 177-180,
2019

近接撮影 SfM 処理方法

- 166 -

38．水路トンネル調査ロボットの開発
自律飛行可能な飛行船型ロボットによる水路トンネル調査の適用性確認

西松建設株式会社
西松建設株式会社
長崎大学

１．はじめに
水路トンネルには，主として電力関連や農業関連のトンネルがある。電力関連の導水路・放水路などの水路トンネルは総延長が 4,700 ㎞に達しており，平均経過年数は約 50 年である 1)。また， 農業
用水路トンネルは総延長が約 2,000 ㎞である。
水力発電の導水路や農業水路など水路トンネル
は，震災等の災害後の調査では，安全の確保のため
無人で被災状況を把握することが重要であり，小断面の水路トンネルでは狭い坑内を長距離調査することが必要となるが，マルチコプターでは電源等の問題があり適用が難しい。
そこで，飛行のための消費電力が少なく小断面
水路トンネル坑内での自律飛行が可能な飛行船型の水路トンネル調査ロボット（写真-1）を開発し，実構造物において適用性を確認した。

写真-1○ 松浦 誠司
原田 耕司
山本 郁夫

水路トンネル調査ロボット

2.1 水路トンネル調査ロボットの特長
水路トンネル調査ロボットは飛行体とすること
で，水路トンネル底面の水や瓦礫等の影響を受けずにトンネル内を移動して調査することができる。
また，ヘリウムガスを注入したバルーンにより浮
２．水路トンネル調査ロボットの概要力を得るため，マルチコプターと比較して飛行で
水路トンネル調査ロボットは，ヘリウムガスを 消費するエネルギーが少なく，航続時間が長いこ封入したバルーンを浮体とした飛行船型であり， とから 2)，長距離の調査が可能である。
制御機器，各種推進装置，カメラ・照明装置等を搭 2.2 ロボットの構成
載し，小断面の水路トンネルにおいて自律飛行し，
水路トンネル調査ロボットは，浮体（バルーン）
トンネル壁面の画像を取得することで，無人調査 に機体やカメラモジュール等，図-1 に示す一連のを行う装置である。トンネル壁面との距離を保持 機器で構成され，総質量は 4,970g である。以下にする制御システムにより，トンネル線形に追従し それぞれの仕様を記す。
て水路トンネル内を自律飛行する。
1,200
ローラ―式
ガイドフレーム

3,700
推進スラスタカメラモジュール
ローラー式ガイドフレーム

機体

飛行方向
図-1

鉛直スラスタ
水平スラスタ水路トンネル調査ロボットの構成- 167 -

(1)バルーン
制御機器
バッテリー
鉛直スラスタバルーンは，塩化ビニル製シートを円筒形状に 鉛直スラスタ
貼り合せたものであり，設計寸法は，直径 1,200mm
×長さ 3,700mm である。バルーン内にヘリウムガスを注入することで水路トンネル調査ロボットを浮遊させる。
(2)機体(a) 機体機体は，ポリスチレンフォーム製のメカデッキ
モジュールに水路トンネル調査ロボットの動作を360度カメラ制御するのための一連の機器を搭載したものである（写真-2（a））
。主な搭載機器は，電波受信部，制御用マイコン，バッテリー，鉛直スラスタである。
(3)カメラモジュール
カメラモジュールは，360 度カメラと 54W のLED照明
LED 照明をフレームに装着したもの（写真-2（b））
であり，バルーン前端に固定する。トンネル前方を(b)（ｃ）
カメラモジュール
カメラモジュール
中心とした半天球画像を撮影することで，トンネルの天端・側壁から底部までの連続画像（2880 ×
2880 ピクセル 30fps (1:1)）を取得できる。
(4)推進スラスタ
推進スラスタは，ヘリウムガスで浮遊した水路
トンネル調査ロボットに推力を与えるためのもの
であり，バルーン後端に設置する。
(5)ローラー式ガイドフレーム（写真-2（c））(ｃ) ローラー式ガイドフレーム
ローラー式ガイドフレームは，トンネル壁面や壁面に取り付けられた金具等のトンネル附属物に
写真-2 水路トンネル調査ロボットの主な機器
バルーンや機体が接触し，損傷することを防止するため，トンネル壁面と接触する頻度が高いバルーンの上部と左右側部に設置した。カーボン製のアーム先端にジュラコン製のローラーを備えており，壁面と接触時の摩擦による飛行速度の低下を
抑制する。
𝛿𝛿x
また，張出し寸法を調整することで，トンネルの断面寸法やトンネル附属物の壁面からの突出し寸法などのトンネルの条件に対応できる。
2.3 自律飛行のための制御
水路トンネル調査ロボットの制御システムは，
以下の鉛直制御と水平制御を独立して行ってい図-2 水平制御の概念（x－y 座標）る。
鉛直制御は，超音波センサで得たバルーン中心
θに対して，許容傾き角度の範囲を超えた場合とトンネル床面までの距離 𝛿𝛿z を条件式に当ては は，前後の水平スラスタを前後逆位相で作動させ，め， 𝛿𝛿z の変化に応じてモータの PWM（出力）を 機体を回転させる。また，θが許容傾き角度範囲内制御してモータを正転あるいは逆転させることで， である場合は，壁面との距離𝛿𝛿x に応じて前後の水
バルーンの中心がトンネルの中心にくるように自平スラスタを同位相で作動させ，バルーン中心が律制御する。
トンネル中心にくるように水平位置を制御する。
水平制御は，前後の水平スラスタ基部に２つの2.4 調査手順
レーザセンサを搭載してそれぞれ 距離 𝛿𝛿F および
水路トンネル調査ロボットによる調査は，発進𝛿𝛿R を取得し，トンネルの進行方向に対する機体の側と到達側に人員を配置し，その間は無人で水路
傾き角度θおよびバルーン中心と壁面との距離𝛿𝛿x
トンネル調査ロボットを自律飛行させることによを演算している（図-2）。
り行う。片方のトンネル坑口から発進させた水路- 168 -

トンネル調査ロボットは，壁面の画像を取得しながら自律飛行を行い，反対側の坑口へ到達する。到達後にカメラから SD カードを取り出し，記録画像から顕著なひび割れや壁面の崩壊，その他変状の有無などを確認する。変状の位置は，壁面の距離表示や飛行時間と飛行距離の関係から把握する。

３．実構造物での実証実験
実構造物の水路トンネルで水路トンネル調査ロ
ボットを自律飛行させ，現場適用性の検証を行った。
3.1 現場概要
対象となる水路トンネルは，図-3 に示すように
幅，高さともに 2,040mm の馬蹄形であり，最小曲線半径 30m，
平均勾配は 0.07%でほぼ水平である。
実験時は水路は稼働しておらず，坑内湧水などにより最大水深 15 ㎝程度の流水がみられた。坑口に接続する下流側の水槽（作業スペース長さ 8.7m×
幅 3.8m×高さ 2.8～4.0m）において水路トンネル
調査ロボットの組立て，調整を行い，上流に向かって自律飛行させた。
3.2 実験内容(1) 作業性の確認
搬入・組立て・準備・片付けなど一連の作業の所
要時間や作業手順を確認，記録した。
(2) 長距離自律飛行試験
水路トンネル調査ロボットを水路トンネル内の2,500m の距離の長距離自律飛行を行い，速度や飛行の安定性，バッテリーの消耗状況等の確認を行った。
(3) 取得画像の確認
画像取得状況は，写真-4 に示す 1～15mm の太さを変えた線（線と線の間隔も 1～15mm）を記入
したチェックシートをトンネル壁面に貼り付けておき，取得した画像で判別可能な範囲を確認した。
3.3 実験結果(1) 作業性の確認
水路トンネル調査ロボットの組立調整を行った
下流側水槽は，地上の 1,200mm×800mm の開口部
より水槽床面までタラップで約 5m 降りた位置にあった。このため，各パーツをロープを用いて水槽内まで荷降ろしし，水槽内で組み立てた。
ヘリウムガスボンベは地上に配置し，長さ 10mのホースを用いて水槽内のバルーンにガスの注入を行った。
水槽への資機材の投入開始からの組立て，調整を行い，飛行準備が完了するまでの時間は約 90 分だった。また，解体搬出作業は，組立設置と逆の手順で行い，開始から坑外へ全ての資機材の搬出までの時間は約 50 分だった。以上より，水路トンネ

図-3

水路トンネル断面

写真-3

飛行状況

ル調査ロボットによる調査では，2,500m 程度の距
離を 2 回調査するのであれば 1 日の作業時間内に十分に収まることがわかった。
(2) 長距離自律飛行試験
発進箇所でプロポにより推進スラスタの出力（トリム値）を調整して固定し，2,500m の距離を自律飛行させた（写真-3）。
①鉛直方向制御結果
鉛直スラスタの作動により床面との距離 300mm
以上を保って飛行できた。
②ガイドフレームの稼働状況
バルーンの上部および側部に取り付けたローラ
ー式ガイドフレームは，壁と衝突した際， アーム部分が適度に撓ることで衝撃を和らげつつ反発し，かつ先端のローラーが回転して摩擦抵抗を低減していた。これによりバルーンの壁面への衝突や，壁面に取り付けられた金具（高さ 70mm）が飛行に支障することを防止できた。
③バッテリー消費状況
時速約 3 ㎞/h での 2,500m の長距離自律飛行におけるバッテリーの電圧低下状況を図-5 に示す。残圧 100%の 12.4V から 2,500m 飛行後の電圧の測定値から，使用限度の 10.8V に低下するまでの飛行可能距離は 6,000m 以上となっており，2,500m の調査に関してバッテリー残量にはかなり余裕がある状態であった。
(3) 取得画像の確認
飛行速度が約 1.5 ㎞/h の場合，飛行方向（トンネ- 169 -

ル軸方向）および飛行と直角方向（トンネル軸と直角方向）ともに 10mm が判別できた（写真-4）。一方，飛行速度が 3 ㎞/h を超えた場合，飛行と直角
方向（トンネル軸と直角方向）は 15mm がようや
く判別できる程度であった。よって，10mm を判別したい場合は，飛行速度を落として飛行させる必要があることがわかった。飛行速度が遅くなると距離当たりのバッテリー消費量が増加することが懸念されるが，時速約 3 ㎞/h の飛行では 6,000m の飛行が可能であることから，半分の 1.5 ㎞/h まで低下させても 2,500m の調査は十分に可能である。

図-4

４．まとめ
飛行船型水路トンネル調査ロボットの開発で得られた成果を以下に記す。
① 水路トンネル調査ロボットは，トンネル線形に合せたスムーズな飛行ができ，小断面水路トン
ネル内で 2,500m の自律飛行が可能である。
② 水路トンネル調査ロボットの総質量は 5kg 程
度と軽量であり，分割・運搬が可能であるため，坑口部が立坑下にある場合でも運搬，組立，発進が可能である。
③ 調査の準備と撤収の所要時間は，それぞれ約
90 分および約 50 分であり，2,500m 程度の距離を 2 回調査するのであれば 1 日の作業時間内に十分に収まる。
④ 前部に搭載したカメラモジュールにより，トン
ネル壁面の連続画像で 10mm を判別できる。
今回の開発では，画像は 360 度カメラから得られた動画をそのまま確認していたが，これに加えて 360 度カメラによる半天球画像から展開図を作成するソフトの導入を検討している。
本ソフトは，トンネル前方を中心に撮影した半天球画像を 2 次元的に展開して展開画像を作成するものである。本ソフトにより作成した展開画像
を写真-5 に示す。
本ソフトでは 2 点以上の距離が既知である点を与えるとその間の距離を画像の特徴から判別して自動的にトンネル延長方向の距離程を演算して展開図を作成できる。このため，水路トンネル調査ロ
ボットのような飛行速度が一定でなく移動距離の測定が難しい飛行体ロボットにでも距離精度の高い展開図を作成することができる。水路トンネルの状況の記録として，俯瞰的に確認可能な展開図を併用することは有効である。
本飛行船型ロボットは災害後の概査を目的として開発した。今後はこのような展開図の活用に加え，撮影画像の高精度化や画像処理等により，災害時の応急点検だけでなく，定期点検に使えるようなシステムへの改良を検討する予定である。

飛行距離とバッテリー電圧の関係（10.8V になるまで飛行可能）

チェックシート：数字は黒帯の太さとその間隔（mm）を表す

写真-4

画像取得状況

写真-5 画像展開ソフトによる展開画像の例（左端の断面が写真-4 の位置）

謝辞．現場実証にあたり，快くトンネルを提供いただいたトンネル管理者様，また，半天球画像からの展開図の作成にご協力いただいた磯貝信男氏に，深く感謝いたします。
参考文献
1) 一般社団法人日本建設業連合会

電力工事委員会：水力発電土木施設のリニューアル技術【増補改訂版】，
p.276，2015
2) 国土交通省：点検支援技術 性能カタログ（案），- 170 -

pp.2,9,16,23，2019

39．写真計測(SfM/MVS)を活用した低コストな路面損傷調査の試行報告(株)環境風土テクノ
(株)愛亀
宮城大学

１．はじめに
経年的に劣化が進行する道路路面は継続的な損傷調査が必要となる。供用中の調査となるため，目視によるクラック分布調査やマルチロードプロフ
ァイラによる路面形状の測定を行う際には一時的に通行規制をかける必要がある。路面計測車や MMSを用いれば通行規制なしに高速かつ高精度な計測が可能であるが，コストが大きくなりがちである。
AI による画像解析により路面の損傷程度を評価する手法も有効と考えられるが，微小な変形の定量的評価は容易でないと考える。
特に，歩道では狭隘な場所や急勾配，段差などが歩行者の通行のハザードとなる。車いすベビーカ
ーでは 2cm の段差も支障となることから微小な形状を調査・判別する必要がある。
そこで，汎用的で入手が容易な機器やオープン
ソースソフトウェアを活用して路面形状の 3 次元点群を再構成し，損傷や通行上のハザードを測定・把握するアプローチを試行した。3 次元点群はSfM/MVS 技術を用いて多数の写真画像から再構成した。ハザードとなる急勾配や段差は点群情報を利用して，手間をかけずにマッピングすることができる。

○ 本田 陽一
黒河 洋吾
蒔苗 耕司

航制限がかけられるため，路面上からの撮影も行った。
歩道を撮影する際には，徒歩により前方または斜め側方の路面が画像内に含まれるようカメラを向けムービー撮影した。撮影された映像から 0.5～
2 秒間隔で画像を切り出し，SfM 処理の入力画像とした。
歩道の場合，対象領域のアスペクト比が 100 を超える（幅 2～3m の歩道に対し，一度に処理する
距離を 200m～300m としたとき）形状でも 3 次元
再構成が可能なように，多くの画像に共通して写りこむ遠方の建物や地物も含まれるよう撮影した。
2.2 3 次元点群再構成
SfM/MVS にはオープンソースである COLMAP2)または MeshRoom3)を用いた。この二つを比較すると，COLMAP はカメラモデルが充実していることと連続撮影を前提とした特徴点マッチングが可能であることなどから，高画角のアクションカメラ
によっても良質な点群を再構築することができた。
一方，MeshRoom はテクスチャ付きの 3 次元メッシュを形成できる点に特徴があり，路面損傷を視覚的に把握する際に有用であった。
点群の編集には CloudCompare4)を，可視化にはCloudCompare と ParaView5)を主に用いた。これら
２．方法
もオープンソースとして公開されている。
2.1 撮影歩道調査の場合，例えば 2km 区間で 2cm の段差
UAV により上空から撮影することにより広範囲 を扱う際にはスケールに 105 の開きがあることかの地形測量が可能である。しかし，路面損傷を対象 ら，一度に処理することは難しい。そこで，200mとしたとき，クラックや微小な段差を把握するた ～500m ほどの区間に区分して個別に SfM/MVS 処
めには細密な点群が要求され，路面への接近撮影 理をしたのち，結合した。一度に SfM/MVS 処理をが必要となる。また，細部形状の再現のためには， 行う画像数は 4K 画質でおよそ 3000 枚以内とした。
上空からの平行撮影よりも地上付近で多方向から
SfM/MVS 処理に要した時間は 1 日～6 日であっの収束撮影 1)が適する。そこで，手持ちカメラまた た(intel i7-8700K,64G,RTX2060)。
は車載カメラによる路面付近からの撮影を行った。 2.3 標点
撮影はできるだけ収束撮影に近づけるため，多方供用中の車道，歩道内およびその付近に標点を向からの撮影に努め，複数回往復撮影した。
設置することは難しいため，地物（縁石，マンホー
撮影に使用したカメラは単焦点レンズを備えた ル，平板の角等）を座標合わせのための標点とした。
一眼レフカメラと４K アクションムービーカメラ 標点の座標測位には安価な 2 周波 RTK-GNSS モジである。車道部については歩道からの撮影と車載 ュールを用いた。
カメラによる撮影とした。補修工事施工時には通SfM による疎な点群再構成を行う際に標点座標- 171 -

を内的拘束条件 1)として与えれば得られる点群と実空間座標の誤差は適切にコントロールされると考えられる。しかし，今回使用したソフトウェアではこの手法が利用できなかったために，無標点にて得られた点群内から標点となる地物を選択して座標とスケールを与えた。
ただし，歩道では対象のアスペクト比が大きく，無標点による SfM 処理では実空間に対する十分な相似性を確保することができなかった。特に，屈曲部を含み，かつ全域から見渡せる地物が少ない領域ではその傾向が強かった。そこで，以下の手順で補正を実施した。
1）剛体変換（CloudCompare の align 機能）で座
標，スケール変換する
2）GNSS 測点または補正済の隣接モデルと補正対象モデル間のずれ量（ベクトル）を数点～十数点
計測する
3）対象モデルを覆う正方格子を作り，ずれ量測
定点と格子点の距離の関数で重みづけしてずれ量を格子上に展開する
4） 格子点から線形補間により点群各点のずれ量を算出し，補正する
これまでの試行では，約 500m の延長でほぼ 90度の屈曲部を含む幅 2m 前後の歩道区間（道路片側）で最大 1m 程度の修正が必要であった。ただし，このような事後補正では精度保証が難しいことに注意が必要である。
３．路面補修工事への適用
車道の切削オーバーレイ工事において施工前と切削後の路面を 3 次元点群化して評価した。
3.1 レーザースキャナとの比較
アスファルト表層 10 ㎝の切削が終了した時点でレーザースキャナおよび SfM/MVS により 3 次元点群を再構成した。写真撮影には単焦点の一眼レ
フカメラ（SONY α7Ⅲ，α6300）を用い，夜間工事であったため工事用ライトまたはストロボを用いた撮影とした。図-1 は写真画像から点群を再構成してテクスチャ付きメッシュとして示したものである。切削機のビット痕まで精細に再現されている。撮影はこの図に示される範囲を再構築モデルの対象とし，周辺および内部から手持ち撮影した
24MP 画像 318 枚を利用した（写真-1 参照）。図-2はレーザースキャナ（Leica ScanStation P40）による計測結果，
図-3 は SfM/MVS による結果である。
図-4 はその両者の高さ方向に差を示したものである。SfM/MVS による方法ではモデル縁辺部（モデル化対象範囲外）のデータばらつきが多くみられるが，モデル化対象とした切削面はではほぼ±5mm 以内の差となっている。ビット痕による微細な凹凸を考慮すると，十分な精度が得られていると考えられる。
図-5 は SfM/MVS による点群の点間距離分布である。切削面は点間距離が 10-5m 程度で，精細に再現されている。一方，対象域の周辺部（収束撮影の範囲外）は点間距離が長く，図-4 にも示されているように精度が低下している。

図-1

テクスチャ付きメッシュモデル

写真-1

切削面を撮影した画像の例

h=0.353m-0.345m

図-2- 172 -

レーザースキャナによる点群（メッシュ表現）

図-3

SfM/MVS による点群（メッシュ表現）
0.017
0.005
-0.005-0.017m

図-4レーザースキャナと SfM/MVS の標高差

と考えられるランダムな方向に連続した線状の分布が確認できる。なお，これら切削後の線状構造については，施工時の目視では判別が困難であった。
Gradient norms 1.0

（m）

図-5

SfM/MVS による点間距離

3.2 切削深分布
図-6 は 3.1 と同様に切削オーバーレイ工法によるアスファルト道路補修について，切削前および切削後を SfM/MVS により 3 次元再構成したものである。切削前後のモデルの差から切削深分布を求めることができる。ここでは赤色から青色になるほど切削深が大きい。図左下部に切削深の浅い領域（赤色）があるが，これは切削前に路面が沈下していたところであり，切削面の平坦性は確保されている。

Gradient norms 0.0
Gradient norms 1.0

Gradient norms 0.0(a)切削前（テクスチャ付きメッシュ）
図-7

切削前後の路面表面（上：切削前，下：切削後）(テクスチャ付きメッシュモデルと勾配の重畳表現)(b)切削後（テクスチャ付きメッシュ）-0.07m(c)切削厚-0.10m図-6４．歩道調査への適用
歩道調査では数百メートル～数キロメートルを対象に狭隘部や段差，勾配などについて確認していく必要がある。特に，段差はベビーカーの通行の障害となる 2cm を抽出しなければならず，広域，高アスペクト比形状，精細といった困難な条件がある。
図-8 は道路両側あわせて約 600m の歩道区間を
SfM/MVS で 3 次元点群モデルとした例である。撮影は GoPro HERO6 で 4K ムービーとした。再現形状の相似性を確保するために，多くの視点から見通せる沿道のビル群も含んだ点群が作成されるが，後処理により歩道付近のみを切り出した。

切削前後のモデルと切削深さの分布

3.3 クラックの抽出
図-6 中にあるマンホール付近の切削前後の 3 次
元モデル拡大図を図-7 に示す。この図ではクラッ
クや段差等を形状から抽出するため，3 次元モデル
上に勾配分布を路面のテクスチャに重ねて示している。角度にして 9°以上の勾配を赤色で表しており，白に近い色彩ほど勾配が緩やかである。クラッ
ク部には局所的な斜面があるために勾配が大きい
領域が線上に分布していることがわかる。
切削後は切削ビットの跡が一定方向に並んだ線状の高勾配域がみられるが，そのほかにクラック- 173 -

図-8

歩道モデルの例（RGB 表示）

図-9 は歩道のハザードのひとつとなる路面勾配
をマッピングしたものである。勾配は点群の法線ベクトルや TIN メッシュから容易に求められる。
図-10 は段差の大きさを点群上に重畳して示したものである。平板のズレにより生じた段差が抽出されている。段差の計算は点群データ座標から以下の手順で計算した。
1）画像から作成した点群情報のうち，法線のｚ方向成分が 1 に近くないもの（たとえば 0.95 以下など傾きのある点）を選択（斜面上にある点）
2）上記で選択された点の半径 5 ㎝内の点を抽出し，k-means 法により標高で 2 つのクラスに分類
3）上記標高の分散が一定以上，尖度が一定（たとえば 0.0）以上の点を選択（クラスが 2 分類にはっきりと分かれているものを選択するため）
4）2 クラスの平均標高の差を段差とする
写真画像

植栽の根張り
による不陸

勾配

わずかな
平坦部

車両用スロープ
図-9

収束撮影条件とする必要がある。撮影画角の最適化も重要である。対象域全体の形状誤差を減らす
ためには多くの画像で同じ物体を撮影できる広画角画像が適するが，微小な段差を表現する点群を得るためには狭画角の精細な画像が求められる。
3) 対象物
新設アスファルト，金属面等のテクスチャの変化が乏しいところでは SfM 計算に必要な特徴点を得にくく，再現が難しいことがあった。
また，供用中の路面を撮影することから車両や歩行者の映り込みが生じる。多少の映り込みは外れ値として排除されるが，多量の場合にはマスキング処理が必要である。これには手作業では困難
なため，セグメンテーション 6)によるマスキング（図-11 参照）などの工夫が求められる。
4) 計算時間とマシンスペック
十分な精度の点群を得るまでには複数回の試行計算が必要なことがあり，多大な計算時間を要する。また，計算時間はマシンスペックに大きく依存し，特に現状では GPU 並列処理が不可欠である。
5) 2 次元図面化
3 次元点群の活用には多くの利点があるが，従来の 2 次元図面作成にこの点群を用いるには多大な手間を要することが多い。2 次元図面化が必要な場
合には，自動処理の仕組みが不可欠と考えられる。

点群

勾配図によるハザード抽出例（狭隘な平坦部）
段差高さ（m）

図-11

図-10

点群モデルと段差の重畳図

５．路面調査への SfM/MVS 適用の課題と展望
以上のように道路路面の損傷調査に SfM/MVS
技術を活用した。その中で見いだされたいくつかの課題を以下に述べる。
1) 形状誤差
アスペクト比が大きい対象領域では SfM 処理
で特徴点を共有できる画像数が限定され，実空間との相似性を保ちにくい。内的拘束条件を与える
場合も，標点の配置に十分注意する必要がある。
2) 撮影方法
撮影方法が結果に大きく影響する。可能な限り

撮影画像(左)とセグメンテーション例(右)課題はあるものの，オープンソースや汎用的なカメラ，パソコンおよび安価な RTK-GNSS 機器（2セットで 8 万円程度）を用いて 3 次元点群を得られるメリットは大きい。試行は容易で，商用ソフト
ウェアを利用すればさらに扱いやすい可能性もある。狭領域であれば RTK-GNSS に代えて標尺等を用いることもできる。今後は，精度確保とその検証方法，最適な撮影方法等について検討を重ねたい。
多くの場面で有効に活用されうるものと期待する。
参考文献
1) 日本測量写真協会：三次元画像計測の基礎―バンドル調整の理論と実践―，pp.90～95・pp.106～109，20162) https://colmap.github.io/index.html
3) https://alicevision.org/#meshroom4) https://www.danielgm.net/cc/5) https://www.paraview.org/
6) https://github.com/hszhao/PSPNet- 174 -

40．誰でも働ける現場を目指した「遠隔臨場」が作業効率に与える影響の研究
コベルコ建機株式会社
コベルコ建機株式会社
コベルコ建機株式会社

１. はじめに日本では少子高齢化の影響による労働者不足が深刻となり、日本国内における建設技能労働者数
は 2014 年から 2025 年までに 128 万人の減少が想定されている 1)。そこで、熟練オペレータ、若手
就業者の減少といった課題に対して、国土交通省
主導のもと、i-Construction が提案され建設現場全体での生産性向上の取り組みが行われている2)。また、2020 年 5 月に示された”i-Constructionによる建設現場の生産性向上” 3)では「新型コロナウイルスが蔓延する状況下でも、いわゆる 3 密を避け現場の機能を確保するため、映像データを活用した監督検査等、対面主義にとらわれない建設現場の新たな働き方を推進」が挙げられ、新技術やデータを活用した生産性の向上や働き方の改革が必要となる。さらに、建設現場の新たな働き方として、遠隔技術の応用があり、2020 年 3 月に「遠隔臨場」の試行方針も策定されている 4)。
コベルコ建機株式会社では、熟練オペレータが遠隔地の現場作業にも参加できること、次世代を担う若手オペレータへ効率的に操作教育を行うことを目指し、油圧ショベルを用いた遠隔施工の研究を広島大学と連携し進めている。
このように、「遠隔臨場」「遠隔施工」といった建設現場における新たな働き方改革に向けた商品・サービスの社会実装が今後益々加速すると考えられる。遠隔ショベルを用いた生産性向上の先行研究として、茂木等は遠隔操作システムの機能向上に取り組んでいる5)。しかしながら、生産性を評価する作業タスクは機械操作に限られた単純な作業の検証しか行われていない。一方で、実際の作業現場においては、現場監督者と手元作業者
ならびに重機作業者の意思疎通を通じて複雑な作業が行われている。そのため実作業を「遠隔施工」で実施する場合、現場作業者と現場監督者の○ 藤原 裕介
山崎 洋一郎佐伯 誠司

コミュニケーションが重要となり、映像と音声の双方向通信で「遠隔臨場」を与える仕組みが必要となる。
本稿では、「遠隔施工」を模擬した現場を再現し、現場監督者と現場作業者がコミュニケーションを図ることが可能な「遠隔臨場」システムを構築して、集水桝設置作業を行う。「遠隔臨場」シ
ステムは、映像と音声の情報を現場監督者と手元作業者がビデオ通話機能を用いて共有可能とする。
現場監督者が遠隔地から作業指示を行う場合、映像情報が現場監督者へ臨場感を提供し、作業効率へ影響することを確認するために、映像情報の有
無で作業時間の差異を検証した。また、本検証に用いた作業タスクは、より複雑な施工作業を検証するため、掘削部の進捗状況を検測作業を行いながら段階的に進める必要性のある、集水桝設置作業を対象とした。本検証によって、現場監督者が遠隔地から作業指示を行う場合、映像情報の有無
が作業効率に影響を与えることを明らかとした。
２. 研究内容
２．１ 検証システム構築した「遠隔臨場」システムを図-１に示す。
ここで、「遠隔臨場」システムは現場から遠隔地にいる現場監督者(A)に俯瞰視点映像(a)、作業者
視点映像(b)ならびに音声(c)を提示し、現場監督
者から手元作業者(C)に音声(d)を提示可能なシステムである。俯瞰視点映像(a)を取得する装置としてAXIS Communications製のP1445-LE、作業者
視点映像(b)を取得する装置としてコニカミノル
タ製のWCc-X5を使用した。また、作業者視点映像(b)、音声(c)、並びに音声(d)はビデオ通話シス
テムとして利用されるMicrosoft Teams®を使用した。各機器の特徴的な性能を表-１に示す。構築
した本システムを用いて、現場監督者がモニタ越しに確認した実際の映像情報を図-２に示す。

- 175 -

表-１．システム構成機器性能
メーカー
型式
解像度
フレームレート
水平画角
垂直画角

俯瞰視点映像

作業者視点映像

AXIS Communications
P1445-LE
1920×1080
60fps
最大100°
最大62°

コニカミノルタ
WCc-X51280×720
15fps
25°
25°

事務所

作業者視点映像(b)

音声(c)

音声(d)

俯瞰視点映像(a)現場監督者(A)Microsoft Teams®

（B）と手元作業者（C）が、映像情報と音声情報を共有して施工を行う。Case2はCase1から映像
情報(a)、(b)を除いて施工を行う。すべての条件で、現場監督者は集水桝設置作業の経験年数が45年ある作業者Ⅰが行う。その他の作業者ⅡおよびⅢは未経験者が行う。作業タスクはいづれも集水桝を1箇所設置する施工を行った。検証した作業
工程の詳細を図-３に、集水桝設置における断面模式図を図-４に示す。作業は、丁張、床掘り、砕石布設、敷きモルタル布設、底板設置、集水桝
設置、埋め戻しの順に実施する。なお、検証は作業割合の大半を占める床掘りから砕石布設までを細分化し時間配分を比較する。
表-２．検証条件
現場監督者（A）
重機作業者（B）
手元作業者（C）
現場監督者とのコミュニケーション
手段

現場
スマート
グラス

俯瞰カメラ
重機作業者(B)

Case1
作業者Ⅰ
作業者Ⅱ
作業者Ⅲ
遠隔臨場
(本検証
システム)

Case2
作業者Ⅰ
作業者Ⅱ
作業者Ⅲ
音声のみ

従来作業
作業者Ⅰ
作業者Ⅰ
作業者Ⅰ
不要

集水桝設置作業工程
床掘り

丁張

床掘り

手元作業者(C)

床掘り図-１．「遠隔臨場」システム構成

砕石布設
敷きモルタル布設

床付け高さ検測

砕石布設
砕石高用の杭設置
砕石布設

底板設置
集水桝設置
埋め戻し
俯瞰視点映像(a)作業者視点映像(b)

砕石敷均し
転圧
砕石高さ検測図-３．集水桝設置作業工程

図-２．現場監督者がモニタ越しに確認した
実際の映像情報

丁張板

丁張高さ

２．２ 検証条件
現場監督者が遠隔地から「遠隔臨場」システム
を使って作業指示をするときに映像情報が作業効率に及ぼす影響を検証する。そこで構築したシス
テムを使い映像情報の有無で作業効率を比較する。
検証条件を表-2に示す。Case1は、事務所にいる現場監督者（A）と現場にいる重機作業者- 176 -

床掘り形状

集水桝
底板
砕石高用の杭敷きモルタル
砕石

砕石高さ
床付け高さ

図-４．集水桝設置作業の断面模式図

３. 検証結果と考察
３．１ 検証結果
図-５にCase1、Case2及び従来作業の各作業時
間をそれぞれ棒グラフに示す。また、各項目は図-３の右側に示す床掘りと砕石布設の詳細作業とする。
作業合計時間はCase1に対して、Case2では＋17minとなった。また、Case2はCase1と比較して作業時間が長い工程は主として“床付け高さの検測”作業であることが分かる。また、従来施工として、遠隔臨場システムを使わず全ての作業を同一作業者が実施した結果は、Case1およびCase2と比較して床掘りの作業時間が短い結果となった。

120

砕石高さ検測砕石投入
床掘り

転圧
砕石高用の杭設置

砕石敷均し
床付け高さ検測100minWorking time[min]

100

83min

80

54min

60

40

作業は現場作業者との会話で現場監督とやり取りされる。その結果、情報の不一致ややり取りに多くの時間を必要としている。
一方で、”砕石高さの検測”は”床付け高さの検測”ほど多くの時間を必要としていない。これは砕石高さ用の杭を予め設置することで敷均しを容易にしていることがあげられる。砕石高さ用の杭は床付け面から砕石高さの位置で事前に設置することで目印の高さとなり、その後は、水平器を用いて全体の敷き均しを調整するため、容易な作業となる。
また、全ての作業を同一作業者が実施した従来作業において、床掘り作業時間が短いのは、重機作業者の経験年数が多いことで、床掘り作業の作業速度が速いためであった。一方で、Case1のその他の作業においては「遠隔臨場」システムを利用することで従来作業と同等の作業時間で作業が行えることが示された。これは重機作業を除いて、現場の作業者が未経験の場合でも、経験年数が多い現場監督者が指示し、「遠隔臨場」システムを利用することで、集水桝設置作業が行える可能性を示している。

20

0

Case1

Case2

従来作業

作業工程

図-５．検証条件における作業時間

遠隔現場監督者(A)

重機作業者(B)

現場

手元作業者(C)スタート

３．２ 考察本検証で実施した作業を分析し、フローチャー
トとして作業者間の情報を整理した結果として、床掘り作業を図-６に、砕石布設作業を図-７にそれぞれ示す。図中の□記号は作業を、◇は判断を示す。また、各工程を結ぶ実線は作業の手順を、
破線は現場監督者と手元作業者間の音声情報を、
一点鎖線は手元作業者の着用するスマートグラスを使用して取得された映像情報を示す。
床掘り作業では、現場監督者と現場にいる重機
作業者と手元作業者は初期の作業開始指示のみが行われ、丁張との深さ確認は手元作業者が目視で行い、現場監督者との連携は行われない。一方で“床付け高さの検測“は、現場監督者が音声情報の検測値に加えて、検測箇所や検測方法を映像情報によって確認しながら進めることで現場の進捗状況を把握している。しかし、Case2においては映像情報が無いことから、検測位置の確認・指示

床掘り作業開始

作業開始指示

重機作業

床掘り

No

作業実行

重機作業
＝完了？

Yes

目視による深さ確認
作業実行

No

丁張との関係=OK？
Yes

検測作業開始作業開始指示高さ調整作業

床付け高さ
検測- 177 -

検測値

検測箇所、検測方法

No

図面値との関係
=OK？
Yes
エンド

作業実行

検測

けて「遠隔施工」を想定した作業課題の抽出や検証を行ってきた。本検証によって、「遠隔臨場」
における映像情報が作業を進めるために重要な役割を示していることが明らかとなった。今後、重機作業者が遠隔操縦システムを利用した場合の研究も進めていき、社会課題の解決につながる商
品・サービスの提供を目指す。

図-６．床掘り作業におけるフローチャート

作業工程

遠隔
現場監督者(A)

重機作業者(B)

現場

手元作業者(C)スタート

作業開始指示砕石高用の杭設置作業開始

砕石高用の
杭設置

砕石高用の
杭設置作業
作業実行
No

砕石高用
杭の設置作業
＝完了？
Yes

砕石投入
作業開始

作業開始指示

砕石投入

砕石投入作業No

作業実行

砕石投入作業
＝完了？

Yes

砕石敷均し

作業開始指示

作業開始
砕石敷均し

砕石敷均し

作業実行
No

砕石敷均し
＝完了？
Yes

転圧作業開始作業開始指示

転圧作業

転圧

参考文献
1) 一般社団法人日本建設業連合会,再生と進化に向けて-建設業の長期ビジョン,https://www.nikkenren.com/sougou/vision2015/vi
sion_pdf.html,(2015 年 3 月)
2) 国土交通省「i-Construction ～建設現場の生産性革命～ 参考資料」,https://www.mlit.go.jp/common/001127740.
pdf,（2016 年 3 月）
3) 国土交通省「i-Construction による建設現場の生 産 性 向 上 」 ,https://www5.cao.go.jp/keizaishimon/kaigi/special/reform/wg6/20200507/pdf/shiryou2.pdf,（2020 年 5 月 7 日）
4) 国土交通省「建設現場の遠隔臨場に関する施行要領(案)」,https://www.mlit.go.jp/tec/content/001343
445.pdf, （2020 年 3 月）
5) 茂木正晴, 西山章彦, 橋本毅, 藤野健一 (土木研),
油田信一 (芝浦工大),油圧ショベルの遠隔操作における視覚及び操作系インターフェースの違いによる作業効率の向上について，2016 建
設ロボットシンポジウム論文集

作業実行
No

転圧作業
＝完了？
Yes

検測作業開始作業開始指示高さ調整作業

作業実行

検測(砕石高さ)

検測値

砕石高さ
検測

検測箇所、検測方法

No

図面値との関係
=OK？
Yes
エンド

図-７．砕石布設作業におけるフローチャート
４. まとめ少子高齢化、新型コロナウイルスによる建設業を取り巻く環境変化により、今後益々加速することが想定される建設現場の新たな働き方革新に向- 178 -

41．自動運転油圧ショベルの現場実証

安藤ハザマ
コベルコ建機株式会社
コベルコ建機株式会社

１．はじめに
油圧ショベルは建設機械の中でも多様な作業に使われる汎用性の高い建設機械である。建設機械の自動運転技術の開発が進んでいる近年では，生産性向上を目的に油圧ショベルの自動運転技術の確立が強く望まれている。
そこで筆者らは，実際の運転手の油圧ショベル
操作を各種センサで記録し，記録した操作を再現することで，繰り返し行う作業を自動運転する技術を開発した。
本稿では，開発した油圧ショベルの自動運転シ
ステム（以下自動運転システム）と実証実験結果について報告する。

○ 武石 学土井 隆行
野田 大輔

制御開発は MBD（モデルベース開発）を適用する
ことで，開発効率の向上を図った。
現場実証実験では，監視者側に手動の非常停止
スイッチ，油圧ショベル側に自動の非常停止装置を設け，双方で監視することで安全を確保した。
３．システム概要
今回開発した自動運転システムの概要を以下に示す。
3.1 使用機械
開発対象とした油圧ショベルはコベルコ建機製の SK135SR-5 である（写真-1）。

２．技術開発の内容
技術開発にあたり自動運転システムを適用する
現場と作業対象を想定する必要があるが，油圧シ
ョベルは様々な工種で使用されており，そのすべての工種に対応できるものを開発することは難し
い。また，油圧ショベルの特性として，ブーム・
アーム・バケットのみならず，旋回，走行と動作種別も多いことから，さらに解決すべき課題は多くなる。
そこで，運転手が苦渋に感じる単純な繰り返し作業に着目し，その作業を行うための自動運転シ
ステムの技術を開発した。今回は，濁水処理装置
において，同一箇所に堆積する脱水ケーキを所定の場所に停車したダンプトラックの荷台へ積込む
写真-1 自動運転に使用した油圧ショベル
作業を選定した。これであれば，バケットのすくい上げ位置と荷下ろし位置はそれぞれほぼ一定で 3.2 システム構成
あり，走行させずに同一場所で繰り返し行う作業
今回開発した自動運転システムでは，現場監視を自動運転で実施することが可能である。
者が操作タブレット(Panasonic製，FZ-G1W3001VJ)
このとき，自動運転システムの動作は，実際の を用い，油圧ショベルに対し，開始もしくは停止
運転手の油圧ショベル操作を各種角度センサで記 を無線で指示できる構成とした。
録し，記録した操作を再現する形で実施すること
また安全装置として非常停止スイッチとレーザとした。この手法であれば，自動運転システムに バリアセンサを設置し，油圧ショベルへ指令を出記録させる動作も直観的に行うことができ，汎用 す操作タブレットの無線通信から独立させて直接性が高いと考えられる。
油圧ショベルを無線通信で非常停止する構成とし
また，本自動運転システムは，現場ショベルへ た（図-1）。
後付け設置できるよう汎用的なシステム構成とし，- 179 -

遠隔指令側

油圧ショベル側
各種
センサ

操作タブレット
無線通信

非常停止
スイッチ

無線
通信機②

無線
通信機①
無線
通信機③

制御
コントローラレーザ
バリアセンサ

図-1

写真-2

写真-3

機器構成

制御コントローラ

ど各種センサを搭載しており，これらのセンサ情報は制御コントローラに集約される（写真-2 ：Speedgoat 社製，Mobile Realtime-target machine）。
これらの情報からバケット，アーム，ブーム，旋回の姿勢状態およびレバー操作指令値を算出する。
指令値に応じて操作レバーに取り付けたアクチュ
エータを駆動することで自動運転を行っている。
また，今回制御開発にあたり，MBD を用いて自動運転用制御モデルを作成し，制御コントローラ
へ実装することで実証実験を行った。
3.4 ティーチング
自動運転させたい動作を運転手にて行い，それを記録（ティーチング）し，操作タブレットから再現指示することで繰り返しの自動運転が可能となる（写真-3）。
3.5 安全装置
油圧ショベルが現場の動作許容範囲を逸脱しないように，レーザバリアによる自動の非常停止装置を写真-4 のように周囲に設置し，動作許容範囲を逸脱した際に自動で運転を停止する機能を付与した。
４．実験方法運転手がティーチングした動作を開発した自動運転システムで再現できるか，実際の現場で実証実験した（写真-5）。

ティーチング時の操作タブレット画面

写真-5

写真-4

非常停止装置

3.3 制御概要
油圧ショベル本体には自動運転のために位置・姿勢情報を取得する角度センサ，加速度センサな

ティーチングの状況

実験では濁水処理設備のベルトコンベアから落下して堆積している脱水ケーキをピットからすくい上げ，180 度旋回してダンプの荷台へ積込む一連の作業を自動運転させた。
ダンプの停車位置は，設置した赤外線センサでダンプの荷台が所定位置に来たことを検知し，回転灯でその旨を明示することで油圧ショベルからの離隔を一定に保っている。加えて，車止めを設置することで油圧ショベルとの接触を防止する対策も講じている。

- 180 -

④
④

①
①

②

②

③
③

人が搭乗して操作し，自動運
転システムに動作を記録する

自動運転
開始信号

停止位置

遠隔地から操作者がタブレットで自動運転の開始指示を出す
図-2

ティーチングした動作を自動運転シス
テムで再現することで自動運転を行う

自動運転の作業手順

自動運転の作業手順を図-2 に示す。
(1) 自動運転システムを動作させ，油圧ショベルの各部位の挙動を示す角度センサデータの記録を開始する。
(2) 運転手がピットからダンプ荷台に脱水ケーキを積込む作業を行う（①→②→③→④）。
(3) 自動運転システムの記録を停止する。
(4) 自動運転システムの操作者は遠隔地にある操作タブレットから記録した動作の再現を指示する。なお、今回の実験ではシステムの操作者は油圧ショベルの近傍で安全を確認しながら指示を与えている。
(5) 自動運転システムは記録したセンサデータに基づき，運転手の動作を再現する。
（①→②→③→④）。
(6) 手順(5)を指定した回数繰り返し，ダンプへの荷下ろし作業を完了させる。
上記実証実験の際は，安全面を考慮し，タブレット操作者，油圧ショベル近傍に配置する非常停止装置の操作者を決め，それ以外の作業者は自動運転している油圧ショベル周辺には近づかないこととした。
５．実験結果5.1 安全装置の動作確認
実験前の安全確認として，安全装置の起動，ダンプの停止位置を検出するための赤外線センサの動作を確認した。いずれも，自動運転している油圧ショベルが設定通りに動作を停止することを確認した。その際の安全装置の作動時間も油圧ショベルが対象物に接触せずに停止できるものであった（写真-6）。
5.2 自動運転の実験結果
自動運転の実験時のバケット刃先先端の軌跡を
図-3，4 に示す。また，自動運転中の状況を写真-7に示す。
自動運転システムは記録したセンサデータに基づき，下記①～④の油圧ショベルの動作を再現した。その際の動作は，バケット先端位置を目標位置に対して 120mm 以内におさめることができた。
なお，現場が狭隘であり，安全を考慮して通常よりゆっくり動作させたことから，一連の自動運転

レーザバリア
センサ作動領域

写真-6

レーザバリアセンサ

レーザバリアセンサの作動領域
すくい上げ
荷下ろし

図-3

刃先軌跡（機械 側面図）

図-4

刃先軌跡（機械 平面図）

（1 サイクル）に要した時間は 40 秒程度であった。
① すくい上げバケット先端が旋回中心から 8,000mm の位置からすくい上げ動作を開始し，ブーム，アーム，バケット操作をしながら，水平にバケット先端を移動させ，ピット内の脱水ケーキをこぼさずにすく- 181 -

い上げることができた（図-3）。
② 持上旋回
ティーチングで指定した位置を通ることで，地盤から高さ 1,500mm のダンプ荷台とバケットとの衝突を回避しながら，すくい上げ開始位置から 180度に位置するダンプ荷台位置まで旋回動作がスムーズにできた（図-3,4）。
③ 荷下ろしバケット先端が旋回中心から 5,700mm の位置か
ら荷下ろし操作を行うことで，ダンプ荷台中央部に脱水ケーキを積込むことができた(図-4）。
④ 復帰旋回旋回動作を行い，バケット先端が旋回中心から
8,000mm のすくい上げ開始位置へ復帰できた（図-3,4）。

①すくい上げ②持上旋回
６．まとめ
6.1 検証結果
開発した自動運転システムで確認できた成果を以下に示す。
・現場ショベルへ後付け可能な機器構成とすることで汎用的なシステムとなることを確認できた。
・制御開発に MBD を適用することで効率的に実証実験を実施できた。
・実際の運転手が行った操作を記録し，記録した③荷下ろし
動作を自動運転システムで再現することできた。
・運転手が苦渋に感じる繰り返し作業を自動運転システムで実施できることを確認した。
・操作タブレットからの指示で施工が可能である
ことから，無人での作業が可能であり，生産性が向上する可能性があることを確認した。
・非常停止・赤外線センサからなる安全装置が適切に作動し，近接している法面に接触することなく運転できることを確認した。
④復帰旋回・安全装置の信号で自動運転システムが動作停止
写真-7 自動運転の状況することで，油圧ショベルの周囲で安心して作業ができることを確認した。
・自動運転システムを現場作業で実証することで， で油圧ショベルを複数台操作するなど，施工の省人化，生産性の向上が期待できる自動運転システ
実際の施工に適用可能であることを確認した。
ムの適用例を想定できるようになった。
6.2 今後の展開
今後も油圧ショベルの自動運転技術の開発に取
今回の実験を行った現場は，周囲環境の制約かり組み，安全・安心なシステムを確立して現場適ら自動運転する油圧ショベルと周囲干渉物との距離が近く，作業の安全性確保の観点から特定の動 用を行うとともに，将来的にはAIを活用した高度作のみゆっくりと動かしたい，特定の作業のみ経 な自動運転技術を開発することで生産性向上を実路・位置を変更したい，という状況が発生した。 現したい。
動作速度，および経路・位置を現場状況に合わせ
参考文献て容易に変更・修正可能なシステムにすることで
1) 武石学ほか：自動運転油圧ショベルの現場実証報告，
さらに安全性，操作性が向上し，より現場に適用
土木学会第7 5 回年次学術講演集，VI-1135，2020
しやすくなることが分かった。
また，ダンプトラックの運転手による操作タブ
レットでの荷下ろし作業の指示や遠隔地から1人- 182 -

42．モニター画像からの重機の状態推定と現場環境モデルの構築に関する研究
芝浦工業大学
芝浦工業大学
芝浦工業大学

１．はじめに日本は,地震や豪雨などの自然災害が多い国であり,自然災害を原因として土石流や河川の氾濫などが多く発生する。災害発生後,その復旧作業は早急に行われる必要があるが,危険性が高いため人が立ち入ることができない。そのため近年,重機を安全な場所から遠隔操作により復旧作業を行う,無人化
施工の研究・導入が進められている(図-1)。
無人化施工現場では各種重機が協調して作業を行っているが,そこでは重機操縦者が遠隔地からモ
ニター映像を通して無人の重機の状態や周囲環境の状況を確認しながら運転操作を行っているため,
その安全・効率的な運転操作のために,操縦者は各重機の位置や向き,姿勢等の状態を常に正確に把握している必要がある。その際,重機操縦者は作業現場近くに設置される定点カメラの映像を見ながら重機の操作を行っており,カメラ映像からのみ施工
現場の環境の情報を取得している。このため,広い施工現場全体の環境の情報を取得するためには多くの定点カメラを設置しなければならず,経費やカメラを設置する時間を費やすという問題が生じている。また,無人化施工現場における一部の重機には GPS が搭載されているが,現状多くの重機の位
置や向き,姿勢等の情報は操縦者がモニター映像を通して確認・取得するレベルにとどまっている。
これらの問題を解決するために,重機のモニター映像から映っている重機の位置,向き,姿勢を推定し,
重機操縦者に提示する手法・システムの構築が求められている。そこで本研究では,重機のモニター映像から,そこに映っている重機の位置,向き,姿勢を推定し,重機操縦者に提示する手法・システムの構築を目指す。またその際,取得した情報を統合して施工現場環境のモデル構築を行うことで,異なる視点からの施工現場の重機や環境の情報を重機操
縦者に自在に提示できるようにする。

図-1○ 酒井 優
手塚 悠太
吉見 卓

無人化施工による作業イメージ図

２．OpenPose による重機の姿勢推定
この章では,本研究でモニター映像から重機の向きや姿勢を推定するための手法として重機への適用を検討した OpenPose アルゴリズムについて述
べ,重機適用のために検討した内容,その結果について記述し,最後に OpenPose 以外の手法を用いた
姿勢推定手法の提案を行う。
2.1 OpenPose について
OpenPose1)は2017年に発表された,画像中の複数人物の2D姿勢を効率良く検出する深層学習を用いたアルゴリズムである。複数人の姿勢を同時に推定するために,画像から各関節位置を深層学習により推定し,その関節を繋ぎ合わせることで人の姿勢
情報を得ている。その際,複数の人物が写っている
場合に各関節のつなぎ方の組み合わせが複数存在する問題が発生するが,これをPAFs(Part Affinity
Fields)と呼ばれる各関節が繋がり得る可能性を,方向ベクトルマップとして予測するネットワークを用いることで,正しい組み合わせを推定している。
これより,OpenPoseは映像内の複数人数の姿勢をリアルタイムで推定可能となっている(図-2)

図-2- 183 -

大人数へのOpenPose適用例1)

2.2 重機への OpenPose 適用のための検討
2.1節で述べたように,OpenPoseは人の関節位置を推定し,各関節情報を組み合わせることで人の骨格をリアルタイムで推定するアルゴリズムである。本研究ではこのOpenPoseを人ではなく重機に適用することで,重機の向きや姿勢の状態を推定する事を提案した。
重機を対象にOpenPoseを適用するにあたって,どの種類の重機を姿勢推定の対象とするか,重機のどの部分を人間の関節部に見立てて姿勢推定を行うか,という事を検討する必要がある。そのため,本研究は可動部が多く姿勢・状態が変化する頻度が高いため,現場にて強く姿勢推定が求められているバックホウを姿勢推定の対象として扱うことを決めた。また,バックホウの車体の傾きを推定するために,クローラの両先端部分とキャビン部分を,また, アーム部分の可動部の曲がり方を推定するために,アーム関節とバケット関節とバケット 先
端のそれぞれの部分を,人間の関節部に見立てて推定を行うこととした(図-3)。これにより,OpenPose
を用いて,モニターに映っている重機の向き,車体の傾きや可動部の曲がり具合などの姿勢を推定することが可能となると考えた。

図-3重機へのOpenPose適用イメージ

2.3 学習モデル作成について
2.3.1 データセットの作成
OpenPoseを人物ではなく重機に適用するためには,重機の各部位を推定・検出し,それらの部位の繋がりを推定して繋ぎ合わせることができる学習
モデルを独自で作成する必要がある。本研究では,既存のOpenPoseを大きく変更することは行わずに,ツールとして利用することを想定した。そのため,重機の姿勢推定を行うための独自学習モデルを作成する場合においても,既に用意されている姿勢推
定学習モデルを作成するためのプログラムを利用して学習を行うことを検討した。学習モデルを作成する際,訓練および評価用データセットが必要となるが,OpenPoseにおいては人物の姿勢推定用のデータセットとしてMicrosoft Common Objects inContext (MS COCO)が提供するKeypoint Detectionが用いられている。そのため,既存の学習プログラ

ムを大きく変えずに独自の学習モデルを作成する
ためには,MS COCOと同じ形式でデータセットを独自で作成する必要がある。本研究では,500枚分のバックホウの画像を用い,更に画像を拡大,縮小,
回転などのData Augmentationを行い,画像データ数
を1500枚に増やした。これらの画像データに対し,重機の姿勢推定に向けてバックホウにおけるクローラの両先端部分,キャビン部分,アーム関節,バケット関節部,バケット先端をそれぞれ人間の関節部に見立ててアノテーションを行い,重機姿勢推定のための学習モデル作成用のデータセットとして用いた。
2.3.2 学習の実行結果と考察作成したデータセットを用いて,学習用プログラ
ムを実行した。この学習プログラムは独自モデル作成のためにOpenPoseにおいてプログラムとして公開されているものである。しかし,OpenPose の学習方法に則って学習を実行したにも関わらず,エラーのため学習モデルを作成することができなかった。この原因の特定を試みたが、最終的に明確な原因を特定することができなかった。最も考えられる理由としては、OpenPoseにおける学習を行う際に用いているPAFs推定用などのパラメータ
が、人物の姿勢推定用に最適化されていることが影響していると考えられる。そのため、人物用に最適化されているプログラムで学習を行なった場
合には、重機の姿勢推定用モデル作成のための学習が上手く行えなかったものと考えられる。
以上の結果から,我々は重機の姿勢推定手法を構築する上で,開発が容易なツールとして OpenPose
を利用することは難しく,当初のアイデアに基づき重機の姿勢推定を行うことは困難であると結論付
け,OpenPoseを用いない別の姿勢推定手法を検討する必要があると考えた。
2.4 重機姿勢推定に関する新たな手法の提案
2.4.1 提案手法
OpenPose を用いた重機の姿勢推定に代わる,他の重機姿勢推定手法の検討を行った。本研究では,
無人化施工現場で用いられる手法の実現を目指していることから,重機の姿勢推定手法に要求される条件として,
・現場で精度の高い姿勢推定が可能であること
・リアルタイムでの推定が可能であることの2点を満たす必要がある。
そこで,この2点を満たす新たな手法として,我々が 2017年度に一般社団法人日本建設機械施工協会研究開発助成研究2)にて開発に取り組んだ,重機認識のための部位に着目した YOLOモデルである
Part based YOLO (POLO)の手法を応用することを- 184 -

考え,POLOの手法を用いた重機の姿勢推定手法を提案する。POLOでは部位に着目し,それら組み合
わせて重機全体を推定するという考えに基づき,検出された部分を組み合わせ,オブジェクト全体の種別および位置をリアルタイムかつ高い精度で推定することを可能とした(図-4)。我々が今回提案する手法では,このPOLOの部分推定を,重機全体を推定するためではなく,重機の姿勢推定を行うために用いる。すなわち,OpenPoseで行われている関節部分の推定・検出を,POLOの手法を用いる事によって行う事で,精度が高くかつリアルタイムでの重機の姿勢推定が可能になると考えた。バックホウ
を姿勢推定の対象とする場合,クローラの両先端部
分,キャビン部分,アーム関節部分,バケット関節部
分,バケット先端部分をそれぞれPOLOの手法を用いた推定により検出し,その検出された部位のBounding Boxの中心点をそれぞれ繋ぎ合わせることによって,姿勢を推定する(図-5)。

図-4

図-5

POLOデータセット例

POLOによる検出手法のイメージ

2.4.2 検証結果
提案した手法が重機の姿勢を推定することができる手法であるかを検証した結果を図-6 に示す。
バックホウ全体,クローラの両先端部分,キャビン部分,アーム関節部分,バケット関節部分,バケット
先端部分を学習させ,それぞれを推定することが可能となっているモデルを用いて検出を行っている。結果より,ボックホウのそれぞれの部位が検出できており,各部位の繋がり方もシステム内で設定しているため,どのような姿勢であるかということも正しく認識できていることが確認できる。
以上より,我々が提案した手法を用いることで重機の部位の検出及び部位の繋がり方を認識することができ,姿勢を指定することが可能であることが確認できたため,今後はこの POLO による部位検出を用いた重機姿勢推定手法を用いてシステムの開発を進める。

図-6

POLOによる姿勢推定

３．ゲームエンジンを用いた施工現場環境モデルの構築
ここでは,重機操縦者に映像から施工現場の環境を把握させるため,施工現場の稼働している重機の姿勢と地形を再現し,施工現場の環境を操縦者に適切な映像として提示を行う手法として,本研究で実施したゲームエンジンを用いた施工現場の環境モ
デルの構築手法について述べる。我々がここで考える適切な映像の提示とは,重機の状態や施工現場の環境全体を俯瞰できるような映像の提示である。
3.1 施工現場の環境を再現するための事前検討
3.1.1 環境構築ソフトウェアについて
本研究において,施工現場の環境の再現を行うにあたってどのようなソフトを用いて施工現場の環境を再現するかについて検討を行った。無人化施工現場では拡張性が大きく,物理演算ができ,三次元の環境を構築できることが求められている。
上記の要求を達成するために,本研究ではゲームエンジンといわれるソフトウェアを利用することにより施工現場環境の構築を行った。
また,用いるゲームエンジンを選択する必要があ
るが,本研究では導入と使用が容易な,一般向けに公開されているゲームエンジンである「Unity」というゲームエンジンを用いることで施工現場の環境の構築を行った。
3.1.2 施工現場環境の再現のための実施事項「Unity」上で施工現場の環境の再現を行うにあたって,どのようなことを行う必要があるかの検討を行った結果,
・ゲームエンジン上で,施工現場の地形を再現する- 185 -

・ゲーム上の施行現場環境を表示するためのビジュアライゼーション用の視点を作成する・ゲームエンジン上で姿勢再現する重機の関節を作成するという3つが必要であることが分かった。よって,次節以後では,ゲームエンジン上での施工現場の地形を再現するために行った3つの手法についての検討の結果について述べる。なお,ここでのビジュ
アライゼーション用の視点とは,PCにゲームエン
ジン内の映像を表示するために,視点としてカメラを作成する必要があり,そのゲームエンジン上に作成される視点のことである。
3.2 施工現場の地形再現手法の検討
3.2.1 標高データによる施工現場の地形再現
施工現場の地形の再現する手法として,点群デー
タにより作成された標高データを用いることにより施工現場の地形再現を行った。本手法で用いる
点群データを図-7に示す。この点群データには三次元座標の深さデータが記録されており、元に高
地を白,低地を黒とした白黒のグレースケールの標
高データを作成するDEM(Digital Elevation Model)
解析を行うことで地形再現を行なった。「Unity」
上で地形を再現した結果を図-8,斜面部分を再現した結果を図-9に示す。本手法の結果,図-8のように施工現場全体の地形を把握できることが確認できたが,図-9のように斜面の部分が階段のように再現される問題が発生した。これは標高データが8ビ
ットグレースレール画像のため色の濃さは2の8乗の階調で表され,地形を再現する際に標高の最高点と最低点の差を256で割った値の分解能で再現されてしまうためであると考えられ,本手法で使用した点群データの場合は(最高点 452m-最低点250m)/256=0.79mの分解能となり階段状に再現されてしまう。そのため,標高データを利用する施工
現場の地形再現する手法とは異なる地形再現手法の検討が必要と考えられる。

図-7

標高データによる施行現場の地形再現手法で使用する点群データ

図-8「Unity」上で標高データより作成した施行現場の地形再現の結果(全体)

図-9 「Unity」上で標高データより作成した施行現場の地形再現の結果と 点群データとの比較(斜面部分)

3.2.2 表面再構成法による施工現場の地形再現
施工現場の地形を再現する手法として,点群デー
タをメッシュ化して３Dモデルにする,表面再構成法による施工現場の再現手法を検討した。本手法
は,3.2.1と同様の方法で取得したデータ(図-10)をサ
ンプリングし,サンプルを元にオブジェクト表面を表すメッシュを生成することで地形のモデルの再現を行なっている。
表面再構築法よる施行現場の地形再現の結果を図-11に示す。この結果から,3.2.1の提案手法よりも高い精度で再現ができていることが分かる。
以上より,表面再構成法による施工現場の地形再現手法は施工現場の地形環境を詳細に把握しやす
く,実際に動いている重機の周辺環境を把握することが可能である。そのため,本研究では点群データの表面再構成法を用いて施工現場の地形再現を進めていくこととした。

図-10- 186 -

表面再構成法による施行現場の地形再現手法で使用する点群データ

図-14

図-11

「Unity」上で表面再構成法より作成した施行現場の地形再現の結果

3.3 「Unity」上での視点の作成「Unity」上で施工現場の環境モデルのビジュア
ライゼーションを行うにあたって,環境を再現する
視点方向を検討する必要がある。無人化施工において,重機操縦者は遠隔地からモニター映像を通して状況を確認しながら運転操作を行っているため,施工現場を再現する際には,施工現場全体の環境を俯瞰でき,また重機周辺の状態を把握できる視点作成が必要であると考えられる。よって,本研究では,施工現場を全体俯瞰できる視点と重機周辺を監視できる移動式の視点の２種類の視点を作成した。
図-12に施行現場を全体俯瞰できる視点から施行
現場地形を映した画像,図-13,14に重機周辺を監視できる移動式視点から重機を映した画像を示す。
結果より, 施行現場を全体俯瞰できる視点と重機周辺を監視できる移動式の視点を作成すること
で,重機の位置や姿勢,周囲環境を把握できる映像の提供ができていることが確認出来る。

図-12

図-13

施行現場の全体を俯瞰できる視点の映像

重機の状態と周辺を監視できる視界の映像①

重機の状態と周辺を監視できる視界の映像②

3.4 重機の関節作成手法の検討
施工現場の環境の再現を行うためには, 「Unity」上で重機の姿勢を再現する必要がある。しかし,重機の姿勢を再現するにあたり既存の3Dモデルには関節が実装されてないため,3Dモデル上に関節を作成する必要がある。本研究では,施工現場の重機のモデルに関節を作成する手法として,「Blender」という「Unity」と相互運用ができ,独自3Dモデル形式にも対応可能なソフトを使用する手法を考案した。
重機のラジコンの姿勢を「Blender」を用いて再現した結果を図-15に示す。重機がどのような状態か分かるような映像の提供が出来ていることが確認できる。

図-15

ラジコンと「Blender」内で重機の姿勢の再現

3.5 「Unity」上での施工現場の環境モデル再現の実験と考察
本実験では,施工現場の全体を俯瞰することで施工現場の全体と「Unity」上で行った重機の姿勢の再現ができるかを検証した。また,再現された重機の姿勢と周辺の状態を監視できる視点により重機がどのような状態になっているのかが分かるような映像の提供が可能であるか確認を行った。
施工現場の地形と関節を付与した重機を統合した施行現場環境モデルを図-16に示す。図-16から,施工現場の地形と重機の３Dモデルを再現することができており,施工現場環境モデルを再現することができたことが確認できる。また,図-17に施工現場の全体を俯瞰した視点の映像を,図18,19に「Unity」上で行ったラジコンと重機の姿勢の再現の比較結果を示す。図17のように施行現場の全体を俯瞰した視点からの映像からはっきりと全体を俯瞰でき,重機の位置関係を確認できた。また,図18,19のようにラジコンと姿勢の比較を行った結果,重機の姿勢を問題なく再現できていることが確認できる。

- 187 -

以上より,統合したシステムを利用することにより,「Unity」上に施工現場の地形の再現とビジュ
アライゼーション用の視点の作成ができ,重機の関節を作成することも問題なく再現できていることが確認できる。以上より,重機操縦者が施行現場の環境を把握できるようなシステムを, 「Unity」上で実現することができたと考えられる。

図-16「Unity」上での施行現場の環境モデル

図-17「Unity」上での施行現場の全体俯瞰映像

図-18「Unity」上での重機の姿勢の再現結果①

図-19「Unity」上での重機の姿勢の再現結果②開発されたアルゴリズムであるOpenPoseアルゴリ
ズムを重機に適用することで,特別な機械装置の付
加なく,重機の向きや姿勢を認識する手法の実現と②取得した重機や施工現場環境の情報をUnityなどのゲームエンジンを使って統合することで,豊富な拡張機能を活用し,施工現場環境の高度なモデルを効率良く構築する手法の開発を進めた。
①については,提案手法を実現するために,どの種類の重機を対象とするか,またどの可動部分を人間の関節として見立てて姿勢推定を行うかについての検討を行い,アノテーションの実施,既存の学習用プログラムをそのまま利用して,重機の姿勢推
定用学習モデルの作成を試みた。しかしながら,最終的には人物を対象として最適化されたOpenPoseを用いた重機の姿勢推定用モデルの作成は困難であり,OpenPoseを重機に適用するためには,アルゴ
リズム自体に大きな変更を加える必要があると考えられることがわかった。そのため,重機の姿勢推定のための他手法として,我々が過去に開発した,部位に着目した重機の認識手法POLOを用いた重機の姿勢推定手法を提案した。ボックホウ画像を用いて提案手法の有効性を検証したところ,重機の各部位が正しく検出され,重機の姿勢を正しく認識できることが確認できた。
②については,施行現場を再現するゲームエンジ
ンとしてUnityを選択し,施行現場の再現を行うために必要な,施行現場の地形の再現,ビジュアライ
ゼーション用の視点の作成,重機モデルの関節の作成を進めた。施行現場地形の再現には点群データの表面再構成法を用い,ビジュアライゼーション用の視点の作成では,施行現場の全体を俯瞰できる視点と,重機周辺を監視できる移動式の視点を作成した。また,実際の重機の姿勢はBlenderを用いて再現を行った。これらを組み合わせることで,ゲームエンジン上で,重機操縦者が施行現場環境を把握できるシステムを実現することができた。
今後は,新たに提案した重機姿勢推定手法を実用段階まで完成させ,この提案した手法で,構築した重機のモデルをUnity上で再現した施行現場環境に提示し重機操縦者が,操縦対象の重機の位置,向き,
姿勢や施工現場の状況を,正確に把握できるシステ
ムの実現を目指していく。
参考文献

４．結論
本研究では,無人化施工において作業現場にモニター用に設置されたカメラの映像から,映っている
重機の位置,向き,姿勢を推定し,遠隔重機操縦者に提示する手法・システムの構築を目標とした。そのための方法として,①骨格位置を推定するために

1) Zhe Cao and Tomas Simon and Shih-En Wei and Yaser
Sheikh (2017), “Realtime Multi- Person 2D Pose Estimation
using Part Affinity Fields”, In CVPR, 2017.
2) 井上槙人,藤武将人,吉見卓:“機械学習と画像処理を用いた重機の自動カメラ追従システム”，平成30年度建設施工と建設機械シンポジウム，災害,防災,復旧・復興(3)-7，2018.

- 188 -

43．AI を用いて映像中の建設機械を自動的に検出するシステムの開発

安藤ハザマ
富士ソフト

○早川健太郎 木付拓磨
増田裕正 寺原 勲

データの重畳表示，②映像から距離や面積を算出，１．はじめに建設現場では，レーザスキャナや GNSS 等の 3 ③AI による進捗レポート，④オルソ画像の作成の次元計測機器を活用した ICT 施工が盛んに行われ 4 つの機能を搭載している。
このうち③AI による進捗レポートは，AI を用いている。様々な機器を用いて現場の形状を計測することで出来高や出来形を管理しているが，これ て映像中の建設機械を検出し出来高管理に活用すらの多くは施工完了時の一瞬を計測したものであ るものであり，特に先進的な機能である。従来は職り，あくまで施工結果の確認として実施されてい 員が現場に長時間留まり，建設機械の歩掛や稼働る。結果に至るまでの歩掛や日々の出来高等のプ 状況を知ることで出来高を管理していたが，AI にロセス管理は異なった手法で行われることが多く， よる建設機械の検出によりこの業務を効率化する
定点カメラで撮影した映像を用いて施工管理を行 ことが可能である。本稿では「AI を用いて映像中うものなどが挙げられる。例えば，動画やタイムラ の建設機械を自動的に検出するシステム」についプスカメラで工事の進捗を一定間隔で記録するも て詳しく述べる。
なお，本件は国土交通省「建設現場の生産性を飛のがある。これらの活用方法では，毎秒数フレーム
躍的に向上するための革新的技術の導入・活用に～数分間隔の高い時間分解能で現場内を継続的に（PRISM）に採択され開発し記録することが可能であり，映像から施工の結果 関するプロジェクト」
だけでなくプロセスを確認することができる。し たシステムの一部である。
かし，映像を見るだけでは，工事完成形に対する進捗状況が直観的にわかりにくい，施工量や距離，面 ２．建設機械検出システムの開発
積等の定量的な情報を取得しづらい，稼働してい 2.1 システムの概要
る建設機械の台数等の常に変化する情報を素早く映像中の建設機械を自動的に検出するシステム
把握できないといった課題がある。そこで，上記の の概要を図-1 に示す。このシステムの特徴は，建課題を解決しつつ建設現場の進捗管理を効率的に 機検出 AI とカテゴリ認識 AI と呼称する 2 つの AI行うため，「4K 定点カメラ映像による工事進捗管 で構成されていることである。建機検出 AI は，盛理システム」1) 2)を開発した。このシステムは①3D 土施工で一般的に使用されている 4 種類の建設機

図-1

建設機械検出システムの概要- 189 -械（ダンプ，バックホウ，ブルドーザ，振動ローラ）
を検出対象としており，入力された未知の画像か
ら 4 種類の建設機械を検出する。この検出結果では外観がダンプに類似する車両を誤検出する傾向があるため，それらを区別することが可能なカテ
ゴリ認識 AI を用いた。建機検出 AI がダンプを検出した場合，それが真にダンプであるかさらに分類することで，検出精度を高めている。図中の①は機械学習による AI の生成を表しており，システム
運用前に実施する。ここでは事前に収集した複数のデータを学習することで，建機検出 AI とカテゴ
リ認識 AI を作成している。②～⑤は未知の映像から建設機械を検出する手順を表している。②では建設機械を検出したい画像を建機検出 AI に入力
し，③で検出結果を出力している。ここでダンプとして検出された場合は外観が類似する車両である可能性があるため，③で得られたダンプの画像を④でカテゴリ認識 AI に入力し，検出精度を高めた
結果を⑤で出力する。これにより未知の映像に存在する建設機械が検出される。
建設現場の映像をこのシステムに入力すること
で，映像中の建設機械を自動的に検出することが可能になり，職員が現場を常時観察せずとも出来
高管理の基礎となるデータを得ることができる。

ンプ，バックホウ，ブルドーザ，振動ローラ）を対象にした。同種の機械であっても仕様（バックホウのバケット容量やアーム長など）や色が異なる機
械が複数台存在するが，ここでは同種の機械として扱っている。また，検出の対象とするエリアは定点カメラからの距離が 150m 以内の盛土施工範囲（図-3）とした。
(3) AI の作成に利用するプラットフォームの選定
AI を作成するために，Microsoft 社の Custom
Vision 利用した。このプラットフォームでは機械学習技術を用いて，学習データとして入力した画像から学習モデルを作成し，学習した対象を検出する AI を作成することが可能である。この AI は学習によって得られた対象の特徴を用いて画像内に存在する対象を検出し，名称と画像内の座標を得ることができる。
(4) 学習用の画像データの取得
盛土施工用の建設機械が稼働していた 2019 年 9月 20 日～11 月 30 日までの定点カメラ映像のうち，作業が行われている時間帯から無作為に 1,800 枚の静止画（JPEG）を切り出し学習用の画像データとした。
(5) 画像データへのラベル付け
学習用の画像データに映っている建設機械の位置と名称を登録する作業をラベル付けと呼び，ラ
2.2 システム運用までの準備
以下にシステムを現場で運用するために必要な ベルを付けた画像データは AI にとっての正解値である。図-4 のように建設機械を矩形で囲み位置
準備事項を示す。
を決定し名称を登録する作業により，建設機械の(1) 対象現場と定点カメラの設置
映像撮影の対象として，図-2 に示す延長 300m， 外観と名称が関連付けられ学習データとなる。ラ
T.P.+14.5m の防潮堤を構築する工事現場を選定し ベル付けは通常，目視かつ手作業で行うため膨大た。この防潮堤に近接する位置に構築された 2 つ な時間を要する。1,800 枚の画像データには総数の水門上に定点カメラ（JVC ケンウッド社製 VN- 10,000 以上の建設機械が映っており，そのうち178WPR）を設置し，4K 解像度（3,840×2,160）， 9,679 台の建設機械にラベル付けを行った。図-5 は1fps 間隔で防潮堤を構築する様子を記録した。図- ラベル付けを行った画像データの一例であり，一枚の画像中に複数台の建設機械が映っている場合
3 は定点カメラで実際に得られた画像である。
は，全てにラベルを付与している。4 種の建設機械(2) 検出の対象とする建設機械の選定のラベル数の内訳は，ダンプ 4,043 個，バックホウ
盛土施工で一般的に使用されている 4 種類（ダ4,042 個，ブルドーザ 812 個，振動ローラ 782 個である。ただし，矩形の大きさが 100×100px 以下となる建設機械はカメラからの距離が概ね 150m を図-2対象とした防潮堤の工事現場

図-3- 190 -

定点カメラから得られる映像

超えるものであり，検出の対象範囲外となるので，ラベル付け作業の対象外とした。
(6) 建機検出 AI の作成
ラベル付けされた画像データを学習データとして，Custom Vision にて機械学習を実行した。これ
により，未知の映像中に存在する 4 種の建設機械を検出できる建機検出 AI を作成した。
建機検出 AI
に未知の映像を入力し，建設機械を検出した結果を図-6 に示す。建機検出 AI は入力された映像内で学習した特徴に似ている対象を検出すると，対象の名称とそれを囲む矩形座標を出力する。シス
テム上では建設機械の種類ごとに異なる色の矩形で表現しており，同時に矩形上部には推論確率（推論の確からしさ）が表示される。図-6 の左上の例
では赤い矩形で囲まれた対象は「90.5%の確率でブルドーザである」ことを示している。
(7) カテゴリ認識 AI の作成
建機検出 AI を用いて未知の映像中からダンプ

図-4を検出する際，ダンプと外観が類似している建設
機械を誤ってダンプとして検出する事例が多く発生した。図-7 はダンプとして誤検出された建設機械の例である。矩形で囲まれている対象は，正しくは生コン車や資材搬入用のトレーラである。
これらの誤検出結果を正しい結果へ導くため，
ダンプとダンプに類似した 5 種の車両のカテゴリを分類するカテゴリ認識 AI を作成し，建機検出 AIによる検出結果に対して適用した。AI の作成にMicrosoft 社の Custom Vision を利用した点と学習用の画像データの収集期間は建機検出 AI と同様である。学習用の画像データに映っているダンプに類似した車両を 5 種類選択しラベル付け作業を行い，ラベル総数は 248 個（表-1）とした。
建機検出 AI とカテゴリ認識 AI で大きく異なる
点は，建設機械の見つけ方にある。建機検出 AI は入力画像の全範囲から対象となる物体の存在を検出している。一方，カテゴリ認識 AI は建機検出 AIの検出結果（矩形で囲まれた画像）のうち，誤判定の多いダンプに対して働くものである。対象は既にダンプとして判定された画像のみであり，それをダンプもしくはダンプ以外の車両に分類していラベル付け作業の様子

図-7
表-1

図-5

建機検出 AI がダンプと誤検出した例

カテゴリ認識 AI の作成に用いた車両のラベル数

ラベル付けされた画像データの例

図-6

建機検出 AI での検出結果- 191 -

る。この 2 つの AI を連続的に運用することで，盛土上で稼働する建設機械を精度よく検出することが可能になる。

の性能指標を示す。図-9 はブルドーザを検出した
場合のラベル数と性能指標との関係である。
Precision はラベル数が約 400 個の時に既に 80%以
上と高い値を示し，500 個を超えると 100%となる。
３．建設機械検出システムの性能確認と運用結果
すなわち，AI がブルドーザとして検出した対象は，
3.1 AI の性能確認の方法
それが全て正解であったことを示している。一方，
一般的に AI の性能を評価する場合，性能指標と Recall はラベル数 500 個までは低い値を示していして「Precision」，「Recall」，「F 値」，「mAP」の 4 つ るが，600 個を超えると 80%以上となる。図-10 にが用いられるが，このうち Precision と Recall に注 はダンプについての同様のグラフを示す。ダンプ
目し性能を評価する。本稿の建設機械検出の事例 は複数台が同時に映像に映る機会が多いため，最で言えば図-8 に示すとおりである。Precision は AI 小ラベル数が 2,424 個とブルドーザと比較して多がダンプとして検出した対象のうち，真にダンプ くなっている。そのため，Precision と Recall は初だった対象の割合を示している。Precision の値が 期から概ね 80～90%と高い水準を維持している。
図-9，10 より，学習データに用いるラベル数が高い場合，誤った検出が少ないことを意味してい増加するにつれてAI の性能指標が向上している
る。Recall は真にダンプである対象のうち，AI がダンプとして検出した対象の割合を表しており， ことが明らかとなった。また，ラベル数が一定数をRecall の値が高いほど対象の見逃しが少ないこと 超えると性能指標は収束する傾向にあり，高い値で安定することも確認された。
を意味している。
3.4 AI による検出結果と目視計数の比較
3.2 評価用データ
AI の性能指標が 80%を超えたことが確認できた
AI の性能指標を求めるため，建機検出 AI とカため，現場運用を開始し未知の映像から建設機械
テゴリ認識 AI に評価用のデータを入力して得られた検出結果を評価用データの正解値と比較する。 の検出を行った。このときの検出誤差を評価する
評価用データとして 2. 2.（4）と同期間に取得した ため，AI による検出台数と目視で計数された台数（AI 検出台数－
映像のうち，学習データとして使用していない画 を比較した。ここでの検出誤差は，
目視台数）／目視台数で定義した。
評価に用いるデ像から 72 枚抽出した。その画像に含まれる 4 種の建設機械を目視し，正解となるラベルを付与した。 ータは，AI の学習に使用していない 2019 年 12 月
その内訳はダンプ 190 個，バックホウ 132 個，ブ 2 日～12 月 9 日の映像を 1 分間隔で静止画としてルドーザ 30 個，振動ローラ 27 個の合計 379 個で 切り出したもの（約 1,100 枚/日）を採用した。建設機械ごとの検出誤差を図-11 に示す。目視での計ある。

3.3 学習用のラベル数と性能指標の関係
一般には，AI を用いて対象を検出する場合，学
習データの数が多い方が検出精度は向上すると言われている 3)。しかし,多くの学習データを用意しラベルを付ける作業には多くの時間を要するため,必要となる学習用ラベルは極力少ない数で高い性能を出すことを考えたい。そこで,建機検出 AI の
ラベル数を増加させた場合の性能指標への影響を検証した。
図-9，10 には評価用データを用いて算出した AI

図-8

図-9

建機検出 AI の性能指標（ブルドーザ）

図-10

建機検出 AI における性能指標- 192 -

建機検出 AI の性能指標（ダンプ）図-14 AI が検出したダンプ台数の積み上げグラフ
図-11

建設機械ごとの検出誤差

図-12

対象範囲の境界付近のブルドーザ

図-13

ダンプと重なった状態のブルドーザ

していることがわかり，性能指標だけでは把握できない課題が判明した。AI の性能を向上させるだ
けでなく，カメラの設置位置や建設機械の動線などを工夫し図-12，13 のような状況を避けることで，その性能を発揮することができる状況を整えることも重要である。

数に対する AI による検出誤差は，バックホウと振動ローラの場合でいずれの日も±10%以内に収まっている。一方，ダンプは+0.8%～－13.7%，ブル
ドーザは+1.2%～－35.6%の範囲と変動幅が広く，
特にブルドーザの検出誤差が大きい。この原因として，次の 2 つが考えられる。第一に，ブルドーザの検出誤差が大きい日の敷き均し作業は図-12に示すように検出対象範囲とした 150m の境界付
近で行っており，ブルドーザは他の建設機械と比べて機体の実寸が小さいため，映像中の解像度が低下したことが挙げられる。第二は盛土材を運搬しているダンプと映像上で重なる（図-13）ことで，建機検出 AI による検出の困難さが増したものと想定される。
このように，AI の性能指標のみで評価した場合は Precision と Recall 共に 80%以上という結果が出たが，実際に現場で運用し目視結果と比較することで解像度の低下や障害物との重なりを苦手と４．出来高管理の高度化
検出対象の解像度の低下や障害物との重なりな
どの不適切な条件下を除けば，映像中の建設機械を±14%程度の誤差で検出できることが明らかとなり，現場の出来高管理に活用可能であると考える。例えばダンプの台数を計数することで，日々の運搬土量を求めることができる。さらに図-14 のよ
うにダンプの延べ台数の積み上げ推移を見ること
で，ダンプが集中するもしくは途切れる時間帯を把握し，現場の改善に資することも可能である。
従来，これらの情報は職員による観察で得ていたが，現場に滞在できる時間には限りがあった。このシステムを用いることで終日の情報を自動的に得ることができるため，職員の負担が減るだけではなく，建設機械の時間ごとの推移などこれまでは気付きにくかった情報を得られるようになり，
建設現場の管理業務をより効率的に進めることができるようになる。
５．システム運用上の留意点
建設機械検出システムを運用していく中でいく
つかの課題が明らかになったので，以下に述べる。
(1) 現場の広さとカメラの解像度
定点カメラを設置して現場の映像を得るとき，対象とする範囲に対して適切な解像度のカメラを選択する必要がある。解像度の低いカメラを使用すると，撮影距離によっては映像に映る建設機械の解像度が低下し，モザイク処理を施したような
見た目になる。このような映像は学習データとして不適切であり，検出精度の低下を招く恐れがある。
(2) カメラの設置位置
定点カメラを設置する位置によって撮影対象に偏りが生じる可能性がある。例えば人の目線程度の高さにカメラを設置した場合，特定の建設機械- 193 -

が視界を遮り他の建設機械が映像に映らないことがある。このような状況が続くと学習データの収集に影響があるだけでなく，現場内の建設機械数を正確に検出できないため，出来高管理のデータとして運用することができなくなる。そのため，カメラは現場を俯瞰するような位置に設置することが望ましい。
(3) 学習データの収集期間
建設現場では，施工の進捗によって地形や動線の変化，使用する建設機械の入替えなど，現場の状
況は日々更新されている。このような状況の中で短期間のうちに集中的に学習データを収集した場
合，特定の状況での検出に特化した AI となる可能性がある。AI に汎用性を持たせるためにも様々な状況の学習データを得ることが望ましい。
(4) ラベル付け作業時間
ラベル付け作業は人の手作業で数千回にわたって行われるため，多くの人工を要する。今回使用した学習データのラベル数は 9,679 個であり，ラベル
付与には約 256 時間を要している。人物の顔や一般的な車両などを検出する場合，公開されている学習データセットを活用することでラベル付け作
業を省略することができるが，建設機械のような特殊な物はデータセット公開には至っていない。
(5) AI の検出精度の向上手法
本稿では AI の検出精度を向上させる手法として，カテゴリ認識 AI の活用と学習データに使用するラベル数の増加が有効であったことを示している。一方で，筆者らはその他にも精度を向上する手法を検討しており，ラベルの偏りも重要な要素であることを確認している 3)。偏りとは，建設機械の向きごとのラベル数の多少を意味しており，AI の検出精度に影響を与えることがわかっている。そのため，無作為にラベル数を増やすだけではなく建設機械の向き等に一定のルールを設定して学習
データを作成することも検討すべきである。

はシステムの改良だけでは限界があり，現場との密接な連携が必要となる。具体的には，現場条件に合致するカメラの選定や実際に使用されている建設機械をもとにした学習データの作成がある。しかしながら，特定の現場に特化したシステムとした場合は汎用性が新たな課題となる。このシステムを展開し，現場の効率的な管理を実現させるためには様々な現場状況に対応する必要があり，今後はシステムに汎用性を持たせる技術開発が求められる。そのために，汎用的な学習データの作成方
法やより少ない学習データで検出精度を向上させる手法についてさらに検討していきたい。
参考文献
1) 佐藤 諒，木付拓磨，松本江基，早川健太郎，花坂弘之，
朝倉健介，伊藤祐介，蒔苗耕司：4K 定点カメラ映像による工事進捗管理システムの開発および試行結果（その１），土木学会第75回年次学術講演会，VI-990，2020.
2) 木付拓磨，佐藤 諒，松本江基，早川健太郎，永井利幸，
増田裕正，伊藤祐介，蒔苗耕司：4K 定点カメラ映像による工事進捗管理システムの開発および試行結果（その２），土木学会第75回年次学術講演会，VI-991，2020.
3)

Chen Sun, Abhinav Shrivastava, Saurabh Singh, Abhinav
Gupta：Revisiting Unreasonable Effectiveness of Data in
Deep Learning Era，In ICCV，2017.

4) 早川健太郎，黒台昌弘，増田裕正，蒔苗耕司：AIによる

６．おわりに
建設現場の映像から学習データを作成し，建機
検出 AI とカテゴリ認識 AI に建設機械の外観と名称を学習させることで，建設機械を自動的に検出するシステムを開発した。このシステムは，適切な条件下であれば映像中の建設機械を±14%程度の誤差で検出できることがわかり，現場の出来高管理に適用可能である。その結果として，職員が現場に長時間留まる必要がなくなり効率的に業務を進めることができる。
このような有用性が明らかとなった一方で，映像と AI を用いたシステムを運用する場合の留意点もいくつか判明した。大きく分類すると，映像の撮影方法，学習データの収集・作成，AI の検出精
度の 3 つに分類され，これらの課題を解決するに- 194 -

建設機械検出システムの開発と検出精度を向上する試
み，AI・データサイエンスシンポジウム（投稿中），2020.

44．遠隔臨場を活用した多人数コミュニケーションの実験的報告

可児建設株式会社

１．はじめに

〇可児

純子

立命館大学

横山

隆明

株式会社環境風土テクノ須田清隆の課題も想定され，通信の安定化への方策を検証

新型コロナウィルス感染の先行きが見えない

し，最適な方策を決定する。

中で，建設業においても接触レス・移動レスによるリスク回避や生産性の視点で遠隔を利用した

４．オンライン報告会開催における課題

新しい働き方が求められている。本論文は，遠隔オンライン報告会では，報告側 15 名，聴衆側技術の活用によって検証した，多人数の参加の講268 名を予定し，特に報告者・聴衆者共に北海道

演会・報告会の運営や施工現場における臨場を要から九州までの全国各地の職場や自宅からの参する工事検査などの実施結果を通じて，遠隔臨場加のため，運用面での時間管理が重要になった。

の効果や課題について考察し，広く一般化していそのため，通信障害やシステム障害が発生した場

く上での提案をするものである。論文では講演会

合の対処方法は事務局に集中することが予想さでの発言権がない聴衆 268 名，発言権を持つパネ

れ，事前の検証が必要になった。同時に事務局対

ラー15 名（5 セッション）により構成，工事検査

応をでは受発注者間の臨場共有など運用面での課題

スムーズに行う上で事前のシナリオ策定が必要や改善策などを利用形態別に整理し考察していになり，シナリオに従った事前検証が必須になっる。

た。
以下に本報告会開催までの活動内容をまとめ

２．オンライン報告会の目的ている。

本報告会は，国土交通省が公募した令和元年度

表-1

報告会準備実績

ＰＲＩＳＭ活動や政策課題型研究助成の活動成

活動内容

回数

検討内容

果について，映像の活用のノウハウや有効性など

事務局会議

6回

シナリオ策定、個別会議調整等

オンラインでの啓発により，社会実装化への議論

予行（個別） ８回

パネル別予行、現場通信検証が深まることを期待して開催するものである。報予行（全体） 3 回

運営管理、通信検証

告会の開催を通じて遠隔臨場技術の比較検証を行っている。

５．報告会シナリオの策定
報告会のシナリオは講演内容や報告内容など

３．通信環境の選定を考慮し，かつ障害時の対応時間を休憩時間とし検証に使用した通信環境には，インターネットて採り入れ 2 時間 30 分で収まるように時間配分による開域環境（WEB 会議システム Zoom ウェビナ

している。

ー)の活用を基本としている。ただし，遠隔の山間5.1 運営計画部にある現場案内には映像の安定性等，臨場面で- 195 -

オンライン報告会のシナリオに対する検証課

題と内容を表-2 に示す。
表-2

表-3

ビデオ会議と WEB 会議の比較評価

シナリオに対する検証課題と内容

検証内容

時間(分)

実施項目

ビ デオ会議W E B会議

WEB 会議１人

10

開催挨拶

サービ ス形態

オン プ レ ミ スサービ ス（ 宅内設置）ク ラ ウド サービ ス/オン プ レ ミ スサービ ス

WEB 会議１人

20

基調講演

利用形態

WEB 会議１人

25

特別講演

テ レ ビ /専用端末と 、
社内イ ン ト ラ 回線を 通
じ て会議を 行う

パソ コ ン と イ ン タ ー
ネッ ト 回線を 通じ て会
議を 行う

WEB 会議 4 人

30

パネル討論 A

ネッ ト ワーク

イ ン タ ーネッ ト 回線

WEB 会議 5 人

30

パネル討論 Bイ ン ト ラ ネッ ト ・
VPN・ イ ン タ ーネッ ト
回線

ビデオ会議(WEB 併用)

25

遠隔現場+本社

利用場所

会議室（ 参加者： 複数
対複数）

自席、 会議室（ 参加者：
基本１ 対１ ）ビデオ会議(WEB 併用)

10

遠隔現場

操作性

リ モコ ン 操作

パソ コ ン ブ ラ ウザ操作

WEB 会議 2 人

15

事務報告

安定性

ハード ウェ ア処理のため一般的に安定ソ フ ト ウェ ア処理のため安定性に欠けるWEB 会議 160 人

25

統括討議

品質

高画質、 高音質

ビ デオ会議の品質確保は困難

マルチデバイ ス

スマホ、 タ ブ レ ッ ト 、
パソ コ ン

スマホ、 タ ブ レ ッ ト 、
パソ コ ン

PCリ テ ラ シー

不要

必要

長時間会議

向いている

不向き

提供メ ーカ ーシスコ 、 ポリ コ ム、 ソ
ニー、 パナソ ニッ ク な
どZOOM,シスコ 、 ブ イ
キュ ーブ 、 Meeting
Plazaなど

5.2 通信環境の検討
通信環境を当初 WEB 会議（Zoom）(図-1 参照)を設定していたが，試行段階で山間部の現場から送られてくる映像の不安定化が課題になり，発注者
における段階検査を目的にした場合に不具合が想定された。そのため，本報告会では通信環境の改善策として非対称通信や帯域推定技術，画像圧

5.3 映像の安定化のための方策
a. 非対称通信
エンコード帯域を 4Mbps に設定すると HD 解像縮技術を組み入れているビデオ会議（HD コム）(図度で十分な映像品質を確保できるが，一般的な会-2 参照)の併用を行っている。

議システムでは 4Mbps で設定した場合，映像の送専用端末／パソコンで構成

受信共に 4Mbps の帯域を使用するため，上り，下り合計 8Mbps 帯域が必要となる。 またスマート
フォンの画面サイズは通常 6～7 インチ程度のため，スマートフォンに表示する映像が SD 解像度
でも実使用上問題はない。
図-１

ビデオ会議（HD コム Live）では、このことに着ビデオ会議

目し端末側で受信する映像は 256kbps の SD 解像度，送信する映像は 4Mbps の HD 解像度とする非対称通信(図-3 参照)を行い送信する映像の高画質化を図った。

図-２

WEB 会議システム

WEB 会議とビデオ会議の比較を表-3 にまとめる。
図-３- 196 -

非対称通信の仕組み

b. 帯域推定技術（AV－QoS）
ネットワーク環境において，一定の品質の映像を維持するためには通信中の帯域を維持する必要がある。インターネット回線や公衆無線回線は，多数の端末が同じ通信資源を共用しており端末数や使用されるアプリケーションが常に変化するため，各端末が使用可能な帯域幅も変動する。
ビデオ会議端末が送信する映像，音声データの送画像-１

メモリまで鮮明に表示

c. 運用結果

信帯域が使用可能な帯域幅を超過した場合，超過オンライン報告会では現場からの遠隔臨場の分は遅延したり，損失したりする。これによって場合，映像の揺れによる不快感を解消するために映像・音声の乱れや途切れが発生している。これWEB 会議システムを基幹システムにし，ビデオ会を防止するために，常に狭帯域で送信すると映議を結合させた二つのシステムのハイブリッド

像・音声品質が常に低くなり，ビデオ会議端末と化を試行するものとした。その結果、明らかに映しての優位性が失われる。そこでビデオ会議シス像の画質において WEB 会議(画像-2 参照)に比べテム（HD コム Live）では，変動する帯域幅を推定てビデオ会議(画像-3 参照)を使用した映像の方

し，映像・音声の帯域幅を動的に調整することで，が画質の鮮明性が高いことが確認されている。

遅延や損失を抑制する帯域推定技術を採用した
図-3 に無線回線を使用した際の帯域変動の例を示す。無線の場合，帯域の変動が急峻(図-4 参照)
である。

画像-2

WEB 会議（映像は不鮮明）カス過程での映像に乱れが生じた。見ている側か

画像-3

ビデオ会議（映像が鮮明）

らは揺れの映像から不快感はぬぐえなかった。

6．オンライン報告会

図-４

無線における帯域変動

5.4 現場との中継検証結果
a. WEB 会議方式のみの検証結果
スマートフォンと Zoom との接続だけでの試験
では映像に揺れが入り，かつ注目箇所へのフォー

b. ビデオ会議方式のみの検証結果

オンライン報告会に関する事後アンケートで

ジンバル付カメラとタフフォン（映像圧縮機能

は全セッションともに 5 段階評価の関心度で平均と帯域推定を装備）とビデオ会議（非対称通信）

4.2 と高い理解が得られた。特に遠隔の現場見学

での映像には揺れが明らかになく，映像が安定し会では，画質，音声の安定感から臨場感が表れたていた(画像-1 参照)。

と高い評価に繫がっていた。

- 197 -

7．まとめ6.1 講演会（基調講演）

オンライン報告会は，参加申し込み数 268 名，

講演会（基調講演）を様子を画像-4 に示す。

平均聴講率 70％程度あり，常時報告者も含めて180 人近くが実質参加したことになる。
またオンラインのために全国からの参加となり，特筆すべきは行政 30％，大学 10％，建設業界40％，他産業 20％と産官学体制が確認されている。
ただし行政では WEB 会議に職場のセキュリティの問題で活用を難しくしていた。それらを踏まえて
オンライン報告会の特徴を整理した。
画像-４① 報告会をスムーズに進める上で事前準備とホ

WEB 会議一人 spotlight

ストの役割の明確化が必要となる。
② オンラインでの報告会は，聴講者の出入りが6.2 遠隔現場見学会

自由のためセッションごとの時間管理が重要

遠隔現場見学会では，北海道天塩の現場と堀口組本社をビデオ会議システムで繋ぎ，WEB 会議シ
ステムを通じて聴講者に映像と音声をリアルタ
イムで送信した。

になる。
③ ビデオ会議を使用する場合 WEB 会議との結合を可能にする仕組みづくりが必要になる。
④ 聴講者からの意見や質問はチャットを利用して必要に応じて即応しても，時間制限の中で事後対応も事前告知する必要がある。
⑤ 通信環境が厳しい工事現場からの無線伝送には非対称通信や帯域推定技術を持つビデオ会
議システムが有効である。

画像-5

ビデオ会議（WEB 会議併用）

画像-6

ビデオ会議（WEB 会議併用）- 198 -

45．超大型建築現場における生産性向上を目指した
資機材管理システムの開発と導入

鹿島建設（株） 〇中澤 勇介
鹿島建設（株）内田 佳親

鹿島建設（株）犬窪 昭裕

1. はじめに
2.2 受発注について
毎週およそ500台を超える車両で資機材の搬出
あらゆる資機材は、工事担当者が物品請求書を入を行っている大型建築現場でも、レンタル資機
作成し、所内承認を得たのちに発注され、場内に材の貸出し業務は通常の記帳管理で行っている。
搬入される。しかし、多忙な工事担当者は、資機
さらに、点検対象の機械は現場内に点在していた材を発注するたびに上記のような業務を行うことため、資機材管理や機械点検管理にかなりのマンは非常に効率が悪い。また、所内承認を得るには、パワーが割かれてきた。これらを効率的に解決す上長が事務所に在席している必要があり、工事担ることは現場の生産性向上に必要不可欠である。
当者、上長の双方への負担が大きい。さらに、資このため、ICTとQRコードを活用して資機材を管機材を発注したり、在庫や納期を確認したりする理する「KENLOGI」システムを開発して業務のために繰り返される電話やメールは非常に手間で改善を図った。開発したシステムは、延床面積がある。（図1）大規模現場では発注件数も非常に多35万㎡を超え、工事最盛期に作業員数が約3500人
く、これらの業務を効率化することが、生産性向/日、高所作業車の台数が1200台/日を超える過去
上に大きく寄与すると考えた。
に例が無い最大規模の建築現場に適用した。また、
当システムは建築現場のみならず、土木現場への適応も行いつつあり、建設業界全体の標準システ
ムとして生産性向上をはかることを目指している。
本報文では、この「KENLOGI」システムの概要と超大型現場における導入後の試行結果、また、今後のシステムの展開について報告する。
図 1 従来の資機材発注フロー

2. 資機材管理における現状と課題
2.1 資機材管理について
建設現場には高所作業車やミニクレーンなどの建設機械や台車・立馬など、様々な資機材が存在する。貸与時には、使用者つまり管理責任者が明確であるが、時間の経過とともに管理責任者が不明となるケースが散見される。そのため、稼働率の悪い資機材が放置されることとなり、逸失利益の原因となる。さらに破損・故障時には起因者が特定出来ないため、その後の費用措置や対策立案が困難になることが多々ある。特に建設機械の場
合は、リース料や修理費が高額であるため、コストの圧迫に直結する。さらに安全管理の面においても管理責任者が不明確であることは看過できない。

3. 建設機械の管理
3.1 鍵管理
当工事は、当社の建築工事の中で最大規模であり、高所作業車やフォークリフトの稼働台数は、1
日当り1,200台を超える。これらを前述の様に、従来の方法で管理することは非常に非効率であり改善が求められた。（図2・3）
協力会社は高所作業車やフォークリフトなどの機械を借りる場合、台帳に会社名や氏名などを記
入して、鍵と点検表などを入れた「安全バッグ」（後述）を借りる。機械管理は、この台帳の記載
内容によって管理していた。鍵を紛失した場合などの措置は、この台帳に基づいて行っていた。しかし、この管理方法では協力会社の記帳手間が大きく、また、記帳ミスなどのおそれもある。

- 199 -

また、作業開始前点検の実施状況を確認するには、現地へ行くしか手段はない。限られた社員の数で全数を確認するには現実的に困難である。機械毎の月例点検や年次点検の有効期限の確認も煩雑となり、更新を失念するおそれがある。
上述のような状態は点検管理の厳格さに欠け、機械の安全管理が十分とは言えない。これは大型現場のみならず、すべての建築現場において顕在化している問題である。
図 2 月別高所作業車台数

4 揚重管理における現状と課題
建築現場では、製作工場から現場へ搬入された仕上げ材を、工程に合わせて必要なフロアまで揚重することが重要となる。この揚重を一括管理するために揚重センターを組織する。（図5）

図 3 月別フォークリフト台数

稼働率の悪い機械は逸失利益を発生させるため、稼働率を確認することは現場を運営する上で必要不可欠であるが、この方法では非常に大きな労務量が求められる。
3.2 点検管理
当社では、高所作業車やフォークリフトなどの機械の管理を厳格化するために、1995年に安全バッグ制度が導入され、現在も同制度で運用している。（図4）

図 5 揚重センターの概要

揚重予定は、あらかじめ協力会社から提出された揚重申込書を元に調整し計画される。この揚重申込書は決まった様式でメールや紙面で提出されることが一般的である。（図6）
当現場では特に仕上げ工程時の搬入が多く、1週間あたり約100社、車輌500台分の揚重量があった。提出される揚重申込書を週単位でまとめる
作業には非常に多くの労務量が求められた。また、揚重予定に変更が生じた際、協力会社とリア
ルタイムにその情報を共有することが出来ず、混乱を招くおそれがあった。

図 4 安全バッグ制度

この制度は、安全バッグの中に、作業開始前点
検表、月例点検表、年次点検表などの法定点検表を入れることで点検管理を一元化することが目的である。しかし、この管理方法は各点検表の更新
時に全て手作業で点検表を入れ替える必要があり、管理する機械の台数が増えるほど手間がかかる。

- 200 -

図 6 揚重センターの役割

揚重費用負担の根拠資料の作成や、今後の工事現場に揚重計画を展開するには、紙情報の揚重実
績を電子化することが必要である。しかし、この作業には過大な労力がかかっていた。揚重実績
は、通常、エレベーターのオペレーターが揚重作業を行いながら、台帳に揚重実績を手書きで記載
し、その台帳を電子化する。これらの作業は実績
記録の二重手間であり、揚重センターへの負担が非常に大きかった。
（図7）

図 9 システム構成

本システムは、通信環境の無い高層階や地下階でも利用出来る様、スマートデバイスに情報を蓄積でき、通信が回復した時にクラウドサーバとの同期処理を行う事が出来る仕様である。また、レンタル会社独自のQRコードが共有可能なことも特徴である。
5.1 資機材管理システム
本システムは、資機材にQRコードを割付けることで、資機材情報をデータベース化し、一元管理することが可能である。QRコードはシステム独自のものを使用しても良いが、レンタル会社独自のQRコードも使用可能である。（図10）

図 7 従来の揚重実績記録方法

5 「KENLOGI」システムの開発
昨今、建設現場においてもQRコードが普及してきた。例えば、現場では作業員(ヒト)にQRコードを与え入退場管理を行ったり、レンタル会社
は資機材(モノ)にQRコードを与え在庫管理を行ったりしている。そこでヒトとモノをスマートデ
バイスで紐づけ、データベース化し、管理を「見える化」することで前述した管理の様々な課題を解決することに着目し、「KENLOGI」システムを開発した。（図8）

図 10 「資機材管理」情報データ

5.2 受発注システム
本システムは、物品請求から現場に資機材が納品されるまでをシステム上で行うことが可能である。また、所内の承認作業もシステム上で行うことが可能で、承認されると自動的に資機材が発注される。また発注・納入履歴も自動データベース化される。（図11）

図 8 システム構築イメージ

開発は、当現場の課題解消だけではなく他現場やレンタル会社のニーズも反映させることを目標とし、「資機材管理」「受発注」「カギ・点検管理」「揚重管理」、の 4 つの管理業務をシステム化した。（図 9）- 201 -

図 11 「受発注」フロー

5.3 鍵・点検管理システム
5.3.1 鍵管理システム
本システムは、鍵に取り付けたRFIDタグを併用することで建設機械の鍵の貸出業務をシステム化し、データベース化することが可能である。貸出状況がリアルタイムに「見える化」される。個人（ヒト）との紐づけは入退場管理システムの
QRコードを使用する。（図12）
図 14 「揚重管理」フロー

図 12 「鍵管理」フロー

5.3.2 点検管理システム
本システムは、スマートデバイスを用いて作業開始前点検を実施し、データベース化することが可能である。これにより点検の実施状況がシステ
ム上に一元管理される。使用者（点検者）は異常を発見した際に写真を登録することが可能で、担当者にメールで異常通知が送信される。（図13）

6. システムの試行結果
6.1 資機材管理システム
資機材情報をデータベース化することで、その資機材の搬入日や仕様、管理責任者など、一元管理を可能とした。これにより場内にある資機材管理の「見える化」が可能となった。また、現地で資機材に貼られたQRコードを読み込むことで、その資機材情報が瞬時に画面に表示され、管理状
態の悪い資機材の情報などが明確となった。
（図15）

図 15 資機材一覧

図 13 「点検管理」フロー

機械毎の月例点検や年次点検の有効期限も登録でき、点検表の写真をシステムに登録することも可能である。

当工事では、試行時に稼働していた高所作業車
約300台、フォークリフト約25台を対象にした。
これらの機械に、システム独自のQRコードステッカーを場内で貼り、紐づけ作業を行った。今回は現場担当者で紐づけ作業を行ったが、レンタル会社のQRコードも利用可能で、今後はレンタル会社に協力をいただき、資機材のQRコード化を進める必要である。（図16）5.4 揚重管理システム
本システムは、揚重申込から揚重実績まで全て
システム上で行うことが可能である。作成された
揚重予定表はシステム上で協力会社と共有することができる。実績はスマートデバイスで入力しデータベース化する。データ化された揚重実績を出力することも可能である。（図14）- 202 -

図 16 QRコード紐づけ作業

6.2 鍵・点検管理システム
6.2.1 鍵管理システム
当工事では、鍵（安全バッグ）貸出所を現場に設けた。そこにシステム専用のPCとRFID読み取り機を設置した。当日、予定されている建設機械の作業指示書を貸出所にて配布し、その確認と引き換えに鍵を貸し出す仕組みとし、貸出業務の厳格化も図った。（図17）ａ. 作業開始前点検の実施
作業開始前点検は「KENLOGI」アプリを使用する。使用者は点検を開始する前に自身（ヒト）
機械（モノ）、鍵、それぞれのQRコードをスマートデバイスでアプリに読み込む。次に作業計画
指示書をカメラで撮影し登録を行う。その後点検を行い、点検結果をシステムに同期する。
（図19・20）

鍵（安全バッグ）

指示書

RFID読み取り
図 17 鍵（安全バッグ）貸出所

図 19 「KENLOGI」アプリ（作業開始前点検）

使用者は専用のPCに接続されたリーダーに自身のQRコード読み込ませ、「借りる」申請を行う。その後、RFIDの付いた鍵（安全バッグ）を読み取り機に置き、鍵をシステムに読み取らせる。これにより、「いつ」・「誰が」・「借りた」・「返した」という履歴が全てデータベース化された。RFID読み取り機は一度の読み取りで複数の鍵を登録することができ、複数台貸出も円滑に対応することができた。貸出履歴が残るた
め、各機械毎の稼働率も明確となった。従来のように機械毎に手書きの帳簿で管理する方法に比べ、貸与者、使用者ともに労務が軽減化された。
記載ミスもなく、確実な鍵管理が可能となった。
（図18）

図 20 作業開始前点検の様子

使用開始前点検の実施状況と点検結果がすべて
データベース化され、システム上で点検状況の一括管理が可能となった。異常が報告された際は、現地で確認する前にシステム上の写真で当該部が確認できるため、迅速な対応が可能となり、労務軽減にも繋がった。（図21）

図 18 鍵貸出返却状況

6.2.2 点検システム
今回は高所作業車とフォークリフトを対象に、「作業開始前点検の実施」と「年次・月例点検の管理」を試行した。

- 203 -

図 21 作業開始前点検結果状況確認

アプリ化したことで、点検結果は一時的にデバイス内に保存され、通信環境がある場所で同期処理を行いクラウド上へデータ送信を行う。これにより通信圏外においても点検が可能となった。
ｂ. 年次・月例点検の管理
各レンタル会社は機械毎に点検記録をカメラで撮影し、システム上にその写真を登録することとした。更新の際は、新しい点検表を再度登録することでデータベース上において点検表を管理することが可能になった。今後は、作業開始前点検の機能と合わせることで安全バッグ制度を廃止し、効率的な管理が可能となる。（図22）

図 24 揚重実績登録アプリ

7.

今後の展望・土木現場での試行
本システムは、当社の土木現場においても試行を開始し、各システム機能の有用性の検証を行っている。建築現場だけでなく、土木現場への導入・展開をすることで、建設業界全体で使用できる生産性向上ツールの一つとなるようなシステムを目指している。（図25）

図 22 年次・月例点検表

6.3 揚重管理システム
システム上で一括して揚重申込を管理することで、従来に比べ、効率的に揚重予定の調整や予定表の作成を行うことが可能になった。また、揚重予定表はシステム上で各協力会社と共有することが可能で、揚重予定の変更周知が迅速に行うことも可能である。（図23）

図 25 土木現場 試験導入状況

8.

終わりに
今後、本システムが様々な条件下で使用できるシステムとなるよう、引き続き改良を重ねていく。そのためにも、更なる操作性の向上やレンタル会社との連携、システムのマニュアル整備、さらに、使用者へのフォローアップ体制の構築などによりブラッシュアップする必要がある。
最終的に、本システムが現場の生産性向上に大いに貢献出来ることを期待する。

図 23 揚重予定調整

また、揚重予定には揚重毎にQRコードが割り当てられる。このQRコードには揚重物や揚重フロアなどの情報が登録されている。揚重作業中に「KENLOGI」アプリ上で当該QRコードを読み込み、揚重作業終了後、実績を修正入力し同期を行う。これにより、揚重実績がリアルタイムにデータベース化され、揚重実績の記録が効率化された。（図24）- 204 -

46．地理空間情報アーカイブ活用における航空レーザ点群の土工事への適用性検証
株式会社安藤・間
朝日航洋株式会社〇澤城 光二郎
大伴 真吾

１．はじめにザ点群データの現状を整理するとともに，道路造産官学が保有する多様な地理空間情報を集約し， 成工事の実現場で航空レーザ計測を実施し，これ
新たな利活用方法を創造するためのプラットフォ らを比較することで i-Construction に準じた起工測ームとして，G 空間情報センター1)や国土交通省デ 量に適用できる精度を有するかの検証を実施した。
ータプラットフォーム 2)などが存在する。
建設業界においても i-Construction に関わる電子納品データ ２．G 空間情報センターの登録が今後進むものと予想されることから，こ
本研究では，活用する地理空間情報プラットフのようなアーカイブを有効に活用する方法が求め ォームとして G 空間情報センターを対象とした。
られている。
このプラットフォームは地理空間情報の活用を促
これらのプラットフォームに蓄積されているデ 進するために 2016 年より官民一体となって運用がータのひとつに航空レーザ測量の点群データがあ 開始されたもので，国，地方自治体，教育機関，民る。航空レーザ測量とは，航空機に搭載したレーザ 間など 456 の組織が保有するオープンデータ，有スキャナ(LS)で地上にレーザ光を照射し，上空か 償・無償データが蓄積されている。ここに存在するら地形形状を効率よく計測するシステムである 航空レーザ点群の活用が可能か，現状のデータ保(図-1)。その中でも固定翼機による計測は，高度 有数や点群の密度に着目して調査を実施した。
2,000m 程度から広範囲を迅速に計測することが可 2.1 航空レーザ点群のデータ数
2020 年 8 月 21 日調査時点，G 空間情報センタ能であり，主に標高地形図の作成，災害発生時の現ーにある全データセット数は 5,402 件でファイル
況把握，森林事業管理などに活用されている。
造成工事では，通常，トータルステーションや地 数は 49,588 となっている。データの種類は様々で
上 LS，UAV レーザを用いた起工測量を実施して現 あり，日本各地の地質図や地震動の波形データを
場の地形データを取得するが，天候の影響や現場 はじめ，交通量情報や人口流動データなど多岐にの繁忙期と重なるなどして，日程調整が繁雑とな わたるデータが蓄積されている。これらのデータる問題があった。そこで筆者らは，この起工測量の セットの中にある 3 次元点群や航空レーザ点群の地形データに先に挙げたアーカイブのデータを利 データセットの数を表-1 に示し，全データセット
用することで，現場ごとに測量を実施する必要が のうちに占めるこれらデータの割合を図-2 に示す。
なくなるのではないかと考えた。このような背景 全データセットに占める 3 次元点群データの割合
から既存のアーカイブに蓄積されている航空レー は約 0.5％と非常に少なく，点群データの蓄積が現状では十分に進んでいないことがわかる。一方で 3次元点群データに占める航空レーザ点群の割合は
図-3 に示すように 54％となっており，点群データの中で最も多いデータ数となっている。
このことから G 空間情報センターの点群アーカ
イブの活用を効率的に進めるためには航空レーザ
点群を使用することが最も効果的であることがわ
かった。
表-1 G 空間情報センターデータ数
図-1

全データセット数
3次元点群
航空レーザ

航空レーザ測量の計測イメージ 3)(https://www.gsi.go.jp/kankyochiri/Laser_senm
on.html：国土地理院 HP より)- 205 -

5399
26
14

図-2

全データセットに占める点群データの割合

図-32.2 航空レーザ点群の点群密度
国土交通データプラットフォームで公開され，G 空間情報センターからデータ入手可能な国土交
通省および静岡県から提供された 11 個の航空レー
ザ点群のデータセットの中から一部データを抜き出して点群密度を算出し，国土交通省の定める 4)iConstruction の土工事起工測量に準じた点群密度(0.25 ㎡当たり１点以上)を満たすデータがどの程度存在するか検証した。
検証の結果を表-2 に示す。11 個のデータセットのうち 8 個で上記の基準を満たす点群密度を有することが確認された。このことから，これまでの航空レーザ計測業務において取得されてきた点群データには，土工事の起工測量に適用できる品質を持つデータが数多く存在すると考えられる。
2.3 点群アーカイブ活用に向けての課題
航空レーザ点群の土工事における起工測量への活用を実現するためには，日本全国の地域をカバ
ーできるデータ数と要求精度を満たすデータ品質が必要となる。これまでの検証から土工事の起工測量に適用できる点群密度を有するデータの存在が確認できたことから，今後はいかに広範囲かつ点群精度の高いデータを蓄積できるかが重要となる。
表-2
No. データ名

航空レーザ点群の点群密度
提供元

平成20年度
1 狩野川水系航空レーザ― 国土交通省
測量業務
平成30年度2 静岡国道管内航空レーザ 国土交通省
測量業務
平成20年度3 沼津河川国道事務所管内 国土交通省
航空レーザー測量業務
平成25年度国土交通省
4菊川航空レーザ測量
平成27年度
5国土交通省
天竜川地形計測業務
平成26年度
6国土交通省
天竜川地形計測業務
平成25年度
7国土交通省
天竜川航空レーザ測量
平成30年度8 沼津河川国道管内航空測 国土交通省
量業務
平成30年度静岡県
9 二級河川太田川河川改良工事に伴う測量業務委託
平成30年
静岡県
10
度韮山反射炉計測業務
掛川城オープンデータ化プ
11
静岡県
ロジェクト

点群数
起工測量基準
有償/無償 データ形式 (0.25㎡当（1点以上）
たり)
無償

.las

1未満

×

無償

.las

15

○

無償

.las

1未満

×

無償

.las

3

○

無償

.las

１未満

×

無償

.las

2

○

無償

.las

2

○

無償

.las

2

○

無償

.las

6

○

無償

.las

18

○

無償

.las

136

○

点群データに占める航空レーザ点群データ

３．現場計測実験
前章では G 空間情報センターに蓄積されている
航空レーザ点群の密度を確認したが，実際にこれらの点群がどの程度の精度を有するか検証する必要がある。そこで本研究では実際の工事現場を対象に航空レーザ計測を実施し精度を検証した。
本検証において計測対象とした現場は，切土法面の道路造成現場である(図-4)。当該現場は ICT 活用工事となっており，UAV レーザによる起工測量が予定されていたことから，航空レーザとの比較
データとしてこの UAV レーザのデータを使用した。航空レーザは，図-5 に示す固定翼機にレーザ計測器としてライカジオシステムズ社製 Terrain
Mapper を搭載したもので，12 月 8 日に対地高度2,300m から計測を行った。このときの計測性能は鉛直精度 18cm5)となっている。一方，UAV レーザ
による起工測量は，UAV の機種として DJI 社製
MATRICE600PRO(図-6)，レーザ計測器は Yellow
Scan Surveyor を使用し，10 月 22 日に対地高度 50mから計測を行った。このときの計測性能は鉛直精
度 5cm6)となっている。
3.1 検証項目
本実験では，UAV レーザで取得した点群を基準データとし，国土交通省の UAV レーザにおける出来形管理基準 4)と照らし合わせることで航空レーザの起工測量への適用性を検証した。検証項目は①標高精度，②地形条件の精度への影響，③点群密度の 3 つを設定した。①標高精度についてはエリアを図-7 のように 9 箇所選定し，それぞれのエリ
アで UAV 点群から作成した不整三角網(TIN)と航
空レーザ点群の標高較差を計算した。UAV レーザと航空レーザの計測日が約 2 か月離れているため，各計測間で地形変状の少ないエリア 1～エリア 8を精度検証の対象とした。また，大きな地形の変状のあったエリア 9 では土量の変化を点群データから確認できるかについても検証した。②については計測した地盤の地形条件(傾斜や地形形状)によって標高較差精度にどのような影響を及ぼすかについて検証を実施した。③点群密度については，①
において選定した 9 箇所のエリア毎に航空レーザと UAV レーザ点群の密度を計算した。

- 206 -

図-5

航空レーザ搭載固定翼機

４．検証結果検証項目①，②，③の結果を以下に示す。
①標高精度
エリア 1 から 9 までの標高精度の結果を表-3 に示し，図-8 から図-11 にエリア 1，7 における標高
較差のヒートマップとデータ分布のヒストグラム
を一例として示す。標高較差の平均値と標準偏差がともに国土交通省の要求精度±100mm を満たしたものはエリア 1，2，3，4，6 の 5 箇所である。
要求精度を満たさなかったのはエリア 5，7，8 となった。このうちエリア 7，8 については勾配が他のエリアに比べて大きい箇所なっている。また，エリア 9 については UAV レーザと航空レーザの計測
間に地形が変化した範囲であり，図-12 のヒートマ
ップ上でわかるように土が削られて土量が少なくなっていることが確認できた。
②地形条件が精度に与える影響
先に挙げた測定エリア 9 箇所の勾配を X 方向，
Y 方向それぞれで算出し，絶対値の大きいものを
表-3 に記載し，地面の勾配と標高較差の関係を表したグラフを図-13 に示す。この結果をみると傾斜が小さいほど標高較差も小さく，傾斜が大きくなるほど標高較差も大きくなる傾向が確認できた。
国土交通省の要求精度を満足した検証エリアの勾配は，おおむね 20 度～30 度程度であるのに対し，要求精度の範囲外となったエリア 7，8 では検証エリア全体の勾配が 40 度程度で局所的に約 80度と非常に急傾斜な地形が存在している。このよ
うな部分で UAV レーザと航空レーザそれぞれの点群のばらつきが大きくなり，そのデータどうしを比較したことが較差の大きくなった原因と考えられる。このことから航空レーザ計測の標高格差
精度には対象となる地形の傾斜が影響していると考えられる。
③点群密度
エリア 1 から 9 まで，それぞれ 0.25 ㎡あたりの点群密度は表-4 に示すように平均 8 点となった。
i-Construction における起工測量の基準では 0.25 ㎡(50cm×50cm)に 1 点以上となっており，全エリアにおいてこの基準を満たすことが確認できた。一方，
UAV レーザと比較すると単位当たりの点数は 15分の１程度と点群密度が小さかったことから，さ図-6

UAV レーザⅩY
図-7 検証エリア
表-3
エリア
平均
標高較差(㎜)
標準偏差
勾配(度)
エリア
平均
標高較差(㎜)
標準偏差
勾配(度)

図-8

標高較差結果
1
98
37
31
6
91
83
39

2
56
31
27
7
274
191
46

3
60
68
21
8
228
145
41

4
74
30
33
9
-262
681
26

5
103
96
31

標高較差ヒートマップ(エリア 1)

1400

60.0%

1200

50.0%

1000

40.0%

800

- 207 -

30.0%

600
20.0%

400

10.0%

200
0

0.0%

-2
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2

検証現場

度数

図-4

標高較差
度数

図-9

相対度数

標高較差ヒストグラム(エリア 1)

らなる精度向上のために飛行高度を下げることやレーザラップ率を上げるなどの方法で点群密度を大きくすることが望まれる。
なお，高度を下げた場合でも，航空レーザ計測では高度に応じて自動的にレーザを遮断するような
フェールセーフを備えているため，身体に対する安全性は担保できている。
５．まとめ
地理空間情報アーカイブにおける航空レーザ点群の活用において，G 空間情報センターに蓄積されている既存のデータにも，i-Construction における起工測量の基準を満たすものが存在することを確認した。このことは現場検証においても確認した。また，アーカイブに占める点群データの絶対数が十分でないことから，航空レーザ点群の活用のために，各所で計測された点群データがアーカイブに集積されていくための仕組みを検討する必要があることがわかった。
現場検証においては，標高較差について，傾斜角が一様に 30 度程度までの地形では基準値を満たすことが確認できた。一方で傾斜が大きくなるほど標高較差が大きくなり，一部に約 80 度のような非
常に急傾斜な部分を有する地形では基準値外の結果となったことから，傾斜の大きい地形でも航空
レーザ計測での精度を確保する方法を検討する必要があることがわかった。
今後検証で未実施の事項として水平精度の検証が挙げられる。今回使用した航空レーザは高度1,000m において水平精度 13cm5)の機器性能となっているが，今回の計測では点群から判読可能な地
物が少なく，水平精度を満足に検証できなかった。
今後，水平精度の検証を進め，これらの結果をもとに起工測量への点群アーカイブの有効活用へと繋げていきたい。
参考文献

急傾斜箇所

図-10 標高較差ヒートマップ(エリア 7)

図-11

標高較差ヒストグラム(エリア 7)
青色：土の削られた箇所

図-12

標高較差ヒートマップ(エリア 9)1) G空間情報センターHP ：＜https://www.geospatial.jp/＞(2020.3.20入手)
2) 国土交通省データプラットフォームHP＜https://www.ml
it.go.jp/tec/tec_tk_000066.html＞
3) 国土地理院HP：＜https://www.gsi.go.jp/kankyochiri/Laser_senmon.html＞
4 ) 国土交通省：無人航空機搭載型レーザースキャナーを

図-13
表-4

用いた出来形管理要領（土工編）（案）Ｈ30.3

勾配と標高較差の関係

航空レーザ点群の点群密度5 ) ライカジオシステム社㏋：＜https://leica-geosystems.com/＞(2020.3.20入手)
6) YellowScan社㏋：＜https://www.yellowscan-lidar.com/ja/＞(2020.3.20入手)
7) 澤城光二郎・中野一也他：航空レーザ点群の造成工事に

点群数(点/0.25㎡)

おける起工測量への適用性検証，土木学会第75回年次
学術講演会VI-1117，2020

i-Construction基準- 208 -

エリア1
エリア2
エリア3
エリア4
エリア5
エリア6
エリア7
エリア8
エリア9
平均

UAVレーザ
航空レーザ
102
7
125
9
105
14
111
8
120
8
159
5
158
6
149
5
117
7
127
8
1点以上

Ⅱ

梗概集

● ポスターセッション要旨

１．地上写真測量（動画撮影型）土工の出来高算出要領（案）に対応-「Solution Linkage Survey」による現場計測日立建機株式会社○ 田中 一博を作成して，土量を計測できるアンドロイドスマート

はじめに
日立建機は，
土木施工現場の生産性を向上するため，フォン向けのアプリケーションである．
動画撮影中に，

スマートフォンの専用アプリケーションで計測対象を

2 周波の GNSS 信号と RTK 方式を使って，スマートフォ

動画撮影するだけで，土木工事の作業により発生するンに取り付けたアンテナの位置を記録し，撮影後に動土量や，計測対象の 3 次元データを簡便かつ定量的に画から静止画を切り出してそれぞれの静止画に精密な把握することができるサービス「Solution Linkage®

位置情報をメタデータとして付与する．
切り出した静止画は，まとめてクラウドサーバーにSurvey」（以下，SL-Survey）を提供してきた．
令和 2 年度からこのサービスを拡充し，国土交通省

送信し，サーバー内の写真測量ソフトウエアで点群やの「地上写真測量（動画撮影型）を用いた土工の出来

DEM（デジタル・エレベーション・マップ）などの 3 次

高算出要領（案）に基づいて，施工現場の出来高算出

元モデルを生成する．生成したモデルは再びスマートに対応できるようにした．

フォンに返し，アプリケーション内で DEM から体積を工事が進捗した箇所を撮影して作成した 3 次元点群算出する．

データと，工事を行う前の施工現場の形状を示す現況
データを点群処理ソフトなどで比較することで，工事の進捗を示す出来高数量を算出する．同サービスは，
ＴＬＳやＵＡＶ写真測量を用いないで，地上から動画撮影するだけで出来高数量計測が可能なほか，これまでは必要だった数量算出の為の排出土等の整形が不要になるなどの利点がある．

図 1 Solution Linkage Survey の Advanced 版
SL-Survey の仕組み
SL-Survey は，動画を撮影するだけで 3 次元モデル

図 2 アプリケーションで算出した結果例- 209 -

より詳細な自己定位を行える場合は，標定点設置しなくても良いものとする）と記述されている．

標定点への対応

また検証については，撮影時には予め検証点を撮影

SL-Survey は，標定点機能を持っている．あらかじめ 3 点までの標定点用対空標識を計測対象に取り付け， 対象外縁に 100ｍごとに１点（最低２点以上）設置し，標識の座標をトータルステーション（TS）や GNSS ロー

GNSS ローバー，または TS で検証点の真値を確認し，バーで計測しておけば，現場座標に合わせて 3 次元モ

それぞれ±200mm 以内であればよい，と規定されていデルを生成できる．公共座標系で，標高がジオイドフ

る．これらの精度検証を行えば，出来形部分の面デー

ァイルからの算出でよければ，SL-Survey に付属してタと起工面との比較により，数量（土量）を算出し，いる GNSS アンテナで対空標識の座標を計測，記録しこのときの出来高数量については，算出値の９割を上て標定点として利用できる．

限に計上してもよいこととなっている．

現場で使用している座標系がローカライゼーション

図 4 国土交通省の要領案にある計測精度確認方法

されている場合は，標定点は現場座標系で設置した TSなどで計測する必要がある．

おわりに
SL-Survey は，UAV による写真測量や，地上型レーザ
スキャナーによる計測と比較して，手軽に 3 次元の点群を作成することができる．一方で地上からの写真撮

図 3 計測対象に標定点を設置した例
SL-Survey は，クラウドサーバーで 3 次元モデルを生成した際，スマートフォンに LAS 形式の点群データ
もダウンロードする．LAS データはスマートフォンをPC に接続して取り出すことができる．このデータを点
群処理ソフトなどに読み込ませ，TIN データを作成したり出来高算出などに利用することができる．

影を行うため，１回で計測可能な範囲は狭小であり，現場の状況にあった計測手法を上手に選定することが必要となる．作業性については，平均断面法などに比べて作業時間が短縮でき，さらに数量算出の為の排出土等の整形が不要になることなどで作業効率が向上する．
今後の展開としては，現場条件や現場規模に応じた
適切なＩＣＴが導入できるような環境整備が継続的に

国土交通省の要領への対応
要領案では，地上写真測量（動画撮影型）の座標計
測精度は，「水平・標高較差±200mm 以内とすること」としている．また対象物の点群を取得する場合は，撮影対象外縁に 50m ごとに 1 点以上の標定点を設置し，標定点は現場座標系でローカライゼーションを行った
GNSS ローバーや，工事基準点で後方交会設置した TS

なされることを期待する．
<参考文献>国土交通省 HP：i-Construction の推進に向けた基準類の策定
http://www.mlit.go.jp/report/press/kanbo08_hh_00
0405.htmlなどを利用して座標を計測する（ただし，GNSS などに- 210 -

２．高所作業車における安全対策の提案（挟まれ防止装置や転倒防止装置等の安全対策の紹介）
株式会社カナモト

吉田 道信
〇清 水

亮

１．はじめに建築物の高層化や多種多様な施工方法の出現
により、高所作業車の活躍する場面が増えました。
活躍する場面が増える一方で毎年、挟まれや転倒などが原因の死傷災害が発生しております。平成 30 年は約 30 件、令和元年では約 50 件発生しており、安全対策が急務となっております。弊社
においても、高所作業車のレンタルをしており多くのお客様に使われおります。そんな中で、高所写真-1（挟まれまセンサー）
２．２ 挟まれまセンサーLiDAR

作業車の安全な運用を手助けすべく、挟まれ防止

この安全補助システムは、挟まれまセンサー

装置や転倒防止装置などの安全補助システムをが 4 つ角にセンサーを立てて、その場所の構造

各種開発いたしました。今回は、その開発した安物に対してピンポイントで検知するシステムに

全補助システムのご紹介をいたします。

対して、測域センサーである LiDAR を使い、バ２．装置

ケットの上空を面的に検知するシステムです。

高所作業車の事故は、「挟まれ・巻き込まれ」場合によっては凹凸の激しい現場もあり、従来「墜落・転落」「転倒」等での死傷災害が全体の 8の挟まれまセンサーではカバーし難い事もあ割を締め、また昨今の建築現場の増加により比例り、面的に検知できないか検討し開発いたしま

して事故件数も増加しています。前述の死傷災害した。そして２D-LiDAR を使用した、エリアのに対応して、各種事故防止システムを作製いたし凹凸物の検知する挟まれ防止システムの構築をました。

しました。LiDAR でセンサー本体からバケット

２．１

上空の一面を監視します。センサーの感知範囲

挟まれまセンサー

高所作業車にてバケットを上げて作業する際は変更可能で、機種によって細かい感知範囲がに発生する「挟まれ・巻き込まれ」やそれに起設定できます。またセンサー本体の真上が死角因する「墜落・転落」事故を、未然に防ぐ安全となりますが、ここに赤外線センサーを設置。

補助システムです。バケットにアルミシャフト

LiDAR の死角をカバーし、バケット上空全面をを立ててその先に接触スイッチを設置。接触ス

監視します。（図-1）設置も LiDAR と赤外線センイッチが構造物に接触するとバケットが自動的サーを取り付けるセンサーポール 1 本で済み、に停止します。写真-1 のようにバケットの四つ取付機種を選びません。
（写真-2）

角にセンサーを立てて運用することにより、セ

挟まれまセンサー及び挟まれまセンサーLiDAR

ンサー下の乗員を保護します。緊急停止せずア

は、障害物を検知するとアラート通知とともにラート通知のみにすることも可能です。

機械の緊急停止をさせることも可能です。

- 211 -

可能となっています（写真-3）

図-１（挟まれまセンサーLiDAR）
図-2（バックダンサ）

写真-2（設置状況）
２．３

バックダンサ
写真-3 （バックダンサ設置状況）

今までご紹介した装置は、「挟まれ・巻き込
まれ」やそれに起因する「墜落・転落」事故を

３．終わりに未然に防ぐシステムでした。バックダンサは

今回、ご紹介いたしましたシステム群は併用「挟まれ・巻き込まれ」事故と同様に多発するしてのご使用が可能となっております。

「滑落・転倒」事故を未然に防ぐシステムでまたこのシステム群は、あくまでも安全補助

す。高所作業車の後進等の移動時に、不安定なシステムであり、運用するにあたり周囲に十分視野から段差や傾斜に気づかずに滑落・転倒し注意して高所作業車の操作や作業従事されるこてしまう事故が絶えません。高所作業車後方にとをお願いいたします。

赤外線ステレオカメラによる深度センサーと最後に弊社は、今後の建設現場の技術の向上

200 万画素の RGB センサーを併せ持つ Intelと普及に期待し、最新の ICT 技術を用いた最良「REALSENSE Depth Camera」を設置。約 30 ㎝内の機材の提供し、現場作業の安全を切に願うと（距離調整可能）に段差や極端な傾斜・床面のともに、現場環境の向上や更なる安全の向上に

形状変化を感知すると、操縦者にアラート通知

貢献していきたいと考えております。

で事前に危険を知らせます（図‐2）。アラート
通知だけでなく、緊急停止の機能を付加することも可能です。カメラ及びアラーム解除スイッ
チはマグネット固定式で機種を選ばず、導入が以- 212 -

上

３．舗装工事におけるプッシュオフ式トレーラ導入による有効性の検証
材料運搬の側面から人手不足解消と舗装の品質向上を求めて株式会社 NIPPO 合材部 〇土肥真也
株式会社 NIPPO 総合技術部 梶原覚
トップアローズ株式会社 矢﨑翔太
３．舗装工事における運送の生産性

１．はじめに建設業界では担い手不足、労働人口の減少が問題と採用した舗装現場は高速道路で、トンネル内の施工なっているが、道路運送業界における運転手不足も同を含むものであった。トンネル内の舗装においては高様に深刻であり、数年後には必要な運転手数に対してさの制限を受けるため、通常は 8ｔダンプ以下でなけ

25％の不足が生じるという試算もある。

れば、荷下ろし困難な場合が多い。荷下ろし時にダン

アスファルト舗装の現場においても運送車両の手配

プアップを伴わないプッシュオフ式トレーラにはうっが課題の一つとなっており、運送の効率化や生産性向てつけの現場となった。他の施工個所においても、舗上が求められている。アスファルト混合物運搬の主流

装幅員等の現場条件に関して、本機導入に対する問題となっている大型ダンプの積載量は、近年の環境対策は見られないことから当現場を選定した。

装置の義務化等により 9ｔ程度であり、生産性の向上

本機による一般道の走行にあたっては特殊車両通行には車両の大型化も手段の一つとなるが、ダンプアッ

許可が必要となるが、3 週間程度の申請期間を要し、プ時の高さが問題となる場合が発生する。

『重量についての条件 区分Ｃ』の徐行、連行禁止おこのような問題を解消する可能性をもつ、ドイツ製
プッシュオフ式トレーラを舗装現場のアスファルト混

よび当該車両の前後に誘導車を配置することを条件として許可を取得した。

合物運搬に採用し、本機の持つ特徴が生産性および品質に与える効果を検証した。

写真２．荷下ろし状況
許可条件を踏まえ本機の積載量は 24ｔ/台とし、前
写真１．プッシュオフ式トレーライメージ
２．プッシュオフ式トレーラの特徴

後に 8ｔダンプ（積載量 8ｔ）を配車して誘導車とした。これにより前後の誘導車を含めた運転手一人当た

最大積載量：28ｔ

りの生産性は、約 13.3ｔ/人となり、8ｔダンプに対し荷下ろし機構：リモコン制御押し出し方式て約 67％、大型ダンプと比較しても約 48％の生産性（ダンプアップ不要）向上となった。

保温性能：2.15 ㎡･K/W（荷台の平均熱抵抗値）
その他の機能：リフトアクスル機構

また多量積載の効果として、混合物 1ｔ当たり燃費、
同 1ｔ当たり高速道路通行料金等、環境およびコスト- 213 -

の面においてもダンプトラックに比べて優位性が確認るが、本機による供給を行った区間は当然ながら他のされた。

車両より入替が少なく、アスファルトフィニッシャの速度に関しても安定した速度が確保できることが確認できる。

４．舗装品質に与える効果
プッシュオフ式トレーラが開発されたドイツにおいては、アスファルト混合物の運搬車両の技術基準として荷台の保温性能に『外気 20℃における 1.65 ㎡・K/W
以上の熱抵抗を要する』と定められており、本機はこの基準を満足する保温性能を持っている。多量積載による周囲との接触面積低減の効果と相まって混合物の温度低下は抑制され、舗設に対する好影響が得られる
ものと予測した。
その検証として、リアルタイムに舗装敷き均し表面

図２．舗装面のサーモグラムと速度分布温度が測定できる PAVE-IR を用い、アスファルトフィ

アスファルトフィニッシャの速度の均一性が平たん

ニッシャ敷き均し時の舗装面の温度分布についてサー性に影響を及ぼすことは既知の事実であり、平たん性

モグラフィによる可視化を行った。

向上の面においても有効であると考えられる。
５．おわりに今回導入したプッシュオフ式トレーラは、国内では特殊車両という位置付けであることから、従来車両に比べ「牽引免許を要する」「通行許可申請手続きが必要」「運送経路により積載量減量・誘導車配置を要する」
といった制限を受けることとなる。
しかし国交省においては通行許可申請手続き緩和す図１．舗装面のサーモグラムと温度分布る取り組みを発表する等、道路輸送の効率化の取り組

図１は横軸を時間軸として、
図上部はサーモグラム、みを進めている。
これらに鑑みて土木業界においても、

図下部は各点における横断方向の最大（赤線）と最小

今後進行すると予測される運転手不足に備え、車両の（青線）の温度を表したものである。サーモグラムは大型化等の生産性の高い輸送方法の検討は必要不可欠明色となるに従って高温であることを示している。

であると考えられる。

アスファルトフィニッシャへの運搬車両が入替る箇

一方、道路舗装においては、ＩＣＴ技術を活用した所で温度が低くなっていることがわかるが、本機が供トレーサビリティの確保等、施工プロセスにおいて、給した部分は、他の車両に比べ明色区間が長く、かつさらに高度な品質管理が求められつつある。
アスファルト舗装へのプッシュオフ式トレーラの導均一な温度分布であることを確認できる。
供給するアスファルト混合物温度の均質性は、舗装

入は、大型工事など諸条件を許容できる舗装現場にお品質に大きな影響を与えることから、本機を用いるこ

いて、これらの課題を改善する一助となるものと思料とによって温度の均質性を確保することは、品質を担する。

保するうえで有効と考えられる。
図２は同区間におけるサーモグラムと、各点におけるアスファルトフィニッシャの速度を示したものであ- 214 -

４．現場第一主義が生み出す「生きた技術」-『TITRC 土木 ICT ソリューションシステム』クラウドによる土木事業全体の一括集中管理タイトレック株式会社 〇山口孝人
タイトレック株式会社

野中浩平

タイトレック株式会社

村上四季から施工オペレータに至るまで、関係各所の考えを織１． はじめに
弊社は i-Construction 施行の数年前より技術革新

り込んだ、効率的で安全な施工が実現できている。

に積極的に取り組み、ICT 施工の実績を重ね、その経験から培った「現場第一主義」のスタンスを基に・ドローンを使った飛行測量（レーザー、写真）
・現場に即応する３D 設計（施工実績を裏付けとした）・現場安全管理の新たな取組み（IoT、IT 化）

写真1：道路プランくん３D

写真2：道路プランくん３Dによる検討

・現場稼働状況の収集～整理への一括管理
（IoT、
IT 化）
・現場従事者の健康管理

３．AR（拡張現実）×オンライン画面共有システムなど、現場が最も必要としているであろう問題の解決に取り組んでいる。

現在、ヘッドオフィスとサテライトオフィスとの遠隔環境において、オンライン会議を使用する機会も増

更に、①施工計画、②施工要領、③施工管理、④安

え、更に今後の導入も盛んになると考えられる。

全管理、⑤原価管理 など生きた技術を『TITRC 土木
ICT ソリューションシステム』として構築した。

この『AR（拡張現実）×オンライン画面共有システ
ム』は、近年のオンライン会議システムをグレードア
ップした物である。
高精度位置情報（GNSS）と AR 技術（拡張現実）を組

２．道路プランくん３Ｄ（仮設道路設計システム）『道路プランくん３Ｄ』は、複雑なパソコン操作やモデリング知識を必要とせずに、手書き感覚で３次元み合わせたスマートフォン画面上で、３次元設計デー
タを、実際の現地座標上に重ねる事ができる。

の仮設道路設計が行える、弊社開発のアプリケーショ

現場の工事進捗状況や、施工手順などを視覚的に確ンである。設計図書にはないが、施工において最も大認することができ、GNSS 機能により、岩検の箇所や法切な「段取り」と呼ばれる、準備工でのパイロット道

面位置等の確認、現場からの提供情報についても正し

路計画や仮設道路を設計する過程に、「豊富な現場知識

く位置情報を取得する事ができる。

を持つベテラン技能者の意図が、設計に織り込まれていなければ意味がない」という発想から開発された。
イメージした道路線形をタッチパネルになぞるだけ
で、３次元化された道路が設計されると同時に、切盛
土量ならびに法面積が算出される。この設計は、何度でも線形ルートや条件を変えてタッチ＆トライが出来、

写真3：3 次元モデリングデータとの合成（スマートフォン画面）

現在、現場では、現場責任者または安全担当者によ複数本の道路検討がその場で可能になる。
『道路プランくん３Ｄ』で、可視化による打合せを行る現場パトロールが日々行われており、店社安全担当

う事により、施工範囲全体から細部に渡り、従来では者によるパトロールも毎月行われている。

確認が難しかった箇所に於いて思案出来る為、元請け- 215 -

この情報をオンライン画面共有システムにのせる事

で、施工現地と現場事務所、さらには支社・本社など

夏場の熱中症など現場にて起こりうる作業員の異常を、の遠隔地であっても、現場の問題点、改善点の協議がみまもり、管理する考えから生まれた。現場の作業員行える。更に、今後、現場施工における立会、検査をが腕時計型のウェアラブルトラッカーを装着すること

このシステムにて行うことで、施主から全ての階層ので、皮膚温度・心拍のバイタル情報と併せて GPS 位置

生産性向上に繋がる。さらに、書面や写真ではなく、情報の取得を行う。データはクラウドに集約され、管正確な位置情報を持った情報として残すことが出来る

理者はリアルタイムに作業員のバイタル情報を確認すのもこのシステムの大きなメリットであり、現地と遠ることができる。さらに、心拍の急激な低下や転倒な隔地との通信映像打合せが可能となる。

ど作業員に異常が起きた際は、管理者へアラート通知が届き、又、作業員自ら SOS ボタンで危険状態を管理

４．ICT・IoT 化から生まれた働き方の変化（日報管理者へ緊急発信することで、異常の早期発見及び、駆けシステム）

付けが可能となる。作業員の体調管理＝季節的な熱中『日報管理システム』は、現場で働く作業員、現場症対策を重点に考えがちであるが、本来、日常的な工期全体を見据えた体調管理、また、今後このコロナ禍

管理者等の業務時間軽減の発想から構築された。
建機オペレータ、及び一般土工作業員は 1 日の作業
終了後、日報情報を専用アプリケーションにて、スマにおいては、クラスタを出さないという強い意志が管理側に必要と考える。

ートフォン及びＰＣ端末から入力する。
現在のコロナ禍で終業時、多くの作業員やオペレー
タが一同に集まらず、各担当レベルでの終礼も見受けられる現状の中、この日報管理システムであれば、個人のタイミングで日報の入力が可能である。
入力されたデータはサーバーに蓄積され、あらかじめシステムに組み込まれている自動集計シートの書式
写真6：みまもりウォッチイメージにあわせて集計され、管理者の欲しい情報はいつでも抽出でき、思い通りの集計・分析ができる。

６．おわりに

更に、労務時間の集計は勿論の事、建機についても

現在、労働人口の減少は、国全体でも無視できない

稼働に伴う修理履歴や燃費計算等、諸々の情報が集計問題とされている。勿論、土木、建設業界においてもされる為、単なる勤務日報ではなく、ひと現場毎の総就業労働者の減少、技術の担い手不足は大きな課題で

業務量、工種数等の可視化を行い、現場運営に必要なある。更に、現在のコロナ禍の中で、在宅勤務や現場情報を得る事ができる。

の 3 密を避ける取組みなど様々な制約が生じる中、新しい生活様式内での、ものづくりを考える時代になった。この現状に対応するため、弊社は、土木事業全般に関する問題を、『TITRC 土木 ICT ソリューションシス
テム』として、これまでの経験に裏付けされた自社技
術とノウハウで、問題解決と管理に取り組んでいる。

写真4：スマートフォン入力画面

今後も IT、AI、通信と各方面での技術変革は多様に

写真5：自動集計シート

進んでいくと思われるが、これからも弊社は机上のシステムではなく、これまでの経験に裏付けされた「現５．みまもりウォッチ（作業員みまもりシステム）『みまもりウォッチ』（作業員みまもりシステム）
は、
屋外の現場では避けようがない、
急な転倒、
体調不良、

場第一主義」から生み出す『生きた技術』の構築を進めていきたいと考えている。

- 216 -

５．排水ポンプ車のポンプ設置作業の安全性向上
国土交通省中部地方整備局 中部技術事務所 防災･技術課長

大坪 晋作

国土交通省中部地方整備局 中部技術事務所 防災･技術課専門職 ○鶴田 勇
滑りやすい１．はじめに排水ポンプ車に搭載されている排水ポンプは、昔は③投入する湛水池は濁っていて視界が不良

本体質量が 550kg もあり、クレーンを使わなければ設

上記の問題点を踏まえて、堤防での排水ポンプの運搬置できない大型のものであったが、その後の小型軽量や湛水池への投入作業を安全に行う方法として投入台化により質量が 30kg 程度となり、人力のみによる運車の検討を行った。投入台車の検討に当たり、扱いや搬・設置が可能となった。設置作業にクレーン等の重すさ・車両への積載・コスト縮減を目的に既製品の利機が不要となり、使用箇所が増えて利便性が向上し、用などを考慮した。排水ポンプを安全に運搬する投入

昨今の災害時において広く活躍している。

台車として、1 台で複数のポンプに対応する「折りた一方、人力での設置作業は、軽量化したとはいえ、たみリヤカー案」と個別のポンプに補助輪を装着する

荒天時での濡れて滑りやすい堤防法面などの悪条件下「補助輪取付案」の 2 案について検討した。

では、転倒などによる作業員の怪我等も懸念され、排上記の 2 案について、傾斜角度を変えるなど、異なる

水ポンプ車の設置手順の中で、最も危険で苦渋な作業

条件の法面での運搬作業（上げ下ろし）及び湛水池へは排水ポンプの投入作業である。
（写真－１）また、排の投入・回収作業を行い、動作確認を実施した。

水ポンプ設置の際に、漏れないように排水ポンプと排確認項目は、次のとおりである。

水ホースの口を正確に合わせて接続することも手間の・刈草状態の傾斜地（24 度、34 度）での運搬かかる作業となっている。

・雑草状態の傾斜地（25 度）での運搬・湛水地（６度）への投入・回収

このような状況から、排水ポンプ設置作業の安全性

・訓練用水槽（26 度）への投入・回収を向上させることを目的に、排水ポンプの投入方法及(1) 折りたたみリヤカー案

び排水ホース接続金具について検討を行った。

排水ポンプを運搬可能な既製品を比較検討した結果、折りたたみリヤカー（アルミ製）をベースとして検討を行った。排水ポンプを乗せたまま水中に投入できるように、ポンプの固定台座の配置、排水ホースとの干渉を考慮した取っ手フレーム位置の変更を実施した。
図－１に折りたたみリヤカー案の概要を示す。

写真－１ 排水ポンプ設置状況
２．排水ポンプ投入方法の検討
現状の人力による排水ポンプの投入には、次のような問題がある。
①複数の作業員による対応が必要
図－１ 折りたたみリヤカー案②降雨時での作業も多く堤防法面は濡れていて- 217 -

傾斜地での運搬は、リヤカーの大径タイヤは転がり実施した。

やすく、勾配が小さい場合でも作業員 2 名で対応する

フェルールとクランプバンドは排水ポンプ車に広く必要があり、さらに勾配が大きい場合には 2 名で上げ普及しているため、現状の改善を前提とした比較検討

ることは困難であった。雑草の有無についての影響はを行い、「排水ホース接続用補助材案」（写真－２）に認められなかった。

ついて、試作を行い、排水ホースとの接続作業の確認

排水ポンプ投入は、リヤカーごと沈めて、ポンプがを実施した。

浮いた状態でリヤカーを回収するため、排水ポンプが浮く水深まで作業員が水中に入り、リヤカーを水没させる必要がある。
(2)補助輪取付案
排水ポンプに直接簡素な車輪を装着して、台車の機能を持たせることで、安全に運搬、投入できるようにしたものである。補助輪の個数、大きさなどを検討し写真－２ 排水ホース接続用補助材外観・取付状況て 2～4 輪仕様の台車とした。
図－２に補助輪取付案の排水ホース接続用補助材により、フェルールのずれが押さえられて接続状態が保持されるため、一人でも概要を示す。

クランプバンドの接続が可能となった。
４．まとめ
本検討では、排水ポンプ車設置現場における安全上の問題解決、作業員の負担軽減のため、排水ポンプの図－２ 補助輪取付案（2～4 輪）

投入方法、排水ポンプと排水ホースの接続金具につい傾斜地での運搬は、2 輪では常時片側を保持しながて、試作も含めて排水ポンプ設置作業への実用性、有らとなり、3 輪では 1 輪側でひっかかり転倒するなど効性などを検討した。
その中で排水ポンプに補助輪（４問題があったため、4 輪への改良を行ったことでそれ輪）を取り付けた投入方法や接続用補助材を使った排らの問題を解決でき、スムーズな運搬が可能であった。

水ポンプと排水ホースの接続方法は、実用可能である

排水ポンプの投入は、4 輪タイプで動作確認を行っと確認された。

た。投入・回収ともに作業員 2 名でも問題なく作業は今回の投入方法は、排水ポンプに補助輪を取付け、可能であった。また、補助輪を取り付けた状態で排水法面を転がすことで作業員の負担を軽減し、安全性の運転を実施したが、排水への影響は認められなかった。

向上を図っているが、実際の災害現場では条件が各々異なり、使用できない場面が多く存在する。
そのため、実排水作業においての検証が必要であり、今後、排水３．排水ホース接続金具の検討
排水ポンプと排水ホースを接続する作業は、排水ポポンプ車へ試験的に導入した上で操作訓練や災害時にンプ車に広く普及しているフ使用して、排水ポンプ設置作業時及び排水時の問題点

ェルールとクランプバンドについての検証を行う予定である。

（図－３）
で固定しているが、また、近年の新技術を応用した、あらゆる状況におフェルールが少しずれるだけいても使用可能となる排水ポンプの投入方法・装置にで固定できなくなる。現状でついての検討も予定している。

は２～３人で作業を行わなけ

図－３ 接続金具ればならず、また、作業にコツが必要であり、その他の時間もかかるため、接続金具の改良について検討を- 218 -

６．作業効率化と安全性能の向上を両立した次世代の高所作業車
次世代高所作業車 建トゥン
株式会社レンタルのニッケン

研次郎○湯島 一郎
ユーザビリティの追求

日本国内の高所作業車事情

更に、付加機能として、作業員に分かりやすい操作

建設現場における高所作業は作業車の活用が主流となっている。

を実現するため、機能表示板を新規設置し、操作可能

特に屋内作業においては多くの作業をテーブル型高所な状態を LED にて一覧表示していること（写真 5）や、作業車にて行っている。基本的には、各メーカーのテ

荷台四隅に上部レーザー光を投射(写真 3)し、荷台上

ーブル型高所作業車は、ある一定の高さまでは上昇し昇位置の位置決めに利用する機能も有している。

たまま走行可能であり、機種により荷台を最高高さ状

今後、「建トウン」は様々な高所作業において活用が期態でも走る機種も存在する。しかし、現状では建設会待されているため、機械台数の増産及び改良改善を引社各社は荷台を上げたままでの走行は禁止されており、 き続き行っていく。
メーカー側は日本国内限定の仕様として（オプションという位置付）走行規制を追加して出荷されている。

建トゥンとは本開発商品「建トウン」(写真 1)は、耐火被覆工事、設備工事等の天井内作業の生産性向上にスポットを当て「安全に荷台を上げたまま走行可能」を基本コンセ
プトとして様々な安全装置、規制追加装置を開発した。
具体的には、±25mm の段差を検知するセンサー、本体

写真2:段差、障害物検知センサー

写真3:上部レーザー光投光器

前後にある障害物を検知するセンサー(写真 2）、作業員の挟まれ防止策として上部の障害物を検知するセンサー(写真 4）の３箇所のセンサーを設置することで、上昇させた状態での安全策を講じた。
写真 1
写真4:上部障害物検知センサー- 219 -

写真5:案内表示板

- 220 -７．ウェアラブルデバイスを用いた遠隔現場巡回システム
清水建設株式会社○佐藤 有

清水建設株式会社

鈴木 正憲

清水建設株式会社

奥田 悠太

3.1 課題：建設現場での TV 会議実施は困難

1.背景
近年建設業界では働き方改革の実現，労働時間の① 通信環境が整備されていない

見直しが求められている。働き方改革の実現に向け携帯電話を使用できない環境が多い。

て，移動時間などの無駄の削減による勤務時間の効② 巡回中はタブレット等の操作が必要となる
手が塞がっていると躓き転倒の危険がある。

率化が喫緊の課題である。
また，ニューノーマル時代におけるコロナ対策に③ 歩行により画像の揺れが発生する

おいては，遠方現場への出張に対して感染拡大防止

TV会議をしながら移動すると画面が大きく揺のための公共交通機関による移動制限がある。

れ，長時間画面を見続ける事ができない。

さらに，配置職員の減少により若手職員の教育に④ 巡回者と図面や仕様書を共有できない図面と現場を比較しての，巡回者への指示が十分な時間が取れないといった課題がある。

難しい。
2.目的
従来の本社から現場への巡回，職員による現場管理，若手職員への教育を，遠隔での巡回・管理・教3.2 対策：ウェアラブルデバイスと Wi-Fi を使用① Wi-Fi 環境の整備

育に置き換えることで，安全・品質不具合の根絶，工事現場への Wi-Fi 環境を整備し，（図 1）

働き方改革，若手職員への教育の拡充，コロナ感染

現場内のどこでも TV 会議を実施可能にする。

拡大防止を目標とする。

② ウェアラブルデバイスを使用
音声操作のみ（ハンズフリー）で操作・映像

3.方法の送受信が可能なウェアラブルデバイス

TV 会議機能を搭載したウェアラブルデバイスを用いた遠隔現場巡回を実施する。遠隔での現場巡回を実施する事で，移動時間が不要となり，業務調整（図 2）を使用する事で，足元の悪い環境でも安全に TV 会議の実施が可能となる。
③ ブレ（画面揺れ）補正

は最低限の TV 会議実施時間のみとなり，生産性向上

長時間の現場巡回を実施する場合には，に貢献できる。また，感染拡大防止においても，公ブレ補正機能搭載型ウェアラブルカメラ

共交通機関を使用した移動が減少し，リスクを低減（図 3）を使用し，画面の揺れを防止する。

できる。

④ 小型ディスプレイ内蔵

TV 会議機能を使用すれば，本社のベテラン職員に内蔵された小型のディスプレイ(図 2)を用い

より複数の若手職員を教育する事が可能であり，人て，巡回者は本社で TV 会議に参加しているベ

員不足で１名で現場管理を行っている若手職員の支

テラン職員と同じ図面や仕様書を共有しつ

援も同時に実施可能である。

つ指示を受けることが可能となる。

- 221 -

表１ ウェアラブルデバイスの比較表

光回線

現場内

4.運用実績

光回線

本社・事務所

ウェアラブルデバイスは 5 種類のデバイスを比較

無線接続
有線接続

し，現場での使用に耐えうる防塵・防水性を持ち，ハONU（光回線終端装置）
LANケーブルウェアラブルデバイス

ンズフリーで使用できるデバイス，高度なブレ補正機

ギガHub
LANケーブル能を有するデバイスの2種類を選択し導入した(表1)。

中継HuB(1)現場展開数：12 現場

LANケーブル

期間：2020 年 4 月 1 日～9 月 30 日

ウェアラブルデバイス

Wi-Fiルーター

TV 会議実施(2)遠隔巡回実施数：16 回
期間：2020 年 4 月 1 日～9 月 30 日

図 1 TV 会議の通信フロー図
カメラ

スピーカー

5.効果

LED

【出張人数の減少】

マイク

通常平均して 3 名の技術者が参加する現場巡回が 1

ホームボタン

名での実施が可能となり，半年の試行期間で出張人数

ディスプレイが合計 32 人減少した。

電源ボタン【現場巡回数の維持】
半年の試行期間で 16 回の遠隔現場巡回を実施し，
感図 2 小型ディスプレイ内蔵ウェアラブルデバイス

染拡大を防止しつつ，現場巡回の頻度を維持した。
6.今後の展望：ウェアラブルデバイスへの機能追加① 巡回記録自動作成アプリケーションの開発
音声による操作のみで写真撮影と指摘事項やコメントの入力を行い，自動で巡回記録を作成する。従来の手入力を不要とし，生産性の向上を目指す。
カメラ② 多言語翻訳機能の追加

図 3 画面揺れ補正機能搭載ウェアラブルデバイス

翻訳アプリを搭載し，母国語の異なるエンジニア同士のコミュニケーション円滑化に活用する。

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８．現場の清掃作業をロボットと協働 -自動清掃車「e-madillo」自動運転で省力化＋環境改善
西尾レントオール株式会社 〇佐藤 芳和
西尾レントオール株式会社

山口 秀樹

設定するようになっている。座標の取得には、清掃車

現場の美化を定期的かつ省力化で工事現場やプラント構内における清掃・美化活動は自体に搭載している GNSS から取得したり、実際に現本体施工や、メインの生産業務に追われ、やむなく後地で測量した座標を利用したり、正確な CAD 上の座標

回しになったり、作業の合間を狙い追加業務として実を取得して入力する事も可能である。指定したエリア

施するようになるケースも少なくないと考える。増しをどのように走行するかは大きく分けて 3 つのモードて担い手不足により職員や協力会社の適正配置や働きを用意している。
（図Ⓑ）①レーンモード：対象エリア

方改革による時短の推進を実施しないといけない管理

を任意の一辺から平行に前後進移動しながら清掃を実者にとっては、改めて作業指示をする事自体が精神的施する。ラップ率の設定も可能な為、確実に対象を清な負担につながるケースもある。反面、清掃・美化活

掃したい時に有用な走行モードとなる。②渦巻きモー

動は、場内の安全を確保するためにも重要なスキーム

ド：対象エリアを、前進のみで渦巻き状に移動しながであり、優先順位が高い事も周知の事実である。本技

ら清掃を実施する。本清掃車は前進時にのみ清掃機能

術は自動運転による清掃車を活用する事で、省力化とを発揮するため、効率的に清掃作業を進めたいときにともに、定型の作業を機械に任せられ、現場の清掃美使用するモードとなる。③整氷モード：スケートリン

化により、安全の確保や近隣環境への配慮も遂行でき

クの整氷車と同様な動きをする。レーン走行と同じくるものである。
（図Ⓐ）

確実に清掃したい場合に使用するが、対象範囲が比較的広い場合にはこちらのモードのほうが適している。

図Ⓐ e-madillo 全景
図Ⓑ 走行モード
清掃作業範囲も簡単に指示
清掃作業範囲については、対象エリアを囲むポイン

複雑なルートへの対応

トを座標で指示してやることで、走行ルートを自動に- 223 -

実際に清掃するにあたり、座標の指定だけでは対象

が複雑な形で効率的な清掃が行えない場合がある。その際に利用するのがティーチングモードである。実際に清掃するエリアを 1 回目はマニュアル操作でルートを記憶させ、次回からはそれに則り自動清掃するモードである。プラント構内等、定期的に同じ場所を清掃する業務の場合、効率的な最適なルートを再現する際に適しており、後進についても対応している。
尚、ティーチィングモードと前述の 3 つのモードいず
れも設計時に清掃エリア予定や清掃済みエリア結果を色塗り表示させることができる。
（図Ⓒ）

図Ⓓ レーザーセンサー

図Ⓒ 清掃軌跡図
更なる安全性の向上・機能向上
生産現場でロボットと協働するにあたり重要な事項
は安全性の確保である。本技術はシステム上の異常があれば停止する事はもちろん、レーザーセンサー（図Ⓓ）により、人や障害物を感知すると運転を停止する機能も装備している。本センサーについては、現在数多く開発されている SLAM 技術や AI 技術を利用したセンサーを取り入れられるようなインターフェイスにしているため、最新技術を取り入れたものを選択する事が可能となっている。また、走行機能自体も、同様の
SLAM・AI を活用した自動運転から自律運転にシフトしていけるよう実装を計画している。

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９．橋梁点検の作業性向上について～ 橋梁点検昇降装置の開発 ～九州地方整備局 九州技術事務所
施工調査・技術活用課長

福川 雅章

施工調査・技術活用課○深町 真吾そこで今回、九州技術事務所では点検の作業性向上

１．はじめに九州地方整備局では、約 4,500 橋の橋梁を管理してのための支援として、バケット内に装着できる軽量のおり、道路橋定期点検要領に基づき 5 年に 1 回、橋梁昇降装置を開発し、点検者がバケットの床面から更に点検を実施している。点検では確実に状態を把握して上部方向へ移動ができ部材近くまで到達できるように健全性の診断を行う必要があることから、近接目視に改善を図ったので紹介する。

よる点検が基本となっている。このため、河川や水路を横断する橋梁の桁や床版下面の点検を行う場合には、
九州技術事務所が保有する橋梁点検車（写真-1）を使用して点検作業を実施している。

図-1 バケット配置図
写真-1 橋梁点検車（型式BT400）
２．昇降装置の特徴
点検者は、この車両のバケットに搭乗することで足バケットの積載可能荷重は 300kg であり、バケット場等を必要とせず容易に橋梁下部にアプローチするこには点検者とバケット操作を行う 2 名が搭乗する必要とができる。
（写真-2）があることから、昇降装置はアルミ材を使用した軽量なものとなっており重量は約 90kg となる。
昇降機構は、
電動ﾄﾞﾗｲﾊﾞｰﾄﾞﾘﾙ又は手動ﾊﾝﾄﾞﾙを開閉機に差し込み駆動させるもので、簡易かつ確実に上下操作を行うことができる。
（写真-3）昇降に要する時間は約 70sec であり、
点検者はバケット床面より約 1.5m 上昇することが可能となっている。
（図-2）

写真-2 橋梁点検車での点検状況
しかし、桁間が狭く横構等が配置されている橋梁では、接触の危険があるためバケットが桁間に入れず、桁の高い橋梁では床版の下面付近に十分に近づくこと
写真-3 電動ﾄﾞﾗｲﾊﾞｰﾄﾞﾘﾙ、開閉機ができないといった状況が生じていた。
（図-1）- 225 -

写真-4 昇降装置 外観
４． 点検状況
実際の橋梁で昇降装置を用いて実施した点検状況を以下に示す。
（写真-5、6）
図-2 昇降装置の昇降高
昇降装置とバケットは、ボルト（M16×4 本）固定となっており、手摺りの高さは 1m を確保して高所作業車の構造規格に対応させている。その他、装置使用時の注意点として、接触や挟み込みの危険があることからバケット移動時は昇降装置を収縮させる必要がある。
写真-5 バケット移動状況

また、装置の取付にあたっては、クレーン付車両と玉掛の資格保有者が必要となっている。
３． 昇降装置諸元
装置の諸元及び外観を以下に示す。
（表-1、写真-4）
表-1 昇降装置 諸元

写真-6 床版点検状況
５． おわりに管内の橋梁は全体の 3 割以上が高度経済成長期に建設されたもので老朽化が進行していることから、定期点検は橋梁の維持管理を行う上で非常に重要なものとなっている。
今後、開発した昇降装置が点検時に有効に活用され、点検者が行う近接目視や打音検査などの作業に貢献することができれば幸いである。

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10．小型マイコンを用いた建設現場計測用 IoT 機器の試作
立命館大学 〇横山隆明
立命館大学

建山和由

電池を使った電源確保及びソラコムによるデー

1. はじめに建設業を取り巻く諸問題を解決のため建設現タ送信を用いた．温度計測では付近のアメダス

場の情報化（i-construction）が推進されていによる計測値とほぼ同じ結果が得られている．

る．しかしそのためには高価な機器を用いる必

Fig.4 に舗装工事でのマカダムローラによるア

要があり，中小建設業者の建設現場に関連機器

スファルト締固め時の締固め量計測状況を示を独自に導入することは予算的な問題からなかす．締固め量計測結果からはマカダムローラ走なか進展していない面があった．本研究では安行プロファイルに即した沈下量が得られた．

価なマイコンを用いて IoT 機器を製作し，中小計測部

建設業を対象とした建設現場における各種の計測を試みた．

太陽電池

2. IoT 機器の構成
今回はオープンソースハードウェア Arduino
システムでプログラム可能なマイコンである制御・蓄電部

ESP32（Fig.1）および M5Stack へ Fig.2 に示すような MEMS 技術を用いた小型計測モジュールを

Fig.3 温度計測結果

基本的には 1 つのマイコンに対して 1 つ接続しFig.5 に M5Stack による GPS

計測回路を形成した．収集したデータは ESP32

計測結果を示す．この計測でに内蔵されている WIFI モジュールで Web 上のク

は携帯電話のデザリングによラウドサービスへと保存する形式又はマイコン

り M5Stack に接続した GPS モに接続したμSD カードに記録する形式とした．

ジュールから得た位置情報を③

Ambient というデータ可視化サ②

ービスに送信しクラウド上で位置情報が確認できる．

①

Fig.1 ESP32

Fig.4 機器設置状況

Fig.5 GPS 計測

4. まとめ① 加速度計 1）② ToF 距離計 1）③ 温度計 2）

Fig.2 小型計測モジュール

3. 計測結果安価なマイコンと小型 n 計測モジュールを組
み合わせて現場での IoT 計測を試みた．現在各種の小型計測モジュールを用い，数千円で計測装置を構成できる．耐久性の面では工夫が必要であるが，多地点での計測を導入することで建Fig.3 に現場での温度計測時の機器設置状況

設現場の情報化に寄与できると考えられる.

を示す．現場での温度計測については，電源が1） ストロベリーリナックス HP：https://strawberrylinux.com/
2） 秋月電商 HP：https://akizukidenshi.com/

無い山間部であったため，太陽電池パネルと蓄- 227 -

- 228 -11．施工現場でのリスク評価と映像を活用したリスク予知教育－ アイトラッキング調査と VR の活用 －株式会社建設ＩoＴ研究所 ○可児 憲生

１．はじめに

株式会社環境風土テクノ

須田 清隆

立命館大学

横山 隆明

b) 独自の通信環境

現在、中小建設業において問題となっているのが、通信事業者のサービスにおいては、通常は上り下り

社員の高齢化であり、高齢化に伴う工事事故予防に対の通信速度は対称（同じ速度）になっているが、本技するリスク教育の進め方である。
リスク教育の目的は、術では上り速度を広帯域化（最大 4Mbps）し下りを狭建設や自然災害時での安全や危険に対するコミュニケ

帯域化（最大 256Kbps）した非対称通信サービスを活ーション齟齬の解消とリスク想像力の醸成を図ること用した。これにより、上りの現場映像を高品質で送信である。ポスターセッションでは、①コミュニケ―齟

することが可能となっている。

齬の解消を目的に遠隔臨場技術の活用や②工事経験値の違いによるリスク認知の差を視線調査で明確にし、③視線調査結果を反映させた、現場に発生するリスクポイントでの臨場感のある緊張感を VR で体験させて、従業員のリスク予知能力を高める現場教育の実効性を報告している。
２．遠隔臨場技術(1) 映像臨場技術

図-2 独自の通信環境

遠隔臨場による施工管理は、発注者と現場事務所やc) 定点カメラによる映像臨場

現場での日常的に行えるリアルタイムなコミュニケー

ネットワークカメラによるリアル映像により、本ション環境の整備により、接触機会や移動時間の解消

社・現場など多地点監視を可能にすることで、会社がを実現するものである その結果、遠隔臨場によって本一体となった現場の安全推進活動に参加できるように

社常勤の熟練技術者の知見や経験知が多面的継続的になった。特に、現場での見守られ効果から、作業員の活用できる環境も創造され、日常的な社内検査で映像

事故予知への意識づくりが高まっている。

が活用され現場の安全面と品質面の向上を期待するものである。
a) 遠隔臨場の装備

図-3 定点カメラ映像

３．視線調査（アイトラッキング）のリスク認識
技術者の経験や立場によって異なる施工現場の品図-1 遠隔臨場の装備- 229 -

質面、安全面の着眼点をアイトラッキング調査で分析し、効果的な撮影ポイントや撮影範囲の決定により、施工現場での迅速なリスク管理を可能にしている。
a) 視線調査（アイトラッキング）装備

図-8 360°カメラ取り付け事例b) VR 事例（法面作業）
図-4 アイトラッキング装置

技術者や作業員への法面施工環境に対するリスクの図-5 調査における装着状態

捉え方を、事前にアイトラッキング調査にて確認し、

製品名：EMR-9

双方の陥りやすいリスクポイントについて、360°カb) 視線調査事例（ICT 重機操作）
ICT 重機（MG）のオペレータ教育において、未熟練オペレータ（図-6）と熟練オペレータ（図-7）の、注メラを設置、VR により臨場感のある危険緊張感を演出している. (図-9、図-10)

視傾向を確認している。

4

5

1
2

3

図-9 アイトラッキングによるリスク着眼点
図-6 未熟オペレータの作業確認点

図-10 リスク着眼点での作業内容（機材吊り込み作業）

５．謝辞
本技術は、国土交通省「建設現場の生産性を飛躍的
図-7 熟練オペレータの作業確認点に向上するための革新的技術の導入・活用に関するプ
ロジェクト」の助成を受けたものです。本報告に関し

４．360 カメラと VR による仮想臨場感

ご協力頂きました関係各位に感謝申し上げます。

a) 全天候型 360°カメラの構成
全天候で長期稼働が可能なネットワーク型魚眼カメ

参考文献 1)渋谷義博：タイムラプス映像から読み取

ラ（図-8）を２台組み合わせ、画像処理が可能な録画れる施工属性情報に関する検討，土木学会第 70 回年装置を使用している。

次学術講演会講演概要集，VI－233，2015- 230 -

12．しなやかだけど強靭！ポリウレアなのに簡単！
常温型コンクリート舗装補修材「ニンジャシール」
コンクリート舗装に発生する目地部分の角かけ、ひび割れ、段差、水の侵入を解決！
株式会社ガイアート〇渡邉 大介株式会社ガイアート

小川登

圧倒的な強さと驚異的な復元力

それはタフで優しい「ニンジャシール」は、ひび割れ・角欠けへの充填

上面載荷試験では曲げ強度比 85％、下面載荷試験でや面的塗布が可能な 2 液混合常温硬化型ポリウレア樹

は曲げ強度の 105％の強度を持つ。ホイールトラッキ

脂材料で、1 缶に施工に必要な材料がすべて入ったキング試験（ＤＳ）は 60,000 回/ｍｍ以上を誇り、ラベットとなっているため、熟練者でなくとも簡単に施工

リング試験でも排水性（高機能）舗装以上の耐久性をが可能となる。しなやかな物性で（伸び率 300％）ひ持つ。せん断試験では、1Ｎ/ｍｍ２以上の荷重が加わび割れにも追従し、万が一飛散しても大きな事故に繋り 10％以上の伸びで変形したにもかかわらず、試験後がる可能性が少ないと考える。従来のコンクリート舗

は元に戻るするという驚異的な復元力を発揮した。

装のひび割れ補修では、コンクリートを取り壊してジェットコンクリート等を打設する方法が多いため、衝撃等から再劣化が発生しやすく、周囲の脆弱な部分からの剥離が課題となっていた。
火も重機も不要
アスファルト系補修材の加熱注入ではトンネル内での火災や火傷のリスクがあったが、「ニンジャシール」
は重機不要、少ない人員で施工でき、そのしなやかな物性により衝撃を吸収するため既設舗装を傷めないと様々なトラブルを解決

ころがポイントとなる。

国道維持工事に技術提案し繰り返し発生していた段差振動の苦情を解決、また北陸地方や中国地方、九州
地方の高速道路のコンクリート舗装の版端部や目地の補修に採用されている。職員による直営施工で橋梁補修「ＤＩＹ」を実践している玉名市（熊本県）においては、機能不全となった埋設型橋梁ジョイントの遊間部にて検討され、付着が強く動きに追従し、目地だけでなく面的にカバーできる為、採用に至った。今後も直営で行う道路・橋梁維持管理に役立てたい考えだ。

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