機能診断クラウドシステムの利用報告

株式会社ルーラルエンジニア ○山田哲〃

舟田洋史〃谷口博喜〃佐藤航平

1.はじめに北海道インフラ長寿命化計画（行動計画）に基づく個別施設計画は、平成 32 年度までに策定する必要がある。他方、維持管理団体である土地改良区は、合併や熟練職員の退職等から体制が脆弱化する中、日常管理に加えて機能診断を実施する必要が生じており、調査業務を効率的に支援する仕組みが望まれている。そこで、クラウド上に機能診断システムを構築することで、定点データの継続監視・診断などを行えるシステムを開発した。本報では、システムの概要と現場での適応性について報告する。
2.維持管理団体が直面している現状の課題
土地改良区は、組合員である農家の賦課金により運営されているが、主力の米の生産者価格の低迷等により組合員の経営環境が厳しいことから、平成 2 年には道内に 130 区あった土地改良区は合併により平成 28 年では 73区までに減少し、職員数も平成 2 年の 809 人から平成 28 年には 597 人に減少するなど各土地改良区の努力のもとに、組織運営の合理化を進めてきた。
しかし、社会情勢の変化から、土地改良区を巡る周辺環境が変化し新たな課題が浮き彫りとなっている。
① 土地改良法の改正・人材の確保（准組合員資格の創設）
・複式簿記の導入等② 施設管理・気象災害等の突発的な対応

表-1 土地改良区の管理施設（28年度末：北海道農政部）（単位：か所、km）
施設名
貯水池 頭首工 揚・排水機 用水路 排水路 農道
施設数・延長3398362,273 17,946
8,483 4,805

・施設の長寿命化に対応する技術者の不足③ 熟練技術者が定年等による退職・地域の施設建設当時からの経緯や補修履歴等の貴重な情報が喪失
・地域のコーディネーター役が不在
このように、新たな業務の増加や技術力の低下から、組織の脆弱化が危惧されており、これらをサポートするシステムづくりが必要である。

3.クラウドを活用した機能診断システムについて
3.1. 開発の目的本システムは、機能診断の作業効率を大幅に改善することを目的として開発した。具体的には、①野帳・カメラに替えてタブレット持参で現場行くことを可能とし、②調査結果はクラウドシステム上で蓄積・整理し、③調査後の機能診断評価もシステムにて所定の帳票に自動生成が可能である。
また、タブレット GPS の現在位置情報を定点位置として正確に登録でき、調査データは定点を画面上でタップし、画面上から直接入力することで位置情報付きで保存可能である。
更に、診断評価は現地で即座に画面表示でき、調査内容の妥当性を調査員が現地で確認できる。この結果、全データは定点位置情報とともにクラウド上で登録・管理され、次回機能診断時には、現地で前回診断調査結果を同一地点で再現し、前回評価を時点更新することで、施設の継続監視が可能となる。
なお、開発にあたっては、鉄筋コンクリート構造物（開水路）を対象として、農林水産省が策定した「農業水利施設の機能保全の手引き」「開水路」（平成２８年８月）および同手引き参考資料編に基づいて、必要な調査項目の入力・保存、機能診断調査に係る記録様式および施設状態評価表の自動生成機能を構築することとした。
3.2. クラウドの概要
インターネット上に構築したクラウドサーバー上に全ての機能診断情報をアップロードし一元化と共有化することで情報の散逸を防ぎ、機能診断業務を定期・継続的に実施することができる。また、利用者は複数のデバイスから同時アクセスが可能で、現地調査員と事務所内の有識者とで同時に評価するなどより適切な診断が可能となる。
サーバークライアント間の情報通信は、インターネット上でデータを暗号化して送受信できる SSL プロトコルを使用して、情報漏洩に万全を期している。

クラウドコンピューティング①インターネット上のクラウドサー
バーにデータを一元的に保存

サーバークライアント間はSSL 通 信

http://www.○○○○②同一情報を共有

ノート

デスクトップスマホ

図-3 概念図タブレット

3.3. クラウドのシステム構成
クラウドサーバー上で稼動するソフトは、広く一般的 に 利 用 さ れ て い るApache（アパッチ） ※ 1 および PHP ※ 2 を用いた。
次に、診断データを保存するためのデータベースでは、オープンソースのデー
タベースとしてよく利用される PostgreSQL ※ 3 を、地図情報を扱う GIS エンジンは、図-4 システム構成図

PostGIS ※ 4 を用いた。
また、クライアント側のシステムは、Javascript ※ 5 および OpenLayers ※ 6 を用いて開発した。次に、使用する地図、航空写真は、インターネット経由で GeoSpaceCDS ※ 7 から表示画面分のタイル画像を入手しクライアント側で表示・展開させ、システムの応答性能を向上させた。
※1： 1995 年 に Apache ソ フ ト ウ ェ ア 財 団 に よ っ て 開 発 さ れ た オ ー プ ン ソ ー ス の Web サ ー バ ソ フ ト ウ ェ ア で あ る 。
※2： "The PHP Group" に よ っ て コ ミ ュ ニ テ ィ ベ ー ス で 開 発 さ れ た オ ー プ ン ソ ー ス の 汎 用 プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語 で、サーバー側にてクライアント側のリクエストに応えて動作するソフトウェアである。
※3： オ ー プ ン ソ ー ス の オ ブ ジ ェ ク ト 関 係 デ ー タ ベ ー ス 管 理 シ ス テ ム (ORDBMS)で あ る 。
※4： オ ブ ジ ェ ク ト RDB で あ る PostgreSQL の 拡 張 で 、 GIS (地 理 情 報 シ ス テ ム )オ ブ ジ ェ ク ト を 格 納 で き る 。
※5： ク ラ イ ア ン ト 側 の ア プ リ 開 発 で 使 用 さ れ る プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語 の ひ と つ で あ る 。
※6： ク ラ イ ア ン ト 側 で 地 図 デ ー タ を 表 示 す る 、 JavaScript で 組 ま れ た オ ー プ ン ソ ー ス ラ イ ブ ラ リ で あ る 。
※7： NTT 空 間 情 報 が 作 成 し た GEOSPACE 電 子 地 図 お よ び 航 空 写 真 ・ 衛 星 画 像 を ク ラ ウ ド 環 境 で 利 用 で き る 、インターネット配信サービスである。

3.4. 機能診断システムの概要
機能診断システムはクラウドサーバーを経由して利用する形態となっており、次の二つのシステムから構成されている。まず、第 1 に現地タブレットでは、①定点観測地点登録・編集機能と②現地診断調査入力機能を有している。第 2 に事務所 PC 側では、③現地調査票作成機能④診断調査写真のダウンロード機能を構築した。なお、機能診断の健全度評価機能は、即座に現地確認できるようクラウドサーバー上で処理することとした。

3.5. 機能診断システムの機能説明
3.5.1. 定点位置の記録①「現在位置」ボタンタップすると、タブレットの GPS 機能を利用し、現在位置「 」を取得する。

② 次に、「 定 点 登録」ボ タ ンをタ ップ し 、 現在位置に定点「 」を登録する。

17
画 面-1

現在位置表示

画 面-2

定点登録

3.5.2. 写真撮影・登録機能①「カメラ」ボタンをタップするとタブレットカメラが起動し、現場写真を位置。

②「サムネイル」ボタンをタップすると撮影した写真一覧を表示。
③サムネイルをタップすると拡大写真を表示。

拡大写真
タブレット
で写真撮影

8/24/2018

撮影写真
一括表示

画 面-3 写 真 撮 影 ・ 登 録 機 能30

3.5.3. 時点更新機能①「追加」ボタンをタップすると当日の日付で前回の診断データを全てコピー。

10/24 デ ー タ②日付を切り替えて前回の診断データを見直し。
③同一地点で継続監視できる。

10/31 デ ー タ を セ ッ トをコピーして10/31 デ ー タ を 時 点 更 新

画 面-4

データ追加

2 回分の診断結果が記録される✔を切り替えることで履歴を確認

画 面-5

データ切り替え

48

3.5.4. 機能診断結果の表示機能①「評価」ボタンをタップするとクラウドサーバ
ーから評価結果をダウンロードし表示。

②「内部要因評価」ボタンをタップすると詳細評価を表示。

機能診断
結果を現地で表示

52
画 面-6

評価表示

3.5.5. 調査結果の一括ダウンロード
PC から操作
クラウドサー
バーから指定のフォルダーに調査結果をダウンロード

画 面-7

調査結果ダウンロード

フォルダーを開くと調査時に撮影した①調査写真と②現地調査票および③施設状態評価表を一括してダウンロードする。

3.5.6. 調査写真の一括表示機能
撮影した写真は、撮影日付、施設名、測点名、調査項目名に連番で整理番号を付与して、JPG ファイル形式で定点単位で保存されるため、効率的に写真整理できる。
システム側でファイル名付与

日付_施設名_測点名_調査名_整理番号
画 面-8

調査写真一括表示一括ダウンロード写真の閲覧

3.5.7. 現地調査票・施設状態評価表作成機能
調査結果は、クラウドサーバーからダウンロードし、エクセルシートに流し込むプログ
ラムを別途作成したことで、現地調査票および施設状態評価表は、自動生成が可能である。
表-2

表-3

現地調査票

施設状態評価表

鉄筋コンクリート開水路の施設状態評価表
地区

施
定

施設
点調設

査の番状

名

神竜第2地区

評価年月日

名

南幹線

評 価 者

舟田洋史

1

調 査 地 点
（測 点 等）

SP900～SP1000号

態

S-5；変状なし S-４；変状兆候（要観察）平成29年10月24日

sp900

S-3；変状あり（補修） S-2；顕著な変状あり（補強） S-1；重大な変状あり
評価の流れ→

評価項目

評価区分

健全度ランク
ひび割れ

形状と
幅

S-5

S-4

S-3

Ｓ-2

タイプ：初期ひび割れ
形状：目地間中央や部材解放部の垂直ひび割れ
原因：乾燥収縮・温度応力最大ひび割れ幅
0.2mm未満

最大ひび割れ幅[0.2mm以上～0.6㎜未満]
0.2mm以上～1.0mm未満

最大ひび割れ幅[0.6㎜以上]
1.0mm以上

S-3に該当するものが全体的タイプ：劣化要因不特定のひび割れ
形状：特徴的な形状を示さないひび割れ
原因：症状が複合的であり劣化要因を特定できないもの

最大ひび割れ幅
0.2mm未満

最大ひび割れ幅[0.2mm以上～0.6㎜未満]
0.2mm以上～1.0mm未満

最大ひび割れ幅[0.6㎜以上]
1.0mm以上

S-3に該当するものが全体的タイプ：ひび割れ先行型ひび割れ
形状：格子状・亀甲状などのひび割れ
原因：ASRや凍害などの劣化要因

最大ひび割れ幅
0.2mm未満

最大ひび割れ幅[0.2mm以上～0.6㎜未満]
0.2mm以上～1.0mm未満

最大ひび割れ幅[0.6㎜以上]
1.0mm以上

S-3に該当するものが全体的

タイプ：外力によるひび割れ
形状：側壁を横切るような水平もしくは斜めのひび割れ
原因：構造物に作用する曲げ・せん断力

最大ひび割れ幅
0.2mm未満

最大ひび割れ幅[0.2mm以上～0.6㎜未満]
0.2mm以上～1.0mm未満

最大ひび割れ幅[0.6㎜以上]
1.0mm以上

S-3に該当するものが全体的有S-3に該当するものが全体的

タイプ：鉄筋腐食先行型ひび割れ
形状：鉄筋に沿ったひび割れ
原因：中性化・塩害

無構
造物
自体の変状

① ひび割れ密度（ひび割れ幅0.2mm以上）
50cm/m2以上

ひび割れ規模

ひび割れ以
外の劣化

主要因
別評価

施設状
態評価

表-4

施設状態評価表（拡大）S-5有りの場合1ランクダウン

進行性（ＡＳＲや凍害などの場合）

内部
要因

変状別
評価

ひび割れ付随物（析出物、錆汁、浮き）

無②

ひび割れからの漏水

無③滲出し、漏水跡、滴水
注2)

ひび割れ段差無浮き無剥離・剥落

無析出物（ｴﾌﾛﾚｯｾﾝｽ・ｹﾞﾙなど）（ひび割れを含むものを除く）
錆汁（ひび割れを含むものを除く）

部分的(S-4の場合以外）

有注2)

S-3に該当するものが全体的又は流水、噴水

S-4

有
部分的

全体的

部分的

全体的

全体的又は鉄筋に沿った部分的

無有

細骨材露出

粗骨材露出

S-4

S-4

粗骨材剥落

摩耗・すりへり
全体的の場合1ランクダウン

圧縮強度

鉄筋露出の程度

無反発強度法（鉄筋）（圧縮強度換算）※設計強度 21N/mm2の場合

21Ｎ/mm2以上（設計基準強度比100%以上）

ドリル法（中性化残り）

8/24/2018
中性化
変形・歪み
欠損・損傷
外部

不同沈下

因

構
造物
自体の変状

その他の要
因

構
造物
付
随物の変状

要部分的
15～21Ｎ／mm2（設計基準強度比75%以上100%未満）全体的

15Ｎ/mm2未満（設計基準強度比75%未満）

S-4

残り10mm以上

残り10mm未満

S-5

変形・歪みの有無

無

局所的

全体的

S-5

欠損・損傷の有無

無

局所的

全体的

S-5

構造物の沈下、蛇行

無

局所的

全体的

S-5

背面土の空洞化

無

局所的

全体的

周辺地盤の陥没・ひび割れ

無

局所的

全体的

地盤変形

目地の変状

抜け上がり

無20cm未満20～50cm

目地の開き

無

局所的

全体的

局所的

全体的

段差

無止水板の破断

無漏水の状況

無漏水跡、滲出し、滴水流水、噴水周縁コンクリートの欠損等

無

局所的

全体的有

68
総合評価
S-5

S-550cm以上

S-4

S-4

4. 機能診断システムの利用報告
4.1. 利用地区概要
現在、機能診断システムを利用して調査中の用水路は、左図にしめすとおり、比布町市街地の北に位置する比布第 1 支線用水路である。機能診断システムを利用した試験調査は、9月下旬より着手して、現在も継続中である。

図-5 位置図
なお、この用水路の施設概要は以下のとおりである。
比布第１支線用水路（道営かんがい排水事業比布地区 S37～S44）
施設延長：L=2,410m、構造：L 型ブロック装工、HP 管
最大通水量：Q=2.806m3/s、かんがい面積：566ha
調査・診断対象延長：L=2,389m（国道横断構造物は対象外）
4.2. 調査項目
地区全体の機能診断調査項目は、次のとおりである。
①現地踏査 L=2.39km（線的構造物）②近接目視 1 式

（線的構造物 A=983 ㎡）③ｺﾝｸﾘｰﾄ強度調査 80 測点（推定調査）④鉄筋探査 28 箇所⑤はつり部鉄筋調査 28 箇所（ｺﾝｸﾘｰﾄは つり 作 業 及 びは つ り 部 埋戻 し を 含 む）

⑥中性化試験 28 箇所（はつり部）⑦中性化深さ調査 80 箇所（ドリル法）⑧ｺﾝｸﾘｰﾄ供試体採取 28 箇所（φ100mm、供試体採取部埋戻し含む）⑨除塵施設機能診断 1 式（概略診断）

今回の調査では、上記のうち①②③⑥⑦の項目について、機能診断システムを用いて調査・診断中である。

4.3. 利用結果
4.3.1. 調査状況
以下の航空写真上に、比布第１支線用水路にて実証試験中の定点位置とその機能診断結果（速報値）を示す。開水路区間は 100m ピッチ（全 25 箇所）、開水路上に蓋を設置した区間では 20m ピッチ（全 26 箇所）で合計 51 箇所の定点を設置し、機能診断を実施している。
ピンの色と数字は凡例に示す通り、S-1（赤）、S-2（オレンジ）、S-3（黄色）、S-4（緑）、S-5（水色）の診断結果を表示しており、全て現地調査中にタブレット上で確認することができる。速報値ではあるが、調査対象路線の健全度評価を定点ごとにシンボル化して見ることが可能となった。

100ｍピッチ

100ｍピッチ

落差工

20ｍピッチ

52画 面-9

調査結果

4.3.2. 利用効果
本システムを利用することで、以下の効果が期待できる。
表-4

利用効果一覧

効果項目

具体的な効果調査進捗

現地調査で定点をタブレット上に作成した際、タイムスタンプ管理情報を持ったピンマークが表示されるため、現地調査の進捗状況をリアルタイムで事務所内から確認することができる。

情報管理のタブレット上でタップ入力した調査データは、全てインターネ

一元化・共ット経由でクラウドサーバー上に地区単位で一元管理されて有化
継続監視おり、複数の関係者が同時に情報共有化できる。
クラウドを活用した一巡目の機能診断実施地区では、診断結果が位置情報付きでクラウド上に登録保存されているため、二巡目以降では現地にて一巡目のデータを現地確認し、前回調査内容を時点更新することで、継続的に機能診断を実施することが可能である。

診断評価

現地タブレット上で機能診断情報を共有することができるため、複数の調査員が同時に調査している場合、現地タブレット上で地区全体の調査・診断結果を迅速に確認でき、対象施設の健全度を俯瞰的に評価できる。

的確性

現地情報は、写真を含めて即座にクラウドサーバー上に蓄積されているため、現地で判定の難しい劣化状況がある場合は、ネット経由で事務所内の有識者に診断評価の判断を求めることができ、診断業務の的確性が大幅に向上する。

効率性

調査写真、現地調査票および施設状態評価表は、自動生成が可能で、調査成果作成が非常に効率的となる。

個別施設計画管理団体で作成中の個別施設計画を策定する際の基礎データを効率的に蓄積できる。

日常点検

日常点検記録をクラウド上に位置情報付きで保存することができ、日ごろから維持管理を担っている土地改良区の管理記録システムとして期待できる。

備考

5. 利用上の課題・今後の展開方向利用にあたっての課題と今後の展開方向について以下に整理した。
表-5 課題一覧
項目

具体的な課題・普及展開方向など

通信状態

今回の動作確認で使用した機材は iPad（iOS 12.0.1）、通信回

備考

線は、OCN モバイル LTE（最大通信速度 262.5Mbps）を利用した。比布第 1 支線は、LTE モードエリアにあり良好にデータ通信が可能で、写真などをアップロードする際にも調査に支障をきたすことは無かった。
しかし、稀にアップロード中に通信が途切れる場合があった。
通信が途切れた定点を移動する際には、記録したデータの再確認が必要である。
また、中山間地域など利用地域によっては通信状態が悪く 3Gモードなる場合、アップロードに時間を要し、使い勝手が低下した。
バッテリー調査中、概ね 6 時間から 7 時間で iPad のバッテリー残量が残り 10%以下となった。このため、現場で充電できる携帯用バッテリーは必須となる。

位置情報

位置情報は iPad で利用しているGPS 精度に依存しているため、実際に現地で現在位置を画面表示して定点を設定すると数メートルの誤差もって登録される場合がある。このため、位置情報に相違 が あ る 場 合 は 、「 定 点 位 置 の 移動」ボタンをタップし、タブレッ
ト上の正しい場所をタップし定点を移動可能としている。 今後は、位置情報の精度が飛躍的に向上すると言われる衛星システム「みちびき」の信号に対応したタブレットの導入が期待できる。

管水路対応

現在は、開水路の診断業務に対応しているが、今後は管水路に対応した機能診断システムの開発を検討する予定である。

6.おわりに本報告を発表するにあたっては、神竜土地改良区、富良野土地改良区、由仁土地改良区、大雪土地改良区の管理施設をお借りしてシステムの動作確認を行った。
大変多忙な中、ご協力いただいた各土地改良区には、記して謝意を表すものである。