第66回(2022年度)

北海道開発技術研究発表会論文

ICT技術による漁港施設の施設点検の有効性について
農業水産部 水産課

○藤池 貴史井本 丈博（株）クマシロシステム設計
小竹 元己
漁港施設の長寿命化対策は、施設ごとに施設点検方法や頻度等をまとめた機能保全計画を策定し戦略的に取り組んでいる。しかしながら、施設の点検に必要不可欠な潜水士の不足等により調査が長期化していることから、その解決策として技術進歩が著しいICT技術を活用した水中部の点検手法の検討が進められている。本報文では、透明度の高い海域において、水中ドローン等を用いた現地試験を通じて、各種調査方法による計測精度・計測効率について明らかにした。

キーワード：長寿命化、ICT技術、漁港施設の施設点検

1. 背景・目的

2. 現地試験

水産基盤整備事業では、施設の長寿命化やライフサイクルコスト縮減を目的として、施設の老朽化予測を基に対策時期や補修工法をとりまとめた機能保全計画を策定し、ストックマネジメントに取り組んでいる。
一方、水中部調査を行う潜水士等の点検従事者の減少・高齢化等に伴い調査期間が長期化する傾向にあり、多数の施設を有する北海道の第３種、第４種漁港における施設点検の効率化が課題となっている。その対応策として、音響測量機器や水中ドローン等のICT技術の活用に向けた検討が行われているが、各ICT技術の計測精度や計測効率が不明である。
以上の背景から、ICT技術(音響測量機器・水中ドローン)の施設点検における計測精度・計測効率を把握するため、従来の潜水目視調査と比較・検討することを目的とした現地試験を行った。検討フローを図-1に示す。

(1) 対象漁港
漁港施設のICT技術による施設点検は、波高、潮流、海水の濁り等の海象条件が大きく影響する。このため、定期点検を想定した初めての現地試験となる今回は濁りや流れの影響が比較的少ない美国漁港(積丹町)で実施した。

従来(2) 対象施設
試験対象施設は、漁港の主要な基本施設である外郭施設、係留施設から簡易調査(重点項目)の老朽化評価項目を網羅するように構造形式が矢板式・重力式・消波ブロック被覆堤の施設を選定した（図-2、表-1）。なお、北防波堤においては、直立堤の港外側・港内側の両側を対象範囲として設定した。

施設：北外防波堤(改良)構造形式：重力式(消波ﾌﾞﾛｯｸ)
延長：L=36m
水深：-8.5m

ICT 技術

潜水目視

音響測測量機器（３D スキャナー、マルチビーム）

水中ドローン

点群解析

画像解析

施設：南防波堤
構造形式：重力式(消波ﾌﾞﾛｯｸ)
延長：L=20m
水深：-3.1m

施設：北防波提(両面)構造形式：重力式
延長：L=150m
水深：-3.0m
施設：-4.5m岸壁
構造形式：重力式
延長：L=20m
水深：-3.1m

変状図作成
変状図作成・老朽化評価

・老朽化評価施設：-4.0m岸壁
構造形式：矢板式
延長：L=68m
水深：-4.0m

比較
図-1 検討フロー

図-2 対象施設(美国漁港)

FUJIIKE

Takashi, IMOTO Takehiro, KOTAKE Genki-810-

表-1 対象施設の概要

構造老朽施設名形式
化度-4.0m岸壁 矢板式
d-4.5m岸壁 重力式 b～d
北防波堤 重力式 b～d
北外防波堤 重力式 不明
南防波提 重力式 b～d
合計

表-3 マルチビームの概要

水深延長-4.0m
-4.5m
-3.0m
-8.5m
-3.1m

68m
362m
149m
35m
20m
634m

没水部
面積272m2
1,629m2
447m2
297.5m2
279m2
2,707.5m2(3) 調査時期
調査期間は、2022年9月12日～10月5日のうち、計10日間で実施した。また、いずれの調査日をとおして、透明度は3.2m～3.8mで推移し、水中部の見通しが確保されていた。
(4) 調査手法・機器
現地調査は、潜水目視調査に加え、ICT機器の内、水中3Dスキャナー(以下、3DS)、マルチビーム(以下、NMB)、水中ドローンを選定した。各調査機器の概要を図-3～図-5、表-2～表-4に示す。3DSは国内代理店で唯一流通しているTeledyneBlueView社製BV5000、NMBは浅海域に適用可能なTeledyne Reson社製SeaBat T20を選定した。
また、水中ドローンは、変状規模算定のスケール合わせに有効なレーザースケーラーを搭載可能なCHASING社製CHASING M2 Proを選定した。

図-3 水中3Dスキャナー(BV5000-1350)
表-2 水中3Dスキャナーの概要

製品名
周波数
ビーム数
ビーム幅
スワス幅

図-5 水中ドローン(CHASING M2 PRO)表-4 水中ドローンの概要

製品名
サイズ
重量
バッテリー
最大深度
最大速度
バッテリー航続時間
バッテリー循環回数
動作温度

CHAISNG M2 PRO
480×267×165mm
5.7kg
300Wh
150m
2m/s(4ノット)
最大4H
＞300回
-10℃～45℃(5) 調査方法
音響測量機器(3DS、NMB)は、船舶艤装を行った上で試験を行い、3DSは、操船1名、機器操作2名の3名体制、NMBは、操船1名、機器操作1名の2名体制で実施した。
音響測量機器における計測状況を写真-1、写真-2に示す。
3DSは、ビームのスワス幅が水面から海底まで確保されていないため、ビームの照射角度を調整して、計3回の計測により全没水部を可視化した。一方、NMBはスワス幅が広く全没水部を計測可能であるが、点群密度が粗く精度が確保できないため、計2回の計測を行い、点群を合成することで精度向上を図った。
また、船舶と対象施設は約5m程度の距離を保って航行し、航行速度は2～3knotとした。

BV5000-1350
1350kHz
256本
1° ×1°
42°

写真-1 水中3Dスキャナー試験状況

図-4 マルチビーム(SeaBat T20-P)

FUJIIKE

SeaBat T20-P
400kHz1°×1°140°

製品名
周波数
ビーム幅
スワス幅

Takashi, IMOTO Takehiro, KOTAKE Genki-811-

写真-2 マルチビーム試験状況
図-7 水中ドローン試験(直積消波)の航跡イメージ

水中ドローンは、操縦者・ケーブル技師・見回り員の3名体制にて調査を行い、ケーブル技師を配置すること
3. 点群データ・画像解析手法
でリモコンと本体を結ぶケーブルが障害物(防舷材や係(1) 点群データ解析方法
留索等)に引っかかる事がないように配慮した。また、
点群データによる変状の解析では、基準平面を生成し計測作業は、事前にリボンを垂下してスパン割を行い、基準平面と点群の距離を解析することで、欠損等の変状計測範囲を操作画面で確認できるようにした。水中ドロの抽出を行った。基準平面の生成は、「RANSAC」アルーンの計測状況を写真-3に示す。
ゴリズムを活用し、点群と最も一致する平面を基準平面
ここで、水中ドローンの航跡は、直立壁では、鉛直移として採用した。ここで、「RANSAC」アルゴリズムと動(図-6)を繰り返す方法とし、直積消波構造では、水平は、点群中のサンプルからサンプル平面を作成し、サン移動(図-7)を基本として計測を行った。さらに、変状を発見した際には、変状の位置・大きさ(幅、高さ、形状、 プル平面と点群の一致度が最も高い平面を採用するアルゴリズムである。「RANSAC」アルゴリズムの概念は図水深)をスケッチし、記録を取った。
-8に示す。

サンプルの選定

平面と点群の一致度を評価

最も一致度の高い平面を採用

繰返し図-8 「RANSAC」アルゴリズムの概念(2) 画像解析方法
画像データによって変状部を抽出するには、変状部を強調する解析処理が有効である。ここでは、画像の色合いに対して閾値を設けることで2値の画像(白黒)へ変換する二値化処理により、変状部の抽出を行った。二値化処理の概念図を図-9に示す。一方で、変状部が周囲と色合いに変化がない場合は、二値化処理で変状を抽出することができないため、変状規模をCADで読取ることで変状規模を算定した。

写真-3 水中ドローンの計測状況

ケーソン岸壁

水上部
水中部

二値化処理

1スパン

図-6 水中ドローン試験(直立壁)の航跡イメージ
図-9 二値化処理の概念

FUJIIKE

Takashi, IMOTO Takehiro, KOTAKE Genki-812-

4. 調査結果(1) 点群の取得状況
各施設の点群画像を図-10～図-12に示す。3DS、NMB
においては、-4.0m岸壁の係留船舶がビームを遮蔽し、一部点群が取得できない箇所が発生したが、矢板式構造や消波ブロックの形状を計測することができた。また、
図-10に示すとおり、-4.0m岸壁の電気防食の陽極については、NMBでは陽極の形状を捉えることができなかったが、3DSではより高密度で点群を取得し、陽極が傾いた状況も確認できた。また、北防波堤の変状や北外防波堤の消波ブロックの形状も概ね計測することができた。

ことで濁りが発生し、視界が遮られることがあった。また、写真-6は矢板構造の陽極を鮮明に撮影することで、陽極が傾いている様子を撮影することができた。

欠損

写真-4 -4.5m岸壁(スパン64、水深2.4m付近)

係留船舶

傾いた陽極
欠損

係留船舶
図-10 -4.0岸壁(上段：3DS、下段：NMB)

変状部

変状部
写真-5 北防波堤(港外)(スパン9、水深1.6m付近)

陽極変状部

変状部

図-11 北防波堤(上段：3DS、下段：NMB)
写真-6 -4.0m岸壁(スパン5、水深2.8m付近)(3) 計測効率
潜水目視と水中ドローンの現場作業は先ず、対象施設のスパン割と水深測定を行い、計測条件を整理した。さらに、機材搬入の後、潜水目視では、変状を発見次第、スタッフにより変状部の幅、高さ、深さと位置を測定し、スケッチ図を作成した。水中ドローンでは、本体の映像
図-12 北外防波堤(上段：3DS、下段：NMB)を頼りに調査し、変状を発見した際、画面上のレーザースケーラのレーザー光を参考に、形状や本体の位置(水(2) 水中ドローンの画像取得状況深)を記録した。ここで、水中ドローン試験の現場スケ
水中ドローンによる取得画像を写真-4～写真-6に示す。 ッチは、簡易に変状の位置・形状を把握し、野帳として水中ドローンでは写真-4や写真-5のような水深1.6m～記録することを目的とした。
2.4m帯の欠損部を鮮明に捉えることができたが、海底付上記の作業における潜水目視と水中ドローンの現地調
近では水中ドローンのスクリューにより砂を巻き上げる
査（以下、外業）、及び内業に費やした時間を表-5～表FUJIIKE

Takashi, IMOTO Takehiro, KOTAKE Genki-813-

表-9 調査手法における外業・内業時間の比較※5-6に、3DSとNMBの比較を表-7～表-8に、調査手法の外項
目 潜水目視 水中ﾄﾞﾛｰﾝ
3DS
NMB
業・内業時間の比較を表-9に示す。
外業
49:02
37:29
7:06
4:26
水中ドローンにおいては、外業は潜水目視よりも効率
内業
12:00
48:00
8:05
6:55
的となる結果が得られた（表-5）。一方、内業において合計時間61:02
85:29
15:11
11:21
は、変状図の作成では潜水目視と同等程度だったものの、※5：(時間)：(分)として標記作業（画像分析等）に長時間を要した（表-6）。また、
3DSとNMBにおいては、1日で外業を完了し（表-7）、(4) ICT機器の計測精度取得点群の補正作業や変状規模の分析等を1日の労働時対象施設のうち、老朽化度bの変状が確認された北防間内(約8時間)で完了することができた（表-8）。
波堤(港外)(スパン7～11)に着目して、潜水目視とICT機器の変状図と点群解析結果を整理した。さらに、簡易調表-5 潜水目視と水中ドローンの外業時間の比較査(重点項目)(詳細)の評価基準に則って、各スパンの老外業
潜水目視
水中ﾄﾞﾛｰﾝ朽化度を評価した。各変状図を図-13～図-14に、老朽化
ｽﾊﾟﾝ割57分度の評価基準を表-10に、老朽化度評価を表-11に示す。
水深測定
2時間32分
北防波提のスパン8・9・11の幅・高さ1m以上の欠損準備作業※1 40分×8回=320分 20分×10回=200分
は、全ICT機器で検出し、変状規模は潜水目視と比較し-4.5m岸壁
18時間9分
16時間36分-4.0m岸壁
2時間42分
1時間45分て±50cm以内の精度を確保した。また、潜水目視と水中北防波堤
13時間32分
8時間37分
ドローンを比較して、幅・高さ1m未満の変状の位置・南防波堤
1時間00分42分
規模は概ね一致し、水中ドローンは潜水目視と同程度の北外防波堤
1時間14分40分
測定精度となった。一方で、幅・高さ1m未満の欠損は、撤収作業※1 27分×8回=216分 14分×10回=140分
音響測量機器(3DSとNMB)においては検出されなかった。
合計
49時間2分
37時間29分
老朽化評価においては、潜水目視と水中ドローンで老※1：平均作業時間
朽化評価が一致したものの、音響測量機器(3DSとNMB)は、スパン9～10に跨る小規模な変状を捉えられず、潜表-6 潜水目視と水中ドローンの内業時間の比較
水目視で老朽化度b2に対して、音響測量機器は老朽化度
内業
潜水目視
水中ﾄﾞﾛｰﾝ
画像分割
3時間dと過小評価となった。
動画見直し
19時間
変状規模の分析15時間
表-10 簡易調査(重点項目)(詳細)の評価基準(参考文献2)より)変状図ﾌｫｰﾏｯﾄ作成
4時間30分項目
老朽化度の評価基準
変状図作成※2
7時間30分
6時間30分a 性能に影響を及ぼす程度の欠損
合計時間
12時間
48時間
部材背面に達する幅1cm以上のひび割れがあ※2：北防波堤(港内外)、-4.5m岸壁を対象
b1 る
本大規模(10%以上)の欠損がある
体
表-7 3DSとNMBの外業時間の比較
幅1cm以上のひび割れがあるが、部材背面ま工
外業
3DS
NMB
b2 では達していない(無筋)準備作業
3時間55分
2時間6分
小規模(10%未満)の欠損がある
計測※3
1時間40分
30分
c 幅1cm未満のひび割れ
ﾊﾟｯﾁﾃｽﾄ等
1分
50分
d 老朽化なし
撤収作業
1時間30分
1時間
合計
7時間6分
4時間26分
表-11 各調査手法の老朽化度評価の比較※3：-4.5m岸壁、-4.0m岸壁、北防波堤、調査位置
老朽化度評価南防波堤、北外防波堤
調査手法
北防波堤(港外)78
9 10 11潜水目視
d b1 b1 b2 b1
表-8 3DSとNMBの内業時間の比較
水中ﾄﾞﾛｰﾝd b1 b1 b2 b1
本体工
内業
3DS
NMB
水中3Dｽｷｬﾅｰ d b1 b1 d b1
補正処理
3時間
2時間15分
ﾏﾙﾁﾋﾞｰﾑd b1 b1 d b1
点群出力
1時間20分1時間
ﾃﾞｰﾀ圧縮30分
15分
ﾃﾞｰﾀﾁｪｯｸ
1時間50分
1時間40分RANSAC処理※415分
15分
変状部の可視化※4
1時間10分
1時間30分
合計時間
8時間5分
6時間55分
※4：北防波堤(港内外)、-4.5m岸壁を対象

FUJIIKE

Takashi, IMOTO Takehiro, KOTAKE Genki-814-

③3DSとNMB(計測2回実施)の算定精度は同程度である。
④計測効率は、潜水目視と比較して外業・内業ともに作業時間が短く、効率的である。
2)水中ドローン①濁り・流れの影響が少ない漁港では、細かな欠損・ひび割れを潜水目視と同程度の精度で計測可能である。
②老朽化評価は、潜水目視と同等の評価が可能である。
③外業は、潜水目視よりも効率的であるが、内業においては、取得データの分析に多くの時間を費やす。
(2) 水中ドローンによる調査・分析の課題と対応策
水中ドローンによる外業は、潜水目視より効率的であったものの、変状発見時の現場スケッチに多くの時間を費やしたことから、外業の効率化が課題となった。
このため、図-15に示す作業フローのとおり、外業の現場スケッチを省略した作業フローを提案する。ここで、本検討の成果により、内業だけで十分な精度で変状規模を算定可能であることが明らかとなったが、外業のスケッチを省くと、変状の位置を記録した情報がなく、変状位置の精度が低下する恐れがある。このため、変状を確認した際には、水中ドローンを上下に移動するなど動きをルール化し、水深変化等の時系列ログを参考にして、変状の位置を推定できるように工夫することが必要と考える。
また、水中ドローンは美国漁港のような透明度(3.2m～3.8m)が高い漁港では、施設点検に有効であることが明らかとなったが、濁り・流れが卓越する漁港では適用できないことが懸念される。このため、浮遊砂やプランクトン由来の濁りに加え、潮流が卓越する漁港で現地試験を実施し、水中ドローンの適用性を検討することが必要と考えられる。

図-13 北防波堤の分析結果(上段：潜水目視、下段：水中ドローン)-0.15 -0.10 -0.05

-0.30

⑦⑧

⑨

幅1.16m、高さ0.73m、深さ0.18m

00.05

0.15

⑩0.30(m)⑪

幅2.00m、高さ1.20m、深さ0.76m
幅1.10m、高さ0.85m、深さ0.34m 幅2.20m、高さ1.30m、深さ0.53m⑦⑧⑨

幅1.00m、高さ1.20m、深さ0.17m⑩⑪

幅1.40m、高さ1.10m、深さ0.83m
幅1.14m、高さ1.10m、深さ0.15m 幅2.20m、高さ1.20m、深さ0.53m【従来】

図-14 北防波堤の分析結果(上段：3DS、下段：NMB)

5. まとめ

外業

①スパン割

内業

①動画見直し②水深測定②変状規模算定③水中ドローン点検③再スケッチ③現場スケッチ④変状図作成【提案内容】(1) ICT機器の特徴
以上の成果を基に、音響測量機器(3DS、 NMB)、水中ドローンの施設点検の特徴を比較整理すると以下のとおりである。

外業

①スパン割

内業

①動画見直し②水深測定②変状規模算定③水中ドローン点検③スケッチ④変状図作成図-15 水中ドローン作業効率の改善案

参考文献
1) 水産基盤施設ストックマネジメントのためのガイドライン、
1)音響測量機器(3DS、 NMB)
平成 27 年 5 月①幅・高さ1m未満、かつ深さ0.20m未満の変状は検出
2) 水産基盤施設機能保全計画策定の手引き、平成 27 年 5 月することが困難であるが、それ以上の変状は潜水目
3)センシング技術を活用した漁港施設の点検の手引き、令和 3
視と同程度の算定精度である。
年 3月②老朽化度b2以下の細かい変状の評価が困難であるが、 4)光学機器を活用した水産基盤施設の点検の手引き、令和 4 年
3月
水中ドローンの計測結果で補完することで、潜水目視と同等の老朽化度評価が得られる。
FUJIIKE

Takashi, IMOTO Takehiro, KOTAKE Genki-815-