フジタ技術研究報告第 48 号 2012 年

無人化施工技術の開発 Phase11

晃

*1

藤岡晃

*1

浅沼 廉樹

*1

池内 俊裕

*2

三鬼 尚臣

*1

岡野 幹雄

野末山本 新吾
概要

平成 2 年 11 月に始まった雲仙普賢岳の火山災害は、日本における大規模な自然災害であり、人的災害や道路・鉄道など周辺への壊滅的な影響を及ぼした。水無川流域を中心とした砂防堰堤や導流提の建設及び都市基盤の整備などの復興計画が策定されたが、地域の安全を早期に確保するためには、警戒区域内での施工技術が求められた。そこで、警戒区域に指定された水無川上流において、平成 6 年より試験フィールド制度を利用した無人化施工が導入され、工事用道路、遊砂池の除石、工場の解体撤去、ブロックの設置、砂防堰堤・導流提・背割り堰堤等の構築が無人化施工技術の研究開発に伴って実施されてきた。本論文では、平成 23 年度の発注予定の無人化施工工事における技術提案対応のための新技術
開発、「無人化施工技術開発プロジェクト Phase11」で開発した新技術について報告するものである。

Development Phase11 of unmanned construction technology

Abstract
In November 1990, a large volcanic eruption at Unzen-Fugen-Dake in Japan caused significant
damage to the surrounding area, and to local infrastructure including roads and railways. Plans weredrawn up to construct sand-trap dams and guide walls at the Mizunasi river, and to restore urban
infrastructure. However, the construction technologies used needed to ensure the maximum possiblelevels of worker safety in an environment where further eruptions and secondary landslides remained areal danger. As a result, in 1994, unmanned construction methods were used for restoration works in
upstream areas of the Mizunashi river. Works undertaken remotely included preparation of roads forconstruction, removal of soil and rock from earth accumulation basins, demolition of damaged factories,
installation of blocks, construction of sand-trap dams, guide walls and flow control banks. During theseworks, many advances were made in unmanned technologies. This paper reports on new technology
developed for the technical proposal correspondence in unmanned construction, which is an orderschedule in 2011, and “unmanned construction technical development project Phase11”.

*1 建設本部*2 九州支店－73－フジタ技術研究報告 第 48 号

§１．はじめに技術の普及・定着計画を立案する。さらには、総合評価落札方式における技術提案に組織的、効率的に取当社における無人化施工の取り組みは、1980 年代

り組んでいる。無人化プロジェクトが現場と連携しながから技術研究所、イチケン等において異分野におけるＩら開発した新技術を受注した工事の中で使用することＴ（Information Technology)やマルチメデイア等の先端により、新技術の課題や問題点を抽出して改良・改善技術を建設に応用することから始まり、無人コンパクタを加え、更に次の技術提案に改良・改善した技術を活や無人ブルドーザ等の技術開発を行い、要素技術を用して継続的に受注するプラスのスパイラルが確立さ蓄積していた。

れている。

1993(平成 5)年度に｢雲仙普賢岳水無除石無人化試

2.1 プロジェクトが開発した無人化施工技術

験(その１)工事｣の試験フィールド制度の応募、採用に以下に無人化プロジェクトが開発した主要な無人化より無人化施工の取り組みが本格的にスタートした。

施工技術を記す。

雲仙普賢岳で無人化施工が採用されたのを契機に、社内における無人化施工の技術開発をより強力・効率的に実施するため、｢無人化プロジェクト｣が組織され、

1)

テレアースワークシステム

2)

テレ・エレクションシステム

3)

自立式型枠ブロック(無人化施工対応型) (略称：本社および支店から、土木施工、無線、機械等の専門ＰＣａブロック)家が選抜された。現在(2012(平成 24)年)でも、無人化

4)

プロジェクトは継続しており、無人化施工技術の更なる遠隔操縦ロボット(ロボＱ)：(国土交通省九州技術事務所との共同開発)改良・改善から総合評価落札方式の技術提案、無人化技術の普及定着まで広範囲に取り組んでいる。現時点での当社における無人化施工の主な工事実績は 15件であり、関連工事や受託研究を含めると受注金額の5)

無人測量システム

6)

インターネット自律分散制御システム（MARS）

7)

施工線表示システム：(明電舎との共同開発)

8)

空気圧ゴム人工筋ロボット：(東京工業大学との共合計は 100 億円を超え、当社の代表的な土木技術の同開発)ひとつに成長している。

9)1993 年度から始まった無人化プロジェクトは、「無人無人平板載荷試験装置

10) 鋼製スリット施工システム

化施工技術開発プロジェクト」に改名され 2001 年度ま11) 無線ＬＡＮ通信システム

で継続プロジェクトとして続いてきた。2002 年度からは

12) 土砂型枠成形機(フォーミング・ブレード工法)

Phase2 として、さらに継続され 2011 年度には Phase1113) ガイド線表示システム：(フウズラボとの共同開発)に至っている。本稿は、これまで開発された技術の一

14) 携帯電話回線(HSDPA)による無線システム

覧を整理して無人化施工技術年表を示し、Phase11 で

15) 赤外線カメラによる落石検知システム：(フウズラボ開発された技術の報告を行うものである。との共同開発)§２．無人化施工技術開発プロジェクト16) 遠隔測量ステーション

無人化施工技術開発プロジェクト（以降：無人化プロ

2.2 無人化施工技術年表17) 無人測量システム 3 号機

図 1 にフジタの無人化施工に関する関連工事と技術

ジェクト）のメンバーは、支店、および本社の土木、機械開発の歴史を年表形式で示す。

部、技術研究所、イチケン、サンケンから土木施工、機械、無線等の選抜された専門家である。
無人化プロジェクトは、無人化施工の具体的な推進計画を作成し、技術開発を推進するとともに、開発した－74－

無人化施工技術の開発 Phase11

図 1 無人化施工技術年表－75－

フジタ技術研究報告 第 48 号

§３．無人化施工技術開発 Phase11 の報告

床固工工事とおしが谷上流床固工工事に続けて利用

Phase11 においては以下の 3 サブテーマについて報され、技術提案として採用し受注に貢献している。但し、告を記す。

以下の課題がありデータ収集し改良する予定である。

１） 高精度赤外線カメラによる落石検知システム

監視エリアを飛行する大型の鳥や横に流れる雲の

２） 無人測量、遠隔測量ＳＴの開発

影に対して反応して誤検知することが課題である。この

３） 超長距離無線システム実証実験

誤検知を防止する対策として水平方向の動きの検知を低くする必要がある。

3.1 高精度赤外線カメラによる落石検知システム

図 3 に落石検知システムの機器構成を示し、図 4 に遠隔操作室内に監視室を設け、定点赤外線カメラとおしが谷上流床固工工事での監視状況を示す。

して、500 万画素固定カメラとパン・チルト・ズーム・フォーカス・アイリス機構付きの 130 万画素カメラの 2 台で土石流・落石の可能性の高いエリアを監視した。500 万画素のカメラは約 1 回/秒、130 万画素のカメラは約 3回/秒の自動撮影を行い、直前の画面との差分やフローを算出して警報を出力するシステムとなっている。図-2 に警報出力までの画像処理フローを示す。
雲仙普賢岳は、有明海に面しているためほぼ年中霞が発生する。この霞が画像処理の妨げとなるので赤外線対応のカメラを採用した。

図 3 赤外線画像監視システム構成

図-○ 画像処理フロー

図 4 おしが谷上流監視状況
3.2 無人測量システムの開発
サブテーマ２は、無人測量システムと遠隔測量ス

図-2 画像処理フロー

テーションの開発であるが今回は無人測量システ
ムのみ報告する。
3.2.1 無人測量システム開発経緯
平成１０年に施工された水無川２号砂防ダム工事で

図 2 画像処理フロー

は、CSG 工法、RCC 工法を用い無人化施工にて実施

このシステムは 2009 年に開発され、赤松谷川２号床された。水無川２号砂防ダム工事での測量作業では、固工工事に初めて導入された。その後、赤松谷川５号①盛土・切土管理用丁張り出しと測点位置出し、②土－76－

無人化施工技術の開発 Phase11

砂型枠施工位置管理、③出来形管理などがある。これ

マシンは無人化施工で一般的に使用される 0.8m3 級バらの測量作業を無人化施工で行う必要があり、安全なックホウとし、油圧駆動のクイックチェンジャシステムを位置に設置されたコントロールルームにより遠隔にて測搭載することでバケットと無人測量システムの迅速な交量を行うため、無人測量システムは開発された。

換を可能とした。これにより測量時以外には、施工機械現在までに、３台の無人測量システムが開発され現としての汎用性を高めた。

場に導入されてきた。水無川２号砂防堰堤工事において１号機による実証実験を実施し、その後、測量精度の向上や測量時間の短縮を図るため、微小位置決め操作が容易に出来る XY テーブル機構を搭載した２号機を、赤松谷川２号砂防ダム工事に導入・運用を行った。そしてマーキング機構を新たにした３号機が赤松谷
川５号床固工事に導入された。
図 6 無人測量 3 号機概要
図 7 に 3 号機仕様と測量システムの拡大写真を示す。

図 5 無人測量１号機、無人測量 2 号機
3.2.2 無人測量 3 号機の開発目標と改良内容
無人測量システム 2 号機は、トータルステーションとGPS のハイブリット化や、無線機器の変更などのマイナーチェンジが行われながら長年にわたり運用された。し図 7 測量システム部の仕様と拡大写真

かし、経年劣化に伴い動作が不安定になった事から、②に関しては、誘導方式を旋回するアーム上に Z 軸新設計となる３号機の開発を行った。

がスライドして目標点まで移動する rθ 方式とし，Z 軸を２号機までの問題点としては、囲っていたフレームを排除した。誘導方式の違いを図・0.45m3 級バックホウを施工期間中占有する事。

8 に示す。これにより、rθ 方式では Z 軸の稼働範囲(約・構造物際や法尻の測量を行う場合に XY テーブルフ2.5 倍)を広く取ることができた。

レームが構造物･法面に当たる事。
・缶スプレーの液ダレによって噴出口に塗料が付着し、長時間放置するとスプレーが出来なくなる。
といった課題が挙げられる。そこで３号機では、① ベースマシンの占有回避② マーキング機構(誘導及びスプレー方式)の改善③ マーキングサイクルタイムの短縮④ 測量精度の向上を目標とし新システムの開発を行った。

図 8 誘導方式の相違

図-6 に無人測量 3 号機の概要を示す。

③④に関しては、マーキング機構を缶スプレーから①の対策として、制御ユニットをアタッチメント部に集約自動スプレーガン(噴射ノズル)に変更。新 Z 軸内に自し、システム単体で自立する形状とした。また、ベース動スプレーガン，塗料容器，昇降モータ，ユニバーサ－77－フジタ技術研究報告 第 48 号

ル機構を組み込む構造とした。また、本体にはコンプレ

３）検証結果ッサを搭載し、エアによって塗料をノズルへ導き噴射を①操作距離約 1,000km における基本動作を実証②映像符号化プロトコル：H.264、画像解像度：CIF、行う。ノズルは広角丸型で φ0.5mm のノズル径でありな

フレーム数:15fps、圧縮率：50%

がら、φ100mm のマーキングを可能としている。Z 軸頂③制御＋映像情報の遅延：＋500ms 以下（無人化施部には、GPS アンテナもしくは全周プリズムが搭載され、工の遅延 1,110ms に対して）

GPS と追尾式トータルステーションのどちらでも計測を４）実験の成果可能とした。これにより、Z 軸の鉛直性と運用性が向上①HSPA による操作信号＋映像信号の伝送が可能②適正な画像解像度とフレーム数を設定することし、計測精度も可能となった。

で映像遅延が操作に支障とならないことを検証

3.2.3 無人測量 3 号機の開発成果③通信距離は 1,000km 以上でも可能

以上の改良後、赤松谷川 5 号床固工工事に導入し④モバイルルータと DDNS＋VPN の採用で回線の接検証したところ、表 1 の成果が得られた。また、コンプレ

続と再接続を自動化ッサーを搭載することでノズルの目詰まりを回避することが可能となり、塗料の噴射時間も短縮された。
表 1 無人測量 3 号機の検証結果
検証内容

１号機

２号機

３号機

測量精度

±50mm

±20mm

±20mm

サイクルタイム

7 分 43 秒

7 分 43 秒

1 分 23 秒

図 10 超長距離遠隔操作状況

3.3 超長距離無線システム実証実験

0.5 ㎥級油圧ショベル

東日本大震災を受けて、技術センターの震災対応提案テーマの一つとして、超長距離遠隔操作の実験を行った。
3.3.1 実験概要
図 9 に超長距離遠隔操作実験の概要図を示す。
１）実験の目的
次世代移動体通信ＨＳＰＡ(High Speed PacketAccess)により、映像情報・制御情報を伝送して、図 11 建機側実験状況

建設機械の超長距離遠隔操作の実用性を検証する。

§４．おわりに

２）検証内容①操作距離約 1,000km における遠隔操作の実用性②映像符号化プロトコル、画像解像度、フレーム数、

平成 23 年は普賢岳噴火より 20 年経ち記念事業が圧縮率等の検討行われ、国交省も「雲仙普賢岳無人化施工技術検討③映像情報、制御情報の遅延確認、施工効率調査業務」において無人化施工技術の技術変遷を纏めた。
今後は無人化施工技術が作業員の高齢化、苦渋作業や過酷な作業環境の対策として一般工事にも適用されることを願っている。
ひ と こ と
雲仙普賢岳の無人化施工も平成 24 年度第３四半期に発注される工事が最後となる可能性がある。有終の美を飾るためにも受図 9 超長距離遠隔操作実験概要

野末 晃

－78－

注必達の協力をお願いします。