特集 インフラ DX アクションプラン（2）

令和 3 年度 i-Construction 大賞 工事・業務部門 国土交通大臣賞受賞

UAV の自律飛行による天然ダムおよび砂防関係施設の点検・調査
中電技術コンサルタント株式会社

先進技術センター長

あら きよしのり荒木 義則（以下，「河道閉塞」という）および砂防関係施設

1.

はじめに

中電技術コンサルタント株式会社は，1965（昭和 40）年 7 月に設立，広島県広島市南区にあるの点検・調査です。本稿では，その有効性や課題の一端を紹介します。

2.

取り組みの概要

従 業 員 433 名（ う ち 博 士 19 名， 技 術 士 255 名他），年間売上高約 100 億円程度の土木・建築・2011 年 8 月に発生した紀伊半島大水害は，紀電気・機械・環境・情報部門等を擁する総合建設

伊半島全体に記録的な豪雨をもたらし，3,000 箇コンサルタントです。

所以上の土砂災害（土石流・地すべり・がけ崩れ

当社は，「技術を磨き，技術を競い，技術で選等）が発生した。特に，深層崩壊と呼ばれる大規ばれる技術創造企業」をビジョンとして掲げ，「磨模な斜面崩壊は，崩壊した土砂が河道をせき止めく，競う，選ばれる」の三つのプロセスを循環さる河道閉塞を 17 箇所も引き起こした。

せていくことで継続的に成長し，中国地域を基盤河道閉塞箇所は，災害後も降雨・出水等によるとして広域へ展開する技術創造企業を目指してい大規模斜面の再崩壊や河道閉塞部の越流による土ます。

砂流出が確認されており，継続的な点検・調査が先進技術センターは，近年の激甚化・多様化す必要である。

る 自 然 災 害 へ の 対 応， 国 土 交 通 省 が 推 進 す る

このような河道閉塞箇所や対策工事として実施

i-Construction やインフラ DX 推進への対応，まされる砂防関係施設は，急峻な山奥にあり，現地た，電力グループで蓄積したさまざまな技術の他までのアクセスも悪く，点検・調査中の土砂移動分野への展開等，総合建設コンサルタントとしによる危険性も高いため，点検・調査を迅速かつて，異なる複数の技術を組み合わせた新しい技術

安全に行うためには，無人航空機（以下，「UAV」開発・技術連携に取り組んでいます。という）の活用が有効である。特に，レベル 3 飛

この度，これまでの経験を活かし，令和 3 年度行と呼ばれる無人地帯における目視外自律飛行

i-Construction 大賞（国土交通大臣賞）を受賞しは，監視員等の補助者なしで UAV を長距離飛行ました。対象となった業務は，大規模な土砂災害させることが可能となる（図− 1）。

現場における，UAV の自律飛行による天然ダム

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これまでにも UAV を活用した点検・調査の事

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インフラ DX アクションプラン（2）特集の整備が行われている。
⑵

現場実証の計画
栗平地区は，急峻な地形に囲まれて河道も湾曲しており見通しが悪く，携帯電話の電波も圏外である。また，対象範囲が広く，現場への立ち入りも周辺からのアクセス道路がないため，河道沿いに現場に立ち入るしか手段がなかった。出水時には，河道閉塞から下流 2 km 程度まで土砂が流出しており，二次災害のリスクを考慮すると UAV
図− 1

UAV の飛行レベル区分

操縦者が現場に近づくにも限界がある。
さ ら に， 湾 曲 し た 河 道 内 の 平 坦 な 地 点 か ら

例は数多く存在するが，防災やインフラ管理を目UAV を操縦すると，周辺の急峻な地形に遮られ的としたレベル 3 飛行による UAV の活用は，全UAV がすぐに目視できなくなる。その上，機体国初の試みであった。

を制御する電波も遮断されてしまうなど，UAVを安全に飛行させるには，飛行中の視認性を確保⑴

対象現場の概要し電波が途切れないようにする等の課題を解決す

紀伊半島大水害で発生した河道閉塞のうち，奈る必要があった。

良県吉野郡十津川村栗平地区（図− 2）を対象とこの課題を解決するために，飛行レベル 3（目して UAV の自律飛行による点検・調査を行い，視外）による UAV の自律飛行を目指し，撮影用その有効性について現場実証した。栗平地区は，とは別に電波中継用の UAV を組み合わせ，2 機発災当時，崩壊幅 600 m，長さ 650 m，高さ 450の UAV による同時飛行を行うことで，視界・電m の深層崩壊が発生し，約 2,385 万 m の崩壊土波の「壁」を超越することを提案した。

3

砂が河道を閉塞した。

現場実証は，2021 年 3 月 22・23 日に行った。

現在でも降雨による出水に伴う土砂流出が確認

また，実施前の準備として，航空局に対して「目されており，崩壊斜面および河道に残った不安定視外補助者なしによる自律飛行（レベル 3 飛行）」土砂が下流に流出するのを防ぐために，砂防施設の承認申請を行い，承認を得た。レベル 3 飛行を行うには，技術的・法令的な高いハードルをクリアする必要があり，審査期間は 36 日を要した。
具体的には，飛行経路の明確化や使用する UAVの機能・性能の適合性確認が求められた。
また，飛行エリア，立入管理区画，緊急離着陸場所，操縦者の立ち位置を明示し，このうち立入管理区画は，飛行エリアに対して UAV が異常落下する場合を想定した落下分散範囲を計算して設定した。
2 機体同時飛行による UAV の飛行ルートは，
図− 3 に示すとおりである。
撮影用 UAV は，1 回のフライトで河道内の状図− 2

栗平地区の深層崩壊と河道閉塞

況，1 号砂防堰堤の状況，河道閉塞部や崩壊斜面
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特集 インフラ DX アクションプラン（2）常に直線的な見通しが取れる地点にホバリングさせ，電波中継により，撮影機の制御情報（位置，姿勢等），撮影映像を離着陸地点まで伝送させる計画とした（図− 4）。
使 用 機 体 は，2 機 体 と も 国 産 UAV（ACSLPF2）とし，機体の制御情報は 920 MHz，映像情報は 5.7 GHz の電波通信規格を用いた（図− 5）。
図− 3

栗平地区の UAV 飛行ルート部の状況を効率良く撮影するために，河道部上空を通り，崩壊斜面部の対岸側の斜面を飛行させ，垂直・水平・斜めからの撮影を組み合わせることで，撮影範囲全体を効率的に取得する計画とした。
撮影は，単に撮影映像から状況を把握するだけでなく，撮影データを使った画像解析処理が行えるように，対地高度 149 m（1 号砂防堰堤周辺：100 m），カメラ角度（河道部−往路：斜め 75°・

図− 5

撮影用 UAV と中継用 UAV45°，復路：垂直，崩壊斜面部−対岸斜面：水平・45°）とし，動画撮影と静止画撮影（オーバーラ

離着陸地点は，過去の実績より河道閉塞部からップ率：85%，インターバル撮影：2 秒 / 枚）に土砂流出した場合でも車でのアクセスが可能な地ついて，それぞれ往復約 6 km の区間を自律飛行点（河道閉塞部から下流約 2 km）とし，2 機体（撮させた。特に，撮影データの画角内に土砂移動の影用，中継用）の操縦者と補助者（地上局システム：発生した範囲（裸地部）と変化のない植生部との機体制御情報・画像情報等の監視者）を配置した。

境界が明瞭に判断できるように，カメラ角度の調

なお，離着陸地点は，左右岸の急峻な地形に挟ま整に留意した。

れた河道内であることから，地上部において UAV

また，中継用 UAV は，撮影用 UAV の目視確で受信可能な GNSS が十分捕捉（自律飛行に必要保と通信電波が途中で遮断されてしまうという二な GNSS 数：8 基以上）できないことから，UAVつの課題を解決するために，離着陸地点から目視の離着陸時は手動操作とし，上空地点に移動させの範囲内で高高度（離着陸地点からの高度 300 m）た後，自律飛行に切り替える飛行計画とした。

まで上昇させ，河道内を移動する撮影用 UAV と

3.
⑴

取り組みの結果と効果

現場状況の把握結果
UAV を用いた 2 機体同時飛行による自律飛行では，1 回のフライトによる飛行時間が約 15 分となり，飛行中の 2 機体の制御情報（位置，姿勢，通信強度等）や撮影用 UAV の映像（静止画，動画）情報が電波中継され，地上局システムのモ
図− 4502 機の UAV の空中における位置関係

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ニター画面でリアルタイムに確認することができ

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防堰堤の被災状況（異常なし），2 号砂防堰堤の工事中の状況，河道閉塞部や崩壊斜面部の異常の有無等，動画データから迅速な状況把握ができた。
また，静止画データは，高精細画像（2,000 万画素）であり，拡大表示することで砂防堰堤の水通し天端の状況等を詳細に確認することができた。
⑵

撮影データの画像解析結果
撮影データの画像解析は，連続して撮影した静写真− 1

地上におけるリアルタイム映像の確認

止画データ（208 枚）を使って，sfm 解析（使用ソフト：Metashape, 解析時間：約 2 時間）により，た（写真− 1）。

栗平地区全体のオルソ画像（図− 6）と 3 次元モ

災害発生時に職員が現場に近づけたのは，数日後だったこと，また，作業員が徒歩で点検・調査する場合は，往復移動だけで 2 時間程度かかるのに対して，大幅な効率化が図れた。
次に，UAV 自律飛行による現場状況の把握結果を示す（図− 6）。
UAV の飛行ルートは，河道沿い（往復同一ルート）と崩壊斜面部の対岸斜面沿いとすることで，1 回のフライトで栗平地区全体の状況を迅速かつ詳細に把握できた。具体的には，1 号砂防堰堤に堆積した土砂や流下した土砂の状況や 1 号砂図− 7

砂防堰堤の 3 次元モデル◆１号 ・２号 （ 工事中）の砂防堰堤の状況を把握
図− 6

UAV 自律飛行（レベル 3）による現場状況の把握結果
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特集 インフラ DX アクションプラン（2）デルを作成した。
ここでは，1 号砂防堰堤の施設点検および周辺

5.

状況の把握のために 3 次元モデルを使って詳細におわりに確認した事例を示す（図− 7）。
1 号砂防堰堤は，土石流の流下により水通し部

今回の現場実証の結果より，防災分野（災害調が摩耗し，砂防堰堤上流部に土砂が堆積し，満砂査等）において UAV は，今後もさまざまな場面状態にあることが確認できる。

で利用されると考えられる。特に出水直後の現地

UAV で撮影した単一写真（垂直・斜め）では，調査は危険で，現地へのルートが塞がっているケ

水通し部の摩耗や砂防堰堤下流面（垂直面）の状ースも多いことから，広範囲を調査できるレベル

況が分かりにくいのに対して，連続した写真を使3 による目視外飛行は，こうした問題を解決するって作成した 3 次元モデルは，視点場を自由に設有効な手段の一つになります。

定することができるため，視覚的に分かりやす

また，全国の山間地に存在する砂防堰堤などのく，砂防施設の定期点検等に利用可能であること構造物点検等の公物管理分野（施設点検）にも利が確認できた。

用できます。
UAV の技術開発は，日進月歩で目まぐるしく4.

‌レベル 3 飛行による UAV を‌活用した点検・調査の有効性進化しています。UAV メーカーには，今回のような現場実証等を踏まえて，より「安全」，「長距離」，「長時間」飛ぶことのできる機体の開発を期

栗平地区で行った現場実証では，安全な場所か待しています。

らレベル 3 飛行により UAV を 2 機体同時に自律一 方， 我 々 建 設 コ ン サ ル タ ン ト は， 今 後，飛行させ，撮影用 UAV のデータを中継用 UAVUAV をどのように活用し，いかに現場の課題解に電波中継することで，地形的な制約による視認決に結びつけるか等，デジタルデータとデジタル性（飛行中の UAV を目視できない）と電波環境技術による「DX」を進め，従来の点検・調査方（飛行途中で電波が遮断される等）の問題を解決法を革新し，生産性向上や働き方改革につなげるすることに成功した。

ことが重要だと考えています。

これにより，従来の 1 機体による点検・調査に今後は，AI 等を活用した変状箇所の自動検知比べて，調査範囲が大幅に広くなり，危険で人がに関する技術開発，UAV メーカーと協働した点立ち入ることができないような河道閉塞箇所の点検作業の完全自動化に関する技術開発等を行い，検・調査を迅速かつ安全に実施することが可能と

UAV を活用したインフラ構造物の自動点検によなる等，本手法の有効性が示された。

り，これまでの点検手法に代わる飛躍的な効率化

ま た，UAV は， 一 度， 飛 行 ル ー ト や 飛 行 方と高度化を目指します。

法・撮影方法等を設定すると，同一アングルでの繰り返し撮影が可能となるため，複数時期のデー【参考資料】

タ比較が容易となり，異常箇所の検知などを迅速

1）‌ 実 証 実 験 の 紹 介 動 画（ 2：33 ） https://www.you

かつ正確に把握することができるようになる。

tube.com/watch?v=5raojXz_pN42）‌ i-Construction 推進コンソーシアム

https://www.

mlit.go.jp/tec/i-construction/award/award2021.html

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