護岸構造物背面空洞化点検の高度化に向けた技術開発とりうみあきらの う み すすむ

かたおかけん ご

鳥海 秋 1・能美 享 1・片岡健吾2
1日本工営株式会社（〒102-8539 東京都千代田区麹町5-4）2日本工営株式会社

大阪支店（〒530-0047 大阪府大阪市北区西天満1-2-5）

護岸構造物の予防保全を効果的に実施していくために，護岸構造物全体の状況を面的，広域的に把握することが求められている．一方で，従来の空洞化点検手法では安全面でのリスクがあり，広域的な状態把握を行う場合には現場作業の日数等，コストがかかることが問題となっている．本研究では，護岸背面の空洞化点検を安全かつ広域的な状態把握を効率的に実施することを目的に，自動（自律）・遠隔移動式機器を用いた点検技術を開発した．開発した点検技術を用いることで，これまで調査が困難であった箇所においても護岸構造物の空洞化点検を安全かつ効率的に実施することができた．
Key Words : 護 岸 背 面 空 洞 ， 空 洞 化 点 検 ， 予 防 保 全 ， ロ ボ ッ ト ， ド ロ ー ン ，

革新的河川技術プロジェクトない護岸や高所の調査を行う場合は安全面でのリスクがあり，状況によっては足場等の仮設が必要となることが課題となっている．
堤防等河川管理施設の点検は，「堤防等河川管理
そこで，本研究では，護岸背面の空洞化点検を安施設及び河道の点検・評価要領／国土交通省 水管理・国土保全局 河川環境課／令和5年3月」（以下， 全かつ広域的な状態把握を効率的に行うために，自動（自律）・遠隔移動式機器を用いた点検技術を開点検評価要領という．）に基づき，年１回以上実施発した．
されており，河川全域の定期的な状態把握が行われ
なお，本研究は国土交通省 水管理・国土保全局ている．
による『革新的河川技術プロジェクト（第六弾）
また，従来の河川管理施設の点検は目視による点「護岸構造物空洞化点検の高度化」』において実施
検を基本としていたが，令和5年3月に点検評価要領が改定された．これにより，目視による点検に加え， されたものである．
目視の代替として新技術を活用し，現場作業を効率化・高度化することが推奨されている．
河川における護岸構造物の空洞化点検は，従来，目視や打音等により行われてきた．目視点検等の結果から護岸背面の空洞化が懸念される箇所において，必要に応じて，削孔による護岸背面の確認や，人力による手押し式や治具等を装着した地中レーダ等を使用した詳細な調査を実施している．
図-1 従来の護岸構造物の空洞化点検実施状況例
空洞化点検においても，予防保全の観点から，護岸表面等に大きな変状が発生する前に，護岸構造物２．現状と課題全体を面的，広域に把握することが求められている．
しかし，従来手法では広域的な状態把握を行う場合
前述のとおり，従来の空洞化点検の手法では，護に，人力による調査が基本であるため，現場作業の岸構造物背面の空洞発生状況を広域に把握する際に日数等，コストがかかってしまうことが問題となっコストがかかること，また，護岸勾配が急な箇所でている．また，護岸の勾配が急で作業員が立ち入れの空洞化点検は安全面でのリスクがある．

１．背景

(1) 空洞化点検の対象となる護岸構造物
空洞化点検の対象となる主な河川護岸の工種を表-1 に示す．河川における護岸構造物は主に護岸勾配が1:2.0より緩い護岸（以下，緩勾配護岸という．）と護岸勾配が1:1.5より急な護岸（以下，急勾配護岸という．）の2つに大別することができる．
現状の空洞化点検では，緩勾配護岸であっても安全対策を講じたうえで人力による点検を実施する必要がある．また，護岸前面への人の立入りが困難な場合は，特殊な治具等を用いて空洞化点検を実施する必要がある．
表-1 空洞化点検の対象となる主な護岸の工種
護岸
主な工種
勾配
練石張り，練ブロック張り
1:1.5～3.0張り護岸
平張りコンクリート，標準 1:2.0
空石張り，空ブロック張り
練り積み
1:0.4～0.6積み護岸
練ブロック積み標準 1:0.5
擁壁護岸
擁壁護岸
直立～1:0.2
連接ブロック
大型連接ブロック張り
1:1.5～3.0
護岸
連接ブロック張り
標準 1:2.0(2) 空洞化点検手法
護岸構造物背面の空洞を探査可能な既往の手法を表-2 に示す．
本研究では，河川の護岸構造物に適用可能であり，また，調査手法として確立されている地中レーダを用いることとした．
なお，現在，地中レーダは手押し式や特殊な治具等を用いて人力で点検を行う形式のものは開発・普及しているが，人力による直接的な作業が不要な遠隔式ロボットに地中レーダを搭載する形式のものは普及されていない．

３．実験内容現状と課題の整理を踏まえ，河川護岸の特性，既存の空洞化点検手法を踏まえた課題を以下に示す．

表-2 既存技術の適用性評価
調査手法

概 要

目視・打音

削孔

超音波

赤外線

地中レーダ

適用性

不等沈下，漏水，砂の吸出し等の変状を目視により観察する手法．
検員の技量により点検結果が異なる場合がある．
ハンマードリル等の破壊試験により覆工背面を観察する手法．
調査結果の信用度が高いが，広範囲を調べることは不向きな手法である．
超音波の反射を分析することにより背面空洞を探査する手法．
空洞を探査する技術としてはまだ未確立な技術である．
赤外線画像から温度変化を分析し，空洞を探査する手法．
部材厚が10cm以上の場合，空洞の有無によらず表面温度差に差が生じないため，適用範囲が狭い．
電磁波の反射を分析することにより背面空洞を探査する手法．
部材厚約60 ㎝まで背面空洞の有無を評価することができるが，基本一測線で探査を行うため，広範囲を探査するには走行回数を増やす必要がある．

△△△〇

◎

(1) 急勾配護岸での実験a)飛行ロボット
急勾配護岸は，足場等の仮設が必要となる箇所が多いことから，高所等人が立ち入れない場所に近接可能なドローンに非接触式地中レーダを搭載した機器（飛行ロボット）を開発し，実験を行った．
搭載した非接触式地中レーダの性能について，離隔と探査可能部材厚の関係を確認した．実験の結果，地中レーダと対象の離隔が1mの場合の探査可能部材は20 cm，離隔が0.5 mの場合の探査可能部材は35cmであることが確認された．なお，図-2 に示す関係は2パターンの実験結果から作成したものであり，使用にあたっての目安である.

① 地中レーダは人力による作業が基本である．
② 緩勾配護岸，急勾配護岸ともに点検時にリスクが伴う．人が立ち入れない箇所については，別途仮設等が必要になる．
③ 地中レーダは基本一測線で探査を行うため，広範囲を探査するには，探査測線数を増やす必要がある．
図-2
上記課題を解決可能な手法，機器を検討し，開発した機器を用いた実験を行った．なお，実河川の護岸構造物の構造や設置条件は様々である．そのため，状況に応じて機器を選定できるよう，複数の機器を開発し，実験を行った．使用する地中レーダは新規に開発を行い，対象は，緩勾配護岸と急勾配護岸の2つのパターンとした．

図-3

対象との離隔と探査可能部材厚の関係

飛行ロボットの実証実験実施状況

次に，急勾配護岸で飛行ロボットを実際に飛行・4WS逆位相計測を実施した．対象とレーダとの離隔を1m とし（自律走行）スリップて飛行・計測を行ったが，対象の部材厚が50cm と進行方向4WS
厚く，背面の空洞を確認することができなかった．
同位相（手動操作）
また，飛行ロボットは風速3 m/s 程度の環境下で4WS（逆位相）時にスリップも風に煽られ，機体が制御不能になることがあった．
2WS
そのため，急勾配護岸では現状は少なくとも離隔を（手動操作）1 m 以上確保する必要があることがわかった．
図-6 カートロボットの自律走行状況
以上のことから，現状のドローン技術，アンテナ性能から，飛行ロボットは急勾配護岸を対象とした
また，ROS技術を用いた自律走行試験を実施した．
空洞化点検手法に適さないことがわかった．
平地では問題なく自律走行が可能であったが，斜面b)壁登りロボット
での自律走行時にスリップしてしまう事象が確認さ飛行ロボットは急勾配護岸では適用できないことれた．自律走行の場合，走行測線のズレを修正するがわかったため，垂直壁面でも走行可能なインフラ際に操舵が4WS（逆位相）になる．その時に，一輪点検用ロボットに接触式地中レーダを搭載した機器のタイヤに荷重が多く掛かり護岸下側に大きくス（壁登りロボット）を開発し，実験を行った．
リップが発生した．現状では，斜面での自律走行は搭載した接触式地中レーダは，部材厚が60cm以下できないことがわかった．
であれば空洞を探査可能であることを確認した．
実験の結果，現状壁登りロボットはロープによるb)飛行ロボット
補助なしでの護岸構造物表面の走行・計測は困難で急勾配護岸で適用が困難であったため，人の立入あったが，ロープによる補助を行うことで，急勾配りが困難な緩勾配護岸での適用を想定し，飛行ロ面の走行も問題ないことを確認した．
ボットの実験を行った．
実験の結果，問題なく飛行を実施することができた．また，接触式地中レーダで計測した空洞と同じ箇所で飛行ロボットでも同様に空洞を確認することができ，探査性能に問題がないことを確認した．
また，緩勾配護岸は急勾配護岸と比較して勾配が緩いため，レーダと対象の離隔を近づけた場合でも図-4 壁登りロボットの実証実験実施状況
ドローン本体と対象との横断方向の離隔は，急勾配護岸と比較して確保するできることがわかり，緩勾(2) 緩勾配護岸での実験
配護岸での安全性についても検証することができた．
a)カートロボット
緩勾配護岸を対象とした空洞化点検の安全性向上，省力化を目的に，遠隔操作と自律運転可能な機器（カートロボット），また，複数測線を同時に探査可能な地中レーダを開発し，実験を行った．
搭載した地中レーダは，部材厚が80cm 以下であれば空洞を探査可能であることを確認した．
図-7 飛行ロボットの実証実験実施状況
走行台車自体は斜面を走行可能であったが，地中レーダを後ろに取り付けて走行させると，地中レー４．開発した点検技術の概要
ダの自重に引っ張られる形で，後輪タイヤにスリップが生じた．そのため，実験結果を踏まえ，図-5
実験結果から，現場条件や護岸の部材厚に応じたに示すように地中レーダの位置を台車中央に配置す機器の使い分けが必要であることがわかった．各機る改良を行った．地中レーダを台車中央に配置する器の仕様と適用範囲を表-3 に示す．
改良を行った結果，タイヤはスリップすることなく安定して緩勾配護岸の斜面を走行・計測することができた．ただし，10 cm以上の段差がある場合，段差を乗り越えることができなかった．

表-3

実証実験を踏まえた適用範囲

レーダ形式
ロボット名
適用範囲
探査可能部材

図-5

カートロボットの改良

空洞探査可能深さ

接触式
カート
壁登りロボット ロボット
緩勾配
制限なし
護岸
0.8m

0.6m
1.0～2.0m

非接触式
飛行ロボット
緩勾配
護岸0.35m※離隔0.5m

なお，いずれの機器においても適用にあたっては，点検実施前に安全かつ円滑に現場作業が行えるよう，点検対象範囲の除草等の対策を行う必要がある．具
体的には，護岸表面の探査測線上に植生や土砂がない状態とすることが望ましい．
(1) カートロボット
緩勾配護岸を対象に，複数測線を同時に探査できるカートロボットを開発した．
無線による遠隔操作が可能であり，走行台車に搭載可能な小型軽量の多チャンネル式の地中レーダ機器を搭載しているため，一度に複数測線を探査可能である．なお，護岸ブロック等の段差が10cm未満の斜面で走行可能である．

図-8

カートロボット

表-4 カートロボットの仕様
項目
寸法
本体重量
駆動モーター
バッテリー駆動方式
探査可能斜度
走行可能段差探査可能部材厚仕様
1500×1100×1300 mm
110 kg
DCプラシモーター
24V180W×4
リチウムイオンバッテリー
DC25.9V 51.2h
インホイールモーター 4輪駆動
30°
10 cm
60 cm

(2)飛行ロボット
ドローンと非接触式地中レーダを用いて，作業員が直接立ち入れないような緩勾配護岸を対象とする機器として飛行ロボットを開発した．
レーダの角度を変更することが可能なため，任意の護岸勾配に対して垂直に探査のための電波を照射することが可能である．
ただし，飛行ロボットは，探査対象と地中レーダとの離隔によって探査可能部材厚が変動すること，また，計測対象との離隔を一定に保たなければならないことに留意する必要がある．

図-9

飛行ロボット

表-5

飛行ロボットの仕様項目
モーター軸間距離
プロペラ直径
機体重量
飛行時間
探査可能部材厚仕様
1284 mm
534.4 mm
7.0 kg
10 分
35 cm ※離隔0.5 mの場合

(3)壁登りロボット
急勾配護岸を対象に探査可能な機器として壁登りロボットを開発した．
護岸勾配が90°以下であれば，安定した走行が可能であり，護岸上部で補助者が並走する事により，斜面での作業が不要となる．

図-10 壁登りロボット
表-6

壁登りロボットの仕様

項目
寸法
本体重量
プロペラ駆動探査可能部材厚仕様
600×580×500 mm
5.0 kg
2重反転プロペラ
4輪駆動
60 cm

５．今後の展望
本技術を活用することにより，これまで現場状況により調査が困難であった箇所でも，安全かつ効率的に実施することが可能となり，護岸等の維持管理水準の向上に寄与するものと考えられる．
カートロボットが適用可能な現場であれば，従来の人力による調査から，機器による調査に代替可能である．今後，ROSのプログラムを修正し，自律走行可能とすることでより空洞化点検を効率化することができると考えられる．
また，現状では壁登りロボットは機器の上方からロープ等を用いた人力の補助が必要であり，飛行ロボットは手動操縦が必要である．飛行ロボットについては，対象構造物と機器との離隔を一定に保つ必要があり，操縦者の熟練度等により探査精度にばらつきが生じてしまうことがわかっている．
今後，壁登りロボットの改良・開発や，電子制御等を用いてドローンと対象物との離隔を制御可能な機体を開発することで，より適用可能な範囲が広がると考えられる．
謝辞：本研究は，株式会社ウオールナットとの共同研究で実施した．ここに記して謝意を表します．