令和6年度砂防学会研究発表会概要集

P-35

UAV 基地と汎用機による砂防施設点検自動化の実証試験
株式会社建設技術研究所 ○笹山隆，内柴良和，片嶋啓介，有吉桜
国土交通省北陸地方整備局金沢河川国道事務所 本田正和*1,杉崎亮太*1 現 能登復興事務所
1. はじめに
牛首川流域は源頭部に大規模崩壊地がある．上流域に多数の施設が配置され，損傷した施設も多い．このため大雨・地震後には流域内の土砂移動状況や砂防施設の異常などを臨時点検で迅速かつ詳細に把握する必要があるが，施設に到る道路が崩壊等で途絶することも考えられる．
管内でも平時の砂防施設点検に UAV 活用が進められているが，今回は遠隔操作により UAV 自律飛行を行い，施設と周辺の状況を把握できる UAV 基地を活用した点
検について実証試験を行った．この結果について報告する．実用出来れば，出水期前などに設置し，出水後に安全な場所から定期的に複数の堰堤等の変状を自動点検する使い方ができる可能性がある．
2. 試験に用いた UAV 基地の概要
2.1 現存する UAV 基地の把握
UAV 基地は，電源とインターネットに接続できることが必要であるが，遠隔地からの操作で「自動離着陸」「自動充電」「撮影データ自動転送」を実現できる完全自動運用型システムであり，多数のメーカーから発表されている．
今回は Web 検索で情報を得た 15 機種についてメーカーヒアリング等により詳細を把握した．
この結果，新規取り扱いを行っていない機種や今後発売予定の機種，国内代理店が不明な機種があり，実際に試験に利用出来る可能性があるのは 5 機種であった．
2.2 選定した UAV 基地「砂防設備点検における UAV 活用の手引き(案),令和 2 年 3 月,北陸地方整備局河川部」に一般的な機体として紹介された UAV を唯一利用出来ることから，実用時の使用 UAV 調達性を考慮し，試験可能な 5 機種の内，図 1 に示す DroneNEST を選定した．
使用 UAV は Mavic2Pro とした．
雨量・風向・風速等気象観測機材

3. 試験概要実証試験は図 2 に示す別当谷堰堤群で実施した．
区間 A～C の延長 1.2km 内に 30 基の砂防堰堤が連続配置されている．土砂流出が激しく渓岸崩壊も多いため，施設が損傷しやすく人力点検は危険を伴う．直近にNTT 電波等があり，全区間で LTE 利用可能である．
自律飛行の要件に「自機の監視」があり，UAV と操縦者の通信を常に確保する必要がある．UAV と操縦者または基地の通信は，通常は 2.4GHz 帯で行うが，見通しが確保できないと通信途絶する恐れがある．また
UAV は機体下部にアンテナがあることが多く，基地より低い位置を飛行させると通信が不安定になりやすい．
区間 A は見通しが良く施設は基地より高標高にある．
区間 B は見通しが良いが施設は基地より低標高にある．
区間 C は湾曲部で谷の中では見通し確保困難と想定され，基地より低い位置に施設がある．区間 B,C は過年度と同様に施設に近付けて撮影しようとすると基地より高度が低くなり，通信が不安定になる恐れがある．
これらを踏まえ，区間 A で UAV 基地試験を行い，これとは別に，区間 B,C で Mavic3E を用いた見通し確
認・基地より標高が低い範囲の飛行試験・高高度からのズーム撮影試験を行うものとした．
①離発着点
工事用道路
脇の退避ス
ペース

NTT 電波等
②

①UAV
格納部

区間 A

区間Ｂ区間Ｃ※湾曲部のため谷の中では見通し困難

基地の制御部
項 目
形状・重量
動作可能温度
防水・防塵電源
通信※
使用可能 UAVUAV 充電時間

②別当谷
砂防堰堤群

仕 様
1,114×733×733mm(L*W*H)・75kg-20℃ ～ +40℃
IP54 相当
AC220V/100V 1ｋW 以下，太陽光発電対応可能
LTE，Wi-Fi 等 (Starlink 使用実績あり)

Mavic2Pro,Mavic3E/T,Phantom4Pro
45 分

飛行区間
離発着点
区間AＢ
Ｃ

試験項目
ＵＡＶ基地からの自律飛行による点検・SfM の検証基地より低い標高の範囲での飛行試験
見通し可能範囲の確認，ズーム撮影試験

図 2 試験概要※基地-ユーザー間の通信

図 1 使用する UAV 基地・DroneNEST の概要- 405 -

4. 試験結果
4.1 UAV 基地試験成果
今回の実証試験では，以下を実施出来た．
① 基地の準備～撤収を含め，4 時間で補助者を配置しない自動運航による点検撮影(写真 1，写真 2)② 区間 A の約 800m 区間を 2m/s・3 秒間隔で飛行/撮影，撮影結果に基づく SfM 解析を後日実施(図 3)③ インターネット経由での UAV 操作④ 無電源状態で発電機を用いた運用

UAV

UAV 基地発電機
写真 1 UAV 基地への帰還時の様子
水通し上の土砂堆積範囲の変化も詳細に確認

R4 年度巡視点検
今回撮影
写真 2 点検撮影(別当谷砂防堰堤群内)

これは GNSS 受信環境により，UAV と基地の位置情報に誤差が生じたことによるもので，状況・原因を踏まえた解決策は以下のとおりである．
1. 後日のシミュレートによれば，当時の GNSS 衛星捕捉数は 10～13 基である．谷の中で仰角が取れず実際の捕捉数は更に少なかった可能性があり，位置精度低下に繋がった恐れがある．
2. マーカーは 50cm 四方で仕様変更が出来ないため，マーカー大型化による視認性向上は出来ない．
3. 自機位置やカメラ角を調整しつつマーカーを自動探索する機能で補える範囲を超える機体位置のズレがあった．Mavic3E など RTK 機能を付与できる機体で機体位置精度を上げればズレを抑制できると考えられ，海外では事例がある(国内では未検証)．
4.3 低標高範囲での見通し確認・ズーム撮影結果
基地を設置した標高 1,460m+35m の高度で水平に約350m 飛行させ，区間 B,C の標高 1,350m の範囲(対地高度 150m 未満のため特定飛行にならない)の施設を撮影した．これにより以下を確認出来た．
① 谷上空を飛行させれば機体への見通し確保が容易である．基地から 400m 下流の区間 C 途中までは見通せるが，その下流は，別途に操縦電波中継機等の使用を検討する必要がある．
② 光学 7 倍ズーム撮影
光学 1 倍・対地 135m
により，施設より 135m
光学 7 倍上空からでも既往 UAV
撮影した点検と同様の詳細を施設確認出来る写真を撮影することが出来る
今回撮影(写真 4)．
光学 7 倍・対地 135m

R4 年度巡視点検

今回撮影

写真 4 ズーム撮影の比較(別当谷砂防堰堤群内)

図 3 SfM 処理による三次元点群
4.2 UAV 基地試験時のトラブル
自動帰還後の着陸時に UAV が基地内の着陸用マーカー(写真 3)を認識できず，自動帰還から遠隔によるマニュアル操作に切り替え，基地内の着陸用マーカーが認識できる位置まで飛行させて着陸させる必要が生じた．
写真 3 着陸用マーカー

5. まとめと今後の展望
UAV 基地を用いた自動運航による臨時点検を想定し，一般的な機体による自律飛行点検，変状や地形の把握，基地より低い位置にある施設の点検方法について実証試験を行い，期待する結果を得たほか，課題解決の目処を立てた．市街地から遠く通行途絶の恐れもある箇所の臨時点検について，安全確保と移動時間の大幅改善が見込まれる．
UAV 関連の技術や制度は日進月歩のため，常に最新動向を把握し，効果的な活用方法を検討していきたい．

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技術協力；UAV 基地(DroneNEST),合同会社 SORABOT