令和6年度砂防学会研究発表会概要集

P-60

UAV 自律飛行による砂防施設点検の一般化に向けた検討
国際航業株式会社 ○高木 秀一郎、堀 大一郎、清水 幹輝、山下 久美子、青戸 一峰、河合 貴之
国土交通省関東地方整備局 渡良瀬川河川事務所 守谷 武史、田島 正裕、高橋 忍
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はじめに

近年、UAVの普及に伴い砂防施設点検への活用が検討され、従来の目視点検に比べ省力化・安全化が期待できることから、本格的な導入が求められる段階となっている。
本報告では、 UAV を砂防施設点検に実装することを目的として、使用者を限定しない汎用機を用いた試行点検を行い、適用条件を明らかにしたことから、その結果を報告する。
図-１ 航空レーザ測量成果 オリジナルデータの活用例

２

機体の選定

早期の点検への実装を目指す観点から、使用者を限定しな

４

汎用型 UAV による自律飛行での適用条件の検討

い汎用機の使用を前提とし、次の観点から機体を選定した。

汎用型 UAV を使用した自律飛行を計画する上で、①安全な①市販されており砂防分野での実績がある（導入が容易）

飛行計画に設定すべき余裕幅、②汎用型 UAV のカメラで施設②障害物検知機能を有している（安全性重視）の変状を確認するための撮影方法、③比高 150m 以上の施設の③事前に設定したルートを自動で飛行する（自律飛行可能）

点検方法、④複数時期データの比較、などの課題があり、そこの結果、DJI 社の３機種：「Phantom4 Pro」、
「Air 2S」、

れぞれについて試行点検を実施して適用条件の検討を行った。

4.1「Mavic3」を選定した。

自律飛行時の空間精度の検証
自律飛行を計画する際、植生や砂防施設に衝突するリス

３ 航空レーザを活用した UAV 点検適応性の検討

クを回避するために、どの程度の位置ズレを想定すべきか砂防施設周辺に植生が繁茂する場合は上空からの視認性がの検証を行った。

悪く、UAV では施設の状態を確認できないことや、植生と接触検証ではフライトコースと計測点を設定し、計測点におするリスクなどが考えられる。また、渡良瀬川流域の砂防管

いて UAV をホバリングさせ、ノンプリズムトータルステー

内は急峻な山地のため、UAV 飛行に必要な衛星測位が困難なションにより UAV 機体の座標と高度の計測を行った（図-範囲が存在する可能性も考えられる。

２）。なお、検証は風速 5 m 程度と UAV 飛行には悪条件の状

本報告では、既存の航空レーザ測量成果を用いて、管内の況下で実施した。

植生繁茂の状況や上空の開度を把握し、UAV による点検適応

結果は、水平方向での最大は 3.34 m、垂直方向では最大性の検討を行った。検討では、流域および施設周辺の樹高や3.62 m であった。確認された水平・垂直で約 3.5m の位置

地上開度を３次元点群データの解析で可視化することに加えズレから、自律飛行の計画立案では、安全側の設定としてて、送電線や橋梁など、UAV 飛行の支障となる構造物の位置や機体から半径 5 m の余裕幅を確保することとした。

標高を抽出し、現地調査で植生や衛星受信の状況を確認して総合的な評価を行った。
また、砂防施設周辺では、UAV をどの程度接近させられるかや操縦者や機体監視員の配置を確認するため、航空レーザのオリジナルデータを点群ビューアで表示し、技術者が目視確認することで、施設周辺の植生の枝葉の状況や地形を詳細に確認した（図-１）。

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図-２ UAV 座標計測のイメージ

4.2

撮影方法の検証

4.3 ３次元点群データの精度向上に向けた検討

砂防施設の状況を確認するためには UAV ができるだけ砂防砂防施設の状況を画像から目視確認するだけであれば、施設に接近することが望ましいが、植生等の障害物との衝突UAV 撮影だけで問題ないが、複数時期の３次元点群データをリスクや１回のフライト時間が限られることなどから、飛行比較して堆砂量の変化や災害時の崩壊土砂量を把握するため高度や撮影方法について検証を行った。には３次元モデルの位置精度が課題となる。

検証では、高度やカメラアングルなど撮影方法を変UAV で撮影した画像データを用いて SfM により３次元点群えて撮影した画像を用いて、既往の点検で確認されて及び地形データを作成する場合、計測データ間の３次元デーいる変状がどの程度識別できるかの検証を行った。

タの位置ズレを確認、補正する必要がある。なお、この位置試行点検により撮影した静止画及び動画データを基に、砂防施設等の変状箇所の見え方や飛行設定についズレは GCP（グラウンドコントロールポイント：位置座標を取得した地上点）を用いて補正することができる。て整理、検討を行い、明らかになった砂防施設点検に適検証では、現地計測 GCP や既存の地物端点を GCP とした場した飛行設定の要点を以下にまとめた。

合の位置ズレ補正の程度を確認した。はじめに、UAV レーザ（１）高度設定や航空レーザの３次元モデルを正解データとして、UAV 撮影

点検時の飛行のコースは、堤長や谷形状・植生を考写真から作成した３次元点群データとの差分解析を GCP によ慮して設定し、下限値は 30m（20～40m）とする。

る補正の有無データで実施した。その結果、現地計測 GCP に（２）撮影方法よる補正によって、比較的傾斜の緩い範囲では、位置ズレは点検時の撮影は、３次元モデルでの管理や点検個航空レーザと同程度まで改善されることを確認した（図-票への写真貼付を考慮して、鉛直と斜めの静止画撮

４）。次に、既往の地形データを用いて GIS 上で設定し影とする。状況把握の面では動画も優れているため、た不動点(UAV 写真で位置特定が可能な特徴点)を GCP と災害時の緊急調査では動画撮影も有効。

して利用する手法を検証した。その結果、撮影範囲の（３）堤体正面での昇降・首振り撮影

端部に地物がなく GCP を適正に配置できなかったこと

堰堤正面に 10m 程度のクリアランスが確保されても原因と考えられるが、現地計測 GCP による補正の精いる施設では、垂直降下して堤体を撮影することで、度には達しないものの、GCP なしの３次元データに比変状を詳細に確認することができる。

べれば一定程度の精度向上は確認できた。

4.3

比高 150m 以上の施設に適した飛行方法の検証

渡良瀬川流域の砂防管内には、多数の山腹工が設置されている。例に挙げる「松木川山腹工」の比高は 166 m であり、飛行高度を一定として全体を撮影した場合、航空法で規制された対地高度 150m 以上の空域に侵入してしまう。また、地上解像度は一定にはならず、状況把握や３次元モデルの作成
図-４ LP 計測データと UAV 写真による 3 次元データの差分解析結果を GCP による補正前後で比較した図に不適である。
検証では、対地高度が一定となるように斜面比５高に応じたフライトコー

本報告はレベル２自律飛行による試行検証結果であるが、ス（コンターフライト）

今後はレベル３自律飛行に向けて新たな課題の抽出や検証をを設定し、撮影を行った

実施し、砂防施設点検の効率化・高度化を進めていく必要が（図-３）。
結果として、精度を合わせた標高・地形データ

おわりにある。UAV は機器の進化が著しいため、UAV 点検の適応性が高
図-３ 松木山腹工の飛行経路
イメージ

い施設から実装し、最新の技術動向を確認しながら段階的に点検計画をブラッシュアップしていく必要があると考える。

を取得することができた。

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