特集

沿岸技術の進展と研究課題 ～コースタルテクノロジーの現況～

海洋開発を支援するインフラ技術の進展と研究課題
松本 さゆり国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 港湾空港技術研究所
インフラDX 研究開発領域 ビッグデータ研究グループ

和 2 年より浚渫工の出来形検査で使用されるようになった 1）。

1. はじめに

その後、ブロック据付工等での試行工事や適用工種拡大のため海洋開発を支援するインフラ技術開発の究極の目的は、それの検討が進行中であり、マルチビームソナーの使用は増加す

ら作業の DX 化であろう。BIM/CIM を活用した設計・施工・維る方向である 1）。それに伴い、取得データを解析して図化する持管理のデジタルツイン構想、ICT 施工、ICT 維持管理やそれ内業（以降、後処理）もまた増加しており、後処理の負荷へのらの施工履歴の蓄積によるビッグデータ化など、多岐にわたるケアが望まれていた。そこで、令和 2 年度よりマルチビームソ展開が想定される。

ナーで取得したデータの解析・図化の処理の作業を高速かつ省

本稿では、海洋開発を支援するインフラ技術のうち、特に力化するためのマルチビームデータクラウド（以降、AIMS；ビッグデータ化、あるいは施工や維持管理の ICT 化に向けた

Acoustic IMaging & Surveying cloud）の開発に着手したのデータ収録方法に焦点を当てた新たな取組として、マルチビーで、その開発概要と進捗について述べる。

ムデータクラウドの開発、潜水作業への ICT 技術の導入（以降、ICT 潜水）について紹介する。

図 1 に示すように AIMS は船上処理システム、クラウド後処理システムおよびクラウドリアルタイム処理システムの 3 つの部分から構成されている。

2. マルチビームデータクラウドの開発①船上処理システム； 船舶に搭載したマルチビームソナーでマルチビームソナーは測深を効率的に行うソナーであり、令取得したデータを、無線通信を利用して逐次クラウド上の○現マルチビームソナーによる測量は、在；計測データを収録
後日、技術者が点群化処理、ノイズ除去、3 次元図化等の作業を実施○本検討；船上処理システム 計測データを船上で点群化処理、逐次クラウドサーバに送信→通信方式の複数展開（ローカル Wi-Fi、4G、5G）
クラウドリアルタイム処理システム、種々補正、ノイズ除去、点群による 3D 図化→リアルタイムかつ自動に測量図化し、事務所などで測量図の遠隔モニタを実現
クラウド後処理システム、種々補正、ノイズ除去（3DAI フィルタ導入）、2D/3D 図化→半自動・高速に解析・処理し、図化を実現

船上処理システム〇測深データを点群化処理して送信

GNSS

生産性向上・省力化の推進

クラウド処理システム○リアルタイム；点群によるリアルタイム図化○後処理；半自動・高速に解析・処理し 2D・3D 図化 / ノイズ除去に 3D‐AI 導入

クラウドサーバ

通常のインターネット接続（衛星測位システム）

時間と労力を要す。

2D 表示

3D 表示

差分表示

ローカル Wi-Fi
or 4G or 5G

MBES（マルチビームソナー）

事務所等
進捗状況
2020 年、4G 回線を使用した実海域実験に成功
2021 年、ローカル Wi-Fi を使用した実海域実験を成功

図1

陸上等の任意端末○リアルタイム；クラウド上の図面をウエブブラウザで確認○後処理；クラウド上の後処理ソフトで解析・処理

マルチビームデータクラウド（以降、AIMS; Acoustic IMaging & Surveying cloud）の開発概要

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AIMS にアップロードする。

描画中のスクリーンショットである。いずれも水深のカラーコ

AIMS での処理は、以下の 2 つ方法が用意されている。

ンタ表示となっており、左は俯瞰図、右は上面図に航跡を示し②クラウド後処理システム；従前の後処理を高速に半自動で行たものであり背景に海図を示している。船上で音響等データをう機能であり、手動ノイズ処理は極めて少量となる機能であ取得してから描画までの遅延時間は、無線通信の通信方式に依る。計測と同時に AIMS に収録されたデータを、後処理シス存し、4G 方式の場合は 1〜2 秒、ローカル Wi-Fi 方式を使用しテムに読み込むと、事前に登録した然るべき手順に従って解た場合は 2〜3 秒であることを実験的に確認済である。従来の析、ノイズ処理、描画まで自動で行う。

検査や施工では存在しない可視化方法であるが、被災後調査や③クラウドリアルタイム処理システム；船上のマルチビームソ日々の進捗管理など、野外で即時的に水中状況を視認したい場

ナーでデータ取得してから、即時的に水中を可視化する機能合には、大変有効である。また、図 3 は PC からインターネッであり、閲覧のみであればインターネットブラウザを使用しトブラウザを介して AIMS クラウド後処理システムにアクセスて、事務所の PC やスマートフォンなどの任意端末から見るし、後処理中のスクリーンショットである。手続きは事前に書ことができる。

き込まれており（画面左側）ファイルを指定すれば、自動で解次に、上記の AIMS を使用した計測事例を紹介する。図 2 は、析・処理するようになっている。AIMS を利用すれば、浚渫工マルチビームソナーで測量を実施中に、船上処理システムとクの 1 日の平均的な施工範囲である 370m2 の解析・図化は概ねラウドリアルタイム処理システムを使用した事例である。陸上

1 時間程度で得ることができる。の PC からインターネットブラウザを介してクラウドリアルタ
イム処理システムにアクセスし、点群データをリアルタイムに今後の技術開発としては主に以下 2 点を重点的に行い、令和4 年度末の完成を目指している。

図2
船上処理システムとクラウドリアルタイム処理システムによる、リアルタイム描画中のスクリーンショッ
ト。左は俯瞰図、右は上面図、いずれも水深のカラーコンタ表示

図3
AIMSクラウド後処理システム、後処理中のスクリーンショット。手続
きは事前に書き込まれており、解析・処理するファイルを指定すれば自動で図を得る

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沿岸技術の進展と研究課題

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・後処理システム上のノイズ除去；マルチビームソナーの後処め、当該工種への代替も検討されたが、その計測誤差は水深値理の内、最も時間を要するノイズ除去を代替する 3D ─ AIノイ

±10cm が限界であり、基礎工天端面の測量への適用は見送ら

ズ除去フィルタを開発中であり、既にICT 施工の測量として実れている。マルチビームソナーの計測誤差は船体動揺のうち動働されている浚渫工に焦点を絞って検討する方針である。

的喫水が未評価なことに起因するが、いまだ計測できる方法が・無線通信方式の拡張；今後の 5G 方式の普及を見込んで、拡存在しない。現状をまとめると、基礎工天端面の出来形計測は、張できるよう機能を付加する。5G 方式は大容量データ通信計測装置の制約から潜水士により 1点ずつ計測されており、非が可能であるから、データ欠損や通信速度の改善が望める。

常に粗い離散的データの取得に時間を要しており、今後に向けた取組として、作業効率の改善と施工の DX 化に向けた面デー

3. 潜水作業への ICT 技術の導入（ICT 潜水）タの取得の双方向から、新たな計測方法を探ることとした。

令和 4 年 2 月、i-Construction 推進委員会において、 潜水そこで、基礎工捨石均し（手均し）後の天端面の測量を、海作業について効率化だけでなく、安全性の向上に注力し、潜水底設置式の音響ソナーによる測量の適用を考えた。この方法を

1）

作業の ICT 化が進められることとなった 。弊所としては、令用いれば、船舶の動的喫水からは逃れられるし、10m の格子

和 2 年 9 月より国土交通省九州地方整備局、一般社団法人日本点のような離散点ではなく海底の面的測量を実現できる。当初、潜水協会技術安全委員会ならびに同九州支部との 4 者間で「港音響機器としてマルチビームソナーを横向きに設置し、旋回さ湾工事等における潜水作業の ICT 技術導入の取組に関する連せることを考えたが、マルチビームソナーの耐水圧、三脚やパ携協定」を締結し、潜水作業の更なる安全性や生産性の向上のン・チルト装置（旋回装置）、それらの制御ソフトなど、試験準他、港湾構造物の品質の確保、潜水作業の担い手育成支援に取備だけで高額となる。そのため、類似のソナーであり全てオプ組んでいる 2）-4）。特に、基礎工天端面の測量について、潜水士ション機能として備える唯一の機器である BlueView を採用し作業を伴う海底設置型音響ソナーで計測する方法の検討についた。なお、同機器を底面に設置して得た点群データとレーザーては、令和 2 年度初旬から一般社団法人日本潜水協会との共同による比較事例では概ね一致としているが、数値での比較や評研究、一般社団法人海洋調査協会との共同研究による合同プロ

価はなされていない 6）-7）。また、広範囲のデータ取得への展開、ジェクトとして助走期間を経て進めたもの 5）の一部を抜粋と後従前方式による測量値との比較、基礎工均し後の天端面では未続の検討を合わせて紹介する。

検証など、測量として使用するためのバックデータが十分でなさて、基礎工天端面の均し作業とその出来形検査について、く、これらについて検討を行っているところである。

振り返る。天端面の出来形は、基準高さ± 5cm と規定されてお計測場所はケーソン打継場のマウンドであり、計測時のレイり、測量箇所は天端面上の丁張に沿って例えば 10m の格子点上アウトを図 4（a）に示す。7.5m 格子に丁張をし、格子点上の赤で行う。計測装置に決まりはないものの、任意点上の測位を実で示した数字はスタッフ測量により位置を、各格子点上は水中現する潜水作業を伴う水中スタッフまたは水中水準測量装置が水準測量装置で高さを、黄色○には BlueView、緑△には評定使われることが多く、最近は後者が主流のようである。一方、ブイを設置した。BlueView はパン・チルト装置と共に架台に搭

前出のマルチビームソナーは海底の面的な計測を可能とするた載し（図 4（b））
、海底面上の BV ①に設置した後、BlueView をBVBlueView
水中水準装置スタッフ

パン・チルト装置
方位角・仰角可変高さ可変

評定ブイ＋スタッフ
検証用ブロック（a）（b）

図4 BlueViewを使用した基礎工天端面測量調査 （a）
計測場所のレイアウト （b）
BlueViewと架台

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水平方向に±180 度旋回させて半径 10m 程度の範囲について連携協定の枠組み内で、潜水業務に必要な装備品の見直し、緊測量を行った。図 4（a）中に示した他の BV 計測点へは潜水士急浮上システムなど ICT 潜水に関わる検討に携わっており、今船のウインチを使用して移動した。BlueView の 1計測点当たり後の成果に期待されたい。に要する時間は概ね 20 分、計測場所の段取替えは約 15 分であり、幅 10m×長さ 30m のマウンドは概ね半日程度で計測可能

4. おわりにであった。1計測点あたりの速報的な図化作業は概ね 10 分程度

施工や維持管理の ICT 化向けたデータ収録方法に焦点を当てであり、段取替え中に実施することで、即時的に確認ができる。

た新たな取組として、マルチビームデータクラウド（AIMS）は、

図 5 は BV ③と BV ⑤における BlueView の点群データにつマルチビームソナーでデータ収録と同時にデータをクラウドにき、簡易なノイズ処理をしたのちに、評定点を重ね合わせるタアップロードし、クラウド上の AIMS でリアルタイムに可視化イポイント法を用いて合成した例であり、2 つ以上の計測点かする機能と、事後にクラウド上の後処理システムを使用して後ら得た海底地形は滑らかにつなげることができた。表 1 は BV処理を半自動かつ高速に行う機能について紹介し、実験的に取点上の測量値について、水中水準測量装置の真値として比較し得した事例と今後の展開について述べた。また、潜水作業へのているが、BlueView の計測値の誤差は BV ④を除いて、最大ICT 技術（ICT 潜水）についてはその取組について紹介し、ひ3cm 以内である。なお、BV 計測範囲の辺縁部は斜め入射に起とつの研究事例として海底設置型ソナーによる測量法の検討に因する質の悪いデータが含まれており、BV ④はその影響を受つき一部を紹介した。

けている可能性が高い。データの質については要検討である。

これらの課題は、いずれも研究開発段階であり、絶対的な成本方法が実現すれば、潜水士による手均し作業が終了した

果よりはアウトラインを分かりやすく示すことを優先したた

後、同一装備に海底地形計測の可能なソナー他の機材と作業め、内容に未解決部分が含まれていることはご容赦願いたい。

日を 1 日追加するのみで面的な測量データを取得できるから、また、これらの課題については、行政、業界団体の要望から研ICT 施工用の測量データの取得とそれに係る作業の効率化への究に発展した経緯があり、海洋開発を支援するインフラ技術の有効な手立てとなりうる。

うち、特にビッグデータ化あるいは施工や維持管理の ICT 化のさらに、本稿では触れていないが、前出の ICT 潜水にかかるための収録方法に一石を投じるものと確信している。

謝辞
本稿に紹介した AIMSの技術開発は、港湾局技術企画課ならびに九州地方整備局からの支援を受けている。ICT 潜水については、海洋調査協会、日本潜水協会との共同研究の成果の一部を引用し、実験場所として関東地方整備局の実海域実験利用制度を活用させていただいた。また、国土交通省九州地方整備局、一般社団法人日本潜水協会技術安全委員会ならびに同九州支部との連携協定では、貴重な意見交換をいただいた。ここに謝意を表する。
参考資料
1）国 土 交 通 省 港 湾 局 公 共 事 業 調 査 室 , 技 術 企 画 課 ,“ 第 4 回 港 湾 に お
け る i-Construction 推 進 委 員 会 ” 資 料 , https://www.mlit.go.jp/common/001446207.pdf（2022.2）

図5 計測事例、BV③とBV⑤を結合したもの

2）九州日報 , 2021 年 1 月 5 日 , 1 面

表1 BV③とBV⑤の点上の測量値比較、真値を水中水準測量装置とした場合

3）長山達哉 ,“ 九州地方整備局における港湾工事への ICT 導入と潜水分野への発展に向けた取組について ,” 潜水 , Vol.86, 16-20（2021）.

計測点

水中水準測量装置

BlueView

差分4）日刊工業新聞全国版 , 2021 年 7 月 29 日 , 11 面

BV ①-8.36-8.37-0.01

5）大 野敦生 ,“ 水中 3D スキャナを活用した水中可視化技術の実証試験 ,” 横浜港湾空港技術調査事務所 , 第 6 回技術交流会講演資料（2017）.

BV ②-8.05-8.040.01

BV ③-8.27-8.24

0.03

BV ④-8.22-8.28-0.06

BV ⑤-8.33-8.33

0.00

30 CDIT 2022 ▷ No.576）古殿太郎ら ,“ 水中 3D スキャナを活用した水中可視化技術によるインフラ維持管理・点検技術 ,” 建設機械施工 , Vol.70, 63-68（2018）.
7）大 野敦生 ,“ICT 潜水に向けた海洋調査技術の導入,”海洋調査協会 , No.147,
31-34（2022）.