港湾・漁港施設点検におけるセンシング技術の活用事例
港湾設計室 富田真司、平 宜起、田邑卓也
近年、センシング技術（センサーなどを使用して様々な情報を計測・数値化する技術）は著しく進化、普及してきており、施設点検に活用できるものも増えてきている。現在、港湾・漁港点検で活用できるセンシング技術
としては、UAV によるレーザ（グリーンレーザ）スキャナ計測や写真測量、ナローマルチビームソナー、３D スキャナ（陸上用・水中用）等が挙げられ、点検で行われている目視調査、潜水調査、深浅・地形測量についても、これらの技術を活用することで、効率化、省力化、精度向上を図ることが可能となってきた。業務で活用した事例も含め、点検におけるセンシング技術の活用事例を紹介する。
１．グリーンレーザスキャナを用いた陸上、水中部の計測・調査
既存施設の陸上及び浅水域を UAV 搭載型グリーンレーザスキャナにより計測した事例を紹介する。
グリーンレーザスキャナは、水中を通過する特性を有する波長 515ｎｍ（緑色域）のレーザを上空から発射し、陸上、海底で反射することによって広範囲かつ高密度の水陸地形データを三次元で得ることができる。水中の計測は透明度の影響に左右されるため、比較的水深の浅い箇所での計測に用いられ、（深い箇所はマルチビーム）河川や港湾浅水域、測量船が進入できない浅水域等で活用できる。
実施業務では、既存防波堤において広範囲の陸上、水中の消波ブロック飛散状況、施設・地形形状を把握する必要があったが、ブロックが大きく（3.5m/個）、崩れており、ブロック間の移動が困難・危険であったこと、ブロックの水際は船舶が接近出来ないこと等から、グリーンレーザ（マルチビーム併用）で計測を行った。計測は、Phantom 予備飛行（写真撮影→オルソ）を行い安全確認した後、レーザ計測を行った。調整用基準点・対空標識は、ＧNSS 衛星電波受信機内蔵のものを設置し、精度を確保した。データ解析はグリーンレーザ、マルチビーム計測により得られた陸上から水中までの三次元点群データを合成・作成している。この技術により陸上作業員がブロック上を移動する必要がなく、潜水士による水中ブロック探索も行う必要がないため、迅速、安全に且つ三次元・高精度で飛散状況、地形形状を把握することが出来た。

UAV 搭載型
グリーンレーザ
スキャナ

オルソ画像

調整用基準点

陸上から水中までの点群データ

２．ナローマルチビームソナーを用いた水中部の計測・調査
マルチビームソナーは、音響ビームを扇状に発射、受信しながら面的に計測でき、広範囲かつ高密度の三次元海底地形データを得ることができる。ここでは、『１．グリーンレーザ～』で述べた既存防波堤の消波ブロック飛散状況等の把握を目的とした業務で併用実施した計測事例を紹介する。
又、水中での計測技術は、濁水中や暗所で撮影可能な水中音響カメラ、音波の反射強度により海底面の底質分布（岩礁・礫・砂等）や魚礁分布確認で用いられるサイドスキャンソナー、マルチビームに比べ点群密度が高く、360°音波発信が可能な水中３D スキャナ等も活用されている。
ａ）マルチビーム測深の概要
マルチビーム測深
従来の深浅測量の音響測深機は、1 本の音響ビームを使い測量船が走った航跡上の水深を連続して計測するものであり、広範囲の水深を把握したい様な場合には多大な時間を要する。マルチビーム音響測深機は、何点もの測深を同時に行うことが出来るため作業効率が良く、海底を面的に測量することが出来る。業務においては、三次元で迅速、高精度に消波工の散乱状況、散乱範囲や位置、施設や海底地盤形状を把握した。
ｂ）マルチビーム測深の方法
計測状況
GNSS 測位機・艤装
深浅測量に先立ち、マルチビーム音響測深機の舷側動揺・方位センサー
マルチビーム音響測深機への取り付け、GNSS 測位機及び動揺・方位センサーの艤装・設定を行った後、動作確認を行った。
データ集約装置
収録 PC・測位
深浅測量における測量船位置は、ネットワーク型 RTKGNSS(VRS-GNSS)を使用して決定した。
・水中音速度補正、水位補正
音波が水中を伝わる速度は、温度や塩分等の条件によって変化するため、鉛直測定結果（音速度センサーによる水中音速度の測定）を用いて補正した。又、測量期間中、区域内において水位観測・補正を行った。
・測線計画
取得スワス幅（有効ビーム角）は 120°（往復でデータがラップするよう測線間隔 5ｍ程度）とし、水深に応じ適時未測深域が発生しないよう実施した。
ｃ）データ解析
データ解析は、マルチビーム、グリーンレーザ計測より得られた点群データを合成処理し、陸上から水中までの地盤データを生成した。点群データから、消波ブロックの散乱位置、脚折れ欠損の状況等を確認した。又、点群データから平面、縦断、横断面図を作成し、散乱ブロックの個数算出を実施した。

散乱位置確認欠損確認

３．UAV（無人飛行機）を用いた外観点検
港湾・漁港の点検は、部位・部材の劣化状態をａ，ｂ，ｃ，ｄの 4 段階の劣化度で目視判定しているが、安全性や効率性の向上を目的に、この判定を UAV で実施する方法が H31 年に点検手引きとして示された。
以前までの UAV 利用は、遠景変状写真等の利用で目視調査と同等精度にならず、飛行時間の短さや近接撮影がポールカメラ等に比べ非効率であったこと等から点検利用は限られていたが、今後はこの方法により施設延長が長い箇所や立入り困難箇所等で効率的に実施できると思われる。カメラ性能や安全管理上で課題もあるが、比較的簡単に実施できる方法となっているため、概要を紹介する。
ａ）点検項目と要求精度
点検項目としては、防波堤や係船岸等の上部工及び本体工のひび割れであり、最も精度の高いものは、鉄筋コンクリートのひび割れ幅 3mm(劣化度 b と c の判定基準の境界：右表)である。尚、段差等の数 cm 程度の精度が求められる点検項目については、標定点を設置する三次元計測が必要となるため対象外とする。
ｂ）撮影方法・撮影高度と計測精度、キャリブレーション方法
UAV で撮影を行う際には、撮影高度が高いほど広範囲の変状を撮影可能であるが、計測精度が低くなる。逆に撮影高度が低いほど計測精度は高くなるが、撮影範囲が狭くなることや周辺の障害物に衝突する危険性等が増える。また、使用するカメラの性能によって計測精度が異なることから、撮影高度と視認可能なクラックの幅の関係を把握するためのキャリブレーションを行う必要がある。
① 現地における代表的なクラックを事前に計測・マーキングする。
② ひび割れ箇所にクラックスケールを設置し、高度 30m 程度から 5m 毎に下降し空撮する(写真参照)。
③ 高度別にクラックスケールのピクセル数をカウントし、1 ピクセル当たりの幅(分解能)を判定する。
④ 各施設においてクラック 3mm あるいは 10mm が計測可能な撮影高度を決定する。
・撮影方法
キャリブレーションによって決定した撮影高度で対象施設(コンクリート表面)に平行に撮影を行う。撮影時には複数の画像を結合することを考慮し、横断方向、縦断方向それぞれ 60%～80%程度オーバーラップさせて撮影を行う。
ｃ）解析方法
スパン毎に撮影した画像を結合し、平面図と重ね合わせる。重ね合わせた画像から変状箇所を抽出し、各変状箇所についてキャリブレーション時に決定した 1 ピクセル当たりの幅からクラック幅を決定し、劣化度判定を行う。
ｄ）課題
ひび割れ
L=1.2m
航空法により人又は物件との間に 30m 以上の距離をB=2.0mm保って飛行する必要があるが、現状のカメラ性能では近接しなければ要求精度を満足することが困難であり、航空局への申請・承認が必要となる。又、近接することで障害物への衝突等事故の危険性が高くなることから、今後
参考例：高度 10m,クラック幅 2mm を視認カメラ性能の向上による更なる効率化が期待される。
４．まとめ
港湾分野でもｉ-Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎが推進され、ＩＣＴ浚渫工は試行期間が終わり令和２年度より本格運用、ＩＣＴブロック据付工も令和２年度から試行工事が実施されるが、浚渫工はマルチビームが標準となり、据付工においてもＵＡＶ搭載型レーザ（グリーンレーザ）活用が可能と記載され、今後はこれらの 3D 計測が主流となっていくと考えられる。点検に限らず、今後は一般的な測量においても増加していく技術であり、今まで以上に知識を深めていく必要があると感じた。又、進化する様々なセンシング技術の動向にも注視しながら活用していくことで、効率化、省力化、精度向上を図っていく必要があると考えている。