5.2

コンクリートダムの変状調査への UAV 活用に関する調査

研 究 年 度：令和 4 年度
研 究 分 野：既設ダムの維持管理に関する調査研究
調 査 研 究 名：コンクリートダムの変状調査への UAV 活用に関する調査研

究者：山口嘉一、池田茂、前田佳朗、松井剛志【要約】
ダムの維持管理において、UAV は効率的かつ効果的な変状調査方法として期待されている。本報
告では、ダム総合点検においてコンクリート構造物のひび割れ等の変状調査に UAV を活用した兵庫県の長谷ダムの事例について紹介する。長谷ダムでは、コンクリート構造物のひび割れ調査を近接目視計測と UAV を用いた画像撮影による変状確認調査で行い、UAV により確認できたひび割れ幅が近接目視計測の結果と同等であることを確認した。
【キーワード】コンクリートダム、維持管理、UAV(ドローン)、ひび割れ、総合点検
1. 概説
ダムは、洪水調節、流水の正常な機能の維持及び利水補給等多様な目的を持つ社会資本であり、ダムの安全性及び機能を長期にわたり保持する必要があることから、ダム施設及び貯水池の維持管理を適切に行うことが重要である 1)。また、ダム施設及び貯水池の維持管理は、長期的視点を踏まえ、より効果的・効率的に行う必要がある 1)。このうち、ダム施設の維持管理における点検・検査等は、ダム管理者が行う日常管理における巡視・点検、ダム管理者以外の専門家等が行う定期検査、ダム管理者が専門家の意見を聴取して長期的観点から行うダム総合点検により構成される（図-1 参照）1)。このように、ダム施設については、日常管理における巡視・点検と、

図-1 ダム施設の維持管理における点検・検査等の構成 1)

中長期的な観点からの点検・検査等を組み合わせたPDCA サイクルにより維持管理を行うことが重要である（図-2 参照）1)。つまり、ダムの施設管理では、定期的な点検・検査等によって積み上げられたデータに基づく診断結果から、「予防保全型」と「事後保全型」の維持管理を適切に組み合わせて行うことが有効とされている。

図-2 PDCA サイクルのイメージ（ダム施設の維持管理）1)

5-5

ダムの堤体や関連施設に関するコンクリート構造

切に機能を果たしているか、といった総合的な観点

物のひび割れ等の変状については、変状の抽出、そから、これまで全国の多数のダムに対して「ダム総の進展の経過監視、適時の評価と補修を適切に実施合点検」を実施してきている。また、平成 25 年度にしていく必要がある。

は、ダム技術センターが作成に協力した「ダム総合しかし、ダムの洪水吐きやダム上下流面等の点検・検査はアクセスが容易ではなく、人が近づくための点検実施要領・同解説」7)が国土交通省から通達されている。

足場の設置やロープワークによる点検は膨大な費用を要し、足場の悪い高所作業が多く危険が伴ううえ

2.長谷ダムの概要に点検範囲が広いことや長年の知識と熟練した技術

長谷ダムは、兵庫県が洪水調節、都市開発に伴うが必要であることなどの課題があるため、多くの場流出増対策および不特定用水の補給を目的として建合遠方からの双眼鏡等による目視点検に頼っている設した治水ダムである。
長谷ダムの建設事業は、昭和 60 年に防災調整池のが現状といえる。
上記のようなダムの変状調査の課題を解決するたとして予備調査を開始し、昭和 63 年に地域整備ダめに、クラックスケール内蔵光波測量器やデジタルムとして建設事業採択され、平成元年に堤体コンクカメラなどを用いた調査 2)-4)なども行われているが、リート打設を開始し、平成 4 年 3 月に完成した。

これらは地形の状況により点検機器の設置が不可能

長谷ダムの型式は、重力式コンクリートダムであな箇所が発生するなど、点検範囲が限られる場合がり、堤高 30.3m、堤頂長 125.0m、堤体積 24,000m3、あるとされている 5)。

集水面積 1.2km2、総貯水容量 240,000m3 である。

このような技術が抱える課題に対して、広範囲の長谷ダムの下流面および貯水池全景と、上流面を点検が可能で、かつ従来の方法に比べ効率性が優れそれぞれ写真-1 と写真-2 に示す。

る点検手法として、UAV（ドローン）（小型無人航空

また、長谷ダムの諸元を表-1 に示すとともに、標機：Unmanned Aerial Vehicle）を用いたダム及び準断面図と平面図をそれぞれ図-3 と図-4 に示す。

関連施設の変状調査・点検が注目されている。国土交通省においてダム管理における新技術として着目されている 6)とともに、DX によるインフラメンテナンスの安全化・効率化にも貢献するものと考えられている。
ダムの維持管理において、UAV を用いた変状調査の適用方法に関する明確な基準類が整備されるに至っていない現状においては、適用事例を増やすとともに、解決すべき課題の抽出、改善といった一連の写真-1 長谷ダム下流面および貯水池全景フィードバック研究を実施して、UAV の有効性を高めていくことが必要と考えられる。
このことを踏まえて、ダム総合点検においてコンクリート構造物のひび割れ等の変状調査に UAV を適用した長谷ダムの事例について紹介する。ダム技術センターでは、昭和 58 年から主に供用開始後長期間を経過したダムや、施設改良や補修等の計画があるダムを対象として、ダム堤体や機械設備の健全
写真-2 長谷ダム上流面性、あるいは洪水調節や利水補給に対してダムが適

5-6

表－1 長谷ダム諸元
完成目年

平成 4 年 3 月

的洪水調節、不特定用水の補給

堤体

型

式

重力式コンクリートダム

集水面積

1.2km2

湛水面

積

0.03km2

ダム

諸

元

堤

高30.3m

堤頂

長125.0m

堤体

積24,000m3

配上流 鉛直 下流 1：0.78

高EL.221.30m

位

EL.219.70m

サ ー チ ャ ー ジ 水 位

EL.218.70m

常時

満

水

位

EL.211.40m

計

画

堆

砂

位

EL.205.70m

高EL.191.00m

堤体

堤標

計

基

洪水

礎
水標

池

容

総貯水

有

効

貯洪

水

調

不特

堆量

水
流

240,000m3

水

容量215,000m3

節

容量155,000m3

容量60,000m3

量25,000m3

容調

分量

定設取配容

砂

洪
放

勾

頂設

貯法

節方式

備

諸元

水設

自然調節方式（最大放流量 6m3/s)

備

多管式（φ200mm×2、φ250mm×1）

利

水

放流

設

備

ｼﾞｪｯﾄﾌﾛｰｹﾞｰﾄ（φ250mm）

常用

放流

設

備

オリフィス(自然調節)(B0.75m×H0.75m 1 門)

非

常用

吐

き

クレスト（自由越流）(B11.0m×H1.0m 2 門)

画

高流

量

16m3/s量8m3/s

ﾊﾞﾀﾌﾗｲﾊﾞﾙﾌﾞ（φ50mm）

計
洪

洪

水

水
水

最大流

入時

放流量

4m3/s

ダム

設

計

洪水

流

量

45m3/s5-7

図-3 長谷ダム標準断面図

図-4 長谷ダム平面図
3.UAV を用いた変状調査の概要

画像は画像診断サービスにより、画像の合成、ひび割れの自動判読を行い、合成画像と CAD 図の重(1) 調査方法調査の概要を表-2 に示す。調査対象は近接目視がね合わせを行った。自動判読結果は、合成画像を重行えない上下流面、ピア、導流壁、減勢工とした。

ね合わせたCAD図上で技術者が確認するとともに、また、減勢工側壁では近接目視計測も行い、UAV に豆板、エフロレッセンス等の変状を写真から判読し、よる結果との比較を行った。変状調査に UAV を用変状図に追加した。
表-2 調査の概要

いていない箇所も含めて、各部の調査方法を図-5 に示す。使用した UAV の仕様を表-3 に示す。
UAV としては主に大型の機種を使用したが、ピア、調査箇所

上下流⾯、ピア、導流壁、減勢⼯

調査内容

UAV による画像撮影

減勢工では天端橋梁、導流壁等と UAV の離隔がと各画像のラップ率 70%以上*となるれないため、小型の機種を使用した。また、左岸、ように撮影

右岸のアバット付近は、樹木により対象物に正対し幅 0.2mm 以上のひび割れが判読可て UAV の画像撮影が行えなかった。

能な距離で撮影＊：使⽤した画像診断サービスの仕様

5-8

表-3 使用した UAV の概要
UAV
⼤型
⼩型サイズ

重量最⼤(mm)

(kg)

⾶⾏時間

810×670×430

6.3

約 55 分

0.8

約 27 分

229×274×126

カメラ

撮影距離*

4K 4500万画素
4K 1200万画素

2m1m*：撮影距離は表中の値を基本としたが、植生等により一部接近できない箇所があった。

洪⽔吐き

堤体下流⾯、洪⽔吐きの導流壁・調査⽅法：

・調査⽅法：

図-5 各部の調査方法

5-9

ロープアクセス(2) UAV による変状図作成方法① 画像データ取得
UAV により各画像のラップ率 70%以上（画像診断サービスの仕様）となるように撮影した。
表-4 本調査で使用した UAV の撮影条件と画素数
⼤型・画素数：4000 万画素・対象から 2m で撮影・0.2mm※以上のひび割れが判読可能

⼩型
・画素数：1200 万画素
・対象から 1m で撮影・0.2mm※以上のひび割れが判読可能※：｢ひび割れ発生状況調査要領｣(国土交通省事務連絡 平成 13 年 4 月 4 日)より

② 変状図作成
変状図は図-6 に示す手順で作成した。

画像合成、ひび割れ判定(長さ、幅)

合成画像と CAD 図面の重ね合わせ

ひび割れを手動の写真判読により確認

ひび割れ以外の変状(豆板、エフロレッセンス等)を目視により写真判読
近接計測結果反映（洪水吐き、減勢工導流壁）
変状図作成
図-6 変状図作成フロー図

5-10

4.UAV 画像撮影技術の精度検証の概要
減勢工導流壁において、コンクリートのひび割れ

表-5 ひび割れ幅比較表

幅の近接目視計測と UAV による調査結果との比較を行った。減勢工導流壁のクラックマップを図-7 に示す。
表-5 に示すとおり、減勢工導流壁の UAV の画像診断サービスによる自動判読の結果を技術者が画像から確認、修正した結果は、近接目視計測結果と比較し、同程度のひび割れ幅となった。

調査方法

UAV

近接目視計測測定単位0.01mm

0.1mm

導100.43mm

0.4mm

流110.50mm

0.5mm

壁120.24mm

0.2mm＊□囲いの数字は、図－7 のクラック箇所を示す。

これより、UAV を用いた変状調査は、近接目視計測では調査できない箇所の変状規模の把握に有効な技術であると考えられる。

図-7 クラックマップ（減勢工導流壁）

なお、今回行った UAV を用いた変状調査におい・合成写真から現地の正確な寸法が判別できるポイて画像診断サービスによる自動判読で検出したひびントが設定できない場合、ひび割れ幅に誤差が生

割れには目地や汚れ等が検出される場合があり、技じる。

術者により検出結果を精査する必要があった。ま・合成を行うための特徴点がない画像を合成する場

た、今回の調査では発生しなかったが、今回利用し合、手動で特徴点を指定し合成する必要がある。

た UAV を用いた画像診断サービスによる変状調査
5.おわりににおいては以下のような課題が発生することがあ

本調査においては、「ダム総合点検実施要領・同る。
・対象構造物の形状により撮影面に近接できない解説」策定後に実施したダム総合点検を基に、コン場合、ひび割れの検出精度が悪くなる可能性がクリートダムのひび割れ調査を近接目視計測とある。

UAV（ドローン）を用いた画像撮影による変状確・撮影面に対して正対した画像を撮影できない場
合、ひび割れ幅が判読できない。

認調査の比較検討結果について整理した。UAV（ドローン）により確認できたひび割れの幅が近接目視計測結果と同等であることが確認できた。

5-11

line/dam/pdf3/03.pdf

国土交通省より発出された、「ダム長寿命化計画の策定に関する事務連絡」8)において、参考的に添

8) 国土交通省水管理・国土保全局治水課：「ダムの付されている「ダム管理における新技術の活用によ長寿命化計画の策定について」事務連絡、令和 4

るコスト縮減事例」では、点検時の UAV（ドロー年 3 月 24 日.

ン）等の新技術の活用事例が掲載されている。
今後実施予定のダム総合点検においても UAV（ドローン）を用いた画像撮影による変状確認調査行い、適用事例を増やすとともに、解決すべき課題の抽出、改善といった一連のフィードバック研究を実施していくことが必要と考えられる。
本報告の検討内容は、「（二）千種川水系長谷川長谷ダム総合点検業務」（兵庫県西播磨県民局光都土木事務所）における検討内容を一部編集・再構成したものである。検討結果の公表についてご承認いた
だきました関係各位には心より御礼申し上げます。
参考文献
1) 国土交通省水管理・国土保全局：国土交通省河川砂防技術基準維持管理編（ダム編）
https://www.mlit.go.jp/river/shishin_guideline/gijutsu/gijutsukijunn/ijikanri_dam/pd
f/ijikanri_dam.pdf
2) 佐藤 勝、恩田実之留：藤原ダムの表面劣化診断
及び今後の管理、ダム技術、No.308、pp.30-33、2012 年 5 月．
3) 交久瀬磨衣子、中庭和秀、建山和由：クラックス
ケール内蔵光波測量器を用いたダム堤体のひび割れ調査について、土木学会第 65 回年次学術講演会、pp.305-306、2010 年 9 月.
4) 吉田次男、河野幸彦、石井正博，小出 博：デジ
タルカメラによるダム表面状態調査、ダム工学、Vol.18、No.2、pp.118-125，2008 年.
5) 東出 唯、下鳴恒彰、原田耕平、杉山孝聡：UAV等を用いた画像撮影によるダムの構造物点検.
6) 国土交通省水管理・国土保全局：河川・ダム管理における新技術導入について（ppt スライド）、
令和 4 年 3 月.
7) 国土交通省水管理・国土保全局河川環境課：ダム総合点検実施要領・同解説、平成 25 年 10 月.
https://www.mlit.go.jp/river/shishin_guide5-12