別紙―２
平成25年度

コンクリートブロック据付支援システムの開発－システム基本仕様について－（独）土木研究所 寒地土木研究所 道北支所
（独）土木研究所 寒地土木研究所 寒地機械技術チーム（独）土木研究所 寒地土木研究所 寒地機械技術チーム○平 伴斉.
片野 浩司
山口 和哉

近年の北海道の港湾工事では、少子高齢化や熟練労働者不足、特に東日本大震災以降、潜水士や作業員が不足し、工事の遅れが懸念される。
このことから、港湾工事の省人化や作業の効率化を目的として、消波ブロック据付支援システムを検討した。
本稿では、平成２４年度にシステムに必要な機器の選定と基本仕様などを検討したので報告する。
キーワード：消波ブロック、据付支援システム

ことができた。
１．はじめに・消波ブロックの施工は乱積みである。
積雪寒冷地である北海道地域における港湾工事では、・水面付近の施工と法尻の位置合わせが困難である。
気象並びに海象条件が施工進捗に多大な影響を及ぼす。
・水中の視界が不良の場合には待機時間の発生もしく
更に、潜水作業を伴う工事は潜水従事者の高齢化や従事は作業中止となる。
者数の減少が問題となっている。また、人力にて行う潜・大きなブロックには潜水士は安全上近づけない。
水作業は作業効率が悪く、挟まれ事故などの危険が伴う。
このような現状を踏まえ、コンクリートブロック据付
３．コンクリートブロック据付支援システムの開発工事の作業効率の向上、省人化ならびに安全性の向上のコンクリートブロック据付支援システムでは、作業船ため、据付支援システムを開発する。
やクレーンのブーム位置などを GPS 装置や方位センサな本稿では、平成２４年度にシステムに必要な機器の選ど各種計測機器を利用して正確に計測し、その計測結果定と基本仕様などを検討したので報告する。
を処理・解析して、施工に必要な情報としてオペレータに的確に伝達する。

写真-1 消波ブロック設置工事

２．据付作業状況調査結果
過年度、網走港及び羽幌港にてコンクリートブロック据付作業現場ヒアリングを実施した。その結果、コンクリートブロックの据付作業に関して次の共通事項を得る
Tomonari Taira, Koji Katano, Kazuya Yamaguchi

3.1 システムの基本概念
コンクリートブロックの据付作業時に据付精度や作業効率の向上ならびに安全性の確保を支援するマシンガイダンスの基本的なシステム内容について検討を行った。
マシンガイダンスとは、GPS などの計測技術を用いて、施工機械の位置情報、施工情報及び現場状況（施工状況）をオペレータに提供し、操作をサポートする技術である。
また、各計測機器で計測され解析処理された情報は、通信装置によってリアルタイムで作業船の操船室にいる作業管理者とクレーンオペレータ室にいるオペレータとの間で作業に必要な同一情報として共有される。これにより円滑かつ効率的な据付作業を実施することが可能である。
システム基本概念図を図-1、システム使用フローを図-2 に示す。

パソコン及び各々を通信させる機器が必要である。
システム機器構成を図-3 示す。
3.3 ハードウェア検討
本システムに必要な位置測位、無線通信装置等のハードウェアの検討を行った。
(1) 位置測位
GPS の位置計測は受信機単体による単独測位では、その位置精度は概ね±10ｍ程度とコンクリートブロック据付位置の要求位置精度に遠く及ばない。したがって GPS
図-1 システム基本概念図
測位の計測精度を向上させる目的に開発された DGPS やRTK-GPS などの補正情報を利用した測位方式が必須とな施工計画（現場単位・月単位・日単位など）る。本システムでは 10cm 以内の誤差範囲で位置情報を取得可能な RTK 補正方式とし、また、補正情報を取得すソフトウェアへの施工計画の登録
る GPS 受信機を独自に設置し、その補正情報で位置補正を行うローカル方式を基準とした。
測位・データ計測（平面位置管理）
ローカル方式の RTK-GPS 測位とは、座標の分かっている基準点に GPS 受信機を設置し、その基準局で計測・処理された補正情報を無線機を介し移動局（作業船）側のデータ計測（高さ方向）GPS 受信機で受信し補正処理することで高精度な位置計測を実現する方式である。
施工管理
補正情報通信を行う無線機については、機種により通信距離は異なるが、特定小電力による無線機器は、利用結果整理（情報管理）にあたり申請などの必要がないこと、無線 LAN よりも周図-2 システム使用フロー波数が低いので、電波の回り込みが期待できることなどの利点がある。
3.2 機器構成(2) 方位（船体方位）本システムを実現させるには、船体位置、ブーム位置、作業船の向き（方位）は、測位情報とともにソフトウ
クレーンオペレータ室と操船室データを管理、表示する
ェアの表示画面上で作業船状況を正しく表わすために不可欠な情報である。本システムでは GPS ジャイロを利用して方位の算出を行う。GPS ジャイロは GPS 測位の原理を利用してアンテナ間の絶対方位の算出を行うことができるハードウェアである。
(3) 無線通信装置
据付作業を円滑にかつ効率よく実施するためには、操船室とオペレータ室のシステム上で得られる各種計測値やその計測値を処理解析した情報をリアルタイムに共有する必要がある。そのため、無線通信装置により両者間での情報伝達を行う。
本システムは、無線 LAN を利用したパケット通信方式を利用してデータ通信を行う。無線 LAN 装置は有線でのパケット通信規格を無線用に規格化した通信規格であるIEEE 802.11 を利用する。
以上の検討から、システムを構成する機器の役割及び特徴を以下に示す（図-4）。

図-3 システム機器構成
Tomonari Taira, Koji Katano, Kazuya Yamaguchi

【陸上局】
・基地局用 GPS 装置
・補正情報用送信機【クレーンブームトップ】
・位置計測用 GPS アンテナ・GPS 受信機【オペレータ室】
・オペレータ室用パソコン
・無線通信装置
・補正情報受信機【船内通信】
・無線 LAN 装置【操船室】
・操船室用パソコン
・GPS 方位計測装置
・測位用 GPS 受信機【操船室外】
・GPS 方位計測用アンテナ
・測位用 GPS アンテナ

図-4 主要機器設置箇所(1) オペレータ室部① GPS アンテナ（クレーンブームトップ部に設置）
コンクリートブロックの据付平面位置を正確に把握する。作業船毎にアンテナ設置方法の検討が必要である。
② GPS 受信機(クレーンブームトップ部の位置計測用)
ブームトップに設置した GPS アンテナで受信した信号をもとに位置を算出する装置である。
③ オペレータ室用パソコン
ハードウェアとの通信及び各種データ管理、演算、表示を行うパソコンである。作業船での利用を考慮し、防水・堅牢型であることが望ましい。
④ 無線通信装置（無線 LAN 装置）
オペレータ室と操船室でそれぞれ計測、管理している情報を共有するための装置である。
⑤ 表示用モニタ
オペレータが施工状況を確認するための外部表示用モニタである。オペレータの使用性・利便性を考慮して対Tomonari Taira, Koji Katano, Kazuya Yamaguchi

応する。
⑥ 補正情報受信機（特定小電力無線）
RTK-GPS 補正情報を受信する受信装置であり、特定小電力無線機を利用したデータ伝送を行う。
⑦ 無停電電源装置
各ハードウェアに供給される電源の保護や停電・電源系統切り替え時に機器を保護する装置である。作業船では主電源から副電源などへの切替え時の停電対策、ハードウェア保護のため、また、設備稼働時における供給電圧の不安定化対策のため、常時インバータ方式で安定した電圧が出力できる装置を選択する。
(2) 操船室部① GPS 方位計測装置（方位計測用の受信機）
GPS 測位を利用して２アンテナ間の方位を計測する装置である。
② GPS 方位用アンテナ船体方位算出用の GPS 受信アンテナであり、マスターアンテナからスレーブアンテナ方向の方位を算出する。
受信機までは有線での配線が必要である。
③ 測位用 GPS 受信機（船体位置計測用の受信機）
船体の位置を正確に把握する装置である。
④ 測位用 GPS アンテナ
船体に設置した GPS アンテナで受信した信号をもとに位置を算出する。作業船ごとで設置架台の検討が必要である。
⑤ 操船室用パソコン
各種データ管理、演算、表示を行うパソコンである。
オペレータ室用パソコンと同様に、作業船での利用であることを考慮し、防水・堅牢型であることが望ましい。
⑥ 無線通信装置（無線 LAN 装置）
オペ室と操船室でそれぞれ計測・管理している情報を共有するための装置である。
⑦ 補正情報受信機（特定小電力無線）
RTK-GPS 補正情報を受信する受信装置である。
⑧ 無停電電源装置
各ハードウェアに供給される電源の保護や、停電・電源系統切り替え時に機器を保護する装置である。
(3) 陸上局部（陸上基準点）① 基地局用 GPS 装置
既知点座標と計測座標をもとに RTK 補正情報を出力する装置である。陸上に基準局（座標が既知の点）及び作業エリアの状況に応じた設置箇所の選定が必要である。
② 補正情報送信機（特定小電力無線）
補正情報を送信する受信装置である。特定小電力無線機を利用したデータ伝送を行う。
４．ソフトウェア
円滑かつ効率的な据付作業を支援するため、ソフトウ
ェアの画面上にはリアルタイムでの各計測値や作業船位置の情報とともに据付作業に必要な据付誘導情報を表示

し、さらに据付後の据付状況（平面位置やソフトによる列段管理）を表示する。そのため、ソフトウェアの機能として、作業船管理（施工支援）機能と履歴情報管理機能を有するものとする。

4.3 ソフトウェアの機能概要
ソフトウェアの機能の概要を以下に示す。
(1) 設定メニュー① 機器通信設定（外部通信機器との通信設定）
4.1 作業船管理（施工支援）機能② 作業船設定（作業船サイズ、機器設置位置等の設オペレータ室、クレーン室で操作・設定・管理された定）情報は無線ネットワークを介して双方向通信され、情報③ ブロック形状設定（ブロック形状の登録）共有される。計測情報などを利用した情報表示、管理を④ 施工設定（施工エリア、据付計画等の設定）行うための機能全般を行う。
(2) 施工支援メニュー
主な機能としては、情報通信、情報管理、表示、計測① 情報描画（作業船位置の表示、構造物等の描画）
情報保存、施工情報設定等がある。
② 作業船誘導（据付目標に対して目標位置までの誘施工支援機能のソフトウェアイメージを図-5 に示す。 導）③ 座標表示（座標情報の表示）
計画情報
実績情報
④ 据付支援（据付結果の管理）(2) 履歴管理メニュー① 施工履歴描画（施工履歴の表示）② 施工履歴出力 （施工履歴の出力）(3) 通信管理メニュー① 機器通信状況表示(外部機器との通信状況を表示）
船位(4) メンテナンスメニュー① 履歴データバックアップ（指定された場所に履歴データのバックアップ）② 履歴データ削除（指定された履歴情報の削除）
CAD を取込んだ既設構造物情報
段管理情報を表示

図-5 作業船管理（施工支援）機能（イメージ図）
4.2 履歴情報管理機能
計測、施工時のオペレーションによって保存された情報を元にした履歴情報管理全般を行う。
基本的な履歴情報はすべて操船室に送信・管理され帳票出力などの履歴管理を行える。通信障害などの対策のため、オペレータ室内でも履歴データを保存する。
主な機能は、施工結果管理、施工履歴情報出力（テキスト情報)、施工履歴情報出力（帳票）等がある。
履歴情報管理機能のソフトウェアイメージを図-6 に示す。

５．まとめ
コンクリートブロック据付支援システムとして、作業船やクレーンのブーム位置などを GPS 装置や方位センサなど各種計測機器を利用して正確に計測し、その計測結果を処理・解析して、施工に必要な情報として作業実施者に的確に伝達するための基本仕様を策定した。
マシンガイダンスによる据付支援機能は、クレーン先端位置の把握、次に据え付けるブロックの位置誘導を行う。施工管理機能は、ブロックの投入位置の把握、投入個数の把握、施工履歴の管理も可能となる。
現在、水中部施工状況確認手法としてサイドスキャン機能付き魚群探知機の使用を検討中である。この使用により、これまで不可視部であった水中部の施工状況を見える化することができ、施工時の注意箇所や作業に時間を要するケースなどを抽出・分析することが可能となる。
これを実作業へ展開することで、水中施工の適正化、効率化を図る。
今後、今回の検討を基に据付位置の確認と水中部の見える化を兼ね備えたシステム構築を行い、システム動作確認試験を行っていく。
参考文献

図-6 履歴情報連携機能（イメージ図）
Tomonari Taira, Koji Katano, Kazuya Yamaguchi1）（独）港湾空港技術研究所 平林 丈嗣：水中建設機械の遠隔作業支援システムに関する研究