建設機械施工 Vol.69

CMI 報告No.10

October 2017

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次世代社会インフラ用ロボット開発・導入に関する
トンネル維持管理分野の取り組み
寺戸秀和・安井成豊・伊吹真一

国土交通省および経済産業省が共同設置した「次世代社会インフラ用ロボット開発・導入検討会」では，社会インフラの維持管理と災害対応を効率的に行うことを目的として，実現場で役立つロボットの開発・導入を検討している。当該検討会では，橋梁，トンネル，水中の各分野における維持管理，ならびに災害時の調査および応急復旧を対象としている。
施工技術総合研究所では，検討が始められた平成 26 年度より，トンネル維持管理分野を対象に現場検証業務を実施している。本稿では，これまでのトンネル維持管理分野での取り組みについて紹介する。
キーワード：トンネル点検，道路トンネル，ロボット，現場検証，ユースケース

1．はじめに内容について審議を行う「現場検証委員会 トンネル維持管理部会（部会長：首都大学東京 西村和夫教授）」

平成 25 年 7 月 16 日，国土交通省と経済産業省は「次世代社会インフラ用ロボット開発・導入検討会」を共の運営を行っている。本稿では，各年における現場検証の結果について概説する。

同設置し，各種構造物の維持管理・点検作業にロボットを導入するための検討を進めている。同検討会では，

2．平成 26 年度の取り組み

橋梁，トンネル，水中の各々を対象とした維持管理（点検）作業，ならびに災害時の調査および応急復旧を対

平成 26 年度は，トンネル点検で行われる「近接目象とし，各分野へのロボット技術導入による効率化等視」，「打音検査」の各作業，ならびに「点検箇所へのの効果検証と課題把握等について検討を進めている。

接近」を目的としたロボット技術の公募を行い，これこの中では，各分野へのロボット技術の導入によるらの技術を対象とした現場検証を実施した 1）。以下に，効果と課題について現場検証を通じて明らかにし，開公募技術ならびに現場検証の内容を概説する。

発・導入を促進することを目的としている。現場検証とは，ロボット技術による各種構造物の点検作業や調（1）応募技術の概要

査等を実際の土木構造物を利用して模擬的に行い，ロ平成 26 年度は，近接目視のみを対象としたものがボット技術の導入による効果と課題を検証するもので2 技術，打音検査のみを対象としたものが 2 技術，近ある。現場検証の対象技術等の情報については，専用接目視・打音検査の両者を対象としたものが 6 技術ののポータルサイト（https://www.c-robotech.info/）に

計 10 技術の応募があった。なお，点検箇所への接近て紹介されている。

を対象とした技術については応募がなかった。各応募

施工技術総合研究所では，平成 26 年度以降，国土技術をその特性に応じて大別すると表─ 1 のように交通省より当該現場検証に関する支援業務を受託し，なる。なお，応募技術の詳細は前述のポータルサイト

トンネル維持管理分野における現場検証方法の検討，にて公開されているため，ここでは割愛する。

現場検証の運営，検証結果の分析，ならびにこれらの表─ 1技術分類

平成 26 年度の応募技術の概要（トンネル維持管理分野）

技術分類の概要

壁面移動型検査技術

カメラ等を装備したトンネル壁面等を移動する装置

車両走行型検査技術カメラ等を搭載した車両によりトンネル内を撮影・スキャニングする装置

飛行型検査技術

カメラ等を搭載した無人の飛行ロボット

打音検査技術トンネル壁面等を打撃する装置

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・ロボット技術の短所として，取得データから変状を（2）現場検証の実施概要
現場検証は，関東地方にあるダム周回道路トンネル検出する作業において，検出者の熟練度等によって，および施工技術総合研究所所有の実物大模擬トンネル変状検出精度にばらつきが生じる可能性があることにおいて行った。ダム周回道路は，昼間は供用されてを確認した。

いるが，夜間は通行止めとなり一般車の通行がないことから，一般車両への影響がない夜間にて現場検証を

3．平成 27 年度の取り組み実施した。写真─ 1 は，平成 26 年度のダム周回道路での現場検証の状況である。

平成 27 年度は平成 26 年度と同様に，ロボット技術を公募して現場検証を実施した 2），3）。ただし，通常の定期点検においてロボットがどのように利用しうるか（以下，ユースケースという）を例示し，ユースケースを踏まえた上でのロボットの導入効果を評価するための現場検証を実施した。
（1）ユースケースの設定
トンネル点検におけるロボットのユースケースとして，以下の 2 種類のユースケースを設定した。
①ユースケース 1…現行点検による近接目視，打音検査，チョーキング（点検結果を覆工面にチョークに写真─ 1

よって記録する作業）が終了した状態でロボットにダム周回道路での現場検証の状況よる計測を行い，変状展開図（トンネル壁面を展開（3）現場検証結果の概要した平面図上に点検結果を記録した図面）等を作成

応募されたロボット技術を「実用検証技術」と「要する．これにより現場における手書きによるスケッ素検証技術」に分類し，それぞれの目的に応じた検証チ作業を省略し，点検作業の効率化を目指す。図─を行った。前者は，現段階で実現場での利用可能性が1 に模式図を示す。

あると判断される技術であり，後者は，現時点では実②ユースケース 2…現行点検前にロボットによる計測現場での適用は困難であるものの，今後の開発によりを行い，その結果を参考に現行点検を行うことによ

実現場での利用が見込まれる技術である。前者についり，現行点検（近接目視，打音検査，チョーキング，ては，実際の使用を想定した現場検証を実施し，後者スケッチ）の効率化を促し，点検時間の短縮を目指については，データ収集や各要素の稼働状況の確認をす。図─ 2 に模式図を示す。

目的として現場検証を実施した。

これらのユースケースは，前年度に「実用検証技術」

平成 26 年度の検証結果の要点を整理し，以下に示す。に分類した車両走行型検査技術（表─ 1 参照）を念・ロボット技術の長所として，現行手法による点検作頭において設定したものである。当該技術は，車線規業で必要となる車線規制時間が短縮される可能性が制を行うことなく覆工面の撮影・スキャニングが可能あること，ならびに点検作業の省力化の可能性があな技術である。

ることを確認した。

図─ 1

ユースケース 1 の模式図

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図─ 2

ユースケース 2 の模式図

（2）現場検証結果の一例

象に現場検証を実施した 4）。当検証において対象とし現場検証では，平成 26 年度と同様にダム周回道路たのは，前年度と同様に車線規制が不要な車両走行型トンネルを利用し，上記の各ユースケースについて，検査技術である。また，現場検証は，関東地方においどの程度の作業の効率化が見込めるかについて検証をて供用されている道路トンネルである。

行った。
一例として，図─ 3 にユースケース 2 の検証結果（1）現場検証の概要の一例を示す。本検証では，人力による点検（現行の前年度までの検証結果から，現時点ではロボットが点検手法）により得た変状を正解値として位置づけた。

人の近接目視を代替することは困難であると判断しこの正解値に対し，ロボットによる計測ではどの程度た。このため，現時点で考えられるロボット技術の利の精度（正解率）で変状を取得することが可能であっ用方法として，点検員による近接目視・打音検査とたか，ならびにロボットの結果を利用することで現行チョーキング終了後に，ロボットで取得したデータかの点検に比べてどの程度作業が短縮されたかについら覆工展開画像を作成し，それを利用して変状展開図て，両者の関係を求めた。

等を作成するユースケース 1（図─ 1 参照）について検証を進めることとした。
現場検証では，壁面画像を取得する際にロボットに要求される事項として，ひび割れ等の各種変状の取得に加え，画像のゆがみの有無についての検証を行った。
ゆがみが少ない画像が取得できれば，より正確な変状展開図の作成が可能となり，点検記録精度の向上等に資すると考えられる。
（2）現場検証結果の一例
検証トンネル中の覆工表面に図─ 4 に示すチャートを設置し，車両走行型検査技術によって取得した画像が図─ 4 に示すチャートに比較してどの程度歪んでいるかを計測することで，画像のゆがみに対する正図─ 3

ユースケース 2 に対する効率性と精度に検証結果確性の検証を行った。
写真─ 2 は，対象とした 4 技術の計測結果である。

一般には，ロボットによる計測精度が高ければ時間同写真と図─ 4 のチャートを比較した結果，誤差は短縮も見込めると考えられるが，本検証結果ではサン10％以下となり，実用上は問題ない精度を有すると判プル数が少ないことも想定され，明確な関係は見られない結果となった。

4．平成 28 年度の取り組み
平成 28 年度は，ロボット技術の公募は実施せず，前年度の検証結果から現場での適用性が高い技術を対図─ 4形状寸法チャート

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写真─ 2

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各技術の計測結果断した。

5．平成 29 年度の取り組みと今後の課題
本業務の 4 年目となる本年度は，トンネル点検に利用するために求められるロボットの性能（リクワイヤメント）を明示するための検討等を進めている。

学報告集，第 26 巻，Ⅰ -17, 2016.11.
4）伊吹真一，新田恭士，安井成豊，寺戸秀和：トンネル覆工画像取得車
両の形状計測検証の試行，土木学会第 72 回年次学術講演会概要集，
Ⅵ -969，2017.9.

［筆者紹介］
寺戸 秀和（てらと ひでかず）（一社）日本建設機械施工協会
施工技術総合研究所 研究第一部課長

また，これまでは車両走行型検査技術を主としたユースケース等の検討を行ってきたが，今後はその他の技術についてもユースケースや評価方法の検討を行うことで，トンネルの維持管理全体の効率化・省人化を図ることが望まれる。

《参 考 文 献》
1）寺戸秀和，加藤 剛，安井成豊：次世代社会インフラ用ロボットの現場検証 トンネル維持管理分野を中心として，建設機械施工，Vol.67,No.12, 2015.12.
2）寺戸秀和，新田恭士，加藤 剛，安井成豊，岩見吉輝，増 竜郎，中根 亨：
トンネル点検を対象としたロボットの性能評価法について，第 16 回
建設ロボットシンポジウム，O4-4，2016.8.
3）寺戸秀和，新田恭士，加藤 剛，安井成豊，増 竜郎：道路トンネルの点検におけるロボットの利用法とその評価方法について，トンネル工

安井 成豊（やすい しげとよ）（一社）日本建設機械施工協会
施工技術総合研究所 研究第一部部長

伊吹 真一（いぶき しんいち）（一社）日本建設機械施工協会
施工技術総合研究所 研究第一部
主任研究員