大規模橋梁を支える計測技術

橋梁点検における新技術の活用と今後の展望*
Utilization of Robot Technology and Future Prospects for Bridge Inspection

木本啓介 **

大町正和 ***

Keisuke KIMOTO and Masakazu OMACHI

Key words bridge inspection, robot technology, SIP infrastructure, social implementation, 3D model

1．は1.1じめ

2．ロボット技術を用いた点検にインフラ点検の現状

2.1

画像を用いた点検の利点

現在わが国には橋長 2 m 以上の橋梁が約 73 万橋あり，目視調査に置き換わる方法としてデジタルカメラで遠このうち地方公共団体が管理する橋梁は約 66 万橋と全体隔・非接触で撮影した画像を用いてコンクリート表面の劣の 9 割以上を占めている．コンクリート構造物において，化状況を判断する方法が研究・開発され，インフラ構造物目視点検によりひび割れなどの発生状況・進展を把握し，の点検に活用されている．コンクリート表面を撮影した画補修することは，長寿命化にとってきわめて重要である．

像から損傷を視認（人が目で認識）・検出（画像解析によ道路橋については，2014 年に国土交通省より「道路橋定り自動もしくは半自動で損傷を認識）し，損傷程度を評価

期点検要領｣ 1) が示され，近接目視点検によりすべての橋することは従来の点検手法と比較し，現場作業の省力化，梁を 5 年に 1 回の頻度で定期点検を実施することが義務化

安定した室内作業による点検漏れの防止や安全性の向上，された．しかし，少子高齢化，人口減少に伴う自治体の財

複数人が同じ画像を確認することで判定結果の客観性向上

政難，技術職員の不足のため，充分な点検が実施できていなど多くの利点を有している．しかし，画像を用いた点検ない現状がある．さらに，建設後 50 年を超えた橋梁の割では画像処理に要する時間が増大するほか，ひび割れや遊合は，2016 年では 20% だが，10 年後には 44% に急増す

離石灰，剝落などの画像で判読できる損傷の把握は可能だ

ることが見込まれており，より効率的な橋梁点検手法の開が，浮きや空洞などの触診（打音検査）で判断すべき損傷発が急務となっている．そのため，ドローンなどロボットは把握することができないなどの課題も存在する．また，技術の点検への活用に対し，工期短縮，費用縮減に加え，人が容易にアクセスできる橋梁に対しては，画像を用いたデータ取得による客観性の向上など点検の効率化および高場合の方が高コストとなってしまうことも考えられ，必ず度化への大きな期待がある．

しも画像を用いた点検が効率的な手法であるとは限らな

1.2

道路橋定期点検要領の改定

い．しかし，画像を用いた点検を一次スクリーニングとし
1)2019 年 2 月には，「道路橋定期点検要領」 の改定によりて，その後点検技術者が近接点検する面積を限定もしくは近接目視と同等と認められた点検手法の採用が承認され，低減することも可能であり，橋梁の環境条件や予算によっ点検支援技術の活用が可能となった．その場合，「受注者て適切な点検手法を取捨選択し，橋梁点検全体を効率化すが現場条件や構造，設置状況などを十分に把握したうえることも期待できる．加えて，画像を用いた点検では，各2)などにより使用を予部位の展開画像や橋梁の 3D モデル化などにより経年的な定している技術の特性および仕様を勘案し，選定理由と活損傷進展の比較など今後の維持管理の効率化，高度化に向用範囲，活用目的を『点検支援技術使用計画』として明示

けた付加的な基礎データを蓄積できる重要なメリットを有したうえで，点検業務発注者へ協議する」という流れが，している．

で，『点検支援技術の性能カタログ「新技術利用のガイドライン｣ 3)に示された．

2.2

ロボット技術に要求される性能・機能

橋梁点検ロボット技術には，一般的なロボットより高精度な性能・機能を有していることが求められる．特に，オ*原稿受付 令和 3 年 12 月 20 日(株)計測リサーチコンサルタントクリエイティブ事業部（広島県広島市東区福田 1 丁目 665‑1）***(株)計測リサーチコンサルタント事業推進事業部（広島県広島市東区福田 1丁目 665‑1）**

ペレータの技量に依存せず安全に対象に近接すること（近接機能），安定的に均質なデータが取得できること（位置制御機能），第三者被害を与えない措置が可能であること（安全性能），そしてそれらを満たしたうえで損傷評価に資

精密工学会誌/Journal of the Japan Society for Precision Engineering221

橋梁点検における新技術の活用と今後の展望

実証試験範囲（L＝125 m）

江島側

PE2

PE
図2

江島大橋一般図

PW1

境港側

PW

実証試験対象範囲･ さらなる新技術の開発を促進する
また，江島大橋における実証試験でロボット技術の適用
図1

江島大橋全景性を評価するとともに，「ロボット技術を活用した橋梁点検指針」を策定して橋梁点検にロボット技術を適用するための道筋をつけることを目指した．

する品質のデータが取得できること（計測性能）が要求さ

3.1.2

れる．点検目的や対象橋梁の構造形式，構造諸元，架橋環江島大橋は鳥取県境港市渡町と島根県松江市八束町江島

境などを踏まえ，上記 4 つの機能・性能を有することに着の間にかかる大型橋梁で，2004 年に供用を開始した．全眼し適切なロボットを選定する必要がある．

長は 1446.2 m で，中海をまたぐ主橋梁部は中央径間 250

3．江島大橋プロジェクト
3.1

江島大橋プロジェクトの概要

江島大橋の概要と点検における課題

m の 5 径間連続 PC 有ヒンジラーメン箱桁橋である．箱桁の高さ（最大 15 m）や橋梁の勾配（最大 6.1%），海面からの高さ（最大 44.7 m）といった構造的制約条件と約2014 年度からスタートした内閣府の戦略的イノベーシ

15000 台/日の交通量があり，仮に片側通行規制した場合，

ョン創造プログラム（SIP）「インフラ維持管理・更新・重大な渋滞の発生が予測され，その社会的損失から橋梁点マネジメント技術」では，藤野陽三氏（現，城西大学学

検車を用いた人による近接目視点検が困難であり，供用開長）をプログラムディレクター（PD）として，道路橋を始以来，遠望目視による点検となっている．

はじめとする土木インフラの維持管理・更新・マネジメン

3.1.3

トに役立つ新技術が開発されており，それらの中には国土「複数のロボット技術の組み合わせによる点検の実証」

交通省の新技術情報提供システム（NETIS）に申請・登ならびに「従来点検手法では難度が高い部位のロボット技録されるなど実用されている技術が多々ある 4)．これらの術活用による効率化」という 2 つの視点から，図 2 に示新技術を社会実装するには，土木インフラの大半を管理しす渡海部の中央ヒンジから境港側の橋脚 PW1 までの 125ている地方自治体への普及展開が重要なため，2016 年度

m 区間を実証試験の対象範囲と設定した．当範囲での適に地域の大学を中心とする地域実装支援チームが全国に用性が実証できれば，主橋梁部全体の点検が可能といえ12 チーム組織された．その 1 つである鳥取大学チームは，る．

人口減少に伴って技術者不足が懸念される地方自治体にお3.1.4

実証試験範囲ロボット技術の選定と実施体制

いて，ロボット技術を土木インフラの維持管理・更新・マ

2.2 に示す機能・性能を有する以下の 4 つのロボット技

ネジメントにどう活用できるかを主たるテーマとして活動術を選定し，それぞれのロボットの特性に合った点検対象するなかで，境港管理組合協力のもと江島大橋（図 1）の部位を設定した．

定期点検へのロボット技術の適用性を実証する「江島大橋（ⅰ）橋梁点検ロボットカメラプロジェクト｣ 5)を実施した．
3.1.1

江島大橋プロジェクトの目的

ポールの先に搭載されたカメラを手元のタブレット PCにより操作し，任意範囲を 1 点から放射状に連続撮影する

多くのロボット技術の開発が実用レベルに近づいている技術である．連続撮影された複数枚の画像からスティッチことを踏まえ，ロボット技術を橋梁点検の実務に活用するにより合成画像を作成し，デジタルクラックスケールや Lためには，ロボット技術適用時の制約条件や実状に則した型スケールを用い，ひび割れ幅などの損傷抽出を行う．

点検期間や点検費用，そして点検業務発注時の仕様書，積（ⅱ）橋梁点検支援ロボット

算基準などを含めた橋梁点検の体制など多くのことを確認

橋面歩道上の操作台車から鉛直ロッドを介して水平アーする必要がある．江島大橋プロジェクトでは，以下の 3 つムユニットを吊り下げ，アームユニットに搭載したカメラの目的を設定した．

を遠隔操作してクラックスケールとともに近接画像を撮影･ 地方自治体において新技術を活用した効率的な橋梁点検を実現する･ 地元コンサルタントにおいて新技術を活用して点検技術者の育成を図る
222する技術である．撮影した画像はあおり補正などにより合成し，展開画像を作成する．展開画像から損傷を抽出し，ひび割れ幅は同時に撮影したクラックスケールを用い算出する．

精密工学会誌/Journal of the Japan Society for Precision Engineering橋梁点検における新技術の活用と今後の展望

表1

江島大橋プロジェクトで適用したロボット技術（ⅰ）
橋梁点検ロボットカメラ
画像撮影
ポール型
三井住友建設日立産業制御ソリューションズ

ロボット技術名称
分類①（用途・目的）
分類②（近接機構）
開発チーム

（ⅱ）
橋梁点検支援ロボット
画像撮影
車両型

（ⅲ）
二輪型マルチコプタ
画像撮影
飛行型

（ⅳ）
打音機能付飛行ロボット
打音・触診
飛行型

ジビル調査設計

富士通

新日本非破壊検査

実証試験対象部位

上部工内面（箱桁内部）

上部工外面（桁高 10 m 以下）非常駐車帯張出床版

上部工外面（桁高 10 m 以上）
橋脚

上部工張出床版下面（打音検査）

協働した建設コンサルタント

ヨナゴ技研コンサルタント
サンイン技術コンサルタント

西谷技術コンサルタント

アサヒコンサルタント

荒谷建設コンサルタント（ⅲ）二輪型マルチコプタ
車輪付きの有線給電タイプのドローンが遠隔操作により

i

iv

iv

接近・接触し，搭載されたカメラで連続的に近接画像を撮

iv

iv

iv

iv

iv

iii

iv

iii

桁側面（ブロックごと）の損傷程度影する技術である．撮影した画像は SfM（Structure fromMotion）により接合され，対象範囲のオルソ画像を生成する．オルソ画像からデジタルクラックスケールなどを用いてひび割れなどの損傷抽出を行う．
（ⅳ）打音機能付飛行ロボット
有線式のマルチコプタ上部に車輪駆動機構と打音点検機構を搭載している．マルチコプタの飛行機能で橋梁の床版

損傷図（太枠部）
図3など人が容易に近づけない部位に接地して車輪を押し当て

写真台帳

損傷程度評価および点検調書作成例て走行しながら打撃子により打撃し，音データを収集する．そこから周波数解析により領域ごとの健全部評価指数を集計して浮きの有無を評価する．
また，管理者である境港管理組合と山陰地方でのロボッし，3 つの画像撮影ロボットと 1 つの打音ロボットが橋梁点検を行う上で十分な精度を保有していることを確認しト技術の実装を見据えて，鳥取県と島根県の各自治体，両た．

県の建設コンサルタントの技術者が参画し，実証試験を実3.3

取得データと損傷程度の評価施した．特に，地域の橋梁点検に導入するためには，地元

3.3.1

画像撮影ロボット

建設コンサルタントの技術者がロボット技術を理解し，そ江島大橋のような大規模橋梁でロボット技術により近接れを用いた点検を実施することが必要となる．そこで，実画像を取得すると膨大な数量となり，個々の画像を確認す

証試験にあたって，上記 4 つのロボット技術開発者と地元るには多大な労力が必要となるうえ，位置の把握が困難と建設コンサルタントが協働して点検計画，経費算出，実証なり，非効率な点検手法となる．そこで本実証試験では，試験実施，点検結果整理，報告書作成を実施することとし膨大な撮影画像を接合した展開画像を用いて損傷程度の評た．適用したロボット技術とその特徴，点検対象部位，協価を行った．展開画像を面的に確認することで位置を把握働した地元の建設コンサルタントを表 1 に示す．

しつつ損傷程度の評価が可能であり，省力化・効率化が図

3.2

ロボット技術の精度確認試験 6)

ロボットで取得した画像データの精度を確認するには，れる．図 3 に損傷程度評価および点検調書作成例を示す．
3.3.2

打音ロボット

撮影の対象部位を人による近接目視で確認する必要がある

ロボットにより取得したデータを解析した結果，本調査が，実証試験対象の江島大橋主橋梁部は人の近接が困難で範囲においては浮きと思われる箇所は確認されなかった．

ある．そこで，人による近接目視で真値の取得が可能な試

画像撮影ロボット，打音ロボットとも精度確認試験で十験ヤードを確保し，江島大橋の点検と同じ条件で各ロボッ分な精度は保有していることが実証されており，実証試験

トが取得したデータと真値を検証する精度確認試験を実施

範囲においても同質の情報を取得し，そこから従来の近接精密工学会誌/Journal of the Japan Society for Precision Engineering223

橋梁点検における新技術の活用と今後の展望※メタデータは写真 AI 開発用教師デーの Exif や点群など タとしての活用をで代替可能
想定

目視点検と同様の損傷抽出，損傷程度評価，点検調書作成が可能であることが実証できた．さらに，展開画像や打音

3D モデル生成ソフト

結果を可視化したヒストグラムなどが点検結果の根拠とな
3D モデル出力（SfM，レーザスキャン等）るため，複数の技術者による精査が可能であり，客観的でメタデータ
出力
メタデータ※

定量的な評価が可能というメリットがある．
3.4

社会実装に向けた基礎資料作成

ロボット技術を活用した橋梁点検業務を計画するためには，ロボット技術の機能，計測性能，制約条件および安全点検支援技術など

点検写真
損傷形状データ①点検支援技術などを用いて写真を撮影

性などを把握するための技術資料と積算資料などの基礎資用して点検した場合の積算のための基礎資料を作成した．

②写真や点群などから3D モデルを生成②′点検業務内で 3D モデルを作成しない場合も，点検写真や損傷形状データは作成可能料が必要になる．そこで，本実証試験結果からロボット技術の技術資料と江島大橋渡海部を 4 つのロボット技術を活

図4

点検写真

③3 次元成果品を作成・納品（本マニュアルで規定）
AB

C

さまざまな 3D ビューアで再現可能

3 次元成果品の納品までの流れ（出典：文献 7））

これらの基礎資料をもとに鳥取県は今後のロボットを用いた橋梁点検業務の実施を見据えて，特記仕様書（案）とロボット技術を活用した道路橋定期点検業務積算基準を作成

凡例

し，2019 年 3 月に鳥取県建設技術センター HP で公開しSfM 補完撮影位置

p：SfM 補完撮影距離＝4.5 m×3 倍＝13.5 m

た．

近景撮影位置

近景撮影距離＝4.5 m

江島大橋プロジェクトのまとめ

本実証試験で適用した 4 つのロボット技術は，精度確認
試験と実証試験結果から橋梁点検に適用可能な計測精度を

橋梁断面
桁側面（横向き）

側面

3.5

下面

桁側面（横向き）有しており，江島大橋のような大規模な橋梁の点検に対して安全かつ安定的に均質なデータをロボットが近接して取得し，それらのデータを基に損傷程度の評価が十分可能であることが実証できた．さらには，ロボット技術開発者と斜め撮影

斜め撮影

鳥取県内の建設コンサルタント技術者が協働により実証試
験を実施したことは「地元建設コンサルタント技術者のロボット技術を用いた橋梁点検の体感」，「地元建設コンサルタント技術者からロボット技術開発者への将来的なユーザ

桁下面（上向き）
図5

SfM 補完撮影計画例（出典：文献 8））としての意見のフィードバックによるさらなる技術開発の促進」という点で両者にとって有益なものであった．
また，本実証試験で得られた成果から鳥取県は 2019 年

適用性の検証を行いつつ，活用の幅を広げ本格的な社会実装に向かっていくことが期待される．

3 月に「ロボット技術を活用した道路橋定期点検業務委託

また，国土交通省は，図 4 に示すように点検支援技術

特記仕様書（案）」と「ロボット技術を活用した道路橋定などを用いて取得した画像などから 3 次元モデルを作成期点検業務積算基準」を発出した．加えて，SIP インフラし，その 3 次元モデル上での損傷位置の管理に必要なデー

地域実装支援鳥取大学チームでは，有識者らによる「橋梁タの納品仕様を定めることを目的として，2018 年 3 月に点検への新技術の適用性評価委員会」が組織され，委員会「点検支援技術（画像計測技術）を用いた 3 次元成果品納より本実証試験の結果を踏まえて「ロボット技術を活用し品マニュアル【橋梁編】（案）｣ 7) を示した．当マニュアル

た橋梁点検指針（案）」が示された．当指針は地方自治体

は構造物の経年変化などが比較可能な互換性・継続性のあなどが「道路橋定期点検要領」に基づいて行う橋梁の定期るデータを蓄積していくものであり，各地方整備局などに点検においてロボット技術を安全かつ適切に活用することおける定期点検業務にて本マニュアルを適用したデータ作を目的として，ロボット技術活用の基本的な考え方，機能成を試行し，より効率的・効果的なマニュアルへの改定がと性能，ロボット技術を点検に活用するための必要な手毎年度行われている．国立研究開発法人土木研究所におい順，取得したデータの処理および記録作成の留意点ならびては，令和元年度，2 年度に江島大橋などの橋梁を用い，にデータの保存・利用方法などについて取りまとめたもの「点検支援技術（画像計測技術）を用いた 3 次元成果品納である．

品マニュアル【橋梁編】（案）」に準拠するための効率的な

4．今 後 の 展 望
今後，鳥取県では江島大橋プロジェクトで作成した基礎資料や指針などを活用し，地元の建設コンサルタントとともにロボット技術の活用事例を増やし，新たな課題抽出や224データの取得方法の検証を行い，その成果が検証事例として公開されている 8)．図 5 は橋梁点検に資する画像を撮影しつつ，効率的に 3D モデルを作成するための撮影位置を示した断面イメージである．
橋梁点検では，ロボットが対象物に近接して制御するこ

精密工学会誌/Journal of the Japan Society for Precision Engineering橋梁点検における新技術の活用と今後の展望とが要求されるうえ，GNSS（Global Navigation SatelliteSystem）による制御が困難な範囲も多いため，相対位置による制御も不可欠であり，他分野に比べてかなり高度な

7) 国土交通省：点検支援技術（画像計測技術）を用いた 3 次元成果品納品マニュアル【橋梁編】（案），（2019）1.3．
8)（国 研）土 木 研 究 所：橋 梁 3 次 元 モ デ ル の 構 築（検 証 事 例），（2021）．

ロボット技術が必要といえる．江島大橋プロジェクトのような難易度の高い実証試験により，高精度かつ安全に近接可能なロボット技術が研究・開発され，ロボット技術を活用した橋梁点検が社会に普及し，橋梁点検の効率化が図られていくことが望まれる．

参考文献

1) 国土交通省：道路橋定期点検要領，（2014）［改定 2019］．
2) 国土交通省：点検支援技術性能カタログ（案），（2020）．
3) 国土交通省：新技術利用のガイドライン（案），（2019）1．
4) SIP インフラ維持管理・更新・マネジメント技術：インフラ技術総覧，（2019）．
5) SIP インフラ地域実装支援鳥取大学チーム：江島大橋プロジェ
クト実証試験報告書，（2019）．
6) 木本啓介，黒田保，藤井優：橋梁点検においてロボットが撮影した画像から抽出された損傷の精度確認試験，JSPRS 秋季学術講演会発表論文集，（2019）C‑6．

木本啓介
長崎大学大学院工学研究科博士課程修了，博士（工学）．光学的計測手法によるインフラ点検や文化財の記録保存業務に従事．画像解析技術・ロボット技術活用による橋梁点検の効率化・高度化に関する研究で博士号取得．令和 3 年度山田一宇賞受賞．

大町正和
福岡大学大学院工学研究科博士前期課程修了，修士．コンクリート構造物および鋼構造物の点検・モニタリングに関する技術開発に従事．

精密工学会誌/Journal of the Japan Society for Precision Engineering

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