【実例】DJI Matrice 300 RTK を使用したパイプライン橋梁ケーブルの調査点検

高木

CATEGORY : 産業用ドローン

UPDATE : 2020/08/12（水）

TAG : DJI Pilot DJI Terra Matrice 300 RTK Phantom 4 RTK 点検

こんにちは、セキドの高木です。
今回は、DJI社による天然ガスパイプラインの橋梁ケーブル点検の事例を、翻訳再構成してご紹介いたします。

Matrice 300 RTK を使用した
橋梁ケーブル調査点検

長距離に及ぶ原油などのエネルギー資源パイプラインは、ざまざまな複雑な地形を通過しますが、河川やパイプライン同士の交差する際に仕様されるパイプライン橋は最も重要な施設です。「中華人民共和国石油天然ガスパイプライン保護法」と石油およびガスパイプライン橋の設計と建設に関する規制に従って、DJI社の中国南部支店は、パイプライン橋の主要施設の安全に関する保守と修理管理のための対策を策定し、定期的に検査するよう標準化しました。

SINOPECは中国南部で橋梁ケーブルを販売

中国南部パイプライン管理部門のSINOPECセールスマネージャーであるLi Wei氏は、吊り下げパイプライン橋の場合、従来の検査オペレーターは通常、地上望遠鏡を使用して検査を行うと述べています。この方法では底部とケーブルが近距離で観察できず、検査で死角が発生します。

また、洪水期による雨水位の上昇や地すべり等により、ケーブル基部に至る点検道路が遮られ、点検担当者が所定の場所に到達できず、管路部全体の安全リスクを特定・評価・脅威化することができないケースも発生します。

日常点検パトロール用の歩道

水位が上昇し、歩道が浸水

2020年、中国南部のSINOPEC SalesとDJI社は、ドローンの共同開発およびアプリケーション研究室を設立しました。橋梁ケーブルのドローン検査は、研究室での重要な研究トピックの1つです。

現時点では、中国および日本を含む国際的な業界で詳細な橋梁ケーブルの調査研究は行われていません。研究のパイオニアとして、両者は2か月の研究、議論、計画を行い、多数のコア技術開発を経て、広西の第2石油輸送部門の実現場で複数のテストと検証を行い、成功を収めました。人と機械を組み合わせて使用することにより、パイプライン橋の正確な3次元モデルの再構築と自動検査操作が可能となります。

パイプライン橋ケーブルのデジタル管理

3Dモデルの生成

パイプラインの安全性管理において、デジタル3Dモデルは重要な基礎となります。高精度の3Dモデルを大まかな構造物レベルで効率的かつ低コストで3Dモデル生成することは、技術的なハードルが高いプロセスでした。

共同研究では、DJI Phantom 4 RTK を3Dモデル作成に使用しています。これにより、高精度の3Dモデル画像取得のコストが大幅に削減されます。点群生成に必要な、高精度のモデル撮影飛行ルートが自動的に生成され、手動での飛行による画像撮影が置き換えられ、画像撮影の効率が向上します。さらに、DJI Terra ソフトウェアは Phantom 4 RTK の3Dモデル構成アルゴリズムを最適化し、3Dモデル構成時間を短縮し最適化します。

ドローンによる自動生成ルートとDJI TERRAの3Dモデル生成

実証実験により、3Dモデル精度は高精度の3D画像取得方法で効果的に改善でき、対風ケーブル接続、パイプサポート、メインタワーの基礎などのコンポーネントを明確に区別できることが証明されています。従来の写真測量と比較して、収集効率が高く、モデルの詳細がより正確に再構築されます。これによりデジタルパイプライン橋ケーブル3Dモデルの要件を満たすことができます。

上2枚：低精度3Dモデル下2枚：今回生成した高精度3Dモデル

PHANTOM 4 RTK 詳細

サスペンションケーブルのクロスUAV検査対象の分析

吊りケーブル設備の構造は複雑であり、主ケーブル、耐風ケーブルのアンカーポイント、コンクリート基礎、鉄塔、パイプラインの防食などの詳細な検査を行う必要があります。多くのチェックポイントとさまざまな状況があります。一眼レフ等の望遠カメラを使用しても手動での検査は困難です。検査のためにトラスに上るのは、安全上のリスクが高く、効率が低いため、検査頻度は低くなります。
ドローンを使用した検査は、事前に調査対象箇所を分析し、合理的な飛行ルートを計画する必要があります。

作業担当者による高所点検

共同研究室は、ドローンで検査できる構造物を分割し、橋梁ケーブルのさまざまな部品の巡回検査の精度要件、検査サイクル要件、およびケーブル設計の構造特性の組み合わせ、高精度3Dモデルを生成し、Matrice 300 RTK と Zenmuse H20 のパフォーマンスに応じて、高品質で高効率の検査飛行ルートと吊りパイプライン橋のデータ収集を設計します。

Matrice 300 RTK 詳細

ライブミッション機能に基づく自動検査

ドローンを使用した調査点検では、手動で飛行する必要があり、さまざまな構造にまたがるようなケーブル付近から操縦する必要があります。複雑なケーブル構造は、操縦上の困難とパイロットの安全リスクにも影響します。パイロットはまた、検査写真を明確かつ正確に収集するために、写真に関する一定の知識を持っている必要があります。そのため毎日の手動飛行では、ミスショット、マルチショット、ミスショットが多く見られます。

共同研究室では、DJI M300 RTK を採用し、ライブミッション機能により、ドローンの動き、ジンバルピッチ、写真撮影、ズームなどのさまざまな動きを記録し保存します。さらに、サンプル内のターゲット領域をフレーミングして、AIアルゴリズムが飛行中にターゲット領域とリアルタイムの画像を自律的に比較、それに応じて撮影角度を修正して、毎回同じターゲットを確実に撮影できるようにすることもできます。その後は記録されたミッションを実行するだけで、検査業務が自動的に完了します。

飛行ルートや撮影ポイントを記録することで、同じ動作を何度でも再現可能

AIスポット確認機能

M300 RTK に基づくライブミッション自動検査ソリューションにより、取得された画像情報は正確かつ明確であり、このような吊り下げケーブルの日常検査の繰り返し精度要件を満たすことができます。

3Dモデルを活用した自動飛行検査計画

吊り下げパイプライン橋の構造は複雑で、ライブミッション機能を用いるとしても初回のパイロットの操縦スキルには特定の要件があり、飛行ルートを変更することは不便です。共同研究室はさらに、3Dモデルを使用した飛行計画を採用しています。これにより、巡回ルート設計の難しさが効果的に軽減され、ケーブルの変更などに応じていつでも調整できるため、柔軟で便利です。

※ DJI Terra は現在 M300 RTK をサポートしておりません。本実証実験用にカスタマイズされたものを使用しています。

Phantom 4 RTK が取得した画像を使用して構築された高精度3Dモデルは、絶対位置座標を持っています。DJI TERRA ソフトウェアは、検査対象を1つずつマークして、対応するUAVウェイポイント座標、ジンバルピッチ角、カメラズーム倍率を逆に計算し、検査結果をプレビューして、最終的に検査飛行ミッションを自動生成します。パイプライン橋ケーブルの特性によると、研究室では190箇所の検査位置を設計し、ドローンで検査できるすべてのパイプライン橋ケーブルターゲットをカバーしています。