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こんにちは!セキドの佐々木です。
今回は、水中ドローン・ROVによる3次元モデルを活用して、破損箇所の位置特定をcmレベルで実現した、コンクリートダム堤体の水中点検技術を解説いたします。

この技術は、すでに国土交通省主催の技術公募に応募し、国土交通省四国地方整備局管轄の大渡ダム(高知県)で検証済みです。すぐにでも実施可能な点検・調査方法として、ぜひ最後までお読みください。

ROVダム点検_01_s
 

水中ドローン・ROVへの期待と技術公募

水中点検・調査のうち、コンクリートダム堤体の上流水中部については、潜水士による点検の困難性や過酷性が課題となっています。
近年、これらを解決する技術として、水中ドローン・ROVが注目されています。

国土交通省が管理するダムは、管理開始後30年を目途にダム総合点検が実施されています。
潜水士が不足する昨今、ダム堤体を直接点検するための新しい手段として国土交通省は「水中点検ロボットを使用したコンクリートダム堤体の水中点検技術」を技術公募しました。
技術に要求された要件は破損位置の特定と形状の計測です。

 

技術公募に応募した経緯

セキドでは2016年から水中ドローン・ROVの販売を開始し、販売だけでなく実証実験やお客様の要望に合わせたカスタマイズを行い、水中ドローン・ROVを使った様々な業務を実現してきました。
その知識と経験をもとに点検専用ROVを作成し、精度の高い確かな技術として皆さまにご利用頂くために応募いたしました。

 

水中点検に使用した機体

BlueROV2 プロ

今回使用した機体は、小型クラスのROVである「BlueROV2 プロ」になります。重さは約 15㎏で、特別な設備は不要で人力による運搬・投入が可能です。
写真の機体は、今回のダム堤体点検用にカスタマイズしたモデルです。

ROVダム点検_02_bluerov2_s

BlueRobotics BlueROV2 プロ 詳細

 

破損箇所の位置特定

水中では地上と異なり、位置の計測が非常に困難です。他のROVや水中ドローンでは、DVLやUSBLといった高価な水中音響測位装置を使用して位置を計測しています。しかし、それらを使用した場合でも1m単位の位置情報が取得できる程度で、cm単位の正確な位置を割り出すことは大変難しいものです。

そのため、セキドでは写真測量の技術を応用し、ダム堤体を3次元モデル化することで破損箇所の位置情報を取得しました。この技術は、水中の位置をcmレベルで割り出すことができるだけでなく、従来より安価な機材で実施可能です。

3次元化したダム堤体

下の画像は、実際の調査で作成したダム堤体と、破損箇所に見立てた供試体の3次元モデルです。

ROVダム点検_03_ダム堤体3Dモデル_sダム堤体 3Dモデル

 

ROVダム点検_04_ダム供試体3Dモデル_s供試体 3Dモデル

 

破損形状の計測

破損箇所の形状は、小型レーザースケーラーを使用して計測しました。レーザー幅を基準にソフト上で寸法を計測します。
レーザーの種類は、赤色レーザーと比較して光の減衰が少ないグリーンレーザーを採用することで、水中での視認性を確保しています。

ROVダム点検_05_レーザースケーラー_s

 

水中調査の手順

検証は昨年11月下旬に行いました。この時期は浮遊土砂が少なく濁りも少ないため、水中調査に適しています。調査は1日で完了することができました。

ROVの搬入

水面近くまで階段で運搬・移動し、作業員1名でROVの搬入を行いました。小型ボートやクレーンを使用する必要はありません。軽量なため写真の様に手すりに掴まりながら移動可能です。

ROVダム点検_06_ROV運搬_s
 

ROVの操縦

ROVの操縦者1名と補助者1名の計2名で作業を行います。
操縦者は画面を見ながらROVをゆっくりと操縦します。地上側にはパソコンとコントローラ、通信用のコミュニケーションBOXを設置します。

ROVダム点検_07_ROV地上操縦_s
 

撮影時間

今回の調査では、300平方メートルあたりの撮影時間は約2時間45分でした。事前準備を前日に終えた場合、1日8時間当たりの調査可能面積は約870平方メートルとなります。

 

3次元モデルの作成と破損箇所の計測

3次元モデルは撮影した動画から作成しました。以下のプロセスで動画を3次元化することができます。

ROVダム点検_08_3Dモデル化手順_s

下の画像は、3次元モデルから作成したオルソ画像(平面な画像)を張り合わせたものです。このように調査箇所一体を1枚の写真図としてみることで、全体の位置状況が分かります。

ROVダム点検_09_ダム堤体オルソ画像_s

 

気になる精度は?

破損の位置

3次元モデル上から計測した位置の精度は、±10㎝以内に収まりました。
供試体Aの誤差は以下の通りです。
※標高データは水圧計での計測結果です。
 

破損の寸法

レーザースケーラーを活用して測定した寸法は、±20%以内の精度で計測できました。
供試体Bの誤差は以下の通りです。

ROVダム点検_10_破損箇所の寸法_s

 

まとめ

潜水士不足が顕在化している水中点検分野ですが、ROVや水中ドローンを活用すれば従来よりも安全により多くの場所を点検することができます。
また、今回の実証はダムで実施しましたが、例えば港湾や河川堤防のコンクリート壁、橋脚の防食板などの点検する際も同じ手法で実施可能です。

今回ご紹介した機材一式は全てセキドでご購入頂くことができますので、「もっと詳しく知りたい!」という方は専用フォームまたはお電話にてお気軽にお問合わせください。
皆さまからのご連絡をお待ちしております。

今回の調査を行った小型クラスのROV「BlueROV2 プロ」BlueRobotics BlueROV2 プロ
BlueRobotics BlueROV2 プロ 詳細

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セキド虎ノ門本店 水中ドローン相談窓口
03-5843-7836(月~金 10:00~17:30)

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