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全自動ドローンのレベル3飛行とドローンによる地表面変位計測を共同検証

-高精度なドローン測量の自動化を実現、地表面管理への有効性を確認-

 飛島建設株式会社(代表取締役社長:乘京 正弘)は、KDDIスマートドローン株式会社(代表取締役社長:博野 雅文)およびKDDI株式会社(代表取締役社長:髙橋 誠)と共同で、建設工事現場における計測管理の自動化・高度化を目的に、全自動ドローンのレベル3飛行(無人地帯における補助者なし目視外飛行)を実現しました。また、国際航業株式会社(代表取締役社長:土方 聡)の技術協力のもと、全自動ドローンによる地表面変位計測を共同検証しました。

ドローン
図1 使用した全自動ドローン
ゴルフ場
図2 ゴルフ場上空を自動飛行するドローン

 近年、建設工事現場においては、ICT活用による生産性向上に期待が高まっています。特にドローンは急速に普及し始め、多くの建設工事現場に導入されています。
 しかし、ドローンによる空撮においては、操縦者および補助者の2名以上の配置が必要となる他に、ドローンの撮影場所までの移動やドローンの充電といった労力を要します。特に、地表面変位計測のような頻繁な計測実施においては、これらの労力が計測実施のたびに必要で、この実施は困難でした。
 そこで、ドローンによる空撮や撮影画像に基づく地表面変位計測の自動化を目的に、自動離発着・自動充電可能な全自動ドローンを採用し、レベル3飛行(無人地帯における補助者なし目視外飛行)の承認を受けた上で、当社が現在施工している「令和2年度北勢BP坂部トンネル工事(発注者:国土交通省中部地方整備局)」において共同で検証しました。(図1、図2)
 本実験の結果、本手法により、ドローン測量の自動化とそれによる地表面の高精度な面的計測を行うことが可能であり、現場課題の解決に有効であることを確認しました。

 令和2年度北勢BP坂部トンネル工事は、トンネル直上に営業中のゴルフ場があり、かつ脆弱な未固結地山を最小土被り約3mで掘削する、非常に厳しい条件下の工事です。本工事では、ゴルフ場の営業に支障がないよう、地表部にGNSSアンテナを埋設したGNSS地表面自動変位計測を採用し、安全性を確保しながら施工を行っています。

● 自動離発着機能を備えた全自動ドローンのレベル3飛行により無人運用が可能
● 3次元フライトルート設定により、ドローン空撮を自動化(図3、図4)
● 自動充電機能・開閉式ハッチを備えたドローンポートにより、充電作業・機体のセッティング作業を省略
● 4G LTE通信により、遠隔操縦・遠隔モニタリング・空撮データアップロードが可能(図5)

フライトルート
図3 3次元フライトルートに沿った自動ドローン空撮
アプリ
図4 ドローン運航管理システム画面
モニタリング
図5 現場職員による遠隔操縦・ 遠隔モニタリング

 全自動ドローンは、事前に設定した3次元フライトルートに沿って自動で空撮が可能です。クラウドへ自動アップロードされた空撮データをSfM(Structure from Motion)解析することにより、3Dモデリングが可能です。
 これらを組み合わせることにより、ドローン測量の自動化と地表面の高精度な面的計測が可能であることを確認しました。

 地上部に設置する対空標識は、通常、ドローン測量毎に別途測量が必要となります。この課題に対して、GNSSを利用した対空標識も利用されています。
 ここで、本工事においては、地表面の変位計測にGNSS地表面自動変位計測を採用しているため、この活用を試行しました。
 その結果、変位計測用のGNSSが対空標識として利用できる可能性を確認しました。(図6)また、全自動ドローンによる計測結果とGNSSによる計測結果との融合が可能であることも確認しました。(図7)

GNSS
図6 GNSSアンテナ上部を対空標識として活用
図7
図7 全自動ドローンによるトンネル縦断方向の地表面変位計測結果の表示例

 今後、今回の検証結果を踏まえ、本工事において試験運用を実施予定です。また、非GNSS環境など、あらゆる条件下の建設工事現場におけるさらなるドローン活用へ向けて開発を進め、現場の生産性向上に努めて参ります。

(参考)KDDIスマートドローン株式会社、KDDI株式会社発表の本共同検証において使用したドローン機体および運航管理システムについてはこちらをご参照下さい。

飛島建設株式会社 企画本部 広報室 TEL:03-6455-8312

飛島建設株式会社 技術研究所 勝部 峻太郎 TEL:04-7198-1101