3次元計測 3D Measurement

UAV Unmanned Aerial Vehicle

昨今、UAV(Unmanned Aerial Vehicle:無人航空機、ドローン)がi-Constructionへの取り組みと合わせて注目されていますが、 (株)岩崎でもUAVを導入して、さまざまな計測に活用できるよう検証しています。UAVには、デジタルカメラや各種センサーを搭載することで、上空からさまざまなデータを収集できます。例えば、デジタルカメラの写真データから、地形などの3次元モデルやオルソ画像を作成することができます。

土木分野においては、施工現場で上空から現況写真を撮影したり、土量を算出することができます。また、橋梁など土木構造物の点検・維持管理業務にも活用が期待されています。 一方、農業分野においては、圃場の写真を撮影したり、マルチスペクトルカメラで作物の生育状況を把握することができます。

所有機材一覧(2019年3月現在)

岩崎では、下記の機種を活用しています。これらの機種の特徴を活かし、目的によって使い分けながら、従来のさまざまな計測業務、データ作成業務の中に、UAVの活用を加えて新たなサービスをご提供します。

エンルート QC 730

軽量で飛行時間・耐風に優れたモデル。
計測業務に力を発揮します。

DJI Inspire1 Pro

4Kカメラ搭載でカメラ制御に優れたモデル。
鳥瞰撮影に向いています。

 

エンルート PG 700

プロペラガード搭載で障害物に強いモデル。

エンルート FH 940

6枚羽根で積載重量が大きいモデル。
上下の撮影が可能。

UAVの安全運用について

安価に導入しやすくなったUAVは、安全面で利用規制などが確立されつつあるのが現状です。岩崎では、UAVを安全に運用することを目的とし、

  • トレーニングやメンテナンス
  • 作業などに関する実施基準
  • 緊急時マニュアル
  • 保険の完備

などを盛り込んだ社内安全運用基準を作成し、作業に臨んでいます。

SfM(Structure from Motion)を用いた点群データの生成

UAVにより、上空からデジタルカメラで撮影した画像を解析し、点群データを生成します。解析には、SfM(Structure from Motion)という手法が用いられます。SfMは、UAVによる空撮や手持ちカメラによる撮影など視点を変えながら撮影された複数枚の画像から自動的に特徴点を抽出し、カメラの撮影位置と3次元形状を解析する手法です。

UAVによる空撮画像をこのSfMで解析することにより、3次元点群データとオルソ画像(空中写真を真上から見たような歪みのない正射投影画像)を作成できます。

UAVでの空中撮影
SfMにより解析された点群データ
SfMによる解析
作成した3次元点群データ

i-Constructionにおける活用

大規模な現場でのi-Constructionにおける起工測量や、出来形計測、土量管理、進捗確認などには、3次元レーザースキャナでは工数が過大となり、リアルタイムに結果が得られない場合があります。そのような広範囲な計測には、UAVが効果を発揮します。

空撮から得られた点群データによる土量計算
圃場や築堤などの広範囲な現場にも適応

橋梁点検への活用(予定)

(株)デンソーと(株)岩崎が共同で、デンソー製UAVを用いた橋梁などのインフラ点検サービスを提供予定です。

デンソー製UAVは、マルチコプターとしては初めて、プロペラを独立可変ピッチで制御することにより、高い飛行安定性を実現しました。これにより、橋梁など構造物への近接や強風下などでも安定した飛行・撮影が可能になりました。

解析サービスは、UAVで撮影した画像をクラウドサーバへアップロードし、解析センターで「SfMによる3Dモデルの作成」、「コンクリートのひび割れ自動検出」、「3Dモデルへの属性付与」などを実施する予定です。

現場

橋梁への近接飛行
「XDC02」(可変ピッチUAV)
→橋梁や盛土に近接した空撮が可能
→計測から短時間で解析結果を確認

解析センター

画像から3次元モデルを作成
ひびの自動検出「DACS」
→画像からひびの幅や長さを自動抽出
→3次元モデルへひび割れ検出結果などを属性として付与

計測事例

UAVと3次元レーザースキャナの組み合わせ 【北海道開拓の村】
3次元レーザースキャナとUAV によるデータは、共に3次元座標の集合体です。そのため、この2つを同じ座標系として扱うことで、1つのデータに統合することができます。建物の壁面などを3次元レーザースキャナで計測し、レーザーの届きにくい屋根などを上空からUAVで計測することで、従来は難しかった建物全体の3次元化が実現可能です。

3次元レーザースキャナとUAVのデータを合成 (札幌・北海道開拓の村)

UAVから作成したオルソ写真
(札幌・北海道開拓の村)

3次元レーザースキャナだけで計測
(札幌・豊平館)

 

 UAVによる空撮+3Dレーザースキャナ(北海道開拓の村)

● UAVによる計測

  • 路面、地面、屋根面の点群を採用→3億8千万点
  • フライト1回 高度100m
  • 対空標定8点

● 3Dレーザースキャナによる計測

  • 構造物、側面の点群を中心に採用→7千万点
  • 25スキャン(室内部2スキャン)

● 開拓の村について
北海道開拓の村は明治から昭和初期にかけて建築された北海道各地の建造物を54.2haの敷地に移築復元・再現した野外博物館です。管理は、一般財団法人北海道歴史文化財団が行っている野外施設です。

● 計測の目的・活用方法
移築されて30年以上経過した建物もあり、風雪等の厳しい自然環境の中で損傷への対策が進められています。
補修なども踏まえ、図面だけではなく建造物の現状をアーカイブ化することも重要といえるでしょう。 

 

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