建築分野におけるドローン活用のための建築電波環境の研究
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19K04708
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 23010:Building structures and materials-related
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
河邊 伸二 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20252314)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 洋介 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00757338)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | ドローン / 外壁調査 / 打音検査 / へら / 周波数 / 電磁環境 / 定在波 / スペクトラムアナライザ / 建設現場 / 建設機械 / 軽量型スペクトラムアナライザ / 反射波 / 建築電磁環境 / 二輪型ドローン / 受信アンテナ / 建築物壁面 |
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| Outline of Research at the Start |
建築分野でドローンを安全に利用・活用するにおいて、都市部での電波環境を把握することは極めて重要である。特に、複数の建築物の壁面で電波が多重反射してドローンの操縦が不可能になる現象は緊急に解決する課題である。そこで、建築分野におけるドローン活用のための建築電波環境の研究を行う。
なお、この建築分野におけるドローン活用のための建築電波環境の研究は、建築学（建築材料学と建築施工学）、建築電磁環境、ドローンの知識の融合である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
外壁タイル仕上げの外壁調査は、建築基準法第 12 条の定期報告制度により、建築物の所有者等に義務付けられている。打音検査は足場やゴンドラの設置が必要であり、打音検査をする職人は専門的な知識と経験が必要であるため、多くの費用や時間が所有者等の負担となる。したがって、外壁タイル仕上げの外壁調査は、安価、迅速、正確に行うことが求められる。 一方、ドローンは飛行時間や安定性を確保するため、ペイロードを小さくする必要がある。過去に、テストハンマーより軽量なへらを用いて外壁タイル仕上げの剥離の検出を行い、ステンレス板のへらが剥離の検出に最も有効であると考えた。しかし、現状、へらの最適な寸法が明らかでない。
本研究では、ステンレス板のへらの最適な寸法と、へらをドローンに搭載した時の外壁タイル仕上げの剥離の検出の可否を検討した。へらの長さを変えてタイル面を擦過し、剥離の検出に最適なへらの長さを決定した。特定したへらの長さを用いて、へらの幅を変えてタイル面を擦過し、剥離の検出に最適なへらの幅を決定した。上記より寸法を決定したへらをドローンに搭載し、剥離の検出を行った。
へらの材質は、SUS430 とし、密度7.7g/cm3、弾性係数215GPa である。へらの長さは20から60mm の10mm 毎、へらの幅は 5から15mm の 5mm 毎とした。タイル面擦過時、タイルの欠陥を防ぐため、へらの先端を面取りした。
ドローンは、比較的安価で容易に操作可能な汎用のドローンを用いた。前方にホイールを4つ設置するドローン（壁面接触型ドローン）は、壁面接触後の安定した上下移動を可能とした。壁面接触型ドローンには、へらの他に、マイクと小型カメラを搭載した。
へらで疑似浮き試験体の健全部と疑似浮き部を擦過し、その擦過音を録音した。録音した擦過音を PC ソフトウェアにより FFT 解析した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ステンレス板のへらの最適な寸法と、へらをドローンに搭載した時の外壁タイル仕上げの剥離の検出の可否を中心に、検討した。
１）へらの長さの違いによる測定 へらの長さ 20から60mm、へらの幅 15mm の音圧レベルと周波数の関係を見出した。周波数 0から5000Hz付近において健全部と疑似浮き部の波形に大きな違いが見られた。へらの長さが長くなるほど健全部と疑似浮き部の波形に違いが見られなかった。
２）へらの幅の違いによる測定 へらの幅5、10、15mm、へらの長さ30mm の音圧レベルと周波数の関係を見出した。へらの幅10mmの健全部を除き、へらの幅が大きくなるほど、平均音圧レベルも大きくなった。
３）へらを搭載した壁面接触型ドローンによる疑似浮き部の判定 長さ30mm、幅15mm のへらを搭載した壁面接触型ドローンにより、擦過した健全部と疑似浮き部の音圧レベルと周波数の関係を見出した。平均音圧レベルの差は健全部と疑似浮き部で 5dB 異なった。疑似浮き部は、風切り音より音圧レベルが大きいため、十分な擦過音が得られた。一方、健全部の平均音圧レベルは、壁面接触型ドローンでは小さくならなかった。
この結果、下記のことが分かった。（1) へらの長さが長くなるほど健全部と疑似浮き部の波形に違いが見られない。（2) へら幅を大きくすると擦過時のへらとタイルの接触面積が大きくなるため、音が発生しやすくなり、音圧レベルが大きくなった。 （3) 長さ30mm、幅15mm のへらが疑似浮き部の有無の判定に最適な寸法である。 （4) 長さ30mm、幅15mm のへらを搭載した壁面接触型ドローンを用いた場合、平均音圧レベルの差は健全部と疑似浮き部で5dB 異なった。壁面接触型ドローンを用いた疑似浮き部の有無の判定には、健全部で風切り音の影響を小さくする必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
建築分野の、特に人の多い都心部において、ドローンを絶対に墜落させてはいけない安全性の確保はドローンの活用において最重要な項目である。操縦スキル不足、機体異常、バッテリー切れ、気象要因などがあるが、近年の自動操縦などのドローンの機体等の発達によりトラブルは少なくなっている。
一方で、外壁タイル仕上げの外壁調査は、定期報告制度に則り、3年または10年ごとに実施される。足場を組むことなく、ドローンで外壁タイル仕上げの外壁調査を実施できれば、費用や労力の軽減につながる。
コロナ禍のため、屋外にて十分なフィールド測定が行えない状況にあった。しかし、今後は、フィールド測定を徐々に拡大するが、一方で、実験室レベルで実施できる方法を模索し、実施することとする。
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Report
(4 results)
Research Products
(3 results)
