2018 Fiscal Year Research-status Report
橋梁狭隘箇所の変状認識を目的とするGNSSを援用したUAV自律航行システムの開発
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18K04305
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
奥松 俊博 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (30346928)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 橋梁維持管理 / i-construcion / GNSS / UAV / 支承装置 / 日射および温度変化 / MEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
社会インフラの高精度な観測体制の構築，橋梁支承部など局所的かつ狭隘な部分の外観や機能劣化状態の早期把握は，構造物の長寿命化や安全供用に直結する。UAV援用型の維持管理技術の開発・運用が広く実施されているが，運用上の課題は少なくない。本年度は，橋梁の局所的部分の機能や健全度などの状態把握を目的に，以下の項目の検討，要素技術開発，および検証を行った。
(1)日射に伴う支承機能的変化の確認：橋梁観測データを用いた橋梁桁および支承部の動態変化に関するFE解析を実施し，日射に伴う桁挙動，特に日射面/非日射面を有する場合の橋梁の移動支承の変位を試算した。その結果，特定条件下において，環境変化がもたらす橋梁各部材（桁および支承部周辺部）の挙動を明らかにした。
(2)GNSS測位データの取得および精度評価：UAV管理および制御上，GNSS観測データの収集と位置精度を予め評価しておく必要があったため，本年度は，従来保有していた機器を用いて実測を行い，GNSSの測位精度を検証した。また，障害物の多い実構造物周辺で発生し得る位置精度上の問題点について取り纏めるとともに，飛行運用を支援するためのGNSS衛星軌道情報の視覚化（AR）のための基本プログラムを仮想計測器ソフトウェアで構築した。
(3)トータルステーション（TS）を用いた移動体位置管理：一般に，橋梁周辺には本体を含め障害物が多く，GNSSのみでは自己位置の確定が困難となる。本年度はTSを用いた反射鏡自動追尾するための基盤システムの開発と検証を行った。さらに，模型車両を用いての実験を行い，対象物までの距離および対象物の移動速度などを変化させた場合の追尾性能を評価した。
初年度における上記の各研究項目の成果の一部は，土木学会西部支部研究発表会等で報告済みである。
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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
以下に記述したとおり，一部，計画変更等が生じた箇所があるが，総じて当初の計画をおおむね達成できたことから，本年度の進捗は「おおむね順調」とした。
(1)日射に伴う支承機能的変化の確認：当初の計画とおり，橋梁観測データを用いた橋梁桁および支承部の動態変化に関するFE解析を実施し，環境変化がもたらす橋梁各部材（桁および支承部周辺部）の挙動を明らかにした。次年度は，より密な温度計測を実施するとともに，観測結果に基づく3次元FE解析を行い，温度変化に伴い発生する支承部の応力集中について詳細な検討を行う予定である。
(2)GNSS測位データの取得および精度評価：上述のとおり，GNSS観測を実施し測位精度について取り纏めた。なお，RTK-GNSS用受信アンテナの導入が初年度後半部にずれこんだため，高精度GNSSによる精度評価には至っておらず，当初計画が一部達成できていない。基盤システムの施設内設置については本年度内に終了していることから，次年度前半部には運用できると考えている。
(3)トータルステーション（TS）を用いた移動体位置管理：当初の計画のとおり，TSを援用した移動体追尾システムの基盤を構築し，さらに模型車両を用いた計測実験により，その追尾性能を評価することができた。研究の進捗とともに，移動体が加速的に位置変化する場合にも対応できるようなフェイル＆セーフ機能を新たに組み込む必要が生じたが，それに対応できる基本ロジックを構築することができた。
(4)UAV計測対象となる構造物および飛行環境の決定：UAV実機導入は機種の選定に時間を要したため，初年度後半部の導入となった。これにより実構造物に対するUAV飛行計画の立案は次年度以降に先送りすることとなったが，地元自治体の協力により，実支承装置を研究施設内に設置できたため，これを用いて飛行計画の検討を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
橋梁などに代表される社会インフラは他の工業製品とは異なり，単品生産となる。さらに同様の形式であっても，外的環境が異なるため，そのライフサイクルは異なる。日射面/非日射面を有する橋梁の温度変化に起因する支承部の応力変化，および支承機能に与える影響を評価するためは，詳細な橋梁温度の観測が必要である。これまでサーミスタや熱電対を用いた点観測を行ってきたが，より効率的に筐体温度を得るためには，赤外画像などによる面観測を行う必要がある。UAVを用いた計測が本研究の目的の一つであることから，次年度に，地上赤外カメラおよび，UAV搭載型赤外カメラによる観測体制の構築を検討し，実計測につなげていく予定である。また，当初の予定にはなかったが，地元自治体の協力を得て，実際の橋梁に使用されていた支承（ローラ支承）一機を研究施設内に設置することができた。これにより，支承装置及びその周辺を想定した橋梁狭隘箇所の変状認識の事前検討および計測シミュレーション，また画像処理技術による変状観測など，さらなる研究の推進に役立てたい。
一方，本研究の当初の目的を達成するために必要な課題として，(１) 光学的計測データ処理（点群データを用いた対象構造物の情報管理とFE解析への適用），(２) UAV飛行経路付近の障害物（橋梁および付近の地物）による位置精度の定量評価の２点を挙げる。いずれも，支承変状の確認およびUAV自律航行の支援のために必要な技術的課題である。これらを解決するための方策として，それぞれの研究実績を有する研究者からの技術的支援が必要と考えており，次年度に研究分担を依頼したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
GNSS受信装置また計測ソフトの購入に際し、現状では最新衛星（QZSS（みちびき））を含めた受信性能を満足する製品が少ないこと、さらに、これを満足する製品が来年度、市場に投入されるという情報を得たことから、本研究の成果を求めるために、本年度はGNSS受信装置および計測ソフトの導入を見送ることとした。
次年度使用および翌年度分として請求した助成金を合わせて、最新もしくは満足する製品の市場投入と仕様を確認した上で購入する予定である。
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Research Products
(7 results)
