2019 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-construction / 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。橋梁の動きに影響を与える温度変化などの環境要因や，それに対する変化量をとらえるための自動計測に関する技術的課題の克服，また最終年度に実施するUAV飛行計画を具体化するため，本年度は，以下項目についての具体的検討を行った。
(1)赤外画像による橋体温度観測：日射および非日射部の部材温度を含む，より詳細な橋梁の温度分布を把握することを目的とし，これまで実施されてきた点観測から，広範囲の温度を計測できる熱赤外画像による基礎資料としてのデータの蓄積を行い，橋梁変位および応力分布との相関関係の検証を行った。(2)橋梁支承の変化の自動認識：中規模橋梁の支承部変位をとらえるための小型カメラと画像処理による検出方法を提案し，屋外での実橋観測に適用した。蓄積された画像データをもとに，仮想計測器ソフトウェアを援用した画像解析により，環境変動に伴う支承変位を詳細に検出できることを確認した。(3)支承部発生応力の確認：日射面・非日射面が生じる橋梁を対象に3D-FE解析を実施し，橋梁の面外方向の変形および支承部付近の応力状態を確認した。従来の設計法では温度変化による面外方向の変形は考慮されていないが，橋梁の平面的配置によっては，支承部付近において相応の応力が，橋軸直角方向に発生することを確認した。(4)UAV運用のためのRTK-GNSS測位データの精度評価：GNSSアンテナ上空の障害物の存在が位置精度に与える影響を把握するためのVRSによる実橋位置データ取得を行った。さらに，UAV飛行経路計画立案を目的とする，3Dスキャナを用いた橋梁全体系のスキャニング（点群データ構築）を行った。
上記の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
研究項目の一部において遅延が生じたものの，全体計画には大きな影響を及ぼさないと判断しており，現況を“おおむね順調に進展”とした。
(1)実橋観測による環境および橋梁動態観測：橋梁の動態およびそれに影響を与える環境要因（温度）を確認するための，計測装置およびシステムを構築した。本システムにより，本年度において，詳細な観測データを蓄積し，その分布状態の概要を把握することができた。一部，支承変位の自動検出において，さらに詳細な分析を行う必要があると認識しており，これに関しては，次年度上半期に実施する予定である。(2)数値解析による橋梁支承部の変形及び発生応力の確認：昨年度実施した試算をもとに，本年度は，太陽軌道と橋梁の平面配置を考慮した，より詳細な3D-FE解析を行い，支承部の動態変化および応力集中に関する知見を得た。従来の設計では考慮していない橋軸直角方向への影響が無視できないことを示唆した上で，支承部の維持管理の重要度を認識した。以上は，当初計画を遂行できたと考えている。(3)UAV計測対象となる構造物および飛行環境の決定： 支承部を対象としたUAV飛行シミュレーション環境を構築するための，光学的計測（3Dスキャナ）による対象橋梁の点群データ構築を行った。本来，本項目は上期に実施する予定であったが，機器の調達の関係から下期に実施することになったため，一部計画を修正する必要が生じ，次年度に持ち越すこととしている。そのため，実橋付近の飛行環境についての知見を収集するなど，最終年度に実施する実橋でのUAV飛行実験に備え，全体計画に遅れが生じないよう調整を図った。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の上期に実施する予定であった，点群データを用いた対象構造物の情報管理とFE解析への適用については，前述のとおり，一部において，遅延が生じたため，昨年度の実施状況報告書に記載した外部の研究者からの技術的支援を含め，次年度上期に実施することを予定している。本年度に実施した，画像処理による支承変位，また赤外画像による温度分布把握の効率化を目的とする自動処理については，その精度を高めるための施策について次年度是上期にシステムへの実装を行う。過去2年間の研究実績をもとに，橋梁の全体的な温度分布，局所的な画像情報など，UAVを用いた遠隔観測を次年度第２～３四半期に行う予定である。最終四半期は研究全体を総括し，成果を取り纏める。
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| Causes of Carryover |
計測機器の調達の関係から，本年度に計画していた研究分担者の追加（点群データを用いた対象構造物の情報管理とFE解析への適用に関する技術的支援）が先送りとなった。次年度使用額が生じた理由はそのための措置によるものである。次年度の当初に，研究分担者の追加を行い，本研究の技術的課題に対する支援を得る予定である。
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