2020 Fiscal Year Research-status Report
Study on measurement technology to detect river bank and subsurface deformation simultaneously, accurately, and at low cost
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19K04949
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
西山 哲 岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (00324658)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 自動運転技術 / 3次元データ / グリーンレーザー / リアルタイム処理 / 河川防災減災 / 河川堤防計測 / 河床計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）無人自動運転技術の適用による小型低コストMMS計測車両の実現：前年度に開発した車両搭載型レーザスキャナおよび画像データから自己位置を求めるSLAMアルゴリズムの改良を実施し，車両移動型計測システムを使った測量の高精度化を検討した．本年度も前年度に続いて，岡山県内に流れる旭川流域において，高精度SLAMによる測量精度の検証実験を行い，±50㎜の精度で堤防沈下状況を定量化できる移動型測量システムの製作が可能であることを検証し，最終年度において具体的なMMSシステムの実現に向けての開発計画を策定した．
2）高密度3次元データのリアルタイム処理技術の開発：無人自動運転の分野で実用化されているレーザー点群解析技術としてのICP（Iterative Closest Point）法を導入し，リアルタイムで河川堤防および河床の異常個所を検出するソフトの精度検証実験を本年度も実施した．本年度は，前年度に取得した河川堤防の3次元データを初期値として，今年度に計測した2時期目のデータを自動で重ね合わせることを試み，重ね合わせ後でも±50㎜の精度で堤防異常個所が抽出できることを確認した．．
3）水中を透過し河床および構造物の洗掘等の計測を可能にするグリーンレーザーの活用：本年度も前年度に続いて，波長515nm の緑色レーザーの水中透過能力を岡山県内の旭川にて検証した．その結果，約2mの水深まで高密度のレーザ計測が可能であるスキャナの開発が実現できたことをあらためて確認した．これにより緑色のレーザースキャナを車両に搭載し，提体の変形と河床変動，河岸浸食や護岸前面の深掘れ等の状況などを同時に計測する計測技術を次年度に実現させるための開発計画を立案した，以上，これまで不可能であった陸上・水中レーザー計測を可能にする車両移動型計測システム実現のための基礎技術の開発を完了させることができた．
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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
本研究は河川縦断測量だけでなく河床を含めた横断計測も可能にするレーザースキャナを搭載した小型車両による高精度移動計測と，計測データのリアルタイム処理技術を融合させ，車両走行するだけで人的労力を要することなく広域を迅速かつ詳細に点検するモニタリング手法を完成させることが目標である．そのために次の各項目の開発に着手し，記述するような成果を出すことができた．
１）無人自動運転技術の適用による小型低コストMMS計測車両の実現：前年度に開発した車両搭載型レーザスキャナおよび画像データから自己位置を求めるSLAMアルゴリズムの改良を実施し，±50㎜の精度で堤防沈下状況を定量化できる移動型測量システムの製作が可能であることを検証した．
2）高密度3次元データのリアルタイム処理技術の開発：無人自動運転の分野で実用化されているレーザー点群解析技術としてのICP（Iterative Closest Point）法を導入し，リアルタイムで河川堤防および河床の異常個所を検出するソフトの精度検証実験を実施した．その結果，前年度に取得した河川堤防の3次元データを初期値として，今年度に計測した2時期目のデータを自動で重ね合わせることが可能になり，重ね合わせ後でも±50㎜の精度で堤防異常個所が抽出できることを確認した
3）水中を透過し河床および構造物の洗掘等の計測を可能にするグリーンレーザーの活用：緑色レーザーの水中透過能力を岡山県内の旭川にて検証した．その結果，約2mの水深まで高密度のレーザ計測が可能であるスキャナの開発が実現できたことをあらためて確認した．これにより緑色のレーザースキャナを車両に搭載し，提体の変形と河床変動，河岸浸食や河床の深掘れ等の状況などを同時に計測する陸上・水中レーザー計測を可能にする車両移動型計測システムのための基礎技術の開発を完了させた．これらの成果により（2）の評価は妥当と考える
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は，1級河川から自治体管理の2級および準用河川まで，あらゆる河川に適用できる車両走行型計測システムを実現し，さらに定期縦断に加えて河床の変動把握を可能にする横断測量もリアルタイムでモニタリングできる点検技術を完成させるものである．そのために前年度に続いて，最終年度に下記の項目を開発し，当技術の完成を図る．
（1）無人自動運転技術の適用による小型低コスト走行型計測車両の実現： 本研究では，SALMを使った測位技術の高度化による車両移動による測量の高精度化を図るものであり，GNSSを補完的に1台使用するだけで，堤防天端を車両が走行しながら，堤防の高さを±50mmの高精度で測量することが可能であることを実証する．
（2）高密度3次元データのリアルタイム処理技術の開発：無自動導運転の分野で実用化されているICPと称されるアルゴリズムを用いたレーザー点群解析技術の開発を進め，2時期のレーザー点群からリアルタイムで変状発生個所を検知するものである．ICPは，ある時期に計測されたレーザー点群を，別の時期に計測された点群にフィットさせるために，どれだけ移動させたら良いのかを計算するアルゴリズムである．物体認識や車両自己位置推定用としてオ－プンソース化されており，レーザー点群間のノルム誤差を最小にする特異値分解を求めるプロセスによって高速処理できる．これにより車両で走行しながら，堤防異常個所を検知するモニタリング手法の実現を図る．
（3）水中を透過し河床および構造物の洗掘等の計測を可能にするグリーンレーザーの活用：航空機に緑色レーザ専用のスキャナを搭載して計測する技術は，ALBと称されて実用化されているが，本研究はこれを小型化し，車両に搭載する緑色のレーザースキャナの開発を試みるものであるが，既に基礎技術の開発は完了し，水の透明度と水中透過能力を検証していくことで当技術を完成させる，．
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