2022 Fiscal Year Research-status Report
Research on technology to measure the condition of a wide range of river embankments and river beds in three dimensions in real time and with high accuracy
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22K04653
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
西山 哲 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (00324658)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ドローン測量 / レーザ測量 / 緑色光レーザ / 携帯型レーザスキャナ / 長時間飛行 / 高精度測量 / 変状検出技術 / 3次元点群自動処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究内容の主要項目について報告する．
（１）緑色レーザースキャナ搭載の長時間かつ強風下の安定飛行が可能なドローン測量の開発：近赤外線レーザー光を波長約530nmの緑色帯にする光ファイバーを使用する小型変調器を開発し，UAV専用の近赤外線レーザースキャナを緑色レーザーに変換することを実現し，結果として総重量3.0㎏以下の小型緑色レーザスキャナを製作することを可能にした．さらに電気自動車の航続距離の延長用に開発されたレンジエクステンダーを使用し，ガソリンを使用するエンジンによる発電器の製作を可能にした．これにより，エンジンにより給電しながら飛行するドローンと小型緑色レーザスキャナの組み合わせにより，2時間以上の飛行が可能なUAVによるレーザー測量が実現した．
（２）携帯型緑色レーザーデータを活用する広範囲地上レーザー測量技術の開発：レーザースキャナを携帯型にして，伸縮が可能で剛性の高いフレームに設置して背負い，徒歩にて周囲150mのレーザー点群を取得するシステムを構築した．このシステムの自己測位にSLAM技術を導入することで，歩きながらレーザ測量することで，堤防形状を±50㎜精度で再現する技術を構築した．ただし，本年度はまだ近赤外線レーザスキャナでの試行であり，緑色レーザスキャナでの試行は来年度の課題とした．
（３）高密度レーザー点群によるビッグデータからのリアルタイム変状箇所抽出技術の開発：1時期目と2時期目に計測した3次元レーザ点群に対して，各対応点間の距離が最小になるように図形を回転および平行移動させるICP (Iterative Closest Point)アルゴリズムの自動処理化を（１）および（２）の手法と組み合わせ，瞬時に堤防の変状個所を検知する技術を構築した．また，この技術で抽出できる変状が，±50㎜精度で定量化できることを実証した．
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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
研究内容の主要項目について進捗状況を報告する．
（１）緑色レーザースキャナ搭載の長時間かつ強風下の安定飛行が可能なドローン測量の開発：近赤外線レーザー光を波長約530nmの緑色帯にする光ファイバーを使用する小型変調器の開発は完了した．その結果，UAV専用の近赤外線レーザースキャナを緑色レーザーに変換することを実現し，結果として総重量3.0㎏以下の小型緑色レーザスキャナを製作することを実現した．さらにガソリンを使用するエンジンによる発電器の製作も実現した．これらの成果により，エンジンにより給電しながら飛行するドローンと小型緑色レーザスキャナの組み合わせにより，2時間以上の飛行が可能なUAVによるレーザー測量の実用化を図り，河川あるいは沿岸域の広範囲の水中下の地形の測量を可能にした．
（２）携帯型緑色レーザーデータを活用する広範囲地上レーザー測量技術の開発：レーザースキャナを携帯型にして，伸縮が可能で剛性の高いフレームに設置して背負い，徒歩にて周囲150mのレーザー点群を取得するシステムを構築し，さらに自己測位にSLAM技術を導入することで，徒歩にて高精度のレーザ測量が実施できることを可能にした．例えば，堤防形状を±50㎜精度で再現できることを実証した．ただし，本年度は近赤外線レーザスキャナでの試行であり，緑色レーザスキャナでの試行は来年度の課題である．
（３）高密度レーザー点群によるビッグデータからのリアルタイム変状箇所抽出技術の開発：1時期目と2時期目に計測した3次元レーザ点群に対して，各対応点間の距離が最小になるように図形を回転および平行移動させるICP (Iterative Closest Point)アルゴリズムの自動処理化を（１）および（２）の手法と組み合わせることで，リアルタイムで堤防の変状個所を±50㎜精度で抽出できることを実証した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策に関して，主要な研究項目について記述する．
（１）緑色レーザースキャナ搭載の長時間かつ強風下の安定飛行が可能なドローン測量の開発：エンジンにより給電しながら飛行するドローンと小型緑色レーザスキャナの組み合わせにより，2時間以上の飛行が可能なUAVによるレーザー測量の実用化を図ることに成功したので，今後は本手法の特性を活かしたモニタリング事例を示し，本研究成果の有用性を検証していく．例えば，河川や海岸において，どの程度の水深をどれくらいの精度で測量することが出来るのか，その際の河川や海の透明度がどの程度測量精度に影響するのかを定量的に把握する実験を行うことで，本手法の適用範囲を明確にする．
（２）携帯型緑色レーザーデータを活用する広範囲地上レーザー測量技術の開発：徒歩にて高精度のレーザ測量が実施できるシステムの構築を実現したので，今後は本手法の特性を活かした計測事例を示して，本研究成果の有用性を検証していく．例えば，河川堤防の測量において，どの程度の範囲をどれくらいの精度で測量することが出来るのかを定量的に把握する実験を行うことで，本手法の実用性を明確にする．また緑色レーザスキャナを使った本手法の試行を検討する．
（３）高密度レーザー点群によるビッグデータからのリアルタイム変状箇所抽出技術の開発：異なる時期に計測した3次元レーザ点群を使って，リアルタイムで堤防の変状個所を検知する技術を構築したので，今後は本手法のさらなる高度化と自動処理化を進める．例えば，高度化においては，AI（人工知能）技術を導入することにより，点群密度の異なるデータでも高精度で変状個所の抽出を可能にする，また自動化に関しては，レーザ測量データを後処理キネマチックによる高精度化する処理を自動化し，測量実施後から変状個所を可視化する一連の作業自体を自動化させ，労力を要しない測量作業の実現を狙う．
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