| 研究課題/領域番号 |
16K01329
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
西山 哲 岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (00324658)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 3次元計測 / 河川堤防 / 河川構造物 / レーザ点群 / デジタル画像 / 車両走行計測 / 点検作業の高効率化 / ICT技術 |
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| 研究実績の概要 |
本提案手法は，150m以上の遠方の対象物の点群を5cm以下の間隔で取得するレーザスキャナ機を伸縮可能で剛性の高いフレームおよび昇降機に設置して車両に搭載し，路面上3.5mの高度からレーザ照射しながら天端を30km/h前後で走行し，河川堤防の3次元レーザ点群を取得することにより，堤防の変状を定量的に把握する手法であるが，今年度は次の成果を得た．(1)GNSS受信状況が悪い地域でも計測精度を確保する手法の検討
本手法は，車両の自己位置をGNSSによって計測しながら河川堤防の3次元レーザ点群を取得することにより，車両走行しながら高密度の測量を行うものである．この手法において，GPS用の衛星だけでなく，GLONASS衛星を同時に使用し，受信衛星を増やすことにより，3次元点群の座標精度が改善されることを明らかにした．また，GNSSそのものの受信状況が悪い地域でも高精度の測量ができることを実現するために，電子基準点と計測精度の関係を調査し，仮想基準点を設けるなどの簡便な基準点設置を5kmごとに設置することにより，岡山県内の全域で約±20ｍｍの精度で河川堤防を測量できることを明らかにした．(2)時期の異なるデータを用いた変状解析手法の検討
同じ区間において複数回の計測を行い，2時期のレーザ点群データから「堤防天端及び法肩に亀裂，陥没，不陸等の変状はないか」あるいは「天端肩部が侵食されているところはないか」などの変状を捉える解析手法を検討し，そのデータから面的に堤防の沈下状況を捉える可視化ツールを開発した．特に，フレームおよび昇降機に設置して高所からのレーザ照射を可能にしたことより，パラペットの変状を捉えることが可能になり，堤防天端全体を効率的に点検できる手法を確立させることが出来た．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本手法は車両の自己位置とレーザ照射角を把握するために，同じ車両に搭載されたGNSS・IMUの計測値を用いるが，電離層などによる衛星からの電波の擾乱のためGNSSデータには誤差が含まれ，さらに車両の上下揺動の影響が加わるので，これまで河川堤防および河川構造物のレーザ点群の座標値の高精度化が困難であった．さらに現在のGNSS測位ではRTK-GPS（Real Time Kinematic GPS）測位が利用されるが，電子基準点の近傍（約3 km）しか精度が保持できず，移動計測の高精度化も困難さも指摘されていた．本年度は，この課題の解決に取り組み，車両の自己位置を計測するセンサとして2周波のGNSSアンテナを使い，車両の右側前後に2台を設置することで自己位置のほか方位角の決定に用いる，あるいは加速度および角加速度を1秒間に200回計測する性能をもつIMUを用いるなどのハード機器選定の考察，さらには仮想基準点などの簡便に設置できる基準点とレーザ点群の座標値の精度の関係を調査し，5kmごとの基準点設置により，岡山県内の全域で約±20ｍｍの精度で河川堤防を測量できるという目標を達成することができた．また，本研究の特徴である高所からのレーザ照射によって，次の計測を可能にした．
(1)1m間隔での連続的な堤防高の計測結果を表示させることで，局所的に低い箇所を抽出することができ，またその絶対値としての高さも定量的に把握できる．
(2)波返ブロックの高さの経時変化を定量的に把握でき，据付時の高さあるいは設計基準高との比較を面的に捉えることができる．
(3)陸閘門と波返ブロックの高さの連続性も視覚的に把握することを容易にした．
これらの成果により，「おおむね順調に進展している」と評価した．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度も，引き続き遠距離レーザの車両走行計測の高精度化に取り組むが，当技術を基にして河川構造物を正確にレーザ点群で復元させることを活用した点検技術の構築に着手する．しかしながら，レーザ点群は高密度で照射しても任意の計測点を特定することは困難であるため，写真測量技術の応用による3次元復元画像とレーザ点群を重ね合わせ，構造物上の任意の計測点の座標値変化を特定できる技術を導入することを計画する．デジタル画像機器は，既に8000万画素クラス仕様がレーザスキャナ機器への搭載が可能になっており，またUAV（Unmanned aerial vehicle：無人飛行機）撮影技術などで普及している写真測量技術を応用すれば容易に画像の3次元モデルが再現でき，レーザ点群だけでは困難であった構造物上の任意の計測点の設定を画像データ上で可能になる．車両走行によって撮影されたデジタル画像は，レンズ中心から対象物までの距離の違いにより画像に歪みが生じ，画像に写る物体が地面から高いほど，また画像の中心から周縁部に向かうほど歪みは大きくなり，一般に構造物の像は中心から外側へ傾いて写るので，正射変換という補正が必要になる．本研究では，車両から撮影された画像を真正面から見た傾きのない画像に変換し，3次元位置情報を付与した立体的像として復元する技術を構築する．これにより，門柱，水門あるいは閘門などの画像上で設定した計測点のレーザ座標値の変化から，傾斜の状況を定量的に把握し，さらにレーザ点群解析による堤体や護岸の抜け上がりの調査結果を同時に考察することで的確な長寿命化計画の作成を可能にする．またレーザ点群が苦手とする構造物のエッジ部の抽出も立体画像データと組み合わせることが可能になれば容易に特定することができ，護岸ブロックの段差測定など，本手法の河川管理への応用範囲を拡大させることが可能になると考える．
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