戸田建設とSpiralは、山岳トンネル建設の安全性と生産性を向上させるべく、自律飛行ドローンの現場実証を繰り返し、2025年度の実現場への本格運用を目指すとしている。
開発の背景
昨今の建設業では、少子高齢化に伴う技術者不足や危険個所における災害抑止などの課題解決が求められており、目視点検や計測業務の省人化の必要性が増している。戸田建設とSpiralは、山岳トンネルなどの非GNSS環境下において情報の取得を自動化するため、これまでに自律飛行ドローンを用いて3回の実証実験を行った。
ドローンが撮影する画像を中心としたデータの取得や、坑内に配置された設備の位置情報が把握できることの確認など、実現場への導入に向けた準備を進めてきた。一方で、重機類をはじめ、坑内設備の位置が日々変化する動的環境に対応するためには、ドローンへの「障害物検知センサ」の搭載が不可欠だ。本共同開発は、より具体的な現場のニーズをもとに「障害物検知センサ」を搭載した機体を開発し、トンネルにおけるデータ取得の自動化を進めることを目的としている。
今回、動的環境への対応として、茨城県つくば市にある実大トンネル実験施設内において、障害物検知センサと障害物回避システムを搭載したドローンを用いた飛行実験を行った。
システムの特徴
自律飛行における制御機構は、Spiral社の「MarkFlexAir」を使用した。システムの特徴は以下になる。
- ドローンとマーカーのみで自律飛行が可能なシステムであるため、飛行中に操縦機や遠隔操縦システム等による制御は不要であり、通信不良による事故を防止できる
- 障害物検知センサにより、自動で障害物を検知・回避しながら定められた飛行経路を維持できる
- 搭載したカメラで撮影された画像（4K/30fps）はWi-Fiを介して、専用のアプリケーション上にアップロードできる
- SLAM技術を必要としないため、照度が不足している等の理由で特徴点が少ない場所における自律飛行が可能となり、山岳トンネルのような屋内暗所かつ障害物の多い場所での高速・長距離飛行を実現できる
実証概要
本検証では、障害物検知センサを搭載したドローンの自律飛行システムを用いて、実大トンネル実験施設内において飛行の安定性や画像取得の確認を行った。その結果、速度7km/hで1800m区間の飛行に成功。
障害物回避飛行では、設置した障害物を避けながら定められた飛行経路を通過し、障害物検知センサが正しく作動していることを確認できた。
今後の展望
本検証により、非SLAM型自律飛行ドローンの安定的な飛行と、障害物検知センサの正確性についての一定の成果を確認できたことから、重機類が輻輳する実際の現場での実用性がさらに高まり、トンネル坑内の情報取得が高精度化していくことが期待できるという。
今後の開発については、現場での外乱影響が障害物検知センサに及ぼす影響について研究・改善、また誤作動回避の設計を行うなど、更なる精度向上と試験運用を進め、施工中のトンネル現場での本格運用を2025年度までに開始することを目指すとしている。
