こんにちは。本日4月4日は、明治12年に沖縄県が誕生した日になります。ご存知の方も多いと思いますが、元々過去に琉球王国として鹿児島藩と中国に両属していました。

その後明治4年の廃藩置県で鹿児島県下に入り、12年に沖縄県となりました。なったといっても半ば明治政府の強権で廃藩置県を断行されたということもあり、琉球処分と言われています。非常に美しい観光地でありそれらが注目される沖縄ですが、歴史を知りその地の成り立ちを知るのもまた面白いものです。

さて、本日は写真測量技術を活用したトンネル堀削管理技術の話題。

写真だけで出来形が分かるお手軽管理システム

SfM(Structure from Motion)技術を活用した写真測量によって、トンネル堀削時の仕上がり状況を可視化してガイダンスするという「Te-S(ティーエス)アシスタント」という技術を、株式会社福田組が日本電気株式会社とNECソリューションイノベーター、株式会社演算工房との共同で開発。


出典:福田組 システム概要

このシステムですが、切羽・インバート等の堀削箇所を撮影した画像を用いて点群データを生成堀削形状と設計図面を比較表示することが可能なので、作業員はリアルタイム且つ、面で堀削の過不足を把握できるので、無駄のない効率的な作業が可能となります。

開発背景

トンネル工事の堀削作業では、設計断面を確保するために適正な形状で堀削がされているかを確認する必要があります。その問題点は以下。

1.作業員の目視で確認しているので堀削が足りていない場合、トンネル断面が確保できない恐れがある。

2.逆に堀削をし過ぎた場合には、作業手間のロス、吹付けおよび覆工コンクリート等のロスにつながる。

3.切羽の目視確認では、切羽に接近して行う必要があるため切羽の崩落災害に巻き込まれるリスクもある。

ガイダンス目的に3Dスキャナを導入する取り組みも行われているが、3Dスキャナはまだまだ高価で取り扱いにも難があり、これらを解決する手法が求められていたそうです。

技術概要

安価なシステムでのガイダンスを目的とし、画像から点群データを生成できる「SfM技術」を活用。

システムの構成は「堀削箇所を撮影するカメラ」「タブレットPC」そして、画像から点群データを生成するとともに計測値と設計図面との比較結果を色分け表示できる「解析ソフト」の3点。


出典:福田組 

堀削に先立ってGCP(Ground Control Point)と呼ばれる既知座標のマーカーを設置。GCPを含むように堀削箇所を撮影することで、画像は無線LANでタブレットPCへ自動的に転送され、解析ソフトによってGCPの自動認識、点群データ生成、堀削箇所の形状データと設計断面との比較、堀削の過不足表示を自動的に行います。


出典:福田組 堀削出来形の評価結果例

まとめ

このシステムを実際に新潟県で施工中の竹ヶ鼻トンネルで適用し、有効性が確認できたとのこと。10枚前後の画像を用いた場合で、精度が±10~15mm程度の面的管理が実現。

処理時間は汎用のタブレットPCを用いて、演算に1.5分程度、描画に20秒程度ということです。

かなりの精度が出ているのではないでしょうか?システムも軽快に動作していることから、かなり有効性の高いものであることがうかがえます。

覆工およびインバートコンクリートのボリューム管理等にも適用が可能とのこと。3Dスキャナを導入せずとも安価に安全で高効率な管理ができるこの技術は全国のトンネル現場に広がりそうですね。