狭小部点検 豊中無名橋プロジェクト｜課題と展望

　ドローンテラスはまだオープンしていませんが、ドローンを用いた撮影や点検業務は先行して少しずつ実施しています。今回は、2020年末に行った豊中市内での橋梁点検業務をご紹介。

　橋梁点検というと、関空連絡橋の様な超大橋や高速道路などの高架橋を想像されると思います。ドローンで行われる橋梁点検の大部分が実際に想像される様な作業です。

　ドローンに搭載されているカメラの性能は日々向上しており、通常のコンパクトデジタルカメラと同等以上の性能を持っているため、点検用特別車両を手配したり、人がロープでぶら下がる必要が無く、当のドローン機材もコンクリート橋の点検であれば何ら特別な機材を用意する必要もありません。市販のドローンで、それもミドルクラスで機体価格も17万円から購入できるドローンを使用して撮影しても、熟練のドローンオペレーターがカメラの性能限界まで接近して撮影した場合、1mm当たりの画像分解能は3px〜6px（0.5mm程度のクラックを判別可能）を確保できます。

ドローンと橋梁点検の親和性

　一般的な橋梁点検業務とドローンの親和性は非常に高く、作業車を用いる場合の交通規制やロープクライムで作業員がぶら下がるリスクから開放されるツールとして活用されています。これは高所点検でも同様のことが言えるでしょう。作業員が高所に上がらない以上、人的リスクは極限まで抑えることが可能になります。

専用機材の存在

　現行ドローンの多くはGPSやGLONASSなどの衛星測位システム（GNSS）を用いて自信の位置を特定し、常にその場所を維持する操作を自動で行いながら飛行しています。衛星からの信号を受信している為、屋内ではGNSSを活用することができません。また、屋外であったとしても山間部の谷間や高層ビルが立ち並ぶ都市部での低空飛行では、受信感度の低下を招き、自律制御による位置補正の精度が落ちたり、自律制御そのものが作動しなくなることもあります。この様な非GNSS環境下に於ける飛行を可能にしたドローン機材も登場し、ドローンテラスでも実際に運用できる様に準備を進めています。

特殊な環境への対応

　一般的なドローンを用いた橋梁点検であれば、市販のドローンを使って、衝突回避機能をフル活用することで、誰でも実施することが事実上可能です。実際に2020年末に行った橋梁点検は、「橋の点検」より「水路トンネルの点検」と述べる方が正しいのかもしれません。

　ここが現場の一つ。側溝に流れた雨水などの行き着く先の様な場所で、道路の下部はトンネルの様になっており、その中の点検と言うことです。

　水が溜まっていたり溜まっていなかったり。ここは比較的きれいですが、場所によっては底がゴミだらけの所も。現場環境により左右されない飛行型機材を使うことによって、作業の効率化を図ると言うのが今回のポイント。

この状態だと地上走行型は使えませんし、、、

水上走行型は全面水浸しじゃないと使えません。

　狭所への進入、機載カメラの性能と操作性を考慮して選んだドローンはDJI Mini 2。この作業の1ヶ月前、2020年11月に発売された新製品で、対角寸法213mmの小型ドローンでありながら、有効12MPのセンサーを搭載したカメラを３軸ジンバルで懸架した本格空撮機です。

　底面と桁下面との上下高は高くても80cm程しかなく、「誰でも簡単に空撮を」がコンセプトのDJI Mini 2では電子制御が完全に裏目に出ていました。また、今回は桁下部のみの点検の為、交通規制は行っておらず橋上は普通に車が走っています。

地面効果と天井効果との闘い

　狭小部でのドローンの飛行で気を付けなければならないのは、ドローンが飛ぶために自らが起こした風による影響を受けやすくなると言う点です。ドローンの講習などでも取り上げる「地面効果」もその一つで、ヘリコプターの操縦で最も難しいとされる超低空でのホバリングもパイロットは地面効果との闘いを繰り広げています。

地面効果だけでも厄介なのに、狭小部での飛行は天井もあります。航空通念上天井があることを考慮していないので「天井効果」という理論はありませんが、ドローンの場合は屋内での飛行や、今回の点検の様な環境での飛行なので、天井効果も起こりえます。

　今回の点検ではこの天井効果に泣かされました。Mavicシリーズは低空までは手動で降下させ、地上高50cmほどになると設置までは自動降下する着陸システムを備ており、事実上50cm以下の高さでは飛べないことになります。そもそも50cm以上の高さが必要で、残りの上下クリアランスは30cm程。天井効果での吸い寄せを考慮すると有効飛行エリアは極端に狭くなってしまいます。

実際には「天井に張り付く⇨離れようと下降操作⇨離脱直後着陸態勢に移行⇨着陸キャンセルの為の上昇操作⇨着陸中止〜ホバリング高度への自動上昇⇨天井に張り付く」を繰り返していました。

露呈した課題点

　今回の点検作業で露呈した課題は、飛行補助機能による操作介入は狭小部での飛行に際して基本的に邪魔になるということ。機体重量200gほどのMavic Miniクラスですらドローン本体が重すぎることがネックとなっていました。実際の作業時には飛行重量197gのドローンに、ヘドロ状の地面や水面に直接接地してしまわない様に追加した架装品とプロペラガードが加わり240g程度まで重さが増えています。通常時より飛行重量が重たいので必然的にローターの回転数は上がり、移動する空気の量も大きくなるわけです。

　先述の地面・天井効果と飛行中のドローンが発生させる乱気流、地表ギリギリでの強制着陸動作、橋上を車（特に大型車）が通過した時のパルス波によるジャイロセンサー誤動作など、高性能機故の問題点が数多く挙げられることとなりました。

しかし今回見つかった課題は、電子制御や機体による自律制御を減らすこと、使用機体の構成を見直すことにより解決できるものがほとんどでした。今回のデータを踏まえて、より効果的に狭小部の目視点検代替手法として使えるソリューションの開発を進めていこうと思います。

今のドローンでは「見る」から先のことができない

　2021年初頭現在、多くのドローンは機体価格の高い安いに関わらず、できることは「人が立ち入ることが難しい場所に行って映像データを撮ってくる」これに尽きます。反対にこれ以上の事はできません。測量分野でも容積計算をしたり3Dモデリングを行っているのは、あくまでドローンで撮影したデータを処理している別のソフトウエアです。映像データを撮ることしかできないドローンにもう１つくらい役割を持たせられると、狭小部の点検分野でのドローンの地位も上がることでしょう。写真を撮る以外にドローンができる事を見出して行きたい。そう考えています。

---

橋梁点検でのドローン利用の御用命はMURAMOTO DRONE TERRACEまでお問い合わせください。現在、橋梁点検専用機の導入に向けて準備を進めております。