会社紹介 UAV( ドローン ) とは? 機体紹介 (αuav) 業務概要 作業内容の紹介 精度検証の結果 結論 まとめ もくじ 2

～事例発表～

無人航空機による

河川測量業務

アイコンヤマト株式会社

もくじ

• 会社紹介

• ＵＡＶ（ドローン）とは？

• 機体紹介（αＵＡＶ）

• 業務概要

• 作業内容の紹介

• 精度検証の結果

• 結論

• まとめ

2

会社紹介

・会社名 アイコンヤマト株式会社 ・代表者 池谷 勇治 ・所在地 鳥取県鳥取市国府町分上３丁目３１３ ・設 立 昭和６２年６月 ・資本金 １，０００万円 ・事業内容 総合建設コンサルタント ＧＩＳ関連事業（ソフト開発・販売）

ＵＡＶ（ドローン）とは？

• ＵＡＶとは、「無人航空機」の意味

• 「無人航空機」には全幅30メートルをこえる大型機

から小型のものまで様々

• 多く利用されているのは「マルチコプター」タイプ

• 比較的に操縦が容易なため、広く普及が進む • 航空法では、重さ２００g以上のＵＡＶが「無人航空機」と して扱われる → 規制対象になる

αUAV（当社保有）×１ DJI Phantom4（当社保有）×２ RQ-1プレデター（USAF）

機体紹介（αＵＡＶ）

【特長】

• 測量専用の大型ＵＡＶ（モーター8個搭載） • 自動飛行対応 • 一眼レフデジタルカメラ搭載 • ２周波対応ＧＮＳＳロガー搭載 • 対空標識が置けない状況でも測量可能（災害現場等） 機体名：αＵＡＶ 質量：３５００g 飛行時間：約２０分 サイズ：９９ｃｍ×９９ｃｍ×４５ｃｍ カメラ：Panasonic LUMIX DMC-GX8 5

本日の発表について

• 無人航空機を用いた測量業務において、作業手

法の周知、成果品の精度の統一が重要です。

• 米子県土整備局より発注された本業務における作

業フロー、業務成果報告、今後の活用例を紹介し、

現地作業や成果作成の参考にしていただければ

と思います

• 検証業務で提示された精度は、縦断面図、横断面

図共に、地図情報レベル１０００に相当する精度

（水平距離の標準偏差０．７０m以内・標高点の標

準偏差０．３３m以内）

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業務概要

• 業務名

• 「無人航空機による河川測量業務委託」

• 発注元

• 鳥取県西部総合事務所米子県土整備局

• 業務場所

• 鳥取県米子市祇園町（加茂川）

• 工期

• 平成２７年１１月１８日～平成２８年３月２５日

• 延長

• 約２km

• 目的

• 実測で行っている定期河川測量をUAV測量のみで行うこと ができるかを実証する 無人航空機による河川測量業務特記仕様書に沿って作業を進める

主な作業内容

基準点設置測量 （対空標識設置測量） 距離標設置測量 現地踏査 フライトプランの作成 フライトの実施 河川法線の決定 点群データの作成 ３次元モデルの作成 現地補測 縦横断面図作成 精度検証 検査 関係機関との協議 地元説明・周知 完成 座標追加 8

現地踏査

• 作業箇所、飛行範囲の現地確認を行う

• 確認項目

• ＪＲ敷地・国道・人口集中地区・高圧送電線・障害物の 有無・離着陸場所・護岸にある構造物や植生など • 地元地権者の同意確認 ＪＲ敷地 人口集中地区 高圧送電線 【現地踏査で確認できた問題点】

関係機関協議

• 現地踏査の結果を踏まえて、関係機関（ＪＲ・国土交通省・県）との協議を行い、 作業許可の申請を行った • ＪＲ・国土交通省への許可申請には１ヶ月程度かかる • 地元地権者の同意確認 ■ＪＲ協議について 平成２７年１２月１０日の航空法改正に伴い、JR西日本 米 子支社では作業規則を検討され、右図で示すような区域は 飛行禁止にするという回答を得た。鳥取県内の線路では、 従来通りに工事管理者(警備員)の配置で、車両通過時以 外の時間帯は飛行可能との回答を得ている。 ■国土交通省への申請 国道、人口集中地区の上空を飛行する場合は国土交通省 の無人航空機の飛行に関する許可・承認申請書での許可 承認が必要。飛行許可申請は、他の全ての各関係機関の 許可を得なければ、申請を行うことができない。 ※車両が停車、または通過 している場合に適用。 10

フライト計画の作成

• 現地踏査にもとづきフライト計画を作成した

• 飛行高度：１００ｍ • オーバーラップ率：８０％ • サイドラップ率：６０％ • 飛行速度：５ｍ/ｓ フライトコースのイメージ図 精度確保のために 必要なラップ率

河川法線の決定（基準点、距離標設置測量）

• 河川台帳を基に発注者と協議し、河川線形を決定し、距離 標の設置を実施した • 測点間隔２００ｍ、右岸左岸 • 距離標は対空標識と兼用で、撮影時に写真に写り込むよう 明確にした • 測点以外でも、現地の状況に合わせ、対空標識として使用 できる基準点を追加設置しておく必要性がある • 急な勾配変化点や構造物の付近が好ましい • 基準点が多いほど、３次元データの精度は向上する • ここでの基準点とは、座標を持った点と考え、マンホール、構造物の 角をRTKで観測し、写真上で判断できればよい 12

フライトの実施

• フライト計画にもとづき、ＵＡＶを飛行させる • 離陸前にチェックリストにて確認漏れがないかチェック • 風速・天候・各種センサーのキャリブレーション・カメラセッティング • 離着陸時を除き、フライト計画に沿って自動飛行 • バッテリー電圧・積算消費電流を常に監視・目視など安全管理に配慮 • バッテリー容量の半分を残して飛行を終えるように管理 作業風景 写真に写り込んだ対空標識 13

３Ｄ点群データの作成

３Ｄ点群化 撮影写真 14 水面等では、光の反射で点群データが出ない 橋の下、オーバーハングなど、写真に写らない部分の点群データは取得できない

横断図の作成１

• ３次元点群データから図面を作成 • ３次元点群処理ソフトを使用することで、任意の箇所で断面を取 得でき、線形データを取り込むことで、測点上の横断面を取得 する • 地盤が撮影写真に写るような対策が必要（草木の伐採等） • ３次元点群にはノイズも含まれているので、手作業で断面図の 編集を行う（写真から判断し、不要な点を削除する） 自動作成の横断面図 編集後の横断面図

横断図の作成２

• 現地との整合を確認し、補測やオフセットで測った

データを入力する

編集後 再編集後 16 横断面図が完成した。 ※順を追って説明しているが、編集処理は一括で行った。

縦断図の作成１

• 横断面図と同様に任意の場所で縦断面図を作成

できるが、河川中心線と距離の整合を取るために、

縦断面図は変化点ごとの座標を拾い、通常と同じ

ように図化を行った

• ノイズによる余計な線の修正は横断面図作成時と

同様に行う

縦断面図の図化イメージ 使用するソフトによって図化の手法は異なりますので、細かい作成の方法は省略します。 17

縦横断図の作成２

• 取得した座標から縦断面図を作成できる

• 橋梁部分や構造物の裏面などはオフセットで図化

を行う

編集前 編集後 18 縦断面図が完成しました ※河床縦断面図は、単点測量で得たデータを使用して作成します

精度検証

• 作成された図面の精度を検証する

• 横断面図の精度管理

• 距離標間の点間距離、左岸右岸の護岸肩間の距離、距離 標から護岸肩までの距離と高さ等

• 縦断面図の精度管理

• 路面形状が急激に変化するポイント、橋梁付近は現地観測 する

• 対空標識として使用した基準点の位置誤差と標高差

が定められた精度範囲内ならば、作成された縦断面

図は信頼できる

※単点測量で得たデータはあくまで精度向上のために 使用するデータであり、図面には反映できない

現地補測・座標追加

• 精度検証の結果を受け、必要であれば現地補測と

座標追加を行う

• 対空標識の増設、水中の補測など

• 現地補測の方法は様々あるが、簡易的な単点測量

でよい

• 川幅にもよるが、水中の地盤は左岸尻、最深河床、右岸 尻の３点程度を補測

• 増設した対空標識を利用して、再び解析処理を行う

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ＵＡＶ測量と実測との比較結果の一例

この箇所では、

位置誤差：０．０１０ｍ

標高誤差：０．２４９ｍ

結果 【ＵＡＶ測量と実測との比較】

• 実測との比較の結果、地図情報レベル１０００以内の

精度

• 位置の誤差：最大０．６６ｍ （許容：０．７０ｍ） • 標高の誤差：０．０２ｍ～０．２６ｍ （許容：０．３３ｍ） • 水面下の高さ：水位が低く（０．１０ｍ以下）、停滞している箇 所については測定できた • 植生の影響を受けやすい 22

精度向上への改善策

問題点

通常の撮影データだけで は３次元データ、縦横断面 図の精度が出ない。

解決方法

• 対空標識の増設：５０ｍピッチに近い距離でマン ホールや構造物角の座標値を観測する • キネマティック解析：撮影時に記録したＧＮＳＳの データを解析する • 現地での補測：縦断の水面下の構造物、横断の水 面下（左右岸と流心） • オフセット観測：橋梁下部構造、堤外水路等のポー ル横断 • 飛行高度を下げて再撮影、１００ｍ→７０ｍ～５０ｍ • ラップ率を上げる：オーバーラップ８０％→９０%、サ イドラップ６０％→７０% その他、業務中に発生した問題点は、個別に発注者等と協議する必要がある

結論

• 無人航空機を使用した測量方法について、明確な規則が定まっていな い事が現状（※業務遂行時点において） • 作成された３次元点群データにおいて、断面図の精度は地図情報レベ ル１０００以内（水平距離の標準偏差０．７０m、標高点の標準偏差０．３３ m）であり、解析に使用した基準点の座標の精度は４級基準点の新点位 置の標準偏差以内（水平位置０．１０m、標高０．２０ｍ）であれば、全体 の精度は信頼できるものと判断する • 実際に無人航空機を使用して業務を行い、要した日数、人員を比べると、 現地作業は少なくなった • 作業範囲が広ければ広いほど、この差は大きくなる • 現状の測量作業に比べ、作業の効率化が図れると確信 • 無人航空機（ＵＡＶ）を使用することで、現地作業に要する時間を短縮す ることが可能となるが、求められる精度を出すには、様々な工夫が必要 となる • 今後多くの作業を実施することで、より作業効率の改善対策が搾り出さ れてくる 24

まとめ

• ＵＡＶ測量を定期河川測量に活用できることを確認した

• ３Ｄ点群データだけでなく、オルソ画像も作成できるた

め、視覚的にも土砂の堆積状況把握に活用でき、

河川

台帳の平面図としても役立つ

成果品 オルソ画像

【付録】写真撮影について

• オーバーラップ率８０％以上の確保が必要

• デジタル一眼レフカメラにて一定間隔で撮影 • ちなみにＵＡＶは一定速度で運航

• 撮影間隔はデジタルカメラの性能に依存する

• 速い撮影間隔はＳＤカードへの書き込みが間に合わな くなるおそれ → オーバーラップ率に大きな影響

• ＳＤカードは最低でもＣｌａｓｓ１０以上の性能が必須

• 今後はＵＨＳ－１以上が望ましい

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【付録】３次元点群処理について

• 使用した点群処理用ＰＣについて

• 高性能ＰＣが必要です。 • ＣＰＵ： Ｉｎｔｅｌ Ｃｏｒｅ ｉ７ ５９６０Ｘ（物理コア８個・論理コア１６個） • ＧＰＵ： ＮＶＩＤＩＡ ＧｅＦｏｒｃｅ ＧＴＸ ９８０×２（ＳＬＩ接続） • メモリ： ６４ＧＢ • ＳＳＤ： ５１２ＧＢ • ＨＤＤ： ６,０００ＧＢ

• ３次元点群処理の高速化のポイント

• ＣＰＵ性能よりもＧＰＵ性能を強化する • ＧＰＵは増やすほど並列処理能力が強化できる → 性能アップ • ＣＰＵは物理コア数が多いものを選択 → 並列処理性能重視 • メモリは最低３２ＧＢ以上が望ましい

【付録】点群データの取り扱い

• 点群データは、とにかく大容量

• １フライトあたり、数ＧＢの大容量データになる

• 点群データの保存形式

• テキストデータ（ＣＳＶ等） • データ互換性：◎ • データサイズ：× • バイナリデータ（ＬＡＳ・ＣＬ３等） • データ互換性：○ • データサイズ：◎

• 保存形式は「バイナリデータ」がおすすめ

• データサイズが小さくなる • テキストデータが必要になるケースはなかった 28