可視光通信3次元位置計測システムを現場に適用し実用化
■概 要
三井住友建設株式会社（東京都新宿区西新宿7-5-25 社長 五十嵐 久也）は、慶應義塾大学大学院システム・デザインマネジメント研究科（神奈川県横浜市港北区日吉3-14-1 教授 春山 真一郎）および株式会社中川研究所（東京都品川区西五反田2-15-9 社長 松村 友邦）と共同で開発した"可視光通信3次元位置計測システム"を、2ヶ所の工事現場に適用し24時間連続無人測量を実施することで、この自動測量システムを実用化しました。
可視光通信とは、目に見える光"可視光"を高速点滅させることでデジタル信号を伝達する、日本発の最先端通信技術で、当社ではこの技術の建設分野への適用に向けた技術開発を進めてきました。
このたび実用化した"可視光通信3次元位置計測システム"により、従来の測量技術では容易ではなかった夜間測量や無人測量を低コストで行うことが可能となり、今後、多くの現場における施工プロセスの信頼性向上に向けて活用していく方針です。
■可視光通信とは
可視光通信は、目に見える光"可視光"を使用して高速データ通信を行う日本発の最先端通信技術です。LEDなどの照明機器を、目には感じられないほどの高速で点滅させることにより大容量のデータ通信が可能で、以下のような特徴を有しています。
- 通常の照明機器に通信機能を付加するだけで通信環境が整備できる。
- 通信範囲が目で確認できる。
- 電磁波などのように人体に影響を与える心配がない。
- 精密機械への影響もなく、病院などでも使用できる。
現在は、LEDなどの可視光素子を照明や信号機、電光掲示などに利用しつつ、データ発信も同時に行う高速、安全でユビキタスな可視光通信システムについて、可視光通信コンソーシアム（http://www.vlcc.net/）を中心に研究、開発、標準化、普及などの取り組みがなされています。
■経 緯
当社では、LED光源とデータを同時に取得できる可視光通信の特徴に注目し、可視光通信技術を当社の得意とする3次元写真計測技術と融合させることで建設分野への適用を目指すために、慶應義塾大学大学院および株式会社中川研究所と共同開発を進めてきました。 2008年2月18日には、共同開発の成果として"3次元位置計測システム"のプロトタイプについて新聞発表を行っています。
このプロトタイプは、LEDを光源として測量ポイントに設置し、デジタルカメラで連続撮影することで、複数の点の3次元座標を一括かつ短時間で測量する基本システムとしました。
基本システムは、市販の高解像度デジタル一眼レフカメラと画像解析用のパソコンおよび標点となるLED光源から構成されています。
LED光源は、固有のID番号などを表すデータパターンに従って点滅を繰り返します。
適用方法は、まず、座標が既知の基準点用光源と、測量しようとする位置に測量点用のLED標点を設置し、それら全体をデジタルカメラによって2ヶ所より一定の時間連続撮影します。その撮影データを連結しているパソコンに取り込み、画像解析を行うことによって各光源の位置の算出およびID番号を受信します。そして、2ヶ所で撮影したデータを用いて、各測量点の3次元座標を算出します。
図-1 システムのイメージ（橋梁への適用）
図-2 システムの構成
■"可視光通信3次元位置計測システム"の特徴
このたび実用化したシステムの特徴は、以下のとおりです。
- 標点の座標とそのID情報を同時に取得するため、多点の3次元座標算出の完全自動化が可能となり、測量作業の大幅な省力化が達成できました。
- 市販のデジタルカメラやパソコンで構成されるシステムによって、GPS測量に匹敵する精度の測量が行えるため、経済性に優れています。
- 夜間の無人自動測量が可能となりました。
- 測量のたびに技術者が測点に行く必要がなく、安全性の向上と省力化が可能となりました。
なお、このシステムは、市販の1200万画素のデジタル一眼レフカメラを使用した場合、計測対象が40m×40m程度の範囲であれば1mmの精度（分解能）で計測が可能です。
■建設工事への適用
建設工事では、日照の影響で大きく変形する特性を有する橋梁やドーム屋根に対して、精度のよい形状管理（たわみ管理）が必要となる場合や、施工管理の一環として、コンクリートを打ち込む際に型枠を支える支保工や支保工下の地盤が沈下していないことを確認する必要のある場合など、コンクリート構造物の出来形（完成形）精度や品質を確保するために、測量が重要な役割を果たすシーンが多くあります。
しかし、橋梁やドームで日照の影響を受けずに測量するためには、夜間に測量を行う必要がありますが、夜間の測量は現実的ではなく、現場では早朝の日の出前に測量作業を行うなどの対応を行ってきており、技術者や作業員の負担が大きいという課題がありました。
また、コンクリートの品質に重大な影響を及ぼす恐れのある、コンクリート打込み中から硬化するまでの間の支保工地盤の沈下の確認については、十分なデータを得られるだけの頻度、すなわちリアルタイムに測量作業を行うことは容易ではないという課題がありました。
"可視光通信3次元位置計測システム"は、このような課題に効果的に対応することのできる測量システムで、橋梁やドーム屋根の夜間における無人測量や、コンクリート打込み中における支保工地盤の長時間連続無人測量なども容易に行うことが可能となりました。
【1】橋梁施工への適用
"可視光通信3次元位置計測システム"の橋梁建設工事に対する導入効果を確認するために、本年10月から11月にかけて、コンクリート打込み時の支保工地盤の沈下測量に、本システムを適用しました。
工事概要は以下のとおりです。
発注者 ： 独立行政法人 都市再生機構 埼玉地域支社
工事名 ： 越谷レイクタウン地区F橋梁上部工工事
施工場所： 埼玉県越谷市越谷レイクタウン地区内
構造形式： 3径間連続エクストラドーズド橋
施工方法： 場所打ち固定支保工施工本工事は、固定式支保工施工で施工しましたが、一度に大量のコンクリートを打ち込むため、その重量により地盤の圧縮沈下が予想されました。
そこで、"可視光通信3次元位置自動計測システム"により、約7時間にわたるンクリート打込み中および打込み開始から24時間後までの支保工の沈下量計測を実施することとしました。
このたび実用化した自動化システムでは、2台のカメラにより20分間隔で、写真撮影、データ取り込み、解析および計測沈下量のリアルタイム表示を24時間連続で無人で行いました。
その結果、この自動測量システムの現場での実用性などを確認することができました。
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図-3 越谷レイクタウン地区F橋梁完成予想図（提供：独立行政法人 都市再生機構）
【2】アルミドーム屋根施工への適用
"可視光通信3次元位置計測システム"の配水池建設工事に対する導入効果を確認するために、本年11月下旬、アルミドーム屋根の日照による温度変化などによる変位測量に"可視光通信3次元位置自動計測システム"を適用しました。
工事概要は以下のとおりです。
発注者 ：JFEエンジニアリング株式会社（元発注：神戸市）
工事名 ：狩場台特1高区配水池増設本体工事の内 アルミドーム屋根工事
工事場所：神戸市西区狩場台1丁目（神戸市水道局狩場台配水場内）本工事は、鋼製配水池（直径43.5m）の上にアルミドーム屋根を建設するものです。
ここでは、日照などによる温度変化によって屋根が膨張・収縮する際の変位を確認するために、屋根の各所（12点）にLED標点を設置し、地上に設置した2台のカメラで20分間隔で24時間の変位自動測量を実施しました。夜間配水池の上部に測量員が上る必要もなく、安全かつ効率的に測量が実施できました。
その結果、この自動測量システムの現場での実用性などを確認することができました。
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■今後の展望
このたび、"可視光通信3次元位置計測システム"の2ヶ所の現場への適用を通じて、このシステムの特徴である、夜間における無人測量あるいは長時間にわたる無人測量により、作業の省力化に加えて安全性向上などの優位性が実証されました。
当社では"可視光通信3次元位置計測システム"を、今後、多くの現場における施工プロセスの信頼性向上に向けて活用していきますが、さらにアセットマネジメントなどに必要不可欠となる長期的な計測を、低コストで確実に行うことのできるインテリジェント・システムに発展させていく方針です。
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