重機で移動しながらスキャンできる搭載型レーザー計測システム、フジタ

フジタは、重機に搭載するレーザー計測システムを開発し、岐阜県の開発造成工事で精度検証を行った。結果は、国土交通省が示す、出来形管理の基準をクリアする精度が得られたという。

[石原忍，BUILT]

　フジタは、情報化施工に取り組むジオサーフCSと共同で、土工事の出来形管理に活用できる「重機搭載レーザー計測システム」を開発した。このシステムであれば、重機オペレーターが、施工後に自分で計測することができるため、不具合箇所をすぐに直せ、品質と生産性の向上につながる。

安価な2次元レーザースキャナーのため、汎用性と普及性に優れる

　重機搭載レーザー計測システムは、重機に搭載したレーザースキャナーで、移動しながら現場内の任意の位置で、面的な出来形座標を取得するシステム。従来の地上型レーザースキャナーを用いた測量は、盛り替えに時間を要するという難点があり、自己位置を高精度に測位でき、移動しながら計測できる技術の開発が望まれていた。システムは、レーザースキャナーと、全地球測位衛星システム（Global Navigation Satellite System、GNSS）受信機、傾斜計、解析モニターで構成。

　操作方法は、オペレーターが運転席で計測ボタンを押し、計測範囲を重機が旋回スキャンすることで、GNSSが位置座標、レーザースキャナーが作業面までの距離、傾斜計が重機姿勢をそれぞれ測って演算処理を行い、その結果を現況の点群データに変換。点群データを3次元の設計データと重ねあわせ、差分を色分けしたヒートマップで表示することで、現況と設計を比べ、切土すべきか盛土すべきかの判断や出来高土量を算出する。

「重機搭載レーザー計測システム」の仕組み　出典：フジタ

　作業の進捗（しんちょく）に応じて、施工後すぐにオペレーター自らが計測することで、リアルタイムな出来形良否判定が可能になる。この判定結果に基づき、施工の不具合箇所を直ちに手直しすれば、今まで以上の品質と生産性の向上につながる。取得した点群データを専用ソフトに取り込めば、ヒートマップの応用で、規格値に比べて異なる計測箇所を色分け表示し、出来形の合否判定にもつながる。

　使用しているレーザースキャナーは、屋外用の安価な2次元スキャナーで、重機自体を回転させて周囲の3次元データを取る。高価でありながら耐久性に課題がある3次元スキャナーよりも、汎用性と普及性の面で優れる。UAV（無人航空機）測量と比較しても、雨天・強風など作業環境や天候の影響を受けずに、安定した測量ができるメリットがある。

　レーザースキャナーの取付も、重機に外付けで容易に可能。計測は運転席のタッチスクリーンで操作する。計測時間も短く、測量作業が大幅に省力化され、土工事全体の生産性アップをもたらす。

　レーザーの計測距離は3〜12m（メートル）、測定視野は上下方向45〜165°で水平方向90°。測定頻度は25Hz（ヘルツ）。測定速度は12万点/秒。

法面（のりめん）出来形ヒートマップ　出典：フジタ

　フジタは開発の背景について、現状の建設機械のICT（情報通信技術）化は、重機オペレータに作業中の刃先位置を表示し、設計ラインを超えないよう誘導する技術だと指摘。操作の簡便化は図れるものの、作業面全体の形状変化や設計面との差分量は判別できないとし、実際に施工中の出来形精度を確認するには、巻尺やレベルを用いた計測作業が必要なため、重機に搭載するタイプの計測システムを開発したと理由を述べる。

　また、出来形の良否でも、地上型レーザースキャナーや従来型のUAVで計測したデータを後処理の解析で判定することになるため、多大な時間と労力を要する上、リアルタイムでの確認が行えないのがネックだったとしている。

　重機搭載レーザー計測システムは、既に岐阜県土岐市土岐口財産区発注の「土岐口開発造成工事（1）」で導入され、精度検証が行われた。測定距離15m以内で、±50mm以内の精度で計測できることが実証され、国交省がi-Construction3次元出来形管理で求める基準値を満たす結果が得られたという。

　フジタでは、計測システムをICT建機と連係することで、測量作業が効率化されるとともに、高精度の施工やデータ管理の簡略化が可能になると期待を込める。また、土工事全般だけでなく、ダムやトンネルの施工管理への展開も見据え、今後はさまざまな応用に向けて、機能向上を図っていくとしている。