土木学会論文集の完全版下投稿用

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1 図面が 3D!? ICT を活用した災害査定について 佐藤英樹 1 1 静岡県交通基盤部道路局道路整備課 ( 静岡市葵区追手町 9 番 6 号 ) 災害が発生した場合 その復旧計画を速やかにかつ円滑に進めるためには 被災直後から状況把握や調査測量に着手することが極めて重要になる 国土交通省では 災害復旧において ICT の活用により災害復旧の迅速化 効率化を推進している中 静岡県でも平成 26 年度 1 次査定において ICT を活用した測量の一つであるデジタル写真から 3 次元モデルを作成する技術の実証実験を 災害査定にて全国で初めて行った 今回は この ICT を活用した災害査定の紹介やその実証実験結果について発表する キーワード : 災害査定,ICT,3 次元モデル 1. ICT を活用した測量とは (1) 概要 ICT とは Information and Communication Technology ( 直訳 : 情報通信技術 ) の略称であり ICT( 情報通信技術 ) を活用した測量が 近年 実用化され始めている 測量方法については レーザーにより測量する方法 ( 図 -1) や音波により測量する方法 さらにデジタル写真により 3 次元モデルを作成する方法 ( 図 -2) など多岐にわたるが 共通して従来の測量技術よりも迅速性や作業員への安全性に優れることが大きな特徴であり 多くの民間企業が技術開発に取り組んでいる 図 -1 レーザーによる地形測量 図 -2 デジタル写真による 3 次元モデル (2)ICT 活用技術の一例多岐にわたる技術の中から 災害査定時に実証実験として行った デジタル写真画像から 3 次元モデルを作成する技術について簡単に紹介する a) 使用する機材 デジタルカメラ (GPS 機能付き ) 汎用の 3 次元画像解析ソフト 3D モデリングソフト 3DCAD 上記機材は一般に販売されている機材であり 誰でも購入することができる デジタルカメラについては 500 万画素以上の機種が望ましい 動画映像でも可能である b) 原理原理について 一つの事例に沿って説明する デジタル写真画像から 3 次元モデル化するために

2 ステレオ写真測量の原理を利用している 図 -3 のように 2 台のカメラで 3 次元モデル化したい地形を撮影したとする その際に 撮影する 2 台のカメラが GPS 機能で撮影位置の座標を特定できれば 座標計算によって 2 台のカメラが撮影した計測点の 3 次元座標を算出することができる このとき より多くの計測点を算出するには 重ねる 2 枚の写真が多くオーバーラップしていることが望ましい C) 原理の応用計測点の座標が算出できれば 写真撮影をした計測点をつなぎあわせることで 計測点の点群 ( 図 - 4) を作成していく 次に点群の中から 必要な点のみを抜き出して 線で結んだ tin データ ( 図 -5) を作成する tin データに写真撮影で作成された jpg 画像を張り付けることで 座標管理された 3 次元モデル ( 図 - 6) を作成することができる 図 -5 tin データ 図 -3 ステレオ写真測量原理 (2 台のカメラで撮影した場合 ) 図 -6 3 次元モデル 2. 災害査定での 3 次元モデル化の実証実験 (1) 実証実験の目的国土交通省では 迅速な対応が求められる災害復旧事業において ICT 等を活用することで現地測量の短縮や災害査定の効率化を推進しており その普及推進のための事例収集を目的に実証実験を行った 図 -4 点群 (2) 実証実験の舞台となった災害現場 a) 静岡県島田土木事務所管内での道路災害平成 26 年 3 月 29 日から 30 日の豪雨により 県道伊久美元島田線 ( 島田市大草地内 ) において 延長 14m 法長 27m に渡り道路法面が崩壊する道路災害が発生し

3 た 現場の状況は それまで斜面を保護していた落石防止網や斜面上の樹木などが崩壊土砂とともに県道上へ流出していた そこで 県道を通行止めすることとなったが 当該県道は地元住民にとって重要な生活道路であり 周辺には迂回路として使用できる道路が林道しかないため 地元へ林道を迂回路として利用していただくよう依頼した しかし 迂回路とした林道は一般道のように舗装が整備されておらず また周辺の急峻な地形にあわせた起伏の激しい道路のため 普段県道を利用している道路利用者に多大な負担が発生していた そのため 速やかに災害復旧事業としての申請を行った 応急工事として崩壊土砂の撤去と仮設防護柵の設置工事を先行して行い 工事完了後は速やかに通行止め解除を行った 静岡県庁 伴い表層部の不安定土塊はほぼ崩落したものと考えられたが さらなる降雨により残った崩積土や風化した岩盤部が再度崩落する危険が考えられた そのため 地山の安定を図り 法面の安全度を確保する必要があった その上で 復旧工法の検討にあたっては 道路土工 - 切土工 斜面安定工指針に沿って検討を行った なお 現場状況から地山の切直しによる安定勾配の確保が困難であったため 吹付法枠工又は現場打ちコンクリート枠工の工種に絞り 比較検討を行った 現場打吹付法枠工は 法面上部にある不安定土塊の除去が必要であるが 枠はモルタルにより吹付を行うため不陸整形は必要としない それに比べて 現場打コンクリート法枠工は法面の不安定土塊の除去並びに型枠設置に伴う法面の整形が必要であったことから 比較検討を実施した結果 施工性 経済性に優れる現場打吹付法枠工を採用することとなった 次に 法枠サイズの比較検討を実施した 枠断面 スパンと スパンについ経済比較を行った結果 経済性に優れる スパンを採用することとなった こうした復旧工法の検討を経て 復旧延長 L=14.0m 復旧工法を現場打ち吹付法枠工 A=282 m2として災害申請を行った 災害現場 図 -7 災害現場 ( 島田市大草 ) b) 被災原因今回の道路災害の被災原因については 3 月 29 日 ~ 30 日にかけて断続的に降り続いた降雨により斜面表層部が飽和状態となり 表層部と基盤岩との境界において粘着力の低下が生じたこと また 降雨に伴う自重の増加によりせん断抵抗力が減少したと考えられる その結果 地山がせん断抵抗の限界を超えて崩壊し 既設施設であった覆式落石防止金網を巻き込みながら道路法面が被災したと推察した なお 被災直後は斜面からの湧水が確認された c) 災害申請被災時の気象情報等の調査を行ったところ 被災原因となった降雨の 3 月 29 日から 30 日の連続雨量は 159 mmであり 採択要件にある異常な天然現象であることから 災害申請を行うこととなった d) 復旧工法検討被災後の現地状況を確認したところ 地山の崩壊に 写真 -1 被災前 写真 -2 被災後

4 写真 -3 被災斜面 は測量時に作業員が危険な災害現場に立ち入る必要があったが ICT を活用することで危険な現場に作業員が立ち入る必要がなくなり 測量時の 2 次災害の危険性がなくなる また ICT を活用すれば 従来よりも少人数 短時間での測量が可能となるため 災害多発時などに機動力を発揮する このような効果が期待されることから 平成 26 年度に国土交通省より各都道府県に対して年間 1 件以上の ICT を活用した測量を実施するよう通達がなされ ICT を全国的に広め 災害復旧をより迅速かつ安全にするための取り組みが進んできている また 並行して ICT の技術開発や効果検証等も行われている 今回の災害現場は 長大な法面崩壊かつ斜面勾配が急な地形であり 人が立ち入ることが困難な現場であった このため 実査における崩壊面上部の確認が困難な状態であったが このように人が立ち入ることが困難な急斜面においてもデジタル写真から 3 次元モデルを作成することは有効なのか また デジタル写真から 3 次元モデルを作成する技術は 従来の測量技術に比べて優れた技術なのかを確認することで ICT 普及推進のための事例収集をする目的で実証実験を行うこととなった 写真 -4 湧水 (4) 実証実験に用いる 3 次元モデルの作成まず ICT を活用した 3 次元モデルを作成するため 前述 1.(2) で事例紹介した 市販されているデジタルカメラや 3D モデリングソフトに加え UAV や スカイリフター といった機材を使用することとした UAV とは Unmanned Aerial Vehicle の略称であり 直訳すると無人航空機という訳となるが 回転翼が複数ある小型電動無人ヘリコプターのことである UAV にカメラを搭載することで 測量したい箇所を上空から撮影することが可能 スカイリフターは 機材の頭部にカメラを取付けることで 約 10m の高さから周辺を撮影することが可能となる 写真 -5 全景写真 (3) 実証実験を行うこととなった経緯国土交通省では 前述のとおり迅速な対応が求められる災害復旧事業において 従来よりも迅速かつ安全に災害復旧を行うため ICT 等の活用することで 現地測量の短縮や災害査定の効率化を推進している ICT を活用することで期待されることとしては 従来 写真 -6 UAV

5 写真 -8 机上査定状況 写真 -7 スカイリフター (5) 実証実験の内容今回は災害査定の中で ICT の実証実験を行うという全国初の取り組みであったため 従来の査定であれば査定官 立会官の 2 名という体制であるが 国土交通省の職員 3 名も同行し 5 名で実証実験の内容を確認することとなった まずは机上査定として災害現場の状況や被災原因 復旧工法等の説明を行った 説明の際は 従来の測量技術で作成された平面図や横断図 現場で担当職員が撮影した写真を用いた 査定官や立会官からの質問に対しても 平面図や写真などを用いて回答を行った 机上査定終了後は パソコンのモニターに ICT を活用して作成された 3 次元モデルを映し出し 3 次元モデルの原理等の説明を行った 査定官から災害現場の斜面の崩壊部を詳しく確認したいとの要望があれば その場で 3 次元モデルを操作して 要望箇所を拡大させ 延長 幅についても モデル上に表示した 上記のように災害査定の中で 従来の測量により作成された資料と ICT を活用して作成された 3 次元モデルの対比を行った 3 次元モデルを確認後は災害現場に移動し 実査を行った 災害現場では先に見た 3 次元モデルが現場の地形を反映した成果となっているか確認を行った 写真 -9 実査状況 3. 実証実験の結果についての考察 (1) 立入り困難な急斜面で 3 次元モデル化は有効か? これまでは 人の立入りが困難な現場では有効な写真撮影を行うことができず 3 次元モデルの作成が困難であったが UAV やスカイリフターといった撮影機材を用いれば 作業員が危険な現場に立ち入らなくとも機材の操作のみで写真撮影が可能となり 3 次元モデル化は有効であることが確認できた (2) 3 次元モデル化は従来技術より優れているのか? 3 次元モデル化と従来の測量技術との比較を以下の 4 項目について行った a) 費用従来の測量技術が約 30 万円の費用を要したものに対して 3 次元モデル化も約 30 万円の費用を要する結果となった このため費用面に関しては 従来の測量技術と同等の費用を要することが確認できた

6 b) 作業期間従来の測量技術が外業 2.0 日 内業 2.0 日の計 4.0 日を要したものに対して 3 次元モデル化は外業 1.0 日 内業 1.5 日の計 2.5 日を要する結果となった このため 3 次元モデル化のほうが 従来の測量技術に比べて短期間での作業が可能となることが確認できた c) 安全性従来の測量技術は 作業員が危険な斜面に立ち入る必要があったものに対して 3 次元モデル化であれば 作業員は安全な箇所からの撮影機械の操作のみを行うだけでよく 危険な現場に立ち入る必要がなくなることから 3 次元モデルのほうが安全性に優れることが確認できた d) 測量成果の比較測量成果については 同じ測点で従来の測量技術と 3 次元モデルを重ねた横断図を作成し 確認を行った 復旧起点 復旧延長 L=14.00m 現場打吹付法枠工 (F200) A=282m2 暗渠排水工 L=11.0m 仮設防護柵工 L=10.0m L L L L 復旧終点 KBM んど相違がないことが確認できる 紫色の線が飛び出ているところが 2 か所ほどあるが これは現場に生えている樹木を反映した結果である また 横断図の中央付近でも黒線と紫線で多少ずれている点があるが これは 従来の測量を 4 月に行ったのに対して 3 次元モデル化にための写真撮影を 1 か月後の 5 月に行ったことによる 地形の変化が反映されている 4. まとめ ここまでの実証実験結果をまとめると 3 次元モデル化は従来技術と同等の費用で作業期間や安全性に優れるという結果となった このため ICT を活用した測量は従来の測量技術にとって代わる可能性のある 新たな技術であると思われる また ICT については 民間企業の多くが技術開発を進めているところであり 今後の技術開発の進捗によっては 今回検証した結果以上に差が生じる可能性がある しかしながら 開発された技術を扱える技術者も同時に育てていく必要があり 今回のような実証実験の内容をより多くの人に伝えていかなければならない 5. むすびに T 図 -8 平面図図 -9 横断図重ね図 T 今回は災害復旧事業における災害査定という限られた中での検証であったが 今回活用した技術は他分野においても利用できる可能性を秘めている 例えば 3 次元モデル化の技術を活用することによって これまでは道路や河川を紙による台帳で管理していたものを 3 次元モデルにより座標管理されたデータとして管理することもできる可能性がある これが実現すれば従来よりも精度の高いインフラ管理ができるようになる また 平成 26 年度の道路法等改正に伴い義務化された道路施設の点検においても 橋梁の点検時に UAV を活用することができれば 今まで設置していた足場は不要となり 点検費用の大幅な減額が期待できる 同様に 跨線橋や跨道橋の点検においても大きな効果が期待できる 道路点検で実用化するための実証実験結果を見ると 実用化に向けてはまだ課題が多いが 仮に実用化された時の経済効果を考えると 早急な実用化が実現されることを期待したい 黒線が従来の測量成果により作成された横断図で 紫色が 3 次元モデルから作成された横断図となる 図面で示されているとおり 従来の測量成果とほと

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