日経 xTECH Special
建設・土木現場のドローン測量
建設・土木現場のドローン測量

運用効率とコストを一変させる新たな選択肢とは

ドローン測量の現場に変革が起きている。従来、レーザースキャナーの役割をする「LiDAR」などの専門機材をドローン本体と異なるメーカーの製品でまかなうケースが頻発し、システムの複雑化や作業の増大を招いていた。そうした中、ドローンメーカー世界大手のDJIが “純正”のソリューションの提供を始めたからだ。運用効率とコストを一変させる新たな選択肢として注目を集めている。

現場活用が広がるも課題も多かったドローンの航空測量

 ICTを活用して建設・土木現場などの生産性向上を図る「i-Construction」。その一環で、ドローン測量は年々、需要が高まっている。だが、様々な限界も指摘されてきた。

 例えば、山間部の地形を測量する場合、ドローンに搭載したカメラで空撮しても、樹木が生い茂る地表面の測量データの取得は困難だ。そこで、作業員が地上型レーザースキャナーを用いて地表面データを取得することになるが、山間部に機材を持ち運んで作業する労力と時間がかかる上、取得したデータを空撮した画像データと突き合わせて解析する作業も手間がかかるものだった。

株式会社 神戸清光 代表取締役社長 走出 高充氏
株式会社 神戸清光
代表取締役社長
走出 高充
 こうした作業を効率化する方法として、ドローンに搭載するレーザースキャナーの「LiDAR」がある。LiDARであれば、樹木が生い茂る山間部の地表面データの取得も可能だが、課題があった。

 その1つが専門性の高いLiDARなどの一部の機材は、ドローン本体と異なるサードパーティー製が主流であることだ。「異なるメーカーの製品を組み合わせて利用することで付随する機材も大がかりになり、自社での導入や専門会社への外注にかかわらず、コストが割高になりがちになっていました」と、ドローンの動向に詳しい測量計測機販売商社、神戸清光の走出 高充氏は説明する。

 例えば、LiDARメーカーが、より高精度な測量データの取得が可能なGNSS(全球測位衛星システム)をLiDARに装備している場合、ドローン本体にも別途、GNSSのアンテナを搭載する必要がある。システムが複雑になることで設定・調整作業も増え、オペレーション面の課題も大きかったのだ。

高精度測位が可能な「RTK」をドローン機体に装備

 このような状況を踏まえ、新たなソリューションを提供し始めたのが、DJIである。同社の製品は、建設・土木会社をはじめ、山間部の測量、形状把握が必要な森林管理会社、送電線の保守・点検を行う電力会社など、幅広い業種で利用されている。

 そして、同社の最先端技術やノウハウを結集してドローン市場に投入したのが、フラッグシップの次世代産業用ドローンのMatrice 300 RTK(以下、M300 RTK)および航空測量用LiDARであるZenmuse L1、フルサイズセンサー搭載の航空測量用カメラのZenmuse P1の製品群だ。最大の特長が、ドローン機体、LiDAR、カメラなどDJI単独による〝純正〟のソリューションを提供している点である。「これまでの常識を覆すシステムで、市場に与えたインパクトは大きい」と走出氏は述べる。
フラッグシップの次世代産業用ドローンのMatrice 300 RTK フラッグシップの次世代産業用ドローンのMatrice 300 RTK
 では、それぞれについてもう少し具体的に見ていこう。まず、ドローン機体のM300 RTKは製品名にもあるように、GNSSから受信した信号を利用してRTKによる測位ができるのが大きな特長だ。RTKは2つの受信機でリアルタイムに測位情報をやり取りしながらズレを補正する仕組みで、誤差数cmの高精度な測位が可能。ここに高精度なLiDARやカメラを組み合わせることで、より正確なデータを取得できる。

 また、最大55分の長時間飛行が可能で、最大伝送距離15 km(日本国内では8km)の1080p動画伝送やオペレーター2人で制御権を切り替えられるデュアル制御も実現(詳細は各製品の公式HPを参照)。ほかにも多様な用途に応じた計測作業を可能にする性能や機能を多く備える。
精巧な機体設計と推進システム設計により、高効率で安定した飛行を持続できるMatrice 300 RTK 精巧な機体設計と推進システム設計により、高効率で安定した飛行を持続できるMatrice 300 RTK

スピーディーに3次元データ生成が可能な統合型LiDAR

 Zenmuse L1はM300 RTKに装着でき、同社史上初となる航空測量用LiDARだ。ドローンの飛行中に3次元データを可視化するLiDARモジュール、3軸安定化ジンバルに1インチCMOSセンサーを搭載したRGBカメラ、正確な測位をサポートする高精度IMU(慣性計測ユニット)といった機器を1台に集約する統合型LiDARだ。
DJI史上初となる航空測量用LiDARのZenmuse L1 DJI史上初となる航空測量用LiDARのZenmuse L1
 「Zenmuse L1はエントリーモデルの位置付けですが、従来の高価格なLiDARに匹敵する性能を備えています。現場ですぐ使える起動の速さや、手間のかかる調整が不要な点を特長としており、既存のLiDARユーザーはもちろん、導入を検討する新規ユーザーにもお薦めします」と走出氏は評価する。

 また、従来のLiDARは解析のためのデータ処理に時間がかかる課題もあった。しかし、Zenmuse L1はM300 RTK、データ処理ソフトウエアを組み合わせることで、その場で3次元点群データを生成・可視化できる。現場でのスピーディーな意思決定や作業の効率化が可能だ。

 こうしたリアルタイムのデータ取得を可能にするのが、DJI独自のレーザースキャン技術である。水平方向に対象物を認識する反復スキャンと、様々な方向から対象物を読み込む非反復スキャンに対応しており、複雑な地形も柔軟に計測できるという。

 さらに、M300 RTKと連動によってZenmuse L1のRGBカメラで撮影する角度を自由に制御可能だ。「例えば、送電線の設備点検で、上部からだけでなく、下部からも撮影したい場合、M300 RTKを下降させてZenmuse L1で送電線設備の下から3次元点群データを取得し、その場で確認するなど、従来のLiDARでは困難だったシチュエーションでの作業が可能です」と走出氏は述べる。
リアルタイムでトゥルーカラー点群モデルを生成できるZenmuse L1 リアルタイムでトゥルーカラー点群モデルを生成できるZenmuse L1 Zenmuse L1を用いてリアルタイムに3次元点群データを取得。現場で結果を確認することにより、迅速な意思決定を支援する(左)。作業直後にデータを確認し、現場作業の品質を検証するといった使い方も可能だ(右)

フルサイズセンサーカメラで山間部なども自在に撮影

 DJIのソリューションの特長は、M300 RTKをベースに、必要に応じてLiDARやカメラといったペイロード(搭載物)を取り換えながらシームレスに作業できることだ。例えば建設・土木分野などではLiDARのZenmuse L1に加え、高解像度カメラのニーズも高い。こうした声に応えるのがZenmuse P1である。
フルサイズセンサーを搭載した航空測量用カメラのZenmuse P1 フルサイズセンサーを搭載した航空測量用カメラのZenmuse P1
 Zenmuse P1は、4500万画素のフルサイズセンサーカメラと交換可能な単焦点レンズを3軸ジンバルスタビライザーに搭載した、航空写真測量用のカメラだ。リアルタイムの位置と方向を補正する技術と組み合わせ、センチメートルレベルの高い精度のデータを取得できるため、M300 RTKの高度を上げて撮影することで、撮影枚数を大幅に減らし、データ解析時間の短縮など後処理の効率化にもつなげられる。

 「地表からの高低差のある山間部など、従来のドローンとカメラでは撮影が困難な場所でも対応できます。また、より高精度な3次元データの作成も可能です」と走出氏は説明する。2次元と3次元のデータを用いた点検・測量や地形マッピング、森林・水域の天然資源管理、地質調査、災害被災地の状況を把握する被災地モデリングなど、様々な用途で利用されている。
社会インフラの点検と測量にZenmuse P1を活用 社会インフラの点検と測量にZenmuse P1を活用 Zenmuse P1はフルサイズセンサーカメラが上空からでも地上解像度数センチメートルレベルの高精度を確保できる。撮影した航空写真から3次元点群データを生成することも可能だ
 ある建設・電気工事会社では、鉄道の電線工事にM300 RTKとZenmuse L1を活用。従来は困難だった3次元データが取得できるようになったことで、工事資機材の搬入計画や動線確認のシミュレーションが高い精度で可能となり、業務効率を高めた。また、建設・土木の現場では重機の自動運転のニーズが高い。そのベースマップを作成する際に、Zenmuse L1で生成した3次元点群データを活用する動きが進んでいるという。

 このように、従来製品と異なる特長を持つM300 RTKやZenmuse L1、Zenmuse P1だが、業務で効果的に活用するには、導入時の教育・講習が欠かせない。DJIの日本法人、DJI JAPANでは、国内販売会社との連携に基づき、ユーザー企業の習熟度に合わせた体験型講習会や、導入後のサポートにも力を入れている。

 また、ドローン測量はインフラ設備の点検・調査、災害対策など様々な分野でも活用が広がっている。DJI JAPANでは建設・土木分野をはじめ、幅広い業種のニーズに応える新たなドローン測量の選択肢を今後も提案していく考えだ。
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