概要
本日は戸田建設株式会社（以下、戸田建設）と株式会社Spiral（以下、Spiral）が、2023年10月末に障害物検知センサを搭載した「非SLAM※1型自律飛行ドローン」※2を共同で開発。飛行検証を茨城県つくば市にある実大トンネルにて実施というリリースニュースをお届けします。
非SLAM型自律飛行ドローンで障害物回避飛行の検証に成功
その結果、「GNSS（全地球航法衛星システム）」※3が届かず重機等が輻輳する環境下においても、
自動で障害物を検知し安全なルートを選択しながら飛行可能であることを実証しました。
両社は山岳トンネル建設の安全性と生産性を向上させるべく、自律飛行ドローンの現場実証を繰り返し、2025年度の実現場への本格運用を目指します。
※1 SLAM：特徴点の距離と方向から自己位置推定と周辺地図作成を同時に行う技術
※2 非SLAM型自律飛行ドローン：ドローンに搭載されたカメラにより飛行指示の入ったマーカーを認識することで、ドローンとマーカーのみで自律飛行が可能なシステム
※3 GNSS：人工衛星を用いて位置を高精度に計測できるシステム
写真1 実大トンネルにおける飛行試験状況
開発の背景
昨今の建設業では、少子高齢化に伴う技術者不足や危険個所における災害抑止などの課題解決が求められており、目視点検や計測業務の省人化の必要性が増しています。
戸田建設とSpiralは、山岳トンネルなどの非GNSS環境下において情報の取得を自動化するため、これまでに自律飛行ドローンを用いて3回の実証実験を行いました。
ドローンが撮影する画像を中心としたデータの取得や、坑内に配置された設備の位置情報が把握できることの確認など、実現場への導入に向けた準備を進めてきました※4。
一方で、重機類をはじめ、坑内設備の位置が日々変化する動的環境に対応するためには、ドローンへの「障害物検知センサ」の搭載が不可欠でした。本共同開発は、より具体的な現場のニーズをもとに「障害物検知センサ」を搭載した機体を開発し、トンネルにおけるデータ取得の自動化を進めることを目的としています。
今回、動的環境への対応として、茨城県つくば市にある実大トンネル実験施設内において、障害物検知センサと障害物回避システムを搭載したドローンを用いた飛行実験を行いました。
※4 戸田建設プレスリリース（2023年3月16日）
非SLAM型自律飛行ドローンを用いたトンネル内3次元座標取得の検証
https://www.toda.co.jp/news/2023/20230316_003183.html
システムの特徴
自律飛行における制御機構は、Spiral社の「MarkFlexAir（マークフレックスエアー:MFA）」※5を使用しました。システムの特徴は以下の通りです。
・ドローンとマーカーのみで自律飛行が可能なシステムであるため、飛行中に操縦機や遠隔操縦システム等による制御は不要であり、通信不良による事故を防止できる
・障害物検知センサにより、自動で障害物を検知・回避しながら定められた飛行経路を維持できる
・搭載したカメラで撮影された画像（4K/30fps）はWi-Fiを介して、専用のアプリケーション上にアップロードできる
・SLAM技術を必要としないため、照度が不足している等の理由で特徴点が少ない場所における自律飛行が可能となり、山岳トンネルのような屋内暗所かつ障害物の多い場所での高速・長距離飛行を実現できる
※5 MFA：屋内などのGNSSが届かない環境でもマーカーを用いることでドローンの自律飛行を可能にする、Spiral社の特許技術が搭載されたシステム
実証概要
本検証では、障害物検知センサを搭載したドローンの自律飛行システムを用いて、実大トンネル実験施設内において飛行の安定性や画像取得の確認を行いました。
その結果、速度7km/hで1800m区間の飛行に成功しました。障害物回避飛行では、設置した障害物を避けながら定められた飛行経路を通過し、障害物検知センサが正しく作動していることを確認しました。
今後の展望
本検証により、非SLAM型自律飛行ドローンの安定的な飛行と、障害物検知センサの正確性についての一定の成果を確認できたことから、重機類が輻輳する実際の現場での実用性がさらに高まり、トンネル坑内の情報取得が高精度化していくことが期待できます。
今後の開発については、現場での外乱影響が障害物検知センサに及ぼす影響について研究・改善、また誤作動回避の設計を行うなど、更なる精度向上と試験運用を進め、施工中のトンネル現場での本格運用を2025年度までに開始することを目指します。
共同研究開発について
今後も有望なスタートアップ・ベンチャー企業が持つ技術・サービスと、戸田建設が持つ技術やノウハウ、顧客基盤を活用した価値共創活動に取り組んでまいります。
資料引用：戸田建設
おわりに
屋内などのGNSSが届かない環境でもマーカーを用いることでドローンの自律飛行を可能にするSpiral社の「MarkFlexAir（マークフレックスエアー:MFA）」が導きとなり、自律飛行ドローンの安定的な飛行と障害物回避を可能にしたリリースニュースをお送りしましたが、電波環境の乏しい山岳トンネルの現場を利用とするならば、将来的には、中山間地での農地管理や災害予知への監視飛行に転用できるようにライターは感じます。
参考・関連情報・お問い合わせなど
□戸田建設株式会社
https://www.toda.co.jp/news/2023/20231219_003295.html
□株式会社Spiral
