CORE技術研究所 ドローン空撮による橋梁インフラのたわみ計測法を開発

CORE技術研究所 ドローン空撮による橋梁インフラのたわみ計測法を開発
2024.04.22

産総研と共同開発 格子幅の1000分の1のたわみによる変位量を測定

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維持管理
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概要動画Overview Video

 CORE技術研究所と、国立研究開発法人産業技術総合研究所(産総研)は、共同でドローン空撮による橋梁インフラのたわみ計測法を開発した。4k以上の撮影画素を有するカメラを搭載した空中ドローンで、両端の不動点と中央部の3点にサンプリングモアレ法を利用した格子模様のマーカーを設置することで、格子幅の1000分の1のたわみによる変位量を測定できる。空中ドローンを使うため、大河川やダム、海上橋や山中など従来の地上からの測定では難しかった橋梁についても自由に測定することが可能だ。

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ずれ量を0.5~0.1ピクセル内に収める

mmオーダーで、橋梁の微小なたわみ計測を行うことができる

 空中ドローンによる測定の最大の課題は風などの影響によって機体が揺れ、画像のぶれが発生し、画像に大きな誤差が発生することである。「従来手法では距離にもよるが±10ピクセルほどのずれが発生」(産総研・李志遠氏)していた。そこで橋の両端(不動点)と変位量が大きくなる橋の中間点の最低3か所に格子模様のマーカーを設置し、2つのマーカーを結ぶ1本の基準線が橋梁の変形前後で一致するように100分の1ピクセルの精度で画像ぶれ補正を行った。「2つの固定点は人間でいうと耳に該当する」(同氏)もの。人間の耳は、聴覚以外に前庭系システムとして、前庭と三半規管(平衡覚)を内耳に備えているが、これは3次元空間における平衡移動や傾きの回転を感知するセンサーの役割を果たしている。この平衡感覚を、新しいたわみ測定法に利用した。


サンプリングモアレ法の原理


 空中ドローンは風などにより大きく揺れることもあるが、このずれ量を2つの耳に該当するマーカーの格子状になっている規則模様画像を補正すると、「ずれ量を0.5~0.1ピクセル内に収めることでき、ピタッと画像が止まっているように補正できる」(同)。その後に真ん中のマーカー画像の時間に対する変化を解析していくと、mmオーダーで、橋梁の微小なたわみ計測を行うことができるようになった。


ずれ量を0.5~0.1ピクセル内に収める/平衡感覚を、新しいたわみ測定法に利用

CORE技術研究所 ノアの橋梁。 CORE技術研究所

ドローンと構造物の離隔は300mで測定

J-Tiffcomによる床版補強が桁に対しても約6%程度のたわみ低減効果

 すでに両者は、支間長30mの鋼トラス橋(ドローンと橋の離隔は35m)、支間長66mのドゥルックバンド橋(ドローンと橋の離隔は85m)で計測を行い、従来の計測法とほぼ同等の精度を有する計測結果を得ることができた。


支間長66mのドゥルックバンド橋(ドローンと橋の離隔は85m)で計測


 昨冬には高知県の早明浦ダムを跨ぐ箇所にある上吉野川橋(3径間連続鋼吊橋橋)で実橋による測定を行った。中央径間長が250mに達するため、マーカーサイズも従来の1m真角より大きく(サイズ2.5m、マーカーピッチ1.0m)した。またドローンと構造物の離隔は300mと「ドローンの目視限界ぎりぎりで測定した」(CORE技術研究所・小椋紀彦氏)。


上吉野川橋橋梁概要及び側面図と撮影写真

上吉野川補修補強履歴/今回、J-Tiffcomによる補強を施している


 「25t車のトラックを走らせた実荷重走行での測定」を行った結果、橋梁中央で74mmの桁のたわみ値が得られた。誤差は数mm程度と極めて小さく、今後はこうした従来の測定方法が難しい、河川上や山間部の従来の測定手法が難しい橋梁でも手軽に測定できることがはっきりとした(同氏)。また、同橋は、劣化したRC床版の上面をUFC(J-Tiffcom)で打設する補強を行っているが、補強後に改めて測定した結果、桁のたわみ変位量は68mmまで減っていることがわかり、床版の補強効果だけでなく、桁に対しても約6%程度のたわみ低減効果が及んでいることが分かった。


ドローン空撮による橋梁インフラのたわみ計測

約6%のたわみ低減効果が見られた

床組トラスの形状変化から、たわみ量を計測が可能

マーカーの省略も検討でき、より効率的な測定を行うことができそう

 上吉野川橋では同測定手法の効率化に寄与する成果も確認できた。同橋は吊り橋であるため、床組トラスが規則正しく配置されている構造であるが、これをマーカーに用いている格子模様と同等の不動点として捉えて、床組トラスの形状変化から、たわみ量を計測することができたのだ。端部や中央だけでなく、それぞれの細かいところで変位量を確認でき、多点でより詳細なたわみ変位量を測定できることが分かった。今後はこうした規則的な構造がある橋梁についてはマーカーの省略も検討でき、より効率的な測定を行うことができそうだ。


規則的な構造がある橋梁についてはマーカーの省略も検討できる


 両者では、コンクリート橋、鋼橋の種別を問わず、効率的に橋梁の耐力や補強前後の効果を測定できる手法として、積極的に展開していく方針だ。

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