開発の背景
山岳トンネルの切羽付近では、掘削面からの岩石剥落（肌落ち）により重篤な災害が発生することがあります。近年、肌落ちの発生件数は下げ止まり傾向にあり、切羽形状の測定作業は依然として切羽前に三脚を設置して行われるケースが少なくありませんでした。このような状況から、測定作業の完全無人化が求められていました。
「Perch-RIM」の仕組み
Perch-RIMは、永電磁石とLiDAR（レーザーセンサ）を搭載したドローン、そしてドローンの絶対座標を計測するトータルステーションで構成されています。
測定作業は以下の手順で行われます。
- 切羽から十分に離れた場所からドローンを飛行させ、切羽付近の鋼製支保工の天端に磁力で吸着させます。
- 切羽後方に設置されたトータルステーションからドローンの3次元座標を取得します。
- LiDARによるセンシングで切羽面の3次元点群データを取得し、ドローンの座標値と合わせて精緻な切羽形状の絶対座標を算出します。
システムのメリットと今後の展開
この測定方法の最大のメリットは、工事関係者が切羽付近へ立ち入ることなく測定作業ができるため、肌落ち災害のリスクを排除し、安全性が大幅に向上することです。また、掘削精度（余掘りやあたりなど）を絶対座標で定量的に評価できる点も特長です。
さらに、作業時間が大幅に短縮されるため、人員配置の最適化、工期短縮、コスト削減にも寄与します。ドローンに標準搭載されているカメラを活用することで、遠隔からの坑内巡回、切羽監視、粉塵や有害ガスなどの環境モニタリングといった各種業務にもPerch-RIMを展開可能です。
実証試験と開発体制
本システムは、すでに中央自動車道 新小仏トンネル工事、米子自動車道 三平山トンネル工事、北海道新幹線 渡島トンネル（上二股）の現場で実証試験が行われ、その有効性が確認・検証されています。建設現場では、本システムの現場実証を継続しながら、切羽付近の作業の無人化に向けた自動化・遠隔化が推進される予定です。
今回の開発にあたっては、清水建設が全体システムの構想化・評価を、株式会社演算工房が3次元点群データの計測ソフトウェアの開発を、株式会社シュルード設計がドローンシステムの設計をそれぞれ担当しました。大阪工業大学ロボット工学科の東 善之准教授は、システムの監修を行っています。
大阪工業大学に関する詳細は、公式サイトをご覧ください。
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