前回、来年度からの準天頂衛星4機体制が、i-Constructionの現場に施工性向上をもたらすことを見てきたが、みちびきにはもう1つ大きな機能が実装されている。それが「センチメーター級測位補強サービス」通称CLAS(シーラス)である。RTK方式で必要だった基地局や、VRS方式で配信されている衛星補正情報に相当するものが、みちびき自体から放送されるという機能だ。(衛星画像出典:qzss.go.jp

◇補正情報を出すL6信号

 みちびきが出す信号はL1、L2、L5という米国GPSに準拠した信号を送り出す。これは、GPSと合わせて使うことを想定しているからだ。これに加えて、みちびきにはL6という信号が用意されている。
 L6信号は「センチメーター級測位補強サービス(CLAS)」という配信サービスに使われる。これは電子基準点で把握したGPSなどの衛星信号誤差から測位補強信号を計算して地上から準天頂衛星にアップリンクし、衛星経由で受信機側に補正情報を送るサービスだ。
 5機以上の衛星が見えれば、移動体で水平誤差12cm以下、垂直誤差24cm以下の精度が実現できる。
 内閣府ではこのサービスを、測量や情報化施工での利用を想定し、3~4級の基準点測量や写真測量の標定点測量などに利用できると広報している。また車載型の3次元測量であるMMS(モバイルマッピングシステム)への活用も想定している。
L6信号での配信サービスイメージ

◇PPP-RTK

 L6信号に乗せられたCLASは、精密単独測位(PPP)とも呼ばれている。電子基準点のデータをもとに補正情報を生成し、みちびきの管制局から追跡管制局経由で衛星に補正データをアップリンクし、L6信号で地上に放送する。
 RTKやVRS方式が、基地局と移動局の相対的な補正データとすると、CLASを利用した補正方式は基準点座標に依存しない補正方式とも言われる。
 測位誤差を、衛星軌道・時計、電離層遅延、対流圏遅延などに分離して補正を行う方式がSSR(State Space Representation)方式と呼ばれている。PPPは、この方式の中の1つで、衛星関連と、電離層・対流圏の誤差を補正し、マルチパスと衛星数などの測位者にかかわる誤差は受信機側で補正する。

◇VRSとの違い

 ではL6信号でCLASを利用すれば、基準局や衛星補正データが不要になるかというと、どうもそうではないようだ。
 CLASからの補正情報の配信は、約2万㎞離れている衛星経由となるため、10数秒のタイムラグが発生する。電離層が急激に変化する擾乱などの場合は、測位結果が乱れる場合もある。
 一方でVRSなどの地上型の配信サービスは、携帯電話回線などを使って1秒ごとに補正情報を流すため、遅延時間はそれほど影響しない。CLASを使って建機の刃先をコントロールする場合、遅延時間がどの程度出来形に影響するのか、今後のみちびきの運用開始を待つ必要があるだろう。
VRS方式での補正情報配信


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8月11日に打ち上げ予定が迫った準天頂衛星「みちびき3号機」。6月に打ち上げが成功したみちびき2号機に引き続き、日本独自の測位衛星が順調に軌道に乗せられていく。これを含め今年度はあと2機の打ち上げが予定されていて、年度内に念願の4機体制が整う見込みだ。このみちびきが、どのようにi-Constructionにかかわるのかを見てみたい。
(衛星画像の出典:qzss.go.jp)

◇衛星と誤差

 一般的なカーナビなどでは、数mの誤差があってもジャイロや道路地図などの情報と照らし合わせて位置を表示するため利用上問題はないが、GPSやみちびきなどの測位衛星を使って建機の刃先などの座標を把握するためには、数cm単位という座標精度が必要だ。
 ところが衛星からの信号には、衛星の時計(クロック)、軌道、電離層、対流圏、マルチパス(ビルなどに跳ね返った信号も拾ってしまうこと)といったさまざまな誤差が含まれている。こうした誤差を取り除かないと数cmオーダーの測位精度は出せない。
 そこで、現在GNSSを利用した情報化施工に使われる測位方式は、RTK方式とネットワークRTK方式のVRS、FKPといった方式を使っている。
VRS方式のイメージ

◇RTKとVRS方式

 RTK方式は、現場に基地局となるアンテナ・受信機を1台、建機に搭載する移動局としてアンテナ・受信機を1台の2台利用する。
 RTK方式では、動かない基地局を既に座標が分かっている工事基準点などに固定して、電離層や対流圏が原因で発生する伝送遅延誤差や衛星軌道誤差、衛星と受信機の時計の誤差を相殺して移動局の座標を数cm以内に抑える。
 一方、VRS方式は、国土地理院が全国に1300点整備している電子基準点で現場を囲み、現場近くに仮想的に基準局を設定して衛星の補正情報を作り、インターネット経由で移動局に送り、RTK方式の測位を確立する。
 アンテナ・受信機の価格は数百万円程度するので、VRS方式ではその数を減らして安価にRTK方式の測位ができる。補正情報は、ジェノバなどの補正情報配信会社と契約する。

◇みちびき4機体制
4機体制の衛星配置例(左が4機体制になった場合)
現場でGNSS測位を利用する時は、最低でも5機の衛星を常に受信できる環境が必要だ。測位衛星には、米国のGPS、ロシアのグロナス、中国の北斗(ベイドゥ)、欧州のガリレオなどがあるが、日本の緯度に合わせて打ち上げられたものではないので、5機以上を常に受信できるとは限らない。また都市部ではビルなどが多く、天頂付近に衛星が見えないと信号が受信できない。
 「みちびき」は、特殊な軌道を回らせることで、常に天頂付近に衛星が1機は配置されている状況を作り出す。常に自分の位置から衛星が止まって見える静止軌道を南北方向に傾けた「8の字軌道」で、日本からオーストラリアの上空を移動し、日本上空には約13時間留まっている。
 既に上がっている1、2号機と、今後打ち上げられる4号機は8の字軌道で、今回打ち上げの3号機は静止軌道に乗せられる。静止軌道1機と8の字軌道の3機の合計4機体制で、日本独自の測位システムはとりあえず完成する。政府は今後、2023年度をめどに7機体制の運用を始めるとしている。
 みちびきが18年度から運用開始すれば、i-Conの現場でも安定して衛星の信号を受けることができるようになり、施工性の向上が大いに期待できる。(つづく)

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国土交通省は、生産性の向上に優れた成果を上げた直轄工事を対象に、その取り組みをたたえる『i-Construction大賞』を創設する。優良事例の普及で建設現場の“生産性革命"を加速させることが狙い。特に優秀な取り組みに贈る「国土交通大臣賞」(原則1件)と、それ以外の優秀な取り組みを表彰する「優秀賞」(最大で10件程度)で構成。10月に第1回の表彰を行う。 6日付で各地方整備局などに実施要領などの課長通知を発出した。

 対象は、同省が発注した直轄工事のうち、前年度に完成した工事を施工した企業・団体など。各地方整備局に候補となる工事と担当した企業などの推薦を求める。
 省内に技監を委員長に技術統括審議官、技術審議官、技術参事官、水管理・国土保全局長、道路局長、港湾局長を委員とする選考委員会を設置。応募書類(関係書類)の審査などによって、表彰する工事や企業を選ぶ。
 表彰制度の事務局は官房技術調査課。関連する事務や手続きは技術調査課と公共事業調査室が担う。

 受賞者の選出・表彰は年1回。例年7月に各地方整備局の優良工事表彰が行われていることから、その後に候補者の推薦や選考を実施。9-10月ごろに表彰する流れを想定している。
 各地方整備局による候補者の推薦は、別に定める運用方針に沿って実施する。事務局である技術調査課に推薦書や選定基準書、その他の添付書類といった関係書類の提出を求める。

 省力化や省人化といった工事の能率や品質の向上に関する工夫など、運用方針に定める審査項目を参考に選考委員会が総合的に判断。最優秀賞となる国土交通大臣賞と優秀賞を選定する。

 建設現場の“生産性革命"を先導してきた直轄工事におけるICT土工は、初年度である2016年度から年間1000件を超す対応型工事を発注。大半が施工者希望型での発注だけに、実際にICT建機などを使って実践したのは584件となっている。このうち、昨年度までに完成した工事が対象工事の中核になる見込み。

 総合評価落札方式での加点がある各地方整備局の優良工事表彰とも重複することから、発注工事における直接的なインセンティブはないが、優良事例を広く紹介することで、政策課題となっている生産性の向上に向けた取り組みの普及・浸透につなげていく。

日本建設機械施工協会(JCMA)の施工技術総合研究所(CMI)は、静岡県富士市の同研究所で、今年度から実施されるi-Constructionの「ICT活用工事(舗装)」について、実際の舗装工事を施工して要領に沿った管理を行う模擬実験を、6月30日まで3日間にわたって行った=写真。日本測量機器工業会も協力した。
実大の舗装工事を模擬施工して、出来形をTLSで計測する
実験には、測量機器メーカー、ソフトメーカー、建機レンタル、道路会社のほか、発注者である国土交通省、国土技術政策総合研究所も参加して、新しい舗装工事へのICT施工管理の手法について、活発な意見交換も行われた。
 今年度から取り入れられる舗装のICT活用工事は、昨年度から始まったICT土工に続く新たなi-Constructionの取り組み。出来形管理には、土工で使われるUAVは使わず、地上型レーザースキャナー(TLS)の活用が増加すると見られる。舗装の最終仕上げとなる表層は、管理値が4mmと非常に精度が高いためだ。
 実験はCMIのヤードに、曲線を含む約50mの舗装工事現場を用意し、発注図書も作成して、舗装工事受注者の実際の施工を再現した。
道路会社、測器メーカーや国、国総研、CMIの担当者らで課題などを討議した
路盤工と、砂で模擬したアスファルト舗装工を順番に施工し、起工計測から路盤、舗装の出来形をTLSで実際に計測、出来形管理帳票の出力までを行った。この実験で得られたデータや結果は、参加者で共有して、今後の製品開発や施工管理に生かしていく。


 現場では、発注者協議を始め、住民説明会、協力会社との打ち合わせなど、現場の状況をお互いに理解する意識共有が必要な場面が数多くある。また安全教育や新規入場者教育でも、現場の状況説明が必要だ。
 また施工計画では、クレーンの配置計画、電線などの支障物との離隔確保、工事仮設計画など、2次元の図面上で検討しているのではないだろうか。もし3次元モデルで、こうしたシミュレーションができるとしたら便利だ。
 福井コンピュータは、3次元モデルを利用した、CIMコミュニケーションシステム「TREND-CORE(トレンドコア)」という製品を発売している。
 このソフトは3次元CADでありながら、工程進捗に合わせて、重機や仮設物などをモデル上に配置して、施工場面を再現できる機能を持っている。
 ソフトには、20tクラスの油圧ショベルやダンプトラックなどの3次元モデルがライブラリー化されている。置きたいものを選択して現場モデルに配置するだけで、重機モデルの可動範囲を鳥かごのように表現して配置計画に役立てたり、電線からの安全離隔距離もモデル化して、施工計画や安全管理に役立てることもできる。

◇中を歩ける新製品

 同社は8月下旬に「TREND-CORE VR」というバーチャルリアリティシステムをリリースする。トレンドコアで作成した現場のモデルをこのソフトに取り込むと、ヘッドマウントディスプレー(HMD、HTC Vive)にその現場を再現し、まるで工事現場に立っているようなVR体験ができる。
HMDで橋梁の下に入り込むことができる

 記者は銀座にある同社のショールームで実物を先行体験した。HMDを装着して橋梁点検車から桁の点検をシミュレーションしたり、都市土木の地下構造物の鉄筋の間に入り配筋間隔を手元のコントローラーで検査することもできた。
 体験して利点だと感じたのは、発注図面をもとにした3次元モデルなので、2次元の図面では理解しづらい複雑な施工現場でも、実際に中を歩いてチェックできることだ。まだ着工したばかりでも、モデルを配置しておけば、最盛期の現場の雰囲気を肌で感じることもできるだろう。PCの画面とは違った理解ができる。

◇自作の3Dデータをモデリング

 昨年の夏のこの連載で、3次元設計データを作成する実習を行った。同社の「EX-TREND武蔵」で、発注図書から道路線形などを入力して作成した3次元モデルを、トレンドコアに渡すと、現場を再現することができた。
3次元設計データに、建機や標識、車を配置できる

 驚くのは、油圧ショベルのバケットやアームを好きな方向に動かしたり、旋回させたりすることもできることだ。
さらにレンダリングした画像

 写真は、モデルに路盤や舗装を載せ、さらに建機や看板などを配置した状況。実際の工事で使用するならば、根切りから仮設構造物、鉄筋、本設構造物など、工事の進捗に合わせて、さまざまな構造物を配置できる。先ほどのVRシステムに入れれば、構造物の中に入って、支持地盤から上空を見上げるということも可能だ。

建設通信新聞(見本紙をお送りします!)
ことし3月末、新たに国土交通省は「地上型レーザースキャナーを用いた出来形管理要領(舗装工事編)(案)」「TSを用いた出来形管理要領(舗装工事編)」を公表した。地上型のレーザースキャナー(TLS)は、土工の起工測量や出来形以外に、舗装工事の出来形管理にも利用が認められることになった。
 国交省では巻尺、レベル、TSを使った計測に比べ、TLSは(1)計測の準備作業が軽減でき、計測時間も短いため測量作業が大幅に効率化する(2)計測結果を3次元CADで処理すれば、鳥瞰図や縦横断図などの必要データを抽出できる--ことが利点だとしている。

米国ではオートデスクと並んで、BIMなどの設計分野やコラボレーションスタイルのワークフローで利用実績が高いベントレー・ システムズ。同社も日本国内のi-Constructionに対して製品提案している。UAVなどの空撮写真から、点群やモデルを生成して現況測量し、3次元設計データからマシンコントロール(MC)、マシンガイダンス(MG)建機に搭載するデータを作成するソリューションを提供している。

コベルコ建機は、ICT建機のメリットを体験、実感できる仮想現場「ホルナビ・ジョブサイト新潟」を新潟市に設置し、19日から運営を開始した=写真。ホルナビ・ジョブサイトの開設は、4月にオープンした高松に続く2件目。実施工と同等のICT施工を体感できるほか、3次元測量や3次元設計データ作成などICT施工にかかわる一連の作業を習得できる施設として、ICT建機(SK200-9)の試乗などもできる。同社の情報化施工ブランド「ホルナビ」について解説する説明会なども開く予定。

 関東地方整備局が、6月7、8日の2日間にわたって、千葉県船橋市の関東技術事務所船橋防災センターで、i-Constructionの技術講習会を開いた。この催しは毎年開いており、今回が5回目となる。対象は、土木技術者、地方自治体職員、地方整備局職員や高速道路会社職員で、記者も丸1日講習会に参加した。毎年、内容が充実してきており、ことしはより実践的な取り組みになっている。
 講習会は、3つのパートで構成されている。ICT建機の体験コースと、ICT施工管理の体験コース、そして技術を見学するコースだ。日本建設機械施工協会(JCMA)、日本建設機械レンタル協会(JCRA)、日本測量機器工業会(JSIMA)、日本道路建設業協会(道建協)が協力団体として、多くのスタッフや技術を提供した。


 国土交通省の「i-Construction推進コンソーシアム」。このコンソーシアムは、技術開発・導入WG、3次元データ流通・利活用WG、海外標準WGの3つのワーキンググループでミッションを進めており、前回の連載では、技術開発・導入WGが初めて行った「ニーズ説明会」をリポートした。
 5月29日、同WGは、ニーズに対して技術を売り込む「ピッチイベント」を開催した。ピッチイベントは、ニーズ説明会と対をなし、発注者や施工会社に対し、要素技術(シーズ)を紹介するイベントだ。
 出展された技術は、画像解析、点検・モニタリング、データ・ソフトの標準化などで、ソフトベンダーやコンサルタントなど13社が説明を行った。会場には約150人が参加した。
 説明の終了後はニーズ説明会と同様、別室での直接質疑時間が設けられて、活発な意見交換を行った。


 国土交通省は、i-Constructionの推進に向けて、産学官が連携してIoTや人工知能(AI)を現場に導入するため、「i-Construction推進コンソーシアム」を発足している。コンソーシアムは、技術開発・導入WG、3次元データ流通・利活用WG、海外標準WGの3つのワーキンググループを設定し、それぞれのミッションを進めている。
 なかでも「技術開発・導入WG」は、最新技術を現場に導入するため、企業が持っている技術(シーズ)と、発注者や施工者がほしい技術(ニーズ)をマッチングさせるのが目的だ。
 4月に初めてのニーズ説明会を開き、全国の地方整備局や地方自治体、高速道路会社、ゼネコンが、ほしい技術についてそれぞれ発表した。さらに5月29日には、技術を保有している側が製品やサービスを売り込む「ピッチイベント」も行われた。

 関東地方整備局の荒川下流河川事務所が初めてのICT活用工事として発注した河川土工の現場で、「ICT土工体験講座」が開かれた。この講座は、関東地整が進めている担い手確保、i-Constructionによる生産性向上の取り組みである「地域インフラサポートプラン関東」の一環で、荒川下流河川事務所と東京建設業協会が共同で開いた。約90人が参加した講座の内容を紹介する。

 UAV(無人航空機)は、起工測量や出来形計測、橋梁点検などインフラ分野での貢献が見込まれる。拡大する市場に対して昨今、UAV操縦士向けの教育施設が次々と誕生している。そこで、操縦士の育成の現状を知るべく本紙記者が操縦体験会へ実際に参加した。
 今回参加した体験会は、一般社団法人ドローン操縦士協会(DPA)が東京都江東区のドローンスクールジャパン東京校で開催した「ドローン活用セミナー&操縦体験会」。UAV操縦士の認定ライセンスを発行しているDPAの講座を受講してみた。


 今年度も新たな展開を見せているi-Constructionだが、地域建設業が自ら講習会を主催し、自発的にICT施工を取り込もうという動きが出始めている。東北で行われた新たな事例を紹介する。

 4月22日、宮城県でICT土工に取り組んでいる丸本組(宮城県石巻市、佐藤昌良社長)が、重機土工協力会社の大正建設(石巻市、大槻正治社長)とともに、i-Conと無人化施工を学ぶ「いい仕事セミナー」を開催した。ほかの協力会社を含む社員と宮城県の職員、開催協力した日本キャタピラー職員を含め約100人が集まり、先端のICT建機と、油圧ショベルのキャビンに搭載するだけで無人化施工できるユニットの実機を使ってICT施工を学んだ。

今回は引き続き、新設・改訂された基準類の目的と解説を行う。小規模工事に対応して一般的なトータルステーション(TS)やGNSSを活用する部分と、ステレオ写真やUAV搭載型LSなど新たな技術への対応、そして地上型レーザースキャナー(LS)を用いた公共測量マニュアルの新設について見てみたい。