ケーソン堀残し幅計測システム
耐環境LiDAR、ネットワークカメラによるケーソン函内計測
ニューマチックケーソン工法は、作業の安全性・効率性の観点から、ケーソンを計画通りの位置・姿勢・速度で沈下させていくことが重要です。しかし、これまでは潜函作業員の経験則を頼りに掘削位置を決めていたため、ケーソンの傾斜や急沈下・過沈下が発生する恐れがありました。
そこで鹿島は、ケーソン函内における刃口と土砂の境界および、掘削状況を函外から遠隔で正確に把握することが可能な「ケーソン掘残し幅計測システム」を開発しました。
特許登録済
表示システムメイン画面
- キーワード
- ニューマチックケーソン、堀残し幅、レーザースキャナー、画像処理、LiDAR
システム構成
本システムは、主たる計測をLiDAR（レーザースキャナー）で行い、影となる箇所は刃口近傍に設置したネットワークカメラによる画像認識技術で補完する構成となっています。LiDARは、天井レールを走行する掘削機械の干渉を考慮し、高さ20cmの耐環境型の小型スキャナー（三菱電機エンジニアリング製）を、ネットワークカメラは、設置機器数を低減するために超広角カメラを使用しています。LiDARにより取得した点群情報を3D境界検出解析、ネットワークカメラにより取得した画像から境界を検出する画像認識処理を行い、ケーソン函内における刃口と土砂の境界を全長にわたり、より高精度で算出します。
システム構成
耐環境LiDAR（レーザースキャナー）
超広角カメラ
特長・メリットココがポイント
3D境界検出処理
ケーソンの沈下を支配する堀残し幅を計測するには、刃口と土砂の境界面の把握は必要です。LiDARによる点群から平滑化処理、ノイズによる誤検出を補正する処理により境界線を高精度に検出します。
刃口・土砂検出状況
実際の土砂境界写真
AIを利用した境界検出
超広角カメラにより撮影された境界付近画像から、機械学習により得た学習済みモデルを利用し、境界線の推定を行います。
超広角カメラで撮影した画像と境界検知
リアルタイム・定量的な掘削状況・堀残し幅の把握
計測から画像処理・表示までを10分程度で更新させることで、これまでカメラに頼っていたケーソン内の掘削状況を定量的に把握し、掘削管理の精度向上が図れます。さらに、沈下データと組み合わせ分析することで沈下管理をより適切に行えます。
掘削状況 土砂が盛り上がる（色が緑に変化）は、ケーソンが沈下したもの（動画：15秒／音声なし）
安全性の向上
内部土砂計測のためのケーソンへの入出函が必要なくなることから、潜函作業員の安全性と作業効率性が大幅に向上します。
ケーソン操作室での函内監視
遠隔計測状況
適用実績
小平天神立坑
場所：東京都小平市
竣工年：2020年9月
発注者：東京都
規模：立坑築造工（ニューマチックケーソン）
外径20.8m、深さ36.5m
学会論文発表実績
- 「ケーソン堀残し幅計測システムの開発」，土木学会，第74回年次学術講演会，2019年9月