水路測量プロジェクトにおけるアパッチ4USV

プロジェクトの背景

河川は国土を潤し、生態系のバランスを保ち、農業の発展を促すが、主要河川の流量の変化が分からなければ、洪水や渇水が発生する可能性がある。大河川から小河川に至るまで、流速と流量のモニタリングは常に水路計測の頭痛の種であった。機械式流速計、印刷式流速計、電磁式流速計などの初期の代表的な機器は、一点流速しか測定できず、断面流量を正確に測定することはできなかった。全区間の各層の流速を測定できる音響ドップラー流速分布計（ADCP）の登場は、より直感的で正確に河川の流れを表示できるため、世界の水文ユーザーから支持されている。

ユーザーペイントポイント

現在、従来の水文ユーザーが断面流速測定のためにADCPを搭載する方法は、主にロープウェイ曳航、無人艇搭載、トリマラン曳航などがある。

したがって、ペインポイントを列挙すると以下のようになる：

1.ロープウェイで曳航する場合、装置の設置にコストがかかり、メンテナンスも煩雑である。

2.流量計測用ADCPを搭載する場合、人工ボートは融通が利かない。航路が直線でないことが多く、データ結果が悪くなる。

3.3.ADCP底部のトラッキングデータのロスは、流量測定データの欠落につながり、さらに、環境はコンパスの精度に影響を与えやすい。

図1.アパッチ4USVによる水文調査の様子

解決方法

自律型水路調査USVであるAPACHE 4は、ロープウェイで魚を曳航する高い維持費を回避するのに役立つ。コンパクトで、発進が簡単で、任務現場での取り扱いが容易で、狭い環境でも効果的に機能する。また、車での移動も便利である。

APACHE 4は、シングルビームエコーサウンダーとADCPを統合し、環境条件に弱いADCPの船底とコンパスの追跡データの損失を補う。このUSVは、市場で入手可能な様々なADCPシステムをサポートしています。浅い喫水、高い航行精度、安定したホバリングにより、水文学者が現在のセクションの水流速と流出量を測定する際の無人操作ソリューションを提供します。

APACHE 4 USVは、高精度測位と自動航行制御技術の粋を集めたもので、ADCP水路断面流速計測を行う際のオペレーターの習慣に合わせて構築されています。障害物がある環境でGNSS測位が低下する可能性がある場合でも、内蔵のGNSS+IMUモジュールはADCPと自動操縦コントローラに信頼性の高い位置と方位を提供し続けます。その結果、APACHE 4は、有人ボートでのアクセスが現実的でない水域で高品質の流量・流速計測を得るための完璧なソリューションとなります。

プロジェクトを成功させるためのAPACHE 4 USVの主な特徴

• 自動適応型水流直進技術と安定したホバリング技術により、断面に沿ったルートをより直線的にし、流量測定データをより正確にします。

• ADCPに中断のない測位と方位データを提供し、環境干渉によるADCPの底面とコンパスのトラッキングデータの損失を補います。

• シングルビームエコーサウンダーとADCPを同時に内蔵している場合、流量測定中に底面地形を取得することができます。

プロジェクト実施手順

1.設置

直径 17cm の ADCP 設置穴は、市販されている最も一般的な種類の ADCP と互換性のある USV の船体重心に確保されている。このプロジェクトでは、APACHE 4はCHCNAVのD230シングルビームエコーサウンダーとTeledyne RD Instrument RiverPro ADCPを搭載しています。そのため、ユーザーは現場でそれらを素早く取り付け、取り外すことができます。

図2.APACHE 4へのADCPの取り付け

2.ミッション計画

事前にAutoPlannerソフトウェアで河川断面に沿って往復ラインを計画し、APACHE 4 USVが自律的に水深と流量データを収集するための往復ルートとした。

図3.APACHE 4で計画された調査の往復ルート

3.自律的な水文操作

このプロジェクトでは、APACHE4は4Gネットワークを通じて陸上の地上局のソフトウェアにADCPデータを送信する。WinRiverⅡソフトウェアでADCPデータ、NMEA GPGGA測位、GPHDT方位データへのアクセス、岸までの距離の設定を行った後、APACHE4は岸で定点ホバリングモードに入り、ADCPが岸データを収集した後に解除される。

その後、APACHE 4はD230シングルビームエコーサウンダーと RiverPro ADCPを搭載し、計画された河川横断線に沿って自動的に航行し、ソフトウェアが横断流況データを記録した。

図4.APACHE 4による調査データの収集

4.データ収集

今回のプロジェクトでは、APACHE 4 USVにRiverPro ADCPを搭載し、わずか20分で2往復の断面流量計測を完了し、1往復の計測時間を2時間に短縮し、人的リソースを2名に削減した。

図5.往復測定後のデータ

図6.2回目の往復測定後のデータ

5.まとめ

2回測定した合計流量の比較誤差はわずか0.39%であり、本プロジェクトの流量測定精度仕様で要求される5%を大きく上回った。

ユーザーからは、APACHE4の高効率・高精度が高く評価されている。

結論

水事業は今日最も危険な産業の一つであり、事故の約70％は人的要因が原因である。USVの統合されたアプリケーションは、関連するスタッフや船舶の作業状況を変え始めている。ボートが自律航行するためのスマートセンサーを装備することで、スタッフはすでに部分的にボートから陸上へ移動している。その結果、操業コストが削減され、効率と測定精度が大幅に向上している。

自律型流量計測USV「APACHE 4」は、水文調査でよくある航行・計測精度の低さ、データ伝送距離の短さ、作業効率の低さ、岸流距離の推定に関する問題を解決します。測定仕様の要求を満たし、水文調査の方法を革新します。

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CHCNAVについて

CHCナビゲーション（CHCNAV）は、革新的なGNSSナビゲーションと測位ソリューションを創造し、お客様の作業をより効率的にします。CHCNAVの製品とソリューションは、地理空間、建設、農業、海洋などの複数の業界をカバーしています。世界中に拠点を持ち、120カ国以上に販売代理店を持ち、1,500人以上の従業員を抱えるCHCナビゲーションは、今日、ジオマティクス技術において最も急成長している企業の1つとして認められています。