「アパッチ4」USVおよびHN-400Mマルチビームエコーサウンダーを用いた水中橋脚の点検

淮河に架かる交通量の多い鉄道踏切において、調査チームは、橋脚の水中基礎を点検し、その周辺の洗掘や堆積を測定し、上流および下流の河床をマッピングする必要がありました。しかし、交通量の多い水路に有人ボートを投入することはできませんでした。 そこで、彼らはHN-400Mマルチビームエコーサウンダーを搭載したCHC Navigation社製「Apache 4」無人水上艇を用いて測量を実施し、その測深データを基に河床の完全な3次元画像を作成した。これが、この測量が実現した経緯である。

撮影場所：淮河にかかる鉄道橋の橋脚

調査対象地域は、安徽省蚌埠市の淮河鉄道橋周辺である。 この作業には明確な指示があった。すなわち、水面下の橋脚を点検し、各橋脚周辺の洗掘および堆積状況を測定し、橋の上流および下流の河床の地形測量を行うことである。基礎の状態を判断するためには、橋梁全スパンにわたる河床形状の正確な記録が必要であった。

課題：乗組員を乗せた船から桟橋を点検すること

このような状況下で、有人船舶から調査を実施することには、3つの問題が生じた。
 

• 水路上の船舶の往来が頻繁であるため、桟橋付近での有人運航は航行上の安全上のリスクとなる。
   
• 大型船舶では桟橋に十分に接近できず、基礎部分の詳細なデータを収集することができない。
   
• 現場には適切なドックがないため、乗組員を乗せた船舶の進水や運航が可能な場所が制限されています。
   

チームが必要としていたのは、交通量の多い場所でも安全に作業でき、桟橋に接近でき、ドックがなくても岸から出航できる、コンパクトで機動性の高いプラットフォームでした。

解決策：HN-400Mマルチビームを搭載したApache 4 USV

同チームは、コンパクトで完全電動式の無人水上艇「Apache 4」と、軽量なデュアル周波数マルチビームエコーサウンダー「HN-400M」を組み合わせた。 このUSVは小型で機動性に優れているため、橋脚の基礎に接近して詳細なデータを取得することができ、そのコンパクトな設計により、専用のドックがなくても岸辺から進水させて測量を行うことが可能です。 ミリ波障害物回避レーダーにより、本船は通過する船舶を自動的に回避することができ、搭載カメラによりオペレーターは機器の状況をリアルタイムで確認できるため、交通量の多い水路でも安全に測量を行うことができます。
 

HN-400Mは、400 kHzおよび550 kHzの動作とFM CHIRPを組み合わせているため、550 kHzモードでは桟橋周辺の浅瀬の高解像度の詳細を捉え、400 kHzモードでは水深が深く濁りの強い水域での透過性を向上させます。 0.03°の統合IMUがリアルタイムの運動補正を行い、145°のスワス幅により1回の通過で水深の最大6倍の範囲をカバーし、センサーの重量は3.5 kgと軽量であるため、USVへの迅速な搭載が可能です。 プラットフォームとセンサーを組み合わせることで、単一の測定点ではなく、1平方メートルあたり約5,000点、点間隔0.03 m未満という高密度な河床の計測が可能になります。

現場での作業：3D点群データへの自律測量

作業の流れは単純明快でした。チームは当該海域の水深に基づいて測量ラインを計画し、Apache 4に自律走行させると同時に、HN-400Mが河床全体にわたる連続的な測深データを記録しました。 その後、測深データは調査区域の3次元点群として出力され、河床およびその上の構造物を網羅したモデルが得られた。

その結果、桟橋の水中全体像が明らかになった

この測量では、3次元点群データに基づき、橋梁および水路について以下の4種類の結果が得られた。
 

• 橋脚の水中状態、および各基礎周辺の洗掘や堆積状況。
   
• 河床全体の堆積状況。これは河川の浚渫計画の策定や確認に有用です。
   
• 調査区域全体における浚渫土砂、堆積土砂、および河川砂の分布状況。
   
• 航路内の航行の安全に影響を及ぼす可能性のある水中障害物の位置。

他にどのような場合にこれが当てはまるか

このアプローチは、その他の構造物や水路工事にも応用可能です。高速道路や鉄道橋の水中基礎検査、水路の維持管理や浚渫調査、港湾・埠頭構造物の検査など、交通量の多い水域や構造物付近の浅瀬、あるいは有人ボートでは到達が困難な場所など、詳細な水中データが必要なあらゆる場面に適しています。

有人船舶と「アパッチ4」無人水上艇（USV）の比較概要

内陸および構造物の水深測量を実施するチーム向けに、CHC Navigationの幅広い海洋測量ソリューションには、水路測量および水深測量作業向けのUSVプラットフォームやマルチビームペイロードが含まれています。

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CHC Navigationについて

CHC Navigation（CHCNAV）は、生産性と効率の向上を目的とした、高度なマッピング、ナビゲーション、測位ソリューションを開発しています。 地理空間、農業、機械制御、自律走行などの業界にサービスを提供するCHCNAVは、専門家の能力を高め、業界の発展を牽引する革新的な技術を提供しています。140カ国以上に拠点を展開し、2,200名以上の専門家からなるチームを擁するCHC Navigationは、地理空間業界をはじめとする幅広い分野においてリーダーとして認められています。 CHC Navigation [Huace:300627.SZ] に関する詳細については、https://geospatial.chcnav.com/about/overviewをご覧ください。