「中小零細建設業を対象にする映像を活用したvalueCIMの開発」

【01】委員と研究の概要

【テーマ】

国土交通省平成29年度政策課題解決型技術開発
「中小零細建設業を対象にする映像を活用したvalueCIMの開発」産学官テーマ推進委員会

【委員】

<研究代表者>

須田清隆(環境風土テクノ)
 
<共同研究者>
建山和由(立命館大学)
蒔苗耕司(宮城大学)
本田陽一(環境風土テクノ)
小浦場博(環境風土テクノ)
可児憲生(可児建設)
渋谷義博(トライポッドワークス)

【研究目標の概要】

中小零細建設業の情報化支援を目的に、映像処理技術とネットワークカメラやクラウドを組合せたデータベースをプラットフォームとする‘映像を活用したCIM’を開発する研究である。
具体的には、タイムラプス映像による見える化に、映像による重機や技術者の作業行動などの数量化や感性工学を活用した映像の意味化を組み入れた使い易いvalueなCIMを構築し、
中小企業の情報化施工の推進や、インフラメンテナンスへの活用を期待するものである。

【平成28年度までの研究成果の概要】

① 映像を活用したCIMの主な現場検証

② タイムラプス映像を活用した統合型データモデルの開発
  映像を活用したCIMデータモデルの開発
  映像解析システムの開発

③ 映像分析による施工数量や施工履歴の数値化手法の開発
  映像による3次元化技術の開発
  映像による施工数量の数値化技術の開発
  映像による現場状況の数値化開発

④ 中小零細建設業が経済的負担や人的な負担がなく使用できるvalueCIMの開発試行工事
  クラウド化開発実証
  低コスト化検討

 


2018年05月24日

【02】研究年度別研究計画概要

研究年度別研究計画概要

研究開発項目

平成27年度 平成28年度 平成29年度
【フェーズ】 【F/S】 【R&A】 ~  
(1)
CIMとしての有効性評価
試行工事(3~5件)    
  技術開発の可能性評価 映像による3次元化技術の開発  
(2)
映像情報による数量化技術の開発
(②映像分析による施工数量や施工履歴の数値化手法の開発)
技術開発の可能性評価 映像による施工数量の数値化技術の開発  
  技術開発の可能性評価 映像による現場状況の数値化開発  
(3)
映像とテキスト情報のデータベース技術の開発
(①タイムラプス映像を活用したデータモデルの開発)
技術開発の可能性評価 映像を活用したCIMデータモデルの開発 統合型データモデルの開発
(4)
体系化とマニュアルの整備
(①タイムラプス映像を活用したデータモデルの開発)
  クラウド化開発実証 数値化技術の開発
      valueCIMの開発
(5)
低コスト化と現場負担軽減方策の検討
(③低負荷システムの開発)
     


2018年05月24日

【03】映像CIMの位置づけ と 映像活用の特徴

【映像CIMの位置づけ(仮想モデルと現実モデル)】


【映像活用の特徴】


(1)日常活動としての作業確認
(ターンバック機能)
 ・事故・災害時の状況把握(事象発生の前後も含めて)
 ・工事のトレーサビリティ(施工品質の保証,検査への適用)など

(2)施工問題の要因抽出
【センシング機能】
 ・構造物の状態監視
 ・仮想モデル(CIMモデル)と現実モデルとの空間的整合性の検証
 ・作業工程の監視と管理
 ・運用状況の把握
 ・外部環境因子の状況把握 など 

(3)技術蓄積【ビッグデータ機能】
 ・危険事象(インシデント)の検出と防止策の検証
 ・効率的な施設運用(システムとの連携)
   ・パターン分析など作業効率の検証  など

(4) 意志疎通の迅速化
【コミュニケーション機能】
 ・日常的な作業の振り返りによるリスクの共通認識化 
 ・施工方法や技能継承など技術伝承
 ・遠隔地など施工現場の第三の目としての活用  など


 

 

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2018年05月24日

【04】取組または検討企業 と 関連論文

【取組または検討企業】

技術継承 橋本店(ユーザー会) 土木学会全国大会(東北)
技術継承・品質証明 大興建設(ユーザー会) 土木学会全国大会(東北)
技術継承・品質証明・情報化 可児建設(ユーザー会) 土木学会全国大会(東北)(九州)
技術継承・品質証明 愛亀(ユーザー会) 土木学会全国大会(九州)
技術継承・品質証明 協和建設工業(ユーザー会) 土木学会全国大会(九州)

検査効率化 国土技術研究センター  工事記録活用研究会

生産性 中部電力 オープンイノベーション
技術教育・確実性 関西電力 メンテナンス技術
適性化 東京電力 設計調査
安全性 大阪ガス オープンイノベーション

【関連論文】

  ①原著論文
(査読あり)
②原著論文
(査読なし)
③原著論文を
除く紙上発表
④その他 合計
国内 18 29
国外
合計 18 29
 

 

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2018年05月24日

【05】映像を利用した施工管理 <日常活動としての作業確認ターンバック機能>

【日常活動としての作業確認ターンバック機能】

若手技術者への技術継承

施工事例( CONCRETE STRUCTURE )

 

【品質の証明】

コンクリートの品質バラツキを防止する上で、打設方法やバイブレーターでの締固め方法を映像にて確認し精査する。

【現場教育及び社内教育に活用】

コンクリート打設については映像で事後確認を行い、よりスムーズな施工を行えるように所内研修会を開催し改善点を抽出し改善策を講ずる。

 

実証現場:平成26年度名二環春田野2高架橋中下部工事(大興建設提供)


施工状況の確認

(大興建設提供)

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2018年05月24日

【06】映像を利用した施工管理 <日常活動としての作業確認ターンバック機能>

【日常活動としての作業確認ターンバック機能】

若手技術者への技術継承

施工事例 (RAISING EXISTING DIKE :4/6~7/28)

 

【工程進捗の管理】

復興現場の映像情報を通期で編集することで、工事全体の重機配置や施工手順を、工事進捗要件や進捗を阻害している要因などを、工事記録として社内で活用している。

 

実証現場 名取川閖上10工区堤防災害復旧工事(橋本店提供)

 

 

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2018年05月24日

【07】映像を利用した施工管理 <施工問題の要因抽出センシング機能>

【施工問題の要因抽出センシング機能】

事故要因分析

映像事例 (道路拡幅)

【安全管理】

国道の拡幅工事で、現場の盤下げ工事における、根入れ欠損のある自立式鋼矢板土留め壁の安全確保を、映像と計測による情報化施工を実施。

 

実証現場 平成27年度41号名濃バイパス道路建設工事
(発注者:国土交通省 中部地方整備局 愛知国道事務所請負者可児建設株式会社)


 

 


アンダーボックス撤去時にヒズミ増大


危険領域を検知:原因分析と対応策を検討



 

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2018年05月24日

【08】映像を利用した施工管理 <施工問題の要因抽出センシング機能>

【施工問題の要因抽出センシング機能】

事故要因分析

映像事例 (道路拡幅)

 

【安全管理】

国道の拡幅工事で、現場の盤下げ工事における、根入れ欠損のある自立式鋼矢板土留め壁の安全確保を、映像と計測による情報化施工を実施。

 

実証現場 平成27年度41号名濃バイパス道路建設工事
(発注者:国土交通省 中部地方整備局 愛知国道事務所請負者可児建設株式会社)


画像分析:11月18日11時53分55秒

 


迅速な挙動予測と補強策の決定






補強策の効果検証(動的測定)

 

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2018年05月24日

【09】映像を利用した施工管理 <施工問題の要因抽出センシング機能>

 

施工事例(Bypass construction of mountainous areas)

 

【施工管理】

山岳地での道路建設における補強土工法、コンクリート打設、地山の安定化などの複数工種の俯瞰的な管理を行い、工事トラブルのリスクを低減させる。

 

実証現場 長門俵山道路柿木原地区第3改良工事(協和建設工業提供)


中国地方整備局
平成29年度優良工事施工団体表彰受賞
平成29年度優秀建設技術者表彰受賞

 

 

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2018年05月24日

【11】映像を利用した施工管理 <意志疎通の迅速化 【コミュニケーション機能】>

管理部門が取り組む建設IOTと効率化

施工事例(Repair construction of the expressway)

【公衆災害対応】

高速道路橋梁部の補修工事で、車線規制による交通車両への影響を確認。

実証現場 本州四国連絡高速道路株式会社平成27年度今治管内舗装補修他工事
(株式会社愛亀(愛媛県)提供)

本州四国連絡高速道路株式会社
工事優良表彰受賞


映像利用の効果(DBに書き込まれた作業日報のテキスト分析)

映像未利用現場:土工事(工期8か月)

映像利用現場:コンクリート構造物(工期10ヶ月)

映像利用により、非常勤者に視覚の拡大により常勤者に近い情報の共有化が進む   映像利用により、常勤非常勤共に、知覚と記憶が覚醒し情報の理解力(発想力)が増す

 


映像利用による意識レベルへの影響

意識のレベル 中核語 確認 指示 対応
意識の内容 着眼点(クラスター) 工程進捗 品質・出来映え 安全衛生管理 公衆災害 技術継承

映像未利用(現場代理人)(混乱した意識の内容)



映像利用(現場代理人)(強い意識レベルと意識の内容が明瞭)



映像利用による知覚(記憶)の覚醒に個人差(情緒的差異)



コミュニケーション機能(相互理解)

映像を活用することで議論するイメージを共通化し、相互理解を迅速にする。

安全会議の発言数が3倍と活性化
 
第三の目になる本社モニター


【第三の目として現場の安全を見守る】
本社の女性社員から毎日見守りメッセージが現場に発信。現場にない生活者の気配りで現場の安全を指摘している。
(可児建設株式会社(愛知県)提供)
 

 

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2018年05月24日

【15】映像の3次元化と工事実績収集(2)

【トラッキングによる行動追跡 】

120枚の画像の特徴点分析(opensauce)による点群化
(河川堤体内の既設構造物)既設構造物の撤去・築堤工事



画像分析による点群表示


 

既設構造物の点群抽出



既設構造物の点群データ分析(設計データとの差分表示)



 

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2018年05月24日

【17】映像の3次元化と工事実績収集(4)

【トラッキングによる行動追跡 】3次元想定と効率化

【構造物建築】 試行事例(映像情報の数値化)

映像からの3次元情報抽出
1.ネットワークカメラのキャリブレーション計算
2.カメラ画像へ3次元モデル配置(テストモデル)
3.カメラ映像の特徴点の追跡
4.2方向の追跡座標から3次元座標を計算
5.追跡3次元座標を3次元モデルに表示


ネットワークカメラのキャリブレーション計算

チェッカーフラッグ画像を複数枚撮影


複数のチェッカーフラッグ画像からカメラのキャリブレーションパラメータを計算
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<calibration>
<projection>frame</projection>
<width>1280</width>
<height>960</height>
<fx>815.41</fx>
<fy>814.93</fy>
<cx>641.097</cx>
<cy>352.743</cy>
<skew>0</skew>
<k1>-0.333333</k1>
<k2>-0.31259</k2>
<k3>1.07806</k3>
<k4>0</k4>
<p1>0.000765583</p1>
<p2>-0.00261464</p2>
<date>2015-10-07T23:38:18Z</date>
</calibration>

ズームによる焦点距離ごとにキャリブレーションパラメータを計算
calibration_For_Image3D Zoom00.xml
calibration_For_Image3D Zoom01.xml
calibration_For_Image3D Zoom02.xml
calibration_For_Image3D Zoom03.xml


2.カメラ画像へ3次元モデル配置(テストモデル)

 

オリジナルカメラ画像

 

 


キャリブレーションパラメータからカメラ画像を補正

 

 

モデル座標(青:赤に重なりほとんど見えない)と画像上の座標から座標変換行列を計算して、モデル座標(赤)を画像上に投影

 

 

座標変換行列を使用して3次元モデルをカメラ画像に配置(半透明表示)

 


カメラ映像の特徴点の追跡


追跡したマーカーの中心座標を記録
351,411
678,407
674,304
403,309
672,264
521,219
  :


2方向の追跡座標から3次元座標を計算
それぞれの座標変換行列とそれぞれの追跡座標から3次元座標を計算
52995.38, 62054.42, 150.98
102367.15, 61450.49, 301.97
101763.22, 45899.14, 0.00
60846.55, 46654.06, 301.97
101461.25, 39859.78, 452.95
78662.66, 33065.50, 754.92
       :

 

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2018年05月24日