重機搭載カメラを用いたトンネル切羽のモデリングシステム「TufmoS（タフモス）-HMC」を開発

株式会社熊谷組（代表取締役社長　上田 真）は、重機に搭載したカメラを用いたトンネル切羽のモデリングシステム「TufmoS（タフモス）-HMC：Tunnel Face Modeling System using a Heavy-Equipment-Mounted Camera」を開発しました。

重機に搭載したカメラを用いて、トンネルの切羽を撮影し画像処理を行うことで、掘削作業を停止することなく、高精細な切羽の三次元モデルを作成することができます。今後三次元モデルから適切に切羽評価を行うとともに、肌落ち災害の防止を目指します。

山岳トンネル工事において、掘削直後の素掘り面（切羽）の地山の評価は、施工の安全性と品質を確保する上で極めて重要です。しかし、切羽での写真撮影や観察・計測では掘削作業を停止して行う必要があり、撮影に伴う作業中断時間の削減が課題でした。さらに、切羽に近づいての観察・計測は、肌落ちのリスクに直面する危険な面もあり、観察者の安全確保の観点からも改善が求められていました。

これらの課題を解決するため、重機に搭載したカメラにより、掘削作業を停止することなく、自動的に切羽の三次元モデルの生成が行えるシステムを開発いたしました。

本システムは、バックホウやホイールローダーなどの建設重機に、360度カメラやアクションカメラ等を搭載し、掘削作業中に自動的に撮影、独自のデータ処理を行った画像を用いてSfMを実施し、切羽の三次元モデルを生成するものです。

施工中のトンネル現場にて実証実験を行い、360度カメラをホイールローダーに取り付け、トンネル切羽を撮影しました。これにより、切羽撮影時間を実質“0”とすることができることを確認しました。

撮影された画像を分割し、そのうちの一部の画像を用いて、重機部分を判定する深層学習の教師データを作成しました。このデータからAIを学習させ、他の画像の重機部分を検出し、消去するマスク画像の自動作成を行いました。AIの重機検出精度は94.5%を記録しました。

作成したマスク画像を使用してSfMを行うことで、高精細な三次元モデルの作成を行いました。

今後は、撮影から画像処理、三次元モデル作成の一連の作業を自動化するとともに、生成された切羽の三次元モデルを活用し、割れ目の方向性の抽出機能やAIによる切羽観察表の出力とも連携し、更なる切羽観察・地山評価の高度化・省力化を進めます。

また、BIM/CIMシステムと連携し、生成した三次元モデルを組み込むことで、トンネル工事全体のDXを加速させるソリューションとして展開してまいります。

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