건축/환경에너지

Nikkei Construction_2017.6.26 특집 (p38~57)

건설 ICT 2017
드론이 현장으로 왔다
레이저에 관로 점검,「하늘의 건설기계」의 진화는 멈추지 않는다

본지가「드론이 현장으로 왔다!」라는 제목의 특집을 준비한 것은 2016년 4월 25일. 1년이 지난 지금도 드론이 활약하는 장은 계속 확대되고 있다. i-Construction에서 각광을 받았던 사진 측량에 이어, 수목으로 뒤덮인 지형을 계측할 수 있는 레이저가 주목을 받고 있고, 관로를 점검하는 소형 기체까지 등장하였다.「하늘의 건설기계」의 진화는 계속된다.

Part 1. 지형이 알몸을 드러내다
레이저에 홀딱 반하다

공중 촬영이나 사진 측량이 선행된 드론의 활용. 구마모토 지진 후의 조사에서 본격 데뷔한 것이 수목에 뒤덮인 지형을 계측할 수 있는「레이저 드론」이다. 하천 분야에서는 수중의 지형을 계측하는 기술 개발도 시작되었다. 구마모토 지진으로 약 50만㎥의 토사가 붕괴한 사고 현장에서는 소형의 항공 레이저 스캐너를 탑재한 드론이 활약하였다. 항공 레이저 측량에서는, 지상을 향해 근적외 레이저를 조사(照射)하여, 반사되는 레이저의 시간 차를 이용하여 지형을 계측한다. 수목이 무성해도 지표면의 3차원 좌표를 취득할 수 있다는 점이 강점이다.

드론에는 스캐너 외에 고정밀도 GNSS(GPS 등의 위성을 이용한 측위시스템의 총칭), 기체의 자세나 가속도를 계측하는 IMU(관성계측장치)를 장착하고 좌표를 계산한다. 구마모토 지진 붕괴 현장에서는 국토교통성의 인정을 받은 오요(応用)지질이 계측회사인 Luce Search(히로시마)의 협력을 얻어 레이저 드론을 날렸다. 붕괴가 확산될 우려가 있는지를 조사하는 것이 목적이다.

-- 개구균열(開口龜裂)이 확실하게 보인다 --
-- 레이저 스캐너의 진화에 기대 --
-- 하천 관리도 3차원으로 이행 --
-- 그린레이저로 강바닥 계측 --

Part 2. 기술기준 제고
i-Con으로 들끓는 측량 시장

국토교통성이 2016년 3월에 드론을 이용한 사진 측량 기술 기준을 정비한 결과, 건설회사용 측량 서비스에 참가하는 기업이 급증하고 있다. 업계 지도가 다시 그려지기 시작했다. 국토교통성은 17년 3월에 기준을 개정∙신설. 신기술의 도입을 가속시킨다.

건설회사가 고객인 드론 측량 시장이 호황이다. 측량회사나 중기∙측량기기 렌탈회사, 건설계 소프트웨어 기업과 같은 기존의 플레이어는 물론, 타업종에서의 신규 참가가 눈에 띈다. 신구 플레이어에 의한 업무제휴나 공동개발도 활발해지고 있다.

전동바이크사업의 테라모터즈가 16년 3월에 설립한 테라드론(도쿄)과, 로봇을 개발하는 ZMP(도쿄)와 소니가 15년 8월에 설립한 에어로센스와 같은 벤처 기업이 선두에 있다. 또한 최근에는 대형 IT기업 등도 스스로 이름을 올리고 있다. 예를 들면, 히타치 시스템즈는 사진측량부터 데이터의 가공∙보관까지를 수미일관으로 다루는「드론 운용 통합관리 서비스」의 사업화를 서두르고 있다. 촬영 대행료와 데이터 보관료로 수익을 창출할 계획이다.

-- 기준 발표 1년 후에 개정 --
-- 오버랩률을 80%로 --
-- 국토교통성과 일본건설업연합회에서 기준「점검」--
-- 레이저 드론용 기준도 --

Part 3. 확대되는 창의적 아이디어
분무와 관로 점검에도 드론 활용

드론을 이용한 사진 측량이나 레이저 계측이 주목을 받는 한편으로 시공이나 조사, 점검 등에 드론을 적용하는 움직임도 활발하다. 보수재를 분무하거나 좁은 관로의 내부를 비행하면서 영상을 촬영하거나 한다. 기술자의 창의적 아이디어는 멈출 줄을 모른다. 국토교통성의 i-Con에서는, 시공된 구조물이 규격 기준에 대해 어느 정도의 정밀도로 시공되었는가를 드론으로 관리하는 “완성형 관리”가 각광을 받았다. 그러나 인프라 점검이나 방재 등에 활용하는 움직임도 왕성하다.

자동차부품 최대 기업인 덴소는 무선원격조정 헬리콥터를 개발하는 히로보(히로시마)와 공동으로 교량점검 드론을 개발하고 있다. 파나소닉도 드론을 제작하는 프로 드론(나고야 시)과 공동으로 드론을 이용한 교량점검 시스템을 개발 중이다. 타업종의 대기업이「다리」에 주목하는 한편, 건설 컨설턴트 회사를 중심으로 하수도관 점검이 가능한 특수 드론도 개발하기 시작하였다.

● 작업보조: 스카이로봇
컬러볼 발사, 손상 부위를 표시

드론으로 구조물을 조사한 것은 좋은데, 어디에 이상이 있는지 잊어버렸다. 이러한 사태를 방지하는데 가장 적합한 아이템은 스카이로봇(도쿄)이 개발한「스카이마커」다. 오렌지색의 생분해성 도료를 플라스틱으로 감싼 질량 3.3g, 직경 17mm의 탄알을, 드론에 장착한 포신으로 발사한다. 목표 대상에 부딪히면 도료가 수십cm의 범위로 퍼진다.「댐과 같은 대규모 인프라의 유지 관리에 유효하다」(스카이로봇의 가이오(貝應) 사장).

10m 떨어진 위치에서 5cm 이내의 정밀도로 명중시키는 것이 가능하다. 포신의 안쪽에 홈을 만들어, 탄알에 백스핀을 걸어 사정거리를 늘렸다. 또한 발사 시의 반동으로 드론의 자세가 흔들리지 않도록 후방 분사 배기관을 설치하였다. 특허는 2017년 2월에 취득하였다.「발사 시의 파워가 너무 강하면 무기단속법을 위반할 우려가 있고, 탄알이 파열되는 등의 문제가 있다. 이를 조정하는데 고생하였다」(가이오 사장).

● 보수공사: 세이부(西武)건설, 시바우라(芝浦)공업대학
드론으로 높은 곳의 시공을 싸고 안전하게

세이부건설과 시바우라공업대학은, 높은 곳에 콘크리트표면 함침(含浸) 재료를 시공할 수 있는「분사 드론」을 15년부터 개발하고 있다. 보수재를 탑재하고, 기체의 돌출된 노즐에서 분사한다. 발판이나 고소(高所)작업차가 필요 없기 때문에, 비용을 억제하면서 안전하게 시공할 수 있다는 것이 이점이다.

초호기는 케이블로 전기를 공급하는 유형이었지만, 최근 완성한 2호기는 보다 높은 구조물에 대응하기 위해 배터리 방식으로 변경하였다. 기체 크기도 초호기의 1.5배에 해당하는 1.5m각으로 하여, 기존의 2배가 되는 4리터의 보수재를 실을 수 있도록 하였다. 기체는 조종자와 분사 담당자 2명이 조종한다.

1회에 분사할 수 있는 면적은 10㎡정도다. 풀파워의 경우 3분이면 분사를 끝낼 수 있다. 이륙하여 분사를 끝내고 여유롭게 돌아오는 시간을 고려하면, 한 번에 비행할 수 있는 시간은 15분 정도다. 150m정도 높이의 구조물에도 대응할 수 있다.

-- 목조건축이나 철탑 도장에도 사용 가능 --

● 관로점검: NJS, 자율제어시스템연구소
직경 200mm의 관내 비행을 목표로 한다

직경 400mm의 하수도 관내를 비행하면서 영상을 촬영하는 점검용 드론이 등장하였다. NJS와 자율제어시스템연구소(ACSL)가 개발하였다. 기체 크기는 A3용지 정도, 중량은 1.6kg이다. 벽면에 부딪혀도 부서지지 않도록 주위를 가드한 5개의 프로펠러로 초속 3m로 비행한다. 배터리 1개로 500m 정도 날 수 있다. 배터리나 기판은 기체의 중앙에 수납한다. 카메라는 전방에 2대로, 촬영용과 조작용이다. LED 테이프 라이트로 조명을 확보한다.

NJS는 처음에 시판 중인 취미용 드론을 사용해 봤지만, 하수도관과 같은 폐쇄 공간에서는 드론이 일으키는 바람의 영향으로 잘 날 수 없다는 것을 알았다. 그래서 ACSL에 공동연구를 신청, 기체를 하나부터 다시 설계하였다. 후방에 보조용 프로펠러를 장착함으로써 안정적인 비행을 실현하였다.

-- 최종목표는 스마트폰 사이즈 --

● 관로점검: 닛스이콘(日水コン), 요코하마시, 블루이노베이션, 요코하마국립대학
중대구경 관(管) 속을 적외선으로 자율 비행

유화수소 중독 등의 위험이 있는 하수도관 조사의 경우는 사람이 아닌 기계로 점검하는 방법이 요구되고 있다. 닛스이콘이 요코하마시와 개발하고 있는 드론을 사용한 중대구경 관로 점검 기술은 그러한 요구에 부응하는 것이다. 닛스이콘의 동부사업 매니지먼트부의 우라베(浦部) 부부장은,「감시자가 줄기 때문에 비용은 잠행 감시의 절반 정도」라고 비용 면의 이점도 강조한다. 사업화 목표는 2018년이다.

길이 50cm의 소형 드론을 사용한다. 자장의 영향을 받지 않는 적외선 센서로, 벽면과의 거리를 계측하면서 연장 100m 정도를 자율비행 시킨다. 비행 속도는 초속 2m. 촬영한 영상을 바탕으로 열화를 판정하는데 있어서 최적의 속도를, 요코하마국립대학의 협력을 얻어 계산해 냈다. 육안 점검처럼 사용할 수 있는 직시형과, 벽면을 상세하게 보기 위한 전천구형(全天球型)의 2종류 카메라를 탑재할 예정이다.

● 교량점검: NEC, 수도고속도로기술센터, 자율제어시스템연구소, 산업기술총합연구소
발판이 필요 없는 타음(打音) 검사까지 앞으로 한 발

교각에 접근한 드론이 기체 전방에 탑재한 해머로 벽면을 치기 시작하였다. 마이크와 진동 센서로 포착한 소리를 점검원이 듣고, 콘크리트의 건전성을 진단한다. NEC 등이 개발하는 타음 검사 드론이 실용화 직전 단계까지 왔다. NEC의 미래도시조성추진본부의 야마다(山田) 주임은,「발판을 만드는 것보다 싸다. 앞으로는 생산능력도 조사한다」라고 말한다.

토탈 스테이션(TS)과 측거 센서를 병용함으로써, 비(非) GPS 환경 하에서도 자율비행이 가능하다. 보통은 TS로 드론의 위치 좌표를 계측하여 비행 제어에 사용하며, 점검 대상에 근접하면 드론에 장치한 측거 센서로 대상물과의 상세한 거리를 파악한다. 점검 결과를 시스템 상에서 드론의 위치 좌표와 관련 지어 기록한다. AI로 좋고 나쁨을 판정하는 기술도 개발 중이다.

● 재해조사: MIRAIT Technologies, amuse oneself
태풍 속에서도 현장에 급행

국토교통성의「혁신적 하천관리 프로젝트」에서는, 태풍의 근접 시에 날씨가 좋아지는 것을 기다리지 않고도 현지를 확인할 수 있는「전천후형 드론」개발을 추진하고 있다. 2017년 말에는 실용화하는 것이 목표다. 미라이트 테크놀로지즈(오사카시)와 어뮤즈 원셀프가 개발을 담당한다. 어뮤즈 원셀프는 풍속이 매초 20m의 강풍이나 우천 시에도 비행할 수 있는 기체 개발을 담당한다.

한편, 미라이트 테크놀로지즈는 드론이 어느 지역을 촬영하고 있는지 전자 지도상에서 실시간으로 표시하는 시스템을 담당한다. 카메라 각도나 줌 정보 등을 화상과 관련 지어 위치를 산출한다.

예를 들면, 산속에서 사면 붕괴가 발생했을 경우에 드론으로 촬영하면 피해 상황은 잘 알 수 있다. 그러나 그것이 지도 상의 어디인가는 알기 어렵다. 기체의 위치는 기존 기술로도 알 수 있지만, 촬영 대상의 위치를 표시하는 시스템은 없었다. 영상에 비친 조난자의 정확한 위치도 바로 특정할 수 있게 된다.

● 폐기물 관리: 오요(応用)지질, 규슈대학
사진 측량으로 체적 파악, 그 자리에서 중량 추정

드론을 이용한 사진측량은 토공사에만 도움이 되는 것은 아니다. 오요지질과 규슈대학은 대규모 재해로 발생하는 폐기물 관리에도 이를 활용한다. 16년 4월에 발생한 구마모토 지진에서는, 폐기물이 쌓여 있는 곳을 촬영하여 재해 폐기물의 체적을 산출. 폐기물의 반출입 컨트롤에 활용하였다.

동일본대지진에서는 피해 폐기물을 너무 높게 적재하여 화재나 가스 발생 원인이 되었다. 그 때문에 구마모토 지진에서는 폐기물의 최고 높이를 지표로 하여, 안전 관리에 활용하였다. 「적외선 카메라라면 화재 징후도 감지할 수 있다. 기회가 있으면 사용하고 싶다」라고 오요지질의 지구환경사업부 폐기물∙리사이클부의 마나베(眞鍋) 그룹 매니저는 말한다.

드론은 DJI의 팬텀을 사용하는 경우가 많다. 그러나 비행허가를 얻을 시간이 없는 경우에는 항공법의 규제의 대상이 아닌 200g 미만의 드론도 사용한다. 16년 12월에 니가타현에서 발생한 지진에서는 제로테크의 Dobby라는, 손바닥 만한 크기의 드론으로 진화 직후의 현장을 계측하였다.

● 비행계획
고속도로 옆에서도 안전하게 날릴 수 있다

서일본고속도로회사가 추진하는 다카마쓰자동차도의 4차선화. 구마가이구미(熊谷組)가 수주한「미나미토나에다니(南唱谷)터널 1터널 공사」에서는, 도쿠시마현 이타노초에서 2개의 터널을 건설하고 있다. 길이 653m의 미나미토나에다니의 동쪽 갱구 상부에 있는 법면은, 풍화로 인해 낙화의 위험이 있기 때문에 법면 보호용 네트로 대책을 강구할 예정이다.

문제는 법면의 각도가 급하고 기복이 많다는 점이다. 작업원이 현장에서 법면에 맞춰서 네트를 설치하면, 시간이 많이 걸리는데다 재료의 낭비도 많아진다. 그래서 공사를 담당하는 닛토쿠(日特)건설의 사카모토(坂本) 작업 소장은 드론을 사용한 사진 측량을 생각해냈다. 시공 전에 법면의 모양을 파악하여 기복에 따라 네트를 설치, 가공하고 나서 현장에 가지고 가면, 재료의 낭비와 작업 시간을 대폭으로 줄일 수 있다.

드론 운용에 있어서 큰 과제는 안전 확보다. 현장 바로 옆에서는 2차선 고속도로를 대형 차량이 왕복한다. 만일, 드론이 도로에 추락한다면 대형 사고로 이어질 수 있다. 그래서 구사쓰기연(空撮技研, 가가와현)이 개발한「드론 스파이더」라는 폭주방지 장치를 사용한다. 실을 기체에 연결하여 사전에 정해 놓은 지역 밖으로 이탈하는 것을 방지한다. 비행 계획의 입안이나 계측은, 드론을 사용한 공중 촬영이나 계측을 전문으로 하는 세이와건설(征和建設, 효고현)의 협력을 얻었다.

  -- 끝 --