非GPSドローンが管内で位置を保つ仕組み｜点検の可否と発注前の確認

下水道管やタンク、煙突の中はGPSの電波が届かない空間ですが、非GPSドローンを使えば点検できます。GPSが使えない空間では機体が自分で位置を保てる範囲が限られるため、映像を見ながら位置と姿勢を保つ操縦者の腕が点検の出来を左右します。点検できるかどうかを分けるのは、映像に目印になる継ぎ目や汚れが映るか、開口部から機体が入るか、機体を押し流す水や風がどれだけあるか、の三点でした。

施設の側で図面の寸法と、点検当日の水位や換気、粉塵の状態、可燃性ガスが出るおそれの有無を伝えられれば、業者は飛ばせるかどうかを早い段階で判断できます。下水道管の清掃を三十年以上続け、管内点検ドローン『フクロウ』で管や槽の中を飛ばしている清美環が、機体の位置の取り方と引き返す判断を、発注する側が確かめる点と合わせて書きました。

GPSの届かない管の中では、操縦者が映像を見て機体の位置を保つ

屋外のドローンが空中で止まっていられるのは、GPSで自分の位置を知り、風で流された分を自動で戻しているからです。管や槽の中ではGPSの位置が得られないため、流された分を機体が自分で戻せるかどうかは、機体に積まれた仕組みしだいになります。自動で戻せない分は、操縦者が映像を見て舵で戻さなければなりません。

清美環が使う2機体でも、機体に任せられる範囲は異なります。IBIS2は、機体の傾きを自動で整える仕組みが中心で、前後左右の位置は操縦者が映像を見ながら保つ機体です。改良版のIBIS2 Assistには、気圧や上下方向の距離を測るセンサーで高さを保つ補助が加わりましたが、前後左右の位置を保つのは操縦者の役目のままでした。一方のELIOS 3は、カメラとレーザーで周りの形を測って地図を作り、その中で自分の位置を割り出す仕組みを積んだ機体でした。

ただしELIOS 3の位置の割り出しにも働きにくい条件があり、メーカーの取扱説明書は、粉塵が舞う場所、模様のない面、煙突や下水道管のように同じ断面がまっすぐ続く場所を挙げています。直径2m未満で10mを超えて平らな面が続く管では、管の奥へ向かう方向の動きをレーザーで捉えられないという説明でした。センサーが働かなくなると、機体は傾きと気圧だけで飛ぶモードへ自動で切り替わり、その場に止まっていられず空気の流れで流され続けるため、操縦者が舵を当てて戻し続けることになります。

機体には傾きや加速度を測る装置も積まれていますが、傾きと加速度の値だけで位置を割り出すと、小さな誤差が時間とともに積み重なり、機体は少しずつ流れていきます。機体が戻しきれないずれは、操縦者が画面の中の動かない物を目印にして打ち消していきました。非GPSの空間で機体を狙った位置に置いておけるかは、機体の仕組みだけでなく、機体の補助が効かない場面でも映像を頼りに位置と姿勢を戻せる操縦者がいるかどうかで決まります。

管や槽の中で、機体が位置を保てなくなる三つの条件

管や槽の中で機体が位置を保てなくなるのは、操縦者が画面の中に手がかりを見つけられなくなったときと、機体を押す水や空気の流れがあるときです。現場で出会う条件は、次の三つにまとめられました。

模様のない壁と、流れる水面

表面がなめらかで継ぎ目や汚れの少ない壁では、操縦者は機体がどれだけ動いたかを画面から読み取れなくなります。据え付けて間もないダクトのように、錆も汚れもない同じ色の面が続く区間では、画面のどこにも追いかける模様が見つかりません。

下水道管の管底を流れる水面は、さらに扱いが難しい相手でした。流れていく水面の模様は画面の中で動き続けるため、操縦者が水面を目印にしてしまうと、止まっている機体を上流へ動いていると読み違え、戻そうとして下流へ舵を当ててしまいます。水位が残る区間では、流れる水面を目印にせず、壁の継ぎ目や汚れのような動かない物で位置を確かめる前提で飛行を組み立ててきました。

壁と天井が近い空間と、機体自身の風

内径の小さい管では、プロペラが吹き下ろした風が管底や壁に当たって跳ね返り、機体を押し返します。管の中心から外れると近い側の壁からの跳ね返りだけが強くなり、機体は左右に揺さぶられやすくなるでしょう。天井や管の上側に近づくと、プロペラの上側で空気が流れ込みにくくなって揚力が増し、機体が上へ吸い寄せられるように動くこともあります。

管の中心を飛ぶのは、映像を見やすくするためだけではありません。周りの壁から受ける風を左右で釣り合わせ、機体の姿勢を安定させるためでもあります。

粉塵と湯気、設備に残る気流

焼却炉やボイラー、煙突の内部では、プロペラが巻き上げた粉塵や残った湯気がカメラと壁の間を覆います。映像が白く濁ると、操縦者は壁の模様を見失ってしまいました。設備を止めた後でも、換気ファンや煙突の通気で空気が流れていれば、機体は一方向へ流され続けます。

操縦者は映像の中の何を見て、位置と姿勢を戻しているか

操縦者が機体の位置と姿勢を保つために見ているのは、画面に映る動かない物の位置、左右の壁の見え方、管の奥に見える暗がりの位置の三つです。管の中では機体を外から見ることができないため、判断の材料は主に手元に届く映像でした。ELIOS 3ではレーザーで測った周りの形と飛んできた道筋も画面に出ますが、IBIS2の操縦では映像が唯一の頼りでした。

動かない物がずれたら、小さく舵を当てる

機体が流れ始めると、画面の中央に置いていた継ぎ目や汚れ、ボルトが、少しずつ横や上下へずれていきます。操縦者はずれに気づいた時点で、反対方向へ小さく舵を当てて戻します。ずれてから大きく戻すと勢い余って反対側の壁へ寄るため、管内の操縦は小さな修正を細かく重ねる作業になりました。

左右の壁の幅と奥の暗がりで、寄りと向きを見る

管の中心にいれば、画面の左右に映る壁はほぼ同じ幅で見えます。片側の壁だけが大きく迫ってきたら、機体がその壁へ寄っている合図でした。

機体の向きのずれは、管の奥に見える円い暗がりの位置で分かります。まっすぐな区間で暗がりが画面の中央から横へ外れていくときは、機体の鼻先が横へ回っています。向きがずれたまま前へ進むと、機体はまっすぐ進んでいるつもりで壁へ近づいていくため、寄りを戻す前に向きを戻すのが先でした。

開口部の小ささと接触の多さで、機体を選ぶ

清美環は、20cm四方ほどの小型機IBIS2と、保護ケージで機体を囲ったELIOS 3を使い分けています。入口が小さく曲がりや分岐の多い管にはIBIS2を、壁や障害物に触れるおそれが高い槽の中にはELIOS 3を持ち込んできました。保護ケージがあれば、壁に触れても機体を立て直す余地が残るからです。

引き返す地点は、飛ばす前と飛行中の二段で決める

非GPSドローンが引き返す地点は、飛ばす前に引き返す時刻を決めておき、飛行中は映像に出た変化を見て手前に引き寄せます。

飛ばす前に決める、引き返す時刻

管や槽の中では、帰り道も同じ距離を、同じように壁を避けながら飛ばさなければなりません。帰りにも行きと同じだけの時間がかかるので、折り返しの時刻は機体の飛行時間の半分より手前に置きます。水面の上や粉塵の多い区間を通る経路では、帰りも同じ区間で修正の舵が増えるため、折り返しをさらに早めてきました。

飛行中に引き返す合図

時間に余裕が残っていても、次の四つの変化が映像に出たら、その場で引き返します。

• 粉塵や湯気で、壁の継ぎ目や汚れが画面から見えなくなったとき
• 小さな舵を当て続けても、機体が一方向へ流れ続けるとき
• 図面にない分岐や深い水たまりが前方に現れたとき
• 映像が途切れたり、遅れて届いたりし始めたとき

四つの変化はどれも、位置を保つための手がかりか、戻るための映像のどちらかが失われかけている合図でした。管や槽の中で止まった機体は、人が入れない場所ほど回収が難しくなります。先へ進むことより、戻れる余裕を残すことを優先してきました。

非GPS環境でも機体を入れる設備と、入れない設備

清美環が非GPSドローンを入れて点検しているのは、下水道管とマンホール、焼却炉、球体や円筒の大型タンク、天井裏、ボイラー本体、ピット内、プラント、ダクト内です。いずれも、人が入るには足場や換気、酸素濃度の測定といった段取りが要り、場所によっては人が入れません。

ボイラー本体をドローンで映した映像は、内部の様子を確かめる材料になります。ただし、ドローンによる映像確認は、法律で定められた性能検査や非破壊検査の代わりにはなりません。また、清美環が使うELIOS 3は防爆仕様の機体ではなく、メーカーは可燃性や爆発性の物質がある、またはあるおそれのある場所では飛ばさないよう定めています。可燃性ガスや爆発性の雰囲気が疑われるプラントや危険物タンクは、点検前にその状態を解消できるかを含めて、事前に業者へ相談してください。

一方、宅内の排水管や水道の配水管は、清美環ではドローンを入れる対象にしておらず、内視鏡やテレビカメラで調べる領分としています。受水槽や貯水槽もGPSが届かない閉じた空間ですが、万一機体が落ちたときに飲み水をためる設備の衛生に影響が出るため、機体を入れていません。

発注前に、施設側で確かめておくこと

非GPSドローンの点検を頼む前に施設側で確かめておきたいのは、図面の寸法、当日の内部の状態、設備を止められる時間の三つです。

図面では、内径と延長、縦に長い設備なら高さ、マンホールや点検口といった開口部の寸法を見てください。開口部の寸法で入れる機体が決まり、延長や高さで飛行を何回に分けるかが決まるからです。図面が残っていない設備でも、開口部の採寸と内部の写真があれば見当はつけられます。

当日の内部の状態では、管内の水位と流れ、粉塵や湯気の有無、換気ファンを止められるか、可燃性ガスが出るおそれがあるかを確かめてください。水面の流れや換気の気流は、機体を押し流す原因になります。可燃性ガスのおそれがある場所は、機体を入れられるかどうかそのものに関わります。

焼却炉やボイラーのように稼働を止めて点検する設備では、止めていられる時間の長さも業者に伝えておきましょう。飛行を何回重ねられるかが、1日で見られる範囲を決めるためです。

業者に確かめたいのは、どの機体をなぜ選ぶのか、1回の飛行でどこまで入りどこで引き返す計画か、機体の自動の位置保持が効かない非GPSの空間を、映像を見て飛ばした経験のある操縦者が飛ばすのか、の三点です。機体の名前だけでなく、引き返す地点まで具体的な答えが返ってくるかで、非GPS環境での飛行経験を見分けられるでしょう。

非GPS環境の点検と操縦委託は『フクロウ』へご相談ください

清美環は、下水道管などの清掃を本業として三十年以上続けてきた会社です。管の中の汚泥や水位、段差、硫化水素がどこでどう現れるかを知っているため、点検で堆積や詰まりが見つかれば、そのまま清掃まで一括で対応できます。実績としては、中部地方で中規模の下水道管を約100メートル、北陸で焼却炉の煙突を高さ約30メートルにわたって調査したほか、関西では薬品タンクの内部調査を手がけました。

非GPS対応の機体を導入したものの、管や槽の中で飛ばせる操縦者がいないという点検・調査会社からの操縦委託も承っています。操縦委託のご相談からお問い合わせください。