ドローンやICTを活用した持続可能なまちづくりに関する研究

日本写真測量学会関西支部　テクニカルセミナー/第127回空間情報話題交換会の配布用スライド

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1. ドローンやICTを活用した 持続可能なまちづくりに関する研究 大学院情報学研究科 都市科学・防災研究センター 吉田 大介
2. 公開情報にはQRコードを表示してますので ぜひスマホでスキャンしてみてください ドローンやICTを活用した持続可能なまちづくりに関する研究 1. 研究室紹介 + JST COI-NEXT事業 2. インフラ維持管理DX 3. 岸和田城 3次元データ 4. ドローン配送の実証実験 5. 防災教育 x ドローンプログラミング 6. ARアプリを活用した地域防災 7. まとめ
3. ・インフラ維持管理のDXを推進する研究を、自治体ならびに民間企業と連携 ・計測データ（空間情報）を解析、可視化するシステムを研究開発 ・JST COI-NEXT事業「住民と育む未来型知的インフラ創造拠点」（代表機関：大阪大） 研究室の紹介 現代システム科学域 / 情報学研究科 / 都市科学・防災研究センター 水上ドローン 空中ドローン 水中ドローン メンバー： 特任教授、シニア研究員、客員研究員、学生（M2:1名、M1:3名、B4:1名、B3:3名） 連携団体： 大阪大学、自治体、民間企業（ドローン、測量機器、システム開発など）
5. JST 共創の場形成支援プログラム（COI-NEXT） 全体図
6. 研究課題④：自律型リスク把握センサシステムの開発 【 JST COI-NEXT事業 住民と育む未来型知的インフラ創造拠点 】 【研究課題】 狭隘空間を対象とした自律型点検ドローンの開発 【研究対象】 ・浄水池 ・圧送方式下水管 ・桟橋内部 【研究の特徴】 現行の既存製品や手法では点検が実施できない 現場を対象に、インフラの詳細な計測を可能にする ドローンの機体開発を進めている 開発中の水中ドローン 水上ドローンで計測した岸壁（桟橋構造）の３次元モデル 圧送方式下水管
7. 研究課題①：新技術教育による意識改革の推進 【 JST COI-NEXT事業 住民と育む未来型知的インフラ創造拠点 】 【研究課題】 耐久年数を迎えるインフラが急増しているが 新技術を活用した維持管理技術の導入が 十分に進んでいない 【研究内容】 ① インフラ維持管理のDX推進と人材育成 ② 学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開 【研究の特徴】 研究成果の水平展開を想定し、 ・実務で導入されている汎用ドローンを活用 ・ツールやデータを有効に活用できるDX人材育成 ・オープンリソースの活用 ・PLATEAUなどの国システムとの連携 崩落した岸壁 国土交通省 3D都市モデル Project PLATEAU
8. ドローンを活用できる人材育成や、さまざまな現場でドローンによる計測や実証実験を実施 ・ 大阪港湾局 インフラ維持管理、 人材育成、 災害対応 （研究対象： 港湾施設） ・ 大阪府 環境農林水産部 インフラ維持管理、 人材育成、 地域振興 （研究対象： 造成工事、 ため池・ダム、 森林、 観光資源） 様々な社会課題に取り組む自治体と連携 大阪港湾局を対象とした ドローン操縦研修 @夢洲 研究室学生による大阪港湾局を対象とした ドローンのデータ活用研修 @大阪公大
9. 【 災害対応 】空撮画像からデータ処理した３次元モデル + 等高線データ 被害状況の記録や緊急復旧工事のために活用 ・空撮写真・動画 ・地図データ
10. コンクリート構造物の日常/定期点検の効率化を進めるために： ・ GIS（地理情報システム）を用いた点検データの効率的な管理手法の開発 ・ オルソ画像やDSM（デジタル表層モデル）などのGISデータの活用 ・ 自治体が業務で使用している小型汎用ドローンの活用 検知したひび割れ箇所をGISで効率的に管理 Matrice 300 RTK EVO II Pro 機体 ＋ カメラ 種別 価格 EVO II Pro （Autel Robotics 社製） 民生用 約25万円 Matrice 300 RTK + Zenmuse P1 （DJI 社製） 産業用 約250万円 港湾岸壁向けのひび割れ検知システムを研究開発中 【インフラ維持管理DXと人材育成】
11. Confidential ・小型汎用ドローンでは、高い高度から撮影した画像はひび割れがぼやけてしまう → 検知漏れの原因 ・空撮画像を高解像度化し、ひび割れの輪郭を明確に → 検知精度の向上 元画像 超解像度化 小型汎用ドローンの空撮画像の超解像処理による検知性能の向上 「超解像処理を適用した空撮画像によるひび割れ検知システムの精度検証」第33回 地理情報システム学会 学術研究発表会 【インフラ維持管理DXと人材育成】
12. ・ 2019年に、ドローンを活用した活動の推進に関する包括連携協定を締結 ・ 連携の取り組みとして、インフラ維持管理、 人材育成、 地域振興など （研究対象： 造成工事、 ため池・ダム、 森林管理、 観光資源） 大阪府環境農林水産部（泉州農と緑の総合事務所）との連携 水中ドローンを活用したダム施設点検 ソナー搭載水上ドローンを用いた水深の計測と可視化 【インフラ維持管理DXと人材育成】
13. 岸和田城の3次元モデル（デジタル表層モデル） ドローンやICTを活用した持続可能なまちづくりに関する研究 1. 研究室紹介 + JST COI-NEXT事業 2. インフラ維持管理DX 3. 岸和田城３次元データ 4. ドローン配送の実証実験 5. 防災教育 x ドローンプログラミング 6. ARアプリを活用した地域防災 7. まとめ
14. 「岸和田城３次元データ」プロジェクトのきっかけ 大阪府との連携協定の一環として 「観光資源のプロモーションのための岸和田城空撮」
15. 「岸和田城３次元データ」プロジェクト 大阪府と岸和田市ならびに民間企業との連携事業 ・3次元レーザスキャナを用いた測量技術の有用性・応用性の調査 ・３次元データを効果的に可視化する手法の検証と岸和田城PR ・インフラ維持管理技術 → 本プロジェクト → インフラ維持管理技術 3次元モデルから制作した岸和田城PR動画 複数のレーザスキャナの計測データを統合した3次元モデル
16. ３次元レーザースキャナを搭載したヘリ型ドローン SKY-Heli EXT-900 機体寸法： L:2360×W:400×H:800mm 機体重量： 約 13kg （パラシュート・衝突防止システム・カメラ・バッテリx2を含む） 最大積載重量： 16kg YellowScan Vx-20 点群：10万点/秒 重量： 3kg 正確度：2.5cm - 5cm 飛行高度による（10-100m） TPホールディングス社製 ヘリ型UAV（SKY-Heli） YellowScan社製 レーザースキャナ（Vx-20） 「岸和田城３次元データ」プロジェクト
17. 計測作業の様子と使用機材 Trimble TX8 Trimble X7 100万点/秒、 3次元位置精度 1-2mm 堀の外から本丸石垣まで距離があるため（20〜40m程度）中 長距離の計測でも高い精度のデータを取得できる機種を活用 50万点/秒、 3次元位置精度 3mm 当時、国内に2台しか入ってきていない最新機種を活用 計測後にその場で3次元データの可視化がおこなえる オートキャリブレーション機能により、 計測時間の大幅な短縮が可能となった 「岸和田城３次元データ」プロジェクト
18. バックパック型レーザースキャナを活用した城下町の３次元計測 ・2024年2月27日に計測実験を実施 ・2022年3月に公開した岸和田城オープンデータに追加する形で 城下町の３次元データを公開 「岸和田城３次元データ」プロジェクト
19. ３次元データの活用促進や、城の新たな魅力発信を目的とした3次元データならびに3次元モデルの公開 奈良文化財研究所 + 産業技術総合研究所 3DDB Viewer G空間情報センター 岸和田城の高精度３次元データのオープンデータ公開
20. Webブラウザで３次元モデルを可視化 https://vkishiwadajo.net 「岸和田城３次元データ」プロジェクト
21. ３次元点群データを活用した断面図の可視化 「岸和田城３次元データ」プロジェクト
22. ３次元モデルのプログラムコードを公開（GitHub） ・他の地域における3次元モデルの公開などに役立て てもらうため、 バーチャル岸和田城のプログラムコー ドをオープンソースとして公開 ・ データを入れ替え、コードを少し修正することで 他の３次元データをWebで可視化可能 ・ 公開サーバは用意する必要あり 「バーチャル岸和田城」３次元モデル Github https://github.com/nro2daisuke/vKishiwadajo/ 「岸和田城３次元データ」プロジェクト
23. マインクラフト化された岸和田城３次元データ 出典：https://www.youtube.com/watch?v=brKxf7IQy9c (20241027) 出典 https://qiita.com/kiyuka/items/faf563f6fd6cbb1b264e (20241027) 外部の方々による3次元データの活用事例
24. 岸和田城３次元データのVRコンテンツの開発 MetaQuest 2 ・ ゲームエンジンUnityを使用 ・ 城内部に視点を切り替えるなど機能を実装予定 ・ プログラムコードをオープンソースとして公開予定 【 現在開発中 】
25. 空撮写真と３次元モデルをマッチングさせた バーチャルツアー機能 【 現在開発中 】 「Development of 3D Mapping Library to Facilitate Photo Alignment with 3D Models」FOSS4G Asia 2024で「Poster Award (Development)」を受賞
26. ダミーの輸血パックを輸送ボックスに入れる様子 ドローンやICTを活用した持続可能なまちづくりに関する研究 1. 研究室紹介 + JST COI-NEXT事業 2. インフラ維持管理DX 3. 岸和田城 ３次元データ 4. ドローン配送の実証実験 5. ドローン・プログラミング 6. ARアプリを活用した地域防災 7. まとめ
27. ドローンによる物資輸送についての実証実験 ・ 中山間地域や離島など物流コストが高い地域へ効率的な輸送手段としての実証 ・ 物流の2024年問題（トラック運転手の長時間労働制限） ・高齢者などの買物弱者への支援 【兵庫県の委託事業】 2020年〜2021年度に兵庫県の中山間地域において、2〜10kmの輸送実験を複数回実施 実証実験で使用した配送ボックス搭載ドローン 物資輸送中のドローン
28. ドローンによる物資輸送についての実証実験 2020年〜2021年度に兵庫県の中山間地域において、2〜10kmの輸送実験を複数回実施 2020年度の実証実験 2021年度の実証実験 【兵庫県の委託事業】
29. 物資輸送以外のドローンの利活用についても実証 ・地域の小学校にて、ドローンの操縦体験やプログラミング授業を実施 ・スピーカードローンによる呼びかけや、超ズームカメラ搭載ドローンによる集落の見守り実験 地域の衛星画像をB0サイズ x 2枚に大判印刷し、 自分達で安全な飛行ルートを考え、プログラミング飛行に挑戦 空から“目”や“声”で集落を見守る実証実験 ドローンによる物資輸送についての実証実験 【兵庫県の委託事業】
30. 富田林きらめき大学 ドローン・プログラミング講座 近年では富田林市に加え、亀岡市、豊中市、神戸市で、子ども向けのドローン講座を実施 大阪公立大学の学生6名もTAとして参加 【学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開】
31. 富田林きらめき大学 中学生親子向けドローン操縦体験講座 近年では富田林市に加え、亀岡市、豊中市、神戸市で、子ども向けのドローンの講座を実施 【学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開】
32. 神戸市立義務教育学校港島学園での特別授業 【学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開】
33. 国土地理院主催のアプリコンテストで「防災・減災賞」を受賞！ ドローンやICTを活用した持続可能なまちづくりに関する研究 1. 研究室紹介 + JST COI-NEXT事業 2. インフラ維持管理DX 3. 岸和田城３次元データ 4. ドローン配送の実証実験 5. 防災教育 x ドローンプログラミング 6. ARアプリを活用した地域防災 7. まとめ
34. 34 防災教育ARアプリの開発背景 ・ 従来の防災地図アプリでは、デジタル地図上でしか防災・災害情報を表現する方法がなく 実際の現場状況がどうなっているかは利用者の想像力に頼っているという課題があった ・災害リスクが適切に伝わらない、臨場感がない → 災害・防災の「自分ごと」化につなげる仕組み ・防災訓練のネガティブイメージ → ゲームのように楽しみながら参加できる仕組み → 子どもや若い世代に興味をもたせる仕組み ・防災アプリは多く存在するが、地域特性に応じて 自由にカスタマイズすることができない → オープンソース公開、オープンデータ等の活用 地図アプリを用いた防災まち歩き 【学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開】
35. ・災害リスクをARにより直感的に可視化し、災害訓練・まち歩きに臨場感を与える機能 ・地域の災害リスクに応じたデータを用意することで、地域で起こり得る災害状況をAR体験が可能 ・アプリを広く活用してもらえるようApp Storeに登録、コードはオープンライセンスで公開 オープンソースARアプリ“MUSUBOU-AR”の特徴 【学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開】
36. 36 災害を動的に発生・変化させ、災害訓練・まち歩きに臨場感を与える機能： タイマー機能により仮想災害（赤・黄色円）が発生し、 それらが時間の経過とともに拡大していく様子 約10分経過 約20分経過 約30分経過 オープンソースARアプリ“MUSUBOU-AR”の特徴 【学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開】
37. 近年の開発で追加した新機能 ・ iPhone Pro/ iPad Proに搭載のLiDAR（レーザー測距機能）に対応： ・ ARタグや仮想災害アニメーションをよりリアルに、正確に空間表示できる機能を開発 ・ 新ARでは、火災、浸水、家屋倒壊、土砂崩れ、ブロック塀倒壊、液状化現象のアニメーションを開発 旧AR 新AR ＊水位表示は任意の値に指定可能
39. ARアプリで表示できるデータ：仮想災害や防災施設 ・ data.geojson（GeoJSON）の記述により、仮想災害などのPOIをARアプリで可視化 ・ 自治体のオープンデータを、ARアプリ用に変換することで活用可能 ・ データの詳細情報はこちら https://bitbucket.org/nro2dai/cerd-ar/wiki/GeoJSON
40. ARアプリで表示できるデータ：公開GISデータ ・ 専門家ではない人に専門的な地理情報をわかりやすく可視化 ・ 地理院タイルやハザードマップポータルなどの公開タイル画像データをARで可視化 ・ gis_data.json（JSON形式）の記述によりGISデータ(XYZタイル)をARアプリで利用可能 （公開GISデータ）
41. ・ 専門家ではない人に専門的な地理情報をわかりやすく可視化 ・ gis_data.json（JSON形式）の記述によりGISデータ(XYZタイル)をARアプリで利用可能 ・ 南海トラフ地震の浸水想定図（国土数値情報）を表示 ARアプリで表示できるデータ：公開GISデータ
42. ・ 専門家ではない人に専門的な地理情報をわかりやすく可視化 ・ 土地条件図（切土、盛り土など）、古い航空写真（ため池、河川） ・ 地域の歴史を知り、そこで起こり得る災害についても学べる 数値地図25000（土地条件） 空中写真（1974年〜1978年） Mapbox衛星画像 ARアプリで表示できるデータ：公開GISデータ
43. https://disaportal.gsi.go.jp/hazardmap/copyright/opendata.html#l2shinsuishin (20241011) https://maps.gsi.go.jp/development/ichiran.html (20241011) https://cyberjapandata.gsi.go.jp/xyz/std/{z}/{x}/{y}.png 下のようなURLをgis_data.jsonに記載することで、公開されているGISデータをアプリに追加可能 ARアプリで表示できるデータ：公開GISデータ
44. 【現在開発中】ARアプリの新しいデータ作成ツール 地理院地図OSSをカスタマイズして開発した現行ツール 開発中の新しいデータ作成ツール アプリ利用者から要望 / 質問の多い、使いやすいデータ作成ツールを開発中 ・ 国土交通省のPLATEU Viewer（Re: Earth プラグイン）をベースとして開発 ・ 現在、大阪府などの協力機関のみに限定公開中。 操作マニュアルを準備して、まもなく公開予定
45. 【現在開発中】ARアプリの新しいデータ作成ツール 敷居の高かったARアプリのデータ準備作業を、わかりやすいWebツールで作業可能 ・ 災害や防災施設POI、ルート、GISデータの作成/編集 ・ インポート/エクスポート機能 ・ POIのグルーピング機能
46. ARアプリを活用した取り組み事例（関西国際空港） ・ 2017年11月8日に、 約180名の空港スタッフを対象に実施した地震・津波防災訓練で活用 ・津波や火災、建物倒壊をリアルタイムに発災・拡大させ、避難訓練を実施
47. 47 ・ 摂南大学 空間情報デザイン研究室が寝屋川市で実施した「家族で地域を学ぶゲームプログラム」 ・ 家族で地域を歩きながら地域の様々なリスクを学べるまち歩き向けにアプリをアレンジ 摂南大学＋寝屋川市＋大阪府で実施したARまち歩き 資料： 摂南大学 https://www.setsunan.ac.jp/news/detail.html?id=7049 (20241204)
48. 門真市の消防とのコラボイベント「ARでクイズ&災害体験」で活用 資料：大阪府都市整備部 【学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開】
49. やまぐちGISひろば主催「車いす + 防災ARまち歩き」 （一社）やまぐちGISひろば 車いす・防災ワークショップ http://yamaguchi-gis-hiroba.org/jisseki/jisseki_20241215_bosaiWS.pdf (2024/12/06) 防災まち歩きの下見の様子（11/28） 【山口県下関市の活用事例】
50. 豊中市立庄内さくら学園での防災授業 【学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開】
51. ARアプリをカスタマイズして活用した事例 アプリのアイコンをゆるキャラに置き換えた例 ARアイコンをクリックした際に オリジナルの動画を再生 ・ 現状では、独自アイコンをAR表示するカスタマイズは少し難しい ・ クイズ動画は大阪府がPowerPointを用いて作成。 ゆるキャラを置き換えることで他地域でも応用が可能 【学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開】
52. 小学生親子を対象とした「豊中市もしもフェスタ２０２４」 【学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開】
53. 近年のメディア掲載 https://www3.nhk.or.jp/lnews/takamatsu/20230828/8030016721.html (20230903) 今年度は10/22（火）に、坂出市東部小学校で4年生向けに防災まち歩きを実施
54. ・ ARアプリの利用はApple端末に限定されるなどの制限はあるが、 ARアニメーションにより、直感的で分かりやすい防災学習の機会を提供可能 ・ 新しいデータ作成ツールにより、比較的簡単な操作で、ARアプリのデータが作成可能になる予定 ・ 今後は、アプリの解説ドキュメント・動画の整備予定 オープンソース防災教育ARアプリの開発と地域防災での活用 【学校教育や地域への新技術教育プログラムの展開】
55. コミュニティ防災人材育成システム MUSUBOU JST SOLVE for SDGs コミュニティ防災人材育成システムの全国展開に向けた実証プロジェクト https://www.jst.go.jp/ristex/solve/project/solution/solution20_mitamurapj.html
56. ARアプリの活用事例についても解説しています コミュニティ防災 人材育成プログラム入門 https://www.omup.jp/publication/publication_contents.php?id=293
57. 大阪港湾局PJ （DX + 人材育成） 環境農林水産部PJ （DX + 人材育成） 都市整備部PJ （新技術教育） オープンリソース （ソフトウェア・データ・教材） 他地域への水平展開と社会実装 事業化・製品化 研究開発資金 PJでの活用 研究開発・改善 ドローンやICTを活用した持続可能なまちづくりに関する研究
58. 豊中市 庄内さくら学園での ARアプリを活用した防災教育 大阪狭山市 さくら防災フェスでの 防災ARさんぽ 防災教育 x ドローンプログラミング 岸和田城 ３次元モデル & オープンデータ公開 研究室HPに過去の取り組みの まとめ動画などを掲載しています。