ドローン空撮(UAV)

MINDECOは、UAV (Unmanned Aerial Vehicle) の利用が、我々の提供する技術サービスの適用範囲の増大、費用の縮減、リスク低減などの付加価値を高めるだけでなく、新たな視点を与えてくれるポテンシャルを有していると信じています。そのため、現在までMINDECOの主たるフィールドである鉱山、資源関連フィールドにおいて、様々な適用を行ってきました。その内容は、概略以下の通りです。

1. 自社及び関係会社が所有する鉱山関連施設・堆積場の空撮によるモニタリング
2. 敷地内の土壌崩壊の写真測量による3次元モデルの作成
3. 関係会社の山積みされた軽量骨材の容積推定
4. 鉱物資源探査のための空中磁気探査
5. 鉱山堆積場の安定性確認や探査地域の微地形解析のためのLiDAR計測による超高精度測量

以下では、いくつかの適用例を示します。

鉱山施設の老朽化モニタリング

空撮による鉱山施設の老朽化モニタリングは、安価で迅速な監視ができる点で、非常に有用です。

3次元モデルの作成

空中写真の三次元形状復元技術(SfM処理)による斜面崩壊地の3次元モデルの生成
ドローン空撮では、直下の写真撮影を中心とした通常の写真測量の手順による地形の標高モデルが生成できるだけでなく、様々な角度からの写真を撮影することで樹木などの地表を覆う物体の下の地形を抽出できます。

  • 休廃止鉱山内の斜面崩壊地

    休廃止鉱山内の斜面崩壊地

  • 崩壊地に集中した写真撮影

    崩壊地に集中した写真撮影

  • 初期3Dモデル

    初期3Dモデル

  • 植生の削除
    植生の削除
  • 3Dオルソモデル
    3Dオルソモデル
  • 斜面崩壊地での等高線
    斜面崩壊地での等高線

山積みされた骨材の容量把握

空撮写真を山積みされた軽量骨材の容量把握に利用しました。これもSfM処理を行って3次元モデルを作成する手順で実施しました。ただし、GCP(Ground Control Point)標識を地表の数か所に設置して撮影する必要があります。GCP点はRTK-GPSにより正確な測量をおこない、リファレンス点として利用します。

SfM処理し点群を作成します。その点群からクレーンやベルトコンベア等の不要な点群を削除編集した後、DEMやTINを作成します。そのデータを用いて骨材の容積計算を行ないます。

斜面の3Dモデリング

ドローン搭載のカメラを用いて撮影した写真をSfM処理し3次元合成をすることで、様々な対象物の3Dモデルを生成することが可能となります。
構築した3Dモデルを用いると後処理で地層解析も可能になり、単なる写真映像とは異なる価値をもつ情報になります。

上側の写真は、秩父のジオパークの露頭ですが、タービダイドの様子などが明瞭に把握できます。下は弊社のゼオライト鉱業所の全容のモデルです。いずれも150枚以上の写真を合成しています。

ドローンによる物理探査

地上での物理探査(重・磁力探査)は、調査地の植生に行く手を阻まれたり、生息する動物などに注意しながらの作業となり、多くの時間と労力を必要としました。そのため、航空機やヘリコプターなどを利用した空中物理探査が行われて来たこともあります。しかしながら、調査地が十分広域でない場合は費用単価が増大したり、臨時的なヘリポートを必要とすることもあり、十分低空で飛行することが困難であるなど適用には様々な障害があり、その利用は限られたものでした。しかし、ドローンを利用することで、陸上での作業と航空機・ヘリによる探査の狭間を埋めるような調査が可能となって来ました。MINDECOでは、ドローンに磁力計を搭載しての本格的な空中磁気探査を2017年に鉱物資源探査に適用し、その効果を示しました。

  • 調査地は50%熊笹に覆われていた他に、
    熊、鹿、ダニ
    磁気調査
    磁気調査
  •  
    熊笹は時に2 m以上に達する
    重力調査
    重力調査

ドローンによる空中磁気探査

北海道北東部のオホーツク海に面した地域での鉱物資源探鉱のためにドローン磁気探査を実施しました。DJI社製Matrice 600 Proにポタシウム磁力計及びデータ収録及び伝送系の回路を搭載しました。

  • ポタシウム磁力計を吊下げて計測
    ポタシウム磁力計
    ポタシウム磁力計
  • 本調査で、対地高度一定で航行させる手法を確立した
    ドローン光学カメラによる3Dモデル
    ドローン光学カメラによる3Dモデル

ドローン磁気探査の総飛行距離は、2017年、18年で合計600 km以上でした。 以下は航跡例です。

  • Site B 飛行距離: 54km
    Site B 飛行距離: 54km
  • Site A 飛行距離: 173km
    Site A 飛行距離: 173km

ドローンによる空中磁気探査は2017年は高度約70mで飛行しました。ヘリや航空機による磁気探査より高分解能な結果が得られ、陸上での調査に比べて大幅に短期間に調査が可能です。
左図は、高度補正後の残差磁気異常であり、地溝状の基盤深度変化のある箇所で、磁気異常の大きな変化が捉えられている。右図はAnalytic Signalの結果を示しており、地溝状の基盤深度変化や鉱徴地周辺の磁気的特徴を捉えています。現在は対地高度40mで探査が可能となっており、より高分解能な磁気異常が再現されています。

  • Site B: 残差磁気異常
    Site B: 残差磁気異常
  • Site A: アナリティック シグナル
    Site A: アナリティック シグナル

LiDAR 計測による超高精度測量

MINDECOは、 LiDAR (Light Detection and Ranging)による超精密地形測量サービスを2017年後半から開始しました。 我々は、まずこの技術を鉱山堆積場の安定性評価のモニタリングについて関連会社へ提供することから開始しました。2018年5月には、鉱物資源探査での樹木や熊笹などに覆われたシンター域を抽出するためこの精密測量技術を適用しました。

  • LiDARシステム搭載ドローン

    LiDARシステム搭載ドローン

  • レーザースキャナー部

    レーザースキャナー部

  • 地表面、草木、堆積場が明瞭に捕捉されている

    地表面、草木、堆積場が
    明瞭に捕捉されている

  • リアルタイム処理によりデータの確認が可能

    リアルタイム処理により
    データの確認が可能

  • RTK-GPS 基準点
    RTK-GPS 基準点
  • 植生を排除した鉱山堆積場3Dモデル
    植生を排除した
    鉱山堆積場3Dモデル
  • 低角度からの調査対象地区(樹木密集部)とLiDAR計測の航跡を示します。本地域では地表から30mの高度を一定にして飛行しました。
  • 幅5mで点群をスライスした断面で河川部、樹木、密集した熊笹が見えます。さらに、地形急変部の形状も明瞭に把握できました。
  • 地形急変部に焦点を絞ると、露頭、落石、倒木なども識別可能です。