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UAV を用いたダム堤体上下流面の

コンクリート変状調査

飯塚 誠 1

1独立行政法人水資源機構 草木ダム管理所 管理グループ

（〒376-0303 群馬県みどり市東町座間 564-6）

ダム堤体コンクリートの変状調査は、目視できる範囲が限られていることから定量的評価が困

難で、調査精度には限界があった。このため、近年新技術として注目されている UAV（無人飛行

体）や高画質デジタルカメラによる画像撮影を実施し、多視点画像解析を用いて堤体 3D 画像及

びクラックマップを作成した。

また、これらの情報の閲覧支援のため、画像情報整理支援システムを構築することにより、今

後の堤体コンクリートの監視・評価のための貴重な成果が得られ、高精度かつ定量的な堤体コン

クリートの変状評価に有効であるとの結論を得た。

キーワード：UAV（無人飛行体）、堤体コンクリートの変状調査、クラックマップ、管理高度化

1. はじめに

草木ダムは、渡良瀬川沿川の洪水防御と、東京都、

埼玉県等への都市用水（水道用水、工業用水）の供

給、渡良瀬川沿岸地域の農業用水の確保、水力発電

を行うことを目的として、利根川水系渡良瀬川に建

設された多目的ダムである。

1977 年の管理開始から 40 年が経過しており、そ

の間に 28 回の防災操作（洪水調節）を行うなど、渡

良瀬川の洪水被害の軽減に寄与するとともに、利根

川本川及び渡良瀬川の都市用水、農業用水の安定供

給に貢献している。

草木ダムは高さ 140m、堤頂長 405m、堤体積 1,321

千 m3の重力式コンクリートダムであり、ダムの経年

的な変化や変状等を監視するため、定期的に様々な

堤体観測を実施している。堤体コンクリートの変状

調査としては、主に堤体下流面について目視及び写

真撮影による観察を行っている。

2. 堤体コンクリートの変状調査

(1) 堤体コンクリートの変状評価

草木ダムの堤体に関しては、概ね３年ごとに定期

検査を実施し、ダムの挙動や経年変化等に関する評

価を行っている。

堤体コンクリートについては、表面にクラックや

漏水等の変状箇所が複数見られるものの、現在のと

ころ経年的な進展は認められていない状況であり、

継続的に変状箇所の状態監視を行っている。

写真-1 堤体表面の変状箇所

(2) これまでの堤体コンクリートの変状調査

草木ダムにおけるこれまでの堤体コンクリートの

変状調査としては、主に堤体下流面において、日常

管理の中で発見されたクラックや漏水等の変状を記

録し、定期的に目視や写真撮影により経過観察を行

うという形で実施してきた。

写真-2 目視による調査状況

これにより変状箇所の大きな変化やある程度の経

年変化を把握することができるが、一方で、微細な

変化の把握や定量的な評価が難しいこと、高標高部

等の目視ができない箇所の変状の把握が困難である

といった点が課題であった。

＜クラック＞ ＜漏水＞

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3. UAV を用いた堤体コンクリートの変状調査

(1) 調査計画

堤体コンクリートの変状について、正確かつ定量

的に把握することを目的として、デジタル画像撮影

による調査を行うこととした。

撮影に当たっては、機動性に優れる UAV（無人飛

行体）を使用し、正確かつ詳細なデータ取得のため

に 3D レーザスキャナ及び高画質デジタルカメラを

使用する等、新技術を導入することとした。

撮影した画像をデジタル処理して 3D モデルを作

成するとともに、展開画像から変状箇所を抽出し、

さらに、今後、堤体コンクリートの変状を正確かつ

定量的に把握していくためのツールとして、それら

の情報を統合したクラックマップを作成することと

した。

一連の調査は、画像撮影→展開画像の作成→変状

箇所の抽出→クラックマップ作成の流れで実施した。

(2) 画像撮影

a) 撮影機材

画像撮影は、堤体上下流面のコンクリート変状を

正確に把握するため、3D レーザスキャナによる撮影

座標及びダム形状の３次元計測、固定点からの高画

質デジタルカメラによる撮影とともに、死角をなく

すために UAV(無人飛行体)を使用して行った。

写真-3 UAV（無人飛行体）

写真-4 3D レーザスキャナ

b) 撮影解像度の検証

画像撮影の精度管理として、0.2mm までのクラッ

ク（ひび割れ）を抽出可能なことを目標として、そ

れに必要な撮影解像度の検証を行った。検証にはク

ラックシート及び、あらかじめひび割れを生じさせ

たコンクリートブロックを用いて撮影距離（高度）

を変えた撮影を実施し、クラック（ひび割れ）が確

認できるかどうかを判断した。

写真-5 撮影解像度の検証状況

結果は表-1 に示すとおりであり、3 つの解像度の

比較では 0.2mm 幅のクラック（ひび割れ）を認識す

るためには 1.0mm/pix 以上の解像度が必要なことが

わかった。

表-1 撮影解像度の検証結果

以上を踏まえて、画像撮影にあたっては、撮影画

像の解像度は、1 ピクセル 1mm 程度以下とし、機材

設置箇所あるいは撮影方法毎に、撮影した範囲(高さ、

幅)、撮影距離、画像解像度などを記録することとし

た。また、できるだけ撮影条件を一定に保つように

努めるとともに、各画像のラップ率を 50％以上とし、

画像の欠落がないように実施した。

撮影画像は、UAV によるものが約 20,000 枚、手撮

り補完撮影によるものが約8,500枚の合計約28,500

枚となった。

写真-6 撮影画像サンプル

解像度＼ひび割れ幅 0.1mm 0.2mm 0.5mm以上 0.1mm 0.2mm 0.5mm以上

0.5mm/pix ○ ○ ○ ○ ○ ○

1.0mm/pix ○ ○ ○ △ ○ ○

2.0mm/pix × △ ○ × △ ○

クラックシート コンクリートブロック

＜クラックシート＞

＜コンクリートブロック＞

0.1mm

0.2mm

0.3mm

○：確認可能、△：やや可能、×：確認不能

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(3) 展開画像の作成

画像撮影により得られたデジタルデータについて、

多視点画像解析を用いて 3D モデルを作成し、それを

もとに各面の展開画像 (オルソ画像)を作成した。

多視点画像解析とは、デジタルカメラにより対象

物を網羅するように多視点から撮影し、そのデジタ

ル画像からステレオマッチングされたデータにより

対象物の表面形状をリアルな高密度データとして取

得するものであり、３次元の TIN(不整三角網モデ

ル)からオルソ画像(正射画像)への変換が可能とな

る。

多視点画像解析の過程では、各撮影画像は収差補

正（レンズによる歪み等の補正）、あおり補正（斜方

向から撮影した画像を正対画像に補正）を行った。

【堤体 3D 形状】

【堤体 3D モデル】

【展開画像（堤体下流面）】

図-1 3D モデルと展開画像の作成

(4) 変状箇所の抽出

堤体表面（上流面、下流面）について、撮影した

デジタル画像及び補足の現地調査をもとに、クラッ

ク（ひび割れ）、漏水、遊離石灰、剝離・剝落等の変

状を抽出・整理した。

あわせて、作成した展開画像(オルソ画像)を元に損

傷のトレースを行うことで、幅 0.2mm までの微細な

クラックについても抽出することが可能となった。

クラックの抽出はデジタル画像をもとに技術者が識

別を行った後に、詳細形状を自動識別する半自動方

式を採用した。

図-2 デジタル画像によるクラック抽出

(5) クラックマップの作成

作成した展開画像と抽出した変状の情報を重ね合

わせ、クラックマップを作成した。

クラックマップでは、進行状況（クラック幅）別

に整理したクラック（ひび割れ）、漏水範囲、遊離石

灰、剥離等の変状について、種別毎に凡例を分けて

整理することで、どの場所にどのような変状が発生

しているかがわかりやすくなり、変状の原因分析に

有効な情報となった。

また、それぞれに位置や長さ・幅等の情報を持た

せることにより、経年的な変化を定量的に評価する

ことが可能となった。クラックについては、走向（方

向）も整理しており、大局的なクラック走向の確認

により、発生原因の特定や安全性の評価にも有効な

資料となった。

4. 画像情報整理支援システム

これらの情報の閲覧支援のために、画像情報整理

支援システムを構築した。このシステムでは、写真、

クラック情報等をレイヤー処理することにより、視

カメラ位置

（撮影位置）

※青：多視点撮影位置

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認性の向上を図った。

また、それぞれのデータは、エクセルでのデータ

処理が可能となり、集計等が容易となった。

今後、変状の進行・変化について、このシステム

に追加・更新していくことで、堤体コンクリートの

変状の経年変化を容易に評価することができるツー

ルとなった。

図-3 画像情報整理支援システム画面

図-4 システム詳細画面

5. まとめ

(1) 考察

草木ダムにおける堤体コンクリートの変状につい

て、正確かつ定量的に把握することを目的として、

デジタル画像撮影による調査を行った。撮影に当た

っては新技術である UAV や 3D レーザスキャナ、高画

質デジタルカメラを使用することで、高精度なデー

タ取得を行った。

取得したデータから、3D モデルや展開画像の作成、

クラック等の変状の抽出・整理を行い、これらの情

報を統合したクラックマップ及び画像情報整理支援

システムを作成することで、今後、堤体コンクリー

トの変状を正確かつ定量的に把握・評価していくた

めの基礎データが取得でき、調査結果をデータベー

ス化（システム化）したことにより、今後の調査結

果と容易に比較分析が可能となった。

定期的に同様の調査を行うことで、堤体コンクリ

ートの変状に関する評価がより正確かつ詳細になり、

ダムの定期検査項目である「ダムの安全性及び機能

に影響を及ぼすようなコンクリートの劣化・損傷等」

の検査に定量的な判断材料を示すことができ、管理

の高度化に繋がるものと考えている。

また、これらの詳細なデータが変状の原因究明に

寄与することが期待できる。

(2) 今後の方針

今後、堤体コンクリートの変状に関しては、長期

的に観測する必要があることから、変状の分析を行

い、変状スピードが速い箇所、遅い箇所について、

調査頻度を検討し、ダムの定期検査等に合わせて定

期的に調査を進めることで考えている。

また、今後調査予定である水中部分のコンクリー

トの変状調査データをシステムに追加統合し、デー

タベースの充実を図っていく。

図-5 クラックマップ（堤体下流面）

画像情報整理支援システム

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