大阪工業大學實現新技術：以吸附鋼材的無人機獲取隧道開挖面3D數據

大阪工業大學與清水建設、演算工房及Shrewd-Sekkei攜手合作，成功開發並實用化了「Perch-RIM（Perch-Realtime Inspection & Monitoring）」系統。這是一套利用無人機吸附於鋼材上，實現山區隧道工程中開挖面形狀測量作業無人化的解決方案。該系統能讓無人機吸附在開挖面附近的鋼支保上，即時獲取帶有絕對座標的高精度點雲數據。如此一來，工程相關人員便無需進入開挖面附近即可完成測量，安全性獲得顯著提升。

在山區隧道中，開挖面附近常因稱為「肌落ち（岩石剝落）」的現象而引發嚴重的工安事故。近年來，這類事故的發生率停滯不前，在開挖面前方架設三腳架進行測量的傳統做法依然普遍。因此，實現測量作業的完全無人化已成為一項迫切的課題。

「Perch-RIM」系統由搭載永電磁鐵和光學雷達（LiDAR）的無人機，以及用於測量無人機絕對座標的全站儀所組成。測量時，首先從距離開挖面一段安全距離處操作無人機，使其以磁力吸附於開挖面附近的鋼支保頂部。接著，由設置於開挖面後方的全站儀獲取無人機的3D座標。最後，無人機上的LiDAR進行感測，取得開挖面的3D點雲數據。透過整合這兩組座標值，系統便能計算出開挖面幾何形狀的精確絕對座標。

此測量方法的最大優勢在於，工程人員不再需要進入開挖面附近，從而完全消除了岩石剝落事故的風險。此外，它還能利用絕對座標對超挖等挖掘精度進行量化評估。作業時間的大幅縮短亦有助於優化人力配置、縮短工期，進而節省成本。不僅如此，利用無人機標配的攝影機，Perch-RIM還可擴展應用於遠端隧道巡檢、開挖面監控以及粉塵和有害氣體的環境監測等多種任務。

該系統已在中央自動車道的新小佛隧道、米子自動車道的三平山隧道，以及北海道新幹線的渡島隧道（上二股工區）等工地進行了實地測試，其有效性已獲確認與驗證。未來，開發團隊計畫繼續在建築工地進行實證，並推動開挖面附近作業的進一步自動化與遠端化。

在此次開發合作中，清水建設負責整體系統的構想與評估，演算工房負責開發3D點雲數據測量軟體，Shrewd-Sekkei負責無人機系統設計，並由大阪工業大學機器人學科的東善之副教授擔任整體系統的總監修。