3DVRによる重機の遠隔操縦システム

1.事前シミュレーション・・・現場に行かなくても机上で検討・確認！

3DVRシミュレーションによる机上確認は、初期段階における作業計画の検証に特に有効です。現地への移動、機材の準備、要員の準備が不要な他、事前訓練、安全教育に利用できます。災害発生時、国土地理院の地理院タイルによりベース地形を生成、UAV等を用いて計測した航空写真や3D点群データで被災地の状況を直ちに再現できます。いきなり本番、ではなく、現地入りする前から作業計画の立案、事前検証が可能です。また、4Dシミュレーションにより、作業計画の立案、進捗管理、作業者の工程理解が可能です。複数の拠点での分担や、中央省庁、地方支分部局、地方自治体がクラウドデータベースを共有し、現場と連携して防災対策を実施できます。

3DVRで被災地を迅速に再現

▲航空写真による再現

▲点群データによる再現

3DVRによる現地復旧計画検討

作業の立案、検証、情報共有、進捗管理に3DVRを活用。

▲各拠点間の連携

▲仮設道路計画

▲重機配備作業計画、仮設設備設置計画

2.訓練・安全教育・・・本物と同じ操作で事前体験！　訓練、安全教育にも活用

重機のコックピットを再現した制御装置や、本物の遠隔制御装置を操作して、実機の操作と同時に3DVR空間内の重機モデルを操作できます。モーション装置があれば、傾きや、加速度感、振動なども体感できます。これを用いれば、現場で実機を操作する前に、現場を再現した3DVR空間の中で作業内容を試してみることができます。作業員の事前訓練だけでなく、通常時も作業員の訓練、安全教育に活用できます。また、VRゴーグルを使うと空間全体を立体視で見渡せるため、現場にいるかのような臨場感が得られます。AR/MRへの対応も可能です。

▲VRモーションシートとVRゴーグルの
コックピットの例（NICHIJO）

▲モーションプラットフォーム付
コックピットの例
（NEXCO中日本 除雪シミュレータ）

▲遠隔操縦型バックホウの
リモートコントローラ
（国土交通省九州地方整備局）

3.作業監視、作業ガイド、作業指示・・・見たいものを必要な数、どこからでも。指示もOK！

作業中の重機の座標や状態（姿勢や可動部の動き、速度、加速度など）を無線（5G）でリアルタイム取得し、3DVR空間内に再現できます。これを、仮想カメラで表示すれば、作業をリアルタイムにモニタリングできます。3DVR空間内では、任意の視点、角度、画角、個数で設置できるので、死角の無い、目的に応じた監視が可能です。実カメラ映像との併用によって、より確実な監視が可能です。また作業内容の説明文や図、矢印などを表示したり、作業エリア（例：掘削エリア・深さ）のCADデータを作業ガイドとして重ね合わせ表示したり、管理センターからの作業指示を直接表示することも可能です。実写画像にCADデータを重ね合わせ表示することも可能です。（土木研究所事例参照）

▲作業ガイド

▲作業指示

▲作業監視

4.複数機制御・・・複数の重機をまとめて協調制御＆モニタリング

複数の重機を連携制御する統括管理システム。個別の遠隔制御システムをネットワーク接続し、集中管理PCから各遠隔制御システムに指令を出します。複数重機の状況をリアルタイムモニタリングしながら、状況に応じて、一斉発進/停止/緊急停止、個別発進/停止/緊急停止といった複数重機の遠隔制御を、プロジェクト全体を俯瞰しながらコントロールできます。モニタリングでは、各重機毎の操縦席視点、外部視点、全体俯瞰など任意の視点のカメラ映像でモニタリングできるので、全体の進捗状況や問題個所の把握が、素早くできます。

▲全体俯瞰用３DVRモニタ

▲各重機毎の状態、実カメラ、仮想カメラ

5.自動運転対応・・・自動運転システムの統括管理。開発プラットフォームとしても活用

遠隔操縦の重機と同様に、自動運転する複数の重機を統括管理することも可能です。
自動運転中のモニタリングや、緊急時等の遠隔制御など、自動運転の管理センターとして活用できます。自動運転は実用化がようやく始まった段階で、ゼネコンや研究機関での開発が進められています。このような用途に対しても、3DVRは特に有効です。3DVR空間内で、自動運転アルゴリズムの検証のためのシミュレーションを行い、3DVRシステムを自動運転の開発プラットフォームとして活用することができます。

自動運転対応システム

基本構成は遠隔制御時の統括システムと同じで、遠隔操縦部分の全部または一部が自動運転で行われます。

ダンプによる土砂の積載、運搬、排土は、自動化できる可能性が高い。バックホウへのアプローチ、排土場所へのアプローチは遠隔制御で手動で行い、途中の運搬（仮設道路等の走行）を自動化します。自動運転の主な機能は、目的地までの走行、障害物回避、回避不可時の停止。アルゴリズムの検証にも3DVRを利用可能です。

▲バックホウ、振動ローラ等、他の重機の自動運転研究も進んでいます。

本技術の基盤技術となる3DVRシミュレーションソフトウェアUC-win/Roadは、フォーラムエイトが自社開発して2000年にリリースし、20年以上進化し続けている最新の3DVRソフトウェアです。
BIM/CIMデータに対応し、J-LandXMLやIFCデータ形式にも対応しています。シミュレーションだけでなく、外部機器との連携により、3DVRと現実世界がリアルタイムに連携する、遠隔制御、モニタリング、自動制御にも活用されています。以下に本技術に関連する基本機能を紹介します。

●地形生成

災害地の地形を素早く作成～DX時代の3DVRプラットフォーム

世界中の任意の地形を自動生成し、航空写真・衛星写真画像により3D地形をリアルに再現。オープンデータである国土地理院の地理院タイルやオープンストリートマップ（OSM）やJ-LandXMLに対応、地図上で指定した任意の地域の地形、航空写真、道路データ、建物情報（位置、形状、高さ）から対象地域の3DVR空間を短時間に容易に作成できます。UAV等で取得した点群データを直接表示したり、地形に変換したりできます。3DVR空間内に設置する地物については、フリーで利用できるモデルデータベースを利用できる他、IFC形式対応により、BIM/CIMモデルを取り込んで3DVR空間内に設置できます。これらの機能によって、災害発生地域の3DVR空間を迅速に作成し、対策の初動に貢献することができます。

▲地理院タイルによる任意対象地域の3DVR地形生成
（山間地域の例）

▲DEM上の航空測量点群の例

●UAV連携

被災地の写真測量、点群データ取得、作業時の重機の監視に活用！

UAVの飛行ルートを3DVR空間内で自由に設定し、自動飛行制御することが可能です。ビデオ撮影や写真撮影が可能なので、被災地の最新の状況を計測し、航空写真や点群データとして3DVR空間に反映できます。重機作業時に作業エリア、工程に合わせて自動飛行させ、上空から監視映像を送信することもできます。

●シナリオ

作業内容の訓練シナリオ、安全教育シナリオを体験！

3DVR空間内で発生する様々な事象を予めイベントとして登録し、イベントの発生状況に応じて、シミュレーションの動作を制御する機能です。作業に伴う様々な状況を設定し、状況に応じた展開を用意することによって、3DVR空間内で様々な体験が可能なので、事前訓練に活用できます。常時においては、オペレータ育成を目的とした訓練や、安全教育にも活用できます。

●4Dシミュレーション

3DVRアニメーションで作業工程確認、検証、進捗管理

プロジェクトのスケジュールをガントチャートで3D モデルと関連付けながら定義し、進行にしたがって3Dモデルを設置・動作・撤去させながらアニメーション動作させることによって、事前段階で作業内容の検証、理解に役立てることができます。実際の作業時には、作業内容の確認や進捗管理に活用できます。

●ドライブシミュレータ

リアルタイム通信で重機を制御

3DVR空間内で発生する様々な事象を予めイベントとして登録し、イベントの発生状況に応じて、シミュレーションの動作を制御する機能です。作業に伴う様々な状況を設定し、状況に応じた展開を用意することによって、3DVR空間内で様々な体験が可能なので、事前訓練に活用できます。常時においては、オペレータ育成を目的とした訓練や、安全教育にも活用できます。