非侵襲の水路点検を実現するDronar、市販ソナーと無人水上機で堆積土砂を最大15cmの差で検出
米ノーザンアリゾナ大学などの研究チームは、市販のソナーと無人水上機（USV）を組み合わせた「Dronar」を開発し、コンクリート水路を排水せずに渠底の堆積土砂を検出する概念実証を報告した。アリゾナ運河での実地試験では、清掃前の水深プロファイルが清掃後より最大15cm浅く、清掃後の繰り返し計測は最大7cm以内で一致した。本論文は査読前のプレプリントである。
市販のソナーと無人水上機を統合した低コストシステムで、排水せずにコンクリート水路の渠底状態を非侵襲的に点検できるか。
米アリゾナ州フェニックスのSRP運河網は全長211km超で、約250万世帯の主要水源である。コンクリート水路はライニング変形、ひび割れ、堆積土砂が生じるが、現行点検は4年に一度のドライアップ時に限定され、水位より上の目視しかできず、堆積物に覆われたひび割れは排水なしでは検出できない。ドライアップは高コストで、保守区間の優先順位付けが困難である。
従来のソナー調査には専用船と訓練されたオペレータが必要だった。近年は民生用フィッシュファインダーを水上艇に搭載する研究や、空中ドローンでソナーを吊り下げる方法（Diazら、Ruffellら）が報告された。しかし空中ドローンは認可パイロットと空域承認が必要で、都市部や空港近くの運河では運用が複雑であり、機体とソナーの位置ずれ、バッテリー航続時間の制約も課題だった。
研究チームは、双胴ポンツーン型の自作USVにLowrance製Active Imaging HD 3-in-1トランスデューサ（800kHz、DownScan±30度、SideScan±58度）とHDS Pro 9ソナーヘッドを搭載し、Cube Orange+オートパイロットでArduPilot Roverファームウェアを実行するDronarを構築した。トランスデューサは喫水下かつスラスタより前方に吊り下げて乱流を低減した。運搬兼展開用カートで急傾斜の護岸からロープ降下・回収し、完全無索で運用する。下流方向のみの測線を採用し、ソナーデータはSDカードに記録して後処理した。
2025年5月22日の実証試験（アリゾナ運河1.6km区間）では、Manualモードで下流を約25分、時速8kmで完走し、20Ahバッテリー消費は38%だった。上流はフルスロットルでも時速1.6kmと遅く、以後は下流のみの測線とした。2025年11月7日の清掃前調査と2026年2月24日の清掃後調査（メサ地区の約400m区間）では、清掃前のDownScan水深プロファイルが清掃後より最大15cm浅く、バンドパスフィルタ処理後も清掃前は最大15cmの負の残差を示し、清掃後は概ね5cm以内に収まった。清掃後の同条件2回の繰り返しでは、生データとフィルタ後データのプロファイルがほぼ重なり、全清掃後ラン間の最大差は7cm、渠底プロファイル全体の深度範囲は約12cmだった。SideScan画像は取得したが定量解析には用いていない。
著者らは、現時点の検証が堆積土砂と清掃済みの2条件のみで、ライニング変形、ひび割れ、異物など他の欠陥種別の検出能力は未評価と述べている。ソナーデータ後処理はPythonスクリプトによる手動で、自動化や機械学習分類は今後の課題である。解析はDownScanのみで、浅水深ではナディア直下しかカバーできず、護岸際や側壁付近は未達のため、SideScan活用や複数測線が必要としている。高温下ではコントローラの過熱警告が出たがミッション失敗には至らなかった。回収は初回4回の試行を要し、習熟後は約1分に短縮された。コードやデータの公開範囲は論文では報告されていない。
SRPのような大規模灌漑・上水道運河を保有する公益事業体が、ドライアップ周期の間にも堆積土砂の分布を把握し、保守区間を優先順位付けできる可能性がある。民生部品とオープンソースのArduPilotを活用するため低コストでの導入が見込まれるが、論文にはコスト総額の記載はない。実運用には、他欠陥種別の検証、SideScanを含む側方カバレッジの追加、自動後処理パイプラインの構築、高温対策とバッテリー管理戦略が前提となる。時間軸は、概念実証から1〜3年程度で限定的な定期点検補助に使える可能性があるが、SRP全211kmへの展開にはさらなる検証が必要である。
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