うんちドローンが下水道の維持管理を担う

2016年のクリスマスイブの朝、ミシガン州フレーザーのある家の住人は、壁から「ポン、ポン、ポン」という奇妙な音を聞いた。最初は屋根から溶けた雪が落ちる音だと勘違いしていたが、すぐに真実に気づいた。その音は、家がゆっくりと崩れ落ち、陥没穴に落ちていく際に、レンガが押しつぶされてずれた音だったのだ。

当局が状況を評価し、原因を特定したため、家屋と近隣の数軒が避難した。下水遮断管の崩落が複数の住宅とフレーザーの交通量の多い15マイルロードの長い区間に危険を及ぼしているという。誰もが望んでいたようなクリスマスシーズンの始まりとは程遠いものだった。

「これは私たちのシステムと地域社会に甚大な影響を及ぼしました」と、ヴィンス・アストリーノ氏は語る。マコーム郡公共事業局の運用部長として、彼は約68マイル（約100キロメートル）の下水管を含む郡の下水インフラの日常的な運用を監督する責任を負っている。「直径11フィート（約3.3メートル）、深さ約70フィート（約21メートル）の下水管が破損し、下水流量が大幅に減少しました。この管は私たちのシステムの主排水口付近にあり、約80万人の住民が下水を下流へ送るためにこの管を利用しています。」

アストリーノ氏と彼のチームの迅速な行動により、下水が住民の家屋に逆流するのを防ぐバイパスシステムが間に合うように設置され、最終的に解体が必要になったのは1棟、つまり破裂音が聞こえた家屋のみでした。しかし、問題のパイプ区間（約1200メートル）が完全に交換されるまでには9ヶ月かかりました。納税者の直接的な負担は約7,500万ドルで、この混乱による住民や近隣の企業への追加費用は含まれていません。

このような災害を防ぐ鍵は、下水管の定期的な点検です。放置すると土砂の浸入や最終的には管の崩落につながる可能性のある亀裂や裂け目を探し出すことが重要です。しかし、下水管は暗く、狭く、ガスが溜まっている場合があり、従来の方法（通常はカメラを搭載した有線遠隔操作のクローラー、あるいは直接下水管を点検する）で大規模な下水管網を点検するのは、時間と費用がかかり、危険を伴うことも少なくありません。

ここでドローンの出番です。限られた空間で動作するように設計・開発された新世代の飛行ロボットが下水道に送り込まれ、より安全かつ効率的に検査を実施しています。

そうしたドローンの一つがElios 3です。スイスのFlyability社が設計・製造し、Veolia社などの大手企業で採用されています。標準装備として保護ケージ、耐衝撃性外骨格、16,000ルーメンの照明装置、4Kカメラ、そしてLIDARを搭載し、暗くて埃っぽい配管内を飛行しながら、周囲の環境のリアルタイム3Dモデルを作成できます。モジュール設計により、爆発性ガスセンサーや超音波厚さ計などの特殊なペイロードを搭載することも可能です。

Flyabilityのコミュニケーションマネージャー、エロイーズ・マクミン・ミッチェル氏は、Elios 3の性能と効率性が、特に下水道において人間による直接点検に比べて優れていることから、同社の売上は大幅に伸びていると述べています。「道路下の下水道を点検するには、少なくとも4人体制のチームが必要で、複数の場所で交通を迂回させる必要があります。ドローンなら2人だけで済み、下水道に登る必要もありません。そのため、閉鎖空間でのリスクや危険な環境にさらされるリスクがなくなります。」

その結果、ドローンを巡る安全規則は人間が関与する場合よりもはるかに緩やかになり、マクミン・ミッチェル氏によると、点検コストは大幅に削減されるという。「従来の方法と比較して平均40%のコスト削減が可能で、ドローンを使えば1日で400メートルしか点検できないのに対し、900メートルまで点検できます。」

2024年5月、マコーム郡は検査プロセスの効率化を目指し、Flyabilityのライバル企業Flybotix社製の遠隔操縦式ドローンAsio XとSewerAIというソフトウェアプログラムを組み合わせたテクノロジー主導のアプローチを採用しました。両者の費用は合計約10万ドルでした。以前は、同郡は3年ごとに100万ドルを検査に費やし、手作業で映像の欠陥を検査していましたが、画質の悪さから多くの欠陥を見逃す可能性がありました。

直径約40cmのAsio Xは、4万ルーメンの強力なライト、4Kカメラ、そして衝突防止用のケージを備え、ごく狭いパイプを除き、下水道システムの鮮明な映像を撮影できます。アストリーノ氏はこれを従来の方法とは「雲泥の差」と表現しています。

ほぼ自律飛行する最新の一般向けドローンとは異なり、Asio Xは主に手動操縦を必要とし、しかも非常に過酷な環境下での飛行となる。アストリーノ氏は次のように指摘する。「暗く、限られた空間では空気の流れが急激に変化し、狭いパイプ内の流水上を飛行するのは難しい」。そのため、彼は飛行を専門家に任せている。「当社のメインオペレーターであるザック機長は、非常に難しい環境でも飛行できます。」

とはいえ、検査プロセス自体は簡単です。「マンホールにアンテナを下ろし、ドローンコントローラーからドローンに信号強度を供給します」とアストリーノ氏は言います。「オペレーターはドローンをマンホールから次のマンホールへと飛行させ、その飛行経路で動画を録画します。」約20分のバッテリー駆動時間を持つAsio Xは、1回の飛行で約1,000フィートのパイプを記録でき、下水道を通過する際に動画だけでなく、ライダーや赤外線スキャン、ガス濃度の測定値も取得します。

以前のシステムでは、現場でビデオデータを分析していました。カメラオペレーターがパイプ内を移動しながら欠陥箇所を記録していたのです。現在では、ドローンで撮影したデータはSewerAIの請負業者に送信され、AI支援アルゴリズムを用いて欠陥箇所を自動的に特定します。アストリーノ氏は、このシステムが画期的な変化をもたらし、チームの時間と費用を大幅に節約できたと語っています。

「私たちは、様々な請負業者から現場で入手したコード化されたビデオと、SewerAIが同じ映像で行った作業を比較するテストを数ヶ月にわたって実施しました。そして、SewerAIは毎回、発見した内容とコード化においてSewerAIを上回りました。」以前は下水管の1区間の検査に数ヶ月かかることもありましたが、SewerAIはデータ分析結果を10日以内に郡に送り返す契約を結んでいます。アストリーノ氏によると、通常は24時間以内に送っているとのことです。

チームはこのソフトウェアパッケージに非常に感銘を受けており、ドローンが進入できず、より伝統的な検査方法が必要となる地域（例えば小口径パイプ）でも、現場でコード化するのではなく、得られたデータを分析のために送信できるようになりました。古いデータも迅速に確認・再分析できるため、元の請負業者が見逃していた可能性のある欠陥を検出できます。これにより、最も必要な場所で補修作業を行うことができ、2016年の陥没穴のような壊滅的で高額な事故につながるような状況の悪化を防ぐことができます。

マコーム郡はこの分野のパイオニアです。ミシガン州で初めて、地下インフラの点検にドローンとAIソフトウェアを組み合わせた郡であり、その先進的な取り組みが評価され、州内で2つの賞を受賞しています。しかし、ヴィンス・アストリーノ氏は、彼と彼のチームは常に業務を近代化するための新しい方法を模索していると語ります。「特にAIの活用競争が盛んに行われている今、この分野の技術が大きく進歩する可能性を無視することはできません。私たちは常に選択肢をオープンにしています。」