建設機器におけるAI：新しい建設の方法

通常、建設機械や大型機械と聞くと、人間がこれらの強力な機械を手動で操作している姿を思い浮かべます。しかし、AIの普及に伴い、リスクの軽減、安全性の向上、効率化を目的として、多くの建設車両が自動化されています。自律走行・遠隔操作車両は、建設業界でますます一般的になっています。

例えば、Volvoは最近、砂、砂利、がれきなどの重量物を建設現場との間で運搬するために特別に設計された、完全自律走行ダンプトラックTA15を開発しました。米国労働省によると、建設業界は死亡事故の発生率が3番目に高い業界です。建設分野にAIを統合することで、こうした死亡事故を大幅に減らし、安全対策を改善できます。この記事では、AIによって建設機械がよりスマートで安全かつ効率的になる仕組みと、建設業界全体のイノベーションがどのように促進されているかを解説します。

AIが建設機械に統合される仕組みを理解する#

建設機械や車両は、予測できない作業環境や人的ミスが原因で事故に遭う可能性があります。しかし、AI対応システムは、管理者が職場の危険要因に効果的に対処し、こうしたミスを減らすのに役立ちます。また、建設機械にAIを活用して、機械の運用を最適化し、機械のパフォーマンスを監視し、メンテナンススケジュールを自動化することもできます。

こうしたイノベーションを実現する主要なテクノロジーを詳しく見ていきましょう。

• コンピュータービジョン：機械は、Ultralytics YOLOv8のような高度なモデルを使用して画像データをリアルタイムに分析できます。これにより、建設現場の監視、在庫の追跡、作業員の安全装備の着用確認、顔認識による出勤状況の追跡などが可能になります。
• モノのインターネット（IoT）： IoTはデバイスを接続し、データを共有できるようにします。スマートウェアラブルは作業員の健康状態を監視し、近接センサーや安全センサーは危険を作業員に警告するとともに、機械にメンテナンスが必要になった際に管理者へ通知します。
• 予測分析： 過去のデータと機械学習を使用する予測分析は、将来の出来事を予測し、潜在的な問題を特定して、スケジュールの最適化に役立ちます。また、天候を予測して現場での業務中断を防ぐこともできます。

図1. Ultralytics YOLOv8と姿勢推定を使用した作業員の監視。

大型機械におけるコンピュータービジョンの用途#

コンピュータービジョンは、建設現場での大型機械の稼働方法を変え、新しく革新的なソリューションを提供しています。建設機械における画像および動画分析の可能性を示す、興味深い用途をいくつか見ていきましょう。

AIと無人計量台#

計量台は、大型車両の重量を測定するためのはかりです。車両が輸送時の安全上の重量制限に準拠していることを確認するため、建設分野では不可欠です。従来、このプロセスでは計量所の係員が、車両の入退場時刻、登録番号、積載重量などの詳細を手作業で記録していました。しかし、この手動の方法は時間がかかり、人的ミスが発生しやすく、透明性に欠ける可能性があります。

無人計量台は、精度の向上、人的ミスの削減、処理の迅速化を実現し、リアルタイムの監視と透明性を提供することで、より安全で効率的な運用に役立ちます。センサー、カメラ、LEDスクリーン、自動音声ガイダンスなど、AIを統合したデバイスを使用して、プロセス全体を効率化します。トラックが入口に近づくと、自動ナンバープレート認識（ANPR）テクノロジーを搭載したカメラが車両のナンバープレートを検出し、登録情報を照合します。登録が有効であれば、システムは計量台への進入を許可します。

図2。無人計量台。

IoT対応の動的計量センサーが、トラックの走行中に重量を測定し、正確に計量するために必要であれば、正しい位置で停止するよう運転手に警告します。重量データは分析され、あらかじめ定められた制限値と比較されます。トラックが制限値以内であれば、運転手は出口ゲートへ誘導されます。出口では、ANPRシステムが車両を再度照合し、進入した車両と一致することを確認します。同時に、コンピュータービジョン対応カメラが異常の有無を監視します。過積載や運転手の異常などの問題が発生した場合、システムは監督者に警告し、適切な是正措置を講じます。

AIによる運転手の眠気の監視#

米国運輸省の調査によると、トラックは貨物輸送で最も一般的な輸送手段です。トラックの運転手は、夜間の運転を含め、長距離を運転することがよくあります。これは建設業界にも当てはまり、トラックは現場間で大型機械や資材を、ときには非常に長い距離にわたって運搬するために不可欠です。夜間の運転は疲労につながり、衝突事故のリスクを高める可能性があります。調査によると、死亡事故の21%は運転手の眠気が原因です。

この問題に対処するため、トラックメーカーはコンピュータービジョンを使用して運転手の眠気を監視しています。顔認識、姿勢推定、物体検出などのコンピュータービジョン技術を使用して、運転手の目の動き、頭部の位置、表情を監視できます。例えば、運転手のまぶたが指定範囲を超えて閉じた場合、システムがそれを検出し、警報音で運転手に知らせることができます。運転手の眠気検出システムは、Tataのトラックをはじめとする自動車メーカーで広く使用されています。

図3。コンピュータービジョンによる運転手の眠気の監視。

自律走行建設車両とAI#

建設現場の作業環境は、特に極端な気温の下では過酷になることがあります。例えば、掘削現場では作業員が強い暑さにさらされることが多く、効率的に作業する能力が低下し、水分補給や休息のために頻繁な休憩が必要になります。こうした環境でのダウンタイムを減らすため、研究者はブルドーザーやクレーンなどの自律走行建設車両を開発しています。

これらの自律走行機械には、高解像度カメラとコンピュータービジョン技術が搭載されており、地形を分析して、傾斜、軟弱地盤、凹凸のある場所などの要因を評価します。物体検出を使用して人や機械を認識し、障害物を検出すると自動停止することで安全性を高めます。華中科学技術大学（HUST）の研究者は、Shantuiと共同で、-10°Cという極端な低温でも稼働できる自律走行ブルドーザーを最近開発しました。

図4。自律走行ブルドーザーの例（出典：constructionworld.in）。

大型機械における燃料の最適化#

燃料の最適化は建設会社にとって重要ですが、燃料効率を高める取り組みの導入は容易ではありません。燃料価格が変動し、複数の運転手が建設車両を運転する状況では、燃料消費量を手作業で管理することが複雑になります。AIを活用した燃料管理システムを使用することで、プロセスを改善し、燃料消費量を削減できます。

こうしたAI燃料管理システムは、大規模なデータセットで学習され、複数のルート候補を生成して最も燃料効率の高いルートを推奨することで、燃料使用量を最適化します。また、車両のエンジンコントロールユニット（ECU）と統合して、リアルタイムのギアシフト推奨を提供することもできます。これらのAIによる推奨に従うことで、運転手ごとに異なる運転パターンを最適化し、燃料効率を向上させられます。

図5。トラックへの給油。

建設機械におけるAIのメリットとデメリット#

AIを統合した建設機械は、データに基づく意思決定からリアルタイム監視まで、さまざまなメリットをもたらします。主なメリットは次のとおりです。

• 機械の長寿命化：定期的な監視と適切なタイミングでのメンテナンスにより、機械の寿命が延びます。
• ダウンタイムの削減：自動化されたプロセスと予知保全により、機械のダウンタイムを最小限に抑えます。
• 意思決定の改善：データに基づく洞察を提供し、リソースと運用をより的確に管理できるようにします。

一方、建設分野でAIの導入が進んでいるものの、考慮すべき課題もいくつか残っています。

• 高額な初期投資：AIは長期的なコスト削減につながる可能性がありますが、こうしたシステムの導入コストは初期段階では多額になるため、中小企業にとって障壁となる可能性があります。
• プライバシーに関する懸念：AIはデータに大きく依存するため、不正アクセスを防ぐには、この情報を安全に保存し保護することが重要です。
• 熟練人材：建設機械にAIを統合するには専門的なトレーニングが必要であり、こうしたテクノロジーの使い方を作業員に教えることは、特に多忙なスケジュールの中では大きな課題となる可能性があります。

AIが建設車両に与える影響#

建設業界ではAIの導入が急速に進んでおり、CaterpillarやDaimlerなどの企業が自動運転トラックの開発を先導しています。2019年、Daimlerは実用的な自律走行トラックのプロトタイプを発表し、2027年までに市場投入される見込みです。Caterpillarの自律走行運搬トラック797Fは、すでに採掘作業の効率化に貢献しています。BHP Group、Rio Tinto、Barrick Goldなどの大手企業は797Fを24時間稼働させ、職場での負傷事故ゼロを報告しています。同様に、中国の自律走行トラック企業であるTuSimpleは、自社のトラックが手動運転のトラックより燃料効率が11%高いと主張しています。2023年6月、TuSimpleは中国の公道で39マイルの無人走行を成功させました。

自律走行トラックが建設業界に引き続き良い影響を与える中、市場は年平均成長率（CAGR）10%で成長すると予想されています。AIを活用した建設機械によって安全性と燃料効率が向上するなか、企業はより安全で持続可能な作業環境へと移行しています。

建設車両におけるAIのこれから#

AIは建設業界に変革をもたらし、大型機械をよりスマートで安全かつ効率的にしています。自動運転車両から、燃料使用量を最適化し建設現場をリアルタイムで監視するAIシステムまで、こうしたテクノロジーはミスの削減とコストの節約に役立っています。AI導入のコストや作業員のトレーニングなどの課題はありますが、メリットは非常に大きいものです。AIがイノベーションを推進することで、建設業界の未来はこれまで以上に生産性が高く、持続可能で革新的なものになるでしょう。

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