前編：最新テクノロジーとセンサが満載！産業用ドローンを見てみよう！
目次
昨今、さまざまなシーンでドローンが活用され、撮影された映像を見る機会も増えてきています。また、単に空撮をするだけではなく、多くの産業で使われるようになってきており、その用途に特化した機体の開発も進んできています。
ドローンの飛行性能や空撮性能は日々進化しており、数年前のものと比べ雲泥の差があります。産業用としての活用が進み、求められる性能も高くなってきています。
今回はそんな最新テクノロジー満載の最新ドローンの仕組みと、その活用シーンについて、前後編2回に渡ってお届けします。前編では機体に搭載されたセンサやサーマルカメラの活用を紹介しましたが、後編ではさまざまな産業でどのようなドローンが活用され始めているのか、そこで使われているテクノロジーも含めて紹介したいと思います。
インフラ点検用ドローン
インフラ点検はこれまで莫大なコストとリソース、そして危険性が潜んでいました。ドローンはそういった問題に対するソリューションアイテムとして注目を集めています。
産業用ドローンの中でも特に注目を集めているのがインフラ点検用のドローンです。これまでの事例でいくと高速道路や橋の橋脚、送電線や鉄塔、ダム、トンネルなどの構造物の点検を、特化した性能を持つドローンでおこなう実証実験やサービスレベルでの活用が多く報じられるようになってきました。
日本には、既に完成からかなりの年月が経ったインフラ構造物が多く存在します。従来では、これらの点検は、橋脚なら大規模な櫓や足場を組んでおこなったり、鉄塔なら安全対策を万全にした上で、非常に危険な作業に作業員が従事しているのが実情でした。
しかし、そういった危険が潜む人的作業の課題に対しドローンの活用は多くにメリットをもたらしています。
インフラ点検に使用されるドローンは、その利用シーンごとに機体の形状や機能もさまざまなものとなっています。
橋脚や橋桁調査用に開発されたドローン。上向きのカメラが付いており、構造物接触防止用にプロペラの周囲が覆われています。
例えば橋脚を点検する場合、ドローンが撮影するのは橋脚のある真横や、橋脚が支えている橋桁がある上向きの画像である必要があります。そのため従来の下向きの画像を撮影するドローンでは対応できず、上向きのカメラが搭載されたドローンが開発されたました。
また、橋桁を点検する場合、ドローンの上に橋桁があるとGPSの電波が届きにくく、自律飛行が難しい状況が考えられます。そういった際でも橋脚に衝突せずに安全に飛行できるように、有線で操縦するドローンや、機体のカメラから得た画像データをAIで解析しながら障害物を回避する技術が機体に搭載されるようになってきました。
他では、プラントや工場内部、下水管内での点検でもドローンが活躍しています。ボイラーや煙突の内部などは、人の手でもなかなか点検が難しい場所ですが、小型のドローンを使うことで、点検が容易におこなえるようになっています。
下水道など管路や閉鎖空間を点検するドローン。ホバークラフトのように浮上して、非GPS空間でも安定した飛行を実現しています。
こういった場所でのドローンの飛行はGPSが入らない非GPS環境下になりますが、機体の周囲に赤外線センサやオプティカルフローセンサを搭載し、高精度なホバリングや、周囲の外壁から等距離にロックした状態での飛行が可能な性能を有しています。
現在、日本各地でインフラの老朽化問題が深刻になってきていますが、そういったインフラの改修などをおこなう際に、ドローンで得た情報が重要になってくるのは間違いありません。今後、テクノロジーの進化でさらにさまざまなシーンでの活用が模索されてくることでしょう。
農業におけるドローンの活用
農業においては、ドローンは農薬散布や精密農業において積極的な活用が進んでいます。
農業領域においてドローンは大きく2種類の活用が模索されています。ひとつは農薬散布、そしてもうひとつはセンシング技術を使った精密農業です。
農薬散布はこれまでも軽飛行機や大型の無人ヘリコプターを使った農薬散布がおこなわれてきました。そんな中、より低高度で安定して飛行できるドローンを使った農薬散布も徐々に広がりを見せています。
圃場で農薬散布をおこなうドローン。ミリ波レーダーを地面に照射して常に地面と一定の高度から散布するなど、最新のテクノロジーが搭載されています。
農薬散布用ドローンは、主に4〜8本のアームの先にノズルが取り付けられ、そこから農薬を散布します。最近では、機体に360度検知球形レーダーシステムが搭載されており、これにより周囲の障害物を認識し、自動で障害物回避して飛行を続ける仕組みが実装されています。
他にもミリ波レーダーを搭載し、地面に照射することで、地面のデコボコを判別し、機体が常に作物から一定の高度で飛行することで、均一的に農薬を散布できる技術が搭載された機体もリリースされています。
また、農薬は決まった場所以外に散布するわけにはいきません。しかし、ドローンではあらかじめ散布に最適なルートをアプリケーションで作成し、機体はその通りに飛行をしてくれます。さらに、途中で薬剤やバッテリーがなくなるポイントまで分かるため、交換や補充のタイミングを予測することが可能です。
一方、精密農業では主に土壌の分析や、農作物の成長具合の把握、収穫時期の判別などで活用が模索されています。
ドローンにマルチスペクトルカメラを搭載し、圃場を撮影することで農作物の見える化を促進する、いわゆる精密農業が盛んになってきています。
現在、ドローンにマルチスペクトルカメラを搭載し、植生の分布状況や活性度を示すNDVI（植生指数）データを収集し、作物の健康状態を把握。これにより追肥と呼ばれる作物の成長過程で施す肥料を、その具合に応じて変えていく「可変施肥」が可能となります。ドローンを使って植生状態の見える化を図ることで、均一で優れた品質の作物が同じ圃場の中から、従来よりも多く収穫できるようになり、農家の収益性を高めることにつながります。
マルチスペクトルカメラを搭載したドローンで圃場の植生状態を検出し、場所ごとに適切な追肥をおこなうことで品質の均一化と収穫量の増加が見込めます。植物の健康状態と各波長の反射率には関係性があり、健康な植物ほど近赤外線を反射するようになります。
このように、農業従事者の高齢化や大区画化が進む中、農業におけるドローンの活用は、効率化、高収益化という観点からなくてはならないソリューションに成長していきそうです。
測量領域におけるドローンの活用
測量の世界でもドローンは積極的な活用が推進されています。特にICT土工の世界ではドローンは必要不可欠なソリューションとなっています。
ドローンを使った測量業務が注目されるようになったのは、2016年から国土交通省による生産性革命プロジェクトのひとつである「i-Construction」が推進されるようになったためです。
この「i-Construction」は、建設業界における測量や設計、施工などのプロセスにICT技術を取り入れていくもので、ドローンを使った3次元測量を元に3次元データ設計図を起こし、ICT建機による施工をおこないます。
現在ではさまざまな土木工事等がいわゆる「ICT土工」でおこなわれるようになっており、その中でドローンは非常に重要な役割を担っています。
そんな3次元測量に使用されるドローンも、現在でも日々進化しており、常に最新のテクノロジーを搭載した機体が活躍しています。
具体的には測量用ドローンは上空から撮影した際に地形の情報を点群データとして保存します。この点群データを専用のソフトを使って3Dモデルを作成することができます。測量をおこなう際に必要な、機体の自己位置の情報は、近年RTK（リアルタイムキネマティック）システム搭載の機体が登場したことで、GNSSに頼っていた時代の数メートルの誤差が数センチまで正確になりました。
このRTKとは、衛星測位システムから来る情報を元に、ドローンの自己位置の情報を得るもので、その精度は先述の通り非常に高いものがあります。また、これ以前は自己位置を判別するために地上にて標定点を計測していましたが、そういったことも不要となりました。
送電線の架空地線の点検用に開発されたドローン。LiDARを使用し、送電線と一定の距離を保ちながら、4Kカメラで点検していきます。
さて、従来は地上にて人の手でおこなっていた測量ですが、ドローンに置き換わることで測量業界に大きなメリットをもたらしています。
まずは地上で測量をおこなっていた際は危険で近寄れなかった場所でも、ドローンならば上空から近づいて測量をおこなうことができます。また、上空から測量をおこなうことで、効率性も圧倒的に上がりました。これにより時間とコストの削減につながっています。そして、ドローンによる3次元測量をおこなうことで、3Dモデルの作成が非常に容易になりました。
3Dマッピング用のドローン向けレーザースキャナとそれに対応した機体。ドローンの性能向上により、重量のあるレーダースキャナを搭載しても飛行が可能となっています。
最近では、レーザースキャナを搭載したドローンも登場しています。こういった機体は、樹木が生えて地表が見えない場所での測量時に、レーザーを上空から照射して樹木の間をすり抜けたレーザーが地表面に当たることで測量を可能にします。ドローンが重いレーザースキャナを搭載しても飛行できるようになったことで、こういった測量が実現できるようになりました。
注目が集まる水中ドローン
海の産業革命として注目を集める水中ドローン。水中にインフラ点検や水難救助、漁業などでの活用に向けてさまざまな実証実験がおこなわれています。
ドローンというと空を飛ぶマルチコプターばかり想像しますが、現在大きな注目を集めているのが水中ドローンです。水中ドローンは別名ROV（遠隔操作型無人潜水機）とも呼ばれており、水中でのビジネスに対し「海の産業革命」を司るものとして期待を寄せられています。
水中ドローンは、水中内のインフラ点検や船舶、海底ケーブルの点検などのほか、養殖業での活用や潜水作業士のサポート、水難救助、海底や港湾の調査などへの活用事例が出てきています。まだまだ歴史の浅いソリューションですので、今後はさまざまなシーンでの活用事例が出てくることでしょう。
最新の水中ドローンの仕組みについても紹介しましょう。操縦は、水中は電波が通じにくく、多くは地上や船上から有線でつながった水中ドローンを操縦する形になります。
機体（船体）にはカメラが搭載されており、映像はリアルタイムで操縦者に送られてきます。さらに暗い水中での撮影を考慮して、高照度のライトも搭載されています。
移動はいくつも搭載された推進器によっておこないます。中には水中音響装置が搭載された機体もあり、これを使って河川の流れに逆らってその場で静止するホバリングをおこなうこともできます。
新たに開発されている水空合体ドローン。目的地近辺までドローンが飛行し、最後は水中ドローンが発進して調査・点検をおこないます。
ドローンの最大の特徴は「人間が近づけない場所へ容易に行くことができる」という点ですが、そういった面では水中ドローンは、まさに人間が簡単には近づくことができない水中の様子を容易に見ることができるソリューションとなります。
今後、より深い潜水が可能になったり、無線操縦が実現したりすることで、活躍の場がさらに増えることは間違いありません。
今後の産業用ドローンについて
さまざまな産業で使われるようになってきたドローン。最新のテクノロジーやセンサが、今後ますますドローンの活躍シーンを増やしてくれるはずです。
今回は2回にわけて最新の産業用ドローンと、その機体に使われているテクノロジーや活用方法についてご紹介してきました。
今後、ドローンはさらにさまざまなシーンで活用されていくようになるのは間違いありません。具体的には、物資の輸送や災害対策、エンターテイメント、林業などが有力な候補として挙げられています。
空の産業革命として注目を集めるドローン。そこで使われているテクノロジーにもぜひ注目して見てみると、もっとドローンに興味が湧いてくるのではないでしょうか。
今回の連載の流れ
前編：最新テクノロジーとセンサが満載！産業用ドローンを見てみよう！
後編：最新テクノロジーとセンサが満載！さまざまな産業用ドローンの魅力（今回）
