PRODRONE、東京大学と海中・海底の観測を効率化する新しいドローンを開発

2020-05-13 掲載

東京大学 生産技術研究所 海中観測実装工学研究センターの横田裕輔講師と株式会社プロドローン(以下:PRODRONE)は、海中観測・海底観測の効率化・高速化を目指して2つの新しい観測用ドローンを開発し、実海域での実験で十分な観測能力があることを示した。

海洋場や海底地形の把握、海底の位置決定は、海洋学・地震学・水産、資源探査などの多くの学術・産業において欠かせないものだが、海中・海底を観測する手段は船舶やブイをプラットフォームとする場合が多く、リアルタイム性や機動性の不足が共通の課題として挙げられている。

一方で、機体・燃料コストが低く人的・時間コストが非常に低いドローンの利用が陸域では急速に進展していますが、海洋観測プラットフォームとしての活用は実例や機体の動作・計測データが圧倒的に不足しているのが現状だという。

同研究グループは、40km/h以上で海面付近を高精度に位置制御しながら自動で往復できるドローンを活用することで、高いリアルタイム性や機動性を実現した海中・海底観測装置を試験的に開発し、静岡県焼津市の石津浜公園沖において実験を行った。

フィールド実験を実施した石津浜公園。(国土地理院地図・海しる(海上保安庁)より)
(1)海中観測機器投下型ドローン

海洋場を計測するための機器(可搬式XCTD投下装置MK-150P:(株)鶴見精機製)を搭載したドローン(ベース:PD6B-TYPEⅡ)。陸域運用で培われた定点保持・自動航行機能を応用して海洋観測機器の自動投下・データ収録機能を搭載。自動で観測地点まで40km/h以上で往復することができ、XCTDの自動投下機構により、陸上の観測者が好きな時にタブレットやリモコンから観測スイッチを押すことができるように設計されている。

海中観測機器投下型ドローンのXCTD投下の様子 海中観測機器投下型ドローンのXCTD投下の様子(機体下部カメラ)

実験では、XBT観測試験も同時に実施し、いずれの観測データも良好に取得されることを確認。5m/s以上の風と雨が降りしきる荒天の時間帯もあった中、15分おきに予定通りの同一地点を繰り返し観測できることを確認した。この観測技術は、港湾・養殖場等における海洋把握の高速化・簡便化を可能とするだけでなく、海上の船舶から利用することで遠洋域でも同時に複数点の海洋場を把握できるようになる。また、kmスケールの海洋構造把握、海洋音響工学の精度向上に利用可能。

同一地点を約15分おきに計測したXCTDデータ。同一地点を観測できていたことを示している
(2)高精度GNSS搭載・海面着水型ドローン

2周波GNSS受信機・アンテナ(協力:(株)イネーブラー)を搭載し、精密衛星測位による位置決定を可能とした海面着水型ドローン。 実際の海面では高い波浪・風浪にさらされるため、着水・離水を高い水準でコントロールする必要がある。また、そのような悪環境下で海底観測を行うためには、精密な位置データと機体動揺データを取得する必要がある。このドローンは、高精度に位置決定をしながら漂流観測ブイとして海面を保持し、離着水によって機動的に移動することができる。(1)と同様に自動で航行・動作を指示することも可能。

実験では、悪天候下での観測試験、高精度GNSSデータ・機体動揺データの検証を行い、海面・海中・海底観測に求められる海面保持性能とデータを取得できることを確認。同実験により、精密音響機器の搭載に耐えうるプラットフォーム側の精密位置決定が可能であることが示され、海底地形調査・地殻変動調査などへの応用可能性を拓いた。

高精度GNSS搭載・海面着水型ドローンの着水、漂流の様子 高精度GNSS搭載・海面着水型ドローンの離水の様子

また、機動的ブイ観測が可能であることも同時に示され、沿岸波浪、沿岸海水採取、海洋プラスチックごみの簡便な把握などの海洋環境の準リアルタイム計測の実現に利用できまる。特に、ブイとしての能力は、投入・揚収が極めて簡易に行える点で非常に有用。ただし、遠洋での利用のためには、飛行時間の短さ、耐波性能に課題を残しており、その点で今後のさらなる研究・開発が必要だという。


同研究・実験によって、ドローンによる海洋観測プラットフォームは機体・燃料費のコスト、人工・時間のコストがほとんどのケースにおいて船舶よりは遥かに小さくなり、少なくとも航行範囲内では船舶の倍以上の速度で移動可能であることから、即時性や機動性も格段に高いことが示された。

(1)のドローンについては、既に実運用可能なレベルに到達しており、用途に応じた観測が可能。たとえば、ある地点の海洋環境を継続的に監視する必要があるケースや事前確認を行いたいケースでは時間・金銭コストの面で高い価値がある。今後は、社会実装に向けて機能面、運用面での検討を進めて行くという。

(2)のドローンについては、自由に位置を設定し、離脱できる高度化された新しいブイとして高い能力を持つことが示された。観測者にとって、それぞれに必要な音響機器や海面観測機器を搭載すれば多様な利活用が可能。飛行時間や耐波性能の課題を解決していくことで海底測地・測量や遠洋での通信ネットワークの拡張など、広範な応用を検討できるようになると考えられる。今後、機体性能や動力源などの研究・開発について検討していくとしている。

▶︎PRODRONE

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