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港空研、ハイブリッドドローン搭載グリーンレーザースキャナの長時間海底地形計測に成功

港空研、ハイブリッドドローン搭載グリーンレーザースキャナの長時間海底地形計測に成功
実証に用いたハイブリッドドローンとグリーンレーザースキャナ

国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所 港湾空港技術研究所(以下:港空研)は、株式会社アミューズワンセルフが新たに開発したハイブリッドドローンに搭載したグリーンレーザースキャナを用いることで、効率的に高精細な海底地形を計測できることを実証した。ハイブリッドドローンに搭載したグリーンレーザースキャナでの長時間の海底地形計測は世界初の試みだという。

ハイブリッドドローンとグリーンレーザースキャナ
フライトの状況

同実証実験は、沖縄県竹富町西表島で行われ、陸上から水深約17m付近までの全長約2.6km、幅1kmの範囲を約4時間で計測し、陸上から浅海域の連続的な地形やサンゴ礁の複雑な地形を取得した。計測データ(水面と海底の両方を含む)は、平均で約12cm間隔の高密度かつ高さの平均誤差±2cmの高精度な結果となった。

これまでバッテリー容量の制限からドローンのフライト時間は20分程度と短時間だったが、同実証試験では小川精機株式会社が開発したドローン搭載型発電機(レンジエクステンダー)による給電を行うことで、グリーンレーザースキャナを搭載した状態でも1回2時間以上の長時間フライトを実現している。

ドローン搭載型のグリーンレーザースキャナによって、これまで船でのアプローチが難しく計測ができなかった砕波帯下の地形やサンゴ礁に特徴的な地形である縁脚縁溝系などが明らかとなり、沿岸地形に関する科学的な発展や、沿岸域の波浪や地形変化予測の精度向上につながることも期待される。

■成果の内容

実証試験は沖縄県竹富町西表島北部の海域を対象に3月1日に実施。対象域には、グローブ林、砂浜、海草帯、サンゴ礁が含まれている。約1時間の計測を6回実施し、計測に要した時間は合計6時間21分。燃料消費量から想定される同システムにおける1回の最大飛行可能時間は2時間以上となる。

図1
図1 計測範囲(赤枠)、離発着地点(◎)、縁脚・縁溝系(黄枠)

結果として、対象域中央部においては全長約2.6km、幅1kmの範囲を計測し、東西両端部においては、それぞれ全長約1km、幅約550mと幅約350mの範囲を計測した(図1)。計測後、PPK-GNSSとIMUによる最適軌跡解析を行うことで、スキャナの位置と姿勢を高精度に処理しており、高さ精度±2cm以内の高精度な点群データが得られた。

図2
図2 得られた地形断面図の一例(マングローブ林~海岸)
図3
図3 得られた地形断面図の一例(サンゴ礁)
図4
図4 サンゴ礁の地形―縁脚・縁溝系―(微地形解析図)(図1黄枠部)

サイドラップ率が不十分な箇所があったものの、計測されている範囲では高密度で地形が計測されている。水面も含めた全ての計測点の平均間隔は約12cmであり、陸上から浅海域にかけての連続的な地形(図2)やサンゴ礁の複雑な地形(図3、図4)なども詳細に把握が可能。なお、今回の計測によって得られた最大水深は約20mだという。

■成果の意義

これまでの海底地形計測は船舶での音響測深が主流であり、海象条件によっては実施が難しく、特に砕波帯での海底地形計測は危険で困難なものだった。一方で、砕波帯は波浪エネルギーが大きく減衰するとともに、そのエネルギーによって地形が大きく変化する場所であり、その地形情報は沿岸域防災や海岸管理の上で重要だとしている。

ハイブリッドドローンに搭載されたグリーンレーザースキャナによって、沿岸域の詳細な地形が明らかになれば、より精緻な波浪予測や地形変化予測に寄与し、沿岸域の防災計画や適切な港湾開発の策定が可能となると考えられる。また、島国である日本固有の領土・領海を定期的に調査・管理する技術としての利用も考えられる。

今回、詳細な海底地形が効率的に得られることが実証されたことで、幅広い科学分野や産業における利活用が期待できる。これまで海象条件やバッテリーの時間的限界によって計測ができなかった場所の海底地形が得られるようになったこと、長時間の飛行によって沿岸域における種々の観測手法にも応用される可能性があることは、沿岸・海洋分野における様々な課題のブレイクスルーになりうるものだとしている。

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