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ドローン産業の急速な発展を知る
本書は、『ドローン産業応用のすべて』の続編であり、この間の約2年半の期間にドローン産業がどのように進展したかをまとめています。本書だけを読んでもドローン産業の応用について広く学ぶことができますが、前書と併せて読むことドローン分野の急速な発展を学ぶことができる構成となっており、ドローン産業の確実な進化を体感できます。
はじめに
本書は、2018年2月にオーム社から出版された『ドローン産業応用のすべて』の続編で、この約2年半の期間にドローン産業がどのように進展したかをまとめている。『ドローン産業応用のすべて』が大変好評であったので、今回の書名は頭に「続」を冠して「続・ドローン産業応用のすべて」とした。とくに、3章の「ドローン利活用最前線」はこの2年半での利活用のすそ野の広がりを詳細に紹介している。
前書も本書も「ドローン利活用最前線」の章に最も力を入れて編集しており、執筆者は各分野の利活用の最前線でご活躍の方々(法人)に執筆いただいた。3章を執筆いただいた各法人は、わが国の最先端を進んでいるドローン利活用法人であることは論を待たない。したがって、本書によってドローンビジネスの最も大きなシェアを占めるドローンユーザーの利活用の全貌が理解できるといっても過言ではない。すなわち、わが国のドローン産業がどこまで来ているか、その実像が正確に把握できるということである。
前書を執筆いただいた方々の多くは、本書も執筆いただいたので、前書と本書を読み比べてみることで、その差分が新しい展開ということになる。例えば、前書ではドローン利活用の計画であった内容が、本書では実際に利活用がなされて、その結果いろいろな課題が見えてきたといった考察が記載されており、読み応えのある内容になっている。あるいは、前書では実証試験であったものが、本書ではビジネスとして成立しているといった内容である。2つを読み比べることで、分野によっては急速に進化し発展している領域と、必ずしもそうではない分野があることも判明する。さらに、前書にはなかった「建築分野における利活用最前線」、「マイクロドローン利活用最前線」、「エンターテインメントにおける利活用最前線」が新たに追加されていることもドローン産業の新しい動向で、これまで難しい分野であった領域が新たに開拓されて利活用が始まっており、確実に進化していることが理解できる。
本書は、2章で「ドローンの自律制御技術と周辺技術」を紹介している。前書では同じく2章で「ドローンの自律制御技術」を紹介した。前書と本書の大きな違いは「周辺技術」である。特に、この2年半の間にAI、深層学習、ビッグデータ、クラウドコンピューティング、5G、携帯電話の上空利用などの技術が飛躍的な速度で進化しており、そのインパクトがドローン自律制御技術にも波及して、自律制御技術に大きな変革と進化を及ぼしている。これらの技術を「周辺技術」と称して、本書の2章で詳しく記述している。2章の執筆者もわが国を代表する第一線の方々(法人)である。ここで紹介している「周辺技術」は、この2年半で劇的な技術革新となっており、本書では積極的に取り上げ、ドローンの自律制御技術の近未来を照らし出そうと企画した次第である。
本書の1章は、前書では「ドローンの歴史と要素技術・飛行制御」であったが、本書では「世界のドローン産業をめぐる最新動向」について紹介している。わが国のドローン産業を語る場合、多くの機体が海外から輸入されている現状を鑑みたとき、地政学的に海外動向は必須であり、正しい日本のドローン産業の現状分析と展望には、グローバルな視点が欠かせないからである。1章では、世界のドローンビジネス動向、技術動向、法整備動向、利活用動向について俯瞰的に考察している。この結果、世界と日本での微妙な応用分野の違いなどを紹介しながら、日本のドローン産業の世界の中での立ち位置や課題を議論している。また、わが国では世界と比べて明らかに後れをとっている物流ドローンについて世界の先進的事例を紹介し、さらに、こちらも大幅に後れをとっているドローンの大型化によるパッセンジャードローンについて、激烈な競争の構図を紹介している。
4章は、前書では「ドローン管制システム/運航管理システム構築に向けて」であったが、国のプロジェクト(NEDO/DRESSプロジェクト)でかなりの部分が開発されたため、ドローンの目視外・第三者上空飛行には必須の「運航管理システム」の全体像を紹介している。さらに、「無人航空機性能評価基準に関する研究開発」や「国際標準化(ISO)の動向」などもDRESSプロジェクトでも実施しているため、現在どこまで来ているかについて述べている。
5章は、前書では「空の産業革命推進に向けた課題と展望」であった。ここでの課題のうち法整備がこの2年半で飛躍的に進んでおり、飛行レベルの最終形態であるレベル4に関する法整備に着手する段階にまで来ている。そこで、5章では、「大都市上空飛行をはじめとする目視外・第三者上空飛行の実現に向けて」について、法整備の準備状況などを解説し、どのようなコンセプトと法体系で、大都市上空飛行をはじめとする目視外・第三者上空飛行を許可するのかという観点から論じている。
本書の最後は、結言に代えて「ドローン産業の新たな展開」について、本書発行時点で世界を恐怖に陥らせている新型コロナウイルスの感染拡大防止とドローンの役割について、新たな応用分野の創出という視点から現状と課題を述べている。
以上に述べたように、本書は『ドローン産業応用のすべて』と『続・ドローン産業応用のすべて』を、可能な限り章立てを変えないように心掛け、両書を対比して読んでいただくと、この2年半のさまざまな分野でのドローン産業の進化が克明に理解されるように企画・編集している。つまり前書の内容を刷新する新版というよりは、前書からの伸びしろを実感していただけるように配慮した構成となっている。こうした観点からのドローンに関する体系的な書籍は、編著者の知る限り前書とこの本書しかない。
最後に、本書出版に関して総数35法人の皆様のご協力がありました。ご多忙の中、執筆をご快諾いただき、懇切丁寧で貴重な原稿をご提供いただきました。ここに厚く御礼申し上げます。
また、このような機会を与えていただきました株式会社オーム社の「OHM」編集長の矢野友規氏、および可香史織氏に感謝申し上げます。
2020年7月
野波健蔽
目次
はじめに
1章 世界のドローン産業をめぐる最新動向
1.1 世界のドローン産業におけるビジネス動向
1.1.1 ハードウェアのコモディティ化とソフトウェアの競争激化
1.1.2 世界のドローン産業の大分類と小分類
(1) ハードウェア
(2) ソフトウェア
(3) サービス
1.1.3 世界のドローン市場の成長予測
1.1.4 ドローンに関する仕事の分類とドローンの拠点
1.2 世界のドローン産業における技術動向
1.2.1 ドローンのデザイン動向
1.2.2 ドローンサイズとフレーム素材
1.2.3 モーター・プロペラ・シュラウド技術
1.2.4 バッテリー技術
1.2.5 電子速度制御器
1.2.6 ドローンの一般的な衝突回避技術動向
(1) ビジョンベース(Vision based)
(2) 超音波(Ultrasound)
(3) 赤外線(Infrared)
(4) LiDAR(ライダー)
(5) レーダー(Radar)
1.2.7 ドローン搭載センサー
1.2.8 ドローン自律飛行とデータ解析のためのソフトウェア
1.2.9 ソフトウェアのオープンソース化とクローズドソース化
1.2.10 ドローンの自動化から自律化へ
1.2.11 高速大容量通信5G環境によるインフラの高度化
1.2.12 ドローン搭載用携帯電話の上空利用
1.3 世界のドローン法整備の動向
1.3.1 アジア地域
(1) 日本
(2) 中国
(3) シンガポール
1.3.2 南北アメリカ地域
(1) 米国
(2) カナダ
(3) ブラジル
1.3.3 オセアニア地域
(1) オーストラリア
(2) ニュージーランド
1.3.4 ヨーロッパ地域
(1) 英国
(2) フランス
(3) ドイツ
(4) イタリア
(5) スイス
(6) スペイン
(7) スウェーデン
(8) フィンランド
1.3.5 アフリカ地域
(1) ケニア
(2) 南アフリカ共和国
(3) ジンバブエ
1.4 世界のドローン利活用動向
1.4.1 利活用分野別のビジネス予測
1.4.2 農林水産業分野の利活用動向
1.4.3 マッピング分野の利活用動向(林業、鉱業、建設、不動産、検査、測量など)
1.4.4 災害対応分野の利活用動向
1.4.5 配送と物流分野の利活用動向
1.4.6 乗客用ドローン(空飛ぶクルマ)の動向
2章 ドローンの自律制御技術と周辺技術
2.1 モデル予測制御による衝突回避
2.1.1 モデル予測制御
2.1.2 モデル予測制御を用いたドローンの衝突回避システム
2.1.3 飛行実験
2.2 最新のビジュアルSLAMによる自律制御
2.2.1 ビジュアルSLAMの概要
2.2.2 ビジュアルSLAMの原理
(1) 映像から特徴点を抽出する
(2) 特徴点を重ね合わせて特徴点マップを生成する
(3) 特徴点マップと画角内の特徴点を照合して自己位置を推定する
2.2.3 ビジュアルSLAMの方式
(1) 単眼カメラによるSLAM
(2) ステレオカメラによるSLAM
2.2.4 ビジュアルSLAMの性質(利用上の注意点)
2.3 環境認識と知能型AIベース自律制御
2.3.1 畳み込みニューラルネットワーク
2.3.2 環境認識
2.3.3 インテリジェントなAIベース自律制御
2.3.4 まとめ
2.4 大型飛行ロボットのあるべき姿
2.4.1 AI技術によって高度化された自律飛行制御
2.4.2 飛行自律性・環境複雑性・ミッション複雑性と飛行リスク
2.4.3 群知能活用によるドローンショー、物流や災害対応への活用
2.5 深層学習アルゴリズムによるビッグデータ処理
2.5.1 ディープラーニングとニューラルネットワーク
2.5.2 ビッグデータ
2.5.3 ハードウェアパワー
2.5.4 先端的ディープラーニングアルゴリズム
2.5.5 ディープラーニングの成功要因と課題
2.6 エッジコンピューティングとクラウドコンピューティング
2.6.1 クラウドコンピューティングとは
2.6.2 クラウドの種類:パブリッククラウドとプライベートクラウド
2.6.3 クラウドの種類:IaaS、PaaS、SaaS
2.6.4 クラウドのメリット
2.6.5 クラウドのデメリット
2.6.6 エッジコンピューティングとは
2.6.7 エッジコンピューティングのデメリット
2.6.8 ドローンにおけるクラウドとエッジの活用
2.7 携帯電話ネットワークの上空利用に向けた取り組み
2.7.1 モバイルネットワークの進展
2.7.2 ドローンにモバイル通信を活用するメリット
2.7.3 実用化に向けた課題
2.7.4 実用化に向けた取組み状況
(1) ドローンの長距離目視外飛行(レベル3)への取組み
(2) 運航管理システム(UTM)への取組み
2.8 自律飛行ロボットと無線周波数帯
2.8.1 ドローンの無線システム
(1) 産業用ドローンが使用する主な無線システム
(2) 操縦用の無線システム
(3) テレメトリング通信
(4) 映像伝送システム
(5) GNSS受信機
2.8.2 無線システムの脆弱性
(1) 操縦用の2.4GHz無線機
(2) 混雑する2.4GHz帯
(3) 受信機の電力干渉と感度抑圧
(4) 市街地にあふれる商用無線局
(5) フェールセーフと訓練
(6) ドローンのEMC対策と電波環境調査の必要性
2.9 自律型ドローンとアンチドローン(カウンタードローン)
2.9.1 検出、追跡、識別
2.9.2 非双方向対策
2.9.3 物理的阻止ソリューション
2.10 高信頼性駆動系に関するドローン
2.10.1 高信頼性駆動系を備えたドローンの必要性
2.10.2 ドローンの飛行原理
2.10.3 同軸同回転のマルチコプター
2.10.4 デンスプロペラ構造のマルチコプター
2.10.5 空飛ぶタクシー
3章 ドローン利活用最前線
3.1 日本における利活用動向と展望
3.1.1 日本におけるドローン市場成長予測と産業の現状
3.1.2 目視外飛行とドローンによる物資搬送
3.1.3 農林水産業分野でのドローン活用
3.1.4 インフラ維持管理・測量分野でのドローン活用
3.1.5 ドローン利活用の最前線
3.2 農業・林業・水産業分野における利活用最前線
3.2.1 農業分野における全体傾向
(1) ロードマップ
(2) 農業分野の諸動向
3.2.2 農薬散布ドローンの実装実績と課題
(1) 農薬散布ドローンの現状
(2) 農薬散布ドローンの飛躍的普及を目指して
3.2.3 精密農業におけるドローン活用
(1) 精密農業に必要なドローンの高精度飛行制御技術
(2) 農業分野で活用が広がるドローンの活用(果樹受粉でのドローン適用)
(3) 果樹へのドローンの活用(摘花へのドローン適用の可能性)
(4) 農業分野におけるこれからのドローン
(5) 農林水産省のドローン活用にかかわる普及促進策
3.2.4 ドローンによる農業リモートセンシングの新展開
(1) ドローンによる農業リモートセンシングの発展
(2) ドローンに搭載されているセンシング用カメラ
(3) 利活用の現状
(4) 今後の動向
3.2.5 先進ドローンリモートセンシングのスマート農業への活用
(1) 現場操作性の高い低コストのリモートセンシングプラットフォーム
(2) 農業のスマート化におけるドローンリモートセンシングの役割
(3) 先進ドローンリモートセンシングの構造と機能
(4) 確かな使い方のためのワークフロー
(5) 高度な自動見回りの普及と省力的な空中管理作業へ
3.3 測量分野における利活用最前線
3.3.1 ドローンによるレーザー測量
(1) ドローン測量の変革
(2) 写真測量とレーザー測量の違い
(3) レーザーシステムの概要と構成機器の選択条件
(4) ドローン搭載型レーザーシステム(TDOT)
(5) ドローン搭載型グリーンレーザー機器の概要と事例
(6) 今後の傾向
3.3.2 測量分野におけるドローンの応用と利活用事例
(1) ドローン搭載型レーザースキャナーの精度に関する評価事例
(2) 諸施設の施工管理のためのドローンの活用
(3) グリーンレーザードローンの概要と計測事例
(4) UAV撮影による火口の3次元モデル作成
3.3.3 測量用UAV-LiDARの評価と区分整備に向けて
(1) 技術的指針の現状
(2) 測量用UAV-LiDARの性能評価の現状と主旨
(3) 機器仕様
(4) 機器の検査
(5) 機器の評価結果を踏まえた点密度の検証
(6) マルチパルスの検証(参考)
(7) 今後の課題と考察
3.3.4 建設・測量分野でのドローン活用トータルソリューション
(1) スマートコンストラクション
(2) ドローン測量の「次の課題」
(3) ドローン測量から進捗管理ツールへ
(4) 現場での使われ方
3.3.5 上空気象観測におけるドローンの可能性
(1) 気象観測
(2) 上空気象観測ドローン
(3) 産業用ドローンと計測分野
3.4 設備・インフラ点検分野における利活用最前線
3.4.1 設備・インフラ点検分野におけるドローン利活用
(1) 設備・インフラ点検市場の特徴と市場規模
(2) 閉鎖環境の設備・インフラ点検
(3) 屋内設備・インフラ点検、パトロール
(4) プラントの設備・インフラ点検
3.4.2 非GPS環境対応型ドローンなどによる社会インフラ点検
(1) 「道路定期点検要領」の改定
(2) 「点検支援技術性能カタログ(案)」
(3) 「新技術利用のガイドライン(案)」
(4) 道路橋梁定期点検要領の改訂説明会が全国で開催
(5) 各地方整備局において新技術の採用がはじまる
(6) さまざまな施設でドローンによる点検が本格化
(7) 今後の展望
3.4.3自動飛行するUAVを用いた橋梁への近接撮影と点検画像の技術
(1) なぜUAVでの大型橋点検が難しいのか
(2) 大型橋点検へのチャレンジ
(3) 撮影(外業)の概要
(4) 解析(内業)の概要
(5) 残された課題
3.4.4 橋梁点検におけるドローン活用
(1) 橋梁点検におけるドローン活用の概要
(2) 橋梁点検画像の撮影
(3) 橋梁点検画像の活用
(4) 国土交通省が推進する
3次元成果品納品
3.4.5 下水道などの閉鎖空間を有するインフラ施設での点検調査
(1) 閉鎖性空間用UAVの仕様
(2) 飛行原理
(3) 下水道事業での利活用
(4)Air Slider®による点検調査の手順
(5)Air Slider®による下水道の点検調査
3.4.6 狭・高・暗所における小型ドローンの活用
(1) 「狭所」「高所」「暗所」の設備点検に特化した産業小型ドローン「IBIS」
(2) 室内施設の画像解析・編集技術
(3) データの保管・編集クラウド「LAPIS」
3.5 建築分野における利活用最前線
3.5.1 建築分野におけるドローン技術の動向と社会実装に向けた取組み
(1) 建築分野におけるドローン活用領域
(2) 建築分野における活用範囲と動向
(3) 建築分野における国のドローン事業
(4) 日本建築学会におけるドローン関連研究活動
(5) 建築研究所の研究事例紹介
(6) 産業分野におけるドローン技術の普及活動
(7) まとめと今後の展望
3.6災害対応分野における利活用最前線
3.6.1 自然災害対応における利活用
(1) 災害対応分野におけるドローン利活用の動向
(2) 災害対応時における社会実装プロセスとレジリエンス
(3) 近年の政府の災害対応の取組み
(4) 災害対応分野におけるドローン利活用の戦略的な取組み
3.6.2 災害医療対応での利活用
(1) 災害医療の特徴
(2) 災害医療でのドローン活用の利点と課題
(3) 海外での災害対応への応用
(4) 日常の医療での利用状況
(5) 支援者支援
3.6.3 災害対応におけるドローンの活用
(1) 災害現場でのドローンの活用
(2) 災害被害の定量的な把握
(3) 被災地における生存者の探索
3.7 警備分野における利活用最前線
3.7.1 警備分野におけるドローンの役割
(1) セコムのセキュリティサービス
(2) セキュリティサービスにおけるドローンの役割
3.7.2 商用サービスの事例
3.7.3 実証実験の事例
3.7.4 警備分野でのさらなる利活用に向けて
3.8 物流分野における利活用最前線
3.8.1 楽天が推進するドローン物流事業
(1) ドローン物流事業のミッションと利点
(2) ソリューションの概要
(3) 秩父市における日本初の目視外補助者なし飛行によるドローン宅配実証
(4) 横須賀市における猿島への日本初の有料ドローン配送サービス
(5) 課題と展望
3.8.2 日本郵便におけるドローンの物流利活用
(1) 福島県浜通り地区におけるドローン郵便局間輸送実用化(2018年)
(2) 東京都西多摩郡奥多摩町におけるドローン個宅配送試行(2020年)
(3) 今後の展望と課題
3.8.3 倉庫管理分野の利活用最前線
(1) 倉庫管理分野におけるドローン活用の概要
(2) 倉庫管理のための4つの重要技術
(3) 倉庫管理でドローンが活用されるためのポイント
(4) 今後の展望
3.9 マイクロドローンの利活用最前線
3.9.1 マイクロドローンを用いたエレベーター点検
(1) 背景
(2) いちかわ未来創造会議「小型ドローンを活用したエレベーター内部点検実証実験」
(3) 点検手法
(4) 点検結果
(5) 今後の課題
3.9.2 ホビー分野におけるマイクロドローンの活用
(1) ホビードローンによるドローンレース
(2) インドア空撮のマイクロドローン
3.10 エンターテインメントにおける利活用最前線
3.10.1 ドローンライトショー(ドローンディスプレイ)
3.10.2 屋内ドローンパフォーマンス
3.10.3 ドローンレース
4章 国プロ(NEDO)の研究開発の概要および国際標準化の動き
4.1 NEDO/DRESSプロジェクトの概要
4.2 NEDO/DRESSプロジェクトの成果
4.2.1 ドローンの飛行性能評価試験
4.2.2 無人航空機を活用したインフラ点検分野
4.2.3 無人航空機を活用した災害対応分野
4.2.4 目視外および第三者上空での飛行に向けた無人航空機の性能評価基準
4.2.5 長時間作業を実現する燃料電池ドローンの研究開発
4.2.6 無人航空機の運航管理システムの開発
4.2.7 情報提供機能の開発
(1) ドローン向け気象情報提供機能の研究開発
(2) 無人航空機の安全航行のための空間情報基盤の開発
4.2.8 運航管理システムの全体設計に関する研究開発
(1) 運航管理コンセプトの定義
(2) 運航管理システムアーキテクチャの設計
(3) 運航管理シミュレーターの開発、および運航管理コンセプト/システムの評価・検証
4.2.9 無人航空機の衝突回避技術の開発
4.2.10 協調式SAA
4.3 ドローンに関する国際標準化の動向
5章 大都市上空飛行をはじめとする目視外・第三者上空飛行の実現に向けて
5.1 さらなる産業応用を実現する法整備の状況
5.1.1 法整備に至る背景
5.1.2 法整備の検討状況
5.2 所有者情報把握(機体の登録・識別)
5.2.1 所有者情報把握の必要性
5.2.2 所有者情報把握(機体の登録・識別)制度の概要
5.2.3 所有者情報把握(機体の登録・識別)制度の対象
5.3 機体の安全性確保
5.3.1 機体の安全性に関する認証制度の概要
5.3.2 機体の認証方法
5.4 操縦者・運航管理者の技能確保
5.4.1 操縦ライセンス制度の背景
5.4.2 操縦ライセンス制度の概要
5.4.3 民間団体などの活用
5.4.4 無人航空機の飛行に関する基礎的知識に関する取組み
5.5 運行管理に関するルールなど
5.5.1 運航管理に関するルールの概要
5.5.2 運航管理システム
5.5.3 許可・承認手続きの効率化
5.6 ドローンのリスクアセスメント
5.6.1 ドローンビジネスとリスクアセスメント
5.6.2 リスクアセスメントで必要とする情報と実施体制
5.6.3 リスクアセスメントの手順
(1) 機械類の制限の決定
(2) 危険度の同定
(3) リスク見積りとリスク評価
(4) 文書化
5.7 人口密集地の飛行におけるプライバシー
5.8 サイバーセキュリティとネットワーク
5.8.1 「サイバーセキュリティ2019」について
5.8.2 「ドローンセキュリティガイド(第1版)」について
5.9 私有地および第三者私有地上空の飛行について
5.9.1 基本的な考え方
5.9.2 土地所有権をクリアするための考え方
5.9.3 土地所有権を侵害した場合のペナルティ
(1) 民事上のペナルティ
(2) 刑事上のペナルティ
5.10 自律型ドローンの事故責任
(1) 保険とドローンの自律飛行&車の自動運転について
(2) ドローン事故で誰がどのような法律上の責任を負うか?
結言 ドローン産業の新たな展開
C.1 地球規模の生物学的危機と社会システム変革期到来
C.2 ドローン産業の新たな展開に対する課題
C.3 ドローン産業をパンデミック危機からの救世主に
索引
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