海中/海底の観測を効率化、高速化する新ドローンを2種類開発 東京大学とプロドローン

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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は2020年5月13日、プロドローンと共に、海中観測/海底観測の効率化、高速化を目指して2つの観測用ドローンを開発したと発表した。高いリアルタイム性や機動性を持ち、実海域での実験で十分な観測能力を示したという。

海中/海底を観測する手段は、プラットフォームが船舶やブイである場合が多く、リアルタイム性や機動性の不足が共通の課題となっていた。しかし、機体/燃料コスト、人的/時間コストが低いドローンは、海洋観測プラットフォームとしての実例や機体の動作/計測データが圧倒的に不足している。

研究グループでは、海洋情報の取得に関する機動性やリアルタイム性の高度化を目指し、ドローンによる海域観測の実証に関する共同研究を実施。海面付近を40km/h以上で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し、試験的に高いリアルタイム性や機動性を持つ海中/海底観測装置を開発し、静岡県焼津市の石津浜公園沖で実験、検証した。

使用した機体は、陸域運用で培われた定点保持/自動航行機能を応用した海洋観測機器の自動投下/データ収録機能を搭載した「海中観測機器投下型ドローン」と、海面着水という特異な機能を持ち、海面での精密衛星測位の機能を搭載した「高精度GNSS搭載・海面着水型ドローン」の2つとなる。

海中観測機器投下型ドローンとして、海洋場を計測するための機器(可搬式XCTD投下装置MK-150P)を搭載したドローン(ベース:PD6B-TYPEII)を開発した。自動で観測地点まで40km/h以上で往復でき、XCTD(海中電気伝導度/水温/水圧計測機器)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せるように設計されているという。

海中観測機器投下型ドローンのXCTD投下の様子

実験では、XBT(海中水温計測機器)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した。5m/s以上の風と雨が降りしきる荒天の時間帯もあったが、15分おきに予定通りの同一地点を繰り返し観測ができた。この観測技術は、海洋把握の高速化、簡便化、複数点の同時把握、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できる。

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)

高精度GNSS搭載・海面着水型ドローンとしては、2周波GNSS搭載受信機/アンテナを搭載し、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(ベース:PD4-AW-AQ)を開発した。高精度に位置決定をしながら、海面を漂流観測ブイとして保持し、離着水によって機動的に移動できる。海中観測機器投下型ドローンと同様に、自動で航行/動作を指示することもできるという。

高精度GNSS搭載・海面着水型ドローンの着水、漂流、離水の様子

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実施。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た。これにより、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な位置が決定できることが示され、海底地形調査、地殻変動調査などに応用できる可能性が考えられる。

着水時のGNSSの上下動(2Hz)、IMUの動揺データ(20Hz)

また、機動的ブイ観測ができることも同時に示されたため、海洋環境の準リアルタイム計測に利用できる。特にブイとしての能力は、極めて簡易に投入、揚収できるため非常に有用だが、遠洋での利用にはさらなる研究、開発が必要となる。

研究、実験の結果、ドローンによる海洋観測プラットフォームは、ほとんどのケースで機体/燃料費のコスト、人工/時間のコストが遙かに船舶より小さくなることがわかった。少なくとも航行範囲内では船舶の倍以上の速度で移動できるため、格段に即時性や機動性も高いことが示された。

海中観測機器投下型ドローンは、既に実運用できるレベルに到達しており、用途に応じた観測ができる。今後は、社会実装に向けた機能面、運用面での検討を進めていくという。

高精度GNSS搭載・海面着水型ドローンは、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わかった。必要な音響機器や海面観測機器の搭載により、多様な利活用が考えられる。今後、機体性能や動力源などの研究、開発を検討していく。

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