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[Digital Toolbox] 地域課題解決のためのドローン~実際どこまで実用化されているのか

更新日:5月2日

ドローンが登場して既に20年が経つ。かつてはラジコンと同類の玩具として捉えられていたドローンも徐々に市民権を獲得し、今や地域課題解決の切り札と目されるようになった。応用範囲も大きく広がっており、農業(農薬散布等)、物流(離島等への物資搬送)、測量(地形のマッピング等)、建設(インフラ点検等)、警備(不審者の追跡等)、観測(上空気象観測)、エンターテインメント(ドローンショー等)、軍事(ドローンの撃退等)など多岐にわたる。しかし、実際の活用レベルは、その用途によって、既に実用化されて久しいものから、まだまだ研究段階の未熟なものまで、実に様々である。ドローンはどこまで実用的な道具になっているのか、現時点の断面図と今後の見通しを示してみたい。


※本記事は狩野の個人noteの記事を転載したものです。


目次

  1. はじめに

  2. ドローンの革新性

  3. ドローンの用途

  4. ドローンの実用化状況

  5. 今後の課題と行政の役割


1.はじめに


 ドローンと聞いて多くの方が想像するのは、玩具として見かけるトイ・ドローンや美しいショットを提供する空撮、そして目を見張るようなドローンショーなどであろう。少しアンテナの高い方は、ドローンを配送に使う実証実験のことを知っておられるかもしれない。しかし、ドローンの用途はこれらをはるかに超えて広がっている。我々が実際にドローンを目にすることは少ない。これは単純な話で、ドローンは人口密集地域では飛ばしてはいけないからだ。


 ドローンの用途として近年、特に注目され、期待を集めているのは、地域課題の解決手段としての用途である。

  • 人手不足で成り立たなくなりつつある農業を支える

  • 全国各地で急増している老朽化したインフラを点検する

  • 買い物困難者がいる離島や中山間地のラストワンマイルに物資を配送する

といった問題意識の下、全国各地で多種多様な実証実験が展開されている。筆者は仕事柄、ドローンの地域課題の解決の事例を日常的にフォローしているが、ほぼ毎週こうした取組みがリリースされている。本稿では、なぜドローンに高い期待が寄せられているのか、実際のところドローンはどこまで実用化が進んでいるのかを明らかにしたい。


2.ドローンの革新性


 はじめに、そもそもドローンとは何か。ドローンは航空法という法律では「無人航空機」のカテゴリーに含まれる。ラジコンや、農薬散布などで使われる無人ヘリコプターなどと同じカテゴリーだ(ただし、200g未満であれば法の適用外)。しかし、それはドローンの一面に過ぎない。ドローンは、航空工学のみならず、電子光学、ロボティクス、データ/コンピュータサイエンスなど様々な技術要素で構成されている【図1】。これにより従来にない形でのデジタルデータ活用と地域課題解決を可能にする、いわば“空飛ぶロボット”というのが実態に近い。


【図1】ドローンを構成する技術要素



 ではこうしたドローンの特性は、何をもたらすのか。ドローンは従来の手段と比べ、次のような優れた特長やメリットを兼ね備えている。


【ドローンの主な特長・メリット】

  • 生産性:ドローンは「ロボット」であるがゆえに、繰り返し作業を得意とする。農薬散布や設備点検のための写真撮影などは、人間が行えば多大な労力がかかるが、ドローンであれば、やり方次第では、作業を自動化することで、大幅にコストや業務負荷を軽減できる。

  • 安全性:ドローンは「無人」航空機であるがゆえに、人間が立ち入るには危険を伴う火山の火口や災害現場といった場所の状況把握などを安全に行える。あるいは、橋梁の点検などで、高所作業車が届かないような高橋脚での作業を安全に行うことができる。これはコストダウンにも寄与する。

  • 機動性:ドローンは「航空機」であるがゆえに、地上の状況にかかわらず現場に直行できる。不審者を追尾する、遭難者を探索・救助するといった場合には、他の手段では得られないほどのスピードで、文字通り目標地点に“飛んでいく”ことができる。

  • 自律性:ドローンは、「コンピュータ」であるがゆえに、自らの姿勢や飛行位置などを自律的に制御し、問題を検知して対処できる。単純な場面であれば熟練のパイロットを必要とせずに目的を与えるだけで動作し、帰還できる。こうした自動化技術の成熟・高度化は、利用者のすそ野を広げるのに役立つ。

  • 柔軟性:ドローンは、本来的に「小型」であるがゆえに(25kg未満)、特にマルチコプター型の場合、様々な場所に自由に移動できる。任意の場所から撮影したり、観測したり、物資を運んだり、といったことができる。

  • デジタル:ドローンは一種のIoTとして、搭載した画像や観測装置から様々なビッグデータをもたらす「センサー」である。得られたデジタルデータは、その後の工程でも一気通貫で処理・活用が可能となる。


 新しい用途は、新しいビジネスを生み出す。次々と開発される新たな用途の寄与もあって、ドローンはここ数年、右肩上がりで市場が拡大している。ドローンの機体自体は既にコモディティ化(低価格汎用品化)しており、中国の巨大ドローンメーカーDJI社をはじめ外国製品に席巻されているが、それを運用するためのサービス市場(例:農薬散布といった用途別のサービス提供)と周辺サービス市場(例:ドローンに付帯するバッテリーや損害保険)も拡大している【図2】。さらに、最近ではドローンの急速な需要の拡大に伴って、パイロットへのニーズも拡大している。なり手不足から様々な養成所や講座が立ち上がっており、雇用を生み出している。新たに創設される予定の国の操縦ライセンス制度はさらにその後押しとなるだろう。新しい用途の開発そのものも、最先端の技術的知見・スキルを持つ優秀なエンジニアを必要とし、人材を呼び込むことになる。地域にとって、ドローンは地域課題の解決、経済の活性化、雇用の創出など多方面の効果をもたらし得る技術といえる。


【図2】ドローン市場の拡大

(出典)株式会社インプレスホールディングス[1]


 国のドローンにかける期待も高い。2015年11月に安倍晋三首相(当時)が「早ければ3年以内にドローンを使った荷物配送を可能にする」と表明した頃から、急ピッチで制度整備が進められている。また、最近は年間数百億円規模の予算がドローンの関連技術の開発や課題解決に投入されている。ドローンに関する活動を行う関連団体も次々と設立され、活動を展開している。


3.ドローンの用途


 ドローンの用途は、農業(農薬散布等)、物流(離島等への物資搬送)、測量(地形のマッピング等)、建設(インフラ点検等)、警備(不審者の追跡等)、観測(上空気象観測)、エンターテインメント(ドローンショー等) 、軍事(ドローンの撃退等)など多岐にわたる。市場規模でいえば、農業(315億円)と点検(279億円)の分野が最も大きい。他の用途ではまだ市場規模は限定的である(土木・建築:67億円、防犯:32億円、空撮:28億円、物流:15億円)。各分野では、次のような用途に用いられている。


【ドローンの主な用途】

  • 農業: 農薬や肥料の散布、播種、受粉、農作物の運搬、威嚇・監視による鳥獣害防止、発育状況等把握のためのリモートセンシングなどである。水産業でも漁場探索の実証実験などが行われている。なお、データ取得目的のドローンは、長時間・低燃費で飛行できる固定翼型が多い。

  • 物流: 通常の配送方法ではコストに見合わない地域(離島等)にいる買い物困難者への小売商品・食品・医療用品等の配送や、倉庫内での在庫管理などである。なお、在庫管理の応用形として、図書館の蔵書点検で活用しようとする試みも行われている[2]

  • 測量: 建設現場や災害現場などでのマッピング、3Dモデリングなどである。著名なのはコマツの「スマートコンストラクション」におけるドローンの活用[3]であり、徹底的な自動化、サービス化が図られている。

  • 建設: 橋梁・鉄塔・基地局・発電施設・プラントなどのインフラ点検、及び工場・ビル・船舶などの設備点検などである。屋内や配管内などの点検も、後述するように技術的難易度は高いものの膨大な潜在需要があり、今後の伸びが期待される。

  • 災害: 台風、地震などによる災害状況の正しい把握、通行可能なルートの探索、要救助者・介護者の発見と状況把握、緊急物資などの搬送といった一連のプロセスで利用される。

  • 警備: 監視、不審者の追跡、牽制・威嚇などである。例えば監視用途では高高度を飛行する「俯瞰ドローン」と低高度で飛行する「巡回ドローン」があり、両者の連携が重要とされる。民間用としては、最古参のセコムドローンが著名であり[4]、異常発生時に待機していたドローンを自動で現場に急行させるといった様々な洗練された仕組みを構築している。

  • 観測: 気象観測では、 鉛直方向に飛行しての上空の観測に使用される。高度1,000mまでの飛行は検証済みである[5]。火山の観測、河川増水時の流量観測などでも活用されている。

  • エンターテインメント: ドローンショー、ドローンレース、トイドローンなどで人気が高まっている。

  • 軍事・治安: 日本では、撃退ドローン(アンチドローン、カウンタードローンともいう)などである。外国では既に軍事作戦における主力兵器の一つとなっている。デモの監視といった治安維持目的に用いられることあるが、人権侵害のおそからフランスなどでこれを禁止する動きもある。


【図3】ドローンならではの用途


 上記のほか、コロナウイルス禍では、世界各国で活用が進展した。例えば、医薬品のドローンによる配達、監視・発熱モニタリング、アナウンス・メッセージ伝達、消毒液噴霧、救急病院建設のための測量などである[6]。


 以上のように、ドローンの用途分野はきわめて広く、多くの産業分野にまたがっている。


4.ドローンの実用化状況


 ドローンの実用化レベルは用途によって大きな落差がある。例えば、農薬散布などでの活用は既に商用サービス化されており、大きな市場規模がある一方、同じ農業分野でも、播種や受粉、害獣駆除などでの活用は、普及に至るには様々な障壁を乗り越える必要がある。障壁は多岐にわたるが、どの分野にも共通するのは以下の3点である。


①技術的障壁

 ドローンが登場してから20年ほどが経過し、姿勢推定、姿勢安定化制御、目標軌道追従飛行制御といった技術は既に成熟している。他方で、次のような特定の環境下での飛行は、まだ限られた範囲でしか実用化できていない。


a)目視外での飛行:長距離の移動や高所での作業では、おのずと目視外での飛行が必要となる。このためには、天候急変などの不測の事態への対処や事故時の安全確保、安定的な通信手段の確保などの課題解決が必要となる。ドローンは航空法上、原則として150m未満でしか飛行できないが(注1)、こうした低空域は、気象変動が激しく、障害物も多い、飛行が難しい空間である。自動操縦はなおのこと容易でない。これに比べれば、旅客機が飛行する高度1万mでは気象は安定しており、はるかに自動操縦に向いている。


b)非GNSS(衛星測位システム)(注2)環境での飛行:ドローンは基本的にGNSSからの情報によって自らの位置を特定し、定点ホバリングなどを可能としている。しかし、橋梁の下や構造物の周辺では、正確な情報が得られなくなるため、他の方法(レーザー測位によるマップ作成等(注3))で自らの位置を推定することが必要となる。こうしたサービスも商用化されているが(注4)、非GNSS環境といっても多種多様であり、まだ対応できる範囲は限られている。

(注1)航空法上の承認・許可(同法第132条及び第132条の2)を得れば可能(https://www.mlit.go.jp/common/001218189.pdf)。気象用ドローンなど高度飛行用のドローンの開発も進められている。

(注2)GNSS(global navigation satellite system):衛星測位システム。米国のGPS(Global Positioning System)はそのひとつ

(注3)SLAM (Simultaneous Localization and Mapping)。カメラ画像を使うビジュアルSLAMとレーザー照射を行うレーザーSLAMがある。

(注4)例えば三信建材工業は、2018年度頃から非GPS環境での建築・インフラの点検を業務として請け負っている[7]。


 以上をまとめると、一般論としては、【図4】に示すように、

(1)目視内かつGNSS環境での用途は既に商用化されている。

(2)目視外または非GNSS環境のいずれかでの用途では、現在進行形で商用化が進展中である。

(3)目視外かつ非GNSS環境の用途は、基本的には実証実験段階だが、一部で商用化も始まっている。こうした環境では、自己位置推定が困難であるだけでなく、金属構造物の中では磁場がセンサーに影響を及ぼす、配管内ではプロペラ回転によって生じる揚力が乱流を起こし飛行を不安定にする、といった特有の課題も発生する[8]。他方で、これらの課題を解決するための技術開発も急速に進展している。


【図5】はそれぞれの典型的な場面である。なお、図中の難易度「中」「高」の用途(上記の(2)(3))も潜在需要は膨大であり、今後の技術開発によって大きな市場となる可能性は高い。


【図4】技術的障壁に応じた実用化の段階


【図5】技術的障壁に応じた実用化の段階:典型的な場面


②制度の障壁

 国は現在、ドローンの飛行形態として、「有人地帯における目視外飛行(レベル4)」を目指して、機体認証、操縦ライセンス、運航管理ルールなど安全性確保のための制度の検討を進めている[9]。これらの検討項目をみると、レベル4実現にとっての課題は、技術そのもののブレークスルーではなく、いかに制度によって安全性を担保するかである。ドローンはいったん墜落すれば、危険な凶器になり得る。航空法適用対象外である200g未満のトイ・ドローンですら、回転中のプロペラに触れれば怪我をしかねない。まして航空法で無人航空機としての飛行が認められる上限である25kgに近い機体が人の上に落下したとすれば、惨事は免れない。単純に規制を緩和すれば済む話ではない。


 さて、レベル4の実現は近年国が掲げてきた大きな政策目標であるが、その前段階である「無人地帯における目視外飛行(レベル3)」についても、規制がもたらす課題が解消されているわけではない。例えば、制度的な要請によって、離・着陸場所に人を待機させたり(注5)、注意喚起の立て看板を飛行経路上に大量に設置させたりといった対応が必要となったりしている。こうした制約条件が、ドローン事業を採算ベースに乗せることを困難にする一因となっている。国でもこうした課題認識は有しており、流通分野では「ドローンを活用した荷物等配送 に関するガイドライン Ver.1.0」[10]を、農業分野では「無人マルチローターによる農薬の空中散布に係る安全ガイドライン」[11]を定め、併せて規制改革を行うなど、各方面で事業環境の整備に努めている。

なお、国土交通省が定める飛行形態の各レベル(1~4)は【図6】に示すとおりである。


【図6】ドローンによる飛行形態のレベル

(出典)国土交通省[12]


(注5)楽天が2019年に行った実証実験では、離陸場所に安全点検をするスタッフ、飛行経路下に第三者がいないことを確認するスタッフ、着陸場所には観光客~監視するスタッフの3名が必要とされたとしている[13]。


③業務・ビジネス面の障壁

 仮に制度的な制約がなかったとしても、ドローンをビジネスで活用するのは容易ではない。業務フローの再構築や運用ノウハウの蓄積、マニュアル作成、人材の育成といった事業基盤の整備が必要となるし、待機時のバッテリー維持や機体のメンテナンス、離着陸地点の確保、搭載荷物の重心位置の設定、雨天・強風時の対処と飛行中止に伴うサービスの補完方法など運用上の課題もいくらでも出てくる。事業の採算性の面でも、例えば鉛筆一本から遠距離のドローンを飛ばすようでは帳尻が合うはずもない。採算ベースに乗せるためには、共同配送を軸とした物流の整備が不可欠であり、民間企業でも新たなロジスティクスの構築に取り組む動きが始まっている。例えば、山梨県小菅村では、同村までの陸上輸送を共同配送に切り替えるとともに、陸上輸送とドローン配送を連結・融合する仕組みの開発が行われている[13]。


【図7】セイノー社及びエアロネクスト社のスマートサプライチェーン構想

(出典)エアロネクスト社[13]


5.今後の課題と行政の役割


 冒頭述べたように、ドローンは様々なテクノロジーによって構成されており、それぞれのベースとなる技術の発展が直接、ドローンの技術の発展につながる。IoTとしてのセンシング技術、取得したデータの解析技術、5Gによる通信技術、バッテリーの大容量化など、ドローンの用途の高度化をもたらす技術要素はいくらでもある。なかでもフォールトトレラント制御(障害時に運航継続を確保する技術)等で重要な役割が期待されるAIとりわけ深層学習技術の発展は大きな影響を及ぼす可能性が高い。ドローンが世の中のあらゆる環境に、様々な創意工夫や試行錯誤を重ねながら適応していく過程もまた重要な発展をもたらす。さらに、課題克服に向けた取組みの過程で、全く新しい技術要素を取り込むことも起こり得る。


 こうしている間にも、新しいタイプのドローンの開発が進められている。短時間に長距離を移動するVTOL型(固定翼型垂直離着陸)ドローン、人間が乗客として搭乗する乗客用ドローン、ダムの水中施設などを点検する水中ドローンなどである。また、近年、軍事やテロでのドローンの利用が拡大している状況を踏まえ、日本でも、重要インフラや重要拠点を防護する撃退ドローン(アンチドローン)の開発・配備が差し迫った課題となっている。

ドローンには大きな市場ポテンシャルがあるが、将来どこまで発展できるかは、行政による航空法、無線局免許手続規則などをはじめとした関連制度の整備にかかるところが大きい

日本でも諸外国でも、ドローンの導入と普及は、

 ①当初の野放し状態

 ②何らかの契機による一律規制(日本では、2015年の首相官邸無人機落下事件)

 ③徐々に現実的なルールが整備されて用途が拡大

という経過をたどっている。日本政府も、精力的に制度整備を進めており、単に詳細なルールを定めるのでなく、例外措置を弾力的に追加できるようにしたり(物件投下禁止の例外[15])、不要な規制を廃止したりもしている(飛行実績の報告の廃止など[16])。飛行許可申請のオンライン化[17]なども進められており、近年、目視外飛行を中心とした承認・許可件数も増加の一途を辿っている。

 新たな用途が生まれると、それに対応した規制や制度整備が必要となる。こうした技術開発と制度整備の間のイタチごっこは、ドローンの発展が続く限り続くことだろう。そこには、自治体も深くかかわっている。実証実験において自治体の協力は不可欠であるし、自治体自身も、公園内でのドローン利用禁止を条例で定めるなど規制に関わっている。いま求められているのは、国・自治体・企業が一丸となって、ドローンという巨大なポテンシャルを持つ技術の発展を後押しすることである。そのためには、何よりも関係者間での継続的な対話と信頼関係の構築が重要となる。異分野技術の集合体であるドローンであるからこそ、異分野のステークホルダー間でのコミュニケーションが欠かせない。逆にそうした協働の枠組みがうまく機能していけば、課題先進国ならではの強みが発揮されることだろう。


■出典

[1]株式会社インプレスホールディングス,ドローンビジネス調査報告書2021

https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000003763.000005875.html

[2]船橋市・西図書館の「AI蔵書点検システム」試験導入において、IBISによる書架自動撮影の検証を実施

https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000016.000031759.html

[3]コマツ,ドローン等により高精度な3次元測量を実現

https://smartconstruction.komatsu/catalog_jp/survey.html

[4]セコムドローン

https://www.secom.co.jp/isl/research/drone/

[5] 野波健蔵編著,続・ドローン産業応用のすべて,オーム社,2020,p.167

[6] 前掲書,p.324

[7] 前掲書,p.182

[8] 前掲書,p.175

[9]国土交通省,航空法等の一部を改正する法律案を閣議決定~航空ネットワークの確保と航空保安対策、ドローンの更なる利活用を推進!~

https://www.mlit.go.jp/report/press/kouku01_hh_000110.html

[10]ドローンを活用した荷物等配送 に関するガイドライン Ver.1.0

https://www.mlit.go.jp/seisakutokatsu/freight/seisakutokatsu_tk_000024.html

[11]農林水産省,無人航空機による農薬等の空中散布に関する情報,2021

https://www.maff.go.jp/j/syouan/syokubo/boujyo/120507_heri_mujin.html

[12]国土交通省,無人航空機のレベル4の実現のための新たな制度の方向性について,2020

https://www.kantei.go.jp/jp/singi/kogatamujinki/kanminkyougi_dai15/siryou1.pdf

[13]野波健蔵編著,前掲書,p.236前掲書,p.236

[14]ラストワンマイル「ドローン配送」を小菅村で社会実装する狙い,2021

https://japan.cnet.com/article/35168919/

[15]無人航空機(ドローン、ラジコン等)の飛行に関するQ&A:Q15-1

https://www.mlit.go.jp/common/001303819.pdf

[16]飛行実績の報告要領「~2021 年4 月1 日以降、飛行実績の報告は不要となります」

https://www.mlit.go.jp/koku/koku_fr10_000044.html

[17]DIPS(Drone / UAS Information Platorm System)


■参考文献

• 野波健蔵編著,続・ドローン産業応用のすべて,オーム社,2020

• 内山田庄一郎,新版必携ドローン活用ガイド-災害対応実践編-,東京法令出版,2020

• 野波健蔵編著,ドローン産業応用のすべて,オーム社,2018

• 森・濱田松本法律事務所,ドローンビジネスと法規制,清文社,2017

マーティン・J・ドアティ,世界の無人航空機図鑑,2016

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