見通し外を飛行するドローンを安全に制御する実証実験に成功

今回の実証実験は、山形県の月山山麓の立谷沢川沿いにて行いました。途中3か所の砂防堰堤と1か所のダム施設の映像を撮影しながら、対地高度約100 mを維持して上流に向かって図2に示す経路に沿って点検用のドローンを飛行させ、全ての撮影対象を通過後、安全に着陸させました。この経路では、中間点付近から先は、沢の屈曲により、ドローンを離陸させた場所にある地上局からの見通しは効かなくなり（図3、図4参照）、従来使用されてきた電波（2.4 GHz帯）では通信が途切れる状況にありました。このため、飛行経路の途中、地上局から約1.8 km上流の河床からの高度約120 mの地点に、中継用ドローンをホバリングさせ、これによる通信中継で、地上局から点検用ドローンへの制御信号送信と、その逆方向の位置情報受信の双方向通信を維持しました。

実験の結果、離陸点を離陸してから、地上局からの見通しが全く効かない着陸点上空までの全飛行経路で無線通信を途切れることなく維持することができ、点検用ドローンを安全に飛行させることに成功しました。飛行経路におけるホップ数は、図5に示すように、着陸点上空までの全飛行経路でホップ数2を維持し、安定して通信できていることを確認しました。

本実験では、特にドローンに搭載する169 MHz帯のアンテナに改良を加えました。従来の方法では、4分の1波長の長さのモノポールアンテナをドローンの中心胴体上に設置するのみでしたが、この方法では、カーボン素材で構成されたドローンの胴体やプロペラアーム、脚部等の影響を受け、必ずしも良好な電波放射特性が得られず、ドローンの構造や向きによっては通信距離が想定より短くなるという問題がありました。これを改善するため、点検用ドローンと中継用ドローンの搭載アンテナにそれぞれ2本の地線（ラジアルとも呼ばれる。図6参照）を追加しました。その結果、図5に示した長距離で安定した中継用ドローン経由のホップ数2の通信特性を得ることができ、地上局から見通し外となるエリアにおいて、図7に示すような砂防堰堤の映像を安全にカメラのメモリ—に保存し、取得することができました。

本技術を用いて中継用ドローンを適切な高度でホバリングさせることによって、点検用ドローンとの通信エリアを拡大できるため、点検対象である砂防堰堤に、点検用ドローンを接近させて撮影することが可能になりました。図8は、その時に中継用ドローン経由で地上局にて受信された点検用ドローンの位置情報等を表示する監視制御画面の一例を示しています。