オープンソースのフライトコントローラーで日本のドローン産業を支える人材を育成しているドローンエンジニア養成塾。発表会レポートの最終回は、前回の６組に続き、塾長を務めるJapanDrones株式会社(長野県)のRandy Mackay代表のプレゼンテーションを含めた5組の発表とデモフライトを紹介する。(田中亘)

■捜索・点検用 親子ドローン

　前回の②までに６組の発表をお伝えした。
　続く7組目の藤川秀行氏による「捜索・点検用 親子ドローン」は、2台のドローンを組み合わせた探索への取り組みだ。
　飛行中の5インチArduCopter（親機）からFPVマイクロドローン（子機）が飛び出し、被災家屋やプラント内部などの狭所を飛行する。2台を連携させることで、小型ドローンのバッテリーを節約し飛行エリアを拡大する。
　藤川氏は「高所、低所、被災地など、人が近づけない場所からの飛行を可能にする」と説明する。開発における今後の課題としては、親機から飛び立った子機の回収、子機から伝送される映像の高画質化、中継機器の搭載、子機のオートパイロットなどがある。

　屋外でのデモンストレーションでは、親機のパラメータ設定のトラブルなどで、残念ながら子機が離陸する様子は確認できなかったが、YouTubeには成功した動画が収められている。

■ArduPlaneによるVTOL機製作

　8組目の松本威氏は、市販機での「ArduPlaneによるVTOL機製作」について発表した。
　松本氏の製作したVTOL機は、市販機を改造したもの。狭い場所での離着陸と長距離飛行を両立させるVTOL機は、北海道で開催されている遭難者を探索するコンテストでの優勝を狙っている。松本氏は「市販のWingcopterのようなVTOL機は、約1千万円します。しかし、このArduPlaneによるVTOL機では、10万円で製作できます」とメリットを訴える。

　直前のテスト飛行のさいにモーターが破損して煙を吹いてしまったことから、デモフライトは中止されたが、コスト面での利点は参加者に強烈な印象を残した。

■OpenCVによる自動追尾オムニローバー

　9組目の山田義久氏は「OpenCVによる自動追尾オムニローバー」を発表した。
　同ローバーは、前後の駆動輪をギヤボックスで連動し、右側または左側のモータを制御することで、オムニローバーのような動きを実現する。
　4つのタイヤで移動するローバーでは、主に2つの制御方法がある。ひとつは、後輪に駆動用のモーターを、前輪にステアリング用のモーターを取り付けて、ラジコンカーのように前後に移動中にステアリングを操作して左右に方向を変える方法。もうひとつは、左右のタイヤに独立したモーターを取り付けて、移動と回転を同時に行うスキッドステアリングという技術。キャタピラで移動する重機などが、スキッドステアリングに近い。
　山田氏はモーターコントローラのポート数の関係から、2つのモーターで4輪ローバーを制御するために、前後の車輪を連動させた。

　MissionPlannerでプログラムされたコースを自動走行する計画をたてていたが、当日の会場では人工芝の摩擦抵抗が大きすぎて、オムニローバーは思うように前進できなかった。そこで、山田氏は、本体を手に持って、スキッドステアリングの動きに合わせて走り回り、コーナーでタイヤの回転が変化する様子を体現してみせた。

■ドローンキットプログラムによる「同時自動・陸海空ドローン」

　10組目の我田友史氏は、「ドローンキットプログラムによる『同時自動・陸海空ドローン』を紹介した。
　我田氏は、マルチコプターとローバーをドローンキットプログラムにより、2台同時に制御するデモンストレーションを開発した。開発には、Pythonというスクリプト言語を利用し、2つのタイプが異なるドローンを同じコマンドで制御できるようにした。
　2台のドローンを同時に制御できるメリットとして我田氏は「例えば、捜索などを想定したときに、ドローンで上空から海の遭難者を発見し、その位置情報を元に水上ドローンが救助に向かうという複合案が考えられます」と話す。その他にも、マルチコプターと水上ドローンとローバーを組み合わせて、テトラポットや堤防などの入り組んだ地形を複合的に捜索するアイディアも紹介された。

　デモンストレーションでは、最初にマルチコプターがオートパイロットで飛行して、着陸した位置のデータが送信されると、その位置を目指してローバーが自動制御で走る予定だった。しかし、用意していたローバーにトラブルが発生し、動かないという物理的な問題に突き当たった。
　そこで、4組目に登壇した高山氏の「ArduRover 無人自動散水車両」がピンチヒッターとして登場。同じ制御システムでオートパイロットが可能「な「ArduRover 無人自動散水車両」は、期待に応えて代打の役割を果たし、マルチコプターが着陸した地点に正確に移動してみせた。

■デモンストレーションの大トリは塾長のローバーとマルチコプター

　発表会の最後は、Randy Mackay塾長による2つのデモンストレーションが紹介された。ひとつめは、ローバーによる衝突回避システム。ローバーの前方に取り付けたカメラの映像をリアルタイムに解析して、障害物を検知してプログラムされたルートを自動で回避する。

　デモンストレーションの会場では、次々と前方に立ちはだかる人物を検知して、停止か回避の行動をとっていた。

　もうひとつのデモンストレーションは、T265センサーを使って、非GPS環境下で周辺の障害物などを認識しながら飛行することを想定した。塾長はT265が屋内環境で物質のエッジなどを捉えて認識するため、光量が強く目立った構造物のない屋外では、正確に周囲を認識できない恐れがあると分析。屋外で検証したところ、事前の分析通り、マルチコプターは安定した飛行を示さなかった。

　デモンストレーションは仮説通りの動作を示したものや、仮設通りには動作しない要因を発見する機会になったものなど、多くの成果をあげた。塾長と塾生は、今後も日本のドローン産業や技術を盛り上げていくために、新たな研究や開発に取り組んでいく。

日本で実力をつけてきた「ドローンエンジニア養成塾成果発表」レポート①
日本で実力をつける「ドローンエンジニア養成塾成果発表」レポート②
日本で実力をつけていく「ドローンエンジニア養成塾成果発表」レポート③

　JapanDrones株式会社(本社:長野県、代表:Randy Mackay氏)とドローンジャパン株式会社(本社:東京、代表:勝俣喜一朗)が協働で運営しているドローンエンジニア養成塾は2020年7月19日、同塾の塾生から選ばれた代表者による成果発表会＆デモイベントを軽井沢で開催した。会場では養成塾の1~9期生から10組が集まり研究成果を発表し、屋外でデモンストレーションを披露した。日本で実力をつけてきたドローンエンジニアの研究の最前線である発表会とその成果が目の前で見られるデモンストレーションの様子をレポートする。(田中亘)

ドローン業界におけるArduPilotとは

　発表会の冒頭、ドローンジャパンの春原久徳取締役会長が登壇し、「ドローン業界におけるArduPilot」と題した挨拶を行った。

　春原氏は、2014年にビジネスとしてドローンに関わってきた自身の歴史を振り返り、2015年にドローンコードで有名だった3D Roboticsのクリス・アンダーセン氏と知り合い、軽井沢に住むカナダ人のRandy Mackay氏を紹介された経緯を語った。Mackay氏の快諾により、2016年からドローンエンジニア養成塾はスタートした。春原氏は、塾の経緯を語ったあとに、ドローンエンジニア養成の中心となるArduPilot(アルデュパイロット)について説明した。

　まず、春原氏はドローン関連のプログラムの種類について整理した。大きく3つに分けられ、それぞれ、ドローンの飛行そのものを司る「機体制御」、ドローンの航行を管理する「機体管理」、ドローンで集めたデータを処理する「情報処理」だ。

　このうち、「機体制御」に不可欠な、オープンソースのフライトコントローラーがArduPilotだ。

　ArduPilotは、ドローンに搭載されたPixhawkなどのオンボードコンピュータで動作するソフトウェア。Pixhawkのコネクタを介して、モーターの回転を制御したり、GPS機器からの位置情報などを処理したりする。また、各種センサーやコンパニオンコンピュータなどと連動して、より安全な機体制御や衝突回避を行う。

　一方の「機体管理」では、Mission Plannerに代表される航行管理ソフトによって、ドローンの自律飛行を支援する。ドローン養成塾では、オープンソースで誰もが自由に利用できるArduPilotやMission Plannerの技術を教えることで、日本のドローン技術者の育成やスキルの底上げに貢献してきた。春原氏は「ArduPilotの魅力は、ソースコードがオープンなので、技術者がテクノロジを理解しつつ、自由にドローンソフトウェアが開発できる点にあり、技術者のワクワク感を喚起します」と話した。

　その成果を塾生同士で実感してもらうために、1~9期の卒業生の中から10組とRandy氏が発表会に参加した。

発表者と内容は以下の一覧の通りだ。

ArduPilotの技術概要と最新動向

　続いて、ArduPilotの技術概要と最新動向を伝えるために、塾長のRandy Mackay氏が登壇した。

　 Mackay氏は、ArduPilotの利活用を促進する最新デバイスとして、高性能なフライトコントローラーの最新機器を紹介した。その特長について Mackay氏は「最新のフライトコントローラーは、メモリとCPUが、5倍から10倍に進化しています。そのおかげで、開発言語のC++だけではなく、Lua Scriptが使えるようになりました」と説明した。Lua Scriptは、汎用スクリプト言語で、Perl、Python、Rubyと比較して高速に動作する。

　Mackay氏が紹介したフライトコントローラーの多くは、CPUにSTM H7を採用し、衝突回避や非GPS下でのナビゲーションを可能にしている。加えて、ADSBによる有人飛行機の確認や、高信頼のIMUによる自律飛行のサポートなどが特徴だ。

　次にMackay氏は、GSFというソフトウェアを紹介した。GSFは、複数のコンパスから得られた情報を判断して、正しい方向を見出す技術。単一のコンパスで飛行しているドローンは、地面に金属が置かれていたり、強い磁力が発生したりすると、方向を見失う危険がある。それに対して、GSFを利用すると、複数のコンパスから収集される情報を判断して、正しい方向を計算する。その様子を紹介した動画が映し出された。

　さらに、飛行の安定性に貢献する最新デバイスとして、UBlox F9 RTK L1/L2 GPSが紹介された。

　従来のGPS機器では、3m前後の測位ミスが起きてることがある。しかしこのUBloxF9 RTK L1/L2 GPSでは、GPSだけで75cm以下の精度があり、RTKを組み合わせると10cm以下の精度が得られる。特筆すべきは価格で、3万円から購入することが可能だ。それまで40万円以上が相場だった高精度GPSが、各段と安価で手に入れられるようになった。

　最後にＭackay氏は、インテル製の3Dカメラを紹介した。

　そのひとつ、Intel D435 Depth Cameraは、深度計測が可能なカメラで、もうひとつのIntel T265 3D Cameraは物体の距離や位置を3次元に計測できるカメラだ。これらのカメラを活用することで、非GPS下でも飛行ナビゲーションや衝突回避が可能になる。実際に海外のエンジニアがD435カメラを搭載して屋内で衝突を回避する様子が動画で紹介された。

　成果発表会はRandy Mackay氏の講義に続き、参加10組のプレゼンテーションに移った。それぞれがこれまでに力を入れてきた研究成果を披露した。

　その様子は次回にお届けする。（続く）

　国立研究開発法人防災科学技術研究所（茨城県つくば市、以降、「防災科研」）は、自然災害発生時に、地域住民がドローンを運用するための体制づくりを考察して「ドローンを用いた災害初動体制の確立～神石高原町における地産地防プロジェクトの取り組み」として「研究報告第84号」で発表した。広島県神石高原町（じんせきこうげんちょう）で、地域住民や高校生をまじえた取り組みが反映されており、地域住民の参加の有効性を確認し、体制構築や運用の課題や展望も整理した。ドローンの災害活用の関心層には一読に値する。

キーワードは「地産地防」　　防災科研・内山氏、慶大・南氏、パーソル城氏ら執筆

　研究報告は神石高原町の防災アドバイザーを務める防災科研の内山庄一郎氏のほか、慶応義塾大学SFC研究所ドローン社会共創コンソーシアム副代表の南政樹氏、パーソルプロセス＆テクノロジー株式会社の城純子氏、三沢努氏、神石高原町の梅岡康成氏、株式会社自律制御システム研究所の奥村英樹氏、ドローン・ジャパン株式会社の勝俣喜一朗氏、出口弘汰氏、楽天株式会社の谷真斗氏、株式会社アイ・ロボティクスの我田友史が執筆陣に名を連ねた。

　ドローンの運用による情報収集には実績の蓄積があり、迅速性や、高分解能性の高さが確認されている。一方、ドローンの運用は主に専門家が行っていて、手法として有効であるとしても、専門家以外の層が活用しない限り普及しにくいなどの課題がある。研究報告ではドローン運用の普及には、非専門家による運用、法的制限、社会受容性を乗り越える必要があると指摘している。またドローンの飛ばし方を知っているだけでは災害時の情報収集活動での即戦力にはなりにくいことも指摘。災害運用に求められる技術の体系化と、その実装も求められる。

　研究報告では、広島県神石高原町が組織した「神石高原町ドローンコンソーシアム」の取り組みである災害運用の実証実験「地産地防プロジェクト」を踏まえ、これらの課題の対策を講じるさいの論点を整理した。

　プロジェクトは３テーマを設定して行われた。それぞれ①担い手育成（運用技術の習得、マップ作成、物資配送）、②マップ作成（オルソ画像作成、自治体との情報共有、比較アプリによる災害前後の被害把握）、③物資配送（災害時の物資配送、目視外および電波途絶状態でのドローン運用）で、研究報告では、それぞれの実施内容や結果、考察、課題が整理されている。

　プロジェクトの担い手として、ドローンの専門家ではない、地域の５人が参加。５人はドローンスクールで民間ライセンスを取得したのち、マップ作成や配送のトレーニングを受けた。マップ作成に使ったドローンはMavic2 Enterprise、オルソ画像作成ソフトはDroneDeploy。災害前後の状況を比較できるアプリケーションも開発し、状況把握に活用した。また、物資配送は標高差が85メートルある２地点間で、電波途絶への対応を検討しながら行われた。

　一連のトレーニングを受けた担い手は、災害時に求められる地図的映像、遠隔地の状況把握をドローンで撮影。オルソ画像も作成した。標高差のある場所への配送でも、通信途絶への対応として電波中継ドローンを飛ばしたうえ、ウインチでひもを繰り出して荷下ろしを実施した。航空法で禁止されている目視外飛行への対応と離陸地点、荷降ろし地点の２か所に操縦者を配置した。

　研究報告は課題として社会的課題、技術的課題に分けて整理。社会的課題には、平時の飛行環境の整備、トレーニングが与える担い手の負担、標高差のある場所への荷物配送時にたちはだかる補助者配置などの航空法対応を列挙した。

　また、「ふだん使っていないものは災害時にも使えない」という視点から、「ドローンの日常化に向けた運航体制づくりが求められる」と提起。地域住民の担い手による自律的なドローン運航について、「ドローンが情報収集インフラとして機能する可能性を示した」としめくくっており、担い手拡大の環境を整える議論を深めるきっかけになりそうだ。

　研究報告「ドローンを用いた災害初動体制の確立ー神石高原町における地産地防プロジェクトの取り組みー」はこちら。

　　広島県神石高原町（じんせきこうげんちょう）は10月3日、ドローンを活用して地域の生活を自然災害から守るため、ドローンに詳しい研究者、専門家、関連企業で構成する「神石高原町ドローンコンソーシアム」の設立を発表した。同町の防災アドバイザーである国立研空開発法人防災科学技術研究所の内山庄一郎氏が提唱する「ドローンによる災害対応の迅速化・合理化」に沿って、地域住民が中心的な役割を担う「地産地防」を目指し、初期対応、復旧、復興のそれぞれの段階で必要な活動に取り組む。具体的には、状況把握や地図化、物資配送、担い手育成などの検証を重ね、必要な技術、知見を身に着け、モデルとして確立することを目指す。

「初期対応」「復旧」「復興」を体系化し、災害対応の迅速化、合理化を

　　発表は神石高原町の自然体験型テーマパーク、「神石高原ティアガルテン」で開催され、入江嘉則町長、同町の防災アドバイザーである、防災科学技術研究所の内山庄一郎氏、慶応義塾大学SFC研究所ドローン社会共創コンソーシアムの南政樹副代表のほか、油木協働支援センター、株式会社アイ・ロボティクス、ドローン・ジャパン株式会社、パーソルプロセス＆テクノロジー株式会社、楽天株式会社などが参加した。多くの報道陣や来賓がその様子を見守った。

　　入江町長は冒頭、「昨年の豪雨では大変残念なことに町内で１人の方がが関連死で亡くなり、500か所を超える災害が発生した。安心して町内で暮らすために必要なことや課題は何か、という教訓を得た。いま『地産地防』を掲げて取り組んでいる。地域の安心安全を地域で守る、という意味だ。そのためにドローンを活用する。地域の方に中心的な役割を担って頂き、緊急時に活躍して頂きたい。コンソーシアムには専門的な知見を持つ企業、研究者が参画していて、交流、研究を深められる。そしてこの成果は、全国で機能すると確信している」とあいさつし、地域主体のドローンを活用した防災体制の構築に意欲を示した。説明会では地域で担い手となる予定者も紹介された。

　　コンソーシアムは「災害対応の高度化と迅速化」を目的としている。同町の防災アドバイザー、内山氏は、「自然災害の情報は市町村、都道府県、国に集約されるが、災害の個別の状況を把握するのは、9月９日に千葉県に上陸した台風15号の影響をみてもわかる通り、容易ではない。ドローンを使い、それも公的機関だけでなく、地域中住民が情報収集活動をすることで迅速化できる」と説明した。コンソーシアムは内山氏の提唱を検証する初の試みでもある。

　　内山氏は「地産地防」を実現するための災害対応を「初期対応」「復旧」「復興」の３段階で説明。初期対応では、災害発生前後の状況を把握するためのマッピング（地図化）システムを開発したうえで、地域住民らがドローンで収集した情報を補正し、マッピングアプリで発災前後の状況を重ね、状況を共有できるようにする。またスピーカーを搭載したドローンで避難誘導を音声でサポートする。復旧段階では、初期対応で特定した孤立集落や、避難所に緊急物資をドローンで配送する。

　　復興段階では、ドローンを農業など災害対応以外にも活用することで、日常的に使えるようしてノウハウを蓄積するほか、現在の電波、バッテリーなどの技術的な課題、ルールなどの社会的な課題の解決に取り組む。

　　2019年度は初期対応の状況把握、避難誘導や、復旧のための物資輸送、担い手育成を開始。11月に誘導や物資輸送の実験に入り、12月には地域主体の実験に切り替えて、来年２月には公開実験を開催する計画だ。内山氏は「これらを知見や検証を体系化して“神石高原モデル”とすることで、他の自治体にも発信することを目指す」と話し、2020年度からは日常活用や他地域への展開にも踏み込む方針だ。

　　コンソーシアムは、ドローン技術を活用した「いつまでも安心して暮らせるまちづくり」を進めるとともに、活動を通じて神石高原町をドローン技術の開発や活用拠点に育て、ビジネス創出支援、雇用創出なども目指す狙いがある。

　　説明会では、一通りの概要を説明した後、屋外でもデモフライトも実施した。ドローン・ジャパン株式会社の勝俣喜一朗社長や、株式会社アイ・ロボティクスの我田友史氏らが、ドローンの機体やシステムについて説明しながらフライトを披露した。この日はDJIの「MAVIC２Enterprise」と、ACSLの「PF-2」をフライトさせた。