自律飛行ドローンを用いた船舶貨物艙内検査の実証実験を実施

• 船舶内での検査現場の課題

　船舶内での検査現場は一般に以下の3つの課題があります。

① 高所、狭所、屋内での検査

② 暗所での検査

③ 地磁気の問題

① 高所、狭所、屋内の検査

　船舶内の検査の現場では人手と時間がかかっていました。人が確認する際でも危険な場所も多く細心の注意が必要なため、無人で検査ができるドローンの活用が期待されています。通常の自動飛行ドローンでは屋内のGNSS電波の届かない環境ではドローン自身の位置の認識（自己位置推定）ができないため、一般には高度な操縦技術を持つパイロットが必要です。しかし、今回の共同開発では、GNSS電波の入らない環境でも自己位置推定が可能なドローンを用いて、飛行経路を事前に決め手入力しておくだけで、完全に自動で検査を完了することが確認できました。今後は人が検査を行うのが困難な高所や狭所などを、検査用自律飛行ドローンが代行することで、安全で簡単に状況を確認することできるようなります。

　今回開発した検査用ドローン（エアロボインスペクション）では、非GNSS環境下でも自律飛行が可能な機能、性能を有しています。この機体は、GNSSの代わりに、複数方向から撮影したステレオカメラ映像から、環境の3次元情報と機体の位置姿勢を同時に推定するVisual SLAM技術によって、機体の自己位置、向きを認識しています。

② 暗所の検査

船舶内は照明がつけられない暗所も多く、暗所の中で検査作業が行えることがロボットを用いた検査の重要な要件でした。この度、機体に高輝度照明を設置し、機体のバッテリーから100W供給することで、予備電源なしに、検査用のカメラ並びに、Visual SLAM用のステレオカメラに必要な光量を確保できることが確認できました。実際に機体の照明のみでVisual SLAMにより自律飛行、障害物検出を行いながら、全自動での検査対象の撮影を行うことが確認できました。



図1：照明がない環境での環境（左）と機体の高輝度照明をつけたときの周囲の環境（右）

図2：自己照明とVisual SLAMで完全自律飛行しながら検査している状態

動画: Aerobo Inspection on Dark site with vSLAM and Light (Aerosense Inc.)

動画URL: https://youtu.be/Ov9YtEqZpbI



図3：暗所の中、その場で取得した壁面データを確認

図4：使用したエアロセンス製、非GNSS環境対応自律飛行ドローン（エアロボインスペクション）

100W高輝度照明とAPS-Cサイズセンサーを搭載したジンバルカメラを搭載

③ 地磁気問題の解決

　ドローンを用いる際の特有の問題として地磁気問題がありました。一般に、ドローンは地磁気を用いて向きを認識しますが、船舶のような鉄の塊の中は地磁気が安定せず、自動飛行や簡易操縦ができません。

　今回はVisual SLAMを使うことで地磁気問題を解決しており、その確認のため、実際の船舶の高所での自律飛行実験を行いました。通常、ステレオカメラを用いたVisual SLAMの場合、対象物との距離が離れると精度が低下するため、高所での自己位置推定が不安定になることがあります。しかしながら、エアロセンスが開発したドローン（エアロボインスペクション）を用いた場合は、船舶内の高所を想定して設計されているため、GNSS電波の入らない状態でも安定して自律飛行することができることが確認できました。Visual SLAMを用いることで地磁気センサーも必要とせず、船舶の検査においても、極めて安定して作業を行えることが確認できました。



図5：非GNSS環境下で高所を自律飛行している様子



図6：高度な操縦スキルを必要とせず、簡単操作で奥まった箇所を検査している様子