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～船舶でのドローンを含むロボティクス活用を業界横断で検討～

この度、エアロセンス株式会社（所在地：東京都文京区、代表取締役社長：佐部浩太郎、以下エアロセンス）が参加する、船舶の検査・点検業務におけるロボティクス活用に向けた業界横断の取り組みとして発足した「検査・点検ロボット運用モデル検討会」は、2020年中の検討成果を中間報告書として発表しました。この中間報告書では、ロボティクスの有効活用に向け、利用する側の海事業界関係者のニーズ、開発する側のロボティクス関連企業が有する技術のシーズを整理し、今後の検討対象を絞り込んでいます。

ドローンに代表されるロボティクスによる検査・点検業務は、作業者の安全確保や省力化、精密度の向上、また新型コロナウイルス感染拡大をふまえた遠隔利用への期待などから、様々な分野で検討が進んでいます。高所や狭小空間が多い上、移動範囲が世界中となる船舶についても、検査・点検業務へのロボティクスの有効活用が期待されている所です。エアロセンスは、自社の保有するドローンやAIなどのロボティクス技術を活用した船舶の検査・点検業務への貢献を目指して、この検討会に参加しています。

「検査・点検ロボット運用モデル検討会」は船社、修繕ドック、検査事業者、舶用機器メーカー、ロボティクス関連企業、研究機関、船級協会をメンバーとして、2020年8月より活動を開始しました。船舶でのロボティクスの有効活用には、個社を超え、業界としての協調領域を構築する必要があるとの課題認識の下、関係者の議論を通じ、ロボティクスの標準的な運用モデルの確立を目指しています。検討会の活動は2021年7月までを予定し、①ロボティクスに関するリテラシー向上を目的とした情報交換、②海事業界においてロボティクスを商用利用できるためのコンセプトの検討、③検討会での議論をふまえた概念実証の実施に取り組んでいます。

この度発表した中間報告書では、ロボティクスを利用する側である海事業界関係者（船社、修繕ドック、検査事業者、船級協会）の検査・点検、入出渠（船のドックへの出入り）、離着岸、修繕・改造工事、計測など、各々の業務におけるロボティクス技術への約50件のニーズ、及び、開発する側のロボティクス関連企業5社が有する技術のシーズを整理し、今後の検討対象の絞り込みに至った内容をまとめています。この報告書は以下リンクに掲載しています。

https://www.classnk.or.jp/classnk-rd/report/2017/013.html

　検討会では、今後の検討対象として挙げた①ドローン（船内飛行、船外飛行）、②配管点検ロボット、マグネット式ロボット、ROV等（ドローン以外のロボット）、③ステークホルダー間の情報共有について、さらに具体的な検討を進めることとしており、船舶の検査・点検でのロボティクス活用による安全性向上への貢献に努めます。

エアロセンスは、今後の船舶の検査におけるロボティクスの活用拡大のため、高品質、高精度、安全性に加え、より早く簡単に検査が行えるよう、屋内外における自律飛行ドローンの技術革新を進め、本検討会を通じて、検査現場での最適なドローンを目指してまいります。


図1：今回の船外飛行実験で使用した、エアロセンス製のドローン（エアロボ：Aerobo）


図2：今回の船外飛行実験で使用した、エアロセンス製の対空標識（エアロボマーカー：Aerobo Marker）


図3：エアロボが上空から撮影している様子

飛行時の様子

飛行当日は切羽付近の壁面を自律飛行で空撮しました。トンネル内にあるロックボルト間の距離を計測したところ、3D点群で測定した距離間の誤差も小さく、実寸に近い形でデータを取ることができました。

さらに、カメラをドローン本体の上部に搭載して切羽方面に向かい動画撮影も行い、自動飛行もマニュアル飛行もできることを確認しました。

トンネル内の照明だけでなく、機体にも照明をつけて安定した飛行を行い、トンネル点検に有効活用可能なオルソ写真と3D点群を作成しました。

飛行時のカメラ映像は、別室にて実証実験を見守る関係者にも配信を行い、エアロボウイングのカメラの空撮映像をリアルタイムでご確認いただきました。

弊社クラウドで作成した3D点群

弊社クラウドで作成した壁面のオルソ画像

使用後のご評価　技術研究所　研究開発グループ第一研究室　勝部様：

3D点群の積極的な活用を視野に各種開発を進めている中で、エアロセンス様には、南三陸町の震災復興事業でのエアロボ測量を実施していただいた縁もあり、トンネルでの自動航行や出来形測量に繋がるトンネル内3D測量の共同検証の声がけをさせていただきました。

トンネル坑内は、非GNSS環境であるというだけでなく、各種重機が配置されることによる狭さや風管による局所的な風など、ドローンにとっては厳しい空間です。

このような条件下においても、安定した飛行をしており驚きました。今後も協力関係を継続できたらと考えています。よろしくお願い致します。

エアロセンスからドコモ様へ

この度は、トンネル内でのドローン活用について共同検証させていただきました。初めての経験となる掘削中のトンネルでの飛行ということで、緊張しましたが現場の皆様に温かく迎えていただき、実験を成功することができました。心よりお礼申し上げます。

トンネル内が想像していたよりも非常に明るく、機材も整頓されており、驚きの連続でしたが、本現場で確認できた課題や、飛島建設株式会社の勝部様から頂いた現場ニーズをくみ取り、非GNSS環境対応点検ドローン、エアロボインスペクションの改良を進めてまいります。今後とも何卒よろしくお願い申し上げます。

この度、エアロセンス株式会社（所在地：東京都文京区、代表取締役社長：佐部浩太郎、以下エアロセンス）の開発している、GPS等の電波の入らない環境で自動飛行可能な非GNSS※環境対応点検ドローン、エアロボインスペクション（Aerobo Inspection）が、飛島建設株式会社（所在地：東京都港区、代表取締役社長：乘京正弘）と共同で、2020年8月29日から30日に同社施工中のトンネル工事現場において、掘削中のトンネル内での自動飛行と撮影を行い、トンネル点検に有効活用可能なオルソデータと3D点群データを生成しました。（※Global Navigation Satellite System／全球測位衛星システム、GPS等の衛星測位システムの総称）

トンネル工事は大型の重機を使用し人と接触した際には重大な事故となる危険な現場です。人が掘削状況を確認する際でも細心の注意が必要なため、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GNSS電波の届かないトンネル内では自己位置推定ができないため、高度な操縦技術が必要ですが、今回の飛行では決められた範囲を自動飛行することができました。今後は危険な場所をドローンが自動飛行をすることで、人に代わって安全で簡単に状況を確認することが期待されています。


図１：トンネル内点検の様子

図２：トンネル壁面の3D点群


図３：トンネル壁面の縦断面オルソ画像

～GPS等の電波の入らない暗闇の環境での自律飛行による検査手法を確認～

この度、エアロセンス株式会社（所在地：東京都文京区、代表取締役社長：佐部浩太郎、以下エアロセンス）と一般財団法人日本海事協会（所在地：東京都千代田区、代表：坂下広朗氏、以下日本海事協会）が、自律飛行ドローンを用い、甲板下にある貨物を積む船艙内における船舶貨物の検査（艙内検査）の実証実験を行いました。

エアロセンスは、GPS等の電波の入らない環境で自律飛行可能かつ暗所対応可能な非GNSS（※1）環境対応点検ドローン、エアロボインスペクション（Aerobo Inspection）を開発しました。そして、このエアロボインスペクションを用いて、船舶及び、船舶を模擬した暗所屋内にて、予め設定しておいた経路を元に自律飛行にて撮影を行い、船舶の検査に有効活用可能な写真データを取得し、3D点群データ及びオルソ画像を生成しました。この機体には、GNSSの代わりにカメラで撮影された映像から環境の3次元情報と機体の位置姿勢を同時に推定するVisual SLAM（※2））技術を用い、さらに、高輝度照明を搭載しております。（※1：Global Navigation Satellite System／全球測位衛星システム、※2：Simultaneous Localization and Mapping）

日本海事協会は、100年以上に及ぶ船舶での検査の経験を活かし、自律飛行ドローンの検査への適用の実現性に関するレビュー並びにドローンを用いた検査ワークフローの分析を行いました。

空撮時の様子

前日までに念入りな打合せをさせていただき、一つの番組作成にかける情熱とディレクターやカメラのご担当者様のプロの技を学ばせていただきました。

当日は照明とカメラの櫓の間から離発着させ、低い高度から最大40m程度まで上げて空撮をしています。ケーブルが櫓に引っかからないように気をつけながら、機体の操縦を弊社で、カメラの操作をテレビ関係者様に操作していただき、ディレクターご担当者様の指示のもと迫力ある映像を空撮することができました。

TUBEの皆様の音楽と打ち上げ花火がとても美しく、とても元気が出る最高の夏の1日でした！

ドローン離発着場所：櫓の間・ステージ正面で飛行しました（左：全体図、右：拡大図）

使用後のご評価　技術局 運用統括センター 福元様

当日有線ドローンが空撮した映像を確認し、俯瞰映像は建設機械を遠隔操作する際には非常に有効だと感じました。

リハーサルから生放送までの長時間に対応が出来、生放送で1台のカメラとして生テイクの実現出来ました。
今後も、今回と違う映像提供を楽しみにしています。

エアロセンス担当者からテレビ朝日様・関係者の皆様へ

生まれる前から続く、ずっと視てきた、あの「ミュージックステーション」の収録に携わることができ光栄でした。準備段階から当日も、常に温かなお心遣いで弊社の機体カメラの映像を取り扱っていただき、心より御礼申し上げます。

どこか憂鬱なニュースが続き、梅雨のように晴れない心が全国で広がるこの時期に、あの音楽と花火は本当に元気をいただきました。有線ドローンが、この日の番組のテーマでもある“みんなでつながる”の一つとなれましたら、これほどにない幸せです。

今後は、より高い高度からの飛行やアクティブな動きをした映像など新しい映像をお届けできればと思い、テレビ関係者様のまたのご利用を心よりお待ちしております。

ミュージックステーション公式Twitter（7月24日）

Q１：これまでの貴社の ICT 取組（ないし本件に関連した取組）についてお聞かせください。

弊社は2015年7月にドローン第1号(DJI社製)を購入し、飛行に必要な許可申請を行い、同年12月から取得工事現場にて着工・完成などの空撮を開始しました。

2016年度から本格的にICT施工に取組むべく「i-Construction推進チーム」を設置。他県でICT施工に取組んでいる建設業者様を訪ねドローンや解析ソフトといったICT活用に必要な情報収集から作業を開始しました。同年5月からはドローンによる3次元起工測量の試行を開始すると共に、現場ではICT建設機械「マシンガイダンスバックホウ」を初導入し、活用効果について検証を実施。ICT建機リース会社様やソフトメーカー様の協力のもと徐々に自社での解析マニュアルを確立し、試行開始から5か月後の2016年9月に直轄工事では初となる「施工者希望Ⅰ型」による全面的ICT活用工事(河床掘削)を実施するに至りました。

2020年4月時点では現在施工中の工事も含め、12件の全面的ICT活用を実施しています。

Q２：そのなかで、エアロセンスを知ったきっかけ、エアロセンス製品・サービスを選ばれた理由は何でしょうか？

　弊社ではドローンによる空中写真測量を活用する頻度が多く、対空標識の設置及び対空標識に対する基準点測量に掛かる作業時間の多さに大変苦慮をしていました。そんな中、測量機器販売代理店様よりエアロボマーカーの存在を聞きすぐさま当社でプレゼンをして頂きました。

マーカーを紹介して頂いた当初、社内では費用対効果が見込めるのかという不安の言葉も少なくありませんでした。しかし一方では、エアロボマーカーを導入することにより対空標識に掛かる作業時間ロスの軽減をすることが可能だと感じる者も多く、更なるICT活用の充実を図る為弊社での購入に踏み切りました。

Q３：どのようにエアロセンス製品・サービスを活用されましたか／されていますか？

主にドローンによる3次元起工測量及び出来形測量の対空標識にエアロボマーカーを活用しています。又、現場杭の基準点測量にも導入を実施しています。

Q４：実際に使ってみて、いかがでしたでしょうか？（良かった点や改善要望など）

購入前に感じていた不安は実際に使用することで完全に払拭されました。弊社では主にエアロボマーカー及びエアロボクラウドでの基準点測量計算をよく活用しています。エアロボマーカーは既定どおり配置し1時間程度電源をいれておくだけで測位情報が取得でき、エアロボクラウドによる自動計算及び測量成果報告書の自動作成も行え、精度も問題無く公共工事で使用できるという大変画期的な機能が充実しています。

エアロボマーカー活用以前に懸念していた空中写真測量でネックとなる対空標識設置の煩わしさが軽減されました。従来対空標識の使用と比較すれば約74%の作業短縮・人員削減を実現することが出来ており、測量面積の大きさにほぼ比例して作業日数・人員の削減率も向上すると思われます。（※グラフ参照） 又、エアロボマーカーを活用することにより当初予定していなかった突発的な空中写真測量にも迅速に対応することが出来、施工のロス時間低減や発注者からの要望に素早く応えることが可能となりました。

Q５：今後エアロセンスに期待することや、これからの貴社の ICT 取組（ないし本件に関連した取組）について、その展望をお聞かせください。

エアロボクラウドには現時点でも充分な機能が多く備わっており、ICT活用工事を進めるうえで当社では無くてはならないものとなっています。更なる測位・計算速度の向上を期待しています。

エアロセンスから貴社へのメッセージ

エアロボマーカー/エアロボクラウドをご活用いただき、また、詳細なレポートを誠にありがとうございます。

高知県における弊社パートナーと製品の初回導入説明に同行させていただいときの、皆様の自社で・自分でものにしていこうとされる姿勢を、今でもとても印象深く覚えております。

作業工数の中でとくに基準点測量関連処理は、弊社想定を上回るほどの削減効率でした。このように現場で最大限活用されていることが、弊社にとって、何よりの喜びです。ICT施工現場のさらなる効率化に貢献できるよう、今後もサービスを改善、提案し続けて参ります。引き続き、よろしくお願い致します。

今回紹介するのは、「AEROBO（エアロボ）の飛行の仕組み」についてです。私たちが開発したドローン（AEROBO）を見て、「どうして空中に浮いて移動出来るのだろう、急に落ちてきたりしないのだろうか」といった疑問、不安を持った方は、私以外にもいると思います。
ですので、この記事でドローンの飛行の仕組みについて紹介し、「だからドローンはきちんと飛ばせば安心なんだ！」と思っていただければ幸いです。

飛行する仕組み

1. 物体を浮かす力、その名は「揚力」

AEROBOの飛行について解説をする前に、ドローンやヘリコプターの浮く仕組みについて解説します。
ドローンが飛ぶ原理の基本は、飛行機と同じ「揚力」による飛行です。飛行機の飛行原理は、機体を前進させ、翼で空気をおしわけることで翼の上側と下側で圧力に差が出来ます。
この圧力の差により生まれる、物体を上に押し上げる力、これを「揚力」と呼びます。ドローンの場合、飛行機の翼のかわりにブレード(ドローンに4~8個ついているプロペラの事)を回転させて、空気をおしわけ「揚力」を生んで飛行します。

2. ドローンはこうやって移動する「プロペラの制御」

次は、「どうやって空中で移動しているのか」を説明します。浮くだけでは飛行とは呼べません、浮いて移動して始めて飛行と呼ぶのです。ドローンは各ブレードの回転量を調整することで、飛行します。上下移動する際は、それぞれのブレードの回転量を一律に上げる事で上昇し、一律に下げる事で下降していきます。
また、前後左右に移動する場合も、特定のブレードの回転量を一律に上げる事で機体を傾かせて移動します。上の図の、後ろ2つのブレードの回転量を上げ、機体を前に傾かせることで、前に移動します。後左右に移動する時も基本は同じです。行きたい方向とは逆方向のブレードの回転数を上げて、機体を傾けて移動します。
機体の回転についても原理は同じで、一部ブレードの回転量を上げることにより回転します。前述したように、ブレードが一つでは本体がブレードの回転方向とは逆方向に回転してしまいます。それを防ぐために時計回りと反時計回りのブレードを、同時に回転させて力を相殺しているのです。つまり、時計回りのブレードの回転量を上げれば反時計回りに、反時計回りのブレードの回転量を上げれば、時計回りに機体が回るということです。
しかし、ここで思い出して下さい。先ほど「上下移動する際は、全体の回転量を上げる事で上昇、下げる事で下降していきます。」と説明しました。機体の前後左右移動、及び回転するためにブレードの回転量を上げると少しずつ機体が上昇してしまうではありませんか！それを防ぐために、一部ブレードの回転量を上げる代わりに、他のブレードの回転量を下げる事で全体の回転量を一定に保ち、機体の上昇を防いでいます。

AEROBOの飛行についてのまとめ

AEROBOは自律飛行型のドローンですので、操縦することは基本的にありませんが、ドローンがどのように飛行するのか、仕組みを分かって頂けたら、飛行機のようにもっと安心して、みなさまに利用して頂けるのではないかと思います。

ドローンを使用した測量には大きく分けて「写真測量」と「レーザー測量」の2種類があります。
ここでは、エアロセンスが行っている「写真測量」に関して、その原理と特徴をご紹介します。

写真測量の原理と仕組み

1. 写真測量の原理

私たちが物体を目で見たとき、その物体が自分からどの程度の距離にあるのか、計測器を用いなくても、おおよそ知ることができます。しかし実際には、右目と左目では違ったように見えています。片目ずつ対象を見てみると、位置が微妙にずれて見えることを実感できるかと思います。これは「両眼視差」と呼ばれる現象ですが、これにより私たちは物体を立体的に見ることが可能になります。加えて、右目で見える対象の位置と、左目で見える対象の位置の差によって、奥行き（距離）を感じることができます。写真測量は、人の目の代わりにカメラを用い、対象を写真に収めることで、この現象を再現しています。

2. 撮影方法

ドローンに搭載したカメラで、測量したい範囲内を、一定の高度・間隔で撮影します。その際、下の図にあるように、同じ箇所を複数枚、重なる(オーバーラップする)ように撮影していきます。こうすることで、カメラが1台であっても、右目と左目、両方の役割を代用し、対象を様々な角度から捉えることが可能になります。また、この際「対空標識」と呼ばれる目印を、地上のポイントに配置し、その目印の実際の緯度経度と写真の中での位置を合わせることで、より精度の高いモデルを作成することができます。

3. 3Dモデリング

オーバーラップさせながら撮影された複数の画像から、共通の点（地点）を抽出し、重ね合わせることでバラバラの画像から一枚の地図にします。と同時に、画像間の視差から距離を計算して、３Dの形状を求めます。人間の目や脳で行っているような工程と似た作業を、カメラからの画像データを処理して行っています。デジタル画像処理とプロセッサの進化により、データ抽出にかかる時間やコストが、飛躍的に向上したことは言うまでもありません。

写真測量の特徴のまとめ

有人航空機を利用した測量を行う場合、高度の高いところから撮影する必要があり、解像度の高い写真を撮影するため、とても大きく高価なカメラや、高価な計測器機を用いて、データを正確に貼り合わせることが必要でした。広範囲を粗く測量するには適しています。
ドローンで行う測量は、飛行高度が低く、用いるカメラが比較的安価なものでも、解像度の高い写真が撮影可能です。デジタル画像処理の進化により、大量のデータからより精度良くリッチな情報を抽出することができます。狭い範囲をより詳細に測量するのに、メリットの高い測量方法だと言えます。

使命：－イノベーションを起こす新しい技術への挑戦－

デジタル・デザイン・ラボでは、業界にとらわれずに新しいイノベーティブな技術を見いだし、現場への活用や事業化をデザインしています。

数ある取り組みの中で新しい挑戦の１つが、空の世界の新技術であるドローンでした。

2020年の先の社会―街中を自由にドローンが飛びまわるーを見据え、現在、私たちが航空機に抱く常識が、ドローンにも適用される世の中を作るべく、規制・管制システム・整備体勢などの航空機の高度な仕組み・ノウハウをドローンに活かそうとしています。

デジタル・デザイン・ラボ　イノベーション・リサーチャー　保理江 裕己　様

実現すべきこと：－整備、点検業務をドローンで－

最初の取り組みは、「雷対策」でした。

航空機は、年間百数十回程雷に打たれます。パイロットから雷に打たれたと連絡を受けたら、地上で待機している整備士が、フライトの合間に行われる通常点検に加え、機体の傷や焦げ跡などを確認します。

点検作業による運航スケジュールの遅れや、特に地方空港での整備士の負担をドローンによって軽減できないか等、人が介在しないロボットセンシングを実現することが目的でした。

いざ、実践へ：－結果は大成功－

上空におけるLTEネットワークを活用した機体制御および映像伝送等の技術検証を含め、ドローン物流の有用性を確認することができました。

一方で、離発着ポイントの選定や医薬品配送時における温度管理など、業務での実利用における課題も確認できました。

今後も医薬品物流に関わるサプライチェーンの企業様と連携しながら、レベル4（有人地帯における目視外飛行）を見据えたドローンの実務利用をめざしてまいります。

チャレンジ：－３つの課題－

一方で、今回の取組で以下の課題が明確になりました。

1. 規制緩和：空港の敷地内での飛行が可能になること、またそのためのルールなどの整備が必要である。
2. 許可承認：点検作業にドローンを使用するためには、航空機メーカー等から承認を得る必要がある。
3. 強度や利便性の向上：悪天候でも飛行可能で、整備士など誰でも簡単に使用できる操作性の確保が必須である。

今後、上記の課題を解決していくためには、ドローンでの点検作業を繰り返し行い、実績としてデータを取る必要があります。その中でリスクを明確にし、リスクと対策を入念に考慮した上で、提案し、実用化への道筋をつく必要があると考えています。 （伊丹空港での実証実験の様子。航空機の周囲をAEROBOによる自動センシングを実施）

これから：－課題解決のために－

当初数名だったプロジェクトも、我々の熱意と実績で賛同者が増え、社内でも認知度と注目度が上がってきています。

飛行機が今や「当たり前」な様に、ドローンが飛行機を飛行点検するのが「当たり前」な未来に向け、次の挑戦に踏み出しています。

　これからも、空はもちろんのこと、地球にとどまらず、宇宙の翼になるべく、積極的に展開していきます。

お礼：－エアロセンスからＡＮＡホールディングス株式会社と、保理江様へ－

ANA様が歩んでおられる前人未踏の領域は、鳥肌が立つほどワクワクするものです。

これからも、御社のイノベーティブな事業拡大、および、AEROBO飛行点検等、既存の枠組みを一緒に変えていく一翼を担えればと存じます。

弊社にとっても、大きな挑戦であった空港敷地内での航空機の飛行点検をご一緒させていただき、ありがとうございます。

これからもどうぞよろしくお願いいたします。

エアロボウイングによるリアルタイム映像配信の様子

本事例に記載の情報は初掲載時のものであり、閲覧される時点では変更されている可能性があることをご了承ください。