ドローン空撮[技術解説] - 宅配ドローンヘリポートとは?

0 [Zero]では宅配ドローンの注目が集まった2014年頃から宅配ドローンの可能性を探り始めました。
まずは、実現の鍵を握る機体の基本設計から開始。
事故発生の最大のポイントとなる荷物受け渡し時に特化した機体の基本設計を考案。特願A
さらに、信頼性・燃費・運用性などの実務性能を宅配に特化した機体を考案。
この機体は、【特願G】(国際出願番号:PCT/JP2016/079369)として特許出願済です。
※出願順が遅いのは特許戦略の都合から。
その後、【特願G】を用いる前提で宅配全体を掘り下げました。
その際に以下の3点が、「本格的な普及を阻む大きな壁」になると気がつけました。

問題点1: ドローンとの接触事故
問題点2: プライバシー問題
問題点3: 緊急避難先の確保

ドローン本体の基本設計が専門ですが、結果としてドローン宅配システム全体を研究。
その際に宅配ドローン実現の一つの方向性として考案されたのが、【特願D】宅配ドローンヘリポートです。
請求項1(特許のポイント)はヘリポートですが、ドローン宅配に係わる様々な可能性を示しています。

国際出願番号:PCT/JP2015/69464
出願日:2015/7/6

【特願D】宅配ドローンヘリポートは膨大なシステムの一部として設計されています。
狙い通りに普及期に入ったなら、以下の困難な問題に現実的なコストの範囲で対応可能になります。
付加機能1: テロ対策
付加機能2: 震災対策

以下は膨大な出願書類から重要なポイントを取り上げています。
全容は、まもなく国際公開となる出願書類をご覧下さい。

問題点1:ドローンとの接触事故

庭先で荷物を届けるという方向性は接触事故の可能性が想定出来ます。
シングルローターのヘリコプタよりも、プロペラ接触危険率が低いマルチコプター(ドローン)なので、即死レベルの事故発生率は低めです。
それでも、庭や駐車場に降りるというタイプでは以下の事故が接触が発生し、これを完全に防ぐ手段は存在しません。
・荷物を受け取る人
・子供
・ペット
・来訪者
・敷地内の電線や樹木
最終的にドローン宅配は個人宅への郵送物の90%以上を担う可能性があります。
これは、圧倒的な配送コストの安さと既存の郵送物の重量から容易く想定出来ます。
この様な状況に至った際は、庭先では子供の接触事故を無くすことは困難です。
荷物を発注した方が責任を持って受け取るとしても、容易に事故は発生すると考えた方が良いでしょう。
通販の受取程度で、警告文章に同意しなければならないのは問題です。
システムで、誰でも安全に受け取れるがスマートな解決方法です。

解決方法 : ドローンヘリポートを最上階の屋根に設置

問題点2:プライバシー問題

宅配ドローンにカメラが搭載されていると、第三者のプライバシーを侵害する可能性が高くなります。
市街地を飛ぶドローンのカメラは、窓越しに無防備な生活を写します。
例え写していない言われても、カメラ付きドローンが自由に飛び回るのは理解されない事でしょう。

解決方法 : ドローンにカメラを搭載しない

問題点3:ドローンの緊急避難先の確保

ドローンが上空でトラブルが発生した場合はどうすればよいか?
近くの安全な場所に緊急着陸を行いたいところですが、市街地で安全な場所とはどこになるのでしょうか?
頻繁に第三者の敷地に緊急着陸するようでは普及は見込めません。

解決方法 : ドローンヘリポートを緊急着陸場所として解放

付加機能1: テロ対策

ドローンを用いれば、テロリストは同時多発的テロを少人数で仕掛けることが可能です。
そして必要コストは最小限です。
100機以上のドローンにより波状攻撃が発生するという事態を想定しなければならない時代に入っています。
「テロドローンは束になってやってくる」という想定が必要です。
さらに、テロドローンは50km/hを上回るスピードで最短距離を飛んできます。
接近が感知されてからテロを完遂されるまで数分というレベルであることから人が判断を挟む猶予がありません。
つまり、担当者が悩んでいる間に重要なイベントは終了します。
以上から、現在想定されている対抗策では無意味です。

解決方法 : 宅配ドローンでテロ対策

付加機能2: 震災対策

東日本大震災以降、ドローンを震災に活用する研究が各所で進められています。
様々な想定がされているようですが現場で決定的な役目を担えるようなドローンは出現していません。
想定すべきは面で発生する大規模な災害です。
100機の災害支援ドローンを広範囲に用意しても足りません。
また、いつ発生するかわからない震災に対して、専用のドローンを用意するのは費用面からも問題です。
それでは、どのように解決すればよいか?
これも宅配ドローンが解決します。

解決方法 : 災害用ヘリポートで宅配ドローンを活用

【特願D】宅配ドローンヘリポート

宅配ドローンヘリポート

ドローンヘリポートを最上階の屋根に設置

最上階の屋根にヘリポートを設置

この場所ならドローンとの接触事故の多くを防ぐことが可能になります。
荷物の引き受けは、戸建て住宅なら最上階の共有スペース。
具体的には階段を上りきった廊下が該当します。

最上階の屋根の上は、住宅でもっとも立ち入ることが困難な場所です。
基本的には住人も含めて立ち入りは困難。
飼い猫なども、対策を施せば立ち入ることが防げます。
これで、接触事故の原因のほとんどに対策可能です。

◆家の中から出なくても良い
ドローン宅配を誰もが欲するサービスとするのに、ここがもっとも重要と考えています。
宅配ピザや、シャンプーなど・・・
例えば・・・
例1:入浴中にシャンプーが無くなっていることに気がつく。
その場で発注すると自宅のヘリポートに10分後にシャンプーが届く。

例2:突然の大雪で買い物に出られない。
日用品から食料品まで不自由なく自宅に届く。

この様な事を可能にするのが、自宅設置のドローンヘリポートです。

◆庭が無くてもドローン宅配が可能
狭小住宅では、地表面へのドローン着陸が困難な条件が少なからず存在します。
その様な戸建て住宅でも屋根なら着陸可能なスペースが残っています。

◆リフォーム対応も可能
新築住宅には高い確率で宅配ドローンヘリポートが最初から入ることでしょう。
ならば、既存の住宅に据え付ける事が出来るのか?
この様な場合にも、最上階の屋根の上というスペースは有利です。
多くの住宅は階段を上りきった先には一定面積の廊下が存在します。
そこを共用の荷受けスペースとすることが出来ます。
また、陸屋根以外は屋根裏のスペースにも注目します。
ここは、一時的な荷物保管スペースとして利用可能です。
工法を問わず、一般的な住宅なら宅配ドローンで配達可能な荷物サイズをカバーするヘリポートの設置が物理的に可能です。

◆電線・樹木の影響が少ない
庭や駐車場に降りる場合は、樹木や電線を考慮する必要があります。
その都度利用者に判断を委ねることは事故の原因と成り得ます。
ならば、専門家が判断した敷地内にヘリポートスペースを確保した場合も問題が出てきます。
樹木は生長し、新しい電線がいつ設置されるかまではコントロール出来ません。
屋根上では、設置後に新たな障害が出にくい点から有利です。

◆GPS電波の受信感度が比較的良好
敷地内で、もっともGPS電波の受信状況が良いところは、この場所です。
なお、【特願D】は着陸時にドローンはGPSを用いなくても着陸できるとしています。
ただし、システム側にトラブルが発生しても事故を回避するバックアップはいくつでも欲しいところです。

プライバシー問題

プライバシー問題

ドローンにカメラは搭載しない

カメラをドローンに搭載すると市街地は自由に飛ぶことが出来ないと推測しています。
誰もがカメラを向けられると抵抗感を覚えます。
ドローン宅配の本格的な普及にはカメラを搭載せずとも十分なサービスを行う必要があります。
それでは、機体側のカメラを用いずにどのように精密着陸を自動で行うか?
その答えが、ヘリポート主導の着陸管制です。
つまり、ドローンからの主観では無く、ヘリポートからの客観で着陸を行います。
これなら、ドローンへのカメラ搭載は不要。
主としてヘリポートからのセンサ類により着陸制御。
もしもヘリポートに障害が発生した場合は、ドローン側のセンサでバックアップ。
これで、精密着陸とシステムの信頼性を同時に叶える事が可能です。

宅配ドローンの実現には、ドローンへのカメラ搭載の必要性はありません。
到着時の映像が欲しいなら、ヘリポートからドローンに向けたカメラがあれば目的は達成出来ます。
下から上へのアングルとなることから、不用意に周囲が映り込むこともありません。
また、このカメラから映像を用いると精密着陸も容易になります。

◆ヘリポート設置センサの有用性
ドローンから地上の高度を計測すると、誤計測の可能性が一定数存在します。
ヘリポートから直上には、基本的にはドローンしか存在しません。
誤計測の対象となる物が存在しないことは有利です。

◆降雨・降雪時でも離発着可能に
ドローン管制とヘリポート管制のどちらが悪天候に強いか?
答えは、ヘリポート管制となります。
飛行中のドローンのセンサに付着した氷雪は信頼性が劣ります。
【特願D】は、センサも含めた着陸部分を収納していることから、この点も悪天候に有利です。

ドローンの緊急避難先の確保

ドローンの緊急避難先の確保

全てのヘリポートを緊急着陸先とする

上空でドローンに緊急事態が発生したらどうするか?
当然ですが、緊急着陸を試みる事になります。
数秒で墜落が想定されるような事態なら、ドローンからのセンサーで人を検知し、場所を選ばす緊急着陸するしか選択肢がありません。
鉄道や歩行者の多い道路などは事前の航路設定時に排除します。
ならば、郊外の住宅地の場合はどうか?
戸建て住宅には庭があります。
学校などの施設もあるかも知れません。
しかし・・・
ドローンが突然庭に降りてくる事を歓迎しない方もいるでしょう。
緊急着陸後には、人も立ち入る必要があります。
この様な場合も敷地の管理者から許可が出ない場合どうするのかという問題もあります。
この様な問題も宅配ドローンへのポートなら全て解決出来ます。

◆緊急着陸が理解されやすい
一般の方よりも利用者の方が緊急着陸場所の重要性が理解されやすいことでしょう。

◆普及するほどに避難場所が増える
古い市街地ではドローンの安全な避難場所を確保するのは容易なことではありません。
100m範囲に一個の避難所の確保も費用面から困難でしょう。

ドローンの緊急避難先の確保

宅配ドローンでテロ対策

全ての宅配ドローンとインフラは、テロ対策に転用出来る。

想定しているの以下の様なテロです。
・同時に1000機のドローン襲来
・遠方から定期的に個人が攻撃

大きく分けて、テロは二つのパターンを想定しました。
一つ目が組織による大規模な同時多発テロ。
もうひとつが、愉快犯による長期に渡る小規模なテロです。
前者には、宅配ドローンの実務機体を用いた物理的なガード。
後者には、インフラを用いた犯人検挙という方向でテロに対策しています。

◆同時に1000機のドローン襲来
飛行時間20分程度のホビー向け機体を用います。
打ち込み飛行前提であることから、離陸時にパイロットは不要です。
一定の広さがある屋上などをベースとし、この様な場所を複数用意します。
夜間に設置なら周囲に発覚する可能性も低め。
もちろん、花火大会を襲うなどもテロとしては有効でしょう。
一カ所のベースに20機設置。
2名×5チームで1時間で準備完了。

◆遠方から定期的に個人が攻撃
用いる機体は、全幅2m程度のガソリンを用いる飛行機タイプ。
100km程度の距離の飛行が可能です。
20m程度で離陸可能であることから、田園地帯の道路などから離陸が可能です。
犯人は離陸操作のみ。
現場到着から離陸完了まで2分で完了出来ます。
離陸後は自動にてテロエリアに飛行。
なお、離陸後はGPSのみで自立飛行。
夜間の離陸なら発見は不可能です。

◆防ぎ方:同時に1000機のドローン襲来
各所に設置されているビーコンから未確認のドローンが飛んでいることを検出。
即時に周囲に、その旨を告知して避難を促す。
ヘリポートを展開し情報収集開始。
重要な拠点防御の場合は、対策ドローンが自動離陸。
同時に襲来されても、無防備という状態は回避出来ます。

◆防ぎ方:遠方から定期的に個人が攻撃
犯行の離陸を防ぐことは困難です。
しかし、未確認機の接近は早い段階で検出。
その後の対応を容易にします。
犯人検挙にも有効であることから抑止効果も期待出来ます。

災害用ポータブルヘリポート

災害用ヘリポートで宅配ドローンを活用

津波被害などの災害時に宅配ドローンを活用するオプションが、災害用ポータブルヘリポートです。
震災翌日程度から十分なインフラが復旧するまでを宅配ドローンによりカバーすることを目的としています。
想定としては、電気・電波のインフラが壊滅。
海岸線から数キロまで災害は達し、全長は1,000kmに及ぶと想定しています。
まず、物資を輸送するドローンは、宅配ドローンとして被害が少ないエリアに多数存在しています。
しかし、災害現場の宅配ドローンヘリポートの多くは使うことが出来ません。
いつもなら数分という距離に、災害発生直後は動く事が出来ません。
ここをカバーする為に、災害支援用の宅配ドローンヘリポートが必要になります。
主な機能は以下になります。
・宅配ドローンの誘導
・リピーター機能
・通信機能

リピーター機能を用い、電気・電波が途絶えたエリアに宅配ドローンの拠点と通信機能を届けます。
宅配ドローンを転用した災害対策ドローンの最初の仕事は、災害用ヘリポートを広い範囲に届ける事となります。
宅配ドローンを手にした被災者は、ヘリポートから必要とする物資を発注。
ならびに、周囲の住民の安否などをヘリポートに登録。
本部では、送られてくる物資を必要とする場所にピンポイントに送ることが可能になります。

◆現場に応じた柔軟な支援が可能に
災害用ヘリポートは、被災者の意思で設置場所を決めることが出来ます。
倒壊した家屋の屋根や、流れてきた車の屋根なども設置場所になります。
つまり、どこでも物資は届ける事が可能です。
役場の屋上などが、従来の考えではヘリポートを固定する候補となっていました。
この様な場所は想定外の災害では役に立たないこともあるということは先の震災でも明らかになっています。

◆ドローンも被災者も迷わない
被災者は、自分の正確な場所が把握出来ないことが多々あります。
その様な場合も、災害用ヘリポートなら、その場所の特定は容易です。
同様にドローン側からも届け先が保証されていることは大きなメリットです。
2016年現在の宅配ドローンレベルで物資を留めるには、想像以上の時間を必要とします。

◆低コストで大きな効果を発揮
震災対策として必要なのは、必要最小限の災害用ヘリポートになります。
機能的には、タブレットPC+α。
災害大国である日本には、隈無く普及すると仮定すると量産効果も期待出来ます。

災害支援用アタッチメント

宅配ドローンは、災害支援機として迅速且つ安価に転用可能です。
災害発生時には通常の荷物の代わりに、「災害支援用アタッチメント」を装着します。
バッテリー容量を大きくして、観測用のカメラ(赤外線)を多数装着します。
情報収集を速やかに行う事により、初動の速度と精度を高めることを目的としています。
飛行部分と管制システムを宅配ドローンと兼用することにより、現実的なコストで多数の支援機体を配備する事が可能になります。

宅配ドローンヘリポーをさらに詳しく解説

ここから先では、さらに細かな部分を公開します。

ヘリポート着陸部分
特許のポイント

「屋根の上にヘリポートを設置」
この様な単純な内容では取得は困難です。
そこで、ヘリポートからのドローンの管制という方向で特許は出願されています。

赤外線カメラにより、ドローンの方向とズレを測定。
常に中央に入るようにドローン側に修正をヘリポートから指示します。
ドローン側に着陸判断をさせない
ここが出願内容の大きな特徴です。

なお、カメラの中心に機体を誘導する特性から、ドローンが接近してくると機体の中央を認識することが出来なくなります。
この対策として、対角線上にサブカメラを搭載。
荷物(もしくは、機体のマーカー)を観測しドローンの中心点を推測します。

◆ヘリポート制御のメリット
距離計により、ドローンと着陸ポイントレベルの相対距離を取得。
一般的な上空からの計測の場合は、ヘリポート以外の場所を計測する可能性が残ります。
※直下観測のカメラを搭載しない場合
地上からの観測の場合は、ドローンの周囲に障害物が発生し難い環境になります。
仮に発生しても、着陸前に取得出来ます。
総合的に、下からの観測が優れます。

◆ヘリポートカメラの映像
ヘリポートに搭載される通常カメラからの映像は、ヘリポート(宅配)の管理者とユーザーに提供します。
ヘリポート直上を写すことから、物理的に肖像権の問題となる映像が映り込みません。
この映像が無くても宅配ドローンシステムは運用出来ますが、視覚的にドローン到着を確認する事をユーザーが望むと考えています。

◆着陸部分の三方向に可動式金属プレート
ドローン着陸時は漏斗型。
荷物の切り離し後は、突風などによる荷物の落下防止柵となります。
その後、金属板は中央方向に荷物を押し出します。
メンテナンス困難な着陸部分に荷物が支える事を最小限に留める機構です。
着陸時の僅かなズレは、この機構により正しい位置に誘導されます。
その後、エレベーター側のリフト機構により荷物をエレベーターに引き込みます。

地上側制御によりGPS不要で正確な着陸が可能
GPS不要で正確な着陸が可能

GPSのみを用いるドローンでは、ビルの谷間のようなGPS電波が届きにくい環境で自動着陸が困難になります。
この様な条件下でも、ヘリポート誘導なら安全且つ正確に機体誘導が可能になります。

目的の家屋までは、地上のビーコンやGPSを用いて到達します。
ここでは、数mの誤差が発生する可能性があります。(特願GのGPSアンテナ水平機構にて、他のドローンよりは精度が出せます)
狭小住宅街に同時に複数のドローンが降りるなどという場合には、この精度では障害となる可能性が否定出来ません。
この様な場合にも、精度の高い着陸が可能になることからヘリポート側制御のメリットは大きくなります。

なお、この出願を回避するには、ドローン側にカメラと距離センサーを搭載する必要があります。
距離センサーは、樹木や電線などを計測する可能性があり信頼性面の不安が残ります。

ヘリポート換気
耐久性とメンテナンス性

屋根に取りつけられるヘリポートは、ゴム部品などの劣化が想定出来ます。
この点に関しても対策済みです。
普段はドアが閉まり紫外線による劣化を最小限に留めます。
夏場の温度上昇も換気機能により最小限としています。
カメラ・センサなどは、ヘリポート未使用時に収納されています。
降雪などにより障害を受けることがありません。
また、降雨・降雪時も、扉の開閉時間は最小限となることから、軽度の降雪ならヘリポートの連続運用が可能です。

ヘリポート内には、ハシゴを組み込みます。
イメージとしては、屋根裏収納庫のハシゴになります。
天井から上の機構でトラブルが発生した場合は、このハシゴを用いて着陸部のメンテナンスを可能にします。
なお、このハシゴは災害発生時に非常口として機能します。
1階部分の屋根が無い総二階の住宅の場合(特に都心)でも、自宅の屋根に容易に出ることを可能にします。

非降雪地域タイプのヘリポート
非降雪地域タイプのヘリポート

ドローン着陸の制御などは、通常タイプと同様です。
着陸部分が単純になることから、初期コストが低減されます。
さらにメンテナンス性も向上します。
カメラ部分なども室内から清掃可能。
上部の気密と降雪対策が適切にされる場合は、落ち葉などが大量に発生する別荘地に向いている可能性もあります。

都内は、降雪対応の重要性が低く住居の間隔も狭いことから、非降雪地域タイプの方が普及すると思われます。
また、公共施設などにもヘリポートは設置されますが、基本的には通常タイプを推奨。
大雪対応という意味もあるのですが、降灰対応という意味合いもあります。

豪雪地域タイプのヘリポート
豪雪地域タイプのヘリポート

豪雪地域にもヘリポート部分を延長することにより対応可能です。
雪下ろしなどが想定出来るエリアでは、ヘリポートを家屋の中心部に配置することにより立ち上げ部に雪が詰まるなどと言う事に対応します。

着陸部分に関しては、凍結などが想定されます。
降雪時には、ヘリポートのカメラに雪が付着するなどのトラブルも想定されます。
最終的には実地テストを行う事になりますが、定期的な開閉・電熱・送風などが対策として考えられています。

住宅換気システム
住宅換気システム

ヘリポートは住宅用換気システム(第三種換気)との統合が可能。
従来の換気システムの代替えが可能で、新築住宅の導入コストを下げます。
新築時の装着には、現在の太陽光発電の様な立ち位置になると推測されます。

火災発生時の排煙機能

宅内の火災報知器と連動して、火災発生時に排煙機能が働きます。
発生と同時に、通報・災害観測ドローンの派遣を行います。
ヘリポートは最上階の共用スペースに設置される可能性が高く、高い排煙効果が期待出来ます。

ヘリポートからの気象データを元にシステム側でフライト判断

各ヘリポートには、風速・風向・温度・降雨・視界・気圧を観測する器機を搭載。
リアルタイムに管制システムに気象データを送ります。
管制システムでは、通常の気象観測システムでは困難な細かい気象データを収集し局地的に発生している低気圧なども識別します。
また、過去の障害データベースも参照し、個々のヘリポートに適した値にて、フライト可否の判断を自動で行います。

公衆ヘリポート

宅配ヘリポートは基本的に戸建て住宅などを対象としていますが、高齢者が中心の小さな集落や仮設のイベント会場でも利用することが可能です。
コンビニなどにも受け取り専用の公衆ヘリポートの搭載場所になると思います。

緊急天気予報

管制システムは宅配ヘリポートに取りつけられた気象観測器機により、細かな気象状況を把握しています。
これは、局所的に発生している上昇気流(低気圧・竜巻)の発生を把握する為。
ドローンは上昇気流に弱い事から、墜落事故の可能性を低くするための機能です。
この観測システムを応用すると、降雨なども降り出しの1分前というレベルで把握が可能になります。
ユーザーは、自身が求めるレベルの緊急天気予報レベルを事前に設定。
携帯端末を用いる自身や、自宅ヘリポートに天気の急変がある場合は警告を発することが可能になります。

都市部では、気象観測データを詳細に収集出来る事から、局所的に発生するゲリラ豪雨を降らせる雲の出現を予測出来ます。
※積乱雲が発生する直下に地上付近の風が吹き込むことから
短期的な天気予報が、過去に例の無いレベルまで精度を高めることが可能になります。

発送ヘリポート

宅配ヘリポートは荷受け専用です。
荷物の発送には、発送ヘリポートを必要とします。

◆発送ヘリポートの荷物発送
宅配荷物を離陸可能なヘリポートの荷受け部分に入れる。
ヘリポートでは、外箱のコードから外寸サイズを取得。
計測された実測重量から、必要最低限のドローン規格を選定。
傾きテストにて、飛行時の荷物傾きが発生するかを推測。(一般の宅配)
荷物内に危険物(爆発物・噴霧器)などが無いかを確認。(X線等にて)

自身のヘリポートに駐機しているドローンと帰路に付いている機体。
さらに、周囲のドローンを検索し用いるドローンを選択する。

飲食物などの専用宅配の場合は、傾きテストを省略する。
その代わりに、専用の箱を考案し、上空での不用意な荷物の偏りを防ぎます。

航路

宅配ドローンは、以下の航路を飛行します。
・公道、河川直上
・指定された航路
・宅配先の私有地

・公道、河川直上
上空権の関係から、ドローンは公道と河川直上を自動車と同じ法則(左側通行と優先道路の関係)で飛行。
交差点では、航路図に示された飛行高度にて飛行。
交差する、各々の高度指定を変える事により衝突を回避しつつ、減速為ずに交差します。
優先航路に合流する際は、システム側に近接ドローンを確認をとりつつ、ドローン搭載のセンサーにより危険の有無を判断。

・指定された航路
第三者の私有地の直上でも、ドローン認容航路は飛行可能とします。
主に、道路直上では非合理な場合に事前に設定。
地権者の許可などを取り航路として設定します。

ビーコン(基地局)

ドローンに正確な航路を示すためと安全運航の為に一定距離間にビーコンを搭載する基地局が設置されます。
基地局は、ドローンヘリポート・信号・街灯・携帯基地局・送電線などが設置場所の候補となります。

基地局に搭載される機能
・位置情報(緯度・経度・海抜高・設置高・地盤高)
・風速計、気圧計、降雨計、視界計(見通し距離の計測)
・ドローンとの通信
・カメラ

ドローンは、基地局を介してシステムと接続されます。
原則として、基地局からの通信が出来ない場所は、ドローン宅配のサービス範囲外となります。
ただし、山小屋などの場合は、長距離通信や衛星通信などを用いる特殊な宅配ドローンを用いてサービスは可能とします。

カメラでは周囲を飛行しているドローンを監視。
IDが割り当てられていないドローンは、テロの可能性があると判断し、システム側で即時に対策に入ります。

なお、従来のGPSとビーコンを併用し信頼性を高めます。

ドローンの分類
総合管制 カメラ 荷物運搬 手動操縦 自動飛行 近接計測 緊急着陸 近接警報
分類1:産業ドローン
分類2:空撮ドローン × ×
分類3:宅配ドローン × × × ×
分類4:ホビードローン × × ×
分類5:テロドローン × ×

総合管制 :ほとんどのドローンは、このシステムにより離陸・航路・回避などの指示によりフライトする。
カメラ :システムに設定された撮影禁止区域には入る事が出来ない。撮影禁止区域は時間設定なども可能。
荷物運搬 :空輸が可能
手動操縦 :ユーザーの意思により航路を変更可能
自動飛行 :ユーザーの意思を反映した航路を自動飛行
近接計測 :電線や樹木の位置をリアルタイムで取得して自動で接触を回避
緊急着陸:非常時にドローン用ヘリポートを待避場所として利用出来るか
近接警報:ヘリポートに該当するドローンが近づいてきている時に警報

分類1:産業ドローンとは?

測量・橋梁検査・農薬散布・警備・映画撮影など、高度な技術を有する特定業務に特化されたドローン。
推定購入価格は、300~1,500万円
総合管制システムを用いる事が出来るがパイロットの意思による手動飛行も可能。
手動飛行は可能だが飛行禁止区域入り込むことはシステムから止められる。(特務機を除く)
有資格者がパイロットあることから、フライト計画提出の必要性は無い。
イメージでしては、現在のドローン活用法に近い。

分類2:空撮ドローンとは?

写真・動画の撮影を目的としたドローン。
機体は、レンタルとなり一般個人の所有とはならない。
推定購入価格は、30~1,500万円
空撮ドローンの予約から撮影データの納品まで、ユーザーはドローンに触れること無く撮影が完了。
フライト実施前に飛行ルートを申請。
このルートと撮影予想は、事前にシミュレーターにて確認可能。
カメラの動きは、事前の自動・手動プログラム・リアルタイムコントロールから選択。
どちらの場合も、撮影禁止エリアは撮影出来ない。(もしくは、モザイクが入ったり解像度が落ちる)
この段階で法的に問題になったり、飛行禁止・撮影禁止エリアが含まれている場合は、フライト申請を受け付けない。
特殊な空撮機や、過疎地域の場合は、事前予約を行い付近の駐機場に留めておく。
現在の商業空撮のほとんどは、この方法によりカバー出来ます。

空撮ドローンは、プライバシー保護の観点から統一した外装色とする。(例:赤色など)
地上では、アプリなどにより空撮ドローンが近づいている事を察知可能。
また、目視によりドローンにカメラが搭載されているかどうかの判断を可能にします。

分類3:宅配ドローンとは?

空輸を目的としたドローン。
機体は、一般個人の所有とはならない。
短距離且つ軽量な荷物の空輸を受け持つ。
極端に重い荷物は、産業ドローンの守備範囲。
ユーザーが設定出来るのは、出発地点・到着地点・積載重量・着時刻。
飛行ルートや用いる機体などはお任せとする事も可能。
宅配ピザ店など、一定量の配達が発生する場合は、専用機体のリースにも対応。
同様に大規模な物流企業も専用機体の所有が可能。
全ての宅配ドローンには、カメラを搭載しない。
これにより、ドローンのプライバシー侵害の可能性を排除する。
届け先のヘリポート付近までは、GPSと地上(ヘリポート)のビーコンにより自動航行。
ヘリポート直上付近にて、ヘリポートと通信を行い管制をヘリポートに譲る。
荷物の受け渡し後に一定高度に入った段階でヘリポートの管制を解除。

分類4:ホビードローンとは?

ホビー用途と、簡易的な空撮を目的とした機体。
推定購入価格は、0.3~200万円
基本的に、個人所有の機体。
GPSは搭載するものの、自動航行は認めない。
ユーザーの意思とコントロール電波途絶による自動ゴーホームを認める。
FPVは搭載するものの、見通し100m程度の近距離しか認めない。
専用の周波数を割り当てることにより、ヘリポートからホビードローンの存在を察知することを可能にする。
所有ならびに、フライトは自由。
重量は2.0kg以下などの規制が入る。
ヘリポートでは、該当する周波数を検出すると近接警報を出す。

テロドローン監視

システムに管理されていない非合法ドローンにて発生する低空からのテロを防ぎます。
※航空法の規制が入る高度は、法改正を行わないと対応出来ません。

ホビードローン以外は、システムにて位置情報と目的は把握されています。
ホビードローンの場合も、用いる周波数帯をヘリポート・ビーコン基地局で把握し、その情報をシステムに送ることにより大凡の稼働数と位置を把握出来ています。
以上から、テロドローンは僅かな距離を飛行しても発見する事が可能になります。

各所に設置されるビーコンは、各種ドローンの稼働状況を観察しています。
このビーコン網に、特定の条件(速度・高度・移動範囲・ID)を満たすドローンが出現した場合は、システム管理者に警告を発します。
システム管理者は、想定出来るテロの規模により、以下の様な防御方針をシステムに指示します。
・警告
・飛行規制
・観測強化
・ブロック
・迎撃

・警告
ドローンによるテロが発生する可能性があることを示し、建物内に入り窓を締め切るように指示します。
警告は固定ヘリポート以外の携帯端末にも行えることから、出先でテロが発生などという事にも対応可能です。

・飛行規制
該当するエリアのドローンの新規飛行を禁止します。
必要な場合は、緊急着陸により最寄りの宅配ヘリポートにドローン着陸させます。
飛行規制により確保した宅配ドローンは、テロ対策機として一時的に借り受ける事を可能とします。

・観測強化
宅配ヘリポートのカメラを稼働します。
直上を撮影し、管制システムに送ります。
宅配ドローンに搭載されているブラックボックスを解放。
これにより宅配ドローンからの映像もシステムに送ることが可能になり、視認情報を用いたブロック・迎撃が可能になります。

・ブロック
河川などテロドローンが墜落しても害が無い場所にブロック(宅配)ドローンを配備。
テロドローンに対して少数では、このブロック網を突破される可能性が高いことから、重要なブロックには多数のドローンを配備します。
テロ側が飽和攻撃を用いても稼働している宅配ドローンは大量となることから、大きな防御効果が期待出来ます。

・迎撃
重要エリアには、テロドローンを迎撃することを目的したドローンを配備します。
速度と機動性を重視する事から、VTOLや特許出願Aに用いられている高機動の空撮機の形状を持ちます。

本出願の欠点

以下が、この出願でもカバー出来ない事例です。

◆高高度からのドローンテロ
航空法の関係から、高高度から飛来するドローンを防御する事が出来ません。
仮に法的に問題が無くても、宅配ドローンの特性から高高度まで防御範囲とすることが出来ません。
ただし、該当するテロドーンの離陸ポイントが判明する可能性が高いことから、突然テロが発生するという事は少なくなります。

◆運べる荷物
重量とサイズに制限が入ります。
初期に関しては、2.0kg以下。
3辺合計が100cm以下がひとつの目安かと思います。
研究が進めばスケールアップが可能ですが、数年の研究機関は必要と思っています。
本出願では、荷物が傾かないことから、調理済みの食料品などに対応済みです。
炭酸飲料などの空輸にも対応します。

◆無補給での配達距離
搭載されるバッテリーの容量の関係から配達距離は限られます。
サービスは、離陸ヘリポートから飛行距離10km程度。
10分のフライト時間がひとつの目安になります。
ここを改善するには、動力の技術革新が必要ですが、現在は候補が無い状態です。

◆ヘリポートの設置が必要
サービスを受けるには、自宅等にヘリポートの設置が必要です。
他の方向性では、庭などの着陸を想定していることから、この部分が欠点として指摘される可能性があります。
ただし、接触事故・盗難・住宅事情を総合的に判断するとヘリポート方式が優れるという結論に至ると思います。

◆法整備
この出願は、適切な法整備がされないと魅力の半分を失います。
特に、テロドーン対策は、対象機の観測が困難になることから効力が無くなります。

◆マンションベランダへの宅配に関して
宅配ドローン計画の一部には、マンションベランダへの宅配が想定されています。
今回の特許出願の為に、様々な検討を行いましたが、マンションベランダへの宅配は可能性から消していました。
理由としては、以下になります。
・上昇気流
・混雑時の同時運用数

風がマンションの壁面に当たると、左右に分かれる成分と上昇気流に変換されます。
この上昇気流は、ドローンにとって最大の敵となっています。
【特願A】【特願G】は、これに対抗するために考えられてます。
ベランダ直前の1m程度の距離がもっとも強くなります。
宅配ドローンの場合は、配達後にベランダから空間に出たとたんに上昇気流に見舞われることから、このタイミングで事故が発生します。
通常の機体の場合は、この上昇気流には無力です。
混雑時とは、サッカーワールドカップの試合中のピザ配達などのタイミングです。
大型の物件で同時に配達が発生すると、上空での待ち時間なども発生しかねません。
この様な時は偶発的な事故も発生しやすくなります。
マンションに関しては、【特願D】にも屋上に設置するヘリポートとして出願されています。
20階程度のマンションなら、これでカバー出来ると想定しています。
30階を超えるタワーマンションには、【特願I】として出願が予定されています。

【特願D】宅配ドローンヘリポートと【特願G】宅配専用ドローン 2017/01/25加筆:

←【特願G】【国際出願番号:PCT/JP2016/079369】往路飛行形態

【特願G】とは、宅配に特化されたドローンです。
特徴として主に二つ。
一つ目は、前面投射面積を軽減しつつ揚力をもっとも効率よく出来る位置に荷物を移動させる、「往路飛行形態」
二つ目は、宅配先に垂直降下時に上昇気流に対抗する、「着陸形態」
ドローンの、燃費・最高速を同時に向上させつつ、ピザのデリバリーなどで重要となる荷物の水平を保つ。
そして、墜落事故の発生源となる着陸時に、もっとも着陸に適した形状に変形する。
この様な内容です。

このドローン宅配ヘリポートは、【特願G】を用いるという前提で考案されています。
通常のドローンと【特願G】着陸時の違いは、風が吹いている状態でも荷物(着陸脚)が水平を保つという点です。
これにより単純な構造のヘリポートで精密着陸が可能となりました。
強風時の着陸時の保証を機体側に持たせたというのがポイントです。

なお、【特願G】は特許が取得出来ました。
0 [Zero]の考える宅配ドローンサービスは、【特願D】宅配ドローンヘリポートと、【特願G】宅配専用ドローンから構成されています。
その重要な、【特願G】が取得出来たことは、今後の展開で大きな意味を持ってきます。
【特願G】に関しては、改めて解説ページを製作する予定です。

公開日:2017/01/01
最終更新日:2017/01/25
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ドローン空撮[技術解説] 関連リンク

142) 【特願D】宅配ドローンヘリポート
141) 宅配ドローン着陸姿勢と特願A
140) 宅配ドローン理想重心機と特願A
139) ドローンのデザインとは?
138) バッテリー初期不良の原因特定
137) DJI純正バッテリーの自己放電確認テスト
136) 5機目のDJI PHANTOM2
135) DJIは信用出来るのか?
134) 2016年のDJIクオリティの確認
133) 宅配ドローン実証機制作 その3 特許と許可申請
132) 宅配ドローン実証機制作 その2
131) 宅配ドローン実証機制作 その1
130) 航空法改正
129) 【特願A】実フライトテストNo1
128) 「ドローンから落下させる」機構制作とテスト
127) ドローンの飛行時間について
126) ゲインとは?
125) 首相官邸屋上のドローン落下事故に関して
124) リポバッテリーの検査方法
123) GoProのNDフィルタに関して
122) ホワイトハウス無人機墜落に関する推測
121) 特許出願機の実体化
120) 墜落原因の報告義務について
119) 危険な業者の判断方法
118) 注文者責任のとらえ方の変化に関して
117) マルチコプターが旅客機を墜落させる
116) マルチコプター全面禁止というシナリオ
115) マルチコプター墜落原因の解析について
114) GPSハッキング
113) 管理責任者の表示
112) フライト総重量の明示
111) 湘南国際マラソン墜落事故を考える
110) 雨とリチウムポリマーバッテリー
109) DJI lightbridge テスト開始
108) DJI Phantomd純正プロペラの評価
107) T-MOTOR Antigravity MN2214の評価 その2
106) SUNNYSKY Xシリーズの評価 その2
105) 大型機とFPVの解禁
104) 「螺旋下ろし」で安全な機体回収
103) 固定ピッチのメリットとデメリット おすすめ
102) 3Dプリンタ打ち出し部品を信じるな!
101) 3Dプリンタとマルチコプター
100) 技術解説100ページの区切
99) マルチコプターとPL法
98) スチール撮影用マルチコプター入門
97) リポバッテリー内部検査の理由
96) T-MOTOR Antigravity MN2214の評価
95) SUNNYSKY Xシリーズの評価
94) フルスクラッチマルチコプターのススメ
93) SONY SEL1018は、マルチコプター空撮に使えるか?
92) Amazon Prime Air
91) α7とα7R
90) 動画撮影前提のマルチコプターフライトテクニック
89) 航空法第二条
88) リポバッテリー充電ステーション設計中
87) マルチコプタージャマーについて
86) 空撮屋必修の書籍 :「一般気象学」 おすすめ
85) 電波障害の再検証
84) 空撮会社のノートパソコン
83) マルチコプター空撮機材車
82) 選別落ちリチウムポリマーバッテリーの例
81) プロペラバランスを極める
80) 機材車増車
79) 受注制限に関して
78) ブラシレスジンバル【1.0kgクラス】 業務投入開始
77) ブラシレスジンバル・最初の2週間
76) 1.0kgクラスのジンバル交換
75) 「GoPro HERO3 + ブラシレスジンバル」初フライト
74) ブラシレスジンバル組み付け中
73) パソコンの高性能化により、機体を軽量化?
72) モーターを使い切るノウハウの公開 おすすめ
71) 黎明期から成長期に入ったマルチコプター空撮
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69) 「社員パイロット」の責任範囲
68) 「幽かな彼女」ワーク解説
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65) 「フライト重量」は重要な技術スペック
64) 1.0kgクラス・最初の1ヶ月
63) AR.Drone 【屋内ハル】の流用
62) 1.0kgクラス4モーター フレーム再設計
61) 1.0kgクラス4モーター開発経過
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54) リチウムポリマーバッテリーの短絡テスト おすすめ
53) 「科捜研の女」2時間スペシャル撮影例
52) 軽量マルチコプターにベストなカメラは?
51) GTOスペシャルのワーク解説
50) リチウムポリマーバッテリー考察
49) 変電所付近での電波障害
48) ノーファインダー撮影が基本
47) DJI Wookong-Mの暴走原因の特定完了
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44) AR.Drone 2.0はブロの撮影に使えるか?
43) プロペラ接触危険率 おすすめ
42) 2.0kgクラス高機動タイプ [Ver2] 開発中
41) 2012年夏のマルチコプター墜落の解説 【このページにて原因の特定説明】
40) 「受注見合わせ」と、「フライト制限」に関して
39) 重量級テスト機体の処分
38) マルチコプターに関する特許出願の内容
37) オクトコプター初フライト
36) 「人物接写空撮」とは?
35) 「2.0kgクラス 6モーター」第一期大規模改修完了
34) 「引きのカット」のカメラ角度について
33) 軽量マルチコプターだから出来ること
32) 0 [Zero]の機体が軽く精度が高い理由
31) マグネシウム合金が理想的なマルチコプターフレーム材
30) 6モーターは危険?安全?
29) 8モーターが安全な理由
28) 4モーターが危険な理由
27) DSLR搭載機開発の一時凍結
26) 初のマルチコプター空撮業務の解説
25) マルチコプターの事故と注文者責任 おすすめ
24) 降雪時のマルチコプター空撮サンプルとは?
23) エクストリーム空撮
22) プロペラバランス
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17) GoPro HE HERO2 専用ジンバルの試作例
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15) ラピド工房
14) DJI Wookong-Mは最新ファームによりトラブル解決
13) αゲルとジンバル
12) 空撮ムービー撮影にフルサイズ一眼は必要なのか?
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9) DJI WooKong Mの初期不良確定
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7) DJI WooKong Mのトリムズレ
6) 上空フライトテスト
5) 離陸から撮影までの所要時間
4) 実務を想定した弱風条件の動画撮影
3) 1号機にカメラ搭載
2) 最初の一週間
1) マルチコプターの導入

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