沿岸環境管理のための無人偵察機

ジャスティンマンリー • 20 3月 2019

海から空へ移行するEagleRayのタイムラプス（Credit NCSU）

モントレー湾の上のVTOLドローン。（クレジット：MBARI）

商業調査ヘキサコプターのデモンストレーション（クレジット：J. Manley）

無人航空機システム（UAS）は、一般的に無人偵察機と呼ばれており、海事分野でますます大きな影響を及ぼしています。これらのプラットフォームの機能が向上するにつれて、海洋科学、防衛、および産業への貢献も増しています。これを認識して、沿岸技術連合（ACT）と北東沿岸海洋観測システム協会（NERACOOS）は、米国の統合海洋観測システム（IOOS）の支援を受けて、管理に取り組むための無人偵察機の実用的使用に関するワークショップを開催しました。このワークショップは、急速に拡大する無人偵察機の沿岸管理への応用を支援するための情報の共有とベストプラクティスを促進することを目的としていました。

ワークショップサマリー
ワークショップの目的は、研究グレードおよびモニタリンググレードのUASにおける技術の現状を要約し、この分野での現在の使用例をまとめ、UASに関連する制限と物流の課題を理解し、運用およびデータ管理/分析のベストプラクティスを開発することです。また、沿岸海洋観測システムの将来の開発と応用についても説明します。包括的なワークショップ報告書はACTウェブサイト（www.act-us.info）から入手可能です。

このワークショップはまた、沿岸海洋環境における真に定量的なマルチスペクトルおよびハイパースペクトルリモートセンシングの課題と、公共および民間の土地および海洋空間における無人偵察機の使用に関連した法的およびプライバシーの問題を探求することも目指しました。
幅広いインプットと分野を超えた情報共有を促進するために、ワークショップの参加者は、民間のUAS技術開発者およびサービスプロバイダー、UASを開発および/または使用している学術研究者、

UASデータ、またはUASで対処できる管理上の問題への取り組み。

ワークショップの初日は、3種類のUASの実演デモが行われました。クワッドコプター、固定翼、およびヘキサコプターです。

2日目と3日目は次のようなトピックをカバーするプレゼンテーションを伴うパネルセッションでした。

•生息地調査のための無人偵察機
•フロリダ州における有害藻類ブルーム（HAB）の検出と監視のための無人偵察機
•東海岸、湾岸、西海岸の3地点における干潟の調査ツールとしてのドローン
•モントレーベイでの沿岸/沖合トランセクトやその他の研究のための無人偵察機の使用
•空気と海の環境で動作する無人偵察機の開発

ウェルズ国立河口研究保護区は無人偵察機を歓迎する。（クレジット：J. Manley）

各パネルセッションの後に、サブグループのディスカッションが行われました。プレナリーセッションには、小会議グループからの報告と、パネルおよび小会議のトピックに関する大規模なグループディスカッションが含まれていました。プレゼンテーションとディスカッションからの主なテイクアウトメッセージには、次のものがありました。

•UASは沿岸管理のための新しいツールですが、生息地のマッピング、野生生物の監視、サンゴの白化の検出、貝の管理、海洋ゴミの検出、海岸線の変化の監視、砂浜の管理などの幅広い用途でその価値が実証されています。砂資源、洪水地帯のマッピング、橋やその他の建造物の検査。
•UASは、有害な藻類（HAB）の検出と追跡、人間と動物の相互作用の監視、水質監視、汚染物質の追跡、干潟の安定性の監視など、他の多くの管理環境でも役立ちます。
•管理者はドローンを使いたがっていますが、その使い方は必ずしもよく理解されていません。「管理上の質問または問題とは何ですか」と尋ねることから始めることが重要です。これにより、どのデータが必要で、どのように収集する必要があるかが決まります。
•他のデータと同様に、無人機のデータは情報に変換する必要があり、その情報は管理に使用できます。
•無人偵察機を使用して正確な定量的地理空間データを取得することは困難であり、高度な技術的スキルと知識が必要です。無人機の運用とデータ処理の専門家を雇うことが通常必要です。
•ドローンを使用して地理空間データを収集するためのベストプラクティスは確立されています。ベストプラクティスに関するガイダンスは、PrecisionHawk電子ブックBeyond the Edge、USGS無人航空機システムデータ管理計画2015などの出版物で利用できます。
•ワークショップの出席者は、現在の無人機技術における最大の制限の1つとして、電池の制約による短い飛行時間を確認しました。その他の技術的な改善としては、拡張されたペイロード機能、さまざまなペイロード/センサーを運搬できるモジュール性、全天候対応機能、状況認識を備えた「よりスマートな」ドローン、データストレージ容量の増加、データタイプの標準化、データ管理の改善などがあります。ボード上のデータ処理、および水サンプリング装置の配備など、画像やリモートセンシングを超えた機能。
•法律および規制により、海洋および沿岸の研究と管理のための無人偵察機の使用が制限されています。例えば、無人偵察機は400フィート以下でしか飛行できず、常にパイロットの視線内にいなければなりません。各無人機は、専用の免許を持ったパイロットによって飛行されなければなりません。つまり、群れのように複数のドローンを単一のパイロットによって制御することはできません。もう一つの重要な考慮事項は、法律や規制の潜在的な変化についての不確実性が研究を計画することを困難にするということです。
•ACTなどの独立した組織によるUASプラットフォームとセンサーのテストと評価は、研究者、管理者、および技術者にとって有用です。

技術ハイライト
ワークショップではいくつかの革新的な技術が発表されました。すべての無人システムにとっての最大の関心事はペイロードです。このワークショップでは、モントレーベイ水族館研究所（MBARI）の研究者たちが、ハイブリッドトリコプターの固定翼航空機であるFlightwave Edgeの使用について議論しました。それは垂直離着陸（VTOL）技術を使用して離着陸することができます。それはまた、ホバーから順方向への飛行および再び逆方向へのシームレスな移行が可能である。その交換可能なツイストロックペイロードシステムは、オペレーターが単一の航空機を使用して複数の任務を操縦することを可能にします。 MBARIオペレータは、サーマルフロントマッピングのためにFLIRイメージャと組み合わせてこのドローンを使用しました。彼らはまた非常に高解像度のカメラを使用し、水中の動物、この例ではクラゲ、飛んでいる鳥を識別することができました。

このワークショップでは、MBARIや他の科学ユーザーから得られた現場の結果に加えて、空中と水中の両方で運用できるドローンの新しいアイデアが発表されました。ノースカロライナ州立大学は、クロスドメイン自律走行車（XAV）の概念を発表しました。 DARPAの後援とTeledyne Scientificとのパートナーシップにより、このチームは飛ぶことと泳ぐことができる固定翼ドローンを作りました。 EagleRayと呼ばれるこのシステムは、2015年から2016年の間に広範囲に開発され、テストされました。EagleRay車は固定翼VTOL設計に基づくUAV-UUVハイブリッドです。 2回の繰り返しが行われ、フルスイム - フライ - スイムサイクルが実証されました。バージョン2には、オートパイロットハードウェアと自律操作用のセンサーが含まれています。受動的に浸水性/排水性のコンパートメントは、車両がほぼ中立の浮力を達成することを可能にしますが、出口で素早くバラスト水を流します。 2つのアクティブ浮力補償装置の設計もテストされています。プロペラ推進はブラシレス電気モーターによって駆動されます。別々の空気と水の推進力と二重使用システムの両方がテストされています

ワークショップで議論されたもう一つの新しい技術は、Igloo InnovationsのSeaHawkでした。この斬新なデザインには、SeaHawk AlfaとSeaHawk Chimeraの2つのバリエーションがあります。アルファは典型的なクワッドローターのように見え、空気中でも同様に機能します。クワッドコプターとは異なり、アルファの上にはコントロールステーションへの無線遠隔測定を含む取り外し可能なブイです。車両が水没したとき、ブイは表面上に留まり、車両に繋がれて通信を維持する。ブイは完全に自律的な水中作業のために取り外すことができます。アルファは5キロ（10ポンド）の積載量と60キロ/時間（37マイル/時）の最大飛行速度を持っています。専用の水中推進システムが、沈められている間、アルファを最大4 ktsの速度で動かします。その操作の深さは50 m（150フィート）であり、それはどちらの媒体でも合わせて約60分操作することができます。キメラはアルファに似ていますが、車両は水面に留まり、ペイロードだけが水中に展開されます。最大20 kg（40 lbs）の積載量で、車両はアルファよりも広い範囲の積載量を運ぶためのモジュラープラットフォームとして意図されています。例えば、ペイロードは、高度な水中機能を提供するＲＯＶまたはＡＵＶであり得る。キメラはまた、水面上に最小の擾乱でサンプルを集めるために水上に浮遊しそしてサンプリング装置を下げることができる。

ACTワークショップでの議論、デモンストレーション、そして新技術の発表は印象的でした。より多くの情報に興味がある読者はACTに連絡するかもしれません。

上と下：SeaHawkフライング/スイミングドローン（クレジット：Igloo innovations）