福井県里山里海湖研究所

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石井 潤
UAV(ドローン)による写真撮影体験記

 最近、テレビなどでドローンという言葉をよく耳にします。ドローンは、命令を受けて自律飛行する飛行物体のことを指し、別の用語のUAV(Unmanned aerial vehicleの略:無人飛行機)と同義に使われることもあります。テレビなどでは、主にマルチコプターを指して、ドローンという言葉が用いられているように思います。マルチコプターは、ヘリコプターの1種であり、ローター(回転翼)が3つ以上の回転翼機のことを指します。今年の夏と秋、慶應義塾大学一ノ瀬友博研究室と清木康研究室によるUAVを用いた空撮(上空から地上の写真を撮影すること)の機会に同行させていただきました。そこで、そのときの写真を参照しながら、UAVによる写真撮影とはどういうもので、どのように役に立つのか、その利用可能性について紹介したいと思います。

 UAV(ドローン)には、大別して2タイプがあります。1つは、上述のマルチコプタータイプです(写真1:清木研究室所有のInspire 1)。ローターの数が4つの場合はクワッドコプター(機種の例:Phantom 3、Inspire 1など)、6つの場合はヘキサコプター(機種の例:Hornet、Boomerang、Spider、Trimble ZX5など)、8つの場合はオクトコプター(機種の例:X1000)と呼びます。もう1つは、飛行機のような翼をもった固定翼タイプです(写真2:一ノ瀬研究室所有のeBee/その他の機種の例:Trimble UX5、Gatewing X100)。
 

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写真1. マルチコプタータイプのUAV(例.Inspire 1) 写真2. 固定翼タイプのUAV(例.eBee)


 いずれのタイプのUAVも、備え付けられたカメラで上空から地上を撮影することができますが、その特徴は異なります。マルチコプタータイプのUAVは、飛行可能時間が概ね20分程度までであるのに対して、固定翼タイプのUAVは、概ね30~50分程度です。飛行可能時間が長くなるとそれだけ長い距離を飛行できるので、固定翼タイプのUAVの方がより広い範囲の地上を撮影できるということになります。実際に、固定翼タイプのeBeeは、1回の飛行で約150 ha(1.5 km2)の範囲を撮影できるのに対して、マルチコプタータイプのUAVでは数百mの範囲に限られます。eBeeは完全自律航行を行い、自動で飛行しながら垂直方向(真下方向)の写真撮影を行う点も大きな特徴の1つです。eBeeは手動での操作をほとんど行う必要がありません。写真3は、eBeeで撮影された福井県里山里海湖研究所付近の写真です。写真の左やや下側には、三方湖の湖面に浮かぶ浮葉植物ヒシのロゼット(葉っぱの集まり)が映っており、小さいロゼットの集まりを判別することができます。1回の飛行で、鮮明な写真を広い範囲にわたって撮影するeBeeの能力には、とても驚きました。
 

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写真3. eBeeで撮影された福井県里山里海湖研究所付近の写真  


 一方、マルチコプタータイプのUAVは、飛行可能時間は限られているものの、手動による操作によって特定の対象を多方向から詳細に写真撮影することができます。機種によって、垂直方向や水平方向、斜め方向からの柔軟性の高い写真撮影を行うことができます。写真4~6は、Inspire 1によって撮影されたものですが(いずれも、慶應義塾大学清木研究室 古瀬達哉君による撮影)、被写体を自在に撮影するその能力には、やはりとても驚きました。後述しますが、このように自在な写真撮影は、撮影者の技量によるところも大きいと言えます。
 

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写真4. Inspire 1で撮影された垂直方向の写真 写真5. Inspire 1で撮影された水平方向の写真
 
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写真6. Inspire 1で撮影された斜め方向の写真  
 

 マルチコプターでは、これらの写真撮影に加えて、動画撮影が可能な機種があることも特徴です。また基本的に、UAVの動作はGPSを用いてリアルタイムで計測される位置情報に基づいて制御されますが、マルチコプターの中には、位置情報が取得できない条件でも飛行する能力をもった機種があります。この機能があれば、GPSが利用できないような橋の下や室内環境でも、精度の高い写真撮影を行うことが可能となります。さらに、マルチコプターの中には、eBeeと同じように、自動で飛行し写真撮影を行う能力をもった機種もあります。
 
 以上をまとめると、固定翼タイプのUAVは、より広域の範囲を対象とした垂直方向の写真撮影を行い、詳細な土地被覆(水田や森林、湖、川、住宅地の配置や面積など)を把握するのに威力を発揮すると言えます。具体的には、自然環境の変化をモニタリングしたり、洪水などの自然災害が発生した場合、どこでどのような被害が生じたのかを把握することなどに利用できると考えられます。一方、マルチコプターは、特定の場所の詳細な写真撮影または動画撮影を行う際に有用であり、利用用途として、特定の範囲の環境調査や、やはり自然災害時に利用するなら各災害発生場所の詳細な情報の取得などが考えられます。
 
 固定翼タイプとマルチコプタータイプのUAVを利用する際の大きな違いとして、上述したように、手動での機体の操作方法が挙げられます。前者では自動飛行を行い、主な操作は離陸させる操作のみです。飛行時は、パソコンなどで機体の状態をモニターすることができます。バッテリー残量の不足や飛行に問題が生じたときは、eBeeの場合、自動的に帰還する設定になっており、帰還命令を出すこともできます。着陸時は、飛行機と同じように着陸態勢に入り、胴体着陸します。注意点として、機体本体が電線などを識別し回避する能力をもっていないため、事前に障害物がない飛行ルートを選んでおく必要があります。離発着場所は、GPSに誤差が生じることも考慮すると、50 m×50 m程度の障害物のない空間(例.小学校のグランド、休耕田など)を選ぶ必要があります。

 マルチコプタータイプのUAVは、離陸から飛行、写真撮影、着陸まで、手動によって操作するために、操作技術の習得が必要になります。操作技術に習熟するまでに操作ミスにより墜落した事例が報告されており、安全な場所での一定以上の練習が不可欠と言えます。操作ミスの原因は、操作の不慣れに加えて、予想外の気流や、遠方での飛行状況の視認の困難、電波の送受信の障害によるコントロールの不能などが挙げられます。離発着場所については、垂直方向の移動ができるため固定翼タイプのUAVのような広い空間は必要とせず、操作技術が上達すれば写真6のような比較的限られた場所での離発着も可能です。
 
 固定翼タイプとマルチコプタータイプのUAVのいずれにおいても、撮影された複数枚の写真を合成して1枚の写真にしたい場合、付属のソフトウェアがなければ、別売りのSmart3DcaptureやPix4Dmapper、Photoscanなどのソフトウェアが必要になります。Smart3DcaptureやPix4Dmapper、Photoscanには、三次元画像を作成する機能もあります。
 
 UAVには、以上のような特徴以外にも、機種ごとに様々な機能があり、それらが値段の違いに反映されています。もし購入を検討する場合は、利用目的は何か?、離発着場所が確保できるか?、マルチコプターの場合操作を練習する場所があるか?など、多様な視点から検討する必要があると考えられます。平成27年9月には航空法の一部が改正され、12月からは、「無人航空機の飛行ルール」(国土交通省:「無人航空機(ドローン・ラジコン等)の飛行ルール」、http://www.mlit.go.jp/koku/koku_tk10_000003.html)が適用されることになりました。今後、飛行ルールを順守した安全な利用のもと、多様な分野での活躍が期待されます。

 

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