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新版
必携 ドローン活用ガイド
−災害対応実践編−

編著/監修
防災科学技術研究所 内山 庄一郎 著
体裁
B5判(オールカラー)  280ページ
定価
4,400 円(消費税込み)
本体価格+税
4,000 円+税
ISBN
ISBN978-4-8090-2479-5
C3030 \4000E
発行日
令和2年6月10日
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本書の特長

災害時の情報収集ツールとして、次なる活用へ!

官民問わず、ドローンを使って災害情報を収集しようとする方、その支援をする方に最適!

  • 「なぜドローンを飛ばすのか?」「それはドローンで見えるのか?」「広域災害にいかに立ち向かっていくか」情報収集ドローンの活用に関わる根本的な3つの問いに答えるとともに、訓練から現場展開までの道筋を解説!
  • 運航の安全性を高め、ドローンによる情報収集からマッピング、情報共有までを視野に入れた知識体系を網羅!
  • 全ての項目に「POINT!」として概要を掲載。知りたい情報の選別・把握が一目で可能に!
  • 著者の豊富な経験・分析に基づく情報を「コラム」として掲載。さらなる知識の補填に!
  • 巻末附録「オルソ画像作成の流れ」付き。専門的な観点からオルソ画像作成の仕組みを解説!

はじめに

災害に強い社会を作らなければならない。本書を手に取る全ての方に通底する思いであろう。この本は、その思いを社会の中で形にする一助とすべく、ドローンを題材として、災害対応への有効な活用方法を模索するものである。


ドローンは他の手法で代替し難い、優れた情報収集ツールである。これが広く普及すれば、大規模災害時の情報収集インフラにもなり得る。それこそが、本書の目指すところである。

しかし、単にドローンというツールが優れているだけでは、これを実現することはできない。例えば、目の前にあるPCは、それを使う人のスキルや目的意識によって、Webニュースを見るだけの端末にもなるし、高度な業務ツールにもなる。人間が使い方を理解しなければ活用できない点は、多くのツールに共通の本質である。

ドローンの操縦を学んだだけでは、インターネットを眺めているのと同じレベルであり、おそらく、すぐに飽きてしまうだろう。そうではなく、ドローンで撮影した映像や画像から、現場活動に有用な情報をいかにして読み取るか、という点に注目することが大切である。本書の言葉ではこれを、インテリジェンスの抽出と呼んでいる。

ドローンの仕事は撮影までであり、インテリジェンス化は人間の仕事である。情報収集ドローンの活用には、この両方の技能を高めることが求められるのだ。


本書は、二部構成とした。第Ⅰ部のテーマは、「情報活用能力を構成する三要素とその実装」とした。情報収集ドローンを飛行させる際の根本的な問いとして、「なぜドローンを飛ばすのか?」「それはドローンで見えるのか?」「広域災害にいかに立ち向かっていくか」の三つを掲げ、その問いに答える形で章を構成した。最後の第4章には、その具体的な実装方法の道筋を示した。中でも、第2章の2.1.1「分解能と識別レベル」は、ドローン運航者に限らず、オルソ画像や地図情報を扱う際の、最も重要かつ基礎的な内容である。災害対応にあたる全ての人が、共通理解として把握しておきたい内容である。

第Ⅱ部には、安全かつ高度なドローン運航のための基礎技術をまとめた。運航の安全を高め、より高度に空間情報を活用するためには、関連法規、機体技術、情報の判読技能など、各分野の知識を得て、人間のなす仕事の質を高めることが求められる。

附録として、オルソ画像作成の原理を、少々専門的な観点から解説した。必要に応じて各項目をご参照いただきたい。


1995年兵庫県南部地震、2011年東北地方太平洋沖地震、2019年台風第19号など、我々がこれまで経験してきた幾多の大規模災害では、組織の枠を超え、一つのチームとして活動ができなくては、とても立ち向かえないことが明らかとなってきた。このとき、活動の根幹となるものが情報共有である。ドローンが情報収集インフラの一つとなり、関係機関で速やかに共有されることにより、互いに必要な情報を補い合い、全体としての災害対応が推進される。情報共有の推進は、チームの中でのパス回しのようなものだ。こうした活用のあり方は、ドローン活用の事始めから意識しておきたい。そして、平時に使わないものは、有事の際にも使えない。「ドローンの日常化」(Ⅰ-4.1.1 参照)を進めつつ、一歩一歩、着実に実装していきたい。


本書は、官民問わず、ドローンを使って災害時の情報活動をしようとする方、その支援をしようとする方に向けて執筆した。公共の安全を守る公的機関は、社会の災害リスクの多様化に応じて、その能力を高めなくてはならない。また、民間事業者等は、直接的にも間接的にも、災害時の空間情報の提供や活用、公的機関の支援において、その活躍が期待される。そして今後は、そういったCSV(社会的な共有価値の創造)の活動が評価される時代となる。

現在、空間情報技術(マッピング)の基礎を理解した現場従事者は多くはない。そのため、ドローンを使った情報活動のシーンでは、そうした分野を学ぶことにより、現場を先導することができる。ドローンの運航や情報の利活用には老若男女の体力差は不問であり、多様な立場の現場従事者が参画できる領域でもある。来る国難級の災害に立ち向かうために、これから共に学んでいこう。

令和2年4月

内山 庄一郎


目次

  • はじめに
  • 第Ⅰ部 情報活用能力を構成する三要素とその実装
    • 序 章 災害対応におけるドローンの位置付け
    • 第1章 情報活用の実践力:なぜドローンを飛ばすのか?
      • 1.1 現場で求められる情報
      •  1.1.2 位置情報の活用
        • 1)災害現場を「見る」
        • 2)災害現場を「推定する」
        • 3)ドローンで現場を見る
      • 1.2 情報の収集方法
      •  1.2.1 人間の手が届かない場所からの情報収集
      •  1.2.2 ドローンによる情報収集
        • 1)センサーの種類と性質
          • 可視光センサー(カメラ)  近赤外センサー  熱赤外センサー(サーモカメラ)
        • 2)映像・画像のフォーマット
          • FPV(モニター映像)  動画  静止画  オルソ画像(SfM写真測量)
      •  1.2.3 無人ロボットとしての役割
        • 1)ハイリスクエリアでの活動
        • 2)有人航空機が飛行できない場所や条件下での活動
        • 3)人間のアクセスが困難な場所での活動
      •  コラム:有人航空機とのすみ分け
      • 1.3 情報処理と判断
      •  1.3.1 ドローン活用の四つのプロセスの概要
        • 1)生情報の取得
        • 2)情報の地図化
        • 3)インテリジェンス化
        • 4)意思決定
      •  1.3.2 生情報の取得の留意点
      •  1.3.3 情報の地図化
      •  1.3.4 インテリジェンス化
      •  1.3.5 活用フレームワークの実装
      •  コラム:分解能とは
      • 1.4 情報共有
      •  1.4.1 既存手法による情報共有の課題
      •  1.4.2 位置情報による情報共有の推進
      •  コラム:要救助者はどこにいる?
    • 第2章 情報収集手段の理解:それはドローンで見えるのか?
      • 2.1 情報の品質評価と改善のための基礎的な理論と方法
      •  2.1.1 分解能と識別レベル
        • 1)分解能
          • 分解能の求め方  Web-GISのズームレベルに適した分解能  センサー画素数に対しレンズ性能が足りないカメラ
        • 2)識別レベル
          • 識別レベル:「見えないもの」を見ようとしてはいないか?  分解能による見え方の違い  コントラストによる見え方の違い
        • 3)分解能と識別レベルの練習問題
      •  2.1.2 カメラと分解能
        • 1)可視カメラ
          • デメリット1:グラウンドスミア  デメリット2:データ量の増大  デメリット3:メディアへの書き込み時間
        • 2)熱赤外カメラ(サーモカメラ)
        • 3)望遠レンズ
      •  2.1.3 閲覧方法と分解能
        • 1)FPV映像と外部モニターの利用
        • 2)動画
        • 3)静止画とオルソ画像
        • 4)印刷物
      • 2.2 情報収集に適したドローン機体
      •  2.2.1 汎用機と専用機:操作性への影響
      •  2.2.2 可搬性:機動性を決める要素
      •  2.2.3 価格:数こそパワー
      • 2.3 飛行方法と訓練方法
      •  2.3.1 非GNSS(GPS)環境での操縦技能
      •  コラム:ホバリングは難しい
      •  2.3.2 遠方の機体の制御
      •  コラム:「操縦がうまい」とは何か?
      •  2.3.3 各種センサーの役割と限界
      •  2.3.4 操縦技能の定量的な評価手法
        • 1)曖昧なベテランの定義
        • 2)STM for sUASによる操縦技能の評価
        • 3)操縦技能の判定
        • 4)操縦技能の試験方法
        • 5)ターゲットの作成
      •  コラム:目視外飛行を習慣にしてはいけない
      • 2.4 現場管理
      •  2.4.1 DIPS(ドローン情報基盤システム)への飛行情報の登録
      •  2.4.2 安全な操縦場所の確保
      •  2.4.3 無線帯域の確保
      •  2.4.4 空域の安全確保
      •  コラム:協定事業者等との連携における現場活動のチェックポイント
      •  2.4.5 飛行前・中・後の15秒点検
        • 1)飛行直前の点検:プリフライトチェックリスト
        • 2)離陸直後の点検:アフターテイクオフチェックリスト
        • 3)着陸後の点検:アフターランディングチェックリスト
      •  2.4.6 飛行チームの保護
      •  コラム:飛行業務への専念
      • 2.5 気象条件及び地域特性の把握
      •  2.5.1 気象条件:風
        • 1)ステップ1:地方風の確認
        • 2)ステップ2:局地的な気象情報の確認
        • 3)ステップ3:局地的な風を読む
          • 谷風・山風  海風・陸風  ビル風
      •  2.5.2 気象条件:雨・霧・気温・日射
      •  2.5.3 地形・土地の条件
      •  コラム:雨の日の飛行
      • 2.6 飛行の判断と対応:強風時と緊急時
      •  2.6.1 強風時の判断と対応
        • 1)現場での気象観測
        • 2)耐風試験飛行の実施
        • 3)強風時の飛行の実施
        • 4)耐風能力を超えた場合の機体の挙動
      •  コラム:安全文化の醸成
      •  2.6.2 緊急時の判断と対応:突然の制御不能
        • 1)緊急事態のレベル分け
        • 2)緊急対応プロセスの一例
      •  2.6.3 墜落時の対処
      •  コラム:恐怖のヒヤリハット
    • 第3章 情報リテラシーの向上:広域災害にいかに立ち向かっていくか
      • 3.1 空間情報の取扱い
      •  3.1.1 操縦技能+空間情報技術
        • 1)デジタル画像の限界
        • 2)使えなければないのと同じ
      •  3.1.2 空間情報の取扱技能を高める
      •  3.1.3 空間情報を扱うためのシステム
          • ベクタデータとラスタデータ
      •  コラム:カーナビもGISの仲間
      •  3.1.4 ドローン以外の空間情報の活用
          • 国などが提供する無償の空間情報の例
      • 3.2 データ管理
      •  3.2.1 情報セキュリティ
      •  3.2.2 著作権
      •  3.2.3 プライバシー
      •  3.2.4 データサイズ
      • 3.3 応用的なICTの活用
      •  3.3.1 近距離での情報共有
      •  3.3.2 遠距離での情報共有
      •  3.3.3 広範囲での情報共有
      •  3.3.4 大規模展開のポテンシャル
    • 第4章 活用の実装
      • 4.1 5段階の活用レベル
      •  4.1.1 活用レベル1:地図的映像
        • 1)活用レベル1の運用
        • 2)運用上のポイント1:飛行対地高度と撮影範囲の把握
        • 3)運用上のポイント2:カメラを真下に向ける
        • 4)活用レベル1の事例
      •  4.1.2 活用レベル2:遠隔地の状況把握
        • 1)活用レベル2の事例
        • 2)海の上の要救助者
      •  4.1.3 活用レベル3:現場地図の作成活用
        • 1)オルソ画像の作成
        • 2)オルソ画像作成アプリの種類と特徴
      •  4.1.4 活用レベル4:捜索支援地図
        • 1)既存の建物データの重ね合わせ
        • 2)「捜索支援地図」作成に要する時間
      •  4.1.5 活用レベル5:現場情報の統合
          • 共通状況図:COP  専門技術のシステム的な統合:地産地防プロジェクト
      •  4.1.6 5段階の活用レベルのまとめ
      • 4.2 直営運航における検討事項
      •  4.2.1 活用目的の設定
        • 1)事例研究
        • 2)情報処理体制
        • 3)既存戦術への組み込み
      •  4.2.2 機体の導入と維持・管理
        • 1)機種選定
        • 2)維持・管理及び更新
        • 3)サポート体制
      •  4.2.3 運航組織体制の構築
        • 1)運航規程類の整備
        • 2)車両等への搭載・輸送
        • 3)Li-Poバッテリー管理
      •  コラム:飛行を中止する勇気
      •  4.2.4 運航チームの構築
        • 1)訓練用地の確保
        • 2)操縦者の育成及び技能の維持
        • 3)緊急事態における対応能力の習得
        • 4)訓練科目の設定
      •  コラム:運航開始までに要する期間
      • 4.3 現在の体制への組み込みと課題
      •  4.3.1 対象範囲と作業時間
        • 1)対象箇所
        • 2)使用機材とソフトウェア
        • 3)撮影面積と時間
      •  4.3.2 捜索支援地図作成までの所要時間
        • 1)住宅地図のデジタル化
        • 2)地図調製作業
      •  4.3.3 主な成果
        • 1)現場活動に適した分解能
        • 2)Web-GISベースの情報システムを通した情報共有
      •  4.3.4 主な課題
        • 1)住宅に関する情報の取扱い
        • 2)アナログデータ中心の情報流通
      • 4.4 捜索支援地図の実装に向けた事例
      •  4.4.1 地産地防プロジェクト:取組の概要
      •  4.4.2 住民がドローンを運用する意義
        • 1)ドローン教育カリキュラムの体系化
        • 2)専門家が関与しない自律的な活動の展開
        • 3)ドローンに対する社会的受容性の向上
      • 4.5 ドローン活用の効果と評価
      • 4.6 応用可能性に関する基礎的理解
        • 1)作業用ドローンの現状
        • 2)技術革新のキーワード
          • 自律飛行  バッテリー技術
        • 3)期待される高度な機能
  • 第Ⅱ部 安全かつ高度なドローン運航のための基礎技術
    • 第1章 航空法におけるドローンの飛行ルール及び関連法規
      • 1.1 ドローンの定義
        • 1)ドローンの呼称
        • 2)ドローンの種別
        • 3)回転翼機の特徴
        • 4)固定翼機の特徴
        • 5)アンチコリジョンライト(衝突防止灯)
      •  コラム:航空管制を受けない有人航空機
      • 1.2 飛行の許可が必要となる空域
        • 1)A:空港等の周辺(進入表面等)の上空の空域
          • 空港周辺での飛行禁止空域の拡大
        • 2)B:150m以上の高さの空域
        • 3)C:人口集中地区の空域
        • 4)その他の空域
        • 5)空域の確認方法
      •  コラム:有人航空機の飛行する空域と高度管理
      • 1.3 飛行の方法
        • 1)アルコール又は薬物等の影響下で飛行させないこと
        • 2)飛行前確認を行うこと
        • 3)航空機又は他のドローンとの衝突を予防するよう飛行させること
        • 4)他人に迷惑を及ぼすような方法で飛行させないこと
        • 5)日中(日出から日没まで)に飛行させること
        • 6)目視(直接肉眼による)範囲内でドローンとその周囲を常時監視して飛行させること
        • 7)人(第三者)又は物件(第三者の建物、自動車など)との間に30m 以上の距離を保って飛行させること
        • 8)祭礼、縁日など多数の人が集まる催しの上空で飛行させないこと
        • 9)爆発物など危険物を輸送しないこと
        • 10)ドローンから物(水や農薬などの液体を含む)を投下しないこと
      • 1.4 許可・承認申請
        • 1)飛行マニュアルの重要性
        • 2)不要な許可・承認申請を避ける
        • 3)許可・承認の取得後に機体を改造した場合は再申請が必要
      •  コラム:航空法上の許可と民法上の許可
      • 1.5 災害時の飛行(航空法第132条の3の適用)
        • 1)飛行目的は適切か
        • 2)航空情報(NOTAM)を発行したか? 関係機関と飛行情報を共有したか?
        • 3)安全確保は十分か
      •  コラム:災害対策本部の機能
      • 1.6 ドローンの運航に関する賠償責任保険
      • 1.7 各種関連法規等
        • 1)電波法
        • 2)小型無人機等飛行禁止法
          • 特徴1:強い公的権力の行使  特徴2:機体重量は無関係
        • 3)道路交通法
        • 4)港湾・河川・海岸での飛行
        • 5)自治体条例
        • 6)その他プライバシーや肖像権
    • 第2章 ドローンの要素技術
      • ドローンの基本構造
      • 2.1 ドローンの事故分析
      •  コラム:ドローン事故の保険金支払い実績
      • 2.2 ドローンの飛行に必須のセンサー
      •  2.2.1 IMU:Inertial Measurement Unit
      •  2.2.2 電子コンパス
      •  2.2.3 気圧高度計
      •  2.2.4 GNSS(GPS):全地球測位システム
        • 1)GNSSの基礎
        • 2)GNSSによる位置計測の基本原理
          • HDOPの確認  開空率への配慮  電波の遮蔽への配慮
      •  コラム:みちびきの効果
        • 3)測位精度とクリアランス(安全距離)の確保
        • 4)測位の継続性の確保
        • 5)測位精度を低下させるマルチパスへの配慮
        • 6)精密測位技術:RTK
      •  コラム:GNSS View
      •  2.2.5 フライトコントローラ
      • 2.3 飛行の安定性や安心を向上させるセンサー
      •  2.3.1 超音波センサー
      •  2.3.2 赤外線センサー(レーザー距離計)
      •  2.3.3 ビジョンセンサー(イメージセンサー)
      •  コラム:イニシャライズとキャリブレーション
      • 2.4 バッテリーの特性
      •  2.4.1 基本特性
      •  2.4.2 放電特性
      •  2.4.3 低温時の対応
      •  コラム:低温によるバッテリー性能低下の前兆の例
      •  2.4.4 管理
          • 保管  充電  輸送
      •  コラム:Li-HVバッテリー
      • 2.5 冗長化
      • 2.6 電波の性質
      •  2.6.1 フレネルゾーンとアンテナ高さ
      •  2.6.2 感度抑圧
      •  2.6.3 電波干渉
      • 2.7 操縦装置(プロポ)
      •  2.7.1 モード
      •  2.7.2 アンテナの角度と向き
      •  2.7.3 トリム
    • 第3章 インテリジェンス抽出のための画像判読
      • 3.1 どこに着目するべきか
          • AI幻想
      •  3.1.1 過去の被害から学ぶ
        • 1)谷出口の被害事例
          • ① 人的被害は谷出口に集中した  ② 建物の被害度合いが大きい地点で、人的被害も多く発生した  ③ 広範囲に土砂が拡散したが、人的被害の分布は局所的であった
        • 2)砂防ダムがあっても被害を受けた事例
          • 次代の防災へ向けて
      •  3.1.2 災害前後の変化を読み取る
        • 1)オルソ画像から読み取れる事実の列挙
          • 全体の着目ポイント
        • 2)土石流の経路変化と家屋被害の推定
          • 地形変化の着目ポイント
        • 3)捜索地点の着目点
          • 捜索地点の着目ポイント
      • 3.2 熱赤外線画像の判読
      •  3.2.1 熱赤外線の特徴
        • 1)何を計測するのか
        • 2)熱の移動
        • 3)熱赤外線の行き先:吸収、透過、反射
        • 4)熱赤外線の放射
      •  3.2.2 熱赤外画像の見え方(クイズ形式)
        • 1)熱赤外線の基礎
        • 2)放射率
        • 3)反射と透過
        • 4)分解能
        • 5)それは見えるのか?
  • 附録 オルソ画像作成の流れ
    • 1. SfM多視点ステレオ写真測量の概要
    • 2. ドローン撮影写真を用いたSfM解析の流れ
    • 3. SfM多視点ステレオ写真測量の留意点
  • あとがき

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