絶えず進化を続けるドローン運用の世界において、最も重要な課題の一つは、目視外飛行（BVLOS）を安全に行うことです。BVLOS運用は様々な産業に無限の可能性をもたらしますが、同時に多くの重要な考慮事項も生じさせます。中でも、人、財産、そして無人機自体の安全が最優先事項であるため、飛行の安全性とリスク軽減は最も重要な考慮事項となります。
現在、ほとんどの BVLOS運用 ドローンには、潜在的な障害物や危険物を注意深く監視する目視監視員（VO）の存在が不可欠です。もし障害物や危険物を発見した場合は、直ちに遠隔操縦者にドローンの現在の任務を中止するよう通知しなければなりません。したがって、いかなる通信の不備も非常に危険であることは言うまでもありません。
そのうちの1つで NestGen'23 セッション今回は、航空機同士が空中衝突することのない航空環境の実現を目指すIris Automation社のグローバルセールスおよびカスタマーサクセス担当ディレクター、ダニエル・オシェア氏にお話を伺いました。同社は最先端のAIベースのビジョン技術を活用し、空中衝突のリスクを低減しています。これは、様々な業界における安全で拡張性があり、効率的な運航にとって非常に重要な要素です。
目次：
- BVLOS飛行における視覚観測者の役割
- 検知・回避（DAA）システムとは何ですか？
- カシアG：アイリス・オートメーション社の地上設置型検知・警報システム
- Casia Gが自律型BVLOSドローン・イン・ア・ボックス運用にもたらすメリット
- 安全な遠隔ドローン操作のためのFlytBaseとの統合
- 検知・回避システム搭載のBVLOS承認
- 今後の展望
BVLOS飛行における視覚観測者の役割
利用可能な様々な種類の検知・回避（DAA）技術の詳細に入る前に、まず視覚監視者の役割と、なぜ彼らが必要とされるのかを理解する必要があります。
例えば、 連邦航空局（FAA） 米国では、無人航空機システムを飛行させる前に満たさなければならない運用要件が規定されています。パート107.33の免除を受けていないすべてのドローン運用において、目視監視員が以下の役割を果たすことが義務付けられています。
ソース: https://www.govinfo.gov/content/pkg/CFR-2022-title14-vol2/pdf/CFR-2022-title14-vol2-sec107-31.pdf
ダンは、この人間中心のアプローチが、継続的なモニタリングという点では、リソースを大量に消費し、かつ限界がある理由を説明します。彼は以下の画像を用いてそれを説明しています。
ドローンの運用エリアには、エンジン音のない小型の非協力的なパラグライダーなど、物体が存在する可能性があります。人間がそれを正確に識別して遠隔操作者に通知することは困難かもしれません。 機長（PIC）。
ダンはまた、エンブリー・リドル航空大学の「目視観察者による航空機および小型無人航空機システム（sUAS）の衝突可能性の検出と評価」と題された研究を引用し、次のように述べている。
「26回の迎撃において、参加者は航空機と小型無人航空機の迎撃に要する時間を過大評価していた…」 これはやや憂慮すべき発見であり、視覚観察者が利用可能な反応時間を過大評価する傾向があるため、回避行動の遅延や 衝突回避。
[2009年の研究]では、視覚観察者は距離と高度を正確に推定する能力が比較的低いことが明確に示されました。本研究は、その研究の結論をさらに裏付けるものです…。 小型無人航空機（UAS）の操縦者は、距離の判断を視覚観察者だけに頼るべきではない。データによると、視覚観察者による正確な距離推定能力は極めて低いことが示唆されている。」
ソース: https://commons.erau.edu/ijaaa/vol4/iss4/4/
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さらに、ドローン運用が拡大するにつれ、常に空を監視するために必要な資源と人員の量を想像してみてください。したがって、人間の視覚に頼らない、安全かつ効率的なBVLOS（目視外飛行）運用を実施するために、最新の技術とイノベーションを活用することが極めて重要です。
では、この課題にどのように対処すればよいのでしょうか？
ダンによれば、解決策はAIを活用した検知・回避技術にあるという。
では、検知・回避（DAA）システムとは何でしょうか？
探知・回避（DAA）システムは、操縦者が他の航空機や障害物を自律的に検知し、回避することを可能にするシステムです。これらのシステムは、レーダー、音響、視覚などのセンサーを使用して、空域内の障害物を検知し、回避します。
DAA技術を用いることで、ドローンは目視範囲外でも安全に運用できるようになり、その能力と用途の範囲が拡大する。
協力的な航空機と非協力的な航空機
市販されているDAAシステムの多くは、協調型航空機のみをサポートしています。協調型システムとは、リアルタイムの位置情報と飛行経路が把握・表示可能な航空機を指します。協調型システムを運用構想（Conop）に統合することは、メリットがあり、全体的な安全性の確保につながります。
持つ A-DSB 受信機が協調通信を表示することは、安全性を損なうことなく前向きな一歩である。しかし、高高度や長距離での運用においては、協調探知のみに頼るだけでは十分なカバレッジを確保できない可能性がある。
こうしたシステムを持たない非協力的なフライトは、課題となる。
ダンは、「さまざまな空域における非協力的な飛行の正確な割合は、国や地域によって異なるため、把握するのが難しい。いくつかの推定では、 約15％ 米国空域における非協力的な飛行の件数は、場所によって大きく変動する可能性があり、特定の地方地域では非協力的な航空機の発生率が高い場合がある。このことは、非協力的な航空機の検出に特化した効果的な検知・回避技術の必要性を改めて示している。
DAAシステムのタイプ
レーダー： 最もよく知られている検知・回避技術の一つにレーダーがあります。レーダーシステムは電波を発信し、それが周囲の物体に反射してレーダー受信機に戻ってきます。検知・回避レーダーシステムはあらゆる気象条件下で動作可能ですが、高価な機器、微粒子や低高度のクラッターによる妨害、高出力要件、追加の規制承認といった課題があります。
長所
短所
- 機内または地上
- 夜間、全天候対応
- 検出範囲は3～3.5km
- パネル1枚あたり方位角120度、仰角45度
- 規制当局にはよく知られている
- 高価
- 空気中の微粒子や低高度のクラッターに悩まされる
- 地球の曲率と地上の障害物により、低空飛行する航空機は長距離にわたって視界が遮られる。
- 高スワップ
- 世間の受容性の問題
- 米国ではFAAなどの規制機関からの追加承認が必要となる。
音響これらのシステムは、マイクを使用して他の航空機の音を検出します。このタイプのシステムは 最大10キロメートル離れた場所から航空機を検知するそのため、長距離探知に有効な選択肢となります。音響システムは全天候型で、消費電力も低く抑えられます。ただし、位置精度に課題があり、接近する航空機と離陸する航空機を区別できない場合があります。
長所
短所
- 機内または地上
- パッシブシステムのため、FCCの承認は不要です。
- 検出範囲は2～10kmで可変。
- 360度
- 全天候型
- 低消費電力で軽量
- より良い世間の受容
- 低価格
- 位置精度
- 騒音レベルが高い環境はパフォーマンスに影響を与える
- 人口密度や航空交通密度が低い地域での運用に最適
- 気球、グライダー、スカイダイバーは検知できません
光学： これらのシステムは、カメラやその他のセンサーを使用して、他の航空機を視覚的に検出します。これらのシステムは受動的であり、他の機器に干渉する可能性のある信号を発信しません。光学システムは高精度で、さまざまな種類の航空機を容易に識別できます。ただし、天候条件に左右され、効果的に機能するには一定レベルの光量が必要です。また、光学システムはレーダーに比べて検出範囲が限られています。
長所
短所
- 機内または地上
- パッシブシステムのため、FCCの承認は不要です。
- 高い検出率と、複数のターゲットを同時に追跡する能力を備えています。
- 低高度での探知能力に優れている
- レーダーよりも消費電力が少なく、軽量です。
- 水平視野角80度、垂直視野角40度
- 機上距離2.1km、地上距離2.8km
- より良い世間の受容
- 正確な分類
- （現時点では）日光のみ！
- 悪天候に悩まされる
- 搭載時のSWaPに関する懸念は依然として残っている
Casia Gのご紹介：Iris Automation社製の地上設置型検知・警報システム
光学的視覚に基づき、 カシアG は、Iris Automation の地上監視システムで、空域を継続的に監視し、侵入航空機から UAS の運用を安全に保ちます。センサーは、Iris の特許取得済み AI およびコンピュータビジョン技術を使用して、 完全光学式、360°視野 協力的または非協力的な航空機を検知して警告するため センサーの位置から半径2km以内彼らのシステム：
- UAS（無人航空機システム）の運用環境のために空域を浄化する
- 複数のノードを使用して無制限の範囲に拡張する機能を備えています。
- 人間の視覚観察者（VO）のように、退屈したり、疲れたり、気が散ったりしない。
- UASの予備電力とペイロード
このシステムは、自律型BVLOSドローン・イン・ア・ボックス運用にどのようなメリットをもたらしますか？
Casia Gのような地上設置型のドローン検知・回避（DAA）システムは、そのシンプルさと機体のサイズ、重量、電力（SWAP）を維持できる点から、大きな注目を集めています。複雑な飛行制御システムへの統合を必要とせず、必要な空域可視化機能を提供します。Casia Gの監視範囲は、追加ユニットを組み込んで検知ノードのネットワークとメッシュを形成することで拡張することも可能です。
これらのシステムは簡単に並べて設置できます 箱入りドローン （DIAB）ソリューションは、最も遠隔地でも利用可能で、制御された空域内で衝突を回避しながら自律的な反復運用を可能にします。
安全な遠隔ドローン操作のためのFlytBaseとの統合
FlytBaseは、完全に自動化された目視外飛行（BVLOS）運用を可能にするエンタープライズソフトウェアプラットフォームです。 ドローン・イン・ア・ボックス・システム 遠隔地の指揮センターから。
FlytBaseダッシュボードは、Casia Gシステムとの連携により、侵入航空機の種類、リアルタイムのテレメトリデータ、地図上の位置情報など、リアルタイムのデータを提供します。遠隔操作を行うドローンオペレーターは、Casia Gセンサーの状態と検知範囲を監視し、運用エリア内で許可されていない航空機が検知された場合は即座にアラートを受け取ることができます。
安全なBVLOS飛行を保証するため、 FlytBase、RCリンクの喪失、バッテリー残量低下、インターネット接続の問題などの緊急事態に対するフェイルセーフ構成を含む、さまざまな安全機能を提供します。このような場合、ドローンは自律的にドッキングステーションに戻ります。さらに、オペレーターは、 飛行禁止区域 （飛行禁止区域）は、ドローンが制限空域に侵入するのを防ぎ、飛行の安全性と法令遵守を向上させる。
続きを読む： https://dronedj.com/2022/11/14/flytbase-bvlos-drone-iris-automation/
検知・回避システム搭載のBVLOS承認
FAA は、地上または構造物から 50 フィート以内を飛行することが他の航空機にとってより安全である可能性が高いことを認め、免除に「遮蔽」を組み込むという賢明なアプローチを導入しました。真の BVLOS 飛行を実現するには、 FAAは、何らかの検知・回避システムを要求している。協力的か非協力的かを問わず、業務に統合される。
一部の企業は地上1,000フィートまでの飛行許可を取得していますが、50フィートの制限は、特定の運用においては制約となり、潜在的に危険な場合があります。DAAシステムを導入する主な目的は、この50フィートの制限を超えることであり、既に当社の技術などを用いてこれを実現しているお客様もいらっしゃいます。
この概念は、FAAだけでなく、カナダ運輸省やEASAなどの他の規制機関にも適用されます。現在、FAA規則107.31に基づき、検知・回避システムおよび戦略の使用に関する新たな基準を定める複数の免除措置が発行されています。
探知・回避機能が失われた場合に用いる緩和策についても説明する必要があります。これには、冗長システムを導入することや、探知・回避機能が失われた場合にUAVが障害物や他の航空機を回避するための明確な計画を策定することなどが含まれます。提案された緩和策が許容範囲内であり、十分な安全性を確保できることを確認するために、規制当局と協力することが重要です。
最近、大手ドローン企業向けソリューションプロバイダーであるAerodyneは、 Casia Gの検知・回避システムとFlytBaseプラットフォームの支援により、FAAパート107.31に基づく免除を無事取得しました。 オハイオ州リマにあるP&Gの製造工場で、目視監視員を使わずにドローンによる運用を実施する。
今後の展望
人間の目視監視は依然として重要ですが、技術的なソリューションは拡張性と大きな利点を提供します。これらのソリューションは、他の安全対策を補完する戦術的な緩和策として捉えるべきです。カメラ、センサー、および高度な安全技術は、より高い精度、継続的な監視、およびリアルタイムの対応を提供し、ドローン運用の安全性を向上させるとともに、将来的にさらに高度なアプリケーションへの道を開きます。
DAA技術における継続的な革新と進歩は、複雑な状況に効果的に対処し、リスクを軽減し、ドローンを世界の第三次元空間に安全に統合するために不可欠となるだろう。
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