リモートセンシングドローン：「エルフ」は大きな用途を持つ
近年、カメラ機器などのミッションペイロードを搭載した無人航空機（UAV）プラットフォームは、パイロットが操縦するか、飛行制御システムによって自律的に制御され、測量やマッピング、災害軽減や緊急対応などのリモートセンシングアプリケーションでますます重要な役割を果たし、リモートセンシングファミリーの新たなメンバーとなっています。UAVは、その小さな機動性、低高度飛行、高い空間および時間分解能、多様で柔軟なロード構成などの特性から、リモートセンシングファミリーの「妖精」として知られています。しかし、この「妖精」には大きな用途があります。無人航空機（UAV）は、一般的に無人航空機（UAV）と呼ばれます。一般的に、動力で駆動し、オペレーターを乗せない航空機を指し、航空機に必要な揚力を得るために空力を使用し、自律的または遠隔的に飛行でき、一度使用して再利用でき、写真撮影、薬物の放送、音声再生などの致死性または非致死性のミッションペイロードを搭載できます。
ドローンは新しいものではなく、何世紀にもわたって開発されてきました。1917年、英国王立航空協会は、空気力学、軽量エンジン、無線を組み合わせて、世界初の無人航空機を開発しました。同年12月、アメリカの発明家エルマー・スピーは、自身が発明したジャイロスコープと、アメリカのウェスタン・エレクトリック社が開発した無線制御システムを用いて、「空中魚雷」の初飛行に成功しました。当初、ドローンは主に軍事分野で使用されていました。21世紀に入り、現代の電子機器、精密機械、航法・測位、リモートセンシングなどの関連技術が急速に発展するにつれ、民間分野における無人航空機の応用範囲はますます広がり、産業が形成されつつあります。
UAVは、用途、空力レイアウト、動力の種類、サイズと重量、飛行速度、活動範囲、飛行高度などの方法によって分類できます。用途に応じて、ドローンは軍用ドローン、民生用ドローン、消費者向けドローンに分類できます。軍用UAVは、偵察用UAV、電子妨害用UAV、通信中継用UAV、攻撃用UAV、無人標的UAVに分類できます。民生用UAVは、検査、監視、マッピング、検出などさまざまな目的のUAVと農業用UAVに分類できます。消費者向けドローンは、主に個人の空撮やゲームなどのレジャー目的で使用されます。
空力レイアウトによって、UAV は固定翼 UAV、回転翼 UAV、羽ばたき UAV、複合レイアウトに分類できます。固定翼 UAV は、飛行中に動力装置を使用して前進推力または牽引力を発生させ、揚力を発生させる主翼は胴体に対して固定され変化しません。主に、従来型レイアウト、ダックレイアウト、尾翼なしまたは全翼レイアウト、三翼式などの形式があります。回転翼機の揚力ローターブレードは、飛行中に胴体に対して回転し、無人ヘリコプター、マルチロータードローン、無人回転翼機に分類できます。UAV 回転翼機の最初の 2 つの形式は動力装置によって直接駆動され、垂直離着陸およびホバリングが可能ですが、無人回転翼機の回転翼機は動力がありません。オルニソプテルス UAV は、鳥の翼のように翼を上下に羽ばたかせて揚力と動力を得るため、小型および超小型 UAV に適しています。複合型無人航空機は、主にティルトローター型無人航空機と回転翼／固定翼型無人航空機といった基本型の組み合わせから構成される。
動力源の種類によって、無人航空機は主に石油燃料式と電気燃料式の2種類に分けられますが、近年では太陽エネルギーや水素燃料電池を動力源とする無人航空機の開発が継続的に進められています。
ドローンは、サイズと重量によって、マイクロドローン、小型軽量ドローン、小型ドローン、中型ドローン、大型ドローンに分類できます。マイクロドローンは一般的に重量が1キログラム未満、サイズが15センチメートル未満です。小型軽量ドローンの重量は一般的に1～7キログラム、小型ドローンの重量は一般的に1～200キログラム、中型ドローンの重量は一般的に200～500キログラムです。
現在、ドローンは多くの子供たちの「新しいお気に入り」のおもちゃとなっています。一般的に、消費者向けドローンは低コストのマルチロータープラットフォームを使用し、主に空撮、ゲーム、その他のレジャー目的で使用されます。国内の消費者向けドローン市場は2012年頃に急成長しました。それ以前は、ドローンは主に産業分野で使用され、消費者市場は主に模型飛行機愛好家や愛好家でした。現在、中国のUAV産業の発展は「爆発的」な傾向を示しており、航空、航空宇宙関連の科学研究機関や大学に加えて、多くの民間企業が研究開発の列に加わり、民生用UAVの研究開発と応用は全盛期にあると言えます。中国のUAVの消費者向けエンターテイメントなどの分野への応用は、世界の最前線にあります。
急速に発展している無人航空機（UAV）は、新たなリモートセンシングプラットフォームとして台頭しており、様々なリモートセンシング装置を搭載することで、陸上航空測量、農業、林業、植物保護、大気観測、災害救援、国防、安全保障といった分野で幅広く活用されている。
UAVリモートセンシングは、超高解像度かつ高頻度のデータ取得能力を備えており、衛星リモートセンシングの能力を補完することができます。人間と機械によるリモートセンシングと比較すると、コストパフォーマンスと機動性に優れています。UAVリモートセンシングのリアルタイム観測能力は、現在の衛星リモートセンシング観測プラットフォームでは実現が困難です。衛星リモートセンシングはサブメートルレベルの画像を提供できますが、解像度が高くなるほど衛星の再訪周期が長くなります。UAV画像はセンチメートル単位、あるいはそれ以上の解像度で地上情報を容易に提供でき、高空間解像度と時間解像度の間に矛盾はなく、低コストを基盤として空間と時間の弁証法的統一が実現されます。UAVリモートセンシングの出現と急速な発展は、リモートセンシング科学研究をマクロからミクロへと大きく前進させたと言えるでしょう。高コストで集中管理が必要な衛星プラットフォームと比較すると、UAVプラットフォームはリモートセンシングデータの取得を普及の時代へと導き、リモートセンシングアプリケーションを真にC（ユーザー）に実現します。
UAVリモートセンシングの独自の利点により、これまで衛星データの応用効果が不十分であったり、実現できなかった多くの分野で、UAVリモートセンシングによって十分に実現できるようになりました。例えば、UAVハイパースペクトルリモートセンシングを使用することで、地表の生物種を分類・識別したり、UAVハイパースペクトルデータを通して外来種の侵入を発見・識別したり、生態環境保護のためのデータ支援を提供したりすることができます。また別の例として、UAVリモートセンシングは極限環境のサンプリングやデータ取得に便利な条件を提供し、多くの研究に一次データを提供し、数々の新たな科学的発見に貢献してきました。2010年以降、NASAは高高度長時間滞空型無人航空機グローバルホークを使用して5つの大西洋ハリケーンの進路を監視することに成功し、台風の微細構造システムの構築に貢献してきました。 2017年、多国籍の研究チームは、カメラやその他のセンサーを搭載したドローンを使用して、グアテマラのティエラ・デル・フエゴにある火山の噴火を撮影し、データを測定し、動的なプロセスをモデル化した。
特に注目すべきは、UAV（無人航空機）によるリモートセンシングが災害時のリモートセンシング監視において重要な役割を果たしてきたことである。近年、ドローンは大規模な自然災害の緊急対応で活用されている。2008年の汶川地震の救援活動では、ドローンによるリモートセンシング技術が用いられた。その後、四川省茂県地滑り、大連石油流出事故、天津港の重大化学物質爆発事故などの大規模な自然災害の緊急救援活動においても、ドローンは重要な役割を果たしてきた。
産業応用分野では、石油・ガス、送電、太陽光発電所などのインフラ設備のドローン点検が一般的になっています。一部の政府機関では、環境保護部門がドローンを用いて河川の汚水排出検査や是正を行うなど、ドローンが業務システムに徐々に組み込まれています。高頻度かつ応答性の高いドローンプラットフォームとセンチメートルレベルの高解像度ドローン画像は、環境保護関連事業部門の日常業務を強力にサポートしています。
利便性と柔軟性、そして高い一般参加率により、ドローンのイノベーションも非常に活発で急速に発展しています。UAVリモートセンシングとその他の関連技術分野の深い融合は、数多くの広範な応用例を示しており、これはUAVの「リモートセンシング＋」応用と呼ばれています。例えば、「リモートセンシング＋データ」のリアルタイム伝送において、UAVリモートセンシングは軍事、緊急災害軽減および救助にとって非常に重要であり、多くの国土安全保障監視および災害救援活動は、意思決定のためのタイムリーな情報を提供するために、UAVリモートセンシングとリアルタイム伝送に依存しています。
「リモートセンシング＋リアルタイム測位・地図構築技術（SLAM）」の観点から見ると、UAVとSLAMの組み合わせはUAVの航行と障害物回避能力を向上させ、UAVのインテリジェントなデータ収集や自律飛行において重要な応用可能性を秘めている。
「リモートセンシング＋意思決定・実行技術」の観点から見ると、「UAVリモートセンシング＋識別＋タスク計画＋タスク実行」の統合が実現されています。例えば、ドローンによるリモートセンシングは、圃場の農業状況のリモートセンシング監視、病害虫の処方マップの作成、合理的なルートの計画、精密な農薬散布、静的リモートセンシング観測とリアルタイムの意思決定・実行の統合などを実現できます。
「リモートセンシング＋低高度ルート計画」の観点から見ると、UAVの現在の多様な応用ニーズは主に低高度に集中しています。ほとんどの「低速・小型」UAVは、高度500メートル以下の近地空域に集中しており、この空域の地表変化は多様で状況は複雑であり、飛行の安全性と効率性の問題が顕著です。そのため、低高度航空路、特に都市化地域におけるUAVの低高度公共航空路はより重要であり、綿密な計画が必要です。従来の統計チャネルによるデータ取得の効率は低く、都市部における高解像度かつ動的なUAVリモートセンシングデータを利用して低高度ルート計画を構築することは研究の最前線となっており、中国はこの分野で積極的に研究を進めています。
「リモートセンシング＋地域ネットワーク」の観点から見ると、UAVのリモートセンシング能力は非常に高く、空間解像度も高いものの、カバー範囲が狭いため、大規模な地域アプリケーションにおけるUAVリモートセンシングの需要を満たすことは困難です。例えば、特定の組織モデルと技術システムを通じて、全国分散型UAVリモートセンシングリソースを計画・展開し、広範囲、高頻度、高速応答のセンチメートル解像度リモートセンシング監視システムを構築することで、広範囲の測定タスクを完了することができます。一般的に、UAVの応用と開発は全分野で応用トレンドを形成しており、応用需要の強い牽引力と新技術開発の強力なサポートにより、UAVの将来的な発展が期待されます。