電 波 政 策 2020 懇 談 会 ワイヤレスビジネスTF (2016.2.25) 資 料 ワTF 2-4 小 型 無 人 機 (ドローン)の 安 全 運 航 に 不 可 欠 なワイヤレス 技 術 ~ 空 の 産 業 革 命 空 のIoT の 実 現 に 向 けて~ 国 立 研 究 開 発 法 人 情 報 通 信 研 究 機 構 ワイヤレスネットワーク 研 究 所 三 浦 龍 1
本 資 料 での 用 語 の 定 義 障 害 物 なし ~ 数 100m (ドローンの 大 きさによる) VLOS( 目 視 見 通 し 内 ) RLOS( 直 接 電 波 見 通 し 内 ) VLOS=Visual Line-of-Sight RLOS=Radio Line-of-Sight 障 害 物 あり あるいは 非 常 に 遠 い 障 害 物 なし (でも 遠 い) ~ 数 100m 以 上 (ドローンの 大 きさによる) BVLOS( 目 視 見 通 し 外 ) RLOS( 直 接 電 波 見 通 し 内 ) BVLOS=Beyond Visual Line-of-Sight BVLOS BRLOS BVLOS( 目 視 見 通 し 外 ) BRLOS( 直 接 電 波 見 通 し 外 ) BRLOS=Beyond Radio Line-of-Sight VLOS RLOS BVLOS RLOS 2
急 速 に 拡 大 するドローンのニーズ (2015 年 12 月 の 航 空 法 一 部 改 正 を 踏 まえ) 2015 年 1 月 ロボット 新 戦 略 2023 年 までの 世 界 での 市 場 予 測 は 10 兆 円 規 模 飛 行 高 度 中 空 ~ 高 空 低 空 ~ 中 空 低 空 ~ 中 空 飛 行 距 離 長 距 離 BVLOS 長 距 離 BVLOS 近 距 離 VLOS 用 途 災 害 モニタリング 災 害 時 通 信 中 継 広 域 インフラ 点 検 測 量 中 空 低 空 ドローンのための リレー 中 継 物 流 電 波 の 監 視 農 薬 散 布 農 業 林 業 漁 業 モニタリング インフラ 点 検 警 備 映 像 素 材 取 得 一 部 人 口 密 集 地 域 上 空 での 飛 行 を 含 む 適 したドロー ンタイプ 固 定 翼 (エンジン 電 動 ) 固 定 翼 ( 電 動 ) 回 転 翼 (シングルロー ター マルチローター) 回 転 翼 (シングルロー ター マルチローター) 3
ドローンの 安 全 運 航 に 向 けた 課 題 墜 落 事 故 リスクの 増 大 異 なるユーザ 異 なる 業 種 のド ローン 間 での 衝 突 リスクの 増 大 有 人 機 とのニアミス 接 触 リスク の 増 大 無 線 妨 害 ( 通 信 GPS)リスクの 増 大 違 法 行 為 への 悪 用 リスクの 増 大 ハッキングリスクの 増 大 消 防 UAV 測 量 警 察 UAV 国 交 UAV メディアUAV 送 電 線 点 検 非 常 時 平 常 時 環 境 調 査 橋 梁 点 検 線 路 点 検 道 路 点 検 輸 送 宅 配 4
ドローンの 安 全 運 航 におけるワイヤレス 技 術 の 役 割 墜 落 事 故 リスクの 増 大 異 なるユーザ 異 なる 業 種 のドローン 間 での 衝 突 リスクの 増 大 有 人 機 とのニアミス 接 触 リスクの 増 大 無 線 妨 害 ( 通 信 GPS)リ スクの 増 大 違 法 行 為 への 悪 用 リスク の 増 大 ハッキングリスクの 増 大 無 線 リンクの 高 信 頼 化 ( 干 渉 対 策 共 用 技 術 広 域 化 冗 長 化 など) 一 部 研 究 開 発 実 施 中 ネットワークを 介 した 運 航 管 理 シス テムの 実 現 ( 位 置 ID 時 間 など) 搭 載 型 の 衝 突 回 避 システムの 実 現 ( 電 波 や 画 像 など) ネットワークを 介 した 電 波 管 理 シス テムの 実 現 (チャネル スロット 時 間 場 所 など) 不 審 な 電 波 等 のセンシングシステ ムの 実 現 ( 識 別 位 置 など) 制 御 通 信 の 暗 号 化 等 のセキュリ ティ 技 術 一 部 研 究 開 発 実 施 中 5
ドローン 制 御 用 無 線 リンクの 現 状 主 に2.4GHz 帯 ISMバンド 使 用 ( 一 部 920MHz 帯 使 用 も) 無 線 LAN(Wi-Fi) 干 渉 電 子 レンジ ホビー 用 業 務 用 が 共 用 ( 周 波 数 ホッピング 直 接 拡 散 方 式 等 ) 2400 2483.5MHz 2.4GHz 帯 の 混 雑 例 ドローン 飛 行 制 御 カメラ 方 向 制 御 映 像 テレメトリ 伝 送 Wifi AnalyzerのHPより ほとんどが2.4GHz 帯 のISM 帯 を 利 用 ( 産 業 用 ヘリは 一 部 73MHz 帯 使 用 ) 制 御 用 には 周 波 数 ホッピングやZigBee 画 像 伝 送 用 にはWi-Fi 等 ホビー 用 と 業 務 用 が 混 在 無 線 LANや 電 子 レンジ 等 からの 干 渉 あり 安 全 性 担 保 されず( 電 波 の 混 雑 ) 制 御 用 (コマンド テレメトリ)としては 推 奨 されない ( 画 像 は 可 ) 長 距 離 運 用 には 適 さず ( 通 常 制 御 で1km 程 度 画 像 テレメトリで200~300m 程 度 ) 6
これからの 主 なドローン 用 周 波 数 機 体 の 安 全 飛 行 に 直 結 画 像 伝 送 コマンド テレメトリ ( 機 体 の 制 御 や 位 置 情 報 等 ) 免 許 不 要 バンド( 共 用 既 存 : 特 定 小 電 力 / 小 電 力 データ 通 信 ) 2.4GHz 帯 (~10mW/MHz, 約 84MHz 幅 ) 920MHz 帯 (~20mW 約 7MHz 幅 ) 免 許 バンド( 共 用 新 規 割 当 て 予 定 :H28~) 2.4GHz 帯 (~1W, 約 10MHz 幅 ) 5.7GHz 帯 (~1W, 約 120MHz 幅 ) 近 距 離 を 対 象 (~1km) 免 許 人 同 士 の 運 用 調 整 は 不 要 長 距 離 まで 対 象 (~5km) 広 帯 域 伝 送 用 として 適 す 免 許 人 同 士 の 運 用 調 整 が 必 要 特 に2.4GHz 帯 は 業 務 用 ドローン のコマンド テレ メトリには 適 さず コマンド テレメト リにも 使 えるもの の 主 に 画 像 伝 送 用 169MHz 帯 (~1W, 約 500kHz 幅 ) 長 距 離 まで 対 象 (20km 以 上 ) バックアップ 用 として 適 す 免 許 人 同 士 の 運 用 調 整 が 必 要 コマンド テレメト リに 適 すが チャ ネルが 不 足 画 像 伝 送 用 の 周 波 数 はある 程 度 確 保 されたが 高 信 頼 なコマンド テレメトリ を 提 供 する 周 波 数 はまだ 不 足 7
主 なドローン 用 周 波 数 の 利 用 のポイント ドローンのための 電 波 システムの 特 徴 = 安 全 な 運 航 運 用 に 直 結 確 実 な 通 信 と 遅 延 時 間 を 保 証 する 必 要 があるとすると キャリアセンス 方 式 ( 無 線 LANと 同 じ 方 式 = 送 信 する 前 に 電 波 がすでに 他 者 に 使 われていないか 耳 を 澄 ます)の 採 用 は 適 切 でない ドローンは 電 波 のトラ ブルが 事 故 に 直 結 ( 対 策 例 ) 時 間 軸 で 確 実 に 無 線 リソース( 周 波 数 )を 共 用 する 方 式 の 採 用 (TDMA 等 ) 免 許 人 間 (ドローン 間 )の 運 用 調 整 ( 無 線 リ ソース 管 理 )のしくみの 導 入 ( 多 数 のドローンを 収 容 するための 周 波 数 有 効 利 用 技 術 の 適 用 ) ドローン は3 次 元 の 移 動 体 ドローンのID 飛 行 経 路 位 置 を 管 理 する 運 航 管 理 システムとの 連 携 高 さ 方 向 や 地 形 建 物 ドローンの 姿 勢 等 の 影 響 を 考 慮 した 伝 搬 特 性 を 推 定 して 無 線 リソー ス 管 理 に 活 用 8
運 航 管 理 サーバ ( 機 体 ID 飛 行 経 路 位 置 等 ) 集 中 管 理 型 の 統 合 運 航 管 理 システムの 基 本 構 成 の 例 有 人 機 位 置 運 航 情 報 等 近 距 離 運 用 ドローン(VLOS RLOS) ( 免 許 不 要 バンド 利 用 無 線 リソースは 管 理 されず 運 航 管 理 サービス( 例 えば 任 意 )のみ 受 ける) ID 経 路 位 置 連 携 運 航 指 示 安 全 情 報 気 象 情 報 等 公 衆 網 等 映 像 制 御 テレメ トリ 回 線 ID 位 置 情 報 等 波 伝 搬 ミュレータ 無 線 リソース 割 当 て 要 求 ID 位 置 情 報 等 無 線 リソース 割 当 て 送 信 許 可 電 波 管 理 サーバ ( 周 波 数 出 力 スロッ ト 電 波 伝 搬 情 報 等 ) 長 距 離 運 用 ドローン(BVLOS RLOS/BRLOS) ( 免 許 バンド 利 用 無 線 リソースと 運 航 管 理 サービス( 例 えば 義 務 )の 両 方 を 受 ける) 9
ドローンの 安 全 運 航 に 必 要 なワイヤレス 関 連 要 素 技 術 の 例 ー 運 航 管 理 ( 長 距 離 運 航 を 含 む) ー コマンド( ) = 制 御 情 報 テレメトリ( )= 位 置 向 き 高 度 バッテリ 残 量 圧 縮 映 像 警 告 情 報 等 有 人 機 のADS-B ( 位 置 ID 情 報 ) 有 人 機 搭 載 型 衝 突 防 止 方 式 (ドローン 版 TCAS) 非 GNSS 位 置 補 正 シ ステム( 補 正 局 等 ) 位 置 ID 情 報 公 衆 網 等 直 接 電 波 見 通 し 外 (BRLOS) 無 線 リンク 方 式 ( 地 上 インフラ 経 由 / 他 ド ローン 経 由 / 衛 星 経 由 ) (10P 補 足 図 面 参 照 ) 位 置 ID 情 報 位 置 ID 情 報 統 合 運 航 管 理 システム ( 運 航 管 理 電 波 管 理 有 人 機 インタフェース 気 象 情 報 提 供 等 ) 長 距 離 コマンド テレメトリ 通 信 方 式 (BVLOS RLOS) ( 数 キロ 以 上 確 実 に 到 達 させる 周 波 数 とチャネル 数 確 保 ) ドローン 版 IFR( 計 器 飛 行 ) 方 式 (BVLOS RLOS) (テレメトリ 情 報 や 警 告 情 報 のみで 安 全 操 縦 ) 位 置 ID 情 報 配 信 方 式 (ドローン 版 ADS-B) 衝 突 防 止 に 関 しては 複 数 技 術 の 多 重 化 で 安 全 を 図 る 公 衆 網 等 10
( 補 足 図 面 ) 直 接 電 波 見 通 し 外 (BRLOS)での 無 線 リンク 維 持 の 技 術 1 衛 星 による 中 継 VLOS RLOS 運 航 2 別 のドローンによる 中 継 BVLOS 運 航 BRLOS 運 航 低 高 度 での 運 送 モニタリ ング 撮 影 等 3 公 衆 網 等 の 地 上 インフラを 中 継 ( 地 上 局 をハンドオーバ) 11
ドローンの 安 全 運 航 等 に 必 要 な 要 素 技 術 の 例 ー 悪 用 防 止 関 連 ー サイバーセキュリティ C2リンク 技 術 ( 暗 号 化 等 により 第 三 者 からのハッキングを ブロック) ドローンによる 不 法 な 電 波 の 監 視 技 術 (ドローンを 利 用 し 上 空 から 不 法 電 波 等 の 監 視 ) 不 審 ドローンの 電 波 の 監 視 技 術 ( 地 上 設 備 あるいはドローン 搭 載 のセンサ により 不 審 ドローンの 位 置 やID 等 を 特 定 ) 不 審 ドローン ブロック 正 規 ユーザ 違 法 ユーザ (ドローンハッカー) 監 視 機 関 等 重 要 施 設 等 監 視 機 関 等 不 法 電 波 等 不 審 ドローンのハッキング 技 術 ( 不 審 ドローンの 制 御 権 限 をハッキングして 安 全 に 誘 導 着 陸 させる) 違 法 ユーザ 等 12
NASA UTMプロジェクトにおける 段 階 的 な 推 進 構 想 UTM: UAS Traffic Management No. 内 容 提 供 サービス Build 1 (~2015.8) Build 2 (~2016.10) Build 3 (~2018.1) Build 4 (~2019.3) 予 約 空 域 でのUASへの 情 報 提 供 シ ステム BVLOSでのUASの 動 的 な 運 航 管 理 システム BVLOSでのUASの 衝 突 ニアミス 回 避 システム BVLOSでの 大 規 模 UAS 交 通 管 制 シ ステム 無 人 地 域 での 運 航 / 気 象 航 空 交 通 情 報 等 の 提 供 人 口 低 密 度 地 域 での 運 航 / 動 的 な 空 域 情 報 混 雑 予 測 相 互 調 整 の 提 供 人 口 中 密 度 地 域 での 運 航 /インターネット 経 由 での 空 域 モニタリング 有 人 機 無 人 機 統 合 衝 突 管 理 人 口 高 密 度 地 域 での 運 航 / 全 国 規 模 への 展 開 https://prod.nais.nasa.gov/ eps/eps_data/162405- OTHER-002-001.pdf より http://utm.arc.nasa.gov/index.shtml より 13
日 本 における 段 階 的 な 展 開 例 ( 電 波 管 理 を 含 む) 運 航 管 理 団 体 等 運 航 管 理 システム (+ 機 体 管 理 システム) 電 波 管 理 システム 運 航 情 報 電 波 情 報 登 録 ( 機 体 ID 飛 行 計 画 電 波 情 報 連 絡 先 等 ) Webによるスケジューラ 機 能 ユーザ 間 の 調 整 飛 行 前 の 電 波 の 利 用 要 求 Build 1( 初 期 目 標 ) 飛 行 前 の 電 波 配 分 ( 周 波 数 ) Build 2( 短 中 期 目 標 ) 飛 行 中 の 動 的 な 位 置 情 報 と 電 波 の 利 用 要 求 ( 公 衆 網 経 由 ) 飛 行 中 の 動 的 な 管 制 電 波 配 分 ( 周 波 数 出 力 スロット) Build 3( 中 期 目 標 ) ドローン 搭 載 型 のID 位 置 情 報 同 報 ドローン 同 士 有 人 機 との 間 の 衝 突 回 避 各 ドローン ユーザ 特 定 の 実 証 拠 点 にて 実 証 運 用 有 人 機 の 実 時 間 運 航 情 報 Build 4( 中 長 期 目 標 ) Build 5( 長 期 目 標 ): 全 国 規 模 統 合 運 航 管 理 システムの 実 現 へ 全 国 規 模 で 運 用 海 外 展 開 へ 14
補 足 資 料 15
ドローンの 安 全 運 航 に 必 要 な 要 素 技 術 の 例 (1) (ワイヤレス 技 術 を 中 心 に) 電 波 管 理 3 次 元 移 動 体 を 対 象 とした 電 波 伝 搬 予 測 技 術 無 線 リソースの 効 率 的 な 配 分 技 術 ( 免 許 バンド) 複 数 周 波 数 間 自 動 切 り 替 え 技 術 搭 載 カメラによるVFR( 有 視 界 飛 行 ) 用 映 像 伝 送 のための 圧 縮 符 号 化 方 式 説 明 地 形 や 建 物 の 遮 蔽 を 考 慮 して 電 波 の 到 達 範 囲 不 達 エリ アを 予 測 し 適 宜 警 告 等 を 配 信 無 線 リソース 配 分 にも 活 用 周 波 数 帯 域 幅 送 信 出 力 送 信 スロット 等 の 無 線 リソース を 各 ユーザからのリクエストも 配 慮 しながら 飛 行 前 あるいは 飛 行 中 に 動 的 に 配 分 相 互 干 渉 を 回 避 しつつ 収 容 台 数 を 最 大 化 バックアップ 用 の 狭 帯 域 周 波 数 と 通 常 運 用 のための 広 帯 域 周 波 数 を 電 波 環 境 や 周 囲 環 境 に 応 じてシームレスに 切 り 替 え BVLOS( 目 視 見 通 し 外 )における 衝 突 回 避 や 障 害 物 回 避 をサ ポートするため 1 台 のドローンに 複 数 のカメラが 搭 載 される ことを 想 定 し その 映 像 を 効 率 的 に 圧 縮 して 伝 送 16
ドローンの 安 全 運 航 に 必 要 な 要 素 技 術 の 例 (2) (ワイヤレス 技 術 を 中 心 に) 運 航 管 理 小 型 機 が 搭 載 可 能 な 位 置 ID 情 報 送 信 方 式 ドローン 同 士 及 び 有 人 機 との 衝 突 回 避 (DAA) 方 式 障 害 物 との 衝 突 回 避 技 術 非 GNSS 位 置 補 正 システム 統 合 運 航 管 理 システム 説 明 ドローン 版 ADS-B 方 式 とそのための 電 波 利 用 技 術 ドローン 自 身 が 情 報 発 信 し 周 辺 の 他 のドローンや 地 上 局 に 配 信 小 型 軽 量 化 省 電 力 化 複 数 ドローン 間 の 周 波 数 共 用 方 式 の 検 討 が 必 要 地 上 の 運 航 管 理 システム 経 由 で 衝 突 回 避 を 行 う 方 式 あるいは 航 空 機 同 士 で 自 動 的 に 衝 突 回 避 を 行 う 方 式 位 置 情 報 によるか あるいは 搭 載 カメラによるビジョン 情 報 等 による 有 人 機 がADS-Bやトランスポン ダを 搭 載 している 場 合 とない 場 合 についての 検 討 が 必 要 レーザレンジングや 超 音 波 による 方 式 はすでに 実 用 化 されている より 長 距 離 や 視 界 不 良 環 境 ( 煙 や 水 蒸 気 等 )をカバーするには 電 波 による レーダー 方 式 が 有 望 GNSSによる 測 位 を 補 完 補 正 する 地 上 設 置 型 のドローン 位 置 補 正 シス テム(ドローン 版 航 行 援 助 装 置 ) 業 種 毎 のドローン 運 航 有 人 機 の 運 航 の 各 システムとのインタフェース を 持 ち 統 合 的 にデータ 管 理 や 運 航 情 報 気 象 情 報 の 配 信 無 線 リ ソース 配 分 管 理 をシステム 17
ドローンの 安 全 運 航 に 必 要 な 要 素 技 術 の 例 (3) (ワイヤレス 技 術 を 中 心 に) 長 距 離 運 航 (BVLOS BRLOSを 含 む) ドローン 版 IFR( 計 器 飛 行 ) 方 式 (BVLOS) 長 距 離 コマンド テレメトリ 通 信 方 式 複 数 ドローン 間 マルチホッ プリレー 制 御 技 術 (BRLOS) 複 数 地 上 局 間 ハンドオー バ 技 術 (BRLOS) 衛 星 通 信 技 術 (BRLOS) 説 明 ドローンから 送 信 されるテレメトリ 情 報 や 警 告 情 報 のみで 安 全 かつ 容 易 にマニュアル 及 び 自 動 操 縦 を 行 うためのユーザインターフェースをもつコ ントローラ 方 式 及 び 機 体 システム 海 外 の 軍 用 では 一 部 実 用 化 されてい るが 国 産 機 では 未 開 発 安 全 運 航 の 要 となるコマンド テレメトリ( 位 置 情 報 含 む)を 長 距 離 ( 数 キ ロ 以 上 )でも 確 実 に 到 達 させるために 必 要 な 周 波 数 とチャネル 数 を 確 保 複 数 のドローンを 数 珠 つなぎに 経 由 して 遠 方 のドローンを 制 御 監 視 途 中 に 高 い 山 や 建 物 がある 場 合 や 建 物 内 地 下 などに 有 効 一 部 研 究 開 発 が 進 行 中 公 衆 網 等 のネットワークに 接 続 された 複 数 の 地 上 局 をハンドオーバして 遠 方 のドローンを 制 御 監 視 複 数 の 地 上 局 がインフラとして 設 置 可 能 な 場 合 や 特 定 の 空 路 が 設 定 される 場 合 に 有 効 一 部 研 究 開 発 が 進 行 中 マイクロ 波 (Lバンド)を 使 った 低 レートなものはすでに 実 用 化 されている が 広 帯 域 なものは 軍 用 大 型 ドローンを 除 き 未 開 発 一 部 試 作 機 (Ka バンド)の 開 発 が 進 行 中 遠 方 海 洋 上 や 山 岳 地 域 等 で 有 効 18
ドローンの 安 全 運 航 に 必 要 な 要 素 技 術 の 例 (4) (ワイヤレス 技 術 を 中 心 に) 悪 用 防 止 関 連 サイバーセキュリティC2リ ンク ドローンによる 不 法 な 電 波 の 監 視 技 術 不 審 ドローンの 電 波 の 監 視 技 術 不 審 ドローンのハッキング 技 術 説 明 サイバーアタックへの 耐 性 をもつ 暗 号 化 方 式 により 特 定 の 操 縦 者 以 外 からの 制 御 を 不 能 にするC2リンク 技 術 一 部 研 究 開 発 が 進 行 中 ドローンに 受 信 アンテナを 搭 載 し 上 空 から 電 波 監 視 を 行 うことにより マルチパスの 影 響 等 が 抑 制 され 電 波 発 射 源 探 査 の 向 上 が 図 れる 不 審 ドローンが 発 する 電 波 の 方 向 とIDを 探 知 し その 位 置 を 特 定 不 審 ドローンのC2リンクを 解 析 し 制 御 権 限 を 取 って(ハッキングして) 安 全 に 誘 導 着 陸 させる 技 術 その 他 説 明 気 流 計 測 用 小 型 ライダー ドローンを 飛 行 させる 場 所 周 辺 上 空 (~ 高 さ 水 平 方 向 数 100m 程 度 )の 気 流 状 況 ( 乱 気 流 や 下 降 気 流 等 )を 計 測 するポータブル 型 の 小 型 ライ ダー 19
発 足 ドローン 安 全 運 航 管 理 システム 勉 強 会 平 成 27 年 9 月 ~ 主 査 東 京 大 学 鈴 木 真 二 教 授 ( 航 空 宇 宙 工 学 ) 活 動 内 容 国 内 法 規 制 海 外 動 向 ロードマップ 政 策 等 を 幅 広 く 調 査 し ドローン 安 全 運 航 管 理 システムの 在 り 方 を 検 討 メンバー 東 大 工 学 院 大 内 閣 官 房 警 察 庁 JAXA 産 総 研 電 子 航 法 研 NEDO NICT 携 帯 電 話 キャリア 重 工 メーカ ドローンメーカ 電 機 メーカ 建 設 機 械 メーカ カメラメーカ 運 送 事 業 者 警 備 会 社 製 鉄 会 社 等 オブザーバ 経 産 省 国 交 省 総 務 省 防 衛 省 文 科 省 福 島 県 南 相 馬 市 エネルギー 事 業 会 社 放 送 会 社 航 空 会 社 道 路 事 業 者 コンサルティング 会 社 等 メンバーは 今 後 増 える 可 能 性 あり 20