ドローン産業応用のすべて −開発の基礎から活用の実際まで−

序章　「空の産業革命」はどこまで進んでいるか？
1章　ドローンの歴史と要素技術・飛行制御
2章　ドローンの自律制御技術
3章　ドローンの利活用最前線
4章　ドローンの管制システム/運航管理システム構築に向けて
5章　「空の産業革命」推進に向けた課題と展望

はじめに

序章　「空の産業革命」はどこまで進んでいるか？
　I.1　世界の動向
　I.2　日本の動向
　I.3　長距離は飛べない、重いものは運べない、それなのになぜドローンは注目されるのか？
　I.4　ドローンの円滑な社会実装のために
　I.5　第4次産業革命からSociety 5.0に向けた改革

1章　ドローンの歴史と要素技術・飛行制御
　1.1　ドローン研究開発の歴史
　　1.1.1　遠隔操縦型ドローン黎明期（1990年以前）：ラジコンビジネス始動期
　　1.1.2　自律飛行型ドローン黎明期（1990-2010）：大学・研究機関が牽引役となったR＆D中心の成長期
　　1.1.3　ホビー用ドローン普及期（2010-2016）：ホビー用途を中心とした爆発的普及・成熟期
　　1.1.4　産業用ドローン黎明期から成長期へ（2016-未来）：「空の産業革命」始まる
　1.2　ドローンの主な構成要素と仕組み
　　1.2.1　機体システム
　　1.2.2　推進システム
　　　〔1〕　プロペラ
　　　〔2〕　モーター
　　　〔3〕　電子スピードコントローラー（ESC）
　　　〔4〕　バッテリー
　　　〔5〕　マルチコプターの一般的な設計手順
　　1.2.3　ガイダンス、ナビゲーションおよび制御システム
　　1.2.4　通信システム
　　　〔1〕　RC送信機および受信機
　　　〔2〕　送信機チャネル
　　　〔3〕　モード
　　　〔4〕　スロットル
　　　〔5〕　リモートコントロール距離
　　1.2.5  地上局システム
　1.3　オートパイロットの仕組みと飛行原理
　　1.3.1 フライトコントローラーおよびオートパイロット
　　　〔1〕　フライトコントローラー（FC）とオートパイロット（AP）の違いは何か？
　　　〔2〕　AP＝NS＋FCの構成要素と仕組み
　　1.3.2　ドローンの飛行原理
　　　〔1〕　マルチコプターとヘリコプターの違い	
　　　〔2〕　マルチコプターの回転翼と回転方向
　　　〔3〕　マルチコプターの上昇と下降
　　　〔4〕　マルチコプターの前後左右の水平移動とヨー方向回転
　1.4　マルチローターヘリコプターのモデルベース自律制御
　　1.4.1  制御器設計のための厳密なモデリングと非線形制御系設計
　　1.4.2  制御器設計のための簡易なモデリングと線形制御系設計
　　　〔1〕　ドローンのモデリングと線形近似および開ループ不安定系
　　　〔2〕　ミキシング行列とミキサー
　　　〔3〕　レートジャイロフィードバック制御によるドローン機体の安定化
　　　〔4〕　マルチローターヘリコプターの自律制御

2章　ドローンの自律制御技術
　2.1　 IMUを用いた姿勢制御技術
　　2.1.1　IMUを用いた角速度、姿勢の推定
　　2.1.2  ドローンの姿勢制御系設計
　2.2　GPS環境下の自律飛行制御技術
　　2.2.1　GPSによるドローンの3次元測位
　　2.2.2　GPSモジュールから出力されるデータと、緯度・経度の単位変換
　　2.2.3　GPSモジュールの取付け位置を考慮した計測値の補正
　　2.2.4　加速度センサーを用いたドローンの位置・速度推定
　　2.2.5　GPSと加速度センサーを複合したドローンの位置・速度推定
　　2.2.6　ドローンの自律飛行制御
　2.3 ビジュアルSLAMを利用した非GPS環境におけるナビゲーション
　　2.3.1ドローンとGPS
　　　〔1〕　GPSが使用できる場合
　　　〔2〕　GPSが使用できない場合
　　2.3.2　GPSの代替技術
　　2.3.3　カメラと計算幾何学について
　　　〔1〕　カメラモデル
　　　〔2〕　実世界からピクセルへ
　　　〔3〕　カメラ姿勢の検知
　　　〔4〕　画像処理計算の構造
　　　〔5〕　どのピクセルがどこに属しているか？
　　2.3.4　ビジュアルSLAM
　　　〔1〕　既存の地図を利用したナビゲーション
　　　〔2〕　ループクローズ
　　　〔3〕　初期化とスケール
　　　〔4〕　ハードウェアと実装
　2.4　非GPS環境下の自律制御技術 (レーザーSLAM)
　　2.4.1　LIDARベースSLAM
　　2.4.2　カルマンフィルターを用いた速度推定
　　2.4.3　3次元自己位置推定システム
　　2.4.4　検証実験
　2.5　近未来の自律制御技術
　　2.5.1　「空の産業革命」に向けたロードマップ
　　2.5.2　ドローンの飛行レベルと自律性（安全性）クラスの相関関係
　　2.5.3　ドローンの自律性（安全性）クラスBで求められる自律制御技術
　　　〔1〕　耐故障制御（フォルトトレラント制御）
　　　〔2〕　セルフチューニング
　　2.5.4　ImPACT「タフ・ロボティクス・チャレンジ」飛行ロボット分科会の取組み
　　2.5.5　近未来のドローン自律制御のあるべき姿

3章　ドローンの利活用最前線
　3.1　農業分野の利活用最前線
　　3.1.1　産業用無人へリコプターの農薬散布での利用
　　　〔1〕　産業用無人ヘリコプターとは？
　　　〔2〕　開発の歴史
　　　〔3〕　機　種
　　　〔4〕　防除での普及状況
　　　〔5〕　利用技術
　　　〔6〕　今後の展開
　　3.1.2　ドローンが拓く次世代農業
　　　〔1〕　実用化進む農業用ドローン
　　　〔2〕　利活用の事例
　　3.1.3　UAVリモートセンシングによる水稲生育の調査と検証
　　　〔1〕　農業分野の現状とUAVリモートセンシングの可能性
　　　〔2〕　生育調査の現状
　　　〔3〕　UAVリモートセンシング
　　　〔4〕　UAVリモートセンシングの展望
　　3.1.4　ドローンで起こす農業革命
　　　〔1〕　農薬散布
　　　〔2〕　リモートセンシング
　　　〔3〕　鳥獣被害対策
　　　〔4〕　物　流
　　3.1.5　スマート農業へのドローン利用
　　　〔1〕　SIPにおけるスマート農業への取組み
　　　〔2〕　スマート農業実現に向けて
　　　〔3〕　リモートセンシングによる分光データ利用の高度化
　　　〔4〕　技術的な課題
　　3.1.6　ドローンによる農業リモートセンシング
　　　〔1〕　農業リモートセンシングとは？
　　　〔2〕　リモートセンシングによる診断精度を決める要素
　　　〔3〕　マルチスペクトルカメラとハイパースペクトルカメラ
　　　〔4〕　ドローン搭載用マルチスペクトルカメラ
　　　〔5〕　今後の方向
　3.2　林業・水産業分野の利活用最前線	
　　3.2.1　林業・水産業分野での活用事例
　　　〔1〕　林業分野での活用事例
　　　〔2〕　水産分野での活用事例
　3.3　測量分野の利活用最前線
　　3.3.1　ドローンによるレーザー測量
　　　〔1〕　主流はレーザー搭載ドローンに
　　　〔2〕　ドローン用レーザーの技術動向
　　　〔3〕　レーザー搭載ドローンの今後
　　3.3.2  i-Constructionとドローンの現場実装
　　　〔1〕　建設業界のドローン事情
　　　〔2〕　ドローンを用いた測量とは
　　　〔3〕　実証実験の概要
　　3.3.3　測量分野におけるドローンの可能性
　　　〔1〕　計測分野へのドローン投入
　　　〔2〕　流量観測
　　　〔3〕　流量観測の手法とその種類
　　　〔4〕　産業用ドローンの活用
　3.4　インフラ点検分野の利活用最前線
　　3.4.1　非GPS点検はどこまで可能か
　　　〔1〕　非GPS環境とは
　　　〔2〕　SLAMの機能とは
　　　〔3〕　橋梁下（非GPS環境）での検証
　　　〔4〕　建築構造物の近接目視点検での検証
　　3.4.2　打音検査用飛行ロボットシステムの開発
　　　〔1〕　開発の背景
　　　〔2〕　打音検査用飛行ロボットシステムとは
　　　〔3〕　打音検査支援機能
　　　〔4〕　今後のインフラ点検
　　3.4.3　無人航空機による下水道管きょなど閉鎖性空間の点検調査
　　　〔1〕　わが国の下水道事業
　　　〔2〕　開発の背景
　　　〔3〕　機体構造と飛行可能な口径
　　　〔4〕　搭載される検査装置
　　　〔5〕　今後の展開
　　3.4.4　安定性に優れるドローン点検システム
　　　〔1〕　インフラ点検システムの要件
　　　〔2〕　開発の状況
　　　〔3〕　インフラ点検用UAV HDC01の性能
　　　〔4〕　橋梁点検システムとしての性能
　　　〔5〕　今後の展望
　　3.4.5　ドローンを活用した点検作業
　　　〔1〕　IoTと連携したインフラ点検へ
　　　〔2〕　ドローンによる点検作業の課題と今後
　　3.4.6　設備点検分野でのドローン活用
　　　〔1〕　ドローン活用の背景
　　　〔2〕　ドローンの活用目的
　　　〔3〕　ドローン活用に向けての課題
　　　〔4〕　ドローン飛行活用に向けての所轄官庁への説明
　　　〔5〕　ドローン飛行までの対応
　　　〔6〕　プラント防災ドローンの活用
　　　〔7〕　ドローン活用の今後
　3.5　災害対応分野の利活用最前線
　　3.5.1　九州北部集中豪雨被害調査の概要と実用化への課題
　　　〔1〕　使用したドローン
　　　〔2〕　第1日目の調査
　　　〔3〕　第2日目の調査
　　　〔4〕　まとめと課題
　　3.5.2　台風、火山噴火などへの災害救助に挑む
　　　〔1〕　過酷な環境に適したドローン
　　　〔2〕　ドローンによる災害対応事例
　3.6　警備分野の利活用最前線
　　3.6.1　進化するセキュリティサービス
　　　〔1〕　ドローンを利用した警備とは
　　　〔2〕　自律型飛行監視ロボット
　　　〔3〕　今後の展望
　3.7　物流分野の利活用最前線
　　3.7.1　ドローンを使った物流事業
　　　〔1〕　事業化の背景とサービスの特徴
　　　〔2〕　機体とアプリケーション
　　　〔3〕　実際の運用サービス
　　　〔4〕　実証実験の概要と課題
　　　〔5〕　物流ドローンの実現に向けて
　　3.7.2　輸配送業務の高度化に向けたドローン活用	
　　　〔1〕　ドローン活用の背景
　　　〔2〕　実証実験
　　　〔3〕　実用化に向けての課題
　　　〔4〕　物流事業者としての課題
　　3.7.3　ドローンの広域飛行とセルラー網
　　　〔1〕　セルラードローンの目指すもの
　　　〔2〕　ドローンのセルラー網利用時の通信環境調査
　　　〔3〕　ドローンのセルラー網利用における電力制御技術
　　　〔4〕　ドローンのセルラー網利用に関する国際標準化状況
　3.8　 倉庫管理分野の利活用最前線
　　3.8.1　IoTとドローン技術で次世代倉庫管理に挑む
　　　〔1〕　IoTで実現する倉庫管理革命
　　　〔2〕　ドローンと自動認識技術で「最後の1cm」をつなぐ
　　　〔3〕　ドローンと連携した理想の倉庫管理へ

4章　ドローンの管制システム/運航管理システム構築に向けて
　4.1　ドローンの運航管理
　　4.1.1　空の衝突リスク
　　4.1.2　安全な運航のための状況把握
　　4.1.3　UTMが実現したいドローンを利活用する安全な社会
　　4.1.4　UTMの課題とNASA UTM
　　4.1.5　実証実験を重ねて形作られるUTMシステム
　　4.1.6　ドローンの利活用促進のために
　4.2　ドローン運航管理システムに期待されるもの
　　4.2.1　運航管理システムの必要性と段階的な成長
　　　〔1〕　導入期とドローン運航計画
　　　〔2〕　成長期
　　　〔3〕　成熟期と気象情報
　　4.2.2　位置情報の重要性
　　4.2.3　運航管理システムで考慮する空域
　　4.2.4　運用者管理と機体管理
　　4.2.5　ロボットやドローンが活躍する省エネルギー社会の実現プロジェクト
　　4.2.6　運航管理システム構築における課題

5章　「空の産業革命」推進に向けた課題と展望
　5.1　「空の産業革命」推進に向けた技術的課題
　5.2　政策的課題
　5.3  ドローンに関する国家プロジェクトと社会実装の加速化
　5.4　ドローン振興団体などの活動の役割と責務
　5.5　ドローンの特許	
　5.6　世界のドローンビジネス動向
　　　〔1〕　北米（アメリカ・カナダ）
　　　〔2〕　中　国
　　　〔3〕　欧　州
　　　〔4〕　韓　国
　　　〔5〕　その他
　5.7　熾烈なグローバル競争における日本のドローンビジネス戦略と展望
　　　〔1〕　戦略1：ホビー用・産業用ドローンの違いとこれからのドローンの進化
　　　〔2〕　戦略2：ドローン部品と次世代型産業用ドローンという「ものづくり」
　　　〔3〕　戦略3：産業用ドローンとはソリューション産業
　　　〔4〕　戦略4：IoT、ビッグデータ、クラウド、AIとドローン
　　　〔5〕　戦略5：トータルシステムとしてのドローンシティ・スマートシティ
　　　〔6〕　戦略6：国主導の一枚岩の取組みでグローバル競争の先頭へ

おわりに
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