ドローンを用いた火山噴火時の土石流予測システム
［国立大学法人東北大学 フィールドロボティクス研究室／国際航業株式会社／株式会社イームズラボ／学校法人工学院大学 システムインテグレーション研究室］
概要
ドローンと各種センシング技術を活用して、火山噴火時の立入制限区域内における地形情報、降灰厚、灰の種類、雨量に関する情報を遠隔から取得し、これらの情報を用いて現実に即した土石流発生予測を行うシミュレーションが可能となるシステムを開発。
評価のポイント
これまで困難であった噴火直後の立入制限区域において観測を行う技術を確立したことにより、現状の土石流シミュレーションの精度を大幅に向上させることができる実用性の面に加え、個々の観測技術を一つのシステムに統合したパッケージ技術として完結させている独創性を高く評価。また、本技術は火山だけでなく大雨や火災など他の災害への展開も期待され、本技術が持つ社会的なインパクトは十分に大きい。
ドローンによる遠隔データ収集により火山噴火時の土石流被害予測を実現
火山噴火時の土石流予測の必要性
日本には、111もの活火山があり、毎年のようにどこかで噴火が 発生し、時には犠牲者を生むような事態にまで至っています。その ため、活動中の火山周辺における防災・減災のための調査技術の開 発は、喫緊の課題です。特に、降雨によって堆積した土砂が流され、 下流に甚大な被害をもたらす「土石流」の予測技術の開発は、住民 避難を行う上で、非常に重要なものとなります。この土石流予測に は、地形情報、降灰厚、灰の種類、雨量に関するデータ取得が重要で す。しかしながら、火山噴火時には、火口周辺は非常に危険となり、立 入制限がかかるため、これらのデータ取得ができず、精度の高い土石 流予測が困難であるという問題がありました。そこで、我々の研究グループでは、自動飛行を可能とするドローンを用いて火口周囲の データを取得し、精度の高い土石流予測を行うシステムの開発を目 指すこととしました。
ドローンを活用したデータ収集技術
提案する土石流予測システムでは、ドローンを活用したデータ収 集技術を用いて、立入制限区域内におけるデータを取得します。以下に、開発したシステムを紹介します。
(1) 画像データ・三次元地形情報の収集：
長距離飛行可能なドロー ンを開発しました。2014年12月には、総飛行距離8000メー トル、上昇高度1300m、飛行時間20分で、噴火中の桜島昭 和火口の画像データを取得しました。また、空中から撮影した 複数枚の画像を用いて三次元地形情報を生成する機能ならび に、5kmの長距離通信、ドローンによる自動撮影・監視技術を開発しました。
(2)ピラミッド型スケールによる降灰厚測定：
(3) 土砂サンプリング技術：
立入制限区域内の 降灰厚測定を行うためのピラミッド型スケールと、ドローンを 用いてこれらを配備する技術を開発しました。
火山堆積物を直接収集するためのドローン吊下型土砂サンプリング装置を開発しました。
(4) 表面流確認技術：
(5) 小型移動ロボットを用いた雨量計測技術：
ドローン吊下型の表面流確認デバイスを 開発しました。着地後に、搭載した水風船を割り、散水後の土に 対する水の浸透状況をカメラで確認することで、火山灰の浸 透性を確認することができます。
立入制限区域内の 降雨量測定を行うための、ドローンを用いた配備／回収が可 能な雨量計搭載型小型軽量移動ロボットを開発しました。
土石流シミュレーション
（1）～（5）で取得した立入制限区域内のデータを利用すること で、現実に即した土石流シミュレーションを行うことが可能となりま した。下図は降灰情報を考慮した場合と考慮しない場合の、土砂の 氾濫予測の結果比較を表しています。 以上に示した技術により、土石流の予測精度が向上し、災害対策 への大きな貢献が期待できます。なお、この事業は、NEDOからの研究助成を受けて進められました。
土石流シミュレーション結果