次世代火山研究推進事業 課題B2-1：
火山観測に必要な新たな観測技術の開発

資料２－３
次世代火山研究・人材育成総合プロジェクト
総合協議会（第７回）
Ｒ２.１２.１５

空中マイクロ波送電技術を用いた火山観測・監視装置の開発
課題責任者
九州大学 地震火山観測研究センター 松島 健
分担者
九州大学 地震火山観測研究センター 清水 洋
京都大学 生存圏研究所 篠原 真毅
京都大学 防災研究所 井口 正人(株）翔エンジニアリング 藤原 暉雄

開発コンセプト
近年急速に技術革新が進んでいる無人航空機（ドローン）技術と，実用化に向けて実験が進んでいるマイクロ波送電技術を組み合わせて，活火山の等の到達不可能地域における観測・監視装置への給電・データ回収を効率的に行う （効率目標10%）
完全自律プログラム航法
搭載重量 10kg フライト20分
距離5km

ソーラパネル等が噴火で破損した場合でも，噴火時の貴重なデータを安全に回収する．

本課題の成果の活用・展望
火山観測における電源供給は，長きに亘っての懸案事項
活火山の火口近傍や、カルデラ火口内における火山データ取得に大きく貢献
地震や地殻変動観測機器をセンサーとして想定して開発しているが，そのほか火山ガス等の化学観測データ、地温や地磁気などのデータ、画像データなどの観測・回収にもデータフォーマットを統一化することでたやすく対応
可能
ユーザーターゲットとして，火山研究機関の研究者や気象庁などの防災関係機関．手軽に・安全に火山観測が可能となる
さらにマイクロ波送電技術は、空中からの給電のほか、地上対地上の送電，無人走行ロボットへの給電、空中係留型観測装置への給電などへの応用も可
能
本課題で開発したマイクロ波送電技術は、火山観測のみならず地球規模の観測技術への波及効果が期待できる課題実施体制
担当

担当研究者

研究協力者

空中マイクロ波送電技術の確立

京都大学・生存圏研教授 篠原 真毅(株)翔エンジニアリング

火山観測に適した大型マルチコプターの開発(株)翔エンジニアリング
代表取締役 藤原暉雄(株)自立制御システム
研究所

小型低消費電力火山観測デバイスの開発

九大・地震火山センター
教授 清水 洋京都大学・防災研究所教授 井口 正人

シモレックス(株)総括・実験指揮許可申請

九大・地震火山センター
准教授 松島 健

本研究課題で使用する技術は，日本が世界をリードする技術としてすでに多くの成果が発表されている．
本研究組織にはそのリーダーとなって開発を進めている研究者が含まれていると同時に，それぞれの技術を用いた製品開発に実際に携わっている企業からの研究協力者も含まれている→世界に先んじて空中マイクロ波送電技術を用いた火山観測・監視装置の開発が可能
平成28〜30年度：文部科学省革新的イノベーション創出プログラム（COI STREAM）拠点名「活力ある生涯のためのLast 5Xイノベーション拠点」（中核機関：京都大学）との共同研究

成果目標と研究計画
H28年度 H29年度 H30年度 R元年度
中間評価

R2年度

送電効率10％を超える試作機を完成

成果目標・達成目標

R3年度

R4年度
中間評価

R5年度

屋外で長期間の設置観測に耐えることができる運用機を完成

R6年度

R7年度
事後評価

活火山における地震観測・地殻変動観測を継続的に実施

地震・地殻変動観測装置

試作機の開発
設計・試作
開発実験
問題洗い出しデータ回収実験（屋内） （屋外）

マイクロ波送電・受電装置

年次計画

運用機の開発
データ
耐久試験
回収実験
運用実験
（上空）
（地上）

試作機の開発
アンテナ
設計・試作
室内実験

送受電実験
（地上） （上空）
高効率化（5.8GHz）

無人航空機の自律航法

精度検証、実験
ビーコン誘導装置開発，「みちびき」の実装

火山地帯における運用実験、改良・運用機による観測・マイクロ波送電及びデータ回収（年４回程度）
・機器改良

課題進捗状況

平成28(2016）年度
屋外におけるUAVからの空中マイクロ波送電実験に日本で初めて成功（＠伊豆大島）
地上に設置されている温度センサーに電力を送り，温度を計測してデータをUAVに送信することに成功．
広域照射用のアンテナを使用したため，エネルギーの伝送効率は0.1%以下
平成29(2017）年度
2.45GHz 狭ビームの送電アンテナの設計・作成・屋内実験．アンテナ間距離 3m において，9.8〜9.9%の効率
地震波形やGNSSデータを上空に飛来したUAVに送信するデータ送信装置の開発．
効率のよい送電のために，UAVの飛行精度の検証

課題進捗状況

平成30(2018)年度
マイクロ波送受電アンテナの効率改良作業（4月〜）実験（11月・2月・3月）
屋外実験のための免許申請（7月〜 ）マイクロ波送電(2.45GHz)の干渉実験（6月）●GNSS測位には影響はない．
●無線LANには想定以上に干渉大．送電とデータ回収の並行作業不可．
地上観測装置の改良（10月〜） GNSSデータ位相データの蓄積
UAVの飛行精度の向上●みちびき導入 UAVメーカーにて検討中．みちびきサービスインの遅延あり●ビーコン誘導 誘導信号を地上装置から出して精度の高いホバリング●大型暗室内での飛翔実験

令和元年（2019年度）実施計画●マイクロ波送電の効率化
現時点で9.9%@高度3mの伝送総合効率
送受信アンテナのフラットビーム化
2.4GHzのアンテナの改良
無人航空機の自律プログラム飛行精度の向上(ビーコン誘導装置の実用化)
低高度でのマイクロ波給電が可能

マイクロ波送受電効率 10%クリア●地上観測装置の運用機の開発●屋外実験 2020年2月第2週
桜島黒神地区において，試作機を使って屋外火山観測や無人航空機によるマイクロ波給電およびデータ回
収実験を実施する

送電距
離（m)

送電電力（W)

受電電力(W)

空間伝達率

総合効率

3

57.3

12.2

0.213

0.099

1.2

57.6

26.2

0.455

0.212

151.2

30.0

0.586

0.273

課題進捗状況

地上観測装置・データ回収装置

現在接続できる装置（RS232C接続）
地震データ
白山工業 LS8800
GNSSデータ
セプテントリオ社製
GNSS受信機

屋外実験（桜島 黒神地獄河原）
桜島において，大型ドローンからのマイクロ波送電実験・データ回収実験をおこなう
無線免許申請
事前申請
予備免許申請予備免許通知
落成検査
本免許申請
免許通知
免許期間

2019年9月〜
2020年1月7日
1月27日
2月14日
2月19日
3月2日
〜6月30日2020年2月11日の桜島実験では，送電電波を出すことができず，フライトおよびデータ回収実験のみ実施

2020年2月11日の桜島実験
大型無人航空機

ACSL社製MINORI Double（京大生存圏研所有）
ペイロード 10kg
フライト時間 約10分

2020年2月11日の桜島実験
地上装置

2020年2月11日の桜島実験
実験風景

2020年2月11日の桜島実験

実験風景

回収波形

2019年12月5日桜島人工地震実験の際に記録したデータ

屋外実験（自力資金）
2020年4月22日・23日を予定
場所：桜島 黒神地獄河原
無人航空機からのマイクロ波送電実験
受電した電力で，地上機器を起動し，蓄積データを無人航空機側に送信．
データ受信完了後，無人航空機の帰還

COVID-19 拡大により中止

2020(R2)年度以降経費
現課題の経費：500万円×10年間
担当

担当研究者

研究協力者

空中マイクロ波送電技術の確立

京都大学・生存圏研教授 篠原 真毅(株)翔エンジニアリング

火山観測に適した大型マルチコプターの開発(株)翔エンジニアリング
代表取締役 藤原暉雄(株)自立制御システム
研究所

小型低消費電力火山
観測デバイスの開発

九大・地震火山センター
教授 清水 洋京都大学・防災研究所教授 井口 正人

シモレックス(株)総括・実験指揮許可申請九大・地震火山センター
准教授 松島 健

平成25〜34年度：文部科学省革新的イノベーション創出プログラム（COI STREAM）「活力ある生涯のためのLast 5Xイノベーション拠点」（中核機関：京都大学） 分野３ 災害インフラ
約 1500万円/年

Last 5Xとは・・・
人、情報、エネルギー、健康、環境の5つを同時につなぎ合わせる5つの技術（送電・通信・センシング・デバイス・ICT）を用いて、家庭での壁からの5mのコードレス化、屋外における50mから5kmの見守り、遠く500km離れて暮らす家族・仲間との日常の共有を可能にする。

中間評価の結果は悪くなかったが，課題集約のため，平成30年度で打ち今後さらに必要となる経費
切り
小型軽量化のための 5.8GHz マイクロ波送受電アンテナの設計・製作
送受電装置の小型化・送受電効率の高度化
無人航空機の運用経費
準天頂衛星（みちびき） のセンチメータ級測位補強機能のサービスの実
装2020(R2)年度（5年目）計画
課題B2-1の廃止
空中マイクロ波送電装置については，COI経費を利用し開発を行ってきたが，平成30年度で打ち切りとなり送電装置の開発継続が困難となった。現在の送電装置では目標としている伝送効率10％を達成することは難しく、ドローンの誘導技術の開発や実用的な送電装置の作成についても困難となったことなどから，課題の目標を達成できる見込みは少ないと考えられる。こうした状況を踏まえ，課題B2-1を廃止する
なお，データ回収技術については実証段階に入っているため，他の課題の中で利用していくことが期待される。
令和2年度業務計画 課題B4(2)観測データ遠隔回収手法の実証試験
活発な火山活動により研究者が観測地点への立ち入りが安全上制限される場合には，現地に設置した観測機器からのデータ回収が大きな問題になる．これまで，課題B2-1「空中マイクロ波送電技術を用いた火山観測・監視装置の開発」において，GNSS等の観測装置からドローン等を用いてデータ回収するシステムを開発してきて，ほぼ完成の域に達しているが，その実証試験を行う必要がある．霧島硫黄山または草津白根山で実証試験を行う．
→実証試験の用地使用許可の手続が遅れているため，雲仙岳での実証実験に切り替え2020（R2）年度実験
１．地上装置の安定性の試験＠雲仙
30Wソーラパネルを電源として4ヶ月動作させているが，問題なく収録されている
２．霧島硫黄山での小型ドローンでのデー
タ回収実験
2.4GHz帯無線LANの干渉があり，3m程度まで近づく必要があるが，データの回収が可能となっている．

2020/07/17 14:54 熊本地方 D10km M3.9

無線の干渉について
産業用ドローン 操縦 920MHz・2.4GHz（映像 2.4GHz）
コンシュマードローン 操縦 2.4GHz
映像 2.4GHz
干渉（海外では 5.8 GHz の映像伝送が一般的）

空中の無線LAN（日本国内）
2.4GHzのみ許可
5GHz帯は ETC等との混信のため禁止

産業用ドローン(920MHz）を使うと，30m離れていてもデータ回収可能であるが，コンシュマードローンを使う場合には直上3m程度まで近づける必要がある．
（ドローンのアンテナは水平方向に指向性を高めてある）
対策：データ回収クライアントをつり下げる？
→ドローンの飛行が不安定．危険性高くなる．
2.4GHz 無線LANを使わない回収方法を考える？
→データ回収装置が高額になる．