ドローンの操縦訓練に関する国際規格「ISO23665」とNASA

今やISO規格は様々なものがありますが、ドローンの操縦訓練に関するISO23665が発行されました。

規格自体はJIS化されていませんので、購入しなくても読める部分しか見ていないのですが、その過程でドローンについて調べて分かったことを加えまとめています。総務省からNASAが出てくるとは予想外でした。

ISO23665は英文なので私の理解の意訳となっています。正確な表現は原文をご参照ください。

ドローンの規格「ISO23665」について

ISO23665は2021年2月2日付で発行され、正式名称は次の通りです。

ISO 23665:2021

Unmanned aircraft systems — Training for personnel involved in UAS operations

なお、

  • ドローンとは無人航空機のこと
  • UAS(Unmanned aircraft systems):無人航空機システム

ドローン単体ではなく、ドローンの操縦者や使用する空間や電波利用などシステムとなっています。

以下、一般社団法人日本UAS産業振興協議会(JUIDA:JAPAN UAS INDUSTRIAL DEVELOPMENT ASSOCIATION)のプレスリリース(2021年2月16日)によると、ISO23665は、

  • ドローンの操縦訓練に関する国際規格
  • なんと日本が提案した。

と、日本が提案ということで驚きました。

プレスリリースから気になったことを以下列挙します。

  • 今後ISO23665に適合するカリキュラム作成する。
  • 国際ライセンスの策定を目指す。

ISO23665については、

  • 全9章
  • ドローンスクールに必要な施設や講師などの要件、評価方法について規定。
  • 今回のフェーズでは、Annex A(付属書A)では、目視内飛行というドローンの一般的な運用に、航空機の世界の安全管理手法なども取り入れられている。
  • 機体、気象、電波に対する理解などの一般的な項目
  • チームによる運航を前提としてチーム内コミュニケーション方法を定めたCRM(Crew Resource Management)などの要素が盛り込まれている。

また、

  • 講師や飛行補助者に関するカリキュラムなどの規格化が検討されている。

JUIDAは今回初めて知りましたが、

  • ドローンに関する国内最大の管理団体
  • 2016年3月からJUIDA認定スクールの認定事業を実施
  • 2種類の小名称を発行
    •  JUIDA無人航空機操縦技能証明証
    •  JUIDA無人航空機安全運航管理者証明証

ドローンの規格「ISO23665」の内容

ドローンの規格「ISO23665」について、序文など最初の部分を意訳します。

私の理解した意訳なので規格の正確な意味は原文を参照してください。

序文

ISO23665は、無人航空機システム、分かりやすく言えばドローン運用の人材育成員関するISO規格で、国際電気標準会議(IEC:the International Electrotechnical Commission)と協力して作成されています。

この文書(ISO規格)の一部が特許権の対象となる可能性があることの他、以下の様な注意喚起を求めています。

  • ISOでは、特許権の一部または全部を特定する責任を負わない。
  • この文書の開発中に特定された特許権の詳細は、「はじめに」及び/又はISOが受領した特許宣言のリスト(ISO STANDARDS AND PATENTS)に記載される。
    • エクセルのリストをダウンロードすることができます(3,000行超えです)。

ISO STANDARDS AND PATENTS

規格の用語の意味や貿易に関するお知らせ

規格の自主的な性質、適合性評価に関連したISO固有の用語や表現の意味、貿易の技術的障壁(TBT)における世界貿易機関(WTO:the World Trade Organization)の原則へのISOの準拠に関する情報については、以下のリンク先を参照してください。

FOREWORD – SUPPLEMENTARY INFORMATION

本規格のISO担当部署と質問等の問い合わせ先

本文書は、技術委員会 ISO/TC 20、航空機及び宇宙用車両、小委員会 SC 16、無人航空機システムにより作成されています。

本文書に関するフィードバックや質問は、ユーザーの国の標準化団体にお願いします。これらの機関の完全なリストは、 以下のリンク先に掲載されています。

MEMBERS

序章

無人航空機(UA:Unmanned aircraft)は、ここ数十年の間にその数、用途、種類が急速に増加しています。

撮影、農業散布、点検、警備活動などに利用されることが多く、今後は輸送にも利用されることが期待されています。

しかしながら、無人航空機システム(UAS:unmanned aircraft system)の運用に携わる者に求められる知識や態度(取り組み姿勢)、スキルレベルを明確にすることが必要です。

例えば、次のようなリスクが予想されるからです。

  • 熟練者でない者がUAを操作すると、重大事故のリスクが高まる。
  • 国や組織間での資格基準の不一致は、労働者や航空機の国際交流の妨げとなる。

本文書は、UASの運用に携わる要員が適切な教育を受け、必要不可欠な知識と技能を確実に身につけることができるようにするためのもので、次のようなメリットがあります。

  • 本文書に従い資格を取得した訓練機関や個人は、国際的に認められるようになる。
  • UASの国際的な運用を強化し、個人の交流を可能にし、国際貿易を促進する。

本文書の本文では、訓練機関(訓練生に訓練を実施する機関)の運営手順を定義しています。

特定のコース(VLOS UAS remote pilot-in-command)の要件は、附属書Aにあります。

VLOS、EVLOSとBVLOSについては後述しますが、参考リンクとして以下のリンクが紹介されています。

Visual Line-of-Sight

1 範囲(Scope)

本文書は、無人航空機システム(UAS)の運用に携わる要員の訓練手順を説明するものです。

本文書では以下の通り定義されています。

a)UASパイロットに必要な知識、技能、態度、資格基準、及びUAS遠隔操縦士等の訓練生に訓練を提供する訓練機関であって、UASの運用に従事する者に必要なもの

b)特定の学習コースの訓練カリキュラム及び内容

c)訓練機関の資格と確認基準

d)UAS要員の訓練を提供するための一般的な手順。附属書に記載されているような特定の学習コースの要件は、場合によってはより制限的なものになることがある。

2 引用規格

以下の文書は、その内容の一部または全部がこの文書の要件を構成するような方法で本文中で参照されています。

日付のついた参照については、引用された版のみが適用されます。

日付のない参照については、参照された文書の最新版(修正を含む)が適用されます。

  • ISO 21384-3:2019, Unmanned aircraft systems — Part 3: Operational procedures
  • ISO 21384-4:2020, Unmanned aircraft systems — Part 4: Vocabulary ※全文参照可能
  • ISO 21895, Categorization and classification of civil unmanned aircraft systems

3 用語と定義

この文書の目的のために、ISO 21384-4 及び以下に示す用語及び定義が適用される。

ISO及びIECは、標準化に使用するための用語データベースを次のアドレスで管理している。

— ISO Online browsing platform : available at https://www.iso.org/obp

— IEC Electropedia : available at http://www.electropedia.org/

以下の4つの用語が定義されています。定義なので日本語訳はなしとしています。

3.1 national aviation authority

government statutory authority in each country that oversees the approval and regulation of civil aviation

3.2 visual observer

remote crew member who, by visual observation of the remotely piloted aircraft, assists the remote pilot (3.3) in the safe conduct of the flight

3.3 remote pilot

person charged by the operator with duties essential to the operation of an unmanned aircraft and who manipulates the flight controls, as appropriate, during flight time

3.4 visual line-of-sight operation VLOS

operation in which the remote pilot (3.3) or unmanned aircraft observer maintains direct unaided visual contact with the unmanned aircraft system

ドローンの種類と分類

ここでは、総務省の以下の資料を使ってドローンについて、主に以下の資料を引用して簡単な説明をします。

引用先は以下の通りです。

総務省トップ > 組織案内 > 研究会等 > 電波政策2020懇談会 >

電波政策2020懇談会 サービスワーキンググループ

ワイヤレスビジネスタスクフォース(第2回)

総務省|電波政策2020懇談会|電波政策2020懇談会 サービスワーキンググループ ワイヤレスビジネスタスクフォース(第2回)

ドローンの種類

下図は、上述のワイヤレスビジネスタスクフォース(第2回)の資料から引用したドローンの種類・機能です。

ドローンの種類・機能

ドローンの種類・機能

図1 ドローンの種類・機能

ドローンと言えば、上図の回転翼機(マルチロータ)のイメージが強いかと思いますが、ヘリコプター型や固定翼タイプは、研究用途や業務利用が進んでいたと思います。

はかせ
はかせ

農薬散布でヘリコプター型のドローンが使われているのは見たことがありますが、大型のラジコンその物のイメージでした。

趣味利用だと手軽に飛ばせるマルチロータータイプのドローンが、通販でも格安で購入できますが、バッテリの小型化、コントローラの小型・高性能化のおかげかと思います。

はかせ
はかせ

昭和のRC(ラジコン)は、当時でも万単位で高価、組立も操縦も難しいものでしたので隔世の感があります。

また、遠隔操縦や自立飛行を可能にする技術の1つはGPSだと考えています。

かなりの精度で地図上の位置が分かり、高度センサーが廉価になってきて初めて実用化が視野に入ってきたのではないかと思います。

地図も航空写真から衛星利用となっているようですし、スマホはパソコン並みの処理能力を持ちながら小型・軽量で、GPSや通信利用でナビも実用的に使われている時代です。技術の進む速さが本当に速くなっているなと感じています。

ドローンの分類:目視見通しと直接電波見通し

ドローンの操縦者が、ドローンを直接見られるかとドローンを操縦する電波が直接ドローンに届くかに着目すると、以下の3通りに分類されます。

はかせ
はかせ

日本語の意味が分かりにくいのは、電波には反射があり間接的に届く場合があるため、正確に表現しようとすると難しくなってしまうのでしょう。

略語の意味は以下の通りです。

VLOS(Visual Line-of-Sight):目視見通し内

BVLOS(Beyond Visual Line-of-Sight):目視見通し外

RLOS(Radio Line-of-Sight):直接電波見通し内

BRLOS(Beyond Radio Line-of-Sight):直接電波見通し外

下図は、ドローンを直接視認することができて、操縦者の位置から電波が直接届く場合です。

ドローンの分類:VLOS RLOS

ドローンの分類:VLOS RLOS

図2 ドローンの分類:VLOS RLOS

下図は、ドローンまでの距離が遠く直接視認できないが、操縦者の位置から電波が直接届く場合です。

ドローンの分類:BVLOS RLOS

ドローンの分類:BVLOS RLOS

図3 ドローンの分類:BVLOS RLOS

下図は、操縦者とドローンとの間に障害物があるか非常に遠い場合で、操縦者の位置から直接視認できず、電波も直接届かない場合です。

BVLOS BRLOS

BVLOS BRLOS

図4 ドローンの分類:BVLOS BRLOS

現在のドローンの操縦システムでは、VR(Virtual Reality)ゴーグルを使った製品も出てきていますし、AI利用による自立航法など最新の技術が使われています。

NASAの無人航空機システムの交通管理

以下のページに、NASAの無人航空機システム(UAS)による交通管理(UTM)が紹介されていますので意訳します。

UAS Traffic Management (UTM) Project
NASA.gov brings you the latest images, videos and news from America's space agency. Get the latest updates on NASA missions, watch NASA TV live, and learn about...

下図は、NASAの交通管理(UTM)システムのコンセプト画像です。様々な商業や公安のミッションをマネジメントするものです。

2020年6月、交通管理(UTM)システムが、2020年NASA政府発明賞を受賞したものです。(UTM Awarded 2020 NASA Government Invention of the Year)

NASAの交通管理(UTM)システムのコンセプト、様々な商業・公安ミッションを管理

NASAの交通管理(UTM)システムのコンセプト、様々な商業・公安ミッションを管理

図5 NASAの交通管理(UTM)システムのコンセプト、様々な商業・公安ミッションを管理

無人航空機システム(UAS)車両のトラフィック管理に関するNASAの特許が、2020 Government Invention of the Yearを受賞しました。

この技術は、「無人航空機システム(UAS)、交通管理(UTM)による民間の低空での物品・サービス提供を可能にする」もので、UASによる物品・サービス提供のための安全かつ効率的な運用を維持することを可能にします。

本発明は、従来の人間中心の航空交通管理を、近代的なマシーン(機械)を中心とする連携されたアプローチに変換します。

これまでの航空交通管理では、中央集権者が空域を安全かつアクセス可能な状態に保つためのサービスを提供しています。

UTMでは、連邦航空局(FAA)がその権限の一部を他の事業体に委譲し、同様のサービスを提供して事業者を直接サポートしています。

さらに、これらの事業者は、異なるサービス提供者からサービスを受けることができます。

これらの追加されるサービスには、低高度気象情報、混雑管理、地形回避、経路計画、再ルーティング、分離管理、および不慮の事故などの管理(マネジメント)が含まれる場合があります。

この新しいエコシステムでは、明確に定義されたインターフェースとプロトコルを介して相互に接続され、通信を行うサービスの統合が必要となります。

はかせ
はかせ

「management」が多く使われています。単純に日本語の管理にするとコントロールの意味合いが強くなり、ここで言わんとしていることとずれる恐れがあると考えています。

何が問題なのですか?

これまでに、物資輸送やインフラ監視、捜索・救助、農業監視など、UASを使った下図多くの有益な民間用途が提案されてきました。

現在、UASの種類を問わず、低高度空域の普及とUAS運用を安全に管理するためのインフラが確立されていないのが実状です。

低空域のためのUAS交通管理(UTM)システムが必要であり、道路、車線、停止標識、ルール、照明システムからの概念を活用することができるかもしれません。

NASAはどのようなシステム技術を研究していますか?

NASAは、(乗組員のいる)航空機の航空交通管理におけるこれまでの仕事の遺産(レガシー)を基に、安全で効率的な低高度運用を可能にするための空域統合要件を提供するプロトタイプUTMシステムの研究開発を行っています。

今日の確立された航空交通管理(ATM)システムの教訓を取り入れながら UTMシステムは、民間航空の黎明期にグランドキャニオン上空で発生した空中衝突事故に端を発し、空域設計、コリドー(回廊)、ダイナミックジオフェンシング(動的な地図上の境界)、悪天候・風の回避、輻輳(一か所に集中する状況の)管理、地形回避、ルート計画と再ルーティング、分離管理、シーケンスとスペーシング(順番と配置)、コンティンジェンシー(偶発性、不確実性の)管理などのサービスを提供することで、安全かつ効率的な低高度空域の運用を自動化することが可能になります。

はかせ
はかせ

まるで航空機の管制システムを地上にも展開するようなイマージの様に捉えています。

UTMシステムの主な特徴の1つは、従来のATMシステムのように、人間がすべての車両を継続的に監視する必要がないことです。

このシステムは、空域運用の開始、継続、終了に関する戦略的意思決定を行うために必要なデータを管理者に提供します。

このアプローチにより、認証されたUASのみが空域内で運用できることが保証されます。最も成熟した形では、UTMシステムは、自己構成、自己最適化、自己保護を含む自律性の特性を利用して開発することができます。

自己構成の1面として、現在および/または予測される風・気象条件が与えられた場合に、運用を継続すべきかどうかを決定することができます。

NASAは何をして技術をテストしているのですか?

NASAの短期的な目標は、低高度空域とUASの運用を安全に可能にするプロトタイプUTMシステムの研究、開発、実証です。

数多くの政府、産業界、学術界のパートナーと協力して、NASAは「技術的能力レベル(TCL)」と呼ばれる一連の活動の中で研究、開発、テストをリードしており、それぞれの活動は複雑さを増しています。

UTM TCL1

UTM TCL1は、2015年8月にフィールドテストを終了し、FAAのサイトで追加テスト中です。

この活動での技術は、ジオフェンシング、高度「道路のルール」と車両軌道のスケジューリングに焦点を当てて、農業、消防、インフラストラクチャの監視のための操作に対処しました。

UTM TCL2

2016年10月に完成したUTM TCL2は、TCL1の結果を活用し、人がまばらな地域での視覚的な視線を超えた運用に焦点を当てました。

研究者たちは、空域の可用性とコンティンジェンシー管理の動的な調整を可能にする技術をテストしました。

UTM TCL3

2018年5月に完成したUTM TCL3は、適度に人口の多い地域で協調型(応答型)UASと非協調型(非応答型)UASの間の安全な間隔を維持する技術の試験に焦点を当て、TCL2の結果を活用しました。

TCL3の飛行試験は、全国の6つの異なる場所で実施されました。

UTM TCL4

UTM TCL4は2019年8月に終了し、2019年6月にネバダ州リノで、2019年8月にテキサス州コーパスクリスティで飛行試験が完了しました。

これらのTCL3の成果を活用した活動は、ニュース収集や荷物の配送などのタスクのための高密度な都市部でのUAS運用に焦点を当てました。

これらの活動はまた、大規模な有事の管理に使用できる技術を試験しました。

今後について

過去5年間、NASAはFAAや100以上の産学官、公的機関のパートナーと協力して、UTMの研究、開発、試験を主導してきました。

この研究の結果は、空域統合要件という形で、段階的にFAAに移管され、2020年には最終的にFAAに移管され、さらなる実装が行われています。

下図は、UTM研究開発でテストされた技術とコンセプトの一部です。

はかせ
はかせ

きれいなイラストではありませんが、何となくイメージというか雰囲気が伝わるような感じがします。

NASAのUTM研究開発でテストされた技術とコンセプトの一部

NASAのUTM研究開発でテストされた技術とコンセプトの一部

図6 NASAのUTM研究開発でテストされた技術とコンセプトの一部

上図の用語を以下に列挙します。

  • BVLOS(Beyond Visual Line of Sight)
  • C2(Command and Control)
  • DSRC(Dedicated Short-range Communications)
  • FIMS(Flight Information Management System)
  • Remote ID(Remote Identification)
  • USS(UAS Service Supplier)

まとめ

ISO規格は様々なものがありますが、ドローンの操縦訓練に関するISO23665が発行されました。

ここでは、ISO23665の最初の部分とドローンについて改めて調べたことについて以下の項目で説明しました。

  • ドローンの規格「ISO23665」について
  • ドローンの規格「ISO23665」の内容
    • 序文
      • 規格の用語の意味や貿易に関するお知らせ
      • 本規格のISO担当部署と質問等の問い合わせ先
    • 序章
    • 1 範囲(Scope)
    • 2 引用規格
    • 3 用語と定義
  • ドローンの種類と分類
    • ドローンの種類
    • ドローンの分類:目視見通しと直接電波見通し
  • NASAの無人航空機システムの交通管理何が問題なのですか?
    • NASAはどのようなシステム技術を研究していますか?
    • NASAは何をして技術をテストしているのですか?
      • UTM TCL1
      • UTM TCL2
      • UTM TCL3
      • UTM TCL4
    • 今後について
はかせ

ISOについて学ぶきっかけは、知り合いの社長さんからISOについて相談されたことでした。
品質マネジメントを知るほどに、チーム運営やプロジェクトにも使える意外に良い仕組みであることを再認識しています。

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