客观日本

预测局部天气确保物流安全,让无人机躲避高楼风和暴雨

2021年01月13日 机械/机器人

利用小型无人机配送数量急剧增加的快递包裹以及在发生灾害时运送物资等的尝试越来越活跃。但实现这个目标还面临着一大障碍,即高楼风等引起的空气湍流和局部暴雨等天气现象。东京工业大学等正致力于准确预测这些天气现象的研究。如能确立预测技术,估计到2030年前后,无人机就能到处飞行了。由无人机负责从物流基地到客户手中的“最后一公里”的时代已经近在眼前。

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在新宿周边预测影响无人机飞行的大气湍流(图片由日本气象协会提供)

无人机的用途已经扩大到很多领域。最初用来喷洒农药和检查老化的基础设施等。近年来,地方政府等公共机构开始与初创企业共同致力于利用无人机向离岛运输物资,以及实施旨在掌握灾情的验证实验等。

日本经济产业省为促进无人机的应用,公开了“空中工业革命”的发展蓝图。提出的目标是,2022年度以后启动让无人机飞到居民区上空配送生活物资等的服务。

不过,受高层建筑之间吹过的“高楼风”等的影响,城市周边经常会发生急剧的气流变化。从店铺和仓库到消费者家中或工作单位的路程、即最后一公里有时还会遇到城市特有的局部暴雨等。课题在于如何保持稳定的飞行。

东京工业大学的神田学教授等人组成的研究团队开发出了模拟大城市地面附近的湍流的系统。2019年与日本气象协会和防灾科学技术研究所共同在JR新宿站西口周边实施了验证实验,以2米为间距、以5分钟为间隔,预测了高楼风、强风和高楼引起的湍流。

此前也有再现大气流的技术,但大多都是对风向等的分辨率为1公里以上的级别。城市地区的大气湍流是由宽几十米的建筑物引起的几米规模的细小湍流。因此,需要以小分辨率来分析大气状态。

新宿西口矗立着东京都厅舍和新宿公园塔等多座高200米以上、宽几十米的高层建筑。因此,比城市里的其他地区更容易形成高楼风等湍流。

神田教授等人向新宿区和工学院大学等实施的无人机飞行实验提供了分析数据。经确认,这些数据可用来判断能否飞行等。

神田教授表示:“发生灾害和配送快递等需要靠近人时需要详细掌握大气的状态”。研究团队研究了城市地区的大气湍流形成机制和影响,并以此为基础,利用计算机计算了流体,开发出了再现2米间隔的风向等的方法。

为防止无人机遭遇局部高温或降雨等异常天气时发生事故,必须有提前进行预测的系统。

无人机的主要应用动向

1990年前后

日本开始使用无线操控的直升机喷洒农药

2001年

千叶大学的研究团队成功实现小型无人直升机的自主飞行

2015年

无人机降落在首相官邸的房顶上。成为制定相关法规的契机

2019年

东京工业大学的研究团队研究预测湍流的系统

2022年

日本开始全面使用无人机运送物资等

2030年

无人机在空中飞行成为日常风景

日本具备使用无人机的条件

日本很早就开始使用无人机。在近年来常见的有多个螺旋桨的多旋翼直升机出现之前,日本就已经开始使用无线操控的直升机喷洒农药了,据说是全球最先开始使用无人机喷洒农药的国家。

美国等早在100多年前就开始使用载人飞机喷洒农药。但由于农田面积广阔,使用无线操控直升机的优点比较少,因此无人机的利用一直没有进展。

Impress综合研究所的数据显示,日本国内的无人机业务的市场规模目前是农业领域居首,但到2023年度,检查领域将升到榜首。

物流领域的市场规模到2025年度也将达到2019年度的50倍以上。在离岛比较多,而且老龄化日益严重的日本,无人机的利用需求比较高。

相关法规也在推动无人机的应用。2015年发生无人机降落在首相官邸屋顶的事件后,相关法规得到了加强。由此,虽然也有声音认为相关法规比海外各国严格,给业务发展带来了困难,但推进无人机应用的某初创企业社长表示:“能做的事情变得明确,反而方便与地方政府合作推进实用化”。

无人机本身的利用场地已逐渐准备好。今后需要开发确保安全的外围技术,比如气象预测技术等。

日文:矢野摄士,《日经产业新闻》,2020年11月27日
中文:JST客观日本编辑部

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