いま世界的に「宇宙」に大きな関心が寄せられている。かつては国家レベルでしか成し得なかったロケットの打ち上げがいまや民間レベルで活発化。2021年12月には、日本の民間人が初めて国際宇宙ステーションに滞在し、一気に注目が集まった。
 周知のとおり、気象予報の分野では以前より人工衛星の観測データが活用されており、その分析精度も増している。だが、いままで思いもしなかった分野で人工衛星の観測データ活用がはじまっている。人工衛星の観測データを、さまざまなインフラの維持管理、あるいは防災・減災のリスクヘッジにも活用できるのだ。

「衛星SAR」の驚異的なメリット

 NECの宇宙事業の取り組みは、半世紀以上もの歴史を誇る。約80機の衛星を開発・製造し、世界の約300機の衛星に約8000台の機器も供給してきた。それらの技術と経験の結晶として2018年1月、日本では民間企業で初めて地球観測衛星の打ち上げに成功した。それが地球観測衛星「ASNARO-2」である。

 この衛星の最大の特徴は、SAR(合成開口レーダ)を搭載していることだ。
 SARとは、衛星から地球の地表面にマイクロ波を照射し、その反射波を受信して画像を生成する技術。マイクロ波にはどんな厚い雲でも通過でき、光の量にもまったく左右されないという特性がある。つまり、いかなる天候でも、昼夜を問わず情報を取得できるという利点があるのだ。
 そしてSARのもう一つの特記すべき特徴が、巨大な開口のレーダを「仮想的に」作り出せることだ。衛星1機が照射・受信できる開口は小さい。しかし、衛星は移動する軌道上の無数の地点で照射・受信を繰り返しており、それらの計測情報を統合することにより、あたかも一つの巨大なレーダとして仮想的に合成し、高い分解能の画像を生成できるのだ。これが「合成開口レーダ=SAR」の名称の由来でもある。
 SAR衛星は地球のあらゆる地表データを収集できる。数百キロにも及ぶ「広域性」や「越境性」「周期性」といった利点に加え、SARの特性の「全天候性」「夜間でも観測可能」という従来の気象衛星にはなかったメリットもある。さらにSARはレーダと地表との距離も計測できる「測距性」によって、地表面や建造物などの微細な変化をミリ単位で捉えることができるという画期的な技術なのである。

モニタリングケースⅠ:実証実験で証明された威力〜インフラ設備の維持管理

 では、衛星SAR技術には、具体的にどういった活用法があるのか。NECはAIを組み合わせて、すでにインフラ設備の維持管理という面で実証実験にも成功している。舞台となったのは、和歌山県の南紀白浜空港だ。
 空港のインフラ維持管理で関係者が頭を痛めるのが、滑走路のメンテナンスだ。わずかなヒビ割れでも航空機の離着陸に深刻な影響を及ぼし、安全な運航を妨げ大惨事にもつながりかねない。これは世界中の空港施設が抱える共通の問題だ。
 近年ではドローンやセンサーなど「IoT」の活用などの取り組みも活発になってきているが、より効率的な維持管理が求められている。
 そこで2020年3月に空港とNECが共同でスタートさせたトライアルが、「くるみえ for Cities」。ドライブレコーダーを搭載した自動車で滑走路をくまなく点検走行し、その映像とAIで滑走路表面の異常を発見するというNEC独自のソリューションだ。

 これによってさまざまな異常が検知可能となった。それでもまだ捕捉できない異常がある。たとえば、大きな影響をもたらす地盤沈下は検知ができない。それを衛星SARのデータでカバーできるのではないか――。
 同年11月、いよいよ衛星SARの活用へと発展させた。

 具体的には、衛星SARによる宇宙からの「マクロ」な情報をもとに、ドライブレコーダーで得られた「ミクロ」の画像情報を分析することで、SARの特性をフルに活用し、なおかつ、継続的なデータ受信によって同一箇所の経年変化もミリ単位で把握できる。これにより、
1 滑走路のミリ単位の微細な地盤沈下を探知する「動態観測」
2 滑走路の縦横の微妙な傾きを探知する「勾配調査」
3 空港施設の隣接地に航空機離発着の妨げとなるような建造物が新たに建てられていないか確認する「障害物管理」 
4 空港ビルの傾きなど、空港インフラを安全に保守管理するうえで最重要なポイントのカバー
などが可能だと実証されたのだ。
 衛星SARとAIのデータをつなぐことによって、インフラ設備の最適な維持管理が効率的に行えるようになったのである。

 この実証実験で証明された結果は、さらに大きな可能性を秘めている。
 この仕組みを活用すれば、空港に限らず鉄道や電力、ガス、水道、堤防、橋梁や高速道路や港湾など、インフラ施設全般に適用できる。公共インフラの中にはすでに建設から70年を経過して老朽化の問題に直面しているものも少なくなく、社会的な課題にもなっている。衛星SAR×AIの技術は、そうした課題の解決策として期待される。

モニタリングケースⅡ:災害被害を未然に防ぐ~防災・減災、そして都市計画への活用

 前述の通り、衛星SARの特徴は、広域性・越境性・周期性という衛星のメリットに加え、全天候・夜間可能、そして測距性というSARのメリットを併せ持つことにある。この技術によって蓄積されたデータをNEC独自の「時系列干渉解析」の技術で「経年変位マップ」に落とし込み、見える化することで、広範囲の対象地域・施設・設備について、ミリ単位の経年変位が時系列で把握できる。
 膨大な地域、数におよぶインフラ施設の点検補修を一斉に行うことは現実的には不可能であり、だからこそ、緊急度の高い箇所をスクリーニングすることで優先順位をつけ、より効率的に安全を維持できることは大きな魅力なのだ。
 これはそのまま、防災・減災の取り組みにも活用できる。

川崎市とNECによる締結式

  2022年2月25日、NECは川崎市との間で「デジタル技術を活用した防災まちづくりに関する協定」を締結した。自治体における全国初の取り組みであり、連携・協力をしていくための協定だ。

 衛星SARデータを用いて、地盤の変動を広く観測するという最新の技術を活用し、川崎市に多数存在する崖地の継続的な変動観測の実用化に向けて取り組んでいく。このような協定自体も、全国初のことだ。
 経年でミリ単位に計測を行うことができる――。今後、川崎市以外でも全国の自治体で傾斜地での土砂災害への対応や盛り土の確認など、都市計画での活用も期待される。

グローバルビジネスとしての可能性

 ここにきて、宇宙データ利用のビジネス展開を見据え、国内外で独自に地球観測衛星を打ち上げ、運用するスタートアップが続々と現れている。今後5年ほどで100基近くの衛星が打ち上げられる予定であり、実現すれば高精度の衛星SARデータが10分以内に入手可能となり、情報の高精度化とともに、リアルタイムに近い分析も可能となる。
 目下、日本でもスマートシティ、スーパーシティと呼ばれる次世代型の都市開発が進められている。欧州では先んじて活発だ。その構想の基本には、IoTやAIを駆使した利便性はもちろんのこと、根底に「防災・減災」あるいは「予防保全」の仕組みを確立させておくことが肝要だろう。
 こうした取り組みは、今後全国での展開も期待できる。ビジネスチャンスは日本にとどまらず世界に開かれており、すでにNECはブラジル、メキシコでも防災アラートシステムの検討を進めようとしている。
 今後ますます宇宙データの、地球規模での活用に注目したい。

NEC 電波・誘導事業部 シニアエキスパート 石井 孝和
国内外の多くの企業、研究機関、そして国・自治体との共創により、衛星SARの技術を社会の安全・安心を守る基盤にしていくこと、そして誰もが人間性を十分に発揮できる持続可能な社会の実現に貢献することが、私のライフワークです。一緒に走りませんか!

・宇宙ソリューション(モニタリング)
https://jpn.nec.com/solution/space/monitoring/index.html

(プレスリリース)デジタル技術を活用した防災まちづくり「川崎モデル」の構築に向けて
~「デジタル技術を活用した防災まちづくりに関する協定」を締結しました~
https://jpn.nec.com/press/202202/20220228_05.html

特集:SDGs達成に貢献するNECの取り組み
https://www.afpbb.com/articles/-/3390501