東京大学と三井不動産、垂直物流システムを構築し建物内におけるドローン配送の有効性を数理モデルで解明

2022年12月、ドローンの有人地帯における目視外飛行（レベル4飛行）が解禁されたが、現状実現しているドローン配送は、主に山間部や島嶼部での運用に限られている。

こうした中、東京大学先端科学技術研究センターの江崎貴裕特任講師、井村直人特任研究員、西成活裕教授、三井不動産株式会社の藤塚和弘氏らによる研究グループは、高層マンションなどの建物内にドローンが垂直飛行できる専用空間を設置した新たな配送システムを考案し、数理モデルによる分析を用いてその有効性を示した。

同研究では、建物内にドローンが垂直飛行できる専用空間を用意し、各階に設置された垂直離着陸可能なポートで荷物の配送を行う仕組みを考案した。

これが実現すれば、待ち時間が長くなりがちなエレベータでの配送に対する解決策となるほか、災害時に消費電力を抑えて生活必需品の配送を行うなど、建物内の物流に選択肢を与える可能性があるとしている。

加えて、今回開発されたシステムの有効性について分析を行なうため、荷物の脱着、上下飛行、バッテリーの交換などの配送プロセスを仮定し、実際の機体の仕様を元に、現実に近い数理モデルを構築した。

そのうえで、仮想的な高層マンションの各家庭において、時間や空間内で無作為に発生するイベントをモデル化するために用いられる「ポワソン過程」によって、需要が生じると想定し、さまざまなドローンの台数に対する配送のパフォーマンスを調べた。

そして、ランダムに発生する需要に対して、サービスを行う際に待ち時間や発生する行列の長さについて分析する待ち行列理論に立脚した数理的な解析によって、必要なドローンの台数などを求めることができた。

さらに、計算機の中でランダムな値を発生させることにより、確率的な現象をシミュレートするモンテカルロ・シミュレーションによって、一定の需要レベルまではエレベータよりもドローンを活用した方が、早く、かつ少ない消費電力で配送が可能であることがわかった。

これにより、一定のシーンではドローンを活用するメリットが確かに存在することが示され、新たなビジネスモデルにつながることが期待される。

また、研究で明らかになった「大量輸送が得意なエレベータ配送」と「個別の即時対応が得意なドローン」という二つの特性の異なる輸送モードを組み合わせることによって生じるメリットは、他のドローンを活用したマルチモーダル物流システムにも重要な示唆だとしている。

今回の研究では、基礎的なモデリングによる概念実証を実施したが、今後は実機を用いたさらなる検証につなげていく計画だ。

なお、この研究の成果は、2024年5月16日に「Communications in Transportation Research」のオンライン版で公開されている。

IoTNEWS編集部

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