[S-VC28] 活動的⽕⼭

[SVC28-P25] 無人航空機搭載用の高機能Multi-GASの試作

*森田 雅明¹、森 俊哉² (1.産業技術総合研究所地質調査総合センター、2.東京大学大学院理学系研究科)

キーワード：Multi-GAS、火山ガス、噴煙、無人航空機、ドローン

火山ガス組成は，火山ガスがマグマから離溶した温度・圧力や地表への上昇過程における化学平衡反応の影響を反映するため，その組成を測定することは，火山ガス供給系を理解し，その火山活動の推移における変動を把握する上で，非常に重要である。近年では，従来法である火山ガスのサンプリング・湿式分析に加えて，複数のガスセンサを組み合わせた装置（Multi-GAS: Shinohara et al., 2005, JVGR; Aiuppa et al., 2005, GRL）による噴煙組成のその場測定が可能となり，多くの火山で噴煙組成観測が実施されるようになってきた。Multi-GASは，ガスセンサ本体やバッテリー，データロガー等の周辺機器の選択により，小型・軽量化を図ることが可能であり，最近では，無人航空機（無人ヘリやドローンなど）に搭載することで，火口へのアクセスが限定されるような火山や噴火により研究者が近づけない火山でも噴煙組成観測を安全に行うことができるようになってきている（Mori et al., 2016, EPS; Rüdiger et al., 2018, AMT; Stix et al., 2018, JGR; Liu et al., 2018, G-cubed）。
Multi-GASによる測定では，周辺大気に対する各ガス成分の濃度変化をセンサで検出し，その濃度変化の相関から，各成分の濃度比を決定することで，組成を算出している。現状では，ドローンへの搭載可能重量（ペイロード）と，搭載するガスセンサの種類や精度（SN比）を，状況に応じて天秤にかける必要がある。したがって，一般向けの小型ドローンでは，火山ガスの主要成分を網羅的かつ精度よく測定することは困難であり，一方で，産業用の大型ドローンでは，精度のよいデータが得られるとしても，ドローン本体や周辺機器の持ち運びが大変であり，そもそものドローンが持つ機動性をある程度犠牲にしなければならない。そこで本研究では，ドローンによる観測の機動性を担保した状態で，火山ガスの主要成分を網羅的かつ精度よく測定できるような，軽量かつ高機能なMulti-GASの製作を試みた。
試作したドローン搭載用Multi-GAS（大きさ：縦16 cm×横21 cm×高さ14 cm）には，火山ガスの主要成分を網羅できるよう，非分散型赤外分光式CO₂センサおよび電気式H₂Oセンサ（PP Systems製SBA-5），定電位電解式SO₂センサおよび H₂Sセンサ（光明理化学工業製KTS-512PおよびKHS-5TA），半導体式H₂センサ（NISSHAエフアイエス製SB-19）を使用した。各センサのアナログ出力は，マイコンボードLazurite Sub-GHz（ラピステクノロジー製，ADコンバータ分解能12 bit）とArduino用データロギングシールド（Adafruit Industries製）により，Multi-GAS内部でSDカードに記録するとともに，特定小電力無線通信（920 MHz帯）を用いて，操縦者がリアルタイムで確認できるようにした。重量は，Multi-GAS本体のみで約600 gであり，産業用ドローンのうち火山で人力により運べるようなサイズのもの（例えば，DJI製Matrice 200 V2，バッテリー装着時の重量4.69 kg，最大ペイロード1.45 kgなど）により，許容ペイロード内で十分に飛行が可能である。
今後は，実際の火山において飛行試験を実施し，Multi-GASの測定精度や，無線通信によるデータ転送の評価を行う。また，従来のMulti-GASとの比較観測を行い，その性能を評価する必要がある。