[論文レビュー] Unmanned Aerial Vehicles: A Survey on Civil Applications and Key Research Challenges

Hazim Shakhatreh, Ahmad Sawalmeh+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2018

UAV Applications and Optimization参考文献 219被引用数 500

ひとこと要約

本論文は民間UAVの適用事例、市場機会、主要な領域横断的課題を調査し、UAV-enabledサービスの研究動向と今後の洞察について論じる。

ABSTRACT

The use of unmanned aerial vehicles (UAVs) is growing rapidly across many civil application domains including real-time monitoring, providing wireless coverage, remote sensing, search and rescue, delivery of goods, security and surveillance, precision agriculture, and civil infrastructure inspection. Smart UAVs are the next big revolution in UAV technology promising to provide new opportunities in different applications, especially in civil infrastructure in terms of reduced risks and lower cost. Civil infrastructure is expected to dominate the more that $45 Billion market value of UAV usage. In this survey, we present UAV civil applications and their challenges. We also discuss current research trends and provide future insights for potential UAV uses. Furthermore, we present the key challenges for UAV civil applications, including: charging challenges, collision avoidance and swarming challenges, and networking and security related challenges. Based on our review of the recent literature, we discuss open research challenges and draw high-level insights on how these challenges might be approached.

研究の動機と目的

• 民間UAVの適用範囲を評価する（交通監視、無線カバレッジ、リモートセンシング、SAR、配達、警備、農業、インフラ検査）。
• 市場機会とUAV分類を提示して産業潜在性を整理する。
• 領域を超えた主要な課題（充電、衝突回避、群行動、ネットワーキング、セキュリティ）を特定・検討する。
• 現在の研究動向を総合し、UAV-enabled民間サービスの将来の方向性を提案する。

提案手法

• 既存のUAV調査と業界報告の包括的な文献調査を実施する。
• 持続時間、高度、重量、ペイロード、航続距離、燃料タイプ、運用の複雑さ、カバレッジに基づいてUAVを分類する。
• 民間UAVの適用と領域別の課題を、対応する研究動向とともに詳述する。
• 将来の洞察と潜在的な実現技術（エネルギー回収、群行動の協調、オンボードAI）を論じる。
• 従来の研究と比較した分析（Tables I-II のように）を参照して本調査の位置づけを提示する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 UAVの主な民間適用と、領域横断的な課題は何か。
• RQ2 UAVプラットフォームはどのように異なるか（LAP vs HAP）と、それらが性能・展開においてどのようなトレードオフをもたらすか。
• RQ3 民間インフラと関連分野におけるUAV市場機会の範囲と規模はどの程度か。
• RQ4 領域横断的なUAV課題に対処するために、最も有望な研究方向と技術は何か。

主な発見

• 世界の UAV 市場は強い成長を示しており、民間インフラが市場の大部分を占めると予想される（over $45 billion）。
• 対象となる UAV 市場は over $127 billion と予測されており、民間インフラは約 $45 billion を寄与すると見込まれる。
• グローバル UAV ペイロード市場は 2027 年までに $3 billion に達すると予測されており、レーダーと通信機器（約80%）が支配的。
• UAV出荷と市場成長予測には、消費者向け（約29百万台を2021年）、企業向け（約805,000台を2021年）、政府UAV（戦闘/監視）を含む。
• 米国防総省は2017年に約 $4.457 billion をUAVに割り当て、政府によるUAV投資の多さを浮き彫りにしている。
• LAP/HAP分類フレームワークと性能パラメータ（持続時間、高度、ペイロード、航続距離）を提示し、プラットフォームの違いとユースケースの適性を捉える。