WO2025224976A1 - ケーブル布設方法 - Google Patents

ケーブル布設方法

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WO2025224976A1
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cable
drone
drones
horizontal tension
laying
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雅彦 阿部
邦弘 戸毛
千尋 鬼頭
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NTT Inc
NTT Inc USA
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G1/00—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines
    • H02G1/02—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for overhead lines or cables

Definitions

  • This disclosure relates to a cable laying method using a drone.
  • a commonly known method to avoid this is to use rocket launchers or drones to lay cables overhead between the spans of an aerial structure.
  • this requires back-and-forth work to replace materials with low linear mass densities, such as tow lines, with materials with high linear mass densities (for example, tow strings, tow ropes, and cables).
  • Non-Patent Document 1 discloses a method of using a standard winch to lay a lightweight rope, a towing rope, and a cable in that order.
  • the span length that can be laid is limited by the pulling tension of the machine that tensions the cable.
  • the present disclosure therefore aims to provide a cable laying method that uses multiple drones to apply horizontal tension to the cable that ensures sufficient ground clearance while ensuring stable flight of each drone.
  • the cable laying method disclosed herein employs a technique in which multiple drones are used, with each drone applying horizontal tension to the cable so that the cable maintains a predetermined height above ground while maintaining a predetermined pitch angle.
  • the cable installation method is as follows: A cable laying method for laying cables between aerial structures using multiple drones, comprising: causing each of the drones to grasp the cable; The method includes each drone applying horizontal tension to the cable so that the cable maintains a predetermined height above ground while satisfying a predetermined pitch angle.
  • the cable installation method is as follows: having each of the drones hold the cable at predetermined intervals; Each drone may apply the horizontal tension to the cable such that slack between adjacent drones is constant between each drone.
  • the cable installation method is as follows: applying a vertical load to each of the drones.
  • the cable installation method is as follows: Gripping the cable at a suspension position of the overhead structure located at a starting point; flying each of the drones horizontally from a position where the aerial structure is placed at the starting point to a position where the aerial structure is placed at the end point; applying the horizontal tension to the cable until each drone stops in position; After each of the drones stops at the predetermined position, the drones hold the cable at the suspension position of the aerial structure located at the end point; The method may also include having each of the drones release the cable after grasping the cable at the suspension position of the aerial structure located at the end point.
  • the cable laying method disclosed herein allows multiple drones to be used to apply horizontal tension to the cable, ensuring sufficient ground clearance while ensuring stable flight of each drone.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the catenary curve of the cable during and after installation. 1 is a diagram illustrating pitch angle, sag, or span length under predetermined conditions. FIG. This figure explains the relationship between the slack and span length of each span during towing and the slack and span length at the completion of laying when N drones are towing the cable.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the pulling of a cable by the first drone and the second drone.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the sag and span length of each span during towing and the sag and span length upon completion of laying.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the pulling of the cable by the first drone and the second drone when adjustment is performed using weights.
  • This is a table explaining the number of drones, the spacing between drones, etc. when adjustments are made using weights.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example in which the required number of tow drones fly at high altitude.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example in which all drones fly at high altitude.
  • FIG. 1 A cable installation method according to a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
  • FIG. The first embodiment provides a cable laying method that uses multiple general drones 100 to pull a cable 300 into the sky and lay it between utility poles 200.
  • a method is used in which the drones 100 cooperate to ensure maximum horizontal tension T while satisfying the pitch angle that allows each drone 100 to fly stably.
  • the multiple drones 100 apply to the cable 300 a horizontal tension T that can ensure the cable 300's height above ground after laying, while ensuring stable flight of the multiple drones 100.
  • Utility poles 200 are an example of an "aerial structure.”
  • the cable installation method of the present disclosure includes: A cable laying method for laying a cable 300 between utility poles 200 using a plurality of drones 100, comprising: having each drone 100 grasp a cable 300; This includes each drone 100 applying horizontal tension to the cable 300 so that the cable 300 maintains a predetermined height above the ground while each drone 100 satisfies a predetermined pitch angle.
  • the pitch angle is defined as the angle at which the payload component is tilted relative to the vertical direction, as shown in FIG. 1 .
  • the payload is the sum of the buoyancy (vertical direction) of the drone 100 and the tractive force (horizontal direction), so the pitch angle is defined as arctan (buoyancy/tractive force).
  • the drone 100 will not be able to maintain stable buoyancy, and will be unable to support its own weight, causing it to crash. For this reason, as shown in Figure 1, even when using a drone with a payload limit of approximately 200 N (approximately 20 kg), which is commonly used for applications such as pesticide spraying, the horizontal traction force will be 100 N at the upper limit of a pitch angle of 30 degrees. At the same time, the buoyancy (vertical direction) generated will be 170 N.
  • the cable 300 forms a catenary curve during and after installation, as shown in Figure 3.
  • the shape (catenary curve) of the cable 300 during and after installation, the sag D, and the actual length L of the cable are expressed on the xy plane by the following equations:
  • the following approximate formula obtained from the above formula is used for calculations using the slack D, horizontal tension T, and actual length L when the drone 100 pulls the cable 300.
  • the slack D is sufficiently small
  • the slack D, horizontal tension T, and actual length L can be approximated as follows by Maclaurin expansion:
  • the cable 300 is fixed to the next drone 100, which flies in conjunction with the previous drone 100. This process is repeated until the required cable length is prepared from the starting point to the end point, and multiple drones 100 are positioned in the air. During this placement stage up to the end point, the only concern is whether the cable 300 being pulled has the required height above ground, so there is no need to strictly control the horizontal tension used to pull the cable 300.
  • each drone 100 is placed at a pre-programmed position, and each drone 100 is made to pull the cable at a pitch angle of 30 degrees or less. Once all drones 100 have stopped in their designated positions, the cable 300 is grasped at a position where it is strung on the utility pole 200 located at the end point. Since the actual length of the completed form will remain unchanged once the cable 300 is grasped and fixed at both ends, all drones 100 are then required to release the fixed cable 300. As for the release method, each drone 100 may be equipped with an arm that can be opened and closed remotely, as with commercially available drones. A pitch angle of 30 degrees is an example of a "predetermined pitch angle.”
  • each drone 100 When releasing, each drone 100 is lowered a vertical distance equivalent to the expected slack at each drone's position, and the horizontal tension applied to the cable 300 by the release is gradually applied, thereby stabilizing each drone 100 and completing the laying of the cable.
  • the method of outputting instructions to multiple drones 100 is arbitrary; instructions may be issued to multiple drones 100 collectively using a control device that collectively manages the multiple drones 100, or a control device may be provided for each of the multiple drones 100.
  • the cable installation method of the present disclosure includes: Gripping the cable 300 at a bridging position on the utility pole 200 located at the starting point; Flying each drone horizontally from the installation position of the utility pole 200 located at the starting point toward the installation position of the utility pole 200 located at the end point; Apply horizontal tension to the cable until each drone stops in place; After each drone stops at a predetermined position, the cable 300 is grasped at a bridging position on the utility pole 200 located at the end point. This includes having each drone grasp the cable 300 at a suspension position on the utility pole 200 located at the end point, and then releasing the cable 300.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the slack and span length of each span during towing and the slack and span length upon completion of laying when N drones are towing the cable.
  • the cable 300 after being laid must be pulled so that it has a target slack. Therefore, multiple drones 100 pull the cable 300 so that the cable 300 has a target slack after being laid.
  • each drone 100 it is necessary to control each drone 100 with approximately 20 drones so that the slack d in each span is 0.5 m.
  • the cable installation method of the present disclosure includes: Each drone holds the cable 300 at a predetermined interval; Each drone applies horizontal tension to the cable 300 so that the slack between adjacent drones is constant between each drone.
  • FIG. 5(A) multiple drones 100 arranged at different spans are used to tow the cable 300 and lay it between utility poles 200.
  • the different spans are an example of a "predetermined interval.”
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the slack and span length of each span during towing and the slack and span length upon completion of laying when N drones are towing the cable 300.
  • tension is applied to the cable 300 in order from the first drone located at the rightmost position in the figure to the Nth drone located at the leftmost position.
  • the slack between the nth drone and the (n+1)th drone is denoted by dn
  • the actual length is denoted by ln
  • the span length is denoted by sn
  • the slack between the Nth drone and the utility pole 200 is denoted by dN
  • the actual length is denoted by lN
  • the span length is denoted by sN .
  • the final span length S is the sum of the span lengths s n between the drones
  • Fig. 6 is a diagram illustrating the pulling of the cable by the first drone and the second drone.
  • the second and subsequent drones pull the cable 300 with the total horizontal tension obtained by adding their own horizontal tension to the horizontal tension of the drones 100 before them. Therefore, if the slack dn is the same, the span length sn between the drones gradually increases (i.e., as n increases). Specifically, the horizontal tension T1 applied to the portion of the cable 300 in the rightmost span S1 is 1.7 N, while the horizontal tension T2 applied to the portion of the cable 300 in the second span S2 is 6.0 N.
  • the difference between the horizontal tensions T2 and T1 is the horizontal tension applied to the cable 300 by the second drone.
  • FIG. 7 is a table illustrating the distance between drones when 20 drones 100 are used and the slack d n is the same among the drones.
  • the linear mass density of the cable 300 is 3.0 N/m.
  • the required horizontal tension increases as the drone number n increases.
  • the cable 300 can be pulled by the total horizontal tension obtained by adding the horizontal tension of the drone 100 in front of it to the horizontal tension of the drone itself. Therefore, even if the horizontal tension increases as the drone number n increases, it is possible to adequately handle this situation.
  • the table in FIG. 7 also shows how the total horizontal tension applied to the cable 300 increases as the drone number n increases.
  • the cable load V applied to each drone also increases as the drone number n increases.
  • Figure 8 shows the relationship between sag and span length for each span during towing and the sag and span length at completion of laying.
  • Figure 8(A) shows the relationship between sag and span length for each span during laying
  • Figure 8(B) shows the relationship between sag and span length at completion of laying.
  • the sag dn is the same for each drone. As explained so far, because the sag is constant during laying, the span length sn increases as n increases.
  • multiple drones 100 are flown at the same altitude while maintaining the same slack, simplifying operation. It is also possible to ensure sufficient ground clearance.
  • Fig. 9 is a diagram illustrating the pulling of the cable by the first drone and the second drone when adjustment is performed using a weight.
  • a vertical weight 400 is intentionally added to the drone 100 within the payload limit, thereby employing a means for maximizing the horizontal tension applied to the cable 300. This makes it possible to reduce the number of drones required for a given span length S.
  • Providing the weight 400 is an example of a method for applying a vertical load to each drone.
  • the cable installation method of the present disclosure includes: applying a vertical load to each drone.
  • a weight 400 is added to each drone.
  • the horizontal tension that each drone 100 can pull while maintaining a pitch angle of 30 degrees relative to the cable load is as described above.
  • a weight or the like as a vertical load, it is possible to increase the horizontal tension applied to the cable while maintaining a pitch angle of 30 degrees.
  • the cable 300 can be pulled by the total horizontal tension obtained by adding the horizontal tension of the drone 100 in front of it to the horizontal tension of the drone itself.
  • the horizontal tension T1 applied to the portion of the cable 300 in the rightmost span S1 is 100.0 N
  • the horizontal tension T2 applied to the portion of the cable 300 in the second span S2 is 200.0 N
  • the difference between horizontal tension T2 and T1 is the horizontal tension applied to the cable 300 by the second drone.
  • the weight of the weight 400 may be changed for each drone.
  • the horizontal tension of the drone 100 in front of it can be used, so the weight of the weight 400 is made lighter as the drone number n increases.
  • Figure 10 is a table that explains the number of drones, the spacing between drones, etc. when adjustments are made using weights. As described above, by adding weights or the like as a vertical load and adjusting it, it is possible to increase the horizontal tension applied to the cable 300 while maintaining a pitch angle of 30 degrees.
  • the table in Figure 10 also shows how the total horizontal tension applied to the cable 300 increases as the drone number n increases. This, as shown in Figure 10, makes it possible to reduce the number of drones 100 required compared to the case described in the second embodiment. Note that the cable load V applied to each drone also increases as the drone number n increases.
  • Figure 11 shows the relationship between sag and span length for each span during towing and the sag and span length at the completion of laying.
  • Figure 11(A) shows the relationship between sag and span length for each span during laying
  • Figure 11(B) shows the relationship between sag and span length after laying.
  • the sag dn is the same for each drone.
  • the span length sn increases as n increases.
  • the horizontal tension also increases in the following order: horizontal tension T1 of the first drone, horizontal tension T2 of the second drone, horizontal tension T3 of the third drone, horizontal tension T4 of the fourth drone, horizontal tension T5 of the fifth drone, and horizontal tension T6 of the sixth drone.
  • multiple drones 100 are flown at the same altitude while maintaining the same sag, simplifying operations. It is also possible to ensure sufficient ground clearance. Furthermore, as mentioned above, the number of drones 100 required can be reduced.
  • load adjustment can also be achieved by changing the length of the cable 300 held by the drone 100, rather than by using weights. However, this would increase the required length of cable 300, resulting in waste. Furthermore, in order to tow a drone while maintaining ground clearance, the increased length would require the drone to fly higher than the other drones, which would cause problems with contact with high-voltage lines and stable flight in high wind pressure. For this reason, load adjustment can be achieved solely by using weights, etc.
  • Fig. 12 is a diagram illustrating how a required number of drones 100 fly at a high altitude.
  • the description is based on the premise that multiple drones 100 fly at the same altitude.
  • the scope of the present disclosure is not limited to this, and only a required number of tow drones may fly at a high altitude.
  • Figure 12(A) shows a single towing drone flying at high altitude. This method allows for simple operation of the cable 300.
  • Figure 12(B) shows multiple tow drones flying at high altitude. This method allows the cable 300 to be pulled more efficiently than by flying a single tow drone at high altitude.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating how all drones 100 fly at a high altitude.
  • the cable 300 may be towed by having all drones 100 fly at a high altitude. This allows the cable 300 to be towed suitably and simplifies operation.
  • the span length S is set to approximately 250 m to 300 m as an example, but by increasing the number of drones, it is possible to lay cables aerial without restrictions on the span length S, within the range allowed by the tensile strength of the aerial structure and the towing cable 300.
  • Drone 200 Utility pole 300: Cable 400: Weight

Landscapes

  • Laying Of Electric Cables Or Lines Outside (AREA)

Abstract

本開示は、複数のドローンを用いて、各ドローンを安定して飛行させつつ十分な地上高を確保可能な水平張力をケーブルに加えることが可能な、ケーブル布設方法を提供することを目的とする。　本開示のケーブル布設方法は、複数のドローン１００を用いて電柱２００間にケーブル３００を布設するケーブル布設方法であって、各ドローン１００にケーブル３００を把持させること、各ドローン１００が所定のピッチ角を満足しつつケーブル３００が所定の地上高を確保するように、各ドローン１００がケーブル３００に水平張力を加えること、を含む。

Description

ケーブル布設方法
　本開示は、ドローンを用いるケーブル布設方法に関する。
　従来より、電柱等の架空構造物を介して架空へケーブルを単独布設する際に、人手によって、布設するルートの始点から終点に沿って地上にケーブルを配置したうえで、架空構造物の架渉位置にて張力をかけることが行われている。このような方法によると、地上の状況が交通量の多い道路である場合や、架空構造物が高低差のある山谷に配置されている場合に、作業に危険を伴う。特に道路上での作業の場合には、道路を通行する車や人にとっても布設中のケーブルは危険である。
　これを回避する方法として、ロケットランチャーやドローンにより架空構造物のスパン間の架空上で布設する工法が一般的に知られている。しかしながら、ドローンのペイロード性能の限界により、牽引糸など線質量密度が小さい物から、線質量密度が大きいものへ（例えば、牽引紐、牽引ロープ、ケーブルの順に）置き換えていくための往復作業が必要となる。
　例えば、非特許文献１には、一般的なウィンチを用いて、軽量ロープ、牽引ロープ、ケーブルの順に、布設する方法が開示されている。このような方法を用いた場合、布設できるスパン長は、ケーブルを張線する機械の牽引張力により制限される。つまり、単独のドローンを用いてケーブルを布設する場合には、ケーブルの重量等により布設可能なスパン長に制限が存在する。
ＮＴＴ技術ジャーナル、　２０１４年７月号，　ｐｐ．５５－５８
　一方で、複数のドローンを用いてケーブルを布設することが考えられるが、各ドローンを安定して飛行させつつ十分な地上高を確保可能な水平張力をケーブルに加えるために、各ドローンがどのような条件を満たせばよいかが明らかでなかった。
　そこで、本開示は、複数のドローンを用いて、各ドローンを安定して飛行させつつ十分な地上高を確保可能な水平張力をケーブルに加えることが可能な、ケーブル布設方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本開示のケーブル布設方法は、複数のドローンを用い、各ドローンが所定のピッチ角を満足しつつケーブルが所定の地上高を確保するように、各ドローンがケーブルに水平張力を加える、という手法を採用する。
　具体的には、ケーブル布設方法は、
　複数のドローンを用いて架空構造物間にケーブルを布設するケーブル布設方法であって、
　前記各ドローンに前記ケーブルを把持させること、
　前記各ドローンが所定のピッチ角を満足しつつ前記ケーブルが所定の地上高を確保するように、前記各ドローンが前記ケーブルに水平張力を加えること、を含む。
　これによれば、スパン間での往復作業を行うことなく、ドローンを安定飛行させつつ布設中および布設後の地上高を確保して、長スパンのケーブル布設を行うことができる。
　また、ケーブル布設方法は、
　前記各ドローンに所定の間隔で前記ケーブルを把持させること、
　隣接する前記ドローン間における弛度が各ドローン間で一定となるように、前記各ドローンが前記ケーブルに前記水平張力を加えること、を含んでもよい。
　また、ケーブル布設方法は、
　前記各ドローンに鉛直方向の荷重を加えること、を含んでもよい。
　また、ケーブル布設方法は、
　始点に位置する前記架空構造物の架渉位置に前記ケーブルを把持させること、
　前記始点に位置する前記架空構造物の架渉位置から終点に位置する前記架空構造物の架渉位置に向けて前記各ドローンを水平飛行させること、
　前記各ドローンが所定の位置で停止するまで前記ケーブルに前記水平張力を加えること、
　前記各ドローンが前記所定の位置で停止した後、前記終点に位置する前記架空構造物の前記架渉位置に前記ケーブルを把持させること、
　前記終点に位置する前記架空構造物の前記架渉位置に前記ケーブルを把持させた後、前記各ドローンに前記ケーブルをリリースさせること、を含んでもよい。
　なお、上記各開示は、可能な限り組み合わせることができる。
　本開示のケーブル布設方法によれば、複数のドローンを用いて、各ドローンを安定して飛行させつつ十分な地上高を確保可能な水平張力をケーブルに加えることができる。
ドローンのペイロード上限２００Ｎの場合におけるピッチ角３０度の牽引力および浮力を説明する図である。 ドローンを用いてケーブルを布設する際にかかる力、および、架渉高度と弛度、地上高との関係を説明する図である。 布設中及び布設後のケーブルがカテナリー曲線をなすことを説明する図である。 所定の条件下におけるピッチ角、弛度、又は、スパン長を説明する図である。 Ｎ個のドローンがケーブルを牽引する場合における、牽引中の各スパンにおける弛度・スパン長と、布設完了時の弛度・スパン長との関係を説明する図である。 第１ドローン及び第２ドローンによるケーブルの牽引を説明する図である。 複数のドローンを用いて弛度を一定に保ちつつケーブルを牽引する場合におけるドローン数やドローンの間隔等を説明する表である。 牽引中の各スパンにおける弛度・スパン長と、布設完了時の弛度・スパン長との関係を説明する図である。 重りによるアジャストがある場合の、第１ドローン及び第２ドローンによるケーブルの牽引を説明する図である。 重りによるアジャストがある場合の、ドローン数やドローンの間隔等を説明する表である。 重りによるアジャストがある場合の、牽引中の各スパンにおける弛度・スパン長と、布設完了時の弛度・スパン長との関係を説明する図である。 必要数の牽引ドローンが高度飛行を行う実施例を説明する図である。 全てのドローンが高度飛行を行う実施例を説明する図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
　（第１の実施形態）
　本開示の第１の実施形態にかかるケーブル布設方法について、図１から図８を参照しながら説明する。
　第１の実施形態は、一般的なドローン１００を複数用いて、架空へケーブル３００を牽引し電柱２００間に布設するケーブル布設方法を提供する。複数のドローン１００の運用にあたっては、各ドローン１００が安定して飛行できる条件であるピッチ角を満足させつつ、最大の水平張力Ｔを確保するように連携させる方法を取る。つまり、本実施形態では、複数のドローン１００を安定飛行させつつ、布設後のケーブル３００の地上高を確保可能な水平張力Ｔを複数のドローン１００によりケーブル３００に対し加える。電柱２００は「架空構造物」の一例である。
　具体的には、本開示のケーブル布設方法は、
　複数のドローン１００を用いて電柱２００間にケーブル３００を布設するケーブル布設方法であって、
　各ドローン１００にケーブル３００を把持させること、
　各ドローン１００が所定のピッチ角を満足しつつケーブル３００が所定の地上高を確保するように、各ドローン１００がケーブル３００に水平張力を加えること、を含む。
　［単独のドローンによる布設について］
　前提として、１台のドローン１００によるケーブル布設を考える。一般のドローンは、飛行力学上の制限から、ピッチ角約３０度が限度である。本開示におけるピッチ角とは、図１に示されるように、鉛直方向に対してペイロード成分が傾く角度として定義される。言い換えると、ペイロードは、ドローン１００の浮力（鉛直方向）に牽引力（水平方向）を加えたものであるため、ピッチ角＝ａｒｃｔａｎ（浮力／牽引力）として定義される。
　ドローン１００は、ピッチ角約３０度を超えると浮力を安定して確保することができず、ドローン１００自身の荷重を支えられずに墜落する。このため、図１に示されるように、農薬散布等で一般的に用いられるペイロード上限２００Ｎ（約２０ｋｇ）程度のドローンを用いた場合でも、水平方向の牽引力は、上限であるピッチ角３０度のときの１００Ｎとなる。なお、このとき同時に発生する浮力（鉛直方向）は、１７０Ｎとなる。
　ここで、図２に示されるように、ドローン１００を用いて電柱２００等の架空構造物にケーブル３００を布設する際にかかる力、および、架渉高度と弛度、地上高との関係は、以下のようになる。なお、ドローン１００は等速運動するものとし、ケーブル３００等への風圧荷重は十分小さいものと仮定する。
　架渉高度Ｈ［ｍ］＝地上高［ｍ］＋弛度Ｄ［ｍ］
　牽引力［Ｎ］＝水平張力Ｔ［Ｎ］
　浮力［Ｎ］＝ケーブル荷重Ｖ［Ｎ］
　ペイロード［Ｎ］＝合力Ｆ［Ｎ］
　ピッチ角＝ａｒｃｔａｎ（浮力／牽引力）＝ａｒｃｔａｎ（ケーブル荷重／水平張力）
　また、図３に示されるように、布設中及び布設後のケーブル３００がカテナリー曲線をなすことが知られている。布設中及び布設後のケーブル３００の形状（カテナリー曲線）、弛度Ｄ、及び、ケーブルの実長Ｌは、ｘｙ平面上において、以下の数式で表される。
　ただし、ａは、水平張力Ｔをケーブル３００の線質量密度Ｗ［Ｎ／ｍ］で除算した値、つまり、ａ＝Ｔ／Ｗである。
　本開示では、ドローン１００がケーブル３００を牽引する際の弛度Ｄ、水平張力Ｔ、実長Ｌを用いた計算に際し、上記の数式から得られる以下の近似式を用いる。具体的には、弛度Ｄが十分に小さいと仮定したとき、マクローリン展開により、弛度Ｄ、水平張力Ｔ、及び、実長Ｌは、以下のように近似することができる。
　上記の関係を前提に、図４を参照しながら、単独のドローン１００で線質量密度Ｗ＝３［Ｎ／ｍ］（吊り線４５ＣＲ程度）のケーブル３００を牽引する際に発生する課題を説明する。図４は、所定の条件下におけるピッチ角、弛度、又は、スパン長を説明する図である。ここで、地上高を確保するようにケーブル３００を牽引する場合、鉛直方向の浮力で支えるべきケーブル荷重よりも、水平方向の牽引力の方が大きくなる傾向がある。
　例えば、図４（Ａ）に示されるように、通常の出来形、つまり、スパン長Ｓ＝３０ｍ、弛度Ｄ＝０．２ｍで布設することを考える。この場合、以下に示すように、ケーブル荷重Ｖ＝９０Ｎに対し、必要となる水平張力Ｔは、１６８８Ｎとなる。この場合のピッチ角は、８６．９５度となる。これはドローン１００の性能限界を超えているため実現不可能である。
　これに対し、図４（Ｂ）に示すように、ピッチ角３０度以内という条件下で、スパン長Ｓ＝３０ｍを確保しつつ、線質量密度Ｗ＝３Ｎ／ｍのケーブル３００を布設することを考える。この場合、以下に示すように、弛度Ｄ＝６ｍとする必要がある。このため、地上から１０ｍの位置にケーブル３００を布設する場合における地上高が４ｍとなり、有線電気通信設備令施行規則おける車道上等での必要な地上高（＝５ｍ）を確保することができない。
　そこで、図４（Ｃ）に示すように、ピッチ角３０度以内という条件を満たし、かつ、省令上必要な地上高（＝５ｍ）を確保して、線質量密度Ｗ＝３Ｎ／ｍのケーブル３００を布設することを考える。この場合、以下に示すように、スパン長Ｓが２５ｍより大きくなる場合に対応することができない。このため、単独のドローン１００を用いる場合には、市中に存在するスパン長が３０ｍから５０ｍ程度の電柱間にケーブル３００を布設することができない。また、山岳区間などには特殊区間として２５０ｍ程度のスパン長も存在するが、単独のドローン１００を用いる場合には、そのような長いスパン長に対応することもできない。
　［始点から終点までの布設作業］
　ここで、複数のドローン１００を用いたケーブル３００の布設作業について説明する。ケーブル布設作業に関しては、まず、始点に布設する長さのケーブル３００を予め確保する。その後、始点に位置する電柱２００の架渉位置にケーブル３００の片端を把持させ、ケーブル３００の別の片端を取り付けた牽引用ドローン１００を始点側から終点側へ向かって水平に飛行させる。
　予定のスパン分のケーブルが繰り出されたら、次のドローン１００にケーブル３００を固定し、前のドローン１００に連動させて飛行させる。これを繰り返し、始点側から終点側に向けて必要なケーブル長を用意するとともに、複数のドローン１００を架空に配置する。この終点までの配置段階では、牽引中のケーブル３００に必要な地上高が取れるかのみを気にすればよいため、ケーブル３００を牽引するための水平張力は厳密に制御する必要はない。
　ケーブル３００及び複数のドローン１００が終点まで配置された後、完成形に向けてケーブル３００に水平張力をかける必要がある。この際には、予めプログラミング等しておいた位置に各ドローン１００を配置し、各ドローン１００にピッチ角３０度以内でケーブルを牽引させる。ドローン１００全機が所定の位置に停止したら、終点に位置する電柱２００の架渉位置にケーブル３００を把持させる。両端でケーブル３００を把持させ固定すれば完成形の実長は不変となるため、あとは全ドローン１００に固定したケーブル３００をリリースさせる。リリースさせる方法に関し、各ドローン１００には、市販のドローンのように遠隔で開閉可能なアームが設けられていてもよい。ピッチ角３０度は「所定のピッチ角」の一例である。
　なお、リリースにあたっては、各ドローン位置において想定される弛度分の鉛直距離分だけ各ドローン１００を降下させ、リリースによって加わるケーブル３００への水平張力を徐々に荷重させていくことで、各ドローン１００を安定させつつケーブルの布設を完成形とすることができる。なお、複数のドローン１００への指示の出力方法は任意であり、複数のドローン１００を一括して管理する制御装置により複数のドローン１００に対して一括して指示を出してもよいし、複数のドローン１００毎に制御装置を用意してもよい。
　［撤去作業］
　上記の工法により布設したケーブル３００の撤去に関しては、布設時の逆手順により撤去が可能である。
　上記のように、本開示のケーブル布設方法は、
　始点に位置する電柱２００の架渉位置にケーブル３００を把持させること、
　始点に位置する電柱２００の架渉位置から終点に位置する電柱２００の架渉位置に向けて各ドローンを水平飛行させること、
　各ドローンが所定の位置で停止するまでケーブルに水平張力を加えること、
　各ドローンが所定の位置で停止した後、終点に位置する電柱２００の架渉位置にケーブル３００を把持させること、
　終点に位置する電柱２００の架渉位置にケーブル３００を把持させた後、各ドローンにケーブル３００をリリースさせること、を含む。
　［複数のドローンを用いたケーブル布設方法］
　ここからは、複数のドローンを用いたケーブル布設方法について、図５から図８を参照しながら、より詳細に説明する。図５は、Ｎ個のドローンがケーブルを牽引する場合における、牽引中の各スパンにおける弛度・スパン長と、布設完了時の弛度・スパン長との関係を説明する図である。
　上記の通り、布設後のケーブル３００は、目標の弛度となるように、牽引される必要がある。そこで、複数のドローン１００は、布設後のケーブル３００が目標の弛度となるように、ケーブル３００を牽引する。例えば、概算としては、最終的な完成形としてスパン長Ｓ＝２５０ｍを弛度Ｄ＝１０ｍを目標にケーブル３００を布設するためには、ドローン２０台程度で各スパンにおける弛度ｄが０．５ｍになるよう、各ドローン１００を制御する必要がある。
　具体的には、本開示のケーブル布設方法は、
　各ドローンに所定の間隔でケーブル３００を把持させること、
　隣接するドローン間における弛度が各ドローン間で一定となるように、各ドローンがケーブル３００に水平張力を加えること、を含む。
　本実施形態では、図５（Ａ）に示されるように、異なるスパンで配置した複数のドローン１００を用いて、ケーブル３００を牽引し、電柱２００間に布設する。異なるスパンは「所定の間隔」の一例である。図５は、Ｎ個のドローンがケーブル３００を牽引する場合における、牽引中の各スパンにおける弛度・スパン長と、布設完了時の弛度・スパン長との関係を説明する図である。本実施形態では、図の最も右に位置する第１ドローンから最も左側に位置する第Ｎドローンまで順にケーブル３００に張力を加える。また、第ｎドローンと第ｎ＋１ドローンとの間の弛度をｄｎとし、実長をｌｎとし、スパン長をｓｎとする。また、第Ｎドローンと電柱２００との間の弛度をｄＮとし、実長をｌＮとし、スパン長をｓＮとする。
　最終的な完成形としてのスパン長Ｓはドローン間の各スパン長ｓｎの合計であり、実長Ｌはドローン間の各実長ｌｎの合計である。このため、スパン長Ｓ及び実長Ｌは、以下のように表される。
（数６）
　Ｓ＝ｓ１＋ｓ２＋…＋ｓＮ　…（６－１）
　Ｌ＝ｌ１＋ｌ２＋…＋ｌＮ　…（６－２）
　ｎ番目のスパン間での弛度ｄｎ、実長ｌｎ及びスパン長ｓｎの関係は、近似式（２－３）より、以下のように表される。
　式（７－１）、（７－２）、（８）より、実長Ｌは以下のように表される。
　また、近似式（２－３）、及び、式（７）より、以下の関係が成り立つ。
　よって、図５（Ｂ）に示される完了時の弛度Ｄの関係は、以下の通り表せる。
　次に、図６を参照しながら、ピッチ角３０度の条件を満たしつつドローン間の弛度ｄｎ＝０．５ｍを確保しながら、ケーブル３００を牽引する場合の、水平張力Ｔ、ケーブル荷重Ｖ、及び、スパン長ｓｎについて説明する。図６は、第１ドローン及び第２ドローンによるケーブルの牽引を説明する図である。
　図６（Ａ）に示されるように、先頭の第１ドローンがケーブル３００を牽引する際に弛度ｄｎが各ドローン間で共通の０．５ｍとなるようにする場合、ピッチ角３０度となるような水平張力Ｔ及びケーブル荷重Ｖは、例えば線質量密度Ｗ＝３Ｎ／ｍのとき、それぞれ１．７Ｎおよび２．９Ｎとなる。
　図６（Ｂ）に示されるように、第２ドローン以降は、自身より前のドローン１００の水平張力に、自身の水平張力を加えた合計の水平張力によりケーブル３００を牽引するため、弛度ｄｎを共通にする場合には、徐々に（つまり、ｎが大きくなるにつれて）ドローン間のスパン長ｓｎは長くなる。具体的には、最も右側のスパンＳ１のケーブル３００の部分に加わる水平張力Ｔ１が１．７Ｎであるのに対し、２番目のスパンＳ２のケーブル３００の部分に加わる水平張力Ｔ２は６．０Ｎとなる。ここで、水平張力Ｔ２とＴ１との差分が、第２ドローンがケーブル３００に加える水平張力となる。
　図７は、２０台のドローン１００を用いて、ドローン間の弛度ｄｎを共通にする場合のドローン間の距離等を説明する表である。なお、ケーブル３００の線質量密度は、３．０Ｎ／ｍである。必要な水平張力は、ドローン番号ｎが増えるにつれて大きくなる。これに対し、本実施形態では、上記のように、自身より前のドローン１００の水平張力に、自身の水平張力を加えた合計の水平張力によりケーブル３００を牽引することができる。このため、ドローン番号ｎが増えるにつれて水平張力が増える場合でも十分に対応することができる。図７の表においても、ケーブル３００に加わる水平張力の総和が、ドローン番号ｎが増えるにつれて大きくなる様子が示される。なお、各ドローンに加わるケーブル荷重Ｖもドローン番号ｎが増えるにつれて大きくなる。
　図８には、牽引中の各スパンにおける弛度・スパン長と、布設完了時の弛度・スパン長との関係が示される。図８（Ａ）には布設中における各スパンにおける弛度とスパン長との関係が示され、図８（Ｂ）には布設完了時の弛度とスパン長との関係が示される。布設中において、各ドローン間の弛度ｄｎは共通である。ここまで説明してきたように、布設中において弛度が一定であるため、スパン長ｓｎはｎが増えるにつれて大きくなっている。
　本実施形態によれば、同一高度で同一弛度を保ちつつ複数のドローン１００を飛行させるため、運用がシンプルとなる。また、地上高も十分に確保することが可能となる。
　（第２の実施形態）
　本開示の第３の実施形態にかかるケーブル布設方法について、図９から図１１を参照しながら説明する。図９は、重りによるアジャストがある場合の、第１ドローン及び第２ドローンによるケーブルの牽引を説明する図である。
　第３の実施形態は、ピッチ角の制限内で可能な限りの水平張力を生み出すため、ドローン１００に鉛直方向の重り４００をあえてペイロード制限内で加え、ケーブル３００に加える水平張力を最大化する手段を採用する。これにより、一定のスパン長Ｓにおいて必要とするドローン数を少なくすることができる。重り４００を設けることは、各ドローンに鉛直方向の荷重を加える方法の一例である。
　具体的には、本開示のケーブル布設方法は、
　各ドローンに鉛直方向の荷重を加えること、を含む。
　具体的には、図９（Ａ）に示されるように、各ドローンに重り４００を付加する。各ドローン１００がケーブル荷重に対してピッチ角３０度を保ちつつ牽引できる水平張力は上述の通りである。これに対し、鉛直方向の荷重として重り等を付加しアジャストさせることで、ピッチ角３０度を保ちつつ、ケーブルに加える水平張力を大きくすることができる。
　本実施形態でも、自身より前のドローン１００の水平張力に、自身の水平張力を加えた合計の水平張力によりケーブル３００を牽引することができる。具体的には、図９（Ｂ）に示すように、最も右側のスパンＳ１のケーブル３００の部分に加わる水平張力Ｔ１が１００．０Ｎであるのに対し、２番目のスパンＳ２のケーブル３００の部分に加わる水平張力Ｔ２は２００．０Ｎとなる。ここで、水平張力Ｔ２とＴ１との差分が、第２ドローンがケーブル３００に加える水平張力となる。このようにドローン毎に必要な水平張力が変わってくるため、ドローン毎に重り４００の重さを変えてもよい。具体的には、本実施形態では、自身より前のドローン１００の水平張力を利用することができるため、ドローン番号ｎが増えるにつれて、重り４００の重さを軽くしている。
　図１０は、重りによるアジャストがある場合の、ドローン数やドローンの間隔等を説明する表である。上述のように、鉛直方向の荷重として重り等を付加しアジャストさせることで、ピッチ角３０度を保ちつつ、ケーブル３００に加える水平張力を大きくすることができる。図１０の表においても、ケーブル３００に加わる水平張力の総和が、ドローン番号ｎが増えるにつれて大きくなる様子が示される。これにより、図１０に示されるように、第２の実施形態において説明した場合よりも、必要なドローン１００の機数を少なくすることができる。なお、各ドローンに加わるケーブル荷重Ｖもドローン番号ｎが増えるにつれて大きくなる。
　図１１には、牽引中の各スパンにおける弛度・スパン長と、布設完了時の弛度・スパン長との関係が示される。図１１（Ａ）には布設中の各スパンにおける弛度とスパン長との関係が示され、図１１（Ｂ）には布設後における弛度とスパン長との関係が示される。布設中において、各ドローン間の弛度ｄｎは共通である。ここまで説明してきたように、布設中において弛度が一定であるため、スパン長ｓｎはｎが増えるにつれて大きくなっている。同様に、水平張力も第１ドローンの水平張力Ｔ１、第２ドローンの水平張力Ｔ２、第３ドローンの水平張力Ｔ３、第４ドローンの水平張力Ｔ４、第５ドローンの水平張力Ｔ５、第６ドローンの水平張力Ｔ６の順に大きくなる。
　本実施形態によれば、同一高度で同一弛度を保ちつつ複数のドローン１００を飛行させるため、運用がシンプルとなる。また、地上高も十分に確保することが可能となる。また、上述したように、必要なドローン１００の機数を少なくすることができる。
　なお、荷重のアジャストは、重りではなく、ドローン１００に持たせるケーブル３００の長さを変えることでも可能ではある。しかしながら、必要なケーブル３００の長さが長くなり無駄が発生する。また、牽引時の地上高を確保しつつ牽引するには、長くなった分だけ所定のドローンを他のドローンよりも高度飛行させる必要があるため、高圧線への接触や高い風圧下での安定飛行の点で問題が発生する。このため、荷重のアジャストは、あくまで重り等によって行ってもよい。
　（第３の実施形態）
　本開示の第４の実施形態にかかるケーブル布設方法について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、必要数のドローン１００が高度飛行を行う様子を説明する図である。上記の実施形態においては、複数のドローン１００が同一高度で飛行することを前提に説明を行った。しかしながら、本開示の範囲はこれに限らず、必要数の牽引ドローンのみが高度飛行してもよい。
　一例として、図１２（Ａ）には、１台の牽引ドローンが高度飛行する様子が示される。このような方法によれば、シンプルな運用でケーブル３００を牽引することができる。
　また、一例として、図１２（Ｂ）には、複数台の牽引ドローンが高度飛行する様子が示される。このような方法によれば、１台の牽引ドローンを高度飛行させるよりも好適にケーブル３００を牽引することができる。
　（第４の実施形態）
　本開示の第５の実施形態にかかるケーブル布設方法について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、全てのドローン１００が高度飛行を行う様子を説明する図である。図１３に示されるように、全てのドローン１００を高度飛行させることによりケーブル３００を牽引してもよい。これによれば、好適にケーブル３００を牽引することができるとともに、運用がシンプルとなる。
　（その他の実施例）
　上記の各実施形態では、一例として、スパン長Ｓを約２５０ｍから３００ｍとしたが、ドローンの機数を増やすことで、架空構造物及び牽引するケーブル３００の耐張力が許す範囲内において、スパン長Ｓの制限なく、架空にケーブルを布設することができる。
　（効果）
　本開示の各実施形態によれば、従来、地上での作業を伴っていた架空へのケーブル布設作業について、ケーブルを空中に保持しながら布設することができる。このため、ケーブルを布設するルートの始点から終点までの地上の状況に関係なく、安全な布設作業を行うことが可能となる。
　また、本開示の各実施形態によれば、単独のドローンにより牽引糸をスパン間に引いた後、牽引紐、牽引ロープと徐々に牽引用具を太くし、最終的に目的のケーブルを牽引・布設する工法のような、スパン間での往復作業が不要となる。
１００：ドローン
２００：電柱
３００：ケーブル
４００：重り

Claims (4)

  1. 　複数のドローンを用いて架空構造物間にケーブルを布設するケーブル布設方法であって、
    　前記各ドローンに前記ケーブルを把持させること、
    　前記各ドローンが所定のピッチ角を満足しつつ前記ケーブルが所定の地上高を確保するように、前記各ドローンが前記ケーブルに水平張力を加えること、を含む、
    　ケーブル布設方法。
  2. 　前記各ドローンに所定の間隔で前記ケーブルを把持させること、
    　隣接する前記ドローン間における弛度が各ドローン間で一定となるように、前記各ドローンが前記ケーブルに前記水平張力を加えること、を含む、
    　請求項１に記載のケーブル布設方法。
  3. 　前記各ドローンに鉛直方向の荷重を加えること、を含む、
    　請求項２に記載のケーブル布設方法。
  4. 　始点に位置する前記架空構造物の架渉位置に前記ケーブルを把持させること、
    　前記始点に位置する前記架空構造物の架渉位置から終点に位置する前記架空構造物の架渉位置に向けて前記各ドローンを水平飛行させること、
    　前記各ドローンが所定の位置で停止するまで前記ケーブルに前記水平張力を加えること、
    　前記各ドローンが前記所定の位置で停止した後、前記終点に位置する前記架空構造物の前記架渉位置に前記ケーブルを把持させること、
    　前記終点に位置する前記架空構造物の前記架渉位置に前記ケーブルを把持させた後、前記各ドローンに前記ケーブルをリリースさせること、を含む、
    　請求項１に記載のケーブル布設方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5411494A (en) * 1977-06-28 1979-01-27 Saito Kouichi Method of extending guide wire for overhead construction of transmission line and like
JPS573508A (en) * 1980-06-09 1982-01-09 Fujimoto Jinpei Method of laying string by balloon
JP2024002715A (ja) * 2022-06-24 2024-01-11 ソフトバンク株式会社 端末装置の位置を特定するシステム

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