農業機械工学入門：農業用ドローン — 散布と生育センシングの機体設計

「農業用ドローン」という言葉は、実は性格の異なる二種類の機体を一括りにしている。一つは農薬・肥料・種子といった資材を運び、圃場へ散布する散布ドローンである。もう一つは、可視光・近赤外の反射を測り、作物の生育状態や病害の兆候を面的に把握するセンシングドローンである。前者は積載量とポンプ・ノズル系の設計が、後者はセンサの分光特性と飛行計画・処理ソフトが性能を左右する。本稿はこの二系統を分けて扱い、最後に日本国内の飛行規制の構造を整理する。製品仕様・規制情報は、特記のない限り2026年9月4日確認の各社公開情報・行政資料に基づく。

30秒要約

• 農業用ドローンは、資材を運ぶ散布ドローンと、生育状態を測るセンシングドローンに分けて理解すべきである。要求される性能も、評価すべき指標も異なる。
• 散布ドローンの能力は、タンク容量(積載量)、ポンプ・ノズルによる噴霧流量、そして単位時間あたりに散布できる面積(能率)で評価する。DJI Agras T50は最大50kgの粒剤、40Lの薬液を積載でき、条件次第で1時間あたり最大21haの散布能力を公開している。
• センシングドローンは、近赤外(NIR)と可視赤色(Red)の反射率差からNDVI(正規化植生指数)を算出し、生育のムラ・ストレスを面的に把握する用途で使われる。
• 日本国内での農薬空中散布は、航空法上の「物件投下」に該当し、国土交通大臣への許可・承認申請が必要である。無人ヘリコプター向け・無人マルチローター向けにそれぞれ安全ガイドラインが定められている。
• ドローンの飛行区分には「目視内操縦」「目視内自動」「無人地帯での目視外飛行(補助者の要否でレベル3／3.5に分かれる)」「有人地帯での目視外飛行(レベル4)」があり、農薬散布は多くの場合、目視内(レベル2)での運用が前提になる。
• 2025年10月からは、総重量25kg以上の機体に第三者賠償責任保険の加入が義務化されている。

1. 散布ドローンの構成：タンク・ポンプ・ノズル

図: Duskcoil作成。実機のアーム数・ノズル配置・ポンプ方式は機種により異なる。

散布ドローンは、機体中央または下部に薬液・粒剤タンクを搭載し、ポンプで加圧またはインペラで送液し、複数のノズルから散布する構成が基本である。DJI Agras T50は、粒剤で最大50kg、噴霧では40Lのペイロードを積載でき、二重遠心ノズル(4ノズル)構成で毎分最大24Lの噴霧流量、2ノズル構成では毎分16Lという公開値を持つ。DJI AGRAS T50取り扱い開始のお知らせ DJI AGRAS T50製品情報 満載状態でも1時間あたり最大21haという散布能力が示されており、これは有人のラジコンヘリや従来の小型ドローンに比べ、単機あたりの作業効率を大きく引き上げる規模である。DJIが農業ドローン「Agras T50」発表

中国XAGのP100 Proは、バッテリーを含む機体重量約46kg、定格積載量50kgという構成で、液剤散布では畑作業効率19ha/h(最大流量22L/min)、粒剤散布では最大150kg/min(散布効率1,300kg/h)という値を公開している。ホバリング精度はRTK有効時に水平・垂直とも±10cmとしており、IPX6K相当の防塵防水等級を持つ。XAG P100 Pro農業用ドローン仕様

散布ドローンの実効能率は、単純にタンク容量だけでは決まらない。散布幅、飛行速度、旋回・折り返しのロス、補給(薬液・バッテリー)にかかる時間を含めた実作業効率 \eta_f を使えば、実作業能率 C [ha/h] は

とトラクタ・田植機と同じ形の式で概算できる。カタログ上の「最大◯ha/h」は、多くの場合、この \eta_f を高く見積もった条件での値であることに注意したい。

2. 粒剤散布と液剤散布の違い

肥料や粒状農薬を散布する場合は、遠心式のスピナーやスクリューコンベアで粒を飛ばす方式が使われ、液剤散布とは異なる搬送・計量の工学が必要になる。粒の大きさ・比重・流動性のばらつきは、施肥機のブロードキャスタと同じ課題を抱えており、播種機・施肥機の記事で扱った全面散布の考え方がそのままドローンにも当てはまる。液剤散布では、ノズルの噴口形状・圧力・回転で霧滴の大きさを調整でき、霧滴が細かいほど付着性は上がるがドリフト(飛散)のリスクも増える。風速・気温・湿度といった気象条件の管理が、地上散布機以上に重要になる理由である。

3. センシングドローンとNDVI

ストレス下の葉 近赤外の反射が弱まる 可視赤色の吸収が弱まる NDVI 中〜低

裸地・枯死 両波長とも反射が同程度 NDVI 低

図: Duskcoil作成。実際のNDVI値は作物・生育段階・撮影条件で変動する。

NDVI(Normalized Difference Vegetation Index、正規化植生指数)は、近赤外反射率 \mathrm{NIR} と可視赤色反射率 \mathrm{Red} から

で計算する指標である。健全な植物の葉は、光合成に使う可視赤色光を強く吸収する一方、細胞構造の関係で近赤外光を強く反射する。生育不良・水分ストレス・病害が進むと、この反射パターンの差が小さくなり、NDVI値が下がる。DJIのP4 Multispectralは、RGBカメラ1台とレッドエッジ・近赤外を含む5種類の狭帯域センサーを備えたマルチスペクトルカメラアレイを搭載し、飛行計画アプリでリアルタイムのNDVI出力を確認できるとしている。DJI、生育分析などが可能なマルチスペクトルカメラ搭載ドローン「P4 MULTISPECTRAL」発表 Senteraのように、既存の空撮用ドローンへ後付けできるNDVIセンサーキットも実用化されている。Sentera NDVIセンサーシリーズ

NDVIは万能の指標ではない。同じ圃場でも撮影時刻・太陽高度・雲量・土壌の露出面積によって数値が変動するため、絶対値を他圃場・他日と単純比較するのではなく、同一条件で撮影した時系列の変化や、圃場内の相対的なムラを見る使い方が現実的である。センシングドローンの価値は、生育の異常を「早く・広く」見つける一次スクリーニングにあり、最終的な診断・対策判断は地上での確認と組み合わせる必要がある。

4. 日本の航空法と農薬空中散布の規制構造

農薬・肥料をドローンで空中散布する行為は、航空法上「物件の投下」に該当するため、事前に国土交通大臣への許可・承認申請が必要になる。無人ヘリコプターについては令和元年(2019年)7月に安全ガイドラインが定められ、無人マルチローター(ドローン)についても別のガイドラインが用意されている。いずれも、空中散布計画書・実績報告書・事故が起きた場合の事故報告書の提出が求められる。農林水産省：無人航空機による農薬等の空中散布に関する情報

これとは別に、国土交通省はドローンの飛行形態を「飛行レベル」として整理している。目視内で操縦者が直接操作するレベル1、目視内で自動・自律飛行するレベル2、無人地帯で目視外飛行するレベル3、そして2023年12月に新設された、無人地帯の目視外飛行のうち一定条件下で補助者・看板設置・一時停止を不要にするレベル3.5、有人地帯での目視外飛行であるレベル4に分かれる。農薬散布のような比較的近距離での散布作業は、多くの場合レベル2に該当する。農林水産省の官民協議会では、農地の見回りなど補助者なしの無人地帯目視外飛行(レベル3)を農業分野で活用する取り組みも進めている。農林水産省：農業用ドローンの普及拡大に向けた官民協議会

安全面の制度整備も進んでおり、2025年10月からは総重量25kg以上の機体について第三者賠償責任保険への加入が義務化された。飛行にあたっては、航空法に基づく許可・承認に加え、警察庁の小型無人機等飛行禁止法(国の重要施設・防衛関係施設・空港周辺での飛行制限)も遵守する必要がある。

5. 現行製品例を読み解く

散布ドローンとセンシングドローンは役割が異なるだけでなく、要求される認証・運用体制も異なる。散布ドローンは薬液・重量物を扱うため、機体認証・操縦者技能・散布計画書の運用が前提になる一方、センシングドローンは軽量な機体で目視内飛行のみでも十分に価値を出せる場合が多い。導入検討では、この二つを同じ「農業用ドローン」として一括りに比較しないことが重要である。

6. 精度と落とし穴

散布ドローンの散布ムラは、風によるドリフトだけでなく、ノズルの目詰まり・摩耗、バッテリー残量による飛行速度の変化、地形起伏による対地高度のずれからも生じる。RTKによるホバリング・経路精度が高くても、噴霧パターン自体が不均一なら、圃場内の投下量にはムラが残る。センシングドローンでは、キャリブレーション板を使った反射率補正を怠ると、日照条件が変わるたびにNDVI値が変動し、時系列比較の信頼性が下がる。どちらの用途でも、機体の「位置精度」と「散布・計測精度」は別物であり、両方を検証する必要がある。

まとめ

農業用ドローンは、資材を運ぶ散布機と、生育を測るセンシング機という異なる設計思想を持つ機体の総称である。散布ドローンの価値はタンク容量・ポンプ流量・実作業能率で、センシングドローンの価値は分光特性と時系列比較の設計で決まる。日本国内での運用は、航空法上の許可・承認、農薬空中散布ガイドライン、飛行レベルの区分、保険加入義務という複数の規制レイヤーの上に成り立っており、機体スペックだけでなく、この制度理解が導入の前提になる。

参考資料

• Duskcoil：農業機械工学入門：播種機・施肥機
• 農林水産省：農業用ドローンの普及拡大に向けた官民協議会（2026年9月4日確認）
• 農林水産省：無人航空機による農薬等の空中散布に関する情報（2026年9月4日確認）
• DJI AGRAS T50取り扱い開始（セキド）（2026年9月4日確認）
• DJIが農業ドローン「Agras T50」発表（DroneTribune）（2026年9月4日確認）
• XAG P100 Pro農業用ドローン仕様（2026年9月4日確認）
• DJI、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン「P4 MULTISPECTRAL」発表（SMART AGRI）（2026年9月4日確認）
• Sentera NDVIセンサーシリーズ（サイバネテック）（2026年9月4日確認）