Microsoft PowerPoint - 自動航行(広島大学)動画無し

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1 複数の模型船を用いたロボット船舶の検証システム 水産工学研究所松田秋彦 寺田大介 三好潤 溝口弘泰 長谷川勝男 神戸大学橋本博公 沈海青 谷口裕樹 世良亘 ロボット漁船への道 平成 27 年 1 月 23 日にロボット新戦略に関するとりまとめが行われるなど 近年 政府主導によるロボット開発推進が行われている その中で 平成 26 年度補正として 農林水産業におけるロボット技術開発実証事業 ( 研究開発 ) が公募された 水産業においては加工機械など 陸上作業のロボット化は進んでいるが 洋上でのロボット化はあまり進んでいない 2/35 1

2 ロボット漁船への道 一方 船舶の運航にあたっては有人船舶の船橋をいかなる場合も無人にしてはならないと 1978 年の船員の訓練及び資格証明並びに当直の基準に関する国際条約 において定められている しかしながら 漁労作業まで無人ロボット化するのはハードルが高すぎる そこで ロボット漁船を開発するための安全 省エネ自動操縦システムの開発 として応募し 採択された 3/35 ロボット漁船への道 ここでいうロボット漁船とは 安全に漁港と漁場を自動で往復できる漁船 とする そのためには波浪が穏やかな航路を必要以上に遠回りにならないように選んだ上で他船との衝突を避けながら目的地まで航行出来なければならない したがって 要素技術は 安全で省エネな航路の選定手法の開発 と 衝突防止手法 ( 避航アルゴリズム ) の開発 である 4/35 2

3 安全で省エネな航路の選定技術の開発 商船では安全で省エネな航路の選定技術はウエザールーティングと呼ばれて実用化されている 漁船に適用する場合は下記の点が問題となる 1) 気象予報の細かさ 商船のものはメッシュや時間感覚が荒すぎて漁船に用いると精度が悪い 2) 波向きなどによる安全性の評価 波高 2m でも向波か追波かなどで危険性が違う これらを解決したものを提案した 5/35 衝突防止手法 ( 避航アルゴリズム ) の開発 安全で省エネな航路の選定技術の開発 については理論計算と一部実船を用いた検証を行った 一方 衝突防止手法 ( 避航アルゴリズム ) の開発 については数値シミュレーション以外に模型実験による検証も行いたい 模型船に障害物 ( 陸地 暗礁 他船など ) を認知させるシステムの構築が必要となる 6/35 3

4 船舶の自動避航 避航するためには障害物を認知しなければならない 自動車では多数の自動運転補助システムが市販されている 道路は基本的に平面でかつ動かないため レーダーや画像で障害物を認識することが海上と比較すれば容易と考えられる 数キロ先を見る必要は無い 7/35 船舶の自動避航 船舶はかなり手前から相手船を認識している 船舶の操船は反射神経ではなく 頭脳であると言われるように かなり先を見越して避航を行っている 船舶は実海域を航行している 波浪の反射などもセンサーは感知するため 時々刻々変化するものが航行に支障がないもの ( 海面やゴミ類 ) か 支障があるもの ( 船舶など ) かを正確に見分けるのは今のところ困難 8/35 4

5 とはいえ 衝突防止音響レーダー FarSounder-500/1000 ( 東陽テクニカの HP より ) 前方を水中から監視する 水中にある固形物 = 確実に障害物 距離的な問題と水面近くのものの問題は残る 9/35 船舶で障害物 ( 相手船 ) を見付ける方法 AIS( 船舶自動識別装置 ) の普及により相手船を見付けることが容易になった 搭載義務船舶は 300 総トン数以上の国際航海する船舶 500 総トン数以上の非国際航海の船舶 国際航海の全旅客船となっている 搭載義務の無い船舶向けに無線従事者が不要で特定船舶局として開局できる簡易型 AIS が販売されている 価格も約 10 万円と安価 中国の漁船はすべて搭載しており 価格引き下げに貢献した可能性がある 10/35 5

6 AIS のさらなる活用 AIS を様々な障害物に取り付けて航行安全に寄与することが出来ないかという検討が始まる 例えば 〇氷山に取り付けて危険な位置を知らせる 〇延縄などに取り付けて漁具の位置を知らせる 〇鯨の位置を近くの地上局から発信する 等々 11/35 AIS の活用例 ( 海上保安庁 HP より ) 12/35 6

7 AIS のさらなる活用 AIS は 2ch を使って運用されている しかしながら 搭載船舶や情報量の増加と共に周波数が逼迫している そこで チャンネル数を増やすことが検討されている 一方 垂直方向には電波が良く届くため 人工衛星で受信する試みも始まっている 近い将来 周辺の船舶や障害物だけではなく 全世界の船舶の情報が得られるようになる可能性がある 13/35 無人航行技術の最前線 自動航行する際に障害となる周囲の相手船等を確実に実海域で発見する手法が今までなかった 一方 AIS の普及により 見付けることは出来ないが すべての相手船 障害物が自分の位置を教えてくれる時代が来る可能性が見えてきた GPS 機能により絶対位置がわかるため 陸地なども相対位置がわかる これを使って無人航行を行う技術を構築しよう! 14/35 7

8 衝突防止手法の開発 AIS に着目した衝突防止手法の開発は大阪大学の長谷川らが 2002 年頃から実施している 大阪大学の池で DGPS を搭載した模型船を用いて実験を行っている このとき 相手船は 2 隻いるが バーチャルで実験を実施している 15/35 衝突防止手法の開発 そのほか 2005 年には九大の古川らが実験を行った結果を発表するもやはり模型船は 1 隻で残りはバーチャルであった シミュレーションを実施している例は多い 複数の模型船を用いて相互通信をしながら実験している例はない 複数の模型船を用いた自由航走模型実験が出来るシステムを構築して実証試験を行おう! 16/35 8

9 海洋工学総合実験棟 17/35 航行軌跡計測装置 Server Stepping Motor DC Motor Driver Stepping Motor Driver CW CCW Revolution PIO Pulse I/O On board computer SIO Fiber Optical Gyroscope Angular Angurar Velocity Acceleration Rudder DC Motor Propeller Revolution RC Receiver Position calcurator Radio Controller Ultra Sonic 18/35 9

10 10 FOR A=0 TO PRINT A; 30 NEXT A 40 END 2017/3/7 位置計測システム model ship wavemaker 19/35 位置送信システム wavemaker Server 20/35 10

11 避航アルゴリズム 基本的に長澤モデルという避航アルゴリズムの定番となっている考え方を踏襲 かなり狭い場所での実験になるため チューニングを実施 詳しくは昨年 11 月の日本船舶海洋工学会の講演会で発表しているので そちらを参照していただきたい 21/35 シミュレーション 22/35 11

12 シミュレーション (2 隻 ) 23/35 模型実験 (2 隻 ) 24/35 12

13 シミュレーション (4 隻 ) 25/35 模型実験 (4 隻 ) 26/35 13

14 模型実験 (4 隻 ) 27/35 実験結果 2 隻であれば衝突せずに航行することが模型実験で検証することが出来た 4 隻ではシミュレーションでも模型実験でも衝突が発生した その原因の一つは 衝突危険度の計算量によると考えられる 28/35 14

15 選好度の計算 ± % 100% 80% 60% 40% 20% 0% 本来避航操船の選好度は先のようなメッシュで計算すべきである しかしながら 船内コンピュータでは計算速度の制約から 7 点程度しか計算できなかったため 衝突回避に最適な航路をとれなかった可能性がある 29/35 実験システムの改良 計算速度向上のため 陸上で避航に関する計算を実施し 模型船に操舵角を返すように仕様を変更 ディープラーニングを用いた避航アルゴリズムを開発 30/35 15

16 10 FOR A=0 TO PRINT A; 30 NEXT A 40 END 10 FOR A=0 TO PRINT A; 30 NEXT A 40 END 2017/3/7 改良版システム wavemaker position Server rudder, propeller Server 31/35 ディープラーニング 32/35 16

17 模型実験結果 33/35 まとめ ロボット漁船を構築するために必要な避航アルゴリズムを検証するための模型実験を行えるシステムを構築した ディープラーニングを用いたシミュレーションと模型実験の結果からシミュレーションの確からしさを確認することが出来た 34/35 17

18 ご清聴ありがとうございました 35/35 18

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