2018 Fiscal Year Research-status Report
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16K01299
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| Research Institution | Kushiro National College of Technology |
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Principal Investigator |
高木 敏幸 釧路工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (30331953)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 北極海航路 / 最短経路 / ダイナミック・ウィンドウ・アプローチ / グローバル・ダイナミック・ウィンドウ・アプローチ / 深層学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は船舶レーダ画像を用いて、現在地点から目的地点まで氷海を安全に航行できるよう最適な海氷上の航路の探索するアルゴリズムの開発を目的としてい る。先行して行ってきたグローバル・パス・プラニングの一つであるダイクストラ法では、開放水面上にマイルストーンとしてノードを生成し最短航路を探索し た。さらに、ダイナミック・ウインドウ・アプローチを用いた航路探索手法を実現した。ダイナミック・ウインドウ・アプローチもダイストラ法と同様にスター ト地点からゴール地点までの最短航路を探索する手法であるが、ダイクストラ法では船舶の速度や運動モデルを考慮することが出来ない。一方、ダイナミック・ ウインドウ・アプローチは船舶のダイナミックスを考慮し、船舶速度、舵角を制御し航路を探索することが可能である。そこで、本研究では船舶レーダに本手法 を適用し、その有用性を示した。さらに、グローバル・パス・プラニングとローカル・パス・プラニングを融合したグローバル・ダイナミック・ウィンドウ・ア プローチによる航路探索手法を開発した。ダイナミック・ウインドウ・アプローチは目的地までの距離は評価関数として用いず、船舶の位置と船首の向きを評価 関数に用いている。そのため、目的地までの最短経路は保証されない。また、各地点で航路を計算しているため、複雑に氷海が分布している場合、回避が不能に なり航路探索が出来ない。そこで、予め航行が可能な開放水面に対してダイクストラ法を用いて、開放水面上に最短でゴールに向かうための船舶の向きと、wave front アルゴリズムを用いてゴールまでの距離を計算することによって、複雑に分布する氷海での航路探索を実現した。さらに、本年度は深層学習を用いて船舶のレーダ画像から開放水面と海氷を分離する手法と海氷の密接度の分布を抽出する手法を提案した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初、国立研究開発法人海洋研究海洋研究開発機構の海洋地球研究船「みらい」の北極海の航行において、本研究の推進のため氷海域における船舶レーダの取得装置を装備したが、北極海の航路上には海氷が少なく、船舶のレーダと海氷の厚さの関係を示す有用なデータを採取することが出来なかった。そのため、船舶レーダ画像と氷厚の関係を得られず、砕氷船の砕氷能力に応じた航路探索に至らなかった。そこで、今年度は船舶レーダ画像から画像処理を用いて海氷の密接度を抽出し、密接度における船速を算出し、海氷の密接度に対する船速を考慮した探索手法を開発した。
今年度は、船舶レーダ画像を入力データとし、海氷と開放水面を分離した画像を教師データとして深層学習であるU-netを用いて学習を行い、船舶レーダ画像から直接、開放水面と海氷を分離するシステムを構築し、その有用性を示した。さらに、極域の大気、海洋、雪氷に関する観測データの集積・公開し、利活用を推進し、北極域のデータ公開している北極域アーカイブを用いて、衛星画像を入力データとし、海氷密接度を教師データとして上述のU-netに学習させ、船舶レーダと同様に、衛星画像を入力することにより直接、海氷の密接度の分布を示すシステムを構築した。
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| Strategy for Future Research Activity |
深層学習を用いて、船舶のレーダ画像から直接、開放水面と分離することが可能になり、現在までに開発した航路探索手法を用いて、高速計算機を用いて様々な氷海の状況を想定しシミュレーションを行い本手法の有用性について検討する。さらに、北極域アーカイブの大量の衛星データの画像をGPUを搭載した高速計算機によりU-netを用いて学習を行い広域の航路探索についても本手法の有用性について検討する。砕氷船はその砕氷能力に応じて、海氷の厚さ、氷状、海氷の密接度の情報を基に航路が選択されている。海氷の画像から画像処理 によって氷状を抽出し海氷の硬度も考慮する。さらに、引き続き、船舶レーダ画像から海氷の密接度を抽出し、グローバル・ダイナミック・ウィンドウアプローチの評価関数に海氷の密接度等を導入した手法を開発する。
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| Causes of Carryover |
昨年度、認知症の母の介護、死去が重なり、長期の出張が出来ず国内での国際会議の発表に留まり、当初、予定していた国外での国際会議に参加できなくなった。本研究に関するコードは完成しており、高速計算機を用いて、様々な海氷の状態について氷海航路を検証する段階にある。また、今まで、現在使用しているコンピュータの処理能力では扱えなかった多量の船舶のレーダ画像や衛星画像を深層学習を用いて、開放水面と海氷の分離、海氷密接度の精度の向上させる予定である。
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Research Products
(5 results)
