2019 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of a Message Collection/Delivery System by Means of UAVs in Large-Scale Disaster
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18H01445
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
原 晋介 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (80228618)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小野 文枝 国立研究開発法人情報通信研究機構, ワイヤレスネットワーク総合研究センターワイヤレスシステム研究室, 主任研究員 (20385537)
松田 崇弘 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (50314381)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | テンソル再構成 / 運搬経路問題 / ドローン / データ収集 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大阪市立大学内の建物で囲まれた空間において，受信信号電力の3次元分布を測定する実験を行った．建物の複数個所に送信機を設置し，ドローンの代わりにポールの先端部分に受信機を取り付け，3次元空間の水平および垂直方向に約2m間隔で格子点を打ち，それら格子点上で受信電力を測定した．この測定実験により，3次元空間を密にサンプルして得られる場合の理想的な受信電力のマップが構成できた．
この構成した3次元受信電力マップをランダムかつ疎にサンプルし，サンプルされたマップからテンソル再構成を用いて全体のマップを再構成する方法を提案しその特性を評価した．さらに，密にサンプルして構築した受信電力マップ，ランダムかつ疎にサンプルした受信電力マップおよびランダムかつ疎にサンプルし再構成した受信電力マップから，すべての送信機に対して受信電力がなるべる大きくなるようなデータ収集点を決定する問題を定式化し，それに対するいくつかの解法を提案しそれらの特性を評価した．
上で述べた方法でドローンがホバリングしデータを収集する点が決定できたと仮定し，その次に，複数のデータ収集点に対する経路決定問題を定式化した．風速と風向およびドローンの水平対気速度に対するエネルギ消費量の関係を考慮に入れて，経路長最小化問題として定式化し，その解法として挿入法を修正する方法を提案しその特性を評価した．
ドローンを2機制作し，そのうち1機を屋内および屋外で飛行させ，ホバリング時ならびに水平移動時の水平対気速度に対するエネルギ消費量を測定する実験を行った．また，ドローンのペイロード重量を変化させ同様の測定実験を行った．これらにより，ドローンの水平対気速度に対するエネルギ消費量の実験式を導出した．この実験式を経路長最小化問題の中で実際に用いて解を求めた．
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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
受信信号電力マップの3次元テンソル再構成問題の解法については，テンソルの低ランク性と平滑性のバランスを制御できる，新しいアイデアを出して効率よく解く方法を提案できた．3次元空間を疎かつランダムにサンプルし，再構成した全体の受信電力マップを使い，受信電力が大きくなるような点をデータ収集点として選択することにより，受信信号電力のセンシングからデータ収集までの時間を大きく減少させることができる方法を提案できた．この方法の計算量は，受信信号センシング点数に線形増加する．
「受信信号電力の測定間隔は，測定領域の建物の3次元空間分布と関係がある」との仮説を立て様々検討を行ったが，よい結果はこれまで得られていない．建物の3次元空間分布の相関関数の取り扱いが難しく，相関値と測定間隔との間の明確な関係がまだ見いだせていない．
ドローンに特有の要因である，短い運用時間と風速/風向の影響を考慮に入れた経路決定問題を効率よく解く方法を提案できた．
2020年1月からは新型コロナウイルスの影響でドローンの飛行実験が思うようにできなかったので，制作した2機目のドローンについては，水平対気速度に対するエネルギ消費量の実験式が導出できていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
3次元受信電力マップの構築とそれを用いたデータ収集点の決定については，実験結果と計算機シミュレーション結果が出そろったのでそれぞれで論文にまとめる．ドローンを用いた受信電力測定実験は，大阪市立大学構内で行いたいと思っている．
「受信信号電力の測定間隔は，測定領域の建物の3次元空間分布と関係がある」との仮説はもう少し検討を続ける．空間分布の自己相関関数から計算できる電力スペクトルからサンプリング周波数を求めるアプローチをとってみる．
ドローンの経路決定問題はさらに効率よく解く方法を検討する必要がある．挿入法と焼きなまし法を組み合わせる方法を検討する．
ドローンのデータ収集点決定と経路決定を同時に解く方法に挑戦する．ヒューリスティックに解く方法しか思いついていないが，これはドローンに固有の連続値の最小化問題になる．
1機目と2機目のドローンでは，重量とローター数が異なるため，2機目のドローンについても測定実験を行って，水平対気速度とエネルギ消費量の実験式を導出する．
最終的に，水平対気速度とエネルギ消費量の異なる2つの実験式を用いて，大阪市住吉区のような具体的な地域を指定し，ドローンの経路決定問題を解く．
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Research Products
(23 results)
