2021 Fiscal Year Annual Research Report
Research on fundamental information processing technology for underwater operation and it's evaluation by sea trials
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18H01643
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
石井 和男 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (10291527)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西田 祐也 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (60635209)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 水中ロボット / 水中画像処理 / 水産養殖 / ASV-ROV協調システム / 水中音響通信 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，海洋調査及び水中インフラを自動で検査・保守において基盤となる水中環境用の情報処理技術に関して研究開発を進めている.水中画像処理技術，画像による対象物認識技術，浅海での自己位置推定技術，ASV(自動支援船)と水中ロボットの協調制御，深海域調査実験により明らかとなった課題への解決法，等の水中基盤技術について研究を進め，さらに実証実験により有効性を確認することを目的としている．
水中画像処理技術に関して、水中の濁度や透明度等の環境パラメータと鮮明化処理パラメータの関連性解析をさらに進め、橋梁水中部のクラック検査や橋梁の洗掘調査に適用した．球磨川第一橋脚を対象にASV-ROVシステムによる画像及び超音波ソナーによる検査を行った．人間の注視モデルであるSaliency理論の注目領域と画像特徴点との関係について，オプティカルフロー算出の際の水中画像の特徴量とSaliencyMapから抽出された領域の関係性を検討した．
支援船への海底面画像の超音波伝送技術に関して、AUVの水中環境，支援船の受信機の姿勢，複数の超音波通信装置の利用，スラスタによるノイズ発生等の課題への対処について，小型AUVに搭載可能な超音波通信装置を製作し，画像伝送の成功率を評価した．
水中インフラ及び船舶の検査および清掃を目的としたROVを開発しており，その運動制御システムの改良を行った．港湾に係留中の船舶を対象として，清掃実験を行い制御性能の評価を行った．
水産養殖業者へのヒアリング結果のもと，養殖魚への給餌量の最適化を目的とし，養殖魚の活動量を推定するセンサネットワークシステムを開発し，大分県佐伯市，長崎県五島市の水産養殖業者の協力のもと給餌時において発生する水流および水中映像を取得し，活動量を推定する実験を行った．
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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
水中画像の超音波画像伝送に関して，AUVへの搭載を前提とし送信アルゴリズムが変更可能な超音波通信装置を開発し，水槽において画像伝送に成功した．受信装置に関してはMEMSマイクを用いた受信機を開発し，それの成果はScopusに登録されている国際学会論文として発表している．同技術はAUVのホーミング実験にも応用し，同様に国際学会において発表済みである．
船底清掃用水中ロボットの開発を進めているが，その運動制御システム及び超音波洗浄に関する成果を２つの国際学会論文として発表している．海洋環境の長期観測を目的とし，定点とその周辺領域を観測可能なロボットシステムを開発中であり，その成果は国際会議論文として発表している，水産養殖場の調査のための新たなセンサネットワークシステムの提案と水槽実験，実海域実験を行い，その成果は２つの国際会議論文として発表した．
さらに沿岸域の調査も含め，画像処理による海洋浮遊物や漂流物の推定にも応用をはじめ，その成果の一部も国際会議において発表している．
また，アウトリーチ活動として行なっている水中ロボコンへの取り組みを工学教育誌へ投稿し，掲載されている．上記のように研究成果を積極的に発表しており，順調に成果をあげている．
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| Strategy for Future Research Activity |
水中環境に適した情報処理技術を発展・統合させ，水中ロボットを活用し実フィールドにおいて研究成果を活用し，海洋環境調査，水中構造物調査に関する基盤技術を確立する.
・水中画像処理技術に関して、水中の濁度や透明度等の環境パラメータと鮮明化処理パラメータの関連性解析をもとに、前年度は球磨川の橋梁 の水中部のクラック検査や橋梁の洗掘調査実験を行った.引き続き本年度も河川の橋梁において実験を行い，鮮明化されが画像をもとに3次元 マップを構築し，鮮明化技術を評価する.
・支援船への海底面画像の超音波伝送技術に関して、AUVの水中環境，支援船の受信機の姿勢，複数の超音波通信装置の利用，スラスタによるノイズ発生等の課題への対処，画像伝送技術に関する研究開発とその基盤技術の確立する。画像圧縮に人工知能の一つであるオートエンコーダを用いた画像圧縮技術を開発したが、本年度も引き続き検証を進める.
・水中構造物や船舶のメンテナンスを目的として、浅海域での自己位置推定システムを検証する。浅海域では水面反射による超音波のマルチパス問題，船舶近傍では船体による磁場の乱れにより，自己位置の推定が難しい。ロボットの姿勢情報，音響システム及び画像処理を統合し自己位置推定精度を検証する。
・水産養殖関係者へのヒアリングの結果、多くの課題が存在しロボットの導入が期待されている。スマート水産養殖を目指し，給餌量と養殖魚の活動量の関係を測定するセンサネットワークを開発したが，本年度は長期間に渡って生簀に設置し，給餌量最適化の研究を進める.
これらの課題を駿河湾や河川の橋梁，長崎五島等，実フィールドにおいて実証実験を通じて，その性能を評価し，水中環境用情報処理技術を確立する。
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