2020 Fiscal Year Annual Research Report
Systematization of Drone Audition Capable of Listening to Sounds in Real World Environments
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19H00750
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
奥乃 博 早稲田大学, 次世代ロボット研究機構, その他(招聘研究員) (60318201)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
公文 誠 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (70332864)
干場 功太郎 神奈川大学, 工学部, 助教 (50782182)
鈴木 太郎 千葉工業大学, 未来ロボット技術研究センター, 主任研究員 (80710368)
劉 浩 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (40303698)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ドローン聴覚 / ロボット聴覚 / カイトプレーン / 凧式ドローン / 生物規範型静音翼 / 三次元点群生成 / 認知ドローン聴覚 / GNSS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２年目は『要素技術間のシステム統合』を中心に取り組んだ．各WPの実績を次に示す．
【WP1：実環境音響処理】①分離音の音源類似度を定義し，低SN比かつ動的雑音に頑健な複数音源探査法を開発し，シミュレーションにより検証（J論文等）．②物体からの反射音による距離スペクトルプロファイルから対象物体表面の大きさの推定手法を開発．③屋内環境を対象にレーザスキャナとマイクアレイの情報を統合し、間欠的に音を発する移動物体の連続追跡技術開発（学会発表）．④WP4開発の静音プロペラに特化した音響信号処理システムを構築し，探査精度の大幅な向上達成（国際会議）．⑤実環境下での鳴き声聞き分け推定手法開発（J論文等）．
【WP2：三次元点群生成】⑥カイトプレーンに複数のGNSS，IMU，LiDARを搭載し，三次元点群生成システムを構築．GNSSアンテナの幾何的配置からのカイトプレーンの三次元姿勢推定と，IMUの複合で計測精度を向上（J論文等）．⑦WP5と飛行実験を実施し，提案手法の有効性確認．【WP3：システム統合】⑧ドローン聴覚を認知行動サイクルでモデル化した「認知ドローン聴覚」を構想（国際会議）．
【WP4：生物規範による静音翼】⑨フクロウなど鳥の翅を規範としたサイズ・形状の異なるプロペラに同一の静音化構造を付与したモデルを提案．騒音レベルと飛行安定性を実験と数値計算により評価し、個々のプロペラでの最適化構造を導出（J論文等）．⑩WP1と飛行実験を実施し，精度向上に不可欠な信号処理の課題と静音プロペラの課題を得る（国際会議）．【WP5：カイトプレーンによる静音化】⑪WP1と共同で機体用マイクアレイを開発．飛行制御装置と音響収録システムの統合により，音情報に基づいた飛行制御の自律的調整機能開発．
HARK講習会を２回（英語も），ドローン聴覚特別セッションを国際会議２回，国内会議1回開催．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
【計画より進捗した点】（WP3）昨年度開発したドローン聴覚でのデータアソシエーションによる曖昧性解消法を発展させ，認知行動サイクルをベースとした認知ドローン聴覚の枠組みを提案．（WP4）生物規範による静音翼の開発で，カイトプレーンとの接合点を見い出す．
【計画通りの進捗点】（WP1）ドローン聴覚の成果をジャーナル論文２件と国際会議発表．実環境音響処理の実地適用を確認．論文発表．（WP2）カイトプレーンに３Dレーザ計測システムを設計・開発し，予備実験を実施．論文発表．（WP3）生物規範による静音翼の開発とその音響特性を活用した音響処理の開発．国際会議発表．（WP5）親子式カイトプレーンの予備実験から単機式カイトプレーンに変更．マイクアレイシステム，飛行制御方式の開発．
【計画より遅れている点】
コロナ禍による出校停止期間の長期化，出張自粛期間の長期化のために，ドローンやカイトプレーンの飛行実験については，どのグループも予備実験までしか行えなかった．予備実験で得られたデータの解析を基に洗練化したシステムの実証実験は，実施することができなかった．そのために，予備実験から得られた成果を基に論文化を進めても，予備実験結果とシミュレーション結果だけであり飛行実験による実証評価が欠いているので，締め切りのある論文投稿では不利な状況にある．コロナ禍が終息したら速やかに実証実験を行い，システムの洗練化と評価に取り組み，論文化を行う．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年はドローン聴覚の要素技術のシステム統合をさらに進め，飛行実証実験を基に評価し，成果の論文化を進める．各WPの具体的な研究および連携は次の通りである．
【WP1：音響信号処理の高機能化】①反射音による形状認識技術をドローン飛行音の反射音に適用し，生物規範（sonar sound group形成）型形状認識の性能向上の可能性を探る．②WP4で開発した生物規範型静音プロペラに特化した音響信号処理の高性能化と音源探査性能の向上を狙う．③機械学習による音源認識の開発と方向情報・音源情報を統合した高度な「聞き分け」機能を開発．【WP2：３次元点群生成】④カイトプレーンに複数搭載したGNSS，IMU，LiDARの統合による3D環境計測システムを構築．⑤地上マーカの計測との比較による取得した三次元点群の精度を評価．
【WP4：生物規範による静音翼】⑥既開発の生物規範型低騒音プロペラの形態最適化による飛行能力と低騒音化とのトレードオフを改善．⑦千葉・熊本での実機試験を通した本プロペラによるリアルタイム音響信号処理の性能向上を実証．【WP5：カイトプレーンによる静音化】⑧カイトプレーンの駆動用プロペラ制御を活用した地上音源定位ならびに自律飛行経路生成の実験による評価．⑨飛行の機動性に優れる鳥の翼と安定性の良い凧型三角翼の各々の長所を生かした生物規範型静音カイトプレーンの構築．
【WP3＋all】⑩認知行動サイクルをベースとした処理モデルを構築し，認知ドローン聴覚による静音型ドローン聴覚の処理モデルを洗練化．⑪コロナ禍沈静化後速やかに実証実験を実施し，手法を評価．⑫開発技術はロボット聴覚ソフトウエアHARKの一環として公開を行い，講習会を通じて技術の普及に努める．国際会議特別セッションを通して，国際的な研究コミュニティの連携を図る．
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| Remarks |
ロボット聴覚オープンソースソフトウェアHARK講習会実施．2020年11月21日．
第38回日本ロボット学会学術講演会オーガナイズドセッション「ロボット聴覚およびその展開」，2020年10月9日．
受賞：Takuto Takahashi et al. IROS2020 Best Student Award. 干場功太郎．第16回競基弘技術業績賞，国際レスキューシステム研究機構，2021年1月．
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Research Products
(37 results)
