Development of estimation method for capsize risk for an autonomous ship in waves

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02360
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24020:Marine engineering-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Umeda Naoya 大阪大学, 大学院工学研究科, 名誉教授 (20314370)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松田 秋彦 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(神栖), 主幹研究員 (10344334) ; 牧 敦生 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (50556496) ; 酒井 政宏 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (30845334)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: risk analysis / parametric rolling / pure loss of stability / broaching / autonomous ship / stochastic approach / stability criteria / chaos control

Outline of Final Research Achievements

Methodologies for evaluating the risk of stability failures due to parametric rolling, pure loss of stability on a wave crest and broaching were developed. They were validated with model experiments in short-crested irregular waves for accident ships by confirming that the numerically estimated failure probabilities exist within the confidence intervals of those obtained from the model experiments. In the light of averaging methos, stochastic differential equations and optimal control theory, chaos control and so on, simplified and real-time operational guidance applicable to the onboard use of autonomous ships. Furthermore, the effect of trapped water on deck on stability was clarified by model experiments and the shallow water wave theory.

Free Research Field

船舶海洋工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでのほとんどの船舶は船上の操船者の的確ではあるがあいまいな判断により荒天下でも安全な航海を行ってきた。本研究では、この判断を力学原理と確率理論により転覆リスク評価法として置き換えることで行い、その妥当性を実海域と相似な波頂不規則波中の模型実験により検証できた。これにより、将来安全な自動運航船を実現することで、労働力不足に対応できる物流システムの構築、ヒューマンロスによる事故の廃絶に実現可能性が出てくる。また、IMOの新しい復原性基準に本研究成果の一部が反映された。