Development of a mathematical model to simulate berthing maneuver assisted by tugs

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K04859
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 佐野 将昭 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (40582763)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: タグ（曳船） / 離着桟 / 操縦運動 / 運動モデル / 自動化

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、港湾内操船を支援するハーバー・タグの潜在力に着目し、将来的な自動化に向けた机上検証を可能とするべく、一連の運動モデル（プラントモデル）を構築した。また離着桟支援操船をシミュレーション計算する事で、タグによる高度な連携支援の可能性を示した。最終年度は、タグの制御系を調整して曳航支援の安定化を図ると共に、その時点迄の研究成果の取り纏めを行った。期間全体を通じた主な研究成果を以下に示す。
(a)広範な運動状態における主船体流体力の表現法として、実績ある2つの流体力モデルを円滑に接続する方法を考案し、推定精度の向上を確認した。また岸壁付近で横移動する船体が受ける横力を解析し、離着桟時の岸壁影響を把握、その定式化を示した。
(b)タグ特有の旋回式推進器の単独曳航試験を実施し、広範な首振り角、プロペラ荷重度、流体力の詳細な関係を明らかとした。そして任意の操縦運動時・首振り角の推進器に作用する流体力モデルを構築した。
(c)タグが本船を押航する状況、曳航する状況（1本のピン結合部材と仮定）を定式化し、それらを複合したモジュール型運動モデル（行列方程式）を考案した。要素行列を組み替える事により、時々刻々変化する各タグの支援状態に柔軟に対処できる。また曳航支援に関しては、索を集中化マスの集合体と仮定したより高度な運動モデルも構築した。
(d)着桟支援シナリオに基づく運動計算により、2隻のタグが自身の方位角や速度を柔軟に調節し、連携運動の結果として本船を着桟させ得る事を示した。立体視のアニメーション環境を整備し、タグによる離着桟支援の自動化に関するイメージの想起に役立てた。
本研究目的の離着桟橋支援局面に関わる運動モデル構築と運動計算は、概ね達成できた。個々の研究成果の統合は一部途上にあり、引き続き検討を重ねる。併せて構築した計算環境を活用し、頭脳に相当するタグの制御系を作り込んでいく。