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2022 Fiscal Year Annual Research Report

集団意思決定理論を用いた建設機械の協調運転制御手法の開発

Research Project

Project/Area Number 22H01561
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

堀田 昌英  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50332573)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 鈴木 貴大  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (40810776)
全 邦釘  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (60605955)
Maemura Yu  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (60743854)
小澤 一雅  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任教授 (80194546)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords自動協調運転 / 協調ゲーム / 群知能 / 集団意思決定
Outline of Annual Research Achievements

2022年度の研究実績は下記の通りである.
(1)建設作業の現地調査:橋梁下部工事および河川堤防補強工事を対象とし,盛土工,コンクリート工等,特定の工種を選定して工事現場の現地調査を実施した.調査に基づき,工事従事者間の協調作業を抽出し,類型化した.特に,専門工事業の技能労働者の,重機オペレーターとの協調作業に着目し,現場で行われる作業場のコミュニケーションが作業性ならびに物的労働生産性に与える影響を分析した.その結果,ラフタークレーン,定置式ジブクレーン等の異なる重機の種別が,技能労働者の作業手順に関する裁量範囲に影響することを通して,労働生産性を規定することが明らかになった.
(2)建設作業のゲーム論的モデル化:上記(1)の調査結果を既知の協調ゲームのクラス(公共財ゲーム,snowdriftゲーム,鹿狩りゲーム等)に分類し,定式化を行った.これらの既知のゲームでは,全体最適と部分最適がどのような条件の下で達成されるかを明示的に記述できることが知られている.本研究では各協調作業を分類・類型化し,集団効率的な自律行動をもたらす異なる誘因について理論的に整理した.また,各タスクを遂行する際の重機チームの編成にマッチング理論を用いることによって,集団効率性の高いチーム編成を動的に行うための理論枠組みを構築した.
(3)協調アルゴリズムの検証:構築された協調アルゴリズムをマルチエージェントシステム(MAS)として実装した.その結果,各建設作業において,どのような条件下で自律分散的な協調が可能になり,個々のエージェントの生産性および集団全体として生産性が向上するかを明らかにした.本シミュレーションによって,より実際の建設現場に近い3次元のシミュレーション環境に実装すべきゲーム論的モデルを抽出した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現在までの進捗状況は下記の通りである.
(1)建機シミュレーターVortexを用いた自動協調作業のシミュレーション準備
2022年度に構築した建設作業のゲーム論的モデルおよび協調アルゴリズムを,実際の建設現場における重機操作,地盤等の現場条件等を再現できる建機シミュレーターVortexを用いて,自動協調作業のシミュレーションを行うべく準備作業を進めている.本シミュレーションは,各重機が自動的に他と協調および競争しながら土工のタスクを集団で実行するものである. 現地調査の進捗が調査先との調整により若干予定より遅れたため,アルゴリズムの実装ならびにVortex環境への移行については若干遅れている.
(2)動的作業チーム編成の定式化
本研究では,複数の建機(エージェント)が自他のパフォーマンスを観察しながら集団として効率性の高いチーム編成を自律的かつ動的に行っていく環境の構築を目指している.2022年度に構築された基礎理論によって各チーム編成の評価が可能となり,評価指標に基づくチーム編成戦略が定式化可能となる.現在はこれらを実現するために理論枠組みを,Vortexシミュレーション環境において定式化および実装するための準備を進めている.理論枠組みの構築については,概ね予定通り進捗している.

Strategy for Future Research Activity

今後の研究推進方策は下記の通りである.
(1)BIM/CIMとの連携:盛土構造物等の仮想的な工作物をBIM/CIMによって設計し,そのモデルを作成すると共に,標準的な工法を設定する.2023年度では,経験的に人間が策定した施工計画を用いて,自動協調施工の技術的実行可能性を検証する.さらに,用いた施工計画を4D BIMとして記載し,仮想空間上で施工計画の代替案を比較検討する.
(2)建機シミュレーターVortexを用いた自動協調作業のシミュレーション:Vortex環境において自動協調作業のシミュレーションを実施する.この際,各エージェントの干渉回避,衝突回避を行いながら集団効率的にタスクを行うことが必要となるが,本研究では動線の干渉回避に,非協力ゲームの複数均衡選択問題を応用することによってこれを解決することを試みる.本技術を用いることによって,各エージェントが自他のパフォーマンスを観察しながら,進入順序の優先順位付け等,実際の協調作業で必要な動作を自動化することが可能となる.
(3)研究成果の発表:上記によって得られた研究成果を関連する学術雑誌,国際会議等で発表する.主な発表先として,Group Decision and Negotiation (Springer journal), International Conference on Group Decision and Negotiation, International Symposium on Automation and Robotics in Construction, 土木学会建設マネジメント委員会等を予定している.

  • Research Products

    (25 results)

All 2023 2022

All Journal Article (14 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] 小規模連鎖型区画再編モデルを用いた空き家密集区画再編事業の最適形態の検討2022

    • Author(s)
      奥田 勇, 鈴木 貴大, 堀田 昌英
    • Journal Title

      土木学会論文集

      Volume: 78(2) Pages: I_131-I_149

    • DOI

      10.2208/jscejcm.78.2_I_131

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 一般道路の橋梁の長期健全性を志向した維持管理PPP方式の検討2022

    • Author(s)
      伊東 丈太朗, 鈴木 貴大, 堀田 昌英
    • Journal Title

      土木学会論文集

      Volume: 78(2) Pages: I_83-I_94.

    • DOI

      10.2208/jscejcm.78.2_I_83

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] What forms the trajectory of social reforms? The roles of decision rules and communication under epistemic uncertainty2022

    • Author(s)
      Tsubota, T, and Horita, M
    • Journal Title

      Group Decision and Negotiation

      Volume: 31(1) Pages: 187-212

    • DOI

      10.1007/s10726-021-09763-w

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multi-agent Task Allocation Under Unrestricted Environments2022

    • Author(s)
      Suzuki, T, and Horita, M
    • Journal Title

      Group Decision and Negotiation: Methodological and Practical Issues, GDN 2022

      Volume: vol 454 Pages: 31-43

    • DOI

      10.1007/978-3-031-07996-2_3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ICT土工事のイノベーション創出を目指した土木工学/ロボティクス融合型演習の開発2022

    • Author(s)
      松下文哉, 谷島諒丞, 小澤一雅, 永谷圭司
    • Journal Title

      土木学会論文集H(教育)

      Volume: 78(1) Pages: 38-52

    • DOI

      10.2208/jscejeep.78.1_38

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ICT土工を対象とするブロックチェーンとスマートコントラクトを用いた出来高査定及び支払プロセス自動化のためのシステム開発2022

    • Author(s)
      松下 文哉, 小澤 一雅
    • Journal Title

      土木学会論文集F4(建設マネジメント)

      Volume: 78(1) Pages: 133-147

    • DOI

      10.2208/jscejcm.78.1_133

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 働き手の処遇改善。時計の針を進める2022

    • Author(s)
      堀田昌英
    • Journal Title

      月刊建設

      Volume: 22-10 Pages: 4-5

  • [Journal Article] 社会契約としての公共調達2022

    • Author(s)
      堀田昌英
    • Journal Title

      建設マネジメント技術

      Volume: 10月号 Pages: 5

  • [Journal Article] 3 次元レーザースキャナを用いた配筋検査システムの 性能確認とデバイス認証システム2022

    • Author(s)
      石田 靖, 小澤一雅
    • Journal Title

      建設機械施工

      Volume: Vol.74 No.4 Pages: 30-34

  • [Journal Article] 建設DX推進のためのデータ・システム・組織2022

    • Author(s)
      小澤一雅
    • Journal Title

      建設機械施工

      Volume: Vol.74.No.7 Pages: 4

  • [Journal Article] デジタル社会の三種のインフラ2022

    • Author(s)
      小澤一雅
    • Journal Title

      ACe建設業界

      Volume: Vol.136 Pages: 24-25

  • [Journal Article] i-Constructionシステム学が拓く次世代建設生産システム2022

    • Author(s)
      小澤一雅
    • Journal Title

      計測と制御

      Volume: Vol.61 Pages: 631-635

  • [Journal Article] DX時代のリスキリング2022

    • Author(s)
      小澤一雅
    • Journal Title

      国づくりと研修

      Volume: vol.148 Pages: 16-17

  • [Journal Article] ソフトウェア開発のマネジメント2022

    • Author(s)
      小澤一雅
    • Journal Title

      JACIC情報

      Volume: 126号 Pages: 1

  • [Presentation] Reward System Design for Reducing the Risk of Majority Attacks in PoW Blockchain2023

    • Author(s)
      Takuma, H, Suzuki, T and Horita, M
    • Organizer
      the 23rd International Conference on Group Decision and Negotiation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] AI-Based Bidding Simulation and Recommendations for Building a Sustainable Public Procurement System2023

    • Author(s)
      Nakamura, K, Suzuki, T and Horita, M,
    • Organizer
      the 23rd International Conference on Group Decision and Negotiation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Making Uncoordinated Autonomous Machines Cooperate: A Game Theory Approach2023

    • Author(s)
      Sakurai, K and Horita, M
    • Organizer
      40th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Socio-Technical Systems for Automation in Construction2023

    • Author(s)
      Masahide Horita
    • Organizer
      the 40th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC 2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] What Makes It Possible to Make Group Decisions?: The Theory and Applications of Meta-Decisions2022

    • Author(s)
      Masahide Horita
    • Organizer
      22nd International Conference on Group Decision and Negotiation,
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] データ・システム連携基盤を考慮した切盛土工事のための施工管理システムの開発2022

    • Author(s)
      松下 文哉, 小澤 一雅
    • Organizer
      第 4回 i-Construction の推進に関するシンポジウム
  • [Presentation] データ・システム連携基盤を活用した施工管理システムの開発と協調領域への展開2022

    • Author(s)
      山中 孝文, 湯淺 知英, 小澤 一雅
    • Organizer
      第 4回 i-Construction の推進に関するシンポジウム
  • [Presentation] ダンプトラックの運搬数量に基づく切盛土工の出来高数量自動算出システムの開発2022

    • Author(s)
      宮岡 香苗, 小澤 一雅, 宮下 裕貴
    • Organizer
      第 4回 i-Construction の推進に関するシンポジウム
  • [Presentation] 3次元レーザースキャナを用いた配筋検査システムの性能確認とデバイス認証システム2022

    • Author(s)
      石田 靖, 小澤 一雅, 松岡 茂, 長尾達児
    • Organizer
      第 4回 i-Construction の推進に関するシンポジウム
  • [Presentation] 温浴施設換気支援アプリの内製プロセス~共通フレーム2013に基づいたプロセス分析~2022

    • Author(s)
      澁谷 宏樹, 小澤 一雅
    • Organizer
      第 4回 i-Construction の推進に関するシンポジウム
  • [Book] roup Decision and Negotiation in the Era of Multimodal Interactions2023

    • Author(s)
      Maemura, Yu, Horita, M, Fang, L and Zarate P(Eds.)
    • Total Pages
      174
    • Publisher
      Springer
    • ISBN
      978-3-031-33779-6

URL: 

Published: 2024-12-25  

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