2014 Fiscal Year Annual Research Report
複数機水中グライダーの同時展開による海洋環境モニタリングに関する研究
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26289339
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
有馬 正和 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70264801)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 和男 九州工業大学, 生命体工学研究科(研究院), 教授 (10291527)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 海洋探査・機器 / 自律型海中ロボット / 水中グライダー / 海洋環境モニタリング / 海洋生態系 / 海中音響観測システム / 自律型洋上ステーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終目標は，約千機の自律型水中グライダーが非同期的なコミュニケーションを図りながら観測海域の相互補間を行うことによって長期間・広範囲に亘る3次元多点同時観測を可能とする「グライダー型群知能海中ロボットシステム」を構築し，全地球規模での海洋環境生態系のモニタリングを実現することである。本研究では，主翼独立制御型水中グライダーSOARERとソーラー水中グライダーTonai60を用いて，「群知能海中ロボットシステム」の実現に向けた制御アルゴリズムの確立と具体的な運用手法の検討を行う。
初年度は，Tonai60のハードウェアと制御ソフトウェアの整備に努めた。制御アルゴリズムの検証のため，神戸大学海事科学部附属練習船「深江丸」の協力を得て，徳島沖で潜航試験を行った（7月）。無線LANの通信機材の改良と浮力部材の設計・製作を行い，九州大学応用力学研究所の深海機器力学実験水槽での水槽試験（9月）を実施し，グライディング性能を調べた。さらに，鹿児島大学水産学部附属練習船「南星丸」の協力を得て，鹿児島湾での実海域試験（12月）を行った。SSBL位置検出装置によって得られた海中での挙動を詳しく解析した結果，水槽試験での映像の解析によるグライディング性能（潜航角度や速度）と良く一致していることが明らかとなった。
また，GPSと3軸デジタルコンパスを内蔵した4ch海中音響観測システムを設計・開発して，和歌山県太地町立くじらの博物館での運用試験と米国・アラスカ州・プリンスウィリアム湾での実海域試験を行い，シャチの鳴音から音源方向を精度良く推定できることを示した。本システムの最大潜航深度は400mなので，自律型水中グライダーに搭載することで鯨類など海棲哺乳類の生態系をモニタリングすることが可能になる。さらに，複数機の水中グライダーの運用を援助するための自律型洋上ステーションの概念設計を行った。
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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
交付申請時の研究計画では，以下の項目を行うことになっていた。
(1) マルチエージェントモデルの構築〔制御アルゴリズムの構築と検証〕：本研究では，将来的には約千機もの自律型水中グライダーで構成される群知能海中ロボットシステムの運用を目指していることから，非同期的なコミュニケーション手段として「黒板モデル」の実現を目指す。
(2) グライダー型群知能海中ロボットの構築〔ハードウェアの整備〕：主翼独立制御型水中グライダーSOARER とソーラー水中グライダーTonai60 に搭載されている制御用ハードウェアは異なるため，自律協調制御のためのハードウェアの整備が不可欠である。また，今回新しく導入するSSBL位置検出装置を用いた海中ロボットの位置の同定および制御機構へのフィードバックについて検討を始める。当初は，母船または水槽の曳航台車での運用から始め，自律型洋上ステーションへの装備を検討する。
この計画に対して，初年度は，ソーラー水中グライダーTonai60（内蔵PCおよびマイコン）と船上基地局（制御用PC）との通信を無線LANで行うことによって，マルチエージェントモデルの実現可能性を検討した。また，海中での自律型水中グライダーの位置を精度良く求めるためのSSBL位置検出装置を前倒し支払い請求によって初年度に一括購入した。実海域では，海中に潜ってしまうと水中グライダーの挙動を知ることができなかったが，SSBL位置検出装置を導入することによって機体の位置や挙動，潜航性能を正しく推定，理解することができるようになり，今後の潜航試験に大いに役立てられるようになった。複数機の水中グライダーを組み合わせて「群知能海中ロボットシステム」を実現するために，現在，自律型洋上ステーションの導入を検討していて，その概念設計を行った。
以上より，当初の計画に対してほぼ順調に進展していると判断することができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り，平成26年度の検討結果および試験実績を踏まえ，実海域での運用試験段階に移行する。群知能海中ロボットシステムの構築〔実海域試験による実証〕：平成27年度は，主翼独立制御型水中グライダーSOARERのハードウェアおよび制御ソフトウェアの整備を進める。無線LANによる制御系の確認およびパラメータの修正などのため，予め九州大学応用力学研究所の深海機器力学実験水槽において水槽試験を実施する。共同利用研究のため，試験期間は制約されるが，概ね9月～10月頃を予定している。実海域試験は，鹿児島大学水産学部の附属練習船「南星丸」の協力を得て，12月頃に比較的静穏な鹿児島湾の湾奥部での実施を計画する。平成26年度にソーラー水中グライダーTonai60の実海域試験を実施したが，同船は自律型海中ロボットの展開や揚収に最適なＡフレームクレーンを有し，乗組員も自律型海中ロボットの取り扱いに慣れていることが大きな利点である。また，機体の正確な位置情報を得るためのGPS，SSBL装置および表示用ソフトウェアなどを活用して，グライディング性能を把握するとともに，自律協調制御の実現に向けたアルゴリズムの確立を目指す。実海域試験は天候に左右されることが多いので，できるだけ数多くの機会を得られるよう準備を進め，平成27年度の実海域試験を計画したいと考えている。実海域試験で得られた結果を受けて，マルチエージェントモデルおよびハードウェアの改良を行うことになる。当初は，テザーケーブルを付けた状態での実験を行うが，制御系の信頼性が確認できた段階でテザーケーブルを外して，自律潜航を試みたいと考えている。
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