船体運動予測による離着岸操船時の衝突回避アシストシステムの研究開発

研究課題

研究課題/領域番号	21K04504
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分24020:船舶海洋工学関連
研究機関	広島商船高等専門学校
研究代表者	岩切敬晃広島商船高等専門学校, その他部局等, 講師 (10880776)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス	交付 (2023年度)
配分額 *注記	4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円) 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円) 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円) 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード	船舶工学 / 自動制御 / シミュレータ
研究開始時の研究の概要	本研究では，航海士が離着桟操船を行う時に，操船ミスまたは機器の故障による岸壁衝突事故を回避・軽減するために，警報や操船支援情報を提供するシステムの研究開発を試みる．開発するシステムが実際の操船者である航海士に受け入れられる信頼性と安全性を持たせた衝突回避アシストシステムとする．離着岸時の船舶の運動予測には，船舶の操縦運動モデルを利用するが，外乱影響の正確な推定は困難であるため，実船の操船データと操縦運動モデルの誤差へ機械学習手法を適用し予測精度の向上を試みる．離着桟時の船舶と岸壁の衝突危険性の判断には，熟練の船長や水先人の経験則による緊急操船法を適用し，操船者の感覚に適合したシステムとする．
研究実績の概要	本研究では，航海士が離着桟操船を行う時に，操船ミスまたは機器の故障による岸壁衝突事故を回避・軽減するために，警報や操船支援情報を提供するシステムの研究開発を試みている．システム開発の為に計画した研究項目に対して以下の内容を実施した． ①船体運動予測モデルの研究開発について計画された「A.操縦運動モデルの構築」は，昨年度中に練習船広島丸を対象船舶としてMMGモデルを元にして構築している．構築されて操縦運動モデルは，練習船広島丸の実際の離着岸操船データを元にして制度の向上を図っていたが、昨年からデータサーバに不調があり学習データを取得できない状況にある．修理を行ってデータの収集を再開し，「B.機械学習による予測精度向上」を行う． ②岸壁衝突リスク判断システムの研究開発について計画された「A.操船方法」はベテラン航海士の緊急操船パターンを調査した結果，一定の基本操船概念(ボーダーライン)を確認できた．また操船概念における限界に接近または超越した場合の緊急操船のパターンも確認できた．確認された緊急操船パターンを想定した「B.衝突予測システム」の構築を行っている． ③開発したシステム評価について「A.操船シミュレータ」はヘッドマウントディスプレイを用いたVR操船シミュレータの構築を引き続き行っている．海域と船舶の構築は完了しているため①の「B.機械学習による予測精度向上」が完了したMMGモデルの実装を行うことで「B.評価実験」に進む．「B.評価実験」において実際の操船者による検証を行う予定である。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 4: 遅れている理由新型コロナウィルスの影響も明け，校務(学生指導・進路指導)の負担が拡大しているためエフォートの比率が減少している．連携研究者との打合せおよび水先案内人への直接の調査が進展したことで避険線の構築と緊急操船方法がまとまった．また練習船のデータサーバが不調であるため，学習データの構築が捗らず，モデルの構築に後れを生じている。
今後の研究の推進方策	①船体運動予測モデルの研究開発について「A.操縦運動モデルの構築」は練習船広島丸の基本モデルは完了しているが、「B.機械学習による予測精度向上」は離着岸操船データ収集が困難となっている．対象船舶の変更を視野に入れ，速やかに機械学習手法による船体運動予測モデルの外乱影響等による誤差を修正するアルゴリズムの検証を行う． ②岸壁衝突リスク判断システムの研究開発について計画された「A.操船方法」は基準操船の策定が完了したことに伴い、操船限界や安全マージンの設定を行った，計画された「B.衝突予測システム」の開発は完了しているため，①のモデルが完成次第，評価実験に移行する． ③開発したシステム評価について「A.操船シミュレータ」は既に実験想定海域の構築と実験対象船舶の外観の構築を完了していることから，被験者の選定を行い「B.評価実験」を行う．また昨年度は校務の増加により想定通りに進捗しなかった研究発表等も並行して進めていく．

報告書

(3件)