| 研究課題/領域番号 |
18H01445
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| 研究機関 | 大阪市立大学 |
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研究代表者 |
原 晋介 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (80228618)
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| 研究分担者 |
小野 文枝 国立研究開発法人情報通信研究機構, ワイヤレスネットワーク総合研究センターワイヤレスシステム研究室, 主任研究員 (20385537)
松田 崇弘 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (50314381)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ドローン / 受信信号電力 / データ収集 / 経路決定 |
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| 研究実績の概要 |
避難所上空でドローンをホバリングさせ，避難者の安否情報をワイヤレスで収集する場合，ドローンは受信信号電力がなるべく高くなる場所でホバリングするべきであるが，ドローンのホバリング場所には3次元空間で大きな自由度があるため，最適なホバリング場所を効率良く探索する方法を検討する必要がある．今年度は，3次元空間の疎な場所で受信信号電力を測定するだけで，全体の受信信号電力分布が再構成できるかどうかを検証した．受信信号電力の3次元分布を再構成する方法として，3階テンソルの低ランク性と平滑性を用いる方法を検討した．福島県において，休耕地の上空でドローンを飛行させて測定した3次元受信信号電力の実験値に対して提案法を適用した結果，全体の25％で受信信号電力を観測するだけで，全体の受信信号電力分布が精度よく再構成できることを確認した．
上で述べた方法でドローンがホバリングしデータを収集する点が決定できたと仮定し，その次に，複数のデータ収集点に対する経路決定問題を検討した．ドローンの経路決定問題を定式化する場合に，飛行時間が短く限られていることと風速と風向の影響を受けることがドローン特有の問題であることを見出し，それらを拘束条件とした最適化問題を設定した．その最適問題に対して，すでに提案されている挿入法を用いて解法を試みた結果，あまり良い結果が得られないことが判明した．
ドローンは風速と風向の影響を受けるので，対気速度と消費電力の関係を得るためには，それらが測定できるドローンを用いて実験する必要があったが，既製品のドローンでは対気速度を測定するためのピトー管を装備させることが難しいことが判明した．従って，ドローンのキットを購入し組み立てることにした．ドローンの飛行操縦の難しさを考慮に入れて，1機目を小型4ローターのドローン，2機目を大型6ローターのドローンとすることを決定した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
受信電力の3次元空間分布を空間内の疎のサンプルから再構成する方法として，3階テンソルの低ランク性と平滑性を用いる新しい方法を提案できた．そして，その提案法の性能を実験値を用いて評価した結果，良好に動作することが確認できた．
ドローンのデータ収集経路決定問題に対しては，短い飛行時間と風速・風向の影響といったドローン特有の拘束条件を考慮に入れた新しい最適化問題を設定できた．大阪市住吉区の避難所の数と位置や各避難所における避難者収容人数等といった具体的なデータを最適化問題の取り込み，それを既存の方法で解こうと試みた結果，うまく解けないことが判明した．
ドローンのキット購入から制作，ピトー管等のセンサーの装備ならびにセンシングデータをリアルタイムに収集し操縦するためのテレメトリー装置の装備等，予想外に長い時間がかかったが，1機目の小型４ローターのドローンの制作を完了し，予備的な飛行操縦実験が行えるまでになった．
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| 今後の研究の推進方策 |
3階テンソルの低ランク性と平滑性を用いる3次元受信電力空間分布再構成法の性能評価に関しては，異なる環境での測定データが必要となるので，今後，測定実験を行うつもりである．空間サンプリング間隔に関しては，測定の難易度から決定されるのではなく，理論的な下界があると考えられる．建物の空間分布がそれを決定する要因の一つと考えられるので，建物の3次元空間分布を3階テンソルと捉える方法を考えてみたい．
ドローンの経路決定問題の解法には，既存の単純な方法，例えば，挿入法ではうまく解けないことが判明した．より良い解を得るために，様々方法を試し，この問題の解法に適した新しい方法を提案したいと思っている．具体的には，アニーリング法や遺伝的アルゴリズムと，それらのハイブリッドが候補であると考えている．
小型４ローターのドローンの予備実験は終わったので，速やかに本実験を開始し，具体的なドローンに対する対気速度と消費電力の関係を測定したい．そして，それを数式で表現し，ドローンの経路決定問題の中に取り入れて解法を試みたい．また，大型6ローターのドローンも制作し，同様の実験を行って対気速度と消費電力の関係の数式を導出したい．
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