| 研究課題/領域番号 |
19K12100
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| 研究機関 | 広島市立大学 |
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研究代表者 |
神尾 武司 広島市立大学, 情報科学研究科, 講師 (20316136)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | マルチエージェントシステム / 強化学習 / 多船航路探索 / 行動表現 / 学習効率 / 目標航路 / トラッキング制御 / 回避開始点 |
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| 研究実績の概要 |
船舶運航において安全性と効率性を勘案した航路を事前選定することの重要性から，研究代表者は多船航路探索用マルチエージェント強化学習システム（MARLS）を研究してきたが，問題の大規模化等により学習効率が低下する．
本研究は，エージェントの行動を舵角という原始的な表現から，回避，針路回復，進路維持という高度な表現とすることで学習効率の向上を図り，高次の要求（回避開始点の明確化）を満足する航路探索を目指すものである．
2019年度は『高度な行動表現に対する簡易モデルの構築（第1研究テーマ）』，2020年度は『簡易モデルの改良および高次の要求を満足する航路探索のためのモデルの細分化（第2研究テーマ）』を実施した．しかし，2020年度に提案した「他船との相対距離に応じて確率的に進路維持を強制する手法」では，回避開始点の推定精度は不十分であった．
そこで2021年度も第2研究テーマを継続した．具体的には，簡易モデルを学習効率や航路効率性だけで評価せず，獲得航路の特徴を把握することに注力した．その結果，簡易モデルは回避対象船を検出後，かなり早い段階で回避行動を取りやすいことが明らかとなった．この性質は，2020年度に確認された『簡易モデルにおける航路探索能力と学習効率のトレードオフ』を裏付けるものであるが，航路探索範囲の制限が回避開始点を集中させるという新たな知見となった．
この知見に基づく回避開始点の推定方法を考案した．本手法では，まず，ゴールに向かう進路をとる船舶が回避すべき他船を検出した場合，初期状態では進路維持を強制する．そして，衝突が発生するたびに進路維持の強制力を緩和し，他船を回避できる限界点が検出する．実験の結果，回避開始点が特定の範囲に収束することを確認した．ただし，全船舶が同じパラメータをもつ等の前提条件での検証に止まっており，更なる実験と手法の改良が必要である．
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| 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
交付申請時の研究計画では，2019年度に『高度な行動表現に対する簡易モデルの構築（第1研究テーマ）』，2020年度に『簡易モデルの改良および高次の要求を満足する航路探索のためのモデルの細分化（第2研究テーマ）』，2021年度に『原始的な行動表現による高度な行動表現の補完（第3研究テーマ）』を掲げていた．
そして実際には『高度な行動表現に対する簡易モデルの構築（第1研究テーマ）』および『簡易モデルによる高次の要求を満足する航路探索（第2研究テーマの一部）』を達成した状態にある．ただし，第3研究テーマは「高度な行動表現モデルの切り替えによってのみ航路探索を行った場合，行動の切り替え前後の航路が不自然となる可能性」を危惧して実施を予定していたが，現時点では不要であると判断している．
以上より，第2研究テーマには未達成の課題が残っている．具体的には，簡易モデルを改良することで学習効率を著しく低下させることなく航路探索能力を向上すること，回避開始点の明確化（高度な要求）を満足するために考案した手法の更なる検証と改良を実施することが挙げられる．本来であれば，これらの課題は当初の補助事業期間である2021年度が終わった時点で達成されるべきものであったが，コロナ禍等の諸事情により達成できなかったため，補助事業期間を延長することで完遂を目指すこととした．したがって，現在までの進捗状況は遅れていると判断する．
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| 今後の研究の推進方策 |
第1研究テーマの成果として，回避，回避量の抑制，針路回復という役割を与えた目標航路をエージェントの行動とすることにより， 高度な行動表現に対する簡易モデルを実現した．さらに，第2研究テーマの成果として，衝突が発生するたびに進路維持の強制力を緩和させることで他船回避の限界点を検出するというアイデアに基づいて，回避開始点を明確化する方法を考案した．しかしながら，本研究の目的を達成するには，『簡易モデルにおける航路探索能力の向上』および『回避開始点を明確化する方法の更なる検証と改良』が必要である．
また，回避開始点を明確化する方法に対する現在までの検証により，航法を無視する航路が獲得されることを確認している．一般に，航法の無視は安全性と航路効率性を照らし合わせることで行われるべきであり，この観点から，航法の無視に関する多船航路探索に関する研究を本研究の派生研究として既に開始している．ただし，現時点では本研究以前に考案した舵角を行動とする多船航路探索システムを用いており，本研究で提案するモデルでの航法無視に関する検討を実施する必要がある．
以上より，今後の研究としては，『簡易モデルにおける航路探索能力の向上』と『回避開始点を明確化する方法の更なる検証と改良』の達成を第一目標とし，更なる本研究の発展を目指して『航法の無視に関する検討』も同時に実施する予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
参加を予定していた学会はコロナ禍の影響で中止やオンライン実施となり，いくつかの学会参加を見送った．同様に対面での研究打ち合わせも見送った．加えて，大学院生への研究協力依頼（データ整理およびプログラミング補助）は学生のコロナ感染により実施できなかった．以上により，残金（つまり，次年度使用額）が発生した．また，研究の進捗は遅れていると判断せざるを得ない状況にある．
そこで，2022年度は大学院生だけでなく学部生への研究協力依頼を想定して，各学生への書籍およびオンライン教材の購入を実施する．さらに，学会参加および研究打ち合わせも可能な限りオンラインではなく，現地に出向くことで研究の進捗を加速させるつもりである．以上をもって，適切かつ無駄のない助成金の使用に努めたい．
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