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2021 年度 実績報告書

海洋底探査を加速する自律操船AIの開発と実海域探査での実証

研究課題

研究課題/領域番号 20H00284
研究機関大阪府立大学

研究代表者

橋本 博公  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30397731)

研究分担者 青木 尊之  東京工業大学, 学術国際情報センター, 教授 (00184036)
松田 秋彦  国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(神栖), 主幹研究員 (10344334)
島 伸和  神戸大学, 理学研究科, 教授 (30270862)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード深層強化学習 / 自律操船 / AI / 測線トラッキング / 定点保持 / 実船実験 / マンマシンインターフェース / 海洋底探査
研究実績の概要

本研究では,気象海象が複雑に変化する状況下において,海洋底探査に課せられた高度ミッションを達成するための自律操船AIの開発を行っている。今年度の研究実績の概要は以下の通り。
①深層強化学習により,海洋調査に用いられる測線トラッキング用の自律操船AIの開発を行った。風,波,潮流が混在する中での直線航路のトラッキングに加えて,測線の終了点から次の測線の始点を直線で繋いだ不連続な航路に対しても最小の偏差で追従可能とするために,測線と自船の位置関係をニューラルネットワークへの入力としている。開発したAIの評価のため,水産研究・教育機構の漁業調査船「たか丸」を使用して,AIの舵角指示をディスプレイに表示し,船員(人間)がそれに応じて操舵する半自動操船システムを構築した。そのうえで,複数回の実船実験を通じて,船内情報収集システムの検証やAIのトラッキング精度について検証を行った。本システムはAIの判断を効果的に伝達するインターフェースが重要であるため,複数の船員に操船してもらい改善すべき事項についてフィードバックコメントを収集した。
②風,波,潮流という外乱作用下での定点保持操船の自動化のために、舵角だけでなく,CPPのプロペラ翼角とバウスラスターのオンオフを行動に含めたプロトタイプのAIを開発し,「たか丸」で検証実験を実施した。
③水産技術研究所の海洋工学総合実験棟において,次年度に実施を予定しているAIによる定点保持操船の模型実験に向けた予備的実験を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

今年度は測線を自動でトラッキングする自律操船AIを開発し,実海域において実船を用いた検証実験を実施することができた。現時点でも人間と同程度の精度で操船ができており,AIの指示を受けて人間が操船をする半自動操船システムの要となるインターフェースの開発を進めている。一方,定点保持用の自律操船AIは当初予定よりも開発が遅れており,集中的に研究と検証を進める必要がある。

今後の研究の推進方策

最終年度は,自然外乱が存在する環境下での測線トラッキングおよび定点保持を行うAIを開発し,自走式模型船を用いた水槽試験により,シミュレーション環境で開発したAIを用いてどの程度の性能が得られるかを確認する。あわせて,半自動操船システムを用いた実船実験を実施し,模型船と実船での操船結果の差異を明らかにしつつ,実用化に向けてマンマシンインターフェースの改善を進めていく。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Ship-stopping algorithm utilizing VecTwin rudder system for automatic collision prevention2022

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Hirotada、Makino Hidenari、Yoshioka Hitoshi、Matsuda Akihiko
    • 雑誌名

      Ocean Engineering

      巻: 251 ページ: 111098~111098

    • DOI

      10.1016/j.oceaneng.2022.111098

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 深層強化学習による避航操船の獲得と実証実験2022

    • 著者名/発表者名
      橋本博公
    • 雑誌名

      日本船舶海洋工学会誌

      巻: 100 ページ: 30~34

  • [雑誌論文] 調査船による海底火山研究-鬼界海底カルデラプロジェクトを例として-2022

    • 著者名/発表者名
      島伸和
    • 雑誌名

      日本船舶海洋工学会誌

      巻: 101 ページ: 22-27

  • [雑誌論文] Large-scale flow simulations using lattice Boltzmann method with AMR following free-surface on multiple GPUs2021

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Seiya、Aoki Takayuki
    • 雑誌名

      Computer Physics Communications

      巻: 264 ページ: 107871~107871

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2021.107871

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 自動操船AIの開発と実船実験による検証2021

    • 著者名/発表者名
      橋本博公、西村遥、西山尚材、樋口譲司
    • 雑誌名

      ClassNK 技報

      巻: 3 ページ: 27~34

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of AI-based Automatic Collision Avoidance System and Evaluation by Actual Ship Experiment2021

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Hirotada、Nishimura Haruka, Nishiyama Hisaki, Higuchi George
    • 雑誌名

      ClassNK Technical Journal

      巻: 3 ページ: 41~50

    • オープンアクセス
  • [学会発表] A Large-scale Simulation of Driftwood Disaster by Using LBM with AMR2021

    • 著者名/発表者名
      Shen Dawei、Aoki Takayuki、Watanabe Seiya、Moriguchi Shuji、Takase Shinsuke、Sakuraba Masaaki
    • 学会等名
      日本計算工学会 第26回計算工学講演会
  • [学会発表] A Domain Decomposition Method based on a Multi-phase-field Model to Reduce Inter-node Communication2021

    • 著者名/発表者名
      Seiya Watanabe、Takayuki Aoki、Changhong Hu、Shintaro Matsushita、Tomohiro Takaki
    • 学会等名
      Parallel CFD 2021
  • [学会発表] LBMとAMRを用いた実在の災害に対する大規模な流木シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      Shen Dawei、Aoki Takayuki、Watanabe Seiya、Moriguchi Shuji、Takase Shinsuke、Sakuraba Masaaki
    • 学会等名
      日本流体力学会 第35回数値流体力学シンポジウム

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公開日: 2022-12-28  

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