2017 Fiscal Year Research-status Report
水域ネットワークを構成して底質を一括走査する協調型環境調査船システムの開発
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17K01346
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| Research Institution | Yuge National College of Maritime Technology |
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Principal Investigator |
田房 友典 弓削商船高等専門学校, 情報工学科, 教授 (20321507)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 環境調査船 / 水域ネットワーク / 自律航行 / 地底探査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般的に海底地形の計測は，大型船の底に設置された音響ビームの測深によって広範囲の海底地形図が作成されている．本研究は，大型船が運航できない港湾などの浅瀬，湖や河川，災害や事件が発生したときの緊急の低質調査等を対象としている．研究代表者は，魚群探知機を利用して底質や地形の調査を可能にする無人のリモート調査船を試作し，底質地形を三次元マッピングするシステムを開発した．本研究では，これまでの研究成果を発展させ，より短時間作業による労力の軽減，漏れのない（精度の高い）走査，且つ安全に広域の調査を実現する調査船システムの開発を行う．目的とする開発システムは，音響ソナーを搭載した複数の調査船が協調しながら一斉に底質走査を行い，陸上では各々の調査船状況を把握し，走査漏れのない測深を支援するシステムである．平成29年度の３点の研究計画に対して実施状況の概要を示す．
１）船体構造の設計と構築，調査船が複数台となるため調査船の形状と構造，構成機器などを再設計し調査船を試作する．計画では，単胴船型の調査船を構築する予定であったが，山岳地帯の湖などを調査目的であることを重点におき，移動性を重視し分解可能で材質に中空構造ポリプロピレンを２基用いた双胴船型の調査船を作成した．
２）水域ネットワークの開発，水域ネットワークとは，調査船間および陸上と調査船間の通信を行うネットワークであり，調査船が移動しても走査中途切れることがないネットワークである．平成29年度は，Zigbeeモジュールを用いて，複数隻の調査船に対して陸上側から同時に指令を通信する実験を実施した．
３）モニタリングソフトウェアの開発，調査船が目視できないほどの遠方に離れると，調査船の船首方位などの航海情報（現在位置，船首方位，舵角，エンジン出力など）を把握するモニタリングソフトウェアを開発する．
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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
平成29年度における進捗状況を「おおむね順調に進展している」と評価した理由について，３点の研究計画に対してそれぞれ述べる．
１）船体構造の設計と構築，調査船の形状と構造，構成機器などを再設計し調査船を試作した．新たに作成した調査船のスペックは，全長1200mm，幅800mm，高さ360 mm，エレキモータ（15.5kg）とバッテリ（20.5kg）を含めた総重量は約45kgである．従来の調査と比較すると約30kgの重量の削減を行うことができた．
２）水域ネットワークの開発，Zigbeeモジュールを用いて，複数隻の調査船に対して陸上側から同時に指令を通信する実験を実施した．実験室内において，２隻の調査船に対して10msecで送信を行い，エレキモータの制御を行うインターフェース回路の作成，およびネットワーク構築を行った．今後，目標とする500m四方の領域で安定したネットワーク構築を実施予定である．
３）モニタリングソフトウェアの開発，構築した水域ネットワークを利用して，GPSの情報をマップ上にプロットするソフトウェアの開発を行った．しかし，調査船の船首方位などの航海情報（現在位置，船首方位，舵角，エンジン出力など）をマップ上に表示することができていないため，開発ネットワークを利用した航海情報表示ソフトウェアの開発を継続して行う．
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| Strategy for Future Research Activity |
自律で航行する調査船の協調制御の研究に着手および，新たに軽量化した調査船をリモート操船可能であるため，研究協力者である山崎が専門とする現場で，実際に湖底の探査に利用して，実用性や問題点などを明らかとする．
協調制御は，まず１隻の調査船で，目標地に向かって波や風の影響を配慮しながら直進する自律制御アルゴリズムを完成させ，続いて３隻で協調制御の開発を行う．主となる調査船は，直進制御を行い，従となる２隻は，画像処理とGPS値による主調査船との位置情報で支援を行いながら舵角とエンジン出力の制御を行う．また，制御が可能となる環境情報（風，波高，潮汐）を記録し，協調制御が可能となる環境情報の境界についても明らかとする．
次に旋廻制御の協調アルゴリズムの開発を行う．自律航行は，急な舵角制御をしたとき制御不能になることが多いため，申請者が考案した「あて舵」のアルゴリズムを活用する．また，万が一に備えて自律的な衝突防止対策だけでなく，陸上側からの緊急停止機能もあわせて開発する．
最終段階の協調制御として３隻が協調しながら直進と旋回を行う制御アルゴリズムの開発を行う．直線と旋回の切替え制御に時間を費やすことが予測されるが，水域ネットワークによる航海情報の相互通信と画像処理を用いた制御によって安定した協調制御アルゴリズムを開発する．安全性と効率的な走査を考慮しながら実証実験を行い，随時必要機能の改修と追加を行い，研究をまとめる．
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| Causes of Carryover |
平成29年度の研究成果を学会で発表する予定であったが、主に調査船の構築に時間をかけたため、調査船を使った実証実験による学術的な成果を得ることができず、旅費計画の変更が生じた。調査船の構築が概ね完了したため、平成30年度は制御アルゴリズムの構築や実証実験を行った結果を学会やシンポジウムで公表する。そのため、平成29年度の執行できなかった旅費計画を変更して平成30年度に繰越して利用する計画である。
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Research Products
(1 results)
