デジタルツイン・機械学習・確率理論を融合した自動港内操船制御則に関する研究

数字孪生、机器学习和概率论相结合的自动港口操纵控制规则研究

• 批准号: 22H01701
• 负责人: 牧 敦生
• 金额: $ 10.4万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01701/
• 关键词: 自動離着桟技術; 港内操船; デジタルツイン; 確率理論; 機械学習; 自動離着桟; 自動港内操船制御則; 自動離着桟制御

船の自動化の中でも、特に港内操船の自動化は技術的ハードルの高い課題であることが知られています。解決すべき大きな技術課題としては、船の動的システムのモデリング、オフライン離着桟航路計画、オンライン修正航路計画、オンライン制御があります。本研究課題の初年度で得られた研究実績を、以下に個別具体的に記します。船の動的システムのモデリングについては、実船で計測された運航データからの動的モデル逆推定に挑戦しました。その結果、線形動的モデルを逆推定するための方法論を確立でき、加えて、逆推定に必要な実船計測のデータ量についての指針も示しました。これにより、実船計測データのみから、自動運航アルゴリズムの検証用シミュレータを確立するための技術のベースが完成しました。オフライン離着桟航路計画については、船長航路に似た航路の自動生成アルゴリズムを開発するという最終目標に向けて研究を行いました。初年度は、様々な港湾についての実船計測データから、船長航路の統計的性質を整理するための方法論を確立しました。また、得られた統計解析結果を陽に反映した、離着桟航路のオフライン最適化アルゴリズムを提案しました。オンライン修正航路計画については、オフライン離着桟航路計画を初期値として、数秒程度で最適制御問題を解き、離着桟航路を変形して修正する計算アルゴリズムを確立しました。これにより、オフライン計算で得た航路から、風向風速などの状況が異なっても、トラッキング制御に必要な参照軌道を生成できるようになりました。オンライン制御については、幅寄せ操船時のスウェー速度をより厳密に制御することを目的とした制御アルゴリズムを確立しました。これにより、着岸位置での繊細な位置決めと速度制御が可能となりました。また、バックステッピング法などの、非線形制御手法の船舶操縦運動制御への適用についての初期検討も実施しました。

In the field of ship <s:1> automation <e:1>, there is a high <s:1> topic of ハ で <e:1> and the automation <s:1> technology of handling ships in に ports. There is also knowledge of である とが とが とが and とが られて ます ます. Solve す べ き big き な technology subject と し て の は, ship moving シ ス テ ム の モ デ リ ン グ, オ フ ラ イ ン from 桟 route plan, オ ン ラ イ ン amend routing plan, オ ン ラ イ ン suppression が あ り ま す. The first year of this research project で obtained られた research achievements を, and the following に individual specific に records で ます. Ship の moving シ ス テ ム の モ デ リ ン グ に つ い て は, be ship で measuring さ れ た shipped air デ ー タ か ら の moving モ デ ル inverse presumption に pick 戦 し ま し た. そ の results, the linear dynamic モ デ ル を inverse presumption す る た め を の methodology established で き, え て presumption, reverse に な necessary be ship measuring の デ ー タ quantity に つ い て の pointer も shown し ま し た. こ れ に よ り, be ship measuring デ ー タ の み か ら, automatic navigation ア ル ゴ リ ズ ム の 検 card シ ミ ュ レ ー タ を establish す る た め の technology の ベ ー ス が complete し ま し た. オ フ ラ イ ン from the 桟 route plan に つ い て は, captain airway に た route の automatically generated ア ル ゴ リ ズ ム を open 発 す る と い う ultimate goal に to け て を line い ま し た. Early annual は, others 々 な harbour に つ い て の be ship measuring デ ー タ か ら, captain airway の statistical properties を finishing す る た め を の methodology established し ま し た. ま た, ら れ た を Yang に statistical analytic results reflect し た, away from the 桟 route の オ フ ラ イ ン optimization ア ル ゴ リ ズ ム を proposal し ま し た. オ ン ラ イ ン amend routing plan に つ い て は, オ フ ラ イ ン from the early 桟 route plan を numerical と し て, degree of a few seconds the optimal suppression で を き, away from the 桟 route を - shaped し て correction す る computing ア ル ゴ リ ズ ム を establish し ま し た. こ れ に よ り, オ フ ラ イ ン computing で must た route か ら, wind direction, wind speed な ど の condition が different な っ て も, ト ラ ッ キ ン グ suppression に な necessary reference orbit を generated で き る よ う に な り ま し た. オ ン ラ イ ン suppression に つ い て は, send picture せ when handling の ス ウ ェ ー speed を よ り 厳 dense に suppression す る こ と を purpose と し た suppression ア ル ゴ リ ズ ム を establish し ま し た. こ れ に よ り position, the shore で の 繊 fine な position definitely め と speed suppression が may と な り ま し た. ま た, バ ッ ク ス テ ッ ピ ン グ method な ど の equestrian method, nonlinear system の ship hold 縦's suppression へ の applicable に つ い て の early も 検 please be applied し ま し た.

项目成果

MMG モデルを適用した非線形カルマンフィルタの実装に関する一考察

应用MMG模型实现非线性卡尔曼滤波器的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 小池弘顕;Leo Dostal;澤田涼平;宮内新喜;牧敦生
• 通讯作者: 牧敦生