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

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。

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。