GRENE北極気候変動研究事業研究成果報告会日時：2016年3月4日（金）　14：30-16：30 (Core time 14：.30-15：40)会場：国立国語研究所　2Fホワイ

高木 敏幸

National Institute of Polar Research Repository

船舶レーダ画像を用いた砕氷船の能力に応じた航路選択  高木敏幸 1、舘山和孝 2 1釧路工業高等専門学校 2北見工業大学   Ice navigation according to the ability of the icebreaker using vessel radar images  Toshiyuki Takagi1, and Kazutaka Tateyama2 1Department of Electrical Engineering, National Institute of Technology, Kushiro College 2Department of Civil and Engineering, Faculty of Engineering, Kitami Institute of Technology  The sea ice has caused significant damage to vessels in the Arctic. There have been over 200 reported damage events over the past 25 years. It is important to avoid the collision with the sea ice, and to select the route to save the fuel and time safety. However, it is not easy to select the best sea route promptly and safely because the shape and the distribution of the sea ice are very complex. In this paper, the selection of the sea route on the ice sea is formulated as the find-path problem. The path between the start and the goal is decided by using the Dijkstra's algorithm as a query. Our system is introducing not only the distance between the start and the goal but also the ice consternation as a cost function. Experimental results show the effectiveness of the proposed method.   1．はじめに  北極海航路は輸送費用削減や資源調達先の拡大など大きな経済効果を東アジア地域にもたらすことが期待されている。しかし、氷海上の船舶の運航において、海氷との衝突を避け、目的地への移動に要する燃料や時間を節約しなければならない。さらに、海氷の衝突により船が損傷し、油流出が起きれば大規模な環境破壊の恐れもあり、北極海航行する船舶の航路の決定は重要な問題である。筆者らはこのような氷海における航路の選択を衝突回避経路計画として考え，確率的ロードマップ法を用い，現在地から目的地までのダイクストラ法によって氷海航路を選択する手法を提案した．しかし、砕氷船のクラスによっては、必ずしもすべての海氷を障害物として避ける必要が無く、船の砕氷能力に応じて航路を決定される。そこで、本稿では、海氷を障害物として開放水面と分離せず、目的地までの距離に海氷密接度に対する船速を評価関数に加え最適航路を探索する手法を提案する．   ２．本システム Fig.1 は 2012 年 8 月カナダ沿岸警備隊の砕氷船ルイ・S・サンローランによって北緯 79°57,236、西経 142°31,540 で採取された船舶レーダ画像である．Fig.2 は Fig.1 のレーダ画像に対して、10pixel の円内の輝度値の平均値、すなわち、半径 117.4m 内の海氷密接度を等高線図で示したものである。海氷密接度の大きさは、濃淡によって示しめされている．Fig.3 の海氷密接度と船速の関係を示している。図にも示されているように、平水中の到達速度が 15 ノットと推測され、海氷の密接度が 30％から船速が減少していることが示されている。そこで、海氷中のノード間 i と j 間距離を d(i,j)としたとき、位置 j における海氷密接度に対する船速を f(j)とすると、ノード間の評価関数は次式によって示される。 s(𝑖, 𝑗) = 𝑑(𝑖, 𝑗) 𝑓(𝑗)⁄   f(j)を砕氷船の砕氷特性に対応させることによって、海氷密接度に対する砕氷船の砕氷能力に応じた航路を探索することが可能になる。 Figure1.  A radar image 3.0 NM 0 3.0 NM 0 Figure2. A contour map          of sea ice concentration   ３．シミュレーション結果  Fig.4 のグラフは Fig.3 の海氷密接度と船速の関係を平水中の船速で可能な海氷密度と航行不能な海氷密度を接続した３つの区分に分解した区分線形関数に近似することによって砕氷船の砕氷特性を表している。Fig.4 の(a)～(d)において、輝度値の平均値 20 すなわち海氷密接度が 7.8％まで平水中の船速が維持でき、海氷密度の砕氷限界を23％～47％を変化させたシミュレーション結果を示す。砕氷可能な海氷密接度を 23％とした Fig.4(a)では、に海氷密接度の高い領域を迂回し、海氷密接度の低い領域上に航路が示されている。現在地を示すレーダの中心から目的地までの航路距離は 5613m である。一方、航行可能な海氷密度を 31％に設定した Fig.4(b)では、Fig.4(a)と異なる航路が選択され、航路距離は 3810m と短縮されている。このように航海可能な海氷密接度が増加するにつれて、航路は直線に近づき航路距離が短縮されている。                         (a)                        (b)                    (c)                        (d)   ５．おわりに 本稿では、海氷を障害物として開放水面と分離せず、目的地までの距離に海氷密接度と船速の関係を評価関数を加え、砕氷船の海氷密接度に対する砕氷能力に応じた航路を探索する手法を提案した．  References [1] Takagi,T. , Tateyama,K. and Ishiyama,T., Obstacle Avoidance and Path Planning in Ice Sea using Probabilistic Roadmap Method, 22rd IAHR International Symposium on Ice, 2014 [2] 高木敏幸, 舘山一孝, 砕氷船の能力に応じた確率的ロードマップ 法を用いた氷海における航路選択, 第 30 回寒地技術シンポジウム,2014 [3] Dijkstra, E. W., A note on two problems in connexion with graphs. Numerische Mathematik 1: 269–271,1959. [4] Ono,J. , Numerical study on a short-term sea-ice prediction for the Northern Sea Route and Northwest Passage, the 22nd IAHR international Symposium on Ice, Singapore,2014 [5] Takagi,T., Tateyama,K. and T.Ishiyama,Obstacle Avoidance and Path Planning in Ice Sea using Probabilistic Roadmap Method, , the 22nd IAHR international Symposium on Ice, Singapore,2014 [6] Minjoo Choi, Yamaguchi,H. and Nakagawa,K. Arctic sea route path planning based on an uncertain ice prediction model, Cold Regions Science and Technology 61-69, 2005 10 20 30 4051015ice concentration  (%)ship speed  (knots)Figure3. Relation between ship speed and sea ice concentration 5613m 3870m 3612m 3200m Figure4. Simulation Results start start start start goal goal goal goal 16 Ship speed (knots) 8 20 200 0 100 Intensity (concentration) (39%) 16 Ship speed (knots) 8 20 200 0 120 Intensity (concentration) (47%) 16 Ship speed (knots) 8 20 200 0 60 Intensity (concentration) (23%) 255 16 Ship speed (knots) 8 20 200 0 80 Intensity (concentration) (31%) 255 255 255 

船舶レーダ画像を用いた砕氷船の能力に応じた航路選択

https://nipr.repo.nii.ac.jp/?action=repository_action_common_download&item_id=12370&item_no=1&attribute_id=16&file_no=1

船舶レーダ画像を用いた砕氷船の能力に応じた航路選択

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

National Institute of Polar Research Repository