Monohakobi Techno Forum 2022

自律運航システムの検証/評価環境の構築に向けて2022年11月24日

株式会社MTI 船舶物流技術グループ 自律船チーム
鹿志村 亮介Monohakobi Techno Forum 2022

目次
1. 自律運航船を巡る社会の動向とその課題
2. 自律運航システムの検証/評価環境構築の取り組み
3. 評価環境を構成する各機能要件の検討
1. シナリオ生成機能
2. 評価機能4. 今後の展望
5. まとめ© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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自律運航船の現状• 世界各国で自律運航船の技術開発と段階的な実証・導入が進む• 技術開発と基準/制度の見直しが平行で実施されている

IMO 取り組み
国交省 取り組み

2015~

技術
開発

基
準策
定

2020~

Sea Machines Robotics
NTNUの学術研究PJ(2018~)(2015~)
YARA Birkeland ×Kongsberg PJ(2017~2021年度)

船級 ガイドライン(発行年)

MEGURI2040 DFFAS PJ(2019~2021年度)

MSC. FAL LEG各会においてMASSコード策定中
自動運航船の安全ガイドライン策定
Lloyd’sRegister(2016)© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

DNV(2018)BUREAU
VERITAS(2019)Class NK
(2020)

AmericanBureau ofShipping(2021)

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国際的なルールづくりの動向*1 IMO: International Maritime Organization*2 MASS: Maritime Autonomous Surface Ships• 国際海事機関 (IMO*1) 海上安全委員会にて自律運航船の新しい規制「MASS*2 Code」作成に関する議論、実施中• 自律運航船プロジェクトとその運用から得られた課題・要件整理• MASS Codeの 目的、主要原則の規定
IMO MASS*2 WG
情報共有

技術開発
プロジェクト

MSC
海上安全委員会
LEG法律委員会
FAL
簡易化委員会GOAL BASED STANDARD 体系
Goals

Goals

規定 Functional

requirements
Verification ofconformity
Regulations andClassification rules
Industry practices andstandards

FRV V--FR・・・-

V V-

自律運航船の一般要件を規定、その基準を満たすシステム/機器の機能要件・性能基準・検証プロセス等を議論© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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自律運航システムの社会実装までの課題• 試験・評価認証基準の具体的なルールが定まっていない• 自律運航システムのタスクを評価する方法は未だ存在しない
自律運航システムにおけるタスク

自律運航システム
システム全体の評価/検証方法が国際規格で規定なし

情報収集
航海機器

機器単体の性能要件/評価方法が国際規格で規定済み

・RADAR・AIS
・GPS他

統合分析

行動計画

承認

行動
制御機器

行動提示機器・Action Planning Unit (APU)(情報統合、分析、行動提示機能を有する機器)※MEGURI2040における無人運航船の実証事業でプロトタイプを開発

機器単体の性能要方法が国際規格で規定なし

・自動船位保持装置
・オートパイロット

推進・操舵設備

・固定ピッチプロペラ・可変ピッチプロペラ
・アジマススラスター
・サイドスラスター
・フラップラダー

安全機能を高度化した自律運航システムを実船導入できない⇒ルールづくり、評価環境の構築が必要© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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NYKグループのルールづくりの関わり• 産官学が連携し、国際的なルールづくりのための提案活動を実施• 国際的なルール作りを積極的に支援• 自律運航船の安全ガイドラインの整備*1 国土交通省*2 日本船舶技術協会*3 日本舶用工業会*4 海上技術安全研究所• 自律運航システムの性能の見える化
連携IMO

国交省*1

船技協*2
船級協会

日舶工*3ISO海技研*4NYKグループ© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

調査

IMO条約
船級規則、ガイドライン
国際規格（ ISO, IEC, ITU)

企業/業界規格5

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自律運航システムの評価環境構築の取り組み• 国交省実施の「海事産業集約連携促進技術開発支援事業」で検討中• NYKグループのゴール:自律運航システムの実船投入前の安全品質向上

開発目標:自律運航システムの機能/性能評価のためのシミュレーション基盤の構築

出所）海事産業集約連携促進技術開発支援事業の概要© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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自律運航システムの性能評価基盤*1 QA: Quality Assurance• 性能評価基盤とは:自律運航システムが担う機能を評価するためのシミュレーション環境
性能評価基盤

シナリオ
生成/調整

Detector(情報収集)

Integrator(情報統合)

Planner(行動計画策定)

QA*1システムコンポーネント(操船タスク)Controller(行動)

Actuator＋
自船運動計算(行動)ポイント:
シナリオの網羅性
評価機能

ポイント:評価基準

自律運航システムのコア機能であり、他操船タスクと比較して評価方法が十分に検討されていない「行動計画策定機能」の性能評価を目標に検討中© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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性能評価対象:行動計画策定機能• 行動計画策定機能とは、操船行動計画を策定する機能• 評価基準・評価基盤がないため、シナリオ要件・評価要件を定義
株式会社
日本海洋科学

古野電気株式会社

大阪公立大学手法

ルールベース

ルールベース

機械学習ベース

ベース
エンジン

衝突危険度×好ましさモデル

航行妨害ゾーン(OZT)を用いた危険領域判定

逆強化学習による報酬

概要

・最も好ましいとされる操船行動(針路・速力)をつなぐことで、行動計画を策定

・独自の経路生成アルゴリズ
ムにより行動計画を策定

・熟練者のデモデータからその行動意思決定の裏側にある情報を推定し、情報に基づいて行動計画を策定

イメージ© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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評価シナリオ生成機能の機能要件• シナリオとは、外部環境や自船の動性などの条件のこと• 実海域を想定した様々な条件を網羅的に生成することが重要
WPT3

分類

詳細項目

内容

自船情報

航海計画

自船が計画している航路情報

自船運動モデル

自船の操縦性能

波

向き、高さ、周期

風

向き、速さ

潮流

向き、速さ

照度

昼夜、日の向き

大気中浮遊物

雨、雪、霧、煙霧、靄など

他船

位置、方位、速力

地形

陸地、水深

水上構造物

ブイ、橋脚、浮遊物など

自然環境情報WPT2他船外
乱障害物情報WPT1
陸地
自船

シミュレーションを用いた開発が進んでいる
自動車業界の取り組みを参考にシナリオ生成手法を検討© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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評価シナリオ生成手法の検討• 参考:PEGASUS Project (主導:連邦経済エネルギー省 - ドイツ)
• 走行データから抽出したテストシナリオに基づく安全評価の取り組み• 自動運転の性能要件を定義、検証のための方法論を整理• エビデンスに基づく安全性評価のシナリオ条件、6層モデルで構築
シナリオ生成の手順

Layer1
Layer2
Layer3Layer4Layer5Layer6

道路、地形
シナリオの構成要素を信号、交通管制
適切に整理
一時的な制限物標（障害物）
自然環境
デジタルインフォメーション

出所）https://www.pegasusprojekt.de/en/pegasus-method© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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シナリオ構成要素の具体化• シナリオの要素:6層モデルを基に整理 (PEGASUS Project )• 自然環境(波・風・潮流)は運動に大きく影響すると考え、分割
Layer

自動車

船舶

0ー

自然環境(波・風・潮流)

1

道路、地形

可航域

2

信号、交通管制

航路、航行管制3

一時的な制限養殖場、軍事演習海域など

4物標(障害物)

障害物（他船、水上構造物など）

5

自然環境

自然環境 (雨/霧/照度等)

6

デジタルインフォメーション

デジタルインフォメーション

自動車におけるシナリオのレイヤ分け© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

自然環境を分割

船舶におけるシナリオのレイヤ分け11

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評価シナリオの要件• あらゆる航行環境を再現する評価シナリオを定義• Phase1~3を自動生成可能なシナリオ生成機能を開発
Phase

シナリオレイヤ

目的

1

Layer 0

様々な自然環境で経路追従性能を網羅的に確認2

Layer 1-4

衝突点出現パターンを網羅的に確認

3

Layer 0-4

Phase1 + Phase2で網羅的に確認 (応用問題)

4

Layer 0-4

実地試験相当（実際の海上交通を模擬）

Phase1制御を考慮した計画策定可能か?

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Phase2他船配置を考慮した避航計画可能か?

Phase3制御、他船配置を考慮した計画策定可能か?

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評価機能の機能要件• 行動計画の評価として重要指針• 安全性:安全余裕を取りながら、他船等の障害物を航行可能か• 経済性:目的地到達までにどれくらい時間が経過したか
性能評価基準項目

安全性(メイン)

安全性(サブ)説明

他船や障害物に対する航行可否の判断

安全性評価の指標(複数の指標を採用)

評価結果

合否 (Pass or Fail)

スコア

経済性
目的地到達までの時間
スコア
To

イメージ
From
合格
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不合格

自船と他船の位置関係(衝突危険度, 操船困難度)

開始 WPTから終点WPTまで経過時間
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今後の展望
• 環境構築、ルールづくりは、産学官一体となった取り組みが重要• 幅広く技術・アイディアを取り入れる• 新たな価値の創出• オープンコラボレーションによる実用化の加速
コラボレーション【本講演で説明】の実現
海事産業集約連携促進技術
社会実装開発支援事業

事業化（評価環境の構築）

開発 Phase
基礎技術の研究開発

DFFAS プロジェクト(自律運航船の実証実験)

研
究単独© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

開発の取り組み形態

複数社

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まとめ
• 自律運航システムの社会実装に向けた性能評価基盤の構築および国際的なルールづくりの支援を実施• 国交省「海事産業集約連携促進技術開発支援事業」にて性能評価基盤を構築中
本年度:行動計画策定機能の性能評価環境、構築完了見込み
次年度:性能評価環境の検証および課題抽出を予定
産学官 関係者
NYKグループ

活発な意見交換

技術開発:性能評価環境の構築
ルールづくり:国内ルールづくり支援活動© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

社会実装
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ご清聴どうもありがとうございました。

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