要約
自律航行船は海上貿易の安全性と信頼性を高める可能性があります。
自律型船舶の開発を促進するには、他の船舶との現実的な相互作用をモデル化する高忠実度のシミュレーションが必要です。
ただし、現実的なインタラクティブな海上交通をモデル化することは、構造化されていない環境、大まかに指定された交通規則、および船舶の種類が大きく異なるため、困難です。
現在、自律型船舶のアルゴリズムを厳密にベンチマークするために、インタラクティブな海洋環境をシミュレートするための標準は存在しません。
この論文では、外洋での航行のために規則に準拠した船舶をシミュレートする最初のインテリジェントセーリングモデル (ISM) を紹介します。
ISM 船舶は、海上交通ルールに従って他の交通参加者に反応すると同時に、ウェイポイントによって特徴付けられる動作計画タスクを解決します。
特に、ISM は適用されるルールを監視し、それに応じてルールに準拠したウェイポイントを生成し、モデル予測制御を利用してウェイポイントを追跡します。
私たちは 2 つの環境で ISM を評価します。1 つは ISM 船舶のみによる対話型航行、もう 1 つは混合航行で、一部の船舶の軌跡は記録された現実世界の海上交通データからのものであるか、臨界のために手作りされています。
私たちの結果は、さまざまな船舶タイプの多数の ISM 船舶を使用したシミュレーションがルールに準拠し、スケーラブルであることを示しています。
4,049 の重要なトラフィック シナリオをテストしました。
ISM 船舶との対話型航行では、衝突は発生せず、約 97% の目標達成率が達成されました。
当社の ISM は、自律型船舶の開発を加速するための、挑戦的かつ現実的な海上交通シミュレーションの標準として機能すると信じています。
要約(オリジナル)
Autonomous vessels potentially enhance safety and reliability of seaborne trade. To facilitate the development of autonomous vessels, high-fidelity simulations are required to model realistic interactions with other vessels. However, modeling realistic interactive maritime traffic is challenging due to the unstructured environment, coarsely specified traffic rules, and largely varying vessel types. Currently, there is no standard for simulating interactive maritime environments in order to rigorously benchmark autonomous vessel algorithms. In this paper, we introduce the first intelligent sailing model (ISM), which simulates rule-compliant vessels for navigation on the open sea. An ISM vessel reacts to other traffic participants according to maritime traffic rules while at the same time solving a motion planning task characterized by waypoints. In particular, the ISM monitors the applicable rules, generates rule-compliant waypoints accordingly, and utilizes a model predictive control for tracking the waypoints. We evaluate the ISM in two environments: interactive traffic with only ISM vessels and mixed traffic where some vessel trajectories are from recorded real-world maritime traffic data or handcrafted for criticality. Our results show that simulations with many ISM vessels of different vessel types are rule-compliant and scalable. We tested 4,049 critical traffic scenarios. For interactive traffic with ISM vessels, no collisions occurred while goal-reaching rates of about 97 percent were achieved. We believe that our ISM can serve as a standard for challenging and realistic maritime traffic simulation to accelerate autonomous vessel development.
arxiv情報
| 著者 | Hanna Krasowski,Stefan Schärdinger,Murat Arcak,Matthias Althoff |
| 発行日 | 2025-01-09 06:01:34+00:00 |
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