論文の概要: COLREGs Compliant Collision Avoidance and Grounding Prevention for Autonomous Marine Navigation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.02484v1
• Date: Tue, 03 Mar 2026 00:11:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.840513
• Title: COLREGs Compliant Collision Avoidance and Grounding Prevention for Autonomous Marine Navigation
• Title（参考訳）: 自律航法における衝突回避・接地防止のためのCOLREG
• Authors: Mayur S. Patil, Nataraj Sudharsan, Veneela Ammula, Jude Tomdio, Jin Wang, Michael Kei, Sivakumar Rathinam, Prabhakar R. Pagilla,
• Abstract要約: 海上自家用表面船(MASS)は、海上産業における乗組員の不足、安全、および運用効率に対処するための有望な解決策としてますます見なされている。 本稿では,海上衝突防止国際規則(COLREG)の遵守と防止要件を実現するMASSの統一動作計画手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.778606523987198
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Maritime Autonomous Surface Ships (MASS) are increasingly regarded as a promising solution to address crew shortages, improve navigational safety, and improve operational efficiency in the maritime industry. Nevertheless, the reliable deployment of MASS in real-world environments remains a significant challenge, particularly in congested waters where the majority of maritime accidents occur. This emphasizes the need for safe and regulation-aware motion planning strategies for MASS that are capable of operating under dynamic maritime conditions. This paper presents a unified motion planning method for MASS that achieves real time collision avoidance, compliance with International Regulations for Preventing Collisions at Sea (COLREGs), and grounding prevention. The proposed work introduces a convex optimization method that integrates velocity obstacle-based (VO) collision constraints, COLREGs-based directional constraints, and bathymetry-based grounding constraints to generate computationally efficient, rule-compliant optimal velocity selection. To enhance robustness, the classical VO method is extended to consider uncertainty in the position and velocity estimates of the target vessel. Unnavigable shallow water regions obtained from bathymetric data, which are inherently nonconvex, are approximated via convex geometries using a integer linear programming (ILP), allowing grounding constraints to be incorporated into the motion planning. The resulting optimization generates optimal and dynamically feasible input velocities that meet collision avoidance, regulatory compliance, kinodynamic limits, and grounding prevention requirements. Simulation results involving multi-vessel encounters demonstrate the effectiveness of the proposed method in producing safe and regulation-compliant maneuvers, highlighting the suitability of the proposed approach for real time autonomous maritime navigation.
• Abstract（参考訳）: 海上自家用表面船(MASS)は、乗組員の不足に対処し、航行安全を改善し、海上産業の運用効率を向上させるための有望な解決策としてますます見なされている。 しかしながら、実際の環境におけるMASSの信頼性の高い展開は、特に大洋事故の大部分が発生している密集した海域において重要な課題である。 これは、動的海洋条件下での運用が可能なMASSの安全かつ規制に配慮した行動計画戦略の必要性を強調している。 本稿では, リアルタイム衝突回避, 海上衝突防止国際規則(COLREG)の遵守, 接地防止を実現するMASSの統一動作計画手法を提案する。 提案手法では,速度障害物に基づく衝突制約,COLREGsに基づく方向制約,およびバスメトリに基づく接地制約を統合し,計算効率よく規則に準拠した最適速度選択を生成する凸最適化手法を提案する。 強靭性を高めるため,従来のVO法を拡張し,ターゲット容器の位置および速度推定の不確かさを考慮した。 整数線形計画法 (ILP) を用いて, 本質的に非凸である水量測定データから得られる浅水領域を凸ジオメトリーにより近似し, 接地制約を運動計画に組み込む。 その結果得られる最適化は、衝突回避、規制順守、キノダイナミックリミット、接地防止要件を満たす最適かつ動的に実行可能な入力速度を生成する。 マルチ容器衝突によるシミュレーション結果から, 安全かつ規制に順応した操作を行う上で, 提案手法の有効性が示された。

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