CN107108000B - 船舶的航行辅助系统及船舶的航行辅助方法 - Google Patents

Abstract

船舶的航行辅助系统是将从第一地点至第二地点的航路分割成多个区间，并算出每个该区间的船速的船舶的航行辅助系统，其中，具备：制约条件设定部，用于设定每个所述区间的最大船速作为制约条件；及运算部，用于进行最适化计算，所述最适化计算以每个所述区间的船速为控制变量，以从所述第一地点起至到达所述第二地点为止的燃料消耗量为目标函数，得到使所述目标函数最小的每个所述区间的船速作为解，所述运算部使用在除了所述最大船速受到限制的船速限制区间之外的区间中的至少两个区间中对水船速为一定的对水船速一定条件作为所述最适化计算的初期条件。

Description

船舶的航行辅助系统及船舶的航行辅助方法

技术领域

本公开涉及船舶的航行辅助系统及船舶的航行辅助方法。

背景技术

专利文献1公开了在从A港到B港的航路上航行的船舶用的航海计划辅助系统。上述航海计划辅助系统具备：航路选择单元，关于航路为了避开触礁的危险海域而设定多个通过点来进行航路的选择；船速转向角设定单元，基于利用航路选择单元选择的航路中的当前的位置及时刻，以对应于到达B港的到达预定时刻的方式按照通过点来依次设定船舶的通过预定时刻、航海速度及转向角。

根据上述航海计划辅助系统，以避开危险海域的方式选择从A港到B港的航路，沿着航路预先选择多个通过点，从当前的位置及时刻起以对应于到达B港的到达时刻的方式考虑海象信息等而按照通过点依次自动地进行船舶的通过预定时刻、航海速度及转向角的设定。

在专利文献2中公开了同时实现准时航行和节能航行这两者的船舶的航行系统。上述船舶的航行系统具备基于船速来计算船舶的预定到达时刻的ETA计算器、计算航路上的有限个数的位置点之间的有限个数的区间的控制船速的船速计算器、基于控制船速来控制主机的物理状态的促动器，控制船速在地球坐标系上被定义，以使规定的规定到达时刻在容许范围内与预定到达时刻一致的方式计算控制船速，控制船速为一定值。

根据上述的船舶的航行系统，在多个区间或者全部区间中的多个区间使控制船速相对于潮流成为相同值的情况在燃油消耗量削减的点上优选。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-162117号公报

专利文献2：日本特开2004-25914号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1公开的航海计划辅助系统中，如何节减从A港到达B港的燃料消耗量的情况不明确。

另外，在专利文献2公开的船舶的航行系统中，不是以使从第一地点到达第二地点的燃料消耗量成为最小的方式按照区间来分配船速的结构。

鉴于上述的情况，本发明的至少一实施方式的目的在于提供一种以使从第一地点起至到达第二地点为止的燃料消耗量成为最小的方式按照区间来分配船速的船舶的航行辅助系统及船舶的航行辅助方法。

用于解决课题的方案

(1)本发明的至少一实施方式的船舶的航行辅助系统将从第一地点至第二地点的航路分割成多个区间，并算出每个该区间的船速，其中，具备：

制约条件设定部，用于设定每个所述区间的最大船速作为制约条件；及

运算部，用于进行最适化计算，所述最适化计算以每个所述区间的船速为控制变量，以从所述第一地点起至到达所述第二地点为止的燃料消耗量为目标函数，得到使所述目标函数最小的每个所述区间的船速作为解，

所述运算部构成为，使用在除了所述最大船速受到限制的船速限制区间之外的区间中的至少两个区间中对水船速为一定的对水船速一定条件作为所述最适化计算的初期条件。

根据上述(1)的结构，由于使用在除了最大船速受到限制的船速限制区间之外的区间中的至少两个区间中对水船速为一定的对水船速一定条件作为最适化计算的初期条件，因此最适化计算的解的收敛性提高，能够按照区间来求出从第一地点起至到达第二地点为止的燃料消耗量最小的船速。由此，能够提供一种以使从第一地点起至到达第二地点为止的燃料消耗量成为最小的方式按照区间来分配船速的船舶的航行辅助系统。

(2)在若干的实施方式中，以上述(1)的结构为基础，其中，

所述运算部构成为，

使用包含所述对水船速一定条件的多个种类的初期条件进行所述最适化计算，对于各个所述初期条件求出所述解，

输出按照所述初期条件求出的所述解中的所述燃料消耗量成为最小的船速作为最适解。

根据上述(2)的结构，使用包含对水船速一定条件的多个种类的初期条件进行最适化计算，对于各个初期条件来求出解，输出按照初期条件求出的解中的燃料消耗量成为最小的船速作为最适解，因此不会陷入局部解，能够提高可输出燃料消耗量成为最小的最适解的可能性。由此，能够以使从第一地点起至到达第二地点为止的燃料消耗量成为最小的方式，使按照区间分配的船速为最适船速。

(3)在若干的实施方式中，以上述(2)的结构为基础，其中，

所述多个种类的初期条件包括各区间的对水船速为所述最大船速的最大船速条件、各区间的对水船速为该区间的最小船速的最小船速条件、各区间的船速为基于过去的航行实绩的各区间的对水船速或对地船速的实绩船速条件、以及各区间的船速为基于过去的所述最适化计算的结果的对水船速或对地船速的最适化计算结果条件中的至少一个。

根据上述(3)的结构，使用包括对水船速一定条件、各区间的对水船速为最大船速的最大船速条件、各区间的对水船速为该区间的最小船速的最小船速条件、各区间的船速为基于过去的航行实绩的各区间的对水船速或对地船速的实绩船速条件、以及各区间的船速为基于过去的所述最适化计算的结果的对水船速或对地船速的最适化计算结果条件的多个种类的初期条件，由此不会陷入局部解，能够有效地提高可输出燃料消耗量成为最小的最适解的可能性。即，即使在使用了任一种的初期条件的最适化计算中陷入局部解，也能够通过使用了其他的初期条件的最适化计算来弥补，能够达到最适解的可能性提高。由此，能够以使从第一地点起至到达第二地点为止的燃料消耗量成为最小的方式，使按照区间分配的船速为最适船速。

(4)在若干的实施方式中，以上述(1)至(3)中的任一结构为基础，其中，

所述运算部构成为，对于从所述第一地点至所述第二地点的多个候补航路分别进行所述最适化计算，从所述多个候补航路之中选定所述目标函数成为最小的最适航路。

根据上述(4)的结构，对于多个候补航路分别进行上述(1)所述的最适化计算，从多个航路之中选择目标函数成为最小的最适航路，由此在存在航路选择的自由度的情况下能够进一步降低燃料消耗量。

(5)在若干的实施方式中，以上述(1)至(4)中的任一结构为基础，其中，

所述运算部构成为，

基于各区间的船速，算出属于各区间的多个点的通过时刻，

推定各个所述点的所述通过时刻的气象海象条件，

对于表示船速及气象海象条件与推进负载的相关的推进模型，适用所述船速及所述气象海象条件，来推定各个所述点的推进负载，

至少基于所述推进负载的推定值，来算出作为所述多个区间整体的所述燃料消耗量。

需要说明的是，在算出燃料消耗量时，除了推进负载之外，也可以考虑客房电力、空调电力及辅机电力中的至少一个。

根据上述(5)的结构，将各区间细分化成多个点(航路点)，按照点来推定气象海象条件，使用该气象海象条件来推定各点的推进负载，因此能够高精度地算出从第一地点至第二地点的整个区间的燃料消耗量。由此，能够适当地进行使燃料消耗量最小的船速分配。

(6)在若干的实施方式中，以上述(1)至(5)中的任一结构为基础，其中，

所述船舶的航行辅助系统还具备用于设定所述最适化计算的所述初期条件的初期条件设定部，

所述初期条件设定部构成为，以使到达所述第二地点的到达预定时刻与到达目标时刻之差成为容许范围内的方式算出所述至少两个区间的一定的所述对水船速，并求出所述对水船速一定条件。

根据上述(6)的结构，以使到达第二地点的到达预定时刻与到达目标时刻之差成为容许范围内的方式算出至少两个区间的一定的对水船速，求出对水船速一定条件，因此能够避免在从到达目标时刻大幅偏离的时刻到达第二地点的事态。

(7)在若干的实施方式中，以上述(6)的结构为基础，其中，

所述初期条件设定部构成为，

对于除了所述船速限制区间之外的区间来设定初期对水船速，

求出以该初期对水船速航海时的到达所述第二地点的到达预定时刻，

以使该到达预定时刻与到达目标时刻之差收敛于容许范围内的方式校正所述初期对水船速，求出所述对水船速一定条件。

根据上述(7)的结构，对于除了船速限制区间之外的区间来设定初期对水船速，求出以初期对水船速航海时的到达第二地点的到达预定时刻，以使该到达预定时刻与到达目标时刻之差收敛在容许范围内的方式校正初期对水船速，求出对水船速一定条件，因此能够以在距到达第二地点的到达时刻为容许范围内的到达预定时刻到达的方式，校正初期对水船速而求出对水船速一定条件。

(8)在若干的实施方式中，以上述(1)至(7)中的任一结构为基础，其中，

所述对水船速一定条件的所述船速限制区间的船速为该船速限制区间的所述最大船速。

根据上述(8)的结构，船速限制区间的船速为该船速限制区间的最大船速，因此对于除了船速限制区间之外的区间能够延缓对水船速，在对水船速一定条件下能够减小船速限制区间与除此以外的区间之间的船速差。

(9)在若干的实施方式中，以上述(1)至(7)中的任一结构为基础，其中，

所述对水船速一定条件的所述船速限制区间的船速为该船速限制区间的所述最大船速与最小船速的平均值。

根据上述(9)的结构，船速限制区间的船速为该船速限制区间的最大船速与最小船速的平均值，因此在对水船速一定条件下能够将船速限制区间的船速设定为适度的值。

(10)在若干的实施方式中，以上述(1)至(9)中的任一结构为基础，其中，

所述运算部构成为，

在通过所述第一地点之前预先进行所述最适化计算，对于所述第一地点与所述第二地点之间的各区间来算出所述船速，并且，

在通过了所述第一地点之后，对位于所述第一地点与所述第二地点之间的中间地点和所述第二地点之间的区间再次进行所述最适化计算，对于所述中间地点与所述第二地点之间的各区间重新算出所述船速。

根据上述(10)的结构，在通过第一地点之前预先进行所述最适化计算，对第一地点与第二地点之间的各区间来算出所述船速，并且在通过了第一地点之后，对位于第一地点与所述第二地点之间的中间地点和所述第二地点之间的区间再次进行最适化计算，对于中间地点与第二地点之间的各区间重新算出船速，因此即使在通过第一地点之后也能够按照区间求出使从中间地点起至到达第二地点为止的燃料消耗量最小的船速。

(11)本发明的至少一实施方式的船舶的航行辅助方法将从第一地点至第二地点的航路分割成多个区间，算出每个该区间的船速，其中，包括：

制约条件设定工序，设定每个所述区间的最大船速作为制约条件；及

运算工序，进行最适化计算，所述最适化计算以每个所述区间的船速为控制变量，以从所述第一地点起至到达所述第二地点为止的燃料消耗量为目标函数，得到使所述目标函数最小的每个所述区间的船速作为解，

所述运算工序使用在除了所述最大船速受到限制的船速限制区间之外的区间中的至少两个区间中对水船速为一定的对水船速一定条件作为所述最适化计算的初期条件。

根据上述(11)的方法，使用在除了最大船速受到限制的船速限制区间之外的区间中的至少两个区间中对水船速一定的对水船速一定条件作为最适化计算的初期条件，因此最适化计算的解的收敛性提高，能够按照区间来求出使从第一地点起至到达第二地点为止的燃料消耗量最小的船速。由此，能够提供一种以使到达从第一地点至第二地点的航路的燃料消耗量成为最小的方式，按照区间来分配船速的船舶的航行辅助方法。

(12)在若干的实施方式中，以上述(11)的方法为基础，其中，

所述运算工序使用包含所述对水船速一定条件的多个种类的初期条件进行所述最适化计算，对于各个所述初期条件求出所述解，

所述运算工序输出按照所述初期条件求出的所述解中的所述燃料消耗量成为最小的船速作为最适解。

根据上述(12)的方法，使用包含对水船速一定条件的多个种类的初期条件进行最适化计算，对于各个初期条件来求出解，并输出按照初期条件求出的解中的燃料消耗量成为最小的船速作为最适解，因此不会陷入局部解，能够输出燃料消耗量成为最小的最适解的可能性提高。由此，能够以使到达从第一地点至第二地点的航路的燃料消耗量成为最小的方式，使按照区间分配的船速为最适船速。

(13)在若干的实施方式中，以上述(12)的方法为基础，其中，

所述多个种类的初期条件包括各区间的对水船速为所述最大船速的最大船速条件、各区间的对水船速为该区间的最小船速的最小船速条件、各区间的船速为基于过去的航行实绩的各区间的对水船速或对地船速的实绩船速条件、以及各区间的船速为基于过去的所述最适化计算的结果的对水船速或对地船速的最适化计算结果条件中的至少一个。

根据上述(13)的方法，使用包括对水船速一定条件、各区间的对水船速为最大船速的最大船速条件、各区间的对水船速为该区间的最小船速的最小船速条件、各区间的船速为基于过去的航行实绩的各区间的对水船速或对地船速的实绩船速条件、以及各区间的船速为基于过去的所述最适化计算的结果的对水船速或对地船速的最适化计算结果条件的多个种类的初期条件，由此，不会陷入局部解，能够有效地提高可输出燃料消耗量成为最小的最适解的可能性。由此，能够以使从第一地点起至到达第二地点为止的燃料消耗量成为最小的方式，使按照区间分配的船速为最适船速。

(14)在若干的实施方式中，以上述(11)至(13)中的任一方法为基础，其中，

所述船舶的航行辅助方法还包括用于设定所述最适化计算的所述初期条件的初期条件设定工序，

所述初期条件设定工序以使到达所述第二地点的到达预定时刻与到达目标时刻之差成为容许范围内的方式算出所述至少两个区间的一定的所述对水船速，并求出所述对水船速一定条件。

根据上述(14)的方法，以使到达第二地点的到达预定时刻与到达目标时刻之差成为容许范围内的方式算出至少两个区间的一定的对水船速，求出对水船速一定条件，因此能够避免在从到达目标时刻大幅偏离的时刻到达第二地点的事态。

(15)在若干的实施方式中，以上述(14)的方法为基础，其中，

所述初期条件设定工序对于除了所述船速限制区间之外的区间来设定初期对水船速，

所述初期条件设定工序求出以该初期对水船速航海时的到达所述第二地点的到达预定时刻，

所述初期条件设定工序以使该到达预定时刻与到达目标时刻之差收敛于容许范围内的方式校正所述初期对水船速，求出所述所述对水船速一定条件。

根据上述(15)的方法，对于除了船速限制区间之外的区间来设定初期对水船速，求出以初期对水船速航海时的到达第二地点的到达预定时刻，以使该到达预定时刻与到达目标时刻之差收敛于容许范围内的方式校正初期对水船速，求出对水船速一定条件，因此能够以在距到达第二地点的到达时刻为容许范围内的到达预定时刻到达的方式，校正初期对水船速而求出对水船速一定条件。

(16)在若干的实施方式中，以上述(11)至(15)中的任一方法为基础，其中，

所述运算工序在通过所述第一地点之前预先进行所述最适化计算，对于所述第一地点与所述第二地点之间的各区间来算出所述船速，并且，

所述运算工序在通过了所述第一地点之后，对位于所述第一地点与所述第二地点之间的中间地点和所述第二地点之间的区间再次进行所述最适化计算，对于所述中间地点与所述第二地点之间的各区间重新算出所述船速。

根据上述(16)的方法，在通过第一地点之前预先进行所述最适化计算，对于第一地点与第二地点之间的各区间来算出所述船速，并且在通过了第一地点之后，对位于第一地点与所述第二地点之间的中间地点和所述第二地点之间的区间再次进行最适化计算，对于中间地点与第二地点之间的各区间重新算出船速，因此即使在通过第一地点之后也能够按照区间来求出使从中间地点起至到达第二地点为止的燃料消耗量最小的船速。

发明效果

根据本发明的至少一实施方式，提供一种以使到达从第一地点至第二地点的航路的燃料消耗量成为最小的方式按照区间分配船速的船舶的航行辅助系统及船舶的航行辅助方法。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的船舶的航行辅助系统的概要的框图。

图2是表示以使从第一地点起至到达第二地点为止的燃料消耗量成为最小的方式按照区间分配了的船速的图。

图3是表示以按照区间分配了的船速航海时的区间与船速的关系的图。

图4是用于说明一实施方式的最适化计算的流程图。

图5是用于说明一实施方式的初期条件设定的流程图。

图6是表示在通过第一地点前进行最适化计算的区间和在通过第一地点后进行最适化计算的区间的概念图。

图7是表示一实施方式的船舶的航行辅助方法的概要的流程图。

图8是表示一实施方式的船舶的航行辅助方法的概要的流程图。

图9是表示一实施方式的多个候补航路的图。

图10是表示一实施方式的最适航路的选定方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的若干的实施方式。但是，作为实施方式而记载或者附图所示的构成零件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等不是将本发明的范围限定于此，只不过是说明例。

例如，“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等的表示相对性或绝对性的配置的表达不仅严格地表示这样的配置，也表示以公差或者可得到相同功能的程度的角度或距离而相对地位移的状态。

另外，例如，四边形形状、圆筒形状等表示形状的表达不仅表示几何学上严格的意义下的四边形形状、圆筒形状等形状，也表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。

另一方面，“备有”、“具有”、“具备”、“包含”或者“有”一构成要素这样的表达并不是将其他的构成要素的存在排除在外的排他性的表达。

图1是表示本发明的一实施方式的船舶的航行辅助系统的概要的框图。图2是表示以使从第一地点P1到达第二地点P2的燃料消耗量成为最小的方式按照区间分配了的船速的图。图3是表示以按照区间分配了的船速航海时的区间与船速的关系的图。

如图1例示那样，船舶的航行辅助系统基于航海计划、气象/海象预报信息、及初期条件(例如，船速分配)而对船舶的航行进行辅助。

本发明的至少一实施方式的船舶的航行辅助系统1将从第一地点P1至第二地点P2的航路分割成多个区间，算出每个该区间的船速(参照图2)。

如图1所示，船舶的航行辅助系统1具备制约条件设定部4和运算部5。

制约条件设定部4用于将每个区间的最大船速设定作为制约条件。制约条件设定部4中经由未图示的操作输入部等来设定每个区间的最大船速作为制约条件。

在图1例示的方式中，从未图示的操作输入部等向制约条件设定部4输入航海计划、气象/海象预报信息、及初期条件(例如，船速分配)。

航海计划包括出航时刻、到达时刻、船速限制区域、吃水、纵倾和水深中的至少一个信息，气象/海象预报信息包括风向、风速、潮流(流速及方向)、波高和波向中的至少一个信息。需要说明的是，气象/海象预报信息是航路上的从各点的出航时刻至下一点到达时刻之间的信息，也可以遍及航路整个区域来获得。

运算部5用于进行最适化计算，所述最适化计算以每个区间的船速为控制变量，以从第一地点P1起至到达第二地点P2为止的燃料消耗量为目标函数，得到使目标函数为最小的每个区间的船速作为解。

运算部5使用在除了最大船速受到限制的船速限制区间之外的区间中的至少两个区间中对水船速为一定的对水船速一定条件作为最适化计算的初期条件。

在图1例示的方式中，基于航海计划、气象/海象预报信息、及初期条件来决定计算条件，制成燃料消耗计算模型，算出燃料消耗量。

计算条件例如是各点(图3所示的航路点WP)的通过时刻、各点通过时的经度及纬度、以及各点的通过时的气象/海象信息(气象海象条件)。

需要说明的是，各点通过时的气象/海象信息根据船速分配而变动。因此，运算部5也可以基于各区间的船速，算出属于各区间的多个点(图3所示的航路点WP)的通过时刻，推定各个所述点(航路点WP)的位置(经度及纬度)及该点(航路点WP)的通过时刻的气象海象条件。

在若干的实施方式中，运算部5在使用燃料消耗量计算模型来算出燃料消耗量时，对于表示船速及气象海象条件与推进负载之间的相关的推进模型，适用各个点(航路点WP)的船速及所述气象海象条件，推定各个点(航路点WP)的推进负载。

另外，燃料消耗量计算模型也可以构成为，除了推进负载之外，还考虑客房电力、空调电力和辅机电力中的至少一个来推定燃料消耗量。基于推进模型而求出的推进负载根据船速、气象及海象条件而变动。相对于此，客房电力及空调电力被固定，辅机电力根据主机负载条件来切换接通和切断。

运算部5通过上述的方法，对于由初期条件规定的各区间的船速(船速初期值)，算出整个区间的燃料消耗量，变更船速分配而反复进行燃料消耗量的计算，由此算出满足制约条件(例如，到达第二地点的目标到达时刻(目标航海时间)、各区间的最大船速限制及最小船速限制等)且燃料消耗量成为最小的船速分配。

最适化计算的算法可采用内点法、逐次二次规划法等公知的算法。

例如，在图2所示的例子中，使用除了最大船速受到限制的第四区间及第七区间之外的第一区间至第三区间、第五区间及第六区间、以及第八区间至第十区间中对水船速为一定的对水船速一定条件作为最适化计算的初期条件。

这样的话，最适化计算的解的收敛性提高，能够按照区间来求出从第一地点P1至第二地点P2的燃料消耗量成为最小的船速。

需要说明的是，图3示出对水船速一定条件的例子，在除了最大船速受到限制的第四区间及第七区间之外的第一区间至第三区间、第五区间及第六区间、以及第八区间至第十区间中一定。需要说明的是，即使在对水船速一定而航海的情况下在各区间中也会受到潮流的影响，因此大部分情况下对地船速不一定。

根据上述的结构，使用除了最大船速受到限制的船速限制区间之外的区间中的至少两个区间中对水船速为一定的对水船速一定条件作为最适化计算的初期条件，因此最适化计算的解的收敛性提高，能够按照区间来求出使从第一地点P1起至到达第二地点P2为止的燃料消耗量成为最小的船速。由此，能够提供一种船舶的航行辅助系统1，其以使从第一地点P1起至到达第二地点P2为止的燃料消耗量成为最小的方式按照区间来分配船速。

图4是用于说明一实施方式的最适化计算的流程图。

如图4所示，在若干的实施方式中，运算部5使用包含对水船速一定条件的多个种类的初期条件进行最适化计算，对于各个初期条件来求出解，并输出按照初期条件求出的解中的燃料消耗量成为最小的船速作为最适解。

根据上述的结构，使用包含对水船速一定条件的多个种类的初期条件进行最适化计算，对于各个初期条件求出解，并输出按照初期条件求出的解中的燃料消耗量成为最小的船速作为最适解，因此不会陷入局部解，能够输出燃料消耗量成为最小的最适解。由此，能够以使从第一地点P1起至到达第二地点P2为止的燃料消耗量成为最小的方式，使按照区间分配的船速成为最适。

如图4所示，在若干的实施方式中，多个种类的初期条件包括最大船速条件、最小船速条件、实绩船速条件以及最适化计算结果条件中的至少一个。

最大船速条件将各区间的对水船速为最大船速的情况作为条件，最小船速条件将各区间的对水船速为该区间的最小船速的情况作为条件。而且，实绩船速条件将各区间的船速为基于过去的航行实绩的各区间的对水船速或对地船速的情况作为条件。最适化计算结果条件将各区间的船速为基于过去的最适化计算的结果的对水船速或对地船速的情况作为条件。

在图2所示的例子中，在初期条件为最大船速条件的情况下，在第一区间及第二区间中，初期值成为25海里，在第三区间、第五区间及第六区间、第八区间至第十区间中，初期值成为24.5海里。而且，在第四区间中，初期值成为12.5海里，在第七区间中，初期值成为10海里。

在图2所示的例子中，在初期条件为最小船速条件的情况下，在第一区间至第三区间、第五区间及第六区间、以及第八区间中，初期值成为20海里，在第四区间中，初期值成为7.5海里，在第七区间中，初期值成为5海里，在第九区间及第十区间中，初期值成为15海里。

虽然图中未例示，但是在初期条件为实绩船速条件的情况下，实绩船速成为初期值。需要说明的是，实绩船速条件在气象/海象的变化小且各航海中船速分配未发生较大的变化的情况下有效。

另外，在初期条件为最适化计算结果条件的情况下，运算部5也可以根据过去进行的最适化计算的结果中的计算条件(例如，包含航行时间、船速限制区间、吃水、纵倾和水深中的至少一个的航行条件、包含风向、风速、潮流速度、潮流方向、波高和波向中的至少一个的气象/海象条件等)与本次的航海最接近的过去的航海相关的最适化计算结果来决定各区间的船速的初期值。或者，也可以对于整体或一部分与本次的航海相同的航路，按照运算部5过去进行的最适化计算结果来决定各区间的船速的初期值。

最适化计算结果条件是在与过去最适化计算执行时相比计算条件的变化少的情况下有效的初期值。

根据上述的结构，输出通过对水船速一定条件、各区间的对水船速为最大船速的最大船速条件、各区间的对水船速为该区间的最小船速的最小船速条件、以及各区间的船速为基于过去的航行实绩的各区间的对水船速或对地船速的实绩船速条件中的至少一个而求出的解中的燃料消耗量成为最小的船速作为最适解，因此不会陷入局部解，能够输出燃料消耗量成为最小的最适解。由此，能够以使从第一地点P1起至到达第二地点P2为止的燃料消耗量成为最小的方式，使按照区间分配的船速为最适。

如图1所示，在若干的实施方式中，还具备初期条件设定部6。

初期条件设定部6用于设定最适化计算的初期条件。

图5是用于说明一实施方式的初期条件设定的流程图。

如图5所示，初期条件设定部6以使到达第二地点P2的到达预定时刻与到达目标时刻之差成为容许范围内的方式算出至少两个区间中的一定的对水船速，求出对水船速一定条件。

根据上述的结构，以使到达第二地点P2的到达预定时刻与到达目标时刻之差成为容许范围内的方式算出至少两个区间中的一定的对水船速，求出对水船速一定条件，因此能够在距到达第二地点P2的到达目标时刻为容许范围内的到达预定时刻到达第二地点P2。

如图5所示，在若干的实施方式中，初期条件设定部6对于除了船速限制区间之外的区间来设定初期对水船速，求出以该初期对水船速航海时的到达第二地点P2的到达预定时刻，以使该到达预定时刻与到达目标时刻之差收敛在容许范围内的方式校正初期对水船速，求出对水船速一定条件。

根据上述的结构，对于除了船速限制区间之外的区间来设定初期对水船速，求出以初期对水船速航海时的到达第二地点P2的到达预定时刻，以使该到达预定时刻与到达目标时刻之差收敛在容许范围内的方式校正初期对水船速，求出对水船速一定条件，因此能够以在距到达第二地点P2的到达时刻为容许范围内的到达预定时刻到达的方式，校正初期对水船速而求出对水船速一定条件。

在若干的实施方式中，对水船速一定条件的船速限制区间中的船速为该船速限制区间的最大船速。

在图2例示的对水船速一定条件中，最大船速受到限制的第四区间中的船速为12.5海里，第七区间中的船速为10海里。

根据上述的结构，船速限制区间中的船速为该船速限制区间的最大船速，因此对于除了船速限制区间之外的区间能够减慢对水船速。

在若干的实施方式中，对水船速一定条件的船速限制区间中的船速是该船速限制区间的最大船速与最小船速的平均值。

在图2例示的对水船速一定条件中，最大船速受到限制的第四区间中的船速为10海里，第七区间中的船速为7.5海里。

根据上述的结构，船速限制区间中的船速是该船速限制区间的最大船速与最小船速的平均值，因此在船速限制区间中能够不过快且不过慢地航行。

图6是表示在通过第一地点P1前进行最适化计算的区间和在通过第一地点P1后进行最适化计算的区间的概念图。

如图6所示，在若干的实施方式中，运算部5在通过第一地点P1之前预先进行最适化计算，对于第一地点P1与第二地点P2之间的各区间来算出船速(参照图6(a))，并且在通过了第一地点P1之后，对位于第一地点P1与第二地点P2之间的中间地点P3与第二地点P2之间的区间再次进行最适化计算，对于中间地点P3与第二地点P2之间的各区间重新算出船速(参照图6(b))。

根据上述的结构，在通过第一地点P1之前预先进行最适化计算，对第一地点P1与第二地点P2之间的各区间来算出船速，并且在通过了第一地点P1之后，对位于第一地点P1与第二地点P2之间的中间地点P3和第二地点P2之间的区间再次进行最适化计算，对中间地点P3与第二地点P2之间的各区间重新算出船速，因此在通过第一地点P1之后也能够按照区间求出使从中间地点P3起至到达第二地点P2为止的燃料消耗量成为最小的船速。

图7及图8是表示一实施方式的船舶的航行辅助方法的概要的流程图。

本发明的至少一实施方式的船舶的航行辅助方法是将从第一地点P1至第二地点P2的航路分割成多个区间，并算出每个该区间的船速的船舶的航行辅助方法。

如图7及图8所示，若干的实施方式的船舶的航行辅助方法具备制约条件设定工序(步骤S2)和运算工序(步骤S3)。

制约条件设定工序(步骤S2)设定每个区间的最大船速作为制约条件。

运算工序(步骤S3)进行如下最适化计算：以每个区间的船速为控制变量，并以从第一地点P1起至到达第二地点P2为止的燃料消耗量为目标函数，得到目标函数成为最小的每个区间的船速作为解。

运算工序(步骤S3)使用在除了最大船速受到限制的船速限制区间之外的区间中的至少两个区间中对水船速为一定的对水船速一定条件作为最适化计算的初期条件。

根据上述的方法，使用在除了最大船速受到限制的船速限制区间之外的区间中的至少两个区间中对水船速为一定的对水船速一定条件作为最适化计算的初期条件，因此解的收敛性提高，能够按照区间求出使从第一地点P1起至到达第二地点P2为止的燃料消耗量成为最小的船速。由此，能够提供一种以使到达从第一地点P1至第二地点P2的航路的燃料消耗量成为最小的方式按照区间来分配船速的船舶的航行辅助方法。

如图4所示，在若干的实施方式中，运算工序(步骤S3)使用包含对水船速一定条件的多个种类的初期条件进行最适化计算，对各个初期条件来求出解，并输出按照初期条件求出的解中的燃料消耗量成为最小的船速作为最适解。

根据上述的方法，使用包含对水船速一定条件的多个种类的初期条件进行最适化计算，对各个初期条件来求出解，并输出按照初期条件求出的解中的燃料消耗量成为最小的船速作为最适解，因此不会陷入局部解，能够输出燃料消耗量成为最小的最适解。由此，能够以使到达从第一地点P1至第二地点P2的航路的燃料消耗量成为最小的方式，使按照区间分配的船速为最适船速。

如图4所示，在若干的实施方式中，多个种类的初期条件包括各区间的对水船速为最大船速的最大船速条件、各区间的对水船速为该区间的最小船速的最小船速条件、以及各区间的船速为基于过去的航行实绩的各区间的对水船速或对地船速的实绩船速条件中的至少一个。

根据上述的方法，输出根据对水船速一定条件、各区间的对水船速为最大船速的最大船速条件、各区间的对水船速为该区间的最小船速的最小船速条件、以及各区间的船速为基于过去的航行实绩的各区间的对水船速或对地船速的实绩船速条件中的至少一个而求出的解中的燃料消耗量成为最小的船速作为最适解，因此不会陷入局部解，能够输出燃料消耗量成为最小的最适解。由此，能够以使到达从第一地点P1至第二地点P2的航路的燃料消耗量成为最小的方式，使按照区间分配的船速为最适船速。

在图4例示的方式中，在运算工序(步骤S3)中，首先，从最大船速条件、最小船速条件、实测船速条件及对水船速条件之中设定条件(步骤S31)。在条件设定后，按照区间来算出初期值，按照区间来设定初期值(步骤S41、S51、S61、S71)。接下来，按照条件来执行最适化计算(步骤S42、S52、S62、S72)，按照条件算出燃料消耗量成为最小的解(步骤S43、S53、S63、S73)。接下来，提取燃料消耗量成为最小的条件(步骤S34)，将以提取出的计算条件求出的解(每个区间的船速)作为最适解(步骤S35)。

如图8所示，在若干的实施方式中，还具备初期条件设定工序(步骤S1)。

初期条件设定工序(步骤S1)用于设定最适化计算的初期条件。

如图5所示，初期条件设定工序(步骤S1)以使到达第二地点P2的到达预定时刻与到达目标时刻之差成为容许范围内的方式，算出至少两个区间的一定的对水船速，求出对水船速一定条件。

根据上述的方法，以使到达第二地点P2的到达预定时刻与到达目标时刻之差成为容许范围内的方式算出至少两个区间的一定的对水船速，求出对水船速一定条件，因此能够在距到达第二地点P2的到达目标时刻为容许范围内的到达预定时刻到达第二地点P2。

如图5所示，在若干的实施方式中，初期条件设定工序(步骤S1)对除了船速限制区间之外的区间来设定初期对水船速，求出以该初期对水船速航海时的到达第二地点P2的到达预定时刻，以使该到达预定时刻与到达目标时刻之差收敛于容许范围内的方式校正初期对水船速，求出对水船速一定条件。

根据上述的方法，对除了船速限制区间之外的区间来设定初期对水船速，求出以初期对水船速航海时的到达第二地点P2的到达预定时刻，以使该到达预定时刻与到达目标时刻之差收敛于容许范围内的方式校正初期对水船速，求出对水船速一定条件，因此，能够以在距到达第二地点P2的到达时刻为容许范围内的到达预定时刻到达的方式，校正初期对水船速而求出对水船速一定条件。

在图5例示的方式中，在初期条件设定工序(步骤S1)中，首先，对除了船速限制区间之外的区间来设定初期对水船速(步骤S11)。接下来，求出以所设定的初期对水船速航海时的到达第二地点P2的到达时刻(步骤S12)。在求出的到达预定时刻与目标到达时刻之差为容许范围内的情况下(步骤S13：是)将所设定的初期对水船速作为对水船速(步骤S14)。另一方面，在求出的到达预定时刻与目标到达时刻之差不处于容许范围内的情况下(步骤S13：否)，以收敛于容许范围内的方式校正初期对水船速(步骤S15)。并且，在以校正后的初期对水船速航海时的到达第二地点P2的到达预定时刻与目标到达时刻之差成为容许范围内的情况下，将校正后的初期对水船速作为对水船速(步骤S14)。

在若干的实施方式中，对水船速一定条件的船速限制区间的船速为该船速限制区间的最大船速。

根据上述的方法，船速限制区间中的船速为该船速限制区间的最大船速，因此对除了船速限制区间之外的区间能够延缓对水船速。

在若干的实施方式中，对水船速一定条件的船速限制区间中的船速是该船速限制区间的最大船速与最小船速的平均值。

根据上述的方法，由于船速限制区间中的船速是该船速限制区间的最大船速与最小船速的平均值，因此能够在船速限制区间中不过快且不过慢地航行。

如图6所示，在若干的实施方式中，运算工序(步骤S3)在通过第一地点P1之前预先进行最适化计算，对第一地点P1与第二地点P2之间的各区间来算出船速，并且在通过了第一地点P1之后，对位于第一地点P1与第二地点P2之间的中间地点P3和第二地点P2之间的区间再次进行最适化计算，对中间地点P3与第二地点P2之间的各区间重新算出船速。

根据上述的方法，在通过第一地点P1之前预先进行最适化计算，对第一地点P1与第二地点P2之间的各区间来算出船速，并且在通过了第一地点P1之后，对位于第一地点P1与第二地点P2之间的中间地点P3和第二地点P2之间的区间再次进行最适化计算，对中间地点P3与第二地点P2之间的各区间重新算出船速，因此即使在通过了第一地点P1之后也能够按照区间求出使从中间地点P3起至到达第二地点P2为止的燃料消耗量为最小的船速。

本发明没有限定为上述的实施方式，也包括对上述的实施方式施加了变形的方式、将上述的方式适当组合而成的方式。

例如，在上述的实施方式中，使向预先确定的航路的各区间的船速分配实现最适化，但是在航路选择的自由度比较高的情况下，运算部5也可以从多个候补航路之中选定燃料消耗量成为最小的最适航路。

多个候补航路A～C也可以考虑船舶的堵塞预测结果、季节的要因、或者突发的要因(台风、事故等)来设定。候补航路的设定可以利用运算部5进行，也可以将在外部设备中设定的候补航路经由任意的接口向运算部5输入。

图9是表示多个候补航路的例子的图。如图9所示，多个候补航路A～C分别被划分成多个区间10，在各区间10内设定多个航路点WP。在一实施方式中，以在各区间10内使航路点WP间的距离成为一定的方式均等地分配航路点WP。在其他的实施方式中，航路点WP在各区间10内设定在能够取得气象海象数据的地点。航路点WP的设定可以利用运算部5进行，也可以将在外部设备中设定的航路点WP经由任意的接口而向运算部5输入。

运算部5对于各个候补航路A～C，进行船速分配的最适化计算，从候补航路A～C之中选定目标函数(燃料消耗量)成为最小的最适航路。

即，运算部5对于各候补航路A～C，对利用初期条件而规定的各区间10的船速(船速初期值)来算出整个区间10中的燃料消耗量，变更船速分配而反复进行燃料消耗量的计算，由此按照候补航路A～C来算出满足制约条件(例如，到达第二地点的目标到达时刻(目标航海时间)、各区间的最大船速限制及最小船速限制等)且燃料消耗量成为最小的船速分配。将通过这样的最适化计算而按照候补航路A～C得到的燃料消耗量的最小值进行比较，选定燃料消耗量成为最小的航路作为最适航路。

需要说明的是，在运算部5中，对各候补航路A～C进行的船速分配的最适化计算如上所述，但是参照图9进行简单说明。

运算部5算出各航路点WP的通过时刻、各航路点的经度及纬度、以及各航路点的通过时的气象/海象信息。具体而言，运算部5基于各区间的船速，算出属于各区间的多个点(图9所示的航路点WP)的通过时刻，推定各个所述点(航路点WP)的位置(经度及纬度)及该点(航路点WP)的通过时刻的气象海象条件。

运算部5对于表示船速及气象海象条件与推进负载的相关的推进模型，适用各个航路点WP的船速及所述气象海象条件，推定各航路点WP的推进负载，至少基于各航路点WP的推进负载的推定值来算出各候补航路整体的燃料消耗量(参照图1)。需要说明的是，用于算出燃料消耗量的燃料消耗量计算模型(参照图1)除了推进负载之外，还包含客房电力、空调电力、辅机电力等的其他的因素的情况下，运算部5也考虑上述其他的因素来算出各候补航路的燃料消耗量。

另外，在进行对于各候补航路A～C的最适化计算时，如上所述，也可以使用包含对水船速一定条件的多个种类的初期条件(例如，除了对水船速一定条件之外，与包含最大船速条件、最小船速条件、实绩船速条件和最适化计算结果条件中的至少一个的其他的初期条件的组合)。

图10是表示用于从多个候补航路之中选定最适航路的处理流程的图。

如图10所示，首先，在步骤S100中设定多个候补航路A～C。此时，候补航路也可以考虑船舶的堵塞预测结果、季节的要因、或突发性的要因(台风、事故等)来进行设定。

接下来，对各候补航路A～C实施船速分配的最适化计算，按照候补航路A～C来算出满足制约条件(例如，到达第二地点的目标到达时刻(目标航海时间)、各区间的最大船速限制及最小船速限制等)且燃料消耗量成为最小的船速分配。

具体而言，基于各区间的船速，算出属于各区间的多个点(图9所示的航路点WP)的通过时刻，推定各个所述点(航路点WP)的位置(经度及纬度)及该点(航路点WP)的通过时刻的气象海象条件。并且，对于表示船速及气象海象条件与推进负载之间的相关的推进模型，适用各个航路点WP的船速及所述气象海象条件，推定各航路点WP的推进负载。基于这样得到的推进负载的推定结果，使用燃料消耗量计算模型来计算燃料消耗量。需要说明的是，燃料消耗量计算模型在不仅包含推进负载，还包含客房电力、空调电力、辅机电力等其他的因素的情况下，也考虑上述其他的因素来算出燃料消耗量。这样，对于由初期条件规定的各区间的船速(船速初期值)算出了整个区间的燃料消耗量之后，变更船速分配而反复进行燃料消耗量的计算，算出燃料消耗量成为最小的船速分配(最适值)。需要说明的是，在初期条件存在多个种类的情况下，对于各个初期条件进行最适化计算，按照初期条件来算出燃料消耗量成为最小的船速分配(最适值)，将按照初期条件而得到的最适值进行比较来选择燃料消耗量最小的船速分配。这样，对于各候补航路A～C，算出满足制约条件(例如，到达第二地点的目标到达时刻(目标航海时间)、各区间的最大船速限制及最小船速限制等)且燃料消耗量成为最小的船速分配。

接下来，将对于各候补航路A～C进行的最适计算结果进行比较，选定燃料消耗量成为最小的航路作为最适航路(步骤S130)。这样，从多个候补航路之中，得到燃料消耗量最小的航路(最适航路)和用于该最适航路的船速分配的最适化计算结果。

需要说明的是，在若干的实施方式中，在以通过使用图10说明的方法而选定的最适航路进行航行期间，如图6(b)所示，对位于第一地点P1与第二地点P2之间的中间地点P3和第二地点P2之间的区间再次进行最适化计算，对中间地点P3与第二地点P2之间的各区间重新算出船速。

例如，也可以在即将出港之前，在该时点使用最新的气象/海象预测数据对于多个候补航路A～C分别进行图10的步骤S121～S123所述的最适化计算，接下来在步骤S130中选定最适航路，根据最适航路及与之对应的船速分配结果而从第一地点P1出港，在最适航路上的中间地点P3，对于最适航路中的中间地点P3与第二地点P2之间的剩余的区间再次进行最适化计算。

标号说明

1 船舶的航行辅助系统

4 制约条件设定部

5 运算部

6 初期条件设定部

P1 第一地点

P2 第二地点

P3 中间地点

Claims (16)

1.一种船舶的航行辅助系统，将从第一地点至第二地点的包含最大船速受到限制的船速限制区间的航路分割成多个区间，并算出每个该区间的船速，所述船舶的航行辅助系统的特征在于，具备：

制约条件设定部，用于设定每个所述区间的最大船速作为制约条件；及

运算部，用于进行最适化计算，所述最适化计算以每个所述区间的船速为控制变量，以从所述第一地点起至到达所述第二地点为止的燃料消耗量为目标函数，得到使所述目标函数最小的每个所述区间的船速作为解，

所述运算部构成为，使用在除了所述船速限制区间之外的区间中的至少两个区间中对水船速为一定的对水船速一定条件作为所述最适化计算的初期条件。

2.根据权利要求1所述的船舶的航行辅助系统，其特征在于，

所述运算部构成为，

使用包含所述对水船速一定条件的多个种类的初期条件进行所述最适化计算，对于各个所述初期条件求出所述解，

输出按照所述初期条件求出的所述解中的所述燃料消耗量成为最小的船速作为最适解。

3.根据权利要求2所述的船舶的航行辅助系统，其特征在于，

所述多个种类的初期条件包括各区间的对水船速为所述最大船速的最大船速条件、各区间的对水船速为该区间的最小船速的最小船速条件、各区间的船速为基于过去的航行实绩的各区间的对水船速或对地船速的实绩船速条件、以及各区间的船速为基于过去的所述最适化计算的结果的对水船速或对地船速的最适化计算结果条件中的至少一个。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的船舶的航行辅助系统，其特征在于，

所述运算部构成为，对于从所述第一地点至所述第二地点的多个候补航路分别进行所述最适化计算，从所述多个候补航路之中选定所述目标函数成为最小的最适航路。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的船舶的航行辅助系统，其特征在于，

所述运算部构成为，

基于各区间的船速，算出属于各区间的多个点的通过时刻，

推定各个所述点的所述通过时刻的气象海象条件，

对于表示船速及气象海象条件与推进负载的相关的推进模型，适用所述船速及所述气象海象条件，来推定各个所述点的推进负载，

至少基于所述推进负载的推定值，来算出作为所述多个区间整体的所述燃料消耗量。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的船舶的航行辅助系统，其特征在于，

所述船舶的航行辅助系统还具备用于设定所述最适化计算的所述初期条件的初期条件设定部，

所述初期条件设定部构成为，以使到达所述第二地点的到达预定时刻与到达目标时刻之差成为容许范围内的方式算出所述至少两个区间的一定的所述对水船速，并求出所述对水船速一定条件。

7.根据权利要求6所述的船舶的航行辅助系统，其特征在于，

所述初期条件设定部构成为，

对于除了所述船速限制区间之外的区间来设定初期对水船速，

求出以该初期对水船速航海时的到达所述第二地点的到达预定时刻，

以使该到达预定时刻与到达目标时刻之差收敛于容许范围内的方式校正所述初期对水船速，求出所述对水船速一定条件。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的船舶的航行辅助系统，其特征在于，

所述对水船速一定条件的所述船速限制区间的船速为该船速限制区间的所述最大船速。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的船舶的航行辅助系统，其特征在于，

所述对水船速一定条件的所述船速限制区间的船速为该船速限制区间的所述最大船速与最小船速的平均值。

10.根据权利要求1～3中任一项所述的船舶的航行辅助系统，其特征在于，

所述运算部构成为，

在通过所述第一地点之前预先进行所述最适化计算，对于所述第一地点与所述第二地点之间的各区间来算出所述船速，并且，

在通过了所述第一地点之后，对位于所述第一地点与所述第二地点之间的中间地点和所述第二地点之间的区间再次进行所述最适化计算，对于所述中间地点与所述第二地点之间的各区间重新算出所述船速。

11.一种船舶的航行辅助方法，将从第一地点至第二地点的包含最大船速受到限制的船速限制区间的航路分割成多个区间，算出每个该区间的船速，所述船舶的航行辅助方法的特征在于，包括：

制约条件设定工序，设定每个所述区间的最大船速作为制约条件；及

运算工序，进行最适化计算，所述最适化计算以每个所述区间的船速为控制变量，以从所述第一地点起至到达所述第二地点为止的燃料消耗量为目标函数，得到使所述目标函数最小的每个所述区间的船速作为解，

所述运算工序使用在除了所述船速限制区间之外的区间中的至少两个区间中对水船速为一定的对水船速一定条件作为所述最适化计算的初期条件。

12.根据权利要求11所述的船舶的航行辅助方法，其特征在于，

所述运算工序使用包含所述对水船速一定条件的多个种类的初期条件进行所述最适化计算，对于各个所述初期条件求出所述解，

所述运算工序输出按照所述初期条件求出的所述解中的所述燃料消耗量成为最小的船速作为最适解。

13.根据权利要求12所述的船舶的航行辅助方法，其特征在于，

所述多个种类的初期条件包括各区间的对水船速为所述最大船速的最大船速条件、各区间的对水船速为该区间的最小船速的最小船速条件、各区间的船速为基于过去的航行实绩的各区间的对水船速或对地船速的实绩船速条件、以及各区间的船速为基于过去的所述最适化计算的结果的对水船速或对地船速的最适化计算结果条件中的至少一个。

14.根据权利要求11～13中任一项所述的船舶的航行辅助方法，其特征在于，

所述船舶的航行辅助方法还包括用于设定所述最适化计算的所述初期条件的初期条件设定工序，

在所述初期条件设定工序中，以使到达所述第二地点的到达预定时刻与到达目标时刻之差成为容许范围内的方式算出所述至少两个区间的一定的所述对水船速，并求出所述对水船速一定条件。

15.根据权利要求14所述的船舶的航行辅助方法，其特征在于，

所述初期条件设定工序对于除了所述船速限制区间之外的区间来设定初期对水船速，

所述初期条件设定工序求出以该初期对水船速航海时的到达所述第二地点的到达预定时刻，

所述初期条件设定工序以使该到达预定时刻与到达目标时刻之差收敛于容许范围内的方式校正所述初期对水船速，求出所述对水船速一定条件。

16.根据权利要求11～13中任一项所述的船舶的航行辅助方法，其特征在于，

所述运算工序在通过所述第一地点之前预先进行所述最适化计算，对于所述第一地点与所述第二地点之间的各区间来算出所述船速，并且，

所述运算工序在通过了所述第一地点之后，对位于所述第一地点与所述第二地点之间的中间地点和所述第二地点之间的区间再次进行所述最适化计算，对于所述中间地点与所述第二地点之间的各区间重新算出所述船速。