CN116234746B - 船舶航线预测系统以及船舶航线预测方法 - Google Patents

Abstract

船舶航线预测系统(1)包括：气象分发服务器(30)，该气象分发服务器(30)分发气象数据；海象分发服务器(50)，该海象分发服务器(50)分发海象数据；卫星信息分发服务器(40)，该卫星信息分发服务器(40)分发卫星信息；航线预测服务器(20)，该航线预测服务器(20)从气象分发服务器(30)、海象分发服务器(50)以及卫星信息分发服务器(40)获取数据，并在有请求的情况下，进行与船舶的航线相关的预测；以及终端装置(10)，该终端装置(10)执行预定的应用程序，并在使用该应用程序而具有来自用户的船舶的航线创建请求的情况下，从航线预测服务器(20)获取航线预测结果，并显示该航线预测结果。通过该结构，使用经由互联网的云计算，能够实现预测精度更高、安全性和经济性更高的船舶航线预测。

Description

船舶航线预测系统以及船舶航线预测方法

技术领域

本发明涉及一种用于进行远洋航行的船舶的航线预测系统。

背景技术

在远洋航行中，考虑到风、波浪和海流等气象和海象环境，优选在最安全且经济的航线上航行。目前，大型气象公司(日本的纬哲纽咨信息咨询(Weather News)公司和美国的大型气象公司：应用气象技术(Applied Weather Technology)公司等)提供与船舶航行有关的气象导航服务。

气象导航的基本顺序为：(1)获取船舶状态信息(船舶名、主要项目、出发港、到达港、预定日程、载货种类等)；(2)获取气象和海象信息；(3)航行模拟；(4)向船舶侧传输确定的推荐航线。之后，如果在航行中接受服务，则向气象导航公司提供船舶的位置信息等，并请求航线的指示。此外，在到达后，将航行航线的路线和/或信息报告给导航公司。

另外，公开了一种船舶的最优化航线计算系统，其采用等时线法作为寻求最优化航线的最优化方法，并且包括：必须通过地点指定单元，该必须通过地点指定单元能够任意地指定必须通过地点WP；以及等时线变更单元，该等时线变更单元根据上述必须通过地点之间的距离，改变等时线法中所使用的搜索长度、搜索间隔和搜索范围(例如，参照专利文件1)。此外，还公开了一种数据处理装置，该数据处理装置能够合理地估计被难以预测的气象海象所影响的、船舶的航行所需的时间或者燃料消耗量(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2013-104690号公报

专利文献2：特许6281022号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，目前，尽管这些公司已经提供了50年以上的长期的导航服务，但是这两个公司的全球份额即使合并在一起也在10％以内(截止2016年全球约10万艘)，非常少。

第一个问题是，在以往的气象导航中，主要仅基于波高预测的数据来选择最优化的航线。但是，影响船舶航行的气象和海象要素有风、波浪、海流等各种要素，因此仅基于波高的航线预测存在预测精度仍然较低的问题。

第二个问题是，在航线选择中，还依赖于人力资源(船长和导航公司的气象预报员、责任人的判断)。即，根据过去的船舶航行时的统计数据和预报员或船长经验者的直觉和经验，进行船舶的航行路线的建议。当然，依赖于多年经验和直觉的人的建议往往缺乏正确性和精度。

第三个问题是，如专利文献1所记载的，以往的航线搜索以等时线法(isochronemethod)为主流，计算的仅为最短时间。在此，如图28所示，所谓等时线法是搜索相同时间内距离最远的分支(路线)的方法，首先生成连接从出发地起一定时间后到达的多个地点的曲线(同时间曲线点)。从该曲线上具有代表性的多个地点起，求得接着经过一定时间后到达的多个地点，并求得以离出发地点的距离最远的地点的集合来表示的曲线。重复这些过程，以确定到达目的地的最短时间航线。

在使用该等时线法进行导航的情况下，当推荐航线在途中遇到暴风雨天气、与该气象公司协商时，气象公司通常会给出以下路线建议：向波高较低的方向大幅度绕路。例如，如果波高为4m以上或5m以上，则当前的导航只是使船舶在大幅度绕过该暴风雨天气海域的航线上航行。但是，在该方法中，必然会导致燃料消耗的显著增加。即，在现有的使用等时线法的方法中，存在如下问题：在暴风雨天气海域，仅大幅度绕路航行而不判断气象和海象带给船舶的真正的影响，实在不能说是考虑了安全性、经济性的最优化的航线预测。

第四个问题是，在如专利文献2所示的航线计算中，没有在航线计算中考虑船舶的信息。虽然都是船舶，但也具有从大型货船到小型船的类型，而根据这些船舶的类型，受到来自气象和海象环境的影响完全不同。但是，在专利文献2所示的以往的航线计算中，无法为每艘船舶提供最优化的导航信息。

第五个问题是，没有提供方便用户使用的航线预测服务。CO2、SOx的大幅度(与燃料消耗量成比例)降低是目前全球环境问题中的一大课题，全球的航运企业毫无例外地被要求立即实施，其应对刻不容缓。联合国的I.M.O.(国际海事组织)已经决定与2008年相比，在2020年1月将燃料减少20％以上，到2030年减少40％以上。另外，此次的目标也包括3000吨以上的小型船舶，对于为大约120000艘以上不同类型的船舶中的每艘提供准确的航行航线的建议，无论如何也无法通过以气象预报员和船长等这样的人为主体的人力应对来应对。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种使用经由互联网的云计算的、预测精度更高、安全性和经济性更高的船舶航线预测系统。

解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明为一种船舶航线预测系统，其提供船舶的航线，该航线预测系统的特征是，该航线预测系统包括：气象分发服务器，该气象分发服务器分发使用气象传感器观测到的气象数据；海象分发服务器，该海象分发服务器分发使用海象传感器观测到的海象数据；卫星信息分发服务器，该卫星信息分发服务器分发使用人造卫星观测到的卫星信息；航线预测服务器，该航线预测服务器从所述气象分发服务器、所述海象分发服务器以及所述卫星信息分发服务器获取数据，并在有请求的情况下，进行与船舶的航线相关的预测；以及终端装置，该终端装置执行预定的应用程序，并且在使用该应用程序而具有来自用户的船舶的航线创建请求的情况下，从所述航线预测服务器获取航线预测结果，并显示该航线预测结果；其中，所述气象分发服务器、所述海象分发服务器、所述卫星信息分发服务器、所述航线预测服务器以及所述终端装置经由互联网连接。

在该船舶航线预测系统中，优选地，所述航线预测服务器包括：气象和海象信息获取部，该气象和海象信息获取部从所述气象分发服务器获取气象信息、以及从所述海象分发服务器获取海象信息；卫星信息获取部，该卫星信息获取部从所述卫星信息分发服务器获取卫星信息；气象和海象信息存储部，该气象和海象信息存储部存储通过所述气象和海象信息获取部获取的气象和海象信息、以及分析后的气象和海象信息；卫星信息存储部，所述卫星信息存储部存储由所述卫星信息获取部获取的卫星信息、以及分析后的卫星信息；用户信息存储部，该用户信息存储部存储与所述终端装置的用户相关的信息；航线预测部，该航线预测部在具有所述航线创建请求时，使用气象和海象信息以及卫星信息进行船舶的航线预测；用户判定部，该用户判定部对所述终端装置的用户进行判断；以及收发部，该收发部进行与所述气象分发服务器、所述海象分发服务器、所述卫星信息分发服务器以及所述终端装置之间的数据的收发。

在该船舶航线预测系统中，优选地，所述航线预测部包括：海流分析部，该海流分析部利用从所述卫星信息获取部获取的卫星信息、以及从所述气象和海象信息获取部获取的气象和海象信息的各种观测数据，进行海流的流动方向和速度的分析预测；气象和海象长期预测分析部，该气象和海象长期预测分析部利用从所述卫星信息获取部获取的卫星信息、从所述气象和海象信息获取部获取的气象和海象信息的各种观测数据、所述气象和海象信息存储部中存储的数据、以及所述卫星信息存储部中存储的数据，生成未来的气象和海象场景(scenario)；船舶阻力计算部，该船舶阻力计算部基于所述海流分析部以及所述气象和海象长期预测分析部的结果，进行适航性理论、波浪增阻以及船舶摇荡控制等一体化的分析处理，计算船体受到波浪、风、涌浪和海流的阻力；以及最优化航线分析部，该最优化航线分析部使所述海流分析部、所述船舶阻力计算部以及所述气象和海象长期预测分析部的分析结果融合，利用动态规划(dynamic program)迪杰斯特拉(Dijkstra)算法进行最优化的航线搜索。

在该船舶航线预测系统中，优选地，所述航线预测部按地图上的每个场所位置编号(Point No.)，计算船舶的位置(纬度、经度)、指示的行进方向(Course(度))、航行时的预测速度(Speed(节))、时间的天数换算(Day)、航行距离(Dist.(英里(mile)))、使用燃料(Fuel(吨(ton)))、发动机的转速(RPM)、纵摇角度(Pitch(度))、横摇角度(Roll(度))、垂直加速度(V Acceration)、水平加速度(H Acceration)、海上功率裕度(Sea Margin)、风浪对船舶的速度的影响力(Wave·Wind(节))、水流对船舶的影响力(Current(节))、平均波高(Wave Height(m))、周期(涌浪)(Period(s))以及从船舶观察的风浪的方位(Direction(度))中的至少一个。

在该船舶的航线预测系统中，优选地，所述船舶阻力计算部基于通过所述海流分析部及所述气象和海象长期预测分析部分析的波高(wave heights(m))、波周期(涌浪)(periods)及从船舶观察到的风浪的方位(Direction(度))，预测每个网格地点处作为对船舶的速度的影响力(Wave/Wind(节))的速度降低量，并利用该速度降低量计算燃料消耗量(Fuel consumption(吨/天))。

在该船舶航线预测系统中，优选地，所述船舶阻力计算部根据通过所述海流分析部以及所述气象和海象长期预测分析部分析的每个网格位置处的波高(wave heights(m))以及波方向(Direction(度))，计算出船舶的垂直加速度(V Acceration)以及水平加速度(H Acceration)。

在该船舶航线预测系统中，优选地，所述最优化航线分析部在所述计算出的预定地点处的船舶的垂直加速度及水平加速度超过预定的阈值的情况下，不在航线中采用该预定地点。

在该船舶航线预测系统中，优选地，所述阈值根据船舶的类型在0.5G～0.8G之间。

在该船舶航线预测系统中，优选地，所述终端装置包括：键盘等输入部，该输入部接受来自用户的输入；应用程序执行部，该应用程序执行部在网页(Web)浏览器中执行用于进行船舶航线的航线预测的专用应用程序；请求生成部，该请求生成部在经由所述输入部具有来自用户的航线创建请求的情况下，生成对所述航线预测服务器的航线生成指令；收发部，该收发部将所述航线创建请求发送到所述航线预测服务器；运算部，该运算部在从所述航线预测服务器获取到分析结果的情况下，基于该分析结果进行图形用户界面(GUI)显示处理；存储部；以及进行GUI显示的显示部。

在该船舶航线预测系统中，优选地，所述终端装置的所述专用应用程序需要经由所述输入部输入船舶详细信息作为初始设定，并且该船舶详细信息包括以下信息中的至少一个信息：船名、满载速度(节)、满载排水量(t)、重压载速度(节)、重压载排水量(t)、马力(kw)、燃料消耗量(吨/天)、发动机的转速(rpm)、载货种类、积载因数、生产日期和国际海事组织(IMO)编号。

在该船舶航线预测系统中，优选地，在登录所述专用应用程序后，所述终端装置的用户利用所述输入部从画面输入关于出发港、到达港、基本信息(速度、转速、燃料消耗量)和载货种类的信息。

在该船舶航线预测系统中，优选地，当在所述终端装置中执行模拟时，所述显示部的地图上显示最少燃料(Minimum fuel)路线、最短时间(Minimum Time)路线和最短距离(Minimum Distance)路线中的至少一种模式。

在该船舶航线预测系统中，优选地，当在所述终端装置中进行模拟时，被判断为危险的场所地点以不同的颜色显示。

此外，为了实现上述目的，本发明提供一种在船舶航线预测系统中使用的预测程序，该预测程序的特征是，该船舶航线预测系统包括：气象分发服务器，该气象分发服务器分发使用观测传感器观测到的气象数据；海象分发服务器，该海象分发服务器分发使用观测传感器观测到的海象数据；卫星信息分发服务器，该卫星信息分发服务器分发使用人造卫星观测到的卫星信息；航线预测服务器，该航线预测服务器从所述气象分发服务器、所述海象分发服务器以及所述卫星信息分发服务器获取数据，并在有请求的情况下，进行与船舶的航线相关的预测；以及终端装置，该终端装置执行预定的应用程序，并且在用户使用该应用程序而具有船舶的航线创建请求的情况下，从所述航线预测服务器获取航线预测结果，并显示该航线预测结果；所述预测程序包括：气象和海象信息获取步骤，该气象和海象信息获取步骤从所述气象分发服务器获取气象信息、以及从所述海象分发服务器获取海象信息；卫星信息获取步骤，该卫星信息获取步骤从所述卫星信息分发服务器获取卫星信息；气象和海象信息存储步骤，该气象和海象信息存储步骤存储在所述气象和海象信息获取步骤获取的气象和海象信息以及分析后的气象和海象信息；卫星信息存储步骤，该卫星信息存储步骤存储在所述卫星信息获取步骤获取的卫星信息；用户信息存储步骤，该用户信息存储步骤存储与所述终端装置的用户相关的信息；航线预测步骤，该航线预测步骤在具有所述航线制定请求时，使用气象、海象信息以及卫星信息，进行船舶的航线预测；用户判定步骤；以及收发步骤，该收发步骤进行与所述气象分发服务器、所述海象分发服务器、所述卫星信息分发服务器以及所述终端装置之间的数据的收发。

另外，本发明不仅能够作为这样的船舶航线预测系统而实现，而且能够作为以构成这样的船舶航线预测系统的装置所具备的特征性手段为步骤的航线预测方法而实现，或者作为使计算机执行这些步骤的程序而实现。而且，这样的程序当然可以经由USB等记录介质或互联网等传输介质来发送。

发明效果

本发明的船舶航线预测系统包括：气象分发服务器，该气象分发服务器分发气象数据；海象分发服务器，该海象分发服务器分发海象数据；卫星信息分发服务器，该卫星信息分发服务器分发卫星信息；航线预测服务器，该航线预测服务器从气象分发服务器、海象分发服务器以及卫星信息分发服务器获取数据，并在有请求的情况下，进行与船舶的航线相关的预测；以及终端装置，该终端装置执行预定的应用程序，并且在使用该应用程序而具有来自用户的船舶的航线创建请求的情况下，从航线预测服务器获取航线预测结果，并显示该航线预测结果。通过该结构，使用经由互联网的云计算，能够实现预测精度更高、安全性和经济性更高的船舶的航线预测。

附图说明

图1是本发明的实施方式的船舶航线预测系统的系统结构图。

图2是上述船舶航线预测系统的时序图。

图3是上述航线预测系统的功能框图。

图4的(a)和(b)是在上述航线预测系统所具备的航线预测服务器中进行预测计算时使用的表格信息的一个示例的示意图。

图5的(a)至(d)是上述表格信息的另一个示例的示意图。

图6的(a)至(d)是上述表格信息的另一个示例的示意图。

图7是示出了上述航线预测系统所具备的终端装置的操作过程的流程图。

图8是使用上述终端装置的应用程序时的初始设定时的画面的示意图。

图9的(a)和(b)是在使用上述终端装置的应用程序时(基本设置(Basicsettings))的网络浏览器画面的一个示例的示意图。

图10的(a)和(b)是在使用上述终端装置的应用程序时(港口选择(Port select))的网络浏览器画面的一个示例的示意图。

图11是在使用上述终端装置的应用程序时(到达港口选择(Arriving portselect))的网络浏览器画面的一个示例的示意图。

图12的(a)和(b)是在使用上述终端装置的应用程序时(航路点选择(Way pointselect))的网络浏览器画面的一个示例的示意图。

图13的(a)和(b)是在使用上述终端装置的应用程序时(运行模拟(Runsimulation))的网络浏览器画面的一个示例的示意图。

图14的(a)和(b)是在使用上述终端装置的应用程序时的网络浏览器画面的一个示例的示意图。

图15是在使用上述终端装置的应用程序时的网络浏览器画面的一个示例的示意图。

图16的(a)是在使用上述终端装置的应用程序时的网络浏览器画面的一个示例的示意图，图16的(b)是示出了预测数据的数值列表的表格图。

图17的(a)和(b)是在使用上述终端装置的应用程序时(支持系统(Supportsystem))的网络浏览器画面的一个示例的示意图。

图18的(a)和(b)是在使用上述终端装置的应用程序时(航线规划保存(Routeplan save))的网络浏览器画面的一个示例的示意图。

图19的(a)和(b)是在使用上述终端装置的应用程序时(正午报告(Noon report))的网络浏览器画面的一个示例的示意图。

图20的(a)和(b)是在使用上述终端装置的应用程序时(航程结束(Voyage end))的网络浏览器画面的一个示例的示意图。

图21的(a)和(b)是实施例1的上述船舶航线预测系统中的画面显示示例。

图22是使用了上述实施例1的航线预测系统时的预测数值的列表的示意图。

图23是上述实施例1的航线预测系统与现有示例的比较数据的示意图。

图24是上述航线预测系统的实施例2中的画面显示示例。

图25是上述航线预测系统的实施例3中的画面显示示例。

图26是上述航线预测系统的实施例4中的画面显示示例。

图27是在使用上述终端装置的应用程序时的网络浏览器画面的一个示例(获得气象(get weather))的示意图。

图28是在现有的航线预测中使用的等时线法的说明图。

具体实施方式

(实施方式)

参照附图，对本发明的实施方式的船舶航线预测系统(以下，记为航线预测系统)进行说明。本航线预测系统是用于“利用云计算机系统，经由卫星通信线路，以互联网或电子邮件为全球不特定多数的船舶进行信息提供，提供从任意港口到目的地的最节能且最安全的、适合该船舶的唯一的航行路线”的系统。

<整体系统图>

首先，对航线预测系统的整体结构进行说明。如图1所示，本实施方式的航线预测系统1构成为，设置在船舶等上的PC等终端装置10、航线预测服务器20、气象分发服务器30、卫星信息分发服务器40和海象分发服务器50经由互联网等广域网连接。

终端装置10是航线预测系统1的使用合约方所拥有的个人计算机、智能手机等终端，该终端装置10安装有专用应用程序，并执行该专用应用程序，将其结果显示在画面上。该专用应用程序向船舶等的应用程序合约方以网络浏览器进行航行预测路线、以及气象和海象预测信息(例如，气象和海象的预测场景等)的图形用户界面(Graphical UserInterface，GUI)显示。更具体地，例如，终端装置10经由网络从航线预测服务器20获取符合条件的航线预测结果，并基于该预测结果，利用该专用应用程序以易于理解的GUI显示最优化航线。

安装在终端装置10中的专用应用程序，例如是由申请人提供的被称为“海洋导航系统(Ocean Navi，ONavi)”的、用于将航线预测信息可视化的网页应用程序，并且该专用应用程序被提供给诸如船舶公司的合约方。通过利用该应用程序，能够汇集气象、海象和卫星数据，并能够容易地获得对于一家公司而言以往因数据分散存在而基于这些大数据难以预测分析的航线预测信息。

航线预测服务器20在接收到来自终端装置10的超文本传输协议(HypertextTransfer Protocol，Http)请求格式等的航线创建指令的情况下，获取未来的气象和海象预测，并基于该气象和海象预测来模拟船舶的最优化的航线。在典型的航线中进行的模拟是指，基于后文所述的气象和海象预测、船舶信息、出发港、到达港以及重力稳心(gravitymetacenter，GM)值等进行的模拟。

气象分发服务器30是提供例如由气象局提供的与气象相关的测量和预测信息的服务器，并且是分发气象局所拥有的气象传感器70的测量结果和气象预测的服务器。气象数据包括温度、气压、风速等。获取气象信息的气象传感器70是设置在各地的现场传感器，现场传感器包括用于收集气温、湿度、雨量、日照量、风量等气象数据的各种传感器和用于观测气象状况等的相机传感器(camera sensor)等。气象传感器70使用预定的通信协议建立通信会话来收发信息。

卫星信息分发服务器40提供由例如NASA(美国国家航空航天局)、NOAA(美国国家海洋和大气管理局)和ENVISAT(欧洲中期天气预报中心)等的人造卫星60扫描的各种观测数据。

海象分发服务器50是国际标准的，其分发海洋观测浮标80的观测数据(全球约4,000处的实测观测数据)以及从船舶90接收的船舶观测数据(约80,000艘的波浪、风和涌浪的船舶数据)。另外，近年来，通过处理来自多个人造卫星的卫星观测数据，能够实现具有高精度数据分析的海流分析。

由于为航线预测系统1中的终端装置10、航线预测服务器20、气象分发服务器30、卫星信息分发服务器40以及海象分发服务器50之间的数据的交换定义了通用的数据格式，因此可以确保可操作性。此外，也可以应用Web应用程序编程接口(ApplicationProgramming Interface，API)等机制。Web API是多种类型的规程/约定(API)中的一种，这些API用于基于另一个外部应用程序调用并使用一计算机程序提供的功能，且该Web API使用Http等Web技术而构建。当另一终端装置经由互联网将所请求的内容以Http请求格式发送到一公布了由Web API定义的特定功能的服务器时，将其处理结果以Http响应格式返回给该请求源的终端装置。该接收和发送的数据的格式根据API的不同而不同，但主要使用的有，在网页中经常使用的可扩展标记语言(Extensible Markup Language，XML)和/或超文本标记语言(HyperText Markup Language，HTML)、JavaScript(注册商标)对象表示法(JavaScript Object Notation，JSON)、各种图像文件格式等。

<整体系统的操作过程>

接着，参照图2对航线预测系统1的整体的操作过程进行说明。

首先，航线预测服务器20以Http请求格式等向气象分发服务器30发出气象数据请求指令(S201)，接收到该请求指令的气象分发服务器30将气象数据发送到航线预测服务器20侧(S202)。类似地，航线预测服务器20以Http请求格式等向海象分发服务器50发出海象数据请求指令(S203)，接收到该请求指令的海象分发服务器50将海象数据发送到航线预测服务器20侧(S204)。并且，航线预测服务器20以Http请求格式等向卫星信息分发服务器40发出卫星信息请求指令(S205)，接收到该请求指令的卫星信息分发服务器40将卫星数据发送到航线预测服务器20侧(S206)。即，航线预测服务器20定期地预先获取并保存观测数据。

接着，当接收到来自终端装置10的航线创建指令时(S207)，航线预测服务器20基于气象和海象预测场景，预测并创建最优化航线，并且将该最优化航线发送到终端装置10(S208)。最后，接收到Http响应格式(XML)等的最优化航线信息的终端装置10通过专用应用程序进行运算处理和图形处理，并进行最优化航线的GUI显示(S209)以使最优化航线可视化。

接着，将参照图3，对本实施方式的航线预测系统1的各处理部的功能框图进行说明。

<航线预测服务器的功能框图>

航线预测服务器20根据来自终端装置10的航线创建指令，生成并返回最优化路线。进一步地，进行以下处理：搜索、运算和生成数据，并将数据转换为XML等数据格式返回给终端装置10。具体地，航线预测服务器20例如是服务器、工作站等计算机，并以云计算(cloud computing)的形式提供航线服务。

航线预测服务器20包括气象和海象信息获取部21、卫星信息获取部22、气象和海象信息存储部23、卫星信息存储部24、用户信息存储部25、航线预测部26、用户判定部27、请求响应生成部28以及收发部29。

气象和海象信息获取部21定期地获取气象分发服务器30和海象分发服务器50发送的与气象和海象相关的信息。该信息包含波高、风速、风向、温度和气压等信息。获取的信息被保存在气象和海象信息存储部23中。

卫星信息获取部22定期地从卫星信息分发服务器40获取由人造卫星60发送的卫星数据。获取的卫星数据被保存在卫星信息存储部24中。另外，也可以使用专用的卫星接收天线和接收分析处理设备来获取卫星信息。

气象和海象信息存储部23是硬盘等存储器部，其存储接收到的气象和海象信息、以及经分析的过去的气象和海象信息。卫星信息存储部24是硬盘等存储器部，其存储有15年以上的基于数据分析和卫星处理技术而获得的各种卫星数据。用户信息存储部25是硬盘等存储器部，其将合约方信息和船舶详细信息等与标识符和密码建立关联而作为表格信息存储。

为了对终端装置10的用户进行判断，用户判定部27将接收到的每个用户的标识符和密码与用户信息存储部25中存储的信息进行比较，并且在它们匹配时，航线预测信息能够被提供。请求响应生成部28在处理来自终端装置10的预定的请求时，指示航线预测部26对该请求的指示进行响应，并且将航线预测部26的Http响应格式等的预测结果响应给终端装置10。收发部29进行与气象分发服务器30、海象分发服务器50、卫星信息分发服务器40以及终端装置10之间的数据的收发。

航线预测部26执行预定的程序，且该航线预测部26包括海流分析部26a、气象和海象长期预测分析部26b、船舶阻力计算部26c以及最优化航线分析部26d。此外，在具有来自终端装置10的航线创建请求时，使用气象和海象信息以及卫星信息来进行船舶的航线预测。

<海流分析部>

海流分析部26a基于各种全球环境卫星分析(NOAA、NASA、ESA(欧洲航天局)等)进行全球规模的海流分析处理。具体地，海流分析部26a使用从卫星信息获取部22获取的卫星信息、以及从气象和海象信息获取部21获取的气象信息和海象信息的观测数据，还使用去云专利技术(特许第3233623号)等，进行世界海流的流动方向(16个方位)、速度(cm/秒)、网格(33平方千米)的分析预测。即，海流分析部26a能够基于卫星进行风、波浪和涌浪的强度、方向和角度等的全局级别的分析(针对网格的每个格点)，而该分析是海流分析所需的。

<气象和海象长期预测分析部>

气象和海象长期预测分析部26b基于过去的气象数据来提供未来的气象海象场景。该气象和海象长期预测分析部26b能够对气象局数据、卫星分析数据(NASA、NOAA、ESA7个～10个卫星的分析处理)、海洋观测浮标的数据、船舶观测数据等大数据进行处理。具体地，气象和海象长期预测分析部26b使用从卫星信息获取部22获取的卫星信息、从气象和海象信息获取部21获取的气象和海象信息的各种观测数据、存储在气象和海象信息存储部23的数据以及存储在卫星信息存储部24的数据，生成未来的气象和海象场景。

气象和海象长期预测分析部26b利用与大数据处理相关的大量分析处理技术，不仅能够进行短期240小时的气象和海象预测，还能够进行在长期(一个月～二个月)的航行中使用的气象海象数据分析技术(气象海象数据分析技术能够进行全球海洋的波浪、风、涌浪和海流分析)的开发。例如，基于气象数据以及到当天为止本年的数据趋势，参考过去类似的数据趋势，创建预测场景，该气象数据为基于过去数据的、作为平均值的气象数据。

对于气象海象数据，导入来自气象分发服务器30的从出港到10天的预测数据，然而对于这之后的气象海象数据，通过NASA、NOAA、欧洲中期天气预报中心等的气象海象卫星数据的大数据处理，进行第11天后的波浪、风、涌浪、气压、和海流的相关计算处理，并通过独特连续的气象海象预测处理方法能够实施提前30天的航行计算。其结果是，能够对节能和安全航行做出巨大贡献，其对更高精度的船舶航行带来较大影响。

另外，在本实施方式的说明中，不对气象和海象长期预测分析部26b中创建气象场景的详细算法进行说明。概要地说，由气象和海象长期预测分析部26b执行的程序，生成考虑了网格的每个格点处的气象信息中的短期预报的气象场景，并且通过结合从气象分发服务器30等获得的各种气象和海象数据，生成将气象和海象的不确定性抑制到最大限度的预测场景。此外，气象局提供中长期预测(季节预报：1个月预报、3个月预报、暖季预报、冷季预报等)作为气象预报。通过利用这些季节预报，能够进行气象场景的校正和调整，以能够实现更高精度的模拟。当然，可以利用AI等机器学习来创建这种预测场景。

<船舶阻力计算部>

船舶阻力计算部26c通过使用计算不特定多数的船舶的阻力所需的变化函数和控制函数，来分析施加到船舶的阻力。在本实施方式中，船舶阻力计算部26c进行适航性理论(新切片(Newstrip)法)、波浪增阻、船舶摇荡控制等一体化的分析处理。具体地，船舶阻力计算部26c基于海流分析部26a以及气象和海象长期预测分析部26b的结果，进行适航性理论、波浪增阻以及船舶摇荡控制等一体化的分析处理，计算船体受到波浪、风、涌浪和海流的阻力。

在本实施方式中，船舶阻力计算部26c升级了新切片法，能够即时计算船体受到波浪、风、涌浪和海流的全部阻力，而与不特定多数的船舶的形状、大小、载货种类无关。此外，开发了波浪增阻、水平和垂直加速度的控制函数、以及波高和风力强度的控制阈值函数，使得能够双重地实现安全航行。然后，基于船舶的大小、类型、和发动机的转速等主要项目全部不同的信息对来自每个船舶的航线预测指令进行识别和判别，并为每艘船舶单独计算并提供符合全部船舶中每个船舶要求的节能且安全的航线。其结果是，能够实现高精度的航行，并且能够即时向所有相关的船舶回复和提供分析的数值航行数据等。

在此，对适航性理论(新切片法)进行说明。(1)船体运动具有六种自由运动，即，纵摇(PITCHING)、横摇(ROLLING)、横荡(SWAY)、垂荡(HEAVE)、艏摇(YAWING)和纵荡(SURGE)。根据其的晃动，还计算出垂直加速度和水平加速度等加速度。(2)作为计算这些船体运动的方法，采用了称为新切片法(NEW STRIP METHOD)的适航性计算程序的计算方法、理念。这是一种计算施加到切片(STRIP)上的流体力的方法。(3)该流体力是指，例如当柱子上下晃动时会在其周围产生波纹。这种波纹也可以看作是如泉水那样周期性地喷水。根据该喷水的强度，波纹变大或变小，以表示晃动的状态。(4)若对船体的每个切片计算该波纹(流体力)，并将其全部相加，则能够计算一艘船的晃动。因此，可以基于纵摇和横摇，计算垂直加速度和水平加速度。如稍后所述，这将成为计算船舶航线时的安全标准。(5)实际上，在装载测量设备并进行了多艘实际船舶的实验后，通过详细的数据分析得出的结论是，船长用身体感应垂直加速度，并感觉到船体及货物的危险，从而改变了航线并减速运行，使得垂直加速度不超过0.5G(其中，集装箱船水平加速度为0.6、垂直加速度为0.8)。

作为对该适航性理论的应用，(1)这种技术是所有船舶通用的理论，无论船舶的大小或船舶的形状如何。(2)迄今为止，无法计算出船舶从波浪、风、涌浪和海流受到的阻力。而且，对于形状、大小、类型不同的不特定多数的船舶中的每一艘，无法分析和体现高精度的气象海象对各船舶的影响，即，无法使用数值数据来分析和体现船舶因气象海象的具体影响而减速的节(knot)。(3)针对所有船舶，对大小、形状和载货种类进行分类和分析，以针对每个大小的船舶计算阻力值，从而计算该船舶的减速量。(4)在船舶因气象海象受到的阻力计算中，将波浪、风、涌浪、和海流的各个不同的方向和强度全部数值化，从而能够将该船舶的阻力值、即减速量作为数值数据(节)而算出。(5)上述减速量与设定的发动机转速连动，船舶的速度(节)根据发动机转速而变动，从而通过发动机转速的数值数据的变化计算出燃料消耗量。(6)由此，无论是暴风雨天气下的航行还是平稳的航行，都能够计算出该船舶在航行中所有的气象海象状况下的燃料消耗量。而且，无论是加速度在控制内的航行，还是对于航行航线搜索而言加速度超过阈值，均可以计算燃料消耗量。但是，如果超过阈值，则不进行实际的航行。

接着，对波浪增阻计算进行说明。(1)称为丸尾理论的理论是世界上首次使用数学公式来求解波浪施加于船体的阻力的理论，该丸尾理论基于能量理论推导出波浪带来的阻力，该数学公式如下式(等式1)。

波浪中的阻力＝船体受到的波浪的力－船体摇荡而作为能量发散的力－经过船体而散去的波浪的剩余的力···(等式1)

(2)肥大船的船首部的反射波及阻力较大，特别是散货船(bulker)(大型货物船舶)和油轮，由于散货船和邮轮是肥大船，因此其船首很粗，当波浪与船首碰撞时会产生较大的反射波。由于该力大到不能忽视的程度，因此作为施加在船体整体上的波浪增阻+反射波进行计算。(3)关于不规则波，如上所述计算船体运动及波浪增阻，但由于海洋是不规则波，因此可以应用将规则波叠加的称为线性叠加法的方法。这里，计算船首侧、斜船首侧、横侧、斜后侧、后侧方向接受的波，并且这些方向的波叠加(叠覆)。(4)乘以潮流或海流(节(kt))来进行计算。另外，该海流阻力系数，按海流碰撞船体的每个角度而为不同的数值。(5)风压引起的阻力是通过包括水下使用区的船体投影侧面积、和/或船体投影正面积与风压系数(实验式)和风力(m/s)相乘来计算的。另外，该风压阻力系数在风与船体碰撞的每个角度为不同的数值。

以往，即使从世界范围来看，船舶在冬季的暴风雨天气海域航行的情况下，波高也达到4m～5m。在气象信息预测有可能通过这些暴风雨天气的海域的情况下，气象公司会指示船舶大幅度绕行航行。这是因为船舶和气象公司都未具体地掌握危险晃动条件的具体阈值。由此，很常见的是，船舶绕路航行使得航行的燃料消耗比平时增加20％～50％。近年来，船舶航行的燃料消耗削减在全球范围内受到大幅限制，今年，I.M.O.(国际海事组织)决定从2020年起所有船舶实现20％以上的削减。在本实施方式的航线预测系统1中，通过使用上述波浪增阻计算，能够从一开始就避开暴风雨天气海域而选择阻力最小的航线，从而能够实现安全的航行和节能的航行，并能够实现大幅的燃料削减。

<计算示例>

接着，参照图4至图6，对船舶阻力计算部26c中的计算示例进行说明。船舶阻力计算部26c根据由海流分析部26a以及气象和海象长期预测分析部26b分析的各网格位置处的波高(wave height(m))、和波周期(涌浪)(period)，参照图4所示的表格(散装船、逆风的情况)，能够进行波浪增阻的计算，即预测船速降低的数值。航线预测部26不仅能够预测各网格点处的波高，还能够预测波周期，从而提高船速降低预测的精度。而且，该图4的示例中，表格示出的是180度顶浪，但是，该计算具有针对所有32个方位的表格，并且是自动计算的，因此，通过还考虑从船舶观察到的风波的方位(Direction(度(Deg.)))，可以预测各网格地点处的更高精度的风浪对船舶的速度的影响力(风浪(Wave/Wind)(节(kt)))(速度降低量)。

并且，船舶阻力计算部26c能够根据由海流分析部26a以及气象和海象长期预测分析部26b分析的各网格位置处的波高(m)、和波方向(度)，参照图5所示的表格501～504，计算波浪增阻，即能够预测垂直加速度(V Acceration)以及水平加速度(H Acceration)的数值。因此，不仅能够预测各网格点处的波高，还能够预测垂直加速度和水平加速度，从而提高航行危险水域的预测精度。

此外，船舶阻力计算部26c能够根据分析出的各网格位置处的波高(m)和垂直加速度，参照图6的(a)和图6的(b)示出的表格601和602，预测纵摇角度(度)，且根据分析出的各网格位置处的波高(m)和水平加速度,参照图6的(c)和图6的(d)示出的表格603和604，预测横摇角度(度)。因此，不仅能够预测各网格点处的波高，还能够预测纵摇角度和横摇角度，从而提高航线预测的精度。

并且，船舶阻力计算部26c将船速降低量与设定的发动机转速连动，船舶的速度(节)根据发动机转速变化，从而通过发动机转速的数值数据的变化能够计算燃料消耗量(吨/天)。另外，已知燃料量与速度的立方成比例地增加。

此外，图4～图6所示的预测表格信息不仅保存于集装箱船的最初输入的船舶的详细信息中，还保存于汽车专用船、散货船、油轮、液化石油气(LPG)船等船舶的最初输入的船舶的详细信息的每个中。因此，通过将每艘船舶的详细信息反映到船舶受到的阻力中，能够实现更高精度的航线预测。

如上所述，当将根据本实施方式的航线预测系统1与以往系统进行比较时，预测精度是不同的。如上所述，在欧洲和日本，大型气象公司(日本的纬哲纽咨信息咨询公司和美国的大型气象公司：应用气象技术公司)已经将全球的船舶航行航线气象信息的提供分成两部分。然而，尽管这两家公司经营这项业务已有50多年的时间，但即使这两家公司合在一起所占全球份额也非常小，仅为10％左右。其理由用一句话来说，由于人们依赖于直觉和经验，因此在船舶航行的预测精度上的经济价值很少，但费用却高。这些以往的预测信息提供公司使用针对每种船型的、统计上船速降低的曲线，该曲线称为性能曲线(performancecurve)(由于波浪造成的减速曲线)。但是，这条曲线仅考虑波高和船速降低，而没有考虑波周期和不规则波等，也没有对船体运动、船体加速度、海流和风压阻力进行处理。因此，与根据本实施方式的航线预测系统1的理论计算相比，以往的公司的航线预测的预测精度大幅落后。

<最优化航线分析部>

最优化航线分析部26d实施大数据分析处理技术、以及航行路线搜索技术和各种数据搜索分析处理技术，这是将诸如动态规划、迪杰斯特拉算法等的气象数据与各种地球观测卫星的大数据处理进行融合处理的高级分析技术。最优化航线分析部26d使海流分析部26a、船舶阻力计算部26c以及气象和海象长期预测分析部26b的分析结果融合，利用动态规划、迪杰斯特拉算法进行最优化的航线搜索。另外，由于使用动态规划、迪杰斯特拉算法进行最少燃料消耗的航线搜索的技术是众所周知的，因此省略该算法的详细说明。

关于最优化航线分析部26d，(1)采用迪杰斯特拉算法，迪杰斯特拉算法是搜索最短路径的有效算法，在这些算法中，其是快速计算的动态规划方法(动态规划(dynamicprogram))。(2)简单地说，将各条路线(将其记为距离、时间、或燃料消耗量)逐一相加，例如，若路线记为航行时间，则比较相加的结果，最终剩下来的路线值最小的值就是最短的航行时间。(3)此外，作为安全标准，即使路线最短，如果该位置处的加速度超过条件，也不会采用该路线。这是本公司的独创技术。(4)在大力支持上述动态规划方法的同时，本公司独创的开发中，能够使船舶以最低的燃料消耗安全航行到目的地的加速度控制系统发挥着非常大的作用。该系统在航行过程中遇到：船舶在较大的波高时，会急剧地上下、左右晃动。在这种状况下，航行会发生货物坍塌、船舶损坏等事故，而成为危险的航行。(5)根据一般货物船舶、油轮、集装箱船、汽车运输船等船型，将横摇和纵摇控制在0.5G～0.8G之间，从而在任何气象状况下，都能够在安全航行的同时以最少的燃料消耗航行。

最优化航线分析部26d使用航线搜索技术(动态规划及迪杰斯特拉算法)，(1)将上述适航性理论(新切片法)与波浪增阻计算相结合，并结合下述的气象海象分析处理技术与数据，能够构建精度更高的系统。(2)以往的航线搜索以等时线法为主流，计算的仅是最短时间。因此，由于无法像航线预测系统1那样节能和安全地航行、以及以计算加速度来进行安全控制等，因此大幅绕过暴风雨天气海域航行。此时，最短时间航行仅仅是平稳的航行。(3)由于等时线法仅根据波高进行路线判断，因此无法计算波高对船舶的阻力。因此，当推荐航线在途中遇到暴风雨天气时，船长与该气象公司协商，气象公司会建议以向波高较低的方向大幅度绕路的路线航行。(4)在本航线预测系统1中，通过动态规划将全球细分为最多200万个网格，能够计算出每个细微的网格的气象海象(也包括海流)数据，以能够根据气象海象数据计算出所有的个体船舶在航行时的阻力值。(5)此外，全世界的航行船舶可以随时随地地使用船舶的通信，从而通过互联网自由地获取自己需要的信息。(6)此外，该迪杰斯特拉算法搜索最少燃料消耗的路线。不用说，通过结合新切片法和波浪增阻等来进行安全航行计算。(7)并且，在动态规划中，在航行途中的船舶想要将到达目的地的燃料削减100吨的情况下，若输入100吨，自动地将速度降低1.25节，到港时间会延迟12小时，这些将显示为数值数据。此外，精度达到90％以上。另外，相反地，在8小时内到达港口才来得及靠泊的情况下，若输入提前8小时到达，则自动地将速度提高0.8节，并且多使用40吨燃料，而这些也显示为数值数据(各种调整系统可用)。这无法使用等时线法来实现。如此，在本航线预测系统1中，通过将各种控制技术与动态规划及迪杰斯特拉算法的优势相结合的系统的高精度融合，能够使节能最大为20％以上。此外，即使在遇到突发或预想外的暴风雨天气海域而紧急变更航线的情况下，也能够随时选择安全且节能的航线。

<关于GM值>

另外，在此将对GM值进行记载。在本航线预测系统1中，通过网格的细分，能够对小型船舶提供更详细的支持。即，(1)10,000吨～50,000吨级的小型货船的船舶，根据载货种类，在航行中受到暴风雨天气海域的影响较大，遭遇危险航行的机会更多。(2)此外，由于混合装载船的货架类型会因每种货物而发生变化，因此计算确定的系数、被分为前后左右的3～4个舱口的装载量的量、以及装载的重量(重)，设定该整个船舶的重心位置。这既费时，计算上的错误也多。该错误计算进一步增加了该船舶在暴风雨天气航行的负担和危险。(3)在本航线预测系统1中，如果将该船舶所具有的或由计算机自动计算出的GM数值的该船舶的重心与复原中心的距离的数值输入到该系统中，则能够即时执行自动计算处理。(4)因此，特别是即使装载谷物和钢铁产品等重量完全不同的货物，只要将由计算机计算出的GM值(船舶装载货物时的船整体的中心点)输入到该系统中，该系统就能够根据每艘船舶的阈值自动地控制横摇或纵摇，确保防止货物坍塌和/或安全航行的安全。此外，由于高精度地计算出网格的细化和微小加速度的摇摆，因此通过提高加速度的精度，能够以更进一步的精度计算出该船舶的晃动，从而能够防止航行时的货物坍塌，为航行时的节能和安全航行做出进一步的贡献。

<终端装置10的功能图>

接着，将参考图3，对终端装置10的功能结构进行说明。如上所述，终端装置10为个人计算机等终端，其包括：键盘等输入部11，该输入部11接受来自用户的输入；应用程序执行部12，该应用程序执行部12在Web浏览器中执行专用应用程序，该专用应用程序用于进行例如船舶航线的航线预测；请求生成部13，该请求生成部13在经由输入部11具有来自用户的航线创建请求的情况下，生成对航线预测服务器20的航线生成指令；收发部14，该收发部14将请求指令(航线创建指令)发送到航线预测服务器20；运算部15，该运算部15在从航线预测服务器20获取分析结果的情况下，基于该分析结果进行GUI显示处理；存储部16；以及进行GUI显示的液晶等显示部17。

更详细地，应用程序执行部12实施用于在画面上显示应用程序的执行结果的Web浏览器。请求生成部13响应于用户经由输入部11的输入，通过例如Http协议向在航线预测服务器20上运行的程序发出处理请求(Http请求)。从收发部14发送的Http请求的数据格式例如是XML。

收发部14接收来自航线预测服务器20侧的、航线预测服务器20基于请求指令的作为响应(Http响应)的执行结果。运算部15对从航线预测服务器20侧接收到的XML进行解释，运算航线预测场景的结果，并进行以用户容易理解的形式的GUI在液晶等显示部上显示的处理。

存储部16是存储器，例如，存储用于执行应用程序的使用合约方ID、密码及其使用者信息等。

<终端装置的操作过程>

接着，将参照图7所示的流程图，对终端装置10的操作过程的一个示例进行说明。在完成上述初始设置登记之后，首先，当从终端装置10的画面启动专用应用程序时，显示登录画面，输入用户名和密码以进行登录(S701)。

接着，终端装置10的用户设定出发港、到达港、基本信息(速度、转速、燃料消耗量)、载货种类等模拟信息(S702)。此外，判断沿途是否经过航路点(way point)(S703)，当存在航路点时(在S703中为是)，设定航路点(S704)。接着，执行最优化预测路线的模拟(S705)，当确定了预测路线时，向航线预测服务器20侧报告航线规划(route plan)的登记(S706)。最后，在航行结束时向服务器20侧进行报告(S707)。

<终端装置10的画面转换>

接着，参照图8至图20，对终端装置10中的专用应用程序的操作画面的转换进行说明。其中，假设具有来自终端装置10的应用程序的使用合约方经由网页浏览器的最优化航线的航线创建请求的情况。

如图8的表801所示，该专用应用程序的合约方首先需要进行船舶详细信息的登记、以及用于设定ID和密码的初始登记。在船舶详细信息中，登记了船名、满载(full load)速度(节)、满载排水量(t)、重压载(heavy ballast)速度(节)、重压载排水量(t)、马力(kw)、燃料消耗量(吨/天)、发动机的转速(rpm)、载货种类、积载因数(stowage factor)、制造日期和IMO编号等信息。

在初始登记完成之后，终端装置10的应用程序的诸如船舶公司的使用合约方，在使用时启动终端装置10的专用应用程序。具体地，例如，合约方可以通过发送用户名和密码来登录到系统。登录后，将显示专用应用程序的主画面。

并且，登录后，终端装置10的用户在参考画面的同时设定模拟信息。终端装置10的用户使用键盘等，选择图9的(a)的画面901的基本设置(basic settings)，并根据图9的(b)所示的画面902进行出发港、到达港、基本信息(速度、转速、燃料消耗量)、载货种类等的信息输入。

如此，在航线预测系统1中，对于云计算机访问的所有不特定多数的船舶，识别、判别并分别计算各船舶的大小、类型、发动机的转速等主要项目全部不同的信息，根据每艘船舶的规格提供节能和安全路线。其是一种即时回复/提供气象海象数据以及高精度地分析出数值航行数据等的系统，使得能够进行高精度航行。

接着，当从图10的(a)的画面1001中选择“港口选择(Port Select)”时，在图10的(b)的画面1002所示的地图上显示预先登记的港口，可以从其中设定出发港。并且，终端装置10的用户进行任意的到达港的设定。然后，如图11的画面1101所示，在设定完出发港的状态下，能够通过选择地图上的地点来设定到达港。用户可以通过在图11的“到达地点(Arriving point)”的画面1101上按确认(OK)来设定到达港。

另外，当终端装置10的用户在抵达到达港之前经过其他场所时，设定航路点。也可以在图12的(a)的画面1201中选择航路点选择(Way point select)，并在图12的(b)的画面1202的用圆圈表示的通过点处执行“航路点选择”。另外，也可以选择港口作为航路点。

关于该航路点，由于以往的等时线法是在航行时间内获得最大距离的方法，仅指定出发点和到达点来进行计算，因此无法执行指定中途的航路点的计算。而且，若不能自由指定航路点，则包括世界上的马六甲海峡、苏伊士运河等海域的航行在内的整个航行计算将无法进行计算。此外，不仅在海峡等，而且在航行途中的危险海域等，在想要避开该海域而通过或想绕道航行的情况下等，如果能够指定航路点，则对于危险的回避或事故的回避将具有非常有效的帮助。在本航线预测系统1中，为了在想要避开而通过的海域尽可能地进行节能航行，以能够详细地进行航线计算的方式，将全球以东西、南北航路通过纬度1.25度×经度1.25度的网格进行计算后，进一步以0.5度×0.5度再次执行动态规划方法，计算出顺畅的航线以提高精度。

接着，用户在图13的(a)的画面1301中所示的“模拟运行(Simulation Run)”标签中点击“运行模拟(Run Simulation)”，由此终端装置10的应用程序向航线预测服务器20发送HTTP请求格式的模拟创建指令。

然后，终端装置10立即从航线预测服务器20接收HTTP响应格式、数据格式XML等的结果，并且此时，如图13的(b)的画面1302所示，计算出最少燃料(Minimum Fuel)路线1303、最短时间(Minimum Time)路线1304和最短距离(Minimum Distance)路线1305这三种模式并在地图上进行航线显示。如此，能够同时显示高精度的所有最优化航线(最少燃料航行路线、最短时间航行路线、最短距离航行路线)。此外，如图14的(b)的画面1402所示，可以以固定时间(24小时间隔)或固定经度(5度间隔)对显示地点间隔进行调整。

另外，如图14的(b)的画面1402所示，用不同的颜色(例如红色)显示确定为危险的场所地点1403(例如加速度超过0.5的地点)。在本航线预测系统1中，无论船舶有无载货，都以适当计算的数值数据、图像数据来提供发送至船舶的数据。此外，在航行中航行到危险的暴风雨天气海域的情况下，计算机控制自动地工作，当超过事先设定的该船舶的横摇、纵摇的加速度的阈值(例如0.5G等)时，会闪烁显示红色数值或以声音唤起，因此船长能够事先通过航行航线上的信息察觉到货物坍塌的危险性或航行的安全等。另外，在现有技术中由于船长无法判断，因此会先问询气象公司和/或自己的公司中有船长经验的人等，再接受建议，所以需要花费一两天的时间，而且精度也不可靠，海难事故常有发生。

另外，如图15的画面1501所示，通过点击各场所地点，显示出记载了该地点的详细信息的弹出窗口(地点显示(Point Display))。在弹出窗口中，除了位置、时间和距离等信息以外，还可视化地显示船舶的角度(航向(Course)(度))1502、波的方向1503等。

此外，如图16的(a)的画面1601所示，模拟结果可以显示为数值的列表，而不是显示在地图上。在此显示的数值是图16的(b)的列表1602所示的信息，具体地，是针对地图上的每个地点位置编号(Point No.)的、船舶的位置(纬度(Lat.)、经度(Lon.))、指示的行进方向(Course(Deg.))、航行时的预测速度(Speed(kt))、时间的天数换算(Day)、航行距离(Dist.(mile))、使用燃料(Fuel(ton))、发动机的转速(RPM)、纵摇角度(Pitch(Deg.))、横摇角度(Roll(Deg.))、垂直加速度(V Acceration)、水平加速度(H Acceration)、海上功率裕度(Sea Margin)、风浪对船舶的速度的影响力(Wave·Wind(kt))、水流对船舶的影响力(Current(kt))、平均波高(Wave Height(m))、周期(涌浪)(Period(s))以及从船舶观察的风浪的方位(Direction(Deg.))。这样，在本航线预测系统1中，对于如何控制航行的安全航行、以及当时产生的较大的波浪、风、涌浪、海流对船舶造成的影响，具体地将各种现象的强度进行数值化，并且将船舶受到的整体阻力根据船舶摇摆的幅度进行数值化，以便于船长理解。另外，这些列表也可以输出为CSV(逗号分隔值)文件。

另外，在图17的(b)的画面1702所示的波涛汹涌的海域中的航行能够利用支持系统(support system)。这里的支持系统是指自动调整在图17的(a)的画面1701中以红色显示的地点，并向安全的航行航线进行导航的功能。在支持系统中的调整，除了加速度以外，还可以调整时间、燃料、速度和转速。

因此，在本航线预测系统1中，如果船长想要在到达目的地时削减50吨燃料，则即使在航行途中，只要输入了希望的数值，就能够在抵达到达地时削减希望的燃料。当然，其他要素(因素)中的、速度、到达时间以及发动机转速等主要因素的变化，也可以自动地改变，并且能够以数据的方式确认。同样地，在想要快12小时或慢12小时到达目的地的情况下，如果输入该数值，则自动计算并提供作为其他因素的速率、燃料消耗量。此外，速度的调整也可以自由设定。与上述类似，自动地计算并提供其他燃料消耗量和/或到达时间。

另外，如图18的(a)的画面1801所示，在确定了所提供的路线的情况下，进行“港口规划保存(Port plan save)”的登记处理。并且，为了进行安全的航行，优选地每天执行一次如图19的(a)的画面1901所示的正午报告，该正午报告报告纬度经度等当前时刻的船舶信息。另外，通过大约两天执行一次再次模拟，能够始终预测最优化的航线。并且，在航行结束时，将如图20的(a)的画面2001所示的航程结束(Voyage end)报告给航线预测服务器20侧。

如此，在本航线预测系统1中，当船长在航行中航行到危险的暴风雨天气海域时，可以在该暴风雨天气海域使用支持系统而自动地即时获取该船舶能够进行节能和安全航行的数据信息。该系统1自动判断该船舶所遭遇的现状，并即时计算出必要的所有阻力值，在其所面临的气象海象的环境和情况中，同时计算针对该船舶的节能和安全航行的最适合的速度、与其对应的燃料消耗量和抵达到达地的航行时间，以及发动机的转速的变化等，并即时将这些信息提供并显示到船上的计算机上。

此外，通过使用本航线预测系统1，即使在总公司的海事部门或营业，也可以通过同一画面看到自动调整和显示的速度、燃料消耗量以及到达时间的数值数据。这能够使船舶公司的专家之间共享信息、互相了解，从而确定最终的航行航线。

<效果>

如以上说明所述，航线预测系统1包括：气象分发服务器30，该气象分发服务器30分发使用气象传感器70观测到的气象数据；海象分发服务器50，该海象分发服务器50分发使用海象传感器(海洋观测浮标、船舶观测数据)观测到的海象数据；卫星信息分发服务器40，该卫星信息分发服务器40分发使用人造卫星60观测到的卫星信息；航线预测服务器20，该航线预测服务器20从气象分发服务器30、海象分发服务器50以及卫星信息分发服务器40获取数据，并在有请求的情况下，进行与船舶的航线相关的预测；以及终端装置10，该终端装置10执行预定的应用程序，并且在使用该应用程序而具有来自用户的船舶的航线创建请求的情况下，从航线预测服务器20获取航线预测结果，并显示该航线预测结果；其中，气象分发服务器30、海象分发服务器50、卫星信息分发服务器40、航线预测服务器20以及终端装置10经由互联网连接。

通过该结构，本实施方式的船舶航线预测系统1使用经由互联网的云计算，能够进行预测精度更高、安全性和经济性更高的船舶的航线预测。即，能够解决所有的如下情况：(1)船舶具有形状不同、载货不同、速度不同、燃料消耗量不同的情况，(2)不特定多数的船舶的每一艘能够在最少燃料消耗的同时进行安全的航行的情况，(3)针对全球船舶的大量订单的访问，每一艘能够进行不同的航行的情况，(4)为此，通过对不包括人的过去的直觉和经验的思考和理念的计算机系统进行自动化，世界上的所有的不特定多数的船舶和相关企业，可以从地球上的无论是海上还是陆地上的任意的地点，获取该船舶的最节能和最安全的航线(路线)的高精度的信息而进行航行。

为此，航线预测服务器20实现了(1)适航性理论(通过新切片法应对不特定多数的船舶)、(2)波浪增阻计算(在暴风雨天气海域的阻力增加的计算)、(3)航路搜索技术(通过动态规划及迪杰斯特拉算法实现安全且节能的航行)、(4)上述技术与下述技术的融合(地球观测卫星处理技术以及大数据分析处理与海流分析的新开发)。

以下列举航线预测系统1的效果，关于航线预测系统1，世界上不特定多数的船舶访问其云服务器，其云服务器能够通过互联网向所有船舶即时提供最大能够削减20％以上的燃料消耗的安全航行的节能且安全航行路线信息。

此外，无论船舶的类型、大小如何，即使世界上出港地、到达地不同的多艘船舶一次性进行访问，也能够即时地对各个船舶同时提供节能且安全的航行路线、最短时间路线、最短距离路线这三种路线。

此外，向每艘船舶提供航行路线数据的方法，能够采用互联网和电子邮件收发这两者。此外，船舶采用卫星通信线路进行应对。

此外，航线预测系统1能够基于对节能和安全航行路线和所有海象数据的分析，使用数值数据分析并计算每艘该船舶从波浪、风、涌浪、海流受到的阻力的阻力值。

而且，由于各船舶的大小、速度、航行时间、和目的地等不同，因此对于各个该船舶的每一艘的航线信息，能够计算对于所有船舶来说，适合每艘船舶的唯一的航行的、至各自到达地的节能且安全的航行路线。另外，从出发地点到到达地点，用数值数据具体地显示波浪、风、涌浪和海流具体对该船舶带来怎样的影响。

此外，船长只要查看到终端装置10上显示的以下数据，从而观察该船舶在什么样的气象海象的海域中航行：该船舶所受到的船舶的摇摆情况(横摇几度、纵摇几度)等和加速度数值数据，就能够实时判断是否安全。因此，由于船舶在24小时后将通过一个极为严峻的海域，因此能够尽早采取措施防止货物坍塌，并为避免海难事故做好准备。

＜实施例1＞

以下，对使用了本航线预测系统1的实际的航行示例进行说明。在本实施例1的实际航行中的并行航行验证是使用韩国大型海运公司的现代商船的大型集装箱船的实证验证示例。该实施例1是韩国的大型集装箱公司为了对美国的AWT(应用气象技术)和我司同时进行航行精度的验证而于2018年11月进行的实证验证。

与现代商船合作，进行了大幅的节能航行实地验证，使用100,000深度/宽度(D/W)尺寸的集装箱船舶，进行了从韩国釜山新港到美国西海岸长滩的航行实证验证(2018年11月，28天)。传统的航线提供公司每天提供四格(四天份)常规的气象海象图。在该气象图中，显示有船舶的航行路线，并且每天重复进行直到到达最终目的地。没有从最开始到到达地的显示。

另一方面，在本航线预测系统1中，首先呈现至目的地的航行路线，并在到达目的地之前，在每天任何时候需要时，将速度为多少节、发动机转速等的本公司独特的数值数据分析向用户发送分析数据。其结果是，最终证明能够削减310吨的燃料消耗。该燃料消耗削减率削减了21.85％。

其理由如下：(1)以往的航线提供公司判断出本航行遭遇暴风雨天气海域的机会较多，从而假定整体上从出港时有大幅延迟。指示本船以远高于普通速度的较快速度航行。(2)并且，也有中途遭遇预定外的暴风雨天气而带来的航线变更，到达预定时间也延长了一天。此外，还存在人力难以预测的从暴风雨天气海域的通过，从而出现较大的消耗燃料的差异。

实际的航行在航行前半段通过暴风雨天气海域，有可能使航行延迟，因此在航行前半段以21节以上的较快的速度进行了航行。这已经大幅度超过推荐航行的速度，燃料消耗也会变大。而且，在暴风雨天气海域，为了补上速度大幅度减速而造成的延迟，进一步以22节左右的速度航行，从而使用了更多的燃料。至今为止，这种现象很普遍，一直以来在没有其他解决办法地进行着。

另一方面，在本航线预测系统1中，从开始到结束以20节的恒定的稳定速度指示航行。而且，选择能够以该速度航行的路线进行航行。即，由于燃料消耗与速度的立方成比例地急剧增加，因此不提高速度或降低速度也具有最大的燃料消耗量削减效果。这种计算用人的思维是完全不可能的。

从这个结果来看，在本航线预测系统1中，即时分析并提供能够节能并以恒定的速度进行安全航行的航线，从而实现了较大的燃料削减(310吨的燃料消耗量削减在金额上达到￥2,000万日元)。此外，由于在12月以后的冬季遭遇暴风雨天气海域中的航行变多，因此能够进一步削减燃料消耗量。由这一事实带来的较大影响不仅广泛地影响集装箱船，而且能够对汽车专用船、散货船、油轮、LPG船等多种船舶带来较大影响。

＜实施例2＞

本实施例2的结果如图21至图23所示。首先，如图21的(a)的画面2101所示，终端装置10的用户输入船舶的基本信息(速度、转速、燃料消耗量)和载货种类等的信息。然后，选择出发港和到达港并执行模拟。其结果显示在图21的(b)的画面2102中，在图22中示出数值表2202。图21的(b)的颜色的差异表示波高的差异。在此，可知以往的航线提供公司与本航线预测系统1的航线有很大不同。而且，在图23的表2301所示的航行比较中，可知尽管到达的天数相同，但本申请的路线削减了199吨的燃料。

＜实施例3＞

本实施例3的结果如图24的画面2401所示。本实施例3为日本～美国于2016年2月进行的，以往的航线提供公司为了避开波高的大小(例如为4m～5m以上)的暴风雨天气海域而航行，无论船舶的大小和类型，都进行大幅度绕路而航行。但是，即使波高为4m～5m以上，只要晃动的加速度的数值(角度)在安全阈值内，就能够充分航行。此外，该系统已被证明能够同时实现大幅削减燃料和缩短航行时间。其结果是，在使用本航线预测系统1时的推荐航路中，燃料消耗量削减了208.2吨，其削减率为43.4％。

＜实施例4＞

本实施例4的结果如图25的画面2501所示。本实施例4是巴西～新加坡于2014年8月出发的。该航行的最主要特征是，以往的航线提供公司建议/指导：通过喜望峰之后沿着大陆减速，使得避开较强的波浪和风并在避难的同时航行。但是，在此需要注意的是，A1(本船的航行日志)～A2的波高为3.6m～5.6m，模拟中，S1(模拟)～S2的波高为4.4m～5.9m的随浪。再者，S1～S2的波浪和风的方向为240度～250度的方向，即从船的后方到来，此外，海流也为顺流(来自后方)，该船舶尽管遭遇较大的波浪和风，但在本航线预测系统1的数值数据中，以垂直加速度为0.22～0.14、水平加速度为0.14～0.11进行非常稳定的航行。其结果是，在使用本航线预测系统1时的推荐航路中，燃料消耗量削减了194.5吨，其削减率为9.8％。

＜实施例5＞

本实施例5的结果如图26的画面2601所示。本实施例5是美国～日本于2014年10月出发的。由于该示例中的船舶非常小，因此受气象条件的影响很大，并且面临着严峻的航行考验。航行处于北美海域波涛汹涌的时期。能够预想到，本船在俄勒冈州出港时会遭遇天气非常糟糕的情况。因此，为了避开暴风雨天气海域，以往的航线提供公司指示向南回避(A1)，因此不得不在船大幅摇摆的同时使船速极端地降低至10.1～7.6节。另一方面，在本航线预测系统1中，能够预测到从出港起2天～3天将遭遇暴风雨天气海域的情况。但是，虽然垂直加速度暂时增加到0.4～0.27，但仍在阈值内，可知之后的航行是没有任何问题的。其结果是，到达时间比预定时间早3.5小时到达，燃料削减了61.3吨。其削减率为23.5％。

另外，本发明不限于上述各实施方式的结构，能够在不改变发明主旨的范围内进行各种变形。此外，如果在地图上有的话，终端装置10的应用程序也可以显示图27的(a)的画面2701所示的波高、风和气压等信息，以及图27的(b)的画面2702所示的周预报等气象信息。

附图标记说明

1 船舶航线预测系统

10 终端装置

11 输入部

12 应用程序执行部

13 请求生成部

14 收发部

15 运算部

16 存储部

17 显示部

20 航线预测服务器

21 气象和海象信息获取部

22 卫星信息获取部

23 气象和海象信息存储部

24 卫星信息存储部

25 用户信息存储部

26 航线预测部

26a 海流分析部

26b 气象和海象长期预测分析部

26c 船舶阻力计算部

26d 最优化航线分析部

27 用户判定部

28 请求响应生成部

29 收发部

30 气象分发服务器

40 卫星信息分发服务器

50 海象分发服务器

60 人造卫星

70 气象传感器

80 海洋观测浮标

90 船舶

Claims (9)

1.一种船舶航线预测系统，所述船舶航线预测系统提供船舶的航线，其特征在于，

所述航线预测系统包括：

气象分发服务器，所述气象分发服务器分发使用气象传感器观测到的气象数据；

海象分发服务器，所述海象分发服务器分发使用海象传感器观测到的海象数据；

卫星信息分发服务器，所述卫星信息分发服务器分发使用人造卫星观测到的卫星信息；

航线预测服务器，所述航线预测服务器从所述气象分发服务器、所述海象分发服务器以及所述卫星信息分发服务器获取数据，并在有请求的情况下，进行与船舶的航线相关的预测；以及

终端装置，所述终端装置执行预定的应用程序，并且在使用所述应用程序而具有来自用户的船舶的航线创建请求的情况下，从所述航线预测服务器获取航线预测结果，并显示所述航线预测结果；其中，

所述气象分发服务器、所述海象分发服务器、所述卫星信息分发服务器、所述航线预测服务器以及所述终端装置经由互联网连接，

所述航线预测服务器包括：

气象和海象信息获取部，所述气象和海象信息获取部从所述气象分发服务器获取气象信息，以及从所述海象分发服务器获取海象信息；

卫星信息获取部，所述卫星信息获取部从所述卫星信息分发服务器获取卫星信息；

气象和海象信息存储部，所述气象和海象信息存储部存储由所述气象和海象信息获取部获取的气象和海象信息、以及分析后的气象和海象信息；

卫星信息存储部，所述卫星信息存储部存储由所述卫星信息获取部获取的卫星信息、以及分析后的卫星信息；

用户信息存储部，所述用户信息存储部存储与所述终端装置的用户相关的信息；

航线预测部，所述航线预测部在具有所述航线创建请求时，使用气象和海象信息以及卫星信息进行船舶的航线预测；

用户判定部，所述用户判定部对所述终端装置的用户进行判断；以及

收发部，所述收发部进行与所述气象分发服务器、所述海象分发服务器、所述卫星信息分发服务器以及所述终端装置之间的数据的收发，

所述航线预测部包括：

海流分析部，所述海流分析部利用从所述卫星信息获取部获取的卫星信息、以及从所述气象和海象信息获取部获取的气象和海象信息的各种观测数据，进行海流的流动方向和速度的分析预测；

气象和海象长期预测分析部，所述气象和海象长期预测分析部利用从所述卫星信息获取部获取的卫星信息、从所述气象和海象信息获取部获取的气象和海象信息的各种观测数据、所述气象和海象信息存储部中存储的数据以及所述卫星信息存储部中存储的数据，生成未来的气象和海象场景；

船舶阻力计算部，所述船舶阻力计算部基于所述海流分析部以及所述气象和海象长期预测分析部的结果，进行适航性理论、波浪增阻以及船舶摇荡控制一体化的分析处理，计算船体受到波浪、风、涌浪和海流的阻力；以及

最优化航线分析部，所述最优化航线分析部使所述海流分析部、所述船舶阻力计算部以及所述气象和海象长期预测分析部的分析结果融合，利用动态规划迪杰斯特拉算法进行最优化的航线搜索，

所述船舶阻力计算部基于通过所述海流分析部及所述气象和海象长期预测分析部分析的波高、波周期及从船舶观察到的风浪的方位，预测地图上的每个网格地点处作为对船舶的速度的影响力的速度降低量，并利用所述速度降低量计算燃料消耗量，

所述船舶阻力计算部根据通过所述海流分析部以及所述气象和海象长期预测分析部分析的每个网格处的波高以及波方向，计算出船舶的垂直加速度以及水平加速度，

所述最优化航线分析部在计算出的预定地点处的所述船舶的垂直加速度及水平加速度超过预定的阈值的情况下，不在所述航线中采用所述预定地点。

2.根据权利要求1所述的船舶航线预测系统，其特征在于，所述航线预测部按地图上的每个地点位置编号，计算以下数据中的至少一个：船舶的位置、指示的行进方向、航行时的预测速度、时间的天数换算、航行距离、使用燃料、发动机的转速、纵摇角度、横摇角度、垂直加速度、水平加速度、海上功率裕度、风浪对船舶的速度的影响力、水流对船舶的影响力、平均波高、波周期以及从船舶观察到的风浪的方位。

3.根据权利要求1所述的船舶航线预测系统，其特征在于，所述阈值根据所述船舶的类型在0.5G～0.8G之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的船舶航线预测系统，其特征在于，

所述终端装置包括：

输入部，所述输入部接受来自用户的输入；

应用程序执行部，所述应用程序执行部在网页Web浏览器中执行用于进行船舶航线的航线预测的专用应用程序；

请求生成部，所述请求生成部在经由所述输入部具有来自用户的航线创建请求的情况下，生成对所述航线预测服务器的航线生成指令；

收发部，所述收发部将所述航线创建请求发送到所述航线预测服务器；

运算部，所述运算部在从所述航线预测服务器获取到分析结果的情况下，基于所述分析结果进行图形用户界面GUI显示处理；

存储部；以及

进行GUI显示的显示部。

5.根据权利要求4所述的船舶航线预测系统，其特征在于，所述终端装置的所述专用应用程序需要经由所述输入部输入船舶详细信息作为初始设定，所述船舶详细信息包括以下信息中的至少一个信息：船名、满载速度、满载排水量、重压载速度、重压载排水量、马力、燃料消耗量、发动机的转速、载货种类、积载因数、生产日期以及国际海事组织IMO编号。

6.根据权利要求5所述的船舶航线预测系统，其特征在于，在登录所述专用应用程序后，所述终端装置的用户利用所述输入部从画面输入关于出发港、到达港、船舶的速度、发动机转速、燃料消耗量和载货种类的信息。

7.根据权利要求4所述的船舶航线预测系统，其特征在于，当在所述终端装置中进行模拟时，所述显示部的地图上显示最少燃料路线、最短时间路线和最短距离路线中的至少一种模式。

8.根据权利要求4所述的船舶航线预测系统，其特征在于，当在所述终端装置中进行模拟时，被判断为危险的场所地点以不同的颜色显示。

9.一种存储有预测程序的存储介质，所述预测程序在船舶航线预测系统中使用，其特征在于，

所述船舶航线预测系统包括：

气象分发服务器，所述气象分发服务器分发使用观测传感器观测到的气象数据；

海象分发服务器，所述海象分发服务器分发使用观测传感器观测到的海象数据；

卫星信息分发服务器，所述卫星信息分发服务器分发使用人造卫星观测到的卫星信息；

航线预测服务器，所述航线预测服务器从所述气象分发服务器、所述海象分发服务器以及所述卫星信息分发服务器获取数据，并在有请求的情况下，进行与船舶的航线相关的预测；以及

终端装置，所述终端装置执行预定的应用程序，并且在使用所述应用程序而具有来自用户的船舶的航线创建请求的情况下，从所述航线预测服务器获取航线预测结果，并显示所述航线预测结果；

所述预测程序包括：

气象和海象信息获取步骤，所述气象和海象信息获取步骤从所述气象分发服务器获取气象信息、以及从所述海象分发服务器获取海象信息；

卫星信息获取步骤，所述卫星信息获取步骤从所述卫星信息分发服务器获取卫星信息；

气象和海象信息存储步骤，所述气象和海象信息存储步骤存储在所述气象和海象信息获取步骤获取的气象和海象信息、以及分析后的气象和海象信息；

卫星信息存储步骤，所述卫星信息存储步骤存储在所述卫星信息获取步骤获取的卫星信息；

用户信息存储步骤，所述用户信息存储步骤存储与所述终端装置的用户相关的信息；

航线预测步骤，所述航线预测步骤在具有所述航线制定请求时，使用所述气象和海象信息以及所述卫星信息，进行船舶的航线预测；

用户判定步骤；以及

收发步骤，所述收发步骤进行与所述气象分发服务器、所述海象分发服务器、所述卫星信息分发服务器以及所述终端装置之间的数据的收发，

所述航线预测步骤包括：

海流分析步骤，所述海流分析步骤利用从所述卫星信息获取步骤获取的卫星信息、以及从所述气象和海象信息获取步骤获取的气象和海象信息的各种观测数据，进行海流的流动方向和速度的分析预测；

气象和海象长期预测分析步骤，所述气象和海象长期预测分析步骤利用从所述卫星信息获取步骤获取的卫星信息、从所述气象和海象信息获取步骤获取的气象和海象信息的各种观测数据、所述气象和海象信息存储步骤中存储的数据以及所述卫星信息存储步骤中存储的数据，生成未来的气象和海象场景；

船舶阻力计算步骤，所述船舶阻力计算步骤基于所述海流分析步骤以及所述气象和海象长期预测分析步骤的结果，进行适航性理论、波浪增阻以及船舶摇荡控制一体化的分析处理，计算船体受到波浪、风、涌浪和海流的阻力；以及

最优化航线分析步骤，所述最优化航线分析步骤使所述海流分析步骤、所述船舶阻力计算步骤以及所述气象和海象长期预测分析步骤的分析结果融合，利用动态规划迪杰斯特拉算法进行最优化的航线搜索，

所述船舶阻力计算步骤基于通过所述海流分析步骤及所述气象和海象长期预测分析步骤分析的波高、波周期及从船舶观察到的风浪的方位，预测地图上的每个网格地点处作为对船舶的速度的影响力的速度降低量，并利用所述速度降低量计算燃料消耗量，

所述船舶阻力计算步骤根据通过所述海流分析步骤以及所述气象和海象长期预测分析步骤分析的每个网格处的波高以及波方向，计算出船舶的垂直加速度以及水平加速度，

所述最优化航线分析步骤在计算出的预定地点处的所述船舶的垂直加速度及水平加速度超过预定的阈值的情况下，不在所述航线中采用所述预定地点。