JP2000072094A - 船舶の船首方位制御設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、経験の少ない人間でも、移動した
い、あるいは位置保持したい座標を入力するだけで、外
力に則した船舶の横移動を行うことを可能とする船舶の
船首方位制御設備を提供することを目的とする。 【解決手段】 船舶の現在座標を計測する位置センサ５
と、船舶の船首の方位を計測する方位計３と、設定器２
によって設定された目標座標、位置センサ５にって計測
された船舶の現在座標、および方位計３によって計測さ
れた船舶の船首方位より、船舶の横流れ情報として、横
方向の目標位置との偏差ΔＹおよび横方向の速度Ｖを求
め、これら偏差ΔＹと速度Ｖから目標方位ψ（ｎ）を更
新する移動制御目標方位演算部13を備える。この構成に
より、目標座標を入力するだけで、外力により横流れを
起こしている船舶を目標座標へ移動させる目標方位ψ
（ｎ）が求められ、経験の少ない人間でも外力に則した
船舶の操船を行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶を外力（風や
潮流など）を利用して一定位置へ移動、あるいは一定位
置に保持させる船舶の船首方位制御設備に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、外力（風や潮流など）を利用して
船舶を一定位置へ移動、あるいは船舶位置を保持する場
合には、経験・知識を有する人間が、風向、風速、潮流
向、潮流速などから船舶の流される量を推測し、舵、プ
ロペラ、バウスラスタを操作して横移動させていた。あ
るいは位置保持しやすい船首方位を決定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、船舶に上記バ
ウスラスタなど船首を動かす推進装置が装備されていな
い場合、経験・知識を有する人間でも、横移動、あるい
は位置保持を行うことは困難であるという問題があっ
た。

【０００４】そこで、本発明は、船首を動かす推進装置
が装備されていない船舶であっても、極めて経験や知識
のない人間が、移動したい、あるいは位置保持したい座
標を入力するだけで、外力を利用して船舶の横移動、あ
るいは位置保持を行うことを可能とする船舶の船首方位
制御設備を提供することを目的としたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうち請求項１記載の発明は、船舶の現
在位置を計測する位置センサと、前記船舶の船首の方位
を計測する方位計と、船舶の目標位置、前記位置センサ
によって計測される船舶の現在位置、および前記方位計
によって計測される船舶の船首方位より、船舶の横流れ
情報として、横方向の目標位置との偏差および横方向の
速度を求め、これら偏差および速度に基づいて船首の目
標方位を更新する目標方位演算手段を備えたことを特徴
とするものである。

【０００６】上記構成により、目標位置を入力するだけ
で、外力により横流れを起こしている船舶を、前記目標
位置へ移動させる船舶の目標方位が求められる。また請
求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明であっ
て、前記目標方位演算手段は、前記目標方位の更新を、
目標方位と前記方位計によって計測される船舶の船首方
位との差が所定角度以上で、かつ前記横方向の目標位置
との偏差が増加しており、かつ前記更新より所定時間経
過していることを条件に実行することを特徴とするもの
である。

【０００７】上記構成により、目標方位の更新が、３つ
の条件が、すなわち更新が外乱となる可能性を排した条
件が揃ったときに実行される。また請求項３記載の発明
は、船舶の船首の方位を計測する方位計と、風速と風向
を計測する風信儀と、潮流速と潮流向を計測する潮流計
と、前記風信儀によって計測される風速および風向、前
記潮流計によって計測される潮流速および潮流向、およ
び前記方位計によって計測される船舶の船首方位によ
り、船舶が受ける横力とモーメントを求め、前記モーメ
ントより風と潮流下で方位を制御する時に発生する横力
を求め、これら船舶が受ける横力と、風と潮流下で方位
を制御する時に発生する横力が相殺される船首の目標方
位を求める目標方位演算手段を備えたことを特徴とする
ものである。

【０００８】上記構成により、目標位置を入力するだけ
で、外力により抗して船舶を目標位置に保持させる船舶
の目標方位が求められる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態におけ
る船舶の船首方位制御設備の構成図である。

【００１０】船舶Ａ（図４参照）の船首方位制御設備の
制御装置（以下、コントローラと略す）１は、設定器２
より船舶の目標位置からなる設定信号｛目標位置（Ｘt
，Ｙt ）｝、方位計３から船舶の現在方位信号（方
位ｐ）、ＧＰＳからなる位置センサ４より船舶の現在位
置信号｛現在位置（Ｘs ，Ｙs ）｝、風信儀（風向風
速計）５より現在の風速と風向からなる風信号、および
潮流計６より現在の潮流速と潮流向からなる潮流信号を
入力し、右舷と左舷の舵９，10の舵角を制御することに
より、船舶Ａの方位を制御して、船舶の目標位置への移
動、あるいは目標位置での位置保持を行うための制御装
置であり、マイクロコンピュータから構成されている。
図４に示すように、船舶Ａは、風と潮流の外力を受ける
と、流されることから、船舶の目標位置への移動、ある
いは位置保持のために舵９，10を使用している。上記コ
ントローラ１、設定器２、方位計３、位置センサ４、風
信儀５、および潮流計６は船舶Ａに装備されている。

【００１１】コントローラ１は、図１に示すように、船
舶Ａの現在位置（Ｘs ，Ｙs ）が目標位置（Ｘt ，
Ｙt ）の所定の範囲に入っているかを判断し、範囲外
と判断すると移動制御指令信号を出力し、範囲内と判断
すると位置保持指令信号を出力する判断部11と、前記移
動制御指令信号に応じて移動制御時の目標方位ψを演算
する移動制御目標方位演算部12と、前記位置保持指令信
号に応じて位置保持時の目標方位ψを演算する位置保持
目標方位演算部13と、上記演算部12，13により求められ
た目標方位ψとなるように、方位計３により検出される
船首方位ｐをフィードバックしながら舵９，10を操作す
る操作演算部14から構成されている。

【００１２】操作制御部14は、目標方位ψと測定船首方
位ｐの偏差を求める減算器15と、この減算器15により求
められた偏差に基づいて舵角を演算するＰＩＤ制御部16
から構成されている。

【００１３】上記移動制御目標方位演算部12を図２のブ
ロック図に基づいて説明する。この演算部12は、上記の
ように移動制御指令信号を入力すると、制御周期Ｃyで
実行され、目標方位ψ（ｎ）を外力を利用できる方向へ
更新する。

【００１４】図２において、Ｙ偏差Ｙ速度演算部は、船
舶Ａの現在位置（Ｘs ，Ｙs ）と目標位置（Ｘt ，
Ｙt ）から図４に示す船舶Ａの横流れの情報、すなわ
ちＹ偏差ΔＹとＹ速度Ｖを求める演算部であり、船首を
変更する角度Ｙ_CRは、前記Ｙ偏差Ｙ速度演算部により求
められたΔＹとＶより式（１）により求められ、さらに
角度の急変を避けるために、±５゜のリミッタがかけら
れて求められている。

【００１５】 Ｙ_CR＝ΔＹ×Ａc＋Ｖ×Ｂc ・・・（１） （Ａc，Ｂcは定数） またこの求めた船首を変更する角度Ｙ_CRを目標方位ψ
（ｎ）に加算して更新するかどうかの実行条件を求めて
いる。これら実行条件を下記に示す。１．目標方位ψ
（ｎ）と計測された船首方位ｐの差（絶対値）が３０゜
以上であるかどうか。２．Ｙ偏差ΔＹが増加しているか
どうか（Ｙ偏差ΔＹが前回のＹ偏差ΔＹより大きくなっ
ているかどうか）。３．先の目標方位ψ（ｎ）の更新か
らの時間Ｔが、式（２）により求める時間ｔcの間、経
過しているか、すなわち目標位置（Ｘt ，Ｙt ）に近
づくにつれて長くなるように時間ｔcを設定し、この時
間ｔcが経過しているかどうか。

【００１６】ｔc＝Ｋc／絶対値ΔＹ ・・・（２） （Ｋcは定数） これらの条件は、目標方位ψ（ｎ）の更新が外乱となる
可能性を排した条件であり、これら条件が全て揃ってい
るとき（ＡＮＤ）、更新の実行を許可している。

【００１７】目標方位ψ（ｎ）の更新の式を下記に示
す。 ψ（ｎ）＝ψ（ｎ−１）＋Ｙ_CR 求められた目標方位ψ（ｎ）が操作演算部14へ出力され
る。

【００１８】上記位置保持目標方位演算部13を図３のブ
ロック図に基づいて説明する。この演算部13は、上記の
ように位置保持指令信号を入力すると、制御周期Ｃyで
実行され、目標方位ψを外力を利用できる方向へ更新す
る。

【００１９】風力計算部において、風信儀５により計測
された風速と風向と、方位計３により計測された船舶Ａ
の船首方位ｐから、実験して求めた風力係数により船体
が受ける横力ＷyとモーメントＷmが計算され、潮流計算
部において、潮流計６により計測された潮流速と潮流向
と、方位計３により計測された船舶Ａの船首方位ｐか
ら、実験して求めた潮流係数により船体が受ける横力Ｓ
yとモーメントＳmが計算され、上記計算されたこれら風
の横力Ｗyと潮流の横力Ｓyが加算されて、図４に示す外
力による横力Ｙ_Eを求めている。また、上記計算された
これら風のモーメントＷmと潮流のモーメントＳmが加算
され、この加算値を、図４に示す船舶Ａの重心Ｇと舵軸
までの距離Ｌ_PRXで除算して風と潮流下で方位を制御す
る時に発生する横力Ｙ_CTを求めている。

【００２０】そして求められた横力Ｙ_Eと横力Ｙ_CTが相
殺される目標方位ψ、すなわち Ｙ_E＋Ｙ_CT＝０ を満たす方位ψを演算している。

【００２１】求められた目標方位ψが操作演算部14へ出
力される。以下、上記構成における作用を説明する。設
定器２により目標位置（Ｘt ，Ｙt ）を入力すると、
現在位置（Ｘs ，Ｙs ）が目標位置（Ｘt ，Ｙt ）
の所定範囲内に入っているかどうかが判断され、範囲外
と判断されると、移動制御目標方位演算部12が選択駆動
されて、外力により横方向に流されている船舶Ａを目標
位置（Ｘt ，Ｙt ）へ移動させる船首方位｛目標方位
ψ（ｎ）｝が求められ、また範囲内と判断されると、位
置保持目標方位演算部13が選択駆動されて、外力が在る
場合にも船舶Ａを現在位置（Ｘs ，Ｙs ）に保持させ
る船首方位｛目標方位ψ｝が求められ、求められた船首
方位により、操作制御部14において舵角が求められ、舵
９，10が操作される。

【００２２】上記作用によるシミュレーション結果を、
図５と図６に示す。図５は、潮流速１．０ｋｔ，潮流向
（角度）０．０゜、風速１０．０ｍ／ｓ，風向（角度）
４５．０゜の条件において、５０ｍ先から中央の目標位
置へ移動させたとき、図６は、潮流速１．０ｋｔ，潮流
向（角度）１８０．０゜、風速１０．０ｍ／ｓ，風向
（角度）１３５．０゜の条件において、目標位置の２０
ｍの範囲内で位置保持を行ったときのシミュレーション
結果である。これらシミュレーション結果からもわかる
ように、舵角の操作で外力に対応することができた。

【００２３】このように、極めて経験や知識のない人間
でも目標位置を入力するだけで、従来、常に一人以上の
経験や知識の多い操船者が従事した外力に則した船舶の
移動あるいは位置保持の操船を行うことができ、またバ
ウスラスタが無い場合にも、目標位置への移動、位置保
持を行うことができる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、バウ
スラスタなど船首を動かす推進装置が装備されていない
船舶であっても、極めて経験や知識のない人間でも目標
方位を入力するだけで、外力に則した船舶の移動あるい
は位置保持の操船を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における船舶の移動制御設
備の構成図である。

【図２】同船舶の移動制御設備の制御装置の移動制御目
標方位演算部のブロック図である。

【図３】同船舶の移動制御設備の制御装置の位置保持目
標方位演算部のブロック図である。

【図４】同船舶の移動制御設備の説明図である。

【図５】同船舶の移動制御設備によるシミュレーション
の結果を示す図である。

【図６】同船舶の移動制御設備によるシミュレーション
の結果を示す図である。

【符号の説明】

１ 制御装置 ２ 設定器 ３ 方位計 ４ 位置センサ ５ 風信儀 ６ 潮流計 ９，10 舵 11 判断部 12 移動制御目標方位演算部 13 位置保持目標方位演算部 14 操作制御部 Ａ 船舶 （Ｘs ，Ｙs ） 船舶現在位置 （Ｘt ，Ｙt ） 目標位置 Ｙ_E 風と潮流による横力 Ｙ_CT 風と潮流下で方位を制御する時に発生する横力 ｐ 船首方位 ψ 目標方位

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船舶の現在位置を計測する位置センサ
   と、 前記船舶の船首の方位を計測する方位計と、 船舶の目標位置、前記位置センサによって計測される船
   舶の現在位置、および前記方位計によって計測される船
   舶の船首方位より、船舶の横流れ情報として、横方向の
   目標位置との偏差および横方向の速度を求め、これら偏
   差および速度に基づいて船首の目標方位を更新する目標
   方位演算手段、を備えたことを特徴とする船舶の船首方
   位制御設備。
2. 【請求項２】 前記目標方位演算手段は、前記目標方位
   の更新を、目標方位と前記方位計によって計測される船
   舶の船首方位との差が所定角度以上で、かつ前記横方向
   の目標位置との偏差が増加しており、かつ前記更新より
   所定時間経過していることを条件に実行することを特徴
   とする請求項１記載の船舶の船首方位制御設備。
3. 【請求項３】 船舶の船首の方位を計測する方位計と、 風速と風向を計測する風信儀と、 潮流速と潮流向を計測する潮流計と、 前記風信儀によって計測される風速および風向、前記潮
   流計によって計測される潮流速および潮流向、および前
   記方位計によって計測される船舶の船首方位により、船
   舶が受ける横力とモーメントを求め、前記モーメントよ
   り風と潮流下で方位を制御する時に発生する横力を求
   め、これら船舶が受ける横力と、風と潮流下で方位を制
   御する時に発生する横力が相殺される船首の目標方位を
   求める目標方位演算手段、を備えたことを特徴とする船
   舶の船首方位制御設備。