JP2007245935A - 航海計画支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】航海時間が最短となる最適航路を、精度よく演算できるようにする。
【解決手段】地上局２のデータ圧縮手段４で圧縮した海流予測データを、本船に搭載された受信局３に送信する。受信局３では、過去航路記憶手段９から読出された１つの過去航路を初期航路とし、この初期航路の通過点を、海流予測データに基づき改訂して、最適航路を求める。その演算は最適航路演算手段１０で行なうが、通過点の改訂は、航海時間が最短となることを条件に行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、海流予測データを利用した航海計画支援装置に係り、特に最新の海流予測データを利用することにより、海流を考慮した最適航路を容易に得ることができる航海計画支援装置に関する。

従来から、Ａ地点とＢ地点との間に、任意数の通過点を順次結んで初期航路を設定するとともに、この初期航路の各通過点の位置を、船上で受信した気象・海象予報に基づき改定するようにした航海計画支援装置は一般に知られている。
特開２００５−３１３８２７公報

前期従来の航海計画支援装置においては、帆装船用の航海計画支援装置であるため、各通過点の位置の改訂が、帆の有効利用をもたらすようにするものであり、したがって、帆を有しない通常の船舶には適用できないと云う問題がある。

本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、地上局から送信されてくる海流予測データを船舶上で受信し、この海流予測データを考慮して各通過点の位置を改訂することにより、最適航路を得ることができる航海計画支援装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、各通過点の通過予定時刻を演算し、最も好ましい時刻にＢ地点に到達することができる航海計画支援装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、受信局での演算に最適の海流予測データを利用できるようにし、もって演算精度を向上させることができる航海計画支援装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明は、Ａ地点からＢ地点に至る航路を、任意数の通過点を通過して航行する船舶のための航路計画支援装置において、
データを送信する地上局と；船舶上に搭載され、地上局から送信されてきたデータを受信する受信局と；を設け、
前記地上局を、外部から入力された海流予測データに基づき、送信用の圧縮データを生成するデータ圧縮手段と；生成された圧縮データを、受信局に向けて送信する送信手段と；で構成し、
前記受信局を、地上局から送信されてきた圧縮データを受信する受信手段と；受信した圧縮データを、海流予測データとして記憶する海流予測データ記憶手段と；Ａ地点およびＢ地点を含む海域上に設定される格子の各格子点を、通過点として記憶する通過点記憶手段と；任意の通過点を順次結んでＡ地点とＢ地点との間に形成される任意数の航路を、過去航路として記憶する過去航路記憶手段と；過去航路記憶手段から初期航路として読出された特定の過去航路に対し、前記海流予測データに基づき、通過点間の通過時間が最短となるように通過点を改訂して最適航路を演算する最適航路演算手段と；演算された最適航路を出力する出力手段と；
で構成するようにしたことを特徴とする。

本発明はまた、受信局に、最適航路における各通過点の通過予定時刻を演算する航海予定時刻演算手段を設けるようにしたことを特徴とする。

本発明はさらに、データ圧縮手段に、外部から入力される最新の海流予測データに基づき、圧縮データを生成させるようにしたことを特徴とする。

本発明は、Ａ地点からＢ地点に至る航路を、任意数の通過点を通過して航行する船舶のための航路計画支援装置において、
データを送信する地上局と；船舶上に搭載され、地上局から送信されてきたデータを受信する受信局と；を設け、
前記地上局を、外部から入力された海流予測データに基づき、送信用の圧縮データを生成するデータ圧縮手段と；生成された圧縮データを、受信局に向けて送信する送信手段と；で構成し、
前記受信局を、地上局から送信されてきた圧縮データを受信する受信手段と；受信した圧縮データを、海流予測データとして記憶する海流予測データ記憶手段と；Ａ地点およびＢ地点を含む海域上に設定される格子の各格子点を、通過点として記憶する通過点記憶手段と；任意の通過点を順次結んでＡ地点とＢ地点との間に形成される任意数の航路を、過去航路として記憶する過去航路記憶手段と；過去航路記憶手段から初期航路として読出された特定の過去航路に対し、前記海流予測データに基づき、通過点間の通過時間が最短となるように通過点を改訂して最適航路を演算する最適航路演算手段と；演算された最適航路を出力する出力手段と；
で構成するようにしているので、船舶上で最適航路を演算する際に、海流予測データを考慮して各通過点の位置を改訂することができ、これにより、通過点間の通過時間が最短となる航路を、最適航路として求めることができる。このため、航海時間の短縮や消費燃料の節約等の多くの効果を得ることができる。また、地上局から受信局へは、海流予測データが圧縮データの形式で送信されるので、通信容量が制限されている陸船間通信において、近年入手が可能となった大容量の海流予測シミュレーション結果を、海流予測データとして用いることができる。

本発明はまた、受信局に、最適航路における各通過点の通過予定時刻を演算する航海予定時刻演算手段を設けるようにしているので、各通過点の通過予定時刻やＢ地点への到着予定時刻を容易に知ることができる。このため、Ｂ地点への到着予定時刻から逆算して、船舶速度を調節することもできる。

本発明はさらに、データ圧縮手段に、外部から入力される最新の海流予測データに基づき、圧縮データを生成させるようにしているので、各通過点の位置を改訂する際に、精度の高い改訂を行なうことができる。

以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の一形態に係る航海計画支援装置を示すもので、この支援装置１は、地上局２と、図示しない船舶上に搭載されて地上局２からの無線信号を受信する受信局３とで構成されており、前記地上局２は、外部から入力される海流予測データを、例えばｚｉｐ形式で圧縮して圧縮データを生成するデータ圧縮手段４を備えており、このデータ圧縮手段４で生成された圧縮データは、送信手段５を介し前記受信局３に向けて送信されるようになっている。

前記データ圧縮手段４に外部から入力される海流予測データとしては、近年入手が可能となった大容量の海流予測シミュレーション結果が用いられるようになっており、これにより、精度の高い海流予測データを、短い時間間隔で受信局３に向けて送信できるようになっている。

一方、前記受信局３は、図１に示すように、前記地上局２から送信されてきた圧縮データを受信する受信手段６を備えており、この受信手段６は、例えばＬｈａｐｌｕｓ（商品名）等の解凍ソフトを用いて受信済の圧縮データを解凍した後、海流予測データとして海流予測データ記憶手段７に記憶させるようになっている。

前記受信局３はまた、図１に示すように、Ａ地点（例えば東京）およびＢ地点（例えば北米西海岸）を含む海域上に設定される格子の各格子点を、通過点として記憶する通過点記憶手段８を備えており、Ａ地点とＢ地点との間の航路は、任意の通過点を順次結んでＡ地点とＢ地点との間を連結することにより構成されるようになっている。そして、この通過点に関する記憶内容は、前記海流予測データ記憶手段７からの海流予測データ、および後述する過去航路記憶手段９からの初期航路とともに最適航路演算手段１０に入力され、この最適航路演算手段１０において、海流予測データを考慮した最適航路が演算されるようになっている。そして、演算された最適航路は、通常は画像として出力手段１１に出力されるようになっている。

すなわち、前記過去航路記憶手段９には、Ａ地点とＢ地点との間に形成される実際の任意数の過去航路，あるいはＡ地点とＢ地点との間の最短航路としての大圏航路，さらには本船の船長が今回の操船計画図として作成した航路等が、過去航路として記憶されるようになっており、そのうちの１つの航路が初期航路として読出され、前記最適航路演算手段１０に入力されるようになっている。

最適航路演算手段１０においては、初期航路として入力された特定の過去航路に対し、海流予測データ記憶手段７からの海流予測データに基づき、通過点間の通過時間が最短となるように通過点を改訂して最適航路を演算するようになっている。
なお、この最適航路の具体的な演算方法については、後に詳述する。

前記受信局３にはさらに、図１に示すように、本船の速力および燃費に関する情報を記憶する速力・燃費記憶手段１２、時計手段１３および航海予定時刻演算手段１４が設けられており、前記航海予定時刻演算手段１４は、通過点記憶手段８から通過点に関する情報，最適航路演算手段１０からの最適航路に関する情報，速力・燃費記憶手段１２からの本船の速力や燃費に関する情報，および時計手段１３からの時刻情報に基づき、各通過点の通過予定時刻やＢ地点への到着予定時刻を演算するとともに、Ｂ地点への到着予定時刻からの逆算により、本船の船舶速度等も容易に演算できるようになっている。

図２は、図１に示す受信局３のハードウェア構成の一例を示すもので、この受信局３は、ＣＰＵ２２，ＲＯＭ２３およびＲＡＭ２４を有するコンピュータ２１を備えており、このコンピュータ２１には、Ｉ／Ｏポート２５を介して、地上局２からの信号の受信装置２６，モニタ２７，キーボード２８，マウス２９およびプリンタ３０が接続されているとともに、各種データベースとして、海流データベース３１，航路データベース３２および速力・燃費データベース３３がそれぞれ接続されている。

図３は、図１の受信局３における最適航路の演算方法を示す流れ図、図４は、同様の航海予定時刻の演算方法を示す流れ図であり、以下、これら両図を参照して、本実施の形態の作用を説明する。

最適航路の演算に際しては、図３に示すように、まずステップＳ１において、地上局２から送信されてきた海流予測データ（圧縮データ）を、図１の受信手段６を介して受信するとともに、解凍ソフトを用いて解凍する。そしてこれを海流予測データ記憶手段７に保存する（Ｓ２）。

次いで、ステップＳ３において、過去航路記憶手段９から初期航路の読込みを行なうとともに、ステップＳ４において、通過点記憶手段８から通過点の読込みを行ない、さらにステップＳ５において、海流予測データ記憶手段７から海流予測データの読込みを行なう。そして、ステップＳ６において、最適航路演算手段１０で最適航路の演算を行なう。

この最適航路の演算は、具体的には図５に示す方法で行なわれる。
すなわち、Ａ地点（始点）とＢ地点（終点）との間の海域に、図５に示すように、例えば東西方向が１／２度で、南北方向が１／１２度の格子を設定し、その格子点を通過点として図１の通過点記憶手段８に記憶させておく。したがって、過去航路記憶手段９に記憶されている過去航路は、前記通過点を順次結んで形成される航路と云うことになる。

このような状態において、本実施の形態においては、各格子点において、南北１２格子の範囲で計２５通りの航程距離を設定し、Ａ地点（始点）から各格子点までの全組合わせの格子間通過時間を積算し、最小積算時間のものを各格子点での積算時間とする。この際、船舶の速度は、船舶の速力と進行方向の海流との和とし、通過時間は、距離を船舶の速度で除したものとする。

この航路選択方法を用いた場合、海流がない状態を想定した場合の航路は、大圏航路と呼ばれる地球上の最短航路となるが、海流を考慮した場合、航海距離の増加による航海時間の増加を打ち消す程度に、海流が追い流れとなる航路をより選択すれば、同一２地点間の通過時間は短縮されることになる。

このようにして選択された通過点が、過去航路記憶手段９から読出された初期航路の通過点と異なる通過点となる場合には、初期航路の通過点を改訂して最適航路とする。そして、この最適航路を、図３のステップＳ７において出力手段１１を用いて出力する。

一方、航海予定時刻の演算に際しては、図４に示すように、まずステップＳ１１において、最適航路の読込みを行なうとともに、ステップＳ１２において、通過点の読込みを行なう。

次いで、ステップＳ１３において、速力・燃費記憶手段１２から本船の速力・燃費に関する情報を読込むとともに、ステップＳ１４において、時計手段１３から時刻情報を読込む。そして、ステップＳ１５において、航海予定時刻演算手段１４を用いて、最適航路における各通過点の通過予定時刻およびＢ地点（終点）への到着予定時刻等を演算する。そして、ステップＳ１６において、その演算結果を、出力手段１１を用いて出力する。

しかして、初期航路の各通過点を、海流予測データを考慮して通過時間が最短となるように改訂し、これを最適航路として出力するようにしているので、本船の燃料消費の節約を図ることができる。

（第１実施例）
本発明者等は、船舶の速力を２０ノットとし、東京あるいは香港と北米西岸との間における大圏航路と最適航路との比較実験を行なった。

その結果、東京（野島崎）をＡ地点（始点）とし北米西岸をＢ地点（終点）とした場合の航海時間は、大圏航路で９．７７日、最適航路では９．７５日で、０．２％程度の短縮効果が得られることが判った。

また、香港をＡ地点（始点）とし北米西岸をＢ地点（終点）とした場合の航海時間は、大圏航路で１３．００日、最適航路では１２．８０日で、１．５％程度の短縮効果が得られることが判った。

逆に、北米西岸をＡ地点（始点）とし東京をＢ地点（終点）とした場合の航海時間は、大圏航路で９．９０日、最適航路では９．８２日で、０．８％程度の短縮効果が得られることが判った。

さらに、北米西岸をＡ地点（始点）とし香港をＢ地点（終点）とした場合の航海時間は、大圏航路で１３．０６日、最適航路では１３．０４日で、０．２％程度の短縮効果が得られることが判った。

以上の比較実験で得られた航海時間の節約効果は、一定速力で航海した場合を前提としていることから、直接的に燃料消費の節約効果と関連付けることができる。
すなわち、日本周辺から北米西岸までを往復する航路の貨物船等が消費する燃料の消費量は、大圏航路を航行した場合に比較して、０．２〜１．５％程度節約することができる。

（第２実施例）
本発明者等はまた、７日前に得られたデータに基づいて現在の海流を予測した海流予測データ（以下、「一週間予報値」と称す）と、現在得られるデータに基づいて現在の海流を予測した海流予測データ（以下、「現況推定値」と称す）と、本船に搭載されている計測器により取得した現場海域の海流（以下、「実測値」）とを比較し、そのずれ量を求める実験を行なった。

その結果、平成１７年（２００５年）６月１５日から平成１７年（２００５年）７月１８日の期間を対象とした場合、海流の東西成分について、実測値に対する一週間予報値の平均自乗差は、０．２７メートル／秒（＝０．２５ノット）であり、一方、実測値に対する現況推定値の平均自乗差は、０．２５メートル／秒（＝０．４８６ノット）であった。
すなわち、７日間で発生する海流予測データの精度低下は、平均自乗差にして、０．０２メートル／秒であることが確認された。

ここで、海流予測データの精度低下を、航海時間の節約に換算すると、以下のようになる。
すなわち、船舶の速力を２０ノットとした際の、追い流れの海流により付加される速度を、例えば１％程度，すなわち０．２ノットとする。すると、実測値に対する海流予測データの誤差が、正規分布に従うと仮定すれば、平均自乗差が０．２７メートル／秒としたとき、現実には追い流れでなく向かい流れとなる確率は３５％、同様に平均自乗差が０．２５メートル／とした場合の向かい流れとなる確率は３４％である。
換言すれば、現実には追い流れでなく向かい流れとなる確率は、平均０．２、標準偏差０．５２５の正規分布において、零以下となる累積確率密度は３５％である。

以上のことから、最適航路を演算する際には、可及的最新の海流予測データを用いた方が、向かい流れになる確率が低下し、演算精度を向上させることができることが判った。

以上のように、本発明に係る航海計画支援装置は、海流を考慮して最適航路を得ることができる航海計画支援装置として有用であり、特に、最近入手が可能となった大容量の海流予測シミュレーション結果を、海流予測データとして用いることで、演算精度を大幅に向上させることができる航海計画支援装置として適している。

本発明の実施の一形態に係る航海計画支援装置を示す全体構成図である。 図１に示す受信局のハードウェア構成の一例を示す説明図である。 最適航路の演算方法を示す流れ図である。 航海予定時刻の演算方法を示す流れ図である。 最適航路を演算する際における通過点の選択方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 支援装置
２ 地上局
３ 受信局
４ データ圧縮手段
５ 送信手段
６ 受信手段
７ 海流予測データ記憶手段
８ 通過点記憶手段
９ 過去航路記憶手段
１０ 最適航路演算手段
１１ 出力手段
１２ 速力・燃費記憶手段
１３ 時計手段
１４ 航海予定時刻演算手段
２１ コンピュータ
２２ ＣＰＵ
２３ ＲＯＭ
２４ ＲＡＭ
２５ Ｉ／Ｏポート
２６ 受信装置
２７ モニタ
２８ キーボード
２９ マウス
３０ プリンタ
３１ 海流データベース
３２ 航路データベース
３３ 速力・燃費データベース

Claims (3)

1. Ａ地点からＢ地点に至る航路を、任意数の通過点を通過して航行する船舶のための航路計画支援装置において、
   データを送信する地上局と；船舶上に搭載され、地上局から送信されてきたデータを受信する受信局と；を備え、
   前記地上局は、外部から入力された海流予測データに基づき、送信用の圧縮データを生成するデータ圧縮手段と；生成された圧縮データを、受信局に向けて送信する送信手段と；を有し、
   前記受信局は、地上局から送信されてきた圧縮データを受信する受信手段と；受信した圧縮データを、海流予測データとして記憶する海流予測データ記憶手段と；Ａ地点およびＢ地点を含む海域上に設定される格子の各格子点を、通過点として記憶する通過点記憶手段と；任意の通過点を順次結んでＡ地点とＢ地点との間に形成される任意数の航路を、過去航路として記憶する過去航路記憶手段と；過去航路記憶手段から初期航路として読出された特定の過去航路に対し、前記海流予測データに基づき、通過点間の通過時間が最短となるように通過点を改訂して最適航路を演算する最適航路演算手段と；演算された最適航路を出力する出力手段と；
   を有していることを特徴とする航海計画支援装置。
2. 受信局は、最適航路における各通過点の通過予定時刻を演算する航海予定時刻演算手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の航海計画支援装置。
3. データ圧縮手段は、外部から入力される最新の海流予測データに基づき、圧縮データを生成することを特徴とする請求項１または２記載の航海計画支援装置。

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