JP2015059896A

JP2015059896A - 船舶位置推定システム及び方法

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Publication number: JP2015059896A
Application number: JP2013195172A
Authority: JP
Inventors: 勇気大川; Yuki Okawa
Original assignee: Hitachi Solutions Ltd
Current assignee: Hitachi Solutions Ltd
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-03-30

Abstract

【課題】従来技術は、ある船舶の現在位置から仕向地までの航路が複数存在するような場合に対処できない。
【解決手段】(1) ＡＩＳ受信装置から受信したＡＩＳデータが蓄積される第１のデータベースと、(2) ＡＩＳデータから生成された各船舶の航跡データが蓄積される第２のデータベースと、(3) 端末から入力された位置推定対象船舶が最後に入港した港を出港地とし、その仕向地を入港地とする条件で前記第２のデータベースを検索し、位置推定対象船舶が採り得る航跡データを抽出する処理と、抽出された複数の航跡データのうち類似する航跡データどうしを集約して１つ又は複数の推定航路を生成する処理と、生成された前記１つ又は複数の推定航路のそれぞれについて位置推定対象船舶の未来日時における位置を確率的に推定する処理を実行する処理部を有する船舶位置推定システムを提案する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、不特定の船舶に搭載された自動船舶識別装置（AIS: Automatic Identification System）から継続的に収集された膨大な航跡情報に基づいて、特定の船舶の未来日時の位置を航路別に確率的に推定するシステム及び方法に関する。

現在、船舶の現在位置は、船舶に搭載されたＡＩＳから送信されるＡＩＳデータをＡＩＳ受信機で受信することにより知ることができる。ＡＩＳデータは、識別符号、船名、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機で受信した現在位置、進路、速力、仕向地などの情報で構成される。一方、ＡＩＳ受信機は各船舶や港湾に設置される。

また、今日では、収集されたＡＩＳデータを加工して提供するＡＩＳデータプロバイダも存在し、船舶の位置情報を海上以外においても利用し易い状況が整ってきている。また、ＡＩＳ情報から算出した標準航路と標準航行時間とに基づいて特定の船舶が仕向地に到達する時刻を予想するシステムが考えられている。

特開２００９−０２５８６０号公報

ところが、特許文献１に記載の技術は、ある船舶が現在地から仕向地に到達するための航路が１つであることを前提とする。このため、ある船舶の現在位置から仕向地までの航路が複数存在する場合への特許文献１に記載の技術の適用は想定されていない。また、特許文献１に記載の技術では、ある船舶が選択する航路を推定することもできない。

上記課題を解決するため、出願人は、本発明の一例として、(1) ＡＩＳ受信装置から受信したＡＩＳデータが蓄積される第１のデータベースと、(2) ＡＩＳデータから生成された各船舶の航跡データが蓄積される第２のデータベースと、(3) 端末から入力された位置推定対象船舶が最後に入港した港を出港地とし、その仕向地を入港地とする条件で前記第２のデータベースを検索し、位置推定対象船舶が採り得る航跡データを抽出する処理と、抽出された複数の航跡データのうち類似する航跡データどうしを集約して１つ又は複数の推定航路を生成する処理と、生成された前記１つ又は複数の推定航路のそれぞれについて位置推定対象船舶の未来日時における位置を確率的に推定する処理を実行する処理部と、を有する船舶位置推定システムを提案する。

本発明によれば、船舶が現在位置から仕向地に進む際に選択する推定航路が複数ある場合にも、推定航路毎に未来日時における船舶の位置を確率的に推定することができる。

実施形態に係る船舶位置推定システムの構成例を示す図。ＡＩＳデータベースに格納されるＡＩＳデータの構造例を示す図。航跡データベースに格納される航跡データ及び航跡詳細データの構造例を示す図。船舶情報データベースに格納される船舶情報データ及び船舶類似度データの構造例を示す図。港湾情報データベースに格納される港湾情報データの構造例を示す図。実施形態に係る端末の構成例を示す図。航跡情報の格納処理の一例を示すフローチャート。船舶位置推定処理の例を示すフローチャート。２つの航跡間の距離の計算方法を説明する図。船舶位置推定結果の表示画面例を示す図。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の態様は、後述する形態例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。

［船舶位置推定システムの全体構成］
図１に、形態例に係る船舶位置推定システムの全体構成を示す。図１に示す船舶位置推定システムは、複数のＡＩＳ受信装置１１ａ、１１ｂと、処理装置（サーバ）１２と、ＡＩＳデータベース１３と、航跡データベース１４と、船舶情報データベース１５と、港湾情報データベース１６と、地図データベース１７と、複数の端末１８ａ、１８ｂとで構成される。

本形態例の場合、処理装置（サーバ）１２は、ＡＩＳデータベース１３と、航跡データベース１４と、船舶情報データベース１５と、港湾情報データベース１６に接続されている。ここで、処理装置（サーバ）１２は、ＡＩＳ受信装置１１ａ、１１ｂからＡＩＳデータを収集して各種のデータベースに情報を登録するサーバ、又は、端末１８ａ、１８ｂに対して船舶の推定位置等を提供するデータプロバイダサーバとして機能する。また、各端末１８ａ、１８ｂは、ＡＩＳデータベース１３、航跡データベース１４、船舶情報データベース１５、港湾情報データベース１６、地図データベース１７に接続されている。

なお、本形態例におけるＡＩＳ受信装置１１ａ、１１ｂは港湾に設置されており、公衆回線網を通じて処理装置１２に接続されている。また、前述の通り、ＡＩＳ受信装置１１ａ、１１ｂは、船舶に搭載されたＡＩＳから送信されたＡＩＳデータを受信する。

［各種データベースのデータ構造］
図２に、ＡＩＳデータベース１３に格納されるＡＩＳデータの一部構造を示す。図２に示すように、ＡＩＳデータには、少なくとも船舶ＩＤ２１、申告日時２２、位置２３、仕向地２４が格納される。この他、ＡＩＳデータには船名、船舶の種類、船舶の緒元、針路、対地速度、航海ステータス（航行中、停泊中、運転不自由、動作制限）、積載物等の情報も含まれる。

ここで、船舶ＩＤ２１は、船舶を一意に識別する値である。申告日時２２は、ＡＩＳデータがＡＩＳから発信された時刻を表す。当該時刻は世界標準時で与えられる。位置２３は、ＡＩＳデータが発信された時点の船舶の位置（経度、緯度）を示す。前述の通り、船舶の位置（経度、緯度）は、船舶に搭載されたＧＰＳ受信機により取得される。仕向地２４は、船舶の目的地（仕向地）を一意に識別する値である。

図３に、航跡データベース１４に格納される航跡データ及び航跡詳細データの一部構造を示す。航跡データは、航跡ＩＤ３１、船舶ＩＤ３２、出港地３３、入港地３４、出港日時３５、入港日時３６等で構成される。航跡詳細データは、航跡ＩＤ３７、出港からの経過時間３８、位置３９等から構成される。

航跡ＩＤ３１は、航跡を一意に識別する値である。船舶ＩＤ３２は、船舶を一意に識別する値である。出港地３３は、船舶が出発した港（航跡の起点）を一意に識別する値である。入港地３４は船舶が到着した港を（航跡の終点）を一意に識別する値である。出港日時３５は、船舶が港を出発した日時を表す値である。入港日時３６は、船舶が港に到着した日時を表す値である。出港からの経過時間３８は、船舶が港を出発してから経過した時間を表す値である。位置３９は、経過時間３８の時点における船舶の位置を表す値（緯度、経度）である。経過時間３８は、ＡＩＳデータの申告時刻２２と出港日時３５から計算される。このように、航跡詳細データには、個々の航跡を構成する複数のＡＩＳデータの申告日時２２における出港からの経過時間３８とその際の位置３９との関係が記録される。

図４に、船舶情報データベース１５に格納される船舶情報データと船舶類似度データの一部構造を示す。船舶情報データは、船舶ＩＤ４１、船舶名４２、船種４３、積載量４４、重量４５等の属性値情報（いわゆるスペック情報）で構成される。船舶類似度データは、船舶の類似度を評価するために用いられ、船舶属性名４６、誤差４７、類似度スコア４８から構成される。

船舶ＩＤ４１は、船舶を一意に識別する値である。船舶名４２は、船舶の名前を示すテキストである。船種４３は、タンカー、バルク、コンテナ、漁船等、船舶の種類を表す情報である。積載量４４は、船舶の積載可能な貨物重量を表す値である。重量４５は、船舶の重量を表す値である。船舶属性名４６は、船舶の類似度を計算する際に使用する船舶の属性の名前（船種、積載量、重量、最大速度等）を表すテキストである。誤差４７は、船舶の類似度を計算する際に使用する類似度スコアを船舶属性名毎に与えるためのしきい値である。しきい値は、１つの属性名に対して１つであっても複数であっても良い。類似度スコア４８は、船舶属性名毎にその誤差の大きさに応じて与えるスコアである。

類似度スコア４８は、処理装置１２又は端末１８ａ、１８ｂが、利用者により位置推定対象に指定された船舶（以下「位置推定対象船舶」という）とデータベース上の各船舶の類似度を計算する際に使用される。位置推定対象船舶とデータベース上の各船舶の類似度は、船舶属性名毎に計算される誤差の大きさと、誤差の大きさに対応する類似度スコア４８との総和として計算される。ここで、船舶の類似度は、位置推定対象船舶の将来の航路を推定する際の精度の向上に使用される。

港湾情報データベース１６には、図５に示すように、世界中の港湾について港湾ＩＤ５１、港湾名５２、位置５３の情報を格納する。港湾ＩＤ５１は、港湾を一意に識別する値である。港湾名５２は、港湾の名前を表すテキストである。位置５３は、港湾の位置情報を表す値（緯度、経度）である。なお、港湾の規模が大きい場合には、位置５３はある広がりをもった範囲として与えられても良い。

地図データベース１７には、全世界の地図データが格納されている。この地図データは、位置推定対象船舶の未来日時の推定位置（推定航路も含む）を表す地図画像の生成時に使用される。

［端末の機能構成］
図６に、端末１８ａ、１８ｂの機能構成を示す。端末１８ａ、１８ｂは、データベース通信部６１、データ処理部６２、入力部６３、表示部６４で構成される。データベース通信部６１は、ＡＩＳデータベース１３、航跡データベース１４、船舶情報データベース１５、港湾情報データベース１６、地図データベース１７と通信し、各データベースから信号処理の過程で必要となるデータを取得する。

データ処理部６２は、指定された船舶の未来における位置を推定する船舶位置推定部６２１と、推定された船舶位置と地図データから地図画像を生成する地図画像生成部６２２から構成される。船舶位置推定部６２１による船舶位置の推定処理の詳細については後述する。入力部６３は、位置推定対象船舶のＩＤや未来日時を入力するための手段を提供する。入力部６３は、例えばキーボード、マウス等の入力装置を使用する。

［航跡情報の登録］
図７に、処理装置１２において実行されるデータ処理の概要を示す。処理装置１２は、ＡＩＳ受信装置１１ａ、１１ｂからＡＩＳデータを取得し（ステップ７０１）、取得データをＡＩＳデータベース１３に格納する（ステップ７０２）。次に、処理装置１２は、ＡＩＳデータベース１３に格納された各船舶について、現在の位置２３と港湾情報データベース１６の位置情報５３が一致するか否か判定する（ステップ７０３）。

もし、２つの位置が一致する場合、処理装置１２は、該当船舶は入港したと判断して、航跡データベース１４に該当船舶の出港から入港までの航跡情報をＡＩＳデータに基づいて保存する（ステップ７０４）。一方、２つの位置が一致しない場合、処理装置１２は、航跡データベース１４に航跡を登録することなく、該当船舶に対する処理を終了する。処理装置１２は、ステップ７０３及び７０４の処理を船舶毎に繰り返す。かくして、航跡データベース１４の航跡情報は常に更新される。

［船舶位置の推定処理］
図８に、端末１８ａ、１８ｂにおいて実行される船舶位置の推測処理の概要を示す。まず、端末１８ａ、１８ｂは、入力部６３を通じ、位置推定対象船舶の船舶ＩＤと位置を推定したい日時の入力を受け付ける（ステップ８０１）。なお、推定する日時の入力は、後述するステップ８０５で行っても構わない。

次に、船舶位置推定部６２１は、入力された船舶ＩＤを検索キーに用いてＡＩＳデータベース１３及び航跡データベース１４を検索し、該当するＡＩＳデータ及び航跡データを抽出する。また、船舶位置推定部６２１は、抽出されたＡＩＳデータ及び航跡データから位置推定対象船舶の最後の入港地３４と、現在の仕向地２４と、現在の位置２３とを取得する。

次に、船舶位置推測部６２１は、(1) 船舶情報データベース１５から位置推定対象船舶との類似度が一定値を超える船舶（船舶スペックが類似する船舶）を検索する処理、(2) 検索された類似船舶の航跡データのうち、位置推定対象船舶の最後の入港地を”出港地”とし、位置推定対象船舶の仕向地を”入港地”とする航跡データを航跡データベース１４から抽出する処理、(3) 抽出された航跡データのうち、位置推定対象船舶の現在位置付近を通過する航跡データの詳細情報（航跡詳細データ）を取得する処理を順に実行する（ステップ８０２）。

類似度は、位置推定対象船舶の船舶情報データの値と他の船舶の船舶情報データの値を比較した場合に、船舶類似度データの船舶属性名４６の各項目について算出される誤差４７に対応した類似度スコア４８の総和として算出される。例えば位置推定対象船舶の積載量より２５００ｔ大きい積載量を持つ船舶の場合、その誤差４７は２０００ｔより大きく５０００ｔより小さいので、積載量に対する類似度スコアはｓ４となる。同様の手法で船種、重量等について類似度スコアが確定されるので、船舶位置推測部６２１は、確定された類似度スコアを用いて最終的な類似度を計算する。

このステップ８０２により、スペックが位置推定対象船舶と類似する船舶について蓄積されている航跡データのうち、位置推定対象船舶の現在位置付近を通る航跡データが収集される。一般に、この時点の航跡データの数は非常に多い。このため、この時点での航跡データは、利用者への提供には適さない。なぜなら、一覧性が悪く、位置の推定計算の負荷も大きいからである。

そこで、船舶位置推測部６２１は、取得した航跡データの中から類似する航跡データどうしを集約して推定航路とし、１つ又は複数の推定航路で構成される推定航路の一覧を算出する（ステップ８０３）。ここで、船舶位置推測部６２１は、２つの航跡のうち一方の航跡上の１点から他方の航跡への距離を求める処理を航跡上の全ての点について実行する。ここで、一方の航跡上の１点から他方の航跡までの距離は、ある点から航跡の垂線を引き、その垂線が他方の航跡と交わる点までの最短距離として求める。

また、２つの航跡の距離は、各点について求められた距離の最大値として算出する。船舶位置推測部６２１は、このように算出した２つの航跡の距離が一定値以下の場合、２つの航跡は類似航跡であるとみなす。例えば図９の場合、矢印９０１が実線で示す２つの航跡間の距離である。船舶位置推測部６２１は、この類似航跡の関係が集合内の全ての航跡間で成り立つように航跡を集約する。さらに、船舶位置推測部６２１は、類似航跡の集合に対する推定航路を算出する。本形態例の場合、推定航路には、互いに類似すると判断された航跡の中から任意に選択された１つの航跡を使用する。もっとも、推定航路には、互いに類似すると判断された航跡から計算される平均航路を使用しても良い。

船舶位置推測部６２１は、(1) ステップ８０３で算出された推定航路毎に、当該推定航路に含まれる航跡の類似度（ステップ８０２で算出された類似度）の総和を計算し、計算された総和を対応する推定航路のスコアとする処理と、(2) （推定航路のスコア）÷（全ての推定航路のスコアの合計）を各推定航路の利用確率として計算する処理とを実行する（ステップ８０４）。本形態例のように、船舶の類似度によって重みを付けることにより、船舶属性値ごとの推定航路の選択傾向を考慮した利用確率を計算する。

船舶位置推測部６２１は、各推定航路について、位置推定対象船舶についてステップ８０１で入力された指定日時における推測位置を計算する（ステップ８０５）。例えば現在日時が７月１日の０時、位置を推定したい日時が７月１０日の１２時とする。このとき、船舶位置推測部６２１は、９日と１２時間後における位置推定対象船舶の位置を、以下の処理を通じて推定する。まず、船舶位置推定部６２１は、推定航路を利用している類似船舶のそれぞれについて、航跡詳細データから位置推定対象船舶の現在地の近くを通過した時刻を取得し、取得時刻の９日と１２時間後の位置を、対応する航跡詳細データから取得する。

ただし、現在日時から９日と１２時間後の位置情報が航跡詳細データに存在しない場合が考えられる。その場合、船舶位置推測部６２１は、取得時刻の９日と１２時間後の日時の前後に存在する位置情報を線形補間又はHermit補間して、該当する日時の位置を算出する。船舶位置推測部６２１は、このような手法で算出した類似船舶毎の位置情報に対し、各船舶の類似度で重み付けした加重平均を計算して位置推定対象船舶の位置を推定する。

地図画像生成部６２２は、ステップ８０３で計算した推定航路とステップ８０５で計算した船舶の位置を、地図データベース１７に記憶されている地図に重ね合わせて地図画像を生成する（ステップ８０６）。生成された地図画像は地図画像生成部６２２から表示部６４に与えられる。これにより、表示部６４には、ステップ８０６で生成された地図画像が表示される（ステップ８０７）。

図１０に、表示部６４に表示される地図画像の一例を示す。この地図画像の場合、位置推定対象船舶が現在位置から仕向地（ＺＺＺ港）に到達する際に使用する可能がある推定航路Ａ及びＢの２つであり、推定航路Ａを選択する可能性は７０％、推定航路Ｂを選択する可能性は３０％であることが分かる。また、各推定経路を選択する場合における指定日時における船舶の予測位置Ｃ及びＤも画面上で容易に確認できる。また、推定航路が異なれば仕向地（ＺＺＺ港）への到着予想日時も異なるが、その予想結果も確率と共に画面上に表示される。

［形態例の効果］
以上説明したように、本形態例に係る船舶位置予測システムによれば、図１０に示すように、位置推定対象船舶が仕向地に到達するための航路が複数存在する場合でも、位置推定対象船舶の指定日時における位置を確率的に推定することができる。このため、本システムの利用者は、関心を有する船舶が通過する可能性の高い複数の推定航路、各推定航路を位置推定対象船舶が通過する確率、及び未来日時における推定航路上の船舶の位置を正しく認識することができる。

［他の実施の形態］
本発明は、上述した形態例の構成に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば上述した形態例は、本発明を分かりやすく説明するために、一部の実施例について詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要は無い。

例えば、上述の形態例の場合、船舶位置の推定処理を端末１８において実行しているが、船舶位置の推定処理を処理装置１２が実行し、その推定結果を端末１８に対して提供する手法を用いても良い。すなわち、処理装置１２をクラウドサーバとして船舶位置推定サービスを提供させることも可能である。その場合、処理装置１２には地図データベース１７を接続し、地図画像の生成機能も実行させても良い。

また、前述の形態例の一部を既知の技術に置き換えることも、前述の形態例に既知の技術を加えることも、前述の形態例の一部を削除することも可能である。また、上述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。

また、上記の各構成、機能等は、それぞれの機能を実現するプログラムをプロセッサが解釈して実行することにより実現しても良い。すなわち、各構成等をソフトウェアにより実現しても良い。この場合、各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記憶装置、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。

また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

本発明は、例えば海運会社が自社で運用している船舶のメンテナンスや輸送等の計画を立てる場合に用いて好適である。また、本発明は、造船業者・部品メーカが、船舶オーナーに対する営業戦略を立てる際の情報として用いて好適である。

１１ａ、１１ｂ…ＡＩＳ受信装置、１２…処理装置、１３…ＡＩＳデータベース、１４…航跡データベース、１５…船舶情報データベース、１６…港湾情報データベース、１７…地図データベース、１８ａ、１８ｂ…端末、６１…データベース通信部、６２…データ処理部、６２１…船舶位置推定部、６２２…地図画像生成部、６３…入力部、６４…表示部。

Claims

ＡＩＳ受信装置から受信したＡＩＳデータが蓄積される第１のデータベースと、
前記ＡＩＳデータから生成された各船舶の航跡データが蓄積される第２のデータベースと、
端末から入力された位置推定対象船舶が最後に入港した港を出港地とし、その仕向地を入港地とする条件で前記第２のデータベースを検索し、前記位置推定対象船舶が採り得る航跡データを抽出する処理と、抽出された複数の航跡データのうち類似する航跡データどうしを集約して１つ又は複数の推定航路を生成する処理と、生成された前記１つ又は複数の推定航路のそれぞれについて前記位置推定対象船舶の未来日時における位置を確率的に推定する処理を実行する処理部と
を有する船舶位置推定システム。
請求項１に記載の船舶位置推定システムにおいて、
前記処理部は、前記位置推定対象船舶が最後に入港した港と仕向地の情報に加え、前記第１のデータベースから取得される前記位置推定対象船舶の現在の位置の情報に基づいて前記第２のデータベースを検索し、前記位置推定対象船舶が採り得る航跡データを抽出する処理を更に実行する
ことを特徴とする船舶位置推定システム。
請求項１に記載の船舶位置推定システムにおいて、
船舶のスペック情報が蓄積される第３のデータベースを更に有し、
前記処理部は、前記位置推定対象船舶とスペック情報が類似する船舶を前記第３のデータベースから抽出した後、抽出された類似船舶の航跡データだけを対象に、前記位置推定対象船舶が最後に入港した港を出港地とし、その仕向地を入港地とする条件での検索を更に実行する
ことを特徴とする船舶位置推定システム。
請求項１に記載の船舶位置推定システムにおいて、
前記処理部は、生成された前記１つ又は複数の推定航路のそれぞれについて、前記位置推定対象船舶が各推定航路を選択する確率と、各推定航路上での前記未来日時における位置とを地図データ上に重ねた地図画面を生成する処理を更に実行する
ことを特徴とする船舶位置推定システム。
ＡＩＳ受信装置から受信したＡＩＳデータが蓄積される第１のデータベースと、前記ＡＩＳデータから生成された各船舶の航跡データが蓄積される第２のデータベースと、処理部とを有するシステムにおける船舶位置推定方法において、
前記処理部が、
端末から入力された位置推定対象船舶が最後に入港した港を出港地とし、その仕向地を入港地とする条件で前記第２のデータベースを検索し、前記位置推定対象船舶が採り得る航跡データを抽出する処理と、
抽出された複数の航跡データのうち類似する航跡データどうしを集約して１つ又は複数の推定航路を生成する処理と、
生成された前記１つ又は複数の推定航路のそれぞれについて前記位置推定対象船舶の未来日時における位置を確率的に推定する処理と
を実行する
ことを特徴とする船舶位置推定方法。