JP2016049903A

JP2016049903A - 航法支援装置

Info

Publication number: JP2016049903A
Application number: JP2014177117A
Authority: JP
Inventors: 幸一朗鎌田; Koichiro Kamata; 仁久杉浦; Hitohisa Sugiura; 直幸加藤; Naoyuki Kato
Original assignee: Toyo Construction Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2016-04-11
Anticipated expiration: 2034-09-01
Also published as: JP6535896B2

Abstract

【課題】状況に応じた避航指令を発することが可能な航法支援装置を提供する。【解決手段】ＧＰＳコンパス５から得られる自船データ（測位データ）と自動衝突予防援助装置６（ＡＲＰＡ）から得られる衝突危険予測船の物標データとをレーダ装置４から取り込み、取り込まれた自船データと物標データとを演算処理し、演算結果に基づき衝突危険予測船に対する避航指令を選択する演算部２と、演算部２の演算処理結果としての避航指令を表示する表示部３と、を備えるので、状況に応じた衝突回避指示（避航指令）を表示部３に表示することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ装置の出力信号を利用して船舶の航法を支援する航法支援装置に関する。

例えば、特許文献１には、自動衝突予防援助装置（ARPA: Automatic Radar Plotting Aids ）を含む舶用レーダ装置が開示されている。一般に、自動衝突予防援助装置は、レーダから得られた物標の位置データに基づき、物標が自船に最も近づく点（CPA: Closest Point of Approach ）とＣＰＡに到達するまでの時間（TCPA: Time to CPA ）とを算出し、さらに、算出結果と予め設定された最小ＣＰＡおよび最小ＴＣＰＡとを比較することにより衝突危険の有無を判定する。そして、衝突危険有と判定した場合、表示器に表示された周辺船舶のうち、どの船舶が衝突危険予測船であるのか表示し、操舵手に注意を喚起する。

このように、自動衝突予防援助装置は、操舵手に衝突危険を喚起するものであり、衝突回避操作（避航）を判断するのは操舵手である。そこで、状況に応じた衝突回避指示（避航指令）を発することが可能な装置が要望されていた。

特開２００３−３１５４３９号公報

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、状況に応じた避航指令を発することが可能な航法支援装置を提供することを課題としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明の航法支援装置は、レーダ装置から出力される自船データと物標データとを演算処理し、演算結果に基づき避航指令を選択する演算部と、前記演算部によって選択された避航指令を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、状況に応じた避航指令を発することが可能な航法支援装置を提供することができる。

本実施形態の航法支援装置を含むシステムのブロック図である。本実施形態の航法支援装置の演算部が実行するプログラムのフローチャートである。本実施形態の説明図であって、航法支援装置の表示部に表示される第１画面を示す図である。本実施形態の説明図であって、航法支援装置の表示部に表示される第２画面を示す図である。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
本実施形態の航法支援装置１は、レーダ装置４から出力される自船データと物標データとを演算処理し、演算結果に基づき避航指令を選択する演算部２と、演算部２によって選択された避航指令を表示する表示部３と、によって構成される。本実施形態において、演算部２は、例えば、パーソナルコンピュータ等の電子計算機である。また、演算部２は、インターフェース（例えば、ＲＳ−２３２Ｃ）を介してレーダ装置４に接続される。演算部２は、記憶部（メモリ）に格納されたプログラムに基づき、レーダ装置４から出力された自船データと物標データとを演算処理する。そして、演算部２は、演算結果に基づき避航指令を選択し、選択された避航指令を表示部３に出力する。なお、本実施形態において、表示部３は、電気計算機に接続されるディスプレイである。

図１に示されるように、レーダ装置４には、自船の船首方位を計測するＧＰＳコンパス５（GPS: Global Positioning System ）と、物標の位置をプロッティングすることで得られた衝突危険が予測される物標（以下「衝突危険予測船」という）の計測データを出力する自動衝突予防援助装置６（ARPA: Automatic Radar Plotting Aids ）とが接続される。なお、本実施形態において、レーダ装置４、ＧＰＳコンパス５および自動衝突予防援助装置６には、既存設備が使用される。ここでは、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、既存設備、すなわち、レーダ装置４、ＧＰＳコンパス５および自動衝突予防援助装置６についての詳細な説明を省略する。

以下、図２に記載されたフローチャートに基づき、演算部２によって実行されるプログラムの流れを説明する。ここでの「手段」の記載は「プログラム（処理）」と換言することができる。なお、自動衝突予防援助装置６は、レーダによって捕捉された物標（周囲船舶）の位置データを一定時間間隔でプロットし、該位置データから物標の速度、針路を計測する。計測結果は、レーダ装置４側の表示器（図示省略）にベクトル表示される。また、自動衝突予防援助装置６は、得られた物標の速度、針路から、物標が自船に最も近づく点（CPA: Closest Point of Approach ）、ＣＰＡに到達するまでの最接近時間（TCPA: Time to CPA ）、ＣＰＡにおける最接近距離を計測し、計測結果は、レーダ装置４へ出力される。さらに、自動衝突予防援助装置６は、最接近時間ＴＣＰＡが最短の物標を特定し、衝突危険予測船と定義する。

航法支援装置１には、予め、衝突危険予測船における予想針路角（°）および衝突危険予測船に対する安全確保時間（分）が設定される。予想針路角および安全確保時間は、図３に示される表示部３の第１画面（メイン画面）で設定される。予想針路角は、トグルボタン７を操作することで１°間隔で設定することができる。例えば、図３に示されるように、予想針路角が１０°に設定される場合、衝突危険予測船に対する衝突危険範囲は、レーダ装置４から得られた針路（真針路）を基線に±５°の扇形１０の範囲に設定される。なお、衝突危険範囲を形成する扇形１０の半径は、衝突危険予測船の速度に安全確保時間を乗じた値に設定される。また、安全確保時間は、トグルボタン８を操作（例えば、フリック入力）することで１分間隔で設定することができる。

また、航法支援装置１には、予め、回避指示範囲が設定される。回避指示範囲は、図４に示される表示部３の第２画面（回避指示範囲設定画面）で設定される。図４に示されるように、第２画面では、自船が画面中央にヘディングアップ表示され、自船の周囲が第１エリアから第５エリアまでの５つの領域（回避指示範囲）に分割されて表示される。回避指示範囲の各エリアは、角度を入力することで定義される。各エリアには、後述する衝突危険判定手段（衝突危険判定プログラム）によって衝突危険有が判定された場合に発せられる避航指令内容（避航指令パターン）、すなわち、後述する避航指令選択手段によって選択される衝突回避指示が設定される。

ここで、第１エリア、すなわち、自船の右前方の領域（回避指示範囲）には、「右転」の指示、すなわち、右に操舵して衝突危険船との衝突を回避する指示が設定される。また、第２エリアから第５エリアの各領域（回避指示範囲）には、「減速」と「速度維持」とのいずれかの衝突回避指示が設定される。なお、図４において、第１エリアは「４５°」、第２エリアは「９０°」、第３エリアは「９０°」、第４エリアは「９０°」および第５エリアは「４５°」に各々設定されている。また、図４において、第２エリアには「減速」、第３エリアには「速度維持」、第４エリアには「減速」および第５エリアには「速度維持」が各々設定されている。

（自船データ演算手段としての作用）
まず、演算部２に、ＧＰＳコンパス５から得られる自船の測位データ（自船データ）がレーダ装置４から取り込まれる（図２におけるステップ１）。取り込まれた測位データに基づき、演算部２によって自船の位置、針路および速度が計測される（図２におけるステップ２）。計測結果、すなわち、自船の位置、針路および速度は、図３に示されるように、表示部３の予め定められた表示領域に表示される（図２におけるステップ３）。なお、図３では、自船がヘッディングアップ表示されているが、必要に応じてノースアップ表示に切り替えることが可能である。

（衝突危険判定手段としての作用）
次に、演算部２に、自動衝突予防援助装置６から得られる物標データ、すなわち、衝突危険予測船（相手船）の位置、針路、速度、現在離隔（自船との距離）、最接近距離（ＣＰＡ）、最接近時間（ＴＣＰＡ）を含む各データがレーダ装置４から取り込まれる（図２におけるステップ４）。図３に示されるように、衝突危険予測船の速度、現在離隔、最接近距離および最接近時間は、表示部３の予め定められた表示領域に表示される。また、演算部２は、衝突危険予測船の位置、針路および速度に基づき、衝突危険範囲を計測する。図３に示されるように、衝突危険範囲の計測結果（演算処理結果）は、扇形１０によって表示部３に表示される。なお、衝突危険範囲は、扇形に限定されるものではなく、例えば二等辺三角形とすることができる。

次に、演算部２によって自船と衝突危険予測船との衝突危険の有無が判定される（図２におけるステップ５）。具体的には、演算部２によって自船のベクトルが衝突危険範囲に重なっているか否かが判別される。ここで、自船のベクトルが衝突危険範囲に重なっている場合、衝突危険有と判定される（図２におけるステップ５のＹ）。他方、自船のベクトルが衝突危険範囲に重なっていない、すなわち、衝突危険無と判定された場合（図２におけるステップ５のＮ）、演算部２の処理が、図２におけるステップ１、すなわち、ＧＰＳコンパス５から得られる測位データ（自船データ）がレーダ装置４から取り込まれるステップに戻される。

なお、本実施形態において、ＧＰＳコンパス５から得られる測位データ（自船データ）は、一定時間間隔毎にレーダ装置４から演算装置２に取り込まれる。また、予想針路角および安全確保時間は、システム稼動中にトグルボタン７，８を操作することで必要に応じて変更することができる。換言すると、衝突危険範囲は、システム稼動中に適宜に変更することが可能であり、変更された衝突危険範囲に基づき、演算部２によって衝突危険の有無が判定される。

（避航指令選択手段としての作用）
次に、衝突危険判定手段によって衝突危険有と判定された衝突危険予測船の物標データに基づき、演算部２によって衝突回避指示（避航指令パターン）が選択される（図２におけるステップ６）。具体的には、衝突危険予測船が予め設定された回避指示範囲のどのエリアに位置しているのか判定される。例えば、回避指示範囲が図４に示される設定であって、衝突危険予測船が衝突危険範囲の第２エリアに位置する場合、演算部２によって「減速」の衝突回避指示が選択され、減速を促す衝突回避指示が表示部３に表示される（図２におけるステップ７）。

（右転角算出手段の作用）
また、衝突危険判定手段によって衝突危険有と判定され、且つ衝突危険予測船が衝突危険範囲の第１エリアに位置する場合、演算部２によって「右転」の衝突回避指示（避航指令パターン）が選択される。そして、自船データと衝突危険予測船の物標データとに基づき、演算部２によって右方向への操舵角が算出される。ここで、操舵角は、自船のベクトルが将来的に衝突危険範囲に重なることがない角度に決定される。算出結果としての指示操舵角は、右転を促す衝突回避指示とともに表示部３に表示される。なお、演算部２には、最大右転操舵角が予め設定されており、前述の算出結果（指示操舵角）が最大右転操舵角の設定値を超える場合、演算部２によって「減速」の衝突回避指示が発せられ、当該指示が表示部３に表示される。

表示部３における衝突回避指示の表示、すなわち、減速、速度維持および右転の表示は、衝突危険判定手段によって衝突危険無と判定されるまで維持される。また、表示部３に衝突回避指示が表示されると同時に、衝突回避指示の内容に応じた表示を表示部３の予め定められた表示領域に示すことが可能である。例えば、衝突回避指示が速度維持である場合、図３における表示領域１１を緑色でフラッシュさせ、衝突回避指示が右転である場合、図３における表示領域１２を黄色でフラッシュさせ、衝突回避指示が減速である場合、図３における表示領域１３を赤色でフラッシュさせる。さらに、表示部３に衝突回避指示が表示されると同時に、演算部２からの出力信号に基づき、警報器（例えば、パトライト（登録商標））によって避航指令が発せられたことを喚起するように航法支援装置１を構成することが可能である。

なお、本実施形態において、図２におけるステップ４で複数の衝突危険予測船の物標データが取り込まれた場合、演算部２は、最接近時間（ＴＣＰＡ）が最短の衝突危険予測船の特定し、特定された衝突危険予測船に対して衝突危険の有無を判定する。そして、演算部２は、最接近時間が最短の衝突危険予測船との衝突危険が解消されたと判断した場合、次に最接近時間が最短の衝突危険予測船を特定し、当該衝突危険予測船に対する衝突危険の有無を判定する（図２におけるステップ５）。

この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、航法支援装置１は、ＧＰＳコンパス５から得られる自船データ（測位データ）と自動衝突予防援助装置６（ＡＲＰＡ）から得られる衝突危険予測船の物標データとをレーダ装置４から取り込み、取り込まれた自船データと物標データとを演算処理して演算結果に基づき避航指令を選択する演算部２と、演算部２によって選択された避航指令を表示する表示部３と、を備える。

既存の自動衝突予防援助装置付レーダでは、表示器に表示された周辺船舶のうち、どの船舶が衝突危険予測船であるのか表示し、操舵手に衝突危険を喚起するのみであり、衝突を回避するための操作を判断するのは操舵手であった。これに対し、本実施形態では、状況に応じた衝突回避指示（避航指令）が表示部３に表示されるので、表示部３に表示された衝突回避指示に従って避航操作（本実施形態では、減速、速度維持、右転）を行うことにより、衝突危険予測船との衝突を回避することができる。

このように、本実施形態では、レーダ装置４から出力される高い精度の自船データおよび物標データに基づいた演算処理が演算部２で実行されるので、状況に応じた的確な避航指令を選択することが可能である。また、選択された避航指令、すなわち、表示部３に表示された衝突回避指示に基づいて避航操作を行うことで衝突危険予測船との衝突を回避することが可能であり、操舵手の負担を大幅に軽減することができる。さらに、レーダ装置４の表示器には複数の周辺船舶が表示されるのに対し、本実施形態における表示部３には、最接近時間（ＴＣＰＡ）が最短の衝突危険予測船と自船のみが表示されるので、表示部３の視認性を向上させることができる。

なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
本実施形態では、汎用機（パーソナルコンピュータ等）を演算部２に使用したが、演算部２を専用機で構成することができる。
本実施形態では、自動衝突予防援助装置６（ＡＲＰＡ）から得られた物標データをレーダ装置４から取り込んで演算部２で演算処理するように構成したが、船舶自動識別装置（AIS: Automatic Identification System ）から得られた物標データをレーダ装置４から取り込んで演算部２で演算処理するように航法支援装置１を構成することができる。
本実施形態の航法支援装置１の演算部２における演算処理結果を自動操作装置（HSS: Heading Control System ）へ出力し、該出力信号に基づいて舵を制御するようにシステムを構築することが可能である。

１航法支援装置、２演算部、３表示部、４レーダ装置、５ＧＰＳコンパス、６自動衝突予防援助装置

Claims

レーダ装置から出力される自船データと物標データとを演算処理し、演算結果に基づき避航指令を選択する演算部と、
前記演算部によって選択された避航指令を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする航法支援装置。
前記演算部は、
前記レーダ装置に接続されたＧＰＳコンパスから得られる自船の測位データに基づき、自船の位置、針路および速度を計測する自船データ演算手段と、
前記レーダ装置に接続された自動衝突予防援助装置から得られる前記物標データに基づき、物標との衝突危険の有無を判定する衝突危険判定手段と、
前記衝突危険判定手段によって衝突危険有と判定された物標の物標データと自船データとに基づき、予め設定された複数の避航指令パターンから１つを選択する避航指令選択手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載された航法支援装置。
前記複数の避航指令パターンは、右に操舵する右転避航指令を含み、
前記演算部は、前記避航指令選択手段によって右転避航指令が選択されたときに、自船データと物標データとに基づき操舵角を算出する右転角算出手段を有することを特徴とする請求項２に記載された航法支援装置。