JP2016114478A

JP2016114478A - 流速差推定装置

Info

Publication number: JP2016114478A
Application number: JP2014253617A
Authority: JP
Inventors: 千津川▲崎▼; Chizu Kawasaki; 尚志今坂; Hisashi Imasaka; 仁前野; Hitoshi Maeno
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2016-06-23

Abstract

【課題】表層流の流速と、自船の船底よりも下層の部分における流速との差を推定する。
【解決手段】航行する船舶が位置する対象地点における船舶のプロペラの回転数、及び対象地点において船舶に作用する風の風速ベクトルの入力を受け付けるとともに、受け付けられた回転数の値及び風速ベクトルの値の組み合わせにより特定される各条件に対応する値を対象地点における船舶の対表層水速度ベクトルと推定して出力する推定器１２と、船底よりも下層部分に対する船舶の対下層水速度ベクトルを計測する流速計６と、対表層水速度ベクトルと対下層水速度ベクトルとの差に基づき流速差を算出する流速差算出部１５と、を備えた流速差推定装置９ｂを構成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、異なる深さ位置での海水の流速の差を推定する流速差推定装置に関する。

従来より、異なる深さ位置での海水の流速の差を算出することが知られている。例えば、特許文献１の段落０００５及び図８には、互いに深さ位置が異なる第１層及び第２層のそれぞれにおける流速の差を、潮流の差として表示部に表示する旨が開示されている。

特開２０００−３１４７４１号公報

ところで、上述のように海水の流速を計測するためには、電磁式或いは音響式の流速計等が用いられる。しかし、船舶の船底に固定された状態で用いられるこれらの流速計では、船舶の船底よりも下の層（下層部分）における海水の流れ（下層流）しか求めることができない。すなわち、これらの流速計では、海面から船底に亘る範囲（表層部分）における海水の流れ（表層流）を求めることができないため、表層流の流速と下層流の流速との差を算出することができない。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、表層流の流速と、自船の船底よりも下層の部分における流速との差を推定することである。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る流速差推定装置は、航行する船舶が位置する対象地点における該船舶のプロペラの回転数、及び前記対象地点において前記船舶に作用する風の風速ベクトルの入力を受け付けるとともに、受け付けられた前記回転数の値及び前記風速ベクトルの値の組み合わせにより特定される各条件に対応する値を、前記対象地点における海水の表層部分に対する前記船舶の対水速度ベクトルである対表層水速度ベクトルと推定して出力する推定器と、前記船舶の船底に取り付けられ、該船底よりも下層部分に対する該船舶の対水速度ベクトルである対下層水速度ベクトルを計測する流速計と、前記対表層水速度ベクトルと前記対下層水速度ベクトルとの差に基づき、前記表層部分の流速と前記下層部分の流速との差である流速差を算出する流速差算出部と、を備えている。

（２）好ましくは、前記推定器は、ニューラルネットワークを用いて構成され、それぞれに、前記回転数に関する情報及び前記風速ベクトルに関する情報のいずれか一方が入力される少なくとも２つの入力ユニットと、前記対表層水速度ベクトルを出力する出力ユニットと、を有し、前記ニューラルネットワークにおける入力側のユニットから出力される値には、結合係数が乗算された後、出力側のユニットに伝送される。

（３）更に好ましくは、前記流速差推定装置は、前記船舶の対地速度ベクトルを算出する対地速度算出部と、前記回転数を検出するプロペラ回転数検出部と、前記船舶に搭載されて該船舶に対する風力の風速ベクトルを計測する風速風向計と、を更に備え、各前記入力ユニットには、前記プロペラ回転数検出部で検出された前記回転数、及び前記風速風向計で計測された前記風速ベクトル、の一方が入力され、前記出力ユニットからは、前記プロペラ回転数検出部で検出された前記回転数、及び前記風速風向計で計測された前記風速ベクトル、の組み合わせにより特定される各条件に対応する値が、前記対表層水速度ベクトルとして出力され、前記流速差推定装置は、前記推定器で推定された前記対表層水速度ベクトルと、前記対地速度算出部で算出された教師信号としての前記対地速度ベクトルとを比較するとともに、該対表層水速度ベクトルと該教師信号との誤差が少なくなるように、前記結合係数を更新する更新部、を更に備えている。

（４）好ましくは、前記推定器は、前記回転数及び前記風速ベクトルの組み合わせにより特定される各条件のときの前記船舶の対地速度ベクトルを、複数の前記条件毎に記憶する複数のセル部、を含む記憶部を有し、受け付けた各前記回転数及び前記風速ベクトルの組み合わせに対応する前記条件で特定される前記セル部、に記憶される前記対地速度ベクトルの平均値を、前記対表層水速度ベクトルとして出力する。

（５）更に好ましくは、前記流速差推定装置は、前記船舶の対地速度ベクトルを算出する対地速度算出部と、前記回転数を検出するプロペラ回転数検出部と、前記船舶に搭載されて該船舶に対する風力の風速ベクトルを計測する風速風向計と、を更に備え、前記記憶部は、前記対地速度算出部で算出された前記対地速度ベクトルを、該対地速度ベクトルの算出に必要なデータが取得されたときに前記プロペラ回転数検出部で検出された前記回転数、及び前記風速風向計で計測された前記風速ベクトル、の組み合わせにより特定される前記セル部に記憶させる更新部、を更に備えている。

（６）好ましくは、前記流速差算出部は、前記対下層水速度ベクトルから前記対表層水速度ベクトルを減算することにより、前記流速差を算出する。

（７）好ましくは、前記流速差推定装置は、前記流速差算出部で算出された前記流速差の絶対値が所定値を超えると、ユーザに対して警告を行う警告部を更に備えている。

（８）好ましくは、前記流速差算出部は、随時、前記流速差を算出し、前記流速差推定装置は、各前記流速差を、各該流速差を算出するために必要なデータが取得された時刻に対応させて表示する表示部、を更に備えている。

本発明によれば、表層流の流速と、自船の船底よりも下層の部分における流速との差を推定できる。

本発明の実施形態に係る海況推定装置の構成を示すブロック図である。図１に示す推定器の構成の一例を示す模式図である。対地速度、対表層水速度、及び表層流速度の関係を示すベクトル図である。図１に示す推定器からの出力値が、対表層水速度に収束する理由を説明するための図である。自船の対下層水速度から対表層水速度を減算した値が、下層流の流速から表層流の流速を減算した値（流速差）になることを説明するためのベクトル図である。変形例に係る海況推定装置の構成を示すブロック図である。変形例に係る海況推定装置の構成を示すブロック図である。変形例に係る海況推定装置の構成を示すブロック図である。図８に示す推定器について詳細に説明するための図である。変形例に係る海況推定装置の構成を示すブロック図である。変形例に係る海況推定装置の構成を示すブロック図である。図１１に示す表示部の表示画面の一例を示す図である。変形例に係る海況推定装置の構成を示すブロック図である。変形例に係る海況推定装置の構成を示すブロック図である。変形例に係る海況推定装置の構成を示すブロック図である。図１５に示す表示部で表示されるグラフであって、経過時間に対する流速差を示すグラフである。海上を移動する船舶を模式的に示す図であって、伴流について説明するための図である。

図１は、本発明の実施形態に係る海況推定装置１の構成を示すブロック図である。海況推定装置１は、海上を航行する自船（船舶）に搭載されている。

海況推定装置１は、図１に示すように、表層流推定部８と、流速差推定部９（流速差推定装置）と、を備えている。表層流推定部８は、自船位置における表層流の向き及び大きさ、すなわち自船位置における表層流の速度ベクトルを推定するように構成されている。一方、流速差推定部９は、海水の表層部分に対する自船の対水速度（以下、対表層水速度とも称する）と、自船の船底よりも下の層（下層部分）の海水に対する自船の対水速度（以下、対下層水速度とも称する）との差を推定するように構成されている。これにより、流速差推定部９では、詳しくは後述するが、表層部分の流速と、下層部分の流速との差である流速差を推定することができる。以下では、表層流推定部８の構成、及び流速差推定部９の構成を、順に説明する。

なお、本実施形態では、表層部分とは、海水における海面から船底に亘る範囲の部分であり、下層部分とは、海水における船底よりも下の層の部分である。また、表層流とは、表層部分における海水の流れであり、下層流とは、下層部分における海水の流れである。

［表層流推定部の構成］
表層流推定部８では、所定のタイミング毎に所定のパラメータ（本実施形態では、自船のプロペラの回転数、船首方向真風速、及び右舷方向真風速）が自動で求められるとともに、各パラメータの値の組み合わせにより特定される条件毎に、自船位置の表層流速度（表層流速度ベクトル）が算出される。表層流推定部８は、ＧＰＳ信号受信部２と、プロペラ回転数検出部３と、風向風速計４と、演算部１０を構成する構成要素の一部（具体的には、対地速度算出部１１、推定器１２、表層流算出部１３、及び結合係数更新部１４）と、表示部５と、を備えている。

ＧＰＳ信号受信部２は、航法衛星（図示省略）から送信される航法信号（ＧＮＳＳ信号）としてのＧＰＳ信号を受信するための、ＧＮＳＳ信号受信部として設けられている。ＧＰＳ信号受信部２は、例えば、ＧＰＳアンテナによって構成されている。ＧＰＳ信号受信部２で受信されたＧＰＳ信号（すなわち、自船の位置情報）は、該ＧＰＳ信号が受信された時刻とともに、演算部１０に通知される。

なお、本実施形態では、ＧＮＳＳ信号受信部としてＧＰＳ信号受信部２を用いているが、これに限らず、その他のＧＮＳＳシステムにおいて用いられる受信部を用いてもよい。ここで、ＧＮＳＳとは、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ；Global Navigation Satellite Systems）の略語である。このＧＮＳＳは、米国により運営される「ＧＰＳ」、欧州により運営される「ＧＡＬＩＬＥＯ」及びロシアにより運営される「ＧＬＯＮＡＳＳ」等の総称である。

プロペラ回転数検出部３は、自船の推力を発生させるためのプロペラの単位時間当たりの回転数を検出するためのものであって、例えば、回転数を検出可能なセンサによって構成されている。プロペラ回転数検出部３で検出された回転数は、演算部１０に通知される。

風向風速計４は、風向及び風速に関する情報として、船首方向真風速及び右舷方向真風速を計測するためのものである。風向風速計４は、本実施形態に係る表層流推定部８が搭載される自船における、周囲に風を遮る障害物がない場所に設置される。風向風速計４で計測された船首方向真風速及び右舷方向真風速は、演算部１０に通知される。

演算部１０は、ＧＰＳ信号受信部２、プロペラ回転数検出部３、及び風向風速計４から通知された各種情報に基づき、所定のタイミング毎に、自船位置（対象地点）における表層流を推定するように構成されている。演算部１０は、対地速度算出部１１と、推定器１２と、表層流算出部１３と、結合係数更新部１４と、を備えている。なお、演算部１０は、詳しくは後述する流速差算出部１５も備えている。

対地速度算出部１１は、ＧＰＳ信号受信部２から通知される自船の位置情報、及びその自船位置情報が取得された時刻に基づき、自船の対地速度（対地速度ベクトル）を算出する。具体的には、対地速度算出部１１は、少なくとも２つのタイミングにおける自船位置、及び各自船位置の位置情報が取得された時刻に基づき、自船の対地速度を算出する。対地速度算出部１１は、このようにして算出した対地速度を、表層流算出部１３及び結合係数更新部１４に通知する。

推定器１２は、自船の対表層水速度を推定するように構成されている。本実施形態では、推定器１２には、プロペラ回転数検出部３で検出された自船のプロペラの回転数、及び風向風速計で計測された船首方向真風速及び右舷方向真風速、が入力される。推定器１２は、これらの入力値の組み合わせによって特定される条件（ある回転数、ある船首方向真風速、及びある右舷方向真風速の組み合わせで特定される条件）に対応する値を、対表層水速度（対表層水速度ベクトル、本実施形態では、船首方向対表層水速度及び右舷方向対表層水速度）として、表層流算出部１３、結合係数更新部１４、及び流速差算出部１５に出力する。

図２は、推定器１２の構成の一例を模式的に示す図である。本実施形態では、推定器１２は、一般的に知られているニューラルネットワークを用いて構成されている。具体的には、推定器１２は、入力層を構成する複数の入力ユニットＵ_ＩＮ＿１，Ｕ_ＩＮ＿２，Ｕ_ＩＮ＿３と、隠れ層を構成する複数の中間ユニットＵ_{ＭＩＤ＿１}，Ｕ_{ＭＩＤ＿２}，Ｕ_{ＭＩＤ＿３}と、出力層を構成する出力ユニットＵ_{ＯＵＴ＿１}，Ｕ_{ＯＵＴ＿２}と、を備えている。なお、図２に示す推定器１２の構成はあくまで一例であり、各層におけるユニット数、隠れ層の層数については、図２に示す限りでない。

推定器１２では、各入力ユニットＵ_ＩＮ＿１，Ｕ_ＩＮ＿２，Ｕ_ＩＮ＿３に各入力値（プロペラの回転数等）が入力されると、それらの入力値に対して結合係数Ｗ_Ｉ，Ｍが乗算されて、隠れ層の中間ユニットＵ_{ＭＩＤ＿１}，Ｕ_{ＭＩＤ＿２}，Ｕ_{ＭＩＤ＿３}に出力される。隠れ層の各中間ユニットＵ_{ＭＩＤ＿１}，Ｕ_{ＭＩＤ＿２}，Ｕ_{ＭＩＤ＿３}は、入力された各値を合計し、その合計値に基づく値に結合係数Ｗ_Ｍ，Ｏを乗算して出力ユニットＵ_{ＯＵＴ＿１}，Ｕ_{ＯＵＴ＿２}に出力する。出力ユニットＵ_{ＯＵＴ＿１}，Ｕ_{ＯＵＴ＿２}は、入力された各値を合計し、その合計値に基づく値を出力値として、表層流算出部１３、結合係数更新部１４、及び流速差算出部１５に出力する。なお、上記推定器１２に入力される値は、必ずしも、プロペラ回転数等、パラメータの値そのもののでなくてもよく、それらのパラメータと一対一の関係にある数値（例えば一例として、回転数と比例して変化する電圧値）等であってもよい。

推定器１２では、初期状態においては、各結合係数Ｗに適当な初期値が設定されている。そして、各結合係数Ｗは、結合係数更新部１４によって随時、更新される。具体的には、各結合係数Ｗは、推定器１２から出力される出力値と、対地速度算出部１１で算出された対地速度（教師信号）との誤差が少なくなるように、結合係数更新部１４によって更新される。これにより、推定器１２から出力される出力値は、詳しくは後述するが、結合係数Ｗが更新される毎に、自船の対表層水速度に収束していく。

表層流算出部１３は、推定器１２から出力された対表層水速度としての出力値、及び対地速度算出部１１で算出された対地速度に基づき、表層流の速度である表層流速度（表層流速度ベクトル）を算出する。具体的には、表層流算出部１３は、対地速度から対表層水速度を減算することにより、表層流速度を算出する。

図３は、対地速度ベクトルＶ_Ｇと、対表層水速度ベクトルＶ_Ｗと、表層流速度ベクトルＶ_Ｔとの関係を示すベクトル図である。対地速度Ｖ_Ｇは、地表に対する速度であり、対表層水速度Ｖ_Ｗは、表層部分に対する速度である。よって、対地速度ベクトルＶ_Ｇ、対表層水速度ベクトルＶ_Ｗ、及び表層流速度ベクトルＶ_Ｔの関係は、図３に示すように表すことができる。よって、表層流算出部１３が、上述のように、対地速度Ｖ_Ｇから対表層水速度Ｖ_Ｗを減算することにより、表層流速度Ｖ_Ｔが算出される。

結合係数更新部１４は、推定器１２から出力される出力値と、対地速度算出部１１で算出された対地速度（教師信号）との誤差が少なくなるように、推定器１２の結合係数Ｗを更新する。結合係数更新部１４は、例えば一例として、バックプロパゲーション（誤差逆伝播法）を用いて、結合係数Ｗを更新する。

表示部５には、表層流算出部１３で算出された表層流の向き及び大きさが表示される。これにより、ユーザは、自船位置における表層流の速度を知ることができる。

［推定器から出力される出力値について］
図４は、推定器１２から出力される出力値が、該推定器１２の結合係数Ｗが更新される毎に、対表層水速度に収束していく理由を説明するための図である。上述のように、推定器１２に記憶される各結合係数Ｗは、推定器１２から随時出力される値と、随時算出される教師信号としての対地速度との誤差が小さくなるように、結合係数更新部１４によって更新される。

表層流は、海域、時刻、気象条件等に起因して、その大きさ及び向きが異なる。よって、対表層水速度が同じ場合（すなわち、プロペラの回転数、船首方向真風速、及び右舷方向真風速が同じ場合）における対地速度には、あらゆる大きさ及び向きの表層流速度の成分が含まれていると考えられる。よって、これらを平均化すると（図４の場合におけるＶ_Ｇ１〜Ｖ_Ｇ６を平均化すると）、表層流速度成分が互いに打ち消し合い、対表層水速度成分が残る。すなわち、推定器１２の結合係数Ｗが、上述のように、推定器１２の出力値と対地速度との誤差が小さくなるように更新されていくと、対地速度に含まれる表層流速度成分の影響が徐々に小さくなるため、推定器１２の出力値は、対表層水速度に収束していく。従って、学習データ（対地速度データ）が十分に得られ、学習が十分進んだ段階においては（すなわち、結合係数が十分な回数、更新された段階においては）、推定器１２からの出力値を、対表層水速度と推定することができる。

表層流推定部８では、自船の航行中の所定のタイミング毎に、プロペラ回転数検出部３によって回転数が検出されるとともに、風向風速計４によって船首方向真風速及び右舷方向真風速が計測され、これらの情報は随時、推定器１２に出力される。推定器１２は、これらに基づき、自船の航行中において随時更新される結合係数Ｗを用いて、上記出力値を生成する。

［流速差推定部の構成］
流速差推定部９は、ＧＰＳ信号受信部２と、プロペラ回転数検出部３と、風向風速計４と、音響式流速計６と、演算部１０を構成する構成要素の一部（具体的には、対地速度算出部１１、推定器１２、結合係数更新部１４、及び流速差算出部１５）と、表示部５と、を備えている。ＧＰＳ信号受信部２、プロペラ回転数検出部３、及び風向風速計４は、上述した表層流推定部８の場合と同様の構成及び動作であるため、その説明を省略する。

音響式流速計６は、自船の船底に固定されている。音響式流速計６は、自船の船底よりも下の層（下層部分）に対する自船の対水速度（すなわち、対下層水速度）を計測するためのものである。なお、本実施形態では、対下層水速度を計測するために、音響式の流速計を用いているが、これに限らず、その他の方式の流速計を用いてもよい。

演算部１０は、自船の対表層水速度と対下層水速度との差を推定するようにも構成されている。なお、演算部１０の対地速度算出部１１、推定器１２、及び結合係数更新部１４については、上述した表層流推定部８の場合と同様の構成及び動作であるため、その説明を省略する。

流速差算出部１５は、推定器１２から出力された出力値（すなわち、自船の対表層水速度）と、音響式流速計６で測定された測定値（すなわち、自船の対下層水速度）との差に基づき、表層流の流速と、下層流の流速との差（流速差）を算出する。具体的には、流速差算出部１５は、音響式流速計６で測定された測定値から、推定器１２で推定された出力値を減算し、その減算値を、前記流速差として算出する。

図５は、自船の対下層水速度Ｖ_{Ｗ_ｄｐ}から自船の対表層水速度Ｖ_{Ｗ_ｓｆ}を減算した値が、下層部分の流速Ｖ_ｄｐから表層部分の流速Ｖ_ｓｆを減算した値（流速差）になることを説明するためのベクトル図である。図５に示すように、自船の対下層水速度Ｖ_{Ｗ_ｄｐ}は、自船の対地速度Ｖ_Ｇから下層部分の流速Ｖ_ｄｐを減算することにより得ることができる。一方、船舶の対表層水速度Ｖ_{Ｗ_ｓｆ}は、自船の対地速度Ｖ_Ｇから表層流の流速Ｖ_ｓｆを減算することにより得ることができる。これにより、図５に示すように、自船の対下層水速度Ｖ_{Ｗ_ｄｐ}から自船の対表層水速度Ｖ_{Ｗ_ｓｆ}を減算した値を、前記流速差とみなすことができる。

表示部５には、流速差算出部１５で算出された流速差の向き及び大きさが表示される。これにより、ユーザは、下層部分の流速に対する表層部分の流速、すなわち流速差を知ることができる。

本実施形態に係る海況推定装置１は、例えば一例として、投網漁を行う船舶に搭載される。投網漁では、船舶から海へ投げ入れられた投網が海中で適切に広がることにより、多くの魚を捉えることが求められる。よって、不適切なタイミングで（例えば、下層部分の流速と表層流の流速差が大きいときに）投網が行われると、投網が適切に広がらず、魚を捉えることができなかったり、或いは投網が絡まって破れてしまう虞が生じる。

これに対して、本実施形態に係る海況推定装置１のユーザとしての漁師は、下層部分の流速と表層流との流速差が少なくなるタイミングを参考にして投網を行うことにより、適切なタイミングで投網を行うことができる。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る海況推定装置１の流速差推定部９では、推定器１２によって、表層部分に対する自船の対水速度（対表層水速度）を推定できる。そして、この対表層水速度と、船底よりも下の層（下層部分）に対する自船の対水速度（対下層水速度）との差に基づいて、表層部分の流速と下層部分の流速との差（流速差）を算出することができる。

従って、海況推定装置１によれば、表層流の流速と、自船の船底よりも下層の部分における流速との差を推定できる。

また、海況推定装置１では、推定器１２を、ニューラルネットワークを用いて構成している。これにより、対表層水速度を出力可能な推定器１２を適切に構成することができる。

また、海況推定装置１では、推定器１２から出力される対表層水速度と、対地速度算出部１１で算出された対地速度との誤差が少なくなるように、推定器１２を更新している。これにより、学習機能を備えた推定器１２を構成することができる。しかも、海況推定装置１では、正確な対表層水速度を推定するために必要な多量のデータを航行中に蓄積することができる。よって、これらの多数の学習データ（ある条件時における対地速度のデータ）を予め準備し、且つこれらの学習データに基づいて適切な結合係数を設定しておく手間を省くことができる。

また、海況推定装置１では、前記対下層水速度ベクトルから前記対表層水速度ベクトルを減算することにより、表層部分の流速と下層部分の流速との流速差を求めている。これにより、流速差を容易に求めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

［変形例］
（１）図６は、変形例に係る海況推定装置１ａの構成を示すブロック図である。本変形例に係る海況推定装置１ａの演算部１０ａは、上記実施形態の演算部１０と異なり、表層流算出部１３が省略された構成となっている。すなわち、本変形例に係る海況推定装置１ａは、表層流推定部８としての機能を有しておらず、流速差推定部９として設けられている。よって、本変形例に係る海況推定装置１ａによれば、上記実施形態の場合と異なり、自船付近の表層流の推定はできないものの、上記実施形態の場合と同様にして、表層部分と下層部分との流速差を推定することができる。

（２）図７は、変形例に係る海況推定装置１ｂの構成を示すブロック図である。本変形例に係る海況推定装置１ｂは、図６に示す海況推定装置１ａと異なり、結合係数更新部１４が省略された構成となっている。すなわち、本変形例に係る海況推定装置１ｂは、学習機能を有さない。また、本変形例に係る海況推定装置１ｂは、ＧＰＳ信号受信部２及び対地速度算出部１１も省略された構成となっている。

本変形例に係る海況推定装置１ｂでは、予め取得された多くの学習データ（ある条件時における対地速度のデータ）に基づいて結合係数Ｗが決定された推定器１２から出力される対表層水速度に基づき、表層部分と下層部分との流速差が算出される。このような構成であっても、図６に示す海況推定装置１ａの場合と同様、表層部分と下層部分との流速差を推定することができる。

（３）図８は、変形例に係る海況推定装置１ｃの構成を示すブロック図である。本変形例に係る海況推定装置１ｃは、図１に示す海況推定装置１と比べて、推定器の構成が大きく異なっている。具体的には、本変形例の推定器１２ｃは、ニューラルネットワークを用いて構成されておらず、記憶部１６及び更新部１７を備えた構成となっている。

図９は、図８に示す推定器１２ｃについて詳細に説明するための図である。

記憶部１６には、図９に示すように、マトリックス状のテーブルが記憶されている。このテーブルには、風速風向の各値（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，…）及び回転数の各値（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…）の組み合わせによって特定される各条件（テーブルの各セル部１６ａに対応）のときに算出された、対地速度が記憶されている。図９では、１つの対地速度の値が、１つの丸印で示されている。すなわち、記憶部１６には、例えば、風速風向の値がＸ１であり且つ回転数の値がＲ１のときに算出された対地速度の値が、５つ、記憶されている。

推定器１２ｃに、プロペラ回転数検出部３で検出された回転数（例えばＲ２）と、風向風速計４で計測された風向風速（例えばＸ３）と、が入力されると、推定器１２ｃは、回転数がＲ２であり且つ風向風速がＸ３であるセル部１６ａに含まれる対地速度（図９の場合、１１個）の平均値を算出する。そして、推定器１２ｃは、その平均値を出力値として出力する。

図４を用いて上述したように、ある条件（ある回転数及びある風向風速の組み合わせで特定される条件）における対地速度を平均化すると、対地速度に含まれる表層流速度成分が互いに相殺されるため、その平均値は、対表層水速度に近い値になる。従って、本変形例に係る推定器１２ｃによっても、適切に対表層水速度を推定することができる。

更新部１７は、推定器１２ｃに入力された回転数及び風向風速が検出されたタイミングにおいて算出された対地速度を用いて、記憶部１６に記憶されているテーブルを更新する。具体的には、所定の回転数（例えばＲ３）時及び所定の風向風速（例えばＸ２）時に算出された対地速度を、Ｒ３及びＸ２で特定されるセル部１６ａに追加する。この動作が随時、行われることにより、航行中であっても学習データが蓄積され、より正確に対表層水速度を推定することができる。すなわち、本変形例に係る推定器１２ｃも、学習機能を有している。その結果、より正確に表層部分と下層部分との流速差を導出できる。

なお、本変形例において更新部１７を省略した構成とすることにより、学習機能を有さない海況推定装置１ｄを構成することができる（図１０参照）。この場合、記憶部１６に、予め所得した複数の学習データ（図９における丸印１つに対応するデータ）を記憶させておく必要がある。

（４）図１１は、変形例に係る海況推定装置１ｅの構成を示すブロック図である。本変形例に係る海況推定装置１ｅの流速差推定部９ｅは、潮流計７を備えている点において、上記実施形態の流速差推定部９と構成が異なっている。

潮流計７は、自船の船底に固定されている。潮流計７は、音響式流速計６によって流速が計測される部分（すなわち、下層部分）の流速を計測する。潮流計７で計測された流速は、表示部５に通知される。

図１２は、本変形例に係る海況推定装置１ｅの表示部５の表示画面の一例を示す図である。図１２に示すように、本変形例の表示部５では、表層流算出部１３によって算出された表層流の流速と、潮流計７によって計測された下層部分の流速とが、ベクトル表示される。図１２では、白抜きの矢印が表層部分の流速を示し、クロスハッチングされた白抜き矢印が下層部分（図１２に示す例では、深度１０ｍ）の流速を示している。また、表示部５では、表層部分（図１２では表面と表示）の流速の向き及び大きさ、下層部分（図１２では深部と表示）の流速の向き及び大きさ、表層部分と下層部分との流速差（図１２では差と表示）の向き及び大きさ、のそれぞれが、数値として表示されている。これにより、ユーザは、表層部分及び下層部分の流速と、それらの流速差とを適切に認識することができる。

（５）図１３は、変形例に係る海況推定装置１ｆの構成を示すブロック図である。本変形例に係る海況推定装置１ｆの流速差推定部９ｆは、上記実施形態の流速差推定部９に対して、警告信号生成部１８を更に備えた構成となっている。

警告信号生成部１８は、流速差算出部１５で算出された流速差が、所定の閾値を超えると、警告信号を生成するように構成されている。警告信号生成部１８は、このように生成した警告信号を、表示部５ａに出力する。

表示部５ａは、警告信号生成部１８からの警告信号を受けると、流速差が所定の閾値を超えた旨をユーザに通知する。具体的には、例えば、本変形例に係る表示部５ａは、警告部としての警告ランプ５ｂを有しており、警告信号を受けると警告ランプ５ｂを点灯させる。なお、ユーザに警告を通知する手段については、このような表示部５ａへの表示に限らず、その他の手段であってもよい。例えば、流速差が所定の閾値を超えたときに、スピーカ等で構成された警告部としての警告音発生部５ｄから警告音を発生させてもよい（図１４参照）。

上述のように、海況推定装置は、例えば投網漁を行う船舶に搭載される。よって、ユーザとしての漁師は、上述した警告の表示、警告音等を参照して、投網に不適切なタイミングを認識することができる。

（６）図１５は、変形例に係る海況推定装置１ｈの構成を示すブロック図である。本変形例に係る海況推定装置１ｈの流速差推定部９ｈは、上記実施形態の流速差推定部９に対して、記憶部１９を更に備えた構成となっている。そして、本変形例に係る流速差推定部９ｈでは、詳しくは順を追って説明するが、船舶（特に海面に露出する船底部分）の汚損状況の経年変化を把握することができる。

記憶部１９は、流速差算出部１５で随時、算出された流速差を、各流速差を算出するために必要なデータが取得された時刻（データ取得時刻）とともに記憶する。記憶部１９は、記憶している各流速差を、上記データ取得時刻とともに表示部５に出力する。

図１６は、本変形例の表示部５で表示されるグラフであって、上記時刻（データ取得時刻）に対する流速差を示すグラフである。図１６に示すグラフは、図１６に示す座標（縦軸は流速差、横軸はデータ取得時刻）に対して、記憶部１９から出力された各流速差とデータ取得時刻とで特定される点がプロットされたグラフである。そして、このグラフでは、プロットされた複数の点に基づき、回帰分析等によって図１６の実線に示すような曲線が表示される。図１６に示すように、下層部分の速度に対する表層部分の速度である流速差は、時間経過とともに（年月の経過とともに）大きくなる。

ところで、船舶が海上で移動すると、船舶の周囲の海水は、船舶の動きに引っ張られて船舶と同じ方向に移動する。この流れは、伴流と呼ばれる。

図１７は、海上を移動する船舶を模式的に示す図であって、伴流について説明するための図である。推定器１２では、上述のように、表層部分に対する自船の対水速度（対表層水速度）が推定される。一方、音響式流速計６では、下層部分に対する自船の対水速度（対下層水速度）が計測される。音響式流速計６で計測された対下層水速度は、図１７にも示すように、上述した伴流の影響によって対表層水速度よりも小さくなる。この対表層水速度と対下層水速度との差である流速差が、上述した伴流の速度（伴流速度）であると考えることができる。

船舶のプロペラに流入する水の速度は、船舶の対水速度よりも伴流の分だけ遅くなるため、伴流はできるだけ小さい方が好ましい。しかし、年月の経過とともに船底が損傷したり、船底に海洋生物が付着したりすることで、海水に対する船体の抵抗が増大して伴流も増大し、その結果、プロペラ効率が低下してしまう。よって、船底の汚損状況を定量的に把握できれば、効果的な保守管理を行うことができる。

これに対して、本変形例では、図１６に示すように、時間経過に伴う伴流の変化を知ることができるため、その伴流の変化の度合いにより、船底の汚損状況を定量的に把握することができる。

なお、自船の対表層水速度と自船の対下層水速度との差には、伴流速度だけでなく、伴流に起因しない、表層部分の流速と下層部分の流速との差、も含まれる。しかし、この差は、海域、時刻、気象条件等に起因してその大きさ及び向きが異なってくるため、長期的にみると互いに打ち消し合う。よって、図１６に示すグラフの曲線を、伴流速度による曲線とみなすことができる。

１，１ａ，…，１ｈ海況推定装置
６音響式流速計（流速計）
９，９ｂ，…，９ｈ流速差推定部（流速差推定装置）
１２，１２ｃ，１２ｄ推定器
１５流速差算出部

Claims

航行する船舶が位置する対象地点における該船舶のプロペラの回転数、及び前記対象地点において前記船舶に作用する風の風速ベクトルの入力を受け付けるとともに、受け付けられた前記回転数の値及び前記風速ベクトルの値の組み合わせにより特定される各条件に対応する値を、前記対象地点における海水の表層部分に対する前記船舶の対水速度ベクトルである対表層水速度ベクトルと推定して出力する推定器と、
前記船舶の船底に取り付けられ、該船底よりも下層部分に対する該船舶の対水速度ベクトルである対下層水速度ベクトルを計測する流速計と、
前記対表層水速度ベクトルと前記対下層水速度ベクトルとの差に基づき、前記表層部分の流速と前記下層部分の流速との差である流速差を算出する流速差算出部と、
を備えていることを特徴とする、流速差推定装置。
請求項１に記載の流速差推定装置において、
前記推定器は、ニューラルネットワークを用いて構成され、
それぞれに、前記回転数に関する情報及び前記風速ベクトルに関する情報のいずれか一方が入力される少なくとも２つの入力ユニットと、
前記対表層水速度ベクトルを出力する出力ユニットと、
を有し、
前記ニューラルネットワークにおける入力側のユニットから出力される値には、結合係数が乗算された後、出力側のユニットに伝送されることを特徴とする、流速差推定装置。
請求項２に記載の流速差推定装置において、
前記船舶の対地速度ベクトルを算出する対地速度算出部と、
前記回転数を検出するプロペラ回転数検出部と、
前記船舶に搭載されて該船舶に対する風力の風速ベクトルを計測する風速風向計と、
を更に備え、
各前記入力ユニットには、前記プロペラ回転数検出部で検出された前記回転数、及び前記風速風向計で計測された前記風速ベクトル、の一方が入力され、
前記出力ユニットからは、前記プロペラ回転数検出部で検出された前記回転数、及び前記風速風向計で計測された前記風速ベクトル、の組み合わせにより特定される各条件に対応する値が、前記対表層水速度ベクトルとして出力され、
前記推定器で推定された前記対表層水速度ベクトルと、前記対地速度算出部で算出された教師信号としての前記対地速度ベクトルとを比較するとともに、該対表層水速度ベクトルと該教師信号との誤差が少なくなるように、前記結合係数を更新する更新部、
を更に備えていることを特徴とする、流速差推定装置。
請求項１に記載の流速差推定装置において、
前記推定器は、前記回転数及び前記風速ベクトルの組み合わせにより特定される各条件のときの前記船舶の対地速度ベクトルを、複数の前記条件毎に記憶する複数のセル部、を含む記憶部を有し、受け付けた各前記回転数及び前記風速ベクトルの組み合わせに対応する前記条件で特定される前記セル部、に記憶される前記対地速度ベクトルの平均値を、前記対表層水速度ベクトルとして出力することを特徴とする、流速差推定装置。
請求項４に記載の流速差推定装置において、
前記船舶の対地速度ベクトルを算出する対地速度算出部と、
前記回転数を検出するプロペラ回転数検出部と、
前記船舶に搭載されて該船舶に対する風力の風速ベクトルを計測する風速風向計と、
を更に備え、
前記記憶部は、前記対地速度算出部で算出された前記対地速度ベクトルを、該対地速度ベクトルの算出に必要なデータが取得されたときに前記プロペラ回転数検出部で検出された前記回転数、及び前記風速風向計で計測された前記風速ベクトル、の組み合わせにより特定される前記セル部に記憶させる更新部、を更に備えていることを特徴とする、流速差推定装置。
請求項１から請求項５に記載の流速差推定装置において、
前記流速差算出部は、前記対下層水速度ベクトルから前記対表層水速度ベクトルを減算することにより、前記流速差を算出することを特徴とする、流速差推定装置。
請求項１から請求項６に記載の流速差推定装置において、
前記流速差算出部で算出された前記流速差の絶対値が所定値を超えると、ユーザに対して警告を行う警告部を更に備えていることを特徴とする、流速差推定装置。
請求項１から請求項７に記載の流速差推定装置において、
前記流速差算出部は、随時、前記流速差を算出し、
各前記流速差を、各該流速差を算出するために必要なデータが取得された時刻に対応させて表示する表示部、を更に備えていることを特徴とする、流速差推定装置。