JP2016169968A - 表層潮流推定装置、レーダ装置、表層潮流推定方法、及び表層潮流推定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】第１タイミングでの所定エリア内の表層潮流に対する、第２タイミングでの所定エリア内の表層潮流を算出する。【解決手段】海洋の表層部分の流れである表層潮流を推定するために船舶に装備される表層潮流推定装置であって、互いに異なる２つのタイミングとしての第１タイミング及び第２タイミングのそれぞれにおいて、所定エリア内における水面の波頭速度ベクトルを導出する導出部１２，１３，１４，１５と、第２タイミングでの波頭速度ベクトルである第２波頭速度ベクトルを、第１タイミングでの波頭速度ベクトルである第１波頭速度ベクトルで補正する補正部１６と、を備えた表層潮流推定装置を構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、海洋の表層部分における潮の流れである表層潮流を推定するための表層潮流推定装置、この表層潮流推定装置を備えたレーダ装置、表層潮流を推定するための表層潮流推定方法、及び表層潮流推定プログラムに関する。

従来より、海洋の表層部分の潮の流れである表層潮流を推定するための手法として、例えば特許文献１に示すような手法が知られている。具体的には、特許文献１では、自船近傍のエリア内における波頭フローと、前記エリアとは異なる解析エリア内における波頭フローとの差に基づいて、自船近傍のエリア内の表層潮流に対する解析エリア内の表層潮流（相対表層潮流）を算出する手法が開示されている。

国際公開第２０１４／１９２５２８号

ところで、例えば一例として、所定の目的地へ向かって航行する船舶において、自船が表層潮流の流れに対してどの方向へ航行しているかを把握し、その表層潮流の流れに対して針路を微調整することにより、燃費を向上することが考えられる。この点において、本願発明者は、異なる２つのタイミングを第１タイミング及び第２タイミングと定義した場合において、第１タイミングでの所定エリア内の表層潮流に対する第２タイミングでの前記所定エリア内の表層潮流（以下、本明細書において、単に相対潮流を称する場合もある）を算出することの重要性を見出した。この相対潮流が分かれば、時間経過に伴う表層潮流の変化を把握することができるため、ユーザは、当該表層潮流の変化に応じた操舵を行うことが可能となり、上述のように船舶の燃費を向上することが可能となる。

しかしながら、上記特許文献１に開示される手法によれば、位置が異なる２つのエリアにおける一方のエリアの表層潮流に対する他方のエリアの表層潮流を算出することができるものの、第１タイミングでの所定エリア内の表層潮流に対する第２タイミングでの前記所定エリア内の表層潮流を算出することについては、何ら記載がない。

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、第１タイミングでの所定エリア内の表層潮流に対する、第２タイミングでの所定エリア内の表層潮流を算出することである。

（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表層潮流推定装置は、船舶に装備される表層潮流推定装置であって、第１タイミング及び第２タイミングのそれぞれにおいて、所定エリア内における水面の波頭速度ベクトルを導出する導出部と、前記第２タイミングでの波頭速度ベクトルである第２波頭速度ベクトルを、前記第１タイミングでの波頭速度ベクトルである第１波頭速度ベクトルで補正する補正部と、を備えている。

（２）好ましくは、前記補正部は、前記第２波頭速度ベクトルから前記第１波頭速度ベクトルを減算することにより、前記第２波頭速度ベクトルを補正する。

（３）好ましくは、各前記タイミングに対応して設定される前記所定エリアは、前記船舶を基準とした相対位置が同じである。

（４）好ましくは、各前記タイミングに対応して設定される前記所定エリアは、絶対位置が同じである。

（５）好ましくは、前記表層潮流推定装置は、ユーザが前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの時間間隔を設定する時間間隔受付部、を更に備えている。

（６）好ましくは、前記表層潮流推定装置は、前記船舶の速度に応じて前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの時間間隔を設定する時間間隔設定部、を更に備えている。

（７）好ましくは、前記表層潮流推定装置は、過去に生成した複数のタイミングでの前記波頭速度ベクトルを記憶する記憶部と、ユーザが、前記記憶部に記憶される複数の前記波頭速度ベクトルの中から２つの前記波頭速度ベクトルを前記第１波頭速度ベクトル及び前記第２波頭速度ベクトルとして抽出する抽出操作受付部、を更に備えている。

（８）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係るレーダ装置は、上述したいずれかの表層潮流推定装置と、前記表層潮流推定装置の補正部によって補正された第２波頭速度ベクトルに関する情報を表示する表示器と、を備えている。

（９）好ましくは、前記表示器には、前記補正された第２波頭速度ベクトルの大きさ、及び前記補正された第２波頭速度ベクトルの向き、の少なくとも一方が表示される。

（１０）更に好ましくは、前記表示器には、前記補正された第２波頭速度ベクトルの大きさの時間変化、及び前記補正された第２波頭速度ベクトルの向きの時間変化、の少なくとも一方が表示される。

（１１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る表層潮流推定方法は、第１タイミング及び第２タイミングのそれぞれにおいて、所定エリア内における水面の波頭速度ベクトルを導出するステップと、前記第２タイミングでの波頭速度ベクトルである第２波頭速度ベクトルを、前記第１タイミングでの波頭速度ベクトルである第１波頭速度ベクトルで補正するステップと、を含む。

（１２）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る表層潮流推定プログラムは、第１タイミング及び第２タイミングのそれぞれにおいて、所定エリア内における水面の波頭速度ベクトルを導出するステップと、前記第２タイミングでの波頭速度ベクトルである第２波頭速度ベクトルを、前記第１タイミングでの波頭速度ベクトルである第１波頭速度ベクトルで補正するステップと、をコンピュータに実行させる。

本発明によれば、第１タイミングでの所定エリア内の表層潮流に対する、第２タイミングでの所定エリア内の表層潮流を算出できる。

本発明の実施形態に係る相対潮流推定装置、及び該相対潮流推定装置を備えたレーダ装置、の構成を示すブロック図である。 図１に示す相対潮流推定装置の構成を示すブロック図である。 図２に示す第１波頭フロー算出部によって算出された第１波頭フロー分布の一例を示す図である。 図２に示す第２波頭フロー算出部によって算出された第２波頭フロー分布の一例を示す図である。 各波頭速度ベクトル及び相対潮流速度ベクトルのそれぞれを構成する速度ベクトル成分について説明するためのベクトル図であって、（Ａ）は第１波頭速度ベクトル、（Ｂ）は第２波頭速度ベクトル、（Ｃ）は相対潮流速度ベクトルについて説明するための図である。 海面エコー画像の一例を示す図である。 第２表示器に表示される２つのグラフを示す図であって、（Ａ）は相対潮流速度ベクトルの大きさの時間変化を示すグラフ、（Ｂ）は相対潮流速度ベクトルの向きの時間変化を示すグラフ、である。 相対潮流推定装置の動作を示すフローチャートである。 変形例に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図９に示す相対潮流推定装置の構成を示すブロック図である。 図１０に示す絶対潮流算出部の動作を示すフローチャートである。 図９に示すレーダ装置の第２表示器で表示される２つのグラフを示す図であって、（Ａ）は絶対潮流速度ベクトルの大きさの時間変化を示すグラフ、（Ｂ）は絶対潮流速度ベクトルの向きの時間変化を示すグラフ、である。 変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置の構成を示すブロック図である。 変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置の構成を示すブロック図である。 変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置の構成を示すブロック図である。 変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る相対潮流推定装置の構成を示すブロック図である。

本発明の実施形態に係る相対潮流推定装置１０、及び相対潮流推定装置１０を備えるレーダ装置１について、図を参照して説明する。本発明の実施形態に係るレーダ装置１は、例えば船舶（自船）に装備され、海上の物標（例えば他船）を探知するために用いられる。また、本実施形態に係るレーダ装置１は、相対潮流推定装置１０によって、海洋の表層の部分の潮流（表層潮流）に関する情報を得ることができるように構成されている。相対潮流推定装置１０は、海上を航行する船舶に装備され、例えば一例として、表層潮流の流れに乗ることにより燃料を節約できるよう、当該船の針路を微調整するために用いられる。

［全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。レーダ装置１は、図１に示すように、アンテナユニット２と、信号処理装置３と、第１表示器４ａと、第２表示器４ｂ（表示器）と、を備えている。

アンテナユニット２は、アンテナ５と、受信部６と、Ａ／Ｄ変換部７と、を含んでいる。

アンテナ５は、指向性の強いパルス状電波を送波可能なレーダアンテナである。また、アンテナ５は、物標からの反射波を受波するように構成されている。レーダ装置１は、パルス状電波を送波してから反射波を受波するまでの時間を測定する。これにより、レーダ装置１は、物標までの距離ｒを検出することができる。自船と物標とが向かい合う方向は、距離方向として定義される。

アンテナ５は、水平面上で３６０°回転可能に構成されており、鉛直軸線回りを回転する。アンテナ５は、パルス状電波の送波方向を変えながら（アンテナ５の回転角度を変えながら）、電波の送受信を繰り返し行うように構成されている。以上の構成で、レーダ装置１は、自船周囲の平面上の物標を、３６０°にわたり探知することができる。

受信部６は、アンテナ５で受波した反射波から得られたエコー信号を検波して増幅する。受信部６は、増幅したエコー信号を、Ａ／Ｄ変換部７へ出力する。Ａ／Ｄ変換部７は、アナログ形式のエコー信号をサンプリングし、複数ビットからなるデジタルデータ（エコーデータ）に変換する。ここで、上記エコーデータの値は、アンテナ５が受信したエコー信号の強度（信号レベル）を特定するデータを含んでいる。Ａ／Ｄ変換部７は、エコーデータを、信号処理装置３の画像生成部８へ出力する。

信号処理装置３は、画像生成部８と、相対潮流推定装置１０（表層潮流推定装置）と、を含んでいる。

画像生成部８は、Ａ／Ｄ変換部７からのエコーデータに基づき、比較的信号レベルが大きいデータ（例えば他船等）に基づく画像データを生成する。本実施形態では、画像生成部８は、ＰＰＩ(Plan Position Indicator)画像データを生成する。画像生成部８で生成された画像データは、第１表示器４ａに出力される。これにより、ユーザは、自船位置を基準とした他船位置を把握することができる。

また、画像生成部８は、Ａ／Ｄ変換部７からのエコーデータに基づき、海面からの反射波に基づき、海面エコー画像を生成する。画像生成部８は、複数のタイミングにおける海面エコー画像を生成する。具体的には、画像生成部８は、アンテナ５の１回転に対応する１スキャン毎に、海面エコー画像を生成する。このように生成された海面エコー画像は、画像生成部８内において記憶される。

相対潮流推定装置１０は、海面エコー画像に基づき、所定エリアにおける相対潮流の速度ベクトルを推定するように構成されている。相対潮流推定装置１０の構成については、詳しくは後述する。

なお、本実施形態での相対潮流とは、あるタイミング（第１タイミング）での所定エリアにおける表層潮流に対する、前記あるタイミングとは異なるタイミング（第２タイミング）での前記所定エリアにおける表層潮流のことである。表層潮流（絶対表層潮流）とは、海洋における表層部分（一例として、水深数メートルから十数メートル程度までの部分）の潮の流れのことであり、時間によらず流れがほぼ一定である海流とは区別される。表層潮流は、主に、風浪（その場で吹いている風によって引き起こされた波）、及びうねり（他の海域で風によって起こされた波が伝わってきた波）によって引き起こされる。

第１表示器４ａは、画像生成部８で生成された画像データ（他船等に起因する画像データ）を表示する。また、第２表示器４ｂは、相対潮流推定装置１０で算出された相対潮流速度ベクトルの大きさの時間変化、及び相対潮流速度ベクトルの向きの時間変化、を表示する。

［相対潮流推定装置の構成］
図２は、図１に示す相対潮流推定装置１０の構成を示すブロック図である。相対潮流推定装置１０は、図２に示すように、画像選択部１１と、第１波頭フロー算出部１２と、第２波頭フロー算出部１３と、第１解析エリア設定部１４と、第２解析エリア設定部１５と、相対潮流算出部１６（補正部）と、を備えている。なお、第１波頭フロー算出部１２及び第１解析エリア設定部１４によって、導出部が構成される。同様に、第２波頭フロー算出部１３及び第２解析エリア設定部１５によって、導出部が構成される。

相対潮流推定装置１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ（図示せず）等を含むハードウェアを用いて構成されている。また、相対潮流推定装置１０は、ＲＯＭに記憶された相対潮流推定プログラムを含むソフトウェアを用いて構成されている。

上記相対潮流推定プログラムは、本発明の一実施形態における相対潮流推定方法を、相対潮流推定装置１０に実行させるためのプログラムである。このプログラムは、外部からインストールできる。このインストールされるプログラムは、例えば、記録媒体に格納された状態で流通する。上記ハードウェアとソフトウェアとは、協働して動作するように構成されている。これにより、相対潮流推定装置１０を、画像選択部１１、第１波頭フロー算出部１２、第２波頭フロー算出部１３、第１解析エリア設定部１４、第２解析エリア設定部１５と、及び相対潮流算出部１６として機能させることができる。

画像選択部１１は、画像生成部８内に記憶される複数の海面エコー画像から、２枚の海面エコー画像を選択する。具体的には、画像選択部１１は、最新のスキャン時（ｐ＋ｑスキャン時、第２タイミング時）に得られた海面エコー画像と、当該海面エコー画像が得られたスキャンからｑスキャン前に得られた（すなわち、ｐスキャン時、第１タイミング時に得られた）海面エコー画像と、を選択する。本実施形態では、ｑの値は、一定値として予め設定されている。

図３は、第１波頭フロー算出部１２によって算出された第１波頭フロー分布Ｍ１の一例を示す図である。また、図４は、第２波頭フロー算出部１３によって算出された第２波頭フロー分布Ｍ２の一例を示す図である。

第１波頭フロー算出部１２は、画像選択部１１によって選択されたｐスキャン時の海面エコー画像、及びｐスキャン時直前のスキャン時（ｐ−１スキャン時）の海面エコー画像、に基づいて、第１波頭フロー分布Ｍ１を算出する。具体的には、第１波頭フロー算出部１２は、上述した２枚の海面エコー画像から、波頭のオプティカルフローを算出する。すなわち、第１波頭フロー算出部１２は、ｐスキャン時のオプティカルフローを算出する。なお、ここでは、第１波頭フロー分布Ｍ１を算出するために、ｐスキャンの直前のスキャン時（ｐ−１スキャン時）に得られた海面エコー画像を用いているが、これに限らず、ｐスキャン時よりも過去のスキャン時に得られた海面エコー画像を用いることにより、第１波頭フロー分布Ｍ１を算出してもよい。

なお、オプティカルフローとは、画像中における運動物体（本実施形態では、波頭）の見かけの速度ベクトルの分布である。波頭のオプティカルフローを算出する手法としては、例えば、相関法、勾配法等が挙げられる。これらの手法については、公知であるため、その詳細な説明は省略する。

第２波頭フロー算出部１３は、画像選択部１１によって選択された最新スキャン時（ｐ＋ｑスキャン時）の海面エコー画像、及び最新スキャン時直前のスキャン時（ｐ＋ｑ−１スキャン時）の海面エコー画像、に基づいて、第２波頭フロー分布Ｍ２を算出する。具体的には、第２波頭フロー算出部１３は、上述した２枚の海面エコー画像から、波頭のオプティカルフローを算出する。すなわち、第２波頭フロー算出部１３は、最新スキャン時（ｐ＋ｑスキャン時）のオプティカルフローを算出する。なお、ここでは、第２波頭フロー分布Ｍ２を算出するために、（ｐ＋ｑ）スキャンの直前のスキャン時（ｐ＋ｑ−１スキャン時）に得られた海面エコー画像を用いているが、これに限らず、ｐ＋ｑスキャン時よりも過去のスキャン時に得られた海面エコー画像を用いることにより、第２波頭フロー分布Ｍ２を算出してもよい。

第１解析エリア設定部１４は、第１波頭フロー算出部１２によって算出された波頭のオプティカルフローに対して、第１解析エリアＡ１（所定エリア）を選択する。具体的には、第１解析エリア設定部１４は、自船を基準とした相対的な位置を固定し、当該位置を第１解析エリアＡ１として選択する。本実施形態では、第１解析エリア設定部１４で設定される第１解析エリアＡ１の位置は、自船を基準とした所定方向及び所定距離によって、予め設定されている。

第２解析エリア設定部１５は、第２波頭フロー算出部１３によって算出された波頭のオプティカルフローに対して、第２解析エリアＡ２（所定エリア）を選択する。具体的には、第２解析エリア設定部１５は、自船を基準とした相対的な位置を固定し、当該位置を第２解析エリアＡ２として選択する。第２解析エリア設定部１５で選択される所定エリアの自船を基準とした位置は、第１解析エリア設定部１４で選択される所定エリアの自船を基準とした位置と同じである。本実施形態では、第２解析エリア設定部１５で設定される第２解析エリアＡ２の位置は、第１解析エリア設定部１４で設定される第１解析エリアＡ１の位置と同様、自船を基準とした所定方向及び所定距離によって、予め設定されている。

相対潮流算出部１６は、第２解析エリア設定部１５で設定された第２解析エリアＡ２内の波頭フロー（第２波頭速度ベクトルＶ２）を、第１解析エリア設定部１４で設定された第１解析エリアＡ１内の波頭フロー（第１波頭速度ベクトルＶ１）で補正する。具体的には、相対潮流算出部１６は、第２波頭速度ベクトルＶ２から第１波頭速度ベクトルＶ１を減算する。これにより、相対潮流算出部１６では、過去のスキャン時（ｐスキャン時）に得られた第１解析エリアＡ１内の波頭速度ベクトルＶ１を基準とした、最新スキャン時（ｐ＋ｑスキャン時）に得られた第２解析エリアＡ２内の波頭速度ベクトルＶ２、すなわち相対潮流速度ベクトルＶＡが算出される。

図５は、各波頭速度ベクトルＶ１，Ｖ２及び相対潮流速度ベクトルＶＡのそれぞれを構成する速度ベクトル成分について説明するためのベクトル図であって、（Ａ）は第１波頭速度ベクトルＶ１、（Ｂ）は第２波頭速度ベクトルＶ２、（Ｃ）は相対潮流速度ベクトルＶＡについて説明するための図である。図５に示すように、第１波頭速度ベクトルＶ１及び第２波頭速度ベクトルＶ２は、それぞれ、主な成分として、波浪速度ベクトルＶ１ａ，Ｖ２ａと、絶対潮流速度ベクトルＶ１ｂ，Ｖ２ｂと、観測誤差ベクトルＶ１ｃ，Ｖ２ｃと、が合成された速度ベクトルとして表すことができる。波浪速度ベクトルＶ１ａ，Ｖ２ａは、海面の高低運動である波浪の速度ベクトルである。また、絶対潮流速度ベクトルＶ１ｂ，Ｖ２ｂは、表層潮流（絶対表層潮流）の速度ベクトルである。また、観測誤差ベクトルＶ１ｃ，Ｖ２は、アンテナ５の方位に依存する観測誤差のベクトルである。

第２波頭速度ベクトルＶ２を第１波頭速度ベクトルＶ１で減算すると、以下の理由により相対潮流速度ベクトルＶＡが算出される。

双方の波頭速度ベクトルＶ１，Ｖ２に含まれる波浪速度ベクトルＶ１ａ，Ｖ１ｂは、主に風の影響により引き起こされる速度ベクトルであり、短時間（ｐスキャン時と、ｐ＋ｑスキャン時）では大きく変化せず、概ね同じである。よって、上記減算結果から、それぞれに含まれる波浪速度ベクトルＶ１ａ，Ｖ１ｂが相殺される。

また、双方の波頭速度ベクトルＶ１，Ｖ２に含まれる観測誤差ベクトルＶ１ｃ，Ｖ２ｃは、アンテナの方位方向に依存する誤差ベクトルである。ここで、観測誤差ベクトルについて、以下で説明する。

図６は、海面エコー画像の一例を示す図である。図６は、白抜き矢印方向に風が吹いていて、その矢印方向に波頭が進行している状態を示している。

自船周辺エリアにおける実際の波峰線は、当該エリア全体に亘って線状に発生しているが、図６に示すエコー画像では、方位毎にエコーの見え方が異なっている。

具体的には、領域Ｘのエコー画像では、実際の波峰線に近い形状のエコーが観測される。これは、自船に装備された本実施形態に係るレーダ装置１のアンテナ５からの送信波が、波峰線に対して略垂直な方向から入射するため、波峰線の実際の形状を的確に画像に反映できるためである。

一方、領域Ｙのエコー画像では、実際の波峰線とは異なるドット状のエコーが観測される。これは、アンテナ５からの送信波が、波峰線の側方から入射するため、波峰線が線状に映らずドット状に映るためである。

また、領域Ｚのエコー画像では、エコー画像が観測されていない。これは、自船付近に障害物があり、この障害物によってアンテナ５からの送信波が遮られているためである。

上述のように、実際は自船周辺エリアの全領域に亘って線状に発生している波峰線が、方位によって異なるエコー画像として表示される。本明細書では、このようにアンテナ５の方位方向によって見え方が異なる誤差のベクトルを、観測誤差ベクトルと称する。なお、この観測誤差ベクトルは、うねり等が原因となる場合もある。

本実施形態では、第１波頭速度ベクトルＶ１及び第２波頭速度ベクトルＶ２が抽出されるエリア、すなわち第１解析エリアＡ１及び第２解析エリアＡ２は、自船を基準とした相対的な位置が同じとなるように設定される。従って、上記減算結果からは、それぞれに含まれる観測誤差ベクトルＶ１ｃ，Ｖ２ｃが相殺される。

よって、上記減算結果から得られるベクトル成分には、ｐ＋ｑスキャン時に得られた絶対潮流速度ベクトルＶ２ｂから、ｐスキャン時に得られた絶対潮流速度ベクトルＶ２ａを減算したベクトル、すなわち相対潮流速度ベクトルＶＡが算出される。

相対潮流算出部１６は、最新のスキャン（ｐ＋ｑ）時の海面エコー画像が得られる毎に、最新の相対潮流速度ベクトルＶＡを算出する。このように相対潮流算出部１６によって順次、算出された相対潮流速度ベクトルＶＡに関する情報は、順次、第２表示器４ｂへ通知される。

図７は、第２表示器４ｂに表示される２つのグラフを示す図であって、（Ａ）は相対潮流速度ベクトルの大きさの時間変化を示すグラフ、（Ｂ）は相対潮流速度ベクトルの向きの時間変化を示すグラフ、である。

図７（Ａ）に示すグラフは、レーダ装置１を起動してから最初に算出された相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさ（すなわち、相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさの初期値）を基準とした場合における、その後の相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさの時間変化を示している。すなわち、ユーザは、図７（Ａ）のグラフを見れば、相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさの初期値と比べて、所望の位置における表層潮流の速さがどの程度変化したかを把握することができる。

また、図７（Ｂ）に示すグラフは、レーダ装置１を起動してから最初に算出された相対潮流速度ベクトルＶＡの向きを基準とした場合における、その後の相対潮流速度ベクトルＶＡの向きの時間変化を示している。すなわち、ユーザは、図７（Ｂ）のグラフを見れば、相対潮流速度ベクトルＶＡの最初の向きと比べて、所望の位置における表層潮流の向きがどの程度変化したかを把握することができる。

［相対潮流推定装置の動作］
図８は、相対潮流推定装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。以下では、図８を用いて、相対潮流推定装置１０の動作を説明する。

まず、ステップＳ１では、画像選択部１１が、画像生成部８に記憶されている複数の海面エコー画像の中から、２枚の海面エコー画像を選択する。具体的には、画像選択部１１は、最新スキャン（ｐ＋ｑ）時に得られた海面エコー画像と、最新スキャンからｑスキャンのスキャンｐ時に得られた海面エコー画像と、を選択する。

次に、ステップＳ２Ａでは、第１波頭フロー算出部１２が、スキャンｐ時に得られた海面エコー画像に基づき、波頭のオプティカルフロー（第１波頭フロー分布Ｍ１）を算出する。

次に、ステップＳ３Ａでは、第１解析エリア設定部１４が、ステップＳ２Ａで算出された第１波頭フロー分布Ｍ１に対して、第１解析エリアＡ１を選択する。

ステップＳ２Ｂ及びステップＳ３Ｂは、上述したステップＳ２Ａ及びステップＳ２Ｂと並行して、又は、上述したステップＳ２Ａ及びステップＳ２Ｂの前又は後に、行われる。

ステップＳ２Ｂでは、第２波頭フロー算出部１３が、スキャン（ｐ＋ｑ）時に得られた海面エコー画像に基づき、波頭のオプティカルフロー（第２波頭フロー分布Ｍ２）を算出する。

次に、ステップＳ３Ｂでは、第２解析エリア設定部１５が、ステップＳ２Ｂで算出された第２波頭フロー分布Ｍ２に対して、第２解析エリアＡ２を選択する。上述したように、第２解析エリアＡ２の自船を基準とした距離及び方向は、第１解析エリアＡ１の自船を基準とした距離及び方向と同じである。

次に、ステップＳ４では、相対潮流算出部１６が、第２解析エリアＡ２に含まれる第２波頭速度ベクトルＶ２から、第１解析エリアＡ１に含まれる第１波頭速度ベクトルＶ１を減算することにより、相対潮流速度ベクトルＶＡを算出する。この相対潮流速度ベクトルＶＡは、アンテナ５が１回転する毎に（すなわち、スキャンが行われる毎に）算出される。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る相対潮流推定装置１０では、互いに異なる２つのタイミング（第１タイミング及び第２タイミング）のそれぞれで導出された解析エリアＡ１，Ａ２内の波頭速度ベクトルＶ１，Ｖ２に基づいて、相対潮流速度ベクトルＶＡが算出される。具体的には、相対潮流推定装置１０では、一方の波頭速度ベクトル（第２波頭速度ベクトルＶ２）を他方の波頭速度ベクトル（第１波頭速度ベクトルＶ１）で補正している。こうすると、図５に示すように、双方の波頭速度ベクトルＶ１，Ｖ２に含まれている波浪速度ベクトルＶ１ａ，Ｖ１ｂが相殺される。同様に、双方の波頭速度ベクトルＶ１，Ｖ２に含まれている観測誤差ベクトルＶ１ｃ，Ｖ２ｃが相殺される。これにより、相対潮流推定装置１０では、図５（ｃ）に示すように、一方の波頭速度ベクトルＶ２に含まれる絶対潮流速度ベクトルＶ２ｂから、他方の波頭速度ベクトルＶ１に含まれる絶対潮流速度ベクトルＶ２ａが減算されたベクトル、すなわち相対潮流速度ベクトルＶＡが算出される。

従って、相対潮流推定装置１０では、第１タイミングでの所定エリア（解析エリアＡ２）内の表層潮流に対する、第２タイミングでの所定エリア（解析エリアＡ１）内の表層潮流を算出することができる。

そして、上述のようにして算出された相対潮流速度ベクトルＶＡを用いれば、例えば一例として、所定の目的地へ向かって航行する船舶において、燃費を向上することが可能となる。具体的には、船舶の操舵者が、相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさ及び向きに応じて針路を微調整することにより、適切な針路を選択することができる。すなわち、相対潮流推定装置１０によれば、燃費向上の観点において優れた装置を提供できる。

また、相対潮流推定装置１０では、第２波頭速度ベクトルＶ２を第１波頭速度ベクトルＶ１で減算することにより、相対潮流速度ベクトルＶＡを算出している。これにより、相対潮流速度ベクトルＶＡを適切に算出することができる。

また、相対潮流推定装置１０では、相対潮流速度ベクトルＶＡが算出される解析エリアＡ１，Ａ２を、自船を基準とした相対位置が同じとなるように設定される。この場合、例えば一例として、解析エリアＡ１，Ａ２を自船近傍に設定することにより、自船が表層潮流の流れに乗って航行しているか否かを確認することができる。

また、レーダ装置１では、相対潮流速度ベクトルＶＡに関する情報（本実施形態の場合、相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさ及び向き）が、第２表示器４ｂに表示される。これにより、本実施形態によれば、相対潮流速度ベクトルＶＡに関する情報を容易に認識可能なレーダ装置を提供できる。

また、レーダ装置１では、相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさの時間変化、及び相対潮流速度ベクトルＶＡの向きの時間変化、の双方が表示される。これにより、ユーザは、相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさ及び向きが、時間経過に応じてどの程度変化したかを容易に把握できるため、利便性に優れたレーダ装置１を提供できる。

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９は、変形例に係るレーダ装置１ａの構成を示すブロック図である。図９に示すように、本変形例に係るレーダ装置１ａは、上記実施形態に係るレーダ装置１が有する構成要件の他に、潮流計９を備えている。また、本変形例の相対潮流推定装置１０ａは、上記実施形態の相対潮流推定装置１０が有する構成要件の他に、絶対潮流算出部１７を備えている。

潮流計９は、レーダ装置１ａが設けられた船舶に装備されている。潮流計９は、例えば一例として、ドップラーソナーで構成されている。潮流計９によれば、表層潮流速度の大きさ及び方向を計測することができる。潮流計９で計測された表層潮流速度の大きさ及び方向は、相対潮流推定装置１０ａへ通知される。

図１０は、図９に示す相対潮流推定装置１０ａの構成を示すブロック図である。絶対潮流算出部１７は、潮流計９から通知された表層潮流速度の大きさ及び方向と、相対潮流算出部１６から通知された相対潮流速度ベクトルとに基づき、表層潮流（絶対表層潮流）の速度の大きさ及び方向を算出する。

図１１は、絶対潮流算出部１７の動作を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０では、相対潮流算出部１６から、相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさ及び向きが、絶対潮流算出部１７へ通知される。

次に、ステップＳ１１では、絶対潮流算出部１７へ通知された相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさ及び向きが、レーダ装置１ａを起動してから最初に通知されたものであるか否かが判定される。最初に通知されたものであった場合（ステップＳ１１のＹｅｓ）、絶対潮流算出部１７は、このときの相対潮流速度ベクトルＶＡが算出されたスキャン時に対応するタイミングで計測された潮流計９での検出値（絶対潮流の大きさ及び向き）を、当該絶対潮流算出部１７で最初に算出される絶対潮流の大きさ及び向きとして記憶する（ステップＳ１２）。そして、次に、ステップＳ１３において、当該記憶された絶対潮流の大きさ及び向きを、第２表示器４ｂに通知する。

一方、ステップＳ１１において、絶対潮流算出部１７へ通知された相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさ及び向きが、最初に通知されたものでなかった場合（ステップＳ１１のＮｏ）、絶対潮流算出部１７は、その時点で自身が記憶している絶対潮流の大きさ及び向きのそれぞれに、相対潮流算出部１６から出力された相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさ及び向きのそれぞれを加算することにより、最新の絶対潮流速度ベクトルを算出する（ステップＳ１４）。そして、絶対潮流算出部１７は、その時点で記憶している絶対潮流速度ベクトルの大きさ及び方向を、新たに算出した絶対潮流速度ベクトルの大きさ及び方向で置き換えて記憶する（ステップＳ１５）。新たに記憶された絶対潮流速度ベクトルの大きさ及び方向は、第２表示器４ｂに通知される（ステップＳ１３）。

図１２は、本変形例のレーダ装置１ａが有する第２表示器４ｂに表示される２つのグラフを示す図であって、（Ａ）は絶対潮流速度ベクトルの大きさの時間変化を示すグラフ、（Ｂ）は絶対潮流速度ベクトルの向きの時間変化を示すグラフ、である。

図１２（Ａ）に示すグラフでは、上述した図７（Ａ）に示すグラフとは異なり、表層潮流速度ベクトルの大きさの絶対値を読み取ることができる。これにより、ユーザは、現在、及び過去の所定時刻における表層潮流の速さを把握することができる。また、図１２（Ｂ）に示すグラフでは、上述した図７（Ｂ）に示すグラフとは異なり、表層潮流速度ベクトルの向きを読み取ることができる。これにより、ユーザは、現在、及び過去の所定時刻における表層潮流の向きを把握することができる。

以上のように、本変形例に係るレーダ装置１ａでは、表層潮流速度ベクトルの大きさ及び向きを算出することができる。

（２）図１３は、変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置１０ｂの構成を示すブロック図である。上記実施形態に係るレーダ装置１は、相対潮流速度ベクトルＶＡを算出する基となる２つの海面エコー画像を、ユーザが任意で設定することができないように構成されていた。しかしながら、本変形例に係るレーダ装置では、上述した２つの海面エコー画像を、ユーザが任意で設定できる。

本変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置１０ｂは、図１３に示すように、時間間隔受付部１８を有している。時間間隔受付部１８は、ユーザが、相対潮流速度ベクトルＶＡを算出する基となる２つの海面エコー画像が取得される時間間隔を入力することにより、当該時間間隔を受け付ける。そして、画像選択部１１は、選択する２つの海面エコー画像のそれぞれが生成されたスキャンの時間間隔が、ユーザによって入力された時間間隔となるように、２つの海面エコー画像を選択する。具体的には、画像選択部１１は、最新のスキャン時における海面エコー画像と、当該海面エコー画像が得られたスキャンの時刻から上記時間間隔だけ遡ったスキャン時における海面エコー画像と、を選択する。これにより、本変形例に係るレーダ装置では、ユーザが、相対潮流速度ベクトルを算出する基となる２つの海面エコー画像を任意で選択できる。

（３）図１４は、変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置１０ｃの構成を示すブロック図である。上記実施形態に係るレーダ装置１では、解析エリアＡ１，Ａ２の位置が、装置側によって予め設定されていたが、これに限らない。

本変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置１０ｃは、図１４に示すように、ユーザ設定部１９を有している。ユーザ設定部１９は、ユーザが操作機器（図示省略）等を適宜操作して解析エリアＡ１，Ａ２の位置を設定することにより、その位置に解析エリアＡ１，Ａ２の位置を設定する。これにより、本変形例に係るレーダ装置では、ユーザが、所望の地点における相対潮流速度ベクトルを知ることができる。

（４）図１５は、変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置１０ｄの構成を示すブロック図である。上記実施形態に係るレーダ装置１では、相対潮流速度ベクトルＶＡを算出する基となる２つの海面エコー画像のスキャン間隔が固定されていたが、これに限らない。

本変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置１０ｄは、図１５に示すように、時間間隔設定部２０を有している。時間間隔設定部２０は、例えば一例として、レーダ装置が装備された船舶の速度に応じて、相対潮流速度ベクトルＶＡを算出する基となる２つの海面エコー画像が取得される時間間隔を設定する。例えば一例として、時間間隔設定部２０は、船舶の速度が速い場合には、上記時間間隔を狭くする一方、船舶の速度が遅い場合には、上記時間間隔を広くする。

一般的に、２つの地点を考えた場合、両者が近接していれば表層潮流の差は小さく（すなわち、相対潮流速度ベクトルは０に近く）なり易く、両者が離間していれば表層潮流の差は大きく（すなわち、相対潮流速度ベクトルは大きく）なり易い。よって、仮に船舶の速度が遅い場合に上記時間間隔を小さくすると、算出される相対潮流速度ベクトルＶＡの大きさ及び方向が小さくなり、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すグラフが、非常に見づらいグラフとなってしまう。

この点につき、本変形例にように、船舶の速度が遅い場合に上記時間間隔を大きくすると、相対潮流速度ベクトルＶＡを大きくできるため、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すグラフの上下動が大きくなり易い。よって、本変形例によれば、相対潮流速度ベクトルＶＡの時間経過に伴う変動を把握しやすくなる。

一方、船舶の速度が速い場合には、上記時間間隔を狭くしても、相対潮流速度ベクトルＶＡが算出される２つの地点（解析エリア）の絶対位置が十分に離間する。よって、上記時間間隔を狭くしても相対潮流速度ベクトルＶＡの時間経過に伴う上下動の大きさを十分に確保でき、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すグラフの見やすさを維持できる。

（５）上記実施形態では、解析エリアＡ１，Ａ２が、自船を基準とした相対位置が一定となるように設定されたが、これに限らない。具体的には、絶対位置（緯度及び経度）が同じとなるように解析エリアＡ１，Ａ２が設定されてもよい。

（６）上記実施形態に係るレーダ装置１の使用目的として、船舶の燃費向上を一例に挙げたが、これに限らず、例えば一例として、漁獲高を向上させる目的として用いることもできる。この場合、海上の所望の位置における相対潮流を把握して魚群の挙動を推測することにより、漁獲高を向上することが可能となる。

（７）図１６は、変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置１０ｅの構成を示すブロック図である。本変形例では、ユーザが、任意の２つの時刻を選択することにより、各時刻に対応するスキャン時に得られた２つの海面エコー画像に基づいて、相対潮流速度ベクトルＶＡを算出することができる。

本変形例に係るレーダ装置の相対潮流推定装置１０ｅは、記憶部２１及び抽出操作受付部２２を有している。

記憶部２１は、画像生成部８によって生成された各スキャンに対応する海面エコー画像を記憶する。記憶部２１は、過去の所定時間（例えば一例として、過去の数時間）に生成された海面エコー画像を、全て記憶する。

抽出操作受付部２２は、記憶部２１に記憶されている多数の海面エコー画像の中から、ユーザによって選択される２つの時刻（例えば一例として、現在から１時間前、及び現在から２時間前）のそれぞれに対応する海面エコー画像を抽出して選択する。これにより、本変形例によれば、任意の過去の２つの時刻の間の相対潮流速度ベクトルを算出することができるため、利便性に優れたレーダ装置を提供できる。

（８）図１７は、本発明の実施形態に係る相対潮流推定装置１０（表層潮流推定装置）の構成を示すブロック図である。上記実施形態では、本発明の適用例として、アンテナユニット２、第１表示器４ａ、及び第２表示器４ｂを備えたレーダ装置１を例に挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、本発明を、図１７に示すような、アンテナユニット２及び各表示器４ａ，４ｂが省略された構成において適用することもできる。

（９）上記実施形態では、図７に示すように、第２表示器４ｂに２つのグラフ（相対潮流速度ベクトルの大きさの時間変化を示すグラフ、及び相対潮流速度ベクトルの向きの時間変化を示すグラフ）が表示される例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、第２表示器４ｂに、上述した２つのグラフのうちのいずれか一方のみが表示されてもよい。また、第２表示器４ｂには、上述した２つのグラフが表示されなくてもよく、例えば一例として、最新の相対潮流速度ベクトルの大きさ及び向きが表示されてもよい。

１，１ａ レーダ装置
１０，１０ａ〜１０ｅ 相対潮流推定装置（表層潮流推定装置）
１２ 第１波頭フロー算出部（導出部）
１３ 第２波頭フロー算出部（導出部）
１４ 第１解析エリア設定部（導出部）
１５ 第２解析エリア設定部（導出部）
１６ 相対潮流算出部（補正部）

Claims (12)

1. 船舶に装備される表層潮流推定装置であって、
   第１タイミング及び第２タイミングのそれぞれにおいて、所定エリア内における水面の波頭速度ベクトルを導出する導出部と、
   前記第２タイミングでの波頭速度ベクトルである第２波頭速度ベクトルを、前記第１タイミングでの波頭速度ベクトルである第１波頭速度ベクトルで補正する補正部と、
   を備えていることを特徴とする、表層潮流推定装置。
2. 請求項１に記載の表層潮流推定装置において、
   前記補正部は、前記第２波頭速度ベクトルから前記第１波頭速度ベクトルを減算することにより、前記第２波頭速度ベクトルを補正することを特徴とする、表層潮流推定装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の表層潮流推定装置において、
   各前記タイミングに対応して設定される前記所定エリアは、前記船舶を基準とした相対位置が同じであることを特徴とする、表層潮流推定装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の表層潮流推定装置において、
   各前記タイミングに対応して設定される前記所定エリアは、絶対位置が同じであることを特徴とする、表層潮流推定装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表層潮流推定装置において、
   ユーザが前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの時間間隔を設定する時間間隔受付部、を更に備えていることを特徴とする、表層潮流推定装置。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表層潮流推定装置において、
   前記船舶の速度に応じて前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの時間間隔を設定する時間間隔設定部、を更に備えていることを特徴とする、表層潮流推定装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の表層潮流推定装置において、
   過去に生成した複数のタイミングでの前記波頭速度ベクトルを記憶する記憶部と、
   ユーザが、前記記憶部に記憶される複数の前記波頭速度ベクトルの中から２つの前記波頭速度ベクトルを前記第１波頭速度ベクトル及び前記第２波頭速度ベクトルとして抽出する抽出操作受付部、を更に備えていることを特徴とする、表層潮流推定装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の表層潮流推定装置と、
   前記表層潮流推定装置の補正部によって補正された第２波頭速度ベクトルに関する情報を表示する表示器と、
   を備えていることを特徴とする、レーダ装置。
9. 請求項８に記載のレーダ装置において、
   前記表示器には、前記補正された第２波頭速度ベクトルの大きさ、及び前記補正された第２波頭速度ベクトルの向き、の少なくとも一方が表示されることを特徴とする、レーダ装置。
10. 請求項９に記載のレーダ装置において、
    前記表示器には、前記補正された第２波頭速度ベクトルの大きさの時間変化、及び前記補正された第２波頭速度ベクトルの向きの時間変化、の少なくとも一方が表示されることを特徴とする、レーダ装置。
11. 表層潮流推定方法であって、
    第１タイミング及び第２タイミングのそれぞれにおいて、所定エリア内における水面の波頭速度ベクトルを導出するステップと、
    前記第２タイミングでの波頭速度ベクトルである第２波頭速度ベクトルを、前記第１タイミングでの波頭速度ベクトルである第１波頭速度ベクトルで補正するステップと、
    を含むことを特徴とする、表層潮流推定方法。
12. 表層潮流推定プログラムであって、
    第１タイミング及び第２タイミングのそれぞれにおいて、所定エリア内における水面の波頭速度ベクトルを導出するステップと、
    前記第２タイミングでの波頭速度ベクトルである第２波頭速度ベクトルを、前記第１タイミングでの波頭速度ベクトルである第１波頭速度ベクトルで補正するステップと、
    をコンピュータに実行させることを特徴とする、表層潮流推定プログラム。

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