JP2016520476A - 船舶の安定性を監視するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

精密で、しかも漁船などの小型船舶に実装するのに十分に簡易である自動化された安定システムが提供される。これは、船舶の固有ロール周期を算出するように使用されるデジタル磁力計、デジタル加速度計及びデジタルジャイロスコープの測定値を統合することによって提供され、同時にＧＭ（傾心高さ）の算出を可能にする。時間及び速度補正を提供するようにＧＰＳを備えることもできる。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下で、参照により本明細書に組み込まれる２０１３年５月１３日に出願された「船舶の安定性を監視するためのシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ Ｖｅｓｓｅｌ）」と題する米国仮特許出願第６１／８２２，７６５号に基づく優先権の利益を主張する。

本発明は、海洋船舶の安定性を測定及び監視するための方法及び装置の分野に関する。

安定性は、一つの方向または他の方向に旋回する、それ自体を正状に戻すか、あるいは、転覆させる船舶の性質である。海洋船舶の安定性を維持することは、海洋での転覆を回避するために重要である。船舶が安定性を失い、それ自体を正状に戻す能力を失ったとき、転覆が発生する可能性がある。船舶の安定性の標準的な尺度は、傾心高さ（ｍｅｔａｃｅｎｔｒｉｃ ｈｅｉｇｈｔ）またはＧＭ値であり、船舶の重心Ｇの中心とその傾心Ｍ（ｍｅｔａｃｅｎｔｒｅ Ｍ）との間の距離として定義される。安全規則は最小の傾心高さを必要とする。ＧＭは、横方向のローリング運動のためと縦方向のピッチング運動のために別々に算出される。

船舶のローリング運動は固有振動数（ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有しており、質量の大きさと、振り子のように重力場にぶら下がっているスイングアームの長さによって決定される。ＧＭは、本質的には、そのスイングアームの長さである。ロールの周期は、ＧＭと、重力の中心を通る縦軸の周りでの船舶の環動半径とから算出することができる。

船舶の傾心Ｍは、大部分が船舶の構造によって固定されている。これは、船舶の慣性抵抗と船舶の体積との比率によって決定される。傾心Ｍは、ＫＭ、つまり、竜骨Ｋから傾心Ｍまでの垂直距離から算出することができ、次式から算出することができる：

ＫＭ＝ＫＢ＋ＢＭ
ＢＭ＝Ｉ／Ｖ

式中、ＫＢは竜骨Ｋから浮力Ｂの中心、つまり船体が変位する水の量の中心までの距離であり、ＢＭは浮力Ｂの中心から傾心Ｍまで距離であり、Ｉは水線面積の４乗メートルの２番目のモーメントであり、Ｖは立方メートルでの変位量である。

重心Ｇの船舶中心位置は、乗組員や貨物の積載や移動、燃料消費、船舶外装の着氷、水の吸収など多数の要因に依存して変化する。Ｇの位置変化は、船舶のＧＭ値を変更し、従って、船舶の安定性を変える。Ｇが傾心Ｍを超えるポイントに移動した場合、ＧＭは負となり、船自体を正状に戻せなくなってしまい、転覆の危険にさらされる。ＧＭは交替する乗組員や貨物積載、燃料消費、着氷などに起因して常に変わるため、安全上の理由から、ＧＭは常に監視され、かつ、船舶内での燃料と貨物の重量及び変位を考慮しながら再算出されることが重要である。

船舶のＧＭを連続的に算出することが可能な機器は、米国特許第１，８６０，３４５号に記載されている。当該特許文献に示された装置は、ジャイロスコープのベアリング上で最大の力を決定することによりロールの船舶の最高率を測定するジャイロスコープと、ロールの船舶の最大角度を測定するための振り子とを搭載している。デバイスは、機械的に複雑であり、慎重に較正した場合にのみ良好に動作する。米国特許第２，３４１，５６３号は、船の傾心高さを決定するための振り子を含む電気機械式デバイスを開示している。米国特許第３，９８２，４２４号はまた、船の傾心高さを決定するための振子精密ジャイロスコープを備えた回転センサを含む電気機械式デバイスを開示している。しかし、これらのシステムは、自動監視と警報のための自動化が行われていない。

米国特許第４，５４９，２６７号及び米国特許第４，６４７，９２８号は、海洋船舶のためのコンピュータ実装安定化システムを開示している。上記自動システムは、大型外航船に適している傾向があり、複雑で高価なものである。小型船舶も安定化システムの安全性を必要としており、漁船などのような小型船舶に実装することができる安価で簡易なシステムの必要性がある。

関連技術及びそれに関連する限定の上記実施例は、例示的であり排他的ではないことを意図している。関連技術の他の限定は、明細書を解読すること及び図面を検討することにより当業者には明らかとなるであろう。

以下の実施形態及び態様は、システム、ツール及び方法と共に記載及び図示されるが、例示及び図解することを意図するものであって範囲を限定するものではない。様々な実施形態では、上述した問題の１つ以上が低減または除去される一方で、他の実施形態は他の改良に向けられている。

従って、実施形態は、漁船などの小型船舶に実装されるのに十分に正確で、しかも簡易な自動安定システムを提供する。このシステムは、デジタル磁力計、デジタル加速度計及びデジタルジャイロスコープの測定値を統合することによって提供される。さらに、時間及び速度の較正を提供するように、ＧＰＳが備えられてもよい。

上記の例示的な態様及び実施形態に加えて、図面を参照し、かつ、以下の詳細な説明を検討することによって、さらなる態様及び実施形態が明らかになるであろう。

例示的な実施形態が、図面の参照図に示されている。本明細書に開示された実施形態及び図は、制限的ではなく例示的とみなされるべきであることが意図されている。
本発明のシステムを備えた船舶の概略図である。 ロールテスト及び動的安定性監視のための自己相関（Ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）のプロセスを示すフローチャートである。 ロールテスト及び動的安定性を監視するためのウェルチ法を用いる高速フーリエ変換のプロセスを示すフローチャートである。 平均傾斜実験スクリプトのプロセスを示すフローチャートである。 最大ロール角度値のためのプロセスを示すフローチャートである。 ロール周期からＧＭ（傾心高さ）を算出するプロセスを示すフローチャートである。 電力管理のためのプロセスを示すフローチャートである。

以下の説明を通してより完全な理解を当業者に提供するように、特定の詳細が記載されている。しかし、開示を不必要に曖昧にすることを避けるため、公知の要素は、図示または詳細に記載してない場合があり得る。従って、説明及び図面は、限定的な意味よりも例示的なものとみなされるべきである。

実施形態は、船舶の物流情報をネットワーク化されたコンピューティングインフラストラクチャへ同期させるようにポータブルコンピューティングデバイスを組み込むことができる。無線ネットワーク、携帯電話、衛星ＲＦ通信を使用して埋め込まれたセンサネットワークの組み合わせを提供することができる。これらのネットワーク技術は、船舶、貨物及び環境の条件に関するデータの自動交換を可能とする。

図１を参照すると、喫水線１４と共に水１２に浮かぶ船舶１０は、船体１６、竜骨Ｋ、重心Ｇの中心、傾心Ｍ及び浮力Ｂの中心を有する。第１のセンサは、慣性測定ユニットを提供する慣性測定ユニット（ＩＭＵ）２０である。全地球測位システム／全地球的航法衛星システム（ＧＰＳ／ＧＮＳＳ）受信機２４は、位置データを提供する。複数の追加のセンサ装置２６が、燃料、バラスト、及び貨物に関する追加情報を検出／提供するために設けられてもよく、プロセッサ２８がシステムに必要な算出を実行する。プロセッサ２８はデータストレージ３０を有している。視覚的または可聴的な警報（図示せず）が提供され得る。

ＩＭＵ２０は、好ましくは、４つの統合された多軸センサである、ｉ）３軸デジタル加速度計、ｉｉ）３軸デジタルジャイロスコープ、ｉｉｉ）３軸デジタル磁力計及びｉｖ）気圧センサを組み込んだ１０ＤＯＦ ＩＭＵである。これは、１０度の慣性測定を提供する。これらのデバイスで使用されるいくつかの典型的なチップセットは、ＡＤＸＬ３４５データシート、Ｌ３Ｇ４２００Ｄデータシート、ＨＭＣ５８８３Ｌデータシート及びＢＭＰ０８５データシートである。そのチップセットにおける形状係数に適合し、これらのチップまたは類似のチップを使用する任意の１０ＤＯＦセンサは、システムで動作するであろう。

プロセッサ２８は、好ましくは、少なくとも６４Ｍ以上のＲＡＭを搭載したＣＰＵである。ＧＰＳ／ＧＮＳＳデバイス２４は、好ましくは、集積チップアンテナを含むスタンドアロンの位置決めを提供するために、ｕ−ｂｌｏｘ（登録商標）のＧＰＳ／ＧＮＳＳアンテナモジュールである。埋め込まれたＧＰＳアンテナを備えるｕ−ｂｌｏｘのＵＰ５０１ ＧＰＳレシーバーモジュールは、ナビゲーション及び位置データを可能にする。ＧＰＳデータは、データ上に、密封され、かつ、自律的な、タイムスタンプを提供するために使用される。これはセキュリティ及び正当性のために使用され、かつ、改ざんを防止するように使用される。

センサ情報をプロセッサ２８へ通信するために、バッテリーで稼動する無線高性能ルータ２２が使用される。これは、適切な仕様と互換性を備える任意の高性能ＵＳＢルータであってもよい。好ましいものとしては、Ｃｏｍｆａｓｔ：５０メートル〜２００メートルの無線区間を有するＣＦ−ＷＵ７１０Ｎ及びＵＳＢインターフェースである。高性能ルータ２２はまた、グローバルな監視システムにローカルモバイルデバイスまたはコンピュータネットワークを接続することができる。燃料、バラスト、及び貨物の安定性についての追加情報を検出／提供するための装置２６は、レーダーセンサと、温度、湿度、歪み力及びバックグラウンド放射線レベルを測定するための他のユーザ定義された変換器とを含むことができる。

従って、センサからのデータ入力は、ＧＰＳ位置の記録、慣性運動、温度、湿度、歪み力及びバックグラウンド放射線レベルを含む。マッピングシステムは、船舶の多数のセンサデータ及びナビゲーション履歴を自動的に集計することができる。さらに、このようなシステムは、独立して使用するか、あるいは、自動化されたナビゲーションまたは警報通知システムと併せて使用することができる。

船舶の管理監視システムは、動作中にデバイスの機能を更新し、拡張し、かつ／あるいは、修正するようにリモートサービスアーキテクチャにサブスクライブすることができる。ネットワークサービスは、遠隔位置報告のための市販のソフトウェアアプリケーション、ハードウェアプロビジョニング及び保全資産管理を含むことができる。

システムは、船舶の異常な操作及びまたは状態をローカルと遠隔のオペレータ双方に通知するように、警報の概念を拡張している。例えば、これらの警報状態は、船舶の状態能力を超えて、操作異常、または一般的なセキュリティ警報状態を示す動作を報告することができる。

監視装置は、連続動作を保証するように、必要に応じてポータブルスタンドアロン電源を備えていてもよい。デバイスは、ローカルの有線または無線ネットワークを介して情報を共有し、中央サービスと交換するように関連する情報を自動的に選択してもよい。

ＩＭＵ２０における磁力計は、空間内の絶対ベクトルを提供するために使用される。ジャイロドリフトは、このベクトルによって補償される。磁力計は、高調波からの余弊を防ぐのに十分な速さ（１０Ｈｚ）でサンプリングできない。従って、サンプルセットに入り込む前に、スペクトルの高い部分を除外しながら８ｋＨｚでのオーバーサンプリングを可能とする。加速度計は、磁気偏角からは独立して動作し、従って、３次元空間における真の姿勢の重み付けした推定を経て、並進シフトの補償を支援することもできる。

方角上の動きは、支配的な超低周波の波長を決定するように、スペクトル分析及び統計的方法を用いて分析される。この情報は、安全マージンを解決するように理想的な条件の下で船舶の較正された数値モデルへ漸増的にサンプリングされる。この情報は、ローカルネットワーク上で警告警報を発して、無線通信ネットワークを介して自動管理通知を転送するように自動化されたイベントトリガーの閾値と比較される。

ＧＰＳデバイス２４は、２つの機能、すなわち、船の速度に関して補正係数としての機能及びクロックドリフトを補正するための機能を提供している。一連のイベントにおける船団情報を同期させることは、すべてのマシンが同じ時間でほぼ完璧な近似を共有することを全体的に必要とする。従って、ＧＰＳ受信機の時間同期は、不安定なネットワークソースにわたる時間を順次近似する必要なく、すべてのマシンが同一のネットワークタイムソースを共有することを考えると、常に正確なクロックドリフトに補正するために使用することができる。姿勢推定サンプルは、この秒以下のサンプル間隔内で厳密に順序付けされ、かつ、固定の待ち時間間隔（ｆｉｘｅｄ ｌａｔｅｎｃｙ ｉｎｔｅｒｖａｌｓ）を追跡することによって、システムは、マルチタスク環境の時間の推定よりも密接に真の時間と一致するように、自動補正する。加えて、ＧＰＳの位置情報は、増大式位置変化（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ｃｈａｎｇｅ）を再構築するためにオフラインで使用することができ、おおよその速度ベクトルを知ることによって、センサシステムでの動きの推定を支援することが可能になる。各センサのためにサンプリングウィンドウ内で不均一なサンプル間隔を補正することは、固定間隔サンプルを構築するために補間手法を介して時間の同時イベントの再構築を可能にする。このように、逐次モンテカルロ法のような標準的な姿勢分析方法がより正確に行われ、導出されるスペクトル分析ノイズは減少する。従って、船舶上の歪度分析を行うことができ、そうでなければ、時間における同じ瞬間において異なる位置でいくつかの姿勢推定値を正確に横断的に比較する（ｃｒｏｓｓｃｏｍｐａｒｅ）ことができなければ、困難であろう。

図２を参照すると、このフローチャートは、プロセッサ２８、すなわち、ロールテストの自己相関及び動態監視により遂行される第一段階を示している。データベース３２は、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）２０からのセンサデータに対してロードされクエリされる。補間ルーチンはデータを処理するために使用され、図３で説明するように既存のアルゴリズムを用いて自己相関のためにデータを準備する。ＩＭＵ２０からのデータは、固有ロール振動数（ｎａｔｕｒａｌ ｒｏｌｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を算出するために使用される。返される結果は、固有振動数または無回答のいずれかである。このプロセスは、固有振動数が識別されるまで繰り返される。

図３を参照すると、ウェルチ法を用いる高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が図２に示すロール試験及び動的安定性の測定信号のために使用される。データベース３０がロードされ、ＩＭＵ２０からのセンサデータのためにクエリされる。補間ルーチンは、データを処理するために使用され、それをフーリエ変換のために準備する。サンプリング周波数（ｓａｍｐｌｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、ウェルチ法ルーチンの入力として使用される。ウェルチ法を用いるルーチンは、ＦＦＴを処理するために使用される。返される結果は、固有振動数または無回答のいずれかである。上述のように、このプロセスは固有振動数が識別されるまで繰り返される。

図４を参照すると、平均傾斜実験スクリプトも算出することができる。データベースがロードされ、ＩＭＵ２０からのセンサデータのためにクエリされる。データは、船舶の傾斜平均値を返す平均化ルーチンに渡される。この傾斜実験は、竜骨Ｋから重心Ｇへの長さを判断するために使用することができる。

図５を参照すると、ロール角の最大値も算出することができる。データベース３０は、ロードされ、最大許容ロール角を超えているかどうかを決定するため、ＩＭＵ２０からのセンサデータのためにクエリされる。次に、データベース要素は最大警報値と比較される。アラームオンまたはオフの結果が返され、警報状態のこのブール値は、データベースに記録される。次いで、データベースは、警報の状態値に作用する他のルーチンによってクエリされる。

図６を参照して説明すると、ＧＭ（傾心高さ）がロール周期から算出される。固有ロール周期（Ｎａｔｕｒａｌ Ｒｏｌｌ Ｐｅｒｉｏｄ）は、固有振動数からの公知の算出において導き出される。図２、図３の固有振動数から取得される計器で算出された固有ロール周期と、船舶の記録された環動半径並びに船舶の特定のＧＭ定数を用いて、ＧＭルーチンは、現在のＧＭ値を算出する。環動半径は、所定の船舶にとって固有なものであり、造船技師によって調製される静水圧曲線から導き出される。ＧＭ定数は船舶の種類に固有のものであって、著書Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（造船技術の原理）（７８ページ）によると、ＧＭの定数は、水上船舶では０．８であり、単位はメートル法である。そして、ＧＭは次のように算出される：

ＧＭ＝（ＧＭ＿ＣＯＮＳＴＡＮＴ^＊ＲＡＤＩＵＳ＿ＯＦ＿ＧＹＲＡＴＩＯＮ／ＮＡＴＵＲＡＬ＿ＲＯＬＬ＿ＰＥＲＩＯＤ）^２

プロセッサ２８によって算出された次の状態は、聴覚または視覚、あるいは、その双方に拘らず警報信号を生成する。
１ 大角度ロール
２ 小さなＧＭ
３ 大きな加速度
４ 突然の湿度変化
５ 権限のない電力サイクル
６ リスト−静的
７ リスト−動的
８ 一般的な不具合
９ ＣＰＵの故障
１０ バックアップバッテリーの最小電圧
１１ 光子検出器
１２ その他ユーザ指定の警報

ＩＭＵ２０における加速度計は、プロセッサ２８に警報信号を生成させることができるインパクトを検出することも可能である。

システムはオプション機能を有しているが、その機能は、１）グローバルな監視システムにローカルモバイルデバイスまたはコンピュータネットワークを接続し、及び２）誘導と遠隔測定、ＧＰＳ、天候、背景放射、温度及び湿度に関する情報を中継するバッテリー駆動高性能ルータと、３）ディーゼル電気ハイブリッドエンジンを備えたスタンドアロン電力管理システムとレーダーやソナーから動的に更新された安全情報を有する自律誘導システムと、４）保険会社のためのフリート管理及び追跡、リアルタイムの使用状況と位置情報を中継すること、５）内部の改ざん防止タイムコードを使用しての改ざん防止データの収集及び管理、６）スタンドアロン及び改ざん防止ＡＩＳシステム（自動識別装置）情報と管理、７）モバイル接続されたネットワークを介して中央ロケーションに中継される燃料、バラスト及び貨物の安定性に関する追加情報、８）船舶が配置されている近くに発生する事象の長期診断監視及び法医学的回復のための充電管理システムを備えたスタンドアロンバックアップ電源システム、９）船舶の所有者とオペレータに電源障害、燃料の状態などを警告するためのシステム全体の電力ウォッチドッグ、１０）プログラマブルデバイスのネットワークまたは二次的プログラマブルロジックデバイス監視システムの制御を経由しモバイルデバイスまたは接続されたコンピュータを介して中継された乗組員及び／または貨物に関する情報を安全に中継すること、１１）中央機関への安全な接続とレポートトンネリングを提供しながら、既存のプラットフォーム上で前記デバイスからオペレータに状態情報を中継するＰＬＤ（プログラマブルロジックデバイス）ヒューマンマシンインターフェースシステムとの統合、１２）遠隔抑制でき、かつ／あるいは、反応システムが問題を軽減することができる機能を提供しながら、資産に係る業務を監視するためのセキュリティツール、１３）燃料の問題からの座礁、気象警報システム、火災警報システム、オペレータ惰眠、予定のずれ（ｓｃｈｅｄｕｌｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）、海賊行為などの不許可陸の近接などの可能性のあるイベントをオペレータに通知するための警報状態を伴う予測範囲の経路計画、１４）電力網と海洋機器、通信インフラ、レーダーインフラストラクチャー、水中及び水上船舶の統合、１５）異常な掘削活動、機械的ノイズ、地震活動、改良と在庫管理、情報計数のためのプラットフォームの監視、１６）情報の交換、更新及びオペレータへの通知などリモートリンクを介した前記サブシステムの制御、１７）プロトコル変換やネットワークプロトコルの適応、１８）システム監視、セキュリティ監査と監視、運用負荷監視、電力システムの監視と制御、太陽風との統合、石油化学及び原子力発電システム、空気品質監視システム、大気監視システム、爆発性ガス監視システム、有毒化学監視システム、血糖レベルや酸素レベルのような医療監視システム、診断機器、１９）曳航監視システム、張力診断監視システム、腐食監視システム、ストレス監視システム、疲労、亀裂破裂及び漏洩監視システム、を含むことができる。

システムは他のオプション機能を含むことがあるが、その機能は、２０）Ｔｗｉｔｔｅｒ（登録商標）などのグローバルネットワークへ公開情報を報告するようなソーシャルネットワークの統合、２１）必ずしもネットワークではないが、ドッキングステーションまたは無線接続性など携帯電話の統合、２２）グローバルな支払い及びサブスクリプション管理、会計の統合、そして、燃料消費とコスト最適化された航海のための会計、２３）不活性ガス雰囲気の監視、極低温システムのような雰囲気ガスの監視、２４）インターフェース及びヘッドレス操作（「ヘッドレス」とは画面がないということを意味している）、２５）音声テキスト読み上げ並びにリモートオペレータ通信、２６）光学システムインターフェース、２７）音響のインターフェースシステム、２８）レーダーベースのインターフェース、２９）空気圧及び油圧システムのインターフェース、３０）塩分と浮力の監視、水温監視、を含むことができる。

（電力供給プロセス）
好ましくは、電源は、入力極性に関係なくＤＣ及びＡＣ電圧電源入力の広い範囲（９ｖ−４８ｖＤＣから、最大１１０ｖＡＣまで）を受け入れる。電力整流、複数のセンサ及び補助負荷のための調整及び配電、及び供給システムへノイズがフィードバックするのを防止するために、フィルターをかけることによるノイズ抑制の構造も提供される。熱保護を伴う監視アルゴリズム及びシステム制御を含む、コンピュータ制御されたステップダウンコンバージョンと、電流制限ルーチンを伴うシャットダウンとが含まれる。

低電圧保護は、ショットキーダイオードを介して行うことができる。効率的なトロイダルトランスは、プロセッサへの電力供給のために第二段階の降圧コンバージョンを供給することができる。これは、電圧を低電圧高速ロジック制御及びセンサ用の３．３ｖにする。二次電圧変換器用のバイパス保護ダイオードを設けてもよい。これにより電力変換や調整は、プロセッサ、ＩＭＵ、ＧＰＳ、湿度計と温度計などの補助的なコンポーネントに配電する準備が整うが、これらの機器に限定されるものではない。

湿度センサは、侵入に対して防御するべく、システムの改ざん防止完全性、シャットダウントリガ及び通信プロトコルを保証するために使用される。多重な改ざん防止システムを提供するために光検出器回路も加えることが可能である。システム全体にわたってシリコン絶縁保護膜を施すことによって、腐食や関連した障害を防止するのに役立つことができる。

電力レベルを監視するための独立した監視マイクロプロセッサを備えたシステムの持続的な運転で瞬時の切り替えを伴うバックアップバッテリー保護を提供する、トリクル充電器と同様に機能するマイクロプロセッサ制御された充電管理システムを備えることもできる。これは、蘇生及びデータ復旧を確保するためのバッテリー放電限界を含むことができ、整然としたシャットダウンルーチンを提供し、データ格納が確保されてシステムの電圧低下を防ぐ。これは、電源切断または障害を警告するために、ＣＯＭポートを介して送信されるシステムステータスメッセージをもたらす。短絡がある場合には、バッテリーはダイオード保護された非ラッチリレーを介して絶縁されるが、この障害モードはシステム全体の安全性を確保するために通常は開放している。これは、船舶の所有者と停電の事業者に、燃料の状態などを警告するシステム全体の電力ウォッチドッグを提供する。

（電力管理）
図７を参照すると、システムは、多種で広範な、内蔵型バッテリー充電を伴ったＤＣ及びＡＣ入力を受け入れることができる降圧コンバータを組み込むことができる。主電源が最小電圧閾値を下回ったことを監視回路が検知すると、バッテリーは、レギュレータの入力にスイッチを切り替えることによって、システムへの電力供給を引き継ぐ。オンボードの監視回路は、全体的な電力管理を監視する。電力が遮断され、許容以上（典型的には約５分間）に遮断され、検知された電圧が最小閾値よりも小さいと監視回路が判断した場合には、監視システムが電力を除去する必要があるため、デバイスの整然としたシャットダウンを開始するようにホストシステムは通知され、ブラウンアウトのない（ｗｉｔｈ ｎｏ ｂｒｏｗｎ ｏｕｔｓ）システムの完全性を確保する。システムが通知され、電力サイクルの無線通知が送信される。監視回路は、ガイガーカウンター、歪みゲージ並びにバックプレーンの監視を行う湿度や光センサを有している。システムが応答しないということがウォッチドッグタイマ−によって検出されると、システムは自己復帰を行う。

無線通信システムは、プロセッサ２８にセンサ測定値を通信するためのものとして記載したが、そのような通信は有線化することもできる。各種センサからの測定は、連続していることが好ましいが、通信ネットワークの実用的な制限は、そのような測定及び／またはそのような通信の通信が周期的であることを必要とすることができる。用語「連続（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）」は、実質的な目的で連続的な定期的測定を含むことが意図されている。

多数の例示的な態様及び実施形態を上述してきたが、当業者は、これらの特定な改変、置換、追加及び部分的組み合わせを認めるであろう。従って、添付の特許請求の範囲及び以下に取り入れる特許請求の範囲は、真の範囲内にあるものとして、全てのそのような変更、置換、追加及び部分的組み合わせを含むように解釈されることを意図している。

Claims (12)

1. 船舶の安定性を自動化して連続的に監視するための方法であって、
   前記船舶にデジタル加速度計、デジタルジャイロスコープ及びデジタル磁力計を備え、
   コンピュータプロセッサと、データストレージと、実行されると入力信号に基づいて数学的算出及び比較を実行し、前記数学的算出及び比較に基づいて出力信号を生成するコンピュータコードとを含むプロセッサを提供し、
   前記の加速度計、前記のジャイロスコープ及び前記の磁力計からの定期的または連続的な測定信号を前記プロセッサに通信し、
   前記プロセッサは、連続的時点での前記船舶のロールの固有振動数を算出するように前記測定信号を使用し、
   前記プロセッサは、連続的時点での前記固有振動数からの前記船舶の固有ロール周期を算出し、
   前記プロセッサは、前記固有ロール周期から連続的時点での前記船舶の傾心高さを算出し、
   前記プロセッサは、連続的時点での前記船舶の算出された傾心高さを所定限界と比較し、
   ある時点での前記船舶の前記の算出された傾心高さが前記所定限界よりも小さい場合には、警報を発する、
   方法。
2. 前記プロセッサに、位置決め、時間及び速度データを提供する全地球測位システム受信機を提供し、
   前記プロセッサにより実行されると、前記の固有振動数の算出に使用された時間及び／または速度を前記プロセッサが修正できるようにするコンピュータコードを提供する、請求項１に記載の方法。
3. 前記プロセッサは、連続的時点での前記船舶の平均傾斜を算出し、
   前記プロセッサは、連続的時点での前記船舶の平均傾斜を所定の上限と比較し、
   ある時点での前記船舶の前記平均傾斜が前記所定限界よりも大きい場合には、警報を発する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記プロセッサは、連続的時点での前記船舶の最大ロール角度値を算出し、
   前記プロセッサは、連続的時点での前記船舶の最大ロール角度値を所定の上限と比較し、
   前記船舶の前記最大ロール角度値が前記所定限界よりも大きい場合には、警報を発する、請求項１、２または３のいずれか一項に記載の方法。
5. 測定データを前記プロセッサへ通信する１つ以上の追加のセンサを提供し、前記センサは、温度センサ、湿度センサ、歪み力センサ、バックグラウンド放射線レベルセンサ、燃料レベルセンサ、バラストレベルセンサ及び貨物安定センサからなる群から選択され、
   前記プロセッサは、連続的時点での前記１つ以上の追加のセンサによって提供される測定データを所定の上限または下限と比較し、
   連続的時点での前記１つ以上の追加のセンサによって提供される前記測定データが前記所定の上限または下限よりも大きいか、あるいは、小さい場合には、警報を発する、請求項１、２、３または４のいずれか一項に記載の方法。
6. 主電源とバックアップバッテリーとを提供し、
   前記主電源が最小電圧以下に低下したとき、前記プロセッサは、前記主電源から前記バックアップバッテリーに切り替わり、
   電力が遮断されるか、あるいは、最大許容時間よりも長い時間にわたって特定の電圧よりも小さい場合、前記プロセッサは、データストレージを確保するように整然としたシャットダウンルーチンを提供する、請求項１に記載の方法。
7. 船舶の安定性を自動化して連続的に監視するためのシステムであって、
   デジタル加速度計と、
   デジタルジャイロスコープと、
   デジタル磁力計と、
   コンピュータプロセッサと、データストレージと、実行されると入力信号に基づいて数学的算出及び比較を実行し、前記数学的算出及び比較に基づいて出力信号を生成するコンピュータコードとを含むプロセッサと、
   前記の加速度計、前記のジャイロスコープ及び／または前記の磁力計から測定信号を定期的または連続的に前記プロセッサへ通信するための通信ネットワークと、
   視覚的及び／または可聴的警報信号を生成するための警報と、
   を含み、
   前記コンピュータコードは、実行されると、連続的時点での前記船舶のロールの固有振動数と、連続的時点での前記固有振動数からの前記船舶の固有ロール周期と、前記固有ロール周期から連続的時点での前記船舶の傾心高さとを算出するように前記測定信号を用い、連続的時点での前記船舶の算出された傾心高さを所定限界と比較し、そして、ある時点での前記船舶の前記算出された傾心高さが前記所定限界よりも小さい場合には、警報を通信する、
   システム。
8. 位置決め、時間及び速度データを前記プロセッサに提供する全地球測位システム受信機と、
   前記プロセッサにより実行されると、前記の固有振動数の算出に使用された時間及び／または速度を前記プロセッサが修正できるようにするコンピュータコードと、をさらに含む、請求項７に記載のシステム。
9. 前記の加速度計、前記のジャイロスコープ及び／または前記の磁力計から測定信号を定期的または連続的に前記プロセッサへ通信するための前記通信ネットワークは、無線ネットワークを含む、請求項７または８に記載のシステム。
10. 測定データを前記プロセッサへ通信する１つ以上の追加のセンサをさらに含み、前記センサは、温度センサ、湿度センサ、歪み力センサ、バックグラウンド放射線レベルセンサ、燃料レベルセンサ、バラストレベルセンサ及び貨物安定センサから成る群から選択される、請求項７、８または９のいずれか一項に記載のシステム。
11. 主電源とバックアップバッテリーとをさらに含み、それにより、前記プロセッサは、前記主電源が最小電圧以下に低下したときに前記主電源から前記バックアップバッテリーに切り替わるようにプログラムされる、請求項７、８、９または１０のいずれか一項に記載のシステム。
12. 電力が遮断されるか、あるいは、最大許容時間よりも長い時間にわたって特定の電圧よりも小さい場合、前記プロセッサは、データストレージを確保するように整然としたシャットダウンルーチンを提供するようにさらにプログラムされる、請求項１１に記載のシステム。

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