JP2017094976A - 航行制御システム、水上航行体、水中航行体、航行制御方法、追尾一時中断時処理方法、航行先決定方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る航行制御システムの装置構成の例を示す概略構成図である。同図に示すように、航行制御システム1は、船舶100と潜水艇200とを備える。また、船舶100は、通信衛星920を介して陸上基地910と通信する。
潜水艇200は、水中航行体の例及び第二航行体の例に該当し、水中を航行して例えば撮影を行うなど指令を受けた作業を行う。潜水艇200は、無人潜水艇であってもよいし有人潜水艇であってもよい。
船舶100は、水上航行体の例及び第一航行体の例に該当し、水上を航行して潜水艇200を追尾し、潜水艇200と通信可能な位置を維持する。そして、船舶100は、潜水艇200と陸上基地910との通信を中継する。船舶100は、潜水艇200と音響通信(音波による通信)を行い、陸上基地910と電波による通信を行う。船舶100は、無人船であってもよいし有人船であってもよい。また、航行制御システム1が備える水上航行体の形状は船舶の形状に限らない。航行制御システム1が、船舶100に代えて船舶以外の形状をして自律航行する水上航行体を備えるようにしてもよい。
通信衛星920は、船舶100と陸上基地910との通信を中継する。
但し、船舶100と陸上基地910との通信方法は通信衛星920を介する方法に限らない。船舶100と陸上基地910とが通信衛星920を介さずに直接通信するようにしてもよい。
ここで、船舶等(船舶及び潜水艇を含む)の航行先の位置とは、船舶等が到達または通過する予定の位置である。特に、潜水艇200が船舶100に通知する潜水艇200の航行先の位置は、潜水艇200と船舶100とが合流する位置として用いられる。従って、潜水艇200は、船舶100に通知した航行先の位置に到達すると、船舶100と合流するまで待機する。
例えば、海流が速くない場合、潜水艇200の航行先の位置を一点に定めておき、航行先の位置に到達した潜水艇200がその位置で停止して待機するようにしてもよい。潜水艇200が停止して待機することで、潜水艇200のエネルギー(例えばバッテリー電力)の消費を低減させることができる。
なお、潜水艇の航行先の位置の深度は定められていてもよいし定められていなくてもよい。潜水艇200の航行先の位置は、船舶100が潜水艇200の航行先の位置の直上の海面の位置を特定可能に定められていればよい。
対基地通信部150は、陸上基地910(図1)と電波による通信を行う。特に、対基地通信部150は、水中第一通信部110が潜水艇200から受信した情報を陸上基地910へ送信(転送)し、また、陸上基地910から受信した情報を水中第一通信部110を介して潜水艇200へ送信(転送)する。これにより、船舶100は、潜水艇200と陸上基地910との通信を中継する。また、対基地通信部150は、陸上基地910から送信される船舶100への指令を受信する。
誤差検出部191は、潜水艇200から通知される潜水艇200の現在位置(潜水艇200の現在位置算出部291が算出した潜水艇200の現在位置)に含まれる誤差を検出する。
具体的には、誤差検出部191は、水中第一通信部110が潜水艇200から受信する音波の方向と遅延時間(送信から受信までの所要時間)とに基づいて船舶100に対する潜水艇200の相対位置を算出する。そして、誤差検出部191は、算出した相対位置と測位部140が求めた船舶100の位置(絶対位値)とに基づいて、潜水艇200の現在位置を絶対位置で求める。そして、誤差検出部191は、得られた絶対位置を始点とし、現在位置算出部291が算出した潜水艇200の現在位置を終点とするベクトル(位置の差分ベクトル)を誤差として算出する。
測位部140が求める船舶100の位置、及び、誤差検出部191が求める船舶100の位置は、絶対位置で示されていてもよいし、所定の基準位置からの相対位置で示されていてもよい。
なお、船舶100が、左旋回または右旋回にて障害物を回避するようにしてもよいし、前進から後進に切り替えて障害物を回避するようにしてもよい。
なお、行動処理部193は、潜水艇200の航行先の位置として補正後の航行先の位置を用いる。すなわち、行動処理部193は、船舶100の航行先の位置を、誤差検出部191による補正後の潜水艇200の航行先の直上の海上の位置に決定する。
観測部230は、潜水艇200に与えられた指令に従って潜水艇200の周囲の観測を行う。例えば、観測部230はカメラを備え、陸上基地910からの指令に従って潜水艇200の艇外を撮像する。
現在位置算出部291は、潜水艇200の現在位置を算出する。ここで、海中ではGNSS衛星からの信号を受信できないため、GNSS等の測位システムを用いることはできない。そこで、現在位置算出部291は、慣性航法装置を備え、潜水艇200の速度の積分に基づいて潜水艇200の現在位置を算出する。
例えば、航行動作決定部292は、潜水艇200の航行先の位置を船舶100の航行パターンと同じパターンによる航行先の位置に決定する。ここで、船舶100の航行パターンは船舶100の行動処理部193が決定したものであり、船舶100は当該航行パターンを既知である。従って、潜水艇200が船舶100の航行パターンと同じパターンで航行することで、船舶100は、潜水艇200の航行先の位置を知ることができる。
あるいは、航行動作決定部292は、潜水艇200の航行先の位置を決定し、決定した位置を水中第二通信部210を介して船舶100に通知する。航行動作決定部292が当該通知を行うことで、船舶100は、潜水艇200の航行先の位置を知ることができる。
例えば、船舶100の航行パターンと同じパターンで潜水艇200が航行する場合の進行先に崖(壁面)がある場合など物理的に航行できないと判定した場合、可否判定部293は、船舶100の航行パターンと同じパターンで潜水艇200が航行不可能と判定する。また、潜水艇200が特定の経路に沿って作業を実行中であり作業終了まで当該経路を離れられない場合も、可否判定部293は、船舶100の航行パターンと同じパターンで潜水艇200が航行不可能と判定する。
一方、船舶100の航行パターンと同じパターンで潜水艇200が航行することに対する障害がないと判定した場合、可否判定部293は、船舶100の航行パターンと同じパターンで潜水艇200が航行可能と判定する。
図3は、船舶100が潜水艇200の追尾を一時中断した場合に船舶100及び潜水艇200が行う処理の第1の例を示す説明図である。
同図の例で、船舶100の行動処理部193は、船舶100による潜水艇200の追尾を一時中断することに決定している(シーケンスS101)。
上述したように、行動処理部193は、船舶100による潜水艇200の追尾の継続が物理的に不可能と判定した場合、潜水艇200の追尾を一時中断すると決定する。また、船舶100への指令にて潜水艇200の追尾以外の行動を指示された場合、行動処理部193は、潜水艇200の追尾を一時中断すると決定する。
船舶100は、行動処理部193が決定した航行パターンに従って航行する。具体的には、行動処理部193は、決定した航行パターンに従って船舶100を航行させるよう第一推進部120を制御する。
また、行動処理部193は、追尾一時中断の通知と追尾一時中断時の船舶100の航行パターンの通知とを水中第一通信部110を介して潜水艇200へ送信する(シーケンスS103)。すなわち、水中第一通信部110が、行動処理部193の制御に従って、追尾一時中断の通知と追尾一時中断時の船舶100の航行パターンの通知とを潜水艇200へ送信する。
潜水艇200は、追従決定部294が決定した航行パターンに従って航行する。具体的には、追従決定部294は、決定した航行パターンに従って潜水艇200を航行させるよう第二推進部220を制御する。
潜水艇200が船舶100の航行パターンと同じ航行パターンで航行することで、船舶100と潜水艇200との位置関係が維持される。特に、潜水艇200は、船舶100の通信可能範囲内に位置し続ける。これにより、船舶100が潜水艇200を見失う可能性を低減させることができる。
図4のシーケンスS201〜S203は、図3のシーケンスS101〜S103と同様である。
上述したように、可否判定部293が、船舶100の航行パターンと同じパターンで潜水艇200が航行不可能と判定する場合の例として、船舶100の航行パターンと同じパターンでの潜水艇200の航行が物理的に不可能であると判定した場合が挙げられる。また、可否判定部293が、船舶100の航行パターンと同じパターンで潜水艇200が航行不可能と判定する場合のもう1つの例として、潜水艇200が特定の経路を離れられないと判定した場合が挙げられる。
潜水艇200は、位置決定通知部295が決定した待機位置へ航行する。なお、潜水艇200が、一時中断できない作業を行っている場合、当該作業終了後に待機位置へ航行する。
シーケンスS213の後、潜水艇200は、シーケンスS211で決定された待機位置に到達すると、当該待機位置で船舶100を待ち受ける(シーケンスS221)。
そして、補正部192は、誤差検出部191が算出した誤差に基づいて、シーケンスS213で得られた潜水艇200の待機位置を補正する(シーケンスS232)。
そして、行動処理部193は、追尾一時中断の原因が解消された後、補正部192が算出した補正後の待機位置を船舶100の航行先に決定する(シーケンスS233)。
船舶100は、行動処理部193が決定した航行先へ航行する。
このように、船舶100は、補正後の待機位置へ航行することで、潜水艇200が実際に待機する位置により近づくことができる。この点で、船舶100が潜水艇200を発見できる可能性を高めることができる。
一方、図4のシーケンスS213のように、水中第二通信部210が、待機位置の通知を船舶100へ送信するタイミングで現在位置の通知も送信する場合、水中第二通信部210は、現在位置の通知を繰り返し送信する必要がない。この点で、水中第二通信部210の負荷の増大を避けることができる。
図5は、補正部192が算出する補正後の待機位置の例を示す説明図である。
同図の位置P111は、行動処理部193が追尾一時中断を決定した時の船舶100の位置の例を示す。位置P121は、行動処理部193が追尾一時中断を決定した時に、現在位置算出部291が算出した潜水艇200の現在位置の例を示す。位置P122は、行動処理部193が追尾一時中断を決定した時に誤差検出部191が算出した船舶100の現在位置の例を示す。誤差検出部191は、測位部140が測位した船舶100の現在位置と、水中第一通信部110が受信した音波に基づいて算出した船舶100に対する潜水艇200の相対位置とに基づいて、位置P122を算出する。
矢印B11は、誤差検出部191が算出する誤差の例を示す。矢印B12は、位置決定通知部295が決定する潜水艇200の航行パターンの始点から終点までのベクトルの例を示す。矢印B13は、船舶100の航行経路の例を示す。
そこで、誤差検出部191は、現在位置算出部291が算出した潜水艇200の現在位置(位置P121)から、誤差検出部191自らが算出した潜水艇200の現在位置(位置P122)を減算した差分ベクトル(矢印B11が示すベクトル)を算出する。そして、誤差検出部191は、算出した差分ベクトルを、現在位置算出部291が算出した潜水艇200の現在位置に含まれる誤差として扱う。
そこで、船舶100は、追尾一時中断の原因が解消された後、矢印B13に示されるように補正後の待機位置(位置P222)へ向けて航行する。これにより、船舶100は、位置決定通知部295が算出した待機位置へ向かう場合よりも、潜水艇200の実際の待機位置に近づくことができる。これにより、船舶100が潜水艇200を発見できる可能性を高めることができる。
これにより、船舶100は、潜水艇200の航行先の位置に基づく位置(例えば、潜水艇200の航行先の直上の海面の位置)へ航行することができる。この点で、船舶100が潜水艇200を発見できる可能性を高めることができる。
航行動作決定部292が潜水艇200の航行先の位置を船舶100に通知することで、船舶100は、潜水艇200の航行先の位置を知ることができ、潜水艇200の航行先の位置へ航行することができる。この点で、船舶100が潜水艇200を発見できる可能性を高めることができる。
これにより、補正部301は、潜水艇200の航行先の位置をより高精度に求めることができる。すなわち、補正部301が求める潜水艇200の航行先の位置は、潜水艇200の実際の航行先の位置により近い。補正部301が求めた航行先の位置に船舶100が移動(航行)することで、船舶100は、潜水艇200に近付くことができる。この点で、船舶100が潜水艇200を発見できる可能性を高めることができる。
船舶100の航行パターンと同じパターンで潜水艇200が航行する場合、潜水艇200は、船舶100の通信可能範囲内に位置し続ける。これにより、船舶100は、潜水艇200を発見するための移動を行う必要無しに潜水艇200を発見することができる。また、船舶100の航行パターンと同じパターンで潜水艇200が航行不可能と判定された場合でも、行動処理部193は、潜水艇200の航行先の位置の通知を受けて、通知を受けた位置へ航行することで、潜水艇200を発見できる可能性を高めることができる。
また、船舶100の航行パターンと同じパターンで潜水艇200が航行する場合と、潜水艇200が航行先の位置を船舶100に通知する場合とのいずれも、潜水艇200は自律的に航行する。従って、船舶100が潜水艇200を制御する必要がなく、この点で船舶100の負荷を低減させることができる。また、潜水艇200は、船舶100の位置を把握する必要無しに航行することができ、この点で潜水艇200の負荷を軽減させることができる。
第1の実施形態では、船舶100が待機位置(船舶100に通知する潜水艇200の航行先の位置)の補正を行う場合について説明したが、潜水艇200が待機位置の補正を行うようにしてもよい。第2の実施形態では、潜水艇200が待機位置の補正を行う場合について説明する。
第2の実施形態に係る航行制御システムの装置構成は、図1で説明したのと同様であり説明を省略する。
補正部301は、図2の補正部192と同様、位置決定通知部295が決定した潜水艇200の航行先の位置を補正する。具体的には、補正部301は、位置決定通知部295が決定した潜水艇200の航行先の位置から、誤差検出部191が算出した誤差(差分ベクトル)を減算する。
以下、図7を参照して、船舶100が潜水艇200の追尾を一時中断し、可否判定部293が、船舶100の航行パターンと同じパターンで潜水艇200が航行不可能と判定する場合の航行制御システム1の動作について説明する。
図7のシーケンスS301〜S312は、図4のシーケンスS201〜S212と同様である。
なお、シーケンスS312とシーケンスS313との何れを先に実行するようにしてもよいし、シーケンスS312とシーケンスS313とを同時に実行するようにしてもよい。
誤差の通知を受けた潜水艇200では、補正部301が、シーケンスS312で得られた待機位置を誤差に基づいて補正する(シーケンスS331)。
また、現在位置算出部291は、潜水艇200の現在位置を誤差に基づいて補正する(シーケンスS332)。
なお、シーケンスS331とシーケンスS332との何れを先に実行するようにしてもよいし、シーケンスS331とシーケンスS332とを同時に実行するようにしてもよい。
その後、潜水艇200は、シーケンスS333で得られた補正後の待機位置に到達すると、当該待機位置で船舶100を待ち受ける(シーケンスS341)。
船舶100は、行動処理部193が決定した航行先へ航行する。
そして、誤差検出部191は、現在位置算出部291が算出した潜水艇200の現在位置に含まれる誤差を検出し、検出した誤差を潜水艇200に通知する。また、位置決定通知部295は、追尾一時中断の通知を受けた場合、現在位置算出部291が算出した潜水艇200の現在位置に基づいて潜水艇200の航行先の位置を決定する。そして、補正部301は、位置決定通知部295が決定した潜水艇200の航行先の位置を誤差に基づいて補正し、補正後の潜水艇200の航行先の位置を船舶100に通知する。
このように、船舶100に代えて潜水艇200が待機位置の補正を行う場合も、船舶100は、潜水艇200が実際に待機する位置により近づくことができる。この点で、船舶100が潜水艇200を発見できる可能性を高めることができる。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
100 船舶
110 水中第一通信部
120 第一推進部
130 周囲状況検出部
140 測位部
150 対基地通信部
190 第一制御部
191 誤差検出部
192、301 補正部
193 行動処理部
200 潜水艇
210 水中第二通信部
220 第二推進部
230 観測部
290 第二制御部
291 現在位置算出部
292 航行動作決定部
293 可否判定部
294 追従決定部
295 位置決定通知部
910 陸上基地
920 通信衛星
Claims (15)
- 水上を航行する第一航行体と前記第一航行体に追尾され水中を航行する第二航行体とを備え、
前記第一航行体は、前記第二航行体の追尾を一時中断すると決定した場合、追尾一時中断を前記第二航行体に通知する行動処理部を備え、
前記第二航行体は、前記追尾一時中断の通知を受けた場合、前記追尾一時中断を終了した後の前記第一航行体が既知の位置を前記第二航行体の航行先の位置と決定する航行動作決定部を備える
航行制御システム。 - 前記航行動作決定部は、決定した前記位置を前記第一航行体に通知する位置決定通知部を備える、請求項1に記載の航行制御システム。
- 前記第二航行体は、前記第二航行体の現在位置を算出し、算出した現在位置を前記第一航行体に通知する現在位置算出部をさらに備え、
前記位置決定通知部は、前記追尾一時中断の通知を受けた場合、前記現在位置算出部が算出した前記第二航行体の現在位置に基づいて前記第二航行体の航行先の位置を決定し、決定した位置を前記第一航行体に通知し、
前記第一航行体は、
前記現在位置算出部が算出した前記第二航行体の現在位置に含まれる誤差を検出する誤差検出部と、
前記位置決定通知部が決定した前記第二航行体の航行先の位置を前記誤差に基づいて補正する補正部と、
をさらに備える請求項2に記載の航行制御システム。 - 前記第二航行体は、
前記第二航行体の現在位置を算出し、算出した現在位置を前記第一航行体に通知する現在位置算出部と、
前記位置決定通知部が決定した前記第二航行体の航行先の位置を補正する補正部と、
をさらに備え、
前記第一航行体は、前記現在位置算出部が算出した前記第二航行体の現在位置に含まれる誤差を検出し、検出した誤差を前記第二航行体に通知する誤差検出部をさらに備え、
前記位置決定通知部は、前記追尾一時中断の通知を受けた場合、前記現在位置算出部が算出した前記第二航行体の現在位置に基づいて前記第二航行体の航行先の位置を決定し、
前記補正部は、前記位置決定通知部が決定した前記第二航行体の航行先の位置を前記誤差に基づいて補正し、補正後の前記第二航行体の航行先の位置を前記第一航行体に通知する
請求項2に記載の航行制御システム。 - 前記行動処理部は、追尾一時中断時の前記第一航行体の航行パターンを前記第二航行体に通知し、
前記航行動作決定部は、
前記第一航行体の航行パターンと同じパターンで前記第二航行体が航行可能か否かを判定する可否判定部と、
前記第一航行体の航行パターンと同じパターンで前記第二航行体が航行可能と前記可否判定部が判定した場合、前記第二航行体の航行先の位置を前記第一航行体の航行パターンと同じ航行パターンによる航行先の位置に決定する追従決定部と、
をさらに備え、
前記位置決定通知部は、前記第一航行体の航行パターンと同じパターンで前記第二航行体が航行不可能と前記可否判定部が判定した場合、前記第二航行体の航行先の位置を決定し、決定した位置を前記第一航行体に通知する、
請求項2から4のいずれか一項に記載の航行制御システム。 - 水中航行体を追尾して水上を航行する水上航行体であって、
前記水中航行体の追尾を一時中断すると決定した場合、追尾一時中断と、追尾一時中断時の前記水上航行体の航行パターンとを前記水中航行体に通知する行動処理部を備える水上航行体。 - 水中航行体を追尾して水上を航行する水上航行体であって、
前記水中航行体の追尾を一時中断すると決定した場合、追尾一時中断を前記水中航行体に通知する行動処理部と、
前記水中航行体が決定した前記水中航行体の航行先の位置の通知を取得する通知取得部と、
を備え、
前記行動処理部は、前記水中航行体の追尾一時中断の終了後に、前記水上航行体の航行先の位置を前記水中航行体の航行先の位置に基づいて決定する、
水上航行体。 - 水上航行体に追尾され水中を航行する水中航行体であって、
前記水上航行体による前記水中航行体の追尾一時中断の通知を受けた場合、前記追尾一時中断を終了した後の前記水上航行体が既知の位置を前記水中航行体の航行先の位置と決定する航行動作決定部を備える、水中航行体。 - 水上を航行する第一航行体と前記第一航行体に追尾され水中を航行する第二航行体とを備える航行制御システムの航行制御方法であって、
前記第一航行体が、前記第二航行体の追尾を一時中断すると決定した場合、追尾一時中断を前記第二航行体に通知する行動処理ステップと、
前記第二航行体が、前記追尾一時中断の通知を受けた場合、前記追尾一時中断を終了した後の前記第一航行体が既知の位置を前記第二航行体の航行先の位置と決定する航行動作決定ステップと、
を含む航行制御方法。 - 水中航行体を追尾して水上を航行する水上航行体が、前記水中航行体の追尾を一時中断すると決定した場合、追尾一時中断と、追尾一時中断時の前記水上航行体の航行パターンとを前記水中航行体に通知する追尾一時中断時処理方法。
- 水中航行体を追尾して水上を航行する水上航行体が、前記水中航行体の追尾を一時中断すると決定した場合、追尾一時中断を前記水中航行体に通知する行動処理ステップと、
前記水上航行体が、前記水中航行体が決定した前記水中航行体の航行先の位置の通知を取得する通知取得ステップと、
前記水上航行体が、前記水中航行体の追尾一時中断の終了後に、前記水上航行体の航行先の位置を前記水中航行体の航行先の位置に基づいて決定する航行先決定ステップと、
を含む追尾一時中断時処理方法。 - 水上航行体に追尾され水中を航行する水中航行体が、前記水上航行体による前記水中航行体の追尾一時中断の通知を受けた場合、前記追尾一時中断を終了した後の前記水上航行体が既知の位置を前記水中航行体の航行先の位置と決定する航行先決定方法。
- 水中航行体を追尾して水上を航行する水上航行体を制御するコンピュータに、
前記水中航行体の追尾を一時中断すると決定した場合、追尾一時中断と、追尾一時中断時の前記水上航行体の航行パターンとを前記水中航行体に通知する処理を行わせるためのプログラム。 - 水中航行体を追尾して水上を航行する水上航行体を制御するコンピュータに、
前記水中航行体の追尾を一時中断すると決定した場合、追尾一時中断を前記水中航行体に通知する行動処理ステップと、
前記水中航行体が決定した前記水中航行体の航行先の位置の通知を取得する通知取得ステップと、
前記水中航行体の追尾一時中断の終了後に、前記水上航行体の航行先の位置を前記水中航行体の航行先の位置に基づいて決定する航行先決定ステップと、
を実行させるためのプログラム。 - 水上航行体に追尾され水中を航行する水中航行体を制御するコンピュータに、
前記水上航行体による前記水中航行体の追尾一時中断の通知を受けた場合、前記追尾一時中断を終了した後の前記水上航行体が既知の位置を前記水中航行体の航行先の位置と決定する処理を行わせるためのプログラム。
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