JP2018103949A - 船舶の自動操縦システム、船舶、及び船舶の自動操縦方法 - Google Patents

Abstract

【課題】他船の位置と進行方向と速力を検出して、自船と他船との間における予め設定される相対位置関係を維持するように、自船の針路と速力を自動操船で変更できる船舶の自動操縦システム、船舶、及び船舶の自動操縦方法を提供する。
【解決手段】他船２、４、５の航行に関する他船情報を検出し、この他船情報を基に自船１の航行のための自船情報を算出し、この自船情報に基づく自船１の航行を実現するための操船情報を算出し、この操船情報に従って自船１を操船する船舶の自動操縦方法で、他船情報が他船２、４、５の位置と進行方向と速力を含み、自船情報が、自船から見た他船の真方位若しくは相対方位、自船と他船との離間距離、自船と保護対象物との位置関係、自船の航路若しくは針路のいずれか２つ以上を組み合わせて規定された、自船１と他船２、４、５との間の相対位置関係を維持する自船１の位置と針路と速力を含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象船の動向に従って、自船を自動操縦する船舶の自動操縦システム、船舶、及び船舶の自動操縦方法に関する。

自船と他船との位置関係を考慮した操船支援装置として、避航操船を簡単に行うことができ、操船者の負担を軽減させるために、ＡＲＰＡ装置（衝突予防援助装置）から所定時間ごとに対象とする他船の方位と求め、他船との衝突を回避するために、例えば、他船の方位を自船の指示針路とする避航ルートを操船装置に送出して自動的に他船の中心位置の方位、若しくは船尾寄りに向ける操船を行う操船支援装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、他船が自船の動向に対して意図的に針路や速力を変更するような場合においては、単に他船に対して避航するだけではなく、場合によっては、追尾したり、監視したり、保護対象物に対しての他船の接近を阻止したりする必要があり、単に他船の方位に応じて自船の針路を変更するだけでは対応しきれないという問題がある。

特開平１０−１７５５９７号公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、他船が自船の動向に対して意図的に針路や速力を変更するような場合においても、他船の位置と進行方向と速力を検出して、自船と他船との間における予め設定される相対位置関係を維持するように、自船の針路と速力を自動操船で変更できる船舶の自動操縦システム、船舶、及び船舶の自動操縦方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するための船舶の自動操縦システムは、他船の航行に関する他船情報を検出する他船情報検出手段と、この他船情報検出手段で得られた他船情報を基に自船の航行のための自船情報を算出する自船情報算出段と、この自船情報算出手段で算出された自船情報に基づく自船の航行を実現するための操船情報を算出する操船情報算出手段と、この操船情報算出手段で算出された操船情報に従って自船を操船する自動操船手段を備えた船舶の自動操縦システムにおいて、前記他船情報が他船の位置と進行方向と速力を含み、前記自船情報算出手段が、自船から見た他船の真方位若しくは相対方位、自船と他船との離間距離、自船と保護対象物との位置関係、自船の航路若しくは針路のいずれか２つ以上を組み合わせて自船と他船との間の相対位置を規定する規定条件を満たす相対位置関係に関して、予め設定されている単数または複数の相対位置関係モードを有し、その単数または複数の相対位置関係モードのうちから選択された相対位置関係モードを維持するための自船の位置と針路と速力を含む自船情報を算出するように構成される。

この構成によれば、他船が自船の動向に対して意図的に針路や速力を変更するような場合においても、他船の位置と進行方向と速力を検出して、自船と他船との間における予め設定される相対位置関係を維持するように、自船の針路と速力を自動操船で変更できる。

上記の船舶の自動操縦システムにおいて、前記自船情報算出段が、前記相対位置関係モードとして、予め設定される追尾相対方位若しくは追尾真方位と予め設定される並走航路を維持しつつ他船と並走する並走監視用位置関係モードと、予め設定される保護対象と他船との間に自船が入る阻止監視用位置関係モードのいずれか一方又は両方を備えている。

この構成によれば、並走監視用位置関係モードの採用により、他船が自船が航行する並走航路を横切って並走航路の反対側に入り込むことを自動操船で阻止でき、また、阻止監視用位置関係モードの採用により、他船が自船が航行する阻止円の円周上を横切って阻止円の内側に入り込むことを自動操船で阻止できる。

上記の船舶の自動操縦システムにおいて、前記自船情報算出段が、前記阻止監視用位置関係モードとして、前記保護対象を予め設定される阻止領域内に配置して、前記阻止領域の外縁上を自船が航行する阻止領域位置関係モードと、予め設定される阻止針路を維持する阻止針路位置関係モードと、自船の予め設定された真方位に他船を維持し、かつ、自船と他船との離間距離を予め設定された距離に維持する真方位維持位置関係モードと、自船の予め設定された相対方位に他船を維持し、かつ、自船と他船との離間距離を予め設定された距離に維持する相対方位維持位置関係モードとのいずれか又は幾つかの組み合わせ又は全部を備えている。

この構成によれば、阻止監視用位置関係モードの採用により、阻止対象の他船が、自船が航行する阻止円の円周上を横切って阻止円の内側に入り込むことを自動操船で阻止でき、阻止針路位置関係モードの採用により、阻止対象の他船が、自船が航行する阻止針路を横切って阻止針路の反対側に入り込むことを自動操船で阻止できる。また、真方位維持位置関係モードの採用により、阻止対象の他船に対して、常時、この他船を自船から真方位に見ることはできると共に、この他船との距離を保つことを自動操船で阻止できる。

上記の船舶の自動操縦システムにおいて、前記自船情報算出段が、阻止領域位置関係モードに、前記阻止領域を円形とすると共に、前記保護対象を予め設定される半径の阻止円の中心に配置して、前記阻止円の円周上を自船が航行する阻止円位置関係モードを含むと、この阻止円位置関係モードにより、非常に簡便に阻止領域を設定できるようになる。

上記の船舶の自動操縦システムにおいて、前記自動操船手段が、各相対位置関係を規定する規定条件を、当該位置関係モードが選択されたタイミングにおける、他船との相対位置を基に自動的に設定するとともに、この設定した規定条件を、入力された数値に変更できるように構成されていると、非常に簡単にしかも正確に、追尾相対方位若しくは追尾真方位、並走航路、阻止円の中心の位置、阻止半径、阻止針路、真方位、離間距離等の規定条件を設定できるようになる。

そして、上記のような目的を達成するための船舶は、上記の船舶の自動操縦システムを備えていることを特徴とし、上記の船舶の自動操縦システムの効果を発揮できる。

上記のような目的を達成するための船舶の自動操縦システムは、他船の航行に関する他船情報を検出するステップと、この他船情報を基に自船の航行のための自船情報を算出するステップと、この自船情報に基づく自船の航行を実現するための操船情報を算出するステップと、この操船情報に従って自船を操船するステップとを有する船舶の自動操縦方法において、前記他船情報が他船の位置と進行方向と速力を含み、前記自船情報が、自船から見た他船の真方位若しくは相対方位、自船と他船との離間距離、自船と保護対象物との位置関係、自船の航路若しくは針路のいずれか２つ以上を組み合わせて、自船と他船との間の相対位置を規定する規定条件を単数または複数設定し、この規定条件を満たす相対位置関係を単数または複数設定し、この単数または複数の相対位置関係のうちから予め選択された相対位置関係を維持する自船の位置と針路と速力を含んでいることを特徴とする方法である。

この方法によれば、他船が自船の動向に対して意図的に針路や速力を変更するような場合においても、他船の位置と進行方向と速力を検出して、自船と他船との間における予め設定される相対位置関係を維持するように、自船の針路と速力を自動操船で変更できる

本発明の船舶の自動操縦システム、船舶、及び船舶の自動操縦方法によれば、他船が自船の動向に対して意図的に針路や速力を変更するような場合においても、他船の位置と進行方向と速力を検出して、自船と他船との間における予め設定される相対位置関係を維持するように、自船の針路と速力を自動操船で変更できる。

本発明の実施の形態の船舶の自動操縦システムの構成を模式的に示す図である。 図１の船舶の自動操縦システムにおける自船情報算出手段の構成を示す図である。 本発明の実施の形態の船舶の自動操縦方法の制御フローの一例を示す図である。 監視位置関係モードのうちの相対方位監視位置関係モードの操船の状況を模式的に示す図である。 監視位置関係モードのうちの並走監視用位置関係モードで自船の針路を一定とする操船の状況を模式的に示す図である。 監視位置関係モードのうちの並走監視用位置関係モードでの操船の航路を保持する操船の状況を模式的に示す図である。 阻止監視位置関係モードのうちの阻止円位置関係モードの操船の状況を模式的に示す図である。 阻止監視位置関係モードのうちの阻止針路位置関係モードの操船の状況を模式的に示す図である。 阻止監視位置関係モードのうちの真方位維持位置関係モードの他船船首方向位置関係モードの操船の状況を模式的に示す図である。 阻止監視位置関係モードのうちの真方位維持位置関係モードの他船船尾方向位置関係モードの操船の状況を模式的に示す図である。 護衛位置関係モードのうちの他船右正横維持位置関係モードの操船の状況を模式的に示す図である。 護衛位置関係モードのうちの他船左正横維持位置関係モードの操船の状況を模式的に示す図である。 通常避航領域、緊急避航領域、緊急停船領域の判定領域の例を模式的に示す図である。 船舶の操縦装置の構成の一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の船舶の自動操縦システム、船舶、及び船舶の自動操縦方法について、図面を参照しながら説明する。そして、本発明の実施の形態の船舶は、本発明の実施の形態の船舶の自動操縦システムを備えている船舶である。なお、ここでは、船舶が２軸２舵の船舶で、かつ、ジョイスティック等で構成される移動情報入力部と、ダイヤル等で構成される旋回情報入力部を有する入力装置を有する船舶の操縦システムを備えている船舶を例にして説明しているが、本発明の船舶は２軸２舵に限定されず、また、入力装置も「ジョイスティックとダイヤル」の入力装置に限定されない。

本発明に係る実施の形態の船舶１は、例えば、図１４に示すように、船舶の操縦システム１００を備えている。この船舶の操縦システム１００は、左舷側推進器３１ａと左舷側舵３１ｂとからなる左舷側推進システム３１と、右舷側推進器３２ａと右舷側舵３２ｂとからなる右舷側推進システム３２の２つの推進システム３１、３２を船尾に備えて構成される。この左舷側推進器３１ａと右舷側推進器３２ａの両方を可変プロペラで構成する。このプロペラは固定ピッチプロペラで構成してもよいが、可変ピッチプロペラで構成すると推力の変更が容易となるのでより好ましい。また、特に図示しないが、旋回補助装置として船首スラスターや船尾スラスターを備えていてもよい。

また、入力装置２０と操縦制御装置３０を備えている。この入力装置２０は、ジョイスティック等で構成される移動情報入力部２１と、ダイヤル（回頭ダイヤル）等で構成される旋回情報入力部２２とを有して構成される。この操縦制御装置３０は、移動情報入力部２１からの傾倒方向（操船方向：船の移動方向）と、その方向におけるジョイスティックの傾斜角度の大きさの傾斜角度のデータと、旋回情報入力部２２からのダイヤルの旋回方向とダイヤル角度を入力する。

この操縦制御装置３０は、これらのデータの他にも、ＧＰＳ装置、ログ等からの船舶１の位置情報や速度情報、ジャイロ装置からの船首方位情報や、風向風速計からの情報、水中測位装置からの情報、レーダーからの情報、距離測定装置や測距通信装置などのからの情報などを入力して、左舷側推進器３１ａと右舷側推進器３２ａのそれぞれにおける前進又は後進の選択と、発生する推力の大きさの指令とを、それぞれのプロペラの制御装置３１ａｃ、３２ａｃに出力し、これにより、水流Ｗを発生し、推力Ｔａ、Ｔｂを得る。また、左舷側舵３１ｂと右舷側舵３２ｂの面舵（船首が右に回転）と取舵（船首が左に回転）の選択と、その舵角の大きさの指令とをそれぞれの舵取装置３１ｂｃ、３２ｂｃに出力する。

つまり、この船舶の操縦システム１００では、操船者が、操船のために入力装置２０で移動情報入力部２１と旋回情報入力部２２を操作すると、操縦制御装置３０は、この移動情報入力部２１からの傾倒方向と傾斜角度のデータ、及び、旋回情報入力部２２からのダイヤルの旋回方向とダイヤル角度のデータを受けて、推進器３１ａ、３２ａと舵３１ｂ、３２ｂを統合制御して、船舶の前進、後進、並進、斜め前並進、斜め後並進、その場回頭など操船を行う。

そして、本発明においては、この船舶の操縦システム１００が本発明に係る実施の形態の船舶の自動操縦システム１０を備えて構成される。この船舶の自動操縦システム１０は、図１に示すように、他船情報検出手段１１、自船情報算出手段１２、操船情報算出手段１３、自動操船手段１４を備えている。

この他船情報検出手段１１は、監視対象である水上目標などの他船２や護衛対象である他船４の航行に関する他船情報、例えば、位置、針路（進行方向）、航行速度（速力）、旋回速度、旋回角速度、航行速度、航行加速度等の各種データを検出する手段である。特に、他船情報が他船２、４の位置と進行方向（針路）と速力（航行速度）を含むことが重要である。これらの他船情報は、レーダーなどにより得られる他船の位置情報の時系列変化を、自船１の位置変化分を補正しながらたどることにより容易に入手することができる。

また、自船情報算出手段１２は、他船情報検出手段１１で得られた他船情報を基に自船１の航行のための自船情報、例えば、位置、針路（進行方向）、航行速度（速力）、さらにはこれらに加えて、旋回速度、旋回加速度、航行加速度等の各種データを算出するための手段である。特に、自船情報が、他船２、４、５と自船１との間の相対位置関係に関して、予め設定されている図２に示すような複数の相対位置関係モードを有し、その相対位置関係モードのうちから選択された相対位置関係モードにおける相対位置関係を維持するための自船１の位置、針路（進行方向）と速力（航行速度）を含むことが重要である。

図２に示すように、この自船情報算出手段１２は、相対位置関係設定手段１２ａ、相対位置関係情報算出手段１２ｂ、衝突回避用情報算出手段１２ｃを有して構成される。この相対位置関係設定手段１２ａは、操船者から入力された選択指令に基づいて、各種の相対位置関係モードの中から一つの相対位置関係モードを選択し、相対位置関係とその相対位置関係に関する規定条件を設定する。

また、相対位置関係情報算出手段１２ｂでは、選択した相対位置関係モードに基づいて、その相対位置関係モードにおける、その相対位置関係を維持するための自船情報を算出する。なお、相対位置関係モードの具体的内容に関しては後述する。

また、衝突回避用情報算出手段１２ｃは、自船１と監視対象である他船２や護衛対象である他船４との離間距離と方位に基づいて、通常避航用情報、緊急避航用情報、緊急停船用情報を算出する手段である。

また、操船情報算出手段１３は、自船情報算出手段１２で算出された自船情報に基づく自船１の航行を実現するための操船情報を算出する手段である。この手段では、針路、航行速度に加えて、旋回速度、旋回加速度、航行加速度等の自船１の航行用データを入力とし、舵３１ｂ、３２ｂの舵角を操作する操舵機の制御データ、船首スラスター、船尾スラスター、プロペラ３１ａ、３２ａ等の推進装置システム３１、３２への制御データ等を出力する。

この入力の航行用データと制御データの関係は、予め実験や計算などにより、対応マップを作成したり、対応関数を設定したりして、入力データに対して算出値を出力するフィードフォワード制御や、入力の航行用データに対応する計測値を目標値に近づけるフィードバック制御などの周知の制御方法を用いることができる。なお、船首スラスター、船尾スラスターなどを備えている場合には、これらの制御データも出力される。

また、自動操船手段１４は、操船情報算出手段１３で算出された操船情報である制御データに従っての推進システム３１、３２を駆動する手段である。これにより、自船１を自動操船する。

次に、相対位置関係モードについて説明する。図２に示すように、監視対象の他船２や護衛対象の他船４の動向に対して自動操船するために、相対位置関係設定手段１２ａは、この相対位置関係モードとして、監視対象の他船２に対してある程度の離間距離から監視するための監視位置関係モード、阻止対象の他船２に対して真方位と離間距離に基づく位置関係を常に維持するための阻止監視位置関係モード、護衛対象の他船４に対する相対位置関係を常に維持するための護衛位置関係モードを備えている。

この監視位置関係モードには、相対方位監視位置関係モードと並走監視位置関係モードとがあり、相対方位監視位置関係モードでは、図４に示すように、監視対象である他船２を常に自船１の予め設定された相対方位（この図４では正面）に捉えるように船首方位を制御するモードである。このモードでは、他船２と自船１との離間距離に関する自動操船はしない。また、この監視位置関係モードでは、自船１の位置制御は、停船時には自動で制御するが、手動で自船１の位置を変更するように構成し、その位置における自船の船首方位を制御する。

また、並走監視位置関係モードでは、水上目標物等の監視対象である他船２に対し、操船者によって任意に設定された相対方位θ若しくは真方位（図５及び図６では相対方位）を維持しつつ監視するのに便利なモードである。このモードでは、図５に示すように、他船２に対し、追尾する際の追尾相対方位θ（若しくは真方位）と予め設定される並走航路Ｌ１が設定されると、並走航路Ｌ１を維持しつつ、同時に他船２との追尾相対方位θを維持するように、自船１の航行速度及び航行加速度を制御するモードである。この場合は、他船２の針路に依らず、自船１の船首方位が並走航路Ｌ１及び追尾相対方位θ（若しくは真方位）を維持するように制御データが算出される。

なお、追尾相対方位θ（若しくは真方位）は、並走監視位置関係モードが選択されたタイミングにおける、他船との相対方位追尾相対方位θ（若しくは真方位）を規定条件の追尾相対方位θ（若しくは真方位）として自動的に設定するようにすることが好ましい。また、この追尾相対方位θ（若しくは真方位）は、並走監視位置関係モードが選択されている間は、数値入力等によって指示された値に変更できるように構成することが好ましい。

また、並走航路Ｌ１は、並走監視位置関係モードが選択されたタイミングにおける、自船１の並走航路Ｌ１をその時の針路を一定とする航路として自動的に設定する機能を備えることが好ましい。さらには、この並走航路Ｌ１として、図５に示すように自船１の針路を一定にした直線的な航路としたり、図６に示すように中心と半径を設定した円形の航路、図示しないがギグザグ形状（のこ歯形状）の航路などの予め設定されているいくつかの航路から選択した航路としたり、ある地形を回避するような、航路図形入力装置を用いて操船者により入力された航路としたりする機能を備えることがより好ましい。なお、この並走航路Ｌ１は、並走監視位置関係モードが選択されている間は、数値入力または旋回情報入力部２２のダイヤルの操作等によって指示された値に変更できるように構成することが好ましい。

なお、並走監視位置関係モードで自動操船中に、旋回情報入力部２２のダイヤルが操船者によって操作されるなどの、予め設定された中断用操作がなされたことを検出した場合には、自動操船モードを自動的に手動操船モードに切り替えることが好ましい。この手動操船モードでは、例えば、自船１のプロペラ回転数若しくは可変ピッチプロペラのピッチ角度や舵角を、移動情報入力部２１のジョイスティックの傾斜方向と傾斜角度、旋回情報入力部２２のダイヤルの回転量などの操作量に従って操作し、これにより、自船１の針路と航行速度などが制御される。

また、再度、並走監視位置関係モードに戻る場合には、自動的に再び並走監視位置関係モードに移行させずに、改めて、並走監視位置関係モードを選択した場合に、戻るように構成される。

なお、図５及び図６の（７）の状態のように、他船２が進路変更して、その結果、自船１と他船２との針路が反転している状態になったとしても、自船１の自動操船による回頭等は行わないように構成する。つまり、操船者が状況を確認して、手動制御モードや通常の操船へ切り替える等することによって回頭操作を行う。

さらに、並走航路Ｌ１の自船１に対して、他船２のある側に接近警報ラインＬａと回避警報ラインＬｂを予め設定される距離にて設定して、これらの警報ラインＬａ、Ｌｂを越えて他船２が自船１に接近したときには、接近警報及び回避警報をそれぞれ発令するように構成する。ただし、自動操船での回避操船などは行わずに、操船者が状況を確認して、手動操船モードや通常の操船へ切り替える等することによって回避操作を行うように構成する。なお、図５及び図６は、（３）の状態が接近警報状態にあることを示し、（４）の状態が回避警報状態にあることを示している。

この接近警報ラインＬａと回避警報ラインＬｂの接近距離と回避距離は、自船１と他船２との相対速度によって自動的に変更するように構成してもよい。また、並走監視位置関係モードが選択されている間は、数値入力等によって指示された値に適宜変更できるように構成することが好ましい。

そして、阻止位置関係モードは、自船１の位置を監視対象の他船２と保護すべき保護対象物３とを結ぶ直線と予め設定する阻止領域の境界との交点に占位しつつ、常に、保護対象物３が、他船２よりも自船１の内側に、即ち、他船２とは自船１の反対側になるように自船１の位置を維持するように、航行速度及び航行加速度を自動操船するモードである。そして、この阻止位置関係モードには、阻止領域位置関係モードと阻止針路位置関係モードと真方位維持位置関係モードがある。

阻止領域位置関係モードでは、自船１が他船２に対して阻止・監視しつつ航行する際の阻止領域（阻止エリア）を設定する。自船１は、この阻止領域の外縁上を航行して、他船２が阻止領域内に進入するのを阻止するようにする。この阻止領域は、分かり易くするために、以下では、阻止領域を円形として説明しているが、必ずしも、円形でなくてもよく、楕円や多角形や操船者が入力した図形であってもよい。

そして、阻止領域位置関係モードのうちの阻止円位置関係モードでは、図７に示すように、保護対象物３を中心として、設定された距離（阻止半径）Ｒ１を半径とする円である阻止円Ｃ１で、阻止領域を設定する。そして、自船１の針路は、常に阻止円Ｃ１の円周方向に向けるように制御すると共に、自船１の阻止円Ｃ１の円周上の位置は、常に阻止円Ｃ１の中心Ｃｃの保護対象物３と他船２とを結ぶ直線との交点になるように航行速度を自動操船する。

なお、阻止円Ｃ１の中心Ｃｃと阻止半径Ｒ１は、それぞれ任意に設定できるようにするが、阻止円Ｃ１の中心Ｃｃの位置を選択した後で、阻止円位置関係モードが選択されたタイミングにおける、保護対象物３の中心Ｃｃと自船１との間の距離を阻止半径Ｒ１として自動的に設定するようにすることが好ましい。なお、この阻止半径Ｒ１は、阻止円位置関係モードが選択されている間は、数値入力によって指示された値に変更できるように構成することが好ましい。

なお、阻止円位置関係モードで自動操船中に、旋回情報入力部２２のダイヤル（回頭ダイヤル）が操船者によって操作されるなどの、予め設定された中断用操作がなされたことを検出した場合には、自動操船モードを自動的に手動操船モードに切り替えることが好ましい。この手動操船モードでは、例えば、自船１のプロペラの回転数若しくは可変ピッチプロペラのピッチ角度や舵角を、移動情報入力部２１のジョイスティックの傾斜方向と傾斜角度、旋回情報入力部２２のダイヤルの回転量などの操作量に従って操作し、これにより、自船１の針路と航行速度などが制御される。

また、再度、阻止円位置関係モードに戻る場合には、自動的に再び阻止円位置関係モードに移行させずに、改めて、阻止円位置関係モードを選択した場合に、戻るように構成される。

なお、図７の（５）の状態のように、他船２が進路変更して、その結果、自船１と他船２との針路が反転している状態になったとしても、自船１の自動操船による回頭等は行わないように構成する。つまり、操船者が状況を確認して、手動モードや通常の操船へ切り替える等することによって回頭操作を行う。

さらに、阻止円Ｃ１の円周上に位置する自船１に対して、この阻止円Ｃ１の円周よりも外側に予め設定される距離で接近警報ライン（接近警報円）Ｃａと回避警報ライン（回避警報円）Ｃｂを設定して、これらの警報ラインＣａ、Ｃｂを越えて他船２が自船１に接近したときには、接近警報及び回避警報をそれぞれ発令するように構成する。ただし、自動操船での回避操船などは行わずに、操船者が状況を確認して、手動操船モードや通常の操船へ切り替える等することによって回避操作を行う。なお、図７では、（２）の状態が接近警報状態にあることを示し、（４）の状態が回避警報状態にあることを示している。

この接近警報ラインＣａと回避警報ラインＣｂの接近半径と回避半径は、自船１と他船２との相対速度によって自動的に変更するように構成してもよく、また、阻止円位置関係モードが選択されている間は、数値入力等によって指示された値に変更できるように構成することが好ましい。なお、阻止領域が円形でない場合はその外側に予め設定される接近距離と回避距離だけ離れた図形を接近警報ラインと回避警報ラインとする。

また、阻止針路位置関係モードでは、図８に示すように、阻止領域（阻止エリア）を、保護対象物３に対して、並走監視位置関係モードと同様に、阻止針路Ｌ２を設定する。そして、自船１は、他船２の針路に依らず、阻止針路Ｌ２を維持しつつ、同時に自船１の阻止針路Ｌ２上の位置は、常に、他船２と保護対象物３とを結ぶ直線との交点になるように航行速度を自動制御する。

また、阻止針路Ｌ２は、任意に設定できるようにするが、保護対象物３を設定した後で、阻止針路位置関係モードが選択されたタイミングにおける、自船１の針路を阻止針路Ｌ２として自動的に設定するようにすることが好ましい。なお、この阻止針路Ｌ２は、阻止針路位置関係モードが選択されている間は、数値入力または旋回情報入力部２２のダイヤルの操作によって指示された値に変更できるように構成することが好ましい。

なお、阻止針路位置関係モードで自動操船中に、旋回情報入力部２２のダイヤルが操船者によって操作されるなどの、予め設定された中断用操作がなされたことを検出した場合には、自動操船モードを自動的に手動操船モードに切り替えることが好ましいこの手動操船モードでは、例えば、自船１のプロペラの回転数若しくは可変ピッチプロペラのピッチ角度や舵角を、移動情報入力部２１のジョイスティックの傾斜方向と傾斜角度、旋回情報入力部２２のダイヤルの回転量などの操作量に従って操作し、これにより、自船１の針路と航行速度などが制御される。

また、再度、阻止針路位置関係モードに戻る場合には、自動的に再び阻止針路位置関係モードに移行させずに、改めて、阻止針路位置関係モードを選択した場合に、戻るように構成される。

なお、図８の（６）の状態のように、他船２が進路変更して、その結果、自船１と他船２との針路が反転している状態になったとしても、自船１の自動操船による回頭等は行わないように構成する。つまり、操船者が状況を確認して、手動モードや通常の操船へ切り替える等することによって回頭操作を行う。

さらに、阻止針路Ｌ２の自船１に対して、予め設定される距離の接近警報ラインＬｃと回避警報ラインＬｄを設定して、これらの警報ラインＬｃ、Ｌｄを越えて他船２が自船１に接近したときには、接近警報及び回避警報をそれぞれ発令するように構成する。ただし、自動での回避操船などは行わずに、操船者が状況を確認して、手動モードや通常の操船へ切り替える等することによって回避操作を行う。なお、図８では、（３）の状態が接近警報状態にあることを示し、（４）の状態が回避警報状態にあることを示している。

そして、阻止位置関係モードの真方位維持位置関係モードは、図９及び図１０に示すように、阻止対象である他船２に対して真方位（自船から見た方位ではなく、地形に対する方位）Ａ、Ｂと予め設定された離間距離Ｄ１、Ｄ２を常に維持するように自船１の動きを自動操船するモードである。この真方位維持位置関係モードには、他船船首方向位置関係モードと他船船尾方向位置関係モードがある。

この他船船首方向位置関係モードでは、他船２が自船１の真方位Ａ（地形に対する特定の方向、例えば、０ｄｅｇ＝北）Ａでかつ離間距離が特定の距離Ｄ１になるように制御する。つまり、図９の（１）に示すように、他船２を自船１の真方位Ａに据え、かつ離間距離が特定の距離Ｄ１になる位置に自船１を制御する。例えば、次に（２）のように、他船２が取舵回頭をした場合には、自船１はやや減速しつつ取舵回頭を開始する。この場合でも、他船２を常に自船１から見て真方位Ａに据え、かつ離間距離Ｄ１を維持するように制御する。次に（３）のように、他船２の取舵回頭に伴い、自船１は徐々に他船２の船尾方向に位置する。そして、（４）のように、他船２の取舵回頭終了に伴い、自船１も取舵回頭を終了する。他船２の面舵回頭に対しても、同様に自船１の面舵回頭をするように制御する。

一方、他船船尾方向位置関係モードでは、他船２が自船１の真方位Ｂ（例えば、１８０ｄｅｇ＝南）Ｂでかつ離間距離が特定の距離Ｄ２になるように制御する。つまり、図１０の（１）に示すように、他船２を自船１の真方位Ｂに据え、かつ離間距離Ｄ２になる位置に自船１を制御する。例えば、次に（２）のように、他船２が取舵回頭をした場合には、自船１はやや減速しつつ取舵回頭を開始する。この場合でも、他船２を常に自船１から見て真方位Ｂに据え、かつ離間距離が特定の距離Ｄ２になるように制御する。次に（３）のように、他船２の取舵回頭に伴い、自船１は徐々に他船の船尾方向に位置する。そして、（４）のように、他船２の取舵回頭終了に伴い、自船１も取舵回頭を終了する。他船２の面舵回頭に対しても、同様に自船１の面舵回頭をするように制御する。

また、真方位Ａ、Ｂ、及び離間距離Ｄ１、Ｄ２は、任意に設定できるようにするが、阻止対象の他船２を設定した後で、真方位維持位置関係モードが選択されたタイミングにおける、自船１と他船２との距離を維持すべき離間距離Ｄ１、Ｄ２として自動的に設定するようにすることが好ましい。なお、この真方位Ａ、Ｂは、数値入力または旋回情報入力部２２のダイヤルの操作によって指示された値とする。そして、真方位Ａ、Ｂ、及び離間距離Ｄ１、Ｄ２は、真方位維持位置関係モードが選択されている間は、数値入力または旋回情報入力部２２のダイヤルの操作等によって指示された値に変更できるように構成することが好ましい。

次に、護衛位置関係モード（相対方位維持位置関係モード）について説明する。この護衛位置関係モードは、図１０及び図１１に示すように、阻止対象である他船２に対して相対方位（自船から見た方位、例えば、右正横、左正横と予め設定された離間距離Ｄ３、Ｄ４を常に維持するように自船１の動きを自動操船するモードである。なお、相対方位としては、右正横、左正横に限定されず、他の任意の方向の相対方位でよく、例えば、斜め右前方位、斜め右後方位、斜め左前方位、斜め左後方位等であってもよい。ここでは分かり易くするため、右正横、左正横を例にしている。

そして、護衛位置関係モードには、他船右正横維持位置関係モードと他船左正横維持位置関係モードがある。これらの他船右正横維持位置関係モードと他船左正横維持位置関係モードでは、図１１及び図１２に示すように、護衛対象である他船４に対する正横位置と距離に基づく位置関係を常に維持するように自船１を制御する。

この他船右正横維持位置関係モードでは、他船４が自船１の右正横でかつ離間距離が特定の距離Ｄ３になるように制御する。つまり、図１１の（１）に示すように、他船２を自船１の右正横でかつ離間距離が特定の距離Ｄ３になる位置に自船１を制御する。次に（２）のように、他船４の取舵回頭に伴い、自船１は増速しつつ取舵回頭を開始する。この場合でも、他船４を常に自船１から見て右正横でかつ離間距離Ｄ３を維持するように制御する。次に（３）のように、他船４の右正横にかつ離間距離Ｄ３を維持しつつ取舵回頭する。そして、（４）のように、他船４の取舵回頭終了に伴い、自船１も取舵回頭を終了する。他船４の面舵回頭に対しても、同様に自船１の面舵回頭をするように制御する。

一方、他船左正横維持位置関係モードでは、他船４が自船１の左正横でかつ離間距離が特定の距離Ｄ４になるように制御する。つまり、図１２の（１）に示すように、他船２を自船１の左正横でかつ離間距離が特定の距離Ｄ４になる位置に自船１を制御する。次に（２）のように、他船４の取舵回頭に伴い、自船１は減速しつつ取舵回頭を開始する。この場合でも、他船４を常に自船１から見て左正横でかつ離間距離Ｄ４を維持するように制御する。次に（３）のように、他船４の左正横にかつ離間距離Ｄ４を維持しつつ取舵回頭する。そして、（４）のように、他船４の取舵回頭終了に伴い、自船１も取舵回頭を終了する。他船４の面舵回頭に対しても、同様に自船１の面舵回頭をするように制御する。

また、相対方位、及び離間距離Ｄ３、Ｄ４は、任意に設定できるようにするが、護衛対象の他船４を設定した後で、護衛位置関係モードが選択されたタイミングにおける、自船１から見た他船４の方向を相対方位とし、また、自船１と他船２との距離を維持すべき離間距離Ｄ３、Ｄ４として自動的に設定するようにすることが好ましい。なお、相対方位、及び離間距離Ｄ３、Ｄ４は、護衛位置関係モードが選択されている間は、数値入力または旋回情報入力部２２のダイヤルの操作等によって指示された値に変更できるように構成することが好ましい。

また、衝突回避用情報算出手段１２ｃは、自船１と監視対象である他船２や護衛対象である他船４との離間距離と相対方位に基づいて、通常避航用情報、緊急避航用情報、緊急停船用情報を算出する手段である。この衝突回避用情報算出手段１２ｃは、監視や阻止監視や護衛等の行動をする場合に、監視対象である他船２や護衛対象である他船４の動きによっては、自船１と衝突の危険性が生じる。

そのため、自動操船に伴う衝突を避けるために、図１３に示すように、自船１の周囲に通常避航領域Ａ１、緊急避航領域Ａ２、緊急停船領域Ａ３の判定領域（判定エリア）Ａ１、Ａ２、Ａ３を設けて、他船５がそれぞれ判定領域に侵入した場合には、他船５の動きに応じて、通常の操舵の範囲で避航を行う通常避航処置、他船５との距離が近いため緊急操舵を行う緊急避航処置、他船５との距離が極めて近いため、緊急停船を行う緊急停止処置のそれぞれの操船を自動で行うように構成される。なお、この判定領域Ａ１、Ａ２、Ａ３は、簡便には円Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３に設定することができるが、円形状に限らず、自船１の操縦性能に依る。また、これらの判定領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の大きさや形状は、自船１の航行速度に応じて設定される。

上記の構成により、自船情報算出手段１２は、自船１から見た他船２、４、５の真方位Ａ、Ｂ若しくは相対方位θ、（右正横、左正横）、自船１と他船２、４、５との離間距離Ｄ１〜Ｄ４、自船１と保護対象物３との位置関係、自船１の航路Ｃ１、Ｌ１若しくは自船１の針路Ｌ２のいずれか２つ以上を組み合わせて、自船１と他船２、４、５との間の相対位置を規定する規定条件を満たす相対位置関係に関して、予め設定されている単数または複数の相対位置関係モードを有し、その単数または複数の相対位置関係モードのうちから選択された相対位置関係モードを維持するための自船の位置と針路と速力を含む自船情報を算出するものとなる。

次に、本発明に係る実施の形態の船舶の自動操縦方法について、図３の制御フローを参照しながら説明する。この船舶の自動操縦方法は、他船２、４、５の航行に関する他船情報を検出するステップと、この他船情報を基に自船１の航行のための自船情報を算出するステップと、この自船情報に基づく自船１の航行を実現するための操船情報を算出するステップと、この操船情報に従って自船１を操船するステップを有する船舶の自動操縦方法である。

そして、この方法において、自船１から見た他船２、４、５の真方位Ａ、Ｂ若しくは相対方位θ、（右正横、左正横）、自船１と他船２、４、５との離間距離Ｄ１〜Ｄ４、自船１と保護対象物３との位置関係、自船１の航路Ｃ１、Ｌ１若しくは自船１の針路Ｌ２のいずれか２つ以上を組み合わせて、自船１と他船２、４、５との間の相対位置を規定する規定条件を単数または複数設定し、この規定条件を満たす相対位置関係を単数または複数設定し、この単数または複数の相対位置関係のうちから予め選択された相対位置関係を維持する自船１の針路と速力を含んでいる方法である。

この船舶の自動操縦方法は、図３に例示するような制御フローによって実施できる。この図３の制御フローは、本発明に係る実施の形態の船舶（自船）１の操船の開始と共に、上級の制御フローから呼ばれてスタートし、自船１の操船の終了と共に、上級の制御フローに戻り、上級の制御フローと共に終了するものとして示してある。

自船１の操船が開始されると、図３の制御フローがスタートし、ステップＳ１１で、自動操縦装置による自動操船モードが要求されているか否かを、操船用スイッチや操船用のタッチパネルなどにより判定する。このステップＳ１１で自動操船モードが選択されていれば、ステップＳ１２に行き、どの相対位置関係モードが選択されているかを判定し、選択されている相対位置関係モードを記憶する。このステップＳ１１とステップＳ１２は同時に行うことが好ましい。つまり、相対位置関係モードの選択のみで自動的に自動操船モードが選択されると判定できるようにすることで、自動操船モードへの移行を円滑に行えるようにする。

次のステップＳ１３では、選択された相対位置関係モードに基づいて、監視位置関係モードや、阻止監視位置関係モード、護衛位置関係モード等の各モードでの制御コースを選択する。ここでは、各モードでの細かい制御は上記で説明しているので、共通する制御の流れを説明する。

次のステップＳ１４では、各モードが選択されると、そのモードで必要な規定情報を取得または設定する。この規定情報としては、例えば、保護対象物３の位置や形状などであり、この規定情報は、監視位置関係モードでは、追尾相対方位θ（若しくは相対真方位）、並走航路Ｌ１、接近警報ラインＬａ、回避警報ラインＬｂである。阻止位置関係モードの阻止円位置関係モードでは、阻止領域（阻止円：中心Ｃｃと阻止半径Ｒ１）、接近警報ライン（接近警報円）Ｃａ、回避警報ライン（回避警報円）Ｃｂである。阻止位置関係モードの並走監視位置関係モードでは、阻止針路Ｌ２、接近警報ラインＬｃ、回避警報ラインＬｄである。阻止位置関係モードの真方位維持位置関係モードでは、真方位Ａ、Ｂ、離間距離Ｄ１、Ｄ２である。護衛位置関係モードでは、自船１から見る他船５の方位（右正横、左正横など）と離間距離Ｄ３、Ｄ４である。

次のステップＳ１５では、他船情報検出手段１１により、他船２、４、５の他船情報を取得する。この他船情報は、レーダーなどにより得られる他船の位置情報の時系列変化から検出される、例えば、針路、旋回速度、旋回角速度、航行速度、航行加速度等の各種データである。これらの他船情報は、自船１の方位の変化分や位置移動分を補正することにより、自船１との相対位置関係だけでなく、絶対座標（地形に固定の座標）での位置関係を得る。

次のステップＳ１６では、自船情報算出手段１２により、自船１の航行のために必要な自船情報を算出する。この自船１の航行のための自船情報は選択されている相対位置関係モードの制御コースによって異なるが、相対位置関係設定手段１２ａにより、選択された相対位置関係モードの制御コースを選択して、相対位置関係情報算出手段１２ｂにより、他船情報から予め設定した第１予測時間後の他船２、４、５の予測位置を算出する。また、この第１予測時間後に自船１があるべき第１予想位置を算出する。

そして、現時点での自船１の現在位置から、この第１予想位置まで、第１予測時間において自船１で発揮できる航行速度や旋回速度によって到達できるか否かを判定し、到達できれば、第１予測時間を短くして第２予測時間にして、一方、到達できなければ、第１予測時間を長くして第２予測時間にして、これを繰り返し、到達可能な最短の予測時間と予測位置を求める。そして、この最短の予測時間で到達できる自船１の航行用のデータを自船情報として出力する。

なお、並行して、衝突回避用情報算出手段１２ｃで自船１と他船２、４、５との位置関係が、通常避航領域Ａ１、緊急避航領域Ａ２、緊急停止領域Ａ３の各判定領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に入っているか否かを判定し、いずれかの判定領域Ａ１、Ａ２、Ａ３にある場合は、優先して各判定領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応した操船及び警報を自動的取るよう自船情報を出力する。

次のステップＳ１７では、操船情報算出手段１３により、航行用の自船情報から、舵や船首スラスターや船尾スラスターや推進装置等の具体的な装置を制御する操船情報を算出する。この航行用の自船情報から操船情報を算出する方法は、周知のフィードフォワード法やフィードバック法などの制御アルゴリズムを用いることができ、必要に応じて、自船１を現在位置から予測時間で予測位置に移動させる制御に関しては、自船情報と操船情報と自動操船とを一つの制御体系に組み入れて制御を行っても良い。

次のステップＳ１８では、自動操船手段１４により、この操船情報を入力して、自動操船を行う。そして、自動操船後は、ステップＳ１１に戻る。なお、操船終了時には割り込みにより、リターンして上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローと共に終了する。

そして、本発明の実施の形態の船舶１は、上記の船舶の自動操縦システム１０を備えて構成される。従って、この船舶１は、上記の船舶の自動操縦システム１０を使用して自動操船できるので、この船舶の自動操縦システム１０で可能な船舶の自動操船方法を実施できる。

従って、上記の船舶の自動操縦システム１０、船舶１、及び船舶の自動操縦方法によれば、他船２、４、５が自船１の動向に対して意図的に針路や速力を変更するような場合においても、他船２、４、５の位置と進行方向と速力を検出して、他船２、４、５と自船１の間における予め設定される相対位置関係を維持するように、自船１の針路と速力を自動操船で変更できる。

１ 自船
２、４、５ 他船
３ 保護対象物
１０ 船舶の自動操縦システム
１１ 他船情報検出手段
１２ 自船情報算出手段
１２ａ 相対位置関係設定手段
１２ｂ 相対位置関係情報算出手段
１２ｃ 衝突回避用情報算出手段
１３ 操船情報算出手段
１４ 自動操船手段
２０ 入力装置
２１ 移動情報入力部
２２ 旋回情報入力部
３０ 操縦制御装置
３１ａ 左舷側推進器
３１ｂ 左舷側舵
３１ 左舷側推進システム（推進システム）
３２ａ 右舷側推進器
３２ｂ 右舷側舵
３２ 右舷側推進システム（推進システム）
Ａ、Ｂ 真方位
Ａ１、Ａ２、Ａ３ 判定領域
Ｃ１ 阻止円
Ｃａ 接近警報ライン（接近警報円）
Ｃｂ 回避警報ライン（回避警報円）
Ｃｃ 阻止円の中心
Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３ 判定用の円
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ 離間距離
Ｌ１ 並走航路
Ｌ２ 阻止針路
Ｌａ 接近警報ライン
Ｌｂ 回避警報ライン
Ｌｃ 接近警報ライン
Ｌｄ 回避警報ライン
Ｒ１ 阻止半径
θ 追尾相対方位

Claims (7)

1. 他船の航行に関する他船情報を検出する他船情報検出手段と、この他船情報検出手段で得られた他船情報を基に自船の航行のための自船情報を算出する自船情報算出段と、この自船情報算出手段で算出された自船情報に基づく自船の航行を実現するための操船情報を算出する操船情報算出手段と、この操船情報算出手段で算出された操船情報に従って自船を操船する自動操船手段を備えた船舶の自動操縦システムにおいて、
   前記他船情報が他船の位置と進行方向と速力を含み、
   前記自船情報算出手段が、自船から見た他船の真方位若しくは相対方位、自船と他船との離間距離、自船と保護対象物との位置関係、自船の航路若しくは針路のいずれか２つ以上を組み合わせて自船と他船との間の相対位置を規定する規定条件を満たす相対位置関係に関して、予め設定されている単数または複数の相対位置関係モードを有し、その単数または複数の相対位置関係モードのうちから選択された相対位置関係モードを維持するための自船の位置と針路と速力を含む自船情報を算出するように構成されていることを特徴とする船舶の自動操縦システム。
2. 前記自船情報算出段が、
   前記相対位置関係として、予め設定される追尾相対方位若しくは追尾真方位と予め設定される並走航路を維持しつつ他船と並走する並走監視用位置関係モードと、予め設定される保護対象と他船との間に自船が入る阻止監視用位置関係モードのいずれか一方又は両方を備えていることを特徴とする請求項１に記載の船舶の自動操縦システム。
3. 前記自船情報算出段が、
   前記阻止監視用位置関係として、
   前記保護対象を予め設定される阻止領域内に配置して、前記阻止領域の外縁上を自船が航行する阻止領域位置関係モードと、
   予め設定される阻止針路を維持する阻止針路位置関係モードと、
   自船の予め設定された真方位に他船を維持し、かつ、自船と他船との離間距離を予め設定された距離に維持する真方位維持位置関係モードと、
   自船の予め設定された相対方位に他船を維持し、かつ、自船と他船との離間距離を予め設定された距離に維持する相対方位維持位置関係モードとのいずれか又は幾つかの組み合わせ又は全部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の船舶の自動操縦システム。
4. 前記自船情報算出段が、
   阻止領域位置関係モードに、前記阻止領域を円形とすると共に、前記保護対象を予め設定される半径の阻止円の中心に配置して、前記阻止円の円周上を自船が航行する阻止円位置関係モードを含むことを特徴とする請求項３に記載の船舶の自動操縦システム。
5. 前記自動操船手段が、各相対位置関係を規定する規定条件を、当該位置関係モードが選択されたタイミングにおける、他船との相対位置を基に自動的に設定するとともに、この設定した規定条件を、入力された数値に変更できるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の船舶の自動操縦システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の船舶の自動操縦システムを備えていることを特徴とする船舶。
7. 他船の航行に関する他船情報を検出するステップと、この他船情報を基に自船の航行のための自船情報を算出するステップと、この自船情報に基づく自船の航行を実現するための操船情報を算出するステップと、この操船情報に従って自船を操船するステップとを有する船舶の自動操縦方法において、
   前記他船情報が他船の位置と進行方向と速力を含み、
   前記自船情報が、自船から見た他船の真方位若しくは相対方位、自船と他船との離間距離、自船と保護対象物との位置関係、自船の航路若しくは針路のいずれか２つ以上を組み合わせて、自船と他船との間の相対位置を規定する規定条件を単数または複数設定し、この規定条件を満たす相対位置関係を単数または複数設定し、この単数または複数の相対位置関係のうちから予め選択された相対位置関係を維持する自船の位置と針路と速力を含んでいることを特徴とする船舶の自動操縦方法。

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