JP2019012043A - Optimal route calculating device and optimal route calculating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶の最適航路演算装置および最適航路演算方法に関する。 The present invention relates to an optimum route calculation device and an optimum route calculation method for a ship.
燃料価格高騰に伴う運航コストの削減、温室効果ガス(GHG)排出削減問題、さらには安全運航、輸送品質の維持向上などのニーズの高まりから、船舶における最適航路演算は船舶の運航管理における有効手段として重要視されている。 Optimal route calculation on ships is an effective means for ship operation management due to the growing needs for reductions in operational costs associated with soaring fuel prices, greenhouse gas (GHG) emission reduction problems, and safe operation and maintenance and improvement of transportation quality. As important.
従来の最適航路演算は、燃費削減効果の高い北太平洋等の一大洋に対して、計画される出港時刻および入港時刻の拘束条件のもと、一定の船速または一定の主機回転数にて運航するという仮定で航路(緯度および経度)のみを最適化演算している。 Conventional optimal route calculation operates at a constant ship speed or a constant main engine speed for a large ocean, such as the North Pacific, where fuel efficiency is reduced, under the constraints of planned departure and arrival times. Only the route (latitude and longitude) is optimized.
しかし、全球(全地球)に対応した最適航路演算を実施するためには、多数の諸島または浅瀬が存在する海域や、運河または海峡を挟んだ海域を通過する場合に、必須となる通過地点を経由した航路を自動的に演算する必要がある。 However, in order to carry out the optimum route calculation corresponding to the entire globe (global), it is necessary to set the necessary transit point when passing through a sea area where there are many islands or shallows, or a sea area across a canal or a strait. It is necessary to automatically calculate the route that passed through.
このために、例えば、下記特許文献1のように、最適航路探索のための格子点(ノード)に重み付けをする構成が提案されている。また、例えば、下記特許文献2のように、航路途中に必須通過地点を設定し、当該必須通過地点を必ず通るように最適航路の演算を行うことが提案されている。
For this purpose, for example, a configuration for weighting lattice points (nodes) for optimum route search has been proposed as in
しかし、特許文献1,2のような態様では、結局出発地から到着地までの全域について格子点を配置する必要があり、狭い海域等では航行不能な領域にも格子点が配置されることになる。このため、最適航路演算において無意味な格子点が設けられることにより、無駄な演算が行われる余地がある。
However, in aspects such as
また、狭い海域等に必ず格子点または必須通過地点を設定するためには、格子点間の距離を短くする必要があるが、狭い海域と広い海域との両方を通る航路においては、広い海域における格子点間の距離も狭い海域に合わせて短く設定する必要が生じ、演算量が多くなり、演算効率が悪化する。 In addition, in order to always set grid points or essential passage points in narrow sea areas, etc., it is necessary to shorten the distance between the grid points. However, in a route that passes both narrow and wide sea areas, The distance between grid points also needs to be set short according to the narrow sea area, the amount of calculation increases, and the calculation efficiency deteriorates.
本発明は上記に鑑みなされたものであり、出発地から到着地までの航路全体における最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる最適航路演算装置および最適航路演算方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides an optimum route calculation device and an optimum route calculation method capable of automatically performing optimum route calculation in the entire route from the departure point to the arrival point while suppressing the amount of calculation. The purpose is to provide.
本発明の一態様に係る最適航路演算装置は、船舶の出発地、到着地および出発時刻を含む情報の入力を受け付ける情報入力受付部と、入力された前記情報と、前記船舶の性能データと、前記船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する最適航路演算部と、前記出発地と前記到着地との間に、予め定められた固定航路領域があるか否かを判定する判定部と、を備え、前記最適航路演算部は、前記固定航路領域があると判定された場合、前記固定航路領域においては予め定められた固定航路を採用し、残りの領域を、前記出発地、前記固定航路領域の端部または前記到着地によって区切られる複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれについて最適航路を演算するよう構成される。 The optimum route calculation device according to one aspect of the present invention includes an information input receiving unit that receives an input of information including a departure place, an arrival place, and a departure time of a ship, the input information, the performance data of the ship, Whether or not there is a predetermined fixed route area between the optimum route calculation unit for calculating the optimum route based on the weather data of the route region where the ship navigates, and the departure place and the arrival place A determination unit that determines whether or not the optimum route calculation unit adopts a fixed route that is determined in advance in the fixed route region and determines the remaining region when it is determined that the fixed route region exists. The vehicle is divided into a plurality of areas divided by the departure point, an end of the fixed route area, or the arrival place, and an optimum route is calculated for each of the plurality of areas.
上記構成によれば、出発地と到着地との間において固定航路領域が含まれる場合には、自動的に当該固定航路領域については予め定められた固定航路が採用され、残りの領域が、固定航路領域によって区切られる複数の領域に分割され、それぞれの領域について最適航路が演算される。したがって、多数の諸島または浅瀬が存在する海域、運河または海峡等の最適航路演算の余地が少ない領域を固定航路領域として予め定められた航路とし、その他の領域についてのみ最適航路を演算することにより、当該固定航路領域を含む航路全体の最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる。 According to the above configuration, when a fixed route area is included between the departure place and the arrival place, a predetermined fixed route is automatically adopted for the fixed route area, and the remaining areas are fixed. The route is divided into a plurality of regions divided by the route region, and the optimum route is calculated for each region. Therefore, by calculating the optimal route only for other areas, the fixed route area is the area where there is little room for calculating the optimal route such as sea areas where there are many islands or shallows, canals or straits. The optimum route calculation of the entire route including the fixed route region can be performed automatically while suppressing the amount of calculation.
前記判定部は、前記出発地から前記到着地までの予め定められた基準航路と、最適航路を演算する領域として予め設定された航路演算領域の境界線とが交差する境界地点があるか否かを判定することにより、前記固定航路領域があるか否かを判定するよう構成され、前記最適航路演算部は、前記境界地点があると判定された場合、前記航路演算領域外の前記固定航路領域においては前記基準航路を前記固定航路として採用し、複数の境界地点間または当該境界地点と前記出発地もしくは前記到着地との間で区切られる航路演算領域について最適航路を演算してもよい。出発地から到着地までの基準航路および最適航路を演算するように設定された航路演算領域を予め定めておくことで、最適航路の演算を行う領域と、固定航路領域とを、自動的に判定することができる。 Whether the determination unit has a boundary point where a predetermined reference route from the departure point to the arrival point intersects with a boundary line of a route calculation region set in advance as a region for calculating the optimum route And determining whether there is the fixed route region, and when the optimum route calculation unit determines that there is the boundary point, the fixed route region outside the route calculation region. In the above, the reference route may be adopted as the fixed route, and the optimum route may be calculated for a route calculation region divided between a plurality of boundary points or between the boundary points and the departure point or the arrival point. By automatically determining the route calculation area that is set to calculate the reference route and the optimum route from the departure point to the arrival point, the optimum route calculation area and the fixed route area are automatically determined. can do.
前記判定部は、前記航行可能領域か否かの境界線を示す地図データを読み出し、当該地図データ上に前記出発地から前記到着地までの予め定められた基準航路を重ね合わせ、前記境界線を前記航行可能領域側に所定距離拡張し、当該拡張後の境界線より前記航行可能領域とは反対側に前記基準航路が含まれるようになった領域を前記固定航路領域として判定してもよい。これによれば、地図データ上の狭小領域が自動的に固定航路領域として判定されるため、最適航路を演算する航路演算領域および/または固定航路領域を予め定めることなく、最適航路の演算を行う領域と、固定航路領域とを、自動的に判定することができる。 The determination unit reads map data indicating a boundary line indicating whether or not the navigable region is present, superimposes a predetermined reference route from the departure point to the arrival point on the map data, and sets the boundary line A predetermined distance may be extended to the navigable region side, and an area in which the reference route is included on the opposite side of the navigable region from the expanded boundary line may be determined as the fixed route area. According to this, since the narrow area on the map data is automatically determined as the fixed route area, the optimum route is calculated without predetermining the route calculation area and / or the fixed route area for calculating the optimum route. The area and the fixed route area can be automatically determined.
本発明の他の態様に係る最適航路演算方法は、船舶の出発地、到着地および出発時刻を含む情報の入力を受け付ける情報入力受付ステップと、入力された前記情報と、前記船舶の性能データと、前記船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する最適航路演算ステップと、前記出発地と前記到着地との間に、予め定められた固定航路領域があるか否かを判定する判定ステップと、を含み、前記最適航路演算ステップは、前記固定航路領域があると判定された場合、前記固定航路領域においては予め定められた固定航路を採用し、残りの領域を、前記出発地、前記固定航路領域の端部または前記到着地によって区切られる複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれについて最適航路を演算する。 An optimum route calculation method according to another aspect of the present invention includes an information input reception step for receiving input of information including a departure place, an arrival place and a departure time of a ship, the input information, and the performance data of the ship. Whether there is a predetermined fixed route area between the departure point and the arrival point, and an optimum route calculation step for calculating an optimum route based on weather data of the route region where the ship navigates A determination step for determining whether or not the optimum route calculation step adopts a fixed route predetermined in the fixed route region and determines the remaining route region when it is determined that there is the fixed route region. Is divided into a plurality of regions delimited by the departure point, the end of the fixed route region or the arrival point, and the optimum route is calculated for each of the plurality of regions.
上記方法によれば、出発地と到着地との間において固定航路領域が含まれる場合には、自動的に当該固定航路領域については予め定められた固定航路が採用され、残りの領域が、固定航路領域によって区切られる複数の領域に分割され、それぞれの領域について最適航路が演算される。したがって、多数の諸島または浅瀬が存在する海域、運河または海峡を固定航路領域として予め定められた航路とすることにより、当該固定航路領域を含む航路全体の最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる。 According to the above method, when a fixed route area is included between the departure place and the arrival place, a predetermined fixed route is automatically adopted for the fixed route area, and the remaining areas are fixed. The route is divided into a plurality of regions divided by the route region, and the optimum route is calculated for each region. Therefore, by setting the sea area, canal or strait where a large number of islands or shallows exist as a fixed route area, the optimum route calculation of the entire route including the fixed route area is suppressed while reducing the amount of calculation. It can be done automatically.
本発明によれば、出発地から到着地までの航路全体における最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optimal route calculation in the whole route from a departure place to an arrival place can be performed automatically, suppressing a calculation amount.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout all the drawings, and redundant description thereof is omitted.
図1は本発明の一実施の形態に係る最適航路演算装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示す最適航路演算装置1は、入力部2、記憶部3、演算部4、および出力部5を備えている。各構成1〜5は、バス6により相互にデータ伝達を行う。最適航路演算装置1は、陸上の施設におけるコンピュータによって構成されてもよいし、船舶に設置されたコンピュータまたは制御装置として構成されてもよい。また、最適航路演算装置1を構成する一部の機能を船舶に設置されたコンピュータが発揮し、他の機能を陸上に設置されたコンピュータが発揮し、船陸間通信等の通信手段によって相互にデータの相互通信が行われるように構成されてもよい。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optimum route calculation device according to an embodiment of the present invention. An optimal
入力部2は、船舶の出発地、到着地、出発時刻および到着時刻等の情報をユーザが入力可能な入力装置として構成される。記憶部3は、入力部2から入力された情報を記憶する。また、記憶部3には、船舶の性能データと、少なくとも船舶が航行する航路領域の気象データと、最適航路演算プログラムが予め記憶されている。
The
船舶の性能データは、各船舶が個別に備える性能に関するデータである。気象データは、例えば外部機関等から提供される。気象データは、例えば現在から1週間先の、航路領域等における気象(海気象)に関するデータである。なお、気象データは、ネットワークを通じて外部から逐次送信され、記憶部3に自動的に蓄積されるように構成されてもよい。
Ship performance data is data relating to the performance of each ship. The weather data is provided from an external organization, for example. The meteorological data is, for example, data related to the weather (sea weather) in the route area, etc. one week from now. The weather data may be configured to be sequentially transmitted from the outside through a network and automatically stored in the
演算部4は、記憶部3に記憶された各種の情報に基づいて船舶の最適航路を演算する最適航路演算処理を実行する。このために、演算部4は、最適航路演算プログラムを実行することにより、情報入力受付部41、最適航路演算部42および判定部43の機能を発揮する。
The calculation unit 4 executes an optimum route calculation process for calculating the optimum route of the ship based on various information stored in the
情報入力受付部41は、船舶の出発地、到着地、出発時刻および到着時刻を含む情報の入力を受け付ける。最適航路演算部42は、入力された情報と、記憶部3に記憶されている船舶の性能データと、船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する。判定部43は、出発地と到着地との間に、予め定められた固定航路領域があるか否かを判定する。最適航路演算部42は、判定部43により固定航路領域があると判定された場合、固定航路領域においては予め定められた固定航路を採用し、残りの領域を、出発地、固定航路領域の端部または到着地によって区切られる複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれについて最適航路を演算する。
The information
出力部5は、演算部4における演算結果を出力する。例えば、出力部5は、最適航路演算装置1に接続された表示装置(図示せず)に、地図(海図)上に演算部4によって演算された最適航路を表示する。
The
以下、最適航路演算処理の具体例を説明する。 Hereinafter, a specific example of the optimum route calculation process will be described.
図2は本実施の形態における航路領域を示す図である。本実施の形態では、図2に示すように、出発地Sから到着地Gまでの間に狭い海域(運河、港湾部等)と広い海域(大洋等)とが含まれている。本実施の形態では、最適航路演算を行う領域が狭い海域である固定航路領域ASm(m=1,2,…)と、広い海域である航路演算領域ACn(n=1,2,…)とに分割され、航路演算領域について最適航路演算が行われる。 FIG. 2 is a diagram showing a route area in the present embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a narrow sea area (canal, port portion, etc.) and a wide sea area (ocean, etc.) are included between the departure place S and the arrival place G. In the present embodiment, the fixed route area AS m (m = 1, 2,...), Which is a narrow sea area where the optimum route calculation is performed, and the route calculation area AC n (n = 1, 2,...), Which is a wide sea area. And the optimum route calculation is performed for the route calculation region.
本実施の形態において、記憶部3には、船舶が航行可能な航行可能領域か否かの境界線を示す(例えば、船舶が航行可能な水深の最低値を境界線とする)地図データが記憶されている。さらに、記憶部3には、出発地Sから到着地Gまでの予め定められた基準航路fsが記憶されている。基準航路fsは、例えば、国際水路機関等から発行される航路情報であってもよい。これに代えて、過去の同様の航路における最適航路演算結果(最適航路)を記憶部3に蓄積し、蓄積されたデータの平均的な航路、または、蓄積された複数の航路のうち所定条件を満足する一の航路(例えば安全性と燃費とをパラメータとする評価関数が最小である航路)を基準航路fsとしてもよい。また、ユーザ(例えば船舶の船長または管理者)が設定した航路を基準航路fsとしてもよい。所定領域ごとの最短航路(大圏航路)を繋ぎ合わせた航路を基準航路fsとしてもよい。
In the present embodiment, the
さらに、記憶部3には、航路演算領域ACjを識別するための演算領域データが記憶されている。演算領域データは、例えば一の航路演算領域ACnの境界線のデータを含む。例えば、一の航路演算領域ACnの北端の緯度、南端の緯度、東端の経度および西端の経度の情報を含む。この場合、航路演算領域ACnは、図2に示すAC1,AC2ように、緯線および経線に沿った形状を有する領域となる。
Further, the
図3は本実施の形態における最適航路演算処理の流れを示すフローチャートである。図3に示すように、情報入力受付部41は、出発地S、到着地G、出発時刻TS、到着時刻TG、基準航路fsを含む情報入力を受け付ける(ステップS1)。なお、船舶を出発時刻TSから一定回転数で航行させる場合等において、到着時刻TGの情報入力を不要としてもよい。判定部43は、出発地Sと到着地Gとの間に、予め定められた固定航路領域ASmがあるか否かを判定する。このために、判定部43は、基準航路fsと、航路演算領域ACnの境界線とが交差する境界地点があるか否かを判定する(ステップS3)。
FIG. 3 is a flowchart showing the flow of optimum route calculation processing in the present embodiment. As illustrated in FIG. 3, the information
本実施の形態において、判定部43は、基準航路fs上に複数の判定点WPu(u=1,2,3,…,U)を配置する(ステップS2)。なお、本実施の形態では、1つ目の判定点WP1は出発地Sに一致し、最後の判定点WPUは到着地Gに一致する。例えば、判定点WPuは、出発地Sから到着地Gまでの間に等間隔に配置される。これに代えて、基準航路fsの曲率に応じて(例えば曲率が大きいほど間隔が短くなるように)配置間隔を変化させてもよいし、出発地S,到着地Gおよび/または予め定められた位置近傍における近接する判定点WPu間の間隔を他に比べて短くしてもよい。
In the present embodiment, the
判定部43は、固定航路とする判定点WPuと航路演算を行う判定点WPuとを抽出する(ステップS3)。例えば、判定部43は、以下に示す地図拡張処理を行うことにより固定航路領域の判定および抽出を行う。図4は図2に示す地図において地図拡張処理を行う場合の概念図である。地図拡張処理において、判定部43は、記憶部3から地図データを読み出し、当該地図データ上に基準航路fsを重ね合わせ、地図データにおいて航行可能領域を示す境界線を航行可能領域側(海側)に所定距離拡張する。
The
図4には本来の航行可能領域を示す境界線Coを海側に所定距離(例えば数10海里)拡張した境界線Ceが示されている。この結果、例えば図4の中央部に示す海峡部は、互いの岸が前進することにより航行可能領域がなくなっている。判定部43は、境界線Coの拡張の結果、当該拡張後の境界線Ceより航行可能領域とは反対側(陸側)に基準航路fsが含まれるようになった領域を固定航路領域ASmとして判定し、当該固定航路領域ASmに含まれる判定点WPuを抽出する。
FIG. 4 shows a boundary line Ce obtained by extending the boundary line Co indicating the original navigable area to the sea side by a predetermined distance (for example, several tens of nautical miles). As a result, for example, in the strait part shown in the central part of FIG. As a result of the expansion of the boundary line Co, the
図4においては、判定点WP1(出発地S),WP7〜WP12(海峡部),WPU(到着地G)が、陸側に位置することとなるため、判定部43は、これらの判定点WPuを抽出する。これらの判定点WPuは、固定航路領域ASmに含まれる判定点として記憶部3に一時記憶される。
In FIG. 4, the determination points WP 1 (departure point S), WP 7 to WP 12 (strait portion), and WP U (arrival point G) are located on the land side. The determination point WP u is extracted. These determination points WP u are temporarily stored in the
このように、地図拡張処理を行うことにより、地図データ上の狭小領域が自動的に固定航路領域ACnとして判定されるため、最適航路を演算する航路演算領域ASmおよび/または固定航路領域ACnを予め定めなくても、最適航路の演算を行う領域ASmと、固定航路領域ACnとを、自動的に判定することができる。なお、本実施の形態では、地図拡張処理により固定航路領域ACnが特定されるだけでなく、航路演算領域ASmが特定される。 Thus, by performing a map expansion process, since the narrow region on the map data is automatically determined as a fixed route region AC n, route calculation region AS m and / or fixed route region AC calculates the optimum route Even if n is not determined in advance, it is possible to automatically determine the area AS m for calculating the optimum route and the fixed route area AC n . In the present embodiment, not only the fixed route area AC n is specified by the map expansion process, but also the route calculation area AS m is specified.
図2の例においては、航路演算領域AC1に含まれる判定点WP2〜WP6および航路演算領域AC2に含まれる判定点WP12〜WPU−1が抽出される。これらの判定点WPuは、該当する航路演算領域ACnとともに記憶部3に一時記憶される。具体的な抽出方法については後述する。
In the example of FIG. 2, determination points WP 2 to WP 6 included in the route calculation area AC 1 and determination points WP 12 to WP U-1 included in the route calculation area AC 2 are extracted. These determination points WP u are temporarily stored in the
最適航路演算部42は、上述のように航路演算領域ACnに含まれる判定点WPuがあると判定された場合、航路演算を行う判定点WPuが連続する区間(後述する各航路演算領域ACnにおける境界地点の始点Sjと、終点Gj間)ごとに最適航路を演算する(ステップS4)。図2の例では、第1の境界地点S1−G1間における最適航路が、第1の演算開始位置S1の出発時刻を基準航路fsにおける判定点WP2への到着時刻とし、第1の演算終了位置G1の到着時刻を基準航路fsにおける判定点WP6への到着時刻とすることにより演算される。また、第2の境界地点S2−G2間における最適航路が、第2の演算開始位置S2の出発時刻を基準航路fsにおける判定点WP12への到着時刻とし、第2の演算終了位置G2の到着時刻を基準航路fsにおける判定点WPU−1への到着時刻とすることにより演算される。
Optimum
また、最適航路演算部42は、航路演算領域ACn外の固定航路領域ASmにおいては基準航路fsを固定航路として採用する。
In addition, the optimum
最適航路演算部42は、演算した最適航路(各境界地点Sj,Gj間における最適航路)およびそれ以外の区間の固定航路(基準航路fs)を連結し、これを出発地Sから到着地Gまでの最適航路として出力する(ステップS5)。
The optimum
以下に、航路演算を行う判定点WPuの抽出処理の具体例を説明する。図5は本実施の形態における航路演算を行う判定点抽出処理の流れを示すフローチャートである。図5に示すように、判定部43は、探索回数j=1とし、探索基準位置SPを出発地Sに設定する(ステップS31)。その上で、判定部43は、探索基準位置SP(出発地S)から到着地Gに向けて探索し、最初に航路演算領域ACnに含まれる判定点WPuを抽出する(ステップS32)。図2の例では、航路演算領域AC1に含まれる判定点WP2が抽出される。
Hereinafter, a specific example of a process of extracting the decision point WP u performing route calculation. FIG. 5 is a flowchart showing the flow of determination point extraction processing for performing route calculation in the present embodiment. As shown in FIG. 5, the
判定部43は、抽出した判定点WPu(図2におけるWP2)を演算開始位置Sjに設定し(ステップS33)、抽出した判定点WPuが属する航路演算領域ACnを抽出エリアjに設定する(ステップS34)。図2の例では、抽出した判定点WP2が演算開始位置S1に設定され、当該判定点WP2が属する航路演算領域AC1が抽出エリア1に設定される。
Determining
また、判定部43は、到着地Gから探索基準位置SP(出発地S)に向けて探索し、最初に抽出エリアj(=1)に含まれる判定点WPuを抽出する(ステップS35)。図2の例では、抽出エリア1(航路演算領域AC1)に含まれる判定点WPuのうち最も到着地G側(航路下流側)に位置する判定点WP6が抽出される。判定部43は、抽出した判定点WPu(図2におけるWP6)を演算終了位置Gjに設定する(ステップS36)。
The
このように、ステップS31からステップS36までの処理により、基準航路fsと1つ目の航路演算領域AC1(抽出エリア1)とが交差する境界地点S1,G1が抽出される。 In this manner, the boundary points S 1 and G 1 where the reference route fs and the first route calculation area AC 1 (extraction area 1) intersect are extracted by the processing from step S31 to step S36.
この後、判定部43は、探索回数jに1を加え(j=j+1)、演算終了位置Gj(G1)の次の判定点WPuを次回の探索基準位置SPに設定する(ステップS37)。例えば、j=j+1=2が設定された場合、抽出エリア1の演算終了位置G1(=WP6)の次の判定点WP7が探索基準位置SPに設定される。
Thereafter, the
判定部43は、探索基準位置SPが到着地Gであるか否かを判定する(ステップS38)。探索基準位置SPが到着地Gではない場合(ステップS38でNo)、判定部43は、新たな探索基準位置SPを用いたステップS31からステップS36までの処理により、基準航路fsとj番目の航路演算領域ACn(抽出エリアj)とが交差する境界地点Sj,Gjを抽出する。
The
図2の例では、上記抽出エリア1における演算開始位置S1および演算終了位置G1に加えて、抽出エリア2(航路演算領域AC2)における演算開始位置S2および演算終了位置G2が抽出される。演算開始位置S2として判定点WP12が抽出され、演算終了位置G2として判定点WPU−1が抽出される。
In the example of FIG. 2, in addition to the operation start position S 1 and calculating the end position of G 1 in the
ステップS37において、探索回数j=3となった場合、抽出エリア2の演算終了位置G2(=WPU−1)の次の判定点WPUが探索基準位置SPに設定される。探索基準位置SPに設定された判定点WPUは、到着地Gであるため(ステップS38でYes)、判定部43は、基準航路fsと、航路演算領域ACnの境界線とが交差する境界地点があるか否かの判定を終了する。
In step S37, when the number of searches j = 3, the determination point WP U next to the calculation end position G 2 (= WP U-1 ) of the
この結果、図2の例では、出発地Sから判定点WP2までの間、判定点WP6から判定点WP12までの間、および、判定点WPU−1から到着地Gまでの間が固定航路領域ASmと判定され、判定点WP2から判定点WP6までの間、および、判定点WP12から判定点WPU−1までの間が航路演算領域ACnと判定される。各判定点WPuが属する領域ASm,ACnの情報は、記憶部3に一時記憶され、最適航路演算処理の以降のステップ(S4,S5)で適宜読み出され、演算に用いられる。
As a result, in the example of FIG. 2, the distance from the departure point S to the determination point WP 2 , the determination point WP 6 to the determination point WP 12 , and the determination point WP U−1 to the arrival point G. it is determined that the fixed route area aS m, between the decision point WP 2 to the decision point WP 6, and, between the decision point WP 12 to decision point WP U-1 is determined as route calculation region AC n. Information on the areas AS m and AC n to which the respective determination points WP u belong is temporarily stored in the
上記構成によれば、出発地Sと到着地Gとの間において固定航路領域ASmが含まれる場合には、自動的に当該固定航路領域ASmについては予め定められた固定航路(基準航路fs)が採用され、残りの領域が、固定航路領域ASmによって区切られる複数の航路演算領域ACnに分割され、それぞれの航路演算領域ACnについて最適航路が演算される。したがって、多数の諸島または浅瀬が存在する海域、運河または海峡等の最適航路演算の余地が少ない領域を固定航路領域ASmとして予め定められた航路とし、その他の領域についてのみ最適航路を演算することにより、当該固定航路領域ASmを含む航路全体の最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる。 According to the above configuration, when the fixed route area AS m is included between the departure place S and the arrival place G, the fixed route area AS m is automatically set in advance for the fixed route area AS m (reference route fs). The remaining area is divided into a plurality of route calculation areas AC n divided by the fixed route area AS m , and the optimum route is calculated for each route calculation area AC n . Therefore, the area where there is little room for calculating the optimum route, such as a sea area where there are many islands or shallows, canals or straits, is defined as the fixed route area AS m , and the optimum route is calculated only for other areas. Thus, the optimum route calculation of the entire route including the fixed route region AS m can be automatically performed while suppressing the amount of calculation.
また、出発地Sから到着地Gまでの基準航路fsおよび最適航路を演算するように設定された航路演算領域ACnを予め定めておくことで、最適航路の演算を行う領域ACnと、固定航路領域ASmとを、自動的に判定することができる。 Further, by leaving define the set route calculation region AC n to compute the reference route fs and the optimum route from the departure point S to arrival G advance, a region AC n to perform calculation of the optimal route, fixed The route area AS m can be automatically determined.
[変形例]
なお、上記実施の形態では、固定航路領域ASmと航路演算領域ACnとが互いに重複しない領域として設定されることを前提とした例について説明した。しかし、例えばより複雑な航行可能領域の境界線を含む領域における最適航路演算においては、固定航路領域ASmと航路演算領域ACnとが重複する可能性を許容するように、航路演算領域ACnを大きめに設定することが好ましい場合がある。
[Modification]
In the above embodiment, the example has been described on the assumption that the fixed route area AS m and the route calculation area AC n are set as areas that do not overlap each other. However, for example, the optimum route in the operation in a region including a boundary of more complex navigable area, as a fixed route region AS m and route calculation region AC n to allow the possibility of duplication, route calculation region AC n It may be preferable to set a larger value.
そこで、このような場合、判定部43は、図5におけるステップS32で抽出した判定点WPuをそのまま演算開始位置Sjに設定せずに、仮演算開始位置Sj’に設定する。同様に、判定部43は、図5におけるステップS35で抽出した判定点WPuをそのまま演算終了位置Gjに設定せずに、仮演算終了位置Gj’に設定する。
Thus, in such a case, the
そして、図5のステップS36の後かつステップS37の前に、以下のステップを追加する。まず、判定部43は、設定された仮演算開始位置Sj’が固定航路領域ASmにも含まれているか否かを判定する。固定航路領域ASmには含まれていない場合(すなわち、仮演算開始位置Sj’が航路演算領域ACnのみに属する場合)、判定部43は、仮演算開始位置Sj’を演算開始位置Sjに設定する。
Then, the following steps are added after step S36 of FIG. 5 and before step S37. First, the
一方、固定航路領域ASmにも含まれている場合(すなわち、仮演算開始位置Sj’が航路演算領域ACnと固定航路領域ASmとが重複する領域に属している場合)、判定部43は、仮演算開始位置Sj’から仮演算終了位置Gj’に向けて探索し、固定航路領域ASmから最初に出た(最初に航路演算領域ACnにのみの領域に属する)判定点WPuを演算開始位置Sjに設定する。
On the other hand, when it is also included in the fixed route area AS m (that is, when the temporary calculation start position S j ′ belongs to an area where the route calculation area AC n and the fixed route area AS m overlap), the
仮演算終了位置Gj’に対しても同様に、判定部43は、設定された仮演算終了位置Gj’が固定航路領域ASmにも含まれているか否かを判定する。固定航路領域ASmには含まれていない場合(すなわち、仮演算終了位置Gj’が航路演算領域ACnのみに属する場合)、判定部43は、仮演算終了位置Gj’を演算終了位置Gjに設定する。
Similarly, for the temporary calculation end position Gj ′, the
一方、固定航路領域ASmにも含まれている場合(すなわち、仮演算終了位置Gj’が航路演算領域ACnと固定航路領域ASmとが重複する領域に属している場合)、判定部43は、仮演算終了位置Gj’から演算開始位置Sjに向けて探索し、固定航路領域ASmから最初に出た(最初に航路演算領域ACnにのみの領域に属する)判定点WPuを演算終了位置Gjに設定する。
On the other hand, when it is also included in the fixed route area AS m (that is, when the provisional calculation end position G j ′ belongs to an area where the route calculation area AC n and the fixed route area AS m overlap), the
なお、固定航路領域ASmと航路演算領域ACnとの重複を許容した場合、仮演算開始位置Sj’および仮演算終了位置Gj’が抽出された段階で、判定部43は、仮演算開始位置Sj’から仮演算終了位置Gj’までの間のすべての判定点WPuが固定航路領域ASmにも含まれているか否かを判定してもよい。仮演算開始位置Sj’から仮演算終了位置Gj’までの間のすべての判定点WPuが固定航路領域ASmにも含まれている(すなわち、航路演算領域ACnと固定航路領域ASmとが重複する領域に属している)場合、仮演算開始位置Sj’から仮演算終了位置Gj’までの間の領域は、固定演算領域ASmとして扱われる。したがって、この場合、その後の上記判定を行うことなく、当該探索基準位置SPにおける演算開始位置Sjおよび演算終了位置Gjは設定されない状態で、判定部43は、仮演算終了位置Gj’の次の判定点WPuを次回の探索基準位置SPに設定する(ステップS11)。
In addition, when the overlap of the fixed route area AS m and the route calculation area AC n is permitted, the
以上のように、予め航路演算領域ACnを大きめに設定した上で、実際に演算する領域として、当該航路演算領域ACnに含まれる領域であっても固定航路領域ASmにも含まれる領域は除外することにより、航路演算領域ACnの設定時の煩雑さを回避しつつ固定航路領域ASmと航路演算領域ACnとの峻別を正確に行うことができる。 As described above, the route calculation area AC n is set to be large in advance, and the area actually included in the calculation is the area included in the fixed route area AS m even if the area is included in the route calculation area AC n. can is that by excluding, performs distinction between fixed route region aS m and route calculation region AC n while avoiding setting complication during the route calculation region AC n accurately.
[最適航路演算の例]
最適航路演算部42は、気象データに基づく波高、船体動揺等の航行の安全性に関するパラメータと、船舶の性能データに基づく燃費との評価関数を最小化するような航路を最適航路として演算する。
[Example of optimal route calculation]
The optimum
なお、最適航路の演算自体は一般的な最適航路演算が適用可能である。例えば、以下のようなダイナミックプログラミング(DP)法を採用することができる。図5はDP法による最適航路演算を説明するための図である。 Note that the optimum route calculation itself can be applied to a general optimum route calculation. For example, the following dynamic programming (DP) method can be employed. FIG. 5 is a diagram for explaining the optimum route calculation by the DP method.
DP法において、まず、最適航路演算部42は、演算開始位置Sjと演算終了位置Gjとの間の最短距離を結ぶ最短距離航路(大圏航路)R0を演算する。そして、最適航路演算部42は、当該最短距離航路R0をN等分し、各等分点において直交する仮想線分(大圏)Mを設定する。さらに、最適航路演算部42は、各仮想線分M上に等間隔で格子点Lを配置する。出発地Sからk本目の仮想線分M上のi番目の格子点をL(k,ik)とする。最適航路演算部42は、各仮想線分M上の何れかの格子点Lを1つずつ選択し、出発地Sと到着地Gとの間で順に繋いだものを航路(最適航路)RSとして演算する。すなわち、最適航路RSは、演算開始位置Sj、格子点L(1.i1),格子点L(2,i2),…,L(k,ik),…,演算終了位置Gjを順に繋いだものとなる。
In the DP method, first, the optimum
船舶は、k本目の仮想線分M上の格子点L(k,ik)を時刻tkに出発し、k+1本目の仮想線分M上の格子点L(k+1,ik+1)に時刻tk+1に到着するものとする。このときの格子点L(k,ik)から格子点L(k+1,ik+1)までの評価値J(L(k,ik),L(k+1,ik+1),tk,nk)を燃料消費量F(L(k,ik),L(k+1,ik+1),tk,nk)と運航限界に対するペナルティP(L(k,ik),L(k+1,ik+1),tk,nk)の和で表す(J=F+P)。ここで、nkは格子点L(k,ik)から格子点L(k+1,ik+1)まで航行する間の船舶のプロペラ回転数を示す。また、運航限界に対するペナルティPは、例えばその格子点間で遭遇する波高や船体の動揺(ロール角、ピッチ角)などを示す。 The ship departs at the time t k at the grid point L (k, i k ) on the kth virtual line segment M, and at time t at the grid point L (k + 1, i k + 1 ) on the k + 1th virtual line segment M. Suppose we arrive at k + 1 . Evaluation values J (L (k, i k ), L (k + 1, i k + 1 ), t k , n k ) from the lattice point L (k, i k ) to the lattice point L (k + 1, i k + 1 ) at this time Is the fuel consumption F (L (k, i k ), L (k + 1, i k + 1 ), t k , n k ) and penalty P (L (k, i k ), L (k + 1, i k + 1 ) against the operational limit , T k , n k ) (J = F + P). Here, n k represents the propeller rotation speed of the ship while navigating from the lattice point L (k, i k ) to the lattice point L (k + 1, i k + 1 ). Further, the penalty P with respect to the operational limit indicates, for example, the wave height encountered between the lattice points, the hull motion (roll angle, pitch angle), and the like.
格子点L(k+1,ik+1)への到着時刻tk+1は、tk+1=tk+T(L(k,ik),L(k+1,ik+1),tk,nk)と表せる。ここで、T(L(k,ik),L(k+1,ik+1),tk,nk)は、格子点L(k,ik)から格子点L(k+1,ik+1)までの航行時間を示す。 The arrival time t k + 1 at the lattice point L (k + 1, i k + 1 ) can be expressed as t k + 1 = t k + T (L (k, i k ), L (k + 1, i k + 1 ), t k , n k ). Here, T (L (k, i k ), L (k + 1, i k + 1 ), t k , n k ) is from the lattice point L (k, i k ) to the lattice point L (k + 1, i k + 1 ). Indicates navigation time.
最適航路演算部42は、時刻tkに格子点L(k,ik)から演算終了位置Gjに向けて航行した場合の演算終了位置Gjまでの最小評価値Jmin(L(k.ik),tk)を、格子点L(k,ik)から格子点L(k+1,ik+1)までの評価値と時刻tk+1に格子点L(k+1,ik+1)から演算終了位置Gjに向けて航行した場合の演算終了位置Gjまでの最小評価値との和を、iK+1とnkとをパラメータとして最小化することで求める。
Optimum
すなわち、最適航路演算部42は、
Jmin(L(k.ik),tk)
=Min(ik+1,nk){J(L(k,ik),L(k+1,ik+1),tk,nk)+Jmin(L(k+1,ik+1),tk+T(L(k,ik),L(k+1,ik+1),tk,nk))}
(k=N−2,…,1,0) … (1)
を演算する。ここで、Min(ik+1,nk){J}は,J内をik+1,nkをパラメータとして最小化することを意味する。k=0のときの格子点L(0,i0)は演算開始位置Sjに等しい。
That is, the optimum
J min (L (ki k ), t k )
= Min (i k + 1 , n k ) {J (L (k, i k ), L (k + 1, i k + 1 ), t k , n k ) + J min (L (k + 1, i k + 1 ), t k + T (L (k, i k ), L (k + 1, i k + 1 ), t k , n k ))}
(K = N−2,..., 1, 0) (1)
Is calculated. Here, Min (i k + 1 , nk ) {J} means that the inside of J is minimized using i k + 1 and nk as parameters. The lattice point L (0, i 0 ) when k = 0 is equal to the calculation start position S j .
また、最適航路演算部42は、N−1本目の仮想線分M上の格子点L(N−1,iN−1)から演算終了位置Gjまで航行する間の最小評価値Jmin(L(N−1,iN−1),tN−1)を以下の式を用いて演算する。
Jmin(L(N-1,iN-1),tN-1)=Min(nN-1){J(L(N-1,iN-1),G,tN-1,nN-1)} … (2)
Further, the optimum
J min (L (N-1, i N-1 ), t N-1 ) = Min (n N-1 ) {J (L (N-1, i N-1 ), G, t N-1 , n N-1 )} (2)
最適航路演算部42は、上記(1)および(2)式をDP法における関数再帰方程式として用いて、N−1本目の仮想線分Mから演算開始位置Sjへ仮想線分Mを1本ずつ遡りながら各格子点Lから演算終了位置Gjまでの最小評価値を算出し、最終的に演算開始位置Sjから演算終了位置Gjまでの最小評価値を求める。最適航路演算部42は、最小評価値を得ることができる格子点Lの集合を最適航路RSとして出力する。複数の境界地点Sj,Gj間について個別に上記最適航路演算が行われる。なお、この際、仮想線分Mの数(N)および格子点Lの間隔は、最適航路演算を行う境界地点Sj,Gj間(航路演算領域ACn)ごとに異なっていてもよい。
The optimum
また、最適航路演算部42は、上記のようなDP法を用いた最適航路演算に代えて、変分法、ダイクストラ法、A*法、等時間曲線法等によって最適航路演算を行ってもよい。また、上記例では、運航限界をペナルティPとして評価値に加えた最適化計算の例を示したが、運航限界以下となる航路を選択することを拘束条件として最適航路演算が行われてもよい。
Further, the optimum
[その他の変形例]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
[Other variations]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements, changes, and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施の形態においては、出発地Sから到着地Gまでの間の全域にわたる基準航路fsを用いて、そのうちの固定航路領域ASmにおける最適航路を、当該基準航路fs部分とする態様について説明した。これに代えて、例えば、予め定められる基準航路fsは、固定航路領域ASmにのみ設定されてもよい。 For example, in the above embodiment, the reference route fs over the entire area from the departure point S to the arrival point G is used, and the optimum route in the fixed route region AS m is defined as the reference route fs portion. explained. Instead of this, for example, the predetermined reference route fs may be set only in the fixed route region AS m .
また、上記実施の形態においては、出発地Sおよび到着地Gが固定航路領域ASmに含まれる態様を例示したが、出発地Sおよび/または到着地Gが航路演算領域ACnに含まれてもよい。すなわち、最適航路を演算する航路演算領域ACnは、複数の境界地点間で区切られた領域に限られず、境界地点と出発地Sもしくは到着地Gとの間で区切られた領域であってもよい。言い換えると、出発地Sを演算開始位置Sjとしてもよいし、到着地Gを演算終了位置Gjとしてもよい。 In the above embodiment, the departure point S and the arrival point G are exemplified in the fixed route area AS m . However, the departure point S and / or the arrival point G is included in the route calculation area AC n. Also good. In other words, the route calculation area AC n for calculating the optimum route is not limited to the area divided between the plurality of boundary points, and may be an area divided between the boundary point and the departure point S or the arrival point G. Good. In other words, the departure point S may be the calculation start position S j , and the arrival point G may be the calculation end position G j .
また、上記実施の形態においては、固定航路領域ASmの判定と航路演算領域ACnの判定とを両方とも行っているが、何れか一方の領域であるか否かについての判定のみを行い、それ以外の領域は別途判定を行うことなく他方の領域に設定してもよい。 Further, in the above embodiment, both the determination of the fixed route area AS m and the determination of the route calculation area AC n are performed, but only the determination as to whether or not it is one of the areas is performed. Other areas may be set as the other area without separate determination.
また、上記実施の形態では、船舶の出航前に予め最適航路演算を行うことを想定して説明したが、上記態様は、船舶の出航前だけでなく、船舶の出航後において実施することも可能である。この場合、船舶の現在位置または未来の位置(航行予定位置)が出発地Sとなり、現在時刻または航行予定位置への到達予定時刻が出発時刻TSとして入力される。 Further, in the above embodiment, the description has been made on the assumption that the optimum route calculation is performed in advance before the ship departs. It is. In this case, the current position or the future of the position of the ship (sailing schedule position) is the departure point S next to, the estimated time of arrival to the current time or navigation scheduled position is input as a starting time T S.
本発明は、出発地から到着地までの航路全体における最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる最適航路演算装置および最適航路演算方法を提供するために有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for providing an optimum route calculation device and an optimum route calculation method that can automatically perform an optimum route calculation for the entire route from a departure point to an arrival point while suppressing the amount of calculation.
1 最適航路演算装置
41 情報入力受付部
42 最適航路演算部
43 判定部
ACn 航路演算領域
ASm 固定航路領域
f 基準航路
G 到着地
S 出発地
DESCRIPTION OF
Claims (4)
入力された前記情報と、前記船舶の性能データと、前記船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する最適航路演算部と、
前記出発地と前記到着地との間に、予め定められた固定航路領域があるか否かを判定する判定部と、を備え、
前記最適航路演算部は、前記固定航路領域があると判定された場合、前記固定航路領域においては予め定められた固定航路を採用し、残りの領域を、前記出発地、前記固定航路領域の端部または前記到着地によって区切られる複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれについて最適航路を演算する、最適航路演算装置。 An information input receiving unit that receives input of information including a ship's departure place, arrival place, and departure time;
Based on the input information, the performance data of the ship, and the weather data of the route area where the ship navigates, an optimum route calculation unit that calculates an optimum route,
A determination unit that determines whether there is a predetermined fixed route area between the departure place and the arrival place,
When it is determined that the fixed route region is present, the optimum route calculation unit adopts a fixed route that is determined in advance in the fixed route region, and sets the remaining region as an end of the fixed route region. An optimum route computation device that divides the vehicle into a plurality of regions divided by a part or the arrival place and computes an optimum route for each of the plurality of regions.
前記最適航路演算部は、前記境界地点があると判定された場合、前記航路演算領域外の前記固定航路領域においては前記基準航路を前記固定航路として採用し、複数の境界地点間または当該境界地点と前記出発地もしくは前記到着地との間で区切られる航路演算領域について最適航路を演算する、請求項1に記載の最適航路演算装置。 Whether the determination unit has a boundary point where a predetermined reference route from the departure point to the arrival point intersects with a boundary line of a route calculation region set in advance as a region for calculating the optimum route Is configured to determine whether or not the fixed route area exists,
When it is determined that there is the boundary point, the optimum route calculation unit adopts the reference route as the fixed route in the fixed route region outside the route calculation region, and between the boundary points or the boundary point The optimum route calculation device according to claim 1, wherein an optimum route is calculated for a route calculation region that is divided between a departure point and the departure point or the arrival point.
入力された前記情報と、前記船舶の性能データと、前記船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する最適航路演算ステップと、
前記出発地と前記到着地との間に、予め定められた固定航路領域があるか否かを判定する判定ステップと、を含み、
前記最適航路演算ステップは、前記固定航路領域があると判定された場合、前記固定航路領域においては予め定められた固定航路を採用し、残りの領域を、前記出発地、前記固定航路領域の端部または前記到着地によって区切られる複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれについて最適航路を演算する、最適航路演算方法。
An information input accepting step for accepting input of information including the departure place, arrival place and departure time of the ship;
An optimum route calculation step for calculating an optimum route based on the input information, the performance data of the vessel, and weather data of a route region where the vessel navigates;
Determining whether there is a predetermined fixed route area between the departure place and the arrival place, and
In the optimum route calculation step, when it is determined that there is the fixed route region, a predetermined fixed route is adopted in the fixed route region, and the remaining region is defined as the end of the fixed route region. Or an optimum route calculation method for calculating an optimum route for each of the plurality of regions.
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