JP2019166865A - 船舶用航行支援装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 船舶に設定する安全航過領域の形状の自由度を向上させつつ信頼性が確保された衝突危険範囲を算出することができる。【解決手段】 複数の頂点から構成されて他船を取り囲む多角形状の安全航過領域を他船に対して設定する領域設定部３０４と、自船の速力と、自船と他船との相対位置及び他船の速度ベクトルとに基づいて、安全航過領域を構成する複数の頂点のそれぞれと自船との衝突点を算出する衝突点算出部３０５と、衝突点算出部３０５により算出された複数の衝突点を結線することにより衝突危険範囲を算出する衝突危険範囲算出部３０６とを備えた。【選択図】図３

Description

本発明は、自船と他船との衝突危険範囲を表示して船舶の航行支援を行う船舶用航行支援装置に関する。
船舶には、他船との衝突の回避を目的として、他船を探知するレーダ装置と、レーダ装置からのビデオ信号をディスプレイ上に表示するレーダ指示器が搭載されることが一般的である。また、レーダ指示器には、レーダ映像から他船を抽出して追尾し、この他船の運動ベクトルを算出して表示するとともに、自船と他船とのＤＣＰＡ（Ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ：最接近距離）とＴＣＰＡ（Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ：最接近時間）とを求め、その値が基準値に比べて小さくなる場合に警報を発するＡＲＰＡ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒａｄａｒ Ｐｌｏｔｔｉｎｇ Ａｉｄｓ）機能が、従来から搭載されていた。このＡＲＰＡは現在ではＴＴ（Ｔａｒｇｅｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）と呼称されており、レーダ指示器や電子海図情報表示装置（ＥＣＤＩＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｈａｒｔ Ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）などを含む船舶用航行支援装置における一機能として提供される。
このようなＴＴ機能によれば、自船の針路が保持された場合における他船との衝突についての危険度を判断することができるものの、避航操船を行う場合に自船がどのような針路をとれば安全であるかについての情報は得ることができない。これに対し、自船と他船とが衝突する危険性のある範囲を表す衝突危険範囲（ＤＡＣ：Ｄａｎｇｅｒｏｕｓ Ａｒｅａ ｏｆ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ）を算出する船舶用航行支援装置、が知られている（例えば、特許文献１）。
この船舶用航行支援装置は、他船の相対位置及び速度ベクトルと自船の速力から自船の周囲に設定された多角形の安全航過領域の各頂点と他船との衝突点を求め、各頂点が衝突点に一致した時の自船位置を自船写像位置として算出し、自船写像位置を線分で結線した結線関係を衝突危険範囲として算出するものである。
このような船舶用航行支援装置によれば、正確な衝突危険範囲を操船者に提示することによって、操船者は、試行操船を行わずとも、危険または安全な方位を把握することができ、自船が他船との安全航過距離を保持する適切な避航操船を容易に行うことができる。
特開平７−２４６９９８号公報
海上交通工学における実態調査の知見によれば、安全航過領域を船舶から中心をずらした楕円に設定するものとされており、操船者はこのような安全航過領域を想定して操船を行うことが一般的である。しかしながら、上述した従来の船舶用航行支援装置によれば、衝突危険範囲が基づく自船に設定された多角形の安全航過領域は、自船を中心とする真円を近似した形状、即ち、自船から等距離にある複数の点を結線した形状となっている。したがって、従来の船舶用航行支援装置において、安全航過領域を真円に近似しない形状とした場合、自船を中心とした全方位で対称とならないために自船の向き（針路）に応じて衝突危険範囲が変化することとなる。この場合、試行操船を行わずとも危険または安全な方位を把握することができる、という衝突危険範囲の信頼性が低減する。
つまり、従来の船舶用航行支援装置によれば、その衝突危険範囲の算出に際して、その信頼性を確保するには真円を近似した安全航過領域に基づく必要があり、船舶に設定可能な安全航過領域の形状の自由度が低いという問題がある。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、船舶に設定する安全航過領域の形状の自由度を向上させつつ信頼性が確保された衝突危険範囲を算出することができる船舶用航行支援装置を提供することをその目的とする。
上述した課題を解決するため、本実施形態に係る船舶用航行支援装置は、自船と他船との衝突危険範囲を算出して船舶の航行支援を行う船舶用航行支援装置であって、複数の頂点から構成されて前記他船を取り囲む多角形状の安全航過領域を前記他船に対して設定する領域設定部と、前記自船の速力と、該自船と前記他船との相対位置及び該他船の速度ベクトルとに基づいて、前記安全航過領域を構成する複数の頂点のそれぞれと前記自船との衝突点を算出する衝突点算出部と、前記衝突点算出部により算出された複数の衝突点を結線することにより前記衝突危険範囲を算出する衝突危険範囲算出部とを備える。
本発明によれば、船舶に設定する安全航過領域の形状の自由度を向上させつつ信頼性が確保された衝突危険範囲を算出することができる。
実施形態に係る船舶用航行支援装置を含むシステムの全体構成を示す図である。 船舶用航行支援装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 船舶用航行支援装置の機能構成を示すブロック図である。 船舶用航行支援装置の動作を示すフローチャートである。 他船に設定される安全航過領域を示す概略図である。 自船と他船との衝突点を示す概略図である。 自船と他船に設定された安全航過領域における頂点との衝突点を示す概略図である。 衝突点算出処理の動作を示すフローチャートである。 １つの頂点のみが１つの衝突点を持つ場合における互いに接する２つの衝突危険範囲を示す概略図である。 ２つの頂点が１つの衝突点を持つ場合における互いに接する２つの衝突危険範囲を示す概略図である。 １つの頂点のみが１つの衝突点を持ち、この頂点に隣接する頂点が衝突点を持たない場合における互いに重なる２つの衝突危険範囲を示す概略図である。 ２つの頂点が衝突点を持たない場合における互いに重なる２つの衝突危険範囲を示す概略図である。 １つの頂点のみが１つの衝突点を持ち、この頂点に隣接しない頂点が衝突点を持たない場合における互いに重なる２つの衝突危険範囲を示す概略図である。 結線関係判定処理の動作を示すフローチャートである。 第１結線処理の動作を示すフローチャートである。 第２結線処理の動作を示すフローチャートである。 第３結線処理の動作を示すフローチャートである。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
（船舶用航行支援装置の構成）
本実施形態に係る船舶用航行支援装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る船舶用航行支援装置を含むシステムの全体構成を示す図である。図２は、船舶用航行支援装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図３は、船舶用航行支援装置の機能構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係るシステムは、自船としての船舶１に搭載される船舶用航行支援装置３、センサ類４及びＡＩＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：船舶自動識別装置）５と、他船としての船舶２に搭載されるＡＩＳ６とを備える。
センサ類４は、船舶１の対水速度を検出するスピードログ、船舶１の船首方位を検出するジャイロコンパス、ＧＰＳ等の衛星測位システム（ＧＮＳＳ）からの船舶１の位置、対地針路及び対地速力を検出するＧＮＳＳセンサを含む。ＡＩＳ５及びＡＩＳ６は、いずれも、送受信可能な装置であり、他の船舶に搭載されたＡＩＳからの船舶データを受信する。船舶データには、海上移動業務識別コード、船名、船種、喫水、目的地、到着予定時刻、船舶名、航海ステータス、緯度、経度、速力、針路、船体長、船体幅、船首方位などが含まれる。
船舶用航行支援装置３は、例えば、レーダ指示器や電子海図装置であり、図２に示すように、ハードウェアとして、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３２と、記憶装置３３と、外部Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）３４と、ネットワークＩ／Ｆ３５とを備える。ＣＰＵ３１及びＲＡＭ３２は、協働して各種機能を実行し、記憶装置３３は各種機能により実行される処理に用いられる各種データを記憶する。外部Ｉ／Ｆ３４は、ディスプレイ等の出力装置やマウス、キーボード等の出力装置、タッチパネルなどの入出力装置とのデータ入出力を行う。ネットワークＩ／Ｆ３５は、他の装置、本実施形態においてはセンサ類４及びＡＩＳ５との通信を行うためのインターフェイスである。
また、船舶用航行支援装置３は、図３に示すように、機能として、ＴＴ（Ｔａｒｇｅｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）処理部３０１、自船情報取得部３０２、他船情報取得部３０３、領域設定部３０４、衝突点算出部３０５、衝突危険範囲算出部３０６、表示部３０７を備える。
ＴＴ処理部３０１は、図示しないレーダ装置から送られてくるレーダビデオ信号から他船２を自動的に検出追尾して、他船２の位置座標、速度ベクトルを算出するとともに、センサ類４により測定された自船１に関する測定データから自船１の位置座標及び速度ベクトルを算出する。
自船情報取得部３０２は、ＴＴ処理部３０１により算出された自船１の位置座標及び速度ベクトルを自船情報として取得する。他船情報取得部３０３は、ＴＴ処理部３０１により算出された他船２の位置座標及び速度ベクトルと、ＡＩＳ５により受信された他船２の船舶データとを他船情報として取得する。
領域設定部３０４は、他船情報取得部３０３により取得された他船情報に基づいて、他船２を対象として安全航過領域を設定する。この安全航過領域は、対象の位置座標を取り囲む任意の２次元形状であり、複数の頂点が結線された多角形である。
衝突点算出部３０５は、自船情報及び他船情報から得られる自船１に対する他船２の相対位置及び速度ベクトルと自船１の速力とに基づいて、自船１と他船２に設定された安全航過領域の各頂点との衝突点を算出する。衝突危険範囲算出部３０６は、衝突点算出部３０５により算出された衝突点を結線して衝突危険範囲とするための結線関係を判定することにより衝突危険範囲を算出する。
表示部３０７は、ＴＴ処理部３０１により算出された他船２の位置座標をプロットした航跡、他船２の速度ベクトルを、船舶用航行支援装置３に接続されたディスプレイに表示させるとともに、ＴＴ処理部３０１により算出された自船１の位置座標及び速度ベクトルをディスプレイに表示させる。また、表示部３０７は、衝突危険範囲算出部３０６により算出された衝突危険範囲をディスプレイに表示させる。
（船舶用航行支援装置の動作）
船舶用航行支援装置の衝突危険範囲の算出に係る動作について説明する。図４は、船舶用航行支援装置の動作を示すフローチャートである。図５は、他船に設定される安全航過領域を示す概略図である。なお、図４においては、ＴＴ処理部により自船、他船それぞれの位置座標、速度ベクトルが事前に算出され、ＡＩＳが他船の船舶データを受信しているものとする。
図４に示すように、まず、自船情報取得部３０２が自船１の位置座標及び速度ベクトルを含む自船情報を取得し（Ｓ１０１）、他船情報取得部３０３が他船２の位置座標及び速度ベクトルと、他船２の船舶データとを他船情報として取得する（Ｓ１０２）。次に、領域設定部３０４は、他船情報取得部３０３により取得された他船情報に基づいて、他船２に対して安全航過領域を設定する（Ｓ１０３）。
ここで、安全航過領域について説明する。安全航過領域は、図５に示すように、自船１から所定の距離範囲内に存在する他船２のそれぞれに設定されるものであり、図５においては、他船２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれに対して設定された安全航過領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が示される。これら安全航過領域Ｓ１〜Ｓ３は、いずれもＥ１〜Ｅ６の６個の頂点を有する六角形となっているが、互いに異なる形状となっている。また、安全航過領域は、他船２の船首尾方向が長径、正横方向が短径となった楕円を近似した多角形とすると良く、本実施形態においては、説明上、六角形となっている。また、一般的な船舶である他船２ａ，２ｃについては、安全航過領域の中心位置が船舶の位置座標に対して進行方向前方側にオフセットされる。船舶は、通常、前進能力に比較して後進能力が低いため、船舶に対して、安全航過領域を進行方向後方側に比べて前方側を広くしても航行上影響がなく、海上交通の実態にも即したものとなる。
領域設定部３０４は、対象とする他船２に関する他船情報に基づいて安全航過領域の形状を変化させる。具体的には、他船情報のうち、船種、航海ステータス、船体長、船体幅などに基づいて、安全航過領域の形状、大きさ、他船２の位置座標に対する安全航過領域の中心位置などが設定される。例えば、他船２の船種が漁船である場合には、図５における他船２ｂに設定された安全航過領域Ｓ２のように、安全航過領域の中心位置が直進方向における後方側にオフセットされる。これによって、安全航過領域を操業中に船舶の後方側に配された漁網に対応させることができる。また、他船２の船種が押船、引船である場合には、それぞれ、安全航過領域の中心位置が他船２の直進方向における前方側、後方側にオフセットされる。これによって、安全航過領域を曳航する船舶に対応せることができる。なお、領域設定部３０４は、船舶だけでなく、更に静止目標に対して任意の形状の安全航過領域を設定対象として、この安全航過領域を表示部３０７によりディスプレイに表示させることによって、ＮｏＧｏＡｒｅａ（進入禁止区域）やナブライン（航海メモ）のように用いることも可能となる。
安全航過領域が設定された後、安全航過領域の各頂点と自船１との衝突点を算出する衝突点算出処理が衝突点算出部３０５により実行され（Ｓ１０４）、この衝突点算出処理により算出された衝突点の結線関係を判定する結線関係判定処理が衝突危険範囲算出部３０６により実行される（Ｓ１０５）。衝突点算出処理及び結線関係判定処理については後に詳述する。
（衝突点の算出方法）
衝突点の算出方法について説明する。なお、ここでは、本実施形態の理解のため、自船と他船に設定された安全航過領域の頂点との衝突点の説明に先立って、自船と他船との衝突点の算出方法を説明する。図６は、自船と他船との衝突点を示す概略図である。図７は、自船と他船に設定された安全航過領域における頂点との衝突点を示す概略図である。
図６において、Ｏ０（Ｘｏ０，Ｙｏ０）はＸ−Ｙ座標での自船１の現在位置を示し、Ｔ０（Ｘｔ０，Ｙｔ０）は他船２の現在位置を示す。また、Ｖｏ０（Ｖｏ０ｘ，Ｖｏ０ｙ）はある針路を取ったときの自船１の現在の速度ベクトルを示し、Ｖｔ０（Ｖｔ０ｘ，Ｖｔ０ｙ）はある針路を取ったときの他船２の現在の速度ベクトルを示す。
ここで、他船２は針路、速力が変化する事なく、自船が針路のみを変更するものとし、ｔ時間後の自船位置Ｏ（ｔ）（Ｘｏ（ｔ），Ｙｏ（ｔ））及び目標船位置Ｔ（ｔ）（Ｘｔ（ｔ），Ｙｔ（ｔ））は次の式で表される。
Figure 2019166865
自船１と他船２との衝突点Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ）はＯ（ｔ）とＴ（ｔ）とが一致した点となるから、自船１が他船２との衝突点を持つ場合の自船１の速度ベクトル値は、（１）、（２）式でＸ，Ｙ成分毎に右辺を等しいとおいて次の（３）式の値となる。
Figure 2019166865
次に、自船１の速力ＶＯは不変の値であるので、次の（４）式の関係が常に成立する。
Figure 2019166865
（３）式を（４）式に代入し、（Ｘｔ０−ＸＯ０）＝Ｘ，（Ｙｔ０−ＹＯ０）＝Ｙとおいて、次の（５）式のように、２次方程式をｔについて解くと自船１が衝突点へ至るまでの到達時間ｔが算出できる。
Figure 2019166865
衝突点Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ）は（５）式のｔを（２）式に代入することによって以下の（６）式のように求めることができる。
Figure 2019166865
自船１と他船２に設定された安全航過領域の頂点Ｅｉ（Ｘｉｅ０，Ｙｉｅ０）（ｉ＝１，２…，ｎ）との衝突点Ｐｉ（Ｘｉｐ，Ｙｉｐ）（ｉ＝１，２…，ｎ）を求めるには、安全航過領域が時間と共に変化しないとして、自船１と他船２との衝突点を算出した前記（６）式の他船２の位置にＥｉ（Ｘｉｅ０，Ｙｉｅ０）を代入すればよい。こうして安全航過領域を構成する各頂点について衝突点を算出する。
各頂点について算出される衝突点の個数は、自船１と他船２との速度比及び自船１と各頂点との相対位置によって異なってくる。即ち、（５）式におけるｔ＞０を満足する解の個数によって異なり、（３）式を（４）式に代入したｔに関する２次方程式の判別式をＤとすると、以下のように分類される。
ａ）他船２が自船１より遅いとき…衝突点は必ず１個
ｂ）他船２と自船１が同速のとき
・ＸｉＶｔ０ｘ＋ＹｉＶｔ０ｙ＜０のとき…衝突点は１個
・ＸｉＶｔ０ｘ＋ＹｉＶｔ０ｙ≧０のとき…衝突点はなし
ｃ）他船２が自船１より速いとき
・Ｄ＞０かつＸｉＶｔ０ｘ＋ＹｉＶｔ０ｙ＜０のとき…衝突点は２個
・Ｄ＝０かつＸｉＶｔ０ｘ＋ＹｉＶｔ０ｙ＜０のとき…衝突点は１個
・Ｄ＜０のとき…衝突点はなし
但し、上記分類において、Ｄ，Ｘｉ，Ｙｉは、
Figure 2019166865
Figure 2019166865
 である。
衝突点の個数について直感的に理解するには、ａ）の場合、自船１の方が速いので必ず他船２に追いつく針路が存在することを示しており、ｂ）の衝突点がない場合とは、自船１と他船２が同速であるため他船２が自船１に対して逃げているときは追いつかないことを示しており、ｃ）の衝突点が２個ある場合とは、他船２が速いため、他船２が自船１に対して前方から衝突する場合と後方から追いついて衝突する場合の２つの衝突可能性が存在することを示していると考えることができる。
（衝突点算出処理）
衝突点算出処理について説明する。図８は、衝突点算出処理の動作を示すフローチャートである。
まず、衝突点算出部３０５は、対象とする他船２に設定された安全航過領域を構成する複数の頂点のうち、未選択の頂点における１つの頂点を選択し（Ｓ２０１）。選択した頂点について、上述した算出方法により自船１との衝突点の算出を行い（Ｓ２０２）、この衝突点の算出結果としての衝突点が存在するか否かを判定する（Ｓ２０３）。
衝突点が存在する場合（Ｓ２０３，ＹＥＳ）、衝突点算出部３０５は、算出した衝突点を選択中の頂点、及び自船１が算出した衝突点に到達するまでの到達時間と対応付けて記憶装置３３に記録し（Ｓ２０４）、対象とする他船２に設定された安全航過領域を構成する複数の頂点において、未選択の頂点が存在するか否かを判定する（Ｓ２０５）。
未選択の頂点が存在しない場合（Ｓ２０５，ＮＯ）、衝突点算出部３０５は、衝突点算出処理を終了する。
一方、未選択の頂点が存在する場合（Ｓ２０５，ＹＥＳ）、衝突点算出部３０５は、再度、未選択の頂点における１つの頂点を選択する（Ｓ２０１）。
また、ステップＳ２０３において、衝突点が存在しない場合（Ｓ２０３，ＮＯ）、衝突点算出部３０５は、未選択の頂点が存在するか否かを判定する（Ｓ２０５）。
（衝突点の結線方法）
衝突点の結線方法について説明する。図９及び図１０は、いずれも互いに接する２つの衝突危険範囲を示す概略図であり、図９は、１つの頂点のみが１つの衝突点を持つ場合を示し、図１０は、２つの頂点が１つの衝突点を持つ場合を示す。図１１〜図１３は、互いに重なる２つの衝突危険範囲を示し、図１１は、１つの頂点のみが１つの衝突点を持ち、この頂点に隣接する頂点が衝突点を持たない場合を示し、図１２は、２つの頂点が衝突点を持たない場合を示し、図１３は、１つの頂点のみが１つの衝突点を持ち、この頂点に隣接しない頂点が衝突点を持たない場合を示す。
衝突点の結線は、隣接する安全航過領域の頂点が衝突点を持つときには、その衝突点を線分で結ぶが、各頂点について算出された衝突点の数に応じて衝突危険範囲の個数も異なり、次のように分類される。
ａ）他船２が自船１よりも遅いとき…必ず１つの領域が存在する
ｂ）他船２と自船１とが同速のとき…領域が存在しない、または１つの領域が存在する
ｃ）他船２が自船１よりも速いとき…領域が存在しない、もしくは１つか２つの領域が存在する
即ち、他船２と自船１との速力比と、安全航過領域の各頂点について算出された衝突点Ｐの発生状態によって、上記ａ〜ｃの分類に対応して以下のように判定する。
ａ,ｂ）目標船速力が自船速力以下の場合
安全航過領域の隣接する頂点同士が衝突点を持つ場合のみ、衝突点同士を線分で接続する。すべての頂点が衝突点を持てば得られる衝突危険範囲が閉領域となるが、衝突点を持たない頂点が存在すれば、この頂点に隣接する２つの頂点について算出された衝突点が接続されないこととなるため、衝突危険範囲が開領域となる。
c)目標船速力が自船速力よりも速い場合
各頂点の衝突点の数に応じて次の３つの状況が考えられる。
ｃ１）２つの衝突危険範囲が分離している
ｃ２）２つの衝突危険範囲が接している
ｃ３）２つの衝突危険範囲が重なっている、つまり１つの衝突危険範囲が存在するように見える
上記ｃ１〜ｃ３それぞれの状況について以下に詳述する。
ｃ１）２つの衝突危険範囲が分離する場合
安全航過領域の各頂点の衝突点が２つあるときは、頂点毎に２つの衝突点までの到達時間を比較し、到達時間が短い衝突点と長い衝突点とにグループ分けする。そして、グループ毎に互いに隣接する頂点の衝突点を線分で接続する。結果として、２つの分離した閉空間ができる。なお、衝突時間の長短は、（５）式の分子の±が正の場合の解と、負の場合の解に対応する。
ｃ２）２つの衝突危険範囲が接する場合
安全航過領域の各頂点のうち、１つの衝突点を持つ頂点があり、それ以外の頂点はすべて２つの衝突点を持つ場合、２つの衝突点を持つ頂点毎に２つの衝突点までの到達時間を比較し、到達時間の短い衝突点と長い衝突点とにグループ分けする。そして、グループ毎に互いに隣接する頂点の衝突点を線分で接続する。この際に、衝突点が１つしかない頂点に関しては、両方のグループに属するものとして隣接する頂点の両グループの衝突点と結線する。
この場合は、原理的に衝突点が１つである頂点の数は、最大で２個となる。図９は、その具体例を表し、この図においては頂点Ｅ１のみが衝突点を１つ持つものとする。衝突点ＰｉＡ，ＰｉＢ（ｉ＝１，…，８）は、頂点Ｅ１（ｉ＝１，…，８）の衝突点を表し、ここで添え字Ａは到達時間が短いグループ、添え字Ｂは到達時間が長いグループに属することをそれぞれ示す。頂点Ｅ１の衝突点Ｐ１はどちらのグループにも属するものとして隣接する頂点に対応する衝突点同士を結線すると、4つの衝突点（Ｐ２Ａ，Ｐ８Ａ／Ｐ２Ｂ，Ｐ８Ｂ）と衝突点Ｐ１Ａ（＝Ｐ１Ｂ）が結線され、結果として１つの衝突点Ｐ１Ａ（＝Ｐ１Ｂ）で接する２つの閉領域ができる。
図１０は、２つの頂点が衝突点を１つ持つ例を表す。この図において、頂点Ｅ１及びＥ６が１つの衝突点を持つものとする。頂点Ｅ１の衝突点Ｐ１と頂点Ｅ６の衝突点Ｐ６が両グループに属するものとして、隣接する頂点に対応する衝突点同士を結線すると、４つの衝突点（Ｐ２Ａ，Ｐ８Ａ／Ｐ２Ｂ，Ｐ８Ｂ）と衝突点Ｐ１Ａ（＝Ｐ１Ｂ）とが結線されるとともに、４つの衝突点（Ｐ５Ａ，Ｐ７Ａ／Ｐ５Ｂ，Ｐ７Ｂ）と衝突点Ｐ６Ａ（＝Ｐ６Ｂ）とが結線される。結果として、２つの衝突点Ｐ１Ａ（＝Ｐ１Ｂ），Ｐ６Ａ（＝Ｐ６Ｂ）で接する２つの閉領域ができる。
ｃ３）２つの衝突危険範囲が重なる場合
上記ｃ１），ｃ２）以外の場合は、２つの衝突危険範囲が重なり１つの衝突危険範囲として表示されることになる。このような場合、安全航過領域の各頂点のうち衝突点が存在しないものがあるとき、２つの衝突点を持つ頂点毎に２つの衝突点までの到達時間を比較し、到達時間の短い衝突点と長い衝突点にグループ分けする。そして、グループ毎に隣接する頂点の衝突点同士を線分で接続する。この際、衝突点を１つしか持たない頂点に関しては、両方のグループに属するものとして隣接する頂点の両グループの衝突点と結線する。
この際、衝突点を１つのみ持つ頂点と隣接する２つの頂点のうち一方が衝突点を持たない場合には、他方の頂点が持つ２つの衝突点同士を結線する。その具体例を図１１に示す。この図においては、頂点Ｅ１のみが衝突点を持たず、これに隣り合う頂点Ｅ２，Ｅ８のうち、頂点Ｅ２のみが、衝突点を１つ持つものとする。頂点Ｅ２が持つ衝突点Ｐ２Ａ（＝Ｐ２Ｂ）は両グループに属すると考えるから、隣接する頂点Ｅ３が持つ両グループの衝突点Ｐ３Ａ，Ｐ３Ｂのそれぞれと結線する。また、衝突点Ｐ８Ａ，Ｐ８Ｂは、それぞれ衝突点Ｐ７Ａ，Ｐ７Ｂ以外の隣接する衝突点がないので、図１１において点線で示されるように衝突点Ｐ８ＡとＰ８Ｂとが結線される。
また、２つの衝突危険範囲が互いに重なり、且つ２つの頂点が衝突点を持たない場合においても、これらの頂点のそれぞれに隣り合う４つの頂点のそれぞれが持つ２つの衝突点同士が結線される。その具体例を図１２に示す。この図においては、頂点Ｅ１，Ｅ５がそれぞれ衝突点を持たないものとし、他の全ての頂点が衝突点を持つものとする。この場合、図１２において点線で示されるように衝突点Ｐ２ＡとＰ２Ｂ、衝突点Ｐ４ＡとＰ４Ｂ、衝突点Ｐ６ＡとＰ６Ｂ、衝突点Ｐ８ＡとＰ８Ｂが結線される。
２つの衝突危険範囲が互いに重なり、且つ１つの頂点のみが１つの衝突点を持ち、この頂点に隣接しない頂点が衝突点を持たない場合においても、衝突点を持たない頂点に隣り合う２つの頂点のそれぞれが持つ２つの衝突点同士が結線される。その具体例を図１３に示す。
この図においては、頂点Ｅ１のみが衝突点を持たず、頂点Ｅ５が１つの衝突点を持つ場合である。この場合、衝突点Ｐ５は両方のグループに属するため、衝突点Ｐ４Ａ，Ｐ４Ｂ，Ｐ６Ａ，Ｐ６Ｂと結線される。また、隣接する頂点Ｅ１が衝突点を持たない頂点Ｅ２，Ｅ８の衝突点Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂ／Ｐ８Ａ，Ｐ８Ｂについては、図１３に点線で示されるように衝突点Ｐ２ＡとＰ２Ｂ、衝突点Ｐ８ＡとＰ８Ｂがそれぞれ結線され、いずれの場合にも１つの閉領域ができる。
（結線関係判定処理）
結線関係判定処理について説明する。上述したように、衝突危険範囲の算出に係る衝突点の結線方法は複数パターンに分類されるため、結線関係判定処理によりそれぞれのパターンに対応した結線処理が判定された後、この結線処理が実行される。図１４は、結線関係判定処理の動作を示すフローチャートである。
図１４に示すように、まず、衝突危険範囲算出部３０６は、自船情報及び対象とする他船２についての他船情報に基づいて、他船２の速力が自船１の速力以下であるか否かを判定する（Ｓ３０１）。
他船２の速力が自船１の速力以上ではない場合（Ｓ３０１，ＮＯ）、衝突危険範囲算出部３０６は、他船２に設定された安全航過領域を構成する複数の頂点のうち、衝突点を持たない頂点があるか否かを判定する（Ｓ３０２）。なお、ここで、衝突危険範囲算出部３０６は、安全航過領域を構成する各頂点について、それぞれの頂点に対応付けられて記憶される衝突点の有無を判定することによって、衝突点を持たない頂点があるか否かを判定する。
衝突点を持たない頂点がない場合（Ｓ３０２，ＮＯ）、衝突危険範囲算出部３０６は、後述する第３結線処理を実行する（Ｓ３０３）。
一方、衝突点を持たない頂点がある場合（Ｓ３０２，ＹＥＳ）、衝突危険範囲算出部３０６は、後述する第２結線処理を実行する（Ｓ３０４）。
また、ステップＳ３０１において、他船２の速力が自船１の速力以上である場合（Ｓ３０１，ＹＥＳ）、衝突危険範囲算出部３０６は、後述する第１結線処理を実行する（Ｓ３０５）。
（第１結線処理）
第１結線処理について説明する。図１５は、第１結線処理の動作を示すフローチャートである。この第１結線処理は、他船の速力が自船の速力以下であり、衝突危険範囲としての領域が１つであることを想定した処理である。
図１５に示すように、まず、衝突危険範囲算出部３０６は、安全航過領域を構成するｎ個の頂点それぞれについて算出された衝突点のうち、付される数字が最も大きい衝突点Ｐｎを衝突点Ｐ０に代入し（Ｓ４０１）、カウンタ変数ｉに０を代入する（Ｓ４０２）。衝突点Ｐｎを衝突点Ｐ０とすることにより、以降の処理において衝突点Ｐｎについても他の衝突点Ｐ１〜Ｐｎ−１と同等に扱うことができる。次に、衝突危険範囲算出部３０６は、カウンタ変数ｉがｎ未満であるか否かを判定する（Ｓ４０３）。
カウンタ変数ｉがｎ未満である場合（Ｓ４０３，ＹＥＳ）、衝突危険範囲算出部３０６は、衝突点Ｐｉとこれに続く衝突点Ｐｉ＋１とが存在するか否かを判定する（Ｓ４０４）。
衝突点ＰｉとＰｉ＋１とが存在する場合（Ｓ４０４，ＹＥＳ）、衝突危険範囲算出部３０６は、衝突点ＰｉとＰｉ＋１とを結線し（Ｓ４０５）、カウンタ変数ｉをインクリメントし（Ｓ４０６）、再度、カウンタ変数ｉがｎ未満であるか否かを判定する（Ｓ４０３）。
一方、衝突点ＰｉとＰｉ＋１のいずれかが存在しない場合（Ｓ４０４，ＮＯ）、衝突危険範囲算出部３０６は、カウンタ変数ｉをインクリメントし（Ｓ４０６）、再度、カウンタ変数ｉがｎ未満であるか否かを判定する（Ｓ４０３）。
また、ステップＳ４０３において、カウンタ変数ｉがｎ未満ではない場合（Ｓ４０３，ＮＯ）、衝突危険範囲算出部３０６は、第１結線処理を終了する。
このように、ある衝突点とこれに続く衝突点とを結線していくことにより、衝突危険範囲が算出される。
（第２結線処理）
第２結線処理について説明する。図１６は、第２結線処理の動作を示すフローチャートである。この第２結線処理は、他船の速力が自船の速力より大きく、他船に設定された安全航過領域を構成する複数の頂点において、衝突点を持たない頂点が存在し、２つの衝突危険範囲が重なることを想定した処理である。
図１６に示すように、まず、衝突危険範囲算出部３０６は、複数の頂点のそれぞれに対して２つ算出されている衝突点について、一方の衝突点と他方の衝突点とをその到達時間が比較的短いグループＡ（添え字Ａ）と比較的長いグループＢ（添え字Ｂ）とに分類する（Ｓ５０１）。次に、衝突危険範囲算出部３０６は、衝突点Ｐｎを衝突点Ｐ０に代入し（Ｓ５０２）、カウンタ変数ｉに０を代入し（Ｓ５０３）、カウンタ変数ｉがｎ未満であるか否かを判定する（Ｓ５０４）。
カウンタ変数がｎ未満である場合（Ｓ５０４，ＹＥＳ）、衝突危険範囲算出部３０６は、衝突点Ｐｉが２つ存在するか否かを判定する（Ｓ５０５）。
衝突点Ｐｉが２つ存在する場合（Ｓ５０５，ＹＥＳ）、衝突危険範囲算出部３０６は、衝突点Ｐｉ＋１が２つ存在するか否かを判定する（Ｓ５０６）。
衝突点Ｐｉ＋１が２つ存在する場合（Ｓ５０６，ＹＥＳ）、衝突危険範囲算出部３０６は、グループＡ，Ｂそれぞれに属する衝突点について、衝突点ＰｉとＰｉ＋１とを結線し（Ｓ５０７）、ｉをインクリメントし（Ｓ５０８）、再度、カウンタ変数ｉがｎ未満であるか否かを判定する（Ｓ５０４）。
一方、衝突点Ｐｉ＋１が２つ存在しない場合（Ｓ５０６，ＮＯ）、衝突危険範囲算出部３０６は、衝突点ＰｉＡとＰｉＢとを結線し（Ｓ５０９）、ｉをインクリメントする（Ｓ５０８）。
また、ステップＳ５０５において、衝突点Ｐｉが２つ存在しない場合（Ｓ５０５，ＮＯ）、衝突危険範囲算出部３０６は、衝突点Ｐｉ＋１が２つ存在するか否かを判定する（Ｓ５１０）。
衝突点Ｐｉ＋１が２つ存在する場合（Ｓ５１０，ＹＥＳ）、衝突危険範囲算出部３０６は、衝突点Ｐｉ＋１ＡとＰｉ＋１Ｂとを結線し（Ｓ５１１）、ｉをインクリメントする（Ｓ５０８）。
一方、衝突点Ｐｉ＋１が２つ存在しない場合（Ｓ５１０，ＮＯ）、衝突危険範囲算出部３０６は、ｉをインクリメントする（Ｓ５０８）。
またステップＳ５０４において、カウンタ変数がｎ未満ではない場合（Ｓ５０４，ＮＯ）、衝突危険範囲算出部３０６は、第２結線処理を終了する。
このように、ある頂点とこれに続く頂点とのそれぞれについて衝突点が２つ存在する場合にはグループ毎に２つに衝突点を結線し、そうでない場合にはある頂点の２つの衝突点同士または後続する頂点の２つの衝突点同士を結線することによって、衝突危険範囲が算出される。
（第３結線処理）
第３結線処理について説明する。図１７は、第３結線処理の動作を示すフローチャートである。この第３結線処理は、他船の速力が自船の速力より大きく、他船に設定された安全航過領域を構成する複数の頂点において、衝突点が１つのみの頂点が存在し、２つの衝突危険範囲が接することを想定した処理である。
図１７に示すように、まず、衝突危険範囲算出部３０６は、複数の頂点のそれぞれに対して２つ算出されている衝突点について、グループＡとグループＢとに分類し（Ｓ６０１）、衝突点Ｐｎを衝突点Ｐ０に代入し（Ｓ６０２）、カウンタ変数ｉに０を代入し（Ｓ６０３）、カウンタ変数ｉがｎ未満であるか否かを判定する（Ｓ６０４）。
カウンタ変数がｎ未満である場合（Ｓ６０４，ＹＥＳ）、衝突危険範囲算出部３０６は、衝突点Ｐｉが２つ存在するか否かを判定する（Ｓ６０５）。
衝突点Ｐｉが２つ存在する場合（Ｓ６０５，ＹＥＳ）、衝突危険範囲算出部３０６は、グループＡ，Ｂのそれぞれに属する衝突点について、衝突点ＰｉとＰｉ＋１とを結線し（Ｓ６０６）、ｉをインクリメントし（Ｓ６０７）、再度、カウンタ変数ｉがｎ未満であるか否かを判定する（Ｓ６０４）。
一方、衝突点Ｐｉが２つ存在しない場合、即ち１つのみである場合（Ｓ６０５，ＮＯ）、衝突危険範囲算出部３０６は、１つの衝突点ＰｉとＰｉ＋１Ａ、Ｐｉ＋１Ｂのそれぞれとを結線し（Ｓ６０８）、カウンタ変数ｉが０であるか否かを判定する（Ｓ６０９）。
カウンタ変数ｉが０である場合（Ｓ６０９，ＹＥＳ）、衝突危険範囲算出部３０６は、１つの衝突点ＰｉとＰｎ-１Ａ、Ｐn-１Ｂのそれぞれとを結線し（Ｓ６１０）、カウンタ変数ｉが０であるか否かを判定する（Ｓ６０７）。
一方、カウンタ変数ｉが０でない場合（Ｓ６０９，ＮＯ）、衝突危険範囲算出部３０６は、１つの衝突点ＰｉとＰｉ-１Ａ、Ｐｉ-１Ｂのそれぞれとを結線し（Ｓ６１１）、カウンタ変数ｉが０であるか否かを判定する（Ｓ６０７）。
また、ステップＳ６０４において、カウンタ変数がｎ未満ではない場合（Ｓ６０４，ＮＯ）、衝突危険範囲算出部３０６は、第３結線処理を終了する。
このように、ある頂点に対応する衝突点が１つのみである場合には、この衝突点と、これに対応する頂点に隣り合う２つの頂点それぞれが持つ２つの衝突点とを結線することによって、衝突危険範囲が算出される。
上述したように、安全航過領域を自船１ではなく他船２に設定し、安全航過領域を構成する各頂点と自船１との衝突点を求め、これらの衝突点を結線して衝突危険範囲を算出することによって、安全航過領域を船舶の位置を中心とする真円以外の形状としても、衝突危険範囲が自船１の針路の影響を受けることがない。これによって、衝突危険範囲の信頼性を低減させることなく安全航過領域の形状の自由度を向上させることができる。
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ 自船
２ 他船
３０４ 領域設定部
３０５ 衝突点算出部
３０６ 衝突危険範囲算出部

Claims (3)

  1. 自船と他船との衝突危険範囲を算出して船舶の航行支援を行う船舶用航行支援装置であって、
    複数の頂点から構成されて前記他船を取り囲む多角形状の安全航過領域を前記他船に対して設定する領域設定部と、
    前記自船の速力と、該自船と前記他船との相対位置及び該他船の速度ベクトルとに基づいて、前記安全航過領域を構成する複数の頂点のそれぞれと前記自船との衝突点を算出する衝突点算出部と、
    前記衝突点算出部により算出された複数の衝突点を結線することにより前記衝突危険範囲を算出する衝突危険範囲算出部と
    を備える船舶用航行支援装置。
  2. 少なくとも、前記他船の船種、航海ステータス、船体長、船体幅のいずれか１つを含む他船情報を取得する他船情報取得部を更に備え、
    前記領域設定部は、前記安全航過領域の形状、大きさ、または前記他船の位置と前記安全航過領域の中心との相対位置のうちいずれか１つを前記他船情報に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の船舶用航行支援装置。
  3. 前記他船情報は、少なくとも前記他船の船種を含み、
    前記領域設定部は、前記他船情報に示される前記他船の船種に基づいて、前記他船の位置と前記安全航過領域の中心との相対位置を設定することを特徴とする請求項２に記載の船舶用航行支援装置。
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