JP2021059225A - 操船支援システム - Google Patents

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Abstract

【課題】画面を見た者が本船の動きを明確に把握することができる操船支援システムを提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る操船支援システムは、本船が少なくとも１隻のタグボートでアシストされる際に使用されるものであり、表示装置３２と制御装置３１を含む。制御装置３１は、本船の位置および方位を示す本船外形線１０、少なくとも１隻のタグボートの位置および方位を示す少なくとも１つのタグボート外形線２０、本船の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトル（図例では７１，７２）、ならびに少なくとも１隻のタグボートの目標推進ベクトル（図例では８１〜８３）、を表示装置３２の画面上に表示する。【選択図】図２

Description

本発明は、本船が少なくとも１隻のタグボートでアシストされる際に使用される操船支援システムに関する。
例えば港湾内では、本船が少なくとも１隻のタグボートでアシストされることが多い。本船は、少なくとも１つの推進機を含む自力走行可能船である場合もあるし、推進機を含まない又は推進機が故障した自力走行不能船である場合もある。
一般的に、港湾内では、水先案内人または本船の船長などの指揮者が、本船および／またはタグボートをどのように操船すべきかを指揮する。例えば、タグボートのアシスト方法としては、押し、曳き、並走などがあり、指揮者は、タグボートへ適時アシスト方法を指示する。
例えば、特許文献１には、画面を有する携帯式の曳船指示装置が開示されている。その画面には、本船を示す船形図形と、複数隻のタグボートのそれぞれの本船に対する相対位置および相対方位を示す矢印図形とが表示される。このため、画面を見た者は、タグボートが本船に対して押しと曳きのどちらを行うのかと、その位置および方向を把握することができる。
実開昭６１−１０５２９８号公報
しかしながら、特許文献１に開示された曳舟指示装置のように、画面上に本船に対する各タグボートの相対位置および相対方位を示す矢印図形が表示されるだけでは、画面を見た者は本船がどのように動くのかを明確に把握することができない。
そこで、本発明は、表示装置の画面を見た者が本船の動きを明確に把握することができる操船支援システムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の１つの側面からの操船支援システムは、少なくとも１つの推進機を含む本船が少なくとも１隻のタグボートでアシストされる際に使用される操船支援システムであって、画面を有する少なくとも１つの表示装置と、前記本船の位置および方位に関する本船位置方位情報、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位に関するタグボート位置方位情報を取得し、前記本船の位置および方位を示す本船外形線、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位を示す少なくとも１つのタグボート外形線を前記画面上に表示する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記本船の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトル、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの目標推進ベクトルを算出し、前記本船の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルおよび前記少なくとも１隻のタグボートの目標推進ベクトルを前記画面上に表示する、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、タグボートの目標推進ベクトルだけでなく本船の推進機の目標推進ベクトルも画面上に表示される。従って、表示装置の画面を見た者が、本船自体に備わった推進機の推力を勘案することができ、本船の動きを明確に把握することができる。
また、本発明の別の側面からの操船支援システムは、本船が少なくとも１隻のタグボートでアシストされる際に使用される操船支援システムであって、画面を有する少なくとも１つの表示装置と、前記本船の位置および方位に関する本船位置方位情報、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位に関するタグボート位置方位情報を取得し、前記本船の位置および方位を示す本船外形線、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位を示す少なくとも１つのタグボート外形線を前記画面上に表示する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記本船の所定時間後の予想位置および予想方位を算出し、前記予想位置および前記予想方位を示す本船予想外形線を前記画面上に表示する、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、表示装置の画面を見た者が、所定時間後までの本船の位置および方位の変化をイメージすることができる。従って、表示装置の画面を見た者が本船の動きを明確に把握することができる。
また、本発明のさらに別の側面からの操船支援システムは、本船が複数隻のタグボートでアシストされる際に使用される操船支援システムであって、画面を有する少なくとも１つの表示装置と、前記本船の位置および方位に関する本船位置方位情報、ならびに前記複数隻のタグボートの位置および方位に関するタグボート位置方位情報を取得し、前記本船の位置および方位を示す本船外形線、ならびに前記複数隻のタグボートの位置および方位を示す複数のタグボート外形線を前記画面上に表示する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記本船の転心位置を通る直線上での前記本船の計画推進ベクトル、ならびに前記転心位置回りの前記本船の計画旋回モーメントを算出し、前記計画推進ベクトルおよび前記計画旋回モーメントを前記画面上に表示する、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、本船の転心位置を基準とした動きが視覚化される。従って、表示装置の画面を見た者が本船の動きを明確に把握することができる。
本発明によれば、表示装置の画面を見た者が本船の動きを明確に把握することができる。
本発明の第１実施形態に係る操船支援システムの概略構成図である。 前記操船支援システムにおける端末装置の表示装置の画面の一例である。 前記端末装置の概略構成図である。 ある操船パターンを説明するための図である。 別の操船パターンを説明するための図である。 さらに別の操船パターンを説明するための図である。 表示装置の画面の変形例を示す図である。 表示装置の画面の別の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る操船支援システムにおける端末装置の概略構成図である。 第２入力装置の平面図である。 本船が推進機を含まない場合の表示装置の画面の一例である。 表示装置の画面の変形例を示す図である。
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る操船支援システム４を示す。この操船支援システム４は、本船１が少なくとも１隻のタグボート２でアシストされる際に使用されるものである。図１では、例示として、タグボート２が２隻である場合を描いている。
本実施形態では、タグボート２による本船１のアシストが港湾内で行われることを前提とする。ただし、タグボート２による本船１のアシストは外洋で行われてもよい。また、本実施形態では、操船支援システム４が、水先案内人が携帯するか陸上設備に設置される、本船１および少なくとも１隻のタグボート２とは独立した端末装置３を含む。さらに、本実施形態では、本船１および少なくとも１隻のタグボート２が有人船であることを前提とする。
本船１には、制御装置１１、表示装置１２（本発明の本船表示装置に相当）および通信装置１３が搭載されている。同様に、少なくとも１隻のタグボート２には、制御装置２１、表示装置２２（本発明のタグボート表示装置に相当）および通信装置２３が搭載されている。これらの機器は、端末装置３と共に操船支援システム４を構成する。例えば、本船１の制御装置１１および表示装置１２は本船１のブリッジコンソールに組み込まれ、タグボート２の制御装置２１および表示装置２２はタグボート２のブリッジコンソールに組み込まれる。
端末装置３は、図１および図３に示すように、入力装置３５、制御装置３１、表示装置３２（本発明の端末表示装置に相当）および通信装置３３を含む。例えば、端末装置３は、ポータブルタブレットコンピュータであってもよいし、ノートブックコンピュータであってもよい。
制御装置３１は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリと、ＨＤＤなどのストレージと、ＣＰＵを有し、ＲＯＭまたはＨＤＤに記憶されたプログラムがＣＰＵにより実行される。本船１に搭載される制御装置１１および少なくとも１隻のタグボート２に搭載される制御装置２１も同様の構成を有する。
詳しくは後述するが、本実施形態では、端末装置３の制御装置３１が少なくとも１隻のタグボート２のアシスト方法を含む操船パターンなどを決定する。このため、制御装置３１は、図３に示すように、各種の情報を格納するデータベース３４を含む。
ただし、操船パターンなどの決定は、本船１に搭載された制御装置１１、または１隻のタグボート２に搭載された制御装置２１で行われてもよい。この場合、データベース３４は、操船パターンを決定する制御装置（１１または２１）に含まれてもよい。あるいは、操船パターンの決定が本船１に搭載される制御装置１１または１隻のタグボート２に搭載される制御装置２１で行われる場合でも、データベース３４が端末装置３の制御装置３１に含まれ、データベース３４に格納された情報が後述する無線通信により操船パターンを決定する制御装置（１１または２１）へ送信されてもよい。
端末装置３の通信装置３３は、本船１の通信装置１３および少なくとも１隻のタグボート２の通信装置２３と無線通信可能なものである。この無線通信は、ＡＩＳ（Automatic Identification System：自動船舶識別装置）を介した通信であってもよいし、船間同士の直接通信であってもよいし、地上基地局を介した船陸間通信であってもよい。
本船１の制御装置１１には、本船１の位置および方位に関する本船位置方位情報がリアルタイムで記憶される。本船１の位置は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）により測定され、本船１の方位は、本船１に設けられた方位計により測定される。本船位置方位情報は、本船１の通信装置１３から端末装置３の通信装置３３へ送信される。
少なくとも１隻のタグボート２の制御装置２１には、当該タグボート２の位置および方位に関するタグボート位置方位情報がリアルタイムで記憶される。タグボート２の位置は、ＧＮＳＳにより測定され、タグボート２の方位は、タグボート２に設けられた方位計により測定される。少なくとも１隻のタグボート位置方位情報は、タグボート２の通信装置１３から端末装置３の通信装置３３Ａへ送信される。
端末装置３の制御装置３１は、通信装置３３を介して上述した本船位置方位情報およびタグボート位置方位情報を取得する。
入力装置３５は、使用者が、本船１の出発点および終着点を含む本船経由点情報を入力するためのものである。この入力により、制御装置３１は本船経由点情報を取得する。例えば、入力装置３５は、タッチパネルであってもよいしキーボードであってもよい。
本船経由点情報は、出発点の位置だけでなく、出発点での本船１の方位および速さを含む。同様に、本船経由点情報は、終着点の位置だけでなく、終着点での本船１の方位および速さを含む。本船経由点情報は、中間点（中間点の位置、ならびに中間点での本船１の方位および速さ）を含んでもよい。
さらに、制御装置３１は、港湾内の風情報などの気象情報、および／または港湾内の波情報や潮流情報などの海象情報を含む環境情報も取得する。例えば、制御装置３１は、通信装置３３およびインターネットを介して、気象庁やＮＯＡＡ（National Ocean and Atmospheric Administration）等の外部機関から環境情報を取得する。あるいは、制御装置３１は、本船１に搭載された風向風速計から環境情報のうちの風情報を取得してもよい。
データベース３４は、本船１の仕様に関する本船情報、本船情報に応じて設定されたタグボート台数に関する組合せ情報、および少なくとも１隻のタグボート２の仕様に関するタグボート情報を格納する。本船１の仕様とは、例えば、本船１の形状、重量および喫水、推進機の数、位置および能力、タグボート接続可能位置などである。
アシストに使用するタグボート２の台数は本船１の種類、港湾規則、海象条件などによって予め定められる。組合せ情報は、この台数に関するものである。タグボート２の仕様とは、例えば、タグボート２の形状、推進機の数および能力などである。
データベース３４に格納される情報は、港湾内に本船１が入港する度に、その本船１に関する情報（本船情報、組合せ情報およびタグボート情報）に更新されてもよい。あるいは、データベース３４には、入港が想定される全ての本船１に関する情報が予め格納されてもよい。
制御装置３１は、取得した本船位置方位情報およびタグボート位置方位情報に基づいて、図２に示すように、本船１の位置および方位を示す本船外形線１０と、少なくとも１隻のタグボート２の位置および方位を示す少なくとも１つのタグボート外形線２０を表示装置３２の画面上に表示する。
例えば、本船外形線１０は、本船１の形状を近似した多角形（図２では五角形）の輪郭線であり、タグボート外形線２０は、タグボート２の形状を近似した多角形（図２では三角形）の輪郭線である。
本実施形態では、制御装置３１が上述したように操船パターンを決定する。タグボート２が本船１を曳く場合、制御装置３１は、本船１とタグボート２とを接続するタグライン１５も表示装置３２の画面上に表示する。
上述したデータベース３４は、岸壁６１の形状を含む陸地情報も格納してもよい。この場合、制御装置３１は、陸地情報をデータベース３４から読み込み、本船１の位置が岸壁６１に近いときに岸壁６１も表示装置３２の画面上に表示する。
本実施形態では、制御装置３１が、本船１の転心位置５１を通る直線上での本船１の計画推進ベクトル５３と、転心位置５１回りの本船１の計画旋回モーメント５４を算出する。このため、制御装置３１は、転心位置５１ならびに算出した計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４も表示装置３２の画面上に表示する。
図２に示す例では、計画推進ベクトル５３が、転心位置５１を起点とする直線状の矢印で表示されている。ただし、計画推進ベクトル５３は、本船外形線１０から離れた位置を起点とする矢印で表示されてもよい。あるいは、計画推進ベクトル５３は、矢印の代わりに長尺状の三角形で表示されてもよいし、一直線上に並ぶ複数の三角形（この場合、三角形の数がベクトルの大きさを示す）で表示されてもよい。また、計画推進ベクトル５３は、その方向および大きさが文字及び数字で表示されてもよい。この点は、後述するベクトルの表示でも同様である。
また、図２に示す例では、計画旋回モーメント５４が、本船１の転心位置５１を中心とする円弧状の矢印で表示されている。ただし、計画旋回モーメント５４は、必ずしも矢印で表示される必要はなく、例えば、その方向および大きさが文字及び数字で表示されてもよい。
さらに、本実施形態では、本船１が少なくとも１つの推進機を含み、制御装置３１が、本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと、少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルを算出する。このため、制御装置３１は、算出した本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルおよび少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルも表示装置３２の画面上に表示する。
本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルおよび少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルは、上述した本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４を分解したものである。換言すれば、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４は、本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと、少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルを合成したものである。
なお、計画旋回モーメント５４の分解に関しては、計画旋回モーメント５４は、本船１におけるタグボート２の作用点（押し曳きされる点）を通る、本船１の転心位置５１を中心とする円に接する直線であって、タグボート２の押し方向または曳き方向に延びる直線上の力に変換される。
図２は、図４〜図６に示すように本船１が主推進機１ａおよびラダー１ｂならびにサイド推進機１ｃを含む場合の表示装置３２の画面の一例である。図２に示す例では、本船１が３隻のタグボート２でアシストされる。３隻のタグボート２のうちの１隻が本船１を押し、残りの２隻がタグライン１５を介して本船１を曳く。
図２に示す例では、本船１の主推進機１ａの目標推進ベクトル７１が、本船外形線１０内の主推進機１ａの位置を起点とする矢印で表示されているとともに、本船１のサイド推進機１ｃの目標推進ベクトル７２が、本船外形線１０内のサイド推進機１ｃの位置を起点とする矢印で表示されている。さらに、図２に示す例では、３隻のタグボート２の目標推進ベクトル８１〜８３のそれぞれが、タグボート外形線２０内の中心を起点とする矢印で表示されている。
また、本実施形態では、制御装置３１が、本船１の所定時間後の予想位置および予想方位を算出し、算出した予想位置および予想方位を示す本船予想外形線５５も表示装置３２の画面上に表示する。
次に、図３を参照して、端末装置３の制御装置３１が行う処理について説明する。なお、以下の処理は、リアルタイムで逐次行われる。
まず、制御装置３１は、取得した本船経由点情報および環境情報、ならびにデータベース３４に格納された情報に基づいて、少なくとも１隻のタグボート２のアシスト方法を含む操船パターンおよび本船１の最適航路を決定する。本実施形態では、上述したように本船１が少なくとも１つの推進機を含む。このため、操船パターンは、本船１の少なくとも１つの推進機の使用方法を含む。
図４〜図６に、本船１が着岸するときの異なる３つの操船パターンを示す。図４および図６は本船１が２隻のタグボート２でアシストされるときの一例を示し、図５は本船１が１隻のタグボート２でアシストされるときの一例を示す。なお、図４〜図６では、本船１の推進機およびタグボート２のうちの使用するものを実線で示し、使用しないものを破線で示す。
図４〜図６に示す例では、本船１が主推進機１ａおよびサイド推進機１ｃを含む。また、図４〜図６に示す例では、主推進機１ａの軸方向が変更不能であり、本船１がラダー１ｂを含む。ただし、本船１は、サイド推進機１ｃを含まずに、主推進機１ａのみを含んでもよい。また、ラダー１ｂが設けられずに、主推進機１ａの軸方向が変更可能であってもよい。
図４に示す例は、本船１の速さが十分に低くなったときにサイド推進機１ｃを使用する例である。具体的に、図４に示す例では、岸壁６１から遠い位置では、本船１の主推進機１ａおよびラダー１ｂのみで適切な航行が可能であるため、タグボート２は本船１に並走する。本船１が岸壁６１に近づいてくると、本船１の主推進機１ａおよびラダー１ｂのみでは適切な旋回性能および減速性能が得られないため、２隻のタグボート２が両側から本船１を押す。
その後、本船１の主推進機１ａを停止し、本船１を行脚で走行させる。本船１の速さが十分に低下すると、２隻のタグボート２が移動して本船１を片側から岸壁６１に向かって押しながら、本船１のサイド推進機１ｃが使用される。
図５に示す例では、図４に示す例と異なり、本船１のラダー１ｂは操作しない。図５に示す例では、本船１が岸壁６１に近づいてきたときに、１隻のタグボート２が片側から本船１を押す。このとき、タグボート２と本船１とをタグライン１５により接続しておく。
その後、本船１の主推進機１ａを停止し、本船１を行脚で走行させる。このとき、タグボート２がタグライン１５を介して本船１を曳きながら、本船１の行脚および方位を制御する。
図６に示す例では、本船１が岸壁６１に近づいたときから、２隻のタグボート２が片側から本船１を曳きながら本船１を着岸させる。
図３に戻って、制御装置３１は、まず、環境情報に基づいて本船１に作用する外力（前後方向の外力、左右方向の外力および旋回方向の外力）を算出する。ついで、制御装置３１は、そのような外力が本船１に作用したときに、タグボート２のどのようなアシスト方法が最善であり、本船１の少なくとも１つの推進機（例えば、主推進機１ａおよびサイド推進機１ｃ）のどのような使用方法が最善であるかを判定しながら、操船パターンおよび最適航路を決定する。
例えば、制御装置３１は、本船１と少なくとも１隻のタグボート２を１つの仮想船体と見做し、この仮想船体が岸壁や他船との接触といった危険を回避しつつ、所要時間が極力短く、かつ、燃焼消費が極力抑えられるように、操船パターンおよび最適航路を決定してもよい。具体的に、制御装置３１は、仮想船体の消費エネルギー量に関する評価値および仮想船体の安全性に関する評価値を含む評価関数を用い、この評価関数が最小となるような最適値探索アルゴリズムを実行して操船パターンおよび最適経路を決定する。これにより、仮想船体の消費エネルギー量を抑制しつつ安全性を確保するように操船パターンおよび最適航路を決定することができる。
例えば、制御装置３１は、複数の操船パターンおよび複数の航路での仮想船体に必要な推力を求め、仮想船体の推力の変化率二乗値Ｖ１と、仮想船体の推力の二乗和算値Ｖ２と、仮想船体と岸壁や他船などの障害物との距離に応じた第１危険度評価値Ｖ３と、前記障害物に対する仮想船体の相対速度に応じた第２危険度評価値Ｖ４の合計値Ｓ（＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）を評価関数としてもよい。
さらに、制御装置３１は、本船１が最適航路に沿って航行するときの本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４を算出し、算出した本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４を表示装置３２の画面上に表示する。
制御装置３１は、算出した本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４に関する本船推力計画情報を記憶する。そして、端末装置３は、当該端末装置３をサーバ、本船１および／または少なくとも１隻のタグボート２をクライアントとする、サーバクライアントシステムを構築する。
すなわち、本船１の制御装置１１は、本船推力計画情報を端末装置３から取得可能である。制御装置１１が本船推力計画情報を取得すると、端末装置３の制御装置３１が本船１の制御装置１１を介して表示装置１２の画面上に、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４を表示する。
同様に、少なくとも１隻のタグボート２の制御装置２１は、本船推力計画情報を端末装置３から取得可能である。制御装置２１が本船推力計画情報を取得すると、端末装置３の制御装置３１がタグボート２の制御装置２１を介して表示装置２２の画面上に、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４を表示する。
さらに、制御装置３１は、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４を算出後、取得した環境情報、本船位置方位情報およびタグボート位置方位情報、ならびに決定した操船パターンに関する操船パターン情報、上述した本船推力計画情報、およびデータベース３４に格納された情報に基づいて、本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと、少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルを算出する。これにより、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４を本船１の少なくとも１つの推進機と少なくとも１隻のタグボート２（１隻のタグボート２は１つの推進機と仮定）とで配分することができる。
例えば、制御装置３１は、以下の評価関数Ｊが最小となるように、本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと、少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルを算出する。
Figure 2021059225
 ｒ：合算推力指令（本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４）
ｕ：本船の推進機およびタグボートの推力合計値
ｖ0：本船の推進機およびタグボートの所定の推力（船体の前後・左右方向）および
旋回モーメント（要素数は推力発生源の数の３倍と等しい）
ｖ：本船の推進機およびタグボートの発生すべき推力（船体の前後・左右方向）およ
び旋回モーメント（同上）
Ｗ1，Ｗ2：重み行列（３×３）
Ｗ3：重み行列（正方行列、要素数は推力発生源の数の２倍と等しい）
Ｔ：評価期間（数秒〜数百秒）
式１の右辺第一項は、本船操船必要推力に船体外力を加味した合算推力指令と配分後の推力を合わせたものの差を小さくするものである。式１の右辺第二項は、計算実施時点（ｔ＝０）から所定時間Ｔまでの間について、配分後の推力の合算値の重み付け二乗和をとったものであり、発生推力自体を小さくするものである。式１の右辺第三項は、配分後の各推進機の推力を、予め与えた所定値からの差を小さくするためのものである。
制御装置３１は、算出した本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと、算出した少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルを、表示装置３２の画面上に表示する。
さらに、制御装置３１は、本船１の所定時間後の予想位置および予想方位を算出し、上述した本船予想外形線５５を表示装置３２の画面上に表示する。例えば、制御装置３１は、本船１の船体モデル（排水量、船形などを含む）、上述した本船推力計画情報、環境情報、および水面下地形などに基づいて、本船１の所定時間後の予想位置および予想方位を算出する。
なお、制御装置３１は、本船推力計画情報だけでなく、上述した本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルに関する本船発生推力情報、および少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルに関するタグボート発生推力情報などを、通信装置３３および本船１の通信装置１３を介して本船１の制御装置１１へ送信してもよい。この場合、本船１の表示装置１２の画面は、図２と同じであってもよい。
同様に、制御装置３１は、本船推力計画情報だけでなく、本船発生推力情報およびタグボート発生推力情報などを、通信装置３３およびタグボート２の通信装置２３を介してタグボート２の制御装置２１へ送信してもよい。この場合、少なくとも１隻のタグボート２に搭載された表示装置２２の画面は、図２と同じであってもよい。
以上説明したように、本実施形態の操船支援システム４では、タグボート２の目標推進ベクトルだけでなく本船１の推進機の目標推進ベクトルも表示装置３２の画面上に表示される。従って、表示装置３２の画面を見た者が、本船１自体に備わった推進機の推力を勘案することができ、本船１の動きを明確に把握することができる。
しかも、本実施形態では、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４も表示装置３２の画面上に表示され、本船１の転心位置５１を基準とした動きが視覚化される。従って、表示装置３２の画面を見た者が本船１の動きをさらに明確に把握することができる。
また、本実施形態では、本船予想外形線５５も表示装置３２の画面上に表示される。従って、表示装置３２の画面を見た者が、所定時間後までの本船１の位置および方位の変化をイメージすることができる。
＜変形例＞
前記実施形態では、端末装置３の制御装置３１が、表示装置３２の画面上に、本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルだけでなく、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４ならびに本船予想外形線５５も表示した。しかし、図７に示すように、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４ならびに本船予想外形線５５の表示は省略されてもよい。
あるいは、図８に示すように、本船予想外形線５５のみが表示装置３２の画面上に表示され、本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと、少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルと、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４の表示が省略されてもよい。この場合でも、表示装置３２の画面を見た者が、所定時間後までの本船の位置および方位の変化をイメージすることができる。従って、表示装置３２の画面を見た者が本船１の動きを明確に把握することができる。
なお、これらの変形例は、第２実施形態にも適用可能である。
（第２実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第２実施形態に係る操船支援システムを説明する。本実施形態では、端末装置３が図９に示すような制御装置３１’を含む。また、端末装置３は、第１実施形態で説明した操船パターン情報を使用者が入力するための第１入力装置３６と、同じく第１実施形態で説明した本船推力計画情報を使用者が入力するための第２入力装置３７を含む。
例えば、第１入力装置３６は、タッチパネルであってもよいしキーボードであってもよい。例えば、第２入力装置３７は、図１０に示すように、計画旋回モーメント５４の向き（左旋回ＴＬか右旋回ＴＲか）および大きさを入力するための回頭ダイアル３７ａと、計画推進ベクトル５３の向きおよび大きさを入力するためのジョイスティック３７ｂを含んでもよい。なお、ジョイスティック３７ｂに関しては、回頭ダイアル３７ａとジョイスティック３７ｂが並ぶ方向の一方側および他方側がそれぞれ本船１の左舷方向Ｌおよび右舷方向Ｒであり、それと直交する方向の一方側が本船１の船首方向Ｆである。
本実施形態の制御装置３１’が第１実施形態の制御装置３１と異なるのは、操船パターンおよび最適航路の決定を行わない点と、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４の算出を行わない点である。
具体的に、制御装置３１’は、第１入力装置３６を使用した入力によって操船パターン情報を取得するとともに、第２入力装置３７を使用した入力によって本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４に関する本船推力計画情報を取得する。そして、制御装置３１’は、第１実施形態と同様にして、環境情報、本船位置方位情報、タグボート位置方位情報、操船パターン情報、本船推力計画情報、およびデータベース３４に格納された情報に基づいて、本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと、少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルを算出する。
本実施形態でも、表示装置３２の画面は図２と同じである。すなわち、制御装置３１’は、第１実施形態と同様に、表示装置３２の画面上に、転心位置５１ならびに本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４を表示する。また、制御装置３１’は、本船１の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルおよび少なくとも１隻のタグボート２の目標推進ベクトルも表示装置３２の画面上に表示する。さらに、制御装置３１’は、本船予想外形線５５も表示装置３２の画面上に表示する。
本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、第２入力装置３７が採用されているので、使用者が表示装置３２の画面を確認しながら入力すべき本船推力計画情報を変更することができる。
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、本船１は推進機を含まなくてもよい。この場合、図１１に示すように、端末装置３の制御装置（３１または３１’）が少なくとも本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４を表示装置３２の画面上に表示すれば、本船１の転心位置５１を基準とした動きが視覚化される。従って、表示装置３２の画面を見た者が本船１の動きを明確に把握することができる。
なお、本船１が推進機を含まない場合、本船１は複数隻のタグボート２でアシストされる。この場合、操船パターンは複数隻のタグボート２のアシスト方法を含む。また、制御装置（３１または３１’）は、環境情報、本船位置方位情報、タグボート位置方位情報、操船パターン情報、本船推力計画情報、およびデータベース３４に格納された情報に基づいて、複数隻のタグボートの目標推進ベクトルをタグボートごとに算出する。
上記の場合、制御装置（３１または３１’）は、図１１に示すように、複数隻のタグボート２の目標推進ベクトルを、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４と共に表示装置３２の画面上に表示してもよい。図１１に示す例では、３隻のタグボート２の目標推進ベクトル８４〜８６のそれぞれが、タグボート外形線２０内の中心を起点とする矢印で表示されている。また、図１１に示す例では、本船１の所定時間後の予想位置および予想方位を示す本船予想外形線５５も表示されている。なお、図１２に示すように、複数隻のタグボート２の目標推進ベクトルおよび本船予想外形線５５の表示が省略され、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４のみが表示されてもよい。
複数隻のタグボート２の目標推進ベクトルは、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４を分解したものである。換言すれば、本船１の計画推進ベクトル５３および計画旋回モーメント５４は、複数隻のタグボート２の目標推進ベクトルを合成したものである。
また、第１実施形態で説明したように、本船１の操船パターンなどの決定が本船１に搭載された制御装置１１または１隻のタグボート２に搭載された制御装置２１で行われる場合、その制御装置（１１または２１）が、図２に示す制御装置３１または図９に示す制御装置３１’と同様に構成される。この場合、操船支援システム４は端末装置３を含まなくてもよい。ただし、第１実施形態または第２実施形態のように操船支援システム４が端末装置３を含めば、指揮者が本船１またはタグボート２に乗船することなく端末装置３の表示装置３２の画面を見ながら操船指揮を行うことがきる。
また、本船１は無人船であってもよい。この場合、本船１に搭載される表示装置１２は不要である。また、タグボート２も無人船であってもよい。この場合、タグボート２に搭載される表示装置２２は不要である。
（まとめ）
本発明の１つの側面からの操船計画支援装置は、少なくとも１つの推進機を含む本船が少なくとも１隻のタグボートでアシストされる際に使用される操船支援システムであって、画面を有する少なくとも１つの表示装置と、前記本船の位置および方位に関する本船位置方位情報、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位に関するタグボート位置方位情報を取得し、前記本船の位置および方位を示す本船外形線、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位を示す少なくとも１つのタグボート外形線を前記画面上に表示する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記本船の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトル、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの目標推進ベクトルを算出し、前記本船の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルおよび前記少なくとも１隻のタグボートの目標推進ベクトルを前記画面上に表示する、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、タグボートの目標推進ベクトルだけでなく本船の推進機の目標推進ベクトルも画面上に表示される。従って、表示装置の画面を見た者が、本船自体に備わった推進機の推力を勘案することができ、本船の動きを明確に把握することができる。
前記制御装置は、前記本船の転心位置を通る直線上での前記本船の計画推進ベクトルおよび前記転心位置回りの前記本船の計画旋回モーメントを算出し、前記計画推進ベクトルおよび前記計画旋回モーメントを前記画面上に表示し、前記本船の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと前記少なくとも１隻のタグボートの目標推進ベクトルは、前記計画推進ベクトルおよび前記計画旋回モーメントを分解したものであってもよい。この構成によれば、本船の転心位置を基準とした動きが視覚化される。従って、表示装置の画面を見た者が本船の動きをさらに明確に把握することができる。
前記制御装置は、前記本船の所定時間後の予想位置および予想方位を算出し、前記予想位置および前記予想方位を示す本船予想外形線を前記画面上に表示してもよい。この構成によれば、表示装置の画面を見た者が、所定時間後までの本船の位置および方位の変化をイメージすることができる。
例えば、前記制御装置は、前記本船の仕様に関する本船情報、および前記少なくとも１隻のタグボートの仕様に関するタグボート情報、を格納するデータベースを含み、気象情報および／または海象情報を含む環境情報と、前記本船位置方位情報と、前記タグボート位置方位情報と、前記本船の転心位置を通る直線上での前記本船の計画推進ベクトルおよび前記転心位置回りの前記本船の計画旋回モーメントに関する本船推力計画情報と、前記本船の少なくとも１つの推進機の使用方法および前記少なくとも１隻のタグボートのアシスト方法を含む操船パターンに関する操船パターン情報と、前記データベースに格納された情報と、に基づいて、前記本船の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと前記少なくとも１隻のタグボートの目標推進ベクトルを算出してもよい。
本発明の別の側面からの操船支援システムは、本船が少なくとも１隻のタグボートでアシストされる際に使用される操船支援システムであって、画面を有する少なくとも１つの表示装置と、前記本船の位置および方位に関する本船位置方位情報、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位に関するタグボート位置方位情報を取得し、前記本船の位置および方位を示す本船外形線、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位を示す少なくとも１つのタグボート外形線を前記画面上に表示する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記本船の所定時間後の予想位置および予想方位を算出し、前記予想位置および前記予想方位を示す本船予想外形線を前記画面上に表示する、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、画面を見た者が、所定時間後までの本船の位置および方位の変化をイメージすることができる。従って、画面を見た者が本船の動きを明確に把握することができる。
例えば、前記少なくとも１つの表示装置は、前記本船および前記少なくとも１隻のタグボートとは独立した端末装置に含まれる端末表示装置を含んでもよい。また、前記少なくとも１つの表示装置は、前記本船に搭載される本船表示装置と、前記少なくとも１隻のタグボートに搭載される少なくとも１つのタグボート表示装置のうちの少なくとも一方を含んでもよい。
本発明のさらに別の側面からの操船計画支援装置は、本船が複数隻のタグボートでアシストされる際に使用される操船支援システムであって、画面を有する少なくとも１つの表示装置と、前記本船の位置および方位に関する本船位置方位情報、ならびに前記複数隻のタグボートの位置および方位に関するタグボート位置方位情報を取得し、前記本船の位置および方位を示す本船外形線、ならびに前記複数隻のタグボートの位置および方位を示す複数のタグボート外形線を前記画面上に表示する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記本船の転心位置を通る直線上での前記本船の計画推進ベクトル、ならびに前記転心位置回りの前記本船の計画旋回モーメントを算出し、前記計画推進ベクトルおよび前記計画旋回モーメントを前記画面上に表示する、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、本船の転心位置を基準とした動きが視覚化される。従って、表示装置の画面を見た者が本船の動きを明確に把握することができる。
例えば、前記制御装置は、前記複数隻のタグボートの目標推進ベクトルをタグボートごとに算出し、前記目標推進ベクトルを前記画面上に表示し、前記複数隻のタグボートの目標推進ベクトルは、前記本船の計画推進ベクトルおよび計画旋回モーメントを分解したものであってもよい。
前記制御装置は、前記本船の所定時間後の予想位置および予想方位を算出し、前記予想位置および前記予想方位を示す本船予想外形線を前記画面上に表示してもよい。この構成によれば、表示装置の画面を見た者が、所定時間後までの本船の位置および方位の変化をイメージすることができる。
例えば、前記制御装置は、前記本船の仕様に関する本船情報、および前記複数隻のタグボートの仕様に関するタグボート情報、を格納するデータベースを含み、気象情報および／または海象情報を含む環境情報と、前記本船位置方位情報と、前記タグボート位置方位情報と、前記本船の転心位置を通る直線上での前記本船の計画推進ベクトルおよび前記転心位置回りの前記本船の計画旋回モーメントに関する本船推力計画情報と、前記複数隻のタグボートのアシスト方法を含む操船パターンに関する操船パターン情報と、前記データベースに格納された情報と、に基づいて、前記複数隻のタグボートの目標推進ベクトルを算出してもよい。
例えば、前記少なくとも１つの表示装置は、前記本船および前記複数隻のタグボートとは独立した端末装置に含まれる端末表示装置を含んでもよい。また、前記少なくとも１つの表示装置は、前記複数隻のタグボートに搭載される複数のタグボート表示装置を含んでもよい。
上記の操船支援システムは、使用者が前記本船推力計画情報を入力するための入力装置をさらに備えてもよい。この構成によれば、使用者が表示装置の画面を確認しながら入力すべき本船推力計画情報を変更することができる。
１ 本船
１０ 本船外形線
１２ 表示装置（本船表示装置）
２ タグボート
２０ タグボート外形線
２２ 表示装置（タグボート表示装置）
３Ａ，３Ｂ 操船計画支援装置
３１ 制御装置
３２ 表示装置（端末表示装置）
３４ ベータベース
４ 操船支援システム
５１ 転心位置
５３ 計画推進ベクトル
５４ 計画旋回モーメント
５５ 本船予想外形線
７１，７２，８１〜８３ 目標推進ベクトル

Claims (14)

  1. 少なくとも１つの推進機を含む本船が少なくとも１隻のタグボートでアシストされる際に使用される操船支援システムであって、
    画面を有する少なくとも１つの表示装置と、
    前記本船の位置および方位に関する本船位置方位情報、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位に関するタグボート位置方位情報を取得し、前記本船の位置および方位を示す本船外形線、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位を示す少なくとも１つのタグボート外形線を前記画面上に表示する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記本船の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトル、および前記少なくとも１隻のタグボートの目標推進ベクトルを算出し、前記本船の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルおよび前記少なくとも１隻のタグボートの目標推進ベクトルを前記画面上に表示する、操船支援システム。
  2. 前記制御装置は、前記本船の転心位置を通る直線上での前記本船の計画推進ベクトルおよび前記転心位置回りの前記本船の計画旋回モーメントを算出し、前記計画推進ベクトルおよび前記計画旋回モーメントを前記画面上に表示し、
    前記本船の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと前記少なくとも１隻のタグボートの目標推進ベクトルは、前記計画推進ベクトルおよび前記計画旋回モーメントを分解したものである、請求項１に記載の操船支援システム。
  3. 前記制御装置は、前記本船の所定時間後の予想位置および予想方位を算出し、前記予想位置および前記予想方位を示す本船予想外形線を前記画面上に表示する、請求項１または２に記載の操船支援システム。
  4. 前記制御装置は、前記本船の仕様に関する本船情報、および前記少なくとも１隻のタグボートの仕様に関するタグボート情報、を格納するデータベースを含み、気象情報および／または海象情報を含む環境情報と、前記本船位置方位情報と、前記タグボート位置方位情報と、前記本船の転心位置を通る直線上での前記本船の計画推進ベクトルおよび前記転心位置回りの前記本船の計画旋回モーメントに関する本船推力計画情報と、前記本船の少なくとも１つの推進機の使用方法および前記少なくとも１隻のタグボートのアシスト方法を含む操船パターンに関する操船パターン情報と、前記データベースに格納された情報と、に基づいて、前記本船の少なくとも１つの推進機の目標推進ベクトルと前記少なくとも１隻のタグボートの目標推進ベクトルを算出する、請求項１〜３の何れか一項に記載の操船支援システム。
  5. 本船が少なくとも１隻のタグボートでアシストされる際に使用される操船支援システムであって、
    画面を有する少なくとも１つの表示装置と、
    前記本船の位置および方位に関する本船位置方位情報、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位に関するタグボート位置方位情報を取得し、前記本船の位置および方位を示す本船外形線、ならびに前記少なくとも１隻のタグボートの位置および方位を示す少なくとも１つのタグボート外形線を前記画面上に表示する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記本船の所定時間後の予想位置および予想方位を算出し、前記予想位置および前記予想方位を示す本船予想外形線を前記画面上に表示する、操船支援システム。
  6. 前記少なくとも１つの表示装置は、前記本船および前記少なくとも１隻のタグボートとは独立した端末装置に含まれる端末表示装置を含む、請求項１〜５の何れか一項に記載の操船支援システム。
  7. 前記少なくとも１つの表示装置は、前記本船に搭載される本船表示装置と、前記少なくとも１隻のタグボートに搭載される少なくとも１つのタグボート表示装置のうちの少なくとも一方を含む、請求項１〜６の何れか一項に記載の操船支援システム。
  8. 本船が複数隻のタグボートでアシストされる際に使用される操船支援システムであって、
    画面を有する少なくとも１つの表示装置と、
    前記本船の位置および方位に関する本船位置方位情報、ならびに前記複数隻のタグボートの位置および方位に関するタグボート位置方位情報を取得し、前記本船の位置および方位を示す本船外形線、ならびに前記複数隻のタグボートの位置および方位を示す複数のタグボート外形線を前記画面上に表示する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記本船の転心位置を通る直線上での前記本船の計画推進ベクトル、ならびに前記転心位置回りの前記本船の計画旋回モーメントを算出し、前記計画推進ベクトルおよび前記計画旋回モーメントを前記画面上に表示する、操船支援システム。
  9. 前記制御装置は、前記複数隻のタグボートの目標推進ベクトルをタグボートごとに算出し、前記目標推進ベクトルを前記画面上に表示し、
    前記複数隻のタグボートの目標推進ベクトルは、前記本船の計画推進ベクトルおよび計画旋回モーメントを分解したものである、請求項８に記載の操船支援システム。
  10. 前記制御装置は、前記本船の所定時間後の予想位置および予想方位を算出し、前記予想位置および前記予想方位を示す本船予想外形線を前記画面上に表示する、請求項８または９に記載の操船支援システム。
  11. 前記制御装置は、前記本船の仕様に関する本船情報、および前記複数隻のタグボートの仕様に関するタグボート情報、を格納するデータベースを含み、気象情報および／または海象情報を含む環境情報と、前記本船位置方位情報と、前記タグボート位置方位情報と、前記本船の転心位置を通る直線上での前記本船の計画推進ベクトルおよび前記転心位置回りの前記本船の計画旋回モーメントに関する本船推力計画情報と、前記複数隻のタグボートのアシスト方法を含む操船パターンに関する操船パターン情報と、前記データベースに格納された情報と、に基づいて、前記複数隻のタグボートの目標推進ベクトルを算出する、請求項８〜１０の何れか一項に記載の操船支援システム。
  12. 前記少なくとも１つの表示装置は、前記本船および前記複数隻のタグボートとは独立した端末装置に含まれる端末表示装置を含む、請求項８〜１１の何れか一項に記載の操船支援システム。
  13. 前記少なくとも１つの表示装置は、前記複数隻のタグボートに搭載される複数のタグボート表示装置を含む、請求項８〜１２の何れか一項に記載の操船支援システム。
  14. 使用者が前記本船推力計画情報を入力するための入力装置をさらに備える、請求項１〜１３の何れか一項に記載の操船支援システム。
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