JP2021071800A - 船舶の着岸支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】船舶の位置を精度良く取得することができる船舶の着岸支援装置を提供する。【解決手段】船舶の着岸支援装置は、位置方位情報取得部と、ＬＩＤＡＲと、地図生成更新部と、高所点取得部と、位置方位推定部と、を備える。ＬＩＤＡＲは、船舶２の周辺の環境を３次元的に示す点群データ４０を取得する。地図生成更新部は、点群データ４０に基づいて船舶２の周辺の地図４１を生成する。高所点取得部は、点群データ４０のうち、所定高さ以上の高所点を取得する。位置方位推定部は、高所点取得部により得られた高所点の位置と、地図４１における高所点の位置と、のマッチングによって、船舶２の位置及び方位を推定する。地図生成更新部は、位置方位推定部により推定された船舶２の位置及び方位を基準として点群データ４０を地図４１に配置することで、当該地図４１を更新する。【選択図】図２

Description

本発明は、船舶の着岸支援装置に関する。

従来から、船舶が着岸を行うために、衛星測位システムに基づいて前記船舶の位置データを取得する船舶の着岸支援装置が知られている。特許文献１は、この種の船舶の着岸支援装置を開示する。

特許文献１の船舶の着岸支援装置は、船舶にＧＰＳを取り付けている。この船舶の着岸支援装置は、ＧＰＳから、船舶の自船位置を算出することができる。また、特許文献１の船舶の着岸支援装置は、ＧＰＳから出力される緯度・経度による位置信号を信号処理装置に入力し、ＧＰＳによる測位信号、ミリ波レーダーから出力される信号、及び予め信号処理装置に入力した海図データから、船舶と岸壁又は桟橋との関係位置を割り出すようになっている。

特許第５４３１１４１号公報

特許文献１の船舶の着岸支援装置は、船舶の自船位置を算出するために、ＧＮＳＳの一種であるＧＰＳを用いる。しかし、ＧＰＳ単独測位で算出される自船位置は、実際の自船位置に対してある程度大きな誤差を有することが多い。従って、船舶と岸壁又は桟橋との位置関係を精度良く取得することが困難であった。その結果、例えば、自船位置を利用して船舶を岸壁等に自動着岸させようとする場合に、船舶を着岸目標位置に正しく着岸させることができない可能性がある。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、船舶の位置を精度良く取得することができる船舶の着岸支援装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の船舶の着岸支援装置が提供される。即ち、この船舶の着岸支援装置は、位置取得部と、周辺環境センサと、地図生成部と、ランドマーク位置取得部と、推定部と、を備える。前記位置取得部は、衛星測位システムに基づく船舶の位置データを取得する。前記周辺環境センサは、前記船舶の周辺の環境を３次元で示す周辺環境データを取得する。前記地図生成部は、前記周辺環境データに基づいて前記船舶の周辺の地図を生成する。前記ランドマーク位置取得部は、前記周辺環境データのうち、所定高さ以上の物体であるランドマークの位置を取得する。前記推定部は、前記ランドマーク位置取得部により得られた前記ランドマークの位置と、前記地図における前記ランドマークの位置と、のマッチングによって、前記船舶の位置及び方位を推定する。前記地図生成部は、前記推定部により推定された前記船舶の位置及び方位を基準として前記周辺環境データを前記地図に配置することで、当該地図を更新する。

これにより、周辺環境データと地図とのマッチングを行った結果として推定される自船の位置及び方位を基準として周辺環境データを地図に配置するので、衛星測位システムに従う場合よりも高精度な地図を取得できる。また、高さが低い物体を除外してマッチングが行われるので、検出が不安定な物体（例えば、桟橋等）が船舶の位置及び方位の推定精度を低下させるのを回避できる。この結果、正確な地図が得られるので、着岸支援を適切に行うことができる。

前記の船舶の着岸支援装置においては、前記地図生成部は、前記周辺環境データを、前記ランドマークであるか否かにかかわらず前記地図に配置することが好ましい。

これにより、周囲の物体が高いか低いかを問わず、当該物体への物理的な接触を地図の利用によって回避することができる。

前記の船舶の着岸支援装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記ランドマーク位置取得部は、前記周辺環境データのうち、前記船舶が備えるカメラの撮像結果を画像認識して動体と判定された部分に相当する部分を、前記ランドマークの位置として取得する対象から除外する。

これにより、動く物体を基準としたマッチングによって船舶の位置及び方位の推定精度が低下するのを防止することができる。

前記の船舶の着岸支援装置においては、前記地図生成部は、前記周辺環境データのうち、前記船舶からの距離が所定距離よりも近い部分を、前記地図に配置する対象から除外することが好ましい。

これにより、例えば、船舶の移動による引き起こされる波が障害物として取り扱われるのを回避することができる。

前記の船舶の着岸支援装置においては、前記推定部が前記船舶の位置及び方位を推定する場合に、前記位置取得部が取得した前記船舶の位置データが前記推定部に入力されることが好ましい。

これにより、船舶の位置の手掛かりが推定部に与えられるので、船舶の位置及び方位を、少ない計算量で、かつ短時間で推定することができる。

前記の船舶の着岸支援装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この船舶の着岸支援装置は、前記船舶の方位データを取得する方位取得部を備える。前記推定部が前記船舶の位置及び方位を推定する場合に、前記位置取得部が取得した前記船舶の位置データ、及び、前記方位取得部が取得した前記船舶の方位データが前記推定部に入力される。

これにより、船舶の位置及び方位の手掛かりが推定部に与えられるので、船舶の位置及び方位を、より少ない計算量で、かつ短時間で推定することができる。

前記の船舶の着岸支援装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記方位取得部は、衛星測位システムに基づく前記船舶の方位データを取得する。前記着岸支援装置は、前記船舶の方位の相対変化を取得する方位変化取得部を備える。前記方位取得部が取得した前記船舶の方位データに対し、当該方位データの取得時点から前記周辺環境データの取得時点までの前記船舶の方位の相対変化を前記方位変化取得部により取得した結果に基づいて補正がされた後に、補正後の前記方位データが前記推定部に入力される。

これにより、衛星測位に基づく方位を方位取得部が取得する時間間隔を短くできない場合でも、方位変化取得部を利用することにより、十分に短い時間間隔で、船舶の方位の手掛かりを推定部に与えることができる。

前記の船舶の着岸支援装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、船舶の着岸支援装置は、少なくともピッチ方向及びロール方向での前記船舶の姿勢を取得可能な姿勢取得部を備える。前記姿勢取得部が取得した前記船舶の姿勢に基づいて、当該船舶の姿勢の影響を除去する補正が前記周辺環境データに対して行われる。

これにより、船舶の揺れによって周辺環境データが受ける影響を取り除くことができる。この結果、マッチング及び周辺環境データの配置を正確に行うことができるので、高精度な地図を得ることができる。

前記の船舶の着岸支援装置においては、前記地図生成部により更新された前記地図に基づいて当該船舶の自動着岸制御が行われることが好ましい。

これにより、正確な地図に基づいて自動着岸制御を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る船舶の着岸支援装置の電気的な構成を示すブロック図。 ＬＩＤＡＲにより得られる点群データの高所点と、地図の高所点と、のマッチングを説明する模式図。 地図に点群データが追加される処理を説明する模式図。 ＬＩＤＡＲと桟橋の関係を説明する模式図。 地図の生成及び更新に関する処理を示すフローチャート。 高所点の抽出に関する処理を示すフローチャート。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る船舶２の着岸支援装置１の電気的な構成を示すブロック図である。

図１に示す船舶の着岸支援装置（以下、単に着岸支援装置と呼ぶ）１は、船舶２に搭載して使用される。本明細書でいう「着岸」には、岸壁に船舶２を着ける場合と、桟橋等の構造体に船舶２を着ける場合と、が含まれる。

着岸支援装置１が適用される船舶２の構成は特に限定されない。例えば、船舶２は、プレジャーボート、漁船、ウォータジェット船、電気推進船、ハイブリッド船等とすることができる。

船舶２は、推進装置５を備える。

推進装置５は、１対のスクリュー６Ｌ，６Ｒを備える。スクリュー６Ｌ，６Ｒは、船舶２の船尾の左右両側に配置されている。推進装置５は、駆動源（エンジンや電動モータ）の駆動力によりスクリュー６Ｌ，６Ｒを回転させることができる。それぞれのスクリュー６Ｌ，６Ｒの回転軸の向きは、上下方向の軸を中心として変更可能である。各スクリュー６Ｌ，６Ｒの回転軸の向き、停止／正転／逆転、及び回転速度は、互いに独立して変更することができる。それぞれのスクリュー６Ｌ，６Ｒを制御することによって、船舶２の横方向の平行移動、その場旋回等を含めた様々な操船を実現することができる。

なお、推進装置５の構成は特に限定されない。例えば、スクリュー６Ｌ，６Ｒは、スターンドライブ又は船外機のスクリューとして構成することができる。また、スクリュー６Ｌ，６Ｒに代えて、水を噴出する向き及び速度を互いに独立して変更可能な左右１対のウォータジェットを配置しても良い。

船舶２の着岸支援装置１は、制御部１０と、ＬＩＤＡＲ（周辺環境センサ）１１と、カメラ１２と、を備える。制御部１０は、位置方位情報取得部（位置取得部、方位取得部）１３と、姿勢情報取得部（姿勢取得部、方位変化取得部）１４と、環境情報取得部１５と、高所点取得部（ランドマーク位置取得部）１６と、地図生成更新部（地図生成部）１７と、高所点取得部１８と、位置方位推定部（推定部）１９と、表示データ生成部２０と、自動着岸制御部２１と、インタフェース部２２と、を備える。

制御部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えるコンピュータとして構成されている。ＲＯＭには、着岸支援装置１を動作させるためのプログラムを含む各種プログラム等が記憶される。ＣＰＵは、各種プログラム等をＲＯＭから読み出して実行することができる。制御部１０は、上記のハードウェアとソフトウェアとの協働により、位置方位情報取得部１３、姿勢情報取得部１４、環境情報取得部１５、高所点取得部１６、地図生成更新部１７、高所点取得部１８、位置方位推定部１９、表示データ生成部２０、自動着岸制御部２１、及びインタフェース部２２として機能することができる。

ＬＩＤＡＲ１１は、船舶２の周辺の環境を示す周辺環境データを取得することができる。ＬＩＤＡＲ１１は、船舶２の適宜の位置（例えば、船首）に配置される。ＬＩＤＡＲ１１は、発光部と、受光部と、を有する。発光部は、可視スペクトル範囲外のパルス光（レーザ光）を照射し、受光部は、当該パルス光が物体によって反射した反射光を受光する。ＬＩＤＡＲ１１は、パルス光を照射してから反射光を受光するまでの時間に基づいて、船舶２の周囲の物体の有無と、物体がある場合は当該物体までの距離を検出する。

ＬＩＤＡＲ１１は、パルス光の向きを所定の角度間隔で（実質的に）変化させながら、発光と受光を反復する。これにより、船舶２の周囲の物体までの距離を、所定の角度毎に計測することができる。このような角度走査は、例えば、発光部及び受光部の向きを機械的に調整することで実現されても良いし、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）によって実現されても良いし、公知のフェイズドアレイ方式によって実現されても良い。

本実施形態では、ＬＩＤＡＲ１１は、ヨー方向及びピッチ方向で角度走査を行う３次元ＬＩＤＡＲとして構成されている。この角度走査により、ＬＩＤＡＲ１１は、ＬＩＤＡＲ１１の周囲に存在する物体を表す３次元の点群データ（周辺環境データ）４０を出力することができる。図２（ａ）には、点群データ４０の例が平面図の形で示されるとともに、ＧＮＳＳ装置３１及び方位センサ３３によって得られた船舶２の位置及び方位が示されている。

カメラ１２は、船舶２の周囲を対象として撮影を行うことで撮像データを生成し、この撮像データを出力することができる。カメラ１２は、船舶２の適宜位置（例えば、船首）に配置される。カメラ１２は、ＬＩＤＡＲ１１の近傍に、かつ、その撮影方向がＬＩＤＡＲ１１の角度走査範囲の中心と一致するように設けると、ＬＩＤＡＲ１１の点群データ４０とカメラ１２の撮像データとを対応させ易くなるため好ましい。

位置方位情報取得部１３は、船舶２が備えるＧＮＳＳ装置３１が得た船舶２の位置データを取得することができる。また、位置方位情報取得部１３は、船舶２が備える方位センサ３３が得た船舶２の方位データを取得することができる。

ＧＮＳＳ装置３１は、衛星からＧＮＳＳ電波を受信し、公知の測位計算を行うことによって、船舶２の現在の位置を取得する。従って、ＧＮＳＳ装置３１が得る位置データは、衛星測位システムに基づくものである。本実施形態ではＧＮＳＳ測位として単独測位が行われるが、公知のＤＧＮＳＳ測位やＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）測位を用いても良い。

方位センサ３３は、船舶２の船首の向きを取得することができる。方位センサ３３は、本実施形態ではサテライトコンパスから構成されている。サテライトコンパスの構成は公知であるので詳細は省略するが、サテライトコンパスは複数のＧＮＳＳアンテナを備え、ＧＮＳＳ電波の搬送波の行路差に基づいて方位を検出することができる。従って、方位センサ３３が得る方位データは、衛星測位システムに基づくものである。方位センサ３３は、これに限定されず、例えば磁気方位センサとしても良い。

姿勢情報取得部１４は、船舶２が備えるＩＭＵ３５が出力するデータ（船舶２の姿勢に関するデータ）を取得することができる。ＩＭＵは、慣性計測装置の略称である。

ＩＭＵ３５は加速度センサを備えており、３次元の加速度を取得することができる。また、ＩＭＵ３５はジャイロセンサを備えており、３次元の角速度を算出することができる。これにより、船舶２の姿勢（ロール角、ピッチ角、及びヨー角）を取得することができる。ジャイロセンサは、例えばリングレーザジャイロ等、各種の公知の構成とすることができる。

環境情報取得部１５は、ＬＩＤＡＲ１１が得た周辺環境データ（具体的には、３次元の点群データ４０）を取得することができる。ただし、ＬＩＤＡＲ１１は自装置に対する相対角度及び相対距離の形で点群データ４０を取得するため、点群データ４０の位置は、ＬＩＤＡＲ１１が取り付けられている船舶２の姿勢に応じて変化する。そこで、環境情報取得部１５は先ず、ＬＩＤＡＲ１１が点群データ４０を取得したタイミングでの船舶２の姿勢を、姿勢情報取得部１４から取得する。環境情報取得部１５は、この姿勢情報と、ＬＩＤＡＲ１１が取得した点群と、に基づいて、仮に船舶２がロール方向及びピッチ方向で所定の角度となっている場合（例えば、水平になっている場合）の点群の位置を計算する。この変換処理は、公知の幾何学的な計算で容易に行うことができる。以上により、３次元の点群データ４０に対する船舶２の姿勢（ロール角及びピッチ角）の影響を除去することができる。

高所点取得部１６は、環境情報取得部１５から入力される３次元の点群データ４０のうち、所定高さより高い位置にある点を抽出する。以下、このように抽出された点を高所点と呼ぶことがある。物体が高い所にあることは一種の地理的な特徴と考えることができるため、高所点はランドマークの位置を示すものということができる。高所点として抽出する高さの閾値は適宜定めることができ、詳細は後述する。

地図生成更新部１７は、環境情報取得部１５から入力される３次元の点群データ４０と、位置方位推定部１９から入力される船舶２の位置及び方位と、を用いて、船舶２の周囲の地図を生成する。地図は、例えば、３次元空間に点群データ４０をプロットしていくことで生成することができる。図２（ｂ）には、生成された地図４１の例が示されている。ただし、図２（ｂ）では、位置方位推定部１９が行う後述のマッチングを説明するために、地図４１に点群データ４０が重ねられた状態で描かれている。

地図生成更新部１７が地図４１に点群データ４０をプロットする基準となる船舶２の位置及び方位としては、ＧＮＳＳ装置３１及び方位センサ３３の出力値ではなく、後述の位置方位推定部１９が出力する船舶２の位置及び方位が用いられる。これにより、生成される地図４１の精度を高めることができる。詳細は後述する。

高所点取得部１８は、地図生成更新部１７が生成した地図４１から、所定高さより高い位置にある点（高所点）を抽出する。高所点の高さの閾値は、高所点取得部１６での閾値と等しくすることが好ましい。

位置方位推定部１９は、高所点取得部１６から入力された高所点と、高所点取得部１８から入力された高所点と、のマッチングによって、船舶２の位置と方位を推定する。

上述したとおり、ＧＮＳＳ装置３１及び方位センサ３３が出力する船舶２の位置及び方位には、ある程度の誤差が含まれる。従って、仮にＧＮＳＳ測位結果をそのまま利用してＬＩＤＡＲ１１の点群データ４０をプロットする形で地図４１を生成すると、図２（ｂ）のように点群データ４０のプロットがズレて、地図４１を構成する点群の位置精度が低下してしまう。この点、位置方位推定部１９は、地図生成更新部１７が地図４１として記憶した高所点と、ＬＩＤＡＲ１１の検出結果に基づく高所点と、をマッチングすることで、船舶２の正確な位置及び方位を得ることができる。この位置及び方位に基づいて地図生成更新部１７がＬＩＤＡＲの点群データ４０を配置することで、図３のように正確な地図を得ることができる。このように、本実施形態では、ＳＬＡＭの一種が行われている。ＳＬＡＭは、Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ＡＮＤ Ｍａｐｐｉｎｇの略称である。

高所点同士をマッチングする方法としては、公知のＩＣＰマッチング等を用いることができるが、これに限定されない。ＩＣＰは、Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔの略称である。マッチングの計算を行う際に、ＧＮＳＳ装置３１及び方位センサ３３が出力した船舶２の位置及び方位を参考情報として用いると、計算量を削減できるために好ましい。

点群のマッチングに関して一般論を言えば、マッチングの点の数が多い方が、位置及び方位の推定の精度が高くなる。しかしながら、本実施形態では、マッチングの対象を高所点だけに絞っている。

以下、この理由を詳細に説明する。この説明にあたっては、図４（ａ）又は図４（ｂ）に示すように、船舶２の近くに桟橋５１が存在する状況を考える。図４（ｂ）においては、桟橋５１に、ある程度の高さを有する構造物（具体的には、船舶２に充電を行うための電源供給ポスト５２）が上方に突出して設けられている。

第１の理由として、桟橋５１の検出の不安定さがある。桟橋５１は水面に近い位置にあるため、図４（ａ）に示すように、ＬＩＤＡＲ１１のピッチ方向での角度走査範囲における下端付近で検出される場合も多い。従って、例えば白抜き矢印で示すように船舶２が高さ方向で揺れること（ヒーブ）によって、ＬＩＤＡＲ１１の角度走査範囲に桟橋５１が入ったり出たりし易い。この結果、ある時は桟橋５１がＬＩＤＡＲ１１によって検知され、ある時は検出されなかったりする。この点群の検出の不安定さが、位置方位推定部１９が推定する船舶２の位置及び方位の精度低下に繋がってしまう。一方、電源供給ポスト５２は図４（ｂ）に示すようにある程度の高さを有しているため、船舶２のヒーブによっても、確実にＬＩＤＡＲ１１で検知することが可能になる。

第２の理由として、桟橋５１の形状がある。桟橋５１は、その殆どが、水面に近く、ほぼ水平な床状に形成されている。一方、ＬＩＤＡＲ１１は、船舶２においてある程度の高さの位置に取り付けられている。従って、ＬＩＤＡＲ１１のレーザ光は桟橋５１の床面に当たることが殆どである。このことから、図４（ａ）の例で船舶２が水平方向に移動した場合に、移動方向とほぼ平行な面である桟橋５１の床面を検出した点群の位置変化から、船舶２の移動を正確に検出することが難しい。一方、図４（ｂ）に示す電源供給ポスト５２は、水平方向に対して垂直に近い面を多く有する。従って、船舶２の水平方向の移動を、ＬＩＤＡＲ１１が取得する点群の位置変化として捉え易くなる。

このような事情を考慮して、本実施形態の位置方位推定部１９は、桟橋５１のような低い構造物に相当する点群をマッチング対象から除外して、電源供給ポスト５２のようなある程度以上の高さの構造物に相当する点群だけに基づいてマッチングを行っている。これにより、船舶２の位置及び方位を高い精度で推定することができる。また、マッチング対象の絞り込みにより点群の数が減るので、計算量の削減も実現することができる。

従って、高所点取得部１６及び高所点取得部１８において高所点として抽出する高さの閾値は、桟橋５１の水上高さよりも高く、電源供給ポスト５２等の水上高さよりも低い適宜の値に定めれば良い。図４（ｂ）には、高さの閾値ｈ１の例が示されている。

表示データ生成部２０は、船舶２の位置、船舶２の周囲の地図４１、着岸目標位置等を表示するための表示データを生成することができる。表示データは、後述のディスプレイに表示される。表示データは、例えば、現在位置の船舶２をシンボル図形で示し、障害物等を所定の点状の図形で示すためのデータとすることができる。

自動着岸制御部２１は、船舶２を着岸目標位置へ到達させる経路を生成し、その経路に従ってスクリュー６Ｌ，６Ｒ等を制御することで、船舶２を自動的に着岸させることができる。経路の生成及び自動操船にあたっては、位置方位推定部１９によって推定された船舶２の位置及び方位と、地図生成更新部１７において作成及び更新された地図４１と、が用いられる。

インタフェース部２２は、着岸支援装置１におけるユーザインタフェース機能を有している。インタフェース部２２は、例えば、ディスプレイと、入力装置と、を備える構成とすることができる。この場合、ユーザは、ディスプレイの表示内容を参照し、入力装置を操作することによって、指示を入力することができる。入力装置は、キーボード、マウス、又はタッチパネル等とすることができる。

次に、図５を参照して、地図４１の生成及び更新に関する処理について詳細に説明する。図５は、着岸支援装置１の処理フローの一例を示すフローチャートである。

処理が開始されると、位置方位情報取得部１３は、ＧＮＳＳ装置３１及び方位センサ３３の検出結果に基づいて、船舶２の位置データ及び方位データを取得する（ステップＳ１０１）。

次に、高所点取得部１６は、環境情報取得部１５で得られたＬＩＤＡＲ１１の点群データ４０から、高所点だけの点群を取得する（ステップＳ１０２）。

続いて、位置方位推定部１９は、ステップＳ１０２で得られた高所点の点群と、既に地図生成更新部１７で作成されている地図４１における高所点の点群と、をマッチングすることにより、船舶２の位置及び方位を推定する（ステップＳ１０３）。このステップＳ１０３で得られた船舶２の位置及び方位は、ステップＳ１０１で得られた船舶２の位置及び方位よりも、高精度となることが期待される。

その後、地図生成更新部１７は、ステップＳ１０３で推定された船舶２の位置及び方位を基準にして、環境情報取得部１５で得られた点群データを地図４１に追加する形で更新する（ステップＳ１０４）。このときに地図４１に追加される点群データは、高所点であるか否かを問わない。その後、処理はステップＳ１０１に戻る。

次に、カメラ１２による画像認識に基づく点群データ４０の処理に関して説明する。

港湾には、他の船舶が航行又は停泊していることがある。水面を基準とした船舶の高さは、通常、桟橋よりも高い。従って、ＬＩＤＡＲ１１が他船を検出した点群は、高所点として認識され得る。しかし、他船をマッチングの位置的基準として用いるのは、船舶の移動の可能性を考えると適切でない。そこで本実施形態では、ＬＩＤＡＲ１１の角度走査範囲を視野に含むカメラ１２の撮像結果に対して公知の画像認識を行い、他の船舶であると認識された点群に関しては、高所点取得部１６において高所点から除外される。高所点取得部１８においても同様である。このように、船舶のような動体に相当する点をマッチングの対象（高所点）から除外することで、位置方位推定部１９による推定精度を良好に高めることができる。

次に、自船からの距離に基づく点群データ４０の処理について説明する。

例えば船舶２がある程度高速で航行している場合、当該船舶２が起こす波がＬＩＤＡＲ１１によって検出されることがある。点群データ４０のうち、船舶２から所定距離以内で検出された点群を地図４１にプロットする対象から除外することで、自船の航行による波が障害物として誤検知されてしまうのを防止することができる。カメラ１２の画像により画像認識を行い、障害物でない物体（例えば、波）であると認識された部分に相当する点群を、地図４１へのプロット対象から除外しても良い。

続いて、自船の位置及び方位に関するデータを位置方位推定部１９に入力する構成について説明する。

ＧＮＳＳ装置３１により得られた船舶２の位置、及び、方位センサ３３により得られた船舶２の方位を、位置方位推定部１９に参考情報として与えることは必須ではない。これらの情報がなくても、位置方位推定部１９は、マッチングによって船舶２の位置及び方位を推定することができる。しかしながら、事前に情報が与えられることでマッチング処理が極めて早期に収束するので、地図生成のリアルタイム性等を考慮すれば、上記の参考情報を入力することが好ましい。

構成によっては、方位センサ３３により船舶２の方位を取得する周期が、ＬＩＤＡＲ１１により点群データ４０を取得する周期よりも長くなることも考えられる。一方、ＩＭＵ３５による方位（厳密に言えば、方位の変化）の検出は、方位センサ３３による方位の検出よりも短い周期で行うことができる。これを利用して、姿勢情報取得部１４は、ＩＭＵ３５の検出結果を利用して、直近に方位センサ３３によって方位を取得した時点から、ＬＩＤＡＲ１１により点群データ４０を取得した時点までの方位の相対変化を得ることができる。この方位の相対変化に基づいて、方位センサ３３によって直近に得られた方位を補正することで、点群データ４０の取得時における船舶２の方位を得ることができる。この方位を位置方位推定部１９に参考情報として与えることで、位置方位推定部１９における短時間でのマッチングを実現することができる。

次に、図６を参照して、高所点取得部１６が点群データ４０から高所点の点群を抽出する処理を詳細に説明する。図６は、高所点取得部１６が行う処理を説明するフローチャートである。

処理が開始すると、高所点取得部１６は、点群データ４０に含まれる１つの点に着目し、この点の高さが所定の閾値ｈ１以上か否かを判定する（ステップＳ２０１）。この判定は、点の位置が３次元直交座標で表されているときは、Ｚ座標を調べることで容易に行うことができる。

点の高さが閾値ｈ１以上である場合、高所点取得部１６は、当該点が、カメラ１２の画像認識によって他の船舶と認識された部分の点であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。この判定は、上述したように、動体に相当する点を高所点から除外するためである。

点が動体に相当していない場合、高所点取得部１６は、高所点の点群に、当該点を追加する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０１で点の高さが閾値ｈ１未満であると判定された場合、又は、ステップＳ２０２で点が動体に相当していると判定された場合、ステップＳ２０３の処理は行われない。

高所点取得部１６は、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３の処理を、点群データ４０を構成する全ての点について繰り返す（ステップＳ２０４）。その後、処理が完了する。

以上に説明したように、本実施形態の船舶２の着岸支援装置１は、位置方位情報取得部１３と、ＬＩＤＡＲ１１と、地図生成更新部１７と、高所点取得部１６と、位置方位推定部１９と、を備える。位置方位情報取得部１３は、衛星測位システムに基づく船舶２の位置データを取得する。ＬＩＤＡＲ１１は、船舶２の周辺の環境を３次元で示す点群データ４０を取得する。地図生成更新部１７は、点群データ４０に基づいて船舶２の周辺の地図４１を生成する。高所点取得部１６は、点群データ４０のうち、高所点を取得する。位置方位推定部１９は、高所点取得部１６により得られた高所点と、地図４１における高所点と、のマッチングによって、船舶２の位置及び方位を推定する。地図生成更新部１７は、位置方位推定部１９により推定された船舶２の位置及び方位を基準として点群データ４０を地図４１に配置することで、当該地図４１を更新する。

これにより、点群データ４０と地図４１とのマッチングを行った結果として推定される自船の位置及び方位を基準として点群データ４０を地図４１に配置するので、衛星測位システムに従う場合よりも高精度な地図４１を取得できる。また、高さが低い物体を除外してマッチングが行われるので、桟橋等の検出が不安定な物体が船舶の位置及び方位の推定精度を低下させるのを回避できる。この結果、正確な地図４１が得られるので、着岸支援を適切に行うことができる。

本実施形態の船舶２の着岸支援装置１において、地図生成更新部１７は、点群データ４０を、高所点であるか否かにかかわらず地図４１に配置する。

これにより、周囲の物体が高いか低いかを問わず、船舶２の当該物体への接触を地図４１の利用によって回避することができる。

本実施形態の船舶２の着岸支援装置１において、高所点取得部１６は、点群データ４０のうち、船舶２が備えるカメラ１２の撮像結果を画像認識して動体と判定された部分に相当する部分を、高所点として取得する対象から除外する。

これにより、動く物体（例えば、他船）を基準としたマッチングによって船舶２の位置及び方位の推定精度が低下するのを防止することができる。

本実施形態の船舶２の着岸支援装置１において、地図生成更新部１７は、点群データ４０のうち、船舶２からの距離が所定距離よりも近い部分を、地図４１に配置する対象から除外する。

これにより、例えば、船舶２の移動による引き起こされる波が障害物として取り扱われるのを回避することができる。

本実施形態の船舶２の着岸支援装置１においては、位置方位推定部１９が船舶２の位置及び方位を推定する場合に、位置方位情報取得部１３が取得した船舶２の位置データが位置方位推定部１９に入力される。

これにより、船舶２の位置の手掛かりが位置方位推定部１９に与えられるので、船舶の位置及び方位を、少ない計算量で、かつ短時間で推定することができる。

本実施形態の船舶２の着岸支援装置１において、位置方位情報取得部１３は、船舶２の位置データに加えて、方位データを取得することができる。位置方位推定部１９が船舶２の位置及び方位を推定する場合に、位置方位情報取得部１３が取得した船舶２の位置データ及び方位データが位置方位推定部１９に入力される。

これにより、船舶２の位置及び方位の手掛かりが位置方位推定部１９に与えられるので、船舶２の位置及び方位を、少ない計算量で、かつ短時間で推定することができる。

本実施形態の船舶２の着岸支援装置１において、位置方位情報取得部１３は、衛星測位システムに基づく船舶２の方位データを取得する。また、位置方位情報取得部１３は、船舶２の方位の相対変化をＩＭＵ３５に基づいて取得する方位変化取得部としても機能する。位置方位情報取得部１３が取得した船舶２の方位データに対し、方位データの取得時点から点群データ４０の取得時点までの船舶２の方位の相対変化を方位変化取得部により取得した結果に基づいて補正がされた後に、補正後の方位データが位置方位推定部１９に入力される。

これにより、衛星測位システムに基づく方位を方位センサ３３が取得する時間間隔を短くできない場合でも、ＩＭＵ３５を用いて方位変化を取得することにより、十分に短い時間間隔で、船舶２の方位の手掛かりを位置方位推定部１９に与えることができる。

本実施形態の船舶２の着岸支援装置１は、少なくともピッチ方向及びロール方向での船舶２の姿勢を取得可能な姿勢情報取得部１４を備える。姿勢情報取得部１４が取得した船舶２の姿勢に基づいて、当該船舶２の姿勢の影響を除去する補正が点群データ４０に対して行われる。

これにより、船舶２の揺れによって点群データ４０が受ける影響を取り除くことができる。この結果、マッチング及び点群データ４０の配置を正確に行うことができるので、高精度な地図４１を得ることができる。

本実施形態の船舶２の着岸支援装置１は、自動着岸制御部２１を備える。自動着岸制御部２１は、地図生成更新部１７により更新された地図４１に基づいて船舶２の自動着岸制御を行う。

これにより、正確な地図４１に基づいて自動着岸制御を行うことができる。

以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

点群データ４０のうち動体と認識した点を高所点から除外する処理は、省略することもできる。点群データ４０のうち船舶２から所定距離よりも近い点を地図４１へのプロットから除外する処理は、省略することもできる。

地図生成更新部１７において地図４１にプロットされた点群のうち、高所点とされなかった点群だけを、自動着岸制御部２１等において障害物として取り扱っても良い。

地図生成更新部１７は、３次元の地図４１に代えて、２次元の地図を生成しても良い。言い換えれば、位置方位推定部１９において、高所点のマッチングが２次元的に行われても良い。

自動着岸制御部２１を省略しても良い。自動操船が行われなくても、例えば地図４１をインタフェース部２２のディスプレイに表示することで、着岸のためのオペレータの操船を支援することができる。自船の現在位置から着岸目標位置までの経路を生成して、当該自動着岸制御部２１に表示しても良い。

ＬＩＤＡＲ１１を船舶２に取り付ける位置は任意であり、船首のほか、船尾、船体の側面、操縦室の上部等に取り付けることもできる。

カメラ１２を船舶２に取り付ける位置は任意であり、船首のほか、船尾、船体の側面、操縦室の上部等に取り付けることもできる。

上記の実施形態では、推進装置５において、スクリュー６Ｌ，６Ｒの回転軸の向きをそれぞれ独立して変更可能に構成されている。しかしながら、推進装置５の方式としては船舶２の横方向の平行移動及びその場旋回等を実質的に実現できれば良く、他の方式に変更することができる。例えば、推進装置５を、回転軸の向きを変更不能な左右１対のスクリューと、舵と、船首側に設けたサイドスラスタと、により構成することが考えられる。また、推進装置５を、回転軸の向きを変更不能な１つのスクリューと、舵と、船首側及び船尾側のそれぞれに設けたサイドスラスタと、により構成することもできる。

上述の教示を考慮すれば、本発明が多くの変更形態及び変形形態をとり得ることは明らかである。従って、本発明が、添付の特許請求の範囲内において、本明細書に記載された以外の方法で実施され得ることを理解されたい。

１ 着岸支援装置
２ 船舶
１２ カメラ
１３ 位置方位情報取得部（位置取得部、方位取得部）
１６ 高所点取得部（ランドマーク位置取得部）
１７ 地図生成更新部（地図生成部）
１９ 位置方位推定部（推定部）
２１ 自動着岸制御部
４０ 点群データ（周辺環境データ）

Claims (9)

1. 衛星測位システムに基づく船舶の位置データを取得する位置取得部と、
   前記船舶の周辺の環境を３次元で示す周辺環境データを取得する周辺環境センサと、
   前記周辺環境データに基づいて前記船舶の周辺の地図を生成する地図生成部と、
   前記周辺環境データのうち、所定高さ以上の物体であるランドマークの位置を取得するランドマーク位置取得部と、
   前記ランドマーク位置取得部により得られた前記ランドマークの位置と、前記地図における前記ランドマークの位置と、のマッチングによって、前記船舶の位置及び方位を推定する推定部と、
   を備え、
   前記地図生成部は、前記推定部により推定された前記船舶の位置及び方位を基準として前記周辺環境データを前記地図に配置することで、当該地図を更新することを特徴とする船舶の着岸支援装置。
2. 請求項１に記載の船舶の着岸支援装置であって、
   前記地図生成部は、前記周辺環境データを、前記ランドマークであるか否かにかかわらず前記地図に配置することを特徴とする船舶の着岸支援装置。
3. 請求項１又は２に記載の船舶の着岸支援装置であって、
   前記ランドマーク位置取得部は、前記周辺環境データのうち、前記船舶が備えるカメラの撮像結果を画像認識して動体と判定された部分に相当する部分を、前記ランドマークの位置として取得する対象から除外することを特徴とする船舶の着岸支援装置。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の船舶の着岸支援装置であって、
   前記地図生成部は、前記周辺環境データのうち、前記船舶からの距離が所定距離よりも近い部分を、前記地図に配置する対象から除外することを特徴とする船舶の着岸支援装置。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載の船舶の着岸支援装置であって、
   前記推定部が前記船舶の位置及び方位を推定する場合に、前記位置取得部が取得した前記船舶の位置データが前記推定部に入力されることを特徴とする船舶の着岸支援装置。
6. 請求項５に記載の船舶の着岸支援装置であって、
   前記船舶の方位データを取得する方位取得部を備え、
   前記推定部が前記船舶の位置及び方位を推定する場合に、前記位置取得部が取得した前記船舶の位置データ、及び、前記方位取得部が取得した前記船舶の方位データが前記推定部に入力されることを特徴とする船舶の着岸支援装置。
7. 請求項６に記載の船舶の着岸支援装置であって、
   前記方位取得部は、衛星測位システムに基づく前記船舶の方位データを取得し、
   前記船舶の方位の相対変化を取得する方位変化取得部を備え、
   前記方位取得部が取得した前記船舶の方位データに対し、当該方位データの取得時点から前記周辺環境データの取得時点までの前記船舶の方位の相対変化を前記方位変化取得部により取得した結果に基づいて補正がされた後に、補正後の前記方位データが前記推定部に入力されることを特徴とする船舶の着岸支援装置。
8. 請求項１から７までの何れか一項に記載の船舶の着岸支援装置であって、
   少なくともピッチ方向及びロール方向での前記船舶の姿勢を取得可能な姿勢取得部を備え、
   前記姿勢取得部が取得した前記船舶の姿勢に基づいて、当該船舶の姿勢の影響を除去する補正が前記周辺環境データに対して行われることを特徴とする船舶の着岸支援装置。
9. 請求項１から８までの何れか一項に記載の船舶の着岸支援装置であって、
   前記地図生成部により更新された前記地図に基づいて当該船舶の自動着岸制御が行われることを特徴とする船舶の着岸支援装置。

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