JP2021195076A - 船体の挙動制御システム及び船舶 - Google Patents
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Abstract
【課題】船体の破損を抑止し、且つ乗員の快適性を向上させる。【解決手段】船舶の周辺の海面形状を取得し、これに基づき波の動きを予測する。前記動きが予測された波が船舶へ向かっている場合、これらの波の波頂を抽出してタグ２８ａを付ける。船舶船体がタグ２８ａが付けられた波を乗り越えた際に閾値以上の衝撃が作用されると判定され、かつ当該波の波頂から船舶の船首が離水すると判定される場合、ＥＣＵによってスロットルが絞られてやがて閉じられる。【選択図】図７
Description
本発明は、波浪中における船体の挙動制御システム及び波浪中を航行する船舶に関する。
波浪中を船舶が航行する際、船体が波を受けて挙動が乱れる。特に、船体が横波を受けると船体が不安定となり、転覆する可能性があるため、波浪中において、船体が横波を受けないように船体の進行方向を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の技術では、船体の船首や船尾を波に正対させる。このような技術では、例えば、船体に搭載したレーザレーダによって検知された船舶の周辺領域の複数の波をグルーピングし、波のグループの速度ベクトルから波の向きを推定し、推定された波の向きに応じて船体の船首や船尾を波に正対させるように操舵装置を制御する。
しかしながら、特許文献１の技術では、操舵装置の制御の結果、船舶が船首を波へ向けて航走することになるため、船体が波へ乗り上げることがある。そして、乗り上げた波の波高が高いと、波に乗り上げた後の着水時に船体へ過大な衝撃が作用するため、船体の破損を抑止する観点及び乗員の快適性を確保する観点からは船体の挙動の制御方法に依然として改善の余地があると言える。
本発明は、船体の破損を抑止することができ、且つ乗員の快適性を向上させることを目的とする。
この発明の一態様による船体の挙動制御システムは、船舶の推進力を制御する制御部と、前記船舶の周辺の海面形状を取得する海面形状取得手段と、を備え、前記制御部は、前記海面形状取得手段によって取得された海面形状に基づいて波の動きを予測し、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、前記推進力を低下させる。
この構成によれば、動きが予測された波へ船舶の船体が乗り上げた際に船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、推進力を低下させるため、十分に船速が低下して慣性力が小さくなり、船舶の船首が離水することがない。特に、船舶の船首が波を乗り越える瞬間に推進力を低下させることで船首の過剰なピッチ挙動を抑制し、船舶の船首が離水するのを防止する。その結果、船舶の船底へ着水によって閾値以上の衝撃が作用することがなく、船体の破損を抑止することができ、且つ乗員の快適性を向上させることができる。
また、この発明の一態様による船体の挙動制御システムは、船舶の船体の姿勢を制御する制御部と、前記船舶の周辺の海面形状を取得する海面形状取得手段と、を備え、前記制御部は、前記海面形状取得手段によって取得された海面形状に基づいて波の動きを予測し、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、前記衝撃を緩和するように前記船体の姿勢を変化させる。
この構成によれば、動きが予測された波へ船舶の船体が乗り上げた際に船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、衝撃を緩和するように船体の姿勢を変化させるため、船舶の船首が離水することがない。特に、船舶の船首が波を乗り越える前に予め波の力を受けにくい姿勢へ変化させることで船首の過剰なピッチ挙動を抑制し、船舶の船首が離水するのを防止する。その結果、船舶の船底へ着水によって閾値以上の衝撃が作用することがなく、船体の破損を抑止することができ、且つ乗員の快適性を向上させることができる。
本発明によれば、船体の破損を抑止することができ、且つ乗員の快適性を向上させることができる。
以下、図面を参照して本発明の各実施の形態を説明する。まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る船体の挙動制御システムが適用される船舶の側面図である。この船舶１０は、滑走艇であり、船体１１と、船体１１に搭載される船舶推進機としての船外機１２とを備える。船体１１には操縦席を兼ねる船室１３が配置され、船室１３の屋根には船舶１０の周辺、特に前方の海面状況を撮影するステレオカメラ１４が配置される。船外機１２は、駆動源としてのエンジン１５と、推進器としてのプロペラ１６とを有し、エンジン１５の駆動力によって回転されるプロペラ１６によって推進力を得る。
また、船舶１０は船体姿勢制御装置３１を備える。船体姿勢制御装置３１は、例えば、船体１１に船尾に取り付けられた板状のトリムタブやフラップからなり、上下に作動する際に変化する揚力によって船体１１の姿勢、特に、船体１１のトリム角を調整する。さらに、船舶１０は、近傍の風の向きや風速を計測する風力計と、船体１１の姿勢を計測するジャイロと、船体１１の加速度及びその方向を計測する加速度計とを備える。
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る船体の挙動制御システムの構成を概略的に示すブロック図である。船体の挙動制御システムは、ステレオカメラ１４が接続されるＢＣＵ（Boat Control Unit）１７と、エンジン１５を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）１８とを有する。ＢＣＵ１７（海面形状取得手段、制御部）はメモリやＣＰＵ（いずれも図示しない）を有し、ステレオカメラ１４が撮影した画像へ画像処理を施し、船舶１０の周辺の海面形状データを取得する。また、ＢＣＵ１７ではメモリに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、後述する船体の第１の挙動処理を実行する。ＥＣＵ１８（制御部）は、ＢＣＵ１７から送信される制御信号に基づいてスロットル（不図示）の開度を調整してエンジン１５の回転数を制御し、プロペラ１６の回転を制御する。これにより、船舶１０の推進力を制御する。
さらに、ＢＣＵ１７では、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、後述する船体の第２の挙動処理も実行することができる。このとき、ＢＣＵ１７は制御信号を船体姿勢制御装置３１へ送信して船体姿勢制御装置３１を制御する。
図３及び図４は、ＢＣＵ１７が実行する船体の第１の挙動処理を示すフローチャートである。まず、ステレオカメラ１４によって船舶１０の周辺の海面状況を撮影し、風力計等によって船舶１０の近傍の風の向きや風速を計測し、ジャイロによって船体１１の姿勢を計測し、加速度計によって船体１１の加速度とその方向を計測し、これらの計測結果から船体１１の周辺の波浪状況を把握する（ステップＳ１０１）。次いで、把握した周辺の波浪状況に基づいて適切な船速を設定する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２の代わりに、操船者が目視や体感にて船舶１０の周辺の海面状況、船舶１０の近傍の風の向きや風速、船体１１の姿勢を把握し、これらに基づいてスロットルレバーを操作することにより、適切な船速を設定してもよい。
次いで、ステレオカメラ１４が撮影した画像へ画像処理を施し、船舶１０の前方の海面形状データを取得する（ステップＳ１０３）。具体的には、ステレオカメラ１４によって撮影された船舶１０の前方の海面状況の画像１９（図５（Ａ））に画像処理を施し、エッジ等を際立たせる画像２０（図５（Ａ））を得、さらに、画像２０から船舶１０の前方の海面形状の三次元データ２１を取得する（図５（Ｂ））。そして、三次元データ２１から船舶１０の進行方向（図５（Ｂ）中のＹｗ方向）の起伏情報２２を抽出し、起伏情報２２から、図５（Ｃ）に示すような、波高情報２３を前方の海面形状データとして取得する。なお、図５（Ｃ）において、横軸は船体１１からの距離を示す。
波高情報２３の取得方法は、ステレオカメラ１４を用いた方法に限られない。例えば、図６（Ａ）に示すように、船舶１０、例えば、船首にミリ波レーダ２４を備え、ミリ波レーダ２４が船舶１０の前方の海面へ向けてミリ波２５を照射し、海面からの反射波を取得して海面反射マップを生成することにより、波高情報２３を取得してもよい。なお、ミリ波レーダ２４の代わりにＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）を用い、船舶１０の前方の海面からの反射光を取得して海面反射マップを生成することにより、波高情報２３を取得してもよい。また、船舶１０のジャイロや加速度計によって船体１１の高さ方向（Ｚ方向）の位置変化の時系列データ（図６（Ｂ））を取得し、当該時系列データからカルマンフィルタとスペクトル分解を用いて波高情報２３を予測してもよい。
さらには、例えば、畳み込みニューラルネットワーク（Convolutional Neural Network）として構成される学習済みモデル２６（第１の学習済みモデル）へ前方の海面状況の画像１９を入力し、学習済みモデル２６から波高情報２３を前方の海面形状データとして出力させてもよい。学習済みモデル２６は、図６（Ｃ）に示すように、学習データ２７を用いた機械学習によって生成され、海面状況の撮影画像が入力されると、波高情報を出力するように構成される。ここで、学習データ２７は、ステレオカメラ１４によって撮影された多数の学習用の海面状況の画像を含み、これらの画像には各画像から取得される波高情報が関連付けられる。
図３へ戻り、ステップＳ１０４では、波高情報２３（図７（Ａ））における平均海面以下のデータを０値化して波高情報２３から平均海面以下のデータを削除する。これにより、波高情報２３において波の山に相当する部分を抽出する。例えば、図７（Ｂ）に示す事例では、２つの波の山が抽出される。その後、ステップＳ１０５では、波高情報２３から抽出された各波の山の形状が正規分布すると仮定し、各波の山へガウス関数を当て嵌め、各波の形状を推定する。推定された各波は、図７（Ｃ）において、一点鎖線や二点鎖線で示される。
次いで、推定された各波が船舶１０へ向かっている場合、これらの波の波頂を抽出してタグ２８ａ，２８ｂを付け（ステップＳ１０６）、各波頂をトラッキングする（ステップＳ１０７）。図８は、タグ２８ａが付けられた波頂のトラッキングの様子を示す。ここでは、カルマンフィルタを用いてタグ２８ａを追跡し、各波の変形や動きを予測する。具体的には、状態方程式と観測方程式を用いて、ステップＳ１０６でタグ２８ａが付けられた波頂の位置や高さから時間の経過とともに変化する波頂の位置や高さを繰り返し推定する（図８（Ａ）〜図８（Ｃ））。また、このとき、時間の経過とともに変化する、タグ２８ａが付けられた波を構成する各点の位置や高さをカルマンフィルタの状態方程式と観測方程式を用いて繰り返し推定することにより、船体１１の船首によって隠れるためにステレオカメラ１４によって撮影されない海面の波の形状や動きも予測する（ステップＳ１０８）。
なお、波の形状や動きを予測する際、例えば、雨天や夜間では、ステレオカメラ１４で撮影された画像の信頼度やミリ波レーダ２４が取得する海面からの反射波の信頼度が低下し、結果として、波高情報２３からカルマンフィルタを用いて予測される波の形状や動きの信頼度も低下する。このような場合、船舶１０のジャイロや加速度計によって得られた船体１１の姿勢変化の時系列データを統計的に解析して船体１１の近辺の波の形状や動きを予測してもよい。
次いで、タグ２８ａが付けられた波が船体１１へ接近して指定位置に到達したか否かを判定し（ステップＳ１０９）、到達していなければ、ステップＳ１０９を繰り返す。タグ２８ａが付けられた波が指定位置に到達していれば、トリガ信号を生成し、トリガ信号に基づいて予測された波の形状から波高や波底低さ（波の最下部の高さ）を取得する（ステップＳ１１０）。このとき、タグ２８ａが付けられた波の波頂前後の各点を用いて波頂近傍の形状を曲線近似し、該曲線から波高を取得するのが好ましい。指定位置は、例えば、船体１１の重心から所定の距離だけ離れた位置であり、少なくとも船体１１がタグ２８ａが付けられた波へ乗り上げることがない位置である。
ところで、船舶１０が波に乗り上げる際、波高と波底低さの差が小さく、船速が低い場合、図９（Ａ）や図９（Ｂ）に示すように、船舶１０は各波の表面に沿って航行し、各波の波頂から船首が離水することがないため、船体１１へ過大な衝撃が発生することはない。一方、波高と波底低さの差が大きく、船速が高い場合、図９（Ｃ）や図９（Ｄ）に示すように、船舶１０が波に乗り上げると、船体１１に大きな迎角が付き、船速に起因する慣性力によってそのまま波の波頂から船首が離水することがある。そして、船首の離水後に再び着水する際、船体１１の船底と海面が衝突して船体１１へ過大な衝撃が作用する。
本実施の形態では、これに対応して、波の波頂から船舶１０の船首が離水すると判定される場合、船速を低下させて波の波頂から船首が離水するのを抑止する。あるいは、船舶１０の船首が波を乗り越える瞬間に、船舶１０の推進力を低下させることで船首の過剰なピッチ挙動を抑制し、船舶１０の船首が離水するのを防止する。
ステップＳ１１１では、タグ２８ａが付けられた波へ船舶１０が乗り上げた際、当該波の波頂から船舶１０の船首が離水するか否かを判定する。具体的には、予め船舶１０の船首が離水するか否かを判定するための回帰式を準備し、この回帰式を用いて判定する。回帰式は少なくとも、波高、船速を変数とし、船舶１０が離水するか否かを示す数値を算出する。本実施の形態では、ステップＳ１１０で得られた波高及び波底低さと、例えば、船舶１０が備えるＧＰＳ方式の速度計から得られた船速とを用い、回帰式に基づいて波頂から船舶１０の船首が離水するか否かを判定する。なお、回帰式の変数として波長や船舶１０の垂線間長を加えてもよい。
また、ステップＳ１１１では、船舶１０の船首が波頂から離水するか否かではなく、船首の離水後の着水時に船底へ許容値（閾値）以上の衝撃が作用するか否かを判定してもよい。この場合、少なくとも波高、船速を変数とし、船底へ作用する衝撃加速度を算出する回帰式を用いる。
さらに、回帰式を用いることなく、下記に示す船体の波浪中の運動方程式（高木又男、雁野昌明共著、「波浪中の船体運動の計算に用いられるストリップ法の精度について」（昭和４２年５月造船協会春期講演会資料）参照）により、船舶１０の挙動を求め、船舶１０の船首が波頂から離水するか否かを判定してもよい。
また、例えば、畳み込みニューラルネットワークとして構成される学習済みモデル２９（第２の学習済みモデル）へ船舶１０が乗り上げる波の波高と船速を入力し、学習済みモデル２９から船首の離水後の着水時に船底へ作用する衝撃加速度を出力させてもよい。学習済みモデル２９は、図１０に示すように、学習データ３０を用いた機械学習によって生成され、波高と船速が入力されると、船底へ作用する衝撃加速度を出力するように構成される。ここで、学習データ３０は、船舶１０が乗り上げる波の波高と船舶１０の船速を多数含み、これらの波高と船速には船首の離水後の着水時に船底へ作用する衝撃加速度が関連付けられる。なお、学習済みモデル２９は、波高と船速が入力されると、船舶１０の船首が離水するか否かを示す数値を算出するように構成されていてもよい。
ステップＳ１１１の判定の結果、タグ２８ａが付けられた波へ船舶１０が乗り上げた際、当該波の波頂から船舶１０の船首が離水すると判定される場合は、ステップＳ１１２へ進み、当該波の波頂から船舶１０の船首が離水しないと判定される場合は、ステップＳ１１３へ進む。ステップＳ１１３では、スロットルの開度を維持し、船速を落とさないが、このとき、船舶１０は乗り上げた波の波頂から船首は離水しない。その後、ステップＳ１０３へ戻る。
ところで、船舶１０が波に乗り上げた際、当該波と次に船舶１０が乗り上げる波が近いと、船舶１０の船首が離水せずに、海面に沿って航行する場合、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、船舶１０の船首が次に船舶１０が乗り上げる波へ突入して水被りすることがある。
本実施の形態では、これに対応して、船舶１０の船首が次に船舶１０が乗り上げる波へ突入すると判定される場合、乗り上げた波の波頂から船舶１０の船首を離水させる。
ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１において船舶１０の船首が波の波頂から離水すると判定された場合において、船舶１０の船首が離水しないように船速が低下させられると、船舶１０の船首が次に船舶１０が乗り上げる波によって水被りするか否かを判定する。具体的には、船舶１０が乗り上げた波（タグ２８ａが付けられた波）から次に船舶１０が乗り上げる波（タグ２８ｂが付けられた波）までの距離を算出し、この距離が所定値以下、例えば、船舶１０の垂線間長以下である場合、船舶１０の船首が水被りすると判定し、ステップＳ１１３に進む。ステップＳ１１３では、スロットルの開度を維持してプロペラ１６の回転数を低下させず、船速を落とさないため、船舶１０の船首は乗り上げた波の波頂から離水するが、海面に沿って航行しない。その結果、船舶１０の船首が次に船舶１０が乗り上げる波へ突入して水被りすることがない。その後、ステップＳ１０３へ戻る。
一方、ステップＳ１１２において、船舶１０の船首が水被りしないと判定した場合、ステップＳ１１４へ進み、スロットルを制御して船速を低下させる。
図１２は、ステップＳ１１４におけるスロットル制御処理を示すフローチャートである。まず、船舶１０がタグ２８ａが付けられた波の斜面を波頂に向けて登る際、ＢＣＵ１７がＥＣＵ１８へスロットルを所定量だけ絞る制御信号を送信し、該制御信号を受信したＥＣＵ１８はスロットルを所定量だけ絞る（ステップＳ２０１）。これにより、プロペラ１６の回転数が低下し、船速が低下する。なお、このとき、波頂から船首が離水した場合に船底へ作用すると予想される衝撃加速度の大きさに応じてスロットルの絞り量を変化させてもよい。
次いで、船体１１がタグ２８ａが付けられた波の波頂に到達したか否かを判定し（ステップＳ２０２）、波頂に到達していない場合は、ステップＳ２０２に戻り、波頂に到達している場合、ＢＣＵ１７がＥＣＵ１８へスロットルを閉じる制御信号を送信し、該制御信号を受信したＥＣＵ１８はスロットルを閉じる（ステップＳ２０３）。このとき、船速はさらに低下し、慣性力が小さくなるため、船体１１に大きな迎角が付いていても、船首が下がり、船舶１０の船首が波頂から離水することがない。すなわち、船舶１０の船首が波を乗り越える瞬間に、船舶１０の推進力を低下させることで船首の過剰なピッチ挙動を抑制し、船舶１０の船首が離水するのを防止する。
次いで、所定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ２０４）、経過していない場合は、ステップＳ２０４へ戻り、経過している場合、ＢＣＵ１７がＥＣＵ１８へスロットルを開ける制御信号を送信し、該制御信号を受信したＥＣＵ１８はスロットルをステップＳ１１４以前のスロットル開度まで開ける（ステップＳ２０５）。その後、ステップＳ１１５へ進む。なお、ステップＳ２０４の所定時間としては、例えば、船体１１の船首が波頂に到達してから船体１１の船尾が波頂を通過するまでの時間が該当する。
図４へ戻り、ステップＳ１１５では、ステップＳ１０１と同様に、船体１１の周辺の波浪状況を把握し、ステップＳ１０１で把握された船体１１の周辺の波浪状況が変化したか否かを判定する。船体１１の周辺の波浪状況が変化したと判定される場合、ステップＳ１０１へ戻り、船体１１の周辺の波浪状況が変化していない判定される場合、ステップＳ１０３へ戻る。
なお、上述した船体の第１の挙動処理のステップＳ１０７〜Ｓ１１５は、タグ２８ａが付けられた波だけでなく、タグ２８ｂが付けられた波やこれに続く波についても実行される。
本実施の形態によれば、タグ２８ａが付けられた波へ船舶１０が乗り上げた際、当該波の波頂から船舶１０の船首が離水すると判定される場合、スロットルが絞られてやがて閉じられるため、船舶１０が波頂へ到達する際には、十分に船速が低下し、慣性力が小さくなり、船舶１０の船首が波頂から離水することがない。その結果、船舶１０の船底へ着水による衝撃力が作用することがなく、船体１１の破損を抑止することができ、且つ乗員の快適性を確保することができる。
また、本実施の形態では、一つ一つの波について、当該波の波頂から船舶１０が離水するか否かが判定されて必要な場合だけにスロットルが絞られるため、スロットルが絞られる時間が不必要に長くなることがない。その結果、船速が低下する時間が短くなり、目的地まで到達する時間が不必要に長くなるのを抑止することができる。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、船体１１の姿勢を制御して波の波頂から船首が離水するのを抑止する点のみが第１の実施の形態と異なる。したがって、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
ところで、波高と波底低さの差が大きい場合、波に突入する際の船舶１０の舟艇形状が適切でないと、波に乗り上げる際の船体の姿勢によっては波から受ける力が過剰となり、船首が過剰なピッチ挙動を起こし、船首が離水することがある（図９（Ｃ）、図９（Ｄ））。そして、船首の離水後に再び着水する際、船体１１の船底と海面が衝突して船体１１へ過大な衝撃が作用する。
本実施の形態では、これに対応して、波の波頂から船舶１０の船首が離水して船体１１へ過大な衝撃が作用すると判定される場合、船舶１０の船首が波を乗り越える前に、予め船体１１の姿勢を制御して船首の過剰なピッチ挙動を抑制し、船舶１０の船首が離水するのを防止する。すなわち、船体１１へ作用する衝撃を緩和するように船体１１の姿勢を変化させる。
図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る船体の挙動制御システムにおいて、ＢＣＵ１７が実行する船体の第２の挙動処理を示すフローチャートである。この処理では、図３及び図４のステップＳ１１３、Ｓ１１４の代わりにステップＳ３０１、Ｓ３０２が実行される。
ステップＳ３０１では、船体姿勢制御装置３１の迎角を変化させず、船体１１の姿勢を維持して変化させないが、このとき、船舶１０は乗り上げた波の波頂から船首は離水しない。その後、ステップＳ１０３へ戻る。
一方、ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１において船舶１０の船首が波の波頂から離水すると判定された場合において、船舶１０の船首が離水しないように船体姿勢制御装置３１によって船体１１の姿勢が変化させられると、船舶１０の船首が次に船舶１０が乗り上げる波によって水被りするか否かを判定する。そして、船舶１０の船首が水被りすると判定されると、ステップＳ３０１に進む。
このとき、ステップＳ３０１では、船体１１の姿勢を維持するため、船舶１０の船首は乗り上げた波の波頂から離水するが、海面に沿って航行しない。その結果、船舶１０の船首が次に船舶１０が乗り上げる波へ突入して水被りすることがない。その後、ステップＳ１０３へ戻る。
一方、ステップＳ１１２において、船舶１０の船首が水被りしないと判定した場合、ステップＳ３０２へ進み、船体姿勢制御装置３１によって船体１１の姿勢を適切に変化させる。
図１４は、ステップＳ３０２における姿勢制御処理を示すフローチャートである。まず、船舶１０がタグ２８ａが付けられた波の斜面を波頂に向けて登る際、ＢＣＵ１７は船体姿勢制御装置３１の迎角を制御することにより、船体１１の姿勢を予め適切に変化させる。例えば、船体１１のトリム角を変化させ、船首を下げて波の力を受けにくい姿勢へ変化させる（ステップＳ４０１）。これにより、船体１１が波の波頂を乗り越える際に波の力を受けても船首が過剰なピッチ挙動を起こすことがないため、船舶１０の船首が波頂から離水することがない。
次いで、船体１１がタグ２８ａが付けられた波の波頂に到達したか否かを判定し（ステップＳ４０２）、波頂に到達していない場合は、ステップＳ４０２に戻り、波頂に到達している場合、ステップＳ４０３に進む。
次いで、船体１１が波頂に到達してから所定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ４０３）、経過していない場合は、ステップＳ４０３へ戻り、経過している場合、ＢＣＵ１７が船体姿勢制御装置３１の迎角を制御することにより、船体１１の姿勢を回復させる。例えば、船首を上げるように船体１１のトリム角を変化させ（ステップＳ４０４）、船首が次に船舶１０が乗り上げる波へ突入するのを抑制する。
その後、ステップＳ１１５へ進む。なお、ステップＳ４０３の所定時間は、ステップＳ２０４の所定時間と同じであってよく、又は異なっていてもよい。
本実施の形態によれば、タグ２８ａが付けられた波へ船舶１０が乗り上げた際、当該波の波頂から船舶１０の船首が離水すると判定される場合、船体１１の姿勢が予め適切に変化させられるため、船舶１０が波頂へ到達する際には、船体１１の姿勢が波の力を受けにくい姿勢へ変化し、船首が過剰なピッチ挙動を起こすことがなく、船舶１０の船首が波頂から離水することがない。その結果、船舶１０の船底へ着水による衝撃力が作用することがなく、船体１１の破損を抑止することができ、且つ乗員の快適性を確保することができる。
なお、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ１１１で、船舶１０の船首が波頂から離水するか否かではなく、船首の離水後の着水時に船底へ許容値（閾値）以上の衝撃が作用するか否かを判定してもよい。
以上、本発明の好ましい各実施の形態について説明したが、本発明は上述した各実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、上述した各実施の形態では、カルマンフィルタを用いて、波の波頂をトラッキングし、さらには、波の形状や動きを予測したが、カルマンフィルタの代わりにパーティクルフィルタを用いて、波の波頂をトラッキングし、波の形状や動きを予測してもよい。
また、船舶１０は船外機１２を備えるが、船外機１２の代わりに、船内外機（スターンドライブ、インボードモータ・アウトボードドライブ）や船内機（インボードモータ）を備えてもよく、また推進器としてプロペラ１６の代わりにウォータージェットを備えてもよい。また、船体姿勢制御装置３１としては、トリムタブやフラップではなくインターセプター（“Zipwake”、［online］、〔令和２年６月１０日検索〕、インターネット＜ＵＲＬ： http://www.zipwake.com/＞）を用いてもよく、さらに、船体１１ではなく船外機１２の本体に設けられたトリムタブ、フラップやインターセプターを用いてもよい。
なお、第１の実施の形態に係る推進力の制御と、第２の実施の形態に係る船体１１の姿勢の制御を同時に実行してもよく、これにより、船舶１０の船首が波頂から離水するのを確実に防止することができる。
１０ 船舶
１４ ステレオカメラ
１６ プロペラ
１７ ＢＣＵ
１８ ＥＣＵ
２３ 波高情報
２６,２９ 学習済みモデル
２７,３０ 学習データ
２８ａ,２８ｂ タグ
３１ 船体姿勢制御装置
１４ ステレオカメラ
１６ プロペラ
１７ ＢＣＵ
１８ ＥＣＵ
２３ 波高情報
２６,２９ 学習済みモデル
２７,３０ 学習データ
２８ａ,２８ｂ タグ
３１ 船体姿勢制御装置
Claims (22)
- 船舶の推進力を制御する制御部と、
前記船舶の周辺の海面形状を取得する海面形状取得手段と、を備え、
前記制御部は、前記海面形状取得手段によって取得された海面形状に基づいて波の動きを予測し、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、前記推進力を低下させる船体の挙動制御システム。 - 前記船体へ閾値以上の衝撃が作用する場合は前記船体が離水する場合である、請求項１に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は推進器としてのプロペラの回転を制御し、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、前記プロペラの回転数を低下させる請求項１又は２に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は、前記取得された海面形状から前記船舶の進行方向の海面の起伏情報を取得し、前記海面の起伏情報から波を抽出し、前記抽出された波の動きを予測する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は、前記取得された海面形状から前記船舶の進行方向のみの海面の起伏情報を取得し、前記海面の起伏情報から波を抽出し、前記抽出された波の動きを予測する、請求項４に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は、前記海面の起伏情報から平均海面以下の情報を削除し、前記平均海面以下の情報が削除された海面の起伏情報へガウス関数を当て嵌めることによって前記波を抽出する、請求項４又は５に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は、前記抽出された波の波頂を追跡することにより、前記波の動きを予測する、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は、前記船体に隠れるために海面形状取得手段によって取得されない海面形状における前記波の動きをカルマンフィルタによって予測する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は、前記海面形状取得手段によって取得された海面の画像を第１の学習済みモデルに入力し、前記第１の学習済みモデルから出力される前記海面形状に基づいて前記波の動きを予測し、
前記第１の学習済みモデルは、前記海面の画像に関連付けられた海面形状を学習データとする機械学習によって生成される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の船体の挙動制御システム。 - 前記制御部は、少なくとも前記動きが予測された波の波高及び前記船舶の船速を変数とする回帰分析により、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用するか否かを判定する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は、少なくとも前記動きが予測された波の波高及び前記船舶の船速に基づいて、波浪中の前記船体の運動方程式により、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用するか否かを判定する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は、少なくとも前記動きが予測された波の波高及び前記船舶の船速を第２の学習済みモデルに入力し、前記第２の学習済みモデルの出力を用いて前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用するか否かを判定し、
前記第２の学習済みモデルは、少なくとも前記動きが予測された波の波高及び前記船舶の船速に関連付けられた前記船体の挙動を学習データとする機械学習によって生成される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の船体の挙動制御システム。 - 前記制御部は、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合であっても、前記推進力を低下させると前記動きが予測された波の次の波に前記船舶が突入すると判定されたときには、前記推進力を低下させない、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用するか否かを判定する前に、前記船舶の周辺の波浪状況を把握し、該把握した周辺の波浪状況に基づいて船速を設定する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の船体の挙動制御システム。
- 船体の挙動制御システムを備える船舶であって、
前記挙動制御システムは、
前記船舶の推進力を制御する制御部と、
前記船舶の周辺の海面形状を取得する海面形状取得手段と、を備え、
前記制御部は、前記海面形状取得手段によって取得された海面形状に基づいて波の動きを予測し、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、前記推進力を低下させる船舶。 - 船舶の推進力を制御する制御部と、
前記船舶の周辺の海面形状を取得する海面形状取得手段と、を備え、
前記制御部は、前記海面形状取得手段によって取得された海面形状に基づいて、前記船舶の周辺の波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、前記推進力を低下させる船体の挙動制御システム。 - 船舶の船体の姿勢を制御する制御部と、
前記船舶の周辺の海面形状を取得する海面形状取得手段と、を備え、
前記制御部は、前記海面形状取得手段によって取得された海面形状に基づいて波の動きを予測し、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、前記衝撃を緩和するように前記船体の姿勢を変化させる船体の挙動制御システム。 - 前記船体へ閾値以上の衝撃が作用する場合は前記船体が離水する場合である、請求項１７に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は前記船体の姿勢を制御する船体姿勢制御装置を制御し、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、前記船体姿勢制御装置を制御して前記衝撃を緩和するように前記船体の姿勢を変化させる請求項１７又は１８に記載の船体の挙動制御システム。
- 前記制御部は、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合であっても、前記船体の姿勢を変化させると前記動きが予測された波の次の波に前記船舶が突入すると判定されたときには、前記船体の姿勢を変化させない、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の船体の挙動制御システム。
- 船体の挙動制御システムを備える船舶であって、
前記挙動制御システムは、
前記船体の姿勢を制御する制御部と、
前記船舶の周辺の海面形状を取得する海面形状取得手段と、を備え、
前記制御部は、前記海面形状取得手段によって取得された海面形状に基づいて波の動きを予測し、前記動きが予測された波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、前記衝撃を緩和するように前記船体の姿勢を変化させる船舶。 - 船舶の船体の姿勢を制御する制御部と、
前記船舶の周辺の海面形状を取得する海面形状取得手段と、を備え、
前記制御部は、前記海面形状取得手段によって取得された海面形状に基づいて、前記船舶の周辺の波を前記船舶の船体が乗り越えた際に前記船体へ閾値以上の衝撃が作用すると判定された場合、前記衝撃を緩和するように前記船体の姿勢を変化させる船体の挙動制御システム。
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