JP2022067331A

JP2022067331A - 航路演算装置

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Publication number: JP2022067331A
Application number: JP2020175985A
Authority: JP
Inventors: 武溝口; Takeshi Mizoguchi; 修一井関; Shuichi Izeki
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2040-10-20
Also published as: JP7489289B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、自船舶から目的地としての他船舶までの航路を容易に求めることである。【解決手段】航路演算装置１０は、他船舶の位置、速度および針路を求める他船舶検出装置としてのレーダ装置１２およびＡＩＳ装置１４と、自船舶の位置を求める測位装置１６と、プロセッサ２２とを備えている。プロセッサ２２は、他船舶検出装置によって位置、速度および針路が求められる１つの他船舶、または他船舶検出装置によって位置、速度および針路が求められる複数の他船舶のうちの１つを、ユーザの操作に基づいて目標船舶として設定する。プロセッサ２２は、他船舶検出装置によって求められた位置から、他船舶検出装置によって求められた速度および針路で目標船舶が航行し、測位装置１６によって求められた位置から自船舶が航行するときに、自船舶および目標船舶が落ち合う目標位置を求めると共に、自船舶から目標位置までの航路を求める。【選択図】図１

Description

本発明は、航路演算装置に関し、特に、自船舶から他船舶までの航路を求める装置に関する。

自船舶の目的地を入力することで、自船舶から目的地までの航路が求められるナビゲーション装置（航路演算装置）が船舶で用いられている。ナビゲーション装置では、例えば特許文献１に示されているように、海上の障害物や、水深が十分でない領域を回避するような航路が求められ、航路がディスプレイに表示される。

特開２０２０－８４４３号公報

船舶には、他船舶を曳航する曳船、作業員を他船舶に輸送する通船、他船舶に燃料を供給する燃料供給船等、他船舶を目的地とするものがある。従来のナビゲーション装置では、目的地が移動する場合には、自船舶の位置と目的地の位置が時間経過と共に変化してしまうため、航路を求めることが困難な場合があった。

本発明の目的は、自船舶から目的地としての他船舶までの航路を容易に求めることである。

本発明は、他船舶の位置、速度および針路を求める他船舶検出装置と、自船舶の位置を求める自船舶測定装置と、プロセッサと、を備え、前記プロセッサは、前記他船舶検出装置によって位置、速度および針路が求められる１つの他船舶、または前記他船舶検出装置によって位置、速度および針路が求められる複数の他船舶のうちの１つを、ユーザの操作に基づいて目標船舶として設定し、前記他船舶検出装置によって求められた位置から、前記他船舶検出装置によって求められた速度および針路で前記目標船舶が航行し、前記自船舶測定装置によって求められた位置から前記自船舶が航行するときに、前記自船舶および前記目標船舶が落ち合う目標位置を求めると共に、前記自船舶から前記目標位置までの航路を、前記自船舶から前記目標船舶までの航路として求める。

望ましくは、前記自船舶測定装置は、前記自船舶の位置に加えて前記自船舶の速度を求め、前記プロセッサは、前記他船舶検出装置によって求められた位置から、前記他船舶検出装置によって求められた速度および針路で前記目標船舶が航行し、前記自船舶測定装置によって求められた位置から、前記自船舶測定装置によって求められた速度で前記自船舶が航行するときに、前記自船舶および前記目標船舶が落ち合う位置を前記目標位置として求める。

望ましくは、前記プロセッサは、前記他船舶検出装置によって位置が求められた他船舶が複数ある場合に、前記目標船舶として設定されていない非目標・他船舶との衝突が避けられる避航航路を、前記自船舶から前記目標船舶までの航路として求める。

望ましくは、前記プロセッサは、前記避航航路のうち、前記自船舶から前記目標船舶までの距離が最短である航路を求める。

望ましくは、前記プロセッサは、前記避航航路のうち、前記目標船舶の位置から所定の接近距離だけ離れた位置に前記自船舶が到達するまでの間に、いずれの前記非目標・他船舶からも、前記自船舶が所定値以上の距離で隔てられる航路を求める。

望ましくは、前記他船舶検出装置は、ＡＩＳ装置およびＴＴ機能を有するレーダ装置のうち少なくともいずれかを含む。

本発明によれば、自船舶から目的地としての他船舶までの航路を容易に求めることができる。

航路演算装置の構成を示す図である。航路演算部が実行する航路更新処理のフローチャートである。ＴＴ／ＡＩＳ合成画像の例を示す図である。

各図を参照して本発明の実施形態に係る航路演算装置について説明する。複数の図面に示されている同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を簡略化する。

図１には、本発明の実施形態に係る航路演算装置１０の構成が示されている。航路演算装置１０は、レーダ装置１２、ＡＩＳ装置１４（Automatic Identification System）、測位装置１６、方位センサ１８、速度センサ２０、プロセッサ２２、表示部２４、操作部２６およびメモリ２８を備えている。プロセッサ２２は、ハードウエアで構成された演算デバイスである。プロセッサ２２は、メモリ２８に記憶されているプログラムを実行することで、自らの内部に航路演算部３０および表示処理部３２を仮想的に構成する。

操作部２６は、キーボード、マウス、回転ツマミ、レバー等を含み、ユーザの操作に基づく操作情報をプロセッサ２２に出力し、プロセッサ２２は操作情報に応じて動作する。表示部２４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等であってよい。また、表示部２４は、操作部２６と共にタッチパネルを構成してもよい。表示部２４は、プロセッサ２２が含む表示処理部３２から出力される画像データに応じた画像を表示する。

レーダ装置１２およびＡＩＳ装置１４は、他船舶の位置を時間経過と共に順次求める他船舶検出装置としての機能を有している。レーダ装置１２は、自船舶に備えられたレーダアンテナから電波を送信し、目標物で反射しレーダアンテナで受信された電波に基づく受信信号を取得する。レーダアンテナの指向方向は、例えば自船舶を中心とし、船首方位を０°とした場合における方位角０～３６０°の範囲である。レーダ装置１２は、送受信する電波のビームを自船舶を中心に回転させる。すなわち、ビームの方位角を０°から３６０°まで変化させる動作を繰り返し実行する。

レーダ装置１２は、検出された各目標物の像を表すレーダ画像データをビームが１周する度に生成する。レーダ装置１２は、目標物が船舶である場合に、その目標物を船舶として認識し、船舶の位置、速度、および針路を求めるＴＴ機能（Target Tracking）を有している。レーダ装置１２は、他船舶の位置、速度、および針路を表すＴＴ目標データを生成する。レーダ装置１２は、レーダ画像データと共にＴＴ目標データをプロセッサ２２に出力する。プロセッサ２２が含む表示処理部３２は、操作部２６の操作に応じてレーダ画像を表示部２４に表示させてもよい。また、表示処理部３２は、ＴＴ目標データに基づいて、操作部２６の操作に応じて、他船舶の位置および針路をレーダ画像に重ねて表示部２４に表示させてもよい。この場合、他船舶の位置および針路は、例えば、自船舶を中心とした極座標上に示されてよい。

ＡＩＳ装置１４は、自船舶に備えられたＡＩＳアンテナから自船舶の位置、速度、針路、大きさ等の船舶情報を所定の時間間隔で繰り返し送信する。また、ＡＩＳ装置１４は、他船舶に搭載されたＡＩＳ装置から送信された船舶情報をＡＩＳアンテナを介して受信し、受信された船舶情報に基づいて他船舶の位置、速度、針路、大きさ等を示すＡＩＳ目標データを生成する。ＡＩＳ装置１４はＡＩＳ目標データをプロセッサ２２に出力する。以下の説明では、他船舶に搭載されたＡＩＳ装置から送信された船舶情報をＡＩＳ他船舶情報という。

ＡＩＳ装置１４は、時間経過と共に順次、他船舶から送信されたＡＩＳ他船舶情報を受信し、時間経過と共に順次、ＡＩＳ目標データを生成し、プロセッサ２２に出力する。プロセッサ２２が含む表示処理部３２は、操作部２６における操作に応じてＡＩＳ画像を表示部２４に表示させてもよい。ＡＩＳ画像は、ＡＩＳ目標データに基づき、他船舶の位置、速度、針路、大きさ等が図形等によって表された画像である。

表示処理部３２は、操作部２６におけるユーザの操作に応じて、レーダ画像、ＴＴ目標データに基づくＴＴ画像、およびＡＩＳ画像のうちいずれか、または、これらの画像のうち２つまたは３つが重ねられた合成画像を表示部２４に表示させてもよい。

測位装置１６は、測位システムの人工衛星から送信される測位信号を受信し、自船舶の位置情報を求めプロセッサ２２に出力する。測位システムには、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLobal NAvigation Satellite System）等がある。方位センサ１８は、例えば、北向きを０°とした自船舶の船首方位を求め、船首方位をプロセッサ２２に出力する。速度センサ２０は、自船舶の速度を求め、プロセッサ２２に出力する。

航路演算部３０は、測位装置１６が時間経過と共に順次出力する位置情報に基づいて、自船舶の針路および速度を求めてもよい。航路演算部３０は、測位装置１６における測位信号の受信状況が良好でない場合は、方位センサ１８および速度センサ２０によって自船舶の針路および速度を求めてもよい。このように、測位装置１６、あるいは、方位センサ１８および速度センサ２０は、自船舶の位置を時間経過と共に順次求め、自船舶の針路および速度を時間経過と共に順次求める自船舶測定装置としての機能を有している。

航路演算部３０は、次の第１処理～第３処理のいずれかによって、他船舶の位置を求めてよい。すなわち、航路演算部３０は、第１処理～第３処理のうち、操作部２６における操作によって選択された処理を実行してよい。第１処理では、ＡＩＳ装置１４から出力されたＡＩＳ他船舶情報に基づいて他船舶の位置を求める。第２処理では、レーダ装置１２から出力されたＴＴ目標データに基づいて他船舶の位置を求める。第３処理では、ＡＩＳ他船舶情報およびＴＴ目標データのうち少なくとも一方に基づいて、他船舶の位置を求める。

プロセッサ２２は、他船舶を目的地として、目的地とされた目標船舶までの航路を求める航路演算処理を繰り返し実行する。航路を求めるに際してプロセッサ２２は、レーダ装置１２またはＡＩＳ装置１４によって位置が求められた他船舶が複数ある場合には、目標船舶として設定されていない他船舶との衝突が避けられる避航航路を求める。

ユーザは、操作部２６の操作によって、レーダ画像、ＴＴ画像、ＡＩＳ画像、または、これらの画像のうち２つまたは３つが重ねられた合成画像のいずれを表示部２４に表示させるかを選択する。表示処理部３２は、操作部２６におけるユーザの選択操作に従った画像を表示部２４に表示させる。また、ユーザは、操作部２６の操作によって目標船舶を指定する。航路演算部３０は、操作部２６におけるユーザの操作に従って、複数の他船舶のうち、目的地として指定された目標船舶を認識する。なお、以下の説明では、他船舶のうちの目標船舶でないものを非目標・他船舶という。

航路演算部３０は、各非目標・他船舶について得られたＴＴ目標データあるいはＡＩＳ他船舶情報に基づいて、各非目標・他船舶についての緩衝領域を求める。緩衝領域は、非目標・他船舶との接触を回避するために設定される領域である。緩衝領域は、仮に非目標・他船舶が現在の速度および針路を維持して進み、仮に自船舶が現在の速度を維持して非目標・他船舶と落ち合う方向に進んだ場合における、非目標・他船舶と自船舶とが落ち合う位置に設定される。緩衝領域は、非目標・他船舶を水平面に投影した輪郭から所定の距離以上離れた円形、略楕円形、多角形等の形状を有する接触境界線に囲まれた形状を有してもよい。

航路演算部３０は、自船舶の位置および速度と、目標船舶の位置、速度および針路と、各非目標・他船舶の位置、速度、針路および緩衝領域に基づいて、自船舶から目標船舶までの航路を求める。

自船舶から目標船舶までの航路は、具体的に次のように求められてよい。最初に、現時点における自船舶の位置および速度に基づいて、さらには、現時点における目標船舶の位置、速度および針路に基づいて目標位置が求められる。すなわち、現時点の位置から現時点の速度で自船舶が航行し、目標船舶が現時点における速度および針路で航行したときに、自船舶および目標船舶が落ち合う位置が目標位置として求められる。ここで、現時点とは、航路演算処理が実行される直前の時点をいう。自船舶および目標船舶が落ち合う位置は、自船舶の位置と目標船舶の位置とが一致するときの位置である。

航路演算処理では、目標位置が求められると共に、現時点における自船舶と目標位置との間を結ぶ仮の航路が求められる。さらに、現時点における速度で仮の航路を自船舶が航行し、現時点における速度および針路で各非目標・他船舶が直進する演算モデルが設定される。

この演算モデルにおいて、自船舶が目標位置から所定の接近距離だけ離れた位置に到達するまでの間に、直進中の各非目標・他船舶の緩衝領域に自船舶が侵入しないという非干渉条件が成立する場合には、その仮の航路が航路として求められる。ここで、接近距離とは、目標船舶に対する作業が可能となる程度に自船舶が目標船舶に接近したときにおける、自船舶と目標船舶との間の距離をいう。目標船舶に対する作業には、自船舶が曳船である場合には、ワイヤ、ロープ等のタグラインを目標船舶に接続する作業等がある。自船舶が通船である場合には、自船舶と目標船舶との間で作業員を行き来させるための作業がある。自船舶が燃料供給船である場合には、他船舶に燃料を供給する作業がある。

上記の演算モデルについては、現時点における速度で自船舶が仮の航路を航行するという条件は、仮の航路上で速度が変化する状態で、自船舶が仮の航路を航行するという条件に置き換えられてもよい。例えば、仮の航路の前半と後半とで異なる速度で自船舶が航行するという条件の下で航路が求められてもよい。また、仮の航路を複数の区間に区切り、それぞれの区間において異なる速度で自船舶が航行するという条件の下で航路が求められてもよい。

航路演算部３０は、あらゆる避航航路のうち距離が最短である航路を求めてもよい。また、航路演算部３０は、あらゆる避航航路のうち、自船舶が目標位置から接近距離だけ離れた位置に到達するまでの間の如何なるタイミングにおいても、自船舶が、いずれの非目標・他船舶からも所定値以上の距離で隔てられる航路を求めてもよい。

表示処理部３２は、このようにして求められた航路を表示部２４に表示させる。航路は、レーダ画像、ＴＴ画像、ＡＩＳ画像、または、これらの画像のうち２つまたは３つが重ねられた合成画像に重ねて表示されてもよい。

航路演算部３０が航路を求め、表示処理部３２が航路を表示部２４に表示させた後、航路演算部３０は、次に取得された新たなＡＩＳ他船舶情報、または、次に取得された新たなＴＴ目標データに基づいて以下の処理を実行する。すなわち、航路演算部３０は、目標船舶の位置、速度および針路と、各非目標・他船舶の位置、速度および針路を取得し、各非目標・他船舶の緩衝領域を求める。また、航路演算部３０は、自船舶に搭載された測位装置１６によって、あるいは方位センサ１８および速度センサ２０によって、自船舶について最新の位置および速度を取得する。航路演算部３０は、新たに取得した自船舶の位置および速度、目標船舶の位置、速度および針路、さらには、各非目標・他船舶の位置、速度、針路および緩衝領域に基づいて、自船舶から目標位置（目標船舶）までの航路を新たに求める。表示処理部３２は、このようにして求められた航路を表示部２４に表示させる。

航路演算部３０および表示処理部３２は、自船舶が航行している間、自船舶から目標位置までの１つの航路を求める航路演算処理を時間経過と共に繰り返し実行する。航路演算部３０および表示処理部３２は、自船舶と目標船舶との間の距離が接近距離以下となったときに、航路演算処理を終了してよい。

図２には、航路演算部３０が実行する航路更新処理のフローチャートが示されている。航路更新処理では、自船舶と目標船舶との間の距離が、接近距離以下となるまで、ステップＳ１０１～Ｓ１０７の航路演算処理が繰り返し実行される。航路演算部３０は、自船舶に搭載された測位装置１６によって、あるいは方位センサ１８および速度センサ２０によって、自船舶の位置および速度を取得する（Ｓ１０１）。航路演算部３０は、ＡＩＳ他船舶情報またはＴＴ目標データに基づいて、目標船舶の位置、速度および針路と、各非目標・他船舶の位置、速度および針路を取得し、各非目標・他船舶の緩衝領域を求める（Ｓ１０２）。航路演算部３０は、自船舶と目標船舶との間の距離が、接近距離以下であるかを判定する（Ｓ１０３）。航路演算部３０は、自船舶と目標船舶との間の距離が接近距離以下であるときは、航路更新処理を終了する。一方、自船舶と目標船舶との間の距離が接近距離を超えるときは、航路演算部３０は、自船舶と目標船舶とが落ち合う位置を目標位置として求め（Ｓ１０４）、自船舶から目標位置までの仮の航路を求める（Ｓ１０５）。

航路演算部３０は、仮の航路について非干渉条件が成立するか否かを判定する（Ｓ１０６）。航路演算部３０は、非干渉条件が成立しないときはステップＳ１０４の処理に戻り、新たな目標位置および仮の航路を求める。一方、非干渉条件が成立するときは、その仮の航路を航路として決定する（Ｓ１０７）。

航路更新処理によれば、自船舶から目標船舶までの航路が、時間経過と共に順次新たに求められる。これによって、目標船舶が移動する場合であっても、目標船舶に向かう航路が容易に求められる。自船舶の乗組員は、移動する目標船舶までの航路を確実に把握することができる。

図３には、航路演算処理が繰り返し実行されているときに、ある時刻に表示部２４に表示されるＴＴ／ＡＩＳ合成画像５０の例が示されている。ＴＴ／ＡＩＳ合成画像５０は、ＴＴ画像とＡＩＳ画像とが重ねられた画像である。自船舶５２を中心に描かれている円は、自船舶５２の位置を中心とした極座標における半径座標値が同一である線を示す。

図３に示されたＴＴ／ＡＩＳ合成画像５０では、レーダ装置１２のＴＴ機能によって検出された非目標・他船舶が白丸で示されている。また、ＡＩＳ装置１４によって検出された非目標・他船舶が三角形によって示されている。レーダ装置１２のＴＴ機能およびＡＩＳ装置１４の両者によって検出された非目標・他船舶は、白丸および三角形の両者によって示されている。レーダ装置１２のＴＴ機能のみによって検出された非目標・他船舶を示す白丸から引き出された直線が伸びる方向は非目標・他船舶の針路を示す。ＡＩＳ装置１４によって検出された非目標・他船舶を示す三角形の１つの頂点から引き出された直線が伸びる方向は、非目標・他船舶の針路を示す。

図３に示されている例では、目標船舶５４は、ＡＩＳ装置１４のみによって検出されている。また、目標船舶５４の予測航路６６が破線によって示され、自船舶５２から目標位置６４までの航路５８が、予測航路６６よりも粗い破線によって示されている。非目標・他船舶の方位を示す直線の先端に示された黒丸は、仮に非目標・他船舶が現在の速度および針路を維持し、仮に自船舶が現在の速度でこの黒丸に向けて進んだとした場合に、自船舶が非目標・他船舶に衝突する位置を示す。したがって、黒丸で示される位置を自船舶が避けることで、自船舶と非目標・他船舶との衝突が回避される。各黒丸には、接触境界６０と緩衝領域６２が併せて示されている。航路５８は緩衝領域６２と重ならないように求められている。このような表示によって、非目標・他船舶との間に十分な距離を確保するための航路５８が自船舶の操縦者に示される。

１０航路演算装置、１２レーダ装置（他船舶検出装置）、１４ＡＩＳ装置（他船舶検出装置）、１６測位装置、１８方位センサ、２０速度センサ、２２プロセッサ、２４表示部、２６操作部、２８メモリ、３０航路演算部、３２表示処理部、５０ＴＴ／ＡＩＳ合成画像、５２自船舶、５４目標船舶、５８航路、６０接触境界、６２緩衝領域、６４目標位置。

Claims

他船舶の位置、速度および針路を求める他船舶検出装置と、
自船舶の位置を求める自船舶測定装置と、
プロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、
前記他船舶検出装置によって位置、速度および針路が求められる１つの他船舶、または前記他船舶検出装置によって位置、速度および針路が求められる複数の他船舶のうちの１つを、ユーザの操作に基づいて目標船舶として設定し、
前記他船舶検出装置によって求められた位置から、前記他船舶検出装置によって求められた速度および針路で前記目標船舶が航行し、前記自船舶測定装置によって求められた位置から前記自船舶が航行するときに、前記自船舶および前記目標船舶が落ち合う目標位置を求めると共に、前記自船舶から前記目標位置までの航路を、前記自船舶から前記目標船舶までの航路として求めることを特徴とする航路演算装置。
請求項１に記載の航路演算装置において、
前記自船舶測定装置は、前記自船舶の位置に加えて前記自船舶の速度を求め、
前記プロセッサは、
前記他船舶検出装置によって求められた位置から、前記他船舶検出装置によって求められた速度および針路で前記目標船舶が航行し、前記自船舶測定装置によって求められた位置から、前記自船舶測定装置によって求められた速度で前記自船舶が航行するときに、前記自船舶および前記目標船舶が落ち合う位置を、前記目標位置として求めることを特徴とする航路演算装置。
請求項１または請求項２に記載の航路演算装置において、
前記プロセッサは、
前記他船舶検出装置によって位置が求められた他船舶が複数ある場合に、前記目標船舶として設定されていない非目標・他船舶との衝突が避けられる避航航路を、前記自船舶から前記目標船舶までの航路として求めることを特徴とする航路演算装置。
請求項３に記載の航路演算装置において、
前記プロセッサは、
前記避航航路のうち、前記自船舶から前記目標船舶までの距離が最短である航路を求めることを特徴とする航路演算装置。
請求項３に記載の航路演算装置において、
前記プロセッサは、
前記避航航路のうち、前記目標船舶の位置から所定の接近距離だけ離れた位置に前記自船舶が到達するまでの間に、いずれの前記非目標・他船舶からも、前記自船舶が所定値以上の距離で隔てられる航路を求めることを特徴とする航路演算装置。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の航路演算装置において、
前記他船舶検出装置は、
ＡＩＳ装置およびＴＴ機能を有するレーダ装置のうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする航路演算装置。