JP2023055330A - 国際ｖｈｆ通信を利用した他船表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】船舶間で国際ＶＨＦ通信を行う場合に、通信相手に含まれる船名を音声認識し、ＥＣＤＩＳなどの表示装置に表示されている相手船を利用者に知らせたり、通信相手が当該表示装置に表示されていない船舶だった場合に警告を表示したりすることが可能になり、従来は通信相手が自船に対してどこを航行しているかが判らなかった事を改善し、安全航行に寄与することが出来るようにする。【解決手段】国際ＶＨＦ通信による船舶間通信を利用した安全航行を実現する装置において、ＡＩＳ搭載船との通信に含まれる船舶位置情報を表示する電子海図情報表示部と、当該ＡＩＳ搭載船と音声通信する際に当該音声データの音声列を認識する学習型音声認識部と、前記学習型音声認識部が前記音声列から相手船名及び相手識別番号を抽出する船名抽出部と、前記船名抽出部の抽出結果を前記電子海図情報表示部に重畳する位置情報重畳部と、からなることを特徴とする。【選択図】図２

Description

他船が洋上のどこに点在しているかはECDIS(電子海図表示システム:Electronic Chart Display and Information System)の表示を見れば把握出来るが、国際VHF通信等で通信をしている相手が当該ECDIS上のどの表示船なのかを把握するのは難しい。本発明は安全航行に寄与するために、当該問題点を解決することを目的とするものである。

近年、自動車の自動運転が大きく進歩し、実用化が間近に迫っている。同様に船舶についても自動航行の研究が盛んになっており、こちらも実用化が近いと言われている。しかし、洋上の安全航行に関しては輻輳海域など限られた海域に航路を示すブイが存在するものの、船舶間の個別通信によって座標や進行方向を確認する手段に頼る部分が大きい。

洋上においては安全面を考慮してAIS(Automatic Identification System)が普及しており、当該AIS信号を受信することによって明らかとなる他船舶の座標をECDISに表示させ、自船の周囲の状況を把握出来るようになっている。表示される情報としては、船首方位、進行方位、目的地であるが、AIS情報だけでは変針タイミングがわからないため、念のために個別通信による音声で安全を確認することが多い。

さらに、AISの搭載要件の無い小型漁船においてAISの普及率の低さも問題となっている。これら小型漁船に関しては、漁業状況を漁業協同組合に通知することをためらう漁船所有者も多く、当該普及率は非常に低い。この場合の安全性を向上させるために、AIS非搭載船の位置を把握する方法の研究も盛んである。例えば指向性アンテナを複数用いてAIS非搭載船の通信信号の発信位置を探る方法がその一つである。

また、近年では国際VHF通信のノイズ成分の量と通信間距離に一定の関係性があることを利用し、ノイズ成分の解析をすることで国際VHF通信をしている相手との距離関係を推定する手段も報告されている。

本発明は周囲の船舶がAISを搭載していることを前提とし、音声通話から得られる船舶情報と当該AISから得られる位置情報を併用することで安全面を強化する手段に関するものである。また、AISを搭載していない船舶を発見した際には警告等で乗船員にその旨を知らせることも可能にする。

特開２０１７－１６３３００

複数の船舶が安全航行を目指しながら洋上を航行する場合、前記ECDIS上に表示される他船の位置を知ることが安全のための最初の一歩である。しかるに、近くを他船が航行しているからといって常に避けるというわけではなく、混雑する海域においては、個別通信等によってお互いに了解した上で接近航行するケースが多いのが実態であり、この場合には単純に画面から得られる情報によって安全性を判断するのは困難である。

前記のようなお互いに了解した上での航行とは、国際VHF通信により航行する方位やお互いの位置の認識状況などを随時連絡し合う状況である。従って、前記ECDIS上に表示される他船情報に関し、プロットされている他船情報が国際VHF通信をしている相手であるのかどうかをも付すことが出来れば、より情報を有効活用できる。

これを実現するために国際VHF通信の音声データを音声認識し、音声列の中に含まれる位置船舶名等を活用してこれとAIS情報と紐づけることが考えられるが、現状では音声列に含まれる情報とAIS情報は別々に扱われているのが実態である。

本発明はこのように、ECDIS上に表示される接近航行をしている船舶が通信を取り合っている相手なのかどうかを知ることを可能にするために、当該通信に含まれる音声信号を音声認識することとし、音声中に含まれる船舶名を識別してAIS情報と紐づけることでECDIS上に情報を付加すること、ならびに洋上における国際VHF通信において高ノイズ下でも音声認識率を低下させないことを目的とするものである。

国際VHF通信による船舶間通信を利用した安全航行を実現する装置において、
前記国際VHF通信における音声情報を学習型音声認識部で認識した結果の船名情報を船名情報１とし、
船舶が受信する複数の船舶のAIS装置が発するAIS情報に含まれる船名情報を船名情報群とし、
前記船名情報群から予め定めた閾値以下であり船名情報１との誤差が最も小さい船名情報を検索した結果を船名情報２とした場合に、
前記船名情報２と前記船名情報１を紐づける船名抽出部を有することを特徴とする、
国際VHF通信を利用した他船表示方法とする。

AIS情報から得られる船舶情報を表示する電子海図情報表示部と、
前記船名抽出部の紐付け結果を前記電子海図情報表示部に重畳する情報重畳部と、
からなることを特徴とした、国際VHF通信を利用した他船表示方法とする

前記学習型音声認識部は、
学習データとして前記国際VHF通信における船名音声信号を設定する学習データ設定部と、
教師データとして前記AIS情報に含まれる船名情報の中から前記学習データとの差が最も小さい文字列を設定する教師データ設定部と、
からなることを特徴とする、国際VHF通信を利用した他船表示方法とする。

前記学習型音声認識部は、
入力される音声の特徴データを記憶する音声記憶部を持ち、
現在入力された音声が、当該音声記憶部に既に保存されている特徴データであるか否かを判定する既保存音声判定部と、
からなることを特徴とする、国際VHF通信を利用した他船表示方法とする。

前記学習型音声認識部は、
前記学習データ設定部が設定する学習データと、前記教師データ設定部が設定する教師データとの差が、あらかじめ定めた閾値以上である場合に、
入力された船名音声信号が前記電子海図情報表示部に表示されていない船名であると判断し、
当該電子海図情報表示部に、AIS非搭載船であることを警告することを特徴とする、
国際VHF通信を利用した他船表示方法とする。

本発明の請求項１によれば、音声認識により、国際VHF通信の相手音声列から船名情報や識別番号を抽出し、AIS情報に紐づけすることが可能になる。

本発明の請求項２によればECDISなどの周辺船舶を表示するディスプレイ装置に、相手船舶の付加情報を重畳することが可能になる。なお、付加情報を重畳とは、音声認識によって得られた情報を表示したり、または、ただ単に強調表示するような場合も含む。

本発明の請求項３によれば、気象状況などによって国際VHF通信のノイズ増加を招いているといった悪環境下であっても、AIS情報を教師データとした音声認識装置の学習により、音声列の音声認識を高精度に行うことが可能になる。

本発明の請求項４によれば、音声の特徴情報を保存することにより、以降１度通信をした相手と再度通信する場合には、音声認識をすることなく、ディスプレイに表示されている相手船舶の前記付加情報を重畳することが可能になる。

本発明の請求項５によれば、国際VHF通信をしている相手船舶がAIS非搭載船であった場合に、これを察知することが出来、電子海図情報表示部に表示されていない可能性がある旨の警告を発することが可能になる。

本発明の実施形態の例 全体処理フロー 音声認識の教師データ取得処理フロー 音声データの保存処理フロー AIS非搭載船との通信にかかる処理フロー

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図1はAIS(Automatic Identification System: 船舶自動識別装置)による情報交換の様子を示したもので、101は通信相手の船舶、103は自船、105は海上交通センターなど陸上に設置される設備、107はECDIS(Electronic Chart Display and Information System: 電子海図表示情報システム)である。

AISは洋上を航行する船舶同士が航行情報を相互に交換するための装置であり、衝突予防と人命安全の観点からSOLAS条約によって定められる対象船舶への搭載が義務化された。しかし小型漁船などではまだ搭載率が低いのが現状である。従って、海上の安全を考える場合、AIS搭載を前提にするのみではなく、非搭載船を考慮に入れたシステムを検討することが求められる。

AISは図１に示すように、陸上に設置される設備と船舶に装備する装置で構成されている。船舶１０１に装備されたAIS装置からは、自船の識別符号、船名、位置、針路、船速、行き先などの個別データがVHF電波によって自動的に発射され、付近を航行している他船１０３の受信機や、陸上にある海上交通センターなどに設置された受信設備１０５によって受信される。受信した情報は例えばECDIS１０７によって視覚的に搭乗者に伝えられる。

AIS専用周波数はVHF帯海上移動業務用周波数から割り当てられ、通信範囲は基本的にアンテナからの見通し範囲に相当し、およそ37から56kmとなっている。

図２は本発明にかかる処理全体のフローである。受信部２０１にて他船舶からの国際VHF通信を受信する。国際VHF通信は、まず連絡設定用チャンネルで相手船を呼び出し、その後、通話用チャンネルに切り換えて通話を行うのが一般的である。受信部２０１は便宜上、通話用チャンネルに切り換えた後を記している。

相手船舶から受信部２０１にて国際VHF通信を受信したら、その音声信号に関し、音声認識部２０３にて音声認識を行う。当該２０３にて認識し抽出する語彙は船名である。抽出方法としては後述するように、AIS受信情報に含まれる船名を音声列から検索する手段や、「～丸」や「～号」といった船名であることを示す語句を認識することにより可能となる。このように通信音声から音声認識により相手船名を取得することが出来るのである。

次に表示制御部２０５において、前記取得した相手船名と、AIS信号から随時得られている周囲の船舶の船名リストを比較し、当該リストから相手船名と一致する船舶を検索する。船名が一致した船舶に関し、表示制御部２０５は当該船舶に関して強調フラグをオンにする。

表示部２０７においてはAIS装置によって自船周囲を航行する船舶が複数表示されているが、前記強調フラグがオンになっている船舶について、色や輝度を強調することで、目視により強調フラグがオンの船舶を認識することが出来る。

このように、本発明によれば、国際VHF通信で通信している相手船舶が、ECDIS上に点在している他船のシンボルの中のどのシンボルなのかを目視でわかるような表示形態で表示することが可能になる。このことにより、通信している相手の自船との相対位置関係を視覚的に瞬時に理解することが可能になるのである。

図3は音声認識装置の認識率を上げる処理フローである。認識率を上げるために音声認識装置の各種パラメータを変更する処理は学習とも呼ばれる。

前述のように、AIS搭載船は適宜AIS情報を自動送信している。このAIS情報には、自船の識別符号、船名、位置、針路、行き先などが含まれる。

周囲の船舶からのAIS情報はAIS受信部３０１で受信し、AIS情報取得部３０３で前記AIS情報をそれぞれ識別する。本発明においては前記AIS情報のうち、船名情報を利用する。一方、双方の船舶の船員同士は国際VHF通信で音声通信を交わすことが出来る。図３によれば、国際VHF受信部３０５で相手船舶からの信号を受信し、音声認識部３０７で音声通信の内容を音声認識する。本発明では通信相手の船名を認識する。

本発明における音声認識部３０７の学習にあたっては、AIS情報取得部３０３から得られる情報を教師データとして音声認識部３０７を調整するのである。ここでは一例として、船名について学習する場合を取り上げる。

AIS情報取得部３０３では、周囲の船舶の船名の文字列を取得し、周囲の船舶数からなる船名データベースを作成する。一方で音声認識部３０７は国際VHF通信で通信している相手船舶の音声信号を得て、これを音声認識し、文字列化するが、洋上の音声信号においては船名を名乗ることが一般的であり、音声の中には船名が入っていると見なすことができる。

従って、国際VHF通信の音声信号を音声認識して、前記AIS情報からなる船名データベースから選択された船名と紐づけることでECDIS上に情報を付加出来るのであるが、当該選択の手段として種々のものが考えられる。

例えば、船名データベース３０９のそれぞれを音声認識結果の文字列から検索し、最も差が小さい船名文字列を認識結果とし、該当するAIS情報と紐づける方法である。

また、別の手段として、当該船名音声には引き続き、「～丸」や「～号」といった船名であることを示す語句が続くため、音声認識部３０７は音声列からこれら定型語を抽出し、引き続き船名を抽出し、文字列化し、その後、当該船名文字列と、前記船名データベースの文字列を比較し、船名データベースの中で最も差が小さい船名文字列を認識結果とし、該当するAIS情報と紐づける方法である。

音声認識結果とAIS情報との紐づけ方法は前記いずれであってもよいが、このような紐づけをすることで、その結果を用いて音声認識率を向上させることができる。つまり、AIS情報と紐づけた音声認識結果を教師データとし、音声認識部３０７による認識結果が前記文字列になるよう、これを学習して認識率を向上させるのである。つまり、前記のように音声認識結果と船名データベース３０９のいずれかは完全に一致するものではなく、最も誤差の少ないものを結果としていたが、当該処理を繰り返すことで次の処理からは誤差はより小さくなる。

なお、音声認識部３０７が使うパラメータとしては、単純に音声波形を用いてもよいが、線形予測係数(LPC係数)や、偏自己相関係数(PARCOR係数)や、音声特徴量(ケプストラム係数)など、任意のものであり、本発明においてはこれを限定するものではない。

また、音声認識結果と船名データベースを比較するにあたっては、単純に文字に対応する波形や音声ホルマントの形状などの比較が考えられる。例えば文字情報から得られる破裂音や正弦波に近い母音などから、「ta(た)」と「cha(ちゃ)」は差が小さいと判断できる。しかし、本発明においてはこういった誤差の比較手段について、これを限定するものではない。

また、音声認識手段としては、学習データをフィルター群に入力した時に教師データが出力されるように、バックプロパゲーションと呼ばれる方法でフィルター群の係数を修正するニューラルネット法や、近年発展が目覚ましいディープラーニング法や、ファジー推論法など、様々な方法が考えられるが、本発明においてはこれを限定するものではない。

このように、本発明においては、音声認識部３０７で船名を音声認識し船名の文字列を得て、AIS情報取得部３０３が作成する船名データベースの中から前記音声認識の結果との誤差が最も小さい船名を抽出し、これを教師データとして音声認識部３０７を学習することで、自船周辺の天候の影響などによってノイズが多くなって誤認識が発生しやすくなっても、高い音声認識精度を保つことが可能になるのである。

図４は、受信部４０１で受信した国際VHF音声信号を音声認識部４０３で音声認識するために算出した前記のようなパラメータを保存するフローである。つまり、音声波形そのものであったり、音声認識処理の過程で生成された線形予測係数や偏自己相関係数などを記憶装置４０５に保存する。併せて、当該保存した音声認識結果の船舶名も対応付けて保存する。

過去において通信した相手船舶の音声のパラメータを記憶装置４０５に保存した状態で、現在受信した音声信号が音声認識部４０３に入力されると、当該音声認識部において、まず音声信号を前記のような音声認識用のパラメータ列に変換する。

次に当該パラメータ列と記憶装置４０５に保存されたパラメータ列を比較する。初期値として設定する誤差閾値以下の差分量であるパラメータ列が記憶装置４０５に見つかった場合には、当該見つかったパラメータ列に対応付けて保存されている前記音声認識結果の船舶名を音声認識結果とする。

当該処理により、過去に通信したことのある船舶と再び通信する場合に、近似するパラメータが記憶装置４０５に存在する場合には、音声パラメータを計算する以降の認識処理をせずとも相手船舶名を取得することが可能になるのである。

ここで、前記誤差閾値以下の差分量であった場合に、あらためて音声認識処理をして記憶装置４０５の保存データを更新するか、音声認識処理をせずに音声認識結果を出力するかは本発明では限定するものではない。

図５は通信相手がAIS装置を搭載していない場合について説明するフローである。前記のように音声認識結果とAIS受信部５１１から得られるAIS情報からなる船名データベース５１３を比較した際に、予め定めた誤差閾値以内に一致する船名が見つからなかった場合に、通信相手はAISを搭載していないと判断することが出来る。AIS有無判定部５０１は、当該予め定めた誤差閾値を格納し、音声認識結果と船名データベース５１３の全ての誤差が当該誤差閾値以上であるかどうかを計算する。

この場合は表示制御部５０７は通信相手がAISを搭載していない旨の文字列を表示部５０９に伝達し、表示部５０９にて当該文字列を表示する。なお、前記文字列表示はディスプレイ上の任意の領域で行ったり、警告ランプを点滅させたり、別ウインドウをオープンしてそこに表示したりといった種々の方法が考えられるが、本発明ではこれを限定するものではない。また、表示内容も、通信相手がAISを搭載していないといったことのみではなく、音声認識結果の文字列を表示させることも可能であり、これを限定するものではない。

以上のように、本発明によれば、船舶間で国際VHF通信を行う場合に、通信相手に含まれる船名を音声認識し、ECDISなどの表示装置における相手船を利用者に知らせたり、もしも通信相手がAIS非搭載船であって当該表示装置に表示されていない船舶だった場合には警告を表示したりすることが可能になり、従来は通信相手が表示装置に表示されている周囲の船舶のどれなのかが瞬時に判別出来なかった点を改善し、ひいては安全航行に寄与することが出来るようになる。

１０１…通信相手の船舶、 １０３…自船舶、
１０５…地上局、 １０７…ECDIS、
２０１…受信部、 ２０３…音声認識部、
２０５…表示制御部、 ２０７…表示部、
３０１…AIS受信部、 ３０３…AIS情報取得部、
３０５…国際VHF受信部、 ３０７…音声認識部、
３０９…船名データベース、
４０１…受信部、 ４０３…音声認識部、
４０５…記憶装置、
５０１…AIS有無判定部、 ５０３…国際VHF受信部、
５０５…音声認識部、 ５０７…表示制御部、
５０９…表示部、 ５１１…AIS受信部、
５１３…船名データベース

Claims (5)

1. 国際VHF通信による船舶間通信を利用した安全航行を実現する装置において、
   前記国際VHF通信における音声情報を学習型音声認識部で認識した結果の船名情報を船名情報１とし、
   船舶が受信する複数の船舶のAIS装置が発するAIS情報に含まれる船名情報を船名情報群とし、
   前記船名情報群から予め定めた閾値以下であり船名情報１との誤差が最も小さい船名情報を検索した結果を船名情報２とした場合に、
   前記船名情報２と前記船名情報１を紐づける船名抽出部を有することを特徴とする、
   国際VHF通信を利用した他船表示方法
2. AIS情報から得られる船舶情報を表示する電子海図情報表示部と、
   前記船名抽出部の紐付け結果を前記電子海図情報表示部に重畳する情報重畳部と、
   からなることを特徴とした、請求項１に記載の国際VHF通信を利用した他船表示方法
3. 前記学習型音声認識部は、
   学習データとして前記国際VHF通信における船名音声信号を設定する学習データ設定部と、
   教師データとして前記AIS情報に含まれる船名情報の中から前記学習データとの差が最も小さい文字列を設定する教師データ設定部と、
   からなることを特徴とする、請求項１乃至請求項２に記載の国際VHF通信を利用した他船表示方法
4. 前記学習型音声認識部は、
   入力される音声の特徴データを記憶する音声記憶部を持ち、
   現在入力された音声が、当該音声記憶部に既に保存されている特徴データであるか否かを判定する既保存音声判定部と、
   からなることを特徴とする、請求項１乃至請求項３に記載の国際VHF通信を利用した他船表示方法
5. 前記学習型音声認識部は、
   前記学習データ設定部が設定する学習データと、前記教師データ設定部が設定する教師データとの差が、あらかじめ定めた閾値以上である場合に、
   入力された船名音声信号が前記電子海図情報表示部に表示されていない船名であると判断し、
   当該電子海図情報表示部に、AIS非搭載船であることを警告することを特徴とする、
   請求項１乃至請求項４に記載の国際VHF通信を利用した他船表示方法
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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