JP3472831B2 - 船舶の航路保持制御方法及び装置並びに船舶 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶の航路保持制
御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】海底開発や海上作業等に用いられる船舶
として、探索手段等の作業手段を有して水上又は水中を
走行する航走体と併走するものが知られている。このよ
うな併走を行う際に、船舶は、航走体との間の相対位置
を保持しつつ併走することが必要となることが多い。そ
の場合、航走体は、その目標航路と設定速度とを基準と
する航路保持制御を行い、船舶も同様な航路保持制御を
独自に行う。そして、そのような状況下で、航走体の目
標航路と船舶の目標航路とを同一航路又は平行航路に設
定することにより、船舶が航走体との相対位置を保って
走行できることとなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の制御手
法では、船舶と航走体とがそれぞれ独立な航路保持制御
を行っているため、船舶の航路保持制御においては、航
走体の位置を考慮して目標航路や設定速度を決定するも
のではなく、例えば外乱の影響により船舶もしくは航走
体が目標航路あるいは設定速度から大きく逸脱した場合
には、保持すべき相対位置から船舶が大きくずれること
がある。すると、船舶と航走体との間がケーブルで接続
されている場合には、ケーブルの損傷や、船舶又は航走
体の破損等を引き起こすおそれがある。

【０００４】この事態を回避するために、航走体がその
航路を保持する制御を行い、船舶が航走体との相対位置
を保つような制御を行って、この船舶を航走体に追従さ
せることが考えられる。これにより、船舶の航路を航走
体の目標航路と平行にさせて、所望の併走が可能にな
る。

【０００５】しかし、船舶の航路保持制御において、航
走体との相対位置を保持することを優先することには問
題がある。つまり、船舶は、作業上の都合から事前に設
定された一定の目標航路を維持する必要があるが、船舶
の航路保持制御において航走体への追従の度合いが増す
と、その船舶の航路が頻繁に変更されて制御が発振傾向
となり船舶が行う作業に支障をきたす。

【０００６】そこで本発明は、上記の問題点を解決し
て、船舶において、その航路を保持する制御と、併走す
る航走体との相対位置を保持する制御とをバランス良く
行える船舶の航路保持制御方法及び装置並びに船舶を提
供することを目的とする。

【０００７】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の、所定の目標航路及び設定速度について航
路保持制御を行う航走体と併走する船舶に係る航路保持
制御方法は、前記目標航路と同一又は平行な航路を船舶
目標航路とし、前記航走体に対して前記船舶が保持すべ
き相対位置を相対位置目標点とし、この相対位置目標点
と前記船舶目標航路との距離を判定距離とし、前記相対
位置目標点から船舶目標航路に下した垂線からの船舶位
置のずれを前程距離偏差として、前記判定距離に依存し
た船舶目標航路の補正を行い、前記前程距離偏差に依存
した船舶の設定速度の補正を行うものである。

【０００９】また本発明の、所定の目標航路及び設定速
度について航路保持制御を行う航走体と併走する船舶の
航路保持制御装置は、前記船舶が保持すべき前記航走体
からの相対位置である相対位置目標点を設定する手段
と、前記目標航路に同一又は平行な船舶目標航路を設定
する手段と、前記相対位置目標点と船舶目標航路との距
離である判定距離を求める手段と、この判定距離に依存
した船舶目標航路の補正を行う手段と、前記相対位置目
標点から船舶目標航路に下した垂線と船舶との距離であ
る前程距離偏差を求める手段と、この前程距離偏差に依
存した船舶の設定速度の補正を行う手段とを備えるもの
である。

【００１０】また本発明の、航走体と船舶を併走させる
方法は、所定の目標航路及び設定速度について航路保持
制御を行う航走休と船舶とを併走させるに際し、前記航
走体は、所定の目標航路と設定速度について航路保持制
御を行い、前記船舶は、前記目標航路と平行な航路を船
舶目標航路として航路保持制御を行い、前記船舶の航路
保持制御は、前記航走体に対して前記船舶が保持すべき
相対位置を相対位置目標点とし、この相対位置目標点と
前記船舶目標航路との距離を判定距離とし、前記相対位
置目標点から船舶目標航路に下した垂線と前記船舶との
距離を前程距離偏差とし、前記判定距離に依存した船舶
目標航路の補正を行い、前記前程距離偏差に依存した前
記船舶の設定速度の補正を行うことにより実行するもの
である。

【００１１】また本発明の、所定の目標航路及び設定速
度について航路保持制御を行う航走体と併走する船舶
は、前記航走体に対して前記船舶が保持すべき相対位置
である相対位置目標点を設定する手段と、前記目標航路
に平行な船舶目標航路を設定する手段と、前記相対位置
目標点と船舶目標航路との距離である判定距離を求める
手段と、この判定距離に依存した船舶目標航路の補正を
行う手段と、前記相対位置目標点から船舶目標航路に下
した垂線と前記船舶との距離である前程距離偏差を求め
る手段と、この前程距離偏差に依存した前記船舶の設定
速度の補正を行う手段とを備えるものである。

【００１２】従って本発明によると、航走体を基準とし
て船舶が保持すべき相対位置目標点を設定して、この相
対位置目標点と船舶との距離に依存した船舶の目標航路
の補正を行うことにより、船舶の目標航路の保持と相対
位置の保持との双方をバランス良く行える船舶の航路保
持制御が可能となる。また、外乱等による相対位置変化
からの回復を図るために船舶の設定速度を変化させる必
要があるが、本発明では、相対位置目標点と船舶の位置
との関係に依存する設定速度の補正を行うことにより、
必要な船舶の自動速度制御を効果的に行うことができ
る。

【００１３】本発明の方法における船舶目標航路の補正
と、本発明の装置における船舶目標航路の補正を行う手
段とは、判定距離が所定の上限値より大きい場合は、相
対位置目標点を含み船舶目標航路に平行な補正航路を設
定し、判定距離が所定の下限値から前記上限値までの間
である場合には、判定距離が前記下限値であるときには
前記船舶目標航路に一致し、判定距離が前記上限値であ
るときには相対位置目標点を含み、判定距離が前記下限
値より大きく前記上限値より小さいときはこの判定距離
の大きさに依存して前記船舶目標航路と前記相対位置目
標点との間で位置が変化する、前記船舶目標航路に平行
な補正航路を設定し、判定距離が前記下限値より小さい
場合は、補正航路の設定を行わないものである。

【００１４】このような構成であると、判定距離が下限
値より小さい場合には、相対位置目標点からの船舶の逸
脱は問題となる程度ではないと判断することとし、船舶
の通常の目標航路の保持を優先する制御が行われる。ま
た、判定距離が上限値より大きい場合には、相対位置目
標点からの船舶の逸脱は極めて大きいと判断することと
し、相対位置目標点を含む補正航路を設定して船舶目標
航路の補正を行うことにより、相対位置目標点を保持す
ることを優先する制御が行われる。さらに、判定距離
が、下限値以上で上限値以下の場合には、上記の制御の
中間的な制御として、船舶目標航路と相対位置目標点と
の間に補正航路が設定される。これにより、船舶の目標
航路の保持と相対位置の保持の優先度を適切に切り替え
た船舶の航路保持制御が可能となる。

【００１５】本発明の方法における船舶の設定速度の補
正は、前程距離偏差との比例関係により決定される成分
と、船舶と航走体との船速差を同定した成分を用いるも
のである。また、本発明の装置における設定速度の補正
を行う手段は、前程距離偏差との比例関係により決定さ
れる成分と、船舶と航走体との船速差を同定した成分と
の和により補正を行うように構成されているものであ
る。

【００１６】前程距離偏差は、外乱等により船舶又は航
走体の一時的な速度変動で発生する偏差と、速度計の誤
差等に起因した船舶と航走体の速度差により発生する偏
差とからなる。後者は、放置しておくと徐々に増大する
ため、船舶の設定速度に恒常的な補正を与える必要があ
る。本発明の構成によれば、前者については前程距離偏
差の大きさに比例した補正速度を船舶の設定速度に一時
的に与えることにより解消し、後者については、船舶と
航走体の速度差に対応した恒常的な補正速度（同定速
度）を設定速度に与えることで解消することができる。

【００１７】本発明によれば、比例関係は不感帯と所定
の上下限を有し、前程距離偏差、前程距離偏差の一階微
分、前程距離偏差の二階微分の全ての値が正又は負であ
る場合は前程距離偏差を用いた出力を、これら以外の場
合はゼロ値である出力を、ローパスフィルタに通過さ
せ、この後所定のゲインを乗じることにより、船速差の
同定を行うものである。

【００１８】このような構成によれば、前程距離偏差の
大きさに比例した補正速度については、前程距離偏差に
含められる測定機器の計測ノイズに対応した幅の不感帯
を設けることにより、必要以上の加減速を防ぐことがで
きる。また、船舶と航走体の速度差により発生する前程
距離偏差については、積分コントローラによる不安定性
を避けること、さらには、前程距離偏差に含められる測
定機器の計測ノイズによるばたつきを低減することによ
り、船舶と航走体の（目標航路方向の）速度差をリアル
タイムで正確に同定して補正速度を与えることができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る船舶の航路保
持制御方法及び装置並びに船舶の実施の形態を図面に従
って説明する。

【００２０】図１は、本発明に基づき、船舶Ａが航走体
Ｂと併走する状況を示したものである。航走体Ｂと船舶
Ａとの間には、図示を省略したケーブルが渡されてい
る。船舶Ａは、これが搭載する航路制御装置により、自
船経由点Ｗn（ｎ＝１，２，…）間を結ぶ直線で定義さ
れた船舶目標航路Ｃｌに沿って走行している。また、航
走体Ｂも、これが具備する航路制御装置により、同様に
定義された航走体目標航路Ｃ２に沿って走行している。
船舶目標航路Ｃｌと航走体目標航路Ｃ２とは互いに平行
である。

【００２１】相対位置目標点Ｄは、船舶Ａの航走体Ｂに
対する相対位置の目標点であり、航走体Ｂの位置Ｐから
の距離Ｌ（以後、指定相対距離と呼ぶ）と空間固定座標
系における角度θ（以後、指定相対角度と呼ぶ）で定義
される。なお、目標航路が変針点を含む場合等には、指
定相対角度を航走体座標系で定義しても良い。相対位置
目標点Ｄから船舶目標航路Ｃｌまでの距離、すなわち相
対位置目標点Ｄから船舶目標航路Ｃｌに下ろした垂線の
長さを、ここでは判定距離Ｔydと称する。また、船舶Ａ
の中心Ｓからの前記垂線のずれを、ここでは前程距離偏
差Ｌtと称する。Ｌtは、絶対値が中心Ｓと前記垂線との
距離であり、前記垂線が中心Ｓより（進行方向につい
て）前に位置すれば正の値とし、後ろに位置すれば負の
値とする。なお、相対位置目標点Ｄと船舶Ａの中心Ｓの
空間固定座標系における座標を、それぞれ（Ｘd，Ｙ
d）、（Ｘs，Ｙs）とする。

【００２２】ここで、航走体Ｂは、単に航走体Ｂを所定
の航走体目標航路Ｃ２と所定の設定速度に保持する従来
の制御がなされるのみであるが、船舶Ａは、上記相対位
置目標点Ｄを考慮して補正した船舶目標航路、補正した
設定速度について保持される制御がなされる。

【００２３】図２は、本発明に基づく船舶の航路保持制
御方法及び装置並びに船舶の一実施形態を示した概略図
である。この実施の形態に係る制御装置は図１の船舶Ａ
に搭載されるもので、図２中、１は制御装置の本体部を
示す。この本体部１には、自船方位計２と、設定器３
と、航走体位置センサ４と、船舶位置センサ５と、船舶
速度センサ６とが接続されている。また、制御装置の本
体部１は、船舶Ａの推進装置７に接続されている。本体
部１は、航走体相対位置演算部８と、判定距離及び前程
距離偏差演算部９と、目標航路演算部１０と、補正速度
演算部１１と、偏差量演算部１２と、制御信号演算部１
３とを有する。

【００２４】前記設定器３は、自船目標速度と、自船経
由点Ｗnと、指定相対距離Ｌ及び同方位θを設定可能で
ある。航走体位置センサ４は、船舶Ａに設置されて遠隔
的に航走体Ｂの位置を測定するものである。制御装置の
本体部１における航走体相対位置演算部８は、設定器３
から得られる指定相対距離Ｌ及び同方位θについての情
報と、航走体位置センサ４から得られる航走体Ｂの位置
情報とから、相対位置目標点Ｄの全体座標系における座
標（Ｘd，Ｙd）を演算する。

【００２５】前記判定距離及び前程距離偏差演算部９
は、設定器３からの自船経由点Ｗnについての情報と、
航走体相対距離演算部８から出力される相対位置目標点
Ｄについての情報と、船舶位置センサ５から出力される
船舶位置Ｓについての情報から、判定距離Ｔydと前程距
離偏差Ｌtとを演算する。目標航路演算部１０は、この
判定距離Ｔydの値に基づき、船舶目標航路Ｃｌの適切な
補正を行う。

【００２６】図３は、目標航路演算部１０における処理
の詳細を示した説明図である。本演算部１０は、判定距
離及び前程距離偏差演算部９から得られた判定距離Ｔyd
の値と、予め設定された設定下限値Ｒy1、設定上限値Ｒ
y2とを比較し（ステップＳ５１）、判定距離Ｔydの値に
応じた補正航路のパターンを決定する。

【００２７】まず、設定された相対位置目標点Ｄが図４
（ａ）に示すように船舶目標航路Ｃｌに近い場合は、船
舶Ａによる当該目標航路Ｃｌの保持を優先させること
が、この船舶Ａの航路保持の上で、また航走体Ｂとの相
対位置の保持の上で適切な制御となる。よって、判定距
離Ｔydが設定下限値Ｒy1より小さい場合には、船舶目標
航路Ｃｌの補正は行わず、自船経由点Ｗn間を結ぶ直線
で与えられる船舶目標航路Ｃｌを決定する（図３のステ
ップＳ５２）。

【００２８】相対位置目標点Ｄが図４（ｂ）に示すよう
に船舶目標航路Ｃｌから相当離れた場合は、この設定さ
れた目標点Ｄの船舶Ａからの逸脱が極めて大きく、ケー
ブルの破損等の事態が生ずる可能性が高い。よって、船
舶Ａの航路保持制御において、船舶目標航路Ｃｌを保持
するよりは、相対位置目標点Ｄに向かわせることを優先
させる。すなわち、設定された上限値Ｒy2よりも判定距
離Ｔydが大きい場合は、図３のステップＳ５３におい
て、相対位置目標点Ｄを含みかつ船舶目標航路Ｃｌと平
行な補正航路Ｅｌを設定する。

【００２９】図４（ｃ）に示すように、判定距離Ｔyd
が、設定された下限値Ｒy1以上でかつ上限値Ｒy2以下で
ある場合は、図３のステップＳ５４において、船舶目標
航路Ｃｌと相対位置目標点Ｄとの間に、船舶目標航路Ｃ
ｌと平行な直線である補正航路Ｅ２を設定する。この補
正航路Ｅ２は、後述する目標点Ｔ（Ｘt，Ｙt）を含む直
線として決定される。

【００３０】そして、これらの処理結果は、「目標航
路」として、目標航路演算部１０から出力され、図２に
示すように偏差量演算部１２へ入力される。偏差量演算
部１２は、目標航路演算部１０により補正されなかった
あるいは補正された船舶目標航路と、自船方位計２にて
測定された船舶Ａの方位の測定値及び自船位置センサ５
にて測定された船舶Ａの位置の測定値とに基づいて、船
舶Ａの航路保持制御に必要な偏差量を演算するものであ
る。この偏差量は、上述の図３の各ステップＳ５２〜Ｓ
５４で求めた各補正パターンに応じて、下記のように与
えられる。

【００３１】まず、図４の（ａ）のようにＴyd＜Ｒy1で
ある場合、すなわち図３のステップＳ５２のように補正
を行わない場合は、図５に示すように、船舶Ａの位置
（Ｘs，Ｙs）から船舶目標航路Ｃｌに下ろした垂線と同
航路Ｃｌとの交点Ｍ（Ｘm，Ｙm）から所定の距離ｄだけ
船舶Ａの進行方向へ離れた同航路Ｃｌ上の目標点Ｔ（Ｘ
t，Ｙt）を制御上の目標点とする。この目標点Ｔに対し
て、下記の航路偏差Δｙと方位偏差Δｐとを算出する。

【００３２】すなわち、図２における偏差量演算部１２
は、図５における船舶Ａの位置Ｓから交点Ｍまでの距離
である航路偏差Δｙを算出するとともに、位置Ｓと目標
点Ｔとを結ぶ線分と、船舶Ａの船体軸Ｆとがなす角度で
ある方位偏差Δｐを算出する。Δαは、船舶Ａの船体軸
Ｆと船舶目標航路Ｃｌとがなす角度である。上記の距離
ｄは制御上のパラメータで、このｄを大きくすると偏位
をゆっくり減らすことができる。

【００３３】次に、図４の（ｂ）に示すようにＴyd＞Ｒ
y2である場合、すなわち図３のステップＳ５３で設定さ
れた補正航路Ｅｌが相対位置目標点Ｄを含みかつ船舶目
標航路Ｃｌと平行な航路である場合は、図６に示すよう
に、相対位置目標点Ｄから所定の距離ｄだけ船舶Ａの進
行方向へ離れた補正航路Ｅｌ上の目標点Ｔ（Ｘt，Ｙt）
を制御上の目標とする。すなわち、偏差量演算部１２
は、船舶Ａの位置Ｓから補正航路Ｅｌまでの距離Δｙ、
詳細には船舶Ａの位置Ｓから補正航路Ｅｌへ下ろした垂
線と同補正航路Ｅｌとの交点Ｍ（Ｘm，Ｙm）までの距離
Δｙを算出するとともに、船舶Ａの位置Ｓと目標点Ｔと
を結ぶ線分と、船舶Ａの船体軸Ｆとがなす角度である方
位偏差Δｐを算出する。

【００３４】図４の（ｃ）に示すようにＲy1≦Ｔyd≦Ｒ
y2である場合、すなわち補正航路Ｅ２が船舶目標航路Ｃ
ｌと相対位置目標点Ｄとの間に位置しかつ船舶目標航路
Ｃｌに平行な直線である場合は、制御上の目標点Ｔ（Ｘ
t，Ｙt）は、図７に示すように、図４（ａ）及び図５に
示すものと同様の補正を行わない場合の目標点Ｔｌ（Ｘ
t1，Ｙt1）と、図４（ｂ）及び図６示すものと同様の補
正航路Ｅｌが相対位置目標点Ｄを含む場合の目標点Ｔ２
（Ｘt2，Ｙt2）とを結ぶ直線上の点とする。そして、こ
の目標点Ｔ（Ｘt，Ｙt）は、 Ｘt＝Ｘt1＋Ｋpp（Ｘt2−Ｘt1） Ｙt＝Ｙt1＋Ｋpp（Ｙt2−Ｙt1） で求められる。ここで Ｋpp＝（Ｔyd−Ｒy1）／（Ｒy2−Ｒy1） である。

【００３５】そして、図２における偏差量演算部１２
は、船舶Ａの位置Ｓから補正航路Ｅ２までの距離Δｙ、
詳細には船舶Ａの位置Ｓから補正航路Ｅ２との交点Ｍ
（Ｘm，Ｙm）までの距離を算出するとともに、船舶Ａの
中心Ｓと目標点Ｔとを結ぶ線分と、船舶Ａの船体軸Ｆと
がなす角度である方位偏差Δｐを算出する。

【００３６】図２において、偏差量演算部１２には、設
定器３において設定された船舶目標航路に平行な船舶Ａ
の設定速度Ｖcと、船舶速度センサ６からの船舶速度の
測定値Ｖsとが入力される。そして、この偏差量演算部
１２は、船舶目標航路Ｃｌに対する船体軸Ｆの傾きを考
慮してこの設定速度Ｖcをcos（Δα）で除したものと、
上記測定値Ｖsとの差である船舶速度偏差ΔＶを算出す
る。このとき、設定速度Ｖcに対して、前程距離偏差Ｌt
に依存した設定速度の補正を行う。

【００３７】このために、判定距離及び前程距離偏差演
算部９は、設定速度補正に必要な前程距離偏差Ｌtを算
出する。図１、図４に示すように、前程距離偏差Ｌt
は、相対位置目標点Ｄから船舶目標航路Ｃｌに下した垂
線からの船舶位置Ｓのずれとして与えられる。Ｌtは、
絶対値が中心Ｓと前記垂線との距離であり、前記垂線が
位置Ｓより（進行方向について）前に位置すれば正の値
とし、後ろに位置すれば負の値とする。船舶Ａと航走体
Ｂとの理想的な位置関係においては、前程距離偏差Ｌt
はゼロである。従って、前程距離偏差を無くすような設
定速度補正を行えばよい。

【００３８】図８に、このような設定速度補正を行うた
めの補正速度演算部１１の構成を示す。この補正速度演
算部１１は、距離偏差補正部１５と、航走体差速同定部
１６とを有し、これら距離偏差補正部１５からの出力と
航走体差速同定部１６からの出力の和が補正速度Ｖdと
なる。従って、偏差量演算部１２において、船舶Ａの設
定速度はＶc＋Ｖdとなる。

【００３９】まず、距離偏差補正部１５について説明す
る。距離偏差補正部１５は、図９に示すような特性をも
つ。基本的に前程距離偏差Ｌtに比例した補正速度成分
を算出する。よって、距離偏差補正部１５は、図１に示
したような相対位置目標点Ｄが船舶Ａの前方にある場
合、すなわち、前程距離偏差Ｌtが正の場合には、前程
距離偏差Ｌtに比例した正の補正速度成分を算出する。
これにより、船舶Ａが加速されて前程距離偏差Ｌtが減
ってゆく。逆に、相対位置目標点Ｄが船舶Ａの後方にあ
る場合、すなわち前程距離偏差Ｌtが負になった場合に
は、負の補正速度成分を算出する。これにより、船舶Ａ
が減速されて前程距離偏差Ｌtが増えてゆく。

【００４０】なお、航走体位置センサ４による航走体Ｂ
の位置計測には、船舶Ａの推進器から発生する雑音やマ
ルチパス問題等による高い計測ノイズを含んでいる。特
に、航走体位置センサ４に音響を利用した計測センサを
用いた場合に顕著になる。そこで、距離偏差補正部１５
において、計測ノイズに対応する幅の不感帯を有する比
例関係を採用することにより、船舶Ａの不必要かつ頻繁
な可減速を防ぐことができる。

【００４１】また、船舶Ａの加減速における運動特性は
時定数の大きいものであるため、船舶Ａが加速してその
まま前進すると前程距離偏差Ｌtがゼロとなってもすぐ
には減速できずに逆方向の前程距離偏差Ｌtを生じてし
まう。そこで、図９のように前程距離偏差Ｌtに比例し
た補正速度成分の値には、正側に上限値を、負側に下限
値を設けることにより、船舶Ａの運動特性を考慮した補
正速度成分を与えて、スムースな航路保持制御を行う。

【００４２】次に、航走体差速同定部１６について説明
する。

【００４３】実際に、船舶Ａ及び航走体Ｂは、それぞれ
独立した推進システム、制御システム及び計測システム
を持ち、さらに、潮流、波及び風等の外乱状態もそれぞ
れ異なるため、仮にそれぞれの速度制御において設定速
度を同じ値としても、結果として異なる速度で走行する
こととなる。ゆえに、補正速度Ｖdが距離偏差補正部１
５で決定される補正速度成分のみであると、一時的な外
乱により生じた前程距離偏差Ｌtをゼロに戻すことはで
きるが、船舶Ａ及び航走体Ｂの速度に定常的な誤差があ
るために、一旦ゼロになった前程距離偏差Ｌtは再び拡
大してしまう。結果として、船舶Ａの速度補正が断続的
になって船舶Ａの速度がスムースさを欠くこととなる。
航走体差速同定部１６は、船舶Ａと航走体Ｂの速度差
（船舶目標航路Ｃｌ方向の速度差である。以下、特に言
及しない）を同定し、これを定常的な補正として船舶Ａ
の設定速度Ｖcに与えることにより、上記の問題を解決
して安定な速度制御を行うためのものである。

【００４４】なお、船舶Ａの速度は船舶速度センサ６か
ら、航走体Ｂの速度はこれが搭載する速度センサ（図示
せず）から得られるが、これらのセンサが異なるもので
あれば、これらによる計測値の取扱いにおいてはセンサ
誤差を考慮する必要がある。また、当該計測値には、船
舶Ａと航走体Ｂの受けている潮流が異なることから生じ
る誤差もある。従って、これら速度センサの測定値の差
を同定すべき速度差とすることは精度的に問題がある。
よって、本発明では、船舶Ａと航走体Ｂの相対位置情報
たる前程距離偏差Ｌtから船舶Ａと航走体Ｂの速度差を
同定することとした。

【００４５】航走体差速同定部１６の構成を図１０に示
す。航走体差速同定部１６は、船舶Ａと航走体Ｂの速度
差の時間積分が前程距離偏差Ｌtとなることから、この
前程距離偏差Ｌtより速度差に含まれる定常的な誤差成
分を同定するものである。また、ノイズを含む前程距離
偏差Ｌtから、船舶Ａの速度制御を行いながらリアルタ
イムで速度差を同定する方法として、条件つき積分法を
用いている。

【００４６】つまり、判定距離及び前程距離偏差演算部
９において算出された前程距離偏差Ｌtと、時間微分器
ｘlとｘ2により得られた前程距離偏差Ｌtの時間による
一階微分と二階微分の値とが、条件つき積分コントロー
ラｘ3に入力される。積分動作特有の不安定性を避ける
ために、条件つき積分コントローラｘ3からの出力は以
下のようにする。すなわち、前程距離偏差Ｌt、この一
階微分及び二階微分の全ての値が正の場合、又はこれら
の全ての値が負の場合に、速度差の計測値の時間積分の
値に相当する前程距離偏差Ｌtを出力する。前記条件を
満たさなくなった時点から、条件つき積分コントローラ
ｘ3は出力をゼロにし、再度前記条件が満たされた場合
には、新たに各時点における前程距離偏差Ｌtを出力す
る。

【００４７】この後、前程距離偏差Ｌtに含まれるノイ
ズの影響を軽減するために、上記出力はローパスフィル
タｘ4に入力される。最終的に、ローパスフィルタｘ4か
らの出力に定数ゲインｘ5を掛けたものが船舶Ａと航走
体Ｂの速度差に含まれる定常的な誤差成分の同定速度と
なる。例えば、前程距離偏差Ｌtが負であり（Ｌt＜
０）、かつ前程距離偏差Ｌtの一階微分が負であり（ｄ
Ｌt／ｄt＜０）、かつ前程距離偏差Ｌtの二階微分が負
である（ｄ^２Ｌt／ｄt^２＜０）とき、つまり、船舶Ａが
相対位置目標点Ｄより前方に位置し（Ｌt＜０）、かつ
前程距離偏差Ｌtが時間と共に広がりつつあり（ｄＬt／
ｄt＜０）、かつ船舶Ａが加速状態にある（ｄ ^２Ｌt／ｄ
t^２＜０）とき、条件つき積分コントローラｘ３から前
程距離偏差Ｌtが出力され、ローパスフィルタｘ4で処理
後、定数ゲインｘ5を乗じることにより船舶Ａと航走体
Ｂの速度差による補正速度（この例では前程距離偏差Ｌ
tが負であるから、減速方向の補正）が出力される。

【００４８】なお、航走体差速同定部１６には、過剰な
大きさの補正速度を出力することを防止するために、上
下限を設定するリミッタを設けても良い。さらに、船舶
Ａや航走体Ｂが航路変更あるいは旋回をする場合には、
これらの前後における同定速度の移行を迅速におこなう
ために、同定速度をリセットする機構を設けてもよい。

【００４９】次に、本発明における補正速度演算部１１
の効果を確認するためのシミュレーション概要を示す。
船舶Ａの設定速度は３ｍ／ｓとし、航走体Ｂの設定速度
は２.９ｍ／ｓとし、船舶Ａと航走体Ｂは共に与えられ
た設定速度で走行するものとする。これら速度の時間積
分の差が前程距離偏差Ｌtであり、航走体位置計測セン
サ４のノイズとしてホワイトノイズが重畳している。な
お、同センサのサンプリング周期は５秒としている。距
離偏差補正部１５における不感帯の幅は±３ｍとし、航
走体差速同定部１６におけるローパスフィルタｘ4の時
定数は１０秒、定数ゲインｘ5は１／秒である。また、
船舶Ａの応答は、時定数１８０秒の一次遅れとして近似
している。

【００５０】図１１（ａ）〜（ｃ）にシミュレーション
結果を示す。横軸は時間であり、単位は秒である。図１
１（ａ）は船舶Ａと航走体Ｂの走行距離を示したもので
ある。共にほぼ同じ走行距離を辿ることが分かる。図１
１（ｂ）は前程距離偏差Ｌtを示したものである。単位
はメートルである。最初は３.５ｍ程度に広がったが、
時間が経過して船舶Ａの速度補正が進むにつれて若干の
残留偏差を残して落ち着くことが分かる。図１１（ｃ）
は補正速度Ｖdと実船速差Ｖs−Ｖc0（Ｖc0は設定速度Ｖ
cの初期値、３ｍ／ｓ）を示すものである。最終的に補
正速度Ｖdは−０.１ｍ／ｓとなり、補正された船船Ａの
設定速度は、航走体Ｂの設定速度と一致する。

【００５１】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によると、船舶の目
標航路と同一又は平行な航路を船舶目標航路とし、航走
体に対して船舶が保持すべき相対位置を相対位置目標点
とし、この相対位置目標点と前記船舶目標航路との距離
を判定距離とし、前記相対位置目標点から船舶目標航路
に下した垂線からの船舶位置のずれを前程距離偏差とし
て、前記判定距離に依存した船舶目標航路の補正を行
い、前記前程距離偏差に依存した船舶の設定速度の補正
を行うため、船舶において、その航路を保持する制御
と、併走する航走体との相対位置を保持する制御とをバ
ランス良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の船舶の航路制御方法を説
明するための概略図である。

【図２】本発明の実施の形態の概略構成を示すブロック
図である。

【図３】図２に示された仮の目標航路演算部における処
理の様子を示す説明図である。

【図４】仮の目標航路演算部における演算アルゴリズム
の概念図である。

【図５】図４（ａ）の場合の偏差量の計算を説明する説
明図である。

【図６】図４（ｂ）の場合の偏差量の計算を説明する説
明図である。

【図７】図４（ｃ）の場合の偏差量の計算を説明する説
明図である。

【図８】図２に示された補正速度演算部における処理の
様子を示す説明図である。

【図９】図８における距離偏差補正部での補正特性を示
す特性図である。

【図１０】図８における航走体差速同定部の構成を示す
説明図である。

【図１１】図２及び図８に示された補正速度演算部の効
果を確認するためのシミュレーション結果を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ 制御装置 ２ 自船方位計 ３ 設定器 ４ 航走体位置センサ ５ 船舶位置センサ ６ 船舶速度センサ ７ 推進装置 ８ 航走体相対位置演算部 ９ 判定距離及び前程距離偏差演算部 １０ 目標航路演算部 １１ 補正速度演算部 １２ 偏差量演算部 １３ 制御信号演算部 Ａ 船舶 Ｂ 航走体 Ｃｌ 船舶目標航路 Ｄ 相対位置目標点 Ｔyd 判定距離 Ｌt 前程距離偏差

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−268480（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−79497（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−121194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−129396（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−55095（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B63H 25/04 G05D 1/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の目標航路及び設定速度について航
   路保持制御を行う航走体と併走する船舶に係る航路保持
   制御方法であって、 前記目標航路と同一又は平行な航路を船舶目標航路と
   し、航走体に対して船舶が保持すべき相対位置を相対位
   置目標点とし、 この相対位置目標点と前記船舶目標航路との距離を判定
   距離とし、前記相対位置目標点から船舶目標航路に下し
   た垂線からの船舶位置のずれを前程距離偏差として、前
   記判定距離に依存した船舶目標航路の補正を行い、前記
   前程距離偏差に依存した船舶の設定速度の補正を行うこ
   とを特徴とする船舶の航路保持制御方法。
2. 【請求項２】 前記船舶目標航路の補正は、 前記判定距離が所定の上限値より大きい場合、前記相対
   位置目標点を含み前記船舶目標航路に平行な補正航路を
   設定し、 前記判定距離が所定の下限値から前記上限値までの間で
   ある場合、前記判定距離が前記下限値であるときには前
   記船舶目標航路に一致し、前記判定距離が前記上限値で
   あるときには前記相対位置目標点を含み、前記判定距離
   が前記下限値より大きく前記上限値より小さいときはこ
   の判定距離の大きさに依存して前記船舶目標航路と前記
   相対位置目標点との間で位置が変化する、前記船舶目標
   航路に平行な補正航路を設定し、 前記判定距離が前記下限値より小さい場合は、補正航路
   の設定を行わないことを特徴とする請求項１記載の船舶
   の航路保持制御方法。
3. 【請求項３】 前記船舶の設定速度の補正は、前程距離
   偏差との比例関係により決定される成分と、船舶と航走
   体との船速差を同定した成分を用いることを特徴とする
   請求項１又は２記載の船舶の航路保持制御方法。
4. 【請求項４】 前記比例関係は不感帯と所定の上下限を
   有し、前程距離偏差、前程距離偏差の一階微分、前程距
   離偏差の二階微分の全ての値が正又は負である場合は前
   程距離偏差を用いた出力を、これら以外の場合はゼロ値
   である出力を、ローパスフィルタに通過させ、この後所
   定のゲインを乗じることにより、船速差の同定を行うこ
   とを特徴とする請求項３記載の船舶の航路保持制御方
   法。
5. 【請求項５】 所定の目標航路及び設定速度について航
   路保持制御を行う航走体と併走する船舶の航路保持制御
   装置であって、 船舶が保持すべき航走体からの相対位置である相対位置
   目標点を設定する手段と、 前記目標航路に同一又は平行な船舶目標航路を設定する
   手段と、 前記相対位置目標点と船舶目標航路との距離である判定
   距離を求める手段と、 この判定距離に依存した船舶目標航路の補正を行う手段
   と、 前記相対位置目標点から船舶目標航路に下した垂線と船
   舶との距離である前程距離偏差を求める手段と、 この前程距離偏差に依存した船舶の設定速度の補正を行
   う手段とを備えることを特徴とする船舶の航路保持制御
   装置。
6. 【請求項６】 前記船舶目標航路の補正を行う手段は、 前記判定距離が所定の上限値より大きい場合、前記相対
   位置目標点を含み前記船舶目標航路に平行な補正航路を
   設定し、 前記判定距離が所定の下限値から前記上限値までの間で
   ある場合、前記判定距離が前記下限値であるときには前
   記船舶目標航路に一致し、前記判定距離が前記上限値で
   あるときには前記相対位置目標点を含み、前記判定距離
   が前記下限値より大きく前記上限値より小さいときはこ
   の判定距離の大きさに依存して前記船舶目標航路と前記
   相対位置目標点との間で位置が変化する、前記船舶目標
   航路に平行な補正航路を設定し、 前記判定距離が前記下限値より小さい場合は、補正航路
   の設定を行わないことを特徴とする請求項５記載の船舶
   の航路保持制御装置。
7. 【請求項７】 前記設定速度の補正を行う手段は、前記
   前程距離偏差との比例関係により決定される成分と、船
   舶と航走体との船速差を同定した成分との和により補正
   を行うように構成されていることを特徴とする請求項５
   又は６記載の船舶の航路保持制御装置。
8. 【請求項８】 前記比例関係は不感帯と所定の上下限を
   有し、前程距離偏差、前程距離偏差の一階微分、前程距
   離偏差の二階微分の全ての値が正又は負である場合は前
   程距離偏差を用いた出力を、これら以外の場合はゼロ値
   である出力を、ローパスフィルタに通過させ、この後所
   定のゲインを乗じることにより、速度差の同定を行うよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項７記載の船
   舶の航路保持制御装置。
9. 【請求項９】 所定の目標航路及び設定速度について航
   路保持制御を行う航走体と船舶とを併走させるに際し、 前記航走体は、所定の目標航路と設定速度について航路
   保持制御を行い、 前記船舶は、前記目標航路と平行な航路を船舶目標航路
   として航路保持制御を行い、 前記船舶の航路保持制御は、前記航走体に対して当該船
   舶が保持すべき相対位置を相対位置目標点とし、この相
   対位置目標点と前記船舶目標航路との距離を判定距離と
   し、前記相対位置目標点から船舶目標航路に下した垂線
   と前記船舶との距離を前程距離偏差とし、前記判定距離
   に依存した船舶目標航路の補正を行い、前記前程距離偏
   差に依存した前記船舶の設定速度の補正を行うことによ
   り実行することを特徴とする航走体と船舶を併走させる
   方法。
10. 【請求項１０】 所定の目標航路及び設定速度について
    航路保持制御を行う航走体と併走する船舶であって、 前記航走体に対して前記船舶が保持すべき相対位置であ
    る相対位置目標点を設定する手段と、 前記目標航路に平行な船舶目標航路を設定する手段と、 前記相対位置目標点と船舶目標航路との距離である判定
    距離を求める手段と、 この判定距離に依存した船舶目標航路の補正を行う手段
    と、 前記相対位置目標点から船舶目標航路に下した垂線と前
    記船舶との距離である前程距離偏差を求める手段と、 この前程距離偏差に依存した前記船舶の設定速度の補正
    を行う手段とを備えることを特徴とする船舶。