JP3848817B2 - Navigation obstacle detection device - Google Patents

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JP3848817B2
JP3848817B2 JP2000176624A JP2000176624A JP3848817B2 JP 3848817 B2 JP3848817 B2 JP 3848817B2 JP 2000176624 A JP2000176624 A JP 2000176624A JP 2000176624 A JP2000176624 A JP 2000176624A JP 3848817 B2 JP3848817 B2 JP 3848817B2
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博 長倉
和生 松田
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水上、水中、水底の障害物を探知し、その障害物を避けて安全に航行させるための航行障害物探知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4を参照して、従来例を説明する。避航操船装置1は、インターフェース19を介して、ドップラーソナー2、衛星航法装置3およびジャイロコンパス4に接続されており、インターフェース20を介して、レーダ(衝突予防装置)5に接続されている。また、避航操船装置1は、計画航路入力装置13を介して、航海装置6に接続され、インターフェース21を介して、オートパイロット7、並びに主機リモコン8および操舵リモコン8aに接続されている。
【0003】
ドップラーソナー2から自船の縦方向船速v、横方向船速vがインターフ
ェース19経由で船速・針路演算装置9に送信され、ここで自船の船速v、針路ψが計算される。船速vと針路ψは、船速・針路演算装置9から避航航路計画装置10に取り込まれる。
【0004】
衛星航法装置3からはインターフェース19経由で自船位データpが、ジャイロコンパス4からは同じくインターフェース19経由で船首方位φが避航航路計画装置10に送られる。
【0005】
レーダ(衝突予防装置)5からは、自船から他船への方位φt,i、他船との距離dt,i、他船の針路ψt,i、他船の船速vt,i、が、インターフェース20および演算装置22経由で、避航航路計画装置10に送られるとともに、閉塞領域演算装置11にも取り込まれる。閉塞領域演算装置11では、各他船毎に閉塞領域(他の船舶を入れない領域・船間距離)CAを長方形として計算する。他船の閉塞領域CAは、避航航路計画装置10に送られる。
【0006】
また、自船が航行すべき計画航路PRは、航海装置6またはCRT入力装置12から計画航路入力装置13を経て避航航路計画装置10へ入力される。避航航路計画装置10では、上記の各種データと、記憶装置14に記憶された海図に基づいて入力された座礁危険領域DA、及び記憶装置15に記憶された知識ベース内のルールを用いて避航航路ARが計画される。
【0007】
上記の処理において実際に避航航路計画装置10で取り扱われる上記データは、図5に示す型式でCRT表示装置16に表示される。同図で、符号pvは自船ベクトル、tv1、tv2、tv3は他船ベクトル、DAは座礁危険領域、CA、CA、CAはそれぞれの他船の閉塞領域、PRは元の計画航路、TRは自船の航跡、ARは避航航路、WP、WP、WPはそれぞれ避航のために計画された変更点、ψは避航航路ARに沿って自船を航行させるための針路指令値、Vは船速指令値である。
【0008】
針路指令値ψと船速指令値Vは、避航操船のための支援情報となり、これに従って手動操船が実施できる。図4に示すように、スイッチ17を閉、スイッチ18を開とした場合、前記情報ψ、Vは、インターフェース21を介して、オートパイロット7へ送られ、自動操船状態となる。一方、スイッチ17を開、スイッチ18を閉とした場合、前記情報ψ、Vは、主機リモコン8および操舵リモコン8aへ送られ、手動操船状態となる。
【0009】
以上に示した如く、記憶装置14に記憶された座礁危険領域DAと、レーダ5から取り込んだ他船データにより計算された他船データ毎の閉塞領域CAとの、両領域に交錯しないように避航航路計画装置10が避航航路ARを設定する。このときに、記憶装置15内の知識ベースとしての、法規(海上衝突予防法など)や経験則が参照され、最終的に安全で法規に合った避航航路ARを決定する。この設定された避航航路ARに対して一定周期で安全性の評価を行い、周囲の状況の変化により危険が増すと、最新のデータをもとに再計画する。
【0010】
得られた避航航路ARは、図5に示したように、座礁危険領域DAや他船マーク、自船マークとともにCRT表示装置16の画面上にグラフィック表示され常時監視可能である。また、併せて、避航航路ARに沿って自船を航行させるための針路、船速指令値ψ、VもCRT表示装置16の画面上に表示するとともに、スイッチ17,18を切り替えることによってオートリモコン7,主機リモコン8、操舵リモコン8aによる自動・手動操船も可能となる。
【0011】
以上の如く、本システムによれば、浅瀬や暗礁、他船に対する避航の安全性、信頼性を高めるとともに、操船者の作業負担軽減、要員の省人化に寄与する自動操船が可能となる。また、船員の誤判断、誤操作防止のための支援装置としても有効である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
一方、衝突を防止するための航海支援機器は、依然として従来の電波レーダに依存しており、木製やプラスチック製の小型船舶、浮遊する漁網などの障害物は全く認識できない。また、水中の障害物についても海図が整備されつつあるものの、これに示されていない暗礁は、記憶装置にも入力されないため、認識することができず、運航側からこれらを認知できる装置の必要性が指摘され続けている。
【0013】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、従来技術では達成できなかった木製小型船舶の探知及び水中障害物探知が可能な、航行障害物探知装置を提供することを目的としている。
本発明の更に他の目的は、下記の実施の形態を通じて、より具体的に明らかに記述される。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の航行障害物探知装置は、レーザレーダ部を備えた航行障害物探知装置であって、前記レーザレーダ部は、認識対象物体にパルスレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前記パルスレーザ光の照射に同期した動作開始信号および動作間隔信号に応答してシャッタ動作を行うシャッタ手段と、受光部を有し、前記シャッタ手段を介して前記認識対象物体からの反射光を前記受光部により受光して撮像を行う撮像手段と、前記受光部の光軸上を前記認識対象物体に向けて前記パルスレーザ光が進むように、前記レーザ光照射手段から照射された前記パルスレーザ光をガイドするガイド手段とを有している。
【0015】
本発明の航行障害物探知装置において、前記レーザレーダ部は、雲台に搭載され、前記雲台を駆動する雲台駆動手段と、船舶の動揺を検出するセンサーと、前記センサーの検出結果に基づいて前記雲台駆動手段による駆動動作を制御する雲台制御手段とを備えている。
【0016】
本発明の航行障害物探知装置において、更に、前記パルスレーザ光が前記認識対象物体に照射されるように、前記ガイド手段によってガイドされた前記パルスレーザ光を反射する反射手段を備え、前記反射手段は、雲台に搭載され、前記雲台を駆動する雲台駆動手段と、船舶の動揺を検出するセンサーと、前記センサーの検出結果に基づいて前記雲台駆動手段による駆動動作を制御する雲台制御手段とを備えている。
【0017】
本発明の航行障害物探知装置において、前記雲台には、防振手段が設けられている。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第1の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る航行障害物探知操船装置を構成するレーザレーダ部の構成を示すブロック図である。
本実施形態において、前記従来例と同様の構成要素については、同一符号を付けてその詳細な説明を省略する。
【0019】
図1および図4に示すように、本実施形態では、従来の電波レーザ5の他に、
レーザレーダ部23がインターフェース20を介して避航操船装置1に接続されている。
【0020】
図1を参照して、レーザレーダ部23について説明する。
レーザレーダ部23は、送光システム部230と、受光システム部240とを備えている。認識対象物体を照明することに用いられるパルス状のレーザ光40は、パルスレーザ装置100により発生する。ここで、このパルスレーザ光40の出力、パルス幅、発生の繰り返し周波数等の特性は、パーソナルコンピュータ等から構成される制御信号発生装置160により、ユーザ(観測者)から指定される。そして、この指定に従った制御信号が、制御信号発生装置160から、パルスレーザ制御装置200に伝送され、このパルスレーザ制御装置200によりパルスレーザ装置100が動作する。
【0021】
また、このとき必要な電力は、パルスレーザ用電源装置300より供される。
さらに、制御信号発生装置160とパルスレーザ制御装置200との間の伝送手段については、光ケーブル180a等を用いることにより、遠距離間での動作制御が可能となる。
【0022】
パルスレーザ装置100により発せられたパルスレーザ光40は、照明用光学レンズ系50によって、空間的に拡大(若しくは縮小)され、パルスレーザ照明光40aとして、認識対象物体を照明するために照射される。ここで、照明用光学レンズ系50は、パルスレーザ照明光40a(即ち40c)が適当な領域となるように、照明領域制御装置60にて制御される。具体的には、認識対象物体までの距離が短いとき、または認識対象物体が大きいときには画像領域全体に認識対象物体が全て含まれるように照明領域40Kを広く設定し、認識対象物体までの距離が長いとき、または認識対象物体が小さいときには画像領域全体に占める認識対象物体の割合が大きくなるように照明領域40Kを狭く設定する。これにより、最終的に得られる画像では、画像領域全体に対して常に最適な割合で認識対象物体が表示されるので、認識対象物体までの距離および認識対象物体の大きさに関係なく常に高分解能を保つことができる。
【0023】
この照明領域制御装置60に対する制御信号についても、前述と同じように、光ケーブル180b等を用い、制御信号発生装置160を介して、ユーザ(観測者)が指定することができる。
【0024】
パルスレーザ照明光40aは、反射器(ミラーまたはプリズム)190,201,210で反射されて、符号40bで示した状態から40cの状態となって、照明領域40Kへ照射される。このようにして、照明領域40Kへパルスレーザ光40cが照射され、その領域40K内に物体があると、その物体によってパルスレーザ光40cが反射され、反射光80aとして戻ってくる。そして、反射光80aは、反射器210で反射されて、反射光80bとなり、受光用光学レンズ系70によって受光される。反射器190,201を設けることによって、照射光40aは、反射(40b)・再反射(40c)して、反射光80aと同軸となる。すなわち、反射器190,201は、受光用光学レンズ系(受光部)70の光軸上を照射光40cが進むように、パルスレーザ装置100から照射されたレーザ光40aをガイドしている。これにより、前記受光部による受光可能領域(撮像可能範囲)の全域に対して、レーザ光40cを照射することができ、認識対象物体の見落としの防止および視認性の向上に供することができる。特に、受光部から認識対象物体までの距離が短いとき、または認識対象物体が大きいときに、反射器190,201のようなガイド手段が無いと、照射領域40Kと受光領域80Kとの不一致がより大きな問題となっていた。
なお、反射器210は、前記ガイド手段として機能しているわけではなく、反射器190,201によって、照射光および反射光の光軸は一致する。
【0025】
反射光80bの受光領域80Kは、受光用光学レンズ系70によって、照明領域40Kと略同一の領域を有するように制御信号発生装置160によってユーザ(観測者)に指定され、照明領域制御装置60および受光領域制御装置90は、照明・受光領域40K,80Kが互いに同一となるように自動的に制御される。この制御は、制御信号発生装置160からの信号により受光領域制御装置90を駆動することによって、受光用光学レンズ系70を構成するレンズ群の位置を変化させて行う。
【0026】
受光用光学レンズ系70によって集光された、認識対象物体からの信号光は、シャッタ装置101を経て、受光装置120へ導入される。ここで、シャッタ装置101においては、制御信号発生装置160により発せられる動作開始信号と動作間隔信号とに従って作動するシャッタ作動制御装置110により、シャッタ動作の開(open)と閉(close)を行う。
【0027】
この動作開始時刻は、パルスレーザ装置100から発せられるパルスレーザ光40の照射と同期して(つまり、パルスレーザ制御装置200と同期して)おり、認識対象物体までの距離に応じて変化できるように設定される。また、このとき、認識対象物体までの距離が不明の場合にも、動作開始時刻を僅かずつずらすことによって、認識対象物体を探査することが可能となる。また、動作間隔信号によってシャッタ動作の開(open)時間間隔を設定し、ユーザ(観測者)によって指定された領域からの信号光のみを取り込むことが可能となる。すなわち、上記2つの信号(動作開始時刻及び動作間隔)の組み合わせによって、ユーザ(観測者)は、選択的な断層観測が可能となる。
【0028】
また、受光装置120に対しては、受光装置制御装置130より、ゲイン、アイリス(絞り)、撮像周期等の受光特性に関する制御信号が伝送され、この制御信号に従って撮像される。ここで、前述した、受光領域制御装置90、シャッタ動作制御装置110、受光装置制御装置130に対する制御信号は、すべて、遠隔から伝送可能なように光ケーブル180c,180d,180e等を介して、制御信号発生装置160より発せられる。
【0029】
受光装置120に導入され、撮像された認識対象物体の画像情報は、インターフェース20を介して避航航路計画装置10、閉塞領域演算装置11へ送られる。
【0030】
次いで、図2を参照して、第2の実施形態について説明する。
レーザレーダ部23の送光システム部231と受光システム部241は、防振ゴム、ばね等の防振装置を介して雲台41Aに搭載されており、その下面に雲台駆動装置42Aが取り付けられている。雲台駆動装置42Aは、雲台制御装置43Aに接続され、さらに船舶の動揺センサー(加速度計等)44Aに接続されている。
【0031】
本実施形態によれば、雲台41Aは、雲台制御装置43Aによってユーザに指定され、雲台駆動装置42Aによって上下左右任意の方向へ動かされ、船の前方を広い範囲にわたって探査(走査)する。さらに、船の動揺を動揺センサー44Aで検知し、その動揺を相殺する信号を雲台制御装置43Aで演算し、その信号で雲台駆動装置42Aを動かすことにより、また、防振装置の作用により船の動揺や振動によるレーザレーダの認識誤差を防止することができる。
【0032】
次に、図3を参照して、第3の実施形態について説明する。
照明光及び反射光の反射器210Bは、防振装置を介して雲台41Bに搭載され、その下面に雲台駆動装置42Bが取り付けられている。雲台駆動装置42Bは、雲台制御装置43Bに接続され、さらに船舶の動揺センサー44Bに接続されている。
【0033】
反射器210Bを搭載した雲台41Bは、雲台制御装置43Bによってユーザに指定され、雲台駆動装置42Bによって船の前方を広範に探査できる。さらに、動揺センサー44Bの船の動揺信号を相殺するよう雲台制御装置43Bで雲台駆動装置42Bを制御し、防振装置の作用とともにレーザレーダの誤認識を防止できる。
【0034】
【発明の効果】
本発明による航行障害物探知装置によれば、前記レーザレーダ部は、認識対象物体にパルスレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前記パルスレーザ光の照射に同期した動作開始信号および動作間隔信号に応答してシャッタ動作を行うシャッタ手段と、受光部を有し、前記シャッタ手段を介して前記認識対象物体からの反射光を前記受光部により受光して撮像を行う撮像手段と、前記受光部の光軸上を前記認識対象物体に向けて前記パルスレーザ光が進むように、前記レーザ光照射手段から照射された前記パルスレーザ光をガイドするガイド手段とを備えているため、従来の操船システムでは達成し得なかった小型木造船、海面浮遊物、水中障害物まで探知可能で、前記受光部による受光可能領域(撮像可能範囲)の全域に対して、レーザ光を照射することができ、認識対象物体の見落としの防止および視認性の向上に供することができる。特に、受光部から認識対象物体までの距離が短いとき、または認識対象物体が大きいときに、ガイド手段が無いと、照射領域と受光領域との不一致がより大きな問題となっていたが、本発明によれば、その問題を解消することができる。
【0035】
また、本発明によれば、前記レーザレーダ部は、雲台に搭載され、前記雲台を駆動する雲台駆動手段と、船舶の動揺を検出するセンサーと、前記センサーの検出結果に基づいて前記雲台駆動手段による駆動動作を制御する雲台制御手段とを備え、あるいは、前記反射手段は、雲台に搭載され、前記雲台を駆動する雲台駆動手段と、船舶の動揺を検出するセンサーと、前記センサーの検出結果に基づいて前記雲台駆動手段による駆動動作を制御する雲台制御手段とを備え、さらに、前記雲台には、防振手段が設けられているため、雲台は、雲台制御手段によってユーザに指定され、雲台駆動手段によって上下左右任意の方向へ動かされ、船の前方を広い範囲にわたって探査(走査)する。さらに、船の動揺をセンサーで検知し、その動揺を相殺する信号を雲台制御手段で演算し、その信号で雲台駆動手段を動かすことにより、また、防振手段の作用により船の動揺や振動によるレーザレーダの認識誤差を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の第1の実施形態に係る航行障害物探知操船装置を構成するレーザレーダ部の構成を示すブロック図である。
【図2】 図2は、第2の実施形態を構成するレーザレーダ部の構成を示すブロック図である。
【図3】 図3は、第3の実施形態を構成するレーザレーダ部の構成を示すブロック図である。
【図4】 図4は、従来一般の航行障害物探知操船装置の構成を示すブロック図である。
【図5】 図5は、従来一般の航行障害物探知操船装置を構成するCRT表示装置の画面の一例を示す図である。
【符号の説明】
5…レーダ(障害物探知部)
7…オートパイロット(自動運航手段)
8…主機リモコン(自動運航手段)
9…船速・針路演算装置(船速針路演算手段)
10…避航航路計画装置(避航航路計画決定手段、進路船速指令値演算手段)
11…閉塞領域演算装置(閉塞領域演算手段)
14…第1の記憶手段
15…第2の記憶手段
16…CRT表示装置(表示手段)
23…レーザレーダ部
23a…レーザレーダ部
23b…レーザレーダ部
40…パルスレーザ光
40a…パルスレーザ光
40b…パルスレーザ光
40c…パルスレーザ光
41A…雲台
41B…雲台
42A…雲台駆動装置(雲台駆動手段)
42B…雲台駆動装置(雲台駆動手段)
43A…雲台制御装置(雲台制御手段)
43B…雲台制御装置(雲台制御手段)
44A…センサー
44B…センサー
70…受光用レンズ系(受光部)
80a…反射光
80b…反射光
100…パルスレーザ装置(レーザ光照射手段)
101…シャッター装置(シャッタ手段)
120…受光装置(撮像手段)
190…反射器(ガイド部)
201…反射器(ガイド部)
p…自船位データ
v…自船の進路
ψ…自船の進路方向への船速
…自船の縦方向船速データ
…自船の横方向船速データ
φ…船首方位
t,i…自船と他船との距離
ψt,i…他船の針路(進路)
t,i…他船の船速
CA…閉塞領域
DA…座礁危険領域
AR…避航航路
…船速指令値
ψ…進路指令値
pv…自船ベクトル
v1…他船ベクトル
v2…他船ベクトル
v3…他船ベクトル
TR…自船の航跡
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a navigation obstacle detection device for detecting obstacles on the water, underwater, and bottom of the water, and navigating safely while avoiding the obstacles.
[0002]
[Prior art]
A conventional example will be described with reference to FIG. The avoidance ship maneuvering apparatus 1 is connected to the Doppler sonar 2, the satellite navigation apparatus 3, and the gyrocompass 4 through an interface 19, and is connected to a radar (collision prevention apparatus) 5 through an interface 20. The evacuation ship maneuvering apparatus 1 is connected to the voyage apparatus 6 via the planned route input apparatus 13 and is connected to the autopilot 7, the main engine remote controller 8, and the steering remote controller 8 a via the interface 21.
[0003]
The vertical ship speed v v and the horizontal ship speed v h of the own ship are transmitted from the Doppler sonar 2 to the ship speed / route arithmetic unit 9 via the interface 19, where the ship speed v and the course ψ of the ship are calculated. The The ship speed v and the course ψ are taken into the evacuation route planning apparatus 10 from the ship speed / course arithmetic device 9.
[0004]
From the satellite navigation device 3, the own ship position data p is sent to the avoidance route planning device 10 via the interface 19, and from the gyrocompass 4 the bow direction φ is sent via the interface 19.
[0005]
From the radar (collision prevention device) 5, the direction φ t, i from the own ship to the other ship, the distance d t, i from the other ship, the course ψ t, i of the other ship, the ship speed v t, i is sent to the avoidance route planning device 10 via the interface 20 and the computing device 22 and also taken into the closed region computing device 11. In closed area operation unit 11 calculates the CA i (region-Funama distance not put other vessels) occluded region for each other ship as a rectangle. Choke area CA i of other vessels are sent to the Collision route planning device 10.
[0006]
The planned route PR to be navigated by the ship is input from the navigation device 6 or the CRT input device 12 to the avoidance route planning device 10 via the planned route input device 13. In the avoidance route planning apparatus 10, the avoidance route is determined using the above-mentioned various data, the grounding danger area DA input based on the chart stored in the storage device 14, and the rules in the knowledge base stored in the storage device 15. AR is planned.
[0007]
In the above processing, the data actually handled by the avoidance route planning device 10 is displayed on the CRT display device 16 in the form shown in FIG. In the figure, the symbol pv is the own ship vector, t v1 , t v2 and tv 3 are the other ship vectors, DA is the grounding danger area, CA 1 , CA 2 and CA 3 are the blocked areas of the other ships, and PR is the original , TR is the wake of the ship, AR is the evacuation route, WP 1 , WP 2 and WP 3 are the changes planned for evasion, and ψ 0 is the ship along the evacuation route AR course command value for, V 0 is the ship speed command value.
[0008]
The heading command value ψ 0 and the boat speed command value V 0 serve as support information for avoiding ship maneuvering, and manual ship maneuvering can be performed in accordance therewith. As shown in FIG. 4, when the switch 17 is closed and the switch 18 is opened, the information ψ 0 , V 0 is sent to the autopilot 7 via the interface 21 to enter an automatic ship maneuvering state. On the other hand, when the switch 17 is opened and the switch 18 is closed, the information ψ 0 , V 0 is sent to the main engine remote control 8 and the steering remote control 8a, and a manual boat maneuvering state is set.
[0009]
As described above, the grounding danger area DA stored in the storage device 14 and the blocked area CA i for each other ship data calculated from the other ship data fetched from the radar 5 should not be mixed in both areas. The avoidance route planning device 10 sets the avoidance route AR. At this time, regulations (such as the maritime collision prevention method) and empirical rules as a knowledge base in the storage device 15 are referred to, and finally the avoidance route AR that is safe and conforms to the regulations is determined. Safety evaluation is performed on the set evacuation route AR at regular intervals, and if the danger increases due to changes in the surrounding environment, the plan is re-planned based on the latest data.
[0010]
As shown in FIG. 5, the obtained evacuation route AR is graphically displayed on the screen of the CRT display device 16 together with the grounded danger area DA, the other ship mark, and the own ship mark, and can be constantly monitored. At the same time, the course for navigating the ship along the avoidance route AR, the ship speed command values ψ 0 and V 0 are also displayed on the screen of the CRT display device 16 and the switches 17 and 18 are switched. Automatic / manual ship maneuvering by the auto remote controller 7, the main machine remote controller 8, and the steering remote controller 8a is also possible.
[0011]
As described above, according to the present system, it is possible to improve the safety and reliability of evacuation to shallow waters, reefs, and other ships, and to reduce the work burden on the ship operator and to contribute to the labor saving of personnel. It is also effective as a support device for preventing misjudgment of sailors and misoperation.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, navigation support equipment for preventing collisions still relies on conventional radio radars, and cannot recognize obstacles such as wooden or plastic small ships or floating fishing nets. In addition, although charts are being prepared for obstacles in the water, reefs not shown here are not input to the storage device, so they cannot be recognized, and there is a need for a device that can recognize them from the operating side. Sex continues to be pointed out.
[0013]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a navigation obstacle detection device capable of detecting a wooden small ship and an underwater obstacle that cannot be achieved by the conventional technology.
Other objects of the present invention will be described more specifically through the following embodiments.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The navigation obstacle detection device of the present invention is a navigation obstacle detection device including a laser radar unit, wherein the laser radar unit is configured to irradiate a recognition target object with a pulse laser beam, and the pulse laser. A shutter unit that performs a shutter operation in response to an operation start signal and an operation interval signal synchronized with light irradiation, and a light receiving unit, and the reflected light from the recognition target object is transmitted by the light receiving unit via the shutter unit. An imaging unit that receives and captures an image, and guides the pulse laser beam emitted from the laser beam irradiation unit so that the pulse laser beam travels on the optical axis of the light receiving unit toward the recognition target object. Guide means.
[0015]
In the navigation obstacle detection device of the present invention, the laser radar unit is mounted on a pan head, and is based on a pan head driving means for driving the pan head, a sensor for detecting a shake of a ship, and a detection result of the sensor. And a pan head control means for controlling the driving operation by the pan head drive means.
[0016]
In the navigation obstacle detection device of the present invention, the reflection means further includes a reflection unit that reflects the pulse laser beam guided by the guide unit so that the pulse laser beam is irradiated onto the recognition target object. Is a pan head mounted on the pan head and driving the pan head, a sensor for detecting the movement of the ship, and a pan head for controlling the driving operation by the pan head driving means based on the detection result of the sensor. Control means.
[0017]
In the navigation obstacle detection device according to the present invention, the camera platform is provided with a vibration isolating means.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser radar unit constituting the navigation obstacle detection maneuvering apparatus according to the present embodiment.
In the present embodiment, the same components as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 4, in this embodiment, in addition to the conventional radio wave laser 5,
A laser radar unit 23 is connected to the evacuation ship maneuvering apparatus 1 via the interface 20.
[0020]
The laser radar unit 23 will be described with reference to FIG.
The laser radar unit 23 includes a light transmission system unit 230 and a light reception system unit 240. The pulsed laser beam 40 used for illuminating the recognition target object is generated by the pulse laser device 100. Here, characteristics such as the output of the pulse laser beam 40, the pulse width, and the repetition frequency of generation are specified by the user (observer) by the control signal generator 160 constituted by a personal computer or the like. A control signal in accordance with this designation is transmitted from the control signal generator 160 to the pulse laser controller 200, and the pulse laser apparatus 100 is operated by the pulse laser controller 200.
[0021]
Further, the power required at this time is supplied from the pulse laser power supply device 300.
Further, as for the transmission means between the control signal generator 160 and the pulse laser controller 200, the operation control over a long distance can be performed by using the optical cable 180a or the like.
[0022]
The pulsed laser light 40 emitted from the pulsed laser device 100 is spatially enlarged (or reduced) by the illumination optical lens system 50, and is irradiated as a pulsed laser illumination light 40a to illuminate the recognition target object. . Here, the illumination optical lens system 50 is controlled by the illumination area control device 60 so that the pulse laser illumination light 40a (that is, 40c) is in an appropriate area. Specifically, when the distance to the recognition target object is short or the recognition target object is large, the illumination area 40K is set wide so that the entire image area includes the recognition target object, and the distance to the recognition target object is When it is long or when the recognition target object is small, the illumination area 40K is set narrow so that the ratio of the recognition target object in the entire image area is large. As a result, in the final image, the recognition target object is always displayed at an optimal ratio with respect to the entire image area. Therefore, the resolution is always high regardless of the distance to the recognition target object and the size of the recognition target object. Can keep.
[0023]
The control signal for the illumination area control device 60 can also be designated by the user (observer) via the control signal generation device 160 using the optical cable 180b or the like, as described above.
[0024]
The pulsed laser illumination light 40a is reflected by the reflectors (mirrors or prisms) 190, 201, and 210 to change from the state indicated by the reference numeral 40b to the state 40c and irradiate the illumination region 40K. In this manner, the pulsed laser light 40c is irradiated onto the illumination region 40K, and if there is an object in the region 40K, the pulsed laser light 40c is reflected by the object and returns as reflected light 80a. Then, the reflected light 80 a is reflected by the reflector 210 to become reflected light 80 b and is received by the light receiving optical lens system 70. By providing the reflectors 190 and 201, the irradiation light 40a is reflected (40b) and re-reflected (40c) to be coaxial with the reflected light 80a. That is, the reflectors 190 and 201 guide the laser light 40a emitted from the pulse laser device 100 so that the irradiation light 40c travels on the optical axis of the light-receiving optical lens system (light receiving unit) 70. Thereby, the laser beam 40c can be irradiated to the whole area of the light receiving area (image pickup possible range) by the light receiving unit, and it is possible to prevent the recognition target object from being overlooked and improve the visibility. In particular, when the distance from the light receiving unit to the recognition target object is short or the recognition target object is large, if there is no guide means such as the reflectors 190 and 201, the irradiation area 40K and the light receiving area 80K are more inconsistent. It was a big problem.
The reflector 210 does not function as the guide means, and the optical axes of the irradiation light and the reflected light coincide with each other by the reflectors 190 and 201.
[0025]
The light receiving region 80K of the reflected light 80b is designated by the user (observer) by the control signal generator 160 so as to have substantially the same region as the illumination region 40K by the light receiving optical lens system 70, and the illumination region control device 60 and The light receiving area control device 90 is automatically controlled so that the illumination / light receiving areas 40K and 80K are the same. This control is performed by changing the position of the lens group constituting the optical lens system 70 for light reception by driving the light reception area control device 90 with a signal from the control signal generator 160.
[0026]
The signal light from the recognition target object collected by the light receiving optical lens system 70 is introduced into the light receiving device 120 through the shutter device 101. Here, in the shutter device 101, the shutter operation control device 110 that operates according to the operation start signal and the operation interval signal generated by the control signal generation device 160 opens and closes the shutter operation.
[0027]
This operation start time is synchronized with the irradiation of the pulsed laser light 40 emitted from the pulsed laser device 100 (that is, synchronized with the pulsed laser control device 200), and can be changed according to the distance to the recognition target object. Set to At this time, even when the distance to the recognition target object is unknown, it is possible to search for the recognition target object by slightly shifting the operation start time. Further, an open time interval of the shutter operation is set by the operation interval signal, and it becomes possible to capture only the signal light from the area designated by the user (observer). That is, the user (observer) can perform selective tomographic observation by combining the two signals (operation start time and operation interval).
[0028]
In addition, a control signal related to light receiving characteristics such as a gain, an iris (aperture), and an imaging cycle is transmitted from the light receiving device control device 130 to the light receiving device 120, and an image is captured according to the control signal. Here, all the control signals for the light receiving area control device 90, the shutter operation control device 110, and the light receiving device control device 130 described above are transmitted via the optical cables 180c, 180d, 180e, etc. so that they can be transmitted remotely. It is emitted from the generator 160.
[0029]
The image information of the recognition target object introduced and imaged in the light receiving device 120 is sent to the avoidance route planning device 10 and the blockage region calculation device 11 via the interface 20.
[0030]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
The light transmission system unit 231 and the light receiving system unit 241 of the laser radar unit 23 are mounted on a camera platform 41A via an anti-vibration device such as an anti-vibration rubber and a spring, and a camera platform drive device 42A is attached to the lower surface thereof. ing. The pan head drive device 42A is connected to the pan head control device 43A, and is further connected to a ship motion sensor (accelerometer, etc.) 44A.
[0031]
According to this embodiment, the pan head 41A is designated by the user by the pan head control device 43A and is moved in any direction up, down, left, and right by the pan head drive device 42A, and searches (scans) the front of the ship over a wide range. . Further, the shake of the ship is detected by the shake sensor 44A, a signal that cancels the shake is calculated by the pan head control device 43A, the pan head drive device 42A is moved by the signal, and the action of the vibration isolator is used. It is possible to prevent laser radar recognition errors due to ship shake and vibration.
[0032]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
The reflector 210B for illumination light and reflected light is mounted on the camera platform 41B via a vibration isolator, and the camera platform drive device 42B is attached to the lower surface thereof. The pan head drive device 42B is connected to the pan head control device 43B, and is further connected to a ship motion sensor 44B.
[0033]
The pan head 41B equipped with the reflector 210B is designated by the user by the pan head control device 43B, and the front of the ship can be extensively searched by the pan head drive device 42B. Furthermore, the pan head control device 43B controls the pan head drive device 42B so as to cancel out the ship shake signal of the shake sensor 44B, and the erroneous recognition of the laser radar can be prevented together with the action of the vibration isolator.
[0034]
【The invention's effect】
According to the navigation obstacle detection apparatus of the present invention, the laser radar unit includes a laser beam irradiation unit that irradiates a recognition target object with a pulse laser beam, an operation start signal and an operation interval signal synchronized with the pulse laser beam irradiation. A shutter unit that performs a shutter operation in response to the image sensor, a light receiving unit, and an image capturing unit that receives reflected light from the recognition target object via the shutter unit and captures an image, and the light receiving unit. And a guide unit that guides the pulsed laser beam emitted from the laser beam irradiation unit so that the pulsed laser beam travels toward the recognition target object on the optical axis. Can detect small wooden ships, sea-floating objects, and underwater obstacles that could not be achieved by the laser. Can be irradiated, it can be subjected to improve oversight of prevention and visibility of the recognition target object. In particular, when the distance from the light receiving unit to the recognition target object is short or when the recognition target object is large, if there is no guide means, the mismatch between the irradiation region and the light receiving region has been a greater problem. According to the method, the problem can be solved.
[0035]
Further, according to the present invention, the laser radar unit is mounted on a pan head, and the pan head driving means for driving the pan head, a sensor for detecting the shaking of the ship, and the detection result of the sensor A pan head control means for controlling the driving operation of the pan head driving means, or the reflection means is mounted on the pan head, the pan head driving means for driving the pan head, and a sensor for detecting the shaking of the ship. And a pan head control means for controlling the driving operation by the pan head drive means based on the detection result of the sensor, and the pan head is provided with a vibration isolating means. The head is designated by the user by the pan head control means and is moved in any direction up, down, left and right by the pan head drive means, and the front of the ship is searched (scanned) over a wide range. Further, the movement of the ship is detected by a sensor, a signal that cancels the fluctuation is calculated by the pan head control means, the pan head drive means is moved by the signal, and the vibration of the ship is also affected by the action of the vibration isolating means. The recognition error of the laser radar due to vibration can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser radar section constituting a navigation obstacle detection maneuvering apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a laser radar unit constituting the second embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a laser radar unit constituting the third embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional general navigation obstacle detection ship operating device.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a screen of a CRT display device that constitutes a conventional general navigation obstacle detection ship operating device.
[Explanation of symbols]
5 ... Radar (obstacle detection part)
7 ... Autopilot (automatic navigation means)
8 ... Main machine remote control (automatic navigation means)
9 ... Ship speed and course calculation device (ship speed course calculation means)
10 ... Avoidance route planning device (Avoidance route plan decision means, course speed command value calculation means)
11: Blocking area calculation device (blocking area calculation means)
14 ... 1st memory | storage means 15 ... 2nd memory | storage means 16 ... CRT display apparatus (display means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 ... Laser radar part 23a ... Laser radar part 23b ... Laser radar part 40 ... Pulse laser beam 40a ... Pulse laser beam 40b ... Pulse laser beam 40c ... Pulse laser beam 41A ... Pan head 41B ... Pan head 42A ... Pan head drive device ( Pan head drive means)
42B... Pan head drive device (head drive means)
43A: Head control device (head control means)
43B: Head control device (head control means)
44A ... sensor 44B ... sensor 70 ... light receiving lens system (light receiving portion)
80a ... Reflected light 80b ... Reflected light 100 ... Pulse laser device (laser light irradiation means)
101. Shutter device (shutter means)
120. Light receiving device (imaging means)
190 ... Reflector (guide part)
201: Reflector (guide part)
p ... ship position data v ... ship of course [psi ... boat speed v v ... own longitudinal ship speed boat data v h ... lateral ship speed data phi ... heading d t of the ship in the traveling direction of the ship , I ... distance between own ship and other ship ψ t, i ... course (course) of other ship
v t, i ... other ship's speed CA i ... blocked area DA ... grounding danger area AR ... avoidance route v 0 ... ship speed command value ψ 0 ... course command value pv ... own ship vector t v1 ... other ship vector t v2 ... other ship vector tv3 ... other ship vector TR ...

Claims (4)

レーザレーダ部を備えた航行障害物探知装置であって、
前記レーザレーダ部は、
認識対象物体にパルスレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記パルスレーザ光の照射に同期した動作開始信号および動作間隔信号に応答してシャッタ動作を行うシャッタ手段と、
受光部を有し、前記シャッタ手段を介して前記認識対象物体からの反射光を前記受光部により受光して撮像を行う撮像手段と、
前記受光部の光軸上を前記認識対象物体に向けて前記パルスレーザ光が進むように、前記レーザ光照射手段から照射された前記パルスレーザ光をガイドするガイド手段と、
前記レーザ光照射手段によって前記パルスレーザ光が照射される照明領域と前記受光部の受光領域とが同一となるように自動的に制御する照明及び受光領域制御装置と
を有している航行障害物探知装置。
A navigation obstacle detection device including a laser radar unit,
The laser radar unit is
Laser light irradiation means for irradiating a recognition target object with pulsed laser light;
Shutter means for performing a shutter operation in response to an operation start signal and an operation interval signal synchronized with the irradiation of the pulse laser beam;
An imaging unit that includes a light receiving unit, receives the reflected light from the recognition target object through the shutter unit, and performs imaging by the light receiving unit;
Guide means for guiding the pulse laser light emitted from the laser light irradiation means so that the pulse laser light travels on the optical axis of the light receiving unit toward the recognition target object;
A navigation obstacle having an illumination and light receiving area control device that automatically controls the illumination area irradiated with the pulsed laser light by the laser light irradiation means and the light receiving area of the light receiving unit to be the same. Detecting device.
請求項1記載の航行障害物探知装置において、
前記動作間隔信号に応答して前記シャッタ動作の開時間間隔が設定される
航行障害物探知装置。
The navigation obstacle detection device according to claim 1,
A navigation obstacle detection device in which an open time interval of the shutter operation is set in response to the operation interval signal.
請求項1記載の航行障害物探知装置において、
更に、
前記パルスレーザ光が前記認識対象物体に照射されるように、前記ガイド手段によってガイドされた前記パルスレーザ光を反射する反射手段を備え、
前記反射手段は、雲台に搭載され、
前記雲台を駆動する雲台駆動手段と、
船舶の動揺を検出するセンサーと、
前記センサーの検出結果に基づいて前記雲台駆動手段による駆動動作を制御する雲台制御手段とを備えた航行障害物探知装置。
The navigation obstacle detection device according to claim 1,
Furthermore,
Reflecting means for reflecting the pulsed laser light guided by the guiding means so that the pulsed laser light is irradiated onto the recognition target object,
The reflecting means is mounted on a pan head,
A pan head driving means for driving the pan head;
A sensor that detects the movement of the ship,
A navigation obstacle detection device comprising pan head control means for controlling a driving operation by the pan head driving means based on a detection result of the sensor.
請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の航行障害物探知装置において、
前記受光部は、光学レンズ系によって前記認識対象物体からの反射光を集光する
航行障害物探知装置。
In the navigation obstacle detection device according to any one of claims 1 to 3,
The light receiving unit is a navigation obstacle detection device that collects reflected light from the object to be recognized by an optical lens system.
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