JP3911056B2 - 操船支援装置 - Google Patents
操船支援装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3911056B2 JP3911056B2 JP34112196A JP34112196A JP3911056B2 JP 3911056 B2 JP3911056 B2 JP 3911056B2 JP 34112196 A JP34112196 A JP 34112196A JP 34112196 A JP34112196 A JP 34112196A JP 3911056 B2 JP3911056 B2 JP 3911056B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ship
- virtual
- course
- speed
- true
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Traffic Control Systems (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶を操船しているときに、他船との衝突を回避するための避航操船するのに使用される操船支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶が危険な他船との衝突を避けて航行する場合に、変針をする角度を適切に設定することが難しい局面がある。他船との遭遇状態によっては、自船が注目した他船に向けるよう針路を設定することで、確実に避けられる針路を容易に設定できる場合があり、なおかつ対象とした他船の挙動に対応することができる可能性が高い。
【０００３】
従って、船舶の避航操船においては、一定の期間、自船の船首を、注目した他船の中心または船尾に向ける操船方法が頻繁に行われている。そして、このような操船を行う場合に、
(1) 逐次的に、自船の船首と注目した他船の中心または船尾による角度を、操船者が視界上で見て、人間の感覚で舵角や針路を調整して操船したり、
(2) ジャイロリピータやレーダなどで、自船からみた注目した他船の中心または船尾の方位を測定し、その方位を指示針路としてオートパイロットに設定することにより、操船したり、
ということが行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の操船では、対象とした他船の挙動を随時監視して、逐次的に設定針路を調整しながら避航操船をすることになり、操船者の作業量が多くなるばかりか、避航操船中はその作業に集中する必要があるため、他の監視または操船に関する操作作業をすることが妨げられる、という問題がある。
【０００５】
本発明は、かかる問題に鑑みなされたもので、請求項１ないし請求項８記載の発明は、操船者の負担を軽減させることができ、避航操船を簡単に行うことができる操船支援装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、他船との衝突を回避するために使用される操船支援装置であって、開始信号を受けて、対象とする他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、各データから仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力をそれぞれ初期設定し、これらの初期設定値から他船の方位を求めてこれを次の仮想的な自船の針路とすると共に、一定時間、自船が前記仮想的な自船の針路で仮想的な自船の速力を維持して進み、他船が前記仮想的な他船の真針路で仮想的な他船の速力を維持して進んだときの、一定時間経過後の仮想的な自船の位置と仮想的な他船の中心位置を求め、そのときの仮想的な自船の位置を変針点とし且つそのときの他船の方位を求めて次の仮想的な自船の針路とし、順次、変針点を求めて、複数の変針点からなる避航ルートを求める、ことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、他船との衝突を回避するために使用される操船支援装置であって、開始信号を受けて、対象とする他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、各データから仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力をそれぞれ初期設定し、これらの初期設定値から、一定時間、自船が前記仮想的な自船の速力を維持して等速円運動をし、他船が前記仮想的な他船の真針路で仮想的な他船の速力を維持して進んだときに一定時間経過後に自船が他船の方位を向くような、等速円運動の回転半径と一定時間経過後の仮想的な自船の位置と仮想的な他船の中心位置とを求め、そのときの仮想的な自船の位置を変針点とし且つそのときの自船の針路を次の仮想的な自船の針路とし、順次、変針点及び回転半径を求めて、複数の変針点からなる避航ルートを求める、ことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のものにおいて、前記仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力のそれぞれの初期設定値は、開始信号を受けた時点の他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力のそれぞれのデータ値であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または２記載のものにおいて、前記仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力のそれぞれの初期設定値は、他船が開始信号を受けた時点の真針路及び他船の真速力を維持して進み、自船が開始信号を受けた時点の針路及び速力を維持して進んだときに、互いの衝突危険度が所定値よりも大きくなるときの、他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力のそれぞれの予測値であることを特徴とする。
【００１１】
請求項１ないし請求項４記載のいずれかで求められた避航ルートは、変針点を含んだ避航ルートを指定するとその避航ルートに沿って操船を行う操船装置に送出することもできる。
また、前記他船の方位は、他船の中心位置の方位とすることができるが、請求項５記載の発明では、請求項１ないし４記載のものにおいて、前記他船の方位は、他船の中心位置の方位よりも他船の船尾寄りにオフセット角度だけ偏位したものであることを特徴とする。
【００１２】
オフセット角度の偏位は、例えば次のようにして行うことができる。操船支援装置は、対象とする他船の中心位置の方位、他船の真針路及び自船の針路の各データを取り込み、前記他船の真針路と自船の針路の差分の結果に応じて、前記他船の中心位置の方位に他船の長さに関連する値を加算または減算し、加算または減算した結果を前記他船の方位とする。他船の長さに関連する値は、固定値でも、または操船者が指定する可変値でもよい。
【００１３】
また、請求項５記載の発明において、オフセット角度は一定値とすることもできるが、請求項６記載の発明では、請求項５記載のものにおいて、前記操船支援装置は、前記オフセット角度を、他船の相対距離Ｒt、自船の針路Ψo、他船の針路Ψt及び他船の長さＬtからtan-1｛｜Ｌt・sin（Ψt−Ψo）｜／２Ｒt｝を用いて求めることを特徴とする。
【００１４】
また、開始信号は、操船者のオペレートにより発生し、その信号を操船支援装置が受けるようにすることもできるが、請求項７記載の発明では、請求項１ないし６記載のものにおいて、前記操船支援装置は、逐次、対象となる他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、これらのデータから求めた自他船の衝突危険度が所定値よりも大きくなったときに前記開始信号を受けることを特徴とする。
【００１５】
また、避航操船の対象となる他船は、操船者が特定することもできるが、請求項８記載の発明では、請求項１ないし７記載のものにおいて、前記操船支援装置は、複数の他船の中心位置の方位，他船の相対距離，他船の真針路及び他船の真速力並びに自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、これらのデータから求めた自他船の衝突危険度が最大となる他船を、対象の他船とすることを特徴とする。
【００２５】
尚、本明細書において、他船の方位として、基準のとり方により真方位（北からの方位）または相対方位（自船の船首とのなす角）で表わすことが可能であるが、どちらの方法で表したものでも良いものとする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
本発明の操船支援装置は、レーダ装置と接続され、他船の針路、速力、方位、相対距離などを求めるＡＲＰＡ装置（衝突予防援助装置Automatic Radar Plotting Aids）の一部として組み込むか、または別装置としてＡＲＰＡ装置に接続するかして使用することができる。図示の例は、すべて別装置とした例を示している。
【００２７】
図１は、本発明の操船支援装置及び操船支援方法を実施する装置の第１の実施の形態を表すブロック構成図である。図において、１０が操船支援装置であり、操船支援装置１０は、レーダ装置１１に接続された上述のＡＲＰＡ装置１２、指令針路に基づいて自動操船を行うオートパイロットのような操船装置１４、入力装置１６にそれぞれ接続されている。
【００２８】
操船者が入力装置１６に避航操船開始の命令及び避航の対象とする他船を特定する入力を行うと、操船支援装置１０は入力装置１６から出力される開始信号を受けて、処理を開始する。
即ち、操船支援装置１０は、所定時間ごとに対象とする他船の中心位置の方位（θt）データをＡＲＰＡ装置１２から取り込み、その方位（θt）データを指示針路（Ψ*）データとして操船装置１４に送出する。即ち、
【００２９】
【数１】
Ψ*＝θt （１）
とする。
操船装置１４では、指示された指示針路に自船の船首を向けるよう舵角を制御するので、その結果、自船の船首が対象とする他船の中心位置の方位に向けられる。
【００３０】
操船者は、視界上やレーダ装置１１のレーダ画面等を監視し、必要な避航動作が完了したと判断した時点で、入力装置１６に避航操船終了の命令の入力を行うと、入力装置１６から出力される終了信号を操船支援装置１０が受けて、操船装置１４に指示針路データを送出するのを終了する。
こうして、自動的に他船の中心位置の方位へ向ける操船が行われるので、操船者は避航作業に集中する必要がなくなり、監視または操船に関する他の操作作業を行うことができる。
【００３１】
尚、本実施の形態において、操船支援装置１０は開始信号の有無に拘らず、常に断続的または一定時間毎にＡＲＰＡ装置１２から他船の方位信号を取り込んでおき、入力装置１６の開始信号を受けて、開始信号を受ける前の最後に取り込まれた他船の方位信号を最初の指示針路Ψ*として操船装置１４に送出することもできる。以降、所定時間ごとに対象とする他船の中心位置の方位（θt）データをＡＲＰＡ装置１２から取り込み、その方位（θt）データを指示針路（Ψ*）データとして操船装置１４に送出するのは上述の通りである。
【００３２】
次に、図２は、本発明の第２の実施の形態を表すブロック構成図である。図において、前実施の形態と同一の装置は、同一の符号を付している。
第１の実施の形態では、自船を他船の中心位置に向ける操船の支援を行ったが、本実施の形態は、自船を他船の船尾寄りに向ける操船の支援を行うための装置及びその方法を実施する装置の例を示している。
【００３３】
図において、２０は操船支援装置であり、操船支援装置２０は、ＡＲＰＡ装置１２、操船装置１４、入力装置１６と接続される他、ジャイロコンパス１８にも接続される。操船者が入力装置１６に避航操船開始の命令及び避航の対象とする他船を特定する入力を行うと、操船支援装置２０は入力装置１６から出力される開始信号を受けて、処理を開始する。
【００３４】
操船支援装置２０は、所定時間ごとに対象とする他船の中心位置の方位（θt）データ、他船の真針路（Ψt）データをＡＲＰＡ装置１２から取り込み、また、ジャイロコンパス１８から自船の針路（Ψo）データを取り込む。
操船支援装置２０では、予め、他船の長さに相当する針路のオフセット角度θaddを定めておき、他船の中心位置の方位θtからこのオフセット角度θaddだけ船尾寄りに偏位した方位を指示針路Ψ*とする。このオフセット角度θaddだけ偏位させる際に、自船から見て他船が左から右へ進んでいるか、または右から左へ進んでいるか、即ち他船の真針路Ψtと自船の針路Ψoの差分の結果に応じて、船尾が左側か右側かを判定しオフセット角度θaddを加算するか減算するかを決定する。
【００３５】
つまり、もし、０≦（Ψt−Ψo）≦πまたは−２π≦（Ψt−Ψo）≦−πが成り立つときは、自船から見て他船が左から右に進んでいることになるから、
【００３６】
【数２】
Ψ*＝θt−θadd （２）
とし、もし、−π＜（Ψt−Ψo）＜０またはπ＜（Ψt−Ψo）＜２πが成り立つときは、自船から見て他船が右から左に進んでいることになるから、
【００３７】
【数３】
Ψ*＝θt＋θadd （３）
とする（図３参照）。こうして求めたΨ*を指示針路データとして操船装置１４に送出する。
【００３８】
この結果、自船の船首が対象とする他船の中心位置よりもオフセット角度θadd分だけ船尾に向いた方位に向けられることになる。
操船者は、視界上やレーダ装置１１のレーダ画面等を監視し、必要な避航動作が完了したと判断した時点で、入力装置１６に避航操船終了の命令の入力を行うと、入力装置１６から出力される終了信号を操船支援装置２０が受けて、操船装置１４に指示針路データを送出するのを終了する。
【００３９】
尚、操船支援装置２０の処理としては、上記（２），（３）式による他、以下の処理とすることもできる。
操船支援装置２０は、典型的な他船の長さＬtを予め定めておくと共に、ＡＲＰＡ装置１２からデータを取り込む際に、他船の相対距離（Ｒt）データも取り込み、次式より他船の船尾に相当するオフセット角度を求める。図３に示したように、自船から見た他船の長さＬ'tは、
【００４０】
【数４】
Ｌ't＝｜Ｌt・sin（Ψt−Ψo）｜ （４）
で表される。もし、０≦（Ψt−Ψo）≦πまたは−２π≦（Ψt−Ψo）≦−πが成り立つときは、自船から見て他船が左から右に進んでいることになるから、指示針路Ψ*は、
【００４１】
【数５】
とし、もし、−π＜（Ψt−Ψo）＜０またはπ＜（Ψt−Ψo）＜２πが成り立つときは、自船から見て他船が右から左に進んでいることになるから、
【００４２】
【数６】
とする。
また、さらに、上記（４）式におけるＬtは予め定められた固定値としたが、操船者が入力装置１６から他船の長さを入力できる可変値とすることもできる。
次に、図４は、本発明の第３の実施の形態を表すブロック構成図である。図において、前実施の形態と同一の装置は、同一の符号を付している。
【００４３】
本実施の形態は、避航開始した後の自船及び他船の予想位置に基づいて求められた避航ルートを操船者に前もって表示するための装置及びその方法を実施する装置の例を示している。
図において、３０は操船支援装置であり、操船支援装置３０は、ＡＲＰＡ装置１２、指定された航行したいルートの変針点に基づいて自動操船を行うトラッキングパイロットのような操船装置１４、入力装置１６、ジャイロコンパス１８と接続される他、スピードログ１９、表示器３２にも接続される。表示器３２は、独自の表示器とすることもできるが、ＡＲＰＡ装置１２に装備される表示器３２を兼用することもできる。
【００４４】
操船者が入力装置１６に避航操船開始の命令及び避航の対象とする他船を特定する入力を行うと、操船支援装置３０は入力装置１６から出力される開始信号を受けて、処理を開始する。
操船支援装置３０は、対象とする他船の中心位置の方位（θt）データ、他船の真針路（Ψt）データ、他船の相対距離（Ｒt）データ及び他船の真速力（Ｖt）データをＡＲＰＡ装置１２から取り込み、また、ジャイロコンパス１８から自船の針路（Ψo）データを、スピードログ１９から自船の速力（Ｖo）データを取り込む。但し、ジャイロコンパス１８及びスピードログ１９から直接データを取り込む代わりに、これらのデータを一度ＡＲＰＡ装置を介して、ＡＲＰＡ装置１２から自船の針路（Ψo）データ、自船の速力（Ｖo）データを取り込むこともできる。
【００４５】
そして、操船支援装置３０は、図５に示す手順により、自船の推奨する複数の変針点から構成される避航ルートを求める。
まず、カウンタ変数ｎを０に設定し（ステップＳ１）、自船の現在の位置を中心の位置として、座標（０，０）を最初の変針点ＷＰ0の位置データとし、仮想的な自船の状態（針路，位置，速力）と仮想的な他船の状態（相対距離，中心方位，真針路，真速力，位置）を、それぞれ現在の状態に設定する（ステップＳ２）。
【００４６】
次いで、仮想的な自船の状態と仮想的な他船の状態から、その状態における他船に向ける方位、即ち指示針路Ψ*を求める（ステップＳ３）。他船の中心に向ける場合は、前述の（１）式を用いればよく、また他船の船尾寄りに向ける場合は、前述の（２）式及び（３）式、または（５）式及び（６）式を用いればよい。そしてここで求めた指示針路Ψ*を新たな仮想的な自船の針路として設定する。
【００４７】
次いで、一定時間ｔd、仮想的な自船の状態と仮想的な他船の状態を維持したまま直進すると仮定して、一定時間ｔd経過後の仮想的な自他船の位置を次式より求める（ステップＳ４）。
【００４８】
【数７】
ｘ'o＝ｘo＋Ｖo・ｔd・sinΨ* （７）
ｙ'o＝ｙo＋Ｖo・ｔd・cosΨ* （８）
ｘ'o，ｙ'o：自船の一定時間ｔd経過後の仮想的な位置座標
ｘo，ｙo：自船のその前の仮想的な位置座標
Ｖo：自船の速力
Ψ*：自船の仮想的な針路
ｘ't＝ｘt＋Ｖt・ｔd・sinΨt （９）
ｙ't＝ｙt＋Ｖt・ｔd・cosΨt （１０）
ｘ't，ｙ't：他船の一定時間ｔd経過後の仮想的な位置座標
ｘt，ｙt：他船のその前の仮想的な位置座標
Ｖt：他船の真速力
Ψt：他船の真針路
【００４９】
次に、上記（７）ないし（１０）式で求めた、一定時間ｔd経過後の仮想的な自他船の位置関係で、他船との航過が終わっているかを判断する（ステップＳ５）。もし航過が終わっている場合は、最後の指示針路Ψ*を保針するように最後のＷＰのデータを設定するか、自船の避航前の針路に戻すように最後のＷＰのデータを設定し、処理を終了する（ステップＳ１０）。尚、航過が終了しているかどうかは、仮想的な自他船の位置関係で求めた、最接近時間ＴＣＰＡ（Time to Closest Point of Approach、自他船がそのまま直進すると仮定して二隻が最接近点に到達するまでの時間、以下単にＴＣＰＡという）の値が負になるかどうか（負であれば航過が終了）を調べることで判断する。
【００５０】
航過が終了していないときは、カウンタ変数ｎに１を足し（ステップＳ６）、ｎの値が予め与えられたｎの最大値ｎmaxよりも大きくなっているかどうかを判断し（ステップＳ７）、大きくなっている場合には避航ルートを求めることができないものとして、処理を終了する（ステップＳ１０）。
ｎが最大値ｎmax以下の場合には、ステップＳ４で求めた一定時間ｔd経過後進んだ自船の仮想的な位置（ｘ'o，ｙ'o）を、ｎ番目の変針点ＷＰnの位置データとする（ステップＳ８）。そして、（７）ないし（１０）式から求めた仮想的な自他船の位置関係から、仮想的な自船の位置から見た仮想的な他船の中心位置の方位θ'tを次式により求める（ステップＳ９）。
【００５１】
【数８】
【００５２】
そして、仮想的な自他船の状態の更新を行う。更新は、仮想的な自船の状態として、仮想的な自船の位置は、（７）、（８）式で求められた（ｘ'o，ｙ'o）、仮想的な自船の針路はΨ*、仮想的な自船の速力はＶo（変わらず）となり、仮想的な他船の状態として、仮想的な他船の位置は、（９）、（１０）式で求められた（ｘ't，ｙ't）、仮想的な他船の中心位置の方位は（１１）式で求められたθ't、仮想的な他船の真針路はΨt（変わらず）、仮想的な他船の真速力はＶt（変わらず）となるように、行われる。
【００５３】
そして、ステップＳ３に戻り、更新された仮想的な自他船の状態に基づいて、仮想的な次の指示針路Ψ'*を求める。
このステップＳ３及びＳ９を繰り返すことにより、複数の変針点ＷＰからなる避航ルートが求められる。この避航ルートデータを表示器３２に送出する。表示器３２では、この避航ルートを図６に示すように変針点の座標を結合した線分で表示する。操船者は表示器３２を見て、この操船をした場合に先に進んだ状況を前もって判断できる。
【００５４】
操船支援装置３０から複数の変針点ＷＰからなる避航ルートデータがトラッキングパイロット等の操船装置１４に送出されて操船装置１４でこの避航ルートを辿るような操船がなされる。
但し、操船装置１４が操船を行わなくとも、この避航ルートに基づいて操船者が操船を行うことも可能である。
【００５５】
また、任意的には、操船支援装置３０から操船装置１４に避航ルートデータが送出される前に、操船者が確認できるようにすることも可能である。即ち、操船者は、表示器３２に表示された避航ルートを見て、この避航方法が妥当であるかどうかを判断し、妥当であれば入力装置１６から確認信号を入力する。この信号に基づいて、操船支援装置３０は、避航ルートデータを操船装置１４に送出する。また、操船者の確認方法としては、通常のトラッキングパイロットでの操船と同様に、各変針点毎に変針確認の操作を行っても良いし、予め定めた個数の変針点をまとめて一回の変針確認の操作で行ってもよい。
【００５６】
また、任意的には、操船支援装置３０が図５の処理を行う代わりに、図７の処理を行うようにすることもできる。尚、図５と同一の処理については同一のステップ番号を付す。
即ち、図６の例では避航ルートは隣合う変針点ＷＰを結ぶ複数の線分の集合で構成されていたが、トラッキングパイロットによっては回転半径を指定すると、その回転半径を持つ円弧上に沿った操船を行うことができるものもある。そこで、図８に示すように、避航ルートを円弧の集まりで構成する。
【００５７】
即ち、ステップＳ３’において、自船が仮想的な自船の速力Ｖoを維持して回転半径ｒの等速円運動をして、一定時間ｔdだけ進んだときに、（９）、（１０）式で求められる一定時間ｔd後の仮想的な他船の中心位置の方位に、自船の針路が向くための条件として次の連立方程式を立てる。
【００５８】
【数９】
φ＝Ψ'o−Ψo （１３）
Ｖo・ｔd＝ｒ・φ （１４）
ｘ'o＝ｘo＋ｒ−ｒ・cosφ （１５）
ｙ'o＝ｙo＋ｒ・sinφ （１６）
ｘ'o，ｙ'o：自船の一定時間ｔd後の仮想的な位置座標
ｘo，ｙo：自船の仮想的な位置座標
Ｖo：自船の速力
Ψ'o：自船の一定時間ｔd後の仮想的な針路
Ψo：自船の仮想的な針路
【００５９】
この連立方程式を解き、回転半径ｒと一定時間ｔdだけ進んだときの仮想的な自船の針路Ψ'o及び仮想的な自船の位置（ｘ'o，ｙ'o）を求める。仮想的な自他船の位置関係で航過が終わったかどうかを判定し（ステップＳ５）、終了していないときには、カウンタ変数ｎに１を足し（ステップＳ６）、ｎの値が予め与えられたｎの最大値ｎmaxよりも大きくなっているかどうかを判断し（ステップＳ７）、大きくなっている場合には避航ルートを求めることができないものとして、処理を終了する（ステップＳ１０）。
【００６０】
ｎが最大値ｎmax以下の場合には、前記仮想的な自船の位置（ｘ'o，ｙ'o）を変針点のデータＷＰnとし、回転半径ｒをその付加データとする（ステップＳ８）。そして、仮想的な自他船の状態の更新を行う（ステップＳ９’）。更新は、仮想的な自船の状態として、仮想的な自船の位置は、（１５）、（１６）式で求められた（ｘ'o，ｙ'o）、仮想的な自船の針路はΨ* o、仮想的な自船の速力はＶo（変わらず）となり、仮想的な他船の状態として、仮想的な他船の位置は、（９）、（１０）式で求められた（ｘ't，ｙ't）、仮想的な他船の方位は（１１）式で求められたθ't、仮想的な他船の真針路はΨt（変わらず）、仮想的な他船の真速力はＶt（変わらず）となるように、行われる。
【００６１】
尚、ここで、一定時間ｔdだけ進んだときに、仮想的な自船の針路を他船の中心位置の方位ではなく、他船の船尾寄りに向ける場合は、自船の針路を求める上記（１２）式の代わりに、前述の（２）及び（３）式、または（５）及び（６）式を用いて算出する。この場合、（２）ないし（６）式中のΨ*をΨ'oに置き換え、θtを
【００６２】
【数１０】
【００６３】
とし、ＲtとしてＲt＝√（ｘ't−ｘ'o）2＋（ｙ't−ｙ'o）2を（１２）ないし（１６）の連立方程式に加えればよい。
こうして、避航ルートが求められると、避航ルートデータが表示器３２に送出され、表示器３２ではこの避航ルートを図８に示すように変針点の座標を結合する曲線で表示する。
【００６４】
そして、任意的には、操船支援装置３０から回転半径を指定できるトラッキングパイロット等の操船装置１４に避航ルートデータを送出することにより、自動的に操船することができる。
以上説明した第１の実施の形態ないし第３の実施の形態において、避航操船開始は操船者が判断し、それを操船者が入力装置１６へ操船開始を入力することにより、操船支援装置１０、２０、３０が処理を開始するものとしたが、これに限られず、操船支援装置１０、２０、３０が逐次的にその時の自船の針路・速力と、対象とする他船の位置・真針路・真速力からその時の衝突危険度を判断し、避航開始時期を自動的に判断するようにしてもよい。
【００６５】
この衝突危険度として、例えば、ＴＣＰＡの値を用いることができ、例えば、ＴＣＰＡが一定の値より小さくなった時点を衝突の危険度が高くなったものと判断して、自動的に開始信号を発生し、前述の各処理を行うようにすることができる。
また、以上説明した第１の実施の形態ないし第３の実施の形態においては、現在の時点を避航開始時期としていたが、第３の実施の形態において、自船の針路上で先に進んだ予測位置で、対象とする他船との衝突危険度を判定し、衝突危険度が一定値より大きくなった時点を避航開始時期とした避航ルートを設定することとしてもよい。
【００６６】
避航開始時期は、例えば図９に示した手順で決定できる。
まず、仮想的な自船の状態（針路，速力）と仮想的な他船の状態（相対距離，方位，真針路，真速力）を、それぞれ現在の状態に設定する（ステップＳ１１）。
そして、仮想的な自船の状態と仮想的な他船の状態からＴＣＰＡを求める（ステップＳ１２）。このＴＣＰＡの値が予め定めたしきい値ＴＣＰＡmin以下かどうかを判定し（ステップＳ１３）、しきい値ＴＣＰＡmin以下のときは衝突の危険度が高くなったものと判断して、現在を避航開始時期として、図５または図７の処理を開始する。
【００６７】
また、しきい値ＴＣＰＡminより大きいときは、仮想的な自他船を一定時間ｔdの間そのまま直進すると仮定して、一定時間ｔd経過後の仮想的な自他船の位置を（７）ないし（１０）式より求め、求めた位置を次の仮想的な自他船の状態として更新し、仮想的な自船の針路・速力、仮想的な他船の真針路・真速力は変わらずとし、ステップＳ１２ないしＳ１４の処理を繰り返す。
【００６８】
そして、しきい値ＴＣＰＡmin以下になったときに、その仮想的な自他船の状態となる時間を避航開始時期として、図５または図７の処理を開始する。尚、図５または図７のステップＳ２の現在の状態は、避航開始時期の状態との仮想的な自他船の状態と読み替えるものとする。
こうして、自船の針路上で先に進んだ位置から避航開始した避航ルートを求めることができる。
【００６９】
また、以上説明した第１の実施の形態ないし第３の実施の形態においては、対象とする他船を操船者が入力装置１６へ入力することにより、指定したが、これに限られず、操船支援装置１０、２０、３０が逐次的にその時の自船の針路・速力と、自船周囲の他船の位置・真針路・真速力からその時の衝突危険度を判断し、対象とする他船を自動的に判断する。
【００７０】
衝突危険度の判定としては、例えば、各他船毎に最接近距離ＤＣＰＡ（Distance of Closest Point of Approach、自他船がそのまま直進すると仮定して二隻が最接近したときの距離、以下単にＤＣＰＡという）とＴＣＰＡを求め、このＤＣＰＡの値が予め定めたしきい値ＤＣＰＡminより小さい他船のうち、最もＴＣＰＡが値が小さい他船を対象とすることとすればよい。
【００７１】
また、以上説明した第１の実施の形態ないし第３の実施の形態において、最大変針角の制限値（または最小曲率半径の制限値）を設けておくこともできる。即ち、操船支援装置で求めた指示針路、変針点における変針角または曲率半径が設定された制限値を超えた場合に、これらを例えばその最大変針角（または最小曲率半径）とするような処理を、さらに操船支援装置が行うようにすることも可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、自船を他船の方位に向ける操船の支援を行うので、避航操船を簡単に行うことができ、且つ操船者の避航操船の負担を軽減させることができる。従って、操船者は、他の監視または操船に関する操作作業を妨げられることもなく、結果として安全な操船を行うことができるようになる。
【００７３】
また、推奨される自船の避航ルートを求めるので、操船者が予め先に進んだ状況を前もって知ることができる。
また、請求項５記載の発明によれば、他船の中心位置の方位よりも他船の船尾寄りにオフセット角度だけ偏位した方位に自船を向けることになるので、より衝突の危険性が小さくなりより安全な避航とすることができる。
【００７４】
また、請求項６記載の発明によれば、他船の相対距離Ｒt、自船の針路Ψo、他船の針路Ψt及び他船の長さＬtを用いて前記オフセット角度を用いて決めるため、より精度の高いオフセット角度とすることができる。
また、請求項７記載の発明によれば、自動的に操船支援を行うか操船支援装置が判断するため、より操船者の負担が軽減される。
【００７５】
また、請求項８記載の発明によれば、自動的に避航を行うべき対象の他船を操船支援装置が判断するため、より操船者の負担が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の操船支援装置及び操船支援方法を実施する装置の第１の実施の形態を表すブロック構成図である。
【図２】本発明の操船支援装置及び操船支援方法を実施する装置の第２の実施の形態を表すブロック構成図である。
【図３】他船の船尾の方位を求める方法を示す説明図である。
【図４】本発明の操船支援装置及び操船支援方法を実施する装置の第３の実施の形態を表すブロック構成図である。
【図５】図４の操船支援装置の処理手順を示すフローチャート図である。
【図６】第３の実施の形態で求められる避航ルートを表す説明図である。
【図７】図４の操船支援装置の他の処理手順を示すフローチャート図である。
【図８】第３の実施の形態で求められる他の避航ルートを表す説明図である。
【図９】第３の実施の形態の変形例において避航開始時期の決定の処理手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０ 操船支援装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶を操船しているときに、他船との衝突を回避するための避航操船するのに使用される操船支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶が危険な他船との衝突を避けて航行する場合に、変針をする角度を適切に設定することが難しい局面がある。他船との遭遇状態によっては、自船が注目した他船に向けるよう針路を設定することで、確実に避けられる針路を容易に設定できる場合があり、なおかつ対象とした他船の挙動に対応することができる可能性が高い。
【０００３】
従って、船舶の避航操船においては、一定の期間、自船の船首を、注目した他船の中心または船尾に向ける操船方法が頻繁に行われている。そして、このような操船を行う場合に、
(1) 逐次的に、自船の船首と注目した他船の中心または船尾による角度を、操船者が視界上で見て、人間の感覚で舵角や針路を調整して操船したり、
(2) ジャイロリピータやレーダなどで、自船からみた注目した他船の中心または船尾の方位を測定し、その方位を指示針路としてオートパイロットに設定することにより、操船したり、
ということが行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の操船では、対象とした他船の挙動を随時監視して、逐次的に設定針路を調整しながら避航操船をすることになり、操船者の作業量が多くなるばかりか、避航操船中はその作業に集中する必要があるため、他の監視または操船に関する操作作業をすることが妨げられる、という問題がある。
【０００５】
本発明は、かかる問題に鑑みなされたもので、請求項１ないし請求項８記載の発明は、操船者の負担を軽減させることができ、避航操船を簡単に行うことができる操船支援装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、他船との衝突を回避するために使用される操船支援装置であって、開始信号を受けて、対象とする他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、各データから仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力をそれぞれ初期設定し、これらの初期設定値から他船の方位を求めてこれを次の仮想的な自船の針路とすると共に、一定時間、自船が前記仮想的な自船の針路で仮想的な自船の速力を維持して進み、他船が前記仮想的な他船の真針路で仮想的な他船の速力を維持して進んだときの、一定時間経過後の仮想的な自船の位置と仮想的な他船の中心位置を求め、そのときの仮想的な自船の位置を変針点とし且つそのときの他船の方位を求めて次の仮想的な自船の針路とし、順次、変針点を求めて、複数の変針点からなる避航ルートを求める、ことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、他船との衝突を回避するために使用される操船支援装置であって、開始信号を受けて、対象とする他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、各データから仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力をそれぞれ初期設定し、これらの初期設定値から、一定時間、自船が前記仮想的な自船の速力を維持して等速円運動をし、他船が前記仮想的な他船の真針路で仮想的な他船の速力を維持して進んだときに一定時間経過後に自船が他船の方位を向くような、等速円運動の回転半径と一定時間経過後の仮想的な自船の位置と仮想的な他船の中心位置とを求め、そのときの仮想的な自船の位置を変針点とし且つそのときの自船の針路を次の仮想的な自船の針路とし、順次、変針点及び回転半径を求めて、複数の変針点からなる避航ルートを求める、ことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のものにおいて、前記仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力のそれぞれの初期設定値は、開始信号を受けた時点の他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力のそれぞれのデータ値であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または２記載のものにおいて、前記仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力のそれぞれの初期設定値は、他船が開始信号を受けた時点の真針路及び他船の真速力を維持して進み、自船が開始信号を受けた時点の針路及び速力を維持して進んだときに、互いの衝突危険度が所定値よりも大きくなるときの、他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力のそれぞれの予測値であることを特徴とする。
【００１１】
請求項１ないし請求項４記載のいずれかで求められた避航ルートは、変針点を含んだ避航ルートを指定するとその避航ルートに沿って操船を行う操船装置に送出することもできる。
また、前記他船の方位は、他船の中心位置の方位とすることができるが、請求項５記載の発明では、請求項１ないし４記載のものにおいて、前記他船の方位は、他船の中心位置の方位よりも他船の船尾寄りにオフセット角度だけ偏位したものであることを特徴とする。
【００１２】
オフセット角度の偏位は、例えば次のようにして行うことができる。操船支援装置は、対象とする他船の中心位置の方位、他船の真針路及び自船の針路の各データを取り込み、前記他船の真針路と自船の針路の差分の結果に応じて、前記他船の中心位置の方位に他船の長さに関連する値を加算または減算し、加算または減算した結果を前記他船の方位とする。他船の長さに関連する値は、固定値でも、または操船者が指定する可変値でもよい。
【００１３】
また、請求項５記載の発明において、オフセット角度は一定値とすることもできるが、請求項６記載の発明では、請求項５記載のものにおいて、前記操船支援装置は、前記オフセット角度を、他船の相対距離Ｒt、自船の針路Ψo、他船の針路Ψt及び他船の長さＬtからtan-1｛｜Ｌt・sin（Ψt−Ψo）｜／２Ｒt｝を用いて求めることを特徴とする。
【００１４】
また、開始信号は、操船者のオペレートにより発生し、その信号を操船支援装置が受けるようにすることもできるが、請求項７記載の発明では、請求項１ないし６記載のものにおいて、前記操船支援装置は、逐次、対象となる他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、これらのデータから求めた自他船の衝突危険度が所定値よりも大きくなったときに前記開始信号を受けることを特徴とする。
【００１５】
また、避航操船の対象となる他船は、操船者が特定することもできるが、請求項８記載の発明では、請求項１ないし７記載のものにおいて、前記操船支援装置は、複数の他船の中心位置の方位，他船の相対距離，他船の真針路及び他船の真速力並びに自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、これらのデータから求めた自他船の衝突危険度が最大となる他船を、対象の他船とすることを特徴とする。
【００２５】
尚、本明細書において、他船の方位として、基準のとり方により真方位（北からの方位）または相対方位（自船の船首とのなす角）で表わすことが可能であるが、どちらの方法で表したものでも良いものとする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
本発明の操船支援装置は、レーダ装置と接続され、他船の針路、速力、方位、相対距離などを求めるＡＲＰＡ装置（衝突予防援助装置Automatic Radar Plotting Aids）の一部として組み込むか、または別装置としてＡＲＰＡ装置に接続するかして使用することができる。図示の例は、すべて別装置とした例を示している。
【００２７】
図１は、本発明の操船支援装置及び操船支援方法を実施する装置の第１の実施の形態を表すブロック構成図である。図において、１０が操船支援装置であり、操船支援装置１０は、レーダ装置１１に接続された上述のＡＲＰＡ装置１２、指令針路に基づいて自動操船を行うオートパイロットのような操船装置１４、入力装置１６にそれぞれ接続されている。
【００２８】
操船者が入力装置１６に避航操船開始の命令及び避航の対象とする他船を特定する入力を行うと、操船支援装置１０は入力装置１６から出力される開始信号を受けて、処理を開始する。
即ち、操船支援装置１０は、所定時間ごとに対象とする他船の中心位置の方位（θt）データをＡＲＰＡ装置１２から取り込み、その方位（θt）データを指示針路（Ψ*）データとして操船装置１４に送出する。即ち、
【００２９】
【数１】
Ψ*＝θt （１）
とする。
操船装置１４では、指示された指示針路に自船の船首を向けるよう舵角を制御するので、その結果、自船の船首が対象とする他船の中心位置の方位に向けられる。
【００３０】
操船者は、視界上やレーダ装置１１のレーダ画面等を監視し、必要な避航動作が完了したと判断した時点で、入力装置１６に避航操船終了の命令の入力を行うと、入力装置１６から出力される終了信号を操船支援装置１０が受けて、操船装置１４に指示針路データを送出するのを終了する。
こうして、自動的に他船の中心位置の方位へ向ける操船が行われるので、操船者は避航作業に集中する必要がなくなり、監視または操船に関する他の操作作業を行うことができる。
【００３１】
尚、本実施の形態において、操船支援装置１０は開始信号の有無に拘らず、常に断続的または一定時間毎にＡＲＰＡ装置１２から他船の方位信号を取り込んでおき、入力装置１６の開始信号を受けて、開始信号を受ける前の最後に取り込まれた他船の方位信号を最初の指示針路Ψ*として操船装置１４に送出することもできる。以降、所定時間ごとに対象とする他船の中心位置の方位（θt）データをＡＲＰＡ装置１２から取り込み、その方位（θt）データを指示針路（Ψ*）データとして操船装置１４に送出するのは上述の通りである。
【００３２】
次に、図２は、本発明の第２の実施の形態を表すブロック構成図である。図において、前実施の形態と同一の装置は、同一の符号を付している。
第１の実施の形態では、自船を他船の中心位置に向ける操船の支援を行ったが、本実施の形態は、自船を他船の船尾寄りに向ける操船の支援を行うための装置及びその方法を実施する装置の例を示している。
【００３３】
図において、２０は操船支援装置であり、操船支援装置２０は、ＡＲＰＡ装置１２、操船装置１４、入力装置１６と接続される他、ジャイロコンパス１８にも接続される。操船者が入力装置１６に避航操船開始の命令及び避航の対象とする他船を特定する入力を行うと、操船支援装置２０は入力装置１６から出力される開始信号を受けて、処理を開始する。
【００３４】
操船支援装置２０は、所定時間ごとに対象とする他船の中心位置の方位（θt）データ、他船の真針路（Ψt）データをＡＲＰＡ装置１２から取り込み、また、ジャイロコンパス１８から自船の針路（Ψo）データを取り込む。
操船支援装置２０では、予め、他船の長さに相当する針路のオフセット角度θaddを定めておき、他船の中心位置の方位θtからこのオフセット角度θaddだけ船尾寄りに偏位した方位を指示針路Ψ*とする。このオフセット角度θaddだけ偏位させる際に、自船から見て他船が左から右へ進んでいるか、または右から左へ進んでいるか、即ち他船の真針路Ψtと自船の針路Ψoの差分の結果に応じて、船尾が左側か右側かを判定しオフセット角度θaddを加算するか減算するかを決定する。
【００３５】
つまり、もし、０≦（Ψt−Ψo）≦πまたは−２π≦（Ψt−Ψo）≦−πが成り立つときは、自船から見て他船が左から右に進んでいることになるから、
【００３６】
【数２】
Ψ*＝θt−θadd （２）
とし、もし、−π＜（Ψt−Ψo）＜０またはπ＜（Ψt−Ψo）＜２πが成り立つときは、自船から見て他船が右から左に進んでいることになるから、
【００３７】
【数３】
Ψ*＝θt＋θadd （３）
とする（図３参照）。こうして求めたΨ*を指示針路データとして操船装置１４に送出する。
【００３８】
この結果、自船の船首が対象とする他船の中心位置よりもオフセット角度θadd分だけ船尾に向いた方位に向けられることになる。
操船者は、視界上やレーダ装置１１のレーダ画面等を監視し、必要な避航動作が完了したと判断した時点で、入力装置１６に避航操船終了の命令の入力を行うと、入力装置１６から出力される終了信号を操船支援装置２０が受けて、操船装置１４に指示針路データを送出するのを終了する。
【００３９】
尚、操船支援装置２０の処理としては、上記（２），（３）式による他、以下の処理とすることもできる。
操船支援装置２０は、典型的な他船の長さＬtを予め定めておくと共に、ＡＲＰＡ装置１２からデータを取り込む際に、他船の相対距離（Ｒt）データも取り込み、次式より他船の船尾に相当するオフセット角度を求める。図３に示したように、自船から見た他船の長さＬ'tは、
【００４０】
【数４】
Ｌ't＝｜Ｌt・sin（Ψt−Ψo）｜ （４）
で表される。もし、０≦（Ψt−Ψo）≦πまたは−２π≦（Ψt−Ψo）≦−πが成り立つときは、自船から見て他船が左から右に進んでいることになるから、指示針路Ψ*は、
【００４１】
【数５】
【００４２】
【数６】
また、さらに、上記（４）式におけるＬtは予め定められた固定値としたが、操船者が入力装置１６から他船の長さを入力できる可変値とすることもできる。
次に、図４は、本発明の第３の実施の形態を表すブロック構成図である。図において、前実施の形態と同一の装置は、同一の符号を付している。
【００４３】
本実施の形態は、避航開始した後の自船及び他船の予想位置に基づいて求められた避航ルートを操船者に前もって表示するための装置及びその方法を実施する装置の例を示している。
図において、３０は操船支援装置であり、操船支援装置３０は、ＡＲＰＡ装置１２、指定された航行したいルートの変針点に基づいて自動操船を行うトラッキングパイロットのような操船装置１４、入力装置１６、ジャイロコンパス１８と接続される他、スピードログ１９、表示器３２にも接続される。表示器３２は、独自の表示器とすることもできるが、ＡＲＰＡ装置１２に装備される表示器３２を兼用することもできる。
【００４４】
操船者が入力装置１６に避航操船開始の命令及び避航の対象とする他船を特定する入力を行うと、操船支援装置３０は入力装置１６から出力される開始信号を受けて、処理を開始する。
操船支援装置３０は、対象とする他船の中心位置の方位（θt）データ、他船の真針路（Ψt）データ、他船の相対距離（Ｒt）データ及び他船の真速力（Ｖt）データをＡＲＰＡ装置１２から取り込み、また、ジャイロコンパス１８から自船の針路（Ψo）データを、スピードログ１９から自船の速力（Ｖo）データを取り込む。但し、ジャイロコンパス１８及びスピードログ１９から直接データを取り込む代わりに、これらのデータを一度ＡＲＰＡ装置を介して、ＡＲＰＡ装置１２から自船の針路（Ψo）データ、自船の速力（Ｖo）データを取り込むこともできる。
【００４５】
そして、操船支援装置３０は、図５に示す手順により、自船の推奨する複数の変針点から構成される避航ルートを求める。
まず、カウンタ変数ｎを０に設定し（ステップＳ１）、自船の現在の位置を中心の位置として、座標（０，０）を最初の変針点ＷＰ0の位置データとし、仮想的な自船の状態（針路，位置，速力）と仮想的な他船の状態（相対距離，中心方位，真針路，真速力，位置）を、それぞれ現在の状態に設定する（ステップＳ２）。
【００４６】
次いで、仮想的な自船の状態と仮想的な他船の状態から、その状態における他船に向ける方位、即ち指示針路Ψ*を求める（ステップＳ３）。他船の中心に向ける場合は、前述の（１）式を用いればよく、また他船の船尾寄りに向ける場合は、前述の（２）式及び（３）式、または（５）式及び（６）式を用いればよい。そしてここで求めた指示針路Ψ*を新たな仮想的な自船の針路として設定する。
【００４７】
次いで、一定時間ｔd、仮想的な自船の状態と仮想的な他船の状態を維持したまま直進すると仮定して、一定時間ｔd経過後の仮想的な自他船の位置を次式より求める（ステップＳ４）。
【００４８】
【数７】
ｘ'o＝ｘo＋Ｖo・ｔd・sinΨ* （７）
ｙ'o＝ｙo＋Ｖo・ｔd・cosΨ* （８）
ｘ'o，ｙ'o：自船の一定時間ｔd経過後の仮想的な位置座標
ｘo，ｙo：自船のその前の仮想的な位置座標
Ｖo：自船の速力
Ψ*：自船の仮想的な針路
ｘ't＝ｘt＋Ｖt・ｔd・sinΨt （９）
ｙ't＝ｙt＋Ｖt・ｔd・cosΨt （１０）
ｘ't，ｙ't：他船の一定時間ｔd経過後の仮想的な位置座標
ｘt，ｙt：他船のその前の仮想的な位置座標
Ｖt：他船の真速力
Ψt：他船の真針路
【００４９】
次に、上記（７）ないし（１０）式で求めた、一定時間ｔd経過後の仮想的な自他船の位置関係で、他船との航過が終わっているかを判断する（ステップＳ５）。もし航過が終わっている場合は、最後の指示針路Ψ*を保針するように最後のＷＰのデータを設定するか、自船の避航前の針路に戻すように最後のＷＰのデータを設定し、処理を終了する（ステップＳ１０）。尚、航過が終了しているかどうかは、仮想的な自他船の位置関係で求めた、最接近時間ＴＣＰＡ（Time to Closest Point of Approach、自他船がそのまま直進すると仮定して二隻が最接近点に到達するまでの時間、以下単にＴＣＰＡという）の値が負になるかどうか（負であれば航過が終了）を調べることで判断する。
【００５０】
航過が終了していないときは、カウンタ変数ｎに１を足し（ステップＳ６）、ｎの値が予め与えられたｎの最大値ｎmaxよりも大きくなっているかどうかを判断し（ステップＳ７）、大きくなっている場合には避航ルートを求めることができないものとして、処理を終了する（ステップＳ１０）。
ｎが最大値ｎmax以下の場合には、ステップＳ４で求めた一定時間ｔd経過後進んだ自船の仮想的な位置（ｘ'o，ｙ'o）を、ｎ番目の変針点ＷＰnの位置データとする（ステップＳ８）。そして、（７）ないし（１０）式から求めた仮想的な自他船の位置関係から、仮想的な自船の位置から見た仮想的な他船の中心位置の方位θ'tを次式により求める（ステップＳ９）。
【００５１】
【数８】
そして、仮想的な自他船の状態の更新を行う。更新は、仮想的な自船の状態として、仮想的な自船の位置は、（７）、（８）式で求められた（ｘ'o，ｙ'o）、仮想的な自船の針路はΨ*、仮想的な自船の速力はＶo（変わらず）となり、仮想的な他船の状態として、仮想的な他船の位置は、（９）、（１０）式で求められた（ｘ't，ｙ't）、仮想的な他船の中心位置の方位は（１１）式で求められたθ't、仮想的な他船の真針路はΨt（変わらず）、仮想的な他船の真速力はＶt（変わらず）となるように、行われる。
【００５３】
そして、ステップＳ３に戻り、更新された仮想的な自他船の状態に基づいて、仮想的な次の指示針路Ψ'*を求める。
このステップＳ３及びＳ９を繰り返すことにより、複数の変針点ＷＰからなる避航ルートが求められる。この避航ルートデータを表示器３２に送出する。表示器３２では、この避航ルートを図６に示すように変針点の座標を結合した線分で表示する。操船者は表示器３２を見て、この操船をした場合に先に進んだ状況を前もって判断できる。
【００５４】
操船支援装置３０から複数の変針点ＷＰからなる避航ルートデータがトラッキングパイロット等の操船装置１４に送出されて操船装置１４でこの避航ルートを辿るような操船がなされる。
但し、操船装置１４が操船を行わなくとも、この避航ルートに基づいて操船者が操船を行うことも可能である。
【００５５】
また、任意的には、操船支援装置３０から操船装置１４に避航ルートデータが送出される前に、操船者が確認できるようにすることも可能である。即ち、操船者は、表示器３２に表示された避航ルートを見て、この避航方法が妥当であるかどうかを判断し、妥当であれば入力装置１６から確認信号を入力する。この信号に基づいて、操船支援装置３０は、避航ルートデータを操船装置１４に送出する。また、操船者の確認方法としては、通常のトラッキングパイロットでの操船と同様に、各変針点毎に変針確認の操作を行っても良いし、予め定めた個数の変針点をまとめて一回の変針確認の操作で行ってもよい。
【００５６】
また、任意的には、操船支援装置３０が図５の処理を行う代わりに、図７の処理を行うようにすることもできる。尚、図５と同一の処理については同一のステップ番号を付す。
即ち、図６の例では避航ルートは隣合う変針点ＷＰを結ぶ複数の線分の集合で構成されていたが、トラッキングパイロットによっては回転半径を指定すると、その回転半径を持つ円弧上に沿った操船を行うことができるものもある。そこで、図８に示すように、避航ルートを円弧の集まりで構成する。
【００５７】
即ち、ステップＳ３’において、自船が仮想的な自船の速力Ｖoを維持して回転半径ｒの等速円運動をして、一定時間ｔdだけ進んだときに、（９）、（１０）式で求められる一定時間ｔd後の仮想的な他船の中心位置の方位に、自船の針路が向くための条件として次の連立方程式を立てる。
【００５８】
【数９】
Ｖo・ｔd＝ｒ・φ （１４）
ｘ'o＝ｘo＋ｒ−ｒ・cosφ （１５）
ｙ'o＝ｙo＋ｒ・sinφ （１６）
ｘ'o，ｙ'o：自船の一定時間ｔd後の仮想的な位置座標
ｘo，ｙo：自船の仮想的な位置座標
Ｖo：自船の速力
Ψ'o：自船の一定時間ｔd後の仮想的な針路
Ψo：自船の仮想的な針路
【００５９】
この連立方程式を解き、回転半径ｒと一定時間ｔdだけ進んだときの仮想的な自船の針路Ψ'o及び仮想的な自船の位置（ｘ'o，ｙ'o）を求める。仮想的な自他船の位置関係で航過が終わったかどうかを判定し（ステップＳ５）、終了していないときには、カウンタ変数ｎに１を足し（ステップＳ６）、ｎの値が予め与えられたｎの最大値ｎmaxよりも大きくなっているかどうかを判断し（ステップＳ７）、大きくなっている場合には避航ルートを求めることができないものとして、処理を終了する（ステップＳ１０）。
【００６０】
ｎが最大値ｎmax以下の場合には、前記仮想的な自船の位置（ｘ'o，ｙ'o）を変針点のデータＷＰnとし、回転半径ｒをその付加データとする（ステップＳ８）。そして、仮想的な自他船の状態の更新を行う（ステップＳ９’）。更新は、仮想的な自船の状態として、仮想的な自船の位置は、（１５）、（１６）式で求められた（ｘ'o，ｙ'o）、仮想的な自船の針路はΨ* o、仮想的な自船の速力はＶo（変わらず）となり、仮想的な他船の状態として、仮想的な他船の位置は、（９）、（１０）式で求められた（ｘ't，ｙ't）、仮想的な他船の方位は（１１）式で求められたθ't、仮想的な他船の真針路はΨt（変わらず）、仮想的な他船の真速力はＶt（変わらず）となるように、行われる。
【００６１】
尚、ここで、一定時間ｔdだけ進んだときに、仮想的な自船の針路を他船の中心位置の方位ではなく、他船の船尾寄りに向ける場合は、自船の針路を求める上記（１２）式の代わりに、前述の（２）及び（３）式、または（５）及び（６）式を用いて算出する。この場合、（２）ないし（６）式中のΨ*をΨ'oに置き換え、θtを
【００６２】
【数１０】
とし、ＲtとしてＲt＝√（ｘ't−ｘ'o）2＋（ｙ't−ｙ'o）2を（１２）ないし（１６）の連立方程式に加えればよい。
こうして、避航ルートが求められると、避航ルートデータが表示器３２に送出され、表示器３２ではこの避航ルートを図８に示すように変針点の座標を結合する曲線で表示する。
【００６４】
そして、任意的には、操船支援装置３０から回転半径を指定できるトラッキングパイロット等の操船装置１４に避航ルートデータを送出することにより、自動的に操船することができる。
以上説明した第１の実施の形態ないし第３の実施の形態において、避航操船開始は操船者が判断し、それを操船者が入力装置１６へ操船開始を入力することにより、操船支援装置１０、２０、３０が処理を開始するものとしたが、これに限られず、操船支援装置１０、２０、３０が逐次的にその時の自船の針路・速力と、対象とする他船の位置・真針路・真速力からその時の衝突危険度を判断し、避航開始時期を自動的に判断するようにしてもよい。
【００６５】
この衝突危険度として、例えば、ＴＣＰＡの値を用いることができ、例えば、ＴＣＰＡが一定の値より小さくなった時点を衝突の危険度が高くなったものと判断して、自動的に開始信号を発生し、前述の各処理を行うようにすることができる。
また、以上説明した第１の実施の形態ないし第３の実施の形態においては、現在の時点を避航開始時期としていたが、第３の実施の形態において、自船の針路上で先に進んだ予測位置で、対象とする他船との衝突危険度を判定し、衝突危険度が一定値より大きくなった時点を避航開始時期とした避航ルートを設定することとしてもよい。
【００６６】
避航開始時期は、例えば図９に示した手順で決定できる。
まず、仮想的な自船の状態（針路，速力）と仮想的な他船の状態（相対距離，方位，真針路，真速力）を、それぞれ現在の状態に設定する（ステップＳ１１）。
そして、仮想的な自船の状態と仮想的な他船の状態からＴＣＰＡを求める（ステップＳ１２）。このＴＣＰＡの値が予め定めたしきい値ＴＣＰＡmin以下かどうかを判定し（ステップＳ１３）、しきい値ＴＣＰＡmin以下のときは衝突の危険度が高くなったものと判断して、現在を避航開始時期として、図５または図７の処理を開始する。
【００６７】
また、しきい値ＴＣＰＡminより大きいときは、仮想的な自他船を一定時間ｔdの間そのまま直進すると仮定して、一定時間ｔd経過後の仮想的な自他船の位置を（７）ないし（１０）式より求め、求めた位置を次の仮想的な自他船の状態として更新し、仮想的な自船の針路・速力、仮想的な他船の真針路・真速力は変わらずとし、ステップＳ１２ないしＳ１４の処理を繰り返す。
【００６８】
そして、しきい値ＴＣＰＡmin以下になったときに、その仮想的な自他船の状態となる時間を避航開始時期として、図５または図７の処理を開始する。尚、図５または図７のステップＳ２の現在の状態は、避航開始時期の状態との仮想的な自他船の状態と読み替えるものとする。
こうして、自船の針路上で先に進んだ位置から避航開始した避航ルートを求めることができる。
【００６９】
また、以上説明した第１の実施の形態ないし第３の実施の形態においては、対象とする他船を操船者が入力装置１６へ入力することにより、指定したが、これに限られず、操船支援装置１０、２０、３０が逐次的にその時の自船の針路・速力と、自船周囲の他船の位置・真針路・真速力からその時の衝突危険度を判断し、対象とする他船を自動的に判断する。
【００７０】
衝突危険度の判定としては、例えば、各他船毎に最接近距離ＤＣＰＡ（Distance of Closest Point of Approach、自他船がそのまま直進すると仮定して二隻が最接近したときの距離、以下単にＤＣＰＡという）とＴＣＰＡを求め、このＤＣＰＡの値が予め定めたしきい値ＤＣＰＡminより小さい他船のうち、最もＴＣＰＡが値が小さい他船を対象とすることとすればよい。
【００７１】
また、以上説明した第１の実施の形態ないし第３の実施の形態において、最大変針角の制限値（または最小曲率半径の制限値）を設けておくこともできる。即ち、操船支援装置で求めた指示針路、変針点における変針角または曲率半径が設定された制限値を超えた場合に、これらを例えばその最大変針角（または最小曲率半径）とするような処理を、さらに操船支援装置が行うようにすることも可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、自船を他船の方位に向ける操船の支援を行うので、避航操船を簡単に行うことができ、且つ操船者の避航操船の負担を軽減させることができる。従って、操船者は、他の監視または操船に関する操作作業を妨げられることもなく、結果として安全な操船を行うことができるようになる。
【００７３】
また、推奨される自船の避航ルートを求めるので、操船者が予め先に進んだ状況を前もって知ることができる。
また、請求項５記載の発明によれば、他船の中心位置の方位よりも他船の船尾寄りにオフセット角度だけ偏位した方位に自船を向けることになるので、より衝突の危険性が小さくなりより安全な避航とすることができる。
【００７４】
また、請求項６記載の発明によれば、他船の相対距離Ｒt、自船の針路Ψo、他船の針路Ψt及び他船の長さＬtを用いて前記オフセット角度を用いて決めるため、より精度の高いオフセット角度とすることができる。
また、請求項７記載の発明によれば、自動的に操船支援を行うか操船支援装置が判断するため、より操船者の負担が軽減される。
【００７５】
また、請求項８記載の発明によれば、自動的に避航を行うべき対象の他船を操船支援装置が判断するため、より操船者の負担が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の操船支援装置及び操船支援方法を実施する装置の第１の実施の形態を表すブロック構成図である。
【図２】本発明の操船支援装置及び操船支援方法を実施する装置の第２の実施の形態を表すブロック構成図である。
【図３】他船の船尾の方位を求める方法を示す説明図である。
【図４】本発明の操船支援装置及び操船支援方法を実施する装置の第３の実施の形態を表すブロック構成図である。
【図５】図４の操船支援装置の処理手順を示すフローチャート図である。
【図６】第３の実施の形態で求められる避航ルートを表す説明図である。
【図７】図４の操船支援装置の他の処理手順を示すフローチャート図である。
【図８】第３の実施の形態で求められる他の避航ルートを表す説明図である。
【図９】第３の実施の形態の変形例において避航開始時期の決定の処理手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０ 操船支援装置
Claims (8)
- 他船との衝突を回避するために使用される操船支援装置であって、
開始信号を受けて、対象とする他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、各データから仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力をそれぞれ初期設定し、これらの初期設定値から他船の方位を求めてこれを次の仮想的な自船の針路とすると共に、一定時間、自船が前記仮想的な自船の針路で仮想的な自船の速力を維持して進み、他船が前記仮想的な他船の真針路で仮想的な他船の速力を維持して進んだときの、一定時間経過後の仮想的な自船の位置と仮想的な他船の中心位置を求め、そのときの仮想的な自船の位置を変針点とし且つそのときの他船の方位を求めて次の仮想的な自船の針路とし、順次、変針点を求めて、複数の変針点からなる避航ルートを求める、ことを特徴とする操船支援装置。 - 他船との衝突を回避するために使用される操船支援装置であって、
開始信号を受けて、対象とする他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、各データから仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力をそれぞれ初期設定し、これらの初期設定値から、一定時間、自船が前記仮想的な自船の速力を維持して等速円運動をし、他船が前記仮想的な他船の真針路で仮想的な他船の速力を維持して進んだときに一定時間経過後に自船が他船の方位を向くような、等速円運動の回転半径と一定時間経過後の仮想的な自船の位置と仮想的な他船の中心位置とを求め、そのときの仮想的な自船の位置を変針点とし且つそのときの自船の針路を次の仮想的な自船の針路とし、順次、変針点及び回転半径を求めて、複数の変針点からなる避航ルートを求める、ことを特徴とする操船支援装置。 - 前記仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力のそれぞれの初期設定値は、開始信号を受けた時点の他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力のそれぞれのデータ値であることを特徴とする請求項１または２記載の操船支援装置。
- 前記仮想的な他船の中心位置の方位、仮想的な他船の相対距離、仮想的な他船の真針路、仮想的な他船の真速力、仮想的な自船の針路及び仮想的な自船の速力のそれぞれの初期設定値は、他船が開始信号を受けた時点の真針路及び他船の真速力を維持して進み、自船が開始信号を受けた時点の針路及び速力を維持して進んだときに、互いの衝突危険度が所定値よりも大きくなるときの、他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力のそれぞれの予測値であることを特徴とする請求項１または２記載の操船支援装置。
- 前記他船の方位は、他船の中心位置の方位よりも他船の船尾寄りにオフセット角度だけ偏位したものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の操船支援装置。
- 前記操船支援装置は、前記オフセット角度を、他船の相対距離Ｒt、自船の針路Ψo、他船の針路Ψt及び他船の長さＬtからtan-1｛｜Ｌt・sin（Ψt−Ψo）｜／２Ｒt｝を用いて求めることを特徴とする請求項５記載の操船支援装置。
- 前記操船支援装置は、逐次、対象となる他船の中心位置の方位、他船の相対距離、他船の真針路、他船の真速力、自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、これらのデータから求めた自他船の衝突危険度が所定値よりも大きくなったときに前記開始信号を受けることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の操船支援装置。
- 前記操船支援装置は、複数の他船の中心位置の方位，他船の相対距離，他船の真針路及び他船の真速力並びに自船の針路及び自船の速力の各データを取り込み、これらのデータから求めた自他船の衝突危険度が最大となる他船を、対象の他船とすることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の操船支援装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34112196A JP3911056B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 操船支援装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34112196A JP3911056B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 操船支援装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10175597A JPH10175597A (ja) | 1998-06-30 |
| JP3911056B2 true JP3911056B2 (ja) | 2007-05-09 |
Family
ID=18343456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34112196A Expired - Fee Related JP3911056B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 操船支援装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3911056B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3683890B2 (ja) | 2003-03-31 | 2005-08-17 | 財団法人ファジィシステム研究所 | 船舶等の制御装置及び方法 |
| JP2009132257A (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Universal Shipbuilding Corp | 操船制御方法、プログラム及び装置、並びに自動操船制御システム |
| KR102099699B1 (ko) * | 2018-10-22 | 2020-04-13 | 한국해양과학기술원 | 무인수상선의 충돌 회피 장치 및 방법 |
| EP4290496A1 (en) * | 2022-06-10 | 2023-12-13 | Furuno Electric Co., Ltd. | Navigation route planning apparatus and navigation route planning method |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60200400A (ja) * | 1984-03-24 | 1985-10-09 | 日立造船株式会社 | 船舶衝突予防装置 |
| JPS6369000A (ja) * | 1986-09-10 | 1988-03-28 | 川崎重工業株式会社 | 予測衝突危険範囲設定方法 |
| JPH07304497A (ja) * | 1994-05-12 | 1995-11-21 | Tokimec Inc | 避航誘導装置 |
-
1996
- 1996-12-20 JP JP34112196A patent/JP3911056B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10175597A (ja) | 1998-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6479399B2 (ja) | 航行ルート生成装置、自動操舵システム及び航行ルート生成方法 | |
| EP3170735B1 (en) | Boat maneuvering control method for boat and boat maneuvering control system for boat | |
| US9594375B2 (en) | Heading control using multiple autopilots | |
| US10457371B2 (en) | Vessel steering apparatus | |
| JP2786809B2 (ja) | 船舶用航行支援装置 | |
| JP2022106753A (ja) | 自動着岸装置 | |
| WO2018123947A1 (ja) | 船舶の自動操縦システム、船舶、及び船舶の自動操縦方法 | |
| JP4804032B2 (ja) | 船舶用自動航法援助システム | |
| JP2020147176A (ja) | 輻輳海域の避航操船方法および避航操船システム | |
| US20160252906A1 (en) | Operating Multiple Autopilots | |
| JP2005028891A (ja) | 接岸用操船設備 | |
| JP3911056B2 (ja) | 操船支援装置 | |
| JPH0922500A (ja) | 避航支援装置 | |
| JP6228811B2 (ja) | 旋回進捗度表示装置、自動操舵装置及び旋回進捗度表示方法 | |
| EP3627106A2 (en) | Apparatus and method for maneuvering marine vessel | |
| JPH11125675A (ja) | 自動衝突予防援助装置 | |
| JPH07304495A (ja) | 避航支援装置 | |
| JPH11249734A (ja) | 自律誘導装置 | |
| JPH07304497A (ja) | 避航誘導装置 | |
| JPH03161899A (ja) | 自動追尾装置 | |
| JPH0578476B2 (ja) | ||
| JPH07304496A (ja) | 避航誘導装置 | |
| JPH10287177A (ja) | 車両用前方画像撮影装置及び車両用案内表示装置 | |
| JPH064132A (ja) | 移動体の障害物回避方法 | |
| US11987339B1 (en) | Steering control system of marine vessel, marine vessel and steering control method of marine vessel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051118 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051206 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060206 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061003 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061201 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070109 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070126 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100202 Year of fee payment: 3 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100202 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100202 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110202 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120202 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130202 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140202 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |