JP4247497B2

JP4247497B2 - 最適航路探索システム

Info

Publication number: JP4247497B2
Application number: JP2005246461A
Authority: JP
Inventors: 尚史吉田; 正夫森川; 啓市山崎; 光一郎松本; 和義廣田
Original assignee: Universal Shipbuilding Corp
Current assignee: Universal Shipbuilding Corp
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2025-08-26
Also published as: JP2007057499A

Description

本発明は、船舶の航路を探索するシステムに関するものである。特に最適な航路を短時間で効率よく探索するシステムに関するものである。

船舶が航行する際には、外部の機関等から、現在、将来に関する様々な海気象に関するデータ（以下、海気象データという）が提供される（例えば特許文献１参照）。そして、海気象データに基づいて、船舶の運航等の計画、管理等を行う。また、気象条件等に基づいた最適航路の航路計画（ウェザールーティング）等も行われている。
特開昭６１−２４７９１７号公報

従来、ウェザールーティングを行う際に用いられる船舶の性能に関するデータは、近似的かつ限定されたデータしか用いられていなかった。また、演算に時間がかかるため、基本的にルーティングは航海前に行われている。そのため、航海途中において、最新の気象情報に基づいてルーティング変更が行われることがなかった。さらに、ウェザールーティングを行う際の代表的な最適航路探索手法である変分法、線形計画法等では探索計算に多くの時間が費やされていた。また、時間を費やしても、上記のように近似的かつ限定されたデータしか用いられていないため、必ずしも真の最適解を求められるとは限らなかった。

本発明に係る最適航路探索システムは、ある海域の出発点から目的地までの海域を格子状に任意の間隔に区切った交差部分を複数のノードとして設定し、船舶が固有に有する個船性能データと海気象データとに基づいて、ノード間における、少なくとも船速、燃料消費量を計算し、それらから構成されるコスト又は重みを予測データとして算出するコスト算出装置と、予測データを少なくとも記憶する記憶装置と、記憶装置に記憶された予測データに基づいて、ある海域の出発点から目的地までの最適航路を探索する航路探索装置と、航路探索装置が探索した最適航路に基づいて航路図を表示する表示装置とを備えるものである。

本発明に係る最適航路探索システムは、船舶が固有に有する個船性能データと海気象データとに基づいて、少なくとも、ある海域から目的地までに設定した複数のノード間における、少なくとも船速、燃料消費量及びシーマージンに基づくコスト又は重みを予測データとして算出するコスト算出装置と、予測データを少なくとも記憶する記憶装置と、記憶装置に記憶された予測データに基づいてある海域から目的地までの最適航路を探索する航路探索装置と、航路探索装置が探索した最適航路に基づいて航路図を表示する表示装置とを備えるものである。

また、本発明に係る最適航路探索システムの航路探索装置は、船舶の航海時間又は燃料消費量に基づく最適航路を探索する。

また、本発明に係る最適航路探索システムは、航路探索装置が探索した最適航路に加え、大圏航路及び／又は任意の指定航路に関する航路図を表示装置に表示する。

また、本発明に係る最適航路探索システムは、コスト算出装置、記憶装置及び航路探索装置は陸上に設けられており、船舶内に設けられた表示装置と航路探索装置との間を無線通信を行うための通信装置をさらに備える。

また、本発明に係る最適航路探索システムは、船舶内に各装置が備えられており、海気象データを含む信号を受信して、コスト算出装置に送信する通信装置をさらに備える。

また、本発明に係る最適航路探索システムは、荒天避航に対する指標となるパラメータを、数値、あらかじめ定めた閾値に対する発生確率、閾値との割合又は指数のいずれかの方法で表示装置に表示する。

また、本発明に係る最適航路探索システムの航路探索装置は、最適経路探索アルゴリズムを用いて最適航路を探索する。

また、本発明に係る最適航路探索システムの航路探索装置は、ダイクストラ法に基づいて最適航路を探索する。

また、本発明に係る最適航路探索システムの航路探索装置は、Ａ^*アルゴリズム法に基づいて最適航路を探索する。

本発明によれば、航路探索装置が、少なくとも船速、燃料消費量及びシーマージンに基づく予測データにより、ある海域から目的地までの最適航路を探索し、表示装置が最適航路に基づいた航路図を表示するようにしたので、例えば、運航者は、探索された最適航路を参照して航路計画の立案、修正等を行うことができ、経済的な航海を実現することができる。また、海気象データの更新に基づいて最適航路を再探索し、修正することもでき、運航者が航路選定するために必要な情報を最適なものに更新しながら、提供することができるので、運航の効率化、および安全運航の実現に資することが可能となる。

また、本発明によれば、船舶の航海時間又は燃料消費量に基づく最適航路を探索するようにしたので、省時間、定時運航、省エネルギ等の目的に応じた最適航路を探索することができる。

また、本発明によれば、大圏航路及び／又は任意の指定航路に関する航路図を表示装置に表示するようにしたので、運航者が航路探索装置が探索した最適航路との比較、検討を行いやすくすることができる。

また、本発明によれば、コスト算出装置、記憶装置及び航路探索装置は陸上に設けられており、船舶内に設けられた表示装置と航路探索装置との間を無線通信を行うための通信装置をさらに備えるようにしたので、複数の船舶における最適航路の探索を陸上に設けられた装置で行うことができる。

また、本発明によれば、船舶内に各装置が備えられており、海気象予報情報データを含む信号を受信して、コスト算出装置に送信する通信装置をさらに備えるようにしたので、海気象予報情報データを受信することにより、船舶内において最適航路の探索等を行うことができる。

また、本発明によれば、荒天避航に対する指標となるパラメータを表示装置に表示するようにしたので、運航者は、荒天に対する避航計画、荷崩れ対策等を行うことができる。

また、本発明によれば、最適経路探索アルゴリズムを用いて最適航路を探索するようにしたので、最適航路の探索を少ない時間で行うことができる。

また、本発明によれば、最短経路探索を行うのに有力なダイクストラ法に基づいて最適航路を探索するようにしたので、最適航路の探索を少ない時間で行うことができる。

また、本発明によれば、２点間の経路探索に有力なＡ^*アルゴリズムに基づいて最適航路を探索するようにしたので、最適航路の探索を少ない時間で行うことができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る最適航路探索システムの構成を表す図である。図１において、陸上側システム１は、コスト算出装置１０、記憶装置２０、航路探索装置３０及びデータ信号通信装置４０で構成されている。陸上システム１は、外部機関の装置から何らかの通信手段を介して海気象データを含む信号を受信し、処理を行う。

コスト算出装置１０は、設定されたノード間のコスト（重み）の予測値を算出し、データ（以下、予測データという）を生成する。本実施の形態では、船速、燃料消費量及びシーマージンに関する予測データを生成する。ここで、本実施の形態では、海域を緯度、経度方向にそれぞれ決まった間隔（例えば２．５度間隔）で格子状に区切った交点を各ノードに設定する。この間隔は緯度、経度それぞれに任意に定めることができる。コスト算出装置１０は、全エッジ分の予測データを算出する。そして、海気象データが変更される度に、コスト算出装置１０は、変更された海気象データに基づいて予測データを算出し、更新する。

記憶装置２０は、さらに、海気象データ記憶手段２０Ａ、個船データ記憶手段２０Ｂ及び予測データ記憶手段２０Ｃで構成される。海気象データ記憶手段２０Ａに記憶される海気象データは、例えば外部機関等から提供される、現在〜１週間先の、例えば航路周辺等における海気象に関するデータである。また、個船データ記憶手段２０Ｂに記憶される個船データは、各船舶が個別に備える性能に関するデータである。そして、予測データ記憶手段２０Ｃには、コスト算出装置１０が生成した予測データが記憶される。

航路探索装置３０は、コスト算出装置１０が算出した予測データに基づいて、最適経路（航路）を探索し、最適航路データを生成する。探索に際し、燃料消費量又は航行時間を最適にする航路の探索を選択することができる。データ信号通信装置４０は、予測データ、最適航路データをはじめ、船側システム２が必要とする各種データを含む信号を無線送信する。また、船側システム２から送られた信号を受信する。また、これらの各データは、例えば陸上側システム１が有する表示装置、印字装置（図示せず）により、表示あるいは印字をすることも可能である。コスト算出装置１０により、あらかじめ最新の予測データが算出されているので、航路探索装置３０が最適航路データを生成する時間を短縮することができる。また、航路探索装置３０は、最適航路の探索に当たって、その船舶がどの日時にどの位置にいるかを判断する。そして、その判断に基づいて、そのときのコストを参照し、航路上の各日時、場所における海気象に追従しながら、さらに最適航路を探索するので、出発から到着までの最適航路の探索精度をさらに向上させることができる。そして、船舶の航海中においても、海気象データが変更され、予測データが変更されると、その位置を出発点として最適航路の探索を行うことができる。もちろん、この場合でも、出発点を任意に指定して最適航路の探索を行うこともできる。

一方、船側システム２は、データ信号通信装置５０、データ処理装置６０、記憶装置７０及び表示装置８０で構成されている。データ信号通信装置５０は、データ信号通信装置４０と対となり、各種データを含む信号の送受信を行う。特に本実施の形態では、最適航路データ及び予測データを含む信号を受信し、処理する。

データ処理装置６０は、記憶装置７０に記憶されている海図、運航者が定めた航路及び大圏航路（外乱等を考慮しない場合の最短航路）のデータとともに最適航路データを処理する。そして、陸上側システム１が探索した最適航路、運航者が任意に指定した航路及び大圏航路を、海図と共に表示するための表示信号を送信する。表示装置８０は表示信号に基づいた表示を行う。記憶装置７０は、少なくとも運航者が計画した航路、大圏航路、海図のデータをあらかじめ記憶している。また、陸上側システム１が探索した最適航路のデータについても記憶する。表示装置８０は表示信号に基づいた表示を行う。また、例えばプリンタ等の印刷手段を設け、表示結果や各種データを印字することもできる。

図２及び図３はダイクストラ法による航路探索手順を表す図である。本実施の形態では、航路探索装置３０において、最適航路を探索するための最適経路探索アルゴリズムとして、最短経路探索を行うのに有力なダイクストラ（Dijkstra）法を用いるものとする。次に航路探索装置３０の動作例について説明する。ダイクストラ法とは、ノード間を結ぶエッジに対して重みをつけ、その重みに基づく演算により、最小となる経路を探索する手法である。重みは、前述したように燃料消費量、航行時間に対してコスト算出１０が演算した予測データにより得られる。ここでは燃料消費量について重みが設定されているものとする。

ノードＡ〜Ｅが存在し、各ノードのエッジとその重みの関係は図２（ａ）で表されるものとする。ここで、例として始点ノードＡから終点ノードＤに到るまでの最適航路探索について説明する。まず、ノードＡについて仮の最小航路を設定する。始点ノードＡから始点ノードＡは０、ノードＡからノードＢは２、ノードＡからノードＣは５、ノードＡからノードＥは６となる。また、エッジのないノードＡからノードＤは無限大とする。したがって、最小航路は０となり、これによりノードＡに関して、始点（ノードＡ）からの最小航路を確定する（図２（ｂ））。ここで、図２及び図３において、確定したノードにはパターンによる塗りつぶしがなされている。

確定したノードＡに対して、新たな仮の最小航路はない。したがって、次にノードＡと最小航路になるのはノードＢであるので、ノードＢに関して、始点（ノードＡ）からの最小航路２を確定する（図２（ｃ））。

次にノードＢに関して、エッジが存在するのはノードＣである。ノードＡからノードＣの仮の最小航路は５であるが、ノードＢを経由すると３となるため、ノードＡ（始点）からノードＣの最小航路を３に更新する（図２（ｄ））。そして、ノードＣに関して、始点（ノードＡ）からの最小航路３を確定する（図２（ｅ））。

ノードＣに関して、エッジが存在するのはノードＤである。ノードＡからノードＤの仮の最小航路を無限大としているが、６に更新する。そして、ノードＤに関して、始点（ノードＡ）からの最小航路６を確定する（図２（ｆ））。ここで、ノードＤとノードＥとの間にエッジが存在するが、ノードＤを経由した最小航路は１０となる。したがって、ノードＥに関して、始点（ノードＡ）からの最小航路は、仮の最小航路６で確定する（図２（ｇ））。以上のようにしてすべてのノードについて、始点（ノードＡ）からの最小航路を確定して処理を終了する。以上のような手順により航路探索装置３０が算出した最適航路のデータ及びコスト算出装置１０が算出した予測データを少なくとも含む信号を、データ信号通信装置４０が船側システム２に向けて送信する。ここで、海気象は時々刻々と変化し、それに伴って海気象データも変更されるため、航路探索装置３０は、その時の船舶の位置に対応するノードを始点として、例えば定期的に探索して生成した最適航路データを含む信号を、データ信号通信装置４０が船側システム２に向けて送信する。

一方、船側システム２では、データ信号通信装置５０が受信した信号を処理する。データ処理装置６０は、記憶装置７０に記憶されている海図、運航者が任意に指定した航路及び大圏航路のデータとともに最適航路データを処理する。そして、陸上側システム１が探索した最適航路、運航者が任意に指定した航路及び大圏航路を海図と共に表示するための表示信号を送信する。表示装置８０は表示信号に基づいて航路図の表示を行う。

以上のように、実施の形態１によれば、海気象データ及び予測データを含む信号が陸上側システム１から船側システム２に送信され、船側システム２において、それらを処理することができるので、例えば、運航者はこれから遭遇する海気象及びその中での船体性能の予測値を事前に入手することができる。また、海気象データ、個船データ及び予測データに基づいて航路探索装置３０が生成した最適航路データに基づいて、船側システム２のデータ処理装置６０が処理を行い、表示装置８０に表示するようにしたので、例えば、運航者は、出航前において、探索された最適航路を参照して航路計画を考えることができ、経済的な航海を実現することができる。また、最適航路は、航海中でも適宜最新のデータに基づいて更新できるので、出航後においても、例えば、運航者が任意に指定した航路、大圏航路を含めた航海図と共に表示された最適航路に基づいて、船舶上で航海計画の修正を行うことができる。航路探索装置３０は、最適経路探索アルゴリズムであるダイクストラ法を用いて探索を行うようにしたので、海気象等の外乱を考慮した最適航路の探索を少ない時間で行うことができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態では、航路探索装置３０が最適航路の探索を行う場合の最適経路探索アルゴリズムとしてダイクストラ法を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。他の最適経路探索アルゴリズムを用いて最適航路の探索を行うこともできる。例えば２点間の経路探索に有力なＡ^*（エースター）アルゴリズムを用いて探索を行うこともできる。Ａ^*アルゴリズムでは、ノード及びノード間のパスを設定し、さらに各パスのコスト（負担：ダイクストラ法における重みに相当する）を設定する。そして、スタートノードからゴールノードに到るまでの最短パスを探索する。

以上のように第２の実施の形態によれば、航路探索装置３０が探索を行う際の最適経路探索アルゴリズムとしてＡ^*アルゴリズムを用いるようにしたので、ダイクストラ法と同様に、最短経路探索を少ない時間で行うことができる。

実施の形態３．
図４は本発明の第３の実施の形態に係る最適航路探索システムの構成を表す図である。上述の実施の形態では、陸上側システム１と船側システム２に分けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、実施の形態１で説明した陸上側システム１の各装置を船側システム２に設けることもできる。そして、データ内容が変化する海気象データについては、例えば通信衛星を介して送信された、海気象データを含む信号を受信する。海気象データは海気象データ記憶手段２０Ａに記憶される。各装置の処理については、実施の形態１で説明したことと同様であるので説明を省略する。

実施の形態４．
上述した実施の形態１では、特に示さなかったが、例えば、船側システム２のデータ処理装置６０において、荒天の際の船舶挙動を予測してその指標となるパラメータを算出し、数値、あらかじめ定めた閾値に対する発生確率、閾値との割合又は指数のいずれかの方法で表示装置に表示するようにしてもよい。

本発明の実施の形態１に係る最適航路探索システムの構成を表す図である。ダイクストラ法による航路探索手順を表す図（その１）である。ダイクストラ法による航路探索手順を表す図（その２）である。本発明の第３の実施の形態に係る最適航路探索システムの構成を表す図である。

符号の説明

１陸上側システム
２船側システム
１０コスト算出装置
２０記憶装置
２０Ａ海気象データ記憶手段
２０Ｂ個船データ記憶手段
２０Ｃ予測データ記憶手段
３０航路探索装置
４０データ信号通信装置
５０データ信号通信装置
６０データ処理装置
７０記憶装置
８０表示装置

Claims

ある海域の出発点から目的地までの海域を格子状に任意の間隔に区切った交差部分を複数のノードとして設定し、船舶が固有に有する個船性能データと海気象データとに基づいて、ノード間における、少なくとも船速、燃料消費量を計算し、それらから構成されるコスト又は重みを予測データとして算出するコスト算出装置と、
前記予測データを少なくとも記憶する記憶装置と、
該記憶装置に記憶された前記予測データに基づいて、前記のある海域の出発点から前記目的地までの最適航路を探索する航路探索装置と、
該航路探索装置が探索した最適航路に基づいて航路図を表示する表示装置と
を備えることを特徴とする最適航路探索システム。
前記航路探索装置は、前記船舶の航海時間又は燃料消費量に基づく最適航路を探索することを特徴とする請求項１記載の最適航路探索システム。
前記航路探索装置が探索した最適航路に加え、大圏航路及び／又は任意の指定航路に関する航路図を前記表示装置に表示することを特徴とする請求項１又は２記載の最適航路探索システム。
前記コスト算出装置、前記記憶装置及び前記航路探索装置は陸上に設けられており、前記船舶内に設けられた表示装置と前記航路探索装置との間を無線通信を行うための通信装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の最適航路探索システム。
前記船舶内に前記各装置が備えられており、
前記海気象データを含む信号を受信して、前記コスト算出装置に送信する通信装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の最適航路探索システム。
荒天避航に対する指標となるパラメータを、数値、あらかじめ定めた閾値に対する発生確率、前記閾値との割合又は指数のいずれかの方法で前記表示装置に表示することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の最適航路探索システム。
前記航路探索装置は、最適経路探索アルゴリズムを用いて前記最適航路を探索することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の最適航路探索システム。
前記航路探索装置は、ダイクストラ法に基づいて前記最適航路を探索することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の最適航路探索システム。
前記航路探索装置は、Ａ^*アルゴリズム法に基づいて前記最適航路を探索することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の最適航路探索システム。