JP4423364B2 - 錨泊監視システム - Google Patents

Description

本発明は、錨泊中の船舶の状態の監視システムに係り、特に錨泊中の船舶に走錨の可能性があるか否かを検知する技術に関する。

従来より、船舶が泊地において錨泊する際に、船長は、泊地の広狭や他の錨泊船の有無、錨泊期間中に予想される最大風速や潮流等の気象・海象条件を勘案して、使用する錨及びこれに接続する錨鎖の伸出長さを決定する。錨泊中の船舶の係駐力は、錨地の底質（地質）に対する錨の把駐力と海底に横たわる錨鎖の摩擦抵抗の和で示される。強い風潮流等の外力が船を下方へ押し流そうとする力が係駐力を下回っていれば、船舶は錨と錨鎖により海底に係止されて錨泊状態を維持することができる。定常風下の錨泊状態であれば、船体は錨の投下位置の風下側でほぼ周期的な振れ回り運動を繰り返す。逆に、風圧等の外力が係駐力を上回る場合には、錨が海底を移動して錨鎖と共に引きずられ、船体は風潮下に押し流される。この現象を「走錨」という。この走錨は、錨泊の際に最も警戒すべきことであり、船員が最も忌み嫌うものの一つである。

従って、船長や当直航海士は、荒天強風下において錨泊体制を維持し、走錨を回避するために、船毎に決められた守錨基準に沿って、錨鎖を伸ばしたり、もう一方の錨を振れ止め錨として投下する等の作業を行って、船体の過大な振れ回りを抑えると共に受風圧を小さくする対策をとる。

守錨当直者は、走錨を回避して守錨を行うために、錨泊地において、通常、陸上物標による交差方位法やレーダにより探知した陸岸の情報などから海図上に自船の位置を求めて、錨の投下時に海図上にプロットした自船の船首位置又は船橋位置を参照して、船体と投下した錨とが振れ回り位置から風下に押し流されているか否かを適時確認する。また、船首方向を記録するコースレコーダに記録されたデータを用いて船首の振れ回り幅をチェックして、船体が定常の振れ回り状態にあるか否かを判定し、その判定結果に基づいて錨泊状態が安全であるか否かを判断する。しかし、使用している海図の縮尺の限界や、レーダ等による位置確認の精度等の理由から、紙海図上で自船の振れ回り状態を正確に把握して走錨を検知することは、船体位置が大きく移動しない限り難しい。そのため、船体の触れ回りの状態、船体動揺や振動の異常、受風向の異変等から経験的に走錨を判断することが多い。

しかし、船体の触れ回りの状態等から走錨を判断するには、船員にかなりの経験が要求されるという問題があった。就航便数が減ってベテランの船員が激減すると共に外人の船員が増えているという現状を考慮すると、全ての船舶の船員にこの種の経験を要求するのは酷である。また、最近では、輸送コストを削減するために、１つの船舶に乗り込む船員の数がかなり少なくなっている。従って、少数の経験不足の船員でも走錨の有無を判断することができるようにするために、自動的に走錨の有無や走錨のおそれの有無を判断して、走錨していることや走錨のおそれがあることを船員に知らせることが可能なシステムを構築する必要がある。

そこで、投錨時の船位と現在の船位をレーダで観測して、現在の船位が投錨位置から所定の距離以上離れた場合に、警告表示を行うようにした走錨監視装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この走錨監視装置では、船位の観測にレーダを使用しているため、観測データに誤差が大きく、船体が投錨位置から大きく離れたことを船員に知らせることは可能であるが、走錨の開始を早期に船員に知らせることや、走錨のおそれがあることを事前に船員に知らせることはできないという問題があった。
特開平７−１５９５３０号公報（第１−４頁、図１−６）

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、走錨の開始を早期に船員に知らせることや、走錨のおそれがあることを事前に船員に知らせることができるようにして、少数の経験不足の船員でも守錨を行うことが可能な錨泊監視システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、Ｄ−ＧＰＳ基地局から受信した緯度経度の補正情報に基づいて、ＧＰＳ衛星から受信した船舶位置の緯度経度の情報を補正し、補正後の緯度経度の情報を出力するＤ−ＧＰＳ受信機と、Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された錨の投下時における船舶位置の緯度経度の情報を投錨位置情報として記憶する投錨位置記憶手段と、投錨位置記憶手段に記憶された投錨位置情報と、Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された現在の船体位置の緯度経度情報とに基づいて、投錨位置と現在の船体位置との直線距離を算出する距離算出手段と、距離算出手段により算出された直線距離が、伸出錨鎖の長さに応じた警報設定距離を超えたか否かを判定する判定手段と、判定手段により直線距離が警報設定距離を超えたと判定されたときに、走錨している又は走錨するおそれがある旨の警報を発する走錨警報手段とを備えたものである。

上記構成においては、投錨位置記憶手段により記憶されたＤ−ＧＰＳ受信機で取得した投錨位置情報と、Ｄ−ＧＰＳ受信機で取得した現在の船体位置の緯度経度情報とに基づいて、投錨位置と現在の船体位置との直線距離を距離算出手段により算出して、この直線距離が伸出錨鎖の長さに応じた警報設定距離を超えたか否かを判定手段により判定する。そして、この結果、直線距離が警報設定距離を超えたと判定されたときに、走錨している又は走錨するおそれがある旨の警報が走錨警報手段により発せられる。このように、計測誤差が少ない（１m程度の）Ｄ−ＧＰＳ受信機を用いて測定した投錨位置から現在の船体位置までの直線距離に基づいて、走錨している又は走錨するおそれがある旨の警報を発するようにしたことにより、現錨泊体制が安全か、あるいは限界に近い状態であるかを船員に知らせることができ、さらに走錨の開始を早期に船員に知らせることや、走錨のおそれがあることを事前に船員に知らせることが可能となる。

また、船首方位の情報を検出するためのジャイロコンパス等の船首方位検出手段をさらに備え、距離算出手段は、投錨位置記憶手段に記憶された投錨位置情報と、Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された現在の船体位置の緯度経度情報に加えて、船首方位検出手段により検出された船首方位の情報と、ユーザにより予め設定入力されたＧＰＳアンテナ位置の情報とに基づいて、投錨位置と現在の船首位置との直線距離を算出するようにすることが望ましい。これにより、距離算出手段が、投錨位置から現在の船体位置までの直線距離をより正確に算出することができるので、この直線距離が警報設定距離を超えたか否かをより正確に判定して、走錨している又は走錨するおそれがある旨の警報をより正確に発することができる。

また、電子海図等を表示するための表示手段をさらに備え、投錨位置記憶手段に記憶された投錨位置情報と、Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された現在の船体位置の緯度経度情報と、船首方位検出手段により検出された船首方位の情報と、ユーザにより予め設定入力された船体長さ及び幅の情報とに基づいて、表示手段に表示された電子海図上に、投下した錨と錨鎖と現在の船体を表示するようにすることが望ましい。これにより、走錨の有無や走錨のおそれの有無の程度を視覚的に船員に知らせることができる。

また、Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された過去の船体位置の緯度経度情報を船位情報として記憶する船位情報記憶手段をさらに備え、船位情報記憶手段に記憶された過去の船位情報に基づいて、表示手段に表示された電子海図上に、過去の所定時間内の船位の軌跡を表示するようにしてもよい。これにより、船体の振れ回り状態を電子海図上に表示することができるので、船員が、電子海図上に表示された船体の振れ回り状態に基づいて、船体が定常の振れ回り状態にあるか否かを判定することができる。

請求項１の発明によれば、計測誤差が少ないＤ−ＧＰＳ受信機を用いて測定した投錨位置から現在の船体位置までの直線距離に基づいて、走錨している又は走錨するおそれがある旨の警報を発するようにしたことにより、走錨の開始を早期に船員に知らせることや、走錨のおそれがあることを事前に船員に知らせることが可能となる。これにより、少数の経験不足の船員でも守錨を行うことができる。

また、投錨位置情報と、Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された現在の船体位置の緯度経度情報に加えて、ジャイロコンパス等によって検出した船首方位の情報と、ユーザにより予め設定入力されたＧＰＳアンテナ位置の情報とに基づいて、投錨位置と現在の船首位置との直線距離を算出することにより、投錨位置から現在の船体位置までの直線距離をより正確に算出することができるので、走錨している又は走錨するおそれがある旨の警報をより正確に発することができる。

また、投錨位置情報と、Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された現在の船体位置の緯度経度情報と、ジャイロコンパス等によって検出した船首方位の情報と、ユーザにより予め設定入力された船体長さ及び幅の情報とに基づいて、電子海図上に投下した錨と錨鎖と現在の船体を表示するようにしたことにより、走錨の有無や走錨のおそれの有無の程度を視覚的に船員に知らせることができる。また、船体と錨鎖の位置関係を電子海図上に表示することができるので、船員が、電子海図上に表示された船体と錨鎖を見て、その状態で錨を巻き揚げた場合に、視認することができない水中の錨鎖で船体を傷つけてしまう可能性があるか否か、あるいは錨鎖に過度の力を加えてしまう可能性があるか否かを判断することができる。

また、Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された過去の船体位置の緯度経度情報を船位情報として記憶しておいて、この過去の船位情報に基づいて、電子海図上に過去の所定時間内の船位の軌跡を表示するようにした。これにより、船員が、電子海図上に表示された船体の振れ回り状態に基づいて、船体が定常の振れ回り状態にあるか否かを判定して、その判定結果に基づいて錨泊状態が安全であるか否かを判断することができる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。以下に記載した実施形態は、本発明を網羅するものではなく、本発明は、下記の形態だけに限定されない。

図１は、本実施形態による錨泊監視システムを示す。この錨泊監視システム１は、主に、船舶１０内に散在する各種のセンサからのデータを入力するためのシーケンサ２と、このシーケンサ２から出力された各種データを格納する船内サーバ３と、船内の船橋１１、サロン、学生ホール等に配されたクライアント４から構成される。シーケンサ２へは、ジャイロコンパス方位、Ｄ−ＧＰＳ位置情報（Ｄ−ＧＰＳ緯度経度情報）、Ｄ−ＧＰＳ針路・速力、真針路、磁針路、実針路、圧流角、ドップラログ対地速力、ＥＭログ対水速力、舵角、プロペラ回転数、プロペラ・ピッチ、バウスラスタ翼角、スタンスラスタ翼角、相対風向、相対風速、真風向、真風速、水深、気温、水温、湿度等の４８０項目のデータが入力される。また、船内サーバ３は、シーケンサ２から出力された各種のデータを格納するための計測データ記録ファイル５を、その共有メモリ内に有している。シーケンサ２と船内サーバ３との間の通信は、ＴＣＰ／ＩＰで用いられるトランスポート層プロトコルの一種であるＵＤＰ（User Datagram Protocol）を用いて行われる。また、船内サーバ３とクライアント４との間の通信は、船内ＬＡＮ６を介してＴＣＰのプロトコルにより行われる。また、船橋１１等のクライアント４と船内サーバ３とは、上記の船内ＬＡＮ６に加えて、無線ＬＡＮアクセスポイント７とクライアント４側の無線ＬＡＮカード８とを介して行われる。

図２は、上記のシーケンサ２にＤ−ＧＰＳ緯度経度情報等を出力するＤ−ＧＰＳ受信機を示す。

図３は、上記の船内サーバ３の外観を示す。船内サーバ３は、ディスプレイ３１と本体３２とキーボード３３とマウス３４とから構成されている。

図４（ａ）（ｂ）は、それぞれ上記のクライアント４の外観と内部構成を示す。図４（ａ）に示されるように、クライアント４は、ディスプレイ４１と本体部４２とキーボード４３とマウス４４とを備えている。また、クライアント４は、本体部４２内に、図４（ｂ）に示されるＣＰＵ４０とメモリ４５とハードディスク４６とネットワークインタフェース４７とスピーカ４８とを有している。ハードディスク４６は、請求項における投錨位置記憶手段、船位情報記憶手段及び船首方位情報記憶手段に相当する。ＣＰＵ４０は、請求項における距離算出手段、判定手段、風圧力算出手段及び係駐力算出手段に相当する。ディスプレイ４１は、請求項における走錨警報手段、表示手段及び走錨警告手段に相当する。スピーカ４８は、請求項における走錨警報手段及び走錨警告手段に相当する。

次に、図５のフローチャートを参照して、上記の錨泊監視システム１において実行される船内サーバ３側とクライアント４側の処理の内容について説明する。錨泊監視システム１では、船内サーバ３は、データ収集プロセス５１、ＴＣＰ待ち受けプロセス５２及びデータ転送プロセス５３の各処理を行い、クライアント４は、１つの処理のみを行う。船内サーバ３は、システムの起動後、ｆｏｒｋ関数で子プロセスであるＴＣＰ待ち受けプロセス５２を起動させた後に（Ｓ１）、シーケンサ２（図１参照）からのデータ収集プロセス処理を実行する（Ｓ２）。上記のＴＣＰ待ち受けプロセス５２は、クライアント４からのＴＣＰソケット接続要求を待ち受ける（Ｓ３）。そして、クライアント４が、データの初期化等の初期処理を終えて（Ｓ１１）、ＴＣＰのソケットを開き（Ｓ１２）、船内サーバ３に対してＴＣＰソケット接続要求を送信すると、船内サーバ３側のＴＣＰ待ち受けプロセス５２は、このＴＣＰソケット接続要求を受け付けて（Ｓ４でＹＥＳ）、ｆｏｒｋ関数で子プロセスであるデータ転送プロセス５３を起動させる（Ｓ５）。次に、クライアント４が、錨泊監視に関する各種の処理を行うのに必要な各種データを船内サーバ３から受信するために、船内サーバ３に対してデータ転送要求コマンドを送信すると（Ｓ１３）、船内サーバ３側のデータ転送プロセス５３は、このコマンドを受信して（Ｓ７）、共有メモリ内の計測データをクライアント４に送信する（Ｓ９）。クライアント４は、船内サーバ３から上記のデータを受信すると（Ｓ１４）、これらのデータに基づいて、後述する錨泊監視画面表示処理を行う（Ｓ１５）。クライアント４は、ユーザがマウス４４等を用いて、”ＱＵＩＴ”ボタンを押すまで（Ｓ１７でＮＯ）、０，５秒毎に（Ｓ１６でＹＥＳ）、上記Ｓ１３乃至Ｓ１５の処理を繰り返す。そして、クライアント４から船内サーバ３に対して終了コマンドが送信されると（Ｓ１８）、船内サーバ３側のデータ転送プロセス５３は、このコマンドを受信して（Ｓ７、Ｓ８でＹＥＳ）、自プロセスを終了させる。一方、クライアント４は、上記の終了コマンドの送信を終えると、ＴＣＰのソケットを閉じる（Ｓ１９）。なお、上記のデータ収集プロセス５１及びＴＣＰ待ち受けプロセス５２の終了は、ユーザからのＣｔｒｌ−ｃキーを用いた終了指示があったときに（Ｓ６でＹＥＳ、図６中のＳ２６でＹＥＳ）、行われる。

次に、上記Ｓ２に示されるデータ収集プロセス処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。船内サーバ３は、データ収集プロセス処理に入ると、データの初期化等の初期処理を実行した後（Ｓ２１）、図１に示されるシーケンサ２と通信を行うために、ＵＤＰのソケットを開く（Ｓ２２）。そして、シーケンサ２に対してデータ読み出しコマンドを送信し（Ｓ２３）、シーケンサ２から各種データを受信して、共有メモリ内の計測データ記録ファイル５に格納した後（Ｓ２４）、シーケンサ２から取得した各種データを保存用のディスクファイルに追加書き込みする（Ｓ２５）。Ｓ２３乃至Ｓ２５の処理は、ユーザからのＣｔｒｌ−ｃキーを用いた終了指示があるまで（Ｓ２６でＮＯ）、０．５秒毎に繰り返して行われる。

次に、図７のフローチャートに加えて図８を参照して、上記Ｓ１５に示される錨泊監視画面表示処理について説明する。クライアント４内のＣＰＵ４０は、船内サーバ３から受信した電子海図データファイル９及び計測データ記録ファイル５内のデータに基づいて、図４（ａ）に示されるディスプレイ４１上に、自船の周辺の電子海図と自船の航跡を表示すると共に、電子海図上に自船位置をプロットする（Ｓ３１、Ｓ３２）。すなわち、クライアント４内のＣＰＵ４０は、図２に示されるＤ−ＧＰＳ受信機２６からシーケンサ２と船内サーバ３を介して入力された現在の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度と、ジャイロコンパスからシーケンサ２と船内サーバ３を介して入力された船首方位の情報（ジャイロコンパス方位）と、ユーザである船員により予め設定入力された船体長さの情報とに基づいて、ディスプレイ４１上に表示された電子海図上に、図１１及び図１２に示される投下した錨１０１と図８に示される現在の船体６１及び錨鎖６２を表示する。次に、クライアント４は、電子海図データファイル９及び計測データ記録ファイル５内のデータに基づいて、後述する船体運動予測処理（Ｓ３３）、第１の走錨警報処理（Ｓ３４）、及び第２の走錨警報処理（Ｓ３５）を行う。そして、図８に示される錨泊監視画面６０上に風・潮流その他のデータを表示する（Ｓ３６）。

上記Ｓ３６の処理で表示される風・潮流その他のデータについて以下に説明する。図８中の錨泊監視画面６０内には、自船に対する相対風向・風速６８、３層で表示された潮流の流向・流速６９、船底下の水深７０、Ｄ−ＧＰＳ緯度経度７１、ベクトルタイム７２、Ｄ−ＧＰＳ船首方位７３、Ｄ−ＧＰＳ対地船速７４、ジャイロコンパス方位７５、ログ対地船速７６等のデータが表示されている。また、図８中のメータ９１は、舵の作動状況の表示用のメータである。

次に、図８中の錨泊監視画面６０内の表示項目のうち、船体の振れ回り運動の様子を表す項目について説明する。クライアント４内のＣＰＵ４０は、図４（ｂ）に示されるハードディスク４６に記憶された過去の所定時間内の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度及びジャイロコンパス方位のデータと、ユーザである船員により予め設定入力された船体長さ及び幅の情報とに基づいて、過去の所定時間内の船体運動軌跡６３と将来の所定時間内の予測船体運動軌跡６４とを求めて、これらの船体運動軌跡６３、６４を錨泊監視画面６０上に表示する。また、クライアント４内のＣＰＵ４０は、ハードディスク４６に記憶された過去の所定時間内の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータに基づいて、過去の所定時間内の船位の軌跡を算出して、図に示される過去の所定時間内の船位の軌跡６５乃至６７を表示する。図において、軌跡６５は過去１時間以内の船位の軌跡を表し、軌跡６６と軌跡６７とは、それぞれ１時間前から２時間前までの船位の軌跡と２時間前から３時間前までの船位の軌跡とを示す。

次に、上記図７中のＳ３３に示される船体運動予測処理の詳細について図９のフローチャートを参照して説明する。上記のように、クライアント４内のＣＰＵ４０は、図４（ｂ）に示されるハードディスク４６に記憶された過去の所定時間内の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータ及びジャイロコンパス方位のデータと、ユーザである船員により予め設定入力された船体長さの情報とに基づいて、将来の所定時間内の予測船体運動軌跡６４を求める。具体的には、過去１０秒間の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータを２次の最小自乗近似で外挿補間して、将来の５〜１２０秒間の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータを求めると共に（Ｓ４１）、過去１０秒間の船首のジャイロコンパス方位のデータを１次の最小自乗近似で外挿補間して、将来の５〜１２０秒間の船首のジャイロコンパス方位のデータを求めて（Ｓ４２）、求めた将来の５〜１２０秒間の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度及びジャイロコンパス方位のデータと船員により予め設定入力された船体長さの情報とに基づいて、将来の５〜１２０秒間の予測船体運動軌跡６４を求める。次に、ハードディスク４６に記憶された過去１０秒間の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータ及びジャイロコンパス方位のデータと、ユーザである船員により予め設定入力された船体長さ及び幅の情報とに基づいて、過去１０秒間の船体運動軌跡６３を求め、また、ハードディスク４６に記憶された過去の３時間内の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータに基づいて、過去３時間以内の船位の軌跡６５乃至６７を求める。そして、上記の将来の予測船体運動軌跡６４と過去の船体運動軌跡６３と過去３時間以内の船位の軌跡６５乃至６７を電子海図上に画面表示する（Ｓ４３）。

上記Ｓ４１及びＳ４２に示されるように、将来の予測船体運動軌跡６４を求めるのに過去の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータと船首のジャイロコンパス方位のデータのみを用いた理由は、風潮流を含めた全ての環境要素の影響は、過去のＤ−ＧＰＳ緯度経度及びジャイロコンパス方位のデータに既に含まれていると考えられるからである。

また、上記のように、将来の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータを求めるのに２次の外挿補間を行った理由は、船が変針している状況では、１次の補間による予測は直線的に進んでしまい、実際の動きからのずれが大きくなるからである。また、将来の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータを外挿補間するのに最小自乗近似で補間した理由は、スプライン補間では、必ず計測データ点を通過するように曲線に当てはめるので、外挿には適さないからである。また、上記のように、将来の船首のジャイロコンパス方位のデータを求めるのに１次の最小自乗近似で外挿補間を行った理由は、船首方位については、予測する時間の範囲（５〜１２０秒）では、ほぼ線形で変化することが実験で確かめられたからである。

次に、図１０を参照して、将来の５〜１２０秒間の予測船体運動軌跡６４を求めるのに、過去１０秒間の船体位置に関するＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータとジャイロコンパス方位のデータを用いた理由について説明する。図１０に示されるグラフ９４は、予測に用いる過去のデータの秒数と予測誤差（予測値と実際の値との差）の関係を、実際の航海で計測したデータに基づいてグラフ化したものである。ただし、このグラフ９４の基になるデータには、舵等を変化させていない場面のみを取り出したデータは用いられていない。

次に、図１３のフローチャートに加えて図１４及び図１５を参照して、図７中のＳ３４に示される第１の走錨警報処理について説明する。クライアント４内のＣＰＵ４０は、シーケンサ２と船内サーバ３を介して入力された相対風速、ジャイロコンパス方位等のデータに基づいて、以下の（１）式で表される計算を行って、風圧力Ｔｘを求める（Ｓ５１）。
Ｔｘ＝1/2・ｐａ・Ｃａ（Ａcos²θ＋Ｂsin²θ）Ｖａ² ・・・（１）
ただし、ｐａ：空気密度（0.125kg・sec²/m⁴）、Ｃａ：風圧係数（船首に対する風の角度と船の種類によって異なる係数）、Ａ：風力がかかる前面面積（ｍ²）、Ｂ：風力がかかる側面面積（ｍ²）、θ：船首に対する風の角度（度）、Ｖａ：相対風速（ｍ／sec）
図１４は、上記のＴｘ，θ，Ｖａ等を図示したものであり、ＸａとＹａとは、それぞれＴｘのｘ軸方向とｙ軸方向の分力を示す。

上記の（１）式の計算が終了すると、クライアント４内のＣＰＵ４０は、シーケンサ２と船内サーバ３を介して入力された船底下の水深等のデータに基づいて、以下の（２）式で表される計算を行って、係駐力Ｐを求める（図１３のＳ５２）。
Ｐ＝Ｗａ・λａ＋Ｗｃ・λｃ・ｌ （Tonf） ・・・（２）
ただし、Ｗａ：水中における錨の重さ、Ｗｃ：水中における係駐錨鎖（錨鎖のうちの海底に横たわっている部分）の１ｍ当たりの重さ、λａ：錨の把駐係数（海底の質によって異なる係数）、λｃ：錨鎖の把駐係数（1.0）、ｌ：係駐錨鎖の長さ（ｍ）
また、上記のｌ（係駐錨鎖の長さ）は、以下の（３）式で求められる。
ｌ＝Ｌｃ−Ｓ ・・・（３）
ただし、Ｌｃ：ベルマウスから錨までの錨鎖の全長（ｍ）、Ｓ：カテナリ長（ベルマウスから海底までの海底に横たわっていない部分の錨鎖の長さ）（ｍ）
また、上記のＳの長さは、以下の（４）式で求められる。
Ｓ＝√{ｙ²＋２（Ｔｘ／Ｗｃ）ｙ} ・・・（４）
ただし、ｙ：海底からベルマウスまでの高さ（ｍ）、Ｔｘ：水平方向の風圧力（Tonf）
図１５は、上記のＴｘ，Ｌｃ，Ｓ，ｌ及びｙの関係を図示したものである。

上記の各式の計算が終了すると、クライアント４内のＣＰＵ４０は、上記の（１）式で求めた風圧力Ｔｘを、図８中の錨泊監視画面６０内の８４の位置に表示し、また、上記の（２）式で求めた係駐力Ｐを錨泊監視画面６０内の８５の位置に表示する（図１３のＳ５３）。そして、上記の係駐力Ｐから風圧力Ｔｘを引いた値が、設定値以下になると（Ｓ５４でＹＥＳ）、ディスプレイ４１上に、「走錨のおそれがある」旨の警告表示を行う（Ｓ５５）。この警告表示を行う際に、同時にスピーカ４８を用いてビープ音で警告するようにしてもよい。なお、図８中の錨泊監視画面６０に示されるＣＬ８６は、伸出錨鎖の長さを節数（ケーブル数）の単位で表したものであり、図に示される例では、錨鎖の全長が１００ｍ（4.0Ｘ25.0(m)）であることを示す。また、図８中の８７は、海底の底質を示す。図に示される例では、海底の底質が砂であることを示している。また、図８中の８８は、海底とベルマウスの鉛直距離を示す。さらにまた、図８中の９２に示されるラインの先端は、このままの船体の振れ回り状態が続いたと仮定した場合に、図中の７２に示されるベクトルタイム後（この場合は３分後）に、船体６１の中心が電子海図上の何処に位置するかを示す。

次に、上記図８、図１１及び図１２に加えて、図１６のフローチャートを参照して、図７中のＳ３５に示される第２の走錨警報処理について説明する。船員が、伸出錨鎖の節数と錨の長さに応じた走錨の警報設定距離を設定入力した上で（Ｓ６１）、錨を投下し、クライアント４のディスプレイ４１上に表示された錨泊監視画面６０（図８参照）に対して、マウス４４で錨の投下位置をクリックすると、図１１及び図１２に示されるように、錨泊監視画面６０内の電子海図上に投下した錨１０１が電子海図の縮尺率（最大４００分の１）に応じた大きさで表示されると共に、この電子海図上に錨鎖６２が表示される。そして、クライアント４内のＣＰＵ４０が、投下した錨１０１から現在の船首１０３までの直線距離を計算すると共に（Ｓ６２）、図１１及び図１２に示されるように、この直線距離９０と、Ｓ６１の処理で設定された警報設定距離８９と、この警報設定距離８９を電子海図上に視覚的に表した警報サークル１０２とを電子海図上に表示する（Ｓ６３）。そして、船体６１の船首１０３が警報サークル１０２の外に出た場合、すなわち直線距離９０が警報設定距離８９を超えた場合には（Ｓ６４でＹＥＳ）、走錨が始まったか、走錨のおそれが高いと判定して、ビープ音とフリッカ表示で警報を発する（Ｓ６５）。この際、船員は、図８に示される錨泊監視画面６０上の風圧力８４と係駐力８５のバランスを確認し、船体運動軌跡６３、６４及び過去の船位の軌跡６５乃至６７を見て船体の振れ回り状況を確認することで、走錨のおそれ又は走錨の有無を確認することができる。

本錨泊監視システム１では、クライアント４が各種センサから入力された最新の風力等のデータに基づいて上記図７中のＳ３４及びＳ３５に示される第１及び第２の走錨警報処理を行えるようにするための工夫が施されている。具体的には、クライアント４は、図５中のＳ１３に示される船内サーバ３へのデータ転送要求コマンド送信処理を行ったときに、船内サーバ３がシーケンサ２から受信した各種データを共有メモリに書き込んでいる最中（共有メモリ更新中）で、船内サーバ３から共有メモリ内のデータを受信できない場合には、船内サーバ３へのデータ転送要求を行う時間間隔を変更して、クライアント４が船内サーバ３からの各種データの受信を待たされる確率を減らしている。何故なら、クライアント４が船内サーバ３にデータ転送要求を行う時間間隔は、クライアント４が最新の風力等のデータを用いて走錨警報処理を行うことができるようにするために、船内サーバ３がシーケンサ２から受信した各種データを共有メモリに格納する時間間隔（０．５秒毎）と等しい時間間隔に設定されているため、一旦クライアント４が船内サーバ３にデータ転送要求を送信するタイミングが、船内サーバ３が共有メモリを更新するタイミングとぶつかってしまうと、クライアント４がデータ転送要求を送信するタイミングを変えない限り、クライアント４は半永久的に船内サーバ３から共有メモリのデータを受信することができなくなってしまうからである。

ここで、上記図７中のＳ３４に示される第１の走錨警報処理を行うためには、瞬間最大風速のデータを入力できなくなるのは、致命傷である。このため、本錨泊監視システム１では、クライアント４が船内サーバ３に共有メモリに格納された最新のデータの転送要求を行う時間間隔を短く設定する必要がある。そして、クライアント４が船内サーバ３にデータの転送要求を送信する時間間隔が短くなればなる程、船内サーバ３が、クライアント４からのデータの転送要求を受信したときに、シーケンサ２から受信した各種データを共有メモリに書き込んでいる最中である確率は高くなる。本実施形態においては、図５中のＳ１６に示されるように、クライアント４が船内サーバ３にデータの転送要求を行う時間間隔が０．５秒であり、船内サーバ３がシーケンサ２から受信した各種データを共有メモリに書き込むのに必要な時間間隔が０．１秒であるため、船内サーバ３が、クライアント４からのデータの転送要求を受信したときに、シーケンサ２から受信した各種データを共有メモリに書き込んでいる最中である確率は、高く（１／５に）なる。従って、上記のような工夫をする意味は大きい。

次に、上記データ転送要求の送信タイミングの変更処理について図１７のフローチャートを参照して説明する。図１７中の各処理は、ほぼ図５中の各処理と同じであるが、クライアント４が、船内サーバ３へのデータ転送要求コマンド送信処理を行った結果（Ｓ７３）、船内サーバ３がシーケンサ２から受信した各種データを共有メモリに書き込んでいる最中（共有メモリ更新中）であるときには（Ｓ７４でＹＥＳ）、クライアント４は、船内サーバ３へのデータ転送要求コマンドの送信タイミングを変更して、０．０５秒後に船内サーバ３へデータ転送要求コマンドを再送する（Ｓ７５）。すなわち、クライアント４は、船内サーバ３から共有メモリが更新中である旨のリターンコードを受信した場合には、船内サーバ３がシーケンサ２から受信した各種データを格納するのに必要な時間の略半分の時間が経過してから、船内サーバ３に再度データ転送要求を行う。これにより、クライアント４が再度データ転送要求を行ったときに、船内サーバ３が共有メモリを更新中である可能性を低くすることができる。また、クライアント４が、船内サーバ３へのデータ転送要求コマンド再送処理を行った結果、再度共有メモリ更新中であるときには（Ｓ７４でＹＥＳ）、クライアント４は、その時点から０．０５秒後に再度船内サーバ３へデータ転送要求コマンドを送信する（Ｓ７５）。

上述したように、本実施形態による錨泊監視システム１によれば、計測誤差が少ないＤ−ＧＰＳ受信機２６を用いて測定した投錨位置から現在の船体位置までの直線距離に基づいて、走錨している又は走錨するおそれがある旨の警報を発するようにしたことにより、走錨の開始を早期に船員に知らせることや、走錨のおそれがあることを事前に船員に知らせることが可能となる。これにより、少数の経験不足の船員でも守錨当直を行うことができる。

また、投錨位置情報と、Ｄ−ＧＰＳ受信機２６から出力された現在の船体位置のＤ−ＧＰＳ緯度経度に加えて、ジャイロコンパスによって検出した船首方位の情報（ジャイロコンパス方位）と、船員により予め設定入力されたＧＰＳアンテナ位置の情報とに基づいて、投錨位置と現在の船首位置との直線距離を算出することにより、投錨位置から現在の船体位置までの直線距離をより正確に算出することができるので、走錨している又は走錨するおそれがある旨の警報を適時的確に発することができる。

また、投錨位置情報と、Ｄ−ＧＰＳ受信機２６から出力された現在の船体位置のＤ−ＧＰＳ緯度経度と、ジャイロコンパスによって検出したジャイロコンパス方位と、ユーザにより予め設定入力された船体長さ及び幅の情報とに基づいて、電子海図上に投下した錨１０１と錨鎖６２と現在の船体６１を表示するようにしたことにより、走錨の有無や走錨のおそれの有無の程度を視覚的に船員に知らせることができる。また、船体６１と錨鎖６２の位置関係を電子海図上に表示することができるので、船員が、電子海図上に表示された船体６１と錨鎖６２を見て、その状態で錨を巻き揚げた場合に、視認することができない水中の錨鎖により船体を傷つけてしまう可能性があるか否か、あるいは錨鎖に過度の力を加えてしまうおそれがあるか否かを判断することができる。例えば、図１２に示されるような状態で錨を引き揚げた場合には、錨鎖で船体を傷つけてしまう可能性がある。

また、Ｄ−ＧＰＳ受信機２６から出力された過去の船体位置のＤ−ＧＰＳ緯度経度を船位情報として記憶しておいて、この過去の船位情報に基づいて、電子海図上に過去の所定時間内の船位の軌跡６５乃至６７を表示するようにした。これにより、船員が、電子海図上に表示された船体の振れ回り状態に基づいて、船体が定常の振れ回り状態にあるか否かを判定して、その判定結果に基づいて錨泊状態が安全であるか否かを判断することができる。

また、過去の所定時間内の船位情報（Ｄ−ＧＰＳ緯度経度）と、過去の所定時間内のジャイロコンパス方位とに基づいて、過去の所定時間内の船体の運動軌跡６３と将来の所定時間内の船体の運動軌跡６４とを求めて、これらの運動軌跡を電子海図上に表示するようにしたことにより、船員が、船体の振れ回り状態を視覚的に確認して、定常の振れ回り状態にあるか否かを判定することができる。これにより、船員が、視覚的に錨泊状態が安全であるか否かを判断することができ、また、船員が振れ止め錨を投下すべき位置を正確に知ることができる。

また、過去の所定時間内の船舶位置のＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータに対して、それぞれ２次の最小自乗近似で外挿補間を行うことにより、将来の所定時間内の船舶位置のＤ−ＧＰＳ緯度経度を求め、過去の所定時間内のジャイロコンパス方位のデータに対して、１次の最小自乗近似で外挿補間を行うことにより、将来の所定時間内のジャイロコンパス方位のデータを求める。これにより、これらの将来の所定時間内における船舶位置のＤ−ＧＰＳ緯度経度とジャイロコンパス方位とに基づいて、将来の所定時間内の船体の運動軌跡を簡単に求めることができる。

また、過去１０秒間程度のＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータと、過去１０秒間程度のジャイロコンパス方位のデータとに基づいて、将来の所定時間内の船体の運動軌跡を求めるようにしたことにより、将来の所定時間内の船体の運動軌跡の算出に用いる船位情報と船首方位情報のデータ量を少なくして、この運動軌跡を求めるのに必要な計算時間を短くすることができ、しかも、予測の誤差を少なく抑えることができる。すなわち、過去１０秒間程度のＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータとジャイロコンパス方位のデータのみに基づいて、将来の所定時間内の船体の運動軌跡を求めるようにしたことにより、将来における船体の運動軌跡の算出に必要な計算時間を短くして、現在の船体位置と将来の船体運動の軌跡を迅速に（リアルタイムに）表示することができる。

また、錨と錨鎖により船体を所定位置に留める力である係駐力と、船体にかかる風圧力とを比較し、その比較の結果に基づいて、走錨するおそれがある旨の警告を行うようにしたことにより、走錨するおそれがあるか否かを推算して、走錨するおそれがある旨の警告を的確に発することができる。これにより、船員に走錨するおそれがあることを事前に知らせることができる。

また、上記の水中における係駐部の錨鎖の重さと水中における錨の重さに加えて、把駐係数に基づいて係駐力を算出することにより、係駐力を推算することができる。

また、上記の把駐係数として海底の底質に応じた平均的な海底の把駐係数を用いることにより、係駐力の計算を簡易にして、係駐力の算出速度を速めることができる。

また、クライアント４が、船内サーバ３から共有メモリが更新中である旨のリターンコードを受信したときに、船内サーバ３へのデータ転送要求を行うタイミングをずらすようにしたことにより、クライアント４がずらしたタイミングで行ったデータ転送要求に応えて、船内サーバ３が共有メモリに格納された各種データをクライアント４に正常送信することができる確率を高めることができる。

また、クライアント４が、船内サーバ３から共有メモリが更新中である旨のリターンコードを受信したときに、船内サーバ３がシーケンサ２から受信した各種データを格納するのに必要な時間の略半分の時間が経過してから、船内サーバ３に再度データ転送要求を行うようにすることにより、クライアント４が再度データ転送要求を行ったときに、船内サーバ３が共有メモリを更新中である可能性を低くすることができる。

また、クライアント４が船内サーバ３にデータ転送要求を行う時間間隔を、船内サーバ３がシーケンサ２から各種データを受信する時間間隔と略同じにすることにより、クライアント４が、最新の相対風速、風向等のデータに基づいて、錨泊監視画面６０表示等の処理を行うことができる。

また、クライアント４が船内サーバ３にデータ転送要求を行う時間間隔を、船内サーバ３がシーケンサ２から受信した各種データを共有メモリに格納するのに必要な時間の２０倍以内とした場合には、上記のように、船内サーバ３が共有メモリに格納された各種データをクライアント４に正常送信することができる確率を高めることができるという効果を大きなものとすることができる。

また、上記のクライアント４が、船内サーバ３から受信した相対風速、風向等のデータに基づいて、船体にかかる風圧力を算出して、係駐力から風圧力を引いた値が所定の値より低くなったときに、走錨するおそれがある旨の警告を行うことにより、クライアント４が最新の風圧力に基づいて、走錨するおそれがある旨の警告を行うことができる確率を高めることができる。これにより、最大瞬間風速のデータを用いて走錨するおそれがある旨の警告を行うことができる確率を高めることができるので、走錨するおそれがある旨の警告を的確に発することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、本実施形態では、錨泊監視システム１をデータ格納用の船内サーバ３と各種の走錨監視処理を行うクライアント４からなるシステムとしたが、データ格納用のパソコンをそのまま用いて各種の走錨監視処理を行ってもよい。また、本実施形態では、クライアント４側のハードディスク４６を請求項における投錨位置記憶手段、船位情報記憶手段及び船首方位情報記憶手段として用いたが、サーバ側のハードディスクに、投錨位置、過去のＤ−ＧＰＳ緯度経度のデータ及び過去のジャイロコンパス方位のデータを記憶させてもよい。さらにまた、上記実施形態では、警報設定距離を船員が伸出錨鎖と錨の長さに合わせて設定入力するようにしたが、警報設定距離を伸出錨鎖と錨の長さに合わせて自動的に設定するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る錨泊監視システムの構成図。 上記錨泊監視システム中のＤ−ＧＰＳ受信機における受信した緯度経度情報を補正する仕組みを示す図。 上記の錨泊監視システムにおける船内サーバの外観を示す斜視図。 （ａ）（ｂ）は、それぞれ上記の錨泊監視システムにおけるクライアントの斜視図と構成図。 上記の船内サーバとクライアントにおける処理のフローチャート。 図５中のデータ収集プロセス処理のフローチャート。 図５中の錨泊監視画面表示処理のフローチャート。 上記の錨泊監視画面表示処理において表示される画面を示す図。 図７中の船体運動予測処理のフローチャート。 上記の船体運動予測処理に用いる過去のデータの秒数と予測誤差の関係を示すグラフ。 図７中の第２の走錨警報処理の説明図。 図７中の第２の走錨警報処理の説明図。 図７中の第１の走錨警報処理のフローチャート。 上記第１の走錨警報処理に用いられる風圧力Ｔｘの説明図。 上記第１の走錨警報処理に用いられる係駐錨鎖の長さｌの説明図。 図７中の第２の走錨警報処理のフローチャート。 上記クライアントにおけるデータ転送要求の送信タイミングの変更処理の説明図。

符号の説明

１ 錨泊監視システム
２６ Ｄ−ＧＰＳ受信機
４０ ＣＰＵ（距離算出手段、判定手段、風圧力算出手段、係駐力算出手段）
４１ ディスプレイ（走錨警報手段、表示手段、走錨警告手段）
４６ ハードディスク（投錨位置記憶手段、船位情報記憶手段、船首方位情報記憶手段）
４８ スピーカ（走錨警報手段、走錨警告手段）

Claims (3)

1. Ｄ−ＧＰＳ基地局から受信した緯度経度の補正情報に基づいて、ＧＰＳ衛星から受信した船舶位置の緯度経度の情報を補正し、補正後の緯度経度の情報を出力するＤ−ＧＰＳ受信機と、
   前記Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された錨の投下時における船舶位置の緯度経度の情報を投錨位置情報として記憶する投錨位置記憶手段と、
   前記投錨位置記憶手段に記憶された投錨位置情報と、前記Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された現在の船体位置の緯度経度情報とに基づいて、投錨位置と現在の船体位置との直線距離を算出する距離算出手段と、
   前記距離算出手段により算出された直線距離が、伸出錨鎖の長さに応じた警報設定距離を超えたか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により直線距離が警報設定距離を超えたと判定されたときに、走錨している又は走錨するおそれがある旨の警報を発する走錨警報手段と、
   船首方位の情報を検出するためのジャイロコンパス等の船首方位検出手段とを備え、
   前記距離算出手段は、前記投錨位置記憶手段に記憶された投錨位置情報と、前記Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された現在の船体位置の緯度経度情報に加えて、前記船首方位検出手段により検出された船首方位の情報と、ユーザにより予め設定入力されたＧＰＳアンテナ位置の情報とに基づいて、投錨位置と現在の船首位置との直線距離を算出するようにしたことを特徴とする錨泊監視システム。
2. 電子海図等を表示するための表示手段をさらに備え、
   前記投錨位置記憶手段に記憶された投錨位置情報と、前記Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された現在の船体位置の緯度経度情報と、前記船首方位検出手段により検出された船首方位の情報と、ユーザにより予め設定入力された船体長さ及び幅の情報とに基づいて、前記表示手段に表示された電子海図上に、投下した錨と錨鎖と現在の船体を表示するようにした請求項１に記載の錨泊監視システム。
3. 前記Ｄ−ＧＰＳ受信機から出力された過去の船体位置の緯度経度情報を船位情報として記憶する船位情報記憶手段をさらに備え、
   前記船位情報記憶手段に記憶された過去の船位情報に基づいて、前記表示手段に表示された電子海図上に、過去の所定時間内の船位の軌跡を表示するようにした請求項２に記載の錨泊監視システム。

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