JP4528636B2 - 船舶用表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、航法装置から得られる船舶の現在の速度情報に基づいて前記船舶の操船用情報を表示する船舶用表示装置に関する。

従来技術に係る船舶用表示装置では、ドップラー・ソナー、回頭角速度計、コンパス、ＧＰＳ測位計等の航法装置により、船舶の現在の位置情報、速度情報、船首方位情報及び回頭角速度情報（位置・速度・船首方位・回頭角速度情報）を取得し、取得したこれらの情報に基づいて予測船体位置を生成し表示している（特許文献１参照）。

この場合、前記船舶用表示装置は、現在船体位置及び予測船体位置を船形のパターンで表示している。また、前記船舶用表示装置では、前記船舶が等速移動（等速運動）を行うという前提で予測船体位置を表示している。すなわち、現在船体位置での速度に所定時間を乗算することによって、予測船体位置を求めている。

特許第２９３１８８１号公報

前述した特許文献１に開示されている船舶用表示装置において、船舶の操船員は、船形パターンによる表示を見ながら前記船舶を迅速且つ正確に接岸又は離岸させなければならない。

しかしながら、前記船舶には、潮流や造波抵抗等の環境要因によって絶えず外部から加速度が加わっており、その加速度は常時変化している。従って、前記船舶自身の推進力と上記した外乱による力とに基づく加速度は複雑に変化することとなり、単に、現在船体位置の速度と所定時間とを乗算して予測船体位置を求めるだけでは、実用的な予測精度を得ることが難しい。

すなわち、前記船舶用表示装置では、前記船舶が等速移動を行うことを前提とし、単に、速度と時間との乗算によって予測船体位置を求めているので、加速度の影響については何の考慮も払われていない。従って、前記予測船体位置と、操船による現実の船体位置との対応がとれなくなり、前記船舶を迅速且つ正確に接岸又は離岸させることが困難である。

また、特許文献１では、前記予測船体位置を船形のパターンのみにより表示しているので、操船員は、船速の時間的変化を把握することができず、前記船舶を的確に操船して該船舶を迅速且つ正確に接岸又は離岸させることが困難である。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、船舶を迅速且つ正確に接岸又は離岸させることを可能とする船舶用表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る船舶用表示装置は、航法装置から得られる船舶の現在の速度情報に基づいて前記船舶の予測航跡を生成する航跡生成手段と、生成した前記予測航跡上における前記船舶の速度ベクトルを生成する速度ベクトル生成手段と、生成された前記予測航跡と前記速度ベクトルとを重畳表示させる表示手段とを有することを特徴とする。

前記表示手段において、前記速度ベクトルを前記予測航跡上に重畳表示させることにより、該予測航跡上における前記船舶の速度及び移動方向を視覚的に一目で把握することができる。すなわち、前記速度ベクトルの大きさから前記船舶の速度が把握でき、前記速度ベクトルの方向から前記船舶の移動方向が把握できる。

従って、前記船舶の操船員は、前記表示手段の表示内容より、該船舶の将来の移動状況を確認した上で、この表示内容に基づいて該船舶を操船し、迅速且つ正確に接岸又は離岸させることができる。

ここで、前記船舶における予測航跡とは、前記船舶の現在位置の時刻以降において、該船舶の航行が予測される将来の軌跡をいう。また、前記速度ベクトルは、その始点が前記予測航跡に重畳した状態で表示される。

また、前記速度ベクトル生成手段は、前記速度ベクトルを生成する際に、現在の前記速度情報に基づいて加速度を求め、求められた前記加速度に基づいて前記速度ベクトルを生成することが好ましい。

この場合、前記速度ベクトルに前記加速度が考慮されているので、従来技術に係る船舶用表示装置と比較して、前記予測位置及び前記予測航跡の精度が向上し、この予測航跡に基づいて前記船舶を操船し、短時間で接岸又は離岸させることができる。

ここで、前記予測航跡について、前記船舶の将来時刻における船首位置及び船尾位置をそれぞれプロット表示させたものでもよいし、前記速度情報を得る航法装置をドップラー・ソナー又はＧＰＳ測位計としてもよい。

上述したように、本発明に係る船舶用表示装置によれば、表示手段において、速度ベクトルを予測航跡上に重畳表示させることにより、該予測軌跡上における船舶の速度及び移動方向を視覚的に一目で把握することができる。すなわち、前記速度ベクトルの大きさから前記船舶の速度が把握でき、前記速度ベクトルの方向から前記船舶の移動方向が把握できる。

従って、前記船舶の操船員は、前記表示手段の表示内容より、該船舶の将来の移動状況を確認した上で、この表示内容に基づいて該船舶を操船し、迅速且つ正確に接岸又は離岸させることができる。

本発明に係る船舶用表示装置について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下に説明する。

図１は、本実施形態に係る表示器（船舶用表示装置）３０を含む航法システム１０のブロック図であり、図２は、該表示器３０内部のブロック図である。

航法システム１０は、図１に示すように、ドップラー・ソナー１２と、ジャイロコンパス１４と、回頭角速度計１６と、ＧＰＳ測位計１８とから構成され、図示しない船舶に配置されている。

ドップラー・ソナー１２は、船舶の速力を２次元で計測可能な船速計であり、航法装置としてのジャイロコンパス１４、回頭角速度計１６及びＧＰＳ測位計１８に電気的に接続されたデータ処理部２０と、船速演算部２２と、送信部２４と、受信部２６と、前記船舶の船底に配置される振動子２８と、表示器（船舶用表示装置）３０とから構成されている。

ドップラー・ソナー１２において、船速演算部２２、送信部２４、受信部２６及び振動子２８は、前記船舶の速度を計測する航法装置を構成する。この場合、送信部２４は高周波の電気信号を振動子２８に出力し、振動子２８は、入力された前記電気信号を超音波に変換し、変換された前記超音波を水底に向けて送信する。前記超音波は前記水底で反射され、振動子２８は該超音波の反射波を受信して電気信号に変換し、変換された前記電気信号を受信部２６を介して船速演算部２２に出力する。船速演算部２２は、送信周波数と、受信部２６から入力された電気信号との周波数の差（ドップラーシフト）に基づいて前記船舶の速度を算出し、算出結果を速度情報としてデータ処理部２０に出力する。

この場合、ドップラー・ソナー１２の振動子２８は、船舶の進行方向（船首尾線方向）の速度に対応する反射波と、前記船首尾線方向に直交する方向（正横方向）の速度に対応する反射波とを各々検出し、船速演算部２２は、これらの速度を合成して前記船舶の現在時刻における速度を算出し、算出結果を船首尾線方向及び正横方向におけるそれぞれの速度情報としてデータ処理部２０に出力する。

なお、ドップラー・ソナー１２は、水深が浅い所では対地船速と対水船速とを各々計測し、水深が深い所では対水船速を計測することが可能である。ここで、前記対地船速を計測することにより、船首尾線方向における速度成分と正横方向の速度成分とが各々得られ、前記対水船速を計測することにより、前記船首尾線方向における速度成分が得られる。

ジャイロコンパス１４は、前記船舶における船首方位を計測し、計測結果を船首方位情報としてデータ処理部２０に出力する。回頭角速度計１６は、ジャイロコンパス１４より船首方位情報を取得し、取得した前記船首方位情報に基づいて回頭角速度を算出し、算出結果を回頭角速度情報としてデータ処理部２０に出力する。ＧＰＳ測位計１８は、図示しないＧＰＳ衛星から受信した信号に基づいて前記船舶の現在位置における緯度及び経度を計測し、計測結果を位置情報としてデータ処理部２０に出力する。

データ処理部２０は、ジャイロコンパス１４からの船首方位情報、回頭角速度計１６からの回頭角速度情報、ＧＰＳ測位計１８からの位置情報及び船速演算部２２又はＧＰＳ測位計１８からの速度情報を各々収集し、前記各情報を表示器３０に出力する。

表示器３０は、図２に示すように、インターフェース３２、入力データ記憶部３４、航跡処理部（航跡生成手段）３６、速度ベクトル処理部（速度ベクトル生成手段）３８、座標データ記憶部４０、画像生成部４２及び表示部（表示手段）４４とから構成されている。

入力データ記憶部３４は、インターフェース３２を介して入力された船舶の現在時刻における位置・速度・船首方位・回頭角速度情報を図示しないメモリに蓄積する。また、前記メモリには、前記船舶の過去の時刻における位置・速度・船首方位・回頭角速度情報も蓄積されている。そして、入力データ記憶部３４は、前記メモリに蓄積されている前記船舶の現在時刻における位置情報及び速度情報と前記船舶の過去の時刻における速度情報とを航跡処理部３６に出力し、前記船舶の現在時刻における速度情報を速度ベクトル処理部３８に出力すると共に、前記船舶の現在時刻における位置・速度・船首方位・回頭角速度情報や該船舶の過去の時刻における位置・速度・船首方位・回頭角速度情報を画像生成部４２に出力する。なお、前記過去の時刻とは、前記現在時刻より前の時刻をいう。

航跡処理部３６は、前記船舶の現在時刻における位置情報及び速度情報と前記船舶の過去の時刻における速度情報とに基づいて、該船舶の過去の時刻から現在時刻までの航跡（過去の航跡）を生成すると共に、現在時刻から将来時刻、さらには目標位置（例えば、港湾の岸壁）近傍までの航跡（予測航跡）を生成する。そして、航跡処理部３６は、生成された前記過去の航跡及び前記予測航跡を２次元の座標データ（例えば、Ｘ―Ｙ座標に基づいて表記される座標データ）として座標データ記憶部４０に出力する。

なお、前記過去の航跡とは、前記船舶の現在時刻以前において、該船舶が航行してきた軌跡をいう。また、前記船舶における将来時刻とは、該船舶の現在時刻以降における将来の時刻をいう。さらに、前記船舶における予測航跡とは、該船舶の現在時刻以降において、該船舶の航行が予測される将来の軌跡をいう。

速度ベクトル処理部３８は、前記船舶の現在時刻における船首尾線方向及び正横方向の速度に基づいて、該船舶の将来時刻における予測速度ベクトル（速度の大きさ及び方向）を生成し、生成された前記速度ベクトルを２次元の座標データ（例えば、前記速度ベクトルがＸ方向成分及びＹ方向成分で表記された座標データ）として座標データ記憶部４０に出力する。

座標データ記憶部４０は、航跡処理部３６から入力された過去の航跡及び予測航跡の座標データ及び速度ベクトル処理部３８から入力された前記速度ベクトルの座標データを図示しないメモリに蓄積し、蓄積された前記各航跡の座標データ及び前記速度ベクトルの座標データを画像生成部４２に出力する。

画像生成部４２は、入力データ記憶部３４からの前記船舶の現在時刻及び過去の時刻における位置・速度・船首方位・回頭角速度情報と、座標データ記憶部４０からの前記過去の航跡、前記予測航跡及び前記速度ベクトルの座標データとに基づいて、前記船舶の現在位置と、該船舶の過去の位置を含む前記船舶の過去の航跡と、前記船舶の予測位置を含む該船舶の予測軌跡と、該予測位置における速度ベクトルとが各々含まれる画像情報を生成し、生成された前記画像情報を表示部４４に出力する。

表示部４４は、入力された前記画像情報に対応する画像を表示する。

次に、本実施形態に係る表示器３０における過去の航跡、予測航跡及び速度ベクトルの生成処理及び表示処理について、図１〜図４を参照しながら説明する。

図３は、表示器３０における過去の航跡、予測航跡及び速度ベクトルの生成処理及び表示処理の基本的な流れを示すフローチャートである。

ここで、速度情報は、ドップラー・ソナー１２（図１参照）で船舶の速度を計測した結果、得られたものとして説明する。また、前記船舶に関する位置・速度・船首方位・回頭角速度情報は、ドップラー・ソナー１２、ジャイロコンパス１４、回頭角速度計１６及びＧＰＳ測位計１８よりデータ処理部２０に出力されるものとする。さらに、過去の航跡、予測航跡及び速度ベクトルの生成処理及び表示処理において、前記船舶は回頭せず、船首方位は常時北向きであるものとする。

先ず、ステップＳ１では、表示器３０（図１及び図２参照）の入力データ記憶部３４が、データ処理部２０からインターフェース３２を介して、所定時間毎（Δｔ毎、例えば、１秒毎）に船舶の現在時刻における位置・速度・船首方位・回頭角速度情報を取得し、メモリに前記位置・速度・船首方位・回頭角速度情報を蓄積する。なお、前記メモリには、前述した前記現在時刻における位置・速度・船首方位・回頭角速度情報が蓄積され、一度蓄積された前記位置・速度・船首方位・回頭角速度情報は、新規に位置・速度・船首方位・回頭角速度情報が前記メモリに入力された後も、過去の位置・速度・船首方位・回頭角速度情報として前記メモリ内に所定時間保持される。

ここで、入力データ記憶部３４は、前記所定時間毎に、前記メモリに蓄積された前記船舶の現在時刻における位置情報及び速度情報と、前記船舶の過去の時刻における速度情報とを航跡処理部３６に出力し、一方で、前記船舶の現在時刻における速度情報を速度ベクトル処理部３８に出力すると共に、前記船舶の現在時刻及び過去の時刻における位置・速度・船首方位・回頭角速度情報を画像生成部４２に出力する。

次いで、航跡処理部３６は、水上を航行する図４に示す船舶５０の現在時刻における速度及び位置と過去の時刻における速度とに基づいて、過去の位置Ｐ（ｔ_np）｛ｎ_p＜０、図４ではＰ（ｔ_-1）〜Ｐ（ｔ_-5）｝のうち現在位置Ｐ（ｔ₀）に対して直前の時刻ｔ_-1における過去の位置Ｐ（ｔ_-1）から該現在位置Ｐ（ｔ₀）までの過去の航跡５１ｐを生成する（図３のステップＳ２）。

ここで、過去の時刻ｔ_np（ｔ_np＝ｔ₀−ｎ_pΔｔ、Δｔ：所定の時間間隔）における過去の位置Ｐ（ｔ_np）の座標を｛Ｐ_x（ｔ_np）、Ｐ_y（ｔ_np）｝とする。また、船舶５０の現在位置Ｐ（ｔ₀）及び過去の位置Ｐ（ｔ_np）は、ドップラー・ソナー１２を構成する振動子２８の設置位置を示している。さらに、時刻ｔ₀を現在時刻とし、｛Ｐ_x（ｔ₀）、Ｐ_y（ｔ₀）｝を現在位置Ｐ（ｔ₀）における座標とする。

なお、図４では、６つの過去の位置Ｐ（ｔ_-1）〜Ｐ（ｔ_-5）を例示しているが、６以上の多数の位置（例えば、数十箇所）において船舶５０の速度が計測され、これらの位置における速度情報が航跡処理部３６に入力されることも可能である。

この場合、航跡処理部３６において、過去の位置Ｐ（ｔ_-1）から現在位置Ｐ（ｔ₀）までの過去の航跡５１ｐを求める際に、現在位置Ｐ（ｔ₀）に対する過去の位置Ｐ（ｔ_-1）は、下記の（１）式及び（２）式に示す方程式で表すことができる。

ここで、｛Ｖ_x（ｔ）、Ｖ_y（ｔ）｝は、現在の速度関数Ｖ（ｔ）のＸ成分及びＹ成分である。

この場合、現在位置Ｐ（ｔ₀）｛Ｐ_x（ｔ₀）、Ｐ_y（ｔ₀）｝と各速度Ｖ（ｔ₀）｛Ｖ_x（ｔ_p）、Ｖ_y（ｔ_p）｝、Ｖ（ｔ_np）｛Ｖ_x（ｔ_np）、Ｖ_y（ｔ_np）｝とは既知情報であるので、（１）式及び（２）式について数値計算を行うことより該現在位置Ｐ（ｔ₀）に対する直前の過去の位置Ｐ（ｔ_-1）｛Ｐ_x（ｔ_-1）、Ｐ_y（ｔ_-1）｝が求まり、航跡処理部３６は、過去の位置Ｐ（ｔ_-1）の座標データ｛Ｐ_x（ｔ_-1）、Ｐ_y（ｔ_-1）｝と現在位置Ｐ（ｔ₀）の座標データ｛Ｐ_x（ｔ₀）、Ｐ_y（ｔ₀）｝とを、過去の航跡５１ｐを示すデータとして座標データ記憶部４０に出力する。

次いで、航跡処理部３６は、船舶５０の現在位置Ｐ（ｔ₀）から予測位置Ｐ（ｔ_nf）（ｎ_f＞０、図４ではＰ（ｔ₁）〜Ｐ（ｔ₃））までの予測航跡５１ｆを生成する（ステップＳ３）。ここで、ｔ_nf（ｔ_nf＝ｔ₀＋ｎ_fΔｔ）は、予測位置Ｐ（ｔ_nf）の将来時刻である。また、船舶５０の予測位置Ｐ（ｔ_nf）は、現在位置Ｐ（ｔ₀）及び過去の位置Ｐ（ｔ_np）の場合と同様に、ドップラー・ソナー１２の振動子２８の設置位置を示している。なお、図４では、予測位置Ｐ（ｔ_f）として４つの位置Ｐ（ｔ₁）〜Ｐ（ｔ₄）を例示しているが、４以上の多数の位置（例えば、数十箇所）について船舶５０の速度が予測されてよいことは勿論である。

この場合、航跡処理部３６は、先ず、現在の船舶５０の速度関数Ｖ（ｔ）｛Ｖ_x（ｔ）、Ｖ_y（ｔ）｝より、下記の（３）式及び（４）式に示す加速度｛ａ_x（ｔ_f）、ａ_y（ｔ_f）｝を求め、さらに、これらの加速度｛ａ_x（ｔ_f）、ａ_y（ｔ_f）｝に基づいて、該船舶５０の将来時刻ｔ_fにおける予測速度Ｖ（ｔ_f）｛Ｖ_x（ｔ_f）、Ｖ_y（ｔ_f）｝を（５）式及び（６）式の方程式に基づいて算出する。

上述した（５）式及び（６）式において、｛ａ_x（ｔ_f）、ａ_y（ｔ_f）｝の積分範囲は、現在時刻ｔ₀から将来時刻ｔ_nfまでとする。

次いで、船舶５０の現在位置Ｐ（ｔ₀）から予測位置Ｐ（ｔ_nf）までの予測航跡５１ｆを構成する任意の位置Ｐ（ｔ_f）の２次元の座標を｛Ｐ_x（ｔ_f）、Ｐ_y（ｔ_f）｝とすれば、航跡処理部３６は、（５）式及び（６）式の将来時刻ｔ_fにおける予測速度｛Ｖ_x（ｔ_f）、Ｖ_y（ｔ_f）｝を用いた下記の（７）式及び（８）式に基づいて、｛Ｐ_x（ｔ_f）、Ｐ_y（ｔ_f）｝を数値計算により算出する。

この場合、航跡処理部３６は、予測位置Ｐ（ｔ₁）〜Ｐ（ｔ₃）を上述した数値計算によって各々算出することにより、現在位置Ｐ（ｔ₀）から予測位置Ｐ（ｔ₁）〜Ｐ（ｔ₃）までの予測航跡５１ｆを、複数の位置Ｐ（ｔ_f）の座標データ｛Ｐ_x（ｔ_f）、Ｐ_y（ｔ_f）｝として得ることができる。

従って、航跡処理部３６は、これらの座標データ｛Ｐ_x（ｔ_f）、Ｐ_y（ｔ_f）｝を、予測航跡５１ｆを示すデータとして座標データ記憶部４０に出力する。

上述したように、入力データ記憶部３４は、所定時間Δｔ毎に現在時刻ｔ₀における現在の位置Ｐ（ｔ₀）及び速度Ｖ（ｔ₀）と、過去の時刻ｔ_npにおける速度Ｖ（ｔ_np）とを航跡処理部３６に出力し、航跡処理部３６は、入力された現在の位置Ｐ（ｔ₀）と速度Ｖ（ｔ₀）、Ｖ（ｔ_np）とに基づいて、過去の位置Ｐ（ｔ_np）及び予測位置Ｐ（ｔ_nf）を算出して、算出された過去の位置Ｐ（ｔ_np）及び予測位置Ｐ（ｔ_nf）と現在の位置Ｐ（ｔ₀）とを座標データ記憶部４０に順次出力する。この結果、座標データ記憶部４０では、所定時間Δｔ毎に過去の航跡５１ｐ及び予測航跡５１ｆに関する情報の更新が行われることになる。

一方、速度ベクトル処理部３８では、入力データ記憶部３４から取得した現在時刻ｔ₀における船舶５０の速度Ｖ（ｔ₀）｛Ｖ_x（ｔ₀）、Ｖ_y（ｔ₀）｝より、（３）式及び（４）式を用いて加速度｛ａ_x（ｔ₀）、ａ_y（ｔ₀）｝を求め、求めた加速度｛ａ_x（ｔ₀）、ａ_y（ｔ₀）｝より（５）式及び（６）式を用いて、該船舶５０の将来時刻ｔ_nfにおける速度Ｖ（ｔ_nf）｛Ｖ_x（ｔ_nf）、Ｖ_y（ｔ_nf）｝を算出する（ステップＳ４）。

この場合、（５）式及び（６）式では、｛ａ_x（ｔ_f）、ａ_y（ｔ_f）｝の積分範囲を現在時刻ｔ₀から将来時刻ｔ_nfまでとする。

そして、速度ベクトル処理部３８は、算出された予測位置Ｐ（ｔ_nf）における速度Ｖ（ｔ_nf）の２次元座標データ｛Ｖ_x（ｔ_n）、Ｖ_y（ｔ_n）｝を、予測位置Ｐ（ｔ_nf）における速度ベクトルとして座標データ記憶部４０に出力する。

上述したように、入力データ記憶部３４は、所定時間Δｔ毎に現在時刻ｔ₀における速度Ｖ（ｔ₀）を速度ベクトル処理部３８に出力し、速度ベクトル処理部３８は、入力された速度Ｖ（ｔ₀）に基づいて将来時刻ｔ_nfにおける速度Ｖ（ｔ_nf）を算出し、速度Ｖ（ｔ₀）及び算出された速度Ｖ（ｔ_nf）を座標データ記憶部４０に順次出力する。この結果、座標データ記憶部４０では、所定時間Δｔ毎に速度ベクトルに関する情報の更新が行われることになる。

なお、上述した（１）式〜（８）式において、所定時間間隔Δｔは、できる限り小さな値であることが好ましく、例えば、ドップラー・ソナー１２の最小測定間隔（１秒〜４秒）とすることにより、計算過程で発生する誤差が小さくなり、方程式の解の精度が向上する。

次いで、座標データ記憶部４０は、航跡処理部３６から所定時間毎に入力された過去の航跡５１ｐを示す座標データ｛Ｐ_x（ｔ_p）、Ｐ_y（ｔ_p）｝、予測航跡５１ｆを示す座標データ｛Ｐ_x（ｔ_f）、Ｐ_y（ｔ_f）｝及び現在位置を示す座標データ｛Ｐ_x（ｔ₀）、Ｐ_y（ｔ₀）｝と、速度ベクトル処理部３８から所定時間毎に入力された速度ベクトルを示す座標データ｛Ｖ_x（ｔ_nf）、Ｖ_y（ｔ_nf）｝とを図示しないメモリに各々蓄積し（ステップＳ５）、前記メモリに蓄積された各座標データ｛Ｐ_x（ｔ_p）、Ｐ_y（ｔ_p）｝、｛Ｐ_x（ｔ_f）、Ｐ_y（ｔ_f）｝、｛Ｐ_x（ｔ₀）、Ｐ_y（ｔ₀）｝及び｛Ｖ_x（ｔ_nf）、Ｖ_y（ｔ_nf）｝を画像生成部４２に順次出力する。

画像生成部４２は、座標データ記憶部４０から所定時間毎に入力された座標データ｛Ｐ_x（ｔ_p）、Ｐ_y（ｔ_p）｝、｛Ｐ_x（ｔ_f）、Ｐ_y（ｔ_f）｝及び｛Ｖ_x（ｔ_nf）、Ｖ_y（ｔ_nf）｝と、入力データ記憶部３４から所定時間毎に入力された位置・速度・船首方位・回頭角速度情報とに基づいて、船舶５０の過去の位置Ｐ（ｔ_np）を含む過去の航跡５１ｐと、現在位置Ｐ（ｔ₀）と、予測位置Ｐ（ｔ_nf）を含む予測航跡５１ｆと、該予測位置Ｐ（ｔ_nf）における速度ベクトルとが含まれる画像情報を生成し（ステップＳ７）、生成された前記画像情報を表示部４４に順次出力する。

具体的に、画像生成部４２は、座標データ｛Ｐ_x（ｔ_np）、Ｐ_y（ｔ_np）｝に基づいて船舶５０の過去の位置Ｐ（ｔ_np）をプロットし、座標データ｛Ｐ_x（ｔ₀）、Ｐ_y（ｔ₀）｝に基づいて船舶５０の現在位置Ｐ（ｔ₀）をプロットし、さらに、過去の位置Ｐ（ｔ_np）と現在位置Ｐ（ｔ₀）とを直線又は曲線で結ぶことにより過去の航跡５１ｐをプロットする。また、画像生成部４２は、座標データ｛Ｖ_x（ｔ_nf）、Ｖ_y（ｔ_nf）｝に基づいて船舶５０の予測位置Ｐ（ｔ_nf）をプロットすると共に、現在位置Ｐ（ｔ₀）と予測位置Ｐ（ｔ_nf）とを直線又は曲線で結ぶことで予測航跡５１ｆをプロットする。さらに、画像生成部４２は、座標データ｛Ｖ_x（ｔ_n）、Ｖ_y（ｔ_n）｝に基づいて、現在位置Ｐ（ｔ₀）及び予測位置Ｐ（ｔ_nf）を始点とする速度ベクトルをプロットする。これにより、船舶５０の予測航跡５１ｆに速度ベクトルが重畳表示された画像情報が、画像生成部４２において生成される。そして、画像生成部４２は、生成された前記画像情報を表示部４４に順次出力する。

なお、上述した過去の航跡５１ｐ及び予測航跡５１ｆについては、過去の位置Ｐ（ｔ_np）、現在位置Ｐ（ｔ₀）及び予測位置Ｐ（ｔ_nf）を直線又は曲線で結ぶことなく複数の点のみで表示することも可能である。

表示部４４は、入力された前記画像情報に対応する画像を表示する（ステップＳ８）。この場合、画像生成部４２は、所定時間毎に画像情報を生成するので、表示部４４には、前記所定時間毎に前記画像が更新表示される。

次に、ステップＳ２〜Ｓ４、Ｓ６において、回頭角速度及び船首方位を考慮した場合における過去の航跡５１ｐ、予測航跡５１ｆ及び速度ベクトルの生成処理及び表示処理について説明する。ここでは、（１）表示部４４において、画像上で船舶の船首が常時上向きとなるように表示させる場合（以下、ヘッドアップ表示という。）、（２）表示部４４において、画像上で北の方角が常時上向きとなるように表示させる場合（以下、ノースアップ表示という。）について各々説明する。

先ず、（１）のヘッドアップ表示について、図５を参照しながら説明する。図５では、現在位置Ｐ（ｔ₀）において、ドップラー・ソナー１２の振動子２８（図１参照）の設置位置がＸ−Ｙ座標の原点０と重なり、回頭角速度ωが０であるとする。また、前記原点０から船首５０ｂまでの距離をｂとした場合、該船首５０ｂの座標はＰ_b（０、ｂ）であり、前記原点０から船尾５０ｓまでの距離をｓとした場合、該船尾５０ｓの座標はＰ_s（０、−ｓ）である。

ステップＳ２において、ω＝０の場合には、（１）式及び（２）式より過去の位置Ｐ（ｔ_p）を求め、求めた過去の位置Ｐ（ｔ_p）より時間ｔ_pの経過に伴う船首５０ｂの位置Ｐ_b及び船尾５０ｓの位置Ｐ_sの変位を過去の航跡５１ｐとして求めることができる。

また、ω≠０となった場合の過去の航跡５１ｐは、ω＝０における過去の航跡５１ｐを前記原点０を中心にω×（−Δｔ）の角度だけ回転移動させることにより求められる。

次に、ステップＳ３において、現在位置Ｐ（ｔ₀）から予測位置Ｐ（ｔ_n）までの予測航跡５１ｆは、ω＝０の場合、（３）式〜（８）式に基づいて船首５０ｂの予測位置Ｐ_b（ｔ_nf）と船尾の予測位置Ｐ_s（ｔ_nf）とを各々を算出することにより求められる。また、ω≠０の場合、船舶５０の船首５０ｂは、該船舶５０が回頭しても常時上向きに画面上に表示させる必要があるので、該船舶５０の船形のパターンが固定された状態で予測航跡５１ｆのみを回転させることになる。従って、ω≠０における予測航跡５１ｆは、ω＝０の場合における船首５０ｂの予測位置Ｐ_b（ｔ_nf）及び船尾５０ｓの予測位置Ｐ_s（ｔ_nf）をω×ｎΔｔの分だけ回転移動させることにより求められる。

さらに、ステップＳ４において、予測位置Ｐ_b（ｔ_nf）における船首５０ｂの速度Ｖ_b（ｔ_nf）｛Ｖ_bx（ｔ_nf）、Ｖ_by（ｔ_nf）｝は、（３）式〜（６）式に基づき求められる。また、予測位置Ｐ_s（ｔ_nf）における船尾５０ｓの速度Ｖ_s（ｔ_nf）｛Ｖ_sx（ｔ_nf）、Ｖ_sy（ｔ_nf）｝も、（３）式〜（６）式に基づき求められる。

さらにまた、ステップＳ６において、船首５０ｂの過去の位置Ｐ_b（ｔ_np）と現在位置Ｐ_b（ｔ₀）とをプロットして、過去の位置Ｐ_b（ｔ_np）と現在位置Ｐ_b（ｔ₀）とを直線又は曲線で結ぶことにより船首５０ｂの過去の航跡がプロットされる。また、予測位置Ｐ_b（ｔ_nf）をプロットし、現在位置Ｐ_b（ｔ₀）と予測位置Ｐ_b（ｔ_nf）とを直線又は曲線で結ぶことにより船首５０ｂの予測航跡がプロットされる。一方、船尾５０ｓについても、過去の位置Ｐ_s（ｔ_np）と現在位置Ｐ_s（ｔ₀）とをプロットし、過去の位置Ｐ_s（ｔ_np）と現在位置Ｐ_s（ｔ₀）とを直線又は曲線で結ぶことにより船尾５０ｓの過去の航跡がプロットされる。また、予測位置Ｐ_s（ｔ_nf）をプロットし、現在位置Ｐ_s（ｔ₀）と予測位置Ｐ_s（ｔ_nf）とを直線又は曲線で結ぶことにより船尾５０ｓの予測航跡がプロットされる。そして、船首５０ｂの予測航跡に｛Ｖ_bx（ｔ_np）、Ｖ_by（ｔ_np）｝に基づく速度ベクトルが重畳表示され、船尾５０ｓの予測航跡に｛Ｖ_sx（ｔ_nf）、Ｖ_sy（ｔ_nf）｝に基づく速度ベクトルが重畳表示される。

次に、（２）のノースアップ表示について、図６を参照しながら説明する。図６では、現在位置において、ドップラー・ソナー１２の振動子２８（図１参照）の設置位置がＸ−Ｙ座標の原点０と重なるが、前記原点０を中心に船首方位がθだけＹ軸の北方向からＸ軸の東方向に向かい回転しているものとする。

この場合、現在時刻ｔ₀における船首５０ｂの位置Ｐ_b（ｔ₀）及び船尾５０ｓの位置Ｐ_s（ｔ₀）は、下記の（９）式及び（１０）式で表される。

Ｐ_b（ｔ₀）＝（ｂ×ｓｉｎθ、ｂ×ｃｏｓθ） …（９）
Ｐ_s（ｔ₀）＝（―ｓ×ｓｉｎθ、―ｓ×ｃｏｓθ） …（１０）
ステップＳ２において、ω＝０の場合、船首５０ｂの過去の位置Ｐ_b（ｔ_-1）及び船尾５０ｓの過去の位置Ｐ_s（ｔ_-1）は、（１）式及び（２）式において、Ｐ（ｔ_-1）＝｛ｘ（ｔ_-1）、ｙ（ｔ_-1）｝とすれば、下記の（１１）式及び（１２）式で表すことができる。

Ｐ_b（ｔ_-1）＝｛ｘ（ｔ_-1）＋ｂ×ｓｉｎθ、ｙ（ｔ_-1）＋ｂ×ｃｏｓθ｝ …（１１）
Ｐ_s（ｔ_-1）＝｛ｘ（ｔ_-1）―ｓ×ｓｉｎθ、ｙ（ｔ_-1）―ｓ×ｃｏｓθ｝ …（１２）
一方、ω≠０の場合、過去の航跡５１ｂは、（１１）式及び（１２）式に基づいて求められるω＝０における過去の航跡５１ｂを、前記原点０を中心としてω×（−Δｔ）だけ回転させることにより求められる。

次に、ステップＳ３について、現在位置Ｐ（ｔ₀）から予測位置Ｐ（ｔ_nf）までの予測航跡５１ｆは、ω＝０の場合、（３）式〜（１０）式に基づいて、船首５０ｂの予測位置Ｐ_b（ｔ_nf）と船尾５０ｓの予測位置Ｐ_s（ｔ_nf）とを求めることにより得られる。また、ω≠０の場合、予測航跡５１ｆは、ω＝０の場合における船首５０ｂの予測位置Ｐ_b（ｔ_nf）及び船尾５０ｓの予測位置Ｐ_s（ｔ_nf）をω×ｎΔｔの分だけ回転移動させることにより求められる。

さらに、ステップＳ４において、予測位置Ｐ_b（ｔ_nf）における船首の速度Ｖ_b（ｔ_nf）｛Ｖ_bx（ｔ_nf）、Ｖ_by（ｔ_nf）｝は、（５）式及び（６）式の｛Ｖ_x（ｔ_nf）、Ｖ_y（ｔ_nf）｝を｛Ｖ_bx（ｔ_nf）、Ｖ_by（ｔ_nf）｝に置き換え、さらに、（１１）式及び（１２）式に基づいて求められる。また、予測位置Ｐ_s（ｔ_nf）における船尾５０ｓの速度Ｖ_s（ｔ_nf）｛Ｖ_sx（ｔ_nf）、Ｖ_sy（ｔ_nf）｝は、（５）式及び（６）式の｛Ｖ_x（ｔ_nf）、Ｖ_y（ｔ_nf）｝を｛Ｖ_sx（ｔ_n）、Ｖ_sy（ｔ_n）｝に置き換え、さらに、（１１）式及び（１２）式に基づいて求められる。

さらにまた、ステップＳ６において、船首５０ｂの過去の位置Ｐ_b（ｔ_np）と現在位置Ｐ_b（ｔ₀）とをプロットし、過去の位置Ｐ_b（ｔ_np）と現在位置Ｐ_b（ｔ₀）とを直線又は曲線で結ぶことにより船首５０ｂの過去の航跡がプロットされ、予測位置Ｐ_b（ｔ_nf）をプロットし、現在位置Ｐ_b（ｔ₀）と予測位置Ｐ_b（ｔ_nf）とを直線又は曲線で結ぶことにより船首５０ｂの予測航跡がプロットされる。一方、船尾５０ｓについても、過去の位置Ｐ_s（ｔ_np）と現在位置Ｐ_s（ｔ₀）とをプロットし、過去の位置Ｐ_s（ｔ_np）と現在位置Ｐ_s（ｔ₀）とを直線又は曲線で結ぶことにより船尾５０ｓの過去の航跡がプロットされ、予測位置Ｐ_s（ｔ_nf）をプロットし、現在位置Ｐ_s（ｔ₀）と予測位置Ｐ_s（ｔ_nf）とを直線又は曲線で結ぶことにより船尾５０ｓの予測航跡がプロットされる。そして、船首５０ｂの予測航跡に｛Ｖ_bx（ｔ_np）、Ｖ_by（ｔ_np）｝に基づく速度ベクトルが重畳表示され、船尾５０ｓの予測航跡に｛Ｖ_sx（ｔ_nf）、Ｖ_sy（ｔ_nf）｝に基づく速度ベクトルが重畳表示される。

図７〜図９は、上述したヘッドアップ表示によって表示部４４に表示された画像情報の一例を示す。

図７は、船舶５０の現在位置が船形のパターンでグラフィック領域の中心に表示され、船首５０ｂの航跡５２（過去の航跡５２ｐ及び予測航跡５２ｆ）と船尾５０ｓの航跡５４（過去の航跡５４ｐ及び予測航跡５４ｆ）とが点及び点線で表示され、前記現在位置における船首５０ｂの速度ベクトル５６が該船首５０ｂを始点として航跡５２に重畳表示され、前記現在位置における船尾５０ｓの速度ベクトル５８が該船尾５０ｓを始点として航跡５４に重畳表示されている。

この場合、船首５０ｂの速度ベクトル６０は、予測航跡５２ｆ（航跡５２のうち船舶５０より左側の航跡）に重畳して表示され、一方で、船尾５０ｓの速度ベクトル６２は、予測航跡５４ｆ（航跡５４のうち船舶５０より左側の航跡）に重畳表示されている。

また、船首５０ｂの過去の航跡５２ｐ（航跡５２のうち船舶５０より右側の航跡）には、船首５０ｂの過去の位置６４が点の形で表示され、一方で、船尾５０ｓの過去の航跡５４ｐ（航跡５４のうち船舶５０より右側の航跡）には、船尾５０ｓの過去の位置６６が点の形で表示されている。

ここで、船舶５０の大きさは、実際の船舶の大きさに合わせて変更可能であり、それに伴い、グリッド６８の間隔及び縮尺も調整可能である。また、船舶５０に対して左方には岸壁を示すマーカーライン７０が表示され、前記現在位置における船舶５０とマーカーライン７０との最短距離は、ライン７２によって表示されている。さらに、画像の左下側には、コンパス７４が表示され、前記現在位置における船舶５０の船首方位を視覚的に把握することができる。

この場合、画面には、船舶５０がマーカーライン７０に接近している状況が表示されており、該船舶５０がマーカーライン７０に近づくに従って、速度ベクトル６０、６２を示す矢印が短くなり、且つその向きがマーカーライン７０と平行になりつつあることから、該船舶５０が接岸しようとしている状況であることが容易に諒解される。

なお、コンパス７４において西の方角（Ｗ）寄りの矢印は風向きを示し、北の方角（Ｎ）より１３５°の方角（南西の方角）から船舶５０に向けて風が吹き付けていることを示している。また、南の方角（Ｓ）寄りの矢印は潮流の向きを示し、北の方角（Ｎ）より１９５°の方角（南南東の方角）から船舶５０に向かって潮の流れがあることを示している。

また、画像の右側には、上方から下方にかけて船首方位｛図７では北の方角（Ｎ）から３０°だけ東（Ｅ）の方位｝、回転角速度｛＋５／ｍｉｎであり、１分間に５°回頭｝、現在位置における船首５０ｂの速度｛対地船速（ＢＴ）｝（図面の左側に向かって１．０５ノット）、船舶５０の船首５０ｂの方向への対地船速（図面の上方に向かって０．３５ノット）、船尾５０ｓの対地船速（図面の左側に向かって１．４２ノット）、風向き及び風速｛北（Ｎ）から１３５°の方角より船舶５０に向かって１４ｍ／ｓ｝、潮流の速度及び方向｛北（Ｎ）から１９５°の方角より１．６ノット｝及びドップラー・ソナー１２によって計測された水深（４．５ｍ）が各々表示されている。

なお、前述した風向き及び風速は、データ処理部２０（図１参照）と電気的に接続された図示しない風向風速計によって計測され、潮流は、データ処理部２０と電気的に接続された図示しない潮流計によって計測されたものであり、該データ処理部２０から入力データ記憶部３４及び画像生成部４２（図２参照）を介して出力されたものである。

図８に示す画像情報は、船舶５０の過去の位置を船形のパターン７８で表示した点以外は、図７に示す画像情報の内容と同じである。

この場合、パターン７８の船首７８ｂが過去の航跡５２ｐに重畳表示され、パターン７８の船尾７８ｓが過去の航跡５４ｐに重畳表示されていることが容易に諒解される。

図９に示す画像情報は、船舶５０の過去の位置を船形のパターン７８で表示し、船舶５０の予測位置を船形のパターン８０で表示した点以外は、図７に示す画像情報の内容と同じである。

この場合、パターン８０の船首８０ｂが予測航跡５２ｆに重畳表示され、パターン８０の船尾８０ｓが過去の航跡５４ｓに重畳表示されていることが容易に諒解される。

なお、図７〜図９では、船舶５０がマーカーライン７０に接近する場合について説明したが、該マーカーライン７０から離間する場合にも適用可能である。

図１０は、船舶５０を速度０から加速させた場合について、本実施形態に係る表示器３０での時間経過に伴う該船舶５０の予測移動距離と、従来技術に係る船舶用表示装置での時間経過に伴う予測移動距離（比較例）とを比較したものである。

従来技術に係る船舶用表示装置の場合、船舶５０が等速運動を行うことを前提としており、時間経過に対して船舶５０の移動距離は直線的に増加している。

これに対して、本実施形態に係る表示器３０の場合、船舶５０の将来時刻における速度の予測に際して加速度を考慮しているので、グラフは緩やかな２次曲線を描いており、本実施形態と比較例との予測移動距離の差が時間経過と共に増加することから、該表示器３０は、より現実に即した予測を行っていることが分かる。

このように、本実施形態に係る表示器３０では、表示器３０の表示部４４で速度ベクトル６０、６２と予測航跡５２ｆ、５４ｆとを重畳表示させることにより、該予測航跡５２ｆ、５４ｆ上における船舶５０の船首５０ｂ及び船尾５０ｓにおける速度及び移動方向を視覚的に一目で把握することができる。すなわち、速度ベクトル６０、６２の大きさから船首５０ｂ及び船尾５０ｓの速度が把握でき、該速度ベクトル６０、６２の方向から該船首５０ｂ及び船尾５０ｓの移動方向が把握できる。

従って、船舶５０の操船員は、表示部４４の表示内容より、船舶５０の将来の移動状況を確認した上で、この表示内容に基づいて該船舶５０を操船し、迅速且つ正確に接岸又は離岸させることができる。

また、速度ベクトル処理部３８は、前記速度ベクトルを生成する際に、現在位置における速度情報に基づいて加速度を求め、求められた前記加速度に基づいて前記速度ベクトルを生成するようにしている。すなわち、前記速度ベクトルに前記加速度が考慮されているので、従来技術に係る船舶用表示装置と比較して、予測航跡５２ｆ、５４ｆの精度が向上し、該予測航跡５２ｆ、５４ｆに基づいて船舶５０を操船し、短時間で接岸又は離岸させることができる。

また、表示部４４では、港湾において船舶５０が接岸又は離岸する際に、該船舶５０の操船に必要な情報（速度ベクトル６０、６２及び予測航跡５２ｆ、５４ｆ）を視覚的に分かり易い形、すなわち、自船の運動をグラフィック表示によって提供することにより、該船舶５０の船首尾線方向及び正横方向の移動状況を一目で把握できる。

さらに、画像情報中のグラフィック領域において、船舶５０の現在位置を船形のパターンで表示し、自船の過去の航跡５２ｐ、５４ｐ及び予測航跡５２ｆ、５４ｆを併せて表示することにより、該自船の一連の動作を視覚的に一目で諒解することが可能となる。

なお、本発明に係る船舶用表示装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。

本実施形態に係る表示器を含む航法システムのブロック図である。 図１の表示器の内部を示すブロック図である。 図２の表示器における速度ベクトル及び予測航跡の生成処理及び表示処理を示すフローチャートである。 船舶の現在位置に対する過去の航跡及び予測航跡を示す説明図である。 ヘッドアップ表示方式における船舶の現在位置を示す説明図である。 ノースアップ表示方式における船舶の現在位置を示す説明図である。 図２の表示部において、破線で表示した船舶の予測航跡に速度ベクトルを重畳表示させた場合を示す説明図である。 図２の表示部において、破線で表示した船舶の予測航跡に速度ベクトルを重畳表示させ、過去の航跡に船形パターンを重畳表示させた場合を示す説明図である。 図２の表示部において、破線で表示した船舶の予測航跡に速度ベクトルを重畳表示させ、過去の航跡及び将来の航跡に船形パターンを重畳表示させた場合を示す説明図である。 本実施形態に係る表示器と従来技術に係る船舶用表示装置とを利用した場合について、時間経過に対する船舶の移動距離を比較した説明図である。

符号の説明

１０…航法システム １２…ドップラー・ソナー
１４…ジャイロコンパス １６…回頭角速度計
１８…ＧＰＳ測位計 ２０…データ処理部
２２…船速演算部 ２４…送信部
２６…受信部 ２８…振動子
３０…表示器 ３２…インターフェース
３４…入力データ記憶部 ３６…航跡処理部
３８…速度ベクトル処理部 ４０…座標データ記憶部
４２…画像生成部 ４４…表示部
５０…船舶 ５０ｂ、７８ｂ、８０ｂ…船首
５０ｓ、７８ｓ、８０ｓ…船尾
５１ｂ、５１ｆ、５１ｐ、５２、５２ｆ、５２ｐ、５４、５４ｆ、５４ｐ、５４ｓ…航跡
５６、５８、６０、６２…速度ベクトル ６４、６６…過去の位置
６８…グリッド ７０…マーカーライン
７２…ライン ７４…コンパス
７８、８０…パターン

Claims (4)

1. 航法装置から得られる船舶の現在の速度情報に基づいて前記船舶の予測航跡を生成する航跡生成手段と、
   生成した前記予測航跡上における前記船舶の速度ベクトルを生成する速度ベクトル生成手段と、
   生成された前記予測航跡と前記速度ベクトルとを重畳表示させる表示手段と、
   を有する
   ことを特徴とする船舶用表示装置。
2. 請求項１記載の船舶用表示装置において、
   前記速度ベクトル生成手段は、前記速度ベクトルを生成する際に、現在の前記速度情報に基づいて加速度を求め、求められた前記加速度に基づいて前記速度ベクトルを生成する
   ことを特徴とする船舶用表示装置。
3. 請求項１又は２記載の船舶用表示装置において、
   前記予測航跡は、前記船舶の船首位置及び船尾位置をそれぞれプロット表示したものである
   ことを特徴とする船舶用表示装置。
4. 請求項３記載の船舶用表示装置において、
   前記速度情報を得る航法装置は、ドップラー・ソナー又はＧＰＳ測位計である
   ことを特徴とする船舶用表示装置。

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