JP6278567B2 - 船体制御方法および船体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、船を定点に移動させたり、船を定点に保持するための船体制御方法に関する。

従来、漁の効率を向上させる等の目的のために、漁師は、予め目的の魚が多く生息すると考えられる位置（例えば、魚礁や瀬）において漁を行っている。この場合、例えば、当該位置にて船舶を定点保持した状態で漁を行ったり、当該定点を通過しながら漁を行うことで、より効率的な漁が実現できる。

また、このような目的位置（定点位置）にできる限り効率良く到達することも漁の効率を向上させるためには必要である。

しかしながら、海上では、風や潮流等による外乱を船体が受けて、定点位置から流されてしまったり、定点位置まで効率良く航行できないことがある。

このため、従来、風や潮流を受けても、船舶を定点に留めたり、定点への移動時には定点方向に船首方向が向くようにする船体制御方法が各種考案されている。たとえば、特許文献１に示す船舶では、サイドスラスターを備えている。サイドスラスターとは、船体を横方向、すなわち右舷左舷方向へ移動させるための機構である。また、従来の船舶には、このような横方向の移動を実現するために、水平方向に回動可能なプロペラを備えるものもある。

特開２００２−８７３８９号公報

しかしながら、上述のようなサイドスラスターや、右左舷方向に回動可能なプロペラは、非常に大がかりなものであり、コストも高く、経済性を重視する漁船の場合には、大幅なコスト高となるため、これらサイドスラスターや右左舷方向に回動可能なプロペラを、容易に装備することができない。

したがって、プレジャーボートや小型漁船では、サイドスラスターや右左舷方向に回動可能なプロペラ等の大がかりな追加装備を行うことなく、船を定点保持する船体制御を行う必要がある。

また、プレジャーボートや小型漁船では、サイドスラスターや右左舷方向に回動可能なプロペラ等の大がかりな追加装備を行うことなく、船を定点に効率良く航行させる船体制御を行う必要がある。この際、単に定点に船を移動させるだけでは、定点到着時の船の姿勢によっては外乱の影響を大きく受け、サイドスラスターや右左舷方向に回動可能なプロペラ等の大がかりな追加装備を行っていなければ、定点保持が容易に行えなくなることがあり、定点到着時の船の姿勢は重要である。

この発明の目的は、サイドスラスターや右左舷方向に回動可能なプロペラ等の大がかりな追加装備を行わなくても、これら追加装備と同等の船体制御が可能な船体制御方法を提供することにある。

この発明の船体制御方法は、自船位置を取得する工程と、自船を基準として該自船に対して外からの力を与える外乱の方向である外乱方位を検出する工程とを有する。船体制御方法は、予め設定した定点位置と自船位置とから定点位置に向かう目標方位を算出する工程と、外乱方位から定点位置での目標方位を検出する工程とを有する。船体制御方法は、定点位置に向かう目標方位と定点位置での目標方位とから、その時点での自船の航行する方位である航行方位を算出する工程と、航行方位に応じて舵角を調整する工程と、を有する。

この方法では、自船が定点位置に近づくにつれて、船首方位と外乱方位とが徐々に略一致していくように、船を定点位置に向けて航行させることができる。

また、この発明の船体制御方法の航行方位を算出する工程は、定点位置に向かう目標方位と定点位置での目標方位との重み付け加算によって航行方位を算出する。重み付け加算は、自船が定点位置に近づくほど定点位置の船首方位の重みが重くなるように設定されている。

この方法では、航行方位の具体的な算出例を示している。

また、この発明の船体制御方法は、外乱の大きさを検出する工程と、外乱の大きさから前記定点位置での目標船速を算出する工程とを有する。船体制御方法は、自船を定点位置に向かわせる目標船速と、定点位置での目標船速とから、その時点での自船の航行する速度である航行船速を算出する工程と、航行船速に応じて推力を調整する工程と、を有する。

この方法では、自船を定点位置に到達させるための目標船速と定点位置での目標船速とから最適な航行船速が決定される。

また、この発明の船体制御方法の航行船速を算出する工程は、目標船速と定点位置の船速との重み付け加算によって、航行船速を算出する。重み付け加算は、自船が定点位置に近づくほど定点位置の船速の重みが重くなるように設定されている。

この方法では、航行船速の具体的な算出例を示している。

また、この発明の船体制御方法は、自船位置を取得する工程と、自船を基準として該自船に対して外からの力を与える外乱の方向である外乱方位を検出する工程と、を有する。船体制御方法は、外乱方位に対して直交し定点位置を通る外乱直交ラインを設定する工程と、推力と舵角を調整することにより、外乱直交ラインと自船位置との関係から外乱方位に略平行な方向に沿って自船を前進もしくは後進させる工程と、を有する。

この方法では、船首方位と外乱方位とを略一致させた状態で、自船を定点位置付近に留めることができる。

また、この発明の船体制御方法は、自船の船首方位を検出する工程を有する。船体制御方法の自船を前進もしくは後進させる工程は、自船の船首方位と外乱方位とが略一致する場合に、自船位置が外乱直交ラインに対して外乱側にあるときに自船を後進させ、自船位置が外乱直交ラインに対して外乱と反対側にあるときに自船を前進させる。

この方法では、前後進を切り替えるための具体的な方法を示している。

また、この発明の船体制御方法は、外乱方位に平行な外乱対向ライン上において船が定点位置から最も離間する距離を検出する工程と、最も離間する距離が外乱の大きさによって決定される推力調整用の閾値距離よりも長い場合に船の推力を低減させる工程を、有する。

また、この発明の船体制御方法は、外乱方位に平行な外乱対向ライン上において船が定点位置から最も離間する距離を検出する工程と、最も離間する距離が外乱の大きさによって決定される推力調整用の閾値距離よりも短い場合に船の推力を上昇させる工程を、有する。

これらの方法では、前後進時の具体的な推力調整方法を示している。これらの方法を用いることにより、船を定点位置の付近に、より正確に留めることができる。

また、この発明の船体制御方法は、外乱方位に平行な外乱対向ライン上において船が定点位置から最も離間する距離を検出する工程と、最も離間する距離に基づいて推力をオンさせるタイミングとオフさせるタイミングのいずれか一方を調整する。

この方法では、定点位置に対する船の移動範囲を、さらに狭くすることができる。

また、この発明の船体制御方法は、船首方位と外乱方位との差分が閾値以下の場合に自船を前進もしくは後進させる工程を実行する。

この方法では、船首方位と外乱方位との差分が小さい時にのみ、上述の船を定点位置付近に留める前後進制御が行われる。これにより、船を定点位置付近に、さらに確実に留めることができる。

また、この発明の船体制御方法は、船首方位と外乱方位との差分が閾値より大きな場合に船首方位を変更する工程を実行する。

この方法では、船首方位と外乱方位との差分が大きくても、その差分が小さくなるように、船首方位を容易に変更することができる。

また、この発明の船体制御方法の船首方位を変更する工程は、船を後進させながら舵角を調整して船首方位と外乱方位とを近づける工程と、船を前進させながら舵角を調整して船首方位と外乱方位を近づける工程と、を有する。

この方法では、船首方位の変更の具体的な方法を示している。そして、この方法を用いることで、外乱を利用して、船首方位を容易に変更することができる。

また、この発明の船体制御方法は、自船位置が、定点位置を中心とする所定距離範囲内にある場合に、船を前進もしくは後進させる工程を実行する。この船体制御方法は、自船位置が所定範囲から外れる場合に、次の各工程を有する。この船体制御方法は、定点位置と自船位置とから前記定点位置に向かう目標方位を算出する工程と、外乱方位から定点位置での目標方位を検出する工程と、定点位置に向かう目標方位と定点位置での目標方位とから、その時点での自船の航行する方位である航行方位を算出する工程を有する。この船体制御方法は、外乱の大きさを検出する工程と、外乱の大きさから定点位置の船速を算出する工程と、自船を定点位置に向かわせる船速である目標船速と、定点位置での目標船速とから、その時点での自船の航行する速度である航行船速を算出する工程を有する。この船体制御方法は、航行方位に応じた舵角を調整し、航行船速に応じて推力を調整する工程を有する。

この方法では、自船位置が定点位置に近い場合に、上述の定点位置付近に船を留める前後進制御が行われ、自船位置が定点位置から離れた場合に、上述の定点位置に向けて船を航行させる制御が行われる。これにより、状況に応じて、船を適切に定点位置に移動させるか、定点位置付近に留まらせることができる。

また、この発明の船体制御方法は、推力と舵角の調整を異なるタイミングで実行してもよい。

この方法では、推力と舵角の調整を同時に行わないため、目標とする船の移動を、より安定して実現することができる。

また、この発明の船体制御方法は、推力および舵角は離散的な値に設定してもよい。

この方法では、アナログ的な推力制御や舵角制御と略同等な移動を可能としながら、推力制御および舵角制御が容易になる。

また、この発明の船体制御方法は、自船位置と定点位置との距離に応じて通知を行う工程を、有する。通知は、距離によって異なるように設定されている。

この方法では、ユーザに、自船と定点との距離を直感的に理解させることができる。

また、この発明の船体制御方法は、魚種によって操作入力を受け付ける工程と、魚種に関連付けられた操業態様を選択する工程と、選択された操業態様に基づいて前記自船の制御を行う工程と、を有する。

この方法では、ユーザが船の移動のさせ方を直感的に選択することができる。

この発明によれば、右左舷方向への移動が可能な追加装備を行わなくても、外乱の影響による不要な船の動きを抑制して、所望の船体制御が可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る船の主要構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る船体制御のフローチャートである。 定点位置Ｐｐへの航行制御のフローチャートである。 定点位置Ｐｐへの航行制御に用いる各パラメータの関係を示す図である。 本発明の航行制御を行った場合の航跡例を示す図である。 重み付けの設定例を示す図である。 船体制御部２４の方位船速設定部４１の構成を示すブロック図である。 定点保持制御のフローチャートである。 前後進の切り替え概念を示す図である。 前後進時の推力制御方法を示すフローチャートである。 推力制御概念を示す図である。 定点保持制御部の構成を示すブロック図である。 推力オンオフタイミングを調整する定点保持制御のフローチャートである。 推力オンオフタイミングの調整による定点保持制御の概念を示す図である。 方位変更制御のフローチャートである。 方位変更制御の概念を示す図である。 推力の発生、調整および舵角の調整の概念を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る船の主要構成を示すブロック図である。 通知音の発生処理のフローチャートである。 通知音の選択処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る船の主要構成を示すブロック図、および、表示画面例を示す図である。 魚種による操船制御決定処理のフローチャートである。 魚種とポイント、操船方法、定点種別の関連付け例を示す表である。

本発明の第１の実施形態に係る船体制御装置を備える船体制御方法について、図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る船の主要構成を示すブロック図である。

船１０は、船体制御装置２０、動力源３０、プロペラ３１、および舵４０を備える。船体制御装置２０は、アンテナ２１、測位部２２、センサ２３、船体制御部２４、および操作部２５を備える。動力源３０およびプロペラ３１の組が「推進力発生部」に相当する。

アンテナ２１は、ＧＰＳ測位信号を受信し、測位部２２へ出力する。測位部２２Ａは、ＧＰＳ測位信号を用いて測位演算を実行し、船１０の位置（自船位置）Ｐｓを算出する。この測位演算は、予め設定した測位タイミング毎に実行される。測位部２２は、算出した自船位置Ｐｓを、船体制御部２４へ出力する。

センサ２３は、例えば、船首方位ＡＤｂを検出するヘディングセンサ、風向センサ、風速センサ、潮流計等を備える。センサ２３は、風向、風速、潮流方向、潮流速度から外乱ベクトルＶＥＣｄを算出する。外乱ベクトルＶＥＣｄは、風ベクトルＶＥＣｗと、潮流ベクトルＶＥＣｔとの加算ベクトルによって定義される。風ベクトルＶＥＣｗのベクトル方向は、風向によって決定され、風ベクトルＶＥＣｗの大きさは、風速によって決定される。潮流ベクトルＶＥＣｔのベクトル方向は、潮流方向によって決定され、潮流ベクトルＶＥＣｔの大きさは、潮流速度によって決定される。

センサ２３は、検出した船首方向ＡＤｂ、外乱ベクトルＶＥＣｄを、船体制御部２４へ出力する。なお、センサ２３は、風ベクトルＶＥＣｗや潮流ベクトルＶＥＣｔを、船体制御部２４に出力しても良い。また、センサ２３が風ベクトルＶＥＣｗや潮流ベクトルＶＥＣｔを船体制御部２４に出力し、船体制御部２４が風ベクトルＶＥＣｗや潮流ベクトルＶＥＣｔから外乱ベクトルＶＥＣｄを算出してもよい。

船体制御部２４は、予め操作部２５を介してユーザが設定した定点位置Ｐｐを記憶している。具体的な制御方法は後述するが、船体制御部２４は、定点位置Ｐｐと自船位置Ｐｓとに基づいて、定点位置への航行制御もしくは定点保持制御を実行する。概略的には、定点位置Ｐｐと自船位置Ｐｓとの距離ＤＩＳが所定値よりも大きい場合には、定点位置への航行制御を行い、距離ＤＩＳが所定値以下の場合には、定点保持制御を行う。

船体制御部２４は、定点位置への航行制御もしくは定点保持制御で決定した推力に基づいて動力源３０の駆動制御を行う。船体制御部２４は、定点位置への航行制御もしくは定点保持制御で決定した舵角に基づいて舵４０の舵角制御を行う。

操作部２５は、所謂ユーザインターフェース機器であり、ユーザによる操作入力を、船体制御部２４へ出力する。

動力源３０は、ディーゼルエンジンやモータからなる。また、これらディーゼルエンジンとモータを備え、状況に応じて使い分けるハイブリッド動力機構であってもよい。動力源３０は、船体制御部２４によって駆動制御される。動力源３０は、発生した動力をプロペラ３１に与える。

舵４０は、船１０の船尾に備え付けられている。舵４０は、船体制御部２４によって舵角制御される。

このような構成から、船１０は、プロペラ３１の推進力と、舵４０の舵角によって、定点へ航行したり、定点保持するように前進もしくは後退する。なお、この際、後退は、プロペラ３１を停止させて外乱によって後退する場合も含む。

そして、このような構成からなる船１０は、概略的には、図２に示すようなフローで船体制御を行う。図２は本発明の実施形態に係る船体制御のフローチャートである。なお、図２では、自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとの距離ＤＩＳが所定値よりも離間している場合について示している。ここで、距離ＤＩＳが所定値以下の場合には、定点位置への移動制御は行われず、定点保持制御となる。

まず、船体制御部２４は、自船位置Ｐｓ、定点位置Ｐｐ、外乱ベクトルＶＥＣｄ、および船首方位ＡＤｂに基づいて、定点位置Ｐｐに向かって船１０を航行させるように推力制御と舵角制御を行う。この際、船体制御部２４は、外乱ベクトルＶＥＣｄの向く方向と逆方向で且つ定点位置Ｐｐを基点する方位を外乱方位ＡＤｄとして検出する。そして、船体制御部２４は、定点位置Ｐｐにおいて船首方位ＡＤｂと外乱方位ＡＤｄとが略一致するように、推力制御と舵角制御をしながら船１０を航行させる（Ｓ１０１）。

この航行制御は、自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとが略一致するまで継続的に実行させる（Ｓ１０２：Ｎｏ→Ｓ１０１）。

自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとが略一致したことを検出すると（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、船体制御部２４は、船首方位ＡＤｂと外乱方位ＡＤｄとが略一致した状態を維持しながら定点位置Ｐｓおよび定点位置Ｐｓの近傍領域に船１０が留まり続けるように、推力制御と舵角制御を行い、定点保持制御を行う（Ｓ１０３）。

次に、定点位置Ｐｐへの航行制御の具体的方法について、図を参照して説明する。図３は定点位置Ｐｐへの航行制御のフローチャートである。図３に示す航行制御は、定点位置Ｐｐへの航行を介して、定点位置Ｐｐに到達するまでの間、所定の時間間隔で、継続的に行われる。図４は定点位置Ｐｐへの航行制御に用いる各パラメータの関係を示す図である。図５は本発明の航行制御を行った場合の航跡例を示す図である。図６は重み付けの設定例を示す図である。なお、特にことわりをおかなければ、以下に示す速度は絶対速度（対地速度）であり、座標は地球表面の絶対座標であり、方位は、北基準の方位である。

定点位置Ｐｐへの航行制御は、まず、自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとを取得する（Ｓ１１１）。定点位置Ｐｐの取得は、ユーザが操作部２５によって、定点位置Ｐｐの座標を指定することにより実行される。なお、定点位置Ｐｐの取得は、定点位置Ｐｐへの航行開始のタイミングのみで行えばよい。自船位置Ｐｓは、上述の測位部２２による測位結果により取得される。自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとを取得すると、この二点間の距離、すなわち、この時点での自船位置Ｐｓから定点位置Ｐｐまでの距離ＤＩＳが算出される。

次に、外乱要素の各パラメータを取得する（Ｓ１１２）。外乱は、風と潮流との合成で表され、速度ベクトルによって表現できる。風ベクトルＶＥＣｗは、センサ２３で計測した風向、風速から取得される。潮流ベクトルＶＥＣｔは、センサ２３で計測した潮流方向、潮流速度から取得される。外乱ベクトルＶＥＣｄは、風ベクトルＶＥＣｗと潮流ベクトルＶＥＣｔとの合成ベクトルとして得られる。したがって、外乱ベクトルＶＥＣｄは、風ベクトルＶＥＣｗと潮流ベクトルＶＥＣｔとベクトル加算により算出される。

なお、この際、センサ２３は船１０に装着されているため、算出される外乱ベクトルＶＥＣｄは自船位置Ｐｓのものであるが、この外乱ベクトルＶＥＣｄを、定点位置Ｐｐの外乱ベクトルＶＥＣｄと見なす。このような方法を用いても、実際に、船１０が定点位置Ｐｐに近づけば、自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとが略一致するので、自船位置Ｐｓの外乱ベクトルＶＥＣｄを定点位置Ｐｐの外乱ベクトルＶＥＣｄとしても、十分な精度での航行制御が可能である。また、自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐが離れていたとしても、外乱ベクトルＶＥＣｄは大きく変化することはなく、さらに、定点位置Ｐｐに向かって航行するにつれ、自船位置Ｐｓの外乱ベクトルＶＥＣｄと定点位置Ｐｐの外乱ベクトルＶＥＣｄとの間に殆ど差が無くなるので、十分な精度での航行制御が可能である。

次に、自船位置Ｐｓを基準とした定点位置Ｐｐに向かう目標方位ψｐ、定点位置Ｐｐに向かう目標船速Ｖｐ、定点位置Ｐｐでの目標方位ψｄ、および目標船速（定点船速）Ｖｄを取得する（Ｓ１１３）。

定点位置に向かう目標方位ψｐは、自船位置Ｐｓの座標と定点位置Ｐｐの座標とから幾何学計算により算出される。また、ユーザが操作部２５を操作することで、定点位置Ｐｐに向かう目標船速Ｖｐ、を取得する。

また、ユーザが操作部２５を操作することで、定点位置Ｐｐでの目標方位ψｄ、および目標船速（定点船速）Ｖｄを取得する。定点位置Ｐｐでの目標方位ψｄは、外乱ベクトルＶＥＣｄの方位と対向する方位に設定される。定点位置Ｐｐでの船速Ｖｄは、例えば、外乱ベクトルＶＥＣｄの大きさと同じ大きさに設定される。この場合、定点位置Ｐｐでの対地船速は０になるように設定される。

次に、定点位置に向かう目標方位ψｐと定点位置での目標方位ψｄとを用いて、その時点での航行方位ψｏを決定する（Ｓ１１４）。

この際、次の重み付け加算式を用いて、航行方位ψｏを算出する。

ψｏ＝αψｐ＋βψｄ ここで、α＋β＝１である。また、定点位置Ｐｐへの航行開始タイミングでの自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとの距離をＤＩＳｏとし、その時点での距離をＤＩＳとした場合に、αは次のように定義される。

α＝１−ｅｘｐ^{−（ＤＩＳ／ＤＩＳｏ）} したがって、βは次式で表される。

β＝ｅｘｐ^{−（ＤＩＳ／ＤＩＳｏ）} このようなα，βは、距離ＤＩＳに応じて、図６のように変化する。すなわち、αは、距離ＤＩＳが短くなるほど小さくなり、βは距離ＤＩＳが長くなるほど大きくなる。

このような式で航行方位ψｏを算出することで、航行方位ψｏは、定点位置Ｐｐから遠いほど定点位置に向かう目標方位ψｐに近づき、定点位置Ｐｐに近づくほど定点位置での目標方位ψｄに近づくように、徐々に変化する。これにより、定点位置に向かう目標方位ψｐから定点位置での目標方位ψｄに航行方位ψｏを滑らかに変化させながら、定点位置Ｐｐに向かって船１０を航行させることができる。

次に、定点位置に向かう目標船速Ｖｐと定点位置での目標船速Ｖｄとを用いて、その時点での航行船速Ｖｏを決定する（Ｓ１１５）。

この際、次の重み付け加算式を用いて、航行船速Ｖｏを算出する。

Ｖｏ＝αＶｐ＋βＶｄ ここで、α、βは、上述の航行方位ψｏと同じ定義である。

このような式で航行船速Ｖｏを算出することで、航行船速Ｖｏは、定点位置Ｐｐから遠いほど定点位置に向かう目標船速Ｖｐに近づき、定点位置Ｐｐに近づくほど定点位置での目標船速Ｖｄに近づくように、徐々に変化する。これにより、定点位置に向かう目標船速Ｖｐから定点位置での目標船速Ｖｄに航行船速Ｖｏを滑らかに変化させながら、定点位置Ｐｐに向かって船１０を航行させることができる。

次に、算出した航行船速Ｖｏを用いて、動力源３０に与える推力を決定する。また、算出した航行方位ψｏを用いて、舵４０に与える舵角を決定する（Ｓ１１６）。

以上のような処理を行うことで、図５に示すように、定点位置Ｐｐへの航行開始位置から定点位置Ｐｐに向かって、外乱に流されながらも、徐々に船首方位が外乱方位に対向（平行）するように変化しながら、船１０を定点位置Ｐｐまで航行することができる。そして、船１０は定点位置Ｐｐに到達した時点で、船首方位を外乱方位に対向させることができる。このように、定点位置Ｐｐにおいて、船首方位と外乱方位とを対向させる（外乱ベクトルの方向と船首方向との成す角が１８０°）ことで、一動力、一舵の船１０であっても、次に示す定点保持の制御の開始を容易にすることができる。

上述の説明では、船体制御部２４を１つの素子として、各処理を行う場合を示したが、図７に示すように、複数の機能部に分割して、上述の処理を行ってもよい。図７は、船体制御部２４の方位船速設定部４１の構成を示すブロック図である。

方位船速設定部４１は、航行条件決定部４２と、重み付け処理部４３を備える。航行条件決定部４２は、定点方向ベクトル算出部４２１と定点位置ベクトル算出部４２２を備える。

定点方向ベクトル算出部４２１は、定点位置Ｐｐと自船位置Ｐｓとから定点位置に向かう目標方位ψｐを算出する。また、定点方向ベクトル算出部４２１は、操作入力に基づいて定点位置に向かう目標船速Ｖｐを決定する。

定点位置ベクトル算出部４２２は、外乱ベクトルＶＥＣｄから定点船速Ｖｄを算出する。また、定点位置ベクトル算出部４２２は、操作入力に基づいて定点船速Ｖｄを決定する。

重み付け処理部４３は、重み付け係数設定部４３３、乗算器４３４１，４３４２，４３４３，４３４４、加算器４３５１，４３５２を備える。

重み付け係数設定部４３３は、距離ＤＩＳに基づいて重み付け係数α，βを決定する。

乗算器４３４１には、定点位置に向かう目標方位ψｐと重み付け係数αが与えられる。この際、定点位置に向かう目標方位ψｐは単位ベクトル化された後に与えられる。乗算器４３４１は、定点位置に向かう目標方位ψｐに重み付け係数αを乗算して、乗算結果αψｐを加算器４３５１に出力する。

乗算器４３４２には、定点位置での目標方位ψｄと重み付け係数βが与えられる。この際、定点位置での目標方位ψｄは単位ベクトル化された後に与えられる。乗算器４３４２は、定点位置での目標方位ψｄに重み付け係数βを乗算して、乗算結果βψｄを加算器４３５１に出力する。

加算器４３５１は、乗算結果αψｐと乗算結果βψｄとを加算して、航行方位ψ０を算出し、出力する。

乗算器４３４３には、定点位置に向かう目標船速Ｖｐと重み付け係数αが与えられる。乗算器４３４３は、定点位置に向かう目標船速Ｖｐに重み付け係数αを乗算して、乗算結果αＶｐを加算器４３５２に出力する。

乗算器４３４４には、定点位置での目標船速Ｖｄと重み付け係数βが与えられる。乗算器４３４４は、定点位置での目標船速Ｖｄに重み付け係数βを乗算して、乗算結果βＶｄを加算器４３５２に出力する。

加算器４３５２は、乗算結果αＶｐと乗算結果βＶｄとを加算して、航行船速Ｖｏを算出し、出力する。

このような構成であっても、上述のように、徐々に船首方位が外乱方位に対向（平行）するように変化しながら、船１０を定点位置Ｐｐまで航行することができる。

次に、定点位置Ｐｐに到達した船１０を、定点位置Ｐｐに保持する定点保持制御について説明する。図８は定点保持制御のフローチャートである。図９は前後進の切り替え概念を示す図である。なお、以下、定点保持制御状態では、船首方位をＡＤｂとし、外乱方位（外乱ベクトルＶＥＣｄに対向する方位）をＡＤｄとして説明する。また、以下の説明では、船首が外乱方向を向いている場合を示す。なお、船尾が外乱方向を向いている場合には、後述の前進制御と後進制御が逆になる。

定点位置Ｐｐの到達は、測位した自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとが略一致したことによって検出できる。ここで、自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとが略一致するとは、例えば、定点位置Ｐｐを中心とする所定範囲内に自船位置Ｐｓが入ったことを意味している。具体的な例としては、定点位置Ｐｐを中心として、船１０の３艇身分程度の長さを半径とする円内の領域に、自船位置Ｐｓが入ったことを意味している。この領域を、以下、定点保持動作領域ＢｏｒＫ（図９参照）とする。この範囲が、定点位置Ｐｐの近傍となる。なお、この半径等は使用態様等に応じて適宜設定すればよい。

自船位置Ｐｓが定点保持領域ＢｏｒＫ内にないことを検出すると（Ｓ２１１：Ｎｏ）、上述のように、定点位置Ｐｐにおいて、船首方位ＡＤｂが外乱ベクトルＶＥＣｄの方向と対向するように、言い換えれば外乱方位ＡＤｄと平行になるように、船１０を航行制御する（Ｓ２１５）。

自船位置Ｐｓが定点保持領域ＢｏｒＫ内にあることを検出すると（Ｓ２１１：Ｙｅｓ）、以下の定点保持制御を実行する。

具体的には、自船位置Ｐｓが定点保持領域ＢｏｒＫ内にあることを検出すると（Ｓ２１１：Ｙｅｓ）、外乱方位ＡＤｄと船首方位ＡＤｂとの誤差角Δψｄｄを算出する（Ｓ２１２）。誤差角Δψｄｄは、例えば、外乱方位ＡＤｄから船首方位ＡＤｂを減算することによって得られる。なお、逆、すなわち、船首方位ＡＤｂから外乱方位ＡＤｄを減算してもよい。

外乱ベクトルＶＥＣｄが一定で変化しない場合、定点位置Ｐｐに到達した時点で、外乱方位ＡＤｄと船首方位ＡＤｂは平行なはずであり、外乱が変化しなければ誤差角Δψｄｄは定常的に０になるはずである。しかしながら、外乱は、風と潮流によって決定されるので、頻繁に変化する。したがって、後述の定点保持制御を行うために、船首方位ＡＤｂを外乱方位ＡＤｄと平行にするためには、このような誤差角Δψｄｄの変化を検出する必要がある。

誤差角Δψｄｄには、予め設定された誤差角閾値Ｔｈ_Δψｄｄが設定されている。誤差角閾値Ｔｈ_Δψｄｄは、後述の前後進制御により定点保持が容易に行えるような外乱方位ＡＤｄと船首方位ＡＤｂとの角度差（誤差角Δψｄｄ）の最大値によって決定される。この最大値は、予め実験等によって設定することができる。具体的な例としては、誤差角閾値Ｔｈ_Δψｄｄは、±４５°に設定される。

誤差角Δψｄｄが誤差角閾値Ｔｈ_Δψｄｄよりも大きければ（Ｓ２１３：Ｎｏ）、後述する方位変更制御を実行する（Ｓ２１８）。誤差角Δψｄｄが誤差角閾値Ｔｈ_Δψｄｄ以下であれば、自船位置Ｐｓが外乱直交ラインＬｖｅｒに対して、外乱側であるか、外乱側でないかを検出する。

外乱直交ラインＬｖｅｒは、外乱ベクトルＶＥＣｄに直交し、且つ定点位置Ｐｐを通る直線によって定義される。外乱直交ラインＬｖｅｒを基準として外乱側で且つ定点保持領域ＢｏｒＫの領域を、外乱上領域ＺｏｎｅＵとする。外乱直交ラインＬｖｅｒを基準として外乱と反対側で且つ定点保持領域ＢｏｒＫの領域を、外乱下領域ＺｏｎｅＤとする。

自船位置Ｐｓが外乱上領域ＺｏｎｅＵにあることを検出すると（Ｓ２１４：Ｙｅｓ）、定点保持用後進制御を行う（Ｓ２１７）。定点保持用後進制御とは、船１０を保持用船速で後進させる制御であり、推力を発生して後進用にスクリューを回転させたり、推力を発生せずに外乱に流されるようにする制御である。なお、この定点保持用後進制御中に、舵角を適宜調整して船首方位ＡＤｂを外乱方位ＡＤｄと平行になるように、調整してもよい。

自船位置Ｐｓが外乱下領域ＺｏｎｅＤにあることを検出すると（Ｓ２１４：Ｎｏ）、定点保持用前進制御を行う（Ｓ２１６）。定点保持用前進制御とは、船１０を保持用船速で前進させる制御である。なお、この定点保持用前進制御中に、舵角を適宜調整して船首方位ＡＤｂを外乱方位ＡＤｄと平行になるように、調整してもよい。

このような制御を行うことで、船１０が外乱上領域ＺｏｎｅＵに存在する場合には、定点保持領域ＢｏｒＫ内の外乱直交ラインＬｖｅｒ、より好ましくは定点位置Ｐｐそのものに到達するように、船１０を後進させることができる（図９の船１０'参照）。また、船１０が外乱下領域ＺｏｎｅＤに存在する場合にも、定点保持領域ＢｏｒＫ内の外乱直交ラインＬｖｅｒ、より好ましくは定点位置Ｐｐそのものに到達するように、船１０を前進させることができる（図９の船１０"参照）。すなわち、船１０を定点位置Ｐｐ付近の狭い範囲に留まらせることができる。さらに、一動力、一舵の船１０であっても、船１０の位置に応じて定点位置Ｐｐに到達するように、自動で船１０を移動させることができる。

次に、上述の前後進制御を更に具体的に説明する。図１０は、前後進時の推力制御方法を示すフローチャートである。図１１は推力制御概念を示す図である。図１１では、横軸が時間であり、縦軸が外乱対向ライン射影距離Ｌｄであり、実線は航跡の時間変化を示す。

外乱対向ライン射影距離Ｌｄとは、図９の船１０'の場合に示すように、自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとの距離を、外乱対向ラインに射影した距離である。外乱対向ラインとは、外乱直交ラインＬｖｅｒに直交し（外乱方位ＡＤｄに平行であり）、定点位置Ｐｐを通る直線である。なお、図９の場合では、外乱対向ライン上に船１０'が存在する場合を示したが、それ以外の場合も同様の方法で、外乱対向ライン射影距離Ｌｄを定義できる。

また、図１０の推力制御方法では、図１１に示すように、外乱下領域ＺｏｎｅＤから外乱上領域ＺｏｎｅＵに船１０を移動させる際の外乱直交ラインＬｖｅｒを交差した時点で推力をオフにし、外乱上領域ＺｏｎｅＵから外乱下領域ＺｏｎｅＤに船１０を移動させる際の外乱直交ラインＬｖｅｒを交差した時点で推力をオンにする。

外乱下領域ＺｏｎｅＤに存在する船１０に対して推力を発生して当該船１０を前進させると、外乱直交ラインＬｖｅｒと交差する時点で推力をオフにしても、船１０は前進を続ける。そして、保持用船速による推力の外乱対向ライン方向成分と外乱の外乱対向ライン方向成分とが一致する位置で船１０の船速は０となり、外乱に流されるように後進する。

この船速が０となる位置と定点位置Ｐｐとを結ぶ線分を外乱対向ラインに射影させた長さを、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄとして算出する（Ｓ３１１）。

外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄに対しては、予め設定された推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄが設定されている。推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄは、船１０の推力、形状、外乱ベクトルＶＥＣｄの大きさ、定点位置Ｐｐに対してどれだけ船１０が離れても許容させるか等によって設定される。

外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄが推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄよりも長いことを検出すると（Ｓ３１２：Ｙｅｓ）、推力低減制御を行う（Ｓ３１３）。推力低減制御は、次回の推力を今回の推力よりも低くする制御である。例えば、今の推力をＶｔ（ｎ）とし、次回の推力をＶｔ（ｎ＋１）とし、補正量をδＶｔとすると、
Ｖｔ（ｎ＋１）＝Ｖｔ（ｎ）−δＶｔ によって算出する。補正量δＶｔは、例えば、ユーザによって適宜設定可能な値である。

外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄが推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄよりも短いことを検出すると（Ｓ３１２：Ｎｏ，Ｓ３１４：Ｙｅｓ）、推力上昇制御を行う（Ｓ３１５）。推力上昇制御は、次回の推力を今回の推力よりも高くする制御である。例えば、今の推力をＶｔ（ｎ）とし、次回の推力をＶｔ（ｎ＋１）とし、補正量をδＶｔとすると、
Ｖｔ（ｎ＋１）＝Ｖｔ（ｎ）＋δＶｔ によって算出する。

外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄが推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄより短くもなく、長くもない場合、すなわち、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄが推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄが一致する場合には（Ｓ３１２：Ｎｏ，Ｓ３１４：Ｎｏ）、推力を変更しない。

このような制御を行うことで、図１１に示すように、船１０は移動する。

まず、外乱下領域ＺｏｎｅＤから推力オンＶｔ１１状態で船１０が外乱方向へ移動し、外乱直交ラインＬｖｅｒを横切った時刻ｔ１１で推力をオフにすると、これまでに加わった推力に応じて、船１０は前進する。そして、船１０は、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄ（ｔ１１）で一時停止する。ここでは、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄ（ｔ１１）が推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄより長いので、次回の推力Ｖｔ１２を今回の推力Ｖｔ１１からδＶｔ低減させる。

この後、船１０は、外乱により流されて外乱直交ラインＬｖｅｒをよこぎると、このタイミングで推力Ｖｔ１２をオンにする。船１０は、外乱下領域ＺｏｎｅＤに流されるが、推力Ｖｔ１２により再度外乱側に折り返し移動する。

次に、外乱下領域ＺｏｎｅＤから推力オンＶｔ１２状態で船１０が外乱方向へ移動し、外乱直交ラインＬｖｅｒを横切った時刻ｔ１２で推力をオフにすると、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄ（ｔ１２）まで到達し、一時停止する。ここでは、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄ（ｔ１２）が推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄよりまだ長いので、次回の推力Ｖｔ１３を今回の推力Ｖｔ１２からさらにδＶｔ低減させる。

この後、船１０は、外乱により流されて外乱直交ラインＬｖｅｒをよこぎると、このタイミングで推力Ｖｔ１３をオンにする。船１０は、外乱下領域ＺｏｎｅＤに流されるが、推力Ｖｔ１３により再度外乱側に折り返し移動する。

次に、外乱下領域ＺｏｎｅＤから推力オンＶｔ１３状態で船１０が外乱方向へ移動し、外乱直交ラインＬｖｅｒを横切った時刻ｔ１３で推力をオフにすると、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄ（ｔ１３）まで到達し、一時停止する。ここでは、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄ（ｔ１３）が推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄよりまだ長いので、次回の推力Ｖｔ１４を今回の推力Ｖｔ１３からさらにδＶｔ低減させる。

この後、船１０は、外乱により流されて外乱直交ラインＬｖｅｒをよこぎると、このタイミングで推力Ｖｔ１４をオンにする。船１０は、外乱下領域ＺｏｎｅＤに流されるが、推力Ｖｔ１４により再度外乱側に折り返し移動する。

次に、外乱下領域ＺｏｎｅＤから推力オンＶｔ１４状態で船１０が外乱方向へ移動し、外乱直交ラインＬｖｅｒを横切った時刻ｔ１４で推力をオフにすると、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄ（ｔ１４）まで到達し、一時停止する。ここでは、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄ（ｔ１４）が推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄより短いので、次回の推力Ｖｔ１５を今回の推力Ｖｔ１４からδＶｔ上昇させる。

この後、船１０は、外乱により流されて外乱直交ラインＬｖｅｒをよこぎると、このタイミングで推力Ｖｔ１５をオンにする。船１０は、外乱下領域ＺｏｎｅＤに流されるが、推力Ｖｔ１５により再度外乱側に折り返し移動する。

次に、外乱下領域ＺｏｎｅＤから推力オンＶｔ１５状態で船１０が外乱方向へ移動し、外乱直交ラインＬｖｅｒを横切った時刻ｔ１５で推力をオフにすると、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄ（ｔ１５）まで到達し、一時停止する。ここでは、外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄ（ｔ１４）が推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄより長いので、次回の推力Ｖｔ１６を今回の推力Ｖｔ１５からδＶｔ低減させる。

この後、船１０は、外乱により流されて外乱直交ラインＬｖｅｒをよこぎると、このタイミングで推力Ｖｔ１６をオンにする。船１０は、外乱下領域ＺｏｎｅＤに流されるが、推力Ｖｔ１６により再度外乱側に折り返し移動する。

このように、上述の定点保持制御を行うことで、船１０は、外乱直交ラインＬｖｅｒ（定点位置Ｐｐ）を中心として、推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄの約２倍の範囲で、前後進するように、徐々に移動範囲を狭くすることができる。さらに、船１０は、外乱直交ラインＬｖｅｒを中心として、推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄの約２倍の範囲で、前後進を繰り返すようにすることができる。

なお、推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄを徐々に小さく設定する推力調整閾値Ｔｈ_Ｌｄｄの適応処理も可能であり、このような適応処理を行うことで、船１０の移動範囲を、定点位置Ｐｐを中心とする更に短い範囲にすることができる。

なお、このような定点保持制御も１つの演算素子でなく、複数の機能部で実現する異ができる。図１２は、定点保持制御部の構成を示すブロック図である。

定点保持制御部４４は、誤差角検出部４４１、前後進決定部４４２、推力、舵角決定部４４３を備える。誤差角検出部４４１は、外乱方位ＡＤｄと船首方位ＡＤｂとから誤差角Δψｄｄを算出する。前後進決定部４４２は、外乱方位ＡＤｄと定点位置Ｐｐとから外乱直交ラインＬｖｅｒを設定する。前後進決定部４４２は、定点位置Ｐｐから定点保持領域ＢｏｒＫを決定する。

前後進決定部４４２は、定点保持領域ＢｏｒＫ、外乱直交ラインＬｖｅｒ、および自船位置Ｐｓから、上述の定点位置への航行制御、定点保持用の前進制御、定点保持用の後進制御のいずれかを選択する。前後進決定部４４２は、自船位置Ｐｓが定点保持領域ＢｏｒＫ外であれば、定点位置への航行制御を選択する。前後進決定部４４２は、自船位置Ｐｓが定点保持領域ＢｏｒＫ内であり、且つ外乱直交ラインＬｖｅｒに基づく外乱上領域ＺｏｎｅＵ内であれば、定点保持用の後進制御を選択する。前後進決定部４４２は、自船位置Ｐｓが定点保持領域ＢｏｒＫ内であり、且つ外乱直交ラインＬｖｅｒに基づく外乱下領域ＺｏｎｅＤ内であれば、定点保持用の前進制御を選択する。

推力、舵角決定部４４３は、選択された制御と、誤差角Δψｄｄとから推力、および舵角を決定する。

このような構成であっても、上述のように、定点保持制御を行うことができる。

次に、別の定点保持制御方法について具体的に説明する。図１３は、推力オンオフタイミングを調整する定点保持制御のフローチャートである。図１４は、推力オンオフタイミングの調整による定点保持制御の概念を示す図である。図１４において、横軸が時間であり、縦軸が外乱対向ライン射影距離Ｌｄであり、実線は航跡の時間変化を示す。

なお、以下の説明では、自船が推力オン状態からオフ状態に切り替わったタイミングからを説明する。推力オフ状態（Ｓ４１１）になっても、それまでに加えられた推力により、船１０は前進を続ける。そして、保持用船速による推力の外乱対向ライン方向成分と外乱の外乱対向ライン方向成分とが一致する位置で船１０の船速は０となる。このタイミングを、外乱上領域ＺｏｎｅＵの最大到達点として検出する（Ｓ４１２）。

この外乱上領域ＺｏｎｅＵにおける船速が０となる位置と定点位置Ｐｐとを結ぶ線分を外乱対向ラインに射影させた長さを、外乱上領域ＺｏｎｅＵの外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄｕとして算出する（Ｓ４１３）。

外乱上領域ＺｏｎｅＵの外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄｕから、推力オフ距離Ｒｄ_ＮＦを算出する（Ｓ４１４）。推力オフ距離Ｒｄ_ＮＦとは、外乱直交ラインＬｖｅｒよりも外乱上領域ＺｏｎｅＵ側で、外乱直交ラインＬｖｅｒを基準とした外乱方位ＡＤｄに沿った距離によって規定される。

推力オフ距離Ｒｄ_ＮＦは、係数ｋ_ｄ（０＜ｋ_ｄ＜１）を、外乱上領域ＺｏｎｅＵの外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄｕに乗算することによって算出される。

Ｒｄ_ＮＦ＝ｋ_ｄ＊Ｌｄｄｕ 外乱上領域ＺｏｎｅＵの最大到達点に到達後は、船１０は外乱によって流され（後進し）、外乱直交ラインＬｖｅｒに近づいていく。この際、自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとから距離ＤＩＳを算出し、当該距離ＤＩＳの外乱対向ライン成分Ｌｒｕと、推力オン距離Ｒｕ_ＮＦとを比較する。距離ＤＩＳの外乱対向ライン成分Ｌｒｕが推力オン距離Ｒｕ_ＮＦよりも大きければ、推力はオフのままである（Ｓ４１５：Ｎｏ）。

距離ＤＩＳの外乱対向ライン成分Ｌｒｕが推力オン距離Ｒｕ_ＮＦに一致したことを検出すると（Ｓ４１５：Ｙｅｓ）、推力をオンにする（Ｓ４１６）。

これにより、船１０は、推力オフ状態で外乱に流された状態で、外乱直交ラインＬｖｅｒに係る前に推力を発生することができる。したがって、外乱直交ラインＬｖｅｒを係ったタイミングで推力をオンするよりも、オーバーシュートしにくくなる。

次に、推力オン状態（Ｓ４１７）になっても、船１０は、すぐに前進するわけではなく、外乱によって流される。そして、保持用船速による推力の外乱対向ライン方向成分の仕事量と外乱の外乱対向ライン方向成分の仕事量とが一致する位置で船１０は外乱によって流されなくなり、船速は０となる。このタイミングを、外乱下領域ＺｏｎｅＤの最大到達点として検出する（Ｓ４１８）。

この外乱下領域ＺｏｎｅＤにおける船速が０となる位置と定点位置Ｐｐとを結ぶ線分を外乱対向ラインに射影させた長さを、外乱下領域ＺｏｎｅＤの外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄｄとして算出する（Ｓ４１９）。

外乱下領域ＺｏｎｅＤの外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄｄから、推力オン距離Ｒｕ_ＮＦを算出する（Ｓ４２０）。推力オン距離Ｒｕ_ＮＦとは、外乱直交ラインＬｖｅｒよりも外乱下領域ＺｏｎｅＤ側で、外乱直交ラインＬｖｅｒを基準とした外乱方位ＡＤｄに沿った距離によって規定される。

推力オン距離Ｒｕ_ＮＦは、係数ｋ_ｕ（０＜ｋ_ｕ＜１）を、外乱下領域ＺｏｎｅＤの外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄｄに乗算することによって算出される。

Ｒｕ_ＮＦ＝ｋ_ｕ＊Ｌｄｄｄ 外乱下領域ＺｏｎｅＤの最大到達点に到達後は、船１０は推力によって前進し、外乱直交ラインＬｖｅｒに近づいていく。この際、自船位置Ｐｓと定点位置Ｐｐとから距離ＤＩＳを算出し、当該距離ＤＩＳの外乱対向ライン成分Ｌｒｄと、推力オフ距離Ｒｄ_ＮＦとを比較する。距離ＤＩＳの外乱対向ライン成分Ｌｒｄが推力オフ距離Ｒｄ_ＮＦよりも大きければ、推力はオンのままである（Ｓ４２１：Ｎｏ）。

距離ＤＩＳの外乱対向ライン成分Ｌｒｄが推力オフ距離Ｒｄ_ＮＦに一致したことを検出すると（Ｓ４２１：Ｙｅｓ）、推力をオフにする（Ｓ４２２）。

これにより、船１０は、推力オン状態で外乱に向かって前進した状態で、外乱直交ラインＬｖｅｒに係る前に推力をオフにすることができる。したがって、外乱直交ラインＬｖｅｒを係ったタイミングで推力をオフするよりも、外乱直交ラインＶｅｒを越えて前進する距離を短くすることができる。これにより、船１０を定点位置Ｐｐ付近のより狭い範囲に留まらせることができる。

以下、上述の制御を繰り返していく。これにより、図１４に示すように、定点位置Ｐｐを挟んだ船１０の移動範囲は徐々に短くなる。具体的な例としては、時間ｔ２１での外乱上領域ＺｏｎｅＵの外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄｕ（ｔ２１）と比較して、時間ｔ２３（＞ｔ２１）での外乱上領域ＺｏｎｅＵの外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄｕ（ｔ２３）は短くなる。同様に、時間ｔ２２での外乱下領域ＺｏｎｅＤの外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄｄ（ｔ２２）と比較して、時間ｔ２４（＞ｔ２２）での外乱下領域ＺｏｎｅＤの外乱対向ライン最大射影距離Ｌｄｄｄ（ｔ２４）は短くなる。

このように、推力オン、推力オフのタイミングを調整することで、より定点位置Ｐｐに近い位置に船１０が止まり続けるようにすることができる。

次に、方位変更制御の具体的な方法について説明する。図１５は、方位変更制御のフローチャートである。図１６は方位変更制御の概念を示す図である。

上述のように、誤差角Δψｄｄが誤差角閾値Ｔｈ_Δψｄｄよりも大きいことを検出すると、誤差角Δψｄｄに基づいて後進推力と舵角を決定する（Ｓ８１１）。この際、舵角は、船首方位ＡＤｂが外乱方位ＡＤｄに近づくように船１０が後進する所定角に設定されている。

この舵角で船１０を後進させる（Ｓ８１２）。この後進は、推力をオンにして後ろ方向へ積極的に推進させるとよい。後進時には、船首方位ＡＤｂを測定する（Ｓ８１３）。

船首方位ＡＤｂと外乱方位ＡＤｄとが近づくように（Ｓ８１３：Ｎｏ，Ｓ８２１：Ｎｏ））、後進制御を行う。

船首方位ＡＤｂと外乱方位ＡＤｄとが許容範囲を超えた場合は（Ｓ８１３：Ｙｅｓ）、船首方位ＡＤｂと外乱方位ＡＤｄが近づくように、前進推力と舵角を決定し（Ｓ８１４）、前進制御を行う（Ｓ８１５）。この際、船首方位ＡＤｂと外乱方位ＡＤｄとが近づくように（Ｓ８１６：Ｎｏ，Ｓ８２２：Ｎｏ）、前進制御を行う。

船首方位ＡＤｂと外乱方位ＡＤｄとが許容範囲を超えた場合は（Ｓ８１６：Ｙｅｓ）、再び上述の後進制御を行う。

船首方位ＡＤｂと外乱方位ＡＤｄとが一致していれば（Ｓ８２１：ＹｅｓまたはＳ８２２：Ｙｅｓ）、方位変更制御を終了する。

このような制御を行うことで、図１６に示すように、船１０は一旦外乱下領域ＺｏｎｅＤ側に移動するが、船首方位ＡＤｂと外乱方位ＡＤｄとを一致させることができる。その後、図１６に示すように、単に前進すれば、船首方位ＡＤｂと外乱方位ＡＤｄとが一致した状態を保持することができ、上述の定点保持制御へ、容易に移行することができる。

そして、この方位変更制御を用いることで、外乱に流されて後進する過程を利用するので、外乱に逆らいながら前進して船首方位ＡＤｂを変更する場合の生じてしまう方位変更のためだけの過剰な負荷がかからない。これにより、容易に方位変更を行うことができる。また、前進しながらの方位変更では、定点位置Ｐｐ付近に戻るのに大きく旋回する必要が生じるが、後進を行うことで、より短い航行距離で定点位置Ｐｐ付近に船１０を復帰させることができる。

なお、推力の発生、調整と舵角の調整については、次に示すような関係を保つようにするとよい。図１７は、推力の発生、調整および舵角の調整の概念を示すタイミングチャートである。図１７の上段のグラフは推力の大きさの時間特性であり、図１７の下段のグラフは舵角の大きさの時間特性である。

図１７の上段に示すように、推力は、前進推力＋ＳＬ、後進推力−ＳＬ、推力無し０の三状態を選択することで、推力を調整する。すなわち、アナログ的に推力を調整するのではなく、推力オンの時間長（推力オン時間）と推力オフの時間長（推力オフ時間）とを組合せ、推力の平均化により推力を調整している。例えば、推力を上昇させるには、推力オフ時間に対する推力オン時間の比率を高くする。一方、推力を低減させるには、推力オフ時間に対する推力オン時間の比率を低くする。これにより、前進、後進それぞれ一状態の推力であっても、実際に船１０に加わる推力を微調整することができる。

図１７の下段に示すように、舵角は、連続的に調整するのではなく、離散的に設定した複数の舵角を選択することにより調整してもよい。例えば、図１７の例であれば、＋３０°，＋２０°，＋１０°，０°，−１０°，−２０°，−３０°のいずれかを選択する。これにより、外乱に影響されやすい不安定な舵角調整を抑制することができる。

さらに、図１７に示すように、推力の発生時には舵角を変更せずに、推力を発生していない期間に舵角を変更してもよい。このように、推力の発生と舵角の変更を個別に行うことで、これらを同時に行うことによって生じる船１０の進行方向の不安定な振る舞いを抑制することができる。

次に、第２の実施形態に係る船体制御方法および船体制御装置について、図を参照して説明する。図１８は、本発明の第２の実施形態に係る船の主要構成を示すブロック図である。図１９は通知音の発生処理のフローチャートである。

本実施形態の船体制御装置および船体制御方法は、第１の実施形態に示した船体制御装置および船体制御方法に対して、通信音発生機能を追加したものである。

図１８に示すように、本実施形態の船１０Ａの船体制御装置２０Ａは、第１の実施形態の船体制御装置２０に対して、放音部２６を追加したものであり、これに伴って船体制御部２４Ａの処理に通知音発生処理が追加されたものである。

放音部２６は、船体制御部２４Ａからの通知音発生制御に応じた通信音を発生する。

船体制御部２４Ａは、図１９に示すフローにより通知音を決定し、通知音発生制御を放音部２６に実行する。

まず、定点位置Ｐｐの決定を検出する（Ｓ９１１）。定点位置Ｐｐに到着後（Ｓ９１２）、定点位置Ｐｐと自船位置Ｐｓとから距離ＤＩＳを算出する（Ｓ９１３）。距離ＤＩＳが許容距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳを超えると（Ｓ９１４：Ｙｅｓ）、通知音の発生を開始する。そして、距離ＤＩＳに応じた通知音を選択する（Ｓ９１５）。

そして、距離が許容距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳを超え続けている間は（Ｓ９１６：Ｎｏ）、通知音を発生し続ける。距離ＤＩＳが許容距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳを以内になると（Ｓ９１６：Ｙｅｓ）、通知音の発生を止める（Ｓ９１７）。

次に、通知音の選択処理について、図を参照して説明する。図２０は通知音の選択処理を示すフローチャートである。なお、図２０では、初期の距離ＤＩＳが第１距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳ１以下の場合を最初としてフローを構成している。

初期の距離ＤＩＳが第１距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳ１以下の場合、音量Ｖｏｌ０で周波数ｆ０からなる初期音を発生させる（Ｓ９２１）。

次に、船１０が外乱に流される等により移動し、距離ＤＩＳが第１距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳ１より長くなると（Ｓ９２２：Ｙｅｓ）、音量Ｖｏｌ１で周波数ｆ１からなる第１通知音に切り替える（Ｓ９２３）。第１通知音の音量Ｖｏｌ１は、初期音の音量Ｖｏｌ０よりも大きく設定されている。第１通知音の周波数ｆ１は、初期音の周波数ｆ０よりも高く設定されている。

これにより、船１０が定点位置Ｐｐから第１距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳ１よりも離れると、より音量が大きく、周波数の高い通知音が放音される。これにより、ユーザは、船１０が定点位置Ｐｐから、第１距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳ１よりも離れたことを知ることができる。この際、音量Ｖｏｌ１を音量Ｖｏｌ０よりも大きくし、周波数ｆ１を周波数ｆ０よりも高くすることで、ユーザにとって、より感知し易い音になり、定点位置Ｐｐから離れたことを通知する効果を高くすることができる。

次に、船１０が外乱によってさらに流される等により移動し、距離ＤＩＳが第２距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳ２より長くなると（Ｓ９２４：Ｙｅｓ）、音量Ｖｏｌ２で周波数ｆ２からなる第２通知音に切り替える（Ｓ９２５）。第２通知音の音量Ｖｏｌ２は、第１通知音の音量Ｖｏｌ１よりも大きく設定されている。第２通知音の周波数ｆ２は、第１通知音の周波数ｆ１よりも高く設定されている。

これにより、船１０が定点位置Ｐｐから第２距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳ１よりも離れると、より音量が大きく、周波数の高い通知音が放音される。これにより、ユーザは、船１０が定点位置Ｐｐから、第１距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳ１よりも更に遠い第２距離閾値Ｔｈ_ＤＩＳ２よりも離れたことを知ることができる。この際、音量Ｖｏｌ２を音量Ｖｏｌ１よりも大きくし、周波数ｆ２を周波数ｆ１よりも高くすることで、ユーザにとって、より感知し易い音になり、定点位置Ｐｐからさらに離れたことを通知する効果を高くすることができる。

なお、上述の説明では、定点位置Ｐｐから遠ざかるほどに、音量が大きくなり、周波数が高くなる例を示したが、定点位置Ｐｐまでの距離ＤＩＳに応じて音量と周波数の少なくとも一方が変化する態様であれば、他の態様であってもよい。例えば、定点位置Ｐｐに近づくほど、音量が大きくなり、周波数が高くなるようにしてもよい。また、定点位置Ｐｐから離れるほど、周波数のみが高くなるようにしてもよい。

次に、第３の実施形態に係る船体制御方法および船体制御装置について、図を参照して説明する。図２１（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る船の主要構成を示すブロック図であり、図２１（Ｂ）は、表示画面例を示す図である。図２２は魚種による操船制御決定処理のフローチャートである。

本実施形態の船体制御装置および船体制御方法は、第１の実施形態に示した船体制御装置および船体制御方法に対して、魚種による操船選択機能を追加したものである。

図２１（Ａ）に示すように、本実施形態の船１０Ｂの船体制御装置２０Ｂは、第１の実施形態の船体制御装置２０に対して、操作機能付き表示部２５Ｂを備えたものである。

操作機能付き表示部２５Ｂは、タッチパネルからなり、表示面をユーザが操作することで、操作入力を受け付ける。操作機能付き表示部２５Ｂは、図２１（Ｂ）に示すような態様からなる表示画面２５０を備える。

表示画面２５０は、探知データや取得情報等を表示する情報表示部２５１と、操作入力部２５２とを備える。操作入力部２５２には、それぞれ魚種名が表示された操作タブ２５３が複数配列されている。

各操船タブ２５３は、それぞれ個別に設定された魚種に関連付けされている。また、各魚種には、図２３に示すように、ポイント、操船方法、定点種別等の情報が関連付けられている。図２３は、魚種とポイント、操船方法、定点種別の関連付け例を示す表である。ポイントは、選択された魚種の釣果が高い位置を示すものであり、上述の定点位置Ｐｐに対応させることができる。操船方法は、上述の「定点保持」、「定点保持流し」、「定点通過流し」等の定点位置Ｐｐに対する船の移動、保持態様を示すものである。定点種別とは、「魚礁」、「桟橋」、「ブイ」、「橋」等の定点位置Ｐｐに存在する対象物の種類を示すものである。

ユーザが操作タブ２５３を操作すると、操作タブ２５３の魚種に関連付けられたポイント、操船方法、定点種別等の情報を含む操船制御信号が生成され、船体制御部２４に出力される。船体制御部２４は、操船制御信号に応じて、適切な操船制御、例えば上述の定点位置への航行制御や、定点保持制御を実行する。

このような操船制御処理は、次に示すフローによって実行される。

まず、魚種別選択画面である操作入力部２５２付きの表示画面２５０を表示する（Ｓ９３１）。次に、操作入力が無ければ（Ｓ９３２：Ｎｏ）、魚種別選択画面を表示しながら、操作入力待ち状態を維持する。操作入力が有ったことを検出すると（Ｓ９３２：Ｙｅｓ）、選択された魚種に応じた操船制御内容を選択する（Ｓ９３３）。

そして、選択された操船制御内容に応じた操船制御を開始する（Ｓ９３４）。

このような構成および処理を用いることで、ユーザが魚種を選択するだけで、適切な操船制御が自動で実行される。

１０，１０Ａ：船、２０，２０Ａ：船体制御装置、２１：アンテナ、２２：測位部、２３：センサ、２４：船体制御部、２５：操作部、２５Ｂ：操作機能付き表示部、２６：放音部、３０：動力源、３１：プロペラ、４０：舵、４１：方位船速設定部、４２：航行条件決定部、４３：重み付け処理部、４２１：定点方向ベクトル算出部、４２２：定点位置ベクトル算出部、４３３：重み付け係数設定部、４３４１，４３４２，４３４３，４３４４：乗算器、４３５１，４３５２：加算器、４４：定点保持制御部、４４１：誤差角検出部、４４２：前後進決定部、４４３：推力，舵角決定部

Claims (26)

1. 自船位置を取得する工程と、
   自船を基準として該自船に対して外からの力を与える外乱の方向である外乱方位を検出する工程と、
   予め設定した定点位置と前記自船位置とから前記定点位置に向かう目標方位を算出する工程と、
   前記外乱方位から前記定点位置での目標方位を検出する工程と、
   前記定点位置に向かう目標方位と前記定点位置での目標方位とから、その時点での自船の航行する方位である航行方位を算出する工程と、
   前記航行方位に応じて舵角を調整する工程と、を有する、船体制御方法。
2. 請求項１に記載の船体制御方法であって、
   前記航行方位を算出する工程は、
   前記定点位置に向かう目標方位と前記定点位置での目標方位との重み付け加算によって、前記航行方位を算出し、
   前記重み付け加算は、前記自船が前記定点位置に近づくほど前記定点位置での目標方位の重みが重くなるように設定されている、船体制御方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の船体制御方法であって、
   前記外乱の大きさを検出する工程と、
   前記外乱の大きさから前記定点位置での目標船速を算出する工程と、
   前記自船を前記定点位置に向わせる目標船速と、前記定点位置での目標船速とから、その時点での自船の航行する速度である航行船速を算出する工程と、
   前記航行船速に応じて推力を調整する工程と、を有する、船体制御方法。
4. 請求項３に記載の船体制御方法であって、
   前記航行船速を算出する工程は、
   前記定点位置に向わせる目標船速と前記定点位置での目標船速との重み付け加算によって、前記航行船速を算出し、
   前記重み付け加算は、前記自船が前記定点位置に近づくほど前記定点位置での目標船速の重みが重くなるように設定されている、船体制御方法。
5. 自船位置を取得する工程と、
   自船を基準として該自船に対して外からの力を与える外乱の方向である外乱方位を検出する工程と、
   前記外乱方位に対して直交し定点位置を通る外乱直交ラインを設定する工程と、
   推力と舵角を調整することにより、前記外乱直交ラインと前記自船位置との関係から前記外乱方位に略平行な方向に沿って自船を前進もしくは後進させる工程と、
   前記外乱方位に平行な外乱対向ライン上において前記船が前記定点位置から最も離間する距離を検出する工程と、
   前記最も離間する距離が、前記外乱の大きさによって決定される推力調整用の閾値距離よりも長い場合に、前記船の推力を低減させる工程を、有する、船体制御方法。
6. 自船位置を取得する工程と、
   自船を基準として該自船に対して外からの力を与える外乱の方向である外乱方位を検出する工程と、
   前記外乱方位に対して直交し定点位置を通る外乱直交ラインを設定する工程と、
   推力と舵角を調整することにより、前記外乱直交ラインと前記自船位置との関係から前記外乱方位に略平行な方向に沿って自船を前進もしくは後進させる工程と、
   自船の船首方位を検出する工程を有し、
   前記自船の船首方位と外乱方位とが略一致する場合に、
   前記自船を前進もしくは後進させる工程は、前記自船位置が前記外乱直交ラインに対して外乱側にあるときに前記自船を後進させ、前記自船位置が前記外乱直交ラインに対して外乱と反対側にあるときに前記自船を前進させる工程と、
   前記外乱方位に平行な外乱対向ライン上において前記船が前記定点位置から最も離間する距離を検出する工程と、
   前記最も離間する距離が、前記外乱の大きさによって決定される推力調整用の閾値距離よりも長い場合に、前記船の推力を低減させる工程を、有する、船体制御方法。
7. 請求項５または請求項６のいずれかに記載の船体制御方法であって、
   前記外乱方位に平行な外乱対向ライン上において前記船が前記定点位置から最も離間する距離を検出する工程と、
   前記最も離間する距離が、前記外乱の大きさによって決定される推力調整用の閾値距離よりも短い場合に、前記船の推力を上昇させる工程を、有する、船体制御方法。
8. 請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の船体制御方法であって、
   前記外乱方位に平行な外乱対向ライン上において前記船が前記定点位置から最も離間する距離を検出する工程と、
   前記最も離間する距離に基づいて推力をオンさせるタイミングとオフさせるタイミングのいずれか一方を調整する、船体制御方法。
9. 請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の船体制御方法であって、
   前記船首方位と前記外乱方位との差分が閾値以下の場合に前記自船を前進もしくは後進させる工程を実行する、船体制御方法。
10. 請求項９に記載の船体制御方法であって、
    前記船首方位と前記外乱方位との差分が前記閾値より大きな場合に前記船首方位を変更する工程を実行する、船体制御方法。
11. 請求項１０に記載の船体制御方法であって、
    前記船首方位を変更する工程は、
    前記船を後進させながら舵角を調整して前記船首方位と前記外乱方位とを近づける工程と、
    前記船を前進させながら舵角を調整して前記船首方位と前記外乱方位とを近づける工程と、
    を有する、船体制御方法。
12. 請求項５乃至請求項１１のいずれかに記載の船体制御方法であって、
    前記自船位置が、前記定点位置を中心とする所定距離範囲内にある場合に、前記船を前進もしくは後進させる工程を実行し、
    前記自船位置が前記所定範囲から外れる場合に、
    前記定点位置と前記自船位置とから前記定点位置に向かう目標方位を算出する工程と、
    前記外乱方位から前記定点位置での目標方位を検出する工程と、
    前記定点位置に向かう目標方位と前記定点位置での目標方位とから、その時点での自船の航行する方位である航行方位を算出する工程と、
    前記外乱の大きさを検出する工程と、
    前記外乱の大きさから前記定点位置での目標船速を算出する工程と、
    前記自船を前記定点位置に向わせる目標船速と、前記定点位置での目標船速とから、その時点での自船の航行する速度である航行船速を算出する工程と、
    前記航行方位に応じた舵角を調整し、前記航行船速に応じて推力を調整する工程と、を実行する、船体制御方法。
13. 請求項３乃至請求項１２のいずれかに記載の船体制御方法であって、
    前記推力と前記舵角の調整を異なるタイミングで実行する、船体制御方法。
14. 請求項３乃至請求項１３のいずれかに記載の船体制御方法であって、
    前記推力および前記舵角は離散的な値に設定されている、船体制御方法。
15. 請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の船体制御方法であって、
    前記自船位置と前記定点位置との距離に応じて通知を行う工程を、有し、
    前記通知は、前記距離によって異なるように設定されている、船体制御方法。
16. 請求項３乃至請求項１５のいずれかに記載の船体制御方法であって、
    魚種によって操作入力を受け付ける工程と、
    前記魚種に関連付けられた操業態様を選択する工程と、
    選択された操業態様に基づいて前記自船の制御を行う工程と、を有する船体制御方法。
17. 自船位置を取得する測位部と、
    自船を基準として該自船に対して外からの付勢力を与える外乱の方向である外乱方位と該外乱の大きさを検出するセンサと、
    前記自船の推力および舵角を設定する船体制御部と、を備え、
    前記船体制御部は、
    予め設定した定点位置と前記自船位置とから決定される前記定点位置に向かう目標方位と、前記外乱方位から決定される前記定点位置での目標方位とから、その時点での自船の航行する方位である航行方位を算出し、
    前記外乱の大きさから決定される前記定点位置での目標船速と、前記自船を前記定点位置に向かわせる目標船速とから、その時点での自船の航行する速度である航行船速を算出し、
    前記航行船速に応じて推力を調整し、前記航行方位に応じた舵角を調整する、船体制御装置。
18. 請求項１７に記載の船体制御装置であって、
    前記船体制御部は、
    前記定点位置に向かわせる目標船速と前記定点位置での目標船速との重み付け加算によって、前記航行船速を算出し、
    前記定点位置に向かう目標方位と前記定点位置での目標方位との重み付け加算によって、前記航行方位を算出し、
    前記重み付け加算は、前記自船が前記定点位置に近づくほど前記定点位置での目標船速の重みが重くなり、前記自船が前記定点位置に近づくほど前記定点位置での目標方位の重みが重くなるように設定されている、船体制御装置。
19. 自船位置を取得する測位部と、
    自船を基準として該自船に対して外からの力を与える外乱の方向である外乱方位を検出するセンサと、
    前記自船の推力および舵角を設定する船体制御部と、を備え、
    前記船体制御部は、
    前記外乱方位に対して直交し定点位置を通る外乱直交ラインを設定し、
    前記外乱直交ラインと前記自船位置との関係から前記外乱方位に略平行な方向に沿って自船を前進もしくは後進させるように、前記推力と前記舵角を調整し、
    前記船体制御部は、
    前記外乱方位に平行な外乱対向ライン上において前記船が前記定点位置から最も離間する距離を検出し、
    前記最も離間する距離が、前記外乱の大きさによって決定される推力調整用の閾値距離よりも長い場合に前記推力を低減させ、
    前記最も離間する距離が、前記推力調整用の閾値距離よりも短い場合に前記推力を上昇させる、船体制御装置。
20. 請求項１９に記載の船体制御装置であって、
    前記船体制御部は、
    前記外乱方位に平行な外乱対向ライン上において前記船が前記定点位置から最も離間する距離を検出し、前記最も離間する距離に基づいて前記推力をオンさせるタイミングとオフさせるタイミングのいずれか一方を調整する、船体制御装置。
21. 請求項１９または請求項２０に記載の船体制御装置であって、
    前記船体制御部は、
    前記船首方位と前記外乱方位との差分が閾値以下の場合に前記自船を前進もしくは後進させる工程を実行し、
    前記船首方位と前記外乱方位との差分が前記閾値より大きな場合に前記船首方位を変更する工程を実行する、船体制御装置。
22. 請求項２１に記載の船体制御装置であって、
    前記船体制御部は、
    前記船を後進させながら舵角を調整して前記船首方位と前記外乱方位とを近づけ、前記船を前進させながら舵角を調整して前記船首方位と前記外乱方位とを近づけるように、前記推力と前記舵角を調整する、船体制御装置。
23. 請求項１９乃至請求項２２のいずれかに記載の船体制御装置であって、
    前記船体制御部は、
    前記自船位置が、前記定点位置を中心とする所定距離範囲内にある場合に、前記船を前進もしくは後進させ、
    前記自船位置が前記所定範囲から外れる場合に、前記定点位置と前記自船位置とから決定される前記定点位置に向かう目標方位と、前記外乱方位から決定される前記定点位置での目標方位とから、その時点での自船の航行する方位である航行方位を算出し、
    前記外乱の大きさから決定される前記定点位置での目標船速と、前記自船を前記定点位置に向かわせる目標船速とから、その時点での自船の航行する速度である航行船速を算出し、
    前記航行船速に応じて推力を調整し、前記航行方位に応じた舵角を調整する、船体制御装置。
24. 請求項１７乃至請求項２３のいずれかに記載の船体制御装置であって、
    前記船体制御部は、
    前記推力と前記舵角の調整を異なるタイミングで実行する、船体制御装置。
25. 請求項１７乃至請求項２４のいずれかに記載の船体制御装置であって、
    前記自船位置と前記定点位置との距離に応じて通知を行う通知部を備え、
    前記船体制御部は、前記距離によって異なる通知を行うように、前記通知部を制御する、船体制御装置。
26. 請求項１７乃至請求項２５のいずれかに記載の船体制御装置であって、
    魚種によって操作入力を受け付け、前記魚種に関連付けられた操業態様を選択する操作入力部を備え、
    前記船体制御部は、選択された操業態様に基づいて前記自船の制御を行う、船体制御装置。

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