JP6300344B2 - Ocean current estimation method and ocean current estimation system - Google Patents
Ocean current estimation method and ocean current estimation system Download PDFInfo
- Publication number
- JP6300344B2 JP6300344B2 JP2013184801A JP2013184801A JP6300344B2 JP 6300344 B2 JP6300344 B2 JP 6300344B2 JP 2013184801 A JP2013184801 A JP 2013184801A JP 2013184801 A JP2013184801 A JP 2013184801A JP 6300344 B2 JP6300344 B2 JP 6300344B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ocean current
- information
- vector
- ship
- operation information
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 49
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 235
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 38
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 33
- 239000003643 water by type Substances 0.000 claims description 8
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 35
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 5
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 5
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Traffic Control Systems (AREA)
- Navigation (AREA)
Description
本発明は、海上における船舶等を用いて海流の方向、流速を推定する海流推定方法、海流推定システムに関する。 The present invention relates to an ocean current estimation method and an ocean current estimation system for estimating the direction and velocity of an ocean current using a ship or the like on the sea.
海水の流れには、潮汐作用によって生ずる潮流と、潮流とは異なる原因で地球規模において発生する海流がある。潮流は比較的短い時間内において周期的に変動し、天文学的に予測が可能であるのに対し、海流の時間的変化は一般的には潮流よりも緩やかであるがその予測が困難である。一方、船舶の運航に対しては、この海流は大きな影響を及ぼす。このため、海流ベクトル(海流の向き、流速(強度))、あるいはその分布を認識することは、船舶の運航上極めて重要である。例えば、海流を把握した運航をすれば、運航時間の短縮や燃料消費を低減することもできる。 Seawater flows include tidal currents generated by tidal action and ocean currents that occur on a global scale due to different causes. While tidal currents change periodically within a relatively short time and can be predicted astronomically, temporal changes in ocean currents are generally slower than tidal currents, but are difficult to predict. On the other hand, this current has a great influence on the operation of ships. For this reason, recognizing the ocean current vector (the direction of the ocean current, the flow velocity (intensity)) or its distribution is extremely important for ship operation. For example, if the operation grasps the ocean current, the operation time can be shortened and the fuel consumption can be reduced.
海流は、例えば観測船や係留ブイ等による計測、人工衛星を用いたリモートセンシング、沿岸に設置された海洋レーダー等によって計測される。こうした離散的な実測データを用いたシミュレーション(計算)によって、海流の全体像が得られ、公開されている。こうした場合においては、海流を実測する測定点を増やし、かつ測定の精度を高めることが正確に海流分布を把握するためには必要である。このように潮流、海流を検出するために、各種の技術が提案されている。特許文献1には、船舶の船位情報と、船舶の形状等を元にしてモデル化した運動モデルを用いた計算によって、船位情報としての船舶の位置の変化と、船首方向から潮流を算出する技術が記載されている。船舶の位置は、例えばGPS(Global Positioning System)等を用いて、また船首方向は、例えばジャイロコンパスを用いて海上においても認識することができる。
The ocean current is measured by, for example, measurement using an observation ship or mooring buoy, remote sensing using an artificial satellite, marine radar installed on the coast, and the like. The whole picture of the ocean current is obtained and made public by simulation (calculation) using such discrete measurement data. In such a case, it is necessary to increase the number of measurement points for actually measuring the ocean current and increase the accuracy of the measurement in order to accurately grasp the ocean current distribution. Various techniques have been proposed for detecting tidal currents and ocean currents.
特許文献2には、船舶の位置の軌跡と船首方向を同時にディスプレイに表示し、潮流による影響を視覚的に把握させることのできる表示装置が記載されている。
特許文献3には、複数の船舶の各々が潮流を測定し、これらの情報を基地局に集約することによって海流の分布を推定し、潮流が実測された箇所以外の箇所における潮流の情報を推定するシステムが記載されている。潮流を実測した船舶以外の船舶は、この情報によって、自己のいる箇所における潮流を認識した運行をすることができる。
In
特許文献1に記載の技術では、船舶の形状等を元にしたモデル化を行い、流体力学的な計算を行って海流の向き、流速を算出している。このため、計算に用いる前提条件が非常に多く、この前提条件が実際の船舶に全て合致することは稀であり、実際の状況と乖離している場合が多くなる。このため、潮流(海流)ベクトルを高精度で求めることは困難であった。
In the technique described in
特許文献2に記載の技術では、潮流を視覚的に認識することは容易であるものの、正確にその向き、流速を算出することが困難であることは明らかである。特許文献3に記載の技術は、個々の船舶において潮流が正確に測定できることを前提としているために、その精度は、結局は個々の船舶における潮流ベクトルの検出の精度に依存する。このため、特許文献1に記載の技術と同様に、潮流(海流)に関する情報を高精度で求めることは困難であった。また、個々の船舶が潮流分布測定だけの目的のために、専用の設備を搭載し協力して行動をする必要があった。
Although it is easy to visually recognize the tidal current with the technique described in
従って、海流に関する情報(向き、流速)を正確に測定することは困難であった。 Therefore, it has been difficult to accurately measure information (direction, flow velocity) about the ocean current.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決するもので、海流に関する情報(向き、流速)を正確に、容易に推定可能な海流推定方法及び海流推定システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and solves the above problems. An ocean current estimation method and an ocean current estimation system capable of accurately and easily estimating information (direction, velocity) relating to ocean currents are provided. The purpose is to provide.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の請求項1に係る海流推定方法は、海上の船舶の運航に関する状況が特定された運航情報を複数用いることによって海流の向き及び強さを示す海流ベクトルを推定する海流推定方法であって、前記運航情報として海流を推定する海域を通る複数の前記船舶の個船毎の対地速度ベクトル及び前記船舶の船首方位を取得し、個船毎の前記対地速度ベクトル及び前記船首方位に基づいて、複数の前記船舶の航行する前記海域における前記海流ベクトルを算出するとともに、前記運航情報を取得する複数の前記船舶の隻数を増すことにより前記海流ベクトルの推定確度を上げることを特徴とする。
この発明においては、少なくとも複数の船舶の対地速度ベクトル、船首方位に関する情報が含まれる運航情報が複数取得され、これらの情報に基づいて海流ベクトル(海流の向き、強さ)が算出される。ここで、特に複数の船舶における運行情報が用いられる。
本発明の請求項2に係る海流推定方法において、前記運航情報には、前記船舶の対地速度が特定された対地速度情報、及び前記船舶の対地方位が特定された対地方位情報が含まれ、前記対地速度及び前記対地方位から求めた前記対地速度ベクトルを用いて前記海流ベクトルを算出することを特徴とする。
この発明においては、各運航情報には、船舶の対地速度(対地速度ベクトルの絶対値)が特定された対地速度情報と、対地方位(対地速度ベクトルの向き)が特定された対地方位情報が含まれる。これによって各運航情報毎に対地速度ベクトルが特定される。
本発明の請求項3に係る海流推定方法は、前記船首方位が特定された船首方位情報、前記対地速度情報、及び前記対地方位情報を船舶自動識別システム(Automatic Identification System:AIS)によって取得することを特徴とする。
この発明においては、船首方位情報、対地速度情報、対地方位情報は、特に大型の船舶に設置が義務づけられているAISによって取得される。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
The ocean current estimation method according to
In the present invention, a plurality of operation information including at least information on ground speed vectors and heading directions of a plurality of ships is acquired, and an ocean current vector (direction and strength of the ocean current) is calculated based on these information. Here, in particular, operation information for a plurality of ships is used.
In the ocean current estimation method according to
In this invention, in each operation information, the ground speed information in which the ground speed of the ship (the absolute value of the ground speed vector) is specified and the ground position information in which the local position (direction of the ground speed vector) is specified. Is included. Thereby, a ground speed vector is specified for each operation information.
Current estimation method according to
In the present invention, the heading information, the ground speed information, and the local position information are acquired by an AIS that is required to be installed particularly on a large ship.
本発明の請求項4に係る海流推定方法において、前記運航情報には、前記運航情報が取得された際の前記船舶の位置が特定された位置情報が含まれ、当該位置情報に基づいて前記海域における前記海流ベクトルを算出することを特徴とする。
この発明においては、船舶の位置に基づいて複数の運航情報が選択されて使用される。例えば、海流を推定すべき海域を航行する2隻以上の船舶、近接して航行する2隻以上の船舶等、が選択され、その海域の海流ベクトルの推定(算出)に使用される。ここで、「複数の運航情報」は、必ずしも複数の船舶におけるものでないことは前記と同様である。
本発明の請求項5に係る海流推定方法において、前記運航情報には、前記運航情報が取得された際の前記船舶の位置が特定された位置情報、及び前記位置情報が取得された時刻が特定された時刻情報が含まれ、前記位置情報及び前記時刻情報に基づいて前記対地速度ベクトルを算出することを特徴とする。
この発明においては、対地速度情報と対地方位情報を用いる代わりに、運航情報における位置情報と時刻情報を用い、船舶の位置の時間変化から、対地速度ベクトルが算出される。
本発明の請求項6に係る海流推定方法は、前記船首方位が特定された船首方位情報、及び前記位置情報を船舶自動識別システム(Automatic Identification System:AIS)によって取得することを特徴とする。
この発明においては、位置情報も船首方位情報と同様に、AISによって取得される。
In the ocean current estimation method according to claim 4 of the present invention, the operation information includes position information in which the position of the ship when the operation information is acquired is specified, and the sea area is based on the position information. The ocean current vector at is calculated.
In the present invention, a plurality of operation information is selected and used based on the position of the ship. For example, two or more ships navigating the sea area where the ocean current should be estimated, two or more ships navigating in close proximity, etc. are selected and used for estimating (calculating) the ocean current vector in that sea area. Here, the “plurality of operation information” is not necessarily for a plurality of ships, as described above.
In the ocean current estimation method according to claim 5 of the present invention, the operation information specifies the position information where the position of the ship when the operation information is acquired and the time when the position information is acquired. The ground speed vector is calculated based on the position information and the time information.
In this invention, instead of using ground speed information and local position information, the ground speed vector is calculated from the time change of the ship position using the position information and time information in the operation information.
The current estimation method according to claim 6 of the present invention is characterized in that the heading information in which the heading is specified and the position information are acquired by a ship automatic identification system (AIS).
In the present invention, the position information is also acquired by AIS, similarly to the heading information.
本発明の請求項7に係る海流推定方法は、前記海流ベクトルの算出に用いる情報を、前記運航情報及び/又は前記運航情報の取得状況に基づいて補正することを特徴とする。
この発明においては、海流ベクトルの算出に用いる情報(運航情報によって得られた対地速度ベクトル、船首方位等や、これら以外に海流ベクトルの算出に用いるパラメータ)が、より高精度に海流ベクトルが算出できるように補正されてから使用される。
本発明の請求項8に係る海流推定方法は、前記海流ベクトルに関する情報をパラメータとし、各前記運航情報毎に運航情報別目的関数を作成し、複数の前記運航情報毎の前記運航情報別目的関数の総和である目的関数を最適化する前記海流ベクトルを算出することを特徴とする。
この発明においては、最適化法によって海流ベクトルが推定される。ここでは、複数の運航情報における対地速度ベクトル、船首方位と海流ベクトルを用いて定義される目的関数の最適値(例えば最小値)を与える海流ベクトルが、推定される海流ベクトルであるとされる。目的関数は、運航情報毎に定義された運航情報別目的関数の総和として表される。
本発明の請求項9に係る海流推定方法は、前記海流ベクトルに関する情報をパラメータとして用い各前記運航情報を用いて運航情報別目的関数を作成し、複数の前記運航情報毎の前記運航情報別目的関数に重み係数を乗じた値の総和である目的関数を最適化する前記海流ベクトルを算出し、前記運航情報毎の前記重み係数の設定によって前記補正を行うことを特徴とする。
この発明においては、前記の補正は、運航情報毎の重み係数の設定によって行われる。
本発明の請求項10に係る海流推定方法は、前記重み係数を、前記運航情報が取得された位置と前記海流を推定する位置との差、前記運航情報が取得された時刻と前記海流を推定する時刻との差、前記運航情報を取得した船舶の種類、あるいは前記運航情報を用いて過去に行われた海流ベクトルの算出結果、のうちの少なくとも1つに基づき設定することを特徴とする。
この発明においては、重み係数の設定は、位置、時刻、船舶の種類、過去の算出履歴に基づいて設定される。これによって、使用される運航情報の優先度が設定される。
The ocean current estimation method according to claim 7 of the present invention is characterized in that information used for calculating the ocean current vector is corrected based on the operation information and / or the acquisition status of the operation information.
In the present invention, the information used for calculating the ocean current vector (the ground speed vector obtained from the operation information, the heading direction, and other parameters used for calculating the ocean current vector) can be calculated with higher accuracy. It is used after being corrected.
In the ocean current estimation method according to claim 8 of the present invention, the information regarding the ocean current vector is used as a parameter, an objective function for each operation information is created for each of the operation information, and the objective function for each operation information for each of the plurality of operation information. The ocean current vector that optimizes the objective function that is the sum of the currents is calculated.
In the present invention, the ocean current vector is estimated by the optimization method. Here, the ocean current vector that gives the optimum value (for example, the minimum value) of the objective function defined using the ground speed vector, the heading and the ocean current vector in the plurality of operation information is assumed to be the estimated ocean current vector. The objective function is expressed as a sum of objective functions for each operation information defined for each operation information.
The ocean current estimation method according to claim 9 of the present invention creates an objective function for each operation information using each of the operation information using information on the current vector as a parameter, and the object for each operation information for each of the plurality of operation information. The current vector that optimizes an objective function that is a sum of values obtained by multiplying a function by a weighting factor is calculated, and the correction is performed by setting the weighting factor for each operation information.
In this invention, the said correction | amendment is performed by the setting of the weighting coefficient for every operation information.
In the ocean current estimation method according to
In the present invention, the weighting factor is set based on the position, time, ship type, and past calculation history. Thereby, the priority of the operation information used is set.
本発明の請求項11に係る海流推定システムは、
請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の海流推定方法に基づいて海流ベクトルを推定する海流推定システムであって、複数の前記船舶の前記運航情報を取得する情報取得部と、前記取得した前記運航情報を記憶する記憶手段と、前記海域を特定の時刻に航行する複数の前記船舶をリストアップするリストアップ手段と、リストアップされた前記船舶の前記運航情報を前記記憶手段から読み取る読取手段と、読み取られた前記運航情報に基づいて、前記海流ベクトルを算出する海流ベクトル算出部とを具備することを特徴とする。
この発明においては、情報取得部が、複数の船舶の運航情報を入手し、この運行情報は記憶手段に記憶される。これらの船舶のうち、リストアップ手段によって対象となる海域を特定の時刻に航行する船舶がリストアップされ、これに対応する運行情報が記憶手段から読み取られる。海流ベクトル算出部は、このように読み取られた運行情報に基づいて海流ベクトル(海流の向き、強さ)を算出する。
本発明の請求項12に係る海流推定システムにおいて、前記情報取得部は、予め予測された海象情報を取得し、前記海流ベクトル算出部は、推定された前記海流ベクトルを前記海象情報に基づいて補正することを特徴とする。
この発明においては、例えば外部から入手した海象情報によって潮流を認識し、推定された海流ベクトルから、この潮流成分を除いた本来の海流が推定される。
本発明の請求項13に係る海流推定システムにおいて、前記海流ベクトル算出部は、複数の前記海域における前記海流ベクトルを算出することにより、海流分布を推定することを特徴とする。
この発明においては、複数の海域における海流ベクトルを推定することにより、海流分布が推定される。
本発明の請求項14に係る海流推定システムにおいて、前記海流ベクトル算出部は、予め予測された複数の前記海域における海流分布に対して、算出された前記海流ベクトルを同化させ、新たな海流分布を推定することを特徴とする。
この発明においては、計算により予め予測された海流分布が存在する場合に、この海流分布に対して、推定された海流ベクトルのデータを同化させることにより、より高精度の海流分布が算出される。
本発明の請求項15に係る海流推定システムは、推定された前記海流分布を元にして、航路の指示を海上の船舶に対して行う航路指示部を具備することを特徴とする。
この発明においては、航路指示部が、推定された海流分布を元にして算出された最適な航路の指示を行う。
The ocean current estimation system according to claim 11 of the present invention comprises:
An ocean current estimation system that estimates an ocean current vector based on the ocean current estimation method according to any one of
In this invention, an information acquisition part acquires the operation information of several ships , and this operation information is memorize | stored in a memory | storage means. Among these ships, the ships navigating the target sea area at a specific time by the list-up means are listed, and the corresponding operation information is read from the storage means. The ocean current vector calculation unit calculates an ocean current vector (direction and strength of the ocean current) based on the operation information read in this way .
In the ocean current estimation system according to claim 12 of the present invention, the information acquisition unit acquires previously predicted ocean state information, and the ocean current vector calculation unit corrects the estimated ocean current vector based on the ocean state information. It is characterized by doing.
In the present invention, for example, a tidal current is recognized from ocean state information obtained from the outside, and an original ocean current obtained by removing this tidal component is estimated from the estimated ocean current vector.
The ocean current estimation system according to claim 13 of the present invention is characterized in that the ocean current vector calculation unit estimates an ocean current distribution by calculating the ocean current vectors in a plurality of the ocean areas.
In the present invention, the ocean current distribution is estimated by estimating ocean current vectors in a plurality of ocean areas.
In the ocean current estimation system according to claim 14 of the present invention, the ocean current vector calculation unit assimilate the calculated ocean current vector with respect to the ocean current distributions predicted in advance in the plurality of ocean areas, and obtain a new ocean current distribution. It is characterized by estimating.
In the present invention, when there is a current distribution predicted in advance by calculation, a highly accurate current distribution is calculated by assimilating the estimated current vector data with the current distribution.
The ocean current estimation system according to claim 15 of the present invention is characterized by comprising a channel instruction unit that instructs a marine vessel based on the estimated ocean current distribution.
In the present invention, the route instruction unit instructs the optimum route calculated based on the estimated ocean current distribution.
本発明の海流推定方法、海流推定システムは以上のように構成されているので、海流ベクトルを高精度で推定することができる。
ここで、対地速度ベクトルと船首方位は、船舶の運航に関する状況を特定する運航情報によって求めることができるため、船舶の通常の設備と運航情報を利用して海流ベクトルの推定を特に容易に行うことができる。特に、正確な対地速度情報、対地方位情報、船首方位情報は、大型の船舶に搭載が義務付けられているAISによって容易に入手することができる。これにより、特別の運航情報取得手段を用いることなく、上記の算出を高精度かつ容易に行うことができる。
また、位置情報、時刻情報も、対地速度情報及び船首方位情報と共に使用することによって、より高精度で海流ベクトルの算出を行うことができる。この際、位置情報も、AISによって正確な情報を容易に入手することができる。位置情報と時刻情報に基づいて対地速度ベクトルを正確に算出し、これによってより高精度に海流ベクトルを算出することもできる。また、位置情報によって海流ベクトルを得た船舶の航行する海域を特定することができる。
また、運航情報を用いて目的関数を作成し、最適化法によって海流ベクトルを推定することにより、より広範囲のデータを用いることによって、より信頼性の高い海流ベクトルを推定することができる。この際、海流ベクトルを算出すべき位置、時刻等を考慮して運航情報別目的関数の重み付けを設定すれば、位置、時刻等に応じて最も確度の高い海流ベクトルを推定することができる。
また、複数の海域における海流ベクトルを推定し、広域の海流分布も推定することができる。この際、海象情報を用いて、得られた海流分布から潮流成分を除いた本来の海流分布を得ることもできる。
また、予め推定される低精度の海流分布がある場合には、推定された海流ベクトルのデータをこれに同化させ、より高精度の海流分布を得ることができる。こうして推定された海流分布を用いて、最適化された航路の指示を行うこともできる。
Since the ocean current estimation method and ocean current estimation system of the present invention are configured as described above, ocean current vectors can be estimated with high accuracy.
Here, since the ground speed vector and heading can be obtained from the operation information that identifies the situation related to the operation of the ship, it is particularly easy to estimate the current vector using the normal equipment and operation information of the ship. Can do. In particular, accurate ground speed information, local position information, and heading information can be easily obtained by AIS that is required to be mounted on large ships. Thereby, said calculation can be performed with high precision and easily, without using a special operation information acquisition means.
Further, by using the position information and the time information together with the ground speed information and the heading information, the current vector can be calculated with higher accuracy. At this time, accurate position information can be easily obtained by AIS. The ground velocity vector can be accurately calculated based on the position information and time information, and thereby the ocean current vector can be calculated with higher accuracy. In addition, it is possible to specify the sea area where the ship that obtained the ocean current vector from the position information navigates.
Further, by creating an objective function using the operation information and estimating the ocean current vector by the optimization method, a more reliable ocean current vector can be estimated by using a wider range of data. At this time, if the weight of the objective function for each operation information is set in consideration of the position and time at which the current vector should be calculated, the current vector with the highest accuracy can be estimated according to the position and time.
In addition, it is possible to estimate ocean current vectors in a plurality of ocean areas and to estimate the ocean current distribution over a wide area. At this time, the original ocean current distribution obtained by removing the tidal current component from the obtained ocean current information can also be obtained by using the oceanographic information.
Further, when there is a low-accuracy ocean current distribution estimated in advance, it is possible to assimilate the estimated ocean current vector data and obtain a more accurate ocean current distribution. Using the estimated ocean current distribution, an optimized route can be indicated.
以下、本発明を実施するための形態となる海流推定システム、海流推定方法について説明する。図1は、この海流推定システムにおいて海流を推定(算出)する方法の原理を説明する図である。まず、ここでは、2隻以下の船舶を用いる場合について説明する。図1(a)は、1隻の船舶1の海上における運航状況を上側から見た図であり、単位時間あたりにおける船舶1の動きを模式的に示している。ただし、図1においては、潮流も海流に含め、全体的な海水の流れを海流と呼称することにする。
Hereinafter, an ocean current estimation system and an ocean current estimation method according to embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of a method for estimating (calculating) ocean currents in this ocean current estimation system. First, here, a case where two or less ships are used will be described. Fig.1 (a) is the figure which looked at the operational condition in the sea of the
ここで、海流がない場合には、船舶1は常にその船首方位(船首の向く方向)に沿って対水速度(水面に対する速度)ベクトルVWをもって進行し、実際の船舶1の速度(対地速度:絶対座標(地上)に対する速度)ベクトルVSは、対水速度ベクトルVWと等しくなることは明らかである。しかしながら、海流ベクトルVCが零でない場合には、対地速度ベクトルVSは、対水速度ベクトルVWと海流ベクトルVCの和となる。この際、特に船首方位と垂直な成分をもつ海流ベクトルVCが存在した場合には、図1(a)に示されるように、船舶1の船首方位は実際の進行方向とずれる。ここで、船舶1自身に搭載されたGPS信号を用いた機器により、船舶1自身の位置情報は高精度で認識することができ、この位置情報の時間変化によって、対地速度ベクトルVS(実際の速度の向き、絶対値)も高精度で検出することが可能である。ここで、対地速度ベクトルVSを検出することは、対地速度ベクトルVSの絶対値と、その向きである対地方位が検出されることを意味する。対地方位は、図1(a)に示されるように、例えば北方向を基準とした時計回りの角度θSとして定義される。また、船舶1の船首方位も、同様に角度θWとして定義すれば、同様に高精度で認識することができる。船首方位θWは、対水速度ベクトルVWの向となる。なお、以下の説明においては、対地速度ベクトルの絶対値を対地速度、対地速度ベクトルの向き(θS)を対地方位、対水速度ベクトルの絶対値を対水速度と呼称する。海流ベクトルVCが零の場合(海流が存在しない場合)には、対地速度と対水速度は等しく、対地方位と船首方位は等しくなる。
Here, when there is no ocean current, the
ここで、図1(a)より、対水速度ベクトルVWも既知となれば、対地速度ベクトルVSとの差分によって海流ベクトルVCを算出することができる。これに対して、船舶に装着した流速計等を用いて対水速度ベクトルVWを検出することは不可能ではない。しかしながら、GPS信号等を用いて自己の位置を認識し、その時間変化より正確に認識される対地速度ベクトルVSと異なり、対水速度ベクトルVWを測定するための基準となるのは海水であるため、これを対地速度ベクトルVSと同程度に高精度で検出することは困難である。このため、前記の通り、対水速度ベクトルVWについては、その方向のみがVSと同様に船首方位θWとして高精度で認識され、その絶対値VW0を高精度で検出することは困難である。 Here, from FIG. 1 (a), if also known to water velocity vector V W, it can be calculated currents vector V C by the difference between the ground speed vector V S. On the other hand, it is not impossible to detect the water velocity vector V W using an anemometer or the like attached to the ship. However, unlike the ground speed vector V S which recognizes its position using GPS signals or the like and is more accurately recognized than its time change, the reference for measuring the water speed vector V W is seawater. Therefore, it is difficult to detect this with high accuracy as much as the ground speed vector V S. For this reason, as described above, only the direction of the water velocity vector V W is recognized with high accuracy as the heading θ W like V S, and it is difficult to detect the absolute value V W0 with high accuracy. It is.
この場合、図1(b)において、船首方位θWと対地速度ベクトルVSが正確に定まっても、海流ベクトルVCの始点(対水速度ベクトルVWの終点)が定まらないため、海流ベクトルVCを一義的に求めることができない。例えば、図1(b)においては、ベクトルVC1、VCP、VC2のいずれもが海流ベクトルVCの候補となる。ここで、ベクトルVCPは船首方向(対水速度ベクトルVW)と垂直である。この結果より、船首方向と垂直な方向の海流ベクトルVCの成分は、ベクトルVC1、VC2においてもベクトルVCPとなることは明らかである。すなわち、船舶1の対地速度ベクトルVSと船首方位θWが認識できた場合、海流ベクトルVCの向き、絶対値を正確に算出することは困難であるが、海流ベクトルVCの船首方位と垂直な方向成分は一義的に算出することができる。船舶の操舵においては、海流ベクトルVCの船首方位と垂直な成分が特に大きな影響を与えることは明らかである。このため、対水速度ベクトルVWを用いずに、船舶1の対地速度ベクトルVSと船首方位θWのみを用い、図1(b)の作図を行うことによってVCPを算出する上記の方法は有効である。
In this case, in FIG. 1 (b), the since the heading theta W and ground speed vector V S is definite precisely, (the end point of the to water velocity vector V W) start point of ocean current vector V C is not determined, ocean currents vector it is not possible to determine the V C uniquely. For example, in FIG. 1B, all of the vectors V C1 , V CP , and V C2 are candidates for the ocean current vector V C. Here, the vector V CP is perpendicular to the bow direction (water velocity vector V W ). From this result, it is clear that the component of the ocean current vector V C in the direction perpendicular to the bow direction becomes the vector V CP in the vectors V C1 and V C2 . That is, when the ground speed vector V S and heading theta W of the
対水速度ベクトルVWの方向(船首方位)のみが既知でありその絶対値(対水速度)が不明である場合、海流ベクトルVCの他成分、例えば船首方位における成分を算出することは不可能であり、海流ベクトルVCの向き、絶対値を一義的に求めることは不可能である。しかしながら、対地速度ベクトルVS1、船首方位θW1である船舶1の他に、船舶2(対地速度ベクトルVS2、船首方位θW2)が航行しており、その対地速度ベクトルVS2、船首方位θW2が正確に検出され、かつ海流ベクトルVCが船舶1、2に対して共通である場合には、船舶1、2の対水速度ベクトルVW1、VW2の絶対値が不明であっても、図1(c)に示されるように、海流ベクトルVCは一義的に定まる。例えば、船舶1と船舶2の距離が近接していれば、これらの間で海流ベクトルVCは共通と考えることができる。この場合には海流ベクトルVC(海流の向き、強度)を正確に算出することができる。あるいは、船舶1、2が離間していても、これらが航行する海域において海流ベクトルVCが等しいと考えられる場合にも、同様である。
If to water velocity direction of the vector V W only (heading) is known that the absolute value (to water velocity) is not known, to calculate the other components of the currents vector V C, for example, the components in the heading is not are possible, the orientation of the currents vector V C, it is impossible to uniquely determine the absolute value. However, in addition to the
具体的には、この算出方法は、以下の通りとなる。ここで、図1(a)に示されるようにx、y軸をとり、対水速度ベクトルVWを(VWx、VWy)とすると、これは、対水速度をVW0として、VW0×(cosθW、sinθW)と書ける。ここで、VW0が不定であり、θWは既知となる。対地速度ベクトルVSを(VSx、VSy)とすると、これも既知となる。算出すべき海流ベクトルVCを(VCx、VCy)とすると、これらの間には、(1)(2)式が成立する。 Specifically, this calculation method is as follows. Here, as shown in FIG. 1A, when the x and y axes are taken and the water velocity vector V W is (V Wx , V Wy ), the water velocity is V W0 , and V W0 X (cos θ W , sin θ W ) can be written. Here, V W0 is indefinite and θ W is known. If the ground speed vector V S is (V Sx , V Sy ), this is also known. When the current vector V C to be calculated is (V Cx , V Cy ), the expressions (1) and (2) are established between them.
ここで、(1)(2)式より、不定であるVW0を消去すると、(3)式が得られる。 Here, from the equations (1) and (2), when V W0 which is indefinite is deleted, the equation (3) is obtained.
船舶1、2の各々について(3)式が成立し、VCx、VCyは両者に共通であると仮定すると、船舶1、2についてのVSx、VSy、θWについては添字1、2を付して、(4)式が成立する。
Assuming that the equation (3) is established for each of the
これにより、海流ベクトルVC=(VCx、VCy)は(5)式によって算出される。 Thereby, the ocean current vector V C = (V Cx , V Cy ) is calculated by the equation (5).
このため、θW1≠θW2の場合、すなわち、船舶1と船舶2の船首方位が異なる場合には、(VCx、VCy)を算出することができる。北方向を基準とした海流の方位(θW、θSと同様に定義)はtan−1(VCx/VCy)であり、海流の絶対値(強さ)は(VCx 2+VCy 2)1/2となる。
For this reason, when θ W1 ≠ θ W2 , that is, when the heading of the
上記の通り、海流ベクトルVCの算出に必要なのは、各船舶の対地速度ベクトルVS(VSx、VSy)と、船首方位θWである。対地速度ベクトルVSの算出に必要なのは、対地速度が特定された対地速度情報と、対地方位θSが特定された対地方位情報である。更に、船首方位θWが特定された船首方位情報が必要となる。前記の通り、自船におけるこれらの情報は、GPS等を用いて得ることができる。 As described above, necessary for the calculation of currents vector V C is the ground speed vector V S (V Sx, V Sy ) of the ship and is heading theta W. What is required for the calculation of the ground speed vector V S is ground speed information in which the ground speed is specified, and ground position information in which the local position θ S is specified. Furthermore, heading information heading theta W is identified is required. As described above, such information on the ship can be obtained using GPS or the like.
一方、「1974年の海上における人命の安全に関する条約(SOLAS74)」によって、大型の船舶、例えば国際航海に従事する300総トン以上の船舶には、船舶自動識別システム(Auto Identification System:AIS)搭載が義務付けられている。AISによれば、船舶は、自船に関するAIS情報をVHF帯の電波で発信する義務が発生し、他船のAIS情報も受信して入手することができる。これにより、船舶の航行の安全を図ることができる。AISの詳細についての詳細は、例えばhttp://www6.kaiho.mlit.go.jp/osakawan/others/ais/ais.htm等に記載されている。AIS情報のうち、船舶の状態を示す動的情報としては、船舶の位置情報、時刻(世界標準時)、対地方位(対地針路)、対地速度、船首方位、回頭率(船首方位の時間変化率)等がある。 On the other hand, according to the 1974 Convention on the Safety of Life at Sea (SOLAS 74), large vessels, for example, vessels with 300 gross tons or more engaged in international voyages, are equipped with an automatic identification system (AIS). Is required. According to AIS, a ship is obliged to transmit AIS information related to its own ship by radio waves in the VHF band, and can receive and obtain AIS information of other ships. Thereby, the safety of navigation of a ship can be aimed at. For details on the details of AIS, see, for example, http: // www6. kaiho. mlit. go. jp / osakawan / others / ais / ais. htm et al. Among the AIS information, the dynamic information indicating the state of the ship includes the position information of the ship, time (world standard time), position relative to the local area (ground course), ground speed, heading direction, turnover rate (time change rate of heading direction) ) Etc.
このため、前記の対地速度情報、対地方位情報、船首方位情報は、AIS情報に含まれる。対地速度ベクトルVSは、AIS情報における対地速度、対地方位から求まる。あるいは、AIS情報における位置情報の時間変化から、対地速度ベクトルを算出することもできる。すなわち、対地速度ベクトルVSをAIS情報から一義的に算出することができる。このため、AISを搭載した船舶であれば、自船の対地速度ベクトルVS、船首方位θWを認識することができる。これにより、海流ベクトルVCの船首方位と垂直な成分(VCP)を算出することが可能となる。 For this reason, the ground speed information, the local position information, and the heading information are included in the AIS information. The ground speed vector V S is obtained from the ground speed and the local position in the AIS information. Alternatively, the ground speed vector can be calculated from the time change of the position information in the AIS information. That is, the ground speed vector V S can be uniquely calculated from the AIS information. For this reason, if it is a ship carrying AIS, the ground speed vector V S of the own ship and the heading θ W can be recognized. Thus, it is possible to calculate heading perpendicular component of the currents vector V C a (V CP).
また、AISを搭載した船舶は、他船のAIS情報(対地速度情報、対地方位情報、船首方位情報)を受信することもできる。このため、この船舶は、図1(c)における対地速度ベクトルVS1(2)、船首方向θW1(2)を同様に認識することができる。更に、AISの受信機能をもつ地上局においても、AISを搭載する複数の船舶におけるこれらの情報を認識することができる。このため、海流ベクトルVCの算出を、船舶上、地上局のどちらにおいても行うことができる。 A ship equipped with an AIS can also receive AIS information (ground speed information, position information with respect to the head, heading information) with respect to other ships. Therefore, this ship can similarly recognize the ground speed vector V S1 (2) and the bow direction θ W1 (2) in FIG. Furthermore, even a ground station having an AIS receiving function can recognize such information in a plurality of ships equipped with AIS. Therefore, the calculation of the currents vector V C, on a ship, can be carried out in either the ground station.
なお、上記の計算では、図1(c)に示されるように、2隻の船舶1、2における対地速度ベクトル、船首方位情報が使用された。ここで、船舶1、2は異なる船舶である必要はなく、例えばある時間内において1隻の船舶が船首方位を変えて航行し、この時間内にこの船舶が航行した海域における海流ベクトルVCが変わらない場合には、この船舶における異なる時刻あるいは位置における対地速度ベクトル、船首方位情報を上記の2隻の対地速度ベクトル、船首方位情報の代わりに用いることもできる。
In the above calculation, as shown in FIG. 1C, the ground speed vectors and heading information of the two
上記の算出において使用する情報は、AIS情報に限定されない。例えば、海運企業毎の船舶の運行状況をモニターした情報であり、その中に対地速度情報、対地方位情報、船首方位情報が含まれるものであれば、同様に用いることができることは明らかである。また、例えば、1隻の船舶における異なる複数の時刻の情報を用いることもできる。すなわち、上記の算出を行うためには、船舶の対地速度情報、対地方位情報、船首方位情報が含まれる任意の運航情報(海上の船舶の運航に関する状況が特定された情報)を複数用いることができる。1隻の船舶における異なる複数の時刻の情報の場合には、この運航情報は、AIS情報のように、船舶から外部に発信された情報である必要もない。 Information used in the above calculation is not limited to AIS information. For example, it is obvious that the information can be used in the same manner as long as it is information obtained by monitoring the operational status of the ship for each shipping company and includes ground speed information, information on local position, and heading information. . Further, for example, information on a plurality of different times in one ship can be used. In other words, in order to perform the above calculation, a plurality of pieces of arbitrary operation information (information specifying the situation regarding the operation of a ship at sea) including a ship's ground speed information, information on local position, and heading information are used. Can do. In the case of information at a plurality of different times in one ship, the operation information does not need to be information transmitted from the ship to the outside like the AIS information.
上記においては、船舶が2隻(あるいは運航情報が2つ)あり、それぞれの海域における海流ベクトルVCが厳密に等しいものとしたために、海流ベクトルVCを一義的に算出することができた。しかしながら、実際には、両者の海域間で海流ベクトルVCは厳密には等しくない場合も多い。こうした場合には、3隻以上の船舶のデータ(3つ以上の運航情報)を用い、最も確度の高い海流ベクトルを推定することができる。また、2隻の船舶(2つの運航情報)を用いた場合には上記の通り海流ベクトルVCは一義的に定まるものの、算出に利用されるVS1(2)、θW1(2)の測定誤差に起因した誤差が発生する。このような誤差を低減し、推定される海流ベクトルVCの確度を高くするためには、これより多くの船舶(運航情報)のデータを用いる方が好ましいことは明らかである。この場合における海流ベクトルVCの算出方法(推定方法)について以下に説明する。 In the above, the ship two vessels (or flight information two) located, in order to have as ocean current vector V C in the respective waters are equal exactly, it was possible to uniquely calculate the currents vector V C. In practice, however, the ocean current vectors V C are often not exactly equal between the two ocean areas. In such a case, the most accurate ocean current vector can be estimated using data of three or more ships (three or more pieces of operation information). When two ships (two operational information) are used, the current vector V C is uniquely determined as described above, but the measurement of V S1 (2) and θ W1 (2) used for the calculation is performed. An error due to the error occurs. To reduce such errors, in order to increase the accuracy of ocean current vector V C to be estimated, it is clear that it is preferable to use a data which more vessels (flight information). Method for calculating the currents vector V C in this case (estimation method) will be described below.
まず、海流ベクトルVCが船舶1、2、3の3隻について厳密に同一となっている場合には、図1(c)と同様の関係が船舶1、2、3のうちの任意の2隻間で成立するため、上記の各ベクトルの関係は図2(a)に示される通りとなる。この図においては、各々の対水速度ベクトルVWの終点、あるいは各船舶の船首方位を向く直線(対水速度ベクトルVWの方向)の交点が点C1で一致すると共に、各々の対地速度ベクトルVSの終点は点C2で一致する。図2(a)においては、海流ベクトルVCは、点C1を始点、点C2を終点とするベクトルとなり一義的に定まる。
First, when the ocean current vector V C is strictly a same for 3
しかしながら、厳密には図2(a)の関係が成立していない場合には、図2(b)に示されるように、海流ベクトルVCの終点となる点C2(x1、x2)を定めた場合に、各船舶の船首方位を向く直線は共通の交点をもたない。このため、海流ベクトルVCの始点となるべきC1の位置を定めることができず、海流ベクトルVCを厳密に算出することができない。この場合には、最適化法として知られるように、海流ベクトルVCの始点とすべき点P(x0、y0)におけるx0、y0を、ある目的関数が最小値をとるような値として決定することができる。 However, strictly speaking, when the relationship of FIG. 2A is not established, as shown in FIG. 2B, a point C 2 (x 1 , x 2 ) that is the end point of the ocean current vector V C is obtained. Is defined, the straight lines facing the heading of each ship do not have a common intersection. Therefore, it is impossible to determine the position of the C 1 that are to be the starting point of the ocean current vector V C, it is impossible to strictly calculate the currents vector V C. In this case, as known as optimization method, the x 0, y 0 at the point to be the starting point of the ocean current vector V C P (x 0, y 0), such that the objective function is a minimum value It can be determined as a value.
この最適化において、図2(c)に示されるように、点Pは、船舶1の対水速度ベクトルVW1に対応する直線L1、船舶2の対水速度ベクトルVW2に対応する直線L2、船舶3の対水速度ベクトルVW3に対応する直線L3との間の距離(それぞれh1、h2、h3とする)がいずれも短くなる点として定義することができる。図2(c)に示されるように、この点Pは、直線L1、L2、L3で囲まれる3角形の中に存在する。
In this optimization, as shown in FIG. 2C, the point P corresponds to a straight line L 1 corresponding to the water speed vector V W1 of the ship 1 and a straight line L corresponding to the water speed vector V W2 of the
推定される海流ベクトルVCの始点となる点Pの座標(x0、y0)としては、例えば、点Pと各直線L1、L2、L3との間の距離の2乗和を目的関数とし、この値が最小となるように設定することができる。直線Lがax+by=1で示される場合に、点P(x0、y0)と直線Lとの間の距離hは、(6)式で与えられる。ここで、点Pと直線Lとの間の距離とは、直線Lと直交し点Pを通る直線と直線Lとの交点と点Pとの間の距離である。 The estimated currents vector V C start to become a point P of coordinates (x 0, y 0), for example, the square sum of the distance between the point P and the straight lines L 1, L 2, L 3 The objective function can be set to minimize this value. When the straight line L is represented by ax + by = 1, the distance h between the point P (x 0 , y 0 ) and the straight line L is given by equation (6). Here, the distance between the point P and the straight line L is the distance between the point P and the intersection of the straight line L that is orthogonal to the straight line L and passes through the point P.
このため、点Pから各直線Liまでの距離hをhiとし、hiの2乗を運航情報別目的関数とし、最小とすべき目的関数fを、運航情報別目的関数hi 2の総和(h1 2+h2 2+h3 2)とすることができる。この場合、直線Li(i=1、2、3)がaix+biy=1で表されるものとして、目的関数fは(7)式で与えられる。ここで、各船舶の対地速度ベクトルVS1、VS2、VS3は既知であるために、図2(b)における各船舶の位置は、対地速度ベクトルVS1、VS2、VS3の終点が1点C2となるようにして定まる。また、各船舶の船首方位θW1、θW2、θW3も既知であるため、直線Liが船舶iの位置を通りこの船首方位θiを向く直線となるように、ai、bi(i=1、2、3)は一義的に定まる。 For this reason, the distance h from the point P to each straight line L i is set to h i , the square of h i is set to the objective function by operation information, and the objective function f to be minimized is the objective function by operation information h i 2 The sum (h 1 2 + h 2 2 + h 3 2 ) can be used. In this case, assuming that the straight line L i (i = 1, 2, 3) is represented by a i x + b i y = 1, the objective function f is given by equation (7). Here, since the ground speed vectors V S1 , V S2 , and V S3 of each ship are known, the end positions of the ground speed vectors V S1 , V S2 , and V S3 are the positions of the ships in FIG. determined as a single point C 2. In addition, since the ship headings θ W1 , θ W2 , θ W3 of each ship are also known, a i , b i (so that the straight line L i is a straight line passing through the position of the ship i and facing the bow direction θ i. i = 1, 2, 3) is uniquely determined.
目的関数fを最小化するx0、y0は、∂f/∂x0=0、∂f/∂y0=0として定まる。その結果、Pの座標x0、y0は、(8)、(9)式で与えられる。ここで、A、B、C、D、Eは(10)〜(14)式で与えられる。すなわち、これによってx0、y0を算出することができ、推定される海流ベクトルVCは、点Pから点C2に向かうベクトルと推定されるため、(VCx、VCy)=(x1−x0、y1−y0)となる。 X 0 and y 0 that minimize the objective function f are determined as ∂f / ∂x 0 = 0 and ∂f / ∂y 0 = 0. As a result, the coordinates x 0 and y 0 of P are given by equations (8) and (9). Here, A, B, C, D, and E are given by equations (10) to (14). That is, x 0 and y 0 can be calculated by this, and the estimated ocean current vector V C is estimated to be a vector from the point P to the point C 2 , so (V Cx , V Cy ) = (x 1 -x 0, y 1 -y 0 ) to become.
すなわち、この計算においては、海流ベクトルVCに関する情報であるx0、y0をパラメータとし、使用した運航情報(対地速度情報、対地方位情報、船首方位情報)毎に運航情報別目的関数を算出し、その総和として目的関数を定義し、海流ベクトルVCは、この目的関数を最適化(上記の場合には最小化)するものとして算出(推定)される。 That is, in this calculation, x 0 and y 0 which are information on the ocean current vector V C are used as parameters, and an objective function for each operation information is obtained for each operation information used (ground speed information, information on local position, heading information). The objective function is defined as the sum of the calculation, and the ocean current vector V C is calculated (estimated) as an optimization (minimization in the above case) of the objective function.
図2の例では、船舶が3隻の場合について記載したが、船舶が4隻以上、あるいは3つ以上の運航情報を用いる場合でも、同様に海流ベクトルVCを算出することができることは明らかである。 In the example of FIG. 2, the ship but is described for the three vessels, vessel 4 vessels or more, or even when using three or more flight information, as well as to be able to calculate the currents vector V C clear is there.
上記の式(1)〜(14)を用いて海流ベクトルVCを算出する場合においては、運航情報(対地速度情報、対地方位情報、船首方位情報)で特定された対地速度ベクトル、船首方位を用いて海流ベクトルVCを算出した。しかしながら、海流ベクトルVCをより高精度に算出するために、運航情報で特定された対地速度ベクトル、船首方位を補正し、これらを用いて海流ベクトルVCを算出することもできる。また、この補正は、対地速度ベクトル、船首方位に対してだけでなく、海流ベクトルVCの算出に用いる他の情報(例えば運航情報別目的関数に関する情報)についても行うことができる。 In the case of calculating the currents vector V C using the above equation (1) to (14) is operated information (ground speed information, ground azimuth information, heading information) ground speed vector identified by, heading It was calculated currents vector V C using. However, in order to calculate the currents vector V C higher accuracy, ground speed vector identified by the flight information, and corrects the heading, it is also possible to calculate the currents vector V C using these. Moreover, this correction is the ground speed vector, not only for heading can be made for other information used for calculating the currents vector V C (for example, information about the operational information by the objective function).
例えば、対地速度情報、船首方位情報は、一定の時間間隔で取得される場合が多く、この時間間隔は、船舶毎に異なる場合もある。このため、複数の船舶のデータを用いる場合には、全ての船舶において、海流ベクトルを推定すべきある定まった時刻の対地速度情報、船首方位情報が存在するとは限らない。こうした場合には、各船舶のAIS情報における時刻情報を元にして、同一時刻のデータとなるように補正された対地速度ベクトル、船首方位等を上記の計算に用いることができる。この補正においては、例えば、海流ベクトルを推定すべき時刻と異なる時刻において取得された対地速度ベクトル、船首方位等のデータを内挿、又は外挿すること等によって、新たに対地速度ベクトル、船首方位等のデータを作成する。この新たなデータを、海流ベクトルを推定すべき時刻におけるデータとして扱うことができる。船首方位については、AIS情報における回頭率のデータを用いることもできる。 For example, the ground speed information and the heading information are often acquired at a constant time interval, and this time interval may be different for each ship. For this reason, when using data of a plurality of ships, not all the ships have ground speed information and heading information at a fixed time when the current vector should be estimated. In such a case, the ground speed vector, the heading, etc. corrected to be data at the same time based on the time information in the AIS information of each ship can be used for the above calculation. In this correction, for example, a ground speed vector, a heading direction is newly obtained by interpolating or extrapolating data such as a ground speed vector and a heading obtained at a time different from the time at which the ocean current vector should be estimated. Create data such as. This new data can be handled as data at the time when the ocean current vector should be estimated. As for the heading, the turn rate data in the AIS information can also be used.
また、例えば、船舶1が船舶2と船舶3の中間付近の海域を航行しており、船舶2と船舶3の船首方位θW2、θW3がほぼ同一であり、船舶1の船首方位θW1はこれとは異なる場合について考える。この場合には、船舶2の対地速度ベクトルVS2と船舶3の対地速度ベクトルVS3を内挿することにより、仮に船舶1と同一の海域を船首方位θW3(θW2)で航行した場合における対地速度ベクトルVS23を算出することができる。この場合には、船舶1が航行する海域における海流ベクトルVCを算出するためには、この内挿された対地速度ベクトルVS23、船首方位θW3(θW2)と、船舶1において実測された対地速度ベクトルVS1、船首方位θW1を用いて、海流ベクトルVCの算出を行うことができる。すなわち、時刻情報に基づいて対地速度ベクトルVSを補正するだけでなく、位置情報に基づいて補正した対地速度ベクトルVSを使用することにより、より正確に海流ベクトルVCを推定することも可能となる。あるいは、時刻情報、位置情報の両方に基づいて補正した対地速度ベクトルVS、船首方位θWを用いてもよい。
In addition, for example, the
以上の2つの例においては、より高精度に海流ベクトルVCを算出するために対地速度ベクトルVS、船首方位θWが補正された。これに対して、運航情報別目的関数に関する情報を補正する場合について以下に説明する。 In the above two examples, the ground speed vector V S and the heading θ W are corrected in order to calculate the ocean current vector V C with higher accuracy. On the other hand, the case where the information regarding the objective function classified by operation information is corrected will be described below.
目的関数f((7)式)を用いた上記の例では、各船舶毎に運航情報別目的関数hi 2を算出し、その総和を目的関数fとした。この際、例えば、船舶1と船舶2は海流ベクトルVCを算出すべき海域の近傍で航行しており、船舶3はこの海域からやや離れた海域にいる場合もある。こうした場合には、各船舶によるデータに重み付けをし、船舶3によるデータ(h3)の重み付けを船舶1、2によるデータ(h1、h2)よりも低くすることが好ましい。具体的には、船舶iの重み係数をwiとして、(7)式の目的関数fの代わりに、(15)式で定められる目的関数gを最小とするようにx0、y0を定めればよい。この例の場合には、w1、w2>>w3とすればよい。前記の目的関数f((7)式)は、wi≡1(i=1、2、3)とし、運航情報別の重み付けを行わなかった場合に相当し、この重み係数の設定が、運航情報別目的関数に関する情報の補正に相当する。
In the above example using the objective function f (Equation (7)), the objective function h i 2 for each ship information is calculated for each ship, and the sum is used as the objective function f. In this case, for example,
この場合には、上記のA〜Eは、(10)〜(14)式の代わりに下記の(16)〜(20)式で与えられるA〜Eを用い、x0、y0は、上記と同様に、(8)(9)式で与えられる。 In this case, the above A to E are A to E given by the following formulas (16) to (20) instead of the formulas (10) to (14), and x 0 and y 0 are Like (8) and (9).
重み係数wiの設定として、例えば本来の海流ベクトルVCを算出したい海域に近い位置にいる船舶について大きな値、この海域から遠い位置にいる船舶について小さな値となるように、海流ベクトルVCを算出したい海域からの船舶の距離の関数としてwiを設定することができる。すなわち、この重み係数wiも、船舶iのAIS情報(位置情報)から定めることができる。 As the setting for the weighting coefficients w i, for example, a large value for the ship in a position close to the sea area to be calculated the inherent currents vector V C, as the vessels are from this area located far becomes a small value, the currents vector V C W i can be set as a function of the distance of the vessel from the sea area to be calculated. That is, this weight coefficient w i can also be determined from the AIS information (position information) of the ship i.
同様に、本来の海流ベクトルVCを算出すべき時刻に近い時刻に取得された対地速度情報、船首方位情報をもつ運航情報について大きな値、海流ベクトルVCを算出すべき時刻から離れた時刻のデータをもつ運航情報について小さな値となるように、wiをこの時間差の関数とすることもできる。前記の通り、各船舶の位置情報、対地速度情報、船首方位情報が取得された時刻に関する情報(時刻情報)は、AIS情報から読みとることができるため、この設定も、AIS情報を元にして行うことができる。あるいは、重み係数wiを、位置、時刻の両方の関数として設定することもできる。あるいは、運航情報における回頭率によってwiを設定する、例えば回頭率が大きな場合には、船舶の運航に海流の影響が出にくいと判断してwiを小さくすることができる。運航情報に対応した船舶の種類によってwiを設定する、例えば風の影響を受けやすい船舶のデータは信憑性が低いと判断してwiを小さくすることができる。また、同じ運航情報を用いた過去の計算結果の履歴を元にwiを設定する、例えば過去の計算において図2(c)のhiが大きくなった運航情報に対しても、wiを小さくすることができる。このように、海流に関するデータとしての信憑性が低いと判断されるデータに対しては重み係数wiを小さく設定することにより、海流ベクトルVCの算出の精度を高めることができる。 Similarly, ground speed information acquired in the time close to the time to be calculated the inherent currents vector V C, a large value for the flight information with heading information, time away from time to be calculated currents vector V C W i can also be a function of this time difference so that the navigation information with data has a small value. As described above, since the information (time information) about the time when the position information, ground speed information, and heading information of each ship are acquired can be read from the AIS information, this setting is also performed based on the AIS information. be able to. Alternatively, the weighting factor w i can be set as a function of both position and time. Alternatively, setting the w i by turning rate in flight information, for example, times when the head index is large, it is possible to reduce the w i determines that the influence of ocean currents hardly comes into operation of the ship. The w i is set according to the type of the ship corresponding to the operation information. For example, the ship data that is easily affected by wind can be determined to have low credibility, and the w i can be reduced. In addition, w i is set based on the history of past calculation results using the same operation information. For example, w i is reduced even for operation information in which hi in FIG. can do. Thus, for data that is determined to have low credibility as data about ocean currents by setting small weight coefficient w i, it is possible to improve the accuracy of calculation of the currents vector V C.
また、例えば2隻の船舶のデータが用いられ、この2隻によるデータの数が大きく異なる場合、データの数が多い方の船舶のデータの重み係数wiを小さくすることにより、2隻の船舶のデータを実質的に対等に扱う、等の処理を行うこともできる。 Further, for example, data of two vessels are used, if the number of data by the two vessels are significantly different, by decreasing the weight coefficient w i of the ship data towards the number of data is large, 2 vessels It is also possible to perform processing such as handling the data of
すなわち、重み係数の設定は、運航情報が取得された位置と海流を推定する海域の位置との差、運航情報が取得された時刻と海流を推定する時刻との差、単一の船舶において取得され用いられた運航情報の数、等に基づいて行うことができる。他の基準によってこの設定をすることもできる。また、前記の例のように補正された対地速度ベクトル等を用い、更にこの重み係数の設定を行うこともできる。 In other words, the weighting factor is set for the difference between the position where the operation information is acquired and the position of the sea area where the ocean current is estimated, the difference between the time when the operation information is acquired and the time when the ocean current is estimated, or acquired in a single ship. This can be done based on the number of operation information used. This setting can also be made according to other criteria. In addition, the weighting coefficient can be set using the ground speed vector corrected as in the above example.
上記の通りに海流ベクトルVCを算出(推定)する海流推定システム全体の構成について図3に示す。図3においては、船舶1〜5が海流100に乗って航行している。各船舶はAISを搭載しており、船舶1〜5の各々は、自船のAIS情報を発信する。このAIS情報は、他船、あるいは地上にある情報取得部10のアンテナ11で受信することができる。情報取得部10は、受信したAIS情報を、サーバ(海流ベクトル算出部)20にネットワーク等を介して送信する。サーバ20は、受信したAIS情報を記憶装置21にデータベースとして記憶し、これを用いて上記の計算を行う。航路指示部22は、最適な航路の指示を船舶1〜5に対して行う。なお、情報取得部(AIS情報取得部)10に接続されたアンテナ11と、サーバ(海流ベクトル算出部)20に接続されたアンテナ11とでは、通信容量、通信に使用される波長や信号方式等に応じ、それぞれにおいて最適なものを用いることができる。この点については、船舶1〜5において用いられるアンテナについても同様である。
The configuration of the entire ocean current estimation system for calculating (estimating) the currents vector V C as described above is shown in FIG. In FIG. 3, the
例えば、サーバ20は、ある特定の海域近辺を特定の時刻近くに航行する船舶をリストアップし、そのAIS情報を記憶装置21から読み取り、この海域のこの時刻における海流ベクトルVCを推定することができる。この時刻として最新(現在)の時刻を設定することによって、最新の海流情報を推定することができ、これを各船舶に発信することができる。
For example, the
また、この操作を複数の海域、複数の時刻において行うことにより、現在までの海流の時間変化も推定することができる。これにより、今後の海流を予測することも可能となる。 Further, by performing this operation in a plurality of sea areas and a plurality of times, it is possible to estimate a temporal change in the ocean current up to the present time. This makes it possible to predict future ocean currents.
また、サーバ20は、海流ベクトルVCを推定する際に用いる対地速度ベクトル、船首方位に関する前記の位置情報、時刻情報等に基づいた補正も行うことができる。
The
図3の構成においては、サーバ(海流ベクトル算出部)20、記憶装置21を各船舶とは別に地上に設置し、このために情報取得部10も地上に設置するものとした。しかしながら、これらは通常使用されるコンピュータを用いて構成することができ、単純な構成であるため、これらを各船舶に搭載することも可能である。この場合には、自船のAISは、自船のAIS情報を取得するための情報取得部として機能する。他船のAIS情報は、情報取得部10が入手し、上記の処理を行うことができる。ここで算出された海流ベクトルに関する情報を、他船、あるいは地上に向かって発信することも可能である。
In the configuration of FIG. 3, the server (sea current vector calculation unit) 20 and the
この際、サーバ20は、単なる海流ベクトルの推定(算出)だけでなく、この結果を用いた各種の処理も行うことができる。まず、前記の通り、海水の流れには、潮汐作用によって生ずる潮流と、潮流とは異なる原因で地球規模において発生する海流(本来の海流)があり、ここで測定された海流ベクトルは、本来の海流に潮流が加わった流れである。ここで、潮流は周期的であり予測が容易であるために、潮流に関するデータは、海象情報として外部から入手することが可能であり、このデータは予め記憶装置21に記憶させておくことができる。この場合、この潮流のデータを用いて前記の海流ベクトルを補正し、本来の海流に対応するベクトルを算出することができる。
At this time, the
また、海上の複数の海域における海流を推定することにより、広域における海流の分布を推定することができる。時刻毎に推定された海流の分布をデータベース化して記憶装置21に記憶させ、かつ各船舶にもこれを発信することができる。各船舶は常時AIS情報を発信しているために、更新されたAIS情報をサーバ20が受信することにより、こうして推定された海流分布を更新して記憶装置21に記憶させることができる。この際、海象情報を元にして潮流がない場合に対応して算出された本来の海流分布を記憶装置21に記憶すれば、本来の海流分布の時間変化も容易に追跡することができる。
Moreover, the distribution of the ocean current in a wide area can be estimated by estimating the ocean current in a plurality of ocean areas on the sea. The distribution of the ocean current estimated at each time can be stored in the
この際、予め算出された低精度の海流分布のデータがある場合、これを記憶装置21が記憶し、上記の海流推定方法によって推定された海流ベクトルをこの海流分布に同化させ、より高精度の海流分布を推定すること(データ同化)もできる。こうした同化方法は、例えば、特開2010−223639号公報に記載されている。こうした同化処理をサーバ20が記憶装置21を用いて行うことも可能であり、この高精度とされた海流分布に関する情報をサーバ20が外部に発信することもできる。
At this time, if there is data of low-accuracy ocean current distribution calculated in advance, the
また、サーバ20が船舶の航路上の海流分布を推定できれば、これに基づいた船舶の最適航路を算出することもできる。この場合、例えば、対水速度の絶対値VW0を定めた場合に、図1(a)における対地速度ベクトルVSが目的地まで最短距離を結ぶように船首方位θWを設定することができる。これにより、同じVW0の場合に航行距離を最も短くし、船舶の燃料消費を低減することが可能となる。すなわち、サーバ20は、船舶の航行に関する指示も行うことができる。図3における航路指示部22は、このように推定された前記海流分布を元にして、最適な航路の指示を海上の船舶1〜5に対して行う。なお、最適な航路指示は、海流ベクトルVCの算出に当っての運航情報の提供に係わらない任意の船舶を含めて行うことができる。
Further, if the
上記の通り、上記の海流推定システム、海流推定方法は、海上の船舶を用いて海水の流れを推定するために用いられるが、例えば、広い湖沼や河川等においても、同様にその流れを推定することができることは明らかである。また、船舶としても、AISを搭載する大型船だけでなく、小型の模型船舶等を用いても同様の測定(推定)ができることは明らかである。 As described above, the ocean current estimation system and the ocean current estimation method are used to estimate the flow of seawater using a marine vessel. For example, the current is also estimated in a wide lake or river. Obviously it can be done. Further, it is clear that the same measurement (estimation) can be performed not only on a large ship equipped with an AIS but also on a small model ship or the like as a ship.
1〜5 船舶
10 情報取得部
11 アンテナ
20 サーバ(海流ベクトル算出部)
21 記憶装置
22 航路指示部
100 海流
θW、θW1、θW2 船首方位
VS、VS1、VS2 対地速度ベクトル
VC 海流ベクトル
1-5
21
Claims (15)
前記運航情報として海流を推定する海域を通る複数の前記船舶の個船毎の対地速度ベクトル及び前記船舶の船首方位を取得し、個船毎の前記対地速度ベクトル及び前記船首方位に基づいて、複数の前記船舶の航行する前記海域における前記海流ベクトルを算出するとともに、前記運航情報を取得する複数の前記船舶の隻数を増すことにより前記海流ベクトルの推定確度を上げることを特徴とする海流推定方法。 An ocean current estimation method for estimating an ocean current vector that indicates the direction and strength of an ocean current by using a plurality of operation information in which conditions relating to the operation of a marine vessel are specified,
The ground speed vector for each individual ship of the plurality of ships that pass through the sea area where the ocean current is estimated as the operation information and the heading of the ship are obtained , and based on the ground speed vector and the heading direction for each ship , a plurality of to calculate the currents vector in the waters for navigation of the marine vessel, ocean currents estimation method characterized by increasing the estimation accuracy of the currents vector by increasing the number of vessels of the plurality of vessels to obtain the flight information.
複数の前記運航情報毎の前記運航情報別目的関数の総和である目的関数を最適化する前記海流ベクトルを算出することを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の海流推定方法。 Using information on the ocean current vector as a parameter, creating an objective function for each operation information for each operation information,
The said ocean current vector which optimizes the objective function which is the sum total of the said objective function according to each operation information for every said some operation information is calculated, The any one of Claim 1 to 7 characterized by the above-mentioned. Current estimation method.
複数の前記運航情報毎の前記運航情報別目的関数に重み係数を乗じた値の総和である目的関数を最適化する前記海流ベクトルを算出し、前記運航情報毎の前記重み係数の設定によって前記補正を行うことを特徴とする請求項7に記載の海流推定方法。 Create an objective function for each operation information using each of the operation information using information on the current vector as a parameter,
Calculate the current vector that optimizes the objective function, which is the sum of values obtained by multiplying the objective function by operation information for each of the plurality of operation information by a weighting coefficient, and the correction by setting the weighting coefficient for each of the operation information The ocean current estimation method according to claim 7, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013184801A JP6300344B2 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Ocean current estimation method and ocean current estimation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013184801A JP6300344B2 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Ocean current estimation method and ocean current estimation system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015052499A JP2015052499A (en) | 2015-03-19 |
JP6300344B2 true JP6300344B2 (en) | 2018-03-28 |
Family
ID=52701635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013184801A Active JP6300344B2 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Ocean current estimation method and ocean current estimation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6300344B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114166247A (en) * | 2021-11-25 | 2022-03-11 | 中船航海科技有限责任公司 | Course evaluation system, method and storage medium based on ocean current numerical forecast information |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61159107A (en) * | 1984-12-29 | 1986-07-18 | Japan Radio Co Ltd | Receiving device for ship |
JPH08114462A (en) * | 1994-10-18 | 1996-05-07 | Fuji Royal:Kk | Navigation information display device |
JPH08152431A (en) * | 1994-11-29 | 1996-06-11 | Oki Electric Ind Co Ltd | Tide information processing device |
JP2002245599A (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-30 | Taiheiyo Cement Corp | Course guide system and course guide program |
JP4260612B2 (en) * | 2003-12-11 | 2009-04-30 | 川崎重工業株式会社 | Tidal current estimation method and apparatus, and navigation vehicle control method and apparatus using the same |
JP5435418B2 (en) * | 2009-03-19 | 2014-03-05 | 独立行政法人海上技術安全研究所 | Ocean current data assimilation method and system |
-
2013
- 2013-09-06 JP JP2013184801A patent/JP6300344B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015052499A (en) | 2015-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11772758B2 (en) | Apparatus, method, and recording medium for autonomous ship navigation | |
CN103531043B (en) | Based on the boats and ships point-to-point hours underway evaluation method of course line coupling | |
US20220214171A1 (en) | Passage planning and navigation systems and methods | |
JP6288933B2 (en) | Route display device and route display method | |
KR100818531B1 (en) | Offering Method of Navigation Risk of Ship and System Thereof | |
JP5435418B2 (en) | Ocean current data assimilation method and system | |
KR101799216B1 (en) | Ship navigation apparatus and method for providing route information for ship | |
KR101894674B1 (en) | Ship navigation apparatus and method for providing route information for ship | |
GB2474715A (en) | Aiding navigation of a marine vessel in a tidal region | |
KR101719142B1 (en) | Ship navigation apparatus and method for providing route information for ship | |
KR102339500B1 (en) | Method for providing recommended sea route based on electronic nautical chart by measuring topography and depth of water | |
CN110262482A (en) | A kind of unmanned boat speed of a ship or plane control method and unmanned boat | |
US20240271943A1 (en) | Assisted navigation systems and methods | |
CN115936190A (en) | Intelligent navigation operation risk early warning method | |
CN117232520A (en) | Ship intelligent navigation system and navigation method suitable for offshore navigation | |
CN114610046A (en) | Unmanned ship dynamic safety trajectory planning method considering dynamic water depth | |
KR101726500B1 (en) | Apparatus and method for vessel monitoring | |
US20140126333A1 (en) | Doppler Angle of Attack Sensor System for Watercraft | |
KR20170078835A (en) | Method of calculating the surface speed of at least one ship and method for deduction of each vector derived at any point of the trajectory of said ship | |
KR20180076936A (en) | Optimum Ocean Route guide system and method using low cost estimation device | |
JP6300344B2 (en) | Ocean current estimation method and ocean current estimation system | |
KR20200078166A (en) | The System for Providing High Density Depth of Water Information Based on Cloud Sourcing and The Method of Supposing Depth of Water Observed Position and Depth of Water Information Using The System for Providing High Density Depth of Water Information | |
KR102157300B1 (en) | The System for Providing High Density Depth of Water Information Based on Cloud Sourcing | |
JP6864483B2 (en) | Disturbance guesser | |
CN111984006A (en) | Unmanned ship multi-target meeting collision avoidance method integrating ocean current and scale difference influences |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160829 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170518 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170627 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170828 |
|
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: 20180130 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180223 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6300344 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |