JP6336162B2 - 改良した船舶操縦方法およびシステム - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１６年３月１日に出願された米国仮特許出願第６２／３０１，８８７号の利益を主張し、これは参照により組み込まれる。

本開示は、船舶のための自動測位システムおよび方法に関する。

参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，２７３，７７１号は、船舶に取り付けられ、シリアル通信バスおよびコントローラとの信号通信において接続され得る船舶推進システムを組み込む船舶用の制御システムを開示する。複数の入力デバイスおよび出力デバイスも、通信バスとの信号通信において接続され、ＣＡＮ Ｋｉｎｇｄｏｍネットワーク等のバスアクセスマネージャは、コントローラとの信号通信において接続され、バスとの信号通信において複数のデバイスへの追加のデバイスの組み込みを調整する。これによりコントローラは、通信バス上で複数のデバイスの各々との信号通信において接続される。入力デバイスおよび出力デバイスは各々、他の複数のデバイスにより受信するように、複数のメッセージをシリアル通信バスに送信し得る。

参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，３０５，９２８号は、船舶がその地球上の位置および船首方位を、船舶の操縦者により選択された所望の位置および船首方位に応じて保持するように、船舶を操縦する船舶測位システムを開示する。ジョイスティックと共に用いられる場合、船舶の操縦者は、システムを位置保持可能モードにすることができ、次に、システムは、アクティブモードから非アクティブモードへとジョイスティックの初期変更を行うときに取得される所望の位置を保持する。このように、操縦者は、船舶を手動で選択的に操縦し得、ジョイスティックが解放されると、船舶は、操縦者がジョイスティックによる船舶の操縦を停止した時点の位置を保持する。

参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，４７８，４６４号は、位置保持モードで利用可能なスラストを高めるように船舶を方向付けるための複数のシステムおよび方法を開示する。メモリおよびプログラミング可能な回路を有する制御デバイスは、複数の船舶用推進デバイスの動作を制御して、選択された地球上の位置で船舶の方向を保持するようにプログラミングされる。制御デバイスは、複数の船舶用推進デバイスに関連付けられ、船舶を選択された地球上の位置に保持するのに必要な合成スラストベクトルの方向を計算するようにプログラミングされる。制御デバイスは、複数の船舶用推進デバイスの動作を制御することで、船舶の実際の船首方位を変更し、実際の船首方位をスラストベクトルと合わせるようにプログラミングされる。

様々な自動操縦装置、位置保持、およびウェイポイント追跡機能、ならびに関連するシステムおよび方法の改良を記載する他の複数の特許としては、米国特許第７，２６７，０６８号、第７，５６１，８８６号、第８，０５０，６３０号、第８，４１７，３９９号、第８，６９４，２４８号、第８，７７７，６８１号、第８，８０７，０５９号、第８，９２４，０５４号、第９，０３９，４６８号、第９，１３２，９０３号、第９，２４８，８９８号、第９，３７７，７８０号、ならびに２０１４年９月１２日に出願された未公開米国特許出願第１４／４８４，７０２号、および２０１５年７月２３日に出願された未公開米国特許出願第１４／８０７，２１７号が挙げられる。これらの特許および出願の各々は、参照により本明細書に組み込まれる。

本概要は、本明細書における以下の発明を実施するための形態で更に説明される選択コンセプトを紹介するべく提供される。本概要は、主張される主題の重要または必須の複数の機能を特定することを意図せず、主張される主題の範囲を限定するために用いられることを意図しない。

推進システムにより駆動される船舶を操縦するための方法が開示される。方法は、電子航行デバイスへの複数の入力を受け取る段階と、複数の入力に基づいて所望の航路を生成する段階とを備え、所望の航路は、連続する複数のウェイポイントを含み、連続する複数のウェイポイントにおける各ウェイポイントは、各船首方位に関連付けられる。方法は、各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位に対応する位置・方向情報を制御モジュールに送信する段階も備える。位置・方向情報に基づいて、制御モジュールは、連続する現在のウェイポイントおよび船首方位から連続する次のウェイポイントおよび船首方位へと船舶を操縦するべく必要とされる複数の操舵・スラストコマンドを生成する。操舵・スラストコマンドに応じて、推進システムは、その後、所望の航路に沿って、連続する各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位へと船舶を推進する。

本開示の別の例による、船舶のための航行システムが提供される。航行システムは、電子航行デバイスと、電子航行デバイスと信号を通信する制御モジュールと、制御モジュールと信号を通信する船舶推進システムとを含む。電子航行デバイスは、連続する複数のウェイポイントを含む所望の航路を生成し、連続する複数のウェイポイントにおける各ウェイポイントは、各船首方位に関連付けられる。制御モジュールは、各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位に対応する位置・方向情報を、電子航行デバイスから受信する。位置・方向情報に基づいて、制御モジュールは、所望の航路に沿って、連続する各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位へと船舶を推進するように、船舶推進システムに指示する。

本開示は、以下の図面を参照して説明される。図面を通して、同一の機能および同一の構成要素を参照するべく、同一の符号が用いられる。

位置保持方法を示すための概略図である。

本開示による船舶および推進システムの一例の概略図である。

ウェイポイント追跡方法を示すための概略図である。

図３において丸で囲まれた領域のクローズアップである。

本開示による船舶を操縦するための方法の一例を示す。

本明細書において、簡潔に分かりやすく理解できるように特定の用語が用いられている。用語からは従来技術の要求を越えて不要な限定が推定されるものではない。そのような用語は、説明のみを目的として用いられ、広く解釈されることを意図しているからである。

図１を参照すると、位置保持モードで、船舶１０は、（緯度および経度により定義される）単一の地球上の位置および予め定められた船首方位に保持され得、この場合に、アルゴリズムにより、船舶の推進デバイス１２、１４を制御して、船舶１０をこの位置から離し、および／または新しい船首方位に動かしがちな風、波、潮流等の影響を打ち消す。本質的に、推進デバイス１２、１４は、仮想アンカポイントに船舶１０を保持するように制御される。推進デバイス１２、１４のスラストおよび角度方向を制御する制御モジュール１６は、ジョイスティックとして機能し、船舶の位置エラーおよび船首方位エラーをゼロにするのに必要とされる左／右コマンド、船首／船尾コマンド、およびヨーコマンドを計算する。制御モジュール１６は、これを行うべく１または複数の推進デバイス１２、１４を制御し得る。推進デバイス１２、１４は、アウトボードもしくはスターンドライブ等を有する船舶１０の後部に、ＰｏＤ駆動等により船舶１０の下部に、および／またはスラスタ等を有する船舶１０の前方、後部、もしくは側面に配置され得る。

制御モジュールの計算への複数の入力の例が図１に示されている。本例において、ＧＰＳレシーバにより決定される船舶１０上の予め選択された地点の実際の地球上の位置（ＡＰ）は、設定点のターゲットの地球上の位置（ＴＰ）と等しくなく、従って制御モジュール１６は、船舶１０がターゲットの地球上の位置ＴＰに到達するべく航行しなければならない地表針路（ＣＯＧ）を計算する。更に、設定点のターゲット船首方位（ＴＨ）は、北から２７°であるが、コンパスまたは慣性測定ユニット（ＩＭＵ）から読み取られる実際の船首方位（ＡＨ）は、３５．８°である。従って、制御モジュール１６は、船舶１０をターゲット船首方位ＴＨに戻すには、８．８°の反時計回りのヨー運動（矢印ＣＣＷ）が必要とされると判断する。

制御モジュール１６は、制御モジュール１６のフィードバック制御器１７により実行される３次元（左／右、船首／船尾、およびヨー）の比例積分偏差（ＰＩＤ）制御アルゴリズムに応じて補正動作をいつ、どのくらい行うかを判断する。積分項は、制御システムが一定および緩慢に変化する外乱（例えば、潮流）を拒否することを可能にしつつ、ほぼゼロの位置エラーを保持する。比例および偏差項は、迅速に変化する外乱を処理する。積分項も記憶することが考慮され、特に外乱力が増大する場合、増加および減少するには時間がかかり得る。エラー要素をゼロにするべく、ＰＩＤフィードバック制御器１７は、船舶１０に対する所望のヨーモーメントと共に、船舶１０を参照して前進／後退方向および左／右方向の所望の力を演算する。次に、演算された力およびモーメント要素は、船舶推進システムに送信され、船舶推進システムは、独自に操舵可能な推進デバイス１２、１４を測位し、各デバイスの複数のプロペラに提供される力を制御し、両方のデバイスのスラストベクトル方向を制御することにより、要求される力およびモーメントを提供する。船舶１０の位置および船首方位のそのような自動補正は、上記で参照により本明細書に組み込まれた米国特許第７，３０５，９２８号に説明される原理に従って実現され得る。

位置保持の他に、船舶は、上記で参照により組み込みこまれた米国特許第９，３７７，７８０号に開示されるように、ウェイポイント追跡モードで制御され得る。ウェイポイント追跡モードで、船舶１０は、航路に沿ったウェイポイント（例えば、緯度および経度に関して定義される地球上の位置）またはいくつかのウェイポイントに自動的に案内される。ウェイポイント追跡モードを開始するべく、例えば、船舶１０の操縦者は、地点または航路をチャートプロッタから選択し、チャートプロッタまたは別個の自動操縦装置からウェイポイント追跡モードを選択し得る。次に、制御モジュール１６は、チャートプロッタにより提供される情報に応じて自動操縦装置から指示針路を取得する。次に、制御モジュール１６は、操舵・スラストコマンドを推進デバイス１２、１４に提供することにより、航路に沿った各ウェイポイント（または単一の選択ウェイポイント）に船舶１０を自動的に案内する。例えば、図３を参照すると、地点３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、および３０７が実線矢印により画定される航路３００内のウェイポイントである。ウェイポイント３０１からウェイポイント３０２への針路は、２つの地点を接続する実線矢印に沿っている。風、波等の影響などにより、船舶１０がこの針路から方向を変更する場合、制御モジュール１６は、船舶１０を再び航路に案内するように指示針路を再び取るのに必要とされる補正動作を決定する。制御モジュール１６は、そのような補正動作を実現するべく、推進デバイス１２、１４に操舵コマンドおよび／またはスラストコマンドを提供する。

ウェイポイント追跡モードにおいて、制御モジュール１６は、指示針路を保持するべく、針路フィードバック信号（それに沿って船舶１０が実際に推進される針路の推定値を示す）を用いて、船舶１０の実際の針路に補正が行われる必要があるか否かを判断し得る。制御モジュール１６のフィードバック制御器１７は、船舶１０を指示針路に再度方向付けるべく、針路フィードバック信号を用いて、推進デバイス１２、１４がどのように、またどの程度操舵されなければならないか（および／または、どのスラストを提供しなければならないか）を判断する。船舶１０の針路をそのように測定して自動的に補正することは、米国特許第９，０３９，４６８号および第９，３７７，７８０号に説明される複数の原理に従って実現され得、これらの開示は、その全体が参照により組み込まれる。

現在のところ、本明細書に上記したように、位置保持は、船舶１０が単一のターゲット位置ＴＰおよび特定のターゲット船首方位ＴＨに電子的に停泊することを可能にする。ウェイポイント追跡は、ある緯度／経度座標から別のものへと航行することにより、船舶１０が航路３００に沿って自動的に案内されることを可能にする。魚群追尾およびウェイポイント精追尾等の複数の機能が利用可能である場合、制御モジュール１６は、船舶１０を新しい位置および／または船首方位へと反復的に制御しつつ、所与の機能を有効にする。本明細書の以下に、魚群追尾およびウェイポイント精追尾の両方を説明する。以下の複数の例は、動力用の複数の内燃機関を用いる推進デバイス１２、１４により推進される大きな船舶には従来利用可能でなかった魚群探知およびウェイポイント精追尾操縦を提供する革新的方法による位置保持およびウェイポイント追跡のコンセプトを詳述して、これらを結み合わせるものである。以下の複数の方法は、マルチエンジンの船舶（図１を参照）またはシングルエンジンの船舶（図２を参照）において実施され得る。

図２は、電子航行デバイス１０４、および電子航行デバイス１０４と信号を通信する推進制御モジュール（ＰＣＭ）１０６を含む、船舶１００およびその航行システム１０２の別の例を示す。電子航行デバイス１０４は、ディスプレイ画面１１０およびユーザ入力手段１１２を備える。ユーザ入力手段１１２は、（ディスプレイ画面１１０と同一であり得る）接触感知ディスプレイ画面、キーボード、マウス、トラックボール、１つのボタンもしくは複数のボタン、スタイラス、スマートフォンもしくはタブレット等のスマートデバイス、遠隔制御器、音声認識モジュール、またはアナログ入力もしくは動作を電子信号に変換することができる任意の他の既知の入力手段のうちの１または複数であり得る。電子航行デバイス１０４は、例えば、魚群探知機、チャートプロッタ、または組み合わされた魚群探知機およびチャートプロッタであり得る。ＧＰＳ機能もしくは他の位置判断機能、および／または魚群探知機能もしくは他の物体検出機能が提供される他の複数の電子航行デバイスが用いられてもよい。

ＰＣＭ１０６は、エンジン１１４、伝動装置１１６、操舵アクチュエータ１１８、トリムアクチュエータ１２０、およびプロペラ１２２を含む船舶推進システム１０８を制御する。あるいは、船舶推進システム１０８は、図１の１２、１４に示される２またはそれより多い推進デバイスを備えてもよく、これらは各々、本明細書において上記に列挙された複数のコンポーネントを有し得るが、そのようなコンポーネントは示されていない。図２に戻ると、ＰＣＭ１０６は、通信リンク１２４を介して、舵制御モジュール（ＨＣＭ）１２６等により電子航行デバイス１０４と信号を通信する。ＨＣＭ１２６も、船舶１００の舵またはその付近に配置された操舵輪１２８、スロットル／シフトレバー１３０、ジョイスティック１３２、およびいくつかのゲージ１３４と信号を通信する。電子航行デバイス１０４と信号を通信する、またはその一部としての全地球測位システム（ＧＰＳ）レシーバ１３６も提供される。

複数の制御モジュール（ＰＣＭ１０６およびＨＣＭ１２６等）は、プログラミング可能であり、処理システムおよびストレージシステムを含む。本明細書の以下に更に説明されるように、複数の制御モジュールが船舶１００上の任意の箇所に配置され、および／または船舶１００から離れて配置され得、複数の周辺機器インタフェース、ならびに有線および／または無線リンクを介して船舶１００の様々なコンポーネントと通信し得る。図２は２つの制御モジュール１０６、１２６を示すが、船舶１００は、図１の１６に示されるもの等、１つの組み合わされた制御モジュールを含み得る。本明細書の以下に開示される方法の複数部分は、単一の制御モジュールまたはいくつかの別個の制御モジュールにより実行され得る。例えば、システムは、船舶１００の舵またはその付近に配置された制御モジュール１２６を有し得、各推進デバイスまたはその付近に配置された制御モジュール１０６も有し得る。ＰＣＭ１０６もしくはＨＣＭ１２６のいずれかは、本開示に説明される操縦方法を実行する制御モジュールであり得、または操縦方法の複数部分は、共に制御モジュールであり得るＰＣＭ１０６もしくはＨＣＭ１２６において別々に実行され得る。電子航行デバイス１０４は、船舶１００が航路を航行する速度、または船舶１００が地理的位置を変更する前またはその最中に回転するか否かに関連して本明細書の以下に説明される複数の計算のほとんどを実行するようにプログラミングされ得、または制御モジュール１０６、１２６は、アルゴリズムのこれらの部分を実行するようにプログラミングされ得る。電子航行デバイス１０４は、独自のイニシアティブで、または制御モジュール１０６、１２６からのコマンドに応答して制御モジュール１０６、１２６に複数のコマンドを提供し得る。

いくつかの例において、制御モジュール１０６、１２６は、処理システム、ストレージシステム、ソフトウェア、および複数の周辺デバイスと通信するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースを含むコンピューティングシステムを含み得る。これらのシステムは、プログラミングされた命令のセットを実行するハードウェアおよび／またはソフトウェアに実装され得る。例えば、処理システムは、船舶操縦方法でプログラミングされたソフトウェア等のソフトウェアをストレージシステムからロードして実行し、これにより、本明細書の以下に更に詳細に説明されるように動作するように処理システムに指示する。コンピューティングシステムは、通信可能に接続され得る１または複数のプロセッサを含み得る。処理システムは、制御ユニットおよび処理ユニットを含むマイクロプロセッサと、ストレージシステムからソフトウェアを取得して実行する半導体ハードウェアロジック等の他の回路を備え得る。処理システムは、単一の処理デバイス内に実装され得るが、既存のプログラム命令に従って協働する複数の処理デバイスまたはサブシステム全体で分散もされ得る。処理システムは、本明細書に説明される様々な機能を実行するためのコンピュータ実行可能命令の複数のセットを含む１つまたは多くのソフトウェアモジュールを含み得る。

本明細書において用いられるように、「制御モジュール」という用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、組み合わせ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コードを実行するプロセッサ（共有、専用、グループ）、説明された機能を提供する他の好適な複数のコンポーネント、またはシステムオンチップ（ＳｏＣ）等における上記のうちのいくつかもしくは全ての組み合わせを指し、これらの一部であり、またはこれらを含み得る。制御モジュールは、処理システムにより実行されるコードを格納するメモリ（共有、専用、またはグループ）を含み得る。「コード」という用語は、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはマイクロコードを含み得、プログラム、ルーチン、関数、クラス、および／またはオブジェクトを指し得る。「共有」という用語は、複数のモジュールからのいくつかまたは全てのコードが単一の（共有）プロセッサを用いて実行され得ることを意味する。更に、複数の制御モジュールからのいくつかまたは全てのコードは、単一の（共有）メモリにより格納され得る。「グループ」という用語は、単一の制御モジュールからのいくつかまたは全てのコードが複数のプロセッサのグループを用いて実行され得ることを意味する。更に、単一の制御モジュールからのいくつかまたは全てのコードは、複数のメモリのグループを用いて格納され得る。

ストレージシステムは、処理システムにより可読であり、ソフトウェアを格納することができる任意のストレージ媒体を備え得る。ストレージシステムは、コンピュータ可読命令、データ構造体、ソフトウェアモジュール、または他のデータ等の情報を格納するための任意の方法または技術に実装される揮発性媒体および不揮発性媒体、取り外し可能媒体および非取り外し可能媒体を含み得る。ストレージシステムは、単一のストレージデバイスとして、または複数のストレージデバイスもしくはサブシステムにわたって実装され得る。ストレージシステムは、処理システムと通信することができるメモリコントローラ等、複数の追加の要素を含み得る。ストレージ媒体の非限定的な例としては、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、磁気ディスク、光ディスク、フラッシュメモリ、仮想・非仮想メモリ、様々なタイプの磁気ストレージデバイス、または所望の情報を格納するべく用いられ得、命令実行システムによりアクセスされ得る任意の他の媒体が挙げられる。ストレージ媒体は、一時的ストレージ媒体、または非一時的有形コンピュータ可読媒体等の非一時的ストレージ媒体であり得る。

制御モジュール１０６、１２６は、各Ｉ／Ｏインタフェース、および有線または無線リンクであり得る通信リンク１２４を介して船舶１００上の１または複数のコンポーネントと通信する。一例において、通信リンク１２４は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスであるが、他の複数のタイプのリンクも用いられ得る。

当業者であれば制御モジュールを実装する多くの態様を認識するように、そのような制御モジュールについて提供される説明は、概念的なものであり、一般的に解釈されたい。これらは、複数の入力信号を受信し、これらの入力信号を用いた計算を実行して対応する複数の出力信号またはアクチュエータ制御信号を生成するデジタルマイクロプロセッサを用いる実装を含む。また、所望の出力を生成するように構成された複数の回路素子を備えるアナログコンピュータが用いられ得る。更に、予め定められ、または較正された複数のデータポイントを含むルックアップテーブルが、所与の入力信号に対応する所望の出力を提供するべく、任意の様式で格納され得る。

以下に、本開示の操縦方法は、ＨＣＭ１２６により実行されるものとして説明され、図２に示されるシステムを説明するが、これを参照するときは、ＰＣＭ１０６または単一の船舶制御モジュール１６にも等しく適用され、これらのいずれかが本明細書に説明される複数の操縦方法の一部または全てを実行し得ることを理解されたい。

図３を参照すると、本例においては、電子航行デバイス１０４は、本明細書の以下に説明される複数の入力に基づいて、点線（各点はウェイポイントである）により示される連続する複数のウェイポイントを含む所望の航路３０８を生成する。図４に示されるように、連続する複数のウェイポイントにおける各ウェイポイントは、各船首方位に関連付けられる。分かりやすくすることを目的として、全ての所望の船首方位が本明細書に示されるわけではなく、（例示的なウェイポイント３１２、３１６、３２０、３２４、３２８、および３３２に関連付けられた）船首方位３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、および３３０が更なる説明の目的のために示されている。例えば、ウェイポイント３１２は、船首方位３１０に関連付けられ、ウェイポイント３１６は、船首方位３１４に関連付けられ、ウェイポイント３２０は、船首方位３１８に関連付けられる、等である。制御モジュール１２６は、各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位に対応する位置・方向情報を、電子航行デバイス１０４から受信する。位置・方向情報に基づいて、制御モジュール１２６は、所望の航路３０８に沿って、連続する各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位へと船舶１００を推進するように、船舶推進システム１０８に指示する。本操縦アルゴリズムは、船舶の船首方位、船舶の地表針路に対する船舶の方向、およびウェイポイント追跡中の船舶の地球上の位置の各々に対する制御を提供する。フィッシングパターン、短いルート、または困難なルート（例えば、岩礁または海溝に沿った）等の複雑な複数のパターンに従い得るように、本アルゴリズムは、位置および船首方位における極めて精密な調整を提供するべく、ユーザが電子航行デバイス１０４により船舶のアンカ設定点を変更することを可能にする。

一例において、制御モジュール１２６は、船舶を制御して１匹の魚または魚群を追尾するべく、レーダ、ソナー、トランスデューサーベース、無線ベース等のデバイス、または他のタイプの魚群探知デバイスに通信可能に接続され得る。例えば、図２は、水生生物を検出するためのトランスデューサアセンブリ１３８を示し、トランスデューサアセンブリ１３８は、電子航行デバイス１０４と信号を通信する。電子航行デバイス１０４は、検出された水生生物の位置に基づいて所望の航路を生成し得る。例えば、特定の魚がターゲットとして用いられ得、または大量の魚群の中心部がターゲットとして用いられ得る。船舶１００の操縦者は、ターゲットが電子航行デバイス１０４のディスプレイ画面１１０上に現れると、ユーザ入力手段１１２を介して選択することによりターゲットを指定し得る。一例において、ターゲットの動きの検出方向に基づいて、電子航行デバイス１０４は、航行の検出方向にウェイポイントを設定する。ウェイポイントは、短距離の所に設定され得、この距離内で同一のターゲットがトランスデューサアセンブリ１３８により再び発見され得る可能性がある。別の例において、トランスデューサアセンブリ１３８は、ターゲットの位置を頻繁に追跡し、この情報は、電子航行デバイス１０４に送信され、電子航行デバイス１０４は、ターゲットの新しい位置を次のウェイポイントとして制御モジュール１２６に送信する。これらの方法のいずれかが所望される限り継続し、それにより航路３０８を生成し得、これに沿って船舶１００はターゲットを追尾する。

船舶１００の操縦者は、ユーザ入力手段１１２によりターゲットに対する任意の方向、例えばその直ぐ上方、東に向かって２０メートル等に船舶１００を保持することを選択し得る。風または潮流がボートを動かし、または魚自体が動くと、船舶１００は、魚に対する自身の位置を保持するように自動的に制御される。また、操縦者は、制御のために不感帯を選択し得、船舶１００は、ターゲットの魚または魚群が船舶１００から特定の閾値を越えて移動するまで位置を変更しない。操縦者は、保持することを希望する船首方位も選択し得、この船首方位は、複数のウェイポイント／魚の位置の間の航行方向と同一であり得るか、またはそうでない場合がある。

魚群追尾アルゴリズムは、船舶１００上のレーダまたはソナー等、別のセンサによる浅水域、汀線、または他の障害の検出に自動的に応答して終了し得る。魚群追尾アルゴリズムは、ユーザ入力手段１１２を介した操縦者によるキャンセルにも応答して終了し得る。船舶１００は、魚群探知アルゴリズムが終了したときに自身が目下、存在する位置および船首方位に保持され得る。

別の例において、航行システム１０２には、ディスプレイ画面１１０上に表示される航行地図３４０上の所望のルートに基づいて、所望の航路３０８を生成し得る電子航行デバイス１０４により、船首方位制御を含むウェイポイント精追尾制御を提供され得る。例えば、操縦者は、電子航行デバイス１０４のメモリ内に保存された既存のルートを選択し得、または所望のルートに対応するウェイポイントのリストをインターネット、または外部ドライブもしくはディスクからダウンロードし得る。このルートは、航行地図３４０上に重ねられ、ディスプレイ画面１１０上に表示され得る。あるいは、ユーザは、例えば、操縦者の指により作動されるタッチスクリーンインタフェースおよび／またはスタイラス等、あるいはディスプレイ画面１１０上でカーソルを制御するマウス等のユーザ入力手段１１２を介してディスプレイ画面１１０上に示される航行地図３４０上に、所望のルートを描画し得る。次に、電子航行デバイス１０４は、ルートを設定するが、ルートは所望の航路３０８として入力される。

操縦者は、前方方向または左右方向を含む、航路に対する任意の方向または向きの所望の航路３０８を航行することを選択し得る。操縦者は、操縦者が順次、航行地図３４０またはディスプレイ画面１１０上に提示される複数のウェイポイントのリストのいずれかから各ウェイポイントまたは複数のウェイポイントのグループを選択して、船首方位を当該ウェイポイントまたは複数のウェイポイントのグループに割り当てることを可能にする、キーボード、マウス、またはボタン等のユーザ入力手段１１２を介して、所望の航路３０８における各ウェイポイントに関連付けられるべき複数の船首方位を指定し得る。あるいは、操縦者は、スタイラスまたは指を用いて所与のウェイポイントを選択し、次にインタラクティブディスプレイ画面１１０全体を所望の船首方位の方向にスワイプし得る。

船舶１００が航路３０８に沿った新しい各ウェイポイントに到達すると、電子航行デバイス１０４は、経時的に別個のアンカポイントのストリーミングを制御モジュール１２６に提供するなどして、仮想アンカポイントを更新し得る。制御モジュール１２６は、新しい各アンカポイントが電子航行デバイス１０４により更新されると、船舶１００をそこに移動させる。高い精度でルートにおける速度が制御され得るように、電子航行デバイス１０４は、所与の時間間隔、次または先行するウェイポイントからの具体的な距離等に基づいてアンカポイントを送信し得る。一例において、ユーザ入力手段１１２は、船舶１００が所望の航路３０８に沿って推進される速度に対するユーザ制御を可能にする。例えば、操縦者は、各ウェイポイントおよび関連付けられた船首方位に対応する位置・方向情報を制御モジュール１２６に、予め定められた時間間隔で連続して送信することを選択し得、この時間間隔は、操縦者により選択されてもよく、秒単位で測定され、またはビットレートで定義されてもよい。別の例において、操縦者は、現在のウェイポイントおよび船首方位に到達した後にのみ、電子航行デバイス１０４に次のウェイポイントおよび船首方位に関する位置・方向情報を送信させることを選択し得る。なおも別の例において、操縦者は、現在のウェイポイントおよび船首方位の所与の距離内に入った後にのみ、電子航行デバイス１０４に次のウェイポイントおよび船首方位に関する位置・方向情報を送信させることを選択し得る。他の複数の例において、電子航行デバイス１０４は、５つのウェイポイントを一度になど、大量に位置・方向情報を送信してもよい。他の複数の例において、電子航行デバイス１０４は、航路３０８における全てのウェイポイントに関する全ての位置・方向情報を同時に送信してもよく、制御モジュール１２６は、どの速度で航行するかを独自に決定し得る。例えば、航路３０８に沿って航行する速度は、ジョイスティック１３２またはスロットル／シフトレバー１３０の位置により決定され得る。別の例において、船舶速度または規定スラストは、制御モジュール１２６のメモリ内に保存されたコードに基づいて予め定められ得る。

また、操縦者は、予め定められた期間中、連続する複数のウェイポイントにおける所与のウェイポイントおよび所与のウェイポイントに関連付けられた船首方位に船舶１００を保持することを選択し得る。例えば、航行システム１０２は、航路３０８に沿って進航し、特定のウェイポイント３１２に特定の期間停止し、次に続航するべく用いられ得る。操縦者は、航路における次のウェイポイントへと続航する前に予め定められた期間、複数のウェイポイントのうち１または全てに留まる（すなわち、電子的に停泊する）ことを選択し得る。この機能は、制御モジュール１２６内のソフトウェアコードに応じてデフォルトにもなり得る。

図４に示されるように、各ウェイポイントは、船舶１００が航行する方向にある必要がない特定の船首方位に関連付けられ得る。換言すれば、船首方位は、２つのウェイポイントの間の経路から独立していてもよく、従って、次のウェイポイントに関連付けられた船首方位は、現在のウェイポイントとその次のウェイポイントとの間の方位に等しくない。例えば、ウェイポイント３２０および３２４に関連付けられた船首方位３１８、３２２は、ウェイポイント３２０とウェイポイント３２４との間の針路／方位に対して時計回りに回転される。所望の船首方位は、前方に向けられる必要さえもない。例えば、船首方位（すなわち、船舶１００の船首方向）は、船首方位３２６、３３０が両者の間の針路から時計回りに９０°を超えて回転されるように、ウェイポイント３２８とウェイポイント３３２との間の針路に対して後方である。他の複数の例において、船舶１００は、その左舷側または右舷側が２つのウェイポイントの間の針路に対して鉛直になるよう横向きに、または逆に船舶１００の船首が前のウェイポイントの方に向けられ、船尾が次のウェイポイントに向かうように航行するようにプログラミングされ得る。

また、ある船首方位から別のものへの切り替えは、様々な態様で実現され得る。一例において、船舶１００は、連続する複数のウェイポイントにおける所与のウェイポイントへと推進されるが、同時に、所与のウェイポイントに関連付けられる船首方位へと回転される。例えば、ウェイポイント３２４とウェイポイント３２８との間の複数のウェイポイントを無視して、船舶１００は、船首方位３２２から船首方位３２６へと回転されつつ、ウェイポイント３２４からウェイポイント３２８へと航行する。ウェイポイント３２４とウェイポイント３２８との間の複数のウェイポイントは、２つのウェイポイント３２４、３２８の間の所与の各位置で船首方位が変更される量を正確に制御するべく、中間の複数の船首方位とのペアにされ得る。あるいは、船首方位３２２と船首方位３２６との間の差は、ウェイポイント３２４とウェイポイント３２８との間を航行するのにかかる時間で除算され得、船舶１００は、ｘ°／単位時間の一定の割合で回転し得る。別の例において、船舶１００は、船舶１００が所与のウェイポイントに関連付けられる船首方位へと回転された後に、連続する複数のウェイポイントにおける所与のウェイポイントへと推進される。例えば、ウェイポイント３２４とウェイポイント３２８との間の複数のウェイポイントを無視して、船舶１００は、ウェイポイント３２４の定位置で船首方位３２２から船首方位３２６へと回転される。次に、船舶１００は、船首方位３２６でウェイポイント３２４からウェイポイント３２８へと航行する。ユーザ入力手段１１２は、（ａ）連続する複数のウェイポイントにおける所与のウェイポイントへと船舶を推進しつつ、同時に、船舶を所与のウェイポイントに関連付けられた船首方位に回転させることと、（ｂ）電子航行デバイス１０４上の特定のメニューアイテム、ボタン等の選択により所与のウェイポイントに関連付けられた船首方位に船舶を回転させた後、船舶を所与のウェイポイントへと推進することとのユーザ選択を可能にし得る。

図３に示された航路３００および３０８を比較すると、複数のウェイポイントを設定するための本開示の方法を用いる場合に、航路３００に沿うよりも航路３０８に沿ったほうがはるかに精密な制御を可能にする。追跡３０８に沿ったより厳格であるか、またはより緩い制御を提供するべく、（操縦者により選択される）より少ないか、またはより多いウェイポイントが提供され得る。例えば、弧線を形成するいくつかのウェイポイントを設定することにより、複数のカーブを横断し得る。

図５を参照すると、船舶推進システム１０８により駆動される船舶１００を操縦するための方法が説明される。５００Ａに示されるように、方法は、航行地図３４０上における所望のルートに関する複数のユーザ入力を受け取る段階を備え得る。あるいは、５００Ｂに示されるように、方法は、魚等の水生生物の位置に関する複数のトランスデューサ入力を受け取る段階を備え得る。次に、５０２に示されるように、方法は、電子航行デバイス１０４への複数の入力（ユーザ入力またはトランスデューサ入力であるか否かを問わず）を受け取る段階を備える。５０４に示されるように、方法は、複数の入力に基づいて所望の航路３０８を生成する段階を備え、所望の航路３０８は、連続する複数のウェイポイント（例えば、３１２、３１６等）を含み、連続する複数のウェイポイントにおける各ウェイポイントは、各船首方位（例えば、３１０、３１４等）に関連付けられる。５０６に示されるように、方法は、各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位に対応する位置・方向情報を制御モジュールに送信する段階を備え、制御モジュールは、単一の制御モジュール１６もしくは舵制御モジュール１２６、および／または推進制御モジュール１０６であり得る。５０８に示されるように、位置・方向情報に基づいて、制御モジュールは、連続する現在のウェイポイントおよび船首方位から連続する次のウェイポイントおよび船首方位へと船舶１００を操縦するべく必要とされる複数の操舵・スラストコマンドを生成する。制御モジュールは、現在のウェイポイントおよび船首方位を船舶の実際の位置および船首方位として扱い、次のウェイポイントおよび船首方位をターゲットウェイポイントおよび船首方位として扱い、図１に関連して本明細書に上記された位置保持方法を実行することにより、これを行う。５１０に示されるように、操舵・スラストコマンドに応じて、船舶推進システム１０８は、その後、所望の航路３０８に沿って、連続する各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位へと船舶１００を推進する。

方法は、５１２に示されるように、船舶推進システム１０８が所望の航路に沿って船舶１００を推進する速度を制御する段階、および／または５１４に示されるように、予め定められた期間、連続する複数のウェイポイントにおける所与のウェイポイントおよび所与のウェイポイントに関連付けられた船首方位に船舶１００を保持する段階も備え得る。方法は更にまたは代替的に、５１６Ａに示されるように、連続する複数のウェイポイントにおける所与のウェイポイントへと船舶１００を推進しつつ、同時に所与のウェイポイントに関連付けられた船首方位へと船舶１００を回転させる段階、または５１６Ｂに示されるように、所与のウェイポイントに関連付けられた船首方位へと船舶１００を回転させた後、連続する複数のウェイポイントにおける所与のウェイポイントへと船舶１００を推進する段階を備え得る。

従って、予め定められた時点に制御モジュール１６、１０６、１２６に供給された別個の複数の位置保持アンカポイントとして所望の航路３０８における複数のウェイポイントを提示することにより、船舶１００の地球上の位置および船首方位の両方に対する精密な制御は、船舶１００が所望の航路３０８を横断する速度に対する厳格な制御を含む、魚群追尾およびウェイポイント精追尾の機能を提供するべく用いられ得る。

上記において、簡潔で分かりやすく理解できるように特定の用語を用いてきた。用語からは従来技術の要求を越えて不要な限定が推定されるものではない。そのような用語は、説明を目的として用いられ、広く解釈されることを意図しているからである。本明細書に説明される異なるシステムおよび方法の段階は、単独または他のシステムおよび方法を組み合わせて用いられ得る。様々な均等物、代替形態、および変更形態が添付の特許請求の範囲において可能であることが予期される。「のための手段」または「のための段階」という用語が各限定において明示的に列挙されている場合のみに、添付の特許請求の範囲における各限定は、合衆国法典第３５巻１１２条（ｆ）に基づく解釈を援用することが意図される。

Claims (18)

1. 推進システムにより駆動される船舶を操縦するための方法であって、
   電子航行デバイスへの複数の入力を受け取る段階と、
   前記複数の入力に基づいて、連続する複数のウェイポイントを含み、前記連続する複数のウェイポイントにおける各ウェイポイントが各船首方位に関連付けられる所望の航路を生成する段階と、
   各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位に対応する位置・方向情報を制御モジュールに送信する段階とを備え、
   前記位置・方向情報に基づいて、前記制御モジュールは、連続する現在のウェイポイントおよび船首方位から連続する次のウェイポイントおよび船首方位へと前記船舶を操縦するべく必要とされる複数の操舵・スラストコマンドを生成し、
   前記複数の操舵・スラストコマンドに応じて、前記推進システムは、その後に、前記所望の航路に沿って連続する各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位へと前記船舶を推進し、
   前記制御モジュールは、比例積分偏差制御アルゴリズムを使用して、現在のウェイポイントと次のウェイポイントとの間の位置エラーをゼロにし、現在の船首方位と次の船首方位との間の船首方位エラーをゼロにするための操舵・スラストコマンドを決定し、前記操舵・スラストコマンドに従って、前記推進システムに指示する、
   方法。
2. 前記推進システムが前記所望の航路に沿って前記船舶を推進する速度を制御する段階を更に備える、請求項１に記載の方法。
3. 予め定められた時間間隔で、連続する各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位に対応する前記位置・方向情報を送信する段階を更に備える、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記現在のウェイポイントおよび前記船首方位に到達した後にのみ、前記次のウェイポイントおよび前記船首方位に関する前記位置・方向情報を送信する段階を更に備える、請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記現在のウェイポイントおよび前記船首方位の所与の距離内に入った後にのみ、前記次のウェイポイントおよび前記船首方位に関する前記位置・方向情報を送信する段階を更に備える、請求項１又は２に記載の方法。
6. 前記複数の入力は、航行地図上の所望のルートに関する複数のユーザ入力である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記複数の入力は、水生生物の位置に関する複数のトランスデューサ入力である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
8. 予め定められた期間、前記連続する複数のウェイポイントにおける所与のウェイポイントおよび前記所与のウェイポイントに関連付けられた前記船首方位に前記船舶を保持する段階を更に備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記次のウェイポイントに関連付けられた前記船首方位は、前記現在のウェイポイントと前記次のウェイポイントとの間の方位に等しくない、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 船舶のための航行システムであって、
    電子航行デバイスと、
    前記電子航行デバイスと信号を通信する制御モジュールと、
    前記制御モジュールと信号を通信する船舶推進システムとを備え、
    前記電子航行デバイスは、連続する複数のウェイポイントを含む所望の航路を生成し、前記連続する複数のウェイポイントにおける各ウェイポイントは、各船首方位に関連付けられ、
    前記制御モジュールは、前記電子航行デバイスから各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位に対応する位置・方向情報を受信し、
    前記位置・方向情報に基づいて、前記制御モジュールは、前記所望の航路に沿って連続する各ウェイポイントおよびその関連付けられた船首方位へと前記船舶を推進するように、前記船舶推進システムに指示し、
    前記制御モジュールは、比例積分偏差制御アルゴリズムを使用して、現在のウェイポイントと次のウェイポイントとの間の位置エラーをゼロにし、現在の船首方位と次の船首方位との間の船首方位エラーをゼロにするための操舵・スラストコマンドを決定し、前記操舵・スラストコマンドに従って、前記船舶推進システムに指示する、
    航行システム。
11. 前記電子航行デバイスは、ディスプレイ画面およびユーザ入力手段を有する、請求項１０に記載の航行システム。
12. 前記電子航行デバイスは、組み合わされた魚群探知機およびチャートプロッタである、請求項１１に記載の航行システム。
13. 前記電子航行デバイスは、前記ディスプレイ画面上に表示される航行地図上の所望のルートに基づいて前記所望の航路を生成する、請求項１２に記載の航行システム。
14. 前記電子航行デバイスの一部であるか、または前記電子航行デバイスと信号を通信する全地球測位システムレシーバを更に備える、請求項１３に記載の航行システム。
15. 前記電子航行デバイスは、水生生物の位置に基づいて前記所望の航路を生成する、請求項１２に記載の航行システム。
16. 前記水生生物を検出するためのトランスデューサアセンブリを更に備え、
    前記トランスデューサアセンブリは、前記電子航行デバイスと信号を通信する、請求項１５に記載の航行システム。
17. 前記ユーザ入力手段は、前記船舶が前記所望の航路に沿って推進される速度に対するユーザ制御を可能にする、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の航行システム。
18. 前記ユーザ入力手段は、（ａ）前記連続する複数のウェイポイントにおける所与のウェイポイントへと前記船舶を推進しつつ、同時に、前記所与のウェイポイントに関連付けられた前記船首方位へと前記船舶を回転させること、または（ｂ）前記所与のウェイポイントに関連付けられた前記船首方位へと前記船舶を回転させた後に、前記所与のウェイポイントへと前記船舶を推進することのユーザ選択を可能にする、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の航行システム。

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