JP6507437B2 - 船舶補助ドッキング方法およびシステム - Google Patents
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Description
はk時刻の融合値であり、xkiは各サブシステムのk時刻に取得した測定データである。
はN組のデータの平均値、即ち、各座標序列平均値から構成される一元ベクトルである。
σindexの意味は上記と同じである。cは定係数であり、実験経験と要求により決められる。この定係数の決定方法は大量のテストによりテスト値の波動範囲(fluctuation range、変動幅)を判断し、テスト値の平均値を中心とする対称範囲を取り、大量の不合理な点をこの範囲外とする選択を行う。この範囲長さの半分をCとする。
ただし、
はデータ融合後の最終の位置決めデータである。その算法フローは、(1)位置決めデータにおいて各座標序列の標準偏差を算出することと、(2)算出した標準偏差により各座標序列における外れデータを取得することと、(3)元の測定データから外れ点を除去することと、(4)平均重み付けデータ融合方法により最終の位置決めデータを算出し、最終に前記船舶基準点最終のX軸座標値xを取得することとを含む。類似に、それぞれY軸の座標値y、及びZ軸の座標値zを取得する。
本実施例は、図1に示すように、ソーラーブラインド紫外線灯組101(一組のソーラーブラインド紫外線ランプ101)、2つのソーラーブラインド紫外線イメージングモジュール102、103、信号処理器104、および表示装置105を含む。
(即ち、船体と埠頭岸線との平行度)となり、
となる。
ただし、Rは回転マトリックスであり、Tは平行移動ベクトルである。
ただし、(fx、fy、cx、cy)は内部マトリックスのパラメータであり、Rは回転マトリックスであり、Tは平行移動ベクトルであり、(u、v)は像平面座標(単位はピクセル)であり、(X、Y、Z)は目標ドットマトリックス座標系におけるドットマトリックス座標であり、この公式は
と簡略化される。
ただし、(x、y、z)はカメラ座標系(図6を参照)における目標ドットマトリックスの座標であるので、RとTは目標ドットマトリックス座標系からカメラ座標系に変換した変換マトリックスと理解されてもよい。
となる。
となる。
となる。
と
との誤差は
と
の測定値の間の誤差より小さい。
を測定せずに、
と
を用いて
と
を取得すると、
と
の誤差はゼロである。
1つのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールを用いる時、船舶の三次元位置座標値を取得できる。
(2)他の各測定モジュールから前記基準点までの距離と方向角(光源参考系下でのパラメータであって、船姿態角と積み重ねて決定する必要がある)を測定することにより、相応の変換ベクトルを取得する。
(3)各測定モジュールから取得した相対位置座標パラメータを変換ベクトルに加えて変換後の位置決めデータを取得する。
の算出方法は以下のとおりとなる。
となる。
ここで、i=1,2,3......Nであり、前記正規化自己相関算法を用いて同様に最適な姿態角データを算出する。
以下、本発明の船舶近距離ナビゲーション機能を増強させるシステムにおける紫外カメラ標定(紫外線カメラの較正)を説明する。内部パラメータを解く具体的なステップは以下の通りである。
標定板(calibration target)の位置する平面をZw=0とするので、
となり、
Aは
により決定される。即ち、Aはカメラ内部パラメータであり、且つカメラ内部構成のみに関わっている。Hはカメラ外部パラメータといい、カメラの空間内にある位置を直接反映する。画像座標系のピクセル座標は(u,v)であり、世界座標系は(Xw, Yw, Zw)である。Sは増幅定数であり、
となり、fはレンズの焦点距離である。
は空間において任意1つの物点の世界座標であり、
はこの物点のカメラ内におけるイメージング像点のピクセル座標を示す。
であり、4×4のマトリックスである。回転マトリックスRは3×3直交単位マトリックスであり、平行移動マトリックスTと回転マトリックスR(r1 r2 r3)は外部パラメータと称する。
とすると、
を取得する。
ただし、λは任意のスケール因子であり、r1はr2に直交し、Aの2つの規制条件を取得できる。
上式によれば、Bは正定対称マトリックス(positive definite symmetric matrix)であり、
と定義される。
となり、
且つ
となり、
すると、
となり、
即ち、
となる。
ただし、Vは2n×6のマトリックスであり、n>2の場合、bは唯一の解がある。つまり、少なくとも3つの画像を収集する必要がある。Choleskyを用いて内部パラメータを分解する。
そして外部パラメータをを求めて、
を取得する。
最尤基準によりパラメータ最適化を行う。その目標関数は、
である。
ただし、
はMj点の投影であり、最適化時、LM最適化算法を用いて解決する。
Claims (10)
- ソーラーブラインド紫外光イメージング法を用いて、岸線に対する船舶の位置関係を決定する船舶ドッキング方法であって、
前記船舶に少なくとも2つのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールが設置され、前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールは岸に予め設置したソーラーブラインド紫外光源アレイが発射した光信号を受信し、光信号が信号処理器により処理された後、関連するバースに対する前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの位置関係を取得し、そして、関連するバースの岸線に対する前記船舶の位置関係データを取得すること、
を含み、
1)前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールは、それぞれ岸に予め設置されるソーラーブラインド紫外光源アレイから送信したソーラーブラインド紫外光信号を受信し、前記船舶と関連するバースとの位置関係情報を測定し、それぞれソーラーブラインド紫外光源アレイに対する平行移動ベクトルを取得し、前記平行移動ベクトルにより船体と目標ドットマトリックスとの距離を取得することと、
2)前記信号処理器は、受信したソーラーブラインド紫外光信号により、ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの間の接続線の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示を算出し、すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの前記船舶での設置方式により、船体の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示を求め、そして、予め設定または測定した埠頭岸線の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示により、岸線に対する船体軸線の姿態角を算出し、バースの岸線に対する前記船舶の位置および姿態を決定することとを更に含み、
3つ以上のソーラーブラインド紫外イメージングモジュールを用い、各ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールが測定した、バースに対する船舶の位置および/または角度情報を整合処理し、船舶と岸線との位置関係を代表する数値を取得し、
信号処理器は正規化自己相関算法を用いてバースに対する前記船舶上の基準点の位置データまたは船舶の方位角データに対して整合処理を行い、全体誤差分析によりすべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールから構成される検出システムの確実度平均値の閾値及び各ソーラーブラインド紫外イメージングモジュール確実度の情況を取得し、この閾値により確実度が低い位置決めデータをフィルタ除去し、そして最終の各モジュールの確実度重みを取得し、その後、この確実度重みにより各モジュールに対して重み付け平均を行い、最終のデータを取得する、
ことを特徴とする船舶ドッキング方法。 - バースに対する前記船舶上の基準点の位置データに対して整合処理を行い、ベクトルpi(xi,yi,zi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックした角度と空間変換後のN組の位置決めデータにおける第i組の位置決めデータを示し、i=1,2,3......Nとなり、x、yおよびzはそれぞれN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの三軸座標値であり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの相対位置と船舶姿態角を知った場合に、空間位置関係と空間幾何変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換することで取得されており、
信号処理器が用いる正規化自己相関算法の具体的なステップは、
正規化自己相関係数NCCによりN個の検出サブシステムがフィードバックした位置決めデータの確実度を示し、すなわち、
j=1, 2, 3、…、Nであり、
すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールから構成される検出システムの確実度平均値の閾値Gを設定し、そしてこの閾値GによりNCC比較的低い位置決めデータをフィルタ除去し、そして最終のシステム確実度重みwを取得し、表現式は以下の、
であり、
これにより、船舶位置に関する最終の適合位置決めデータ
- いずれか1つの姿態角の方向ベクトルの3つの成分α、βおよびγに対して整合処理を行い、正規化自己相関算法を用い、ベクトルqi(αi,βi,γi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックしたN組のベクトル角度データを示し、ただし、i=1,2,3......Nとなり、正規化自己相関係数を用いて各ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールシステムがフィードバックした位置決めデータの確実度を示し、その表現式は以下のように、
であり
すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールから構成される検出システムの確実度平均値の閾値Gを設定し、そしてこの閾値GによりNCCが比較的低い位置決めデータをフィルタ除去し、そして最終のシステム確実度重みwを取得し、表現式は以下のように、
であり、
これにより、最終の適合位置決めデータを取得し、
N個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュールにおける任意の2つのモジュールが適合した後の座標により、適合後の船舶姿態角データを換算する、
ことを特徴とする請求項1に記載の船舶ドッキング方法。 - ソーラーブラインド紫外光イメージング法を用いて、岸線に対する船舶の位置関係を決定する船舶ドッキング方法であって、
前記船舶に少なくとも2つのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールが設置され、前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールは岸に予め設置したソーラーブラインド紫外光源アレイが発射した光信号を受信し、光信号が信号処理器により処理された後、関連するバースに対する前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの位置関係を取得し、そして、関連するバースの岸線に対する前記船舶の位置関係データを取得すること、
を含み、
1)前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールは、それぞれ岸に予め設置されるソーラーブラインド紫外光源アレイから送信したソーラーブラインド紫外光信号を受信し、前記船舶と関連するバースとの位置関係情報を測定し、それぞれソーラーブラインド紫外光源アレイに対する平行移動ベクトルを取得し、前記平行移動ベクトルにより船体と目標ドットマトリックスとの距離を取得することと、
2)前記信号処理器は、受信したソーラーブラインド紫外光信号により、ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの間の接続線の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示を算出し、すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの前記船舶での設置方式により、船体の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示を求め、そして、予め設定または測定した埠頭岸線の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示により、岸線に対する船体軸線の姿態角を算出し、バースの岸線に対する前記船舶の位置および姿態を決定することとを更に含み、
3つ以上のソーラーブラインド紫外イメージングモジュールを用い、各ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールが測定した、バースに対する船舶の位置および/または角度情報を整合処理し、船舶と岸線との位置関係を代表する数値を取得し、
前記信号処理器はデータ融合算法を用い、それぞれ位置決めデータまたは姿態角データの整合に用いられ、前記データ融合算法の具体的なステップは、
(一)整合するデータは位置決めデータである時、ベクトルpi(xi,yi,zi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックしたN組の角度と空間変換後の位置決めデータを示し、ただし、i=1,2,3......Nとなり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの相対位置と船舶姿態角を知った場合に、空間位置関係と空間幾何変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換することで取得されており、
a)各検出サブシステムの測定データにより実際に算出した実効値誤差rmseを用いて各サブシステムのフィードバックデータの確実度を判定し、各サブシステム測定データの実効値誤差を算出する公式は、
であり、
ただし、rmseは実効値誤差であり、xiはi時刻に各測定サブシステムに対するX軸座標での測定データであり、xfはi時刻にxiデータに対するフィルター値であり、nは測定データの合計数、即ち、サブシステムの数であり、i時刻のフィルター値はカルマンフィルター方法により取得され、
b)ウェイトを決定し、セグメント法を用い、曲線適合によりウェイトの分配を行い、
ただし、ωはウェイトであり、パラメータbは外れ値を判断する最小限度であり、パラメータaは有効数値と利用可能数値の限界値である。誤差がbより大きいと、外れ値だと思われ、対応ウェイトは0であり、誤差がaより小さいと、有効値だと思われ、対応ウェイトは1であり、中間の利用可能値のウェイトは曲線y=f(x)により提供し、且つf(x)は(a,b)の区間において、誤差の増大にしたがって素早く低減するという条件を満たさなければならなく、f(x)が用いる表現式は、
であり、
ただし、μとσはそれぞれ正規分布の平均値と平均平方であり、正規曲線がx>μの領域で漸減関数の特性を示すので、ここで、μ=0となり、実際に半正規曲線を利用し、表現式は
になり、
3σ法則でσ値を出し、正規曲線適合ウェイト分配による方法は、
により取得され、
且つ、
となり、ただし、rmsekiはk時刻に第i番目のシステムの実効値誤差であり、akiはk時刻に第i番目のシステムのウェイトであり、
c)最終データ融合の結果は、
であり、
ただし、
はk時刻の融合値であり、xkiは各サブシステムのk時刻に取得した測定データであり、
d)以上のステップa)からc)と同じ方法で、Y軸座標値yおよびZ軸座標値zのデータ融合最終結果を算出し、
(二)整合するデータは姿態角データである時、ベクトルqi(αi,βi,γi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックしたN組の姿態角データを示し、ただし、i=1,2,3......Nとなり、そして、ステップ(一)と同じ方法で、整合後の姿態角データを算出する、
ことを特徴とする船舶ドッキング方法。 - ソーラーブラインド紫外光イメージング法を用いて、岸線に対する船舶の位置関係を決定する船舶ドッキング方法であって、
前記船舶に少なくとも2つのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールが設置され、前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールは岸に予め設置したソーラーブラインド紫外光源アレイが発射した光信号を受信し、光信号が信号処理器により処理された後、関連するバースに対する前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの位置関係を取得し、そして、関連するバースの岸線に対する前記船舶の位置関係データを取得すること、
を含み、
1)前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールは、それぞれ岸に予め設置されるソーラーブラインド紫外光源アレイから送信したソーラーブラインド紫外光信号を受信し、前記船舶と関連するバースとの位置関係情報を測定し、それぞれソーラーブラインド紫外光源アレイに対する平行移動ベクトルを取得し、前記平行移動ベクトルにより船体と目標ドットマトリックスとの距離を取得することと、
2)前記信号処理器は、受信したソーラーブラインド紫外光信号により、ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの間の接続線の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示を算出し、すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの前記船舶での設置方式により、船体の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示を求め、そして、予め設定または測定した埠頭岸線の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示により、岸線に対する船体軸線の姿態角を算出し、バースの岸線に対する前記船舶の位置および姿態を決定することとを更に含み、
3つ以上のソーラーブラインド紫外イメージングモジュールを用い、各ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールが測定した、バースに対する船舶の位置および/または角度情報を整合処理し、船舶と岸線との位置関係を代表する数値を取得し、
前記信号処理器はデータ融合算法を用いて、それぞれ位置決めデータまたは姿態角データの整合に用いられ、前記データ融合算法の具体的なステップは、
(一)整合するデータは位置決めデータである時、ベクトルpi(xi,yi,zi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックしたN組の角度と空間変換後の位置決めデータを示し、i=1,2,3......Nとなり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの相対位置と船舶姿態角を知った場合に、空間位置関係と空間幾何変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換することで取得されており、
a)位置決めデータにおいて各座標序列の標準偏差を算出し、N個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムがフィードバックしたN組の位置決めデ
ータにおける各座標序列の標準偏差を算出することにより、N組のデータにおける各座標
序列中の外れデータを判断する根拠とし、前記各座標序列の標準偏差は、
であり、
ただし、index∈(x,y,z)となると、σindexはN組のデータ中の各座標序列の標準偏差であり、XindexはN組の測定のデータであり、各組には座標値(x,y,z)が含まれ、
はN組のデータの平均値、即ち、各座標序列平均値から構成される一元ベクトルであり、
b)算出した標準偏差により各座標序列中の外れデータを取得し、外れデータの判定は
により取得され、
ただし、outlitersは取得した外れデータであり、x,y,zより構成される一組の座標データにおいて、そのうちの1つの座標値がその序列で外れデータと判断されると、この組の座標値はN組の座標データ中の外れデータと判断され、cは定係数であり、実験経験と要求により決められ、前記定係数cの決定方法は、大量のテストによりテスト値の波動範囲を判断し、テスト値平均値を中心とする対称範囲を取り、大量の不合理の点を前記対称範囲外とする選択を行い、選択した前記対称範囲の長さの半分をcとしており、
c)外れデータをN組の原始測定データ中から除去すると、新たな位置決めデータ序列を取得し、X’と称し、次元数はN’であり、その後、X’に対して均等加重平均データ融合を行い、最終の融合データ、すなわち、
を取得し、
ただし、
はデータ融合後の最終の位置決めデータであり、
d)以上のステップa)−c)と同じ方法で、Y軸座標値yおよびZ軸座標値zのデータ融合最終結果を算出し、
(二)整合するデータは姿態角データである時、ベクトルqi(αi,βi,γi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックしたN組の姿態角データを示し、ただし、i=1,2,3......Nとなり、そして、ステップ(一)と同じ方法で、整合後の姿態角データを算出することを特徴とする船舶ドッキング方法。 - ソーラーブラインド紫外光イメージング法を用い、岸に対する船舶の位置および姿態角を決定し、岸にソーラーブラインド紫外光源アレイを予め設置する船舶ドッキング装置であって、
それぞれ前記船舶に設置され、岸に予め設置されるソーラーブラインド紫外光源アレイの光信号を受信するためのソーラーブラインド紫外光受信器を含み、前記光信号を対応する電気信号に変換する少なくとも2つのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールと、
データ処理部分及び関連外部装置に接続される接続部分を含み、前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールに電気的に接続され、前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールから送信した電気信号を受信し、前記電気信号を処理し、それぞれ各ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールのソーラーブラインド紫外光源アレイに対する平行移動ベクトルを取得し、そして平行移動ベクトルにより船体と目標ドットマトリックスとの距離を求め、予め設定したソーラーブラインド紫外光源アレイの座標値により、岸線に対する前記船舶における各ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの位置を算出し、並びに、受信した、ソーラーブラインド紫外光信号を代表する電気信号により、ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの間の接続線の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示を算出し、すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの前記船舶での設置方式により、船体の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示を算出し、予め設定または測定した埠頭岸線の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示により、岸線に対する船体軸線の姿態角を算出する信号処理器と、
を含み、
少なくとも3つのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールを含み、前記信号処理器は、取得した座標および/または姿態角データに対して整合処理を行い、船舶と岸との位置をさらに良好に代表した、対応する座標データおよび/または姿態角データを取得するように設計され、
前記信号処理器は、ベクトルpi(xi,yi,zi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックした角度と空間変換後のN組の位置決めデータにおける第i組の位置決めデータを示し、ただし、i=1,2,3......Nとなり、x、yおよびzはそれぞれN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの三軸座標値であり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの相対位置と船舶姿態角を知った場合に、空間位置関係と空間幾何変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換するように設計されており、
信号処理器が用いる正規化自己相関算法の具体的なステップは、
正規化自己相関係数NCCによりN個の検出サブシステムがフィードバックした位置決めデータの確実度を示し、
j=1, 2, 3、…、N;
すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールから構成される検出システムの確実度平均値の閾値Gを設定し、そしてこの閾値GによりNCC比較的低い位置決めデータをフィルタ除去し、そして最終のシステム確実度重みwを取得し、表現式は以下の、
であり、
これにより、船舶位置に関する最終の適合位置決めデータである
を取得する、
ことを特徴とする船舶ドッキング装置。 - ソーラーブラインド紫外光イメージング法を用い、岸に対する船舶の位置および姿態角を決定し、岸にソーラーブラインド紫外光源アレイを予め設置する船舶ドッキング装置であって、
それぞれ前記船舶に設置され、岸に予め設置されるソーラーブラインド紫外光源アレイの光信号を受信するためのソーラーブラインド紫外光受信器を含み、前記光信号を対応する電気信号に変換する少なくとも2つのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールと、
データ処理部分及び関連外部装置に接続される接続部分を含み、前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールに電気的に接続され、前記ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールから送信した電気信号を受信し、前記電気信号を処理し、それぞれ各ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールのソーラーブラインド紫外光源アレイに対する平行移動ベクトルを取得し、そして平行移動ベクトルにより船体と目標ドットマトリックスとの距離を求め、予め設定したソーラーブラインド紫外光源アレイの座標値により、岸線に対する前記船舶における各ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの位置を算出し、並びに、受信した、ソーラーブラインド紫外光信号を代表する電気信号により、ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの間の接続線の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示を算出し、すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの前記船舶での設置方式により、船体の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示を算出し、予め設定または測定した埠頭岸線の目標ドットマトリックス座標系におけるベクトル表示により、岸線に対する船体軸線の姿態角を算出する信号処理器と、
を含み、
少なくとも3つのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールを含み、前記信号処理器は、取得した座標および/または姿態角データに対して整合処理を行い、船舶と岸との位置をさらに良好に代表した、対応する座標データおよび/または姿態角データを取得するように設計され、
前記信号処理器は、正規化自己相関算法を用い、いずれか1つの姿態角の方向ベクトルの3つの成分α、βおよびγに対して整合処理を行い、正規化自己相関算法を用い、ベクトルqi(αi,βi,γi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックしたN組のベクトル角度データを示し、ただし、i=1,2,3......Nとなり、正規化自己相関係数を用いて各ソーラーブラインド紫外イメージングモジュールシステムがフィードバックした位置決めデータの確実度を示すように設計され、その表現式は以下のように、
すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールから構成される検出システムの確実度平均値の閾値Gを設定し、そしてこの閾値GによりNCCが比較的低い位置決めデータをフィルタ除去し、そして最終のシステム確実度重みwを取得し、表現式は以下の、
であり、
これにより、以下の最終の適合位置決めデータを取得し、
N個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュールにおける任意の2つのモジュールが適合した後の座標により、適合後の船舶姿態角データを換算する、
ことを特徴とする船舶ドッキング装置。 - 前記信号処理器は、データ融合算法を用い、前記船舶の座標および/または姿態角データに対して整合処理するように設計され、前記データ融合算法の具体的なステップは、
(一)整合するデータは位置決めデータである時、ベクトルpi(xi,yi,zi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックしたN組の角度と空間変換後の位置決めデータを示し、ただし、i=1,2,3......Nとなり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの相対位置と船舶姿態角を知った場合に、空間位置関係と空間幾何変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換されることで取得されており、
a)各検出サブシステムの測定データにより実際に算出した実効値誤差rmseを用いて各サブシステムのフィードバックデータの確実度を判定し、各サブシステム測定データの実効値誤差を算出する公式は、
であり、
ただし、rmseは実効値誤差であり、xiはi時刻に各測定サブシステムに対するX軸座標での測定データであり、xfはi時刻にxiデータに対するフィルター値であり、nは測定データの合計数、即ち、サブシステムの数であり、i時刻のフィルター値はカルマンフィルター方法により取得され、
b)ウェイトを決定し、セグメント法を用い、曲線適合によりウェイトの分配を行い、
ただし、ωはウェイトであり、パラメータbは外れ値を判断する最小限度であり、パラメータaは有効数値と利用可能数値の限界値である。誤差がbより大きいと、外れ値だと思われ、対応ウェイトは0であり、誤差がaより小さいと、有効値だと思われ、対応ウェイトは1であり、中間の利用可能値のウェイトは曲線y=f(x)により提供し、且つf(x)は(a,b)の区間において、誤差の増大にしたがって素早く低減するという条件を満たさなければならなく、f(x)が用いる表現式は、
であり、
ただし、μとσはそれぞれ正規分布の平均値と平均平方であり、正規曲線がx>μの領域で漸減関数の特性を示すので、ここで、μ=0となり、実際に半正規曲線を利用し、表現式は、
になり、
3σ法則でσ値を出し、正規曲線適合ウェイト分配による方法は、
により取得され、
且つ、
となり、ただし、rmsekiはk時刻に第i番目のシステムの実効値誤差であり、akiはk時刻に第i番目のシステムのウェイトであり、
c)最終データ融合の結果は、
であり、
ただし、
はk時刻の融合値であり、xkiは各サブシステムのk時刻に取得した測定データであり、
d)以上のステップa)−c)と同じ方法で、Y軸座標値yおよびZ軸座標値zのデータ融合最終結果を算出し、
(二)整合するデータは姿態角データである時、ベクトルqi(αi,βi,γi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックしたN組の姿態角データを示し、ただし、i=1,2,3......Nとなり、そして、ステップ(一)と同じ方法で、整合後の姿態角データを算出することを特徴とする請求項6または7に記載の船舶ドッキング装置。 - 前記信号処理器は、データ融合算法を用い、前記船舶の座標および/または姿態角データに対して整合処理を行い、具体的なステップは、
(一)整合するデータは位置決めデータである時、ベクトルpi(xi,yi,zi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックしたN組の角度と空間変換後の位置決めデータを示し、i=1,2,3......Nとなり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、すべてのソーラーブラインド紫外イメージングモジュールの相対位置と船舶姿態角を知った場合に、空間位置関係と空間幾何変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換することで取得されており、
a)位置決めデータにおいて各座標序列の標準偏差を算出し、N個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムがフィードバックしたN組の位置決めデータにおける各座標序列の標準偏差を算出することにより、N組のデータにおける各座標序列中の外れデータを判断する根拠とし、前記各座標序列の標準偏差は、
であり、
ただし、index∈(x,y,z)となると、σindexはN組のデータ中の各座標序列の標準偏差であり、XindexはN組の測定のデータであり、各組には座標値(x,y,z)が含まれ、
はN組のデータの平均値、即ち、各座標序列平均値から構成される一元ベクトルであり、
b)算出した標準偏差により各座標序列中の外れデータを取得し、外れデータの判定は
により取得され、
ただし、outlitersは取得した外れデータであり、x,y,zより構成される一組の座標データにおいて、そのうちの1つの座標値がその序列で外れデータと判断されると、この組の座標値はN組の座標データ中の外れデータと判断され、cは定係数であり、実験経験と要求により決められ、前記定係数cの決定方法は、大量のテストによりテスト値の波動範囲を判断し、テスト値平均値を中心とする対称範囲を取り、大量の不合理の点を前記対称範囲外とする選択を行い、選択した前記対称範囲の長さの半分をcとしており、
c)外れデータをN組の原始測定データ中から除去すると、新たな位置決めデータ序列を取得し、X’と称し、次元数はN’であり、その後、X’に対して均等加重平均データ融合を行い、最終の融合データ、すなわち、
を取得し、
ただし、
はデータ融合後の最終の位置決めデータであり、
d)以上のステップa)−c)と同じ方法で、Y軸座標値yおよびZ軸座標値zのデータ融合最終結果を算出し、
(二)整合するデータは姿態角データである時、ベクトルqi(αi,βi,γi)を用いてN個のソーラーブラインド紫外イメージングモジュール検出サブシステムからフィードバックしたN組の姿態角データを示し、ただし、i=1,2,3......Nとなり、そして、ステップ(一)と同じ方法で、整合後の姿態角データを算出することを特徴とする請求項6または7に記載の船舶ドッキング装置。 - 前記船舶の動力制御システムは前記信号処理器から送信したドッキング距離信号を受信し、これにより、自動で船舶の姿態を調整し、ドッキングを行う、
ことを特徴とする請求項6または7に記載の船舶ドッキング装置。
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