JP6759673B2

JP6759673B2 - 衝突リスク算出プログラム、衝突リスク算出方法および衝突リスク算出装置

Info

Publication number: JP6759673B2
Application number: JP2016073317A
Authority: JP
Inventors: 浩子鈴木; 孝広齊藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: US20170287340A1; US10192449B2; JP2017182730A

Description

本発明は、衝突リスク算出プログラム、衝突リスク算出方法および衝突リスク算出装置に関する。

船舶は、一般的に、大きいほど急な進路変更や停止が困難である。このため、従来から船舶の衝突を回避する技術が提案されている。例えば、船舶は、ＡＩＳ（Automatic Identification System：船舶自動識別装置）やレーダといった他の船舶の情報を取得する手段を備えている。この他の船舶の情報を用いて、衝突リスクの算出が行われている。例えば、船舶の衝突リスクの算出方法として、ＴＴＣ（Time To Collision：衝突余裕時間）を用いた方法が知られている。ＴＴＣは、各船舶が予測時点の速度および方向を維持した場合の予想進路を求め、予想進路が交差する点までの時間を算出する。

特開２０１５−１８６９５６号公報特開平６−３２５３００号公報特開２００５−０３１７２６号公報

しかしながら、衝突リスクを算出する対象の２つの船舶の予想進路直線が交わらない場合、ＴＴＣは算出できない。このため、従来のＴＴＣを用いた船舶の衝突リスクの算出方法では、衝突リスクがあるにも関わらず、衝突リスクを算出できない場合がある。例えば、２つの船舶が対向してすれ違う場合でも、ある程度の衝突リスクが存在するが、予想進路直線が交わらない場合、衝突リスクを計算できない。

一つの側面では、衝突リスクを算出できる衝突リスク算出プログラム、衝突リスク算出方法および衝突リスク算出装置を提供することを目的とする。

第１の案では、衝突リスク算出プログラムは、コンピュータに、第１の船舶および第２の船舶の、位置および速度に関する進行情報をそれぞれ取得する処理を実行させる。衝突リスク算出プログラムは、コンピュータに、第１の船舶および第２の船舶それぞれの位置、および、過去に航行した船舶の進行情報に基づき、第１の船舶および第２の船舶の一方または両方の将来進路方向幅を算出する処理を実行させる。衝突リスク算出プログラムは、コンピュータに、将来進行方向幅に基づき、第１の船舶と第２の船舶との衝突リスクを算出する処理を実行させる。

本発明の一の実施態様によれば、衝突リスクを算出できるという効果を奏する。

図１は、支援システムの概略的な構成の一例を示す図である。図２は、衝突リスク算出装置の概略的な構成を示す図である。図３は、グリッド情報のデータ構成の一例を示す図である。図４は、グリッドごとの進入角と速度の頻度分布の一例を示す図である。図５は、クラスタ（グリッド）間の類似性に関する距離の算出の一例を示す図である。図６は、階層クラスタの一例を示す図である。図７は、衝突リスクを算出した一例を示す図である。図８Ａは、衝突リスクを算出した他の一例を示す図である。図８Ｂは、算出された衝突リスクの一例を示す図である。図９は、データ生成処理の手順の一例を示すフローチャートである。図１０は、衝突リスク算出処理の手順の一例を示すフローチャートである。図１１は、進入角と退出角の角度差ごとの頻度分布の一例を示す図である。図１２は、衝突リスク算出プログラムを実行するコンピュータを示す図である。

以下に、本発明にかかる衝突リスク算出プログラム、衝突リスク算出方法および衝突リスク算出装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。そして、各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。以下では、船舶の航行を支援する支援システムに適用した場合を例に説明する。

［システム構成］
最初に、実施例１に係る支援システム１０の一例を説明する。図１は、支援システムの概略的な構成の一例を示す図である。支援システム１０は、船舶の航行を支援するシステムである。

図１には、２隻の船舶１１と陸上施設１３とが示されている。船舶１１は、ＡＩＳ装置１２が搭載されている。例えば、特定の船舶は、法律等により、ＡＩＳ装置１２の搭載が義務付けられている。特定の船舶は、国際航海に従事する３００総トン以上の全ての船舶、国際航海に従事する全ての旅客船、および、国際航海に従事しない５００総トン以上の全ての船舶が該当する。なお、特定の船舶以外の船舶も、ＡＩＳ装置１２を搭載してもよい。

ＡＩＳ装置１２は、搭載された船舶１１に関する各種の情報を含んだＡＩＳ情報を無線通信で周期的に送信する。ＡＩＳ情報には、例えば、緯度および経度による位置や、速度、船名、時刻、船舶１１の船首方向、ＭＭＳＩ番号（Maritime Mobile Service Identity）などの船舶１１の識別符号、船舶１１の長さ、幅などの情報が含まれている。ＡＩＳ情報は、他の船舶１１や陸上施設１３で受信可能とされている。他の船舶１１や陸上施設１３は、受信したＡＩＳ情報を基に、船舶１１の位置や、速度、船名、時刻、船舶１１の船首方向、船舶１１の識別符号、船舶１１の長さ、幅などの各種の情報を把握できる。

陸上施設１３は、例えば、海上の船舶について監視・情報提供する役割を有する海上交通センターや港内交通管制室など、各船舶１１の航行管制を行う施設である。陸上施設１３は、各船舶１１から受信したＡＩＳ情報やレーダで検出された情報などを基に、各船舶１１の位置を把握し、各船舶１１に対し、海上交通に関する各種の情報を提供する。

［衝突リスク算出装置の構成］
次に、実施例１に係る衝突リスク算出装置２０の構成について説明する。図２は、衝突リスク算出装置の概略的な構成を示す図である。衝突リスク算出装置２０は、陸上施設１３に設けられ、船舶の航行を支援する装置である。例えば、衝突リスク算出装置２０は、サーバコンピュータなどのコンピュータである。衝突リスク算出装置２０は、１台のコンピュータとして実装してもよく、また、複数台のコンピュータにより実装してもよい。なお、本実施例では、衝突リスク算出装置２０を１台のコンピュータとした場合を例として説明する。

衝突リスク算出装置２０は、外部Ｉ／Ｆ（インタフェース）部２１と、入力部２２と、表示部２３と、記憶部２４と、制御部２５とを有する。

外部Ｉ／Ｆ部２１は、例えば、他の装置と各種の情報を送受信するインタフェースである。外部Ｉ／Ｆ部２１は、陸上施設１３に設けられたアンテナなどの無線通信装置１３Ａを介して、各船舶１１と無線通信が可能とされており、各船舶１１と各種の情報を送受信する。例えば、外部Ｉ／Ｆ部２１は、無線通信装置１３Ａを介して、各船舶１１からＡＩＳ情報を受信する。

入力部２２は、各種の情報を入力する入力デバイスである。入力部２２としては、マウスやキーボードなどの操作の入力を受け付ける入力デバイスが挙げられる。入力部２２は、各種の情報の入力を受け付ける。例えば、入力部２２は、各種の処理の開始を指示する操作入力を受け付ける。入力部２２は、受け付けた操作内容を示す操作情報を制御部２５に入力する。

表示部２３は、各種情報を表示する表示デバイスである。表示部２３としては、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）などの表示デバイスが挙げられる。表示部２３は、各種情報を表示する。例えば、表示部２３は、操作画面など各種の画面を表示する。

記憶部２４は、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）、光ディスクなどの記憶装置である。なお、記憶部２４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ、ＮＶＳＲＡＭ（Non Volatile Static Random Access Memory）などのデータを書き換え可能な半導体メモリであってもよい。

記憶部２４は、制御部２５で実行されるＯＳ（Operating System）や各種プログラムを記憶する。例えば、記憶部２４は、後述するデータ生成処理や衝突リスク算出処理を実行するプログラムを記憶する。さらに、記憶部２４は、制御部２５で実行されるプログラムで用いられる各種データを記憶する。例えば、記憶部２４は、ＡＩＳ蓄積データ３０と、グリッド情報３１と、頻度分布情報３２と、クラスタ情報３３とを記憶する。

ＡＩＳ蓄積データ３０は、各船舶１１から受信されたＡＩＳ情報を蓄積したデータである。

グリッド情報３１は、陸上施設１３が航行管制の対象とする対象範囲を所定サイズごとのグリッドに分割したグリッドに関する各種の情報を記憶したデータである。例えば、グリッド情報３１には、グリッドを識別する識別情報と、グリッドの領域の境界の位置の情報が記憶されている。グリッドの詳細は、後述する。

図３は、グリッド情報のデータ構成の一例を示す図である。図３に示すように、グリッド情報３１は、「グリッドＩＤ」、「グリッド範囲」などの項目を有する。なお、図３に示したグリッド情報３１の各項目は、一例であり、その他の項目を有してもよい。

グリッドＩＤの項目は、グリッドを識別する識別情報を記憶する領域である。グリッドには、それぞれを識別する識別情報としてグリッドＩＤ（identifier）が付与される。グリッドＩＤの項目には、グリッドに付与されたグリッドＩＤが格納される。グリッド範囲の項目は、グリッドの領域の各頂点の位置の緯度および経度を記憶する領域である。

ここで、グリッドのサイズについて説明する。船舶の場合、衝突を避けるための回避行動は、少なくとも約３０秒以上の回頭として顕れるとする。例えば、後述する衝突リスクについて、リスクの変化が読み取れる可能性が高い１０秒で評価するものとする。船舶の一般的な航行速度を約１０〜１２［ｋｎ（ノット）］とすると、１０秒間での航行距離が約５０−６０［ｍ］となる。本実施例では、衝突リスクを安定して評価するため、衝突リスクを評価する周期で船舶の位置を求めた場合、船舶が隣接していないグリッドに位置することが避けられるようグリッドのサイズを定める。例えば、グリッドは、最小で一辺の幅が１００［ｍ］の矩形領域とする。なお、グリッドは、一辺の幅を１００−２００［ｍ］としてもよい。また、グリッドの形状は、矩形に限られない。例えば、３角形や６角形などの多角形であってもよい。また、対象範囲を、複数の多角形の組み合わせによりグリッドに分割してもよい。

頻度分布情報３２は、グリッドごとに、過去に航行した船舶に関する各種の情報を記憶したデータである。例えば、頻度分布情報３２は、過去に航行した船舶の航行から求めた各種の頻度分布を記憶する。

クラスタ情報３３は、頻度分布が類似するグリッドに関する各種の情報を記憶したデータである。例えば、クラスタ情報３３には、頻度分布が類似するグリッドに階層的に分類したクラスタの階層情報を記憶する。

制御部２５は、衝突リスク算出装置２０を制御するデバイスである。制御部２５としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の電子回路や、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路を採用できる。制御部２５は、各種の処理手順を規定したプログラムや制御データを格納するための内部メモリを有し、これらによって種々の処理を実行する。制御部２５は、各種のプログラムが動作することにより各種の処理部として機能する。例えば、制御部２５は、取得部４０と、頻度分布算出部４１と、クラスタ情報生成部４２と、進路算出部４３と、リスク算出部４４と、出力部４５とを有する。

取得部４０は、各種の情報を取得する。例えば、取得部４０は、各船舶の位置および速度に関する進行情報をそれぞれ取得する。例えば、取得部４０は、各船舶の進行情報として、無線通信装置１３Ａを介して、各船舶１１からＡＩＳ情報を取得する。取得部４０は、取得したＡＩＳ情報をＡＩＳ蓄積データ３０に格納する。なお、各船舶の速度は、ＡＩＳ情報に記憶された速度を用いてもよく、各船舶の時刻ごとの位置の変化から算出してもよい。本実施例では、衝突リスク算出装置２０でＡＩＳ情報を受信する場合を説明するが、ＡＩＳ情報は、ストレージ装置など外部の記憶装置に記憶されていてもよい。この場合、取得部４１は、外部の記憶装置から、各船舶１１のＡＩＳ情報を取得する。

頻度分布算出部４１は、グリッドごとに、当該グリッドを通過した船舶の航行の特徴を示す頻度分布を算出する。例えば、頻度分布算出部４１は、ＡＩＳ蓄積データ３０から、グリッドごとに、当該グリッドを通過した各船舶の進行方向を求める。例えば、頻度分布算出部４１は、ＡＩＳ蓄積データ３０を参照して、グリッドごとに、当該グリッドを通過した各船舶の時刻ごとの位置を求め、進行方向として、各船舶のグリッドへの進入角を算出する。また、頻度分布算出部４１は、ＡＩＳ蓄積データ３０を参照して、グリッドごとに、当該グリッドを通過した各船舶の速度を求める。速度は、グリッドを通過した際の平均速度であってもよく、グリッドへ進入した際の速度であってもよい。なお、各船舶からＡＩＳ情報が送信される周期が異なる場合、頻度分布算出部４１は、船舶ごとにＡＩＳ情報の位置や速度から補間により各時刻の位置や速度を求めてもよい。例えば、頻度分布算出部４１は、船舶ごとに、補間により１秒ごとに各時刻の位置や速度を算出する。

頻度分布算出部４１は、グリッドごとの各船舶の進入角、速度から、グリッドごとに進入角の頻度分布、および、速度の頻度分布を算出する。例えば、頻度分布算出部４１は、グリッドごとに、所定角度（例えば、１°）ごとの階級に分けて、各階級の進入角の出現回数を算出し、各階級の出現回数を頻度として、進入角の頻度分布を算出する。また、頻度分布算出部４１は、グリッドごとに、所定速度（例えば、１［ｋｎ］）ごとの階級に分けて、各階級の速度の出現回数を算出し、各階級の出現回数を頻度として、速度の頻度分布を算出する。頻度分布算出部４１は、グリッドごとに、進入角の頻度分布、速度の頻度分布を頻度分布情報３２に格納する。

図４は、グリッドごとの進入角と速度の頻度分布の一例を示す図である。図４の例では、グリッドＩＤが１〜２０のグリッドが、海域を分割したグリッドの集合として示されている。また、図４には、過去に航行した船舶１１Ａ、１１Ｂの簡略化した航跡が示されている。頻度分布算出部４１は、グリッドごとに進入角の頻度分布、および、速度の頻度分布を算出する。

また、クラスタ情報生成部４２は、各グリッドをクラスタリングするためのクラスタ情報３３を生成する。例えば、クラスタ情報生成部４２は、頻度分布情報３２に記憶された頻度分布に基づいて、グリッド間の類似度を算出する。そして、クラスタ情報生成部４２は、各グリッドと交通流の傾向がどの程度類似するかを評価する。ここで、隣接グリッドと交通流の傾向がどの程度類似するかを評価するのが目的であるので、クラスタ情報生成部４２は、頻度分布情報３２に記憶された頻度分布を次のように平滑化する。例えば、クラスタ情報生成部４２は、頻度分布情報３２に記憶された所定角度（ここでは、１°）ごとの頻度分布を、一定階級幅（例えば、３０°）ごとに、頻度を集計する。この際、クラスタ情報生成部４２は、頻度を階級幅／２の幅を持って集計する。例えば、進入角が１５°〜７５°の頻度を３０°〜６０°の階級に集計する。すなわち、クラスタ情報生成部４２は、一定の範囲ごとに、隣接する範囲の互いに半分の範囲を重複させて、頻度を集計する。これにより、例えば、７０°の頻度は、３０°〜６０°の階級の階級と、６０°〜９０°の階級にそれぞれ重複して集計される。このように１つの頻度を隣接する２つの範囲に集計して平滑化することにより、平滑化された進入角の頻度分布は、進入角の概略的な傾向を示すことができる。クラスタ情報生成部４２は、頻度分布情報３２に記憶された速度の頻度分布について、進入角と同様に集計して、平滑化した速度の頻度分布を算出する。クラスタ情報生成部４２は、過去の進入船舶数が０であるグリッドについては、周囲の９つのグリッドの平均値を集計値とする。

クラスタ情報生成部４２は、各グリッドと交通流の傾向がどの程度類似するかを評価し、交通流の傾向が類似するグリッドに階層的に分類する階層クラスタリングを実施する。例えば、クラスタ情報生成部４２は、次に定義するクラスタ間の類似度に関する距離を用いて、階層クラスタリングを実施する。

クラスタが隣接しない（＝共有するグリッド辺がない）場合：距離=無限大
クラスタが隣接する場合：距離＝１−クラスタ間類似度

クラスタ間類似度は、２つのクラスタの頻度分布の間の類似度指標であれば何れでもよく、例えば、コサイン類似度を用いことができる。

図５は、クラスタ（グリッド）間の類似性に関する距離の算出の一例を示す図である。図５の例では、グリッドＩＤ「１」、「６」の各グリッドの進入角を平滑化した頻度分布が示されている。図５の例の場合、コサイン類似度は、以下のように算出される。

図４に示すように、グリッドＩＤ「１」、「６」のグリッドは、隣接している。よって、クラスタ間類似度としてコサイン類似度を用いる場合、グリッドＩＤ「１」、「６」のグリッド間の距離は、以下のように算出される。

距離＝１−クラスタ間類似度
＝１−コサイン類似度
＝１−０．８９＝０．１１

クラスタ情報生成部４２は、平滑化した進入角の頻度分布のみから距離を算出してもよく、平滑化した速度の頻度分布のみから距離を算出してもよく、平滑化した進入角の頻度分布および平滑化した速度の頻度分布から距離を算出してもよい。

クラスタ情報生成部４２は、各グリッドをクラスタとし、距離が最も近いクラスタ同士を上位階層のクラスタとしてクラスタの頻度分布を合算する。クラスタ情報生成部４２は、頻度分布が合算された上位階層のクラスタ間で再度距離を算出し、距離が最も近いクラスタ同士を上位階層のクラスタとしてクラスタの頻度分布を合算することを繰り返して、全グリッドが１つのクラスタになるまで階層クラスタリングを実施する。クラスタ情報生成部４２は、各階層のクラスタごとに、クラスタに含まれるグリッドのグリッドＩＤをクラスタ情報３３に格納する。

図６は、階層クラスタの一例を示す図である。図６には、それぞれの階層のクラスタと、クラスタに含まれるグリッドのグリッドＩＤが示されている。図６の例では、第ｎ階層にグリッドＩＤ「１」〜「２０」の各グリッドがそれぞれクラスタとされており、上位階層になるほど最も距離の近いクラスタがまとめられている。最も上位の第１階層では、全グリッドが１つのクラスタとされている。

進路算出部４３は、衝突リスクの算出対象の船舶ごとに、船舶の航行が予測される将来進路方向幅を算出する。衝突リスクの算出対象の船舶は、ユーザが指定してもよく、衝突の危険性があると見なされる船舶としてもよい。進路算出部４３は、船舶間の距離が所定距離以内となった２つの船舶を衝突リスクの算出対象の船舶としてもよい。所定距離は、例えば、５００ｍとするが、これに限定されるものではない。所定距離は、外部から変更可能としてもよい。例えば、表示部２３に所定距離の設定画面を表示させ、入力部２２からの入力により変更可能としてもよい。また、衝突リスクの算出対象の船舶は、過去に航行した船舶であってもよく、現在航行中の船舶であってもよい。以下では、現在航行中の船舶の衝突リスクを算出する場合を例に説明する。

進路算出部４３は、取得部４１によりＡＩＳ情報が取得された現在航行中の複数の船舶について、ＡＩＳ情報の位置情報に基づいて、２つの船舶の組み合わせごとに、船舶間の距離を求める。進路算出部４３は、距離が所定距離以内の２つの船舶をそれぞれ衝突リスクの算出対象の船舶として、２つの船舶それぞれの将来進路方向幅を算出する。以下では、進路算出部４３が１つの船舶の将来進路方向幅を算出する場合を例に説明する。進路算出部４３は、船舶ごとに、同様の処理を行って将来進路方向幅を算出する。

進路算出部４３は、頻度分布情報３２に記憶された各グリッドの進入角の頻度分布に基づいて、衝突リスクの算出対象の船舶の将来進路方向幅を算出する。例えば、進路算出部４３は、将来進路方向幅の算出を開始した時点の位置から、通過する位置に対応するグリッドの進入角の頻度分布に応じた進入角の方向へ当該進入角の頻度分布に応じた確率で進行するものとして、将来進路および当該将来進路の出現確率を算出する。また、進路算出部４３は、頻度分布情報３２に記憶された各グリッドの速度の頻度分布に基づいて、将来進路ごとの速度別の出現確率を算出する。

例えば、進路算出部４３は、グリッド情報３１に基づいて、船舶が位置するグリッドを特定する。進路算出部４３は、頻度分布情報３２から、特定したグリッドの進入角の頻度分布および速度の頻度分布を求める。進路算出部４３は、進入角の頻度分布で頻度がある進入角をグリッドの進行方向として、進行方向ごとの将来進路を定める。また、進路算出部４３は、進行方向ごとに、全頻度に対する当該進行方向の頻度から、各進行方向の将来進路の出現確率をそれぞれ算出する。さらに、進路算出部４３は、特定したグリッドの速度の頻度分布で頻度がある速度を、グリッド内の速度として、将来進路ごとに、グリッド内の速度を定める。また、進路算出部４３は、速度ごとに、全頻度に対する当該速度の頻度から、各速度の出現確率をそれぞれ算出する。そして、進路算出部４３は、将来進路ごと、当該将来進路の出現確率に、グリッド内の各速度の出現確率を乗算して、将来進路ごとの速度別の出現確率を算出する。進路算出部４３は、船舶が、各進行方向に各速度で航行するものとして、将来進路ごとに次に通過するグリッドを特定する。進路算出部４３は、通過する各グリッドで同様の処理を行って、将来進路および速度ごとに、通過するグリッドでの進行方向ごとの将来進路と、将来進路ごとの速度別の出現確率を算出する。進路算出部４３は、将来進路および速度ごとの出現確率に、通過するグリッドでの将来進路ごとの速度別の出現確率を乗算して、さらに、将来進路および速度ごとの出現確率を算出する。このように、進路算出部４３は、船舶が通過したグリッドごとに、将来進路および速度ごとの出現確率の算出を繰り返して、将来進路と当該将来進路の速度別の出現確率を算出する。なお、進路算出部４３は、進入角の頻度分布で所定頻度以上の頻度がある進入角をグリッドの進行方向としてもよい。また、進路算出部４３は、速度の頻度分布で所定頻度以上の頻度がある速度をグリッド内の速度としてもよい。進路算出部４３は、衝突リスクの算出対象の船舶とされた２つの船舶それぞれについて、将来進路と当該将来進路の速度別の出現確率を算出する。

ところで、頻度分布のデータ数が少ない場合、将来進路が精度良く予測できない場合がある。そこで、進路算出部４３は、通過するグリッドの頻度分布のデータ数（分布の全頻度の合計）が所定数（例えば、２００）に満たない場合、頻度分布の全頻度が所定数となるまで、類似度が高いグリッドの頻度分布を合算する。例えば、進路算出部４３は、進入角の頻度分布のデータ数が所定数に満たない場合、クラスタ情報３３から当該グリッドの１階層上のクラスタを求め、クラスタに含まれる他のグリッドの進入角の頻度分布を合算する。進路算出部４３は、進入角の頻度分布のデータ数が所定数を満たすまで１階層ずつ上位のクラスタを求め、クラスタに含まれる他のグリッドの進入角の頻度分布を合算することを繰り返す。そして、進路算出部４３は、データ数が所定数を満たした進入角の頻度分布を用いて、通過するグリッドの将来進路と当該将来進路の速度別の出現確率を算出する。なお、進路算出部４３は、進入角の頻度分布を合算した各グリッド全体を１つのグリッドとして、将来進路と当該将来進路の速度別の出現確率を算出してもよい。

リスク算出部４４は、衝突リスクの算出対象の船舶とされた２つの船舶の衝突リスクを算出する。例えば、リスク算出部４４は、２つの船舶それぞれの速度別の将来進路の組み合わせたパターンごとに、２つの船舶がパターンの航行を行った際のＴＴＣを算出する。また、リスク算出部４４は、パターンごとに、当該パターンとされた２つの船舶の将来進路の速度別の出現確率を乗算して、パターンの出現確率を算出する。

リスク算出部４４は、パターンごとに、算出したＴＴＣを用いて衝突リスクを算出する。例えば、ＴＴＣを用いた衝突リスクの指標は、複数存在する。例えば、ＴＴＣを用いた衝突リスクとしては、環境ストレスモデル（ＥＳモデル）による交通環境ストレス値がある。交通環境ストレス値（SJs）は、以下の式（１）から算出できる。

ＳＪs＝α(ＴＴＣ×Ｖｒ／Ｌｍ)＋β （１）
ここで、
Ｖｒ：相対接近速度［Ｍ／Ｓ］
Ｌｍ：自他船平均船長［Ｍ］
α＝０．００１９×Ｌｍ
β:係数

リスク算出部４４は、パターンごとに、算出した衝突リスクに当該パターンの出現確率を乗算してパターン別の衝突リスクを算出する。そして、リスク算出部４４は、パターン別の衝突リスクを合計した最終的な衝突リスクを算出する。例えば、速度iと将来進路jの組み合わせたパターンの出現確率をＰ_ｉｊとする。また、このパターンにおける衝突リスクをＲｉｓｋ_ｉｊとする。この場合、最終的な衝突リスクＲｉｓｋは、以下の式（２）から算出できる。

Ｒｉｓｋ＝ΣＰ_ｉｊ×Ｒｉｓｋ_ｉｊ（２）

図７は、衝突リスクを算出した一例を示す図である。図７の（Ａ）には、船舶１１Ａ、１１Ｂの時刻ごとの航跡が示されている。図７の（Ｂ）には、本実施例の手法により算出された船舶１１Ａ、１１Ｂの時刻ごとの衝突リスクの変化が示されている。船舶１１Ａは、下から上へ航行している。船舶１１Ｂは、下から上へ船舶１１Ａの後方から航行し、その後左へ進路を変えている。図７の例では、船舶１１Ａ、１１Ｂ間の距離が所定距離以内の場合に船舶１１Ａ、１１Ｂの予想進路直線を求めてＴＴＣを計算し、衝突リスクを算出する。図７の（Ａ）の例では、船舶１１Ａ、１１Ｂは、所定距離以内となる全ての時点で予想進路直線が交わらない。このため、従来の手法では、全ての時点でＴＴＣが算出できず、衝突リスクを算出できない。一方、図７の（Ｂ）に示すように、本実施例の手法では、過去の船舶の航行から、様々な将来進路と将来進路の出現確率を算出した結果、ＴＴＣが計算可能となり、衝突リスクを計算できる。

図８Ａは、衝突リスクを算出した他の一例を示す図である。図８Ａには、船舶１１Ａ、１１Ｂの時刻ごとの航跡が示されている。船舶１１Ａは、左から右へ直線的に航行している。船舶１１Ｂは、下から上へ航行し、船舶１１Ａを避けるため、左へ進路を変えている。図８Ａの例では、船舶１１Ａ、１１Ｂ間の距離が所定距離以内の場合に船舶１１Ａ、１１Ｂの予想進路直線を求めてＴＴＣを計算し、衝突リスクを算出する。図８Ａの例では、船舶１１Ａ、１１Ｂが接近している状況にも関わらず、船舶Ｂの方向の変化に過敏に反応し、船舶１１Ａ、１１Ｂの予想進路直線が交差せず、ＴＴＣが計算できない区間が頻繁に発生する。一方、本実施例の手法では、従来の手法ではＴＴＣが計算できない区間についても、衝突リスクを計算できる。

図８Ｂは、算出された衝突リスクの一例を示す図である。図８Ｂは、図８Ａに示した船舶１１Ａ、１１Ｂの時刻ごとの衝突リスクの変化が示されている。図８Ｂには、従来手法によるリスク値の変化のグラフが示されている。従来の手法では、ＴＴＣが計算できない区間があり、衝突リスクが途切れた不連続なグラフとなる。図８Ｂには、グラフの下部に従来手法ではＴＴＣを算出できない区間が示されている。そこで、衝突リスクが途切れた部分について、例えば、線形補間などによって衝突リスクを求めることも考えられる。図８Ｂには、従来手法＋補間によるリスク値の変化のグラフが示されている。しかし、線形補間などを行っても衝突リスクを求めることができない区間がある。図８Ｂの例では、５：１９：５０以降の衝突リスクを求めることができない。一方、図８Ｂには、本実施例の手法によるリスク値の変化のグラフが示されている。本実施例の手法では、従来の手法ではＴＴＣが計算できない区間についても、衝突リスクを計算できる。また、回避行動直前の船舶１１Ａ、１１Ｂの衝突の危険性が高い時刻に、衝突リスクがピークとなり、回避行動を開始してリスクが下がっている。すなわち、本実施例の手法では、実際の衝突の危険性と衝突リスクが対応する。

出力部４５は、各種の出力を行う。例えば、出力部４５は、リスク算出部４４により算出された衝突リスクが閾値以上高い場合、警告を出力する。例えば、出力部４５は、衝突の危険性が高い旨を画面、衝突の危険性が高い船舶１１のＡＩＳ装置１２、外部装置に出力する。これにより、出力部４５は、衝突の危険性が高いことを通知できる。

［処理の流れ］
次に、本実施例に係る衝突リスク算出装置２０が、頻度分布情報３２やクラスタ情報３３を生成するデータ生成処理の流れを説明する。図９は、データ生成処理の手順の一例を示すフローチャートである。このデータ生成処理は、所定のタイミング、例えば、後述する衝突リスク算出処理の前のタイミングや、処理開始を指示する所定操作を受け付けたタイミングで実行される。

図９に示すように、頻度分布算出部４１は、ＡＩＳ蓄積データ３０から、船舶ごとに、補間により１秒ごとに各時刻の位置や速度を算出する（Ｓ１０）。頻度分布算出部４１は、グリッドごとに、当該グリッドを通過した各船舶の進入角、速度を算出する（Ｓ１１）。頻度分布算出部４１は、グリッドごとの各船舶の進入角、速度から、グリッドごとに進入角の頻度分布、および、速度の頻度分布を算出し、進入角の頻度分布、速度の頻度分布を頻度分布情報３２に格納する（Ｓ１２）。

クラスタ情報生成部４２は、頻度分布情報３２に記憶された頻度分布について、平滑化した速度の頻度分布を算出する（Ｓ１３）。クラスタ情報生成部４２は、各グリッドと交通流の傾向がどの程度類似するかを評価し、交通流の傾向が類似するグリッドに階層的に分類する階層クラスタリングを実施する（Ｓ１４）。クラスタ情報生成部４２は、各階層のクラスタごとに、クラスタに含まれるグリッドのグリッドＩＤをクラスタ情報３３に格納し（Ｓ１５）、処理を終了する。

次に、本実施例に係る衝突リスク算出装置２０が、衝突リスクを算出する衝突リスク算出処理の流れを説明する。図１０は、衝突リスク算出処理の手順の一例を示すフローチャートである。この衝突リスク算出処理は、所定のタイミング、例えば、衝突リスクの算出対象の２つの船舶が指定されて、ユーザが指定されたタイミングや、距離が所定距離以内となった衝突リスクの算出対象の２つの船舶が検出されたタイミングで実行される。

進路算出部４３は、頻度分布情報３２に記憶された各グリッドの進入角の頻度分布に基づいて、衝突リスクの算出対象とされた２つの船舶の将来進路方向幅を算出する（Ｓ２０）。例えば、進路算出部４３は、将来進路方向幅の算出を開始した時点の位置から、通過する位置に対応するグリッドの進入角の頻度分布に応じた進入角の方向へ、当該進入角の頻度分布に応じた確率で進行するものとして、将来進路および当該将来進路の出現確率を算出する。また、進路算出部４３は、頻度分布情報３２に記憶された各グリッドの速度の頻度分布に基づいて、将来進路ごとの速度別の出現確率を算出する。なお、進路算出部４３は、通過するグリッドの頻度分布のデータ数が所定数に満たない場合、頻度分布の全頻度が所定数となるまで、類似度が高いグリッドの頻度分布を合算し、合算した頻度分布を用いて将来進路および当該将来進路の出現確率を算出する。

リスク算出部４４は、衝突リスクの算出対象の船舶とされた２つの船舶の衝突リスクを算出する（Ｓ２１）。例えば、リスク算出部４４は、２つの船舶それぞれの速度別の将来進路を組み合わせたパターンごとに、２つの船舶がパターンの航行を行った際のＴＴＣを算出する。また、リスク算出部４４は、パターンごとに、当該パターンとされた２つの船舶の将来進路の速度別の出現確率を乗算して、パターンの出現確率を算出する。リスク算出部４４は、パターンごとに、算出した衝突リスクに当該パターンの出現確率を乗算してパターン別の衝突リスクを算出する。そして、リスク算出部４４は、パターン別の衝突リスクを合計した最終的な衝突リスクを算出する。

出力部４５は、算出された衝突リスクが閾値以上高い場合、警告を出力し、処理を終了する（Ｓ２２）。

［効果］
本実施例に係る衝突リスク算出装置２０は、各船舶の位置および速度に関するＡＩＳ情報をそれぞれ取得する。衝突リスク算出装置２０は、衝突リスクの算出対象とされた２つの船舶、および、過去に航行した船舶の進行情報に基づき、衝突リスクの算出対象とされた２つの船舶の将来進路方向幅を算出する。衝突リスク算出装置２０は、将来進行方向幅に基づき、衝突リスクの算出対象とされた２つの船舶の衝突リスクを算出する。これにより、衝突リスク算出装置２０は、２つの船舶の予想進路直線が交わらない場合でも、衝突リスクを計算できる。

また、本実施例に係る衝突リスク算出装置２０は、グリッドごとの過去に航行した船舶の進行方向の頻度分布に基づいて、２つの船舶の将来進路方向幅を算出する。これにより、衝突リスク算出装置２０は、２つの船舶が航行するグリッドの過去の船舶の航行に基づいて、２つの船舶の航行が予想される将来進路方向幅を計算できる。

また、本実施例に係る衝突リスク算出装置２０は、グリッドごとの過去に航行した船舶の進行方向の頻度分布に基づいて、２つの船舶それぞれの位置から、通過する位置に対応するグリッドの頻度分布に応じた進行方向へ、当該進行方向の頻度分布に応じた確率で進行するものとして、将来進路および当該将来進路の出現確率を算出する。衝突リスク算出装置２０は、２つの船舶の将来進路との組み合わせごとの衝突リスクに、２つの船舶の将来進路の出現確率をそれぞれ乗算した値を合計して、２つの船舶の衝突リスクを算出する。これにより、衝突リスク算出装置２０は、２つの船舶が航行するグリッドの過去の船舶の航行の特徴に基づいて、２つの船舶の将来進路および将来進路の出現確率を算出でき、２つの船舶がそれぞれ各将来進路を航行する場合の組み合わせを考慮した総合的な衝突リスクを算出できる。

また、本実施例に係る衝突リスク算出装置２０は、グリッドごとに、当該グリッドの頻度分布に、頻度分布の類似度が高いグリッドの頻度分布を合算した頻度分布に基づいて、２つの船舶それぞれの将来進路方向幅を算出する。これにより、衝突リスク算出装置２０は、頻度分布のデータ数を増やすことができるため、２つの船舶の航行が予想される将来進路方向幅を精度よく計算できる。

また、本実施例に係る衝突リスク算出装置２０は、グリッドごとに、所定のデータ数の進行方向の頻度分布が得られるまで頻度分布を合算する。これにより、衝突リスク算出装置２０は、所定のデータ数以上のデータ数の頻度分布から将来進路方向幅を算出できるため、船舶の航行が予想される将来進路方向幅を精度よく計算できる。

また、本実施例に係る衝突リスク算出装置２０は、グリッドごとに、当該グリッドを過去に航行した船舶のＡＩＳ情報から生成された速度の頻度分布に基づいて、将来進路ごとの速度別の出現確率を算出する。衝突リスク算出装置２０は、２つの船舶の速度別の各将来進路との組み合わせごとの衝突リスクに、２つの船舶それぞれの当該将来進路の当該速度での出現確率を乗算した値を合計して、２つの船舶の衝突リスクを算出する。これにより、衝突リスク算出装置２０は、２つの船舶がそれぞれ各将来進路を各速度で航行する場合の組み合わせを考慮した総合的な衝突リスクを算出できる。

さて、これまで開示の装置に関する実施例について説明したが、開示の技術は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では、本発明に含まれる他の実施例を説明する。

例えば、上記の実施例では、衝突リスクの算出対象の２つの船舶それぞれの将来進路方向幅を算出する場合を例に説明したが、開示の装置はこれに限定されない。例えば、衝突リスク算出装置２０は、２つの船舶のうち、一方の船舶のみ将来進路方向幅を算出し、他方の船舶は現在の航行を維持するものとして衝突リスクを算出してもよい。また、衝突リスクは、ＡＩＳ装置１２で算出してもよい。例えば、各船舶１１のＡＩＳ装置１２が、周囲の他の船舶１１の将来進路方向幅を算出し、自船舶については現在の航行を維持するものとして衝突リスクを算出してもよい。

また、上記の実施例では、進入角の頻度分布および速度の頻度分布を用いて、船舶の将来進路と当該将来進路の速度別の出現確率を算出する場合を例に説明したが、開示の装置はこれに限定されない。例えば、衝突リスク算出装置２０は、進入角の頻度分布を用いて、船舶の将来進路と当該将来進路の出現確率を算出して衝突リスクを算出してもよい。

また、上記の実施例では、グリッドごとの進行方向の頻度分布として、グリッドの進入角の頻度分布を用いた場合を例に説明したが、開示の装置はこれに限定されない。例えば、衝突リスク算出装置２０は、グリッドごとの進行方向の頻度分布として、グリッドの退出角の頻度分布や、グリッドの進入角と退出角の角度差ごとの頻度分布を用いてもよい。図１１は、進入角と退出角の角度差ごとの頻度分布の一例を示す図である。進入角と退出角の角度差（方向の差分）は、グリッドでどのように進路が変更されたかを示す。このため、衝突リスク算出装置２０は、進入角と退出角の差の頻度分布を用いた場合でも、将来進路方向幅を算出できる。

また、上記の実施例では、各船舶の位置および速度に関する進行情報として、各船舶のＡＩＳ情報を取得する場合を例に説明したが、開示の装置はこれに限定されない。例えば、衝突リスク算出装置２０は、レーダなどにより検出された各船舶の時刻ごとの位置から各船舶の位置および速度に関する進行情報を取得してもよい。

また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的状態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、取得部４０、頻度分布算出部４１、クラスタ情報生成部４２、進路算出部４３、リスク算出部４４および出力部４５の各処理部が適宜統合又は分割されてもよい。また、各処理部にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵ及び該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

［衝突リスク算出プログラム］
また、上記の実施例で説明した各種の処理は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。そこで、以下では、上記の実施例と同様の機能を有するプログラムを実行するコンピュータシステムの一例を説明する。図１２は、衝突リスク算出プログラムを実行するコンピュータを示す図である。

図１２に示すように、コンピュータ３００は、ＣＰＵ３１０、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）３２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３４０を有する。これら３１０〜３４０の各部は、バス４００を介して接続される。

ＨＤＤ３２０には上記実施例の各処理部と同様の機能を発揮する衝突リスク算出プログラム３２０ａが予め記憶される。例えば、上記実施例の取得部４０、頻度分布算出部４１、クラスタ情報生成部４２、進路算出部４３、リスク算出部４４および出力部４５と同様の機能を発揮する衝突リスク算出プログラム３２０ａを記憶させる。なお、衝突リスク算出プログラム３２０ａについては、適宜分離しても良い。

また、ＨＤＤ３２０は、各種データを記憶する。例えば、ＨＤＤ３２０は、ＯＳや各種データを記憶する。

そして、ＣＰＵ３１０が、衝突リスク算出プログラム３２０ａをＨＤＤ３２０から読み出して実行することで、実施例の各処理部と同様の動作を実行する。すなわち、衝突リスク算出プログラム３２０ａは、実施例の取得部４０、頻度分布算出部４１、クラスタ情報生成部４２、進路算出部４３、リスク算出部４４および出力部４５と同様の動作を実行する。

なお、上記した衝突リスク算出プログラム３２０ａについては、必ずしも最初からＨＤＤ３２０に記憶させることを要しない。例えば、コンピュータ３００に挿入されるフレキシブルディスク（ＦＤ）、Compact Disk Read Only Memory（ＣＤ−ＲＯＭ）、Digital Versatile Disk（ＤＶＤ）、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」にプログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ３００がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。

さらには、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介してコンピュータ３００に接続される「他のコンピュータ（又はサーバ）」などにプログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ３００がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。

１０支援システム
１１船舶
１２ＡＩＳ装置
１３陸上施設
２０衝突リスク算出装置
２４記憶部
２５制御部
３０ＡＩＳ蓄積データ
３１グリッド情報
３２頻度分布情報
３３クラスタ情報
４０取得部
４１頻度分布算出部
４２クラスタ情報生成部
４３進路算出部
４４リスク算出部
４５出力部

Claims

コンピュータに、
第１の船舶および第２の船舶の、位置および速度に関する進行情報をそれぞれ取得し、
対象海域に設定された領域ごとに、当該領域を過去に航行した船舶の進行情報から算出された進行方向の頻度分布情報に基づいて、前記第１の船舶、および、前記第２の船舶それぞれの位置から、通過する位置に対応する領域ごとに、当該領域の頻度分布情報に応じた進行方向へ当該進行方向の頻度分布に応じた確率で進行するものとして、前記第１の船舶および前記第２の船舶の一方または両方の将来進路方向幅を算出し、
前記将来進路方向幅に基づき、前記第１の船舶と前記第２の船舶との衝突リスクを算出する
処理を実行させることを特徴とする衝突リスク算出プログラム。
前記衝突リスクを算出する処理は、前記第１の船舶の各将来進路と、前記第２の船舶の各将来進路との組み合わせごとの衝突リスクに、当該第１の船舶の将来進路の出現確率および当該第２の船舶の将来進路の出現確率をそれぞれ乗算した値を合計して、前記第１の船舶と前記第２の船舶との衝突リスクを算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の衝突リスク算出プログラム。
前記将来進路方向幅を算出する処理は、前記領域ごとに、当該領域の頻度分布情報に、頻度分布情報の類似度が高い領域の頻度分布情報を合算した頻度分布情報に基づいて、前記第１の船舶、および、前記第２の船舶それぞれの将来進路方向幅を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の衝突リスク算出プログラム。
前記将来進路方向幅を算出する処理は、前記領域ごとに、所定のデータ数の進行方向の頻度分布情報が得られるまで頻度分布情報を合算する
ことを特徴とする請求項３に記載の衝突リスク算出プログラム。
前記将来進路方向幅を算出する処理は、領域ごとに、当該領域を過去に航行した船舶の進行情報から生成された速度の頻度分布情報に基づいて、将来進路ごとの速度別の出現確率を算出し、
前記衝突リスクを算出する処理は、前記第１の船舶の速度別の各将来進路と、前記第２の船舶の速度別の各将来進路との組み合わせごとの衝突リスクに、当該第１の船舶の当該将来進路の当該速度での出現確率および当該第２の船舶の当該将来進路の当該速度での出現確率をそれぞれ乗算した値を合計して、前記第１の船舶と前記第２の船舶との衝突リスクを算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の衝突リスク算出プログラム。
前記将来進路方向幅を算出する処理は、前記第１の船舶については、前記過去に航行した船舶の進行情報に基づき、将来進路方向幅を算出し、前記第２の船舶については、進路を維持するものとして将来進路を算出し、
前記衝突リスクを算出する処理は、前記第１の船舶の将来進路方向幅と前記第２の船舶の将来進路に基づき、前記第１の船舶と前記第２の船舶との衝突リスクを算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の衝突リスク算出プログラム。
コンピュータが、
第１の船舶および第２の船舶の、位置および速度に関する進行情報をそれぞれ取得し、
対象海域に設定された領域ごとに、当該領域を過去に航行した船舶の進行情報から算出された進行方向の頻度分布情報に基づいて、前記第１の船舶、および、前記第２の船舶それぞれの位置から、通過する位置に対応する領域ごとに、当該領域の頻度分布情報に応じた進行方向へ当該進行方向の頻度分布に応じた確率で進行するものとして、前記第１の船舶および前記第２の船舶の一方または両方の将来進路方向幅を算出し、
前記将来進路方向幅に基づき、前記第１の船舶と前記第２の船舶との衝突リスクを算出する
処理を実行することを特徴とする衝突リスク算出方法。
第１の船舶および第２の船舶の、位置および速度に関する進行情報をそれぞれ取得する取得部と、
対象海域に設定された領域ごとに、当該領域を過去に航行した船舶の進行情報から算出された進行方向の頻度分布情報に基づいて、前記第１の船舶、および、前記第２の船舶それぞれの位置から、通過する位置に対応する領域ごとに、当該領域の頻度分布情報に応じた進行方向へ当該進行方向の頻度分布に応じた確率で進行するものとして、前記第１の船舶および前記第２の船舶の一方または両方の将来進路方向幅を算出する第１算出部と、
前記将来進路方向幅に基づき、前記第１の船舶と前記第２の船舶との衝突リスクを算出する第２算出部と、
を有することを特徴とする衝突リスク算出装置。