JPH0431440B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、船舶に搭載され、他船や固定障害
物との衝突を予防する衝突予防装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、船舶には、他船や固定障害物との衝突
を未然に防ぐために、衝突予防援助装置
〔ARPA；Automatic Radar Plotting Aids〕が
搭載されており、他船や固定障害物のレーダ画
像、他船の船速や針路さらには他船、固定障害物
との最接近距離、最接近時間などを導出して表示
し、他船、固定障害物との衝突の危険が発生した
場合に、警告表示を行ない、あるいは警告音を発
して報知するようになつている。

そして、当該警告により衝突の危険が認識され
ると、前記した衝突予防援助装置の表示データに
もとづき、船長や航海士などの操船指示者により
衝突を回避するための避航指示が与えられ、衝突
の回避が行なわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、衝突回避のために、いつ、どのように
操船を開始し、どのような避航航路をとるかは、
前記した装置により選定されることはなく、従来
船長、航海士などの熟練者の長年の経験と勘によ
り決定されており、省人化船のように未熟練者が
操船に携わる場合には、適切な避航を行なうこと
ができないという問題点がある。

ところで、船体の運動特性、推進機特性および
舵特性等にもとづき、具体的な避航データをコン
ピユータにより現実的に、かつリアルタイムで演
算、導出し、導出結果を表示することが考えられ
るが、この場合超大型のコンピユータが必要とな
り、極めて高価になり、船舶に搭載するには適さ
ない。

そこで、この発明では、衝突回避のための最適
な避航データを、予め導出しておいた複数のデー
タのなかから容易に選択し、未熟者でも適切な操
船が行なえるようにすることを技術的課題とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、前記の点に留意してなされたもの
であり、船体の運動特性モデルにもとづき導出さ
れた複数の避航航路データを格納したICメモリ
カードからなる第１のメモリと、推進機特性モデ
ルおよび舵特性モデルにもとづき導出された前記
各避航航路データそれぞれによる航路を航行する
ための推進機制御データおよび舵制御データを格
納したICメモリカードからなる第２のメモリと、
レーダからの信号にもとづき他船、固定障害物そ
れぞれとの衝突危険度を算出し、算出した前記衝
突危険度が設定値より高いか否かを判定して高い
ときに避航指示信号を出力する演算手段と、前記
避航指示信号により評価関数にもとづき最適避航
航路データを第１のメモリから選択する選択手段
と、前記最適避航航路データの航路に対する推進
機制御データおよび舵制御データを前記第２のメ
モリから読み出す読出手段と、前記読出手段によ
る推進機制御データおよび舵制御データにもとづ
き推進機および舵をそれぞれ制御する推進機制御
手段および舵制御手段とを備えたことを特徴とす
る衝突予防装置である。

〔作 用〕

したがつて、この発明によると、船体の運動特性
モデルがコンピユータにより予め解かれて複数の
避航航路データが導出されるとともに、船舶の推
進機特性モデルおよび舵特性モデルがコンピユー
タにより予め解かれて前記各避航航路データそれ
ぞれによる航路を航行するための推進機制御デー
タおよび舵制御データが導出され、導出された各
避航航路データがICメモリカードからなる第１
のメモリに格納されるとともに、各避航航路デー
タごとの推進機制御データおよび舵制御データが
ICメモリカードからなる第２のメモリに格納き
れる。

そして、船舶の航行中に、演算手段により、レ
ーダからの信号にもとづいて他船、固定障害物の
衝突危険度が算出され、他船あるいは固定障害物
の衝突危険度が設定値よりも高いとき、選択手段
により、前記した第１のメモリから最適避航航路
データが選択されるとともに、読出手段により、
選択された最適避航航路データの航路に対する推
進機制御データおよび舵制御データが第２のメモ
リから読み出され、これらのデータにもとづき、
自動あるいは手動により推進機および舵の制御が
行なわれて衝突が未然に防止される。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例を示した図
面とともに詳細に説明する。

まず、第１図において、１はレーダ、２は演算
手段としての第１中央演算処理手段（以下第
1CPUという）であり、レーダ１からの信号にも
とづき他船、ブイなどの固定障害物等を捕捉、追
尾する捕捉・追尾処理機能２ａと、他船、固定障
害物それぞれとの衝突危険度を算出する衝突危険
度算出機能２ｂと、算出した衝突危険度が設定値
よりも高いか否かを判定し、高いときに避航指示
信号を出力し、低いときに前記した捕捉、追尾処
理を再び行なう危険度判定機能２ｃとを有してい
る。

３は選択手段および読出手段としての第２中央
演算処理手段（以下第2CPUという）であり、前
記避航指示信号により後述の第１のメモリに読出
指令を与えて全避航航路データを読み出す避航航
路データ読出機能３ａと、後述の第３のメモリに
記憶された評価関数にもとづき、全避航航路デー
タのなかから最適の避航航路データを撰択する選
択機能３ｂと、選択された最適避航航路データの
航路に対する推進機制御データおよび舵制御デー
タを後述の第２のメモリから読み出す制御データ
読出機能３ｃとを有している。

４は船体の運動特性モデルにもとづき導出され
た複数の避航航路データを格納したICメモリカ
ードからなる第１のメモリ、５は推進機特性モデ
ルおよび舵特性モデルにもとづき導出された前記
各避航航路データそれぞれによる航路を航行する
ための推進機制御データおよび舵制御データを格
納したICメモリカードからなる第２のメモリ、
６は当該状況における安全性、経済性等を考慮し
て最適避航航路データを選択するための評価関数
を記憶した第３のメモリ、７は陰極線管（以下
CRTという）であり、第1CPU２により捕捉、追
尾された他船等のレーダ画像、第1CPU２により
算出された衝突危険度、第2CPU３により選択さ
れた最適避航航路データおよび後述の船位計測手
段による現在位置等を表示する。

８は避航操船の必要時に作動するアラームおよ
び自動避航操船の承認用押釦を有し、該押釦の操
作により第2CPU３により選択され、読み出され
た最適避航航路データ、推進機および舵制御デー
タを送出する自動避航操船承認手段、９は舵角を
計測して計測値を出力する舵角計測手段、１０は
推進機の回転数を計測して計測値を出力する回転
数計測手段、１１は船位を計測して計測値を出力
する船位計測手段、１２は時計、１３は前記舵制
御データ、舵角および船位の計測値、時刻にもと
づき舵を制御する舵制御手段、１４は推進機制御
手段であり、前記推進機制御データ、推進機回転
数および船位の計測値、時刻にもとづき、推進機
の制御を行なう。

つぎに、避航航路データおよび制御データの導
出システムを示す第２図について説明する。

同図において、１５は船体の運動方程式を所定
の数学モデルの形式に変換する第１演算部、１６
は変換された船体の運動特性モデルによる三連立
微分方程式の演算を行なう第２演算部、１７は第
２演算部１６による演算結果を記憶保持する保持
部、１８は避航航路データ作成部であり、保持部
１７に保持された演算結果から、船舶の一定の変
速量および一定の変針量の複数の組み合わせ条件
に対する船体の行動を予測し、予測した行動の集
合を所定のパラメータごとにまとめて行動範囲マ
トリクスを形成し、複数の避航航路データとして
送出するようになつており、第１、第２演算部１
６，１６、保持部１７および作成部１８により、
第３中央演算処理手段（以下第3CPUという）１
９が構成されている。

２０は前記パラメータに対する船舶の推進制御
機を含む推進機特性の数学モデルの演算を行なう
推進機特性モデル演算部、２１は前記パラメータ
に対する船舶の舵制御機を含む舵特性の数学モデ
ルの演算を行なう舵特性モデル演算部、２２は第
3CPU１９の作成部１８からの全避航航路データ
をデイスケツトに書き込む第１書込部、２３はシ
ミユレーシヨン部であり、第１書込部２２により
デイスケツトに書き込まれた全避航航路データを
それぞれに対し両演算部２０，２１それぞれによ
る推進機特性データおよび舵特性データを用いた
シミユレーシヨンを繰り返し、前記各避航航路デ
ータそれぞれによる航路を航行するための具体的
な推進機の制御データおよび舵の制御データを導
出し、導出した各避航航路データごとの推進機制
御データおよび舵制御データがそれぞれ第２、第
３書込部２４，２５によりデイスケツトに書き込
まれるようになつており、両演算部２０，２１、
シミユレーシヨン部２３、各書込部２２，２４，
２５により、第４中央演算処理手段（以下第
4CPUという）２６が構成されている。

なお、第１書込部２２によりデイスケツトに一
旦書き込まれた各避航航路データが前記した第１
のメモリ４に転送されて第１のメモリ４に格納さ
れ、同様に第２、第３書込部２４，２５それぞれ
によりデイスケツトに一旦書き込まれた前記各避
航航路データそれぞれに対する推進機制御データ
および舵制御データが、第２のメモリ５に転送さ
れて第２のメモリ５に格納される。

そして、船舶の航行中、レーダ１からの信号に
もとづき、第1CPU２により周辺の複数の他船や
固定障害物が常時捕捉、追尾されるとともに、こ
れらの他船、固定障害物との衝突危険度が算出さ
れ、算出された衝突危険度が設置値より高いか否
かの判定がなされる。

いま、いずれかの他船、固定障害物との衝突危
険度が前記設定値よりも高くなり、避航の必要性
が生じると、第1CPU２から避航指示信号が出力
され、第2CPU２により、第１メモリ４に格納さ
れた全避航航路データが読み出され、読み出され
た全避航航路データのなかから、第３のメモリ６
に記憶された評価関数にもとづき最適の避航航路
データが選択され、選択された最適避航航路デー
タの航路に対する推進機制御データおよび舵制御
データが第２のメモリ５から読み出される。

このとき、第３のメモリ６に記憶された評価関
数Ｅは Ｅ＝e1＋e2＋Lw と表わされ、e1は安全性すなわち衝突確率による
危険度の評価であり、e2は経済性すなわち計画航
路からの変位量による航海計画の評価であり、
Lwは法規、慣習等に関する評価であり、これら
の総合による評価関数Ｅにもとづき、第１のメモ
リ４の全避航航路データとして行動範囲マトリク
スのなかから、幾つかの船体行動が選択されると
ともに、２段行動決定法に従い、選択された各船
体行動ごとに、該各行動に続く複数の未来行動に
ついての評価も同様に行なわれ、船舶の当該状況
における最適の船体行動が選択され、これらの船
体行動を連続的に組み合わせて得られる最適避航
航路データによる航路が自船の採るべき避航航路
となる。

また、第2CPU３により選択された最適避航航
路データが、たとえば第３図に示す曲線Ａあるい
はＢである場合、曲線Ａ、Ｂによる航路を航行す
るための舵制御データはそれぞれ第４図ａ，ｂに
示すようになり、このような舵制御データが第２
メモリ５から読み出されることになる。ただし、
第３図に示す避航航路データは、一定の船速で変
針のみを行なう場合の航路データを示し、従つて
当該航路データによる航路を航行するには、推進
機の回転数は一定で、舵角のみを第４図ａ，ｂの
ように制御すればよいことになる。

なお、第３図中のｘ，ｙは船位を表わす座標軸
である。

つぎに、第2CPU３により最適避航航路データ
および制御データが選択され、読み出されると、
承認手段８のアラームが作動して避航の必要性が
報知され、操船作業者により承認手段８の押釦が
操作されれば、自動避航操船が開始され、承認手
段８を経て舵制御手段１３、推進機制御手段１４
に、前記最適避航航路と舵制御データおよび推進
機制御データそれぞれとが送出され、これらのデ
ータおよび各計測手段９〜１１、時計１２による
計測値、時刻にもとづき、舵、推進機が制御さ
れ、避航操船が自動的に行なわれる。

このとき、CRT７には、前記したように、他
船等のレーダ画像、衝突危険度、最適避航航路デ
ータおよび該データによる航路、自船の位置等が
表示され、従つて承認手段８の押釦の操作がない
場合には、CRT７の表示データにもとづき、手
動による避航操船を行なうことができるのは言う
までもない。

なお、第１のメモリ４、第２のメモリ５として
のICメモリカードを、船体の運動特性や舵特性
等に応じて複数準備しておくことにより、各種特
性の異なる船舶にも支障なく適用できるのは勿論
である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の衝突予防装置による
と、衝突回避のための最適な避航航路データおよ
び該航路データによる航路を航行するための推進
機制御データ、舵制御データを、予め算出して
ICメモリカードからなるメモリに格納したデー
タのなかから自動的に選択することができ、これ
らのデータにもとづき操船を行なうことにより容
易に避航操船を行なうことが可能となり、未熟練
者であつても適切に操船することができ、省人化
船に対して極めて有効であり、その効果は非常に
大きい。

また、船体の運動特性モデルにもとづいて避航
航路データを予め算出し、同様に推進機および舵
特性モデルにもとづいたシミユレーシヨンにより
推進機および舵制御データを予め導出するため、
船舶に搭載するコンピユータは小型でよく、しか
もリアルタイム演算が可能になり、信頼性の高い
操船データを得ることができる。

さらに、最適避航航路データの選択を、安全
性、経済性等を考慮した評価関数の評価結果にも
とづいて行なうため、常に最適の避航航路を選択
して操船者に指示することができる。

また、避航航路データおよび制御データをIC
メモリカードからなるメモリに格納したため、各
特性に応じてこれらのICメモリカードを予め複
数準備しておくことにより、各種特性の異なる船
舶にも支障なく適用することができ、応用性に優
れている。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の衝突予防装置の１実施例を
示し、第１図はブロツク図、第２図は一部のブロ
ツク図、第３図は避航航路データの説明図、第４
図ａ，ｂはそれぞれ異なる舵制御データの説明図
である。 １……レーダ、２……第1CPU、３……第
2CPU、４，６……第１、第２のメモリ、１３…
…舵制御手段、１４……推進機制御手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 船体の運動特性モデルにもとづき導出された
   複数の避航航路データを格納したICメモリカー
   ドからなる第１のメモリと、 推進機特性モデルおよび舵特性モデルにもとづ
   き導出された前記各避航航路データそれぞれによ
   る航路を航行するための推進機制御データおよび
   舵制御データを格納したICメモリカードからな
   る第２のメモリと、 レーダからの信号にもとづき他船、固定障害物
   それぞれとの衝突危険度を算出し、算出した前記
   衝突危険度が設定値より高いか否かを判定して高
   いときに避航指示信号を出力する演算手段と、 前記避航指示信号により評価関数にもとづき最
   適避航航路データを第１のメモリから選択する選
   択手段と、 前記最適避航航路データの航路に対する推進機
   制御データおよび舵制御データを前記第２のメモ
   リから読み出す読出手段と、 前記読出手段による推進機制御データおよび舵
   制御データにもとづき推進機および舵をそれぞれ
   制御する推進機制御手段および舵制御手段と を備えたことを特徴とする衝突予防装置。