JPH0438635B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、海図上に設定した予定航路に従つて
自動航行させる自動操船装置に関し、特に設定航
路を保持する操船制御を行なう自動操船装置に関
する。

（従来技術） 従来、大多数の船舶はオートパイロツトとして
知られた自動操船装置によつて航行している。即
ち、海図上の予定航路に基づいて自船の針路（方
位）をオートパイロツトに設定してやると、この
設定針路を常に保つように自動操船が行なわれ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のオートパイロツトにあつ
ては、針路を保持する機能はあるものの、予定航
路に沿つて船位を保持する機能はなく、乗員が海
図上で予定航路からのズレを求め、予定航路に戻
るようにオートパイロツトの設定針路を決めるよ
うにしている。

このため、領海パトロール、海難事故の救助活
動、更には漁業水域での操業のように比較的複雑
で且つ緻密な航路設定を行なう場合、針路保持の
機能しかもたない従来のオートパイロツトを使用
することは困難であり、船位位置に基づいた乗員
の判断による操船に依存している。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてな
されたもので、針路保持および船位保持の両方の
機能をもたせることにより予定航路に沿つて正確
に自動航行することののできる自動操船装置を提
供することを目的とし、特に変針点を結んだ直線
で与えられる航路位置を保持するように自動操船
する自動操船装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明にあつては、予
定航路に対する自船位置の航路誤差を逐次検出
し、この航路誤差から予定航路に向う修正針路を
演算して操舵装置への指令する。

この航路誤差に基づく航路の保持制御は、２つ
の変針点を結んだ直線で与えられる制御線を目標
値とする線制御と、自船位置と次の変針点を結ん
だ直線で与えられる制御線を目標値とする点制御
とに分けられ、通常、変針点に近づくまでは線制
御を行ない、変針点からの所定距離に接近したと
きに点制御に切換ることで予定航路を保持する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示したブロツク図
である。

まず、構成を説明すると、１は船首方位を検出
するジヤイロコンパス、２は速力を検出する音波
ログ、３はロランＣ方式等により船位を検出する
ロラン受信機、４は航行衛星からの電波を受信し
て船位を検出する航行衛星受信装置であり、これ
らによつて自船の航行情報を検出することができ
る。

ジヤイロコンパス１、音波ログ２、ロラン受信
機３及び航行衛星受信装置４の出力はコントロー
ルユニツト５に与えられ、コントロールユニツト
５は自動操船をプログラム制御により実行するコ
ンピユータユニツトを内蔵しており、プログラム
制御により実現される機能は予定航路設定部６、
船位計算部７及び航路保持制御手段８に分けられ
る。すなわち、コントロールユニツト５は、予定
航路設定手段としての予定航路設定部６、船位検
出手段としての船位計算部７および２つの変針点
を結んだ直線で与えられる制御線を制御目標とし
て修正針路角を演算する線制御手段、自船位置と
次の変針点を結んだ直線で与えられる制御線を目
標値として修正針路角を演算する点制御手段、お
よび次の変針点の所定距離に接近したことを判別
して線制御から点制御に切換する制御方式切換手
段としての機能をもつ航路保持制御手段８を有す
る。またコントロールユニツト５には外部出力装
置としてカラーグラフイツクデイスプレイ９、デ
ータデイスプレイ１０及び警報表示器１１が接続
される。

カラーグラフイツクデイスプレイ９はコントロ
ールユニツト５による制御のもとに航行対象とな
る海図、縦軸横軸等で示される緯度経度線、更に
予定航路設定部６に設定された複数の変針点を順
次結んだ直線で与えられる予定航路を画像表示す
る。又データデイスプレイ１０にはカラーグラフ
イツクデイスプレイ９に表示した予定航路におけ
る各変針点の位置データ、即ち緯度及び経度デー
タが数値表示され、更に船位データや速力、船首
方位等の数値データも表示される。

１２は自動操舵装置であり、コントロールユニ
ツト５から与えられる設定針路に船首方向が向く
ように舵取機１３を駆動制御し、周知の様にPID
制御器１２ａ、ラダーサーボ増幅器１２ｂ及びパ
ワーユニツト１２ｃを備え、PID制御器１２ａに
はジヤイロコンパス１で検出した船首方位とコン
トロールユニツト５からの指令舵角との偏差が与
えられ、またラダーサーボ増幅器１２ｂにはPID
制御器１２ａからの命令舵角とパワーユニツト１
２ｃによる実舵角との偏差が与えられる。尚、１
４は舵取機１３に従つて操船される模式的に示し
た船体であり、この船体１４の動きがジヤイロコ
ンパス１、音波ログ２、ロラン受信機３及び航行
衛星受信装置４の検出要素となる。

次に、コントロールユニツト５の制御機能を詳
細に説明する。

まず予定航路設定部６による予定航路の設定
は、航行予定とする海域の海図をカラーグラフイ
ツクデイスプレイ９に表示させた状態でジヨイス
テイツクなどによるマーカを画面上に移動させ、
出発地点から目的地点に至る複数の変針点をセツ
トすると、各変針点を順次結んだ直線として予定
航路が設定され、この予定航路を与える緯度と経
度で成る船位データが作り出される。勿論、画面
上でのマーカの移動による変針点の設定によら
ず、外部から変針点となる緯度及び経度を与える
様にしても良い。

次に船位計算部７はロラン受信機３または航行
衛星受信装置４より与えられる船位と音波ログ２
からの速力に基づいて時々刻々と変化する緯度デ
ータと経度データでなる船位を計算しており、通
常はロラン受信機３による船位と音波ログ２によ
る速力とジヤイロコンパス１による船首方向で船
位計算を行ない、航行衛星受信装置４の検出船位
によりロラン受信機３で演算された船位データを
修正する様になる。

更に航路保持制御手段８は、予定航路設定部６
の予定航路データと船位計算部７からの船位デー
タに基づいて、自船を予定航路に沿つて自動的に
航行させるための指令針路を自動操舵装置１２に
出力する。この航路保持制御手段８による航路保
持の原理を説明すると、次の様になる。

第２図は、航路保持制御手段８における線制御
を示したもので、予定航路１５は変針点ＡとＢを
結んだ直線で与えられる。この予定航路１５に沿
つて自船１６を自動的の航行させるための航路保
持は、航路誤差△ｌや風、潮流などによる外力Ｆ
がある時に、船首方位を予定航路１５の航路方位
θ₀からずらして自船１６を予定航路１５に戻る力
を発生させることで行なう。この航路方位θ₀に対
し、船首方位をずらす量を修正針路角△θと定義
する。

修正針路角△θは外力Ｆに対して自船１６が流
されない様にするための成分△θ1と、予定航路１
５からはずれた時に予定航路１５へ引き戻すため
の成分△θ2とに分けることができる。

ここで自船１６に作用する外力Ｆの大きさは、
航路誤差△ｌの変化量から推定することができ
る。即ち、外力Ｆが大きければ航路誤差の変化量
も大きくなり、外力Ｆが小さければ航路誤差の変
化量は少なくなる関係にある。

一方、予定航路１５に引き戻す成分△θ2は航路
誤差△ｌに比例する。従つて、航路誤差△ｌの変
化量から推定した外力Ｆに対して自船１６が流さ
れない様にするための成分△θ1と航路誤差△ｌに
比例した予定航路１５からはずれた時に予定航路
１５へ引き戻すための成分△θ2とを計算すること
により、航路をはずれた自船１６を予定航路１５
に戻す指令針路θrを与えるための修正針路角△θ
を演算することができる。

尚、速力が大きい時には僅かな修正針路角であ
つても大きな舵取力を発生することができるの
で、修正針路角△θを求めるために使用する２つ
の成分△θ1，△θ2はいずれも速力に反比例した値
を取る様にしている。

以上が予定航路に沿つて自船を自動的に航行さ
せるための航路保持の制御機能であるが、ここで
言う予定航路とは第２図に示す様に前の変針点Ａ
と次の変針点Ｂを結ぶ直線及びその延長線で与え
られる船位位置を目標値とした制御であることか
らこの制御を所謂線制御と定義する。

この線制御にあつては、予定航路１５に自船１
６を近付ける機能をもつが、次の変針点Ｂに近付
けるための機能がないため、線制御によつて次の
変針点Ｂに近付いた時には第３図に示す点制御に
切換え、次の変針点Ｂに近付ける様にする。

第３図の点制御は自船１６が次の変針点Ｂまで
の到達時間が一定時間、例えば３分に達した時に
行なわれる。勿論、変針点Ｂへの接近判別は変針
点Ｂまでの距離が一定距離に近付いたことで行な
つても良い。

この点制御にあつては変針点Ｂへの接近を判別
した時の自船１６の現在位置と次の変針点Ｂとを
結んだ破線で示す針路を点制御の指令針路とし、
この指令針路を保持するように現在位置から次の
変針点Ｂへ自動航行する。

次に第１図の実施例による航路保持の制御を第
４図のフローチヤートを参照して説明する。

まず自動航行に際してはブロツク２０に示す様
にカラーグラフイツクデイスプレイ９に表示され
た海図を使用して予定航路を画面上で作成する。
この予定航路の作成でコントロールユニツト５の
予定航路設定部６に予定航路変針点及び変針点を
結ぶ予定航路位置の緯度と経度データが設定さ
れ、カラーグラフイツクデイスプレイ９に変針点
を結んだ予定航路を画像表示すると共にデータデ
イスプレイ１０に変針点の緯度、経度データを数
値表示する。

予定航路の設定が終了すると、判別ブロツク２
１で自動航行の開始の有無をチエツクしており、
乗員が自動航行のためのスイツチ操作を行なう
と、ブロツク２２以降の制御が行なわれる。尚、
自動航行の開始は必ずしも予定航路の最初の地点
から開始させる必要はなく、任意の変針点から予
定航路に乗ることができる。この場合、最初の変
針点に至るまでは自動航行を開始した地点と最初
の変針点を結ぶ直線が新たな予定航路として設定
される。

自動航行が開始されると、ブロツク２２に示す
様に第２図に示した線制御に基づく航路保持が行
なわれる。即ち、予定航路１５に対する自船１６
の航路誤差△ｌを検出し、更に航路誤差△ｌの変
化量から自船１６に作用する外力Ｆを演算し、外
力Ｆに対して自船１６が流されない様にするため
の成分△θ1を求める。同時に航路誤差△ｌに比例
した自船を航路に引き戻す成分△θ2を求め両成分
の合成で修正針路角△θを求め、予定航路１５で
与えられる航路方位θ₀を修正針路角△θで修正
し、予定航路１５へ戻るための指令針路θrを自動
操舵装置に与えて舵取制御させる。このブロツク
２２の線制御は一定のタイムサイクル、例えば４
分毎に実行され、線制御による針路修正が終了す
ると、次の判別ブロツク２３で変針点接近ライン
の通過をチエツクし、次の変針点までの到達時間
が３分以上であれば、再びブロツク２２に戻つて
線制御による航路保持の制御指令を行なう。尚、
変針点接近ラインは、（速力）×（３分）で与えら
れている。

次の変針点への到達時間が３分に達すると、判
別ブロツク２３で変針点接近ライン通過が判別さ
れ、ブロツク２４に進んで変針点接近警報を出力
する。この変針点接近警報により乗員は自動航行
により次の変針点に近付いたことを知ることがで
きる。

変針点接近警報が済むと、ブロツク２５に進み
点制御または線制御による航路保持が行なわれ
る。

ブロツク２４で変針点接近警報が出された時に
は、通常第３図に示した自船１６の現在位置と次
の変針点Ｂを結んだ直線で与えられる指令針路を
とる点制御が行なわれるのであるが、変針点接近
警報が出た時の航路誤差が小さい時には特に点制
御に切換える必要はないため、点制御を行なうた
めの指令針路に対する予定航路１５とのズレ角△
θが10゜以内の時は点制御に切換えず、線制御を
継続して変針点へ向かう様にしている。

判別ブロツク２６では変針点への到達をチエツ
クしており、更に次の判別ブロツク２７でブロツ
ク２４で出力した変針点接近警報が乗員により確
認されたか否かをチエツクし、変針点接近警報が
確認されて始めてブロツク２９の自動変針制御を
行なう様にしている。従つて、乗員が気がつかな
い内に変針点の通過で航路変更が行なわれてしま
うことはない。判別ブロツク２７で接近警報の確
認が済むと、続いて判別ブロツク２８で目的地か
否かをチエツクし、目的地でなければブロツク２
９に進んで変針点通過に伴う新たな予定航路への
自動変針を行ない、再びブロツク２２に戻つて新
たな予定航路に沿つた自動航行のための線制御に
入る。

一方、判別ブロツク２７で接近警報が確認され
なかつたり、あるいは判別ブロツク２８で目的地
への到達が判別された時には、ブロツク３０に進
んで自動航行不能警報を出力し、次のブロツク３
１で自動航行を止め、変針を行なわずに直進状態
を保つたまま手動操作に戻す。

尚、自動航行を開始した時には、いずれの制御
状態にあつても乗員の判断により自動航行を解除
して手動操作に戻すことができる。また、第４図
のフローチヤートでは変針点接近以前には必ず線
制御で航路保持をしているが、この場合には線制
御と点制御を、例えば予定航路に対する航路誤差
の大きさに応じて切換える様にしても良い。

更に第１図の実施例ではカラーグラフイツクデ
イスプレイ９に海図と予定航路を表示する様にし
ていたが、この他にレーダ装置から得られたレー
ダ映像を重ね合わせ表示しても良く、更にレーダ
映像と共に衝突予防装置のシンボル情報も表示
し、自動操船装置と衝突予防装置の連携で予定航
路上に接近する危険船の自動回避を行なわせる様
にしても良い。

（発明の効果） 以上説明してきた様に本発明によれば、予定航
路に対する自船位置の航路誤差を逐次検出し、こ
の航路誤差を予定航路若しくは次の変針点に向か
う修正針路角を演算して操舵装置を制御駆動する
様にしたため、予め設定した予定航路に沿つて正
確に自動航行することができ、領海パトロール、
海難事故の救難活動あるいは漁業水域での操業の
様に複雑で且つ緻密な航路設定が行なわれた場合
にも、予定航路に沿つた正確な総船が自動的に行
なわれ、乗員の負担を大幅に低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置構成を示したブロツク
図、第２図は本発明による線制御を示した説明
図、第３図は本発明による点制御を示した説明
図、第４図は第１図の実施例による航路保持制御
を示したフローチヤートである。 １……ジヤイロコンパス、２……音波ログ、３
……ロラン受信機、４……航行衛星受信装置、５
……コントロールユニツト、６……予定航路設定
部、７……船位計算部、８……航路保持制御部、
９……カラーグラフイツクデイスプレイ、１０…
…データデイスプレイ、１１……警報表示器、１
２……自動操舵装置、１２ａ……PID制御器、１
２ｂ……ラダーサーボ増幅器、１２ｃ……パワー
ユニツト、１３……舵取機、１４……船体、１５
……予定航路、１６……自船、Ａ，Ｂ……変針
点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 緯度と経度で与えられる複数の変針点を結ん
   だ予定航路を設定する予定航路設定手段と、自船
   位置を検出する船位検出手段と、前記予定航路と
   自船位置との航路誤差を検出し、該航路誤差に基
   づいて予定航路または次の変針点へ向かう修正針
   路を演算して操舵装置へ指令する航路保持制御手
   段とを備え、該航路保持制御手段は、２つの変針
   点を結んだ直線で与えられる制御線を制御目標と
   して修正針路角を演算する線制御手段、自船位置
   と次の変針点を結んだ直線で与えられる制御線を
   目標値として修正針路角を演算する点制御手段、
   および次の変針点の所定距離に接近したことを判
   別して線制御から点制御に切換する制御方式切換
   手段を備えたことを特徴とする自動操船装置。