JPH09309489A - 海洋浮動体の操船制御装置及び方法 - Google Patents
海洋浮動体の操船制御装置及び方法Info
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Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
の能率を向上させる。 【解決手段】海洋浮動体の複数点にウインチ21を設け、
各ウインチ21のワイヤ端部位置を海洋浮動体の移動範囲
に置いて、各ウインチ21の巻込み、繰出し制御で各ウイ
ンチ21のワイヤの長さを可変して海洋浮動体を目標位置
に移動させる海洋浮動体の操船制御装置において、現在
位置を測定する船位置計測装置4 と、目標位置を入力す
るキーボード2 と、海洋浮動体にかかる外力の方向及び
強さを計測する風向風速計5 及び流速流向計6 と、計測
した結果と現在位置及び目標位置とにより現在位置から
移動先の目標位置に至る操船経路を判断するモデル演算
器12及び操船ルート設定器13と、得た操船経路に従って
上記ウインチ21を制御し、海洋浮動体の操船を行なうワ
イヤ操作量演算器15及びウインチ操作信号設定器18とを
備える。
Description
船等の海洋浮動体の操船制御装置及び方法に関する。
して、海中、陸上を問わず、砂杭を造成することが行な
われる。砂杭は定められた位置に精度良く造成していく
必要があり、したがって、海中での砂杭工事は砂杭打作
業船を精度良く移動させることが良好な砂杭を造成させ
ることに繋がることになる。ここで、船を移動させる作
業を転船と称する。
ジ」と称する)を用いるが、このバージには、例えば4
点にアンカ・ウインチを設けてあり、これらアンカ・ウ
インチによって水面(海上や湖面)に固定されている。
バージの転船は、目標位置に向かってオペレータが各ア
ンカ・ウインチのウインチワイヤを適宜巻込み、もしく
は繰出すことにより行なわれる。
ンチを操作するオペレータの経験と勘に基づいて行なわ
れるものであり、熟練を要することから、一人前の優秀
なオペレータを養成するのには長い年月が必要となる。
度が左右されると共に、作業時間にも大きな差を生じる
ものである。また、昨今はオペレータの要員が不足気味
であり、優秀なオペレータの養成は一朝一夕にはいかな
いことから、その補充は困難を極めたものとなってい
る。
らアンカ・ウインチのウインチワイヤの巻込み、もしく
は繰出しの操作を自動化するシステムの開発が種々試み
られている。
ては、アンカ・ウインチのウインチワイヤの張力と目標
位置座標とから各ワイヤの操作量を求め、ワイヤ張力の
バランスを保ちながらバージを現在位置から目標位置ま
で直線的に転船するようにしたものが一般的である。
説明するものである。図8(A)はアンカ位置の計算に
ついて示すもので、船体Bを図中のIの位置からIIの
位置に強制的に移動させ、移動前の各ワイヤの長さL1
〜L4と移動後の各ワイヤの長さl1〜l4とからアン
カ位置を算定する。
1)と移動後の位置(x1,y1)とを光波測距儀によ
り自動測定するもので、移動前後の各ワイヤの長さから
アンカ位置を決定する手順としては、平面幾何学的に求
める方法と、カテナリ演算を用いてワイヤのたるみも考
慮する方法の2つがある。
算出した後、所望の位置に転船するためのウインチワイ
ヤの操作量を決定する。図8(B)はこれを説明するも
ので、所望の位置IIIでバランスする各ワイヤの張力
を求め、カテナリ演算でその時のワイヤ長を算出する。
の各ワイヤの張力T1〜T4及び外力Fのバランスを算
定し、そこから目標位置IIIにおいて船体Bが静止す
る各ワイヤの張力t1〜t4のバランスを推定する。そ
して、求めた各ワイヤの張力t1〜t4からカテナリ演
算を用いて目標位置IIIにおけるワイヤ長を算定す
る。
算定するにあたっては、演算 T1+T2+T3+T4+F=0 t1+t2+t3+t4+F=0 なる演算式を用いるもので、現在位置IIと目標位置I
IIでの各ワイヤ長の差がワイヤ操作量となる。
た一般的なバージの自動操船を行なう方法では、そのバ
ージを取巻く作業環境からの影響に関しては考慮してお
らず、一定のバージの状態でのアンカ・ウインチのウイ
ンチワイヤの張力と目標位置座標とからのみ各ワイヤの
操作量を求めている。
ら強風が吹いている場合や潮流がある場合などには、ウ
インチワイヤを操作してもバージがまったく移動せずに
該ワイヤの張力のみが異常に上昇し、またバージが回転
してしまうなど、危険な状態に陥ってしまうことがあ
る。すなわち、外力が大きい場合には、ウインチワイヤ
に過大な力がかかって操船が不能となることがある。
たもので、その目的とするところは、悪条件の中でも安
定且つ高い精度で転船を行ない、転船の能率を向上させ
ることが可能な海洋浮動体の操船制御装置及び方法を提
供することにある。
海洋浮動体の複数点にウインチを設け、これらウインチ
のワイヤ端部位置を当該海洋浮動体の移動範囲に置い
て、各ウインチの巻込み、繰出し制御により各ウインチ
のワイヤの長さを可変することにより、当該海洋浮動体
を目標位置に移動させる海洋浮動体の操船制御装置にお
いて、上記海洋浮動体の現在位置と移動先の目標位置と
を測定する位置測定手段と、上記海洋浮動体にかかる外
力の方向及び強さを計測する外力計測手段と、この外力
計測手段で計測した結果と上記位置測定手段で測定した
結果とにより上記海洋浮動体の現在位置から移動先の目
標位置に至る操船経路を判断する判断手段と、この判断
手段で得た操船経路に従って上記ウインチを制御し、上
記海洋浮動体の操船を行なう制御手段とを具備したこと
を特徴とする。
の中でもこれを考慮して安定且つ高い精度で転船を行な
うことができる。請求項2記載の発明は、上記請求項1
記載の発明において、上記外力計測手段は、上記海洋浮
動体にかかる風の方向及び速度を計測する風向風速計測
手段と、上記海洋浮動体にかかる潮流の方向及び速度を
計測する流向流速計測手段とを含むことを特徴とする。
求項1記載の発明の作用に加えて、特に海洋浮動体に与
える影響の大きい外力である風及び潮流を考慮して安定
且つ高い精度で転船を行なうことができる。
の発明において、上記判断手段は、上記海洋浮動体の現
在位置から移動先の目標位置に至る直線的な操船経路
と、上記海洋浮動体の現在位置及び移動先の目標位置を
結ぶ線上から外れた第3の位置を経由する操船経路との
いずれか一方を選択することを特徴とする。
求項1記載の発明の作用に加えて、悪条件にない場合に
は現在位置から移動先の目標位置に至る直線的な操船を
行なう一方、外力の影響で現在位置から移動先の目標位
置に至る直線的な操船が困難である悪条件の中にあると
判断した場合には、安全な第3の位置を経由して操船す
るようになるため、安全な操船を行ないながら転船の能
率を向上させることができる。
点にウインチを設け、これらウインチのワイヤ端部位置
を当該海洋浮動体の移動範囲に置いて、各ウインチの巻
込み、繰出し制御により各ウインチのワイヤの長さを可
変させることにより、当該海洋浮動体を目標位置に移動
させる海洋浮動体の操船制御方法において、上記海洋浮
動体の現在位置と移動先の目標位置とを測定する測定処
理と、上記海洋浮動体にかかる外力の方向及び強さを計
測する外力計測処理と、この外力計測処理で計測した結
果と上記位置測定処理で測定した結果とにより上記海洋
浮動体の現在位置から移動先の目標位置に至る操船経路
を判断する判断処理と、この判断処理で得た操船経路に
従って上記ウインチを制御させ、上記海洋浮動体の操船
を行なわせる制御処理とを有することを特徴とする。こ
のような方法を採ることにより、悪条件の中でもこれを
考慮して安定且つ高い精度で転船を行なわせることがで
きる。
行なう装置に適用した場合の実施の一形態について図面
を参照して説明する。図1はそのシステム構成を示すも
ので、1は汎用のパーソナルコンピュータ等を用いた各
種演算を行なうコンピュータ本体である。このコンピュ
ータ本体1に対して、テンキイボードを含む数値や各種
コマンド等を設定入力するためのキーボード2、動作制
御状況及び入力データ等を表示するモニタディスプレイ
としてのCRT3、例えば光測距儀を用いた船位置計測
装置4、外力としての風の向きと大きさとを計測する風
向風速計5、外力としての潮流の大きさと向きとを計測
する流速流向計6、ジャイロコンパスを用いた当該船舶
の角速度計7、及びそれぞれアンカと接続した4台のウ
インチ装置8が接続される。
その機能構成を示す如く、目標位置記憶部11、船舶の
モデル演算器12、操船ルート設定器13、アンカ位置
記憶器14、ワイヤ操作量演算器15、モデル適応制御
系16、ワイヤ展張角演算器17、及びウインチ操作信
号設定器18を有する。
イヤの巻込み、繰出しを行なうウインチ21、このウイ
ンチ21の直接制御を行なう比例制御弁22aと電磁弁
22bとを設けたウインチコントローラ22、例えばロ
ータリエンコーダでなるワイヤ線長計23、及び差圧発
振器でなるワイヤ張力計24を有する。
11は、キーボード2で指示されたバージの目標位置を
記憶し、その記憶内容をモデル演算器12及び操船ルー
ト設定器13に読出す。
置計測装置4からの現在の船の位置のX,Y座標値、風
向風速計5からの風向値θw及び風速値Sw、流速流向
計6からの流速値Sb及び流向値θb、ワイヤ展張角演
算器17からのワイヤ展張角θ1 〜θ4 、及びワイヤ張
力計24からの各ワイヤ張力T1 〜T4 が入力されるも
ので、モデル演算器12はこれら入力を基に、後述する
バージの運動モデル式に従った演算を実行し、演算結果
を操船ルート設定器13及びモデル適応制御系16に出
力する。
位置記憶部11からの目標位置とキーボード2からの設
定数値とが入力されるもので、これらの入力に対応して
バージを目標位置まで直線的に移動させるか、あるいは
第3の地点を経由して迂回するかのルート設定を行な
い、その設定結果を上記ワイヤ操作量演算器15へ送出
する。
り入力されたアンカ位置のX,Y座標値及び深さ値を記
憶し、上記ワイヤ展張角演算器17へ出力する。ワイヤ
展張角演算器17は、このアンカ位置記憶器14からの
記憶内容と上記船位置計測装置4からの現在の船の位置
のX,Y座標値とによって4本のワイヤの展張角θ1〜
θ4 を算出し、上述した如くモデル演算器12へ出力す
る。
2からの演算結果、角速度計7からのバージの角速度、
及びワイヤ線長計23からのワイヤ線長に応じて、上記
モデル演算器12で演算したモデルに適応させるための
制御データを算出し、上記ワイヤ操作量演算器15に送
出する。
ート設定器13からの設定ルートとモデル適応制御系1
6からの制御データとにより実際のワイヤ操作量を演算
してウインチ操作信号設定器18へ送出する。
ヤ操作量演算器15からのワイヤ操作量とワイヤ線長計
23からのワイヤ線長とに応じてバージを目標値に移動
させるためのウインチ操作信号を発生し、ウインチ装置
8のウインチコントローラ22に適宜送出して、ウイン
チ21を操作させる。
る処理手順について図2及び図3のフローチャートを用
いて説明する。図2は当該処理手順のメインルーチンで
あり、その当初にキーボード2により移動先の目標位置
のX,Y座標を入力すると、その座標値を取込んで目標
位置記憶部11に記憶させる(ステップM1)。
バージの位置のX,Y座標値をモデル演算器12に取込
む一方、ウインチ装置8のウインチコントローラ22の
電磁弁22bを励磁してブレーキを解放させ、ウインチ
ワイヤの張力をウインチ21の油圧モータに加えること
で、該油圧モータの入り口/出口の圧力差としてのワイ
ヤ張力を発生させ、これをワイヤ張力計24で計測して
モデル演算器12に取込む(ステップM2)。
記油圧モータの工場で計測されたキャリブレーションデ
ータを有しており、このキャリブレーションデータを基
に取込んだワイヤ張力に対する補正換算を実行する。
らず、実際には風及び潮流による外力が作用しているも
ので、これら外力の合和とワイヤ張力のベクトル合力が
ゼロとなってバージが現在静止しているのであるから、
外力の合和はワイヤ張力から演算することができる。
なものであるなら、その値を用いて現在のワイヤの張力
と外力の釣合いの演算を行ない、力の釣合いとモーメン
トの釣合い、及び最適条件により外力の作用点と外力を
算出することができる。
置、及びワイヤ張力により、外力を除外した操船演算、
すなわち現在位置から目標位置に直線的に移動する際の
上記図8で説明したようなワイヤ操作量及びワイヤ操作
速度をモデル演算器12でカテナリ演算式により算出す
る(ステップM3)。
のものである。水中下でのワイヤは、図示する如くカテ
ナリ曲線となることが知られており、船からアンカまで
の水平距離、水深(垂直距離)、ワイヤの水中重量、及
びワイヤ全長が既知であれば、ワイヤの絶対張力からそ
の水平成分及び垂直成分をベクトル的に分解できるもの
である。
る外力の一要因である風の風向値θw及び風速値Swを
風向風速計5から取込み(ステップM4)、続いて同じ
くバージにかかる外力の一要因である潮流の流速値Sb
及び流向値θbを取込む(ステップM5)。
ナリ演算式により求めたワイヤ操作量を正確に操作した
ときのバージの最大回転角度及び目標位置での誤差をバ
ージの運動モデル式により求める(ステップM6)。こ
こで、該運動モデル式は、
ものである。 (但し、W:船体Bとアンカの間に接続されたワイヤ、 X,Y:絶対座標系、 (Xi,Yi):絶対座標系各座標値(i=1〜4)、 Ti:各ワイヤ張力、 x,y:バージ座標系、 (Xf ,Yf ):絶対座標系外力作用点座標値、 F:(合和)外力 θi:各ワイヤ張り角度、 θf:外力絶対角度、 θw:風向(絶対角度)、 φ:斜行角、 θb:潮流の絶対角度。) なお、図中に示す各ワイヤWの展張角θ1 〜θ4 は、対
応する各アンカの位置を既知とした場合に、船体Bの位
置を船位置計測装置4から入力することにより、それら
から演算して容易に求めることができる。
動させた場合のそれぞれのワイヤWの操作量から演算し
て求めることができ、これをキーボード2より入力して
アンカ位置記憶器14に記憶させるものである。
ジの最大回転角度が安全な回転角度の範囲内にあるか否
かにより、操船ルート設定器13が図6に示すように目
標位置まで直線的に移動するルートR1をとるか、ある
いは現在位置及び目標位置を結ぶ線上から外れた第3の
位置を経由して迂回するルートR2をとるか判断する
(ステップM7)。
2段階の操船を行なうことで、迂回点である第3の位置
(斜行角変更位置)にてバージの移動方向を切換えるも
のとする。この第3の位置は、現在位置からその第3の
位置まで安定した操船を行なうことができ、且つ第3の
位置から目標位置まで安定した操船を行なうことができ
るような位置を指定するものである。
方向に対して真横からの外力には安定性を失う傾向にあ
り、比較的安定しているのは、図中にハッチングで示す
操船方向に対して外力が左右45°以内であるか、ある
いは左右165°〜180°の範囲であるときとなる。
12で求めたバージの最大回転角度が安全な回転角度の
範囲内にあり、現在位置から目標位置まで直線的に移動
しても支障ないと判断した場合には、操船ルート設定器
13は図6に示す目標位置まで直線的に移動するルート
R1を選択設定し、設定結果をワイヤ操作量演算器15
に送出する。
は、その設定ルートとモデル適応制御系16からの制御
データとにより、当該バージを直線的に目標位置まで操
船すべく各ワイヤ操作量を演算し、演算結果をウインチ
操作信号設定器18に送出して4台のウインチ装置8の
ウインチコントローラ22によりウインチ21を駆動制
御させ、バージを自動操船させる(ステップM8)。
2で求めたバージの最大回転角度が安全な回転角度の範
囲外にあり、現在位置から目標位置まで直線的に移動す
ると危険であると判断した場合には、操船ルート設定器
13は図6に示す目標位置まで第3の位置を経由して迂
回するルートR2を設定し、設定結果をワイヤ操作量演
算器15に送出して、ウインチ操作信号設定器18によ
り4台のウインチ装置8を駆動制御させ、バージを自動
操船させる(ステップM9)。
を示すサブルーチンであり、その処理当初には、操船ル
ート設定器13が第3の位置を経由して迂回する2段階
のルートR2のいずれにあってもバージの最大回転角度
が安全な回転角度の範囲内となるような第3の位置を求
める斜行角変更位置演算を行ない、その演算結果をワイ
ヤ操作量演算器15へ送出する(ステップS1)。
変更位置(第3の位置)に至るまでの第1段階の各ウイ
ンチ装置8に対するワイヤ操作量とこの斜行角変更位置
から目標位置に至るまでの第2段階の各ウインチ装置8
に対するワイヤ操作量とをそれぞれカテナリ演算により
演算する(ステップS2)。
(第3の位置)に至るまでの第1段階において、算出し
た各ウインチ装置8に対するワイヤ操作量に達している
か否か判断し(ステップS3)、達していなければその
ウインチ装置8を操作し(ステップS5)、達していれ
ばそのウインチ装置8を停止しながら(ステップS
4)、斜行角変更位置(第3の位置)に到達したか否か
判断する(ステップS6)といった動作を斜行角変更位
置(第3の位置)に到達したと判断するまで繰返し実行
する。
たと判断して時点で、バージの安定をよりよくするべく
ワイヤの操作速度を最適ウインチ速度から最小ウインチ
速度に切換えるように制御を行なう。
到達したと判断した時点で、次にこの斜行角変更位置
(第3の位置)から目標位置に至るまでの第2段階にお
いて、算出した各ウインチ装置8に対するワイヤ操作量
に達しているか否か判断し(ステップS7)、達してい
なければそのウインチ装置8を操作し(ステップS
9)、達していればそのウインチ装置8を停止しながら
(ステップS8)、すべてのウインチ装置8の操作を終
了したか否か、すなわち目標位置に到達したか否か判断
する(ステップS10)といった動作を、実際に目標位
置に到達するまで繰返し実行する。
が残り僅かになったと判断して時点で、バージの安定を
よりよくするべくワイヤの操作速度を最適ウインチ速度
から最小ウインチ速度に切換えるように制御を行なう。
点でこの図3のサブルーチンを終了し、上記図2のメイ
ンルーチンに戻る。図2においては、ステップM8の直
線的なルートR1における自動操船、あるいはステップ
M9の第3の位置に迂回したルートR2における自動操
船を終了した後、現在のバージの位置を再度船位置計測
装置4からの計測値により取得し(ステップM10)、
バージが目標位置に到達していることをあらためて確認
したした時点で(ステップM11)、この処理を終了す
る。
置からバージが未だ目標位置に到達していないと判断し
た場合には、再び上記ステップM2からの処理を再度繰
返し行なう。
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変
形して実施することが可能であり、例えば海洋浮動体は
砂杭打作業船としてのバージを用いるものとしたが、こ
れに限るものではなく、またバージに4点アンカワイヤ
を張る構成としたが、3あるいは5点以上でも実施可能
である。
中でもこれを考慮して安定且つ高い精度で転船を行なう
ことができる。請求項2記載の発明によれば、上記請求
項1記載の発明の効果に加えて、特に海洋浮動体に与え
る影響の大きい外力である風及び潮流を考慮して安定且
つ高い精度で転船を行なうことができる。
1記載の発明の効果に加えて、悪条件にない場合には現
在位置から移動先の目標位置に至る直線的な操船を行な
う一方、外力の影響で現在位置から移動先の目標位置に
至る直線的な操船が困難である悪条件の中にあると判断
した場合には、安全な第3の位置を経由して操船するよ
うになるため、安全な操船を行ないながら転船の能率を
向上させることができる。請求項4記載の発明によれ
ば、悪条件の中でもこれを考慮して安定且つ高い精度で
転船を行なわせることができる。
すブロック図。
チンを示すフローチャート。
すフローチャート。
を示す図。
Claims (4)
- 【請求項1】 海洋浮動体の複数点にウインチを設け、
これらウインチのワイヤ端部位置を当該海洋浮動体の移
動範囲に置いて、各ウインチの巻込み、繰出し制御によ
り各ウインチのワイヤの長さを可変することにより、当
該海洋浮動体を目標位置に移動させる海洋浮動体の操船
制御装置において、 上記海洋浮動体の現在位置と移動先の目標位置とを測定
する位置測定手段と、 上記海洋浮動体にかかる外力の方向及び強さを計測する
外力計測手段と、 この外力計測手段で計測した結果と上記位置測定手段で
測定した結果とにより上記海洋浮動体の現在位置から移
動先の目標位置に至る操船経路を判断する判断手段と、 この判断手段で得た操船経路に従って上記ウインチを制
御し、上記海洋浮動体の操船を行なう制御手段とを具備
したことを特徴とする海洋浮動体の操船制御装置。 - 【請求項2】 上記外力計測手段は、 上記海洋浮動体にかかる風の方向及び速度を計測する風
向風速計測手段と、 上記海洋浮動体にかかる潮流の方向及び速度を計測する
流向流速計測手段とを含むことを特徴とする請求項1記
載の海洋浮動体の操船制御装置。 - 【請求項3】 上記判断手段は、上記海洋浮動体の現在
位置から移動先の目標位置に至る直線的な操船経路と、
上記海洋浮動体の現在位置及び移動先の目標位置を結ぶ
線上から外れた第3の位置を経由する操船経路とのいず
れか一方を選択することを特徴とする請求項1記載の海
洋浮動体の操船制御装置。 - 【請求項4】 海洋浮動体の複数点にウインチを設け、
これらウインチのワイヤ端部位置を当該海洋浮動体の移
動範囲に置いて、各ウインチの巻込み、繰出し制御によ
り各ウインチのワイヤの長さを可変させることにより、
当該海洋浮動体を目標位置に移動させる海洋浮動体の操
船制御方法において、 上記海洋浮動体の現在位置と移動先の目標位置とを測定
する測定処理と、 上記海洋浮動体にかかる外力の方向及び強さを計測する
外力計測処理と、 この外力計測処理で計測した結果と上記位置測定処理で
測定した結果とにより上記海洋浮動体の現在位置から移
動先の目標位置に至る操船経路を判断する判断処理と、 この判断処理で得た操船経路に従って上記ウインチを制
御させ、上記海洋浮動体の操船を行なわせる制御処理と
を有することを特徴とする海洋浮動体の操船制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12837596A JP3664807B2 (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 海洋浮動体の操船制御装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12837596A JP3664807B2 (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 海洋浮動体の操船制御装置及び方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH09309489A true JPH09309489A (ja) | 1997-12-02 |
JP3664807B2 JP3664807B2 (ja) | 2005-06-29 |
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JP12837596A Expired - Fee Related JP3664807B2 (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 海洋浮動体の操船制御装置及び方法 |
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JP (1) | JP3664807B2 (ja) |
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- 1996-05-23 JP JP12837596A patent/JP3664807B2/ja not_active Expired - Fee Related
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