JPS59166804A - 船の動揺検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は接岸した船の揺れを検出する装置に係わり、特
に上下動、ローリング、スエイ運動等の合成された運動
による船の変位を測定するのに好適な船の動揺検知装置
に関するものである。

〔発明の背景〕

岸壁唱こ停泊する貨物船、例えば石炭２石灰石等のばら
物搬送船、コンテナ船等は波動、風力によって動揺する
。このような状態でアンローダで荷揚げ作業を行なうと
き、＠機によってアンローダの一部が鉛末から突き上げ
られたり、ハツチに衝突する恐れがある。この防止対策
として超音波レベル計をアンロータ霜こ取り付けて船倉
内ばら物の表面からの反射波を検知し、アンローダ掘削
部をばら物に対して一定の位置に保つ方法がある。しか
し、超音波レベル計を用いた時、音波の放射角が１０°
　あり掘削部材がその領域醤こ入るため外乱を生じたり
、超音波の反射面がばち物であるため乱反射を生じて正
確な位置検出が難かしいという欠点があった。また超音
波レベル計では船のローリング角、スウェイ変位が検知
できず船全体の動揺モードが把握できないという欠点が
あった。

〔発明の目的〕

本発明は船全体の動揺変化を求める船の動揺検出装置を
提供することにある。

（ｙＡ明の概要〕 本発明は、船に付けたマークと、前記マークなを写し出
せる配置で前記船とは別体の部分に設置したカメラと、
前記カメラからの画像信号を受けるコンピュータと、前
記画像信号１こ基づいて前記マークに対応する画像の上
下変位と水平変位と像形の大きさとを算出し前記算出結
果に対応する前記マークの三次元変位を算出する前記コ
ンピュータにセットしたプログラムとから成る船の動揺
検知装置である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第７図までの各図
に基づいて説明する。第１図は撮像用カメラと反射板の
位置および船の動揺を説明する図である。本装置は岸暮
ｌに係留された貨物船２の船体に垂直に固定された反射
板（円形マーク）３と岸Ｉ！ｌに固定された撮像用カメ
ラ４とから構成されている。貨物船２の動揺には上下方
向（図中２方向）、左右方向（図中Ｘ方向）、水平方向
（図に垂直方向でＸ方向）、ローリング（図中θ方向）
、ピッチング（ｙ　−ｚ平面の回転）、ヨーイング（ｘ
　−ｚ平面の回転）等が挙げられる。この内、船長の大
きさ、係留の効果によってピッチング、ヨーイングの影
響は荷役作業上無視でき、重要な変動成分としては上下
、左右、水平、ローリングによるものがある。今、船体
に取り付けた反射板３の波動、風による動揺がないとき
の静止した位置を基準とした各変位をｄ　（左右）、ｌ
（水平）、ｈ　（上下）、θ　（ローリング）とする。

岸壁ｌのエツジ部を原点としてｘ　−ｙ　−ｚ座標をと
り、船体の形状座標を　（ｘ、ｙ、ｚ）　　とするとき
、動揺時の座＠　（ｘ’、　ｙ’、　ｚ’　）は、Ｄを
反射板３とカメラ４との水平寸法、Ｈをカメラ４の高さ
とした時に Ｘ’　　＝　（Ｘ−Ｄ）ｃｏｓθ−（Ｚ−Ｈ）ｓｉｎθ
＋ＤａｄＹ’＝Ｙ＋Ｊ Ｚ’　　＝　（Ｚ−Ｈ）ｃｏｓθ−（Ｘ−Ｄ）ｓｉｎθ
＋Ｈ＋ｈに変化する。ここでＤは静止した状態での岸壁
１と反射板３との距離であり、Ｈは岸壁ｌを基準とした
反射板３の高さである。

上記のように各変位信号より座標変換式が導かれ、船の
波ｉ、風力等による動揺を三次元表示できる。

第２図は撮像用カメラ４で映された反射板の画像から、
水平方向（Ｘ方向）、垂直方向（２方向）。

左右方向（Ｘ方向）の変位を測定する方法を説明するも
のである。撮像用カメラ４は縦、横マトリックス状にホ
トセンサ１１が配置され、同期回路１２によって制御さ
れる水平走査回路１３．垂直走査回路１４によって各ホ
トセンサ１１をシーケンシャルにスイッチングして、各
ホトセンサ１１の受光量に応じた電気出力なビデオ出力
として映像増幅器１５に入力する。映像増幅器１５から
の出力は映像プロセッサ１６に入力されて、映像プロセ
ッサ１６は入力さ゛れた各ホトセンサ１１からの電気信
号をモニタ用テレビ１７に撮像用カメラ４のホトセンサ
１１の配置と同期させてテレビ１７上の各画素に映像を
送る。まり映像プロセッサ１６はホトセンサ１１の出力
をアナログ量の信号からデジタル信号に変換する映像Ａ
／Ｄ　（アナログ−デジタル）コンバータ１８に送り、
コンピュータ用インターフェース１９を介してマイクロ
コンピュータ加に、各ホトセンサ１１のアドレスとその
２進化されたデータを電送するものである。第３図は撮
像用カメラ４と被写体の反射板３の距離りと像の長さＳ
との関係を示すものである。

今、被写体の長さを８０とすると像の長さＳはＳ　＝＝
　ｓｏ／（Ｄ／　ｆ−１）　＃　ｆ　Ｓｏ／Ｄここで、
ｆはレンズの焦点距離とする。

で表わされるから、像の長さＳは距離りに反比例する。

すなわち距離りがＤａｄに変化したときのからＤａｄだ
け離れた時に撮像された像の長さである。）と表わされ
る。像の長さＳは画素の数Ｎに比例するから、距離りの
ときの水平方向画素数をＮｏ、距離がＤａｄのときＮｍ
ａｘとして、比例定数なｋとするとき、 と表わされる。

次に垂直方向変位りと水平方向変位ｌの求め方について
説明する。先の第２図に示したモニタ用テレビ１７に反
射板３が静止状態で映っている時を実線で示す。図中モ
ニタ用テレビ１７の水平画素数（横）は３２０．垂直画
素数（縦）は２４０の例を示している。静止した位置で
の像の中心画素アドレスが水平位置でＩ＝ＩＯ，垂直位
置でＪ−＝ＪＯとする。船の動揺によって反射板３が点
線で示される位置に変位してＩ＝ｉ′、　Ｊ＝Ｊ’に移
動した時、ｈ、ｌは、ｋｌを比例定数とするときｈ　＝
　ｋｌ　（Ｉ　Ｏ−Ｉ’　） Ｊ　＝　ｋｌ　（Ｊ　Ｏ−Ｊ’） で表わされる。

コンピュータ加に人力された映像信号と各画素のアドレ
ス信号から第４図のプログラムを有するコンピュータ加
が変位り、Ｊ、ｄを求めるプログラムフローを示し説明
する。先ずフローのブロック（イ）で単位画素が被写体
に対してい（らの長さに対応するかを示す係数に＋を設
定する。次にブロックｔｏ＋で貨物船２が静止している
状態で反射板３が撮像された時の中心画素座標（ＩＯ，
ＪＯ）　　と水平方向画素数の最大値Ｎ６＝ｓ／ｋＩを
ブロック（ハ）で設定する。次にブロックに）でカウン
ターの数をに＝Ｏとし、各画素に対応する２進化された
映像信号を水平準位、垂直単位ごとにブロック住）で取
込む。第４図中では反射板３を映している時は「１」、
映していない時はｒＯＪなる信号が取り込まれており、
画素数は水平方向（横）１こ３２０個、垂直方向（縦）
に２４４個の例を示している。

次１こヘロノク（へ）で各行、各列ごとに横方向５番目
。

縦方向■番目の画素Ｅの状態を「１」か１０」かで判別
して撮像された反射板３の中心画素座標と水平方向画素
数の最大値を求める。次に垂直方向の変位り、水平方向
の変位ｌ、左右方向の変位ｄを算出するものである。

判別結果が１１」の時には、ブロック（ト）に移ってカ
ウンターの数値を１加算するようにに＝Ｋ　＋１とする
。そして、ブロック（力でその判別結果「１」が存在数
Ｎ　（Ｉ）　＝　Ｋとして記憶する。さらには「１」の
存在する各横行をＨ（Ｉ）＝ｒとして記憶する。このよ
うな各ブロックをＪ＝１からＪ、、＝３２０１で、ｉ　
＝　２４４　ｔ　テ実行り、テｖ（Ｊ）。

Ｎ（Ｉ）　、　Ｈ（Ｉ）を記憶する。次醤こ、ブロック
（ヌ）でＨ（Ｉ）　の最大値ＭＡＸ　（）ｉ（Ｉ）　）
と最小値ＭＩＮ（Ｈ（１））　　とを記憶回路から読み
出してｂ　＝　ｋｌ　（Ｉ　Ｏ−Ｉ’） を算出する。

次にブＯツクａＬｌテ、Ｖ（Ｊ）（７）最大値ＭＡＸｉ
Ｖ（Ｊ）１と最小値ＭＩＮ（Ｖ（Ｊ））　　とを記憶回
路から読み出して ｒ＝に、（ＪＯ−Ｊ’） を算出する。

さらに、ブロック（（イ）でＮ　（Ｉ）の最大値ＭＡＸ
［Ｎ（１））を記憶回路から読み出して Ｎｍａｘ＝ＭＡＸ　（Ｎ（Ｉ）） を算出する。

このようにすれば、マイクロコンピュータ加で三次元方
向の貨物船２の変位り、　Ｉ！、ｄを算出できる。

また、貨物船２のローリング角θは、貨物船２に取り付
けた傾斜角検出器で検出する。

第５図は２個の反射板の像から貨物船ｌのローリング角
θを求める方法について述べたものである。貨物船１の
壁面に垂直に反射板Ａ２１１反射板Ｂ２２を取り付ける
。貨物船２の動揺（こよってＡ。

Ｂがｄａ、　ｄｂだけ変位してＡ’、Ｂ’の位置に変位
した時、撮像用カメラ４との距離がＤＡ、　ＤＢ　　で
あったとする。この時ローリング角θは で表わされる。ＤＡ、　ＤＢ　　の測定は第４図で述べ
たフローによって求めることができるから、ローリング
角θの測定が画像処理する二とによって算出される。そ
して、第８図のプログラムフローによってθが求められ
る。

以上の方法によって各変位、ｄ、　ｌ！、ｈ、　θが求
まれば第１図において導いた変換公式によって任意の貨
物船１上の点（ｘ、ｙ、ｚ）　　が動揺している時の座
標（Ｙ′、Ｙ′、ｚ′）として算出することができる。

第６図は連続アンローダ２３１こよって貨物船２からば
ら物を陸揚げする時に、船の動揺検知装置を応用した例
を示すものである。アンローダｎの形状は幾何的に一定
であるから、掘削している２点例の位置はコンベアブー
ム５．エレベータ部フレーム加の長さ、ブーム６の起伏
角αによって決定される。その座標がｘ　−ｙ　−ｚ座
標において（Ｘｕ。

Ｙｕ、Ｚｕ）とする。また貨物船２の形状も幾何学的１
こ一定であるから、静止している時の貨物船２の床底ｎ
のＺ座標は各部の寸法から決定され、今（の値がＺｏで
あるとする。波動、風力によって貨物船２が前記の動揺
検知装置によって、各変位がり。

Ｊ、ｄ、　　θと観測された時、Ｐ魚屑直下の床底の動
揺前のＸ座標Ｘは次の式を満足する。

Ｘｕ＝　（Ｘ　−Ｄ　）　ｃｏｓθ−（Ｚｏ　　Ｈ）　
ｓｉｎθ＋Ｄ＋ｈこの時、貨物船２の床底γの２座標は
ｚ′となり次式で表わされる。

Ｚ’　＝　（Ｚ　ｏ　　Ｈ）　ｃｏ　ｓθ、−（Ｘ−Ｄ
）　ｓｉｎθ＋Ｈ＋ｈすなわち、ｚｕ−ｚ′　がＰ魚屑
での床底ｎからの距離となり、Ｚｕ≦２′で衝突するこ
とが予測できるからコンベアブーム５の起伏角αを更に
大きくするように運転すること裔こよって底突きを未然
に防止することができるという効果があるＱ第７図は第
６図番こ示した連続アンローダのブーム部の起伏角αを
制御することによって、掘削部Ｐ点の位置を船の動揺に
同期させて変化する制御回路を示すものである。連続ア
ンローダ乙のコンヘアプーム乙の長さおよびフレームが
の長さは一定であるから掘削部Ｐ点の座標（Ｘｕ、　Ｚ
ｕ）はブームの起伏角αが決まれば求まる。この起伏角
αはブーム起伏用ドラムの回転角から一義的に求まる。

また、貨物船２の形状も一定であるから、船が揺れてい
ない時の床底の２軸方向の座標ＺＯも幾何学的に求まる
。これら既知の情報をマイクロコンピュータ公に入力す
る。更にコンピュータＺには船の動揺変位ｄ、ｈ、　　
θおよび基準値り、　Ｈな入力するコンピュータ公はこ
れらの信号から掘削部Ｐ点のＸ座標Ｘｕ直下の船底の揺
れ１．ていない状態での座標Ｘを次式の演算を行って求
める。

掘削部Ｐ点直下の船底のＺ座標は、船の動揺によってｚ
′に変化した時、その値は次式より求まる。

Ｚ’　＝　（Ｚｏ　−Ｈ）　ｃｏｓθ−（Ｘ−Ｄ）ｓｉ
ｍｏ＋Ｈ＋ｈコンピュータ列は比較器四に２′を出力し
て、該比較器四は起伏角αから求まる掘削部Ｐ点の２座
標ｚｕＱ値と比較する。このＺｕと２′の差は掘削部Ｐ
点と床底との相対位置を示すもので、この値と設定値を
比較器３０によって比較する。比較された差分が零であ
れば船の動揺に係らず掘削部の位：６を鉛末から一定に
保つことができる。いま差分値が零でないとき、即ち船
の動揺）こ掘削部が同視していないときはその補正とし
て、差分値を増幅器３１によって増幅し、直流発１１！
９．３２の励磁電流を増減して出力電流を制御する。二
の出力電流は直流電動９３３の電機子巻線に加わり、電
動機おが回転する。電動機おには起伏用巻上ドラムＵが
連結されており、該ドラムが回転すると前記コンベアブ
ームの起伏角αが変化する。故に起伏角、ブーム長さ、
フレーム長さから求まる掘削部Ｐ点の座標を演算装置あ
によって計算する。この値Ｚｕとｚ′とを比較器９，３
０によって比較して、掘削部Ｐ点の船番こ対する相対位
置が常に一定になるように制御するものである。

本発明の実施例では、次の（１）〜（３）までのことを
含んでいる。

（１）船体に垂直に取り付けた反射板と、前記反射板を
撮像する岸壁上に水平に置かれたカメラと、前記カメラ
で水平、垂直走査された画像信号を受ける映像プロセッ
サと、前記プロセッサの出力を表示するモニタと、該プ
ロセッサから出方したアドレス信号と画像信号を入力す
るマイクロコンピュータち該船体の傾きを検知する傾斜
角測定器と、前記測定器の傾斜角信号をへカする該コン
ピュータを有する船の動揺検知装置において、反射板の
撮像信号から船の上下変位（ｈ）。

水平変位（Ｉりを求め、反射板の長さ変化から左右方向
の変位（ｄ）を求め、斜角測定器より傾斜角（のを求め ここで（ｘ、　ｙ、　ｚ）　　は動揺のないときの船の
位置、（Ｘ’、　Ｙ’、　Ｚ’　）は動揺しているとき
の船の位置座標を表わし、Ｄは動揺がないときの反射板
と岸壁からの距離を表わし、Ｈは反射板の岸壁からの高
さを表わす。

なる座標変換を行なうことを特徴とする船の動揺検知装
置 （２）該反射板の左右方向の変位（ｄ）　　は、撮像用
カメラによって映された水平方向画素数の最大値Ｎ、ｒ
１．ｘ　　より下記の関係式から求めることを特徴とし
た船の動揺検知装置 ｄ　”　ｋ　（１／Ｎｍ１ｘ　　１　／Ｎｏ　）ここで
ＮＯは船が静止した時の距離りに対応する水平方向画素
数の最大値、ｋは係数である。

（３）船の傾斜角θとして少なくとも２個の反射板を船
体曝こ垂直にＺｏの間隔で取り付け、下記の関係式から
求めることを特徴とした船の動揺検知装置 ここで、Ｎ人は上部反射板の、ＮＢは下部反射板の撮像
用カメラによって映された水平方向画素数の最大値であ
り、ｋは定数である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、非接触形変位検出器によって測定でき
るため、岸壁から離れて係留専れている船の動揺による
三次元変位が測定できる上に長さくこ関する渭１定が直
接できるために加速度、速度計からの信号を積分して長
さの変化を求める形式の検出器に比べて精度が向上する
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例に′おける貨物船上撮像用
カメラの位置を示す側面図、第２図は・嘉１図の撮像用
カメラによって映された像を画像処理するフロー、＄３
図は被写体の距離と像の大きさを表わす原理図、第４図
はコンピュータによる変・位を求めるフローチャート、
第５図は２個の反射板とローリング角の関係を表わす原
理図である。 また第６図は連続アンローダの床突き防止に適用した時
の側面図、第７図は第１図のカメラから得られた情報に
基づいて動作するアンローダの動作フロー図、第８図は
ローリング角の算出プログラムのフロー図である。 ３・・・・・・反射板、４・・・・・・撮像用カメラ、
１１・・・・・・ホトセンサ、１３・・・・・・水平走
査回路、１４・・・・・・垂直走査回路、１７・・・・
・・モニタ用テレビ、　１８・・・・・・Ａ／Ｄコンバ
ータ、１９・・・・・・インターフェース、加・・・・
・　コンピュータ、２１・・・・・・反射板、お・・・
・・・連続アンローダ、６・・・・・・コンベアブーム
、が・・・・・・フレーム、ｎ・・・・・床底 求１図 才２図 ↑ 矛３図 一才４図 才５図 Δ オ６図 ２′≧Ｚｕて衝ア オフ図 ２８ 才δ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、船に付けたマークと、前記マークを写し出せを配置
   で前記船とは別体の部分に接置したカメラと、前記カメ
   ラからの画像信号を受けるコンピュータと、前記画像信
   号に基づいて前記マークに対応する画像の上下変位と水
   平変位と像形の大きさとを算出し前記算出結果に対応す
   る前記マークの三次元変位を算出する前記コンピュータ
   にセットしたプログラムとから成る船の動揺検知装置。