JPS61226900A - 船舶の音響信号認識装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、他船から発せられた音響信号が号鐘、ドラ
、汽笛のいずれのどの意味の信号であるかを自動的に識
別する船舶の音響信号認識装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、船舶の操作情報の１つとして、他船から発せられ
た号鐘、ドラ、汽笛の音響信号がある。

ところで号鐘、ドラの組合せおよび汽笛の長音。

短音の組合せにより、音響信号はつぎの表１に示すよう
に種々の意味をもっている。

（以下余白） 表　　１ また、号鐘、ドラ、汽笛の音響信号は音色が異なり、さ
らに、汽笛の音響信号は、国際海上衝突予防規則にもと
づき、船舶の長さ、すなわち船長りに対して基本周波数
がつぎの表２および第５図に示すように決あられている
。

表　　２ そして従来は、見張員などの乗組員により音響信号を絶
えず監視、聴取し、当該乗組員の視覚。

聴覚により、他船から発せられた音響信号が号鐘。

ドラ、汽笛のいずれのどの意味の信号であるかを識別し
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで小人数の超自動化船などの場合、音響信号を監
視、聴取するために乗組員を割当てることが困難であり
、この場合、従来のような人手による音響信号の識別が
できない問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、複数の指向性マイクロホンにより形成され
本船上の複数位置にそれぞれ設置された複数の集音装置
を有し、前記各集音装置により集音された他船の音源の
相対位置を算出する音源相対位置測定算出部と、前記音
源の発する音源信号の音色と記憶された音色との比較に
より前記音源信号が号鐘、ドラの音響信号か否かを判別
するとともに、前記音源信号のピークレベルの周波数と
前記相対位置のデータおよび前記他船の撮影データによ
り算出された前記他船の船長データとにもとづき前記音
源信号が汽笛の音響信号であるか否かを判定する音源種
別判定部と、前記他船を追尾して前記他船の移動を検知
するとともに、レーダ探査により前記他船と本船との間
の障害物の有無を判別する移動検知および障害物判別部
と、前記音源信号判定部、前記移動検知および障害物判
別部のデータおよび前記音源信号と、予め記憶された号
鐘、ドラのパターンおよび汽笛のパターンとにもとづき
前記音源信号が号鐘、ドラあるいは汽笛のいずれのパタ
ーンの音響信号であるかを識別する音響信号認識処理部
とを備えたことを特徴とする船舶の音響信号認識装置で
ある。

〔作用〕

したがって、他船から発せられた音響信号が号鐘、ドラ
、汽笛のいずれのパターンの信号であるか、すなわち表
１のどの意味の信号であるかが自動的に識別される。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例を示した第１図ない
し第４図とともに詳細に説明する。

第１図において、（１）は音源相対位置測定算出部であ
シ、第１．第２集音装置（２１、（３）　、テープレコ
ーダ（４）、暗騒音補正機能（５）および、音源相対位
置演算機能（６）を有する。

（７）は音源種別判定部であり、イメージセンサ（８）
。

船長演算機能（９）、音色分析機能αＱ、温度計αυ、
湿度計＠および、距離、温度、湿度による減衰特性の記
憶機能α３１号鐘、ドラの音色記憶機能α４．汽笛の音
色記憶機能αＱを有する。

α・は移動検知および障害物判別部であり、音源追尾機
能αη１本船の絶対運動検知機能（ト）、音源の絶対運
動検知機能ＯＩおよびレーダ（ホ）を有する。

０℃は音響信号識別処理部であり、号鐘、ドラのパター
ンおよび汽笛のパターン記憶機能−，音響信号識別機能
翰を有する。

そして第１．第２集音装置（２）、（３）はそれぞれ同
一特性の複数の指向性マイクロホンにより形成され、両
集音装置（２）、（３）がそれぞれ４個の指向性マイク
ロホンを有する場合、第２図に示すように集音装置（２
）の４個の指向性マイクロホン（２Ｂ）、（２ｂ）　。

（２Ｃ）　、（２ｄ）が、本船（ハ）上の後部の中心点
Ｏの周囲に９０’ずつ離して設置され、集音装置（３）
の４個の指向性マイクロホン（３ａ）、（８ｂ）、（３
ｃ）、（３ｄ）が、本船（財）上の前部の中心点Ｏの周
囲に９０°ずつ離して設置される。なお、各マイクロホ
ン（２ａ）〜（２ｄ）　、　（８Ｂ）〜（至）の集音領
域が中心点０，０の外方に設定されているのは勿論であ
る。

そこで音響信号の音源（至）を有する他船（ホ）が、た
とえば第２図に示すように本船（ハ）の左舷側に位置す
る場合、集音装置（２］はマイクロホン（２Ｂ）、（２
ｂ）の音圧レベルが高く、集音装置（３］はマイクロホ
ン（３ａ）。

（３ｄ）の音圧レベルが高くなる。

すなわち、集音装置（２）の各マイクロホン（２ａ）〜
（２ｄ）の音圧レベルおよび、集音装置（３）の各マイ
クロホン（８ａ）〜（オ）の音圧レベルは、本船（ハ）
に対する音響信号の相対位置によって変化する。

そして第２図の状態において、第３図に示すようにマイ
クロホン（２ａ）、（２ｂ）の音圧レベルをｍａ、ｍｂ
とした場合、集音装置（２）に対する音源（至）の方向
。

すなわち集音装置（２）と音源（ハ）とのなす角αは、
音圧レベルｍａ、ｍｂの比にもとづき、α＝ｔａ１１　
（配）の式から求まる。

同様に、第２図の状態において、マイクロホン（３Ｂ）
、（ａｄ）の音圧レベルをｎａ、ｎｄとした場合、集音
装置（３）に対する音源（ハ）の方向、すなわち集音装
置（３）と音源（ハ）とのなす角βは、音圧レベルの比
にもとづき、β＝ｔａａ（…）の式から求まる。

そして角α、βが求まれば、余弦定理を用いて本船（ハ
）に対する音源−の相対的位置が求められる。

したがって、音源相対位置測定算出部（１）では第４図
（ａ）に示すように、集音装置（２１、１３１により集
音された音声帯域の信号をテープレコーダ（４）により
常時記録し、集音装置（２］　、　＋３）により同時刻
に集音された信号を順次に処理して前述の角α、βを算
出し、本船（ハ）に対する音源（ハ）の相対位置をくり
返し求める。

ところで集音装置（２）　、　（３）により集音される
信号には、船舶のエンジン音、風切り音、波の音などの
不要な騒音、すなわち暗騒音の信号が存在する。

そこでテープレコーダ（４）により常時記録された信号
を暗騒音補正機能（５）に入力し、該補正機能（５）に
より、時々刻々変化する暗騒音のレベルを計測算出する
とともに、各相対位置測定、算出時の信号を、算出直前
または直後の暗騒音のレベルにより、たとえば音源（ハ
）のような音源の発する音源信号のみの信号に補正する
。

なお、風の影響があるときは、音源（ハ）の相対位置が
実際の位置からずれて測定、算出される恐れがあるため
、暗騒音補正機能（５）の風測、風向の計測データにも
とづき、風の影響の補正も行なう。

そして暗騒音補正機能（５）により補正された信号。

すなわち各相対位置測定、算出時の集音、補正された゛
音源信号を音源相対位置演算機能（６）に入力し、該演
算機能（６）により、前述の角α、βを算出するととも
に、余弦定理を用いて本船（ハ）に対する音源（ハ）の
相対位置を算出する。

つぎに、音源信号が音響信号であるか否かを音色によっ
て判別するために、暗騒音補正機能より補正された信号
および、音源相対位置演算機能（６）により算出された
相対位置のデータを、音源種別判定部（７）に入力する
。

すなわち、集音するとともに暗騒音補正された音源信号
には、号鐘、ドラあるいは汽笛の音響信号以外の信号も
ある。

そして号鐘、ドラ、汽笛の音色がそれぞれ特有な音色を
有し、かつ汽笛は、表２および第５図で説明したように
船長りによって基本周波数が異なる。

ところで本船（ハ）に到達するまでの距離による減衰に
もとづき、音源信号の音圧、音色が音源の位置の音圧、
音色から変化するため、たとえば汽笛の音色が音源の相
対位置によって変化する。なお、距離による減衰量は周
波数毎に異なシ、これにより音色の変化が生じる。

また、音源信号の減衰特性は温度、湿度によっても変化
する。

そこで予め、号鐘、ドラの音色記憶機能α荀に号鐘、ド
ラの音色を記憶しておくとともに、汽笛の音色記憶機能
Ｑ５に各周波数の汽笛の音色を記憶し、かつ、減衰特性
の記憶機能α１に距離、温度、湿度を変数とした周波数
毎の減衰特性を記憶しておく。

そして音源信号および相対位置のデータが判定部（７）
に入力されると、音色分析機能αＱにより、相対位置の
データなどにもとづき音源の距離を算出するとともに、
第４図（ＥＬ）に示すように、算出した距離のデータお
よび温度計αυ、湿度計＠により計測された温度、湿度
のデータと、記憶機能α荀の記憶データとにもとづき、
入力された音源信号の音色の距離、温度、湿度による補
正を行なう。

さらに、補正された音源信号の音色と、記憶機能α荀、
αθに記憶された音色との比較にもとづき、音色分析機
能αＱにより、音源信号が号鐘、ドラの音響信号である
か否かを判別し、号鐘、ドラの音響信号のときは、第４
因（ａ）の１′号鐘またはドラか？“を肯定（ＹＥＳ）
で通過して第４図（ｂ）の■に移行する。

そして号鐘、ドラの音響信号でないと判別したときは、
音色分析機能α０が音源信号が汽笛の音響信号であるか
否かの判別をつぎに行なう。

ところで汽笛の音響信号が船長りによって異なるため、
イメージセンサ（８）により音源の方向を常時撮影する
とともに、船長演算機能（９）により、相対位置のデー
タとイメージセンサ（８）により撮影された他船ａｔ）
の撮影データとにもとづき他船（ホ）の船長りを算出す
る。

なお、イメージセンサ（８）は音源追尾機能αηの制御
などにより、常に音源の方向を撮影するように制御され
る。

そして号鐘、ドラの音響信号でないと判別し、第４図（
ａ）のゞゝ号鐘またはドラか？“を否定（ＮＯ）で通過
すると、音色分析機能αＯは、音源信号の最大音圧の周
波数、すなわちピークレベルの周波数Ａを検出するとと
もに、検出した周波数Ａが、７０〜１８０出、１３０〜
２００出、２００〜２５０比、２５０〜３５０Ｈｚ　、
　８５０〜７００Ｈ２の５個の周波数領域のいずれかに
属するか否かを判別する。

さらに、周波数Ａが前記５個の周波数領域のいずれかに
属したとき、音源信号が汽笛の音響信号であれば、船長
りはつぎの表３に示す長さでなければならない。

表　　３ そこで周波数Ａが前記５個の周波数領域のいずれかに属
すると判別すると、音色分析機能ａ０は第４図（ａ）に
示すように、算出された船長りが、表３の各周波数領域
に対する船長りそれぞれを満足するか否かを判別し、該
判別にもとづき、音源信号が汽笛の音響信号であるか否
かを判別し、汽笛の音響信号であれば、第４図（ｂ）の
■へ移行する。

そして判定部（７）の音色分析機能α０により、音源信
号が号鐘、ドラあるいは汽笛の音響信号であるか否かの
判別が行なわれると、つぎに、音響信号識別処理部（ハ
）により、表１のどの意味の信号であるかを識別する。

すなわち、識別処理部彰ηのパターン記憶機能−に、予
め表１の各番号■〜＠のパターンを記憶しておく。

そして音色分析機能α０により号鐘またはドラの音響信
号であると判別されたときは、処理部ＱＤの識別機能翰
により、記憶機能（イ）の記憶パターンを参照して第４
図（ｂ）の■から処理を開始し、号鐘（約５秒以内）が
１分間以内の間隔で鳴るかあるいはその後にドラが約５
秒間部るパターンであれば、番号＠の意味を示すパター
ンの音響信号であることを識別して認識する。

また、前記ドラの鳴る直前、直後に号鐘が３回五打され
るパターンであれば、番号＠の意味を示すパターンの音
響信号であることを識別して認識する。

さらに、音色分析機能αＯによυ号鐘またはドラの音響
信号であると判別されたにもかかわらず、一方、音色分
析機能αｑにより汽笛の音響信号であると判別されたと
きは、識別処理機能（ハ）により、パターン記憶機能＠
の記憶パターンを参照して第４図（ｂ）の■から処理を
開始する。

そして識別処理機能に）は、音源信号中の汽笛の回数を
計数するとともに、汽笛の長さの計測にもとづき、長音
と短音とが組合わされているときは長音、短音それぞれ
の回数を識別する。

ところで汽笛が長音または短音のみで構成されてい゛る
場合は、長音、短音の区別を明確に行なうことが困難で
ある。

そこで識別処理機能−は、計数された汽笛の回数、識別
された長音、短音の回数と、パターン記憶機能翰の記憶
パターンとにもとづき、最初に、汽笛の音響信号の意味
を第４図（ｂ）および表４に示すように識別する。

表　　４ そして表４からも明らかなように、長音または短音のみ
の場合、汽笛の回数からは、ｌ＠のときに番号■、■、
■の区別が行なえず、また、２回のときに番号■、■の
区別が行なえない。

ところで番号■は本船（ハ）と他船（１）との間に島。

岬などの障害物があって互いに見えないことを意味し、
また、番号■、■は左に変針中、停止中をそれぞれ意味
する。

そして障害物の有、無は判別部Ｍのレーダ（１）のレー
ダ探査により識別可能であり、また、変針中。

停止中の区別は他船翰の動きから識別可能である。

そこで汽笛の回数が１回のときは、レーダ（ホ）の探査
データにもとづく障害物の有、無の判別データを参照し
、障害物があれば、識別処理機能（ハ）により、第４図
（ｂ）に示すように１１他船が見透せるか？″を否定で
通過し番号■の意味であると識別する。

また、番号■、■の識別を行なうために、判別部αｅの
音源追尾機能αηにより、演算機能（６）により算出さ
れた相対位置のデータと、たとえばレーダを用いた航路
記憶とにもとづき、本船（ハ）に対する他船（１）の相
対的移動を検知するとともに、本船の絶対運動検知機能
（至）により、たとえばロラン、デツカ、　ＮＮ８８あ
るいはＧＰ８　（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ　８
ｙｓｔｆｆｒＩ）を利用して本船（ハ）の絶対移動を検
知し、さらに、両機能αη、（ト）の検知データにもと
づき、音源の絶対運動検知機能θ１により、他船（１）
の絶対移動を検知する。

そして汽笛の回数が２回のときは、検知機能ａ優の検知
データにもとづき、識別機能＠により他船（ホ）の移動
の有、無を判別するとともに、該移動の有、無の判別に
もとづき他船（ホ）が停止しているか否かを識別し、停
止していれば、第４図（ｂ）のゝゝ他船が運動している
か？″を否定で通過して番号■　　　゛の意味であると
識別し、停止していなければ、″他船が運動しているか
？“を肯定で通過して番号■の意味であると識別する。

なお、汽笛の回数が１回のときに障害物がなければ、″
他船が見透せるか？″を肯定で通過し、このとき番号■
、■の区別は行なえないが、番号■、■の意味の場合は
、とくに本船（ハ）から応答する必要がないため、識別
機能（ハ）は番号■、■の識別を行なわず、追尾機能ａ
ηにより他船（ホ）の勤行を追尾して注意しておく。

また、汽笛の回数が６回以上のときおよび、汽笛のパタ
ーンがパターン記憶機能（至）の記憶パターンと異なる
ときは、識別機能−により、第４図（ｂ）に示すように
音響信号ではないと判定する。

以上の動作により、識別機能−は、集音された音源信号
が号鐘、ドラあるいけ汽笛の音響信号であるか否かを識
別するとともに、号鐘、ドラあるいは汽笛の音響信号の
ときに、表１のどの意味の信号であるかを自動的に識別
する。

そして他船（ホ）から発せられた音響信号が、号鐘。

ドラ、汽笛のいずれのどの意味の信号であるかを自動的
に識別するため、超自動化船などの少人数の船舶に適用
することにより、著しい効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の船舶の音響信号認識装置によ
ると、音源相対位置測定算出部（１）により他船（ホ）
の音源の相対位置を測定算出するとともに、音源種別判
定部（７）により音源信号が号鐘、ドラあるいは汽笛の
音響信号であるか否かを判定し、かつ、移動検知および
障害物判別部αＱにより他船（ホ）の移動を検知すると
ともに本船（ホ）と他船（ホ）との間の障害物の有、無
を判別し、判定部（７）１判別部αＱのデータと予め記
憶された号鐘、ドラのパターンおよび汽笛のパターンと
にもとづき、音響信号識別処理部勾により音源信号が号
鐘、ドラ、汽笛のいずれのパターンであるかを識別した
ことにより、他船（ホ）から発生された音響信号が、号
鐘、ドラ。

汽笛のいずれのどの意味の信号であるかを自動的に識別
することができ、超自動化船のような少人数の船舶に適
用して著しい効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の船舶の音響信号認識装置の１実施例
のブロック図、第２図は第１図の第１゜第２集音装置の
配置説明図、第８図は相対位置の算出説明図、第４図（
ａ）　、　（ｂ）は第１図の動作説明用フローチャート
、第５図は音響信号と船長との関係説明図である。 （旧・・音源相対位置測定算出部、（７）・・・音源種
別判定部、αＱ・・・移動検知および障害物判定部、（
ハ）・・・音響信号識別処理部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の指向性マイクロホンにより形成され本船上
   の複数位置にそれぞれ設置された複数の集音装置を有し
   、前記各集音装置により集音された他船の音源の相対位
   置を算出する音源相対位置測定算出部と、前記音源の発
   する音源信号の音色と記憶された音色との比較により前
   記音源信号が号鐘、ドラの音響信号か否かを判別すると
   ともに、前記音源信号のピークレベルの周波数と前記相
   対位置のデータおよび前記他船の撮影データにより算出
   された前記他船の船長データとにもとづき前記音源信号
   が汽笛の音響信号であるか否かを判定する音源種別判定
   部と、前記他船を追尾して前記他船の移動を検知すると
   ともに、レーダ探査により前記他船と本船との間の障害
   物の有無を判別する移動検知および障害物判別部と、前
   記音源信号判定部、前記移動検知および障害物判別部の
   データおよび前記音源信号と、予め記憶された号鐘、ド
   ラのパターンおよび汽笛のパターンとにもとづき前記音
   源信号が号鐘、ドラあるいは汽笛のいずれのパターンの
   音響信号であるかを識別する音響信号認識処理部とを備
   えたことを特徴とする船舶の音響信号認識装置。