JPS61232994A - 自動操船装置 - 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） 本発明は、海図上に設定した予定航路に従って自動航行
させる自動操船装置に関し、特に設定航路を線制御と点
制御の組合わせによって保持するようにした自動操船装
置に関する。

（従来技術） 従来、大多数の船舶はオートパイロットとして知られた
自動操船装置によって航行している。即ち、海図上の予
定航路に基づいて自船のに針路（方位）をオートパイロ
ッ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ットにあっては、針
路を保持する機能はおるものの、予定航路に沿って船位
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ットの
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
のオートパイロットを使用することは困難でおり、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っ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
予定航路に沿った航路保持を点制御と線制御の切換えに
より行なって予定航路からのズレを最小限に押えるよう
にした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っては、予定航路の
中の２つの変針点を結んだ直線及びその延長線を制御線
とし、この制御線と自船位置との航路誤差に基づいて計
算した予定航路へ向かう線制御針路を保持する線制御手
段と、次の変針点と自船位置とを結んだ直線及びその延
長線を制御線とし、この制御線で与えられる点制御針路
を保持する点制御手段とを有し、点制御と線制御との切
換は、予定航路に対する点線制御針路及び点制御針路と
の偏角の大小に基づいて行なう。

即ち、点制御の偏角が線制御の偏角より大きい時には点
制御に切換え、逆に点制御の偏角が線制御の偏角より小
さい時には線制御に切換え、この制御方式の切換により
予定航路に対するズレを最小限に保つようにしたもので
おる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示したブロック図でおる。

まず構成を説明すると、１は線制御部であり、予め設定
された予定航路データから与えられる２つの変針点を結
んだ直線及びその延長線を航路保持のための制御線とし
、この制御線と自船位置との航路誤差に基づいて計算し
た予定航路へ向う線制御針路θ２を出力する。

２は点制御部でおり、予定航路データとして与えられる
次の変針点と船位データによる自船位置を結んだ直線及
びその延長線を航路保持のための制御線とし、この制御
線で与えられる点制御針路θｐを出力する。

３ａ、３ｂは線制御と点制御を切換えるための切換スイ
ッチであり、切換制御は偏角検出部４とコンパレータ５
によって行なわれる。

偏角検出部４には、線制御部１の出力、即ち線制御針路
ＯＬと点制御部２の出力、即ち点制御針路θｐ、更に予
め設定した予定航路に基づく予定針路θＯが与えられて
おり。予定針路θＯに対する線制御針路θ１及び点制御
針路θｐの偏角Δθ、Δθｐを検出して出力する。

コンパレータ５は偏角検出部４で求められた偏角Δθ　
とΔθｐの大小を比較判別しており、Δθ１≧Δθｐ：
Ｈレベル ΔθｌくΔθｐ　；Ｌレベル となる出力を生ずる。コンパレータ５の出力は直接切換
スイッチ３ａに与えられると共に、インバータ６で反転
されて切換スイッチ３ｂに与えられており、比較器５の
Ｈレベル出力で切換スイッチ３ａがオンして線制御部１
の出力する線制御針路θノを後の説明で明らかにする自
動操舵装置に指令舵角として出力し、この時、切換スイ
ッチ３ｂはインバータ６のＬレベル出力でオフとなって
いる。逆にコンパレータ５がＬレベル出力を生じた時に
は切換スイッチ３ｂがオンとなって点制御部２より出力
する点制御針路θｐを指令舵角として出力する。

要約すると、点制御の偏角Δθｐが線制御の偏角Δθノ
より大きい時には、点制御に切換えられ、逆に点制御の
偏角Δθｐが線制御の偏角Δθｌより小さい時には、線
制御に切換えることになる。

次に第１図の実施例に於ける線制御部１及び点制御部２
に於ける各制御原理を説明する。

第２図は予定航路に対する線制御による航路保持を示し
た説明図である。

今、仮に自船７が変針点ＡとＢの間を航行した場合を例
にとると、まず予定航路８は２つの変針点ＡとＢを結ん
だ直線となる。線制御に於いては、この変針点Ａと８を
結んだ予定航路８を制御目標としての制御線と定義し、
自船７の船位を予定航路８で与えられる制御線に向わせ
る様に針路を制御する。尚、線制御に於ける制御線は変
針点ＡとＢを結んだ直線及びその延長線を含むものであ
る。

従って、”線制御に於いては２つの変針点ＡとＢを結ん
だ直線及びその延長線で与えられる制御線に対し、自船
７を向わせる線制御針路θノを求めることとなり、この
線制御針路θノは自船７の制御線に対する航路誤差へＬ
、潮流や風による外力Ｆ及び速力の各要素を取入れた計
算から求める。

換言するならば、線制御による航路保持は航路誤差ΔＬ
や外力Ｆがある時に、船首方位を予定航路８の予定針路
θＬからずらして、制御線としての予定航路８に戻る力
を発生させることで行ない、制御線としての予定航路８
に対する線制御針路のの設定による方位のずれ量を修正
針路角Δθノと定義する。この−正針路角Δθｌは予定
針路θＯに対する線制御針路θｔの偏角を与える。

この様な線制御に於ける修正針路角、即ち偏角ΔθＬは
外力Ｆに対して自船７が流されない様にするための成分
Δθ１と、予定航路８から外れた時に予定航路８に引き
戻すための成分Δθ２とに分けることができる。

ここで外力Ｆの大きさは航路誤差ΔＥの変化量から推定
することができる。即ち、航路誤差の変化量が大きい時
には外力Ｆも大きく、航路誤差の変化量が少ない程、外
力Ｆが小さい関係にある。

この関係から外力Ｆの大きざが推定されると、外力に対
して自船が流されない様にするための成分Δθ１が求ま
る。

一方、予定航路に引き戻す成分Δθ２は、航路誤差Δｋ
に比例する関係におり、航路誤差θＬから一義的に定ま
る。

更に速力が大きい時には僅かな修正針路角でも大きな力
を発生することができるので、いずれの成分Δθ１．Δ
θ２についても速力に反比例する値とする。

第３図は本発明に於ける点制御による航路保持の原理を
示した説明図である。

即ち、点制御は自船７の現在位置と次の変針点Ｂを結ん
だ直線及びその延長線を制御線とし、この制御線で与え
られる点制御針路θｐとなる様に航路保持を行なう。換
言するならば、点制御は予定航路８からずれた時に直接
法の変針点Ｂに船首方位を向ける航路保持制御となる。

また、点制御針路θｐの予定針路θＯに対する方位のズ
レが偏角Δθｐとなる。

次に第４図のフローチャートを参照して線制御と点制御
の切換えによる航路の保持制御を説明する。

まずブロック１０に於いて、線制御による指令針路θノ
と点制御による指令針路θｐのそれぞれを計算する。続
いてブロック１１で予定航路との偏角へθＬ、Δθｐを
計算し、次の判別ブロック１２でその偏角の大小判別を
行なう。この偏角の比較判別で点制御の偏角Δθｐが大
きければ、ブロック１３に進み、点制御による航路保持
、即ち次の変針点へ直接向う点制御針路θｐを指令舵角
とした操船制御を行う。一方、線制御の偏角Δθｊが大
きい時には、ブロック１４に進んで線制御て航路保持を
行なう。即ち、予定航路８に対する自船７の航路誤差Δ
ｔを検出し、航路誤差△１の変化量から外力Ｆを推定し
て修正針路角Δθぶを与える成分Δθ１を求め、また航
路誤差△Ｌに比例した予定航路８に自船７を引き戻す成
分△θ２を求め、更に速力による補正計算を施して両成
分Δθ１．Δθ２から修正針路角Δθｌを与える線制御
針路θ　を発生し、この線制御針路θノを取ることで予
定航路８に戻る針路保持を行なう。

第５図は第４図のフローチャートに示した線制御と点制
御の切換方式を採用した時の航路保持の説明図であり、
この場合点制御針路θｐの偏角θｐに対し、線制御針路
θｐの偏角Δθ！が大きいことから、線制御針路θｐが
指令針路として選択される。

一方、点制御の選択は、自船７が次の変針点Ｂにより近
付いた時に行なわれる様になる。即ち、予定航路８に対
する自船７の航路差が同じであつたとすると、次の変針
点Ｂに近付いても線制御針路θｐは一定である。しかし
、点制御針路θｐの偏角Δθｐは変針点Ｂに近付く程増
加し、ある位置に於いて偏角Δθｐが偏角Δθ！より大
きくなって点制御への切換えが行なわれる様になる。勿
論、変針点ＡとＢの途中に於いても、両針路の偏角によ
る切換条件が成立すれば、線制御から点制御、または点
制御から線制御への切換えが適宜に行われる。

第６図は第１図の実施例に示した線制御と点制御の切換
方式を持つ航路の保持制御手段を備えた自動操船装置の
システム構成を示したブロック図である。

まず構成を説明すると、１５は船首方位を検出するジャ
イロコンパス、１６は速力を検出する音波ログ、１７は
船位を検出するロラン受信機、更に１８は同じく船位を
検出する航行衛星受信装置である。ジャイロコンパス１
５、音波ログ１６、ロラン受信機、１７及び航行衛星受
信装置１８の検出テークはコントロールユニット２０に
与えられる。コントロールユニット２０には予定航路設
定部２１、船位計算部２２、及び第１図の機能を備えた
保持制御部２３が設けられ、具体的にはマイクロコンピ
ュータのプログラム制御により実現される。コントロー
ルユニット２２は外部装置としてカラーグラフィックデ
ィスプレイ２３、データディスプレイ２４及び警報表示
器２５が接続している。カラーグラフィックディスプレ
イ２３は、予定航路設定部２１に設定した複数の変針点
を順次結んだ直線で与えられる予定航路を海岸線や緯度
経度を表した海図と共に表示する。また予定航路に沿っ
た自船の航行軌跡も合せて表示する。更に海図に重ね合
せてレーダ映像を表示しても良い。

データディスプレイ２４には、設定した予定航路に於け
る変針点を示す緯度経度の数値データが表示される。

コントロールユニット２０の保持制御部２３からは線制
御による指令針路θｋ、または点制御による指令針路θ
ｐが自動操舵装置２６に出力される。自動操船装置地２
６は、公知の様にＰＩＤ制御器２６ａ１ラダーサーボ増
幅器２６ｂ及びパワーユニット２６Ｃを備え、コントロ
ー／Ｌ、１ニット２０からの指令針路、即ち指令舵角と
ジャイロコンパス１５からの船首方位との偏差をＰＩＤ
制御器２６ａに与え、またＰＩＤ制御器２６ａからの命
令舵角とパワーユニット２６Ｃからの実舵角との偏差を
ラダーサーボ増幅器２６ｂに与える様にしている。自動
操舵装置２６の出力は舵取機２７に与えられ舵取機２７
の駆動による船体２８の動きを作り出す。

第７図は第６図のシステム構成による自動航行の制御処
理を示したフローチャートである。

まずブロック３０で予定航路を設定する。この予定航路
の設定はカラーグラフィックディスプレイ２３に対象と
なる海域の海図を表示し、画面を見ながら予定航路の変
針点のデータを入力することで設定することができる。

予定航路の設定が終了すると、判別ブロック３１で自動
航行開始の有無をチェックしており、乗員が自動航行へ
の切換操作を行なうと、ブロック３２以降の自動航行処
理が開始される。

この自動航行処理はブロック３２に於いて、まず線制御
による航路保持を一定のタイムサイクル、例えば４分毎
に行なって予定航路に向う線制御針路θＬを出力し、線
制御の指令針路を出力する毎に次の判別ブロック３３で
次の変針点の接近ライン通過をチェックする。変針点接
近ラインは、次の変針点に到達する一定時間前の位置、
例えば３分前の位置であり、（速力×３分）で変針点接
近ラインが設定されており、この変針点接近ラインへの
到達の有無をチェックする。

変針点接近ライン通過が判別されるとブロック３４に進
んで変針点接近警報を出力し、乗員に次の変針点に近付
いたことを知らせる。

変針点接近警報の出力が行なわれると次のブロック３５
に進んで本発明による線制御と点制御の切換えによる航
路保持が開始される。このため、変針点接近ラインを通
過しても直ちにそれまでの線制御から点制御に切換ねっ
てしまうことがなく、点制御による偏角Δθｐが線制御
による偏角Δθより大きくなった時に点制御に切換えて
変針点へ自船を直進させる針路を取る。

具体的に説明すると、もし変針点接近ラインの通過を判
別した時に、単純にそれまでの線制御から点制御に切換
えたとすると、点制御については線制御の様に潮流や風
による外力の影響が考慮されていないため、予定航路か
ら大きく外に膨らんで変針点に向う様になり、変針点へ
の到達に時間遅れを生ずる。しかし本発明にあっては、
偏角の大小により線制御から点制御への切換えを行なっ
ているため、点制御に切換えても線制御より望ましい航
路をとって確実に変針点へ向うことが可能となる。

変針点への到達は判別ブロック３６でチェックされてお
り、変針点に到達すると次の判別ブロック３７で変針点
接近警報の確認が成されたか否かをチェックする。乗員
による変針点接近警報の確認が行なわれれば、次の判別
ブロック３８で目的地への到達か否かをチェックし、目
的地でなければブロック３つに進んで変針点を過ぎた次
の変針点との間の直線で与えられる新たな予定航路へ向
っての自動変針制御を行ない、再びブロック３２に戻っ
て線制御による航路保持を行なう。

一方、変針点接近警報の確認動作が行なわれなかったり
、目的地に到達した場合には、ブロック４０に進んで自
動航行不能警報を出力し、ブロック４１で自動航行を止
めて直進状態に保ち、手動操船可能状態とする。

尚、第７図のフローチャートでは変針点接近警報が出さ
れた後に線制御と点制御の切換えを行なっているが、変
針点接近以前の状態で線制御と点制御の切換えによる航
路保持を行なっても良い。

（発明の効果） 以上説明してきた様に本発明によれば、線制御と点制御
による２つの航路保持の制御方式を持ち、線制御により
得られた指令針路の予定針路に対する偏角が点制御によ
る指令針路の偏角より大きい時には線制御に切換えて予
定航路に沿った自動航行のための操船制御を行ない、一
方、変針点接近等により点制御の偏角の方が大きくなっ
た時には、点制御に切換えて直接変針点へ向う指令針路
を取る様にしたため、変針点に近付くまでは線制御によ
る外力の影響を考慮して予定航路を目標位置とした位置
制御により予定航路に沿った航路保持を行なうことがで
き、変針点に近付いた時の点制御への切換えて変針点へ
向う最短コースを取ることができ、予め設定した予定航
路に沿った自動航行につき航路誤差の少ない正確な航路
保持を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロック図、第２図
は線制御の原理説明図、第３図は点制御の原理説明図、
第４図は第１図の実施例の制御処理を示したフローチャ
ート、第５図は線制御と点制御の切換状態を示した説明
図、第６図は本発明の航路保持制御を備えた自動操船シ
ステムのブロック図、第７図は第６図のシステムによる
制御処理を示したフローチャートである。 １、：線制御部 ２、；・点制御部 ３ａ　、　３ｂ　　：切換スイッチ ４：偏角検出部 ５：コンパレータ ６：インバータ ７：自船 ８：予定航路 １５：ジャイロコンパス １６：音波ログ １７：ロラン受信機 １８：航行衛星受信装置 ２０：コントロールユニット ２１：予定航路設定部 ２２：船位計算部 ２３二保持制御部 ２３：カラーグラフィックディスプレイ２４：データデ
ィスプレイ ２５：警報表示器 ２６二自動操舵装置 ２６ａ：ＰｒＤ制御器 ２６ｂ＝ラダ一サーボ増幅器 ２６Ｃ：パワーユニット ２７：舵取機 ２８：船体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）予め設定した予定航路に沿って自動航行するよう
   に操船制御する自動操船装置に於いて、予定航路の中の
   ２つの変針点を結んだ直線及びその延長線を制御線とし
   、該制御線と自船位置との航路誤差に基づいて計算した
   予定航路へ向かう線制御針路を保持する線制御手段と、 次の変針点と自船位置を結んだ直線及びその延長線を制
   御線とし、該制御線で与えられる点制御針路を保持する
   点制御手段と、 前記線制御針路および点制御針路のそれぞれと予定航路
   との偏角を検出し、点制御の偏角が線制御の偏角より大
   きい時には前記点制御に切換え、点制御の偏角が線制御
   の偏角より小さい時には前記線制御に切換える切換手段
   とを備えたことを特徴とする自動操船装置。