JPWO2016136297A1 - 船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法 - Google Patents
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Abstract
船舶の運航支援システムは、第1地点から第2地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援システムであって、前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定するための制約条件設定部と、前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第1地点から前記第2地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うための演算部と、を備え、前記演算部は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いるように構成される。
Description
本開示は、船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法に関する。
特許文献1には、A港からB港へ到る航路を航行する船舶のための航海計画支援システムが開示されている。かかる航海計画支援システムは、航路に関し座礁の危険海域を回避するように多数の通過点を設定して航路の選択を行う航路選択手段と、航路選択手段により選択された航路における現在の位置および時刻に基づきB港への到着予定時刻に見合うように通過点ごとに船舶の通過予定時刻、航海速度および舵角を順次設定する船速舵角設定手段とを備えている。
かかる航海計画支援システムによれば、A港からB港へ到る航路が危険海域を回避するように選択されるとともに、航路に沿い予め多数の通過点が選択され、現在の位置および時刻からB港への到着時刻に見合うように海象情報などに配慮して通過点ごとに船舶の通過予定時刻、航海速度および舵角の設定が順次自動的に行われるとされている。
特許文献2には、定刻運航と省エネ運航を両立させる船舶の運航システムが開示されている。かかる船舶の運航システムは、船速に基づいて船舶の予定到着時刻を計算するETA計算器と、航路上の有限個数の位置点の間の有限個数の区間の制御船速を計算する船速計算器と、制御船速に基づいて主機の物理状態を制御するアクチュエータとを具え、制御船速は地球座標系上で定義され、制御船速は、規定されている規定到着時刻が予定到着時刻に許容範囲内で一致するように計算され、制御船速は一定値である。
かかる船舶の運航システムによれば、複数の区間又は全区間のうち複数の区間で制御船速が潮流に対して同じ値であることが燃費削減の点で好ましいとされている。
しかしながら、特許文献1が開示する航海計画支援システムでは、A港からB港に到着するまでの燃料消費量をどのように節減するか明らかではない。
また、特許文献2が開示する船舶の運航システムでは、第1地点から第2地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分されているものではない。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、第1地点から第2地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法を提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶の運航支援システムは、
第1地点から第2地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援システムであって、
前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定するための制約条件設定部と、
前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第1地点から前記第2地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うための演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いるように構成される。
第1地点から第2地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援システムであって、
前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定するための制約条件設定部と、
前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第1地点から前記第2地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うための演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いるように構成される。
上記(1)の構成によれば、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いるので、最適化計算の解の収束性が高まり、第1地点から第2地点に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。これにより、第1地点から第2地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援システムを提供することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記演算部は、
前記対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて前記最適化計算を行って、各々の前記初期条件について前記解を求め、
前記初期条件ごとに求められた前記解のうち、前記燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力する
ように構成される。
前記演算部は、
前記対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて前記最適化計算を行って、各々の前記初期条件について前記解を求め、
前記初期条件ごとに求められた前記解のうち、前記燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力する
ように構成される。
上記(2)の構成によれば、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる可能性を高めることができる。これにより、第1地点から第2地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(2)の構成において、
前記複数種の初期条件は、各区間の対水船速が前記最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件の少なくとも一つを含む。
前記複数種の初期条件は、各区間の対水船速が前記最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件の少なくとも一つを含む。
上記(3)の構成によれば、対水船速一定条件と、各区間の対水船速が最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件を含む複数種の初期条件を用いることで、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる可能性を効果的に高めることができる。すなわち、たとえ何れかの初期条件を用いた最適化計算で局所解に陥ってしまっても、他の初期条件を用いた最適化計算により補うことができ、最適解に到達できる可能性が高まる。これにより、第1地点から第2地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、
前記演算部は、前記第1地点から前記第2地点までの複数の候補航路のそれぞれについて前記最適化計算を行い、前記複数の候補航路の中から前記目的関数が最小となる最適航路を選定するように構成される。
前記演算部は、前記第1地点から前記第2地点までの複数の候補航路のそれぞれについて前記最適化計算を行い、前記複数の候補航路の中から前記目的関数が最小となる最適航路を選定するように構成される。
上記(4)の構成によれば、複数の候補航路のそれぞれについて上記(1)で述べた最適化計算を行い、目的関数が最小となる最適航路を複数の航路の中から選択することで、航路選択の自由度がある場合に燃料消費量をより一層低減することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、
前記演算部は、
各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイントの通過時刻を算出し、
各々の前記ポイントの前記通過時刻における気象海象条件を推定し、
船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、前記船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各々の前記ポイントにおける推進負荷を推定し、
少なくとも前記推進負荷の推定値に基づいて、前記複数の区間全体としての前記燃料消費量を算出する
ように構成される。
なお、燃料消費量を算出する際、推進負荷に加えて、客室電力、空調電力又は補機電力の少なくとも一つを考慮してもよい。
前記演算部は、
各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイントの通過時刻を算出し、
各々の前記ポイントの前記通過時刻における気象海象条件を推定し、
船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、前記船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各々の前記ポイントにおける推進負荷を推定し、
少なくとも前記推進負荷の推定値に基づいて、前記複数の区間全体としての前記燃料消費量を算出する
ように構成される。
なお、燃料消費量を算出する際、推進負荷に加えて、客室電力、空調電力又は補機電力の少なくとも一つを考慮してもよい。
上記(5)の構成によれば、各区間を複数のポイント(ウェイポイント)に細分化し、ポイントごとに気象海象条件を推定して、これを用いて各ポイントの推進負荷を推定するようにしたので、第1地点から第2地点までの全区間における燃料消費量を高精度に算出することができる。これにより、燃料消費量を最小とする船速配分を適切に行うことができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)から(5)のいずれか一つの構成において、
前記最適化計算の前記初期条件を設定するための初期条件設定部をさらに備え、
前記初期条件設定部は、前記第2地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように前記少なくとも二つの区間における一定の前記対水船速を算出し、前記対水船速一定条件を求めるように構成される。
前記最適化計算の前記初期条件を設定するための初期条件設定部をさらに備え、
前記初期条件設定部は、前記第2地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように前記少なくとも二つの区間における一定の前記対水船速を算出し、前記対水船速一定条件を求めるように構成される。
上記(6)の構成によれば、第2地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求めるので、到着目標時刻から大幅にずれた時刻に第2地点に到着してしまうような事態を回避できる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(6)の構成において、
前記初期条件設定部は、
前記船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、
該初期対水船速で航海した場合における前記第2地点への到着予定時刻を求め、
該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように前記初期対水船速を補正して、前記対水船速一定条件を求める
ように構成される。
前記初期条件設定部は、
前記船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、
該初期対水船速で航海した場合における前記第2地点への到着予定時刻を求め、
該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように前記初期対水船速を補正して、前記対水船速一定条件を求める
ように構成される。
上記(7)の構成によれば、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、初期対水船速で航海した場合における第2地点への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求めるので、第2地点への到着時刻から許容範囲内の到着予定時刻に到着するように、初期対水船速を補正して対水船速一定条件を求めることができる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(1)から(7)のいずれか一つの構成において、
前記対水船速一定条件は、前記船速制限区間における船速が該船速制限区間の前記最大船速である。
前記対水船速一定条件は、前記船速制限区間における船速が該船速制限区間の前記最大船速である。
上記(8)の構成によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速であるので、船速制限区間を除く区間について対水船速を遅くなり、対水船速一定条件において、船速制限区間とそれ以外の区間との間の船速差を小さくすることができる。
(9)幾つかの実施形態では、上記(1)から(7)のいずれか一つの構成において、
前記対水船速一定条件は、前記船速制限区間における船速が該船速制限区間の前記最大船速と最小船速との平均値である。
前記対水船速一定条件は、前記船速制限区間における船速が該船速制限区間の前記最大船速と最小船速との平均値である。
上記(9)の構成によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速と最小船速との平均値であるので、対水船速一定条件において、船速制限区間の船速を適度な値に設定することができる。
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)から(9)のいずれか一つの構成において、
前記演算部は、
前記第1地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、前記第1地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、
前記第1地点を通過後において、前記第1地点と前記第2地点との間に位置する中間地点と前記第2地点との間の区間について前記最適化計算を再び行い、前記中間地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出し直す
ように構成される。
前記演算部は、
前記第1地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、前記第1地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、
前記第1地点を通過後において、前記第1地点と前記第2地点との間に位置する中間地点と前記第2地点との間の区間について前記最適化計算を再び行い、前記中間地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出し直す
ように構成される。
上記(10)の構成によれば、第1地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、第1地点と第2地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、第1地点を通過後において、第1地点と前記第2地点との間に位置する中間地点と前記第2地点との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点と第2地点との間の各区間について船速を算出し直すので、第1地点を通過後でも中間地点から第2地点に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。
(11)本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶の運航支援方法は、
第1地点から第2地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援方法であって、
前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定する制約条件設定工程と、
前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第1地点から前記第2地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行う演算工程と、
を備え、
前記演算工程は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いる。
第1地点から第2地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援方法であって、
前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定する制約条件設定工程と、
前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第1地点から前記第2地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行う演算工程と、
を備え、
前記演算工程は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いる。
上記(11)の方法によれば、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いるので、最適化計算の解の収束性が高まり、第1地点から第2地点に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。これにより、第1地点から第2地点までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援方法を提供することができる。
(12)幾つかの実施形態では、上記(11)の方法において、
前記演算工程は、
前記対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて前記最適化計算を行って、各々の前記初期条件について前記解を求め、
前記初期条件ごとに求められた前記解のうち、前記燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力する。
前記演算工程は、
前記対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて前記最適化計算を行って、各々の前記初期条件について前記解を求め、
前記初期条件ごとに求められた前記解のうち、前記燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力する。
上記(12)の方法によれば、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる可能性が高まる。これにより、第1地点から第2地点までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
(13)幾つかの実施形態では、上記(12)の方法において、
前記複数種の初期条件は、各区間の対水船速が前記最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件の少なくとも一つを含む。
前記複数種の初期条件は、各区間の対水船速が前記最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件の少なくとも一つを含む。
上記(13)の方法によれば、対水船速一定条件と、各区間の対水船速が最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件を含む複数種の初期条件を用いることで、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる可能性を効果的に高めることができる。これにより、第1地点から第2地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
(14)幾つかの実施形態では、上記(11)から(13)のいずれか一つの方法において、
前記最適化計算の前記初期条件を設定するための初期条件設定工程をさらに備え、
前記初期条件設定工程は、前記第2地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように前記少なくとも二つの区間における一定の前記対水船速を算出し、前記対水船速一定条件を求める。
前記最適化計算の前記初期条件を設定するための初期条件設定工程をさらに備え、
前記初期条件設定工程は、前記第2地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように前記少なくとも二つの区間における一定の前記対水船速を算出し、前記対水船速一定条件を求める。
上記(14)の方法によれば、第2地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求めるので、到着目標時刻から大幅にずれた時刻に第2地点に到着してしまうような事態を回避できる。
(15)幾つかの実施形態では、上記(14)の方法において、
前記初期条件設定工程は、
前記船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、
該初期対水船速で航海した場合における前記第2地点への到着予定時刻を求め、
該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように前記初期対水船速を補正して、前記前記対水船速一定条件を求める。
前記初期条件設定工程は、
前記船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、
該初期対水船速で航海した場合における前記第2地点への到着予定時刻を求め、
該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように前記初期対水船速を補正して、前記前記対水船速一定条件を求める。
上記(15)の方法によれば、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、初期対水船速で航海した場合における第2地点への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求めるので、第2地点への到着時刻から許容範囲内の到着予定時刻に到着するように、初期対水船速を補正して対水船速一定条件を求めることができる。
(16)幾つかの実施形態では、上記(11)から(15)のいずれか一つの方法において、
前記演算工程は、
前記第1地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、前記第1地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、
前記第1地点を通過後において、前記第1地点と前記第2地点との間に位置する中間地点と前記第2地点との間の区間について前記最適化計算を再び行い、前記中間地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出し直す。
前記演算工程は、
前記第1地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、前記第1地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、
前記第1地点を通過後において、前記第1地点と前記第2地点との間に位置する中間地点と前記第2地点との間の区間について前記最適化計算を再び行い、前記中間地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出し直す。
上記(16)の方法によれば、第1地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、第1地点と第2地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、第1地点を通過後において、第1地点と前記第2地点との間に位置する中間地点と前記第2地点との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点と第2地点との間の各区間について船速を算出し直すので、第1地点を通過後でも中間地点から第2地点に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、第1地点から第2地点までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法が提供される。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は、本発明の一実施形態に係る船舶の運航支援システムの概要を示すブロック図である。図2は、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分された船速を示す図である。図3は、区間ごとに配分された船速で航海したときの区間と船速との関係を示す図である。
図1に例示するように、船舶の運航支援システムは、航海計画、気象・海象予報情報、及び初期条件(例えば、船速配分)に基づいて船舶の運航を支援するものである。
本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶の運航支援システム1は、第1地点P1から第2地点P2までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速(図2参照)を算出するものである。
図1に示すように、船舶の運航支援システム1は、制約条件設定部4と演算部5とを備えている。
制約条件設定部4は、区間ごとの最大船速を制約条件として設定するためのものである。制約条件設定部4には、制約条件として区間ごとの最大船速が図示せぬ操作入力部等を介して設定される。
図1に例示する形態では、航海計画、気象・海象予報情報、及び初期条件(例えば、船速配分)が図示せぬ操作入力部等から制約条件設定部4に入力される。
航海計画は、出航時刻、到着時刻、船速制限区画、喫水、トリム、又は水深の少なくとも一つの情報を含み、気象・海象予報情報は、風向、風速、潮流(流速及び方向)、波高又は波向の少なくとも一つの情報を含んでいる。尚、気象・海象予報情報は、航路上の各ポイントの出航時刻から次のポイント到着時刻までのものであり、航路全域にわたり入手されてもよい。
演算部5は、区間ごとの船速を制御変数とし、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、目的関数を最小とする区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うためのものである。
演算部5は、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いるように構成される。
図1に例示する形態では、航海計画、気象・海象予報情報、及び初期条件に基づいて計算条件を決定し、燃料消費計算モデルを作成し、燃料消費量が算出される。
計算条件は、例えば、各ポイント(図3に示すウェイポイントWP)の通過時刻、各ポイント通過時の経度及び緯度、並びに各ポイントの通過時の気象・海象情報(気象海象条件)である。
尚、各ポイント通過時の気象・海象情報は、船速配分により変動する。このため、演算部5は、各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイント(図3に示すウェイポイントWP)の通過時刻を算出し、各々の前記ポイント(ウェイポイントWP)の位置(経度及び緯度)および当該ポイント(ウェイポイントWP)の通過時刻における気象海象条件を推定してもよい。
尚、各ポイント通過時の気象・海象情報は、船速配分により変動する。このため、演算部5は、各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイント(図3に示すウェイポイントWP)の通過時刻を算出し、各々の前記ポイント(ウェイポイントWP)の位置(経度及び緯度)および当該ポイント(ウェイポイントWP)の通過時刻における気象海象条件を推定してもよい。
幾つかの実施形態では、演算部5は、燃料消費量計算モデルを用いて燃料消費量を算出するに際し、船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、各々のポイント(ウェイポイントWP)における船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各々のポイント(ウェイポイントWP)における推進負荷を推定する。
また、燃料消費量計算モデルは、推進負荷に加えて、客室電力、空調電力又は補機電力の少なくとも一つを考慮して燃料消費量を推定するように構成されていてもよい。推進モデルに基づいて求められる推進負荷は、船速、気象及び海象条件により変動する。これに対し、客室電力及び空調電力は固定され、補機電力は、主機負荷条件によりオンとオフが切り換わる。
また、燃料消費量計算モデルは、推進負荷に加えて、客室電力、空調電力又は補機電力の少なくとも一つを考慮して燃料消費量を推定するように構成されていてもよい。推進モデルに基づいて求められる推進負荷は、船速、気象及び海象条件により変動する。これに対し、客室電力及び空調電力は固定され、補機電力は、主機負荷条件によりオンとオフが切り換わる。
演算部5は、上述した手法により、初期条件によって規定される各区間の船速(船速初期値)について全区間における燃料消費量を算出し、船速配分を変更して燃料消費量の算出を繰り返し行うことで、制約条件(例えば、第2地点への目標到着時刻(目標航海時間)や各区間の最大船速制限および最小船速制限等)を満たし且つ燃料消費量が最小となる船速配分を算出する。
最適化計算のアルゴリズムは、内点法、逐次二次計画法等の公知のアルゴリズムが採用される。
最適化計算のアルゴリズムは、内点法、逐次二次計画法等の公知のアルゴリズムが採用される。
例えば、図2に示す例では、最大船速が制限される第4区間及び第7区間を除く第1区間から第3区間、第5区間及び第6区間、並びに第8区間から第10区間において対水船速が一定である対水船速一定条件が最適化計算の初期条件として用いられる。
このようにすれば、最適化計算の解の収束性が高まり、第1地点P1から第2地点P2までの燃料消費量が最小となる船速を区間ごとに求めることができる。
なお、図3には、対水船速一定条件の例を示しており、最大船速が制限される第4区間及び第7区間を除く第1区間から第3区間、第5区間及び第6区間、並びに第8区間から第10区間において一定である。尚、対水船速が一定で航海する場合であっても各区間において潮流の影響を受けるので、大部分において対地船速は一定にはならない。
なお、図3には、対水船速一定条件の例を示しており、最大船速が制限される第4区間及び第7区間を除く第1区間から第3区間、第5区間及び第6区間、並びに第8区間から第10区間において一定である。尚、対水船速が一定で航海する場合であっても各区間において潮流の影響を受けるので、大部分において対地船速は一定にはならない。
上記の構成によれば、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いるので、最適化計算の解の収束性が高まり、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。これにより、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援システム1を提供することができる。
図4は、一実施形態に係る最適化計算を説明するためのフローチャートである。
図4に示すように、幾つかの実施形態では、演算部5は、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するように構成される。
図4に示すように、幾つかの実施形態では、演算部5は、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するように構成される。
上記の構成によれば、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる。これにより、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
図4に示すように、幾つかの実施形態では、複数種の初期条件は、最大船速条件、最小船速条件、実績船速条件、または、最適化計算結果条件の少なくとも一つを含む。
最大船速条件は、各区間の対水船速が最大船速であることを条件とするものであり、最小船速条件は、各区間の対水船速が該区間の最小船速であることを条件とするものである。また、実績船速条件は、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速であることを条件とするものである。最適化計算結果条件は、各区間の船速が過去の最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速であることを条件とするものである。
図2に示す例において、初期条件が最大船速条件の場合には、第1区間及び第2区間において初期値が25ノットとなり、第3区間、第5区間及び第6区間、第8区間から第10区間において初期値が24.5ノットとなる。また、第4区間で初期値が12,5ノット、第7区間で初期値が10ノットとなる。
図2に示す例において、初期条件が最小船速条件の場合には、第1区間から第3区間、第5区間及び第6区間、並びに第8区間において初期値が20ノットとなり、第4区間で初期値が7.5ノット、第7区間で初期値が5ノット、第9区間及び第10区間で初期値が15ノットとなる。
図には例示しないが、初期条件が実績船速条件の場合には、実績船速が初期値となる。尚、実績船速条件は、気象・海象の変化が小さく、各航海で船速配分に大きな変化が生じない場合には有効である。
また、初期条件が最適化計算結果条件の場合には、演算部5が過去に行った最適化計算の結果のうち、計算条件(例えば、航行時間、船速制限区間、喫水、トリム又は水深の少なくとも一つを含む運航条件や、風向、風速、潮流速度、潮流方向、波高又は波向の少なくとも一つを含む気象・海象条件等)が今回の航海と最も近い過去の航海に関する最適化計算結果に従って各区間の船速の初期値を決定してもよい。あるいは、今回の航海と全体又は一部が共通する航路について演算部5が過去に行った最適化計算結果に従って各区間の船速の初期値を決定してもよい。
最適化計算結果条件は、過去に最適化計算実行時に比べて計算条件の変化が少ない場合において有効な初期値である。
最適化計算結果条件は、過去に最適化計算実行時に比べて計算条件の変化が少ない場合において有効な初期値である。
上記の構成によれば、対水船速一定条件と、各区間の対水船速が最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、または、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件の少なくとも一つとにより求めた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる。これにより、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
図1に示すように、幾つかの実施形態では、初期条件設定部6をさらに備えている。
初期条件設定部6は、最適化計算の初期条件を設定するためのものである。
初期条件設定部6は、最適化計算の初期条件を設定するためのものである。
図5は、一実施形態に係る初期条件設定を説明するためのフローチャートである。
図5に示すように、初期条件設定部6は、第2地点P2への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求めるように構成される。
図5に示すように、初期条件設定部6は、第2地点P2への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求めるように構成される。
上記の構成によれば、第2地点P2への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求めるので、第2地点P2への到着目標時刻から許容範囲内の到着予定時刻に第2地点P2に到着することができる。
図5に示すように、幾つかの実施形態では、初期条件設定部6は、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、該初期対水船速で航海した場合における第2地点P2への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求めるように構成される。
上記の構成によれば、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、初期対水船速で航海した場合における第2地点P2への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求めるので、第2地点P2への到着時刻から許容範囲内の到着予定時刻に到着するように、初期対水船速を補正して対水船速一定条件を求めることができる。
幾つかの実施形態では、対水船速一定条件は、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速である。
図2に例示する対水船速一定条件では、最大船速が制限された第4区間における船速が12.5ノットであり、第7区間における船速が10ノットである。
上記の構成によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速であるので、船速制限区間を除く区間について対水船速を遅くすることができる。
幾つかの実施形態では、対水船速一定条件は、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速と最小船速との平均値である。
図2に例示する対水船速一定条件では、最大船速が制限された第4区間における船速が10ノットであり、第7区間における船速が7.5ノットである。
上記の構成によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速と最小船速との平均値であるので、船速制限区間において早すぎず、かつ遅すぎずに航行することができる。
図6は、第1地点P1通過前に最適化計算を行う区間と第1地点P1通過後に最適化計算を行う区間を示す概念図である。
図6に示すように、幾つかの実施形態では、演算部5は、第1地点P1の通過前において予め最適化計算を行って、第1地点P1と第2地点P2との間の各区間について船速を算出するとともに(図6(a)参照)、第1地点P1を通過後において、第1地点P1と第2地点P2との間に位置する中間地点P3と第2地点P2との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点P3と第2地点P2との間の各区間について船速を算出し直すように構成される(図6(b)参照)。
上記の構成によれば、第1地点P1の通過前において予め最適化計算を行って、第1地点P1と第2地点P2との間の各区間について船速を算出するとともに、第1地点P1を通過後において、第1地点P1と第2地点P2との間に位置する中間地点P3と第2地点P2との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点P3と第2地点P2との間の各区間について船速を算出し直すので、第1地点P1を通過後でも中間地点P3から第2地点P2に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。
図7及び図8は、一実施形態に係る船舶の運航支援方法の概要を示すフローチャートである。
本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶の運航支援方法は、第1地点P1から第2地点P2までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援方法である。
本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶の運航支援方法は、第1地点P1から第2地点P2までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援方法である。
図7及び図8に示すように、幾つかの実施形態に係る船舶の運航支援方法は、制約条件設定工程(ステップS2)と演算工程(ステップS3)とを備えている。
制約条件設定工程(ステップS2)は、区間ごとの最大船速を制約条件として設定するものである。
演算工程(ステップS3)は、区間ごとの船速を制御変数とし、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、目的関数を最小とする区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うものである。
演算工程(ステップS3)は、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いる。
制約条件設定工程(ステップS2)は、区間ごとの最大船速を制約条件として設定するものである。
演算工程(ステップS3)は、区間ごとの船速を制御変数とし、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、目的関数を最小とする区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うものである。
演算工程(ステップS3)は、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いる。
上記の方法によれば、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いるので、解の収束性が高まり、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。これにより、第1地点P1から第2地点P2までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援方法を提供することができる。
図4に示すように、幾つかの実施形態では、演算工程(ステップS3)は、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力する。
上記の方法によれば、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる。これにより、第1地点P1から第2地点P2までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
図4に示すように、幾つかの実施形態では、複数種の初期条件は、各区間の対水船速が最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、または、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件の少なくとも一つを含む。
上記の方法によれば、対水船速一定条件と、各区間の対水船速が最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、または、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件の少なくとも一つとにより求めた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる。これにより、第1地点P1から第2地点P2までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
図4に例示する形態では、演算工程(ステップS3)において、まず、最大船速条件、最小船速条件、実測船速条件、及び対水船速条件の中から条件が設定される(ステップS31)。条件が設定されると、区間ごとに初期値が算出され、区間ごとに初期値が設定される(ステップS41,S51,S61,S71)。次に、条件ごとに最適化計算が実行され(ステップS42、S52,S62,S72)、条件ごとに燃料消費量が最小となる解が算出される(ステップS43,S53,S63,S73)。次に、燃料消費量が最小となる条件を抽出し(ステップS34)、抽出された計算条件で求められた解(区間ごとの船速)を最適解とする(ステップS35)。
図8に示すように、幾つかの実施形態では、初期条件設定工程(ステップS1)を更に備えている。
初期条件設定工程(ステップS1)は、最適化計算の初期条件を設定するためのものである。
図5に示すように、初期条件設定工程(ステップS1)は、第2地点P2への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求める。
初期条件設定工程(ステップS1)は、最適化計算の初期条件を設定するためのものである。
図5に示すように、初期条件設定工程(ステップS1)は、第2地点P2への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求める。
上記の方法によれば、第2地点P2への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求めるので、第2地点P2への到着目標時刻から許容範囲内の到着予定時刻に第2地点P2に到着することができる。
図5に示すように、幾つかの実施形態では、初期条件設定工程(ステップS1)は、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、該初期対水船速で航海した場合における第2地点P2への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求める。
上記の方法によれば、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、初期対水船速で航海した場合における第2地点P2への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求めるので、第2地点P2への到着時刻から許容範囲内の到着予定時刻に到着するように、初期対水船速を補正して対水船速一定条件を求めることができる。
図5に例示する形態では、初期条件設定工程(ステップS1)において、まず、船速制限区画を除く区間について初期対水船速を設定する(ステップS11)。つぎに、設定された初期対水船速で航海した場合における第2地点P2への到着時刻を求める(ステップS12)。求めた到着予定時刻と目標到達時刻との差が許容範囲内の場合(ステップS13:YES)には設定された初期対水船速を対水船速とする(ステップS14)。一方、求めた到着予定時刻と目標到達時刻との差が許容範囲内でない場合(ステップS13:NO)には許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正する(ステップS15)。そして、補正した初期対水船速で航海した場合における第2地点P2への到着予定時刻と目標到達時刻との差が許容範囲内となった場合に補正した初期対水船速を対水船速とする(ステップS14)。
幾つかの実施形態では、対水船速一定条件は、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速である。
上記の方法によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速であるので、船速制限区間を除く区間について対水船速を遅くすることができる。
幾つかの実施形態では、対水船速一定条件は、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速と最小船速との平均値である。
上記の方法によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速と最小船速との平均値であるので、船速制限区間において早すぎず、かつ遅すぎずに航行することができる。
図6に示すように、幾つかの実施形態では、演算工程(ステップS3)は、第1地点P1の通過前において予め最適化計算を行って、第1地点P1と第2地点P2との間の各区間について船速を算出するとともに、第1地点P1を通過後において、第1地点P1と第2地点P2との間に位置する中間地点P3と第2地点P2との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点P3と第2地点P2との間の各区間について船速を算出し直す。
上記の方法によれば、第1地点P1の通過前において予め最適化計算を行って、第1地点P1と第2地点P2との間の各区間について船速を算出するとともに、第1地点P1を通過後において、第1地点P1と第2地点P2との間に位置する中間地点P3と第2地点P2との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点P3と第2地点P2との間の各区間について船速を算出し直すので、第1地点P1を通過後でも中間地点P3から第2地点P2に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述の実施形態では、予め定められた航路の各区間への船速配分を最適化するものであったが、航路選択の自由度が比較的高い場合、演算部5は、複数の候補航路の中から燃料消費量が最小となる最適航路を選定するようになっていてもよい。
複数の候補航路A〜Cは、船舶の渋滞予測結果、季節的要因、または、突発的要因(台風、事故等)を考慮して設定されてもよい。候補航路の設定は、演算部5によって行われてもよいし、外部機器において設定された候補航路が任意のインターフェースを介して演算部5に入力されてもよい。
図9は、複数の候補航路の例を示す図である。図9に示すように、複数の候補航路A〜Cは、それぞれ、複数の区間10に区分され、各区分10内には複数のウェイポイントWPが設定されている。一実施形態では、ウェイポイントWPは、各区間10内にウェイポイントWP間の距離が一定となるように均等に割り当てられる。他の実施形態では、ウェイポイントWPは、各区間10内において、気象海象データを取得可能な地点に設定される。ウェイポイントWPの設定は、演算部5によって行われてもよいし、外部機器において設定されたウェイポイントWPが任意のインターフェースを介して演算部5に入力されてもよい。
演算部5は、各々の候補航路A〜Cについて、船速配分の最適化計算を行い、候補航路A〜Cの中から目的関数(燃料消費量)が最小となる最適航路を選定するように構成される。
すなわち、演算部5は、候補航路A〜Cのそれぞれについて、初期条件によって規定される各区間10の船速(船速初期値)について全区間10における燃料消費量を算出し、船速配分を変更して燃料消費量の算出を繰り返し行うことで、制約条件(例えば、第2地点への目標到着時刻(目標航海時間)や各区間の最大船速制限および最小船速制限等)を満たし且つ燃料消費量が最小となる船速配分を候補航路A〜C毎に算出する。こうした最適化計算によって候補航路A〜C毎に得られた燃料消費量の最小値を比較し、燃料消費量が最小となるものを最適航路として選定するのである。
すなわち、演算部5は、候補航路A〜Cのそれぞれについて、初期条件によって規定される各区間10の船速(船速初期値)について全区間10における燃料消費量を算出し、船速配分を変更して燃料消費量の算出を繰り返し行うことで、制約条件(例えば、第2地点への目標到着時刻(目標航海時間)や各区間の最大船速制限および最小船速制限等)を満たし且つ燃料消費量が最小となる船速配分を候補航路A〜C毎に算出する。こうした最適化計算によって候補航路A〜C毎に得られた燃料消費量の最小値を比較し、燃料消費量が最小となるものを最適航路として選定するのである。
なお、演算部5において、各候補航路A〜Cについて行われる船速配分の最適化計算は上述したとおりであるが、図9を参照しながら簡単に説明する。
演算部5は、各ウェイポイントWPの通過時刻、各ウェイポイントの経度及び緯度、並びに各ウェイポイントの通過時における気象・海象情報を算出する。具体的には、演算部5は、各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイント(図9に示すウェイポイントWP)の通過時刻を算出し、各々の前記ポイント(ウェイポイントWP)の位置(経度及び緯度)および当該ポイント(ウェイポイントWP)の通過時刻における気象海象条件を推定する。
演算部5は、船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、各々のウェイポイントWPにおける船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各ウェイポイントWPにおける推進負荷を推定し、少なくとも各ウェイポイントWPの推進負荷の推定値に基づいて、各候補航路全体の燃料消費量を算出する(図1参照)。なお、燃料消費量を算出するための燃料消費量計算モデル(図1参照)が、推進負荷に加えて、客室電力、空調電力、補機電力等の他の因子も含む場合、演算部5は、これら他の因子も考慮して、各候補航路の燃料消費量を算出する。
また、各候補航路A〜Cについての最適化計算を行うに際して、上述したように、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件(例えば、対水船速一定条件に加えて、最大船速条件、最小船速条件、実績船速条件または最適化計算結果条件の少なくとも一つを含む他の初期条件との組合せ)を用いてもよい。
演算部5は、各ウェイポイントWPの通過時刻、各ウェイポイントの経度及び緯度、並びに各ウェイポイントの通過時における気象・海象情報を算出する。具体的には、演算部5は、各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイント(図9に示すウェイポイントWP)の通過時刻を算出し、各々の前記ポイント(ウェイポイントWP)の位置(経度及び緯度)および当該ポイント(ウェイポイントWP)の通過時刻における気象海象条件を推定する。
演算部5は、船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、各々のウェイポイントWPにおける船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各ウェイポイントWPにおける推進負荷を推定し、少なくとも各ウェイポイントWPの推進負荷の推定値に基づいて、各候補航路全体の燃料消費量を算出する(図1参照)。なお、燃料消費量を算出するための燃料消費量計算モデル(図1参照)が、推進負荷に加えて、客室電力、空調電力、補機電力等の他の因子も含む場合、演算部5は、これら他の因子も考慮して、各候補航路の燃料消費量を算出する。
また、各候補航路A〜Cについての最適化計算を行うに際して、上述したように、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件(例えば、対水船速一定条件に加えて、最大船速条件、最小船速条件、実績船速条件または最適化計算結果条件の少なくとも一つを含む他の初期条件との組合せ)を用いてもよい。
図10は、複数の候補航路の中から最適航路を選定するための処理フローを示す図である。
図10に示すように、初めに、ステップS100において複数の候補航路A〜Cを設定する。この際、候補航路は、船舶の渋滞予測結果、季節的要因、または、突発的要因(台風、事故等)を考慮して設定してもよい。
図10に示すように、初めに、ステップS100において複数の候補航路A〜Cを設定する。この際、候補航路は、船舶の渋滞予測結果、季節的要因、または、突発的要因(台風、事故等)を考慮して設定してもよい。
続いて、各候補航路A〜Cについて船速配分の最適化計算を実施し、制約条件(例えば、第2地点への目標到着時刻(目標航海時間)や各区間の最大船速制限および最小船速制限等)を満たし且つ燃料消費量が最小となる船速配分を候補航路A〜C毎に算出する。
具体的には、各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイント(図9に示すウェイポイントWP)の通過時刻を算出し、各々の前記ポイント(ウェイポイントWP)の位置(経度及び緯度)および当該ポイント(ウェイポイントWP)の通過時刻における気象海象条件を推定する。そして、船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、各々のウェイポイントWPにおける船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各ウェイポイントWPにおける推進負荷を推定する。こうして得られた推進負荷の推定結果に基づいて、燃料消費量計算モデルを用いて燃料消費量を計算する。なお、燃料消費量計算モデルが、推進負荷だけでなく、客室電力、空調電力、補機電力等の他の因子も含む場合、これら他の因子も考慮して燃料消費量を算出する。こうして、初期条件によって規定される各区間の船速(船速初期値)について全区間における燃料消費量を算出した後、船速配分を変更して燃料消費量の算出を繰り返し行って、燃料消費量が最小となる船速配分(最適値)を算出する。なお、初期条件が複数種存在する場合、各々の初期条件について最適化計算を行って、燃料消費量が最小となる船速配分(最適値)を初期条件ごとに算出し、初期条件ごとに得た最適値を比較して燃料消費量が最も小さいものを選択する。こうして、各候補航路A〜Cについて、制約条件(例えば、第2地点への目標到着時刻(目標航海時間)や各区間の最大船速制限および最小船速制限等)を満たし且つ燃料消費量が最小となる船速配分が算出される。
具体的には、各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイント(図9に示すウェイポイントWP)の通過時刻を算出し、各々の前記ポイント(ウェイポイントWP)の位置(経度及び緯度)および当該ポイント(ウェイポイントWP)の通過時刻における気象海象条件を推定する。そして、船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、各々のウェイポイントWPにおける船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各ウェイポイントWPにおける推進負荷を推定する。こうして得られた推進負荷の推定結果に基づいて、燃料消費量計算モデルを用いて燃料消費量を計算する。なお、燃料消費量計算モデルが、推進負荷だけでなく、客室電力、空調電力、補機電力等の他の因子も含む場合、これら他の因子も考慮して燃料消費量を算出する。こうして、初期条件によって規定される各区間の船速(船速初期値)について全区間における燃料消費量を算出した後、船速配分を変更して燃料消費量の算出を繰り返し行って、燃料消費量が最小となる船速配分(最適値)を算出する。なお、初期条件が複数種存在する場合、各々の初期条件について最適化計算を行って、燃料消費量が最小となる船速配分(最適値)を初期条件ごとに算出し、初期条件ごとに得た最適値を比較して燃料消費量が最も小さいものを選択する。こうして、各候補航路A〜Cについて、制約条件(例えば、第2地点への目標到着時刻(目標航海時間)や各区間の最大船速制限および最小船速制限等)を満たし且つ燃料消費量が最小となる船速配分が算出される。
次に、各候補航路A〜Cについて行った最適計算結果を比較し、燃料消費量が最小となる航路を最適航路として選定する(ステップS130)。こうして、複数の候補航路の中から、燃料消費量を最小とする航路(最適航路)と、該最適航路のための船速配分の最適化計算結果と、が得られる。
なお、幾つかの実施形態では、図10を用いて説明した手法により選定された最適航路で航行中において、図6(b)に示すように、第1地点P1と第2地点P2との間に位置する中間地点P3と第2地点P2との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点P3と第2地点P2との間の各区間について船速を算出し直すように構成される。
例えば、出港直前において、その時点で最新の気象・海象予測データを用いて複数の候補航路A〜Cのそれぞれについて図10のステップS121〜S123で述べた最適化計算を行って、続くステップS130にて最適航路を選定し、最適航路およびこれに対応した船速配分結果に従って第1地点P1から出港し、最適航路上の中間地点P3において、最適航路のうち中間地点P3と第2地点P2との間の残りの区間について最適化計算を再び行うようにしてもよい。
例えば、出港直前において、その時点で最新の気象・海象予測データを用いて複数の候補航路A〜Cのそれぞれについて図10のステップS121〜S123で述べた最適化計算を行って、続くステップS130にて最適航路を選定し、最適航路およびこれに対応した船速配分結果に従って第1地点P1から出港し、最適航路上の中間地点P3において、最適航路のうち中間地点P3と第2地点P2との間の残りの区間について最適化計算を再び行うようにしてもよい。
1 船舶の運航支援システム
4 制約条件設定部
5 演算部
6 初期条件設定部
P1 第1地点
P2 第2地点
P3 中間地点
4 制約条件設定部
5 演算部
6 初期条件設定部
P1 第1地点
P2 第2地点
P3 中間地点
Claims (16)
- 第1地点から第2地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援システムであって、
前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定するための制約条件設定部と、
前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第1地点から前記第2地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うための演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いるように構成されたこと
を特徴とする船舶の運航支援システム。 - 前記演算部は、
前記対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて前記最適化計算を行って、各々の前記初期条件について前記解を求め、
前記初期条件ごとに求められた前記解のうち、前記燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力する
ように構成されたこと
を特徴とする請求項1に記載の船舶の運航支援システム。 - 前記複数種の初期条件は、各区間の対水船速が前記最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項2に記載の船舶の運航支援システム。
- 前記演算部は、前記第1地点から前記第2地点までの複数の候補航路のそれぞれについて前記最適化計算を行い、前記複数の候補航路の中から前記目的関数が最小となる最適航路を選定するように構成されたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の船舶の運航支援システム。
- 前記演算部は、
各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイントの通過時刻を算出し、
各々の前記ポイントの前記通過時刻における気象海象条件を推定し、
船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、前記船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各々の前記ポイントにおける推進負荷を推定し、
少なくとも前記推進負荷の推定値に基づいて、前記複数の区間全体としての前記燃料消費量を算出する
ように構成されたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の船舶の運航支援システム。 - 前記最適化計算の前記初期条件を設定するための初期条件設定部をさらに備え、
前記初期条件設定部は、前記第2地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように前記少なくとも二つの区間における一定の前記対水船速を算出し、前記対水船速一定条件を求めるように構成されたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の船舶の運航支援システム。 - 前記初期条件設定部は、
前記船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、
該初期対水船速で航海した場合における前記第2地点への到着予定時刻を求め、
該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように前記初期対水船速を補正して、前記対水船速一定条件を求める
ように構成されたことを特徴とする請求項6に記載の船舶の運航支援システム。 - 前記対水船速一定条件は、前記船速制限区間における船速が該船速制限区間の前記最大船速であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の船舶の運航支援システム。
- 前記対水船速一定条件は、前記船速制限区間における船速が該船速制限区間の前記最大船速と最小船速との平均値であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の船舶の運航支援システム。
- 前記演算部は、
前記第1地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、前記第1地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、
前記第1地点を通過後において、前記第1地点と前記第2地点との間に位置する中間地点と前記第2地点との間の区間について前記最適化計算を再び行い、前記中間地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出し直す
ように構成されたことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の船舶の運航支援システム。 - 第1地点から第2地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援方法であって、
前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定する制約条件設定工程と、
前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第1地点から前記第2地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行う演算工程と、
を備え、
前記演算工程は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いること
を特徴とする船舶の運航支援方法。 - 前記演算工程は、
前記対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて前記最適化計算を行って、各々の前記初期条件について前記解を求め、
前記初期条件ごとに求められた前記解のうち、前記燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力すること
を特徴とする請求項11に記載の船舶の運航支援方法。 - 前記複数種の初期条件は、各区間の対水船速が前記最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項12に記載の船舶の運航支援方法。
- 前記最適化計算の前記初期条件を設定するための初期条件設定工程をさらに備え、
前記初期条件設定工程では、前記第2地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように前記少なくとも二つの区間における一定の前記対水船速を算出し、前記対水船速一定条件を求めることを特徴とする請求項11乃至13のいずれか一項に記載の船舶の運航支援方法。 - 前記初期条件設定工程は、
前記船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、
該初期対水船速で航海した場合における前記第2地点への到着予定時刻を求め、
該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように前記初期対水船速を補正して、前記前記対水船速一定条件を求める
ことを特徴とする請求項14に記載の船舶の運航支援方法。 - 前記演算工程は、
前記第1地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、前記第1地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、
前記第1地点を通過後において、前記第1地点と前記第2地点との間に位置する中間地点と前記第2地点との間の区間について前記最適化計算を再び行い、前記中間地点と前記第2地点との間の各区間について前記船速を算出し直す
ことを特徴とする請求項11乃至15の何れか一項に記載の船舶の運航支援方法。
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