WO2016136297A1 - 船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法 - Google Patents

船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2016136297A1
WO2016136297A1 PCT/JP2016/050515 JP2016050515W WO2016136297A1 WO 2016136297 A1 WO2016136297 A1 WO 2016136297A1 JP 2016050515 W JP2016050515 W JP 2016050515W WO 2016136297 A1 WO2016136297 A1 WO 2016136297A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
speed
ship
point
section
condition
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/050515
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
丈博 名嘉
石川 暁
Original Assignee
三菱重工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱重工業株式会社 filed Critical 三菱重工業株式会社
Priority to JP2017501970A priority Critical patent/JP6251842B2/ja
Priority to CN201680004209.2A priority patent/CN107108000B/zh
Priority to KR1020177013202A priority patent/KR101946740B1/ko
Publication of WO2016136297A1 publication Critical patent/WO2016136297A1/ja

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B49/00Arrangements of nautical instruments or navigational aids
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08GTRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G3/00Traffic control systems for marine craft
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport

Definitions

  • This disclosure relates to a ship operation support system and a ship operation support method.
  • Patent Document 2 discloses a ship navigation system that achieves both scheduled and energy-saving navigation.
  • a ship navigation system includes an ETA calculator that calculates a scheduled arrival time of a ship based on a ship speed, and a ship speed calculation that calculates a control ship speed of a finite number of sections between a finite number of position points on a route.
  • an actuator that controls the physical state of the main engine based on the control ship speed, the control ship speed is defined on the earth coordinate system, and the control ship speed is set to the scheduled arrival time. It is calculated so as to agree within the allowable range, and the control boat speed is a constant value.
  • control ship speed is the same value for the tidal current in a plurality of sections or a plurality of sections among all sections.
  • the ship speed is not allocated to each section so that the fuel consumption from the first point to the second point is minimized.
  • a ship operation support system includes: A ship navigation support system that divides a route from a first point to a second point into a plurality of sections and calculates a ship speed for each section, A constraint condition setting unit for setting the maximum ship speed for each section as a constraint condition; The ship speed for each section is used as a control variable, the fuel consumption from the first point to the second point is used as an objective function, and the ship speed for each section that minimizes the objective function is obtained as a solution.
  • the constant ship speed against water, the maximum ship speed condition where the ship speed for each section is the maximum ship speed, and the ship speed against each section is the minimum ship speed for the section.
  • the minimum ship speed condition, the actual ship speed condition that the ship speed of each section is the water speed or the ship speed of each section based on the past operation record, or the ship speed of each section is the past optimization
  • the calculation unit performs the optimization calculation for each of a plurality of candidate routes from the first point to the second point, and selects an optimum route that minimizes the objective function from the plurality of candidate routes. Configured as follows.
  • each section is subdivided into a plurality of points (waypoints), the weather sea conditions are estimated for each point, and the propulsive load at each point is estimated using this. Therefore, the fuel consumption in all the sections from the first point to the second point can be calculated with high accuracy. Thereby, ship speed distribution which makes fuel consumption the minimum can be performed appropriately.
  • the initial water speed is set for the sections other than the ship speed limit section, the estimated arrival time at the second point when the ship sails at the initial water speed, and the arrival time is determined. Since the initial anti-ship speed is corrected so that the difference between the scheduled time and the target arrival time is within the allowable range, the constant anti-water speed is obtained, so the arrival at the second point is within the allowable range. It is possible to obtain the constant condition of the speed of the watercraft by correcting the initial speed of the watercraft so as to arrive at the scheduled time.
  • the ship speed in the ship speed restricted section is the maximum ship speed in the ship speed restricted section.
  • the ship speed in the ship speed limit section is the maximum ship speed of the ship speed limit section
  • the water speed is reduced in the sections other than the ship speed limit section.
  • the difference in ship speed between the ship speed limited section and the other sections can be reduced.
  • the constant ship speed against water is that the ship speed in the ship speed restriction section is an average value of the maximum ship speed and the minimum ship speed in the ship speed restriction section.
  • the ship speed in the ship speed restriction section is an average value of the maximum ship speed and the minimum ship speed in the ship speed restriction section.
  • the speed of the section can be set to an appropriate value.
  • the computing unit is Performing the optimization calculation in advance before passing the first point, calculating the boat speed for each section between the first point and the second point, After passing through the first point, the optimization calculation is performed again for a section between the intermediate point and the second point located between the first point and the second point. It is comprised so that the said ship speed may be recalculated about each area between 2nd points.
  • the optimization calculation is performed in advance before the passage of the first point, the ship speed is calculated for each section between the first point and the second point, and the first After passing through the point, the optimization calculation is performed again for the section between the intermediate point located between the first point and the second point and the second point, and between the intermediate point and the second point Since the ship speed is recalculated for each section, the ship speed that minimizes the fuel consumption until it reaches the second point from the intermediate point even after passing through the first point can be obtained for each section.
  • a calculation process for performing optimization calculation uses, as an initial condition for the optimization calculation, a constant condition for the speed of the watercraft in which the speed of the watercraft is constant in at least two of the sections excluding the speed limit section where the maximum speed is limited. Use.
  • the calculation step includes Performing the optimization calculation using a plurality of types of initial conditions including the constant water speed, and obtaining the solution for each of the initial conditions, Of the solutions obtained for each initial condition, the boat speed at which the fuel consumption is minimized is output as an optimal solution.
  • the optimization calculation is performed using a plurality of types of initial conditions including a constant speed for the watercraft, a solution is obtained for each initial condition, and a solution obtained for each initial condition is obtained.
  • a boat speed at which the fuel consumption is minimum is output as the optimal solution, the possibility that the optimal solution with the minimum fuel consumption can be output without falling into the local solution is increased.
  • the boat speed allocated to each section can be optimized so that the fuel consumption until reaching the route from the first point to the second point is minimized.
  • the minimum ship speed condition, the actual ship speed condition that the ship speed of each section is the water speed or the ship speed of each section based on the past operation record, or the ship speed of each section is the past optimization
  • the optimal solution that minimizes the fuel consumption without falling into a local solution is obtained.
  • the possibility of output can be effectively increased. This makes it possible to optimize the boat speed allocated to each section so that the fuel consumption from the first point to the second point is minimized.
  • the initial condition setting step calculates a constant speed of the watercraft in the at least two sections so that a difference between an arrival time at the second point and an arrival target time is within an allowable range. Find the condition of constant watercraft speed.
  • a constant watercraft speed in at least two sections is calculated so that the difference between the estimated arrival time at the second point and the arrival target time is within the allowable range, Since the constant ship speed condition is obtained, it is possible to avoid a situation where the vehicle arrives at the second point at a time significantly deviating from the arrival time.
  • the initial condition setting step includes: Set the initial anti-ship speed for the sections excluding the speed limit section, Obtain the estimated time of arrival at the second point when sailing at the initial speed against water, The initial watercraft speed is corrected so that the difference between the estimated arrival time and the arrival target time is within an allowable range, and the constant watercraft speed condition is obtained.
  • the initial water speed is set for the sections other than the speed limit section, the estimated arrival time at the second point when the ship sails at the initial water speed, and the arrival time is determined. Since the initial anti-ship speed is corrected so that the difference between the scheduled time and the target arrival time is within the allowable range, the constant anti-water speed is obtained, so the arrival at the second point is within the allowable range. It is possible to obtain the constant condition of the speed of the watercraft by correcting the initial speed of the watercraft so as to arrive at the scheduled time.
  • a ship operation support system in which ship speed is allocated to each section so that fuel consumption is minimized until arrival on the route from the first point to the second point. And a ship operation support method.
  • expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes in a strict geometric sense, but also within the range where the same effect can be obtained. A shape including a chamfered portion or the like is also expressed.
  • the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a ship operation support system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the ship speed allocated to each section so that the fuel consumption amount from the first point P1 to the second point P2 is minimized.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a section and a ship speed when sailing at a ship speed allocated to each section.
  • the ship operation support system supports ship operation based on a navigation plan, weather / sea state forecast information, and initial conditions (for example, ship speed distribution).
  • the ship operation support system 1 includes a constraint condition setting unit 4 and a calculation unit 5.
  • Constraint condition setting unit 4 is for setting the maximum ship speed for each section as a constraint condition.
  • the maximum boat speed for each section is set as a constraint condition via an operation input unit or the like (not shown).
  • the voyage plan includes at least one information of departure time, arrival time, ship speed limit section, draft, trim, or depth, and meteorological / sea state forecast information includes wind direction, wind speed, tidal current (velocity and direction), wave height or wave Contains at least one piece of information.
  • the weather / sea state forecast information is from the departure time of each point on the route to the next point arrival time, and may be obtained over the entire route.
  • the calculation unit 5 uses the constant condition of the speed of the watercraft as the initial condition for the optimization calculation in which the speed of the watercraft is constant in at least two of the sections excluding the speed limit section where the maximum speed is restricted. Configured.
  • the calculation conditions are, for example, the passing time of each point (way point WP shown in FIG. 3), the longitude and latitude when each point passes, and the weather / sea state information (meteorological sea state condition) when each point passes.
  • the weather / sea state information at the time of passing each point varies depending on the ship speed distribution.
  • the calculation unit 5 calculates the passing time of a plurality of points (way points WP shown in FIG. 3) belonging to each section based on the boat speed of each section, and each of the points (way points WP) is calculated. You may estimate the meteorological conditions at the passing time of the position (longitude and latitude) and the point (waypoint WP).
  • the calculation unit 5 when calculating the fuel consumption using the fuel consumption calculation model, performs each of the propulsion models that indicate the correlation between the ship speed and the weather condition and the propulsion load.
  • the propulsive load at each point (way point WP) is estimated by applying the ship speed at the point (way point WP) and the weather and sea conditions.
  • the fuel consumption calculation model may be configured to estimate the fuel consumption in consideration of at least one of cabin power, air conditioning power, or auxiliary power in addition to the propulsion load.
  • the propulsion load required based on the propulsion model varies depending on the ship speed, weather and sea conditions.
  • the cabin power and the air conditioning power are fixed, and the auxiliary power is switched on and off depending on the main engine load condition.
  • the first section to the third section, the fifth section and the sixth section, and the eighth section to the tenth section excluding the fourth section and the seventh section where the maximum boat speed is limited is used as the initial condition for the optimization calculation.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining optimization calculation according to an embodiment.
  • the calculation unit 5 performs optimization calculation using a plurality of types of initial conditions including a constant ship speed versus water condition to obtain a solution for each initial condition.
  • the boat speed at which the fuel consumption is minimum is output as the optimum solution.
  • the initial value when the initial condition is the maximum boat speed condition, the initial value is 25 knots in the first section and the second section, and from the third section, the fifth section, the sixth section, and the eighth section.
  • the initial value in the 10th section is 24.5 knots.
  • the initial value is 12.5 knots in the fourth interval, and the initial value is 10 knots in the seventh interval.
  • the initial value when the initial condition is the minimum boat speed condition, the initial value is 20 knots from the first section to the third section, the fifth section, the sixth section, and the eighth section, and the fourth section.
  • the initial value is 7.5 knots, the initial value is 5 knots in the seventh zone, and the initial value is 15 knots in the ninth and 10th zones.
  • the calculation condition for example, navigation time, ship speed limit section, draft, trim, or water depth
  • the calculation condition for example, navigation time, ship speed limit section, draft, trim, or water depth
  • Operational conditions including at least one, wind direction, wind speed, tidal velocity, tidal current direction, weather / sea conditions including at least one of wave height or direction), etc.
  • the initial value of the boat speed of each section may be determined. Or you may determine the initial value of the boat speed of each area according to the optimization calculation result which the calculating part 5 performed in the past about the route which shares the whole or a part with this voyage.
  • the optimization calculation result condition is an effective initial value when the change in the calculation condition is small compared to the time when the optimization calculation is executed in the past.
  • the fuel consumption is Since the minimum ship speed is output as an optimal solution, the optimal solution with the minimum fuel consumption can be output without falling into a local solution. This makes it possible to optimize the boat speed allocated to each section so that the fuel consumption amount from the first point P1 to the second point P2 is minimized.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining initial condition setting according to an embodiment.
  • the initial condition setting unit 6 sets a constant anti-watercraft speed in at least two sections so that the difference between the estimated arrival time at the second point P2 and the arrival target time is within an allowable range. It is configured to calculate and obtain a condition for a constant ship speed.
  • the initial condition setting unit 6 sets an initial water speed for a section other than the speed limit section, and sets the initial speed when the ship sails at the initial water speed.
  • the estimated arrival time at the two points P2 is obtained, the initial anti-ship speed is corrected so that the difference between the estimated arrival time and the arrival target time is within an allowable range, and the constant anti-water ship speed condition is obtained. Composed.
  • the initial water speed is set for the sections other than the speed limit section, and the estimated arrival time at the second point P2 when the ship sails at the initial water speed is obtained.
  • the initial watercraft speed is corrected so that the difference between the target arrival time and the target arrival time is within the allowable range, and the constant watercraft speed is determined, so the arrival schedule within the allowable range from the arrival time at the second point P2 It is possible to obtain the constant condition of the speed of the watercraft by correcting the initial speed of the watercraft so as to arrive at the time.
  • the constant ship speed against water condition is that the ship speed in the ship speed limit section is the maximum ship speed in the ship speed limit section.
  • the ship speed in the fourth section where the maximum ship speed is limited is 12.5 knots
  • the ship speed in the seventh section is 10 knots.
  • the ship speed in the ship speed restriction section is the maximum ship speed in the ship speed restriction section, the speed of the ship against water can be reduced in the sections other than the ship speed restriction section.
  • the constant ship speed against water is that the ship speed in the ship speed limit section is an average value of the maximum ship speed and the minimum ship speed in the ship speed limit section.
  • the ship speed in the fourth section where the maximum ship speed is limited is 10 knots
  • the ship speed in the seventh section is 7.5 knots.
  • the ship speed in the ship speed limit section is an average value of the maximum ship speed and the minimum ship speed in the ship speed limit section, it is not too early and not too late in the ship speed limit section. Can sail.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a section in which optimization calculation is performed before passing through the first point P1 and a section in which optimization calculation is performed after passing through the first point P1.
  • optimization calculation is performed in advance before the passage of the first point P1, the ship speed is calculated for each section between the first point P1 and the second point P2, and the first point P1. After passing, the optimization calculation is performed again for the section between the intermediate point P3 and the second point P2 located between the first point P1 and the second point P2, and the intermediate point P3 and the second point P2 Since the ship speed is recalculated for each section between, the ship speed that minimizes the fuel consumption until it reaches the second point P2 from the intermediate point P3 even after passing the first point P1 is obtained for each section. Can do.
  • FIG.7 and FIG.8 is a flowchart which shows the outline
  • a ship operation support method divides a route from a first point P1 to a second point P2 into a plurality of sections and calculates a ship speed for each section. It is.
  • the ship operation support methods include a constraint condition setting step (step S2) and a calculation step (step S3).
  • the constraint condition setting step (step S2) the maximum ship speed for each section is set as a constraint condition.
  • the calculation step (step S3) uses the ship speed for each section as a control variable, the fuel consumption amount from the first point P1 to the second point P2 as an objective function, and the ship for each section that minimizes the objective function. It is an optimization calculation that obtains the speed as a solution.
  • the initial condition for the optimization calculation is the constant condition for anti-water ship speed in which the anti-water ship speed is constant in at least two of the sections excluding the ship speed limit section where the maximum ship speed is limited. Used as
  • the constant condition of the speed of the watercraft in which the speed of the watercraft is constant in at least two of the sections other than the speed limit section where the maximum speed is restricted is set as the initial condition for the optimization calculation. Therefore, the convergence of the solution is improved, and the boat speed that minimizes the fuel consumption amount from the first point P1 to the second point P2 can be obtained for each section. Thereby, it is possible to provide a ship operation support method in which the ship speed is allocated to each section so that the fuel consumption amount until the arrival at the route from the first point P1 to the second point P2 is minimized. .
  • optimization calculation is performed using a plurality of types of initial conditions including a constant speed for watercraft, and a solution is obtained for each initial condition.
  • a solution is obtained for each initial condition.
  • the optimal solution with the minimum fuel consumption can be output without falling into a local solution.
  • the boat speed allocated to each section can be optimized so that the fuel consumption amount until reaching the route from the first point P1 to the second point P2 is minimized.
  • step S3 in the calculation step (step S3), first, conditions are set from the maximum ship speed condition, the minimum ship speed condition, the measured ship speed condition, and the anti-water ship speed condition (step S31).
  • the condition is set, an initial value is calculated for each section, and an initial value is set for each section (steps S41, S51, S61, S71).
  • optimization calculation is executed for each condition (steps S42, S52, S62, S72), and a solution that minimizes the fuel consumption is calculated for each condition (steps S43, S53, S63, S73).
  • step S34 a condition that minimizes the fuel consumption is extracted (step S34), and a solution (ship speed for each section) obtained under the extracted calculation condition is set as an optimum solution (step S35).
  • some embodiments further include an initial condition setting step (step S1).
  • the initial condition setting step (step S1) is for setting initial conditions for optimization calculation.
  • the constant water resistance in at least two sections is set so that the difference between the scheduled arrival time and the target arrival time at the second point P2 is within the allowable range. Calculate the ship speed and obtain the constant condition of the ship speed against water.
  • the constant watercraft speed in at least two sections is calculated so that the difference between the scheduled arrival time and the target arrival time at the second point P2 is within the allowable range, Since a certain condition is obtained, it is possible to arrive at the second point P2 from the target arrival time at the second point P2 to the scheduled arrival time within the allowable range.
  • the initial water speed is set for the sections other than the speed limit section, and the voyage is performed at the initial water speed.
  • the estimated arrival time at the second point P2 is obtained, and the initial anti-water vessel speed is corrected so that the difference between the estimated arrival time and the arrival target time is within the allowable range.
  • the initial water speed is set for the sections other than the speed limit section, the estimated arrival time at the second point P2 when the ship sails at the initial water speed, the estimated arrival time
  • the initial watercraft speed is corrected so that the difference between the target arrival time and the target arrival time is within the allowable range, and the constant watercraft speed is determined, so the arrival schedule within the allowable range from the arrival time at the second point P2 It is possible to obtain the constant condition of the speed of the watercraft by correcting the initial speed of the watercraft so as to arrive at the time.
  • step S ⁇ b> 1 In the form illustrated in FIG. 5, in the initial condition setting step (step S ⁇ b> 1), first, an initial water speed is set for a section excluding the ship speed restriction section (step S ⁇ b> 11). Next, the arrival time at the second point P2 when the ship sails at the set initial water speed is obtained (step S12). If the difference between the calculated estimated arrival time and the target arrival time is within the allowable range (step S13: YES), the set initial watercraft speed is set as the watercraft speed (step S14). On the other hand, when the difference between the calculated estimated arrival time and the target arrival time is not within the allowable range (step S13: NO), the initial anti-watercraft speed is corrected so as to be within the allowable range (step S15). Then, when the difference between the estimated arrival time at the second point P2 and the target arrival time is within an allowable range when sailing at the corrected initial anti-watercraft speed, the corrected initial anti-watercraft speed is set to the anti-watercraft Speed (step S14).
  • the constant ship speed against water condition is that the ship speed in the ship speed limit section is the maximum ship speed in the ship speed limit section.
  • the ship speed in the ship speed restriction section is the maximum ship speed of the ship speed restriction section, the speed of the ship against water can be reduced in the sections other than the ship speed restriction section.
  • the constant ship speed against water is that the ship speed in the ship speed limit section is an average value of the maximum ship speed and the minimum ship speed in the ship speed limit section.
  • the calculation step (step S3) performs an optimization calculation in advance before passing the first point P1, and between the first point P1 and the second point P2.
  • the boat speed is calculated for each of the sections, and after passing through the first point P1, the section between the intermediate point P3 and the second point P2 located between the first point P1 and the second point P2 is optimal. Calculation is performed again, and the boat speed is recalculated for each section between the intermediate point P3 and the second point P2.
  • the optimization calculation is performed in advance before the passage of the first point P1, the ship speed is calculated for each section between the first point P1 and the second point P2, and the first point P1. After passing, the optimization calculation is performed again for the section between the intermediate point P3 and the second point P2 located between the first point P1 and the second point P2, and the intermediate point P3 and the second point P2 Since the ship speed is recalculated for each section between, the ship speed that minimizes the fuel consumption until it reaches the second point P2 from the intermediate point P3 even after passing the first point P1 is obtained for each section. Can do.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
  • the ship speed distribution to each section of a predetermined route is optimized, but when the degree of freedom of route selection is relatively high, the calculation unit 5 includes a plurality of candidates. An optimum route that minimizes fuel consumption may be selected from the route.
  • the plurality of candidate routes A to C may be set in consideration of the traffic jam prediction result, seasonal factors, or sudden factors (typhoons, accidents, etc.).
  • the setting of the candidate route may be performed by the calculation unit 5, or the candidate route set in the external device may be input to the calculation unit 5 via an arbitrary interface.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a plurality of candidate routes.
  • the plurality of candidate routes A to C are each divided into a plurality of sections 10, and a plurality of waypoints WP are set in each section 10.
  • the waypoints WP are equally allocated within each section 10 such that the distance between the waypoints WP is constant.
  • the waypoint WP is set to a point where meteorological sea state data can be acquired in each section 10.
  • the setting of the waypoint WP may be performed by the calculation unit 5, or the waypoint WP set in the external device may be input to the calculation unit 5 via an arbitrary interface.
  • the calculation unit 5 performs an optimization calculation of the ship speed distribution for each candidate route A to C, and selects the optimum route that minimizes the objective function (fuel consumption) from the candidate routes A to C. Composed. That is, for each of the candidate routes A to C, the calculation unit 5 calculates the fuel consumption in all the sections 10 for the ship speed (ship speed initial value) of each section 10 defined by the initial conditions, and distributes the ship speed. By changing and repeatedly calculating the fuel consumption, the constraint conditions (for example, target arrival time (target voyage time) to the second point, maximum ship speed limit and minimum ship speed limit of each section, etc.) are satisfied and Ship speed distribution that minimizes fuel consumption is calculated for each of candidate routes A to C. The minimum value of the fuel consumption obtained for each of the candidate routes A to C is compared by such optimization calculation, and the one with the smallest fuel consumption is selected as the optimum route.
  • the constraint conditions for example, target arrival time (target voyage time) to the second point, maximum ship speed limit and minimum ship speed limit of each section, etc.
  • the calculation calculation of the ship speed distribution performed for each candidate route A to C in the calculation unit 5 is as described above, but will be briefly described with reference to FIG.
  • the calculation unit 5 calculates the passage time of each waypoint WP, the longitude and latitude of each waypoint, and the weather / sea state information at the time of passage of each waypoint. Specifically, the calculation unit 5 calculates the passage time of a plurality of points (way points WP shown in FIG. 9) belonging to each section based on the ship speed of each section, and each point (way point WP) ) Position (longitude and latitude) and meteorological sea conditions at the passing time of the point (waypoint WP).
  • a plurality of initial conditions including the constant condition of the anti-water vessel speed for example, the maximum vessel (A combination with other initial conditions including at least one of speed condition, minimum ship speed condition, actual ship speed condition or optimization calculation result condition) may be used.
  • FIG. 10 is a diagram showing a processing flow for selecting an optimum route from a plurality of candidate routes.
  • a plurality of candidate routes A to C are set.
  • the candidate route may be set in consideration of the predicted result of traffic jam of the ship, seasonal factors, or sudden factors (typhoon, accident, etc.).
  • optimization calculation of ship speed distribution is performed for each candidate route A to C, and constraints (for example, target arrival time to the second point (target voyage time), maximum ship speed limit for each section and minimum ship)
  • constraints for example, target arrival time to the second point (target voyage time), maximum ship speed limit for each section and minimum ship
  • the ship speed distribution that satisfies the speed limit and the like and minimizes the fuel consumption is calculated for each of the candidate routes A to C.
  • the passage time of a plurality of points (way points WP shown in FIG. 9) belonging to each section is calculated based on the boat speed of each section, and the position (longitude) of each point (way point WP) is calculated. And latitude) and the meteorological conditions at the passing time of the point (way point WP).
  • the propulsion load at each waypoint WP is estimated by applying the ship speed at each waypoint WP to the propulsion model showing the correlation between the ship speed and meteorological sea condition and the propulsion load.
  • the fuel consumption is calculated using the fuel consumption calculation model.
  • the fuel consumption calculation model includes not only the propulsion load but also other factors such as cabin power, air conditioning power, and auxiliary power, the fuel consumption is calculated in consideration of these other factors.
  • the fuel consumption is calculated repeatedly by changing the ship speed distribution. Calculate the ship speed distribution (optimum value) that minimizes the quantity.
  • optimization calculation is performed for each initial condition, and the ship speed distribution (optimum value) that minimizes fuel consumption is calculated for each initial condition.
  • the optimum value is compared and the one with the smallest fuel consumption is selected.
  • the constraint conditions for example, the target arrival time (target voyage time) to the second point, the maximum ship speed limit and the minimum ship speed limit of each section, etc.
  • the minimum ship speed distribution is calculated.
  • step S130 the route with the minimum fuel consumption is selected as the optimum route.
  • a route that minimizes fuel consumption (optimum route) and a result of optimization calculation of ship speed distribution for the optimum route are obtained from the plurality of candidate routes.
  • the optimization calculation described in steps S121 to S123 of FIG. 10 is performed for each of the plurality of candidate routes A to C using the latest weather and sea state prediction data at that time, and the subsequent step S130 is performed.
  • the optimum route is selected, and the port departs from the first point P1 according to the optimum route and the ship speed distribution result corresponding to the optimum route.
  • the intermediate point P3 and the second point P2 of the optimum route are The optimization calculation may be performed again for the remaining interval.

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

船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法
 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。
特開2005-162117号公報 特開2004-25914号公報
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
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。 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た船速を示す図である。 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。 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。 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。 第1地点通過前に最適化計算を行う区間と第1地点通過後に最適化計算を行う区間を示す概念図である。 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。 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。 一実施形態に係る複数の候補航路を示す図である。 一実施形態に係る最適航路の選定手法を示すフローチャートである。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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

Claims (16)

  1.  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。
  2.  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。
  3.  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。
  4.  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。
  5.  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。
  6.  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。
  7.  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。
  8.  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。
  9.  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。
  10.  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。
  11.  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。
  12.  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。
  13. [規則91に基づく訂正 01.02.2016] 
     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。
  14. [規則91に基づく訂正 01.02.2016] 
     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。
  15.  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。
  16.  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。
PCT/JP2016/050515 2015-02-25 2016-01-08 船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法 WO2016136297A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017501970A JP6251842B2 (ja) 2015-02-25 2016-01-08 船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法
CN201680004209.2A CN107108000B (zh) 2015-02-25 2016-01-08 船舶的航行辅助系统及船舶的航行辅助方法
KR1020177013202A KR101946740B1 (ko) 2015-02-25 2016-01-08 선박의 운항 지원 시스템 및 선박의 운항 지원 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-035462 2015-02-25
JP2015035462 2015-02-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016136297A1 true WO2016136297A1 (ja) 2016-09-01

Family

ID=56789470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/050515 WO2016136297A1 (ja) 2015-02-25 2016-01-08 船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6251842B2 (ja)
KR (1) KR101946740B1 (ja)
CN (1) CN107108000B (ja)
WO (1) WO2016136297A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018114877A (ja) * 2017-01-19 2018-07-26 三菱重工業株式会社 船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法
CN111709579A (zh) * 2020-06-17 2020-09-25 上海船舶研究设计院(中国船舶工业集团公司第六0四研究院) 船舶航速优化方法及装置
US20210027225A1 (en) * 2019-07-24 2021-01-28 Marine Technologies LLC System and method for optimizing fuel usage of a marine vessel
JP2022518318A (ja) * 2018-10-23 2022-03-15 オフショア ナビゲーション リミテッド 海上船舶の最適ルートを決定するための装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11598282B1 (en) 2022-02-23 2023-03-07 Atlantic Towing Limited Systems and methods for optimizing vessel fuel consumption

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001291200A (ja) * 2000-04-05 2001-10-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 船舶運航管理装置
JP2004025914A (ja) * 2002-06-21 2004-01-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 船舶の運航システム
JP2014127047A (ja) * 2012-12-26 2014-07-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 運航支援システム、及び運航支援方法
JP5649014B1 (ja) * 2013-01-25 2015-01-07 日本郵船株式会社 船舶の航行速度を決定するための装置、プログラム、記録媒体および方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS575529A (en) * 1980-06-13 1982-01-12 Nippon Kokan Kk <Nkk> Method of controlling main engine and variable pitch propeller in ship
AU2006277573B2 (en) 2005-08-11 2012-02-02 Marorka Ehf Optimization of energy source usage in ships
JP4247497B2 (ja) 2005-08-26 2009-04-02 ユニバーサル造船株式会社 最適航路探索システム
US8126601B2 (en) * 2006-03-20 2012-02-28 General Electric Company System and method for predicting a vehicle route using a route network database
JP4970346B2 (ja) 2008-05-28 2012-07-04 三井造船株式会社 船舶の運航支援システムと船舶の運航支援方法
KR20090091277A (ko) * 2009-08-09 2009-08-27 김상호 선박의 운항지시 최적화 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체
JP5276720B2 (ja) * 2009-11-04 2013-08-28 川崎重工業株式会社 操船制御方法及び操船制御システム
JP2013531580A (ja) * 2010-07-07 2013-08-08 ニュー−ワールド マリタイム カンパニー リミテッド 船舶運航指示最適化具現のためのエネルギー効率最適化を利用した船舶燃料節減システム、その方法及びその方法によるコンピュータープログラムを保存した記録媒体
JP4934756B1 (ja) 2011-11-10 2012-05-16 三井造船株式会社 船舶の最適航路計算システム、船舶の運航支援システム、船舶の最適航路計算方法、及び船舶の運航支援方法
US8781651B2 (en) * 2012-09-21 2014-07-15 Georgia Tech Research Corporation Systems and methods providing a fuel-efficient RTA implementation with uncertain winds
CN104828234B (zh) * 2014-07-29 2017-01-18 罗普特(厦门)科技集团有限公司 一种船舶行驶方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001291200A (ja) * 2000-04-05 2001-10-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 船舶運航管理装置
JP2004025914A (ja) * 2002-06-21 2004-01-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 船舶の運航システム
JP2014127047A (ja) * 2012-12-26 2014-07-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 運航支援システム、及び運航支援方法
JP5649014B1 (ja) * 2013-01-25 2015-01-07 日本郵船株式会社 船舶の航行速度を決定するための装置、プログラム、記録媒体および方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018114877A (ja) * 2017-01-19 2018-07-26 三菱重工業株式会社 船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法
JP2022518318A (ja) * 2018-10-23 2022-03-15 オフショア ナビゲーション リミテッド 海上船舶の最適ルートを決定するための装置
JP7247334B2 (ja) 2018-10-23 2023-03-28 オフショア ナビゲーション リミテッド 海上船舶の最適ルートを決定するための装置
US20210027225A1 (en) * 2019-07-24 2021-01-28 Marine Technologies LLC System and method for optimizing fuel usage of a marine vessel
US11731743B2 (en) * 2019-07-24 2023-08-22 Marine Technologies LLC System and method for optimizing fuel usage of a marine vessel
CN111709579A (zh) * 2020-06-17 2020-09-25 上海船舶研究设计院(中国船舶工业集团公司第六0四研究院) 船舶航速优化方法及装置
CN111709579B (zh) * 2020-06-17 2023-12-01 上海船舶研究设计院(中国船舶工业集团公司第六0四研究院) 船舶航速优化方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2016136297A1 (ja) 2017-08-03
CN107108000B (zh) 2019-04-23
JP6251842B2 (ja) 2017-12-20
CN107108000A (zh) 2017-08-29
KR101946740B1 (ko) 2019-02-11
KR20170069277A (ko) 2017-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110967022B (zh) 船舶航速优化辅助决策系统
Wang et al. A Three-Dimensional Dijkstra's algorithm for multi-objective ship voyage optimization
JP6251842B2 (ja) 船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法
EP2498056B1 (en) Maneuvering control method and maneuvering control system
Shao et al. Development of a novel forward dynamic programming method for weather routing
Wei et al. 23. Development of a 3D Dynamic Programming Method for Weather Routing
JP6038087B2 (ja) 船舶運航計画最適化システムおよび船舶運航計画最適化方法
JP7312263B2 (ja) 海上船舶の最適ルートを決定するための装置
KR20230011310A (ko) 선박의 자동 유도 방법, 선박의 자동 유도 프로그램, 선박의 자동 유도 시스템 및 선박
JP2008145312A (ja) 最適航路探索方法
JP2013134089A (ja) 最適航路計算装置及び最適航路計算方法
Guinness et al. A method for ice-aware maritime route optimization
CN107563541A (zh) 一种节省时间的船舶航线规划算法
JP6189278B2 (ja) 主機負荷配分算出装置及び主機負荷配分算出方法
Wang et al. Effectiveness of 2D optimization algorithms considering voluntary speed reduction under uncertain metocean conditions
JP6913537B2 (ja) 最適運航計画演算装置および最適運航計画演算方法
WO2021074483A1 (en) Computer-implemented method for optimizing marine vessel thrust allocation for plurality of thruster units
Życzkowski et al. Multi-objective weather routing of sailing vessels
Shu et al. Vessel route choice theory and modeling
JP6262116B2 (ja) 船速算出装置及び船速算出方法
JP2019012043A (ja) 最適航路演算装置および最適航路演算方法
JP6165697B2 (ja) 船速算出装置及び船速算出方法
KR20160005818A (ko) 선박의 고유 운동 특성과 환경 요인을 고려한 항로계획 생성 시스템 및 방법
JP2023175259A (ja) テレグラフ装置、方法、及びプログラム
WO2020129226A1 (ja) 航海支援方法、航海支援装置および航海支援プログラム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16755047

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017501970

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20177013202

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16755047

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1