WO2017047326A1 - 船舶姿勢算出用データ処理装置、船舶姿勢算出用センサユニット、船舶姿勢算出用センサシステム、及び船舶センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】船舶の姿勢を低コストで簡便に検知することのできる技術を提供する。 【解 決手段】データ処理装置５０は、船舶１の姿勢を算出するものであり、無線受信部と、算出部と、出力部と、を備える。無線受信部は、船舶１の異なる場所に配 置された少なくとも２つのセンサユニット１０，２０がそれぞれ備える３軸角速度センサの検出結果に基づく出力信号を無線で受信する。算出部は、無線受信部 で受信した前記少なくとも２つの３軸角速度センサの信号に基づいて船舶１の姿勢を算出する。出力部は、算出部による算出結果を出力する。

Description

船舶姿勢算出用データ処理装置、船舶姿勢算出用センサユニット、船舶姿勢算出用センサシステム、及び船舶センサシステム

　本発明は、主要には、船舶の姿勢を算出するための船舶姿勢算出用データ処理装置、船舶の姿勢を検知するための船舶姿勢検知用センサユニット、及びこれらを備える船舶姿勢算出用センサシステムに関する。

　 従来から、船舶にセンサを取り付けて当該センサの検出結果に基づいて当該船舶の姿勢を算出する技術が知られている。特許文献１は、この種の船舶の姿勢を算 出する技術の１つである船舶姿勢オンライン自動計測方法を開示する。この特許文献１の船舶姿勢オンライン自動計測方法では、２つのサーボ型傾斜角センサ と、１つのサーボ型加速度センサとを、船舶の所定の場所に取り付けて、当該船舶の姿勢を自動で計測する構成となっている。具体的には、一方のサーボ型傾斜 角センサは、船舶のローリング角の情報を得るために、検出軸方向が船舶のローリング軸に垂直になるように、ローリング軸の真上の甲板上に取り付けられる。 他方のサーボ型傾斜角センサは、船舶のピッチング角の情報を得るために、検出軸方向が船舶のピッチング軸に垂直になるように、ピッチング軸の真上の甲板上 に取り付けられる。サーボ型加速度センサは、船舶のヒービングの情報を得るために、検出軸方向が甲板に対して垂直上方向になるように取り付けられる。

　 また、船舶に３軸加速度センサ、３軸電子コンパス、及び３軸角速度センサを同じハウジング内に内蔵したセンサユニットを取り付けて、当該センサユニットの 検出結果に基づいて当該船舶の姿勢を算出する技術が、非特許文献１に開示されている。この非特許文献１に記載の技術では、センサユニット内のこれらのセン サの出力が有線でデータ処理装置に入力されて、このデータ処理装置により船舶の姿勢が算出される構成となっている。また、３軸角速度センサに電力を供給す るバッテリーがセンサユニットに外付けされている。

特開平８－９４３５７号公報

"Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　Ａｕｔｏｐｉｌｏｔｓ，Ａ　Ｎｅｗ　Ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　Ａｕｔｏｐｉｌｏｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，　 Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　Ａｕｔｏｐｉｌｏｔ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ，　ＥＶ１　ａｎｄ　ＥＶ２　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｃｏｒｅ　 Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ"，Ｒａｙｍａｒｉｎｅ社、［平成２７年８月１５日検索］、インターネット （ＵＲＬ：http://www.raymarine.com/view/?id=8239&collectionid=116& col=7725）

　しかしながら、上記の特許文献１の技 術に用いられる上記の３つのセンサは何れも高精度であることが求められ、高価でもあり、設置コストが嵩む。また、上記の３つのセンサの船舶に対する取付位 置や方向は、上述のように所定の位置や方向に厳密に決まっていたため、船舶のユーザが簡便にセンサを取り付けて手軽に実施できるものでもなかった。

　また、上記の非特許文献１の技術では、センサユニットを船舶に取り付ける際に電力供給ケーブルや信号線の配線等について考慮する必要があり、船を所有するユーザが手軽にセンサユニットを取り付けて船舶の姿勢を検出できるものではなかった。

　本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、船舶の姿勢を低コストで簡便に検知することのできる技術を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

　 本発明の第１の観点によれば、以下の構成の船舶姿勢算出用データ処理装置が提供される。即ち、この船舶姿勢算出用データ処理装置は、船舶の姿勢を算出する ものであり、無線受信部と、算出部と、出力部と、を備える。前記無線受信部は、船体の異なる場所に配置された少なくとも２つの３軸角速度センサの検出結果 に基づく出力信号を無線で受信する。算出部は、前記無線受信部で受信した前記少なくとも２つの３軸角速度センサの信号に基づいて前記船舶の姿勢を算出す る。出力部は、前記算出部による算出結果を出力する。

　これにより、船舶の姿勢を、少なくとも２つの３軸角速度センサの検 出結果に基づいて精度よく算出することができる。また、無線受信部は信号線等を要することなく３軸角速度センサの信号を受信するので、信号線の配線等につ いて考慮することなく３軸角速度センサを船舶に取り付けることができ、簡便に船舶の姿勢を検出することができる。

　また、 前記の船舶姿勢算出用データ処理装置においては、前記無線受信部は、少なくとも、平面視で前記船舶の中心線上に配置された、船首と船尾に配置された３軸角 速度センサの検出結果に基づく出力信号を受信することが好ましい。ここで、船首と船尾に配置される２つの３軸角速度センサは、必ずしも同一平面上に配置さ れる必要はなく、上方向又は下方向で見たときの船舶の中心線上で、船首と船尾に配置されていれば良い。

　これにより、船舶 のヨーイング角及びピッチング角を、少なくとも２つの３軸角度センサの検出結果に基づいて精度よく算出することができる。更に、何らかの理由で一方の３軸 角速度センサから正常な検出値を得られない場合でも、他方の３軸角速度センサをバックアップとして使用することで、船舶のヨーイング角及びピッチング角を 継続して算出することができる。

　本発明の第２の観点によれば、以下の構成の船舶姿勢検知用センサユニットが提供される。 即ち、この船舶姿勢検知用センサユニットは、ハウジングと、固定部材と、３軸角速度センサと、無線送信部と、バッテリーと、を備える。前記固定部材は、前 記ハウジングを船舶の所定の位置に固定する。前記３軸角速度センサは、前記ハウジング内に設けられる。前記無線送信部は、前記３軸角速度センサの検出結果 に基づく出力信号を、前記船舶に取り付けられた少なくとも２つの３軸角速度センサから取得した信号を用いて前記船舶の姿勢を算出する船舶姿勢算出用データ 処理装置に無線送信する。前記バッテリーは、前記３軸角速度センサ及び前記無線送信部に電力を供給する。

　これにより、船 舶姿勢検知用センサユニットを船舶に取り付けることにより、船舶の姿勢を簡単に検知することができる。船舶姿勢検知用センサユニットがバッテリーを含めた １つのユニットとして構成されており、また、センサユニットからの出力信号の送信は無線で行われるので、例えば複数の船舶姿勢検知用センサユニットを船舶 に取り付ける場合においても、電力供給ケーブルや信号線の配線等について考慮する必要がなく、取回しが簡単となる。

　本発 明の第３の観点によれば、以下の構成の船舶姿勢算出用データ処理装置が提供される。即ち、この船舶姿勢算出用データ処理装置は、船舶の姿勢を算出するもの であり、無線受信部と、算出部と、出力部と、を備える。前記無線受信部は、複数の前記の船舶姿勢検知用センサユニットを含むセンサユニット群の各船舶姿勢 検知用センサユニットの検出結果に基づく出力信号を受信する。前記算出部は、前記無線受信部で受信した各舶姿勢検知用センサユニットの信号に基づいて前記 船舶の姿勢を算出する。前記出力部は、前記算出部による算出結果を出力する。そして、前記センサユニット群には、平面視で前記船舶の中心線上に当該船舶の 重心を挟んで前後に対をなして配置される２つの前記船舶姿勢検知用センサユニットが含まれる。ここで、２つの前記船舶姿勢検知用センサユニットは、上記の 位置関係を満たしている限り、同一平面上に（即ち、同じ高さで）配置される必要はない。

　これにより、センサユニット群に 含まれる複数の船舶姿勢検知用センサユニットのそれぞれの検出結果を用いて、船舶の姿勢を精度よく検知することができる。具体的には、船舶の中心線上に重 心を挟んで前後に対をなして配置される２つの船舶姿勢検知用センサユニットの検出結果を用いて、船舶のヨーイング角及びピッチング角を算出することができ る。また、一方の船舶姿勢検知用センサユニットに例えば故障やバッテリー切れが生じたとしても、他方の船舶姿勢検知用センサユニットをバックアップとして 使用することで、船舶の姿勢を継続して検知することができる。

　前記の船舶姿勢算出用データ処理装置においては、前記センサユニット群には、平面視で前記船舶の中心線から左右何れか一側にオフセットして配置される前記船舶姿勢検知用センサユニットが含まれることが好ましい。

　これにより、船舶のヨーイング角及びピッチング角だけではなく、ローリング角も算出することができる。また、複数の船舶姿勢検知用センサユニットのそれぞれの検出結果を用いて船舶の姿勢を検知することにより、船舶の姿勢を精度よく検知することができる。

　前記の船舶姿勢算出用データ処理装置においては、前記センサユニット群には、平面視で前記船舶の中心線を挟んで左右に対をなして配置される２つの前記船舶姿勢検知用センサユニットが含まれることが好ましい。

　これにより、ローリング角の算出精度を高めることができる。また、左右に配置された船舶姿勢検知用センサユニットに関して、一方を他方のバックアップとして機能させることができるので、船舶の姿勢を継続して検知することができる。

　本発明の第４の観点によれば、前記の船舶姿勢算出用データ処理装置と、前記のセンサユニット群と、を備える船舶姿勢算出用センサシステムが提供される。

　これにより、簡素な構成で船舶の姿勢を取得することができる。

　 前記の船舶姿勢算出用センサシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記船舶姿勢算出用データ処理装置は、前記船舶姿勢検知用センサ ユニットの障害の発生の有無を、前記３軸角速度センサの検出結果に基づいて判定する。前記船舶姿勢算出用データ処理装置は、前記センサユニット群のうち、 障害が発生したと判定された船舶姿勢検知用センサユニットを除外した船舶姿勢検知用センサユニットの出力信号に基づいて、前記船舶の姿勢を算出する。

　これにより、仮に複数の船舶姿勢検知用センサユニットの一部に例えば故障やバッテリー切れが生じたとしても、それ以外の船舶姿勢検知用センサユニットを用いて船舶の姿勢を算出することができるので、船舶の姿勢を継続して取得することができる。

　 前記の船舶姿勢算出用センサシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この船舶姿勢算出用センサシステムは、前記船舶の重心の近傍に配 置される加速度センサを更に備える。前記船舶姿勢算出用データ処理装置は、算出した前記船舶のヨーイング角、ピッチング角、及びローリング角のうちの少な くとも何れかに基づいて前記加速度センサの検出値を補正することで、前記船舶の重力方向の加速度を算出する。

　これにより、船舶の姿勢によって加速度センサの検出軸が傾くことを考慮して、船舶の重力方向の加速度を精度よく算出することができる。

　 本発明の第５の観点によれば、以下の構成の船舶センサシステムが提供される。即ち、この船舶センサシステムは、前記の船舶姿勢算出用センサシステムを含 む。また、前記船舶センサシステムは、水深センサを更に備える。この水深センサは、前記船舶から下方に超音波を発信して反射波を受信することにより水深を 計測する。そして、前記船舶センサシステムは、当該船舶がヒービングの中央に相当する位置にあるタイミングを、前記船舶姿勢算出用データ処理装置が算出し た前記船舶の重力方向の加速度に基づいて取得し、当該タイミングで前記水深センサが水深を計測する。

　これにより、ヒービングによる影響を無くして水深を精度よく測定することができる。

　 前記の船舶センサシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記船舶から下方に超音波を発信して反射波を受信することにより水深を計測 する水深センサを更に備える。そして、前記船舶センサシステムは、前記水深センサの測定値と、前記船舶姿勢算出用データ処理装置が算出した前記船舶の重力 方向の加速度から求められる前記船舶のヒービング方向の位置と、に基づいて水深を取得する。

　これにより、ヒービングによる影響を無くして正確な水深を得ることができる。

　 本発明の第６の観点によれば、以下の構成の船舶姿勢算出用データ処理装置が提供される。即ち、この船舶姿勢算出用データ処理装置は、無線受信部と、算出部 と、を備える。前記無線受信部は、船舶に配置された複数の角速度センサの検出結果に基づく出力信号を無線により受信する。前記算出部は、前記無線受信部で 受信した信号に基づいて前記船舶の姿勢を算出する。前記複数の角速度センサには、平面視で前記船舶の中心線上に重心を挟んで前後に対をなして配置される２ つの角速度センサが含まれる。前記算出部は、前記船舶の少なくともヨーイング角及びピッチング角を算出する。

　これによ り、船舶のヨーイング角及びピッチング角を精度よく算出することができる。また、角速度センサの検出結果を無線により取得するので、信号線の取回しの必要 がなくなり、構成を簡素化することができる。更に、何らかの理由で一方の角速度センサから正常な検出値を得られない場合でも、他方の角速度センサをバック アップとして使用することで、船舶の姿勢を継続して算出することができる。

　前記の船舶姿勢算出用データ処理装置において は、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記複数の角速度センサには、平面視で前記船舶の中心線から左右何れか一側にオフセットして配置される角速度 センサが含まれる。前記算出部は、前記船舶の前記ヨーイング角及び前記ピッチング角に加えて、ローリング角を算出する。

　これにより、船舶のローリング角を適切に算出することができる。

　前記の船舶姿勢算出用データ処理装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記複数の角速度センサには、平面視で前記船舶の中心線を挟んで左右に対をなして配置される２つの角速度センサが含まれる。

　これにより、ローリング角の算出精度を高めることができる。また、左右に配置された角速度センサに関して、一方を他方のバックアップとして機能させることができるので、船舶の姿勢を継続して検知することができる。

船舶並びにそれに取り付けた船舶姿勢検知用センサユニット及び船舶姿勢算出用データ処理装置の位置関係を示す模式平面図。 船舶姿勢検知用センサユニットの構成を示すブロック図。 船舶姿勢算出用データ処理装置の構成を示すブロック図。

　 次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、船舶１並びにそれに取り付けた船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０及び船舶 姿勢算出用データ処理装置５０の位置関係を示す模式平面図である。図２は、船舶姿勢検知用センサユニット１０の構成を示すブロック図である。

　 図１に示すように、姿勢を検知する対象の船舶１に対して、複数（本実施形態では４つ）の船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０がそれぞれの 固定部材（図略）を介して取り付けられている。船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０は、センサユニット群をなしている。また、このセンサ ユニット群を含んで、船舶１の姿勢を検知するための船舶姿勢算出用センサシステム１００が構成されている。また、船舶１には、主として当該船舶１の姿勢を 算出するためのデータ処理を行う船舶姿勢算出用データ処理装置としてのデータ処理装置５０が搭載されている。本実施形態においては、データ処理装置５０は 甲板上に配置されており、平面視で船舶１の中央近傍に位置している。

　船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０は、平面視 で船舶１の中心線Ｃ上に、当該船舶１の重心を挟んで前後に対をなして配置されている。船舶姿勢検知用センサユニット１０は船舶１の船首又はその近傍に、船 舶姿勢検知用センサユニット２０は船舶１の船尾又はその近傍に、それぞれ配置されている。

　船舶姿勢検知用センサユニット ３０は、平面視で船舶１の中心線Ｃから左側にオフセットして配置される。船舶姿勢検知用センサユニット４０は、平面視で船舶１の中心線Ｃから右側にオフ セットして配置される。別の観点から見れば、船舶姿勢検知用センサユニット３０，４０は、船舶１の中心線Ｃを挟んで左右に対をなして配置されている。な お、本実施例では、船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０を結ぶ船舶１の中心線Ｃと、船舶姿勢検知用センサユニット３０，４０を結ぶ線とが、船舶１の重 心の位置で垂直に交わるようにして、姿勢を算出するための演算を簡単にできる例について説明するが、船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０ の配置場所はこれに限られない。

　船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０は、上記のように船舶１に対して取り付けられている場所がそれぞれ異なるが、構成は何れも同様である。そこで、以下では、代表して船舶姿勢検知用センサユニット１０の構成を説明する。

　図２に示すように、船舶姿勢検知用センサユニット１０は、角速度センサとしての３軸角速度センサ（ジャイロセンサ）１１、無線送信部１２、バッテリー１３、ハウジング１４、及び図略の前記固定部材等を備えて、１つのユニットとして構成される。

　３軸角速度センサ１１は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸周りの角速度、言い換えれば３軸方向のそれぞれへの回転速度を検出するものである。Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸周りの角速度はそれぞれ、例えばコリオリ力から算出することができる。

　 無線送信部１２は、３軸角速度センサ１１の検出結果（角速度の測定値）に基づく出力信号を、図１に示すデータ処理装置５０に無線送信する。このように、３ 軸角速度センサ１１の検出結果の通信を無線で行うことにより、データ通信線の配線等が不要となるので、船舶姿勢検知用センサユニット１０及びデータ処理装 置５０を簡単に設置することができる。

　バッテリー１３は、３軸角速度センサ１１及び無線送信部１２に電力を供給するものである。バッテリー１３は、３軸角速度センサ１１及び無線送信部１２に電気的に接続されている。

　ハウジング１４は、３軸角速度センサ１１、無線送信部１２、及びバッテリー１３を収容するものである。

　 前記固定部材は、３軸角速度センサ１１等を収容したハウジング１４を船舶の所定の位置に固定するものである。固定部材は、例えばブラケット又はマウンタと して構成される。また、固定部材には、例えばボルトやピン等の締結手段が含まれても良い。前記固定部材によって、３軸角速度センサ１１は、その検出軸を適 宜の向きに向けた状態で、船舶１の適宜の位置に固定される。なお、３軸角速度センサ１１の他に加速度センサを備える場合には、設置方向は制限されないが、 加速度センサを備えない場合には、地面に対して３軸角速度センサ１１がどの向きに配置されているかを知る必要があるため、地面に対する上下方向を示すマー クをあらかじめハウジング１４に設ける等して、適切な向きにハウジング１４を固定する必要がある。

　このように構成される 船舶姿勢検知用センサユニット１０は、ハウジング１４内に３軸角速度センサ１１等を収容した状態で、固定部材によって船舶１に取り付けられる。この構成に より、船舶の姿勢を算出するのに用いられるＸ，Ｙ，Ｚの３軸周りの角速度を簡単に検知することができる。なお、船舶姿勢検知用センサユニット ２０，３０，４０についても、船舶姿勢検知用センサユニット１０と同様に構成される。

　データ処理装置５０によって、船舶 姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０のそれぞれの３軸角速度センサ１１で得られた検出結果（角速度の測定値）を時間的に積分して船舶１の３次 元での姿勢を表す角度、即ち、ヨーイング角、ピッチング角、及びローリング角を算出する処理を行う。これにより、船舶１の姿勢を検知することができる。

　 詳細には、船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０は船舶１の中心線Ｃ上に配置されているため、ヨーイング方向及びピッチング方向の船舶姿勢検知用センサ ユニット１０，２０の３軸角速度センサ１１から出力される角速度を時間的に積分することで、船舶１のヨーイング角及びピッチング角を容易に算出することが できる。また、船舶姿勢検知用センサユニット３０，４０が船舶１の重心を通りかつ船舶１の中心線Ｃと直交する線上に配置されているため、船舶１のローリン グ角は、船舶姿勢検知用センサユニット３０，４０の３軸角速度センサ１１から出力される船舶１のローリング方向の角速度を時間的に積分することで容易に算 出することができる。船舶１のヨーイングやピッチングがローリングに及ぼす影響も考慮に入れて、船舶１のローリング角を算出するので、ローリング角を精度 良く求めることができる。なお、ヨーイング角、ピッチング角、及びローリング角の算出手法については、この手法に限定されるものではなく、例えば、船舶姿 勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０の３軸角速度センサ１１から出力される３軸の角速度を観測量として、カルマンフィルタを用いて船舶１の姿勢 を算出することも可能である。

　以上のように、本実施形態では、複数の船舶姿勢検知用センサユニット １０，２０，３０，４０のそれぞれの３軸角速度センサ１１の検出結果を用いて船舶１の姿勢を算出するので、精度良く船舶１の姿勢を検知することができる。 具体的には、２つの船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０の３軸角速度センサ１１の検出結果を用いて、船舶１のヨーイング角及びピッチング角を算出する ことができる。また、一方の船舶姿勢検知用センサユニット１０に例えば故障やバッテリー切れが生じたとしても、他方の船舶姿勢検知用センサユニット２０を バックアップとして使用することで、船舶１の姿勢を途切れることなく継続して検知することができる。

　また、平面視で船舶 １の中心線から左側（又は右側）にオフセットして配置される船舶姿勢検知用センサユニット３０（又は４０）の３軸角速度センサ１１の検出結果を用いて船舶 １の姿勢を算出することにより、船舶１のヨーイング角及びピッチング角だけではなく、ローリング角も算出することができる。また、このように複数の船舶姿 勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０のそれぞれの３軸角速度センサ１１の検出結果を用いて船舶１の姿勢を検知することにより、船舶１の姿勢を精 度良く検知することができる。

　なお、船舶１の左右両側に配置される船舶姿勢検知用センサユニット３０，４０のうち何れか 一方を省略しても、船舶１のローリング角を算出することは可能である。しかしながら、両方の船舶姿勢検知用センサユニット３０，４０の３軸角速度センサ １１の検出結果を用いて船舶１の姿勢を算出することにより、ローリング角の算出精度を一層高めることができる。また、左右に配置された船舶姿勢検知用セン サユニット３０，４０に関して、一方を他方のバックアップとして機能させることができるので、船舶１の姿勢を継続して検知することができる。

　 以上のように、船舶姿勢算出用センサシステム１００は、船舶１に複数の船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０を簡便に取り付けて、当該船舶 １の姿勢を検知できるシステムとして構成されている。以下では、この船舶姿勢算出用センサシステム１００を備える船舶姿勢算出装置２００について説明す る。なお、船舶姿勢算出装置２００は、船舶１の姿勢を算出するための装置である。

　船舶姿勢算出装置２００は、前記の船舶 姿勢算出用センサシステム１００の他に、データ処理装置５０を備える。このデータ処理装置５０は、船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０か ら無線送信された出力信号を受信して、船舶１の姿勢を算出する。このように、本実施形態の船舶姿勢算出装置２００では、信号線の配線等について考慮する必 要がなく、船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０及びデータ処理装置５０を船舶１に設置するだけの簡素な構成で船舶１の姿勢を取得すること ができる。

　データ処理装置５０は、前述したように、船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０のそれぞれの３ 軸角速度センサ１１で得られた検出結果（角速度の測定値）を時間的に積分して船舶１の３次元での姿勢を表す角度、即ち、ヨーイング角、ピッチング角、及び ローリング角を算出する処理を行う。ここで、データ処理装置５０は、船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０の障害の発生の有無を、各３軸角 速度センサ１１の検出結果に基づいて判定する。具体的には、例えば、船首側の船舶姿勢検知用センサユニット１０や左右の船舶姿勢検知用センサユニット ３０，４０の検出結果が経時的に変化しているにも関わらず、船舶姿勢検知用センサユニット１０と対をなす船尾側の船舶姿勢検知用センサユニット２０が一定 の値のまま変化しない場合、この船舶姿勢検知用センサユニット２０に障害が発生していると判断する。あるいは、他の公知の統計処理を用いて、各３軸角速度 センサ１１の検出結果に基づいて、障害が発生している船舶姿勢検知用センサユニットを探し出すこととしても良い。また、データ処理装置５０は、ピッチング 角が規定値を超えた異常値となった場合に船舶１が異常に傾いていると判断し、傾き異常のアラート信号を発生させることも可能である。これにより、船舶１自 体の衝突時の沈没等を検知して、データ処理装置５０経由で自動で陸に伝達したり、ＭＯＢ（Ｍａｎ　ＯｖｅｒＢｏａｒｄ）等を発信したりすることが可能にな る。

　障害が発生している船舶姿勢検知用センサユニットが見つかった場合、データ処理装置５０は、前記センサユニット群の うち、障害が発生したと判定された船舶姿勢検知用センサユニットを除外した正常な船舶姿勢検知用センサユニットの出力信号に基づいて、船舶１の姿勢を算出 する。これにより、仮に複数の船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０の一部に例えば故障やバッテリー切れが生じたとしても、それ以外の船舶 姿勢検知用センサユニットを用いて船舶１の姿勢を算出することができるので、船舶１の姿勢を継続して取得することができる。

　更に、本実施形態の船舶１には、船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０の他に、加速度センサとしての３軸加速度センサ６０と、水深センサ７０と、が設けられている。

　 本実施形態の３軸加速度センサ６０は、船舶１の重心の近傍に配置されている。この３軸加速度センサ６０は、船舶１の重心近傍の加速度、即ち速度の変化率を 検知するものである。３軸加速度センサ６０には無線送信部が付設されていて、この無線送信部は、３軸加速度センサ６０の検出結果（加速度の測定値）に基づ く出力信号をデータ処理装置５０に無線送信する。

　データ処理装置５０は、船舶１の姿勢によって３軸加速度センサ６０の検 出軸が傾くことを考慮して、当該３軸加速度センサ６０の検出値（加速度の測定値）を補正することで、船舶１の重力方向の加速度を算出する。より具体的に は、データ処理装置５０は、船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０の検出結果から算出した船舶１のヨーイング角、ピッチング角、及びローリ ング角のうちの少なくとも何れかに基づいて、３軸加速度センサ６０の検出値を補正して、船舶１の重力方向の加速度を求める。これにより、船舶１の姿勢に よって３軸加速度センサ６０の検出軸が傾くことを考慮に入れて、船舶１の重力方向の加速度を精度良く算出することができる。

　上述した船舶姿勢算出装置２００と、３軸加速度センサ６０と、水深センサ７０とを合わせたものは、船舶センサシステム３００を構成している。以下では、この船舶センサシステム３００について詳細に説明する。

　図１に示すように、水深センサ７０は、船舶１の底面に設けられる。水深センサ７０は、船舶１から下方に向かって超音波を発信して、海底で反射して跳ね返ってきた反射波を受信することにより、その地点での水深を計測する。

　 船舶センサシステム３００におけるデータ処理装置５０は、前述のように、船舶１の重力方向の加速度を算出し、この重力方向の加速度が重力加速度と等しくな る時点を検出する。そして、この重力方向の加速度が重力加速度と等しくなる時点を、ヒービングの上端及び下端（ヒービング方向の位置が上端及び下端の位 置）と判定する。データ処理装置５０は、ヒービングの上端（又は下端）に相当する時点から、次にヒービングの下端（又は上端）に相当する位置に来る時点を 予測し、そのヒービングの上下運動の中間点（中央）のタイミングで、水深センサ７０に信号を送り、当該水深センサ７０によりヒービングの中央のタイミング での水深を計測する。ヒービングの上下運動の中間点（中央）は常に等しい高度であると考えられるので、このタイミングで水深を測定することにより、常に等 しい基準高度で水深の測定を行うことができる。これにより、ヒービングによる影響を無くして水深を精度よく測定することができる。

　 従来の船舶では、ヒービングによる影響を無くすために、例えば、ＧＰＳで船舶の高度を測定して得られた補正値により水深の測定結果を補正していた。しか し、この構成では、ＧＰＳの電波を受信できない場所では、適切な補正値を定めることができない。この点、本実施形態の船舶センサシステム３００において は、ＧＰＳを受信できない場所においても、３軸加速度センサ６０を含む各種センサの検出結果に基づいて船舶１の重力方向の加速度を求めて、これに基づいて ヒービングの中央に来るタイミングを推定し、そのタイミングで水深を計測することができる。よって、ＧＰＳに頼らずに、ヒービングの影響を無くして水深を 精度よく測定することができる。

　水深は、上記の方法に代えて、以下の方法によっても測定することができる。即ち、船舶セ ンサシステム３００におけるデータ処理装置５０は、前述のように、船舶１の重力方向の加速度を算出し、この重力方向の加速度が重力加速度と等しくなる時点 を検出する。そして、この重力方向の加速度が重力加速度と等しくなる時点を、ヒービングの上端及び下端と判定し、このタイミングで、水深センサ７０により 水深を算出する。このヒービングの上端及び下端のそれぞれで水深センサ７０で得られた水深を平均したものが、ヒービングの中央に来るタイミングでの水深と 推定し、この水深を、ヒービングの影響を排除したときの水深の値として採用する。この方法によっても、ヒービングによる影響を無くして正確な水深を得るこ とができる。

　次に船舶姿勢算出用データ処理装置としてのデータ処理装置５０について、図３を参照して詳細に説明する。図３は、データ処理装置５０の構成を示すブロック図である。このデータ処理装置５０は、無線受信部５１と、算出部５２と、バッテリー５３と、出力部５４と、を備える。

　 無線受信部５１は、船舶１に配置された複数の３軸角速度センサ１１の検出結果（角速度の測定値）に基づく出力信号、３軸加速度センサ６０の検出結果（加速 度の測定値）に基づく出力信号、及び水深センサ７０の検出結果（水深の測定値）に基づく出力信号を、無線により受信する。このように、各種センサの検出結 果の通信を無線で行うことにより、データ通信線の配線が不要となるので、無線受信部５１を簡素に構成し、設置を簡単にすることができる。

　 算出部５２は、無線受信部５１で受信した信号に基づいて船舶１の姿勢を算出する。複数の３軸角速度センサ１１には、平面視で船舶１の中心線上に重心を挟ん で前後に対をなして配置される２つの３軸角速度センサ１１が含まれる。これにより、算出部５２は、船舶１の少なくともヨーイング角及びピッチング角を算出 することができる。

　出力部５４は、算出部５２で算出した船舶１の姿勢を例えば液晶ディスプレイ等で構成される表示部に表示するものである。ユーザは、この表示部に出力された表示を見て、船舶１の姿勢を確認することができる。

　バッテリー５３は、無線受信部５１、算出部５２、及び出力部５４に電力を供給するものである。バッテリー５３は、無線受信部５１、算出部５２、及び出力部５４に電気的に接続されている。

　 このように、算出部５２は、複数の３軸角速度センサ１１から取得した３軸方向の角速度に基づいて船舶１の姿勢を算出するので、船舶１のヨーイング角及び ピッチング角を精度よく算出することができる。更に、何らかの理由で一方の３軸角速度センサ１１から正常な検出結果が得られない場合でも、他方の３軸角速 度センサ１１をバックアップとして使用することで、船舶１の姿勢を継続して算出することができる。

　また、複数の３軸角速 度センサ１１には、平面視で船舶１の中心線Ｃから左右何れか一側にオフセットした配置される３軸角速度センサ１１（船舶姿勢検知用センサユニット３０又は 船舶姿勢検知用センサユニット４０の３軸角速度センサ１１）が含まれる。これにより、算出部５２は、船舶１のヨーイング角及びピッチング角に加えて、ロー リング角を算出することができる。また、船舶１のヨーイング角及びピッチング角も考慮に入れてローリング角を算出するので、精度よくローリング角を求める ことができる。このように、本実施形態では船舶１のローリング角を適切に算出することができる。

　別の観点から見れば、複 数の３軸角速度センサ１１には、平面視で船舶１の中心線Ｃを挟んで左右に対をなして配置される２つの３軸角速度センサ１１が含まれる。これにより、１つの ３軸角速度センサでローリング角を求める場合と比べて、ローリング角の算出精度を高めることができる。また、左右に配置された３軸角速度センサ１１（船舶 姿勢検知用センサユニット３０及び船舶姿勢検知用センサユニット４０の３軸角速度センサ１１）に関して、一方を他方のバックアップとして機能させることが できるので、船舶１の姿勢を継続して検知することができる。

　以上に説明したように、本実施形態のデータ処理装置５０は、 船舶１の姿勢を算出するものであり、無線受信部５１と算出部５２と、出力部５４と、を備える。無線受信部５１は、船舶１の少なくとも船首近傍と船尾近傍に 配置された２つの３軸角速度センサ１１，１１の検出結果に基づく出力信号を無線で受信する。算出部５２は、無線受信部５１で受信した前記少なくとも２つの ３軸角速度センサ１１，１１の信号に基づいて船舶１の姿勢を算出する。出力部５４は、算出部５２による算出結果を出力する。

　 これにより、船舶１の姿勢を精度よく算出することができる。また、無線受信部５１は信号線等を要することなく３軸角速度センサ１１の信号を受信するので、 信号線の配線等について考慮することなく３軸角速度センサ１１（各センサユニット）を船舶１に取り付けることができ、簡便に船舶の姿勢を検出することがで きる。

　また、各センサユニット１０，２０，３０，４０と、データ処理装置５０とを無線で接続しているため、センサユニッ トの追加や、センサユニットの移動も簡単にできる。更に、船舶１に取り付けるセンサユニット（３軸角速度センサ１１）の個数を増やして、より多くの測定結 果を得て、これに対して統計処理を行うことにより、船舶１の姿勢を高精度に算出することが可能となる。また、仮に一部の３軸角速度センサ１１に不具合が生 じても、他の３軸角速度センサ１１の測定結果を用いて継続して船舶１の姿勢を算出することができ、安全に船舶１の航行をすることができる。

　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

　 上記の実施形態では、船舶１の重心を通る線上に船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０が配置されるものとした。しかしながら、これらのセンサユニットの 配置は必ずしもこれに限るものではなく、重心を通る線上以外の場所にこれらのセンサユニットを配置しても、船舶１の姿勢を検出することは可能である。即 ち、２つの船舶姿勢検知用センサユニットの出力が船舶姿勢算出用データ処理装置に入力されれば、その角速度の相対的な変化から、船舶１の姿勢を算出するこ とは可能である。しかし、船舶１の姿勢を算出するときの演算の負荷を低減するためには、２つの船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０が上記の実施形態の ように重心を通る線上に配置されていることが好ましい。

　図１では、船舶姿勢検知用センサユニット３０と船舶姿勢検知用セ ンサユニット４０とが船舶１の中心線Ｃから同じ距離の所に左右に配置されているものとした。しかしながら、これに限るものではなく、左側の船舶姿勢検知用 センサユニット３０と右側の船舶姿勢検知用センサユニット４０とで中心線Ｃからの距離が異なっていてもよい。

　本実施形態では、船舶１の中心線Ｃを挟んで左右両側に船舶姿勢検知用センサユニット３０，４０が配置されるものとしたが、これに限るものではなく、例えばこれに代えて、船舶１の左右何れか一側だけに船舶姿勢検知用センサユニットが配置されるものとしてもよい。

　上記の実施形態では、角速度センサを用いたヨーイング角、ピッチング角、及びローリング角を検知する技術で、船舶の姿勢を算出するものとしたが、これに限るものではなく、例えばこれと同様の技術を用いて、飛行機の姿勢を算出することもできる。

　 船舶１のヨーイング角、ピッチング角、及びローリング角は、２つの船舶姿勢検知用センサユニットの出力に基づいて算出することも可能である。しかしなが ら、より正確性が要求される場合には、上記の実施形態のように、３つ以上の船舶姿勢検知用センサユニット１０，２０，３０，４０を船舶１に取り付けて姿勢 を算出することが好ましい。

　１　船舶
　１０　船舶姿勢検知用センサユニット
　１１　３軸角速度センサ（角速度センサ）
　２０　船舶姿勢検知用センサユニット
　３０　船舶姿勢検知用センサユニット
　４０　船舶姿勢検知用センサユニット
　５０　データ処理装置（船舶姿勢算出用データ処理装置）
　６０　３軸加速度センサ（加速度センサ）
　７０　水深センサ
　１００　船舶姿勢算出用センサシステム
　２００　船舶姿勢算出装置
　３００　船舶センサシステム
　Ｃ　中心線

Claims (14)

1. 　船舶の姿勢を算出する船舶姿勢算出用データ処理装置において、
   　船舶の異なる場所に配置された少なくとも２つの３軸角速度センサの検出結果に基づく出力信号を無線で受信する無線受信部と、
   　前記無線受信部で受信した前記少なくとも２つの３軸角速度センサの信号に基づいて前記船舶の姿勢を算出する算出部と、
   　前記算出部による算出結果を出力する出力部と、を備えることを特徴とする船舶姿勢算出用データ処理装置。
2. 　請求項１に記載の船舶姿勢算出用データ処理装置であって、
   　前記無線受信部は、少なくとも、平面視で前記船舶の中心線上に配置された、船首と船尾に配置された３軸角速度センサの検出結果に基づく出力信号を受信することを特徴とする船舶姿勢算出用データ処理装置。
3. 　ハウジングと、
   　前記ハウジングを船舶の所定の位置に固定する固定部材と、
   　前記ハウジング内に設けられた３軸角速度センサと、
   　前記３軸角速度センサの検出結果に基づく出力信号を、前記船舶に取り付けられた少なくとも２つの３軸角速度センサから取得した信号を用いて前記船舶の姿勢を算出する船舶姿勢算出用データ処理装置に無線送信する無線送信部と、
   　前記３軸角速度センサ及び前記無線送信部に電力を供給するバッテリーと、
   を備えることを特徴とする船舶姿勢検知用センサユニット。
4. 　船舶の姿勢を算出する船舶姿勢算出用データ処理装置であって、
   　複数の請求項３に記載の船舶姿勢検知用センサユニットを含むセンサユニット群の各船舶姿勢検知用センサユニットの検出結果に基づく出力信号を受信する無線受信部と、
   　前記無線受信部で受信した各舶姿勢検知用センサユニットの信号に基づいて前記船舶の姿勢を算出する算出部と、
   　前記算出部による算出結果を出力する出力部と、を備え、
   　前記センサユニット群には、平面視で前記船舶の中心線上に当該船舶の重心を挟んで前後に対をなして配置される２つの前記船舶姿勢検知用センサユニットが含まれることを特徴とする船舶姿勢算出用データ処理装置。
5. 　請求項４に記載の船舶姿勢算出用データ処理装置であって、
   　前記センサユニット群には、平面視で前記船舶の中心線から左右何れか一側にオフセットして配置される前記船舶姿勢検知用センサユニットが含まれることを特徴とする船舶姿勢算出用データ処理装置。
6. 　請求項５に記載の船舶姿勢算出用データ処理装置であって、
   　前記センサユニット群には、平面視で前記船舶の中心線を挟んで左右に対をなして配置される２つの前記船舶姿勢検知用センサユニットが含まれることを特徴とする船舶姿勢算出用データ処理装置。
7. 　請求項４から６までの何れか一項に記載の船舶姿勢算出用データ処理装置と、請求項３に記載の前記船舶姿勢検知用センサユニットを複数備えるセンサユニット群と、を備えることを特徴とする船舶姿勢算出用センサシステム。
8. 　請求項７に記載の船舶姿勢算出用センサシステムであって、
   　前記船舶姿勢算出用データ処理装置は、前記船舶姿勢検知用センサユニットの障害の発生の有無を、前記３軸角速度センサの検出結果に基づいて判定し、
   　前記船舶姿勢算出用データ処理装置は、前記センサユニット群のうち、障害が発生したと判定された船舶姿勢検知用センサユニットを除外した船舶姿勢検知用センサユニットの出力信号に基づいて、前記船舶の姿勢を算出することを特徴とする船舶姿勢算出用センサシステム。
9. 　請求項７又は８に記載の船舶姿勢算出用センサシステムであって、
   　前記船舶の重心の近傍に配置される加速度センサを更に備え、
   　 前記船舶姿勢算出用データ処理装置は、算出した前記船舶のヨーイング角、ピッチング角、及びローリング角のうちの少なくとも何れかに基づいて前記加速度セ ンサの検出値を補正することで、前記船舶の重力方向の加速度を算出することを特徴とする船舶姿勢算出用センサシステム。
10. 　請求項９に記載の船舶姿勢算出用センサシステムを含む船舶センサシステムであって、
    　前記船舶から下方に超音波を発信して反射波を受信することにより水深を計測する水深センサを更に備え、
    　当該船舶がヒービングの中央に相当する位置にあるタイミングを、前記船舶姿勢算出用データ処理装置が算出した前記船舶の重力方向の加速度に基づいて取得し、当該タイミングで前記水深センサが水深を計測することを特徴とする船舶センサシステム。
11. 　請求項９に記載の船舶姿勢算出用センサシステムを含む船舶センサシステムであって、
    　前記船舶から下方に超音波を発信して反射波を受信することにより水深を計測する水深センサを更に備え、
    　前記水深センサの測定値と、前記船舶姿勢算出用データ処理装置が算出した前記船舶の重力方向の加速度から求められる前記船舶のヒービング方向の位置と、に基づいて水深を取得することを特徴とする船舶センサシステム。
12. 　船舶に配置された複数の角速度センサの検出結果に基づく出力信号を無線により受信する無線受信部と、
    　前記無線受信部で受信した信号に基づいて前記船舶の姿勢を算出する算出部と、
    を備え、
    　前記複数の角速度センサには、平面視で前記船舶の中心線上に重心を挟んで前後に対をなして配置される２つの角速度センサが含まれ、
    　前記算出部は、前記船舶の少なくともヨーイング角及びピッチング角を算出することを特徴とする船舶姿勢算出用データ処理装置。
13. 　請求項１２に記載の船舶姿勢算出用データ処理装置であって、
    　前記複数の角速度センサには、平面視で前記船舶の中心線から左右何れか一側にオフセットして配置される角速度センサが含まれ、
    　前記算出部は、前記船舶の前記ヨーイング角及び前記ピッチング角に加えて、ローリング角を算出することを特徴とする船舶姿勢算出用データ処理装置。
14. 　請求項１３に記載の船舶姿勢算出用データ処理装置であって、
    　前記複数の角速度センサには、平面視で前記船舶の中心線を挟んで左右に対をなして配置される２つの角速度センサが含まれることを特徴とする船舶姿勢算出用データ処理装置。

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