WO2019004443A1 - 最適航路演算装置および最適航路演算方法 - Google Patents

最適航路演算装置および最適航路演算方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2019004443A1
WO2019004443A1 PCT/JP2018/024872 JP2018024872W WO2019004443A1 WO 2019004443 A1 WO2019004443 A1 WO 2019004443A1 JP 2018024872 W JP2018024872 W JP 2018024872W WO 2019004443 A1 WO2019004443 A1 WO 2019004443A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
route
area
region
point
calculation
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/024872
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
政樹 大嶺
直子 森田
久之輔 河田
成子 大橋
恭平 石上
貴昭 村井
智行 ▲高▼月
Original Assignee
川崎重工業株式会社
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 川崎重工業株式会社 filed Critical 川崎重工業株式会社
Publication of WO2019004443A1 publication Critical patent/WO2019004443A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G3/00—Traffic control systems for marine craft

Definitions

  • the present invention relates to an optimal route computing device for a ship and an optimal route computing method.
  • the conventional optimal route calculation is operated at a fixed ship speed or a fixed main engine speed under the planned departure time and arrival time restriction conditions for one ocean with high fuel efficiency reduction effect.
  • the route (latitude and longitude) is optimized and calculated on the assumption that
  • Patent Document 1 For this purpose, for example, as disclosed in Patent Document 1 below, a configuration has been proposed in which grid points (nodes) for optimal channel search are weighted. Further, for example, as described in Patent Document 2 below, it has been proposed to set an essential passage point midway along the route and to calculate the optimum route so as to surely pass the essential passage point.
  • the present invention has been made in view of the above, and it is intended to provide an optimal route computing device and an optimal route computing method capable of automatically performing optimal route computation on the entire route from the departure point to the arrival location while suppressing the amount of computation. Intended to be provided.
  • an optimal route calculation device including: an information input receiving unit that receives an input of information including a departure point, an arrival point, and a departure time of a ship; the input information; and performance data of the ship. It is determined whether or not there is a predetermined fixed route area between the departure place and the arrival place, and an optimum route calculation unit that calculates an optimum route based on the weather data of the route area where the ship navigates. If the optimal route calculation unit determines that the fixed route region is present, the optimal route calculation unit adopts a predetermined fixed route in the fixed route region, and uses the remaining region as the remaining region.
  • the system is configured to divide into a plurality of areas divided by the departure place, the end of the fixed route area, or the arrival place, and calculate an optimum course for each of the plurality of areas.
  • the optimal route calculation of the entire route including the fixed route region can be automatically performed while suppressing the amount of calculation.
  • the determination unit determines whether or not there is a boundary point where a predetermined reference route from the departure point to the arrival point intersects with a boundary line of the route calculation region set in advance as a region for calculating the optimum route. It is configured to determine whether or not there is the fixed navigation region by determining the optimal navigation region, and when it is determined that the boundary point is present, the fixed navigation region outside the navigation region is determined.
  • the reference route may be adopted as the fixed route, and an optimal route may be calculated for a route calculation area divided between a plurality of boundary points or between the boundary points and the departure point or the arrival point.
  • the determination unit reads out map data indicating a borderline whether or not the navigable area, superimposes a predetermined reference route from the departure place to the arrival place on the map data, and A predetermined distance may be extended to the navigable area side, and an area in which the reference channel is included on the opposite side of the navigable area from the expanded boundary may be determined as the fixed channel area. According to this, since the narrow area on the map data is automatically determined as the fixed navigation area, the optimal navigation is calculated without predetermining the navigation area and / or the fixed navigation area for calculating the optimal navigation. The area and the fixed channel area can be determined automatically.
  • an optimal route calculation method comprising: an information input receiving step of receiving an input of information including a departure place, an arrival place, and a departure time of a ship; the input information; An optimal route calculation step of calculating an optimal route based on weather data of the route region traveled by the ship, and a predetermined fixed route region between the departure place and the arrival place Determining whether or not the optimal route calculation step includes determining if the fixed route region is present, adopting a predetermined fixed route in the fixed route region and determining the remaining region. Are divided into a plurality of areas divided by the departure place, the end of the fixed route area, or the arrival place, and the optimum course is calculated for each of the plurality of areas.
  • the optimal route calculation of the entire route including the fixed route area is suppressed while suppressing the calculation amount. It can be done automatically.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optimum path calculation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a route area in the present embodiment.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the flow of the optimal route calculation process in the present embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram in the case where map expansion processing is performed in the map shown in FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of determination point extraction processing for performing route calculation in the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the optimal route calculation by the DP method.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optimum path calculation device according to an embodiment of the present invention.
  • the optimum path calculation device 1 shown in FIG. 1 includes an input unit 2, a storage unit 3, an operation unit 4, and an output unit 5.
  • the configurations 1 to 5 mutually transmit data via the bus 6.
  • the optimal route computing device 1 may be configured by a computer at a land facility, or may be configured as a computer or control device installed on a ship.
  • a computer installed on the ship exerts a part of the functions constituting the optimal route arithmetic unit 1
  • a computer installed on the land exerts other functions, and the communication means such as inter-land communication mutually communicate with each other. Intercommunication of data may be configured to occur.
  • the input unit 2 is configured as an input device that allows a user to input information such as a departure place, an arrival place, a departure time, and an arrival time of a ship.
  • the storage unit 3 stores the information input from the input unit 2.
  • the storage unit 3 stores in advance performance data of the ship, weather data of at least a channel area where the ship travels, and an optimal channel calculation program.
  • the performance data of a ship is data relating to the performance each ship has individually.
  • Weather data is provided from, for example, an external organization.
  • the weather data is, for example, data on weather (sea weather) in a channel area or the like one week after the present.
  • the weather data may be configured to be sequentially transmitted from the outside through the network and automatically stored in the storage unit 3.
  • the calculation unit 4 executes an optimum route calculation process that calculates the optimum route of the ship based on various types of information stored in the storage unit 3. To this end, the computing unit 4 executes the optimal route computing program to exhibit the functions of the information input receiving unit 41, the optimal route computing unit 42, and the determination unit 43.
  • the information input reception unit 41 receives an input of information including a departure place, an arrival place, a departure time, and an arrival time of the ship.
  • the optimum route calculation unit 42 calculates the optimum route based on the input information, the performance data of the ship stored in the storage unit 3, and the weather data of the route area where the ship travels.
  • the determination unit 43 determines whether or not there is a predetermined fixed route area between the departure place and the arrival place. When the determination unit 43 determines that the fixed route region is present, the optimal route calculation unit 42 adopts a predetermined fixed route in the fixed route region, and the remaining region is defined as the departure point, the end of the fixed route region. Division into a plurality of areas divided by a section or an arrival site, and calculating an optimal route for each of the plurality of areas.
  • the output unit 5 outputs the calculation result in the calculation unit 4. For example, the output unit 5 displays the optimum route calculated by the calculation unit 4 on a map (nautical chart) on a display device (not shown) connected to the optimum route calculation device 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing a route area in the present embodiment.
  • a narrow sea area canal, port area, etc.
  • a wide sea area (ocean, etc.) are included between the departure place S and the arrival place G.
  • the storage unit 3 stores map data indicating the boundary whether or not the ship can travel navigable area (for example, with the lowest value of the water depth where the ship can travel as the boundary). It is done. Furthermore, the storage unit 3 stores a predetermined reference route fs from the departure point S to the arrival point G.
  • the reference channel fs may be, for example, channel information issued from an international water channel organization or the like. Instead of this, the optimum channel calculation result (optimum route) in the past similar routes is stored in the storage unit 3 and an average route of the stored data or a predetermined condition among a plurality of stored routes is stored.
  • One satisfactory route for example, a route with the smallest evaluation function using safety and fuel consumption as a parameter
  • a route set by a user may be set as the reference route fs.
  • a route obtained by connecting the shortest routes (greater region routes) in each predetermined area may be used as the reference route fs.
  • the operation area data includes, for example, data of the boundary of one navigation area AC n .
  • the information includes the latitude of the north end, the latitude of the south end, the longitude of the east end, and the longitude of the west end of one channel operation area AC n .
  • the route calculation area AC n is an area having a shape along the parallel line and the meridian as AC 1 and AC 2 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the flow of the optimal route calculation process in the present embodiment.
  • the information input reception unit 41 receives information input including the departure point S, the arrival point G, the departure time T S , the arrival time T G , and the reference channel fs (step S1). Note that in such case of sailing vessels from departure time T S at a constant rotational speed, it may be unnecessary information input arrival time T G.
  • Determining unit 43 determines whether between the departure point S and end points G, there is a fixed route area AS m determined in advance. To this end, the determination unit 43 determines whether there is a boundary point where the reference channel fs and the boundary of the channel calculation area AC n intersect (step S3).
  • first judgment point WP 1 coincides with the departure point S
  • the last decision point WP U corresponds to the arrival G.
  • the determination points WP u are arranged at equal intervals between the departure point S and the arrival point G.
  • the arrangement interval may be changed according to the curvature of the reference channel fs (for example, the interval may be shortened as the curvature is larger), and the place of departure S, the place of arrival G, and / or a predetermined distance
  • the spacing between adjacent determination points WP u near the position may be shorter than others.
  • the determination unit 43 extracts a determination point WP u to be a fixed route and a determination point WP u to perform a route computation (step S3). For example, the determination unit 43 performs determination and extraction of the fixed route area by performing the map expansion process described below.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram in the case where map expansion processing is performed in the map shown in FIG. In the map expansion process, the determination unit 43 reads map data from the storage unit 3, superimposes the reference channel fs on the map data, and in the map data, the boundary line indicating the navigable area is the navigable area side (sea side) To a predetermined distance.
  • FIG. 4 shows a boundary line Ce obtained by extending a boundary line Co indicating an original navigable area by a predetermined distance (for example, several tens of nautical miles) on the sea side.
  • a predetermined distance for example, several tens of nautical miles
  • the determination unit 43 determines that a region where the reference route fs is included on the side (land side) opposite to the navigable region from the extended boundary line Ce as a result of the expansion of the boundary line Co is a fixed navigation region AS m determination as to, for extracting decision points WP u included in the fixed route region aS m.
  • the judgment unit 43 Extract the judgment point WP u of. These decision points WP u is temporarily stored in the storage unit 3 as a determination points included in the fixed route area AS m.
  • route calculation region AS m and / or fixed route region AC calculates the optimum route Even if n is not determined in advance, it is possible to automatically determine the area AS m in which the calculation of the optimal route is performed and the fixed route area AC n .
  • route calculation region AS m is specified.
  • the determination points WP 2 to WP 6 included in the route calculation area AC 1 and the determination points WP 12 to WPU 1 included in the route calculation area AC 2 are extracted. These determination points WP u are temporarily stored in the storage unit 3 together with the corresponding route calculation area AC n .
  • the specific extraction method will be described later.
  • the optimal route computation unit 42 a section in which the determination points WPu for performing route computation continue (each route computation area AC described later An optimal route is calculated for each of the start point S j of the boundary point in n and the end point G j ) (step S4).
  • the optimal route between the first boundary point S 1 -G 1 takes the departure time of the first calculation start position S 1 as the arrival time to the determination point WP 2 in the reference route fs. It is calculated by the arrival time of the operation end position G 1 between the arrival time at the determination point WP 6 in the reference route fs.
  • the second computation end position the arrival time of G 2 is calculated by the arrival time at the decision point WP U-1 in the reference route fs.
  • the optimum route calculation unit 42 employs a reference route fs as a fixed route in a fixed route region AS m of route calculation region AC n outside.
  • the optimum route calculation unit 42 connects the calculated optimum route (the optimum route between the boundary points S j and G j ) and the fixed route (reference route fs) of the other sections, and uses this as the departure point S to the arrival point Output as the optimum route to G (step S5).
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of determination point extraction processing for performing route calculation in the present embodiment.
  • Determining unit 43 sets the extracted decision point WP u (WP 2 in FIG. 2) to the operation start position S j (step S33), the extracted decision point WP u belongs route calculation region AC n to the extraction area j It sets (step S34).
  • the extracted determination point WP 2 is set to the calculation start position S 1
  • the channel calculation area AC 1 to which the determination point WP 2 belongs is set to the extraction area 1.
  • the extraction area 1 route calculation region AC 1
  • the determination unit 43 sets the extracted determination point WP u (WP 6 in FIG. 2) as the operation end position G j (step S36).
  • boundary points S 1 and G 1 at which the reference channel fs and the first channel calculation area AC 1 (extraction area 1) intersect are extracted by the processing from step S31 to step S36.
  • the determination unit 43 determines whether the search reference position SP is the arrival point G (step S38). When the search reference position SP is not the arrival place G (No in step S38), the determination unit 43 performs the processing from step S31 to step S36 using the new search reference position SP, the reference route fs and the j-th route Boundary points S j and G j which intersect with the operation area AC n (extraction area j) are extracted.
  • the calculation start position S 2 and the calculation end position G 2 in the extraction area 2 are extracted Be done.
  • Determined point WP 12 is extracted as an operation start position S 2
  • determination points WP U-1 is extracted as the operation end position G 2.
  • Search reference position SP decision point WP U set to are the arrival G (Yes in step S38), the determination unit 43 includes a reference route fs, and the boundary of the route calculation region AC n intersecting boundary The determination of whether or not there is a point ends.
  • the fixed route area AS m fixed route (reference route fs predetermined for )
  • the remaining area is divided into a plurality of route calculation region AC n delimited by fixed route area aS m, the optimum route for each route calculation region AC n is calculated.
  • a predetermined route areas room less optimal route computation, such as canals or straits as a fixed route area AS m, only computing the optimal route for other regions Accordingly, the route across the optimum route calculation including the fixed route area aS m, can be automatically performed while suppressing the amount of calculation.
  • a region AC n to perform calculation of the optimal route, fixed a route region aS m, can be determined automatically.
  • the judgment unit 43 without setting a decision point WP u extracted with step S32 as the calculation start position S j in FIG. 5, is set to the temporary operation start position S j '.
  • the determination unit 43 does not set the determination point WP u extracted in step S35 in FIG. 5 as the calculation end position G j as it is, but sets it as the temporary calculation end position G j ′.
  • the determination unit 43 determines whether the set temporary operation start position S j 'is included in the fixed route area AS m. If not included in the fixed route area AS m (i.e., 'if belongs only to the route calculation region AC n, the determination unit 43, temporary calculation start position S j tentative calculation start position S j)' operation start position Set to S j .
  • the determination unit 43 searches from the temporary calculation start position S j 'toward the temporary calculation end position G j ', and first determines from the fixed route area AS m (first belongs to the area only to the route calculation area AC n )
  • the point WP u is set to the calculation start position S j .
  • the set tentative calculation end position G j' provisional calculation end position Gj determines whether is included in the fixed route area AS m. If not included in the fixed route area AS m (i.e., 'if belongs only to the route calculation region AC n, the determination unit 43, temporary calculation end position G j tentative calculation end position G j)' operation end position Set to G j .
  • the determination unit 43 searches from the provisional operation end position G j 'toward the operation start position S j, and the judgment point WP that first comes out of the fixed navigation region AS m (first belongs to the region only to the navigation operation region AC n ) Set u to the operation end position G j .
  • the determination unit 43 when allowed to overlap with the fixed route region AS m and route calculation region AC n, at the stage of tentative calculation start position S j 'and the temporary operation end position G j' is extracted, the determination unit 43, temporary calculation all decision point WP u between 'from the provisional operation end position G j' start position S j until it may be determined whether or not included in the fixed route area AS m.
  • All decision point WP u is included in the fixed route area AS m (i.e., route calculation region AC n and the fixed route region AS between 'from the provisional operation end position G j' temporary operation start position S j to If a and m belongs to a region overlapping), the region between 'from the provisional operation end position G j' temporary operation start position S j to are treated as fixed calculation region aS m. Therefore, in this case, the determination unit 43 sets the temporary calculation end position G j ′ in a state where the calculation start position S j and the calculation end position G j at the search reference position SP are not set without performing the subsequent determination. The next determination point WP u is set to the next search reference position SP (step S11).
  • a region also included in the fixed route region A m can is that by excluding, performs distinction between fixed route region aS m and route calculation region AC n while avoiding setting complication during the route calculation region AC n accurately.
  • the optimum route calculation unit 42 calculates a route which minimizes a parameter relating to navigational safety such as wave height and ship motion based on weather data and a fuel efficiency based on performance data of the ship as the optimum route.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the optimal route calculation by the DP method.
  • the optimum path calculation unit 42 calculates a shortest distance path (great zone path) R0 connecting the shortest distance between the calculation start position S j and the calculation end position G j . Then, the optimal route calculation unit 42 equally divides the shortest distance route R0 into N, and sets virtual line segments (great circles) M orthogonal to each other at each equally dividing point. Furthermore, the optimal route calculation unit 42 arranges grid points L on each virtual line segment M at equal intervals. The i-th grid point on the k-th virtual line segment M from the departure point S is L (k, i k ).
  • the optimal route calculation unit 42 selects one grid point L on each virtual line segment M one by one, and sequentially connects between the departure point S and the arrival point G as a route (optimum route) R S Calculate as That is, the optimal route R S is the operation start position S j , the lattice point L (1.i 1 ), the lattice point L (2, i 2 ), ..., L (k, i k ), ..., the operation end position G It becomes what connected j in order.
  • nk indicates the propeller rotational speed of the ship while traveling from the lattice point L (k, ik ) to the lattice point L (k + 1, ik + 1 ).
  • the penalty P for the operation limit indicates, for example, a wave height encountered between the grid points, a motion of the hull (roll angle, pitch angle) and the like.
  • T (L (k, ik ), L (k + 1, ik + 1 ), t k , n k ) is from lattice point L (k, ik ) to lattice point L (k + 1, ik + 1 ) Indicates the sailing time.
  • Optimum route calculation unit 42 the time t k to the lattice point L (k, i k) the minimum evaluation value from up operation end position G j in the case of sailing toward the operation end position G j J min (L (k . i k), the t k), calculating the end position from the lattice point L (k, lattice point from i k) L (k + 1 , i k + 1) grid point to the evaluation value and the time t k + 1 to L (k + 1, i k + 1)
  • the sum with the minimum evaluation value up to the operation end position G j when traveling toward G j is obtained by minimizing i K + 1 and n k as parameters.
  • Min (i k + 1 , n k ) ⁇ J ⁇ means to minimize the inside of J with i k + 1 and n k as parameters.
  • the optimal route calculation unit 42 calculates the minimum evaluation value J min (d) while traveling from the grid point L (N ⁇ 1, i N ⁇ 1 ) on the N ⁇ 1th virtual line segment M to the calculation end position G j.
  • the optimum navigation route calculation unit 42 uses the above equations (1) and (2) as a functional recursion equation in the DP method to obtain one virtual line segment M from the (N ⁇ 1) th virtual line segment M to the calculation start position S j
  • the minimum evaluation value from each lattice point L to the calculation end position G j is calculated while going back one by one, and the minimum evaluation value from the calculation start position S j to the calculation end position G j is finally obtained.
  • the optimum path calculation unit 42 outputs a set of grid points L from which the minimum evaluation value can be obtained as an optimum path RS .
  • the above-mentioned optimal route calculation is performed individually between a plurality of boundary points S j and G j . At this time, the number (N) of the virtual line segments M and the interval between the lattice points L may be different between the boundary points S j and G j at which the optimal route calculation is performed (the route calculation area AC n ).
  • the optimum route calculation unit 42 may perform the optimum route calculation by the variational method, the Dijkstra method, the A * method, the equal time curve method, or the like instead of the above-described optimum route calculation using the DP method.
  • the optimum route calculation may be performed with the selection of the route which is below the operation limit as a constraint condition. .
  • reference route fs by using the reference route fs over the entire area between the departure point S to arrival G, the optimum route in a fixed route region AS m of which the mode of a the reference route fs portion explained.
  • reference route fs be predetermined may be set only in the fixed route area AS m.
  • the route calculation area AC n for calculating the optimum route is not limited to the area divided between the plurality of boundary points, and may be the area divided between the boundary point and the departure point S or the arrival point G Good.
  • the departure point S may be set as the calculation start position S j
  • the arrival point G may be set as the calculation end position G j .
  • the above embodiment has been described on the assumption that the optimal route calculation is performed in advance before departure of the ship, the above aspect can be implemented not only before departure of the ship but also after departure of the ship. It is.
  • the current position or the future of the position of the ship is the departure point S next to, the estimated time of arrival to the current time or navigation scheduled position is input as a starting time T S.
  • the present invention is useful for providing an optimum path calculation device and an optimum path calculation method capable of automatically performing optimum path calculation on the entire route from the departure point to the arrival point while suppressing the amount of calculation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

最適航路演算装置は、船舶の出発地、到着地および出発時刻を含む情報の入力を受け付ける情報入力受付部と、入力された情報と、船舶の性能データと、船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する最適航路演算部と、出発地と到着地との間に、予め定められた固定航路領域があるか否かを判定する判定部と、を備え、最適航路演算部は、固定航路領域があると判定された場合、固定航路領域においては予め定められた固定航路を採用し、残りの領域を、出発地、固定航路領域の端部または到着地によって区切られる複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれについて最適航路を演算する。

Description

最適航路演算装置および最適航路演算方法
　本発明は、船舶の最適航路演算装置および最適航路演算方法に関する。
　燃料価格高騰に伴う運航コストの削減、温室効果ガス（ＧＨＧ）排出削減問題、さらには安全運航、輸送品質の維持向上などのニーズの高まりから、船舶における最適航路演算は船舶の運航管理における有効手段として重要視されている。
　従来の最適航路演算は、燃費削減効果の高い北太平洋等の一大洋に対して、計画される出港時刻および入港時刻の拘束条件のもと、一定の船速または一定の主機回転数にて運航するという仮定で航路（緯度および経度）のみを最適化演算している。
　しかし、全球（全地球）に対応した最適航路演算を実施するためには、多数の諸島または浅瀬が存在する海域や、運河または海峡を挟んだ海域を通過する場合に、必須となる通過地点を経由した航路を自動的に演算する必要がある。
　このために、例えば、下記特許文献１のように、最適航路探索のための格子点（ノード）に重み付けをする構成が提案されている。また、例えば、下記特許文献２のように、航路途中に必須通過地点を設定し、当該必須通過地点を必ず通るように最適航路の演算を行うことが提案されている。
特許第４２４７４９７号公報 特許第４９３４７５６号公報
　しかし、特許文献１，２のような態様では、結局出発地から到着地までの全域について格子点を配置する必要があり、狭い海域等では航行不能な領域にも格子点が配置されることになる。このため、最適航路演算において無意味な格子点が設けられることにより、無駄な演算が行われる余地がある。
　また、狭い海域等に必ず格子点または必須通過地点を設定するためには、格子点間の距離を短くする必要があるが、狭い海域と広い海域との両方を通る航路においては、広い海域における格子点間の距離も狭い海域に合わせて短く設定する必要が生じ、演算量が多くなり、演算効率が悪化する。
　本発明は上記に鑑みなされたものであり、出発地から到着地までの航路全体における最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる最適航路演算装置および最適航路演算方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る最適航路演算装置は、船舶の出発地、到着地および出発時刻を含む情報の入力を受け付ける情報入力受付部と、入力された前記情報と、前記船舶の性能データと、前記船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する最適航路演算部と、前記出発地と前記到着地との間に、予め定められた固定航路領域があるか否かを判定する判定部と、を備え、前記最適航路演算部は、前記固定航路領域があると判定された場合、前記固定航路領域においては予め定められた固定航路を採用し、残りの領域を、前記出発地、前記固定航路領域の端部または前記到着地によって区切られる複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれについて最適航路を演算するよう構成される。
　上記構成によれば、出発地と到着地との間において固定航路領域が含まれる場合には、自動的に当該固定航路領域については予め定められた固定航路が採用され、残りの領域が、固定航路領域によって区切られる複数の領域に分割され、それぞれの領域について最適航路が演算される。したがって、多数の諸島または浅瀬が存在する海域、運河または海峡等の最適航路演算の余地が少ない領域を固定航路領域として予め定められた航路とし、その他の領域についてのみ最適航路を演算することにより、当該固定航路領域を含む航路全体の最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる。
　前記判定部は、前記出発地から前記到着地までの予め定められた基準航路と、最適航路を演算する領域として予め設定された航路演算領域の境界線とが交差する境界地点があるか否かを判定することにより、前記固定航路領域があるか否かを判定するよう構成され、前記最適航路演算部は、前記境界地点があると判定された場合、前記航路演算領域外の前記固定航路領域においては前記基準航路を前記固定航路として採用し、複数の境界地点間または当該境界地点と前記出発地もしくは前記到着地との間で区切られる航路演算領域について最適航路を演算してもよい。出発地から到着地までの基準航路および最適航路を演算するように設定された航路演算領域を予め定めておくことで、最適航路の演算を行う領域と、固定航路領域とを、自動的に判定することができる。
　前記判定部は、前記航行可能領域か否かの境界線を示す地図データを読み出し、当該地図データ上に前記出発地から前記到着地までの予め定められた基準航路を重ね合わせ、前記境界線を前記航行可能領域側に所定距離拡張し、当該拡張後の境界線より前記航行可能領域とは反対側に前記基準航路が含まれるようになった領域を前記固定航路領域として判定してもよい。これによれば、地図データ上の狭小領域が自動的に固定航路領域として判定されるため、最適航路を演算する航路演算領域および／または固定航路領域を予め定めることなく、最適航路の演算を行う領域と、固定航路領域とを、自動的に判定することができる。
　本発明の他の態様に係る最適航路演算方法は、船舶の出発地、到着地および出発時刻を含む情報の入力を受け付ける情報入力受付ステップと、入力された前記情報と、前記船舶の性能データと、前記船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する最適航路演算ステップと、前記出発地と前記到着地との間に、予め定められた固定航路領域があるか否かを判定する判定ステップと、を含み、前記最適航路演算ステップは、前記固定航路領域があると判定された場合、前記固定航路領域においては予め定められた固定航路を採用し、残りの領域を、前記出発地、前記固定航路領域の端部または前記到着地によって区切られる複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれについて最適航路を演算する。
　上記方法によれば、出発地と到着地との間において固定航路領域が含まれる場合には、自動的に当該固定航路領域については予め定められた固定航路が採用され、残りの領域が、固定航路領域によって区切られる複数の領域に分割され、それぞれの領域について最適航路が演算される。したがって、多数の諸島または浅瀬が存在する海域、運河または海峡を固定航路領域として予め定められた航路とすることにより、当該固定航路領域を含む航路全体の最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる。
　本発明によれば、出発地から到着地までの航路全体における最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる。
図１は本発明の一実施の形態に係る最適航路演算装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は本実施の形態における航路領域を示す図である。 図３は本実施の形態における最適航路演算処理の流れを示すフローチャートである。 図４は図２に示す地図において地図拡張処理を行う場合の概念図である。 図５は本実施の形態における航路演算を行う判定点抽出処理の流れを示すフローチャートである。 図６はＤＰ法による最適航路演算を説明するための図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
　図１は本発明の一実施の形態に係る最適航路演算装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す最適航路演算装置１は、入力部２、記憶部３、演算部４、および出力部５を備えている。各構成１～５は、バス６により相互にデータ伝達を行う。最適航路演算装置１は、陸上の施設におけるコンピュータによって構成されてもよいし、船舶に設置されたコンピュータまたは制御装置として構成されてもよい。また、最適航路演算装置１を構成する一部の機能を船舶に設置されたコンピュータが発揮し、他の機能を陸上に設置されたコンピュータが発揮し、船陸間通信等の通信手段によって相互にデータの相互通信が行われるように構成されてもよい。
　入力部２は、船舶の出発地、到着地、出発時刻および到着時刻等の情報をユーザが入力可能な入力装置として構成される。記憶部３は、入力部２から入力された情報を記憶する。また、記憶部３には、船舶の性能データと、少なくとも船舶が航行する航路領域の気象データと、最適航路演算プログラムが予め記憶されている。
　船舶の性能データは、各船舶が個別に備える性能に関するデータである。気象データは、例えば外部機関等から提供される。気象データは、例えば現在から１週間先の、航路領域等における気象（海気象）に関するデータである。なお、気象データは、ネットワークを通じて外部から逐次送信され、記憶部３に自動的に蓄積されるように構成されてもよい。
　演算部４は、記憶部３に記憶された各種の情報に基づいて船舶の最適航路を演算する最適航路演算処理を実行する。このために、演算部４は、最適航路演算プログラムを実行することにより、情報入力受付部４１、最適航路演算部４２および判定部４３の機能を発揮する。
　情報入力受付部４１は、船舶の出発地、到着地、出発時刻および到着時刻を含む情報の入力を受け付ける。最適航路演算部４２は、入力された情報と、記憶部３に記憶されている船舶の性能データと、船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する。判定部４３は、出発地と到着地との間に、予め定められた固定航路領域があるか否かを判定する。最適航路演算部４２は、判定部４３により固定航路領域があると判定された場合、固定航路領域においては予め定められた固定航路を採用し、残りの領域を、出発地、固定航路領域の端部または到着地によって区切られる複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれについて最適航路を演算する。
　出力部５は、演算部４における演算結果を出力する。例えば、出力部５は、最適航路演算装置１に接続された表示装置（図示せず）に、地図（海図）上に演算部４によって演算された最適航路を表示する。
　以下、最適航路演算処理の具体例を説明する。
　図２は本実施の形態における航路領域を示す図である。本実施の形態では、図２に示すように、出発地Ｓから到着地Ｇまでの間に狭い海域（運河、港湾部等）と広い海域（大洋等）とが含まれている。本実施の形態では、最適航路演算を行う領域が狭い海域である固定航路領域ＡＳｍ（ｍ＝１，２，…）と、広い海域である航路演算領域ＡＣｎ（ｎ＝１，２，…）とに分割され、航路演算領域について最適航路演算が行われる。
　本実施の形態において、記憶部３には、船舶が航行可能な航行可能領域か否かの境界線を示す（例えば、船舶が航行可能な水深の最低値を境界線とする）地図データが記憶されている。さらに、記憶部３には、出発地Ｓから到着地Ｇまでの予め定められた基準航路ｆｓが記憶されている。基準航路ｆｓは、例えば、国際水路機関等から発行される航路情報であってもよい。これに代えて、過去の同様の航路における最適航路演算結果（最適航路）を記憶部３に蓄積し、蓄積されたデータの平均的な航路、または、蓄積された複数の航路のうち所定条件を満足する一の航路（例えば安全性と燃費とをパラメータとする評価関数が最小である航路）を基準航路ｆｓとしてもよい。また、ユーザ（例えば船舶の船長または管理者）が設定した航路を基準航路ｆｓとしてもよい。所定領域ごとの最短航路（大圏航路）を繋ぎ合わせた航路を基準航路ｆｓとしてもよい。
　さらに、記憶部３には、航路演算領域ＡＣｊを識別するための演算領域データが記憶されている。演算領域データは、例えば一の航路演算領域ＡＣｎの境界線のデータを含む。例えば、一の航路演算領域ＡＣｎの北端の緯度、南端の緯度、東端の経度および西端の経度の情報を含む。この場合、航路演算領域ＡＣｎは、図２に示すＡＣ１，ＡＣ２ように、緯線および経線に沿った形状を有する領域となる。
　図３は本実施の形態における最適航路演算処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すように、情報入力受付部４１は、出発地Ｓ、到着地Ｇ、出発時刻ＴＳ、到着時刻ＴＧ、基準航路ｆｓを含む情報入力を受け付ける（ステップＳ１）。なお、船舶を出発時刻ＴＳから一定回転数で航行させる場合等において、到着時刻ＴＧの情報入力を不要としてもよい。判定部４３は、出発地Ｓと到着地Ｇとの間に、予め定められた固定航路領域ＡＳｍがあるか否かを判定する。このために、判定部４３は、基準航路ｆｓと、航路演算領域ＡＣｎの境界線とが交差する境界地点があるか否かを判定する（ステップＳ３）。
　本実施の形態において、判定部４３は、基準航路ｆｓ上に複数の判定点ＷＰｕ（ｕ=１，２，３，…，Ｕ）を配置する（ステップＳ２）。なお、本実施の形態では、１つ目の判定点ＷＰ１は出発地Ｓに一致し、最後の判定点ＷＰＵは到着地Ｇに一致する。例えば、判定点ＷＰｕは、出発地Ｓから到着地Ｇまでの間に等間隔に配置される。これに代えて、基準航路ｆｓの曲率に応じて（例えば曲率が大きいほど間隔が短くなるように）配置間隔を変化させてもよいし、出発地Ｓ，到着地Ｇおよび／または予め定められた位置近傍における近接する判定点ＷＰｕ間の間隔を他に比べて短くしてもよい。
　判定部４３は、固定航路とする判定点ＷＰｕと航路演算を行う判定点ＷＰｕとを抽出する（ステップＳ３）。例えば、判定部４３は、以下に示す地図拡張処理を行うことにより固定航路領域の判定および抽出を行う。図４は図２に示す地図において地図拡張処理を行う場合の概念図である。地図拡張処理において、判定部４３は、記憶部３から地図データを読み出し、当該地図データ上に基準航路ｆｓを重ね合わせ、地図データにおいて航行可能領域を示す境界線を航行可能領域側（海側）に所定距離拡張する。
　図４には本来の航行可能領域を示す境界線Ｃｏを海側に所定距離（例えば数１０海里）拡張した境界線Ｃｅが示されている。この結果、例えば図４の中央部に示す海峡部は、互いの岸が前進することにより航行可能領域がなくなっている。判定部４３は、境界線Ｃｏの拡張の結果、当該拡張後の境界線Ｃｅより航行可能領域とは反対側（陸側）に基準航路ｆｓが含まれるようになった領域を固定航路領域ＡＳｍとして判定し、当該固定航路領域ＡＳｍに含まれる判定点ＷＰｕを抽出する。
　図４においては、判定点ＷＰ１（出発地Ｓ），ＷＰ７～ＷＰ１２（海峡部），ＷＰＵ（到着地Ｇ）が、陸側に位置することとなるため、判定部４３は、これらの判定点ＷＰｕを抽出する。これらの判定点ＷＰｕは、固定航路領域ＡＳｍに含まれる判定点として記憶部３に一時記憶される。
　このように、地図拡張処理を行うことにより、地図データ上の狭小領域が自動的に固定航路領域ＡＣｎとして判定されるため、最適航路を演算する航路演算領域ＡＳｍおよび／または固定航路領域ＡＣｎを予め定めなくても、最適航路の演算を行う領域ＡＳｍと、固定航路領域ＡＣｎとを、自動的に判定することができる。なお、本実施の形態では、地図拡張処理により固定航路領域ＡＣｎが特定されるだけでなく、航路演算領域ＡＳｍが特定される。
　図２の例においては、航路演算領域ＡＣ１に含まれる判定点ＷＰ２～ＷＰ６および航路演算領域ＡＣ２に含まれる判定点ＷＰ１２～ＷＰＵ－１が抽出される。これらの判定点ＷＰｕは、該当する航路演算領域ＡＣｎとともに記憶部３に一時記憶される。具体的な抽出方法については後述する。
　最適航路演算部４２は、上述のように航路演算領域ＡＣｎに含まれる判定点ＷＰｕがあると判定された場合、航路演算を行う判定点ＷＰｕが連続する区間（後述する各航路演算領域ＡＣｎにおける境界地点の始点Ｓｊと、終点Ｇｊ間）ごとに最適航路を演算する（ステップＳ４）。図２の例では、第１の境界地点Ｓ１－Ｇ１間における最適航路が、第１の演算開始位置Ｓ１の出発時刻を基準航路ｆｓにおける判定点ＷＰ２への到着時刻とし、第１の演算終了位置Ｇ１の到着時刻を基準航路ｆｓにおける判定点ＷＰ６への到着時刻とすることにより演算される。また、第２の境界地点Ｓ２－Ｇ２間における最適航路が、第２の演算開始位置Ｓ２の出発時刻を基準航路ｆｓにおける判定点ＷＰ１２への到着時刻とし、第２の演算終了位置Ｇ２の到着時刻を基準航路ｆｓにおける判定点ＷＰＵ－１への到着時刻とすることにより演算される。
　また、最適航路演算部４２は、航路演算領域ＡＣｎ外の固定航路領域ＡＳｍにおいては基準航路ｆｓを固定航路として採用する。
　最適航路演算部４２は、演算した最適航路（各境界地点Ｓｊ，Ｇｊ間における最適航路）およびそれ以外の区間の固定航路（基準航路ｆｓ）を連結し、これを出発地Ｓから到着地Ｇまでの最適航路として出力する（ステップＳ５）。
　以下に、航路演算を行う判定点ＷＰｕの抽出処理の具体例を説明する。図５は本実施の形態における航路演算を行う判定点抽出処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、判定部４３は、探索回数ｊ＝１とし、探索基準位置ＳＰを出発地Ｓに設定する（ステップＳ３１）。その上で、判定部４３は、探索基準位置ＳＰ（出発地Ｓ）から到着地Ｇに向けて探索し、最初に航路演算領域ＡＣｎに含まれる判定点ＷＰｕを抽出する（ステップＳ３２）。図２の例では、航路演算領域ＡＣ１に含まれる判定点ＷＰ２が抽出される。
　判定部４３は、抽出した判定点ＷＰｕ（図２におけるＷＰ２）を演算開始位置Ｓｊに設定し（ステップＳ３３）、抽出した判定点ＷＰｕが属する航路演算領域ＡＣｎを抽出エリアｊに設定する（ステップＳ３４）。図２の例では、抽出した判定点ＷＰ２が演算開始位置Ｓ１に設定され、当該判定点ＷＰ２が属する航路演算領域ＡＣ１が抽出エリア１に設定される。
　また、判定部４３は、到着地Ｇから探索基準位置ＳＰ（出発地Ｓ）に向けて探索し、最初に抽出エリアｊ（＝１）に含まれる判定点ＷＰｕを抽出する（ステップＳ３５）。図２の例では、抽出エリア１（航路演算領域ＡＣ１）に含まれる判定点ＷＰｕのうち最も到着地Ｇ側（航路下流側）に位置する判定点ＷＰ６が抽出される。判定部４３は、抽出した判定点ＷＰｕ（図２におけるＷＰ６）を演算終了位置Ｇｊに設定する（ステップＳ３６）。
　このように、ステップＳ３１からステップＳ３６までの処理により、基準航路ｆｓと１つ目の航路演算領域ＡＣ１（抽出エリア１）とが交差する境界地点Ｓ１，Ｇ１が抽出される。
　この後、判定部４３は、探索回数ｊに１を加え（ｊ＝ｊ＋１）、演算終了位置Ｇｊ（Ｇ１）の次の判定点ＷＰｕを次回の探索基準位置ＳＰに設定する（ステップＳ３７）。例えば、ｊ＝ｊ＋１＝２が設定された場合、抽出エリア１の演算終了位置Ｇ１（＝ＷＰ６）の次の判定点ＷＰ７が探索基準位置ＳＰに設定される。
　判定部４３は、探索基準位置ＳＰが到着地Ｇであるか否かを判定する（ステップＳ３８）。探索基準位置ＳＰが到着地Ｇではない場合（ステップＳ３８でＮｏ）、判定部４３は、新たな探索基準位置ＳＰを用いたステップＳ３１からステップＳ３６までの処理により、基準航路ｆｓとｊ番目の航路演算領域ＡＣｎ（抽出エリアｊ）とが交差する境界地点Ｓｊ，Ｇｊを抽出する。
　図２の例では、上記抽出エリア１における演算開始位置Ｓ１および演算終了位置Ｇ１に加えて、抽出エリア２（航路演算領域ＡＣ２）における演算開始位置Ｓ２および演算終了位置Ｇ２が抽出される。演算開始位置Ｓ２として判定点ＷＰ１２が抽出され、演算終了位置Ｇ２として判定点ＷＰＵ－１が抽出される。
　ステップＳ３７において、探索回数ｊ＝３となった場合、抽出エリア２の演算終了位置Ｇ２（＝ＷＰＵ－１）の次の判定点ＷＰＵが探索基準位置ＳＰに設定される。探索基準位置ＳＰに設定された判定点ＷＰＵは、到着地Ｇであるため（ステップＳ３８でＹｅｓ）、判定部４３は、基準航路ｆｓと、航路演算領域ＡＣｎの境界線とが交差する境界地点があるか否かの判定を終了する。
　この結果、図２の例では、出発地Ｓから判定点ＷＰ２までの間、判定点ＷＰ６から判定点ＷＰ１２までの間、および、判定点ＷＰＵ－１から到着地Ｇまでの間が固定航路領域ＡＳｍと判定され、判定点ＷＰ２から判定点ＷＰ６までの間、および、判定点ＷＰ１２から判定点ＷＰＵ－１までの間が航路演算領域ＡＣｎと判定される。各判定点ＷＰｕが属する領域ＡＳｍ，ＡＣｎの情報は、記憶部３に一時記憶され、最適航路演算処理の以降のステップ（Ｓ４，Ｓ５）で適宜読み出され、演算に用いられる。
　上記構成によれば、出発地Ｓと到着地Ｇとの間において固定航路領域ＡＳｍが含まれる場合には、自動的に当該固定航路領域ＡＳｍについては予め定められた固定航路（基準航路ｆｓ）が採用され、残りの領域が、固定航路領域ＡＳｍによって区切られる複数の航路演算領域ＡＣｎに分割され、それぞれの航路演算領域ＡＣｎについて最適航路が演算される。したがって、多数の諸島または浅瀬が存在する海域、運河または海峡等の最適航路演算の余地が少ない領域を固定航路領域ＡＳｍとして予め定められた航路とし、その他の領域についてのみ最適航路を演算することにより、当該固定航路領域ＡＳｍを含む航路全体の最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる。
　また、出発地Ｓから到着地Ｇまでの基準航路ｆｓおよび最適航路を演算するように設定された航路演算領域ＡＣｎを予め定めておくことで、最適航路の演算を行う領域ＡＣｎと、固定航路領域ＡＳｍとを、自動的に判定することができる。
　［変形例］
　なお、上記実施の形態では、固定航路領域ＡＳｍと航路演算領域ＡＣｎとが互いに重複しない領域として設定されることを前提とした例について説明した。しかし、例えばより複雑な航行可能領域の境界線を含む領域における最適航路演算においては、固定航路領域ＡＳｍと航路演算領域ＡＣｎとが重複する可能性を許容するように、航路演算領域ＡＣｎを大きめに設定することが好ましい場合がある。
　そこで、このような場合、判定部４３は、図５におけるステップＳ３２で抽出した判定点ＷＰｕをそのまま演算開始位置Ｓｊに設定せずに、仮演算開始位置Ｓｊ’に設定する。同様に、判定部４３は、図５におけるステップＳ３５で抽出した判定点ＷＰｕをそのまま演算終了位置Ｇｊに設定せずに、仮演算終了位置Ｇｊ’に設定する。
　そして、図５のステップＳ３６の後かつステップＳ３７の前に、以下のステップを追加する。まず、判定部４３は、設定された仮演算開始位置Ｓｊ’が固定航路領域ＡＳｍにも含まれているか否かを判定する。固定航路領域ＡＳｍには含まれていない場合（すなわち、仮演算開始位置Ｓｊ’が航路演算領域ＡＣｎのみに属する場合）、判定部４３は、仮演算開始位置Ｓｊ’を演算開始位置Ｓｊに設定する。
　一方、固定航路領域ＡＳｍにも含まれている場合（すなわち、仮演算開始位置Ｓｊ’が航路演算領域ＡＣｎと固定航路領域ＡＳｍとが重複する領域に属している場合）、判定部４３は、仮演算開始位置Ｓｊ’から仮演算終了位置Ｇｊ’に向けて探索し、固定航路領域ＡＳｍから最初に出た（最初に航路演算領域ＡＣｎにのみの領域に属する）判定点ＷＰｕを演算開始位置Ｓｊに設定する。
　仮演算終了位置Ｇｊ’に対しても同様に、判定部４３は、設定された仮演算終了位置Ｇｊ’が固定航路領域ＡＳｍにも含まれているか否かを判定する。固定航路領域ＡＳｍには含まれていない場合（すなわち、仮演算終了位置Ｇｊ’が航路演算領域ＡＣｎのみに属する場合）、判定部４３は、仮演算終了位置Ｇｊ’を演算終了位置Ｇｊに設定する。
　一方、固定航路領域ＡＳｍにも含まれている場合（すなわち、仮演算終了位置Ｇｊ’が航路演算領域ＡＣｎと固定航路領域ＡＳｍとが重複する領域に属している場合）、判定部４３は、仮演算終了位置Ｇｊ’から演算開始位置Ｓｊに向けて探索し、固定航路領域ＡＳｍから最初に出た（最初に航路演算領域ＡＣｎにのみの領域に属する）判定点ＷＰｕを演算終了位置Ｇｊに設定する。
　なお、固定航路領域ＡＳｍと航路演算領域ＡＣｎとの重複を許容した場合、仮演算開始位置Ｓｊ’および仮演算終了位置Ｇｊ’が抽出された段階で、判定部４３は、仮演算開始位置Ｓｊ’から仮演算終了位置Ｇｊ’までの間のすべての判定点ＷＰｕが固定航路領域ＡＳｍにも含まれているか否かを判定してもよい。仮演算開始位置Ｓｊ’から仮演算終了位置Ｇｊ’までの間のすべての判定点ＷＰｕが固定航路領域ＡＳｍにも含まれている（すなわち、航路演算領域ＡＣｎと固定航路領域ＡＳｍとが重複する領域に属している）場合、仮演算開始位置Ｓｊ’から仮演算終了位置Ｇｊ’までの間の領域は、固定演算領域ＡＳｍとして扱われる。したがって、この場合、その後の上記判定を行うことなく、当該探索基準位置ＳＰにおける演算開始位置Ｓｊおよび演算終了位置Ｇｊは設定されない状態で、判定部４３は、仮演算終了位置Ｇｊ’の次の判定点ＷＰｕを次回の探索基準位置ＳＰに設定する（ステップＳ１１）。
　以上のように、予め航路演算領域ＡＣｎを大きめに設定した上で、実際に演算する領域として、当該航路演算領域ＡＣｎに含まれる領域であっても固定航路領域ＡＳｍにも含まれる領域は除外することにより、航路演算領域ＡＣｎの設定時の煩雑さを回避しつつ固定航路領域ＡＳｍと航路演算領域ＡＣｎとの峻別を正確に行うことができる。
　［最適航路演算の例］
　最適航路演算部４２は、気象データに基づく波高、船体動揺等の航行の安全性に関するパラメータと、船舶の性能データに基づく燃費との評価関数を最小化するような航路を最適航路として演算する。
　なお、最適航路の演算自体は一般的な最適航路演算が適用可能である。例えば、以下のようなダイナミックプログラミング（ＤＰ）法を採用することができる。図５はＤＰ法による最適航路演算を説明するための図である。
　ＤＰ法において、まず、最適航路演算部４２は、演算開始位置Ｓｊと演算終了位置Ｇｊとの間の最短距離を結ぶ最短距離航路（大圏航路）Ｒ０を演算する。そして、最適航路演算部４２は、当該最短距離航路Ｒ０をＮ等分し、各等分点において直交する仮想線分（大圏）Ｍを設定する。さらに、最適航路演算部４２は、各仮想線分Ｍ上に等間隔で格子点Ｌを配置する。出発地Ｓからｋ本目の仮想線分Ｍ上のｉ番目の格子点をＬ（ｋ，ｉｋ）とする。最適航路演算部４２は、各仮想線分Ｍ上の何れかの格子点Ｌを１つずつ選択し、出発地Ｓと到着地Ｇとの間で順に繋いだものを航路（最適航路）ＲＳとして演算する。すなわち、最適航路ＲＳは、演算開始位置Ｓｊ、格子点Ｌ（１．ｉ１），格子点Ｌ（２，ｉ２），…，Ｌ（ｋ，ｉｋ），…，演算終了位置Ｇｊを順に繋いだものとなる。
　船舶は、ｋ本目の仮想線分Ｍ上の格子点Ｌ（ｋ，ｉｋ）を時刻ｔｋに出発し、ｋ＋１本目の仮想線分Ｍ上の格子点Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１）に時刻ｔｋ＋１に到着するものとする。このときの格子点Ｌ（ｋ，ｉｋ）から格子点Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１）までの評価値Ｊ（Ｌ（ｋ，ｉｋ），Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１），ｔｋ，ｎｋ）を燃料消費量Ｆ（Ｌ（ｋ，ｉｋ），Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１），ｔｋ，ｎｋ）と運航限界に対するペナルティＰ（Ｌ（ｋ，ｉｋ），Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１），ｔｋ，ｎｋ）の和で表す（Ｊ＝Ｆ＋Ｐ）。ここで、ｎｋは格子点Ｌ（ｋ，ｉｋ）から格子点Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１）まで航行する間の船舶のプロペラ回転数を示す。また、運航限界に対するペナルティＰは、例えばその格子点間で遭遇する波高や船体の動揺(ロール角、ピッチ角)などを示す。
　格子点Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１）への到着時刻ｔｋ＋１は、ｔｋ＋１＝ｔｋ＋Ｔ（Ｌ（ｋ，ｉｋ），Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１），ｔｋ，ｎｋ）と表せる。ここで、Ｔ（Ｌ（ｋ，ｉｋ），Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１），ｔｋ，ｎｋ）は、格子点Ｌ（ｋ，ｉｋ）から格子点Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１）までの航行時間を示す。
　最適航路演算部４２は、時刻ｔｋに格子点Ｌ（ｋ，ｉｋ）から演算終了位置Ｇｊに向けて航行した場合の演算終了位置Ｇｊまでの最小評価値Ｊｍｉｎ（Ｌ（ｋ．ｉｋ），ｔｋ）を、格子点Ｌ（ｋ，ｉｋ）から格子点Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１）までの評価値と時刻ｔｋ＋１に格子点Ｌ（ｋ＋１，ｉｋ＋１）から演算終了位置Ｇｊに向けて航行した場合の演算終了位置Ｇｊまでの最小評価値との和を、ｉＫ＋１とｎｋとをパラメータとして最小化することで求める。
　すなわち、最適航路演算部４２は、
Jmin(L(k.ik),tk)
=Min(ik+1,nk){J(L(k,ik),L(k+1,ik+1),tk,nk)+Jmin(L(k+1,ik+1),tk+T(L(k,ik),L(k+1,ik+1),tk,nk))｝
（ｋ＝Ｎ－２，…，１，０）　…　（１）
を演算する。ここで、Ｍｉｎ（ｉｋ＋１，ｎｋ）｛Ｊ｝は，Ｊ内をｉｋ＋１，ｎｋをパラメータとして最小化することを意味する。ｋ＝０のときの格子点Ｌ（０，ｉ０）は演算開始位置Ｓｊに等しい。
　また、最適航路演算部４２は、Ｎ－１本目の仮想線分Ｍ上の格子点Ｌ（Ｎ－１，ｉＮ－１）から演算終了位置Ｇｊまで航行する間の最小評価値Ｊｍｉｎ（Ｌ（Ｎ－１，ｉＮ－１），ｔＮ－１）を以下の式を用いて演算する。
Jmin(L(N-1,iN-1),tN-1)＝Min(nN-1){J(L(N-1,iN-1),G,tN-1,nN-1）｝　…　（２）
　最適航路演算部４２は、上記（１）および（２）式をＤＰ法における関数再帰方程式として用いて、Ｎ－１本目の仮想線分Ｍから演算開始位置Ｓｊへ仮想線分Ｍを１本ずつ遡りながら各格子点Ｌから演算終了位置Ｇｊまでの最小評価値を算出し、最終的に演算開始位置Ｓｊから演算終了位置Ｇｊまでの最小評価値を求める。最適航路演算部４２は、最小評価値を得ることができる格子点Ｌの集合を最適航路ＲＳとして出力する。複数の境界地点Ｓｊ，Ｇｊ間について個別に上記最適航路演算が行われる。なお、この際、仮想線分Ｍの数（Ｎ）および格子点Ｌの間隔は、最適航路演算を行う境界地点Ｓｊ，Ｇｊ間（航路演算領域ＡＣｎ）ごとに異なっていてもよい。
　また、最適航路演算部４２は、上記のようなＤＰ法を用いた最適航路演算に代えて、変分法、ダイクストラ法、Ａ＊法、等時間曲線法等によって最適航路演算を行ってもよい。また、上記例では、運航限界をペナルティＰとして評価値に加えた最適化計算の例を示したが、運航限界以下となる航路を選択することを拘束条件として最適航路演算が行われてもよい。
　［その他の変形例］
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
　例えば、上記実施の形態においては、出発地Ｓから到着地Ｇまでの間の全域にわたる基準航路ｆｓを用いて、そのうちの固定航路領域ＡＳｍにおける最適航路を、当該基準航路ｆｓ部分とする態様について説明した。これに代えて、例えば、予め定められる基準航路ｆｓは、固定航路領域ＡＳｍにのみ設定されてもよい。
　また、上記実施の形態においては、出発地Ｓおよび到着地Ｇが固定航路領域ＡＳｍに含まれる態様を例示したが、出発地Ｓおよび／または到着地Ｇが航路演算領域ＡＣｎに含まれてもよい。すなわち、最適航路を演算する航路演算領域ＡＣｎは、複数の境界地点間で区切られた領域に限られず、境界地点と出発地Ｓもしくは到着地Ｇとの間で区切られた領域であってもよい。言い換えると、出発地Ｓを演算開始位置Ｓｊとしてもよいし、到着地Ｇを演算終了位置Ｇｊとしてもよい。
　また、上記実施の形態においては、固定航路領域ＡＳｍの判定と航路演算領域ＡＣｎの判定とを両方とも行っているが、何れか一方の領域であるか否かについての判定のみを行い、それ以外の領域は別途判定を行うことなく他方の領域に設定してもよい。
　また、上記実施の形態では、船舶の出航前に予め最適航路演算を行うことを想定して説明したが、上記態様は、船舶の出航前だけでなく、船舶の出航後において実施することも可能である。この場合、船舶の現在位置または未来の位置（航行予定位置）が出発地Ｓとなり、現在時刻または航行予定位置への到達予定時刻が出発時刻ＴＳとして入力される。
　本発明は、出発地から到着地までの航路全体における最適航路演算を、演算量を抑制しつつ自動的に行うことができる最適航路演算装置および最適航路演算方法を提供するために有用である。
１　最適航路演算装置
４１　情報入力受付部
４２　最適航路演算部
４３　判定部
ＡＣｎ　航路演算領域
ＡＳｍ　固定航路領域
ｆ　基準航路
Ｇ　到着地
Ｓ　出発地

Claims (4)

  1. 　船舶の出発地、到着地および出発時刻を含む情報の入力を受け付ける情報入力受付部と、
    　入力された前記情報と、前記船舶の性能データと、前記船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する最適航路演算部と、
    　前記出発地と前記到着地との間に、予め定められた固定航路領域があるか否かを判定する判定部と、を備え、
    　前記最適航路演算部は、前記固定航路領域があると判定された場合、前記固定航路領域においては予め定められた固定航路を採用し、残りの領域を、前記出発地、前記固定航路領域の端部または前記到着地によって区切られる複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれについて最適航路を演算する、最適航路演算装置。
  2. 　前記判定部は、前記出発地から前記到着地までの予め定められた基準航路と、最適航路を演算する領域として予め設定された航路演算領域の境界線とが交差する境界地点があるか否かを判定することにより、前記固定航路領域があるか否かを判定するよう構成され、
    　前記最適航路演算部は、前記境界地点があると判定された場合、前記航路演算領域外の前記固定航路領域においては前記基準航路を前記固定航路として採用し、複数の境界地点間または当該境界地点と前記出発地もしくは前記到着地との間で区切られる航路演算領域について最適航路を演算する、請求項１に記載の最適航路演算装置。
  3. 　前記判定部は、前記航行可能領域か否かの境界線を示す地図データを読み出し、当該地図データ上に前記出発地から前記到着地までの予め定められた基準航路を重ね合わせ、前記境界線を前記航行可能領域側に所定距離拡張し、当該拡張後の境界線より前記航行可能領域とは反対側に前記基準航路が含まれるようになった領域を前記固定航路領域として判定する、請求項１または２に記載の最適航路演算装置。
  4. 　船舶の出発地、到着地および出発時刻を含む情報の入力を受け付ける情報入力受付ステップと、
    　入力された前記情報と、前記船舶の性能データと、前記船舶が航行する航路領域の気象データと、に基づいて、最適航路を演算する最適航路演算ステップと、
    　前記出発地と前記到着地との間に、予め定められた固定航路領域があるか否かを判定する判定ステップと、を含み、
    　前記最適航路演算ステップは、前記固定航路領域があると判定された場合、前記固定航路領域においては予め定められた固定航路を採用し、残りの領域を、前記出発地、前記固定航路領域の端部または前記到着地によって区切られる複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれについて最適航路を演算する、最適航路演算方法。
     
PCT/JP2018/024872 2017-06-30 2018-06-29 最適航路演算装置および最適航路演算方法 WO2019004443A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017129785A JP6913536B2 (ja) 2017-06-30 2017-06-30 最適航路演算装置および最適航路演算方法
JP2017-129785 2017-06-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019004443A1 true WO2019004443A1 (ja) 2019-01-03

Family

ID=64742824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/024872 WO2019004443A1 (ja) 2017-06-30 2018-06-29 最適航路演算装置および最適航路演算方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6913536B2 (ja)
WO (1) WO2019004443A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111752300A (zh) * 2019-12-30 2020-10-09 广州极飞科技有限公司 无人机航线规划方法、装置、系统及计算机可读存储介质

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109465901A (zh) * 2018-12-27 2019-03-15 罗马斯精密塑料（苏州）有限公司 一种用于塑料片材的切片机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012022446A (ja) * 2010-07-13 2012-02-02 Ship Security Service Co Ltd 乗揚防止援助装置、乗揚防止援助システム、および乗揚防止援助プログラム
JP2013104690A (ja) * 2011-11-10 2013-05-30 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 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
JP2013134089A (ja) * 2011-12-26 2013-07-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 最適航路計算装置及び最適航路計算方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6165697B2 (ja) * 2014-10-09 2017-07-19 三菱重工業株式会社 船速算出装置及び船速算出方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012022446A (ja) * 2010-07-13 2012-02-02 Ship Security Service Co Ltd 乗揚防止援助装置、乗揚防止援助システム、および乗揚防止援助プログラム
JP2013104690A (ja) * 2011-11-10 2013-05-30 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 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
JP2013134089A (ja) * 2011-12-26 2013-07-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 最適航路計算装置及び最適航路計算方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111752300A (zh) * 2019-12-30 2020-10-09 广州极飞科技有限公司 无人机航线规划方法、装置、系统及计算机可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
JP6913536B2 (ja) 2021-08-04
JP2019012043A (ja) 2019-01-24

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
Zaccone et al. Ship voyage optimization for safe and energy-efficient navigation: A dynamic programming approach
JP4247497B2 (ja) 最適航路探索システム
Sen et al. An approach for development of a ship routing algorithm for application in the North Indian Ocean region
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
KR102589008B1 (ko) 해상선의 최적 경로를 결정하기 위한 장치
JP2004538438A (ja) 多次元航路オプティマイザ
JP2013134089A (ja) 最適航路計算装置及び最適航路計算方法
JP2008513779A (ja) 航行支援方法およびシステム
Guinness et al. A method for ice-aware maritime route optimization
WO2019004443A1 (ja) 最適航路演算装置および最適航路演算方法
WO2019004445A1 (ja) 最適運航計画演算装置および最適運航計画演算方法
CN110702112A (zh) 导航装置及路线生成方法
WO2019004416A1 (ja) 最適航路探索方法及び装置
JPWO2016136297A1 (ja) 船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法
Wang et al. Effectiveness of 2D optimization algorithms considering voluntary speed reduction under uncertain metocean conditions
Gershanik Weather routing optimisation–challenges and rewards
US20210215486A1 (en) Positioning guidance method and system
KR20200022293A (ko) 선박의 최적항로 도출 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체
CN116625367B (zh) 基于pays的航线跨越东西经180°的海图选图方法
Vettor et al. Multi-objective route optimization for onboard decision support system
Mannarini et al. VISIR-1. b: Ocean surface gravity waves and currents for energy-efficient navigation
CN115630580A (zh) 基于多源数据的船舶进出港与靠离泊智能辅助决策方法
JP6262116B2 (ja) 船速算出装置及び船速算出方法

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: 18823299

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18823299

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1