WO2021149448A1 - 船舶監視装置 - Google Patents

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WO2021149448A1
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risk
ship
collision
monitoring device
vessel
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Inventor
中川　和也
Original Assignee
古野電気株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B43/00—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for
    • B63B43/18—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for preventing collision or grounding; reducing collision damage
    • B63B43/20—Feelers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B79/00—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
    • B63B79/40—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation for controlling the operation of vessels, e.g. monitoring their speed, routing or maintenance schedules
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G3/00—Traffic control systems for marine craft
    • G08G3/02—Anti-collision systems

Definitions

  • the present invention relates to a ship monitoring device.
  • Non-Patent Document 1 discloses a calculation method of the zone by this kind of ship monitoring device.
  • Non-Patent Document 1 discloses a method for calculating OZT (Obstacle Z Firmne by Target).
  • OZT Obstacle Z Easyne by Target
  • evaluation points are set at appropriate intervals on the predicted route of the partner ship, and the collision risk at each evaluation point is obtained. If the evaluation point has a collision risk that exceeds the set threshold value, a circle of an appropriate size is displayed around the evaluation point.
  • Patent Document 1 has a configuration in which OZT is indicated by a circle of an appropriate size for each evaluation point, and depending on the situation, the circles are crowded and the display is difficult to see.
  • OZT is indicated by a circle of an appropriate size for each evaluation point
  • the circles are crowded and the display is difficult to see.
  • the ship operator has to make an imaginative judgment as to whether or not the collision risk is high to some extent around the circle, and it can be understood from a wider perspective.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a ship monitoring device that allows a user to intuitively and easily know information on the possibility of a collision.
  • this ship monitoring device includes a risk map generation unit and a display data generation unit.
  • the risk map generation unit is defined for the second ship, which is defined to evaluate the risk of the first ship colliding with another second ship, assuming that the course of the first ship is changed among a plurality of ships.
  • the risk assessment position When the estimated position on the planned course is called the risk assessment position, the possibility of collision between the first vessel and the second vessel at a position other than the risk assessment position is estimated, and the estimated possibility of collision is estimated.
  • the display data generation unit generates display data for displaying the risk map.
  • the user can use the first vessel and the second vessel by using the risk map that estimates the possibility of collision with the second vessel even at a position different from the risk assessment position when the needle of the first vessel is changed.
  • the possibility of collision with the conventional OZT can be understood more widely and intuitively than the conventional OZT.
  • the ship monitoring device described above preferably has the following configuration. That is, this ship monitoring device includes an information acquisition unit and a collision risk calculation unit.
  • the information acquisition unit acquires navigation information of a plurality of ships.
  • the collision risk calculation unit calculates a collision risk value indicating the risk of collision between the first vessel and the second vessel at the risk assessment position by using the navigation information.
  • the risk map generation unit estimates the collision risk value at a position other than the risk evaluation position, and generates a risk map showing the distribution of the estimated collision risk value.
  • the user can more specifically understand the possibility of collision between the first vessel and the second vessel by using the risk map that estimates and shows the collision risk value at a position other than the risk assessment position. ..
  • the risk map generator uses a function that can interpolate the collision risk values in the vicinity based on the risk evaluation position, and the collision risk value at a position other than the risk evaluation position. It is preferable to estimate and generate a risk map showing the distribution of the estimated collision risk values.
  • the risk map generation unit generates the risk map by adding a kernel function centered on each risk evaluation position.
  • the kernel function is preferably a Gaussian function.
  • the ship monitoring device includes a ship designation unit capable of selecting and designating the first ship from a plurality of the ships.
  • the ship monitoring device described above preferably has the following configuration. That is, this ship monitoring device is provided on the ship.
  • the ship designation unit can designate another ship around the own ship as the first ship.
  • the ship monitoring device described above preferably has the following configuration. That is, this ship monitoring device is provided on the ship.
  • the risk map generation unit can generate the risk map when both the first ship and the second ship are other ships around the own ship.
  • the ship monitoring device described above is preferably provided in a ground facility.
  • the risk map generation unit generates the risk map by synthesizing the distribution of the possibility of collision when each of the plurality of ships is the first ship.
  • the block diagram which shows the electrical structure of the ship maneuvering support device which concerns on one Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a ship maneuvering support device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the ship maneuvering support device (ship monitoring device) 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 is provided on a ship moving on the water and displays information such as trends of other ships.
  • a display device 3 is connected to the ship maneuvering support device 1.
  • the display device 3 is configured as, for example, a liquid crystal display, and displays information that supports maneuvering the ship.
  • the ship maneuvering support device 1 generates display data for displaying appropriate information on the display device 3 and outputs the display data to the display device 3.
  • the display data generated by the ship maneuvering support device 1 includes information on the position and speed of the own ship and information on the position and speed of another ship.
  • this display data includes a risk map showing information on places where there is a high possibility of collision between ships.
  • the risk map is created based on the points where the possibility of collision is high and the values at which the possibility of collision is evaluated are obtained by a method similar to OZT.
  • the OZT indicates the area obstructed by the other ship (second ship) with respect to the change of course of the own ship (first ship) on the planned course of the other ship.
  • the OZT for evaluating the possibility of collision in the relationship between the own ship and the other ship is extended to the relationship between the other ship and the own ship or the relationship between the other ship and the other ship. Therefore, the first ship can be either the own ship or another ship, and the second ship can be both the own ship or another ship.
  • the ship maneuvering support device 1 includes a ship data acquisition unit (information acquisition unit) 11, a target ship selection unit (ship designation unit) 21, a risk evaluation position calculation unit 31, a collision risk calculation unit 41, and a risk map generation unit.
  • a 51 and a display data generation unit 61 are provided.
  • the ship maneuvering support device 1 is configured as a known computer, and includes a CPU, ROM, RAM, and the like.
  • the ROM stores a program for generating the display data of the above risk map.
  • the ship maneuvering support device 1 can be used as a ship data acquisition unit 11, a target ship selection unit 21, a risk evaluation position calculation unit 31, a collision risk calculation unit 41, a risk map generation unit 51, and a risk map generation unit 51. It can be operated as a display data generation unit 61 or the like.
  • the ship data acquisition unit 11 acquires necessary data regarding the own ship and other ships existing around the own ship. This data includes information on the position and speed of the vessel (navigation information).
  • the GNSS positioning device (not shown) is connected to the ship maneuvering support device 1.
  • the ship data acquisition unit 11 can acquire the position of its own ship based on the positioning result input from the GNSS positioning device.
  • the ship data acquisition unit 11 can acquire the ship speed of its own ship by calculating the change in position obtained from the GNSS positioning device.
  • the ship maneuvering support device 1 is connected to a radar device (not shown) that detects the surroundings of the ship and generates radar images.
  • This radar device has a TT (target tracking) function, which is a technology for detecting and tracking the movement of a detected target (another ship). Since the TT function is known, it will be briefly explained.
  • the TT function acquires the position and velocity vector of the target (other ship) existing around the own ship by calculation based on the transition of the past radar image. It is a thing.
  • the radar device acquires the relative position and speed of the other ship with respect to the own ship, and the position and speed vector of the other ship input to the ship data acquisition unit 11 is an appropriate means (for example,). Based on the position of the own ship and the bow orientation obtained by the above-mentioned GNSS positioning device and the orientation sensor in the figure), it is converted in advance so as to be a ground reference.
  • the target ship selection unit 21 In generating the risk map, the target ship selection unit 21 assumes the change of course of which ship from its own ship and other ships to consider the possibility of collision (that is, which of the above-mentioned first ship is used. Whether to make it a ship) is selected.
  • the generated risk map shows the possibility of collision between the own ship and another ship.
  • FIG. 2 shows an example of the positions of the own ship 5 and the four other ships 6, 7, 8 and 9 input to the ship data acquisition unit 11.
  • the velocity vectors of the own ship 5 and the other ships 6, 7, 8 and 9 are indicated by arrows.
  • the risk assessment position calculation unit 31 of FIG. 1 calculates the risk assessment position by predicting the future position of the second vessel that restricts the behavior of the first vessel between the first vessel and the second vessel. ..
  • the risk assessment position is determined to match the position of the second vessel at a future time, and serves as a positional criterion for assessing the risk of collision between the first vessel and the second vessel.
  • the risk assessment position calculation unit 31 In predicting the future position of the second ship, the risk assessment position calculation unit 31 assumes that the second ship moves from the current position while keeping the course and the ship speed constant. Therefore, the future predicted position of the second vessel is positioned so as to line up along the planned course of the second vessel.
  • the risk assessment position calculation unit 31 determines a plurality of risk assessment positions so as to line up at appropriate intervals along the planned course estimated for the second ship, and provides information for characterizing each risk assessment position to the collision risk calculation unit 41. And output to the risk map generation unit 51. In addition, the risk assessment position calculation unit 31 also obtains the scheduled time when the second vessel arrives at the risk assessment position, and outputs this scheduled time to the collision risk calculation unit 41.
  • FIG. 2 an example of the risk assessment position defined by the risk assessment position calculation unit 31 for each of the second vessels (other vessels 6, 7, 8, 9) is shown by a small circle.
  • the collision risk calculation unit 41 in FIG. 1 calculates the collision risk value for predicting the collision risk between the first vessel and the second vessel at the risk assessment position for each of the risk assessment positions input from the risk assessment position calculation unit 31. calculate.
  • the collision risk calculation unit 41 obtains the scheduled time for the first vessel to reach the risk evaluation position obtained by the calculation of the risk evaluation position calculation unit 31.
  • the risk assessment position calculation unit 31 assumes that the first vessel changes its course toward the risk assessment position at the current time and moves while maintaining the same vessel speed as before the change.
  • the scheduled time when the second ship arrives at the risk evaluation position is input from the risk evaluation position calculation unit 31.
  • the probability density distribution of the time when the first vessel arrives at the risk assessment position and the second vessel arrives.
  • the probability density distribution of the time of arrival follows a normal distribution centered on each estimated arrival time. Therefore, the probability that the first ship and the second ship will reach the risk assessment position at the same time can be obtained by time-integrating the product of the above two probability density distributions.
  • the collision risk calculation unit 41 outputs the value obtained by integration to the risk map generation unit 51 as a collision risk value.
  • the numerical values attached in the vicinity of the risk assessment position in FIG. 2 indicate an example of the collision risk value calculated by the collision risk calculation unit 41 with respect to the risk assessment position. However, the numerical values are omitted for the risk assessment position where the collision risk value of the calculation result is substantially zero.
  • the risk map generation unit 51 generates a risk map, which is information for supporting the ship operator.
  • the risk map generation unit 51 outputs the generated risk map to the display data generation unit 61.
  • the risk map is an interpolated or extrapolated estimation of the collision risk values at other positions from the collision risk values at the risk assessment position, and is expressed as a two-dimensional distribution of the collision risk values.
  • the risk map can be created by estimating the collision risk value at a position other than the risk assessment position so that the influence of the collision risk value at the risk assessment position weakens monotonically as the distance from the risk assessment position increases. can.
  • the risk map generation section 51 arranges an isotropic two-dimensional Gaussian distribution centered on each risk assessment position and multiplied by a weight according to the risk assessment value. , The collision risk value is estimated by adding this.
  • the collision risk value around the risk assessment position (for example, the collision risk value at the position between the two risk assessment positions) can be obtained by interpolation based on each risk assessment position.
  • FIG. 3 shows an example in which the two risk assessment positions in FIG. 2 and their collision risk values are taken out and the corresponding two Gaussian distributions are added (folded).
  • the method of applying the kernel function to each of the points for which the value was obtained and superimposing the arranged functions is called the kernel method.
  • a Gaussian function is used as a kernel function.
  • the risk map can also be obtained by other estimation methods.
  • the collision risk value at a position other than the risk evaluation position may be estimated by a known inverse distance weighted interpolation method.
  • the display data generation unit 61 of FIG. 1 generates display data for displaying the risk map input from the risk map generation unit 51 on the display device 3.
  • the display data generation unit 61 outputs the generated display data to the display device 3 via an appropriate interface.
  • FIG. 4 shows an example in which a risk map corresponding to the situation of FIG. 2 is displayed on the display device 3.
  • the operator can determine the area where the first vessel (own vessel 5) has a high risk of collision with the second vessel (other vessels 6, 7, 8, 9). It is possible to intuitively distinguish between low-risk areas.
  • FIG. 4 for convenience of drawing, the place where the collision risk value is high is shown in the hatched area where the interval is narrow, and the place where the collision risk value is low is shown in the hatched or no hatching area where the interval is wide.
  • the width of the hatching changes stepwise, but on the actual display screen, the color changes smoothly as the collision risk value changes smoothly according to the change in position.
  • the risk map of the present embodiment can express such boundary ambiguity by a smooth change in color (change via an intermediate color). Therefore, it is possible to realize a display that has a high affinity with the general feeling that the operator has for the risk of collision.
  • thermography On the actual display screen, places with high collision risk are shown in red, and places with low collision risk are shown in black.
  • the color assignment is arbitrary, and as used in thermography, for example, it can be assigned so as to smoothly change from red, yellow, green, light blue, blue, and black in descending order of collision risk value. In this case, a known heat map display can be realized.
  • the target ship selection unit 21 can change which ship the above-mentioned first ship is.
  • the operator of the own ship 5 operates the ship maneuvering support device 1 and selects another ship 7 as the standard (first ship) for calculating the risk evaluation position and the collision risk value
  • the risk evaluation position and the collision risk are shown in, for example, the figure. It becomes like 5.
  • the generated risk map is also different from the example of FIG.
  • the operator of the own ship 5 can easily predict the future course of the other ship 7.
  • the distribution of collision risk values shown in FIGS. 2 and 5 can be easily synthesized by addition.
  • the risk map generation unit 51 calculates the distribution of collision risk values while switching the selection of the first ship one by one among the own ship 5 and the other ships 6, 7, 8 and 9 shown in FIG. However, it is also possible to generate a risk map (composite risk map) based on the result of combining all of them.
  • This synthetic risk map also considers the risk of collision between other vessels 6,7,8,9 and other vessels 6,7,8,9. The places displayed in red in the synthetic risk map indicate that congestion is likely to occur in the future, which is useful information for maneuvering the own ship 5.
  • the ship maneuvering support device 1 is provided on the ship (own ship 5).
  • a device having the same configuration as the ship maneuvering support device 1 can also be used as a port monitoring device installed in a facility on the ground to monitor a ship passing through the port.
  • a risk map based on the ship can be displayed. ..
  • the observer can easily understand the area where congestion is likely to occur in the port in the future.
  • the ship maneuvering support device 1 of the present embodiment includes a risk map generation unit 51 and a display data generation unit 61.
  • the risk map generation unit 51 assumes that the first ship (for example, its own ship 5) changes its course, and the risk that the first ship collides with another second ship (for example, other ships 6, 7, 8, 9).
  • the risk assessment position the position on the planned course of the second vessel, which is determined to evaluate the above, is called the risk assessment position, the collision between the first vessel and the second vessel at a position other than the risk assessment position. Estimate the likelihood and generate a risk map showing the estimated distribution of potential collisions.
  • the display data generation unit 61 generates display data for displaying the risk map.
  • the operator can use the first vessel and the second vessel based on the risk map that estimates the possibility of collision with the second vessel even at a position different from the risk assessment position when assuming a change of course of the first vessel.
  • the possibility of collision with a ship can be understood more widely and intuitively than the conventional OZT.
  • the position and speed of the other ship can be acquired by the AIS device instead of the TT function of the radar device.
  • the kernel function used by the risk map generation unit 51 is arbitrary, and a known kernel function such as the cos function can be used instead of the Gaussian distribution described above.
  • the collision risk value at the risk evaluation position may be a value that can evaluate the magnitude of the collision risk, and can be obtained by a method other than integrating the collision probability distribution. For example, the time when the second vessel arrives at the risk assessment position is obtained, and the circle (predicted circle) indicating the predicted position of the first vessel at the time is obtained, and the minimum distance between the risk assessment position and the predicted circle is collided. It may be calculated as a risk value.
  • the risk assessment position calculation unit 31 defines a plurality of risk assessment positions so as to line up at appropriate intervals along the planned course of the second ship.
  • the risk assessment position calculation unit 31 may determine the risk assessment position on the planned course of the second vessel by using a different method.
  • the risk assessment position calculation unit 31 may cause a collision in the future obtained from the positions and speeds of the first and second vessels (in other words, the speed ratio between the first vessel and the second vessel).
  • the intersection of the trajectory of a certain collision prediction point and the planned course of the second vessel may be defined as the risk assessment position.
  • the locus of the collision prediction point is known as a collision prediction line (LOPC: Line of Predicted Collision).
  • the risk assessment position calculation unit 31 uses DCPA and TCPA calculated from the position and speed of the first vessel and the position and speed of the second vessel to determine the risk assessment position on the planned course of the other vessel. You may decide.
  • OZT OZT calculation method using collision course
  • OZT is described on the planned route of the other ship. Is disclosed as a method for easily calculating as a line segment. It can be considered that this method evaluates whether or not the possibility of collision is equal to or higher than a predetermined level at substantially any position (risk assessment position) on the planned route of the other ship. ..
  • the risk map generation unit 51 defines a mesh of a certain size so as to divide the area around the own ship (first ship), and for each mesh, Calculate the number of other vessels (second vessel) that include the above OZT line segment. Further, the risk map generation unit 51 obtains the value at the position between the centers of the adjacent meshes by the two-dimensional interpolation calculation when the above number is arranged as the value at the center position of each mesh. As a result, it is possible to generate a risk map showing the result of estimating the possibility of collision at a position other than the planned route of another ship (second ship) as a distribution.
  • the risk map display and the OZT display in a circle as in Non-Patent Document 1 may be switched and displayed by the user's operation.
  • useful information can be provided to the user by displaying OZT in a circle with a ship other than the own ship as a reference (first ship).
  • the OZT display by a circle and the risk map may be superimposed and displayed at the same time.
  • the range of the spatial effect of the collision risk value at each risk assessment position may be a constant value, but it is configured so that it can be changed by the user. You may.

Abstract

【課題】衝突の可能性に関する情報をユーザが直感的に分かり易く知ることができる船舶監視装置を提供する。 【解 決手段】操船支援装置１は、リスクマップ生成部５１と、表示データ生成部６１と、を備える。リスクマップ生成部５１は、複数の船舶のうち第１船舶の変針を 仮定して当該第１船舶が他の第２船舶と衝突するリスクを評価するために定められた、第２船舶について推定した予定針路上の位置をリスク評価位置と呼ぶとき に、前記リスク評価位置以外の位置における第１船舶と第２船舶の衝突の可能性を推定し、推定された衝突の可能性の分布を示すリスクマップを生成する。表示 データ生成部６１は、リスクマップを表示するための表示データを生成する。

Description

船舶監視装置
　本発明は、船舶監視装置に関する。
　従来から、船舶の航行情報を利用して、船舶同士の衝突が将来的に発生するゾーンを計算することができる船舶監視装置が知られている。非特許文献１は、この種の船舶監視装置による当該ゾーンの計算手法を開示する。
　 非特許文献１は、ＯＺＴ（Ｏｂｓｔａｃｌｅ　Ｚоｎｅ　ｂｙ　Ｔａｒｇｅｔ）を計算する手法を開示する。非特許文献１に記載のＯＺＴの計算においては、予 測した相手船の計画航路上に適宜の間隔で評価ポイントを設定し、それぞれの評価ポイントにおける衝突リスクを求める。設定した閾値を超える衝突リスクを評 価ポイントが持つ場合、当該評価ポイントを中心として適宜の大きさの円が表示される。
福戸淳司・今津隼馬：相手船による妨害ゾーン（ＯＺＴ）を用いた衝突警報の検討，日本航海学会論文集，ｖоｌ．１２８，ｐｐ．４９－５４，２０１３．３．
　 しかし、上記特許文献１の手法は、ＯＺＴを評価ポイント毎に適宜の大きさの円で示す構成であり、状況によっては円が混み合って表示が見づらくなっていた。 また、従来のＯＺＴは、円が表示された場合でも、当該円の周辺において衝突リスクがある程度は高いのかそうでないのか、操船者は想像で判断せざるを得ず、 より広域的な観点で分かり易い情報をユーザに提供できる船舶監視装置が求められていた。
　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、衝突の可能性に関する情報をユーザが直感的に分かり易く知ることができる船舶監視装置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。
　 本発明の観点によれば、以下の構成の船舶監視装置が提供される。即ち、この船舶監視装置は、リスクマップ生成部と、表示データ生成部と、を備える。前記リ スクマップ生成部は、複数の船舶のうち第１船舶の変針を仮定して当該第１船舶が他の第２船舶と衝突するリスクを評価するために定められた、前記第２船舶に ついて推定した予定針路上の位置をリスク評価位置と呼ぶときに、前記リスク評価位置以外の位置における前記第１船舶と前記第２船舶の衝突の可能性を推定 し、推定された衝突の可能性の分布を示すリスクマップを生成する。前記表示データ生成部は、前記リスクマップを表示するための表示データを生成する。
　これにより、第１船舶の変針を仮定したときに、第２船舶と衝突する可能性を、リスク評価位置と異なる位置でも推定して示したリスクマップにより、ユーザは、第１船舶と第２船舶との衝突の可能性を、従来のＯＺＴよりも広域的かつ直感的に理解することができる。
　 前記の船舶監視装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この船舶監視装置は、情報取得部と、衝突リスク計算部と、を備える。前記情報取得 部は、複数の船舶の航行情報を取得する。前記衝突リスク計算部は、前記リスク評価位置について、前記第１船舶と前記第２船舶とが衝突するリスクを示す衝突 リスク値を、前記航行情報を利用して計算する。前記リスクマップ生成部は、前記リスク評価位置以外の位置における衝突リスク値を推定し、推定された衝突リ スク値の分布を示すリスクマップを生成する。
　これにより、リスク評価位置以外の位置における衝突リスク値を推定して示したリスクマップにより、ユーザは、第１船舶と第２船舶との衝突の可能性を、より具体的に理解することができる。
　 前記の船舶監視装置においては、前記リスクマップ生成部は、リスク評価位置を基準として周辺の衝突リスク値を補間することができる関数を利用して、前記リ スク評価位置以外の位置における衝突リスク値を推定し、推定された衝突リスク値の分布を示すリスクマップを生成することが好ましい。
　これにより、ユーザは、リスク評価位置の周辺の衝突リスク値が補間されているリスクマップを見ることで、リスク評価位置の周辺における衝突の可能性を直感的に理解することができる。
　前記の船舶監視装置においては、前記リスクマップ生成部は、それぞれの前記リスク評価位置を中心とするカーネル関数を加算することにより、前記リスクマップを生成することが好ましい。
　これにより、滑らかに変化するカーネル関数を用いることで、位置の変化に応じて衝突リスク値が滑らかに変化するように、リスク評価位置でない位置における衝突リスク値を推定することができる。
　前記の船舶監視装置においては、前記カーネル関数はガウス関数であることが好ましい。
　これにより、リスク評価位置でない位置における衝突リスク値を適切に推定することができる。
　前記の船舶監視装置においては、複数の前記船舶から前記第１船舶を選択して指定可能な船舶指定部を備えることが好ましい。
　これにより、第１船舶の選択を切り換えつつリスクマップを表示させることで、様々な視点での衝突の危険性の分析が可能になる。
　前記の船舶監視装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この船舶監視装置は船舶に備えられる。前記船舶指定部は、自船の周囲にある他船を前記第１船舶として指定可能である。
　これにより、他船からみた衝突の危険性をリスクマップにより把握できるので、他船の回避行動を予測し易くなる。
　前記の船舶監視装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この船舶監視装置は船舶に備えられる。前記リスクマップ生成部は、前記第１船舶及び前記第２船舶が何れも自船の周囲の他船である場合の前記リスクマップを生成可能である。
　これにより、他船同士の衝突の危険性をリスクマップにより把握しながら操船することができる。
　前記の船舶監視装置においては、地上施設に備えられることが好ましい。
　これにより、例えば港湾を通行する船舶を監視する用途において、船舶同士の衝突の危険性をユーザに分かり易く表示することができる。
　前記の船舶監視装置においては、前記リスクマップ生成部は、複数の船舶のそれぞれを前記第１船舶としたときの衝突の可能性の分布を合成して、前記リスクマップを生成することが好ましい。
　これにより、多数の船舶が関係する状況において、全体的に衝突の危険性が高い領域／低い領域を分かり易く表示することができる。
本発明の一実施形態に係る操船支援装置の電気的構成を示すブロック図。 第１船舶として自船を選択した状況における、リスク評価位置及び衝突リスク値の例を示す図。 リスク評価位置以外の位置における衝突リスク値を推定する方法を説明する概念図。 リスクマップ生成部によって生成されるリスクマップの一例を示す図。 第１船舶として他船を選択した状況における、リスク評価位置及び衝突リスク値の例を示す図。
　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、本発明の一実施形態に係る操船支援装置１の電気的構成を示すブロック図である。
　図１に示す本実施形態の操船支援装置（船舶監視装置）１は、水上を移動する船舶に設けられ、他船の動向等の情報を表示する。
　 操船支援装置１には、表示装置３が接続される。表示装置３は、例えば液晶ディスプレイとして構成され、操船を支援する情報を表示する。操船支援装置１は、 適宜の情報を表示装置３に表示するための表示データを生成し、当該表示装置３に出力する。操船支援装置１が生成する表示データには、自船の位置及び速度の 情報、他船の位置及び速度の情報が含まれる。また、この表示データには、船舶同士の衝突の可能性が高い場所の情報を示したリスクマップが含まれる。
　 リスクマップは、衝突の可能性が高い地点と、衝突の可能性を評価した値と、をＯＺＴに類似した手法で求め、これらに基づいて作成される。ＯＺＴは、自船 （第１船舶）の変針に対して、他船（第２船舶）に妨害される領域を当該他船の予定針路上に示したものである。ただし、本発明では、自船と他船の関係で衝突 の可能性を評価するＯＺＴを、他船と自船の関係、又は他船と他船の関係に対しても拡張している。従って、第１船舶は自船にも他船にもなり得るし、第２船舶 は自船にも他船にもなり得る。
　この操船支援装置１は、船舶データ取得部（情報取得部）１１と、対象船舶選択部（船舶指定部）２１と、リスク評価位置計算部３１と、衝突リスク計算部４１と、リスクマップ生成部５１と、表示データ生成部６１と、を備える。
　 具体的に説明すると、操船支援装置１は公知のコンピュータとして構成されており、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える。ＲＯＭには、上記のリスクマップの表 示データを生成するためのプログラムが記憶される。上記のハードウェアとソフトウェアの協働により、操船支援装置１を、船舶データ取得部１１、対象船舶選 択部２１、リスク評価位置計算部３１、衝突リスク計算部４１、リスクマップ生成部５１、及び表示データ生成部６１等として動作させることができる。
　船舶データ取得部１１は、自船、及び、自船の周りに存在する他船に関し、必要なデータを取得する。このデータには、船舶の位置及び速度に関する情報（航行情報）が含まれる。
　 具体的には、操船支援装置１には、図略のＧＮＳＳ測位装置が接続されている。船舶データ取得部１１は、ＧＮＳＳ測位装置から入力される測位結果に基づい て、自船の位置を取得することができる。また、船舶データ取得部１１は、ＧＮＳＳ測位装置から得られる位置の変化を計算することにより、自船の船速を取得 することができる。
　また、操船支援装置１には、自船の周囲を探知してレーダ映像を生成する図略のレーダ装置が接続されて いる。このレーダ装置は、探知した物標（他船）の動きを検出して追尾する技術であるＴＴ（ターゲットトラッキング）機能を有している。ＴＴ機能は公知であ るため簡単に説明すると、ＴＴ機能は、過去のレーダ映像の推移に基づいて、自船の周囲に存在する物標（他船）の位置及び速度ベクトルを計算により取得する ものである。
　レーダ装置は自船を基準とした相対的な他船の位置及び速度を取得するものであるが、船舶データ取得部１１に 入力される他船の位置及び速度ベクトルは、適宜の手段（例えば、上記のＧＮＳＳ測位装置及び図略の方位センサ）により得られた自船の位置及び船首方位に基 づいて、対地基準となるように予め変換されている。
　対象船舶選択部２１は、リスクマップを生成するにあたって、自船と他船の中から、どの船舶の変針を仮定して衝突の可能性を考慮するか（即ち、上述の第１船舶を何れの船舶とするか）を選択する。
　 操船支援装置１のユーザである操船者が何も指定しない場合、第１船舶としては既定値として自船が選択される。従って、生成されるリスクマップは、自船と他 船との衝突の可能性を示したものとなる。しかし、操船者が表示装置３の画面を見ながら所望の他船を指定する操作をすることで、当該他船を基準としたリスク マップを生成することもできる。操作は、表示装置３が備える図略の入力操作装置（例えば、ジョイスティック又はトラックボール等）を用いて行うことがで き、また、操船支援装置１に接続される入力操作装置を用いることもできる。
　図２には、船舶データ取得部１１に入力される、自船５と、４つの他船６，７，８，９と、の位置の例が示されている。図２において、自船５及び他船６，７，８，９の位置には、それぞれの速度ベクトルが矢印で示されている。
　以下では、対象船舶選択部２１により、自船５が第１船舶として選択された場合を説明する。従って、他船６，７，８，９は第２船舶に相当する。
　 図１のリスク評価位置計算部３１は、第１船舶と第２船舶との間で、第１船舶の行動を制約する第２船舶の将来位置を予測することにより、リスク評価位置を計 算する。リスク評価位置は、将来の時刻における第２船舶の位置と一致するように定められ、第１船舶と第２船舶との衝突のリスクを評価する位置的基準とな る。
　リスク評価位置計算部３１は、第２船舶の将来位置を予測するにあたって、第２船舶が、現在の位置から、針路及び船速を一定に保ったまま移動すると仮定する。従って、第２船舶の将来の予測位置は、第２船舶の予定針路に沿って並ぶように位置する。
　 リスク評価位置計算部３１は、第２船舶について推定した予定針路に沿って適当な間隔で並ぶようにリスク評価位置を複数定め、それぞれのリスク評価位置を特 定する情報を、衝突リスク計算部４１及びリスクマップ生成部５１に出力する。また、リスク評価位置計算部３１は、当該リスク評価位置に第２船舶が到達する 予定時刻を併せて求め、この予定時刻を衝突リスク計算部４１に出力する。図２には、それぞれの第２船舶（他船６，７，８，９）についてリスク評価位置計算 部３１が定めたリスク評価位置の例が、小さい丸印で示されている。
　図１の衝突リスク計算部４１は、リスク評価位置計算部３１から入力されるリスク評価位置のそれぞれについて、当該リスク評価位置で第１船舶と第２船舶との衝突リスクを予測した衝突リスク値を計算する。
　 以下、具体的に説明する。まず、衝突リスク計算部４１は、リスク評価位置計算部３１の計算により得られたリスク評価位置に第１船舶が到達する予定時刻を求 める。このとき、リスク評価位置計算部３１は、第１船舶が、現在時刻の時点でリスク評価位置に向けて変針し、変針前と同じ船速を保ったまま移動すると仮定 する。また、衝突リスク計算部４１には、リスク評価位置に第２船舶が到達する予定時刻が、リスク評価位置計算部３１から入力される。
　 本実施形態では、リスク評価位置に第１船舶が到達するのと同時に、第２船舶が到達したとき、衝突が起こると考える。ただし、操船支援装置１に入力される第 １船舶及び第２船舶の船速の誤差を考慮すれば、リスク評価位置に第１船舶が到達する時刻の確率密度分布、及び、第２船舶が到達する時刻の確率密度分布は、 それぞれの到達予定時刻を中心とする正規分布に従う。そこで、第１船舶及び第２船舶が同時にリスク評価位置に到達する確率は、上記の２つの確率密度分布の 積を時間積分することにより求めることができる。
　衝突リスク計算部４１は、積分により得られた値を、衝突リスク値として リスクマップ生成部５１に出力する。図２のリスク評価位置の近傍に付された数値は、そのリスク評価位置に関して衝突リスク計算部４１が計算した衝突リスク 値の例を示す。ただし、計算結果の衝突リスク値が実質的にゼロであるリスク評価位置については、数値は省略されている。
　リスクマップ生成部５１は、操船者を支援するための情報であるリスクマップを生成する。リスクマップ生成部５１は、生成したリスクマップを、表示データ生成部６１に出力する。
　 リスクマップは、リスク評価位置における衝突リスク値から、他の位置の衝突リスク値を内挿的又は外挿的に推定し、衝突リスク値の２次元的な分布として表し たものである。リスクマップは、リスク評価位置における衝突リスク値の影響が、リスク評価位置から離れるに従って単調減少的に弱まるように、前記リスク評 価位置以外の位置における衝突リスク値を推定することにより作成することができる。
　本実施形態において、リスクマップ生 成部５１は、図３に示すように、それぞれのリスク評価位置を中心として、リスク評価値に応じた重みを乗じた等方的な２次元ガウス分布を配置し、これを加算 することにより衝突リスク値を推定する。この手法により、それぞれのリスク評価位置を基準として、当該リスク評価位置の周辺の衝突リスク値（例えば、２つ のリスク評価位置の間の位置における衝突リスク値）を補間により得ることができる。図３には、図２における２つのリスク評価位置とその衝突リスク値を取り 出して、対応する２つのガウス分布を加算した（畳み込んだ）例が示されている。
　このように、値が得られた点のそれぞれにカーネル関数を当てはめる処理を行い、配置された関数を重ね合わせる方法は、カーネル法と呼ばれている。このような処理により、リスク評価位置以外の位置における衝突リスク値を、滑らかに変化するように得ることができる。
　本実施形態においては、カーネル関数としてガウス関数が用いられている。これにより、リスク評価位置計算部３１により得られたリスク評価位置の誤差を適切に考慮することができる。
　なお、リスクマップは、他の推定方法によって得ることもできる。例えば、リスク評価位置以外の位置における衝突リスク値を、公知の逆距離加重補間法によって推定しても良い。
　図１の表示データ生成部６１は、リスクマップ生成部５１から入力したリスクマップを表示装置３に表示させるための表示データを生成する。表示データ生成部６１は、生成した表示データを、適宜のインタフェースを介して表示装置３に出力する。
　 図４には、図２の状況に対応したリスクマップが表示装置３に表示された例が示されている。このようなリスクマップを参考にすることで、操船者は、第１船舶 （自船５）にとって第２船舶（他船６，７，８，９）との衝突発生のリスクが高い領域と、リスクが低い領域と、を直感的に識別することができる。
　 図４では、図面の表現の都合上、衝突リスク値が高い場所を間隔が狭いハッチングの領域で示し、衝突リスク値が低い場所を間隔が広いハッチング又はハッチン グなしの領域で示している。図４ではハッチングの広狭が段階的に変化しているが、実際の表示画面では、位置の変化に応じて衝突リスク値が滑らかに変化する ことに伴い、色の変化も滑らかである。
　衝突の危険性は不確実なものであるから、衝突の危険性が高い領域は、従来のＯＺＴ 表示のように円等の図形で明瞭に区切ることができるものではなく、本来、その輪郭は不明確である。この点、本実施形態のリスクマップは、そのような境界の 曖昧さを、色の滑らかな変化（中間の色を経由した変化）によって表現することができる。従って、操船者が衝突の危険性に対して持つ一般的な感覚と親和性が 高い表示を実現することができる。
　実際の表示画面では、衝突リスクが高い場所は赤色で、衝突リスクが低い場所は黒色で示 されている。ただし、色の割当ては任意であり、例えばサーモグラフィで用いられるように、衝突リスク値が高い順に赤色、黄色、緑色、水色、青色、黒色と滑 らかに変化するように割り当てることもできる。この場合、公知のヒートマップ表示を実現することができる。
　上述したよう に、本実施形態では、対象船舶選択部２１により、上述の第１船舶を何れの船舶とするかを変更することができる。自船５の操船者が操船支援装置１を操作し、 リスク評価位置及び衝突リスク値を計算する基準（第１船舶）として他船７を選択した場合、リスク評価位置及び衝突リスクは、例えば図５のようになる。これ により、図示しないが、生成されるリスクマップも図４の例とは異なるものになる。他船７を基準とするリスクマップを表示することで、自船５の操船者は、他 船７の将来の針路を予測することが容易になる。
　図２及び図５に示す衝突リスク値の分布は、加算により容易に合成すること ができる。リスクマップ生成部５１は、図２に示される自船５及び他船６，７，８，９の中で第１船舶の選択を１つずつ切り換えながら衝突リスク値の分布をそ れぞれ計算し、全て合成した結果に基づいたリスクマップ（合成リスクマップ）を生成することもできる。この合成リスクマップは、他船６，７，８，９と他船 ６，７，８，９との衝突リスクも考慮したものになる。合成リスクマップにおいて色が赤く表示されている場所は、将来的に輻輳が発生する可能性が高いことを 表しており、これは自船５の操船にあたって有用な情報となる。
　上記の実施形態において、操船支援装置１は船舶（自船５） に備えられる。ただし、操船支援装置１と同様の構成の装置を、港湾を通行する船舶を監視するために地上の施設に設置される港湾監視装置として用いることも できる。港湾監視装置において自船／他船の概念はないが、例えば対象船舶選択部２１において複数の船舶から１の船舶を選択することで、当該船舶を基準とす るリスクマップを表示することができる。また、上述の合成リスクマップを表示させることで、港湾において将来的に混雑が発生しそうな領域を監視者が容易に 理解することができる。
　以上に説明したように、本実施形態の操船支援装置１は、リスクマップ生成部５１と、表示データ生 成部６１と、を備える。リスクマップ生成部５１は、第１船舶（例えば、自船５）の変針を仮定して当該第１船舶が他の第２船舶（例えば、他船 ６，７，８，９）と衝突するリスクを評価するために定められた、前記第２船舶について推定した予定針路上の位置をリスク評価位置と呼ぶときに、前記リスク 評価位置以外の位置における前記第１船舶と前記第２船舶の衝突の可能性を推定し、推定された衝突の可能性の分布を示すリスクマップを生成する。表示データ 生成部６１は、リスクマップを表示するための表示データを生成する。
　これにより、第１船舶の変針を仮定したときに、第２船舶と衝突する可能性を、リスク評価位置と異なる位置でも推定して示したリスクマップにより、操船者は、第１船舶と第２船舶との衝突の可能性を、従来のＯＺＴよりも広域的かつ直感的に理解することができる。
　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。
　他船の位置及び船速は、レーダ装置のＴＴ機能に代えて、ＡＩＳ装置により取得することもできる。
　リスクマップ生成部５１が用いるカーネル関数は任意であり、上述のガウス分布に代えて、例えばｃｏｓ関数等の公知のカーネル関数を用いることができる。
　 リスク評価位置における衝突リスク値は、衝突の危険性の大小を評価できる値であれば良く、衝突確率分布を積分して求める以外の方法でも得ることができる。 例えば、当該リスク評価位置に第２船舶が到達する時刻を求めるとともに、当該時刻での第１船舶の予測位置を示す円（予測円）を求め、リスク評価位置と予測 円との最小距離を衝突リスク値として求めても良い。
　上記の実施形態では、リスク評価位置計算部３１は、第２船舶の予定針 路に沿って適当な間隔で並ぶようにリスク評価位置を複数定めている。しかしながら、リスク評価位置計算部３１は、異なる手法を用いて第２船舶の予定針路上 にリスク評価位置を定めても良い。例えば、リスク評価位置計算部３１は、第１船舶及び第２船舶の位置及び船速（言い換えれば、第１船舶と第２船舶の速力 比）から求めた将来的に衝突が発生する可能性がある衝突予測点の軌跡と、第２船舶の予定針路と、の交点を、リスク評価位置として定めても良い。なお、この 衝突予測点の軌跡は、衝突予測線（ＬＯＰＣ：Ｌｉｎｅ　ｏｆ　Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ　Ｃｏｌｌｉｓｉоｎ）として知られている。
　リスク評価位置計算部３１は、第１船舶の位置及び船速と、第２船舶の位置及び速度と、から計算されるＤＣＰＡやＴＣＰＡを利用して、相手船の予定針路上にリスク評価位置を定めても良い。
　 公知の文献（今津隼馬：衝突針路を使ったＯＺＴ算出方法，日本航海学会誌　ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ，ｖоｌ．１８８，ｐｐ．７８－８１，２０１４．４．）に は、相手船の予定航路上において、ＯＺＴを線分として簡単に算出する方法が開示されている。この方法は、実質的には、相手船の予定航路上のあらゆる位置 （リスク評価位置）において、衝突の可能性が所定の程度以上となっているか否かを評価していると考えることができる。上記の算出方法でＯＺＴを求める場 合、リスクマップ生成部５１は、自船（第１船舶）の周囲の領域を分割するようにある程度の大きさのメッシュを定義し、それぞれのメッシュ毎に、上記の ＯＺＴの線分が含まれる他船（第２船舶）の数を計算する。更に、リスクマップ生成部５１は、それぞれのメッシュの中心位置に上記の数を値として配置したと きに、隣接するメッシュの中心の間の位置における値を、２次元補間計算により求める。これにより、他船（第２船舶）の予定航路以外の位置における衝突の可 能性を推定した結果を分布として示すリスクマップを生成することができる。
　リスクマップ表示と、非特許文献１のような円 によるＯＺＴ表示と、をユーザの操作により切り換えて表示可能に構成しても良い。操船支援装置１において、自船以外の他船を基準（第１船舶）として円によ るＯＺＴ表示を行うことにより、ユーザに有用な情報を提供することができる。円によるＯＺＴ表示と、リスクマップと、を重ねて同時に表示しても良い。
　リスクマップを作成する際の、それぞれのリスク評価位置における衝突リスク値の空間的影響の範囲（言い換えれば、カーネル関数におけるいわゆるバンド幅）は、一定値としても良いが、ユーザが変更できるように構成しても良い。
　１　操船支援装置（船舶監視装置）
　１１　船舶データ取得部（情報取得部）
　４１　衝突リスク計算部
　５１　リスクマップ生成部

Claims (10)

  1. 　 複数の船舶のうち第１船舶の変針を仮定して当該第１船舶が他の第２船舶と衝突するリスクを評価するために定められた、前記第２船舶について推定した予定針 路上の位置をリスク評価位置と呼ぶときに、前記リスク評価位置以外の位置における前記第１船舶と前記第２船舶の衝突の可能性を推定し、推定された衝突の可 能性の分布を示すリスクマップを生成するリスクマップ生成部と、
    　前記リスクマップを表示するための表示データを生成する表示データ生成部と、
    を備えることを特徴とする船舶監視装置。
  2. 　請求項１に記載の船舶監視装置であって、
    　複数の船舶の航行情報を取得する情報取得部と、
    　前記リスク評価位置について、前記第１船舶と前記第２船舶とが衝突するリスクを示す衝突リスク値を、前記航行情報を利用して計算する衝突リスク計算部と、
    を備え、
    　前記リスクマップ生成部は、前記リスク評価位置以外の位置における衝突リスク値を推定し、推定された衝突リスク値の分布を示すリスクマップを生成することを特徴とする船舶監視装置。
  3. 　請求項２に記載の船舶監視装置であって、
    　前記リスクマップ生成部は、リスク評価位置を基準として周辺の衝突リスク値を補間することができる関数を利用して、前記リスク評価位置以外の位置における衝突リスク値を推定し、推定された衝突リスク値の分布を示すリスクマップを生成することを特徴とする船舶監視装置。
  4. 　請求項３に記載の船舶監視装置であって、
    　前記リスクマップ生成部は、それぞれの前記リスク評価位置を中心とするカーネル関数を加算することにより、前記リスクマップを生成することを特徴とする船舶監視装置。
  5. 　請求項４に記載の船舶監視装置であって、
    　前記カーネル関数はガウス関数であることを特徴とする船舶監視装置。
  6. 　請求項１から５までの何れか一項に記載の船舶監視装置であって、
    　複数の前記船舶から前記第１船舶を選択して指定可能な船舶指定部を備えることを特徴とする船舶監視装置。
  7. 　請求項６に記載の船舶監視装置であって、
    　船舶に備えられ、
    　前記船舶指定部は、自船の周囲にある他船を前記第１船舶として指定可能であることを特徴とする船舶監視装置。
  8. 　請求項１から７までの何れか一項に記載の船舶監視装置であって、
    　船舶に備えられ、
    　前記リスクマップ生成部は、前記第１船舶及び前記第２船舶が何れも自船の周囲の他船である場合の前記リスクマップを生成可能であることを特徴とする船舶監視装置。
  9. 　請求項１から６までの何れか一項に記載の船舶監視装置であって、
    　地上施設に備えられることを特徴とする船舶監視装置。
  10. 　請求項１から９までの何れか一項に記載の船舶監視装置であって、
    　前記リスクマップ生成部は、複数の船舶のそれぞれを前記第１船舶としたときの衝突の可能性の分布を合成して、前記リスクマップを生成することを特徴とする船舶監視装置。
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