JPH0922499A - 避航支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 推奨航路というべき避航航路を予測情報と共
に操船者に提示し、時間的空間的余裕のある時点で避航
操船に入るように支援することができる避航支援装置と
する。 【構成】 自船周囲の他船の位置及び速力を含む他船航
行情報を求める他船航行情報算出部２０と、自船の位置
及び速力を含む自船航行情報を求める自船航行情報算出
部２２と、自船が航行している海域の避険領域を含む海
図情報を記憶し出力する海図情報発生部２４と、自船の
変針行動案を計算すると共に、前記自船航行情報及び前
記他船航行情報並びに前記海図情報に基づいて各変針行
動案における他船との衝突危険度及び避険領域への侵入
危険度からなる予測情報を算出し、これら予測情報に基
づいて避航針路を求める模擬避航算出部３４を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば多くの船舶
が輻輳する湾内または狭水域において、船舶の安全な避
航および船舶の省人化に有用な避航支援装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の船舶の衝突を防止する装置として
は、衝突予防援助装置（Automatic Radar Plotting
Aids、以下ＡＲＰＡ装置と称する）が知られている。Ａ
ＲＰＡ装置は、例えば図７に示すように、信号処理装置
とＣＲＴ等からなる表示器を有する。自船に搭載された
レーダ装置から得られる他船の相対位置情報と、自船に
装備されたログ速度計及びジャイロコンパスから得られ
る自船速力及び船首方位情報は、信号処理装置に供給さ
れ、信号処理装置において、他船の位置及び速度ベクト
ルが求められ、表示器に表示されるように構成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＡＲＰＡ装置にあっては、単に他船の現在状況は分かる
ものの、予測情報に関しては現在の針路を継続したとき
の他船との最接近距離を表示する程度であり、避航に充
分な予測情報とはなっていなかった。また、避航判断は
操船者に委ねられており、かかる予測情報が必ずしも有
効に利用されるとは限らないため、船橋要員の少人数化
や輻輳する湾内または狭水域における船舶の安全な避航
を行う為の支援装置としては充分なものとは言えなかっ
た。

【０００４】本発明は、かかる問題点に鑑みなされたも
ので、推奨航路というべき避航航路を予測情報と共に操
船者に提示し、時間的空間的余裕のある時点で避航操船
に入るように支援することができる避航支援装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の避航支援装置は、自船周囲の他船の位置及
び速力を含む他船航行情報を求める他船航行情報算出手
段と、自船の位置及び速力を含む自船航行情報を求める
自船航行情報算出手段と、自船が航行している海域の避
険領域を含む海図情報を記憶し出力する海図情報発生手
段と、自船の変針行動案を計算すると共に、前記自船航
行情報及び前記他船航行情報並びに前記海図情報に基づ
いて各変針行動案における他船との衝突危険度及び避険
領域への侵入危険度からなる予測情報を算出し、これら
予測情報に基づいて避航針路を求める模擬避航算出手段
を備える。

【０００６】さらに、自船の予定航路を記憶する航路設
定手段を備え、前記模擬避航算出手段は、前記予定航路
からの偏角に基づいて前記変針行動案の選好度を算出
し、前記予測情報と共に選好度に基づいて避航針路を求
めることができる。さらに、他船の推定航路を設定する
他船推定航路設定手段を備え、前記模擬避航算出手段は
前記他船の推定航路に沿って前記他船速力で前記他船位
置より他船が航行するときの他船との前記衝突危険度を
算出することができる。

【０００７】さらに、自船周囲の障害物を囲む避険領域
を設定する避険領域設定手段を備え、前記予測情報に避
険領域設定手段で設定される避険領域への侵入危険度を
含ませることができる。さらに、自船の航行航路を設定
する航路設定手段と、該航行航路と自船位置との航路誤
差を検出し、該航路誤差に基づいて指令針路を操舵装置
へ指令する航路保持制御手段を備えることができる。

【０００８】模擬避航算出手段で、自船の変針行動案を
計算し、自船航行情報及び他船航行情報並びに海図情報
発生手段からの海図情報に基づいて各変針行動案におけ
る他船との衝突危険度及び避険領域への侵入危険度から
なる予測情報を算出し、これら予測情報に基づいて避航
針路を求める。この避航針路は、推奨航路となり、ま
た、予測情報が将来陥る危険性や困難性の警告の役割も
果たす。従って、操船者は妥当であると判断できる場合
には、その航跡に沿って航行航路を設定すればよい。ま
た、逆に衝突の危険がある場合には、時間的に余裕のあ
る時点から避航計画をする必要があることを操船者に分
からせることができ、操船者によって有用な支援を行う
ことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の避航
支援装置の実施の形態を説明する。図１は実施の形態を
示すブロック図である。図において１０は、避航支援装
置であり、コントロールユニット１２、レーダ表示器１
３、カラーグラフィック表示器１４及び設定点入力部１
６を備える。コントロールユニット１２には、レーダ装
置１、スピードログ２、ジャイロコンパス３及びＧＰＳ
受信機４からの出力が与えられる。レーダ装置１は自船
周囲の他船の相対位置に関する信号を出力し、スピード
ログ２は自船の速力、ジャイロコンパス３は自船の船首
方位、ＧＰＳ受信機４は自船の位置に関する各信号を出
力する。

【００１０】また、コントロールユニット１２からは操
舵装置６が接続される。コントロールユニット１２は、
プログラム制御により実行するコンピュータユニットを
内蔵しており、プログラム制御によって実行される他船
航行情報算出部２０、自船航行情報算出部２２、海図情
報発生部２４、航路設定部２６、避険領域設定部２８、
他船推定航路設定部３０、航路保持制御部３２及び模擬
避航算出部３４を備える。

【００１１】他船航行情報算出部２０及び自船航行情報
算出部２２において、レーダ装置１から送られてくるレ
ーダビデオ信号から他船を検出追尾して他船の相対位置
及び相対速度ベクトルを求めると共にスピードログ２、
ジャイロコンパス３及びＧＰＳ受信機４からの信号から
自船速力、船首方位及び自船位置を求め、それぞれ他船
の位置、他船速度ベクトル（速力、進行方向）等の他船
航行情報及び自船の位置、自船速力、船首方位等の自船
航行情報を求める。

【００１２】海図情報発生部２４は、予め記憶している
海図情報から自船周囲の水深データを取り出し、水深が
不足し座礁する恐れがある水深領域を避険領域として、
緯度と経度からなる避険線のデータを作成する。同時
に、自船が航行している海域の海図をカラーグラフィッ
ク表示器１４に画像表示させ、避険線の他に航路帯や航
路標識等を表示して、操船者が海上法規や慣習に適合す
る判断を行えるよう支援する。

【００１３】航路設定部２６は、予め航海毎の出発地点
から目標地点に至る複数の変針点を結んだ予定航路を記
憶している。避航の必要から予定航路を変更する場合
は、トラックボールやジョイスティックで構成される設
定点入力部１６を使用して表示器１３又は表示器１４の
マーカを画面上に移動して、避航航路の変針点やもとの
予定航路への復帰点を入力する。航路設定部２６は、入
力された変針点、復帰点に基づき予定航路を与える船位
の緯度と経度でなる予定航路データを作成する。

【００１４】避険領域設定部２８は、例えばレーダ装置
１では捕捉が困難な操業中の小型漁船群を航行中に障害
物として発見した場合に、トラックボールやジョイステ
ィックで構成される設定点入力部１６を使用して表示器
１３又は表示器１４のマーカを画面上に移動して、対象
となる障害物を取り囲むように点を複数個入力する。避
険領域設定部２８では、入力された点を結んだ避険領域
に基づき避険船を与える緯度と経度からなる避険線のデ
ータを作成する。尚、上述の海図情報発生部２４で作成
される避険線データは半固定的な扱いで足りるが、避険
領域設定部２８で作成される避険線データは状況に合わ
せて設定して作成されたものであるので、設定解除や再
設定を設定点入力部１６を使用して行えるものとする。

【００１５】他船推定航路設定部３０は、例えば目視に
より他船の航路が明白な定期フェリー等であると判断さ
れた場合に、トラックボールやジョイスティックで構成
される設定点入力部１６を使用して表示器１３又は表示
器１４のマーカを画面上に移動して、対象他船の現在位
置から順次推定可能な分までの変針点を入力する。他船
推定航路設定部３０で、入力された変針点に基づき推定
航路を与える船位の緯度と経度でなる他船推定航路デー
タを作成する。

【００１６】航路保持制御部３２は、航路設定部２６の
予定航路データと、自船航行情報算出部２２で算出され
る自船位置に基づいて、自船を予定航路に沿って自動的
に航行させるための指令針路を操舵装置６に出力する。
即ち、例えば特公平４−３８６３５号に記載の方法によ
って、予定航路に沿って船位を保持するために、一定時
間間隔毎に予定航路に対する自船の航路誤差Δｌを検出
し、航路誤差Δｌの変化量及びΔｌに比例した量から修
正針路角Δθを操舵装置６へ送る。

【００１７】模擬避航算出部３４は、他船航行情報算出
部２０からの他船の位置・速度ベクトル、自船航行情報
算出部２２からの自船の位置、速力、航路設定部２６か
らの予定航路データ、他船推定航路設定部３０からの他
船推定航路データ並びに海図情報発生部２４及び避険領
域設定部２８からの避険線データに基づいて、自船の避
航操船パターンを模擬した避航操船シュミレーション計
算を行い、将来の予測情報を算出してカラーグラフィッ
ク表示器１４に画像表示する。

【００１８】この模擬避航算出部３４による避航操船シ
ュミレーション手順の一例を図２に示したフローチャー
トに従って説明する。始めに自船航行情報算出部２２か
ら自船の現在の位置、速力（Ｖ）を読み込み、シュミレ
ーション初期値とし（ステップ４１）、他船航行情報算
出部２０から他船の現在の位置、速度ベクトル（速力Ｖ
_T ，進行方向）を読み込み、他船の現在位置を初期値と
すると共に他船推定航路設定部３０から他船推定航路を
読み込む（ステップ４２）。さらに、航路設定部２６か
ら予定航路を読み込み、海図情報発生部２４と避険領域
設定部２８から避険線データを読み込む（ステップ４
３）。

【００１９】次に、他船の位置及びその進行方向が推定
航路より逸脱したかを判断し（ステップ４４）、逸脱し
たときには他船推定航路の設定を解除する（ステップ４
５）。次に、変針行動案の計算を行う（ステップ４
６）。図３は変針行動案の説明図であり、自船位置から
次の予定航路の変針点に向かう方位ψ0を中心として、
それからΔψの偏角をなす複数個の変針行動案を求め
る。各偏角Δψiの値及び変針行動案の個数は予め決め
られた所定の値にする。

【００２０】次に、各変針行動案毎に他船との衝突危険
度を求める（ステップ４７）。この危険度の算出にあた
っては、種々の方法があるが、例えば長沢の方式を適用
することができる（日本航海学会論文集８８号，「避航
操船環境の困難度II」１３７頁〜１４４頁，平成５年３
月）。かかる方式では、ある他船との危険度Ｒ（Δψ
i）が以下の式によって求められる。

【００２１】

【数１】

【００２２】ここで、図４は、危険度算出のための説明
図で、図中の楕円形状の領域は船舶の周囲に形成される
他船を寄せつけない排他的領域を示し、Ｒx及びＲyは、
自船の他船に対する正横方向の侵害の程度と船首尾方向
の侵害の程度を表している。危険度Ｒは、ＲxとＲyの大
きい方をとり、また、ある一定の余裕時間（Ｗtcpa）に
対する最接近距離までの時間（Ｔcpa）の比率を用いた
重み付けを行って時間的余裕度を反映させている。図４
中の自船の相対運動方向は、自船の他船に対する相対運
動方向であり、自船が速力Ｖで各変針行動案の変針方向
に沿って進み、他船が速力Ｖ_Tで現在の進行方向または
推定航路に沿って進む時の相対運動方向である。

【００２３】尚、この長沢の式を求めるためには、楕円
の大きさと他船に対する楕円の位置を決めるために、さ
らに自船全長、他船全長の値を必要とする。他船全長に
関しては、正確な値がわからないため、自船と同じに設
定するか、または目視で得られた情報に基づいて、他船
の全長を大、中、小の３段階に分けて設定することでも
近似的には充分と考えられる。

【００２４】自船の回りに複数の他船がある場合には、
その危険度は全他船との危険度の中の最大値とする。即
ち、ｋ番目の他船の危険度Ｒkとし、自船の回りの全他
船を考慮した危険度をＲtとすれば、

【数２】 となる。

【００２５】次に、各変針行動案毎に避険線侵害の危険
度を求める（ステップ４８）。避険線侵害の危険度Ｒs
（Δψi）は、次の式で求める。

【数３】

【００２６】式中、Ｌは自船の全長、Ｓは自船進行方向
に張り出すように設定した方形区域の中で避険領域を侵
害する面積である。図５は、避険線に対する危険度算出
の説明図で、自船の進行方向に張り出すように設定した
辺ａ、ｂは式中の船の全長Ｌ及び速力Ｖで決定され、そ
の張り出し量は速力Ｖに比例した長さｃで表される。そ
して、危険度Ｒsは、侵害面積Ｓと方形面積ａ＊ｂの比
率で表される。上記式内の各数値は統計的、経験的に通
常操船者がその方形区域中に避険領域が侵入したときに
危険と感じるような大きさになるように設定されたもの
である。但し、各船舶の運動特性に応じて各数値を変え
ることも可能である。

【００２７】次に、各変針行動案毎の選好度を求める
（ステップ４９）。選好度Ｐ（Δψi）は、例えば、避
航操船方法として通常右変針が左変針より多く用いられ
る機会が多いこと、計画針路からなるべく離れないよう
な行動が好ましいこと、という傾向をふまえて偏角Δψ
iが小さい程選好度が大きくなるよう指数関数的に設定
し、さらにΔψiの＋側が−側より選好度が大きくなる
ように予め設定される。予め設定された選好度に従っ
て、各変針行動案毎の選好度を求める。

【００２８】以上のようにして求めた危険度及び選好度
から避航針路を決定する（ステップ５０）。避航針路の
決定は、各変針行動案Δψiに対する選好度Ｐ（Δψ
i）、他船の危険度Ｒt（Δψi）、避険線侵害の危険度
Ｒs（Δψi）から次式に従い総合評価値を最大にするΔ
ψmを選択する。

【００２９】

【数４】

【００３０】ここで、αは重み係数で、ＲtとＲsとのい
ずれか大きい方となる危険度と選好度Ｐとのトレードオ
フ関係を調整するものである。避航針路は、Δψmと次
の予定航路の変針点に向かう方位ψ_Oとの和となる。

【００３１】

【数５】

【００３２】次に、カラーグラフィック表示器１４に自
船の位置をプロットし、合わせてステップ４７で求めた
他船との危険度Ｒtに対応するシンボルを表示する（ス
テップ５１）。例えば、他船との危険度Ｒtが０．５以
上の場合には赤色のシンボル７０、危険度Ｒtが０より
大きく０．５未満の場合には黄色のシンボル７１で表示
する。

【００３３】次に、予測時間をΔｔ進め（ステップ５
２）、Δｔ時間経過後の自船位置及び速力を避航航路に
向ける操縦運動シュミレーション計算によって求め、自
船位置、速力の更新を行う（ステップ５３）。避航航路
に向ける操縦運動シュミレーション計算は、本装置を適
用する船舶について固有の操縦運動特性の数学モデルを
用いて、操舵による自船の位置及び船首方位を予測す
る。船舶が迅速に避航針路に追従すると考えられる場合
には、避航針路方向に同一速力でΔｔ時間進むこととし
てもよいが、現実の船舶には応答遅れがあるため、操縦
運動特性の運動モデルを用いて、Δｔ時間後の自船位置
及び速力、さらにはΔｔが短い場合には船首方位が避航
針路を向いていないので、Δｔ時間後の船首方位も求め
る。

【００３４】数学モデルは、従来より多種多様な表現方
式が用いられてきたが、例えば日本造船学会試験水槽委
員会第２部会の下に設けられた「操縦運動の数学モデル
検討グループ（略称ＭＭＧ）」で研究されたＭＭＧモデ
ルで知られた数学モデルを適用することができる。な
お、避航針路に対して回頭追従させる操舵の制御特性
は、例えば簡単な針路偏角に対するＰＤ制御とする。ま
た、ＭＭＧモデルは運動（微分）方程式で表現されるも
のであるから、シュミレーションのための計算解法に代
表的なルンゲクッタ方式を用いる。

【００３５】そして、他船推定航路の有無を判定し（ス
テップ５４）、有る場合は他船の位置を推定航路に沿っ
てΔｔ・Ｖt進め（ステップ５５）、無い場合は他船の
位置を進行方向にΔｔ・Ｖt進める（ステップ５６）。
最後に充分な予測時間（例えば１５分）までの予測を
行ったかを判定し（ステップ５７）、行っていない場合
は、ステップ４６に戻り、Δｔだけ進んだときのステッ
プ５３で求めた自船位置及び速力、さらに必要によって
は船首方位に基づき変針行動案をさらに計算して、各処
理を行う。

【００３６】以上を繰り返すことによって、図６に示し
たように表示器１４には、ある予測時間までのΔｔ毎の
自船の各予想位置のプロットからなる航跡が危険度と共
に表示され、推奨航路である避航航路が求められる。こ
の危険度からなる予測情報は、将来陥る危険性や困難性
の警告の役割も果たす。即ち、模擬避航算出部３４は、
変針により順次危険を回避していく一般的な避航を模擬
したものであり、表示器１４に現在状況と重畳して表示
された避航航跡及びその危険度により、操船者はその避
航操船方法を実行に移すことが妥当であるかどうかが容
易に判断できる。操船者が妥当であると判断できる場合
には、その航跡に沿って航行航路を設定すればよく、逆
に衝突の危険があると判断される場合には、危険が迫っ
て順次対応する操船ではなく時空間的に余裕のある時点
から前広に避航計画をする必要があることを操船者に分
からせることができる。

【００３７】また、本実施の形態では、他船推定航路設
定部３０を備えているので、他船の将来の予測位置とし
て確実な情報を基に衝突危険性に関する予測情報を算出
することが可能になる。但し、該設定部３０は省略する
ことも可能であり、その場合には、他船が現在の速力と
進行方向を維持するものとして予測すればよい。また、
模擬避航算出部３４で得られた避航航路が妥当であると
判断された場合には、その航路設定部２６でその予定航
路データを作成し、該予定航路データが航路保持制御部
３２へと送られて航路保持制御がなされる。従って、操
船者が操舵装置６へ操舵するのにちょうど良いタイミン
グで指令する必要が無くなるため、操船者が安全性の確
認や避航判断に集中でき、省人化に有効である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
模擬避航算出手段で推奨航路となる避航航路と他船との
衝突危険度、避険領域への侵入危険度からなる予測情報
を算出し、表示するため、操船者によって有用な操船支
援を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の避航支援装置の実施の形態を表すブロ
ック図である。

【図２】図１の模擬避航算出部の算出手順の一例を表す
フローチャートである。

【図３】模擬避航算出部で算出を行う変針行動案の説明
図である。

【図４】他船との衝突危険度算出の説明図である。

【図５】避険線侵害の危険度算出の説明図である。

【図６】表示器の表示例である。

【図７】従来の衝突予防援助装置のブロック図である。

【符号の説明】

１０ 避航支援装置 １４ 表示器 ２０ 他船航行情報算出部（他船航行情報算出手段） ２２ 自船航行情報算出部（自船航行情報算出手段） ２４ 海図情報発生部（海図情報発生手段） ２６ 航路設定部（航路設定手段） ２８ 避険領域設定部（避険領域設定手段） ３０ 他船推定航路設定部（他船推定航路設定手段） ３２ 航路保持制御部（航路保持制御手段） ３４ 模擬避航算出部（模擬避航算出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 594078674 野村 士平 広島県尾道市栗原町9632−７ (71)出願人 591039230 株式会社郵船海洋科学 東京都品川区南品川２丁目３番６号 (72)発明者 山田 秀光 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 菅野 賢治 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 小瀬 邦治 広島県広島市南区大州５丁目２−26−602 (72)発明者 小林 弘明 埼玉県狭山市柏原3116−167 (72)発明者 寺本 定美 広島県安芸郡熊野町２−353 (72)発明者 野村 士平 広島県尾道市栗原町9632−７ (72)発明者 宇田川 達 東京都品川区南品川二丁目３番６号 株式 会社郵船海洋科学内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自船周囲の他船の位置及び速力を含む他
   船航行情報を求める他船航行情報算出手段と、自船の位
   置及び速力を含む自船航行情報を求める自船航行情報算
   出手段と、自船が航行している海域の避険領域を含む海
   図情報を記憶し出力する海図情報発生手段と、自船の変
   針行動案を計算すると共に、前記自船航行情報及び前記
   他船航行情報並びに前記海図情報に基づいて各変針行動
   案における他船との衝突危険度及び避険領域への侵入危
   険度からなる予測情報を算出し、これら予測情報に基づ
   いて避航針路を求める模擬避航算出手段を備えたことを
   特徴とする避航支援装置。
2. 【請求項２】 自船の予定航路を記憶する航路設定手段
   をさらに備え、前記模擬避航算出手段は、前記予定航路
   からの偏角に基づいて前記変針行動案の選好度を算出
   し、前記予測情報と共に選好度に基づいて避航針路を求
   める請求項１記載の避航支援装置。
3. 【請求項３】 他船の推定航路を設定する他船推定航路
   設定手段をさらに備え、前記模擬避航算出手段は前記他
   船の推定航路に沿って前記他船速力で前記他船位置より
   他船が航行するときの他船との前記衝突危険度を算出す
   る請求項１または２記載の避航支援装置。
4. 【請求項４】 自船周囲の障害物を囲む避険領域を設定
   する避険領域設定手段をさらに備え、前記予測情報は避
   険領域設定手段で設定される避険領域への侵入危険度を
   含む請求項１ないし３の何れか記載の避航支援装置。
5. 【請求項５】 自船の航行航路を設定する航路設定手段
   と、該航行航路と自船位置との航路誤差を検出し、該航
   路誤差に基づいて指令針路を操舵装置へ指令する航路保
   持制御手段をさらに備える請求項１記載の避航支援装
   置。