JPH0120643Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本考案は船舶の自動航行装置に関し、詳しく
は、指示された航海諸条件に基づいて航路を計算
し、その航路またはその後に計算された航路に基
づく針路を演算してオートパイロツトを介して舵
角調整する船舶の自動航行装置に関する。

(ロ) 従来技術 例えば大圏航法などに基づく航法により航海を
行なう船舶において、従来から、指示された出発
地、目的地および航法と記憶されている海図など
に基づいて航路を計画し、その計画航路の中から
選定された設定航路から針路を演算し、目標針路
を採りオートパイロツトを介して舵角を調整する
と共に、船舶が波浪、風、潮流などの各種外乱に
より設定航路よりずれが生じた場合に、船位決定
器によつて決定されたそのときの船舶の位置が、
設定航路より予め設定されたずれ量制限値を越え
ると、その計画航路を保持すべくオートパイロツ
トに針路変更を指令する船舶の自動航行装置があ
る。

この種装置として、トータル・ナビゲイシヨ
ン・システムまたはインテグレイテツド・ナビゲ
イシヨン・システムと呼称される装置が実用化さ
れているが、これらの装置は次のような考え方に
基づいて自動航行機能の設計がなされている。

「目的地までの気象や海象を考慮して初期に航
路を計画し、その中の１つの航路を設定航路とし
て決定する。そして、最終目的地まで必ずその設
定航路に沿つて操船する。」すなわち、船舶が出
発地から最終目的地までの設定航路よりずれを生
じた場合、その設定航路に逐一復帰させるという
考え方である。

これを第１図に示す船舶の自動航行装置の系統
図を用いて以下に説明する。この装置は、航路設
定手段１と、航路保持および針路設定手段２と、
操船手段３と、船位決定手段４と、ずれ量比較手
段５とを有する。まづ、航路設定手段１の航海条
件入力部６において出発地、目的地および航法を
航路計画部７に入力する。このとき、必要に応じ
て最終目的地までの幾通りかの航法が入力される
のみならず、場合によつては中間目的地や各中間
目的地までの航法なども入力される。一方、予め
海図が記憶されている海図記憶部８から必要に応
じて出発地、中間目的地または最終目的地（以
下、目的地という）までの海図などの情報も航路
計画部７に入力される。この航路計画部７におい
ては前記情報に基づいて画面上で幾通りかの航路
が計画され、この計画航路の中から決定された１
つの航路が設定航路として航路設定部９に記憶さ
れる。このようにして設定された航路は、航路設
定手段１より航路保持および針路設定手段２に出
力され、この航路保持および針路設定手段２で前
記設定航路に基づいてその目的地までの針路を計
算し、操船手段３のオートパイロツト１０に針路
を入力する。オートパイロツト１０はその針路に
基づいて舵１１に舵角を指令するので、船舶１２
はその針路を採るように航行する。なお、船首の
方向が常にコンパス１３により検出されているの
で、船首が異なつた針路に方位しているとコンパ
ス１３からの信号に基づいてオートパイロツト１
０が、修正された舵角指令を舵１１に出力する。
一方、船舶が、波浪、風、潮流などの各種外乱に
より設定航路よりずれることがあるので、船位決
定手段４の船位検出部１４においては、デツカ、
ロラン、ネイビイ・ナビゲイシヨン・サテライ
ト・システム（NNSS）などにより、そのときの
船舶の位置が計測されたり、前記コンパス１３に
基づいてログによりその位置が推測されたりす
る。このようにして求められた幾つかの船舶の位
置情報から、船位決定部１５においてそのときの
位置が決定される。この位置と前記航路設定部９
の設定航路とがずれ量比較手段５のずれ量計算部
１６に入力されて突き合わされ、設定航路からの
ずれ量が計算される。このずれ量が予めずれ量制
限値設定部１８に設定されたずれ量制限値を越え
るかが比較部１７において比較され、越えればそ
のずれ量に基づいて航路保持および針路設定手段
２において、船舶が設定航路に復帰するようその
時点での針路が計算され、これが前述と同様操船
手段３のオートパイロツト１０に入力され、つい
で、その修正された針路に基づいて舵１１に舵角
が指令されるので、設定航路に復帰すべく船舶１
２はその針路を採るように航行する。

その結果、最短の航路である設定航路に対し
て、その都度船舶は第２図に誇張して想像線で示
した航路を辿り、目的地に至るまで各所で設定航
路を迂回した航路を採るように航行する。したが
つて、船舶は設定された最短航路の近傍を右往左
往しながら最短航程とならない航路を辿り、航行
時間が長くなると共に燃料の消費量も増大して、
不経済な運行が余儀なくされる欠点がある。

(ハ) 考案の目的 本考案は上述の問題点を解決するためになされ
たもので、出発地から目的地までの航路は固定せ
ず、各種外乱の影響により所定航路よりずれを生
じた場合に、現在位置から所定航路に復帰させる
ことなくその位置から目的地までの残余航程を自
動的に新たに当面航路として計算し、その計算航
路を所定航路に置き換えて目的地までの最短航路
を辿りながら航行することができ、その結果、船
舶の航行時間を短くして燃料の消費量も低減し、
経済的な航海を可能とする船舶の自動航行装置を
提供することを目的とする。

(ニ) 考案の構成 本考案の船舶の自動航行装置は、目標針路をと
るようオートパイロツト１０を介して舵角を調整
する船舶の自動航行装置に適用される。その特徴
とするところは、 船舶１２の位置が所定航路より予め設定された
ずれ量制限値を越えると、その位置より目的地ま
での新たな最短航路を計画するため、航海条件入
力部６と海図記憶部８と最短航路計算部２６とで
構成される最短航路計画手段２１と、 その計画された最短航路が危険区域を通過して
いれば、危険区域を回避するように最短航路の計
画を修正するため、危険区域指定部２７と危険区
域確認部２８と危険区域回避航路計算部２９とで
構成される危険区域回避航路計画手段２２と、 その危険区域回避航路を当面航路として前記所
定航路と置き換える当面航路決定手段２３と、 船舶１２の位置が所定航路より予め設定された
ずれ量制限値を越えていると、そのずれ率の履歴
から針路補正量を決定し、前記所定航路の目標針
路を補正するため、ずれ率計算部３１と針路補正
量計算部３２とで構成される針路補正手段３０
と、 上記当面航路と上記針路補正量により目標針路
を決定する目標針路決定手段２４と、 を有することである。

なお、本考案は従来例のところで述べたように
船舶が設定航路よりずれた場合、設定航路を保持
させるためにそれに復帰させることは、目的地ま
での航程が最短とならないこと、および、ずれ量
がずれ量制限値より大きくなつた場合、その時点
の船舶の位置を基点とした目的地までの新たな最
短航路を設定した方が、結果的に目的地まで最短
の距離で航海することができるという知見に基づ
くものである。

(ホ) 実施例 以下、本考案をその実施例に基づいて詳細に説
明する。

第３図は本考案の実施例である船舶の自動航行
装置の全体系統図で、最短航路計画手段２１と、
危険区域回避航路計画手段２２と、当面航路決定
手段２３と、針路補正手段３０と、目標針路決定
手段２４とをその主たる構成としている。

詳述すると、前記最短航路計画手段２１は、航
海条件と海図などの航海諸条件に基づいて、出発
地から目的地までの航路を計画すると共にその中
の１つの航路を決定して初期の航路としたり必要
に応じて後述する最短航路を計画するものであ
る。その構成は、航海条件入力部６と海図記憶部
８と最短航路計算部２６とを有している。

前記危険区域回避航路計画手段２２は、最短航
路計画手段２１で計画された初期航路または最短
航路が危険区域を通らぬよう必要に応じて修正す
るものである。すなわち、計画された最短航路が
危険区域を通過していれば、危険区域を回避する
ように最短航路の計画を修正する。その構成は、
危険区域指定部２７と危険区域確認部２８と危険
区域回避航路計算部２９とを有している。

前記当面航路決定手段２３は、危険区域回避航
路計画手段２２で計画された危険区域回避航路を
当面航路として、初期航路またはその後に置き換
えられた従前の当面航路（以下、併せて所定航路
という）と置き換えるものである。

前記針路補正手段３０は、船舶の位置が所定航
路より予め設定されたずれ量制限値を越えている
と、そのずれ率の履歴から針路補正量を決定し、
前記所定航路の目標針路を補正するためのもので
ある。これは、ずれ率計算部３１と針路補正量計
算部３２とで構成されている。

前記目標針路決定手段２４は、当面航路決定手
段２３の所定航路と上記の針路補正量に基づいて
目的地までの針路を計算して操船手段３のオート
パイロツト１０に針路を入力するものである。

なお、操船手段３、船位決定手段４、ずれ量比
較手段５は従来例で述べたのと異なるところはな
いが、ずれ量比較手段５は船舶が波浪、風、潮流
などの各種外乱により所定航路よりずれた場合
に、船位決定手段４によつて決定されたそのとき
の船舶の位置が、所定航路よりずれ量制限値を越
えると、最短航路計画手段２１による計算の必要
なことを指令したり、ずれていることおよびずれ
量の履歴を針路補正手段３０のずれ率計算部３１
に入力するものである。

このような実施例によれば、次のようにして常
時最短航路を採るよう船舶を自動航行させること
ができる。

まづ、最短航路設定手段２１の航海条件入力部
６において出発地、目的地および航法を入力す
る。このとき、必要に応じて最終目的地までの幾
通りかの航法が入力されるのみならず、場合によ
つては、中間目的地や各中間目的地までの航法な
ども入力される。一方、航海諸条件の例えば他の
１つである予め記憶されている海図記憶部８から
の中間目的地または最終目的地までの海図などの
情報が、最短航路計算部２６に入力される。そし
て、目視画面上で幾通りかの航路が計画され、こ
の計画航路の中から決定された１つの航路が危険
区域回避航路計画手段２２に出力され、後述する
ような手順にしたがつて計画された危険区域回避
航路が初期航路として当面航路決定手段２３に入
力され、そこで記憶される。そして、そのまゝ目
標針路決定手段２４に入力され、その初期航路に
基づいてその目的地までの針路が計算されて、い
かなる針路を採ればよいかが目標針路決定手段２
４で決定される。この目標針路が操船手段３のオ
ートパイロツト１０に入力され、オートパイロツ
ト１０はその針路に基づいて舵１１に舵角を指令
する。その結果、船舶１２はその針路を採るよう
に航行する。なお、船首の方向が常にコンパス１
３により検出されているので、船首が異なつた針
路に方位しているとコンパス１３からの信号に基
づいてオートパイロツト１０が、修正された舵角
指令を舵１１に出力する。

一方、船舶が、波浪、風、潮流などの各種外乱
により設定航路よりずれることがあるので、船位
決定手段４の船位検出部１４においては、デツカ
などにより、そのときの船舶の位置が計測された
り、前記コンパス１３に基づいてログによりその
位置が推測されたりする。このようにして求めら
れたいくつかの船舶の位置情報から、船位決定部
１５においてそのときの位置が決定される。この
位置と前記当面航路決定手段２３に記憶されてい
る初期航路またはその後に置き換えられた当面航
路である所定航路が、ずれ量比較手段５のずれ量
計算部１６に入力されて突き合わされ、所定航路
からのずれ量が計算される。このずれ量がずれ量
制限設定部１８に予め設定されたずれ量制限値を
越えるかが比較部１７において比較され、越えれ
ば最短航路計画手段２１の最短航路計算部２６に
計算指令が発せられる。この最短航路計算部２６
は前記航海条件入力部６と海図記憶部８とからの
情報に基づいて、現在位置から最終目的地までの
新たな最短航路を計算する。この計算は初期航路
を計画したのとほゞ同様にして行なわれるが、初
期航路として採用された航海条件のみに基づいた
計算でも、また、一部変更した航海条件に基づく
計算でもよい。そして、最短航路が計算される
と、この最短航路が危険区域回避航路計画手段２
２に出力され、危険区域確認部２８において危険
区域指定部２７からの情報に基づいて危険区域を
通過しているか否かが判別される。危険区域を通
過していなければ、危険区域回避航路計算部２９
を素通りしてその最短航路が当面航路決定手段２
３に入力され、従前の所定航路と置き換えられて
記憶され、かつ、それが目標針路決定手段２４に
出力される。その後の制御は上述と同様である。
この様子は第４図に示すようになり、初期航路Ａ
から必要に応じて順次当面航路Ｂ，Ｃ，Ｄと所定
航路が変遷し、船舶は破線で示すように航行す
る。

なお、前記の最短航路が危険区域を通過してい
れば、危険区域回避航路計算部２９において第５
図に示すような要領により危険区域を回避した最
短航路が計算されて、それが当面航路決定手段２
３に入力される。すなわち、最短航路Ｂが海図上
に円または楕円で囲まれた危険区域を通過してい
ると、その円または楕円に接する暫定的な２つの
最短航路ａ，ｂを計算する。そして、この内短い
方の航路、図示では最短航路ｂが危険区域を回避
した最短航路として採択される。このような計算
はいまの船位から最終目的地までの残余の全ての
航路について行なうこともできるし、また、中間
目的地を対象に行なうこともできることはいうま
でもない。

ところで、前記ずれ量比較手段５においては船
位決定手段４からの情報に基づいて、そのときの
所定航路に対するずれ量が計算されて上述のよう
に第２、第３の当面航路を計算することができる
が、依然として船舶がその当面航路よりずれて第
４、第５の当面航路を航行しなければならなくな
ることも考えられるので、前記針路補正手段３０
によつて次のような針路補正が行なわれる。すな
わち、船舶がずれ量制限値を越えてずれるまでに
は気象や潮流などの影響があるが、それらは一定
時間同一状態が続くと考えられるので、ずれ量計
算部１６により前回のずれ量確認位置から今回の
ずれ量確認位置までのずれ量を逐一検出してずれ
率計算部３１に入力する。ずれ率計算部３１は比
較部１７からずれ率を計算する旨の信号が発せら
れると、前記ずれ量をもとに第６図に示す要領で
ずれ率Ｋを計算する。このずれ率Ｋは前回の確認
位置において計算された当面航路Ｂから今回の確
認された位置がいかほどずれているかという航路
ずれ量ｎを、今回の確認位置から前回の当面航路
Ｂへの垂線を下した位置と前回の確認位置までの
距離ｍとの比で計算する。したがつて、ずれ率Ｋ
＝ｎ／ｍで与えられる。このずれ率Ｋを細分して
説明すると、第７図に示すようにずれ量計算部１
６からの情報に基づいてずれ量に変化の生じる時
間ごとにずれ率を計算する。いま、図示するよう
に前回確認位置における時刻Taから次の時刻Tb
までのずれ率がKb、時刻Tbから次の時刻Tcま
でのずれ率がKc、同様にKd，Keが計算され、
合計のずれ率ＫがKb＋Kc＋Kd＋Keとなる。海
図上に特殊な状況すなわち潮流の激しい個所など
を入れておくと、その影響が顕著に現れそれが例
えば図示のKdとして現れる。そこで、今回の確
認位置で計算された当面航路Ｃに対して、針路補
正量計算部３２において次のような針路補正係数
を計算した上針路の補正量を計算する。この補正
係数αを、 α＝［｛λb・Kb／（Tb−Ta）｝＋｛λc・Kc／（Tc−Tb
）｝ ＋｛λd・Kd／（Td−Tc）｝＋｛λe・Ke／（Te−Td）
｝］／β と表わし、これを目標針路決定手段２４において
当面航路決定手段２３で決定された当面航路Ｃの
針路に乗じて、第６図の目標針路を矢符３３方向
に補正する。なお、λb，λc，λd，λeは、重み係
数で、その都度その大小が決定される。また、β
は予め設定された２や３などの数値中から選択さ
れる係数である。この場合、今回の確認位置に近
い方で一定の時間一定の顕著なずれ率が存在すれ
ば、これを重視した方が針路補正としてより良く
次の当面航路Ｃの針路に反映させることができる
ので、前記補正係数α中のその項の重み係数λを
他のそれより異ならせる。例えば、当面航路Ｃに
激しい潮流がないことが予め判つていれば、前記
補正係数αの中の潮流の項の重み係数λcを他の
それに比べて小さくし、逆に、同様の激しい潮流
のあることが判つていれば、それを大きくして、
その結果得られる補正係数αを採用する。また、
第７図中の各時間ごとのずれ率に顕著な変化がな
ければ、補正係数αとして、 α＝（Kb＋Kc＋Kd＋Ke） ／（Te−Ta） を採用すれば十分である。このようにして、当面
航路Ｃの針路は前回の当面航路Ｂを航行していた
ときに影響を受けた要素が反映されるので、針路
が矢符３３方向でありながら船舶は当面航路Ｃま
たはそれに近似した航路を辿ることができ、その
後の新たな当面航路の決定を頻繁に行なうといつ
たことが回避される。この針路の補正はたびたび
行なうのではなく、上述したように航路ずれ量が
ずれ量制限値を越える時に始めて行ない、また、
次の当面航路に基づく目標針路に対する補正も、
大きな転舵とならないよう補正量に制限を加えて
おく。このように目標針路補正を行なうことによ
り所定航路が初期計画航路より長くなつたり、座
礁回避航路計算をたびたび行なう必要がなくな
り、総じて最終目的地まで最短航路を辿ることが
できる。なお、航路のずれ量制限値の決め方は、
それを小さくするとしばしば航路計算のやり直し
や目標針路の補正を行なうことになつて転舵の回
数が増大し、推進エネルギーの損失が生じるが、
損失が生じないよう、また、大き過ぎて座礁の危
険を起さないように決められる。

以上の説明では大圏航法を行なう船舶に関して
述べたが、本考案は大圏航法を基準とした他の航
法、例えば、漸長緯度航法などによる航程線航法
または集成大圏航法により航海する船舶にも適用
できることはいうまでもない。また、海図を用い
ずレーダー画像を利用する場合も適用できる。

(ヘ) 考案の効果 本考案は以上詳細に説明したように、最短航路
計画手段と危険区域回避航路計画手段と当面航路
決定手段と針路補正手段と目標針路決定手段とを
有する船舶の自動航行装置としたので、船舶は外
乱によつて航路ずれが生じても目的地までの最短
航路を航海でき、しかも、座礁の危険を回避でき
安全な航海が自動的に行ないえる。したがつて、
最短航路を無駄な転舵をせずに航海でき、従来の
この種の操船に比較してより省エネルギーを達成
することができる。また、記憶された海図などの
情報に基づいて航路の変更や安全確認が自動的に
行なわれ、操船に関する省力化をより一層向上さ
せることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の船舶の自動航行装置の全体系統
図、第２図は設定航路に対する従来の実際の航程
を示す航路図、第３図は本考案の船舶の自動航行
装置の全体系統図、第４図は初期航路に対する当
面航路と船舶の航程を示す航路図、第５図は危険
区域回避航路の計算における航路図、第６図はず
れ率ならびに針路補正を示す航路図、第７図は履
歴を考慮したずれ率の計算要領を説明するずれ率
と時間の関係を示すグラフである。 ６……航海条件入力部、８……海図記憶部、１
０……オートパイロツト、１１……舵、１２……
船舶、２１……最短航路計画手段、２２……危険
区域回避航路計画手段、２３……当面航路決定手
段、２４……目標針路決定手段、２６……最短航
路計算部、２７……危険区域指定部、２８……危
険区域確認部、２９……危険区域回避航路計算
部、３０……針路補正手段、３１……ずれ率計算
部、３２……針路補正量計算部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 目標針路をとるようオートパイロツトを介して
   舵角を調整する船舶の自動航行装置において、 船舶の位置が所定航路より予め設定されたずれ
   量制限値を越えると、その位置より目的地までの
   新たな最短航路を計画するため、航海条件入力部
   と海図記憶部と最短航路計算部とで構成される最
   短航路計画手段と、 その計画された最短航路が危険区域を通過して
   いれば、危険区域を回避するように最短航路の計
   画を修正するため、危険区域指定部と危険区域確
   認部と危険区域回避航路計算部とで構成される危
   険区域回避航路計画手段と、 その危険区域回避航路を当面航路として前記所
   定航路と置き換える当面航路決定手段と、 船舶の位置が所定航路より予め設定されたずれ
   量制限値を越えていると、そのずれ率の履歴から
   針路補正量を決定し、前記所定航路の目標針路を
   補正するため、ずれ率計算部と針路補正量計算部
   とで構成される針路補正手段と、 上記当面航路と上記針路補正量により目標針路
   を決定する目標針路決定手段と、 を有することを特徴とする船舶の自動航行装置。