JPH01321385A - 大型移動物体の運動状態監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 りを持った移動物体では、運行の際に旋回時の障害物回
避の状況や、衝突防止のための回避動作の適否状況や、
接岸時の全体での移動状況等を把握することが重要であ
るが、それらの監視を人の感や限られた人員での点検だ
けに頼って行なうのは危険である。本装置はこの種の大
型移動物体の旋回時等の移動物体の前後部や接続部の対
地および相対的な関係位置と運動状況を直感的に判断し
易い形状で常時監視する手段を提供することにより、従
来は人の感等を頼りにして判断していた部分に、ストロ
ボ写真に似たグラフィック表示等によって情況判断のた
めの援助手段を与えようとするものである。

ディファレンシャル型のＧＰＳ受信機を利用することに
より、大型の船舶でも１０ｃｍ程度の相対位置精度が常
時得られるので、大型移動物体の運動状態の監視手段と
して充分に有効である。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕ＧＰＳ受
信機を船首と後尾に置いて船首と後尾の位置、速度を表
示しようとする装置はあるが、一般型ＧＰＳ受信機の持
つ精度では相互間の関係を適切に表示するには不充分で
あり、また船首に対する後尾の運動状態を直感的に監視
し易い表示が行なわれているとは言えないので、この発
明はこうした表示を改善することを課題とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、先頭部には一般型ＧＰＳ受信機、後尾や接続
部にはディファレンシャル型Ｇ　Ｐ　Ｓ　受Ｍ機を置く
ことにより、相対位置の精度を格段に高める手段と、直
北位と先頭部を固定し、後尾や接続部の先頭部に対する
相対位置をベクトル的に表示する手段と、それらのベク
トル表示を一定時間間隔で、その回の表示と有限回前ま
でのものまでを互に識別し易い線種や色で表示すること
により、ストロボ写真的な感覚で先頭部に対する全体の
相対位置と運動状態を表示する手段を提供することによ
り、大きな拡りを持つ移動物体の運動状態を直感的に監
視し易くした。

また相対位置を得るためだけの簡易型のディファレンン
ヤルＧＰＳ受信機を提供することにより、上記の装置を
構成し易くした。

〔実施例〕

以下に、図面を参照して、本発明の実施例に就いて説明
する。

第１図−Ａと第１図−Ｂに、本装置を一般の船舶に使っ
た場合の表示の具体例、第１図−Ｃと第１図−〇に、本
装置をトレーラに使った場合の表示の具体例を示す。

第１図−Ａでは、同心円の中心０が船首部に置いたアン
テナ位置、その直上方向が直北位に対応する。同心円の
半径に対応した表示上の数字：４０／２００、２０／１
００．１０１５０等は、同心円の中心からのベクトル表
示の大きさを表す数字で、例えば２０／　１００は、速
度ベクトルなら２０ｋｔ％相対位置ベクトルなら　１０
０ｍ−の大きさに対応した半径の大きさを意味し、同心
円の中心から放射状に引いた線と、その先端部にある数
字：Ｏ’、３０°、６０°、・・・、３３０°は直北位
からの方位角を意味する。

これらの同心円と放射状の線は、船速ベクトルや船尾の
船首に対する相対位置ベクトルの大きさと方向を直読で
きるようにするための目盛線である。第１図−Ａ以外の
表示にも第１図−Ａと同様−な目盛線が実際には入るが
、繁雑さを避けるため、第１図−Ａ以外の表示例には目
盛線を入れてない。

第１図−Ａ、−８で、ａ　Ｏ、ａ　ｌ　、　ａ　２は船
首部の対地速度を表すベクトルＯａ’、　Ｏａ’、　Ｏ
ａ”の先端：現在時点のものａｏ、１回前（Δ（秒前）
のものａｌ。

２回前のもの（２＊Δ【秒前）のものａ２までを示した
もので、それらのベクトルとと先端を順次に継いだベク
トルａ　２　ａ　ｌ　、　ａ　ｌ　ａ　Ｏの艷方が、互
に識別可能な線種で表示されている。

ｂＯ，ｂｌ、　ｂｌは船尾部の相対位置を表すベクトル
ｏｂ’、　ｏｂ皿、ｏｂ２の先端：現在時点のものｂｏ
、１回前のものｂｌ、２回前のものｂｌまでを示したも
ので、それらのベクトルと先端を順次に継いだベクトル
ｂ２ｂ−１，ｂｌｂＯの焚方が、互に識別可能な線種で
表示されている。これらのベクトル表示は現在のものが
実線、１回前のものがｌドツト間隔の破線、２回前のも
のが２ドツト間隔の破線というように、現在のものが一
番はっきり出るような線種で表示され、有限回（ここの
例では３回）以前のものは消滅するようにしである。

第１図−Ｂは、船首部のアンテナ位置Ｏと船尾部のアン
テナ位置ｂ０が決まれば明確に図形化できる現在位置で
の船体の輪郭までを表示に出すようにした具体例である
。

第１図−〇と第１図−りで、ａ　Ｏ、ａ　ｌ　、　ａ　
２とｂＯ２ｂ１．　ｂｌは第１図−八と第１図−Ｂの船
首部と船尾部に対応するトレーラの先頭部と接続部の速
度ベクトルと相対位置ベクトルの先端を意味し、ｃｏ。

ＣＩ、ｃ２は接続と被牽引車の後尾を結ぶベクトルｂＯ
ｃ　Ｏ、ｂｌ　ｃ　ｌ　、　ｂｌ　ｃ　２の先端：現在
時点のもの００．１回前のものｃ　Ｉ　、　２回前のも
の０２までを示したもので、それらのベクトルと先端を
順次に継いだベクトルＣ”Ｃ’、　Ｃ’Ｃ０の！方も、
互に識別可能な線種で表示されている。

第２図−Ａと第２図−Ｂは本発明の船舶運動状態監視装
置の構成例で、両図で同番号の構成要素は同じものであ
る。同図で１は船首部に置いた一般型のＧＰＳ受信機で
あるマスタ受信局２の受信アンテナ、３は船尾部に置い
たマスタ受信局からの相対位置を得るためのディファレ
ンシャル型のＧＰＳ受信機であるスレーブ受信局の受信
アンテナ、５はマスタ受信局がＧＰＳ時計での時間ｔに
そこでの一般型のＧＰＳ受信機が位置測定に使った４個
までは３個の衛星のアンテナｌの位置での地平座標系（
直東がｙ軸、直北がｙ軸、天頂がＺ軸）に対する方向余
弦：Ｑ、、　ｍＨ，ｎ；（ｉ＝　Ｏｌｌ、２．３または
１＝０、ｌ、２）をマスタ受信局で算出し、それらを時
間りと衛星番号ｉと疑似レンジｐｒｉと共にスレーブ受
信局へ伝送するための通信線、６はマスタ受信局がそこ
での一般型のＧＰＳ受信機によってＧＰＳ時計での時間
ｔに得た対地座標（緯度、経度、高度）と対地速度と進
行方位を制御部８に伝え、制御部から測定動作の選択に
必要な制御信号を受取るための通信線、７はスレーブ受
信局がそこでのディファレンシャル型のＧＰＳ受信機と
、通信路５を介して得たマスタ局からの情報とによって
得たマスタ受信局のアンテナｌからの相対位置（マスタ
局アンテナ位置ｌでの地平座標系での座標値（ｘ、　ｙ
、　ｚまたはｘ、　ｙ）を制御器８に伝え、制御器から
測定動作の選択に必要な制御信号を受取るための通信線
、８は前述した６、７からのマス夕受信局位置での対地
座標、対地速度とスレーブ受信局位置でのマスタ受信局
のアンテナｌに対する相対座標を現在時間ｔに得る度に
、対地座−標や対地速度を地図型表示上にプロットする
ためのデータ地理と、その回から有限回（ｎ回）前まで
の対地速度と進行方向や相対座標を記憶させて、その回
とその回からｎ回前までの分を第１図に示したような図
形で表示さすためのデータ処理を行い、またマスタ受信
局とスレーブ受信局での測定選択動作を制御するための
制御信号を発生さすための制御部、９は８の制御部から
得た図形データによって地図型の表示上に航跡をプロッ
トしたり、第１図に示したようなベクトル型の速度表示
と相対位置ベクトル表示を行うための表示器である。

前述した制御部８での動作中に述べた、　°“その回か
らｎ［１ｌｉｌ前までの対地ベクトル（対地速度と進行
方位の意味）や相対座標を記憶させて、その回とその回
からｎ回までの分″゛を表示部に出力する動作は、以下
に述べる手段で実現できる。

第３図で、アドレスと書いた０からｎ−１までの数字を
囲んだｎ個の枠は、ｎ回分までのデータを格納できる容
量を持つ記憶器、その上に・と＾で示したのが入力ポイ
ンタの移動方向を示す。これらｎ個分のデータを収容で
きる記憶器は最初は帰零されているものとし、データを
入れる場所（入力ポインタ）を最初は０とする。そして
１回データを入れる度に入力ポインタに１を加える（１
つ右にシフトさす）が、ｎ−１まで行ったら次は０に戻
す。このようにするとその回からｎ回前までのデータは
アドレス二〇からｎ−１までのどこかに入り、それ以萌
のデータは順次新しいデータに入れ換ることになる。一
方この記憶器から出力するときの出口（出力ポインタ）
は、その時の入力ポインタの一つ手前（左）の位置から
始めて、■データを出力する度に出力ポインタから１を
引＜　　（１つ左にシフトさす）が、Ｏまで行ったら次
はｎ−１に変え、始めた時のポインタ位置に来た所で出
力を止めれば、その回から始めてｎ回前までのデータを
順々に全部取出すことができる。

マスタ受信局は一般型のＧＰＳ受信機なので、そこで行
なわれる対地座標と対地速度を得るための処理について
は特に述べる必要はないが、スレーブ受信局へ送るため
の゛マスタ受信局のアンテナ位置１での地平座標系での
衛星ｉの方向余弦＝Ｑｅ１．　ｍｅｌ、　ｎｅｌ”を得
るための演算処理を追加する必要がある。

それらの値は、他心直交座標系で得た衛星ｉの座標値（
ｕｌ、　Ｖｉ、　ｚ４）を、マスタ受信局で得たアンテ
ナｌの地心極座標系での座標値（緯度ＱＬ、経度Ｑｇ、
高度ｈｔ）を使って、その位置での地平座標系（直東が
ｙ軸、直北がｙ軸、天頂が２軸、アンテナｌの場所が原
点）に座標変換した座標値（Ｘｉ＋Ｙｉ、　ｚｉ）を求
めれば、次式（１）、（２）によって得られる。

ｄｌ＝　５ｑｒｔ（ｘｌ”＋　ｙ％＋ｚ１”）　　　　
　　　　　（２）上式の演算処理を追加することで得た
それらのデータは、それを得たＧＰＳ時計での時間りと
衛星番号ｉと衛星監に対するＧＰＳ時計での時間ｔでの
疑似レンジｐｒｉと共に通信線５を介してスレーブ受信
局へ送られる。

スレーブ受信局では、そこでのディファレンシャル型Ｇ
ＰＳ受信機によってＧＰＳ時計での時間に得た４個また
は３個の衛星ｉの疑似レンジｐｒｉと、前述のマスタ受
信機から得た同じ時間りでの方向余弦Ｑｅ、、　ｍｅ；
、　ｎｅｉと疑似レンジＩ）ｒｉとから、以下の演算処
理によって、マスタ受信局のアンテナｌの位置の地平座
標系でのスレーブ局のアンテナ３の座標値（Ｘ、　ｙ、
　ｚ）を求めることができる。

第４図でＭ（０，０，０）はマスタ受信局アンテナ１、
Ｓ（ｘ、　ｙ、　ｚ）はスレーブ受信局アンテナ２．５
ｉ（ｘｌ、ｙｌ、Ｚｌ）は衛星ｉの位置を示し、ｄはＭ
−８間の距離＝　５ｑｒｔ（ｘ”＋　ｙ”＋　７２）、
θｉは線分ＭＳと線分ＭＳｉの間の夾角、Ｑｅ、、　ｍ
ｅｌ、ｎｅｉは線分ＭＳｉのＭ（０，Ｏ，Ｏ）位置の地
平座標系での方向余弦、Ｑｅ、　ｍｅ、　ｎｅは線分Ｍ
Ｓの同じ地平座標系での方向余弦とする。大型船の場合
でもｄは数百メートル以下なのに、ＭＳは２０　、００
０ｋｍ程度の大きな値なので、ＭＳとＳＳｉは平行であ
ると見做ことができる。従って、第４図から分かる如く
、線分ＭＳ４と線分ＳＳｉとの差は、ｄ＊ｃｏｓθｉに
ほぼ等しい。一方Ｍ点で得た疑似レンジｐｒｉ　　は線
分ＭＳｉにＧＰＳ時計とマスタ受信局時計の間の時間オ
フセット（秒）に光速を乗じた値Ｂを加えたものと等価
であり、５点で得た疑似レンジｐｒｉ’は線分５Ｓｉ４
．：ＧＰＳ時計とマスタ受信局時計の間の時間オフセッ
ト（秒）に光速を乗じた値Ｂ゛を加えたものと等価であ
る。そのこきは４個または３個の衛星Ｓｉのいずれに対
しても成り立つので、ｐｒｉ−ｐｒｉ’（ｉ＝ｏ、　　
ｌ　、　２．３またはｉ−０，１，２）に対して次式が
得られる。

ｐｒｙ　−ｐｒｉ’　−ｄ＊　ｃｏｓθｉ＋（Ｂ　−Ｂ
’）　　　　（３）Ｂ、Ｂ″は、時間【が同じなら同一
の値と見做すことができる。

（３）式を、ｉの値の違う式同志で引算することにより
、（Ｂ−Ｂ’）を消去した３個または２個の式に直すこ
とができる。即ち、 上式の右辺は疑似レンジの測定値の間の加、減算によっ
て得られる常数値なので、それらをｋ　ｌ　！　＋ｋ１
３＋　ｋ１４で表し、ｃｏｓθｉを前述した方向余弦を
使って ｃｏｓθ４＝ＱｅＨ＊（ｌｅ＋ｏ＋ｅ３）ｋｎ＋ｅ＋Ｈ
３＊ｎｅ−ａｅｉ＊　−＋　ｍｅｉ＊　−＋　ｎｅｉ＊
　、３　　（５）ｄ　　　　　ｄ のように変形すれば、（４）式を次のように書直すこと
ができる。

Ｑｅ、、　ｍｅｎ、　ｎｅｔはマスタ受信局での演算に
より数値的に得られているので、（６）式はスレーブ受
信局アンテナ２の、マスタ受信局アンテナｌの地平座標
系での座標値（ｘ、　ｙ、　ｚ）に関する３個の方程式
となり、ｘ、　ｙ、　ｚに関して容易に解くことができ
る。アンテナｌに対するアンテナ２の高度差が一般には
一定と考えられるので、２は既知の一定値となり、（６
）式の内の２つだけでＸＩＹを解くことができる。とい
うことは、３個の衛星Ｓ１だけで相対座標値（ｘ、　ｙ
）が得られる。

スレーブ受信局でなければできない機能は衛星ｉの疑似
レンジｐｒｉ″を得ることだけである。それ故、この機
能だけを残し、他を全部マスタ受信側に移し、＠２図の
通信線５の向きを逆にして、スレーブ側からマスタ側へ
ｐｒｉ’と衛星番号ｉと時間もの情報を送るようにして
もよい。そうすれば、スレーブ受信局は演算機能を持た
なくともよいので構成が簡単となり、マスタ受信局は元
々演算機能を持っているので、全体の構成を非常に簡素
化できる。

第１図の表示例は直北位を固定したノース・アップ型の
表示になっているが、進行方向ベクトルＯａ”または現
在位置の相対位置ベクトルｂ″０と直北ＯＮの間の角度
差だけ表示全体を０の周りに反対向きに回転した表示に
して、それにＯＮの方位ベクトル表示を追加したコース
・アップ型の表示にすることもでき、また両方の表示を
切換操作で選択するようにもできる。

〔発明の効果〕

一般船舶や大型トレーラのような可成りの拡がりのある
移動物体の運動状態を直感的に判断し易いストロボ写真
に近い形状での正確なベクタ表示による速度と先頭に対
する後尾や接続部の相対位置の監視手段が、比較的簡単
な構成の装置によって得られるので、実用に供して有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図−八％Ｂ、Ｃ，Ｄは本発明による大型移動物体の
運動状態監視装置の表示出力の具体例、第２図−Ａ、Ｂ
は、本装置の構成図、第３図は現在からｎ回前までのデ
ータを記憶し表示に出力するためのデータ記憶器の説明
図、第４図はマスター受信局から数百メートル以内にあ
るスレーブ受信局の相対座標値と疑似レンジの間の関係
を示す説明図である。 図面のルー苦く内容（二変更なし） 坩１画−Ａ　　　　　　　　　第１図−Ｂ半１０−Ｃ々
１図−〇 半２０−Ａ 第３図 第２ローＢ 々　４　ロ Ｓｊ　（ｘｒ　Ｉ　ｙｉ　Ｔ　ＺＬ） しｅ、ｍｅ、ｎｅ 手　続　補　正　書（方式） 昭和６３年ｌＯ月２４１日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕一般の船舶や大型トレーラのように可成りの拡り
   を持った移動物体の運動状態を監視する装置に於いて、
   （１）２台以上のＧＰＳ受信装置（内１台は一般型の対
   地位置と対地速度を得るためので、他は前者に付属する
   アンテナ１から相対位置だけを得るためのディファレン
   シャル型受信装置である）を持ち、アンテナ１を移動物
   体の先頭に近い部分に置き、他のディファレンシャル型
   受信装置に付属するアンテナを後尾または接続部に近い
   部分に置く手段と、（２）後者のディファレンシャル型
   ＧＰＳ受信機から得た、アンテナ１からの相対位置また
   は、それらにアンテナ設置位置と実際の先頭や後尾との
   差異（定数）を補正した、移動物体の先頭から後尾まで
   の、または接続部から次の接続部または後尾までの相対
   位置に対応したベクトルまたはそれに対応した図形を、
   直北位の方向を固定した画面の中央部に近い所にアンテ
   ナ１の位置を固定して表示する手段と、（３）前項で述
   べたベクトルまたはそれに対応した図形を短い一定時間
   間隔で、その回の表示と有限回前までのものまでをその
   回のベクトルと前回のベクトル等を互に識別し易い線種
   またはカラーで、古い回のもの程疎い線種か薄い色にす
   る等の配慮を加えて、表示する手段と、（４）前項に述
   べたベクトルの端点の内で、アンテナ１に対応した端点
   以外のものに就いて、その端点のその回の位置と前回の
   位置、また前回の位置と前々回の位置等を結ぶベクトル
   をも、互に識別し易い線種またはカラーで表示する手段
   と、（５）アンテナ１の対地速度ベクトル（大きさと方
   向を持つ）をアンテナ１に対応する図形部分に併記する
   手段と、（６）以上の表示対象をアンテナ１の付属する
   一般型受信機から得た対地位置のマップ表示と併記また
   はウィンドウ式に表示する手段とを持つことにより、大
   型移動物体の先頭と後尾および接続部の形状と移動速度
   や尻振り速度等を監視できることを特徴とする、大型移
   動物体の運動状態監視装置。 〔２〕マスタ受信局からの相対位置だけを得るためのＧ
   ＰＳ受信装置に於いて、（１）一般型のＧＰＳ受信機で
   あるマスタ局から、位置測定に使った３個または４個の
   衛星ｉに対するマスタ局からの視線方向の方向余弦をマ
   スタ局位置での地平座標系で求めたもの：ｌ＿ｉ、ｍ＿
   ｉ、ｎ＿ｉと疑似レンジ：ｐｒｍ＿ｉとそれらを得たと
   きのＧＰＳ時計での時間ｔとを、何等かの通信手段でス
   レーブ受信局に伝送する手段と、（２）スレーブ受信局
   では、マスタ局からの情報で知ったｉ局のＧＰＳ時計で
   の時間ｔでの疑似レンジ：ｐｒｓ＿ｉを得る手段と、（
   ３）マスタ局とスレーブ局の距離がマスタ局から各衛星
   までの距離に較べて充分に小さいため、両局から見た視
   線方向の同じ座標系での方向余弦は全く一致するものと
   見做し、一方マスタ局位置での地平座標系でのスレーブ
   局の位置（ｘ、ｙ、ｚ）を未知数として、マスタ局で得
   た疑似レンジｐｒｍ＿ｉと、スレーブ局で得た疑似レン
   ジｐｒｓ＿ｉとの差を、マスタ局からスレーブ局との交
   角のｃｏｓにマスタ局からスレーブ局への距離を掛けた
   ものに、時計オフセットの差（ｂｍ−ｂｓ）と光速との
   積を加えたものと等置することにより、スレーブ局の相
   対位置（ｘ、ｙ、ｚ）とマスタ局の時計オフセットｂｍ
   とスレーブ局の時計オフセットｂｓとの差ｂｍ−ｂｓの
   ４個の未知数（マスタ局とスレーブ局の高度差が一定な
   ら３個の未知数になる）に関する方程式を得る手段と、
   （４）それらの方程式同志を引算してｂｍ−ｂｓの項を
   除去した３個（または２個）の方程式にして、スレーブ
   受信機の相対座標（ｘ、ｙ、ｚ）（またはｘ、ｙ）の未
   知数に関して解く手段とを持つことを特徴とする相対位
   置を得るためのＧＰＳ受信装置。