JPS61232993A - 自動操船装置 - 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） 本発明は、海図上に設定した予定航路に従って自動航行
させる自動操船装置に関し、特に設定航路を保持する操
船制御を行なう自動操船装置に関する。

（従来技術） 従来、大多数の船舶はオートパイロットとして知られた
自動操船装置によって航行している。即ち、海図上の予
定航路に基づいて出船の針路（方位）をオートパイロッ
トに設定してやると、この設定針路を常に保つように自
動操船が行なわれる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のオートパイロットにあっては、針
路を保持する機能はあるものの、予定航路に沿って船位
を保持する機能はなく、乗員が海図上で予定航路からの
ズレを求め、予定航路に戻るようにオートパイロットの
設定針路を決めるようにしている。

このため、領海パトロール、海難事故の救助活動、更に
は漁業水域での操業のように比較的複雑で且つ緻密な航
路設定を行なう場合、針路保持の機能しかもたない従来
のオートパイロットを使用することは困難であり、船位
位置に基づいた乗員の判断による操船に依存している。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、針路保持および船位保持の両方の機能をもたせる
ことにより予定航路に沿って正確に自動航行することの
のできる自動操船装置を提供することを目的とし、特に
変針点を結んだ直線で与えられる航路位置を保持するよ
うに自動操船する自動操船装置を提供することを目的と
する。

この目的を達成するため本発明にあっては、予定航路に
対する自船位置の航路誤差を逐次検出し、この航路誤差
から予定航路に向う修正針路を演算して操舵装置への指
令する。

この航路誤差に基づく航路の保持制御は、２つの変針点
を結んだ直線で与えられる制御線を目標値とする線制御
と、自船位置と次の変針点を結んだ直線で与えられる制
御線を目標値とする点制御とに分けられ、通常、変針点
に近づくまでは線制御を行ない、変針点からの所定距離
に接近したときに点制御に切換ることで予定航路を保持
する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示したブロック図でおる。

まず、構成を説明すると、１は船首方位を検出するジャ
イロコンパス、２は速力を検出する音波ログ、３はロラ
ンＣ方式等により船位を検出するロラン受信機、４は航
行衛星からの電波を受信して船位を検出する航行衛星受
信装置であり、これらによって自船の航行情報を検出す
ることができる。

ジャイロコンパス１、音波ログ２、ロラン受信、機３及
び航行衛星受信装置４の出力はコントロールユニット５
に与えられ、コントロールユニット５は自動操船をプロ
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り実現される機能は予定
航路設定部６、船位計算部７及び航路保持制御手段８に
分けられる。またコントロールユニット５には外部出力
装置としてカラーグラフィックディスプレイ９、データ
ディスプレイ１０及び警報表示器１１が接続される。

カラーグラフィックディスプレイ９はコントロールユニ
ット５による制御のもとに航行対象となる海図、縦軸横
軸等で示される緯度経度線、更に予定航路設定部６に設
定された複数の変針点を順次結んだ直線で与えられる予
定航路を画像表示する。又データディスプレイ１０には
カラーグラフィックディスプレイ９に表示した予定航路
にあける各変針点の位置データ、即ち緯度及び経度デー
タが数値表示され、更に船位データや速力、船首方位等
の数値データも表示される。

１２は自動操舵装置であり、コントロールユニット５か
ら与えられる設定針路に船首方向桟面くように舵取機１
３を駆動制御し、周知の様にＰＩＤ制御器１２ａ、ラダ
ーサーボ増幅器１２ｂ及びパワーユニット１２Ｃを備え
、ＰＩＤ制御器１２ａにはジャイロコンパス１で検出し
た船首方位とコントロールユニット５からの指令舵角と
の偏差が与えられ、またラダーサーボ増幅器１２ｂには
ＰＩＤ制御器１２ａからの命令舵角とパワーユニット１
２ｃによる実舵角との偏差が与えられる。

尚、１４は舵取機１３に従って操船される模式的に示し
た船体であり、この船体１４の動きがジャイロコンパス
１、音波ログ２、ロラン受信機３及び航行衛星受信装置
４の検出要素となる。

次に、コントロールユニット２の制御機能を詳細に説明
する。

まず予定航路設定部６による予定航路の設定は、航行予
定とする海域の海図をカラーグラフィックディスプレイ
９に表示させた状態でジョイスティックなどによるマー
カを画面上に移動させ、出発地点から目的地点に至る複
数の変針点をセットすると、各変針点を順次結んだ直線
として予定航路が設定され、この予定航路を与える緯度
と経度で成る船位データが作り出される。勿論、画面上
でのマーカの移動による変針点の設定によらず。外部か
ら変針点となる緯度及び経度を与える様にしても良い。

次に船位計算部７はロラン受信ｔａ３または航行衛星受
信装置４より与えられる船位と音波ログ２からの速力に
基づいて時々刻々と変化する緯度データと経度データで
なる船位を計算しており、通常はロラン受信機３による
船位と音波ログ２による速力とジャイロコンパス１によ
る船首方向で船位計算を行ない、航行衛星受信装置４の
検出船位によりロラン受信機３で演算された船位データ
を　。

修正する様になる。

更に航路保持制御手段８は、予定航路設定部６の予定航
路データと船位計算部７からの船位データに基づいて、
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
舵角を自動操舵装置１２に出力する。この航路保持制御
手段８による航路保持の原理を説明すると、次の様にな
る。

第２図は、航路保持制御手段８における線制御を示した
もので、予定航路１５は変針点ＡとＢを結んだ直線で与
えられる。この予定航路１５に沿って自船１６を自動的
の航行させるための航路保持は、航路誤差ΔＬや風、潮
流などによる外力Ｆがある時に、船首方位を予定航路１
５の航路方位θＯからずらして自船１６を予定航路１５
に戻る力を発生させることで行なう。この航路方位θ０
に対し、船首方位をずらす量を修正針路角Δθと定義す
る。

修正針路角Δθは外力Ｆに対して自船１６が流されない
様にするための成分Δθ１と、予定航路１５からはすれ
た時に予定航路１５へ引き戻すための成分Δθ２とに分
けることができる。

ここで自船１６に作用する外力Ｆの大きさは、航路誤差
△Ｌの変化量から推定することができる。

即ち、外力Ｆが大きければ航路誤差の変化量も大きくな
り、外力Ｆが小さければ航路誤差の変化量は少なくなる
関係にある。

一方、予定航路１５に引き戻す成分Δθ２は航路誤差Δ
Ｌに比例する。従って、航路誤差Δ９の変化量から推定
した外力Ｆに対して自船１６が流されない様にするため
の成分Δθ１と航路誤差Δに比例した予定航路１５から
はずれた時に予定航路１５へ引き戻すための成分Δθ２
とを計算することにより、航路をはずれた自船１６を予
定航路１５に戻す指令針路θｒを与えるための修正針路
角Δθを演算することができる。

尚、速力が大きい時には僅かな修正針路角であっても大
きな舵取力を発生することができるので、修正針路角Δ
θを求めるために使用する２つの成分Δθ１．Δθ２は
いずれも速力に反比例した値を取る様にしている。

以上が予定航路に沿って自船を自動的に航行さ　　　　
□せるための航路保持の制御機能であるが、ここで言う
予定航路とは第２図に示す様に前の変針点Ａと次の変針
点Ｂを結ぶ直線及びその延長線で与えられる船位位置を
目標値とした制御であることからこの制御を所謂線制御
と定義する。

この線制御にあっては、予定航路１５に自船１６を近付
ける機能をもつが、次の変針点Ｂに近付けるための機能
がないため、線制御によって次の変針点Ｂに近付いた時
には第３図に示す点制御に切換え、次の変針点Ｂに近付
ける様にする。

第３図の点制御は自船１６が次の変針点Ｂまでの到達時
間が一定時間、例えば３分に達した時に行なわれる。勿
論、変針点Ｂへの接近判別は変針点Ｂまでの距離が一定
距離に近付いたことで行なっても良い。

この点制御にあっては変針点Ｂへの接近を判別した時の
自船１６の現在位置と次の変針点Ｂとを結んだ破線で示
す針路を点制御の指令針路とし、この指令針路を保持す
るように現在位置から次の変針点Ｂへ自動航行する。

次に第１図の実施例による航路保持の制御を第４図のフ
ローチャートを参照して説明する。

まず自動航行に際してはブロック２０に示す様にカラー
グラフィックディスプレイ９に表示された海図を使用し
て予定航路を画面上で作成する。

この予定航路の作成でコントロールユニット５の予定航
路設定部６に予定航路変針点及び変針点を結ぶ予定航路
位置の緯度と経度データが設定され、カラーグラフィッ
クディスプレイ９に変針点を結んだ予定航路を画像表示
すると共にデータディスプレイ１０に変針点の緯度、経
度データを数値表示する。

予定航路の設定が終了すると、判別ブロック２１で自動
航行の開始の有無をチェックしており、乗員が自動航行
のためのスイッチ操作を行なうと、ブロック２２以降の
制御が行なわれる。尚、自動航行の開始は必ずしも予定
航路の最初の地点から開始させる必要はなく、任意の変
針点から予定航路に乗ることができる。この場合、最初
の変針点に至るまでは自動航行を開始した地点と最初の
変針点を結ぶ直線が新たな予定航路として設定される。

自動航行が開始されると、ブロック２２に示す様に第２
図に示した線制御に基づく航路保持が行なわれる。即ち
、予定航路１５に対する自船１６の航路誤差へ！を検出
し、更に航路誤差ΔＬの変化量から自船１６に作用する
外力Ｆを演算し、外力Ｆに対して自船１６が流されない
様にするための成分Δθ１を求める。同時に航路誤差Δ
乏に比例した自船を航路に引き戻す成分Δθ２を求め両
成分の合成で修正針路角へ〇を求め、予定航路１５で与
えられる航路方位θ０を修正針路角△θで修正し、予定
航路１５へ戻るための指令針路θｒを自動操舵装置に与
えて舵取制御させる。このブロック２２の線制御は一定
のタイムサイクル、例えば４分毎に実行され、線制御に
よる針路修正が終了すると、次の判別ブロック２３で変
針点接近ラインの通過をチェックし、次の変針点までの
到達時間が３分以上であれば、再びブロック２２に戻っ
て線制御による航路保持の制御指令を行なう。

尚、変針点接近ラインは、（速力）×（３分）で与えら
れている。

次の変針点への到達時間が３分に達すると、判別ブロッ
ク２３で変針点接近ライン通過が判別され、ブロック２
４に進んで変針点接近警報を出力する。この変針点接近
警報により乗員は自動航行により次の変針点に近付いた
ことを知ることができる。

変針点接近警報が済むと、ブロック２５に進み点制御ま
たは線制御による航路保持が行なわれる。

ブロック２４で変針点接近警報が出された時には、通常
第３図に示した自船１６の現在位置と次の変針点Ｂを結
んだ直線で与えられる指令針路をとる点制御が行なわれ
るのであるが、変針点接近警報が出た時の航路誤差が小
さい時には特に点制御に切換える必要はないため、点制
御を行なうための指令針路に対する予定航路１５とのズ
レ角Δθが１０°以内の時は点制御に切換えず、線制御
を継続して変針点へ向かう様にしている。

判別ブロック２６では変針点への到達をチェックしてお
り、更に次の判別ブロック２７でブロック２４で出力し
た変針点接近警報が乗員により確認されたか否かをチェ
ックし、変針点接近警報が確認されて始めてブロック２
９の自動変針制御を行なう様にしている。従って、乗員
が気がつかない内に変針点の通過で航路変更が行なわれ
てしまうことはない。判別ブロック２７で接近警報の確
認が済むと、続いて判別ブロック２８で目的地か否かを
チェックし、目的地でなければブロック２９に進んで変
針点通過に伴う新たな予定航路への自動変針を行ない、
再びブロック２２に戻って新たな予定航路に沿った自動
航行のための線制御に入る。

一方、判別ブロック２゛７で接近警報が確認されなかっ
たり、あるいは判別ブロック２８で目的地への到達が判
別された時には、ブロック３ｏに進んで自動航行不能警
報を出力し、次のブロック３１で自動航行を止め、変針
を行なわずに直進状態を保ったまま手動操作に戻す。

尚、自動航行を開始した時には、いずれの制御状態にお
っても乗員の判断により自動航行を解除して手動操作に
戻すことができる。また、第４図のフローチャートでは
変針点接近以前には必ず線制御で航路保持をしているが
、この場合にも線制御と点制御を、例えば予定航路に対
する航路誤差の大きざに応じて切換える様にしても良い
。

更に第１図の実施例ではカラーグラフィックディスプレ
イ９に海図と予定航路を表示する様にしていたが、この
他にレーダ装置から得られたレーダ映像を重ね合わせ表
示しても良く、更にレーダ映像と共に衝突予防装置のシ
ンボル情報も表示し、自動操船装置と衝突予防装置の連
携で予定航路上に接近する危険船の自動回避を行なわせ
る様にしても良い。

（発明の効果） 以上説明してきた様に本発明によれば、予定航路に対す
る自船位置の航路誤差を逐次検出し、この航路誤差を予
定航路若しくは次の変針点に向かう修正針路角を演算し
て操舵装置を制御駆動する様にしたため、予め設定した
予定航路に沿って正確に自動航行することができ、領海
パトロール、海難事故の救難活動めるいは漁業水域での
操業の様に複雑で且つ緻密な航路設定が行なわれた場合
にも、予定航路に沿った正確な総給が自動的に行なわれ
、乗員の負担を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置構成を示したブロック図、第２図
は本発明による線制御を示した説明図、第３図は本発明
による点制御を示した説明図、第４図は第１図の実施例
による航路保持制御を示したフローチャートである。 １：ジャイロコンパス ２：音波ログ ３：ロラン受信機 ４：航行衛星受信装置 ５：コントロールユニット ６：予定航路設定部 ７：船イ立計算部 ８：航路保持制御部 ９：カラーグラフィックディスプレイ １０：データディスプレイ １１：警報表示器 １２：自動操舵装置 １２ａ：ＰＩＤ制御器 １２ｂ：ラダーサーボ増幅器 １２Ｃ：パワーユニット １３：舵取機 １４：船体 １５：予定航路 １６：自船 Ａ、Ｂ：変針点

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）緯度と経度で与えられる複数の変針点を結んだ予
   定航路を設定する予定航路設定手段と、自船位置を検出
   する船位検出手段と、前記予定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予定航路または次
   の変針点へ向かう修正針路を演算して操舵装置へ指令す
   る航路保持制御手段とを備えたことを特徴とする自動操
   船装置。
2. （２）前記航路保持制御手段は、２つの変針点を結んだ
   直線で与えられる制御線を制御目標として修正針路角を
   演算する線制御手段を備えたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の自動操船装置。
3. （３）前記航路保持手段は、自船位置と次の変針点を結
   んだ直線で与えられる制御線を目標値として修正針路角
   を演算する点制御手段を備えたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の自動操船装置。
4. （４）前記航路保持制御手段は、次の変針点の所定距離
   に接近したことを判別して線制御から点制御に切換する
   制御方式切換手段を備えた特許請求の範囲第１項記載の
   自動操船装置。