(57)【要約】      （修正有）【課題】海洋船舶において、自律又は半自律船舶制御に用いるための近接感知システムを提供する、近接感知システム及び方法を提供する。【解決手段】近接センサシステムは、それぞれ海洋船舶上のセンサの場所にあり、物体の近接を測定し、近接測定値を生成するように構成された、１つ以上の近接センサを含む。プロセッサは、海洋船舶のナビゲーションポイントに対する海洋船舶の二次元船舶輪郭を記憶し、海洋船舶上の１つ以上の近接センサにより測定された近接測定値を受信し、正のＸ方向、負のＸ方向、正のＹ方向、及び負のＹ方向のそれぞれの１つの最も近い近接測定値を含む二次元船舶輪郭までの４つの直線的に最も近い近接測定値を特定するように構成される。プロセッサは、次いで、４つの直線的に最も近い近接測定値を特定する最重要物体（ＭＩＯ）データセットを生成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋船舶上の近接センサシステムであって、
それぞれ前記海洋船舶上のセンサの場所にあり、物体の近接を測定し、近接測定値を生成するように構成された、１つ以上の近接センサと、
前記海洋船舶のナビゲーションポイントに対する前記海洋船舶の二次元船舶輪郭を記憶するメモリと、
プロセッサと、
を備え、前記プロセッサが、
前記海洋船舶上の１つ以上の前記近接センサにより測定された近接測定値を受信し、
前記二次元船舶輪郭に基づいて、正のＸ方向、負のＸ方向、正のＹ方向、及び負のＹ方向のそれぞれの１つの最も近い近接測定値を含む、４つの直線的に最も近い近接測定値を特定し、
前記４つの直線的に最も近い近接測定値を特定する最重要物体（ＭＩＯ）データセットを生成する、
ように構成される、システム。
【請求項２】
それぞれ前記海洋船舶上の異なる場所にあり、前記海洋船舶の周りの異なる領域をイメージングする、２つ以上の近接センサをさらに備え、
前記プロセッサがさらに、前記４つの直線的に最も近い近接測定値を特定する前に、前記近接測定値を前記海洋船舶の前記ナビゲーションポイントに対する共通の基準系に変換するように構成される、請求項１に記載の近接センサシステム。
【請求項３】
前記二次元船舶輪郭が、前記海洋船舶の前記ナビゲーションポイントに対して定義されるデカルトポイントの組である、請求項１に記載の近接センサシステム。
【請求項４】
前記プロセッサがさらに、
前記二次元船舶輪郭の最小及び最大Ｘ値に基づく横関心領域を定義し、
前記二次元船舶輪郭の最小及び最大Ｙ値に基づく船首／船尾関心領域を定義し、
前記直線的に最も近い近接測定値を特定する前に、前記横関心領域及び前記船首／船尾関心領域のうちの少なくとも一方の内部にない近接測定値を除外する、
ように構成される、請求項１に記載の近接センサシステム。
【請求項５】
前記プロセッサがさらに、前記近接測定値のうちの１つと二次元船舶輪郭の右舷側部の交点との間の最小の正のヨー角度及び前記近接測定値のうちの１つと前記二次元船舶輪郭の左舷側部の交点との間の最小の負のヨー角度を含む、前記二次元船舶輪郭までの２つの回転方向に最も近い近接測定値を特定するように構成され、
前記最重要物体（ＭＩＯ）データセットが、前記最小の正のヨー角度及び最小の負のヨー角度をさらに含む、
請求項１に記載の近接センサシステム。
【請求項６】
前記メモリが、第１の二次元船舶輪郭よりも喫水線により近い前記海洋船舶の断面を表す、前記ナビゲーションポイントに対する前記海洋船舶の少なくとも第２の二次元船舶輪郭を記憶し、
前記プロセッサがさらに、
少なくとも前記近接測定値の最も近いサブセットに関する物体の高さを特定し、
前記それぞれの物体の高さに基づいて前記近接測定値の最も近いサブセットのそれぞれに関する適切な二次元船舶輪郭を決定し、
前記それぞれに関する適切な二次元船舶輪郭に基づいて前記４つの直線的に最も近い近接測定値を特定する、
ように構成される、請求項１に記載の近接センサシステム。
【請求項７】
海洋船舶上の近接センサシステムを動作させる方法であって、
前記海洋船舶のナビゲーションポイントに対する前記海洋船舶の二次元船舶輪郭を定義することと、
前記海洋船舶の前記二次元船舶輪郭をプロセッサにアクセス可能なメモリに記憶することと、
前記プロセッサで、前記海洋船舶上の１つ以上の近接センサにより測定された近接測定値を受信することと、
前記プロセッサで、前記近接測定値を前記海洋船舶の前記ナビゲーションポイントに対する共通の基準系に変換することと、
前記プロセッサで、正のＸ方向、負のＸ方向、正のＹ方向、及び負のＹ方向のそれぞれの１つの最も近い近接測定値を含む、前記二次元船舶輪郭までの４つの直線的に最も近い近接測定値を特定することと、
前記プロセッサで、前記４つの直線的に最も近い近接測定値を特定する最重要物体（ＭＩＯ）データセットを生成することと、
を含む、方法。
【請求項８】
前記二次元船舶輪郭が、前記海洋船舶の前記ナビゲーションポイントに対して定義されるポイントの組である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記二次元船舶輪郭が、前方ポイント、右舷コーナーポイント、左舷コーナーポイント、右舷後方ポイント、及び左舷後方ポイントを含む、前記ナビゲーションポイントに対して定義される、五角形をなすデカルトポイントを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記プロセッサで、前記二次元船舶輪郭の最小及び最大Ｘ値に基づく横関心領域を定義することと、
前記プロセッサで、前記二次元船舶輪郭の最小及び最大Ｙ値に基づく船首／船尾関心領域を定義することと、
前記直線的に最も近い近接測定値を特定する前に、前記横関心領域及び前記船首／船尾関心領域のうちの少なくとも一方の内部にない近接測定値を除外することと、
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記プロセッサで、前記近接測定値のうちの１つと前記二次元船舶輪郭の右舷側部の交点との間の最小の正のヨー角度及び前記近接測定値のうちの１つと前記二次元船舶輪郭の左舷側部の交点との間の最小の負のヨー角度を含む、前記二次元船舶輪郭までの２つの回転方向に最も近い近接測定値を特定することをさらに含み、
前記最重要物体（ＭＩＯ）データセットが、前記最小の正のヨー角度及び最小の負のヨー角度をさらに含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記プロセッサで、前記ナビゲーションポイントと前記二次元船舶輪郭の前方ポイントとの間の半径を有する円として外側ヨー円を定義することと、
前記プロセッサで、前記２つの回転方向に最も近い近接測定値を特定するべくヨー角度を計算する前に前記外側ヨー円内にない近接測定値を除外することと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記プロセッサで、外側ヨー円内の各近接測定値と前記二次元船舶輪郭上のそれぞれの交点との間の少なくとも１つのヨー経路を計算することと、
前記プロセッサで、前記外側ヨー円内の各近接測定値に関する前記それぞれのヨー経路に基づいて正のヨー角度又は負のヨー角度を計算することと、
前記プロセッサで、前記正のヨー角度のうちの最小の角度として前記最小の正のヨー角度を特定し、前記負のヨー角度のうちの最小の角度として前記最小の負のヨー角度を特定することと、
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記二次元船舶輪郭が、前記前方ポイント、右舷コーナーポイント、左舷コーナーポイント、右舷後方ポイント、及び左舷後方ポイントを含む、前記ナビゲーションポイントに対して定義される、五角形をなすデカルトポイントを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記プロセッサで、前記ナビゲーションポイントと前記二次元船舶輪郭のコーナーポイントとの間の半径を有する円として内側ヨー円を定義することと、
前記プロセッサで、前記前方ポイント及び前記右舷コーナーポイントと交わる右舷船首ライン、並びに、前記前方ポイント及び前記右舷コーナーポイントと交わる左舷船首ラインを定義することと、
前記外側ヨー円と前記内側ヨー円との間の各近接測定値に関して、
前記プロセッサで、前記ナビゲーションポイントと前記近接測定値との間の半径を有する近接測定値円を定義することと、
前記プロセッサで、前記近接測定値円が前記右舷船首ラインと交わる右舷交点及び前記近接測定値円が前記左舷船首ラインと交わる左舷交点のうちの少なくとも１つを定めるすることと、
前記プロセッサで、前記右舷交点に基づく前記正のヨー角度及び前記左舷交点に基づく前記負のヨー角度を定めることと、
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記右舷交点を定めることが、
前記近接測定値円と前記右舷船首ラインとの第１の交点及び第２の交点を含む２つの交点を定めることと、
前記ナビゲーションポイントと前記前方ポイントとの間のゼロラインを定義することと、
前記ナビゲーションポイントと前記第１の交点との間の第１のラインを定義し、前記ゼロラインと前記第１のラインとの間の第１の角度を定めることと、
前記ナビゲーションポイントと前記第２の交点との間の第２のラインを定義し、前記ゼロラインと前記第２のラインとの間の第２の角度を定めることと、
前記ナビゲーションポイントと前記右舷コーナーポイントとの間の第３のラインを定義し、前記ゼロラインと前記第３のラインとの間の角度閾値範囲を定めることと、
をさらに含み、
前記第１の角度が前記角度閾値範囲内の場合、前記第１の交点が右舷交点であり、又は前記第２の角度が前記角度閾値範囲内の場合、前記第２の交点が右舷交点である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナビゲーションポイントと前記二次元船舶輪郭の後方ポイントとの間の半径を有する円として後方ヨー円を定義することと、
前記内側ヨー円と前記後方ヨー円との両方の内部の各近接測定値に関して、正のヨー角度と負のヨー角度との両方を計算することと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記プロセッサで、第１の二次元船舶輪郭よりも喫水線により近い前記海洋船舶の断面を表す、前記ナビゲーションポイントに対する前記海洋船舶の少なくとも第２の二次元船舶輪郭を定義することと、
前記プロセッサで、少なくとも前記近接測定値の最も近いサブセットに関する物体の高さを特定することと、
前記プロセッサで、前記それぞれの物体の高さに基づいて前記近接測定値の最も近いサブセットのそれぞれに関する適切な二次元船舶輪郭を決定することと、
前記プロセッサで、前記それぞれに関する適切な二次元船舶輪郭に基づいて前記４つの直線的に最も近い近接測定値を特定することと、
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の二次元船舶輪郭が、前記海洋船舶の最も大きい断面を表し、前記第２の二次元船舶輪郭が、前記喫水線での前記海洋船舶の断面を表し、
前記適切な二次元船舶輪郭を決定することが、前記物体の高さに基づく前記第１の二次元船舶輪郭と前記第２の二次元船舶輪郭との間の補間を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも２つの二次元船舶輪郭のそれぞれが、それに関連する高さ閾値範囲を有し、
前記適切な二次元船舶輪郭を決定することが、前記少なくとも２つの二次元船舶輪郭に関するどの関連する高さ閾値範囲が前記物体の高さに関係するかを判定することを含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、海洋船舶上の近接感知のためのシステム及び方法に関し、より詳細には、近接測定データをインテリジェントに分類し、優先順位をつけるべく簡略化された船舶形状を実装し、自律又は半自律船舶制御に用いるための近接感知システムを提供する、近接感知システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の米国特許は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる：
【０００３】
米国特許第６，２７３，７７１号は、海洋船舶に取り付け、シリアル通信バス及びコントローラと信号通信で接続することができる、舶用推進システムを組み込む海洋船舶の制御システムを開示する。複数の入力デバイス及び出力デバイスも通信バスと信号通信で接続され、ＣＡＮ  Ｋｉｎｇｄｏｍネットワークなどのバスアクセスマネージャが、バスとの信号通信で複数のデバイスへの追加デバイスの組み込みを調整するべくコントローラと信号通信で接続され、それにより、コントローラが通信バス上の複数のデバイスのそれぞれと信号通信で接続される。入力及び出力デバイスは、それぞれ、他のデバイスによる受信のためにシリアル通信バスにメッセージを送信することができる。
【０００４】
米国特許第７，２６７，０６８号は、ジョイスティックなどの手動で操作可能な制御デバイスから受信したコマンドに応答して第１及び第２の舶用推進装置をそれらのそれぞれの操舵軸を中心として独立して回転させることにより操縦される海洋船舶を開示する。舶用推進装置は、海洋船舶の中心線上のポイントで及び回転移動が命令されないときには海洋船舶の重心で交差するそれらの推力ベクトルと位置合わせされる。舶用推進装置を駆動するために内燃機関が設けられる。２つの舶用推進装置の操舵軸は、概して垂直であり、且つ互いに平行である。２つの操舵軸は、海洋船舶の船体の底面を通って延びる。
【０００５】
米国特許第９，９２７，５２０号は、物体が海洋船舶のあらかじめ定義された距離内にあるかどうかを判定するべく距離センサを用いて感知することと、海洋船舶に対する物体の方向を測位することを含む、海洋船舶の衝突を検出する方法を開示する。方法は、推進制御入力デバイスで推進制御入力を受信することと、推進制御入力の実行により海洋船舶のいずれかの部分が物体に向かって移動するかどうかを判定することとをさらに含む。次いで、衝突警告が発生される。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１７／０２５３３１４号は、船舶の全地球位置及び向首方向を測位する全地球測位システムと、船舶の近くの物体に対する船舶の相対位置及び方位を判定する近接センサとを含む、海洋船舶を水体において選択された位置及び向きに維持するためのシステムを開示する。位置保持モードで動作可能なコントローラが、ＧＰＳ及び近接センサと信号通信する。コントローラは、船舶が選択された位置及び向きから移動したかどうかを判定するのに、ＧＰＳからの全地球位置及び向首方向データと、近接センサからの相対位置及び方位データとのどちらを用いるかを選択する。コントローラは、船舶を選択された位置及び向きに戻すのに必要とされる推力コマンドを計算し、推力コマンドを舶用推進システムに出力し、舶用推進システムは、船舶の位置を戻すために推力コマンドを用いる。
【０００７】
米国特許出願公開第２０１８／００５７１３２号は、ジョイスティックから海洋船舶の所望の移動を表す信号を受け取ることを含む、物体の近くの海洋船舶の移動を制御するための方法を開示する。センサが、物体と海洋船舶との最短距離と、海洋船舶に対する物体の方向を感知する。コントローラが、海洋船舶の所望の移動を、最短距離及び方向と比較する。比較に基づいて、コントローラは、所望の移動を達成するべく推力を発生させるように舶用推進システムに命令するかどうか、又は代替的に、海洋船舶が物体から少なくとも所定の範囲を確実に維持する修正された移動を達成するべく推力を発生させるように舶用推進システムに命令するかどうかを選択する。舶用推進システムは、次いで、命令された通りに、所望の移動又は修正された移動を達成するべく推力を発生させる。
【０００８】
米国特許第１０，４２９，８４５号は、舶用推進システムにより動力を与えられ、互いに垂直な第１、第２、及び第３の軸に関して移動可能であり、少なくとも６の可能な船舶移動自由度を定める、海洋船舶を開示する。目的地の近くの海洋船舶の位置を制御するための方法は、海洋船舶の現在地を測定することと、船舶の現在地に基づいて、海洋船舶が目的地の所定の範囲内にあるかどうかを判定することを含む。方法は、海洋船舶を現在地から目的地へ平行移動するのに必要な海洋船舶の移動を判定することを含む。海洋船舶が目的地の所定の範囲内にあることに応答して、方法は、制御の所与の繰返し中に一度に１自由度で必要な海洋船舶移動成分を生成するように推進システムを自動制御することを含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態では、海洋船舶上の近接センサシステムは、それぞれ海洋船舶上のセンサの場所にあり、物体の近接を測定し、近接測定値を生成するように構成された、１つ以上の近接センサを含む。プロセッサは、海洋船舶のナビゲーションポイントに対する海洋船舶の二次元船舶輪郭を記憶し、海洋船舶上の１つ以上の近接センサにより測定された近接測定値を受信し、正のＸ方向、負のＸ方向、正のＹ方向、及び負のＹ方向のそれぞれの１つの最も近い近接測定値を含む、二次元船舶輪郭までの４つの直線的に最も近い近接測定値を特定するように構成される。プロセッサは、次いで、４つの直線的に最も近い近接測定値を特定する最重要物体（ＭＩＯ）データセットを生成する。或る実施形態では、システムはさらに、ＭＩＯデータセットが最小の正のヨー角度及び最小の負のヨー角度をさらに含むように、二次元船舶輪郭までの２つの回転方向に最も近い近接測定値を特定するように構成されてよい。例えば、近接測定値のうちの１つと二次元船舶輪郭の右舷側部の交点との間の最小の正のヨー角度、及び、近接測定値のうちの１つと二次元船舶輪郭の左舷側部の交点との間の最小の負のヨー角度である。
【００１０】
一実施形態では、海洋船舶上の近接センサシステムを動作させる方法は、海洋船舶のナビゲーションポイントに対する海洋船舶の二次元船舶輪郭を定義することと、海洋船舶の二次元船舶輪郭をプロセッサにアクセス可能なメモリに記憶することを含む。海洋船舶上の１つ以上の近接センサにより測定された近接測定値がプロセッサで受信されるときに、近接測定値は、海洋船舶のナビゲーションポイントに対する共通の基準系に変換され、次いで、正のＸ方向、負のＸ方向、正のＹ方向、及び負のＹ方向のそれぞれの１つの最も近い近接測定値を含む、二次元船舶輪郭までの４つの直線的に最も近い近接測定値が特定される。次いで、４つの直線的に最も近い近接測定値を特定する最重要物体（ＭＩＯ）データセットが生成される。或る実施形態では、方法は、ＭＩＯデータセットに含めるための二次元船舶輪郭までの２つの回転方向に最も近い近接測定値を特定することをさらに含んでよい。回転方向に最も近い近接測定値は、例えば、近接測定値のうちの１つと二次元船舶輪郭の右舷側部の交点との間の最小の正のヨー角度、及び、近接測定値のうちの１つと二次元船舶輪郭の左舷側部の交点との間の最小の負のヨー角度であってよい。
【００１１】
本発明の種々の他の特徴、目的、及び利点は、図面と共にとられる以下の説明から明らかとなるであろう。
【００１２】
本開示は、以下の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】海洋船舶上の例示的な推進システムの略図である。
【図２】本開示に係る二次元船舶輪郭を用いる最重要物体（ＭＩＯ）データセットの例示的な計算を示す線図である。
【図３】本開示に係る二次元船舶輪郭と、ＭＩＯデータセットに関する回転方向に最も近い近接測定値を求める計算負荷を低減するための例示的なヨー円を描画する図である。
【図４】本開示に係るＭＩＯデータセットを計算するためのヨー円の例示的な実装を示す別の線図である。
【図５Ａ】例示的な船舶断面及び対応する二次元船舶輪郭を例示する線図である。
【図５Ｂ】例示的な船舶断面及び対応する二次元船舶輪郭を例示する線図である。
【図６】海洋船舶上の近接センサシステムを動作させる方法の実施形態を例示するフローチャートである。
【図７】海洋船舶上の近接センサシステムを動作させる方法の実施形態を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本開示の一実施形態に従って構成される海洋船舶１０上に推進制御システム２０を装備した海洋船舶１０を示す。推進制御システム２０は、例えば、後述するように、他のモードの中でも特に、ｘ／ｙ平面内の船舶移動を制御するべくユーザによりジョイスティックが操作される、ジョイスティッキングモードで動作することができる。推進システム２０は、船舶１０を推進するべく第１及び第２の推力Ｔ１、Ｔ２を生成する第１及び第２の推進装置１２ａ、１２ｂを有する。第１及び第２の推進装置１２ａ、１２ｂは、船外モータとして例示されるが、それらは代替的に、船内モータ、スターンドライブ、ジェットドライブ、又はポッドドライブとすることもできる。各推進装置は、プロペラ１８ａ、１８ｂに作動的に接続されるトランスミッション１６ａ、１６ｂに作動的に接続されるエンジン１４ａ、１４ｂを備える。
【００１５】
船舶１０はまた、推進制御システム２０の一部をなす種々の制御要素を収容している。システム２０は、例えば米国特許第６，２７３，７７１号で説明されるＣＡＮバスを介して、例えばコマンド制御モジュール（ＣＣＭ）などのコントローラ２４と、及び、それぞれの推進装置１２ａ、１２ｂに関連する推進制御モジュール（ＰＣＭ）２６ａ、２６ｂと信号通信するオペレーションコンソール２２を備える。コントローラ２４及びＰＣＭ２６ａ、２６ｂのそれぞれは、メモリ２５ａ及びプログラム可能なプロセッサ２５ｂを含んでよい。従来のように、各制御モジュール２４、２６ａ、２６ｂは、コンピュータ可読コード及びデータが記憶される揮発性又は不揮発性メモリを含むコンピュータ可読媒体を備えるストレージシステムに通信可能に接続されるプロセッサを含む。プロセッサは、コンピュータ可読コードにアクセスし、コードを実行すると、詳しく後述するように、ナビゲーション制御の目的で近接感知などの機能及びデータ処理機能を実行することができる。
【００１６】
オペレーションコンソール２２は、キーパッド２８、ジョイスティック３０、操舵輪３２、及び１つ以上のスロットル／シフトレバー３４などのいくつかのユーザ入力デバイスを含む。これらのデバイスのそれぞれは、コントローラ２４にコマンドを入力する。コントローラ２４は、次に、ＰＣＭ２６ａ、２６ｂと通信することにより第１及び第２の推進装置１２ａ、１２ｂに制御命令を通信する。操舵輪３２及びスロットル／シフトレバー３４は、操舵輪３２の回転、例えば、船舶１０の所望の方向に関する信号をコントローラ２４に提供するトランスデューサをアクティブ化するように従来の様態で機能する。コントローラ２４は、次に、推進装置１２ａ、１２ｂの所望の向きを達成するべく操舵アクチュエータをアクティブ化する信号をＰＣＭ２６ａ、２６ｂ（及び／又は提供される場合、ＴＶＭ又はさらなるモジュール）に送信する。推進装置１２ａ、１２ｂは、それらの操舵軸を中心として独立して操舵可能である。スロットル／シフトレバー３４は、トランスミッション１６ａ、１６ｂの所望のギヤ（前進、後進、又はニュートラル）及び推進装置１２ａ、１２ｂのエンジン１４ａ、１４ｂの所望の回転速度に関する信号をコントローラ２４に送信する。コントローラ２４は、次に、それぞれシフト及びスロットルのためのトランスミッション１６ａ、１６ｂ及びエンジン１４ａ、１４ｂの電気機械式アクチュエータをアクティブ化する信号をＰＣＭ２６ａ、２６ｂに送信する。ジョイスティック３０などの手動で操作可能な入力デバイスも、コントローラ２４に信号を提供するのに用いることができる。ジョイスティック３０は、船舶１０のオペレータが、船舶１０の横平行移動又は回転を達成するなどの船舶１０の手動操縦を可能にするのに用いることができる。
【００１７】
推進制御システム２０はまた、１つ以上の近接センサ７２、７４、７６、及び７８を含む。船舶１０の船首側、船尾側、左舷側、及び右舷側のそれぞれに１つの近接センサが示されているが、各センサの場所に及び／又は船舶１０のハードトップ上などの他のセンサの場所に、より少ない又はより多くのセンサを設けることもできる。近接センサ７２〜７８は、距離及び方向センサである。例えば、センサは、船舶１０に対する、ドック、防潮堤、係船余地、別の船舶、巨大な岩石又は木などの物体Ｏの、距離と方向との両方（少なくともおおよその）、すなわち相対位置を個々に判定することができるレーダー、ソナー、カメラ、レーザ（例えば、ライダー又はＬｅｄｄａｒ）、ドップラー方向探知機、又は他のデバイスとすることもできる。センサ７２〜７８は、海洋船舶１０に対する物体の方向と、物体Ｏと船舶１０との最短距離との両方に関する情報を提供する。代替的に、距離を感知するために設けられるセンサとは別個の、方向を感知するためのセンサを設けることもでき、又は船舶１０上の単一のセンサの場所に１つよりも多いタイプの距離／方向センサを設けることができる。センサ７２〜７８は、この距離及び／又は方向情報を、より詳しく後述するように、センサをコントローラに接続する専用バス、ＣＡＮバス、又は無線ネットワーク伝送などにより、センサプロセッサ７０及び／又は制御モジュール２４などの１つ以上の制御モジュールに提供する。
【００１８】
近接センサ７２、７４、７６、７８に関して、船舶１０と物体Ｏとの距離に応じて異なるタイプのセンサが用いられてよいことに留意されたい。例えば、遠い距離にある物体を検出するのに１つ又は複数のレーダーセンサ又はライダーセンサが用いられてよい。船舶１０が物体の特定の距離内に来ると、超音波、ライダー、Ｌｅｄｄａｒ、又はソナーセンサが代わりに用いられてよい。制御モジュール２４に物体近接情報を提供するために、カメラセンサが単独で又は上記のセンサのいずれかと組み合わせて用いられてよい。センサは、船舶１０が遭遇しそうな物体をそれらが検出するのに適正な高さ及び対向方向にあるように、船舶１０上のいくつかのセンサの場所に配置される。最適なセンサの場所及び位置は、船舶のサイズ及び構成に応じて変化することになる。
【００１９】
図１では、近接センサは、船舶１０の前方、側方、及び船尾のそれぞれに位置決めされ、前方に面するセンサ７２、右舷に面するセンサ７４、後方に面するセンサ７６、及び左舷に面するセンサ７８を含む。異なる例示的なセンサ構成では、２つの近接センサが海洋船舶１０のハードトップ上に配置され、２つのセンサの組み合わされた視野が船舶１０の周囲の３６０°の領域全体をカバーするように構成されてよい。センサプロセッサ７０などの関連するコントローラが、船舶１０に対する物体の最短距離及び方向を感知するべく複数のセンサ（レーダー、ライダー、Ｌｅｄｄａｒ、超音波、及びカメラを含む）のうちのいずれか１つ又は複数を選択的に動作させてよいことにも留意されたい。代替的に、センサプロセッサは、すべてのセンサタイプからのすべての利用可能なセンサデータを用いてよく、該データは、受信時にリアルタイムでレビューされてよく、又はすべての近接測定データを組み込む１つ以上のマップ又は占有グリッドに編成されてよく、この場合、すべての動作したセンサからマップされたデータは、本明細書で説明するように処理される。このような実施形態では、種々のセンサのそれぞれからの近接測定値はすべて、共通の基準系に変換される。
【００２０】
船舶のハンドリング品質の向上のための自律及び／又は高度なオペレータ支援（すなわち、半自律）制御は、船舶１０上の複数の近接センサの配置を必要とする。一般に、これらの種々のタイプの近接感知デバイス（前述の例）は、船舶の経路内のドック、泳いでいる人、又は他の障害物などの、海洋船舶１０の周囲の海洋環境での物体の存在を検出するように位置決めされる。各センサは、それ自身の基準系に対する近接、すなわち、センサの視野角に沿って測定した場合のセンサから物体までの距離を報告する。センサのタイプ、使用の用途、ボートのサイズ、船体の形状などに応じて、すべての海洋環境での運航のための海洋船舶１０の周りの適切な近接感知を提供するのに、複数のセンサタイプ及びセンサ位置が必要とされる場合がある。自律船舶ナビゲーション及び半自律制御（自動操縦−制限制御など）を含む船舶の制御及び船舶のナビゲーションの目的で用いることができる凝集データセットを作成するために、データソースのすべてが、好ましくは、共通の基準系に変換される。これは、測定したデータを適切に変換することができるように、共通の基準系に対する各センサの位置及び向きの正確な知識を必要とする。
【００２１】
図１の例では、メイン慣性計測装置（ＩＭＵ）３６が、回転の中心（ＣＯＲ）又は重心（ＣＯＧ）などの、あらかじめ定義されたナビゲーションポイントに対する海洋船舶上の既知の位置に設置される。メインＩＭＵ３６の設置の向きも既知である。メインＩＭＵ３６及び各近接センサ７２〜７８の設置位置は、近接感知システムの校正手順の一部として確立される。
【００２２】
図１の例を参照すると、メインＩＭＵ３６は、１つ以上の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）などを含む慣性ナビゲーションシステム（ＩＮＳ）の一部であり得る。例えば、ＩＮＳ６０は、レートジャイロ、ＭＥＭＳ加速度計、及び磁力計などのＭＥＭＳ角速度センサからなってよい。このようなＩＮＳシステムは、当該技術分野でよく知られている。他の実施形態では、モーション及び角位置（ピッチ、ロール、及びヨーを含む）は、別に構成されたＩＮＳ６０により、又はジャイロスコープ測定値、加速度計データ、及び磁力計データを組み込むことにより海洋船舶１０の３Ｄ配向を提供する姿勢方位基準システム（ＡＨＲＳ）により感知されてよい。
【００２３】
ＩＮＳ６０は、メインＩＭＵ３６から向き情報を受信し、全地球測位システム（ＧＰＳ）の一部をなすＧＰＳレシーバ４０からも情報を受信してよい。ＧＰＳレシーバ４０は、船舶１０上のあらかじめ選択された固定の位置に存在し、海洋船舶１０の全地球位置に関係した情報を提供する。メインＩＭＵ３６はまた、ＣＯＲ又はＣＯＧなどの、海洋船舶１０に関して決定されるナビゲーションの中心に対する既知の固定の位置に存在する。
【００２４】
図１では、ＩＭＵ６２〜６８は、各近接センサ７２〜７８と同じ場所に存在する。これらのセンサＩＭＵ６２〜６８は、メインＩＭＵと同様に構成され、それぞれ、レートジャイロ、加速度計、及び磁力計などを備え、対応するＩＭＵデータを生成してよい。各センサＩＭＵ６２〜６８からのＩＭＵデータは、近接センサシステムの自動校正及び検証のため、関連する近接センサ７２〜７８による近接測定値を解釈するのに用いられる角測定のため、及び／又はメインＩＭＵ３６の障害又は故障の場合のバックアップＩＭＵとしてなどの種々の目的で用いられてよい。
【００２５】
本発明者らは、自律車両上のセンシングスイートが大量の近接測定データを生じることと、このような大きいデータ量が、組み込みコントローラ上で動作する及び／又はＣＡＮバスなどの帯域幅制限のあるネットワークを使用する近接センサシステムを実装するのに実際的ではないことを認識した。本発明者らはさらに、データをフィルタリングし、優先順位付け計算を行うことに関する自律分野での既存の方策が、既存の海洋船舶制御アーキテクチャ内の組み込みコントローラ上での実装に不十分又は不適切であることを認識している。ロボット工学では、例えば、障害物をよけて進み、或る用途ではロボットの個々のセグメントを障害物と又は互いに衝突しないように適正に制御するために、近接測定データで複雑な幾何学的計算が行われる。これらの複雑な幾何学的計算は、通常、モバイルロボットの１つ以上の詳細な三次元モデルを実装し、その計算は高性能のコンピュータ上で行われる。特に海洋環境での自律又は半自律ナビゲーションの正確な制御を依然として提供しながら計算負荷を低減することに向けては、わずかしか取り組みがなされていない。
【００２６】
本発明者らは、既存の船舶制御システム内の組み込み制御モジュール上で動作する近接感知システムを開発するために、大容量の近接測定データストリームを、組み込みコントローラでの実装と、ナビゲーションコントローラとの適合性の維持との両方が可能な形式にパースする、改善されたシステム及び方法が必要とされることを認識した。自律及び半自律車両制御のための現在の近接感知システムに伴う前述の課題及び不足を考慮して、本発明者らは、海洋環境内の近接感知と、既存の海洋船舶制御アーキテクチャ及びネットワーク内の近接センサシステムの実装に向けて、開示される方法及びシステムを開発した。開示される方策は、海洋船舶への物体の近接を計算し、データに適宜優先順位をつけるために、特定のボートサイズ及び形状に合わせて容易に校正される船舶の簡略化された二次元表現、すなわち二次元船舶輪郭を使用する。
【００２７】
二次元船舶輪郭は、例えば、ナビゲーションポイントＰｎに対して定義されるデカルトポイントの組であり得る。例えば、二次元船舶輪郭は、Ｐｎの周りの五角形の形状をなす５つのポイントの組であってよく、その場合の中心点（００）は、海洋船舶のナビゲーションポイントＰｎ（すなわち、ナビゲーションの中心）である。一実施形態では、二次元船舶輪郭８０は、デカルトポイントを３つだけ用いて任意のボートサイズ及び形状を近似するべく校正可能である。図２を参照すると、３つのデカルトポイントは、前方ポイントＡ、右舷コーナーポイントＢ、及び右舷後方ポイントＣを含む。長手方向のラインＬに関する対称性が仮定され、したがって、右舷コーナーポイントＢに基づいて、左舷コーナーポイントＢ’を、同じＸ座標値と負に置き換えられるＹ座標値を有するものとして定義することにより、３つの入力されるポイントに基づいて船舶全体のモデルを自動的に生成することができる。二次元船舶輪郭８０の左舷後方ポイントＣ’は、右舷後方ポイントＣに基づいて同様に定義することができる。二次元船舶輪郭は、代わりに、ユーザが左舷側部ポイントを入力することにより校正されてよく、右舷側部ポイントを作成するべく左舷側部ポイントを置き換えることができることを当業者は本開示に照らして理解するであろう。二次元船舶輪郭は、より多くのポイントで構成されてよく、五角形以外の形状を有し得ることも当業者は本開示に照らして理解するであろう。同様に、船舶輪郭は、極座標系、円筒座標系、又は球座標系などの異なる座標系に関して定義され得ることが本開示に照らしてさらに理解されるであろう。
【００２８】
この二次元船舶輪郭は、最も近い近接測定値の選択された組を特定する最重要物体（ＭＩＯ）データセットを生成するために、プロセッサ負荷の低いフィルタリング及び幾何学的計算の基礎をなす。例えば、ＭＩＯデータセットは、ボートが制御権限を有する＋／−Ｘ、＋／−Ｙ、及び＋／−ヨー方向の６方向のそれぞれの距離を特定してよく、これにより、ナビゲーションコントローラに、海洋船舶の周りの物体Ｏの場所及び二次元船舶輪郭に基づいて定められる場合の船舶の幾何学的形状に基づくナビゲーション制約を知らせる。次いで、ナビゲーションコントローラは、船舶ナビゲーション命令を計算するため及び／又は船舶推進に対するユーザ制御権限の制限を決定するためにＭＩＯデータセットを使用する。
【００２９】
開示される方法及びシステムは、ＭＩＯ計算の複雑さを低減し、評価される近接測定値の数を減らし、関心ある各ポイントを評価するのに必要とされる計算を減らすべく、幾何学的仮定を用いて近接測定データをインテリジェントにフィルタリングするという点で、従来技術の近接感知の方策とは異なる。開示されるシステム及び方法は、リアルタイムマイクロコントローラを用いて実装することができ、したがって、既存のナビゲーション制御システムに自律能力を付加するために実装することができる。ＭＩＯデータセットは、海洋船舶１０の各移動方向の最も近い近接測定値を特定するＭＩＯデータセットを生成するべく、さらに後述するように、簡略化されたボートプロファイル及び低計算負荷の幾何学的形状を用いて計算される。一実施形態では、ＭＩＯデータセットは、＋／−Ｘ方向、＋／−Ｙ方向、及び＋／−ヨー回転方向のそれぞれの１つの最も近い近接測定値を指定する６つの値を含む。
【００３０】
或る実施形態では、ＭＩＯデータセットは、上述の移動方向のそれぞれの最も近い近接測定値を定義する６つの値を常に含んでよい。したがって、特定の方向の近接測定値が検出されない場合、それぞれの方向の限定ではないと解釈されるデフォルトの大きい数がナビゲーションコントローラに提供されてよい。単なる一例を提供するために、＋／−ヨー方向のデフォルトの距離は、＋／−１８０°であってよい。ナビゲーションコントローラは、デフォルトの大きい回転角の範囲を、船舶がヨー方向のどのような物体とも衝突せずに１８０°方向転換することができることを意味すると解釈することになる。他の実施形態では、デフォルトの大きい数は、１８０°よりも大きく（さらには３６０°と同じくらい大きく）てよく、又は１８０°よりも小さくてよく、９０°などであってよい。Ｘ及びＹ方向のデフォルトの大きい値は、１０，０００メートル、５０，０００メートル以上などのＹ値であってよい。いずれのこのようなケースにおいても、デフォルトの距離は、ナビゲーションコントローラが当該デフォルトのＭＩＯデータポイントに基づいてどのような船舶移動も制限しないほど十分に大きい。他の実施形態では、システム２０は、６未満の数のＭＩＯデータセットが提供され得るように構成されてよい。したがって、特定の方向の近接測定値９０が検出されない場合、ＭＩＯデータセットの一部としてヌル値が報告されてよく又は値が報告されなくてよい。
【００３１】
図２は、複数の近接測定値９０に対する二次元船舶輪郭８０が提示される例を示す。Ｘ軸及びＹ軸に沿った各方向の４つの最も近い近接測定値として、４つの直線的に最も近い近接測定値９０＋ｘ、９０−ｘ、９０＋ｙ、及び９０−ｙが順次に判定される。すなわち、船舶モデルの最前方ポイントである前方ポイントＡからの＋Ｘ方向の最小距離８６を有する近接測定値が、最も近い近接測定値９０＋ｘとして判定される。後方ポイントＣ及びＣ’のＸ値からのＸ軸に沿って測定した場合の−Ｘ方向の最小距離８７を有する近接測定値９０は、最も近い近接測定値９０−ｘである。右舷ポイントＢ及びＣのＹ値からのＹ軸に沿った最小距離８８を有する近接測定値９０は、最も近い近接測定値９０＋ｙである。左舷ポイントＢ’及びＣ’のＹ値からの負のＹ軸の方向の最小距離８９を有するのは、最も近い近接測定値９０−ｙである。
【００３２】
４つの直線的に最も近い近接測定値９０＋ｘ、９０＋ｙを計算する前に、船舶プロファイルにより定義される関心領域外の値を除外するためにフィルタステップが行われてよい。言い換えれば、海洋船舶が横方向にいずれかの方向に（＋／−Ｙ方向に）又は船首／船尾方向に（＋／−Ｘ方向に）移動する場合、近接測定データが、海洋船舶と交わらない近接測定値を除外するべく最初にフィルタされてよい。図２での例では、二次元船舶輪郭８０を構成するデカルトポイントの最小Ｘ値及び最大Ｘ値に基づいて、横関心領域９２が定義される。これは、船舶が＋Ｙ方向又は−Ｙ方向のいずれかに正確に横方向に移動した場合に船舶が占める領域を表す。具体的には、横関心領域９２は、前方ポイントＡのＸ値と後方ポイントＣ、Ｃ’のＸ値により定義される。この範囲外のＸ値を有するどの近接測定値も除外することができる。同様に、海洋船舶の真正面又は真後ろの領域を特定するべく船首／船尾関心領域９４を定義することができる。船首／船尾関心領域９４は、右舷コーナーポイントＢ及び後方コーナーポイントＣのＹ値（描画した実施形態では等しい）と左舷コーナーポイントＢ’及び左舷後方ポイントＣ’の−Ｙ値（同じく、描画した実施形態では等しい）により定義される。したがって、該＋／−Ｙ範囲外のＹ値を有するどの近接測定値９０も、可能性がある最も近い近接測定値のデータセットから除外することができる。図２の例では、近接測定値９０’は、横関心領域９２又は船首／船尾関心領域９４のいずれの内部にもなく、したがって、前方ポイントＡと近接測定値９０’との＋Ｘ方向の距離が近接測定値９０＋ｘまでの距離８６よりも実際には小さいにもかかわらず、解析されるデータセットから除外される。
【００３３】
直線的に最も近い近接測定値に加えて、＋ヨー方向及び−ヨー方向の最も近い近接測定値である、回転方向に最も近い近接測定値も計算されてよい。言い換えれば、回転方向に最も近い近接測定値は、＋ヨー方向（時計回り）にナビゲーションポイントＰｎを中心として回転する際に二次元船舶輪郭８０に最初に触れることになるポイントと、−ヨー方向（反時計回り）にＰｎを中心として回転する際に二次元船舶輪郭８０に最初に触れることになるポイントを含む。２つの回転方向に最も近い近接測定値は、海洋船舶が物体と衝突せずに回転することができるヨー角度を特定するのに用いられる。衝突を回避するべく船舶ナビゲーションコントローラが海洋船舶の移動を適正に制限することができるように、最小の＋ヨー角度及び最小の−ヨー角度がＭＩＯデータセットに含められてよい。
【００３４】
ａｒｃｔａｎ及びａｒｃｔａｎ２関数などの、ヨー経路及びヨー角度を計算するための幾何関数は、プロセッサ負荷が高くなる傾向がある。したがって、本発明者らは、これらの関数の使用を制限し、ヨー計算の計算負荷を制限する、正及び負のヨー距離を求めるための方法を開発した。二次元船舶輪郭８０に対する１つ以上のヨー円１００、１０２、１０４を定義することを含む、それを行うための種々の方法が本明細書で説明される。ナビゲーションポイントＰｎと二次元船舶輪郭８０の前方ポイントＡとの間の半径を有する円として外側ヨー円１００が定義される。外側ヨー円１００の外部のどの近接測定値９０’も船舶のヨー経路内になく、したがって、２つの回転方向に最も近い近接測定値を特定するべくヨー角度を計算する前にデータセットから除外することができる。外側ヨー円１００内のこれらの値に関して、それぞれの近接測定値と二次元船舶輪郭８０上の１つ以上の交点との間の少なくとも１つのヨー経路が計算されることになる。図３を参照すると、近接ポイント９０ａ、９０ｂ、及び９０ｃのそれぞれに関する１つ以上のヨー経路が計算されることになる。各近接測定値９０に関して決定される各ヨー経路に関して、＋ヨー角度又は−ヨー角度が決定され（回転経路に応じて）、最小の正及び負のヨー角度がＭＩＯデータセットに含められる。
【００３５】
近接測定値９０ａ〜９０ｃの位置に応じて異なるヨー経路及びヨー角度計算方法が用いられてよい。一実施形態では、ナビゲーションポイントＰｎと二次元船舶輪郭８０のコーナーポイントＢ、Ｂ’との間の半径に基づいて、第２のヨー円である、内側ヨー円１０２が定義される。内側ヨー円１０２の内部のポイント（例えば、９０ｂ及び９０ｃ）は、正の及び／又は負のヨー回転中に海洋船舶の側部のうちの少なくとも１つと交わることになり、この場合、海洋船舶の側部は、各コーナーポイントＢ、Ｂ’とそれぞれの後方ポイントＣ、Ｃ’との間のライン、すなわち、右舷側部ラインＳＳ及び左舷側部ラインＰＳとして定義される。或いは、内側ヨー円内のポイントは、２つの後方ポイントＣ、Ｃ’間のラインＳＮとして表される海洋船舶の船尾と当たることがある。内側ヨー円と外側ヨー円との間にある（すなわち、内側ヨー円１０２の外部にあるが外側ヨー円１００の内部にある）近接測定値に関して、例では前方ポイントＡと右舷コーナーポイントＢとの間の右舷船首ラインＢＳ及び前方ポイントＡと左舷コーナーポイントＢ’との間の左舷船首ラインＢＰにより表される海洋船舶の船首と近接測定値とのヨー距離を求めるべく計算が行われる。
【００３６】
或る実施形態では、ナビゲーションポイントＰｎと二次元船舶輪郭８０の後方ポイントＣ、Ｃ’との間の半径を有する円である、後方ヨー円１０４も定義されてよい。後方ヨー円１０４内に入る近接測定値（例えば、９０ｃ及び９０ｄ）は、それぞれ、１８０°未満の大きさを有する＋ヨー角度及び−ヨー角度を有することになる。したがって、システムは、後方ヨー円１０４内の各近接測定値９０ｃ、９０ｄに関する正のヨー角度と負のヨー角度との両方が確実に計算され、且つ、後方ヨー円１０４と外側ヨー円１００との間のこれらの近接測定値に関する１つだけの正又は負のヨー角度（すなわち、どちらが１８０°未満であっても）が確実に計算されるように構成されてよい。
【００３７】
各近接測定値９０に関するヨー経路を計算するために、ナビゲーションポイントＰｎと近接測定値９０との間の半径を有する円が定義されてよい。図４は、近接ポイント９０に関するヨー経路を計算するために近接測定値円１０８が定義される１つのこのような計算を表す。近接測定値円（例えば、１０８）と二次元船舶輪郭８０との少なくとも１つの交点が特定される。交点が定められるラインは、近接測定値９０のＸ及びＹ値に基づいて特定され得る。例えば、近接測定値９０が正のＹ値と後方ポイントＣのＸ座標値よりも大きいＸ値を有する場合、システムは、右舷側部ラインＳＳ又はＢＳのうちの１つとの交点を評価することになる。すなわち、近接ポイントが内側ヨー円１０２内にある場合にはＳＳラインとの交点が評価されることになり、近接ポイント９０が内側ヨー円１０２と外側ヨー円１００との間にある場合にはＢＳラインとの交点が評価されることになる。同じ論理が左舷側の値にもあてはまる。後方ポイントＣ、Ｃ’のＸ座標よりも小さい（すなわち、より負の）Ｘ値を有する近接測定値９０に関して、最初の評価は、近接ポイント９０が後方ヨー円１０４内にあるかどうかを判定してよい。近接ポイント９０が後方ヨー円１０４内にある場合には、海洋船舶の船尾のラインＳＮに関する交点が評価されることになる。近接ポイント９０が後方ヨー円１０４の外部にある場合には、近接測定値の位置に応じて、右舷側部及び／又は左舷側部又はバウラインとの交点が評価されることになる。
【００３８】
図４は、外側ヨー円１００と内側ヨー円１０２との間の近接ポイント９０に関するヨー角度を計算するための１つの例示的な方法を描画する。近接測定値９０とナビゲーションポイントＰｎとの間の半径に基づいて近接測定値円１０８が描かれる。近接測定値９０は負のＹ値を有するので、測定ポイント９０が内側ヨー円１０２と外側ヨー円１００との間にあると仮定して、二次元船舶輪郭８０の左舷側部ラインとの交点、具体的には左舷船首ラインＢＰとの交点が評価される。或る実施形態では、円とラインとの交点を求めるための関数は、ラインＢＰがデカルトポイントＡ及びＢ’により定義される連続するラインであると仮定し、したがって、２つの交点（例えば、１１０ａ及び１１０ｂ）を返すことになる。交点のうちの１つだけが、当該船首ラインＢＰ（又は船舶輪郭８０の他方の側部の場合にはＢＳ）上にある。描画した例では、交点１１０ａが真の交点であり、交点１１０ｂは計算（すなわち、ラインＢＰが連続するラインであるという数学的仮定）の誤りのアーチファクトである。
【００３９】
一実施形態では、真の交点１１０ａと誤りの交点１１０ｂとの区別は、対応するヨー角度が左舷船首ラインＢＰにより定義される閾値角度範囲内にあるかどうかを判定することにより行われる。ナビゲーションポイントＰｎと二次元船舶輪郭８０の前方ポイントＡとの間のゼロライン１２０が定義される。ナビゲーションポイントＰｎと第１の交点１１０ａとの間の第１のライン１２１が定められ、次いで、ゼロライン１２０と第１のライン１２１との間の第１の角度αａが特定される。同様に、ナビゲーションポイントＰｎと第２の交点１１０ｂとの間の第２のライン１２２が定められ、次いで、第２のライン１２２とゼロライン１２０との間の角度αｂが定められる。ゼロライン１２０と、ナビゲーションポイントＰｎと左舷コーナーポイントＢ’との間の第３のライン１２３との間の角度として角度閾値範囲Ｔが定められる。真の交点１１０ａ又は１１０ｂに関する、すなわち、第１の角度αａ及び第２の角度αｂ間の該当するヨー角度は、角度閾値Ｔよりも小さい角度である。したがって、αａが、ＭＩＯデータセットに加えられるヨー角度、具体的には負のヨー角度である。
【００４０】
或る実施形態では、ナビゲーションポイントＰｎに対する種々の高さでの船舶の船体を記述する２つ以上の二次元船舶輪郭８０が海洋船舶１０に関して定義されてよい。二次元船舶プロファイルが１つだけ用いられる場合、通常は海洋船舶の船体の最大寸法を考慮に入れることになる。しかしながら、一部の船体は、上から下にかけて幅及び長さが大いに変化する場合がある。例えば、ほとんどの海洋船舶は、喫水線でよりもラブレールでより広く、いくつかの船舶は、ラブレールでより広いが、フライブリッジの高さでは狭い。したがって、特定の高さでの海洋船舶の断面をそれぞれ近似する、複数の二次元船舶輪郭８０が定義されてよい。図５Ａは、船舶が喫水線の領域でよりもラブレールで顕著により広い且つより長い一例を描画する。したがって、ラブレール断面１１４、喫水線断面１１６、及び頂部断面１１８を含む船舶１０の種々の断面を記述する二次元船舶輪郭が定義されてよい。他の実施形態では、より多くの又は少ない断面が定義されてよい。図５Ｂに例示したように、ラブレール断面１１４を近似する第１の二次元船舶輪郭８０ａが定義され、喫水線断面１１６を近似する第２の二次元船舶輪郭８０ｂが定義されてよい。或る実施形態では、フライブリッジの寸法などの船舶の頂部断面１１８を近似する第３の二次元船舶輪郭８０ｃも定義されてよい。
【００４１】
次いで、測定した物体Ｏの高さに基づいて各近接測定値に関する適切な船舶モデルが選択されてよい。これにより、より正確な近接値を計算することができる。或る実施形態では、これは、ＭＩＯデータセットに含めるための競合値である６以上の近接測定値などの近接測定値の最も近いサブセットに関してなされてよい。各このような近接測定値９０に関して、それぞれの近接測定値９０により記述される物体Ｏの高さを表す物体の高さｈも測位され処理されてよい（これは前述の距離及び方向に加えてであろう）。
【００４２】
次いで、物体の高さｈに基づいて適切な二次元船舶モデルが選択されてよい。最大及び最小断面に関する二次元船舶輪郭８０ａ、８０ｂ、８０ｃが定義される描画した例では、物体の高さｈでの適切な船舶輪郭を計算するために輪郭間の補間が行われてよい。図５Ａを再び参照すると、喫水線１１２に対する物体の高さｈに基づいて断面ライン１１５が定義されてよい。したがって、例えば各輪郭８０ａ及び８０ｂのポイントＡ、Ｂ、Ｃ間に定義されるラインに沿って、船舶輪郭８０ａ及び８０ｂ間の交点が計算される。これにより、当該物体の高さｈでの海洋船舶１０のプロファイルを近似する補間した船舶輪郭８０ａｂを定義することができる。この補間した船舶輪郭８０ａｂは、ＭＩＯデータセットに関する最も近い近接値の判定がなされる適切な二次元船舶モデルとして用いられることになる。
【００４３】
別の実施形態では、海洋船舶１０に関して定義される二次元船舶輪郭（例えば、８０ａ、８０ｂ、又は８０ｃ）のうちの最も近い輪郭が物体の高さｈに基づいて特定されてよく、この特定した最も近い輪郭が、ＭＩＯデータセットの計算に用いられることになる。このような実施形態では、海洋船舶の最も広い／最も長い区域と喫水線１１２との間に複数の船舶輪郭８０が定義されてよい。各船舶輪郭８０に関して、船舶輪郭８０があてはまる物体の高さの範囲を記述する高さ閾値範囲が定義されてよい。次いで、物体の高さｈに関係する高さ閾値範囲を有するものとして適切な二次元船舶輪郭８０が選択されてよい。
【００４４】
ＭＩＯの特定は、制御システム２０を有する１つ以上のコントローラにより実行される。図１を再び参照すると、センサプロセッサ７０は、近接センサ７２〜７８のそれぞれから近接測定値を受信し、このような実施形態では、本明細書で説明したようにＭＩＯデータセットの特定を行うためのソフトウェアと共に構成されてよい。センサプロセッサ７０はまた、ＭＩＯデータセットを特定し、ＭＩＯデータセットを中央コントローラ２４などのナビゲーションを行うコントローラに提供する前に、近接測定データをフィルタするように構成されてよい。したがって、センサプロセッサ７０は、近接センサ７２〜７８からの近接測定データを処理するように構成された専用の特殊用途コンピューティングシステムであってよい。センサプロセッサ７０は、メモリを備えるそれ自身のストレージシステムと、センサプロセッサ７０のメモリに記憶されたプログラムを実行する及びデータにアクセスするそれ自身の処理システムとを含んでよい。例えば、センサプロセッサ７０は、本明細書で説明したＭＩＯの特定を行うべくコンピュータで実行可能な命令を備える１つ以上のＭＩＯ特定ソフトウェアモジュールを記憶してよい。
【００４５】
近接センサ７２〜７８により大量の近接データが生成されると仮定すると、センサ７２〜７８とセンサプロセッサ７０との接続は、専用バス又はネットワーク接続を介してなされてよい。この専用バス又はネットワーク接続は、センサプロセッサ７０への大量の近接測定データ（いくつかの実施形態ではＩＭＵデータ）の伝送を可能にするために船舶ネットワークとは別個である。このような大量データ伝送は、複数のデバイスが通信するＣＡＮバス又は無線ネットワークなどの通常の船舶ネットワーク上では可能ではない場合がある。ゾーンによりフィルタされたデータセットは、はるかにより小さい、より扱いやすい量のデータであるため、センサプロセッサ７０は、ＣＡＮバス又は無線ネットワークなどの船舶ネットワーク上でフィルタされたデータを通信するように構成されてよい。さらに他の実施形態では、センサプロセッサ７０と中央コントローラ２４などのナビゲーションコントローラとの間に専用の通信リンクが提供されてよい。
【００４６】
図６及び図７は、海洋船舶上の近接センサシステムを動作させる方法２００の実施形態又はその一部を提示する。図６では、近接センサシステムを動作させる方法２００は、ステップ２０２で、二次元船舶輪郭を定義し、記憶することで始まる。本明細書で説明したように、例えば、二次元船舶輪郭は、海洋船舶のナビゲーションポイントに対して定義されるデカルトポイントの組を含んでよい。或る実施形態では、喫水線に対する異なる高さでの船舶の船体を表すべく複数の二次元船舶輪郭が定義されてよい。ステップ２０４で、本明細書で説明したようにレーダーセンサ、ライダー、Ｌｅｄｄａｒ、ソナーであり得る１つ以上の近接センサ、又はその組み合わせを含む本明細書で説明したように処理される近接情報を提供するために用いられ得るカメラセンサから、近接測定値が受信される。ステップ２０６で、同じく種々のタイプのセンサを含み得る１つ以上の近接センサのそれぞれからの近接測定値はすべて、共通の基準系に変換される。例えば、共通の基準系は、海洋船舶のナビゲーションポイントに対して定義されてよい。
【００４７】
次いで、ステップ２０８で、近接測定値を適切な二次元船舶輪郭と比較することによりＭＩＯデータセットが特定される。本明細書で説明したように、ＭＩＯデータセットは、二次元船舶輪郭に基づいて特定される４つの直線的に最も近いポイント及び／又は２つの回転方向に最も近い近接測定値を含んでよい。次いで、ステップ２１０で、近接センサにより検出されるどの物体との衝突も回避するために、海洋船舶１０のナビゲーションコントローラなどにより、ＭＩＯデータセットを用いて海洋船舶の推進を制御する。自律船舶ガイダンスの場合、ガイダンスコントローラが、海洋船舶１０をあらかじめ定義された地点間で自律的に移動させるべく計算し、推進装置（例えば、１２ａ及び１２ｂ）を制御してよい。代替的に又は加えて、ＭＩＯデータセットは、ナビゲーションコントローラにより、例えば海洋船舶１０が検出された物体と衝突するのを防ぐために、船舶推進に対するユーザ権限を制限するのに用いられてよい。
【００４８】
図７は、ＭＩＯデータセットの計算の一実施形態を表す方法２００のステップを示す。ステップ２２０で、本明細書で説明した横及び船首／船尾関心領域などの関心領域が定義される。ステップ２２２で、関心領域外の近接測定値が考慮事項から除外される。次いで、ステップ２２４で、正及び負のＸ及びＹ方向のそれぞれの最も近い近接測定値を含む直線的に最も近い近接測定値が特定される。次いで、回転方向に最も近い近接測定値を特定するために計算ステップが行われる。描画した実施形態では、ステップ２２６で外側ヨー円が定義され、これは、図３及び図４の例で前述したように、ナビゲーションポイントと船舶輪郭８０の前方ポイントＡとの間の半径を有する円である。次いで、ステップ２２８で、外側ヨー円内にないすべての近接測定値が考慮事項から除外され、これにより、計算負荷を低減する。次いで、ステップ２３０で、正及び負のヨー方向のそれぞれの回転方向に最も近い近接測定値が特定され、この場合、外側ヨー円内の近接測定値のみが考慮される。
【００４９】
本明細書での説明は、ベストモードを含む本発明を開示するため、そしてまた当業者が本発明を利用できるようにするために例を用いている。簡潔、明瞭、及び理解のために特定の用語が用いられている。このような用語は単に記述の目的で用いられ、広く解釈されることを意図しているため、従来技術の要件を超えて、不必要な限定がそこから推論されることはない。本発明の特許可能な範囲は、請求項により定められ、当業者が想到する他の例を含み得る。このような他の例は、それらが請求項の文字通りの言葉と相違のない特徴又は構造要素を有する場合に又はそれらが請求項の文字通りの言葉との非実質的相違を有する均等な特徴又は構造要素を含む場合に請求項の範囲内となることを意図している。
【図１】
2020097406.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2020097406000001.pdf