(57)【要約】【課題】工程計画作成等の際に、複数の船舶に対して精度の高いシミュレーションを行うことが可能な運航シミュレーション装置を提供する。【解決手段】運航シミュレーション装置は、所定の海域における気象・海象条件と、海域における複数の航路と、海域を運航する複数の船舶についての船速と、が記憶される記憶部２１と、気象・海象条件及び船速に基づいて、複数の航路の中から航路を選択する航路選択部２３と、を備え、航路には、船舶が避泊可能な避泊地が設定されており、航路選択部２３は、気象・海象条件が船舶による今の避泊地から次の避泊地への運航に不適であると判定した場合には、所定時間だけ今の避泊地に避泊するようにして船舶の運航時間を算出し、複数の船舶それぞれに対して、複数の航路の中で運航時間が最も短い前記航路を選択する。【選択図】図２
2014119356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の海域における気象・海象条件と、前記海域における複数の航路と、前記海域を運航する複数の船舶についての船速と、が記憶される記憶部と、
前記気象・海象条件及び前記船速に基づいて、前記複数の航路の中から航路を選択する航路選択部と、
を備え、
前記航路には、前記船舶が避泊可能な避泊地が設定されており、
前記航路選択部は、前記気象・海象条件が前記船舶による今の前記避泊地から次の前記避泊地への運航に不適であると判定した場合には、所定時間だけ今の前記避泊地に避泊するようにして前記船舶の運航時間を算出し、前記複数の船舶それぞれに対して、前記複数の航路の中で前記運航時間が最も短い前記航路を選択する
ことを特徴とする運航シミュレーション装置。
【請求項２】
前記記憶部には、前記避泊地に避泊可能な隻数が記憶されており、
前記航路選択部は、前記避泊地に避泊可能な隻数を超えないように、複数の前記船舶の前記航路を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の運航シミュレーション装置。
【請求項３】
前記船舶は、前記避泊地の一つである積み込み港で資材を積み込んで前記避泊地の一つである積み下ろし港で前記資材を積み下ろすことを繰り返し、
前記記憶部には、前記船舶の前記積み込み港及び前記積み下ろし港で要する作業時間と、前記積み込み港及び前記積み下ろし港における作業可能時間帯と、が記憶されており、
前記航路選択部は、前記作業時間及び前記作業可能時間帯に基づいて、前記運航時間を算出する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の運航シミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の航路を選択する運航シミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶の運航を支援するためのシステムとして、定刻到着運航と省エネ（環境負荷低減）を両立させる技術（特許文献１〜３参照）、荒天時の船舶動揺の予測値を提供して荒天対応判断及び対策準備を正確に行えるように支援する技術（特許文献４参照）、最適航路を検索する技術（特許文献５〜７参照）、海況に応じて船舶性能を修正する技術（特許文献８，９参照）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５９１４号公報
【特許文献２】特開２００７−４５３３８号公報
【特許文献３】特開２００９−２８６２３０号公報
【特許文献４】特開２００７−４７０３６号公報
【特許文献５】特開２００７−５７４９９号公報
【特許文献６】特開２００７−２４５９３５号公報
【特許文献７】特開２００８−１４５３１２号公報
【特許文献８】特開２０１２−８６６０４号公報
【特許文献９】特開２０１０−２３７７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、海上人工島等の埋立工事では，土砂、石材等といった資材（埋立材料）を海上運搬することが行われる。所要量の資材を運搬するために、船舶（運搬船）は、資材の積み込み港（荷積場所）から埋立場所の近隣の積み下ろし港（荷降場所）までの運航を繰り返す。一般的に工期短縮のため、多数の船舶が資材を運搬するが、運航距離が長く、気象・海象の変化が運航の可否に影響する場合や、船舶間の性能（船速、耐航性能等）が異なる場合には、複数の船舶の運航を効率よく管理することが難しい。
【０００５】
さらに、一般に、船舶におけるすべての判断は、船長によってなされる。船長は、気象・海象の予測値、船舶の性能、資材の量等といった様々な条件を勘案しながら操船する。しかし、運航距離が長距離化し運航時間が長期化することで、気象・海象の変化が運航判断に強く影響を及ぼすようになる。また、出港した時点での気象・海象予報から、運航中に実際の気象・海象が大きく変化し、急濾避難場所で待機する場合もある。このような状況が頻出する場合には、工程確保が難しくなることは容易に想定される。
【０００６】
また、荷積場所及び荷降場所での作業状況も効率的な運航管理に影響を及ぼす。荷積場所及び荷降場所での船舶の待機時間が長くなれば、気象・海象の情報と自船舶の情報だけでは、効率的な運航の判断が難しい。さらに、多数の船舶が錯綜する海域では、荒天時の避泊地（退避港、待避場所等）の利用状況を共有することも安全な避泊行動をとる上で重要となり、予め安全な避泊行動をとることが、気象・海象回復後の効率的な運航へとつながっていく。すなわち、気象・海象予報のように容易に取得可能な情報と自船舶の情報とに基づいて、船長が出航及び避泊（避難、待機）のみで運航判断をしていると、情報量の不足のために十分な効率化を図ることができず、過大に安全側の判断を選択する可能性が高い。よって、工程短縮を実現する効率的な運航管理が難しいと考えられる。
【０００７】
また、特許文献１〜９に記載された技術は、１隻の船舶の運航を支援するものであるため、複数の船舶に避泊が必要な場合において、全体を考慮した避泊地の選択が行われないという問題がある。
【０００８】
このような事情は、工程計画を作成する際にも問題になる。すなわち、船舶の運航距離が長くて気象・海象の変更が運航の可否に影響する場合、船舶の性能がそれぞれ異なる場合等には、船舶の稼働率の算定が難しく、現実には、経験的な値を概略値として用いて工程計画が作成されているが、この際に複数の船舶に対して好適な航路を選択して精度の高いシミュレーションを行うことが望まれている。
【０００９】
本発明は、前記した事情に鑑みて創案されたものであり、工程計画作成等の際に、複数の船舶に対して精度の高いシミュレーションを行うことが可能な運航シミュレーション装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明の運航シミュレーション装置は、所定の海域における気象・海象条件と、前記海域における複数の航路と、前記海域を運航する複数の船舶についての船速と、が記憶される記憶部と、前記気象・海象条件及び前記船速に基づいて、前記複数の航路の中から航路を選択する航路選択部と、を備え、前記航路には、前記船舶が避泊可能な避泊地が設定されており、前記航路選択部は、前記気象・海象条件が前記船舶による今の前記避泊地から次の前記避泊地への運航に不適であると判定した場合には、所定時間だけ今の前記避泊地に避泊するようにして前記船舶の運航時間を算出し、前記複数の船舶それぞれに対して、前記複数の航路の中で前記運航時間が最も短い前記航路を選択することを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によると、気象・海象条件及び船速を用いて、気象・海象条件が船舶による今の避泊地から次の避泊地への運航に不適であると判定した場合には、所定時間（例えば、気象・海象条件の１タイムステップ分）だけ今の避泊地に避泊（待機）するようにして所定時間経過後に再度気象・海象条件をチェックし、それでも不適であれば再度所定時間だけ待機する、ということを繰り返して船舶の運航時間を算出し、複数の船舶それぞれに対して、複数の航路の中で運航時間が最も短い航路を選択するので、気象・海象を考慮して、より正確な稼働状況に基づく工程計画の作成が可能となる。
【００１２】
前記記憶部には、前記避泊地に避泊可能な隻数が記憶されており、前記航路選択部は、前記避泊地に避泊可能な隻数を超えないように、複数の前記船舶の前記航路を選択する構成であることが望ましい。
【００１３】
かかる構成によると、避泊地に避泊可能な隻数を超えないように、複数の船舶の航路を選択するので、避泊地の混雑度を考慮して、より現実的な設定が可能となり、さらに正確な稼働状況に基づく工程計画の作成が可能となる。
【００１４】
前記船舶は、前記避泊地の一つである積み込み港で資材を積み込んで前記避泊地の一つである積み下ろし港で前記資材を積み下ろすことを繰り返し、前記記憶部には、前記船舶の前記積み込み港及び前記積み下ろし港で要する作業時間と、前記積み込み港及び前記積み下ろし港における作業可能時間帯と、が記憶されており、前記航路選択部は、前記作業時間及び前記作業可能時間帯に基づいて、前記運航時間を算出することが望ましい。
【００１５】
かかる構成によると、作業時間及び作業可能時間帯に基づいて運行時間を算出するので、実際の作業を考慮した工程計画の作成が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、工程計画作成等の際に、精度の高いシミュレーションを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る運航シミュレーション装置が適用される海域を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る運航シミュレーション装置を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は船舶諸元テーブルの一例を示す図、（ｂ）は避泊地テーブルの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る運航シミュレーション装置の動作例を説明するためのフローチャートである。
【図５】ケーススタディにおける避泊地の位置の一例を示す模式図である。
【図６】仮想的な気象・海象条件の頻度分布の一例を示すグラフである。
【図７】（ａ）は仮想的な海象条件の経時変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は仮想的な気象条件の経時変化の一例を示すグラフである。
【図８】仮想的な気象・海象条件の頻度分布の一例を示すグラフである。
【図９】（ａ）は仮想的な海象条件の経時変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は仮想的な気象条件の経時変化の一例を示すグラフである。
【図１０】ケーススタディにおける避泊地の位置の一例を示す模式図である。
【図１１】傭船数と１年間の総運搬量との関係を示すグラフである。
【図１２】傭船数を９０とした場合の各船舶の運搬回数（往復回数）を示すグラフである。
【図１３】月別運搬量及び稼働率の推移を示すグラフである。
【図１４】総運搬量の推移を示すグラフである。
【図１５】気象・海象条件による効率化の度合いの変化を示すグラフである。
【図１６】運搬距離ごとの効率化の度合いを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る運航シミュレーション装置について、複数の船舶が資材を長距離かつ大量運搬する必要がある離島での海洋工事に適用した場合を例にとり、適宜図面を参照しながら説明する。なお、同様の構成には同様の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る運航シミュレーション装置が適用される海域２には、資材を積み込む港３（以下、「積み込み港３」という。）と、資材を積み下ろす港４（以下、「積み下ろし港４」という。）と、積み込み港３及び積み下ろし港４の間の複数の港５と、が存在している。かかる海域２において、複数の船舶１０が、積み込み港３及び積み下ろし港４の間を往復し、積み込み港３で資材を積み込んで積み下ろし港４で資材を積み下ろす。なお、複数の港５を区別する場合には、符号５の後ろにローマ字を付すことがある。また、以下の運航シミュレーション装置の説明において、船舶１０は実際には運航しておらず、当該装置内のシミュレーションにおいて仮想空間内を運航している。
【００２０】
＜運航シミュレーション装置＞
図２に示すように、運航シミュレーション装置２０は、複数の船舶１０の運航をシミュレーションして複数の航路の中から各船舶１０に最適な航路を選択する装置であって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路等からなる。運航シミュレーション装置２０は、図２に示すように、機能部として、記憶部２１と、データベース管理部２２と、航路選択部２３と、を備える。
【００２１】
記憶部２１には、気象・海象条件データベース２１ａと、航路データベース２１ｂと、船舶諸元データベース２１ｃと、避泊地データベース２１ｄと、が記憶されている。
【００２２】
気象・海象条件データベース２１ａには、気象・海象条件が記憶されている。気象・海象条件は、前記した海域２における海象（波高）及び気象（風速）に関するデータであり、本実施形態では、例えば面積４００ｋｍ２（２０ｋｍ×２０ｋｍ）のエリア毎の情報を所定時間（タイムステップ。例えば、１時間）ごとに所定期間分（例えば、１年間分）を含むデータである。かかる気象・海象条件としては、例えば海域２における過去の気象・海象に関するデータを用いることができる。
【００２３】
航路データベース２１ｂには、海域２における複数の航路の位置データが記憶されている。
複数の航路は、図１に示すように、積み込み港３及び積み下ろし港４の間を往復する船舶１０が、常に目的地に近づくように設定されており、例えば積み込み港３から積み下ろし港４への航路（往路）としては、「積み込み港３→積み下ろし港４」、「積み込み港３→港５Ａ→積み下ろし港４」、「積み込み港３→港５Ａ→港５Ｂ→積み下ろし港４」等といった複数の航路が設定されている。かかる複数の航路には、例えば往路における港５Ｄから港５Ｃへと目的地から遠ざかるような航路は含まれない。すなわち、船舶１０の航路において、次の港（避泊地）から目的地（積み込み港３又は積み下ろし港４）までの直線距離は、今の港から目的地までの直線距離よりも短い。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、船舶諸元データベース２１ｃには、船舶１０毎に、船舶ＩＤと、積載量と、往路での船速と、復路での船速と、波高閾値と、風速閾値と、が関連付けて記憶されている。ここで、積載量は、当該船舶１０に資材を積載可能な最大積載量である。また、船速（往路）は、最大積載量の資材を積載した船舶１０が運航する速度であり、予め設定された値である。また、船速（復路）は、資材を積み下ろした船舶１０が運航する速度であり、船速（往路）よりも速く、予め設定された値である。波高閾値は、船舶１０が運航可能な波高の最大値であり、運航中の波高が当該波高閾値を超える場合には、船舶１０は避泊する必要がある。風速閾値は、船舶１０が運航可能な風速の最大値であり、運航中の風速が当該風速閾値を超える場合には、船舶１０は避泊する必要がある。
【００２５】
また、船舶諸元データベース２１ｃには、船舶１０毎に、作業時間と、作業可能時間帯と、が関連付けて記憶されている。ここで、作業時間は、船舶１０に資材を積み込んだり船舶１０から資材を積み下ろしたりするのに要する時間であり、積み込み／積み下ろしごとに分けて設定されていてもよい。また、作業可能時間は、積み込み港３及び積み下ろし港４において作業可能な時間帯であり、船舶諸元データベース２１ｃに代えて避泊地データベース２１ｄに記憶されていてもよい。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、避泊地データベース２１ｄには、避泊地毎に、避泊地ＩＤ（又は避泊地名）と、避泊地位置データと、避泊可能隻数と、が関連付けて記憶されている。避泊地は、船舶１０が避泊可能な場所であり、前記した積み込み港３、積み下ろし港４及び複数の港５が避泊地に該当する。
避泊可能隻数は、避泊地に避泊可能な船舶１０の隻数であり、港３，４，５の規模、港湾管理者との契約等によって予め設定されている。
避泊余裕隻数は、避泊可能隻数から避泊している船舶１０の隻数を引いた隻数である。また、図示は省略するが、避泊余裕隻数は、シミュレーション中において経時的に変化するものであるため、シミュレーション内で流れる時間と関連付けて記憶される。
【００２７】
データベース管理部２２は、記憶部２１内の各データベース２１ａ〜２１ｄを管理するものであって、キーボード・マウス等からなる入力装置３０又は外部のサーバ等から出力された各種データを取得し、記憶部２１内の各データベース２１ａ〜２１ｄの内容を更新する。
【００２８】
航路選択部２３は、各データベース２１ａ〜２１ｄのデータに基づいて、複数の船舶１０に対して最適な航路を選択し、プリンタ、ディスプレイ、スピーカ等からなる出力装置４０へ選択結果を出力する。航路選択部２３による航路の選択手法については、以下の動作例において詳細に説明する。
【００２９】
＜動作例＞
続いて、運航シミュレーション装置２０の動作例、すなわち、航路選択部２３による航路の選択手法について、図１〜図４を参照して詳細に説明する。本動作例では、初期条件として、全ての船舶１０が積み込み港３に位置する状態からシミュレーションを開始し、各船舶１０に対して片道（往路・復路）ずつシミュレーションを繰り返す（往路→復路→往路→復路→…）。
【００３０】
図４に示すように、まず、航路選択部２３が、船舶１０がどれであるかを示すパラメータａ、航路がどれであるかを示すパラメータｂ、航路中の港数（出発地を除いた数であり、次の避泊地を示す）パラメータｃをそれぞれ「１」に設定する（ステップＳ１）。なお、船舶１０の総数をＡ、航路の総数をＢ、航路中の港の総数（出発地を除いた数）をＣとする。
【００３１】
続いて、航路選択部２３が、１番目の船舶１０の１番目の航路における現在値（ここでは、積み込み港３）から次の避泊地までの経路に関して、所定時間Ｈ１（例えば、気象・海象条件のタイムステップである１時間）ごとに船舶１０の位置における気象・海象に基づいて、気象・海象が運航に良好であるか不良であるかを判定する（ステップＳ２）。
例えば、航路選択部２３は、時間Δｔ後の船舶１０の位置における気象・海象を確認するために、現在の時刻ｔにおける船舶１０の船舶位置データｘ（初期条件として予め設定されている）と、船舶諸元データベース２１ｃに記憶された船舶１０の船速ｖとに基づいて、時刻ｔ＋Δｔにおける船舶１０の船舶位置データｘ＋ｖ・Δｔを算出する。
続いて、航路選択部２３は、気象・海象条件データベース２１ａに記憶された気象・海象条件の中から、位置ｘ＋ｖ・Δｔ及び時刻ｔ＋Δｔに該当する気象・海象予報条件（すなわち、波高（海象条件）及び風速（気象条件））を抽出し、抽出された波高及び風速と、船舶諸元データベース２１ｃに記憶された波高閾値及び風速閾値と、を比較する。
そして、航路選択部２３は、次の港までの運航全体において、波高が波高閾値以下であり、かつ、風速が風速閾値以下である場合に、気象・海象条件は良好であると判定し、波高が波高閾値を超える、又は、風速が風速閾値を超える場合に、気象・海象条件は不良であると判定する。ここで、気象条件としての風速は、東西方向の風速と南北方向の風速とを含んでいてもよく、この場合には、航路選択部２３は、東西方向の風速及び南北方向の風速をそれぞれ風速閾値と比較することができる。
【００３２】
ステップＳ２において良好と判定された場合には、航路選択部２３は、次の避泊地の混雑度を確認する（ステップＳ３）。
すなわち、航路選択部２３は、避泊地データベース２１ｄに記憶された、次の避泊地に到着する時間における余裕避泊隻数を参照し、余裕避泊隻数がプラス（空きあり）であるかゼロ（空きなし）であるか否かを判定する。１隻目の船舶１０に関しては、ステップＳ３では原則的に空きありと判定される。
【００３３】
ステップＳ２において不良と判定された場合と、ステップＳ３において空きなしと判定された場合には、航路選択部２３は、船舶１０を今の避泊地で所定時間Ｈ２（例えば、気象・海象条件のタイムステップである１時間）だけ待機させ、ステップＳ２，Ｓ３を繰り返す。
【００３４】
ステップＳ３で空きありと判定された場合には、航路選択部２３は、次の避泊地からさらに次の避泊地への経路に関して同じ処理を繰り返す（ステップＳ５でＮｏ→ステップＳ６→ステップＳ２→…）。
【００３５】
１番目の航路について目的地（往路における積み下ろし港４又は復路における積み込み港３）までの処理が終了すると（ステップＳ５でＹｅｓ）、航路選択部２３は、１番目の航路における運航時間を算出する（ステップＳ７）。ここで、運航時間は、船舶１０が出発地から目的地まで運航するのに要する時間であって、海域を移動する航行時間と、避泊地での待機時間と、積み込み港３及び積み下ろし港４での作業時間と、を含む。
本動作例において、往路における運航時間は、積み込み港３での積み込み作業開始までの順番待ち時間と、積み込み港３での積み込みに要する作業時間と、海域２を移動する航行時間と、その途中における避泊地での待機時間と、の合計時間である。また、復路における運航時間は、積み下ろし港４での積み下ろし作業開始までの順番待ち時間と、積み下ろし港４での積み下ろしに要する作業時間と、海域２を移動する航行時間と、その途中における避泊地での待機時間と、の合計時間である。
【００３６】
航路選択部２３は、１番目の船舶１０の全ての航路に関して同じ処理を繰り返す（ステップＳ８でＮｏ→ステップＳ９→ステップＳ２→…）。
【００３７】
１番目の船舶１０の全ての航路に関して運航時間の算出処理が終了すると（ステップＳ８でＹｅｓ）、航路選択部２３は、１番目の船舶１０に関する複数の航路から最も運航時間の短い航路を選択する（ステップＳ１０）。
【００３８】
航路選択部２３は、全ての船舶１０に関して同じ処理を繰り返す（ステップＳ１１でＮｏ→ステップＳ１２→ステップＳ２→…）。２隻目以降の船舶１０に関しては、ステップＳ３で空きなしと判定されるケースが出てくる。
全ての船舶１０に関して航路が選択されると（ステップＳ１１でＹｅｓ）、航路選択部２３は、船舶１０ごとに選択済みの航路の運航時間を積算し、積算された運航時間が所定期間（本動作例では、１年）に達したか否かに基づいて、全ての船舶１０に関して所定期間分のシミュレーションが完了したか否かを判定する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３でＮｏの場合には、船舶１０の総数Ａからシミュレーションが完了した隻数を引くとともに、所定期間分のシミュレーションが完了していない船舶１０に関して、直前の処理における目的地（積み込み港３又は積み下ろし港４）を出発地としてステップＳ１〜Ｓ１３を繰り返す。ここで、往路に関するシミュレーションの後には復路に関するシミュレーションが行われるが、例えば１隻目の船舶１０が復路を運航する際に他の船舶１０が往路にあって港５に避泊している等のケースがあり、一の船舶１０の航路選択に他の船舶１０の航路が影響を与えることとなる。
【００３９】
そして、全ての船舶１０に関して１年分のシミュレーションが完了したと判定された場合（ステップＳ１３でＹｅｓ）には、本フローを終了し、選択された航路を出力装置４０へ出力し、印刷、画像（映像）又は音声によってユーザへ通知する。
【００４０】
なお、航路選択部２３は、所定期間（例えば、１年間）内に積み込み港３及び積み下ろし港４を所定回数（例えば、１隻の船舶１０が気象・海象に影響されずに待機時間ゼロで積み込み港３及び積み下ろし港４の間を直接往復したときの回数を１００％としたときに５０％）以上往復することができる船舶１０の数（稼動数）又は割合（稼働率）を算出する構成であってもよい。
【００４１】
本発明の実施形態に係る運航シミュレーション装置２０は、気象・海象条件及び船速を用いて、気象・海象条件が船舶による今の避泊地から次の避泊地への運航に不適であると判定した場合には、所定時間だけ今の避泊地に避泊するようにして船舶の運航時間を算出し、複数の船舶それぞれに対して、複数の航路の中で運航時間が最も短い航路を選択するので、精度の高いシミュレーションを行うことができ、気象・海象を考慮して、より正確な稼働状況に基づく工程計画の作成が可能となる。
また、本発明の実施形態に係る運航シミュレーション装置２０は、航路が出発地から目的地へ向けて常に前進するように設定されているので、後戻りするような非効率的な航路を予め除外し、シミュレーションに要する時間を短縮することができる。
また、本発明の実施形態に係る運航シミュレーション装置２０は、避泊地に避泊可能な隻数を超えないように、複数の船舶の航路を選択するので、避泊地の混雑度を考慮して、より現実的な設定が可能となり、さらに正確な稼働状況に基づく工程計画の作成が可能となる。
また、本発明の実施形態に係る運航シミュレーション装置２０は、作業時間及び作業可能時間帯に基づいて運航時間を算出するので、実際の作業を考慮した工程計画の作成が可能となる。
また、本発明の実施形態に係る運航シミュレーション装置２０は、船舶１０の稼動数又は稼働率を算出するので、船舶１０の最適な隻数を決める参考となる。
【００４２】
＜実施例＞
＜運航シミュレーション技術＞
海運分野のウェザールーティングでは、大洋を横断する航路で避泊地５がないケースを扱っているが、本発明は主に海洋工事を対象とするため、積み込み港３と積み下ろし港４の途中に島等があり、気象・海象が悪化した場合には避泊できる場合を考える。
この場合、途中の島等に避泊地５を設け、気象・海象の変化を考慮しながら船舶１０を可能な限り前進させることにより、より短い期間でより大量の資材運搬を達成することができると考えられる。
施工計画時には，重要なパラメータである船舶１０の数、各船舶１０の運搬量、船速、波高閾値、風速閾値、避泊地５（避難港）、積み込み及び積み下ろしの作業時間並びに作業の開始時刻及び終了時刻を考慮した上で、出港可否判断を含めた最適航路を探索し、各船舶の運航を工事予定地域でシミュレーションすることで、運航計画の最適化が可能となる。
【００４３】
本技術では、気象・波浪解析には第５世代NCAR/Penn StateメソスケールモデルMM5（Grell,G.A.,J.Dudhia, and D.R.Stauffer : A description of the fifth-generation Penn State-NCAR Mesoscale Model（MM5）, NCAR Tech. Note NCAR/TN-398+STR, NCAR，p.128, 1991）と沿岸波浪推算モデルSWAN（Booij,N.,R.C.Ris and L.H.Holthuijsen : A third-generation wave mode1 for coastal regions, Part1, Model description and validation, J.Geophys. Res. C4, 104， pp,7649-7666 ,1999）を用いた。
ここで得られた気象・海象条件をもとに、各船舶１０の最適航路の探索を行う。
【００４４】
最適航路は、前記したように、図４に示すフローに従って探索する。
予め気象・海象条件を記憶部２１に記憶させ、まず、１番目の船舶１０に対し、航路データベース２１ｂにある全ての航路パターンについて、所要時間を計算する。
この際、避泊地５の数が増えるにつれて、積み込み港３から積み下ろし港４までの選択可能な航路パターン数ｍは、次式のように階乗で増加する。
【００４５】
【数１】
2014119356.tif 000003
【００４６】
ただし、Ｎ：港の数の総和とする。
例えば，避泊地５が１０港ある場合、積み込み港３及び積み下ろし港４と合わせてｎ＝１２となるから、ｍ＝９８６４１０１通りとなり、この航路パターンの全てについて、各船舶１０の気象・海象悪化による待機時間も含めた所要時間を計算すると、計算負荷が非常に大きく、計算終了までの時間が膨大になる。
一方で，実際にはこの航路パターンの中には，戻りを含む非現実的な航路も含まれる。
そこで，各航路パターンの総延長をもとに、事前に、非現実的な航路パターンのみを取り除き、現実的な航路パターンをデータベース化して航路データベース２１ｂとすることで、航路探索時間の短縮を達成した。
【００４７】
所要時間計算の際に、途中、気象・海象悪化で航行できない場合には、気象・海象が良好になって次の港に到達できるまで今の港に待機させる。
そして、待機時間を考慮した上で、最短時間で積み込み港３／積み下ろし港４に到達した航路を最適航路とする。
次に、２番目の船舶に対しても、同様に所要時間を計算するが、その際には、各避泊地について他の船舶１０との重なり（港の混雑度）を確認し、港の停泊可能隻数を超える場合は、空きが出るまで今の港に待機させる。
全ての待機時間を考慮した上で最短となった航路を最適航路とする。
以降の船舶１０に対しても同様の探索を繰り返すことで，各船舶１０の最適航路を探索することができる。
【００４８】
以上のようにして、各船舶１０に積み込み港３から積み下ろし港４までの往路／復路ごとに最適航路を探索し、工期中の海域２（工事区城）におけるシミュレーションを行うことで、船舶１０の稼働率の算出、船団の最適な組み合わせ等を計画することができる。
【００４９】
＜ケーススタディの条件設定＞
（１）ケーススタディ１  〜費用対効果が高い傭船数〜
本発明の実施形態に係る運航シミュレーション装置２０を用いて土砂運搬を対象とした一年間のシミュレーションを実施した。
本発明のシミュレーション技術は、主に長距離運搬を対象としているため、一般的な海洋工事よりも資材の積み込み港と積み下ろし港が遠方に離れている場合を想定する。
そこで図５に示すように、積み込み港と積み下ろし港とが５７１ｋｍ離れており、その間に避泊地が１３港存在する場合を考えた。
また各避泊地に停泊できる船舶の数は３隻とし、積み込み港及び積み下ろし港の待機場所では、すべての船舶が停泊できるとした。
また、仮想的な気象・海象条件を作成するため、任意の領域における過去のＮＣＥＰデータを用いた海象・気象解析を実施したところ、領域全体として図６に示す頻度分布を持っていた。
この仮想的な気象・海象条件を与え、一年間のシミュレーションを実施した。
ここで、図７は、図５に△で示す地点の波高及び風速の時系列変化を示すグラフである。図７（ｂ）において、実線は南北方向の風速であり、点線は東西方向の風速である。図７に示す例では、春季〜夏季は気象・海象が良好であったが、８月から台風が来襲し、また、冬季は北西の季節風が卓越している。
【００５０】
今回の設定の下で、費用対効果が高い船舶の数（傭船数）を調べるため、傭船数のみを変更して、一年間の総運搬量の変化を調べた。
船舶の最適等の諸元は表１に示す通りとし、一年間の運航シミュレーションを実施した。
【００５１】
【表１】
2014119356.tif 000004
【００５２】
ここで、「作業時間」とは、積み込み作業及び積み下ろし作業に要する時間である。また、「作業可能時間帯」とは、積み込み作業及び積み下ろし作業を実施可能な時間帯であり、深夜・早朝は作業を停止して待機しているとした。
【００５３】
（２）ケーススタディ２  〜経験的運航力法との比較〜
本発明の有効性を確認するため、従来通り、各舶舶の舶長の判断で運航した場合と本発明を用いた場合の運搬量を比較した。
ここで、船長が判断する従来の手法をモデル化するため、複数の船長にヒアリングを行った。
その結果、次のことが分かった。
・運航管埋は船長が行う。
・気象・海象予報はテレビ・ラジオや海上保安庁による予報Ｆａｘを通して受信する（海上でも情報取得可能）。
・天気予報（気象・海象）によって、出港後、目的港へ入港するまで天気が良好でなければ出港しない。
・安全を優先し、出港後に海況悪化のため元の港へ戻ってくる場合もある。
以上を「経験的運航方法」としてモデル化した。
各船長の統―的な基準のない経験的判断をモデル化することは非常に困難であるため、今回のモデル化は複数の船長の共通した項目のみに限り、船果の個々の経験的判断基準は、各船舶の航行限界波高及び航行限界風速の設定に含むものとみなした。
【００５４】
本ケーススタディでは、より現実的な船団として，６隻の船舶を表２に示す諸元で設定し、図５に示したケーススタディ１と同じ位置に各港を設定し、気象・海象条件についてもケーズスタディ１と同一の任意の領域についで過去のNCEPデータを用いた解析を行い、領域全体として図８に示す頻度分布を持ち、図５に△で示した地点で図９に示す時系列となる仮想的な気象・海象条件を与え、一年間の運航シミュレーションを実施した。図９（ｂ）において、実線は南北方向の風速であり、点線は東西方向の風速である。
【００５５】
【表２】
2014119356.tif 000005
【００５６】
（３）ケーススタディ３  〜運搬距離と効率化〜
運搬距離が長いほど、船舶が海上にいる時間が長期化するため、気象・海象の影響が増大すると考えられる。
したがって、本発明のシミュレーション技術の適用による効率化の度合いは、運搬距離が長いほど大きくなることになる。
そこで、運搬距離と本発明による効率化との関係を調べるため、図１０に示すように、運搬距離を５７１ｋｍ、４６８ｋｍ、３６６ｋｍ、２６４ｋｍ、１７２ｋｍの５通りに設定し、一年間の運航シミュレーションを行った。
ここで、避泊地は、積み込み港３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅと積み下ろし港４の間にある港とし、運搬距離が５７１ｋｍでは１３港、４６８ｋｍ、３６６ｋｍ、２６４ｋｍでは６港、１７２ｋｍでは４港とした。
船舶の諸元は、ケーススタディ２と同じ表２に示すものとし，経験的運航方法を適用した場合の運搬量との比較を行い、本発明の運航シミュレーション技術を適用した場合の効率化の度合いが運搬距離によってどう変化するかを調べた。
【００５７】
＜ケーススタディの結果＞
（１）ケーススタディ１  〜費用対効果が高い傭船数〜
船舶の隻数を増加させ、一年間の総運搬量の変化を調べた結果を図１１に示す。
図１１に示すように、傭船数を増やしても年間総運搬量は頭打ちになることがわかる。
これは、単純に傭船数を増加しても、積み込み港３及び積み下ろし港４における積み込み設備及び積み下ろし設備の数は限られており、待機する船舶が増えるだけで運搬の効率化には繋がらないことを示している。
このことから、費用対効果の最も高い傭船数を検討するため、効率的に運航している船舶の割合を表す指標として、「待機時間がゼロの場合に１隻の船舶の１年間の往復回数を１００とし、往復回数５０以上を確保できた船舶数の割合」を「有効船舶稼動率」と定義し、傭船数と有効船舶稼働率の関係を調べた。
図１１の有効船舶稼働率に着目すれば、傭船数が約１６隻以上から低下しており、傭船数が１６隻の場合に待機船数が少なく費用対効果が最適化されることがわかった。
図１２に示した各船舶の運搬回数を見ても、航路探索の優先度が下がるにつれ、運搬回数が減少する様子が見て取れる。
この結果より、本技術を用いれば、費用対効果を施工計画の段階で定量的に評価できることがわかる。
【００５８】
（２）ケーススタディ２  〜経験的運航方法との比較〜
現実的な傭船数及び作業条件（表２）の下、一年間のシミュレーション結果を図１３に示した。
気象・海象を考慮しない場合と気象・海象を考慮した場合の運搬量の比を稼働率とすると、稼働率には大きな季節変化があり、今回仮想的に用いた気象・海象条件では冬に季節風が強いため１２月の稼働率が最も低く、２３％であった。
一方で、稼働率の最も高い５月は８０％を超えており、年間を通しての平均稼働率は５３％であった。
このことから、施工計画の際には工事区域の季節特性の把握が重要であることがわかった。
【００５９】
一年間の土砂運搬量について、経験的運航方法を適用した場合と本発明による最適航路を採用した場合の比較を図１４に示した。
経験的運航方法の場合、年間総運搬量が４６０，０００ｍ３に対し，本発明を適用した場合は、５９４，８００ｍ３であった。
この結果より、本発明を適用することで経験的運航可否判断に含まれる不確実さがなくなり、このケースでは約２９％運搬量が増加した。
気象・海象条件作成時にNCEPデータの時期を変えて７通りの設定で実施してみても、今回の設定では図１５に示すように７年の平均で２１％の増量を確保することができ、本発明の有効性が確認された。
【００６０】
（３）ケーススタディ３  〜運搬距離と効率化〜
運搬距離の影響を検討するため、ケーススタディ２と同一の現実的な船団及び作業条件（表２）の下、異なる５ケースの運搬距離５７１ｋｍ、４６８ｋｍ、３６６ｋｍ、２６４ｋｍ、１７２ｋｍを設定し、一年間の運航シミュレーションを行った。
その結果，年間総運搬量は図１６に示す通りになった。
図１６によると，本発明のシミュレーション技術を用いた場合の運搬量は、全て経験で運航方法を適用した場合を上回っており、本発明を適用することで運搬量を増加することができることがわかった。
本発明による効率化の度合いをみると、運搬距離が３６６ｋｍの場合を除き、運搬距離が増加するのに伴い運搬増量も増加しており、１７２ｋｍでは４％であったのに対し、５７１ｋｍでは２７％の運搬効率化を見積もることができた。
しかし、３６６ｋｍでは２６４ｋｍに比べ効率化が減少していた。これは、今回の設定では避泊地数が運搬距離と比例しておらず、また、避泊地の位置も同一であったため、効率化の度合いと距離の関係が単純ではなかったためと考えられる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、初期条件における複数の船舶１０の位置は、適宜変更可能である。また、複数の船舶１０のうち、どの船舶１０から順に航路を選択するかという事項についても適宜変更可能である。例えば、船速の遅い船舶１０、積載量の多い船舶１０、波高閾値及び風速閾値が小さい船舶１０等から先に航路を選択する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００６２】
２      海域
３      積み込み港（避泊地）
４      積み下ろし港（避泊地）
５      港（避泊地）
１０    船舶
２０    運航シミュレーション装置
２１    記憶部
２３    航路選択部
【図１】
2014119356.tif 000006
【図２】
2014119356.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014119356.tif 000012
【図８】
2014119356.tif 000013
【図９】
2014119356.tif 000014
【図１０】
2014119356.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
2014119356.tif 000017
【図１３】
2014119356.tif 000018
【図１４】
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【図１５】
2014119356.tif 000020
【図１６】
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