(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標準的船舶自動識別システム（ＡＩＳ）に付加される第１付加装置であって、電力制御計算回路と可変アッテネータとを備え、
前記電力制御計算回路は、許容しうるスロット衝突回数に対応するスロットマップ利用率の上限値を設定し、通常の送信範囲にある全ての船舶について標準的ＡＩＳにより取得される各船の位置情報および送信時間間隔等のデータに基づいて、前記スロットマップ利用率の上限値を超えない範囲で可能な限り大きい送信範囲を計算し、かつ、当該送信範囲に対応する送信電力を与える可変アッテネータ制御信号を出力し、
前記可変アッテネータは、前記制御信号に基づいてＡＩＳ送信機出力を制御する、第１付加装置。
【請求項２】
標準的ＡＩＳに付加される第２付加装置であって、全周を等角度に分割したセクタ毎に信号を受信できるセクタアンテナと、該セクタアンテナに内蔵されたセクタ切替スイッチとを備え、
前記セクタアンテナのセクタ数が６であり、船首方向に対してプラス・マイナス３０°の角度に１つのセクタが向き、
前記セクタアンテナの１つのセクタのみが信号を受信しているときは、当該セクタの信号を受信し、
スロット衝突により２つ以上のセクタが信号を受信しているが信号強度に差があるときは、最も信号強度が強いセクタの信号を受信し、
スロット衝突時に２つ以上のセクタの信号強度がほぼ拮抗しているときは、各セクタに前方（船首方向）、右舷前方、左舷前方、右舷後方、左舷後方、後方（船尾方向）の順に優先順位を与え、最も優先順位が高いセクタの信号を選択して受信する、前記第２付加装置。
【請求項３】
１フレームを第１モード期間と第２モード期間とに分割し、
第１モード期間において、ＡＩＳ送信機が通常の送信電力により自船の情報を送信し、かつ、電力制御計算回路が、スロットマップ利用率の上限値を超えない範囲で可能な限り大きい送信範囲を計算し、
第２モード期間において、可変アッテネータにより送信電力を制御されたＡＩＳ送信機が自船の情報を送信する、請求項１記載の第１付加装置。
【請求項４】
前記第２モード期間を前記第１モード期間よりも長く設定する、請求項３記載の第１付加装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、「海上における人命の安全のための国際条約（ＳＯＬＡＳ条約）」に規定された船舶自動識別システム（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｓｈｉｐ−ｂｏｒｎｅ  Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ：以下、ＡＩＳ）に関連し、特に標準的なＡＩＳに付加することが望ましい２種類の付加装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＯＬＡＳ条約に規定されたＡＩＳは、共通海域に在る複数の船舶が、それぞれＧＰＳ位置信号に基づく自船の位置情報、および各種計器から得られる針路、速力等の情報を自律的に送信し、またそのような他船の情報を受信することにより、自船の周囲の船舶の存在および位置関係等を認識することを目的とする舶用無線通信システムである。ただし、各船間の対話的な通信は行われない。
【０００３】
ＡＩＳにはＶＨＦ帯の２つの周波数チャンネルが割り当てられているが、時には数十隻にも及ぶ同一海域内の船舶が僅か２つのチャンネルを共用するのであるから、通信相互のぶつかり合い（衝突）は避けられない。しかし、その衝突機会を極力減らして電波を有効利用するために、時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）による時間配分管理が行われる。
【０００４】
すなわち、いずれのチャンネルも１分間を１フレームとし、１フレームを２２５０個のタイムスロットに分割する。各船舶は、どちらかのチャンネルの空きスロットを選んで（「スロット予約」という）自船の情報を送信する。なお、各船舶が使用するタイムスロットはＧＰＳ時刻信号に基づいて同期されている。
【０００５】
上述のような管理を行っても実際には各船からの送信の衝突が起きる。ＴＤＭＡ下における通信の衝突は、複数の船舶が偶々同一タイムスロットを予約する形で生じる。これを「スロット衝突」と呼ぶ。スロット衝突が起きると、これら複数の船舶からの信号を受信しようとしている船舶は、混信により通報内容を受け取ることができないので、他船の位置を見失うことになる。
【０００６】
スロット衝突の発生を極力回避するため、ＡＩＳ推奨手順では、（ａ）受信した情報から他船のスロット予約状況を知り、他船が予約していない空スロットを自船の送信スロットとして選ぶこと、（ｂ）スロット選択にランダム性を持たせること、（ｃ）通報中に船舶が移動する距離が問題にならない程度の短い通報時間とすること、および（ｄ）スロット衝突が起こっても数フレーム後にはその衝突が解消されるように最大予約時間（タイムアウト）を設けること等を規定している。
【０００７】
また、実質的に一つの海域にある全船舶が互いの位置関係を認識できる必要があるところから、ＡＩＳでは送信距離が約３０ＮＭ（Ｎａｕｔｉｃａｌ  Ｍｉｌｅ：１ＮＭ＝１．８５２ｋｍ）となるような送信出力が推奨されている。
【０００８】
しかしながら、標準的ＡＩＳに上記推奨手順を適用しても、図１に示すような場合には悪性のスロット衝突が起きる可能性がある。すなわち、互いの送信範囲外にある２船ＡとＢは相手の予約スロットを知ることができないから、重複するスロットを予約する可能性がある。その場合、両船Ａ、Ｂのいずれからも送信範囲内にいる船Ｃは、両船Ａ、Ｂのどちらの情報もスロット衝突のため受信できないことになる。
【０００９】
また、同一海域に船舶が多数入っている場合には、標準的ＡＩＳに上記推奨手順を適用しても、スロットを使おうとする船が多いため、スロット衝突を生じる確率が高くなることを避けられない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明における課題は、海域が多数の船舶で混み合っている場合にもスロット衝突回数を許容範囲に低減し、また図１に示す状況下でスロット衝突が起こっていても、安全上必要最小限の情報を受信できるようにすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、図３において太線で示された電力制御計算回路（２０）と可変アッテネータ（２１）とを備える第１付加装置、および図５において太線で示されたセクタ受信アンテナ（３０、３１）を備える第２付加装置を、それぞれ標準的ＡＩＳ（１０）に付加することにより解決される。
【００１２】
前記第１付加装置において、電力制御計算回路は許容しうるスロット衝突回数に対応するスロットマップ利用率の上限値を設定し、通常の送信範囲にある全ての船舶について標準的ＡＩＳにより取得される各船の位置情報および通報間隔情報に基づいて、前記スロットマップ利用率の上限値を超えない範囲で可能な限り大きい送信範囲を計算し、かつ、当該送信範囲に対応する送信電力を与える可変アッテネータ制御信号を出力する。また、可変アッテネータは、与えられた制御信号に基づいてＴＤＭＡ送信機の送信出力を制御する。
【００１３】
この第１付加装置を採用する理由は次の通りである。図２に示すように、１船舶における１フレーム内平均スロット衝突信号受信回数は、スロットマップ利用率が高いほど多い。ここにスロットマップ利用率とは、１フレーム当りの予約スロットの割合（％）である。そして、同一海域にいる全ての船舶が等しい送信範囲への送信を行っている場合は、スロットマップ利用率は送信範囲内の船舶数にほぼ比例する。船舶の分布が一様と仮定すれば、船舶数は送信距離を半径とする円の面積に比例する。
【００１４】
したがって、海域が多数の船舶で混み合っている場合にも、それら全ての船舶が一斉に送信電力を絞って送信距離を減じるならばスロットマップ利用率が全体として低下し、その結果、スロット衝突の発生確率を低下させることができる。しかし、送信距離は状況が許す限り大きく維持することが望ましいから、スロットマップ利用率に上限を設け、その値を超えない範囲で出来るだけ大きい送信距離を採択する。このようにして望ましい送信範囲が決まったならば、その送信範囲以遠には電波が届かないように可変アッテネータにより送信機出力を制御すれば良い。
【００１５】
次に、前記第２付加装置は標準的ＡＩＳの受信アンテナをセクタ受信アンテナに置き換えることにより構成される。このセクタアンテナは、全周を等角度に分割したセクタ毎に信号を受信でき、内蔵するセクタ切替スイッチ（図示せず）により特定のセクタを選択して受信機に接続することができる。
【００１６】
第２付加装置を採用する理由は次の通りである。スロット衝突は１個のアンテナに信号が複数の方向から同時に到来する現象であるから、あらゆる方向から到来する信号を無差別に受信するのでなく、ある方向から到来する信号のみを優先的に受信し他を無視することにより、スロット衝突下においても混信を回避して少なくとも１隻分の情報を受け取ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
前記第１付加装置に関する実施の形態として、以下のものが考えられる。
１フレームを第１モード期間と第２モード期間に分け、第１モード期間中は各船舶は一斉に通常の送信電力で送信する。一方、スロット衝突回数をある限度以下に保つために、スロットマップ利用率の上限を各船共通に設定する。そして、第１モード期間中は他船からの情報を標準的ＡＩＳにより広範囲に受信し、そこから得られる自船を含めた全船舶間の位置関係と各船の通報時間間隔のデータに基づき、スロットマップ利用率の上限を超えない範囲で、自船からの最大送信範囲を計算で求める。次いで第２モード期間中は、自船からの送信範囲が上で求めた値になるように送信電力を制御しつつ自船の情報を送信する。
【００１８】
上記第２モード期間は、各船がスロット衝突を極力抑制した有効な状態で送信を行う送信電力制御モード期間であるのに対して、第１モード期間は第２モード期間への準備期間としての、広範囲船舶情報取得モード期間といえる。したがって、第１モード期間を極力短くし、第２モード期間に十分な時間を充てることが望ましい。
【００１９】
前記第２付加装置に関する実施形態を挙げる。例えば、前記セクタアンテナのセクタ数が６であり、船首方向に対してプラス・マイナス３０°の角度に１つのセクタが向く前記付加装置である。船首方向に対してプラス・マイナス３０°の角度は安全上最も重要であるので、１個のセクターを充ててこの範囲をカバーすることが望ましい。
【００２０】
以上のように構成される第２付加装置は以下のルールの下に運用される。すなわち、（イ）１つのセクタのみが信号を受信しているときは、当該セクタの信号を受信する。（ロ）スロット衝突により２つ以上のセクタが信号を受信しているが、信号強度に差があるときは、最も信号強度が強いセクタの信号を選択して受信する。（ハ）スロット衝突時に２つ以上のセクタの信号強度がほぼ拮抗しているときは、各セクタに前方（船首方向）、右舷前方、左舷前方、右舷後方、左舷後方、後方（船尾方向）の順に優先順位を与え、最も優先順位が高いセクタの信号を選択して受信する。
【００２１】
上記ルール中（イ）は説明不要であろう。（ロ）については、信号強度が大きいことは相手の船が近くに居ることを意味し、そのような信号は優先的に受信すべきだからである。（ハ）については、航行中の自船に前方又は右舷前方から他の船舶が近づいているときは、自船が右舷側に回避行動をとらなければならないとする繰船規則上の回避義務により、特に前方と右舷側を監視する必要があるからである。
【００２２】
【実施例】
上記第１及び第２の付加装置を付加したＡＩＳの性能をコンピュータ・シミュレーションにより確認した。第１付加装置による運行（以下、「自主的送信電力制御方式」という）の成績評価はスロット衝突回数、スロットマップ利用率及びブラインド移動率で行った。ここで「ブラインド移動率」とは、スロット衝突発生時の２船間距離に対する、相手船の位置を認識できなかった時間（ブラインド時間）中にその２船が移動した合計距離（ブラインド距離）の割合である。ブラインド移動率は当該２船間の距離が近いほど大きい値となり、危険度が大きいことを表示する。
【００２３】
また、上記第２付加装置による運行（以下、「セクタアンテナ方式」という）の成績評価はブラインド移動率のみによって行った。セクタアンテナ方式がスロット衝突自体を解消するので、スロット衝突回数による評価を行うことができないからである。さらに、自主的送信電力制御方式とセクタアンテナ方式を組み合わせた場合の評価もブラインド移動率で行った。
【００２４】
（１）自主的送信電力制御方式の運用成績
図６は、スロットマップ利用率の上限を１０％に設定し、上記の第１モード期間を（１／５）フレーム（＝１２秒）、第２モード期間をその残り（４／５）フレーム（＝４８秒）としたときの、ある船舶におけるスロット衝突回数とスロットマップ利用率の時間的分布状態を示す。この図から、スロットマップ利用率を設定値である１０％にほぼ保つことができ、スロット衝突回数も低減することが確認できた。なお、図４はこのときの送信範囲のイメージを示す概念図である。
【００２５】
（２）自主的送信電力制御方式、セクタアンテナ方式、および両方式併用時の船舶間距離に対するスロット衝突の頻度分布
図７は、スロット衝突が発生した時の送信船舶と受信船舶の船舶間距離に対するスロット衝突頻度分布を各方式別に示す。この図から判るように、当該２船が送信範囲内であればどのような距離でもスロット衝突が発生する。自主的送信電力制御方式では送信側が遠距離の船舶に送信しないことにより、スロット衝突を避けていることが判る。
【００２６】
セクタアンテナ方式では受信側で電力レベルの高い信号を優先的に受信し、遠距離の信号を無視するため、近距離のスロット衝突をかなり低減することができた。また、組み合わせ方式ではそれぞれの方式の特徴が活かされ、船舶の距離全般に亘りスロット衝突を低減することができた。
【００２７】
【発明の効果】
標準的ＡＩＳに推奨手順（プロトコル）を適用する場合においても、各船舶の相対的位置条件によっては航行安全の見地から悪性のスロット衝突が起きることを避けられないが、互いの距離が近い船舶間の通報を優先する自発的送信電力制御方式（本発明の第１付加装置による）、および近接船舶や航行上危険と思われる船舶からの通報を他に優先して受信するセクタアンテナ方式（本発明の第２付加装置による）を採用することにより、ＡＩＳの標準的システム構成およびプロトコルを改変することなくスロット衝突回数を低減し、スロット衝突発生時にも最低１隻分の信号を混信なく受信できて、安全を確保することができる。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】船舶の位置に起因する悪性スロット衝突発生状況の説明図である。
【図２】スロットマップ利用率とスロット衝突の関係を示すグラフである。
【図３】ＡＩＳの追加システム構成例（１）を示すブロック図である。
【図４】図３に示す追加システムによる電力制御のイメージを示す概念図である。
【図５】ＡＩＳの追加システム構成例（２）を示すブロック図である。
【図６】送信電力制御を行ったある船舶のスロット衝突回数（上）とスロットマップ利用率（下）の時間経過を示すグラフでるある。
【図７】従来法および本発明の各方式による船舶間距離に対するスロット衝突回数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…標準的ＡＩＳ
２０…電力制御計算回路
２１…可変アッテネータ
３０、３１…セクタ受信アンテナ
【図１】
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【図２】
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【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】
0003571670.tif 000008