(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航行海域の海岸線や等水深線等のデータを入力するための第１の入力装置と、自船の座礁，衝突危険判定距離，時間などを入力するための第２の入力装置と、上記自船の位置，速度，船首方向および上記の第１の入力装置，第２の入力装置からの信号ならびに航行中の他船に対する衝突の可能性を測定する衝突予防装置からの信号に基づいて避航計画航路を算出する避航計画装置と、同避航計画装置で算出された上記避航計画航路のデータに沿って現在の船速で上記の自船および他船が航行するものとして所定時間の経過後における同自船および他船の位置をシミュレーション計算する航行予測表示装置とをそなえており、上記避航計画装置が、複数の避航計画航路の算出可能な構成であることを特徴とする、船舶用運航安全予測装置。
【請求項２】
航行中の他船に対する衝突の可能性を測定する衝突予防装置と、自船の位置を測定する測位装置と、上記自船の速度を測定する速度計と、上記自船の船首方位を検出するジャイロコンパスと、航行海域の海岸線や等水深線等のデータを入力するための第１の入力装置と、上記自船の座礁，衝突危険判定距離，時間などを入力するための第２の入力装置と、上記の衝突予防装置，測定装置，速度計，ジャイロコンパス，第１の入力装置および第２の入力装置からの信号に基づいて避航計画航路を算出する避航計画装置と、同避航計画装置で算出された上記避航計画航路のデータに沿って現在の船速で上記の自船および他船が航行するものとして所定時間の経過後における上記の同自船および他船の位置をシミュレーション計算する航行予測表示装置とをそなえており、上記避航計画装置が、複数の避航計画航路の算出可能な構成であることを特徴とする、船舶用運航安全予測装置。
【請求項３】
上記の避航計画装置で算出された上記避航計画航路のデータならびに上記航行予測表示装置で算出された上記の自船および他船の上記所定時間の経過後までの位置関係をそれぞれ表示可能な表示装置が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の船舶用運航安全予測装置。
【請求項４】
上記避航計画装置において複数の避航計画航路が算出されたとき、操船者の要求により上記複数の避航計画航路が順次上記表示装置に表示されるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の船舶用運航安全予測装置。
【請求項５】
上記所定時間が、上記第２の入力装置により任意の時間に設定できるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の船舶用運航安全予測装置。
【請求項６】
上記航行予測表示装置における上記シミュレーション計算が、一定時間刻みで行なわれることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の船舶用運航安全予測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶の総合航海装置に適用される船舶用運航安全予測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶の総合航海装置として、航行中に他船との衝突あるいは座礁等の危険が生じた場合、自船、他船の船位、船速から自船の避航計画を算出し、その避航航路を表示装置に表示するようにした装置は、例えば特願平６−２９５６４９号，特願平５−１９４７５２号および特願平５−３１３６６３号などにおいて提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の提案されたものは、いずれも航行中に他船との衝突および座礁の危険が生じた場合にその危険を回避するため航路情報が算出されるが、算出された避航航路を採用することによって具体的に状況がどのように変化するかについては予測しておらず、その航路情報に基づく避航航路を採用して航行する場合にどのように状況が変化するかを予測するのは操船者の経験に委ねられていて、衝突等を回避できるかどうかは操船者の操船能力にたよらざるを得ないものとなっている。
【０００４】
本発明は、避航可能な航路を算出し、その航路を採用して航行した場合に、自船、他船の状況がどのように変化するかをもシミュレーションして、その結果を航海士（操船者）に提供することにより、その状況に最も適した航路を選択できるようなさらに高度な判断材料（情報）を提供できるようにした、船舶用運航安全予測装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の船舶用運航安全予測装置は、航行海域の海岸線や等水深線等のデータを入力するための第１の入力装置と、自船の座礁，衝突危険判定距離，時間などを入力するための第２の入力装置と、上記自船の位置，速度，船首方向および上記の第１の入力装置，第２の入力装置からの信号ならびに航行中の他船に対する衝突の可能性を測定する衝突予防装置からの信号に基づいて避航計画航路を算出する避航計画装置と、同避航計画装置で算出された上記避航計画航路のデータに沿って現在の船速で上記の自船および他船が航行するものとして所定時間の経過後における同自船および他船の位置をシミュレーション計算する航行予測表示装置とをそなえており、上記避航計画装置が、複数の避航計画航路の算出可能な構成であることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の船舶用運航安全予測装置は、航行中の他船に対する衝突の可能性を測定する衝突予防装置と、自船の位置を測定する測位装置と、上記自船の速度を測定する速度計と、上記自船の船首方位を検出するジャイロコンパスと、航行海域の海岸線や等水深線等のデータを入力するための第１の入力装置と、上記自船の座礁，衝突危険判定距離，時間などを入力するための第２の入力装置と、上記の衝突予防装置，測定装置，速度計，ジャイロコンパス，第１の入力装置および第２の入力装置からの信号に基づいて避航計画航路を算出する避航計画装置と、同避航計画装置で算出された上記避航計画航路のデータに沿って現在の船速で上記の自船および他船が航行するものとして所定時間の経過後における上記の同自船および他船の位置をシミュレーション計算する航行予測表示装置とをそなえており、上記避航計画装置が、複数の避航計画航路の算出可能な構成であることを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明の船舶用運航安全予測装置は、上記の避航計画装置で算出された上記避航計画航路のデータならびに上記航行予測表示装置で算出された上記の自船および他船の上記所定時間の経過後までの位置関係をそれぞれ表示可能な表示装置が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
さらにまた、本発明の船舶用運航安全予測装置は、上記避航計画装置において複数の避航計画航路が算出されたとき、操船者の要求により上記複数の避航計画航路が順次上記表示装置に表示されるように構成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の船舶用運航安全予測装置は、上記所定時間が、上記第２の入力装置により任意の時間に設定できるように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明の船舶用運航安全予測装置は、上記航行予測表示装置における上記シミュレーション計算が、一定時間刻みで行なわれることを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、航行中に座礁，衝突の危険があると判断された場合、避航計画航路が提供されるとともに、この提供された避航航路に沿って航行した場合のｔ1分後，ｔ2分後 ……の自船および他船の位置をシミュレーションしその結果を表示して、航海士が提供された避航航路を採用するか否かの判断を支援することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の一実施形態としての船舶用運航安全予測装置について説明すると、図１はその全体構成を示すブロック図、図２はその全体的な処理動作を示すフローチャート、図３はその避航計画処理の詳細を示すフローチャート、図４はその航行予測表示処理の詳細を示すフローチャート、図５はその実施状況の例を示す航路図、図６はその航行予測の例を示す航路図、図７はその次避航航路候補の例を示す航路図、図８はその避航計画探索手順の例を示す図、図９はその航行予測表示装置の構成を示す回路図である。
【００１３】
図１において、符号１は衝突予防装置（ＡＲＰＡ：Auto Rader Plotting Aids)を示しており、この衝突予防装置１は複数の他船に対して、自船からの方位、距離、他船の針路、船速等を計測するとともに、速度計３から入力された自船の速度を考慮して、衝突危険船との最接近時間（ＴＣＰＡ：Time to Closest Point of Approach: 以下「ＴＣＰＡｉ」という）および最接近距離（ＤＣＰＡ：Distance to Closest of Approach: 以下「ＤＣＰＡｉ」という）を演算するものである。上記「」内の「ｉ」は複数を意味する。
【００１４】
また符号２は自船位を測定する測位装置、符号３は自船の速度を測定する速度計、符号４は自船の方位を検出するジャイロコンパスをそれぞれ示している。さらに符号５は最接近時間（ＴＣＰＡ）の限界値である接近基準時間（以下「ＴＣＰＡＸ」という）および最接近距離（ＤＣＰＡ）の限界値である接近基準距離（以下「ＤＣＰＡＸ」という）などを入力、変更するための入力装置としての第２の入力装置を示しており、例えばキーボードで構成されている。また符号６は航行海域の海岸線や等水深線などのデータを入力するための入力装置としての第１の入力装置を示しており、例えばディスク装置で構成されている。符号９は安全予測機能を開始させるための指令を入力するための装置を示しており、例えば押し釦スイッチなどで構成されている。
【００１５】
さらに、上記の衝突防止装置１，測位装置２，速度計３およびジャイロコンパス４で得られた各計測値ならびにキーボード５，ディスク装置６の各信号を入力される避航計画装置７が設けられている。
【００１６】
この避航計画装置７は、衝突予防装置１からの他船に関するデータ（ＤＣＰＡｉ，ＴＣＰＡｉ，自船からの方位，距離，針路，船速等）、測位装置２からの自船位、速度計３からの自船速度、ジャイロコンパス４からの自船の船首方位、キーボード６からのＴＣＰＡＸおよびＤＣＰＡＸの各基準値、ディスク装置６からの等水深線データをもとに避航計画処理を行ない、避航計画航路を演算して表示装置８に表示する。
【００１７】
操船者が表示装置８に表示された避航計画航路に対し、安全予測を行なうために押し釦スイッチ９からの指令により作動する航行予測表示装置10が設けられている。この航行予測表示装置10は上記の避航計画航路に沿って航行した場合の自船および他船の位置を一定時間刻み（Δｔ分刻み）で計算し、その予測位置情報を表示装置８に表示（シミュレーション）するものである。
【００１８】
また、避航計画装置７で複数の避航計画航路が作成された場合は、押し釦スイッチ９からの指令により他の計画（次候補）を表示装置８に出力するとともに、次候補の避航計画航路に対してもシミュレーションすることができるようになっている。
【００１９】
次に上記装置の動作を図２（全体的な処理動作を示すフローチャート）、図３（避航計画処理の詳細を示すフローチャート）および図４（航行予測表示処理の詳細を示すフローチャート）などを参照しながら説明する。
今、自船21が現在位置（Ｘ，Ｙ）より、方位ψ，速度Ｖで航行しているとき、その針路を横切るように他船23および24が航行しており、また自船21の左前方には浅瀬22がある場合を想定する（図５参照）。
【００２０】
自船21に装備されている避航計画装置７，航行予測表示装置10では、図２のステップＡ１においてあらかじめキーボード５より自船のＤＣＰＡＸ，ＴＣＰＡＸの各基準、浅瀬判定の距離、シミュレーション時間間隔Δｔ、表示間隔ｄ等が入力され、またステップＡ２においてディスク装置６から航行海域の等水深線データが入力される。これら入力値は避航計画装置７，模擬航行表示装置10において記憶される。ここで、シミュレーション時間間隔Δｔは通常３分程度、シミュレーション結果表示時間間隔ｄは通常３秒程度に設定される。
【００２１】
避航計画装置７は常に衝突予防装置１で演算されたＴＣＰＡｉ、ＤＣＰＡｉを読み込んでおり（ステップＡ３）、このほか、避航計画装置７は、測位装置２から自船位、ジャイロコンパス４から自船の船首方位を読み込み（ステップＡ４）、自船21の前方のあらかじめ設定した距離以内に浅瀬があるか否かの判定および、ＴＣＰＡｉおよびＤＣＰＡｉがあらかじめ設定した値ＴＣＰＡＸおよびＤＣＰＡＸ以下であるか否かの判定を行なっている（ステップＡ５）。
【００２２】
すなわち、自船21と他船23および24のＤＣＰＡｉが設定値ＤＣＰＡＸ以下で、かつＴＣＰＡｉが設定値ＴＣＰＡＸ以下の場合は、自船21は他船23，24と衝突する危険性があると判断する。また、自船位置から船首方位方向の設定値以下の距離に浅瀬22が存在する場合は、自船21は座礁の危険があると判断する。
【００２３】
ＤＣＰＡｉおよびＴＣＰＡｉがともに設定値（ＤＣＰＡＸおよびＴＣＰＡＸ）以下でない場合は衝突の危険性がなく、また自船前方に浅瀬が存在しない場合は座礁の危険がないので、ステップＡ３に戻って衝突予防装置１での演算データＴＣＰＡｉおよびＤＣＰＡｉを、測位装置２から自船位を、さらにジャイロコンパス４から自船の船首方位を読み込み、再度衝突および座礁の危険性を判断する。このステップＡ３〜Ａ５は繰り返し実行され、常に衝突、座礁の危険性を判断している。
【００２４】
そして、避航計画装置７は上記ステップＡ５において衝突の可能性があると判断した場合、変針による避航計画処理を実施し（ステップＡ６）、避航のための航路を算出する。算出された避航計画航路は表示装置８に表示され、航海士に提供される（ステップＡ７）。
【００２５】
ここで、航海士の指令を待つ（ステップＡ８）。すなわち、表示された航路に対してシミュレーションを実施するか（ステップＡ９）、別の避航計画航路の表示を要求するか（ステップＡ11）、表示されている避航計画航路で航行するか（ステップＡ14）のいずれかが航海士により選択される。
【００２６】
シミュレーション実施の指示がなされた場合、航行予測表示装置10は、避航計画装置７から避航計画航路データを読み込み、自船位、自船船速、自船方位および各他船の情報から、シミュレーションを時間間隔Δｔごとに避航航路に沿って航行した場合の自船および他船の位置を算出し、これを予測処理結果（シミュレーション結果）として表示間隔ｄごとに表示装置８へ出力する（ステップＡ10）。シミュレーションが終了すると、再び航海士の指令を待つ（ステップＡ８）。
【００２７】
一方、ステップＡ８にて次候補出力の要求があった場合、避航計画装置７はステップＡ６にて計算された航路から表示中の航路以外の航路があるかどうか確認する（ステップＡ11）。もし、表示中の航路以外に避航計画航路が存在しない場合は次候補がないことを表示装置８に出力し（ステップＡ12）、ステップＡ８に戻る。表示中の航路以外に避航計画航路が存在する場合は現在表示中の避航計画航路を消去し（ステップＡ13）、ステップＡ７に戻り次候補航路を表示装置８に出力する。これにより航海士は、提供される避航航路が複数種あることを予め（避航計画航路を設定する前に）知ることができる。
【００２８】
図７は次候補航路の１表示例であり、図７において符号25は自船21の計画航路を示しており、また符号26は避航計画航路を示しているが、この避航計画航路26は次候補航路27が表示されると表示装置の画面から消去される。
符号28は次計画変針点を示している。
【００２９】
また、避航航路採用の指示がなされた場合、航海士は表示中の避航航路に沿って操船を行ない（ステップＡ14）、一定時間遅延（経過）したところで（ステップＡ15）、ステップＡ３に戻り、上記の処理を繰り返す。
【００３０】
次に、避航計画処理（ステップＡ６）の詳細について、図３を用いて説明する。
まず、避航航路を算出する（ステップＢ１）。例えば図８に示すように、第１段階として、自船21を中心としてそれぞれあらかじめ入力されている変針角度θ刻みにツリー状の、所定の長さの複数の経路単位ａ〜ｅを算出する。
【００３１】
なお、経路単位の算出にあたっては、計画航路26の方向を中心として、左右に±θ、±２θ・・・・の角度の経路単位（図８では５本）としてもよく、または、現在の自船21の航行方向を中心とするものでも、さらには、自船21の次計画変針点28の方向を中心とするものでもよい。
【００３２】
次に第２段階として、上記の各経路単位の終点25ｉにつき、第１段階と同様にそれぞれ複数の経路単位ａ〜ｅを算出する。
【００３３】
このようにして、つぎつぎと、複数の経路単位ａ〜ｅ、各経路単位の終点25ij, 25ijk, 25ijkl, 25ijklm を算出し、最後に各経路単位の終点25ijklm と次計画変針点28とを結ぶ経路単位25ijklm Ｚを算出する。
このようにして多数の避航航路の候補が算出される。
この後、算出された多数の避航航路の候補が諸条件に合うか否かを判定していく。
【００３４】
この判定の一つとして、この算出された避航航路の候補が海上衝突予防法などの法規に照らし合わせて妥当なものかどうかを判定し（ステップＢ２）、問題がある場合は終了判定（ステップＢ８）へ、問題ない場合は次のステップＢ３へ進む。この海上衝突予防法などの法規とは、例えば、蛇行禁止（ある時点で右に舵をとり、次の経路単位の終点で逆に左に所定の角度以上の舵をとる）、又はおよび航行区域違反等である。
【００３５】
判定の１つとして、各経路単位毎に浅瀬が存在するか否かを判定する（ステップＢ３）。そして各経路単位上に浅瀬が存在すると判定された場合は終了判定（ステップＢ８）へ、存在しない場合は次のステップ４へ進む。
【００３６】
判定の１つとして、各経路単位毎にその経路単位の範囲内において、各他船に対する最接近時間（以下「ＴＣＰＡＺ」という），最接近距離（以下「ＤＣＰＡＺ」という）を算出し（ステップＢ４）、このＤＣＰＡＺ，ＴＣＰＡＺが基準値ＤＣＰＡＸ，ＴＣＰＡＸより大きいか否かを判定する（ステップＢ５）。
【００３７】
そして、ＤＣＰＡＺ，ＴＣＰＡＺが基準地ＤＣＰＡＸ，ＴＣＰＡＸより小さいと判定された場合は最終判定（ステップＢ８）へ、大きいと判定された場合は次のステップＢ６）へ進む。
【００３８】
判定の１つとして、次計画変針点までの各経路単位25ijklm Ｚにつき、浅瀬が存在するか否かを判定する（ステップＢ６）。浅瀬が存在すると判定された場合は終了判定（ステップＢ８）へ、存在しないと判定された場合は次のステップＢ７へ進む。
【００３９】
以上のように、算出された多数の避航航路の候補が諸条件に合うか否かを判定した後、最終的に安全と判断された避航航路を避航計画航路の候補として登録する（ステップＢ７）。
【００４０】
その後、判定すべき避航航路が残っているか否かの終了判定（ステップＢ８）を実施する。終了判定では、避航計画航路の候補数が一定数に達した、あるいは計算回数が一定回数以上になった、という終了条件が満たされると終了とする。終了でない場合はステップＢ１へ戻り、次の避航航路についてのチェックを行なうべく、上記の処理を繰り返す。
【００４１】
なお、この避航航路の選別手順には、次に示すようにいろいろな手順がある。  まず第１の選別手段としては、ステップＢ１において第１段階の複数の経路単位を算出し、その第１段階の複数の経路単位につき、ステップ２〜６の判定を行なって安全な第１段階の複数の経路単位を選別し、次に選別された経路単位につき第２段階の複数の経路単位を算出しステップ２〜６の判定を行なうというように、各段階の複数の経路単位の算出毎に安全判定を行なう手順がある。
【００４２】
次に第２の選別手段としては、ステップＢ１において第１〜５段階の複数の経路単位を一括して算出した後ステップ２〜６の判定を行なう手順がある。
さらには、ＤＣＰＡＺ，ＴＣＰＡＺの算出に時間がかかる場合等において、ＤＣＰＡＺ，ＴＣＰＡＺの算出以外のものを、第１の選別手順にて算出しステップ２〜６の判定を行なった後に、ＤＣＰＡＺ，ＴＣＰＡＺの算出，判定をする選別手順としてもよい。
【００４３】
次に、航行予測表示処理（ステップＡ９）の詳細について、図４，９を用いて説明する。
測位装置２，速度計３，ジャイロコンパス４から得られた自船の位置，速度，方位および衝突予防装置１から得られる他船の方向，速度，位置を、それぞれ自船情報入力器101および他船情報入力器102を介して、模擬予測位置演算器103に、現在の位置、すなわち０分後の位置としてセットする（ステップＣ１）。一定時間ｄ遅延後（ステップＣ２）、計算する時刻をｔ＝ｔ＋Δｔ秒後とする（ステップＣ３）。避航計画装置７から得られる避航計画航路データに沿って現在の船速で航行するものとしてｔ秒後の自船の位置を模擬予測位置演算器103で計算しセットし（ステップＣ４）、計算された自船の位置における避航計画航路の設定針路をｔ秒後の自船方位として自船方位演算器104で演算しセットする（ステップＣ５）。例えば図６の時刻ｔ1時の自船は符号21ｔ1で示すようになる。次に全他船に対して、現在（ｔ＝０の時）の針路、船速を保持するものとしてｔ分後の他船の位置および方位を計算し、上記の各データ（ｔ分後の自船の位置・方位および他船の位置・方位についてのデータ）を、ｔ分後自船位置・方位ならびに他船位置・方位出力器（以下「出力器」という）107にセットする（ステップＣ６）。他船24は時刻ｔ1〜ｔ5に、符号24ｔ1〜24ｔ5に示すようになり、他船23についても符号23ｔ1〜23ｔ5に示すようになる。
【００４４】
ステップＣ４〜Ｃ６により出力器107にセットされたｔ分後の自船および他船のデータを表示装置８へ出力する（ステップＣ７）。このとき自船の船位が避航計画航路26の最終変針点29より遠方か否かを判定し（ステップＣ８）、遠方であれば安全予測処理を終了する。手前であれば、ステップＣ２へ戻り、上記の処理を繰り返す。図６の例では時刻ｔ5にて自船21は避航計画航路最終変針点29より遠方になったため、ここで航行予測表示処理を終了している。図９中の符号105はパラメータ入力器を、符号106はタイマーをそれぞれ示しており、遅延（経過）時間ｄ，シミュレーション時間間隔Δｔなどのパラメータは、このパラメータ入力器105を経て模擬予測位置演算器103およびタイマー106にセットされる。タイマー106は出力器107の出力タイミングの管理を行なっている。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の船舶用運航安全予測装置によれば、航行中に他船との衝突の危険性や浅瀬への座礁の危険性があらわれた場合に、他船データ、自船の位置および船首方位ならびに航行海域の等水深データなどをもとに避航のための航路を算出して表示するとともに、この航路に沿って航行した場合における自船および他船の状況の変化をシミュレーションし、その結果を航海士に提供して避航航路決定の判断を支援することができ、これにより安全運航に大きく寄与できる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての船舶用運航安全予測装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】同全体的な処理動作を示すフローチャート。
【図３】同避航計画処理の詳細を示すフローチャート。
【図４】同航行予測表示処理の詳細を示すフローチャート。
【図５】同実施状況の例を示す航路図。
【図６】同航行予測の例を示す航路図。
【図７】同次避航航路候補の例を示す航路図。
【図８】同避航計画探索手順の例を示す航路図。
【図９】同航行予測表示装置の構成を示す回路図。
【符号の説明】
１  衝突予防装置
２  測位装置
３  速度計
４  ジャイロコンパス
５  第２の入力装置としてのキーボード
６  第１の入力装置としてのディスク装置
７  避航計画装置
８  表示装置
９  押し釦スイッチ
10  航行予測表示装置
21  自船
22  浅瀬
23，24  他船
【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】
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【図８】
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【図９】
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