(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶にソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよびデータ処理モジュールが設置され、ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールは受信した、岸上に予め設置されるソーラーブラインド紫外線の光源アレイから送信したソーラーブラインド紫外線の光信号により、前記船舶と関連バースとの位置関係情報を測定することを含む船舶補助ドッキング方法であって、
１）少なくとも２つのＧＰＳ信号受信モジュールを設置し、そのうち、関連衛星から前記船舶の位置信号を受信するための少なくとも１つのＧＰＳ信号受信モジュールは前記船舶上に設置されることと、
２）前記データ処理モジュールは、信号受信素子を含み、有線および／または無線の方式で前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよび前記ＧＰＳ信号受信モジュールに合わせ、かつ前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよび前記ＧＰＳ信号受信モジュールから船舶位置に関するデータを受信し、前記船舶の基準点の座標値を算出し、そして前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよび前記船舶上に取り付けられるＧＰＳ信号受信モジュールの位置データにより、前記船舶のバースの海岸線に対する姿勢角を決定することと、を含み、
前記船舶上には、それぞれ関連衛星の位置決め信号を受信するための２つ以上のＧＰＳ信号受信モジュールが取り付けられ、かつ船舶上のＧＰＳ信号受信モジュールの接続線により、バースの海岸線に対する前記船舶の姿勢角を決定し、
前記船舶に２つ以上のＧＰＳ信号受信モジュールが取り付けられ、データ処理モジュールは前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールと前記船舶上のＧＰＳ信号受信モジュールとが取得した船舶に関するＮ個の位置データに対して正規化された自己相関処理を行い、全体の誤差分析によりすべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールとから構成される検出システムの平均信頼度の閾値、および各モジュール信頼度の情況を取得し、この閾値を用いて信頼度が比較的低い位置決めデータをフィルタ除去し、そして最終の各モジュールの信頼度の重みを取得し、この後、この信頼度の重みを用いて各モジュールに対して重み付け平均を行い、最終のデータを取得することを特徴とする船舶補助ドッキング方法。
【請求項２】
岸上に少なくとも１つのＧＰＳ信号受信モジュールが設置され、船舶上の各ＧＰＳ信号受信モジュールは岸上のＧＰＳ信号受信モジュールと協働し、ＧＰＳ差分システムを構成し、岸上のＧＰＳ信号受信モジュールはＧＰＳ主局とし、船舶上のＧＰＳ信号受信モジュールはＧＰＳ従局とし、前記ＧＰＳ主局を用いてＧＰＳ従局の船舶位置と姿勢角データに対する測定精度を向上させ、前記ＧＰＳ主局は、関連衛星から位置データを受信した後、データ処理モジュールに直接送信し、前記船舶の位置データを取得し、あるいは、前記位置データおよびＧＰＳ従局位置データ精度を向上させる他のデータを先に少なくとも１つのＧＰＳ従局に送信し、ＧＰＳ従局は受信したＧＰＳ位置受信データを整合した後、前記データを処理し、そしてデータを前記データ処理モジュールに送信し、前記船舶の位置データを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の船舶補助ドッキング方法。
【請求項３】
前記ＧＰＳ主局はその位置データを無線または有線の方式で、まず発信点に送信し、そしてこの発信点から以前の周波数と同一または異なる周波数で、位置データを無線で前記ＧＰＳ従局に送信する
ことを特徴とする請求項２に記載の船舶補助ドッキング方法。
【請求項４】
前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよびＧＰＳ信号受信モジュールの位置の座標値をそれぞれｘ、ｙおよびｚにより示され、ベクトルｐｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）はＮ組の検出サブシステムからフィードバックした角度と空間変換後のＮ組の位置決めデータにおける第ｉ組の位置決めデータを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、ＮはＧＰＳ信号受信モジュールの数＋１であり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、すべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールの相対位置と船舶の姿勢角を得た場合に、空間位置関係と空間幾何学変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換することで取得されており、データ処理モジュールの正規化された自己相関処理の具体的なステップは、
正規化された自己相関係数ＮＣＣによりＮ組の検出サブシステムがフィードバックした位置決めデータの信頼度を示し、
0006516111.tif 000047
ｊ＝１、２、３、…、Ｎ；
すべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールから構成される検出システムの平均信頼度の閾値Ｇを設定し、そしてこの閾値ＧによりＮＣＣが比較的低い位置決めデータをフィルタ除去し、そして最終のシステム信頼度の重みｗを取得し、表現式は以下のように、
0006516111.tif 000048
これで、船舶位置に関する最終の適合位置決めデータを取得し、
0006516111.tif 000049
前記Ｎ−１つのＧＰＳ信号受信モジュールの適合後の座標値により、適合後の船舶の姿勢角データを計算する
ことを特徴とする請求項１に記載の船舶補助ドッキング方法。
【請求項５】
前記データ処理モジュールはデータ融合法を用い、それぞれ位置決めデータまたは姿勢角データの整合に用いられ、前記データ融合法の具体的なステップは、
（一）整合するデータは位置決めデータである時、ベクトルｐｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を用いてＮ組の検出サブシステムからフィードバックしたＮ組の角度と空間変換後の位置決めデータを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、すべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールの相対位置と船舶の姿勢角を得た場合に、空間位置関係と空間幾何学変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換することで取得されており、
ａ）各検出サブシステムの測定データにより実際に算出した実効値誤差ｒｍｓｅを用いて各サブシステムのフィードバックデータの信頼度を判定し、各サブシステム測定データの実効値誤差を算出する公式は、
0006516111.tif 000050
であり、
ただし、ｒｍｓｅは実効値誤差であり、ｘｉはｉ時刻に各測定サブシステムに対するＸ軸座標での測定データであり、ｘｆはｉ時刻にｘｉデータに対するフィルター値であり、ｎは測定データの合計数、即ち、サブシステムの数であり、ｉ時刻のフィルター値はカルマンフィルターにより取得され、
ｂ）重みを決定し、区分に基づき、曲線適合により重みの分配を行い、
0006516111.tif 000051
ただし、ωは重みであり、パラメータｂは外れ値を判断する最小限度であり、パラメータａは有効数値と利用可能数値の限界値であり、誤差がｂより大きいと、外れ値とみなされ、対応する重みは０であり、誤差がａより小さいと、有効値とみなされ、対応する重みは１であり、中間の利用可能値の重みは曲線ｙ＝ｆ（ｘ）により提供し、且つｆ（ｘ）は（ａ，ｂ）の区間において、誤差の増大にしたがって素早く低減するという条件を満たさなければならなく、ｆ（ｘ）が用いる表現式は、
0006516111.tif 000052
であり、
ただし、μとσはそれぞれ正規分布の平均値と平方であり、正規曲線がｘ＞μの領域で漸減関数の特性を示すので、ここで、μ＝０となり、実際に半正規曲線を利用し、表現式は
0006516111.tif 000053
になり、
３σ法則でσ値を出し、正規曲線適合の重み分配による方法は、
0006516111.tif 000054
により取得され、
且つ、 
0006516111.tif 000055
となり、ただし、ｒｍｓｅｋｉはｋ時刻に第ｉのシステムの実効値誤差であり、ａｋｉはｋ時刻に第ｉのシステムの重みであり、
ｃ）最終データ融合の結果は、
0006516111.tif 000056
であり、
ただし、
0006516111.tif 000057
はｋ時刻の融合値であり、ｘｋｉは各サブシステムのｋ時刻に取得した測定データであり、
ｄ）以上のステップａ）−ｃ）と同じ方法で、Ｙ軸座標値ｙおよびＺ軸座標値ｚのデータ融合の最終結果を算出し、
（二）整合するデータは姿勢角データである時、ベクトルｑｉ（αｉ，βｉ，γｉ）を用いてＮ個の測定サブシステムがフィードバックしたＮ組の姿勢角データを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、そして、ステップ（一）と同じ方法で、整合後の姿勢角データを算出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶補助ドッキング方法。
【請求項６】
前記データ処理モジュールはデータ融合法を用い、それぞれ位置決めデータまたは姿勢角データの整合に用いられ、前記データ融合法の具体的なステップは、
（一）整合するデータは位置決めデータである時、ベクトルｐｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を用いてＮ組の検出サブシステムからフィードバックしたＮ組の角度と空間変換後の位置決めデータを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、すべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールの相対位置と船舶の姿勢角を得た場合に、空間位置関係と空間幾何学変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換することで取得されており、
ａ）位置決めデータにおいて各座標序列の標準偏差を算出し、Ｎ組の検出サブシステムがフィードバックしたＮ組の位置決めデータにおいての各座標序列の標準偏差を算出することにより、Ｎ組のデータにおいての各座標序列中の外れデータを判断する根拠とし、前記座標序列の標準偏差は、
0006516111.tif 000058
であり、
ただし、ｉｎｄｅｘ∈（ｘ，ｙ，ｚ）となると、σ ｉｎｄｅｘはＮ組のデータ中の各座標序列の標準偏差であり、ＸｉｎｄｅｘはＮ組の測定のデータであり、各組には座標値（ｘ，ｙ，ｚ）が含まれ、
0006516111.tif 000059
はＮ組のデータの平均値、即ち、各座標序列の平均値から構成される一元ベクトルであり、
ｂ）算出した標準偏差により各座標序列中の外れデータを取得し、外れデータの判定は
0006516111.tif 000060
により取得され、
ただし、ｏｕｔｌｉｔｅｒｓは取得した外れデータであり、ｘ，ｙ，ｚより構成される一組の座標データにおいて、そのうちの１つの座標値がその序列（順番）で外れデータと判断されると、この組の座標値はＮ組の座標データ中の外れデータと判断され、ｃは定数であり、実験的な経験と要求により決められ、前記定数ｃの決定方法は、大量のテストによりテスト値の変動幅を判断し、テスト値の平均値を中心とする対称範囲を取り、大量の不合理の点を前記対称範囲外とする選択を行い、選択した前記対称範囲の長さの半分をｃとしており、
ｃ）外れデータをＮ組の元の測定データ中から除去すると、新たな位置決めデータ序列を取得し、Ｘ’と称し、次元数はＮ’であり、その後、Ｘ’に対して均等な重み付け平均データの融合を行い、最終の融合データ、すなわち、
0006516111.tif 000061
を取得し、
ただし、
0006516111.tif 000062
はデータ融合後の最終の位置決めデータであり、
ｄ）以上のステップａ）−ｃ）と同じ方法で、Ｙ軸座標値ｙおよびＺ軸座標値ｚのデータ融合の最終結果を算出し、
（二）整合するデータは姿勢角データである時、ベクトルｑｉ（αｉ，βｉ，γｉ）を用いてＮ組の検出サブシステムからフィードバックしたＮ組の姿勢角データを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、そして、ステップ（一）と同じ方法で、整合後の姿勢角データを算出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶補助ドッキング方法。
【請求項７】
測定前に、まず、ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールに対して較正を行い、測定に関する前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールの光電パラメータを決定する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶補助ドッキング方法。
【請求項８】
測定に関する前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールの光電パラメータはｘ軸とｙ軸方向においてのピクセルを単位とする焦点距離ｆｘ，ｆｙ、像平面上の基準点位置ｃｘ，ｃｙ、およびｘ軸とｙ軸方向においての径方向の歪み係数ｋｘ，ｋｙを含む
ことを特徴とする請求項７に記載の船舶補助ドッキング方法。
【請求項９】
船舶の動力制御システムはデータ処理モジュールから伝達した前記ソーラーブラインド紫外線の光源アレイのドッキング距離信号を受信し、そして、これにより自動で船舶の姿勢を調整し、ドッキングを行う
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶補助ドッキング方法。
【請求項１０】
船舶に設置され、受信した、岸上に予め設置されるソーラーブラインド紫外線の光源アレイの光信号により、前記船舶と関連バースの位置関係情報を測定するソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールと、前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールに電気的に接続され、前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールの受信データに対して処理し、前記船舶の座標を取得するデータ処理モジュールと、を含む船舶補助ドッキングシステムであって、
このシステムはさらに少なくとも２つのＧＰＳ信号受信モジュールを含み、そのうち、少なくとも１つのＧＰＳ信号受信モジュールは前記船舶上に取り付けられ、各ＧＰＳ信号受信モジュールは関連衛星から位置決め信号を受信する衛星信号受信部分、および受信した衛星信号を前記データ処理モジュールに送信する信号送信部分を含み、前記データ処理モジュールは前記ＧＰＳ信号受信モジュールに電気的に接続され、かつＧＰＳ信号受信モジュールの関連衛星から受信した位置決めデータを処理し、そしてこれにより前記船舶の姿勢角を決定し、
前記船舶上に取り付けられるＧＰＳ信号受信モジュールと岸上に設置されるＧＰＳ信号受信モジュールは協働し、ＧＰＳ差分システムを構成し、岸上のＧＰＳ信号受信モジュールをＧＰＳ主局とし、船舶上のＧＰＳ信号受信モジュールをＧＰＳ従局とし、前記ＧＰＳ従局は関連衛星から自身の位置データを受信し、かつ前記ＧＰＳ主局から前記ＧＰＳ主局の位置データおよびＧＰＳ従局位置データ精度を向上させる他のデータを受信し、これらのデータに対して処理を行いまたはこれらのデータを前記のデータ処理モジュールに送信して処理し、前記船舶の位置と姿勢角を示すデータを取得し、
すべてのＧＰＳ信号受信モジュールはいずれも前記船舶上に取り付けられ、
前記データ処理モジュールは正規化された自己相関アルゴリズムを用いて前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよびＧＰＳ信号受信モジュールの取得した座標値に対して整合処理を行い、ｘ、ｙとｚによりそれぞれソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよび２つのＧＰＳ信号受信モジュールの位置の三軸座標を示し、ベクトルｐｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を用いてＮ組の検出サブシステムからフィードバックした角度と空間変換後のＮ組の位置決めデータにおける第ｉ組の位置決めデータを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、ＮはＧＰＳ信号受信モジュールの数＋１であり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、すべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールの相対位置と船舶の姿勢角を得た場合に、空間位置関係と空間幾何学変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換することで取得されており、前記データ処理モジュールの正規化された自己相関処理の具体的なステップは、
正規化された自己相関係数ＮＣＣによりＮ組の検出サブシステムがフィードバックした位置決めデータの信頼度を示し、
0006516111.tif 000063
ｊ＝１， ２， ３、…、Ｎ；
すべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールから構成される検出システムの平均信頼度の閾値Ｇを設定し、そしてこの閾値ＧによりＮＣＣが比較的低い位置決めデータをフィルタ除去し、そして最終のシステム信頼度の重みｗを取得し、表現式は以下のように、
0006516111.tif 000064
これで、船舶位置に関する最終の適合位置決めデータを取得し、
0006516111.tif 000065
前記Ｎ−１つのＧＰＳ信号受信モジュール適合後の座標値により、適合後の船舶の姿勢角データを計算することを特徴とする船舶補助ドッキングシステム。
【請求項１１】
前記データ処理モジュールはデータ融合法を用いて前記ＧＰＳ信号受信モジュールの受信した座標データに対して整合処理を行い、または前記ＧＰＳ信号受信モジュールが測定して取得した座標データと前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールが測定して取得した座標データに対して整合処理を行い、または前記ＧＰＳ信号受信モジュールが受信した姿勢角データに対して整合処理を行い、前記データ融合法の具体的なステップは、
（一）整合するデータは位置決めデータである時、ベクトルｐｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を用いてＮ組の検出サブシステムからフィードバックしたＮ組の角度と空間変換後の位置決めデータを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、すべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールの相対位置と船舶の姿勢角を得た場合に、空間位置関係と空間幾何学変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換することで取得されており、
ａ）各検出サブシステムの測定データにより実際に算出した実効値誤差ｒｍｓｅを用いて各サブシステムのフィードバックデータの信頼度を判定し、各サブシステム測定データの実効値誤差を算出する公式は、
0006516111.tif 000066
であり、
ただし、ｒｍｓｅは実効値誤差であり、ｘｉはｉ時刻に各測定サブシステムに対するＸ軸座標での測定データであり、ｘｆはｉ時刻にｘｉデータに対するフィルター値であり、ｎは測定データの合計数、即ち、サブシステムの数であり、ｉ時刻のフィルター値はカルマンフィルター方法により取得され、
ｂ）重みを決定し、セグメント法を用い、曲線適合により重みの分配を行い、
0006516111.tif 000067
ただし、ωは重みであり、パラメータｂは外れ値を判断する最小限度であり、パラメータａは有効数値と利用可能数値の限界値であり、誤差がｂより大きいと、外れ値とみなされ、対応する重みは０であり、誤差がａより小さいと、有効値とみなされ、対応する重みは１であり、中間の利用可能値の重みは曲線ｙ＝ｆ（ｘ）により提供し、且つｆ（ｘ）は（ａ，ｂ）の区間において、誤差の増大にしたがって素早く低減するという条件を満たさなければならなく、ｆ（ｘ）が用いる表現式は、
0006516111.tif 000068
であり、
ただし、μとσはそれぞれ正規分布の平均値と平方であり、正規曲線がｘ＞μの領域で漸減関数の特性を示すので、ここで、μ＝０となり、実際に半正規曲線を利用し、表現式は
0006516111.tif 000069
になり、
３σ法則でσ値を出し、正規曲線適合の重み分配による方法は、
0006516111.tif 000070
により取得され、
且つ、 
0006516111.tif 000071
となり、ただし、ｒｍｓｅｋｉはｋ時刻に第ｉつのシステムの実効値誤差であり、ａｋｉはｋ時刻に第ｉのシステムの重みであり、
ｃ）最終データ融合の結果は、
0006516111.tif 000072
であり、
ただし、
0006516111.tif 000073
はｋ時刻の融合値であり、ｘｋｉは各サブシステムのｋ時刻に取得した測定データであり、
ｄ）以上のステップａ）−ｃ）と同じ方法で、Ｙ軸座標値ｙおよびＺ軸座標値ｚのデータ融合の最終結果を算出し、
（二）整合するデータは姿勢角データである時、ベクトルｑｉ（αｉ，βｉ，γｉ）を用いてＮ組の検出サブシステムからフィードバックしたＮ組の姿勢角データを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、そして、ステップ（一）と同じ方法で、整合後の姿勢角データを算出する
ことを特徴とする請求項１０に記載の船舶補助ドッキングシステム。
【請求項１２】
前記船舶の動力制御システムはデータ処理モジュールから伝達した前記ソーラーブラインド紫外線の光源アレイのドッキング距離信号を受信し、そして、これにより自動で船舶の姿勢を調整し、ドッキングを行う
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の船舶補助ドッキングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は船舶の安全な航行の方法および装置に関し、具体的には、船舶ドッキング（船舶の接岸）過程中、船舶と岸線との距離および船舶の姿勢を精確に監視する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水運分野では、船舶安全ドッキング（船舶の安全な接岸）はいつでも重点的に研究する難題である。船舶は港口の埠頭でドッキングする時、ドッキングの速度と距離を厳しく制御するとともに、船舶の姿勢を参照する必要がある。パイロットに対して、位置する水域の地理特徴、航路、水深、水流、航路標識設置および現地の規程に対して習知する要求があり、かつ埠頭に対するドッキングの操作技術に熟練している要求がある。したがって、パイロットは、仕事の強度（負荷）が非常に大きいだけでなく、様々な安全的（安全性に関する）リスクを引き受ける。
【０００３】
水運分野では、ひどい天気、特に、霧の天気は、水運航路の順調さに深刻に影響する。海事統計資料によれば、大多数の海難事故は夜間及び可視度の不良の場合に発生し、可視度の不良の場合に発生する海難事故は大多数であるが、霧は可視度の不良となる最も重要な要素の一つである。船舶は霧で航行する時、様々な不確かな要素（例えば、船舶動態、航海士の主観意図等）の存在により、航海士は常に誤った判断をつけ、海難事故を招く。現在、船舶航行援助用の装置は主にレーダーナビゲーションシステムと自動識別システムである。
【０００４】
船舶の水先案内について、霧の天気はパイロットの目視観察効果に深刻に影響し、パイロットが埠頭のバース（接岸、停泊位置）に対する船舶の姿勢を判断できず、船舶の安全ドッキングを指揮できない。異なる港口と航路の水文条件は異なっているが、通常、可視度が１海里より小さいと、船舶は減速して航行し、可視度が１０００ｍより小さいと、大型船舶は一般に、航行を中止させる。霧の天気で、可視度が比較的低いため、常に、例えば、大型船舶が橋脚に衝突する深刻な事故などが発生し、また、船舶がダムを通る時にも霧の天気の影響を受け、霧の天気の時に船舶がダムを通るのを停止させる必要がある。従って、霧の天気で船舶航行の安全に影響するだけでなく、水運航路と港口物流の順調さ（運行）にも影響する。
【０００５】
現在、船舶は航行ドッキングする時、無線通信による水先案内システム、例えば、レーダーを参照する。しかしながら、レーダーシステムは動作する時、外界要素、例えば、気候、地形、外部干渉の影響を受けやすく、また、レーダーが通常、船の比較的高い位置に架設され、船舶に対して距離が遠い所の状況を検出できるが、船舶に対して距離が近い所の状況を検出し難いため、船舶の水先案内とドッキングの過程において、レーダーシステムには大きい限界性が存在する。現在、通常、パイロットの目視による把握と判断により、船舶のドッキング案を決定する。潜在的安全事故の発生を回避するために、ひどい天気で、船舶は休航、運休するべきという規定を決めなければならない。
【０００６】
現在において、巨大な貨物輸送量、旅客往復量の実際要求を考え、ひどい天気での航行援助装置、例えば、航海分野におけるレーダーナビゲーションシステム、自動識別システム（ＡＩＳ）等がすでに研究された。これらの航行援助装置はある程度でひどい天気条件での航海士の運転を補助するが、技術、費用、精度、場所等の多方面の影響により、依然として多くの不足が存在する。
【０００７】
上述した従来の技術におけるレーダーナビゲーションシステムと自動識別システム（ＡＩＳ）はいずれも無線通信における航行援助システムである。そのうち、船用のレーダーナビゲーションシステムは船舶航行援助の常用手段として、位置決めナビゲーションおよび衝突防止では作用を発揮するが、その自身にも不可避の欠陥が存在する。例えば、気象条件がひどい時（例えば、雨、雪、風浪の天気）、レーダーナビゲーションシステムは、海波と雨雪の干渉によりランダムノイズを発生させ、同一周波数または周波数が接近するレーダーが近くにある時にも同一周波数のレーダー干渉するランダムノイズを発生させる。かつ、レーダーには通常、３０〜５０メートルの一定のブラインドゾーン（不感帯域）が存在し、船上の大檣等の影響により、扇形シャドウゾーンが発生し、複雑な状況の影響により、レーダーが様々な偽エコー、例えば、複数回走査偽エコー、二回走査偽エコー、間接反射偽エコーおよびサイドローブエコー等の偽エコーを発生させる。操作者は、実際に操作する時、上述したすべてのこれらの干渉ランダムノイズと偽エコーを常に識別し難く、観測に影響を与え、さらに、航行安全に対して誤った案内が発生する。
【０００８】
船舶自動識別システム（ＡＩＳ）は衛星位置決めによる装置であり、通常、精度が５〜３０メートルにある。このシステムは、ブラインドゾーンが存在しないため、その位置決め精度はレーダーより高く、かつ目標距離と方位変更により変更しなく、岸上基地局（ベース）施設と船載装置より構成され、ネットワーク技術、現代通信技術、コンピュータ技術、電子情報表示技術を一体にする新規なデジタル航行援助システムと装置である。ＡＩＳは本質的に放送転送器システムであり、海上移動通信チャネルＶＨＦで動作し、船舶情報、例えば、船名、呼出番号、海上移動識別番号、位置、針路、スピード等を自動で他の船上または岸上に送信でき、素早い更新率で、多重通信を処理し、かつ自動制御時分割多元接続技術を用いて通信の高密度率を満たし、船に対する船および岸に対する船の操作の信頼性およびリアルタイム性を保証する。しかしながら、ＡＩＳにも多くの限界性が存在する。まず、レーダーナビゲーションシステムと同様に、それが提供した情報はいずれも真実な視覚画像ではなく、これは霧の天気でのドッキングナビゲーションにとって実質的な援助がなく、水先案内する人は周囲環境が見られないため、船は依然として休航する。なお、その装置の精度が５〜３０メートルであり、衝突防止要求を満たすことができるが、近距離ドッキングにとって、５ｍの精度誤差により大型船の最後ドッキングの肝心な時刻に埠頭またはバージとの衝突事故が発生する可能性がある。
【０００９】
以上の記載により、従来の技術においての船用のレーダーナビゲーションシステムと船載ＡＩＳという２種類の航行援助器は、低可視度の大気条件で近距離ナビゲーションする時、依然として船舶を安全にドッキングさせることができない。
【００１０】
近年、従来の技術において、ソーラーブラインド紫外線による水先案内とドッキングシステムが発展されてきた。２００〜２８０ｎｍ周波数帯のソーラーブラインド紫外線現象を用い、岸上にソーラーブラインド紫外線の光源の灯組が設置され、水先案内とドッキングすべき船舶にソーラーブラインド紫外線光検出器が設置される。前記検出器の受信したソーラーブラインド紫外線の光信号により、最終的に、埠頭に対する前記船舶の位置を取得し、安全にドッキングすることに有利である。例えば、出願番号が２０１２１０５５０７１０２、発明の名称が「ソーラーブラインド紫外線の光信号による水先案内ドッキングシステム」である中国特許には、ソーラーブラインド紫外線光補助ドッキングシステムが開示される。前記システムは、ソーラーブラインド紫外線光源システム、三軸電子コンパス、光学イメージングモジュールおよび情報処理端末を含む。三軸電子コンパスは光学イメージングモジュールに接続され、前記光学イメージングモジュールの回転時の各角度情報を取得する。光学イメージングモジュールは分光鏡、可視光または赤外光イメージングチャネルおよびソーラーブラインド紫外線光イメージングチャネルを含み、可視光または赤外光イメージングチャネルは可視光信号を受信し、可視光または赤外光ビデオ信号を出力し、ソーラーブラインド紫外線光イメージングチャネルはソーラーブラインド紫外線の光信号を受信し、ソーラーブラインド紫外線光ビデオ信号を出力する。前記の情報処理端末は、２チャネルのビデオのデジタル信号により、船舶の航行姿勢データを算出し、合成ビデオを表示システムに出力する。この特許では、三軸電子コンパスが光学イメージングモジュールに接続されることにより、前記光学イメージングモジュールの回転時の各角度情報を取得し、最終的に、岸線に対する船舶の角度情報を取得する。しかしながら、このシステムにも不足が存在する。例えば、三軸電子コンパスを用いる時、巨大な磁界により干渉され、取得したデータに誤差が現れ、ドッキング岸線に対する船体の距離を正確に取得し難く、ドッキングを依然として困難にさせる可能性がある。
【００１１】
したがって、従来の技術は、船舶の霧の天気での精確な位置決め、ドッキング、水先案内を利便、精確、安全に保証できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の問題を解決するために、本発明の目的は船舶のドッキング方法を提供し、ソーラーブラインド紫外線光検出技術およびＧＰＳ位置決め技術を用いて、岸線とバースに対する船舶の姿勢および相対距離データを取得し、船舶安全ドッキングに用いられる。本発明の他の目的は船舶ドッキングを案内するシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は以下のような技術案を用いる。
船舶にソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよびデータ処理モジュールが設置され、ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールは受信した、岸上に予め設置されるソーラーブラインド紫外線の光源アレイから送信したソーラーブラインド紫外線の光信号により、前記船舶と関連バースとの位置関係情報を測定することを含む船舶補助ドッキング方法（船舶の接岸を補助する方法）であって、
１）少なくとも２つのＧＰＳ信号受信モジュールを設置し、そのうち、関連衛星から前記船舶の位置信号を受信するための少なくとも１つのＧＰＳ信号受信モジュールは前記船舶上に設置されることと、
２）前記データ処理モジュールは、信号受信素子を含み、有線および／または無線の方式で前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよび前記ＧＰＳ信号受信モジュールに合わせ、かつ前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよび前記ＧＰＳ信号受信モジュールから船舶位置に関するデータを受信し、前記船舶基準点の座標値を算出し、そして前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよび前記船舶上に取り付けられるＧＰＳ信号受信モジュールの位置データにより、バースの海岸線に対する前記船舶の姿勢角を決定することと、を更に含むことを特徴とする方法。
【００１４】
そのうち、バースの海岸線に対する船舶の姿勢の全体は船舶上の幾つかの基準点の位置座標により示されてもよく、１つの基準点の座標に、前記船舶の少なくとも１つの姿勢角を加えて示されてもよい。前記の姿勢角、例えば針路角、ピッチ角および横揺れ角等は船舶姿勢の多くの角度中の少なくとも１つの角度を示す。本発明に言うＧＰＳ方法およびシステムは、技術的に、ＧＮＳＳシステム（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉgａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）および類似のシステムを含み、地球を周回して回転する同期衛星を用いて地面目標位置決めを行う技術である。このような技術は、例えば米国のＧＰＳ、中国の北斗システム、欧州のガリレオシステム、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳシステム等が挙げられる。
【００１５】
本発明の方法では、ＧＰＳ信号受信モジュールの設置方式は、岸上に少なくとも１つのＧＰＳ信号受信モジュールを設置し、前記船舶に少なくとも１つのＧＰＳ信号受信モジュールが取り付けられ、各船舶上の各ＧＰＳ信号受信モジュールは岸上のＧＰＳ信号受信モジュールと協働し、ＧＰＳ差分システムを構成し、岸上のＧＰＳ信号受信モジュールはＧＰＳ主局とし、船舶上のＧＰＳ信号受信モジュールはＧＰＳ従局とし、前記ＧＰＳ主局を用いてＧＰＳ従局の船舶位置と姿勢角データに対する測定精度を向上させ、かつ、前記ＧＰＳ主局は、関連衛星から位置データを受信した後、データ処理モジュールに直接送信し、前記船舶の位置データを取得し、あるいは、前記位置データおよびＧＰＳ従局位置データ精度を向上させる他のデータを先に少なくとも１つのＧＰＳ従局に送信し、ＧＰＳ従局は受信したＧＰＳ位置受信データを整合（積算、積分）した後、前記データを処理し、そしてデータを前記データ処理モジュールに送信し、前記船舶の位置データを取得する。
【００１６】
そのうち、岸上の（岸上基地局）ＧＰＳ主局と船舶上のＧＰＳ従局との通信方式は、例えば、岸上のＧＰＳ主局は信号を放送の方式、または定向の方式で、船舶上の（船上基地局）ＧＰＳ従局に直接送信する。つまり、岸上基地局のＧＰＳ主局は引き法により、前記の位置データを無線または有線の方式で、まず、発信点（例えば、バース上またはバース付近に設置される発信点）に送信し、そしてこの送信点から前記と同じまたは異なる周波数で、前記の位置データを無線で船上基地局のＧＰＳ従局に送信する。
【００１７】
ＧＰＳ信号受信モジュールの設置方式は、すべての（少なくとも２つ）ＧＰＳ信号受信モジュールを前記ドッキングすべき船舶上に設置する。前記データ処理モジュールはそれぞれ前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールに電気的に接続され、前記各モジュールからのデータを処理し、前記のソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールの受信データにより前記船舶の座標値を算出し、かつＧＰＳ信号受信モジュールの関連衛星から受信した位置情報により、岸線またはバースに対する前記船舶の姿勢角を決定する。
【００１８】
前記方法において、さらに、データ処理モジュールは正規化された自己相関アルゴリズムを用いて２つのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールの受信した座標データまたは姿勢角データに対して整合処理（積算処理、積分処理）を行う。具体的なステップは、前記座標データに対して整合処理を行う時、ｘ、ｙとｚによりそれぞれソーラーブラインド紫外線受信モジュールの位置の三軸座標（３次元座標）を示し、ベクトルｐｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）によりＮ個のシステムからフィードバックしたＮ組の角度と空間変換後の位置決めデータにおける第ｉ組の位置決めデータを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなる。ここでは、Ｎは用いる元の位置データ源の数であり、例えば、前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよび３つのＧＰＳ信号受信モジュールの取得した座標値に対して整合処理を行う時、Ｎ＝４となる。前記３つのＧＰＳ信号受信モジュールの取得した座標値に対して整合処理を行う時、Ｎ＝３となる。前記角度と空間変換後の位置決めデータは、その取得方法が、すべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールの相対位置と船舶の姿勢角を得た場合に、空間位置関係と空間幾何学変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換する。具体的な変換方法は、
（１）一基準点を決定し、前記基準点は前記ソーラーブラインド紫外線受信モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールのうちのいずれか一測定モジュールの位置でよく、他のある点でもよい。
（２）他の各測定モジュールから前記基準点までの距離と方向角（光源参考系下でのパラメータであって、船の姿勢角と積み重ねて決定する必要がある）を測定することにより、相応の変換ベクトルを取得する。
（３）各測定モジュールから取得した相対位置座標パラメータを変換ベクトルに加えて変換後の位置決めデータを取得する。
正規化された自己相関係数ＮＣＣにより各システムがフィードバックした位置決めデータの信頼度（確実度）を示し、その表現式は、
0006516111.tif 000002
ｊ＝１、２、３、…、Ｎ；
であり、
すべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールから構成される検出システムの平均信頼度（平均の確実度）の閾値Ｇを設定し、そしてこの閾値ＧによりＮＣＣが比較的低い位置決めデータをフィルタ除去し、そして最終のシステム信頼度の重みｗを取得し、表現式は以下のように、
0006516111.tif 000003
これで、船舶位置に関する最終の適合位置決めデータを取得し、
0006516111.tif 000004
前記Ｎ−１つのＧＰＳ信号受信モジュール適合後の座標値により、適合後の船舶の姿勢角データを計算する。
【００１９】
前記船舶位置データに対する整合処理（積算処理、積分処理）は、ＧＰＳ信号受信モジュールが取得した位置データのみに対して整合処理を行い、あるいは、ソーラーブラインド紫外線モジュールが取得した位置データおよびＧＰＳ信号受信モジュールが取得した位置データの聨合に対して整合処理を行い、適合後の船舶に関する位置データを取得する。
【００２０】
さらに、データ融合算法を用い、取得した座標データまたは姿勢角データに対して整合処理を行う。
【００２１】
他の方法を用いてもよい。例えば、通常、ソーラーブラインド紫外線モジュールにより取得した位置データは比較的精確（正確）であり、現在、ｃｍレベル以下に達することができる。ＧＰＳ信号受信モジュールにより取得した位置データは、精度がやや悪く、現在、ただｄｍレベルに達することができる。したがって、精度が相対的一致する、ＧＰＳ信号受信モジュールにより関連衛星から受信した座標データに対して正規化すれば、効果が比較的よい。
【００２２】
本発明の方法および装置（装置に対する全体記述および限定は、例えば、明細書後の内容を参照）により、船舶上にＧＰＳ信号受信モジュールを設置する時、これらのＧＰＳ信号受信モジュール間の距離を大きくして、被測定座標と角度データのシステム誤差を低減させる。
【００２３】
本発明の方法および装置により、船舶上にＧＰＳ信号受信モジュールを受信する時、これらのＧＰＳ信号受信モジュールと前記のソーラーブラインド紫外線モジュールとの間の距離を大きくして、被測定座標と角度データのシステム誤差を低減させる。
【００２４】
本発明の船舶ドッキング方法により、測定前、ソーラーブラインド紫外線受信モジュールに対して較正を行い、測定に関する前記ソーラーブラインド紫外線カメラの光電パラメータを決定する。較正時に関するシステム光電パラメータは、ｘ軸とｙ軸方向においてのピクセルを単位とする焦点距離ｆｘ，ｆｙ、像平面上の基準点位置ｃｘ，ｃｙ、およびｘ軸とｙ軸方向においての径方向の歪み係数ｋｘ，ｋｙを含む。
【００２５】
さらに、本発明の船舶ドッキング方法により、前記船舶の動力制御システムはナビゲーションシステムと連動し、周期的に前記ソーラーブラインド紫外線光モジュールのドッキング距離信号を受信し、これによって、たえず自動で船舶の姿勢を調整し、ドッキングを行う。
【００２６】
本発明の他方によれば、本発明は船舶ドッキングシステムを開示した。前記船舶ドッキングシステムは、前記船舶に設置され、受信した、岸上に予め設置されるソーラーブラインド紫外線の光源アレイの光信号により、前記船舶と関連バースの位置関係情報を測定するソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールと、前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールに電気的に接続され、前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールの受信データに対して処理し、前記船舶の座標を取得するデータ処理モジュールと、を含み、さらに、少なくとも２つのＧＰＳ信号受信モジュールを含み、そのうち、少なくとも１つのＧＰＳ信号受信モジュールは前記船舶上に取り付けられ、各ＧＰＳ信号受信モジュールは関連衛星から位置決め信号を受信する衛星信号受信部分、および受信した衛星信号を前記データ処理モジュールに送信する信号送信部分を含み、前記データ処理モジュールは前記ＧＰＳ信号受信モジュールに電気的に接続され、かつＧＰＳ信号受信モジュールの関連衛星から受信した位置決めデータを処理し、そしてこれにより前記船舶の姿勢角を決定する。
【００２７】
さらに、好ましい方式は、本発明の船舶ドッキングシステムに記載されるすべてのＧＰＳ信号受信モジュールの全体は前記船舶上に取り付けられる。
【００２８】
本発明の船舶ドッキングシステムのほかの好ましい方式は、前記船舶上に取り付けられ、船上基地局ＧＰＳ信号受信モジュールとする少なくとも１つのＧＰＳ信号受信モジュールを含む。各船上基地局ＧＰＳ信号受信モジュールと岸上に設置されるＧＰＳ信号受信モジュールは協働し、ＧＰＳ差分システムを構成する。岸上のＧＰＳ信号受信モジュールをＧＰＳ主局とし、船舶上のＧＰＳ信号受信モジュールをＧＰＳ従局とし、前記ＧＰＳ従局は関連衛星から自身の位置データを受信し、かつ前記ＧＰＳ主局から前記ＧＰＳ主局の位置データおよびＧＰＳ従局位置データ精度を向上させる他のデータを受信し、これらのデータに対して処理を行いまたはこれらのデータを前記のデータ処理モジュールに送信して処理し、前記船舶の位置と姿勢角を示すデータを取得する。
【００２９】
上述したＧＰＳ差分システム方案において、船舶上に１つのみの船上基地局ＧＰＳ信号受信モジュールが取り付けられると、前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよび船上基地局ＧＰＳ信号受信モジュールによりそれぞれ比較的正確な、かつ前記船舶を示す位置値を取得し、この２つの位置値はバースに対する船舶の位置および姿勢角を決定できる。
【００３０】
上述したＧＰＳ差分システム方案において、船舶上に２つまたは２つ以上の船上基地局ＧＰＳ信号受信モジュールが取り付けられると、１種類の方式は、前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールにより船舶の位置値を取得し、前記複数の船上基地局ＧＰＳ信号受信モジュールによりバースに対する前記船舶の姿勢角を取得する。もう１種類の方式は、前記ＧＰＳ差分システムの精度が十分に高いと、船舶の位置情報としていずれか１つの船上基地局ＧＰＳ信号受信モジュールの位置決め情報を用いるが、ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールまたは他の船上基地局ＧＰＳ信号受信モジュールの位置情報により船舶の姿勢角を計算し、または、位置決め用の船上基地局ＧＰＳ信号受信モジュールの位置情報および前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールまたは他の船上基地局ＧＰＳ信号受信モジュールのうちの１つの位置情報を用い、船舶の姿勢角を計算する。
【００３１】
好ましくは、本発明の方法とシステムは正規化された自己相関アルゴリズムを用い、前記ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよび／または複数のＧＰＳ信号受信モジュールが取得したデータに対して処理を行う。正規化された自己相関処理法を用い、全体誤差分析によりすべてのシステム平均信頼度の閾値および各モジュール（ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュール、および船上基地局ＧＰＳ信号受信モジュール）信頼度の情況を取得し、この閾値を用い、信頼度が比較的低い位置決めデータをフィルタ除去し、そして、最終の各モジュールの信頼度の重みを取得し、その後、この信頼度の重みを用いて各モジュールに対して重み付け平均を行い、最終のデータを取得する。この正規化された自己相関アルゴリズムは、本発明のシステムを制作する時、ハードウェア（例えばＩＣ、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡ）および／またはソフトウェアの方式で、システムにファームウェア化し、本発明のシステムの一つの組成部分となる。
【００３２】
本発明の船舶ドッキングシステムのもう１つの改進した方面により、データ処理モジュールはソフト・ハードウェアの設計でデータ融合算法（データ融合アルゴリズム）を用い、取得した座標データまたは姿勢角データに対して整合処理（積算処理、積分処理）を行う。前記データ融合算法は、例えば、
【００３３】
各サブシステムの測定データにより実際に算出した実効値誤差ｒｍｓｅ（ｒｏｏｔ−ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅ−ｅｒｒｏｒ）を用いて各サブシステムフィードバックデータの信頼度を判定する。具体的には、
（一）整合（積算、積分）するデータは位置決めデータである時、ベクトルｐｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を用いてＮ組の検出サブシステムからフィードバックしたＮ組の角度と空間変換後の位置決めデータを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、その取得方法が、すべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールの相対位置と船舶の姿勢角を得た場合に、空間位置関係と空間幾何学変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換し、
ａ）各検出サブシステムの測定データにより実際に算出した実効値誤差ｒｍｓｅを用いて各サブシステムのフィードバックデータの信頼度を判定し、各サブシステム測定データの実効値誤差を算出する公式は、
0006516111.tif 000005
であり、
ただし、ｒｍｓｅは実効値誤差であり、ｘｉはｉ時刻に各測定サブシステムに対するＸ軸座標での測定データであり、ｘｆはｉ時刻にｘｉデータに対するフィルター値であり、ｎは測定データの合計数、即ち、サブシステムの数であり、ｉ時刻のフィルター値はカルマンフィルター方法により取得され、
ｂ）重みを決定し、ロバスト統計学理論により、データ中の情報を有効情報、利用可能情報および有害情報に分類する。この３種類のデータに対して、異なる重みを分配すれば、それらが異なる作用を発揮させる。このため、重みを分配するとき、１種類の方法は、セグメント式を用い、有効情報に対して、融合の時に完全に受け付け、利用可能情報に対して、特定の曲線変更により選択し、有害情報または無効情報に対して、完全に拒否する。曲線適合により重みの分配を行う。
0006516111.tif 000006
ただし、ωは重みであり、パラメータｂは外れ値（異常値）を判断する最小限度であり、パラメータａは有効数値と利用可能数値の限界値（境界値）である。誤差がｂより大きいと、外れ値とみなされ、対応する重みは０であり、誤差がａより小さいと、有効値とみなされ、対応する重みは１であり、中間の利用可能値の重みは曲線ｙ＝ｆ（ｘ）により提供し、且つｆ（ｘ）は（ａ，ｂ）の区間において、誤差の増大にしたがって素早く低減するという条件を満たさなければならなく、ｆ（ｘ）が用いる表現式は、
0006516111.tif 000007
であり、
ただし、μとσはそれぞれ正規分布の平均値と平方であり、正規曲線がｘ＞μの領域で漸減関数の特性を示すので、ここで、μ＝０となり、実際に半正規曲線を利用し、表現式は
0006516111.tif 000008
になり、
３σ法則でσ値を出し、正規曲線適合の重み分配による方法は、
0006516111.tif 000009
により取得され、
且つ、
0006516111.tif 000010
となり、ただし、ｒｍｓｅｋｉはｋ時刻に第ｉつのシステムの実効値誤差であり、ａｋｉはｋ時刻に第ｉつのシステムの重みであり、
ｃ）最終データ融合の結果は、
0006516111.tif 000011
であり、
ただし、
0006516111.tif 000012
はｋ時刻の融合値であり、ｘｋｉは各サブシステムのｋ時刻に取得した測定データであり、
ｄ）以上のステップａ）−ｃ）と同じ方法で、Ｙ軸座標値ｙおよびＺ軸座標値ｚのデータ融合の最終結果を算出し、
（二）整合（積算、積分）するデータは姿勢角データである時、ベクトルｑｉ（αｉ，βｉ，γｉ）を用いてＮ組の検出サブシステムからフィードバックしたＮ組の姿勢角データを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、そして、ステップ（一）と同じ方法で、整合後の姿勢角データを算出する。
【００３４】
さらに、データ融合の方法を用いてもよく、具体的なステップは、
（一）整合するデータは位置決めデータである時、ベクトルｐｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を用いてＮ組の検出サブシステムからフィードバックしたＮ組の角度と空間変換後の位置決めデータを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、前記角度と空間変換後の位置決めデータは、その取得方法が、すべてのソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールの相対位置と船舶の姿勢角を得た場合に、空間位置関係と空間幾何学変換により、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換し、
ａ）位置決めデータにおいて各座標序列（数列）の標準偏差を算出し、Ｎ組の検出サブシステムがフィードバックしたＮ組の位置決めデータにおいての各座標序列の標準偏差を算出することにより、Ｎ組のデータにおいての各座標序列中の外れデータを判断する根拠とし、前記座標序列の標準偏差は、
0006516111.tif 000013
であり、
ただし、ｉｎｄｅｘ∈（ｘ，ｙ，ｚ）となると、σ ｉｎｄｅｘはＮ組のデータ中の各座標序列の標準偏差であり、ＸｉｎｄｅｘはＮ組の測定のデータであり、各組には座標値（ｘ，ｙ，ｚ）が含まれ、
0006516111.tif 000014
はＮ組のデータの平均値、即ち、各座標序列の平均値から構成される一元ベクトルであり、
ｂ）算出した標準偏差により各座標序列中の外れデータを取得し、外れデータの判定は
0006516111.tif 000015
により取得され、
ただし、ｏｕｔｌｉｔｅｒｓは取得した外れデータ（異常データ）であり、ｘ、ｙ、ｚより構成される一組の座標データにおいて、そのうちの１つの座標値がその序列（数列）で外れデータと判断されると、この組の座標値はＮ組の座標データ中の外れデータと判断され、ｃは定係数であり、実験経験と要求により決められ、この定係数の決定方法は大量のテストによりテスト値の変動幅を判断し、テスト値の平均値を中心とする対称範囲を取り、大量の不合理の点をこの範囲外に現れ、この範囲長さの半分はＣであり、
ｃ）外れデータをＮ組の原始測定データ中から除去すると、新たな位置決めデータ序列（順序）を取得し、Ｘ’と称し、次元数はＮ’であり、その後、Ｘ’に対して均等な重み付け平均データの融合を行い、最終の融合データ、すなわち、
0006516111.tif 000016
を取得し、
ただし、
0006516111.tif 000017
はデータ融合後の最終の位置決めデータであり、
ｄ）以上のステップａ）−ｃ）と同じ方法で、Ｙ軸座標値ｙおよびＺ軸座標値ｚのデータ融合の最終結果を算出し、
（二）整合するデータは姿勢角データである時、ベクトルｑｉ（αｉ，βｉ，γｉ）を用いてＮ組の検出サブシステムからフィードバックしたＮ組の姿勢角データを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなり、そして、ステップ（一）と同じ方法で、整合後の姿勢角データを算出する。
そのうち、算法フローは、（１）位置決めデータにおいて各座標序列の標準偏差を算出することと、（２）算出した標準偏差により各座標序列における外れデータを取得することと、（３）元の測定データから外れ点を除去することと、（４）平均重み付けデータ融合方法により最終の位置決めデータを算出し、ｙ量を取得することと、を含む。
【００３５】
以上はただ本発明の方法および装置方案に対して例示的な記載である。当業者は、以上の内容に基づき、本発明の発想に違反しない前提で、様々な具体的な実現を作成することができる。例えば、本発明の以上の記述では、通常、ソーラーブラインド紫外線光受信モジュールが取得した位置データを船舶位置の主な根拠とする。実際に、具体的な実現では、ＧＰＳシステム位置決めデータの精度とソーラーブラインド紫外線光受信モジュールの位置決め精度とが等価する時、ＧＰＳシステムの取得した位置データを本発明における方法と装置の取得しようとする位置および角度情報の主な根拠としてもよい。
【００３６】
本発明はソーラーブラインド紫外線イメージング法によりバースに対する船舶の位置情報を決定し、それとともに、ＧＰＳ法により、少なくとも２つのＧＰＳ受信器を用い、バースに対する船舶の姿勢角を決定し、可視度が非常に低い場合に、船舶を安全にドッキングさせる。さらに、本発明の方法と装置において、さらに、好ましくは、正規化された自己相関アルゴリズムとデータ融合算法を用いてソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールおよびＧＰＳ信号受信モジュールが受信した座標データおよび角度データに対して整合処理を行い、位置決め精度を向上させる。本発明に記載される船舶補助ドッキング方法とシステムは、従来の技術においての船舶の霧の天気でのドッキング難度が大きく、従来の技術において、天気、環境等は船舶ガイドドッキング装置に対する影響が大きい問題を解決した。霧の天気でも、パイロットにさらに直観、正確、安全な航行情報を提供し、パイロットが霧の天気で船舶ドッキングに対して水先案内し、霧の天気で水運航路と港口物流の順調さ問題をも解決した。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態に係る船舶ドッキングナビゲーションシステムのブロック図である。
【図２】装置の取付箇所を示す図である。
【図３】カメラ較正を示すフローチャートである。
【図４】紫外光アレイと撮影位置を示す図である。
【図５】ソーラーブラインド紫外線灯アレイの位置を示す図である。
【図６】（ａ）ドットマトリックス座標系と（ｂ）カメラ座標系を示す図である。
【図７】ドッキングソフトウェア動作を示すフローチャートである。
【図８】船舶と岸線を示す図である。
【図９】測定モジュール位置を示す図である。
【図１０】正規化された自己相関アルゴリズムを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本実施形態の一例により、船舶の霧の天気での近距離ナビゲーション機能を増強するシステムを提供する。このシステムは船舶と岸線（海岸線）の模式図及び位置情報を表示でき、パイロットは表示装置の出力インターフェースにより低可視度条件での船舶ドッキングを実現できる。
【００３９】
上述した目的を実現するために、以下、図面と実施例を参照しながら、本実施形態を詳細に説明する。以下、実施例はただ例として説明され、本発明は実施例における方案に限られなく、この他に、当業者は現有技術範囲内に簡単に変更して取得した技術案はいずれも本発明の保護範囲内に含まれる。
【００４０】
実施例１
船舶ドッキングナビゲーションに用いられるシステムのブロック図について、図１を参照する。本発明は主に船舶の霧の天気での近距離ドッキング時の問題を解決し、本実施例に記載される船舶ナビゲーションシステムはソーラーブラインド紫外線の灯組１０１、２つのＧＰＳモジュール１１２、１１３、ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュール１０３、データ処理モジュール１０４、および表示装置１０５を含む。
【００４１】
ＧＰＳモジュール１１２、１１３およびソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュール１０３はそれぞれ船に取り付けられる。針路の位置を利便に決定するために、差分ＧＰＳ１１２、１１３が好ましい。本実施例において、２つの差分ＧＰＳはそれぞれパイロット室両側の甲板上に取り付けられ、両者の接続線はおおよそ船舶首尾の接続線に直交する。２つの差分ＧＰＳモジュールについて、主ＧＰＳモジュール（主局ともいう）１１２は岸線（海岸線）に近い位置に取り付けられ、従ＧＰＳモジュール（従局ともいう）１１３は岸線に遠い位置に取り付けられる。ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュール１０３は船の片側の甲板上に取り付けられる。後続の算出を利便にするために、本実施例において、好ましくは、船上では船首と船尾に対する位置に印をつけ、ソーラーブラインド紫外線モジュールの船首船尾に対する距離はそれぞれＬ１、Ｌ２とし、これは既知するものであり、かつ船上で印をつけた。具体的な取付箇所はおおよそ図２に示す。図１において、灰色領域１００は前記船舶が停泊すべき岸線である。
【００４２】
ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュール１０３、信号処理器１０４、表示装置１０５は一体に集積してもよい。データ処理モジュール１０４には情報収集モジュール、算出モジュールおよび記憶モジュールが含まれる。
【００４３】
本実施例の主なステップは下記のとおりである。以下、ステップ１−３は岸上での準備作業であり、４−５は船上での作業である。
【００４４】
１、先ず、カメラ較正（キャリブレーション）を行い、内部パラメータを求める。カメラ較正の方法および内部パラメータの算法は多いが、ここでは、伝統的較正技術または張正友較正算法が好ましい。較正フローは図３に示す。
ステップ１−１−１において、紫外光アレイを配置する。
ステップ１−１−２において、紫外光アレイの幾何情報を測定する。
ステップ１−２において、紫外受信器で紫外光アレイに対して撮影し、紫外光アレイおよび撮影位置は図４を参照する。
ステップ２−１において、座標を抽出する。
ステップ２−２において、装置内部パラメータを求め、特定紫外光源の像平面座標を取得し、較正算法（較正アルゴリズム）を用いてカメラの内部パラメータ（ｆｘ，ｆｙ，ｃｘ，ｃｙ，ｋｘ，ｋｙ等）を取得する。
【００４５】
２、バース情報の測定において、ドッキング港口のすべてのバース（岸壁）の海岸線とある方向（例えば、ここでは、真北方向）とのなす角θを予め測定する。
差分ＧＰＳ（主局と従局を含む）またはその他のヨー角測定ツールを用いてバースの海岸線のヨー角を測定する。差分ＧＰＳ装置を用いる時、その主局と従局をそれぞれバースの首尾両側に置き、バースの海岸線との距離がおおよそ同一である。
【００４６】
３、紫外光源灯アレイを配置し、灯アレイ関連位置情報を測定する。船舶のドッキング前の一定期間（例えば、半時間）に、ソーラーブラインド紫外線灯組１０１を用いてドッキングバース１００付近に目標灯アレイを配置し、目標灯アレイの形状は正方形碁盤の目状であり、目標灯アレイの大きさおよび灯の数が限られなく、本実施例において、図５に示す配置、灯アレイ大きさは８ｍ×８ｍであり、行ごとの灯の間の距離が同一であり、行の間の距離が同一である。
【００４７】
本実施例において、灯アレイ基準点とドッキング尾ボラードとの距離をＬ２（テープ等の測定ツールを用いて測定すればよく、Ｌ２はソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュール１０３と船尾との距離であり、既知のものであり、Ｌ２をとするのは船のドッキング時、ソーラーブラインド紫外線検出器を灯アレイに正対させ、バースに対する船舶のＸ方向を決定するためのものであり、無論、その他の距離Ｌｎをとしてもよく、Ｌ２とＬｎとの間の距離を知ればよい）とし、図５に示すように、灯アレイを配置する時、灯アレイ最初行と衝突防止フェンダーとの垂直距離をＬ（同様に、テープ等の簡単な長さ測定ツールを用いて測定してもよい）と保持する。
【００４８】
４、船舶針路およびドッキング岸線の姿勢、位置情報を算出する。以下のステップを含む。
まず、船舶針路とドッキング岸線との方向関係、即ち、船舶針路とドッキング岸線とのなす角を算出する。具体的なステップは以下のとおりである。
従局ＧＰＳ１１３は自身位置の経度と緯度の情報を主局ＧＰＳ１１２に送信し、主局ＧＰＳ１１２は従局ＧＰＳ１１３及び自身の経度と緯度の情報から両者間の距離を取得し、同時に、従局ＧＰＳ１１３の主局ＧＰＳ１１２に指すベクトルｒと真北方向とのなす角α、およびｒと水平方向とのなす角βを取得し、βは船舶の横揺れ角である。
従局ＧＰＳ１１３の主局ＧＰＳ１１２に指すベクトルｒと船舶針路とが垂直するので、船舶針路と真北方向とのなす角γを取得でき、γは船舶の針路角である。
船舶右停泊時、γ＝α−９０°となり、
船舶左停泊時、γ＝α＋９０°となる。
バースの海岸線の各々と真北方向とのなす角θを予め測定し、角度θと角度γにより船舶針路とドッキング岸線とのなす角ａを取得でき、ａ＝γ−θとなり、画像の形態で表示装置１０５に表示させる。
そして、岸線に対する船舶の位置情報を決定する。
【００４９】
前記船舶と岸線との距離が比較的近い時、ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールはすべてのソーラーブラインド紫外線信号を確実に識別できる。この時、信号処理器１０４を用いてソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュール１０３が撮影した画像に対して画像処理、座標変更を行い、ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュール１０３の灯アレイ座標系における位置情報Ｘ、ＹおよびＺを取得する。
0006516111.tif 000018
ただし、Ｒは回転マトリックスであり、Ｔは平行移動ベクトル（並進ベクトル）である。
【００５０】
以上の算法の具体的なステップは以下のとおりである。
カメラ較正によりカメラ内部パラメータ、目標ドットマトリックス座標系（図６を参照）におけるドットマトリックス座標および像平面座標を知って、カメラの目標ドットマトリックス座標系における座標および回転方向を取得できる。
0006516111.tif 000019
ただし、（ｆｘ、ｆｙ、ｃｘ、ｃｙ）は内部パラメータマトリックスパラメータであり、Ｒは回転マトリックスであり、Ｔは平行移動ベクトル（並進ベクトル）であり、（ｕ、ｖ）は像平面座標（単位はピクセル）であり、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は目標ドットマトリックス座標系におけるドットマトリックス座標であり、この公式は
0006516111.tif 000020
と簡略化される。
ただし、（ｘ、ｙ、ｚ）はカメラ座標系（図６を参照）における目標ドットマトリックスの座標であるので、ＲとＴは目標ドットマトリックス座標系からカメラ座標系に変換した変換マトリックスと理解されてもよい。
【００５１】
カメラの目標ドットマトリックス座標系における座標を算出する時、内部パラメータ（ｆｘ、ｆｙ、ｃｘ、ｃｙ）および目標ドットマトリックス座標系におけるドットマトリックス座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は一定の値であり、像平面座標（ｕ、ｖ）は画像によりリアルタイムで取得するので、リアルタイムで同一時刻（ｕ０、ｖ０）に対応する回転マトリックスＲ０、平行移動ベクトルＴ０を取得できる。その後、カメラの目標ドットマトリックス座標系（目標の格子座標系）におけるドットマトリックス座標（格子座標）を取得しようとすると、カメラ座標系の原点（０、０、０）を公式２の左に代入し、右の（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を解けばよく、
0006516111.tif 000021
を取得でき、
回転マトリックスの逆マトリックスＲ０−１は、カメラ座標系の目標ドットマトリックス座標系（目標の格子座標系）に対する回転であり、変換により回転ベクトルに簡略化でき、このベクトルはカメラの目標ドットマトリックス座標系に対する回転オイラー角である。
【００５２】
この前にカメラ座標を算出する時に記述した一定の値において、目標ドットマトリックス座標は人為的に配置した後に測定して取得した結果であるが、内部パラメータはカメラ自身の固有パラメータを代表する。ここでは、ｆｘ、ｆｙはそれぞれ水平方向と上下方向のピクセル数を計量単位とする焦点距離の値であり、ｃｘ、ｃｙはカメラレンズ中心真正面（即ち、理論光軸における点）の像平面上でのイメージングするピクセル座標である。
【００５３】
ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュール１０３の船舷と岸線に沿う垂直方向の距離をＹ舷とし、Ｙ舷＝Ｙ−Ｌ−Ｚ＊ｔａｎβとなり、ただし、Ｌは灯アレイ最初行と衝突防止フェンダーとの距離であり、βは船舶の横揺れ角である。
【００５４】
船首と岸線との垂直方向の距離をＹ首とし、船尾と岸線との垂直方向の距離をＹ尾とし、Ｙ首＝Ｙ舷−Ｌ１＊ｓｉｎ（γ−θ）、Ｙ尾＝Ｙ舷＋Ｌ２＊ｓｉｎ（γ−θ）となり、ただし、Ｌ１およびＬ２はそれぞれソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュール１０３と船首および船尾との距離であり、γおよびθはそれぞれ船舶針路と真北方向とのなす角及びバースの海岸線と真北方向とのなす角である。
【００５５】
５、シーン模擬（場のシミュレーション）を行い、即ち、ナビゲーション模式図および位置座標情報を表示装置１０５に出力し、ドッキングソフトウェア動作フローチャートは図７に示す。信号処理器１０４が動作する前、ドッキングバースの情報を入力し、バース号、船舶ドッキング時において岸線との方向情報、即ち左停泊または右停泊を含み、ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールの船舶上での位置情報Ｌ１およびＬ２を入力し、Ｌ１およびＬ２はそれぞれソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールと船首および船尾との距離であり、船舶の幅Ｂを入力する。
【００５６】
船舶の灯アレイ座標系における位置情報ＸとＹ、岸線に対する船舶の方向情報γ−θ、ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュールの船舶に対する位置情報Ｌ１およびＬ２、船の幅Ｂにより、図８に示すように、表示装置１０５に船舶と岸線の模式図および位置情報Ｙ首およびＹ尾を表示できる。パイロットは表示装置の出力インターフェースを介して低可視度条件での船舶ドッキングを実現できる。
【００５７】
実施例２ 
本実施例は複数組のデータから最適な位置情報を取得することに関し、その算法は以下のとおりである。
【００５８】
ベクトルｐｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を用いてＮ個のシステムからフィードバックした角度と空間変換後のＮ組の位置決めデータを示し、ただし、ｉ＝１，２，３．．．．．．Ｎとなる。前記角度と空間変換後の位置決めデータの取得方法は、すべてのソーラーブラインド紫外線受信モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールの相対位置および船舶の姿勢角を既に得た場合に、空間位置関係と空間幾何学変換を用いて、異なる測定モジュールに対する位置測定データを同一測定モジュールに対する位置測定データに変換する。具体的な変換方法は以下の通りである。
（１）一基準点を決定し、前記基準点は前記ソーラーブラインド紫外線受信モジュールとＧＰＳ信号受信モジュールのうちのいずれか一測定モジュールの位置でよく、他のある点でもよい。
（２）他の各測定モジュールから前記基準点までの距離と方向角（光源参考系下でのパラメータであって、船姿勢角と積み重ねて決定する必要がある）を測定することにより、相応の変換ベクトルを取得する。
（３）各測定モジュールから取得した相対位置座標パラメータを変換ベクトルに加えて変換後の位置決めデータを取得する。
図９に示すように、両測定モジュールの測定座標はそれぞれｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とｐ２’（ｘ２’，ｙ２’，ｚ２’）であり、そのうちのｐｉを基準とし、測定した両者間の距離をＬとし、両者接続線の針路角のなす角をθとし、ピッチ角をφ（ＸＹ平面のなす角）とすると、ベクトル
0006516111.tif 000022
の算出方法を
0006516111.tif 000023
に変換すると、ｐ２’の基準位置に変換した後の座標は
0006516111.tif 000024
となる。
【００５９】
他の測定モジュールは以上の同一方法で変換後の座標を取得できる。
この算法は正規化された自己相関係数（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を用いて各々のシステムがフィードバックした位置決めデータの信頼度を示し、その表現式は以下のとおりである。
0006516111.tif 000025
閾値をすべてのシステム平均信頼度の８０％とし、閾値Ｇは以下のように示される。
0006516111.tif 000026
閾値ＧによりＮＣＣにおいての比較的低い位置決めデータをフィルタ除去し、そして、最終のシステム信頼度の重みｗを取得し、表現式は以下のとおりである。
0006516111.tif 000027
最終の適合位置決めデータを取得する。
0006516111.tif 000028
算法フローは図１０に示す。
【００６０】
実施例３
以下、例により本発明の船舶近距離ナビゲーション機能を増強させるシステムにおいての紫外カメラ較正を説明し、内部パラメータを解く具体的なステップは以下の通りである。
【００６１】
カメラ較正の方法および内部パラメータの算法は多くあるが、ここで、優先して伝統的な較正技術および張正友較正算法を用いる。張正友較正法には、碁盤の目状の較正形板（較正テンプレート）を用い、較正形板上の各黒白格子の接続点を較正板の特徴点とする。較正板（較正テンプレート）を異なる位置に置き、カメラが同期収集した後に、カメラの内外パラメータを得る。この方法は良好な頑健性を有し、かつ高価の装置が必要なく、操作が簡単であり、自己較正法に比べると、精度が高まった。本実施例を満たすすべての較正方法及び内部パラメータの算法はその中に含まれる。
【００６２】
較正フローは図３に示すように、１−１−１において、紫外光アレイを配置し、１−１−２において、紫外光アレイの幾何情報を測定し、１−２において、紫外受信器で紫外光アレイに対して撮影し、ソフトウェア処理は２−１において特定紫外光源の像平面座標を取得することを含み、２−２は較正算法（較正アルゴリズム）を用いてカメラの内部パラメータを取得する。具体的な較正ステップ（較正ステップ）は以下の通りである。
【００６３】
１−１−１において、紫外光アレイを配置し、紫外光アレイは平面矩形碁盤の目状の紫外光アレイを用い、紫外光アレイと撮影位置は図４を参照する。紫外光アレイの形状、大きさ等の幾何特性には制限がないが、内部パラメータの算法により決定し、紫外光アレイは平面図形でよく、立体図形でもよく、矩形構成でよく、円形構成または他の幾何形状でもよい。
【００６４】
１−１−２において、紫外光アレイ幾何情報を測定し、特定紫外光点の座標系ｏ−ｘｙｚにおける座標ｃｗ＝{Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１}，{Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２}…{Ｘ３０，Ｙ３０，Ｚ３０}を測定し、紫外光アレイの幾何情報とは特定の紫外光点または角点の世界座標系における座標を指す。
【００６５】
１−２において、ソーラーブラインド紫外線領域の画像化モジュール１０３を用いて紫外光アレイに対して撮影し、選択した撮影位置Ａは、異なる撮影位置、異なるＯＡの指向非平行、撮影ｎ組（この実施例ではｎが３より大きい）という条件を満たさなければならない。
【００６６】
２−１において、信号処理器１０４は撮影したデジタル画像に対してソフトウェア処理を行い、特定の紫外光点の像平面座標組ｃｉ１，ｃｉ２，ｃｉ３…ｃｉｎ、合計ｎ組を取得する。
【００６７】
２−２において、張正友較正算法を用いてｃｗとｃｉ１，ｃｉ２…ｃｉｎに対して処理を行い、カメラの関連光電内部パラメータ（ｆｘ，ｆｙ，ｃｘ，ｃｙ，ｋｘ，ｋｙ等）を取得し、ただし、ｆｘ，ｆｙはｘとｙ方向においてのピクセルを単位とする焦点距離であり、ｃｘ，ｃｙは像平面上の基準点であり、ｋｘ，ｋｙはｘとｙ方向においての径方向の歪み係数である。
【００６８】
ここでは、用いる張正友較正算法の原理は以下のとおりである。
１）較正板の角点と対応像点との対応関係
較正板（較正テンプレート）の位置する平面のＺｗ＝０とするので、
0006516111.tif 000029
となり、
Ａはｆｘ，ｆｙ，ｖ０，ｕ０，ｓにより決定され、即ち、カメラ内部パラメータであり、且つカメラ内部構成のみに関わっている。Ｈはカメラ外部パラメータといい、カメラの空間内にある位置を直接反映する。画像座標系のピクセル座標は（ｕ，ｖ）であり、世界座標系は（Ｘｗ， Ｙｗ， Ｚｗ）である。Ｓは増幅定数であり、
0006516111.tif 000030
となり、ｆはレンズの焦点距離である。
0006516111.tif 000031
は空間において任意１つの物点の世界座標であり、
0006516111.tif 000032
はこの物点のカメラ内においてのイメージング像点のピクセル座標を示す。
【００６９】
平行移動マトリックスは
0006516111.tif 000033
で、４×４のマトリックスである。回転マトリックスＲは３×３直交単位マトリックスであり、平行移動マトリックスＴと回転マトリックスＲ（ｒ１ ｒ２ ｒ３）は外部パラメータと称する。
0006516111.tif 000034
とすると、
0006516111.tif 000035
を取得する。
ただし、λは任意のスケール因子であり、ｒ１はｒ２に直交し、Ａの２つの規制条件を取得できる。
0006516111.tif 000036
２）パラメータの求め
0006516111.tif 000037
上式によれば、Ｂは正定対称マトリックスであり、
0006516111.tif 000038
と定義され、
Ｈの第ｉ列をｈｉとすると、
0006516111.tif 000039
となり、
且つ
0006516111.tif 000040
となり、
すると、
0006516111.tif 000041
となり、
即ち、
0006516111.tif 000042
となる。
ただし、Ｖは２ｎ×６のマトリックスであり、ｎ＞２の場合、ｂは唯一の解があり、つまり、少なくとも３つの画像を収集する必要がある。Ｃｈｏｌｅｓｋｙを用いて内部パラメータを分解する。
0006516111.tif 000043
そして外部パラメータをを求め、     
0006516111.tif 000044
を取得する。
【００７０】
３）非線形最適化
最尤基準によりパラメータ最適化を行い、その目標関数は
0006516111.tif 000045
である。
ただし、
0006516111.tif 000046
はＭｊ点の投影であり、最適化時、ＬＭ最適化算法を用いて解決する。
【００７１】
本発明の方法および装置は、ソーラーブラインド紫外線イメージング法によりバース（岸壁）に対する船舶の位置情報を決定し、差分ＧＰＳ法によりバースに対する船舶の姿勢角を決定し、可視度が非常に低い時、船舶を安全にドッキングさせる。
【図１】
0006516111.tif 000074
【図２】
0006516111.tif 000075
【図３】
0006516111.tif 000076
【図４】
0006516111.tif 000077
【図５】
0006516111.tif 000078
【図６（ａ）】
0006516111.tif 000079
【図６（ｂ）】
0006516111.tif 000080
【図７】
0006516111.tif 000081
【図８】
0006516111.tif 000082
【図９】
0006516111.tif 000083
【図１０】
0006516111.tif 000084