(57)【要約】  船舶の運航支援システムは、第１地点から第２地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援システムであって、前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定するための制約条件設定部と、前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第１地点から前記第２地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うための演算部と、を備え、前記演算部は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いるように構成される。
2016136297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１地点から第２地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援システムであって、
前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定するための制約条件設定部と、
前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第１地点から前記第２地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うための演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いるように構成されたこと
を特徴とする船舶の運航支援システム。
【請求項２】
前記演算部は、
前記対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて前記最適化計算を行って、各々の前記初期条件について前記解を求め、
前記初期条件ごとに求められた前記解のうち、前記燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力する
ように構成されたこと
を特徴とする請求項１に記載の船舶の運航支援システム。
【請求項３】
前記複数種の初期条件は、各区間の対水船速が前記最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の船舶の運航支援システム。
【請求項４】
前記演算部は、前記第１地点から前記第２地点までの複数の候補航路のそれぞれについて前記最適化計算を行い、前記複数の候補航路の中から前記目的関数が最小となる最適航路を選定するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の船舶の運航支援システム。
【請求項５】
前記演算部は、
各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイントの通過時刻を算出し、
各々の前記ポイントの前記通過時刻における気象海象条件を推定し、
船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、前記船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各々の前記ポイントにおける推進負荷を推定し、
少なくとも前記推進負荷の推定値に基づいて、前記複数の区間全体としての前記燃料消費量を算出する
ように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の船舶の運航支援システム。
【請求項６】
前記最適化計算の前記初期条件を設定するための初期条件設定部をさらに備え、
前記初期条件設定部は、前記第２地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように前記少なくとも二つの区間における一定の前記対水船速を算出し、前記対水船速一定条件を求めるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の船舶の運航支援システム。
【請求項７】
前記初期条件設定部は、
前記船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、
該初期対水船速で航海した場合における前記第２地点への到着予定時刻を求め、
該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように前記初期対水船速を補正して、前記対水船速一定条件を求める
ように構成されたことを特徴とする請求項６に記載の船舶の運航支援システム。
【請求項８】
前記対水船速一定条件は、前記船速制限区間における船速が該船速制限区間の前記最大船速であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の船舶の運航支援システム。
【請求項９】
前記対水船速一定条件は、前記船速制限区間における船速が該船速制限区間の前記最大船速と最小船速との平均値であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の船舶の運航支援システム。
【請求項１０】
前記演算部は、
前記第１地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、前記第１地点と前記第２地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、
前記第１地点を通過後において、前記第１地点と前記第２地点との間に位置する中間地点と前記第２地点との間の区間について前記最適化計算を再び行い、前記中間地点と前記第２地点との間の各区間について前記船速を算出し直す
ように構成されたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の船舶の運航支援システム。
【請求項１１】
第１地点から第２地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援方法であって、
前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定する制約条件設定工程と、
前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第１地点から前記第２地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行う演算工程と、
を備え、
前記演算工程は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いること
を特徴とする船舶の運航支援方法。
【請求項１２】
前記演算工程は、
前記対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて前記最適化計算を行って、各々の前記初期条件について前記解を求め、
前記初期条件ごとに求められた前記解のうち、前記燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力すること
を特徴とする請求項１１に記載の船舶の運航支援方法。
【請求項１３】
前記複数種の初期条件は、各区間の対水船速が前記最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載の船舶の運航支援方法。
【請求項１４】
前記最適化計算の前記初期条件を設定するための初期条件設定工程をさらに備え、
前記初期条件設定工程では、前記第２地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように前記少なくとも二つの区間における一定の前記対水船速を算出し、前記対水船速一定条件を求めることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の船舶の運航支援方法。
【請求項１５】
前記初期条件設定工程は、
前記船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、
該初期対水船速で航海した場合における前記第２地点への到着予定時刻を求め、
該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように前記初期対水船速を補正して、前記前記対水船速一定条件を求める
ことを特徴とする請求項１４に記載の船舶の運航支援方法。
【請求項１６】
前記演算工程は、
前記第１地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、前記第１地点と前記第２地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、
前記第１地点を通過後において、前記第１地点と前記第２地点との間に位置する中間地点と前記第２地点との間の区間について前記最適化計算を再び行い、前記中間地点と前記第２地点との間の各区間について前記船速を算出し直す
ことを特徴とする請求項１１乃至１５の何れか一項に記載の船舶の運航支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ａ港からＢ港へ到る航路を航行する船舶のための航海計画支援システムが開示されている。かかる航海計画支援システムは、航路に関し座礁の危険海域を回避するように多数の通過点を設定して航路の選択を行う航路選択手段と、航路選択手段により選択された航路における現在の位置および時刻に基づきＢ港への到着予定時刻に見合うように通過点ごとに船舶の通過予定時刻、航海速度および舵角を順次設定する船速舵角設定手段とを備えている。【０００３】
かかる航海計画支援システムによれば、Ａ港からＢ港へ到る航路が危険海域を回避するように選択されるとともに、航路に沿い予め多数の通過点が選択され、現在の位置および時刻からＢ港への到着時刻に見合うように海象情報などに配慮して通過点ごとに船舶の通過予定時刻、航海速度および舵角の設定が順次自動的に行われるとされている。【０００４】
特許文献２には、定刻運航と省エネ運航を両立させる船舶の運航システムが開示されている。かかる船舶の運航システムは、船速に基づいて船舶の予定到着時刻を計算するＥＴＡ計算器と、航路上の有限個数の位置点の間の有限個数の区間の制御船速を計算する船速計算器と、制御船速に基づいて主機の物理状態を制御するアクチュエータとを具え、制御船速は地球座標系上で定義され、制御船速は、規定されている規定到着時刻が予定到着時刻に許容範囲内で一致するように計算され、制御船速は一定値である。【０００５】
かかる船舶の運航システムによれば、複数の区間又は全区間のうち複数の区間で制御船速が潮流に対して同じ値であることが燃費削減の点で好ましいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１６２１１７号公報
【特許文献２】特開２００４−２５９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１が開示する航海計画支援システムでは、Ａ港からＢ港に到着するまでの燃料消費量をどのように節減するか明らかではない。【０００８】
また、特許文献２が開示する船舶の運航システムでは、第１地点から第２地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分されているものではない。【０００９】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、第１地点から第２地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶の運航支援システムは、
第１地点から第２地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援システムであって、
前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定するための制約条件設定部と、
前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第１地点から前記第２地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うための演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いるように構成される。【００１１】
上記（１）の構成によれば、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いるので、最適化計算の解の収束性が高まり、第１地点から第２地点に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。これにより、第１地点から第２地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援システムを提供することができる。【００１２】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記演算部は、
前記対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて前記最適化計算を行って、各々の前記初期条件について前記解を求め、
前記初期条件ごとに求められた前記解のうち、前記燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力する
ように構成される。【００１３】
上記（２）の構成によれば、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる可能性を高めることができる。これにより、第１地点から第２地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。【００１４】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記複数種の初期条件は、各区間の対水船速が前記最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件の少なくとも一つを含む。【００１５】
上記（３）の構成によれば、対水船速一定条件と、各区間の対水船速が最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件を含む複数種の初期条件を用いることで、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる可能性を効果的に高めることができる。すなわち、たとえ何れかの初期条件を用いた最適化計算で局所解に陥ってしまっても、他の初期条件を用いた最適化計算により補うことができ、最適解に到達できる可能性が高まる。これにより、第１地点から第２地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。【００１６】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記演算部は、前記第１地点から前記第２地点までの複数の候補航路のそれぞれについて前記最適化計算を行い、前記複数の候補航路の中から前記目的関数が最小となる最適航路を選定するように構成される。【００１７】
上記（４）の構成によれば、複数の候補航路のそれぞれについて上記（１）で述べた最適化計算を行い、目的関数が最小となる最適航路を複数の航路の中から選択することで、航路選択の自由度がある場合に燃料消費量をより一層低減することができる。【００１８】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記演算部は、
各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイントの通過時刻を算出し、
各々の前記ポイントの前記通過時刻における気象海象条件を推定し、
船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、前記船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各々の前記ポイントにおける推進負荷を推定し、
少なくとも前記推進負荷の推定値に基づいて、前記複数の区間全体としての前記燃料消費量を算出する
ように構成される。
なお、燃料消費量を算出する際、推進負荷に加えて、客室電力、空調電力又は補機電力の少なくとも一つを考慮してもよい。【００１９】
上記（５）の構成によれば、各区間を複数のポイント（ウェイポイント）に細分化し、ポイントごとに気象海象条件を推定して、これを用いて各ポイントの推進負荷を推定するようにしたので、第１地点から第２地点までの全区間における燃料消費量を高精度に算出することができる。これにより、燃料消費量を最小とする船速配分を適切に行うことができる。【００２０】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）のいずれか一つの構成において、
前記最適化計算の前記初期条件を設定するための初期条件設定部をさらに備え、
前記初期条件設定部は、前記第２地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように前記少なくとも二つの区間における一定の前記対水船速を算出し、前記対水船速一定条件を求めるように構成される。【００２１】
上記（６）の構成によれば、第２地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求めるので、到着目標時刻から大幅にずれた時刻に第２地点に到着してしまうような事態を回避できる。【００２２】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記初期条件設定部は、
前記船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、
該初期対水船速で航海した場合における前記第２地点への到着予定時刻を求め、
該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように前記初期対水船速を補正して、前記対水船速一定条件を求める
ように構成される。【００２３】
上記（７）の構成によれば、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、初期対水船速で航海した場合における第２地点への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求めるので、第２地点への到着時刻から許容範囲内の到着予定時刻に到着するように、初期対水船速を補正して対水船速一定条件を求めることができる。【００２４】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（７）のいずれか一つの構成において、
前記対水船速一定条件は、前記船速制限区間における船速が該船速制限区間の前記最大船速である。【００２５】
上記（８）の構成によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速であるので、船速制限区間を除く区間について対水船速を遅くなり、対水船速一定条件において、船速制限区間とそれ以外の区間との間の船速差を小さくすることができる。【００２６】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）から（７）のいずれか一つの構成において、
前記対水船速一定条件は、前記船速制限区間における船速が該船速制限区間の前記最大船速と最小船速との平均値である。【００２７】
上記（９）の構成によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速と最小船速との平均値であるので、対水船速一定条件において、船速制限区間の船速を適度な値に設定することができる。【００２８】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）から（９）のいずれか一つの構成において、
前記演算部は、
前記第１地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、前記第１地点と前記第２地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、
前記第１地点を通過後において、前記第１地点と前記第２地点との間に位置する中間地点と前記第２地点との間の区間について前記最適化計算を再び行い、前記中間地点と前記第２地点との間の各区間について前記船速を算出し直す
ように構成される。【００２９】
上記（１０）の構成によれば、第１地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、第１地点と第２地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、第１地点を通過後において、第１地点と前記第２地点との間に位置する中間地点と前記第２地点との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点と第２地点との間の各区間について船速を算出し直すので、第１地点を通過後でも中間地点から第２地点に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。【００３０】
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶の運航支援方法は、
第１地点から第２地点までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援方法であって、
前記区間ごとの最大船速を制約条件として設定する制約条件設定工程と、
前記区間ごとの船速を制御変数とし、前記第１地点から前記第２地点に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行う演算工程と、
を備え、
前記演算工程は、前記最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を前記最適化計算の初期条件として用いる。【００３１】
上記（１１）の方法によれば、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いるので、最適化計算の解の収束性が高まり、第１地点から第２地点に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。これにより、第１地点から第２地点までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援方法を提供することができる。【００３２】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の方法において、
前記演算工程は、
前記対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて前記最適化計算を行って、各々の前記初期条件について前記解を求め、
前記初期条件ごとに求められた前記解のうち、前記燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力する。【００３３】
上記（１２）の方法によれば、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる可能性が高まる。これにより、第１地点から第２地点までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。【００３４】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の方法において、
前記複数種の初期条件は、各区間の対水船速が前記最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件の少なくとも一つを含む。【００３５】
上記（１３）の方法によれば、対水船速一定条件と、各区間の対水船速が最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件、または、各区間の船速が過去の前記最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速である最適化計算結果条件を含む複数種の初期条件を用いることで、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる可能性を効果的に高めることができる。これにより、第１地点から第２地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。【００３６】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１１）から（１３）のいずれか一つの方法において、
前記最適化計算の前記初期条件を設定するための初期条件設定工程をさらに備え、
前記初期条件設定工程は、前記第２地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように前記少なくとも二つの区間における一定の前記対水船速を算出し、前記対水船速一定条件を求める。【００３７】
上記（１４）の方法によれば、第２地点への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求めるので、到着目標時刻から大幅にずれた時刻に第２地点に到着してしまうような事態を回避できる。【００３８】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１４）の方法において、
前記初期条件設定工程は、
前記船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、
該初期対水船速で航海した場合における前記第２地点への到着予定時刻を求め、
該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように前記初期対水船速を補正して、前記前記対水船速一定条件を求める。【００３９】
上記（１５）の方法によれば、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、初期対水船速で航海した場合における第２地点への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求めるので、第２地点への到着時刻から許容範囲内の到着予定時刻に到着するように、初期対水船速を補正して対水船速一定条件を求めることができる。【００４０】
（１６）幾つかの実施形態では、上記（１１）から（１５）のいずれか一つの方法において、
前記演算工程は、
前記第１地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、前記第１地点と前記第２地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、
前記第１地点を通過後において、前記第１地点と前記第２地点との間に位置する中間地点と前記第２地点との間の区間について前記最適化計算を再び行い、前記中間地点と前記第２地点との間の各区間について前記船速を算出し直す。【００４１】
上記（１６）の方法によれば、第１地点の通過前において予め前記最適化計算を行って、第１地点と第２地点との間の各区間について前記船速を算出するとともに、第１地点を通過後において、第１地点と前記第２地点との間に位置する中間地点と前記第２地点との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点と第２地点との間の各区間について船速を算出し直すので、第１地点を通過後でも中間地点から第２地点に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、第１地点から第２地点までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る船舶の運航支援システムの概要を示すブロック図である。
【図２】第１地点から第２地点に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分された船速を示す図である。
【図３】区間ごとに配分された船速で航海したときの区間と船速との関係を示す図である。
【図４】一実施形態に係る最適化計算を説明するためのフローチャートである。
【図５】一実施形態に係る初期条件設定を説明するためのフローチャートである。
【図６】第１地点通過前に最適化計算を行う区間と第１地点通過後に最適化計算を行う区間を示す概念図である。
【図７】一実施形態に係る船舶の運航支援方法の概要を示すフローチャートである。
【図８】一実施形態に係る船舶の運航支援方法の概要を示すフローチャートである。
【図９】一実施形態に係る複数の候補航路を示す図である。
【図１０】一実施形態に係る最適航路の選定手法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】
【００４４】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００４５】
図１は、本発明の一実施形態に係る船舶の運航支援システムの概要を示すブロック図である。図２は、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分された船速を示す図である。図３は、区間ごとに配分された船速で航海したときの区間と船速との関係を示す図である。
【００４６】
図１に例示するように、船舶の運航支援システムは、航海計画、気象・海象予報情報、及び初期条件（例えば、船速配分）に基づいて船舶の運航を支援するものである。
【００４７】
本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶の運航支援システム１は、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速（図２参照）を算出するものである。
【００４８】
図１に示すように、船舶の運航支援システム１は、制約条件設定部４と演算部５とを備えている。
【００４９】
制約条件設定部４は、区間ごとの最大船速を制約条件として設定するためのものである。制約条件設定部４には、制約条件として区間ごとの最大船速が図示せぬ操作入力部等を介して設定される。
【００５０】
図１に例示する形態では、航海計画、気象・海象予報情報、及び初期条件（例えば、船速配分）が図示せぬ操作入力部等から制約条件設定部４に入力される。
【００５１】
航海計画は、出航時刻、到着時刻、船速制限区画、喫水、トリム、又は水深の少なくとも一つの情報を含み、気象・海象予報情報は、風向、風速、潮流（流速及び方向）、波高又は波向の少なくとも一つの情報を含んでいる。尚、気象・海象予報情報は、航路上の各ポイントの出航時刻から次のポイント到着時刻までのものであり、航路全域にわたり入手されてもよい。
【００５２】
演算部５は、区間ごとの船速を制御変数とし、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、目的関数を最小とする区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うためのものである。
【００５３】
演算部５は、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いるように構成される。
【００５４】
図１に例示する形態では、航海計画、気象・海象予報情報、及び初期条件に基づいて計算条件を決定し、燃料消費計算モデルを作成し、燃料消費量が算出される。
【００５５】
計算条件は、例えば、各ポイント（図３に示すウェイポイントＷＰ）の通過時刻、各ポイント通過時の経度及び緯度、並びに各ポイントの通過時の気象・海象情報（気象海象条件）である。
尚、各ポイント通過時の気象・海象情報は、船速配分により変動する。このため、演算部５は、各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイント（図３に示すウェイポイントＷＰ）の通過時刻を算出し、各々の前記ポイント（ウェイポイントＷＰ）の位置（経度及び緯度）および当該ポイント（ウェイポイントＷＰ）の通過時刻における気象海象条件を推定してもよい。
【００５６】
幾つかの実施形態では、演算部５は、燃料消費量計算モデルを用いて燃料消費量を算出するに際し、船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、各々のポイント（ウェイポイントＷＰ）における船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各々のポイント（ウェイポイントＷＰ）における推進負荷を推定する。
また、燃料消費量計算モデルは、推進負荷に加えて、客室電力、空調電力又は補機電力の少なくとも一つを考慮して燃料消費量を推定するように構成されていてもよい。推進モデルに基づいて求められる推進負荷は、船速、気象及び海象条件により変動する。これに対し、客室電力及び空調電力は固定され、補機電力は、主機負荷条件によりオンとオフが切り換わる。
【００５７】
演算部５は、上述した手法により、初期条件によって規定される各区間の船速（船速初期値）について全区間における燃料消費量を算出し、船速配分を変更して燃料消費量の算出を繰り返し行うことで、制約条件（例えば、第２地点への目標到着時刻（目標航海時間）や各区間の最大船速制限および最小船速制限等）を満たし且つ燃料消費量が最小となる船速配分を算出する。
最適化計算のアルゴリズムは、内点法、逐次二次計画法等の公知のアルゴリズムが採用される。
【００５８】
例えば、図２に示す例では、最大船速が制限される第４区間及び第７区間を除く第１区間から第３区間、第５区間及び第６区間、並びに第８区間から第１０区間において対水船速が一定である対水船速一定条件が最適化計算の初期条件として用いられる。
【００５９】
このようにすれば、最適化計算の解の収束性が高まり、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２までの燃料消費量が最小となる船速を区間ごとに求めることができる。
なお、図３には、対水船速一定条件の例を示しており、最大船速が制限される第４区間及び第７区間を除く第１区間から第３区間、第５区間及び第６区間、並びに第８区間から第１０区間において一定である。尚、対水船速が一定で航海する場合であっても各区間において潮流の影響を受けるので、大部分において対地船速は一定にはならない。
【００６０】
上記の構成によれば、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いるので、最適化計算の解の収束性が高まり、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。これにより、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援システム１を提供することができる。
【００６１】
図４は、一実施形態に係る最適化計算を説明するためのフローチャートである。
図４に示すように、幾つかの実施形態では、演算部５は、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するように構成される。
【００６２】
上記の構成によれば、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる。これにより、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
【００６３】
図４に示すように、幾つかの実施形態では、複数種の初期条件は、最大船速条件、最小船速条件、実績船速条件、または、最適化計算結果条件の少なくとも一つを含む。
【００６４】
最大船速条件は、各区間の対水船速が最大船速であることを条件とするものであり、最小船速条件は、各区間の対水船速が該区間の最小船速であることを条件とするものである。また、実績船速条件は、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速であることを条件とするものである。最適化計算結果条件は、各区間の船速が過去の最適化計算の結果に基づく対水船速又は対地船速であることを条件とするものである。
【００６５】
図２に示す例において、初期条件が最大船速条件の場合には、第１区間及び第２区間において初期値が２５ノットとなり、第３区間、第５区間及び第６区間、第８区間から第１０区間において初期値が２４．５ノットとなる。また、第４区間で初期値が１２，５ノット、第７区間で初期値が１０ノットとなる。
【００６６】
図２に示す例において、初期条件が最小船速条件の場合には、第１区間から第３区間、第５区間及び第６区間、並びに第８区間において初期値が２０ノットとなり、第４区間で初期値が７．５ノット、第７区間で初期値が５ノット、第９区間及び第１０区間で初期値が１５ノットとなる。
【００６７】
図には例示しないが、初期条件が実績船速条件の場合には、実績船速が初期値となる。尚、実績船速条件は、気象・海象の変化が小さく、各航海で船速配分に大きな変化が生じない場合には有効である。
【００６８】
また、初期条件が最適化計算結果条件の場合には、演算部５が過去に行った最適化計算の結果のうち、計算条件（例えば、航行時間、船速制限区間、喫水、トリム又は水深の少なくとも一つを含む運航条件や、風向、風速、潮流速度、潮流方向、波高又は波向の少なくとも一つを含む気象・海象条件等）が今回の航海と最も近い過去の航海に関する最適化計算結果に従って各区間の船速の初期値を決定してもよい。あるいは、今回の航海と全体又は一部が共通する航路について演算部５が過去に行った最適化計算結果に従って各区間の船速の初期値を決定してもよい。
最適化計算結果条件は、過去に最適化計算実行時に比べて計算条件の変化が少ない場合において有効な初期値である。
【００６９】
上記の構成によれば、対水船速一定条件と、各区間の対水船速が最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、または、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件の少なくとも一つとにより求めた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる。これにより、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
【００７０】
図１に示すように、幾つかの実施形態では、初期条件設定部６をさらに備えている。
初期条件設定部６は、最適化計算の初期条件を設定するためのものである。
【００７１】
図５は、一実施形態に係る初期条件設定を説明するためのフローチャートである。
図５に示すように、初期条件設定部６は、第２地点Ｐ２への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求めるように構成される。
【００７２】
上記の構成によれば、第２地点Ｐ２への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求めるので、第２地点Ｐ２への到着目標時刻から許容範囲内の到着予定時刻に第２地点Ｐ２に到着することができる。
【００７３】
図５に示すように、幾つかの実施形態では、初期条件設定部６は、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、該初期対水船速で航海した場合における第２地点Ｐ２への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求めるように構成される。
【００７４】
上記の構成によれば、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、初期対水船速で航海した場合における第２地点Ｐ２への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求めるので、第２地点Ｐ２への到着時刻から許容範囲内の到着予定時刻に到着するように、初期対水船速を補正して対水船速一定条件を求めることができる。
【００７５】
幾つかの実施形態では、対水船速一定条件は、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速である。
【００７６】
図２に例示する対水船速一定条件では、最大船速が制限された第４区間における船速が１２．５ノットであり、第７区間における船速が１０ノットである。
【００７７】
上記の構成によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速であるので、船速制限区間を除く区間について対水船速を遅くすることができる。
【００７８】
幾つかの実施形態では、対水船速一定条件は、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速と最小船速との平均値である。
【００７９】
図２に例示する対水船速一定条件では、最大船速が制限された第４区間における船速が１０ノットであり、第７区間における船速が７．５ノットである。
【００８０】
上記の構成によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速と最小船速との平均値であるので、船速制限区間において早すぎず、かつ遅すぎずに航行することができる。
【００８１】
図６は、第１地点Ｐ１通過前に最適化計算を行う区間と第１地点Ｐ１通過後に最適化計算を行う区間を示す概念図である。
【００８２】
図６に示すように、幾つかの実施形態では、演算部５は、第１地点Ｐ１の通過前において予め最適化計算を行って、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２との間の各区間について船速を算出するとともに（図６（ａ）参照）、第１地点Ｐ１を通過後において、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２との間に位置する中間地点Ｐ３と第２地点Ｐ２との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点Ｐ３と第２地点Ｐ２との間の各区間について船速を算出し直すように構成される（図６（ｂ）参照）。
【００８３】
上記の構成によれば、第１地点Ｐ１の通過前において予め最適化計算を行って、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２との間の各区間について船速を算出するとともに、第１地点Ｐ１を通過後において、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２との間に位置する中間地点Ｐ３と第２地点Ｐ２との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点Ｐ３と第２地点Ｐ２との間の各区間について船速を算出し直すので、第１地点Ｐ１を通過後でも中間地点Ｐ３から第２地点Ｐ２に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。
【００８４】
図７及び図８は、一実施形態に係る船舶の運航支援方法の概要を示すフローチャートである。
本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶の運航支援方法は、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの船速を算出する船舶の運航支援方法である。
【００８５】
図７及び図８に示すように、幾つかの実施形態に係る船舶の運航支援方法は、制約条件設定工程（ステップＳ２）と演算工程（ステップＳ３）とを備えている。
制約条件設定工程（ステップＳ２）は、区間ごとの最大船速を制約条件として設定するものである。
演算工程（ステップＳ３）は、区間ごとの船速を制御変数とし、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２に到着するまでの燃料消費量を目的関数とし、目的関数を最小とする区間ごとの船速を解として得る最適化計算を行うものである。
演算工程（ステップＳ３）は、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いる。
【００８６】
上記の方法によれば、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いるので、解の収束性が高まり、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。これにより、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに船速が配分される船舶の運航支援方法を提供することができる。
【００８７】
図４に示すように、幾つかの実施形態では、演算工程（ステップＳ３）は、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力する。
【００８８】
上記の方法によれば、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件を用いて最適化計算を行って、各々の初期条件について解を求め、初期条件ごとに求められた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる。これにより、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
【００８９】
図４に示すように、幾つかの実施形態では、複数種の初期条件は、各区間の対水船速が最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、または、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件の少なくとも一つを含む。
【００９０】
上記の方法によれば、対水船速一定条件と、各区間の対水船速が最大船速である最大船速条件、各区間の対水船速が該区間の最小船速である最小船速条件、または、各区間の船速が過去の運航実績に基づく各区間の対水船速又は対地船速である実績船速条件の少なくとも一つとにより求めた解のうち、燃料消費量が最小となる船速を最適解として出力するので、局所解に陥ることがなく、燃料消費量が最小となる最適解を出力できる。これにより、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２までの航路に到着するまでの燃料消費量が最小となるように、区間ごとに配分される船速を最適なものにすることができる。
【００９１】
図４に例示する形態では、演算工程（ステップＳ３）において、まず、最大船速条件、最小船速条件、実測船速条件、及び対水船速条件の中から条件が設定される（ステップＳ３１）。条件が設定されると、区間ごとに初期値が算出され、区間ごとに初期値が設定される（ステップＳ４１，Ｓ５１，Ｓ６１，Ｓ７１）。次に、条件ごとに最適化計算が実行され（ステップＳ４２、Ｓ５２，Ｓ６２，Ｓ７２）、条件ごとに燃料消費量が最小となる解が算出される（ステップＳ４３，Ｓ５３，Ｓ６３，Ｓ７３）。次に、燃料消費量が最小となる条件を抽出し（ステップＳ３４）、抽出された計算条件で求められた解（区間ごとの船速）を最適解とする（ステップＳ３５）。
【００９２】
図８に示すように、幾つかの実施形態では、初期条件設定工程（ステップＳ１）を更に備えている。
初期条件設定工程（ステップＳ１）は、最適化計算の初期条件を設定するためのものである。
図５に示すように、初期条件設定工程（ステップＳ１）は、第２地点Ｐ２への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求める。
【００９３】
上記の方法によれば、第２地点Ｐ２への到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内となるように少なくとも二つの区間における一定の対水船速を算出し、対水船速一定条件を求めるので、第２地点Ｐ２への到着目標時刻から許容範囲内の到着予定時刻に第２地点Ｐ２に到着することができる。
【００９４】
図５に示すように、幾つかの実施形態では、初期条件設定工程（ステップＳ１）は、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、該初期対水船速で航海した場合における第２地点Ｐ２への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求める。
【００９５】
上記の方法によれば、船速制限区間を除く区間について初期対水船速を設定し、初期対水船速で航海した場合における第２地点Ｐ２への到着予定時刻を求め、該到着予定時刻と到着目標時刻との差が許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正して、対水船速一定条件を求めるので、第２地点Ｐ２への到着時刻から許容範囲内の到着予定時刻に到着するように、初期対水船速を補正して対水船速一定条件を求めることができる。
【００９６】
図５に例示する形態では、初期条件設定工程（ステップＳ１）において、まず、船速制限区画を除く区間について初期対水船速を設定する（ステップＳ１１）。つぎに、設定された初期対水船速で航海した場合における第２地点Ｐ２への到着時刻を求める（ステップＳ１２）。求めた到着予定時刻と目標到達時刻との差が許容範囲内の場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）には設定された初期対水船速を対水船速とする（ステップＳ１４）。一方、求めた到着予定時刻と目標到達時刻との差が許容範囲内でない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）には許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正する（ステップＳ１５）。そして、補正した初期対水船速で航海した場合における第２地点Ｐ２への到着予定時刻と目標到達時刻との差が許容範囲内となった場合に補正した初期対水船速を対水船速とする（ステップＳ１４）。
【００９７】
幾つかの実施形態では、対水船速一定条件は、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速である。
【００９８】
上記の方法によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速であるので、船速制限区間を除く区間について対水船速を遅くすることができる。
【００９９】
幾つかの実施形態では、対水船速一定条件は、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速と最小船速との平均値である。
【０１００】
上記の方法によれば、船速制限区間における船速が該船速制限区間の最大船速と最小船速との平均値であるので、船速制限区間において早すぎず、かつ遅すぎずに航行することができる。
【０１０１】
図６に示すように、幾つかの実施形態では、演算工程（ステップＳ３）は、第１地点Ｐ１の通過前において予め最適化計算を行って、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２との間の各区間について船速を算出するとともに、第１地点Ｐ１を通過後において、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２との間に位置する中間地点Ｐ３と第２地点Ｐ２との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点Ｐ３と第２地点Ｐ２との間の各区間について船速を算出し直す。
【０１０２】
上記の方法によれば、第１地点Ｐ１の通過前において予め最適化計算を行って、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２との間の各区間について船速を算出するとともに、第１地点Ｐ１を通過後において、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２との間に位置する中間地点Ｐ３と第２地点Ｐ２との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点Ｐ３と第２地点Ｐ２との間の各区間について船速を算出し直すので、第１地点Ｐ１を通過後でも中間地点Ｐ３から第２地点Ｐ２に到着するまでの燃料消費量を最小にする船速を区間ごとに求めることができる。
【０１０３】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【０１０４】
例えば、上述の実施形態では、予め定められた航路の各区間への船速配分を最適化するものであったが、航路選択の自由度が比較的高い場合、演算部５は、複数の候補航路の中から燃料消費量が最小となる最適航路を選定するようになっていてもよい。
【０１０５】
複数の候補航路Ａ〜Ｃは、船舶の渋滞予測結果、季節的要因、または、突発的要因（台風、事故等）を考慮して設定されてもよい。候補航路の設定は、演算部５によって行われてもよいし、外部機器において設定された候補航路が任意のインターフェースを介して演算部５に入力されてもよい。
【０１０６】
図９は、複数の候補航路の例を示す図である。図９に示すように、複数の候補航路Ａ〜Ｃは、それぞれ、複数の区間１０に区分され、各区分１０内には複数のウェイポイントＷＰが設定されている。一実施形態では、ウェイポイントＷＰは、各区間１０内にウェイポイントＷＰ間の距離が一定となるように均等に割り当てられる。他の実施形態では、ウェイポイントＷＰは、各区間１０内において、気象海象データを取得可能な地点に設定される。ウェイポイントＷＰの設定は、演算部５によって行われてもよいし、外部機器において設定されたウェイポイントＷＰが任意のインターフェースを介して演算部５に入力されてもよい。
【０１０７】
演算部５は、各々の候補航路Ａ〜Ｃについて、船速配分の最適化計算を行い、候補航路Ａ〜Ｃの中から目的関数（燃料消費量）が最小となる最適航路を選定するように構成される。
すなわち、演算部５は、候補航路Ａ〜Ｃのそれぞれについて、初期条件によって規定される各区間１０の船速（船速初期値）について全区間１０における燃料消費量を算出し、船速配分を変更して燃料消費量の算出を繰り返し行うことで、制約条件（例えば、第２地点への目標到着時刻（目標航海時間）や各区間の最大船速制限および最小船速制限等）を満たし且つ燃料消費量が最小となる船速配分を候補航路Ａ〜Ｃ毎に算出する。こうした最適化計算によって候補航路Ａ〜Ｃ毎に得られた燃料消費量の最小値を比較し、燃料消費量が最小となるものを最適航路として選定するのである。
【０１０８】
なお、演算部５において、各候補航路Ａ〜Ｃについて行われる船速配分の最適化計算は上述したとおりであるが、図９を参照しながら簡単に説明する。
演算部５は、各ウェイポイントＷＰの通過時刻、各ウェイポイントの経度及び緯度、並びに各ウェイポイントの通過時における気象・海象情報を算出する。具体的には、演算部５は、各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイント（図９に示すウェイポイントＷＰ）の通過時刻を算出し、各々の前記ポイント（ウェイポイントＷＰ）の位置（経度及び緯度）および当該ポイント（ウェイポイントＷＰ）の通過時刻における気象海象条件を推定する。
演算部５は、船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、各々のウェイポイントＷＰにおける船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各ウェイポイントＷＰにおける推進負荷を推定し、少なくとも各ウェイポイントＷＰの推進負荷の推定値に基づいて、各候補航路全体の燃料消費量を算出する（図１参照）。なお、燃料消費量を算出するための燃料消費量計算モデル（図１参照）が、推進負荷に加えて、客室電力、空調電力、補機電力等の他の因子も含む場合、演算部５は、これら他の因子も考慮して、各候補航路の燃料消費量を算出する。
また、各候補航路Ａ〜Ｃについての最適化計算を行うに際して、上述したように、対水船速一定条件を含む複数種の初期条件（例えば、対水船速一定条件に加えて、最大船速条件、最小船速条件、実績船速条件または最適化計算結果条件の少なくとも一つを含む他の初期条件との組合せ）を用いてもよい。
【０１０９】
図１０は、複数の候補航路の中から最適航路を選定するための処理フローを示す図である。
図１０に示すように、初めに、ステップS１００において複数の候補航路Ａ〜Ｃを設定する。この際、候補航路は、船舶の渋滞予測結果、季節的要因、または、突発的要因（台風、事故等）を考慮して設定してもよい。
【０１１０】
続いて、各候補航路Ａ〜Ｃについて船速配分の最適化計算を実施し、制約条件（例えば、第２地点への目標到着時刻（目標航海時間）や各区間の最大船速制限および最小船速制限等）を満たし且つ燃料消費量が最小となる船速配分を候補航路Ａ〜Ｃ毎に算出する。
具体的には、各区間の船速に基づいて、各区間に属する複数のポイント（図９に示すウェイポイントＷＰ）の通過時刻を算出し、各々の前記ポイント（ウェイポイントＷＰ）の位置（経度及び緯度）および当該ポイント（ウェイポイントＷＰ）の通過時刻における気象海象条件を推定する。そして、船速及び気象海象条件と推進負荷との相関を示す推進モデルに対して、各々のウェイポイントＷＰにおける船速及び前記気象海象条件を当てはめて、各ウェイポイントＷＰにおける推進負荷を推定する。こうして得られた推進負荷の推定結果に基づいて、燃料消費量計算モデルを用いて燃料消費量を計算する。なお、燃料消費量計算モデルが、推進負荷だけでなく、客室電力、空調電力、補機電力等の他の因子も含む場合、これら他の因子も考慮して燃料消費量を算出する。こうして、初期条件によって規定される各区間の船速（船速初期値）について全区間における燃料消費量を算出した後、船速配分を変更して燃料消費量の算出を繰り返し行って、燃料消費量が最小となる船速配分（最適値）を算出する。なお、初期条件が複数種存在する場合、各々の初期条件について最適化計算を行って、燃料消費量が最小となる船速配分（最適値）を初期条件ごとに算出し、初期条件ごとに得た最適値を比較して燃料消費量が最も小さいものを選択する。こうして、各候補航路Ａ〜Ｃについて、制約条件（例えば、第２地点への目標到着時刻（目標航海時間）や各区間の最大船速制限および最小船速制限等）を満たし且つ燃料消費量が最小となる船速配分が算出される。
【０１１１】
次に、各候補航路Ａ〜Ｃについて行った最適計算結果を比較し、燃料消費量が最小となる航路を最適航路として選定する（ステップＳ１３０）。こうして、複数の候補航路の中から、燃料消費量を最小とする航路（最適航路）と、該最適航路のための船速配分の最適化計算結果と、が得られる。
【０１１２】
なお、幾つかの実施形態では、図１０を用いて説明した手法により選定された最適航路で航行中において、図６（ｂ）に示すように、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２との間に位置する中間地点Ｐ３と第２地点Ｐ２との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点Ｐ３と第２地点Ｐ２との間の各区間について船速を算出し直すように構成される。
例えば、出港直前において、その時点で最新の気象・海象予測データを用いて複数の候補航路Ａ〜Ｃのそれぞれについて図１０のステップＳ１２１〜Ｓ１２３で述べた最適化計算を行って、続くステップＳ１３０にて最適航路を選定し、最適航路およびこれに対応した船速配分結果に従って第１地点Ｐ１から出港し、最適航路上の中間地点Ｐ３において、最適航路のうち中間地点Ｐ３と第２地点Ｐ２との間の残りの区間について最適化計算を再び行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１    船舶の運航支援システム
４    制約条件設定部
５    演算部
６    初期条件設定部
Ｐ１    第１地点
Ｐ２    第２地点
Ｐ３    中間地点
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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