(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の運転を支援するシステムであって、
前記船舶の運動の表示を提供するように適合された航行検出手段（１０）と、
海波運動の表示を提供するように適合された環境検出手段（２０）と、
前記船舶の運動中にリアルタイムに、
前記船舶の運動の前記表示と前記海波運動の前記表示とに基づいて、直接の波浪起振による剛体船体運動を判断するステップと、
前記直接の波浪起振による前記船舶の構造荷重を推定するステップであって、該推定は前記剛体船体運動の前記判断に基づいて計算されるステップと、
前記船舶における波浪スラミングの表示を評価し提供するステップと、
前記波浪スラミングによってもたらされるホイッピング効果による前記船舶の前記構造荷重を推定するステップであって、該推定は、前記船舶における前記波浪スラミングの表示に基づいて計算され、前記構造荷重の推定は、前記船舶構造の動的挙動を再現する３Ｄ有限要素モデルに基づくステップと、
前記推定された構造荷重の結合を計算するステップと、
前記推定された構造荷重の前記結合をグラフで及び／又は数値的に提示するステップと、
を実行するように構成された少なくとも１つの処理ユニット（３０）と、
を備える、システムであって、
該システムは、前記船舶構造の第１の所定点における運動又は応力の大きさの表示を提供するように適合された少なくとも１つの基準センサー（４０’）を含み、
前記少なくとも１つの処理ユニットは、前記船舶の運動中にリアルタイムに、
前記船舶構造の前記第１の所定点における前記大きさの推定値を計算するステップであって、該計算が、
前記直接の波浪起振による第１の推定値の寄与を計算することであって、該第１の推定値の寄与は、前記剛体船体運動の前記判断に基づいて計算されることと、
前記波浪スラミングによってもたらされる前記ホイッピング効果による第２の推定値の寄与を計算することであって、該第２の推定値の寄与は、前記船舶における前記波浪スラミングの表示に基づいて計算され、前記推定値の寄与は、前記第１の所定点における前記船舶構造の領域の動的挙動を再現する３Ｄ有限要素モデルに基づくことと、
前記第１の推定値の寄与及び前記第２の推定値の寄与の結合を計算することと、
を含むステップと、
前記船舶の運動中に前記基準センサー（４０’）によって提供される前記大きさの表示を前記大きさの推定値と比較してオフセット値を求めるステップと、
前記オフセット値に基づいて、前記構造荷重の推定値及び／又は前記大きさの推定値を補正するステップと、
を実行するように更に構成されていることを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記波浪スラミングによってもたらされる前記ホイッピング効果による前記船舶の構造荷重を推定するステップは、
ホイッピング成分と波浪スラミング成分との間の位相整合を推定すること、
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの処理ユニットは、前記船舶の運動中にリアルタイムに、
少なくとも、前記船舶構造の第２のセンサーのない所定点（５０）において前記大きさの推定値を計算するステップであって、該計算が、
前記直接の波浪起振による第１の推定値の寄与を計算することであって、該第１の推定値の寄与は、前記剛体船体運動の前記判断に基づいて計算されることと、
前記波浪スラミングによってもたらされる前記ホイッピング効果による第２の推定値の寄与を計算することであって、該第２の推定値の寄与は、前記船舶における前記波浪スラミングの表示に基づいて計算され、前記推定値の寄与は、前記第２のセンサーのない所定点（５０）における前記船舶構造の領域の動的挙動を再現する３Ｄ有限要素モデルに基づくことと、
前記第１の推定値の寄与及び前記第２の推定値の寄与の結合を計算することと、
を含むステップと、
前記第１の推定値の寄与及び前記第２の推定値の寄与の結合をグラフで及び／又は数値で提示するステップと、
を実行するように更に構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの処理ユニットは、前記船舶の運動中にリアルタイムに、
前記船舶の運動中に前記基準センサー（４０’）によって提供される前記大きさの表示と、前記基準センサー（４０’）によって提供される前記第１の所定点において計算された前記大きさの推定値との比較によって求められる前記オフセット値に基づいて、前記第２のセンサーのない所定点（５０）における前記大きさの推定値を補正するステップ、
を実行するように更に構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２のセンサーのない所定点（５０）において前記大きさの推定値を計算する前記ステップは、
基準時点（Ｔ０）の前の露出時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）内の各収集時点において、前記第２のセンサーのない所定点（５０）の前記大きさの予期された最大値及び最小値を計算することと、
前記基準時点（Ｔ０）において、前記第２のセンサーのない所定点に対する前記露出時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）における前記予期された最大値及び最小値の最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値を計算することと、
を含み、
基準センサー（４０’）によって提供される前記第１の所定点における前記大きさの推定値を計算する前記ステップは、
前記基準時点（Ｔ０）の前の前記露出時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）の範囲内の各収集時点において前記第１の所定点の前記大きさの予期された最大値及び最小値を計算することを含むことと、
前記基準時点（Ｔ０）において、前記第１の所定点に対する前記露出時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）における前記予期された最大値及び最小値の、最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値を計算することと、
を含み、
前記大きさの表示を前記大きさの推定値と比較する前記ステップは、
前記露出時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）における前記基準センサー（４０’）によって提供される測定値の記録されたデータから最大測定値、最小測定値、平均測定値及びＲＭＳ測定値を抽出することと、
前記最大測定値、最小測定値、平均測定値及びＲＭＳ測定値と、前記時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）における前記第１の所定点における前記大きさの前記予期された最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値との差として、オフセット値を求めることと、
を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２のセンサーのない所定点（５０）において前記大きさの推定値を補正する前記ステップは、
前記オフセット値に基づいて、前記第２のセンサーのない所定点における前記大きさの前記予期された最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値を補正すること、
を含む、請求項５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、造船及び航行術の分野に関し、より詳細には、本発明は、船舶の運転を支援するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の構造監視システムは、船舶の構造の全体的な構造応力及び局所的な構造応力の状態を記録するセンサーからなり、圧力が、船体とプラットフォームの剛体運動とに影響を与える。
【０００３】
限られた数のセンサーを用いることで十分であり、関連する収集ハードウェア及びソフトウェアは、構造監視に関する追加の船級符号への付記（class notation）を取得するために、登録要件に従う（ＲＩＮＡのＭＯＮ−ＨＵＬＬ＋Ｓ、ＢＶのＭＯＮ  ＨＵＬＬ、ＡＢＳのＨＭ、ＤＮＶのＨＭＯＮ、ロイド船級協会（Lloyd's Register）のＨＳＳといった付記）。
【０００４】
例えば、ＲＩＮＡのＭＯＮ−ＨＵＬＬの付記に関して、以下が十分である。
−ハルガーダーの曲げ歪みを測定するための、中心線に配置された１つのロングベース歪みゲージ、
−船首に配置された１つの垂直加速度計、
−剛体運動を測定するための、船舶の重心に配置された１つの双方向傾斜計及び３つの加速度計（長手方向、横方向、垂直）。
【０００５】
この場合、収集システムは、船体中央部に配置され、センサーの電源／収集電子回路を含むパネルと、関連する画面を有する、（信号の収集のため及びアラーム／警告を送信するための）船自動制御及び他の任意の船内機器とインターフェースする収集ＰＣとを含む。
【０００６】
当然ながら、規定によって厳密に必要とされるものより多いセンサーの組により、船舶のプラットフォーム及び構造の状態のより詳細な像を得ることができるが、船内に設置されるセンサー、ケーブル及びハードウェアの数により、システムの全体的な寸法が大きくなる。
【０００７】
より完全なシステムは、例えば、以下のセンサーからなる。
−キールにかつ主甲板の下に、船長の１／４、１／２及び３／４に配置された６つのロングベース歪みゲージ、
−船首に配置された１つの垂直加速度計、
−船尾に配置された１つの垂直加速度計、
−剛体運動を測定するための、船舶の重心に配置された１つの双方向傾斜計及び３つの加速度計（長手方向、横方向、垂直）、
−船構造の重要な箇所に配置された４つのリニア歪みゲージ、
−船構造の重要な箇所に配置された２つの３軸歪みゲージ、
−船首の底部に配置された１つの圧力プローブ、
である。
【０００８】
この場合、収集システムは、センサーの電源／収集電子回路を含む３つのパネル（船尾に、船体中央部に、船首に、それぞれ、それらのパネルと歪みゲージセンサーとの間の距離を最小限にするように位置し、それにより、測定の精度を最大限にする）と、関連する画面を有する、（信号の収集のため及びアラーム／警告を送信するための）船自動制御及び他の任意の船内機器とインターフェースする収集ＰＣとを含む。
【０００９】
或る方向の海況（波高、波向及び波周期）を測定する波浪レーダーの使用と、船舶の動作パラメーター（推進力状態、アクスルにおける動力、プロペラ回転、機器の起動／停止等）を収集し、構造に関するアラーム／警告信号を船内自動制御に送信するための、船内自動制御との相互作用とにより、一方では、センサーによって測定された応力の状態を相関させるように船舶の動作状態を網羅的に記録し、他方では、船舶の構造上の安全性に関する警告閾値セットのあり得る超過に関する即時のフィードバックをオフィサーに提供するのを可能にする。
【００１０】
或る方向の海況を測定するための波浪レーダーの使用には、船内Ｘバンドレーダーの使用、又はその使用が可能でない場合は、専用Ｘバンドレーダー、場合によっては信号増幅ユニット及び電源ユニットの設置が必要であり、さらに、制御ＰＣとレーダーからの信号をデジタル化するユニットとが必要である。
【００１１】
構造監視システムの管理ソフトウェアに疲労サイクルの計算及び演算（calculation and computation）モジュールが存在することにより、適切なオフライン後処理方法を通して、船内で測定された構造細部の過去及び残存疲労寿命を評価することができる。
【００１２】
（特許文献１に記載されているシステムが属する）「能動誘導（active guidance）」システムは、船舶の全体的な構造応力及び進行に対する抵抗の、船舶のＦＥＭ／ＣＦＤモデルから導出される計算テーブル、すなわち、船体運動の応答演算子に基づく。
【００１３】
海況に関連するデータ、及び（船内機器によって収集される）現時点の（current）航路／速度、予期された（天気予報システムによって収集された）又は仮説の（手動で入力された）状態に関するデータに応じて、これらのシステムは、指定期間における現時点の又は予期された最大の船体運動に関する情報、船及び関連するサブシステムの効率に関する情報（「安全運転エンベロープ（Safe Operating Envelope）」線図）、短期間での航路の効率性（route economy）及び全体的な構造的完全性（いくつかの部分における曲げモーメント及び垂直せん断力）に関する情報を提供することができる。これらのシステムの最高の性能は、波浪レーダーとインターフェースして、或る方向の海況を、好ましくは船首の方を見て、判断するときである。
【００１４】
船舶の応答演算子は、船体の形状、重量、慣性、部分的特徴、それらの付加質量を考慮する、船舶の流体力学／構造数値モデルから取得され、その結果は、静水及び動的波浪における静的寄与並びにスラミングによって発生するホイッピングの寄与を考慮することによって取得される。
【００１５】
したがって、これらのモデルは、剛体運動とハルガーダーの曲げとに関して構造の全体的な応答を考慮し、現時点の／予期された最大運動、全体的な歪み又は短期間におけるそれらの結合に基づいて、現時点の／予期された海の天候において船舶の効率を評価する。
【００１６】
流体力学／構造数値計算モデルによって今日達成される高い信頼性と、より複雑な流体弾性効果（スラミング／ホイッピング）の予測及びシミュレーション技法における進歩とにより、計算された値と実際の値との間の優れた一致を得ることができ、タンク及び現実のモデルで実施される実験的キャンペーンにより、これらの手法を有効にすることができ、船舶の動作管理の現実においてそれらを有用にすることができた。
【００１７】
「能動誘導システム」の船内設置は、
−船体運動の応答演算子、及び関係する船舶の全体的な構造応力の計算、すなわち、剛体運動、波及びスラミング／ホイッピングの寄与による曲げ応答、進行に対する抵抗等、
−関係する船及び所望の線図に基づくソフトウェアのカスタマイズ化、
−船舶の位置、航路、速度信号、風速及び風向き等に対する船内自動制御とのインターフェース、
−ソフトウェアをインストールするためのＰＣ及び画面の提供、
−或る方向の海況を測定するためのレーダー波浪システム（Ｘバンドレーダー、信号増幅ユニット、電源ユニット、制御ＰＣ、及びレーダーからの信号のデジタル化のためのユニット）の提供、
−場合によっては、天気予報システムとのインターフェース、
を必要とする。
【００１８】
したがって、船内で利用可能な「安全運転エンベロープ」は、現時点の海の天候（波／風）と運転状況とに基づいてリアルタイムに更新され、対話式であり、オフィサーが予測するか又は企図する運転データ及び／又は海の天候のデータを入力するのを可能にし、例えば航路又は速度又は数時間若しくは数日間以内の予期される海の天候の状態の変化に対応する新たな線図が、ソフトウェアによって、現時点の状態の線図にオーバーラップされて、想定される運転の変化の影響の明白かつ即時の視覚的比較が提供される。
【００１９】
線図は、船又はそのサブシステムが耐えることができる限界条件のエンベロープに基づいて決定され、例えば以下を含む場合がある。
−船舶の安定性のための極座標図、
−ヘリコプター（及び航空機）の離陸／着陸のための極座標図、いわゆる「ヘリコプター／船インターフェース」、
−ボートの引き下ろし／回収のための極座標図、
−中心線における又は他の部分における曲げモーメント及びせん断強度に関するハルガーダー（正：hull girder）の構造的完全性に関連する極座標図、
−波及び風による付加抵抗の評価に基づく、短期間での航路の効率性に関連する極座標図。いくつかの波浪レーダーシステムは、航行領域における海流も評価することができ、その効果は、航路の効率性の分析に含めることができる。
【００２０】
このように構成された能動誘導システムは、その結果が、流体力学／構造モデルから計算された応答演算子のみに基づき、船内の全体寸法が小さい（センサーが不要である）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】欧州特許第２１６７９１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、構造監視システム及び能動誘導システムの能力を拡張することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
このために、本発明の目的は、船舶の運転を支援するシステムであって、
船舶の運動の表示を提供するように適合された航行検出手段と、
海波運動の表示を提供するように適合された環境検出手段と、
船舶の運動中にリアルタイムに、
船舶の運動の表示と海波運動の表示とに基づいて、直接の波浪起振による剛体船体運動を判断するステップと、
直接の波浪起振による船舶の構造荷重を推定するステップであって、この推定は剛体船体運動の判断に基づいて計算される、ステップと、
船における波浪スラミングの表示を評価し提供するステップと、
波浪スラミングによってもたらされるホイッピング効果による船舶の構造荷重を推定するステップであって、この推定は、船における波浪スラミングの上記表示に基づいて計算され、上記構造荷重の推定は、船構造の動的挙動を再現する３Ｄ有限要素モデルに基づく、ステップと、
推定された構造荷重の結合を計算するステップと、
推定された構造荷重の結合をグラフで及び／又は数値的に提示するステップと、
を実行するように構成された少なくとも１つの処理ユニットと、
を備える、システムであって、
上記システムは、船構造の所定点における運動又は応力の大きさの表示を提供するように適合された少なくとも１つの基準センサーを含み、
上記少なくとも１つの処理ユニットは、船舶の運動中にリアルタイムに、
船構造の所定点における上記大きさの推定値を計算するステップであって、この計算は、
−直接の波浪起振による第１の推定値の寄与を計算することであって、この第１の推定値の寄与は、剛体船体運動の上記判断に基づいて計算されることと、
−波浪スラミングによってもたらされるホイッピング効果による第２の推定値の寄与を計算することであって、この第２の推定値の寄与は、船における波浪スラミングの上記表示に基づいて計算され、上記推定値の寄与は、上記所定点における船構造の領域の動的挙動を再現する３Ｄ有限要素モデルに基づくことと、
−上記第１の推定値の寄与及び第２の推定値の寄与の結合を計算することと、
を含む、ステップと、
船舶の運動中に基準センサーによって提供される大きさの上記表示を上記大きさの推定値と比較してオフセット値を求めるステップと、
上記オフセット値に基づいて、構造荷重の推定値及び／又は上記大きさの推定値を補正するステップと、
を実行するように更に構成されている、システムである。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態によると、上記少なくとも１つの処理ユニットは、
少なくとも、船構造の第２のセンサーのない所定点において上記大きさの推定値を計算することであって、この計算は、
直接の波浪起振による第１の推定値の寄与を計算することであって、この第１の推定値の寄与は、剛体船体運動の上記判断に基づいて計算されることと、
波浪スラミングによってもたらされるホイッピング効果による第２の推定値の寄与を計算することであって、この第２の推定値の寄与は、船における波浪スラミングの上記表示に基づいて計算され、上記推定値の寄与は、上記第２の所定点における船構造の領域の動的挙動を再現する３Ｄ有限要素モデルに基づくことと、
上記第１の推定値の寄与及び上記第２の推定値の寄与の結合を計算することと、
を含むことと、
上記第１の推定値の寄与及び上記第２の推定値の寄与の結合をグラフで及び／又は数値で提示することと、
を実行するように更に構成されている。
【００２５】
特に、上記少なくとも１つの処理ユニットは、
基準センサーによって提供される大きさの上記表示と、基準センサーによって提供される第１の所定点における上記大きさの推定値との比較によって求められるオフセット値に基づいて、第２のセンサーのない所定点における大きさの推定値を補正するように更に構成されている。
【００２６】
特に、好ましくは、第２のセンサーのない所定点において上記大きさの推定値を計算する上記ステップは、
基準時点（Ｔ０）の前の露出時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）内の各収集時点において、第２の所定点の上記大きさの予期された最大値及び最小値を計算することと、
基準時点Ｔ０において、第２の所定点に対する露出時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）における予期された最大値及び最小値の最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値を計算することとであって、
基準センサーによって提供される第１の所定点における上記大きさの推定値を計算する上記ステップは、基準時点（Ｔ０）の前の時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）の範囲内の各収集時点において第１の所定点の大きさの予期された最大値及び最小値を計算することを含むことと、
基準時点Ｔ０において、第１の所定点に対する露出時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）における予期された最大値及び最小値の最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値を計算することと、
を含み、
上記大きさの表示を上記大きさの推定値と比較する上記ステップは、
時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）における基準センサーによって提供される測定値の記録されたデータから最大測定値、最小測定値、平均測定値及びＲＭＳ測定値を抽出することと、
最大測定値、最小測定値、平均測定値及びＲＭＳ測定値と、時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）における第１の所定点における上記大きさの予期された最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値との差として、偏差値を求めることと、
を含む。
【００２７】
本発明によるシステムは、構造監視システム及び「能動誘導」航行支援システムの能力及び利点を組み合わせる特徴を有する。
【００２８】
この種のシステムでは、構造監視（ＲＩＮＡのＭＯＮＨＵＬＬ＋Ｓの付記、又は他の船級協会の等価な付記）に対する追加の船級符号への付記を取得するために、船級協会によって要求される最小数のセンサーが、（能動誘導システムにおけるような）ハルガーダーの運動及び全体応力並びに構造の局所応力の応答演算子の構造監視ソフトウェアにおける統合と組み合わされ、構造の局所応力は、対象となる構造点の詳細なＦＥＭモデルから取得される。したがって、構造監視システムにおける「能動誘導」システムの統合は、船舶の未測定領域における応力の評価に対して、構造監視システムにいくつかの「仮想」センサーを組み込むことと等価である。
【００２９】
現実のセンサーによって測定されるデータの存在により、以下の極座標図の較正／スケーリングが更に可能になる。すなわち、船体運動に対して、双方向傾斜計によって及び船舶の重心に配置された三組の加速度計によって及びジャイロスコープによって提供されるデータ、ハルガーダーの全体応力に対して、中心線に配置されたロングベース歪みゲージによって提供されるデータ、局所応力に対して、臨界点に位置する歪みゲージによって提供されるデータである。
【００３０】
したがって、本発明による統合システムは、リアルタイムで何らかの現実のデータを有するために少数のセンサーのみを必要とし、そのデータを用いて、構造及び／又は流体力学モデルに対する計算の結果から取得される情報を較正し統合することができ、したがって、そのより高い精度を得ることができ、同時に、モデルの結果を用いて、船体構造の対象となる他の箇所における数個の点で取得された測定値を外挿して、船舶の（能動誘導システムにおけるような）全体的な構造応力及び局所的な構造応力の両方に対して「安全運転エンベロープ」が求められる。
【００３１】
したがって、以下のような、上述したシステムの性能の複数の改善が得られる。
−「従来の」構造監視システムと比較して、本発明による統合システムでは、（少なくとも一部には）船体設計プロセス中に通常実施される数値解析を用いて、船内に設置されたセンサーの数を低減させることができる。船内設備のシステムコスト及び特に全体的な寸法は、ごくわずかな重要な点まで低減され、これは、既に提供された船舶の場合、又は、規制の観点から（例えば、火災／爆発の危険がある環境）、若しくは監視するべき部屋若しくは領域のアクセシビリティの観点から、センサーの設置が困難である場合に、より重要性を帯び、
−「従来の」構造監視システムと比較して、本発明による統合システムは、「能動誘導」システムの機能の全てを備えることができ、それは、統合システムが、オフィサーに対して、瞬間の運転及び天候（波／風）の状態に基づいてリアルタイムに更新される対話的「安全運転エンベロープ」を提供するためであり、
−「能動誘導」航行支援システムと比較して、本発明による統合システムは、センサーによって記録された値を用いる、数値モデルから抽出されたデータのリアルタイム較正により、構造監視のための追加の船級符号への付記にアクセスし、提供及び予期されるデータのより高い精度を有することができ、
−「能動誘導」航行支援システムと比較して、本発明による統合システムは、現実のセンサーによって測定される値の結果を用いて、「仮想」測定点に対して計算された値を補正することができ、したがって、ソフトウェアに予めプログラムされた応答演算子を通して応力計算の既に優れた精度を向上させ、
−「能動誘導」航行支援システムと比較して、本発明による統合システムでは、最も重要な構造細部の残存寿命を計算するために、疲労応力サイクルの幅及び数を（現実の測定点で）記録し（「仮想」測定点で）推定することができる。
【００３２】
本発明によるシステムを開発し船内に設置するために、「従来の」監視システムに対して既に必要とされるものと、「能動誘導」システムに必要とされるものに加えて、考慮される各「仮想」測定点を包囲する構造ゾーンにおいて詳細なメッシュを用いて、船全体のＦＥＭモデルに対する予備的な構造計算の著しいアクティビティが必要であり、実際に、局所電圧の応答演算子を、それが、船が波浪運動によって受ける全体応力から由来する際に、取得することが必要である。
【００３３】
このステップは、スラミング／ホイッピング効果による局所応力の寄与の評価の場合に特に複雑になり、船舶の全体／局所ＦＥＭモデルの動的応答は、計算的に非常に負担となり、計算パラメーターの設定に大量の経験が必要であり、この種の分析と、取得された結果の現実の実験監視キャンペーン中に記録されたデータとの比較とにおいて、数年にわたって蓄積された経験もまた、これらの手続きを確実に信頼性の高いものにする。
【００３４】
波浪の寄与に対してスラミング／ホイッピングによる局所応力の寄与をオーバーラップさせるには、ソフトウェア内で実装するべきアドホックの手続きが更に必要であり、それは、現時点の／予期された海の天候状態において短期間での現時点の／予期された最大値を計算するために、測定点及び「仮想」点に関連する局所応答演算子を較正するために、いくつかの点で測定された局所電圧値を使用することに限定されるべきではないが、それはまた、２つの影響の組合せを過大評価しないように、波浪及びスラミング／ホイッピング応力のパターンの間の位相調整も評価するべきである。
【００３５】
考慮される期間中に予期されるスラミング事象の数を推定することが特に困難である。スラミング／ホイッピング事象の発生の後にのみ、全体的なスラミング／ホイッピング応力による成分に、全体的な波浪応力による局所応力を追加するべきであり、このオーバーラップは、正確な位相調整によって行われるべきである。
【００３６】
最後に、「仮想」測定点を包囲する構造の詳細なＦＥＭモデルを用いて、構造自体の剛性及び減衰特性に基づいて、考慮される構造細部がスラミング／ホイッピングによる動的応力状態に応答してさらされる疲労サイクルの数及び振幅が推定される。
【００３７】
それを行う際、予期される最大応力を推定することに加えて、関連するヒストグラムを構築するために、受ける疲労応力サイクルの数及び振幅を計算することも可能である。したがって、「仮想」測定点は、現実の測定と比較して構造監視に関して等しく有効である。
【００３８】
ここで、本発明による船舶の運転を支援するシステムの実施形態の機能的及び構造的特徴について記載する。添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明によるシステムの構成要素を概略的に示す図である。
【図１ａ】本発明によるシステムのハードウェアアーキテクチャの一例を示す図である。
【図２】海のレーダー画像から開始する波浪運動の再現のプロセスを表すブロック図である。
【図３】構造監視モジュール管理ソフトウェアの主パネルを表すブロック図である。
【図４】図３のモジュールの監視パネルを表すブロック図である。
【図５】構造監視モジュールにおけるアラートの管理を表すブロック図である。
【図６】アラート信号を処理する例を示す時間グラフである。
【図７】構造監視ソフトウェアの主画面を示す図である。
【図８】本発明によるシステムの能動誘導モジュールを表すブロック図である。
【図９】能動誘導ソフトウェアに実装される計算モデルを表すブロック図である。
【図１０】例として、異なる船速及び波の方向に対する所定の海況におけるクルーズ船舶の統計的ＲＶＶ予測を示す、極座標図である。
【図１０ａ】船舶の総曲げモーメントに対するスラミングによるホイッピングの寄与の影響を示す時間グラフである。
【図１１】能動誘導ソフトウェアの主画面を示す図である。
【図１２】本発明による船舶の運転を支援するシステムの動作原理を概説する図である。
【図１２ａ】本発明による船舶の運転を支援するシステムのアーキテクチャを示すブロック図である。
【図１２ｂ】補正手続きにおいて考慮される大きさの時間グラフである。
【図１３】補正手続きに対する基準としての時間軸を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施形態について詳細に説明する前に、本発明は、その用途が構造の細部に、また、以下の説明に提示するか又は図面に示す構成要素の構成に限定されないことが留意されるべきである。本発明は、他の実施形態をとることができ、異なる方法で実装又は実施されることが可能である。術語及び専門用語は、説明の目的のためのものであり、限定するものとして解釈されるべきではないこともまた理解されるべきである。
【００４１】
本発明によるシステムは、構造監視システム（「船体監視システム（Hull Monitoring system）」、以下、ＨＭＳ）と、引用することにより本明細書の一部をなす欧州特許第２１６７９１６号の文献において考察されている「安全誘導システム（Safe Navigation System）」（以下、ＳＮＳ）等の航行支援能動誘導システムとを、統合する。以下、本発明によるシステムはまた、「拡張安全誘導システム（Enhanced Safe Navigation System）」（ＥＳＮＳ）とも呼ぶことにする。
【００４２】
図１を参照すると、システムは、船舶の運動の表示を提供するように適合された（例えば、加速度計、傾斜計、ＧＰＳ、ジャイロスコープからなる）航行検出手段１０と、海の波浪運動の表示を提供するように適合された（例えば、波浪レーダーからなる）環境検出手段２０と、上記手段に作動的に接続された少なくとも１つの処理ユニット３０とを本質的に含む。
【００４３】
システムは、まとめて参照符号４０で示す、局所歪みセンサー及び全体歪みセンサーを更に含む。図１において、参照符号４０’で示すセンサーのうちの１つは、以下、基準センサーと呼ぶことにするセンサーを表す。図１において参照符号５０で示す点は、「仮想センサー」、すなわち、センサーのない箇所であるが、加速度及び／又は歪み等の大きさの値を推定することができる場所を表す。これについては、本明細書において後により明確にする。
【００４４】
ＥＳＮＳシステムハードウェアアーキテクチャ
本発明によるシステムの開発に必要なハードウェアは、過去に本出願人によって開発されたＨＭＳ監視システムで既に使用されているものと本質的に互換性がある。実際に、本発明によるシステムは、構造監視システムによって提供される歪みセンサーを使用することができる。
【００４５】
対照的に、仮想センサーの数は、理論的には無限であり、現時点では、船内に配置された物理的センサーと仮想センサーとの組に対してソフトウェア内で利用可能なチャネルの数（４８）にのみ限定される。
【００４６】
システムは、歪みゲージセンサーからの距離を最小限にするように主甲板に配置された、主データ収集及び処理ユニット（主処理装置、ＭＰＵ）と１つ以上の追加の周辺処理装置（ＰＰＵ）とからなる。
【００４７】
例として３つのＰＰＵからなるシステムを考慮して、図１ａにシステムアーキテクチャを示す。
【００４８】
組込み収集ハードウェアは、ＦＰＧＡ技術を用いて一連の数値処理を実行するのを可能にし、したがって主収集コンピューターの作業をより容易にする、再構成可能な制御及び管理システムｃＲＩＯ等、最大スケーラビリティ及び拡張性を有するためにＢＵＳ／ＥｔｈｅｒＣＡＴアーキテクチャに基づく。
【００４９】
構成可能なシャシー内に挿入されたコントローラーは、シャシー内に挿入されたモジュールから、また、ＥｔｈｅｒＣＡＴを介して接続された補助シャシー内に挿入されたモジュールからデータを収集し、特にリアルタイム用途に対して設計された独立型組込み実行を提供する。
【００５０】
ＨＭＳシステムによって要求されるように、必要なモジュールは、歪みゲージ（局所歪み測定及び全体歪み測定両方に対する）及びアナログ（加速度計及び／又は傾斜計、又は仕様によって必要とされる他のアナログセンサーに対する）である。
【００５１】
ＰＰＵは、内部的に、プログラマブルロジックを備えた収集ハードウェアと、リモートセンサー及び収集ハードウェアの両方に対して安定化電圧を提供する電源とからなる。
【００５２】
本明細書は、例として等しく特定のコンポーネントを備えた特定のハードウェアアーキテクチャを示すが、こうした例は、本発明の限定として決して解釈されるべきではないことが理解される。実際には、異なる実施形態の変形を考慮することができ、特に、ＥＳＮＳシステムは、異なるアーキテクチャ（ＰＰＵの間のシリアル接続ではなくスター接続等）及び／又は異なるハードウェアコンポーネント（従来の電気技術ではなく光ファイバー技術に基づく収集ユニット及びセンサー等）からなる場合がある。
【００５３】
図１ａに示す主ＰＰＵの収集ハードウェアは、リアルタイムコントローラー（ＮＩ９０２２）及び歪みゲージ信号収集モジュール（ＮＩ９２３７）及び電流信号収集モジュール（ＮＩ９２０３）又は電圧信号収集モジュール（ＮＩ９２０１）によって統合されたプログラマブルＦＰＧＡを備えたユニットＮＩ９１１１からなり、必要な任意のリモートＰＰＵの収集ハードウェアは、歪みゲージ信号収集モジュール（ＮＩ９２３７）及び電流信号収集モジュール（ＮＩ９２０３）又は電圧信号収集モジュール（ＮＩ９２０１）によって統合されたスレーブモードで動作するユニットＮＩ９１４４からなる。
【００５４】
ＰＰＵの間の接続は、ケーブルＣＡＴ６を介し、ネットワークスイッチを通過することなくシステムに対して専用でなければならない。
【００５５】
上記コンポーネントの仕様は以下の通りである。
ＮＩ９１４４：
−８モジュールＥｔｈｅｒＣＡＴユニット
−高性能決定論的ＥｔｈｅｒＣＡＴにわたるＩ／Ｏ
−制御、並列処理及びタイミングに対する再構成可能な集積ＦＰＧＡゲート
−動作温度範囲−４０／＋７０℃、５０ｇ衝撃、５ｇ振動
ＮＩ９１１１：
−集積再構成可能ＦＰＧＡ  Ｘｉｌｉｎｋｘ  Ｖｉｒｔｅｘ−５ゲート
−カスタム制御及び信号処理回路の自動焼結
−動作温度範囲−４０／＋７０℃、５０ｇ衝撃、５ｇ振動
ＮＩ９０２２
−決定論的制御、データロギング及び分析のためのリアルタイム組込みコントローラー
−５３３ＭＨｚプロセッサ、２ＧＢ不揮発性記憶装置、２５６ＭＢ  ＤＤＲ２メモリ
−集積サーバー及びサーバーファイルとのデュアルイーサネットポート
−動作温度範囲−２０／＋５５℃
ＮＩ９２３７
−４チャネル同時ブリッジモジュール、２４ビット分解能、２５ｍＶアナログ入力
−４つの同時にサンプリングされるアナログ入力、５０ｋＳ／ｓ最大サンプリングレート
−プログラマブルハーフブリッジ及びフルブリッジコンプリーション、１０Ｖ最大励起
−１０００Ｖｒｍｓからの過渡絶縁
−動作温度範囲−４０／＋７０℃
ＮＩ９２０３
−８チャネル電流入力モジュール
−プログラマブル入力範囲４ｍＡ〜２０ｍＡ又は０ｍＡ〜２０ｍＡ
−動作温度範囲−４０／＋７０℃
−１６ビット分解能、２００ｋＳ／ｓ総サンプリングレート
ＮＩ９２０１
−８チャネル電圧入力モジュール
−プログラマブル入力範囲＋／−１０Ｖ
−動作温度範囲−４０／＋７０℃
−１２ビット分解能、５００ｋＳ／ｓ総サンプリングレート
【００５６】
ＲＩＮＡ付記ＭＯＮ−ＨＵＬＬの要件を満たすために必要な最小数のセンサーによって特徴付けられる最も単純な構成（図示せず）では、センサーから信号を収集するためにマスターユニットのみが必要である。
【００５７】
船長全体に沿って展開されるより多くのセンサーを取得しなければならないより複雑な構成（図１ａ示すもの等）の場合は、ケーブルによる収集される信号に対するノイズを最小限にするように、収集モジュールが歪みゲージセンサーに十分に近接するように、いくつかのスレーブユニットを設置しなければならない。
【００５８】
主収集システム、すなわち主処理装置（ＭＰＵ）は、産業用コンピューターからなり、以下のタスクを実行する。
−ＰＰＵからデータを受け取る、
−自動制御からデータを受け取る、
−海況に関連するデータを受け取り処理する、
−構造監視プログラムの特徴及び機能並びに能動誘導プログラムの特徴及び機能の双方を含むＥＳＮＳプログラムを実行する、
−データを表示し保存する、
−限界集合をチェックする、
−制御卓に任意のアラームを示す、
−船自動制御及び／又はＶＤＲ（航海データ記録装置）にデータ及びアラームを送る。
【００５９】
主収集システムは、ＥＳＮＳシステムが組込み収集ハードウェアとともに設置される頑丈なファンなし産業用コンピューターからなる。
【００６０】
コンピューターには、少なくとも以下が装備される。
−Ｉｎｔｅｌ  Ｃｏｒｅ  ｉ７−６２０ＬＥ  ２．０ＧＨｚ＋ＱＭ５７チップセット
−１２８ＧＢ  ＳＳＤ  ＨＤ  ＳＡＴＡ２．０
−ＲＳ２３２／４２２／４８５設定可能シリアルポート
−２つのＥｔｈｅｒｎｅｔポート
−組込みＶＧＡボード、分解能２０４８×１５３６
−４ＧＢ  ８００／１０６６ＭＨｚ  ＤＤＲ３
【００６１】
収集ユニットには、収集した値を表示するため及びオペレーターとのインタラクションのための画面が装備される。
【００６２】
本発明によるシステムは、一組のセンサー及び検出デバイスを含む。特に、システムは、真歪みセンサーを含む。これらのセンサーは、船舶の構造に対する真歪みを物理的に測定するデバイスである。それらは、変換器と場合によっては温度補償器とからなる。
【００６３】
特に、本明細書では、局所歪みゲージセンサーが含まれる。これらのセンサーは、船内で発生する現実の歪みを測定するとともに、ＥＳＮＳ内部計算ルーチンと対話するための主センサーであり、それは、事前に計算された応答演算子に基づいて、現時点の／予期された運転及び航行状態に基づいて船舶の未測定点における電圧／歪みを計算する。歪みゲージセンサーは、分離及び熱ドリフトの危険なしに構造に完全に付着していなければならず、したがって、それらを接合する代わりに溶接型歪みゲージのみを考慮するべきであり、センサーにすぐ近接して温度測定センサー（熱電対）が配置されるか、又はシステムに、ダミー歪みゲージを通して歪みゲージ補償が提供される。しかしながら、後者は、ハーフブリッジ測定構成を有するように好ましく、一方の分岐は測定点に配置された歪みゲージからなり、他方の分岐は、測定点に近接して配置されるが、温度による歪みを補償するように第１の分岐から機械的に隔離された歪みゲージ補償器からなる。このように、２つの異なる測定値（歪みゲージ及び熱測定値）を取得する必要がありかつ熱補償のために追加の処理を行う必要があるのではなく、既に熱補償された歪みゲージ測定値のみが必要とされる。
【００６４】
さらに、センサーは、湿気及び塵の侵入に対して適切に封止され（ＩＰ５６）機械的に保護されなければならない。
【００６５】
全体歪み用のセンサーが更に含まれる。これらのセンサーは、監視システムの主な要素である。それらの位置は、長さが約２．５メートルであるこのセンサーの高い寸法を考慮して、船級協会及び顧客の要件によって決まる。
【００６６】
対象のセンサーは、無限の分解能を有する歪みゲージ変位変換器に作用する鋼棒から本質的に構成することができる。ハルガーダーの歪みは、棒の変位と、したがって、変換器による圧縮／拡張測定値を含む。センサーのタイプ（４つのアクティブ分岐を備えたホイートストンブリッジ）及び棒に対して選択される材料のタイプ（ハルガーダーの構造のように鋼）を考慮して、熱勾配による歪みは、センサーによって直接補償され、したがって、温度センサー又は熱補償器は不要である。
【００６７】
このセンサーに対してもまた、保護は少なくともＩＰ５６でなければならない。
【００６８】
ビルジ内等、水浸しになる可能性があるゾーン内にセンサーを設置しなければならない場合、構成要素の保護は、耐浸水性とするように最適化されなければならない（ＩＰ６７）。
【００６９】
アナログセンサーが更に設けられる。構造監視のために追加の船級符号への付記を取得するために船級協会の要件に列挙されることに加えて、測定される船体歪みを相関させるために、事後分析ステップにおいて、船体運動測定センサー（加速度計、傾斜計、圧力プローブ）が必要とされる。アーキテクチャによって提供される柔軟性を考慮して、顧客の要求に応じて任意の時点でアナログチャネルを追加することができる。
【００７０】
ＥＳＮＳシステムは、以下の入出力接続、すなわち、ＧＰＳ、ジャイロスコープ及びＶＤＲを有する。
【００７１】
システムは、位置、速度及び時間を定義するために有用なセンテンスで、標準シリアル接続を介して船舶のＧＰＳからデータを受け取る。必要なセンテンスは以下の通りである。すなわち、ＧＬＬ、ＶＴＧ、ＺＤＡである。
【００７２】
システムは、北極に対して船首の方向を定義するために有用なＨＤＧ又はＨＤＴセンテンスを用いて、標準シリアル接続を介して船舶のジャイロスコープからデータを更に受け取る。
【００７３】
システムは、船舶の船級協会の要件によって示されるように、船内航海データ記録装置に必要な情報を通信しなければならない。接続は、ＶＤＲシステムの製造業者によって適宜合意されるセンテンスを用いる標準シリアル接続である。自動制御システムがＶＤＲへの接続を有する場合、この機器は、データをＶＤＲに通信するように設定することができる。
【００７４】
ＥＳＮＳシステムはまた、船自動制御とインターフェースする。自動制御とのインターフェースにより、帰航情報及び出航情報両方の交換をもたらすことができる。例えば、自動制御は、監視が必要ないくつかの装置の状態を提供することができ、又は、（ＧＰＳ、ジャイロスコープ、風データ等）地点間で入手可能ではないいくつかの情報を渡すことができる。
【００７５】
自動制御システムへの出力は、ブリッジにおける任意のアラームの方向に関する船級協会の要件に沿う必要がある。
【００７６】
ＥＳＮＳシステムはまた、波の状態を測定するシステムとインターフェースする。波の状態を測定するシステムは、ＥＳＮＳシステムの基本構成要素である。
【００７７】
情報源は、適切に構成されて使用される、任意の船に既に存在するＸバンド航行レーダーであり、そのデータ（ＡＣＰ＋ＡＲＰ、画像、トリガー等）は、インターフェース装置（統合ビデオデジタイザー（Integrated Video Digitizer））によって収集され、インターフェース装置は、専用ソフトウェアが、有義波高、方向及び周期に関して波の状態に関する情報を抽出することができるようにする。
【００７８】
レーダーが、航行中に経路チェック動作のために使用されるとき、波に対するレーダーの反射は通常ノイズとみなされ、したがって、通常、ブリッジのシステムによってフィルタリングされる。反対に、この特徴は、目的が海況パラメーターを抽出することである場合、処理されるのに有用な信号を表す。
【００７９】
レーダー画像は、波の状態の直接表現ではなく、したがって、変換手続きが必要であり、特に、データ処理は、異なる瞬間に収集される一組のレーダー画像から開始して、２つの空間変数（レーダーによって観測される領域に関する）及び時間変数（図２を参照）の関数として理解される海面の上昇が求められる、逆問題である。
【００８０】
レーダーによって収集される生画像から開始して、データの最初の３Ｄフーリエ変換後、海面の海流の知識から開始して構築される第１のフィルタリングが実施されて、分散による任意の望ましくない現象が除去される。そして、変調伝達関数と呼ばれる伝達関数を用いて、レーダーの画像が変換され、波の状態に関するデータが取得される。
【００８１】
この情報は、未測定点における運動及び応力を計算するためにＥＳＮＳによって入力データとして使用されていることに加えて、実際のセンサー及び仮想センサーからのデータとともに保存されて、使用者が後処理ステップで船舶の運転状態及び構造応力を相関させることができるようにする。
【００８２】
ＨＭＳシステムソフトウェアアーキテクチャ
本出願人がＨＭＳ構造監視システムを検査するために開発したＳｈ．Ａ．Ｍ．Ａｎ．（Ship Advanced Monitoring and Analysis）ソフトウェアは、動的アーキテクチャで設計されており、主パネルは、使用者によって要求される具体的な特徴を監理する各動的サブパネルをホストする（図３を参照）。
【００８３】
行われる第１の試験は、プログラムにアクセスする前のシステムステータスのチェックである。機械の正しくないシャットダウン又は強制リブート時、レジストリ内のフラグにより、当該エラー状態に関する警告を管理することができる。
【００８４】
ソフトウェアは、プログラムの設定ファイルを読み出して変数を初期化し、船級協会によって要求されるような適切な表示を確実にするように正しい最低画面解像度をチェックし、解像度が不適切である場合、プログラムはエラーメッセージを発して停止する。
【００８５】
起動手続きに続き、最後の有効な設定ファイルに含まれる情報を用いて、監視パネルが直接開かれる。
【００８６】
使用者は、主アプリケーションバーに配置されたボタンを用いて、１つのサブパネルから他のサブパネルに切り替えることができる。
【００８７】
監視パネルの主機能ブロックを、図４の線図に示す。上記機能ブロックの主な態様は以下の通りである。
【００８８】
・データ読出し：設定されたシリアルポートから及びＴＣＰ／ＩＰ接続からデータを受け取り、それらをトレースバッファーに配置する
【００８９】
・データ復号：バッファーからデータを受け取り、設定モジュールに示されているようにデータタイプを検査する。許容される文字列は以下の通りである。
Ｎ：航行データ：ＧＰＳ、波高センサー、風速等
Ｔ：加速度計、歪みゲージ等、収集システムからのセンサーの全て
【００９０】
各信号カテゴリーは、別個に処理され、文字列は、接続のタイプ、すなわちシリアル又はＴＣＰ／ＩＰに応じて、２つの並列プロセスで処理される。
【００９１】
各文字列は、サンプリングレートにハードウェアセンサーの数を掛けた値と等価のサンプルの数を含む。文字列に含まれる値は、テキストから数字に変換され、ベクトルで組織化される。受け取られたデータは、設定モジュールにおいて予期されるようにスケーリングされ、二重数値精度ベクトルに変換される。
【００９２】
・統計：データベクトルは、２つの方法で統計的に分析される。第１の分析は、画面に示されるデータを更新するように管理され、リフレッシュ間隔は、使用者が、画面に位置する特別なコントロールキーを用いて手動で変更することができる。第２の分析は、ディスクに保存すべき統計データの収集に関し、この計算の頻度は、設定モジュールに設定されている。両分析により、各センサーに対する以下の統計値、すなわち、最大、最小、平均及び標準偏差が計算される。
【００９３】
・アラーム：プログラムが画面に表示されたデータを更新するときはいつでも、アラーム検証が実行される。アラームは、図５に示すアルゴリズムに従って起動される。
【００９４】
センサーがアラームステータスに達すると、「マスターアラーム」が起動され、それは、センサーが許容可能な値に戻る場合であっても、使用者によって確認されるまで起動し続ける。
【００９５】
事前に確認されたセンサーのアラームステータスが続く状況が発生する場合、同じアラームを繰返し表示しないように、新たなセンサーの新たなアラームがある場合にのみ、「マスターアラーム」が起動される。
【００９６】
ＨＭＳソフトウェアにおけるアラーム管理は、アラーム及びインジケーターに関するＩＭＯコードの規定に従って実施される。
【００９７】
例として、図６は、アラーム信号の展開がいかに処理されるかを示す。
【００９８】
・システムチェック及び対話：ソフトウェアの正しい動作をチェックし、使用者が監視プログラムと対話して、例えば、リフレッシュレートを変更し、イベントログを検討し、収集を停止するのを可能にする。プログラムのこの部分はまた、他の並列及び同時のプロセスも管理し制御する。
【００９９】
ＨＭＳソフトウェアのアーキテクチャ及びアルゴリズムに関する更なる詳細は、引用することにより本明細書の一部をなす、G.Cusano、M.Garbarino著、「Sh.A.M.An.（SHip Advanced Monitoring and Analysis） system : principles and algorithm used for data processing」（CETENA Report no.11222、Genova、16 March 2012）に記載されている。
【０１００】
図７に、ＨＭＳ  Ｓｈ．Ａ．Ｍ．Ａｎ．の主画面を示す。
【０１０１】
ＳＮＳシステムソフトウェアアーキテクチャ
提案するシステムの目的は、船内オフィサーに対して、現時点に船が実際に経験している海況に基づいて、現時点の方向／速度の変化に関する判断の短期的結果を示すことである。
【０１０２】
この目的で、２つの主な構成要素が必要である。すなわち、
−高さ及び波周期に関する、船舶の付近の波の状態の確実な測定値、
−運転状態及び波の状態に応じて船舶の動的挙動を適度な精度で予測することができる船舶の数学的モデルである。
【０１０３】
ＳＮＳソフトウェアは、船舶の動的挙動の直接的な計算は実行せず、船内システム（ＧＰＳ及び波浪レーダー）とのインターフェースから取得される現時点の海の状態／運転状態において事前計算された結果を単に補間し、それらを、専用のグラフィックユーザーインターフェースに表示する（図８を参照）。
【０１０４】
したがって、ソフトウェアコアは、運動及び応力の応答演算子のテーブルからなる船舶のモデルである。それらは、適切なソフトウェアツールを用いるシステムの船内設置の前に準備されなければならず、ＳＮＳの場合、剛体運動及び波立つ海によって直接引き起こされる全体的な動的荷重を予測するために、国際コンソーシアムＣＲＳ（Co-operative Research Ship）内で２０年を超える研究において、計算モデルＰＲＥＣＡＬが使用され、開発され、検証されてきた。こうした計算パッケージは、周波数領域における従来の線形予測と時間領域における非線形シミュレーションとの両方を行うことができる。
【０１０５】
全体的な動的荷重に対する衝撃圧力によって引き起こされるハルガーダー振動の影響を予測するために、一方では、プロジェクト「ＳａｆｅｎＶＳｈｉｐ」によって生成された技術知識が使用された。
【０１０６】
計算は、概して、以下の条件に対して行われる。
・船首における０度の波と船尾における１８０度の波との間の１５度毎の１３の交差角度、
・０ノットと２５ノットとの間の５ノット毎の６つの船舶の速度、
・６秒間と２２秒間との間の２秒毎の８つの波の周期。
【０１０７】
これらの結果の準備には、船舶の幾何学的形状、その荷重状態及びその構造的特徴の正確な知識が必要である。
【０１０８】
計算ソフトウェアを定量化するプロセスは、以下の通りである。
・船舶の船首領域に対する衝撃力の評価、
・衝撃力によるせん断及びモーメントの寄与の評価、
・波浪の寄与及び衝撃の寄与すなわちウィッピングの結合。
【０１０９】
波浪の寄与及びホイッピングの寄与の正確な結合は、船に対する結果としてのせん断／モーメントの確実な予測に対して非常に重要である。
【０１１０】
そして、ソフトウェアは以下の特徴を提供する。
・オフライン：船速、有義波高、及び船首との波交差角度の関数としての曲げモーメントを含む表の生成。
・オンライン：以下のデータのグラフィカル表示。
位置（緯度及び経度）、
ＧＰＳ時間、
速度及び船首方向、
有義波高及び波向、
船舶の向き又は速度の変化に基づく曲げモーメント、垂直せん断力又は垂直加速度のパターンを含む極座標図、
表示される履歴データの格納。
【０１１１】
図９に示すブロック図に、ソフトウェアで実装される計算モデルの機能線図を示す。
【０１１２】
システムは、以下の６つの主な部分に分割することができる。
・相対垂直速度及び波浪応力の、（垂直及び横）加速度周波数における応答演算子の計算（ＶＳＦ及びＶＢＭ）、
・スラミング荷重の計算、
・ホイッピング応力の予測（ＶＢＭ及びＶＳＦ）、
・波浪荷重に対するサギング／ホギング比の決定、
・荷重結合係数の計算、
・船舶の現時点での荷重状態の関数としてソフトウェアに入力される静水における荷重に加えられる、ホイッピング荷重及び波浪荷重の結合。
【０１１３】
これらの部分の全てに対して、適切な凌波性（seakeeping）モデルを使用する必要があり、通常、３Ｄ凌波性コード（線形及び非線形両方）を提供するＰＲＥＣＡＬコードが使用される。
【０１１４】
以下は、ＳＮＳの主なブロックの記述である。
・船舶データ：このブロックは、計算システムによって必要とされる動作の全てを実行することができるために入力しなければならない船舶に関するデータを指し、特に、船体の幾何学的形状及び船舶の構造は詳細に既知であるべきである。
【０１１５】
・凌波性モデル：凌波性モデルの役割は、剛体及び線形性の仮説において、いわゆる伝達関数又は応答演算子（ＲＡＯ、応答振幅演算子（Response Amplitude Operator））に関して、波立つ海に対する船舶の機械的応答を提供することである。波浪起振と船舶の応答との間の線形性、すなわち比例の仮説により、船舶の応答がいかに増幅して単一の規則波に対して位相がずれるかに関して、船を記述することができる。ＰＲＥＣＡＬの流体力学的モデルは、四辺形平坦パネルのシステムを通して湿潤した船舶の表面の輪郭を描く必要があり、各々の中心に、波浪のかく乱を数学的に表現するパルス源が配置される。したがって、結果としての波浪の活動は、各パルス源によって作用される単一の活動のオーバーラップによって提供される。
【０１１６】
ＳＮＳの場合、船舶の船首領域における相対垂直速度（ＲＶＶ）及び中心線における曲げモーメント（ＶＢＭ）のＲＡＯは、広範囲の規則波における異なる船速及び波−船衝突の方向に対して求められる。
【０１１７】
・短期分析：波のＪＯＮＳＷＡＰスペクトルの応答演算子との結合を通して、海の所与の状態に対して及び使用者によって入力される露出時間に対して、（よりあり得る最大値に関して）ＲＶＶ及びＶＢＭの統計的予測を行い、実際に、線形性の仮説において、波の所定状態に対する船舶の応答は、単に、波の上記状態を構成する単一の規則波に対するその応答のオーバーラップによって提供される。
【０１１８】
・ＳＡＧ／ＨＯＧ報告：ＰＲＥＣＡＬは、線形理論に従って中心線における曲げモーメントを計算するため（ＷＡＶＥ  ＶＢＭ船中心線のブロック）、ＳＡＧ／ＨＯＧ比の補正係数は、サギング波浪モーメントとホギング波浪モーメントとを識別するために適切な船級規則に基づいて、導入される。実際には、線形理論は、絶対値において上記２つの寄与を識別することはできず、符号においてのみ識別することができ、物理的観点から、２つの波浪値の差は、静的水線に対して著しく変化する可能性がある、船舶の船首部分が水中から出ることと水中に入ることとに関連する非線形効果による。
【０１１９】
・スラミング荷重：相対的な船首垂直速度（ＲＶＶ）から、かつＬｐｐ／２０に等しい長さの楔における水線より上方の船舶の船首端部の近似と、幾何学的傾斜角度（船底勾配）ｂとから開始して、船舶の船首部分に対するスラミング荷重を計算し、演算は、等価な楔の定義のブロックによって行われる。ワグナーの理論のブロックにより、自由な乱されない表面において一定垂直速度で貫通する等価な楔に対する衝撃圧力の値から開始して、船舶の船首部分に作用するスラミング力を評価することができる。最大圧力の衝撃力係数Ｃｐ及びスラミング力Ｆは以下の通りである。
【数１】
0006735756.tif 000002
式中、
【数２】
0006735756.tif 000003
である。
【０１２０】
最大衝撃力に基づいて、スラミング荷重モジュールは、船舶のタイプに応じて平均長によって特徴付けられるスラミングパルスの時間履歴を求める。
【０１２１】
図１０は、例として、異なる船速及び波の方向に対する求められた海況におけるクルーズ船舶の統計的ＲＶＶ予測を示す。
【０１２２】
・船舶の中心線におけるＶＢＭホイッピング：ハルガーダーの簡易物理モデル（簡易モデル）を用いて、分析的に解決できる、１つのねじり自由度（弾性をシミュレーションするトーションばねによって接続された２つのビーム、及びねじり減衰をシミュレーションするトーションダンパーからなる）で、船舶の中心線におけるホイッピングモーメントを計算する。
【０１２３】
・ホイッピング荷重及び波浪荷重の結合：適切な結合係数を求めるために（荷重同時性係数ブロック）等価な波浪概念に基づいて（等価波浪ブロック）、ＳＮＳシステムのコアである、波浪モーメントとホイッピングモーメントとの結合を行う。主な仮定は、相対垂直速度の最大値とスラミング衝撃力とが完全に同相であり、そのため、せん断力／曲げモーメントに対するホイッピングの寄与の最大値が、船舶の中心線におけるＶＢＭホイッピングブロックにより、ＲＶＶの最大値に従って計算される。
【０１２４】
しかしながら、波浪モーメント及びホイッピングモーメントは２つの相関しない大きさであるため、それぞれの最大値の単純な合計により、予測された荷重を過剰に過大評価することになる。波浪の寄与及びホイッピングの寄与のオーバーラップは、（単位波高に対する）それらの最大寄与を、相対垂直速度と波浪応力との間の位相ずれに関連する考慮事項に基づいて計算される好適な係数によって結合することにより、かつ短期間の統計によって計算されるものに等しい垂直ホギング曲げモーメントを発生させる規則波として求められる基準波高に関して取得される値を適切にスケーリングすることにより、発生する。このために、図１０ａは、総曲げモーメントに対するスラミングによるホイッピングの寄与の影響を示す（波浪の寄与と同じ大きさ、船及び航行状態によって決まる位相整合）。
【０１２５】
図１１に、ＳＮＳの主画面を示す。
【０１２６】
ＥＳＮＳシステムソフトウェアアーキテクチャ
図１２の図は、本発明によるＥＳＮＳシステムの動作特徴を概説する。
【０１２７】
図１２ａにおける図は、船体監視システム及び安全航行システムに既に存在するものから開始して、ＥＳＮＳシステムのアーキテクチャの原理を示す。一点鎖線は、ＥＳＮＳシステムに導入されている特徴を示す。
【０１２８】
ＨＭＳシステムは、船内のＧＰＳ、ジャイロスコープ及びＸバンド航行レーダーとインターフェースするように既に構成されている。ＧＰＳ情報は、ＨＭＳシステムによって速度、位置及び航路を知るために使用されることに加えて、サブシステムにより、波高、波周期、及び波浪運動の交差方向に関連するデータの取得を可能にする波の状態の測定のためにも処理される。
【０１２９】
波の状態（有義波高、平均周期、及び船首に対する交差方向）、ジャイロスコープからの船首方向及びＧＰＳからの船速に関する情報は、ＳＮＳモジュールに直接提供され、ＳＮＳの初期のバージョンでは、情報を渡すのはテキストファイルを読み出すことによって行われていたが、テキストファイルを読み出し／書き込む際の同期化問題により、２つのシステムを統合することによって、ソフトウェアのカーネルレベルにおいて情報を直接送ることができる。
【０１３０】
最初のＳＮＳシステムは、波浪及び方向／速度データが収集されると、応答振幅演算子（ＲＡＯ）に問合せをし、ＲＡＯは、出力において、曲げモーメント、歪み及び加速度を推定することができる。この情報は、ＯＥＤ（運転エンベロープ線図（Operating Envelope Diagram））に提供され、ＯＥＤは、極座標図に現時点の船舶の状況を表示して、あり得る変動（航路、速度、変位）のうちのいくつかのシミュレーションを、こうした行為を実施する前にその精度を視覚的に検証して可能にする。
【０１３１】
船内に物理的に設置されたセンサーの可用性により、高精度でＲＡＯによって予測される値のリアルタイム補正が可能になり、ＨＭＳと統合されたＳＮＳの有効性が向上する。さらに、現実のセンサーによって測定される値に対するフィードバックを介して応答演算子及びリアルタイム補正を常に用いることにより、未測定の船舶の点における歪み及び運動を推定することができ、それにより、仮想センサーがＨＭＳ内で従来のセンサーと結合することができる。
【０１３２】
したがって、ＨＭＳシステムは、これらのセンサーを、船内に物理的に設置されたセンサーのように扱い、その値を監視し、閾値を超える場合は適切なアラームを作成し、統計データを保存する。
【０１３３】
前述のＳＮＳと比較したＥＳＮＳの更なる特徴について以下に説明する。
【０１３４】
ローリングによる非線形性
船体運動及びハルガーダーに対する全体応力（ＶＢＭ及びＶＳＦ）の計算手続きにおいて、ＥＳＮＳは、ローリングに結合された横運動による非線形性を考慮して、より正確かつ現実的な結果を提供する。同時に、波動寄与の及びスラミングの寄与の結合は、船があるホギング又はサギングの状態に従って識別される。
【０１３５】
局所歪み計算
ＳＮＳは、ハルガーダーに関連する応力（運動、加速度、ＶＢＭ、ＶＳＦ）のみの現時点での及び推定される計算に対して専用であるが、ＥＳＮＳは、構造細部の変形に関して、予期された／予測された局所応力の現時点での及び推定される計算に対するルーチンも含む。
【０１３６】
目的は、監視システムに目下存在する局所歪みゲージのうちのいくつかを仮想歪みゲージに置き換え、システムをより侵略的にすることなく、構造の状態の他のチェックポイントを追加するということである。
【０１３７】
計算は、事前に計算されそれぞれのホイッピング成分及び波浪成分に結合された全体荷重（ＶＢＭ及びＶＳＦ）から、かつオフラインで適切に計算され全体応力のＲＡＯのようにソフトウェア内に実装された局所応力の応答演算子から開始して行われる。
【０１３８】
局所応力のＲＡＯは、値が増大する全体応力によって荷重が与えられる対象構造の有限要素モデルでの計算によって求められ、そこでは、局所応答を計算するべき点を包囲する領域の「メッシュ」が適切に厚くされる（詳細な応力分析）。
【０１３９】
概して、さまざまな値を用いる計算及び全体応力の結合を行うことにより、ＳＮＳモジュール内で計算される全体応力に対応する局所応力値を知るために、全体／局所整合テーブルを取得しそれらの間で補間することが必要である。この計算を、一体化された全体応力に対してのみ実行し、その後、局所応力に対して取得された結果をスケーリングすることは十分であるとはみなされず、それは、局所構造に関連する幾何学的非線形性及び不連続性により、全体応力と局所応力との間の整合が非線形になる可能性があるためである。
【０１４０】
したがって、局所応力は、ＳＮＳモジュールによって計算されるように、ホギング及びサギングにおける波浪応力の寄与に対して、並びに総波浪応力及びスラミングの寄与に対してのみ、計算することができる。したがって、スラミングの寄与のみによる局所応力シェアは、前述の２つの間の差として求めることができ、全体応力に対するスラミングの寄与のための局所ＲＡＯの直接スケーリングを通してのその計算により、全体応力と全体応力との間の伝達関数に非線形性があり得るために誤差がもたらされる可能性がある。
【０１４１】
局所歪み及び全体歪みに対する疲労サイクルの計算
ＳＮＳモジュールは、仮想センサーによって監視される構造細部が受ける疲労サイクルの数及び振幅の推定を可能にする。
【０１４２】
推定は、考慮される構造細部に対する露出時間中に予期されるスラミングの寄与のみによる局所応力シェアから開始して行うことができる。
【０１４３】
この特徴の実施は、技術的観点から（信頼性の高い計算アルゴリズムの定義）及び実装に関し両方において難題であるとみなされる。
【０１４４】
既知の範囲の応力を伴うスラミング事象の場合、荷重サイクルの数及び振幅は、減衰ζに従って経時的に低減する振幅、及び考慮される構造的部品の振動モードに対応する周波数の振動を受ける細部を考慮して、計算することができる。減衰値は、文献から求めることができ、固有周波数は、局所応力のＲＡＯを求めるために使用されたものと同じＦＥＭモデルを用いて計算される。
【０１４５】
初期振動振幅（すなわち、スラミングの寄与のみによる局所歪み）、減衰及び周波数が既知であることにより、ソフトウェアは、閾値に達するために必要なサイクルの数（及びサイクルの各々に対する振幅）を計算することができ、その閾値未満では、応力は、構造の疲労寿命に影響を与えないとみなされ、その値は、材料及び構造細部のタイプに従って求められる。
【０１４６】
考慮される露出時間にわたって予期されるスラミング事象の数は、求めることが困難である。
【０１４７】
それは、考慮される速度及び海況におけるスラミング事象の発生の可能性に基づいて、前もって推定することができ、こうした可能性は、船首の垂直速度が相対臨界垂直スラミング速度を超える回数に比例するが、スラミングは確率論的現象であるため、比例を直接求めることはできない。しかしながら、測定された現実の又はタンク凌波性試験からの十分な情報及びデータが、考慮される船に対して（又は船舶のタイプに対して）入手可能である場合、十分な程度の信頼性で推定することができ、この場合、時間の単位当たりの事象の数を求めるために、ＳＮＳモジュール内で実装されるテーブルを作成することができる。
【０１４８】
代替的に、ＨＭＳモジュールによって航行中に直接検出されたスラミング事象の数は、この特徴とともに提供される場合、参照することができる。前述のＨＭＳモジュールにはそれが設けられておらず、この調整には、ハードウェアレベル及びソフトウェアレベルの両方において著しい変更が必要である。
【０１４９】
そして、このように計算された疲労サイクルの数及び振幅は、この場合は、ＳＮＳモジュールに対する露出時間Ｔｅｘｐセットに対応する間隔でこれらのファイルを更新することにより、現実のセンサーの場合に行われるものと同様のレインフローファイルに保存される。
【０１５０】
物理的なセンサーからの値を用いてＳＮＳによって推定されるデータの補正
本発明によれば、物理的に船内にあるセンサー（ロングベース歪みゲージ、歪みゲージ、加速度計）によってＨＭＳモジュールによって測定される値を用いて、ＳＮＳモジュールによって行われる計算を（必要な場合は）リアルタイムで補正する。
【０１５１】
この特徴の実施には、ＳＮＳモジュールによって行われる計算に関するフィードバックループが必要であり、可能な限り高い信頼性で単一の仮想センサーを補正するためにいずれの現実のセンサーを使用するべきかを判断する必要がある。
【０１５２】
全体応力に関して、基準センサーは、概して、他の部分における曲げモーメントの計算値に関しては、船舶の中心線に設置されたロング歪みゲージであり、船体運動に関しては、重心の近くに配置された加速度計及び傾斜計である。
【０１５３】
局所応力に関して、基準センサーは、必要な場合は、顧客によって合意されかつ数値計算を扱う設計者によってよく知られている位置における、１つ以上の歪みセンサーの設置を含む、ＥＳＮＳの設計及びカスタマイズ化ステップにおいて、識別されなければならない。構造計算（その最終出力は、海及び船舶の状態に基づいて応力を計算するためにＳＮＳモジュールによって問い合わされるＲＡＯである）の実行中、設計者は、基準位置においてもＲＡＯを計算しなければならず、それにより、ＳＮＳモジュールは、それを、仮想センサー用の比較点として使用することができる。
【０１５４】
システムが船内に設置され設定されると、補正手続きは以下の通りである（図１２ｂ）。
１．ＨＭＳモジュールは、基準センサーによって測定される大きさＧＲ−Ｍ（ｔ）を検出し、それを、ＳＮＳモジュールにおける露出時間セットの持続時間に対する最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ（二乗平均平方根）値に関して、ＳＮＳモジュールに提供し、
２．速度、航路及び海況データを受け取るＳＮＳモジュールは、ＲＡＯを通して、ＨＭＳモジュールが物理的なセンサーによって収集される値を測定する各時点に対して、基準点ＧＲ−Ｃ（ｔ）と仮想センサー点ＧＶ−Ｃ（ｔ）との両方において同じ大きさの露出時間に対する予期された最小値及び最大値を計算し、
３．予期された、計算された最大値及び最小値からなるこうした時間ストーリー（time stories）から、ＥＳＮＳシステムは、最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値を抽出し、
４．ＥＳＮＳは、現実のデータの最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値を、同じ基準点で計算された値と比較し、その基準点に関する仮想センサーの全てにおいてＳＮＳモジュールによって計算されたデータの同じオフセットの割合に従って補正する。
【０１５５】
図１３は時間軸を表し、そこでは、点Ｔｏは、補正手続きが発生する基準時点を表す。補正ステップは、実際には、ＥＳＮＳシステムの動作中にリアルタイムで連続的に適用され、その後、計算値は、基準点において計算されかつ測定されるものに従って常に補正され、それにより、船が動作する任意の航行及び環境条件に対して、システムの連続的なリアルタイム較正が可能になる。Ｔｅｘｐは、ＳＮＳモジュールによって大きさの推定が従来関連して行われる露出時間を表す。時間間隔（Ｔ０、Ｔ０＋Ｔｅｘｐ）は、ＳＮＳモジュールによって推定される予測値を取得するために大きさが予期される時間間隔を表す。逆に、補正手続きは、「時間を遡り」、時点Ｔ０に先行する時間間隔（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）を指す。したがって、対象となる大きさの推定値ＧＶ−Ｃ（ｔ）は、センサーなしで対象となる点において計算され（したがって、当該点は「仮想センサー」である）、基準時点Ｔ０に先行する露出時間（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）の範囲の各時点に対して、こうした仮想センサー点において対象となる大きさの予期された最大値及び最小値を計算する。さらに、同じ時間間隔に含まれる各時点に対して、対象となる大きさの推定値ＧＲ−Ｃ（ｔ）が、基準センサーにおいて計算され、基準時点Ｔ０に先行する露出時間（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）の範囲の各時点に対して、基準センサーの点における対象となる大きさの予期された最大値及び最小値を計算する。基準センサーの点における大きさの推定値と比較するべき大きさの表示を取得するために、最大測定値、最小測定値、平均測定値及びＲＭＳ測定値は、基準時点Ｔ０に先行する露出時間（Ｔ０−Ｔｅｘｐ、Ｔ０）の範囲内で基準センサーによって提供される記録された測定データＧＲ−Ｍ（ｔ）から抽出される。そして、基準センサーによって提供される大きさ表示の時間履歴の最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値は、基準センサーの点における対象となる大きさの推定値と比較され、この比較から、仮想センサーの点における大きさの計算の結果に適用するべきオフセット値が、センサーの点における上記大きさの最大測定値、最小測定値、平均測定値及びＲＭＳ測定値と予期された最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値との間の差として求められる。
【０１５６】
特に単純な実施形態によれば、基準センサー点におけるオフセット値と対象となる大きさの値との間の比として定義される補正が、対象となる大きさの推定値の仮想点に直接適用される。本発明の実施形態によれば、基準センサーに対して計算されるオフセット値は、大部分の仮想点における推定値の補正に使用される。他の実施形態によれば、いくつかの基準センサーに対して計算される複数のオフセット値を、結合し、例えば線形結合に追加し、１つ以上の仮想点における推定値の補正に使用することができる。
【０１５７】
運転エンベロープ線図
ハルガーダーの主応力のみの極座標図をプロットするのが可能であった前述のＳＮＳに関して、ＥＳＮＳはまた、上述したように、特定の船に対してかつ顧客の要求に応じてカスタマイズされた運転エンベロープ線図の表示も提供することができる。
【０１５８】
これらの線図は、単一の場合に基づき、運動及び応力に関して取得される結果を適切に結合する特徴の定義を必要とし、したがって、ＥＳＮＳは、顧客の仕様に基づいてかつ単一の船舶の動作限界に基づいて設定可能な、或る特定の数のＯ．Ｅ．Ｄ．の実施を可能にしなければならない。
【０１５９】
ここで、ＨＭＳ−ＳＮＳ統合に関する相互接続問題について説明する。
【０１６０】
外部デバイスからのデータの共有
ＨＭＳシステムは、船内信号（ＧＰＳ、ジャイロスコープ等）の収集のために既に設定され、これらのデータは、海況測定システムから来る入力に加えて、速度及び航路に応じて応力を評価するためにＳＮＳモジュールに送出されることが必要である。
【０１６１】
海況測定システムのコンピューターは、ＥＳＮＳシステムとは別個であることも考慮するべきである。前述のＨＭＳでは、システムは、サブ製品の製造業者が合意するシリアルＮＭＥＡ文字列を介して、有義波高、平均ゼロ交差期間、卓越波方向等に関する情報を受け取る。
【０１６２】
前述のＳＮＳシステムのソフトウェアは、波高測定システムが実行するものと同じコンピューターにインストールされ、必要な情報の交換は、共通フォルダーに保存されたテキストファイルを読み出すことによって実行される。このモードにより、ディスクへの頻繁なアクセスのためにディスクの寿命が低減することに加えて、メモリ内のこの情報に直接アクセスすることができないプログラム実行が遅くなる。
【０１６３】
ＥＳＮＳに関して、海の状態を判断するソフトウェアは、サードパーティ開発者によって製造され、ＥＳＮＳのコンピューターとは分離されたコンピューターに常駐するため、最適な解決法は、ファイルの読出しをやめ、シリアル接続を介してＮＭＥＡセンテンスを用いて必要な情報を転送するというものである。
【０１６４】
ＥＳＮＳシステムの２つのモジュール（ＨＭＳ及びＳＮＳ）によるシリアル接続を介する外部デバイスからの情報の使用は、いずれの場合も、２つの異なるシステムが、同じシリアル接続からデータフローに含まれる情報に同時にアクセスするときに発生するタイミング問題を考慮するべきである。
【０１６５】
ＨＭＳモジュールにおける仮想センサー統合
ＳＮＳモジュールを用いて、センサーによってカバーされていない点においてさえも応力（歪み及び加速度）に関する情報が取得される。
【０１６６】
この情報は、画面に表示され、現実に船内に存在するセンサーのように処理されなければならない。したがって、値が、船内に配置された変換器によって提供されないが、数値計算の結果である、或る種の仮想センサーが生成される。
【０１６７】
ＨＭＳシステムは、歪みゲージ（全体応力のためのロングベース歪みゲージ、又は局所応力のためのショートベース歪みゲージ）又はアナログ（加速度計、傾斜計、圧力プローブ等）であっても、最大４８チャネルを監視することができる。仮想チャネルの導入には、２つの異なる介入レベル、すなわち、チャネル設定のレベル及びデータアクセスのレベルが必要である。
【０１６８】
ＨＭＳソフトウェアは、目下、４８チャネルの各々の設定を独立して可能にし、いくつかの異なるタイプのセンサーを選択することができるようにする。したがって、新たな「タイプ」のセンサーとみなされる仮想センサーを加えることは、設定インターフェースと設定ファイルのアーキテクチャとの両方を変更する必要があることを意味する。
【０１６９】
この追加から、仮想センサーに関して、信号及びアラームの両方の全体的な管理モードを変更する必要が生じる。
【０１７０】
最も重要なものは以下である。
・仮想センサーは、現実のセンサーと同時に又は非同時に取得することができる。後者は、適切に定義されたサンプリングレート（船級協会の要件による）を有し、それらの統計データは、少なくとも１秒毎にＭＰＵに送られる。
【０１７１】
一方、仮想センサー値のリフレッシュレートは、直接、ＲＡＯの応答によって決まり、ＲＡＯの応答はさらに、海況に関連するデータの待ち時間とＳＮＳにおける露出時間セットとの両方によって決まる。それにより、ＥＳＮＳモジュールの設定に従って、ＲＡＯからの出力値の出力時間が、フィールドデータからの出力時間と同等である場合もあれば同等でない場合もあり、その結果、ソフトウェアによって適切に管理されるアラームの表示及び管理の両方においてタイミング問題が生じる。
【０１７２】
・現実のセンサーの場合、ＨＭＳは、それが統計データ（最大、最小、平均、標準偏差）を計算する時間履歴を受け取るが、仮想センサーの場合、考慮される露出時間に対する予期されたホギング及びサギングの状態に関連する最大値、最小値、平均値及びＲＭＳ値のみを受け取る。
【０１７３】
・ＨＭＳの主な機能のうちの１つは、正しいセンサー動作及び測定された大きさの統計値の計算の検証である。センサーの品質のチェックは、主に、収集された値の平均値及び標準偏差を監視することによって行われる。作動していないセンサーでは、上記値に対する変動がなく、したがって、数回のサイクルの後、一定の平均及びゼロ標準偏差のセンサーは、作動していないものとみなされる（G.Cusano、M.Garbarino著、「Sh.A.M.An.（SHip Advanced Monitoring and ANalysis） system: principles and algorithm used for data processing」（CATENA Report no.11222、Genova、16 March 2012）。
【０１７４】
アラームを管理するＨＭＳモジュール内に仮想センサーを直接挿入することにより、確実に、フィールドからのデータ受取速度に関する計算遅延による、定義された時間間隔で仮想センサーによって示される一定値の間違ったエラーを報告することになり、したがって、アラーム管理部は、仮想センサーに対するその仕様を実装して検討するべきである。
【０１７５】
・海況に関するデータがないか又は無効である可能性（レーダー若しくは測定システムの故障、又はデータ通信障害による）によって、ＳＮＳモジュールが船応答、したがって、仮想センサーにおける応力を計算することができなくなり、そのため、センサーが作動していないとみなされる。したがって、データ保護方法（例えば、新たな値を受け取るまでのサンプルアンドホールド）及び適切なアラーム管理を評価することが適切であり、海の状態の測定値に関連するデータがないことは、仮想センサーの「破壊」となぞらえるべきである。
【０１７６】
ＥＳＮＳシステムインターフェース
ＥＳＮＳシステムの主インターフェースは、基本的に、現実のセンサーからのデータと仮想センサーによって計算されるデータとの両方を表示するＨＭＳシステムインターフェースを反映し、データ及び関連アラームは、上記で説明したように管理され、使用者は、原則的に、現実のセンサーと仮想センサーとを識別する必要はない。仮想センサーは、いずれの場合も、例えば現実のセンサーとは異なる色のラベルで、又は別の方法で識別される。
【０１７７】
システム擬態に専用の画面もまた、ＨＭＳの画面と同じであり、そこでは、現実のセンサーの位置は、適切に示される仮想センサーの位置に追加される。
【０１７８】
現時点のＨＭＳと比較して、使用者が検索することができる特別なウィンドウが追加され、それは、予測関数ｅｘ−ＳＮＳに関する部分を表示する。前述のＳＮＳと同様のグラフィカルインターフェースが、現時点の及び／又は予測された又は企図される航行状態及び海況に対して、仮想センサーの予期された／予測された値の極座標図を表示する。
【０１７９】
さらに、こうした状況では、それは、特に顧客の要求時に単一の船に対して実施される「運転エンベロープ線図」を表示する。
【０１８０】
本発明による船舶の運転を支援するシステムの実施形態について記載した。本発明は、こうした実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によって定義される範囲内で変更することができることが理解される。
【図１】
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【図１ａ】
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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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【図１０ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１２ａ】
0006735756.tif 000018
【図１２ｂ】
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【図１３】
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