(57)【要約】【課題】操船の安全化と容易化。【解決手段】自己船体１に対して相対的に波群６の空間的存在分布を表示する第１画面１２−１と、波群６の要素６−ｊに対応する危険度Ｎｊを表示する第２画面１２−１とから構成されている。操船者は、経験的知識を活用しながらより速く適正針路を選択すすることができる。複雑な計算の結果が画面に表示され、操船者は画面を見て自然に安全な進路を知ることができる。危険度Ｎｊは転覆に関する危険度であり、キャプテン又はパイロットにとって重要な表示データである。【選択図】　　　　　図１
2004034805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己船体に対して相対的に波群の空間的存在分布を表示する第１画面と、
前記波群の要素に対応する危険度を表示する第２画面
とを具える針路表示端末。
【請求項２】
前記危険度は転覆に関する危険度である
請求項１の針路表示端末。
【請求項３】
前記第１画面と前記第２画面は同一である
請求項１又は２の針路表示端末。
【請求項４】
前記第１画面は、前記波群の要素の速度ベクトルを表示する
請求項１〜３から選択される１請求項の針路表示端末。
【請求項５】
前記速度ベクトルは前記要素に位置対応して表示される
請求項４の針路表示端末。
【請求項６】
前記第２画面は、前記危険度を数字で表示する表示領域を有する
請求項１〜５から選択される１請求項の針路表示端末。
【請求項７】
前記第２画面は、前記要素に位置対応させて前記危険度を色で表示する
請求項１〜６から選択される１請求項の針路表示端末。
【請求項８】
前記自己船体の針路を表示する第３画面
を更に具える請求項１〜７から選択される１請求項の針路表示端末。
【請求項９】
前記第３画面は前記第１画面に同一である
請求項８の針路表示端末。
【請求項１０】
前記第３画面は船体位置を原点とする座標系を有し、前記自己船体の船体方向は常態的に固定方向に表示され、
前記船体の仮想的針路は、前記船体方向に対して図形で表示される
請求項８の針路表示端末。
【請求項１１】
前記座標系は極座標系であり、前記図形は直線である
請求項１０の針路表示端末。
【請求項１２】
前記第１画面と前記第３画面とは互いに異なり、
前記第１画面と前記第３画面とには、前記第１画面と前記第３画面とを選択するボタン領域をそれぞれに有する
請求項８〜１１から選択される１請求項の針路表示端末。
【請求項１３】
船体の周囲の波群の空間的存在分布を検出する分布検出センサと、
前記分布検出センサが出力する電気信号に基づいて前記波群の空間的分布を計算し、前記波群の要素の波高を計算する波状態計算器と、
前記船体の運動を検出する運動検出センサと、
前記船体と前記要素との相互作用に基づいて前記船体の傾度を計算する傾度計算器と、
前記要素に対応する前記船体の傾度に対応する危険度を評価する評価器と、
前記危険度を表示する表示画面
とを具える針路評価装置。
【請求項１４】
前記表示画面は、
前記空間的存在分布を表示する第１画面と、
前記危険度を表示する第２画面とを備える
請求項１３の針路評価装置。
【請求項１５】
前記危険度は、前記傾度と前記船体に固有である傾度との関係に基づいて前記第２画面に段階的に表示される
請求項１４の針路評価装置。
【請求項１６】
自己船体に対して相対的に波群の空間的存在分布を表示するステップと、
前記波群の要素に対応する危険度を表示するステップ
とを具える針路決定方法。
【請求項１７】
前記波群の要素に対応する針路を表示するステップ
を更に具える請求項１６の針路決定方法。
【請求項１８】
前記針路は、取舵と速度とが数字により表示される
請求項１７の針路決定方法。
【請求項１９】
前記数字を操舵装置に自動的に入力するステップ
を更に具える請求項１７の針路決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、針路表示端末、針路評価装置、及び、針路決定方法に関し、特に、波に対して操船を容易化する針路表示端末、針路評価装置、及び、針路決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高波から船舶の転覆又は大傾斜（以下、転覆といわれる）を回避することが重要である。転覆は、高波に起因する。転覆の回避のためには、高波の波頭（白波）の波高と、その位置（距離）と、船体に対する相対速度とを知ることが大事である。操船者は、目視により波頭の位置と波高と相対速度とを常態的に確認していなければならない。波頭の波高と距離とをレーダーにより測定する技術は、特開昭６０−９３３１７号で知られている。
【０００３】
レーダー測定により波高と距離を見落としなく知ることができた操船者は、その波高と距離に対応して得た経験上の知識に基づいて、操舵と速度の制御を行う。未熟な操船者の操舵と速度の制御は、転覆を招く恐れがある。
【０００４】
経験に頼らずに確実に安全である操船技術の確立が求められる。経験的知識が活用されてより速く適正針路を選択することができることが望まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、経験に頼らずに確実に安全である操船技術を確立することができる針路表示端末、針路評価装置、及び、針路決定方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、経験的知識が活用されてより速く適正針路を選択することができる針路表示端末、針路評価装置、及び、針路決定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００７】
本発明による針路表示端末は、自己船体（１）に対して相対的に波群（６）の空間的存在分布を表示する第１画面（１２−１）と、波群（６）の要素（６−ｊ）に対応する危険度（Ｎｊ）を表示する第２画面（１２−１）とから構成されている。操船者は、経験的知識を活用しながらより速く適正針路を選択することができる。複雑な計算の結果が画面に表示され、操船者は画面を見て自然に安全な進路を知ることができる。危険度（Ｎｊ）は転覆に関する危険度であり、キャプテン又はパイロットにとって重要な表示データである。
【０００８】
第１画面（１２−１）が第２画面（１２−１）に同一であることは好ましい。又は、画面選択が好ましい。第１画面（１２−１）は、波群（６）の要素（６−ｊ）の速度ベクトル（３１−ｊ）を表示する。接近遭遇までの時間を容易に知ることができる。速度ベクトル（３１−ｊ）は要素（６−ｊ）に位置対応して表示されることは重要である。
【０００９】
第２画面（１２−１）は、危険度（Ｎｊ）を数字で表示する表示領域（２９）を有することが更に重要である。波に対する危険度と相手船舶の接近度合いとの兼ね合いで、操船が行われ得る。第２画面（１２−１）は、要素（６−ｊ）に位置対応させて危険度（Ｎｊ）を色で表示することは好ましい。自己船体（１）の針路（αｊ）を表示する第３画面（１２−２）の存在は有効である。第３画面（１２−２）は、第１画面（１２−１）に同一であり得る。
【００１０】
第３画面（１２−２）は船体位置を原点とする座標系を有し、自己船体（３４）の船体方向は常態的に固定方向に表示され、船体の仮想的針路は、船体方向に対して図形（３３）で表示される。人の普通の３次元的視覚に対応する視覚的表現は、有効である。その座標系は極座標系であり図形は直線であることは、視覚的に有効である。
【００１１】
第１画面（１２−１）と第３画面（１２−２）とは互いに異なり、第１画面（１２−１）と第３画面（１２−２）とには、第１画面（１２−１）と第３画面（１２−２）とを選択するボタン領域（２７，２８）をそれぞれに有することは、情報の書き込み量の増大の点で有効である。
【００１２】
本発明による針路評価装置は、船体（１）の周囲の波群（６）の空間的存在分布を検出する分布検出センサ（３）と、分布検出センサ（３）が出力する電気信号に基づいて波群（６）の空間的分布を計算し、波群（６）の要素（６−ｊ）の波高を計算する波状態計算器（２３）と、船体（１）の運動を検出する運動検出センサ（４）と、船体（１）と要素（６−ｊ）との相互作用に基づいて船体（１）の傾度を計算する傾度計算器（１３）と、要素（６−ｊ）に対応する船体（１）の傾度に対応する危険度（Ｎ）を評価する評価器（１１）と、危険度（Ｎ）を表示する表示画面（１２）とから構成されている。複雑な計算と直観的理解の画面が融合し、操船の容易化が可能である。
【００１３】
危険度（Ｎ）は、傾度（θｊ）と船体（１）に固有である傾度（θ’）との関係に基づいて第２画面（１２−１）に段階的に表示される。
【００１４】
本発明による針路決定方法は、自己船体（１）に対して相対的に波群（６）の空間的存在分布を表示するステップと、波群（６）の要素（６−ｊ）に対応する危険度（Ｎ）を表示するステップとから構成されている。リアルタイムに操船を容易化する。波群（６）の要素（６−ｊ）に対応する針路（αｊ）を表示するステップの追加は、操船の容易化のために特に重要である。針路（αｊ）は、取舵と速度とが数字により表示され、熟練操船者に特に有効である。数字を操舵装置に自動的に入力するステップの追加により、自動操船が可能になる。その場合、ハイブリッド化されることが重要である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による針路表示端末の実施の形態は、船体周域物理状況検知センサが、船体に配置されている。船体周域物理状況検知センサは、図１に示されるように、船体１の頂部２に取り付けられている波頭検知センサ３と、ログとジャイロコンパスとから形成される船体運動センサ４と、風向風速センサ５とから構成されている。
【００１６】
波頭検知センサ３としては、光学的カメラが好適に例示される。光学的カメラは時系列的に実質的にリアルタイムで、船体周囲の海面情報を撮影することができ、その撮像面を形成するＣＣＤは海面情報画像を電気的信号として出力する。波頭検知センサ３は、回転して、船体の周囲の海面情報を集めることができる。波６は、白波といわれる波頭部分７を有している。波頭部分７は、本体部分８よりも白く、本体部分８の反射強度よりその反射光強度がより強い。
【００１７】
図２は、船体１に搭載されている針路算出器９を示している。針路算出器９は、針路状態値計算器１１と、針路表示器１２とから構成されている。針路状態値計算器１１は、予測船体傾度計算器１３と予測危険度計算器１４とから形成されている。
【００１８】
予測船体傾度計算器１３には、船体運動データ１５と白波データ１６と評価対象針路１７とが入力される。評価対象針路１７は、オペレータにより入力用機器を介して予測船体傾度計算器１３に入力される。船体運動センサ４により検出される船体運動データ１５は、船速ベクトル１９と、風向風速２１と、ロールとピッチから構成される動揺２２とから形成されている。船体運動センサ４のジャイロコンパスは動揺を計測し、船体運動センサ４のログは船速を計測し、船体運動センサ４のジャイロコンパスとログは針路を計測する。
【００１９】
波頭検知センサ３により出力される電気信号は、画像処理装置２３に入力される。画像処理装置２３は、波高と、波の進行方向と、波の進行速度と、波の空間分布とから形成される白波データ１６を出力する。予測船体傾度計算器１３には、このような白波データ１６が入力される。予測船体傾度計算器１３は、船体運動データ１５と白波データ１６とに基づいて、波６に相対的に出会っている時間帯ｔ（＝ｔ１〜ｔ２）の船体の動揺を計算し、特に、船体傾度θ（ｔ）２４を計算し、最大傾度θｍａｘを計算する。最大傾度θｍａｘは、複数の波の空間分布θｍａｘ（αｊ，ｒｊ）として計算される。ここでαｊは、ｊ番目の波に船体１が向かう針路（船体の長軸線と、波と船体とを結ぶ線との間の角度）であり、ｒｊはｊ番目の波と船体１との間の距離である。波は、進行方向に直交する直交方向に長く延びる水の盛り上がりの集団的周期的分布（時間的空間的分布）であり、概ねの中央領域を持ち、その中央領域に対して横方向（直交方向）に長く分布する長楕円的塊であり、船体の中心点を原点とする極座標系で分布関数として記述され得る。
【００２０】
予測危険度計算器１４に、船体傾度θ（ｔ）２４と復元力曲線２５とが入力される。復元力曲線２５は、船体１に関する運動方程式で表される復元力に基づいて計算されるロール、ピッチの運動であり、特に、重心を通る船体中心線（その方向は針路方向に一致）のまわりの船体固有動揺傾度θ’（ｔ）である。船体固有動揺傾度θ’（ｔ）２５は、船型、排水量（積荷に対応して可変）、バラスト状態、船体傾斜角度、復元性能（例示：重心位置、浮力中心、メタセンタのような定数パラメータ）を含む動揺運動方程式に基づいて既に計算済み（設計段階で計算されている）の固有的関数である。
【００２１】
針路状態値計算器１１は、船体固有動揺傾度θ’（ｔ）２５と船体傾度θ（ｔ）２４を比較する。船体固有動揺傾度θ’（ｔ）２５のうちで危険傾度（転覆必然傾度又は復原不可能傾度）がθ”（ｔ）で表され、次の危険度Ｄが設定される。
Ｄ＝θ”（ｔ）−θ（ｔ）
ここで、鉛直面から左右に船体が傾く角度はともに正で表される。θ”は必ずしも定数であるとは限らず、θ”は関数形として必然転覆関数が存在するが、概ね、定数として扱われ得る。θ（ｔ）は、最大傾度θｍａｘとして扱われ得る。
【００２２】
Ｄが負であれば、船体１は必然的に転覆する。角度領域Ｄが、段階的に分割される。
危険度０＝０＜Ｄ＜Ｄ１
危険度１＝Ｄ１＜Ｄ＜Ｄ２
危険度２＝Ｄ２＜Ｄ＜Ｄ３
・・・
危険度Ｎ＝ＤＮ＜Ｄ＜ＤＮ＋１
【００２３】
危険度Ｎは、波番号ｊについて個別的に算出される。個々の波に対応する危険度は、Ｎｊで表される。針路算出器９は、危険度Ｎｊと針路方向αｊと距離ｒｊの３つの関係である針路情報２６を出力する。針路情報２６は、針路表示器１２に出力される。
【００２４】
図３は、針路表示器１２を示している。針路表示器１２は、波（波頭、白波）の波高Ｈｊの分布を示している。波高Ｈｊの分布は、波の空間的存在分布に概ね一致して対応する。波高Ｈｊは、リアルタイムに関数形態Ｈ（αｊ，ｒｊ）として表示される。波６として、波６−１〜６−１５の１５個の波が現時刻で示されている。針路表示器１２の画面の右下隅に、危険度表示画面選択クリックボタン領域２７と、安全針路表示画面選択クリックボタン２８とが設定されている。危険度表示画面１２−１と安全針路表示画面１２−２（図４参照）は、共通画像を共有している。両画面は、危険度表示領域２９を共有している。各表示波６−ｊについて、その進行方向（船体１に対する相対的方向）が進行方向表示矢印３１−ｊにより表示されている。進行方向表示矢印３１−ｊの表示は、船体位置を原点とする座標系でベクトルとして表示され、そのベクトル表示の矢印はそれぞれに表示波に位置対応している。
【００２５】
操船者（キャプテン、パイロット、又は、一般船内従業者）は、危険度表示画面選択クリックボタン領域２７を既に押している。その操船者は、表示波６−９の領域をカーソル３２でクリックする。表示波６−９の波高Ｈｊは大きいが、その進行方向は針路αｊに対して概ね一致し、波の分布の横方向に対して概ね直交している。表示波６−９の危険度Ｎｊは、比較的に小さく、危険度表示領域２９に数字”３”が表示されている。表示波６−１０は、その波高は小さいが、横方向拡がりは小さく危険である。表示波６−１０の領域をカーソル３２で押せば、恐らく、その危険度は７が表示されるであろう。既に通り過ぎている表示波６−１の危険度の表示は、有効である（小さい船では、引き返すことがあり得る）。
【００２６】
図４は、安全針路表示画面を示している。その安全針路表示画面は、安全針路表示画面選択クリックボタン２８が押されることにより選択的に表示され、船体１が進むべき最善の針路αｊを表示している。最善針路を示すαｊ（ｊ＝９）に対応する予想船体角度状態形３３が表示されている。現在船体角度状態３４の表示色は、予想船体角度状態形３３の表示色と異なっている。
【００２７】
カーソル３２によるクリックによらず、全ての波６−１〜１５について、位置対応で危険度の数を表示し、又は、波６−１〜１５の全てについて段階表示色で塗りつぶすことは可能である。設定針路表示欄３５が、画面の左下隅に配置されている。設定針路表示欄３５は、波６−１〜１５に向かうための適正操船値を表示する。適正操船値は、取舵（例示：３０゜）と速度（例示：１０ノット）とから構成されている。それぞれの波について、波高と到達時間と方位を数字で表示することは好ましい。波高と到達時間と方位との表示は、熟練船長又は熟練パイロットにとっては極めて有効である。
【００２８】
針路αｊが選択された場合、計算済みの速度、方向に従って自動操舵（自動操船）がコンピュータ制御により実行されることは好ましい。この場合、操船者のアクチェータ制御とコンピュータのアクチュエータ制御とはハイブリッド化され、操船者優先とコンピュータ優先は選択的であることが好ましい。メカ的制御（例示：繰舵制御）を含む制御は、操船者優先が好ましい。評価対象針路１７の選択は、画面上で波６−ｊをカーソルクリックすることにより可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明による進路表示端末、針路評価装置、及び、針路決定方法は、操船を容易化し且つ安全化する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による針路表示端末の実施の形態を示す斜軸投影図である。
【図２】図２は、本発明による針路表示端末の実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図３】図３は、本発明による針路表示端末の実施の形態の画面を示す正面図である。
【図４】図４は、本発明による針路表示端末の実施の形態の他の画面を示す正面図である。
【符号の説明】
１…船体（自己船体）
３…分布検出センサ
４…運動検出センサ
６…波群
６−ｊ…要素
１２−１…第１画面（第２画面）
１２−２…第３画面
１１…評価器
１２…表示画面
１３…傾度計算器
２３…波状態計算器
２７，２８…ボタン領域
２９…表示領域
３１−ｊ…速度ベクトル
３３…図形
３４…自己船体
【図１】
2004034805.tif 000003
【図２】
2004034805.tif 000004
【図３】
2004034805.tif 000005
【図４】
2004034805.tif 000006