(57)【要約】【課題】よりリアルな臨場感及び操船感を得ることができ、しかも、低コストな操船シミュレータシステムを提供することにある。【解決手段】操船の訓練をするための操船シミュレータシステムであって、該操船シミュレータシステムを実船の船橋に装備すると共に、該実船の操舵機、エンジンテレグラフ、スラスタダイアル等の操船用機器やレーダ装置や電子海図や計器類等の監視用機器の少なくとも一部を、該操船シミュレータシステムの操作用機器として組み込んで構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操船の訓練をするための操船シミュレータシステムであって、該操船シミュレータシステムを実船の船橋に装備すると共に、該実船の操船用機器又は監視用機器の少なくとも一部を、該操船シミュレータシステムの操作用機器に組み込んで構成したことを特徴とする操船シミュレータシステム。
【請求項２】
前記実船の操船用機器である、操舵機、エンジンテレグラフ、スラスタダイアルの少なくとも一つを該操船シミュレータシステムの操作用機器として組み込んで構成したことを特徴とする請求項１記載の操船シミュレータシステム。
【請求項３】
前記実船の操船の監視用機器である、レーダ装置、電子海図、舵角計、風向／風速計、船速計、ジャイロ、回転計、旋回角速度計、スラスタ出力計の少なくとも一つを該操船シミュレータシステムの監視用機器として組み込んで構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の操船シミュレータシステム。
【請求項４】
模擬景観画像を映す画面を実船の船橋に格納可能に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の操船シミュレータシステム。
【請求項５】
前記実船の操船情報を、前記操船シミュレータシステム内に取り込んで、操船シミュレーション用のパラメータの設定又は操船シミュレーション結果の評価に利用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の操船シミュレータシステム。
【請求項６】
前記実船が、実船操作用の船橋と航海訓練の実習用の船橋を有する船舶であり、該操船シミュレータシステムの装備場所が、前記実習用の船橋であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の操船シミュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実船の操船シミュレータシステムに関するものであり、より詳細には、よりリアルな臨場感及び操船感を得ることができ、しかも、低コストの操船シミュレータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の操船シミュレータシステムは、陸上において実船に近い操船環境を作り出すために、シミュレータ室を設けて、その室内に、模擬船橋を設けると共に、実機相当の操舵や主機の操作を行う操舵機とエンジンテレグラフ等の操船用機器や、レーダ装置  及び、各種指示計器類等の監視用機器を備えると共に、この模擬船橋の窓に相当する部分に、操船に従って変化する景色を投影し、この投影された景色や、レーダ画像や、方位角、主軸回転計、翼角計、舵角計、風速計、船速計等の指示計器類を見ながら、操船の訓練を行っている。
【０００３】
そして、臨場感を与えるために、模擬船橋の窓の景色に工夫がなされ、模擬船橋を景色模型のカラーホログラムフィルムと、このカラーホログラムフィルムを照射するためのレーザービーム発生装置と、これらの移動装置を備えて、訓練者が模擬船橋内で随時位置を変えても常にその位置からの３次元立体像として外部視界を観察でき、レーダでは不可能な近接距離でも視覚による距離感を体得できるように構成する操船シミュレータ装置も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、模擬船橋を動揺させる動揺装置を備えて、波データに基づいてＣＧ映像上の海面のうねりや波に同期させて模擬船橋を動揺させることにより、波の影響により船体が動揺する感覚を操船訓練者に体感させることができるように構成されている操船訓練用シミュレータも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭５６−１３２３７６号公報  （第２頁）
【特許文献２】
特公平６−３０１３２９号公報  （第２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の操船シミュレータは、実船を模擬した模擬船橋に、実機を模擬した操船用機器や監視用機器を配置して、陸上用設備として構築するため、実船上における臨場感、操船感においては、どうしても実船との差異が生じてしまうという問題がある。
【０００７】
また、航海訓練船等においても、船内に操船シミュレータを設置する場合においても、シミュレータ室を設け、その室内に模擬船橋を設けているのが実情であるため、臨場感に欠けるという問題がある。
【０００８】
一方、最近の航海訓練船においては、船橋を２階建てにし、上階の実船操作用の船橋においては、正規の乗組員が船を操縦し、下階の実習用の船橋においては、教官監視及び上階の操作優先のもとで訓練生に操船させ、航海訓練を行うことが考えられている。この上階の船橋と下階の船橋には同一の操船用機器や監視用機器等が備えられており、上方船橋において、操船系統を切り替えることにより、上階の船橋による実船の操船と下階の船橋による実船の操船とを切り替えることができるように構成される。
【０００９】
このような航海訓練船において、操船シミュレータを実海域訓練の前後に利用（予習、復習）することにより、実習効果の向上が期待できる。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、操船シミュレータシステムを実船の船橋に装備し、更に、実機の操船用機器や監視用機器等をそのまま操船シミュレータシステムの操作用機器と監視用機器等として利用することで、よりリアルな臨場感及び操船感を得ることができ、しかも、低コストな操船シミュレータシステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の操船シミュレータシステムは、次のように構成される。
【００１２】
操船の訓練をするための操船シミュレータシステムであって、該操船シミュレータシステムを実船の船橋に装備すると共に、該実船の操船用機器又は監視用機器の少なくとも一部を、該操船シミュレータシステムの操作用機器に組み込んで構成される。
【００１３】
この場合に、実機の操船用機器等からの信号は、実船の操船用として、実際の操舵機器やエンジンに送信される場合と、訓練用の操作シミュレータシステムの操作部としての操作用機器等として操船シミュレータシステムのコンピュータに送信される場合とに、切り替えられるように構成される。
【００１４】
この構成によれば、操船シミュレータシステムを実船の船橋に装備することにより、臨場感を著しく高めることができ、実船との微妙な差異を解消できる。また、操船シミュレータシステムの操船用機器類として実船の操船用機器類を利用することにより、模擬の操船用機器類が不要になる上、より実船に則した操船シミュレーションが可能となる。
【００１５】
更に、操船シミュレータシステムを実船の船橋に装備するので、別途シミュレータ室を設ける場合に比べて、船内スペースを有効利用でき、かつ、製造コストの削減を図ることができる。
【００１６】
そして、上記の操船シミュレータシステムにおいて、前記実船の操船用機器である、操舵機、エンジンテレグラフ、スラスタダイアルの少なくとも一つを該操船シミュレータシステムの操作用機器として組み込んで構成する。
【００１７】
この構成によれば、高価な操船用機器を実船のもので代用するので、操船シミュレータシステムとしての製造コストが少なくなり、また、場所も取らない。
【００１８】
また、上記の操船シミュレータシステムにおいて、前記実船の操船の監視用機器である、レーダ装置、電子海図、舵角計、風向／風速計、船速計、ジャイロ、回転計、旋回角速度計、スラスタ出力計の少なくとも一つを該操船シミュレータシステムの監視用機器として組み込んで構成する。この構成により、操船シミュレータシステムのための監視用機器を新たに設ける必要がなくなる。
【００１９】
更に、上記の操船シミュレータシステムにおいて、模擬景観画像を映す画面を実船の船橋に格納可能に設けて構成する。この構成により、船橋を操船シミュレータシステムの一部として使用した後は、画面を格納できるので、実船の操作には邪魔にならないようにすることができる。
【００２０】
なお、この画面としては、投影機（プロジェクタ）によって投影される模擬景観画像を映すスクリーンで形成してもよいが、この画面を移動などによる格納可能な、即ち、固定式ではない、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等で形成してもよい。
【００２１】
更に、前記実船の操船情報を、前記操船シミュレータシステム内に取り込んで、操船シミュレーション用のパラメータの設定又は操船シミュレーション結果の評価に利用するように構成する。この構成によれば、実船の機器類を操船シミュレータシステムの機器類として使用するための信号ラインを、実船の操船情報を得るための信号ラインとしても使用することができるので、非常に簡単に実船の操船情報を操船シミュレータシステムのコンピュータに取り入れることができ、また、操船シミュレーションの基礎データとしても使用できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明に係る操船シミュレータシステムの実施の形態について説明する。
【００２３】
図１〜図４に示すように、本発明に係る実施の形態の操船シミュレータシステム１は、実機操船装置１０、シミュレータ制御装置２０、模擬音響発生装置３０、模擬視界表示装置４０、教官操作用装置５０、環境切替用装置６０等を有して構成される。
【００２４】
この実機操船装置１０は、図２に示すように、実船の操船用に備えられた機器類であり、操船用機器と監視用機器とがあり、操船用機器には、操舵スタンド１１、エンジンテレグラフ１２、スラスタダイアル１３等があり、監視用機器には、レーダーＡＰＲＡ指示器１４、及び、舵角計１５、風向／風速計１６、船速計１７、ジャイロ（方位）１８、回転計１９、電子海図、旋回角速度計、スラスタ出力計等のメータ類等がある。
【００２５】
本発明では、実機操船装置１０のこれらの機器類は、実船を操船するために使用する場合と、操船シミュレータシステム用として使用する場合とで、切り替えられるように構成され、この実船用の操船用機器と監視用機器類を、操船シミュレータシステム１の操船用機器と監視用機器類として使用する。
【００２６】
この操船用機器では、操舵スタンド１１の舵輪操作により、船の進行方向の変更を、エンジンテレグラフ１２により、前後進の変更及び主機の回転数の変更を、また、スラスタダイアル１３により、バウスラスタ等の推力の変更をそれぞれ行うことができ、操船シミュレータシステム１の入力装置の機能を果たす。
【００２７】
また、シミュレータ制御装置２０は、図２に示すように、実機操船装置の各種信号の入出力を司るＩ／Ｏ用コンピュータ（入出力装置）２１と、このＩ／Ｏ用コンピュータ２１らの各種信号を入力して、これらの制御情報を基に船体の運動を計算し、制御結果を出力するホストコンピュータ２２と、この制御結果に基づいて、模擬レーダ映像を発生する模擬レーダ映像信号発生部２３等を有している。この模擬レーダ映像発生部２３からの信号を受けてレーダＡＲＰＡ指示器（自動レーダプロッティング装置）１４は、模擬レーダ映像を発生する。
【００２８】
また、図示していないが、ホストコンピュータ２２には、模擬視界を発生する模擬視界信号発生部や模擬音響信号発生部もあり、この模擬視界信号や模擬音響信号を、図１及び図３に示す模擬視界表示装置３０や模擬音響発生装置４０に出力する。
【００２９】
模擬視界表示装置３０は、画像用コンピュータ（画像ＰＣ）３１と船橋に設けた投影機３２ａ，３２ｂ，３２ｃとスクリーン３３ａ，３３ｂ，３３ｃとからなる映像装置であり、３組の映像装置により、図５〜図７に示すように、３枚のスクリーン（画面）３３ａ，３３ｂ，３３ｃに対して、投影機３２ａ，３２ｂ，３２ｃから、模擬景観を映して、水平方向１２０°の視野を確保し、船橋から見える景観を模擬して映し出す。
【００３０】
このスクリーン３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、船橋の窓の前の天井に格納可能に設けられ、必要な時に、天井から下がるように設けられる。そして、視界を広く確保するために、正面スクリーン３３ａと左右の側面スクリーン３３ｂ，３３ｃを設け、両者の角度を４５°、外側が手前になるように傾斜させて設ける。
【００３１】
また、固定式の代りに、スクリーン３３ａ，３３ｂ，３３ｃを、移動式スクリーンで形成し、必要な時に運び出し、不要時は格納するようにしてもよい。
【００３２】
更に、スクリーン３３ａ，３３ｂ，３３ｃと投影機３２ａ，３２ｂ，３２ｃの代りに３台のプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）を設けてもよい。
【００３３】
この模擬視界表示装置３０は、通常は、水平視野角を１２０°とし、通常左舷６０°〜右舷６０°の視野をスイッチ操作により、左舷２０°〜右舷１００°に、左舷１００°〜右舷２０°に、あるいは、後方に切り替える機能も有している。
【００３４】
この模擬視界表示装置３０の映像により、有視界による操船を行うことができる。また、スクリーン３３ａ，３３ｂ，３３ｃと投影機３２ａ，３２ｂ，３２ｃやプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等の視界再現装置を移動させ、環境切替用装置６０の視野切替えにより、視野角の変更を行うことができる。例えば、視界再現装置の端面を左舷（ポートサイド）方面１２０°（左舷１００°〜右舷２０°）に配置することにより、視界再現装置に映し出された桟橋を用いて、バウスラスタ等を駆使して離岸及び着岸を行う離着桟操船訓練もできる。
【００３５】
模擬音響発生装置４０は、アンプ４１とスピーカ４２とからなり、ホストコンピュータ２２の模擬音響信号発生部（図示しない）で作成された音響用信号により、模擬のエンジン音、風、霧笛等を発生する。
【００３６】
教官操作用装置５０では、教官が教官用コンソール５１をＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ：ブラウン管タイプのディスプレイ装置）５２を見ながら、シミュレータの条件設定、及び、他船の操作を行う部分であり、訓練の開始と終了、監視、評価をＣＲＴ５２上で行うことができる。また、モードを切り替えることにより、教官が講習、授業に従ったシナリオを作成することができ、画像モニタやレーダモニタにより、各自船のレーダ映像や視界再現装置の映像も監視することができる。
【００３７】
環境切替用装置６０は、操作用表示・入力装置として液晶表示装置をタッチパネルにより構成した操作パネルを備え、シミュレーションの一時停止設定／解除、自船のホーン吹鳴、揚・投錨指令、視野切替え操作、双眼鏡モード操作等ができる。
【００３８】
そして、これらの各装置のハードウェアとして、それぞれ専用のコンピュータが設けられ、各コンピュータ間のデータ通信は基本的にはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を介して行われるように構成される。
【００３９】
また、ソフトウェアがハードウェアに対して構成され、操船シミュレータの機種によりソフトウェア構成も多少異なるが、管理ソフト（メインソフト）、運動計算ソフト、Ｉ／Ｏ（入出力）インターフェイスソフト、画像生成ソフト、音声生成ソフト、教官卓ソフト等からなる。
【００４０】
操船シミュレータ１のホストコンピュータ２２におけるシステムをソフト面から見ると、大きく分けて、入力・初期設定部、計算実行部、及び、解析・出力部の三つの部分から構成される。
【００４１】
この入力・初期設定部では、データの入力を行うと共に、必要に応じて、船体主要目などの基本的な入力データを基に、船体抵抗、自航要素、プロペラ単独特性。船体流体力微係数、舵力係数等の計算実行に必要なデータを推定し作成する。また、シミュレーション計算の初期値は、この部分で設定される。
【００４２】
また、計算実行部では、先ず入力に基づいて操舵・主機操作の指令が与えられ、船の時々刻々の運動に応じた船に働く流体力及び外力が、計算モデルに基づいて計算される。更に、これら船に働く力を運動方程式に入れ、一般的な数値積分法を用いて、運動方程式を解いていく。つまり、主船体に作用する流体力、舵力、プロペラ推力、波力、風圧力、スラスタ力等を考慮した、船体運動を表す多次元の連立微分方程式を解く。
【００４３】
そして、解析・出力部では、この結果から、各操船パターン専用の解析ルーチンを用いて、船体の速度や姿勢等を算出し、シミュレーション計算結果の後処理を行い、計算結果、解析結果の出力を、模擬レーダ映像、模擬視界、模擬音響等により行う。
【００４４】
模擬視界用の画像生成は、ＣＧＩ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｉｍａｇｅ）  方式を採用し、単に景観画像表示のみならず、船首方位角、舵角のグラフィックス表示やシナリオの進行に応じたテロップ等の表示も行う。つまり、訓練者に対する操船情報提供の機能も合わせ持っている。更に、実写映像を利用したテキスチャマッピングやフォグ機能を使用したり、船体動揺（ヒーブ、ピッチ、ロール）に応じて画面を揺らす等して操船者に対してより高い現実感や臨場感を与える工夫がなされている。
【００４５】
そして、実船の機器類を操船シミュレータシステムの機器類として使用するための信号ラインを、実船の操船情報を得るための信号ラインとしても使用し、更に、実船の自船位置、方位、船速、他船位置等の操船情報を、適宜選択して、操船シミュレータシステムのホストコンピュータ２２のデータ保管場所に記憶できるように構成する。
【００４６】
この保管したデータを、操船シミュレーション用のパラメータの設定のための基礎データとして使用したり、更に、これらの実船の操船情報をシミュレータ上に再現し、操船シミュレーションの結果と比較することができるように構成する。
【００４７】
この構成の操船シミュレータシステム１によれば、実船の船橋に装備されると共に、実船の操船用機器の少なくとも一部を、操船シミュレータシステム１の操作用機器として組み込み、更に、実船の監視用機器の少なくとも一部も、操船シミュレータシステム１の監視用機器として組み込んで利用するように構成されている。
【００４８】
従って、臨場感を著しく高めることができ、実船との微妙な差異を解消でき、模擬の操船用及び監視用の機器類が不要になる上、より実船に則した操船シミュレーションが可能となる。
【００４９】
また、操船シミュレータシステム１を実船の船橋に装備するので、別途シミュレータ室を設ける場合に比べて、船内スペースを有効利用でき、かつ、製造コストの削減を図ることができる。
【００５０】
特に、この操船シミュレータシステム１を、船橋を２階建てにし、上階の実船操作用の船橋においては、正規の乗組員が船を操縦し、下階の実習用の船橋においては、教官監視及び上階の操作優先のもとで訓練生に操船させ、航海訓練を行うような実船に設けると、より大きな効果を奏することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る操船シミュレータシステムによれば、次のような効果を奏することができる。
【００５２】
操船シミュレータシステムを実船の船橋に装備し、実機の操舵機、エンジンテレグラフ等の操船用機器や装置レーダや計器類等の監視用機器等をそのまま操船シミュレータシステムの操作用機器と監視用機器等として組み込んで、実機の操船コンソールをそのままシミュレータシステムの操作部として利用することにより、よりリアルな臨場感、操船感を得ることができる。また、別途シミュレータ室を設ける場合に比べ、貴重な船内スペースが有効に利用でき、かつ、操船シミュレータシステムのコストの削減を図ることができる。
【００５３】
更に、実船の操船情報（自船位置、方位、船速、他船位置等）を船内ＬＡＮから収集し、この実船の操船情報をシミュレータ上に再現することにより、模範的な操船方法の提示、ブリーフィング、あるいは、操船者の能力評価などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の操船シミュレータシステムの構成図である。
【図２】実機操船装置とシミュレータ制御装置の構成図である。
【図３】模擬視界表示装置と模擬音響発生装置とシミュレータ制御装置の構成図である。
【図４】教官操作用装置と環境切替装置とシミュレータ制御装置の構成図である。
【図５】スクリーンと投影機を示す平面図である。
【図６】スクリーンと投影機を示す正面図である。
【図７】スクリーンと投影機を示す側面図である。
【符号の説明】
１  操船シミュレータシステム
１０  実機操船装置
１１  操舵スタンド
１２  エンジンテレグラフ
１３  スラスタダイアル
１４  レーダーＡＰＲＡ指示器
２０  シミュレータ制御装置
３０  模擬音響発生装置
４０  模擬視界表示装置
５０  教官操作用装置
６０  環境切替用装置
【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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