(57)【要約】【目的】自船舶周囲の障害物に関して、その方向及び危険度を、船員にとって直感的にわかりやすく知らせる警報装置を実現する。その際、船員は船室内を自由に移動することを可能にする。【構成】レーダ探知機などを用いて障害物の検知を行い、該障害物の緯度および経度を取得し、さらに自船からみた相対速度を計算する危険位置検出手段１０１及び、相対角度検知手段１０２からなる障害物検知手段により障害物を数値化し、これら手段からの出力を元に危険係数算出手段１０３にて危険係数ｋを算出し、次に、危険係数ｋと閾値ｎの比較を行い、ｋがｎよりも大きければ危険方向通知手段内の音場生成手段を経て４つ以上のスピーカを使った音響出力手段により、立体音を出力するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶に搭載された４つ以上のスピーカによって所定の方向に音像を定位させる船舶用障害物警報装置であって、
船員の注意を促すべき注意対象の存在方向を検知する危険位置検知手段と、
自船の進行方向と前記注意対象との角度を検出する相対角度検知手段と、
前記注意対象の方向および自船からの距離と前記相対角度検知手段により危険度を検出する危険係数計算手段と、
船室における船員の存在位置を認知するための船員位置検知手段と、
前記危険位置検知手段と前記危険係数計算手段と前記船員位置検知手段を元に４つ以上のスピーカに音響信号を送出し方向と危険度を認知できるよう音像を定位させる危険方向通知手段と、
を備える船舶用障害物警報装置。
【請求項２】
前記危険係数計算手段は、前記危険位置検知手段の検知結果と、前記相対角度検知手段の検知結果と、自船の進行方向ならびに速度をもとに、衝突する可能性のある時刻を予測し、現時刻との差を計算することによって、危険の度合いを算出することを特徴とする、請求項１に記載の船舶用障害物警報装置。
【請求項３】
前記船員位置検知手段は、船員の持っている音響発生装置が発生する音響信号を、船室に設置した少なくとも３個以上のマイクロフォンにより検出し、それぞれのマイクロフォンが検出した位相と強度から船員のマイクロフォンからの距離を計算し、船室における船員の位置を算出することを特徴とする、請求項１に記載の船舶用障害物警報装置。
【請求項４】
前記船員位置検知手段は、船室内天井に設けられた撮影カメラによって船室内の画像を取得し、該画像から画像認識装置により、危険監視要員である特徴をもった帽子を装着した船員を識別し、船室における船員の位置を得ることを特徴とする、請求項１に記載の船舶用障害物警報装置。
【請求項５】
前記危険方向通知手段は、前記危険係数計算手段によって得られた危険係数により、音響パターンを変化させ、あるいは、前記危険位置検知手段によって得られた危険位置を、前記船員位置検知手段によって得られた船員の位置で知覚できるよう音像を定位させるよう、音響制御信号を音響装置に出力することを特徴とする、請求項１に記載の船舶用障害物警報装置。
【請求項６】
前記危険方向通知手段は、船室内の少なくとも４カ所以上に発光素子を設置し、前記危険係数計算手段によって得られた危険係数により発光素子の発光パターンを変化させ、あるいは、前記危険位置検知手段によって得られた危険方向に対応する発光素子を発光させることを特徴とする、請求項１に記載の船舶用障害物警報装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は障害物警告装置であって、特に船舶の周囲における、レーダ監視できる程度の範囲内に衝突する可能性がある障害物が存在するときに、当該危険方向も含めて、船員に警告を発する障害物警告装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶において陸地や他の船舶など、周囲の所定の範囲に衝突する可能性のある障害物が存在する場合に、該障害物の存在を警告する障害物警告装置として、船舶用レーダ装置がよく使われている。
【０００３】
レーダ装置を使用することにより、航行中並びに停泊中に自船に接近する他の移動船舶の観測、あるいは陸地等の固定的な物標からの反射電波をもとに航路を観測し、また、自船の停泊位置から潮流等の影響によって離脱したか否かの監視等を行うことができる。従って、自船の位置と自船に近づく他の船舶の移動状況を把握して衝突等の危険の有無を判断し、適切な回避行動を取ることにより航行の安全を図ることができる。 
【０００４】
従来、船舶の衝突を予防するための支援装置やレーダ装置に関する技術としては、第１に、レーダ装置で観測した物標のエコー信号を用い赤外線カメラにより衝突の可能性がある障害物の映像を捕捉する技術（特開昭６２−２４７９８８号公報）、第２に、レーダ空中線で得られた情報に該情報の信頼度係数を演算して衝突警戒範囲等を表示する技術（特開昭６２−１１９４８７号公報）、第３に、陸上の固定局レーダ装置により逐次入力される各物標の将来の予測位置を逐次算出して物標を追尾し、衝突のおそれのある物標についてはその大きさを変数として加味した警報判定値を用いて警報判定を行う技術（特開平８−２３５５００号公報）等が知られている。
【０００５】
また、第４に、自動車等の車両において、車両周辺の障害物を、その方向を認知できるように運転手に知らせる技術（特開１９９１−２４４６２３号公報）等が知られている。
【特許文献１】特開昭６２−２４７９８８号公報
【特許文献２】特開昭６２−１１９４８７号公報
【特許文献３】特開平８−２３５５００号公報
【特許文献４】特開１９９１−２４４６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、船舶に従事する船員を確保することが困難になっており、また、操船コストや経費削減等のために船舶の省力化やワンマン・ブリッジ化が進んでいる。このため、従来は、船舶に搭載された航法機器を取り扱う専門の航海士や通信士等を含む多数の乗組員により航行していた船舶においても、現在では、操舵から航法機器の取り扱いまで、限られた人数の船員で、しかも専門技能を持たない乗組員を含んで航行を遂行しなければならなくなっている。
【０００７】
このような背景のもと、安全航行のための障害物警告装置としては、船員にとって障害物の存在の有無がわかりやすく、また、装置が警告を発生した後に迅速に障害物を確認できるような、インターフェイスの優れたものが求められている。障害物を素早く船員が確認できることが、船舶の安全航行上極めて有益であるからである。
【０００８】
しかしながら、現在の船舶レーダ装置は、衝突予防装置（ＡＲＰＡ）を搭載し、船員が経験に基づいてその警告を素早く読み取り、障害物の方向をレーダ画面から理解し、確認作業に入ることを前提としており、安全監視に従事する全ての船員がこれらを充分にこなすことができるとは限らないのが現状である。
【０００９】
また、自動車などの運転手とは異なり、船員は船室内を自由に歩き回るため、立体音などによって危険方向を通知しようとしても、その音場を一意的に定めることも困難である。
【００１０】
このような事を鑑み、本発明では、レーダ監視装置が発する障害物の方向や危険度を、船員が船室内のどこにいても、わかりやすいように的確に伝える事を可能にする事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、船舶に搭載された４つ以上のスピーカによって所定の方向に音像を定位させる船舶用障害物警報装置であって、船員の注意を促すべき注意対象の存在方向を検知する危険位置検知手段と、自船の進行方向と前記注意対象との角度を検出する相対角度検知手段と、前記注意対象の方向および自船からの距離と前記相対角度検知手段により危険度を検出する危険係数計算手段と、船室における船員の存在位置を認知する船員位置検知手段と、前記危険位置検知手段と前記危険係数計算手段と前記船員位置検知手段を元に４つ以上のスピーカに音響信号を送出し方向と危険度を認知できるよう音像を定位させる危険方向通知手段とを備える船舶用障害物警報装置である。
【００１２】
また、前記危険係数計算手段は、前記危険位置検知手段の検知結果と、前記相対角度検知手段の検知結果と、自船の進行方向ならびに速度をもとに、衝突する可能性のある時刻を予測し、現時刻との差を計算することによって、危険の度合いを算出することを特徴とする船舶用障害物警報装置である。
【００１３】
また、前記船員位置検知手段は、船員の持っている音響発生装置が発生する音響信号を、船室に設置した少なくとも３個以上のマイクロフォンにより検出し、それぞれのマイクロフォンが検出した位相と強度から船員のマイクロフォンからの距離を計算し、船室における船員の位置を計算することを特徴とする船舶用障害物警報装置である。
【００１４】
また、前記船員位置検知手段は、船室内天井に設けられた撮影カメラによって船室内の画像を取得し、該画像から画像認識装置により、危険監視要員である特徴をもった帽子を装着した船員を識別し、船室における船員の位置を得ることを特徴とする船舶用障害物警報装置である。
【００１５】
また、前記危険方向通知手段は、前記危険係数計算手段によって得られた危険係数により、音響パターンを変化させ、あるいは、前記危険位置検知手段によって得られた危険位置を、前記船員位置検知手段によって得られた船員の位置で知覚できるよう音像を定位させるよう、音響制御信号を音響装置に出力することを特徴とする船舶用障害物警報装置である。
【００１６】
また、前記危険方向通知手段は、船室内の少なくとも４カ所以上に発光素子を設置し、前記危険係数計算手段によって得られた危険係数により発光素子の発光パターンを変化させ、あるいは、前記危険位置検知手段によって得られた危険方向に対応する発光素子を発光させることを特徴とする船舶用障害物警報装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、自船舶の周囲の障害物に関して、その方向及び危険度を直感的にわかりやすく船員に知らせる事が可能となる。また、その際、船員は船室内のどこにいてもよく、本船舶用障害物警報装置が船員の立つべき位置を指し示すことは無い。船員は、本警報を認知してすぐに障害物方向を知覚することができ、危険への対応が早まり、船の安全航行および操業に大いに役立つこととなる。
【実施例】
【００１８】
この発明に係る船舶用障害物警報装置の一実施の形態について、本船舶用警報装置の処理手順を示すフローチャートである図１を参照しながら、以下詳細に説明する。
【００１９】
本装置の構成は、レーダ探知機などを用いて障害物の検知を行い、該障害物の緯度および経度を取得し、さらに自船からみた相対速度を計算する危険位置検出手段１０１及び、相対角度検知手段１０２からなる障害物検知手段により障害物を数値化し、これら手段からの出力を元に危険係数算出手段１０３にて危険係数ｋを算出し、次に、危険係数ｋと閾値ｎの比較を行い、ｋがｎよりも大きければ危険方向通知手段内の音場生成手段を経て４つ以上のスピーカを使った音響出力手段により、立体音を出力するものである。
【００２０】
本発明で提案している船舶用警報装置の１実施例を示したのが図２である。図２において、２０１はレーダ装置であり、図１のフローチャートの１０１及び１０２に相当する。また２０２はレーダ装置２０１から出力される目標物の緯度、経度及び相対速度を含んだデータ列である。また２０３は図１における１０３、１０４、１０５、１１１に示す危険係数計算手段、船員位置検知手段、危険方向通知手段に相当する。
【００２１】
警報装置内の２０３は、データ列を受信し、自船の緯度、経度、目標物の緯度、経度及び相対速度からＣＰＡ値（Ｃｌｏｓｅｓｔ  Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ａｐｐｒｏａｃｈ：最接近点（海里））とＴＣＰＡ値（Ｔｉｍｅ  ｔｏ  ＣＰＡ：最接近時間（分））を計算する。このＣＰＡとＴＣＰＡを、あらかじめ自船の状況に応じて設定してある目標の最小最接近点距離（Ｍｉｎ．ＣＰＡ）と、そこに到達するまでの最小最接近時間（Ｍｉｎ．ＴＣＰＡ）と比較して、衝突する危険があるかどうかを一般に判定するわけである。
【００２２】
次に、図３を用いて危険係数算出手段に関してさらに説明する。危険係数ｋを式１のように定義する。レーダー探知機の結果を元に、最接近距離（ＣＰＡ）及び最接近時間（ＴＣＰＡ）を計算する。
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式１によると、危険係数は危険度が最小の時に０％で、危険度が最大の時に１００％となり、危険度が増すに従って危険係数は増加する。例えば、αを２２８（海里×分）、βを２２８（海里×分）とすると、一例としてＣＰＡが３．８海里であり、ＴＣＰＡが６０分である場合、危険係数ｋは５０％と計算される。
【００２３】
一般に、実際の船舶においては、最接近距離が３．８海里以内であり、かつ、最接近時間が１時間以内であれば、衝突の危険有りとして処理される場合が多い。前述したように、この一例の場合は、危険係数ｋは５０％となる。危険係数ｋが危険と判断するにいたる値として、危険係数値５０％と設定することが一般的な船舶用衝突警報装置に適合するであろうと思われる。
【００２４】
次に図４および図５を用いて船員位置検出手段を説明する。船員位置検出手段は、図１における１０４にあたる。図４において４０１は船員であり、４０２および４０３は音声出力装置である。また、図５において５０１は船橋であり、５０２は船員、５０３から５０６はマイクロフォンである。
【００２５】
一例として船員は、ヘルメット４０２や、胸ポケット４０３に、４０．０ｋＨｚの超音波発信器を携帯し、該超音波発信器は定期的にパルス波を出力する。本パルス波の周期は出力した超音波の残響が消えるに充分な１秒に設定し、デューティー比（送信時間÷（送信時間＋送信間隔））を０．００３とする。このことによって船員の位置を認識し、リアルタイムに音場を制御することが可能となる。
【００２６】
次に図６を用いて同じく船員位置検出手段を説明する。図６において、６０１から６０４まではマイクロフォンであり、６０１と６０２を焦点とする双曲面が６０５であり、６０１と６０３を焦点とする双曲面が６０６である。船員の所持している前記超音波発信器の出力信号は、船橋において４隅に設置されたマイクロフォン６０１から６０４で受信する。各マイクロフォンには直接波が最初に届くので、これを検知すれば、それぞれ４つの受信信号の位相差から、船員とマイクロフォンとの距離がわかる。
【００２７】
ここでは２つのマイクロフォン６０１と６０２に着目してみる。この２つのマイクロフォンからの距離が一定である点の集合は、６０１と６０２を焦点とする双曲面６０５となり、この近辺に船員がいるものと推論できる。同様に４つのマイクロフォンによってできる４つの双曲面を用いれば、船員の位置を特定できる。これら検知過程において、ある１つのマイクロフォンと船員との間に音波を遮る障害物が存在していたとしても、残り３つのマイクロフォンにより船員の位置を特定することが可能である。
【００２８】
また、船員の位置検知手段として他の一例を提案する。天井の２カ所以上に魚眼レンズを用いたカメラを設置し、画像認識処理により船員を認識し、位置を取得する手段である。
【００２９】
次に図７を用いて、図１の１０５に関して説明する。図７の７０１は船橋で、７０２は船員、７０３から７０８はスピーカー、７０９は衝突危険船または障害物である。危険係数計算手段１０３によって求められた危険係数が６０％を超えた時、その目標物は自船と衝突する可能性が高く危険であるから、船員に通知せねばならない状況と判断される。ジャイロなどの装置を用いて１１１に示すように自船首方向を取得し、これと、１０１の危険位置検知手段から得られた目標物の緯度、経度および自船の緯度、経度により、自船首方位から見た衝突危険船の方向がわかる。
【００３０】
すでに既知となった衝突危険船の位置７０９と、船員の位置７０２から、本発明によって、船員は７０９の方向からアラームを聞くことが可能となる。
【００３１】
次に、上記音像定位の手法を説明する。上述したような位置７０９方向からのアラームを音場定位させるよう、スピーカー７０３から７０８の制御手段として、船員と衝突危険対象を直線で結び、それを挟む２つのスピーカー７０３と７０４からアラーム音を出力する。
さらに２つのスピーカー７０３、７０４のうち、自船から見て、衝突危険船に近いスピーカーの出力を大きくし、より正しい音場を定位させる。
【００３２】
一例として、船首方向から見て３時の方向を０度とし、１２時の方向を９０度として、船員からスピーカーへの角度をそれぞれθ１、θ２とし、目標物への方向をθ３とし、スピーカーの音量の比を式２のように定義する。
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式２のような音量比にすると、空気の密度の勾配は、目標物方向が最大となるため、目標物の方向からアラームが発生しているように聞こえる。
【００３３】
次に、図８を用いて、スピーカーの駆動方法の別の一手段を説明する。図８において、自船および衝突する可能性のある危険船が示されている。図８に示す角度の危険船が発見された場合についてのSP1〜SP4の音量を次のように決定する。
（１）   危険船と船員を直線上に結び、この直線がSP1〜SP4のどの２つのスピーカの間にあるかを検知する。
（２）   上記直線はSP1及びSP2の間を通過し、SP3及びSP4は直線の影響外にあることがわかる。
（３）   上記直線がSP1とSP2のどちらにどのくらい近い位置にあるかを計算し、それぞれのスピーカーの関与度を最大１００として求める。ここでの計算式は、
SP1の関与度＝（１００−（ａ／（ａ＋ｂ））＊１００）＊ｋ    （式３）
SP2の関与度＝（１００−（ｂ／（ａ＋ｂ））＊１００）＊ｋ    （式４）
SP3の関与度＝０                            
（式５）
SP4の関与度＝０                             （式６）
（４）   式３〜式６に求めた関与度に比例する電力で各スピーカーを駆動する。つまり図３の場合は、SP1がもっとも強く鳴り、次いでSP2が強く鳴り、残るSP3及びSP4は駆動されない。
【００３４】
この手段によっても、船員Ａは、SP1に近い方角に危険船があることを認知できる。式３及び式４のように危険係数ｋを乗ずることによって、その危険性の重大さもまた認知することができる。なお、スピーカーの個数については４つとは限らず、多ければ多いほど方角の精度が増すことになる。
【００３５】
さらに別の警報手段として、船橋内に電球を６つ以上配置し、衝突危険船の方向に一番近い方向の電球を点滅させる手法も提案する。警報アラームと同時に危険方向の電球を点滅させることにより、船員は危険位置を迅速に認識することができる。
【００３６】
次に、危険な障害物の方向のみではなく、危険の度合いも船員に知らせる手段を説明する。アラーム音の周波数を衝突危険船との相対速度によって変化させ、前述した危険係数計算手段により算出された危険係数の高い目標物に対するアラームを優先的に出力し、かつ、その音量も、危険係数に比例させる。
【００３７】
より具体的には、自船から見た衝突危険船との相対速度の、衝突危険船方向の成分ｖにより、アラーム音の周波数を式７のように変化させる。
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ここで、f0(Hz)は基準周波数であり、vs(knot)は音速である。このようにすることによって、船員には、近づいてくる船のアラーム音は周波数が高く、また、遠ざかる船の周波数は低く聞こえる。
【００３８】
本発明で提案している警報装置の他の実施例を示したのが図９である。９０１は１０１及び１０２に相当し、他船の緯度、経度、および相対速度をデータ列９０２にて９０３に伝送する。また、９０４はジャイロにより船首方向を取得する。これをデータ列９０５にて９０３に伝送する。９０３は１０１、１０３、１０４、１０５に相当し、９０３ではこれらのデータから船首方位からの衝突危険船の位置を計算し、警報を出力する。
【００３９】
一般に船舶自動識別装置では、船舶間で自船の緯度、経度等と、他船の緯度、経度等の情報を共有するため、他船の緯度、経度および相対速度と、自船の緯度、経度から、危険な障害物の方向や位置を知ることができるので、以降、前述した実施例と同様に危険係数を計算し、船員位置検知手段、危険方向通知手段を経て、船員に危険を知らせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】障害物警報装置の各ステップ
【図２】障害物警報装置の実施例
【図３】危険係数算出手段の各ステップ
【図４】船員位置検出手段の説明図
【図５】船員位置検出手段の説明図
【図６】船員位置検出手段の説明図
【図７】音響または光発生装置の説明図
【図８】音響または光発生装置の説明図
【図９】障害物警報装置の実施例
【符号の説明】
【００４１】
１０１…危険位置検知手段、１０２…相対角度検知手段、１０３…危険係数計算手段、
１０４…船員位置検知手段、１０５…危険方向通知手段、
１０６…音響または発光素子制御手段、１０７〜１１０…スピーカまたは発光素子、
１１１…船首方向検知手段、
２０１…レーダ装置、２０２…データ列、
２０３…危険係数計算手段、船員位置検知手段、危険方向通知手段、
３０１…レーダのアンテナ装置、３０２…レーダ装置、
３０３…最接近距離計算装置、３０４…最接近時間計算手段、
３０５…危険係数算出手段、
４０１…船員、４０２…信号出力装置、４０３…信号出力装置、
５０１…船橋、５０２…船員、５０３〜５０６…スピーカまたは発光素子、
６０１〜６０４…マイクロフォン、６０５…６０１と６０２を焦点とする双曲面、
６０６…６０１と６０３を焦点とする双曲面、６０７…船員の推定位置、
７０１…船橋、７０２…船員、７０３〜７０８…スピーカー、
７０９…衝突危険船または障害物、
９０１…危険位置検知手段および相対角度検知手段、
９０２…データ列、９０３…警報発生装置、９０４…船首方向取得装置、
９０５…データ列
【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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