(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ装置と共に船舶に搭載される自動衝突予防援助装置において、
自船の周囲に存する他船の長さ、針路及び速度を、レーダ装置にて得られる映像情報から検出する他船検出手段と、
他船検出手段により検出された自船に対する他船の相対速度と検出された船の長さとに基づき停止性能を算出する停止性能算出手段と、
算出された停止性能と航行している海域の特性とに基づき、自船が進入すると他船との衝突の危険が生じるであろう危険領域を求める危険領域算出手段と、
求めた危険領域を画面上に表示する手段と、
を備え、
航行している海域の特性は、船舶が密に存在する輻輳海域から、そうでない海域までを示す特性であり、
検出された船の長さは、自船の長さと他船検出手段によって検出された他船の長さとのうち、自船の長さと他船の長さとの二乗和平方根により加重平均を取った長さを用いたことを特徴とする自動衝突予防援助装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置と共に船舶に搭載され避航繰船を援助する装置即ち自動衝突予防援助装置(Automatic Radar Plotting Aids：ＡＲＰＡ)に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーダ装置の出力たるレーダ映像に現れている他船の映像のうち任意の他船に係る映像を複数スキャンに亘り追尾し、その動向や大きさを表示することによって、船舶の避航繰船を援助することができる（特公平３−５７４２６号公報を参照）。ＡＲＰＡはこの種の機能を有する装置であり、レーダ装置と共に船舶に搭載される。また、避航繰船を更に強力に援助するため、自船が進入すると他船との衝突の危険が生じるであろう領域（危険領域）を併せて表示する装置も提案されている（特開平７−２４６９９８号公報参照）。特開平７−２４６９９８号公報においては、繰船者が手動で或いは装置が自動的に、衝突を回避できるであろう一定の船間距離（航過距離）を設定し、この航過距離に基づき定めた危険領域を表示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この手法にて設定される危険領域は、航海の実状に応じたものとはならないことがある。例えば、船舶同士の接近速度等からみて過小な航過距離が設定されたとする。この場合、繰船者が危険領域を回避するつもりで繰船しても、実際には、他船に非常に接近してしまうことがある。逆に、船舶同士の接近速度等からみて過大な航過距離が設定されたとする。この場合、多くの他船が比較的密に存する輻輳領域では、自船周囲が危険領域によりおおむねふさがれてしまい、どの航路を採ればよいのかに関し繰船者への援助とはなり得ない表示となる。
【０００４】
本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、船舶の大きさ及び動向を踏まえて危険領域を設定することにより、繰船者にとりより有用な援助を与えうる装置を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る自動衝突予防援助装置は、レーダ装置と共に船舶に搭載される自動衝突予防援助装置において、自船の周囲に存する他船の長さ、針路及び速度を、レーダ装置にて得られる映像情報から検出する他船検出手段と、他船検出手段により検出された自船に対する他船の相対速度と検出された船の長さとに基づき停止性能を算出する停止性能算出手段と、算出された停止性能と航行している海域の特性とに基づき、自船が進入すると他船との衝突の危険が生じるであろう危険領域を求める危険領域算出手段と、求めた危険領域を画面上に表示する手段と、を備え、航行している海域の特性は、船舶が密に存在する輻輳海域から、そうでない海域までを示す特性であり、検出された船の長さは、自船の長さと他船検出手段によって検出された他船の長さとのうち、自船の長さと他船の長さとの二乗和平方根により加重平均を取った長さを用いたことを特徴とする。本発明の発明者は、ＡＲＰＡの性能の評価及び改善のために、船舶の避航に関し多年に亘る実船調査を行った。その結果、（１）自船を取り巻くある領域（避航領域）内に他船が進入しないよう避航繰船を行うという繰船の実状、（２）この避航領域の大きさが自船対他船の接近速度（相対速度）や自船及び他船の長さ（特に大きい方の船舶の長さ）によって異なること、（３）相手船が横切り船（自船の前方を横切る船）であるときには更に見会い状態によっても避航領域の大きさが変わること、（４）海域の性質によっても避航領域の大きさが変わること等が明らかになった。
【０００６】
図６に、発明者による実船調査の結果の一部として、他船と衝突する恐れがなく、自船及び他船が避航繰船を行わないときに避航領域が相対速度（自船対他船の接近速度）ＶSによってどのように変化するかを示す統計的な調査の結果を示す。この図に示すように、相対速度ＶSが増加すると、他船の進入を許したくない自船周囲の領域即ち避航領域が広がる。また、自船及びその相手船たる他船のうち大きな方の船の長さ、もしくは、自船及び他船の長さの加重平均をとった船の長さをＬとすると、この長さＬが大きければ大きいほど、その他船に関する避航領域が広がる。接近船に対する停止距離の大きさは、次の式
【数１】
ＤS＝ｅｘｐ（Ａ・ｌｏｇＶS＋Ｂ）・Ｌ                      …（１）
但し、Ａ：単位換算（例えばノット系からメートル系へ）のための係数
Ｂ：ＶSのばらつき等に対処し安全性を確保するための係数
で近似的に与えられる距離ＤS、即ち自船から避航領域航過領域境界線までの距離ＤSによって表すことができる（統計的停止性能特性）。
【０００７】
横切り船等の場合、避航判断が難しい等のため、避航領域の大きさは、相手船の見会角θtや相手船の相対速度ベクトルの見会角θRHによって変化する。また、船舶が密に存在する輻輳海域かそれともそうではない沿岸海域かにより、危険度は変化する。従って、避航領域の大きさは、一般には次の式
【数２】
ＤB＝ＤS・（１＋α・ｃｏｓθRH）・（１＋β・｜ｓｉｎθt|）・Ｋ…（２）
但し、θRH＝θB−θR−１８０（ｄｅｇ）
θB：目標の方位
θR：自船に対する目標の相対移動の方位
θt：自船の針路を方位基準としたときの目標の針路
α、β：定数
Ｋ：海域の特質（輻輳海域／沿岸海域の別等）に応じ定める係数
で与えられる距離ＤBにて、表すことができる。
【０００８】
これらの式（１）及び（２）にて表されている実船調査の結果によれば、避航領域の大きさＤBは、自船及び他船の大きさ及び動向（例えば針路及び速力）や、航行している領域の特質により、定まる。他方、他船の大きさ及び長さはＡＲＰＡにてある程度の精度を以て検出することができ、自船の大きさは既知であり、自船の動向はジャイロコンパスやスピードログ等の航海機器にて検出できる。従って、検出乃至入力した自船及び他船の大きさ及び動向を利用して避航領域の大きさＤBを推定することが可能である。
【０００９】
本発明では、検出乃至入力した自船及び他船の大きさ及び動向を利用して避航領域の大きさＤBを推定し、推定した大きさＤBに基づき危険領域を定める。即ち、前述の目的を達成すべく、本発明においては、自船の周囲に存する他船の大きさ及び動向（例えば針路及び速力）を、自船に搭載されるレーダ装置にて得られる映像情報から検出する手段と、自船の大きさ及び動向を入力乃至検出する手段と、自船及び他船双方の大きさ及び動向に基づき、自船が進入すると他船との衝突の危険が生じるであろう危険領域を求める手段と、求めた危険領域を画面上に表示する手段と、を設けている。従って、本発明によれば、航海の実状に応じ危険領域を定められるため、繰船者に対しより強力な援助を提供できる。なお、式（２）に示されているように、海域の特質を係数Ｋ等の形で繰り込むようにするとよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。
【００１１】
図１に、本発明の一実施形態に係る装置の構成を示す。この図に示す装置は、空中線部１０及びレーダ処理部１２から構成されるレーダ装置と共に、船舶に搭載される装置である。空中線部１０は、搭載に係る船舶（自船）の上の見晴らしの良い箇所に設けられている空中線、この空中線のビーム方向が平面内で回転するよう当該空中線を駆動する機構、このレーダ空中線によってレーダパルスを送信し目標（例えば他船）からの反射波を受信する回路等から構成されている。レーダ処理部１２は、空中線部１０にて受信された信号即ち目標からの反射波に、スイープ相関処理、スキャン相関処理等クラッタ抑圧に役立つ信号処理や、表示器１６の画面に対応した座標系に係る映像を得るための座標変換処理（スキャンコンバージョン）等の信号処理を施す。この信号処理の結果得られるレーダ映像は、表示回路１４によって表示部（例えばＣＲＴやＬＣＤ）１６の画面上に表示される。なお、図中の操作部１５は例えばキーボードやキーパッドであり、表示器１６の輝度や表示レンジ等を手動設定するために使用される。
【００１２】
また、ＡＲＰＡ目標検出回路１８は、レーダ処理部１２にて得られたレーダ映像から、目標（例えば他船）と見なしうる映像を検出する。なお、この検出に先立ち上述のスイープ相関処理、スキャン相関処理等が行われているのがこのましい。また、レーダ処理部１２では単にこれらの処理に用いるしきい値等を決定するにとどめ、ＡＲＰＡ目標検出回路１８がこのしきい値等を利用してスイープ相関処理、スキャン相関処理等を実行するようにしてもよい。検出された目標に係る映像は、レーダ処理部１２の出力に基づき表示器１６の画面上に表示されており、使用者（例えば繰船者）は、最大Ｎmax（２以上の自然数）個の範囲内で、表示されている目標の映像のなかから任意のものを、マウス、トラックボール等のポインティングデバイス２２を操作して選択する。目標選択回路２０は、選択された目標を、目標追尾回路２４が追尾すべき目標（追尾目標）として指定する。
【００１３】
目標追尾回路２４は、あるスキャンに係る追尾目標が指定されたとき、後のスキャンにおいて得られたレーダ映像上のいずれの映像がこの追尾目標に係る映像なのかを、スキャン毎にかつ追尾目標毎に逐次判別することにより、一般に複数個指定される追尾目標を個別に追尾する。目標針路速力演算回路２６は、各追尾目標の針路（現在の移動方向）及び速力（単位時間当たり移動量）を求め、各追尾目標の移動速度ベクトルを示す映像や各種のシンボルを発生させる。これらベクトル、シンボルは表示回路１４に供給され、表示器１６の画面に表示される。また、目標針路速力演算回路２６にて生成し表示に供する移動速度ベクトルは、追尾目標の真運動を示す速度ベクトル即ち真速度ベクトルであるため、その導出に際しては、目標追尾回路２４にて得られる情報即ち自船に対する追尾目標の相対運動及びその履歴を示す情報の他、ジャイロコンパス等により得られる自船針路や、スピードログ等により得られる自船速力等、自船の真運動を示す情報乃至はその種の情報を導く基礎となる情報を、入力する。目標長演算回路２８は、追尾目標の長さ（レーダ映像上で占める領域の長手寸法）を、目標追尾回路２４の出力に基づき求める。
【００１４】
目標針路速力演算回路２６及び目標長演算回路２８は、求めた目標針路及び速力並びに長さを危険領域演算回路３０に供給する。危険領域演算回路３０は、これらに基づき危険領域を示す危険領域表示データを作成し、表示回路１４に与える。表示回路１４は、この危険領域表示データに基づく危険領域の映像や、目標針路速力演算回路２６にて生成されたベクトル、シンボル等を、レーダ映像に重畳して表示器１６の画面上に表示させる。
【００１５】
図２に、この実施形態における危険領域演算回路３０の動作の流れを示す。危険領域演算回路３０は、最大でＮmax個選択されている追尾目標それぞれについて、危険領域を示す危険領域表示データを作成する回路であり、追尾目標の針路、速力及び長さに関する情報を目標針路速力演算回路２６や目標長演算回路２８から入力し（１０４）危険領域表示データを作成する（１１２）という処理を、１を初期値として（１００）かつＮmaxを限度として（１１６）変数Ｎを１ずつインクリメントしながら（１１４）繰返し実行する。追尾中でない目標については、使用者（繰船者が）特に注意を払う必要がないと考えている目標であるため、ステップ１１２を省略する（１０２）。更に、現在追尾している目標であっても、衝突点がない場合や（１０６）、衝突点があっても自船の予定航路から遠く離れている場合や（１０８）、衝突点に到着するまでに時間的な余裕があると見込まれる場合には（１１０）、危険領域を定め表示するまでもなくその他船との衝突を回避できると考え得るため、処理を簡略化すべくやはりステップ１１２を省略する。
【００１６】
ここでいう衝突点とは、図３において○印で表されている点、即ち、自船及び目標（他船）が現在の針路及び速力を維持した場合に衝突に至る点をさす。衝突点は、図３に示されているように他船が自船前方を横切っているとき即ち横切り船であるときには存在するが、他船が自船と同じ方位に進行していてかつ自船より高速である場合には存在しない。ステップ１０６では、衝突点が存在するか否かを、自船及び他船の針路及び速力、言い換えれば自船及び他船の（真）速度ベクトルＶ0及びＶTに基づき判定する。また、衝突点が存する場合でも、自船予定航路が大きく曲がっているときには、自船針路（速度ベクトルＶ0の方向）延長に存する衝突点が自船予定航路から遠く離れていることがある。ステップ１０８では、ステップ１０６にて検出した衝突点と、予め設定されている自船予定航路との距離ｄが、所定の上限値を上回っているときに、“遠く離れている”と判定する。更に、ステップ１１０では、自船が現在の速力を維持した場合にステップ１０６にて検出された衝突点までどの程度の時間がかかるかを、衝突点の位置並びに自船の位置、速力及び針路から求め、求めた時間が所定の時間を上回っているときには時間的な余裕があると判定する。
【００１７】
図４及び図５に、ステップ１１２の概略を示す。図４に示されているように、自船及び他船が現在の針路及び速力を維持しているとしたときの衝突点がＰ1であり、自船から衝突点Ｐ1までの距離がＲc、自船から見た衝突点Ｐ1の方位がθcであるとする。また、自船の速度をベクトルＶ0で、他船の真速度をベクトルＶTで表すこととする。従って、自船に対する他船の相対速度はベクトルＶR＝ＶT−Ｖ0となる。更に、この点Ｐ1における衝突を回避するために自船操縦者が採ることができる繰船は、左方向への変針、右方向への変針、減速及びこれらの組合せであり、この図では、左方向への変針の角度をθLで、右方向の変針の角度をθRでそれぞれ表し、速力を維持したまま左方向へ変針したときの自船速度をベクトルＶ0Lで、右方向変針したときの自船速度をベクトルＶ0Rで、それぞれ表している。従って、自船が左方向へ変針したときの自船に対する他船の相対速度はベクトルＶRL＝ＶT−Ｖ0L、右方向へ変針したときの自船に対する他船の相対速度はベクトルＶRR＝ＶT−Ｖ0Rとなる。
【００１８】
ステップ１１２において危険領域を定める際には、まず、自船が左方向に変針したときの他船の相対速度ベクトルＶRLが、自船からＤBL以上の距離だけ離れた点を通るベクトルとなるよう、θL従ってＶ0Lを決め、同様に、自船が右方向に変針したときの他船の相対速度ベクトルＶRRが、自船からＤBR以上の距離だけ離れた点を通るベクトルとなるよう、θR従ってＶ0Rを決める。ここで用いているＤBL及びＤBRは、それぞれ、式（１）及び（２）にて求めたＤBであり、左変針時と右変針時とでは相対速度が異なる速度になるため（即ちＶ0LとＶ0Rの絶対値が同じでないため）、左変針時と右変針時とで異なる変数で表している。なお、式（１）による演算を行う際には、Ｌとして、自船及び他船のうちいずれか大きい方の船舶の長さか、もしくは、自船と他船の加重平均を取った長さを用いる。
【００１９】
このようにして決めたθL及びθRは、他船との衝突を回避する上で必要な最小の変針角度を示しているといえる。そこで、図５に示すように、自船針路に対し角度θLだけ変針した方向を、当該他船に係る危険領域の広がりの左辺とし、自船針路に対し角度θRだけ変針した方向を、当該他船に係る危険領域の広がりの右辺とする。また、これらの辺の上にあり自船からの距離がＲcである点をそれぞれＰ6，Ｐ2とし、これらの点Ｐ6，Ｐ2と衝突点Ｐ1とによって、危険領域の奥側の２辺を定める。更に、自船及び他船が現在の針路及び速力を維持し続けたとして式（１）及び（２）に従いＤBを求め、自船から見て衝突点Ｐ1と同じ方向にありかつ衝突点Ｐ1よりもＤBだけ手前にある点をＰ4とし、この点と、左辺上にある点Ｐ5及び右辺上にある点Ｐ3とをそれぞれ結ぶことにより、危険領域の手前側の２辺を定める。このようにして得られる六角形Ｐ1Ｐ2Ｐ3Ｐ4Ｐ5Ｐ6を以て図４中の他船に係る危険領域とし、表示器１６の画面上に表示させることにより、繰船者は、自船や他船の動向や大きさ更には航行領域の現状に応じた支援を受けることができる。
【００２０】
なお、図５中の点Ｐ5，Ｐ3は、自船から見て点Ｐ6，Ｐ2と同じ方向にありかつ自船からの距離がＲc−ＤB／２である点とするのが、演算上簡便であるが、より一般には、自船から衝突点Ｐ1までの距離と自船から点Ｐ4までの距離とを加重加算する等の処理にて求めればよい。また、自船から点Ｐ4までの距離については、避航のための減速を見込んで設定してもよい。即ち、他船との接近に伴う減速の度合を予め設定しておき或いは直前の減速履歴に従い推定し、この減速分を見込んで点Ｐ4の位置を上掲の例による位置よりもやや衝突点Ｐ1寄りにおくようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  この実施形態における危険領域演算回路の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】  衝突点を説明するための概念図である。
【図４】  危険領域の設定手法を示す概念図である。
【図５】  危険領域の一例を示す画面図である。
【図６】  避航領域と航過領域の速度等による変化を示す図である。
【符号の説明】
２６  目標針路速力演算回路、２８  目標長演算回路、３０  危険領域演算回路。
【図１】
0004055915.tif 000002
【図２】
0004055915.tif 000003
【図３】
0004055915.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004055915.tif 000006
【図６】
0004055915.tif 000007