A*アルゴリズムをベースとした最適航路評価法	  および船舶搭載用コンパクト海洋モデルの開発	  	  学生会員○黒澤	  賢太（神戸大学）	  	  	  	  非会員	  小硲	  大地（港湾空港技研）	  非会員	  内山	  雄介（神戸大学）	  非会員	  多田	  拓晃（神戸大学）	  	  要旨	  	  本研究では，グラフ探索アルゴリズムの一つである A*法をベースに，地球の球面効果と船舶の船速に影響を与える海流の効果を考慮したルーティング計算モデルを開発し，最短距離航路，最短時間航路，最小燃料消費航路を求め，いくつかの事例に適用することでその有用性についての評価を行った．また，内航船航路
では瀬戸内海のような狭い海域を通過し，既存の海況予報データでは時空間解像度が低く，必ずしも適さないという問題があるため，航行中の船舶上のパソコン等で簡易に計算できるように軽量化したウェザールー
ティング用のコンパクト海洋モデルを構築し，その妥当性についても検討した．	  
キーワード：	  航路・航海援助施設，航路選定，ウェザールーティング，海洋モデル，A*アルゴリズム	  	  1. 研究背景の経路探索を実用的な計算時間で行うことができる．	  	  	  近年，地球温暖化が問題視されるようになり，温通常の A*法では h およびノード間移動コストχとし室効果ガスの削減が強く求められている．船舶からて単にユークリッド距離を用いて最短経路を探索す

排出される温室効果ガスの削減に向けた燃料消費効るが，本研究ではさらに地球の球面効果を h とχに，率の向上のための技術として，海流などの海象気象船舶の速度に影響を与える海流の効果をχに組み入情報を有効利用するウェザールーティング（以下，れた．その結果，本 WR システムでは，出発地と目WR と呼称）に大きな期待が寄せられている．しか的地の 2 点間の最短距離経路，エンジン開度を一定し WR で航路選定をする際，船舶は海洋上であらゆとして求める最短時間経路，海流に対する相対船速る方向に進行し得るため膨大な数の経路探索が必要を一定として求める最小燃費経路の 3 通りの経路をとなり，計算効率の点で重大な問題がある．さらに探索することが可能となった．	  

WR では専門機関が公表する海象気象予報データを利用することを前提としているが，例えば瀬戸内海	  3. 外航船航路への適用などに見られる狭い海域や水路を通過する内航船航まず，開発した WR システムを，北西太平洋海域路では，微細な地形の影響を受けて時々刻々と変化モデル(1)を用いて東京・沖縄間の外航船航路に適用する潮流が流れに対して支配的になるため，上記のし，日本列島の太平洋沿岸を北上する黒潮による経公表データでは時空間的解像度が不十分な場合があ

路選択への効果を考慮した 3 通りの最適航路選択法

る．そこで本研究では，WR のための新しい航路選について解析を行った（図 -­‐1）．今回の検証では船定アルゴリズムを開発し，いくつかの事例に適用しは船速 10 ノットで進むものと仮定し，さらに簡単て，経路変更に起因する燃料消費量などへの影響をのためにリルーティングは行わず，出発時の海象条定量的に評価し，その有用性を検証する．さらに航件のまま目的地まで移動すると仮定した．	  

行中の船舶上で海況予報を行うための軽量な WR 用

最短距離経路は，陸地を避けながら出発地と目的海洋モデルを構築し，その妥当性について検討した．	   	  地を結ぶ単純な最短距離経路となるため，ほぼ直線	  的になっている．最短時間経路は，最短距離経路に

2. 最適航路評価法

比べると順方向の黒潮を多く利用しており，四国沖

本研究では，グラフ探索アルゴリズムの一つであ

では余分な迂回をせずに，紀伊半島沖で黒潮に合流

る Dijkstra 法を一般化した A*法をベースにルーティした後しばらく黒潮に沿って進行している様子が見

ング計算モデルを開発した．A*法では，目的地までて取れ，その結果，移動時間は約 4 時間短縮された．の期待値であるヒューリスティック関数 h を導入す

最小燃費経路は，九州南岸沖から遠州灘に至るまでることで大規模なノード・リンク構造を持つ海洋での長距離にわたって黒潮を利用した航路となり，燃図 1	   沖縄から東京へ向かう外航船航路への適用例．左から，最短距離法，最短時間法，最小燃費法による経路（マゼンタ線）．表層流速ベクトルおよびその絶対値（カラー）も同時に示している．	  
表 -­‐1	  WR 用コンパクト海洋モデルの計算条件	  計算期間	  格子数	  水平空間解像度	  外力（海上風）	  海面フラックス	  潮汐	  2013 年 2 月の 1 ヶ月	  224	  ×	  192	  ×	   鉛直 20 層	  2.0	  km	  JMA	  GPV-­‐MSM（1 時間平均値）	  COADS（月平均気候値）	  TPXO7.2	  WR 用のコンパクト海洋モデルを構築し，瀬戸内海航路に適用した（図 -­‐2，表 -­‐1）．本モデルのベースとなるのは領域海洋循環モデル ROMS(3)であり，広図 2 船舶登載を志向した WR 用コンパクト海洋モデルによる瀬戸内海全域に対する計算領域（黒枠）．カラー：水深（m）．

域海流情報，成層構造，潮汐および潮流，海上風，海面熱・放射フラックスなどは標準的なデータセッ
トを用いた．具体的には，JCOPE2（水平解像度約10	   km）にネスティングさせ，瀬戸内海全域を含む費は 17.6%向上するという結果になった．以上の結海域（図 -­‐2）を水平解像度 2	  km，鉛直 20 層の比較

果から，本 WR モデルは目的にあった 3 種類の航路的粗い格子で表現し，熱フラックスの逐次計算を省を適切かつ効率的に評価できることが確認された．	  

略するなど計算条件を一部簡素化することにより，	  	  1 日分の海流予測が市販のノートパソコンを使って4. 潮流を考慮した内航線航路経路探索

約 4 分で完了するように設計した．	   	  例えば，WR 用の海象情報として JAMSTEC による	  コンパクト海洋モデルと WR を統合した経路評価

海洋再解析・予報データセット JCOPE2(2)を使用するの一例として，大阪から徳島に向かう瀬戸内海にお場合，その水平空間解像度は 10	  km，時間分解能はける内航船航路を取り上げる．ここでは最短時間経24 時間が標準である．これに対して瀬戸内海のよう路法を用い，海況予報計算結果に基づき 1 時間毎のな内航船航路では主に M2，S2 による半日周期潮流リルーティングを用いて逐次探査を行った．2013

が卓越し，しかも海峡部などの地形によって水平流

年 2 月 22 日 12 時（UTC）および同日 18 時に大阪

速分布は複雑なものになる．外航船においても WRを出航した場合の経路を見ると（図 -­‐3），航路，移に必要となる大量の気象・海象データを航海中に逐動距離，移動時間はほぼ変わらないが，18 時出航の次収集することは必ずしも現実的ではない．そこで，場合に燃料消費効率が 15.4%も向上するという結果出航前に収集した情報に依拠しながら，航海中の船を得た．出航する日にちは同じであっても，出発す舶上のパソコンやタブレットなどを用いて海況予報る時刻が変わってくることにより燃料消費量に差がを行う WR システムの開発を最終目標として，予報出てくる要因としては，瀬戸内海で卓越する半日周精度を著しく損なうことなく可能な限り軽量化した

潮汐に伴う潮流が原因であると考えられる．そこで，

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