' 0287‑6450''' ' '･, ISSN')[E‑I[.E[CIi℃Illig,OllNilC NAwn((Gi)Aficr.‑iU'iltiO,r)N RE"VMEW'

1 ' e.0, o/ok13?l･i puokE;lg)vs<l y

JAcRAN. 36

o{il iS/ ,. T, illllllSIIIsfi'IEti'iL,:;"E'f･2It,l,ii‑2Ifillllill' g6 Ell.lllllt/l},IL.IIII.i,l¥?)‑s‑ iyEg･ i..'rftt[‑‑)enbassrfu@(di lby ra‑b)@ ,JE!‑).tLo)&}tm@,gE}@ C@]IifrnJ")JtcCK'e(yfo,iJ.e" ]]',,'‑,.Ldl.ii,@ 2'Nll[r,/Jl,k} tli@ IE}SIicE).x,rio,gilEE])tbi']@im

D●

●

●

マルチポンダー
System 5000
マイクロ波精密位置測定システム
マルチポンダー・システム5000は、当社の運用・技術の両面にわたる豊富な経験を基に開発した、新しいマイクロ波精密位置測定システムです。

主な仕様

測定距離1001n〜100km
位置測定精度 ±0．5m
マルチユーズ 主局30局迄可能
送信周波数：帯 8GHz
緯：度、経度またはX、Y表示可

水深測量自動集録処理装置SYSTEM

900

システム900は水路測量、凌藻／埋立作業のために開発されたシステムでデータ集録、処理の機能を持ち、迅速なる海図作成を実行します。
データ集録
オンライン作業として水深データの集録、及びトラックプロット、計画測線へのガイダンスを行なう。

データ処理

CRT画面を用いたデータ処理／
編集、デジタイザーによる海岸線記
入等の処理を経て海図を作成する。

（重≡）セナー糊1説f

札幌営業所〒060札幌市中央区南1条西1−1（東ビル）

仙台営業所〒980仙台市中央2−8−16（仙台東京海上ビル）

神戸営業所〒650神戸市中央区栄町通3−6−7（大栄ビル）

TEL（011）231−8421（代表）TEL（0222）63−0171（代表）本社〒100東京都千代田区内幸町2−1−1（飯野ビル）

TEL（078）331−7292（代表）TEL（03）506−5331（代表）福岡営業所〒810福岡市中央区天神1−14−16（三栄ビル）

TEL（092）7U−1451（代表）

次一

一目

CONTENTS
巻頭言…・………・……・…・・……………・…・………・……・……・……・……・……飯島幸人…（2）Foreword

Yukihito

IIGIMA

海水とその境界面における電波の伝搬・…………・……・……………・・…・…………石 毛 龍之介…（3）Propagation of Electromagnetic Waves in Sea Media andRyunosuke ISHIGE
at Their Boundaries
カラー魚群探知機の発明……・……・……・…………・……・・…・………・……・…・

The

InventionofColourFinder・…田中

礒・一一…（13・）

Isokazu

TANAKA

電子海図に関するIMOの最近の動向 ……………………………・…・…・…・…・・…庄 司 和 民…（20）Recent Tr6nds at IMO on ECDIS
Kazutami SHOJI
船内統合エキスパートシステムについて……・・………・…・・……………・…………葛 西 宏 直…（27）Hironao KASAI
船体状態監視評価と姿勢制御の自動システムについて・……・……・6・・……………山 口 雄 三…（37）On the Automatic Control System for the Condition・
Yuzo YAMAGUCHI
Surveilance and Attitude Keeping of Ocean Going Vessel

ファジィ理論を応用した避航航路計画システム…・・……………・……………山本敏雄，山本正明…（42）Collision

Avoidance

Routing

System

Using

Fuzzy

TheoryToshio YAMAMOTO
Masaaki YAMAMOTO

知能化船における狭水域航行システムについて…・……………・………・・………・・永 田 至 孝…（51）Marine Truf且。 System for Intelligent Ship・
Shikou NAGATA
座礁予防システムについて……・・…………・…・………・……・………・…・……・……外Stranding

Avoidance

System岡Koukichi幸

吉…（58）．

SOTOOKA

自動離着桟システム……・・…………・……・……・……・…・………・……・………吉久英昭，高井忠夫…（67）An

Autolhatic

Maneuvering

SysteminBerthing

Hideaki

YOSHIH：ISA
Tadao TAKAI

研究会記事……・…………・・……………・…・…………………・…・………・…・……………事務

Records

Ofi巳ceSecretariat

局∴（79）

巻頭肖（Foreword）

会

長
President

飯島
Yukito幸人

IIJIMA

現代は第二の大航海時代とも云われています。第一次は云うまでもなく，コロンブス，パスコ・ダ・ガ
マ，マジェランなどに代表される地球上の未知の世界の発見・探検の時代であって，来年1992年はコロン
ブスのアメリカ発見から丁度500年になります。その第一次の大航海時代になぞられて，地球以外の未知の世界である宇宙や，地球内の未知の世界である深海を探険・発見しようとする試みから，そう云われる所以であります。

この両者に共通しているのは，Navigationであり，そのNavigationを達成するためには，その時代の最先端技術の粋を集めなければならないと云うことです。Navigationは今や地球空間から飛び出して宇宙にまで拡大して来ました。空間のどこかを問わず，Navigationの使命は，出発する一点から，目標とする他の一点まで最も効率的に，しかも安全に移動体を輸送することでありますが，そのためには正確な位置決めと，移動体そのものの制御が必要となります。我が電波航法はそのような意味において第二次大航海時代の旗頭であると云えましょう。

今我々が生活している20世紀という時代の90年は，それまでの人類の歴史の一部である1900年間に比べてすべての分野で驚異的な発展を遂げた時代です。電波航法研究会は，その驚異的発展時代の1951年に誕生し，密度の最も濃い最後の40年間電波航法の砦を守り続けてきました。多分21世紀には今我々が夢想だにしないような技術が現れ，20世紀とは異なった時代になるかも知れません。その時代のために残された時間はあと9年です。この9年間は20世紀の足跡を確固たるものとする期間であると共に，21世紀へ向けて革新的なブレークスルーを模索する時間であると思います。我々は次世代の人々ヘバトンタッチするためにこの僅かな時間の問に何かをしなければなりません。電波航法研究会もこのような理解の下に活動して行きたいものであります。

2

電波航法Electronic

Navigation

Review

No．36（1989）

海水とその境界面における電波の伝搬
株式会社

光電製作所

石
Propagation
in

Sea

of

Media

Electromagnetic

and

at

Their

毛

龍之介

Waves

Boundaries

Koden

Electronics

Co．，

Ryunosuke

Ltd

ISHIGE（雪）の違いや，温度，周波数，不純物の濃度などによ

1．まえがきって著しく異なる。リモートセンシング分野では，こ電波技術の高度の発展によって，今や電波は広い分れを応用して海水と氷とを識別，分離している。本稿

野において利用されている。それは単に地上間での通は海水を対象とするものであるが，海水の特質を明確

信利用に止まらず，広大な宇宙間の情報の伝達にも目に認識するため，まず水を氷，淡水，海水及び雪の4

覚ましい活躍を遂げているし，他方以前にはほとんど種に大列して，それぞれの電気的性質を考察してみる。

顧慮されなかった地中での探査にも応用され，鉱物資源の探査や遺跡，空洞，埋設物等の発見に貢献してい
140

140

る。

ρ0

ザなどがこれに当てはまる。同様に電波も，特定の条

0

図1

40

4

一80

長514nm（緑）及び488nm（青）のアルゴンイオンレー

60

0

うに，海水による吸収の少ない緑あるいは青色のレー

ザが，100m以内の近距離海中伝搬に適していることが実証され，その利用が模索されている。たとえば波800

近年になってレーザ，特に海の色から類推できるよ100

8

舞台といっても過言ではない。

0信，測位等に向けられ，海中はほとんど超音波の独り

1200の応用は海上における海象・気象の観測や空中での通0の減衰がきわめて大きいといわれているため，大部分

2静電界に対する比誘電率 路ε

しかしながら海洋関係については，海水中での電波

−60

−40

−20

0

温度

（℃）

氷及び淡水の，静電界に対する比誘電率ε。。の温度特性

件下ならば海中伝搬が可能ではなかろうかと考えるのは，あながち的外れとはいえない。

本稿ではまず電波の海水中での伝搬特性を計算し，

50

100
εr

30
20

εr

@

る簡単な紹介と，海水の著しい減衰の問題を克服するために開発されている海面を利用した海中相互間の通

40

εr

比80
誘
電60
率

を解明する。つぎに実際に利用可能な水中通信に関す

40

信や，海底を利用した新通信方式の提案を，文献を引用しつつ述べる。

0

0D5

10

20
0．1

05

1

5

10

50

0

周波数〆（kHz）

2．水の電気的性質

図2

水の電気的性質は，固体（氷），液体（水），混合物

氷の比誘電率ε。＝εひ。一ノε字の周波数特性（
一10，8℃）

3

＝

誘電損率＆

比較的良好な伝送特性がいかなる条件下で得られるか

2．1氷の電気的性質

によって，そのイオン導電性のため導電率は河川や湖

静電界に対する氷の比誘電率ε。。の温度特性を図1

沼の水に比べはるかに大きい。また比誘電率は誘電分の左側に示す。氷は分子結合が密であるため，0℃で91．1と淡水より大きな値を示す。図2は，一10．8℃にお散の周波数がマイクロ波帯にある（図5）ため，それ以下の周波数を対象とするときは一定と考えてよい。

ける比誘電率ε．＝ε参一ノε7の周波数特性で，角周波数ω

かつ海水は誘電体としてよりもむしろ導体的要素が強→∞に対応する比誘電率ε。。。は3．17となる。またε7はく，特性はほとんど導電率で定まるから，誘電率の影

2．65kHzで最大吸収値46．4を示す。直流導電率σ。は水響は無視できる。電気特性は塩分と温度に大いに左右に比べはるかに小さく，一例として2．1×1r8S／m程

されるほか，場所，淡水の流入の存在，蒸発量，降雨，度，塩分0．5％の海氷でも10

氷山，深度，塩分や鉱物の種類等によっても影響を受

3〜10−4程度である。

2．2淡水の電気的性質

け複雑である。図6はNaCl濃度に対する海水の比誘

淡水のε。，は，図1の右半分に示す温度特性をもち，電率及び導電率を示す。今後の計算に当っては本図か

0℃では88．2と氷に比べてやや小さく，25℃で78．5，

ら，海水の標準的塩分濃度に対応する値としてσ＝483℃で59．9である。また比誘電率の周波数特性は図3

S／mを採用する。

2．4雪の電気的性質のように，マイクロ波以下では平担であるものの，ε。。。

は25℃で5．0±0，5となる。直流導電率は氷に比べれば図7及び図8に，各種の雪の電気的性質を示す。雪

大きいが，それでも蒸溜水で2×10−4S／m，湖水ではは氷の結晶を主体とする混合物であるから，回雪の場

10『3S／mの例がある。図4にその温度特性を示す。淡合には氷と空気の中間の特性を示すが，湿雪になると水は一般的にみて，低周波では導電率の影響がまさっ

氷の結晶の間に含まれる水の影響を大いに受ける。水て導体的，高周波では逆に誘電体的な振舞いをする。

分，塩分，その他の不純物の量の僅かの違いでも，雪2．3海水の電気的性質
海水は，塩化ナトリウムを主成分とする塩類の溶解
0

100

0@

比誘電壽

80

80

0 40
0
60

40
εrグ

0

0
2

0 0
2

0
3

0

誘電損率＆

0

ρ0

比誘電率＆

εゼ

4

0．1

1

10

100

周波数ノ（GHz）
ユ

20

図5

10

ヨ

海水の比誘電率ε．の周波数特性（T−293K）

周波数〆（GHz）
図3

淡水の比誘電率ε。＝ε。一ノε。の周波数特性（

＝20℃）

0

10

−

0

直 流 導 電率15nU

静電界に対する比誘電

×10−6
20

100

o・1

10

鷲
墨
σ
iS／m）

（S／m）
0．01

0．01
0

10

20

温度

図4

30

40

0．1

1

10

100

0．001
1000

水1リットル当りのNaClの量（g）

50

（℃）

図6

淡水の直流導電率σ。の温度特性

海水の静電界に対する比誘電率ε。。及び低周波での導電率σの，NaCl濃度特性（
4

＝25℃）

の電気的性質に与える影響は大きく，乾雪では電波のる。紙面の関係で結果だけを列記すると，浸透が容易であるのに反して，混雪ではきわめて大きな減衰を与えるという結果になる。

3．水中及び境界面における電波の伝搬（Np！m）（1）（rad／m）（2）

3．1水中における電波の伝鍛

痴》唾（誹水中に部けや電溝伝鍛￠）式1ま・蝶箪が均箕で南るζ仮定すればマクろウ手ルの方程式から容易に導き出せ
100／・＋》・＋（σωε）2

30

昭》

O

10

o

o
o

O

OO

OOO

εrs

一・＋》 耳（

o

＋ノ

o

o

・［・＋（孟）1

（Ω）

（3）

（m／s）

（4）

（m）

（5）

2［・＋（孟）1o3o（a｝∫〈1kHz

嘘》講（誹

1

0

0．2

0．4

0．6

0．8

1．0

密度6（g／cm3）

3

o o

。8

曙

2

λ＝＝

2π

2

晦一

E＋》 ・＋（σωε）2

o

O

O

欝
o

OO

εrs

0。

o

ここにαは減衰定数，βは位相定数，ηは固有インピーダoンス，oは伝搬速度，λは波長，εは誘電率（F／m），μは（b）∫＝3MHz

透磁率（H／m），σは導電率（S／m），ωは角周波数（rad／

1

0

0．4

0．2

0．6

0．8

1．0

s）である。前章の考察から，海水に対してε。＝81，σ一密度d（9／cm3）

4S／mを選べば，海水中の電波の伝搬特性に関して

図7・雪の静電界に対する比誘電率ε。。と密度との関係（1）〜（5）式から図9〜12を得る。なお参考までに，

0．003
0．04

∫；9375MHz∫＝9375MHz＝0℃

4＝0．769／cm3

4＝0．76g／cm3
0．03

ODO2
tanδ

tanδ

0．02

ODO1
0，01

一16

−12

−8

−4

0

0

温度 （。C）
（a｝
図8

0．4

0．8

1．2

含水量（％）（b｝（a）乾雪の損失角tanδの温度特性，

5（b）湿雪の損失角tanδと含水量との関係

L6

比誘電率が海水と同じく81で，導電率が10−3S／mの河
川の水，並びに空気の場合との対比を表1に示す。

14
12度，波長，固有インピーダンスがきわめて小さい。た

倉10

郵ヒ

海水では一般に∴減衰量がきわめて大きく，伝搬速だ周波数の低い領域では減衰が比較的小さく，電波伝搬の可能性を残している。同時にこの領域では，波長が極端に短縮されることに注目すべきである。
3．2

水面における電波の反射と屈折器

空中から水中に電波が入射される場合，あるいは逆の場合は，水面で電波め一部は反射し，一部は屈折を

30

20

50

100

300

200

500

1，000

周波数（kHz）

図11海水中での波長

3q42186420

@20
100

200

300

500

1，000

一周波数（kHz）
図9

海水の減衰定数

8

7箱

：≧

1，600
ユコ
ぞ1．…

実数分，虚数分とも同じ

α

50

0︒

30

α

20

α

10
10

−︐

︵G︶KN臥ibNや檸阿一直i

15
に

t

︵實＼qq℃︶麟製悩驚一

田

25

一
10

一」

20

30

￡

踏800
羅600

欝

→

鱗響

01。・，。3。5・1・・．…3・・5・・

1，。論

空気

0，054
O，139

idB／m）

R26．30O，182

波10．2kHz

15．66

967．7

P00 kHz
P00 MHz

T．00

Q54．2

Q998

O，149

@0．33

@

長

入射波

反射波
θ塵

空気

η2

水

η艮

仇

水

η1

29391

θ1

a

河川

3．49

自

空気

海水

P0．91

星射波

入射波

η2

仇

透過波
透過波

（a）

（b）

図13水面における電波の反射と透過（a）電界が入射面に垂直な場合，（b）電界が入射面に平行な場合
6

1，000

10．2kHzim）

海水中での位相速度及び伝搬時間

500

P00 kHz
P00 MHz一一炉周波数（kHz）・．

図10

300

減衰定数

1↑

200

200

各種媒質の減衰定数と波長

周波数

趨

400

100

図12海水の固有インピーダンス

表1

葦、…

50

一一一周波数（kHz）

2．998

ともなって透過する。計算を容易にするため，図射角または反射角，θ2は無類失媒質の場合の屈折角で13（a），（b）のような平面波を考え，電界が入射面あって次式の関係がある。

（紙面）に垂直な平面偏波成分（水平偏波）と，電界が入射面に平行な平面偏波成分とに分けて計算する。結sinθ〜α、α2＋β、β2

sinθ1

偽2＋β22α2β、一α、β2（10）＋ブ 偽2＋β22

果は次のとおりである。

海水のように損失の大きな媒質では，空中から到来
1「＝η7z2一ηη1

した電波が海面から海中へ侵入するとき，その屈折角（6）ηη2十ηη1

はスネルの法則に従う凸とは異なる値をとる。あは実数項が位相的情報，虚数項が振幅的情報を与える複素2ηη2

T＝ ηη2十η刎

量で表示され，反射係数や透過係数の計算のため用い

（7）

＝1十r

られるが，正しい屈折角ψの値は，位相一定面の方向を示す角であって，

脇一 ﾑ窺一一r

（8）

Slnψ＝
β22−oね2＋β12sin2θ1＋2ηπ1（o♂一β22＋β12sin2θ1）2＋40勉2β22（9）

銑＝ηπ1十ηπ2 ＝1−r（11）

ここに電界の反射係数及び透過係数をそれぞれr，T，で表わされる。αFOの場合にはψ＝凸となり，スネルのまた磁界の反射係数及び透過係数をそれぞれル，乃

法則と一致する。

とする。また（a）の場合η。1≡η1／cosθ1，η。2≡η2／cos仇，

表2，表3及び表4に10．2kHzにおける海面及び河（b）の場合η。、≡η、cosθ1，η。2≡η2cosθ2であり，θ、は入面の反射係数，電界透過係数及び磁界透過係数を示す
が，これから海面では大部分の電波が反射されること，

表2

10．2kHzにおける海面及び日面の反射係数の大きさ
海

面

河

面

図13（a）

図13（b）

図13（a）

図13（b）

表4

入射角10．2kHzにおける海面及び河面の磁界透過係数
海

面

河

面

入射角
0。

0．99950．9995

0，966

0，966

10

0．99950．9995

0，967

0，966

20

0．99950．9994

0，968

0，964

30

0．99950．9994

0，971

0，961

40

0．99960．9993

0，974

0，956

50

0．99970．9992

0，978

0，948

60

0．99970．9989

0，983

0，933

70

0．99980．9984

0，988

0，904

80

0．99990．9969

0，994

0，821

90

1

1

1

1

表3

図13（a）

図13（b）

図13（a）

図13（b）

0。

1．9995

1．9995

1，966

1，966

10

1．9995

1．9995

1，966

1，965

20

1．9995

1．9994

1，968

1，964

30

1．9995

1．9994

1，970

1，961

40

1．9996

1．9993

1，974

1，956

50

1．9997一1．9992

1，978

1，947

60

1．99971．9989

1，983

1，932

70

1．99981．9984

1，988

1，902

80

1．99991．9969

1，994

1，813

90

2

0

2

0

10．2kHzにおける海面及び河面の電界透過係数
海

面

河

面

図13（a）

図13（b）

図13（a）

図13（b）

0．000753

0．000753

0．04680．0468100．000742

0．000765

0．04610．0475200．000708

0．000801

0．04400．049830

0．000652

0．000870

0．0406

0．0539

表5

入射角
0。

40

0．000577

0．000983

0．03600．000484

0．001170．03030．072160

0．000377

0．00151

0．0236

0．092070

0．000258

0．002200．01620，132

800．000131

0．00433

0．00824

0，249

90

0

2

0

2

入射角

周波数

空気→海水

空気→河川

30。

10．2kHz0．0153。

0，197。

P00 kHz
P00 MHzO．0478

O，613

P．43

S．38

10．2kHz0．0264。

0，342。

P00 kHz
P00 MHz

O．0828

P．06

Q．48

V．59

10．2kHz0．0305。

0，396。

P00 kHz
P00 MHz

O．0956

P．23

Q．86

W．76

60。

0．06085090。

7

入射角に対する屈折角の値

及び固有インピーダンス値が低いことから磁界透過係

空気数の方が電界のそれに比べて大きいことが知られる。

海水

また表5に入射角に対する屈折角の値を示す。入射エ
ネルギーが，入射角に関係なくほとんど垂直に海中に侵入することが強調される。

図14

4．水中通信曳行絶縁同軸アンテナ

前章の計算結果を考察すれば，海中相互の直接通信や空中電波の海中での受信，あるいはその反対径路のされている。ネス湖の実験では，深さ30m以上の潜水通信には，海水の減衰定数が周波数につれて著しく増艇のホイップアンテナで，湖面との間の150MHzの通加することから，低周波帯しか利用できないことが分信に成功している。

かる。しかも減衰は距離とともに増大するから，海面目的はこれらと異なるが海中電磁界利用の一例として，1928年に開発されたOcean

から比較的浅い部分に限って適用される。

Cableがある。これは1918年米海軍は，通信及び方向探知用アンテナを潜海底に張った絶縁ケーブルに電流を流し，その磁界を水艦に装備した。これは船体の両端からブリッジまで

船から吊り下げた1対のセンシングループで検知して2本の線を張って，船体を含むループアンテナを形成

船の進路を定め，ケーブルに沿って入港するシステムしたものである。315kHzで実験を行なったが，金属のである。

裸線が海水に接触している関係でループ上の電流の減

またSEDARは水面を曳行する送信機アレイによ衰が著しく効果的でなかった。この初期のアンテナは後に改良され，誘電体を被覆して絶縁ループとするこって，200mの深さの海底付近に設置した装置を回収するためのリモートレリーズ機構を働かすシステムでとで減衰を小さくして使用した。ループの大きさは海ある。深さ200m，有効距離1000m，水中で数分の1波長から数波長程度が使われ，4〜33という。

kHzの場合，距離4m以内では磁界は距離の3乗に出力115V，1kW

5．水中アンテナ

逆比例して減衰し，11m以上でノイズレベル以下とな

水中で用いられるアンテナは，媒質の影響で空中のった。

1941年当時の海軍技術研究所が安芸灘，広島湾で実場合とはかなり異る。主な水中アンテナについて，簡施した長さ25〜37．7mの水防空中線の初期の実験では，450km離れて17．44kHzを受信したところ，水深

単に紹介しておく。

5．1裸ダイポールアンテナ

6〜8mで可能であり，10mでは雑音のみであったと

通常のダイポールを海水のような導電性媒質中にお記録されている。当時枠型空中線では12mで受信可能

くと，媒質中にダイポールと平行な導電路が形成され，であった。戦後は曳行絶縁同軸アンテナが潜水艦用にアンテナ電流は長さ方向に沿って速やかに減衰する。

しばしば使われるようになった（図14）。

その電流分布は媒質の導電率に大きく影響される。し一般に空中電波の海中受信には低周波帯が使われる

たがって媒質の電気特性測定用プローブには高感度でことはさきに述べた。連続波双曲線航法システムの一適している反面，通信用としては余り適当ではない。

つであるオメガシステムは，10〜14kHz帯のVLFを

ただし淡水のような低損失媒質には使用可能である

用いているので，海面近くに浮上した潜水艦では受信が，指向性は余り良いとはいえない。

5．2絶縁ダイポールアンテナ可能である。ただし海面における位相シフトの大きさ

図15（a），（b）に絶縁ダイポールアンテナの構造の不確かさの問題や，空気と海水との間の著しい波長を示す。図で①は金属，②は空気，油，アルコール，の違いによる深さ情報確保の問題が存在する。

現在では，さらに低周波帯に属する30〜100Hz位のポリスチレン等の誘電体，③は薄いガラス又はプラス

ELFが利用されるようになった。米国の例では，
40〜50Hz及び70〜80Hz，送信機出力660kW，アンテ
ナ出力10W以下で，深さ120mの地中海を16ノットでチック管（ない場合もある），④は海水である。海水は航行中の潜水艦と交信したとのことである。ただし3放射する。直接海水の場合に生じるアンテナ付近での文字の伝送に15分を費した。

大きな吸収は，絶縁物②，③でカバーすることによっdense（α，βが大きいこと）なので，アンテナは電波を伝送線路の損失の場合のように単位長当りに配分，

他方河川や湖沼のような淡水では，吸収は海水に比て防ぐ。図15（b）は広帯域進行波型アンテナとしてべてはるかに少ないが，水面からの反射損の問題が残利用できる。このアンテナは裸ダイポールアンテナと8

㌔

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．、二葦〔；ミ㌔潮

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ノノ

（a｝

〔b）

図15海中における絶縁ダイポールアンテナ（a）中心給電，開放端の場合，

空気／ ダへ ＼

アンテナ

誘電体

／

讐＞1

＼σ
＼

＼

（a）

（b）一端給電，1／4波長裸モノポールで終端した場合

海水

昼熨ｮ
ノ

／

（b）
絶縁ジャケット

図16（a）偏心絶縁ダイポールアンテナ，（b）コーナーリ

ソレノイド

フレクタ付絶縁アンテナ
潜水艦

図17ELF帯絶縁ソレノイドアンテナ

反対に，周囲の電気特性に鋭敏ではないので，プロー
ブとしては適しない。ただし氷のように誘電率の低い補的である。

場合に限って利用可能である。

6．海面通信5．3偏心絶縁ダイポールアンテナ

図16（a）のように絶縁ダイポールアンテナの中心

海水のような損失の大きな媒質の場合，海中相互の導体を偏心させることによって，電界パターンに方向性を与えることができる。さらに方向性を増したいと通信を直接行なうことは得策とはいえない。そこでLateral Wave Transmission（Up−Over−And−Down

きは，絶縁スリーブの半径を大きくするか，（b）のよTransmission）の考えが導入された。図18で，電波はうにコーナーリフレクタ付絶縁アンテナを用いればよい。方向性はアレイアンテナにすることで一層増加する。

海面5．4絶縁円形ループアンテナ■

ループアンテナを用いる場合も，ダイポールと同様

o

水平絶縁アンテナに球，ウエッジ，トロイダル等の形状の誘電体で囲ん（a）で，絶縁円形ループとすることができる。トロイダル形の絶縁は，同軸ケーブルの外部導体を除去することによって容易に実現する。海中低周波通信用には，電海面

気的に小さな絶縁ループを使用できる。フェライトコ

電界パタ＿ンiア等の同心磁心を用いれば感度はさらに増加する。

5．5絶縁ソレノイドアンテナ
図17は，絶縁体ジャケットに包まれた潜水艦通信用の長いソレノイドアンテナである。アンテナ巻線の内同軸絶縁アンテナ

側には，ヘリカルに巻いた強磁性テープの磁心が入っ

偏心絶縁アンテナ（b）ていて感度を増大させている。海中を曳行し，船の中

図18水面を利用した水中相互間通信（a）側面から見た図，

心線と平行な磁界ベクトルを検出する。絶縁水平ダイ（b）電波の水面伝搬方向を見た図（同軸絶縁アンテナ

ポールとともに1つのケーブルに収めて使用すると相と偏心絶縁アンテナの電界パターン）9

海中に水平に設置したアンテナから上方へ放射され，

図19（a）は淡水の場合，（b）は海水の場合の電界

ほとんど垂直に近い臨界角（表5参照）で海面に到達の強さの周波数特性であるが，両者の間には著しい違

した電波は，海面に沿って長距離伝搬し，再び臨界角

いが見られる。すなわち前者では高周波で電界の強さ

で下方へ伝達され受信アンテナに至る。この方式では，が大きく，周波数特性もなだらかであるが，後者では伝搬径路の大部分が空中であることから長距離通信の端した進行波型がすぐれており（図15（b）），かつア

10MHz付近に最大値が現われ，それ以上の周波数では急速に減衰する。たとえば一180dBの電界の強さ
は，1kHz以下では350mまでしか確保できないが，ンテナを十分長く，絶縁物を薄くするとよい。

5MHzを用いれば30kmまで達成できる。大西洋や可能性をもっている。感度向上のためには，抵抗で終

一50
0．1km
0．2

一100
0．5

電
界

1

の

一150

2

さ

強

5

（dB）

一200

ε，＝80

10

σ＝0．004S／m

20
50
一250
100

100

101

103

102

104

105

106

107

108

109

108

109

周波数∫（Hz）
（a）

0．1km

一150
0．2

0．5

一200

1

電

2

界
の

5

一250
10

さ

強

20

（dB）

一300

ε，＝80

50

σ＝4S／m

100

一350

一400

100

101

102

103

104

105

周波数∫（Hz）
（b）

106

107

図19水面下15cmに送受信アンテナを置いた場合の受信電界の強さの周波数特性（a）淡水，（b）海水の場合

一10一

Mystic湖で実験を行なった結果，観測された減衰値はな水平電気ダイポールアンテナの使用が提案されていデケード当り20dBであり，100km程度の長距離通信る。この場合電界の強さは，距離周波数が小のときの可能性が示唆された。

は距離の3乗に，中のときは距離の1乗に，大のときは距離の2乗にそれぞれ反比例して減衰する。計算の7．海底通信結果を図21に示すが，岩石の導電率が4×1r6S／mの

もう一つのLateral

Wave

Transmissionは，海底を場合，電界の強さの最大値は8km以下では10MHz，

利用する方法である。岩石圏（lithosphere）を構成す

8km以上では1MHzに現われる。一方岩石が4×る岩石の電気特性は，たとえば玄武岩でε．＝15．6，σb＝10−5S／mの場合には，最大値は6km以下で10MHz，

10−7〜5×10−4S／m，花歯岩でε。＝4．7〜5．4，σ。＝3×6km以上では1kHz以下に現われている。

10−17〜3×10−6S／mといわれ，導電率は大約10−8〜10−3S／mの間と考えられる。したがって海中を直接た場合の値であるが，σ＝4×10−8S／mとして電界の強伝搬するよりも減衰は小さくてすむと考えられる。通信のためには，海底にボアホールを設け垂直アンテナ

図21は海底から15cm離れた所にアンテナを設置しさが一225dBとなるのは500kmであるのに対し，もし海底から1．5m離すと10km以下となってしまう。

を設置する方法も考えられるが，図20では移動が容易

結論として，海底を利用した通信は，（1）σ＞4×

10−6S／mの比較的損失の大きな岩石の場合，50km以上の伝送を行なうには低周波ほど減衰が小さくてす『受信ダイポールアンテナ

T

送信

εr2，σ

周波数があり，方向性アレイアンテナなどを使用して海水

2を海底に接近させて使用すれば，1〜10MHzに最適

ム

ダイポールアンテナ

εr1，σ11

む。（2）σ《4×10−6の低損失の岩石で，かつアンテナ…

海底通信を行なう可能性がある。（3）アンテナを海底海底面から離すと減衰が大きく，効率的でない。

図20海底を利用した海中相互間の通信−375−400 dB

−350

100

100

一600dB

一325

一500
−400

50

50

一325

一300

一275

10

距

離

−350

20

20

10

−375

一300

一275

距

5

離

ρ

一250

5

一250

ρ

（km）

（km）

2

2

一225

1

一175

一225

1

一150
一200

一200
0．5

0．5

一125

一175
一150

0．2

o・｛α

103

−125

105

107

0。2

109

o・乱01

103

105

周波数ノ（Hz）

周波数∫（Hz）

（a）

（b）

107

109

図21海底から15cm上に送受信アンテナを置いた場合，受信距離の周波数特性。ε。1＝80，σ1＝4S／mとする。（a）ε。2＝16，σ2＝4×
10−6S／mの場合，（b）εr2＝16，σ2＝4×10−5S／mの場合

一11一

一452

8．あとがき（1972）

2）根本，他：マイクロ波リモートセンシングによる海洋の油汚染監視技術，電子技術総合研究所調査報告，第202号

本稿の前半では，海中通信には不向きとされている（1979）

電波技術について，限られた条件下で利用できないか

3）を検討するため，実際の海水の誘電率，導電率から電4）W．A。

波の伝搬特性を求めた。計算結果から，海水中で直接

5）石毛：海面及び海中における電磁波の伝搬，光電技報，4，

通信するには近距離かつ低周波領域に限られることがS．Evans：Journal
Cumming：J．

pp．｝3−1蓼

ρ）

示された。

P．，23，

pp．773（1965）

pp．768（1952）（1988）

丞陣空中線を使用する水中無線用受信機の深廉寒験啄輝報transmissionに着目して，海面

7）R．K。

及び海底を主伝搬径路とする2つの通信方式についMediumwaveて，文献を調査，要約した。海面についてはかなりのMoore：Effects
on8）R．W．

MIT

P。

9）M．Siegel

る。他方海底を利用すればこれらの問題は解消するが，Antennas

じるかも知れない。今後より十分な検討を必要とするだろう。

本稿をまとめるに当り，特に後半の部分に多数の文献を参照させていただいたことをお断りしておく。

Radio

and

and

Magnetic

Electronic

and

G．

and

R．

Dissipative

a

W．

in

the

Conducting

Trans。，

AP−11，2，SmithlAntennas

Matter，

in

The

P．

King：Radiation
Half−Space，

from

IEEE

LinearTrans．，

pp。477−485（1971）

Burrows：Radio

Science，11，

Science，1，Frieman

for

and

N．

Undersea（JASON），JSR−73−5，Signalling

SurroundingIEEE

pp．357（1976）

pp．913（1966）12）R．MacDonald：Advances in Seabed Electromagnetic
Wave Propagation Research， Underwater Systems
Design（1989）
tion

Engineer，42，10，

S．

in

11）∫R．Wait：Radio

参考文献
Bogie：Conductiona（1963）

King

Ap・19，4，10）M．L．

13）E．A．

The

of

Analysis，Press（1981）

水深の浅い位置に船を保持する問題等が残されていヘドロ等堆積物を含む海底媒質の電波特性に問題が生

Antenna

pp．216−225

遠距離伝搬が可能ではあるが，波浪による不安定さや，

Sea，

Glaciology，5，A．

告，海軍技術研究所技報，第0240号（1942）

つぎにIateral

1）1．S．

of14）D．M．

pp．447

一12一

Bubenik13，pp．1011

and（1978）A．

M．

Kroll：Lithospheric

Propaga・Communication，

Tech．

Stanford

Institute（1973）

C．

Research

Fraser−Smith：Radio

ReportScience，

電波航法Electronic

Navigation

Review

No．36（1989）

カラー魚群探知機の発明（株）光電製作所

田The

InventionofColourFish

中一

Finder

Koden

Electronics

Co．，

Isokazu
1．概

礒

Ltd

TANAKA

ラン受信機などの電波航法装置を製造販売していた

要が，1960（昭和35）年に元産業科学研究所の平野社長

本文は（株）光電製作所が世界初のカラーブラウン
管を表示器に用いたカラー魚群探知機を商品化し，そから，魚群探知機（以下，魚探と呼ぶ）を開発して営業戦列に加えるべきであるとの提言をいただいた。

の特質を利用して新しい性能の魚群探知機を開発した技術の動向をまとめたものである。

その理由は，魚探は小型船用，大型船用，魚種，漁法によって極めて多岐にわたっているので，常に新商

本文によって，世界の魚群探知機のベストセラー商

品の要求があるとのことだった。

品になったカラー魚群探知機の現在の技術と将来の発魚探の開発をきめて，まつ当時の魚探（記録ペンと展の動向を理解していただけるならば筆者の幸いこれ

記録紙を用いた図1に示したような魚探）を調査するに過ぎるものはない。

と，次のような弱点があることがわかった。

ただし，限られた紙面で，それらの技術の詳細を説

弱点（1）

明することが不可能なので，文末に示した参考文献と浅い水域の魚群の探知ができない。

特許，実用新案の公報を併読していただくことをお願

弱点（2）

いする。

魚群の密度の判定が困難である。
弱点（3）2．魚探のカラー表示の発想まで1）

魚探の活用に消耗品の補充が必要である。
（株）光電製作所は，主として無線方向探知機，ロ

弱点（1）は，浅い水域のエコー信号を記録するために，記録ペンの速度をあげると，記録紙と記録ペンの

同期

／接点カム

「一一一一一一曙一く一一鯛一『一へ
1

、

2
記録ペン

コ

†
1トリガ

・・一信号

2

翻一タ
、

＼

増幅器

；

@無記録紙
〆だ・導

！

2

接燭が不安定になるために，一般に2m以下の記録が不明瞭であった。

弱点（2）は，エコー信号の放電による記録紙の変色の範囲が狭いので，魚群の分布状況を判読することが困難であった。

弱点（3）は消耗品である記録ペンと記録紙の補充が必要であるほか，掃引機構の清掃，注油が必要であっ
た。

L＿

発振器

周波数

A鉛・→

5〜500kH2のパルス波
rr．甲「●

中

︒▼水

．＿

送受波器

，

Gヤ

1

，超音波

図1

以上に説明した弱点がない魚探として，上記の産業科学研究所が，ブラウン管にAスコープ表示の魚探を製造，販売して好評であったが，魚群の映像の振幅と深さが，エコー信号を受波するたびに複雑に変化，出滅するので，連続して監視するときには疲労を感じるなどの欠点があった。

記録式魚群探知機の基本構成

一13一

記録ペンと電子回路に置換した記録装置で，マルチペ

記録紙ンと命名した。

水面（発振線）

図4に示したように，マルチペンを掃引する周期にプランクトン層魚相当するゲートパルスによって，ペンの駆動回路のト群

ホウイトラインランジスタを順次に導通させて，エコー信号を記録紙

水底の線

に加える。

水底の残響

図2

このゲートパルスの周期を高速にすれば浅い水域の在来のホワイトライン記録

エコーの記録が可能であり，またゲートパルスの周期を部分的に変更することによって部分拡大（図5），水

記録紙

水面（発振線）

底面の拡大（図6），トロール網の位置（図7）などのプランクトン層の上限記録が可能になった。

プランクトン層の下限附近

プランクトン層

マルチペンを用いた小型のエビ・トロール漁船用の魚群の外周

KS−387型魚探，大型トロール漁船用のNM−850型
ネット監視装置は現在でも活躍している他，後日魚群の最も濃い部分
水底の線

岩場など

ホワイトラインに相当

強いエコーの水底

図3

FAXの記録方式に採用された。

エコーの等強度線の記録（ダブルホワイトライン）

記録紙

一深さm

2．1エコー信号の強度の分布の表示3）

水面（発振線）0

弱点（2）の軽滅を目標に開発した記録方法であり，英国のスミス社の特許で，1970（昭和45）年まで有効

20一一

普通記録

40一

であったホワイトラインの改良である。

この改良は，ホワイトラインを作ったエコー信号よ

水底の線

60

り約10倍高レベルのエコー信号の範囲を示す等強度線

魚を挿入する方法で，ダブルホワイトラインと命名し・

70一、中型魚探KS−386型に導入した。
このダブルホワイトラインによって，魚群の密度の

80一

群

拡大記録

図5

マルチペンによる部分拡大記録

判定がより精密化できたが，起状の激しい岩場や複雑な形状の魚群の記録が，複雑な線分で仕切られるため

記録紙

ol︐深

里

に，理論上は極めて巧妙と思われたが，判読が容易で

水面の線

さ

1956（昭和31）年に（株）光電製作所で開発中の電子計算機のスイッチ技術からヒントを得た記録方式

二︸

100運L

2．2マルチペン記録方式4）・5）・6）・7）・16）・18）・24）

魚群のエコー

プ

なかった。

@

@

@

@

@

ｹR

lom

@

@

@

t （発振線）

水深

⊥水底の線

@

拡大された魚群のエコー

奪

高さ

水底の基準線om

で，弱点（1）を除去することが目的であった。

図6

在来の魚探に用いている記録ペンを機械的に掃引す

マルチペンによる水底面の拡大記録る機構を，櫛型に固定した多数の銀パラジウム合金の網を逃げた魚群網に入った魚群

ゲートパルス発生回路
7

7

一

記録紙

クロックパルス（トリガ）

エコー信号（共通）

マルチペン
水面の方向

エコー信号
エミッタホロワ・トランジスタ

t

網ロー

マルチペン

難吐

記録紙

噺

ゲートパルス（切換）鴨エミッタホロワ
トランジスタ回路

記録紙の台

図4

図7

最初のマルチペン記録の特許出願

一14一

マルチペンによるトロール網の監視記録

広幅記録紙の大型魚探を商品化し，市場を広げつつあ
エコー信号を加える記録ペンった。

この環境を受けて，最初のカラー魚探は当時の大型

酸化アルミニウムの層

カラーブラウン管（20型）を用いた大型漁船用を目標

酸化鉛粉の層（赤）にして開発を進めた。
炭素粉の層（黒）上記，他社の大型魚探の価格は約300万円であった?R体
註：iこi：i＝i：：：：キ＝：：：：が，カラー魚探に必要なIC等の電子部品だけで概算．．：：：：：：i：i

約200万円であったために，当時は小型，安価のカラー

記録紙の台

魚探の開発は不可能であった。

Gコー信号の放電路

図8

白，赤，黒の3色記録紙

3．2カラー魚探の基本技術21L22L25）

図9にカラー魚探の主要部の構成を示す。
2．3多色記録紙8）・20）

高波したエコー信号をデジタル変換して副メモリに在来の記録紙はエコー信号の強度を記録紙の変色の順次に書き込んだ後に主メモリに転送し，主メモリの濃淡によって表示するが，エコー信号の強度によって内容を繰返して読み出して，アナログ変換してブラウ

記録の色彩が変化する記録紙があれば，魚群の分布がン管に表示する。

より明瞭になるとの発想で，弱点（2）を改良する目的

副メモリと主メモリのデジタル信号の書込みと読出で多色記録紙を考案した。

しと，ブラウン管の電子ビームの走査を同期すること

図8に示したように，エコー信号が記録紙面の白色の酸化アルミニウム層を破壊すると赤色の酸化鉛層がによって，エコー信号を1本の線として表示し，新しく加えられるエコー信号の線を順次に配列する形式の現れ，更にエコー信号が強くなって酸化鉛層を貫通す

ブラウン管表示の魚探である。

ると黒色の炭素粉の層が現れるような放電特性の記録紙を作る。

副メモリに書き込んだエコー信号を，ブラウン管にBスコープのエコーの映像に変換して表示する経路は

この記録紙の商品化には化学，製紙の新しい技術が

図10A，図10Bに示してあるが，図9のカラー変換回必要で，かなり多量に製造しなければ採算がとれない

路は，カラーブラウン管の3色の電子ビームをエコーとの予測がでたが，この発想が魚探のカラー表示化の信号の強度に応じて制御する回路である。

起源になった。

エコー信号の映像は図11に例示したような色彩で表示するように設計した。

3．カラー魚探の開発

すなわち，発振パルスと水底のエコーに相当する線
3．1

カラー魚探の発想9）・10）

分は赤色，大きい魚群のエコーに相当する線分は黄色，

1973（昭和48）年になると光電製作所の電子計算機i

小さい魚群のエコーに相当する線分は緑青色に表示さの開発と商品化が進み，中型計算機KODIC−402に続れ，それらの線分が1本のエコー信号の映像となり，新しく加えられるエコー信号の線が順次に配列されていて，科学用計算機KODIC−1000が完成した。
この頃になって集積回路（IC）の種類が増加したのBスコープのエコーの映像を作るのである。

で，電子計算機の技術を応用してブラウン管にBスコ

世界最初のカラー魚探は，1976（昭和51）年に20型

ープ（横軸に時弊，縦軸に水深）の表示をする魚探ののカラーブラウン管，8色のカラー表示，水底面拡大

発想が生まれた。

表示を組み込んだ仕様のCVS−881型として発表ししかも，記憶回路を使うことによって在来の記録式の魚探と類似の映像が得られるという発想であった。

た。

もし，それが可能ならば，その映像にエコー信号の強度に応じた色彩をつければ，在来の魚探が持っていた弱点（1），（2），（3）を除去した魚探の商品化ができ

アナログ→D
エコー信号

副・・リ主・・リ
SM

AD

MM

DA

陽＝麹
l

走査（掃引）

S

K社は，そろって強出力，高感度，

一15一

」

ブラウン管

CRT

この頃，1974（昭和49）年は遠洋漁業の全盛時代で
F社，

l

ロ

◎／

書込み／読出しる糸口になった。

あり，J社，lCC

デジタル→A一一一一るという提案であって，光電製作所が世界最初のカラー魚探（後にこの種の魚探の下構になった）を開発すl

図9

カラー魚探の主要部

1回目のエコー信号の映像
1回目のエコー信号

1回目のエコー信号

ブラウン管

テしエ

イたコ

ジ

図10A

主メモリ

繰り返して読み
出す

走査回路
送り噌…・

映像を左に進ませる。

一

2回目の映像

2回目のエコー信号
P回目のエコー信号

2回目のエコー信号

デ。ジ，ル、ヒ

した
エコー信号

ll

主メモリ

ii

一一1
ll

出
出

走査回路

ここまで進むと映像消滅

ところが，シフトレジスタは電気ショックに弱く，試作中に，はんだごてを当てただけで破壊することと，

一

一一

一

一

一
一

︐lL1111搾日日一−﹂一111一1111甘h−

でき上ったプリント基板は導通テストを行っただけで破壊することが判明し，製造に特別の注意をした。

最も困ったことは1個のシフトレジスタが破壊しただけで，そのプリント基板に割り当てた色彩が全部消えてしまう大欠点であった。

しかし幸いなことに，調整が完了した後は安定に動作してくれたので，製造，調整に予想外のコストがかかったが，CVS−881型カラー魚探が完成した。

上記のようにカラー魚探は開発を始めてから約2年間で試作を完了し，1977（昭和52）年から販売を開始した。

たまたま，この時期に漁業専管水域200カイリ法が施

大きい魚群
水底のエコー
水底附近の
残響

図11

@送り噌一一ブラウン管式の記録魚探の原理

Z⁝⁝⁝白洲青一一 一 1﹂ ↓1↓ーレー−
一 一
一ン
一 一
一
一 一ア一 一 一■

ブラウン管の映像の色
発振パルス
小さい魚群
のエコー

ブラウン管

ここまで進むとメモリ消滅

こ書換え
エコー信号の1本ことに書換え

図10

1回目の映像1旨；2量昏

一「諭．

図10B

エコー信号の1本ごとに行されたために，より高性能な魚探が必要になってきた。

エコー信号とカラー映像の関係

このカラー魚探の副メモリと主メモリには当時の最高性能，最大容量のICであった1キロビットのシフ
トレジスタを採用した。

当時のカラーブラウン管の表示可能の画素数は約12万個だったので，カラー魚探の画素数として約8万個（縦軸，横軸とも256個）とした。

したがって図9に示した主メモリには1キロビットのシフトレジスタ256個を直列接続して256キロビットに組上げたプリント基板を，8色分として3列必要で
あった。

一16一

写真1

最初のカラー魚探，CVS−881型
左から送受信機，20型ブラウン管表示機，制御機

1977（昭和52）年1月には，朝日新聞とNHKテレ

遅延しない時の魚群の位置

ン管
カラーブラウン管̲

ビジョンが，CVS−881画面取材して，「200カイリ時代の新兵器」として全国的に報道されたので，カラー魚

応じ切れないほどの受注が国の内外から続き，その探発振線（本船の直下）遅延させた魚群の映像

本船の
魚探の
映像

探は急速に全国の漁業者の知るところとなり，要求に

申
潤[プ長

，．．．翁

水底の映像

隔●．．曹一一一一一一一一一噂｝一一

逃げた魚群

魚性能は高い評価を得た。

@

ら

／網

口
／
網中の魚群
／一三の映像／轟3．3カラー魚探の第2世代

水底の映像

1978（昭和53）年になると大型漁船のブームが一一段
図12落して，近海と沿岸漁業に適する中，小型漁船の建造

エコー信号を遅延して表示が盛になったので，それに見合った性能と価格のカラー魚探の要求が強くなった。

その頃になって主メモリに用いていたICのシフト
レジスタの代りにDRAM（任意書込み読出し可能のメモリ素子）を使用することができるようになり，そ明するように多機能化されて第2世代に進んだ。

4．カラー魚探の発展23）のメモリ容量が4キロビットに増加し，価格が低下し

4．1

た。

2個のエコー信号の並列表示ユ1）

DRAMを用いたプリント基板は，素子が不良にな

カラーブラウン管の表示を2分割して，異なる2組のエコー信号を同時に表示する技術で，例えば図7にっても，その素子が受持っている画素の部分だけの色説明したトロール漁網を監視するためのエコー信号と彩が異状になるだけなので，カラー魚探の動作は極め

本船の魚探のエコー信号を並列に表示することができて安定化し，また低価格化が実現した。

る。

また，文字，数字用のICや画像変換用のICなどが図12はその表示例で，ブラウン管の上面にトロール入手可能になったので，エコーの深さの数字表示，画

魚網のワープ長に相当する本船の航行時間だけ遅延さ像の分割表示などが可能になり，在来の魚探では実現ができなかった便利な性能のカラー魚探が出現した。

せた，本船の魚探のエコー信号を表示し，下面にトロこれらの技術を結集して開発した中型のカラー魚探ール魚網の網口の上下を探知したエコー信号を表示する。

CVS−885型を1978（昭和53）年に発表したが，本機にこの表示によって，トロール漁網の場所で探知した

よってカラー魚探の基本的の技術が完成したことと，魚群が，本船の魚探にはどう表示された魚群であった

DRAMの記憶容量が256キロ〜1メガビットに増加かを確認することができる。

したので，カラー魚探は小型化されるとともに次に説4．2n倍の距離の水域のエコー信号の並列表示12）

主メモリから読出すエコー信号の読出し速度をn分の1に落し，エコー映像の送り速度をn分の1に圧縮し，普通の読出し速度のエコー映像とをブラウン管の上面と下面に分割して並列表示するカラー魚探，CVS

カラ
カラーブラウン管

T

映像の読出し
周期が普通

水底一一

→
黶@

一

一

一

nT

一

一

一

一

一

一

映像の読出し周期がn分の1
水底

写真2

DRAMを使った最初のカラー魚探， CVS−885型11型ブラウン管表示機

図13

一17一

長時間と普通の映像の並列表示

一884型を商品化した。

発振線

この魚探は図13に示したように，カラー魚探の映像

水底のエコー
一ル

肋弱点を補った。

πぐの表示時間が在来の記録式魚探に比較して短いという

／沓璽堕

水底以深の

／ 残響

、水底附近の。。．

また，表示時間の延長によって水底面の起伏の状況
を，魚探の使用者の感覚に近づけることが可能になっ卜一一水深一一→た。

水底面のコLド信号
発振線のコード信号

4．3拍子的深度目盛の挿入13）

・の一・虐号は省略可一1ドー適当な・。・数カラー魚探の映像に水深の目盛を挿入するために，水深に応じて定めた周期のパルスを発生し，ブラウン『図15水底面のカラーラインの原理

管を輝度変調して，図14のように点線または実線を作り，エコーの映像に重畳して挿入する。

そして，文字，数字用ICによって図示のように水深

カラーブラウン管

発

発振線が直読できるようにする。

＿発

また，上記の半固定の電子目盛の他に，映像中に任
映像
魚群の映像

意の場所の水深を読取るための可変電子カーソルも導入されて，カラー魚探は極めて使用し易い魚探に発展鵡

のカラーライン@の水面附近の残響
@水水底線
@水

した。

水底線下の
@水
＼泉薦蓬騒響̲力@水4．4水底面のエコーの表示14）

記録式魚探に採用されているホワイトライン方式を発展させた表示方法で，水底面の強いエコー信号を受

図16

カラーラインの映像

燃した直後に，コード信号を発生し，このコード信号が継続する時問だけ，ブラウン管の色彩をあらかじめ
4．5魚群量の計測2L15）

定めた見易い色彩に変更して表示する方式であって，魚群のエコー信号を表示するとともに，その増量（重カラーラインと呼んでいる。

図15，図16に示したように，一般に特に強勢な水底面のエコー信号を基準にして，適当なビット数のコー量，匹数）を推定することは，魚探が実用化された当初から要求されてきた。

魚探に記録された魚群は，魚群の断面図に似た形状

ド信号を作る。

在来のホワイトラインと異なり，図15に示したようになっているが，魚種，魚群密度，魚探のパルス波のにエコー信号がトリガレベルより高いときに一定幅の探知範囲，漁船の速度などでエコー信号が大幅に変動

カラーラインを設けるのが特長で，カラー魚探におけするので，魚群量を正確に計測することは極めて困難

る底質の判断を残響の色彩によって行っていることをである。

しかし，魚群の相対的の量を知ることは魚群資源の補充している。

調査などに必要であるので，内外の数社から特定の計量方式を採用した魚探が発表されている。

ここに提案した計量方式も，上記の諸條件の仮定がカラーブラウン管

lo40
深40 m 一一一一一一一一一一一 @ 華
さm

必要であるが，カラー魚探に比較的に簡単な回路を附

深さ目盛

加することによって，魚群のエコー信号をデジタル量（電子目盛）

図17において，ブラウン管を偏向するための縦方向

キャラクタ

120

ディスプレイによる
深さ数字『水底の映像160ヨ｝

として求めることができる方式である。

80

80一120一里『発振線160（深さ）と，横方向（距離）のスタート点から，任意の時間の点の複数個を選択して得た三型の境界内のエコー信号のデジタル値を取出す。

このデジタル値に上記の諸條件を導入することによ
図14

電子目盛の挿入って，境界内の水域に応じた計数を求めて表示する。

一18一

出願昭42．4．1，特願

カラーブラウン管
l

「

8

一発振線

一 魚群の映像

5／水底の映像／
ll＿＿＿＿＿＿＿＿1＿＿

／

6

＼
l

7

昭48−36967

カラー魚探による魚量の計測
8

昭42．4．5，特願昭48−15039

出願

昭42．5．27（分割），特願

公告

昭49−219099

出願

昭37．9．17，特願

公告

昭40−20351

出願

昭49．5．9，特願公告

昭50−149368

10）

辞
11）

昭52．2．10，特願

公告

昭53−39972

出願

昭51．5．19，特願

公告

昭52−141263

公告13）

昭61−34627

片山，小林：目盛付探知表示装置，
出願

昭54．12．4，特願

じめ開発に協力して重要な提案と試作を行った光電製

公告

昭56−79976

14）

作所の諸兄に感謝する。

試作した最初のカラー魚探の試験に立合って，重要
15）

16）

昭52−85964，

田中，古谷：魚群量表示装置，

昭55−74935，

昭62−22112

田中：電子走査を行った多数の針を用いた記録器（英文），43．5）

また，ローマのFAOの関係者にカラー魚探を紹介してくださった藤波漁船協会長，カラー魚探に「クロ17）

輸出の道を開いたマルコニー社のジョンソン氏，アメ

18）

田中：マルチペン日記抄，光電ニュース，12−2，1971（昭
46）

19）

田中：カラー魚探の誕生まで1，コーデン，18−8，1977（昭52）

リカ市場におけるカラー魚探の普及に協力されたサイ20）

テックス社のハンスフォード社長に感謝申し上げる。

田中：マルチペンの誕生，光電ニュース，10−3，1969（昭44）

マスコープ」の商品名をつけて，ヨーロッパ各国への考文昭54−21761

FAO漁業研究船会議資料（アメリカ，シアトル市），1968（昭茂在先生（東京商船大名誉教授）に御礼申し上げる。

参

昭52．7．19，特願

公告

公告の物体の探知に応用する技術のご指導をして下さった

昭54−156391，

田中，木下，千脇：水底面のエコーの表示装置，
出願

出願昭55．6．5，特願産大名誉教授），鈴木先生（東京水産大名誉教授），間
庭先生（元農水省漁船研究室長），カラー魚探を水底下

昭51−57677，

田中，木下，千脇：超音波探知表示方法，の試作に努力された嶺岸，佐藤（正），戸叶研究部員はなご示唆とご指導をして下さった佐々木先生（東京水昭52−14424，

出願昭52．12．29，特願昭52−158895，

稿を終るにあたり，カラー魚探の提案と基礎技術の開発を指導された平出元研究部長。最初のカラー魚探

昭49−50718，

嶺岸，佐藤（正），山田：2信号並列表示装置，

その表示はブラウン管の他に液晶表示のものも現れ，
12）

昭37−39924，

田中，嶺岸，佐藤（正）：魚群探知機，
出願

れ，商品化されて世界の魚探の中心的の存在となり，小型のヨット，ボートから大型漁船にまで普及した。

昭44−38642，

平出，嶺岸：画像表示方式，

で，魚群量の計測方式が更に進歩すると思われる。

カラー魚探は以上に説明したような過程で開発さ

昭42−0405，

田中：多色記録紙，︶

最近のメモリ素子の容量の増加と価格の低下によっ

出願

公告て，この種のデジタル回路の商品化が容易になったの

5．謝昭42−5271，

年号：曳網状況記録装置，

︶

図17

l

昭42．1．28，叩網

栗村：超音波探知装置，︶

電子カーソル
で囲んだ水域の魚量を計測
する。

l l
l l
l

出願

公告

＿

電子カーソル＼l

昭42−20321，

昭46−15190

町田：部分拡大記録水中音測機，

︶

深、の

l

︶

幅（距離）の
電子カーソル

公告

田中：カラー魚探の誕生までII，コーデン，18−9，1977（昭
52）

21）

献

田中：カラー魚群探知機，画像工学コンファレンス資料，
1977（昭52．11．17）

1）

田中，古くて新しい魚群探知機，超音波TECHNO，第2巻，

22）2）古沢，調査研究用技術，海洋音響学会誌，海洋音響学会，第

23）

24）

3）栗村，堀田：記録方式，
昭37．9．19，特願

田中：カラー魚群探知機の新技術，OCEAN

AGE，1981（昭56．1．1）

17巻，第2号，平成2．4．1
出願

田中：カラー魚群探知機について，むせんこうじ，1978（昭53．6．1）

第4巻，日本工業出版社（株），平成2．4．15

田中：トロール網監視装置，航海漁携計器講座，漁船協会，
1984（昭59．6．10）

昭37−40329，
25）

公告 昭40−10792
4）栗村，堀田：湿式記録装置，

田中：カラー魚群探知機，航海漁携計器講座，漁船協会，
1984（昭59．6．10）

一幽

P9一

電波航法Electronic

Navigation

Review

No．36（1989）

電子海図に関するIMOの最近の動向
日本海技協会庄
RecentTrends

at

IMO

on

司

和

民

ECDIS

Kazutami

SHOJI

るように求めること。

1．まえがき②

この暫定動作基準に沿って作成された機器を評価してこの案を更に改良すること。

電子海図に関するIMOの最近の動向については，③NAV小委員会に関連情報を提供することを要

昨平成元年3月17日の電波航法研究会で，主として第請することとした。

35回航海安全小委員会（NAV35）における検討結果を報告したが，その後同年10月22日〜26日に水路部の主2．3最も問題となった点＝最小表示情報を標準表示

催で電子海図に関するセミナーが開催され，更に同年情報として追加，削除を認めることとした点であり，11月28日〜29日に西独ハンブルグの水路局においてこれに英，蘭，ソ，日が強く反対したが，意見書の第

IMO／IHOの電子海図に関する調和グループ会議

7項にあるように，今後IMOにおいて標準表示情報（HGE）が開催されている。

の中から最小表示情報とすべきものを検討するという

従って，この稿は前述の電波航法研究会で行った報告に，その後の経過を加えて執筆することとする。

2．第35回航海安全小委員会における電子海図関連審議の概要ことにして合意がなされた。

2．4電子海図の改補について＝IHOから提出された
IMMARSAT−EGC（Enhanced Group Call）システ
ムが最適であるという意見は支持された。また沿岸航

海の船に対してはVHF等他の通信手段も考慮すべき

2．1検討経過＝IMO／IHO調和グループが1988年9月に西独ハンブルグで会合して作成したECDIS暫定であるという認識で一致した。

動作基準案（NAV35／7）については，最初本会議でそ上局でのデータの保管，送信の技術的並びに運用上のの取扱いが審議され，英，希，ソ連等からこれを正式

問題，財政的調整i，ECDISの法制的地位等の問題点がの基準とするには十分審議されていないとの意見が強あることが認識された。

く出されたが，西独から問題の重要性から見て第一世

2．5

代のECDISのシステム開発のためのガイドラインと、して，この会合で暫定動作基準案の最終文書をを作成

また，改補のシステムに関しては，放送の調整，地今後の作業予定＝今後の作業予定としては，①1989年11月にハンブルグで開催予定の調和グループにおいて，non−chartシンボルと色について検討し，次回NAV

し加盟国に回章するという意見が出され，その方向で36にその報告を求める，②ECDISに関する評価を今後3年間，毎年調和グ合意され，米，英，仏，ソ，西独，日本等10ヶ国，並ループに報告する

びにIHO等4機関でWGを作り，暫定動作基準案を③1993年を目途にECDISの動作基準を暫定案か検討した。

ら本案にする。

2．2検討の結果：暫定ECDIS動作基準付属意見書（NAV35／WP．3／annex），暫定ECDIS動作基準案（同という点が合意された。

appendix2）がまとめられた。これは海上

2．6紙海図と同等でない電子海図装置＝これについ安全委員会のサーキュラー（MSC／Circ．515）としてては，日本提案（NAV35／7／5）を中心に審議されたが，加盟国に回章され，その呼び名を「紙海図と同等でない電子システム

1及び①ECDISを開発せんとする企業にこれを考慮す（Electronic

一20一

chart

System）として，今後更に検討を続けることとされた。これに関しては，英，米から基3．孤立障害物の表示

準作成の必要はないという意見も出されたが，西独，

4．ENCの中にある等深線のうちから選択された自韓国，日本等より検討すべきであるという主張がなさ

船の安全等深線

れ，これが同意されて作業計画に残すこととなったも5．固定又は浮上型航路標識の表示のである。今後ともわが国の実情を踏まえ，基本的な6．航路や水道等の境界線

三盛を整理し・各院に理解され易い）ヴイドラインとい

7．分離通航方式の航路

う形で驚を行う等の方撫強饗寮与す漁事が肝要

8．目視上の，又はレーダー上の著明物標であると思われ雍。

9．禁止区域又は制限区域

2．7その他＝

10．警告記事の表示①ECDISの利用に関する訓練の必要性について，

11．尺度目盛

STW小委員会で検討するように要請することと12．海図スケール限界なった。

13．水深及び標高の単位②ECDISに関するIHOの活動項目と作業計画が3．3必要情報紹介された。

③HGEの次期議長として，要求に応じてECDISは，次のものを含みENCに内Mr．φyvind

STENE

蔵されている他の如何なる情報をも表示出来ること。

（ノルウェー）が選出された。

3．暫定：ECI）IS動作基準

一

測深点水深

一

孤立危険物の細目

一

航路標識の細目

暫定ECDIS動作基準の全部を紹介することは，誌

一

警告記事の内容面の都合で出来ないので，その要点だけを紹介するこ一

ENCの編集年月日

一

測地系の名称ととする。

3．1暫定ECI）IS動作基準の目次

3．4シンボルと色＝

1．まえがき1．IHOで認められた海図シンボル及び色だけが，

2．定義

ENC

情報を表示するために用いられていること。

3．ENCデータの表示

2．1．で述べられた以外の全てのシンボルと色は，IMO4．尺度で承認されたものであること。（appendix

2参照）

5．航路計画と航路監視と航海記録

3．5精

6．シンボルと色

1．航海の目的に用いられる線は，±0．50．以下の角度の

7．精度

度＝

精度で表示されること。

8．他の情報の表示

2．距離の精度は，表示器の対角線の半分の1．5％，或は9．表示モードと隣接区域の発生70mのいつれか大きい方を超えない精度で表示さ10．表示装置れること。

11．データの供給と更新

3．ECDISは，

12．他の装置との接続

ENCデータに関するIHOの精度要件に適合することが出来ること。

13．作動検査及び警報

3．6データの供給と更新＝

14．電源

1．ENCの内容は，

SOLAS第V章20規則に適合するよ

15．バック・アップ装置

うに，意図する航海のために最新で且つ適当でなけ

APPENDIX

ればならない。

1：ECDISの動作基準の中で用いられている用語の定義

APPENDIX

2．ECDISは，

2：海図以外のシンボル

3．2標準表示情報：

新を受け入れることが出来ること。これらの更新は，

ECDISは，最初にスイッチを入れた時及びそれに引表示された情報に自動的に適用されるべきである
が，7．の規定に従って，ENCデータとは別に記憶さきつづいて単一の操作で，常に次の標準表示情報（default

display：補償された表示）を海図スケールにれるべきであり，ENCデータを書き換えてはならな

合せて表わすこと。

1．海岸線

IHO標準フォーマットで送信される通信を受信して，ENCに追加されるべき公的な自動更い。

3．ECDISは手動で入れられる更新を，最終的にデータ

2．干出岸線を受入れる前に簡単な方法で確認されて，受け入れ

一21一

ることが出来ること。これらはENCとは別に記憶されるべきであり，又表示面上ではENCデータや13．位置の線

その自動的更新とは要求に応じて，はっきり区別さ

15．計画航路

14．転位された位置の線れるべきであり，これらの見易さを損ってはならな

16．流向流速ベクトル

い017．危険物

4．電子海図装置には，ENCに加えられた更新の記録が18．避険線

その適用の日付と共に残されていること。これらの19．予定航程

更新の文書リストに加えて，航海者が確認するため

20．計画位置と予定時刻にも又変更を知るためにも，それが表示出来ること

21．光達距離が必要である。

22．転舵すべき位置と時刻

5．各国の水路部が供給するENCとその更新のための
フォーマット及びデータ媒体は，国際的に標準化されたものであること。

6．ECDISに用いられるENCデータは，各国の水路部でそのもとが造られたものであること。

このリストは，完全なものでもないし，また全ての

ECDISがこれら全部を含まなければならないということを，意味するものでもない。

4．ハンブルグ1：MO／IHO−HGEの検討結果
前述の如ぐ昨年（1989）11月ハンブルグの水路局に7．ENCの内容は，船上では変更することが出来ないよ
うになっていること。

電源l
ECDISは，通常その船の主電源から，電源の供給をおいて第8回のIMO／IHO−HGEが開催され，本年9月に予定されている第36回NAVに提出する電子海図
装置関連事項が審議された。

その時の主なる検討結果を紹介すると，次のようで受けること。これに加えてECDIS及びこれを正常に機能させる全ての必要な装置を代替電源で作動させるある。

ことが出来ること。一つの電源から他の電源への切替，

4．1色とシンボル＝

或は電源の60秒以内の中断に対しては，手動で初期設

CIRMとIHOからの提出文書が紹介されたあと，定入力を再投入する必要がなく，且つ記憶装置に入れられた情報をなくすることがないこと。

IHOでの検討に関するデモンストレーションが，スラ・イドとコンピュータグラフィックによって行われた。

3．8バック・アップ装置＝IHOからの提案は相当細部に渡っており，また昼間と

ECDISの故障の場合にも安全な航海を確保するた

夜間において画面の明暗を逆転するなど，相当高い機

めに，適当なバック・アップ装置を備えること。

能を要求している。また西独からは，ECDISに表示さ3．9APP：ENDIX 2＝海図以外のシンボル
次の予備的シンボルのリストは，航路計画に用いられるべき情報分類（地形，航行設備，センサーデータ，

れるようなものである。

西独，蘭，加の「色とシンボル」についての共同プロ

白船データ）についての意見が述べられた。さらに，

1．自船

ジェクトが説明され，参加国に研究の継続が要望され

2．過去の航跡た。

次いでCIRMから提出されたNon−chart

3．命令針路速力ベクトル
4．メードグッド針路速力ベクトル

symbolに関する文書を中心に審議に入った。我国と蘭からコ5．距離円

メントが提出され，またソ連よりシンボルはIMOで6．カーソル線

作成された暫定性能基準のNon−chart

7．変針点

沿って検討すべき旨意見が出され各項目毎に検討が加8．イベント・マーカー
9．推測位置（DR）

えられたが，終了時間となったため，Sub−WGを設置

10．推定位置（EP）

英，蘭，日，及びCIRMが加わった。

一目視
一天体
一レーダー
一電子的位置測定装置（EPFS）

listにして検討を続けることになった。このSub−WGには，第2日目にSub−WGからの案に沿って審議が再開

11．船位誤差範囲（PPA）
12．次による測定位置

symbol

され，各項目について大方の合意を得る所となったが，審議終了直前にIHOのKerr氏より，原則（Principle）
を確定してからでないと有効性がないとの意見が述べられ，議場は原則を確定してから再度本件を検討しようとするグループとIMOの暫定性能基準のNon一
22一

㈱c1贈・・舶本期轟で膿認製i響0
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SYMBOL◎

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ンブルの・・駅撤され煉議未了のため未だHGEの正式原峯とはならなかった。

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一23一

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第1図一3

一24一

md軸㎎1e

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chartsymbollistをベースとすることが合意されて，■NMARSAT

第1図のような案が出来上った。これに関連して，本航梅機尉情報レーダー

船の過去及び現在に関するもの（過去の航跡，現在位

し

電子海図表示暴UN■TUP−DATE
DATA

ガ

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1

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った。

1

PAPER
CHART

はねの

4．2機能実証試験

UP−DATE一一→［亟コDATA

次の三つの実証実験の予定が報告された。

Project

ノルウェーの商船を対象にした北海のプロジェク

ECS

n。t

E■ectronicChart
to paper chart

Sy8temoro五vaユent

トでNV船級協会が参加して， IMOの暫定性能基準に沿った設備（スペリー製）で1990年2月又は3

Funotiona■

月から3ヶ月間実施する予定である。データのフォ

Functiona■

Grado

Grade

ECDIS

Back−upIAuto−oquユvalent

update皿tO

P．chartBack−up
二重装儒ーマットはノルウェー方式とし，データ更新には
INMARSAT Standard−Cを使用する予定である。

②SUSAN

水賂情報

一一
＼

ン↑／

てこの案は9月のIMO／NAVに提出されることとな①Seatrans

その他の

駅

＼＼
［亜コ…［亜亘］

出港後の告に達するために有効であることが同意された。そし

等

→

CHART

色の選択に適用される原則（Principle）は，最終の勧りお←一一一 mMS工］

D■SPLAY

は他の単色（案ではgreen）を用いること，シンボルとロリロ／

置等）については一つの単色（案ではorange）を用い，本船の未来に関するもの（針路，速力，予想航路等）

じ

ハードコピー

Functionaユ

Grade

皿

Got

you

ho窟6

c卜art

電池電源

Project

第2図

西独のECDISのプロトタイプを開発しようとするプロジェクトで，クルップ・アトラス社とハンプ
ルグ商船大学が参加している。1990年春にはシミュ
レータによる実験と海上実験をする予定である。

③DCW

4．41HOでの活動状況
IHOでは次の委員会を設けて検討している旨の報告があった。

米国の航空図を1：1000000スケールでデジタル化

しょうとするプロジェクトで，英国のHarwichと米国のNorfolkの海図もデジタル化することとなっている。またECDISのプロトタイプは三つ作ることになっており，1990年夏までにデータベースを完成できる予定である。

①COE（ECDIS委員会）
本委員会はさらに第3図のように六つの小委員会を設置して検討を行っている。ECDISのスペック
は1990年の前半に改訂版を発行する予定である。

②CEDD（デジタルデータ交換委員会）
この委員会では，ECDISのデータ交換フォーマッ

4．3紙海図と同等でない電子海図装置

ト（DX90）を完成した。最終の会合は，1990年1

我国から，航海の安全を図る上で，紙海図と同等で月にパリで開催の予定である。

ない電子海図装置の最低基準は必要であり，現状でも③DBWG（データベース作業部会）

既に電子海図装置には様々な機能レベルのものが存在

この部会では，北海水路委員会メンバーとカナダ

し，その最も程度の高いものでも電源のバックアップ

が北海のデータベースを作成中である。1990年夏

装置と自動更新装置を備えていない装置は，紙海図とまでにはベータを公開できる見込みであり，また同等でない電子海図装置である旨，第2図を示しつつ

最重要航路と港は，今年中にデジタル化したいと説明した。我国は第36回NAVに本件に関する文書を再提出する方向で検討して居り，各国からコメントを

1990年の3月までに我国へ提出してもらいたいことをCOE申し沿えたところ，数か国から反応があった。

またIHO代表から，本件の基準を用意することを確認したことはないとし，国内マターとして取り扱うべ

Spec

Data

Sy璽boユ

SP52

base

ColourGlossary

Datingきとの意見が出されたが，英国から本件は基準というよりも，ガイドラインの形でとりまとめたらどうかとの提言があった。

Tech●

Org．

第3図

一25一

UP

Oua工ityと。但しこのことによって，データベースの内容を変のことである。

更してしまうことがあってはならないこと。

2．第36回航海安全小委員会に向けて

IMOの第36回航海安全小委員会は，本年9月3日

8．他の機器と接続した時，他の機器の入力が損われたり，他の機器に悪影響を及ぼしたり，自分自身に影〜7日にわたって開催される予定であるが，その第4議題として電子海図装置があげられている。そして検響があったりしないこと。

討議題には，暫定ECDIS性能基準の見直しに役立つと。

情報の提供，更新に関する問題，シンボルと色等と共に紙海図と同等でない電子海図装置の基準についての

9．「実行可能な限り，IMO／Cric．515の基準によるこ6．むすび
以上簡単に電子海図装置の動向について述べたが，提案も求めている。

これに対し，従来からその必要性を主張してきた我国は何等かの提案を準備するという方針で望むことになった。その内容の骨子としては，次のような事項が考えられている。

読者の皆様に幾分でもお役に立つことが出来たならば幸いである。

略

語

1．船上で使用する海図情報データベースは，各国のCEDD：Committeeon

水路部が発行する電子海図，又は各国の管海官庁によ

CIRM：Committee

Internationalって認められたものであること。

2．スイッチオンした時に表示される最低表示情報は
これをはっきり定め，これは改変出来ないようになっていること。

Exchange

これを改変出来ないようにすべきであること。

Digital

Data

Maritimes

ECDIS：Electronic Chart Display System
EGC：Enhanced Group Call（System）

EPFS：Electronic

Position

Chart

Fixingdensity）によって

HGE：Harmonization

Group

拡大や縮小の限度が決まるので，これを定めておくこ

IHO：International

Hydrographicと。

IMO：International

Maritime

5．表示画面に使用されるシンボルと色は，IHOや

of

Radio

COE：Committee on ECDIS
DBWG：Data Base Working Group
DR：Dead Reckoing

ENC：Electronic Navigational
EP：EStimated Position

3．要求に応じて表示出来る情報も，はっきり定め，
4．情報のデジタル化の密度（dottheMSC：Maritime

SafetyNAV：Sub−CommitteeononSystemECDIS
Organization

Satellite

Organization

Committee
Safetyof

Navigation

IMOに於いて国際的に定められたものを用いること。

PPA：Position

Probability

Area

6．航海に利用する方位線の角度精度，及び距離測定

SOLAS：SafetyofSea（convention）

精度は殆どECDISと同程度であること。

STW：Sub−Committee

7．各国水路部から知らされる海図改補情報や，水路通報を画面上で書き換えたり書き加えたり出来るこ

一26一keeping

Life

of

at

StandardsofTraining

andWatch−

電波航法Electronic

Navigation

Review

No．36（1989）

船内統合エキスパートシステムについて
三菱重工業（株）長崎研究所

葛Nagasaki

Mitsubishi

Heavy

Research

and

西

宏

Industries，

Ltd．

Development

直CenterHironao

KASAI

画設計するに当っての必要条件をはじめ，本システム

1．まえがきの完成時のイメージを指し示すのにほぼ充分なもので「高度自動運航システムの研究開発」という題名の研あると判断された。そこで，以下にその開発研究のあ究が昭和58以来6力年にわたり，（社）日本造船研究協らましを述べ，将来に期待されるこのような知能化操会における造船界の共同研究として実施された。これ

船運航管理システムに関するご理解の一助に供する次は，未来の「高信頼度々能化船」に必要な船上システ

第である。

ムの要素技術を目的としたものである。このうちのサブテーマの一つに「船内統合システム」というものが2．開発の目的
船内統合システムは，船上における操船制御・運航あり，これには船上サブシステム群全体を自律的に統括管理・運用するという他システムとは階層的に異な管理の中枢機能であり，これに必要な船内の情報と，る一段と困難な課題が与えられた1）。自律的にとは，当これを補完する衛星通信を利用した陸上からの支援情

然ながら，船橋における操船・船内統括管理の日常作

報を用いて，海陸一体の運航を，乗組員の介在なしに業を，人手の介在無しに遂行できることを意味するが，可能にしょうとするものである。したがって，ここでは，船内外からの多種多様な情報をコンピューター自このために将来どのような技術が必要となるかの解明がこの研究の具体的テーマであった。

身が自動的に授受・判断・処理し，船上の各種システ

自動化を行うには，コンピューターが自分で情報をム，すなわち，主機，操舵機，海象気象状態監視評価

収集し，推論・判断し，行動意思の決定を行い，それシステム，、最適航路計画システム，衝突・座礁予防シに基づいた実際的経験則・知識類が数多く活用されてステム，港内航行誘導・同支援システム，自動離着桟いるはずであり，システムとしてはこれに見合った機システム，岸壁係船システム，自動錨泊システム，貨能も備えていなければならない。「船内統合システム」

物自動保全システム，自動荷役システム，船体状態監の研究ではこのような目的を達成するために，先端技

視評価システム等を統括・運用・管理して操航を遂行術の一つとして近年注目を集めている「エキスパート

させてゆくことの出来る自律型の統括システムが開発

システム（人工知能）」の技法を用いて開発を行った。

できるかどうかを検証することを目的とした。

したがって，開発された「船内統合システム」は船長
知識・経験を読み込んだ「エキスパートシステム」（知識ベースシステム）を中心としており，この意味から

3．システム開発の概要（1）システム開発方針の具体化

上記の目的に沿う自律型システムの開発を行うた

表題のように「船内統合エキスパートシステム」と呼め，まず在来船をベースとした船内外情報量，船内情

んで差し支えないものとなっている。

要素技術開発という目的から明きらかなとおり，上報ネットワーク技術，統合システムの必要機能の調査

述の開発研究の完了はまだ実用機の完成を意味するも検討を含めた開発課題の整理を行い，結局次のようなのではない。しかし，今回の研究で開発された試作エ

三つの基本機能に分けて検討することとした。

キスパートシステムの機能は，今後実用システムを計

一27一①船内統括管理（船長判断）機能

表1

撒

撒

海象・気象

㎜

事敵・散瞳

船内統合システム知識集約表の一例

1

献
なし

（岸壁、他船》
L．圏．

サブシステム異心、火災、舶体運動
腎「厚．ゴ「

その他（1）

火災発生簡所確鳳自蛎肖火装置作動

畑確翻」主機軸続・電源系統の異常／爆発の危険ないか確認、陸上への連絡、

（2）

出潅準備

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もし危験力｛大きい場合総員退船

二二索の増し取り、どのサブシステムに異需があるかの確認、陸上への連絡

r火災消火に回し陸上への㎜育、（3｝停泊（2）に同じ、岸壁への衝突注意、フエンダー増血、（出港侍ち）

（ω

鰍
（5｝

㎜

係船解除の中止、消火作業、岸壁への衝突注意、危険がある場合係船索増し

爆発の危険がある時、陸上からの指示
により離桟、適当な水域への移動準備

敢り、サブシステム三富確臥手動モ（タグの要縛、タグによる離桟等）、

一ドへ切替え、揚錨中止、投錨、岸壁との衝突注意、（6）

消火に努めるとともに、安全な水域へ離桟

本船を移動、（η

係船索増し取り、消火作業、
サブシステムの修復、バラスト調整、

停泊
仙潜寺ち）

（8）

出港

（9）

危険な場合、陸上へ連絡し、乗消火作業、システムを手勤に切替え、修復作案、他船の勤両チェック・衝突
回避、陸上への遵絡、他船への償号、（8》に同じ

狭水路航行

（10）

沿岸航行

（11｝

大洋働紆

q2》

停泊
ひ誰高持ち）

q3，｛8）に同じ最寄りの港へ避難

消火作業、陸上への連絡、システム手勤切替え、他船・障害物二二、消火作業、陸上への連絡、他船への信号連絡、（8）に同じ規（14｝

船体運動の少ない方位に二二槻
（15，

着捨中止、柚酢ち、陸上への軽種、

暮桟

q6，

早急弓こ係船乙案を行う、通常より徽喬索を増す、陸上への遵賂、（17，

荷役中止、陸上への連絡、清火作粟、

襯

係船中止、沖へ二二、

徽

一28一

訥L「．．冒．凱〕見イ「，ヒW、一圃＝冊F■，拙−7．「▼

■P甘，

表2

運航計画の知識に関するルール記述の一例

if

運航計画から6時間以上遅れているならば，

then

WG−3に運航計画の立て直しを要求し，主機回転数をStandby

fu11に設定

せよ。

（p．運航計画から遅れている（cycleselectnorma

1）（run＿mode

＾mode

＜＜

taiyou（run＿condition＾1atitude〈la＞＾10ngitude〈lo＞）｛（plan＾diff｛（tar召・t）
一一

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｝）

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〈diff＞｝〈ta・〉｝r（remove

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〈diff＞）

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1運航計画から6時間以上遅れているので，

WG3に運航計画の立て直しを竪下し1）（call

printw

1主機回転数をstandby

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exec

＾contents

wg6inf＾argment

運航計画から6時間以上遅fullに設定します。

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wg30ps

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1

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・1旨へL

−29一

；針路要求）

D

ことが少ないように，データベース管理システムと推②船内データベース管理機能③船内外データ通信管理機能

論システムとは互いに独立動作（非同期）する構成と特に船内の統括管理における情報入手，推論判断，方している。今回の試作システムでは，推論システムに

針決定などの処置に必要な機能について，これらを自よる自動的なデータベース処理は，次の項目のみにつ律的に行うシステムを実現するために，まだ発展途上いて行った。

の技術ではあるが，人工知能（エキスパースシステム）

・計画航路の登録／更新の技法を応用した開発を行うこととした。

・航海現状値の登録（2）船内統括管理用エキスパートシステムの試作

・危険海域情報の登録と参照
・船内システム情報（故障等）の登録

人工知能技術のうち，エキスパートシステムの分野で知られているプロダクションシステムの形式が今回（4）船内外データ船内通信管理システムの作成の開発目標に適合すると判断し，これによってスーパ

高信頼度知識化船の船内LANは，情報処理量の観ーミニコンを用いた船内統括管理用エキスパートシス

点から当然光ファイバーによる光通信となるが，今回テム（以下において便宜上「船長エキスパートシステの研究では，船内各システム情報の一括管理が可能なム」と呼ぶことがある）を試作した。この試作に当た：LAN管理システム機能の検証に重点を置き，同軸ケっては，構築ツールを選定する必要があったが，本研ーブルを用いたイーサネットを利用してシミュレーシ

究では，代表的な前向き推論型で自由度が大きく，他

ョン用の船内LANを準備し，船内統括管理の目的に汎用言語とのリンクが容易で他システムとの結合適性適合したLAN管理システム環境を準備した。
（5）シミュレーション実験用システムの準備も大であり，（選定時点で）最高の推論実行速度が得られる等の理由によってOPS（i）シミュレーションシステムの構成5を採用した。

船長エキスパートシステムに内蔵される知識ベース

船内統合システムの開発およびシミュレーション実の構築にあたっては，学識経験者，船長実務経験者の験に使用したハードウェアの構成を図1に示す。基本

ご協力による操船・運航管理知識のヒヤリングを実施

的には，主コンピュータ（VAX11／750）と副コンピュ

して実際的知識の集約，獲得に務め，知識ルールを一ータ（μVAX−II）を使用し，前者上で船長エキスパー

旦およそ600個抽出し，これらを整理統合の上，結局350

トシステムとデータベースとを実行，後者を用いて，個のルールを内蔵した実験用知識ベースを試作した。

海象気象模擬，工船の操縦運動ダイナミックスの模擬，さらに，この試作知識ベースを用いたシミュレーショ

他船および暗礁の模擬，シミュレーション実験環境設ンを試行し，知識ルールの補完を行って本研究用知識定を目的とした各種サブシステム機能の模擬等の実車

ベースを準備した。知識獲得作業の過程で用いた知識

状態・環境の模擬を行うとともに，シミュレーション

集約表の一例を表1に，さらに，知識ベースの要素との進行に伴う操船運動を鳥傘台に示すグラフィック表

してコンピュータに読み込まれているプロダクション

示用システムを走らせた。また，これらのコンピュールールの一例を表2に掲げる。

タ問は，イーサネットによるLANで連結されており，（3）船内データベースの構築および同管理システムの船内LANを模擬した形での船内データ通信が行える作成ようになっている。開発の最終年度に運輸省船舶技術

高度自動運航システムを構成する各システムにおい研究所システム技術部において行われた総合シミュレて授受される情報量は膨大であり，アクセス頻度も高い。船内統括管理を目的としてこれらの情報を迅速，かつ，確実に取り扱うには，各システムが共通に利用

主コンピュータ

する情報を，データベースに収録して一元管理を行う

VAX11／750（VAX8350）のが最も着実な方法である。そこで，今回の研究の目的に相応しいものとしてリレーショナル・データベー

H4000

□□□□
Eヨロ

Eヨロ

E巨霊

目口

表示／操作端末
イーサネットス（RDB）形式を選定の上，船内統括管理の実際を目H4000的とした船内データベースを試作した。

今回の研究において試作したシステムでは，推論シ
ステム（エキスパートシステム）からの自動アクセス，

副コンピュータ

グラフィックコントローラMicroVAXII

T

ektronic5■ □□□ならびに端末からのアクセスが可能な機能を持ってお

一30一

Eヨロ

Eヨロ

表示／操作端末

り，また，大量データの処理に際してデータベースへのアクセス時問が推論システムの動作に影響を及ぼす

Eヨロ

4125J

図1

ハードウエア構成

﹁

1船内統合システム

L一一

ロ

一…
推論システム（船艮エキスパートシステム）

推論エンジン

講；灸〔〕
操船用
知識ベース

統括管理用
知織ベース

一一

推論表示

状態表示

システム

システム

u

〔コ

口

口

ロ

謹騒麩

翻覇畿

羅翻

ー

推論制御

推論表示

状態表示

船二間通信表示

図2

一一一一一一一一。一一一一一

模擬システム1i1
一1匡1−Ilーー﹂

L＿＿＿

シミュレーーション環境

海気象／船体運動／他船・暗礁

・主機、舵機・海気象監視システム
・最適航路計画システム

シミュレータシミュレーションコントロール

・貨物自勤保全システム

システム

体状態監視シズテム

システム

状態表示システム

口』
周辺現境
状態表示

コマンド
入力システムグラフィック表示システム

口

口

匿垂涯

ココ
圏琶

グラフィック

シミュレー

表示制御

ション制御

〔コ
グラフィック
表示

ソフトウエア構成

一ションでは，上記の主コンピュータの代わりに上位

IV．火災発生関係機種であるVAX8350を使用した。・
今回の研究で試作システムとして開発したソフト

V．クラック発生，浸水関係
イベント処理：一

ウェア構成を，シミュレーション実験のための環境模1．他船接近，衝突予防関係

擬・設定用ソフトの構成と合わせて図2に示す。シミ

II．暗礁接近，座礁予防関係ュレーション実験環境条件設定のためには，前掲の船III．荒天下航行関係

内各サブシステム情報入出力との自動アクセスが必要

IV．危険海域避航関係となるが，本研究の過程ではそれらは並行して開発研

データベース管理：一究を実施中で末完であり，そのため本研究としてはそ

1．運航計画関係

れら各システムが開発完了した時点で発揮すると期待

II．航海現状値関係

されるシステム情報入出力機能を見掛け上模擬するプIII．危険海域情報関係

ログラムを作成して各種データの自動アクセス実験環

IV．船内各システム情報関係

境を整備した。

自動操船：ご（ii）試作システムの機能

1．目標針路設定関係

今回の研究において試作した船内統合システムの基

II．オートパイロット関係

本機能を，船長エキスパートシステム内蔵知識ベース

III．自動航路保持関係の持つ判断知識の項目分野で示すと次の通りである。

（6）シミュレーション実験

船内統括管理：一1111111111111111﹂

船陸間通信システムコ

船内装置／周辺システム

LAN

LAN管理システム

IlーーIl−lI唇IlIll一﹁聖ーーIlーー−

1ーー1ーーーllllーーー1ーーーllllI−IlI一﹂一11ーーーIll一

1

ロロ

L＿一

ア）実験の目標

1．運航管理関係
II．運航計画関係て船上の制御，運航管理等の総合統括管理が実行でき

III．データ取込み関係ることを，まず，オンライン／実時間シミュレーション

異常事態対処：一試験した船内統合システムが，所期の機能を発揮しによって確認することとした。このためには，前述の1．システム異常関係
II．主機異常関係

力学的特性，各種陸上・船上システムからの情報環境

III．操舵機異常関係が可能な限り実船のそれに等しくなるような状況を整ように，本システムを取り巻く海象気象，自船の運動

一31一

実船データ
入出力

環境模擬
システム

船長
エキスパート

システム

「…

推論表示

i

操船海面

噸享。

東京一ロサンゼルス

自動運航（シナリオ）

運用プログラム

シミュレーション結果

康

シミュレーション

貯示

図3

l
！

ム

幽

1

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，2i

i

（⊃

「㌣⊃，回国ロ

霧

各種異常事態
発生イベントしl／グラフィック表示

航海計画

…

：

l
l

i

し．＿．＿．＿．＿『＿．＿．＿．＿．＿．＿P＿．＿．＿．＿，＿．＿．＿7＿響

推絵過程保持用共通領域

図4

航海シミュレーション実験の要領

推論表示システムの動作説明を図4に示す。

備し，見掛け上のデータ授受の時間的経過が実際の状況に等しくなるようにしてシミュレーション実験を行

シミュレーションにおける推論表示のシステム機能（7）操船運航シミュレーション実験結果行なったシミュレーション実験の結果を，船内統合

った。したがって，この実験の結果，本システムの推論・判断，統治・指令動作が，機能として妥当であり，システムの目標機能項目と対応させた形で述べるとかつ，タイミング的に実船の操船運動の時定数よりも次の通りである。

充分に速いことが実証されれば，本システムは実船用〈港内航行〉：一として基本的に実現可能と判断出来る。今回のシミュ
レーション実験はこの確認を目的として行った。

①シミュレーション開始
船内統合システムと他システムとのLANを通した通信機能が正常に動作することを確認した。

イ）実験シナリオ

供試船舶：大型コンテナ船（検証項目：通信管理機能）

標準航路：東京港大井埠頭〜北米ロサンゼルス・

②

出

港

船谷間通信（模擬）システムを通して陸上から出

ロングビーチ埠頭間（北太平洋航路）

標準航法：大洋では大圏航法，他の水域では航程

港許可・指令情報を受信すると，直ちにこれを確幽し，船内各システムの出港準備態勢をチェック

線航法による。

し，出港作業の指令を発する統括的判断管理が実ウ）実験の方法

実時間による航行シミュレーションを上記シナリオの全航程に渡って再現することは実際上困難である

行出来ることを確認した。

③システムの統括管理
他システムの発停管理，機能管理等の統括管理機

ので，船長エキスパートシステム機能の確認に必要な航海中の推論・判断の局面をいくつか取り上げ，能，各種データの通信機能が正常に作動すること

具体的には，図3に示すような要領により実験を行を確認した。また，航海状態に基づいて航海モー

つた。

ドの自動切替えが的確に行われることを確認し船長エキスパートシステムの中心的な機能は，知識た。写真1に出港時の各システム統括状況表示のベースを基にした操船・運航指令の自動的推論・判一例を示す。（検証項目：統括管理機能，他システ

断にある。従って，コンピュータの中で，実際どのような知識ルールを呼び出して活用し，どのような順序と時間的推移で推論動作が進行したかを確認出来ることが重要である。そこで，本システムでは，推論過程で実行された各知識ルールの内容を，それぞれ一個の短い和文に要約し，これらを進展中の推論サイクルごとに表示出来るようにし，オンラインズ

実時間で進行中のシミュレーションにあたって，これらの流れを視覚的に参照出来るようにした。また
このときの推論結果表示は，推論過程とは非同期に独立させており，必要に応じて過去の数サイクルにまで遡った表示も出来るようにし，全体としての推論の流れが確実にレビュー・評価できるようにした。

一32一

写真1

船上他システムの統括管理写真2

港内航行状況

写真3

ムの模擬）

④

他船往航状況の一例

突危険度の判定を行い，減速，砂質操船等を的確港内航行に行うことを確認した。（検証項目：統括管理機

港内航行のモードでは本来，別途開発の港内航行

能，他システムの模擬）

誘導システムを統括，運用して航行が行われるも

⑦

主機異常

のであるが，同システムを完成状態で連結した運航行中に主機異常を起こした場合，船内統合シス

用実験は将来の開発研究に譲ることにかる。しかテムが主機のスローダウン，船内アナウンス，陸し，今回開発の船長エキスパートシステムによっ上への通報，各種処理の指令動作を的確に行ってて同システムを統括管理する機能は，推論動作のいることを確認した。（検証項目：統括管理機能，

時間的応答の面から充分であると判断された。ここでは，船長エキスパートシステムによる操船判

船陸間通信システム管理）〈大洋航行〉：一断・指令により，本船が港内狭水路における計画

①

他船避航

航路に沿って円滑に航行することを確認した。ま航行中，他船との衝突の可能性が生じた場合，船た，船長エキスパートシステムが持つオートバイ

内統合システムからの情報を基に衝突危険度の判

ロット機能のきめ細かな操舵の機能として，計画定を行い，その見合い関係に適した序章動作を指航路からほとんど編差無く航路・針路を保持した

令・実行できることを確認した。なお，他船との航行が可能であることを確認した。写真2に港内

見合い関係には非常に多くの場合が想定され得る計画航路に沿った航路保持航行の鳥海図画面の一が，本試作システムでは，ある程度見合い関係の例を示す。なお，このような港内航路保持航行中，パターンを限定しているため，あらゆる場合にう船長エキスパートシステムによる他船避航の機能

まく対応するためには，今後さらに細かな知識のは，もちろん常時即応体制にある。（検証項目：統追加，修正が必要と考えられる。写真3に他船避括管理機能，他システムの模擬）航状況の一例を三曲図画面で示す。（検証項目：統⑤データベース管理

括管理機能，船陸間通信システム管理）

本船固有のデータ，あるいは航行に必要となるデ

②

危険海域

ータを船内データベースから検索抽出して表示
し，船内統合システムとしてデータベース管理機

危険海域に関する情報が，陸上から船陸間通信シ

能を確認した。また，航行に必要となるデータにた情報をデータベースから取り上げ，その海域をついては，航行状態に応じて逐次更新されること

本船が通過予定であるか否かの判定を船内統合シを確認した。さらに，固有のデータについては，

ステムが正しく行っていることを確認した。さらキーボードから直接それらの内容が変更出来るこに，その海域通過の可能性があると判断される場とを確i翻した。

合，最適航路計画システムを作動させ，その海域

⑥

他船避航

ステムを通じて本船へ通報された場合，受け取っを迂回する航路を再計画し，その結果による新し航行中，他船との接近あるいは衝突の危険性が生い航路に沿って航行を続行出来ることを確認しじた場合，船内統合システムからの情報を基に衝た。写真4に危険海域迂回航路の鳥轍図画面の例一33一領した。検証を行ったイベントは次の通りである。

・システムの異常，および，それらの冗長系の異
常・火災の発生（船首部，および，船尾部）

・船体ラック，および，浸水・操舵機異常写真6に火災発生時，火元を風下へ向ける緊急操船の鳥轍図画面，同7に他システムに異常が発生した場
合の他のシステム状態表示画面例を示す。（検証項目：
統括管理機能）5．開発の成果ならびに評価
写真4

危険海域迂回航路表示例

先に掲げた三機能を達成出来る船載型自動システム
として，本格的な人工知能技術を応用して行った今回を示す。』（検証項目：統括管理機能，事忌間通信シの研究開発の結果をまとめると次の通りである。

ステム管理，データベース管理機能，他システム（1）船内統括管理機能

船内統括管理の要素技術解明を目標として，人工知

の模擬）

③ 台
風
大洋航行中，洋上に台風が発生し，本船の航行に能を中核とした船内統合システム（船長エキスパート

影響が及ぶと判断される場合，横風を受けないより，船の操船，運航の統括管理に必要となる次のようシステム）を開発した。本システムを用いることによ

うに針路を変更するなど，航行の安全を目的とした適切な対応がなされることを確認した。
（検証項目：統括管理機能，他④暗システムの模擬）礁

航行中，暗礁が検知され，かつ，座礁の恐れがある場合，座礁予防システムによる座礁危険度判断に基づいた自動迂回が行われることを確認した。

写真5に暗礁迂回航行中の状況を鳥緻図画面で示す。（検証項目：統括管理機能，他システムの模擬）⑤各種イベント処理
各種の事態が発生した場合，運航モードの切替え，冗長系システムへの切替え，船内アナウンス，陸上への通報等の適切な対処が行なわれることを確
写真6

写真5

写真7

暗礁避航中の鳥轍図画面例

一34一

火災発生時の緊急操船鳥昼酒画面

他システム異常発生時のシステム状態表示画

な判断，指令，操作・制御・連絡，全般監視等を，内・他船参考情報（船陸間通信情報等）

蔵された知識ベースに基づいて，乗組員・オペレータ

・各種船内システム情報・データ（特性・状態情報）の介在なしに自動的，かつ臨機応変に実行してゆくこ・その他（船内管理データ等）とが可能である。

なお，このような船内統合システムとオンラインに・運航状態に応じたモードの切替え（推論・判断基
準の変更）

・各種船内システム，装置類の状態監視，および機能，発停の判断および制御

連結して使用される船内データベースは，大型になるにつれてアクセス時間の関係から主コンピュータによる推論動作応答を劣化させる傾向があり，実用化開発
設計段階ではこの点に注意を払う必要がある。

・船内の異常状態への対処（通報・連絡，ならびに（3）船内外データ船内通信管理機能

事態解決への処置）

上記船内統括管理に必要な船内データ通信管理シス

・船内データの処理，およびそれに基づく判断・処テムを試作した。これを用いることにより，上記船内

置・安全運航のための臨機応変な処置まで含んだ操蛇，操船制御管理システムの機能に基づく次のような船内および船・所定の航路，あるいは臨機に指示を受けた新航路

ートシステムへ，また，船長エキスパートシステ

別間通信の自動的な管理を行うことができる。

・船内各システムの管理情報データを船長エキスパ

等に対する航路および針路保持

ムからの指令信号データを船内各システムへ，船・衝突予防システム，座礁予防システム，最適航路
計画システム，等からの情報データに基づいたバ

内LANを経由して授受する。
・陸上に対し七各種の許可を要請する場合，ならびックアップ操船処理等に船内に異常事態が発生し，陸上への通報が必要

今回研究開発を行った船内統合システムは，操船制
御／運航管理オンライン・リアルタイムシステムに初めとなった際等に三陸間通信システムを経由して自動的に通信を行う。

て人工知能の適用を試みたものとして評価された。今

以上，今回の研究で開発された船内統合システムは，回試作された比較的小規模の知識ベースでも通常のス

本来，他の各船内システムの開発が完了した上で実際ーパーミニコンを用いた実船用オンライン・リアルタに結合して評価すべきであるが，今回の研究においてイムシステムとして使用し，基本的に妥当な操船・運他システムを模擬した実船環境対応周辺システム群を航管理の推論応答動作が達成出来ること，また知識ベ用いて行ったシミュレーションの結果，その船内統合

ースへのルールの追加書き込みと処理速度の大きい上管理機能を充分に達成しているものと評価された。

位コンピュータの採用とにより，容易にシステムの高度化が達成できるこもが確認された。したがって，実6．今後の課題

用化段階で実態装備の各システムとの結合を行う場合

今回開発した船内統合システムの諸機能は，船長エにも，インターフェースが非常にフレキシブルに実行

キスパートシステムの知識ベースに内蔵される知識の出来る見通しが得られた。

質と量，ならびに使用するコンピュータの処理速度，（2）船内データベース管理機能

容量等に依存する。したがって，今後有効な実用シス船の操船・運航管理に必要な船内外システムからのテムを実現するにあたっては，この点に充分関心を払

大量の情報・データを一括して運用するための船内デう必要がある。本システムは，乗組員の介在しない条ータベースを試作した。さらにこれを上記の船内統括件下での機能を重点に検討され，この成果から将来の管理機能（船長エキスパートシステム）により一元管

高信頼度知能化船用の船内統括管理用システムとして理するために必要なデータベース管理システムを開発の実用化が期待されることは当然であり，このためにし，これによってデータの一元的管理の下で船長エキ必要な船長エキスパートシステムの基本性能は要素技

スパートシステムの船内統括管理機能が発揮されることを確認し左。データベース内のデータの更新，交換術的に確認されたものといえる。しかし，今回の要素
技術開発に次ぐ実用化にあたっては，いったん，試作等は船内データ通信（LAN）を経由して，船内統括管システムを試験的に実船上に搭載して海上実験を行

理機能によって行われる。なお，ここにいうデータベ

い，安全性，信頼性向上を含めた操船運航管理用知識ースに内蔵されるものとして，たとえば，次のようなベースの分一向けの補完・充実を図るとともに，実環

データベースが含まれるものと考えてよい。

境における有用性の確認を行うことが必要と考えられ・計画航路関係データ（航路，変針点データ等）る。さらに，これらの知識ベースについては，船舶の・自船航海現状値（船体状態，船速・主機現状値等）

性能改善，船内システムの改良，海上交通管理・管制

一35一

方式の進歩，船陸間通信方式の改善等を含む船内外環得るところは適宜任せ，必要な時点で随時人間操船者

境条件の変化に応じて，将来更に高度化，完成度向上（船長）が高度な判断を下すことのできるシステムは少を図って行くことが必要であり，このためには知識の人数船にはむしろ必要となるものと考えられる。

階層分析・分類整理など，より完全な操船運航管理知

このことは，現今のオートパイロットが、大洋航行識の獲得に関する実用的研究をさらに推進することが支援システムとして，今や無くてはならないものとなったように，船内統括管理というレベルの高い作業ま望ましいと考えられる。

でも時として船長を補佐しながら指示に応じて代行で

7．あとがききる知能化された航海支援用「船内統合エキスパート

今回の研究開発の成果のポイントを一口で表現すれシステム」が，新しい時代の「知能化パイロット」とば，現在普通に入手し得るスーパーミニコン級のコンしてやがて必要不可欠となる日が来るということを明ピュータと現状の知識工学上のプログラミング技法をらかに予想させるものといえよう。

用いて開発されたソフトウエアとを用いて，「船内統合終わりに，本研究開発は運輸省のご指導の下（財）日システム」として要求される実船の操船・運航管理に

本船舶振興会の補助事業として（社）日本造船研究協会

必要な推論・判断の動作が，現実に実用し得る速度での場において行われたものである。ご支i援・ご協力を自律的に実行できる，ということが確認された，とい賜わった関係各位に対し，ここに厚く謝意を表する次うことになる。いいかえると，このような目的を持っ第である。

た実用システムの実現性が確認されたといってもよいであろう。さらに昨今のコンピューター技術，知識工

参考資料

学的手法の発達から見て，本システムに用い得るソフ

1）（社）日本造船研究協会：高度自動運航システムの研究開発

総合報告書，平成元年3月

トならびにハードウエアについては，今後比較的短期間の内に，性能的にもコスト的にもさらに有効な進歩

後記＝なお，本研究終了後，「高度自動運航システム」に関するが期待されるであろう。今後「船内統合システム」の実船搭載実験が，東京商船大学と造船企業の共同研究の形で平実用化に当たって考えられる姿は，まずは在来船ある

成元年度に実施されたが，その実施項目の一つとして，港内にいは少人数船における操船・運航管理の支援システム

おける海航操船を中心とした「船内統合エキスパートシステム」ということになるであろう。コンピューターにに任せの機能検証が行われたことを付記する。

一36一

電波航法Electronic

Navigation

Review

No．36（1989）

船体状態監視評価と姿勢制御の自動システムについて
住友重機械工業株式会社

追浜造船所開発技術室

山
On

the

Automatic

Surveilance

andControl

Systemfor

Attitude

Keepingof

R＆DDept．

OppamaShipyard

the

Ocean

口

雄

三

Condition
Going

Sumitomo

Vesse1

Heavy

Ind．

Yuzo

Ltd．

YAMAGUCHI

船庸報を作成するようになっている。操船情報は最適

1．はじめに航路の選択が任意に行えるよう，荒天避航操船時にそ大洋を航行する船舶にとって，波浪荷重等の外力にの安全操船情報（安全年魚，針路，排水量）を遭遇海

対し，船体の安全を確保することは運航上，最も重要

象（有義波高，波向，周期を海象情報システムより入なことである。高信頼度知能化船において，船体状態力）に対して計算し，最適航路計画システムへ出力す監視評価と姿勢制御システムは，船舶の安全運航およる。

び荷役中の船体安全の確保を自動的に行うための船体

1）入力データ／初期データ／変更データの考え方

状態監視とその評価を自動的に行うことを目標として

ア）局所か狭域かの選択……局所応答の予測は現状いる。

の波浪情報に対し，船速・針路の変更のみを考すなわち，船体状態監視評価システムは，航走中に幽する。狭域の場合は予測される海象の有義波

おいては，海象・気象状態監視評価システムからの情

高，波向，周期を入力し，船速・針路の変更に報とセンサ情報とから，船舶が現在おかれている状態

加え，排水量の変更が可能となる。

の認識・評価と将来予測される船体状態の計算を実施

イ）排水量の変更……安全範囲選択のため，現排水し，今後採るべき安全な針路・船速・排水量の限界値

量に適切な量を段階的に加減算する。与えられた排水量を満足するトリム・吃水の組合せは姿を最適航路計画システムへ出力し，同システムが針路・船速・排水量の最適値を選択する際の情報とする

勢制御システムにより計算される。

システムである。

ウ）針路の変更……現針路より，任意の角度に変更・

姿勢制御システムは，荷役中および航走中において，した針路について予測を行う。

安全な船体応力と復原性，等を確保するためのバラスエ）船速の変更……波との出会い角の全ての方向にートを制御するための情報を出力するシステムである。本報告では上記システムの実現にあたって必要と︶ティング上適切な吃水を監視・維持するよう，そのレ2

表1に示す項目について監視計測を行い，時系列︶

なる要素技術，センサ，ソフトウェアに対して行われた総合的な研究・開発・製作についてその概要を紹介

対し安全限界船速を求める。
船体状態監視機能について3

値を記録すると共に統計値を解析する。

船体状態評価機能についてする。

表1に示す統計値に対し，設定されたしきい値を越えているか否かの評価及び今後のトレンド分析

2．システム開発のポイントを行う。その結果，危険と判断された場合は次項

本システムは，船体状態監視と操船情報作成の2つ︶2．1船体状態監視評価システム
4

以下の予測計算を実施する。

船体応答予測計算についての機能を持ち，前者は船体応答に関する諸項目の定量

予め，大型計算機により計算されている，任意の的監視を行い，後者は監視により得られた談データを

海象，船速，波出会い角における船体応答計算結

評価し，要すれば，海象予報晴報により将来の安全操果（船体応答データベース）を使用し，目的の状

一37一

表1
項

チャンネル

1

2

監視項目及びしきい値一覧表
目

監

名

視

船 速
軸回転数

値

一

一

パンチング

最大値

99．9Kg／mm2

4

青

頻

2回／30分

最大値

操船情報記録

7

ロール

ノノ

45。

8

加速度（上下）

ノノ

O．8G

9

加速度（左右）

ノノ

0．5G

10

加速度（前後）

11

13

応力1
応力2
応力3

14

波

15

波

16

波

一

15Kg／mm2

ノノ

ノノ

〃

〃

高

一

一

向

一

一

長

一

一

17

一

一

一

18

一

一

一

19

一

一

一

カペラスリップ

最大値

30％

ン

一

最大値

セ

15。

CPU2

CPU1

D

ピッチ

20

嚮v算）

A

水圧計（スラミンの

6

ノノ

P6BIT

R2BIT 安全範囲表示

i券タ収集）

i安全範囲
予測）

海象・気象情報システム

図2

船体状態監視システムブロック図

羅

海象情報
入

力

P

波数の計算

N＝P／To＝再現期間

TQ：単項周期：現波長

二二出会角
X。＝（船体の針路）一（波の絶対角度）

顯璽（To＝偏）
λの計算

船体情報入力i船体応2回／30分512船体応答D／B

Rンピュータ

3

度

上

蛛@型

一

一

波

陸

計測デ強記録

しきい値

排水量計算
較正係数

船体応答

ファイル

ファイル

目ごとの安

a．監視パネル

速度を求める操船情報
ファイル

出会角ごとの安聾限速度を求める

危険情報

肇蟻Kぶ

ファイル

同量ゲ冗蝋；

警報表示

排水量変更
か？

・》：姦属

YES

排水量増加

排水量減少

START
b．安全範囲表示

図1

図3

状態監視システム演算フロー

一38一

状態監視システム出力隅態に対する補間計算を行って操船情報を作成す
Strip Method）

及びタンクへ分配し，出港時の積付状態を作成する。船体応答計算はNSM（Newプログラムを使用して行う。
5）

出

る。

3）積弱スケジュール

力上記1），2）にて与えられた制限値を満足する注排

荒天避航時における最適航路決定のために船速・針路・排水量の安全限界範囲値を航路計画システ
ムに出力する。

水・載荷タイムスケジュールを自動的に作成する。

3．センサ基礎実験6）較正係数計算

3．1センサ陸上実験

応答予測の理論計算値とセンサによる計測値との状態監視システムに適合した類似性のない，かつ，比をとり，較正係数としてデータベースへ記録す

新規性のあるセンサの開発のためのデータを収集するる。本係数は同係数の分散（σ2）を理論計算値に乗べく，以下に示すセンサとそのデータ処理装置を検ずることにより，予測計算の精度を向上させよう

討・仕様設定を行い，陸上実験及び結果解析を行った。

とするもので，一種の学習機能とする。

特に，パンチングセンサと青波センサのためのデータ

以上のシステムの演算フローを図1に，システム構成の1例を図2に示す。

収集は，海上保安庁，船舶技術研究所，日本郵船㈱殿

又，システムの出力例を図3に示す。

の協力を得て，1000TON型巡視船「しきね」および2800TEUコンテ船「木曾丸」にITVカメラ，マイクロフォン等を搭載し，帆船計測を行った。
1︶

2．2姿勢制御システム
船体の姿勢制御は，吃水等の制御から始まり船速・役中のものとに大きく区分することができる。荷役中2船首波浪衝撃をマイクロフォンにより検知する。

青波検知センサ︶における姿勢制御は船体応力やトリム・ヒールの船体姿勢の制御及び復原性性能の制御等を，載荷あるいはパンチングセンサ︶

針路の制御までを含む。この制御は航走中のものと荷

3甲板上海水打込みとその量を検知する。

ホールドレベルセンサ

バラスト注排水の制御により行う。航行中においては，

バルク乾貨物の容量と形状検知を行う。

船体動揺や船体応力・波浪衝撃等の軽減を，変速・変3．2

センサ実船実験

針・吃水変更の選択によって行う。この場合船体安全

航行中の船舶における乗務員の作業の一つには，船の観点に加え，経済航路の選定が関与するため上記3体の状態監視があり，これは船舶を安全確実に航行さつの姿勢制御の選択は，最適航路計画システムによっせるには，不可欠な作業である。

て最終的に行なわれる。

高度自動運航システムではこれらの作業が自動化さシステム化の目標としては姿i勢制御に関連する船舶れる必要があるのはもちろんのこと，さらに定量的にの各種システムのうち特に状態監視とめ連結部分にお評価されるべきものでなければならず，そのための基

いて自動化レベルを高めるとともに従来，荷役及びバ礎となる各種センサは，高い信頼性を初めとする充分

ラスト注排水のシーケンスを決定する際に船長や乗組な性能を有するものでなければならないが，そうした員の頭脳に依存していた部分を代行する自動化機能の性能を把握するためには，実際上船舶にこれらのセン開発を行う。

サを装備し航行することが非常に有効であり，実船実以上に基づき，バラ鼻面およびコンテナ船を対象として下記各プログラムより構成される走行中バラスト験を実施した。

1）

注排水計画用システムを作成する。
1）

タンク状態作成プログラム

第3管区下田海上保安部所属

現状態（貨物，燃料，清水，バラスト水）から既

L×B×D＝77．8m×9．6m×5．3m排水量1，344ton

知の条件で変更すべき吃水が与られた場合，変更

主機：3500回目×2

後の吃水，強度を満足するようバラスト水を自動イ）実船実験実施時期及び海域

的に各タンクへ配分するプログラム。必要により燃料のシフトも可能とする。
2）巡視船「しきね」実験ア）供試船（写真1参照）

昭和60年2月5日〜6日

速力：19．8KT

三宅島西方海上ウ）計測項目

自動積付状態指示

動揺（縦揺，上下動，横揺），船体加速度，船側総廠重量（貨物，燃料油，清水等）及び出港時の吃水が与えられ時，吃水，強度等を満足する様貨

水圧，波浪衝撃音，船体縦曲げ応力，勇断応力，

物，バラスト水，燃料油土を自動的に各ホールドエ）パンチング・スラミングによる波浪衝撃音及び

一39一

船首部青波打込，船速，海象。

写真1

︶
2

巡視船しきね

写真2

航走中の木曾丸

青波打込みはマイクロフォン及び赤外線暗視装の予測法（非線形波浪外力の取り扱いや多方向不置によって計測・検知する。

規則波中での船体応答の予測）等に一層の検討がコンテナ「船木真丸」実験必要である。たとえば，しきい値の設定などの危

日本郵船㈱殿所属1800TEUコンテナ船「木曾丸」

険性判定のアルゴリズムなどの妥当性を検証する

により荒天避航と船長操船と関連を東京一北米航にはさらに実収試験による性能の評価が重要であ路についてデータ収集・調査を行った。写真2にる。

航走中の船体状態を示す。計測データとしては避4．2姿勢制御システム

航時における定量的情報として，加速度，応力，

姿勢制御システムはそのプロトタイプそのプロトタ

船体運動量，パンチングによる生音等の収集を行

イプをコンテナ船及びばら積船について完成させた。

い，解析を実施し避航と船体応答の関係を調査し機能については，状態監視システムの与える指示に基き，種々のケースについて演算を行い，有用性の確認た。

を行なった。この結果，下記の項目が明らかとなりシ

4．考察

ステムの実用性について問題のないことが判明した。

4．1状態監視評価システム

航走中において姿勢制御を直i接実施するチャンス

1

本システムはコンテナ船を対象にソフトウェアを完は非常に少ないと思われるが，長期予報に基いて成させ，他自動化システムと組合せて，総合的な自動バラストを軽くするケースはありうると思われ，

運航システムとして陸上シミュレーションによる機能

本システムは状態監視システムと併せ，充分対応検証を行い，安全自動航行への効果と機能を確認した。

この結果及びセンサ基礎実験及び実船実験の結果とできるシステムとなっている。
2

本研究ではアクチュエータとの連結，フィードバ

により，本システムを高信頼度知能化船のシステムのック等の検討がトータルシステムとしてのシステ

一部として実用化するにあたって必要な事項が明瞭とムの実用化にあたって，さらに必要である。

なった。

1．最適自動運航システムにおいて，船体状態監視シ

5．ま

と

め

ステムは最も重要で必要不可欠なシステムであ

本研究は，シミュレーションによる総合検証をもっる。本システムが安全航行に果たす役割は大きく，て要素技術の開発を終了した。これにより本システム

ソフトウェア的なエラー対策や故障時のバックアを含めた高信頼度知能化船の各システムの検証が実現

ップ対策を含め開発の経過中において得られた問し，各システムの有用性・実用性・問題点等の検証が題が解決されたあかつきには，本システムは一連行われた。今後，以下の問題の解決が研究の課題となの開発システム群のなかでも，有用性が最も高いると考えられる。

システムとして船舶に装備されることになるであ1）安全性基準の判定，予測機能の向上及びシステムの有効性の検証等には複数の船舶による長期の航海実績の解析が不可欠であろう。

ろう。

2．本システムは単独のシステムとしても有用である
故，直ちに実船に搭載することが可能であるが，

2）その場合，危険性判定のアルゴリズム，船体応答

一40一

実用化については今後難船実験等を通して開発を進め，早期に実現に向けて努力する。この場合，

実際操船体験との整合性を有するよう，航海実績

システムのロジックやアルゴリズムが現実の現象の解析と照合も充分行う必要があろう。

を実用的にかつ，精度良く再現することができる

よう，改良を行う必要がある。

4）

監視項目のしきい値の設定にあたっては，関係各界のコンセンサスを得ることが必要である。

3）危険判定のアルゴリズムの妥当性を高めるため，
実船実験の結果を有効に利用すると共に，船長の一41一

電波航法Electronic

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Review

No．36（1989）

ファジィ理論を応用した避航航路計画システム
日立造船（株）

マリン開発部 山本敏雄
船舶基本設計部山本正明
Collision

Avoidance

Routing

System

Using

Fuzzy

Hitachi

TheoryZosen

Corporation

Marine Development Department Toshio
Ship Design Department Masaaki

YAMAMOTOYAMAMOTO

輸郭のはっきりしないあいまいな言語情報をファジィ

1．はじめに集合（FuzzySets）と呼んでいる。これに対しい，従航路計画という作業は本来人間の思考によるもの

来の「20代の男性」といった集合のように，各要素がで，その過程では，ある程度あいまいさを含んだ判断が必要である。そのため，最適航路計画決定における集合に属するか属さないかがはっきりしている集合を船長のナウハウは自動化しにくい分野であり，特に衝いる。

ファジィに対してクリスプ集合（Crisp

突回避航路の決定においては，船舶が輻卜した海域でSets）と呼んで

例えば「若い」，「年とった」という定性的な集合をは非常に難しい技術であるといえる。「高度自動運航シ

ステムの研究開発」のサブシステムのひとつである「最適航路計画システム」は，この船長ノウハウを自動化「若い」

するという試みで開発が進められてきたが，このシス「年とった」

1

テムにおける衝突回避航路計画も，頻繁に計画をやり直すことによる自船の蛇行などの現象がまれに観測された。そこで，，この衝突回避航路計画の避航ロジックに人間の思考に特有の「あいまいさ」が処理可能なフ
ァジィ理論を応用することにした。以下，ファジィ理
0論の適用により改良された航路計画のシミュレーショ

20

ン実験について紹介する。

40

図2．1

尚，本研究および「高度自動運航システムの研究開

60

年齢

クリスプな定義

発」は財団法人日本船舶振興会から事業補助金をうけて行ったものである。

2．ファジィ理論の概要「年とった」

「若い」
1．0

．

2．1フアジイ集合
人間の思考は，たいていの場合あいまいな事象から判断を行っている。例えば，外出時に「今日は風が強0．5

くて少し寒いのでコートを着る」という判断を行うが，「風速15m以上で気温が10℃以下だから」とは考えない。ファジィ理論はこのようなあいまいな事象を数学

0．0

20

的に取り扱う考え方である。
ここでいう，「風が強い」や「少し寒い」といった，

一42一

図2．2

40

60

ファジィによる定義

年齢従来のクリスプ集合で表すと図2．1のようになる。この
1．0

図では40才を境にして「若い」と「年とった」を定義

μNB

μN8

μzo

μP8

−0．5

0

0．5

μPB

しているが，この表現では40才になる1日前までは「若い」に属し，翌日には「年とった」に属することにな

0．5

り，感覚的には不自然である。

これがファジィ集合では図2．2のように，それぞれの

0．0

一1

集合に属す程度で表す。この表現では，10才は，「若い」

図2．3に属す度合がほぼ1．0，「年とった」に属す度合が0．0，

1

e、

e、

u

θ，2，πのメンバーシップ関数

また，40才は「若い」に属す度合が0．5，「年とった」に属す度合が0．5と，あいまいな部分をうまく表現でき6る。

このように，ファジィ集合は各要素がその集合に属す程度を返す関数によって定義する。この特性関数を，そのファジィ集合のメンバーシップ関数と呼んでい

e

る。

2．2

ファジィ推論NB NS ZO PS PB
NB
簸
PS
NS
ZO PB PS ZO NS NB
NS
PS
NB
PB
図2．4

ファジィ推論は与えられた事実から推論規則に従っ指令速度を求める制御則て結論を導き出すもので，通常のif−then形式の推論と同じであるが，異なる点は命題中の変数が全てあい

この言語変数はε，2，πのそれぞれの状態に対してまいな言語情報，すなわちファジィ集合で記述される

定義したファジィ集合の集合名である。それぞれの言点である。例えば，

語変数のメンバーシップ関数を図2．3に，また制御則をif

リンゴが赤い，then

図2．4に示す。ここでは，簡単のために三つの事象ε，リンゴは熟している

2，％に同一の言語変数とメンバーシップ関数を用いたというルールに対して，

が，一般的にはそれぞれ別の物である。図2．3では，例

リンゴがかなり赤い

えばNSは一〇．5を中心にして一1．0から0．0の区間でという事実が観測されたならば，結論として0〜1の度合が定義されていることを示している。そリンゴはかなり熟しているという推論を行うのがファジィ推論である。ルールのれぞれのメンバーシップ関数をμNB，μNS，μZ。，μPS，μPBと「赤い」に対して，事実の「かなり赤い」のように完全する。，また，図2．4の制御則では，例えば斜線部では，にマッチングしなくても推論が行なえる。

「偏差が負で大きく，偏差の変化量が零ならば，速度をこの推論の具体的な手法はいくつか発表されている

正で大きくとる」と読む。

が，ここでは最も一般的といわれるMAX−MIN合成

今，θと2がそれぞれある値6。と2。をとるとき，と面積重心計算による方法をファジィ制御を例に取っ

μNB（60）とμZO（20）より，速度のメンバーシップ関数て説明する。制御と推論は，1ルールが制御則か推論則

μPB（π）を（1）式のように修正する。

かという違いだけである。例題とする制御は次の通り

μ＊PB（π）＝｛μNB（θo）〈μzo（20）｝・μPB（π）

…

（1）

である。

数直線上の区間［一1，1］で，一様外乱を受けここで，〈は小さい方をとるという意味である。（1）て運動する点を原点に保持するための速度制御を式を図示すると図2．5のようになる。要するに，「偏差が負で大」と「変化量が零」の程度に応じて，「速度を行う。

点の変位をκとすると，指令位置との偏差θと偏正で大にする」程度を修正していることになる。

さて，従来の制御では，εおよび2がNB〜PBのうち差の変化量2により指令速度πを決める。

メンバーシップ関数および制御則を記述するたどの集合に属するかが一意に決まり，その結果決めらめに用いる言語変数として，次の5つを定義する。

れた制御則に従ってπが決まっていた。つまり，記述さ

NB
NS

：
：

ZO

：

零

PS

：

正で小

PB

：

れたルールのうち一つだけが発火して制御を行ってい

負で大
負で小

正で大

た。ところが，ファジィ制御では記述されたルールは一回の制御ですべて発火する。つまり，（1）式の修正
・を図2．4の全ルールに対して行う。そして，修正された

速度のメンバーシップ関数の積を（2）式のように求一43一μPβ（u）

黒孟＄（eo）

μ・・（e・）ゆく／μPB（u）

eo

壱。

e

壱

u

州2．5MIN合成

航路計画と呼ぶ。各計画のレベルは次の通りである。
＊

広域航路計画μP8（u）・グローバルな海象気象情報，陸上支援システ
ムからの推奨航路情報をもとに，出発点から

u

目的点までの間をいくつかの格子点をつなぐ＜形で計画する。
＊

・データは一日毎に更新

μps（u）

・計画対象は目的地まで（北太平洋全域）〈

狭域航路計画u●●●・ローカルの船位情報，海象気象情報の現況や予測情報を基に，広域の変針点問を経済性，安全性の面から修正し計画する。

・データは1時間毎に更新・計画対象は240海里先まで∫μ（u）du局所航路計画Uou〃、

図2．6MAX合成

める。
μ（π）一μ＊N。（π）Vμ＊N，（％）〉μ＊，。（π）

〉μ＊。、（π）〉μ＊PB（π）・…・……・（2）

陸上支援システム

籠ス・

野川

総シげ

ここで，〉は大きい方をとるという意味である。（2）

式を図示すると図2．6のようになる。（2）式により求められた関数μ（π）の面積重心をとる（（3）式）ことにより，一つの制御速度を求める。
広域最適航路炉綴贈……………・…………・・（3／

決定ソフトウェア．／

海象。気象状態
監視ソステム／
狭域最適航路3．最適航路計画の概要

決定ソフトウェア／

最適航路計画システムは船位決定システム，海象気
象状態監視システム，船体状態監視システム，衝突座

局所最適航路礁予防システム，総合運航管理システムなど，船内及衝突予防システム

決定ソフトウェア

び陸上から得られる情報を基に，安全性，経済性を考慮した最適航路を完全自動で決定するシステムであ

船体状態監視および姿勢制御システム

＼、

最

適

航

路

計

画

＼

座礁予防システムる。計画はその目的や航程に応じて三段階に分かれており，それぞれを広域航路計画，狭域航路計画，局所

一44一

図3．1

最適航路計画システム

ブロック三

・衝突予防システム，座礁子防システム，船体OH凶

局所最適飯路状態監視システムからの避溢操船情報を基

ｨ物標（自船が義務船）
ｫ物標（自船が権利船）に，狭域航路計画の変針点間を安全性の面か△物標との衝突危険範囲

ら修正し計画する。

≡1騨④

12Hh

H鯛

旦8Hh

2《H昌

○暗砥点

・データは数秒毎に更新

各航路計画は，他システムから送られるデータが更新されるか，上位の計画が更新されると再計画が行わよ・計画対象は24海里先まで

書種危険針路範囲
ζ》衝突危険針路範囲

ひ座礁危険針路範囲〉航行禁止海域侵人針路範囲
ゆ船体危険方位
衝突危険限界値れる。最適航路計画のブロック図を図3．1に示す。

DCP自1．0（nm）！丁α）《2．O（分）

座礁危険限界値Z

一一／o

DCP自3．0（nm）／TCP直3．0（分）4．局所航路計画の問題点

卜℃P自20．0（nm）

fl
9一・

前述の通り．，局所航路計画の目的は避航航路作成が囲

f2@・9・一8礪

囲

f

f4

几で一

匿盟ロ五

凹

†5
｝ε

「

図4，3局所航路計画

主であり，図4ユのフローチャートに示すアルゴリズム

f

f6

罰

22

70

f8

二

…日1・

一

團

囲

圏

騨

圃

状況図（2）

で計画を行っている。

原因は，航路チェックの度に安全と危険の判定が変わ

図4．2は局所航路計画の画面の一例である。航路チェックにより，航路に危険範囲が現れたために，避航航ることによって頻繁に計画のやり直しが行われ，その路が計画されている。危険範囲はその範囲内が危険と都度新しい計画に従って自船が変針したためである。

いう意味ではなく，怪船からみて，その方向へ変針す

このような不自然さを解消するためにファジィ理論をると将来危険になる可能性があるということを表すも使うことにした。

ので，衝突予防システムが計算したデータを受け取り，

5．避航航路計画へのファジィ推論の応用表示している。

5．1メンバーシップ関数および推論則の定義

図4．3はその後の状態であるが，曲線で示した自船の純粋にファジィ推論を用いた場合の効果を知るため

実航跡に現れている通り，蛇行しているのがわかる。
砺算

向
方
各
ら歴る
ナ
か婁す

T
蛋−点
言⊥丁

変
次

変￠
fを

使用した。先に述べた局所航路計画のアルゴリズムのうち，衝突回避のみを対象とし，座礁回避，船体危険回避は考えない。

力
水出
吃を
ム
速リ
船ト

る

にえ

向加

索限

方を

探制

衝突回避アルゴリズム
座礁回避アルゴリズムに，本体プログラムとは別に簡略化したプログラムを

船体状態監視ここで，シミュレーションを行った衝突回避計画の〈安全な方向があるか？〉痴

アルゴリズムもう少し詳しく説明する。

残距離力㌔短の
も

の

臨

を

選択す

・自船の現在位置から2つ先の狭域の変針点まるでを対象としてその間を折れ線区間でつなぐ操唾性okワ〉！

口角・各区間では，区間長および船速は一定とする。

罰銘

上山

吃水

また，吃水，トリムも変更しない。

トリムを出力・自船の現針路から±40．の範囲内で各針路に

図4．1局所航路計画フローチャート

対してそれぞれ評価値を求め，最も評価の高
局所最適航路煮）物標（自船が義務船）→ヨ物標（自船が権利船）△物漂との衝突危険範囲

H棺

12Hh

卜田

：8H口

い針路を選択する。

24N昌・目標点までの残距離が区間長より短くなった

o暗礁点一飯行禁止海域

時点で計画を終了する。
図5．1にフローチャートを示す。

一局所最適航路

一実航跡

ある針路の評価をする場合，たとえば，その針路が各種危険針路範囲
ひ衝突危険針路範囲
伽座礁危険針路範囲

メ

安全で，かつ，目標点の方に向かう針路であれば，そ伽航行禁止海域侵人針路範囲
衝突危険限界値
Dcpq

ぎ

レ船体危険方位→f6

fの針路の評価値は高いと判断できる。ここで言う「安全」や「目標点に向いている」という表現はまさにあ1．0（nm）／TCP自2．0（分）座礪危険限界値㏄P禽3．0（m》／Tcpq
ﾈP自20．0（nm）

1
・響ρ

㎜囲

いまいなものであり，ファジィ推論に適しているとい5．0（分）f
G・・8礪自

4
￡
．8

図4．2

・田

襲

『

．

一；・・日liえる。そこで，「航路の危険度」と「目標点方向との方一位差」の2つを入力とし，ファジィ推論により「針路Z〜70囲題囲幽圏〔圃

局所航路計画の評価値」を出力することにした。（図5．2参照）

状況図（1）

一

S5一

距離
衝突危険範囲自船の現針路からま40度の範囲の針路の評価値を計算の計算（Fuzzy推論）

評価値のもっとも高い
針路を選択

NB

近い（大）

NS

近い（小）

MD

中間

FS
FB

遠い（小）
遠い（大）

評価値
高い（大）

HB
HS
その針路に変針して一定距離進んだ後の自船・他船の状態を計算

高い（小）

MD

中間

LS

低い（小）

LB

低い（大）

これらの言語変数を用いて推論則を図5．3のようにつ先の狭域の変針．，

定義する。

No

までの残距離が区間長

り短いか？

Yes

アルゴリズム

差

針路の危険度

険

MD
MD
MD
lD
kS

mS︐︐︐7﹁7MDFS

位

図5．1ファジィ推論を応用した避航路計画

方航路計画を出力危

DB DS
NB LB LSLB
kB @LB
kB @LBFB LB @L，B

度

SS
HS
gS
gS
lD
kB lD

LS，曾．，．，「

SB
HB

…，「■

gS
gS7．，9曹．，

lD
lD

図5．3評価値を求める推論則

目標点方向との方位差

340。

毎。．

Fuzzy推論
︑

ノ
！

0。

■

③

！ノ
！！

／

針路評価値

⑪29。

ノ

ノ
ノ
！

竜

L

図5．2

ファジィ推論

ブロック図
自船位置

図5，4

ここで，「針路の危険度」と「目標点方向との方位差」

自船位置と危険範囲の例という2つの入力と，出力である「評価値」の3つの事象に対して，それぞれの言語変数を以下の通り定義

1．。！…＿一一．……．一・する。

囲Ds㎜鈴詔

危険度

危険（大）

0．5

危険（小）
コ

中間

0．0

i
i
i
i
り り I
よ

340◎

〇。

一よ＿」
29。30。

安全（小）
図5．5

安全（大）

一46一

「危険」の程度

針路（度）次に，それぞれのメンバーシップ関数を定義する。

に，値がマイナスの場合は危険範囲に入っている方位針路の危険度は，図5．4のような危険範囲があった場

でプラスの場合は危険範囲に入っていない方位という合，図5．5のようなメンバーシップ関数が考えられる。

ことになる。この方位相対値の危険度のメンバーシッ

針路④の危険度はほぼ1．0，針路⑤の危険度は0．1程度

プ関数を図5．7のように定義した。

と差をつけることができる。しかし，この場合危険範

また，目標点への方位差は，ある針路と目標点方向

囲が変化する度にメンバーシップ関数を定義し直さなとの差で単位は度である。方位差のメンバーシップ関

ければならない。

数は図5．8の様に定義した。

そこで，危険範囲を方位で表すのではなく，図5．6の評価値は一1．0から1．0の値を取り，その上に図5．9のように危険範囲の中心を一1，安全範囲の中心を1．0，

境界を0とした相対値として表すことにした。要する・・（d）INB

NS

MD

FS

FB

30

60

go

120

1．o

・、・翠・！・ノ0／丸㌧．。

0，5

0．0

0

d（度）

図5．8方位差のメンバーシップ関数
図5．6相対値による危険範囲の定義

μ区（r）

DB

DS

MD

SS

SB

to

0。5

0，5

0．O

−tO

LB

μv（V）

1．0

LS

MD

HS

一〇．5

0．0

0．5

HB

O，0

O．5

0．0

0．5

1．O

−1，0

r（針路値）
図5．7危険度のメンバーシップ関数

↓自

船占他

図5．9評価値のメンバーシップ関数

一〇・．・．

画

1

@

1

@
體骰ﾅ適航路…・・局所最適航路一実航跡自船速度

ｩ船針路

6

9

撃盾氏@1598a1．9n．m．

q路作成中．．．
1

i

i

@

i

…

@

49●

cCPA

@

9．90

ｩ判位置
Pat

1

15，6knot黶E

船速15．2knot

i

：

ρ

@

∠ブ｝0

41

1
針路

9．9●

距離

3．1

n．

m．

方位285．aQ 高速29．9knot 針路192．9． 距離12．5 n．m． 方位5．9R 船速12．aknot 針路 242．9● 距離12．7 n．m．方位 35．a
S 船速17．6knot 針路27a．9● 距離 9．2n．m． 方位 46．6
図5．10

1．O

v（評価僚）

ファジィ推論を用いた避航路計画

一47一

初期状態

し＿＿』購，

ム自 船
↓他 船
・一…

…・・

ｷ域最適航路
ﾇ所最適航路一実航跡
自船速度

15．aknot

自船針路

4a．a●
レ・↓！

u

〃 〃

引﹂−

ワε8

9a

置4956

船飢㎝

自11

位1

DCPA

l．9n．m．

航路チェック中．．．

2

1 船速15．2knot 針路 9．92 船速29．9knot 針路192．0。
3 船速12．aknot 針路242．9

裏壁離

3．3

n．m．

B巨離

11，5

n．m．

星距離

12．1

n．m．

4

距離

8．5n．m．

船速17．Oknot

針路．27a．9．

図5．11

ファジィ推論を用いた避i航航路計画

一〇n訓．
@

船
船

方位 34．2
方位 37．9i…

i

一狭域最適航路一一局所最適航路

一実航跡
ｩ船速度

15．aknot

自船針路

352．5●

ｩ判位置
1at

49●

7

16

撃盾氏@1560

7

41

cCPA

計画航路

411

i︑
lB︸ 1
ヨii
l︑lli

↓自
↓他

方位285．6
方位 3．598

1．9n．m．

航路チェック中．．．14

9．go 距離 8．9n．m．方位294．9
1 時速15．2knot 針路2 船庫29．9knot 針路 192．a。距離15，8n．鵬。方位213．5
3 船庫12．6knot 針路 242．9。距離 5．4n．m．方位264．9
4 船速17，6knot 針路 279．0●距離11，an．m．方位268．7
図5。12

ファジィ推論を用いた避航航路計画

ようにメンバーシップ関数を定義した。これは値が大航跡図（1）

った結果のアウトプットである。

図5．10は初期状態である。図中では自船を白丸，他きいほど評価は高いということである。

これらのメンバーシップ関数とルールを使って前述

船を黒丸，円から出た直線で回船の針路を表し，．他船のMAX−MIN合成と面積重心計算により針路の評の針路方向にある多角形が，その他船の危険範囲を表している。また，狭域最適航路を1点鎖線，局所最適価値を求める。

5．2

航路を破線，実航跡を実線で表す。初期設定では局所シミュレーション結果・考察

図5．10から図5．13までは先ほどの最適航路計画シス

航路計画が行われていないため，局所最適航路は狭域

テムの局所航路計画システムの局所航路計画で自慰が最適航路と重なっている。尚，自船前方を斜めに横切

蛇行した場合とほぼ同じ状況でシミュレーションを行っている実線は危険範囲の特殊な形である。

一48一

乙自

船↓他

一〇n．．．

1

@

船

；

@
ｷ域最適航路・…・局所最適航路一実航跡自船速度i15．aknot
@

i＝

琵

h

巨

い

lt

鼈鼡

ｩ船針路

356．go@ｩ船位置@撃≠煤@4a●2a56

撃盾氏@150。

4a

cCPA

4

1．6n．m．

船速15．2knot

旨

qO

@

q路チェック中．．．
1

…
i

汐

レ

9

針路

9．0●

距離

4．5n．m．

方位32a．8

Q三二29．akn。t針路192．9●距離54，3n．m，方位192．8
RS

船速12．aknot
船速17．aknot

針路242．a● 距離23．2n．m． 方位213．8
針路27a．aO 距離28．a n．m． 方位246．4

図5．13

ファジィ推論を用いた避航航路計画

航跡図（2）

図の下の欄には他船の情報が表示されている。図中

図5．11がファジィ推論を用いて計画した六宮航路，に説明がないので分かりにくいが，各データは次のよ

図5．12および5．13がその後の経過である。図5．13では，うに対応している。

他船1がまだ密話の少し前を走っているが，他船の方

他船1：前船の左舷側に並走している船が船速が速いため，危険範囲は表れていない。

他船2：出船前方から向かってくる船
他船3：自由左前方から斜めに自記の前を横切る船図5．14は一番最初の変針点，つまり計画を開始したとさて各変針点の評価図が図5．14及び図5．15である。

他船4：自記左前方から自船針路と直角に横切る船

きの自民位置での評価人である。海上衝突予防法に規尚，実際のシミュレーション画面では，表示する色

定されている変針方向を満足するように，自船と他船を変えて判別している。

の見合い角からどちらに変針するかを判断しているた

針路評価図

針

路

●選択された針路

48．9●
4a．3●

評価値a．3886a
！

価

評

㎞

相対針路
絶対針路

鋤／
〃ノ
房広愈

▼危険方位

値
評 価値

ファンクションキーにより画面を選んで下さい：

計画

変針点

状況

評価図

避航

図5．14変針点での針路評価図（1）

一49一

終了

針路評価図針路●選択された針路
覗．o

▼危険方位

一20．0

一く0。0

鎗．0

﹄

42．5●

20。0

／

2．5

絶対針路

加

糟

弓。』

相対針路

o＝o

＼／川／

1．o

評価値a．5日66a

ノ
！！

0』

0．0

lll％

評価値

脚LO

ファンクションキーにより画面を選んで下さい：

計画

変針点

状況

評価図
図5．15

評価値

脚LO

終了

回航
変針点での針路評価図（2）め，一番最初の変針点は片側だけの評価となる。このの有効性が検証された。今後，実用化の面から残され場合のように他船が複数隻ある場合は最も危険度の高た課題としては，下記の事項が考えられる。

い他船一隻に対して避航方向を決定している。尚，各・多少，大回りする傾向があるなど，効率の面で改他船の危険度は（4）式により決定している。CRの値良の余地がある。メンバーシップ関数やルールの見直しなど，さらにブラッシュアップが必要であが小さいほど危険度は高い。

る。

CR一

O講＋釜講…・・…・・…・・（4）

・本研究では，ルール上記船が権利船の場合も，他船は避航動作をとらないとして義務船の場合と同

DCPAo：限界DCPA（Distance
Point

of

DCPA：
TCPA：

様の避航航路計画を行うようにした。しかし，実Closest際には回船が権利船の場合の方がその動作ははる

Approach）

TCPAo：限界TCPA（Time
of

of

of

Closest

かに難しい。次の段階ではこの点も考慮し，さらPointに人問の思考に近い航路計画が行えるシステムへ

Approach）と改良して行かなければならない。

回船・他船間のDCPA
自船・他船間のTCPA

最後に，本研究を進めるにあたり，数々の助言をいまた，他船に変針の意志を明確に表すため，最低5

ただいた関係者各位に深く感謝の意を述べるとともに今後とも御教示賜りたい。

度以上変針するよう計画している6図で，黒で塗りつぶした扇型が危険範囲のある方向

参考文献

を示している。また黒丸が選択された針路を示してい

1）寺野寿郎，浅居喜代治，菅野道夫：ファジィシステム入門，る。

二番目以降の変針点では，回船のその時点の針路から左右40度を探索する。図5．15のように2．5度から15度までの様に複数の針路が同じ値で評価が高い場合，目オーム社，昭和62年
2）浅居喜代治，C．

V．

Negoita：あいまいシステム入門，オーム社，昭和53年
3）水本雅晴：ファジィ理論とその応用，サイエンス社，昭和63

標点方向に一番近い針路が選択される。

年4）A．G．

6．おわりに

Bole，

K．

D．

Jones著，飯島幸人，吉本高志訳：自動衝突援助装置マニュアル，海文堂，昭和58年

当初の目的であった，判定が微妙な場合の再計画の繰り返しによる蛇行など，不自然な動きに対してはそ

5）長谷川和彦，上月明彦：Fuzzy制御による自動避航システ
ムに関する研究，関西造船協会誌 第205号，昭和62年6月
6）今津隼馬：避航と衝突予防装置，成山堂，昭和59年

一50一電波航法Electronic

Navigation

Review

No．36（1989）

知能化船における狭水域航行システムについて
長菱制御システム㈱MarineTraf且。

SystemforIntelligent

Choryo永田至

System

Co．，

Ltd．

孝

Ship

Control

ShikouNAGATA

もので，平成元年3月までに運輸省船舶技術研究所に

1．はじめにおいてシミュレーション実験や模型船による水槽実験

昭和57年8月，運輸技術審議会は，運輸大臣の諮問なども実施したので，これらの結果も第13号「最近における産業構造の変化，要素技術の進含めて紹介する。

2．海陸一体化された港内航行誘導トータルシステム

展等に対応して今後推進すべき造船技術開発について」に対して答申を行ない，我国造船業を取りまく環狭水域における知能化船らしい自動航行を考えた場

境変化に対応するため，「高信頼度知能化船」の研究開

合，知能化船にのみ高価な高性能の機器を搭載しても，発が必要であるとした。これを受けて，社団法人日本

これに陸上から有効な情報を与えなければ，システム

造船研究協会および高信頼度舶用推進プラント技術研は成り立たない。また，経済的な面からみても，シス究組合が，財団法人日本船舶振興会（会長

テム全体に必要な機能を海上の知能化船と陸上の設備

笹川良一氏）の補助事業として，この研究開発を行なった。

で受け持ち，お互いに補完してトータルシステムを構

本題は，この大きなプロジェクトの中で研究された成するのが得策であると考え，技術的に近い将来容易

〆

海上交通

陸上支援センター
陸
黶@

一

騨

一

一

一

ﾇ制センター

上一一一一｝一一｝一一一鴫聯一一一一一願一一一一一一一一一一一鱒一

他

縛
一

一

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一

轍一一

インマルサットﾊ信

一一殉一＿騨＿＿＿＿騨＿＿＿＿＿

船
海

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一

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一

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一

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一

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＿＿＿＿

＿

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一

噂

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一〇

一一

一

一

咽・●一一一一一一

一＿＿嚇

＿

一

視

聴

﨣

受信装置

覚

自動信号送信装置

本船上

座礁予防

海象・気象

港内船位

ﾄ視システム

ｾ灘装置

港内航路設定装置

Vステム

船内統合システム

港内航行

港内衝突予防装置

搖㏍Vステム
海図データ

法規データ

港内自己誘導装置
船内共通データベース
図1

海陸一体化された港内航行誘導システム構成

一51一

■．二一

に実現でき，しかも陸上設備にあまり負担をかけない報もこれらのセンターで把握しており，必要なものはトータルシステムの設計を試みた。

知能化船に送る。

そこで，ここでは先ず，トータルシステムの構成を知能化船ではこれらの与えられた情報と，自船の装簡単に紹介した上で，狭水域航行システムのそれぞれ置で得た諸情報をもとに，安全で経済的な航行を行なの技術内容について述べる。

う。

海陸一体化された港内航行誘導に関するシステム構

3．港内航行統括システム

成および情報授受のダイアグラムは図1のとおりであ

港内航行統括システム（以下，統括システムと記す）

り，これらの装置は機能的に次の4つに分けて考えらは港内航行に関する各サブシステムの取りまとめを行れる。

①

う機能を持ち，いわゆる船全体の管理・監督を行うもシステム全体を統括管理する装置のである。各サブシステムは，常に順調に作動すると②船や環境条件などの情報を交換する装置③受けた情報を処理判断して船外や航路を決めるは限らないため，統括システムが港内航行時，システ
ム全体の動きを常に点検し，また，外部との交信処理

装置④

を行い，高信頼度知能化船として調和のとれた円滑な決めた航路を忠実に航行する装置

このような機能を持ったもので構成される港内航行

操船を行うようにするもので，いわば，船長に相当す

誘導システムの大きな特徴は，本船と陸および本船とるシステムである。図2に統括システムの構成を示す。

他船の交換情報がすべてディジタル化されており，コ

主な機能は次の3つとした。

ンピュータによってこれらの情報が処理されることと，予測情報を利用して船の諸操作を自動的に行うこ①港内航行に関与する各サブシステムの起動・停とである。

②陸上支援センター・海上交通管制センターまた

図1にある海上管制センターや陸上支援センターは
現在，各海上交通管制センターや港湾管理当局および③緊急事態の時に，安全性を重視した判断処理を

止およびモードの遷移を円滑に行うこと
は航行中の他船などとの交信処理を行うこと
行うこと

船社代理店などで取扱っているものと同程度の情報を知能化船用にディジタル化して提供すると共に，知能本システムのシミュレーション実験は，総合シミュ化船から送られるディジタル情報を当局が理解できる

レーションにおいて最終的な確認が行なわれ，そのた情報とする機能をもっている。また，一般他船の諸情

めに，故意に様々な場合の緊急事態を作り，船全体と港内航行統括システム

総合管理

操船モード

起動・停止

自己診断

異常診断

ﾘ

通信処理

換

r一卿一一一一餉一一「llll

データ送受信制御出力

航行状況分析

l
l

通信装置

l
l

」＿＿＿＿＿＿＿＿＿」

r一一一一葡一一「

r學一一

l

l

1
ll

船内の
各制御

システム

l
ll

1

L＿＿＿＿＿＿引一■」

脚一「

I
I
lアクチュエータl1」＿＿＿白＿＿」

図2

港内航行統括システム構成

一52一

陸上支援センター

海上交通
管制センター

﹁︐辱
港内航路設定装置
P

町域衝突

¥防装置
送信

コーダ

受信

@

質問送信

応答送信

デコーダ
同船質問
質問送信器

他船質問
応答受信器

バンドレーダ

応答送信器

質問受信器

1

無指向性ANT

○＝□

○〒口

＿鱒
他船

図3

トランスポンダシステム構成

しての動作が的確であるか，また，その際に必要な場

品川との通信路が開設される。

所に対して必要な交信をしたかなどを検証した。

海上交通管制センターからは，航路管制に関する情報が，又，白船からは，富船の船4．港内情報交換装置

速，コース等の情報が伝送される。

大洋航行においても使われるインマルサット通信装（2）山影等で電界強度が変動する海域では，デ置のほかに，港内狭水域においては，トランスポンダ

ータ通信エラーの可能性があるが，エラー

ーやVHF通信装置なども併用する。

発生の場合，端末相互間で自動的に再送を

4−1

行なう。

トランスポンダー
トランスポンダーは船舶相互間の通信手段で，自船の安全航行に必要な他船意志データ（現針路・現速度・予定針路・予定速度等）をXバンド
レーダのスキャン毎に自動的に入手するシステムである。図3を参照のこと。

5．港内船位認識装置
港内においては，船舶や障害物が多く錯綜している
ため，自船の高精度な位置情報が必要である。そこで
次のような条件を設定して，本装置を考えた。

（1）自船のXバンドレーダの空中線が前の方（1）高精度な測位が可能なこと位を通過する時，質問パルスを発射する。

（2）測定所要時間が短かく，連続して測位できるこ（2）自船からの一斉呼出しに対して他船から送と信される識別のための受信コードを受け，（3）使用海域に制限がなく，地球上どこでも使用で自船〜他船間に通信路が開かれ，衝突予防

きること

装置により，自動的に追尾され維持される。

4−2VHF通信装置

この結果，GPS（人工衛星を利用した測位システム），INS（慣性航法による測位システム），反射率可変

港内航行に於いて海上交通管制センターと本リフレクタを利用した測位システム，の3方式をハイ船との間のディジタル・データ通信を直接行なう

ブリッド化し，さらにカルマンフィルタ処理によって手段として，VHF通信装置を使用する。
（1）チャンネルスキャニング状態で，海上交通

自船の最良測位値（船位，船速，誤差）の情報を1秒ごとに他の関連システムに出力できるものとした。

管制センターからの信号を入感した場合，①NAVSTAR／GPSおよび船用INS（慣性航法装チャンネルが固定され，海上交通管制セン置）はそれぞれ独立の測位装置であり，測位誤

一53一

表1

自船操縦運動性能との適合補正を行い，松山

船位認識装置測位誤差

データベースへの格納を行う。
入力の種類

位置誤差（期待値）

利用海域

GPS

30m（1σ）（現在）
T0m（1σ）（将来）

狭水域（連続）INS

2∞Om／Hr

狭水域（連続）12m

防波堤内（連続）

反射率可変

潟tレクタ

（2）設定航路の創出（a）他のシステムから引継ぐ時に計画航路と照合し，始点附近の部分的な航路設定を行なう。

（b）出航完了後の復帰航路の設定（港内衝突予防装置からの指示による）を行なう。
（c）陸上からの管制情報や支援情報（危険水域発

生，パイロット乗下船情報，タグボート接舷
情報，錨泊情報および指示）などによる変更
航路の設定を行なう。

差に相対する特徴をもった測位データを非同期（d）海象気象情報による航路変更を行なう。

で出力する。

②一方，コードNo．で反射率を変調したレーダリ

このような考えで作成された本装置を，知能化船がフクタを使いレーダフィックスを行い，コード

遭遇するであろう種々の環境条件，諸情報の変更など③

No．一位置リストを参照して操船の位置を決定を行い，シミュレーションによって検証実験を行ったする。

結果，最終的には外から与えられる諸情況に対応して，

上記①および②項の測位データを同期推定した
のち最適化処理を行い，最も確からしい船位を適切かつ安全な航路を設定することが確認できた。

推定して出力する。

7．港内衝突予防装置

表1にそれぞれのシステムの測位誤差を示すが，本本装置は，港湾内または狭水道において他の物標，．

装置にこれらの装置の測位データを取り入れて上記の処理を行い様々のシミュレーションを行ってみた所，

すなわち船舶や浮標や陸地などとの衝突を回避するための避i航航路を設定する。これを確実に実行するためシステムとしては，測位開始後1分以内に船体誤差3には図4港内衝突予防装置システム図に示すような諸m以内，船速誤差0．3m／sec以内であ、ることを確認し情報を必要とする。

これらの諸情報から，自船の将来行動の演算，物標た。．

これらの結果は，従来の航海計器の精度をはるかにの予測行動の演算，自船との衝突確率の演算などを行上まわるものであり，しかも毎秒その船位を出力でき

い，各物標についての衝突危険を求め危険判定を行う。

その上で，学帽航路を創り出すわけであるが，避航航る事は狭水域航行にとって重要な点である。

路創出にあたっては，衝突危険度，行動範囲および行

6．港内航路設定装置

動評価基準の違いにより，安全，通常，緊急の3段階本装置は，あらかじめ陸上において知能化船の運航計画に従って作成された計画航路をデータベースの形で記憶し，その後陸上支援センターや海上交通管制セとして考えた。

ここで，港内衝突予防装置に必要とする諸情報について簡単に述べる。

ンターなどから入手した情報，すなわち，航路に関す（1）レーダ情報……干渉除去，シークラッタ除去，る新しい情報，航行指示，海象気象情報などにより所

レインクラッタ除去の処理がされた高品位の要の更新を行って，常に最新の状態における設定航路

ビデオ情報で，港内で有効であるには数メートを用意する。

ルの精度を必要とする。

港内航路設定の機能は，計画航路（計画航路データ（2）座礁予防情報……設定航路に対して海図からベース）の更新に関するものと，設定航路創出に関す読み取る危険水深情報とソーナー計測による

水中障害物情報から座礁に関する危険性を判るものとに分けて考えられる。

いずれの場合にも，常に航路の安全性，操縦運動性断ずる。

能への適合などについてのチェックを確実に行ない他（3）通信情報……陸上からの諸情報および対象船システムへ出力する前に設定航路の検証を行ってい舶との問で通信路を開設し，安全航行に必要なる。

他船の意志データ，つまり他船の現針路，現速度，予定針路，予定速度などの情報を受け取る。

（1）計画航路データベースの更新
航路変更情報の入力に応じて，航路の安全性・

一54一（4）視覚情報……視覚センサー（カメラ）に入力しレーダ情報

他船などの
位置データ

座礁予防情報

衝突判定

通信情報

避航航路情報

港内自己誘導装置

視覚情報
聴覚情報
港内自船船位情報

港内航路設定情報

測位データ

設定航路データ

図4

港内衝突予防装置システム図た画像を演算処理することにより，対象物標を識別，追跡し，自船との相対距離，方位，運動状態など航行に必要な情報を分析する。

（5）聴覚情報……船上に設置されたマイクロホン（3）避航開始判断アルゴリズム

目標物との距離や時間の余裕を考慮して，避航開始のタイミングを判断する。
（4）避航航路創出アルゴリズムで受けた音を処理，解析した情報で，汽笛音を衝突の危険度に応じ，避i航レベルを安全避航，

発した他船の概略寸法，他船の方向，距離など

通常避航，緊急避航の3レベルに分け，この避を推定できる。

航レベルに対応した行動マトリックスを作り，（6）港内自船船位情報……港内船位認識装置で得られた自船の位置情報で，入手間隔は1秒以内である。

（7）港内航路設定情報……港内航路設定装置で得られる自船の進もうとする設定航路の情報で，航路が変更されたら即時に新しいものに入れ
ご：ぐ

替わる。

本装置は，これらの情報をもとに，対象となる複数の物標を把握追尾し，最終的には，安全な自船の避航航路を設定するが，そのためのアルゴリズムは次のと9無おりである。

（1）捕捉追尾のアルゴリズム
各種情報から複数の他船を把握し，処理範囲の選択，捕捉優先順位の決定を行い，順位の高いものからその船の行動予測を行って追尾する。

、

ノ（2）衝突判定のアルゴリズム

自船の操縦運動性能を考慮した行動予測を計算し，また他方では目標物の行動予測から，自船と目標物との衝突確率の計算と評価を行い
衝突危険度を決定する。危険度については度合

／

／

4節知靴船
2：08
2：（∋5

②2

に応じて4段階の危険度を設定し，目標物ごとに当てはめを行い，取込む情報の種類もこれに

港内衝突予防装置

よって変わる。

図5

一55一

中ノ瀬航路から扇島への着桟

速度と変針の量を決定する。

られるようになっている。

また一方では，避航行動を取った場合について，そ（2）風，潮流，水深の行動の評価関数を作り，衝突危険度，航路計画実行

航路上における予測風向，風速および予測潮流

度，法規遵守度，他船船長脅威度などを考慮に入れてが船内のデータベースや海象気象情報から与避航行動を評価し，合理的な行動を取れるものとしてえられ，また，水深が海図データベースより与いる。当然のことであるが；知能化船の船型が決って，えられる。

様々な他船との遭遇条件を与えて避航能力を向上させ（3）船の状態

る調整を行う場合，最も調整を要するのが，この避航

自船の船速，針路，主機回転数，舵角，吃水な航路創出アルゴリズムであり，行動マトリックスと評

ど，操縦運動性能に関連する情報を船内情報ネットワークに常に乗せておく。

価関数の重み付けである。

このような考えで作成された本装置を使って，シミ（4）運動予測プロセス

港内自己誘導装置の各プロセスの中で，最も重ュレーション実験を行った結果の一例を図5「中ノ瀬航路から扇島への着雪」に示す。

要で中心となるものが，この運動予測プロセス

であり，設定航路と自船の予測位置および予測

8．港内自己誘導装置

時刻の偏差が収束したことを確認するもので本装置は，港内航路設定装置および港内衝突予防装、置から与えられる航路を忠実に航行し，目的地まで知能化船を誘導するもので，与えられた航路と自船の位ある。図7「港内自己誘導運動予測プロセス」にその経緯を示す。

置を常に比較検証し，次に起こすべき行動を決定・指この運動予測プロセスの中で，操作量演算，操縦運
動数学モデル計算，航路予測，偏差収束のチェック，

令するものである。図6「自己誘導プロセス構成」は，を行なっているが，これらのアルゴリズム作成のためその過程を示す。・には，浅水，狭水，風，波などの環境が低回速で航行（1）設定航路

している船にどのように影響するか，模型による水槽

港内航路設定装置および港内衝突予防装置によって与えられる航路で，位置座標（Xn・Yn）

実験を行ない充分な確認を行なった。

と，その座標に船の重心位置があるべき時刻

角水槽において模型船による避航動作や着桟前の減速

Tnを指定する。

動作の確認も行ない，この港内自己誘導装置が的確に

さらに，運輸省船舶技術研究所にある80m×80mの海域の情況により，設定航路が刻々変えられることもあれば，平穏な時は，何の変化のないこともある。いずれにしても航路は一義的に与え

管理プロセス
起動フラグ（航路保持）（船位推定）

共肩データ

共有データ

「一一｝一

データ

操縦運動

一『一一一 P

運動予測
プロセス

船の状態

変針点1避 航データ1フラグ

操作量

設定航路

フィルター

数学モデル

ゲ

ィ

ン

目標航路設定共有データ

風、潮流、水深

攣夢

操作量演算

目標修正

＼
共有データ
操縦運動

実航跡
推 定

数学モデル

＼共有データ航路予測

舵、プロペラ
操作量の決定及び指令
プロセス

偏差収束

L＿＿＿＿

＿＿＿＿」
終了フラグ

図6

自己誘導プロセス構成

図7

一56一

港内自己誘導運動予測プロセス

指令
プロセス

ステムとした。

航行の安全にとって重要なことは，単なる他船の動きを客観的に判るだけでなく，その船の今後の行動の意志がわかることである。そして，これら他船の動行を予測し，自船の航路についても外乱を考慮に入れ予測確認した上で実際の操船を行なうものとした。
「高信頼度知能化船」の研究開発の中では港内航行の中に瀬戸内海のような狭水域についても含めて検討しているので，文章中，「港内」とあるものを「狭水域」と読みかえても通用する。先にも述べたように，この
写真1

プロジェクトでは世界の不特定の狭水域，港内を対象

狭水域航行水槽実験としたため，陸上設備にあまり負担をかけないよう配慮したが，若し，こ〉で主として民間の所有が多い船作動する事を検証した。

この時の実験の様子を写真1側の負担を少くするように考慮すれば，また別のシス
テム構成が生まれるものと思われる。しかし，基本的に示す。

に狭水域を安全に，経済的に，また，他船からみても

9．まとめ

合理的な航行をするために必要な機能は，こ〉で検討

狭水域においては，海陸一体化された航行誘導シスしたものと変らないと思う。

テムでなければ成り立たず，主な4つの機能として，この研究開発には多くの学識経験者や船長経験者の①システム統括管理②情報の交換③航路の決定

方々に様々な面で協力を頂くことができて，誠に幸で④航路保持があり，これらの機能を海陸で補完するシ

あった。

一57一

電波航法Electronic

Navigation

Review

No．36（1989）

座礁予防システムについて
住友重機械工業株式会社

外Stranding

Avoidance

岡幸吉SystemSumitomo

Heavy

Industries，

Ltd．

Koukichi

SOTOOKAされる。危険予知システムは座礁予防システムそのも1．開発の目的のの機能を持たせ，水中障害物ソナーは，基本的には，座礁予防の現状としては，航海士の見張による細心

水中障害物センサーであるとしながらも，機能的には，の注意をはらっての周囲状況の確認及び航路標識，精独立性を持たせることにより，一部門ードウェアの冗

密な水路調査に基づく海図，レーダ，音響測深儀によ長部分が生ずるが用途によっては，それぞれ別々のシる諸情報を入手し，航海士の総合的判断によって自船

ステムとなり得るので，一つのシステムとして独立性の位置を正確に把握し，浅瀬，暗礁を予知することにを持ったものとして開発し，試作機の製作を行った。

これらの試作機を製作するに当って下記の基礎研究

より，これを回避し座礁を防止しているのが実情であ

を行った。

る。

本座礁予防システムの開発に当たっては，上記乗組（1）

員作業の全ての自動化，すなわち，航海中の航路およ危険予知システムの基礎研究（イ）海図のデジタル化にあたる水面下の障害物，浅瀬，暗礁の情報を確度よ海図とレーダ映像とのマッチングを行うため，東京湾中部（海図番号1062）および相模灘

び砂船位置を正確に自動的に検知し，自船の進行方向
く早期に入手し，通常航行中におけるこれらの諸情報（海図番号1078）の2種の海図をデジタル化し，から自動的に座礁事故の危険性を判断して避航操船情

海岸線，危険水深，航路線等の線情報と浮標，

報を最適航路計画システムおよび港内航行誘導システ

灯台等の点情報の抽出を行い二次海図を作成しムに提供出来ることを目的とした。

た。

適用航路としては，大洋航路，狭海域，港湾等にお（ロ）海図とレーダ映像のマッチング
東京湾中部および相模灘の海図に表現されるいても有効なものとした。

海域のレーダ映像を実船上にて採取し，デジタ

2．システム開発の基本的概念

ル海図とレーダ映像とのマッチングを行い，デ座礁事故の実態調査として，各機関にて種々の角度

ジタル海図上に自船位置を自動的にプロッティ

から座礁事故の実態を調査しているので，それぞれのングし，通常の船位計測装置と比較し，精度の資料を収集し，各種検討を行い座礁予防シスムの要求仕様としての基本的概念を策定した。（図1参照）。ま

確認を行った。

た，その基本的概念をもとに必要なセンサーを含めたシステムの基本的構成を図2に，更に，これらに基づいた座礁予防システムの機能ブロック図を図3に示

東京湾口における実験で誤差が60〜70m程
度で現在のロランCやNNSSと比較して高精度の三位が得られた。（図4参照）（ハ）

危険状態の相知

座礁の危険性を回避するため危険判定監視レす。

3．座礁予防システムを開発するための基礎研究
座礁予防システムは，大きく分けると，危険予知シ
ステムの部分と水中障害物ソナーの部分の二つに区別

一58一ベルを設定し，ディジタル海図とレーダ映像とのマッチングによる自船位置と，危険水深領域との相対位置を算出し，危険状態の検知の実験：を行った。

虫枳旨賭眼︵に姻司艇剰︶

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喝

船位，方位，船速情報咋糊、繍夢畢鰐墜鰍性判断
レ

監視 領域
RO

座礁危険範囲設定

一

危険エリア出力

CRT表示，警報
b（f

ダ映像

注意 領域

マッチング

ディジタル海図

R

水中障害物情報

ソ

危険 領域

ナー情報

図3

60。

1

重危

座礁予防システム機能ブロック図

R2

領域

R3
（二）

危険判定監視レベルの設定

開鎖領域

危険判定監視レベルは，本来は船内統合シス
テムから，船の大きさ，航海モード，船速等を危険判定監視レベル
図5

考慮してしきい値を受信し，設定するシステム

危険判定監視レベルであるが，本システム単独でシミュレーション
により機能を確認するため本システムとして危下のとき，注意警報を出力する。R1は避航開

険判定のための監視レベルを，操船性能および始距離とする。

避航可能な限界等を調査検討しづ次のごとく設・危険領域定した。（図5参照）

鋼船と水中障害物との距離がしきい値

・注意領域

MinTCPA以下で，自船と水中障害物との距離がしきい値R1以

浦賀水道

浦賀水道

レーダ映像

浦賀水道

レーダ映像とデジタル海図の重畳（NNSS偏位による）
図4

DCPAがしきい値MinD−

CPA以下のとき，また，，自船と水中障害物のデジタル海図浦賀水道 レーダ映像とデジタル海図の重畳（レーダマッチングによる）

東京湾内におけるレーダマッチング

一61一

表1

総合シミュレーション対象船（コンテナ船）の危険判定レベルのしきい値

領域
q海モード

閉鎖領域 重危険領域

危険領域 注意領域 監視領域

大洋・沿岸（NAV．

FULL）

12L±4L

2．500m

7．500m11．800m

23．600m

港

FULL）

6L±2L

1．200m2。800m6．200m12．400m

3L±1L

600m

1．000m3．400m6．800m

狭湾（HARB．
域（HALF）

距離がしきい値R2以下のとき危険警報を出力する。R2は閉鎖領域の前方距離と逆転停止

発射し，反射波を受信し，分解能力を測定した。

③80kHz送波器による海底探査

距離の合計距離とする。
・重危険領域発船と水中障害物との距離がしきい値R3以下のとき，重危険警報を出力する。R3は閉鎖

実海面における海底を探査するための測定船に装置を搭載し，海底地形のあらかじめわかっている実際の海底を探査した。

（ロ）パラメトリック送受波器の特性測定

領域の前方距離とする。

上船の左右60．とし，距離ROは注意領域R1

1次周波数80kHz／90kHzの送受波器を用いて2次周波数として両周波数の差の10kHzの2倍とし，最大24浬までとする。

を発生させ，旋回装置にて送受波器を旋回させ・監視領域

D＝18．7て，各角度における受波レベルを測定して送波VS＝21．6ノット）を例にとり，大洋・器の指向性を求め，半減角で±1．5．と非常にシ

以下に，コンテナ船（L＝204m，m，d＝10．2m，B＝32．2m，沿岸モード，港湾モード，狭水域モードごとの閉鎖領ャープであり，サイドローブはほとんど発生し域，重危険領域，危険領域，注意領域，監視領域につないことを確認した。（図6参照）（ハ）音線の屈折シミュレーション

いてのしきい値を示す。（表1参照）

海水の垂直温度傾度から音締の屈折を推定す（2）水中超音波基礎研究

ることにより，音波の発射角度を制御し，最大（イ）水中超音波の特性測定
超音波の海水中の伝播速度は，水温が高けれ
ば早く，また塩分濃度が高ければやはり伝播速
度は早くなる。水深が深くなれば静水圧が比例．1び如

合は，温度傾度も大きく，伝播速度も大きく変

lo・

冷血i蕪診ミ蛮＼側ρ写。／

化し脚線が屈折する。遠方の浅瀬，暗礁を検知

oロエ ，二，警郵｝七な＼3げヱず．，

して増大し，伝播速度も増大する。海が浅い場

雌〉するために斜め入射による遠方の海底からの弱豫…霧i藻…副野芝を》．號灘鱗い反射信号を受信することになり残響，泡，その他がその識別に妨害を与える。このような水中における種々の条件変化による音戸の傾向を従来型ソナーの指向性

把握するため，沼津市三津の実海面において，（送波器周波数80kHZ）

周波数80kHz，指向角3．の送受波器を用いて下記の実験を行い，水中超音波基礎特性を把握した。

①音線の測定超音波の伝播特性を把i握するため送信船から超音波信号を送信し，受信船で受章器の深度および距離を変化させ音圧レベルを測定し
た。

②

目標検知
水中の目標物の検知能力を把握するため，ク
レーン船に目標物を吊下げ測定船から音波を

一62一

パラメトリックソナーの指向性（2次周波数10kHZ）
図6

パラメトリックソナーの特性比較

Mε00

6月n日
深度ω

水回（℃》
21．？

5

2L1

10

20．5

重5

20．0

20

19．6

25

19．2

30
35
40
45

19．3
19．2

備

脅

籏
コ

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り

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56●

図7

サ巳しOCI冨7

1潮
レ・1

1鴨

■●

A●u韻

ε

鱒

1。1

︵

の①

分布および音素の到達距離を計測し，画線計算

航路計画に従った海図の自動選択ョンを行い，実海面における春夏秋冬のそれぞれの温度変化に対する実測値と比較し，ほぼ一危険予知システムの主要仕様
航路情報の自動入手

プログラムを作成して素線の屈折シミュレーシ

海図の有効範囲の自動切り出し②

致することを確認した。（図7参照）

デジタル海図への自船位置自動プロッティング

精度：±100mまたは±2％以内（二）パラメトリック送波器による海底探査

サイクルタイム：レーダマッチングによる船位

指向角の鋭いサイドローブのほとんどないパ

90秒
ログ，ジャイロによる推測船位

ラメトリック送波器を用いて，切り立った島，

海底の凹凸箇所，ゆるやかな傾斜の砂地の3種の海底について探査を実施し，比較を行い，サ10秒③

イドロープによる反射も少なく，目標を明確に

水中障害物の自動探知方法：デジタル海図情報及び水中障害物ソナー補肥できた。

情報

探知範囲：海図±60．，最大24浬

4．座礁予防システムの仕様及び機能

200〜1，200m

様④

危険性の自動判断

危険予知システム及び水中障害物ソナーの試作機の主要仕様は，以下の通りである。夫々の試作機の写真を図8，9に示す。

図89●輔

音線屈折シミュレーション

測定可能距離を予測するため，海水の垂直温度

（1）仕

鱒

危険予防システム試作機

図9

一63一

水中障害物ソナー試作機

ソナー

約

角

監視レベル：航海モードにより重危険，危険，度：±7．5．〜45．（レンジによって可変）

注意の3種のしきい値設定⑤

危険性の判断：しきい値と比較

旋回装置

旋回範囲：最大±60．

サイクルタイム：10秒

旋回速度：1．5。／sec⑤危険情報の出力⑥水中障害物情報の出力

上位システムへの通信：角度1．ごと，距離1m

上位システムへの通信：反射エコーの前面のエ

単位の情報，RS−232C

表示部：512×480ドット，14インチ，8色

ッジのみを角度1．ごカラーディスプレイと，距離1m
単位の線情報RS−
232C

表示情報：自船位置，表示レンジ，レーダ映像，海岸線，危険等深線，航路線，

表示部：14インチ，カラーCRT

灯台，浮標，回船速度，針路，レ

表示内容：ソナー表示（信号レベルにより4色表示），音線表示
座礁予防システムのハードウェア構成図を図10に示

ンジマーカ，監視レベルしきい値，

ソナー情報
データ更新：10秒ごと（b）水中障害物ソナーの主要仕様①

す。

（2）機能の確認（a）危険予知システム
東京商船大学の汐路丸に乗船し，実際に東京湾

送受波器
方式：パラメトリック音源方式
ビーム角：±1。5．

②

③

送信器

と大島西側を航行中のレーダ映像を採取し，試作

送信出力：5〜10kW

機を用いてレーダ映像とデジタル海図とのマッチ

一次周波数：80／90kHz

ング及び航路監視の個別シミュレーション実験及

パルス幅：10／20mS切替方式

び総合シミュレーションを実施し，前記各種機能の確認を行なった。

受信部①航路情報の自動入手

受信周波数：10kHz
受信帯域幅：100Hz（一3dB）

海上保安庁水路部作成のデジタル海図から本シ

ろテ4に利用するための航路情報のみを抽出した④探知範囲

二次海図を作成し，航路計画に従った海図番号を

距離：約200〜1．200m目標
WG3

システムコンソ脚ル

ロ久ジ？イロ、NNSS、灘選雛

CRT

CPU

ソナー離

ンチ3スター@デスク

ホストCPU

カラー轟示蓼

画懲処浬

音線計算

喪示羅遅

唇号殖濯

Rントローラ

{ード

bPU

bPU

CPU

レーダスキャ

CRT

送受電器

テープ
Rントローラ

磁気ディスク

@

パス

メモリ

E

シリアル通信高遮

カートリ，ジテーブ

Rンバータ

嚢回装置

レーダ
温度センサー

図10座礁予防システムのハードウェア構成同

一64一

送愛餓器

80／90kHzのパラメトリック音源方式を採用

自動的に選択して，必要な航路情報が自動的に入し，サイドローブのない，鋭い指向性を有する送

手出来た。

②

受波器が開発出来た。

自傷位置の高精度自動プロッティング②浅海域における音線特性の把握

上記二次海図とレーダ映像とのマッチングを行い，船内の船位測定装置からの自船位置を補正，

実海面における数多くの実験により，水中温度

常に高精度（±100mまたは±2％以内）に自船位

傾度及び反射対象物体等による鋼線の屈折，反射，置を海図上に自動的にプロッティングが出来た。

減衰の特性を把握し，これらをシステムに折り込
むことが出来た。

また，レーダ映像を属性による信頼性の高低，あ③

るいは，データの重要の度合等により重み付けを

水中雑音除去送受波器からの信号をSTC処理，微分処理，背自動的に行い，マッチング精度を向上させた。

景雑音処理，平滑処理，独立点除去処理，累加処③水中障害物の自動抽出

理，補間処理等を行い，大方の雑音を除去出来，

デジタル海図の灯台，浮標，危険水深線，航路

現在のレーダ映像と同等以上のCRT表示が出来

線，海岸線等の航路情報の属性を明確にしたものから，危険水中障害物情報を自動的に抽出出来た。

た。

④④危険性の自動判断

探知距離及び精度

水中温度傾度わ計測し，導線の屈折シミュレー

自室の航路モードより危険レベルを設定し，そのしきい値と，自船と水中障害物との相対位置をション，音線探知限界等をオンラインで実行し，演算し，そのレベルに応じた判断を自動的に行う

上記雑音除去とともに，ほぼ真のターゲットを抽ことができた。

出することが出来た。探知距離は水中温度傾度により左右されるが約200〜1，200m程度まで実海⑤危険情報の自動出力面実験で探知出来た。精度は，1，000mで約15m以注意，危険，重危険の3種の危険階級について，下の誤差である。

危険階級ごとのアラームを発すると同時，上位シて，±60．，24浬の範囲を角度1．ごと，距離を1mの⑤水中障害物情報の自動出力
水中障害物情報は，反射エコーの強さを4色カ単位で自動的に出力出来た。また，これらの航路

ラー表示とし，極座標によるラスタースキャン方

ステムへの自船と水中障害物との相対位置とし監視状況を一目瞭然に分かるようCRTカラー表

式によりCRT表示を行った。探知限界，音線シミ

示をした。

ュレーション結果等も同時表示とし，見易い表示（b）水中障害物ソナー
試作機を実験船に搭載し，沼津市三津の実海面に出来た。

海底探知表示画面と海図との比較を図11に示す。

において，海水温度が変化するので，春，夏，秋，

5．あとがき冬の四季にわたり実験を実施し，各種機能の確認

座礁事故は鋼船の海難事故全般に占める割合は，最を行った。

も高く，例として約35％を占めるという統計が過去に①送受波器の特性

記・弘■椙

こ）

●

護、

翌

℃

ど
＿、；嬬ぎ
図11海底探知表示画面と海図との比較

一65一

発表されている。

ムでも利用可能であろう。

座礁事故の防止に関する研究は昭和43年〜46年度の○

水中障害物ソナーについては，パラメトリック音間，日本造船研究協会第106研究部会「船舶の高度集中源方式の高性能な送受波器を開発し，実海面におけ制御方式の研究」の中で水中障害物ソナーを取り上げる実験により，浅海域での水中超音波の伝播特性をて以来座礁予防装置の実用化開発はなされていないよ

把握し，これをシステムに反映させ，各種雑音除去うである。

処理を行ない，ほぼ真のターゲットを抽出すること

今回，「座礁予防システムの開発」を取り上げ，昭和ができた。探知距離は水中温度傾度に大きく影響さ

58年度から昭和63年度の6ケ年に亘る研究開発を行れるため近距離あるいは，港内操船用や水路確認用

い，実船実験，個別シミュレーション及び総合シミュ等の用途には実用化の可能性があろう。

レーション等により，下記の成果を確認した。

○

然し，今回は要素技術の研究が主目的であるので，危険予知システムについてはg当初目標とした，

実用化段階では，充分に細部に亘る検討を行いそれに無人化性，安全性，信頼性，即時三等については所基づいた具体策を立て，実船実験等による実用化研究期の目的を達成し，また，本システムの主要機能でを更に，進める必要があると考える。

ある航路情報の自動入手，自船位置の高精度自動プ

終りに，本研究開発は運輸省の御指導のもと，財団

ロッティング，水中障害物の自動抽出，危険性の自法人日本船舶振興会の補助金を得て，社団法人日本造

動判断，危険情報の自動出力等についても良好の成船研究協会の場において行われたものであり，関係者果を得た。航行援助の一部の用途には現状のシステ各位に対し，深く感謝の意を表します。

一66一

電波航法Electronic

Navigation

Review

No．36（1989）

自動離着桟システム
日立造船（株）

船舶基本設計部吉久英昭

技術研究所
An

Automatic

Maneuvering

Systemin高井忠夫

Berthing

Hitachi

DesignDepartment

Technical

Reseach

Zosen

Corporation

Hideaki

Institute

YOSHIHISA
Tadao

TAKAI

曳船指示装置は曳船を使う場合の曳船への確実な指1．まえがき

令伝達装置である。

船舶自動化の歴史は「金華山丸」が就航して以来四半世紀を超え，最近では乗組員数も昔の半分以下にな

3．緯距認識装置っている船も多い。しかし，機関室無人化を中心に，船位認識装置は岸壁上の二二点と本船との相対位置

船内各システム毎に技術的，経済的に可能なものからを知るための装置であり，離着桟の局面に於て必要な部分的に自動化が進められて来たため，いまだ，乗組三位の精度は，岸壁付近で数センチメートルと非常に員の経験・判断・技量に依存している所が多々あり，高いため，レーダやGPSによる測位では間に合わな

自動化のレベルは高いとは言えない。

いので，今回要素技術として開発することになった。

そこで，乗組員の介在なしに極力船内自己完結で運

そこで，まず船位認識装置として原理的に使えそう

航出来る知能化船の開発に必要な要素技術開発が昭和なものについて現状調査検討を行い，次の結論を得た。

58年度より昭和63年度にわたり行われた。

①自動離着桟に必要な船位認識装置としての要件（特ここにご紹介するのはその研究開発のテーマの一つに精度）を満足するものは光波またはレーザによるとして取上げられた「自動離着桟システム」の概要で

距離測定方式およびITV等による測距儀方式であ

ある。

る。

②i接岸速度計やドップラーログなど超音波方式のもの

2．自動離着桟システムの概要

は原理的に良さそうであるが装備場所やノイズおよ離着桟操船は，船の行き脚がきわめて遅く，風，潮などの外力や水深の影響を受けやすいので，操船者がび精度において問題がある。

③ミリ波レーダ等電波方式は精度，分解能の点で問題

最も神経を使う局面である。

がある。

自動離着桟システムは岸壁近くまで誘導された船を④レーザや光波による方式は陸側設備の問題と自動追自動的に接岸させたり，逆に離桟させたりするシステ
ムであり，船位認識装置，離着桟制御装置，曳船指示

尾技術に関し更に研究が必要である。

⑤ITV視覚方式はコンピュータによる画像処理技術

装置により構成されている。

などについて詳細に展開する必要がある。

これらの関係は図2．1に示す通りで，一言で言えば，

この結論に基き，光波式及び画像処理式三位認識装

船位認識装置によって認識された船位（岸壁との相対置を具体的に開発することになった。

位置関係）とセンサにより検知される外力，本船の運3．1光波式船位認識装置

動性能とを離着桟制御装置で総合的に判断して，最適

まず最初に光波素船位認識装置のうちセンサ部分に航路，最適接岸速度などを定め，これを実行するため，当る測距装置について検討を行った。測距装置として主機・プロペラ・スラスタ・曳船等へ指令を出すシスは，従来から土木業界で使われている自動視準光波距テムである。

離計を利用し，自動追尾範囲の拡大のため改造した。

一67一

三位認識装置
r一．●●・・●脚一●・●
＝船

位

1

8

審

センサーシステム@：対地船速 1

6●

し一●ω一●一一一・・一9i測定システム）

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船位・速力

野 推
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…

外力《潮流速）＝曳船書価li

秩E・一9●一一鼈黶D一●一．一 ¥しの。．一一一rバー一一．一一一．馨

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…
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実
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アロロロココココココロ

ロのコロコココロコココのコ

ヨロ．指令Answer−back，
L●●口騨一一一●・●卿●ooの一一9●・…
●」

船内操船システム

曳船
図2．1

自動離着癖システムの構成

本装置の概要は以下の通りである。

本装置は本体とプリズム付き投光器から成り，投光
器の光を本体が追尾しながら本体の光波でプリズムま（1）船位認識の原理とハードウェア構成
図3．1に示すように，本装置は船位演算部，光波センでの距離を高精度で算出する装置である。

本装置が離着桟システムに使えるかどうかの確認のサ部及び回頭角速，船位演算部，回頭角速度検出部かため，本船の移動に対して十分追尾するか，本船で想ら構成されており，光波センサ部に内蔵された距離計定される振動によって性能に異常をきたさないか，有により岸壁上のターゲットとの距離及び角速度を計測

効使用範囲叉は距離は適当か，二品嵩高に性能はどのしこれとジャイロコンパスによる船首方位を用いて船程度おちるか，などについて陸上にて模擬的に条件を位を演算する。

設定して実験を行った。

その結果，基本的な性能については問題がないことが確認できたので本装置を使った三位認識装置の基本設計を行った。

ターゲット（プリズム及び追尾用投光器）一△

岸壁

まず，測距センサーから得られる情報（岸壁定点ま

一一

・

物・観琢多

／ダ

での距離及び角度）及び本船のジャイロコンパス情報（本船の針路）を使って，岸壁に基準座標をとった本船の位置を算出する方法を確立した。

光波センサ

次に使用開始時に本体が定点を捕まえるための自動走査機構についての検討を行うと共に全体のシステムを構築し，併せてハード面の検討も行った。

ジャイロ

e

．＿

／船位演算装置

そしてこの装置を実際に小型船に搭載してその機能
図3．1光波式船位認識装置の構成図を確認した。

一68一

光波距離計
受
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4素子反射プリズム

．ン／壽一

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7

図3．2

（2）機

光波式船位認識装置

波センサ部本体で計測する。

能

○船首方位
船首方位はジャイロコンパスで計測する。

本装置は主として次の機能を有する。

①測距機能○三頭角速度
出頭角速度はレート積分ジャイロで計測する。

図3．2に示す光波センサ部の光波距離計から発射された測距用光波が，岸壁上のターゲットに装備された反射プリズムで反射して，再び光波センサ部の受⑥出面演算機能
上記の計測データ，本船固有データ及び離着桟場所

光部で受光されて，その位相差から距離が高精度（精データに基づいて，船位（X，Y）及び船速（dX，度：100mで±10mm）に計測される。

dY）を演算する。

②測角機能
光波センサ部本体の水平及び傭仰角をエンコーダで⑦データ出力機能
上記の演算データ（俗論，船速），船首方位及び回頭

高精度（±2〆）に計測する。

角速度データを離着桟制御装置へ毎秒出力する。

③自動追尾機能
本船が移動しても，光波センサ部本体が常に岸壁上のターゲットを捕捉し続け，計測可能状態を維持で3．2画像処理式船位認識装置
カラーカメラ，高感度白黒カメラ及び赤外線カメラ

きるように，ターゲットから発射される誘導光線をで撮影した港湾風景の画像をVTRに収録し，室内で用いて，光波センサ部本体の水平及び傭仰角を自動

画像処理を用いて解析研究を行い，まず岸壁線及び標制御する。

識の特徴を把握するアルゴリズムと最適な標識の構成④自動走査機能を決めた。

本装置で計測を開始する時に，光波センサ部本体のまた，本画像処理ソフトを用いて計測システムを構

向きがターゲットから大きく外れている場合は計測築する場合のシステム試設計を行った。次いで岸壁線不可能なため，光波センサ部本体の水平及び傭仰角

探知，標識探知，標識追尾，ならびに接岸時の平行度を予め設定されたパターンで自動走査する。この自計測など自動離着桟に必要な一連のソフトとカメラ用

動走査は光波センサ部本体がターゲットを捕捉した

スキャナーを作成した。

そして，このスキャナーを用いて港湾風景と標識を時点で終了し，自動追尾制御に移行すると同時に計撮影し，作成したソフトの評価改善を行うとともに，測を開始する。

⑤

室内で模型の標識を標識移動装置に乗せて移動させ，計測データ入力機能

船位演算に必要な下記データを取り込む。

これをスキャナーで追尾する実験を行ないその性能を光波センサ部とターゲット間の距離および水平，傭確認した。

仰角，，距離角度は上記①，②項で述べたように光一69一

最後にこれらの実験データをもとに本システムの総合精度について検討を行った。

ラを施回しながら標識を探知し，次項の処理に備え本装置の概要は以下の通りである。

て標識のまわりにウィンドウを設定する。

（1）船位認識の原理とハードウェア構成③その後標識がウィンドウからはずれぬようカメラの

図3．3に示すように2台のテレビカメラの画像を処理して，着桟点に設置した標識を探知し，三角測量の傭角，施回心，画角等を制御しつつ，それらの値を用いて時々刻々偏位を演算する。

原理で着桟点までの距離と方向を算出する。そしてこ④船が桟橋に接近すると，2台のカメラを下向きにしの結果とジャイロコンパスによる船首方位を用いて，て，桟橋と海の境界を探知し，境界に沿って停船位

一位演算装置により船位演算を行う。

置（桟橋に印された2本の停止線）を探知する。そ（2）船位認識手順の後はこれを追尾しながら傭仰角と施回道を計測
し，停止位置に対する船の平行度と，前後方向のず画像処理式船位認識装置における船位認識の手順は
図3．4に示すようにれを算出する。

①まずカメラを上下にあおりながら，岸壁船を探知す

（3）機

能

本装置は主として次の機能を有する。

る。

②次ぎに画角をズームアップし，岸壁線に沿ってカメ①岸壁線探知岸壁線の付近で画像の濃淡値の変化が著しい事を考回し，まず原画像を2値化処理し，波頭等による不要線分を除去した後に，輪郭線の特徴を調べ，岸壁

標識

線を探す。

②標識探知

カ：メラ・サデポ系／

・まず，識別しやすい標識を作るため，港湾風景の色

e1
e2

をカメラのR（赤），G（緑），
カメラ・サ

ポ系

B（青）の信号で分派した結果，港では使用頻度の低いピンクとブルー

画像処理装置を組み合わせて円筒型の標識を制作した。次ぎに標識探知であるが，これには撮影条件に応じた色補正

図3．3画像処理却却船位認識装置の構成図を行った後に色の組み合わせを抽出し，整形処理後形状により識別する。
S

T

A

R

③標識追尾

T

カメラ上下走亙

岸

璽

纏

耀

綴

誠

縄

標識探知と同様のアルゴリズムを用いているが，高躍速化のために標識を囲むウインドウ内部のみ画像処知理を行う。標識の経験を活かして，前処理や識別処理の簡略化を行っている。

4．離着手制御装置
船

位

計

翼

本装置は自動離着桟システムの頭脳に当たる部分であり，陸上支援情報をもとに操船計画を立案し，船位i角ズームアップ
カメラ水平走葦

標

識

擦

知

カメラ情仰・礎回方向劉御認識装置，各種センサからの情報をもとに，各アクチ

焦点・酉角博翼整岸里線頁近？

NO

ュエータ（プロペラ，蛇，スラスタ）や曳船へ制御指令を出すことができる装置である。

本装置の開発に当たり，まず離着桟制御装置の持つ

Yes
授岸時平行度響計測べき機能を検討し，その主要部分をプログラム化した。

この内，制御手法については離着桟制御の特徴である。

ウインドウ飢理

；

1

・1

璽

○外乱による力（風，潮等），船体の質量等の影響が相対的に大きい。

E

図3．4

N

D

○制御手段として曳船を用いる場合は，曳船の動きの制約を考慮にいれて指令を出す必要がある。

船位認識の手順等を考慮して制御ロジックを検討することとし，ま一70一Micro
〃

菱鞘

VAX

Cpu

VAX∬

HP320C

価セラクター

l

Hε認c
蓋瓢，百

習蔦

π

1／F

Qつ

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1！F

RS

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巳！F

7りン9一

RS

2澱C

クラフィ7ク9ーミナル

1／F

VAX

又腫

2

1／F

C

7・，ン，

魯4。カラー

1！F

1／F

19。

旋MO

ラー

モノク0ハード
コピー＠μ

ワークステーション

雪≡恐ロド

εい●oの亀

1／F

ワークステーシ9ンの期驚とし「【恨嬬●慶綴躍吟シミΣレ。タ

図4．1

自動離着旧システムのハードウエア構成図ず現状の知識をもとに妥当と思われる二，三の方式を各サブシステムの個々の機能は必要に応じて起動さ取り上げ，簡単なシミゴレーションを行った結果にもれるが，その全体の流れを制御統括システムがコントとづいて，面谷以下に述べるような制御ロジックを確ロールする。これらは時系列的な流れと，その中で必立した。

要に応じて起動されるものに大別される。

このようにして開発した離着桟制御装置の性能は，最終的には運輸省船舶技術研究所に設置された操縦運
離着桟可否判断

計画

動シミュレーション装置による実験により確認され離サブシステム蜥画た。

（制御モードを含む）

制御、フィルターパラメータの設定
シミュレーション計算による安全性の確認と同時にうまく作動することを確認するための総合シ

タイムスケジュールの決定
御ミュレーションが行われた。そのハードウェア構成を

安全離着桟基準に基づく航路計画
監視用データの作成

制

縦運動シミュレーション装置と接続して他のシステム

操船計画

桟

算によってその性能を確認しつつ開発を進め，後に操ﾑ鍛朧

着4．1ハードウェアの構成
離着桟の制御ロジックは単独のシミュレーション計

計画変更

図4．1に示す。
統

4．2

ソフトウェアの構成

状態・環境詔識

制御実行
サブシステム㎜−繋篭写弊括（1）ソフトウェアの構造と制御の流れ

自動離着旧システムの一部を構成する離着桟制御装
シ

置は，岸壁の近辺に渇ける操船を，パイロットの助け

欄視輔 u＝。廿日を借りずに実行することを目標に開発されたものであス

る。
テ

即ち，本装置は単なる船位制御を実行するのみでは

崔蕪i≡し不十分で，事前の計画や操船実行中の安全の監視など，

パイロットの作業のかなりの部分を代行する機能を持つ必要がある。

ム

通信サプシステム

離着桟制御装置の持つべき機能の基本的な構造を図
図4．24．2に示す。

一71一

G躍

離着桟制御装置の機能構造

操鐙計画及び離着践可否判断

24時間前の計画起勤

24時間前の計i凹角
曳船計画

離着接可否判断

操船計断

操船計画

2時間前の計画起動

操船計画及び

2時間前の計画起勤?@船

冒G201要求百安全牲の確総

曳船支援

待機

計

欄7指令

待

機

計

画

変

更

異常事慧
冒6301制御実行

異常回避

船内統括システムより指示

自邸離黒桟システム制御実行

欝

画

変

更

?@

異

常

回

避

着椙終了

図4．3着桟制御のフロー

桟

終

了

図4．3統括システムによるコントロール

この内，時系列的な流れは24時間前の離京桟可否判断，曳船計画の起動に始まり，2時間前の安全性の確

その中で用いられる制御モード及びそれらのモード

認，制御の実行に至る流れである。

切り替え点を決定することである。

一方，必要に応じて起動されるものは，異常時におこれに類似した問題として自立型移動ロボットのける対応の流れである。これらの二つの流れを着桟の経路探索があり，この分野で用いられている手法を場合について図4。3に示す。

参考に自動離着桟の航路計画を立案した。

（2）計画サブシステム

人間であれば，海図情報から直観的に進むべき航ここでは計画サブシステムの内，曳船計画と操船計

路を判断できるが，これを自動的に行うには，まず画について簡単に説明する。

与えられた海図から水面がどの様に繋がっているか（a）曳船計画を判断する。

曳船の要目，隻数等は本船の要目や港湾の状態，

そしてその中から一本のルートを選び出し，その気象，海象状態をベースに陸上との情報交換を行っ

ルートについてもう少し詳しく調べてみて海図上のた後決定される。

どの点を通って行くかを定める。このように航路計

陸上に対する曳船の手配は，離着桟叉は港内航行

画を2段階に分離することにより，効率的な航路決で曳船を必要とする約一日前に行うものとし，その時までにその港湾または海域で手配可能な曳船のり定を可能にした。

（3）制御実行サブシステム

ストを前もって陸上より入手しているものとする。

ここでは時々刻々のアクチュエータに対する指令にまた，曳船の必要馬力を算定するために必要な外ついて説明する。

力（風，潮等）についての予報値も陸上より入手し離白白制御装置を使う前提条件として，本船が真横て，計算によって求められた必要推力に余裕率を見に動ける手段を持っているものとしているが，現実に込んで求めた必要馬力に合うように，曳船リストのは曳船を使用する場合が多いと考えられるので，まず中から複数の曳船を選定する。

主として曳船を使用する場合の制御方法を検討した。

尚，曳船を決定するに際しては，本船の排水量やアクチュエータとしての曳船は，出力の精度や応答船種による，現行規則及び水先人会の基準等の長年の時問遅れの点で，プロペラ，スラスタ，一等の機器の経験によって培われてきた方法も考慮している。

より性能が悪いといえるので，曳船で使えるアルゴリ（b）操船計画

ズムは他のアクチュエータにも適用可能と考えられ

ここでは操船計画の主要部分である航路計画につる。

いて簡単に説明する。

実際のパイロットの場合は，指令値を出してみて，航路計画に要求される機能は，与えられた岸壁，危本船の運動の様子から運動モデルを頭の中に作り，以険水域，水深等のデータを用いて，港内航行誘導シ

後はこの運動モデルをもとに，指令に対する反応を予ステムからの引継ぎ点から着桟までの経路の決定と測して時々刻々の制御を行っているように考えられ一72一る。このことを参考に，指令値の出力を決定する制御

すなわち，制御装置に内蔵された運動モデルを用い実行，及びそれを各曳船に分配する曳船指令のアルゴて，この望ましい状態を実現するために必要なトータ

リズムを作成した。その後，プロペラ，スラスタ，舵ルのX（前後），Y（左右），およびN（モーメント）

等の使用範囲を拡大してゆくことにより時間短縮，曳を計算し，各制御周期ごとに指令値を，図4．4に示すフ船指令内容の改善を図った。

ローにしたがって決定している。

ところで；上述の望ましい状態は，周囲の状況によ

以下にその内容の一部を紹介する。

っては必ずしもこれを厳密に守らなくてもよく，その（a）離着桟操船と制御モード

離着桟操船の領域における船体運動は，横方向へのために，アクチュエータ，とくに曳船に無理な動作を移動が主体であるとはいえ，単なる横移動のみに限定要求するよりも，目標の状態への到達に多少の曖昧さすることは出来ない。即ち，前後方向の運動や回頭等を許しても，アクチュエータの動きを優先するすべきを伴った運動も取り扱う必要が出てくる。この際，こ場合がある。そこでアクチュエータの指令の決定に当れらの運動を同一の制御でカバーするのではなく，別たっては，これらのことも考慮して次式の評価関数を個の運動モードに分けて考えるのが便利である。

最少にし，かつその指令が各アクチュエータに出力範

これに対応して航路計画に際しては，船の出発点から到着迄の航路を決定するだけでなく，航路を各区間に分割し，そめ区間ではどのような制御モードを採用するかも決定する。

囲を越えないようにした。

エ

む

パ

φニΣ｛翫」2（加一高）2＋K夕づ2（加一∫yガ）2｝ゼ＋K孟2（五一∫の2＋Kか2（ノ》一∫ヵ）2｝

制御の実行に際しては指定された順に制御モードを切り替えてゆく。制御モードとしては前後方向の移動

ここに∫κガ，〆露：前回の曳船への配分力（b）制御ロジック

加，が：今回の曳船への配分力

ん（加減速を含む），横方向の移動（離桟，晶晶），冠頭（船首中心，船体中央中心，船尾中心）がある。

：前回のスラスタへの配分力

離着桟時の船体運動は非常に低速であるから，運動：今回のスラスタへの配分力を支配するのはアクチュエータの力，慣性力および風翫∫，亙y♂，κ云，Kか：重みよって発生する運動は運動モデルを制御装置に持って

鞠

：曳船の数

いれば，かなり正確に推定出来る。

4．3

等の外乱と考えられる。すなわち与えられた指令値に航路計画の結果決定された目標点に到達するためシミュレーションの・一例

4．2節で述べた制御方法の成果を確認するために行に，制御装置には目標からのずれを修正するためのガイドラインを持たせ，そのガイドライン上の状態を望ましい状態と考え，その状態を実現するように制御を行うようにしている。

表4．1記号一覧表
記

単

明

位
抄

制御開始後の経過詩問X

船体のX座標（桟賃座標系）

m

Y

船体のy座標（桟橘鹿標系）

m

PSAI

望ましい状態を実現するために必要なトータルの制御力と、それに近い制御力の候補の決定

船体の方位角船体の左右速度（船体座標系）

m／沙r

船体の回頭角速度

度／秒

一

to

回目方向の操作力の合計

・ton一圏

メインプロペラ回転数

回／分

DEしrユ

舵角

Pt1

バウスラスタービッチ角

fち91

曳船1の押引力

ton

ftg2
ftg3
ht81

曳船2の押引力

to馳

hセε2

曳船

htg3

曳船3の方位角

ton

曳船3の押引力
曳船1の方位角
2の方位角（船体屋標系）
（

船体屋振系

度

）

度

一73一

to

左右方向の操作力の合計

度

︑を定

きど決

動留

一か最

保響

い入

ユ状れ

世態た

しに
ブま慮
ア望考

図4．4制御のフロー

前後方向の操作力の合計

度

および望ましい状態からの誤差の翫算

1（船体座標系》

度

各候補を採用した場合の状態の予測

ln／抄

船体の前後速屋（船体座振系）

V

YACT
ZACT
Np

（桟摺座標系｝

u

XACT

トータルの制御力の候補の各アクチュエータへの分配

度

望ましい状態の決定

チ

説・

号

t

（船体門標系）O鰻瓢一零⁝●⁝3⁝⁝含⁝⁝⁝8⁝⁝●⁝ひ⁝⁝曇⁝⁝⁝⁝霊

899

肘 襯Fこ

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暫垂†⁝⁝一⁝葦3韮馨8⁝↑零3⁝呂83馨 ⁝⁝・L

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竃a腕．

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竃

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0㎝C

前後方向変位，速度及び制御力図

図4．5−2

一↑⁝．⁝⁝一勤一

図4．5−1誘導航路航跡図
呂33＝ε43ε383・3・833893↓・呂33・︒

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6網脇．0

006．●

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…

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重600．●
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〔τUG零1＋8τ】）

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14−FEB−1989【τUG＊1壱Bτコ）

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図4．5−3CONO

τ1「割E：〔：H∩1〜τ（6）●・●PS㎎．．

左右方向変位，速度及び制御力図

1了10N

209．●

d畷旧●●

600・●

200．●

剛

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3

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（R2R−2〔τUG零1るBT】）．14。FE8−1989

亀鞠・0

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●

一量●go．

図4．5−4回頭方向変位，速度及び制御力図

一75

竃600．●

τ1正CHn Rτ（7）CO勘101了10N

13（9響〜R−2〔τUG零1＋Bτ〕）

14−FEB−1989

書P1

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5e．

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墓oo6．e・19．

図4．5−5

r1r旺 CH∩R「

Ju

（8）

メインプロペラ回転数及び舵角図

C㎝DIτ1〔跨1

13

6の9。o

．●

（RRR−214。FεB−1989．にτU肛⊃‡1｛・BIコ）

ao．

10．

0．

●
●

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t

O

t
1z●り．●

o電●。

一卍9．

のコ闘．

図4．5−6

バウスラス．タピッチ角図

一76 「

9400．

600．●

」lhE

coe・101了10N

4黙しチ16）；且3（R5〜R−2

14−FE8−1つ8つ〔τUG8：1＋8τ］）

2●．

o．

t
●．●

go6．g

206．o

4

o●9。

2600．O。〜6．

o．9

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gzoo．o豊40e．。

9600．。

t

一6●．

・且2●．

●亀09．

図4．5−7曳船出力及び方位図

曳船（2，600ps，
一丁

龍一
2﹇髪
84
豊4
認4藷
鴫44444
︵2
一6
42
44
4霜
4鵠
44

層1ーー1一董ll童ーーIlll

1網POT

閥

（1）

〔1）

llll⊃

只一

鯉

要望

ロ

リ

に

（げs）

（繭1g〕

（己15〕

一e．35【1．4且4。0．1226．8068−6．85128．8868−0．338L3n−0．1260。0667−8．85乳2

6．6612−8．1183．3666−0．05置19．00199．6665，6．a566

6．0019−6．325し269

騨0．312

1．166●6．且14〕上蟹Ω④場所
川崎港扇島岸壁（2）シミュレーション結果の説明，0．299

L605

●8．H8

0．6663●3。0499

6．0616−0．2366．％5−0．10？

9．6662−6．6490

0．00且6

一e．2？40．80？

一〇．1050．666置一6．6480

0．6061●0．262

6．7且豊

一〇．1656．0059−0．6476−6．6609，6．256

0．6且7。0．107−0．0462，0．困56−6．0014，0．0615

簡単に説明する。

①誘導航路航跡図（図4．5−1）−6．2396．525，0．116

0．06580．6057−6．2289．434。0．lI36。0055−9．9451−6．8014−6．2置70r343−6．且重66．8055−0．0448−6．00重9−6．2e7輌8．20？
−9．20？

0．060
3．808
8．960

−643．021

223．885

8．666
9．699
8。98e

6．ooo66．86066．03066．06606．06060．66go8．60069．6000o．0660−8．6990．9957−6．6928−6．6617Zペラ）×1隻，バウ

スラスタ，主機

以下にシミュレーション結果図の主なものについて

この図は1分間隔での航跡を示したものであるが，ほぼ自然な航跡となっている。制御モードの切l醜TERUnし冨り替え点（着桟点の沖）における接続もスムーズで

図4．5−8数値時系列図

われた多くのシミュレーションの中の一例を図4．5−

る記号を纏めたものである。

oo
巳
慮昌指示装
．（慧人操作》

白

￡

擁董銭
劉瓠装置

！

1〜8に示す。
表4．1はシミュレーション結果図の中で用いられてい（1）シミュレーションの設定条件

曳

12．9

o

曳船指示装置CR了○粋

①本船要目等D．W．60，000T型撒積貨物船
L×B×D×d＝209×32．2×17．8×

PUSH

ガ

ムしド

『

②外乱条件
風速：10m／sec．

風向：225。士5。
潮流：なし
図5．1

③使用アクチュエータ

一77一

曳船指示装置イメージ図

1懸

船

零
EAD膿G
SFEf愈

PI￠魏1｛ε

‡0

L参3宰0

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Of舶黛H醗τ孝6000010腔。届↑A瞬
ネ解郭12．ξ捧斐OS目0艇SPEfO

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2、9睦

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∴τ：uβ卿｝電，ぞη6κ竃u蹴コ。：

O＝r・

：・ゴ：！

o

CRT画面表示例ある。

況を把握するために指令する曳船からの応答の離着桟②メインプロペラ回転数及び舵角図（図45−5）制御装置への取り込みも必要である。

メインプロペラへの指令は，2分一4分の間隔で出されており，このケースでは舵は使用していない。

③バウスラスターピッチ角図（図45−6）

このため，図51に示すような本船用発信装置としてのマスタユニットと曳船用受信装置としてのスレーブ
ユニットから構成される曳船指示装置を制作した。

バウスラスターは常に方位調整制御用に使用され，その指令間隔は1分一1分30秒程度である。出
力変化の流れは概ねスムーズであると言える。

そしてまず両ユニット間を無線で結び，マスタユニ
ットからの指令をスレーブユニットの画面に表示することによって，曳船操船者に操船指令を伝える通信実④曳船出力及び方位図（図45−7）

験を行った。図52はスレーブユニットのCRT画面表

曳船への指令間隔は1分30秒程度であり，出力変示例である。

化の流れは概ねスムーズである。また曳船の方位の次に音声入出力装置を追加し，マスタユニットから変化も少なく，曳船にとって対応しやすい指令内容の指令をスレーブユニット側で画像及び音声で受けらになっていることが分かる。

れるようにした。

⑤数値時系列図（図45−8）

このようにして曳船操船者が安心してマスタユニッ

1444秒の値が着熱時のデータでこれは下記の要求値を満足している。

トからの指令に従えるような，曳船指示装置に必要な要素技術を完成させた。

前後方向の位置精度：±100m以内
接岸速度：0005m／sec以下

6．おわりに
本研究は昭和58年度より昭和63年度にわたり，（財）

5．曳船指示装置

日本船舶振興会の補助事業として（社）日本造船研究

自動離着桟の局面に於いて，曳船の支援を得て離着協会が実施した，「高度自動運航システムの研究開発」

桟制御を行う場合，離着桟制御装置からの指令内容をにおいて当社が担当したもので，ここにその概要をご

各曳船に指示伝達する必要があり，また曳船の操船状紹介した。拙文が皆様のご参考になれば幸いである。

一78一

電波航法研究会昭和63年度事業報告
Records of the Work Carried Out by the Japanese Committee
for Radio Aids to Navigation During Ficsical Year 1988

Secretariat
総会

Of且ce

of

the

JACRAN集」と題し，極東貿易㈱，ソニー㈱，，㈱東芝，㈱トリンブルナビゲーション，日本無線㈱，古野電

昭和63年度総：会は，昭和63年5月18日14時から，
海上保安庁水路部会議室で開催された。出席者37名，

気㈱及び横河ナビテック㈱より自社製GPS受信委任状提出者53名，計90名で，当会規約第10条第4項により本総会は成立した。

機に関し，開発のねらい，特徴について発表が行われた。

各議題の審議結果は次のとおりであった。

出席者は94名であった。

1．昭和62年度事業報告が事務局により行われ承認

4．

2．昭和62年度会計報告が事務局により行われ，会
計監査

臼居

勲

聞及び倉繁貴志子

財団

氏の監査

鈴木

裕

氏，飯島幸人氏が，副会長には
氏及び

鈴木

務

出席者は51名であった。

木

5．第5回研究会は，平成元年1月24日，海上保安

氏が庁第一会議室において開催され，日本無線㈱波選出された。

また，各幹事の委嘱については原案どおり了承

昂

仙氏の「操船シミュレーターについて」，全

日本空輸㈱

青木隆明

氏の「エアラインにおけるフライトシミュレーターについて」と題する講された。

4．昭和63年度事業計画案について事務局から説明演が行われるとともに，映画「A320が行われ，原案どおり承認された。

IN

5．昭和63年度予算案について事務局から説明が行

PROGRESSCONTOROL」が上映された。映画上映に先立ち全日本空輸㈱われ，原案どおり承認された。

山田

實

氏による解説が行

われた。

研究会
1．

氏の「超電導電磁推進船の開発
関根松夫 氏の「超電導センサーについて」と題する講演が行われた。

3．昭和63年度会長，副会長の選出が行われ，満場一致で会長に竹澤節雄について」，東京工業大学

報告があり，承認された。

村小一

第4回研究会は，昭和63年12月7日，海上保安庁水路部会議室において開催され，日本造船振興された。

出席者は47名であった。

昭和63年度第1回研究会は，昭和63年5月18日，

6．第6回研究会は，平成元年3月17日海上保安庁

海上保安庁水路部会議室で総会に引き続き開催さ第一会議室において開催され，海上保安庁

れ，電子航法研究所

雄二

米本恭二

氏の「安全な航空をささえる電子航法」と題する講演が行われる

佐藤氏の「船位通報制度に
庄司和民

氏の

「電子海図に関するIMOの最近の動向につい出席者は37名であった。

て」，海上保安庁

2．第2回研究会は，昭和63年7月13日，海上保安

氏の「IHO電子海図

われた。

氏の「移動体衛星通信について」，NTT無線システム研究所 服部 武 氏の「移動通信の現状と将来動向について」と題する講

菊池眞一

委員会の最近の動向について」と題する講演が行庁第一会議室において開催され，郵政省通信総合
大森愼吾

米原達夫

ついて」，東京商船大学名誉教授

とともに，映画「時代は宇宙へ」が上映された。

研究所

氏及び

出席者は41名であった。

特別研究会

昭和63年度の特別研究会（見学会）は，昭和63年

演が行われるとともに，映画「考える船」が上映

10月13日，海上保安庁三国デッカ局（福井県坂井郡）された。

及び10月14日，関西電力㈱美浜原子力発電所（福井出席者は61名であった。

県三方郡）において開催され，それぞれ施設につい3．第3回研究会は，昭和63年9月13日海上保安庁
水路部会議室において開催され，「GPS受信機特一79一ての説明を受け，引き続き見学を実施した。
参加者は20名であった。

企画及び編集幹事は，合同で昭和63年5月18日，

及び3月17日に開催され，予算案，事業計画，研究月の予定である。

田中克也

ジェー・エル・シツビング㈱→ジャ

平成元年3月31日現在

正会員46社103口
会員

19名

パンライン㈱7口（終身会員）

電波航法研究会
金
項

金
摘

算

額

718，837円

前年度より繰越

昭和63年度決算報告

額

目

予

決

項

要

摘

予
会

718，837円

150，000円

137，320円

会誌出版費

0円

事務費

庶

務

140，000円

83，13σ円

出版

20，000円

20，000円㈹福?Q，000ニ18，000年会員

入費 1，302，000円 1，126，000円??烽計

40，000円

40，000円

金76，000円

P社x5，000＝5，000正会員のQ人×1，000＝1，000個人会員

76，000円

年度未収入分
部

ｳ会員

通信交通費

130，000円

76，880円

予654，837円

4，651円計 2，110，837円

437，981円

支出の部

収＝1，051，000

会

謝

備

費

要

算額

『900，000円

W7口×12，000＋7，000

ﾂ人会員

議

算額 決

費

ｳ会員

@

額

目

算額

当年度分

会

氏

工

会員数

㈱トリンブルナビゲーション

田a a

会誌「電波航法」は現在編集中であり，発行は6

ト中について審議が行われた。

会誌発行

37名

㈱田 柴 ジ

テーマ，行事計画，会誌「電波航法」の編集刊行等

会員）

14名

員

会し

7月13日，9月13日，12月7日，平成元年1月24日

個人

12口（年

員員
会会

薦別

推特
員員 二更員
動斎会亭亭会
移会 人会人称の入正個退個名正幹事会

研究会6回，幹事会6回

S口×12，000＝48，000

小ﾂ人会員
P口x2，000＝2，000年会員

雑収入

2，000円

広料

85，000円

0円

銀行利子

3，000円

1，599円

告614，100円

次年度へ繰越計

計2，022，555円

会誌35号出版費を含む

会誌販売等
2，110，837円 2，460，536円

2，110，837円 2，460，536円

電波航法研究会項

目

前年度より繰越

金

摘額

平成元年度予算

要

項

当年度分

ﾂ人会員
入

費

1，442，000円@11口×2，000＝22，000年会員

年度未収分
ｺ会員

の

@15口x12，000＝180，000

部

雑

収

入

5，000円広

告料170，000円

銀行利子

2，000円計

150，000円

会誌出版費

1，800，000円

庶務

140，000円

編

集

20，000円

会

計

40，000円

予

備

謝

ﾂ人会員
@

2口×2，000ニ4，000年会員

額

費

事務費

@103口x12，000＝1，236，000

議

金

支出の部

収

ｳ会員

会

目

』会

2，022，555円

会誌販売等

金

76，000円

通信交通費

130，000円

費

1，285，555円

会誌35号，36号分

計1

3，641，555円

一80一3，641，555円

摘要研究会，幹事会，専門部会
会誌35，36号分

電波航法

ELECT：RONIC

平成3年9月20日
印
平成3年9月25日 ．発
編
発

No．36

東京都千代田区霞ケ関2−1−3運輸省9階海上保安庁燈台部電波標識課気付

電波Japanese

法研

究Committee

航

for

Radio

Aids to Navigation
c／oRadio Navigation

Aids

of

AgencyMaritime

Safety2−1−3，Kasumigaseki，Tokyo，

印

刷

REVIEW＿

1989

刷
行
集
行

NAVIGATION会

Division

Chiyoda−Ku，

Japan

東京都新宿区早稲田鶴巻町565−12啓文ビル（有）啓文堂松本印刷

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航法てマウスによるアイコン指定だけで操作

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波

研

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究

キーワート認識装置

会

F3077A1●新開発のAutoRec機能により、キーワードの登録を自動化

富士通光ディスク電子ファイリングシステム●400dPIの高解像度による鮮明入出力●最大A3サイスまての原稿が入出力可能●かな漢字変換で容易に日本語入力●最大16画面表示可能なオーバーラノブマルチウィンドウ●32ビノトCPUにより、印刷中にも入力や検索、編集なとの発

行操作か可能●JIS配列とOASYS配列の親指シフトキーボー
ドの2タイプが選択可能●操作かより簡早なマウスを採用
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