JP2006315474A - 船舶用自動航法援助システム - Google Patents

Abstract

【課題】潮流の有無に関わらず、船舶を予定航路に沿って正確に航行させることを可能とする船舶用自動航法援助システムを提供する。
【解決手段】命令半径演算部１６は、予定航路データ記憶部１２より入力された予定航路データと、ＧＰＳ航法装置１４より取得した対地速度・方位情報と、ジャイロ装置２０より取得した対水方位及び船速測定器２２より取得した対水速度（対水速度・方位情報）とから潮流速度・方位情報を算出し、オートパイロット装置１８は、命令半径演算部１６より入力された前記潮流速度・方位情報と、取得した前記対水速度・方位情報とに基づいて舵角量を算出し、算出した前記舵角量を舵器２４に出力する。これにより、舵器２４は、入力された前記舵角量に基づいて船舶を所定方位に旋回させ、この結果、該船舶を予定航路に沿って正確に航行させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の航法装置から取得した船舶の対地速度・方位情報（対地速度及び対地方位）及び対水速度・方位情報（対水速度及び対水方位）に基づいて、予定航路に沿った前記船舶の航行を自動制御することを可能とする船舶用自動航法援助システムに関する。

従来技術に係る船舶用自動航法援助システムは、図８に示す船舶１０１に搭載され、予定航路１００に沿った該船舶１０１の航行を自動制御する装置であり、該予定航路１００は、船舶１０１の目標位置１０２（１）〜１０２（ｎ）と、該船舶１０１が各目標位置１０２（１）〜１０２（ｎ）間を航行するために必要な個々の予定航路１０４（１）〜１０４（ｎ−１）とから構成される。

この場合、前記船舶用自動航法援助システムでは、図９に示すように、予定航路１０４（ｎ−１）に沿って航行する船舶１０１が、その針路を変更して予定航路１０４（ｎ）の先の目標位置１０２（ｎ＋１）にまでスムーズに向かわせる場合には、目標位置１０２（ｎ）近傍の予定航路１０４（ｎ−１）、１０４（ｎ）の一部を円弧状の予定航路１１０に変更するようにしている。この結果、船舶１０１は、円弧状の予定航路１１０を予定航路１００の一部とみなし、この予定航路１１０に沿って円弧状に航行する。なお、予定航路１１０は、中心１０６及び半径を有する仮想円１０８の一部であり、該予定航路１１０の始点１１２は予定航路１０４（ｎ−１）に連結し、終点１１４は予定航路１０４（ｎ）に連結している。

図１０は、予定航路１１０（図８及び図９参照）に沿って船舶１０１を円弧状に航行させるための従来技術に係る船舶用自動航法援助システム１２０のブロック図である（特許文献１参照）。

この船舶用自動航法援助システム１２０では、予定航路データ記憶部１２２に記憶された予定航路１００（図８及び図９参照）に関するデータが命令半径演算部１２６に出力される。ここで、前記データには、目標位置１０２（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ＋１）の緯度及び経度や仮想円１０８の半径等が含まれる。一方、ＧＰＳ航法装置１２４は、船舶１０１の対地速度・方位情報（対地速度及び対地方位）を命令半径演算部１２６に出力する。

命令半径演算部１２６は、入力された目標位置１０２（ｉ）の緯度及び経度並びに半径Ｒと前記対地速度・方位情報とを比較して、船舶１０１が予定航路１００上において円弧状の航行を開始する始点１１２の位置（針路変更開始位置）を算出し、船舶１０１が始点１１２に到達したときに前記針路変更開始位置及び半径Ｒをオートパイロット装置１２８に出力する。

オートパイロット装置１２８は、ジャイロ装置１３０から入力された船舶１０１の対水方位より該船舶１０１の実方位変化率［°／ｍｉｎ］を算出すると共に、命令半径演算部１２６から入力された前記針路変更開始位置及び半径Ｒと、船速測定器１３２から入力された船舶１０１の対水速度より該船舶１０１の設定方位変化率［°／ｍｉｎ］を算出する。

ここで、前記各方位変化率［°／ｍｉｎ］とは、船舶１０１が予定航路１１０に沿って円弧状に航行するときの単位時間（１分）当たりの該船舶１０１の旋回角度（角速度）である。すなわち、前記実方位変化率とは、水上を航行する船舶１０１が実際に旋回するときの角速度であり、前記設定方位変化率とは、予定航路１１０に沿って船舶１０１を旋回させるために必要な理論上の角速度である。この場合、前記設定方位変化率は、対水速度を｜ＶＷ｜［ｋｔ］とし且つ仮想円１０８の半径をＲ［ＮＭ］とすれば、下記の（１）式より求められる。

（設定方位変化率）＝３６０［°］×（｜ＶＷ｜／６０［ｍｉｎ］）
×｛１／（２πＲ）｝ （１）
オートパイロット装置１２８は、算出した前記実方位変化率と前記設定方位変化率との差を求め、求めた前記差が予定航路１１０に沿って船舶１０１を円弧状に航行させるために必要な舵角量として、舵器１３４に出力する。該舵器１３４は、入力された前記舵角量に基づいて船舶１０１を旋回させ、この結果、前記実方位変化率が前記設定方位変化率に補正され、船舶１０１は、予定航路１１０に沿って円弧状に航行する。

特公平６−３３０７６号公報

通常、船舶１０１が水上を航行する場合、潮流によって船舶１０１の対地速度が変化する。

すなわち、図１１に示すように、対水速度ベクトル（対水速度及び対水方位から構成されるベクトル）１４２に基づいて船舶１０１が予定航路１００上を航行する場合、該船舶１０１に対して潮流ベクトル（潮流速度及び潮流方位から構成されるベクトル）１４４が作用すると、該船舶１０１の対地速度ベクトル（対地速度及び対地方位から構成されるベクトル）１４６をＶＧ、対水速度ベクトル１４２をＶＷ及び潮流ベクトル１４４をＶＤとしたときに、対地速度ベクトルＶＧは、下記の（２）式で表わされる。

ＶＧ＝ＶＷ＋ＶＤ （２）
すなわち、潮流ベクトルＶＤによって、船舶１０１の対水方位（船首方位）と、船舶１０１が実際に進行する方向（対地方位）とが一致しなくなると共に、船舶１０１の対水速度と対地速度とについても一致しなくなる。

すなわち、対地速度を｜ＶＧ｜としたときに、｜ＶＷ｜＞｜ＶＧ｜であれば、設定方位変化率が実方位変化率よりも大きくので、船舶１０１は、図１１に示すように、仮想円１０８の内側に形成された他の仮想円１４８の円弧１５０上を航行し、この結果、船舶１０１は、当初の予定航路１００から内側に外れて航行する。一方、｜ＶＷ｜＜｜ＶＧ｜であれば、設定方位変化率が実方位変化率よりも小さくなるので、船舶１０１は、当初の予定航路１００から外側に外れて航行する。

このように、従来技術に係る船舶用自動航法援助システム１２０では、船舶１０１に対する潮流の影響を考慮していないので、予定航路１００に対して船舶１０１を正確に航行させることができない。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、潮流の有無に関わらず、船舶を予定航路に沿って正確に航行させることを可能とする船舶用自動航法援助システムを提供することを目的とする。

本発明に係る船舶用自動航法援助システムは、船舶の予定航路を記憶する予定航路記憶手段と、複数の航法装置から取得した前記船舶の対地速度・方位情報及び対水速度・方位情報と、前記予定航路記憶手段より入力された前記予定航路とに基づいて潮流速度・方位情報を算出する潮流情報算出手段と、前記各航法装置から取得した前記対水速度・方位情報と、前記潮流情報算出手段より入力された前記潮流速度・方位情報とに基づいて前記船舶の舵角量を算出し、算出した前記舵角量を舵器に出力するオートパイロット手段とを有することを特徴とする。

上記した構成によれば、前記潮流情報算出手段は、前記潮流速度・方位情報を算出し、前記オートパイロット手段は、前記潮流速度・方位情報及び前記対水速度・方位情報に基づいて前記舵角量を算出し、算出した前記舵角量を用いて前記舵器を自動制御する。すなわち、前記オートパイロット手段は、前記潮流速度・方位情報を考慮して前記舵器を自動制御するので、潮流が存在する場合でも前記船舶を前記予定航路に沿って正確に航行させることが可能となる。

また、前記潮流情報算出手段が前記潮流速度・方位情報を自動的に算出するので、前記潮流を考慮せずに前記予定航路を作成することが可能となり、この結果、該予定航路の作成作業の簡略化や省力化を実現することができる。

ここで、前記予定航路は、前記船舶の目標位置と前記船舶が前記予定航路に沿って円弧状に航行するときの前記円弧の第１半径とを含み、前記潮流情報算出手段は、前記対地速度・方位情報と前記目標位置及び前記第１半径とに基づいて前記船舶が前記予定航路に沿って円弧状の航行を開始する針路変更開始位置を算出し、算出した前記針路変更開始位置と前記対地速度・方位情報及び前記対水速度・方位情報とに基づいて前記潮流速度・方位情報を算出し、算出した前記潮流速度・方位情報及び前記第１半径を前記オートパイロット手段に出力し、前記オートパイロット手段は、入力された前記潮流速度・方位情報及び取得した前記対水速度・方位情報に基づいて前記船舶の対地速度・方位情報を算出し、入力された前記第１半径及び算出した前記対地速度・方位情報を構成する対地速度に基づいて前記船舶の設定方位変化率を算出し、前記対地速度・方位情報を構成する対地速度より前記船舶の実方位変化率を算出し、算出された前記設定方位変化率と前記実方位変化率との差を前記船舶が前記針路変更開始位置から前記予定航路に沿って円弧状に航行するために必要な前記舵角量として前記舵器に出力することが好ましい。

この場合、前記オートパイロット手段は、前記潮流速度・方位情報に基づいて前記対地速度を算出して、算出した前記対地速度より前記設定方位変化率を算出する一方で、前記潮流速度・方位情報に基づいて前記対地方位を算出して、算出した前記対地方位より前記実方位変化率を算出するので、前記設定方位変化率と前記実方位変化率との差である前記舵角量には、前記潮流の影響が考慮されている。この結果、前記潮流が存在する場合でも、前記船舶を円弧状の前記予定航路に沿って正確に航行させることが可能となる。

また、前記対水速度・方位情報が前記予定航路に沿って変化する場合、前記潮流情報算出手段は、前記対地速度・方位情報及び前記第１半径に基づいて前記針路変更開始位置における前記円弧の接線方向速度・方位情報を算出し、算出した前記接線方向速度・方位情報と取得した前記対地速度・方位情報との差の絶対値を｜Ｅ｜、前記潮流速度・方位情報を構成する潮流速度を｜ＶＤ｜及び前記第１半径をＲ１として該Ｒ１を補正した第２半径をＲ２としたときに、Ｒ２＝Ｒ１×｜ＶＤ｜／（｜ＶＤ｜−｜Ｅ｜）の関係式より前記第２半径Ｒ２を算出し、前記第１半径Ｒ１及び前記対地速度・方位情報の代わりに前記第２半径Ｒ２及び前記接線方向速度・方位情報を用いて前記潮流速度・方位情報を補正し、算出した前記第２半径Ｒ２及び補正した前記潮流速度・方位情報を前記オートパイロット手段に出力し、前記オートパイロット手段は、前記第１半径Ｒ１の代わりに入力された前記第２半径Ｒ２を用いて前記設定方位変化率を算出することが好ましい。

この場合、前記対水速度・方位情報の変化に対応して前記第１半径Ｒ１を前記第２半径Ｒ２に補正し、且つ前記第２半径Ｒ２及び前記接線方向速度・方位情報を用いて前記潮流速度・方位情報を補正することにより、前記予定航路における円弧状の航路部分が変更され、この結果、変更された前記予定航路に沿って前記船舶をより正確に航行させることができる。

上述したように、本発明に係る船舶用自動航法援助システムによれば、潮流情報算出手段は、潮流速度・方位情報を算出し、オートパイロット手段は、前記潮流速度・方位情報及び対水速度・方位情報に基づいて舵角量を算出し、算出した前記舵角量を用いて舵器を自動制御する。すなわち、前記オートパイロット手段は、前記潮流速度・方位情報を考慮して前記舵器を自動制御するので、潮流が存在する場合でも船舶を予定航路に沿って正確に航行させることが可能となる。

また、前記潮流情報算出手段が前記潮流速度・方位情報を自動的に算出するので、前記潮流を考慮せずに前記予定航路を作成することが可能となり、この結果、該予定航路の作成作業の簡略化や省力化を実現することができる。

本発明に係る船舶用自動航法援助システムについて、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下に説明する。

図１は、本実施形態に係る船舶用自動航法援助システム（以下、航法援助システムともいう。）１０のブロック図であり、図２は、該航法援助システム１０を用いて船舶３６を予定航路３０（２）に沿って円弧状に航行させるときの航法制御を説明するための平面図である。

航法援助システム１０は、図１に示すように、予定航路データ記憶部（予定航路データ記憶手段）１２と、命令半径演算部（潮流情報算出手段）１６と、オートパイロット装置（オートパイロット手段）１８と、舵器２４と、航法装置としてのＧＰＳ航法装置１４、ジャイロ装置２０及び船速測定器２２とから構成され、図２に示す船舶３６内に配置されている。

予定航路データ記憶部１２は、水上を航行する船舶３６の予定航路３０（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ、ｎ：整数）に関するデータを予め記憶しており、該船舶３６を予定航路３０（ｉ）に沿って航行させる際に前記データを命令半径演算部１６に出力する。ここで、前記データとしては、予定航路３０（ｉ）上における船舶３６の図示しない複数の目標位置の緯度及び経度や、該船舶３６を予定航路３０（２）に沿って円弧状に航行させるときに円弧状の該予定航路３０（２）を含む仮想円３４の半径等が含まれている。

なお、直線状の予定航路３０（１）と円弧状の予定航路３０（２）との連結点は、船舶３６がその針路を変更して予定航路３０（２）に沿って円弧状に航行する際の針路変更開始位置３１であり、船舶３６は、図２に示すように、針路変更開始位置３１上に位置している。この場合、船舶３６は、予定航路３０（２）に沿って航行するので、予定航路３０（１）、３０（３）の交点である目標位置３８を通過することなく、予定航路３０（ｉ）上を航行する。また、以下の説明では、予定航路３０（２）を含む仮想円３４において、中心３２からの半径を第１半径Ｒ１［ＮＭ］とする。

ＧＰＳ航法装置１４は、図示しないＧＰＳ衛星から所定時間（例えば、１．０［ｓ］）毎に受信した信号に基づいて前記船舶の現在時刻における緯度及び経度を順次算出し、算出結果を対地速度・位置情報（船舶３６の対地速度及び対地方位）として命令半径演算部１６に順次出力する。

ジャイロ装置２０は、船舶３６の現在時刻における対水方位（船首方位）を所定時間（例えば、１．０［ｓ］）毎に計測し、計測結果を命令半径演算部１６及びオートパイロット装置１８に順次出力する。

船速測定器２２は、船舶３６の現在時刻における対水速度を所定時間（例えば、１．０［ｓ］）毎に計測し、計測結果を命令半径演算部１６及びオートパイロット装置１８に順次出力する。

命令半径演算部１６は、予定航路データ記憶部１２より入力された前記各目標位置及び第１半径Ｒ１と、ＧＰＳ航法装置１４から所定時間毎に取得した前記対地速度・位置情報とを比較して針路変更開始位置３１を順次算出し、算出した針路変更開始位置３１と、ジャイロ装置２０から所定時間毎に取得した対水方位及び船速測定器２２から所定時間毎に取得した対水速度（対水速度・方位情報）と、算出した前記対地速度・位置情報とに基づいて、船舶３６の現在時刻における潮流速度・方位情報（船舶３６に作用する潮流の潮流速度及び潮流方位）を順次算出する。

ここで、前記対水速度及び前記対水方位（前記対水速度・方位情報）が予定航路３０（ｉ）に対して変化しない場合、命令半径演算部１６は、算出した前記各潮流速度・方位情報と第１半径Ｒ１とをオートパイロット装置１８に所定時間（例えば、１［ｓ］）毎に出力する。

オートパイロット装置１８は、命令半径演算部１６より所定時間（例えば、１．０［ｓ］）毎に入力された前記潮流速度・方位情報と、ジャイロ装置２０から所定時間（例えば、０．２［ｓ］）毎に取得した対水方位と、船速測定器２２から所定時間（例えば、０．２［ｓ］）毎に取得した対水速度とに基づいて、船舶３６の対地速度・方位情報を順次算出し、算出した前記対地速度・方位情報の対地速度と第１半径Ｒ１とに基づいて船舶３６の所定時間（例えば、０．２［ｓ］）毎の設定方位変化率［°／ｍｉｎ］を順次算出する。

ここで、前記設定方位変化率とは、船舶３６を予定航路３０（ｉ）に沿って航行させるために必要な単位時間（例えば、１［ｍｉｎ］）当たりの船舶３６の理論上の旋回角度（角速度）であり、前記対地速度を｜ＶＧ｜［ｋｔ］とすれば、前記設定方位変化率［°／ｍｉｎ］は、下記の（３）式で表わされる。

（設定方位変化率）＝３６０［°］×（｜ＶＧ｜／６０［ｍｉｎ］）
×｛１／（２π×Ｒ１）｝ （３）
この場合、例えば、Ｒ１＝１［ＮＭ］及び｜ＶＧ｜＝１０［ｋｔ］であれば、前記設定方位変化率は、略９．５［°／ｍｉｎ］となる。

また、オートパイロット装置１８は、５万トン以上の大型船舶に配置される回転角速度計と同様の機能を有し、前記対地速度・方位情報の対地方位より船舶３６の所定時間毎の実方位変化率［°／ｍｉｎ］を順次算出する。ここで、前記実方位変化率とは、対地方位の単位時間（例えば、１［ｍｉｎ］）当たりの変化量であり、換言すれば、水上を航行する船舶３６が予定航路３０（ｉ）に沿って実際に旋回するときの単位時間当たりの旋回角度（回頭角速度）である。この場合、オートパイロット装置１８は、前記対地方位を前記実方位変化率（回頭角速度）に変換し、変換した前記回頭角速度を図示しない表示装置に順次出力する。前記表示装置は、所定時間毎に入力された前記回頭角速度を表示する。

なお、前記表示装置を、例えば、３［°／ｍｉｎ］毎の目盛りの刻みで且つ６０［°／ｍｉｎ］（１［°／ｓ］）の回頭角速度まで表示可能な指示計から構成すれば、微小量の回転角速度を表示することが可能となり、狭水路や輻輳した水域における船舶３６の操船に有用である。

そして、オートパイロット装置１８は、所定時間毎に算出した前記設定方位変化率と前記実方位変化率との差を算出し、算出した前記差を船舶３６が針路変更開始位置３１から予定航路３０（２）に沿って円弧状に航行するために必要な舵角量［°／ｍｉｎ］として舵器２４に順次出力する。

舵器２４は、所定時間（例えば、０．２［ｓ］）毎に入力された前記舵角量に基づいて船舶３６を所定方位に旋回させる。これにより、前記実方位変化率が前記設定方位変化率に補正され、船舶３６は、針路変更開始位置３１から予定航路３０（２）に沿って円弧状に航行する。

図２に示すように、対水速度及び対水方位から構成される対水速度ベクトルをＶＷ、潮流速度及び潮流方位から構成される潮流速度ベクトルをＶＤ並びに対地速度及び対地方位から構成される対地速度ベクトルをＶＧとすれば、予定航路３０（ｉ）上を航行する船舶３６は、舵器２４（図１参照）による操舵で対水速度ベクトルＶＷの方向に船首を向けているが、該船舶３６には潮流速度ベクトルＶＤが作用しているので、船舶３６は、実際には、前述した（２）式に基づいて対地速度ベクトルＶＧの向きに航行する。

従って、対地速度ベクトルＶＧの向きを予定航路３０（ｉ）の接線方向と略一致させれば、船舶３６を針路変更開始位置３１から予定航路３０（２）に沿って円弧状に航行させることができる。前述したように、前記実方位変化率を前記設定方位変化率に補正すれば、針路変更開始位置３１から予定航路３０（２）に沿って船舶３６を円弧状に航行することができるので、換言すれば、前記実方位変化率を前記設定方位変化率に補正することは、対地速度ベクトルＶＧの向きを船舶３６の理想的な航行方向である予定航路３０（ｉ）の接線方向と略一致させることを意味している。

次に、本実施形態に係る航法援助システム１０を用いて船舶３６を予定航路３０（２）に沿って円弧状に航行させるときの航法制御動作について、図１及び図２並びに図３及び図４のフローチャートを参照しながら説明する。

ここでは、船舶３６が針路変更開始位置３１に位置し、且つ対水速度・方位情報が予定航路３０（ｉ）に対して変化しない場合における所定時刻での船舶３６の航法制御について説明する。

先ず、予定航路データ記憶部１２は、予定航路３０（ｉ）上における複数の目標位置の緯度及び経度並びに半径（命令半径）Ｒ１を命令半径演算部１６に出力する（ステップＳ１）。

次いで、命令半径演算部１６は、ジャイロ装置２０より船舶３６の現在時刻における対水方位（船首方位）を取得し（ステップＳ２）、船速測定器２２より該船舶３６の現在時刻における対水速度（対水船速）を取得し（ステップＳ３）、さらに、ＧＰＳ航法装置１４より船舶３６の現在時刻における対地速度・位置情報｛対地速度（対地船速）及び対地方位｝を取得する（ステップＳ４）。

次いで、命令半径演算部１６は、予定航路データ記憶部１２より入力された前記各目標位置及び半径Ｒ１と、取得した前記対地速度・位置情報及び前記対水速度・方位情報（対水速度及び対水方位）とを比較して針路変更開始位置３１を算出し、算出した針路変更開始位置３１と、ジャイロ装置２０から取得した対水方位及び船速測定器２２から取得した対水速度（対水速度・方位情報）と、前記対地速度・位置情報とに基づいて、船舶３６の現在時刻における潮流速度・方位情報（潮流速度及び潮流方位）を算出する（ステップＳ５）。

次いで、命令半径演算部１６は、算出した前記潮流速度・方位情報と第１半径Ｒ１とをオートパイロット装置１８に出力する（ステップＳ６）。

オートパイロット装置１８は、船速測定器２２から対水速度（対水船速）を取得する（ステップＳ７）と共に、ジャイロ装置２０から対水方位（船首方位）を取得し（ステップＳ８）、命令半径演算部１６より入力された前記潮流速度・方位情報及び第１半径Ｒ１と、取得した対水速度・方位情報（前記対水速度及び前記対水方位）とに基づいて対地速度・方位情報を算出する（ステップＳ９）。

次いで、オートパイロット装置１８は、算出した前記対地速度・方位情報の対地速度と第１半径Ｒ１とを用いて（３）式より設定方位変化率を算出し（ステップＳ１０）、一方で、前記対地速度・方位情報の対地方位より実方位変化率を算出する（ステップＳ１１）。

次いで、オートパイロット装置１８は、算出した前記設定方位変化率と前記実方位変化率との差（舵角量）を算出し（ステップＳ１２）、算出した前記舵角量を命令舵角量として舵器２４に出力する（ステップＳ１３）。

舵器２４は、入力された前記舵角量に基づいて船舶３６を所定方位に旋回させる。これにより、前記実方位変化率が前記設定方位変化率に補正され、換言すれば、対地速度ベクトルＶＧが予定航路３０（２）の接線方向に略一致され、この結果、船舶３６は、針路変更開始位置３１から予定航路３０（２）に沿って円弧状に航行することが可能となる。

なお、上記したステップＳ１〜Ｓ１３は、所定時刻における航法援助システム１０の処理動作であり、該航法援助システム１０は、実際には、予定航路３０（ｉ）上において、所定時間毎にステップＳ２〜Ｓ１３を繰り返し行っている。また、航法援助システム１０では、ステップＳ２〜Ｓ６の処理時間間隔とステップＳ７〜Ｓ１３の処理時間間隔とを異なる時間間隔で設定してもよい。すなわち、命令半径演算部１６におけるステップＳ２〜Ｓ６の処理動作を、例えば、１．０［ｓ］間隔で行い、オートパイロット装置１８及び舵器２４におけるステップＳ７〜Ｓ１３の処理を、例えば、０．２［ｓ］間隔で行う。

次に、対水速度・方位情報（対水速度及び対水方位）が予定航路３０（ｉ）に対して変化する場合における船舶３６の航法制御動作について、図５〜図７を参照しながら説明する。

先ず、従来技術に係る船舶用自動航法援助システム１２０（図１０参照）において、図５に示すように、対水速度・方位情報が予定航路３０（ｉ）に対して変化し、針路変更開始位置３１において対水速度ベクトルがＶＷよりＶＷ１に変化した際に、該針路変更開始位置３１における対地速度ベクトルがＶＧよりＶＧ１に変化すれば、対水速度ベクトルＶＷの対水速度を｜ＶＷ｜とし、且つ対水速度ベクトルＶＷ１の対水速度を｜ＶＷ１｜とすると、該対地速度ベクトルＶＧ１は、下記の（４）式で表わされる。

ＶＧ１＝ＶＷ１＋ＶＤ（｜ＶＷ｜＞｜ＶＷ１｜） （４）
この場合、潮流ベクトルＶＤが変化しないので、対水速度が｜ＶＷ｜から｜ＶＷ１｜にまで低下すると、対地速度ベクトルＶＧ１は、対地ベクトルＶＧと比較して仮想円３４の内側に向くことになり、この結果、船舶３６は、予定航路３０（２）とは異なる円弧状の航路４０に沿って航行する。すなわち、従来技術に係る船舶用自動航法援助システム１２０では、対水速度が｜ＶＷ｜より｜ＶＷ１｜に変化した場合、船舶３６を予定航路３０（ｉ）に沿って正確に航行させることができない。

これに対して、本実施形態に係る航法援助システム１０では、前述したように、対地ベクトルＶＧの向きと予定航路３０（ｉ）の接線方向とを略一致させることにより、船舶３６を予定航路３０（ｉ）に沿って正確に航行させることが可能となることに鑑み、命令半径演算部１６（図１参照）において、上記した対水速度の変化に対応して予定航路３０（ｉ）の一部を補正することにより、前記対水速度が｜ＶＷ｜より｜ＶＷ１｜に変化しても船舶３６を予定航路３０（ｉ）に沿って正確に航行させるようにしている。

次に、命令半径演算部１６における具体的な補正処理について、図６の平面図及び図７のフローチャートを参照し、また、必要に応じて、図１〜図５を参照しながら説明する。

ここでは、前記対水速度が｜ＶＷ｜より｜ＶＷ１｜に低下したことに対応して、予定航路３０（２）、３０（３）を予定航路３０（４）、３０（５）に変更する場合について説明する。

先ず、命令半径演算部１６では、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を行った後に、ＧＰＳ航法装置１４より取得した対地速度・方位情報と、予定航路データ記憶部１２から入力された第１半径Ｒ１とに基づいて針路変更開始位置３１における仮想円３４｛予定航路３０（２）｝の接線方向速度・方位情報を算出する（ステップＳ１４）。

この場合、前記接線方向速度・方位情報とは、前記対地速度・方位情報の接線方向成分であり、換言すれば、前記接線方向速度・方位情報を算出することは、対地速度ベクトルＶＧを針路変更開始位置３１の接線４２に投影して接線速度ベクトルＶＴを求めることである（図６参照）。なお、接線速度ベクトルＶＴは、針路変更開始位置３１を始点とし、接線４２と潮流ベクトルＶＤとの交点を終点とするベクトルである。

次いで、命令半径演算部１６は、前記接線方向速度・方位情報（接線速度ベクトルＶＴ）と前記対地速度・方位情報（対地速度ベクトルＶＧ）との差の絶対値を算出し（ステップＳ１５）、算出した前記絶対値が所定の閾値以下（略０）であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１６において、命令半径演算部１６は、前記絶対値が前記閾値以下であれば、接線速度ベクトルＶＴと対地速度ベクトルＶＧとが略一致し、該対地速度ベクトルＶＧによって船舶３６が予定航路３０（２）に沿って円弧状に航行するものと判断し、ステップＳ５以降の処理を実行する。

一方、前記絶対値が前記閾値を越えた場合、命令半径演算部１６は、接線速度ベクトルＶＴと対地速度ベクトルＶＧとが一致せず、船舶３６が予定航路３０（２）から外れて航行するものと判断し、第１半径Ｒ１を補正して第２半径に変換する処理を行う（ステップＳ１７）。

ステップＳ１７において、算出した前記絶対値を｜Ｅ｜、潮流速度を｜ＶＤ｜、及び前記第２半径をＲ２［ＮＭ］とすれば、該第２半径Ｒ２は、下記の（５）式で表わされる。

Ｒ２＝Ｒ１×｜ＶＤ｜／（｜ＶＤ｜−｜Ｅ｜） （５）
次いで、命令半径演算部１６は、針路変更開始位置３１と前記接線方向速度・方位情報と前記対水速度・方位情報とに基づいて、船舶３６の現在時刻における潮流速度・方位情報を算出する（ステップＳ１８）。この場合、命令半径演算部１６は、ステップＳ５（図３参照）とは異なり、前記対地速度・位置情報の代わりに前記接線方向速度・方位情報を用いて前記潮流速度・方位情報を算出している。これは、対地速度ベクトルＶＧの代わりに前記接線方向速度・方位情報から構成される接線速度ベクトルＶＴを用いることにより、対水速度ベクトルＶＷの変化を考慮して潮流速度ベクトルＶＤの補正を行うことを意味している。

次いで、命令半径演算部１６は、第１半径Ｒ１の代わりに第２半径Ｒ２をオートパイロット装置１８に出力すると共に、前記接線方向速度・方位情報を用いて補正された前記潮流速度・方位情報をオートパイロット装置１８に出力する（ステップＳ６）。

オートパイロット装置１８では、ステップＳ７〜Ｓ１３の処理を行うが、これらのステップＳ７〜Ｓ１３において第１半径Ｒ１の代わりに第２半径Ｒ２を用い、且つ補正された前記潮流速度・方位情報を用いているので、実方位変化率、設定方位変化率及び舵角量は、前記第２半径Ｒ２及び前記接線方向速度・方位情報に基づいて算出されたものとなる。従って、舵器２４により前記舵角量に基づいて旋回された船舶３６は、第１半径Ｒ１を有する仮想円３４上の予定航路３０（２）ではなく、中心４６からの第２半径Ｒ２を有する仮想円４４上の予定航路３０（４）に沿って航行し、該予定航路３０（４）から予定航路３０（５）を経由して目標位置にまで航行する。

このように、本実施形態に係る航法援助システム１０によれば、命令半径演算部１６が潮流速度・方位情報を算出し、オートパイロット装置１８が前記潮流速度・方位情報及び対水速度・方位情報に基づいて舵角量を算出し、算出した前記舵角量を用いて舵器２４を自動制御する。すなわち、オートパイロット装置１８は、前記潮流速度・方位情報を考慮して舵器２４を自動制御するので、潮流が存在する場合でも船舶３６を予定航路３０（ｉ）に沿って正確に航行させることが可能となる。

この場合、船舶３６が航行する水域において障害物や前記水域の水深が予め分かっており、これらを考慮した予定航路３０（ｉ）が予定航路データ記憶部１２に記憶されていれば、航法援助システム１０は、予定航路３０（ｉ）に基づいて前記水域において船舶３６を安全に航行させることができるので、該船舶３６の安全航行性能を向上させることが可能となる。

また、命令半径演算部１６が前記潮流速度・方位情報を自動的に算出するので、前記潮流を考慮せずに予定航路３０（ｉ）を作成することが可能となり、この結果、該予定航路３０（ｉ）の作成作業の簡略化や省力化を実現することができる。

さらに、オートパイロット装置１８は、前記潮流速度・方位情報に基づいて対地速度を算出し、算出した前記対地速度より設定方位変化率を算出する一方で、前記潮流速度・方位情報に基づいて対地方位を算出し、算出した前記対地方位より実方位変化率を算出するので、前記設定方位変化率と前記実方位変化率との差である前記舵角量には、前記潮流の影響が考慮されている。この結果、前記潮流が存在する場合でも、船舶３６を円弧状の予定航路３０（２）に沿って正確に航行させることが可能となる。

さらにまた、前記対水速度・方位情報が予定航路３０（ｉ）に沿って変化する場合、命令半径演算部１６では、前記対水速度・方位情報の変化に対応して第１半径Ｒ１を第２半径Ｒ２に補正すると共に、対地速度・方位情報の代わりに接線速度・方位情報を用いて潮流速度・方位情報を算出するので、オートパイロット装置１８では、第２半径Ｒ２及び接線速度・方位情報を考慮して実方位変化率、設定方位変化率及び舵角量が算出される。これにより、船舶３６の予定航路３０（ｉ）の一部は、円弧状の予定航路３０（２）及び予定航路３０（３）より円弧状の予定航路３０（４）及び予定航路３０（５）に変更され、この結果、船舶３６は、目標位置に向かい円弧状の予定航路３０（４）及び予定航路３０（５）に沿ってより正確に航行させることができる。

なお、本発明に係る船舶用自動航法援助システムは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。

本実施形態に係る航法援助システムのブロック図である。 図１の航法援助システムによる船舶の航法制御を示す平面図である。 図１の命令半径演算部における処理を示すフローチャートである。 図１のオートパイロット装置における処理を示すフローチャートである。 従来技術に係る航法援助システムにおいて、対水速度ベクトルが予定航路に沿って変化した場合の船舶の航行を示す平面図である。 図１の航法援助システムにおいて、対水速度ベクトルが予定航路に沿って変化した場合の船舶の航行を示す平面図である。 図６に示す船舶の航法制御を実現するために命令半径演算部内で行われる処理を示すフローチャートである。 従来技術に係る航法援助システムにおける船舶の予定航路を示す平面図である。 図８において、船舶の針路を変更する場合を説明するための平面図である。 従来技術に係る航法援助システムのブロック図である。 図１０の航法援助システムによる船舶の航法制御を示す平面図である。

符号の説明

１０…航法援助システム １２…予定航路データ記憶部
１４…ＧＰＳ航法装置 １６…命令半径演算部
１８…オートパイロット装置 ２０…ジャイロ装置
２２…船速測定器 ２４…舵器
３０（ｉ）、４０…航路 ３１…針路変更開始位置
３４、４４…仮想円 ３６…船舶
３８…目標位置 ４２…接線

Claims (3)

1. 船舶の予定航路を記憶する予定航路記憶手段と、
   複数の航法装置から取得した前記船舶の対地速度・方位情報及び対水速度・方位情報と、前記予定航路記憶手段より入力された前記予定航路とに基づいて潮流速度・方位情報を算出する潮流情報算出手段と、
   前記各航法装置から取得した前記対水速度・方位情報と、前記潮流情報算出手段より入力された前記潮流速度・方位情報とに基づいて前記船舶の舵角量を算出し、算出した前記舵角量を舵器に出力するオートパイロット手段と、
   を有する
   ことを特徴とする船舶用自動航法援助システム。
2. 請求項１記載の船舶用自動航法援助システムにおいて、
   前記予定航路は、前記船舶の目標位置と、前記船舶が前記予定航路に沿って円弧状に航行するときの前記円弧の第１半径とを含み、
   前記潮流情報算出手段は、前記対地速度・方位情報と前記目標位置及び前記第１半径とに基づいて、前記船舶が前記予定航路に沿って円弧状の航行を開始する針路変更開始位置を算出し、算出した前記針路変更開始位置と前記対地速度・方位情報及び前記対水速度・方位情報とに基づいて前記潮流速度・方位情報を算出し、算出した前記潮流速度・方位情報及び前記第１半径を前記オートパイロット手段に出力し、
   前記オートパイロット手段は、入力された前記潮流速度・方位情報及び取得した前記対水速度・方位情報に基づいて前記船舶の対地速度・方位情報を算出し、入力された前記第１半径及び算出した前記対地速度・方位情報を構成する対地速度に基づいて前記船舶の設定方位変化率を算出し、前記対地速度・方位情報を構成する対地速度より前記船舶の実方位変化率を算出し、算出された前記設定方位変化率と前記実方位変化率との差を前記船舶が前記針路変更開始位置から前記予定航路に沿って円弧状に航行するために必要な前記舵角量として前記舵器に出力する
   ことを特徴とする船舶用自動航法援助システム。
3. 請求項２記載の船舶用自動航法援助システムにおいて、
   前記対水速度・方位情報が前記予定航路に沿って変化する場合、前記潮流情報算出手段は、前記対地速度・方位情報及び前記第１半径に基づいて前記針路変更開始位置における前記円弧の接線方向速度・方位情報を算出し、算出した前記接線方向速度・方位情報と取得した前記対地速度・方位情報との差の絶対値を｜Ｅ｜、前記潮流速度・方位情報を構成する潮流速度を｜ＶＤ｜及び前記第１半径をＲ１として該Ｒ１を補正した第２半径をＲ２としたときに、
   Ｒ２＝Ｒ１×｜ＶＤ｜／（｜ＶＤ｜−｜Ｅ｜）
   の関係式より前記第２半径Ｒ２を算出し、前記第１半径Ｒ１及び前記対地速度・方位情報の代わりに前記第２半径Ｒ２及び前記接線方向速度・方位情報を用いて前記潮流速度・方位情報を補正し、算出した前記第２半径Ｒ２及び補正した前記潮流速度・方位情報を前記オートパイロット手段に出力し、
   前記オートパイロット手段は、前記第１半径Ｒ１の代わりに入力された前記第２半径Ｒ２を用いて前記設定方位変化率を算出する
   ことを特徴とする船舶用自動航法援助システム。

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