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特開2021-149940人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法及びシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-149940(P2021-149940A)
(43)【公開日】2021年9月27日
(54)【発明の名称】人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法及びシステム
(51)【国際特許分類】
G08G 3/02 20060101AFI20210830BHJP
B63B 43/18 20060101ALI20210830BHJP
B63B 79/40 20200101ALI20210830BHJP
B63B 79/10 20200101ALI20210830BHJP
B63B 49/00 20060101ALI20210830BHJP
B63J 99/00 20090101ALI20210830BHJP
B63H 21/21 20060101ALI20210830BHJP
B63H 25/04 20060101ALI20210830BHJP
【ＦＩ】
G08G3/02 A
B63B43/18
B63B79/40
B63B79/10
B63B49/00 Z
B63J99/00 A
B63H21/21
B63H25/04 D
B63H25/04 H
【審査請求】有
【請求項の数】23
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2020-209669(P2020-209669)
(22)【出願日】2020年12月17日
(31)【優先権主張番号】109108858
(32)【優先日】2020年3月18日
(33)【優先権主張国】TW
(71)【出願人】
【識別番号】513185951
【氏名又は名称】財團法人船舶▲曁▼▲海▼洋▲産▼▲業▼研發中心
(74)【代理人】
【識別番号】110002262
【氏名又は名称】ＴＲＹ国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】鍾 豐仰
(72)【発明者】
【氏名】朱 俊翰
(72)【発明者】
【氏名】廖 ▲ち▼閔
(72)【発明者】
【氏名】陳 ▲む▼華
(72)【発明者】
【氏名】穆 凌吉
(72)【発明者】
【氏名】張 理源
(72)【発明者】
【氏名】黄 盛▲うぇい▼
【テーマコード（参考）】
5H181
【Ｆターム（参考）】
5H181AA25
5H181CC03
5H181CC11
5H181CC12
5H181CC14
5H181CC27
5H181LL01
(57)【要約】
【課題】人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法及びシステムを提供する。【解決手段】本発明の一実施例による人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法は、（Ｓ１）船舶情報、少なくとも１つの障害物情報及び目標地情報を取得するステップ、（Ｓ２）前記船舶情報、前記障害物情報及び前記目標地情報に基づいて、目標地の引力ポテンシャル場及び少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を含む人工ポテンシャル場を確立するステップ、（Ｓ３）前記目標地の引力ポテンシャル場と前記少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を合成して、第１の合力を得るステップ、（Ｓ４）前記船舶情報又は前記障害物情報に基づいて外力を加えるステップ、（Ｓ５）前記第１の合力と前記外力を合成して、第２の合力を得るステップ、（Ｓ６）前記船舶が前記第２の合力の方向に従って航行して、前記少なくとも１つの障害物を回避するステップを含む。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
船舶情報、少なくとも１つの障害物情報及び目標地情報を取得するための情報取得モジュールと、
前記情報取得モジュールに接続され、人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って、航行制御コマンドを生成するための中央処理モジュールと、
前記中央処理モジュールに接続され、前記航行制御コマンドに基づき船舶航行を制御するための航行制御モジュールと、
を含む人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システム。
前記情報取得モジュールに接続され、人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って、航行制御コマンドを生成するための中央処理モジュールと、
前記中央処理モジュールに接続され、前記航行制御コマンドに基づき船舶航行を制御するための航行制御モジュールと、
を含む人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システム。
【請求項2】
前記情報取得モジュールとしては、画像収集装置、姿勢センサー、レーダーセンサー、ライダーセンサー、ソナーセンサー、無線測位装置、自動識別装置（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、ＡＩＳ）又はそれらの組み合わせが挙げられる請求項１に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システム。
【請求項3】
前記中央処理モジュールとしては、プログラマブルロジックコントローラ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ， ＰＬＣ）、マイクロコントローラユニット（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ、ＭＣＵ）又はそれらの組み合わせが挙げられる請求項１に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システム。
【請求項4】
前記航行制御モジュールは、方向制御モジュールと、動力推進モジュールと、を含む請求項１に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システム。
【請求項5】
前記方向制御モジュールとしては、方向舵、電子ステアリングシステム又はそれらの組み合わせが挙げられる請求項４に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システム。
【請求項6】
前記動力推進モジュールとしては、発電機、エンジン、サイドスラスター、スロットル、バッテリー、モータ又はそれらの組み合わせが挙げられる請求項４に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システム。
【請求項7】
前記中央処理モジュール及び前記情報取得モジュールに接続された情報セキュリティモジュールをさらに含む請求項１に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システム。
【請求項8】
情報セキュリティモジュールとして、侵入検知システム（Ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ−ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ、ＩＤＳ）、身分認証システム（Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ）、ライセンスと暗号化システム、ファイアウォールシステム（Ｆｉｒｅｗａｌｌ）、ホワイトリストシステム（Ｗｈｉｔｅｌｉｓｔｉｎｇ）又はそれらの組み合わせが挙げられる請求項１に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システム。
【請求項9】
（Ｓ１）船舶情報、少なくとも１つの障害物情報及び目標地情報を取得するステップ、
（Ｓ２）前記船舶情報、前記障害物情報及び前記目標地情報に基づいて、目標地の引力ポテンシャル場及び少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を含む人工ポテンシャル場を確立するステップ、
（Ｓ３）前記目標地の引力ポテンシャル場と前記少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を合成して、第１の合力を得るステップ、
（Ｓ４）前記船舶情報又は前記障害物情報に基づいて外力を加えるステップ、
（Ｓ５）前記第１の合力と前記外力を合成して、第２の合力を得るステップ、
（Ｓ６）前記船舶が前記第２の合力の方向に従って航行して、前記少なくとも１つの障害物を回避するステップと、を含む人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
（Ｓ２）前記船舶情報、前記障害物情報及び前記目標地情報に基づいて、目標地の引力ポテンシャル場及び少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を含む人工ポテンシャル場を確立するステップ、
（Ｓ３）前記目標地の引力ポテンシャル場と前記少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を合成して、第１の合力を得るステップ、
（Ｓ４）前記船舶情報又は前記障害物情報に基づいて外力を加えるステップ、
（Ｓ５）前記第１の合力と前記外力を合成して、第２の合力を得るステップ、
（Ｓ６）前記船舶が前記第２の合力の方向に従って航行して、前記少なくとも１つの障害物を回避するステップと、を含む人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項10】
前記船舶情報は、前記船舶のノット、位置、航行方向、船の長さ及び船の幅を含む請求項９に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項11】
前記障害物情報は、前記障害物の移動速度、位置、移動方向、障害物の大きさ及び前記船舶との距離を含む請求項９に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項12】
前記目標地情報は、前記目標地の位置及び前記船舶との距離を含む請求項９に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項13】
前記人工ポテンシャル場はUであり、前記Uは以下の式に示すものであり、
上記Uattは、前記目標地の引力ポテンシャル場を表し、上記Urepは前記目標地の引力ポテンシャル場を表することを特徴とする、請求項９に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項14】
前記目標地の引力ポテンシャル場はUattであり、前記Uattは以下の式に示すものであり、
上記ｋは、定常ゲインを表し、上記Xは前記船舶の位置であり、上記Xgは前記目標地の位置を表することを特徴とする、請求項１３に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項15】
前記少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場はUrepであり、前記Urepは以下の式に示すものであり、
上記kは、定常ゲインであり、上記nは０より大きな任意の数であり、上記Xは前記船舶の位置であり、上記Xgは前記目標地の位置であり、上記ρは前記船舶から前記少なくとも１つの障害物までの最短距離であり、上記ρ0は前記少なくとも１つの障害物で生じる斥力の最遠距離を表することを特徴とする、請求項１４に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項16】
前記第１の合力は、以下の式に示すものであり、
上記Fattは、前記目標地の引力であり、上記Frepは前記少なくとも１つの障害物の斥力を表することを特徴とする、請求項１５に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項17】
前記第２の合力は、以下の式に示すものであり、
上記F1は、前記第１の合力であり、上記Fextは前記外力を表することを特徴とする、請求項１６に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項18】
（Ｓ１１）障害物が船舶の衝突回避範囲に入るかどうかを検出し、入ってきた場合、ステップ（Ｓ１２）を実行し、入っていない場合、前記船舶の針路を保持するステップ、
（Ｓ１２）前記障害物が静的障害物であるか又は動的障害物であるかを判断し、静的障害物の場合は、ステップ（Ｓ１３）を実行し、動的障害物の場合は、ステップ（Ｓ１４）を実行するステップ、
（Ｓ１３）前記船舶が第１の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って前記静的障害物を回避するステップ、
（Ｓ１４）前記船舶が前記動的障害物との最接近時間（Ｔｉｍｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ、ＴＣＰＡ）、及び前記動的障害物との最接近距離（Ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ、ＤＣＰＡ）に基づいて、前記動的障害物の回避を開始するかどうか判断するステップ、
（Ｓ１５）前記船舶が請求項９に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って前記動的障害物を回避するステップと、を含む人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
（Ｓ１２）前記障害物が静的障害物であるか又は動的障害物であるかを判断し、静的障害物の場合は、ステップ（Ｓ１３）を実行し、動的障害物の場合は、ステップ（Ｓ１４）を実行するステップ、
（Ｓ１３）前記船舶が第１の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って前記静的障害物を回避するステップ、
（Ｓ１４）前記船舶が前記動的障害物との最接近時間（Ｔｉｍｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ、ＴＣＰＡ）、及び前記動的障害物との最接近距離（Ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ、ＤＣＰＡ）に基づいて、前記動的障害物の回避を開始するかどうか判断するステップ、
（Ｓ１５）前記船舶が請求項９に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って前記動的障害物を回避するステップと、を含む人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項19】
前記ステップ（Ｓ１４）の後に、海上における衝突の予防のための国際規則に関する条約（ＣＯＬＲＥＧＳ）に基づき前記動的障害物と前記船舶の相対位置を第１区域、第２区域、第３区域及び第４区域に設定するステップ（Ｓ１４ａ）をさらに含む請求項１８に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項20】
前記ステップ（Ｓ１４ａ）の後に、前記動的障害物が第１区域又は第２区域に位置する場合、ステップ（Ｓ１５）を実行し、前記動的障害物が第３区域又は第４区域に位置する場合、前記船舶の航路を保持するステップ（Ｓ１４ｂ）をさらに含む請求項１９に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項21】
前記第１区域は、前記衝突回避範囲の円周３４５°〜１５°、前記第２区域が前記衝突回避範囲の円周１５°〜１１２．５°、前記第３区域が前記衝突回避範囲の円周１１２．５°〜２４７．５°、前記第４区域が前記衝突回避範囲の円周１１２．５°〜２４７．５°である請求項２０に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項22】
前記動的障害物との最接近距離は、安全範囲の閾値より小さい場合、前記動的障害物の回避を開始し、前記安全範囲の閾値が船の長さ、船の速度又は障害物の速度によって決まる請求項１８に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【請求項23】
前記閾値は、外部パラメータの影響を受けており、前記外部パラメータが船体の大きさ又は船舶と動的障害物との相対速度を含む請求項２２に記載の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、船舶衝突回避方法及びシステムに関し、特に、人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
船舶衝突リスク予測および障害物回避研究は、船舶研究の分野におけるホットスポット及び難題であり、これには、様々なデータセンシング及び航路情報を介すると共に複数のアルゴリズムに基づいて異なる状況モデルの下での船舶の特徴的な挙動をシミュレートし、さらにデータの融合を通じて船自体を駆動して衝突回避を実現することを含む。
【0003】
近年、人工ポテンシャル場法は、簡潔なモデルと便利な計算により、陸上運搬具の経路計画内に幅広く使用され、コア理論が環境における目標地からの路上運搬具の引力場と障害物からの斥力場を重ね合わせて、モバイルエージェントの複合ポテンシャル場を形成する。しかしながら、実際の応用中には、多くの欠点があり、例えば工場内の陸上運搬具に無限ループの状況がよく現れる。又は突然出現する障害物が陸上運搬具の位置に非常に近づくことで、生じる斥力が強すぎ、又は障害物と陸上運搬具が接近する方向が合力の方向とまったく同じである場合、走行中の陸上運搬具が障害物の牽制から逃げることができなくなる可能性があり、実用性が比較的低かった。
【0004】
また、海上運搬具は、ブレーキがないという問題も考慮する必要があり、したがって現在まだ人工ポテンシャル場法を船舶の衝突回避分野で非常に熟達して使用されるのが見出されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、背景技術内で言及される問題を解決するため、人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法は、次のステップ（Ｓ１）〜（Ｓ６）を含む。すなわち、（Ｓ１）船舶情報、少なくとも１つの障害物情報及び目標地情報を取得するステップ、（Ｓ２）前記船舶情報、前記障害物情報及び前記目標地情報に基づいて、目標地の引力ポテンシャル場及び少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を含む人工ポテンシャル場を確立するステップ、（Ｓ３）前記目標地の引力ポテンシャル場と前記少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を合成して、第１の合力を得るステップ、（Ｓ４）前記船舶情報又は前記障害物情報に基づいて外力を加えるステップ、（Ｓ５）前記第１の合力と前記外力を合成して、第２の合力を得るステップ、（Ｓ６）前記船舶が前記第２の合力の方向に従って航行して、前記少なくとも１つの障害物を回避するステップ。
【0007】
さらに言えば、本発明は、次のステップ（Ｓ１１）〜（Ｓ１４）を含む人工ポテンシャル場法に基づく別の船舶衝突回避方法をさらに提案する。すなわち、（Ｓ１１）障害物が船舶の衝突回避範囲に入るかどうかを検出し、入ってきた場合、ステップ（Ｓ１２）を実行し、入っていない場合、前記船舶の航路を保持するステップ、（Ｓ１２）前記障害物が静的障害物であるか又は動的障害物であるかを判断し、静的障害物の場合は、ステップ（Ｓ１３）を実行し、動的障害物の場合は、ステップ（Ｓ１４）を実行するステップ、（Ｓ１３）前記船舶が第１の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って前記静的障害物を回避するステップ、（Ｓ１４）前記船舶が前記動的障害物との最接近時間（Ｔｉｍｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ、ＴＣＰＡ）、及び前記動的障害物との最接近距離（Ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ、ＤＣＰＡ）に基づいて、前記動的障害物の回避を開始するかどうか判断するステップ、（Ｓ１５）前記船舶が第２の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って前記動的障害物を回避するステップ。
【0008】
また、本発明は、人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システムをさらに提案する。前記人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システムは、船舶情報、少なくとも１つの障害物情報及び目標地情報を取得するための情報取得モジュールと、前記情報取得モジュールに接続され、人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って、航行制御コマンドを生成するための中央処理モジュールと、前記中央処理モジュールに接続され、前記航行制御コマンドに基づき船舶航行を制御するための航行制御モジュールと、を含む。
【0009】
上記本発明の概要は、本発明の幾つかの態様及び技術的特徴に対し基本的な説明を行うことを目的とする。発明の概要は、本発明の詳細な説明ではないため、その目的は特別に本発明のキーとなることでも重要要素を挙げることでもなく、本発明の範囲を画定するために用いられることでもなく、単に本発明のいくつかの概念を簡潔に開示するためである。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施例１に係る人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法のフローチャートである。
【図2】本発明の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法の概略図である。
【図3】本発明の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法の概略図である。
【図4】本発明の実施例２の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法のフローチャートである。
【図5】本発明のＤＣＰＡに基づいて判断された船舶と動的障害物の最短許容範囲の概略図である。
【図6】本発明の海上における衝突の予防のための国際規則に関する条約の障害物ゾーニングの概略図である。
【図7】本発明の好ましい実施例に係る人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の技術的特徴及び実用効果を理解し、明細書の内容に基づいて実施することができるように、以下、好ましい実施例を、添付図面を参照しながら説明する
【0012】
本発明は、人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法、及び人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システムを提案し、障害物を自動的に回避するように船舶を誘導することを目的とする。本発明に記載の船舶は、有人船舶であるだけでなく、自動運航船、自律船、海上無人運搬具及び自動水上運搬具などの無人運航船、及び国際海事機関（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ、ＩＭＯ）が規範する「海上自動運航船（Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｈｉｐｓ、ＭＡＳＳ）」（本明細書では総称して「無人船」という。）でもあることを特に強調すべきであり、自動制御船舶又は運搬具航行経路に及ぶ場合は、この範囲内に含めるべきである。
【実施例1】
【0013】
図１を参照すると、本発明に係る実施例１の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法のフローチャートである。本実施例において、改良された人工ポテンシャル場（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｆｉｅｌｄ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）法で磁力の相互反発及び相互吸引をシミュレートし、また船舶と障害物の位置及び相対速度等の条件に基づき船舶の衝突回避規則を構築して、船舶の航行中で検出された障害物を回避する。
【0014】
まず、図１に示すように、本実施例の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法は、次のステップ（Ｓ１）〜（Ｓ６）を含む。すなわち、（Ｓ１）船舶情報、少なくとも１つの障害物情報及び目標地情報を取得するステップ、（Ｓ２）前記船舶情報、前記障害物情報及び前記目標地情報に基づいて、目標地の引力ポテンシャル場及び少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を含む人工ポテンシャル場を確立するステップ、（Ｓ３）前記目標地の引力ポテンシャル場と前記少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を合成して、第１の合力を得るステップ、（Ｓ４）前記船舶情報又は前記障害物情報に基づいて外力を加えるステップ、（Ｓ５）前記第１の合力と前記外力を合成して、第２の合力を得るステップ、（Ｓ６）前記船舶が前記第２の合力の方向に従って航行して、前記少なくとも１つの障害物を回避するステップ。
【0015】
ステップ（Ｓ１）において、前記船舶は、船に搭載された情報取得モジュールを介して前記船舶情報、少なくとも１つの障害物情報及び目標地情報等のデータを取得する。具体的に、前記情報取得モジュールは、画像収集装置、姿勢センサー、レーダーセンサー、ライダーセンサー、ソナーセンサー、無線測位装置或いは自動識別装置（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、ＡＩＳ）であり得る。前記船舶情報には、船舶のノット、位置、航行方向、垂標間距長（Ｌｅｎｇｔｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｓ、ＬＰＰ）とも呼ばれる船の長さ及び船の幅を含む。前記障害物情報は、障害物の移動速度、位置、移動方向、障害物の大きさ及び前記船舶との距離を含む。前記目標地情報には、前記目標地の位置及び前記船舶との距離を含む。
【0016】
例えば船の長さ及び船の幅が船舶の既知情報である以外に、前記船舶は、姿勢センサーを介して船舶のノット、航行方向、及び前記障害物の移動速度、移動方向を検出することができる。画像収集装置、レーダーセンサー、ライダーセンサー又はソナーセンサーを介して障害物の移動速度、位置、移動方向、障害物の大きさ及び前記船舶との距離、及び目標地の位置と前記船舶との距離も検出することができる。無線測位装置を介して船舶の位置、障害物の位置及び目標地の位置を取得できる。また、前記障害物が他の航行船である場合は、自動識別装置を介して他船の船舶情報（船の速度、位置、航行方向及び船の長さ等を含む）をさらに取得できる。
【0017】
ステップ（Ｓ２）〜（Ｓ６）において、図２を同時に参照すると、前記船舶の中央処理モジュールは人工ポテンシャル場アルゴリズムを通じて障害物Ｏを回避するように船Ｖを誘導することができる。前記アルゴリズムの概念が人工ポテンシャル場の吸力Ｆａｔｔと斥力Ｆｒｅｐで障害物と衝突しない１本の航行経路を生成させることで、前記船舶を前記経路に沿って運航させる。具体的に、ステップ（Ｓ２）において前記船舶情報、前記障害物情報及び前記目標地情報に基づいて、人工ポテンシャル場を確立し、前記人工ポテンシャル場が目標地で生成する引力ポテンシャル場及び少なくとも１つの障害物で生成する斥力ポテンシャル場を含む。
【0018】
前記人工ポテンシャル場Uは、次式により定義される。【0019】
上記の定義から、前記目標地の引力ポテンシャル場Uatt内において、船舶Ｖの航行が目標地Ｔの作用領域に入った時、目標地Ｔとの距離が益々短くなるにつれて、受ける引力も徐々に増大することが分かる。
【0020】
船舶Ｖの航行中に障害物Ｏが船舶Ｖの衝突回避範囲（ここで、船体の２〜５倍を半径として描かれる円）内に入ってきたことを検出した場合、障害物Ｏの斥力ポテンシャル場Urepの作用を受け、船舶Ｖと障害物Ｏとの距離が短くなるにつれて、受けた斥力Ｆｒｅｐが徐々に増大し、船舶Ｖが障害物Ｏに無限に近づくと、船舶Ｖが受ける斥力Ｆｒｅｐは無限大になる傾向があり、衝突のリスクが高いことを示している。動的障害物Ｏの場合、動的障害物Ｏの移動速度及び移動方向を考慮しなければならず、船舶Ｖの航行速度や方向における障害物Ｏの速度成分が大きいほど、船舶Ｖが受ける障害物Ｏからの斥力も大きくなる。他方、前記船舶Ｖと前記少なくとも１つの障害物Ｏとの最短距離が前記少なくとも１つの障害物で生じる斥力の最遠距離より大きい場合、船舶Ｖが障害物の斥力ポテンシャル場の作用範囲内にないことを示し、斥力ポテンシャル場Urepはゼロである。
【0021】
次に、ステップ（Ｓ３）において、前述の目標地引力ポテンシャル場と少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を合成して複合ポテンシャル場を合成し、第１の合力を発生させる。前記第１の合力は、次式により定義される。【0022】
これに着目し、ステップ（Ｓ４）〜（Ｓ６）を参照すると、ステップ（Ｓ４）〜（Ｓ６）は、合力方向が障害物位置（又は移動方向）と同じになること、目標地が近すぎて引力が不足すること、又は障礙物が近すぎて斥力が強すぎる等により船舶が目標地に正しく誘導されることができないという問題の回避に使用されることができる。その概念とは、船舶が障害物で生成される斥力ポテンシャル場を受けると同時に、目標地に向かうユーザー定義の作用力（すなわち、目標地に向かう作用力を生成）を追加して、目標地に向かう合力の強さを維持する。
【0023】
ステップ（Ｓ４）において、前記船舶情報又は前記障害物情報に基づき、前記人工ポテンシャル場に外力Fextを加える。具体的に、前記外力Fextの大きさの加重値は、船舶Ｖの速度、船の長さ又は幅、及び障害物Ｏの移動速度、障害物の大きさ及び障害物と船舶との相対距離によって決まる。ここで図３を参照すると、障害物Ｏの移動速度又は船舶Ｖの航行速度が速いほど、又は障害物Ｏと船舶Ｖとの相対距離が短いほど、船舶Ｖが受ける障害物からの斥力も増大することになることを示す。言い換えれば、船舶Ｖが前記障害物Ｏの斥力Ｆｒｅｐに牽制されないように、目標地Ｔに向かうより大きな外力Fextが必要である。それと対照して、障害物Ｏと船舶Ｖとの相対距離が長い場合、又は障害物Ｏの移動速度と船舶Ｖの航行速度が遅い場合、緩衝に充分な時間的余裕があることを示すため、比較的弱い外力Fextを加えると、船舶が大きく迂回して障害物を回避できる。
【0024】
次に、ステップ（Ｓ５）において、前述の引力ポテンシャル場と少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を合成して生成される前記第１の合力F１と加えられる前記外力Fextを合成すると、第２の合力F2が得られる。前記第２の合力は、次式により定義される。【0025】
本実施例は、障害物の静止状態と運動状態を考慮する以外に、人工ポテンシャル場アルゴリズムを通じてこれらの障害物を回避し、障害物の移動方向が第１の合力方向と同じになること、目標地が近すぎて引力が不足すること、又は障礙物が近すぎて斥力が強すぎる等により船舶が目標地に正しく誘導されることができないという問題を回避し、実務上の船舶航行中に障害物と衝突する可能性を効果的に回避できる。
【実施例2】
【0026】
また、図４を参照すると、本発明の実施例２に係る人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法のフローチャートである。図４に示すように、本実施例で提案される人工ポテンシャル場法に基づく別の船舶衝突回避方法は、次のステップ（Ｓ１１）〜（Ｓ１４）を含む。すなわち、（Ｓ１１）障害物が船舶の衝突回避範囲に入るかどうかを検出し、入ってきた場合、ステップ（Ｓ１２）を実行し、入っていない場合、前記船舶の針路を保持するステップ、（Ｓ１２）前記障害物が静的障害物であるか又は動的障害物であるかを判断し、静的障害物の場合は、ステップ（Ｓ１３）を実行し、動的障害物の場合は、ステップ（Ｓ１４）を実行するステップ、（Ｓ１３）前記船舶が第１の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って前記静的障害物を回避するステップ、（Ｓ１４）前記船舶が前記動的障害物との最接近時間（Ｔｉｍｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ、ＴＣＰＡ）、及び前記動的障害物との最接近距離（Ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ、ＤＣＰＡ）に基づいて、前記動的障害物の回避を開始するかどうか判断するステップ、（Ｓ１５）前記船舶が第２の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って前記動的障害物を回避するステップ。
【0027】
ステップ（Ｓ１１）において、船舶情報取得モジュールは、障害物が船舶の衝突回避範囲に入ってきたかどうかを検出することができる。具体的に、情報取得モジュールは前記船舶情報、目標地情報等のデータを取得でき、並びに少なくとも１つの障害物の障害物情報を検出できる。前記情報取得モジュールは、画像収集装置、姿勢センサー、レーダーセンサー、ライダーセンサー、ソナーセンサー、無線測位装置又は自動識別装置（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、ＡＩＳ）であり得る。前記船舶情報には、船舶のノット、位置、航行方向、垂標間距長（Ｌｅｎｇｔｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｓ、ＬＰＰ）とも呼ばれる船の長さ及び船の幅を含む。前記障害物情報は、障害物の移動速度、位置、移動方向、障害物の大きさ及び前記船舶との距離を含む。前記目標地情報には、前記目標地の位置及び前記船舶との距離を含む。
【0028】
前記ステップにおいて、情報取得モジュールは、障害物を検出した後、前記障害物の位置及び前記船舶との距離を知ると共に前記障害物の位置及び前記船舶との距離に基づき障害物が前記船舶の衝突回避範囲内に入ったかどうかを判断することができる。入っている場合、ステップ（Ｓ１２）を実行して衝突回避ステップに進んで続ける。入ってきていない場合、前記船舶の航路を保持し、目標地に向かって移動し続ける。前記衝突回避範囲は、一般に半径１〜３海里で描かれる円に設定されているが、それ以外の場合は、船の大きさ、船の速度又は障害物の速度（すなわち、船舶と障害物）に基づくことがある。
【0029】
次に、ステップ（Ｓ１２）において、同様に情報取得モジュールによって検出された障害物情報から前記障害物の大きさ及び運動方法（動的又は静的）を知ることができる。前記障害物が岩礁、橋脚又は流木などの静的障害物である場合、静的障害物の衝突回避ステップを実行する。前記障害物が水生生物又は他の航行船などの動的障害物である場合、動的障害物の衝突回避ステップを実行する。
【0030】
ステップ（Ｓ１３）において、前記船舶の中央処理モジュールは、第１の人工ポテンシャル場法に基づいて前記静的障害物の回避経路を計算して、前記静的障害物を回避するように前記船舶を誘導できる。具体的に、前記第１の人工ポテンシャル場法は、前記船舶情報、前記障害物情報及び前記目標地情報に基づいて、人工ポテンシャル場を確立し、前記人工ポテンシャル場が目標地で生成する引力ポテンシャル場及び少なくとも１つの障害物で生成する斥力ポテンシャル場を含むことである。
【0031】
前記人工ポテンシャル場Uは、次式により定義される。【0032】
上記の定義から、前記目標地の引力ポテンシャル場Uatt内において、船舶の航行が目標地の作用領域に入った時、目標地との距離が益々短くなるにつれて、受ける引力も徐々に減少することが分かる。
【0033】
船舶Ｖの航行中に障害物Ｏが船舶Ｖの衝突回避範囲（ここで、船体の２〜５倍を半径として描かれる円）内に入ってきたことを検出した場合、障害物Ｏの斥力ポテンシャル場Urepの作用を受け、船舶Ｖと障害物Ｏとの距離が短くなるにつれて、受けた斥力Ｆｒｅｐが徐々に増大し、船舶Ｖが障害物Ｏに無限に近づくと、船舶Ｖが受ける斥力Ｆｒｅｐは無限大になる傾向があり、衝突のリスクが高いことを示している。動的障害物Ｏの場合、動的障害物Ｏの移動速度及び移動方向を考慮しなければならず、船舶Ｖの航行速度や方向における障害物Ｏの速度の成分が大きいほど、船舶Ｖが受けた障害物Ｏからの斥力も大きくなる。他方、前記船舶Ｖと前記少なくとも１つの障害物Ｏとの最短距離が前記少なくとも１つの障害物Ｏで生じる斥力の最遠距離より大きい場合、船舶Ｖが障害物Ｏの斥力ポテンシャル場の作用範囲内にないことを示し、斥力ポテンシャル場Urepがゼロである。
【0034】
次に、前述の目標地引力ポテンシャル場と少なくとも１つの障害物の斥力ポテンシャル場を合成して複合ポテンシャル場を合成し、第１の合力F1を発生させる。前記第１の合力F1は、次式により定義される。【0035】
ステップ（Ｓ１４）において、前記船舶の中央処理モジュールは、前記動的障害物が最接近点（Ｔｉｍｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ、ＴＣＰＡ）に到達するまでの時間と、前記船舶と前記動的障害物との最接近距離（Ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ、ＤＣＰＡ）に基づいて、前記動的障害物の回避を開始するかどうかを判断する。ここで、ＴＣＰＡがゼロ以上の場合は、船舶と動的障害物が接近して衝突する可能性があることを示す。ＴＣＰＡがゼロ未満の場合は、船舶と動的障害物が互いに離れていることを示す。一方、図５を同時に参照すると、ＤＣＰＡは、船舶と動的障害物の最短許容範囲を判断するために用いられ、前記ＤＣＰＡが安全範囲の閾値より小さい場合、衝突回避モードを有効化にさせる。前記安全範囲の閾値ρ０は、次式により定義される。【0036】
具体的に、前記外力Fextの大きさの加重値は、船舶Ｖの速度、船の長さ又は幅、及び障害物Ｏの移動速度、障害物の大きさ及び障害物と船舶との相対距離によって決まる。障害物Ｏの移動速度もしくは船舶Ｖの航行速度が速いほど、又は障害物Ｏと船舶Ｖとの相対距離が短いほど、船舶Ｖが受ける障害物からの斥力も増大することになることを示す。言い換えれば、船舶Ｖが前記障害物Ｏの斥力Ｆｒｅｐに牽制されないように、目標地Ｔに向かうより大きな外力Fextが必要である。それと対照して、障害物Ｏと船舶Ｖとの相対距離が長い場合、又は障害物Ｏの移動速度と船舶Ｖの航行速度が遅い場合、緩衝に充分な時間的余裕があることを示すため、比較的弱い外力Fextを加えると、船舶が大きく迂回して障害物を回避できる。
【0037】
次に、第１の人工ポテンシャル場法内の引力ポテンシャル場と動的障害物の斥力ポテンシャル場を合成して生成される前記第１の合力F1と加えられる前記外力Fextを合成すると、第２の合力F2が得られる。前記第２の合力は、次式により定義される。【0038】
ステップ（Ｓ１４）の後に、海上における衝突の予防のための国際規則に関する条約（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓ ａｔ Ｓｅａ、ＣＯＬＲＥＧＳ）に基づき前記動的障害物と前記船舶の相対位置を第１区域、第２区域、第３区域及び第４区域（図６参照）に設定するステップ（Ｓ１４ａ）をさらに含む。前記第１区域は、前記衝突回避範囲の円周３４５°〜１５°、前記第２区域が前記衝突回避範囲の円周１５°〜１１２．５°、前記第３区域が前記衝突回避範囲の円周１１２．５°〜２４７．５°、前記第４区域が前記衝突回避範囲の円周１１２．５°〜２４７．５°である。海上における衝突の予防のための国際規則に関する条約は、特に動的障害物が他の航行船である場合の実施形態に言及している。
【0039】
ステップ（Ｓ１４ａ）の後に、前記動的障害物が第１区域又は第２区域に位置する場合、ステップ（Ｓ１５）を実行する。前記動的障害物が第３区域又は第４区域に位置する場合、前記船舶の航路を保持するステップ（Ｓ１４ｂ）をさらに含む。具体的に、図３を参照すると、前記動的障害物が第１区域に位置する場合、船舶の前方に障害物があることを示すため、人工ポテンシャル場に船体の航路に応じて右偏させ、かつ船体から船の長さの１倍離れた場所に確立される一時的な引力ポテンシャル場を加えることで、ＣＯＬＲＥＧｓの規範を満たす。前記動的障害物が第２区域に位置する場合、船舶の右側に障害物があることを示すため、同様に人工ポテンシャル場に船体の航路に応じて右偏させ、かつ船体から船の長さの１倍離れた場所に確立される一時的な引力ポテンシャル場を加える必要がる。前記動的障害物が第３、４区域に位置する場合、船舶の後方、左側に障害物があることを示し、前記障害物を無視できる。その理由は、前記動的障害物が他の航行船であるという前提において、海上における衝突の予防のための国際規則に関する条約によれば、他船が自船（相対的に言えば、自船は他船の前方、右側に位置する）を右側に回避し、自船が元の経路のままで航行できる。
【0040】
本実施例において、改良された人工ポテンシャル場アルゴリズムで磁力の相互反発及び相互吸引をシミュレートし、同時にＣＯＬＲＥＧＳ海上における衝突の予防のための国際規則に関する条約を組み合わせて、船舶衝突回避方法を確立し、且つ前記方法が船舶の位置と速度、障害物の位置と速度、ＤＣＰＡの許容範囲と検出距離などの条件に基づき、自律船舶が障害物を自動的に回避するように誘導する。
【0041】
図７を参照すると、本発明の好ましい実施例に係る人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システムである。図７に示すように、本実施例の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システム１は、船舶情報、少なくとも１つの障害物情報及び目標地情報を取得するための情報取得モジュール１０と、前記情報取得モジュール１０に接続され、人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って、航行制御コマンドを生成するための中央処理モジュール２０と、前記中央処理モジュール２０に接続され、前記航行制御コマンドに基づき船舶航行を制御するための航行制御モジュール３０と、を含む。
【0042】
本実施例の船舶は、有人船舶であるだけでなく、国際海事機関（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ、ＩＭＯ）が規範する「海上自動運航船（Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｈｉｐｓ、ＭＡＳＳ）」（本明細書では総称して「無人船」という。）でもあることを特に強調すべきである。
【0043】
以下は、本発明の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システムを更に説明する。まず、前記情報取得モジュール１０は、船舶情報、少なくとも１つの障害物情報及び目標地情報等のデータを取得する。具体的に、前記情報取得モジュール１０は、画像収集装置、姿勢センサー、レーダーセンサー、ライダーセンサー、ソナーセンサー、無線測位装置又は自動識別装置（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、ＡＩＳ）であり得る。前記船舶情報には、船舶のノット、位置、航行方向、垂標間距長（Ｌｅｎｇｔｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｓ、ＬＰＰ）とも呼ばれる船の長さ及び船の幅を含む前記障害物情報は、障害物の移動速度、位置、移動方向、障害物の大きさ及び前記船舶との距離を含む。前記目標地情報には、前記目標地の位置及び前記船舶との距離を含む。
【0044】
例えば船の長さ及び船の幅が船舶の既知情報である以外に、前記船舶は、姿勢センサーを介して船舶のノット、航行方向、及び前記障害物の移動速度、移動方向を検出することができる。画像収集装置、レーダーセンサー、ライダーセンサー又はソナーセンサーを介して障害物の移動速度、位置、移動方向、障害物の大きさ及び前記船舶との距離、及び目標地の位置と前記船舶との距離も検出することができる。無線測位装置を介して船舶の位置、障害物の位置及び目標地の位置を取得できる。また、前記障害物が他の航行船である場合は、自動識別装置を介して他船の船舶情報（船の速度、位置、航行方向及び船の長さ等を含む）をさらに取得できる。
【0045】
前記情報取得モジュール１０に接続された前記中央処理モジュール２０は、前記船舶情報、少なくとも１つの障害物情報及び目標地情報に基づき、人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法に従って、航行制御コマンドを生成できる。ここで、人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法は、図１に示す人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法であり得、図４に示す人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法であってもよい。前記航行制御コマンドは、航行方向制御命令及び航行速度制御命令を含む。
【0046】
前記中央処理モジュール２０に接続された航行制御モジュール３０は、前記航行制御コマンドに従って船舶航行を制御できる。具体的に、前記航行制御モジュール３０は、方向制御モジュール３２と、動力推進モジュール３４と、を含む。前記方向制御モジュール３２は、前記航行方向制御命令を受け取り、前記動力推進モジュール３４が前記航行速度制御命令を受け取る。換言すれば、前記中央処理モジュール２０に接続された方向制御モジュール３２は、前記航行方向制御命令に従って前記船舶の航行方向（舵角の方向を変更）を制御できる。一方、前記中央処理モジュール２０に接続された動力推進モジュール３４は、航行速度制御命令に従って前記船舶の航行速度を制御できる。したがって、前記船舶は、設定された衝突回避経路に追従して障害物を回避することができる。
【0047】
本実施例において、前記中央処理モジュール２０としては、プログラマブルロジックコントローラ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＰＬＣ）、マイクロコントローラユニット（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ、ＭＣＵ）又はそれらの組み合わせなどが挙げられ、各システムモジュール間の情報の伝達を受信すると共に演算処理を実行した後に制御命令を送信できる装置はこの保護範囲に含まれ、本発明はこれに限定されるものでない。
【0048】
本実施例において、前記方向制御モジュール３２としては、方向舵、電子ステアリングシステム又はそれらの組み合わせなどが挙げられ、前記中央処理モジュール２０の命令を受信した後で方向舵の角度を調整し、それによって船舶の航行方向を制御することを目的とする。前記動力推進モジュール３４としては、発電機、エンジン、サイドスラスター（側方推進機）、スロットル、バッテリー、モータ又はそれら組み合わせなどが挙げられ、前記中央処理モジュール２０の命令を受信した後で出力動力の大きさを調整し、それによって船舶航行の速度を制御することを目的とする。さらに言えば、前記バッテリーは、リチウムイオンバッテリー、リチウムポリマーバッテリー、リチウム鉄リン酸塩バッテリー、燃料バッテリー又はそれらの組み合わせなどであり得、動力推進モジュールのニーズに応じて設計することができる。前記動力推進モジュールは、ハイブリッドシステムであってもよく、船舶上に配置されたソーラーパネル、帆又は波動エネルギー駆動装置を介して太陽エネルギー、風エネルギー、波動エネルギーなどの自給エネルギーを収集し、これら自給エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリー内に蓄積させることで、動力推進モジュールの動力源を支援する。
【0049】
さらに言えば、本発明の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避システムは、前記中央処理モジュール２０及び／又は情報取得モジュール１０に接続された情報セキュリティモジュール４０をさらに含み得る。前記情報セキュリティモジュール４０は、前記中央処理モジュール２０が受信した情報に誤りがある場合、又は情報取得モジュール１０と外部との接続（センシング情報の取得及び海岸局との通信を含む）に問題が生じた場合、前記船舶の安全防護メカニズムを提供するために用いられる。情報取得モジュール１０の接続の異常により外部又はセンシング情報を配信できない場合、情報取得モジュール１０の通信が妨害された場合又は第三者ユーザー（悪意のあるプログラム又はウィルスなど）が中央処理モジュール２０の作動を不適切に制御した場合、前記船舶は自動的に中立位置になる。衝突事故を回避し、保守員が安全に船に乗って保守作業を行わせることができるように、前記船舶の情報取得モジュール１０が外部のセンシング情報又は命令を受信することが禁止される。
【0050】
前記情報セキュリティモジュール４０は、無線通信伝送を監視し、疑わしい活動又は船舶航行規則の違反をチェックし、検出された時、アラートを発し、又は自動的に対策を講じる侵入検知システム（Ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ−ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ、ＩＤＳ）、身分認証（共有キーや生物学的特徴の検証）に通過したユーザーのみに船との通信を許可する身分認証システム（Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ）、外部装置と無線通信モジュールとの間に確立され、船舶の予め設定されている保護内容に基づきやり取りの伝送を監視し、不適切な外部情報をブロックできるファイアウォールシステム（Ｆｉｒｅｗａｌｌ）又はホワイトリスト（Ｗｈｉｔｅｌｉｓｔｉｎｇ）システム又はアプリケーションシステムホワイトリスト（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｗｈｉｔｅｌｉｓｔｉｎｇ）を通じてポジティブリストを実行するモジュール又はアプリであり得、リスト実行以外のアプリケーションプログラムを許さない。言い換えれば、情報セキュリティモジュール４０は、衝突回避システム内部の全てのモジュール又はアプリ間での情報の伝達及び実行のみを許可し、リスト以外のモジュール又はアプリが現れると、衝突回避システムは実行されず、直ちにアラートを発して注意を促し、船の航行を妨げる悪意のあるプログラムからの保護を確実にするために、ホワイトリストを介して最前線で隔離する。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明は、障害物の静止状態及び運動状態を考慮し、距離を検出するための根拠として座標系における船舶と障害物との絶對最短距離を使用し、衝突危険のある障害物に遭遇するかどうかを判断し、それを回避し、船舶が航路で障害物を着実かつスムーズに回避し、目標地に向かう経路を維持させ、自律航行衝突回避分野のために信頼で安全な方法を提供する。また、障害物回避過程で船舶のノット、航行方向を制御し、同時にブイや橋脚などの静的障害物及び航路中の他船などの動的障害物について、本発明の人工ポテンシャル場法に基づく船舶衝突回避方法及びシステムは、障害物との衝突の可能性を大幅に減らすことができ、タイムリーに制御しやすく、計算量が少ないため、自律船舶の障害物回避分野でも大きな役割を果たすことができる。
【0052】
ただし、上記は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲は、そのような実施形態に限定されるものではなく、すなわち、本発明の特許請求の範囲及び明細書の内容に従って行われる簡単な変更や潤飾を加えるものは、本発明の保護範囲内に網羅される。
【符号の説明】
【0053】
１０ 情報取得モジュール１ 船舶衝突回避システム
２０ 中央処理モジュール
３０ 航行制御モジュール
３２ 方向制御モジュール
３４ 動力推進モジュール
４０ 情報セキュリティモジュール
Ｏ 障害物
Ｖ、Ｖ’ 船舶
Ｔ 目標地
Ｘ 船舶の位置
Ｘｇ 目標地の位置
Ｘｇ’ 一時的な目標地の位置
Ｆａｔｔ 目標地の引力
Ｆｒｅｐ 障害物の斥力
Ｆｅｘｔ 外力
Ｆ１ 第１の合力
Ｆ２ 第２の合力
Ｌ１、Ｌ２ 船の長さ
θｃ 夾角
ρ 距離
ρ０ 距離
Ａ 第１区域
Ｂ 第２区域
Ｃ 第３区域
Ｄ 第４区域
（Ｓ１）〜（Ｓ６） ステップ
（Ｓ１１）〜（Ｓ１５） ステップ