特許 5956233 航路保持制御装置及び船舶

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5956233

(24)【登録日】2016年6月24日

(45)【発行日】2016年7月27日

(54)【発明の名称】航路保持制御装置及び船舶

(51)【国際特許分類】

   B63H 25/04 20060101AFI20160714BHJP

   B63H 25/46 20060101ALI20160714BHJP

   B63B 43/18 20060101ALI20160714BHJP

   B63B 1/38 20060101ALI20160714BHJP

   G05D 1/00 20060101ALI20160714BHJP

【ＦＩ】

   B63H25/04 D

   B63H25/46

   B63B43/18

   B63B1/38

   G05D1/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-99740(P2012-99740)

(22)【出願日】2012年4月25日

(65)【公開番号】特開2013-226905(P2013-226905A)

(43)【公開日】2013年11月7日

【審査請求日】2015年3月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】509202558

【氏名又は名称】ＪＭＵディフェンスシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085198

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 久夫

(74)【代理人】

【識別番号】100098604

【弁理士】

【氏名又は名称】安島 清

(74)【代理人】

【識別番号】100087620

【弁理士】

【氏名又は名称】高梨 範夫

(74)【代理人】

【識別番号】100125494

【弁理士】

【氏名又は名称】山東 元希

(74)【代理人】

【識別番号】100166084

【弁理士】

【氏名又は名称】横井 堅太郎

(72)【発明者】

【氏名】飯田 隆

【審査官】 中村 泰二郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−２９５７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０５５０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１６４３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１６１１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５４９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０３３８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１８３３４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６３Ｈ ２５／０４，２５／４６

Ｂ６３Ｂ １／３８，４３／１８，４９／００

Ｇ０５Ｄ １／００− １／１２

Ｇ０１Ｃ ２１／００−２１／３６，

２３／００−２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

計画航路で定められた始点と終点との間を設定される間隔で複数に区切った途中通過点である経由点の位置と前記経由点を通過する時刻との組が前記経由点ごとに複数作成され、その作成された複数の前記組のデータからなる経由点データと、海上の現在の船舶の位置である船位とに基づいて航路偏差を演算する航路偏差演算部と、
前記航路偏差をなくすように舵角指令値を演算する航路保持制御部と、
前記経由点データと前記船位とに基づいて、前記船位を指令航路上に写像して求める仮想的な位置としての前記指令航路上における現在位置を通過する時刻である目標時刻を演算する目標時間演算部と、
前記目標時刻と、現在の時刻との時間偏差を演算する時間偏差演算部と、
前記時間偏差と、前記経由点データとに基づいて前記時間偏差をなくすように速度指令値を演算し、前記速度指令値に基づいて制御指令を出す速度制御部と、
を備え、
前記速度制御部は、
前記時間偏差から速度修正量を求め、該速度修正量と、前の前記経由点の位置から次の前記経由点の位置まで航走する速度である目標平均速度とに基づいて、プロペラの回転数及び翼角を演算し、前記回転数及び前記翼角に基づいて速度制御を行う
ことを特徴とする航路保持制御装置。

【請求項2】

前記経由点データを送受信する通信部を更に備え、
前記速度制御部は、
前記通信部から受信した前記経由点データに基づいて、速度制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の航路保持制御装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の航路保持制御装置と、
前記航路保持制御装置の指令に基づいて駆動するプロペラと、
前記航路保持制御装置の指令に基づいて駆動する舵と、
を備えたことを特徴とする船舶。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の航路保持制御装置と、
前記航路保持制御装置の指令に基づいて駆動するプロペラと、
前記航路保持制御装置の指令に基づいて駆動する舵と、
船底から略鉛直方向に空気圧を与える空気排出器と、
を備えたことを特徴とする船舶。

【請求項5】

計画航路で定められた始点と終点との間を設定される間隔で複数に区切った途中通過点である経由点の位置と前記経由点を通過する時刻との組が前記経由点ごとに複数作成され、その作成された複数の前記組のデータからなる経由点データと、海上の現在の船舶の位置である船位とに基づいて航路偏差を演算する航路偏差演算部と、
前記航路偏差をなくすようにステアリングノズルの噴流の吹き出し方向を演算する航路保持制御部と、
前記経由点データと前記船位とに基づいて、前記船位を指令航路上に写像して求める仮想的な位置としての前記指令航路上における現在位置を通過する時刻である目標時刻を演算する目標時間演算部と、
前記目標時刻と、現在の時刻との時間偏差を演算する時間偏差演算部と、
前記時間偏差と、前記経由点データとに基づいて前記時間偏差をなくすように速度指令値を演算し、前記速度指令値に基づいて制御指令を出す速度制御部と、
を備え、
前記速度制御部は、
前記時間偏差から速度修正量を求め、該速度修正量と、前の前記経由点の位置から次の前記経由点の位置まで航走する速度である目標平均速度とに基づいて、ウォータージェット推進器からの噴流による推進力を演算し、前記推進力及び前記噴流の吹き出し方向に基づいて速度制御を行う
ことを特徴とする航路保持制御装置。

【請求項6】

請求項５に記載の航路保持制御装置と、
ポンプで吸引した液体を船尾に設けられたノズルから後方へ噴流として吹き出すウォータージェット推進器と、
前記噴流の吹き出し方向を変えるステアリングノズルと、
を備えたことを特徴とする船舶。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、航路保持制御装置及び船舶に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、航路保持制御装置は、船首方位、船位、及び船速と、航路データとを比較することにより、それらの偏差を演算し、演算結果に基づいて船舶の駆動制御を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、航路保持制御装置は、船首方位、船位、及び船速と、航路データとに基づいて、目標変針点で変針を行えるように目標船速等を設定していた（例えば、特許文献２参照）。
また、従来、航路保持制御装置は、航路偏差と、方位偏差と、速度偏差とがゼロとなるように船舶の航行を制御していた（例えば、特許文献３参照）。
また、従来、航路保持制御装置は、航走体と併走する船舶を制御している。航路保持制御装置は、航走体に対して船舶が保持すべき相対位置である相対位置目標点から所定の目標航路と同一又は平行な航路である船舶目標航路に垂線が下ろされたとき、この垂線からの船舶位置のずれを前程距離偏差と定義している。航路保持制御装置は、前程距離偏差に基づいて船舶を制御している（例えば、特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８−１９２７９４号公報（段落［０００９］）

【特許文献2】特開平８−１９８１８５号公報（段落［００１０］）

【特許文献3】特開２００１−２８７６９７号公報（請求項５）

【特許文献4】特開２００２−３１６６９７号公報（請求項１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の航路保持制御装置（特許文献１〜４）は、目標点を通過する時刻に基づいた制御を行っていなかった。目標点を所定の時刻に通過させるには、航路保持制御装置は船速を増減する制御をしなければならない。従来においては、航路保持制御装置は、航路保持制御とは別に船速を所定の設定値に制御していた。
例えば、複数の船舶が行き交い、各船の設定航路が交錯する状況を想定する。このとき、その目標点である交点を通過する時刻が各船で異なっていれば、各船舶同士が衝突することが回避される。
ところが、従来の航路保持制御装置は、各交点である経由点を通過する時刻を制御していない。したがって、従来の航路保持制御装置は、経由点の通過時刻を指定通りにできなかった。

【0005】

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、経由点の通過時刻を指定通りにすることができる航路保持制御装置及び船舶を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の航路保持制御装置は、計画航路で定められた始点と終点との間を設定される間隔で複数に区切った途中通過点である経由点の位置と前記経由点を通過する時刻との組が前記経由点ごとに複数作成され、その作成された複数の前記組のデータからなる経由点データと、海上の現在の船舶の位置である船位とに基づいて航路偏差を演算する航路偏差演算部と、前記航路偏差をなくすように舵角指令値を演算する航路保持制御部と、前記経由点データと前記船位とに基づいて、前記船位を指令航路上に写像して求める仮想的な位置としての前記指令航路上における現在位置を通過する時刻である目標時刻を演算する目標時間演算部と、前記目標時刻と、現在の時刻との時間偏差を演算する時間偏差演算部と、前記時間偏差と、前記経由点データとに基づいて前記時間偏差をなくすように速度指令値を演算し、前記速度指令値に基づいて制御指令を出す速度制御部と、を備え、前記速度制御部は、前記時間偏差から速度修正量を求め、該速度修正量と、前の前記経由点の位置から次の前記経由点の位置まで航走する速度である目標平均速度とに基づいて、プロペラの回転数及び翼角を演算し、前記回転数及び前記翼角に基づいて速度制御を行うものである。

【0007】

また、本発明の航路保持制御装置は、前記経由点データを送受信する通信部を更に備え、前記速度制御部は、前記通信部から受信した前記経由点データに基づいて、速度制御を行うことを特徴とするものである。

【0008】

また、本発明の船舶は、航路保持制御装置と、前記航路保持制御装置の指令に基づいて駆動するプロペラと、前記航路保持制御装置の指令に基づいて駆動する舵と、を備えたことを特徴とするものである。

【0009】

本発明の航路保持制御装置は、計画航路で定められた始点と終点との間を設定される間隔で複数に区切った途中通過点である経由点の位置と前記経由点を通過する時刻との組が前記経由点ごとに複数作成され、その作成された複数の前記組のデータからなる経由点データと、海上の現在の船舶の位置である船位とに基づいて航路偏差を演算する航路偏差演算部と、前記航路偏差をなくすようにステアリングノズルの噴流の吹き出し方向を演算する航路保持制御部と、前記経由点データと前記船位とに基づいて、前記船位を指令航路上に写像して求める仮想的な位置としての前記指令航路上における現在位置を通過する時刻である目標時刻を演算する目標時間演算部と、前記目標時刻と、現在の時刻との時間偏差を演算する時間偏差演算部と、前記時間偏差と、前記経由点データとに基づいて前記時間偏差をなくすように速度指令値を演算し、前記速度指令値に基づいて制御指令を出す速度制御部と、を備え、前記速度制御部は、前記時間偏差から速度修正量を求め、該速度修正量と、前の前記経由点の位置から次の前記経由点の位置まで航走する速度である目標平均速度とに基づいて、ウォータージェット推進器からの噴流による推進力を演算し、前記推進力及び前記噴流の吹き出し方向に基づいて速度制御を行うものである。
また、本発明の船舶は、航路保持制御装置と、ポンプで吸引した液体を船尾に設けられたノズルから後方へ噴流として吹き出すウォータージェット推進器と、前記噴流の吹き出し方向を変えるステアリングノズルと、を備えたことを特徴とするものである。

【0010】

また、本発明の船舶は、航路保持制御装置と、前記航路保持制御装置の指令に基づいて駆動するプロペラと、前記航路保持制御装置の指令に基づいて駆動する舵と、船底から略鉛直方向に空気圧を与える空気排出器と、を備えたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明は、時間偏差から求めた速度修正量と、目標平均速度と、に基づいて速度制御を行うことにより、経由点の通過時刻を指定通りにすることができるので、各船舶の衝突回避を保証することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態１における各船舶の経由点の通過時刻を説明する概略図である。

【図2】本発明の実施の形態１における航路保持制御装置５１の機能ブロック図である。

【図3】本発明の実施の形態１における航路偏差の計画航路に対する幾何的関係を説明する図である。

【図4】本発明の実施の形態１における航路保持制御装置５１で処理されるデータを示す機能ブロック図である。

【図5】本発明の実施の形態１における速度制御部６６の詳細構成を説明する機能ブロック図である。

【図6】本発明の実施の形態１における速度指令値演算処理の詳細を説明するフローチャートである。

【図7】本発明の実施の形態１における舵角指令値演算処理の詳細を説明するフローチャートである。

【図8】本発明の実施の形態２における地球規模での各船舶の移動状態を説明する概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

【0014】

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における各船舶の経由点の通過時刻を説明する概略図である。図１に示すように、ある海域で、Ａ船１、Ｂ船２、Ｃ船３、及びＤ船４が、同一グループとして航走している。ここでいう同一グループとは、同一海域上を同一の目的で航走する船舶のグループである。例えば、無人水上航走体ＵＳＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｖｅｈｉｃｌｅ）等で海洋調査等を行うようなグループのことである。水上を航走するため、各船舶の可能稼働範囲は２次元である。そのため、時間制御により互いの衝突を回避する制御が必要となる。
なお、上記で説明した同一グループは一例を示すものであり、これに限定されるものではない。例えば、外部からの管制として経由点とその通過時刻とを指定する方法で航行を管理されている複数の船舶を同一のグループとしてもよい。具体的には、東京湾口のような管制海域内において、通過点とその時刻とを指定することにより、安全な航行管制が行われている複数の船舶を同一のグループとしてもよい。

【0015】

図１に示すように、Ａ船１及びＣ船３は、同一の経由点１１を通過することに計画航路上で計画されており、Ａ船１が経由点１１を１時１５分に通過し、Ｃ船３が経由点１１を１時３０分に通過することとなっている。
また、Ａ船１及びＤ船４は、同一の経由点１２を通過することに計画航路上で計画されており、Ａ船１が経由点１２を２時００分に通過し、Ｄ船４が経由点１２を２時１５分に通過することとなっている。
また、Ｂ船２及びＣ船３は、同一の経由点１３を通過することに計画航路上で計画されており、Ｂ船２が経由点１３を０時３０分に通過し、Ｃ船３が経由点１３を０時４５分に通過することとなっている。
また、Ｂ船２及びＤ船４は、同一の経由点１４を通過することに計画航路上で計画されており、Ｂ船２が経由点１４を１時１５分に通過し、Ｄ船４が経由点１４を１時３０分に通過することとなっている。

【0016】

このように、各経由点ごとの位置と時刻が定められた計画航路に基づいてＡ船１、Ｂ船２、Ｃ船３、及びＤ船４が航走すれば、各船舶同士が衝突することはない。そのため、各船舶の衝突を回避することが可能となる。本発明の実施の形態１においては、後述するように、各船舶の経由点１１〜１４を通過する目標時刻を制御する。
ここで、各経由点は、計画航路で定められた始点から終点までの間に船舶が海上を通過する途中の通過地点のことであり、例えば、一定間隔で予め定められるものである。具体的には、始点から終点までの間を所定の間隔で分割し、その分割した各地点をそれぞれ経由点とするものである。
なお、航路保持における経由点は、一定間隔で設定されるものに限定されるものではない。例えば、開けた海域であって、直進が続く場合、経由点がまばらに設定されてもよい。また、例えば、海峡のように頻繁に変針を行う海域の場合、経由点が短い間隔で指定されてもよい。

【0017】

ところで、海上には様々な外乱が存在する。例えば、船舶は外乱の一つである海気象の影響により船舶の航走に影響が出てくる。具体的には、船舶は、風速、風向き、波パワースペクトル、波高、波周期、及び波向き等の影響を受けることにより、時刻通りに経由点１１〜１４を通過することができなくなる場合が生じる。

【0018】

そこで、本発明の実施の形態１においては、そのような外乱の影響を受けた場合であっても、後述する航路保持制御装置５１を用いることで、各船舶の衝突を回避する。

【0019】

図２は、本発明の実施の形態１における航路保持制御装置５１の機能ブロック図である。図２に示すように、航路保持制御装置５１は、経由点データである船舶の位置と時刻、船舶の船位、及び時刻を入力して、船舶に搭載されたプロペラを制御するための速度指令値及びその船舶の舵を制御するための舵角指令値を出力する。ここで、速度指令値とは、例えば、プロペラの回転数や翼角のことである。すなわち、航路保持制御装置５１は、経由点データ、船位、及び時刻に基づいて、舵角指令値及び速度指令値を演算し、その演算結果に基づいて船舶を駆動制御するものである。

【0020】

航路保持制御装置５１は、現在位置演算部６１、航路偏差演算部６２、航路保持制御部６３、目標時間演算部６４、時間偏差演算部６５、及び速度制御部６６等を備えている。
現在位置演算部６１は、経由点データの一つである位置と、船位とに基づいて、計画航路で作成されている指令航路上における現在位置を演算するものである。
航路偏差演算部６２は、指令航路上における現在位置と、船位とに基づいて、外乱等で生じた航路の偏差である航路偏差を演算するものである。
航路保持制御部６３は、航路偏差演算部６２で求めた航路偏差に基づいて舵角指令値を求め、その求めた舵角指令値に基づいて船舶の舵を制御するものである。
目標時間演算部６４は、経由点データと、船位と、に基づいて、経由点によって得られる指令航路上における現在位置を通過する時刻である目標時刻を演算するものである。
なお、通常、船舶は指令航路上にはなく、指令航路と、ＧＰＳ等で計測される船位とは偏差が生じるものである。
詳細については後述するが、指令航路上における現在位置とは、船位を各経由点を通過するように定めた航路上へ写像して求めるものである。すなわち、船位を航路上に投影させたものであって、ある時刻のときの船舶の仮想的な位置のことであり、ＧＰＳ等で計測される船位とは異なるものである。
時間偏差演算部６５は、目標時間演算部６４で求めた船舶の指令航路上での目標時刻及び現在の時刻に基づいて、目標時刻と現在の時刻との時間の偏差である時間偏差を演算するものである。
速度制御部６６は、経由点データの位置と時刻、時間偏差演算部６５で求めた時間偏差に基づいて速度指令値、例えば、プロペラの回転数や翼角を求め、求めた速度指令値に基づいて船舶のプロペラを制御するものである。

【0021】

図３は、本発明の実施の形態１における航路偏差の計画航路に対する幾何的関係を説明する図である。図３に示すように、船舶の海上における位置と時刻とを（位置；時刻）という形式で表現することとする。
例えば、図３に示すように、Ａ船１の現在位置の船位と時刻は（ｘ，ｙ；ｔ）である。また、前の経由点の位置と時刻は、（ｘ_n-1，ｙ_n-1；ｔ_n-1）であり、次の経由点の位置と時刻は、（ｘ_n，ｙ_n；ｔ_n）であり、指令航路上における現在位置の位置と時刻は（ｘ_s，ｙ_s；ｔ_s）である。つまり、各経由点の位置と時刻との組から経由点データが形成される。
なお、ｔ_sは指令航路上における現在位置（ｘ_s，ｙ_s）を通過する時刻の目標値であるとする。

【0022】

ここで、船位（ｘ，ｙ）より計画航路に対して下ろした垂線とこの計画航路との交点が指令航路上における現在位置（ｘ_s，ｙ_s）であるとする。
なお、指令航路上における現在位置（ｘ_s，ｙ_s）は、前の経由点の位置（ｘ_n-1，ｙ_n-1）と、次の経由点の位置（ｘ_n，ｙ_n）とを結んだ線分上にあるものとする。
また、Ａ船１の現在位置から指令航路上における現在位置までの距離を航路偏差Δｓと表すこととする。
また、Ａ船１の現在時刻ｔと、目標時刻ｔ_sとの差を時間偏差Δｔと表すこととする。
ここで、目標時刻ｔ_sとは、指令航路上における現在位置（ｘ_s，ｙ_s）を通過する目標時刻である。例えば、図１に示すように、経由点１１の場合、１時１５分である。
なお、船位（ｘ，ｙ）は、船舶に搭載されるＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等から取得される緯度及び経度を平面座標系に変換したものである。
また、船位ｘが緯度の場合、船位ｙは経度であり、船位ｘが経度の場合、船位ｙは緯度であり、船位ｘや船位ｙは緯度や経度のどちらでもよい。
また、ここではＡ船１の場合について説明するが、他船であっても同様に制御が実行される。

【0023】

次に、航路偏差Δｓ及び時間偏差Δｔの算出方法について、後述する式（１）〜式（５）を用いて説明する。
前の経由点の位置、次の経由点の位置、及び現在の船位に基づいて求める航路偏差Δｓ、並びに、前の経由点の位置と時刻、次の経由点の位置と時刻、現在の船位、及び現在の時刻に基づいて求める時間偏差Δｔは以下の式（１）〜式（５）で与えられる。

【0024】

【数1】

【0025】

【数2】

【0026】

【数3】

【0027】

【数4】

【0028】

【数5】

【0029】

式（１）は、船位（ｘ，ｙ）と、前の経由点の位置（ｘ_n-1，ｙ_n-1）と、次の経由点の位置（ｘ_n，ｙ_n）とに基づいて指令航路上における現在位置のｘ座標であるｘ_sを求めるものである。
式（２）は、船位（ｘ，ｙ）と、前の経由点の位置（ｘ_n-1，ｙ_n-1）と、次の経由点の位置（ｘ_n，ｙ_n）とに基づいて指令航路上における現在位置のｙ座標であるｙ_sを求めるものである。
式（３）は、前の経由点の位置と時刻（ｘ_n-1，ｙ_n-1；ｔ_n-1）と、次の経由点の位置と時刻（ｘ_n，ｙ_n；ｔ_n）と、指令航路上における現在位置のｘ座標であるｘ_sと、指令航路上における現在位置のｙ座標であるｙ_sとに基づいて目標時刻ｔ_sを求めるものである。
式（４）は、船位（ｘ，ｙ）と、指令航路上における現在位置のｘ座標であるｘ_sと、指令航路上における現在位置のｙ座標であるｙ_sとに基づいて航路偏差Δｓを求めるものである。
式（５）は、Ａ船１の現在位置の時刻ｔと、目標時刻ｔ_sとに基づいて時間偏差Δｔを求めるものである。

【0030】

図４は、本発明の実施の形態１における航路保持制御装置５１で処理されるデータを示す機能ブロック図である。
現在位置演算部６１は、図３で説明した前の経由点の位置（ｘ_n-1，ｙ_n-1）、次の経由点の位置（ｘ_n，ｙ_n）、及び船位（ｘ，ｙ）に基づいて指令航路上における現在位置（ｘ_s，ｙ_s）を演算し、演算結果を目標時間演算部６４に供給する。

【0031】

目標時間演算部６４は、図３で説明した前の経由点の位置（ｘ_n-1，ｙ_n-1）、次の経由点の位置（ｘ_n，ｙ_n）、前の経由点の時刻（ｔ_n-1）、次の経由点の時刻（ｔ_n）、及び指令航路上における現在位置（ｘ_s，ｙ_s）に基づいて目標時刻（ｔ_s）を演算し、演算結果を時間偏差演算部６５に供給する。

【0032】

時間偏差演算部６５は、目標時刻（ｔ_s）と現在の時刻（ｔ）に基づいて式（５）を用いて時間偏差Δｔを演算し、演算結果を速度制御部６６に供給する。
なお、時刻（ｔ）は、例えば、ＧＰＳ等から取得したデータである。また、時刻（ｔ）の取得方法はこれに限定されない。

【0033】

速度制御部６６は、前の経由点の位置（ｘ_n-1，ｙ_n-1）、次の経由点の位置（ｘ_n，ｙ_n）、前の経由点の時刻（ｔ_n-1）、次の経由点の時刻（ｔ_n）、及び時間偏差Δｔに基づいて速度指令値を演算する。なお、速度制御部６６の詳細については後述する。

【0034】

航路偏差演算部６２は、指令航路上における現在位置（ｘ_s，ｙ_s）及び船位（ｘ，ｙ）に基づいて式（４）を用いて航路偏差Δｓを演算し、演算結果を航路保持制御部６３に供給する。

【0035】

航路保持制御部６３は、航路偏差Δｓに基づいて舵角指令値を演算する。具体的には航路偏差Δｓがなくなるように舵を制御するための舵角を演算する。

【0036】

図５は、本発明の実施の形態１における速度制御部６６の詳細構成を説明する機能ブロック図である。図５に示すように、速度制御部６６は、速度修正量演算部７１、目標平均速度演算部７２、及び速度指令値決定部７３等を備えている。

【0037】

速度修正量演算部７１は、時間偏差Δｔに基づいて速度修正量を演算するものであり、その演算結果を速度指令値決定部７３に供給する。
ここで、速度修正量とは、経由点を通過する際の時間偏差Δｔをなくすための速度の操作量のことである。

【0038】

目標平均速度演算部７２は、前の経由点の位置（ｘ_n-1，ｙ_n-1）、次の経由点の位置（ｘ_n，ｙ_n）、前の経由点の時刻（ｔ_n-1）、及び次の経由点の時刻（ｔ_n）に基づいて目標値としての目標平均速度を演算するものであり、その演算結果を速度指令値決定部７３に供給する。
ここで、目標平均速度とは、速度制御において目標値とする平均速度である。
目標平均速度は、式（６）で表せられる。

【0039】

【数6】

【0040】

なお、ここでは、経由点の位置データと、通過時刻とが与えられた場合における目標平均速度を求める一例について説明したが、これに限定されるものではない。

【0041】

速度指令値決定部７３は、速度修正量演算部７１及び目標平均速度演算部７２から供給されたデータに基づいて目標速度を求め、速度指令値としての回転数や翼角を求める。
具体的には、時間偏差をなくすように目標平均速度を補正した目標速度を求める。
例えば、目標平均速度が６ノットであり、速度修正量が−１ノットである場合、補正した速度は５ノットである。この場合には、今の目標平均速度では予定した時刻（ｔ_n）よりも早く次の経由点に到達してしまうので、速度を減少させるように調整する。具体的には、速度を減少させるようにプロペラの回転数や翼角を定める。
また、例えば、目標平均速度が４ノットであり、速度修正量が＋１．５ノットである場合、補正した速度は５．５ノットである。この場合には、今の目標平均速度では予定した時刻（ｔ_n）よりも遅れて次の経由点に到達してしまうので、速度を増加させるように調整する。具体的には、速度を増加させるようにプロペラの回転数や翼角を定める。

【0042】

例えば、予め速度に対する回転数と翼角（ピッチ角）とのテーブルが作成されており、速度指令値決定部７３で決定された速度から、回転数や翼角が同時に求まるようになっている。
また、レジャー用の船舶を用いる場合、固定ピッチであるため、この場合には回転数の制御だけでよい。
また、タグボートや掃海艇等の船舶を用いる場合、可変ピッチであるため、この場合には回転数と翼角の制御となる。具体的には、可変ピッチプロペラは、エンジンを一定速度で回転させたまま、翼角を制御するだけで前進、停止、後進、全速、及び微速を制御するものである。例えば、全速前進時、翼角は２０度で設定され、微速前進時、翼角は１０度で設定され、全速後進時、翼角は−１５度で設定される。
なお、上記で説明した回転数や翼角の求め方は一例を示すものであり、これに限定されるものではない。

【0043】

なお、上記の説明においては、プロペラや舵により船舶を制御する一例について説明したが、これに限定されるものではない。
例えば、図示しないポンプで吸引した液体、例えば、海水や淡水を船尾に設けられたノズルから後方へ向かって噴流として吹き出すウォータージェット推進器で推進力を得てもよい。この場合における船位の制御は、例えば、ウォータージェット推進器に設けられ、噴流の吹き出し方向を変えるステアリングノズルで行えばよい。このように、ウォータージェット推進器と、ステアリングノズルと、が設けられる船舶として、例えば、高速客船や軍艦等がある。

【0044】

また、例えば、上記で説明したようなプロペラや舵に加え、船底から略鉛直方向に空気圧を与える空気排出器としてのファンが設けられた船舶であってもよい。このような船舶としては、例えば、エア・クッション・ビークル（Ａｉｒ Ｃｕｓｈｉｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、略してＡＣＶがある。ＡＣＶは、一般に、船底周囲にゴムのスカートが設けられ、ファンを使って下向きに空気を吹き込ませることにより、スカート内に閉じ込められた空気で船体を持ち上げさせるものである。

【0045】

このように、本発明の実施の形態１においては、時間偏差Δｔがなくなるように速度の指令値を制御する。これにより、時間偏差を無くすことができるため、各経由点を計画通りの時刻で通過できるのである。

【0046】

図６は、本発明の実施の形態１における速度指令値演算処理の詳細を説明するフローチャートである。
（ステップＳ１１）
航路保持制御装置５１は、指令航路上の現在位置（ｘ_s、ｙ_s）を計算する。

【0047】

（ステップＳ１２）
航路保持制御装置５１は、目標時刻ｔ_sを計算する。

【0048】

（ステップＳ１３）
航路保持制御装置５１は、時間偏差Δｔを計算する。

【0049】

（ステップＳ１４）
航路保持制御装置５１は、速度修正量を計算する。

【0050】

（ステップＳ１５）
航路保持制御装置５１は、目標平均速度を計算する。

【0051】

（ステップＳ１６）
航路保持制御装置５１は、速度指令値を決定し、処理は終了する。

【0052】

なお、ステップＳ１１〜ステップＳ１４の処理と、ステップＳ１５の処理とが並列に実行されてもよい。また、ステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理が順に逐次実行されてもどちらでもよい。いずれにしても、ステップＳ１４の結果と、ステップＳ１５の結果とを用いてステップＳ１６の処理が実行されればよい。
換言すれば、上記のステップＳ１１〜ステップＳ１６は一例を示すものであり、速度指令値が求まれば、その処理の順番については特に限定されるものではない。

【0053】

図７は、本発明の実施の形態１における舵角指令値演算処理の詳細を説明するフローチャートである。
（ステップＳ３１）
航路保持制御装置５１は、航路偏差Δｓを計算する。

【0054】

（ステップＳ３２）
航路保持制御装置５１は、舵角指令値を決定し、処理は終了する。

【0055】

なお、ステップＳ１１〜ステップＳ１６の処理と、ステップＳ３１〜ステップＳ３２の処理は、並列に実行されても、順に逐次実行されてもどちらでもよい。いずれにしても、航路保持制御装置は、これらの処理で求められた舵角指令値及び速度指令値に基づいて、船舶の航走を制御する。

【0056】

このように、時間偏差から求めた速度修正量と、目標平均速度と、に基づいて速度制御を行うことにより、経由点の通過時刻を指定通りにすることができるので、各船舶の衝突回避を保証することができる。

【0057】

以上のように、本実施の形態１においては、計画航路で定められた始点と終点との間を設定される間隔で複数に区切った途中通過点である経由点の位置と経由点を通過する時刻との組が経由点ごとに複数作成され、その作成された複数の組のデータからなる経由点データと、海上の現在の船舶の位置である船位とに基づいて航路偏差を演算する航路偏差演算部６２と、航路偏差をなくすように舵角指令値を演算する航路保持制御部６３と、経由点データと船位とに基づいて、船位を指令航路上に写像して求める仮想的な位置としての指令航路上における現在位置を通過する時刻である目標時刻を演算する目標時間演算部６４と、目標時刻と、現在の時刻との時間偏差を演算する時間偏差演算部６５と、時間偏差と、経由点データとに基づいて時間偏差をなくすように速度指令値を演算し、速度指令値に基づいて制御指令を出す速度制御部６６と、を備え、速度制御部６６は、時間偏差から速度修正量を求め、該速度修正量と、前の前記経由点の位置から次の前記経由点の位置まで航走する速度である目標平均速度とに基づいて、プロペラの回転数及び翼角を演算し、回転数及び翼角に基づいて速度制御を行うことにより、経由点の通過時刻を指定通りにすることができるので、各船舶の衝突回避を保証することができる。

【0058】

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２における地球規模での各船舶の移動状態を説明する概略図である。
なお、図８に示す一例は概略図であり、その縮尺は正確ではないものとする。
また、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

【0059】

グループ１０１は、矢印１１１の方向に航走する船舶の群である。一方、グループ１０２は、矢印１１２の方向に航走する船舶の群である。このような状況においても、各船舶に搭載されている航路保持制御装置５１は、時間偏差から求めた速度修正量と、目標平均速度と、に基づいて速度制御を行う。具体的には、各船舶に搭載される航路保持制御装置５１は、互いの船舶にある経由点データを送受信可能な通信部を備えている。そのため、航路保持制御装置５１は、他船舶の経由点データに基づいて舵角指令値及び速度指令値を求めることが可能となり、その結果に基づいて舵やプロペラを制御することができる。
これにより、経由点の通過時刻を指定通りにすることができるので、各船舶の衝突回避を保証することができる。

【0060】

以上のように、本発明の実施の形態２においては、経由点データを送受信する通信部を更に備え、速度制御部６６は、通信部から受信した前記経由点データに基づいて、速度制御を行うことにより、経由点の通過時刻を指定通りにすることができるので、各船舶の衝突回避を保証することができる。

【符号の説明】

【0061】

１ Ａ船、２ Ｂ船、３ Ｃ船、４ Ｄ船、１１、１２、１３、１４ 経由点、５１ 航路保持制御装置、６１ 現在位置演算部、６２ 航路偏差演算部、６３ 航路保持制御部、６４ 目標時間演算部、６５ 時間偏差演算部、６６ 速度制御部、７１ 速度修正量演算部、７２ 目標平均速度演算部、７３ 速度指令値決定部、１０１、１０２ グループ、１１１、１１２ 矢印。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】