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(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】P2024165862
(43)【公開日】2024-11-28
(54)【発明の名称】経路作成装置、船舶、経路作成方法、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
G08G 3/02 20060101AFI20241121BHJP
B63B 49/00 20060101ALI20241121BHJP
B63B 79/40 20200101ALI20241121BHJP
【ＦＩ】
G08G3/02 A
B63B49/00 Z
B63B79/40
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023082418
(22)【出願日】2023-05-18
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】西田 周平
(72)【発明者】
【氏名】神代 明暢
(72)【発明者】
【氏名】彌城 祐亮
【テーマコード（参考）】
5H181
【Ｆターム（参考）】
5H181AA25
5H181BB04
5H181CC03
5H181CC14
5H181FF13
5H181FF23
5H181FF33
5H181LL01
5H181LL08
5H181LL09
(57)【要約】
【課題】船舶が航行可能な経路を適切に作成する。
【解決手段】船舶の経路作成装置は、障害物の代表点の位置を検出し、代表点の位置を基に、船舶が航行可能な領域と、航行不可能な領域とを示す折れ線マップを構築する折れ線マップ構築部と、折れ線マップを用いて、障害物の位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、折れ線マップの位置毎に設定する条件設定部と、評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成する最適化計算実行部とを含む。
【選択図】図１
【解決手段】船舶の経路作成装置は、障害物の代表点の位置を検出し、代表点の位置を基に、船舶が航行可能な領域と、航行不可能な領域とを示す折れ線マップを構築する折れ線マップ構築部と、折れ線マップを用いて、障害物の位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、折れ線マップの位置毎に設定する条件設定部と、評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成する最適化計算実行部とを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
障害物の代表点の位置を検出し、前記代表点の位置を基に、船舶が航行可能な領域と航行不可能な領域とを示す折れ線マップを構築する折れ線マップ構築部と、
前記折れ線マップを用いて、前記障害物の位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、前記折れ線マップの位置毎に設定する条件設定部と、
前記評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、前記最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成する最適化計算実行部と、
を含む、
経路作成装置。
前記折れ線マップを用いて、前記障害物の位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、前記折れ線マップの位置毎に設定する条件設定部と、
前記評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、前記最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成する最適化計算実行部と、
を含む、
経路作成装置。
【請求項2】
前記条件設定部は、前記障害物から遠くなるにつれて評価が高くなる前記評価値が、前記折れ線マップの位置毎に割り振られたポテンシャルマップを作成し、前記最適化計算実行部は、前記船舶が前記ポテンシャルマップ上の経由する位置における前記評価値の総和を評価関数として、前記最適化計算を行う、
請求項１に記載の経路作成装置。
請求項１に記載の経路作成装置。
【請求項3】
前記条件設定部は、隣接する２つの前記代表点に基づいて、前記障害物から遠くなるにつれて値が減少する一次ポテンシャル関数を設定し、前記隣接する２つの前記代表点の組合せごとの前記一次ポテンシャル関数を重ね合わせて、前記ポテンシャルマップを作成する、
請求項２に記載の経路作成装置。
請求項２に記載の経路作成装置。
【請求項4】
前記最適化計算実行部は、航行時間と、前記船舶の消費エネルギーと、前記船舶の航行状態と、前記船舶への入力の変化率と、前記船舶が前記ポテンシャルマップ上の経由する位置における前記評価値の総和とを評価関数として、前記最適化計算を行う、
請求項２または請求項３に記載の経路作成装置。
請求項２または請求項３に記載の経路作成装置。
【請求項5】
前記最適化計算実行部は、前記航行時間が出来るだけ短くなり、前記船舶の消費エネルギーが出来るだけ少なくなり、前記船舶の航行状態が出来るだけ安定し、前記船舶への入力の変化率が出来るだけ小さくなり、かつ、前記評価値の総和の評価が出来るだけ高くなるように、最適化計算を行う、
請求項４に記載の経路作成装置。
請求項４に記載の経路作成装置。
【請求項6】
前記条件設定部は、前記障害物のある位置では第１の値をとり、前記障害物がない位置では前記第１の値より評価が高い第２の値をとる評価値を、前記折れ線マップの位置毎に設定し、前記評価値に基づいて、位置毎に前記評価値が割り振られたコストマップを作成し、前記最適化計算実行部は、前記船舶が前記コストマップ上を経由する位置における前記評価値の総和を評価関数として、前記最適化計算を行う、
請求項１に記載の経路作成装置。
請求項１に記載の経路作成装置。
【請求項7】
前記最適化計算実行部は、前記評価値の総和の評価が出来るだけ高くなるように、最適化計算を行う、
請求項６に記載の経路作成装置。
請求項６に記載の経路作成装置。
【請求項8】
前記条件設定部は、前記コストマップにフィルタリング処理を実施してフィルタリングコストマップを作成し、前記最適化計算実行部は、前記船舶が前記フィルタリングコストマップ上を経由する位置における前記評価値の総和を評価関数として、前記最適化計算を行う、
請求項６又は請求項７に記載の経路作成装置。
請求項６又は請求項７に記載の経路作成装置。
【請求項9】
前記条件設定部は、前記コストマップに基づいて最適化計算により算出された前記船舶の経路を、ベース経路として取得して、前記ベース経路と前記船舶との距離が規定値以内であることを制約条件として設定し、前記折れ線マップを用いて、前記障害物から遠くなるにつれて評価が高くなる前記評価値が、位置毎に割り振られたポテンシャルマップを作成し、前記最適化計算実行部は、前記船舶が前記ポテンシャルマップ上の経由する位置における前記評価値の総和を評価関数とし、かつ、前記制約条件を満たすように、前記最適化計算を行って、前記最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成する、
請求項６又は請求項７に記載の経路作成装置。
請求項６又は請求項７に記載の経路作成装置。
【請求項10】
請求項１から請求項３、請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載の経路作成装置を有する、船舶。
【請求項11】
障害物の代表点の位置を検出し、前記代表点の位置を基に、船舶が航行可能な領域と航行不可能な領域とを示す折れ線マップを構築するステップと、
前記折れ線マップを用いて、前記障害物の位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、前記折れ線マップの位置毎に設定するステップと、
前記評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、前記最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成するステップと、
を含む、
経路作成方法。
前記折れ線マップを用いて、前記障害物の位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、前記折れ線マップの位置毎に設定するステップと、
前記評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、前記最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成するステップと、
を含む、
経路作成方法。
【請求項12】
障害物の代表点の位置を検出し、前記代表点の位置を基に、船舶が航行可能な領域と航行不可能な領域を示す折れ線マップを構築するステップと、
前記折れ線マップを用いて、前記障害物の位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、前記折れ線マップの位置毎に設定するステップと、
前記評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、前記最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成するステップと、
をコンピュータに実行させる、
プログラム。
前記折れ線マップを用いて、前記障害物の位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、前記折れ線マップの位置毎に設定するステップと、
前記評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、前記最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成するステップと、
をコンピュータに実行させる、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、経路作成装置、船舶、経路作成方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、船舶の航行経路を自動作成する技術が知られている。例えば、特許文献１には、船舶の航行経路を自動作成する方法として、センサにより着岸先の岸壁を点群データとして検出し、そのデータを基に船舶の着岸位置となる目標点を設定後、船舶と目標点までの経路を、経由点という制御点に分けて作成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０２０／１１１０４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このように船舶の航行経路を自動作成する際には、船舶が航行可能な経路を適切に作成することが求められている。
【0005】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、船舶が航行可能な経路を適切に作成可能な経路作成装置、船舶、経路作成方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に係る船舶の経路作成装置は、障害物の代表点の位置を検出し、前記代表点の位置を基に、船舶が航行可能な領域と、航行不可能な領域とを示す折れ線マップを構築する折れ線マップ構築部と、前記折れ線マップを用いて、前記障害物の位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、前記折れ線マップの位置毎に設定する条件設定部と、前記評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、前記最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成する最適化計算実行部とを、備える。
【0007】
本開示に係る船舶は、上記経路作成装置を備える。
【0008】
本開示に係る船舶の経路作成方法は、障害物の代表点の位置を検出し、前記代表点の位置を基に、船舶が航行可能な領域と、航行不可能な領域とを示す折れ線マップを構築するステップと、前記折れ線マップを用いて、前記障害物の位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、前記折れ線マップの位置毎に設定するステップと、前記評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、前記最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成するステップとを含む。
【0009】
本開示に係るプログラムは、障害物の代表点の位置を検出し、前記代表点の位置を基に船舶が航行可能な領域と、航行不可能な領域とを示す折れ線マップを構築するステップと、前記折れ線マップを用いて、前記障害物の位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、前記折れ線マップの位置毎に設定するステップと、前記評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、前記最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成するステップとを、コンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、船舶が航行可能な経路を適切に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に添付図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【0013】
【0014】
（船舶）
図１に示す、本実施形態に係る船舶ＳＨは、自動航行が可能な移動体である。ただしそれに限られず、船舶ＳＨは、運転者の操作により移動するものであってもよい。本実施形態においては、船舶ＳＨは、水Ｗ上（水面）を移動する移動体であるが、それに限られず、水中を移動する水中航行体であってもよい。
図１に示す、本実施形態に係る船舶ＳＨは、自動航行が可能な移動体である。ただしそれに限られず、船舶ＳＨは、運転者の操作により移動するものであってもよい。本実施形態においては、船舶ＳＨは、水Ｗ上（水面）を移動する移動体であるが、それに限られず、水中を移動する水中航行体であってもよい。
【0015】
図１に示すように、船舶ＳＨは、経路作成装置１を有する。経路作成装置１は、船舶ＳＨの出発位置Ｓから到着位置Ｇまでの経路Ｒを自動作成する装置である。以下、経路作成装置１について具体的に説明する。本実施形態では、２次元平面における経路Ｒが作成される。二次元平面における、水平方向に沿った一方向を、Ｘ方向とし、水平方向に沿った方向であってＸ方向と直交する方向を、Ｙ方向とする。なお、本実施形態では、経路作成装置１は、船舶ＳＨに搭載されるが、それに限られず、船舶ＳＨと異なる位置に設けられてもよい。この場合、船舶ＳＨに設けられた制御装置が、経路作成装置１が作成した経路Ｒの情報を取得して、経路Ｒに従って船舶ＳＨを自動航行させてよい。
【0016】
（経路作成装置）
図２は、本実施形態に係る経路作成装置の模式的なブロック図である。本実施形態に係る経路作成装置１は、例えばコンピュータであり、図２に示すように、入力部１０と、出力部２０と、メモリ３０と、制御部４０とを有する。入力部１０は、ユーザの操作を受け付ける装置であり、例えばマウス、キーボード、タッチパネルなどであってよい。出力部２０は、情報を出力する装置であり、例えば画像を表示するディスプレイなどであってよい。
図２は、本実施形態に係る経路作成装置の模式的なブロック図である。本実施形態に係る経路作成装置１は、例えばコンピュータであり、図２に示すように、入力部１０と、出力部２０と、メモリ３０と、制御部４０とを有する。入力部１０は、ユーザの操作を受け付ける装置であり、例えばマウス、キーボード、タッチパネルなどであってよい。出力部２０は、情報を出力する装置であり、例えば画像を表示するディスプレイなどであってよい。
【0017】
メモリ３０は、制御部４０の演算内容や、プログラム、入力部１０から経路作成装置１の使用者によって入力された各種情報を記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような主記憶装置と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つ含む。メモリ３０が保存する制御部４０用のプログラムは、経路作成装置１が読み取り可能な記録媒体に記憶されていてもよい。
【0018】
制御部４０は、演算装置であり、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算回路を含む。制御部４０は、折れ線マップ構築部４１１と、条件設定部４１２と、最適化計算実行部４１３と、出力制御部４１４と、移動制御部４１５とを含む。制御部４０は、メモリ３０からプログラム（ソフトウェア）を読み出して実行することで、折れ線マップ構築部４１１と、条件設定部４１２と、最適化計算実行部４１３と、出力制御部４１４と、移動制御部４１５とを実現して、それらの処理を実行する。なお、制御部４０は、１つのＣＰＵによってこれらの処理を実行してもよいし、複数のＣＰＵを備えて、それらの複数のＣＰＵで、処理を実行してもよい。また、折れ線マップ構築部４１１と、条件設定部４１２と、最適化計算実行部４１３と、出力制御部４１４と、移動制御部４１５との少なくとも一部を、ハードウェアで実現してもよい。
【0019】
（経路）
図１に示すように、経路作成装置１は、船舶ＳＨの出発位置Ｓから到着位置Ｇまでの経路Ｒを作成する。図１の例では、出発位置Ｓは、港湾設備より外海側の位置であり、到着位置Ｇは、港湾設備内に設けられた接岸位置である。出発位置Ｓ及び到着位置Ｇは、任意の位置であってよい。出発位置Ｓ及び到着位置Ｇは、例えば運転者によって設定されてよい。
図１に示すように、経路作成装置１は、船舶ＳＨの出発位置Ｓから到着位置Ｇまでの経路Ｒを作成する。図１の例では、出発位置Ｓは、港湾設備より外海側の位置であり、到着位置Ｇは、港湾設備内に設けられた接岸位置である。出発位置Ｓ及び到着位置Ｇは、任意の位置であってよい。出発位置Ｓ及び到着位置Ｇは、例えば運転者によって設定されてよい。
【0020】
（経路作成装置の処理）
以下で、経路作成装置１の処理内容を説明する。
以下で、経路作成装置１の処理内容を説明する。
【0021】
（障害物情報の取得）
折れ線マップ構築部４１１は、船舶ＳＨの現在位置および接岸する位置（到着位置Ｇ）周辺の岸壁等の障害物ＯＢの位置を示す情報である、障害物情報を取得する。障害物情報の入手方法は任意でよい。例えば、船舶ＳＨの現在位置および接岸する位置（到着位置Ｇ）周辺の地図情報が、障害物情報を含んでおり、折れ線マップ構築部４１１が、図示しない通信部を介して、外部サーバ等からその地図情報を取得してもよい。また、折れ線マップ構築部４１１は、図示しない船舶ＳＨに取りつけられたセンサを用いて、障害物情報を検出してもよい。障害物情報を取得するセンサは、例えばＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）であってよい。また、障害物情報は、予めメモリ３０に記憶されていてもよいし、使用者によって入力部１０を介して入力されてもよい。
折れ線マップ構築部４１１は、船舶ＳＨの現在位置および接岸する位置（到着位置Ｇ）周辺の岸壁等の障害物ＯＢの位置を示す情報である、障害物情報を取得する。障害物情報の入手方法は任意でよい。例えば、船舶ＳＨの現在位置および接岸する位置（到着位置Ｇ）周辺の地図情報が、障害物情報を含んでおり、折れ線マップ構築部４１１が、図示しない通信部を介して、外部サーバ等からその地図情報を取得してもよい。また、折れ線マップ構築部４１１は、図示しない船舶ＳＨに取りつけられたセンサを用いて、障害物情報を検出してもよい。障害物情報を取得するセンサは、例えばＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）であってよい。また、障害物情報は、予めメモリ３０に記憶されていてもよいし、使用者によって入力部１０を介して入力されてもよい。
【0022】
（折れ線マップの構築）
折れ線マップ構築部４１１は、取得した障害物情報に基づいて、障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を検出する。障害物ＯＢの代表点ＳＰとは、障害物ＯＢが存在する領域内の位置である。障害物ＯＢの代表点ＳＰは、障害物ＯＢが存在する領域内の任意の位置であってよいが、例えば二次元平面上における障害物ＯＢの端点や折れ曲がり点（極値となる点）であってよい。折れ線マップ構築部４１１は、障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を基に、船舶ＳＨが航行可能な領域と、航行不可能な領域とを示す折れ線マップＬＭを構築する。具体的には、折れ線マップ構築部４１１は、取得した地図情報から、障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置情報を点群データとして検出する。そして、折れ線マップ構築部４１１は、検出した障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を示す点データ同士を、線分で結ぶことにより折れ線マップＬＭを構築する。言い換えれば、折れ線マップＬＭは、船舶ＳＨが航行可能な領域（水Ｗの領域）と、航行不可能な領域（障害物ＯＢが存在する領域）との境界を示すマップである。
折れ線マップ構築部４１１は、取得した障害物情報に基づいて、障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を検出する。障害物ＯＢの代表点ＳＰとは、障害物ＯＢが存在する領域内の位置である。障害物ＯＢの代表点ＳＰは、障害物ＯＢが存在する領域内の任意の位置であってよいが、例えば二次元平面上における障害物ＯＢの端点や折れ曲がり点（極値となる点）であってよい。折れ線マップ構築部４１１は、障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を基に、船舶ＳＨが航行可能な領域と、航行不可能な領域とを示す折れ線マップＬＭを構築する。具体的には、折れ線マップ構築部４１１は、取得した地図情報から、障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置情報を点群データとして検出する。そして、折れ線マップ構築部４１１は、検出した障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を示す点データ同士を、線分で結ぶことにより折れ線マップＬＭを構築する。言い換えれば、折れ線マップＬＭは、船舶ＳＨが航行可能な領域（水Ｗの領域）と、航行不可能な領域（障害物ＯＢが存在する領域）との境界を示すマップである。
【0023】
本実施形態においては、条件設定部４１２は、折れ線マップ構築部４１１が構築した折れ線マップＬＭを用いて、障害物ＯＢの位置から遠くなると評価が高くなる評価値を設定し、最適化計算実行部４１３は、評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を実行して、船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。まずは、評価値について以下で説明する。
【0024】
（評価値の取得）
条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭを用いて、障害物ＯＢの位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、折れ線マップＬＭの位置毎に設定する。すなわち、評価値は、折れ線マップＬＭの位置ごとに決まる値である。例えば、折れ線マップＬＭの第１の位置と、第１の位置よりも障害物ＯＢからの距離が近い第２の位置とを例にすると、条件設定部４１２は、第１の位置における評価値が、第２の位置における評価値よりも、評価が高くなるように、第１の位置及び第２の位置の評価値を設定する。なお、本実施形態の例では、評価値の値が小さい程、評価が高くなるように評価値を設定するため、第１の位置における評価値を、第２の位置における評価値よりも小さくする。ただしそれに限られず、評価値の値が大きい程評価を高くしてもよい。
条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭを用いて、障害物ＯＢの位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、折れ線マップＬＭの位置毎に設定する。すなわち、評価値は、折れ線マップＬＭの位置ごとに決まる値である。例えば、折れ線マップＬＭの第１の位置と、第１の位置よりも障害物ＯＢからの距離が近い第２の位置とを例にすると、条件設定部４１２は、第１の位置における評価値が、第２の位置における評価値よりも、評価が高くなるように、第１の位置及び第２の位置の評価値を設定する。なお、本実施形態の例では、評価値の値が小さい程、評価が高くなるように評価値を設定するため、第１の位置における評価値を、第２の位置における評価値よりも小さくする。ただしそれに限られず、評価値の値が大きい程評価を高くしてもよい。
【0025】
本実施形態では、条件設定部４１２は、障害物ＯＢの位置から離れるにつれて、評価が徐々に高くなるように（本例では値が小さくなるように）、折れ線マップＬＭの位置毎の評価値を設定することで、設定した評価値が折れ線マップＬＭの位置毎に割り振られたマップを、ポテンシャルマップＰＭとして設定する。より詳しくは、条件設定部４１２は、評価値を決めるポテンシャル関数を設定して、ポテンシャル関数に基づいて、ポテンシャルマップＰＭを作成することが好ましい。以下、ポテンシャル関数について説明する。
【0026】
本実施形態においては、条件設定部４１２が、障害物ＯＢから距離が遠くなるにつれて、評価が高くなる（値が減少する）ポテンシャル関数の値を、評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ）として取得する。言い換えると、評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ）は、ＸＹの２次元座標系における、ある位置の座標点（ｘｉ，ｙｉ）におけるポテンシャル関数の値である。ｉは、座標点の識別子である。すなわち、「ｉ＝１，．．．Ｎ」であり、Ｎは、折れ線マップＬＭ上のＸ軸及びＹ軸のそれぞれの座標点（位置）の総数を指す。本実施形態に係る経路作成装置１は、座標点を繋ぐ軌跡を、経路Ｒとして作成する。Ｎの数を大きくすると座標点が増える為、経路Ｒを細かく作成することができるが、最適化計算の計算量も増えることになる。座標点数Ｎの値については、任意に設定してよい。例えば、Ｎの値は、使用者により設定されてよい。その場合、条件設定部４１２は、使用者によって入力部１０を介して入力された値を、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの座標点数Ｎとして取得してよい。
【0027】
ここで、評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ）を決めるポテンシャル関数とは、複数の一次ポテンシャル関数の重ね合わせによって算出される関数である。ポテンシャル関数を説明するにあたり、まずは以下で一次ポテンシャル関数について説明する。
【0028】
（一次ポテンシャル関数）
条件設定部４１２は、障害物ＯＢからの距離が遠くなるについて、評価が徐々に高くなる（値が減少する）関数を、一次ポテンシャル関数として設定する。本実施形態においては、条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭ上の隣接する障害物ＯＢの２つの代表点ＳＰに基づいて、それらの２つの代表点ＳＰから所定距離範囲内の位置における評価値を示す、一次ポテンシャル関数を算出する。例えば、条件設定部４１２は、隣接する２つの代表点ＳＰを焦点とするそれぞれの楕円を等高線とするガウス関数を、一次ポテンシャル関数として設定する。すなわち例えば、条件設定部４１２は、２つの代表点ＳＰを焦点とする１つの楕円の外周に、同じ値となる評価値を設定する。そして、条件設定部４１２は、２つの代表点ＳＰを焦点とするそれぞれの楕円の外周に対して、楕円の大きさが小さくなるほど、値が大きくなる（評価が低くなる）ように、評価値を設定する。そして、条件設定部４１２は、楕円の外周と、それよりも一段階小さな楕円との間の領域に対しては、その楕円の外周（大きな方の楕円の外周）、又は一段階小さな楕円の外周と同じ評価値を設定してもよいし、それらの楕円の外周の評価値同士の間の値となる評価値を設定してもよい。これにより、隣接する２つの代表点ＳＰから遠いほど、評価が高くなる（値が小さくなる）一次ポテンシャル関数が設定される。
条件設定部４１２は、障害物ＯＢからの距離が遠くなるについて、評価が徐々に高くなる（値が減少する）関数を、一次ポテンシャル関数として設定する。本実施形態においては、条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭ上の隣接する障害物ＯＢの２つの代表点ＳＰに基づいて、それらの２つの代表点ＳＰから所定距離範囲内の位置における評価値を示す、一次ポテンシャル関数を算出する。例えば、条件設定部４１２は、隣接する２つの代表点ＳＰを焦点とするそれぞれの楕円を等高線とするガウス関数を、一次ポテンシャル関数として設定する。すなわち例えば、条件設定部４１２は、２つの代表点ＳＰを焦点とする１つの楕円の外周に、同じ値となる評価値を設定する。そして、条件設定部４１２は、２つの代表点ＳＰを焦点とするそれぞれの楕円の外周に対して、楕円の大きさが小さくなるほど、値が大きくなる（評価が低くなる）ように、評価値を設定する。そして、条件設定部４１２は、楕円の外周と、それよりも一段階小さな楕円との間の領域に対しては、その楕円の外周（大きな方の楕円の外周）、又は一段階小さな楕円の外周と同じ評価値を設定してもよいし、それらの楕円の外周の評価値同士の間の値となる評価値を設定してもよい。これにより、隣接する２つの代表点ＳＰから遠いほど、評価が高くなる（値が小さくなる）一次ポテンシャル関数が設定される。
【0029】
（ポテンシャル関数）
条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭ上の、隣接する障害物ＯＢの２つの代表点ＳＰの全ての組み合わせごとに、一次ポテンシャル関数を設定する。そして、条件設定部４１２は、算出した全ての一次ポテンシャル関数を重ね合わせて、本実施形態に係るポテンシャル関数を設定する。
条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭ上の、隣接する障害物ＯＢの２つの代表点ＳＰの全ての組み合わせごとに、一次ポテンシャル関数を設定する。そして、条件設定部４１２は、算出した全ての一次ポテンシャル関数を重ね合わせて、本実施形態に係るポテンシャル関数を設定する。
【0030】
条件設定部４１２が算出したポテンシャル関数は、全ての一次ポテンシャル関数の重ね合わせのため、一次ポテンシャル関数と同様に、障害物ＯＢからの距離が遠くなるにつれて値が減少し評価が高くなる関数となり、ポテンシャル関数における位置（座標点）ごとの値が、評価値となる。
【0031】
（ポテンシャルマップの作成）
図３は、第１実施形態に係るポテンシャルマップの概要図である。条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭの位置毎に評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ）（ポテンシャル関数の値）が割り当てられたポテンシャルマップＰＭを作成する。具体的には、条件設定部４１２は、一次ポテンシャル関数を重ね合わせて算出したポテンシャル関数の値（評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ））を、折れ線マップＬＭ上の全ての位置（座標点）について算出する。すなわち、条件設定部４１２が算出した位置（座標点）ごとの評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ））の分布図が、ポテンシャルマップＰＭといえる。言い換えれば、条件設定部４１２は、障害物ＯＢから遠くなるにつれて、値が減少する評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ）を、折れ線マップＬＭ上の全ての位置（Ｎ２個の座標点）について算出して、ポテンシャルマップＰＭを作成する。つまり、折れ線マップＬＭとポテンシャルマップＰＭの座標点の数は同じＮ２個となる。
図３は、第１実施形態に係るポテンシャルマップの概要図である。条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭの位置毎に評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ）（ポテンシャル関数の値）が割り当てられたポテンシャルマップＰＭを作成する。具体的には、条件設定部４１２は、一次ポテンシャル関数を重ね合わせて算出したポテンシャル関数の値（評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ））を、折れ線マップＬＭ上の全ての位置（座標点）について算出する。すなわち、条件設定部４１２が算出した位置（座標点）ごとの評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ））の分布図が、ポテンシャルマップＰＭといえる。言い換えれば、条件設定部４１２は、障害物ＯＢから遠くなるにつれて、値が減少する評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ）を、折れ線マップＬＭ上の全ての位置（Ｎ２個の座標点）について算出して、ポテンシャルマップＰＭを作成する。つまり、折れ線マップＬＭとポテンシャルマップＰＭの座標点の数は同じＮ２個となる。
【0032】
（制約条件の取得）
条件設定部４１２は、最適化計算に用いる制約条件を取得してもよい。制約条件とは、経路Ｒを作成する際に守るべき制約条件である。制約条件は任意の内容であってよいが、本実施形態では、条件設定部４１２は、船舶ＳＨの舵角が上限舵角以下の範囲に収まることを制約とする第１制約条件と、船舶ＳＨのエンジン回転数が上限回転数以下に収まることを制約とする第２制約条件とを、制約条件として取得する。条件設定部４１２は、任意の方法で制約条件を取得してよく、例えば予め設定された制約条件を、外部サーバから取得してもよいし、メモリ３０から読み出してもよい。
条件設定部４１２は、最適化計算に用いる制約条件を取得してもよい。制約条件とは、経路Ｒを作成する際に守るべき制約条件である。制約条件は任意の内容であってよいが、本実施形態では、条件設定部４１２は、船舶ＳＨの舵角が上限舵角以下の範囲に収まることを制約とする第１制約条件と、船舶ＳＨのエンジン回転数が上限回転数以下に収まることを制約とする第２制約条件とを、制約条件として取得する。条件設定部４１２は、任意の方法で制約条件を取得してよく、例えば予め設定された制約条件を、外部サーバから取得してもよいし、メモリ３０から読み出してもよい。
【0033】
（制約条件）
本実施形態における制約条件は、例えば以下の式（１）から式（２）に示したものとなる。ただし、以下に示す制約条件は一例であり、制約条件はそれに限定されない。
本実施形態における制約条件は、例えば以下の式（１）から式（２）に示したものとなる。ただし、以下に示す制約条件は一例であり、制約条件はそれに限定されない。
【0034】
【数1】
【0035】
式（１）は、船舶ＳＨの舵角が、上限舵角Ａ１以下の範囲に収まることを制約とする第１制約条件に対応する制約条件である。式（１）は、船舶ＳＨの舵角であるｒ（ｘｉ，ｙｉ）が、全ての位置（座標点）において上限舵角Ａ１を超えないことを意味する。本実施形態に係る上限舵角Ａ１は３０°に設定しているが、上限舵角Ａ１の値については、任意に設定してよい。例えば、上限舵角Ａ１の値は、使用者により設定されてよい。この場合、条件設定部４１２は、使用者によって入力部１０を介して入力された値を、上限舵角Ａ１として取得してよい。また、上限舵角Ａ１は、条件設定部４１２により自動で設定されてもよい。この場合例えば、条件設定部４１２は、障害物情報と船舶ＳＨの寸法情報および動力性能等の情報とに基づき、上限舵角Ａ１を設定してもよい。
【0036】
【数2】
【0037】
（評価関数の取得）
条件設定部４１２は、設定した評価値（ポテンシャルマップＰＭ）に基づいて値が決まる、最適化計算に用いる評価関数を取得する。具体的には、条件設定部４１２は、ポテンシャルマップＰＭ上の船舶ＳＨが経由する各位置における評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ）の総和を示す関数を、評価関数として取得する。
条件設定部４１２は、設定した評価値（ポテンシャルマップＰＭ）に基づいて値が決まる、最適化計算に用いる評価関数を取得する。具体的には、条件設定部４１２は、ポテンシャルマップＰＭ上の船舶ＳＨが経由する各位置における評価値ｐ（ｘｉ，ｙｉ）の総和を示す関数を、評価関数として取得する。
【0038】
（最適化計算）
最適化計算実行部４１３は、取得した評価関数を用いて最適化計算を行い、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。すなわち、最適化計算実行部４１３は、出発位置Ｓから到着位置Ｇまでの船舶ＳＨがとり得る各経路のうちで、評価関数に基づいて最適化された経路を、船舶ＳＨの経路Ｒとして作成する。具体的には、最適化計算実行部４１３は、ポテンシャルマップＰＭ（各位置の評価値）に基づいて、経路上の各位置（船舶がポテンシャルマップＰＭ上の経由する各位置）における評価値の総和を算出して、評価値の総和の評価が出来るだけ高くなるように（本例では評価値の総和が出来るだけ小さくなるように）、最適化計算を行う。すなわち例えば、最適化計算実行部４１３は、船舶ＳＨがとり得る経路のそれぞれについて、経路上の各位置における評価値の総和を算出して、評価値の総和が所定値以下となる経路を（好ましくは総和が最小となる経路を）、最適化された経路Ｒとして設定する。
最適化計算実行部４１３は、取得した評価関数を用いて最適化計算を行い、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。すなわち、最適化計算実行部４１３は、出発位置Ｓから到着位置Ｇまでの船舶ＳＨがとり得る各経路のうちで、評価関数に基づいて最適化された経路を、船舶ＳＨの経路Ｒとして作成する。具体的には、最適化計算実行部４１３は、ポテンシャルマップＰＭ（各位置の評価値）に基づいて、経路上の各位置（船舶がポテンシャルマップＰＭ上の経由する各位置）における評価値の総和を算出して、評価値の総和の評価が出来るだけ高くなるように（本例では評価値の総和が出来るだけ小さくなるように）、最適化計算を行う。すなわち例えば、最適化計算実行部４１３は、船舶ＳＨがとり得る経路のそれぞれについて、経路上の各位置における評価値の総和を算出して、評価値の総和が所定値以下となる経路を（好ましくは総和が最小となる経路を）、最適化された経路Ｒとして設定する。
【0039】
さらに言えば、最適化計算実行部４１３は、条件設定部４１２が設定した制約条件（本例では第１制約条件及び第２制約条件）を満しつつ、第１評価関数を評価関数として、最適化計算を行うことが好ましい。ただし制約条件を用いることは必須ではない。
【0040】
（複数の評価関数を用いる場合の例）
また、本実施形態においては、最適化計算実行部４１３は、評価値の総和（第１評価関数）以外の評価関数も用いて、最適化計算を実行してよい。以下、評価値の総和以外の評価関数も用いた最適化計算について説明する。
また、本実施形態においては、最適化計算実行部４１３は、評価値の総和（第１評価関数）以外の評価関数も用いて、最適化計算を実行してよい。以下、評価値の総和以外の評価関数も用いた最適化計算について説明する。
【0041】
この場合、条件設定部４１２は、評価値の総和を示す第１評価関数に加えて、第２評価関数、第３評価関数、第４評価関数、および第５評価関数を取得してよい。第２評価関数は、船舶ＳＨが出発位置Ｓから到着位置Ｇに到達するまでの航行時間に関する評価関数である。第３評価関数は、船舶ＳＨが出発位置Ｓから到着位置Ｇに到達するまでの、船舶ＳＨの消費エネルギーに関する評価関数であり、船舶ＳＨへの制御入力（舵角やエンジン回転数）を変数とする関数であってよい。第４評価関数は、船舶ＳＨの航行状態を示す関数である。船舶ＳＨの航行状態とは、船舶ＳＨがどのように航行しているかを示す指標であり、船舶ＳＨの位置、姿勢、速度、及び角速度の少なくとも１つ（好ましくは全て）に基づいて決まる。すなわち、第４評価関数は、船舶ＳＨの位置、姿勢、速度、及び角速度の少なくとも１つ（好ましくは全て）を変数とする関数である。第５評価関数は、船舶への入力の変化率を示す関数である。船舶ＳＨへの入力の変化率とは、船舶ＳＨへの制御入力（舵角やエンジン回転数）の、単位時間当たりの変化量を指す。すなわち、第５評価関数は、船舶ＳＨへの入力の変化率を変数とする関数である。
【0042】
最適化計算実行部４１３は、第１評価関数に加えて、第２評価関数、第３評価関数、第４評価関数、および第５評価関数のうちの少なくとも１つを評価関数として、最適化計算を実行してもよい。より詳しくは、最適化計算実行部４１３は、経路上の各位置における評価値の総和の評価が出来るだけ高くなるように（本例では評価値の総和が出来るだけ小さくなるように）、船舶ＳＨの出発位置Ｓから到着位置Ｇに到達するまでの航行時間が出来るだけ短くなり、船舶ＳＨの出発位置Ｓから到着位置Ｇに到達するまでの、船舶ＳＨの消費エネルギーが出来るだけ少なくなり、船舶ＳＨの航行状態が出来るだけ安定し、かつ船舶ＳＨへの入力の変化率が出来るだけ少なくなるように、最適化計算を行って、最適化された経路Ｒを設定することが好ましい。具体的には、最適化計算実行部４１３は、第１評価関数から第５評価関数までの、５つの評価関数の総和が最小となる経路Ｒを、最適化計算の結果として算出する。なおこの場合でも、制約条件を満たすように、最適化計算を行うことが好ましい。最適化計算を行う数式の例としては、以下に示す式（３）が最小となるように、最適化計算を実施してもよい。
【0043】
【数3】
【0044】
出力制御部４１４は、最適化計算実行部４１３が算出した最適化計算の結果を出力する。最適化計算の結果は、船舶ＳＨの経路Ｒを示す情報であり、さらに、航行時間の情報も含んでよい。出力制御部４１４による最適化計算の結果の出力方法も任意であってよく、例えば外部の装置に送信してもよいし、出力部２０に表示してよい。
【0045】
（船舶の制御）
移動制御部４１５は、船舶ＳＨの駆動機構を制御して、言い換えれば駆動機構に制御入力を行って、船舶ＳＨを航行させる。移動制御部４１５は、最適化計算実行部４１３によって算出された経路Ｒに従って、船舶ＳＨを移動させる。
移動制御部４１５は、船舶ＳＨの駆動機構を制御して、言い換えれば駆動機構に制御入力を行って、船舶ＳＨを航行させる。移動制御部４１５は、最適化計算実行部４１３によって算出された経路Ｒに従って、船舶ＳＨを移動させる。
【0046】
なお、本実施形態では、移動制御部４１５が、経路Ｒに従って移動するように、船舶ＳＨの移動を自動制御するが、それに限られず、例えば運転者の操作によって、船舶ＳＨの移動を手動制御してよい。この場合でも、運転者は、例えば出力部２０に表示された経路Ｒを目視しつつ、自動設定された経路Ｒに沿うように船舶ＳＨを手動制御してよい。また例えば、出力制御部４１４は、経路Ｒを実現するための制御入力を設定して、設定した制御入力の情報を出力部２０に表示させてよい。この場合、運転者は、出力部２０に表示された制御入力を目視して、その制御入力を参考にして、船舶ＳＨを手動制御してよい。
【0047】
（処理フロー）
次に、本実施形態の処理フローを説明する。図４は、本実施形態に係る経路作成のフローチャートである。経路Ｒを作成する場合、折れ線マップ構築部４１１は、岸壁などの障害物ＯＢの情報である障害物情報を取得する。折れ線マップ構築部４１１は、取得した障害物情報から、障害物ＯＢの代表点ＳＰ（端点や折れ曲がり点）の位置情報を検出し、検出した全ての障害物ＯＢの代表点ＳＰを、線分で結んだ折れ線マップＬＭを構築する（ステップＳ１）。条件設定部４１２は、折れ線マップ構築部４１１が作成した折れ線マップＬＭを基に、ポテンシャルマップＰＭを作成する（ステップＳ２）。条件設定部４１２は、評価関数を取得する（ステップＳ３）。最適化計算実行部４１３は、ポテンシャルマップＰＭおよび評価関数に基づき、最適化計算を実行して、船舶ＳＨの経路Ｒを設定する（ステップＳ４）。
次に、本実施形態の処理フローを説明する。図４は、本実施形態に係る経路作成のフローチャートである。経路Ｒを作成する場合、折れ線マップ構築部４１１は、岸壁などの障害物ＯＢの情報である障害物情報を取得する。折れ線マップ構築部４１１は、取得した障害物情報から、障害物ＯＢの代表点ＳＰ（端点や折れ曲がり点）の位置情報を検出し、検出した全ての障害物ＯＢの代表点ＳＰを、線分で結んだ折れ線マップＬＭを構築する（ステップＳ１）。条件設定部４１２は、折れ線マップ構築部４１１が作成した折れ線マップＬＭを基に、ポテンシャルマップＰＭを作成する（ステップＳ２）。条件設定部４１２は、評価関数を取得する（ステップＳ３）。最適化計算実行部４１３は、ポテンシャルマップＰＭおよび評価関数に基づき、最適化計算を実行して、船舶ＳＨの経路Ｒを設定する（ステップＳ４）。
【0048】
（効果）
以上説明したように、本実施形態に係る経路作成装置１は、取得した障害物情報から、岸壁などの障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を検出し、折れ線マップＬＭを構築する。その後、構築した折れ線マップＬＭを基に、ポテンシャルマップＰＭを作成する。そして、経路作成装置１は、ポテンシャルマップＰＭおよび評価関数を用いて、最適化計算を実施して、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る経路作成装置１は、取得した障害物情報から、岸壁などの障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を検出し、折れ線マップＬＭを構築する。その後、構築した折れ線マップＬＭを基に、ポテンシャルマップＰＭを作成する。そして、経路作成装置１は、ポテンシャルマップＰＭおよび評価関数を用いて、最適化計算を実施して、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。
【0049】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態においては、折れ線マップＬＭを基に、ポテンシャルマップＰＭを作成し、ポテンシャルマップＰＭを用いて経路Ｒを作成していたが、第２実施形態においては、折れ線マップＬＭを基に、コストマップＣＭを作成し、コストマップＣＭを用いて経路Ｒを作成する点で、第１実施形態とは異なる。ここで、コストマップＣＭとは、本実施形態に係る新たな評価値の分布図である。第２実施形態において、第１実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態においては、折れ線マップＬＭを基に、ポテンシャルマップＰＭを作成し、ポテンシャルマップＰＭを用いて経路Ｒを作成していたが、第２実施形態においては、折れ線マップＬＭを基に、コストマップＣＭを作成し、コストマップＣＭを用いて経路Ｒを作成する点で、第１実施形態とは異なる。ここで、コストマップＣＭとは、本実施形態に係る新たな評価値の分布図である。第２実施形態において、第１実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。
【0050】
（評価値の取得）
第２実施形態に係る条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭに基づき、障害物ＯＢの位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、折れ線マップＬＭの位置毎に設定する。具体的には、条件設定部４１２は、障害物ＯＢのある位置では第１の値をとり、障害物ＯＢがない位置では、第１の値よりも評価が高い第２の値をとるように、各位置における評価値を設定する。本実施形態の例では、評価値の値が小さい程、評価が高くなるように評価値を設定するため、第１の位置における評価値を、第２の位置における評価値よりも小さくする。例えば、条件設定部４１２は、第１の値を１とし、第２の値を０としてよい。ただしそれに限られず、評価値の値が大きい程評価を高くしてもよい。以降においては、ＸＹの２次元座標系における、ある座標点（ａｌ，ｂｌ）における評価値を、適宜、評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）として示す。ｌは、後述する格子点の識別子である。すなわち、「ｌ＝１，．．．Ｍ」であり、Ｍは、折れ線マップＬＭ上のＸ軸及びＹ軸のそれぞれの格子点の総数を指す。本実施形態に係る経路作成装置１は、格子点を繋ぐ軌跡を、経路Ｒとして作成する。Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの格子点の総数であるＭを大きくすると、格子点が増える為、経路Ｒを細かく作成することができるが、最適化計算の計算対象となる格子点も増えることになる。Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの格子点の総数Ｍの値については、任意に設定してよい。例えば、Ｍの値は、使用者により設定されてよい。この場合、条件設定部４１２は、使用者によって入力部１０を介して入力された値を、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの格子点の総数Ｍとして取得してよい。
第２実施形態に係る条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭに基づき、障害物ＯＢの位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、折れ線マップＬＭの位置毎に設定する。具体的には、条件設定部４１２は、障害物ＯＢのある位置では第１の値をとり、障害物ＯＢがない位置では、第１の値よりも評価が高い第２の値をとるように、各位置における評価値を設定する。本実施形態の例では、評価値の値が小さい程、評価が高くなるように評価値を設定するため、第１の位置における評価値を、第２の位置における評価値よりも小さくする。例えば、条件設定部４１２は、第１の値を１とし、第２の値を０としてよい。ただしそれに限られず、評価値の値が大きい程評価を高くしてもよい。以降においては、ＸＹの２次元座標系における、ある座標点（ａｌ，ｂｌ）における評価値を、適宜、評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）として示す。ｌは、後述する格子点の識別子である。すなわち、「ｌ＝１，．．．Ｍ」であり、Ｍは、折れ線マップＬＭ上のＸ軸及びＹ軸のそれぞれの格子点の総数を指す。本実施形態に係る経路作成装置１は、格子点を繋ぐ軌跡を、経路Ｒとして作成する。Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの格子点の総数であるＭを大きくすると、格子点が増える為、経路Ｒを細かく作成することができるが、最適化計算の計算対象となる格子点も増えることになる。Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの格子点の総数Ｍの値については、任意に設定してよい。例えば、Ｍの値は、使用者により設定されてよい。この場合、条件設定部４１２は、使用者によって入力部１０を介して入力された値を、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれの格子点の総数Ｍとして取得してよい。
【0051】
（コストマップの作成）
図５は、第２実施形態に係るコストマップの概要図である。本実施形態においては、条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭの位置毎に評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）が割り当てられたコストマップＣＭを作成する。具体的には、条件設定部４１２は、全ての格子点（座標）について評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を算出して、各格子点に評価値を割付ける。その割付けられた評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）の分布図が、コストマップＣＭといえる。言い換えれば、条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭを基に、全ての格子点（Ｍ２個の座標点）を障害物ＯＢのある格子点と、障害物ＯＢがない格子点とに区別する。そして、条件設定部４１２は全ての格子点について、障害物ＯＢのある格子点には１を、障害物ＯＢがない格子点には０を、評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）として割付ける。その結果、得られた評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）の分布図がコストマップＣＭとなる。折れ線マップＬＭとコストマップＣＭのそれぞれの座標点（格子点）の数は同じＭ２個となる。
図５は、第２実施形態に係るコストマップの概要図である。本実施形態においては、条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭの位置毎に評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）が割り当てられたコストマップＣＭを作成する。具体的には、条件設定部４１２は、全ての格子点（座標）について評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を算出して、各格子点に評価値を割付ける。その割付けられた評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）の分布図が、コストマップＣＭといえる。言い換えれば、条件設定部４１２は、折れ線マップＬＭを基に、全ての格子点（Ｍ２個の座標点）を障害物ＯＢのある格子点と、障害物ＯＢがない格子点とに区別する。そして、条件設定部４１２は全ての格子点について、障害物ＯＢのある格子点には１を、障害物ＯＢがない格子点には０を、評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）として割付ける。その結果、得られた評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）の分布図がコストマップＣＭとなる。折れ線マップＬＭとコストマップＣＭのそれぞれの座標点（格子点）の数は同じＭ２個となる。
【0052】
（評価関数の取得）
条件設定部４１２は、設定した評価値（コストマップＣＭ）に基づいて値が決まる、最適化計算に用いる評価関数を取得する。条件設定部４１２は、コストマップＣＭ上の船舶ＳＨが経由する各位置（各格子点）における評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）の総和を示す関数を、評価関数として取得する。条件設定部４１２は、任意の方法で評価関数を取得してよく、例えば、予め設定された評価関数を、外部サーバから取得してもよいし、メモリ３０から読み出してもよい。
条件設定部４１２は、設定した評価値（コストマップＣＭ）に基づいて値が決まる、最適化計算に用いる評価関数を取得する。条件設定部４１２は、コストマップＣＭ上の船舶ＳＨが経由する各位置（各格子点）における評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）の総和を示す関数を、評価関数として取得する。条件設定部４１２は、任意の方法で評価関数を取得してよく、例えば、予め設定された評価関数を、外部サーバから取得してもよいし、メモリ３０から読み出してもよい。
【0053】
（最適化計算）
最適化計算実行部４１３は、条件設定部４１２が取得した評価関数（船舶ＳＨが経路する格子点における評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）の総和）に基づいて、最適化計算を行い、最適化計算の結果が最適となる際の、船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。すなわち、最適化計算実行部４１３は、出発位置Ｓから到着位置Ｇまでの船舶ＳＨがとり得る各経路のうちで、評価関数に基づいて最適化された経路を、船舶ＳＨの経路Ｒとして作成する。より詳しくは、最適化計算実行部４１３は、コストマップＣＭ（各位置の評価値）に基づいて、船舶ＳＨが経由する格子点における評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）の総和を算出して、評価値の総和の評価が出来るだけ高くなるように（本例では評価値の総和が出来るだけ小さくなるように）、最適化計算を行う。すなわち例えば、最適化計算実行部４１３は、船舶ＳＨがとり得る経路のそれぞれについて、経路上の各位置における評価値の総和を算出して、評価値の総和が所定値以下となる経路を（好ましくは総和が最小となる経路を）、最適化された経路Ｒとして設定する。
最適化計算実行部４１３は、条件設定部４１２が取得した評価関数（船舶ＳＨが経路する格子点における評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）の総和）に基づいて、最適化計算を行い、最適化計算の結果が最適となる際の、船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。すなわち、最適化計算実行部４１３は、出発位置Ｓから到着位置Ｇまでの船舶ＳＨがとり得る各経路のうちで、評価関数に基づいて最適化された経路を、船舶ＳＨの経路Ｒとして作成する。より詳しくは、最適化計算実行部４１３は、コストマップＣＭ（各位置の評価値）に基づいて、船舶ＳＨが経由する格子点における評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）の総和を算出して、評価値の総和の評価が出来るだけ高くなるように（本例では評価値の総和が出来るだけ小さくなるように）、最適化計算を行う。すなわち例えば、最適化計算実行部４１３は、船舶ＳＨがとり得る経路のそれぞれについて、経路上の各位置における評価値の総和を算出して、評価値の総和が所定値以下となる経路を（好ましくは総和が最小となる経路を）、最適化された経路Ｒとして設定する。
【0054】
出力制御部４１４は、最適化計算実行部４１３が算出した最適化計算の結果を出力する。最適化計算の結果は、船舶ＳＨの経路Ｒを示す情報である。
【0055】
図６は、第２実施形態に係る経路作成装置の出力結果の説明図である。出力制御部４１４は、図６に示すように、コストマップＣＭ上の格子点毎に位置を示す位置番号を採番する。１つの位置番号に対して、１つ座標（ａｌ，ｂｌ）が対応する。そして、船舶ＳＨがどの番号の格子点を通るかを、経路となる格子点の位置番号を順に並べて表示する形式（図６の例では１、２、７、１２、１７、２２、２３、２４、２５の順に格子点の位置番号を出力する）で、出力部２０に最適化計算の結果として表示してよい。またさらに、格子点の位置番号の出力結果に併記して、位置番号に対応するＸＹ座標を列挙してもよい。
【0056】
（処理フロー）
次に、本実施形態の処理フローを説明する。図７は、本実施形態に係る経路作成のフローチャートである。経路Ｒを作成する場合、折れ線マップ構築部４１１は、岸壁などの障害物ＯＢの情報である障害物情報を取得する。折れ線マップ構築部４１１は、取得した障害物情報から、障害物ＯＢの代表点ＳＰ（端点や折れ曲がり点）の位置情報を検出し、検出したそれぞれの障害物ＯＢの代表点ＳＰを、線分で結んだ折れ線マップＬＭを構築する（ステップＳ１１）。条件設定部４１２は、折れ線マップ構築部４１１が作成した折れ線マップＬＭを基に、コストマップＣＭを作成する（ステップＳ１２）。条件設定部４１２は、評価関数を取得する（ステップＳ１３）。最適化計算実行部４１３は、コストマップＣＭ及び評価関数に基づき、最適化計算を実行する（ステップＳ１４）。
次に、本実施形態の処理フローを説明する。図７は、本実施形態に係る経路作成のフローチャートである。経路Ｒを作成する場合、折れ線マップ構築部４１１は、岸壁などの障害物ＯＢの情報である障害物情報を取得する。折れ線マップ構築部４１１は、取得した障害物情報から、障害物ＯＢの代表点ＳＰ（端点や折れ曲がり点）の位置情報を検出し、検出したそれぞれの障害物ＯＢの代表点ＳＰを、線分で結んだ折れ線マップＬＭを構築する（ステップＳ１１）。条件設定部４１２は、折れ線マップ構築部４１１が作成した折れ線マップＬＭを基に、コストマップＣＭを作成する（ステップＳ１２）。条件設定部４１２は、評価関数を取得する（ステップＳ１３）。最適化計算実行部４１３は、コストマップＣＭ及び評価関数に基づき、最適化計算を実行する（ステップＳ１４）。
【0057】
（効果）
以上説明したように、本実施形態に係る経路作成装置１は、取得した障害物情報から、岸壁などの障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を検出し、折れ線マップＬＭを構築する。その後、構築した折れ線マップＬＭを基に、コストマップＣＭを作成する。そして、コストマップＣＭと評価関数とを用いて最適化計算を実施して、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。さらに言えば、本実施形態においては、第１実施形態と比較して、制約条件や評価関数が少ないため、最適化計算の結果を早く算出することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る経路作成装置１は、取得した障害物情報から、岸壁などの障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を検出し、折れ線マップＬＭを構築する。その後、構築した折れ線マップＬＭを基に、コストマップＣＭを作成する。そして、コストマップＣＭと評価関数とを用いて最適化計算を実施して、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。さらに言えば、本実施形態においては、第１実施形態と比較して、制約条件や評価関数が少ないため、最適化計算の結果を早く算出することができる。
【0058】
（第２実施形態の変形例１）
次に、第２実施形態の変形例１について説明する。第２実施形態では、全ての位置（格子点）について、条件設定部４１２が、障害物ＯＢのある位置（格子点）には１を、障害物ＯＢがない位置（格子点）には０の評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割付けてコストマップＣＭを作成し、それを基に経路Ｒを作成していた。すなわち、第２実施形態のコストマップＣＭは、各位置の評価値が、第１の値または第２の値となる、二値化されたマップであった。それに対して、本例では、フィルタリング処理を施して、位置毎の評価値が３種類以上となるように、コストマップＣＭを補正して、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成する。
次に、第２実施形態の変形例１について説明する。第２実施形態では、全ての位置（格子点）について、条件設定部４１２が、障害物ＯＢのある位置（格子点）には１を、障害物ＯＢがない位置（格子点）には０の評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割付けてコストマップＣＭを作成し、それを基に経路Ｒを作成していた。すなわち、第２実施形態のコストマップＣＭは、各位置の評価値が、第１の値または第２の値となる、二値化されたマップであった。それに対して、本例では、フィルタリング処理を施して、位置毎の評価値が３種類以上となるように、コストマップＣＭを補正して、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成する。
【0059】
（フィルタリング処理）
具体的には、条件設定部４１２が、二値化されたコストマップＣＭ上の障害物ＯＢがない格子点で、かつ障害物ＯＢとの距離が所定の距離より近い格子点に、障害物ＯＢとの距離に応じた第３の値となるコストを割りつけるフィルタリング処理を施し、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成する。例えば、条件設定部４１２が、障害物ＯＢから距離２ｄ離れた格子点（以降、閾値格子点と呼称する）には０の評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割りつけ、閾値格子点から障害物ＯＢに近づくにつれて、格子点に割付けられる評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）が１に近づくように設定してもよい。本例においては、障害物ＯＢから距離２ｄ離れた閾値格子点に、０の評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割りつけ、障害物ＯＢと閾値格子点との中間位置にあたる、障害物ＯＢから距離ｄの位置にある格子点に０．５の評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割付け、それ以外の障害物ＯＢからの距離が２ｄより近い格子点には、障害物ＯＢとの距離に応じた評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割付ける。ここで、障害物ＯＢと閾値格子点までの距離２ｄは、船舶ＳＨが障害物ＯＢを回避して安全に航行する為に確保する、船舶ＳＨと障害物ＯＢとの距離である。距離２ｄについては、条件設定部４１２により自動で設定されてよい。この場合例えば、条件設定部４１２は、障害物情報と船舶ＳＨの寸法情報および動力性能等の情報とに基づき、距離２ｄを設定してよい。
具体的には、条件設定部４１２が、二値化されたコストマップＣＭ上の障害物ＯＢがない格子点で、かつ障害物ＯＢとの距離が所定の距離より近い格子点に、障害物ＯＢとの距離に応じた第３の値となるコストを割りつけるフィルタリング処理を施し、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成する。例えば、条件設定部４１２が、障害物ＯＢから距離２ｄ離れた格子点（以降、閾値格子点と呼称する）には０の評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割りつけ、閾値格子点から障害物ＯＢに近づくにつれて、格子点に割付けられる評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）が１に近づくように設定してもよい。本例においては、障害物ＯＢから距離２ｄ離れた閾値格子点に、０の評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割りつけ、障害物ＯＢと閾値格子点との中間位置にあたる、障害物ＯＢから距離ｄの位置にある格子点に０．５の評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割付け、それ以外の障害物ＯＢからの距離が２ｄより近い格子点には、障害物ＯＢとの距離に応じた評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割付ける。ここで、障害物ＯＢと閾値格子点までの距離２ｄは、船舶ＳＨが障害物ＯＢを回避して安全に航行する為に確保する、船舶ＳＨと障害物ＯＢとの距離である。距離２ｄについては、条件設定部４１２により自動で設定されてよい。この場合例えば、条件設定部４１２は、障害物情報と船舶ＳＨの寸法情報および動力性能等の情報とに基づき、距離２ｄを設定してよい。
【0060】
本例においては、このようにして作成したフィルタリングコストマップＦＣＭを、第２実施形態におけるコストマップＣＭとして扱って、第２実施形態と同様の方法で、以降の最適化計算の処理などを行う。
【0061】
（効果）
以上説明したように、本例に係る経路作成装置１は、作成したコストマップＣＭに、障害物ＯＢからの所定の距離に基づいたフィルタリング処理を実施し、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成する。そして、フィルタリングコストマップＦＣＭを基に、評価関数を取得し、最適化計算を実施して、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを、船舶ＳＨと障害物ＯＢとの距離を考慮しながら、適切に作成することができる。さらに言えば、本例においては、第１実施形態と比較して、制約条件や評価関数が少ないため、最適化計算の結果を早く算出することができる。
以上説明したように、本例に係る経路作成装置１は、作成したコストマップＣＭに、障害物ＯＢからの所定の距離に基づいたフィルタリング処理を実施し、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成する。そして、フィルタリングコストマップＦＣＭを基に、評価関数を取得し、最適化計算を実施して、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを、船舶ＳＨと障害物ＯＢとの距離を考慮しながら、適切に作成することができる。さらに言えば、本例においては、第１実施形態と比較して、制約条件や評価関数が少ないため、最適化計算の結果を早く算出することができる。
【0062】
（第２実施形態の変形例２）
次に、第２実施形態の変形例２について説明する。第２実施形態の変形例１では、障害物情報を含んだ地図情報を基に、折れ線マップＬＭやコストマップＣＭを作成し、作成したコストマップＣＭにフィルタリング処理を施し、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成していたが、本例においては、第２実施形態の変形例１の方法でコストマップＣＭを作成後、フィルタリング処理を行う前に、図示しない船舶ＳＨに取りつけられたセンサ（ＬＩＤＡＲ等）を用いて、障害物情報（他の船舶の位置情報も含む）を更新する。その後、更新した障害物情報に基づき、追加となった障害物ＯＢのある格子点に１の値の評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割付け、コストマップＣＭも更新する。最後に、第２実施形態の変形例１に示した方法で、更新したコストマップＣＭにフィルタリング処理を施し、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成する。以降フィルタリングコストマップＦＣＭを基に、最適化計算を実施する方法は、変形例１と同じ為説明を省略する。
次に、第２実施形態の変形例２について説明する。第２実施形態の変形例１では、障害物情報を含んだ地図情報を基に、折れ線マップＬＭやコストマップＣＭを作成し、作成したコストマップＣＭにフィルタリング処理を施し、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成していたが、本例においては、第２実施形態の変形例１の方法でコストマップＣＭを作成後、フィルタリング処理を行う前に、図示しない船舶ＳＨに取りつけられたセンサ（ＬＩＤＡＲ等）を用いて、障害物情報（他の船舶の位置情報も含む）を更新する。その後、更新した障害物情報に基づき、追加となった障害物ＯＢのある格子点に１の値の評価値ｃ（ａｌ，ｂｌ）を割付け、コストマップＣＭも更新する。最後に、第２実施形態の変形例１に示した方法で、更新したコストマップＣＭにフィルタリング処理を施し、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成する。以降フィルタリングコストマップＦＣＭを基に、最適化計算を実施する方法は、変形例１と同じ為説明を省略する。
【0063】
（効果）
以上説明したように、本例に係る経路作成装置１は、作成したコストマップＣＭを、センサ（ＬＩＤＡＲ等）から入手した障害物情報に基づいて更新し、更新した障害物ＯＢからの所定の距離に基づくフィルタリング処理を実施し、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成する。そして、フィルタリングコストマップＦＣＭを基に、評価関数を取得し、最適化計算を実施して、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを、船舶ＳＨと障害物ＯＢとの距離を考慮しつつ、センサ等により得た障害物情報を織り込んで、適切に作成することができる。さらに言えば、本例においては、第１実施形態と比較して、制約条件や評価関数が少ないため、最適化計算の結果を早く算出することができる。
以上説明したように、本例に係る経路作成装置１は、作成したコストマップＣＭを、センサ（ＬＩＤＡＲ等）から入手した障害物情報に基づいて更新し、更新した障害物ＯＢからの所定の距離に基づくフィルタリング処理を実施し、フィルタリングコストマップＦＣＭを作成する。そして、フィルタリングコストマップＦＣＭを基に、評価関数を取得し、最適化計算を実施して、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを、船舶ＳＨと障害物ＯＢとの距離を考慮しつつ、センサ等により得た障害物情報を織り込んで、適切に作成することができる。さらに言えば、本例においては、第１実施形態と比較して、制約条件や評価関数が少ないため、最適化計算の結果を早く算出することができる。
【0064】
（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態においては、第２実施形態の方法と第１実施形態の方法を組み合わせて、経路Ｒを作成する。本実施形態においては、まず第２実施形態で示した方法で船舶ＳＨの経路を作成し、作成した経路をベース経路Ｒ０として、ベース経路Ｒ０を利用して、第１実施形態に示した方法で経路Ｒを作成する。
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態においては、第２実施形態の方法と第１実施形態の方法を組み合わせて、経路Ｒを作成する。本実施形態においては、まず第２実施形態で示した方法で船舶ＳＨの経路を作成し、作成した経路をベース経路Ｒ０として、ベース経路Ｒ０を利用して、第１実施形態に示した方法で経路Ｒを作成する。
【0065】
すなわち、第３実施形態においては、経路作成装置１は、第２実施形態と同様の方法で、コストマップＣＭに基づいた経路Ｒを設定する。第２実施形態と同様の方法で設定した経路Ｒを、適宜、ベース経路Ｒ０と記載する。
【0066】
第３実施形態においては、条件設定部４１２は、船舶ＳＨの位置とベース経路Ｒ０との距離が規定値の範囲に収まることを制約とする、制約条件（第３制約条件）を設定する。
【0067】
条件設定部４１２は、第１実施形態と同様の方法でポテンシャルマップＰＭ（位置毎の評価値）を設定する。
【0068】
最適化計算実行部４１３は、船舶ＳＨの位置とベース経路Ｒ０との距離が規定値の範囲に収まるという制約条件（第３制約条件）を満たすことを条件とする以外は、第１実施形態と同様の方法で最適化計算を行い、最適化された経路Ｒを算出する。すなわち、最適化計算実行部４１３は、船舶ＳＨの位置とベース経路Ｒ０との距離が規定値の範囲に収まるという制約条件を満しつつ、経路上の各位置における評価値の総和（第１評価関数）を評価関数として用いて、最適化計算を行って、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する。なお、第３実施形態においても、第１実施形態で規定した制約条件（第１および第２制約条件）や、第２～第５評価関数も用いてよい。
【0069】
以上説明したように、第３実施形態によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを、適切に作成することができる。さらに言えば、本実施形態においては、第１実施形態と比較して、第３制約条件が追加されたことで、ポテンシャルマップＰＭ上での最適化計算を行う範囲が限定されるため、最適化計算の結果を早く算出することができる。
【0070】
（効果）
以上説明したように、本開示の第１態様に係る経路作成装置１は、障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を検出し、代表点ＳＰの位置を基に船舶ＳＨが航行可能な領域と、航行不可能な領域とを示す折れ線マップＬＭを構築する折れ線マップ構築部４１１と、折れ線マップＬＭを用いて、障害物ＯＢの位置から遠くなると評価が高くなる評価値を折れ線マップＬＭの位置毎に設定する条件設定部４１２と、評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する最適化計算実行部４１３とを含む。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。
以上説明したように、本開示の第１態様に係る経路作成装置１は、障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を検出し、代表点ＳＰの位置を基に船舶ＳＨが航行可能な領域と、航行不可能な領域とを示す折れ線マップＬＭを構築する折れ線マップ構築部４１１と、折れ線マップＬＭを用いて、障害物ＯＢの位置から遠くなると評価が高くなる評価値を折れ線マップＬＭの位置毎に設定する条件設定部４１２と、評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成する最適化計算実行部４１３とを含む。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。
【0071】
本開示の第２態様に係る経路作成装置１は、第１態様に係る経路作成装置１であって、条件設定部４１２は、障害物ＯＢから遠くなるにつれて評価が高くなる評価値が、折れ線マップＬＭの位置毎に割付けられたポテンシャルマップＰＭを作成し、最適化計算実行部４１３は、船舶ＳＨがポテンシャルマップＰＭ上の経由する位置における評価値の総和を評価関数として、最適化計算を行う。本開示によると、船舶ＳＨがポテンシャルマップＰＭ上の経由する位置における評価値の総和を考慮して、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。
【0072】
本開示の第３態様に係る経路作成装置１は、第２態様に係る経路作成装置１であって、条件設定部４１２は、隣接する２つの代表点ＳＰに基づいて、障害物ＯＢから遠くなるにつれて値が減少する一次ポテンシャル関数を設定し、隣接する２つの代表点ＳＰの組合せごとの一次ポテンシャル関数を重ね合わせて、ポテンシャルマップＰＭを作成する。本開示によると、隣接する２つの代表点ＳＰに基づきポテンシャルマップＰＭを作成し、作成したポテンシャルマップＰＭ考慮して、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。
【0073】
本開示の第４態様に係る経路作成装置１は、第２態様または第３態様に係る経路作成装置１であって、最適化計算実行部４１３は、航行時間と、船舶ＳＨの消費エネルギーと、船舶ＳＨの航行状態と、船舶ＳＨへの入力の変化率と、船舶ＳＨがポテンシャルマップＰＭ上の経由する位置における評価値の総和とを評価関数として、前記最適化計算を行う。本開示によると、航行時間と、船舶ＳＨの消費エネルギーと、船舶ＳＨの航行状態と、船舶ＳＨへの入力の変化率と、船舶ＳＨがポテンシャルマップＰＭ上の経由する位置における評価値の総和を考慮した最適化計算を実行することができる。
【0074】
本開示の第５態様に係る経路作成装置１は、第４態様に係る経路作成装置１であって、最適化計算実行部４１３は、航行時間が出来るだけ短くなり、船舶ＳＨの消費エネルギーが出来るだけ少なくなり、船舶ＳＨの航行状態が出来るだけ安定し、船舶ＳＨへの入力の変化率が出来るだけ小さくなり、かつ、評価値の総和の評価が出来るだけ高くなるように、最適化計算を行う。本開示によると、航行時間が出来るだけ短くなり、船舶ＳＨの消費エネルギーが出来るだけ少なくなり、船舶ＳＨの航行状態が出来るだけ安定し、船舶ＳＨへの入力の変化率が出来るだけ少なくなり、かつ、評価値の総和の評価が出来るだけ高くなるように最適化計算を実行することができる。
【0075】
本開示の第６態様に係る経路作成装置１は、第１態様に係る経路作成装置１であって、
条件設定部４１２は、障害物ＯＢのある位置では第１の値をとり、障害物ＯＢがない位置では、第１の値より評価が高い第２の値をとる評価値を、折れ線マップＬＭの位置毎に設定し、評価値に基づいて、位置毎に評価値が割付けられたコストマップＣＭを作成し、最適化計算実行部４１３は、船舶ＳＨがコストマップＣＭ上を経由する位置における評価値の総和を評価関数として、最適化計算を行う。本開示によると、船舶ＳＨがコストマップＣＭ上の経由する位置における評価値の総和を考慮して、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。
条件設定部４１２は、障害物ＯＢのある位置では第１の値をとり、障害物ＯＢがない位置では、第１の値より評価が高い第２の値をとる評価値を、折れ線マップＬＭの位置毎に設定し、評価値に基づいて、位置毎に評価値が割付けられたコストマップＣＭを作成し、最適化計算実行部４１３は、船舶ＳＨがコストマップＣＭ上を経由する位置における評価値の総和を評価関数として、最適化計算を行う。本開示によると、船舶ＳＨがコストマップＣＭ上の経由する位置における評価値の総和を考慮して、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。
【0076】
本開示の第７態様に係る経路作成装置１は、第６態様に係る経路作成装置１であって、最適化計算実行部４１３は、評価値の総和の評価が出来るだけ高くなるように、最適化計算を行う。本開示によると、船舶ＳＨのコストマップＣＭ上の経由する位置における評価値の総和の評価が出来るだけ高くなるように最適化計算を実行することができる。
【0077】
本開示の第８態様に係る経路作成装置１は、第６態様又は第７態様に係る経路作成装置１であって、条件設定部４１２はコストマップＣＭに、フィルタリング処理を実施してフィルタリングコストマップＦＣＭを作成し、最適化計算実行部４１３は、船舶ＳＨがフィルタリングコストマップＦＣＭ上を経由する位置における評価値の総和を評価関数として、最適化計算を行う。本開示によると、船舶ＳＨが障害物ＯＢを回避して安全に航行する為の、船舶ＳＨと障害物ＯＢとの距離を考慮した経路Ｒを作成することができる。
【0078】
本開示の第９態様に係る経路作成装置１は、第６態様又は第７態様に係る経路作成装置１であって、条件設定部４１２は、コストマップＣＭに基づいて最適化計算により算出された船舶ＳＨの経路を、ベース経路Ｒ０として取得して、ベース経路Ｒ０と船舶ＳＨとの距離が規定値以内であることを制約条件として設定し、折れ線マップＬＭを用いて、障害物ＯＢから遠くなるにつれて評価が高くなる評価値が位置毎に割り振られたポテンシャルマップＰＭを作成し、最適化計算実行部４１３は、船舶ＳＨがポテンシャルマップＰＭ上の経由する位置における評価値の総和を評価関数とし、かつ、制約条件を満たすように、最適化計算を行って、最適化計算の結果が最適となる際の船舶の経路を作成する。本開示によると、最適化計算に要する時間を第１態様と比較して短縮することが出来る。
【0079】
本開示の第１０態様に係る船舶は、第１態様から第３態様、第６態様及び第７態様のいずれか１項に記載の経路作成装置１を有する。本開示によると、航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。
【0080】
本開示の第１１態様に係る経路作成方法は、障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を検出し、代表点ＳＰの位置を基に、船舶ＳＨが航行可能な領域と、航行不可能な領域とを示す折れ線マップＬＭを構築するステップと、折れ線マップＬＭを用いて、障害物ＯＢの位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、折れ線マップＬＭの位置毎に設定するステップと、評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成するステップとを含む。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。
【0081】
本開示の第１２態様に係るプログラムは、障害物ＯＢの代表点ＳＰの位置を検出し、代表点ＳＰの位置を基に船舶ＳＨが航行可能な領域と、航行不可能な領域とを示す折れ線マップＬＭを構築するステップと、折れ線マップＬＭを用いて、障害物ＯＢの位置から遠くなると評価が高くなる評価値を、折れ線マップＬＭの位置毎に設定するステップと、評価値に基づいた評価関数を用いて最適化計算を行い、最適化計算の結果が最適となる際の船舶ＳＨの経路Ｒを作成するステップとをコンピュータに実行させる。本開示によると、船舶ＳＨが航行可能な経路Ｒを適切に作成することができる。
【0082】
以上、本開示の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【0083】
１ 経路作成装置
Ｓ 出発位置
Ｇ 到着位置
Ｒ 経路
ＬＭ 折れ線マップ
ＰＭ ポテンシャルマップ
ＣＭ コストマップ
ＳＨ 船舶
ＯＢ 障害物
ＳＰ 代表点
Ｗ 水
Ｓ 出発位置
Ｇ 到着位置
Ｒ 経路
ＬＭ 折れ線マップ
ＰＭ ポテンシャルマップ
ＣＭ コストマップ
ＳＨ 船舶
ＯＢ 障害物
ＳＰ 代表点
Ｗ 水
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】