JP6969047B2 - Automatic ship maneuvering system - Google Patents

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Description

本発明は、船舶を自動で操船するための自動操船システムに関する。 The present invention relates to an automatic ship maneuvering system for automatically maneuvering a ship.

岸壁に設置されたレーザー光照射装置等の計測装置を用いて港湾の岸壁に接岸させる自動接岸システムに対し、自立した自動接岸システムを船舶に搭載した発明が提案されている（特許文献１参照）。同自動接岸システムでは、地上の接岸目標物を含む接岸エリアの画像を２台以上のカメラで撮像し、撮影された画像から船首尾の接岸目標物と認識し、これをカメラで追従し、回動するカメラの回動角度から接岸目標物までの距離や接岸速度を導出し、補助推進装置を制御して接岸を行っている。 An invention has been proposed in which an independent automatic berthing system is mounted on a ship for an automatic berthing system that berths at a harbor quay using a measuring device such as a laser light irradiation device installed on the quay (see Patent Document 1). .. The automatic berthing system captures images of the berthing area including the berthing target on the ground with two or more cameras, recognizes it as the berthing target at the stern from the captured image, and follows it with the camera. The distance to the berthing target and the berthing speed are derived from the rotation angle of the moving camera, and the auxiliary propulsion device is controlled to berth.

特開２００５−１８０９４９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-180949

しかし、特許文献１の自動接岸システムは、着桟直前における補助推進装置の制御のみを前提とし、港湾へのアプローチを含む完全な自動離着桟を行うことはできない。 However, the automatic berthing system of Patent Document 1 is premised only on the control of the auxiliary propulsion device immediately before berthing, and cannot perform complete automatic berthing and berthing including an approach to a port.

本発明は、アプローチを含む離着桟や係船を自動で行うことを目的としている。 An object of the present invention is to automatically perform takeoff and landing and mooring including an approach.

本発明の自動操船システムは、操船デバイスの駆動を制御する制御手段と、ウェイポイントを設定するウェイポイント設定手段と、船位および船首方向を把握する位置／方位把握手段と、船体運動に影響する外乱を検出する外乱検知手段と、検知された外乱から外乱の変化を予測する外乱予測手段とを備え、制御手段は、予測された外乱の変化を考慮して前記操船デバイスの制御を行うことを特徴としている。 The automatic ship maneuvering system of the present invention has a control means for controlling the drive of the ship maneuvering device, a waypoint setting means for setting waypoints, a position / direction grasping means for grasping the ship position and the bow direction, and a disturbance affecting the hull motion. A disturbance detecting means for detecting a disturbance and a disturbance predicting means for predicting a change in a disturbance from the detected disturbance are provided, and the control means controls the ship maneuvering device in consideration of the predicted change in the disturbance. It is supposed to be.

制御手段による操船デバイスの制御は、自動入港・着桟モードを備える。制御手段による操船デバイスの制御は、係船監視モードを備えてもよい。制御手段による操船デバイスの制御は、半自動モードを備えてもよい。 The control of the ship maneuvering device by the control means includes an automatic port entry / berthing mode. The control of the ship maneuvering device by the control means may include a mooring monitoring mode. The control of the ship maneuvering device by the control means may include a semi-automatic mode.

外乱の検出には、例えば画像情報が用いられる。また、外乱の検出には、例えばライダーが用いられる。外乱には、少なくとも波、風、潮流の何れか１つが含まれる。 For example, image information is used to detect disturbance. Further, for example, a rider is used to detect the disturbance. Disturbances include at least one of waves, winds, and currents.

本発明の船舶は、上記の何れか自動操船システムを備えることを特徴としている。 The ship of the present invention is characterized by comprising any of the above automatic ship maneuvering systems.

本発明によれば、アプローチを含む離着桟や係船を自動で行うことができる。 According to the present invention, takeoff and landing including an approach and mooring can be automatically performed.

本発明の一実施形態の自動操船システムを搭載した船舶の操船の概要を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the outline of the ship maneuvering of the ship equipped with the automatic ship maneuvering system of one Embodiment of this invention. 自動操船システムの概要を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of an automatic ship maneuvering system. 本実施形態の自動操船システムを搭載する船舶の運用の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation flow of the ship equipped with the automatic ship maneuvering system of this embodiment. 自動入港・自動着桟を行う際の自動操船システムの動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation flow of the automatic ship maneuvering system at the time of automatic port entry and automatic landing. 図４のフローチャートに示される自動操船制御の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the automatic ship maneuvering control shown in the flowchart of FIG.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態の自動操船システムを搭載した船舶の操船の概要を説明する模式図である。なお、本実施形態の自動操船システムは、後述するようにアプローチを含む離着桟や係船を自動で行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an outline of maneuvering a ship equipped with an automatic ship maneuvering system according to an embodiment of the present invention. The automatic ship maneuvering system of the present embodiment automatically performs takeoff and landing and mooring including an approach, as will be described later.

本実施形態の船舶１０は、例えばポッド型の推進機１０Ａやバウスラスタなどの補助推進機１０Ｂを備え、舵（不図示）や推進機１０Ａの向きや回転速度、可変ピッチプロペラのピッチ角、補助推進機１０Ｂの回転速度などを制御することで、推進機１０Ａを用いた通常の推進に加え、船舶１０の位置や向きを自由に制御可能である。本実施形態の自動操船システム１２（図２参照）では、操船者が船舶１０の最終的な目標位置（目標点）Ｐ、最終目標方位Ａや最終目標位置Ｐまでの航路（暫定的な目標位置Ｐおよび目標方位Ａ：ウェイポイントＷＰ）が予め入力される。自動操船システム１２は、複数のセンサからの入力に基づき、船舶１０の位置、姿勢、速度や、これらの外乱により船舶１０に作用する外力を高い精度で計測する。更に、自動操船システム１２では、船舶１０には、船舶１０の位置、姿勢、速度、および潮流、風、波などの外乱の予測値が導出され、これらの計測値および予測値に基づき推進機１０Ａ、補助推進機１０Ｂ、舵等を動きが制御される。 The ship 10 of the present embodiment includes, for example, an auxiliary propulsion machine 10A such as a pod-type propulsion machine 10A or a bow raster, and the direction and rotation speed of the rudder (not shown), the propulsion machine 10A, the pitch angle of the variable pitch propeller, and the auxiliary propulsion. By controlling the rotation speed of the machine 10B and the like, the position and orientation of the ship 10 can be freely controlled in addition to the normal propulsion using the propulsion machine 10A. In the automatic ship maneuvering system 12 (see FIG. 2) of the present embodiment, the operator has a route (provisional target position) to the final target position (target point) P, the final target direction A, and the final target position P of the ship 10. P and target direction A: waypoint WP) are input in advance. The automatic ship maneuvering system 12 measures the position, attitude, and speed of the ship 10 and the external force acting on the ship 10 due to these disturbances with high accuracy based on the inputs from the plurality of sensors. Further, in the automatic ship maneuvering system 12, the position, attitude, speed, and predicted values of disturbances such as tidal current, wind, and wave are derived for the ship 10, and the propulsion device 10A is based on these measured values and predicted values. , Auxiliary propulsion machine 10B, rudder, etc. are controlled in motion.

図２は、自動操船システム１２の概要を示すブロック図である。船舶１０の船体には、前述したように外乱として例えば、潮流、風、波等が作用し、船体運動を引き起こす。船体の運動（サージ、スウェイ、ヨー、ロール、ピッチなど）は、船舶１０に設置されたＧＰＳセンサやジャイロコンパス等の複数のセンサ１４により検知され、例えば、データのバラつき等を取り除くカルマンフィルタ１６などを介して取得される。これら船体運動に関わるデータからは、現在の船位、船首方位が導出されるとともに、潮流や風の影響により船体に作用している現在の定常的な外力（定常力）が導出される。なお、フィルタは、船舶の大きさに応じた適切なフィルタが構築され、着岸位置に対する残距離、速度を正確に把握される。 FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the automatic ship maneuvering system 12. As described above, for example, a tidal current, a wind, a wave, or the like acts on the hull of the ship 10 as a disturbance, causing the hull motion. The movement of the hull (surge, sway, yaw, roll, pitch, etc.) is detected by a plurality of sensors 14 such as a GPS sensor and a gyro compass installed on the ship 10, and for example, a Kalman filter 16 that removes data variation and the like is used. Obtained through. From the data related to these hull motions, the current ship position and bow direction are derived, and the current steady external force (steady force) acting on the hull due to the influence of tidal current and wind is derived. As for the filter, an appropriate filter is constructed according to the size of the ship, and the remaining distance and speed with respect to the berthing position can be accurately grasped.

また、本実施形態では、更に、準天頂衛星など高精度ＧＰＳ、動揺計、ライダー、カメラ等のセンサセット２２を備え、船体運動に関わるより詳細なデータが取得される。センサセット２２で取得されたデータは、データ処理フィルタ２４を介して例えばデータのバラつき等が取り除かれる。センサセット２２で取得されたデータの一部は、より正確な船位、船首方位等を得るために用いられ、カルマンフィルタ１６からの船位、船首方位データの補正に用いられる。補正された現在の船位および船首方位は、フィードバックされ、ウェイポイントＷＰとして設定されている目標位置および目標方位との偏差が求められ、制御システム１８へ入力される。一方、カルマンフィルタ１６を介して求められた定常力およびデータ処理フィルタ２４を介して得られる岸壁までの残距離、寄り速度、外乱予測等は、直接制御システム１８へ入力される。 Further, in the present embodiment, a sensor set 22 such as a high-precision GPS such as a quasi-zenith satellite, a sway meter, a rider, and a camera is provided, and more detailed data related to hull motion can be acquired. For the data acquired by the sensor set 22, for example, data variation is removed via the data processing filter 24. A part of the data acquired by the sensor set 22 is used to obtain a more accurate ship position, bow direction, etc., and is used to correct the ship position, bow direction data from the Kalman filter 16. The corrected current ship position and head direction are fed back, the deviation from the target position and the target direction set as the waypoint WP is obtained, and the deviation is input to the control system 18. On the other hand, the steady force obtained through the Kalman filter 16 and the remaining distance to the quay, the approach speed, the disturbance prediction, etc. obtained through the data processing filter 24 are directly input to the control system 18.

本実施形態では、風向風速計２０により風向、風速が計測され、制御システム１６へ入力される。また、本実施形態では、センサセット２２のカメラにより、海面の状況が撮像可能であり、撮影された海面の画像（例えば波面のステレオ画像計測から急峻もしくは長波長の波浪をモニタリング）や動揺計の値から、波浪の方向、波高、波長が把握され、所定時間後に船体に働く波漂流力を予測される。更に、本実施形態では、センサセット２２のライダー（ＬＩＤＥＲ）による海面情報からも、所定時間後に船体に働く風圧力がより正確に予測される。なお、風圧力予測は、例えば上空の風速は海面近くの風速に先行して変化するという気象現象を利用して予測されるもので、センサセット２２のライダーにより上空風速の計測することで船体に働く風圧力を予め予測している。なお、波面のステレオ画像計測から風況変化をモニタリングすることも可能である。 In the present embodiment, the wind direction and the wind speed are measured by the anemometer 20 and input to the control system 16. Further, in the present embodiment, the camera of the sensor set 22 can capture the state of the sea surface, and the captured sea surface image (for example, monitoring steep or long wavelength waves from the stereo image measurement of the wave surface) or the sway meter. From the value, the direction, wave height, and wavelength of the wave are grasped, and the wave drifting force acting on the hull after a predetermined time is predicted. Further, in the present embodiment, the wind pressure acting on the hull after a predetermined time is more accurately predicted from the sea level information obtained by the rider (LIDER) of the sensor set 22. The wind pressure prediction is predicted using, for example, a meteorological phenomenon in which the wind speed in the sky changes in advance of the wind speed near the sea surface. The working wind pressure is predicted in advance. It is also possible to monitor changes in wind conditions from the stereo image measurement of the wavefront.

制御システム１８では、現在の定常力、残距離、寄り速度、外乱予測、予測された波漂流力変化、予測された風圧力変化等を用いて目標値との偏差に補正を加え、推進機１０Ａや補助推進機１０Ｂ等のプロペラピッチ（翼角）、ポッド旋回角、プロペラ回転数等に関わる操作量を各アクチュエータ２６へと出力する。なお、アクチュエータ２６の駆動による実際のプロペラピッチ（翼角）、ポッド旋回角、プロペラ回転数等の値も制御システム１８にフィードバックされており、操作量の算出に用いられる。アクチュエータ２６の同制御により、船舶１０の操船デバイス（舵、プロペラ、スラスタ、旋回式推進器）は低速運動制御され、船体は安全な速度および姿勢で港湾口から着桟バースまで自動でアプローチし、自動で着桟することができる。 In the control system 18, the deviation from the target value is corrected by using the current steady force, the remaining distance, the approach speed, the disturbance prediction, the predicted wave drifting force change, the predicted wind pressure change, etc., and the propeller 10A And the operation amount related to the propeller pitch (blade angle), pod turning angle, propeller rotation speed, etc. of the auxiliary propulsion machine 10B, etc. are output to each actuator 26. Values such as the actual propeller pitch (blade angle), pod turning angle, and propeller rotation speed driven by the actuator 26 are also fed back to the control system 18 and used for calculating the operation amount. By the same control of the actuator 26, the ship maneuvering devices (rudder, propeller, thruster, swivel propulsion device) of the ship 10 are controlled to move at low speed, and the hull automatically approaches from the port entrance to the pier berth at a safe speed and attitude. It can land automatically.

図３は、本実施形態の自動操船システム１２を搭載する船舶１０の運用の流れを示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing the operation flow of the ship 10 equipped with the automatic ship maneuvering system 12 of the present embodiment.

船舶１０は、例えば水道から港湾へアプローチし（ステップＳ１００）、港湾口へ到達すると（ステップＳ１０２）、自動操船システム１２の運転を開始する。自動操船システム１２に制御される船舶１０は、桟橋へアプローチのために予め設定された複数のウェイポイントＷＰを通過して桟橋に向かい（ステップＳ１０４）、着桟制御が行われる。船舶１０が最終目標位置Ｐおよび最終目標方位Ａとして設定された着桟チェックウェイポイントに到着（ステップＳ１０６）すると、後述するフェンダータッチが確認され、自動操船システム１２の動作は停止され、係船作業が開始される（ステップＳ１０８）。係船作業が終了すると着桟は完了する（ステップＳ１１０）。 For example, when the ship 10 approaches the harbor from the water supply (step S100) and reaches the harbor entrance (step S102), the automatic ship maneuvering system 12 starts operation. The ship 10 controlled by the automatic ship maneuvering system 12 passes through a plurality of waypoints WP preset for approaching the pier and heads toward the pier (step S104), and pier control is performed. When the ship 10 arrives at the berthing checkway point set as the final target position P and the final target direction A (step S106), the fender touch described later is confirmed, the operation of the automatic ship maneuvering system 12 is stopped, and the mooring work is started. It is started (step S108). When the mooring work is completed, the berthing is completed (step S110).

図４は、自動入港・自動着桟を行う際（自動入港・着桟モードを利用する際）の自動操船システム１２の動作の流れを示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing the operation flow of the automatic ship maneuvering system 12 when performing automatic port entry / berthing (when using the automatic port entry / berthing mode).

自動入港・自動着桟を行う際には、港湾口から着桟バースまでの複数のウェイポイントＷＰ（目標位置Ｐおよび目標方位Ａ）を人が予め入力・設定し、船舶１０の港湾口から着桟バースまでの航路を決定する（ステップＳ２００）。ウェイポイントＷＰの設定が終了すると、自動操船システム１２は初期化を開始し、各種センサやアクチュエータとの接続状態等を検知し、システムの状態が正常である否かを確認する（ステップＳ２０２）。初期化が終了すると、本実施形態の自動操船制御が開始される（ステップＳ２０４）。自動操船制御中に半自動への切り替えが指示された場合には、例えばジョイスティックなどの操縦機器を用いた手動制御が開始され（ステップＳ２０６）、半自動による着桟が行われる。一方、半自動への切り替え行われなければ、自動操船制御（ステップＳ２０４）において自動入港・自動着桟が行われ、本自動入港・着桟モードは終了し、自動操船システム１２は係船監視モードへと移行する。 When performing automatic port entry / berthing, a person inputs and sets multiple waypoints WP (target position P and target direction A) from the port entrance to the berthing berth in advance, and arrives from the port entrance of the vessel 10. The route to the pier berth is determined (step S200). When the setting of the waypoint WP is completed, the automatic ship maneuvering system 12 starts initialization, detects the connection state with various sensors and actuators, and confirms whether the system state is normal (step S202). When the initialization is completed, the automatic ship maneuvering control of the present embodiment is started (step S204). When switching to semi-automatic is instructed during automatic ship maneuvering control, manual control using a control device such as a joystick is started (step S206), and semi-automatic berthing is performed. On the other hand, if the switch to semi-automatic is not performed, automatic port entry / berthing is performed in the automatic ship maneuvering control (step S204), the automatic port entry / berthing mode ends, and the automatic ship maneuvering system 12 shifts to the mooring monitoring mode. Transition.

図５は、図４のフローチャートに示される自動操船制御（ステップＳ２０４）の詳細を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing the details of the automatic ship maneuvering control (step S204) shown in the flowchart of FIG.

図４、５の例では、自動操船システム１２において自動入港・着桟モードが選択されているので、初期化後（ステップＳ２０２）は、自動入港・着桟モードへの切り替えが行われる（ステップＳ３００）。自動入港・着桟モードでは、ＧＰＳで自船の位置や方位、速度等が把握され、更にライダー（ＬＩＤＥＲ）やカメラ等のセンサ、風向風速計等を用いて、例えば、風、波等の周辺の状態が監視される。また、これらのセンサからの入力に基づき、船体に作用している外力（外乱）が推定されるとともに、所定時間に亘る外力（外乱）の変化が予測される。また、他船等と干渉を予測し、その危険度に応じて、自動で警告、回避操船を行う（ステップＳ３０２）。 In the examples of FIGS. 4 and 5, since the automatic port entry / berthing mode is selected in the automatic ship maneuvering system 12, after initialization (step S202), switching to the automatic port entry / berthing mode is performed (step S300). ). In the automatic port entry / berthing mode, the position, direction, speed, etc. of the own ship are grasped by GPS, and further, using sensors such as a rider (LIDER) and a camera, anemometer, etc., for example, around wind, waves, etc. The status of is monitored. Further, based on the input from these sensors, the external force (disturbance) acting on the hull is estimated, and the change of the external force (disturbance) over a predetermined time is predicted. In addition, it predicts interference with other ships and automatically warns and avoids the ship according to the degree of danger (step S302).

船舶１０が、着桟バースに所定距離にまで近づくと、自動接岸制御が開始され、例えばｃｍ／秒のオーダーでの高精度の船体運動の把握・制御が行われる（ステップＳ３０４）。自動接岸制御では、岸壁ラインに対する船首・船尾・中央の速度および残距離が監視される（ステップＳ３０６）。また、同制御中には、自動接岸モードを継続するか、半自動モード（図４、ステップＳ２０６）に切り替えるかの選択可能である（ステップＳ３０８）。半自動モードでは、例えば船首方向（方位）のみ自動で保持され、前後左右方向の船位は操縦機器でマニュアル制御される（なお所定方向、例えば前後の運動のみ自動制御により規制する構成としてもよい）。船体がフェンダーに接触すると、自動接岸制御は係船作業終了まで船体を桟橋に押し付ける（ステップＳ３１０）。 When the ship 10 approaches the berthing berth to a predetermined distance, automatic berthing control is started, and high-precision hull motion is grasped and controlled in the order of cm / sec, for example (step S304). In the automatic berthing control, the speed and remaining distance of the bow, stern, and center with respect to the quay line are monitored (step S306). Further, during the control, it is possible to select whether to continue the automatic berthing mode or switch to the semi-automatic mode (FIG. 4, step S206) (step S308). In the semi-automatic mode, for example, only the bow direction (direction) is automatically held, and the ship position in the front-back and left-right directions is manually controlled by the control device (note that only the predetermined direction, for example, the front-back movement may be regulated by automatic control). When the hull touches the fender, the automatic berthing control pushes the hull against the pier until the mooring work is completed (step S310).

以上のように、本実施形態の自動操船システム１２の自動入港・着桟モードによれば、港湾口からのアプローチを含む着桟を自動で、かつ安全に行うことができる。なお、離桟の場合には、同運用を逆に行うことで対応可能である。 As described above, according to the automatic port entry / berthing mode of the automatic ship maneuvering system 12 of the present embodiment, berthing including the approach from the harbor entrance can be performed automatically and safely. In the case of leaving the pier, it can be handled by performing the same operation in reverse.

また、本実施形態の自動操船システム１２の自動入港・着桟モードによれば、フィルタによりデータ飛びを低減するとともに、画像情報を含む複合センサ情報から信頼性の高い情報を抽出することができるので、桟橋のフェンダー位置を検出して、最終着岸面の位置と桟橋の法線を正確に把握することもできる。そのため、海図に記載のバースの座標が不正確であっても安全に精密な着岸が可能である。 Further, according to the automatic port entry / arrival mode of the automatic ship maneuvering system 12 of the present embodiment, data skipping can be reduced by the filter, and highly reliable information can be extracted from the composite sensor information including the image information. , It is also possible to detect the fender position of the pier and accurately grasp the position of the final berthing surface and the normal of the pier. Therefore, even if the coordinates of the berth shown on the nautical chart are inaccurate, it is possible to safely and precisely berth.

また、本実施形態では、準天頂衛星など高精度ＧＰＳ等を使用するとともに、船の運動応答を考慮したカルマンフィルタをデータ飛びを除去するフィルタとして使用することで、最終着岸面に対しても、より正確に残距離、寄り速度を把握することが可能である。 Further, in the present embodiment, a high-precision GPS such as a quasi-zenith satellite is used, and a Kalman filter considering the motion response of the ship is used as a filter for removing data skipping, so that the final berthing surface can be further improved. It is possible to accurately grasp the remaining distance and approach speed.

また、本実施形態では、画像情報やライダー情報など各種センサの情報を利用して、外乱の近未来の変化を予測することで、突発的な風興変化や大波を予測することができるので、アプローチも含めた、より安全な着桟操船を実施することができる。 Further, in the present embodiment, by using information from various sensors such as image information and rider information to predict changes in the near future of disturbance, sudden changes in wind and large waves can be predicted. It is possible to carry out safer berthing maneuvers, including approaches.

また、本実施形態では、予測した外乱の変化を制御にフィードフォワードすることで、検出される寄り速度を元に高度な速度制御が可能であり、バースに近づける方向の制御力と、遠ざける方向の制御力をバランスさせながら、そのバランスを少しずつ崩すことにより船体を移動させる外乱に強靱な制御を実現できる。なお、例えば中小型船などでは、バースとの距離５ｍ以下では、岸壁ボラードに係船策を仮掛けして、船体のウインドラスで近づける力を出し、船体のアクチュエータでバースから遠ざかる力を出す方法を採用することもできる。 Further, in the present embodiment, by feedforwarding the predicted change of the disturbance to the control, advanced speed control is possible based on the detected approach speed, and the control force in the direction of approaching the berth and the control force in the direction of moving away from the berth are possible. By balancing the control force and gradually breaking the balance, it is possible to realize robust control against disturbances that move the hull. For small and medium-sized vessels, for example, at a distance of 5 m or less from the berth, a method of temporarily hanging a mooring measure on the quay bollard to exert a force to bring it closer with the hull windlass and to exert a force to move away from the berth with the hull actuator. It can also be adopted.

次に、本実施形態の自動操船システム１２の係船監視モードについて説明する。係船作業では、係船策の受け渡しが最も作業負担が多い。ヒービングラインを陸側の作業員に受け取ってもらいそれを引き上げてもらうが、係留策は重く、本数も多いため、負担と手間が大きい。岸壁との残距離が３ｍ程度なら、ヒービングラインは不要あり、作業の効率化が見込める。 Next, the mooring monitoring mode of the automatic ship maneuvering system 12 of the present embodiment will be described. In mooring work, delivery of mooring measures is the most burdensome. The heaving line is received by a worker on the land side and pulled up, but the mooring measures are heavy and the number of lines is large, so the burden and labor are heavy. If the remaining distance from the quay is about 3 m, there is no need for a heaving line, and work efficiency can be expected.

そのため、本実施形態の係船監視モードでは、自動着桟機能もしくは自動位置保持機能（ＤＰ）を用いてバース前３ｍ程度の地点に船を停止させ、係船策をヒービングライン無しで渡せる状態を実現する。このとき、岸壁方向の水流反射、波浪の反射による船体の離岸（岸壁とのインタラクション）を考慮して船を制御する。 Therefore, in the mooring monitoring mode of the present embodiment, the automatic berthing function or the automatic position holding function (DP) is used to stop the ship at a point about 3 m in front of the berth, and the mooring measures can be passed without a heaving line. .. At this time, the ship is controlled in consideration of the departure of the hull (interaction with the quay) due to the reflection of water flow toward the quay and the reflection of waves.

また、係船作業では、係船策を取り終わり、船舶の係船が終了するまでは、最終着岸位置を一定時間保持することが望ましい。しかし実際は、風、波、潮流により、船を一定位置に自動で保持することは難しい。そこで本実施形態では、波浪外乱予測を利用して船体を岸壁のフェンダーに押しつける力を自動制御し、仮留めボラードに掛けた係船策を本船ウインドラスで巻き取り、係船策で船位が決まるまで、最終着岸位置を一定時間保持する。 In addition, in mooring work, it is desirable to maintain the final berthing position for a certain period of time until the mooring measures are taken and the mooring of the ship is completed. However, in reality, it is difficult to automatically hold the ship in place due to wind, waves, and tides. Therefore, in this embodiment, the force that pushes the hull against the fender of the quay is automatically controlled by using the wave disturbance prediction, the mooring measure applied to the temporary fastening bollard is wound up by the ship windlass, and the ship position is determined by the mooring measure. Hold the final berthing position for a certain period of time.

更に、係船中は、潮位・荷役の進行状況により、本船の喫水が変化する。また風、波、潮等により本船位置、係船策に作用する張力が異なってくるので、係留状態を常に監視して、必要に応じて係船策の調整を実施する必要がある。本実施形態の係船監視モードでは、係留策に働くテンションを、ＧＰＳ等で計測した船***置および状態、ボラード位置からリアルタイムで算出する。また、ボラード部に張力計をつけて無線で自動操船システム１２に入力する構成とすることも可能である。また、これらの入力に応じて、船舶１０および係留策の状態変化に応じて必要な操作をリコメンドする機能を自動操船システム１２に設けてもよい。 Furthermore, while the ship is moored, the draft of the ship changes depending on the tide level and the progress of cargo handling. In addition, since the position of the ship and the tension acting on the mooring measures differ depending on the wind, waves, tides, etc., it is necessary to constantly monitor the mooring state and adjust the mooring measures as necessary. In the mooring monitoring mode of the present embodiment, the tension acting on the mooring measure is calculated in real time from the hull position and state measured by GPS or the like and the bollard position. It is also possible to attach a tension gauge to the bollard portion and wirelessly input to the automatic ship maneuvering system 12. Further, the automatic ship maneuvering system 12 may be provided with a function of recommending necessary operations according to the state change of the ship 10 and the mooring measures in response to these inputs.

なお、本実施形態の船舶は、ポッド型の推進機を搭載したが、補助推進機を備えれば、メインの推進機としては固定軸の推進機のみを備える船舶であってもよい。 The ship of the present embodiment is equipped with a pod-type propulsion machine, but if it is equipped with an auxiliary propulsion machine, the ship may be a ship equipped with only a fixed-axis propulsion machine as the main propulsion machine.

１０ 船舶
１０Ａ 推進機
１０Ｂ 補助推進機
１２ 自動操船システム
１４ センサ
１６ カルマンフィルタ
１８ 制御システム
２０ 風向風速計
２２ センサセット
２４ データ処理フィルタ
２６ アクチュエータ 10 Ship 10A Propulsion Machine 10B Auxiliary Propulsion Machine 12 Automatic Ship Maneuvering System 14 Sensor 16 Kalman Filter 18 Control System 20 Wind Direction Anemometer 22 Sensor Set 24 Data Processing Filter 26 Actuator

Claims (8)

操船デバイスの駆動を制御する制御手段と、
ウェイポイントを設定するウェイポイント設定手段と、
船位および船首方向を把握する位置／方位把握手段と、
船体運動に影響する外乱を検出する外乱検知手段と、
検知された前記外乱から所定時間後に船体に働く外乱の変化を予測する外乱予測手段とを備え、
前記制御手段が、前記ウェイポイントとして設定された目標位置および目標方位と、前記位置／方位把握手段により把握される船位および船首方位との偏差から前記操船デバイスをフィードバック制御し、予測された外乱の変化により前記偏差の補正を行う
ことを特徴とする自動操船システム。 Control means to control the drive of the ship maneuvering device,
Waypoint setting means for setting waypoints and
Position / direction grasping means for grasping the ship position and bow direction,
Disturbance detection means to detect disturbances that affect ship motion,
It is equipped with a disturbance predicting means for predicting changes in the disturbance acting on the hull after a predetermined time from the detected disturbance.
The control means feedback-controls the ship maneuvering device from the deviation between the target position and the target direction set as the way point and the ship position and the bow direction grasped by the position / direction grasping means, and controls the predicted disturbance. An automatic ship maneuvering system characterized in that the deviation is corrected by a change. 前記制御手段による操船デバイスの制御が、自動入港・着桟モードを備えることを特徴とする請求項１に記載の自動操船システム。 The automatic ship maneuvering system according to claim 1, wherein the control of the ship maneuvering device by the control means includes an automatic port entry / berthing mode. 前記制御手段による操船デバイスの制御が、係船監視モードを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動操船システム。 The automatic ship maneuvering system according to claim 1 or 2, wherein the control of the ship maneuvering device by the control means comprises a mooring monitoring mode. 前記制御手段による操船デバイスの制御が、半自動モードを備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の自動操船システム。 The automatic ship maneuvering system according to any one of claims 1 to 3, wherein the control of the ship maneuvering device by the control means includes a semi-automatic mode. 前記外乱の検出には、画像情報が用いられることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の自動操船システム。 The automatic ship maneuvering system according to any one of claims 1 to 3, wherein image information is used for detecting the disturbance. 前記外乱の検出には、ライダーが用いられることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の自動操船システム。 The automatic ship maneuvering system according to any one of claims 1 to 4, wherein a rider is used for detecting the disturbance. 前記外乱には、少なくとも波、風、潮流の何れか１つが含まれることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の自動操船システム。 The automatic ship maneuvering system according to any one of claims 1 to 6, wherein the disturbance includes at least one of a wave, a wind, and a tidal current. 請求項１〜７の何れか一項に記載の自動操船システムを備える船舶。 A ship provided with the automatic ship maneuvering system according to any one of claims 1 to 7.
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