JPH07181255A - 船舶衝突座礁予防システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 進行方向の水中に存在する暗礁等の危険物ま
での深さ及び距離を、より遠くから速く容易に検出する
ことで暗礁への衝突を防止させる船舶衝突座礁予防シス
テムを得ることを目的とする。 【構成】 大形輸送船１に搭載された無人ヘリ２をヘリ
コントローラ１ｂにより遠隔制御によって飛行させ、こ
の無人ヘリ２からのレーザ光の反射光に基づいた水面と
水底までの深さと飛行現在位置を船舶上で受信し、海底
情報抽出手段１ｃがこの無人ヘリ２からの深さ及び飛行
現在位置を受信してＣＲＴ１ｄに表示させるようにし、
その深さから暗礁であると判断したときは、その暗礁付
近に航走体３を航走させて、超音波による海底又は暗礁
の詳細情報を得て、この詳細情報に基づいて、海底形状
算出手段１ｇが暗礁又は海底を３次元表示させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は船舶衝突座礁予防システ
ムに関し、特に暗礁又は狭い海域を安全に航行させるた
めに、より速く海底の形状を検出できる船舶衝突座礁予
防システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来は暗礁のある浅海や狭水路を大型の
船舶が通行するとき、経験豊かな船員等が操舵しながら
船舶を航行させたり、また大型の船舶が入出港をする場
合は、湾内の海底地形が港毎に異なるため水先案内人が
操舵して、暗礁等への衝突を防止していたり、あるいは
暗礁のある浅海や狭水路を大型の船舶が通行するとき、
船首の船底付近に取付けたソーナーによって、暗礁等を
検知して暗礁等への衝突を防止していた。図８は従来の
船舶衝突座礁予防装置の概略構成図である。同図におい
てはソナーを用いた船舶衝突座礁予防装置について例示
する。図において、４０は超音波を発射させるためのパ
ルスを出力し、その反射音波より船舶と反射物までの距
離を求める制御処理部、４１は制御処理部４０からのパ
ルスが出力されたとき、そのパルス幅に相当する時間だ
け発信する超音波発信回路、４２は超音波発信回路４２
からの発信信号を増幅する電力増幅器、４３は電力増幅
器４２からの発信信号に基づいた音波を放射する送波
器、４４は音波を受波する受波器、４５は受波器４４か
らの受信信号を増幅する増幅器、４６は増幅器４５から
出力される受信信号より必要な信号を取出して制御処理
部４０に出力するフィルタである。この受波器４４、送
波器４３、増幅器４５、フィルタ４６、電力増幅回路４
２、超音波発信回路４１などからなるソーナーは船舶の
船首の船底付近に取付けられている。

【０００３】上記のように構成された従来の船舶衝突座
礁予防装置について以下に動作を説明する。船舶の操舵
室等に配置された制御処理部４０がパルスを出力する
と、超音波発信回路４１は、そのパルス幅に相当する時
間だけ、例えば数十ＫＨｚで発信し、その発信信号を電
力増幅回路４２に出力する。電力増幅回路４２はこの発
信信号を電力増幅して、船首の船底付近に取付けられて
いる送波器４３に出力し、送波器４３は電力増幅回路４
２からの発信信号に基づいた超音波を水中に放射する。

【０００４】そして、この超音波が水中を伝搬し、例え
ば岩礁等の反射物に当ると、それによって発生した反射
音波が船首の船底付近に取付けられている受波器４４に
よって捕らえられる。受波器４４で、この反射音波は電
気信号に変換され、増幅器４５で増幅され、フィルタ４
６で必要な信号のみが取出されて制御処理部４０に送出
される。制御処理部４０は送波器４３から超音波が発射
されてから受波器４４で受信されるまでの時間Ｔを計測
し、この計測値に基づいて以下の（１）式に示すように
して船舶と水中における反射物までの距離を求めてい
た。 Ｌ＝（Ｃ×Ｔ）／２………………………………（１） Ｌ：距離 Ｃ：音速 Ｔ：伝達時間

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に船舶に取付けら
れるソーナーというのは、発射方向を前方向にすると、
拡散しながら伝搬し、岸や海面、海底で反射が起こり、
複雑な伝搬を繰返すことになるため残響分が多くなっ
て、暗礁からの反射波かどうかを区別することができな
くなる。このため、上記のようにソーナーが船首の船底
付近に取付けられ、送波器及び受波器の指向性は所定の
角度をもって海底方向になるようにされている。しか
し、送波器及び受波器の指向性は所定の角度をもって海
底方向になるようにされているため、ある程度、暗礁等
の反射物に近付かなければ、その反射物を検出すること
ができない。つまり、暗礁等が検出されたときは、船舶
がこの暗礁に近付いており、反射物と船舶との距離は短
いことになる。特に、大型輸送船舶が水路（航路）の幅
が狭い場所、又は暗礁等があって水深が浅い場所を航行
する場合は、船舶というのは停止させても、長さの数十
倍移動するものであるから、暗礁の検出に伴って停止を
試みても間に合わない場合があるという問題点があっ
た。また、音波というのは、水中においては、水温等に
基づいた伝達進路でもって進行する。このため、ソーナ
ーの放射軸が船舶の進行方向となるように船首の前に取
り付けた場合は、そのソーナーからの超音波は水面付近
の水深が浅いところを伝達し、岸や海面、海底で複雑な
反射が起こり、残響となってしまい、暗礁なのか海面反
射等によるものかが区別することが困難であったという
問題点があった。さらに、暗礁であることが分かったと
しても、水深の浅いところを複雑な伝達進路でもって進
行するため、どのような経路で受信されたエコーかが分
からないので、暗礁までの距離を求めることが困難であ
るという問題点があった。本発明は以上の問題点を解決
するためになされたもので、船舶の航行中において、進
行方向の水中に存在する暗礁等の危険物までの深さ及び
距離を、より遠くから速く容易に検出することで暗礁へ
の衝突を防止させる船舶衝突座礁予防システムを得るこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる船舶衝突
座礁予防システムは、遠隔制御によって飛行して、レー
ザ光を発射し、レーザ光の反射光の強度に基づいて、水
面と水底までの第１の深さを求め、飛行現在位置と共に
第１の深さを送信する無人ヘリと、無人ヘリを操作する
操作信号に基づいた遠隔制御信号を無人ヘリに送信し、
無人ヘリから送信される第１の深さ及び飛行現在位置を
受信して表示させる第１の海底探索部と、十文字送受波
器アレーを底部に備えて、遠隔制御によって水中を航行
し、十文字送受音器アレーを駆動して超音波を発射さ
せ、その反射音の受音レベルに基づいて、水底までの距
離を求め、この距離と水中現在位置と現在の自己の深さ
とを共に出力する航走体と、水中航走体を操作する操作
信号に基づいた遠隔制御信号を航走体に送出し、航走体
から送出される航走体の深さ及び水中現在位置を受信
し、航走体の深さと距離とに基づいて、水面から海底ま
での第２の深さを求め、第２の深さと水中現在位置とに
基づいた海底の３次形状を求めて表示する第２の海底探
索部とを備えたものである。

【０００７】

【作用】本発明においては、船舶に搭載された無人ヘリ
を遠隔制御によって飛行させ、この無人ヘリからのレー
ザ光の反射光に基づいた水面と水底までの第１の深さと
飛行現在位置を船舶上で受信し、この無人ヘリからの第
１の深さ及び飛行現在位置を受信して表示させる。ま
た、船舶に搭載された航走体を水中に発射させ、この航
走体が航行しながら十文字送受波器アレーを駆動して得
た航走体と水底までの距離、水中現在位置及び航走体の
深さとを受けて、この航走体の深さ及び水中現在位置と
前記距離とに基づいて、水面から海底までの第２の深さ
を求め、第２の深さと水中現在位置とに基づいた海底の
３次形状を求めて表示する。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の船舶座礁衝突防止システムの
概念図である。この場合は、海を例にして説明する。図
において、１は大型輸送船、１ａは大型輸送船１に搭載
されている無線機、１ｂは無線機１ａに接続されたヘリ
コントローラ、１ｃは無線機１ａからの受信信号よりヘ
リ位置信号及び海底の深さ信号を取り出し、所定の表示
形式にしてＣＲＴ１ｄに表示させる海底情報抽出手段で
ある。この１ａ〜１ｃまでを第１の海底探索部という。

【０００９】１ｅは操作信号に基づいて後述する航走体
を制御する航走体コントローラ、１ｆは航走体に制御信
号を出力すると共に、航走体からの情報を受けて出力す
る伝送手段、１ｇは伝送手段１ｆからの情報より海底形
状を立体的に算出してＣＲＴ１ｄに表示させる海底形状
算出手段、１ｈは伝送手段１ｆからの情報より、航走体
の位置信号を取り出し、所定の表示形式にしてＣＲＴ１
ｄに表示させる航走***置表示手段である。この１ｅ〜
１ｈを第２の海底探索部という。２は無人ヘリ、３は海
中遠隔制御航走体である。同図は幅が狭い水路（又は航
路）の場所や水深が浅い場所を大型輸送船１が通過する
とき、暗礁等に坐礁しないように、航路の前方上空に無
人ヘリ２を飛ばし、この無人ヘリ２よりレーザを発射さ
せて海中の一次広域探索を行い、また航路の前方海上又
は海中に海中遠隔制御航走体３を走らせて海中で超音波
を使用させて海中の２次探索をおこなわせるものであ
る。初めに、この一次広域探索について図を用いて以下
に説明する。

【００１０】図２は無人ヘリの概略構成図である。図に
おいて、４はレーザ発信器、５と６はレーザ発信器４か
らのレーザビームの広がり角を制御する凹レンズと凸レ
ンズ、７は凸レンズ６からのレーザビームを反射するミ
ラーである。８はミラー７からのレーザビームを反射す
るミラー９を備え、このミラー９を左右に振ることで捜
索海域を広げる走査部、１３はレーザ集光器、１４は絞
り機構、１５は凸レンズ、１６は光シャッタ、１７は干
渉フィルタ、１８は干渉フィルタ１７からの反射光を電
気信号に変換する光検出部、１９は無線機、２０は光検
出部１８からの受信信号の強度に基づいて海面から海底
までの深さを算出する深さ算出部、２２はＧＰＳ（Ｇｌ
ｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受
信機である。上記の構成に基づいて以下に動作を説明す
る。大型輸送船１が海底の状況が必要な航路に入ると
（例えば岩礁等がある海域）、大型輸送船１の船員がヘ
リコントローラ１ｂを操作し、無線機１ａを介して無人
ヘリ２を飛ばす。そして、船員がヘリコントローラ１ｂ
を操作し、無線機１ａを介して、無線誘導によって、大
型輸送船１の進行方向に向かって飛ばし、少なくとも、
大型輸送船１の幅以上の海域を蛇行させながら飛ばす。

【００１１】図３は無人ヘリの蛇行飛行の説明図であ
る。同図に示すように、無人ヘリ２を大型輸送船１の進
行方向に向かって飛ばし、所定ポイントに到達したこ
ろ、蛇行飛行させ、ヘリコントローラ１ｂを操作して無
線機１ａを介して無人ヘリ２に計測指令信号を送信させ
る。無人ヘリ２はこの計測指令信号を無線機１９により
受信し、無線機１９が受信に伴って、トリガ信号をレー
ザ発信器４に出力する。レーザ発信器４はトリガ信号に
より発信し、青緑色レーザをレンズ５、レンズ６、ミラ
ー７、走査部８のミラー９を介して高速で繰り返し海域
に放射させる。つまり、青緑色レーザは凹レンズ５と凸
レンズ６の組み合わせにより、ビームの広がり角を制御
し、ミラー７により反射させ、走査部８のミラー９より
海中に向けて放射するのである。また、走査部８はミラ
ー９を左右に振ることにより、捜索海域を広げる。

【００１２】これにより、無人ヘリ２から放射された青
緑色レーザ光は空中を伝搬し、一部の光は海面で反射
し、大部分の光は海中に透過する。海中に透過した光は
海底又は暗礁で反射される。また、レーザ光は海面での
スポット径は小さいが海中に入るとき屈折し、漏斗状態
に分散し広がるものである。そして、反射したレーザ光
は、光の可逆性の原理より、もときた光路を進み、海中
から出て空中を進み無人ヘリ２の走査部８に入る。走査
部８からの反射レーザ光はレーザ集光器１３に入り、こ
こでレーザ集光器１３は凹面鏡により集光され、絞り機
構１４を通過して外部からの不要な光がカットされる。
そして、凸レンズ１５で平行光に直されて、光シャッタ
１４により、強力な後方散乱光がカットされる。続い
て、干渉フィルタ１７により、不要な波長の光がカット
され、レーザ光による反射レーザ光のみが光検出部１８
に入り、電気信号に変換される。次に深さ算出部２０
は、この電気信号のレベルに応じて無人ヘリ２と海底又
は暗礁等までの高さを求め、所定の演算をして海面から
海底又は暗礁等までの深さを求めて無線機１９に出力す
る。

【００１３】無線機１９はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏ
ｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）受信機２２が得た位置とこの深さ
とを一組にした送信データを大型輸送船１に送信する。
次に、大型輸送船１の無線機１ａは無人ヘリ２からの送
信データを受信して海底情報抽出手段１ｃに出力する。
海底情報抽出手段１ｃは送信データを入力すると無人ヘ
リ２と大型輸送船１との距離による受信レベルの変化の
補正、高速返し計測によるＳ／Ｎ等の補正を行い、海底
又は暗礁までの深さ及び位置を抽出し、所定の表示形式
にしてＣＲＴ１ｄに表示させる。例えば、順次現在の無
人ヘリ２の地球座標を、そのときの海底又は暗礁の位置
とし、そのときの深さを一組にして、数値表示又はグラ
フ表示する。また、大型輸送船１と無人ヘリ２までの距
離と方向を求め、その値を位置として表示するようにし
てもよい。これにより、初めてその海域を航海するとし
ても、大型輸送船１の航海士は暗礁等のある海域の海底
を３次元的に把握できる。

【００１４】しかし、無人ヘリ２からのレーザ光という
のは海中に入るとさまざまな要因により減衰する。従っ
て、暗礁の凸部は検出できたとしても、それより深い稜
線の状態は検出できないこともある。そこで、無人ヘリ
２によって、大型輸送船１の進行方向に暗礁が検出され
ると、海中遠隔制御航走体３を船首から発射させて２次
探索を行う。この海中遠隔制御航走体３には以下に説明
する超音波送波器アレー（以下単に送波器アレーとい
う）と超音波受波器アレー（以下単に受波器アレーとい
う）とが備えられており、送波器アレーと受波器アレー
を総称して以下単に送受波器アレーという。

【００１５】図４は海中遠隔制御航走体の送受器アレイ
の指向特性の説明図である。同図に示すように、送受波
器アレーは海中遠隔制御航走体３の底部に備えられ、送
波器アレ−と受波器アレーとが互いに９０度ずらした十
文字構造となっている。また、送波器アレ−は航走体３
が進行する方向にｎ個の送波器からなり、受波器アレ−
は航走体３が進行する方向と直角方向にｍ個の受波器で
構成されている。従って、超音波の送波パルスは進行方
向に薄く、進行方向と直角方向に広い指向性をもった扇
形の送波ビームとして放射される。また受波器アレーの
受波指向性は進行方向に厚く、進行方向と直角方向に薄
い指向性をもった扇形の指向性となり、同図に示すよう
に送波と受波がクロスした斜線部分で反射した超音波を
受信する。図５は海中遠隔制御航走体の概略構成図であ
る。図において、２６は海中遠隔制御航走体３内の伝送
部、２７は演算制御部、２８は送信信号発生器、２９は
送信信号発生器２８からの信号をｎチャンネルに分け
て、ｎチャンネルの送波器アレイ３０に出力する電力増
幅回路、３３はｍチャンネルの受波器アレイ、３４は受
波器アレイ３３からのｍチャンネルの受送信号を増幅す
る増幅器、３５は電子スキャニング回路、３６は水圧
計、３７は深度検出器、３８はＩＮＳ（慣性航法）装
置、３９は位置検出回路である。

【００１６】上記のような海中遠隔制御航走体３は、大
型輸送船１からの指示に基づいて船首から発射される。
例えば、上記の無人ヘリ２によって暗礁がどこにあるか
が分かったとき、その暗礁を詳細に探索されるために発
射され、その暗礁付近に到達したとき船員により航走体
コントローラ１ｅにより蛇行と進行方向と検索指示が入
力される。この指示を伝送部１ｆに出力する。伝送部１
ｆは制御信号を所定の形式で接続ケーブル２３を介して
海中遠隔制御航走体３に送出する。伝送部２６は蛇行指
示と進行方向等の駆動制御信号は操舵制御部（図示せ
ず）に渡し、検索指示を演算制御部２７に渡す。また、
このとき大型輸送船１からはモータ駆動用の電力も送ら
れる。そして航走体の航路は、大型輸送船舶の横幅をカ
バーする範囲で蛇行していく。演算制御部２７は検索指
示を送信信号発生器２８に出力する。送信信号発生器２
８は、検索指示が入力する毎に、所定の時間だけ高周波
数ｆ１の発信信号を増幅器２９に出力する。この発信信
号は増幅器群２９によって電力増幅され、超音波送波器
アレイ３０に出力される。

【００１７】送波器アレー３０は、この信号の電気信号
の電気エネルギーを音響エネルギーに変換し、超音波パ
ルスとして進行方向に対して直角方向に扇形の指向性で
もって海中に放射する。このとき、電子スキャニング回
路３５は電気的にｍ個の受波器３で受かった受波信号に
加える遅延時間を変えて、受波器アレー３３の指向性を
左Ａ１から右Ａｚまで振り、Ａ１、Ａ２、……Ａｚの各
点での受波波形状をメモリ（図示せず）に記憶する。次
に演算制御部２７は、送波器アレー３０から放射した超
音波は海底又は暗礁で反射されるため、受波器アレー３
３で受かるまでの時間ｔを音速で割って航走体３と海底
又は暗礁までの距離Ｌを求め、深度検出回路３７は水圧
計３６の出力に基づいて、海面から航走体３の深度Ｈを
求める。そして、演算制御部２７は、この航走体３の深
度Ｈと海底又は暗礁までの距離Ｌとに基づいて、海面か
ら海底又は暗礁までの深度（深さ）を得る。例えば、深
度Ｈ＋距離Ｌ＝海面から海底又は暗礁までの深度として
求める。

【００１８】このようにして、航走体３は進行しながら
蛇行し、同様の測定をしながら海面から海底又は暗礁ま
での深度を求める。また、航走体３の位置検出回路３９
はＩＮＳ装置３８からＩＮＳ航法により求めれた位置を
検出して演算制御部２７に出力する。演算制御部２７は
海面から海底又は暗礁までの深度と共に、航走体３の位
置を伝送部２６を介して大型輸送船１に送出する。大型
輸送船１の海底形状算出部１ｇは、この海底又は暗礁ま
での深度を蓄積して以下に説明する海底の３次元形状を
作成して表示させ、航海士に大型輸送船１に対してどの
ような位置にあるかを立体的に知らせる。図６は航走体
による表示画面例の説明図である。同図に示すように、
暗礁又は海底等が詳細に立体的に表示され、距離軸、方
向軸及び深さ軸に基づいているため、自船に対する暗礁
又は海底の状況が詳細に分かるので、航海士はこの画面
を参照して大形輸送船１を航行させると、暗礁等があっ
ても安全に航行させることができる。

【００１９】図７は無線誘導によって海底又は暗礁の情
報を得るための概略構成図である。同図に示すように、
大形輸送船１と航走体３とを有線で接続しなくとも、航
走体に伝送部の代わりに送受信部を、背面にアンテナを
備えると、大形輸送船から無線誘導によって海底又は暗
礁の情報を得ることができる。このようにすると、有線
が不要になるため、大形輸送船の発射部に有線巻取用の
モータ等を備える必要がないため、システム的に安価に
なる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、船舶に搭
載された無人ヘリを遠隔制御によって飛行させ、この無
人ヘリからのレーザ光の反射光に基づいた水面と水底ま
での深さと飛行現在位置を船舶上で受信し、この無人ヘ
リからの深さ及び飛行現在位置を受信して表示させるよ
うにし、その深さから暗礁であると判断したときは、そ
の暗礁付近に航走体を航走させて、超音波による海底又
は暗礁の詳細情報を得て、この詳細情報に基づいて暗礁
又は海底を３次元表示させるようにしたことにより、例
えば船舶が狭い又は暗礁のある水域を航行するときに、
前もって無人ヘリによって暗礁がある場所を判断し、そ
の暗礁付近に航走体を航走させると、速く詳細に海底又
は暗礁形状を知らせることができるため、前もって航海
士はその暗礁の形状と進行方向に対してどのような位置
にあるかが分かるため、暗礁衝突を未然に防ぐことがで
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の船舶座礁衝突防止システムの概念図で
ある。

【図２】無人ヘリの概略構成図である。

【図３】無人ヘリの蛇行飛行の説明図である。

【図４】海中遠隔制御航走体の送受波器アレーの指向特
性の説明図である。

【図５】海中遠隔制御航走体の概略構成図である。

【図６】航走体による表示画面例の説明図である。

【図７】無線誘導によって海底又は暗礁の情報を得るた
めの概略構成図である。

【図８】従来の船舶衝突座礁予防装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 大型輸送船 １ａ 無線機 １ｂ ヘリコントローラ １ｃ 海底情報抽出手段 １ｅ 航走体コントローラ １ｆ 伝送手段 １ｇ 海底形状算出手段 １ｈ 航走***置表示手段 ２ 無人ヘリ ３ 海中遠隔制御航走体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠隔制御によって飛行して、レーザ光を
   発射し、該レーザ光の反射光の強度に基づいて、水面と
   水底までの第１の深さを求め、飛行現在位置と共に前記
   第１の深さを送信する無人ヘリと、 前記無人ヘリを操作する操作信号に基づいた遠隔制御信
   号を前記無人ヘリに送信し、前記無人ヘリから送信され
   る第１の深さ及び前記飛行現在位置を受信して表示させ
   る第１の海底探索部と、 十文字送受波器アレーを底部に備えて、遠隔制御によっ
   て水中を航行し、前記十文字送受音器アレーを駆動して
   超音波を発射させ、その反射音の受音レベルに基づい
   て、水底までの距離を求め、この距離と水中現在位置と
   現在の自己の深さとを共に出力する航走体と、 前記水中航走体を操作する操作信号に基づいた遠隔制御
   信号を前記航走体に送出し、前記航走体から送出される
   前記航走体の深さ及び前記水中現在位置を受信し、前記
   航走体の深さと前記距離とに基づいて、前記水面から海
   底までの第２の深さを求め、該第２の深さと前記水中現
   在位置とに基づいた海底の３次形状を求めて表示する第
   ２の海底探索部とを船舶に搭載したことを特徴とする船
   舶衝突座礁予防システム。