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JP7538885B2 - Ship steering system and ship steering method - Google Patents

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JP7538885B2 JP2022566887A JP2022566887A JP7538885B2 JP 7538885 B2 JP7538885 B2 JP 7538885B2 JP 2022566887 A JP2022566887 A JP 2022566887A JP 2022566887 A JP2022566887 A JP 2022566887A JP 7538885 B2 JP7538885 B2 JP 7538885B2
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武憲 檜野
芳輝 原田
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Description

本開示は、船舶の着岸及び係船のための操船システム及び操船方法に関する。 The present disclosure relates to a ship steering system and method for docking and mooring a ship.

船舶が入港してからバースで着岸し係船されるまでの一連の工程には、操船者にとって精神的負荷の大きい操船や、船内作業員にとって労働負荷の大きい作業が含まれている。このような理由から、負荷の軽減と安全性の向上のために上記一連の工程の自動化や省人化の要望がある。しかし、港湾内の気象海象の変動に対する臨機応変な対応や、船内作業員と港湾内作業員の絶妙な連携が必要とされることから、未だ操船者や船内及び港湾内作業員の経験に頼って作業の大部分が行われているのが現状である。 The series of processes from when a ship enters port to when it docks at a berth and is moored includes ship maneuvering, which is mentally taxing for the ship operator, and tasks that are labor-intensive for shipboard workers. For these reasons, there is a demand for the automation and manpower-saving of the above series of processes in order to reduce the burden and improve safety. However, because it requires flexible responses to changes in weather and sea conditions in the port and excellent cooperation between shipboard workers and port workers, the reality is that most of the work is still carried out relying on the experience of the ship operator and ship and port workers.

特許文献1は、着岸から係船までの操船を自動化する自動着岸係船機を開示する。この特許文献1の船舶は、船体の前後推力を出力する前後推力機関と、船体の両舷方向のいずれにも横推力を出力可能な船首側サイドスラスタ及び船尾側ポッド推進機と、係船索の巻取り及び繰り出しが可能な船首側係船機及び船尾側係船機と、岸壁までの距離を計測する距離計と、距離計の計測値に基づいて船首側サイドスラスタ、船尾側ポッド推進機、船首側係船機及び船尾側係船機を制御するコントローラとを備える。コントローラは、船舶の着岸・係船動作を着岸モード、係船モードの順に行う。コントローラは、着岸モードでは前後推力機関、船首側係船機及び船尾側係船機を停止させて、船首側サイドスラスタ及び船尾側ポッド推進機で船体を岸壁から1mの係船開始位置まで横移動させる。コントローラは、係船モードでは前後推力機関、船首側サイドスラスタ及び船尾側ポッド推進機を停止させて、船首側係船機及び船尾側係船機で係船索を引っ張ることにより船体を岸壁に係止させる。 Patent Document 1 discloses an automatic docking and mooring machine that automates ship maneuvering from docking to mooring. The ship in Patent Document 1 is equipped with forward and rear thrust engines that output forward and rear thrust of the ship, bow side thrusters and stern pod propulsion machines that can output lateral thrust in either direction of the ship, bow side mooring machines and stern side mooring machines that can reel in and reel out mooring lines, a rangefinder that measures the distance to the quay, and a controller that controls the bow side thrusters, stern pod propulsion machines, bow side mooring machines and stern side mooring machines based on the measured value of the rangefinder. The controller performs docking and mooring operations of the ship in the order of docking mode and mooring mode. In docking mode, the controller stops the forward and rear thrust engines, the bow side mooring machines and the stern side mooring machines, and moves the ship laterally to a mooring start position 1 m from the quay using the bow side thrusters and stern pod propulsion machines. In the mooring mode, the controller stops the front and rear thrusters, the bow side thrusters and the stern pod thrusters, and moors the hull to the quay by pulling the mooring lines with the bow mooring machines and the stern mooring machines.

特開2005-255058号公報JP 2005-255058 A

上記特許文献1の船舶では、船首側サイドスラスタ及び船尾側ポッド推進機による船体の横移動の工程と、船首側係船機及び船尾側係船機による船体の接岸位置の調整及び維持とが連続的に行われるにすぎず、推進機による推力と係船機による張力とを同時に発生させることは行われていない。In the ship of Patent Document 1 mentioned above, the process of lateral movement of the hull using the bow side thrusters and stern pod thrusters, and adjustment and maintenance of the hull's docking position using the bow mooring machines and stern mooring machines are carried out continuously, but thrust from the propulsion machines and tension from the mooring machines are not generated simultaneously.

本開示は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、推進機と係船機とを連携させることにより効率的に船体を接岸させる操船を行うことにある。 This disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to efficiently maneuver a ship to berth by coordinating the propulsion engine and mooring engine.

本発明一態様に係る操船システムは、
船体の前後方向のいずれにも推力を出力可能な前後推進機と、
前記船体の横方向のいずれにも横推力を出力可能な横推進機と、
前記船体の船尾側と船首側の各々に少なくとも1つずつ配置された、係船索の巻取りと繰り出しとが可能な係船機と、
前記係船機を前記係船索の張力に対応する推力を出力する推進デバイスと見做し、前記前後推進機、前記横推進機、及び前記係船機を含む複数の推進デバイスの動作を制御する操船コントローラとを備え、
前記操船コントローラは、前記船体に作用させる指令推力を向きと大きさで表した指令ベクトルを取得し、前記複数の推進デバイスの各々に前記指令ベクトルに対応する推力を配分し、前記複数の推進デバイスの各々から配分された推力が出力されるように前記複数の推進デバイスを制御することを特徴としている。
A ship maneuvering system according to one aspect of the present invention includes:
A forward/rear propulsion unit capable of outputting thrust in either the forward or rearward direction of the hull;
A lateral propulsion device capable of outputting lateral thrust in any lateral direction of the hull;
At least one mooring machine is arranged on each of the stern side and the bow side of the hull, and is capable of winding and unwinding a mooring line;
a maneuvering controller that regards the mooring machine as a propulsion device that outputs a thrust corresponding to the tension of the mooring line and controls the operation of a plurality of propulsion devices including the front and rear propulsion machines, the lateral propulsion machine, and the mooring machine;
The ship steering controller is characterized in that it obtains a command vector representing a command thrust to be applied to the hull in terms of direction and magnitude, allocates thrust corresponding to the command vector to each of the multiple propulsion devices, and controls the multiple propulsion devices so that the allocated thrust is output from each of the multiple propulsion devices.

本発明の別の一態様に係る操船方法は、
船体の前後方向のいずれにも推力を出力可能な前後推進機と、前記船体の横方向のいずれにも推力を出力可能な横推進機と、前記船体の船尾側と船首側の各々に少なくとも1つずつ配置された、係船索の巻取りと繰り出しとが可能な係船機とを搭載した船舶の操船方法であって、
前記船体に作用させる指令推力を向きと大きさで表した指令ベクトルを取得すること、
前記係船機を前記係船索の張力に対応する推力を出力する推進デバイスと見做し、前記前後推進機、前記横推進機、及び前記係船機を含む複数の推進デバイスの各々に前記指令ベクトルに対応する推力を配分すること、及び、
前記複数の推進デバイスの各々から配分された推力が出力されるように前記複数の推進デバイスを制御すること、を含むことを特徴としている。
A ship maneuvering method according to another aspect of the present invention includes:
A method for maneuvering a ship equipped with a longitudinal propulsion unit capable of outputting thrust in either longitudinal direction of a hull, a lateral propulsion unit capable of outputting thrust in either lateral direction of the hull, and a mooring unit capable of winding and unwinding a mooring line, the mooring unit being arranged at least one each on the stern side and bow side of the hull,
Obtaining a command vector representing a direction and a magnitude of a command thrust to be applied to the hull;
Considering the mooring unit as a propulsion device that outputs a thrust corresponding to the tension of the mooring line, and allocating a thrust corresponding to the command vector to each of a plurality of propulsion devices including the forward and rear propulsion units, the lateral propulsion unit, and the mooring unit; and
and controlling the plurality of propulsion devices so that a distributed thrust is output from each of the plurality of propulsion devices.

本開示の操船システム及び操船方法によれば、推進機と係船機とを連携させることにより効率的に船体を接岸させることができる。 According to the steering system and steering method disclosed herein, the ship can be efficiently docked by coordinating the propulsion unit and the mooring unit.

図1は、本開示の一実施形態に係る操船システムが適用される船舶の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a ship to which a ship maneuvering system according to an embodiment of the present disclosure is applied. 図2は、係船機の概略構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the mooring machine. 図3は、操船システムの構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a ship maneuvering system. 図4は、操船コントローラの機能部を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the functional units of the ship steering controller. 図5は、操船機器制御部の処理を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the processing of the ship maneuvering equipment control unit. 図6は、着岸係船時の操船方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a ship maneuvering method when the ship is moored at a berth. 図7は、係船時の船体運動モデルを説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a ship motion model when moored.

次に、図面を参照して本開示の実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施形態に係る操船システム20が適用される船舶Sの概略構成を示す図である。Next, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Figure 1 is a diagram showing a schematic configuration of a ship S to which a maneuvering system 20 according to one embodiment of the present invention is applied.

〔船舶Sの概略構成〕
図1に示すように、船舶Sを基準とし、当該船舶Sの船首と船尾を繋ぐ水平方向を「前後方向」とし、前後方向と直交する水平方向(左右方向)を「横方向」とする。船舶Sは、船体5と、船体5に対し前後方向の推力を出力する少なくとも1つの前後推進機2と、船体5に対し横方向の推力を出力する少なくとも1つの横推進機3とを備える。
[General configuration of ship S]
1 , with the ship S as the base, the horizontal direction connecting the bow and stern of the ship S is defined as the “fore-aft direction,” and the horizontal direction (left-right direction) perpendicular to the fore-aft direction is defined as the “lateral direction.” The ship S includes a hull 5, at least one fore-aft propulsion unit 2 that outputs thrust in the fore-aft direction to the hull 5, and at least one lateral propulsion unit 3 that outputs thrust in the lateral direction to the hull 5.

本実施形態において、前後推進機2は主推進機である可変ピッチプロペラ及び舵の組み合わせを含む。可変ピッチプロペラ及び舵は、船体5の船尾側に設けられている。但し、前後推進機2は上記に限定されず、旋回式スラスタであったり、複数の可変ピッチプロペラ及び舵の組み合わせであったりしてもよい。In this embodiment, the front and rear propulsion units 2 include a combination of a controllable pitch propeller and a rudders, which are the main propulsion units. The controllable pitch propeller and the rudders are provided on the stern side of the hull 5. However, the front and rear propulsion units 2 are not limited to the above, and may be a slewing thruster or a combination of multiple controllable pitch propellers and rudders.

横推進機3は、望ましくは、少なくとも1つの船首側横推進機3Bと少なくとも1つの船尾側横推進機3Aとを含む。本実施形態において、船首側横推進機3Bは船首側に設けられたサイドスラスタ(バウスラスタ)である。また、本実施形態において、船尾側に設けられた可変ピッチプロペラ及び舵の組み合わせは、舵の向きによって前後方向の推力と横方向の推力との双方を出力可能であることから、船尾側横推進機3Aとしての機能も併せ備える。但し、船舶Sが備える横推進機3は上記に限定されず、船体5の船首側及び船尾側のそれぞれにサイドスラスタが設けられていたり、船体5の船首側及び船尾側のうち少なくとも一方に旋回式スラスタが設けられていたりしてもよい。The lateral propulsion unit 3 preferably includes at least one bow-side lateral propulsion unit 3B and at least one stern-side lateral propulsion unit 3A. In this embodiment, the bow-side lateral propulsion unit 3B is a side thruster (bow thruster) provided on the bow side. In this embodiment, the combination of the controllable pitch propeller and rudder provided on the stern side can output both forward and backward thrust and lateral thrust depending on the direction of the rudder, so it also has the function of the stern-side lateral propulsion unit 3A. However, the lateral propulsion unit 3 provided on the ship S is not limited to the above, and side thrusters may be provided on each of the bow and stern sides of the hull 5, or a slewing thruster may be provided on at least one of the bow and stern sides of the hull 5.

更に、船舶Sは、甲板の船首側に設置された少なくとも1つの船首側係船機10Bと、甲板の船尾側に設置された少なくとも1つの船尾側係船機10Aとを備える。 Furthermore, the ship S is equipped with at least one bow side mooring machine 10B installed on the bow side of the deck and at least one stern side mooring machine 10A installed on the stern side of the deck.

本実施形態において船首側係船機10Bにはヘッドライン係船機と、フォワードスプリングライン係船機とが含まれる。船首側係船機10Bには、フォワードブレスト係船機が更に含まれていてもよい。また、本実施形態において船尾側係船機10Aには、スターンライン係船機とアフトスプリング係船機とが含まれる。船尾側係船機10Aには、アフトブレスト係船機が更に含まれていてもよい。船舶Sが所持すべき係船機10(船首側係船機10Bと船尾側係船機10Aとを区別しないときは、符号10を用いる)は、艤装数などにより決められている。In this embodiment, the bow side mooring machine 10B includes a headline mooring machine and a forward spring line mooring machine. The bow side mooring machine 10B may further include a forward breast mooring machine. In this embodiment, the stern side mooring machine 10A includes a sternline mooring machine and an aft spring mooring machine. The stern side mooring machine 10A may further include an aft breast mooring machine. The mooring machines 10 (when there is no distinction between the bow side mooring machine 10B and the stern side mooring machine 10A, the symbol 10 is used) that the ship S should possess is determined based on the number of equipment, etc.

船首側係船機10B及び船尾側係船機10Aの各係船機10は実質的に同一の構造を有している。図2に示すように、各係船機10は、係船索Rと、係船索Rの巻取りと繰り出しとが可能なウインチWとを備える。ウインチWは、電動油圧式である。ウインチWは、係船索Rが巻かれた巻取りドラム11と、巻取りドラム11を回転駆動するモータ12と、モータ12から巻取りドラム11への動力伝達の接続と遮断とを切り替える油圧式のクラッチ13と、モータ12から巻取りドラム11への動力伝達経路上に設けられた減速機14と、常時制動力を与える油圧解除式のブレーキ15とを備える。但し、ウインチWの構造は上記に限定されず、ウインチWは電動式であってもよい。The mooring machines 10 at the bow side 10B and the stern side 10A have substantially the same structure. As shown in FIG. 2, each mooring machine 10 includes a mooring line R and a winch W capable of winding and unwinding the mooring line R. The winch W is an electric hydraulic type. The winch W includes a winding drum 11 around which the mooring line R is wound, a motor 12 that rotates and drives the winding drum 11, a hydraulic clutch 13 that switches between connection and disconnection of power transmission from the motor 12 to the winding drum 11, a reducer 14 provided on the power transmission path from the motor 12 to the winding drum 11, and a hydraulic release type brake 15 that constantly applies a braking force. However, the structure of the winch W is not limited to the above, and the winch W may be an electric type.

係船機10には、回転位置センサ51、張力計52、索長計53、及び、これらの検出値に基づいてウインチWの動作を制御するウインチ制御装置50が設けられている。回転位置センサ51は、モータ12又は巻取りドラム11の回転位置及び回転数を検出する。索長計53は、巻取りドラム11から繰り出された係船索Rの長さを計測する。ウインチ制御装置50は、回転位置センサ51の検出信号及び/又は索長計53の測定値に基づいて、モータ12又は巻取りドラム11の回転を計測し、係船索Rの巻取り長さや繰り出し長さを推定する。張力計52は、係船索Rに作用する張力(負荷)を直接的又は間接的に検出するものであってよい。張力計52は、例えば、ブレーキ15に設けられたロードセルであって、当該ロードセルで検出された荷重に基づいて係船索Rの張力が推定されてよい。張力計52は、例えば、モータ12の出力トルクを検出するトルクセンサであって、当該トルクセンサで検出されたトルクに基づいて係船索Rの張力が推定されてよい。ウインチ制御装置50は、張力計52の検出値に基づいて、係船索Rに作用する張力が所定の上限値を超えない所定の値に維持されるように巻取りドラム11の回転を制御することができる。The mooring machine 10 is provided with a rotational position sensor 51, a tension meter 52, a line length meter 53, and a winch control device 50 that controls the operation of the winch W based on the detected values. The rotational position sensor 51 detects the rotational position and rotation speed of the motor 12 or the winding drum 11. The line length meter 53 measures the length of the mooring rope R unwound from the winding drum 11. The winch control device 50 measures the rotation of the motor 12 or the winding drum 11 based on the detection signal of the rotational position sensor 51 and/or the measurement value of the line length meter 53, and estimates the winding length and unwound length of the mooring rope R. The tension meter 52 may directly or indirectly detect the tension (load) acting on the mooring rope R. The tension meter 52 may be, for example, a load cell provided in the brake 15, and the tension of the mooring rope R may be estimated based on the load detected by the load cell. The tension meter 52 may be, for example, a torque sensor that detects the output torque of the motor 12, and the tension of the mooring rope R may be estimated based on the torque detected by the torque sensor. The winch control device 50 can control the rotation of the winding drum 11 based on the detection value of the tension meter 52 so that the tension acting on the mooring rope R is maintained at a predetermined value that does not exceed a predetermined upper limit value.

係船索Rを巻取りドラム11へ巻き取る際には、クラッチ13によってモータ12から巻取りドラム11への動力伝達経路が接続され、巻取りドラム11が巻取り方向に回転駆動される。係船索Rを巻取りドラム11から繰り出す際には、クラッチ13が切断されてモータ12から巻取りドラム11への動力伝達経路が切断され、巻取りドラム11は空転可能な状態となり繰り出し方向へ回転することができる。或いは、係船索Rを繰り出す際には、クラッチ13によってモータ12から巻取りドラム11への動力伝達経路が接続され、巻取りドラム11が繰り出し方向へ回転駆動されてもよい。When the mooring rope R is wound onto the winding drum 11, the clutch 13 connects the power transmission path from the motor 12 to the winding drum 11, and the winding drum 11 is driven to rotate in the winding direction. When the mooring rope R is unwound from the winding drum 11, the clutch 13 is disconnected to cut off the power transmission path from the motor 12 to the winding drum 11, and the winding drum 11 is placed in an idling state and can rotate in the unwinding direction. Alternatively, when the mooring rope R is unwound, the clutch 13 may connect the power transmission path from the motor 12 to the winding drum 11, and the winding drum 11 is driven to rotate in the unwinding direction.

図1に戻って、係船索Rの先端は、岸壁に設けられた係船柱35に係止される。巻取りドラム11から引き出された係船索Rは、チョック(ムアリングホール)、フェアリーダー、デッキエンドローラ、スタンドローラなどの適宜の案内器36によって、保護と案内がなされる。Returning to Figure 1, the tip of the mooring line R is anchored to a mooring post 35 installed on the quay. The mooring line R unwound from the winding drum 11 is protected and guided by appropriate guides 36 such as chocks (mooring holes), fairleads, deck end rollers, and stand rollers.

〔操船システム20の構成〕
図3は、操船システム20の構成を示す図である。図3に示すように、船舶Sの操船システム20は、操船コントローラ6と、操船コントローラ6と電気的に有線又は無線で接続された計器群7、ユーザーインターフェース8、及び操船機器群9とを備える。
[Configuration of ship maneuvering system 20]
Fig. 3 is a diagram showing a configuration of the ship maneuvering system 20. As shown in Fig. 3, the ship maneuvering system 20 of the ship S includes a ship maneuvering controller 6, an instrument group 7, a user interface 8, and a ship maneuvering device group 9, which are electrically connected to the ship maneuvering controller 6 by wire or wirelessly.

操船コントローラ6は、プロセッサ、ROM及びRAMなどのメモリ、及び、I/O部を備える(いずれも図示略)。操船コントローラ6には、I/O部を介して計器群7、ユーザーインターフェース8、及び操船機器群9が接続されている。操船コントローラ6には、I/O部を介してストレージ(図示略)が接続されていてもよい。操船コントローラ6は、集中制御を行う単独のプロセッサを備えてもよいし、分散制御を行う複数のプロセッサを備えてもよい。メモリや記憶手段には、プロセッサが実行する基本プログラムやアプリケーションプログラム等が格納されている。アプリケーションプログラムは、プロセッサに各機能部の処理を行わせるように構成されている。プロセッサがプログラムを読み出して実行することによって、プロセッサが操船コントローラ6としての機能を実現する。上記のような操船コントローラ6は、例えば、コンピュータ、パーソナルコンピュータ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、FPGA(field-programmable gate array)などのPLD(programmable logic device)、PLC(programmable logic controller)、及び、論理回路のうち少なくとも1つ、或いは、2つ以上の組み合わせで構成され得る。The maneuvering controller 6 includes a processor, memories such as ROM and RAM, and an I/O unit (all not shown). The instrument group 7, the user interface 8, and the maneuvering equipment group 9 are connected to the maneuvering controller 6 via the I/O unit. The maneuvering controller 6 may be connected to a storage (not shown) via the I/O unit. The maneuvering controller 6 may include a single processor for centralized control, or multiple processors for distributed control. The memory or storage means stores basic programs and application programs executed by the processor. The application programs are configured to cause the processor to perform processing of each functional unit. The processor reads and executes the programs, thereby realizing the functions of the maneuvering controller 6. The maneuvering controller 6 as described above may be configured, for example, of at least one of a computer, a personal computer, a microcontroller, a microprocessor, a PLD (programmable logic device) such as an FPGA (field-programmable gate array), a PLC (programmable logic controller), and a logic circuit, or a combination of two or more of these.

操船コントローラ6には、船陸間通信装置31が接続されている。操船コントローラ6は、船陸間通信装置31を使って、陸上基地に設けられた状態監視装置33へ操船情報を伝達する。この操船情報には、港湾内の航行状況や機器稼働データなどが含まれる。 The ship-to-shore communication device 31 is connected to the ship-to-shore controller 6. The ship-to-shore controller 6 uses the ship-to-shore communication device 31 to transmit ship-to-shore information to a status monitoring device 33 installed at a land base. This ship-to-shore information includes navigation conditions within the port and equipment operation data.

計器群7は、距離計27、カメラ28、及び各種の航海計器を含む。 The instrument group 7 includes a rangefinder 27, a camera 28, and various navigation instruments.

距離計27は、船首から岸壁までの船首側距離を測定する船首側距離計と、船尾から岸壁までの距離を測定する船尾側距離計とを含む。距離計27は、例えば、レーザー式距離計などの公知の非接触距離計であってよい。操船コントローラ6は、距離計27から取得した情報に基づいて、船体5(特に、船首及び船尾)から接岸しようとする岸壁までの距離(接岸距離)を求めることができる。The range finder 27 includes a bow-side range finder that measures the bow-side distance from the bow to the quay, and a stern-side range finder that measures the distance from the stern to the quay. The range finder 27 may be, for example, a known non-contact range finder such as a laser range finder. Based on the information obtained from the range finder 27, the maneuvering controller 6 can determine the distance (quaying distance) from the hull 5 (particularly the bow and stern) to the quay where the ship is to be docked.

カメラ28は、船首側甲板に設けられて船首から岸壁を連続的又は断続的に撮像する船首側カメラと、船尾側甲板に設けられ船尾から岸壁を連続的又は断続的に撮像する船尾側カメラとを含む。船首側カメラの撮像野には、岸壁に加えて、船首側係船機10B及び/又は船首側係船機10Bから繰り出された係船索Rが含まれることが望ましい。また、船尾側カメラの撮像野には、船尾側係船機10A及び/又は船尾側係船機10Aから繰り出された係船索Rが含まれることが望ましい。このように広い視野を確保するために、カメラ28としてアラウンドビューカメラシステムが採用されてもよい。The cameras 28 include a bow camera mounted on the bow deck to continuously or intermittently capture images of the quay from the bow, and a stern camera mounted on the stern deck to continuously or intermittently capture images of the quay from the stern. It is desirable that the imaging field of the bow camera includes the bow mooring machine 10B and/or the mooring line R reeled out from the bow mooring machine 10B in addition to the quay. It is also desirable that the imaging field of the stern camera includes the mooring line R reeled out from the stern mooring machine 10A and/or the mooring line R reeled out from the stern mooring machine 10A. In order to ensure such a wide field of view, an around-view camera system may be adopted as the camera 28.

各種の航海計器として、船首方位角を検出するコンパス21、(対水)速度計22、風向風速計25(風向計及び風速計)、船位測定装置26、潮流計29、音響測深器、レーダー、クロノメーター、喫水計などが例示される。船位測定装置26は、衛星を用いたGPSや基準局からの電波や光を用いた電波式及び/又は光波式の位置測定装置である。操船コントローラ6は、各種の航海計器から取得した情報に基づいて、船体5の位置、針路、船首方位角、船速などを含む航行状況情報を求めることができる。 Examples of various nautical instruments include a compass 21 that detects the ship's heading angle, a (water) speedometer 22, anemometer 25 (wind vane and anemometer), ship's positioning device 26, tide gauge 29, echo sounder, radar, chronometer, draft indicator, etc. The ship's positioning device 26 is a radio wave and/or light wave positioning device that uses GPS using satellites or radio waves and light from a reference station. The steering controller 6 can determine navigational status information including the position, course, heading angle, ship's speed, etc. of the hull 5 based on information obtained from the various nautical instruments.

操船コントローラ6は船陸間通信装置31を使って、陸上基地に設けられた港湾情報提供装置32から港湾情報を適時に取得する。港湾情報には、港湾内の気象・海象情報、港湾環境情報などが含まれる。気象・海象情報には、港湾内の風速、風向、潮流、潮位、天気、及び気候などが含まれる。港湾環境情報には、港湾内の輻輳具合やバース状況などが含まれる。操船コントローラ6は、船陸間通信装置31を介して港湾情報提供装置32から送られてきた情報も、計器群7からの情報とともに演算に利用する。 The ship steering controller 6 uses the ship-to-shore communication device 31 to timely obtain port information from a port information providing device 32 installed at a land base. The port information includes meteorological and sea condition information within the port, port environmental information, etc. Meteorological and sea condition information includes wind speed, wind direction, tides, tide levels, weather, and climate within the port. Port environmental information includes congestion within the port and berth conditions. The ship steering controller 6 uses the information sent from the port information providing device 32 via the ship-to-shore communication device 31 in its calculations, along with information from the instrument group 7.

ユーザーインターフェース8には、操縦機器80と、表示装置83とが設けられている。ユーザーインターフェース8には、個別のプロペラや舵などの操船機器用の設定器や指示計、方位表示や船速表示などの計器群7からの信号を表示する表示部、各種機能切替スイッチ、及び、表示灯などが更に設けられていてもよい。The user interface 8 is provided with a control device 80 and a display device 83. The user interface 8 may further be provided with setting devices and indicators for individual maneuvering devices such as the propellers and rudders, a display unit that displays signals from the instrument group 7 such as a heading indicator and a ship speed indicator, various function changeover switches, and indicator lights.

本実施形態では、操縦機器80としてジョイスティック81と回頭ダイヤル82とが設けられている。ジョイスティック81は、操船者がジョイスティック81を動かすことによって入力した、船体5の平行移動のための推力の方向と大きさの指令を受け付けて、それを操船コントローラ6へ入力する。回頭ダイヤル82は、操船者が回頭ダイヤル82を動かすことによって入力した、回頭移動のための回頭モーメントの方向と大きさの指令を受け付けて、それを操船コントローラ6へ入力する。但し、操縦機器80は上記に限定されず、公知の操縦機器が採用されてよい。In this embodiment, a joystick 81 and a turning dial 82 are provided as the steering device 80. The joystick 81 receives a command for the direction and magnitude of thrust for the parallel movement of the hull 5, input by the operator by moving the joystick 81, and inputs it to the steering controller 6. The turning dial 82 receives a command for the direction and magnitude of the turning moment for turning movement, input by the operator by moving the turning dial 82, and inputs it to the steering controller 6. However, the steering device 80 is not limited to the above, and any known steering device may be adopted.

表示装置83としてタッチパネル式ディスプレイ、ヘッドマウント式ディスプレイなどの各種表示装置のうち少なくとも1種類の公知の表示装置が採用される。表示装置83には、操船コントローラ6から出力された操船支援情報、カメラ28で撮像された画像、機器の操作状況、航行状況情報、船体5の環境情報(海象・気象情報)などが表示され得る。操船支援情報には、海図上の自船位置、推奨航路、避険線、残存距離、海域施設、及び目標位置や、船体5の移動速度ベクトルや、船首及び船尾の任意位置の速度と岸壁との残距離などのうち少なくとも1つが含まれる。 At least one type of known display device among various display devices such as a touch panel display, a head-mounted display, etc. is adopted as the display device 83. The display device 83 can display maneuvering support information output from the maneuvering controller 6, images captured by the camera 28, the operation status of the equipment, navigation status information, environmental information (sea and weather information) of the hull 5, etc. The maneuvering support information includes at least one of the ship's position on the nautical chart, a recommended route, a red line, a remaining distance, a marine facility, and a target position, a moving speed vector of the hull 5, the speed of any position of the bow and stern and the remaining distance to the quay, etc.

操船機器群9は、係船機10のウインチWを制御するウインチ制御装置50、前後推進機2を制御する前後推進制御装置91、及び、横推進機3を制御する横推進制御装置92を含む。ウインチ制御装置50、前後推進制御装置91、及び横推進制御装置92は、船舶Sに搭載されているウインチW、前後推進機2、及び横推進機3の基数に応じて設けられている。但し、図3ではウインチ制御装置50、前後推進制御装置91、及び横推進制御装置92のうちそれぞれ1つが図示されて残りは省略されている。操船コントローラ6は、これらの操船機器群9の各々に対して動作指令を出力し、操船機器群9は動作指令に基づいて対応する操船機器を動作させる。The ship steering equipment group 9 includes a winch control device 50 that controls the winch W of the mooring machine 10, a front and rear propulsion control device 91 that controls the front and rear propulsion units 2, and a lateral propulsion control device 92 that controls the lateral propulsion units 3. The winch control device 50, the front and rear propulsion control device 91, and the lateral propulsion control device 92 are provided according to the number of winches W, front and rear propulsion units 2, and lateral propulsion units 3 installed on the ship S. However, in FIG. 3, one of the winch control device 50, the front and rear propulsion control device 91, and the lateral propulsion control device 92 is shown, and the rest are omitted. The ship steering controller 6 outputs operation commands to each of the ship steering equipment group 9, and the ship steering equipment group 9 operates the corresponding ship steering equipment based on the operation command.

図4に示すように、操船コントローラ6は、操船支援情報生成部65、表示制御部66、航路計画部67、指令生成部68、及び、操船機器制御部69の各機能部を有する。操船支援情報生成部65は、計器群7や港湾情報提供装置32から取得した情報に基づいて、操船支援情報を生成する。表示制御部66は、生成された操船支援情報を表示装置83へ表示させる。航路計画部67は、計器群7や港湾情報提供装置32から取得した情報などに基づいて、出発地から目的地までの所定の評価指標を最適化する最適航路を探索し、その最適航路を計画航路として生成する。指令生成部68は、自動操船時に操船者に代わって指令を生成する。操船機器制御部69は、操船機器群9の動作を制御する。 As shown in FIG. 4, the ship steering controller 6 has the functional units of a ship steering support information generation unit 65, a display control unit 66, a route planning unit 67, a command generation unit 68, and a ship steering equipment control unit 69. The ship steering support information generation unit 65 generates ship steering support information based on information acquired from the instrument group 7 and the port information providing device 32. The display control unit 66 displays the generated ship steering support information on the display device 83. The route planning unit 67 searches for an optimal route that optimizes a predetermined evaluation index from the departure point to the destination based on information acquired from the instrument group 7 and the port information providing device 32, and generates the optimal route as a planned route. The command generation unit 68 generates commands on behalf of the ship operator during automatic ship steering. The ship steering equipment control unit 69 controls the operation of the ship steering equipment group 9.

図5は、操船機器制御部69の処理を説明する図である。図5に示すように、操船コントローラ6の操船機器制御部69は、取得部61と、推力配分演算部62と、出力部63とを有する。 Figure 5 is a diagram explaining the processing of the maneuvering equipment control unit 69. As shown in Figure 5, the maneuvering equipment control unit 69 of the maneuvering controller 6 has an acquisition unit 61, a thrust distribution calculation unit 62, and an output unit 63.

取得部61は、計器群7で検出又は測定された情報や、ユーザーインターフェース8の操縦機器80が受け付けた指令を取得し、取得した情報(信号)に対してA/D変換、スケーリング処理、信号異常判断などを行う。The acquisition unit 61 acquires information detected or measured by the instrument group 7 and commands received by the control device 80 of the user interface 8, and performs A/D conversion, scaling processing, signal abnormality determination, etc. on the acquired information (signals).

推力配分演算部62は、ジョイスティック81が受け付けた指令(即ち、ジョイスティック81の傾倒角度と傾倒方向)に基づいて、「指令ベクトル」を生成する。指令ベクトルは、船体5に作用させる指令推力を向きと大きさで表したものと規定される。指令ベクトルの方向はジョイスティック81の傾倒方向と対応し、指令ベクトルの大きさはジョイスティック81の傾倒角度と対応する。The thrust distribution calculation unit 62 generates a "command vector" based on the command received by the joystick 81 (i.e., the tilt angle and tilt direction of the joystick 81). The command vector is defined as a representation of the direction and magnitude of the command thrust to be applied to the hull 5. The direction of the command vector corresponds to the tilt direction of the joystick 81, and the magnitude of the command vector corresponds to the tilt angle of the joystick 81.

推力配分演算部62は、潮流計29で検出された潮流、風向風速計25で検出された風向及び風速、並びに/又は、港湾情報提供装置32から取得した港湾内の潮流及び風向風速を含む外乱情報を取得し、外乱情報に基づいて船舶Sに作用する外乱力を推定し、指令ベクトルに外乱力に抗する力を加えることにより指令ベクトルを修正する。推力配分演算部62は、修正された指令ベクトルと推力ベクトルとが対応するように複数の推進デバイス(係船機10、前後推進機2、及び、横推進機3)の各々に推力を配分する演算を行う。ここで、係船機10は推進デバイスの一種と見做され、「推力ベクトル」は複数の推進デバイス(係船機10、前後推進機2、及び、横推進機3)から出力される推力の合成力を向きと大きさで表したものと規定される。推力配分演算部62による推力配分演算方法については、後ほど詳述する。The thrust distribution calculation unit 62 acquires disturbance information including the tide detected by the tide gauge 29, the wind direction and wind speed detected by the anemometer 25, and/or the tide and wind direction and speed in the harbor acquired from the harbor information providing device 32, estimates the disturbance force acting on the ship S based on the disturbance information, and modifies the command vector by adding a force against the disturbance force to the command vector. The thrust distribution calculation unit 62 performs a calculation to distribute thrust to each of the multiple propulsion devices (mooring machine 10, front and rear propulsion units 2, and lateral propulsion unit 3) so that the modified command vector corresponds to the thrust vector. Here, the mooring machine 10 is regarded as a type of propulsion device, and the "thrust vector" is defined as the composite force of the thrust output from the multiple propulsion devices (mooring machine 10, front and rear propulsion units 2, and lateral propulsion unit 3) expressed in terms of direction and magnitude. The thrust distribution calculation method by the thrust distribution calculation unit 62 will be described in detail later.

出力部63は、推力配分演算部62が求めた各推進デバイス2,3,10に配分された推力を、スケーリングやD/A変換や異常処理などを行ったうえで、対応するウインチ制御装置50、前後推進制御装置91、及び横推進制御装置92へ動作指令として出力する。これにより、ジョイスティック81の傾倒角度と対応した大きさで傾倒方向へ向かう推力が船体5に与えられる。The output unit 63 performs scaling, D/A conversion, abnormality processing, etc. on the thrust allocated to each propulsion device 2, 3, 10 calculated by the thrust allocation calculation unit 62, and outputs it as an operation command to the corresponding winch control device 50, forward/rear propulsion control device 91, and lateral propulsion control device 92. As a result, a thrust in the tilt direction with a magnitude corresponding to the tilt angle of the joystick 81 is applied to the hull 5.

〔操船方法〕
ここで上記構成の操船システム20を用いた船舶Sの着岸・係船時の操船方法について、図6を用いて説明する。
[Maneuvering method]
Here, a method for maneuvering the ship S when docking or mooring using the ship maneuvering system 20 configured as described above will be described with reference to FIG.

操船コントローラ6は、船舶Sが港湾に進入するとアプローチ操船を開始する。アプローチ操船において、操船コントローラ6は、計器群7や港湾情報提供装置32から取得した情報を用いてアプローチ操船支援情報を生成し、それを表示装置83の画面に表示させる。ここで、操船コントローラ6は、所定の着岸開始位置P2を目標位置とし、計器群7や港湾情報提供装置32から取得した情報を用いて港湾口P1から着岸開始位置P2までの最適航路を計画航路として求める。表示装置83の画面上には、アプローチ操船支援情報として複数のウエイポイントから成る計画航路と目標位置及び自船位置とがオーバーレイされた港湾の海図や、船首方位角及び船速などの航行情報がグラフィック表示される。着岸開始位置P2は、バースの岸壁から所定距離(例えば30m程度)だけ離れた位置であり、着岸開始位置P2に到達した船舶Sの船体5は前後方向が岸壁の延伸方向と略平行とであり、前後方向の速度は概ねゼロである。The ship steering controller 6 starts approach maneuvering when the ship S enters the port. In approach maneuvering, the ship steering controller 6 generates approach maneuvering support information using information acquired from the instrument group 7 and the port information providing device 32, and displays it on the screen of the display device 83. Here, the ship steering controller 6 sets a predetermined docking start position P2 as a target position, and uses information acquired from the instrument group 7 and the port information providing device 32 to determine the optimal route from the port entrance P1 to the docking start position P2 as a planned route. On the screen of the display device 83, a nautical chart of the port on which the planned route consisting of multiple waypoints, the target position, and the ship's position are overlaid, and navigation information such as the ship's heading angle and ship speed are graphically displayed as approach maneuvering support information. The docking start position P2 is a position a predetermined distance (e.g., approximately 30 m) away from the berth's quay, and the fore-and-aft direction of the hull 5 of the ship S that has reached the docking start position P2 is approximately parallel to the extension direction of the quay, and the fore-and-aft speed is approximately zero.

操船者は表示装置83に表示されたアプローチ操船支援情報に基づいてジョイスティック81及び回頭ダイヤル82を操作する。操船コントローラ6は、ジョイスティック81の傾倒角度及び傾倒方向に基づいて指令ベクトルを求める。但し、船舶Sは自動でアプローチ操船されてもよい。この場合、操船コントローラ6は、計器群7や港湾情報提供装置32から取得した情報、及び、計画航路に基づいて、自ら指令ベクトルを生成してもよい。 The ship operator operates the joystick 81 and the turning dial 82 based on the approach maneuvering support information displayed on the display device 83. The ship steering controller 6 calculates a command vector based on the tilt angle and tilt direction of the joystick 81. However, the ship S may also perform approach maneuvering automatically. In this case, the ship steering controller 6 may generate a command vector itself based on information obtained from the instrument group 7 and the port information device 32, and the planned route.

操船コントローラ6は、指令ベクトルに外乱力に抗する力を加えて修正された指令ベクトルを求め、前後推進機2から出力される推力の合成によって修正された指令ベクトルと対応する推力ベクトルが得られるように、前後推進機2に推力を配分する。アプローチ操船では、横推進機3及び係船機10に配分される推力はゼロである。操船コントローラ6は、配分された推力が出力されるような推力目標値を生成してそれを前後推進制御装置91へ出力し、前後推進制御装置91は推力目標値と対応する推力が出力されるように前後推進機2を制御する。その結果、船舶Sは指令ベクトルと対応する推力を得て計画航路に沿って航行する。The maneuvering controller 6 obtains a modified command vector by adding a force resisting the disturbance force to the command vector, and allocates thrust to the front and rear propulsion units 2 so that a thrust vector corresponding to the modified command vector is obtained by combining the thrusts output from the front and rear propulsion units 2. In approach maneuvering, the thrust allocated to the lateral propulsion units 3 and the mooring unit 10 is zero. The maneuvering controller 6 generates a thrust target value that outputs the allocated thrust and outputs it to the front and rear propulsion control units 91, which control the front and rear propulsion units 2 so that a thrust corresponding to the thrust target value is output. As a result, the ship S obtains thrust corresponding to the command vector and navigates along the planned route.

操船コントローラ6は、船舶Sが着岸開始位置P2に到達すると着岸操船を開始する。着岸操船において、操船コントローラ6は、計器群7や港湾情報提供装置32から取得した情報を用いて着岸操船支援情報を生成し、それを表示装置83の画面に表示させる。着岸操船では、船舶Sを着岸開始位置P2から所定の係船開始位置P3へ移動させる。係船開始位置P3は、バースの岸壁から数m程度だけ離れた位置であり、係船開始位置P3に到達した船舶Sの船体5は前後方向が岸壁の延伸方向と略平行とであり、船首方向及び横方向の速度は概ねゼロである。表示装置83の画面上には、着岸操船支援情報として目標位置や自船位置がオーバーレイされた港湾の海図や、船首方位角及び船速などの航行情報、接岸距離、カメラ28で撮像された画像などが表示される。The maneuvering controller 6 starts the docking operation when the ship S reaches the docking start position P2. In the docking operation, the maneuvering controller 6 generates docking operation support information using information acquired from the instrument group 7 and the port information providing device 32, and displays it on the screen of the display device 83. In the docking operation, the ship S is moved from the docking start position P2 to a predetermined mooring start position P3. The mooring start position P3 is a position about a few meters away from the berth quay, and the hull 5 of the ship S that has reached the mooring start position P3 is approximately parallel to the extension direction of the quay in the fore-aft direction, and the speed in the bow direction and the lateral direction is approximately zero. On the screen of the display device 83, a port chart on which the target position and the ship's position are overlaid as docking operation support information, navigation information such as the bow azimuth and ship speed, the docking distance, and an image captured by the camera 28 are displayed.

操船者は表示装置83に表示された着岸操船支援情報に基づいてジョイスティック81及び回頭ダイヤル82を操作する。操船コントローラ6は、ジョイスティック81の傾倒角度及び傾倒方向に基づいて指令ベクトルを求める。但し、船舶Sは自動で着岸操船されてもよい。この場合、操船コントローラ6は、計器群7や港湾情報提供装置32から取得した情報に基づいて、自ら指令ベクトルを生成してもよい。 The ship operator operates the joystick 81 and the steering dial 82 based on the docking maneuvering support information displayed on the display device 83. The ship steering controller 6 calculates a command vector based on the tilt angle and tilt direction of the joystick 81. However, the ship S may be maneuvered automatically for docking. In this case, the ship steering controller 6 may generate the command vector itself based on information obtained from the instrument group 7 and the port information device 32.

操船コントローラ6は、指令ベクトルに外乱力に抗する力を加えて修正された指令ベクトルを求め、前後推進機2及び横推進機3から出力される推力の合成によって修正された指令ベクトルと対応する推力ベクトルが得られるように、前後推進機2及び横推進機3に推力を配分する。着岸操船では、係船機10に配分される推力はゼロである。操船コントローラ6は、前後推進制御装置91及び横推進制御装置92の各々に対して配分された推力が出力されるような推力目標値を生成してそれを出力し、前後推進制御装置91は与えられた推力目標値と対応する推力が出力されるように前後推進機2を制御し、横推進制御装置92は与えられた推力目標値と対応する推力が出力されるように横推進機3を制御する。その結果、船舶Sは指令ベクトルと対応する推力を得て係船開始位置P3まで主に横移動する。The maneuvering controller 6 obtains a corrected command vector by adding a force against the disturbance force to the command vector, and allocates thrust to the front and rear propulsion units 2 and the lateral propulsion units 3 so that a thrust vector corresponding to the corrected command vector is obtained by combining the thrusts output from the front and rear propulsion units 2 and the lateral propulsion units 3. In docking maneuvers, the thrust allocated to the mooring unit 10 is zero. The maneuvering controller 6 generates and outputs thrust target values such that the allocated thrust is output to each of the front and rear propulsion control units 91 and the lateral propulsion control unit 92, and the front and rear propulsion control units 91 control the front and rear propulsion units 2 so that thrust corresponding to the given thrust target value is output, and the lateral propulsion control unit 92 controls the lateral propulsion unit 3 so that thrust corresponding to the given thrust target value is output. As a result, the ship S obtains thrust corresponding to the command vector and mainly moves laterally to the mooring start position P3.

船舶Sが係船開始位置P3に到達すると、船尾側係船機10A及び船首側係船機10Bから係船索Rが繰り出され、係船索Rの先端部が岸壁に設けられた係船柱35に係止される。この間、操船コントローラ6は、自動方位保持機能で、船舶Sを係船開始位置P3に位置保持させる。操船コントローラ6の自動方位保持機能は、設定船首方位角とコンパス21からの船首方位角との偏差に対してPID演算などを行い、それを回頭ダイヤル82の代わりに回頭モーメント指令として推力配分演算に与えることで、船首の方位が保持されるように前後推進機2及び横推進機3を稼働させる。When the ship S reaches the mooring start position P3, a mooring line R is let out from the stern mooring machine 10A and the bow mooring machine 10B, and the tip of the mooring line R is anchored to a mooring post 35 installed on the quay. During this time, the steering controller 6 uses the automatic heading maintenance function to maintain the ship S at the mooring start position P3. The automatic heading maintenance function of the steering controller 6 performs PID calculations and the like on the deviation between the set bow heading angle and the bow heading angle from the compass 21, and provides this to the thrust distribution calculation as a turning moment command instead of the turning dial 82, thereby operating the forward and rear propulsion units 2 and the lateral propulsion units 3 so that the heading of the bow is maintained.

全ての係船索Rの先端部が岸壁に設けられた係船柱35に係止されてから、操船コントローラ6は係船操船を開始する。操船コントローラ6は、計器群7や港湾情報提供装置32から取得した情報を用いて係船操船支援情報を生成し、それを表示装置83の画面に表示させる。表示装置83の画面上には、着岸操船支援情報として目標位置や自船位置がオーバーレイされた港湾の海図や、船首方位角及び船速などの航行情報、接岸距離、カメラ28で撮像された画像などが表示される。 After the ends of all the mooring lines R have been secured to the mooring posts 35 provided on the quay, the steering controller 6 begins mooring maneuvering. The steering controller 6 generates mooring maneuvering support information using information obtained from the instrument group 7 and the port information providing device 32, and displays this on the screen of the display device 83. On the screen of the display device 83, there are displayed, as docking maneuvering support information, a nautical chart of the port on which the target position and the ship's position are overlaid, navigation information such as bow azimuth and ship speed, docking distance, images captured by the camera 28, and the like.

係船操船は自動で行われ、操船コントローラ6は、計器群7や港湾情報提供装置32から取得した情報に基づいて指令ベクトルを生成する。但し、操船者は表示装置83に表示された係船操船支援情報を視認して必要に応じてジョイスティック81及び回頭ダイヤル82を操作してもよい。この場合、ジョイスティック81及び回頭ダイヤル82が受け付けた操作が、操船コントローラ6で生成される指令に対し優先されてよい。Mooring maneuvering is performed automatically, and the steering controller 6 generates command vectors based on information obtained from the instrument group 7 and the port information device 32. However, the ship operator may visually check the mooring maneuvering support information displayed on the display device 83 and operate the joystick 81 and turning dial 82 as necessary. In this case, the operations received by the joystick 81 and turning dial 82 may be given priority over the commands generated by the steering controller 6.

操船コントローラ6は、指令ベクトルに外乱力に抗する力を加えて修正された指令ベクトルを求め、係船機10、前後推進機2及び横推進機3から出力される推力の合成によって修正された指令ベクトルと対応する推力ベクトルが得られるように、係船機10、前後推進機2及び横推進機3に推力を配分する。操船コントローラ6は、ウインチ制御装置50、前後推進制御装置91及び横推進制御装置92の各々に対して配分された推力が出力されるような推力目標値を生成してそれを出力する。ウインチ制御装置50は与えられた推力目標値と対応する推力が出力されるように係船機10を制御する。具体的には、ウインチ制御装置50は、係船索Rを巻き取ったり繰り出したりして張力及び索長を調整することにより推力目標値が得られるように、ウインチWの動作を制御する。前後推進制御装置91は与えられた推力目標値と対応する推力が出力されるように前後推進機2を制御し、横推進制御装置92は与えられた推力目標値と対応する推力が出力されるように横推進機3を制御する。その結果、船舶Sは指令ベクトルと対応する推力を得て接岸するまで主に横移動する。The maneuvering controller 6 obtains a corrected command vector by adding a force resisting the disturbance force to the command vector, and distributes thrust to the mooring machine 10, the front and rear propulsion units 2, and the lateral propulsion units 3 so that a thrust vector corresponding to the corrected command vector is obtained by combining the thrusts output from the mooring machine 10, the front and rear propulsion units 2, and the lateral propulsion units 3. The maneuvering controller 6 generates and outputs thrust target values such that the allocated thrust is output to each of the winch control device 50, the front and rear propulsion control device 91, and the lateral propulsion control device 92. The winch control device 50 controls the mooring machine 10 so that a thrust corresponding to a given thrust target value is output. Specifically, the winch control device 50 controls the operation of the winch W so that the thrust target value is obtained by winding and unwinding the mooring rope R to adjust the tension and rope length. The front and rear propulsion control device 91 controls the front and rear propulsion units 2 so that a thrust corresponding to a given thrust target value is output, and the lateral propulsion control device 92 controls the lateral propulsion unit 3 so that a thrust corresponding to a given thrust target value is output. As a result, the ship S obtains thrust corresponding to the command vector and moves mainly laterally until it approaches the quay.

係船操船における推力配分では、係船機10への推力の配分が優先される。各係船機10には係船索Rの張力の許容範囲が設定されている。係船操船が開始されて、係船機10の巻上げ動作により係船索Rのたわみが解消されたのちは、張力計52で測定される係船索Rの張力が許容範囲内に維持されるように、係船機10へ推力が配分される。ここで、張力の許容範囲は、0より大きく且つ係船機10A,10Bの最大巻込力より小さい所定の閾値以下である。係船機10A,10Bの最大巻込力は、係船機10A,10Bの各々に固有の既知の値である。係船機10A,10Bの各々について、係船索Rの張力に関する閾値(許容範囲)が個別に設定されてよい。或いは、全ての係船機10A,10Bについて、同一の係船索Rの張力に関する閾値(許容範囲)が設定されてもよい。In thrust allocation during mooring maneuvers, priority is given to thrust allocation to the mooring machine 10. An allowable range of tension of the mooring line R is set for each mooring machine 10. After mooring maneuvers are started and the deflection of the mooring line R is eliminated by the winding operation of the mooring machine 10, thrust is allocated to the mooring machine 10 so that the tension of the mooring line R measured by the tension meter 52 is maintained within the allowable range. Here, the allowable range of tension is equal to or less than a predetermined threshold value that is greater than 0 and less than the maximum winding force of the mooring machines 10A and 10B. The maximum winding force of the mooring machines 10A and 10B is a known value specific to each of the mooring machines 10A and 10B. A threshold value (allowable range) for the tension of the mooring line R may be set individually for each of the mooring machines 10A and 10B. Alternatively, the same threshold value (tolerance range) for the tension of the mooring rope R may be set for all of the mooring machines 10A, 10B.

係船操船における推力配分では、先ず、各係船索Rの張力が許容範囲内に維持されるように各係船機10に推力が配分される。そして、全ての係船機10が出力する推力の合成ベクトル(係船機推力ベクトル)を求め、指令ベクトルから係船機推力ベクトルを差し引いた不足分が前後推進機2及び横推進機3から出力される推力で補われる。不足分が生じない場合には、前後推進機2及び横推進機3から出力される推力はゼロであってもよい。このように推力が分配されることによって、操船コントローラ6は、係船操船の少なくとも一部分において、船首側係船機10B及び船尾側係船機10Aに係船索Rの巻取り動作を行わせると同時に、前後推進機2及び横推進機3のうち少なくとも一方に係船索Rの張力を軽減させるような推力を出力させるように、これらの推進デバイスを制御する。In thrust distribution in mooring maneuvering, first, thrust is distributed to each mooring machine 10 so that the tension of each mooring line R is maintained within an allowable range. Then, a resultant vector (mooring machine thrust vector) of the thrusts output by all mooring machines 10 is calculated, and the shortfall obtained by subtracting the mooring machine thrust vector from the command vector is made up by the thrust output from the front and rear propulsion machines 2 and the lateral propulsion machine 3. If no shortfall occurs, the thrust output from the front and rear propulsion machines 2 and the lateral propulsion machine 3 may be zero. By distributing thrust in this manner, the maneuvering controller 6 controls the propulsion devices so that, during at least a part of the mooring maneuvering, the bow side mooring machine 10B and the stern side mooring machine 10A perform the winding operation of the mooring line R, and at the same time, at least one of the front and rear propulsion machines 2 and the lateral propulsion machine 3 outputs a thrust that reduces the tension of the mooring line R.

ここで、操船コントローラ6の推力配分演算部62が行う推力配分演算方法(第1例及び第2例)について詳細に説明する。 Here, we will explain in detail the thrust distribution calculation method (first example and second example) performed by the thrust distribution calculation unit 62 of the steering controller 6.

(推力配分演算方法:第1例)
操船コントローラ6は、船首側係船機10B及び船尾側係船機10Aの係船索Rの張力に基づいて船首側係船機10B及び船尾側係船機10Aが出力する推力を推定するように構成された船体運動モデルを有する。図7に示すように、船体運動モデルは、各係船索Rについて、船体5を基準としたウインチWから見て最も先端側に配置された案内器36の位置である入力点78の座標を有する。操船コントローラ6は、船体運動モデルに、船体5の喫水と、船体5の位置と、係船柱35への係止位置である岸壁側係留点77の座標と、係船索Rの張力とを入力することによって、入力点78に作用する推力の三方向(前後方向、横方向、及び鉛直方向)の成分を推定することができる。また、操船コントローラ6は、船体運動モデルを用いて入力点78に作用する推力による船体5の挙動をシミュレーションにより推定することができる。操船コントローラ6は、船体運動モデルを用いた演算結果に基づいて、船首側係船機10B及び船尾側係船機10Aに配分される推力を決定することができる。
(Thrust distribution calculation method: 1st example)
The ship maneuvering controller 6 has a hull motion model configured to estimate the thrusts output by the bow mooring unit 10B and the stern mooring unit 10A based on the tensions of the mooring lines R of the bow mooring unit 10B and the stern mooring unit 10A. As shown in Fig. 7, the ship maneuvering model has coordinates of an input point 78, which is the position of the guide 36 arranged at the tip end side as seen from the winch W with respect to the hull 5 as a reference, for each mooring line R. The ship maneuvering controller 6 can estimate the three-directional (forward/rearward, lateral, and vertical) components of the thrust acting on the input point 78 by inputting the draft of the hull 5, the position of the hull 5, the coordinates of the quay-side mooring point 77, which is the mooring position to the mooring post 35, and the tension of the mooring line R to the hull motion model. In addition, the ship maneuvering controller 6 can estimate the behavior of the hull 5 due to the thrust acting on the input point 78 by simulation using the hull motion model. The ship maneuvering controller 6 can determine the thrust to be allocated to the bow side mooring unit 10B and the stern side mooring unit 10A based on the calculation results using the ship motion model.

ウインチ制御装置50は、操船コントローラ6でシミュレーションに用いた張力が生じるようにウインチWを動作させる。そして、操船コントローラ6は、シミュレーションで得られた船体5の動きと、実際の船体5の動きとの差分をフィードバックし、任意の方向に船体5を動かして係船操船を行う。ここで、所定の閾値を超える張力が測定された場合に、操船コントローラ6は、巻取り速度を下げるようにウインチ制御装置50に指令を出し、巻取り速度の低下によって不足する推力が前後推進機2及び/又は横推進機3で発生する推力で補われるように前後推進機2及び/又は横推進機3に推力が配分される。これにより係船索Rの過負荷が防止される。The winch control device 50 operates the winch W so that the steering controller 6 generates the tension used in the simulation. The steering controller 6 then feeds back the difference between the movement of the hull 5 obtained in the simulation and the actual movement of the hull 5, and moves the hull 5 in any direction to perform mooring maneuvering. If a tension exceeding a predetermined threshold is measured, the steering controller 6 issues a command to the winch control device 50 to reduce the winding speed, and thrust is distributed to the front and rear propulsion units 2 and/or the lateral propulsion units 3 so that the thrust shortage caused by the reduction in the winding speed is compensated for by the thrust generated by the front and rear propulsion units 2 and/or the lateral propulsion units 3. This prevents overloading of the mooring line R.

(推力配分演算方法:第2例)
計算を単純化するために、船体5を水平面内で操縦制御するものとして(x,y,z)の3自由度で取り扱う。この3自由度に対してジョイスティック81と回頭ダイヤル82とで受け付けた推力指令を前後方向推力指令(xd)、横方向推力指令(yd)、及び回頭モーメント指令(φd)に割り当て、指令ベクトルXdを次式1によって表す。なお、上記実施形態では、修正された指令ベクトルから推力ベクトルを求めることから、以下の指令ベクトルXdを修正された指令ベクトルと読み替える。式1~4中のX,Xd,A,A*,Xkはベクトル又は行列を表す。
(Thrust distribution calculation method: 2nd example)
To simplify the calculations, the hull 5 is handled as being steered and controlled in a horizontal plane with three degrees of freedom (x, y, z). For these three degrees of freedom, thrust commands received by the joystick 81 and the steering dial 82 are assigned to a longitudinal thrust command (xd), a lateral thrust command (yd), and a steering moment command (φd), and the command vector Xd is expressed by the following equation 1. Note that in the above embodiment, the thrust vector is determined from the corrected command vector, so the following command vector Xd is interpreted as the corrected command vector. X, Xd, A, A*, and Xk in equations 1 to 4 represent vectors or matrices.

Figure 0007538885000001
Figure 0007538885000001

前後推進機2の推力Tp、舵推力Tr、横推進機3の推力Ts、船首側係船機10Bの推力Tb、船尾側係船機10Aの推力Taとする。船舶Sがn基の複数の前後推進機2を備える場合、前後推進機2の推力はTp1,・・・,Tpnと表される。舵が複数である場合には、舵推力Trは複数の舵による合成力と考える。船舶Sがm基の複数の横推進機3を備える場合、横推進機3の推力はTs1,・・・,Tsmと表される。船舶Sがk基の複数の船首側係船機10Bを備える場合、船首側係船機10Bの各々では張力に相当する推力(前後推力と横推力の合成力)が発生しているものとし、船首側係船機10Bの推力はTb1,・・・,Tbkと表される。船舶Sがk基の複数の船尾側係船機10Aを備える場合、船尾側係船機10Aの各々では張力に相当する推力(前後推力と横推力)が発生しているものとし、船尾側係船機10Aの推力はTa1,・・・,Takと表される。これらをまとめた推力ベクトルXを次式2のように表す。 The thrust of the front and rear propulsion units 2 is Tp, the rudder thrust Tr, the thrust of the lateral propulsion unit 3 is Ts, the thrust of the bow mooring unit 10B is Tb, and the thrust of the stern mooring unit 10A is Ta. When the ship S is equipped with n number of front and rear propulsion units 2, the thrust of the front and rear propulsion units 2 is expressed as Tp1, ..., Tpn. When there are multiple rudders, the rudder thrust Tr is considered to be the composite force of the multiple rudders. When the ship S is equipped with m number of lateral propulsion units 3, the thrust of the lateral propulsion units 3 is expressed as Ts1, ..., Tsm. When the ship S is equipped with k number of bow mooring units 10B, it is assumed that each of the bow mooring units 10B generates a thrust equivalent to tension (composite force of front and rear thrust and lateral thrust), and the thrust of the bow mooring unit 10B is expressed as Tb1, ..., Tbk. When the ship S is equipped with k number of stern side mooring units 10A, each of the stern side mooring units 10A generates thrusts (longitudinal thrusts and lateral thrusts) equivalent to tension, and the thrusts of the stern side mooring units 10A are expressed as Ta1, ..., Tak. The thrust vector X, which is a combination of these, is expressed as the following equation 2.

Figure 0007538885000002
Figure 0007538885000002

推力ベクトルXと指令ベクトルXdとが次式3を満たすものとする。
Xd=A・X ・・・(式3)
It is assumed that the thrust vector X and the command vector Xd satisfy the following equation 3.
Xd=A・X...(Formula 3)

ここで、行列Aは配置行列である。配置行列Aの一般化逆行列A*を用いると、推力ベクトルXは次式4で表される。
X=A*・Xd+Xk ・・・(式4)
Here, matrix A is a configuration matrix. When a generalized inverse matrix A* of the configuration matrix A is used, the thrust vector X is expressed by the following equation 4.
X=A*・Xd+Xk...(Formula 4)

ここで、Xkは次式5を満たす。A*を推力配分行列と称する。
A*・Xk=0 ・・・(式5)
Here, Xk satisfies the following equation 5. A* is called a thrust distribution matrix.
A*・Xk=0...(Formula 5)

一般化逆行列は種々の形があるが、例えば、推力ベクトルXの各要素の二乗和を最小にする一般化逆行列を採用してよい。なお、舵横力のように必要とする推力を得るためには舵角だけではなく最小限必要な可変ピッチプロペラの推力の条件などの拘束条件が与えられる。操船コントローラ6には予め推力配分行列A*が記憶されており、操船コントローラ6は推力配分行列A*を用いて指令ベクトルXd(上記実施形態では修正された指令ベクトル)から推力ベクトルを導き出す。 There are various types of generalized inverse matrices, but for example, a generalized inverse matrix that minimizes the sum of the squares of each element of the thrust vector X may be adopted. Note that in order to obtain the required thrust, such as rudder side force, constraints such as not only the rudder angle but also the minimum required thrust of the controllable pitch propeller are given. The thrust distribution matrix A* is stored in advance in the steering controller 6, and the steering controller 6 uses the thrust distribution matrix A* to derive the thrust vector from the command vector Xd (the modified command vector in the above embodiment).

〔総括〕
以上に説明したように、本実施形態に係る操船システム20は、
船体5の前後方向のいずれにも推力を出力可能な少なくとも1つの前後推進機2と、
船体5の横方向のいずれにも推力を出力可能な少なくとも1つの横推進機3と、
船体5の船尾側と船首側の各々に少なくとも1つずつ配置された、係船索Rの巻取りと繰り出しとが可能な係船機10A,10Bと、
前後推進機2、横推進機3、及び係船機10A,10Bの動作を制御する操船コントローラ6とを備える。
そして、操船コントローラ6が、船体5を岸壁に接岸させる際に、係船索Rが岸壁に設けられた係船柱35に係止された状態で係船機10A,10Bに係船索Rの巻取り動作を行わせると同時に、前後推進機2及び横推進機3のうち少なくとも一方に係船索Rの張力を軽減させるような推力を出力させるように構成されていることを特徴としている。
[Summary]
As described above, the ship maneuvering system 20 according to this embodiment has the following features:
At least one forward/rear propulsion unit 2 capable of outputting thrust in either the forward or rearward direction of the hull 5;
At least one lateral propulsion unit 3 capable of outputting thrust in any lateral direction of the hull 5;
At least one mooring machine 10A, 10B is disposed on each of the stern side and the bow side of the hull 5, and capable of winding and unwinding a mooring rope R;
The vessel is equipped with a maneuvering controller 6 that controls the operation of the front and rear propulsion units 2, the lateral propulsion unit 3, and the mooring units 10A, 10B.
Furthermore, when the hull 5 is docked at a quay, the maneuvering controller 6 is configured to cause the mooring machines 10A, 10B to perform a winding operation of the mooring rope R while the mooring rope R is fastened to a mooring post 35 provided on the quay, and at the same time cause at least one of the front and rear propulsion machines 2 and the lateral propulsion machine 3 to output thrust such as to reduce the tension of the mooring rope R.

同様に、本実施形態に係る船舶Sの操船方法は、船体5の前後方向のいずれにも推力を出力可能な少なくとも1つの前後推進機2と、船体5の横方向のいずれにも推力を出力可能な少なくとも1つの横推進機3と、船体5の船尾側と船首側の各々に少なくとも1つずつ配置された、係船索Rの巻取りと繰り出しとが可能な係船機10A,10Bとを搭載した船舶Sの操船方法であって、
船体5を岸壁に接岸させる際に、係船索Rが岸壁に設けられた係船柱35に係止された状態で係船機10A,10Bに係船索Rの巻取り動作を行わせると同時に、前後推進機2及び横推進機3のうち少なくとも一方に係船索Rの張力を軽減させるような推力を出力させることを特徴としている。
Similarly, the maneuvering method for a ship S according to this embodiment is a maneuvering method for a ship S equipped with at least one longitudinal propulsion unit 2 capable of outputting thrust in either longitudinal direction of the hull 5, at least one lateral propulsion unit 3 capable of outputting thrust in either lateral direction of the hull 5, and mooring units 10A, 10B capable of winding in and letting out a mooring rope R, at least one each disposed on the stern side and the bow side of the hull 5,
When the ship 5 is docked at a quay, the mooring machines 10A, 10B are caused to reel in the mooring rope R while the mooring rope R is fastened to a mooring post 35 provided on the quay, and at the same time, at least one of the front and rear propulsion machines 2 and the lateral propulsion machine 3 is caused to output thrust such as to reduce the tension of the mooring rope R.

上記操船システム20及び操船方法では、船体5を接岸させるために係船機10A,10Bに係船索Rの巻取り動作をさせている間、係船索Rの張力が軽減されるような推力が船体5に作用する。このように推進機2,3と係船機10A,10Bとを連携させることにより、係船索Rに過負荷が掛かることが防止される。一般的に、係船機の巻取り動作中に係船索に過負荷が掛かった場合には、係船機に係船索の繰り出し動作を行わせることによって、過負荷を解消する。これに対し、上記の操船システム20及び操船方法では、係船機10A,10Bの巻取り動作中に係船索Rに過負荷が掛かることが防止されることから、係船索Rの繰り出し長さが停滞したり長くなったりせずに継続的に短くなるので、係船機10A,10Bのみを用いる場合と比較して効率的に船体5を接岸させることができる。In the above-mentioned maneuvering system 20 and maneuvering method, while the mooring machines 10A and 10B are winding the mooring line R to berth the hull 5, a thrust is applied to the hull 5 such that the tension of the mooring line R is reduced. By linking the propulsion machines 2 and 3 with the mooring machines 10A and 10B in this way, the mooring line R is prevented from being overloaded. Generally, if the mooring line is overloaded during the winding operation of the mooring machine, the overload is eliminated by having the mooring machine perform a mooring line reeling operation. In contrast, in the above-mentioned maneuvering system 20 and maneuvering method, the mooring line R is prevented from being overloaded during the winding operation of the mooring machines 10A and 10B, so that the reeling length of the mooring line R is continuously shortened without stagnating or lengthening, and the hull 5 can be berthed more efficiently than when only the mooring machines 10A and 10B are used.

上記の操船システム20は、係船索Rの張力を測定する張力計52を更に備え、操船コントローラ6は、張力計52で測定される係船索Rの張力が0より大きく且つ係船機10A,10Bの最大巻込力より小さい所定の閾値以下の範囲に維持されるように、前後推進機2及び横推進機3のうち少なくとも一方に係船索Rの張力を軽減させるような推力を出力させるように構成されている。The above-mentioned steering system 20 further includes a tension meter 52 that measures the tension of the mooring line R, and the steering controller 6 is configured to cause at least one of the front and rear propulsion units 2 and the lateral propulsion unit 3 to output thrust such as to reduce the tension of the mooring line R so that the tension of the mooring line R measured by the tension meter 52 is maintained within a range below a predetermined threshold value that is greater than 0 and less than the maximum winding force of the mooring machines 10A, 10B.

同様に、上記の操船方法では、係船索Rの張力が0より大きく且つ係船機10A,10Bの最大巻込力より小さい所定の閾値以下の範囲に維持されるように、前後推進機2及び横推進機3のうち少なくとも一方に係船索Rの張力を軽減させるような推力を出力させる。Similarly, in the above-mentioned maneuvering method, at least one of the front and rear propulsion motors 2 and the lateral propulsion motors 3 is caused to output thrust to reduce the tension of the mooring rope R so that the tension of the mooring rope R is maintained within a range below a predetermined threshold value that is greater than 0 and less than the maximum winding force of the mooring machines 10A, 10B.

このように、船体5を接岸させるために係船機10A,10Bに係船索Rの巻取り動作をさせている間、係船索Rの張力の範囲が維持されることから、係船索Rに過負荷が掛かることが防止される。In this way, while the mooring machines 10A, 10B are winding up the mooring rope R in order to dock the hull 5, the range of tension in the mooring rope R is maintained, thereby preventing the mooring rope R from being overloaded.

また、上記実施形態に係る操船システム20は、
船体5の前後方向のいずれにも推力を出力可能な少なくとも1つの前後推進機2と、船体5の横方向のいずれにも推力を出力可能な少なくとも1つの横推進機3と、
船体5の船尾側と船首側の各々に少なくとも1つずつ配置された、係船索Rの巻取りと繰り出しとが可能な係船機10A,10Bと、
係船機10A,10Bを係船索Rの張力に対応する推力を出力する推進デバイスと見做し、前後推進機2、横推進機3、及び係船機10A,10Bを含む複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの動作を制御する操船コントローラ6とを備える。
そして、操船コントローラ6が、船体5に作用させる指令推力を向きと大きさで表した指令ベクトルを取得し、複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々に指令ベクトルに対応する推力を配分し、複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々から配分された推力が出力されるように複数の推進デバイス2,3,10A,10Bを制御することを特徴としている。ここで、操船コントローラ6は、複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々から出力される推力の合成力を向きと大きさで表した推力ベクトルが指令ベクトルと対応するように複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々に推力を配分するように構成されていてよい。
Moreover, the ship maneuvering system 20 according to the above embodiment has
At least one longitudinal propulsion unit 2 capable of outputting thrust in either longitudinal direction of the hull 5, and at least one lateral propulsion unit 3 capable of outputting thrust in either lateral direction of the hull 5;
At least one mooring machine 10A, 10B is disposed on each of the stern side and the bow side of the hull 5, and capable of winding and unwinding a mooring rope R;
The mooring machines 10A, 10B are regarded as propulsion devices that output thrust corresponding to the tension of the mooring lines R, and a maneuvering controller 6 is provided that controls the operation of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B including the front and rear propulsion machines 2, the lateral propulsion machine 3, and the mooring machines 10A, 10B.
The ship maneuvering controller 6 acquires a command vector representing a command thrust to be applied to the hull 5 in terms of direction and magnitude, allocates a thrust corresponding to the command vector to each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B, and controls the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B so that the allocated thrust is output from each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B. Here, the ship maneuvering controller 6 may be configured to allocate thrust to each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B so that a thrust vector representing a composite force of thrusts output from each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B in terms of direction and magnitude corresponds to the command vector.

同様に、上記実施形態に係る船舶Sの操船方法は、船体5の前後方向のいずれにも推力を出力可能な少なくとも1つの前後推進機2と、船体5の横方向のいずれにも推力を出力可能な少なくとも1つの横推進機3と、船体5の船尾側と船首側の各々に少なくとも1つずつ配置された、係船索Rの巻取りと繰り出しとが可能な係船機10A,10Bとを搭載した船舶Sの操船方法であって、
船体5に作用させる指令推力を向きと大きさで表した指令ベクトルを取得すること、
係船機10A,10Bを係船索Rの張力に対応する推力を出力する推進デバイスと見做し、前後推進機2、横推進機3、及び係船機10A,10Bを含む複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々に指令ベクトルに対応する推力を配分すること、及び、
複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々から配分された推力が出力されるように複数の推進デバイス2,3,10A,10Bを制御すること、を含む。ここで、上記の配分することが、複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々から出力される推力の合成力を向きと大きさで表した推力ベクトルが指令ベクトルと対応するように複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々に推力を配分することを含んでいてよい。
Similarly, the maneuvering method for the ship S according to the above embodiment is a maneuvering method for a ship S equipped with at least one longitudinal propulsion unit 2 capable of outputting thrust in either longitudinal direction of the hull 5, at least one lateral propulsion unit 3 capable of outputting thrust in either lateral direction of the hull 5, and mooring units 10A, 10B capable of winding in and letting out mooring ropes R, at least one each disposed on the stern side and the bow side of the hull 5,
Obtaining a command vector that represents a command thrust to be applied to the hull 5 in terms of direction and magnitude;
The mooring units 10A and 10B are regarded as propulsion devices that output thrust corresponding to the tension of the mooring line R, and thrust corresponding to a command vector is allocated to each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, and 10B including the front and rear propulsion units 2, the lateral propulsion unit 3, and the mooring units 10A and 10B; and
and controlling the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, and 10B so that the allocated thrust is output from each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, and 10B. Here, the allocating may include allocating thrust to each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, and 10B so that a thrust vector, which is a composite force of the thrusts output from each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, and 10B expressed in terms of direction and magnitude, corresponds to a command vector.

上記操船システム20及び操船方法では、係船機10A,10Bが推進デバイスの一種と見做され、係船機10A,10B、前後推進機2及び横推進機3を含む複数の推進デバイス2,3,10A,10Bに船体5に作用させる推力が配分される。このように、推進機2,3と係船機10A,10Bとが統括的に制御されるので、推進機2,3と係船機10A,10Bとを個別に操作する必要が無く、作業の効率化と省人化を図ることができる。また、岸壁付近の流体力は不規則であるが、推進機2,3と係船機10A,10Bを含む複数の推進デバイス2,3,10A,10Bで連携して推力を発生させることにより、係船機10A,10Bのみで船体5を移動させる場合と比較して安定して目標位置へ到達させることができる。In the above-mentioned maneuvering system 20 and maneuvering method, the mooring units 10A and 10B are regarded as a type of propulsion device, and the thrust acting on the hull 5 is distributed to the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, and 10B including the mooring units 10A and 10B, the front and rear propulsion units 2, and the lateral propulsion units 3. In this way, the propulsion units 2, 3 and the mooring units 10A and 10B are controlled in an integrated manner, so that there is no need to operate the propulsion units 2, 3 and the mooring units 10A and 10B individually, which improves work efficiency and reduces manpower. In addition, although the hydrodynamic forces near the quay are irregular, the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, and 10B including the propulsion units 2, 3 and the mooring units 10A and 10B generate thrust in cooperation with each other, so that the hull 5 can be moved to the target position more stably than when it is moved by only the mooring units 10A and 10B.

また、上記実施形態に係る操船システム20は、操作を受け付けて操船コントローラ6へ入力するジョイスティック81を備え、操船コントローラ6は、ジョイスティック81の傾倒角度を指令ベクトルの大きさとしジョイスティック81の傾倒方向を指令ベクトルの向きとし、ジョイスティック81が受け付けた操作に対応した指令ベクトルを取得するように構成されている。 In addition, the steering system 20 according to the above embodiment is equipped with a joystick 81 that receives operations and inputs them to the steering controller 6, and the steering controller 6 is configured to obtain a command vector corresponding to the operation received by the joystick 81 by setting the tilt angle of the joystick 81 to the magnitude of a command vector and the tilt direction of the joystick 81 to the direction of the command vector.

同様に、上記の操船方法において、指令ベクトルを取得することが、ジョイスティック81の傾倒角度を指令ベクトルの大きさとしジョイスティック81の傾倒方向を指令ベクトルの向きとし、ジョイスティック81が受け付けた操作に対応した指令ベクトルを取得することを含む。Similarly, in the above-mentioned maneuvering method, acquiring a command vector includes taking the tilt angle of the joystick 81 as the magnitude of the command vector and the tilt direction of the joystick 81 as the direction of the command vector, and acquiring a command vector corresponding to the operation received by the joystick 81.

このようにジョイスティック81を操作することによって、係船機10A,10B及び横推進機3を含む複数の推進デバイス2,3,10A,10Bを統括的に動作させることができる。よって、推進機2,3と係船機10A,10Bとを個別に操作する必要が無く、作業の効率化と省人化を図ることができる。By operating the joystick 81 in this manner, it is possible to operate multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B, including the mooring machines 10A, 10B and the lateral propulsion machine 3, in a coordinated manner. This eliminates the need to operate the propulsion machines 2, 3 and the mooring machines 10A, 10B individually, improving work efficiency and reducing manpower.

また、上記実施形態に係る操船システム20は、船体5の接岸距離を計測する距離計27と、船体5の船位を測定する船位測定装置26とを備え、操船コントローラ6は、接岸距離と船位とに基づいて指令ベクトルを生成するように構成されている。 In addition, the steering system 20 according to the above embodiment is equipped with a rangefinder 27 that measures the docking distance of the hull 5 and a position measuring device 26 that measures the position of the hull 5, and the steering controller 6 is configured to generate a command vector based on the docking distance and the position.

同様に、上記実施形態に係る操船方法において、指令ベクトルを取得することが、船体5の接岸距離を計測すること、船体5の船位を測定することと、及び、接岸距離と船位に基づいて指令ベクトルを生成すること、を含む。 Similarly, in the maneuvering method according to the above embodiment, obtaining a command vector includes measuring the docking distance of the hull 5, measuring the position of the hull 5, and generating a command vector based on the docking distance and the position.

このように、指令ベクトルが自動的に生成されるので、船舶Sを自動操船することができる。 In this way, the command vector is automatically generated, allowing the ship S to be automatically steered.

また、上記実施形態に係る操船システム20において、操船コントローラ6は、船体5のおかれた環境の風向、風速、及び潮流を含む外乱情報を取得し、外乱情報に基づいて船体5に作用する外乱力を推定し、外乱力で指令ベクトルを修正するように構成されている。 In addition, in the steering system 20 according to the above embodiment, the steering controller 6 is configured to acquire disturbance information including wind direction, wind speed, and currents in the environment in which the hull 5 is located, estimate the disturbance force acting on the hull 5 based on the disturbance information, and modify the command vector based on the disturbance force.

同様に、上記実施形態に係る操船方法において、指令ベクトルを取得することが、船体5のおかれた環境の風向、風速、及び潮流を含む外乱情報を取得すること、外乱情報に基づいて船体5に作用する外乱力を推定すること、及び、外乱力で指令ベクトルを修正すること、を含む。Similarly, in the steering method according to the above embodiment, acquiring the command vector includes acquiring disturbance information including wind direction, wind speed, and currents in the environment in which the hull 5 is located, estimating the disturbance force acting on the hull 5 based on the disturbance information, and modifying the command vector based on the disturbance force.

このように、船体5に作用する外乱力を打ち消すように指令ベクトルが修正されるので、修正前の指令ベクトルは外乱力が考慮されたものでなくてよい。よって、操船者は、経験値に依らずに指令を出すことができる。In this way, the command vector is corrected to cancel the disturbance force acting on the hull 5, so the command vector before correction does not need to take the disturbance force into account. Therefore, the operator can issue commands without relying on experience.

また、上記実施形態に係る操船システム20において、操船コントローラ6は、船体5を岸壁に着岸及び係船する際に、所定の着岸開始位置P2から当該着岸開始位置P2よりも岸壁に近い係船開始位置P3へ船体5を移動させる着岸操船と、係船開始位置P3から岸壁に接岸するまで船体5を移動させる係船操船とを行い、着岸操船において係船機10A,10Bに配分される推力がゼロとなるように複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々に推力を配分するように構成されている。また、操船コントローラ6は、係船操船において、複数の推進デバイス2,3,10A,10Bのうち係船機10A,10Bに余の推進デバイス2,3に対して優先的に推力が配分されるように複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々に推力を配分するように構成されている。In addition, in the maneuvering system 20 according to the above embodiment, the maneuvering controller 6 is configured to perform a docking maneuver in which the hull 5 is moved from a predetermined docking start position P2 to a mooring start position P3 closer to the quay than the docking start position P2, and a mooring maneuver in which the hull 5 is moved from the mooring start position P3 until it is docked at the quay, and to distribute thrust to each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B so that the thrust distributed to the mooring machines 10A, 10B in the docking maneuver is zero. In addition, the maneuvering controller 6 is configured to distribute thrust to each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B so that thrust is preferentially distributed to the mooring machines 10A, 10B among the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B over the remaining propulsion devices 2, 3 in the mooring maneuver.

同様に、上記実施形態に係る操船方法は、船体5を岸壁に着岸及び係船する際に、所定の着岸開始位置P2から当該着岸開始位置P2よりも岸壁に近い係船開始位置P3へ船体5を移動させる着岸操船と、係船開始位置P3から岸壁に接岸するまで船体5を移動させる係船操船とを行い、着岸操船において係船機10A,10Bに配分される推力がゼロとなるように複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々に推力を配分する。また、係船操船において、複数の推進デバイス2,3,10A,10Bのうち係船機10A,10Bに余の推進デバイス2,3に対して優先的に推力が配分されるように複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの各々に推力を配分する。Similarly, in the maneuvering method according to the above embodiment, when the hull 5 is docked and moored at a quay, a docking maneuver is performed in which the hull 5 is moved from a predetermined docking start position P2 to a mooring start position P3 closer to the quay than the docking start position P2, and a mooring maneuver is performed in which the hull 5 is moved from the mooring start position P3 until it is docked at the quay, and thrust is allocated to each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B so that the thrust allocated to the mooring machines 10A, 10B in the docking maneuver is zero. Also, in the mooring maneuver, thrust is allocated to each of the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B so that thrust is preferentially allocated to the mooring machines 10A, 10B among the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, 10B over the remaining propulsion devices 2, 3.

このように、係船索Rが係船柱35に係留されていない着岸操船では、推進機2,3の稼働により船体5に推力が与えることができる。係船索Rが係船柱35に係留された係船操船では、係船機10A,10Bを含む複数の推進デバイス2,3,10A,10Bの稼働により船体5に推力を与えることができる。そのうえ、係船操船では、係船機10A,10Bに優先的に推力が配分されて、主に係船索Rの張力で船体5を移動させつつ、不足する推力を推進機2,3で発生する推力で補うように、複数の推進デバイス2,3,10A,10Bを動作させることができる。In this way, in docking maneuvers where the mooring line R is not moored to the mooring post 35, thrust can be applied to the hull 5 by operating the propulsion units 2 and 3. In mooring maneuvers where the mooring line R is moored to the mooring post 35, thrust can be applied to the hull 5 by operating multiple propulsion devices 2, 3, 10A, and 10B, including the mooring units 10A and 10B. Furthermore, in mooring maneuvers, thrust is preferentially allocated to the mooring units 10A and 10B, and the hull 5 is moved mainly by the tension of the mooring line R, while the multiple propulsion devices 2, 3, 10A, and 10B can be operated to compensate for insufficient thrust with thrust generated by the propulsion units 2 and 3.

また、上記実施形態に係る操船システム20において、操船コントローラ6は、係船機10A,10Bの係船索Rの張力に基づいて係船機10A,10Bが出力する推力を推定するように構成された船体運動モデルを有する。 In addition, in the steering system 20 according to the above embodiment, the steering controller 6 has a hull motion model configured to estimate the thrust output by the mooring machines 10A, 10B based on the tension of the mooring lines R of the mooring machines 10A, 10B.

同様に、上記実施形態に係る操船方法において、係船機10A,10Bの係船索Rの張力に基づいて係船機10A,10Bが出力する推力を推定するように構成された船体運動モデルを用いて、係船機10A,10Bに配分される推力を決定する。Similarly, in the maneuvering method according to the above embodiment, the thrust to be allocated to the mooring machines 10A, 10B is determined using a hull motion model configured to estimate the thrust to be output by the mooring machines 10A, 10B based on the tension of the mooring lines R of the mooring machines 10A, 10B.

このように係船索Rの張力によって船体5に作用する推力が船体運動モデルを用いて推定されるので、複雑な系においてもより正確な船体5の挙動を得ることができ、これを推力の配分に利用することができる。 In this way, the thrust acting on the hull 5 due to the tension of the mooring lines R is estimated using a hull motion model, so that more accurate behavior of the hull 5 can be obtained even in a complex system, and this can be used for thrust allocation.

以上に本開示の好適な実施の形態を説明したが、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び/又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。 Although the above describes a preferred embodiment of the present disclosure, the present invention may also include modifications to the specific structural and/or functional details of the above embodiment without departing from the spirit of the present disclosure.

2 :前後推進機(推進デバイス)
3 :横推進機(推進デバイス)
3A :船尾側横推進機(推進デバイス)
3B :船首側横推進機(推進デバイス)
5 :船体
6 :操船コントローラ
7 :計器群
8 :ユーザーインターフェース
9 :操船機器群
10 :係船機(推進デバイス)
10A :船尾側係船機(推進デバイス)
10B :船首側係船機(推進デバイス)
20 :操船システム
26 :船位測定装置
27 :距離計
81 :ジョイスティック
P2 :着岸開始位置
P3 :係船開始位置
R :係船索
S :船舶
2: Front and rear thrusters (propulsion devices)
3: Lateral thruster (propulsion device)
3A: Stern side lateral thruster (propulsion device)
3B: Bow side lateral thruster (propulsion device)
5: Hull 6: Steering controller 7: Instrument group 8: User interface 9: Steering equipment group 10: Mooring mechanism (propulsion device)
10A: Aft mooring device (propulsion device)
10B: Bow mooring device (propulsion device)
20: Ship maneuvering system 26: Ship position measuring device 27: Distance meter 81: Joystick P2: Docking start position P3: Mooring start position R: Mooring line S: Ship

Claims (16)

船体の前後方向のいずれにも推力を出力可能な前後推進機と、
前記船体の横方向のいずれにも横推力を出力可能な横推進機と、
前記船体の船尾側と船首側の各々に少なくとも1つずつ配置された、係船索の巻取りと繰り出しとが可能な係船機と、
前記係船機を前記係船索の張力に対応する推力を出力する推進デバイスと見做し、前記前後推進機、前記横推進機、及び前記係船機を含む複数の推進デバイスの動作を制御する操船コントローラとを備え、
前記操船コントローラは、前記船体に作用させる指令推力を向きと大きさで表した指令ベクトルを取得し、前記複数の推進デバイスの各々に前記指令ベクトルに対応する推力を配分し、前記複数の推進デバイスの各々から配分された推力が出力されるように前記複数の推進デバイスを制御する、
操船システム。
A forward/rear propulsion unit capable of outputting thrust in either the forward or rearward direction of the hull;
A lateral propulsion device capable of outputting lateral thrust in any lateral direction of the hull;
At least one mooring machine is arranged on each of the stern side and the bow side of the hull, and is capable of winding and unwinding a mooring line;
a maneuvering controller that regards the mooring machine as a propulsion device that outputs a thrust corresponding to the tension of the mooring line and controls the operation of a plurality of propulsion devices including the front and rear propulsion machines, the lateral propulsion machine, and the mooring machine;
the ship maneuvering controller acquires a command vector representing a direction and magnitude of a command thrust to be applied to the hull, allocates thrust corresponding to the command vector to each of the plurality of propulsion devices, and controls the plurality of propulsion devices so that each of the plurality of propulsion devices outputs the allocated thrust.
Ship steering system.
前記操船コントローラは、前記複数の推進デバイスの各々から出力される推力の合成力を向きと大きさで表した推力ベクトルが前記指令ベクトルと対応するように前記複数の推進デバイスの各々に推力を配分する、
請求項に記載の操船システム。
the ship maneuvering controller allocates thrust to each of the plurality of propulsion devices such that a thrust vector, which is a resultant force of thrusts output from each of the plurality of propulsion devices and is expressed in terms of direction and magnitude, corresponds to the command vector;
A ship steering system according to claim 1 .
操作を受け付けて前記操船コントローラへ入力するジョイスティックを備え、
前記操船コントローラは、前記ジョイスティックの傾倒角度を前記指令ベクトルの大きさとし前記ジョイスティックの傾倒方向を前記指令ベクトルの向きとし、前記ジョイスティックが受け付けた操作に対応した前記指令ベクトルを取得する、
請求項又はに記載の操船システム。
a joystick for receiving an operation and inputting the operation to the ship steering controller;
the boat maneuvering controller defines a tilt angle of the joystick as a magnitude of the command vector and a tilt direction of the joystick as a direction of the command vector, and acquires the command vector corresponding to an operation received by the joystick.
A ship maneuvering system according to claim 1 or 2 .
前記船体の接岸距離を計測する距離計と、
前記船体の船位を測定する船位測定装置とを備え、
前記操船コントローラは、前記接岸距離と前記船位とに基づいて前記指令ベクトルを生成する、
請求項に記載の操船システム。
A distance meter for measuring the docking distance of the ship;
A ship positioning device for measuring the ship position of the ship,
the ship maneuvering controller generates the command vector based on the docking distance and the ship position.
A ship steering system according to claim 1 .
前記操船コントローラは、前記船体のおかれた環境の風向、風速、及び潮流を含む外乱情報を取得し、前記外乱情報に基づいて前記船体に作用する外乱力を推定し、前記外乱力で前記指令ベクトルを修正する、
請求項のいずれか一項に記載の操船システム。
the ship steering controller acquires disturbance information including a wind direction, a wind speed, and a tidal current in an environment in which the hull is placed, estimates a disturbance force acting on the hull based on the disturbance information, and modifies the command vector based on the disturbance force;
A ship maneuvering system according to any one of claims 1 to 4 .
前記操船コントローラは、前記船体を岸壁に着岸及び係船する際に、所定の着岸開始位置から当該着岸開始位置よりも前記岸壁に近い係船開始位置へ前記船体を移動させる着岸操船と、前記係船開始位置から前記岸壁に接岸するまで前記船体を移動させる係船操船とを行い、前記着岸操船において前記係船機に配分される推力がゼロとなるように前記複数の推進デバイスの各々に推力を配分する、
請求項のいずれか一項に記載の操船システム。
the maneuvering controller, when docking and mooring the hull to a quay, performs a docking maneuver to move the hull from a predetermined docking start position to a mooring start position closer to the quay than the predetermined docking start position, and a mooring maneuver to move the hull from the mooring start position until the hull is docked at the quay, and allocates thrust to each of the plurality of propulsion devices so that thrust allocated to the mooring machine in the docking maneuver is zero.
A ship maneuvering system according to any one of claims 1 to 5 .
前記操船コントローラは、前記係船操船において、前記複数の推進デバイスのうち前記係船機に余の推進デバイスに対して優先的に推力が配分されるように前記複数の推進デバイスの各々に推力を配分する、
請求項に記載の操船システム。
the maneuvering controller allocates thrust to each of the plurality of propulsion devices such that thrust is preferentially allocated to the mooring device among the plurality of propulsion devices relative to the remaining propulsion devices during the mooring maneuvering;
A ship steering system according to claim 6 .
前記操船コントローラは、前記係船機の前記係船索の張力に基づいて前記係船機が出力する推力を推定するように構成された船体運動モデルを有する、
請求項のいずれか一項に記載の操船システム。
The ship maneuvering controller has a ship motion model configured to estimate a thrust force output by the mooring machine based on a tension of the mooring line of the mooring machine.
A ship maneuvering system according to any one of claims 1 to 7 .
船体の前後方向のいずれにも推力を出力可能な前後推進機と、前記船体の横方向のいずれにも推力を出力可能な横推進機と、前記船体の船尾側と船首側の各々に少なくとも1つずつ配置された、係船索の巻取りと繰り出しとが可能な係船機とを搭載した船舶の操船方法であって、
前記船体に作用させる指令推力を向きと大きさで表した指令ベクトルを取得すること、
前記係船機を前記係船索の張力に対応する推力を出力する推進デバイスと見做し、前記前後推進機、前記横推進機、及び前記係船機を含む複数の推進デバイスの各々に前記指令ベクトルに対応する推力を配分すること、及び、
前記複数の推進デバイスの各々から配分された推力が出力されるように前記複数の推進デバイスを制御すること、を含む、
操船方法。
A method for maneuvering a ship equipped with a longitudinal propulsion unit capable of outputting thrust in either longitudinal direction of a hull, a lateral propulsion unit capable of outputting thrust in either lateral direction of the hull, and a mooring unit capable of winding and unwinding a mooring line, the mooring unit being arranged at least one each on the stern side and bow side of the hull,
Obtaining a command vector representing a direction and a magnitude of a command thrust to be applied to the hull;
Considering the mooring unit as a propulsion device that outputs a thrust corresponding to the tension of the mooring line, and allocating a thrust corresponding to the command vector to each of a plurality of propulsion devices including the forward and rear propulsion units, the lateral propulsion unit, and the mooring unit; and
controlling the plurality of propulsion devices such that each of the plurality of propulsion devices outputs a respective thrust.
How to maneuver the ship.
前記配分することが、前記複数の推進デバイスの各々から出力される推力の合成力を向きと大きさで表した推力ベクトルが前記指令ベクトルと対応するように前記複数の推進デバイスの各々に推力を配分することを含む、
請求項に記載の操船方法。
the allocating step includes allocating thrust to each of the plurality of propulsion devices such that a thrust vector, which is a representation of a resultant force of thrusts output from each of the plurality of propulsion devices in terms of a direction and a magnitude, corresponds to the command vector;
A ship maneuvering method according to claim 9 .
前記指令ベクトルを取得することが、ジョイスティックの傾倒角度を前記指令ベクトルの大きさとし前記ジョイスティックの傾倒方向を前記指令ベクトルの向きとし、前記ジョイスティックが受け付けた操作に対応した前記指令ベクトルを取得することを含む、
請求項又は10に記載の操船方法。
acquiring the command vector includes acquiring the command vector corresponding to an operation received by the joystick, the command vector being determined by setting a tilt angle of the joystick as a magnitude of the command vector and a tilt direction of the joystick as a direction of the command vector.
A ship maneuvering method according to claim 9 or 10 .
前記指令ベクトルを取得することが、前記船体の接岸距離を計測すること、前記船体の船位を測定することと、及び、前記接岸距離と前記船位に基づいて前記指令ベクトルを生成すること、を含む、
請求項又は10に記載の操船方法。
obtaining the command vector includes measuring a docking distance of the hull, measuring a ship position of the hull, and generating the command vector based on the docking distance and the ship position.
A ship maneuvering method according to claim 9 or 10 .
前記指令ベクトルを取得することが、前記船体のおかれた環境の風向、風速、及び潮流を含む外乱情報を取得すること、前記外乱情報に基づいて前記船体に作用する外乱力を推定すること、及び、前記外乱力で前記指令ベクトルを修正すること、を含む、
請求項12のいずれか一項に記載の操船方法。
obtaining the command vector includes obtaining disturbance information including a wind direction, a wind speed, and a tidal current in an environment in which the hull is located, estimating a disturbance force acting on the hull based on the disturbance information, and modifying the command vector using the disturbance force.
A ship maneuvering method according to any one of claims 9 to 12 .
前記船体を岸壁に着岸及び係船する際に、所定の着岸開始位置から当該着岸開始位置よりも前記岸壁に近い係船開始位置へ前記船体を移動させる着岸操船と、前記係船開始位置から前記岸壁に接岸するまで前記船体を移動させる係船操船とを行い、
前記着岸操船において前記係船機に配分される推力がゼロとなるように前記複数の推進デバイスの各々に推力を配分する、
請求項13のいずれか一項に記載の操船方法。
When the hull is docked and moored at a quay, a docking maneuver is performed to move the hull from a predetermined docking start position to a mooring start position closer to the quay than the predetermined docking start position, and a mooring maneuver is performed to move the hull from the mooring start position until the hull is docked at the quay,
allocating thrust to each of the plurality of propulsion devices so that thrust allocated to the mooring machine during the docking operation is zero;
A ship maneuvering method according to any one of claims 9 to 13 .
前記係船操船において、前記複数の推進デバイスのうち前記係船機に余の推進デバイスに対して優先的に推力が配分されるように前記複数の推進デバイスの各々に推力を配分する、
請求項14に記載の操船方法。
In the mooring maneuvering, thrust is allocated to each of the plurality of propulsion devices such that thrust is preferentially allocated to the mooring machine among the plurality of propulsion devices relative to the remaining propulsion devices.
A ship maneuvering method according to claim 14 .
前記係船機の前記係船索の張力に基づいて前記係船機が出力する推力を推定するように構成された船体運動モデルを用いて、前記係船機に配分される推力を決定する、
請求項15のいずれか一項に記載の操船方法。
determining a thrust to be allocated to the mooring aircraft using a vessel motion model configured to estimate a thrust to be output by the mooring aircraft based on a tension of the mooring line of the mooring aircraft;
A ship maneuvering method according to any one of claims 9 to 15 .
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