移动信息计算装置、移动信息计算方法及移动信息计算程序与流程

本发明涉及计算船舶等移动体的移动信息、尤其是与移动体的回转相关的信息的移动信息计算装置、移动信息计算方法及移动信息计算程序。

背景技术：

以往，预防船舶等移动体的碰撞的各种技术得到了实用化。其中，预测移动体的航迹并显示预测航迹的各种装置得到了实用化。

例如，专利文献1的显示装置对移动体的速度、方位及调头角速度进行计测，并计算过去的移动轨迹和未来的预测轨迹。专利文献1的显示装置显示这些过去的移动航迹和未来的预测航迹。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:国际公布第93/07448号

技术实现要素：

本发明所要解决的课题

但是，在专利文献1所述的显示装置等过去考量的装置所处理的信息中，有时作为回转时的预测数据并不充分。因此，希望得到表示移动体的回转时的状态的进一步的数据。

因此，本发明的目的在于，使得表示移动体的回转时的状态的数据更加充实。

用于解决课题的手段

本发明的移动信息计算装置具备：计算移动体的位置的位置计算部、计算移动体的速度的速度计算部、计算移动体的姿态的姿态计算部、重心信息计算部及回转信息计算部。重心信息计算部使用位置、速度及姿态，计算移动体的重心位置及重心速度。回转信息计算部使用重心位置及重心速度，计算移动体的回转中心位置或者转心位置。

在该构成中，使用移动体的位置、速度、姿态，计算表示移动体的回转时的状态的回转中心位置或者转心位置。

发明效果

根据本发明，能够使得表示移动体的回转时的状态的数据更加充实。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式所涉及的移动信息计算装置的功能框图。

图2是表示船舶的回转状态的平面图。

图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的移动体信息计算方法的流程图。

图4是本发明的第2实施方式所涉及的移动信息计算装置的功能框图。

图5是表示本发明的第2实施方式所涉及的显示图像的第1例的图。

图6是表示本发明的第2实施方式所涉及的显示图像的第2例的图。

具体实施方式

关于本发明的第1实施方式所涉及的移动信息计算装置、移动状态计算方法及移动状态计算程序，参照附图进行说明。图1是本发明的第1实施方式所涉及的移动信息计算装置的功能框图。图2是表示船舶的回转状态的平面图。此外，在本实施方式中，示出作为移动体使用船舶的方式，但也能够适用于其他水上移动体、水中移动体或者空中移动体等各种移动体。对于船体、机体等主体大的移动体，本申请发明的构成特别有效。

如图1所示，移动信息计算装置10具备位置计算部20、速度计算部30、姿态计算部40、重心信息计算部50及回转信息计算部60。位置计算部20例如由位置传感器实现，速度计算部30例如由速度传感器实现，姿态计算部40例如由姿态传感器实现。重心信息计算部50及回转信息计算部60由存储了执行这些功能的程序的存储设备、以及执行该存储设备中存储的程序的运算元件(cpu等)实现。位置传感器对应于本发明的“位置计算部”，速度传感器对应于本发明的“速度计算部”，姿态传感器对应于本发明的“姿态计算部”。

移动信息计算装置10与显示器70连接。此外，也可以包含该显示器70在内作为移动信息计算装置10。

移动信息计算装置10及显示器70被装备于如图2所示的船体100。在船体100，设置了复合传感器101、复合传感器102及复合传感器103。

如图2所示，复合传感器101及复合传感器102配置在船体100的船尾附近。复合传感器101及复合传感器102配置在连结船体100的左舷与右舷的方向、即体坐标系(移动体坐标系)的yb方向上不同的位置。

如图2所示，复合传感器103配置在船体100的船头附近。换言之，复合传感器103配置在连结船体100的船头与船尾的方向、即体坐标系的xb方向上与复合传感器102及复合传感器103不同的位置。此外，复合传感器101、复合传感器102及复合传感器103的配置不限于此，安装于船体100的复合传感器的个数也不限于此。

复合传感器101、复合传感器102及复合传感器103分别具备：接收定位信号的天线、使用gnss(grobalnavigationsatellitesystems：全球导航卫星系统)的定位信号计算位置的定位运算部、计测对地船速的速度传感器、陀螺罗盘。由此，复合传感器101、复合传感器102及复合传感器103具备位置传感器(位置计算部20的一例)、速度传感器(速度计算部30的一例)及姿态传感器(姿态计算部40的一例)。

通过该构成，复合传感器101、复合传感器102及复合传感器103的位置传感器分别使用来自定位卫星的定位信号，对复合传感器101、复合传感器102及复合传感器103的位置pw进行计测。通过使用定位信号，位置pw由测地坐标系表现。测地坐标系例如是wgs84，是以地球的中心作为原点，以连结北极与南极的方向作为zw方向，以与基准子午线正交的方向作为xw方向，以与zw方向和xw方向正交的方向作为yw的坐标系。位置传感器分别向重心信息计算部50输出位置pw。

另外，复合传感器101、复合传感器102及复合传感器103的速度传感器利用已知的方法，对作为复合传感器101、复合传感器102及复合传感器103的速度vn的对地船速cog进行计测。速度vn由ned坐标系表现。ned坐标系是在地球上的当前位置，以北方向作为n方向，以东方向作为e方向，以铅直下方向作为d方向的坐标系。速度传感器分别向重心信息计算部50输出速度vn。

另外，复合传感器101、复合传感器102及复合传感器103的姿态传感器对复合传感器101、复合传感器102及复合传感器103的姿态aa进行计测，对作为姿态aa的时间变化量的角速度ωb进行计测。角速度ωb由体坐标系(移动体坐标系)表现。体坐标系如上所述，如果是船体100，则是将连结船头与船尾的方向作为xb方向，将连结左舷与右舷的方向作为yb方向，将与这些xb、yb正交的方向作为zb方向的坐标系。姿态传感器分别向重心信息计算部50输出角速度ωb。

重心信息计算部50使用位置pw、速度vn及角速度ωb，计算船体100中的重心位置pgw和重心速度vgn。具体而言，重心信息计算部50使用如下方法，计算重心位置pgw和重心速度vgn。

重心信息计算部50根据复合传感器101、102、103的位置pw，计算重心位置pgw。另外，重心信息计算部50根据复合传感器101、102、103的速度vn，计算重心速度pvn。复合传感器101、102、103的位置与重心位置在移动体坐标系中的位置关系通过预先计测等已知。因此，通过使用该位置关系，能够计算重心位置pgw及重心速度vgn。

重心信息计算部50将重心位置pgw及重心速度vgn向回转信息计算部60输出。

回转信息计算部60计算回转半径矢量rb。如图2所示，回转半径矢量rb是以船体100的回转中心位置tc作为起点且以船体100的重心位置pgw作为终点的矢量。

基于该图2所示的位置关系，回转信息计算部60使用重心速度vgn及角速度ωb、以及下式，计算回转半径矢量rb。回转半径矢量rb由移动体坐标系的三维成分表现，包括(rbx，rby，rbz)。

vgn＝cbⁿ·(ωb×(－rb))－(式1)

此外，cbⁿ是从移动体坐标系向ned坐标系的变换矩阵，能够使用角速度ωb根据已知的方法计算。另外，包含该(式1)在内，在以下的各式中，“·”表示矢量的内积运算，“×”表示矢量的外积运算。

回转信息计算部60计算转心位置rc及回转中心位置tc。如图2所示，转心位置rc是船体100回转时成为船体100的轴的位置。例如，在船体100从船头侧回转的情况下，转心位置rc比重心位置pgw更靠船头侧。另一方面，在船体100从船尾侧回转的情况下，转心位置rc比重心位置pgw更靠船尾侧。另外，回转中心位置tc是表现船体100的回转运动的中心点的位置。转心位置rc及回转中心位置tc由测地坐标系表现。

基于该图2所示的位置关系，回转信息计算部60使用重心位置pgw和回转半径矢量rb、以及下式，计算回转中心位置tc。

tc＝pgw+cn^w·cbⁿ·rb－(式2)

另外，基于该图2的位置关系，回转信息计算部60使用重心位置pgw和单分量的回转半径矢量rb1、以及下式，计算转心位置rc。

rc＝pgw+cn^w·cbⁿ·rb1－(式3)

此外，cn^w是从ned坐标系向测地坐标系的变换矩阵，能够使用位置pw根据已知的方法计算。另外，单分量的回转半径矢量rb1仅由回转半径矢量rb中的x方向成分构成，由rb1＝(rbx，0，0)定义。

回转信息计算部60将在测地坐标系中计算的回转中心位置tc和转心位置rc向显示器70输出。显示器70显示回转中心位置tc及转心位置rc。此时，显示器70也可以将重心位置pgw等与船体100相关的其他信息，与回转中心位置tc及转心位置rc一起显示。

像这样，本实施方式的移动信息计算装置10使用位置传感器所计测的位置pw、速度传感器所计测的速度vn、以及姿态传感器所计测的角速度ωb，能够计算与船体100的回转运动相关的回转中心位置tc及转心位置rc。即，无需另行设置用于对回转中心位置tc及转心位置rc进行计测的传感器等，仅通过计算船体100的位置、速度、姿态的基本的构成，就能够计算回转中心位置tc及转心位置rc。

另外，通过该构成，能够使得船体100的回转时所需的信息充实。

在上述的说明中，示出了用于计算回转中心位置tc及转心位置rc的各处理分别由个别的功能部执行的方式。但是，计算重心位置pgw及重心速度vgn以后的各处理也可以作为程序存储于存储部等并由计算机等运算处理装置执行该程序从而实现。在该情况下，运算处理装置执行图3所示的流程图的步骤s103以后的处理即可。图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的移动体信息计算方法的流程图。此外，以下，各步骤的具体的处理由于已经说明，省略详细的说明。

首先，多个复合传感器对该传感器的位置pw及速度vn进行计测(s101)。另外，多个复合传感器对船体100的姿态aa及角速度ωb进行计测(s102)。

运算处理装置使用位置pw、速度vn、角速度ωb，计算重心位置pgw和重心速度vgn(s103)。

运算处理装置使用重心速度vgn和角速度ωb，计算回转半径矢量rb(s104)。

运算处理装置使用回转半径矢量rb和重心位置pgw，计算回转中心位置tc，使用回转半径矢量rb的单分量回转半径矢量rb1和重心位置pgw，计算转心位置rc(s105)。

此外，在上述的说明中，示出了使用3个复合传感器的方式，但复合传感器也可以是1个。在该情况下，重心信息计算部50如下所示计算重心位置pgw和重心速度vgn即可。

重心信息计算部50根据船体100的设计形状等取得重心传感器间矢量db。重心传感器间矢量db是表现以重心位置pgw为基准的复合传感器的位置的矢量。重心传感器间矢量db由移动体坐标系表现。

重心信息计算部50使用位置传感器所计测的位置pg、重心传感器间矢量db、以及下式，计算重心位置pgw。

pw＝pgw+cn^w·cbⁿ·db－(式4)

另外，重心信息计算部50使用速度传感器所计测的速度vn、姿态传感器所计测的角速度ωb、重心传感器间矢量db、以及下式，计算重心速度vgn。

vn＝vgn+cbⁿ·(ωb×db)－(式5)

像这样，即使复合传感器是1个，即位置传感器、速度传感器及姿态传感器分别是1个，也能够计算重心位置pgw和重心速度vgn。然后，由此能够计算回转中心位置tc和转心位置rc。

另外，在上述的说明中，示出了在测地坐标系中计算回转中心位置tc和转心位置rc的方式。但是，也可以在移动体坐标系中计算回转中心位置tc和转心位置rc。在该情况下，如果将重心位置pgw作为基准点(0，0，0)，则回转中心位置tcb根据下式计算。

tcb＝rb－(式6)

另外，转心位置rc根据下式计算。

rc＝rb1－(式7)

像这样，在移动体坐标系中也能够计算回转中心位置tc及转心位置rc。

此外，在上述的说明中，回转中心位置tc及转心位置rc不仅能够针对未来的1个时刻计算，而且能够针对多个时刻计算。例如，能够将计算的转心位置rc作为新的重心位置pgw，进一步计算未来的转心位置rc。

接下来，关于本发明的第2实施方式所涉及的移动信息计算装置，参照附图进行说明。图4是本发明的第2实施方式所涉及的移动信息计算装置的功能框图。图5是表示本发明的第2实施方式所涉及的显示图像的第1例的图。图6是表示本发明的第2实施方式所涉及的显示图像的第2例的图。

如图4所示，第2实施方式所涉及的移动信息计算装置10a相对于第1实施方式所涉及的移动信息计算装置10，追加了航迹信息生成部80，这点不同。移动信息计算装置10a的其他构成与移动信息计算装置10同样，省略同样之处的说明。

从回转信息计算部60向航迹信息生成部80输入转心位置rc。航迹信息生成部80存储了船体100的长度(船体长度)及船体100的宽度(船体宽度)。

航迹信息生成部80使用转心位置rc、船体长度及船体宽度，计算危险区域ha及预测危险区域hae。具体而言，航迹信息生成部80计算以转心位置rc作为中心，且以船头或者船尾之中离转心位置rc较远侧的位置(前进的情况为船尾)与转心位置rc之间的距离作为半径的圆，以该圆作为危险区域ha。此时，航迹信息生成部80如果加入船体宽度，作为具有宽度的船体100的旋转形状来计算危险区域ha的形状则更佳。

另外，航迹信息生成部80根据未来的多个时刻的转心位置rc，计算该多个时刻的危险区域ha。航迹信息生成部80根据多个时刻的危险区域ha计算预测危险区域hae。具体而言，航迹信息生成部80计算船体100的右舷侧的连结多个时刻的危险区域ha的曲线、以及船体100的左舷侧的连结多个时刻的危险区域ha的曲线。航迹信息生成部80计算由右舷侧的曲线和左舷侧的曲线夹着的区域，作为预测危险区域hae。

航迹信息生成部80生成包含船体100的当前的重心位置pgw、转心位置rc、危险区域ha及预测危险区域hae的如图5所示的显示图像，并向显示器70输出。此时，航迹信息生成部80也可以如图5所示，显示表示船体100的标记、船体100的预测位置标记100es等。进而，航迹信息生成部80也可以显示过去的船体位置。

通过进行这样的显示，操舵者能够容易地掌握船体100的回转时的危险区域ha、预测危险区域hae等在回转时应注意的信息。

另外，航迹信息生成部80也可以生成如图6所示的显示图像。从回转信息计算部60向航迹信息生成部80输入转心位置rc、回转中心位置tc及回转半径矢量rb。航迹信息生成部80生成包含转心位置rc、回转中心位置tc及回转半径矢量rb的如图6所示的显示图像，并向显示器70输出。此时，航迹信息生成部80可以根据回转中心位置tc及回转半径矢量rb，计算被预测的回转圆cc，并如图6所示包含在显示图像中。进而，航迹信息生成部80也可以如图6所示，显示船体100的预测位置标记100es及过去的船体位置标记100bc。

通过进行这样的显示，操舵者能够容易地掌握在回转时应注意的信息。

此外，速度能够通过由位置传感器得到的位置的时间变化计算。在该情况下，速度传感器能够省略。另外，在该情况下，使例如位置传感器或者重心信息计算部50具有速度计算部的功能即可。

附图标记说明：

10、10a：移动信息计算装置

20：位置计算部

30：速度计算部

40：姿态计算部

50：重心信息计算部

60：回转信息计算部

70：显示器

80：航迹信息生成部

100：船体

100bc：船体位置标记

100es：预测位置标记

101、102、103：复合传感器

aa：姿态

cc：回转圆

cog：对地船速

db：重心传感器间矢量

ha：危险区域

hae：预测危险区域

pg：位置

pgw：重心位置

pvn：重心速度

pw：位置

rb：回转半径矢量

rb1：单分量回转半径矢量

rc：转心位置

tc：回转中心位置

tcb：回转中心位置

vgn：重心速度

vn：速度

用语

不一定是全部的目的或者效果/优点都能够依照本说明书中记载的任意的特定实施方式达成。因此，例如本领域技术人员能够想到：特定实施方式能够构成为以达成或优化如本说明书中教导的1个或者多个效果/优点的方式动作，而不一定能够达成如本说明书中教导或者启示的其他目的或者效果/优点。

本说明书中记载的全部处理能够通过由包含1个或者多个计算机或者处理器的计算系统执行的软件代码模块具体实现，并完全自动化。代码模块能够存储于任意类型的非易失性的计算机可读介质或者其他计算机存储装置。一部分或者全部方法能够利用专用的计算机硬件具体实现。

除了本说明书中记载的方式以外，还有很多其他变形例，这根据本公开是显然的。例如，按照实施方式，本说明书中记载的算法的任一个特定动作、事件或者功能能够以不同的时序执行，能够追加、合并或者完全排除(例如，不是说所描述的全部行为或者事象都是算法的执行所必须的)。进而，在特定实施方式中，动作或者事件例如通过多线程处理、中断处理或者多个处理器或者处理器核心，或者在其他并列体系结构上，能够不是逐次而是并列地执行。进而，不同的任务或者进程也能够通过可一起发挥功能的不同机器以及/或者计算系统执行。

与本说明书中公开的实施方式相关联地说明的各种例示性逻辑模块及模组能够由处理器等机器实施或者执行。处理器可以是微处理器，但也可以替代于此，处理器是控制器、微控制器或状态机、或者它们的组合等。处理器能够包含以处理计算机可执行命令的方式构成的电气电路。在别的实施方式中，处理器包含专用集成电路(asic)、现场可编程逻辑门阵列(fpga)、或者不处理计算机可执行命令而执行逻辑运算的其他可编程设备。处理器另外还能够作为计算设备的组合、例如数字信号处理器(数字信号处理装置)与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心组合的1个以上的微处理器、或者任意的其他这样的构成来安装。在本说明书中，主要关于数字技术进行说明，但处理器也能够主要包含模拟元件。例如，本说明书中记载的信号处理算法的一部分或者全部能够通过模拟电路或者模拟与数字的混合电路安装。计算环境包含基于微处理器、主机架计算机、数字信号处理器、便携式计算设备、设备控制器或者装置内的计算引擎的计算机系统，但能够包含不限定于此的任意类型的计算机系统。

只要没有特别注明，“能够”、“能做成”、“可能”或者“有可能性”等带条件的词语应理解为：为了传达“特定实施方式包含特定的特征、要素以及/或者步骤，但其他实施方式不包含”而一般使用的上下文内的含义。因此，这样的带条件的词语一般并不表示：特征、要素以及/或者步骤在1个以上的实施方式中被作为必须的任意的方法、或者1个以上的实施方式必然包含用于决定这些特征、要素以及/或者步骤是否被包含在任意的特定实施方式中或者是否被执行的逻辑。

如词语“x、y、z中的至少1个”那样的选择性语言只要没有特别记载，应该在为了表示项目、用语等可以是x、y、z中的任一个或者其任意的组合而一般使用的上下文中理解(例：x、y、z)。因此，这样的选择性词语一般不表示：特定实施方式需要分别存在的x的至少1个、y的至少1个或者z的至少1个中的各个。

本说明书中记载而且/或者在附图中示出的流程图中的任意的进程描述、要素或者模块，应该理解为包含用于安装进程中的特定的逻辑功能或者要素的1个以上可执行命令在内的、潜在地表示模组、段或者代码的一部分的对象。替代的实施方式被包含在本说明书中记载的实施方式的范围内，在此，要素或者功能如本领域技术人员理解的那样，按照所关联的功能性，能够在实质上同时或者以相反的顺序，从图示或者说明的内容中删除、或者以不同顺序执行。

只要没有特别明示，如“一个”这样的数词一般应该解释为：包含1个以上的被描述的项目。因此，“以……方式被设定的一个设备”等语句，意味着包含1个以上的被列举的设备。这样的1个或者多个被列举的设备也能够以执行所记载的引用内容的方式集合性地构成。例如，“以执行以下的a、b及c的方式构成的处理器”，能够包含以执行a的方式构成的第1处理器、以及以执行b及c的方式构成的第2处理器。而且，即使被导入的实施例的具体的数字被明示地列举，本领域技术人员也应该解释为：这样的列举典型地至少意味着被列举的数字(例如，未使用其他修饰语的“列举2个”这样的简单列举通常意味着列举至少2个、或者列举2个以上)。

一般而言，本说明书中使用的用语一般由本领域技术人员判断为意味着“非限定”用语(例如，“包含……”这样的用语应该解释为“不止于此，至少包含……”，“具有……”这样的用语应该解释为“至少具有……”，“包含”这样的用语应该解释为“包含以下，但不限定于此”等)。

为了说明的目的，本说明书中使用的“水平”这样的用语与其方向无关，作为说明的系统被使用的区域的底面的平面或者与表面平行的平面、或者说明的方法被实施的平面来定义。“底面”这样的用语能够与“地面”或者“水面”这样的用语置换。“垂直/铅直”这样的用语指的是与被定义的水平线垂直/铅直的方向。“上侧”、“下侧”、“下”、“上”、“侧面”、“更高”、“更低”、“在上方”、“越过……”“下的”等用语相对于水平面被定义。

本说明书中使用的用语中“附着”、“连接”、“成对”及其他关联用语只要没有特别注释，应该解释为包含可拆卸、可移动、固定、可调节、及/或可拆卸的连接或者连结。连接/连结包含直接连接以及/或者具有所说明的2个构成要素之间的中间构造的连接。

只要没有特别明示，本说明书中使用的像“大约”、“大致”及“实质上”这样的用语之后的数字包含被列举的数字，另外，进而表示与执行所期望的功能或者达成所期望的结果的被记载的量相近的量。例如，“大约”、“大致”及“实质上”只要没有特别明示，指的是小于被记载的数值的10％的值。如本说明书中使用的那样，“大约”、“大致”及“实质上”等用语之后公开的实施方式的特征，进而表示执行所期望的功能或者达成关于该特征所期望的结果的若干个具有可变性的特征。

在上述的实施方式中，能够追加很多变形例及修正例，这些要素应该理解为包含在其他能够允许的例子之中。像这样全部修正及变形都意图包含在本公开的范围内，通过以下的权利要求书保护。