ふくそう海域での事故半減を目指す ICT を活用した 新たな安全システムの構築 報告書 平成２４年３月 独立行政法人 海上技術安全研究所 目 第1章 次 背景と目的 .......................................................................................................... 1 1.1 背景と目的 ............................................................................................................. 1 1.2 調査研究の範囲 ...................................................................................................... 1 1.3 普及検討委員会 ...................................................................................................... 2 1.4 研究開発スケジュール............................................................................................ 2 第2章 ビジュアル情報提供技術の開発 .......................................................................... 3 2.1 開発の基本コンセプト............................................................................................ 3 2.2 調査・検討結果 ...................................................................................................... 3 2.2.1 既存研究 .......................................................................................................... 3 2.2.2 既存の AIS 情報では不足している情報の抽出 ................................................ 4 2.2.3 ヒアリング結果 ............................................................................................... 4 2.2.4 ユーザーインターフェースの留意点 ............................................................... 8 2.2.5 情報を提供する際の課題 ................................................................................. 9 2.3 ビジュアル情報提供システムのプロトタイプ開発 ............................................... 10 2.3.1 優先順位に対応した表示機能 ........................................................................ 13 2.3.2 Application Specific Message(バイナリーメッセージ)の表示機能 .............. 15 2.3.3 AIS 目的地情報補正機能 ............................................................................... 17 2.3.4 外部情報（Web 情報）とのリンク機能......................................................... 18 2.3.5 船舶明細書データとリンクした表示機能 ...................................................... 19 2.3.6 航行区域の表示機能 ...................................................................................... 21 2.3.7 安全航行関連情報の表示機能 ........................................................................ 22 2.3.8 警告機能（浅海域への侵入警告）................................................................. 23 2.3.9 航海用電子参考図（NEW PEC）の対応機能 ............................................... 24 2.3.10 ヘディングアップ機能 ............................................................................... 25 2.3.11 複数船舶情報の一括表示機能 ........................................................................ 26 2.3.12 気象情報表示機能 ...................................................................................... 28 2.3.13 航路計画の重畳機能 .................................................................................. 30 2.3.14 混雑度情報表示機能 .................................................................................. 31 2.3.15 準天頂衛星測位結果の活用 ........................................................................ 32 第3章 3.1 航行支援情報（コンテンツ）解析技術の開発 .................................................. 33 混雑度情報提供システム ...................................................................................... 33 3.1.1 AIS メッセージの抽出 .................................................................................. 34 3.1.2 港内船舶数、航路上交通量の解析................................................................. 35 3.1.3 混雑度の予測解析.......................................................................................... 41 3.1.4 ユーザーインターフェース ........................................................................... 44 3.1.5 過去データの解析結果 .................................................................................. 45 3.1.6 予測解析の結果 ............................................................................................. 47 3.1.7 実船実験時における予測解析の結果 ............................................................. 50 3.1.8 通行量データベース ...................................................................................... 51 3.1.9 まとめ ........................................................................................................... 53 3.2 物流情報データベース自動機構システム ............................................................. 54 3.2.1 出入港検知アルゴリズムと検知精度の向上 .................................................. 55 3.2.2 ユーザーインターフェース ........................................................................... 57 3.2.3 解析結果と妥当性の検証 ............................................................................... 58 3.2.4 応用例 ........................................................................................................... 62 3.2.5 まとめ ........................................................................................................... 63 3.3 沿岸海流情報提供システム .................................................................................. 64 3.3.1 検討スケジュール等 ...................................................................................... 65 3.3.2 検討概要 ........................................................................................................ 66 3.3.3 研究開発概要 ................................................................................................. 71 3.4 気象･海象予測情報等運航情報提供システム ........................................................ 89 3.4.1 気象・海象による船速低下と動揺................................................................. 89 3.4.2 基礎データ修正手法と今後の課題................................................................. 99 3.4.3 気象・海象情報の表示と航海計画の表示 .................................................... 101 3.4.4 まとめ ......................................................................................................... 103 3.5 通信システム ...................................................................................................... 105 3.5.1 携帯回線と衛星回線の自動切替 .................................................................. 105 3.5.2 AIS 情報の遠隔表示 .................................................................................... 109 第4章 4.1 検証実験 ......................................................................................................... 111 実験要領 ............................................................................................................. 111 4.1.1 対象船舶 ...................................................................................................... 111 4.1.2 実験期間 ...................................................................................................... 111 4.1.3 試験項目 ...................................................................................................... 112 4.1.4 機器構成 ...................................................................................................... 112 4.1.5 航路 ............................................................................................................. 115 4.1.6 アンケート調査 ........................................................................................... 115 4.2 実験結果 ............................................................................................................. 121 4.2.1 バイナリーメッセージ、仮想航路標識の表示結果...................................... 121 4.2.2 アンケート調査結果 .................................................................................... 124 4.2.3 準天頂衛星の測位結果 ................................................................................ 128 第5章 普及検討委員会の実施について ...................................................................... 131 5.1 普及検討委員会の開催........................................................................................ 131 5.2 研究開発成果の普及 ........................................................................................... 132 5.2.1 短期に普及を検討すべき技術 ...................................................................... 132 5.2.2 中期に普及を検討すべき技術 ...................................................................... 133 5.2.3 長期に普及を検討すべき技術 ...................................................................... 133 5.2.4 普及を検討すべき体制等 ............................................................................. 133 第6章 まとめ ............................................................................................................. 135 【謝 辞】 ........................................................................................................................ 136 【別 紙】 ........................................................................................................................ 137 第1章 1.1 背景と目的 背景と目的 四面を海に囲まれ、国土面積が狭く、資源の乏しいわが国においては、海上輸送が社会・ 経済を支える生命線となっており、平成 19 年 4 月に公布された海洋基本法においても、 「海 洋の安全の確保」が基本的施策として位置づけられている。 航行船舶の安全確保について、わが国は改正 SOLAS 条約に基づき 500GT 以上の船舶に 対し、船舶自動識別装置（AIS）の搭載を義務付け、AIS による船舶相互間の船名、進路、 速力といった動静情報等の交換により、大型船舶の重大海難事故の防止に努めているとこ ろであるが、平成 20 年 2 月に海上自衛艦と小型漁船の衝突、同年 3 月には明石海峡で三隻 による二重衝突が発生する等、管制対象外の船舶である小型船と大型船、あるいはわが国 の海域に不慣れな外国船舶が絡む海難事故がふくそう海域を中心に頻発しており、船舶へ の AIS 搭載の進展に伴い、状況は改善しつつあるものの、船舶への航行支援情報の多くが 音声や文字情報に依存しており、このような分かり難い情報提供が安全性向上の制約要因 となっている。 こうした状況に対応し、AIS が有する仮想の航路標識を表示させる機能（バーチャル航路 標識機能）や情報伝達機能等の ICT 技術を活用し、航路標識、気象情報、航行制限水域、 海上障害物、港湾情報等の船舶の航行の安全に関する情報を「何時でも、誰でも一目でわ かるよう、画面上に情報を重ねて提供する航行支援システム」を構築することを目的とす る。 これにより、交通安全に必要な情報を航行船舶にわかりやすく提供できる環境が整い、さ らに操船者が状況に応じて必要な情報をリアルタイムで選択して収集できる等、陸上と船 舶間における情報提供・共有の高度化が図られ、ふくそう海域での事故半減、船舶交通安 全性・利便性の向上に資するものとなることが期待される。 1.2 調査研究の範囲 AIS が有する仮想の航路標識を表示させる機能（バーチャル航路標識機能）やバイナリー データによる情報伝達機能等の ICT 技術を活用し、航路標識、気象情報、航行制限水域、 港湾情報等の船舶の航行の安全に関する情報を「何時でも、誰でも一目でわかるよう、画 面上に情報を重ねて提供する航行支援システム」を開発するため、安全情報や航行支援情 報の提供に係る航行支援システムの構築に必要な技術を (1) ビジュアル情報提供技術の開発 (2) 航行支援情報(コンテンツ)解析技術の開発 の２つのサブテーマにわけてそれぞれ開発を行なう。 本年度は、平成 21 年度から 3 年に渡り実施してきた研究開発の最終年度であり、これま での調査、検討結果を踏まえプロトタイプを開発し、宇部興産海運㈱の協力を得てセメン ト船「興山丸」にこれを搭載し、実証実験を行い、開発してきた機能・航海支援情報解析 1 技術に関し有効性を含めた評価を実施した。 1.3 普及検討委員会 普及に向けた検討会を 3 回開催し、(1)の仕様、機能要件等開発の方向性、IMO 等への提 案、対象船舶、標準化の方法等重要事項について議論されコメントを頂いた。本委員会は、 学識経験者、船社、海上経験者等(別紙参照)から構成されている。 検討体制 国土交通省 総合政策局 技術安全課 海上技術安全研究所（海技研） 総括 普及検討委員会 学識経験者・ユーザー・メーカー等 アドバイス 普及方策の 検討 表示系の設計・試作 解析系の研究開発 • NTTデータ関西 • 海技研 1 ユーザー・メーカー等との研究連携 1.4 研究開発スケジュール 本研究開発は、平成 21 年度～23 年度までの 3 カ年計画で以下のスケジュールにより進め たものであり、23 年度は下図のように進めた。 全体スケジュール（平成21～23年度） 項 平成21 年度 目 22 23 （１）ビジュアル情報提供技術の開発 （２）航行支援情報解析技術の開発 （３）実証試験 （４）普及方策の検討（委員会運営） 平成23年度スケジュール 項 目 平成23年 7～9月 平成24年 1～3月 10～12月 スライド 番号 （１）ビジュアル情報提供技術の開発 ① 機能拡張 ② 技術検証 4,5 （２）航行支援情報解析技術の開発 ① 混雑度情報提供システム ② 物流情報データベース自動構築システム ③ 沿岸域海流情報提供システム ④ 気象・海象予測情報等運航情報提供システム （３）実証実験の実施 ● 6 7 8 9 10 11 ◎ （４）委員会 ○ 2 ○ 第2章 2.1 ビジュアル情報提供技術の開発 開発の基本コンセプト 船舶の安全航行に資するため、AIS 普及拡大を図るべく、経済性や環境負荷低減支援を視 野に入れ、何時でも、誰でも一目でわかるよう、AIS 情報のみならず、海象・気象情報、 船舶混雑情報といった航行フェーズや航行目的に応じた海洋情報を GIS 表示画面上に重ね て提供する航行支援システム「次世代ナビ・システム（仮称）」の構築を目指すものであり 将来的には、「次世代ナビ･システム」普及のための方策と新たな「総合交通安全管理シス テム構想」の基本コンセプトに着眼した検討を行っていくことも検討の範囲に含むものと している。 図 2-1 2.2 基本コンセプト 調査・検討結果 本システム開発に係る過去の動向、研究報告書、ヒアリングに関して調査を行った。以下 に、その結果の概要をまとめる。 2.2.1 既存研究 （財）日本航路標識協会では平成 16 年度に、海事等関係団体および海事関係教育機関に加 えて一般の方々をも対象としたアンケートを実施し、AIS バイナリーメッセージに関する ニーズ調査を行なっている。その後、この調査をもとにして平成 21 年度の「電子航行支援 システム（ENSS）の構築に関する調査研究（中間報告書） 」、平成 22 年度の「電子航行支 援システム（ENSS）の構築に関する調査研究（完了報告書）」が報告されるまでに、様々 3 な角度からの検討が行なわれている。本件もこれらの報告書の内容を踏まえた開発を行う。 2.2.2 既存の AIS 情報では不足している情報の抽出 現在 AIS で提供される情報には、①静的な情報：船舶識別番号、信号符字、船名、船の 長さ、幅、船種、衛星航法装置の空中線の設置場所、②動的な情報：位置､時刻、船首方向、 速力、航海針路、航海の状態、回頭角速度､ヒール角、縦傾斜角および横傾斜角、③航海関 連情報：喫水、貨物情報、目的地、到着予定時間、④航海安全関連情報：その他任意に作 成した文章などが表示されるようになっている。 しかし、上記報告書で取り上げられた内容から、利用者によっては既存の AIS 情報では まだ不足している情報があることなどがわかってきた。例えば、短期航行時においては、 「気 象・海象情報」、 「海域情報」、 「航路閉鎖情報」に関する表示項目の不足が指摘されている。 また、昨年の燃料費高騰や環境負荷低減などの社会的ニーズなどから、より安全・安心な 船舶航行を実現するとともに、より環境に配慮し、かつ経済的な航行を支援する混雑情報 や沿岸流（特に急潮）情報あるいは物流（陸域情報）といった情報の提供についての研究 も進められてきている。ここで示した不足情報について、本件では第 3 章に示した内容で 開発を進める。 2.2.3 ヒアリング結果 内航船の立場から宇部興産海運（株）、外航船の立場からの（社）日本船長協会を訪問し、 航行フェーズの区分、ビジュアル表示画面のあり方などに関するご意見を頂いた。 （社）日本船長協会からは、他船との衝突事故は、海域の船舶交通密度に関わらず、相手 の意図と自分の意図とが異なること(双方の思い込みによる）が第一の原因と考えられ、接 触が予想される船舶を如何に早期に特定し、意志の疎通を図るかが極めて重要となること、 また、最も緊張するのは入湾（入港時）であり、このような緊迫した状況下で利用する情 報は極めて限られてくることから、衝突事故回避に最も必要な「船名」、「コールサイン」、 「仕向港」に関しては、ハイライト化したいといった強い要望が出された。 宇部興産海運（株）、（社）日本船長協会はいずれも 500GT 以上の大型船を扱っており、 通常は ECDIS を使用する立場にあるが、時化時においては白波などが立つと波間に小型船 舶が隠れてしまいレーダー画面から表示が消えてしまうこと、無応答船舶対応に苦慮して いるなど、ECDIS（AIS)だけでは対応できない幾つかの課題等を伺うことができた。 これらのヒアリング結果を表 2-1、表 2-2 にまとめる。 4 表 2-1 宇部興産海運（株） ヒアリング結果 ■ 表示コンテンツ、機能等について 項目 ご意見・ご要望等 航行フェーズ 区分の適正 表示項目 特に意見無し。 混雑港の表示 台風（時化）時における避難港が沿岸航行フェーズある いは入港フェーズなどに表示されると良い。 ・避難港は国や自治体などが指定したものではなく、慣習的に使用されているものである。 ・最寄避難港の混雑状況などを副画面として表示するなどの方法が考えられる 気象・海象情報関連 濃霧の程度は数値化して示したほうが良い。 ・濃霧の程度は、カメラ画像ではわかり難いと思われる。 大雨時における小型船舶情報の表示があると良い。 ・大雨によって海表面が荒れて波立つと小型船舶の映像がレーダー画面から消えてしまう。 小型船舶情報を扱う際には、表示方法を工夫して欲しい。 ・漁船等の小型船の隻数は、大型船に比べて圧倒的に多いことから、小型船舶にAISを搭載 した際に、表示画面が小型船舶情報だらけになってしまうのは困る。 更新忘れに対するアラーム表示があると良いのではない か。 ・誤入力は、出港時にデータ更新していないために発見できないのだと考えられる。 固定情報に対する確認ができるものがあると良い。 ・運航パターンが決まっているものに関しては、毎回新規入力しなくても良い仕組みが あると良い。 小型船舶情報 操作性 AIS通信 備考 誤入力 AISのバイナリデータ用の空き容量を船舶間の通信等に使 用したことはない。 AISの空き容量利用 画面表示の小型化について 小型画面は操船時に使用することはないと思われる。 その他 取り扱い情報が多くなった場合、管理について検討する 必要が出てくるかもしれない。 情報管理について ・大型船の場合、ECDISの使用がメインであり、表示画面の小さなものは使用しないが、 操船時間外に自室等で操船状況を確認するといった使用の仕方はある。 ・AISの普及などによって取り扱う情報が多くなった場合には、クラウドなどを採用した 情報管理システムが必要となるかもしれない。 ■ 表示情報の階層化について ご意見・ご要望 備考 第一層 ・通常、良く使用（確認）する項目例。 船名、船長、速力、ETD(出発予定時 ・速度に関しては、船舶の出港状況を把握するのに使用できる。速度以外にアンカーの上げ下げ状況でも 刻)、目的地の表示 出港状況を把握できるのかもしれない。 第二層 ・VHFで呼び出しても相手の船舶からの応答が無いときにあると便利。 ・韓国、中国船で2,000tレベルのものでも動線が把握できないことがある。船舶代理店でも把握していない 場合がある。 ・漁船は漁船無線を使用しており、大型船の使用するVHFと相互の通信ができない。 第三層 船舶電話番号の表示 ― ― 5 表 2-2 （社）日本船長協会 （例） ・東京湾入港： ・大阪湾入港： ・伊勢湾入港： ・関門海峡 ： ■ 表示コンテンツ、機能等について（航行フェーズ、表示項目） 項目 航行フェーズ ご意見・ご要望等 表示項目 斜傾図の 表示 コール サイン ※ 入港・出港よりも入湾・出湾のほうが適切な場合もある。 ・仕向港の混雑度状況の確認開始はかなり早い時期から行っている。 ・過去の事故パターンがわかるようなものがあると良い。 ・高波・風向に関しては、パイロットラダー設置付近などパイロットの パイロットステーションにおける波高・風向情報がわかると良い。 乗り込みに影響のあるところの波高・風向情報が一番気になる。 ・限界風速は通常10～15m/secとなっている。 霧情報など自船周辺情報は自動化して提供するなら可能 小型船舶 情報 大島、能島崎（房総半島）から確認 日ノ御碕（ヒノミサキ）少し沖合いから確認 大王崎（ダイオウサキ）より少し沖合いから確認 韓国・ブサン辺りから確認 備考 区分の適正 「陸・出港」、「入港・陸」としたほうがよいかもしれない。 最重要 航行フェーズで最も重要なのは、入港（入湾）前である。 フェーズ 気象・海象に関わる過去の事故歴が調べられると良い。 気象・ 海象情報 関連 ヒアリング結果 時化時における小型船舶・漁船の確認ができると良い。 ・入湾（入港）時は最も緊張した状況にあり、他船に自船周辺情報を人手 によって提供する余裕はない。ライブカメラなどの情報を自動で提供する のであれば可能。 ・時化などで海表面に白波が立つとレーダーでも小型船舶・漁船が認識 できなくなる。 小型船舶・漁船等は位置が判れば良く、船名等は無くて も良い。 ・表示画面が漁船情報で占領されるような状況は避けたい。 斜傾図の表示があると確かに便利。 ・目印になる風景（背景）が表示されるのであれば、外国人船長にとっ 非常に有効だと思われる。 外国人船長が、橋桁マークを航行先マークと間違えて衝突事故を起こし ているが、このような事故の防止に役立つと思われる。 ・コールサインに対して応答がない場合がある。 ・外国船の場合、日本語がわからないことが多いと思われる。 ・漁船の場合、漁業無線を利用しており、外国船のVHFとは通 信 できない。 コールサインの日本語／英語対応 ・韓国・中国船などでは呼びかけに対して応答がない場合があ 画面上で呼び出しをしたい船舶の行事記号をクリックで選択し、メッセージ る。VHF通信でも応答がない場合がある。 ・対象船舶のバイナリーデータ表示領域が点滅するなどしてア を送ると受信側の画面がアラームを表示するなど。 ラームで知らせるといった仕組みがあると良い。 6 ■ 表示コンテンツ、機能等について（操作、通信、その他） 項目 ご意見・ご要望等 備考 ・固定情報、変更情報などを識別して、入力作業を簡略化するなどの方法は 良いかもしれない。 操作について 誤入力 間違いのない情報の表示は重要。 通信について AISの空き容量利用 AISのバイナリーデータ用の空き容量が ・入湾・入港時は非常に緊張した状況にあり、人手による入力作業をする余 使用できるか外国船とやり取りしたこ 裕はないため、通常業務では使用しないと思う。 とが一度ある。 その他 画面表示の小型化 について 操船中は利用しない。 ・外航船のような大型船はECDISが主であり、ノートPCのような小画面を見る ことは無いと思う。特に、入湾（入港）時の緊迫した状況では見る余裕はない。 メニュー表示 i-Phoneのように、代表画面に10個ぐ らいの選択メニューがあると良い。 ・見たい情報を選択できる仕組みは良いと思う。 表示の明るさ 夜間表示画面の明るさは、暗順応、明順応への配慮が必要。 ■ 表示情報の階層化について ご意見・ご要望 備考 第一層 第一層には、衝突回避に関する情報を載せるべ きである。 例）船名、コールサイン（対象船舶の電話番号 等）、仕向港 ・仕向港の状況は、かなり前から把握したい。 ・通常はETA（到着予定時刻）を確認している。 第二層 パイロットステーションにおける波高・風向情報な ど ※ 海象・気象情報 参照 第三層 ― ― 7 なお、航行フェーズの区分に関しては、船長や船員の年齢、船種などにより意見が異なる ことから、明確な区分はあまり適切ではないことがわかった。本件では、この指摘事項を 受け、後述する開発項目 2.3.1 節、2.3.3 節、2.3.5 節および 2.3.11 節で実現する。 2.2.4 ユーザーインターフェースの留意点 前節、最後の文章の通り、ユーザーインターフェースは、ユーザーの年齢層や船種の影響 等を受け、様々なあり方が考えられる。よって、ユーザーにとって使い勝手の良い環境は、 ユーザー自身が設定する方式が好ましい。しかし、本来 AIS は、航行の安全性に資する目 的で構築されたシステムであるため、以下ではこの観点に立ったユーザーインターフェー スを一例として考えてみる。なお、開発するシステムには、開発項目の 2.3.1 節や以下に 示すように、情報の優先度を表す階層構造を設け、どの情報を優先的に表示させるのかを ユーザー自身が設定できるよう、柔軟性を持たせたシステムとする。よって、ここで示す ユーザーインターフェースは、あくまで一つの例であることに注意されたい。 ここでは、航行フェーズ（航海、出入港等）毎に必要な情報を抽出し、情報の利用頻度の 多さや必要性の高さ、あるいは通信インフラによる整備状況などを考慮しながら情報提供 の優先度を決定することとした。さらに、これらの情報を階層化して提供することによっ て、ユーザーにとって負担とならない使用環境のあり方を検討する。 〔航行フェーズごとに抽出した情報の階層化〕 航行フェーズごとに抽出した情報は、例えば以下のように階層化して提供することを考え る。 第１層：既存 AIS 情報の中から抽出したものを基本に、全フェーズに共通するもの 第２層：既存 AIS 情報の中から抽出したものを基本に、航行フェーズ毎に特異なもの 第３層：既存 AIS に掲載されていない他からの情報で、航行フェーズ毎に特異なもの 〔必要な情報と提供方法（優先度等）について〕 必要な情報と提供方法（優先度等）のあり方において、上記ヒアリング結果を受け、船舶 の衝突事故発生を回避することを第一目標とする情報提供のあり方を前提とした提供情報 の階層化を試みた。 具体的には、図 2-2 のように、緊急度の高い情報から順に上層に配する構成とし、第 1 層に、緊急時対応情報として、船名、仕向地(目的地）、コールサインを配置、第 2 層に事 故予防・安全確認情報、第 3 層に AIS 情報、第 4 層に恒常的に使用する機能(情報）等を表 示することを考えた。 8 船舶の衝突事故発生を回避することを第一目標とした情報提供例 船舶の衝突事故発生を回避することを第一目標とした情報提供例 第1層 第1層 ：緊急時対応情報 ：緊急時対応情報 ・船名 ・船名 ・仕向地(目的地） ・仕向地(目的地） ・コールサイン ・コールサイン －呼びかけ言語の切換え(日本語／英語）機能 －呼びかけ言語の切換え(日本語／英語）機能 －呼び出しをしたい船のAIS画面へのアラーム表示 －呼び出しをしたい船のAIS画面へのアラーム表示 －対象船舶の電話番号(連絡先等） －対象船舶の電話番号(連絡先等） ハイライト化が 希望されていることを反映 第2層 第2層 ：事故予防・安全確認情報 ：事故予防・安全確認情報 第3層 第3層 ：AIS情報 ：AIS情報 第4層 第4層 ：恒常的機能等 ：恒常的機能等 図 2-2 情報の階層構造 図 2-3 は、ヒアリング結果を検討した内容をもとに作成した、航行別・階層別提供情報 マップである。本マップには、操船時の緊張度も一緒に示してある。本開発では、これら の機能を 2.3.1 節に示す項目で表現するが、前述の通り、どの情報をどの階層とするかは、 ユーザーが自由に設定できる。 AIS情報採用。必要に 応じて他の階層情報 の採用も有り。 航行フェーズ 階層 (高) [緊張度] 離岸・出港・出湾 離岸 出港 出湾 (低) [緊張度] (低) (低) 沿岸航行 外洋航行 入湾・入港・接岸 沿岸航行 入湾 入港 接岸 船 名 第1層 緊急時対応情報 二次緊張期 (高) 一次緊張期 (高) コールサイン 船名、船長、仕向港（目的地） コールサイン・対象船舶への連絡、 ETA（到着予定時刻） ETD（ 出発予定時刻）、速力 【コールサイン呼び出し順序例】 Step1：言語切替（日本語／英語）による 呼びかけ Step2：呼び出しをした船のAIS画面へのア ラーム表示 Step3：対象船舶の電話番号（連絡先等） 仕向地（目的地） 言語切替（日本語/英語） 呼び 出したい船のAIS画面へのアラーム表示 対象船舶の電話番号（連絡先等） 船長（長さ） ETA(到着予定時刻) 、 ETD(出発予定時刻) 速力 第２層 事故予防・安全確認情報 避難港 混雑度情報 パイロットス テーションにお ける波高・風 向情報など 更新忘れに対する アラーム表示（誤入力防止 機能? １） 混雑度情報 海流情報 固定情報入力の省略化 （ 誤入力防止機能? ２） パイロットス テーションに おける波高・ 風向情報など 傾斜図 気象海象と事故パターン 小型船舶位置情報（時化時表示、小さく表示） 第３層 AIS情報 第４層 恒常的機能等 AIS情報 ノース アップ ヘッディングアップ 図 2-3 ノース アップ 航行別・階層別提供情報マップ 2.2.5 情報を提供する際の課題 次世代ナビシステムに表示する情報に関して、コストや開発期間の短期化等を考慮する ならば、AIS 情報をはじめとする関連情報を全て GIS 上に載せるのではなく、図 2-4 に示 すように、情報提供元が専用 Web を保有している場合などは、画面上に別ウィンドウを設 9 50 23:30～23:59 23:00～23:29 22:30～22:59 22:00～22:29 21:30～21:59 21:00～21:29 20:30～20:59 20:00～20:29 19:30～19:59 19:00～19:29 18:30～18:59 18:00～18:29 17:30～17:59 17:00～17:29 16:30～16:59 16:00～16:29 15:30～15:59 15:00～15:29 14:30～14:59 14:00～14:29 13:30～13:59 13:00～13:29 12:30～12:59 12:00～12:29 11:30～11:59 11:00～11:29 10:30～10:59 10:00～10:29 09:30～09:59 09:00～09:29 08:30～08:59 08:00～08:29 07:30～07:59 07:00～07:29 06:30～06:59 06:00～06:29 05:30～05:59 05:00～05:29 04:30～04:59 04:00～04:29 03:30～03:59 03:00～03:29 02:30～02:59 02:00～02:29 01:30～01:59 01:00～01:29 00:30～00:59 00:00～00:29 ビジュアル情報提供システムのプロトタイプ開発 2.3 GIS 上の AIS 情報と Web 情報との融合 図 2-4 項について記述する。 10 Kawasaki Port 40 30 20 10 Vessel Num. けて該当サイト画面を掲載するといった柔軟な対応ができるようにしておく必要がある。 本件では 2.3.4 節に示す項目が、この機能を実現する一つの例として開発を行う。 0 航行支援情報に係るコンテンツを表 2-3 にまとめる。この表中に、本開発システムで対 象となる項目を示している。なお、表中の○数字は次表 2-4 の「節」の列に示した番号と 一致している。 この、航行支援情報に係るコンテンツのまとめと、前節に示した調査・検討結果を踏まえ、 GIS として GEOPLATS（Ver.7、 NTT データ製）を用いて、ビジュアル情報提供システ ムのプロトタイプ開発を行った。表 2-4 に開発項目をまとめる。なお、この表では、項目 を目的別に分け、記述箇所の番号と既存のソフトウェアには無い機能に○を付している。 以下では、各開発項目について、画面イメージ、機能概要、操作方法、前提条件、制限事 表 2-3 航行支援情報コンテンツの整理 ※ 日本航路標識協会の研究成果及び本調査研究のヒアリング結果から整理 △：データの提供方法による情報 AIS 情報／入手手段／航行フェーズ 支援情報 （短周期更新支援情報） （主な例） 支援情報 （長周期更新支援情報） （主な例） 混雑度情報 気象・海象予測情報 （航路計画） AIS搭載船情報 定形テキス 記録媒体 インターネット （携帯電話等） バイナリー バーチャル ト （英文） 気象・海象 潮汐・潮流 風向・風速分布、波高・波向分布、 海流分布（予測） 気象注意報・警報 海上交通信号 沈船情報 航路閉鎖情報 錨泊禁止 漁業操業情報 航路情報 （明確な入港時刻） （バース位置） （船舶からの気象通報） （水先人関連情報） 海難情報 工事情報 航行警報 港長公示・保安部長公示 避難勧告等 航路標識の異常等 工事、作業情報 障害物情報 乗揚防止情報 走錨情報 AIS適正運用情報 船舶明細書（電話番号） LOコード（AIS目的地補正） 傾斜図（対景図） 潮汐・潮流、日出没時間 通航ガイド（航法の紹介） 漁法情報（漁法紹介） 航路標識の知識、位置図 国際信号旗 定置網情報 航行安全指導集録（書籍） 海上交通センター利用手引き（書籍） ② ② 電子海図 ENC ⑦ ⑦ ※ENSS調査研究（以下、ENSSという） 海保観測箇所 ※新規 提供場所；来島海峡、関門海峡 ⑫ ※次世代ナビ新規 ⑭ ⑫ ⑬ ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※新規 ※新規 ※新規 ※新規（ヒアリング） ※新規（ヒアリング） ※ENSS調査研究、ヒアリング ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※ENSS調査研究 ※新規 ※新規 ※新規 ※新規 ⑦ ② ② ② ② ② ② ② ② ② ② ② ② ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑦ ⑤ ③ △ △ △ △ △ △ △ △ △ 気象・海象を考慮した計画情報 静的情報（船名、呼出符号、IMO番 号、船種、船体長等） 動的情報（船位、船速、船首方位 等） 航海関連情報（目的地、到着予定 日時、積載物、喫水等） 11 備 考 new pec ○ ○ ○ ○ ○ ○ 表 2-4 目的 安全航行 ビジュアル情報提供システム、プロトタイプ開発項目 節 新機能 内容 2.3.1 ○ 2.3.2 ○ 2.3.3 ○ 優先順位に対応した表示機能 Application Specific Message(バイナリーメッセージ)の表 示機能 AIS 目的地情報補正機能 2.3.4 ○ 外部情報（Web 情報）とのリンク機能 2.3.5 ○ 船舶明細書データとリンクした表示機能 2.3.6 ○ 航行区域の表示機能 2.3.7 安全航行関連情報表示機能 2.3.8 警告機能（浅海域への侵入警告） 航海用電子参考図（NEW PEC）の対応機能 2.3.9 表示形式・ 2.3.10 項目の充実 2.3.11 2.3.12 コンテンツ 2.3.13 の開発 2.3.14 その他 2.3.15 ヘディングアップ機能 複数船舶情報の一括表示機能 ○ 気象情報表示機能 ○ 航路計画の重畳機能 ○ 混雑度情報表示機能 ○ 準天頂衛星を用いた測位結果の活用 12 2.3.1 優先順位に対応した表示機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 図 2-3 に示した船舶の航行フェーズに合わせたステータスを選択する事により、以 下の動作を提供する。 航行フェーズに必要な情報を呼び出すボタンを強調表示する。 航行フェーズに適した地図表示モード(ヘディングアップ等)を行う。 航行フェーズに対して強調表示にする機能は、設定ファイルにて設定可能とし、航行 フェーズ毎に強調表示する機能を指定できる。なお、設定ファイルはユーザーがカス タマイズすることができる。 【操作方法】 メニュー [表示][クイックアクセス]をクリックする。クイックアクセスパネルを表 示/非表示する。 クイックアクセスパネルの航行フェーズを切り替えた場合、ボタンの強調表示が切り 替わり、自船表示モードを変更する。 13 自船表示モード (クイックアクセスパネル右端)はクリックする毎に、通常表示モー ド、自船追従モードﾞ、ヘディングアップモードをローテーションで変更する。※た だしマウスによる地図スクロール時は自動追従しない。 【前提条件/制限事項】 航行フェーズは船員による手動判定とする。（自動運航状況判定はしない） 航行フェーズに対するボタンの強調表示は設定ファイルで設定可能とし、メモ帳等で 編集可能とする為、編集用の UI は提供しない。 クイックアクセスパネルの表示位置は INI ファイルに保存され、再起動後も同じ位置 に表示される。 14 2.3.2 Application Specific Message(バイナリーメッセージ)の表示機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 AIS の Application Specific Message（Message6, 8）として送信される情報、およ び、Aids to Navigation Report (航路標識 AIS、Message21)として送信される情報 について、地図上に以下に示すシンボルマーク（（財）日本航路標識協会の研究成果） で表示する。 15 【操作方法】 メニュー [表示][バーチャル航路標識]から on/off をクリックし切り替え表示する。 クイックアクセスパネルでの on/off が可能。 【前提条件/制限事項】 バーチャル航路標識は船舶と同じく地物としてデータベースに最新情報のみ登録し、 ツールチップによる属性表示を可能とする。 現状、バーチャル航路標識は電波で送出されていない為、ファイルから読み込み表示 する。 放送通報、宛先指定に関わらず、すべて表示対象とする。 16 2.3.3 AIS 目的地情報補正機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 AIS 属性情報内の目的地について、LO コードの値を和名に変換し表示する。 和名と LO コードを並べて表示する。 【前提条件/制限事項】 LO コード対応表はファイルで保持し、クライアントで変換して表示する。 変換候補が見つからない場合（ユーザーの入力ミス、変換の元となるデータの欠落な どが考えられる）は LO コードのまま表示する。 17 2.3.4 外部情報（Web 情報）とのリンク機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 AIS 属性情報から得られる位置情報から自船の緯度、経度に近い URL 情報に関するリ ンク集を表示する。現在は、海上保安庁の以下組織を中心とした URL が登録されてい る。 ・本庁 ・本庁海洋情報部 ・第一 ～ 十一管区の保安本部、海洋情報部、保安部 ・海上交通センター 【操作方法】 メニューから[外部情報]内の項目をクリックするとブラウザが起動する。 【前提条件/制限事項】 本システムが搭載された船舶の現在位置の近くに、上記 URL 情報を持つ組織が無い場 合、「外部情報」メニューには何も表示されない。 18 2.3.5 船舶明細書データとリンクした表示機能 【起動画面のイメージ】 船舶明細書の表示 船舶シンボルの色分け表示 19 【機能概要】 AIS 情報(CallSign および船名)を元に DB に格納された船舶明細書データを参照して 表示する。 船舶明細書は AIS 属性情報画面から起動する。 船舶シンボルの色分け表示を行う。 船舶明細書はツールにて予め DB に取り込む。 提供の明細データに加え、色分け表示識別番号を追加する。 【操作方法】 船舶明細書の表示 AIS 属性情報画面にて「船舶明細」ボタンをクリックすると、該当の船舶明細を別画 面で表示する。 船舶明細は表示対象船舶の CallSign および船名で検索する。ただし見つからない場 合は、コールサインのみで検索し 1 船舶に絞られた場合のみ表示対象とする。 ※その際は船舶名を赤色で表示する。 船舶シンボルの色分け表示 メニューから「船舶シンボル色分け」を選択すると、別途定める設定ファイルの内容 に従い、船舶シンボルの色分け表示を行う。 DB に取り込んだ船舶明細情報から CallSign および船舶名で船舶を特定し、指定の色 分け表示識別番号に従い色分け表示を行う。 【前提条件/制限事項】 船舶明細が存在しない場合、明細内容が空となりエラー表示する。 船舶明細表示画面はモーダル画面として表示する。 船舶シンボルは船舶明細情報から CallSign および船舶名で検索(マッチしない場合は CallSign のみで判定)し、付加情報である色番号で船舶を表示する。 船舶は、船長に応じたシンボルの大きさを変更することに加え、色番号に応じた４色 までの色分け表示ができるものとする。 ツールにより、船舶明細書(Excel・色情報付き)からデータベースに取り込む。 20 2.3.6 航行区域の表示機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 航行区域データをラスタレイヤとして地図上に表示する。 【操作方法】 クイックアクセスパネルから on/off の切り替え表示をする。 【前提条件/制限事項】 航行区域は画像ファイルとして提供される。 航行区域への入出については管理しない。 画像ファイルが緯度経度形式のため、航行区域切り替え時はメルカトル表示から緯度 経度表示に変更する。 21 2.3.7 安全航行関連情報の表示機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 AIS 情報に含まれる安全航行関連情報 (Message ID=12 及び 14)をデコード（メッセ ージ化（英文））し、画面上に表示する。 【操作方法】 メニューから[AIS 情報]→[AIS テキスト情報表示]にチェックを入れることで表示/ 非表示を行う。 【前提条件/制限事項】 フローティングウィンドウに受信しているメッセージを表示する。スクロールバ ーにて全メッセージを表示可能とする。 MessageID=12 において、宛先が自船の MMSI と異なるものは表示対象外とする。 有効期限を過ぎたメッセージは自動的に画面から削除される。 全てのメッセージが消えてもメニューにチェックがある場合は、フローティング ウィンドウは表示されたままとする。 フローティングウィンドウはサイズ変更可とし、AP 起動時には前回表示位置に表 示を行うこととする。 22 2.3.8 警告機能（浅海域への侵入警告） 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 一定間隔で自船位置周辺の水深を海図から読み取り、指定水位未満になった際に警告 表示を行う。 警告画面を表示する 【前提条件/制限事項】 監視間隔は自動更新と同一タイミングとする。 危険水域高さは INI ファイルに格納する。 画面の表示位置およびサイズは INI ファイルに保存し、再起動後も同じ位置およびサ イズで表示する。 23 2.3.9 航海用電子参考図（NEW PEC）の対応機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 航海用電子参考図(new pec)データを取り込み、表示する。 【操作方法】 レイヤの on/off にて表示・非表示を変更する。 【前提条件/制限事項】 前節の「警告機能」で利用する水深は電子海図のデータを使用し、NEW PEC データは 対象外とする。 現行では、NEW PEC においては表示に必要なデータの一部が不足しているため、整備・ 提供された段階で本システムへの表示機能を完成させる。 24 2.3.10 ヘディングアップ機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 以下 4 種類の表示方式を提供する。 通常表示モード 自船追従モード ヘディングアップモード ユーザー操作モード（ユーザー操作モードについては制限事項に記述） 【操作方法】 クィックアクセスパネルから、各表示モードのボタンをクリックする。 ボタンクリック毎に各モードにローテーションする。 【前提条件/制限事項】 ヘディングアップモードでは自船を中心として地図が回転する。 通常表示モードへ変更した際は最終中心位置で、北を上方向とした地図に変更し、以 降自船追従は行わない。 自船追従モード、ヘディングアップモード時にマウスにより手動でスクロールした場 合は「ユーザー操作モード」となり、次にモードの変更操作を行うまでは自動的に追 従しない。 25 2.3.11 複数船舶情報の一括表示機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 自船周辺の複数の他船 AIS 情報を一括で注記表示する。 【操作方法】 クィックアクセスパネルの他船 AIS ボタンをクリックした場合、自船近辺の船舶を抽 出し AIS 属性情報画面の船舶一覧に追加する。 AIS 属性情報画面の船舶一覧にリストアップされている船舶は地図上でツールチップ による属性情報表示を行う。※ただし自船は表示しない。 メニューから[表示][複数船舶情報表示]をチェックした場合、ツールチップの表示/ 非表示を変更する。※ただしクィックアクセスパネルの他船 AIS ボタンをクリックし た際にはメニューを on に変更する。 26 【前提条件/制限事項】 AIS 情報は以下の情報が表示される。 船名、目的地、船種 AIS 属性情報画面の一覧にある船舶が表示対象となる為、一覧から削除すると表示対 象外となる。 27 2.3.12 気象情報表示機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 気象データを参照し地図上に以下の情報を表示する。 風向、風速分布、波高、波向分布、海流分布 【操作方法】 クィックアクセパネルの気象情報ボタンをクリックした場合、気象情報選択画面を表 示する。 気象情報表示設定画面では以下を選択する。 対象：波高、周期、波向、風向、風速、流向、流速 領域：全国、北海道－関東領域、関東－九州領域 値を表示のチェックボックスを on にして反映ボタンをクリックした場合、矢印の下 に計測値を表示する。 28 【前提条件/制限事項】 風速・波高といった強度を表す矢印は、画面上では強調表示される為、強度と矢印の 長さは比例しない。 気象データは PNG(Portable Network Graphics)フォーマットで提供される。 上記、気象、海象データは 3.4 節で記載する「気象･海象予測情報等運航情報提供シ ステム」で生成され、本データを要求する船舶に対して陸上から提供する。 29 2.3.13 航路計画の重畳機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 ファイルとして提供される複数の航路計画情報をユーザが選択し、地図上にポリライ ンとして表示する。 各ポリライン上に航路計画情報をツールチップで表示する。 各頂点(WayPoint)では通過時刻・緯度経度・機関回転数をツールチップで表示する。 【操作方法】 メニュー [表示][航路計画表示] をクリックした場合、航路計画情報ファイル選択画 面を表示する。 航路計画の各頂点にあるウェイポイントへマウスを移動した場合、ツールチップを表 示する。 【前提条件/制限事項】 再度航路計画を変更した場合は、画面に表示されている航路計画を一度破棄し、変更 後の航路を表示する。 上記、データは 3.4 節で記載する「気象･海象予測情報等運航情報提供システム」で 生成され、本データを要求する船舶に対して陸上から提供する。 30 2.3.14 混雑度情報表示機能 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 港湾、埠頭、航路を選択し、その区域に対する船舶数から混雑度を時系列で表示する。 【操作方法】 クイックアクセスパネルから混雑度状況ボタンをクリックする。 クイックアクセスパネルから起動できる事とする。 【前提条件/制限事項】 エリアおよび埠頭は初期状態で登録された地物（ポリゴン/ポリライン）の表示非表 示状態を切り替えて表示する。 画面はモーダル画面とし、画面終了後に表示していた区域線は非表示とする。 31 2.3.15 準天頂衛星測位結果の活用 【起動画面のイメージ】 【機能概要】 準天頂衛星（QZS）の受信機から位置データを取り込み、自船の位置としてシンボル 表示する。 【操作方法】 メニューから[表示]→[準天頂衛星データ]にチェックを入れることで表示/非表示を 行う。 【前提条件/制限事項】 AIS 情報にて検出している自船とは別に表示する。 最新の位置情報のみをデータベースに格納し、履歴データは保持しない。 ファイルから読み込みも可能とする。 32 第3章 航行支援情報（コンテンツ）解析技術の開発 陸上と船舶間の情報共有の高度化による航行支援サービスを実現するため、提供される気 象・海象情報や航行船舶の位置情報といった様々な情報を必要に応じて解析し、目的地ま での安全航行に資する最適航路、通過予定航路の数時間後の混雑状況等を提供する技術開 発を行なう。さらに陸上と船舶間で情報を送受信する技術の開発を行ない、動作検証を目 的とした航海実験を通じ、実用的なシステム運用の可能性を検証する。 具体的には、文字、映像等の多様な情報の解析手法と通信手段の検討等について、「混雑 度情報提供システム」、「物流情報データベース自動機構システム」、「沿岸域海流情報提供 システム」、 「気象・海象予測情報等運航情報提供システム」、 「通信システム」、の 5 項目に 関する開発を行なった。以下は、各項目に分けて記述する。 3.1 混雑度情報提供システム 海上を航行する船舶から AIS 情報として現在位置が送信されている、多数の船舶からこ の情報を計算機に記録、収集し、本システムのユーザーが指定する特定の航路、港湾、埠 頭における混雑度を推計する手法について、試行プログラムを作成して、基本的な動作を 確認した。また、AIS 情報として送信されている、航海の状態（航行中、停泊中など）、目 的地、到着予定時刻の情報を収集し、航路、港湾、埠頭における混雑度の予測を行う手法 についても検討した。本システムの起動画面のイメージを図 3-1 に示す。 図 3-1 混雑度情報提供システムの起動画面のイメージ 33 また、プログラムの開発では、AIS 情報から混雑度解析に必要な情報、を自動的に分離、 抽出するプログラム、ユーザーが指定する港湾内の船舶数、航路上の交通量を推計するプ ログラム、未来の混雑度（すなわち、港湾内の船舶数と航路の通航量）の予測を行うプロ グラムの開発を行った。図 3-2 には本プログラムのフローチャートを示す。 データ入力 （AISデータ，航路ネ ットワークデータ，港 湾データ，桟橋デー タ，交通量検知線デ ータ） AISデータ分析 ・船舶位置時系列データに変換 ・静的情報による船舶属性付加 船舶毎の航行経路の 予測（１２時間後まで） ユーザーによる解析条件指定 （時間指定，港湾指定，等） 船舶のループ開始 時間のループ開始 解析条件 に合致？ No No Yes 船舶，時間を 記録 No 時間ループ 終了？ Yes 船舶ループ 終了？ Yes 解析結果表示 終了 図 3-2 混雑度解析プログラムのフローチャート 3.1.1 AIS メッセージの抽出 情報抽出プログラムでは、AIS のメッセージ ID が 1～3 の動的情報とメッセージ ID が 5 の静的情報を対象とし、表 3-1 に示す項目を抽出する。 34 表 3-1 AIS メッセージの抽出項目 AIS メッセージ ID 抽出項目 1～3 MMSI ナンバー、航海の状態、位置（緯経度） 、速力、 方位 5 IMO ナンバー、船名、船種、船長、船幅、到着予定 時刻、目的港 3.1.2 港内船舶数、航路上交通量の解析 図 3-3 は航路上の通航量を解析する基本的なアルゴリズムの説明を示す。なお、通航量 を検知する直線はユーザーが任意の位置に指定することができる。AIS 情報として船舶の 位置は時系列として収集される。図 3-3 に示すように、ある船舶の時刻 t1 での位置 D とそ の直前の位置 C の座標が分かると、検知線を構成する 2 点 A、B の座標を用いて、2 組の ベクトルの外積を表す以下の 4 式を計算する。 ベクトル AB, AD の外積 (Bx-Ax) x (Dy-Ay) - (By-Ay) x (Dx-Ax) ベクトル AC, AB の外積 (Cx-Ax) x (By-Ay) - (Cy-Ay) x (Bx-Ax) ベクトル CD, CA の外積 (Dx-Cx) x (Ay-Cy) - (Dy-Cy) x (Ax-Cx) ベクトル CB, CD の外積 (Bx-Cx) x (Dy-Cy) - (By-Cy) x (Dx-Cx) この 4 式の計算結果がすべて正となる時、または、すべて負となる時、対象船舶は検知線 上を通過したとみなす。なお、観測者は点 A から点 B を見ているとし、すべて正となる時 は図のとおり右から左へ、すべて負となる時は左から右へ、船舶が通過したことを意味し ている。これより、通過判定だけでなく、正負により南向、北向などの船舶の動きを検知 することができる。 35 図 3-3 通航量解析アルゴリズムの概要 図 3-4 に港湾内における船舶数を推計するプログラムの基本的なアルゴリズムの説明を 示す。後述するように、港湾や埠頭は複数の緯度経度で表される点を順に結ぶ多角形によ り、その境界線が表現される。図 3-4 に示すように、ある船舶が対象となる区域内に存在 するか否かは、区域線の外にある点と当該船舶とを結ぶ直線が、区域線と交わる回数によ り判断することができる。つまり、交差回数が奇数回であれば、船舶はその区域内にいる ことになる。 図 3-4 港湾内船舶数推定アルゴリズムの概要 36 また、上記プログラム開発に伴い、解析に必要な以下に示すデータを整備した。 港湾区域については、国土地理院から提供されている国土数値情報 港湾データ（港湾区 域界）に示される全港湾を対象とし、港湾区域を指定する緯経度をポリゴン（多角形）情 報として抽出してデータベース化した。対象とした港湾を表 3-2 に示す。 表 3-2 都道府県 港数 北海道 41 青森県 13 岩手県 宮城県 秋田県 山形県 福島県 茨城県 千葉県 東京都 6 10 5 3 5 7 7 17 神奈川県 港湾区域データベースの対象港（港湾区域数：1,015） 7 新潟県 富山県 石川県 福井県 静岡県 10 2 12 5 15 愛知県 15 三重県 20 京都府 大阪府 兵庫県 3 9 30 和歌山県 16 鳥取県 島根県 10 65 岡山県 39 広島県 44 山口県 44 徳島県 12 港 名 室蘭、函館、小樽、森、江差、瀬棚、奥尻、余市、岩内、松前、椴法華、堀株、西恵山、稚 内、苫小牧、留萌、石狩、浦河、えりも、羽幌、焼尻、天売、増毛、天塩、鴛泊、枝幸、香 深、沓形、宗谷、浜猿払、石狩湾新、紋別、白老、釧路、、根室、網走、霧多布、十勝、昆 布刈石、忠類、崎無異 青森、八戸、大間、川内、大湊、野辺地、小湊、深浦、尻屋岬、むつ小川原、七里長浜、関 根浜、仏ヶ浦 宮古、大船渡、釜石、八木、久慈、小本 仙台塩釜、石巻、雄勝、荻浜、松島、女川、金華山、気仙沼、御崎、表浜 秋田、船川、能代、本荘、戸賀 酒田、鼠ヶ関、加茂、 小名浜、江名、久之浜、中之作、相馬 鹿島、日立、川尻、河原子、大洗、常陸那珂、土浦 千葉、木更津、館山、興津、名洗、上総湊、浜金谷 東京、元町、岡田、波浮、新島、神津島、大久保、八重根、神湊、 利島、御蔵島、三池、青ヶ島、式根島、二見、沖、大千代 横浜、川崎、横須賀、大磯、真鶴、湘南、葉山 新潟、両津、直江津、柏崎、寺泊、岩船、二見、赤泊、姫川、小木 伏木富山、魚津 七尾、金沢、穴水、宇出津、小木、飯田、輪島、福浦、滝、塩屋、和倉、半ノ浦 敦賀、和田、鷹巣、福井、内浦 清水、田子の浦、沼津、相良、土肥、松崎、伊東、熱海、下田、浜名、宇久須、手石、榛原、 大井川、御前崎 名古屋、衣浦、三河、師崎、常滑、吉田、伊良湖、福江、倉舞、内海、泉、冨具崎、馬草、 東幡豆、河和 四日市、尾鷲、桑名、千代崎、津松阪、白子、宇治山田、五ヶ所、吉津、鳥羽、的矢、浜島、 長島、引本、木本、二木島、鵜殿、賀田、賢島、三木里 舞鶴、久美浜、宮津 大阪、堺泉北、阪南、淡輪、深日、尾崎、二色、泉佐野、泉州 神戸、姫路、尼崎西宮芦、東播磨、明石、岩屋、津名、洲本、江井ヶ島、相生、赤穂、由良、 阿万、福良、都志、湊、郡家、室津、家島、坂越、浦、津井、江井、古池、古茂江、山田、 淡路交流の、津居山、柴山、竹野 和歌山下津、文里、大川、勝浦、由良、加太、湯浅広、浦神、宇久井、袋、日置、古座、日 高、大島、新宮、池田 米子、赤碕、田後、小浜、石脇、逢坂、豊成、中浜、鳥取、境 境、浜田、西郷、益田、久手、河下、江津、七類、田儀、知々井、別府、来居、小田東、大 津久、飯美、卯敷、灘山、山谷、島津屋、魚津、国賀、生湯、釜、伊後、西村、二俣、黒田、 中山、吉浦、宅野、舟津、網屋、波止、宇賀、美田、物井、倉の谷、古海、竹名、木佐根、 姫の浦、堤、御波、保々見、須賀、日之津、諏訪、長尾田、代、重栖、笠浦、千酌、菅浦、 笹子、惣津、海崎、高島、遠田、持石、喜阿弥、温泉津、海士、秋鹿北、三隅、汐浜、小津 久 宇野、水島、岡山、東備、牛窓、彦崎、山田、北木島、下津井、笠岡、児島、寒河、鴻島、 久々井、布浜、間口、知尾、玉津、幡、網代、黄島、師楽、犬島、米倉、松尾、江の浜、石 島、後閑、大藪、野々浜、渋川、大浜、松島、豊浦、丸岩、小飛島、大浦、大飛島、前浦 福山、尾道糸崎、広島、呉、横田、中浜、瀬戸田、重井、土生、大西、忠海、竹原、木江、 鮴崎、御手洗、安芸津、蒲刈、川尻、釣士田、大柿、鹿川、厳島、大竹、千年、佐木、中田、 小用(呉市)、生口、三高、須波、鷲部矢ノ浦、大須、津久茂、阿伏兎、大迫、袋の内、奥の 内、波多見、吉悪、小用、福田、椋浦、鹿田、内海 徳山下松、岩国、三田尻中関、柳井、久賀、小松、室津、由宇、大畠、伊保田、山口、平生、 秋穂、青江、柱島、白木、日良居、油良、笠佐、沖浦、安下庄、沖浦西、山口東、下関、宇 部、小野田、厚狭、特牛、萩、角島、油谷、丸尾、埴生、小串、仙崎、深川、飯井、尾島、 櫃島、羽島、相島、田部、須佐、肥島 徳島小松島、橘、折野、撫養、今切、富岡、日和佐、浅川、那佐、中島、亀浦、粟津 37 香川県 69 愛媛県 51 高知県 19 福岡県 佐賀県 長崎県 9 9 108 熊本県 54 大分県 20 宮崎県 16 鹿児島県 沖縄県 147 41 高松、坂出、引田、三本松、津田、志度、直島、宇多津、丸亀、多度津、詫間、仁尾、豊浜、 池田、白鳥、土庄、坂手、牟礼、大部、内海、観音寺、土庄東、家浦、風戸、屏風、宮浦、 青木、手島、葛原、大島、室本、女木、男木、立石、石場、長崎鼻、粟島、志々島、船越、 箱浦、粟島西、船隠、久通、猪塚、与島、木沢、江の浦、大浦、本島、三都、室生北、吉野 崎、庵治、里浦、新在家、小浦、生ノ浜、尻浜、馬越、小豊島、北浦、江島、小瀬、高見、 佐柳、見立、安戸、関谷、揚島 松山、宇和島、新居浜、今治、八幡浜、東予、三島川之江、寒川、伯方、菊間、北条、中島、 松前、伊予、長浜、玉津、岩松、御荘、弓削、波止浜、川之石、波方、三崎、宮浦、吉海、 大見、上浦、岡村、大下、田ノ浦早川、四坂、前浜、古江、枝越、熊口、有津、北浦、小漕、 西部、長江、生名、立石、森上、堀江、伊方、三机、三瓶、吉田、西中、桜井河口 高知、須崎、甲浦、佐喜浜、室津、奈半利、手結、久礼、上ノ加江、佐賀、上川口、下田、 下ノ加江、以布利、清水、三崎、下川口、あしずり、宿毛湾 北九州、博多、苅田、大島、若津、宇島、大牟田、三池、芦屋 唐津、伊万里、住ノ江、大浦、諸富、呼子、星賀、鹿島、仮屋 長崎、厳原、郷ノ浦、福江、佐世保、島原、比田勝、茂木、有川、崎戸、臼ノ浦、田平、瀬 戸、脇岬、江迎、伊王島、須川、宮浦、口之津、肥前大島、高島、小長井、富江、勝本、平 戸、印通寺、西郷、小茂田、大村、岐宿、若松、池島、佐々、川内、調川、彼杵、青方、鹿 見、松島、時津、川棚、玉ノ浦、多比良、太田和、仁位、竹敷、瀬川、仁田、相の浦、福島、 大島、小浜、佐須奈、諫早、太田尾、早岐、久山、松浦、古里、小口、大瀬戸柳、田結、神 代、七ツ釜、石田、三里、淵ノ元、曽根、堂崎、阿房下、古江、獅子吼、床浪、東望、神崎、 城ノ下、岳崎、大川原、三浦船津、三代、鯨ヶ浦、久吹、大塔、小波止、原、広浦、森ノ浜、 紐差、小瀬良、大川、小迎、面高、中の浦、堂代、浜脇、折紙、毛吹、カヅメ、浜窄、芦ノ 浦、榎津、郷ノ首、長与、神ノ浦、椛島、曽ノ浦、下田、峰 三角、八代、水俣、佐敷、大門、長洲、富岡、姫戸、鬼池、本渡、百貫、大浦、高浜、河内、 合津、上津深江、都呂々、上津浦、下津浦、赤崎、小泊、江後、江樋戸、柳、与一ヶ浦、椛 の木、唐木崎、中田、天附、下田、魚貫、亀浦、棚底、大道、樋島、日奈久、永目、二間戸、 栖本、荒尾、牛深、田浦、呑崎、阿村、知十、茂木根、上平、富津、一町田、二江、金焼、 鏡、熊本、大宮地 大分、津久見、別府、臼杵、高田、姫島、国東、日出、佐賀関、佐伯、中津、丸市尾、浦代、 堅来、下ノ江、守江、臼野、小高島、羽根、真玉 細島、油津、内海、福島、外浦、延岡、美々津、古江、熊野江、大島、延岡新、平岩、宮崎、 黒井、高鍋、大納 鹿児島、西之表、名瀬、大泊、米之津、西方、黒之浜、瀬戸、指江、宮之浦、川内、新川、 指宿、宮ヶ浜、加治木、隼人、福山、垂水、桜島、鹿屋、高須、大根占、根占、波見、志布 志、浜津脇、島間、田之脇、安房、之浦、平土野、湾、亀徳、和泊、与論、中之島、古仁屋、 硫黄島、栗生、高之口、大漉、小漉、八郷、加世堂、本浦、獅子島、伊唐、浦底、白瀬、脇 崎、北方崎、浜漉、小浜、城川内、唐隈、桑之浦、江石、小浦、松ヶ浦、西塩屋、聖ヶ浦、 東塩屋、平崎、瀬崎、魚見、竹島、片泊、大里、前之浜、元浦、やすら浜、南之浜、浮津、 二川、浜尻、内之浦辺塚、大浦、岸良、大久保、大崎、立山、伊関、浅川、王籠、上之古田、 馬毛島岬、椎ノ木、屋久津、増田、牧川、大塩屋、広田、田尻、門倉、楠川、椨川、湯向、 岩屋泊、上屋久永田、尾之間、小島、湯泊、中間、鯛ノ川、赤木名、大笠利、屋仁、大和、 大棚、湯湾、名柄、与路、請島、加計呂麻、篠川、戸口、山間、母間、鹿浦、面縄、浦原、 上嘉鉄、志戸桶、花良治、手久津久、伊延、長浜、片側、住吉、里、喜入、竜郷、諸浦、切 石、宝島、小宝島、上屋久元浦、串木野新、口之福浦、和野、管鈍、円、芦徳、百合ヶ浜、 地名瀬、七ツ山、東之浜 那覇、運天、平良、石垣、塩屋、古宇利、伊江、本部、徳仁、前泊(伊平)、野甫、仲田、北 大東、南大東、粟国、兼城、渡嘉敷、安護の浦、座間味、長山、来間・前浜、水納(多良)、 多良間、竹富東、小浜、黒島、上地、仲間、船浮、白浜、租納(竹富)、船浦、鳩間、租納(与 那)、水納(本部)、慶留間、金武湾、中城湾、奥、宜野湾、内花 38 また、東京湾、大阪湾、伊勢湾、北九州周辺では、港湾区域だけでなく、港湾区域内に ある公共埠頭についても、ポリゴン情報をデータベース化し、さらに(社)日本港湾協会「日 本の港湾 2005」国土交通省港湾局監修 を参考として、表 3-3 に示す属性をデータベース に付加した。なお、表 3-3 の情報は、本システムのユーザーの操作により、テキスト形式 で表示可能となるようプログラム開発を行った。 図 3-5、図 3-6 には、千葉、東京の各港湾、埠頭を囲む、緯経度のポリゴン（多角形）情 報を一例として示す。 表 3-3 公共埠頭のデータ項目 項目名 けい船施設 内 容 バース名、前面水深（m）、延長（m）、最大けい船能力（DWT）、 船席数 荷さばき施設 ・荷役機械：機械名、揚力、基数、 ・上屋 ：棟数、使用面積（㎡） 、 ・給水栓 ：給水能力（ｔ/h）、個数 主な取扱貨物 鉄鋼、砂利、砂、石材、化学工業品等 緯経度 港湾埠頭を取り囲む、緯経度（多角形情報として） 39 千葉港 船橋中央埠頭 日の出埠頭 船橋東埠頭 市川埠頭 千葉中央埠頭 出洲埠頭 市原埠頭 袖ヶ浦埠頭 今井埠頭 図 3-5 千葉港内の公共埠頭・岸壁の位置と区域界線 月島ふ頭 東京港 朝潮ふ頭 晴海ふ頭 豊洲ふ頭 竹芝ふ頭 辰巳ふ頭 若洲建材ふ頭 10 号地の 1 多目的ふ頭 日の出ふ頭 10 号地ふ頭 15 号地ふ頭 芝浦ふ頭 15 号地木材ふ頭 品川ふ頭 木材投下泊地 大井コンテナふ頭 大井水産物ふ頭 フェリーふ頭 大井食品ふ頭 お台場ライナーふ頭 中央防波堤内側ばら物ふ頭 大井建材ふ頭 青海コンテナふ頭 図 3-6 東京港内の公共埠頭・岸壁の位置と区域界線 40 3.1.3 混雑度の予測解析 AIS の静的情報（Message 5）には、目的地と到着予定時刻の情報が含まれている。この 情報を活用することで、未来の混雑度（すなわち通行量や港湾内の船舶数）を予測するこ とが期待できる。 特に、通航量の予測を行うためには、各船舶について、現在から目的地への到着予定時 刻までの位置を予測する必要が生じる。このため、図 3-7 に示すような日本の港と世界各 港を結ぶ航路ネットワークを利用する。 図 3-7 混雑度の予測に利用する世界を覆う航路ネットワーク なお、日本に限らず世界の港を対象とする理由は、例えば東京発、ロサンジェルス行き の船舶についても東京湾口の航路を通過するためであり、このような船舶も通航量にカウ ントする必要があるためである。 図 3-8 に示すように、解析対象となる船舶は、AIS 情報として送信される現在地から目 的地までの間を、このネットワーク上の最短路を一定した速度で航行すると仮定する。ま た、一定の航行速度は、現在時刻と到着予定時刻の時間差と最短路の距離を用いて計算す る。ただし、計算で得られる航行速度が 13Knot 以下となる場合は、13Knot 一定として通 過予想時間を再計算する。 41 図 3-8 解析対象船舶の航路予測 予測にあたり、以下のような AIS 情報を発する船舶は予測解析から除外する。 ① 到着予定時刻が未来ではなく、過去を示す船舶 ② 目的地が判別できない船舶 ③ 過去に AIS 情報を発信していたが、長期間、発信が途絶えている船舶 なお、③の条件に当たる船舶については、ユーザーが予測解析に含めるか否かを選択で きるスイッチを用意した。予測に利用する場合、最後に送信された位置に停泊し、今後も その状態を維持するものとする。 また、②については、現在 UN-LOCODE を目的地として利用することが推奨されており、 これより同定できない目的地が減少するものと思われる。そこで、表 3-4 に示す国内 509 港および海外の主要港（1,511 港）については、UN-LOCODE と図 3-7 に示した港（図中 の●）の位置との関連付けを行った。 表 3-4 都道府県 北海道 LOCODE 入力港（港数：509） 港数 43 港 名(LO コード) 網走(ＡＢＡ)、厚岸(ＡＫＥ)、青苗(ＡＯＮ)、伊達(ＤＡＴ)、えりも(ＥＭＭ)、江差(ＥＳＩ)、 枝幸(ＥＳＳ)、福島(ＦＫＵ)、船泊(ＦＮＤ)、羽幌(ＨＢＯ)、函館(ＨＫＰ)、花咲(ＨＮＫ)、石 狩湾(ＩＳＷ)、岩内(ＩＷＮ)、香深(ＫＢＫ)、霧多布(ＫＲＴ)、沓形(ＫＴＧ)、釧路(ＫＵＨ)、 紋別(ＭＢＥ)、森(ＭＯＲ)、増毛(ＭＳＫ)、松前(ＭＴＭ)、室蘭(ＭＵＲ)、根室(ＮＥＭ)、鬼脇 (ＯＮＷ)、鴛泊(ＯＳＤ)、小樽(ＯＴＲ)、雄武(ＯＵＭ)、羅臼(ＲＡＵ)、留萌(ＲＭＩ)、様似(Ｓ ＡＭ)、瀬棚(ＳＴＮ)、寿都(ＳＴＵ)、天売(ＴＥＲ)、苫前(ＴＪＪ)、苫小牧(ＴＭＫ)、十勝(Ｔ 42 青森県 17 岩手県 8 宮城県 8 秋田県 8 山形県 福島県 茨城県 4 5 8 千葉県 8 東京都 8 神奈川県 新潟県 5 10 富山県 石川県 3 9 福井県 静岡県 5 20 愛知県 14 三重県 14 京都府 10 大阪府 兵庫県 5 21 和歌山県 12 鳥取県 島根県 6 15 岡山県 14 広島県 18 山口県 26 徳島県 10 香川県 18 愛媛県 23 高知県 14 ＯＫ)、天塩(ＴＳＯ)、浦河(ＵＲＫ)、臼尻(ＵＳＪ)、稚内(ＷＫＪ)、焼尻(ＹＧＲ)、余市(ＹＩ Ｃ) 鯵ケ沢(ＡＪＫ)、青森(ＡＯＭ)、深浦(ＦＫＫ)、八戸(HHE)、川内(ＫＡＷ)、小湊(ＫＭＮ)、 小泊(ＫＯＤ)、三厩(ＭＮＹ)、むつ小川原(MUT)、野辺地(ＮＨＪ)、大間(ＯＡＸ)、大畑(ＯＨ Ｔ)、大湊(ＯＭＴ)、佐井(ＳＪＡ)、尻屋岬(ＳＹＺ)、平館(ＴＤＴ)、脇野沢(ＷＫＷ) 広田(HTA)、釜石(KIS)、久慈(KJI)、宮古(MYK)、大船渡(OFT)、大槌(OTJ)、山田(YAD)、 八木(YGI) 鮎川(AYU)、石巻(ISM)、気仙沼(KSN)、荻浜(OGH)、女川(ONG)、仙台塩釜(SGM)、志津 川(SZG)、渡波(WAT) 秋田船川(AFG)、本荘(ＨＯＮ)、平沢(ＨＳＷ)、北浦(ＫＪＴ)、金浦(ＫＮＯ)、象潟(ＫＳＴ)、 能代(ＮＳＲ)、戸賀(ＴＯＪ) 加茂(ＫＭＯ)、鼠ヶ関(ＮＥＺ)、酒田(ＳＫＴ)、由良(ＹＵＪ) 江名(ＥＮＡ)、中之作(ＮＫＸ)、小名浜(ＯＮＡ)、相馬(ＳＭＡ)、四倉(ＹＯＴ) 常陸那珂(ＨＩＣ)、平潟(ＨＲＫ)、日立(ＨＴＣ)、鹿島(ＫＳＭ)、那珂湊(ＮＭＴ)、大洗(ＯＡ Ｒ)、大津(ＯＳＪ)、会瀬(ＯＵＳ) 千葉 4 区(ＡＮＥ)、千葉 4 区・葛南区を除く(ＣＨＢ)、銚子(ＣＨＯ)、千葉葛南区(ＦＮＢ)、 勝浦(ＫＵＲ)、木更津(ＫＺＵ)、白浜(ＳＲＸ)、館山(ＴＴＹ) 波浮(ＨＡＵ)、神湊(ＫＭＭ)、元町(ＭＯＴ)、新島(ＮＩＪ)、岡田(ＯＡＡ)、大久保(ＯＫＢ)、 京浜東京区(ＴＹＯ)、八重根(ＹＮＥ) 京浜川崎区(ＫＷＳ)、三崎(ＭＩＫ)、真鶴(ＭＮＡ)、京浜横浜区(ＹＯＫ)、横須賀(ＹＯＳ) 羽茂(ＨＭＣ)、姫川(ＨＭＫ)、岩船(ＩＷＨ)、新潟(ＫＩＪ)、柏崎(ＫＷＺ)、直江津(ＮＡＯ)、 能生(ＮＯＵ)、小木(ＯＧＩ)、両津(ＲＹＯ)、寺泊(ＴＲＤ) 伏木富山(ＦＴＸ)、氷見(ＨＭＪ)、魚津(ＵＯＺ) 穴水(ＡＮＭ)、福浦(ＦＲＪ)、飯田(ＩＤＡ)、金沢(ＫＮＺ)、七尾(ＮＮＯ)、小木(ＯＩＩ)、滝 (ＴＫＩ)、宇出津(ＵＳＴ)、輪島(ＷＪＭ) 福井(ＦＫＪ)、小浜(ＯＢＭ)、敦賀(ＴＲＧ)、内浦(ＵＣＵ)、和田(ＷＤＡ) 網代(ＡＪＲ)、熱海(ＡＭＩ)、戸田(ＨＡＤ)、榛原(ＨＢＡ)、浜名(ＨＭＮ)、稲取(ＩＮＲ)、伊 東(ＩＴＪ)、松崎(ＭＴＺ)、沼津(ＮＵＭ)、大井川(ＯＩＧ)、御前崎(ＯＭＺ)、相良(ＳＧＲ)、 下田(ＳＭＤ)、清水(ＳＭＺ)、静浦(ＳＺＵ)、田子の浦(ＴＧＯ)、手石(ＴＩＳ)、土肥(ＴＯＩ)、 宇久須(ＵＧＵ)、焼津(ＹＺＵ) 福江(ＦＫＥ)、東幡豆(ＨＧＨ)、一色(ＩＫＪ)、伊良湖(ＩＲＫ)、泉(ＩＺＭ)、衣浦(ＫＮＵ)、 三河(ＭＫＷ)、師崎(ＭＲＺ)、名古屋(ＮＧＯ)、篠島(ＳＮＪ)、常滑(ＴＸＮ)、豊浜(ＴＹＪ)、 内海(ＵＴＭ)、吉田(ＹＤＡ) 千代崎(ＣＹＺ)、五ケ所(ＧＫＳ)、浜島(ＨＪＭ)、引本(ＨＭＴ)、桑名(ＫＮＡ)、木本(ＫＮＴ)、 松坂(ＭＳＡ)、波切(ＮＫＲ)、長島(ＮＳＡ)、尾鷲(ＯＷＡ)、鳥羽(ＴＯＢ)、津(ＴＳＵ)、宇治 山田(UJY)、四日市(ＹＫＫ) 浅茂川(ＡＭＧ)、本庄(ＨＮＪ)、伊根(ＩＮＥ)、久美浜(ＫＭＨ)、舞鶴(ＭＡＩ)、宮津(ＭＩＹ)、 中浜(ＮＫＪ)、野原(ＮＯＨ)、田井(ＴＡＺ)、間人(ＴＺＡ) 深日(ＦＵＥ)、阪南(ＨＡＮ)、阪神大阪区(OSA)、阪神堺泉北区(ＳＢＫ)、泉州(ＳＳＵ) 相生(ＡＩＯ)、明石(ＡＫＡ)、赤穂(ＡＫＯ)、阪神尼崎西宮芦屋区(ＡＭＸ)、福良(ＦＲＡ)、 郡家(ＧＮＧ)、東播磨(ＨＨＲ)、姫路(ＨＩＭ)、浜坂(ＨＫＪ)、岩屋(ＩＷＹ)、香住(ＫＸＳ)、 湊(ＭＮＴ)、柴山(ＳＢＹ)、洲本(ＳＵＨ)、富島(ＴＪＯ)、津名(ＴＮＡ)、都志(ＴＳＨ)、津居 山(ＴＹＮ)、阪神神戸区(ＵＫＢ)、八木(ＹＡＧ)、由良(ＹＲＡ) 日高(ＨＤＫ)、日置(ＨＩＫ)、勝浦(ＫＡＴ)、古座西向(ＫＯＢ)、串本(ＫＵＪ)、新宮(ＳＨＮ)、 田辺(ＴＡＥ)、宇久井(ＵＫＩ)、浦神(ＵＲＭ)、和歌山下津(WAK)、湯浅広(ＹＳＨ)、由良(Ｙ ＵＲ) 赤碕(ＡＳＫ)、網代(ＡＺＪ)、境(ＳＭＮ)、田後(ＴＪＲ)、鳥取(ＴＴＪ)、米子(ＹＮＧ) 恵曇(ＥＴＭ)、江津(ＧＯＴ)、浜田(ＨＭＤ)、加賀(ＫＪＧ)、久手(ＫＵＴ)、美保関(ＭＩＨ)、 三隅(ＭＭＩ)、益田(ＭＳＤ)、松江(ＭＴＥ)、仁万(ＮＩＭ)、西郷(ＳＡＩ)、七類(ＳＣＲ)、大 社(ＴＩＡ)、浦郷(ＵＡＯ)、安来(ＹＳＧ) 味野(ＡＪＮ)、日比(ＨＩＢ)、日生(ＨＩＮ)、琴浦(ＪＫＴ)、片上(ＫＫＭ)、小串(ＫＯＧ)、笠 岡(ＫＳＡ)、水島(ＭＩＺ)、岡山(ＯＫＰ)、西大寺(ＳＤＺ)、下津井(ＳＴＩ)、鶴海(ＴＲＵ)、 宇野(ＵＮＯ)、牛窓(ＵＳＨ) 安芸津(AKT)、福山(ＦＫＹ)、土生(ＨＡＢ)、広島(ＨＩＪ)、厳島(ＩＴＳ)、蒲刈(ＫＧＲ)、木 ノ江(ＫＮＥ)、呉(ＫＲＥ)、鮴崎(ＭＢＲ)、御手洗(ＭＴＩ)、大西(ＯＮＳ)、尾道糸崎(ＯＮＸ)、 大竹(ＯＴＫ)、佐木(ＳＧＪ)、重井(ＳＩＧ)、瀬戸田(ＳＴＤ)、忠海(ＴＤＮ)、竹原(ＴＨＲ) 安下庄(ＡＧＮ)、秋穂(ＡＩＩ)、厚狭(ＡＳＡ)、江崎(ＥＳＫ)、萩(ＨＡＧ)、平生(ＨＲＡ)、岩 国(ＩＷＫ)、久賀(ＫＧＢ)、小串(ＫＧＳ)、小松(ＫＭＸ)、関門響新港区・新門司区を除く (KNM)、上関(ＫＯＸ)、特牛(ＫＴＯ)、三田尻中関(ＭＮＸ)、室津(ＭＲＴ)、丸尾(ＭＲＵ)、 室積(ＭＺＭ)、小野田(ＯＮＤ)、須佐(ＳＵＳ)、仙崎(ＳＺＫ)、角島(ＴＮＳ)、徳山下松(ＴＸ Ｄ)、宇部(ＵＢＪ)、柳井(ＹＡＮ)、山口(ＹＭＧ)、粟野(ＹＹＡ) 浅川(ＡＳＷ)、日和佐(ＨＷＳ)、今切(ＩＧＲ)、牟岐(ＭＵＧ)、撫養(ＭＹＡ)、宍喰(ＳＩＳ)、 橘(ＴＢＮ)、徳島小松島(ＴＫＸ)、富岡(ＴＯＭ)、由岐(ＹＵＫ) 引田(ＨＥＡ)、池田(IKA)、観音寺(ＫＪＮ)、香西(ＫＺＪ)、丸亀(ＭＡＲ)、直島(ＮＡＳ)、仁 尾(ＮＩＯ)、三本松(ＳＡＮ)、坂手(ＳＡＴ)、志度(ＳＩＤ)、坂出(ＳＫＤ)、多度津(ＴＡＤ)、 高松(ＴＡＰ)、詫間(ＴＫＭ)、土庄(ＴＮＯ)、津田(ＴＵＤ)、豊浜(ＴＹＨ)、内海(ＵＣＮ) 深浦(ＦＫＲ)、北条(ＨＪＯ)、伯方(ＨＫＳ)、新居浜(ＩＨＡ)、今治(ＩＭＢ)、郡中(ＩＹＯ)、 菊間(ＫＩＫ)、川之石(ＫＷＩ)、三瓶(ＭＫＭ)、三島川之江(ＭＫＸ)、三崎(ＭＳＸ)、三机(Ｍ ＴＫ)、松山(ＭＹＪ)、宮浦(ＭＹＵ)、長浜(ＮＧＨ)、壬生川(ＮＷＡ)、岡村(ＯＭＲ)、西条(Ｓ ＡＪ)、寒川(ＳＡＷ)、宇和島(ＵＷＡ)、吉海(ＹＨＩ)、吉田(ＹＳＤ)、八幡浜(ＹＷＨ) 高知(ＫＣＺ)、上ノ加江(ＫＭＫ)、上川口(ＫＭＷ)、甲浦(ＫＲＡ)、久礼(ＫＵＥ)、室戸岬(Ｍ 43 福岡県 11 佐賀県 長崎県 5 38 熊本県 13 大分県 13 宮崎県 9 鹿児島県 25 沖縄県 6 ＲＪ)、室津(ＭＵＸ)、奈半利(ＮＨＩ)、佐賀(ＳＧＡ)、下田(ＳＭＯ)、宿毛湾(ＳＵＫ)、須崎(Ｓ ＵＺ)、清水(ＴＳＺ)、宇佐(ＵＳＡ) 芦屋(ＡＳＺ)、関門響新港区(ＨＢＫ)、博多(ＨＫＴ)、加布里(ＫＡＦ)、苅田(ＫＮＤ)、三池(Ｍ ＩＩ)、大牟田(ＯＭＵ)、大島(ＯＳＳ)、関門新門司区(SMJ)、宇島(ＵＮＳ)、若津(ＷＫＴ) 伊万里(ＩＭＩ)、唐津(ＫＡＲ)、諸富(ＭＯＭ)、住ノ江(ＳＵＭ)、呼子(ＹＢＫ) 相浦(ＡＩＮ)、青方(ＡＯＫ)、有川(ＡＲＫ)、芦辺(ＡＳＢ)、江迎(ＥＭＵ)、福江(ＦＫＮ)、郷 ノ浦(ＧＯＮ)、平戸(ＨＲＤ)、比田勝(ＨＴＫ)、生月(ＩＫＫ)、今福(ＩＭＡ)、厳原(ＩＺＨ)、 岐宿(ＫＳＨ)、勝本(ＫＳＵ)、口之津(ＫＵＣ)、松島(ＭＡＴ)、茂木(ＭＯＧ)、三重式見(ＭＳ Ｉ)、松浦(ＭＴＳ)、長崎(ＮＭＸ)、奈良尾(ＮＲＯ)、奈留島(ＮＲＳ)、小浜(ＯＢＢ)、小値賀(Ｏ ＪＩ)、大村(ＯＭＪ)、大島(ＯＳＭ)、瀬戸(ＳＥＴ)、島原(ＳＭＢ)、佐世保(ＳＳＢ)、佐須奈(Ｓ ＳＮ)、崎戸(ＳＴＯ)、田平(ＴＢＲ)、富江(ＴＭＥ)、玉之浦(ＴＭＮ)、豆酘(ＴＳＴ)、津吉(Ｔ ＹＰ)、臼浦(ＵＳＵ)、脇岬(ＷＫＩ) 合津(ＡＩＺ)、姫戸(ＨＤＯ)、百貫(ＨＫＫ)、本渡(ＨＯＤ)、熊本(ＫＭＰ)、水俣(ＭＩＮ)、三 角(ＭＩＳ)、長洲(ＮＧＵ)、鬼池(ＯＮＪ)、佐敷(ＳＳＩ)、富岡(ＴＭＯ)、牛深(ＵＢＫ)、八代 (ＹＡＴ) 別府(ＢＰＵ)、蒲江(ＫＭＥ)、国東(ＫＮＳ)、守江(ＭＯＯ)、中津(ＮＡＴ)、長洲(ＮＳＵ)、大 分(ＯＩＰ)、佐伯(ＳＡＥ)、佐賀関(ＳＡＧ)、竹田津(ＴＤＪ)、高田(ＴＫＤ)、津久見(ＴＭＩ)、 臼杵(ＵＳＫ) 福島(ＦＭＳ)、細島(ＨＳＭ)、北浦(ＫＩＴ)、宮崎(ＫＭＩ)、油津(ＮＩＣ)、延岡(ＮＯＢ)、外 浦(ＴＯＮ)、土々呂(ＴＯＴ)、内海(ＵＣＨ) 阿久根(ＡＫＮ)、福山(ＦＹＭ)、西之表(ＩＩＮ)、喜入(ＫＩＩ)、加治木(ＫＪＫ)、米ノ津(Ｋ ＫＯ)、古仁屋(ＫＮＹ)、鹿児島(ＫＯＪ)、串木野(ＫＳＯ)、鹿屋(ＫＹＡ)、一湊(ＫＹＲ)、枕 崎(ＭＫＫ)、宮之浦(ＭＮＯ)、名瀬(ＮＡＺ)、中甑(ＮＫＫ)、野間池(ＮＭＫ)、大泊(ＯＤＭ)、 大根占(ＯＮＥ)、志布志(ＳＢＳ)、川内(ＳＥＮ)、島間(ＳＩＭ)、手打(ＴＥＵ)、垂水(ＴＭＺ)、 内之浦(ＵＵＲ)、山川(ＹＡＭ) 平良(ＨＲＲ)、石垣(ＩＳＧ)、金武中城(ＫＮＸ)、那覇(ＮＡＨ)、渡久地(ＴＣＣ)、運天(ＵＮ Ｔ) 3.1.4 ユーザーインターフェース 本プログラムのユーザーインターフェースを図 3-9 に示す。この図にあるように、港湾 名、埠頭名、時刻、時間間隔を指定することで、指定港湾あるいは埠頭における船舶数を 集計することができる。なお、埠頭情報ボタンにより、表 3-3 に示した項目をテキスト情 報として表示する機能も持っている。また、通航量を解析するプログラムのユーザーイン ターフェースも図 3-9 と同様であり、検知線に名称をつけ、管理、選択ができる。ここで、 時刻指定に未来の時刻を設定すると、予測解析を行う。 図 3-9 船舶数を推計するプログラムのユーザーインターフェース 44 3.1.5 過去データの解析結果 作成した試行プログラムの動作検証を目的とし、AIS のログデータを用いて解析を実施し た。解析対象地域は図 3-10 に示す東京湾内の川崎港、千葉港、横浜港、大井コンテナ埠頭 の 4 箇所とし、船舶数を集計した。また、図 3-10 に示すように、東京湾口に検知線を引き、 東京湾に出入りする船舶の通航量を集計した。 図 3-11 には、港湾、埠頭内における船舶数の集計結果を示す。どの港湾においても、船 舶数は、早朝５時頃から増加し、日中にピークを迎え、夕方 5 時～7 時頃から減少する。こ れより、定性的傾向は妥当な結果が得られている。また、ピーク隻数は横浜港、千葉港で 約 80 隻、川崎港で約 40 隻であった。大井コンテナ埠頭における最大隻数は 7 隻であった が、この隻数は大井コンテナ埠頭のバース数 7 と対応している。 図 3-10 解析対象港湾、埠頭および通航量 図 3-12 には東京湾口の通航量の集計結果を示す。通航量のピークは明瞭ではないが、朝 7 時頃、北航する（東京湾内へ向かう）船舶が増加し、夕方 5 時頃を中心に南航する（東京 湾を出る）船舶が増加する傾向がうかがえる。この定性的傾向は経験的に知られている傾 向と一致する。解析期間である 1 日の通航量は、386 隻（南航 187 隻、北航 199 隻）とな り、現実の通航量（約 600 隻ほど：東京湾口航路事務所）と比較して、少ない結果となっ た。本解析は AIS 情報を発する船舶だけを対象としていることが、過小評価の原因として 挙げられる。 45 図 3-11 横浜港、千葉港、川崎港、大井コンテナ埠頭の船舶隻数 46 図 3-12 東京湾口の通航量 3.1.6 予測解析の結果 次に、予測解析の妥当性を検証する。検証は東京付近で収集された AIS ログデータ用い て行った。手順は以下の通りである。 まず、4 月 1 日の 1 日分のデータを読み込み、船舶が AIS の静的情報として発信する到 着予定時刻と目的地から、4 月 2 日の午前 0 時から 12 時までの東京湾口における通航量を 予測する。この予測結果を、実際に記録された 4 月 2 日の AIS ログデータから得られた実 際の通航量と比較する。図 3-13 には東京湾口における予測通航隻数と実際の通航隻数を 30 分間隔で比較した結果を示す。 図 3-13 通航隻数の比較 47 予測時間が短い 1:30 までの予測値と実績値はおおよそ合うが、その後は違いが顕著とな り、多くの予測時間帯で予測は過小評価となっている。次に、図 3-14 には東京湾口の通航 を予測した船舶のうち、実際に通航した船舶数を示す。 図 3-14 予測と一致した船舶数 図 3-13 で予測時間が短い 1:30 までの予測結果は実際と良い一致が見られたが、個船の 動きを詳細に検討した図 3-14 の結果によると、それほど精度が良いわけではない。例えば、 0 時から 30 分間の通航隻数の実績は、予測と一致して 7 隻である。しかしながら、その内 訳は 3 隻をとりこぼし、通航を予期できなかった 3 隻が通航し、結果として総量が一致し たことが分かる。12 時間の予測時間全体で 151 隻の船舶が予測と一致しなかったが、その 理由の内訳を図 3-15 に示す。到着予定時刻が過去、目的地が判別できない、静的情報（到 着予定時刻および目的地が含まれる）が受信できない、動的情報（位置情報が含まれる） が受信できない、という理由で解析から除外された船舶が全体の 70%程度を占めている。 特に、到着時刻と目的地の項目は、AIS 情報の入力時期や入力項目の正確さに係り、情報 の送信者側にも注意が要求される。ただし、目的地情報に関しては前述の LOCODE の導入 により、改善が期待される。 48 位置情報 （動的情報） 無し 到着予定時 4% 刻及び目的 地（静的情 報）なし 6% 通過時間帯 の相違 32% 到着予定時 刻が過去 26% 目的地名に 問題 32% 図 3-15 全151隻 予測不能の理由と予測とずれた船舶の割合 予測との相違が見られたもう一つの原因は、通航時間帯の不一致である。30 分間隔で区 分した 12 時間先の予測時間の中で通航する時間帯に不一致が見られた船舶は 48 隻（約 30%）であった。図 3-16 には、実際の通航時間と予測通航時間との差に関する頻度分布を 示す。 図 3-16 実通航時間と予測との差に関する頻度分布（負値は予測より早い時間に通過した ことを意味） 49 図より、予測時間帯の幅をここで設定した 30 分ではなく、1.5 時間とすればさらに 12 隻、 3.5 時間とすればさらに 27 隻の船舶が予測通りの結果となったことが分かる。 また、図 3-17 には、予測時間と実時間との差を、予測時間を横軸にとって散布図として 示した。 （1 つの点は１つの船を表す。）通常、予測時間が長くなると、実時間との差が大き くなると考えられるが、図は逆の傾向を示している。理由として、東京湾内に停泊中の船 舶が、あらかじめ、次の航海の目的地と到着予定時刻を発信していることが挙げられる。 本予測システムは、予測を行う時刻における位置を、予測を行う時刻に出発するものと仮 定している。これは、AIS 情報に出港時刻が欠けているためである。実際の出発時刻は、 予測を行う時刻よりも遅いために大きな差が生じる結果となる。一方、通航時刻が遅く予 想された船舶は、検知線が設定された東京湾から離れた位置におり、東京湾内に向かって 現在航行中の船舶が多い。そのため、前述した出発時刻の問題が起きにくく、予測と極端 な差が生じにくい。結果として、10 時間程度先の予測においても実際の通航時間との差は 数時間程度に納まっている。 図 3-17 予測・実通航時間差と予測時間の関係 3.1.7 実船実験時における予測解析の結果 第 4 章に示す実船実験において、混雑度の予測解析を実施した。図 3-18 には、実験時の AIS データ、および混雑度解析データの流れを示す。東京湾周辺に複数個所設置した AIS 受信機からデータを収集し、このデータをもとに東京湾口を通過する船舶数の予測解析を 実施した。図 3-19 は１～４時間前の予測結果と、1 時間ごとに区分した時間帯の実際の通 行量との比較を示している。。1 時間前の予測のほうが 4 時間前の予測より実際の通行量に 50 近い傾向を示す。しかしながら、前節の結果が示唆するように、その精度は低く、1 時間前 の予測であっても 4 割～5 割程度の過小評価となっている。 図 3-18 実船実験における AIS データの流れ 40 実績 1時間前予想 2時間前予想 3時間前予想 4時間前予想 35 通航隻数 30 25 20 15 10 5 24‐25 23‐24 22‐23 21‐22 20‐21 19‐20 18‐19 17‐18 16‐17 15‐16 14‐15 13‐14 12‐13 11‐12 10‐11 9‐10 8‐9 7‐8 6‐7 5‐6 4‐5 3‐4 0 時間帯 図 3-19 予測通行量差、実際の通行量と予測時間の関係 3.1.8 通行量データベース 前節までのとおり、AIS 情報で送信される到着予定時刻、目的地を用いた通航量、船舶数 の予測には限界がある。そこで、国内の主要な狭水道における 1 年分の通航量をデータベ 51 ース化した。対象海域は以下に示す７つの航路であり、データベース化の対象期間は 2009 年 4 月 1 日から翌年 3 月 31 日までの 1 年間である。 図 3-20 交通量データベースの対象海域 作成したデータベースの出力例を図 3-21 に示す。 図 3-21(a)には東京湾口、10 月における南航する船舶数を 30 分間隔で示している。なお、 図には平均値とともに、標準偏差をエラーバーとして描いている。図 3-21(b)には東京湾口 を北航する船舶数であるが、日曜の年間平均を示す。作成したデータベースは、ここで示 した例のように、曜日や期間を指定し、平均値や標準偏差を出力することが可能である。 52 (a) (b) 図 3-21 交通量データベースの表示例 3.1.9 まとめ ここでは、AIS のログデータとして得られた過去の情報を用いて、混雑度の解析を行っ た。解析結果は過去の経験的な傾向やデータと定性的に一致することが示された。また、 AIS の静的情報として送信される到着予定時刻や目的地の情報を活用し、通航量の予測を 行った。実通航量と予測通航量との間には差異が見られたが、その要因は静的情報の誤入 力や入力内容の不更新など、AIS 情報を発信する船舶側にも協力を求められる結果が示され た。出入港は、多くの作業が伴うとともに、最も神経を使う時間帯であるため、現時点で この問題を解決することは困難である。ただし、現在推奨されている目的地情報に対する LOCODE の入力など、形式的で簡易な入力方法や技術的解決策が進めば、上記した予測精度 も向上するはずである。また、通航時間帯の幅を大きくする（精度を落とす）ことで、見 かけ上、予測と実際の差異を小さくできることが分かったが、これは、精度と予測の正確 さにトレードオフの関係があることを意味している。さらに、予測には上記したように、 克服が困難な問題点があるため、国内の主要航路上の過去の交通量をデータベース化し、 平均値と標準偏差を表示するシステムを構築した。 53 3.2 物流情報データベース自動機構システム 貨物の荷動きに関するデータや情報は、輸送の実態把握、将来予測など、有益な情報に変 換するための基礎情報になる。このような基礎情報になり得るデータベースとして全国貨 物純流動調査（物流センサス）などが挙げられるが、このデータベースの完成までには、 アンケート用紙の配布、回収、データ入力、加工、調整など膨大な量の作業が伴う。 一方 AIS により、広範囲に亘る船舶の位置情報が、アンテナ、受信機、PC の設営により 比較的容易に収集することが可能となり、船舶による物流動調査の基礎データが簡易に得 られる可能性が期待できる。本「物流情報データベース自動機構システム」は海上の荷動 きの基礎データに繋がる、船舶の動静データを自動的に構築するシステムであり、その完 成イメージを図 3-22 に示す。 AIS情報から自動抽出した物流情報データ 船舶 発港 A丸 横浜 B丸 清水 C丸 小樽 A丸 神戸 D丸 宇部 日時 2009/4/5 9:00 2009/4/5 11:00 2009/4/5 12:00 2009/4/5 12:30 2009/4/5 12:40 着港 神戸 東京 新潟 博多 東京 日時 貨物,量 2009/4/6 コンテナ 14:00 100TEU 2009/4/5 コンテナ 18:00 80TEU 2009/4/6 化学製品 11:00 1000トン 2009/4/6 コンテナ 10:00 120TEU 2009/4/6 セメント 14:00 1500トン ・・・ 貨物品種 発地域 □ コンテナ □ 石油類 □車 □ セメント □ 農水産 □ 工業品 ・・・・・ □ 東京港 □ 横浜港 □ 千葉港 □ 清水港 □ 名古屋港 □ 神戸港 ・・・・・ 70 80 140 30 図 3-22 年間輸送量 単位：千TEU 物流情報データベース自動機構システムのイメージ 54 図 3-22 上の表に示すように個船の発地と、着地情報とを組み合わせ、多数の船舶につい て収集、蓄積することで船舶動静データベースとなる。さらに、貨物の情報と組み合わせ て、貨物別に集計することで、従来膨大な作業を必要としていた物流統計量の解析が簡易 にできる可能性がある。 しかしながら、AIS 情報には、発地となる港の情報が含まれていないため、この欠落情報 を自動的に補完する（出港を検知する）プログラムを開発する必要が生じる。また、着地 は AIS の静的情報として個船が送信するはずであるが、手動による入力であるために、そ の情報の信頼性は低い。よって、着地に関しても位置情報から自動的に入港を検知するこ とで補完するプログラムの開発が必要となる。 ここでは、これらの開発プログラムを用い、過去の AIS ログ情報の解析を実施した結果 について記述する。図には、開発したプログラムの流れを示す。 データ入力 （AISデータ， 港湾データ） AISデータ分析 ・船舶位置時系列データに変換 ・静的情報による船舶属性付加 船舶のループ開始 時間のループ開始 出港条件 に合致？ Yes 港湾内？ No No No Yes 出入港，船舶， 港湾，時刻 を記録 Yes 入港条件 に合致？ No No 時間ループ 終了？ Yes 船舶ループ 終了？ Yes 終了 図 3-23 物流情報データベース自動構築プログラムのフローチャート 3.2.1 出入港検知アルゴリズムと検知精度の向上 AIS のメッセージ ID1～3（位置通報）に含まれる、船速と状態を利用し、図 3-24 に示 す方法により、出入港を検知するプログラムを作成した。 55 図 3-24 出入港検知の方法 検知の基準となる速度の閾値を 0.3Knot とした理由は、図 3-25 に示す結果による。図 3-25 は、動的情報として送信される船舶の状態が”Moored”、”At Anchor”、すなわち停船し ている状態を示す船の速度分布である。図より、停船している状況において、0.3Knot 以下 となる船舶速度は動的情報全体の中で 85%を超えている。 図 3-25 停船中の船舶の速度に関する頻度分布 56 なお、このアルゴリズムは、対象船舶が表 3-2 に示した国土地理院から提供されている 港湾区域界の内部にある時のみ機能するようにした。これより、「出入港」という事象がど の港で起こったのかが判定できる。このアルゴリズムの動作イメージを図 3-26 に示す。 図 3-26 出入港検知のイメージ図 3.2.2 ユーザーインターフェース AIS 搭載対象の船種の中には、貨物流動とは直接的に関係ない船舶や、貨物流動量に大 きな影響を与えない小型な船舶も含まれている。物流情報として効率的な分析を行うため に、図 3-27 に示すような AIS の静的情報に含まれる船種と船長を利用して、解析対象船 舶を抽出するフィルターを設けることとした。 図 3-27 解析対象船舶 57 なお、図 3-27 の項目の具体的な数値は、図 3-28 に示すようにプログラムのユーザーイ ンターフェースでデフォルト値として表示され、必要があれば変更が可能となるよう、配 慮した。 図 3-28 発着検知プログラムのユーザーインターフェース 3.2.3 解析結果と妥当性の検証 AIS ログ情報を用いて、プログラムの動作検証を行った。対象船舶は A 港と B 港の間を 往復する定期船（フェリー）である。フェリーなどの定期船は発着時刻と発着港が公開さ れているため、解析結果の妥当性検証に適している。解析結果を表 3-5 に示す。 58 表 3-5 発港 解析結果 出発日時 着港 到着日時 A港 7/1 (水) 10:31:50 → B港 7/2 (木) 5:40:12 B港 7/2 (木) 10:32:25 → A港 7/3 (金) 4:27:45 A港 7/3 (金) 10:30:05 → B港 7/4 (土) 5:39:31 B港 7/4 (土) 10:29:30 → A港 7/5 (日) 4:30:50 A港 7/5 (日) 19:28:08 → B港 7/6 (月) 15:07:50 B港 7/7 (火) 10:31:34 → A港 7/8 (水) 4:34:46 A港 7/8 (水) 10:31:35 → B港 7/9 (木) 5:45:49 B港 7/9 (木) 10:31:49 → A港 7/10 (金) 4:16:35 A港 7/10 (金) 10:31:37 → B港 7/11 (土) 5:46:46 B港 7/11 (土) 10:32:08 → A港 7/12 (日) 4:18:55 A港 7/12 (日) 19:32:58 → B港 7/13 (月) 15:08:05 B港 7/14 (火) 10:30:55 → A港 7/15 (水) 4:18:09 A港 7/15 (水) 10:31:27 → B港 7/16 (木) 5:48:02 B港 7/16 (木) 10:32:01 → A港 7/17 (金) 4:16:22 A港 7/17 (金) 10:31:47 → B港 7/18 (土) 5:54:37 B港 7/18 (土) 10:31:02 → A港 7/19 (日) 4:17:02 A港 7/19 (日) 19:39:16 → B港 7/20 (月) 15:25:19 B港 7/21 (火) 10:30:22 → A港 7/22 (水) 4:17:24 A港 7/22 (水) 10:33:16 → B港 7/23 (木) 5:53:35 B港 7/23 (木) 10:31:06 → A港 7/24 (金) 4:15:58 A港 7/24 (金) 10:33:40 → B港 7/25 (土) 5:54:47 B港 7/25 (土) 10:37:19 → A港 7/26 (日) 4:30:37 A港 7/26 (日) 19:31:57 → B港 7/27 (月) 15:07:45 B港 7/28 (火) 10:30:13 → A港 7/29 (水) 4:30:12 A港 7/29 (水) 10:30:01 → B港 7/30 (木) 5:37:08 B港 7/30 (木) 10:29:37 → A港 7/31 (金) 4:28:06 表 3-5 の解析結果を、公表されている表 3-6 に示すダイヤと比較すると、発着港に関し て正確に検知できている。また、発着時刻には、数分～10 分程度の違いがあるものの、月 単位や年単位の集計結果として利用することが多い、物流情報としては十分妥当な結果が 得られている。 59 表 3-6 解析対象船舶のダイヤ 運航日 A 港発 B 港着 火～日曜 10：30 翌日 06:30 日 曜 19：30 翌日 15:30 運航日 B 港発 A 港着 火～日曜 10：30 翌日 4:30 次に、解析結果の妥当性を網羅的に検証するため、港湾統計データが報告する国内主要 港湾 170 港の入港船舶隻数と本解析による入港船舶隻数の比較を行う。なお、本解析と比 較対象とした港湾統計データには相違があるため、表 3-7 に条件の差異を明示する。表に 示すような差異はあるものの、比較項目は 1 年間の統計であるため、ここでの目的である 解析結果の妥当性判断には、利用可能と考えられる。 表 3-7 項目 対象船舶 解析条件の相違 港湾統計 本解析 500 総トン以上の AIS 送信装置搭載船 ・外航、内航商船 （Class A および B ） （客船、貨客船、貨物船、油送船） ・外航、内航自動車航送船（フェリー） ・その他（上記、および漁船以外の船舶） 対象期間 2009 年 2009 年度 (2009 年 1 月～12 月) （2009 年 3 月～2010 年 4 月） 図 3-29 には、横軸に港湾統計の入港隻数を、縦軸に本解析結果の入港隻数をとり、１つ の港を１つの点で表した散布図として示す。両者が一致すれば、図中に示した直線上に点 が集中することになる。図 3-29 の左図は全体的な傾向を示しており、本解析結果と港湾統 計データは概ね一致しているように見える。また、図 3-29 の右図には 10000 隻以下の結 果を拡大表示しており、両者が正の相関を持ち、本解析結果は若干過小評価する傾向を持 つことが分かる。 60 図 3-29 入港隻数の比較 図 3-30 には、図 3-29 に示した港湾統計と本解析結果との誤差および、その割合の関係 を示す。図は、誤差 1 割を許容すれば 45%、誤差 3 割を許容すれば 75%の港の入港隻数が 一致することを示している。これより、本解析は高い確度が求められる利用目的には向か ないものの、統計的処理を施した上での、おおまかな傾向を把握する目的には利用できる。 図 3-30 入港隻数の誤差とその割合 61 3.2.4 応用例 さらに、得られた解析結果（船舶の動静：発着港湾の履歴）を表 3-8 に示す Lloyds’s デ ータベースの船舶属性情報と関連付けることにより、様々な応用が考えられる。 表 3-8 Lloyds データベースの船舶属性情報 船舶の属性項目 利用法 Maritime_Mobile_Service_ID LR NUMBER (IMO No.) SHIP NAME 物流情報の解析結果で得られた 船舶と以下に示す項目との関連付け GRAIN CAPACITY BALE CAPACITY INSULATED CAPACITY LIQUID CAPACITY LIQUID GAS CAPACITY LIQUID OIL CAPACITY TEU CAPACITY 貨物積載可能量の推定 SHIP TYPE SHIPTYPE GROUPING 船種の同定 例えば、指定した港間における特定船種の航海数や、その積載可能量といった値を得る ことができる。これより、表 3-9 のような結果を得ることができた。 表 3-9 期間 船舶属性と結合した解析結果 航海 可能積載量* 回数* の合計 コンテナ船 22 85 千 TEU 千葉 ｹﾐｶﾙﾀﾝｶｰ 3 3.7 千 m3 木更津 バラ積み船 4 722 千トン 発港 着港 船種 2009 年 4 月 東京 大阪 2009 年 7～9 月 神戸 2009 年 10～12 月 室蘭 ＊：船舶属性情報が得られた船のみ集計 62 3.2.5 まとめ 海上物流情報の基礎となる船舶動静データを AIS 情報から自動的に構築するシステムを 開発した。システムは AIS 情報に欠落している発着港情報を自動的に補完する（出港、着 港を検知する）プログラムを主体として構成されており、国内約 1000 港、海外約 1200 港 の発港、着港を検知できる能力を持つ。 開発システムを用いて解析した結果を、定期船の運航スケジュールや、港湾統計データ の入港船舶数と比較することで妥当性を検証し、その精度を定量的に把握するとともに、 他のデータベースと統合することで、船舶動静データから物流情報データとして利用可能 となることを示した。 63 3.3 沿岸海流情報提供システム 海・潮流は、船舶の航海にとって極めて重要なデータである。特に、近年、海上輸送にお ける環境負荷低減の観点から、省エネ運航が求められている。 潮流は、国立天文台の潮汐予測システムで使用されている調和常数を使用して求めること ができる。 海流については、気象庁、海上保安庁のウェブサイト等により情報が提供されており、船 長が航海計画を立案する際の参考情報となっているが、予報間隔が比較的長く、また予測 密度も粗いことから、航海計画立案の参考情報に止まっている。近年、地球環境フロンテ ィアセンターの「日本沿海予測可能性実験（JCOPE）」による 1 週間の海流予測データが 入手可能となってきている。これは、予測密度、予測間隔から航海計画を立案する上で貴 重な資料と成り得る。 図 3-31 JCOPE での海流予測 しかし、沿岸域、特に陸岸近傍での流れの推定結果は、船舶で計測したドリフトと大きな 差異が見られ、推定精度の向上が課題となっている。 図 3-32 には、2 隻の船舶で計測されたドリフトが赤の速度ベクトルで示されているが、 大きな差異が見られる。これは、沿岸域の風は陸域の地形の影響等を強く受けるが、この ような情報が取り込めていないことも一因と考えられる。 64 図 3-32 海流予測値と船舶での観測値 ここでは、海流を利用した効率的な航海を実現するため、高精度の沿岸海流情報を提供す るシステムを構築することを目的とする。 そのため、AIS データの解析手法についての研究開発を行い、海流情報提供システムを構 築し、平成 23 年度に実証実験を行った。 3.3.1 検討スケジュール等 3.3.1.1 検討手順 (1) 船舶データ解析技術を活用した海流推定 ① 対地船速（GPS 船速）と対水船速（LOG 船速）との差によりドリフトを計測する。 ② 推進器（プロペラ）を計測装置として見立て流速を計測する。 ③ 収集した AIS 情報を統計処理し流れ場を解析し流速を推定する。 (2) （1）により観測値として推定された海流のデータを用いて、既存の海流予測データ を補正し高精度化を図る。 (3) 補正された高精度の沿岸海流ベクトル情報を船上のビジュアル情報提供システムに 表示する。 3.3.1.2 検討スケジュール 全体スケジュール（平成 21 年度から 23 年度） 項 平成21 年度 目 （１）海流計測手法等の検討 （２）海流情報表示方法の検討 （３）海流計測システムの検討 （４）実証試験 図 3-33 全体スケジュール 65 22 23 平成 23 年度の研究スケジュール 項 平成２３年 4～9月 目 平成２４年 1～3月 10～12月 スライド 番号 4,5 （１）海流計測データの解析 ① 海流観測値と推算値との比較検討 6 7 8 9 10 11 （２）海流の航海に与える影響推測 （３）実証実験の実施 ①海流データの表示 （４）まとめ 図 3-34 平成 22 年度の研究スケジュール 3.3.2 検討概要 今年度は、本研究開発の最終年度であるので、これまで 3 年間の検討の内容を取りまと める形で、船舶による海流情報収集システム及び本システムでの観測値と海流予測値の検 討並びに本システムを有効に利・活用するための海流情報提供スキームについて報告する。 3.3.2.1 海流情報収集システム (1) コンセプト 本研究開発では、船舶において対地船速（GPS 船速）と対水船速（LOG 船速）を計測し、 そのデータを陸上に通信媒体により転送し、陸上で多くの船舶の観測データを基に既存の 海流推測値をデータ同化手法により補正し、データ同化された海流の推測値を船舶側に搭 載されたビジュアル情報提供システムに表示することを目指す。 ＮＭＲＩ 対水船速 解析 海流データ 船舶 ビジュアル情報提供 システム 船・陸間通信 システム ＬＯＧデータ 図 3-35 海流データ表示 And/or 機関回転数, 馬力,翼角 +推進器仕様 提供する海流データ情報の流れ 66 (2) 海流情報の推定手法 船舶での海流（偏流）観測情報収集システム検討を行うため、海流情報の推定手法につ いて検討する。 ① 海流（偏流）データの推定法 図 3-36 は、船舶はｎ番目の地点（Pn）から次のｎ+１番目の地点（Pn+1）に向けて、風、 波等の外力と海潮流の影響を受けて航走している場合を示している。針路（ジャイロコン パスの針路）方向にベースライン船速（主機関の推力による船速）にて航走するが、風、 波等の外力と海潮流の影響を受け、対地進路方向に対地船速にて航走することになる。 計測可能なのは対地船速、対地方位、対水船速、針路（ジャイロ方位）である。横流れ速 度は、一般の船舶搭載の対水船速計では観測できないので海流ベクトルは不定となる、し かしながら、針路方向の海潮流（偏流）については、対地船速（GPS 船速）の針路方向ベ クトルと対水船速（LOG 船速）との差が、海潮流によるドリフトとして計測することがで きる。 本研究では、対地船速（GPS 船速）と対水船速（LOG 船速）との差によりドリフトを計 測することが出発点となる。 図 3-36 船舶の針路と進路方向の速度 GPS を用いた対地船速は、補足衛星の遷移による誤差は見られるが、一般に精度の良い 計測ができる。他方、LOG 船速計による対水船速の計測精度はどのようなものか適当な文 67 献が見あたらなかったので実船の航海データから推定することとした。図 3-37 は、日本海 運「ひまわり１」の対水船速に関し、対水船速計の観測値と推進器解析を行い評価した対 水船速との関係を示している。この実験結果によると、船舶が動揺した場合（この図の場 合縦揺れ運動の大きな場合に観測したデータを白抜きの○で示している。）には泡が船底に 入込み計測精度が落ちると推察された。（ここで用いた実船データは、「エネルギー使用合 理化技術戦略的開発」事業の一つとして実施している（独）新エネルギー・産業技術総合 開発機構（NEDO）の先導研究「環境対応型運航計画支援システムに関する研究開発」に おいて（独）海上技術安全研究所が宇部興産海運（株）及び日本海運（株）の協力を得て 収集したデータを利用させていただいたものである。） その他の計測誤差についてメーカーに問い合わせたところ、「対水船速計は、両船ともア ナログ方式のドップラーソナーであるが、本方式の場合には、一般には固定量及び比例量 の誤差が生じ、また海水温度センサーに異常がある場合、6％程度の計測誤差が生じる」と のことであった。このような、事情を考慮してデータの解析を行うことになる。 図 3-37 対水船速計の観測値と推進器解析により評価した対水船速との比較 （縦軸：推進器解析値、横軸：対水船速観測値） また、特に小型の船舶は、LOG 船速計を装備していないものも多く、この場合には推進 器に関する解析を行い対水船速を推定することになる。その場合には、プロペラ軸馬力が あれば比較的精度の良い推定ができる。 ② プロペラ性能から評価した対水船速の推定法 対象船には、軸馬力計を設置しておりトルク（Q：ｋN・m）、プロペラ回転数（N:rpm）、 68 CPP 翼角（θ：度）等が計測されている。また、船主の協力を得て推進器仕様についてもプ ロペラ直径（Dp:m）、プロペラ展開面積比等所用のデータを入手した。また、水槽試験か ら求めた模型船での伴流率（１－Wｍ）の値を補正し実船での（１－Ws）の値を推定しこ れを用いた。 推定方法は、以下の通りである。 トルク係数は、以下の定義式により算出できる。但し、ρ＝104.5(kg sec2/m4)である。 ｱ) Kq Q ρn Dp 5 2 トルクは軸馬力計から求めることができ、プロペラ単独特性より、Kq から J が得ら ｲ) れる。 なお、プロペラ単独特性について、セメント船では、プロペラ性能曲線を船主・メーカー の協力を得た。この性能曲線から得られる値にレイノルズ影響（Appendix）を修正し用い た。 また、RORO 船の単独性能については、翼角からピッチ比（ｐ）を計算し、ピッチ比と 展開面積比から相当の MAU チャートで代用した。 ｳ) 対水船速 以上により、次式により対水船速が推定される。 V J・N・Dp 30.867(1－Ws) この方法で、推定した対水船速と船舶設搭載の対水船速計（ログ船速計）により計測し た対水船速との比較検討は。「3.3.3.2 船舶での偏流観測」において述べるが、平均的に両 者は、良く一致している。 69 Appendix トルク係数のレイノルズ影響修正（1978ITTC（Performance Prediction Method）による） Kqs ：実機プロペラのトルク係数 Kqm：モデルプロペラのトルク係数 とすると、 Kqs = Kqm + ΔKq 但し、 （Rnco：プロペラ半径の 0。75 の位置での局所レイノルズ数） (m/s) 70 (3) 情報収集システム構成 海流情報を自動収集するためのシステムは、以上のように対水船速計を有する船舶の場 合には、対水船速計と GPS の船速データを収集しベクトル演算（偏流データ）を行うシス テムとし、対水船速計を有しない船舶の場合には、前記のようにプロペラ性能から対水船 速の推定する演算を行いベクトル演算（偏流データ）を行うシステムとする。 対水船速については、LOG 船速計の他、推進器に関する解析を行うことも考慮し、解析 に必要なデータ収集を行うことも前提に計測システム構成を図 3-38 のように構成する。 図 3-38 船舶での観測情報収集システム機器構成 3.3.3 研究開発概要 まず、海流予測モデルを確認し、次に航海計画に活用するという視点で、船舶での対水 船速の観測手法をさらに改善した解析方法により得たデータと JCOPE 海流予測値との比較 検討を行った。 3.3.3.1 海流予測モデル 海流予測については、JCOPE 等近年研究が大きく進展し、詳細な予測が、週・日毎に可能 となってきている。海流予測には、初期値推定のための観測データが不可欠であり、かつ 空間的・時間的に稠密な観測データを用いるほど良い予測が期待できる。 現行で利用している観測データは、人工衛星による海面高度（ジオイド面からの偏差） および海水表面温度、及び現場観測点での海水温度、塩分濃度であり、初期値として以下 71 のコスト関数 J(X)を最小化することによって密度構造（水温と塩分）を推定している。 J(X ) ( X X f ) t B 1 ( X X f ) ( y oT H T X ) t R 1T ( y oT H T X ) ( y o S H S X ) t R 1S ( yS H S X ) ( y o SSHA H SSHA ( X ))t R 1SSHA ( y o SSHA H SSHA ( X )) ( y o SST H SST X ) t R 1SST ( y o SST H SST X ) X X ；状態変数：温度と塩分濃度 ；最初の予測 f y ,y o T o S ；温度/塩分分布データ o ；海面高度（ジオイド面からの偏差） o Ts y ；海水表面温度 ；背景誤差共分散マトリックス y βは、背景誤差共分散マトリックスを表すが、背景誤差共分散は、観測データの統計解析 により求められ、時間的に不変で等方的形状を仮定している。流動はほぼ密度勾配に沿っ て流れるものとし、暗に準地衡流平衡を仮定している。 3.3.3.2 船舶での偏流観測 (1) 実験対象船と航路 ① 実験対象船と航路 実験の対象船は、沿海区域を航行区域とする宇部－千葉・東京間のセメント船と、近海 区域を航行区域とする東京-苫小牧・釧路間を航行する RORO 船である。両船とも、対水船 速計、GPS を装備し、対水船速、対地船速の他、主機関回転数、推進器翼角、軸馬力等の 情報を PC に収録した。 本実験では、船主の協力を得て、実験の対象船は、沿海区域を航行区域とする宇部－千 葉・東京間のセメント船と、近海区域を航行区域とする東京-苫小牧・釧路間を航行する RORO 船である（表 3-10 参照）。両船とも、対水船速計、GPS を装備し、対水船速、対地 船速の他、主機関回転数、推進器翼角、軸馬力等の情報を PC に収録した。一般配置を図 3-39、 図 3-40 に示す。 72 表 3-10 Main dimensions Cement Tanker RORO ship L (m) 159.7 161.1 B (m) 24.2 24.0 Gross Tons 13,787 7,323 MCR (kw) 5,120 16,920 図 3-39 Cement tanker 図 3-40 RORO ship 図 3-41 セメント船 73 図 3-42 RORO 船 （1） 軸馬力計 軸馬力計測装置(図 3-43 参照)は、高精度全光学式捩計により軸馬力を算出するもの （TOTOM モニタリングシステム）でこれを中間軸に取り付け 10 秒間隔でデータを PC に 取り込んだが、以下の解析では 10 分間の平均値を用いた。 図 3-43 Torsion-meter 軸馬力計は、推進器（プロペラ）を計測装置として見立て流速を計測するために要の計測 装置となる。 (2) 船舶での観測データ ① 対象のデータ 対象船において計測された、船舶での海流観測値を図 3-44 と図 3-45 に示す。 図 3-44 は、東京－苫小牧・釧路間を航行する RORO 船での計測値で、東京－苫小牧のデ ータは 31 航海分、苫小牧－東京のデータは 34 航海分であり、緯度 35.0 度から 42.6 度ま でをサンプルとして抽出した。RORO 船の東京－苫小牧－東京間の往復時の航海で観測さ れたドリフトは、図 3-44 に示すように 3 ノット程度の幅を持って観測され、その値は時刻 74 と共に場所が変わるにつれ推移している。ドリフトは、GPS 船速から LOG 船速を引いた ものとして表現している。 Measured value of drift (knots) (Tokyo-Tomakomai-Tokyo) 6 5 Tokyo Tomakomai Tokyo 4 2 1 0 ‐1 1 94 187 280 373 466 559 652 745 838 931 1024 1117 1210 1303 1396 1489 1582 1675 1768 1861 1954 2047 2140 2233 2326 2419 2512 2605 2698 2791 2884 2977 3070 3163 3256 3349 3442 3535 Drift [knot] 3 ‐2 ‐3 ‐4 図 3-44 Navigation Time [min] Measured values of drift (RORO ship) 図 3-45 は、沿海区域を航行区域とする宇部－千葉・東京間の載貨重量 2 万トンのセメン ト船について、航海の時間が 1780 分（29.6 時間）以上 1945 分（32.4 時間）未満のデータ を取り扱った。宇部から東京への航海データが 38 個、東京から宇部への航海データが 31 個であり、宇部から東京が経度 132.5 度から 139.5 度の間を東京から宇部が経度 139.4 度 から 132.4 度の間を抽出したデータを用いている。 セメント船の往復時の航海で観測されたドリフトは、図 3-45 に示すように 4 ノット程度 の幅を持って観測された。黒潮の影響と考えられ、RORO 船より大きな値となっている。 また、その値は時刻と共に場所が変わるにつれ推移している。 Measured value of drift (knots) (Ube-Tokyo-Ube) 8 6 2 0 1 77 153 229 305 381 457 533 609 685 761 837 913 989 1065 1141 1217 1293 1369 1445 1521 1597 1673 1749 1825 1901 1977 2053 2129 2205 2281 2357 2433 2509 2585 2661 2737 2813 2889 2965 3041 3117 3193 3269 3345 3421 3497 3573 3649 3725 Drift [knot] 4 -2 -4 -6 図 3-45 Navigation Time [min] Measured values of drift (Cement tanker) 75 観測された偏流データ（平均値）の検討 RORO 船 東京－苫小牧間でのドリフトの全観測期間での平均値の移り変わりを以下の図 3-46 に示 す。X 軸が東京港を出港してからの時間、Y 軸がドリフトの強さをあらわす。ドリフトは、 船舶の針路方向に計測されるため、往航と復航で針路が 180 度逆転している。そのため、 符号が逆転していることに注意する必要がある。 図 3-46 Mean values of measured drift (RORO ship) そこで、図 3-47 に、往航（東京-苫小牧）と復航（苫小牧-東京）のドリフト量を往航の 針路方向に合わせて折り返して重ね合わせたものを示す。 Tokyo 図 3-47 Tomakomai Mean values of measured drift (RORO ship) この図から、往航と復航で観測されたドリフト値は、ほぼ一定の差異が見られることが分 かる。本来、航海データから得られたドリフトの値を蓄積していくと場所毎に一定の値に 近づくのではないかと考えられる。 この仮説によると往復航間でのドリフトの差異は、以下のように計測誤差の 2 倍となって 現れる。 76 ドリフトの強さ＝Vgps –V log Vgps：船舶に搭載された GPS による計測値 Vlog ：船舶に搭載された LOG 船速計による計測値 往航と復航のドリフトを DO、DR と記載し、向きが 180 度反転していることを考慮する と DG=Vgpso－Vlog o DR=－(Vgpsr－Vlogr） また、観測された Vlog は、対水船速の真値 vlog と観測誤差＋Δ とを用いて以下のように 表現できる。 Vlog=vlog-Δ 往航と復航のドリフトは、これを相当期間に渡って蓄積し平均すると場所毎に一定の値に 近づくとの仮定の下で、 MeanΣ (DG)－(－MeanΣ (DR))＝２Δ と観測誤差を場所毎に決定することができる。 この誤差 Δ を、最小自乗法により求めると、RORO 船の場合では、以下の近似式で推定 できる。 Δ= -0.0002ｔ + 1.2593 この式を用いて図 3-45 のドリフトを補正したものを図 3-46 に示す。青線が往航のドリ フトを示し、茶線が復航のドリフトを示している。両者は、ほぼ重なっておりドリフトの ピークの位置も合致する。 これによると、LOG 船速計の指示する船速には約 1.26 ノット程度の計測誤差があると考 えられる。また、僅かではあるが、東京から苫小牧を経て東京に戻る間に時間依存項があ る。これは、本船は燃料油を東京港で採っており、船舶の運航に伴いトリムが変化してい る影響が一因と考えられる。 図 3-48 Calibrated drift 77 考察 この結果をみると、場所により大きくドリフト量が往路と復路で異なっている場所がある。 場所によるドリフト量の差異を図 3-49 に示す。差異の大きいところは津軽海峡を通過して くる強い東西の流れがある場所と野島崎沖の黒潮と親潮がぶつかる海流の変化の激しいと ころとなっている。このような場所では 1 年半程度の期間より長い期間で評価する必要が あると思われる。 そのような特定の場所を除けば、往航と復航のドリフト量は、一定の値に早く収束すると 2.5 2 1.5 1 0.5 0 ‐0.5 ‐1 Solid line: from Tokyo to Tomakomai Dash line: from Tomakomai to Tokyo 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 Drift [knot] 考えて良いと思われる。 0 100 Frequency No of Data 2 1 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 0 ‐1 0 50 100 0 50 100 2 1 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 0 ‐1 2 1 図 3-49 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 0 ‐1 0 50 Measured drifts at typical places on navigation route 観測された偏流データの検討 セメント船 宇部－東京－宇部間でのドリフトの全観測期間での平均値の移り変わりを図 3-50 に示す。 RORO 船同様、X 軸が宇部港を出港してからの時間、Y 軸がドリフトの強さをあらわす。 Drift (knot) (Ube-Tokyo-Ube) 2 Ube Tokyo Ube 1 0.5 0 1 84 167 250 333 416 499 582 665 748 831 914 997 1080 1163 1246 1329 1412 1495 1578 1661 1744 1827 1910 1993 2076 2159 2242 2325 2408 2491 2574 2657 2740 2823 2906 2989 3072 3155 3238 3321 3404 3487 3570 3653 3736 3819 Drift [knot] 1.5 -0.5 -1 図 3-50 Navigation Time [min] Mean values of measured drift (Cement tanker) ドリフトは、船舶の針路方向に計測されるため、往航と復航で針路が 180 度逆転してい 78 る。そのため、符合が逆転していることに注意する必要がある。 Overlapping of drift data 2 1.5 From Ube to Tokyo From Tokyo to Ube 0.5 0 1 45 89 133 177 221 265 309 353 397 441 485 529 573 617 661 705 749 793 837 881 925 969 1013 1057 1101 1145 1189 1233 1277 1321 1365 1409 1453 1497 1541 1585 1629 1673 1717 1761 1805 Drift [knot] 1 ‐0.5 ‐1 ‐1.5 ‐2 Navigation Time 図 3-51 Mean values of measured drift (cement tanker) そこで、図 3-51 に、往航（宇部－東京）と復航（東京－宇部）のドリフト量を往航の針 路方向に合わせて折り返して重ね合わせたものを示す。 RORO 船と同様に、誤差 Δ を、最小自乗法により求めると、以下の近似式で推定できる。 Δ = 0.00001023ｔ + 0.52238688 また、1 日から 2 日程度の航海時間である本船では、時間に比例する初項は無視して良い。 そこで、宇部－東京、東京－宇部の各航海のドリフトから 0.5224[knot]を引き、東京から 宇部の航海データを反転させて宇部から東京の航海データに重ね合わせたものを以下に示 す。 Overlapping of drift data 1.5 From Ube to Tokyo From Tokyo to Ube 0.5 0 1 44 87 130 173 216 259 302 345 388 431 474 517 560 603 646 689 732 775 818 861 904 947 990 1033 1076 1119 1162 1205 1248 1291 1334 1377 1420 1463 1506 1549 1592 1635 1678 1721 1764 1807 1850 1893 1936 Drift [knot] 1 -0.5 -1 -1.5 図 3-52 ① Navigation Time Calibrated drift (Cement tanker) 考察 セメント船の場合も、往航と復航のドリフト量は、長期的に見ると相殺されると考えて良 いと思われる。これによると、LOG 船速計の指示する船速には約 0.52 ノット程度の計測誤 差があると推定できる。 図 3-52 において、特に四国沖での往航と復航とに大きなドリフトの差が見られるのは、 往航時に黒潮を利用するため沖にでるが、復航ではこれを避けるために沿岸によるものと 考えられる。 79 また、セメント船の場合は時間依存項が殆どないのは、燃料消費量が RORO 船に比較し て少なく、船舶の運航に伴うトリムの変化量が小さいことが一因と考えられる。 4 t] 3 o2 n [k 1 tf ri 0 D‐1 ‐2 4 3 2 1 0 ‐1 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 0 Number of data 10 20 ‐2 0 10 0 10 20 Solid line : from Ube to Tokyo Dash line : from Tokyo to Ube 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 ‐1 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 ‐2 図 3-53 ② ‐1 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 0 10 20 ‐2 20 Measured drifts at typical places on navigation route LOG 船速計測値とプロペラ解析による対水船速推定値 船舶の観測値を基に算出したドリフト値と海流解析値とを比較するが、その船舶の観測 値として LOG 船速計による対水船速の観測値と、推進器性能曲線から推定した対水船速の 2 種類を用いる。LOG 船速計による観測値は定常的な誤差を含むため、海流解析値との比 較には誤差修正をした値を用いる。また推進器から推定した対水船速は、軸馬力、推進器 回転数を計測し、推進器の性能(Kq)曲線から推定する。 図 3-54、図 3-55 はセメント船および RORO 船について 2 種の対水船速を基に算出した 複数のドリフト値の平均を表し、縦軸は進行方向のドリフトの強さ，横軸は抽出地点の緯 度（経度）を示している。これらの図から、推進器を流速計と見なして得た対水船速は LOG 船速計の補正観測値とよく一致していることがわかる。宇部-東京間の両者の相関は、0.990 ととても良い一致を示している。また、東京-苫小牧間の両者の相関も 0.984 と良い一致を 示している。 なお、ドリフトの強さ＝Vgps –V log Vgps：船舶に搭載された GPS による計測値 Vlog ：船舶に搭載された LOG 船速計による計測値 である。 さらに図 3-56 はセメント船の 30 個の各航海データについて、1 航海毎に 2 種類の方法 から算出されたドリフト値の相関をとったものをヒストグラムにまとめたものである。こ の図から，全体の 8 割の航海データにおいて、LOG 船速計の測定値と推定値から算出した ドリフト値は、相関係数 0.8 をこえる強い相関を示していることがわかる。 80 図 3-54 修正対水船速とプロペラ解析による対水船速との比較（宇部-東京）セメント船 図 3-55 修正対水船速とプロペラ解析による対水船速との比較（東京-苫小牧）RORO 船 図 3-56 LOG 船速計の測定値と推定値から算出したドリフト値の相関 81 3.3.3.3 海流予測値と船舶での観測値との比較 (1) 比較検討対象データ これまで述べてきたように、10km グリッドでの海流予測値に関し、黒潮については、流 速の変化傾向は良く表現できるが 0.7 ノット程度大きく推測されることや親潮については、 流速の変化傾向を上手く捉えているなどの特性を良く理解した上で用いるのであれば、航 海計画立案時の支援情報として十分に利用可能なデータとなっていると考えられる。 一昨年 7 月から、3km グリッドでの稠密な予測計算を行った海流推測値が入手可能とな った。比較のため、図 3-57 に 10km グリッドと 3km グリッドで予測計算を行った結果を 図示する。紀伊半島串本沖の流れが上手く表現できているように 図 3-57 海流予測値 今年度は、図 3-58 に示すように、この時間的・空間的分解能の細かい 3km グリッドで の海流予測値と船舶での観測値との比較・検討を行った。この更新により、紀伊半島回り の流れ（ピーク）も詳細に表現され、津軽暖流の下北半島付近での流れ（緯度 39°-41°付 近の流れ）を良く表現している。 このように空間的・時間的に稠密な海流予測が可能になれば、航海毎での海流予測値と 船舶での観測値の比較において強い相関が期待できる。さらに、観測値の評価間隔を 0.2° 及び 0.02°とに分けて比較したものを図 3-59 に示す。評価間隔が細かい 0.02°の方がピ ークを比較的良くとらえている。なお、計算メッシュが 3 ㎞であることを考えると、これ 以上細かくしても意味が無いと考えられる。 82 図 3-58 3 ㎞/10 ㎞メッシュの海流予測値と観測値との比較 83 図 3-59 評価間隔の差異による海流予測値と観測値（3 ㎞メッシュ） 航海毎の、海流（偏流）推算値と観測値とがどの程度あっているかそれぞれの時系列デ ータ及び誤差を図 3-60 に示す。推算値は観測値の傾向を良く表現していると考えられ、一 定の誤差はあるものの場所による誤差の特性等を考慮すれば航海計画には有効である。 海流予測値と船舶の偏流観測値との比較として、①3km グリッドで推定された海流予測 値（潮汐修正済み事後解析値）の船舶進路方向（偏流）成分②誤差修正をした LOG 船速と GPS 船速から算出したドリフト及び③軸馬力、推進器翼角を計測し、船型要素と推進器の 性能曲線から推定した対水船速から算出したドリフトを比較する。 84 85 86 87 図 3-60 航海毎の観測値と海流解析値の比較（偏流） 88 3.4 気象･海象予測情報等運航情報提供システム 気象海象予測情報の提供サービスとしては、（財）日本気象協会（JWA）との共同で船舶 向けに気象･海象予測情報の提供と航海の省エネに向けた最適航路の計算を行うシステム を構築し、平成 23 年度より JWA がサービスを実施している。本件ではこれを利用した運航 情報提供を前提として開発を進めた。 3.4.1 気象・海象による船速低下と動揺 船舶は、主機出力によって得た推進力によって前進するが、その際、風・波の抵抗によ って損失が発生することにより船速が低下する。 図 3-61 には解析に必要となる、推進性能データ作成に関する流れを、図 3-62 には、開 発した船速低下量や動揺を求めるシステムの流れを示す。 軸馬力 (目的変数) 平水中 抵抗損失 一般配置図 船体断面形状 投影 面積 幅・深さ 断面積 (推定式) 風抵抗係数 風回転力係数 風損失 (風向の関数) (推定 プログラム) 波抵抗係数 抵抗損失 波損失 (波向、波周期、 船速の関数) (風向風速) 回 帰 分 析 対水船速 モニタリング データ (波高波向周期) 気象海象情報 (この過程で得られる風抵抗係数、 風回転力係数、波抵抗係数、回帰係数を 推進性能データとして保持する) 図 3-61 推進性能データの作成の流れ 89 航海計画 気象海象予測情報 推進性能 データ 所要馬力の推定 動揺の推定 船速低下量の推定 (船位、時刻) (対水船速) 所要馬力量 船体動揺 船速低下量 図 3-62 船速低下量等の推定の流れ 90 風波による減速を考慮しない場合、基本的には船舶は主機出力の３分の１乗に比例する 船速を得る。これと、船載のドップラー式対水船速計によって計測した実際の対水船速を 比較すると、図 3-63 のように大きく異なる。なお、この図の縦軸は主機出力とした。 4500 4000 主機出力 kW 3500 3000 2500 2000 1500 1000 推定船速（減速考慮なし） 計測対水船速 500 0 0 2 4 6 8 船速 kt 10 12 14 16 図 3-63 主機出力と船速（興山丸 満載） 海上技術安全研究所では、最適航路計算システム向けに、風波のある実海域下での船速 の変動を推定する手法を開発している。詳細は後述するが、風抵抗、波浪抵抗増加によっ て推進馬力損失が引き起こされ、その結果生じる船速低下を推定するものである。図 3-64、 図 3-65 は、風圧前後力、波浪抵抗増加による減速量を示す計算例である。 91 0 340 0.5 0.4 320 0.3 300 0.2 0.1 280 0 260 20 40 60 80 100 240 120 220 平水中船速 kt 140 200 10 11 12 13 14 15 160 180 相対風速10m/s、方角は相対風風向 図 3-64 風向風速と船速低下（興山丸 満載） 0 340 2.5 20 2 320 40 1.5 300 60 1 0.5 280 80 0 260 100 240 120 220 140 200 平水中船速 kt 160 180 λ/L=1.0 (周期10秒）、波高1.5m 図 3-65 波と船速低下（興山丸 満載） 92 10 11 12 13 14 15 風波による船速低下を算出することで、実海域下での対水船速が推定でき、これに海流 による増減を加味して対地船速が推定できる。図 3-66 に、主機出力から風波抵抗損失を考 慮して推定船速を算出し実対水船速と比較したものと、風波を考慮せずに算出した推定船 速を実船速と比較したものを示す。風・波の元データとして、日本気象協会から提供され た推定値を利用した。ここで、前者の推定誤差（RMSE）は 0.61kt、後者は 1.19kt であり誤 差は約半分に低減されている。ここからわかるように、適切な手法により船速低下パラメ ータを作成し、風波の予測情報を取り入れて演算することで船速低下量を推定することが 16 16 14 14 風波海流がない場合の推定船速 kt 風波海流を考慮した推定船速 kt できる。 12 10 8 6 4 12 10 8 6 4 2 2 0 0 0 2 4 6 8 10 実船速 kt 12 14 0 16 2 4 6 8 10 実船速 kt 12 14 16 図 3-66 実船速と推定船速 （興山丸 満載） （左：風波による船速低下を考慮した場合、右：考慮しない場合） また、本船について船体動揺を計測した。計測に使用した機器は日本航空電子工業製フ ァイバー光学ジャイロ姿勢計測装置 JCS7402-A であり、３軸の姿勢計測・加速度計測を行 うことができる。本装置で船体の姿勢、加速度を 50Hz の頻度で計測・記録し、FFT で動揺 振幅を算出した。動揺振幅推定としては、日本気象協会の波浪予測を使用し、式(6)～(9) により動揺振幅推定を行った。 推定値と計測値の関係を図 3-67 に示す。 93 Heave振幅 [m] 3 3.5 2.5 3 2.5 計測値 y = 0.7515x R2 = 0.6115 2 計測値 Pitch振幅 [deg] 1.5 1 y = 1.6273x R2 = 0.7465 2 1.5 1 0.5 0.5 0 0 0 0.5 1 1.5 推定値 2 2.5 3 0 0.5 1 Heave振幅 [m] 2.5 3 3.5 Pitch振幅 [deg] 2.5 2 2 y = 1.5416x R2 = 0.6625 1.5 y = 0.9644x R2 = 0.4197 1.5 計測値 計測値 1.5 2 推定値 1 1 0.5 0.5 0 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 推定値 図 3-67 0.5 1 推定値 1.5 2 動揺振幅の推定値と計測値の比較（興山丸 上：満載 下：バラスト） この図によると、推定値と計測値の間に一定の相関があることがわかる。推定値は理論 計算によるものでありモニタリングによる調整を経ていないので、pitch 振幅については 1.5～1.6 倍、Heave 振幅については 0.75～0.96 倍の係数が理論計算上の誤差として残って いる。これは、モニタリングデータから修正をかけることで容易に除くことができる。 なお、推定誤差には気象海象の予測誤差が含まれるため、これらの誤差の低減は重要な 課題である。特に、港への到着時刻を予測するための対地船速の推定には海流の誤差がそ の精度を大きく左右する。近年、衛星による海面温度・高度のモニタリング技術、スーパ ーコンピュータの発達による緻密な予測計算によって予測精度は年々向上しているものの、 船舶の船速推定、ひいては定時到着と燃料消費低減のための適切な主機出力配分を行うた めには、予測精度はまだ満足できるレベルに達していない。ここで、複数の船舶によって 観測された対地船速・対水船速等から海流によるドリフトを演算し、集約して海流予測値 94 に補正をかけることによって、より精度の高い海流推定を行うことができる。今後、この ようなシステムができることを期待する。 ＜風波による船速低下・動揺の推定手法＞ 主機によって生成された軸馬力と風予測値、波浪予測値、海潮流予測値を利用して実海 域環境下での船速および船体動揺の推定を行っている。以下にその手順を示す。 a) 主機によって生成された軸馬力 SHP が平水中抵抗損失 SHPS 、風圧前後力損失 SHPA W 、風圧回頭モーメント損失 SHPAM 、波浪抵抗損失 SHPW に分配される。 SHP SHPS SHPA SHPAM SHPW (1) b) 平水中抵抗損失は、対水船速 VS の 3 乗に比例し、また建造時からの日数 d 1 と船体 洗浄時からの日数 d 2 に基づき経年劣化的に抵抗が増加する。経年劣化係数 D1 、D 2 は長期のモニタリングによって観察することができるが、実験開始から期間を経て いない場合、簡易的に建造から 10 年で 0.4kt、船体洗浄から 2 年で 0.4kt 減速する といわれておりここから導出する。比例係数 cS はモニタリングデータによる分析に よって求める。 SHPS cS 1 D1 1 D2 d1 d2 VS 3 (2) ただし d 1 ＝Date - LastWashDate、 d 2 ＝Date - BaseDate c) 風圧前後力損失は船体が受ける風圧前後力と対水船速の積に従う。 A は空気密度、 U A は相対風速、 AF は船体水上部の前方投影面積、 pc はプロペラ効率（簡易的に 0.6 を使用）である。比例係数 c A は理論値としては 1 であるが、モニタリングデー タによる分析によって調整される。 C X A は風圧前後力係数で相対風向の関数で あり後述する。 U cA C X A A A AF VS SHPA 1000 pc 2 2 (3) d) 風圧回頭モーメント損失は船体が受ける風圧回頭モーメントと対水船速の積に従う。 比例係数 c AM はモニタリングデータによる分析によって求める。 C N A は風圧前 後力係数で相対風向の関数であり後述する。 SHPAM c AM C N A U A VS 2 2 (4) e) 波浪損失は規則波中波浪抵抗増加応答関数 と波浪エネルギースペクトル E の積 和によって波浪中抵抗増加を求め、これと対水船速の積によって求める。 は海水 密度、 g は重力定数、 B は船体幅、 LPP は垂線間長、比例係数 cW は理論値として 95 は 1 であるが、モニタリングデータによる分析によって調整される。 はフルード 数 Fn、船首方位に対する波向χ、波浪の角周波数ωの関数であり後述する。 cW 4 gB 2 SHPW 1000 pc LPP ＝ 2 0 0 Fn, , E S , f d df V S 21 35 cW gB 2 10 0.01 VS E i S / 10, j Fn, i, j 250LPP pc 180 j 0 i 0 (5) f) 船体動揺（heave、pitch）は定義により、次の式に従う。船体動揺応答関数Ｈ、P はフルード数、船首方位に対する波向、波浪の角周波数の関数であり後述する。 2 H 2 Fn, , E S , f d df (6) heave 2.00 R H [m] （両側振幅、有義値） (7) R2H 0 R 2 P 0 0 2 0 2 2 P Fn, , E S , f d df g 2 pitch 2.00 R P 180 [rad 2 ] [deg] （両側振幅、有義値） (8) (9) なお、手順(a)～(e)は船速から軸馬力を導出するための手順であるため、この手順を繰 り返し収束計算させることで軸馬力から船速を導出している。 また、風圧力応答関数 C X A 、 C N A については、表 3-11 にあげる 8 種類の船体パ ラメータを一般配置図より求め、成分分離モデルによる推定式で風向の関数として求める。 一般貨物船の場合、満載状態とバラスト状態で大きく異なるため、それぞれについて求め、 船の運航状態に応じていずれかを適用する。 表 3-11 風圧力応答関数導出のための船体パラメータ 全長 横方向投影面積（AOD を含む) 横方向甲板上付加物投影面積 横方向投影面積の重心位置（前後方向） 横方向投影面積の重心位置（上下方向） 船幅 前後方向投影面積 船橋高さ 96 LOA AL AOD C HC B AF HBR 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 -0.5 -1 -1.5 相対風向 (×10 deg.) Cx Cn 図 3-68 風圧力係数 計算例 規 則 波 中 波 浪 抵 抗 増 加 応 答 関 数 Fn, , 、 船 体 動 揺 応 答 関 数 Ｈ Fn, , 、 P Fn, , については、表 3-12 に示す水面下部形状に関する船体パラメータをもとに、ス トリップ法を解くことによって推定する。この計算のためのツールとして海技研 SPICA を 使用した。 表 3-12 波浪中抵抗増加推定に用いる船体パラメータの定義 船長 Lpp 中央部喫水 dMID 船尾喫水 dAFT 幅 B 深さ D 方形係数 Cb 無次元環動半径 y Kyy/Lpp 重心の前後位置 C.G. メタセンタ高さ GM ブラントネス係数 Bf 断面喫水 dS 21 断面 断面半幅 BS/2 または 23 断面 断面面積 AS とする 97 3 2.5 2 抵抗増加係数 Kaw 1.5 2.25 1 1.6 0.5 2.5-3 2-2.5 1.5-2 1-1.5 0.5-1 0-0.5 1.25 0 波長船長比λ/Lpp 波向α [deg] 0.2 0 40 0.55 20 80 60 0.9 1.4 1.2 1 0.8 heave係数Za/ζa 0.6 0.4 波長船長比λ /Lpp 0.2 0 60 1.1 0.65 30 波向α [deg] 2.5 1.55 90 180 150 120 0.2 0 1.2-1.4 1-1.2 0.8-1 0.6-0.8 0.4-0.6 0.2-0.4 0-0.2 1.2 1 0.8 pitch係数 θa/kζa 0.6 0.4 0.2 2.5 図 3-69 1.1 0.65 0.2 波長船長比λ/Lpp 0 波向α [deg] 1.55 50 25 175 150 125 100 75 0 1-1.2 0.8-1 0.6-0.8 0.4-0.6 0.2-0.4 0-0.2 船体動揺・波浪抵抗増加応答関数計算例 98 3.4.2 基礎データ修正手法と今後の課題 風・波に関する抵抗損失は経年的に変化することは少なく、サービス当初にパラメータ を確実に決定しておけば修正する必要は少ない。一方で、平水中抵抗損失の係数は経年的 に変化し、(2)式にも示したように、建造からの経年劣化と船底洗浄からの劣化の２つに大 きく分けられる。 図 3-70 実海域における船速低下概念図（１） この係数の変化を観察するためには長期のモニタリングが必要であるが、本実験に使用 した興山丸ではこのような長期のモニタリングは行っていないため、一般的に建造から 10 年で 0.4kt、船体洗浄から 2 年で 0.4kt 程度減速するといわれており（２）ここから経年劣化 係数 D1 、 D2 を設定したが、船舶の使用条件によっては必ずしもこのとおりになるわけで はない。 一方、他船ではあるが乾ドックの前後でモニタリングを行った船舶があるためこの例を 紹介する。 興山丸とほぼ同型の２万 DWT セメント船で、入渠前後の船速と軸馬力の関係を図 3-71 に示す。モニタリング期間は、入渠前は 2010/10/3～2011/4/14、入渠後は 2011/7/6～2011/8/9 である。この例の場合、入渠に伴い船底洗浄・塗装のほかに推進性能の改善を目的とした プレスワールフィンの設置を行っているため一般的な例ではないが、平水中抵抗損失や推 進効率の係数を修正が必要となる事例として挙げた。 99 5000 4500 4000 軸馬力 3500 3000 入渠前 2500 入渠後 2000 入渠前平水 1500 入渠後平水 W k 1000 500 0 0 5 10 15 船速 kt 4500 4000 3500 軸馬力 3000 入渠前 2500 入渠後 2000 入渠前平水中 W k 1500 入渠後平水中 1000 500 0 0 図 3-71 5 10 15 船速 kt 船速馬力曲線（20,000DWT セメント船） 上：満載 下：バラスト 入渠後の平水中抵抗損失は入渠前に比べて、満載で 24.1%、バラストで 23.4%減少してい る。 上の例のように、乾ドックについては推進性能が大きく変化する場合があり、経年劣化 係数 D1 、 D2 の設定によっては性能パラメータの変更が必要でないこともあるが、特殊な 場合はパラメータを修正する必要がある。この修正はモニタリングを通じて統計処理によ ってパラメータを算出し、設定することになる。 このように、特殊な補修・改造を経て平水中抵抗損失や推進効率が変動したり、長期モ ニタリングを通してその変化が明らかになることがあり、そのつど修正を加える必要があ る。風抵抗や波浪抵抗の応答関数形状は船体形状を大きく変えない限り再検討の必要はな いが、推進抵抗の太宗を占める平水中抵抗損失については、モニタリングによってその係 数および経年劣化係数を修正していく必要がある。 100 3.4.3 気象・海象情報の表示と航海計画の表示 気象海象のデータは、全国を対象にしたメッシュの粗いものと、一部のメジャーな航路 を対象に一部の海域（関東～北海道、関東～九州等）のみを詳細に表示するためのデータ フォーマットがあり、それぞれを選択し表示できるように開発を行った。また、大縮尺（詳 細表示）にした際には元の気象海象のデータメッシュで表示し、小縮尺にした際には間引 いて表示されるものとした。風向風速、波高波向、流向流速は矢印の向きと色で表示し、 その強度を色分けされた等高線で示した。波については、波高と同時に周期の等高線も重 畳して描画している（周期の等高線は非表示にもできる） 。 気象海象表示と最適航海計画の表示を重畳したものを図 3-72 に示す。それぞれ、左が全 国表示、右は詳細表示である。航海計画の表示では、青線が常用航路（最適化計算の元に なっている、本船が通常航行する航路）、紫線が燃料消費量を最適化する推奨航路である。 (1) 波高・波向・波周期の表示 (2) 風向風速の表示 101 (3) (4) 図 3-72 海潮流の表示 航海計画の表示 気象海象・航海計画の表示 102 風速、波高による色分けは、大型船向けと小型船向けの目的に応じて作りわけた。小型 船はそもそも強風、高波の際には航行しないためである。強度と色分けの詳細は次のとお りである。 (1) 波高・波周期 低 大型船向け 波高 0~2.0 ~3.0 高 ~4.0 ~6.0 ~8.0 ~10.0 ~6.0 ~9.0 ~12.0 ~ ~ m sec 短 波周期 長 低 波高 高 小型船向け 0~1.0 ~1.5 ~2.0 ~3.0 ~6.0 ~2.5 ~9.0 ~3.0 ~4.0 ~12.0 短 波周期 遅 風 ~ ~ m sec 長 (2) 風速 大型船向け 0~5 ~10 ~15 ~20 遅 小型船向け (3) 海潮流速 ~25 ~30 ~40 ~ 風 0~2.0 ~4.0 ~6.0 ~ 海潮流 0~0.5 ~1.5 ~2.5 m/s 速 ~8.0 ~10.0 ~15.0 ~20.0 遅 大型・小型船向け 速 ~3.5 m/s 速 ~4.5 ~ kt 最適航海計画の表示については、海図上に常用航路と推奨航路を重畳表示し、燃料消費 量のシミュレーション計算結果を表示して比較できるようにしている。常用航路とは、船 舶で設定している、港間を航行する際に通常航行している固定航路である。推奨航路とは、 リアルタイムな気象海象予測と船舶の実海域下での運航性能推定によって計算される、最 低の燃料消費量で航行できるとする最適航路である。気象海象予測情報、最適航海計画は 日本気象協会が提供する最適航海計画支援システムの出力ファイルを適用した。 3.4.4 まとめ 風波海流環境下での船速低下量と動揺量の計算手法を示し、実船における計測と比較し 検証を行った。セメント船について入渠前後の船速と馬力の関係の変化を示し、計算のた めの基礎データの修正を行う枠組みを検討した。また、実海域下運航性能推定と気象海象 予測を応用した最適航海計画の表示を行い、合わせて気象海象予測情報の表示を行うシス テムを作成し、検証を行った。 103 【3.4 節 参考文献】 (1) 内藤 林: 実海域船舶性能評価法の現状について, 日本造船学会・試験水槽委員会シン ポジウム, 2003, pp.1-9 (2) 松原 知之: 就航実績から見た船の推進性能, 日本造船学会・推進性能研究委員会シン ポジウム, 第 6 回, 1995, pp.1-29 104 3.5 通信システム 3.5.1 携帯回線と衛星回線の自動切替 実証実験対象船において、携帯回線の接続可能海域を調査したところ、図 3-74 のような 結果を得た。沿岸航路の大部分では携帯回線が問題なく使用できるが、土佐湾沖、熊野灘、 遠州灘付近での携帯接続状況は比較的よくない。 航海計画計算の要求、回答には、計画航路の長さにもよるが、おおむね要求に 15kB、回 答に 20kB 程度のファイルを送受信する。また、気象海象情報の受信については、全国をカ バーする海域を６分メッシュ、６時間おき７２時間先までの風・波・海流の予測を配信す る場合、１回につき約 1.7MB のファイルを送受信する。衛星通信料金は NTT ドコモのワイ ドスター2 の例で、2011 年現在では 1 パケット(128bytes)あたり 0.105 円であるので、航 海計画計算 1 回につき 30 円、気象予測データのダウンロード 1 回につき約 1,400 円の通信 料金が発生する。気象予測データは 1 日当たり 8 回更新されるため、全てをダウンロード すると 1 日あたり 1 万円を超える。一方で、携帯回線は月額一万円程度の定額データ通信 サービスを利用できる。 このため、航海計画計算に関する通信には衛星回線を利用しても通信料へのインパクト は小さいが、気象海象情報受信については原則として定額制回線の利用ができる環境を必 要とする。もちろん、航海計画計算に対しても定額制回線の利用できる環境下ではできる だけそれを利用し、わずかでも通信量を抑えることが必要であることは言うまでもない。 日本気象協会が行った内航フェリーを利用した航海計画実船試験では、N 社の提供する回 線自動切替機を利用して衛星通信回線と携帯回線（FOMA）端末を自動切換えによって通信 をおこなった。ところが、携帯回線の通信が不安定になる海域では、通信不能になること があった。すなわち、携帯回線の利用に問題のない海域では携帯回線を利用し、携帯回線 が全く利用できない海域では衛星回線を利用するよう切替が行われるが、携帯回線が接続 できたり切断されたりする不安定な海域では通信切替が頻繁に発生し（TCP 接続中に通信切 替が発生すると、陸上サーバーからの船への通信に用いられる IP アドレスが変化してしま うため、TCP 接続が中断してしまう）、また携帯回線が通信不能になってから切替が起こる まで一定のタイムラグがあるため、LAN からインターネットに接続することができなくなっ てしまうという原因が考えられる。Web 閲覧など、送受信動作を人間が主体となって行うの であればこれでニーズを満たせると考えられるが、自動送受信のシステムを考えた場合、 このような回線切替装置では要求を満たすことができない。 実船での航海計画実船試験による利用シーンを調査することで、通信切替システムを実 船で使用する場合、次のようなニーズがあることが判明した。 携帯回線から衛星回線への接続、またその逆への接続のそれぞれに対し、携帯回 線の安定性に閾値を設定できる機能を設ける。これにより、携帯回線が十分に安 定するまで衛星回線から携帯回線に切り替えない、などの運用をすることができ 105 る。安定性の計測には、携帯回線を利用して外部のサーバーに ping を送出し、連 続して返信をうけた回数をカウントすることとする。 切り替えたい通信相手の通信のみを衛星回線に切り替える。すなわち、重要でな く容量の大きい情報は衛星回線を使用せずに携帯回線のみを利用することで、衛 星回線利用料を低廉に抑えることができる。通信相手の選定には通信先の IP アド レスを指定することとする。 重要な通信先との間で衛星回線を使用した接続が確立している時（例えばメール 送受信中）は、接続が終了するまでの間、携帯通信に切り替える動作を抑制し待 機する。これにより、衛星から携帯への切替動作に伴う通信の切断を防ぐ。 通常動作時は小さなウィンドウで現在選択している通信回線を表示する。これに より、船内 PC の利用者は必要性の低い通信や大容量通信を行うために携帯回線が 利用できるまで待つなどの選択を行うことができる。 これらのニーズを取り込んだ通信切替プログラム（新エネルギー・産業技術総合開発機 構助成研究において海上技術安全研究所作成 プログラム登録番号Ｐ第９９５６号－１） を実船試験に応用し、通信を行って動作を検証した。 実験対象船舶において、図 3-73 のような LAN 接続構成をとった。なお、通信に関するも ののみ示し簡略化されている。 FOMA通信端末 モバイルルータ etc. 船内LAN 衛星通信端末 パケットフィルタ兼用 PPPoEルータB ルータA 実験システム用LAN 表示システム 図 3-73 etc. etc. 衛星通信端末を含んだ接続構成 ここで、外部との通信を行う PC には通信切替プログラムをインストールし動作状態にし ておく。本プログラムは、携帯側ルータ（図中ルータ A）IP アドレス、衛星側ルータ（図 中ルータ B）IP アドレス、衛星を利用する通信先の IP アドレス、接続確認用に ping を送 出する外部サイトの IP アドレス、接続確認を行う時間間隔、 携帯側へ切り替えるための ping 成功回数の閾値、衛星側へ切り替えるための ping 失敗回数の閾値等を設定する。 106 図 3-74 携帯端末接続可否の状況 （2011 年 7 月～12 月、NTT ドコモ FOMA 端末を使用。 円グラフは携帯回線を通じた、外部サイトへの ping の成功確率を示す。） 107 図 3-75 通信切替プログラム実行中画面（左上の「携帯通信」のウィンドウ） 本プログラムの切替判断部分のフローチャートを図 3-76 に示す。 タイマーにより 一定間隔で起動 返信あり 現在の動作モード 携帯を通じて 外部にping 携帯 返信なし 衛星 衛星 携帯 カウンタ1増やす カウンタ≧閾値？ カウンタ=0 カウンタ1増やす N Y 現在tcp接続中？ 現在の動作モード N カウンタ≧閾値？ Y Y N 衛星モードに切替 カウンタ=0 携帯モードに切替 カウンタ=0 次のタイマー起動を 待つ 図 3-76 通信切替プログラムの切替判断部分フローチャート 実験中において、携帯通信が可能な海域においては通信切替プログラムは「携帯通信」 の表示を行い、PC のデフォルトゲートウェイを携帯側ルータの IP アドレスに設定して携 帯端末側に通信接続を行わせている。また、携帯通信が不可能な海域では、外部サイトに 108 ping を送出し失敗するため、通信不能の確認を行った後に「衛星通信」表示をして自動的 にデフォルトゲートウェイを衛星側ルータに切り替える。 図 3-77 通信切替プログラム 接続状態表示 本プログラムでは、衛星を利用する通信先の IP アドレスを設定できるため、Web 閲覧な どの雑多な通信トラフィックを衛星側に振り向けることを防ぐ機能があり、通信コストが 高額になることを防ぐことができる。その他、上に挙げたニーズの全てを満たすようプロ グラムされており、今回の実験で動作確認することができた。 3.5.2 AIS 情報の遠隔表示 本システムの実証試験において、船載ではない遠隔地に設置した AIS 受信機による AIS 情報の表示実験を行った。 AIS 受信機は山口県宇部市にある宇部興産海運の社屋に設置し、インターネット経由で興 山丸 FOMA 受信機の IP アドレスに向けて AIS 受信センテンスを UDP 送信した。興山丸では これを受信し、船載の AIS 受信機の信号と混合してシリアル信号に変換し、表示システム に入力した。試験時の表示システム画面を図 3-78 に示す。東京湾内にて実行した。図では 東京湾内の船舶の AIS 情報を船載 AIS 受信機で受信すると同時に、宇部での船舶の状況を 表示している。 109 図 3-78 AIS 情報の遠隔表示 これを応用することで、次のような効果が期待できる。すなわち、陸上に AIS 受信機と サーバーを設置し、船舶が携帯電話を使用してサーバーと接続することにより、 ① 遠隔地の港湾の状況を把握することができる。 例えば、船舶がこれから到着しようとする港湾の状況を見ることができ、岸壁が使用中 であるか、狭水道が混雑しているかどうかなどを知るのに役立つ。 ② AIS 受信機のない船舶に AIS 情報を表示させることができる。また、他船に自船位置を 知らせることができる。 プレジャーボートなど AIS 受信機を持たない小型船舶において、PC に携帯電話を接続す ることで AIS 受信機の代用とすることができる。また、携帯電話の GPS 受信機能を利用し、 小型船舶の座標データをサーバーに送信することで、サーバー経由もしくは陸上の AIS 無 線発信機経由で、AIS 情報を提供して小型船舶の存在を他船に知らせることも技術的には可 能である。GPS 機能つき携帯電話は普及しているため、高価な AIS 送受信機を購入せずに AIS 装備船舶と同様の機能を付与できるとすれば、ふくそう海域での小型船舶との衝突事故 の低減に大きく役立てることが期待できる。 110 第4章 検証実験 前章までに示した開発システムの動作検証、問題点の抽出を目的とし、実船実験を行っ た。 4.1 実験要領 4.1.1 対象船舶 図 4-1 興山丸 興山丸（実験対象船舶） 要目 船主：宇部興産海運株式会社 長さｘ幅ｘ深さ：153.7 x 27.8 x 12.8 (m) 航海速力：13Knot 航行区域：沿海 総トン数：15,000 トン 船 種：セメント船 4.1.2 実験期間 【事前試験】 平成 23 年 12 月 16～19 日 目的：システムの動作確認、乗組員へのアンケート、ヒアリング調査 【本実験】 平成 24 年 1 月 31 日～2 月 2 日 目的：改良版システムの動作確認、委員会委員へのデモンストレーション 【補足実験】 平成 24 年 3 月 7 日～9 日 目的：準天頂衛星、測位データの収集 111 4.1.3 試験項目 実船実験では、前章に記載した機能を網羅するよう、以下に示す試験項目を設定した。 ①優先順位に対応した表示機能 ② バイナリーメッセージ、バーチャル航路標識表示機能 ③目的地情報補正機能 ④外部情報とのリンク機能 ⑤船舶明細書データとリンクした表示機能 ⑥航行区域の表示機能 ⑦警告機能 ⑧AIS 安全航行関連情報 の表示 ⑨NEW PEC の対応機能強化 ⑩ヘディングアップ機能 ⑪複数船舶情報の一括表示機能 ⑫気象情報表示機能 ⑬航路計画の重畳機能 ⑭混雑度情報表示機能 （混雑度解析の結果は 3.1.7 節に記載） ⑮準天頂衛星（QZS）による測位結果の利用 4.1.4 機器構成 本開発システムは、インターネット上の情報、AIS 信号、QZS（準天頂衛星）信号、航 海支援用データ、混雑度情報用データといった様々な情報を入力・処理する必要が生じる。 そのため、実船実験では図 4-2～図 4-4 のようなシステムを構築した。図中、太線で描い た枠は、実験のために新たに設置した機器類であり、それ以外は船内既設の機器類を利用 した。 実験用新設機器類 ・実験用 PC（デモ用 PC、混雑データ用 PC，航海支援 PC，LAN－Serial 変換 PC QZS（準天頂衛星）信号受信機設定用 PC） ・ デモ用 19 インチモニター ・ QZS（準天頂衛星）信号受信機、およびアンテ 112 Internet 陸上局 準天頂衛星 GPS衛星 他船 気象・海象情報 ファイル 航海支援情報 ファイル 混雑情報 ファイル 陸上のPC メール AIS Receiver GPS Receiver QZSS 設定ＰＣ QZSS Receiver その他 ネット上 コンテンツ 陸上の解析用PC ドロップ ボックス FOMA モバイルルーター 興山丸 Converter 船内LAN Converter Program Serial RS-232C RS-232C UDP Ethernet ルーター LAN-Serial 変換PC 実験用LAN Ethernet 気象・海象情報ファイル 航海支援情報ファイル 航海支援PC デモ PC Web Browser 図 4-2 デモ用 19inchモニター 実船実験の機器構成と配線 113 混雑情報 ファイル 混雑データ Storage PC 次世代ナビデモ用ＰＣ＆モニター QZS 信号受信 システム 図 4-3 図 4-4 実船実験の機器類 QZS（準天頂衛星）信号用アンテナ 114 4.1.5 航路 実験時における航海の航跡（補足試験により得られた準天頂衛星を用いた測位結果の航 跡は 4.2.3 節に示す。）を図 4-5 に示す。図に示される通り、宇部港から豊後水道を通過し て太平洋へ抜け、千葉港で荷揚げを行った後、東京港芝浦埠頭へ到る航路で、50 時間を超 える航海となった。 (a) (b) 事前試験時（平成 23 年 12 月 16～19 日） 本実験時（平成 24 年 1 月 31 日～2 月 2 日） 図 4-5 実験航海の航跡 4.1.6 アンケート調査 実験対象船舶の乗組員（航海士）に対して、開発した次世代ナビシステムの使用感に関 するアンケート調査を行った。次ページ以降 5 頁にわたるアンケート用紙を用意し、 「表示 画面」、「機能」、「システム全般」に関する項目に対して回答を頂いた。 115 ■アンケート調査用紙 次世代ナビシステム 実証実験（平成 23 年 12 月 16～19 日、宇部東京） 表示装置等に関するアンケート 海上技術安全研究所 以下のアンケートに協力くださいますよう、お願い申し上げます。 御名前： 職名： 表示装置を利用した時の本船の海域 １． ： 表示画面に関して、該当する回答を○でかこんでください。 (１) 表示画面の大きさは適当と思われますか？ A.大きい B.適当 C.小さい (２) 表示画面の文字、数字、記号の大きさは適当と思われますか？ A.大きい B.適当 C.小さい (３) 画面の切り替え、機能の選択などの操作は容易にできましたか？ A.簡単 B.場合によっては難しい C.難しい (４) (３)で B,C と答えた方のみ：どのような場合に難しかったですか？具体的にご記入 ください。 116 ２． 機能に関して ２．１ ① 表示機能について、該当する回答を○で囲んでください。 優先順位に対応した表示機能 A.大変役立つ ② D.役立たない E.不要 B.役立つ C.どちらとも言えない D.役立たない E.不要 B.役立つ C.どちらとも言えない D.役立たない E.不要 B.役立つ C.どちらとも言えない D.役立たない E.不要 B.役立つ C.どちらとも言えない D.役立たない E.不要 C.どちらとも言えない D.役立たない E.不要 D.役立たない E.不要 複数船舶情報の一括表示 A.大変役立つ ⑧ C.どちらとも言えない 航行区域の表示機能 A.大変役立つ ⑦ B.役立つ 船舶明細書のデータとリンクした表示機能 A.大変役立つ ⑥ E.不要 外部情報とのリンク機能 A.大変役立つ ⑤ D.役立たない 目的地情報補正機能 A.大変役立つ ④ C.どちらとも言えない バイナリ―メッセージ、バーチャル航路標識表示機能 A.大変役立つ ③ B.役立つ B.役立つ NEWPEC(参考図)への対応 A.大変役立つ B.役立つ C.どちらとも言えない その他、必要な機能がありましたら記載してください。 117 ２．２ 表示装置について、該当する回答を○で囲んでください。 (１)当直時に表示画面を参照しましたか？ A.頻繁に参照した B.参考程度に参照した C.まったく参照しなかった (２)画面における各情報の配置はいかがでしたか？ A.見やすい B.普通 C.見にくい (３)画面において表示される情報項目は十分でしたか？ A.多すぎる ２．３ B.適切であった C.少なすぎる コンテンツ（情報）について (１) 気象情報の表示機能 A.大変役立つ B.役立つ C.どちらとも言えない D.役立たない E.不要 C.どちらとも言えない D.役立たない E.不要 C.どちらとも言えない D.役立たない E.不要 (２) 航路計画の重畳機能 A.大変役立つ B.役立つ (３) 混雑度情報の表示機能 A.大変役立つ B.役立つ その他、必要なコンテンツ（情報）がありましたら、記載願います。 118 ３． システム全般に関し、該当する回答を○で囲んでください。 (１) 今回搭載した「次世代ナビ表示装置」が提供した航海支援情報は信頼性が高く妥当 なものと思われますか？ A.信頼性が高く妥当 B.一部疑問のものあり C.信頼性が低く使えない (２) (１)で B.C と答えた方のみ：何が問題であったのか、具体的にご記入ください。 (３) 今回搭載した「次世代ナビ表示装置」は、業務の軽減、乗り組みの支援に役に立ち ましたか？ A.十分役立った B.どちらとも言えない C.まったく役立たなかった (４) (３)で B.C と答えた方のみ：何が問題であったのか、具体的にご記入ください。 119 (５) 「次世代ナビ表示装置」の利用により考えられる、良かったこと、悪かったことに、 ご提案について、お聞かせ下さい。 A.よかったこと B.悪かったこと C.ご提案 (６) 「次世代ナビ表示装置」について、何でも結構ですので、ご意見、ご感想がござい ましたらご記入ください。 アンケートにご協力いただき有難うございました。 120 4.2 実験結果 4.2.1 バイナリーメッセージ、仮想航路標識の表示結果 東京湾内に表 4-1 に示す情報を設定した。表示画面を図 4-6～図 4-10 に示す。 表 4-1 番号 海 域 表示概要 表示方法 浅瀬（9.6ｍ）表 示 仮想航路標識（東方 位） 仮想航路標識（安全水 域） を 2 基設置 シンボル 位 置 ① 剣埼沖 ② 浦賀水道南側海域 航路入出航の整 流 ③ 浦賀水道南側海域 水先人乗船場所 バイナリーメッセー ジ 35-10.5 139-46.7（浦賀水 道中央第１号灯浮標から 178 度 2.2 海里） ④ 浦賀水道航路（観音 埼） 気象・海象情報 バイナリーメッセー ジ 35-15-28, 139-44-36 ⑤ 浦賀水道航路 浦賀水道航路 第 6 号灯浮標 （未設置）の表 示 仮想航路標識（右舷） 35-17.4, 139-45.5 ⑥ 浦賀水道航路北側海 域 漁船団の表示 バイナリーメッセー ジ 35-21.0, 139-41.6 航泊禁止情報 バイナリーメッセー ジ 35-23-59.9, 35-23-55.8, 35-24-11.8, 35-24-36.3, 35-24-27.3, 沈船位置:35-26.0, 139-50.0 北方位:35-26.4, 139-50.0 東方位:35-26.0, 139-50.5 南方位:35-25.6, 139-50.0 西方位:35-26.0, 139-49.5 35-28.2 35-27.7 35-26.9 35-27.5 ⑦ マツカケ根 表示情報一覧 横浜区南本牧 ⑧ 木更津港沖 沈船情報 バイナリーメッセー ジ 仮想航路標識（方位標 識） ⑨ 袖ヶ浦沖 漁網情報 （のりひび） バイナリーメッセー ジ ⑩ 千葉航路 管制状況情報 バイナリーメッセー ジ ⑪ 東京西航路 管制状況情報 バイナリーメッセー ジ ⑫ 東京沖灯浮標付近海 域 錨泊禁止情報 バイナリーメッセー ジ ⑬ 船橋航路 航路閉鎖情報 バイナリーメッセー ジ ⑭ 千葉港中央埠頭 バースの位置 バイナリーメッセー ジ 121 35-08.2, 139-44.0 ①35-09.7, 139-46.6 ②35-11.4, 139-46.6 139-41-26.5 139-41-21.0 139-41-1.4 139-41-31.6 139-41-42.5 139-57.4 139-57.6 139-54.1 139-53.9 東 京 沖 灯 浮 標 (35-32-30.2,139-51-23.8） を中心とする半径 1,852ｍ の海域 35-35.6, 140-05.7 図 4-6 図 4-7 簡易表示の画面 詳細表示（東京湾奥部、補足情報無し）の画面 122 図 4-8 詳細表示（東京湾奥部、補足情報有り）の画面 図 4-9 詳細表示（東京湾口）の画面 123 図 4-10 航路標識詳細表示の画面 4.2.2 アンケート調査結果 アンケートには船長をはじめ、4 名の航海士から回答が得られた。結果を表 4-2 に示す。 なお、調査結果は、全般的には良い評価であったと言えるが、まとめると次のようになる。 ○経験者（船長）は他の乗組員と比較すると全般的に低い評価結果となった。これは経験 に基づく操船に信頼を重く置いていることと、PC の操作に不慣れな面があるためと考え られる。一方、経験の浅い航海士にとっては、本システムのような情報端末によって不 足する経験を補うことが期待され、評価が上がったと推察できる。なお、この評価傾向 を示した項目は次の通り。 ・表示画面の大きさ ・AIS 情報のバイナリーメッセージ、仮想航路標識の表示機能 ・目的地情報補正機能 ・航行区域の表示機能 ○特に高評価となった項目は、次の通り。 ・船舶明細書データとのリンク ・気象情報の表示機能 124 ・航路計画の重畳機能 ○特に低評価となった項目は、次の通り。 ・new pec（参考図）の表示機能 ・混雑度情報提供機能 なお、混雑度情報の必要性は高いものの、混雑度予測の解析結果の信頼性が低いため、new pec は実験対象船舶では不要な機能のため、低評価となった。 ○要望として強く望まれる事項は、他の航海機器で提供される情報との統合表示システム であった。 125 表 4-2 設問／回答者 アンケート調査結果 役職→ 体験海域→ 船長 遠州灘 一等航海士 四国沖 二等航海士 土佐沖・潮岬 三等航海士 御前崎沖 C B B B B B B B B A 1．表示画面に関して （１）表示画面の大きさは適当と思われますか （A.大きい、B.適当、C.小さい） （２）表示画面の文字、数字、記号の大きさは適当と思われますか （A.大きい、B.適当、C.小さい） （３）画面の切り替え、機能の選択などの操作は容易にできましたか （A.簡単、B.場合によっては難しい、C.難しい） （４）(３)でB,Cと答えた方のみ： どのような場合に難しかったですか？具体的にご記入ください。 B B ・自船位置が確認しづらい ・荒天時、マウスが移動するため、ト ラックボールの方が良いと思う。 ・他船をクリックし、情報を出し、必要 無い時はまたクリックして情報を消せ るようにした方が使用しやすい。 ・AIS船だけでなく、レーダーにより他 の船も表示した方が良い。 ・他船の色分けを本船と衝突の可能 性（危険性）により、色分けした方が分 かりやすい ・他船の進行方向、速力をベクトル表 示して欲しい。（航跡も） ・他船の最接近距離及び時間を表示 して欲しい。 ・自船の位置が分かり難い。 ・海図を移動表示する際の操作が直 感的でない。 ・沿海区域等の表示区域が雑。 ・ある程度、操作に慣れが必要。 ・アイコンの意味がすぐ分からない時 がある。 B C C B A C B D 航路及び特定海域での航法がある場 合、その海域をクリックすることで必要 最小限の航法を表示できれば便利。 B B B C (I.E.を利用した方がはやい) A D (拡大すると区域の表示が雑だから) B C 避航動作する際、必要な情報を表示 してほしい。（TCPA, CPA, BCR, ARPA 補足船情報、自船ベクトル、他船ベク トル） B A A B B B B C ・狭水道、港の潮流、潮汐が現地点で どれ位なのかわかる機能があれば良 いかと思いました。（港内の水深等も） ・ENCと同様に、自他船のベクトル表 示（ARPA機能）も必要と思います。 B A A B B B B C ・クリックした地点の本船からの方位、 距離等の表示 ・本船のベクトル表示 ・本船の位置が分かりにくい。 ・CPA,TCPA C B B B （２）画面における各情報の配置はいかがでしたか (A.見やすい、B.普通、C.見にくい) B B B B （３）画面において表示される情報項目は十分でしたか (A.多すぎる、B.適切であった、C.少なすぎる) C B B B 2．機能に関して 2.1 表示機能について、該当する回答を選択してくだ （１）優先順位に対応した表示機能 さい。 （２）バイナリ―メッセージ、バーチャル航路標識表示機能 (A.大変役立つ B.役立つ C.どちらとも言えない D.役 （３）目的地情報補正機能 立たない E.不要) （４）外部情報とのリンク機能 （５）船舶明細書のデータとリンクした表示機能 （６）航行区域の表示機能 （７）複数船舶情報の一括表示 （８）NEWPEC(参考図)への対応 その他、必要な機能がありましたら記載してください。 2.2 表示装置について、該当する回答を選択してくだ （１）当直時に表示画面を参照しましたか さい。 (A.頻繁に参照した B.参考程度に参照した C.まったく参照しなかった) 2.3 コンテンツについて、該当する回答を選択してくだ （１）気象情報の表示機能 さい。 （２）航路計画の重畳機能 (A.大変役立つ B.役立つ C.どちらとも言えない D.役 （３）混雑度情報の表示機能 立たない E.不要) その他、必要なコンテンツ（情報）がありましたら、記載願います。 A A A A A A B C C ・東京湾、大阪湾等、船舶が多い海域 ・霧や雨雲、台風情報等が提供される ・混雑度情報はAIS船のみなので、可 で港外錨泊する場合、事前に錨泊可 と航海する上で役に立つと思われる。 能なら非AIS船も考慮できたらと思い ます。 能海域が分かれば便利。 ・漁船情報もあると良いです。 ・過去の混雑より、今後の混雑情報の 精度を上げて欲しい。 126 B B C 役職→ 体験海域→ 設問／回答者 船長 遠州灘 一等航海士 四国沖 二等航海士 土佐沖・潮岬 三等航海士 御前崎沖 B B A A B B A AISの表示装置としては、機能が充実 しており、秀逸である。しかし、航海計 器としては避航動作をする上での必 要な情報が表示されておらず、利用す ることは難しい。 装置は、インターネットでの情報取得 ということで、沖に出て電波が悪いと 情報が得られない、という問題がある と思います。 船舶明細書のデータリンクは新しい試 みであり、対象船舶と連絡することが 容易となるので、安全性が向上すると 思われる。東京湾内の情報がリアル タイムで表示できるので、台風避難時 の錨地選定の際に役立つ。 避航動作する上での情報が少ない。 ・個人的には、バーチャル航路標識表 示機能が良かったです。 工事や事故等により、航行区域の制 限が取得できる為。 3．システム全般に関して （１）今回搭載した「次世代ナビ表示装置」が提供した航海支援情報は信頼性が 高く妥当なものと思われますか （A.信頼性が高く妥当 B.一部疑問のものあ り C.信頼性が低く使えない） （２）(１)でB.Cと答えた方のみ：何が問題であったのか、具体的にご記入くださ い。 （３）今回搭載した「次世代ナビ表示装置」は、業務の軽減、乗り組みの支援に 役に立ちましたか （A.十分役立った、B.どちらとも言えない、C.まったく役立たな かったか） （４）(３)でB.Cと答えた方のみ：何が問題であったのか、具体的にご記入くださ い。 AIS搭載船のみで、その他の船舶情 報がない。 B 混雑度情報の予測については信頼性 が低いように感じる。 (５) 「次世代ナビ表示装置」の利用により考えられる、良い点、悪い点、ご提案 について、お聞かせ下さい。 (５) A 良い点 (５) B 悪い点 (５) C ご提案 ・船名やコールサインなど条件を指定 して船舶の検索を行える。 ・バイナリーメッセージの機能、漁船な どあらかじめ分かると助かる。 本船は現在、SHIP NAVIにより気象 データをもとに最適航路等の情報を得 ていますが、前ページにも書きました がインターネットを利用しているので、 電波の届かない海域だと情報が得ら れないことです。 ・安全性を向上する上で、レーダー情 報を組み込んでほしい。 ・表示方法（オフセンター機能の追加、 自船を分かりやすく表示）の変更 ・指定地点の着時刻予想と残航程を 表示してほしい。 （６） 「次世代ナビ表示装置」について、何でも結構ですので、ご意見、ご感想が 海域及び周囲の船舶情報を考慮して ございましたらご記入ください。 避航方法を表示できれば大変便利と 思う。 127 機能としては大変役立つと思います。 混雑度などアイデアはとても 情報取得の制限やスピートも考慮でき 良いと思います。後は信頼性をどう高 ると良いと思います。また、非AIS搭載 めるかが難しいと思います。 船についても、情報が得られれば良 いです。（混雑情報や漁船等） 4.2.3 準天頂衛星の測位結果 準天頂衛星システム（QZSS）の特長は、図 4-11 に示す衛星の軌道が示すように、仰角 を高く設定できることで、都市部や山間部における通信・測位に有効と考えられている。 この性質を活用して、広範囲に亘るユーザーに対し、高仰角から補強信号を放送すること で、アベイラビリティが高く、かつ測位精度及び信頼性にすぐれた測位システムの構築を 目指している１）。 図 4-11 準天頂衛星の軌道（東経 135 度を中心に配置、離心率 0.1、軌道傾斜角 45 度） 図 4-12 には実験時の測位システムの構成を示す。準天頂衛星はサブメーター級の補強信 号である L1-SAIF 信号を放送する機能を持つが、これに乗せる補強メッセージは電子航法 研究所（東京都三鷹市）に設置された地上局で生成し、準天頂衛星の主制御局が設置され る JAXA 筑波宇宙センター（茨城県つくば市）を通じて、衛星にアップリンクする。また、 補強メッセージの生成のため、国土地理院の電子基準点ネットワーク（GEONET）より GPS 測定データを収集する。 128 GPS/L1-SAIF 受信機 （対象船舶に搭載） 図 4-12 準天頂衛星測位システムの構成 準天頂衛星（QZS）を用いた測位データの収集を目的とした補足実験（平成 24 年 3 月 7 日～9 日）を実施した。準天頂衛星を用いた測位結果として、東京から宇部および東京湾内 の航跡を図 4-13 に示す。なお、GPS との測位結果は、図の縮尺では判別できないほど近 接している。 図 4-13 準天頂衛星による測位結果の航跡（左図：東京→宇部、右図：東京湾内） 129 図 4-14 には、L1-SAIF 信号が送信されていた 3 月 7 日 13 時頃からおおよそ 1 日間にお ける、GPS、QZS の測位結果と真の位置との差を示す。なお、真位置は、測量に用いられ る詳細解析を実施して得られた位置であり、その誤差は数センチと推定される。 図 4-14 QZS と GPS の測位結果の差 解析時間帯の初期および終了前の数時間は GPS の誤差が大きい。また、全般的に QZS の測位結果のほうが、誤差が小さく、精度が良いことか分かる。この解析時間帯における 平均誤差は QZS が 0.5m、GPS が 1.1m であった。 【4.2.3 節 参考文献】 (1) 坂井丈泰、福島荘之介、伊藤憲:準天頂衛星 L1-SAIF 実験局の整備状況, 日本航海学会 学会誌 NAVIGATION, Vol.175, pp.3-9, 2011 130 第5章 5.1 普及検討委員会の実施について 普及検討委員会の開催 3 年の事業期間で、以下に示す計 7 回の普及検討委員会を開催した。 平成 21 年度 第 1 回普及検討委員会 日時：2009 年 12 月 24 日（木）15 時～18 時 場所：中央合同庁舎 2 号館１５階 国土交通省海事局 会議室 概要： 第 2 回普及検討委員会 日時：2010 年 3 月 1 日（月）14 時～17 時 場所：東京海洋大学（越中島）１号館 第１会議室 概要： 平成 22 年度 第 1 回普及検討委員会 日時：2010 年 9 月 7 日（火） 14 時～ 場所：海上技術安全研究所（三鷹本所） 本館 1 階 1A 会議室 概要：主に、航行支援情報（コンテンツ）解析技術の開発について 第 2 回普及検討委員会 日時：2010 年 11 月 22 日（月） 14 時～ 場所：東京海洋大学（越中島）第１実験棟 ３階 先端ナビゲーションシステム演習室 概要：主に、ビジュアル情報提供技術の開発について 第 3 回普及検討委員会 日時：2011 年 3 月 1 日（火） 14 時～ 場所：東京海洋大学（越中島）第１実験棟 3 階 先端ナビゲーションシステム演習室 概要：22 年度の開発成果について 平成 23 年度 第 1 回普及検討委員会 日時：2011 年 11 月 30 日（水） 10 時～12 時 場所：東京海洋大学（越中島）第 1 実験棟 3 階 先端ナビゲーションシステム演習室 概要：主に、ビジュアル情報提供技術の開発、実証実験計画について 第 2 回普及検討委員会 131 日時：2012 年 3 月 22 日 13 時 30～ 場所：東京海洋大学（越中島）第１実験棟 ３階 先端ナビゲーションシステム演習室 概要：検証実験の結果、 本事業のまとめ 5.2 研究開発成果の普及 本研究は、ふくそう海域における事故半減等を目指すための ICT を活用した安全システ ムの構築として、AIS 搭載義務のない 499GT 以下の船舶への AIS 搭載普及を目指すもので ある。また、多岐にわたる本研究の成果の普及を考えた時、法制度と通信基盤を整え対応 すべき「仮想航路標識」といったものから、LO コードの変換等乗り組みの利便性、システ ムの適用性からも比較的容易に短期に対応できるものがある。そのため、短期・中期・長 期的に分けて、普及を図る技術を整理しておくと見通しが立てやすい。船主、乗り組み員 へのヒアリングと最終委員会終了後、航海機器メーカー、船社等へのヒアリング結果を総 括すると以下のように普及を促進すべきと考えられる。 5.2.1 短期に普及を検討すべき技術 (1) LO コード変換:AIS の入力情報には誤記が多いが、発着港の記載もその一つである。 そのため、LO コード変換機能は、LO コードの入力ミスを防ぎ、発着港が港名で表示 されるため容易に確認できるため、誤記を防ぐことが期待される (2)データベースとのリンク： 「内航船明細書」等の既存のデータベース等とのリンク機能。 これにより、AIS 情報に含まれる船舶 ID データから「内航船明細書」に含まれる相手 船の船舶電話、船社連絡先、大きさ等の船型等の情報が把握でき、相手船の情報が入手 できる。 (3)避険線警報：あらかじめ設定した水深以下になった場合、または航路を外れた場合の 警報機能は、既に製品化されたものもあるが、海難を防ぐ意味でも短期に普及が促され るべき機能である。 （4）気象・海象等の情報表示：気象・海象の情報は安全航海計画立案時において重要な情 報であり、特に予測情報の表示を含めこの機能への要望は大きい。本機能については、 既に、製品化に取り組んでいるメーカーもあり普及が期待される。なお、本表示は各メ ーカーの製品である電子海図とのインターフェースの改修等が必要となるため、半年か ら 1 年程度の開発期間を要する。安全運航の確保のため、この機能について気象情報提 供機関、ユーザである乗組員等と共同で普及の促進に努める必要がある。 (5)航海用電子参考図（NewPec 等）への表示：ENC の有するコスト、メンテナンス等の 課題を避け、廉価な装置を提供し、ENC 搭載義務のないプレジャーボート、小型船舶等 への普及を図る。 (6)ウェブ情報表示：特にメーカーの方たちからは、ウィルスが心配であるとのコメント が多かったが、情報を制限する、船舶の制御系とは分離するなどの対策をとれば、航行 132 の安全、効率化には有用な情報と繋ぐことができ、さらに今後の利用方法を工夫してい けば大きな可能性を秘めていると考えられる。最近の船陸間通信技術の進展から、技術 的な課題は少なく、如何に利用するかという利用面での創造が求められる。 5.2.2 中期に普及を検討すべき技術 （1）海流の情報表示：海流情報については、安全な航海計画だけでなく海流という自然 エネルギー利用による経済運航に重要な情報となる。本研究においても、海流予測情報 の精度、航海計画への活用策などを技術的な課題について検討し一定の成果を得た。今 後は、船舶での観測情報を相互に利用しあう互恵の制度を創造し対応すると効率的かつ 効果的である。この場合、船社、国、研究機関等の連携による対応が不可欠となる。 （2）混雑度情報表示：輻輳海域での時々刻々変化する混雑度情報は乗組員からの要望が 高いが、AIS 情報のみを用いて推定することは困難であった。今後は更なる研究を行い、 これらの情報を提供できるような対応が必要と考えられる。 （3）安全運航統合システム：本システムは、船上で使うだけでなく、陸上との双方向の 情報基盤が形成できる基盤的なシステムと考えられる。これらの情報を、管理統合する ための技術開発を行い全国版の安全運航統合化システムを構築ことが考えられる。 5.2.3 長期に普及を検討すべき技術 （1）仮想航路標識：IMO にて利用にに関する基本方針、新たなシンボルについて審議中 であるが、これが承認された場合には、世界的に仮想航路標識の普及促進が見込まれる。 わが国の普及促進にあたっては、本研究成果、航路標識協会での技術成果等が活用でき ると考えられる。 5.2.4 普及を検討すべき体制等 次世代ナビ・システム（仮称）を用いて、多くの船舶のデータを個々の船舶に搭載され た本システムにより活用することにより、一層の安全かつ効率的な運航が可能となる。こ れらの情報を管理・統合すれば全国的な規模での安全運航統合システムが創造される。そ のためには、船舶、運送事業者、国、研究機関等が連携した体制を構築し、情報の運用・ 管理を実施する制度造りが肝要となる。 小型船舶利用者にとって、使い勝手等の問題もあるが、やはり製品の低額化は普及促進を 図るうえで避けられない課題であると考えられる。商品の低額化はメーカーにとっても大 きな課題となると考えられ、例えば、提供する情報の選択幅を広げる、ユーザーがすぐに 使えるように、ユーザーごとに必要な情報を販売店でセットして販売するといった新たな サービスなども必要となってくるという可能性もある。 図 5-1 は、様々な機関から提供された情報を集約してユーザーに提供するとともに、情 報提供者に対して何らかのインセンティブが付与されることによって、次世代ナビシステ 133 ム搭載船の増加を促進させる仕組みをイメージしたものである。次世代情報ナビシステム が普及し、取り扱う情報量や情報利用者が拡大した場合を想定すると、情報の管理・運用 体制についても検討しておく必要がある。 今回開発している次世代ナビシステムは、GIS 機能を展開させたものであることから、 ヘディングアップ－ノースアップの切り替えが自由にできる。つまり、海仕様－陸仕様の 切換えを容易に行うことが可能となることから、道路交通情報センターなど既存の情報提 供システムなどと連携することによって、ふくそう海域における安全・安心な航行を確保 するだけではなく、将来的には、効率的な海－陸間物流にも貢献するシステムとして展開 することなども期待することができる。 図 5-1 次世代ナビシステム普及に向けた情報システム運用イメージ 134 第6章 まとめ 本研究は、平成 21 年度、国土交通省からの受託研究「ふくそう海域での事故半減等を目 指す ICT を活用した新たな安全システムの構築」として実施されたものであり、ビジュア ル情報提供システムという表示系及び航行支援情報開発という解析系の研究と、普及方策 の検討からなる。これらの研究開発は、国際海事機関（IMO）での審議事項、(財)航路標識 協会、NEDO 等の既存研究を活用し効率的に実施するとともに、学識経験者、ユーザー団 体、メーカー等からなる普及検討委員会のアドバイスを得て、特にユーザーの視点を考慮 し実施された。 ビジュアル情報提供システムに関しては、21 年度に宇部興産海運（株）、（社）日本船長 協会の協力を得て行った、船長等ユーザーからのヒアリング結果、普及検討委員会での議 論等に基づき、本システムの基本的な機能要件を、①任意のシンボル作成、②シンボルの 他データ等との連携表示、③海図・参考図上への表示、④その他解析系で開発する航行支 援情報、気象情報等の情報表示に整理し、自在性のある GUI を用意することとして整理し た。22 年度は、実施した研究を基礎に、表示システムのプロトタイプの構築を行った。航 行支援情報については、AIS 情報を基地局、船舶等から入手するシステムを構築し、これ を基に、混雑度情報等コンテンツに関するプログラムの開発を行った。さらに、海流解析 のための実験を船主の協力を得て実施した。また、普及方策を検討する上で基礎となる本 システムの機能要件、普及方策の方向性を整理した。また、小型船への普及も考慮し、 （財） 日本水路協会の協力を得て、同協会が発行している航海用電子参考図である new pec も利 できることとした。 23 年度は、これまでに実施した研究を基礎に、ビジュアル情報提供システムについては、 既存の航海機器の機能も踏まえユーザーにとって利用しやすいシステムを目指したプロト タイプの開発を継続し、宇部興産海運㈱の協力を得て、「興山丸」に表示システムのプロト タイプと準天頂衛星の受信機を併設し実証実験を行い、機能の検証を行うとともにアンケ ート調査を実施した。混雑度情報、気象・海象情報等のコンテンツ情報については、プロ グラム開発を引き続き実施し、海流解析については実船を用いてデータを収集し解析アル ゴリズムの検証を行い、実証試験でこれらの機能の有効性の確認を行った。 普及方策については、ユーザーの意見等を踏まえると、本研究開発において開発した機 能についての期待は大きいが、途端に全てを実施することは困難であり、短期、中期、長 期に段階的に実用に供するものとして検討することが適当であると考えられる。 また、乗組み員へのアンケート調査結果から PC をベースとした機器は、今後を担う若年 層からの支持を得ている。年配の方には受け入れ難いものもあるが、高齢化が進展してい る内航海運業界にとっては、このような若年層の船員が航海の支援システムとして本シス テムを上手に活用し、安全運航を確保するとともに、明日を担う若人にとっても魅力ある 職場の形成に繋がることを願って止まない。 135 さらに、本システムを用いれば、多くの船舶のデータを個々の船舶が活用し安全かつ効 率的な運航が可能となる。また、陸上との双方向の情報基盤が形成でき、単なる船載機の 開発という視点を変え、これらの情報を全国的な規模で管理・統合するための技術開発を 行い、全国的な規模で管理・統合すれば、 「我が国の総合的な統合安全運航システムの創造」 にも繋がっていくと考えられ今後の展開に期待したい。 【謝 辞】 本研究開発は、国土交通省総合政策局技術安全課のご指導の下、普及検討委員会（座長: 大津皓平東京海洋大学特任教授、別紙）での検討を基に実施されたものであり、また、海 上保安庁交通部には、ご指導、データの提供等のご協力、(財)日本航路標識協会には既存研 究成果等の提供と貴重な情報の提供、宇部興産海運（株）には実験対象船の提供、アンケ ート調査への協力、東京海洋大学藤坂先生、(社)日本船長協会藤澤船長には貴重なご意見を 頂く等のご協力を頂きました。この場を借りて関係各位に感謝申し上げます。 136 【別 紙】 「ふくそう海域での事故半減を目指す ICT を活用した新たな安全システムの構築」 における普及検討委員会 委員等名簿 （平成 23 年度、最終委員会） 順不同、敬称略 氏名 所属名 役職 1 委員長 大津 晧平 東京海洋大学 海洋科学技術研究科 特任教授 2 委員 藤坂 貴彦 東京海洋大学 海洋工学部 海事システム工学科 准教授 3 委員 津金 正典 東海大学 海洋学部 航海学科 航海専攻 教授 4 委員 池田 保 5 委員 及川 武司 日本内航海運組合総連合会 6 委員 藤澤 昌弘 社団法人 日本船長協会 常務理事 7 委員 宮澤 徹 常務取締役 8 委員 今澄 敏夫 宇部興産海運株式会社 財団法人 日本航路標識協会 専務理事 審議役 日本海運株式会社 常務取締役 海運本部長 137
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