Ship trajectory planning method for reproducing human operation at ports

要約

船の操縦の中でも、離着岸は船長にとって最も困難でストレスの多い段階の 1 つです。
船舶運航者の負担軽減や事故防止の観点から、離着岸を自動化するための航路計画に関する研究がいくつか行われています。
ただし、船長の離着岸を支援することを目的とした研究はほとんどありません。
機長に提示する軌道は、人間の機長の操縦特性を再現したマニューバでなければならない。
以前に提案された方法は、軌道計画における精神的負担を軽減するために人間の船長が特に注意を払う動きとナビゲーションを明示的に反映することはできません。
ここで、軌道計画法に対する緩やかな制約が導入される。
制約は、特定の状態 (位置、船首方位角、船速、およびヨー角速度) を課し、ほぼ任意の時点で取られるようにします。
この新しい制約の導入により、停泊/停泊中に人間が実行するかのように、慎重な軌道計画を課すことができます (たとえば、ゼロ速度でのその場でのターンまたは後進する前の安全のための一時停止)。
ここで提案するアルゴリズムは、大型カー フェリーの離着岸軌道を最適化するために使用されました。
結果は、この方法が人間の船長によって実行された実際の離着岸操作で記録された定量的に同等の軌道を生成できることを示しています。

要約(オリジナル)

Among ship maneuvers, berthing/unberthing maneuvers are one of the most challenging and stressful phases for captains. Concerning burden reduction on ship operators and preventing accidents, several researches have been conducted on trajectory planning to automate berthing/unberthing. However, few studies have aimed at assisting captains in berthing/unberthing. The trajectory to be presented to the captain should be a maneuver that reproduces human captain’s control characteristics. The previously proposed methods cannot explicitly reflect the motion and navigation, which human captains pay particular attention to reduce the mental burden in the trajectory planning. Herein, mild constraints to the trajectory planning method are introduced. The constraints impose certain states (position, bow heading angle, ship speed, and yaw angular velocity), to be taken approximately at any given time. The introduction of this new constraint allows imposing careful trajectory planning (e.g., in-situ turns at zero speed or a pause for safety before going astern), as if performed by a human during berthing/unberthing. The algorithm proposed herein was used to optimize the berthing/unberthing trajectories for a large car ferry. The results show that this method can generate the quantitatively equivalent trajectory recorded in the actual berthing/unberthing maneuver performed by a human captain.

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