(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記従来の海底電磁場計では、海底電磁場計の投入、回収作業が負担となり、広い海域の探査を実施する際の障害となる。
【0006】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、効率的な探査を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
第1の態様に係る海洋探査装置は、探査機本体と、前記探査機本体に生じる浮力を調整する浮力調整部と、前記探査機本体の姿勢を調整する姿勢調整部と、前記探査機本体の位置情報を取得する位置情報取得部と、
上方に向けて凸状に湾曲する主翼部と、前記主翼部から後方に向けて突出する尾翼部と、を有し、平面視において前後方向及び左右方向の両方向に角部が位置されて全体が矩形状に形成された翼形状とされ、前記探査機本体を下方に収納して、海水から受ける揚力を利用して滑空可能とされ、前記探査機本体を移動させる翼部と、前記探査機本体に設けられ、電磁場を計測するセンサー部と、予め定められた条件に応じて、前記浮力調整部、前記姿勢調整部、前記位置情報取得部、及び前記センサー部の動作を制御する制御部と、を備える。
【0008】
この場合、海底の特定の測点における電磁場を計測するときには、制御部が、浮力調整部及び姿勢調整部を制御することで、探査機本体の浮力を調整して水中重量を制御するとともに、探査機本体の姿勢を調整する。これにより、探査機本体を、翼部が海水から受ける揚力によって海中で移動させる速度、方向を調整することができる。したがって、この速度、方向を、位置情報取得部によって取得される探査機本体の位置情報と、予め定められた条件としての測点の位置情報と、に基づいて制御部が調整することで、探査機本体を測点に向けて自律航行させることができる。その後、制御部がセンサー部を制御して電磁場を計測することで、探査(資源探査)を実施することができる。
このように、探査機本体を測点に向けて自律航行させることができるので、観測の自由度を大きく高めることができる。さらに、1つの海洋探査装置を複数の測点間で移動させることで、1つの海洋探査装置により複数の測点の電磁場を計測することができる。したがって、効率的な探査を実現することができる。
【0009】
第2の態様に係る海洋探査装置は、前記第1の態様に係る海洋探査装置であって、前記センサー部がMIセンサを有する。
【0010】
この場合、センサー部がMIセンサを有しているので、例えば、センサー部がMIセンサに代えてインダクションコイルを有している場合に比べて、軽量化を図りつつ低周波磁場の感度を高めることができる。
【0011】
第3の態様に係る海洋探査装置は、前記第1の態様または前記第2の態様に係る海洋探査装置であって、前記翼部は、グライダー型をなす。
【0012】
この場合、翼部が、グライダー型をなしているので、例えば翼部が、グライダー型に代えてプロペラ型をなしている場合に比べて、翼部が揚力を受けるために要するエネルギーを小さく抑えることができる。
【0013】
第4の態様に係る海洋探査装置は、前記第1の態様から前記第3の態様のいずれか1つの態様に係る海洋探査装置であって、前記センサー部は、前記探査機本体から水平方向に突出する腕の端点に設けられた電極を介して電磁場を検出し、前記腕の少なくとも一部は、前記翼部と鉛直方向に重なっている。
【0014】
この場合、腕の少なくとも一部が翼部と鉛直方向に重なっているので、腕を翼部によって鉛直方向から保護することが可能になり、翼部の大きさを確保しつつ、海洋探査装置の信頼性を向上させることができる。なお、腕が翼部の下面に沿って配置されている場合には、翼部による滑空性能を確保し易くすることができる。
【0015】
第5の態様に係る海洋探査装置は、前記第1の態様から前記第4の態様のいずれか1つの態様に係る海洋探査装置であって、前記位置情報取得部は、前記位置情報として、前記探査機本体の位置及び向きを取得する。
【0016】
この場合、位置情報取得部が、位置情報として、探査機本体の位置及び向きを取得するので、探査機本体を精度良く自律航行させることができるのみならず、測点における探査機本体の向きを取得することで、電磁場も精度良く計測することができる。
【0017】
第6の態様に係る海洋探査装置は、前記第1の態様から前記第5の態様のいずれか1つの態様に係る海洋探査装置によって海底の電磁場を計測する海洋探査方法であって、前記制御部が、前記浮力調整部及び前記姿勢調整部を制御することで、前記探査機本体を前記翼部が海水から受ける揚力によって海中で移動させる速度、方向を調整し、前記探査機本体を測点に向けて自律航行させる工程と、前記探査機本体が測点まで自律航行した後、前記制御部が、前記センサー部を制御して電磁場を計測する工程と、を備え、前記自律航行させる工程は、前記位置情報取得部によって取得される前記探査機本体の位置情報と、前記予め定められた条件としての測点の位置情報と、に基づいて、前記速度、方向を調整する。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、効率的な探査を実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
(第1実施形態)
以下、図面を参照し、本発明の第1実施形態に係る海洋探査装置10を説明する。この海洋探査装置10は、小型の磁気センサーを搭載したグライダー型AUV(Autonomous Underwater Vehicle)観測システムであり、海洋の電磁場を探査する自律型無人潜水機(Marine MT AUV:MaMTA)(MT:Magnetotelluric method)である。
【0021】
図1から
図3に示すように、海洋探査装置10は、探査機本体11と、翼部12と、センサー部13と、姿勢調整部14と、浮力調整部15と、位置情報取得部16と、制御部17と、を備えている。
探査機本体11は、偏平な箱状に形成されている。探査機本体11は、平面視において前後方向及び左右方向の両方向に沿って辺部が延びる矩形状をなしている。探査機本体11には、動力源18が内蔵されている。動力源18としては、例えば電池などが挙げられる。
【0022】
翼部12は、探査機本体11を、海水から受ける揚力を利用して移動させる。翼部12は、グライダー型をなしていて、例えば、プロペラ型などとは異なり、自身が旋回したり、ピッチを調整したりすることなく、海洋探査装置10の自重に基づく降下を含む進路変更時に、海水から揚力を受けて滑空することができる。なお翼部12は、探査機本体11を、海水の流れに乗せて移動させることもできる。
【0023】
翼部12は、その全体が翼形状をなしていて、図示の例では、平面視において前後方向及び左右方向の両方向に角部が位置する矩形状をなしている。翼部12は、探査機本体11を上方から覆っていて、探査機本体11は、翼部12の下面に固定されている。翼部12は、主翼19と、尾翼20と、を備えている。尾翼20は、翼部12のうち、その平面視において後方に位置する角部により構成され、主翼19は、翼部12のうち、尾翼20を除く部分により構成されている。尾翼20は、主翼19から後方に向けて突出している。
【0024】
主翼19は、上方に向けて凸球面状をなすように湾曲していて、主翼19の下方には、探査機本体11の少なくとも一部が収納される収納空間21が形成されている。
尾翼20には、後方に向けて突出するアンテナ22が設けられている。アンテナ22は、後方に向かうに従い徐々に上側に向けて延びていて、アンテナ22のうち、少なくとも先端部は、海洋探査装置10が海面Sに浮上したときに海上に突出する。
なお翼部12は、例えば剛性部材や膜(メンブレン)などにより形成することができる。
【0025】
センサー部13は、探査機本体11に設けられ、電磁場を計測する。センサー部13は、地磁気を計測する小型の3軸磁気センサとされ、探査機本体11内に収納されている。センサー部13は、MIセンサ23を備えている。MIセンサ23は、磁気インピーダンス効果を利用して電磁場を計測する。MIセンサ23は、例えば、一辺の長さが0.2m程度とされて電界測定用のコネクタが突出する測定ボックスに収納することができる。
【0026】
センサー部13は、探査機本体11から水平方向に突出する腕24の端点に設けられた電極25を介して電磁場を検出する。
腕24は、5m程度の長さとされ、探査機本体11から前後方向に一対、左右方向に一対突出している。腕24は、平面視において探査機本体11を中心として周回する方向である周方向に、間隔をあけて4つ設けられている。腕24の少なくとも一部は、翼部12と鉛直方向に重なっており、本実施形態では、腕24はその全長にわたって、翼部12によって上方から覆われている。腕24は、翼部12の下面に沿って配置されていて下面に固定されており、例えば翼部12を膜(メンブレン)により形成した場合などには、腕24によって翼部12を補強することが可能である。
【0027】
電極25は、前記コネクタに電気的に接続されている。電極25は、腕24の端点から下方に向けて突出する先鋭形状に形成されていて、探査機本体11よりも下方に張り出している。電極25は、電位差測定用であり、例えば、銀−塩化銀非分極電極などの非分極電極を採用することができる。
【0028】
なお電極25は、電磁場の計測時に、海底Bに接地していることが好ましい。そのため、例えば、腕24の先端部を、海洋探査装置10の着底時に下方に向けて変形可能に形成することができる。このような構成は、例えば、腕24に回転関節を設けること等により実現することが可能である。なおこのとき、翼部12が受ける揚力などを考慮すると、腕24の上方に向けた過度な変形は規制することが好ましい。
【0029】
姿勢調整部14は、探査機本体11の姿勢を調整する。姿勢調整部14は、翼部12に設けられた補助翼26(動翼)と、探査機本体11の重心を調整する重心調整部27と、を備えている。
補助翼26は、主翼19に設けられた第1補助翼26aと、尾翼20に設けられた第2補助翼26b及び第3補助翼26cと、を備えている。
【0030】
第1補助翼26aは、主翼19の後方に左右一対備えられていて、左右方向に延びる第1回転軸回りに回転する。第1補助翼26aは、翼部12を前後方向に延びる前後軸回りにバンク(横転、ロール)させるエルロンとして機能する。
第2補助翼26bは、尾翼20から左右方向に一対突出しており、左右方向に延びる第2回転軸回りに回転する。第2補助翼26bは、翼部12の左右方向に延びる左右軸回りに回転させるエレベータ(昇降舵)として機能する。
第3補助翼26cは、尾翼20から上方に向けて突出していて、鉛直方向に延びる第3回転軸回りに回転する。第3補助翼26cは、翼部12を鉛直方向に延びる鉛直軸回りに回転させるラダー(方向舵)として機能する。
【0031】
重心調整部27は、探査機本体11内に収納された収納物を移動させることで、重心を調整する。重心調整部27は、収納物として、例えば動力源18を移動させることができる。
【0032】
浮力調整部15は、探査機本体11に生じる浮力を調整し、探査機本体11の水中重量を制御する。浮力調整部15としては、公知の浮力調整装置を適用することが可能である。ただし、海洋探査装置10を深海で利用する場合があることを考慮すると、気体(空気)を利用する構成よりも、液体(水、油)を利用する構成を採用することが好ましい。
【0033】
位置情報取得部16は、探査機本体11の位置情報を取得する。位置情報取得部16は、位置情報として、探査機本体11の位置及び向きを取得する。位置情報取得部16としては、例えば、コンパスと、慣性航法装置と、を備える構成を採用することができる。この場合、位置情報取得部16は、例えば、海上の基準位置(例えば、母船Vの位置)でGPSにより位置情報を取得し、その後、コンパス及び慣性航法装置により、基準位置からの相対位置を計測することで、探査機本体11の位置情報を取得することができる。なおコンパスとしては、例えば、磁気コンパスやジャイロコンパス等を採用することができる。
【0034】
位置情報取得部16は、水深位置を検出する水深検出用センサを更に備えていることが好ましい。これにより、探査機本体11の位置を三次元として取得することができる。この種のセンサは、例えば、前記慣性航法装置に、地磁気センサ及び加速度センサに加えて、圧力センサ(水圧センサ)を備えることによって構成することができる。また、水深検出用センサとして、海底Bとの距離を音響計測するセンサを採用することも可能である。
【0035】
なお位置情報取得部16に、超音波多層流向流速計(ADCP:Acoustic Doppler Current Profiler)を、利用、併用することも可能である。さらに位置情報取得部16に、母船Vとの相対位置を計測する装置(例えば超短基線測位(SSBL:Super Short Baseline)など)を、利用、併用することも可能である。
【0036】
制御部17は、予め定められた条件に応じて、浮力調整部15、姿勢調整部14、位置情報取得部16、及びセンサー部13の動作を制御する。予め定められた条件としては、例えば、対象とする測点の位置情報などが挙げられる。
なお、制御部17を含めた各構成の動作に必要なエネルギーは、前述した動力源18から供給される。
【0037】
次に、
図1から
図4を参照し、前記海洋探査装置10による自律航行、位置情報の取得、電磁場の計測の各方法を例示する。
【0038】
(自律航行)
探査機本体11であるビークルは、機体の水中重量を制御するための浮力調節装置(浮力調整部15)を装備し、潜降、浮上の各状態を切替えて水中を滑空することにより前進する。同時に、姿勢調整部14は、主翼19と尾翼20に装着された補助翼26を制御することで機体姿勢を制御し、その結果、探査機本体11は、希望する海底Bの地点に着底する。エネルギー源は機体に内蔵する電池(動力源18)である。これにより、グライダー型AUV(海洋探査装置10)は、自律航行ができる。
なお、機体姿勢を制御するに際し、姿勢調整部14は、前述した重心調整部27による重心の移動も併せて実施することが好ましい。
【0039】
(位置情報の取得)
位置情報取得部16は、海上でGPSにより計測された位置情報を基準として航行を開始し、海中ではコンパスと慣性航法(地磁気センサと加速度センサを併用した方法)により自機の位置や進行方向(向き)を認識する。位置情報取得部16は、自機の位置や進行方向を認識するときに、必要に応じて超短基線測位を併用する。外部との通信は、海面S上で電波を用いて無線で行う。これにより、グライダー型AUV(海洋探査装置10)は、自律航行のために必要な位置情報を取得できる。
なお、探査機本体11の位置を取得するに際し、その位置を三次元として取得するため、位置情報取得部16は、前述した水深検出用センサを更に備えていることが好ましい。
【0040】
(電磁場の計測)
小型磁気センサ(センサー部13)には、従来のOBEM(海底電磁場計)で採用されているインダクションコイルではなく、磁気インピーダンス効果を利用したMIセンサ23を利用する。MIセンサ23は、インダクションコイルの弱点である低周波での感度が優れている特徴がある。センサを小型のMIセンサ23にするのは、機体の軽量化と、観測対象である低周波磁場の感度と、の両方を考慮したためである。
【0041】
次に、
図1から
図4を参照し、前記海洋探査装置10によって海底Bの電磁場を計測する海洋探査方法の一例を説明する。
【0042】
電磁場の計測は海底Bに着底してから行う。つまり、(1)海上からスタート→(2)自律航行して海底Bの測点へ→(3)着底後に測点の電磁場を計測→(4)計測終了後に海上へ浮上(または次の測点に移動)、という流れ(手順)になる。海洋探査装置10は、電磁場を計測するセンサ(センサー部13)とは別に、地磁気センサと加速度センサ(位置情報取得部16)を搭載し、自律航行中や着底後の機体の方向や位置を計測する。
なお、グライダー型AUV(海洋探査装置10)は、潜航後、海底Bの指定された計測点において約1日の電磁場計測を実施した後、計測終了後は海面Sに浮上してデータを送信することができる。さらにその後、再び次の計測点まで潜航し、指定海域の電磁場計測を繰り返すことができる。
【0043】
すなわち、海洋探査装置10によって海底Bの特定の測点における電磁場を計測するときには、制御部17が、浮力調整部15及び姿勢調整部14を制御することで、探査機本体11の浮力を調整して水中重量を制御するとともに、探査機本体11の姿勢を調整する。これにより、探査機本体11を、翼部12が海水から受ける揚力によって海中で移動させる速度、方向を調整することができる。したがって、この速度、方向を、位置情報取得部16によって取得される探査機本体11の位置情報と、予め定められた条件としての測点の位置情報と、に基づいて制御部17が調整することで、探査機本体11を測点に向けて自律航行させることができる。その後、制御部17がセンサー部13を制御して電磁場を 計測することで、探査(資源探査)を実施することができる。
なお電磁場の計測結果は、海洋探査装置10を海面Sに浮上させた後、アンテナ22から外部に送信される。このとき、測点における位置情報も計測結果と併せて送信される。
図4に示す例では、制御部17は、電磁場の計測を複数の測点で実施した後、各測点における計測結果及び位置情報を送信する。
【0044】
以上説明したように、本実施形態に係る海洋探査装置10及び海洋探査方法によれば、以下に示すような作用効果を奏することができる。
【0045】
これまでのOBEMは、船から海底Bへ投下して固定された測点での電磁場を観測するものなので、観測の自由度が大きく制限されている。しかしながら、本願発明者らによるグライダー型AUV(海洋探査装置10)は、AUV自体に電磁場センサ(センサー部13)が搭載されているため、海底Bでのセンサの移動が可能になっている。また、OBEMでは投下と回収に多くの時間がかかる。しかしながら、本願発明者らによるセンサ搭載型のAUV(海洋探査装置10)では、複数の測点を移動しながら観測できるため作業能率が大幅に上がる。
すなわち、探査機本体11を測点に向けて自律航行させることができるので、観測の自由度を大きく高めることができる。さらに、1つの海洋探査装置10を複数の測点間で移動させることで、1つの海洋探査装置10により複数の測点の電磁場を計測することができる。したがって、効率的な探査を実現することができる。
【0046】
また、センサー部13がMIセンサ23を有しているので、例えば、センサー部13がMIセンサ23に代えてインダクションコイルを有している場合に比べて、軽量化を図りつつ低周波磁場の感度を高めることができる。
また、翼部12が、グライダー型をなしているので、例えば翼部12が、グライダー型に代えてプロペラ型をなしている場合に比べて、翼部12が揚力を受けるために要するエネルギーを小さく抑えることができる。
また、腕24の少なくとも一部が翼部12と鉛直方向に重なっているので、腕24を翼部12によって鉛直方向から保護することが可能になり、翼部12の大きさを確保しつつ、海洋探査装置10の信頼性を向上させることができる。なお本実施形態のように、腕24が翼部12の下面に沿って配置されている場合には、翼部12による滑空性能を確保し易くすることができる。
また、位置情報取得部16が、位置情報として、探査機本体11の位置及び向きを取得するので、探査機本体11を精度良く自律航行させることができるのみならず、測点における探査機本体11の向きを取得することで、電磁場も精度良く計測することができる。
【0047】
(第2実施形態)
次に、本発明に係る第2実施形態の海洋探査装置30を、
図5を参照して説明する。
なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【0048】
本実施形態に係る海洋探査装置30は、電磁波を送信する送信部31を更に備えている。送信部31は、翼部12の外周縁を全周にわたって囲うように前記周方向に延びる発振回路32を有していて、海洋探査装置30が海底Bに着底した状態で、海底Bに向けて電磁波を送信する。これにより、海底Bで電磁波の変動を強制的に生じさせ、その変動をセンサー部13によって計測することができる。このような電磁波の計測は、資源が海底Bから比較的浅い範囲(例えば、数百m程度)に位置する場合に有効である。資源が比較的深い範囲(例えば、数km程度)に位置する場合には、前述の第1実施形態に示したように、電磁波を海底Bに送信することなく、海底Bでの電磁波を計測する方法が有効である。
【0049】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【0050】
例えば、前記実施形態では、電磁場の計測結果を、海洋探査装置10を海上に浮上させた後、アンテナ22から外部に送信したが、本発明はこれに限られない。例えば、計測終了後、海洋探査装置10を回収して装置から直接、電磁場の計測結果及び測点の位置情報を読み取ってもよい。
【0051】
前記実施形態では、腕24がその全長にわたって、翼部12によって上方から覆われているが、本発明はこれに限られない。例えば、腕24の先端部が、翼部12から水平方向に突出していてもよい。さらに、腕24が、翼部12の上方に配置されていてもよく、例えば、腕24が翼部24の上面に沿って配置されていて上面に固定されていてもよい。本発明は、腕24の少なくとも一部が、翼部12と鉛直方向に重なっている他の形態に適宜変更することが可能である。
【0052】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。