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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022152255
(43)【公開日】2022-10-12
(54)【発明の名称】対象物測定方法
(51)【国際特許分類】
G01S 15/74 20060101AFI20221004BHJP
G01S 15/89 20060101ALI20221004BHJP
【ＦＩ】
G01S15/74
G01S15/89 A
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021054960
(22)【出願日】2021-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000166627
【氏名又は名称】五洋建設株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】394025094
【氏名又は名称】三菱電機特機システム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000752
【氏名又は名称】弁理士法人朝日特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】杉本 英樹
(72)【発明者】
【氏名】堤 賢一郎
(72)【発明者】
【氏名】八尾 悠生
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 隆
(72)【発明者】
【氏名】湯浅 智志
【テーマコード（参考）】
5J083
【Ｆターム（参考）】
5J083AA03
5J083AB08
5J083AC28
5J083AD02
5J083AD04
5J083AD13
5J083AE06
5J083AF16
5J083AG02
5J083AG09
5J083AG11
5J083BA01
5J083DC01
(57)【要約】
【課題】水中の対象物について簡便に精度よく測定を行う。
【解決手段】音響送受波器３０から音響信号が複数の音響応答器１０１に対して同時に発信されると、各音響応答器１０１は、音響送受波器３０から発信された音響信号に応答する応答信号をそれぞれ返信する。情報処理装置２０は、音響信号の発信時にＧＮＳＳセンサ４０により測定された位置と、音響送受波器３０が音響信号を発信した発信時刻と、音響送受波器３０が各音響応答器１０１から受信した応答信号の受信時刻と、各応答信号に含まれる応答器ＩＤとに基づいて、各音響応答器１０１の位置を算出する。情報処理装置２０は、各音響応答器１０１間については補間処理を行うなどして、水底の位置、形状を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】音響送受波器３０から音響信号が複数の音響応答器１０１に対して同時に発信されると、各音響応答器１０１は、音響送受波器３０から発信された音響信号に応答する応答信号をそれぞれ返信する。情報処理装置２０は、音響信号の発信時にＧＮＳＳセンサ４０により測定された位置と、音響送受波器３０が音響信号を発信した発信時刻と、音響送受波器３０が各音響応答器１０１から受信した応答信号の受信時刻と、各応答信号に含まれる応答器ＩＤとに基づいて、各音響応答器１０１の位置を算出する。情報処理装置２０は、各音響応答器１０１間については補間処理を行うなどして、水底の位置、形状を算出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
音響送受波器から音響信号を水中の対象物に敷設された複数の音響応答器に発信する第１工程と、
前記水中の対象物に敷設された前記複数の音響応答器が、発信された前記音響信号に応答する応答信号をそれぞれ返信する第２工程と、
前記音響送受波器が前記複数の音響応答器からそれぞれ返信された前記応答信号を受信する第３工程と、
前記音響送受波器が受信した各々の前記各応答信号と前記音響信号との時間差に基づいて、前記対象物の位置、形状又は姿勢のうち少なくともいずれか１つを算出する第４工程と
を備える対象物測定方法。
前記水中の対象物に敷設された前記複数の音響応答器が、発信された前記音響信号に応答する応答信号をそれぞれ返信する第２工程と、
前記音響送受波器が前記複数の音響応答器からそれぞれ返信された前記応答信号を受信する第３工程と、
前記音響送受波器が受信した各々の前記各応答信号と前記音響信号との時間差に基づいて、前記対象物の位置、形状又は姿勢のうち少なくともいずれか１つを算出する第４工程と
を備える対象物測定方法。
【請求項2】
前記第１工程の前に行われる工程であって、複数の音響応答器が所定の間隔で設けられた可撓性部材を水中に沈める工程を備える、
請求項１記載の対象物測定方法。
請求項１記載の対象物測定方法。
【請求項3】
前記複数の音響応答器のうち少なくとも１の音響応答器の絶対位置が既知である場合に、
前記第４工程において、前記少なくとも１の音響応答器の既知の絶対位置に基づいて他の前記音響応答器の位置を特定し、特定した前記位置に基づいて前記算出を行う
請求項１又は２記載の対象物測定方法。
前記第４工程において、前記少なくとも１の音響応答器の既知の絶対位置に基づいて他の前記音響応答器の位置を特定し、特定した前記位置に基づいて前記算出を行う
請求項１又は２記載の対象物測定方法。
【請求項4】
前記対象物としての潜水士のフーカホースに、前記複数の音響応答器が取り付けられている
請求項１記載の対象物測定方法。
請求項１記載の対象物測定方法。
【請求項5】
前記対象物としてのシンカー及びブイを連結する連結部材に、前記複数の音響応答器が取り付けられている
請求項１記載の対象物測定方法。
請求項１記載の対象物測定方法。
【請求項6】
前記対象物としての水中作業機に、前記複数の音響応答器が取り付けられている
請求項１記載の対象物測定方法。
請求項１記載の対象物測定方法。
【請求項7】
前記対象物としての潜水士及び水中作業機に、それぞれ１以上の前記音響応答器が取り付けられている
請求項１記載の対象物測定方法。
請求項１記載の対象物測定方法。
【請求項8】
前記対象物に対する要求測定精度に応じて、前記対象物に取り付けられる前記音響応答器の間隔又は数が異なる
請求項１～７のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
請求項１～７のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
【請求項9】
前記第１工程及び/又は前記第２工程における音響信号又は応答信号が、有線又は無線で行われる、
請求項１～８のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
請求項１～８のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水中の対象物の測定を行うための技術に関する。
【背景技術】
【0002】
浅海域で小規模の浚渫工事を実施するときに、船舶からサンドポンプを水中に吊り下げて水底を浚渫する。このとき、水底地盤の表面付近を泥水化するためジェット水流などを併用して地盤の土砂を乱し、サンドポンプで吸引する。浚渫作業中は浚渫後の形状把握や進捗を把握するために、サンドポンプなどの水中で稼働する機器を停止させ、その都度、潜水士が浚渫形状を確認している。しかしながら浚渫箇所は、ジェット水流の影響などにより濁度が高いため視界が悪く、また、潜水士によって浚渫形状の確認結果にばらつきが生じる。
【0003】
水底の地形を測定する技術としては、ナローマルチビーム測深装置、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）及び動揺センサなどを測量船に艤装して、ナローマルチビーム測深装置から多数の音響ビームを水底に向けて扇状に受発信することで、水底地形を３次元データとして取得するものが知られている。このとき、ＧＮＳＳによる測位誤差と、動揺センサによる動揺補正の誤差が、上記３次元データに含まれるという問題がある。また、測量船による上記測量を行うためにはサンドポンプ等の浚渫装置を退避させる必要があり、作業効率が低下する場合がある。
【0004】
なお、音響を用いた測位技術として、例えば特許文献１には、水底３からフロートで浮かされる受波器ａ１～ａｎを有する水中受波器群に対して、試験船１に吊り下げられた音響信号発生器から音響信号を発信し、音響信号を受信した各受波器は、音響信号を電気信号に変換し伝送ケーブル５を介して形状測定装置１０に送ることで、その電気信号の到達時間差により水中受波器群の形状を求めることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００１－３３０６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、従来とは異なる手法により、水中の対象物について簡便に精度よく測定を行うことを目的する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明は、音響送受波器から音響信号を水中の対象物に敷設された複数の音響応答器に発信する第１工程と、前記水中の対象物に敷設された前記複数の音響応答器が、発信された前記音響信号に応答する応答信号をそれぞれ返信する第２工程と、前記音響送受波器が前記複数の音響応答器からそれぞれ返信された前記応答信号を受信する第３工程と、前記音響送受波器が受信した各々の前記各応答信号と前記音響信号との時間差に基づいて、前記対象物の位置、形状又は姿勢のうち少なくともいずれか１つを算出する第４工程とを備える対象物測定方法を提供する。
【0008】
前記第１工程の前に行われる工程であって、複数の音響応答器が所定の間隔で設けられた可撓性部材を水中に沈める工程を備えるようにしてもよい。
【0009】
前記複数の音響応答器のうち少なくとも１の音響応答器の絶対位置が既知である場合に、前記第４工程において、前記少なくとも１の音響応答器の既知の絶対位置に基づいて他の前記音響応答器の位置を特定し、特定した前記位置に基づいて前記算出を行うようにしてもよい。
【0010】
前記対象物としての潜水士のフーカホースに、前記複数の音響応答器が取り付けられているようにしてもよい。
【0011】
前記対象物としてのシンカー及びブイを連結する連結部材に、前記複数の音響応答器が取り付けられているようにしてもよい。
【0012】
前記対象物としての水中作業機に、前記複数の音響応答器が取り付けられているようにしてもよい。
【0013】
前記対象物としての潜水士及び水中作業機に、それぞれ１以上の前記音響応答器が取り付けられているようにしてもよい。
【0014】
前記対象物に対する要求測定精度に応じて、前記対象物に取り付けられる前記音響応答器の間隔又は数が異なるようにしてもよい。
【0015】
前記第１工程及び/又は前記第２工程における音響信号又は応答信号が、有線又は無線で行われるようにしてもよい。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、従来とは異なる手法により、水中の対象物について簡便に精度よく測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の実施形態に係るシステム全体の構成の一例を示すブロック図。
【図2】同実施形態に係る音響応答器群の構造の一例を示す平面図。
【図3】同実施形態に係る情報処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【図4】同実施形態に係る音響応答器のハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【図5】同実施形態における対象物測定方法の一例を示すフローチャート。
【図6】同実施形態における測定結果の一例を示す表。
【図7】本発明の変形例に係るシステム全体の構成の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明を実施するための形態の一例について説明する。
［構成］
図１は、本発明の実施形態に係るシステム全体の構成の一例を示すブロック図である。このシステムは、船舶１０に艤装された情報処理装置２０、音響送受波器３０及びＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）４０と、水底に配置される音響応答器群１００とを備える。このシステムは、水中の対象物としての水底の形状を測定する。なお、図１において、Ｇは水底（海底）で、Ｗは水面（海面）である。
［構成］
図１は、本発明の実施形態に係るシステム全体の構成の一例を示すブロック図である。このシステムは、船舶１０に艤装された情報処理装置２０、音響送受波器３０及びＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）４０と、水底に配置される音響応答器群１００とを備える。このシステムは、水中の対象物としての水底の形状を測定する。なお、図１において、Ｇは水底（海底）で、Ｗは水面（海面）である。
【0019】
情報処理装置２０は、コンピュータ装置であり、水底の形状を測定するための各種演算を行う。音響送受波器３０は、船舶１０の下方の水中に設置されており、所定の音響信号を水中に発信する。ＧＮＳＳ４０は、地球上空を周回する複数の衛星から発信される衛星信号を受信して測位を行う。情報処理装置２０と、音響送受波器３０及びＧＮＳＳ４０との間は、それぞれ有線又は無線を介して通信可能に接続されている。
【0020】
音響応答器群１００は、複数の音響応答器１０１と、これら音響応答器を相互に連結するための連結部材１０２と、音響応答器群１００を水底に固定するための１以上のアンカー１０３とを備えている。音響応答器１０１はそれぞれ、音響送受波器３０から発信された音響信号を受信すると、これに応答する応答信号を返信する。連結部材１０２は、音響応答器群１００が水中に沈められた場合にその水底の形状に沿って敷設されるように、重量物で可撓性のある可撓性部材で構成されている。連結部材１０２は例えばワイヤ状又はシート状に構成されており、この連結部材１０２において所定間隔で複数の音響応答器１０１が配置されている。
【0021】
ここで図２は、音響応答器群１００の構造の一例を示す平面図である。図２の例では、連結部材１０２は、複数のワイヤが格子状に配置された構造であり、各々のワイヤの交点に相当する位置に音響応答器１０１がそれぞれ配置されている。複数の連結部材１０２のうち少なくとも１以上の連結部材１０２には、水底に固定されるアンカー１０３が取り付けられている。図２の例では３つの連結部材１０２にそれぞれアンカー１０３が取り付けられているが、アンカー１０３の数や取り付け位置は任意に決められる。各音響応答器１０１の間隔は、測定対象となる対象物に対する要求測定精度に応じて異なっていることが望ましい。つまり、対象物に対する要求測定精度が高い場合は、各音響応答器１０１の間隔をより小さくし、対象物に対する要求測定精度が低い場合は、各音響応答器１０１の間隔をより大きくすることができる。なお、各音響応答器１０１の間隔は必ずしも等間隔である必要はなく、その配置には疎密があってもよい。つまり、測定対象物においても高い測定精度が求められる部分については各音響応答器１０１の間隔を小さくし、同一測定対象物でも測定精度が低くてもよい箇所は各音響応答器１０１の間隔を大きくするようにしてもよい。音響応答器の数についても同様に、測定対象となる対象物に対して求められる測定精度に応じて異なっていることが望ましい。つまり、対象物に対して求められる測定精度が高い場合は、各音響応答器１０１の数をより多くし、対象物に対して求められる測定精度が低い場合は、各音響応答器１０１の数をより少なくする。
【0022】
図３は、情報処理装置２０のハードウェア構成を示す図である。情報処理装置２０は、物理的には、プロセッサ２００１、メモリ２００２、ストレージ２００３、通信装置２００４、入力装置２００５、出力装置２００６及びこれらを接続するバスなどを含むコンピュータ装置として構成されている。これらの各装置は図示せぬ電源から供給される電力によって動作する。なお、以下の説明では、「装置」という文言は、回路、デバイス、ユニットなどに読み替えることができる。情報処理装置２０のハードウェア構成は、図３に示した各装置を１つ又は複数含むように構成されてもよいし、一部の装置を含まずに構成されてもよい。
【0023】
情報処理装置２０における各機能は、プロセッサ２００１、メモリ２００２などのハードウェア上に所定のソフトウェア（プログラム）を読み込ませることによって、プロセッサ２００１が演算を行い、通信装置２００４による通信を制御したり、他の装置から送信されてきたデータを取得したり、メモリ２００２及びストレージ２００３におけるデータの読み出し及び書き込みの少なくとも一方を制御したりすることによって実現される。
【0024】
プロセッサ２００１は、例えば、オペレーティングシステムを動作させてコンピュータ全体を制御する。プロセッサ２００１は、周辺装置とのインターフェース、制御装置、演算装置、レジスタなどを含む中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）によって構成されてもよい。また、例えばベースバンド信号処理部や呼処理部などがプロセッサ２００１によって実現されてもよい。
【0025】
プロセッサ２００１は、プログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュール、データなどを、ストレージ２００３及び通信装置２００４の少なくとも一方からメモリ２００２に読み出し、これらに従って各種の処理を実行する。プログラムとしては、後述する動作の少なくとも一部をコンピュータに実行させるプログラムが用いられる。情報処理装置２０の機能ブロックは、メモリ２００２に格納され、プロセッサ２００１において動作する制御プログラムによって実現されてもよい。各種の処理は、１つのプロセッサ２００１によって実行されてもよいが、２以上のプロセッサ２００１により同時又は逐次に実行されてもよい。プロセッサ２００１は、１以上のチップによって実装されてもよい。なお、プログラムは、電気通信回線を介して情報処理装置２０に送信されてもメモリ２００２やストレージ２００３にインストールされてもよい。
【0026】
メモリ２００２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの少なくとも１つによって構成されてもよい。メモリ２００２は、レジスタ、キャッシュ、メインメモリ（主記憶装置）などと呼ばれてもよい。メモリ２００２は、本実施形態に係る方法を実施するために実行可能なプログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュールなどを保存することができる。
【0027】
ストレージ２００３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc ＲＯＭ）などの光ディスク、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク(例えば、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスク)、スマートカード、フラッシュメモリ(例えば、カード、スティック、キードライブ)、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ストリップなどの少なくとも１つによって構成されてもよい。ストレージ２００３は、補助記憶装置と呼ばれてもよい。
【0028】
通信装置２００４は、有線又は無線の少なくとも一方を介してコンピュータ間の通信を行うためのハードウェア（送受信デバイス）であり、音響送受波器３０及びＧＮＳＳ４０と通信を行う。
【0029】
入力装置２００５は、外部からの入力を受け付ける入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、マイクロフォン、スイッチ、ボタンなど）である。出力装置２００６は、外部への出力を実施する出力デバイス（例えば、ディスプレイ、スピーカー、LEDランプ、プリンターなど）である。なお、入力装置２００５及び出力装置２００６は、一体となった構成（例えば、タッチパネル）であってもよい。
【0030】
情報処理装置２０は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェアを含んで構成されてもよく、当該ハードウェアにより、各機能ブロックの一部又は全てが実現されてもよい。例えば、プロセッサ２００１は、これらのハードウェアの少なくとも１つを用いて実装されてもよい。
【0031】
図４は、音響応答器１０１のハードウェア構成を示す図である。音響応答器１０１は、演算装置１０１０と、バッテリ１０１４と、船舶１０の船底に設置されている音響送受波器３０からの音響信号を受信して、これに応答する応答信号を返信するための音響送受波装置１０１５と、音響応答器１０１の水深を測定するための深度計（水圧計）１０１６から構成されている。
【0032】
演算装置１０１０は、プロセッサ１０１１、メモリ１０１２及び通信装置１０１３から構成される。プロセッサ１０１１、メモリ１０１２は、情報処理装置２０のプロセッサ２００１、メモリ２００２とハードウェアとしては共通である。通信装置１０１３は、情報処理装置２０の通信装置２００とハードウェアとしては共通であり、有線で音響送受波装置１０１５と深度計１０１６とに接続されている。通信装置１０１３は、これら音響送受波装置１０１５及び深度計１０１６と通信を行う。バッテリ１０１４は、音響応答器１０１の各部に電力を供給する。
【0033】
［動作］
次に、本実施形態の動作について説明する。図５は、本実施形態における対象物測定方法の一例を示すフローチャートである。図５において、まず、サンドポンプ等の浚渫装置の操縦者は、この浚渫装置を用いて対象エリアの浚渫を行う（ステップＳ１１）。
次に、本実施形態の動作について説明する。図５は、本実施形態における対象物測定方法の一例を示すフローチャートである。図５において、まず、サンドポンプ等の浚渫装置の操縦者は、この浚渫装置を用いて対象エリアの浚渫を行う（ステップＳ１１）。
【0034】
次に、複数の潜水士は、浚渫が行われた対象エリアにおいて、船舶から音響応答器群１００を水中に沈めて、各音響応答器１０１を水底に敷設する作業を行う（ステップＳ１２）。このとき、各潜水士は、浚渫が行われた対象エリアの水底を音響応答器群１００でおおよそ覆うように配置してアンカー１０３で水底に固定する。前述したように、各音響応答器１０１を連結する連結部材１０２は可撓性があるため、図１に例示したように、浚渫された水底の形状に合わせて各音響応答器１０１が配置されることになる。
【0035】
次に、情報処理装置２０のオペレータは、情報処理装置２０を操作して、ＧＮＳＳ４０による測位を行うとともに、音響送受波器３０から音響信号を発信させる（ステップＳ１３）。これにより、本発明の第１工程として、音響信号が音響送受波器３０から水底に敷設された複数の音響応答器１０１に対して同時に発信されることになる。
【0036】
各音響応答器１０１は、音響送受波器３０から発信された音響信号を受信すると、これに応答する応答信号をそれぞれ返信する（ステップＳ１４）。この応答信号には、返信元の音響応答器１０１を識別する情報（応答器ＩＤという）と、返信元の音響応答器１０１の深度計１０１６によって測定された深度データとが含まれている。これにより、本発明の第２工程として、複数の音響応答器１０１から、音響信号に応答する応答信号がそれぞれ返信されることになる。
【0037】
複数の音響応答器１０１からそれぞれ返信された応答信号は、音響送受波器３０へと到達する（ステップＳ１５）。これにより、本発明の第３工程として、音響送受波器３０が複数の音響応答器１０１からそれぞれ返信された応答信号を受信することになる。応答信号の受信時刻と、その応答信号に含まれる応答器ＩＤ及び深度データは、音響送受波器３０から情報処理装置２０に送信される。
【0038】
次に、情報処理装置２０は、音響信号の発信時にＧＮＳＳ４０により測定された位置と、音響送受波器３０が音響信号を発信した発信時刻と、音響送受波器３０が各音響応答器１０１から受信した応答信号の受信時刻と、各応答信号に含まれる応答器ＩＤ及び深度データとに基づいて、各音響応答器１０１の位置を算出する（ステップＳ１６）。
【0039】
図６は、測定結果の一例を示す表である。図６において、「船舶位置（絶対位置）」は、ＧＮＳＳ４０により測定された絶対位置であり、船舶に１０におけるＧＮＳＳ４０と音響送受波器３０の設置位置との関係から、音響送受波器３０の絶対位置も分かるが、以降の説明においては、ＧＮＳＳ４０により測定された絶対位置を音響送受波器３０の位置とみなす。音響送受波器３０と各音響応答器１０１との間の距離はそれぞれ異なっているため、音響送受波器３０から音響信号が発信された発信時刻と、音響送受波器３０が各音響応答器１０１から応答信号を受信した受信時刻との差（時間差）は、それぞれ異なる。このため、各々の音響応答器１０１と対応する時間差と、水中での音波速度と、各音響応答器１０１の間隔との関係から、音響送受波器３０を基準とした各音響応答器１０１の相対位置を算出することができる。これにより、各々の「応答器ＩＤ」に対応する「応答器位置（相対位置）」が算出される。さらに、音響送受波器３０の絶対位置は、「船舶位置（絶対位置）」に相当するから、これを基準として、各音響応答器１０１の絶対位置である「応答器位置（絶対位置）」を算出することが可能となる。このとき複数の音響応答器１０１の位置を同一時刻に発信された音響信号を基準にして算出するから、従来必要であった動揺補正が不要となる。このため、短時間且つ簡便な処理で音響応答器１０１の位置を算出することが可能となる。なお、情報処理装置２０は、各音響応答器１０１の３次元空間上の位置を示すｘｙｚ座標のうちｚ座標については、各応答信号に含まれる深度データを用いて算出する。音響応答器１０１の構成から深度計１０１６を除いたとしても、音響信号を発信した発信時刻と、音響送受波器３０が各音響応答器１０１から受信した応答信号の受信時刻との差から各音響応答器１０１のｘｙｚ座標を算出することができるため、深度計１０１６は必ずしも必須ではないが、深度計１０１６によって計測された深度を用いたほうがより高い精度で座標を算出することができる。
【0040】
図５の説明に戻り、情報処理装置２０は、対象物である水底の位置、形状を算出する（ステップＳ１７）。具体的には、情報処理装置２０は、ステップＳ１５において各音響応答器１０１の絶対位置が算出されるから、これらの位置を水底の各位置とするとともに、隣り合う音響応答器１０１間については補間処理を行うなどして、水底の位置、形状を算出する。これにより、本発明の第４工程として、音響送受波器３０が受信した各々の応答信号と発信した音響信号との時間差に基づいて、対象物である水底の位置、形状が算出されることになる。
【0041】
上述した実施形態によれば、可撓性のある連結部材１０２によって連結された音響応答器１０１を浚渫された水底に沈めることで、その水底の形状に合わせて各音響応答器１０１を敷設することができる。また、これら複数の音響応答器１０１の位置を、同一時刻に発信された音響信号を基準にして算出するから、従来必要であった動揺補正が不要となり、従来に比べて簡便で且つ精度の良い測定が可能となる。さらに、複数の音響応答器１０１の位置がほぼ同時に算出されるため、対象物となる水底の位置及び形状を短時間で把握することが可能となる。
【0042】
［変形例］
上述した実施形態を以下のように変形してもよい。また、以下の２つ以上の変形例を組み合わせて実施してもよい。
上述した実施形態を以下のように変形してもよい。また、以下の２つ以上の変形例を組み合わせて実施してもよい。
【0043】
［変形例１］
複数の音響応答器１０１のうち少なくとも１の音響応答器の位置（絶対位置）が既知である場合には（このような音響応答器を既知応答器という）、図５のステップＳ１３のＧＮＳＳ測位を不要とし、ステップＳ１６～Ｓ１７においてこの既知応答器の位置（絶対位置）に基づいて、他の音響応答器１０１（既知応答器以外の音響応答器１０１）の位置（絶対位置）を特定して対象物の測定を行うようにしてもよい。既知応答器の位置は、例えば図５で説明したように音響送受波器３０の絶対位置に基づいて算出しておき、情報処理装置２０はその絶対位置を記憶しておく。また、その既知応答器は音響マーカとして水底に設置したままにする。そして、例えば近辺の別の対象エリアを浚渫した後において、情報処理装置２０は、ＧＮＳＳ測位を行わずに、その対象エリアに敷設された各音響応答器１０１の相対位置（つまり音響送受波器３０を基準とした相対位置）と、既知応答器の相対位置（つまり音響送受波器３０を基準とした相対位置）と、既に測位している既知応答器の絶対位置とに基づいて、その対象エリアに敷設された各音響応答器１０１の絶対位置を算出する。このようにすれば、ＧＮＳＳによる測位誤差を含まないようにすることができる。
複数の音響応答器１０１のうち少なくとも１の音響応答器の位置（絶対位置）が既知である場合には（このような音響応答器を既知応答器という）、図５のステップＳ１３のＧＮＳＳ測位を不要とし、ステップＳ１６～Ｓ１７においてこの既知応答器の位置（絶対位置）に基づいて、他の音響応答器１０１（既知応答器以外の音響応答器１０１）の位置（絶対位置）を特定して対象物の測定を行うようにしてもよい。既知応答器の位置は、例えば図５で説明したように音響送受波器３０の絶対位置に基づいて算出しておき、情報処理装置２０はその絶対位置を記憶しておく。また、その既知応答器は音響マーカとして水底に設置したままにする。そして、例えば近辺の別の対象エリアを浚渫した後において、情報処理装置２０は、ＧＮＳＳ測位を行わずに、その対象エリアに敷設された各音響応答器１０１の相対位置（つまり音響送受波器３０を基準とした相対位置）と、既知応答器の相対位置（つまり音響送受波器３０を基準とした相対位置）と、既に測位している既知応答器の絶対位置とに基づいて、その対象エリアに敷設された各音響応答器１０１の絶対位置を算出する。このようにすれば、ＧＮＳＳによる測位誤差を含まないようにすることができる。
【0044】
［変形例２］
対象物は水中にあるものであれば適用可能である。例えば、水中で作業をしている潜水士にエアを送気するためのフーカホースを対象物としてもよい。この場合、フーカホースには複数の音響応答器１０１が所定間隔で取り付けられる。情報処理装置２０は、各音響応答器１０１の位置を算出することで、フーカホースの位置、形状（状態）を把握する。これにより、例えばフーカホースどうし、又は、フーカホースと近傍の構造物との接触や絡まりを監視又は防止することが可能となる。
対象物は水中にあるものであれば適用可能である。例えば、水中で作業をしている潜水士にエアを送気するためのフーカホースを対象物としてもよい。この場合、フーカホースには複数の音響応答器１０１が所定間隔で取り付けられる。情報処理装置２０は、各音響応答器１０１の位置を算出することで、フーカホースの位置、形状（状態）を把握する。これにより、例えばフーカホースどうし、又は、フーカホースと近傍の構造物との接触や絡まりを監視又は防止することが可能となる。
【0045】
［変形例３］
海流の調査などを行うためのシンカー及びブイを対象物としてもよい。この場合、対象物としてのシンカー及びブイを連結する連結部材には複数の音響応答器１０１が所定間隔で敷設される。情報処理装置２０は、各音響応答器１０１の位置からこれらシンカー、連結部材及びブイの位置、形状を算出する。これにより、海流等を計測することが可能となる。
海流の調査などを行うためのシンカー及びブイを対象物としてもよい。この場合、対象物としてのシンカー及びブイを連結する連結部材には複数の音響応答器１０１が所定間隔で敷設される。情報処理装置２０は、各音響応答器１０１の位置からこれらシンカー、連結部材及びブイの位置、形状を算出する。これにより、海流等を計測することが可能となる。
【0046】
［変形例４］
水中バックホウ等の、水中で何らかの作業を行う水中作業機を対象物としてもよい。この場合、水中作業機の所定位置に複数の音響応答器１０１が敷設される。情報処理装置２０は、これら各音響応答器１０１の位置を算出することで、水中作業機の位置、姿勢を把握する。これにより、水中作業の監視や作業指示を行うことが可能となる。
水中バックホウ等の、水中で何らかの作業を行う水中作業機を対象物としてもよい。この場合、水中作業機の所定位置に複数の音響応答器１０１が敷設される。情報処理装置２０は、これら各音響応答器１０１の位置を算出することで、水中作業機の位置、姿勢を把握する。これにより、水中作業の監視や作業指示を行うことが可能となる。
【0047】
［変形例５］
潜水士が何らかの水中作業機を用いて水中にて作業を行う場合に、これら潜水士及び水中作業機を対象物としてもよい。この場合、潜水士及び水中作業機にそれぞれ１以上の音響応答器１０１が敷設される。潜水士及び水中作業機といった対象物にそれぞれ少なくとも１つの音響応答器１０１が敷設されている場合、情報処理装置２０は、これら各音響応答器１０１の位置を算出することで、潜水士及び水中作業機の位置を把握することができる。さらに、潜水士又は水中作業機の少なくともいずれか一方に２以上の音響応答器１０１が敷設されている場合、情報処理装置２０は、これら各音響応答器１０１の位置を算出することで、潜水士又は水中作業機の位置を把握するとともに、２以上の音響応答器１０１が敷設された対象物の姿勢を把握することができる。これにより、水中作業における安全確認や作業指示を行うことが可能となる。
潜水士が何らかの水中作業機を用いて水中にて作業を行う場合に、これら潜水士及び水中作業機を対象物としてもよい。この場合、潜水士及び水中作業機にそれぞれ１以上の音響応答器１０１が敷設される。潜水士及び水中作業機といった対象物にそれぞれ少なくとも１つの音響応答器１０１が敷設されている場合、情報処理装置２０は、これら各音響応答器１０１の位置を算出することで、潜水士及び水中作業機の位置を把握することができる。さらに、潜水士又は水中作業機の少なくともいずれか一方に２以上の音響応答器１０１が敷設されている場合、情報処理装置２０は、これら各音響応答器１０１の位置を算出することで、潜水士又は水中作業機の位置を把握するとともに、２以上の音響応答器１０１が敷設された対象物の姿勢を把握することができる。これにより、水中作業における安全確認や作業指示を行うことが可能となる。
【0048】
［変形例６］
音響送受波器３０を水底又は水中の既設構造物に設置してもよい。この場合、設置する音響送受波器３０（以下、音響マーカという）の絶対位置を予め測定しておけば、ＧＮＳＳがなくともこの音響マーカから発信された音響信号の発信時刻と音響マーカが各音響応答器１０１から受信した各応答信号の受信時刻の差と、音響マーカの絶対位置とに基づいて、音響応答器１０１の絶対位置を算出することが可能となる。
音響送受波器３０を水底又は水中の既設構造物に設置してもよい。この場合、設置する音響送受波器３０（以下、音響マーカという）の絶対位置を予め測定しておけば、ＧＮＳＳがなくともこの音響マーカから発信された音響信号の発信時刻と音響マーカが各音響応答器１０１から受信した各応答信号の受信時刻の差と、音響マーカの絶対位置とに基づいて、音響応答器１０１の絶対位置を算出することが可能となる。
【0049】
［変形例７］
図７は、本変形例に係るシステム全体の構成の一例を示すブロック図である。水底又は水中の既設構造物に音響マーカ３１が設置される。つまり音響マーカ３１は絶対位置がわかっている水中の既知点（絶対位置が既知である音響応答器の変形例）である。このシステムにおいては、図５のＧＮＳＳ測位を除くステップＳ１３～Ｓ１６の手順に従い、船舶１０と音響マーカ３１の相対位置が測定される。音響マーカ３１の絶対位置は既知であるため、既知点との相対位置から船舶１０の絶対位置も導き出すことが出来る。そして、船舶１０の絶対位置から水底に敷設した複数の音響応答器１０１の絶対位置も算出することができる。この音響マーカ３１は電池式又は給電式で動作し、非同期で音響信号を水中に発信する。
これら音響応答器１０１の絶対位置を用いることで、対象物の測定が行われる。このような音響マーカ３１を例えば大きな港湾に常時設置し、継続的に使用するようにしておけば、その港湾において施工者が変わる連続した工事においても、同一の精度で水底等の位置、形状等を算出できるので、施工の基準が一定に保たれることになる。
図７は、本変形例に係るシステム全体の構成の一例を示すブロック図である。水底又は水中の既設構造物に音響マーカ３１が設置される。つまり音響マーカ３１は絶対位置がわかっている水中の既知点（絶対位置が既知である音響応答器の変形例）である。このシステムにおいては、図５のＧＮＳＳ測位を除くステップＳ１３～Ｓ１６の手順に従い、船舶１０と音響マーカ３１の相対位置が測定される。音響マーカ３１の絶対位置は既知であるため、既知点との相対位置から船舶１０の絶対位置も導き出すことが出来る。そして、船舶１０の絶対位置から水底に敷設した複数の音響応答器１０１の絶対位置も算出することができる。この音響マーカ３１は電池式又は給電式で動作し、非同期で音響信号を水中に発信する。
これら音響応答器１０１の絶対位置を用いることで、対象物の測定が行われる。このような音響マーカ３１を例えば大きな港湾に常時設置し、継続的に使用するようにしておけば、その港湾において施工者が変わる連続した工事においても、同一の精度で水底等の位置、形状等を算出できるので、施工の基準が一定に保たれることになる。
【0050】
［変形例８］
上記実施形態において、音響送受波器３０及び各音響応答器１０１間の音響信号及び／又は応答信号は無線（つまり音波）で行われていたが、有線を利用するようにしてもよい。
船舶に設置した情報処理装置２０と海底に敷設した音響応答器１０１との間を有線で接続し、各音響応答器１０１への呼び出し信号の発信を有線を用いて行うことで、船底に設けた音響送受波器３０は各音響応答器１０１からの応答信号を受信する音響受波機能だけ有していればよい。これにより、音響応答器１０１の構成も音響送波器と深度計だけとできることから、経済性及びハンドリングの向上が実現できる。特に、音響応答器１０１は小型化により、潜水士による敷設ではなく、ＲＯＶ（Remotely Operated Vehicle）や水中ドローンなどによる敷設も可能となる。
上記実施形態において、音響送受波器３０及び各音響応答器１０１間の音響信号及び／又は応答信号は無線（つまり音波）で行われていたが、有線を利用するようにしてもよい。
船舶に設置した情報処理装置２０と海底に敷設した音響応答器１０１との間を有線で接続し、各音響応答器１０１への呼び出し信号の発信を有線を用いて行うことで、船底に設けた音響送受波器３０は各音響応答器１０１からの応答信号を受信する音響受波機能だけ有していればよい。これにより、音響応答器１０１の構成も音響送波器と深度計だけとできることから、経済性及びハンドリングの向上が実現できる。特に、音響応答器１０１は小型化により、潜水士による敷設ではなく、ＲＯＶ（Remotely Operated Vehicle）や水中ドローンなどによる敷設も可能となる。
【符号の説明】
【0051】
１０：船舶、２０：情報処理装置、３０：音響送受波器、４０：ＧＮＳＳ、１００：音響応答器群、１０１：音響応答器、１０２：連結部材、１０３：アンカー、１０１０：演算装置、１０１１：プロセッサ、１０１２：メモリ、１０１３：通信装置、１０１４：バッテリ、１０１５：音響送受波装置、１０１６：深度計、２００１：プロセッサ、２００２：メモリ、２００３：ストレージ、２００４：通信装置、２００５：入力装置、２００６：出力装置、Ｇ：水底、Ｗ：水面。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2022-07-27
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
音響送受波器から音響信号を水中の対象物に敷設された複数の音響応答器に発信する第１工程と、
前記水中の対象物に敷設された前記複数の音響応答器が、発信された前記音響信号に応答する応答信号をそれぞれ返信する第２工程と、
前記音響送受波器が前記複数の音響応答器からそれぞれ返信された前記応答信号を受信する第３工程と、
前記音響送受波器が受信した各々の前記各応答信号と前記音響信号との時間差に基づいて、前記対象物の位置、形状又は姿勢のうち少なくともいずれか１つを算出する第４工程と
を備え、
或る対象エリアで、前記第４工程において、前記第１工程における前記音響送受波器の絶対位置に基づいて、前記複数の音響応答器のうち少なくとも１の音響応答器の絶対位置を特定し、絶対位置を特定した前記少なくとも１の音響応答器を設置したままにしておき、
別の対象エリアで、前記音響送受波器の絶対位置を用いずに、前記第４工程において、前記少なくとも１の音響応答器の既知の絶対位置に基づいて他の前記音響応答器の位置を特定し、特定した前記位置に基づいて前記算出を行う
対象物測定方法。
前記水中の対象物に敷設された前記複数の音響応答器が、発信された前記音響信号に応答する応答信号をそれぞれ返信する第２工程と、
前記音響送受波器が前記複数の音響応答器からそれぞれ返信された前記応答信号を受信する第３工程と、
前記音響送受波器が受信した各々の前記各応答信号と前記音響信号との時間差に基づいて、前記対象物の位置、形状又は姿勢のうち少なくともいずれか１つを算出する第４工程と
を備え、
或る対象エリアで、前記第４工程において、前記第１工程における前記音響送受波器の絶対位置に基づいて、前記複数の音響応答器のうち少なくとも１の音響応答器の絶対位置を特定し、絶対位置を特定した前記少なくとも１の音響応答器を設置したままにしておき、
別の対象エリアで、前記音響送受波器の絶対位置を用いずに、前記第４工程において、前記少なくとも１の音響応答器の既知の絶対位置に基づいて他の前記音響応答器の位置を特定し、特定した前記位置に基づいて前記算出を行う
対象物測定方法。
【請求項2】
前記第１工程の前に行われる工程であって、複数の音響応答器が所定の間隔で設けられた可撓性部材を水中に沈める工程を備える、
請求項１記載の対象物測定方法。
請求項１記載の対象物測定方法。
【請求項3】
前記対象物としてのシンカー及びブイを連結する連結部材に、前記複数の音響応答器が取り付けられている
請求項１記載の対象物測定方法。
請求項１記載の対象物測定方法。
【請求項4】
前記対象物に対する要求測定精度に応じて、前記対象物に取り付けられる前記音響応答器の間隔又は数が異なる
請求項１～３のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
請求項１～３のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
【請求項5】
前記第１工程において、前記音響送受波器から、前記音響信号に代えて、呼び出し信号を前記複数の音響応答器に有線で発信し、
前記第２工程において、前記複数の音響応答器が、発信された前記呼び出し信号に応答する応答信号に前記複数の音響応答器の識別信号と前記複数の音響応答器が測定した深度データを付加して無線でそれぞれ返信する
請求項１～４のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
前記第２工程において、前記複数の音響応答器が、発信された前記呼び出し信号に応答する応答信号に前記複数の音響応答器の識別信号と前記複数の音響応答器が測定した深度データを付加して無線でそれぞれ返信する
請求項１～４のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
【請求項6】
前記第１工程において、前記音響送受波器から前記音響信号を前記複数の音響応答器に無線で発信し、
前記第２工程において、前記前記複数の音響応答器が、発信された前記音響信号に応答する応答信号に前記複数の音響応答器の識別信号と前記複数の音響応答器が測定した深度データを付加して無線でそれぞれ返信する
請求項１～４のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
前記第２工程において、前記前記複数の音響応答器が、発信された前記音響信号に応答する応答信号に前記複数の音響応答器の識別信号と前記複数の音響応答器が測定した深度データを付加して無線でそれぞれ返信する
請求項１～４のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
【請求項7】
前記第４工程において、前記複数の音響応答器の各位置を前記対象物の各位置とするとともに、隣り合う前記音響応答器間については補間処理を行うことで、前記対象物の位置又は形状を算出する
請求項１～６のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
請求項１～６のいずれか１項に記載の対象物測定方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明は、音響送受波器から音響信号を水中の対象物に敷設された複数の音響応答器に発信する第１工程と、前記水中の対象物に敷設された前記複数の音響応答器が、発信された前記音響信号に応答する応答信号をそれぞれ返信する第２工程と、前記音響送受波器が前記複数の音響応答器からそれぞれ返信された前記応答信号を受信する第３工程と、前記音響送受波器が受信した各々の前記各応答信号と前記音響信号との時間差に基づいて、前記対象物の位置、形状又は姿勢のうち少なくともいずれか１つを算出する第４工程とを備え、或る対象エリアで、前記第４工程において、前記第１工程における前記音響送受波器の絶対位置に基づいて、前記複数の音響応答器のうち少なくとも１の音響応答器の絶対位置を特定し、絶対位置を特定した前記少なくとも１の音響応答器を設置したままにしておき、別の対象エリアで、前記音響送受波器の絶対位置を用いずに、前記第４工程において、前記少なくとも１の音響応答器の既知の絶対位置に基づいて他の前記音響応答器の位置を特定し、特定した前記位置に基づいて前記算出を行う対象物測定方法を提供する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0015】
前記第１工程において、前記音響送受波器から、前記音響信号に代えて、呼び出し信号を前記複数の音響応答器に有線で発信し、前記第２工程において、前記複数の音響応答器が、発信された前記呼び出し信号に応答する応答信号に前記複数の音響応答器の識別信号と前記複数の音響応答器が測定した深度データを付加して無線でそれぞれ返信するようにしてもよい。また、前記第１工程において、前記音響送受波器から前記音響信号を前記複数の音響応答器に無線で発信し、前記第２工程において、前記前記複数の音響応答器が、発信された前記音響信号に応答する応答信号に前記複数の音響応答器の識別信号と前記複数の音響応答器が測定した深度データを付加して無線でそれぞれ返信するようにしてもよい。また、前記第４工程において、前記複数の音響応答器の各位置を前記対象物の各位置とするとともに、隣り合う前記音響応答器間については補間処理を行うことで、前記対象物の位置又は形状を算出するようにしてもよい。