特許 7518802 水中観測システムおよび水中観測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-09

(45)【発行日】2024-07-18

(54)【発明の名称】水中観測システムおよび水中観測方法

(51)【国際特許分類】

   B63C 11/00 20060101AFI20240710BHJP

   H04W 4/38 20180101ALI20240710BHJP

   H04W 64/00 20090101ALI20240710BHJP

   H04W 84/18 20090101ALI20240710BHJP

   H04W 88/04 20090101ALI20240710BHJP

   H04M 11/00 20060101ALI20240710BHJP

   B63C 11/48 20060101ALI20240710BHJP

   G01W 1/02 20060101ALN20240710BHJP

【ＦＩ】

B63C11/00 B

H04W4/38

H04W64/00 120

H04W64/00 140

H04W84/18

H04W88/04

H04M11/00 301

B63C11/48 D

G01W1/02 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021139812

(22)【出願日】2021-08-30

(65)【公開番号】P2023033881

(43)【公開日】2023-03-13

【審査請求日】2023-07-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】高橋 幹

【審査官】三宅 龍平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－００７７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１０６９５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２３０６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２６６７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－００９６４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｃ １１／００ ― １１／４８

Ｈ０４Ｗ ４／３８

Ｈ０４Ｗ ６４／００

Ｈ０４Ｗ ８４／１８

Ｈ０４Ｗ ８８／０４

Ｈ０４Ｍ １１／００

Ｇ０１Ｗ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水面及び水中を自律的に移動可能な複数のセンサ装置を備える水中観測システムであって、
前記センサ装置は、
制御部と、
特定の計測項目の計測を行うセンサ部と、
現在時刻を示す時刻情報を取得する時刻情報取得部と、
自己の現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
基地局との間で無線通信を行う水面通信部と、
水中に配置されたセンサ装置との間で通信を行う水中通信部と、を備え、
少なくとも３台の前記センサ装置が水面に配置され、
複数の前記センサ装置が水中に配置され、
水面に配置された前記センサ装置である水面センサ装置において、
前記制御部は、
自己のセンサ識別情報、前記時刻情報及び前記位置情報を含む水面配置情報を前記水中通信部により水中に配置されたセンサ装置へ送信し、
水中に配置されたセンサ装置から送信されたセンサ計測データを前記水中通信部により受信し、
前記水中通信部によって受信されたセンサ計測データを前記水面通信部により所定のデータ収集装置へ送信し、
水中に配置された前記センサ装置である水中センサ装置において、
前記制御部は、
少なくとも３台の前記水面センサ装置から送信された水面配置情報を前記水中通信部により受信し、
前記センサ部によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを前記水中通信部により前記水面センサ装置へ送信し、
前記位置情報取得部は、前記水中通信部による前記水面センサ装置との間の通信遅延時間に基づいた前記水面センサ装置との間の距離と、前記水中通信部によって受信された水面配置情報と、前記センサ部によって計測された水深とに基づいて自己の位置を算出し、
前記制御部は、前記位置情報取得部によって算出された自己の位置と前記水面センサ装置の位置とに基づいて、自己と当該水面センサ装置とが所定の位置関係になるように自己の移動を制御する、
水中観測システム。

【請求項2】

所定の水深に配置された複数のセンサ装置から構成される第１グループ内のセンサ装置が通信不可になった場合に、前記第１グループに隣接する第２グループのセンサ装置が前記第２グループの位置から前記第１グループ側に移動し、当該移動に伴ってグループの再編成を行う、
請求項１に記載の水中観測システム。

【請求項3】

前記センサ装置は、太陽光発電を行う太陽光発電部をさらに備え、
水中センサ装置において、
前記制御部は、水中に配置されてから一定の時間が経過すると、水面に浮上させるように自己の移動を制御する、
請求項１又は２のいずれか１項に記載の水中観測システム。

【請求項4】

所定の水深に配置された複数のセンサ装置から構成されるグループが水面に浮上するタイミングで、当該グループ以外の他のグループが当該グループの元の水深に移動する、
請求項３に記載の水中観測システム。

【請求項5】

自律型水中ロボットをさらに設け、
前記自律型水中ロボットよりも浅い水深に、複数のセンサ装置から構成されるセンサ群を配置し、
前記センサ群は、前記自律型水中ロボットの移動に合わせて移動しながら水中の計測を行う、
請求項１から４のいずれか１項に記載の水中観測システム。

【請求項6】

水中センサ装置において、
前記制御部は、
水面センサ装置から受信した水面配置情報及び速度情報に基づいて水面センサ装置が移動する先の一定時間後の位置を推定し、
推定結果の水面センサ装置の一定時間後の位置に基づいて、自己の一定時間後の目標位置を算出し、
自己の速度に基づいて自己が移動する先の一定時間後の位置を推定し、
一定時間後の自己の位置が目標位置になるように、自己の移動方向および速度を調節する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の水中観測システム。

【請求項7】

所定の水深に配置された複数の水中センサ装置から構成されるグループのうち少なくとも１つの水中センサ装置は、水面センサ装置と電気ケーブルで接続され、当該水面センサ装置から給電を受ける、
請求項１から６のいずれか１項に記載の水中観測システム。

【請求項8】

所定の水深に配置された複数の水中センサ装置から構成されるグループが、異なる水深の複数の層にそれぞれ配置される、
請求項１から７のいずれか１項に記載の水中観測システム。

【請求項9】

前記水面センサ装置は、前記水中センサ装置の位置を示す位置情報を前記水中センサ装置から収集し、
前記水面センサ装置は、自己の位置を示す位置情報と、前記水中センサ装置の位置を示す位置情報とを、前記水面通信部により運用者端末へ送信し、
前記水面センサ装置は、前記水面通信部により運用者端末から、水面センサ装置の目標位置と、水中センサ装置の上位層との間の目標距離とを受信し、
前記水面センサ装置は、前記目標位置へ自律移動し、
前記水面センサ装置は、前記目標距離を前記水中通信部により前記水中センサ装置へ通知し、
前記水中センサ装置は、自己の上位層との間の距離を前記目標距離にするように自律移動する、
請求項１から８のいずれか１項に記載の水中観測システム。

【請求項10】

水面及び水中を自律的に移動可能な複数のセンサ装置を備える水中観測システムの水中観測方法であって、
前記センサ装置は、
制御部と、
特定の計測項目の計測を行うセンサ部と、
現在時刻を示す時刻情報を取得する時刻情報取得部と、
自己の現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
基地局との間で無線通信を行う水面通信部と、
水中に配置されたセンサ装置との間で通信を行う水中通信部と、を備え、
少なくとも３台の前記センサ装置が水面に配置され、
複数の前記センサ装置が水中に配置され、
水面に配置された前記センサ装置である水面センサ装置の前記制御部が、自己のセンサ識別情報、前記時刻情報及び前記位置情報を含む水面配置情報を前記水中通信部により水中に配置されたセンサ装置へ送信するステップと、
水中に配置された前記センサ装置である水中センサ装置の前記制御部が、少なくとも３台の前記水面センサ装置から送信された水面配置情報を前記水中通信部により受信するステップと、
前記水中センサ装置の前記位置情報取得部が、前記水中通信部による前記水面センサ装置との間の通信遅延時間に基づいた前記水面センサ装置との間の距離と、前記水中通信部によって受信された水面配置情報と、前記センサ部によって計測された水深とに基づいて自己の位置を算出するステップと、
前記水中センサ装置の前記制御部が、前記位置情報取得部によって算出された自己の位置と前記水面センサ装置の位置とに基づいて、自己と当該水面センサ装置とが所定の位置関係になるように自己の移動を制御するステップと、
前記水中センサ装置の前記制御部が、前記センサ部によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを前記水中通信部により前記水面センサ装置へ送信するステップと、
前記水面センサ装置の前記制御部が、前記水中センサ装置から送信されたセンサ計測データを前記水中通信部により受信するステップと、
前記水面センサ装置の前記制御部が、前記水中通信部によって受信されたセンサ計測データを前記水面通信部により所定のデータ収集装置へ送信するステップと、
を含む水中観測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中観測システムおよび水中観測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、海の状態を観測する技術として、気象観測衛星が観測したデータに基づいて海面水温の分布を算出したり、アルゴ（Argo）計画においてアルゴフロートにより観測したデータを衛星経由で収集したりする技術が知られている。

【0003】

特許文献１には、水中に存在するの複数のドローンを陸上から通信により遠隔で制御する際に、陸上から離れた場所にあるドローンに対して、他のドローン経由（ホッピング）により無線通信する技術が記載されている。
特許文献２には、水中における端末と基地局間の通信経路を複数用意し、端末は、ある通信経路で基地局からの通信の応答が返ってこない場合に、基地局間の通信経路を他の通信経路に切り替える技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－９００１７号公報

【文献】特開２００９－２６０７５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

気象観測衛星が観測したデータでは海中の状態までは計測することができない。また、アルゴ計画においてアルゴフロートを配置する間隔は約３００ｋｍと広いために、海中の状態について精細な計測をすることは難しい。また特許文献１，２には、水中の状態を精細に計測することまでは開示されていない。

【0006】

図１２に示されるように、複数のセンサを一定の間隔Ｄで海面や海中に配置し、水温や塩分濃度を同じタイミングで計測すれば、海中の状態を精細に計測することができる。ここで、海面に配置されたセンサはＧＰＳ（Global Positioning System）によって自己の位置を把握して所定の位置を維持することができる。一方、海中に配置されたセンサは、ＧＰＳを利用することができないために、自己の位置を把握することができない。このため、図１３に示されるように、海中に配置されたセンサは海流で流されても所定の位置に復帰することができず、各センサの間隔が等間隔ではなくなってしまう。

【0007】

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、複数のセンサ装置によって水中の状態を精細に計測することを図ることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）本発明の一態様は、水面及び水中を自律的に移動可能な複数のセンサ装置を備える水中観測システムであって、前記センサ装置は、制御部と、特定の計測項目の計測を行うセンサ部と、現在時刻を示す時刻情報を取得する時刻情報取得部と、自己の現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、基地局との間で無線通信を行う水面通信部と、水中に配置されたセンサ装置との間で通信を行う水中通信部と、を備え、少なくとも３台の前記センサ装置が水面に配置され、複数の前記センサ装置が水中に配置され、水面に配置された前記センサ装置である水面センサ装置において、前記制御部は、自己のセンサ識別情報、前記時刻情報及び前記位置情報を含む水面配置情報を前記水中通信部により水中に配置されたセンサ装置へ送信し、水中に配置されたセンサ装置から送信されたセンサ計測データを前記水中通信部により受信し、前記水中通信部によって受信されたセンサ計測データを前記水面通信部により所定のデータ収集装置へ送信し、水中に配置された前記センサ装置である水中センサ装置において、前記制御部は、少なくとも３台の前記水面センサ装置から送信された水面配置情報を前記水中通信部により受信し、前記センサ部によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを前記水中通信部により前記水面センサ装置へ送信し、前記位置情報取得部は、前記水中通信部による前記水面センサ装置との間の通信遅延時間に基づいた前記水面センサ装置との間の距離と、前記水中通信部によって受信された水面配置情報と、前記センサ部によって計測された水深とに基づいて自己の位置を算出し、前記制御部は、前記位置情報取得部によって算出された自己の位置と前記水面センサ装置の位置とに基づいて、自己と当該水面センサ装置とが所定の位置関係になるように自己の移動を制御する、水中観測システムである。
（２）本発明の一態様は、所定の水深に配置された複数のセンサ装置から構成される第１グループ内のセンサ装置が通信不可になった場合に、前記第１グループに隣接する第２グループのセンサ装置が前記第２グループの位置から前記第１グループ側に移動し、当該移動に伴ってグループの再編成を行う、上記（１）の水中観測システムである。
（３）本発明の一態様は、前記センサ装置は、太陽光発電を行う太陽光発電部をさらに備え、水中センサ装置において、前記制御部は、水中に配置されてから一定の時間が経過すると、水面に浮上させるように自己の移動を制御する、上記（１）又は（２）のいずれかの水中観測システムである。
（４）本発明の一態様は、所定の水深に配置された複数のセンサ装置から構成されるグループが水面に浮上するタイミングで、当該グループ以外の他のグループが当該グループの元の水深に移動する、上記（３）の水中観測システムである。
（５）本発明の一態様は、自律型水中ロボットをさらに設け、前記自律型水中ロボットよりも浅い水深に、複数のセンサ装置から構成されるセンサ群を配置し、前記センサ群は、前記自律型水中ロボットの移動に合わせて移動しながら水中の計測を行う、上記（１）から（４）のいずれかの水中観測システムである。
（６）本発明の一態様は、水中センサ装置において、前記制御部は、水面センサ装置から受信した水面配置情報及び速度情報に基づいて水面センサ装置が移動する先の一定時間後の位置を推定し、推定結果の水面センサ装置の一定時間後の位置に基づいて、自己の一定時間後の目標位置を算出し、自己の速度に基づいて自己が移動する先の一定時間後の位置を推定し、一定時間後の自己の位置が目標位置になるように、自己の移動方向および速度を調節する、上記（１）から（５）のいずれかの水中観測システムである。
（７）本発明の一態様は、所定の水深に配置された複数の水中センサ装置から構成されるグループのうち少なくとも１つの水中センサ装置は、水面センサ装置と電気ケーブルで接続され、当該水面センサ装置から給電を受ける、上記（１）から（６）のいずれかの水中観測システムである。
（８）本発明の一態様は、所定の水深に配置された複数の水中センサ装置から構成されるグループが、異なる水深の複数の層にそれぞれ配置される、上記（１）から（７）のいずれかの水中観測システムである。
（９）本発明の一態様は、前記水面センサ装置は、前記水中センサ装置の位置を示す位置情報を前記水中センサ装置から収集し、前記水面センサ装置は、自己の位置を示す位置情報と、前記水中センサ装置の位置を示す位置情報とを、前記水面通信部により運用者端末へ送信し、前記水面センサ装置は、前記水面通信部により運用者端末から、水面センサ装置の目標位置と、水中センサ装置の上位層との間の目標距離とを受信し、前記水面センサ装置は、前記目標位置へ自律移動し、前記水面センサ装置は、前記目標距離を前記水中通信部により前記水中センサ装置へ通知し、前記水中センサ装置は、自己の上位層との間の距離を前記目標距離にするように自律移動する、上記（１）から（８）のいずれかの水中観測システムである。

【0009】

（１０）本発明の一態様は、水面及び水中を自律的に移動可能な複数のセンサ装置を備える水中観測システムの水中観測方法であって、前記センサ装置は、制御部と、特定の計測項目の計測を行うセンサ部と、現在時刻を示す時刻情報を取得する時刻情報取得部と、自己の現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、基地局との間で無線通信を行う水面通信部と、水中に配置されたセンサ装置との間で通信を行う水中通信部と、を備え、少なくとも３台の前記センサ装置が水面に配置され、複数の前記センサ装置が水中に配置され、水面に配置された前記センサ装置である水面センサ装置の前記制御部が、自己のセンサ識別情報、前記時刻情報及び前記位置情報を含む水面配置情報を前記水中通信部により水中に配置されたセンサ装置へ送信するステップと、水中に配置された前記センサ装置である水中センサ装置の前記制御部が、少なくとも３台の前記水面センサ装置から送信された水面配置情報を前記水中通信部により受信するステップと、前記水中センサ装置の前記位置情報取得部が、前記水中通信部による前記水面センサ装置との間の通信遅延時間に基づいた前記水面センサ装置との間の距離と、前記水中通信部によって受信された水面配置情報と、前記センサ部によって計測された水深とに基づいて自己の位置を算出するステップと、前記水中センサ装置の前記制御部が、前記位置情報取得部によって算出された自己の位置と前記水面センサ装置の位置とに基づいて、自己と当該水面センサ装置とが所定の位置関係になるように自己の移動を制御するステップと、前記水中センサ装置の前記制御部が、前記センサ部によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを前記水中通信部により前記水面センサ装置へ送信するステップと、前記水面センサ装置の前記制御部が、前記水中センサ装置から送信されたセンサ計測データを前記水中通信部により受信するステップと、前記水面センサ装置の前記制御部が、前記水中通信部によって受信されたセンサ計測データを前記水面通信部により所定のデータ収集装置へ送信するステップと、を含む水中観測方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、複数のセンサ装置によって水中の状態を精細に計測することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係る水中観測システムの構成例を示すブロック図である。

【図2】一実施形態に係るセンサ装置の構成例を示すブロック図である。

【図3】一実施形態に係る水中観測方法の手順の例を示すフローチャートである。

【図4】一実施形態に係る水中位置把握方法の説明図である。

【図5】一実施形態に係る水面配置情報の構成例を示す図である。

【図6】一実施形態に係る海面センサ装置と海中センサ装置との間の距離を計測する方法の一例の説明図である。

【図7】一実施形態に係る海面センサ装置と海中センサ装置との間の距離を計測する方法の一例の説明図である。

【図8】一実施形態に係る動的計測の構成例を示す構成図である。

【図9】一実施形態に係る間隔矯正方法の例の説明図である。

【図10】一実施形態に係るセンサ装置の配置例を示す図である。

【図11】一実施形態に係るセンサ装置の配置例を示す図である。

【図12】一実施形態に係るセンサ装置の配置例を示す図である。

【図13】センサ装置の配置の異常状態の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では水面や水中の例として海面や海中を挙げて説明するが、湖や人工的なダムやプール等の水面や水中であってもよい。

【0013】

図１は、一実施形態に係る水中観測システムの構成例を示すブロック図である。図１に示される水中観測システム１において、複数のセンサ装置３（３－１，３－２，３－３，３－４，３－５，３－６，３－７，３－８）が海面や海中に配置される。各センサ装置３（３－１，３－２，３－３，３－４，３－５，３－６，３－７，３－８）を特に区別しないときはセンサ装置３と称する。また、センサ装置３をセンサ３と称する場合がある。

【0014】

センサ装置３は、海面及び海中を自律的に移動可能である。少なくとも３台のセンサ装置３（３－１，３－２，３－３）が海面に配置される。また、複数のセンサ装置３（３－４，３－５，３－６，３－７，３－８）が海中（海面下）に配置される。

【0015】

海面に配置されたセンサ装置（海面センサ装置）３－１，３－２，３－３は、グループＸを構成する。海中に配置されたセンサ装置（海中センサ装置）３－４，３－５，３－６，３－７，３－８のうち、海面から一定の第１水深に配置された海中センサ装置３－４，３－５は、グループＹを構成する。また海面から一定の第２水深に配置された海中センサ装置３－６，３－７，３－８は、グループＺを構成する。第２水深は、第１水深よりも深い。各センサ装置３には、自己が所属するグループ及び配置が予め設定される。例えば図１２に示されるように、各センサ装置３が一定の間隔Ｄで等間隔になるように、各センサ装置３に対して配置が予め設定される。

【0016】

基地局ＢＳは、セルラーネットワークＮＷの基地局（セルラー基地局）である。海面センサ装置３－１，３－２，３－３は、基地局ＢＳの通信圏内に存在する場合に、無線回線１０１により基地局ＢＳに接続し、セルラーネットワークＮＷを介してデータ収集装置５と通信する。データ収集装置５は、海面センサ装置３－１，３－２，３－３を介して、各センサ装置３で計測されたセンサ計測データを収集する。
なお、本実施形態では、無線通信ネットワークの一例としてセルラーネットワークＮＷを利用するが、これに限定されない。無線通信ネットワークとして、無線ＬＡＮ（Local Area Network）やＬＰＷＡ（Low Power Wide Area-network）等を利用してもよい。

【0017】

海面センサ装置３－１，３－２，３－３は、ＧＰＳ衛星７から発信されるＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳにより、現在位置を示す位置情報（緯度、経度）を取得する。

【0018】

海面センサ装置３－１，３－２，３－３は、グループＹに所属する海中センサ装置３－４，３－５やグループＺに所属する海中センサ装置３－６，３－７，３－８との間で、海中における通信を行う。グループＹに所属する海中センサ装置３－４，３－５は、グループＺに所属する海中センサ装置３－６，３－７，３－８との間で、海中における通信を行う。海中における通信は、音波を利用して行われる。

【0019】

図２は、本実施形態に係るセンサ装置の構成例を示すブロック図である。図２において、センサ装置３は、制御部１０と、センサ部１１と、時計部１２と、ＧＰＳ部１３と、水面通信部１４と、水中通信部１５と、電源部１６と、太陽光発電部１７と、推進部１８と、を備える。

【0020】

制御部１０は、センサ装置３の各部を制御する。制御部１０の機能は、制御部１０がＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）及びメモリ等のコンピュータハードウェアを備え、ＣＰＵがメモリに格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。なお、制御部１０として、汎用のコンピュータ装置を使用して構成してもよく、又は、専用のハードウェア装置として構成してもよい。

【0021】

センサ部１１は、特定の計測項目の計測を行う。センサ部１１は、例えば水深や水温や塩分濃度等の計測を行う。

【0022】

時計部１２（時刻情報取得部）は、現在時刻を示す時刻情報を取得する。ＧＰＳ部１３（位置情報取得部）は、ＧＰＳにより、自己の現在位置を示す位置情報を取得する。また、ＧＰＳ部１３がＧＰＳにより取得した時刻情報は、時計部１２の時刻の同期に使用される。

【0023】

水面通信部１４は、基地局ＢＳの通信圏内に存在する場合に、無線回線１０１により基地局ＢＳに接続し、セルラーネットワークＮＷを介してデータ収集装置５と通信する。

【0024】

水中通信部１５は、海中に配置された海中センサ装置３との間で、海中における通信を行う。

【0025】

電源部１６は、各部に電力を供給する。太陽光発電部１７は、太陽光発電を行う。太陽光発電部１７が発電した電力によって、電源部１６のバッテリーが充電される。

【0026】

推進部１８は、制御部１０からの移動指示に従って、自己のセンサ装置３を移動させる。

【0027】

次に図３を参照して本実施形態に係る水中観測方法を説明する。図３は、本実施形態に係る水中観測方法の手順の例を示すフローチャートである。

【0028】

（ステップＳ１） 各センサ装置３に対して配置設定が行われる。この配置設定では、各センサ装置３が所属するグループと、各センサ装置３の配置（水深、緯度、経度）が設定される。

【0029】

（ステップＳ２） センサ装置３が海に投入されると、センサ装置３の制御部１０は、自己に設定された配置（水深、緯度、経度：所定の配置）に移動するように、推進部１８を制御する。このとき、グループＸの海面センサ装置３－１，３－２，３－３は、ＧＰＳ部１３により自己の現在位置を把握して所定の配置に移動する。これにより、海面センサ装置３－１，３－２，３－３が所定の配置に移動する。

【0030】

一方、グループＹ，Ｚの海中センサ装置３－４，３－５，３－６，３－７，３－８は、ＧＰＳ部１３により自己の現在位置を把握することができない。このため、グループＹ，Ｚの海中センサ装置３－４，３－５，３－６，３－７，３－８は、グループＸの海面センサ装置３－１，３－２，３－３から送信される水面配置情報等に基づいて自己の現在位置を把握する。

【0031】

ここで、図４を参照して海中センサ装置３が自己の現在位置を把握する方法を説明する。図４は、本実施形態に係る水中位置把握方法の説明図である。海面センサ装置３は、自己のセンサ識別情報（センサＩＤ）、時刻情報及び位置情報を含む水面配置情報を水中通信部１５により海中センサ装置３へ送信する。図５に水面配置情報の構成例が示される。海中センサ装置３の水中通信部１５は、３台の海面センサ装置３－１，３－２，３－３から各水面配置情報を受信する。海中センサ装置３の制御部１０（位置情報取得部）は、３台の海面センサ装置３－１，３－２，３－３のそれぞれについての「水中通信部１５による海面センサ装置３との間の通信遅延時間に基づいた当該海面センサ装置３との間の距離Ｄａ」及び「水中通信部１５によって受信された水面配置情報」と、センサ部１１によって計測された自己の水深Ｈとに基づいて、自己の位置（水深、緯度、経度）を把握する。

【0032】

図６は、海面センサ装置３と海中センサ装置３との間の距離Ｄａを計測する方法の一例を説明するための説明図である。図６では、パッシブ方式により距離Ｄａを計測する。図６において、各海面センサ装置３は、同じ送信時刻「１３時００分００秒」に、海中センサ装置３へ水面配置情報を送信する。そして、図６の例では、海中センサ装置３は、同じ受信時刻「１３時００分０１秒」に、各海面センサ装置３の水面配置情報を受信する。この通信遅延時間「１秒」から、海中センサ装置３と各海面センサ装置３との間の距離Ｄａが「１．７ｋｍ」であると算出される。海中での音波の伝搬は約１．７ｋｍ／ｓである。なお、各海面センサ装置３において、時計部１２はＧＰＳ部１３により時刻の同期がとられている。

【0033】

図７は、海面センサ装置３と海中センサ装置３との間の距離Ｄａを計測する方法の一例を説明するための説明図である。図７では、アクティブ方式により距離Ｄａを計測する。図７において、海中センサ装置３は、各海面センサ装置３に対して、同時に所定の確認信号を送信する。各海面センサ装置３は、海中センサ装置３からの確認信号を受信すると、応答信号を当該海中センサ装置３へ返信する。海中センサ装置３は、確認信号を送信してから応答信号を受信するまでの往復遅延時間を計測する。図７の例では、海中センサ装置３と各海面センサ装置３との間の往復遅延時間が１．５ｓである。この往復遅延時間が１．５ｓから、海中センサ装置３と各海面センサ装置３との間の距離Ｄａが算出される。

【0034】

以上が本実施形態に係る水中位置把握方法の説明である。
これにより、グループＹの海中センサ装置３－４，３－５は、自己の現在位置を把握して所定の配置に移動する。これにより、グループＹの海中センサ装置３－４，３－５が所定の配置に移動する。

【0035】

なお、グループＺの海中センサ装置３－６，３－７，３－８は、グループＸの海面センサ装置３－１，３－２，３－３と海中における通信が可能な場合には、グループＹの海中センサ装置３－４，３－５と同様にして自己の位置を把握して所定の配置に移動する。これにより、グループＺの海中センサ装置３－６，３－７，３－８が所定の配置に移動する。

【0036】

一方、グループＺの海中センサ装置３－６，３－７，３－８は、グループＸの海面センサ装置３－１，３－２，３－３と海中における通信が不可能な場合には、グループＸの代わりにグループＹの海中センサ装置３を利用して、上記した図４－図７の水中位置把握方法により、自己の現在位置を把握する。この場合、グループＹの海中センサ装置３は少なくとも３台が配置される。これにより、グループＺの海中センサ装置３－６，３－７，３－８は、自己の位置を把握して所定の配置に移動する。

【0037】

（ステップＳ３） センサ装置３の制御部１０は、自己の位置を把握する。これは、ステップＳ２で所定の配置に着いた後に、海流により流されて所定の配置からずれていないかを確認するためである。

【0038】

（ステップＳ４） センサ装置３の制御部１０は、ステップＳ３により自己の位置を把握した結果、所定の配置からずれている（位置修正が必要である）か否かを判断する。この結果、位置修正が必要である場合はステップＳ５に進み、そうではない場合にはステップＳ６に進む。

【0039】

（ステップＳ５） センサ装置３の制御部１０は、自己の位置を所定の配置に戻すように、推進部１８を制御する。これにより、センサ装置３は所定の配置に復帰する。

【0040】

（ステップＳ６） センサ装置３の制御部１０は、センサ部１１によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目（例えば、水深、水温、塩分濃度等）のセンサ計測データを取得する。所定の計測タイミングは、全てのセンサ装置３で同時である。

【0041】

（ステップＳ７） グループＹの海中センサ装置３－４，３－５の制御部１０は、センサ部１１によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを、水中通信部１５によりグループＸの海面センサ装置３－１，３－２，３－３へ送信する。

【0042】

グループＺの海中センサ装置３－６，３－７，３－８の制御部１０は、センサ部１１によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを、水中通信部１５によりグループＹの海中センサ装置３－４，３－５へ送信する。グループＹの海中センサ装置３－４，３－５は、グループＺの海中センサ装置３－６，３－７，３－８から受信したセンサ計測データを、水中通信部１５によりグループＸの海面センサ装置３－１，３－２，３－３へ転送する。

【0043】

グループＸの海面センサ装置３－１，３－２，３－３の制御部１０は、自己のセンサ計測データと、各海中センサ装置３－４，３－５，３－６，３－７，３－８のセンサ計測データとを保持する。

【0044】

グループＸの海面センサ装置３－１，３－２，３－３の制御部１０は、水面通信部１４によって基地局ＢＳとの間の無線回線１０１が確立された場合に、自己か保持するセンサ計測データを水面通信部１４によりデータ収集装置５へ送信する。

【0045】

（ステップＳ８） 計測終了の場合は図３の処理を終了し、そうではない場合にはステップＳ３に戻る。

【0046】

次に本実施形態に係る変形例を説明する。

【0047】

（変形例１）
あるグループのセンサ装置３が故障等により通信不可になった場合には、当該グループ（障害発生グループ）に隣接するグループのセンサ装置３が障害発生グループに移る。これにより、各グループに所属するセンサ装置３の台数のバランスを保つようにする。

【0048】

（変形例２）
グループＺの海中センサ装置３－６，３－７，３－８は、所定の配置に着いてから一定の時間が経過すると、海面に浮上する。これは、太陽光発電によって電源部１６のバッテリーを充電するためである。グループＺの海中センサ装置３－６，３－７，３－８は、海面に浮上すると、ＧＰＳ部１３によりＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ信号に含まれる時刻情報によって時計部１２の時刻合わせを行う。

【0049】

また、グループＺが海面に浮上するタイミングで、グループＸの海面センサ装置３－１，３－２，３－３はグループＹの所定の第１水深に移動し、グループＹの海中センサ装置３－４，３－５はグループＺの所定の第２水深に移動する。このときの緯度及び経度は、所定の配置のまま同じである。この後、図３のステップＳ３以降の処理を継続してもよい。

【0050】

なお、悪天候により太陽光発電量が少なくなり電源部１６のバッテリーの充電に想定以上の時間を要する場合には、太陽光発電のために海面に浮上する浮上タイミングを変更してもよい。この浮上タイミングの変更の指示は、海面センサ装置３が、自己の太陽光発電部１７の発電量を監視した結果に基づいて海中センサ装置３へ行う。

【0051】

（変形例３）
センサ群は、定点計測および動的計測（センサ群が移動しながら計測）のどちらにも対応する。定点計測では、上述した所定の配置にとどまって計測する。動的計測では、図８に示されるように、自律型水中ロボット（Autonomous Underwater Vehicle：ＡＵＶ）４０をさらに設ける。そして、ＡＵＶ４０よりも浅い水深の位置に、複数のセンサ装置３から構成されるセンサ群を配置する。センサ群は、ＡＵＶ４０の移動に合わせて移動する。ＡＵＶ４０は、センサ群からの位置情報に基づいて自己の位置を把握する。動的計測においても、海面センサ装置３の制御部１０が、水面通信部１４によって基地局ＢＳとの間の無線回線１０１が確立された場合に、自己か保持するセンサ計測データを水面通信部１４によりデータ収集装置５へ送信する。

【0052】

（変形例４）
変形例は、海流の影響でセンサ装置３の間隔がずれることを矯正するための間隔矯正方法の例である。図９は、本実施形態に係る間隔矯正方法の例の説明図である。図９には、海面の真上から見た海面センサ装置３及び海中センサ装置３の配置が示される。海面センサ装置３は、情報５０を海中センサ装置３へ送信する。情報５０は、水面配置情報と、海面センサ装置３の速度を示す速度情報とを含む。海中センサ装置３は、海面センサ装置３から受信した水面配置情報及び速度情報に基づいて、海面センサ装置３が移動する先の一定時間後の位置ａを推定する。次いで、海中センサ装置３は、推定結果の海面センサ装置３の一定時間後の位置ａに基づいて、自己の一定時間後の目標位置ｂを算出する。また、海中センサ装置３は、自己の速度に基づいて、自己が移動する先の一定時間後の位置ｂ’を推定する。次いで、海中センサ装置３は、一定時間後の自己の位置が目標位置ｂになるように、自己の移動方向および速度を調節する。これにより、海流の影響でセンサ装置３の間隔がずれることが矯正される。

【0053】

（変形例５）
各水深の配置を変える場合、変更対象の水深のグループ（層）に対して、直上の層のセンサ装置３から配置の変更を指示する。例えば、変更対象の層に対して、
、直上の層からの相対距離を通知する。図１０，図１１には、センサ装置３の配置例が示される。図１０，図１１では、ＧＰＳを利用可能な海面の第１層と、海中における通信を行う海中の第２層、第３層及び第４層とが設けられる。

【0054】

なお、第２階層よりも深い深度の第３階層及び第４階層のセンサ装置３が第２階層のセンサ装置３の位置情報に基づいて自己の位置を把握すると、位置精度が劣化する可能性がある。これは、第２階層のセンサ装置３自身がＧＰＳを利用して正確な位置情報を取得することができないからである。このため、ＧＰＳを利用可能な海面の第１層のセンサ装置３の水中通信部１５が送信する送信出力を強くし、第１層のセンサ装置３から第３階層及び第４階層のセンサ装置３へ直接に位置情報等を含む水面配置情報などを送信してもよい。これにより、第３階層及び第４階層のセンサ装置３は、第１層のセンサ装置３から送信された情報に基づいて、自己の位置を正確に把握することができる。

【0055】

また、第１層のセンサ装置３と電気ケーブルで接続した第２階層、第３階層及び第４階層のセンサ装置３を１セット設けてもよい。当該セットの第２階層、第３階層及び第４階層のセンサ装置３は、第１層のセンサ装置３から給電を受けることができるので、バッテリー切れの心配がなくなる。これにより、当該セットの第２階層、第３階層及び第４階層のセンサ装置３は、第１層のセンサ装置３と常時通信することによって、自己の位置を正確に把握することができる。
なお、同じグループ内の各センサ装置３には、海中の状態を計測する対象の水深の層に応じた水深がそれぞれに設定される。同じグループ内の各センサ装置３に設定される水深は、対象の水深の層の範囲内であればよい。あるグループの対象の水深の層の範囲が例えば水深１０ｍから２０ｍまでである場合、当該グループ内の各センサ装置３には、水深１０ｍから２０ｍまでの範囲内で任意の水深が設定される。例えば、同じグループ内の全てのセンサ装置３が、同一の水深であってもよく、又は同一の水深でなくてもよい。例えば、同じグループにおいて、同じ水深の複数のセンサ装置３が存在してもよい。例えば、同じグループにおいて、異なる水深のセンサ装置３が混在してもよい。

【0056】

上述した実施形態によれば、複数のセンサ装置３によって海中の状態を精細に計測することができるという効果が得られる。

【0057】

また本実施形態によれば、以下に示すような効果が得られる。
（１）海中を自律的に移動しながら海中の状態を計測することができるので、有人船が不要になり、また悪天候時にも計測が可能になる。
（２）従来のアルゴ計画等よりも高い空間分解能で広域を計測することができる。また、水深に応じて空間分解能を変えて計測することができる。これにより、海洋生態系の変化の実態解明により高い貢献を行うことができる。
（３）太陽光発電を考慮して浮上させることにより、センサ装置３の航続時間を延ばすことができる。
（４）衛星経由で大容量の観測データを送る場合には海面のセンサに大型のアンテナを搭載する必要があるが、本実施形態ではセルラーネットワークＮＷ経由で観測データを送るのでその必要がない。
（５）複数のセンサ装置３から構成されるグループを、異なる水深の複数の層に配置することにより、立体的かつ多面的に海中の状態を計測することができる。

【0058】

なお、これにより、例えば海洋監視サービスにおける総合的なサービス品質の向上を実現することができることから、国連が主導する持続可能な開発目標（SDGs）の目標１３「気候変動とその影響に立ち向かうため、緊急対策を取る」に貢献することが可能となる。

【0059】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【0060】

例えば、運用者が遠隔でセンサ装置に指示を与えるようにしてもよい。海面センサ装置は、海中センサ装置の位置を示す位置情報を海中センサ装置から収集する。海面センサ装置は、自己の位置を示す位置情報と、海中センサ装置の位置を示す位置情報とを、無線回線により運用者の端末へ送信する。運用者は、海面センサ装置の位置情報と海中センサ装置の位置情報とに基づいて、海面センサ装置の位置と海中センサ装置の位置とを把握する。運用者は、端末を使用して、海面センサ装置の目標位置と、海中センサ装置の上位層との間の目標距離とを、無線回線により海面センサ装置へ送信する。海面センサ装置は、当該目標位置へ自律移動する。海面センサ装置は、当該目標距離を海中センサ装置へ通知する。海中センサ装置は、自己の上位層との間の距離を当該目標距離にするように自律移動する。これにより、運用者が意図した位置にセンサ装置を配置することができる。

【符号の説明】

【0061】

１…水中観測システム、３…センサ装置、５…データ収集装置、７…ＧＰＳ衛星、１０…制御部、１１…センサ部、１２…時計部、１３…ＧＰＳ部、１４…水面通信部、１５…水中通信部、１６…電源部、１７…太陽光発電部、１８…推進部、ＢＳ…基地局、ＮＷ…セルラーネットワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】