(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー電源と、
移動体の水中移動時における加速度を検出するための三次元加速度センサと、
前記移動体の水中移動時における回転速度を検出するための三次元角速度センサと、
前記バッテリー電源によりバックアップされた半導体メモリと、
前記三次元加速度センサ及び三次元角速度センサの検出出力がそれぞれ予め設定された微小値範囲を超過しない場合を除きその検出出力値から前記移動体の水中移動中における三次元移動データを算出し、時系列的に前記半導体メモリに記録する制御手段と
が装置本体に設けられ、
該装置本体は、ダイバーに着脱自在に構成されていることを特徴とする水中移動体の移動データ収集装置。
【請求項２】
請求項１の水中移動体の移動データ収集装置と、この移動データ収集装置と電気的に接続可能で該移動データ収集装置の半導体メモリに記録された三次元移動データを解析するデータ解析装置と、このデータ解析装置の処理内容に基づき三次元マップ上にスキンダイビングの全行程を時系列的且つ動的に表示再現する再現装置とを具備することを特徴とするスキンダイビングのトレーニングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水中移動体の移動軌跡を電気的データとして記録するデータ収集装置及び、この水中移動体の移動データ収集装置を含み、該装置を用いて記録されたダイバーの遊泳軌跡を海図あるいはコンピュータグラフィックで表現される背景画面の中に正確にプロットすることが可能なスキンダイビングのトレーニングシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アクアラング（商標名）を装着して行うスキンダイビングが盛んに行われるようになってきているが、スキンダイビングは水中で行うものであるため、海流等の水流や深度の影響等による危険が常につきまとうものであるため、初心者のトレーニングは不可欠なものである。また、基礎的なダイビング技術を修得した者についても更に高度な潜水技術をマスターするためには、それに対応するトレーニングが必要となる。
【０００３】
このようなスキンダイビングのトレーニングは、それに適した海域等を定めて行われているが、トレーニングを実施するにあたっては、その訓練の効果を高めるために、ダイバーの遊泳軌跡を正確に認識することが重要となる。そのためにはスキンダイビングの事後に、ダイバーの遊泳軌跡を図面上において表示する必要があるが、従来ではダイバーが遊泳終了後に、該ダイバーがたどった軌跡を教官あるいは本人が記憶しておき、その記憶に基づいて図面上に表示するしかなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように一定の水域内で遊泳を行う場合であっても、水中でのスキンダイビングは該水域内を平面的に移動する２次元移動に加えて潜水深度が加わるため、三次元移動となり、しかも、水中における距離感覚は陸上におけるそれとは可成り相違することから、遊泳の後にダイバーがたどった軌跡を、ダイバー自身あるいは教官が図面上において正確に表示することは極めて困難であり、抜本的な改善が望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、携帯可能、且つ、手軽で安価に作製できる水中移動体の移動データ収集装置及び、スキンダイビングの事後におけるコンピュータによるデータ解析によって移動軌跡を正確に再現することが可能なスキンダイビングのトレーニングシステムを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の水中移動体の移動データ収集装置は、バッテリー電源と、移動体の水中移動時における加速度を検出するための三次元加速度センサと、前記移動体の水中移動時における回転速度を検出するための三次元角速度センサと、前記バッテリー電源によりバックアップされた半導体メモリと、前記三次元加速度センサ及び三次元角速度センサの検出出力がそれぞれ予め設定された微小値範囲を超過しない場合を除きその検出出力値から前記移動体の水中移動中における三次元移動データを算出し、時系列的に前記半導体メモリに記録する制御手段とが装置本体に設けられ、該装置本体は、ダイバーに着脱自在に構成されたものとしている。
【０００８】
さらに、本発明のスキンダイビングのトレーニングシステムは、上記構成の水中移動体の移動データ収集装置と、この移動データ収集装置と電気的に接続可能で該移動データ収集装置の半導体メモリに記録された三次元移動データを解析するデータ解析装置と、このデータ解析装置の処理内容に基づき三次元マップ上にスキンダイビングの全行程を時系列的且つ動的に表示再現する再現装置とを具備している。
【０００９】
【作用】
上記構成の水中移動体の移動データ収集装置によると、水中移動体の水中移動動作は加速度センサと角速度センサとにより検出される。各センサの検出値は制御手段を経て半導体メモリに記録されるが、このときセンサによる検出値を０または微小値を含めて全て記録するようにすると、大容量の半導体メモリが必要になる。このため、制御手段では予め設定された微小値範囲に含まれるセンサの検出値は半導体メモリに記録せず、その範囲を超過する有意な検出データのみを記録するように構成することにより、装置の小型コンパクト化を実現できるものでありながら、比較的長時間に亙る水中移動軌跡のデータ記録も可能になる。
【００１０】
また、この収集装置をダイバーが携帯できるように構成すれば、スキンダイビングのトレーニングシステムの一環として使用することができる。さらに、制御手段に時系列的にデータを記録する機能をもたせることにより、ダイバーがスキンダイビングを行った後に、その三次元軌跡を図示するうえで必要な三次元移動データは、そのデータが与えられた時刻とともに時系列的に記録することができ、精度の高いものとなるばかりでなく、ダイバーの水中での動作経過を忠実に再現することが可能になる。
【００１１】
上記構成のトレーシングシステムによると、ダイバーが移動データ収集装置を携帯し潜水するに先立って、データの記録開始と終了のトリガとするために、記録開始及び終了時にチェックイン操作とチェックアウト操作を行い、チェックイン操作により、移動データ収集装置におけるデータ処理の初期化を行う。以後、終了のチェックアウト操作を行うまでに該収集装置により取り込まれたデータを正式な有意データとしてデータ解析装置で解析し、その処理内容に基づき三次元マップ上にスキンダイビングの全行程を時系列的且つ動的に表示再現することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明をスキンダイビングのトレーニングシステムに適用した実施例を図面を参照しながら説明する。図１は本実施例に係るスキンダイビングのトレーニングシステムの全体構成をブロックで示している。また、図２及び図３はその一部の機械的構成を模式的に示している。この図において、１は水中移動体の移動データ収集装置としてのトレーシングユニット（以下、Ｄｉｂｅｒ’ｓ  Ｔｒａｃｉｎｇ  Ｕｎｉｔを略してＤＴＵという）、２はチェックインユニット、３はデータ解析装置、４はＣＲＴやＥＬパネル等のディスプレイを備えた再現装置である。
【００１３】
これらの装置１〜４を備えたシステムによれば、ＤＴＵ１で収集されたダイバーの遊泳時における三次元移動データがデータ解析装置３で解析され、その解析処理内容に基づき、再現装置４のディスプレイに構成された三次元マップ上にスキンダイビングの全行程を時系列的且つ動的に表示再現することができる。
【００１４】
すなわち、ＤＴＵ１は、その外殻を構成する装置本体１ａが比較的高度な水密性を有するように構成されており、該装置本体１ａ内に全ての構成部品をコンパクトに内装して携帯可能としたものであり、ダイバーの身体の適所に任意に着脱自在で、スキンダイビングを行う際にダイバーが身に装着することにより、該ダイバーの水中での移動距離及び移動方向の検出を行う。
【００１５】
このＤＴＵ１の装置本体１ａ内には、充電式バッテリー等からなる独立バッテリー電源５、加速度検出ユニット６、角速度検出ユニット７、制御手段としてのインテリジェント型コンピュータ８及び、バッテリー電源５によりバックアップされた半導体メモリ９を備えている。
【００１６】
加速度検出ユニット６はジャイロセンサからなる三次元加速度センサ１０、２重積分器１１及びＡ／Ｄ変換器１２を内蔵しており、移動体としてのダイバーの水中移動時における加速度を検出する。同様に角速度検出ユニット７はジャイロセンサからなる三次元角速度センサ１３、積分器１４及びＡ／Ｄ変換器１５を内蔵しており、ダイバーの水中移動時における回転速度を検出する。そして、加速度検出ユニット６からのデータを処理することによってダイバーの位置を、また、角速度検出ユニット７からのデータを処理することによって、ダイバーの回転（進行方向）を精度よく認識することができる。
【００１７】
また、コンピュータ８は加速度検出ユニット６及び角速度検出ユニット７のためのＩ／Ｏポート１６、ＣＰＵ１７、ＣＰＵ１７の記録動作の作業領域となるＲＡＭ１８及び、ＣＰＵ１７の動作に必要なプログラムを記憶しているＲＯＭ１９を備えている。また、ＣＰＵ１１にはタイマ２０がソフト的に構成されており、このタイマ２０によって、連続的に変化する加速度データと角速度データとから算出される移動距離に、時刻を付加したデータを半導体メモリ９に時系列的に記録することができる。
【００１８】
図３に示すように、チェックインユニット２はスキンダイビング時の水中遊泳データの記録開始と終了のトリガとするために、記録開始及び終了時にチェックイン操作とチェックアウト操作を行うために設けられたもので、カウンタ型式に形成され、再現装置４に設けられた表示部に対応する位置に設置されている。
【００１９】
このチェックインユニット２の上面にはＤＴＵ１のセット部２１及び開始ボタン２２、終了ボタン２３が設けられており、セット部２１にＤＴＵ１を所定の向きでセットすると、該ＤＴＵ１が電気的に接続された状態となり、これによってスキンダイビングのスタート時においてＤＴＵ１の初期化を行うとともに、スキンダイビング終了時においてデータ記録終了処理をＤＴＵ１に与える。
【００２０】
データ解析装置３はコンピュータにより構成されており、ＤＴＵ１で収集されたダイバー遊泳時のデータを事後に解析処理し、事前に実測され作成されたコンピュータ上のコンピュータグラフィック立体マップに重ね合わせて、ダイバーの水中遊泳軌跡を再現装置４のディスプレイに完全に表示、再現するものである。なお、ダイバーの水中遊泳軌跡はディスプレイ表示に限られるものではなく、例えば海図等に重ねて印刷する等、現在使用されている種々の表示手段に対応させることができる。
【００２１】
次に、上記構成のスキンダイビングのトレーニングシステムの実際的な動作について説明すると、まず、操作の大要は、次に示す５段階の手順を踏む。
▲１▼  ＤＴＵ１をチェックインユニット２のセット部２１に決められた向きで載置
することにより、セットを完了し、開始ボタン２２を押す。
▲２▼  ＤＴＵ１をダイバーの身体適所に固定する。
▲３▼  ダイバーが予め設定された水域でのスキンダイビングを行う。
▲４▼  スキンダイビングの終了時点でＤＴＵ１を取り外し、再度チェックインユニット２のセット部２１にセットした後、終了ボタン２２を押す。
▲５▼  ＤＴＵ１をデータ解析装置３にかけ、データ解析を行う。
以上の操作手順のそれぞれについて、より具体的な操作及びそのときのシステム各部の動作は以下の通りである。
【００２２】
▲１▼  ＤＴＵ１によるデータ記録の開始
出発点においてＤＴＵ１をチェックインユニット２のセット部２１にセットして、開始ボタン２２を押したとき、この開始ボタン２２のＯＮ操作によってチェックインユニット２から現在時刻データがＤＴＵ１内のタイマ２０にセットされ、続いてＤＴＵ１の半導体メモリ９及びデータ収集に必要な各変数の初期化が行われ、以後のデータが正式なデータとして半導体メモリ９に記憶される。
【００２３】
▲２▼  ＤＴＵ１によるスキンダイビング時におけるダイバーの動作データの記憶
（１）  まず、ダイバーの移動距離の算出は次のようにして行われる。
加速度センサ１０からは直前の位置からの進行方向の移動速度の変化、つまり加速度に対して出力が得られるので、これを２重積分器１１を経てＡ／Ｄ変換器１２でＡ／Ｄ変換した後、一定のサンプリング周期で取り込み、スタート時点からの相対時間を付加してメモリに記録する。このデータは１単位時間前の位置からの移動距離を示すことになる。
【００２４】
この場合、重要なことは、半導体メモリ９は携帯用に作られているため、そのメモリ容量は有限であるが、この限られたメモリ容量を有効に活用するためには、最大限の有意データを記録する必要がある。本実施例では、このために加速度センサ１０の検出出力がそれぞれ予め設定された微小値範囲を超過したものについてのみ半導体メモリ９に記録するようにしている。
【００２５】
すなわち、ＣＰＵ１７はセンサ１０、１３の出力成分が０か、予め設定した値以下の微小データである間は半導体メモリ９への記録を行わず、次のサンプリング周期で既定値を超えたときに初めて半導体メモリ９に記録するように動作し、これによって不要なデータ記録を省くようにして、有意なデータのみを効果的に収集できるようにしている。
【００２６】
その一例を図４に示す。この図において、いま、ダイバーが時刻ｔ０において水中の三次元座標系の点Ｐに位置しており、微小時間Δｔ経過後の時刻ｔ１に微小距離ΔＬだけ移動して点Ｑに達した場合について、移動距離ΔＬのＸ方向成分Δｘについて考えると、
経過時間Δｔは、              Δｔ＝ｔ１−ｔ０
Ｘ方向の速度変化量ΔＶｘは、  ΔＶｘ＝Δｘ／Δｔ
Ｘ方向の加速度αｘは、          αｘ＝ΔＶｘ／Δｔ
と表される。
【００２７】
【表１】
0003596683.tif 000002
【００２８】
したがって、加速度センサから時系列的に得られたデータを時間で積分することによって速度変化を算出でき、さらに、これを時間で積分することによって移動距離を算出することができる。例えば表１に示すように、時刻ｔ０に原点（Ｘ座標：０）に静止しているダイバーが移動することによって単位時間毎の加速度検出ユニット６からの出力が変化したと仮定し、原点からの位置を算出すると、同表に示す通り結果が得られる。なお、ここではＸ方向の移動成分についてのみ表示しているが、Ｙ方向成分，Ｚ方向成分についても同様のプロセスを用いて算出することができる。
【００２９】
（２）  次に、ダイバーの移動方向の算出は次のようにして行われる。
角速度センサ１３からは直前の位置からの回転に対して出力が得られ、これを一定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換後、ディジタル値としてＣＰＵに取り込むことによってダイバーの進行方向の変化を算出する。
【００３０】
いま、ダイバーが水中において、前記Δｔ時間内にＸ−Ｙ面でΔθｘｙだけ回転したとすると、
Ｘ−Ｙ面の角速度Δωｘｙは、    Δωｘｙ＝Δθ／Δｔ
と表される。したがって、角速度センサから時系列的に得られたデータを時間で積分器１４により積分することによって回転角（移動方向の変化）を算出することができる。
【００３１】
なお、この場合も、半導体メモリ９の限られたメモリ容量を有効に活用するために角速度センサ１３の検出出力がそれぞれ予め設定された微小値範囲を超過したものについてのみ半導体メモリ９に記録するようにしている。
【００３２】
上記した加速度検出ユニット６及び角速度検出ユニット７の出力を総合することによりダイバーの現在時点における所在位置座標を求めることができる。
【００３３】
▲３▼  ＤＴＵ１によるダイバー動作データ記録の終了
スキンダイビング終了点において、ＤＴＵ１をチェックインユニット２のセット部２１にセットして、終了ボタン２３を押したとき、この終了ボタン２３のＯＮ操作によってＤＴＵ１内に記録されているデータが固定化され、以後のＤＴＵ１によるデータ記録が停止する。
【００３４】
▲４▼  データ解析装置３によるデータ解析とダイバー位置座標の算出
データ解析装置３ではＤＴＵ１内の半導体メモリ９に時系列的に記録されているスキンダイビング時の移動データを順次読み出し、データ処理を行う。この場合、
（１）  まず、出発点の決定は、半導体メモリ９に記録されている最初のデータはチェックインユニット２が設置されている位置にあたるので、これを位置座標原点、つまり出発点とする。
（２）  次に、移動に伴う位置座標の算出は、相対的な経過時間とともに半導体メモリ９に記録されているデータを解析することによって、三次元的な移動軌跡を座標上の値として算出する。
【００３５】
このようにしてＤＴＵ１の半導体メモリ９に収集されたデータを解析して得られたダイバー移動軌跡の全行程は再現装置４のディスプレイに構成された三次元マップ上に時系列的且つ動的に表示再現され、生徒としてのダイバーはその画面を見ながら、教官から指導を受けたりすることができる。
【００３６】
なお、上記実施例ではＤＴＵ１をスキンダイビングのトレーニングシステムの一環として使用したものについて説明したが、その他、水中における種々の移動体の移動軌跡を認識することが必要な諸分野で適用することができるは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の水中移動体の移動データ収集装置によるときは、三次元加速度センサ及び三次元角速度センサを用い、その検出データを半導体メモリに記録できるようにしているので、水中移動体の三次元移動軌跡を正確にたどることができる。
【００３８】
また、加速度センサ及び角速度センサの検出出力はいずれも予め設定された微小値範囲を超過しない場合を除きその検出出力値を前記移動体の水中移動中における三次元移動データとして半導体メモリに記録するように構成しているので、水中移動体の移動検出値は、有意なデータのみ半導体メモリに記録されることになる。したがって、装置の小型コンパクト化を実現できるものでありながら、比較的長時間に亙る水中移動軌跡のデータを記録することができる。
【００３９】
また、水中移動体の移動データ収集装置の本体がダイバーに着脱自在に構成されているので、ダイバーのスキンダイビング時の遊泳の妨げになることもなく、スキンダイビングのトレーニング時等において有効に活用することができる。
【００４０】
また、ダイバーがスキンダイビングを行った後に、その三次元軌跡を図示するうえで必要な三次元移動データを、そのデータが与えられた時刻とともに時系列的に記録できるように構成しているので、ダイバーがスキンダイビングを行った後に、その三次元軌跡を図示するうえで必要な三次元移動データは、そのデータが与えられた時刻とともに時系列的に記録することができ、精度の高いものとなるばかりでなく、ダイバーの水中での動作経過を忠実に再現することができる。
【００４１】
また本発明のスキンダイビングのトレーニングシステムによるときは、前記水中移動体の移動データ収集装置と、この移動データ収集装置と電気的に接続可能で該移動データ収集装置の制御手段に記録された三次元移動データを解析するデータ解析装置と、このデータ解析装置の処理内容に基づき三次元マップ上にスキンダイビングの全行程を時系列的且つ動的に表示再現する再現装置とを具備するものとしているので、移動データ収集装置により取り込まれたデータを正式な有意データとして解析処理し、その処理内容に基づき三次元マップ上にスキンダイビングの全行程を時系列的且つ動的に表示再現することができる。
【００４２】
以上要するに本発明によれば、携帯可能、且つ、手軽で安価な収集装置を実現でき、また、スキンダイビングの事後におけるコンピュータによるデータ解析によって移動軌跡を正確に再現することができるスキンダイビングのトレーニングシステムを提供することができ、従来不可能とも言えたダイバーの遊泳軌跡を、ディスプレイや図面上に正確に表示することができるという優れた効果を発揮するものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るスキンダイビングのトレーニングシステムの全体構成を示すブロック図。
【図２】ＤＴＵ及びチェックインユニットを模式的に示す側面図。
【図３】その平面図。
【図４】ダイバーの移動距離の算出を説明するための模式図。
【符号の説明】
１  ＤＴＵ
１ａ  装置本体
２  チェックインユニット
３  データ解析装置
４  再現装置
５  バッテリー電源
６  加速度検出ユニット
７  角速度検出ユニット
８  インテリジェント型コンピュータ
９  半導体メモリ
１０  三次元加速度センサ
１３  三次元角速度センサ
２０  タイマ
【図１】
0003596683.tif 000003
【図２】
0003596683.tif 000004
【図３】
0003596683.tif 000005
【図４】
0003596683.tif 000006