(57)【要約】【課題】複数の水中航走体を展開・運用して水底の探査を安全かつ効率的に行うことができる複数の水中航走体の運用方法及び複数の水中航走体の運用システムを提供すること。【解決手段】水底を探査するために複数の水中航走体３０の探査ミッションと探査深度を異ならせて水中航走体３０に設定し、設定された各々の探査深度まで複数の水中航走体３０を潜航させ、設定された各々の探査深度において複数の水中航走体３０を航走させて設定された探査ミッションを遂行し、探査ミッションの遂行結果を記録及び/又は伝送する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底を探査するために複数の水中航走体の探査ミッションと探査深度を異ならせて前記水中航走体に設定し、設定された各々の前記探査深度まで複数の前記水中航走体を潜航させ、設定された各々の前記探査深度において複数の前記水中航走体を航走させて設定された前記探査ミッションを遂行し、前記探査ミッションの遂行結果を記録及び/又は伝送することを特徴とする複数の水中航走体の運用方法。
【請求項２】
設定された各々の前記探査深度において、複数の前記水中航走体は各々の探査領域を有することを特徴とする請求項１に記載の複数の水中航走体の運用方法。
【請求項３】
各々の前記探査領域を航走する前記水中航走体の航走軌跡が、同時刻に重ならないように、前記水中航走体の航走経路が設定されたものであることを特徴とする請求項２に記載の複数の水中航走体の運用方法。
【請求項４】
前記水中航走体に設定される異ならせた前記探査深度が、前記探査深度が前記水底に近い低高度探査深度と、前記探査深度が前記水底から遠い高高度探査深度であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちの１項に記載の複数の水中航走体の運用方法。
【請求項５】
前記低高度探査深度の前記水中航走体の航走速度が、前記高高度探査深度の前記水中航走体の航走速度よりも遅いものであることを特徴とする請求項４に記載の複数の水中航走体の運用方法。
【請求項６】
前記低高度探査深度における前記水中航走体の航走可能な前記水底からの高度が１ｍ以上５０ｍ未満であり、前記高高度探査深度における前記水中航走体の航走可能な前記高度が１０ｍ以上２００ｍ未満であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の複数の水中航走体の運用方法。
【請求項７】
前記低高度探査深度の前記水中航走体の前記探査ミッションに、前記水底の映像撮影を含むことを特徴とする請求項４から請求項６のうちの１項に記載の複数の水中航走体の運用方法。
【請求項８】
前記高高度探査深度の前記水中航走体の前記探査ミッションに、前記水底の地形の調査及び/又は前記水底下の地層の調査を含むことを特徴とする請求項４から請求項７のうちの１項に記載の複数の水中航走体の運用方法。
【請求項９】
複数の前記水中航走体が、水面の近傍を航走可能な移動手段を有した水上管制手段に設けた音響測位手段により測位され、及び/又は前記水中航走体及び前記水上管制手段にそれぞれ設けた通信手段を利用して通信を行い、前記探査ミッションを遂行することを特徴とする請求項１から請求項８に記載の複数の水中航走体の運用方法。
【請求項１０】
水底を探査する複数の水中航走体と、複数の前記水中航走体の各々に設けた、探査ミッションと探査深度を異ならせて設定する探査条件設定手段と、設定された各々の前記探査深度まで複数の前記水中航走体を潜航させる潜航手段と、設定された各々の前記探査深度において複数の前記水中航走体を航走させて各々の前記探査ミッションを遂行する探査ミッション遂行手段と、前記探査ミッションの遂行結果を記録及び/又は伝送する記録手段及び/又は伝送手段とを備えたことを特徴とする複数の水中航走体の運用システム。
【請求項１１】
前記探査条件設定手段は、設定された各々の前記探査深度において、複数の前記水中航走体の各々の探査領域を設定することを特徴とする請求項１０に記載の複数の水中航走体の運用システム。
【請求項１２】
各々の前記探査領域は、航走する前記水中航走体の航走経路が、同時刻に重ならないように設定されたものであることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の複数の水中航走体の運用システム。
【請求項１３】
前記探査条件設定手段で設定される異ならせた前記探査深度として、前記水底に近い低高度探査深度と、前記水底から遠い高高度探査深度とを有することを特徴とする請求項１から請求項１０から請求項１２のうちの１項に記載の複数の水中航走体の運用システム。
【請求項１４】
前記低高度探査深度の前記水中航走体の航走速度が、前記高高度探査深度の前記水中航走体の航走速度よりも遅く設定されることを特徴とする請求項１３に記載の複数の水中航走体の運用システム。
【請求項１５】
前記低高度探査深度を探査する前記水中航走体は、前記水底の映像撮影を行う撮像手段を有することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の複数の水中航走体の運用システム。
【請求項１６】
前記高高度探査深度を探査する前記水中航走体は、前記水底の地形の調査を行う地形調査手段及び/又は前記水底下の地層の調査を行う地層調査手段を有することを特徴とする請求項１３から請求項１５のうちの１項に記載の複数の水中航走体の運用システム。
【請求項１７】
水面の近傍を航走可能な音響測位手段及び/又は通信手段を有した水上管制手段を備え、前記音響測位手段により複数の前記水中航走体の測位を行い、及び/又は複数の前記水中航走体に有した通信手段との間で通信を行い、前記探査ミッションを遂行することを特徴とする請求項１０から請求項１６のうちの１項に記載の複数の水中航走体の運用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水底探査を行う複数の水中航走体の運用方法及び複数の水中航走体の運用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋や湖沼等において、調査水域に水中航走体を投入して水底探査を行う場合、水上に位置する船舶や水中に配置された装置が水中航走体に対する制御を行っている。
例えば特許文献１には、母船とケーブル接続された水中ステーションを海中に配設し、音響トランスポンダを探査地点近くの海底に配置し、複数の無索式無人潜水艇を水中ステーション及び音響トランスポンダと超音波信号を用いて通信させすることで誘導し、必要に応じて無索式無人潜水艇を水中ステーションにドッキングさせて充電又は電池交換と探査データの吸い上げを行う技術が開示されている。
また、特許文献２には、第１トランスポンダ、第１受波器及び第２受波器を備えた水中ステーションを母船から海中に吊り下げ、海底に第２トランスポンダを設置し、探査用の自律型無人航走体に第３トランスポンダ及び第３受波器を設け、水中ステーションは第２トランスポンダの信号を第１受波器で受信することによって定点保持を図り、自律型無人航走体は、探査中は第２トランスポンダの信号を第３受波器で受信することによって自航し、動力が減少すると第１トランスポンダの信号を第３受波器で受信することによって水中ステーションに向かって航走し、水中ステーションは第３トランスポンダの信号を第２受波器で受信することによって自律型無人航走を収容するための姿勢制御を行う技術が開示されている。
また、特許文献３には、水上に位置する母船に送波器を設け、探査用の無人潜水機に受波器を設け、母船から無人潜水機に制御信号を送る水中音響通信において、画素信号のハフ変換を利用して伝送誤りを補正する技術が開示されている。
また、特許文献４には、母船と水中航走体との間における通信を中継する自走中継器を観察領域の水面近傍に配置し、自走中継器と母船との間の通信は電波通信で行い、自走中継器と水中航走体との間の通信は音響通信で行うことによって、水平方向の通信可能距離を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２６６７９４号公報
【特許文献２】特開２００３−２６０９０号公報
【特許文献３】特開平５−１４７５８３号公報
【特許文献４】特開２００１−３０８７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、水中航走体は速度が遅いため１台だけでは広い水域を調査するのに時間がかかるが、エネルギー消費の面などから水中航走体の速度を上げるのには限界がある。そこで、広い水域を効率よく調査するために複数台の水中航走体を投入することが考えられる。しかし、水中航走体を複数台投入した場合は制御が複雑になるため、調査効率や安全性の面等において課題があった。
特許文献１記載の発明は、複数の無索式無人潜水艇の各々の探査ミッション等を考慮して調査効率や安全性を高める制御について開示するものではない。また、母船と水中ステーションがケーブルで接続されているため、母船や水中ステーションの移動が制限される。
特許文献２記載の発明は、複数の自律型無人航走体の各々の探査ミッション等を考慮して調査効率や安全性を高める制御について開示するものではない。また、水中ステーションが母船から吊り下げられているため、母船や水中ステーションの移動が制限される。
特許文献３記載の発明は、水中音響通信が水面や海底の反射音の影響を受けやすいことを考慮し、伝送誤りを含んでいても正しい制御信号を推定することで無人潜水機が無制御状態に陥ることを防止しようとするものである。しかし、複数の無人潜水機の各々の探査ミッション等を考慮して調査効率や安全性を高める制御について開示するものではない。
特許文献４記載の発明は、自走中継器が自己の現在位置情報と水中航走体の現在位置情報とに基づいて水平移動の要否を判断し、水中航走体との通信状態を維持することが記載されている。また、水中航走体を複数投入することができる旨の記載がある。しかし、水中航走体を複数投入した場合に、各々の探査ミッション等を考慮して調査効率や安全性を高める制御について開示するものではない。
【０００５】
そこで本発明は、複数の水中航走体を展開・運用して水底の探査を安全かつ効率的に行うことができる複数の水中航走体の運用方法及び複数の水中航走体の運用システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載に対応した複数の水中航走体の運用方法においては、水底を探査するために複数の水中航走体の探査ミッションと探査深度を異ならせて水中航走体に設定し、設定された各々の探査深度まで複数の水中航走体を潜航させ、設定された各々の探査深度において複数の水中航走体を航走させて設定された探査ミッションを遂行し、探査ミッションの遂行結果を記録及び/又は伝送することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、複数の水中航走体が異なる探査深度においてそれぞれ与えられた探査ミッションを遂行するため、効率よく探査を行うことができる。
なお、探査とは観測、捜索、採取、救援、運搬等およそ水底において水中航走体が行なう行為の全体を含む。
【０００７】
請求項２記載の本発明は、設定された各々の探査深度において、複数の水中航走体は各々の探査領域を有することを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、各々の探査領域を一層効率よく探査を行うことができる。
【０００８】
請求項３記載の本発明は、各々の探査領域を航走する水中航走体の航走軌跡が、同時刻に重ならないように、水中航走体の航走経路が設定されたものであることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、探査深度が近接した水中航走体同士の衝突を防止して安全性を高めることができる。また、水中航走体が上下に重ならないようにすることで、水中航走体に誤観測や観測不能などといった探査上のトラブルが生じることを低減できる。
【０００９】
請求項４記載の本発明は、水中航走体に設定される異ならせた探査深度が、探査深度が水底に近い低高度探査深度と、探査深度が水底から遠い高高度探査深度であることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、水底に近い領域と、水底から遠い領域を効率よく探査することができる。
【００１０】
請求項５記載の本発明は、低高度探査深度の水中航走体の航走速度が、高高度探査深度の水中航走体の航走速度よりも遅いものであることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、低高度探査深度で探査を行う水中航走体が、より精密な探査を行うことができる。
【００１１】
請求項６記載の本発明は、低高度探査深度における水中航走体の航走可能な水底からの高度が１ｍ以上５０ｍ未満であり、高高度探査深度における水中航走体の航走可能な高度が１０ｍ以上２００ｍ未満であることを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、水底からの高度が１ｍ以上５０ｍ未満の領域と、１０ｍ以上２００ｍ未満の領域を効率よく探査することができる。
【００１２】
請求項７記載の本発明は、低高度探査深度の水中航走体の探査ミッションに、水底の映像撮影を含むことを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、水底の映像を探査結果に含めることができる。
【００１３】
請求項８記載の本発明は、高高度探査深度の水中航走体の探査ミッションに、水底の地形の調査及び/又は水底下の地層の調査を含むことを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、水底の地形又は地層の少なくとも一方を探査結果に含めることができる。
【００１４】
請求項９記載の本発明は、複数の水中航走体が、水面の近傍を航走可能な移動手段を有した水上管制手段に設けた音響測位手段により測位され、及び/又は水中航走体及び水上管制手段にそれぞれ設けた通信手段を利用して通信を行い、探査ミッションを遂行することを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、水上管制手段が複数の水中航走体の位置又は通信状態の少なくとも一方を把握できるため、複数の水中航走体が水上管制手段の管制のもとに探査作業をより安全かつ効率的に行うことができる。
【００１５】
請求項１０記載に対応した複数の水中航走体の運用システムにおいては、水底を探査する複数の水中航走体と、複数の水中航走体の各々に設けた、探査ミッションと探査深度を異ならせて設定する探査条件設定手段と、設定された各々の探査深度まで複数の水中航走体を潜航させる潜航手段と、設定された各々の探査深度において複数の水中航走体を航走させて各々の探査ミッションを遂行する探査ミッション遂行手段と、探査ミッションの遂行結果を記録及び/又は伝送する記録手段及び/又は伝送手段とを備えたことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、複数の水中航走体が異なる探査深度においてそれぞれ与えられた探査ミッションを遂行するため、効率よく探査を行うことができる。
【００１６】
請求項１１記載の本発明は、探査条件設定手段は、設定された各々の探査深度において、複数の水中航走体の各々の探査領域を設定することを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、各々の探査領域を一層効率よく探査を行うことができる。
【００１７】
請求項１２記載の本発明は、各々の探査領域は、航走する水中航走体の航走経路が、同時刻に重ならないように設定されたものであることを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、探査深度が近接した水中航走体同士の衝突を防止して安全性を高めることができる。また、水中航走体が上下に重ならないようにすることで、水中航走体に誤観測や観測不能などといった探査上のトラブルが生じることを低減できる。
【００１８】
請求項１３記載の本発明は、探査条件設定手段で設定される異ならせた探査深度として、水底に近い低高度探査深度と、水底から遠い高高度探査深度とを有することを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、水底に近い領域と、水底から遠い領域を効率よく探査することができる。
【００１９】
請求項１４記載の本発明は、低高度探査深度の水中航走体の航走速度が、高高度探査深度の水中航走体の航走速度よりも遅く設定されることを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、低高度探査深度で探査を行う水中航走体が、より精密な探査を行うことができる。
【００２０】
請求項１５記載の本発明は、低高度探査深度を探査する水中航走体は、水底の映像撮影を行う撮像手段を有することを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、水底の映像を探査結果に含めることができる。
【００２１】
請求項１６記載の本発明は、高高度探査深度を探査する水中航走体は、水底の地形の調査を行う地形調査手段及び/又は水底下の地層の調査を行う地層調査手段を有することを特徴とする。
請求項１６に記載の本発明によれば、水底の地形又は地層の少なくとも一方を探査結果に含めることができる。
【００２２】
請求項１７記載の本発明は、水面の近傍を航走可能な音響測位手段及び/又は通信手段を有した水上管制手段を備え、音響測位手段により複数の水中航走体の測位を行い、及び/又は複数の水中航走体に有した通信手段との間で通信を行い、探査ミッションを遂行することを特徴とする。
請求項１７に記載の本発明によれば、水上管制手段が複数の水中航走体の位置又は通信状態の少なくとも一方を把握できるため、複数の水中航走体が水上管制手段の管制のもとに探査作業をより安全かつ効率的に行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の複数の水中航走体の運用方法によれば、複数の水中航走体が異なる探査深度においてそれぞれ与えられた探査ミッションを遂行するため、効率よく探査を行うことができる。
【００２４】
また、設定された各々の探査深度において、複数の水中航走体は各々の探査領域を有する場合には、各々の探査領域を一層効率よく探査を行うことができる。
【００２５】
また、各々の探査領域を航走する水中航走体の航走軌跡が、同時刻に重ならないように、水中航走体の航走経路が設定されたものである場合には、探査深度が近接した水中航走体同士の衝突を防止して安全性を高めることができる。また、水中航走体が上下に重ならないようにすることで、水中航走体に誤観測や観測不能などといった探査上のトラブルが生じることを低減できる。
【００２６】
また、水中航走体に設定される異ならせた探査深度が、探査深度が水底に近い低高度探査深度と、探査深度が水底から遠い高高度探査深度である場合には、水底に近い領域と、水底から遠い領域を効率よく探査することができる。
【００２７】
また、低高度探査深度の水中航走体の航走速度が、高高度探査深度の水中航走体の航走速度よりも遅いものである場合には、低高度探査深度で探査を行う水中航走体が、より精密な探査を行うことができる。
【００２８】
また、低高度探査深度における水中航走体の航走可能な水底からの高度が１ｍ以上５０ｍ未満であり、高高度探査深度における水中航走体の航走可能な高度が１０ｍ以上２００ｍ未満である場合には、水底からの高度が１ｍ以上５０ｍ未満の領域と、１０ｍ以上２００ｍ未満の領域を効率よく探査することができる。
【００２９】
また、低高度探査深度の水中航走体の探査ミッションに、水底の映像撮影を含む場合には、水底の映像を探査結果に含めることができる。
【００３０】
また、高高度探査深度の水中航走体の探査ミッションに、水底の地形の調査及び/又は水底下の地層の調査を含む場合には、水底の地形又は地層の少なくとも一方を探査結果に含めることができる。
【００３１】
また、複数の水中航走体が、水面の近傍を航走可能な移動手段を有した水上管制手段に設けた音響測位手段により測位され、及び/又は水中航走体及び水上管制手段にそれぞれ設けた通信手段を利用して通信を行い、探査ミッションを遂行する場合には、水上管制手段が複数の水中航走体の位置又は通信状態の少なくとも一方を把握できるため、複数の水中航走体が水上管制手段の管制のもとに探査作業をより安全かつ効率的に行うことができる。
【００３２】
また、本発明の複数の水中航走体の運用システムによれば、複数の水中航走体が異なる探査深度においてそれぞれ与えられた探査ミッションを遂行するため、効率よく探査を行うことができる。
【００３３】
また、探査条件設定手段は、設定された各々の探査深度において、複数の水中航走体の各々の探査領域を設定する場合には、各々の探査領域を一層効率よく探査を行うことができる。
【００３４】
また、各々の探査領域は、航走する水中航走体の航走経路が、同時刻に重ならないように設定されたものである場合には、探査深度が近接した水中航走体同士の衝突を防止して安全性を高めることができる。また、水中航走体が上下に重ならないようにすることで、水中航走体に誤観測や観測不能などといった探査上のトラブルが生じることを低減できる。
【００３５】
また、探査条件設定手段で設定される異ならせた探査深度として、水底に近い低高度探査深度と、水底から遠い高高度探査深度とを有する場合には、水底に近い領域と、水底から遠い領域を効率よく探査することができる。
【００３６】
また、低高度探査深度の水中航走体の航走速度が、高高度探査深度の水中航走体の航走速度よりも遅く設定される場合には、低高度探査深度で探査を行う水中航走体が、より精密な探査を行うことができる。
【００３７】
また、低高度探査深度を探査する水中航走体が、水底の映像撮影を行う撮像手段を有する場合には、水底の映像を探査結果に含めることができる。
【００３８】
また、高高度探査深度を探査する水中航走体が、水底の地形の調査を行う地形調査手段及び/又は水底下の地層の調査を行う地層調査手段を有する場合には、水底の地形又は地層の少なくとも一方を探査結果に含めることができる。
【００３９】
また、水面の近傍を航走可能な音響測位手段及び/又は通信手段を有した水上管制手段を備え、音響測位手段により複数の水中航走体の測位を行い、及び/又は複数の水中航走体に有した通信手段との間で通信を行い、探査ミッションを遂行する場合には、水上管制手段が複数の水中航走体の位置又は通信状態の少なくとも一方を把握できるため、複数の水中航走体が水上管制手段の管制のもとに探査作業をより安全かつ効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態による複数の水中航走体の運用システムの概略構成図
【図２】同水中航走体の外観斜視図
【図３】同水中航走体の制御ブロック図
【図４】同水中航走体の制御フロー図
【図５】同水上管制手段の制御ブロック図
【図６】同水上管制手段の制御フロー図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、本発明の実施形態による複数の水中航走体の運用方法及び複数の水中航走体の運用システムについて説明する。
【００４２】
図１は本実施形態による複数の水中航走体の運用システムの概略構成図、図２は水中航走体の外観斜視図である。
図１では、海洋や湖沼等において、調査水域に１台の水上管制手段２０を進水させ、複数の水中航走体３０を投入し、水底を探査することにより鉱物資源やエネルギー資源等の探査を行う状態を示している。水上管制手段２０及び水中航走体３０は、支援船１０に積載して調査水域まで運搬してきたものである。
水上管制手段２０及び水中航走体３０は無人かつ無索で自律航走するロボットであり、水面の近傍に配置された水上管制手段２０が、電波の届かない水中で水底の探査を行う複数の水中航走体３０に対して音響信号を利用した管制を行っている。
【００４３】
水上管制手段２０には、洋上中継器（ＡＳＶ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ）を用いている。水上管制手段２０は、端部が半球面となった筒型の本体２０ａと、本体２０ａの上面に延設された垂直翼２０ｂとを備える。支援船１０から調査水域に進水させた水上管制手段２０は、本体２０ａが水中に没して垂直翼２０ｂの上部が水面上に突き出た半潜水状態で用いられる。垂直翼２０ｂの上部には、ＧＰＳ等の自己位置把握手段２１と、衛星通信アンテナ及び無線ＬＡＮアンテナ等の海上通信手段２２が搭載されている。水上管制手段２０は、自己位置把握手段２１を用いてＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）衛星１からのＧＮＳＳ信号を受信することにより、自己の位置を把握できる。また、海上通信手段２２を用いて支援船１０との通信を行うことができる。
また、本体２０ａの後部には舵及びプロペラを有する移動手段２３が設けられており、移動手段２３によって水面の近傍を移動することができる。
また、本体２０ａの下面には、音響測位手段２４及び通信手段２５が設けられている。通信手段２５は、音波を送信する送波器と音波を受信する受波器とを有する。水上管制手段２０は、音響測位手段２４を用いて水中航走体３０の位置を測定すると共に、通信手段２５を用いて水中航走体３０と音響信号による双方向通信を行い、水中航走体３０を管制している。水上管制手段２０から水中に向けて発信される音響信号が到達し易いのは、水上管制手段２０を頂点とした略円錐状の範囲であるため、この略円錐状の範囲を水上管制手段２０が管制する管制領域Ｘとしている。
【００４４】
水中航走体３０には、水上管制手段２０との接続にケーブルを用いずに水中を自律的に航走する無索自律無人型の航走体（ＡＵＶ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）を用いている。水上管制手段２０は複数の水中航走体３０を音響信号を用いて管制するため、水上管制手段２０にケーブル用の設備を設ける必要が無く、また、ケーブルが絡んだり、ケーブルによって水上管制手段２０の移動が制限されたりすることがない。
図１では、複数の水中航走体３０を、１台の第１水中航走体３０Ａと、２台の第２水中航走体３０Ｂとした場合を示している。第１水中航走体３０Ａ及び第２水中航走体３０Ｂには、舵、推進器及びバラスト（重り）などの航走手段（潜航手段）３１が設けられており、この航走手段３１によって水中を航走及び潜航することができる。また、水中航走体３０には、自機の位置の測定に用いる自機測位手段３２と、水上管制手段２０との音響信号による双方向通信に用いる通信手段３３と、水上管制手段２０の音響測位手段２４から発せられる信号に対して返答を行う音響トランスポンダ（図示無し）が設けられている。通信手段３３は、音波を送信する送波器と音波を受信する受波器とを有する。水中航走体３０は、水上管制手段２０による測位が所定回数失敗した場合や、水上管制手段２０との通信に所定回数失敗した場合などは、緊急浮上させて支援船１０に回収することができる。
ホバリング型の第１水中航走体３０Ａは、第２水中航走体３０Ｂよりも航走速度を遅くすることができる。また、垂直スラスタや水平スラスタを有し、第２水中航走体３０Ｂよりも動きの自由度が高く、水流等がある場所においても位置を保持することができるため、主に水底近くでの精密な探査を担う。第１水中航走体３０Ａには、水底の映像撮影を行うための撮像手段４１が設けられている。撮像手段４１は、例えば照明を備えたカメラである。
図２（ａ）は第２水中航走体３０Ｂの上方斜視図、図２（ｂ）は第２水中航走体３０Ｂの下方斜視図である。航走型の第２水中航走体３０Ｂは、第１水中航走体３０Ａよりも機敏かつ高速に動くことができるため、主に水底から離れた位置でより広い範囲における探査を担う。第２水中航走体３０Ｂには、水底の地形の調査を行う地形調査手段４２と水底下の地層の調査を行う地層調査手段４３が設けられている。地形調査手段４２及び地層調査手段４３は、例えばソナーである。また、第２水中航走体３０Ｂは、航走手段（潜航手段）３１として、後部に推進器３１Ａを備え、下部にバラスト（重り）３１Ｂを備えている。バラスト３１Ｂは、第２水中航走体３０Ｂから切り離し可能に取り付けられている。
【００４５】
次に、水中航走体３０の制御について、図３及び図４を用いて説明する。
図３は水中航走体３０の制御ブロック図、図４は水中航走体３０の制御フロー図である。
水中航走体３０は、航走手段３１、自機測位手段３２、通信手段３３、探査条件設定手段３４、深度計３５、探査ミッション遂行手段３６、伝送手段３７、記録手段３８、航走速度設定部３９、航走制御部４０、撮像手段４１、地形調査手段４２及び地層調査手段４３を備える。
探査ミッション遂行手段３６は、深度制御部３６Ａ、潜航制御部３６Ｂ、位置推定部３６Ｃ、時刻管理部３６Ｄ、ミッション制御部３６Ｅを有する。
航走制御部４０は、管制領域判断部４０Ａを有する。
【００４６】
支援船１０に乗船しているオペレーターは、水中航走体３０を支援船１０から探査水域に投入する前に、探査条件設定手段３４を用いて、水中航走体３０に対して、水中航走体３０の探査ミッション、探査深度、探査領域及び航走経路などといった探査に必要な情報を入力することにより探査条件設定を行うと共に、航走速度設定部３９を用いて、水中航走体３０に対して、航走速度を設定する（ステップ１）。探査ミッション、探査深度、探査領域及び航走経路は、水中航走体３０ごとに異ならせて設定する。
探査領域は、設定された各々の探査深度において、複数の水中航走体３０が各々の探査領域を有するように設定することが好ましい。これにより、各々の探査領域を一層効率よく探査を行うことができる。
また、航走経路は、各々の探査領域を航走する水中航走体３０の航走軌跡が、同時刻に重ならないように、航走経路を設定することが好ましい。これにより、探査深度が近接した水中航走体３０同士の衝突を防止して安全性を高めることができる。また、水中航走体３０が上下に重ならないようにすることで、水中航走体３０が誤観測を起こしたり観測不能に陥ったりすることを低減できる。
また、水中航走体３０ごとに異ならせて設定する探査深度は、探査深度が水底に近い低高度探査深度と、探査深度が水底から遠い高高度探査深度を有することが好ましく、低高度探査深度は水底からの高度（距離）が１ｍ以上５０ｍ未満とし、高高度探査深度は水底からの高度（距離）が１０ｍ以上２００ｍ未満とすることがより好ましい。また、低高度探査深度は水底からの高度（距離）を２ｍ以上２０ｍ未満とし、高高度探査深度は水底からの高度（距離）が２０ｍ以上５０ｍ未満とすることがさらに好ましい。
なお、低高度探査深度は主として撮像手段４１を用いた探査に、高高度探査深度は主として地形調査手段４２及び地層調査手段４３を用いた探査に利用される。また、水底の鉱物や生物の採取に当たっては、より水底に近い低高度探査深度を設定する場合があり、水底の地形の状況によっては、低高度探査深度や高度探査深度を上記の数値より高く設定する場合もある。
これにより、水底に近い領域と、水底から遠い領域を効率よく探査することができる。本実施形態では、ホバリング型の第１水中航走体３０Ａが低高度探査深度の領域の探査を担い、航走型の第２水中航走体３０Ｂが高高度探査深度の領域の探査を担っている。第１水中航走体３０Ａの航走速度は第２水中航走体３０Ｂの航走速度よりも遅いため、水底近くでの探査をより精密なものとすることができる。また、水底の地形が複雑な場合に、第１水中航走体３０Ａが水底に衝突する危険性を低減することが可能となる。
【００４７】
ステップ１の後、探査水域に投入された複数の水中航走体３０は潜航を開始する（ステップ２）。
潜航は推進器３１Ａ及びバラスト３１Ｂを用いて行うが、推進器３１を停止してバラスト３１Ｂの重さのみによって潜航した場合には、燃料を節約することができる。
潜航にあたって各水中航走体３０は、深度計３５及び自機測位手段３２を用いて自機の深度及び位置を測定し、深度制御部３６Ａ、潜航制御部３６Ｂ及び位置推定部３６Ｃを有する探査ミッション遂行手段３６が、ステップ１で設定された探査深度に従って航走制御部４０を制御する。航走制御部４０は、探査ミッション遂行手段３６による制御と航走速度設定部３９で設定された航走速度に従って航走手段３１を制御する。
自機測位手段３２による自機の位置の測定は、例えば、速度センサ及びジャイロセンサを搭載し、自機の速度及び加速度を検出して算出することにより行う。
【００４８】
ステップ２の後、設定された探査深度に達した水中航走体３０は航走を開始する（ステップ３）。
設定された探査深度で航走を開始した各水中航走体３０は、自機測位手段３２を用いて自機の位置を測定し、探査ミッション遂行手段３６に送信する。位置推定部３６Ｃを有する探査ミッション遂行手段３６は、ステップ１で設定された探査領域を水中航走体３０が航走するように航走制御部４０を制御する。航走制御部４０は、探査ミッション遂行手段３６による制御と航走速度設定部３９で設定された航走速度に従って航走手段３１を制御する。これにより、水中航走体３０は探査領域を航走する（ステップ４）。
時刻を管理する時刻管理部３６Ｄを有する探査ミッション遂行手段３６は、ステップ１で設定された航走経路に従って、他の水中航走体３０と航走軌跡が同時刻に重ならないように航走制御部４０を制御する。
【００４９】
航走制御部４０は、探査ミッション遂行手段３６から受信した自機の推定位置、深度及び水上管制手段２０との通信状態に基づいて、水上管制手段２０の管制領域Ｘ内で航走する（ステップ５）。通信状態は、通信手段３３を用いて水上管制手段２０との通信状態を測定し、測定結果を探査ミッション遂行手段３６に送信し、探査ミッション遂行手段３６が例えばシグナル／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）で把握する。
また、航走制御部４０は、管制領域判断部４０Ａを有し、自機の推定位置及び水上管制手段２０との通信状態に基づいて、自機が管制領域Ｘ内に位置するか否かを定期的に判断する（ステップ６）。
【００５０】
ステップ６において、自機が管制領域Ｘ内にいると判断した場合には、探査ミッションを遂行する（ステップ７）。
探査ミッション遂行手段３６のミッション制御部３６Ｅが、第１水中航走体３０Ａに設けられた撮像手段４１を制御することにより、水底の映像撮影を行うことができる。また、ミッション制御部３６Ｅが、第２水中航走体３０Ｂに設けられた地形調査手段４２及び地層調査手段４３を制御することにより、水底の地形及び水底下の地層の情報を得ることができる。
得られた撮影画像、水底の地形及び水底下の地層の情報といった探査ミッション遂行結果は、ハードディスクや磁気テープ等の記録手段３８に記録される。また、伝送手段３７で符号化等の処理が行われた後に通信手段３３を用いて水上管制手段２０へ送信される（ステップ８）。
【００５１】
ステップ６において、自機が管制領域Ｘ内にいないと判断した場合には、位置推定部３６Ｃは、自機測位手段３２による測位結果と、深度計３５による測定結果に基づいて、自機の位置を推定し、管制領域Ｘに戻る経路を選択する（ステップ９）。
ステップ９において、記録された航走経路を逆に航走して管制領域Ｘに戻る経路を選択した場合には、航走制御部４０が、今まで航走して来た経路を逆に戻るように航走手段３１の制御を行う。また、ステップ９において、深度を大きくして管制領域Ｘに至る経路を選択した場合には、航走制御部４０が、自機の深度を大きくするように航走手段３１の制御を行う（ステップ１０）。これにより、水中航走体３０が自ら管制領域Ｘに戻り、水上管制手段２０の管制を再び受けながら作業を継続することができる。なお、深度を大きくすることで管制領域Ｘに戻ることができるのは、図１に示すように管制領域Ｘは傘状であり、深度が大きいほど水平方向の領域が広いためである。
【００５２】
次に、水上管制手段２０の制御について、図５及び図６を用いて説明する。
図５は水上管制手段２０の制御ブロック図、図６は水上管制手段２０の制御フロー図である。
水上管制手段２０は、自己位置把握手段２１、海上通信手段２２、移動手段２３、音響測位手段２４、通信手段２５、管制設定部２６及び移動制御手段２７を備える。
移動制御手段２７は、数管理部２７Ａ、待機制御部２７Ｂ、位置推定部２７Ｃ、航走記録部２７Ｄ及び管制判断部２７Ｅを有する。
【００５３】
支援船１０に乗船しているオペレーターは、水上管制手段２０を支援船１０から調査水域に進水させる前に、管制設定部２６を用いて、水上管制手段２０に対して、水上管制手段２０の移動範囲、管制すべき水中航走体３０の数や性能などといった管制に必要な情報を入力することにより管制設定を行う（ステップ１１）。
ステップ１１の後、調査水域に進水した水上管制手段２０は、ステップ１１で設定された管制設定に従って水中航走体３０の管制を開始する。まず、音響測位手段２４を用いて複数の水中航走体３０のそれぞれの位置を測定し、測位結果を移動制御手段２７に送信する（ステップ１２）。
ステップ１２の後、通信手段２５を用いて複数の水中航走体３０のそれぞれとの通信状態を測定し、測定結果を移動制御手段２７に送信する（ステップ１３）。通信状態は、例えばシグナル／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）で把握する。
移動制御手段２７は、受信したステップ１２における測位結果とステップ１３における測定結果に基づいて、複数の水中航走体３０のそれぞれの航走経路を時刻とともに航走記録部２７Ｄに記録する（ステップ１４）。
【００５４】
ステップ１４の後、数管理部２７Ａは、ステップ１１における管制設定で入力された水中航走体３０の数と、ステップ１４で航走経路が記録された水中航走体３０の数とを比較し、管制すべき水中航走体３０の全数が管制領域Ｘ内に位置するか否かを判断する（ステップ１５）。
ステップ１５において、管制すべき水中航走体３０の数と航走経路が記録された水中航走体３０の数が同じか多いと判断した場合、すなわち管制すべき水中航走体３０の全数が管制領域Ｘ内に位置すると判断した場合には、その結果を管制判断部２７Ｅに送信する。
この場合において、移動制御手段２７は、航走記録部２７Ｄに記録された航走経路等に基づいて複数の水中航走体３０の行動を予測し、その予測結果に基づいて水中航走体３０が管制領域Ｘから外れないように水上管制手段２０を移動するように制御してもよい。これにより、水中航走体３０が管制領域Ｘから外れることを未然に防ぐことができる。
なお、水上管制手段２０を移動するに当り、移動開始時点での管制領域Ｘの中に位置する複数の水中航走体３０の数が減じない範囲で移動することが好ましい。これにより、管制領域Ｘ内に位置する水中航走体３０の数が減少することを防止できる。
【００５５】
ステップ１５において、管制すべき水中航走体３０の数よりも航走経路が記録された水中航走体３０の数が少ないと判断した場合、すなわち管制すべき水中航走体３０の一部又は全数が管制領域Ｘを外れたと判断した場合には、位置推定部２７Ｃは、航走記録部２７Ｄに記録された水中航走体３０の航走経路に基づいて、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０が存在する方向を推定する（ステップ１６）。
ステップ１６の後、待機制御部２７Ｂは、ステップ１５において水中航走体３０が管制領域Ｘを外れたことが最初に検出されたときから所定時間経過したか否かを判断する（ステップ１７）。
ステップ１７において、所定時間経過していないと判断した場合には、ステップ１５に戻り、管制すべき水中航走体３０の全てが管制領域Ｘ内にいるか否かを再度判断する。
ステップ１７において、所定時間経過したと判断した場合には、待機制御部２７Ｂは、ステップ１５の判断結果を管制判断部２７Ｅに送信すると共に、水上管制手段２０の移動を開始するように指示する（ステップ１８）。これにより移動手段２３が動作して水上管制手段２０が移動する。
管制すべき水中航走体３０の一部又は全数が管制領域Ｘを外れたと判断した場合であっても、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０が自ら管制領域Ｘ内に戻ってくる可能性や、実際には管制領域Ｘ内に位置しているものの一時的な測位・通信障害により管制領域Ｘを外れたと誤って検出された可能性等があるため、本実施形態のように、水上管制手段２０を移動するに当り、水中航走体３０が管制領域Ｘを外れたことを検出してから所定時間待機し、その間にステップ５の判断を所定回数繰り返すことで、水上管制手段２０が無用に動くことを低減できる。これにより、水上管制手段２０のエネルギーの浪費や、管制領域Ｘ内に位置する水中航走体３０が管制領域Ｘから外れてしまうことを防止できる。
また、位置推定部２７Ｃが、航走記録部２７Ｄに記録された水中航走体３０の航走経路に基づいて、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０が存在する方向を推定し、移動制御手段２７がこの推定結果に基づいて移動手段２３を制御することで、水上管制手段２０の管制精度や移動効率を向上させ、管制領域Ｘから外れた水中航走体３０を管制領域Ｘ内により早く戻すことができる。
【００５６】
移動制御手段２７は、水上管制手段２０を移動させる場合、複数の水中航走体３０の全てを管制できる位置に水上管制手段２０が移動するように移動手段２３を制御することが好ましい。これにより、全ての水中航走体３０を水上管制手段２０の管制下におくことができるため、より安全かつ効率的に水中探査を行うことができる。
また、複数の水中航走体３０の全数を管制できない場合は、移動制御手段２７は、複数の水中航走体３０の最大数を管制できる位置に水上管制手段２０が移動するように移動手段２３を制御することが好ましい。これにより、管制領域Ｘから外れる水中航走体３０の数を最小にすることができる。この場合、最大数は、複数の水中航走体３０の数から管制領域Ｘを逸脱した水中航走体３０、故障した水中航走体３０、緊急浮上した水中航走体３０のいずれかを含む管制不可能数を減じた数であることが好ましい。これにより、探査可能な複数の水中航走体３０を管制領域Ｘ内に位置させて水中探査を継続することができる。
【００５７】
管制判断部２７Ｅは、数管理部２７Ａ又は待機制御部２７Ｂから送信された判断結果に基づいて、管制設定を変更するか否かを判断する（ステップ１９）。
ステップ１９では、数管理部２７Ａから判断結果を受信した場合であって、管制すべき水中航走体３０の数と航走経路が記録された水中航走体３０の数が同じ場合には、管制設定を変更せず、ステップ１２となる。
また、数管理部２７Ａから判断結果を受信した場合であって、管制すべき水中航走体３０の数よりも航走経路が記録された水中航走体３０の数が多い場合には、ステップ１１となり、管制設定部２６は、管制領域Ｘに戻った水中航走体３０を含めた管制設定に変更する。これにより、管制領域Ｘに戻った水中航走体３０を含めて管制を継続することができる。
また、待機制御部２７Ｂから判断結果を受信した場合、すなわち管制領域Ｘを外れた水中航走体３０があるとの判断結果を受信した場合には、ステップ１１となり、管制設定部２６は、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０を除いた管制設定に変更する。これにより、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０を除いて管制を継続することができる。
【００５８】
このように水上管制手段２０は、複数の水中航走体３０の数を管理する数管理部２７Ａを有することで、水上管制手段２０の移動を、水中航走体３０の数に基づいて制御することができる。
また、水上管制手段２０が複数の水中航走体３０を測位できる位置に移動するため、複数の水中航走体３０を管制領域Ｘ内に位置させて探査を継続することができる。
また、水上管制手段２０を複数の水中航走体３０との通信が可能な位置に移動させることで、より安全かつ効率的に探査を行うことができる。
これらにより、複数の水中航走体３０を見失うことなく広い水域を安全かつ効率的に調査することができる。
なお、複数の水中航走体３０の探査条件設定手段３４で設定される探査条件は、支援船１０における探査条件設定以外にも、支援船１０からの指示を水上管制手段２０を介して、又は水上管制手段２０にプログラムされたスケジュールに基づいて、自動的に更新することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の複数の水中航走体の運用方法及び複数の水中航走体の運用システムは、複数の水中航走体を調査水域に展開・運用して水底の探査を安全かつ効率的に行うことができる。
【符号の説明】
【００６０】
２０  水上管制手段
２４  音響測位手段
２５  通信手段
３０  水中航走体
３１  航走手段（潜航手段）
３３  通信手段
３４  探査条件設定手段
３６  探査ミッション遂行手段
３７  伝送手段
３８  記録手段
４１  撮像手段
４２  地形調査手段
４３  地層調査手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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