(57)【要約】【課題】魚群探知機のような音波を所定の方向に向けて発射してその反射波を受信するセンサを用いた水底探査の探査精度の向上を図ることができる水底探査装置を提供する。【解決手段】水底探査装置１００は、回転翼を有する小型無人飛行機（ＵＡＶ本体１０１）、音波を所定の方向に向けて発射してその反射波を受信する超音波センサＳ、着水時に水面の高さまでその内部に水を流入させる孔部を有し、超音波センサＳを収容するカップ３００、カップ３００と小型無人飛行機とを接続し、小型無人飛行機によりカップ３００が牽引されるときこのカップ３００の姿勢を制御するリンク機構２００を有する。また、カップ３００は、超音波センサＳを収容した際に超音波センサＳとカップ３００の内壁との間に所定の空間が形成されるように形成される。【選択図】図３
2019073160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底の形状を探査する水底探査装置であって、
回転翼を有する小型無人飛行機と、
音波を所定の方向に向けて発射してその反射波を受信するセンサと、
前記センサを収容し、着水時に水面の高さまでその内部に水を流入させる孔部が形成される収容手段と、
前記収容手段と前記小型無人飛行機とを接続し、前記小型無人飛行機により前記収容手段が牽引されるとき当該収容手段の姿勢を制御する姿勢制御手段と、を有し、
前記収容手段は、前記センサを収容した際に当該センサと当該収容手段の内壁との間に所定の空間が形成されるように形成されることを特徴とする、
水底探査装置。
【請求項２】
前記センサは、水面に浮くように構成され、且つ、その重心位置が下部に位置するように構成されたセンサであり、
前記姿勢制御手段は、少なくとも前記収容手段を直交する二つの軸線のまわりに揺動可能に支持するジャイロ機構からなることを特徴とする、
請求項１に記載の水底探査装置。
【請求項３】
前記収容手段は、前記孔部から放射状に形成された一又は複数のスリットを含んで形成されることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の水底探査装置。
【請求項４】
前記センサが検知した情報を記録する記録手段を有することを特徴とする、
請求項１、２又は３に記載の水底探査装置。
【請求項５】
地表部地形探査領域と水底部地形探査領域とを含む領域とを探査する地形探査システムであって、
回転翼を有する小型無人飛行機と、
前記地表部地形探査領域の地形形状を探査する撮像モニタと、
前記水底部地形探査領域の水底形状を探査する、音波を所定の方向に向けて発射してその反射波を受信するセンサと、
前記センサを収容可能に形成され、着水時に水面の高さまでその内部に水を流入させる孔部を有し、且つ、当該センサを収容した際に当該センサと当該収容手段の内壁との間に所定の空間が形成されるように形成される収容手段と、
前記収容手段と前記小型無人飛行機とを接続し、前記小型無人飛行機により前記収容手段が牽引されるとき当該収容手段の姿勢を制御する姿勢制御手段と、
前記センサが検知した情報を記録する記録手段と、を有することを特徴とする、
地形探査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、魚群探知機を用いた水底探査の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在行われている海、湖や池などの水底部の地形形状の探査（以下、水底探査と称する場合もある）では、水上ボートなどの船舶に超音波センサを搭載し、手漕ぎ、あるいはスクリュウを推進力として当該超音波センサを移動させながら探査している（特許文献１）。
【０００３】
また、特許文献２は、精度の高い水深値が測定できる魚群探知機を提供することを目的とするものであり、魚群探知機において超音波の前回の発射波により測定した水深値（海面から海底までの距離、一般的には水面から水底までの距離）を記憶する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５０７６６号公報
【特許文献２】特開平０８−０２９５３０号公報
【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、魚群探知機を用いて水底探査を行う場合、当該魚群探知機は船舶に搭載され、あるいは牽引されて超音波を所定周期ごとに水中に向けほぼ鉛直方向に発射し、水中にある物体からの反射波を受信する必要がある。つまり魚群探知機は、音波を所定の方向に向けて発射してその反射波を受信するセンサといえる。また、船舶の移動に伴い水の抵抗力を受けて不規則な挙動が当該船舶に生じたり、水面に波が発生してその影響を受けたりする。
そのため、魚群探知機として機能するセンサを水底探査に用いる場合、超音波を所定周期ごとに水中に向けほぼ鉛直方向に発射することが難しく水底探査における探査精度が著しく低下してしまう、という問題がある。
【０００６】
また、船舶の移動速度を波の発生を抑えることのできる速度に制限した場合であっても、船舶を用いた水底探査では、装置と人員が大掛かりであり機動性も低下するため作業コストが増加してしまう、という課題がある。
【０００７】
本発明は、魚群探知機のような音波を所定の方向に向けて発射してその反射波を受信するセンサを用いた水底探査の探査精度の向上を図ることができる水底探査装置を提供することを、主たる目的とする。また、これを有する地形探査システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、水底の形状を探査する水底探査装置であって、回転翼を有する小型無人飛行機と、音波を所定の方向に向けて発射してその反射波を受信するセンサと、前記センサを収容し、着水時に水面の高さまでその内部に水を流入させる孔部が形成される収容手段と、前記収容手段と前記小型無人飛行機とを接続し、前記小型無人飛行機により前記収容手段が牽引されるとき当該収容手段の姿勢を制御する姿勢制御手段と、を有し、前記収容手段は、前記センサを収容した際に当該センサと当該収容手段の内壁との間に所定の空間が形成されるように形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、魚群探知機のような音波を所定の方向に向けて発射してその反射波を受信するセンサを用いた水底探査の探査精度の向上を図ることができる水底探査装置を提供することができる。また、移動の迅速性、探査設備の省力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る地形探査システムの構成の一例を説明するための図。
【図２】超音波センサをＵＡＶで牽引して水底探査を行う従来手法の一例を説明するための図。
【図３】水底探査装置の構成の一例を説明するための図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、リンク機構の構成の一例を説明するための平面図。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、カップの構成の一例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、一例として、本発明に係る水底探査装置を有する地形探査システムの実施形態について、図を用いて説明する。
本実施形態では、回転翼（プロペラ）を有し、ＧＰＳ（ Global Positioning System）機能を有する小型無人飛行機（Unmanned Aerial Vehicle、以下、ＵＡＶと称す）に、魚群探知機の一種であるＧＰＳ機能を有する超音波センサを搭載する水底探査装置として構成した場合を例に挙げて説明する。また、水底探査装置を含み、地表部の地形形状の探査と水底部の地形形状の探査とを連続して行うことができる地形探査システムとして構成した場合を例に挙げて説明する。
【００１２】
［実施形態例］
［地形探査システムの構成］
図１は、本実施形態に係る地形探査システムの構成の一例を説明するための図である。
図１に示すように、地形探査を行う地形把握領域があるとする。また、地形把握領域は、地表部地形探査領域と水底部地形探査領域とを含む領域であるとする。
【００１３】
従来の地形探査では、地形把握領域における地表部地形探査領域では、例えばＵＡＶを用いて探査を行い、水底部地形探査領域では、例えば船舶に超音波センサを搭載したり、あるいは超音波センサを牽引して探査を行う（図１上部の破線矢印参照）。つまり、地形把握領域全体を連続して探査することはできない。
【００１４】
一方、本実施形態に係る水底探査装置１００は、ＵＡＶ本体１０１、超音波センサＳが収容された状態の収容体３００（以下、カップ３００と称す）、ＵＡＶ本体１０１とカップ３００とを接続するリンク機構２００を含んで構成される。構成の詳細は、後述する図３を用いて説明する。
なお、地形把握領域全体を連続して探査することができる地形探査システムは、これらの構成を有する水底探査装置１００を含んで構成される。
【００１５】
図２は、超音波センサをＵＡＶで牽引して水底探査を行う従来手法の一例を説明するための図である。
ＵＡＶとセンサを牽引バーを介して接続し、当該ＵＡＶを用いて超音波センサ（センサ）を牽引して水底探査を行う従来手法では、図２に示すように、超音波センサにはＵＡＶの牽引速度や超音波センサが受ける水の抵抗力などの要素に応じて所定の傾斜角が生じてしまう。
そのため、超音波センサにも傾きが生じてしまい、超音波を水中に向けほぼ鉛直方向に発射することができないことが見て取れる。つまり、傾斜角が生じ、超音波センサに傾きが生じることより、当該超音波センサの検知範囲における探索精度大きく低下してしまうことになる。
【００１６】
図３は、水底探査装置１００の構成の一例を説明するための図である。
水底探査装置１００は、ＵＡＶ本体１０１、撮像モニタ１０２、携帯情報端末１０３、リンク機構２００、超音波センサＳが収容されるカップ３００を含んで構成される。
【００１７】
ＵＡＶ本体１０１は、前述した小型無人飛行機の一種である。ＵＡＶ本体１０１に取り付けられた撮像モニタ１０２は、地表部地形探査領域の地形形状を探査するための一種のセンサである。ＵＡＶ本体１０１に取り付けられた携帯情報端末１０３は、例えばスマートフォンなどであり、各種情報を記録する機能や通信機能を有する端末である。また、携帯情報端末１０３は、超音波センサＳの検知結果（探査結果）を記録する記録手段としても機能する。
【００１８】
超音波センサＳは、前述した魚群探知機の一種であり、球体形状に形成された筐体を有するセンサである。超音波センサＳは、ＧＰＳ機能を有する。
超音波センサＳは、音波を所定の方向に向けて発射してその反射波を受信する。また、超音波センサＳは、着水時に水中に沈まないように所定の浮力が生じるように、つまり水面に浮くように構成される。超音波センサＳは、また、その重心位置が下部（球体の下部）に位置するように構成される。超音波センサＳは、また、携帯情報端末１０３へ向けて検知結果を含む各種情報が送信可能に構成される。
なお、本実施形態に係る超音波センサＳは、例えばＤｅｅｐｅｒ（登録商標）などのワイヤレススマート魚群探知機を用いることができる。
【００１９】
カップ３００は、リンク機構２００を介してＵＡＶ本体１０１と接続される。カップ３００は着水後には、カップの外水をカップ内部に取り込むことが可能に構成される。これは、カップの外水をカップ内部に取り込む（流入させる）ことによりカップの内外の水位差をなくし、超音波センサＳをカップ内で自由浮遊させるためである。
前述したように、超音波センサＳはその重心位置が球体下部に位置するように構成されているため、自由浮遊の状態では常に検知範囲の中心が所定の方向（鉛直方向、Ｚ軸方向）を向くことになる。構成の詳細については、後述する。
【００２０】
リンク機構２００は、図３に示すように、超音波センサＳを収容した状態のカップ３００の姿勢制御を行うための機構である。具体的には、超音波センサＳが発する超音波を水中に向けほぼ鉛直方向に発射することができるようにカップ３００の姿勢を制御する。構成の詳細については、後述する。
【００２１】
図４は、リンク機構２００の構成の一例を説明するための平面図である。
リンク機構２００は、図４（ａ）に示すように、牽引バー２００ａ、２００ｂ、接続機構（ヒンジ機構）２０１、２０２を含んで構成される。
接続機構２０１は、ＵＡＶ本体１０１と牽引バー２００ａ、２００ｂそれぞれの一端とを接続する。接続機構２０１により牽引バー２００ａ、２００ｂは、ＵＡＶ本体１０１に対して相対的に所定の方向に揺動自在となる（図３参照）。
【００２２】
接続機構２０２は、図４（ｂ）に示すように、ピン２０２ａを介してカップ３００と牽引バー２００ａ、２００ｂそれぞれの他端とを接続する。牽引バー２００ａ、２００ｂは、接続機構２０２を介して、カップ３００に対して相対的に所定の方向に揺動自在となる（図３参照）。
【００２３】
接続機構２０２は、また、ピン２０２ａの長さ方向に直交する方向に配設されたピン２０２ｂを介してカップ３００と接続される。接続機構２０２は、ピン２０２ｂを介してカップ３００に対して相対的に所定の方向に揺動自在となる。この方向は、牽引バー２００ａ、２００ｂが揺動する方向と直交する方向になる。
つまり、接続機構２０２、ピン２０２ａ、ピン２０２ｂにより、直交する二つの軸線のまわりに揺動可能に支持するジャイロ機構が構成され、カップ３００が所定の姿勢を保つことができるように制御することができる。
【００２４】
図５は、カップ３００の構成の一例を説明するための図である。
カップ３００は、例えば硬質透明樹脂などの素材を用いて上底部と下底部の一部が開口されて形成される。
カップ３００は、また、超音波センサＳが収容可能であり、且つ、収容時に超音波センサＳの外表面とカップ３００の内壁面との間に所定の空間（隙間、例えば５［ｍｍ］程度）が形成されるようなサイズに形成される。
【００２５】
カップ３００には、図５（ａ）に示すように、孔部３１０、孔部３１０から放射状に形成されたスリット３１１、超音波センサＳをカップ３００に収容する際の挿入口３１２を有する。
【００２６】
孔部３１０は、カップ３００に収容した超音波センサＳがカップ３００外に脱落しないサイズに形成される。孔部３１０は、カップ３００が着水した際にその内部に水を浸入（流入）させるためのものである。
図５（ｂ）に示すように、着水後にカップの外水がカップ内部に取り込まれることにより、カップの内外の水位差がなくなり、前述した隙間もあるため超音波センサＳはカップ内で自由浮遊する。
【００２７】
スリット３１１は、カップ３００が着水した際にその内部への水の浸入（流入）を促進し、カップ３００が水面上方へ離脱した際に当該カップ内に残った水の排出を促進するためのものである。
図５（ｃ）に示すように、超音波センサＳの表面により孔部３１０が蓋をされたような状態になった場合であっても、スリット３１１を介してカップ内に残った水の排出を行うことができる。なお、スリット３１１は、着水後にカップの外水をカップ内部に取り込む際においても取り込み効率を高める効果がある。
【００２８】
このようにカップ３００を構成することにより、水の取り込み、又は、水の排出の効率化を図ることができるため、地形把握領域全体を連続して探査する場合の作業時間短縮に寄与することができる。
なお、孔部から放射状に形成されるスリットは、水の取り込み、又は、水の排出の効率化に応じて一又は複数のスリットとすることができる。また、孔部から連設したスリットを形成しても良いし、孔部の外周端から所定の距離（例えば、２［ｍｍ］程度）だけ離れた位置から放射状にスリットを形成しても良い。この場合、カップが水面から離脱する際に孔部に作用する超音波センサの重さへの許容範囲（耐荷重の程度）が増すことになる。
また、スリットに替えてカップ側面に一又は複数の孔部を形成しても良い。この場合、側面に形成する孔部は、超音波センサがカップ内から脱落しないようなサイズに形成する。
【００２９】
このように、カップ３００、及び、リンク機構２００は、超音波センサＳの傾きを防止する姿勢制御手段として機能する。例えば、ＵＡＶ本体１０１によりリンク機構２００を介してカップ３００が牽引され、当該カップ３００は水の抵抗力を受けてその姿勢が斜めに傾斜したとする。このような場合であっても、カップ３００に収容され、当該カップ３００と超音波センサＳの間に水が介在してカップ内で自由浮遊している超音波センサＳの姿勢は、所定の姿勢を維持することができることになる。
【００３０】
このように、本実施形態に係る地形探査システムでは、１回のＵＡＶ探査飛行において陸上部の地形と水底部の地形を連続探査することができる。
また、本実施形態に係る水底探査装置では、水底探査に用いる超音波センサの挙動制御を行うリンク機構を有する。これにより、船舶牽引と比べて波等の影響による探査精度の低下を抑制することができる。
【００３１】
また、超音波センサを収容する容器（カップ）の特徴ある構造により、着水時の水の侵入、水面からの離脱時の排水をスムースに行うことができる。また、カップ内壁とセンサ外周面とのクリアランス確保により、着水後にカップ内で超音波センサを安定して浮かせることができるため探知精度低下を防ぐことができる。
【００３２】
また、携帯情報端末をＵＡＶに搭載することで、探査範囲の制約条件となっていた記録情報の伝達距離の制限がなくなり、ＵＡＶの飛行範囲を拡大することができる。
また、水底探査においては、ＵＡＶによる飛行を平行に複数測線探査し、これらのデータを高度情報処理装置で解析することにより、３Ｄ画像として表現できるシステムの構築を実現することができる。これにより、水底地形の把握がより容易となる。
さらに、撮像センサをＵＡＶに備えることで、１測線の探査飛行で陸上部と水底部の地形を探査できる地形探査システムとすることができる。
【００３３】
上記説明した実施形態は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲が、これらの例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３４】
１００・・・水底探査装置、１０１・・・ＵＡＶ本体、１０２・・・撮像モニタ、１０３・・・携帯情報端末、２００・・・リンク機構、３００・・・カップ、Ｓ・・・超音波センサ。
【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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