(57)【要約】      （修正有）【課題】自律航行型海洋ブイであり、遭難信号受信時には自律的に遭難者の救助に向かい、また海上の通信基地局として機能するとともに、海洋情報システムを提供する。【解決手段】ＧＰＳ信号と内部センサーの情報と海図情報とに基づいて海洋上で自律的に目的地までの航行と定位置の保持を行うように構成したブイであって、ブイ本体と内部センサーの情報を受信する検知部、海上探査部と海中探査部、航行計画を作成する判断部と、ブイを推進させる推進部と、判断部により生成された航行計画に従って推進部の駆動制御を行う航行制御部と、自然エネルギーで発電する発電部とその蓄電部および外部との通信を行う通信部と、を備え、設定された海上位置まで自律航行を行う自律航行モードと、設定された海上位置で自律的に定位置を保持する定位置モードと、を有する自律航行型海洋ブイと、これらを一定水域に複数基配置した海洋情報システムを提供する。【選択図】図１
2019156078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ信号と内部センサーの情報と海図情報とに基づいて海洋上で自律的に目的地までの航行と定位置の保持を行うように構成された自律航行型海洋ブイであって、
浮体からなるブイ本体と、
ＧＰＳ信号と内部センサーの情報を受信する検知部と、
海上を探査する海上探査部と、
海中を探査する海中探査部と、
検知部より検出されたブイ本体の位置情報と海図情報に基づいて設定された目標ルートに沿ってブイ本体の航行計画を作成する判断部と、
ブイ本体を推進させる推進部と、
判断部により生成された航行計画に従ってブイ本体が航行するように推進部の駆動制御を行う航行制御部と、
自然エネルギーで発電する発電部と、
発電部で発電された電気を貯蔵しブイ本体内の必要部へ電気を供給する蓄電部と、
外部との通信を行う通信部と、
を備え、
設定された海上位置まで自律航行を行う自律航行モードと、
設定された海上位置で自律的に定位置を保持する定位置モードと、
を有することを特徴とする自律航行型海洋ブイ。
【請求項２】
ＧＰＳ信号と内部センサーの情報と海図情報とに基づいて海洋上で自律的に目的地までの航行と定位置の保持を行うように構成された自律航行型海洋ブイであって、
浮体からなるブイ本体と、
ＧＰＳ信号と内部センサーの情報を受信する検知部と、
海上を探査する海上探査部と、
海中を探査する海中探査部と、
検知部より検出されたブイ本体の位置情報と海図情報に基づいて設定された目標ルートに沿ってブイ本体の航行計画を作成する判断部と、
ブイ本体を推進させる推進部と、
判断部により生成された航行計画に従ってブイ本体が航行するように推進部の駆動制御を行う航行制御部と、
自然エネルギーで発電する発電部と、
発電部で発電された電気を貯蔵しブイ本体内の必要部へ電気を供給する蓄電部と、
外部との通信を行う通信部と、
遭難信号を受信して遭難信号の発信位置を特定する緊急信号部と、
遭難者が外部から避難するための避難室と、
を備え、
設定された海上位置まで自律航行を行う自律航行モードと、
設定された海上位置で自律的に定位置を保持する定位置モードと、
遭難信号を受信したときに海上の遭難信号の発信位置まで自律航行を行う救援モードと、
外部から遠隔制御される遠隔制御モードと、
を有することを特徴とする自律航行型海洋ブイ。
【請求項３】
前記緊急信号部が遭難信号を受信すれば、遭難信号の発信位置から所定の距離内にあることを条件として自律的に遭難信号の発信位置まで救助に向かうことを特徴とする請求項２に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項４】
前記ブイ本体の海中に位置する外部に回転軸を中心に回転可能な略薄板状の複数の可動翼が設けられ、
前記回転軸の少なくとも一つがブイ本体の進行方向と同一方向を有し、
前記航行制御部が前記複数の可動翼の回転角を制御することで、
波によるブイ本体の上下運動により前記ブイ本体を定位置に保持することを特徴とする
請求項１〜３のいずれか１項に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項５】
前記ブイ本体の進行方向に直交する回転軸を中心に前記ブイ本体の右側に回転可能に設けられた略薄板状の第１の可動翼と、
前記ブイ本体の進行方向に直交する回転軸を中心に前記ブイ本体の左側に回転可能に設けられた略薄板状の第２の可動翼と、
前記ブイ本体の進行方向に並行する回転軸を中心に前記ブイ本体の前側に回転可能に設けられた略薄板状の第３の可動翼と、
前記ブイ本体の進行方向に並行する回転軸を中心に前記ブイ本体の前側に回転可能に設けられた略薄板状の第４の可動翼と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項６】
気象を観測する気象観測部と海象を観測する海象観測部を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項７】
前記海上探査部又は前記海中探査部が一定のエリア内に侵入した移動物体を検知したときに外部の所定の箇所に通報を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の自律航行型海洋ブイ。  
【請求項８】
威嚇部を備え、前記海上探査部又は前記海中探査部が一定のエリア内に侵入した移動物体を検知したときに自動的に外部の所定の箇所に通報を行うとともに前記威嚇部が威嚇動作を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項９】
前記無線通信部が無線の中継基地局としての機能を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の自律航行型海洋ブイ複数基を一定水域内に格子状に配置したことを特徴とする海洋情報システム。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め設定された海上の一定範囲を自律的に監視しながら緊急時には遭難場所へ自動で救援に向かう自律航行型海洋ブイに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球の表面積の約７割を占めている海洋における観測は、観測範囲の広さと観測対象の複雑さから多くの観測データを必要とするが、船舶の航行、漁業、漂流物及び油等の船舶からの流出物の予測や海難事故時の救命といった場面においてはリアルタイムで気象・海象情報を把握することが重要となる。そこで海洋調査範囲を拡大し、より多くの情報を取集するために自律型海洋観測装置が導入されている。
例えば特許文献１に開示されている自律型海洋観測装置は、推進力を波の力のみから得ている。フロートが波を乗り越える際に生じる海面の上下動を海中の水中グライダーに伝える。そして上下動に合わせて水中グライダーのウイングの角度を変化させることで、推進力を得ている。この自律型海洋観測装置は気象計と波浪計を備え、気象と海象を観測している。
【０００３】
また、海洋上で必要なものとして遭難事故時の遭難者救助手段がある。例えば特許文献２には、船体の径方向に対向する側部に設けられ車両を推進するジェット流を発生させる一対のジェットモーターを備える救命車両が開示されている。この車両は災害区域から安全な場所へ迅速かつ効率的に移動可能である。
【０００４】
さらに特許文献３には、中央装置から、予め登録された海上を航行する救援艇のうちから最も遭難者に近い救援艇を自動的に選択し、遭難者までの方位・距離を情報として自動送信し、該当する救援艇に発信指令を出すことで、該当する救援艇を目的地まで誘導する救助システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０４６１７８号広報
【特許文献２】特表２０１３−５３１５７８号公報
【特許文献３】特開平９−３０４５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで近年、外国籍の船舶による領海侵犯や排他的経済水域内における密漁の問題が頻発している状況下においては、気象や海象の観測だけではなく、広い海域をまんべんなく自律的に監視でき、緊急時には遭難者の救援に向かうことのできる監視・救援の仕組みが必要とされる。
【０００７】
しかし、特許文献１の自律型海洋観測装置には、海上海中の状態を監視する機能と遭難者の救助機能はなく、特許文献２の車両には、通常時の気象等の観測機能はない。そして救援機能を備える特許文献３の救助システムは中央から自動で遠隔制御されるものの、救援艇が自律的に救援に向かうものではない。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、従来の海洋ブイの上記問題を解決するため、自律的に監視ブイとして機能する自律航行型海洋ブイを提供することを目的とする。さらに遭難信号受信時には自律的に遭難者の救助に向かう自律航行型海洋ブイ及び当該ブイを用いた遭難者救援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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の自律航行型海洋ブイは、海上・海中の探査部を有し海洋上で自律的に航行又は定位置を保持する機能を備えることを特徴とする。
即ち、第１の本発明の自律航行型海洋ブイは、ＧＰＳ信号と内部センサーの情報と海図情報とに基づいて海洋上で自律的に目的地までの航行と定位置の保持を行うように構成された自律航行型海洋ブイであって、浮体からなるブイ本体とＧＰＳ信号と内部センサーの情報を受信する検知部と、海上を探査する海上探査部と、海中を探査する海中探査部と、検知部より検出されたブイ本体の位置情報と海図情報に基づいて設定された目標ルートに沿ってブイ本体の航行計画を作成する判断部と、ブイ本体を推進させる推進部と、判断部により生成された航行計画に従ってブイ本体が航行するように推進部の駆動制御を行う航行制御部と、自然エネルギーで発電する発電部と、発電部で発電された電気を貯蔵しブイ本体内の必要部へ電気を供給する蓄電部と、外部との通信を行う通信部と、を備え、設定された海上位置まで自律航行を行う自律航行モードと、設定された海上位置で自律的に定位置を保持する定位置モードと、を有することを特徴とする。
【００１０】
第１の本発明の自律航行型海洋ブイは、自律航行モードのときには、検知部においてＧＰＳ信号を受信して自身の絶対位置を把握するとともにジャイロセンサー・電子コンパス・速度計等で自身の進行状態を把握して、記憶装置に予め記憶されている海図情報との比較演算を判断部で行いながら、判断部と航行制御部が推進部を制御して目的地まで自律的に自動航行を行うことができる。
推進部は、ブイ本体の航行方向を制御するための舵や可動翼の機構を動作させる操舵用モータとブイ本体を推進させるためのスクリューやウォータージェットを駆動させる推進駆動源を備える。推進駆動源はモータ又は燃料エンジンである。
【００１１】
また、定位置モードでは、同様な比較演算を行いながら、位置補正を繰り返して定位置を保持する。このときブイ本体に搭載された海上探査部が海上の状態監視を行う。海上探査部は３６０度撮影可能なビデオカメラやレーダーで構成される。さらにブイ本体に搭載された海中探査部が海中の状態監視を行う。海中探査部は３６０度撮影可能なビデオカメラやソナーで構成される。さらに海中探査部は海底地下に存在する海底熱水鉱床やコバルトリッチクラスト等の多様な海洋鉱物資源を探査できる重力計と磁力計を備えることもある。重力計はブイ本体の位置する地点の重力を計測して海底下の地質を調べ、重力の変化から海底下に存在する物質の違いと分布を認識する。磁力計はその地点での磁気異常を検知して、物質の違いと分布を認識する。
そして海上探査部と海中探査部が捉えた情報は通信部を経由して外部に送信される。
【００１２】
ブイ本体へのエネルギーは自然エネルギー発電を行う発電部と発電部で発生した電気を蓄える蓄電部とから供給される。発電部の余剰な電気が蓄電部に貯蔵され、発電部が発電できないとき又は発電部の電気では不足するときは、蓄電部から電気が供給される。発電方法は太陽光発電、波力発電が採用される。さらに自然エネルギー発電が不可の場合に緊急的に発電するために予備的に燃料発電機を装備してもよい。このときは最低必要限のガソリン、軽油等の燃料をブイ本体に貯蔵しておく。
【００１３】
次に第２の本発明の自律航行型海洋ブイは、ＧＰＳ信号と内部センサーの情報と海図情報とに基づいて海洋上で自律的に目的地までの航行と定位置の保持を行うように構成された自律航行型海洋ブイであって、浮体からなるブイ本体と、ＧＰＳ信号と内部センサーの情報を受信する検知部と、海上を探査する海上探査部と、海中を探査する海中探査部と、検知部より検出されたブイ本体の位置情報と海図情報に基づいて設定された目標ルートに沿ってブイ本体の航行計画を作成する判断部と、ブイ本体を推進させる推進部と、判断部により生成された航行計画に従ってブイ本体が航行するように推進部の駆動制御を行う航行制御部と、自然エネルギーで発電する発電部と、発電部で発電された電気を貯蔵しブイ本体内の必要部へ電気を供給する蓄電部と、外部との通信を行う通信部と、遭難信号を受信して遭難信号の発信位置を特定する緊急信号部と、遭難者が外部から避難するための避難室とを備え、設定された海上位置まで自律航行を行う自律航行モードと、設定された海上位置で自律的に定位置を保持する定位置モードと、遭難信号を受信したときに海上の遭難信号の発信位置まで自律航行を行う救援モードと、外部から遠隔制御される遠隔制御モードとを有することを特徴とする。
【００１４】
第２の本発明の自律航行型海洋ブイは、第１の本発明の自律航行型海洋ブイに海難事故時の遭難者を自律的に救援する機能を付加したものである。船舶が遭難すると、自動又は手動で遭難信号が送信される。この信号は所定のフォーマットで送信され、遭難した船舶のコールサイン、ＧＰＳ受信機から得られる遭難位置情報、時計情報が含まれている。
第２の本発明の自律航行型海洋ブイは、これらの情報を受信すると自身から遭難位置までの航行ルートを作成して、外部からの指令を待たずに自律的に遭難位置まで遭難者の救援に向かう。通信部ではＡＩＳ(船舶自動識別装置)も搭載し、遭難船からの識別符号、船名、位置、針路、船速、行き先などの船舶固有のデータを受信できる。海難事故の多発地点に第２の本発明の自律航行型海洋ブイを複数配置すると効果がある。
【００１５】
そして第２の本発明の自律航行型海洋ブイは、遭難者が一時的に滞在することができる避難室を備える。避難室への入口はブイ本体上部に設けられ、遭難者はブイ本体に乗り移った後、避難室の入口を開けて雛室内に入る。避難室には、飲食物、寝具、簡易トイレ等、人間が数日間居住するために必要な最低限の物資が備え付けられている。また、ブイ本体に避難室から外部を展望できる透明窓を設けることもある。
【００１６】
ブイ本体の通信部では、外部からの指令を受信することができ、外部の所定箇所から遠隔制御を行うこともできる。遠隔制御時には自律航行型海洋ブイの全機能を外部の所定箇所から制御可能となる。遠隔制御モードでは、外部から航行の目的地を変更することや、救援設定距離外であっても救援モードに切り替えて遭難者の救援に向かわせることもできる。
【００１７】
次に第３の本発明の自律航行型海洋ブイは、第２の本発明の自律航行型海洋ブイにおいて、緊急信号部が遭難信号を受信すれば、遭難信号の発信位置から所定の距離内にあることを条件として自律的に遭難信号の発信位置まで救助に向かうことを特徴とする。
【００１８】
第３の本発明の自律航行型海洋ブイは、通信部により遭難船の位置情報を受信すると自身から遭難位置までの距離を算出して、その距離が予め設定された救援設定距離よりも小さい場合には、救援モードに入り外部からの指令を待たずに自律的に遭難位置まで遭難者の救援に向かう。これにより第３の本発明の自律航行型海洋ブイを複数配置した場合に、遭難信号を受信した全ての自律航行型海洋ブイが救援に向かうという現象を回避できる。
【００１９】
次に第４の本発明の自律航行型海洋ブイは、第１〜第３の本発明のいずれかの自律航行型海洋ブイにおいて、ブイ本体の海中に位置する外部に回転軸を中心に回転可能な略薄板状の複数の可動翼が設けられ、回転軸の少なくとも一つがブイ本体の進行方向と同一方向を有し、航行制御部が複数の可動翼の回転角を制御することで、波によるブイ本体の上下運動によりブイ本体を定位置に保持することを特徴とする。
【００２０】
第４の本発明の自律航行型海洋ブイは、第２〜第３の本発明のいずれかの自律航行型海洋ブイにおいて、ブイ本体外部の海中に位置する箇所に回転軸と回転軸を中心に回転可能な略薄板状の可動翼を設けて、これの角度を推進部の操舵用モータで制御するものである。ブイ本体は波により絶対的な位置が上下動する。すると海中にある可動翼も海面が上昇するときに海中を上昇し、海面が下降するときに海中を降下する。このとき可動翼の角度を制御することでブイ本体の位置を変化させることができる。この動作を繰り返すことにより、ブイ本体は定位置を保持することになる。
【００２１】
そして、ブイ本体の進行方向と同一方向を有する回転軸の可動翼を垂直に保持することで、目的地に航行するときの直進性確保が可能となる。
【００２２】
次に第５の本発明の自律航行型海洋ブイは、第４の本発明の自律航行型海洋ブイにおけるブイ本体の進行方向に直交する回転軸を中心にブイ本体の右側に回転可能に設けられた略薄板状の第１の可動翼と、ブイ本体の進行方向に直交する回転軸を中心にブイ本体の左側に回転可能に設けられた略薄板状の第２の可動翼とブイ本体の進行方向に並行する回転軸を中心にブイ本体の前側に回転可能に設けられた略薄板状の第３の可動翼とブイ本体の進行方向に並行する回転軸を中心にブイ本体の後側に回転可能に設けられた略薄板状の第４の可動翼とを有することを特徴とする。
【００２３】
第５の本発明の自律航行型海洋ブイは、第４の本発明の自律航行型海洋ブイにおいて、ブイ本体の左右に第１の可動翼と第２の可動翼が回転可能に設けられる。これにより目的地への航行の際に進行方向を制御することができる。ブイ本体の前後に設けられた第３の可動翼と第４の可動翼は垂直に保ち、第１の可動翼と第２の可動翼の角度を制御することでブイ本体は左右に曲がることができる。右に曲がるときは第１の可動翼を垂直方向に制御し、第２の可動翼を水平方向に制御すればよい。
【００２４】
次に第６の本発明の自律航行型海洋ブイは、第１から第５の本発明のいずれかの自律航行型海洋ブイにおいて、気象を観測する気象観測部と海象を観測する海象観測部を備えたことを特徴とする。
【００２５】
気象観測部と海象観測部をさらに備えることで、海上と海中の自然現象を常時観測することができる。気象観測部は、風向・風速、日射、相対湿度、気温、雨量、気圧の観測装置を備え、海象観測部は、波高、水温、流向、流速の観測装置を備える。この観測情報はブイ本体に装備された記憶装置に記憶されるとともに、通信部を経由して所定箇所にも伝送され、気象予報や船舶の経済運行、漁業他の産業、マリンレジャー、救命の分野で利用される。
【００２６】
次に第７の本発明の自律航行型海洋ブイは、第１〜第６の本発明のいずれかの自律航行型海洋ブイにおいて、海上探査部又は海中探査部が一定のエリア内に侵入した移動物体を検知したときに外部の所定の箇所に通報を行うことを特徴とする。
【００２７】
海上探査部のカメラ又はレーダーが監視区域内に侵入した不審な船舶等の移動物体を発見したとき、又は海中探査部のカメラ又はソナーが監視区域内に侵入した不審な潜水艦等の移動物体を発見したときは、無線通信部を介して外部の所定の箇所に通報を行う。発見した侵入者の判別はＡＩＳで行うことができる。
【００２８】
カメラの映像による移動物体の自動検知は、画像上に警戒線を設定して画像処理を行う公知の技術で実現される。
【００２９】
次に第８の本発明の自律航行型海洋ブイは、第１〜第７のいずれかの本発明の自律航行型海洋ブイにおいて、威嚇部を備え、海上探査部又は海中探査部が一定のエリア内に侵入した移動物体を検知したときに自動的に外部の所定の箇所に通報を行うとともに威嚇部が威嚇動作を行うことを特徴とする。
【００３０】
第８の本発明の自律航行型海洋ブイは、一定エリア内に侵入した移動物体を検知したときには通信部を介して自動的に外部の所定の箇所に通報を行う。そしてその移動物体がＡＩＳにより不審な船舶である場合は、威嚇部が威嚇動作を行う。威嚇はスピーカによる音声警告、灯光器による照射等の手段で行われる。
【００３１】
次に第９の本発明の自律航行型海洋ブイは、第１〜第８のいずれかの自律航行型海洋ブイにおいて、無線通信部が無線の中継基地局としての機能を有することを特徴とする。
【００３２】
例えば、携帯電話の海上での通話は沿岸基地局と一部の船上基地局からの電波で行われているが、それらの基地局がカバーするエリアは限られており、実質的に沿岸から遠く離れた海上では携帯電話は使用できない。また、海上では通信衛星を利用しての通話が可能であるが、地上での携帯電話のような利便性はない。また緊急時に地上の基地局が使用不能になった場合に、携帯電話の中継基地局を気球やドローンに載せて通信可能エリアを確保する実験も行われている。
【００３３】
第９の本発明によれば、自律航行型海洋ブイに無線の中継基地局としての機能を持たせ、海上の所要箇所に配置することにより、海上でも地上と同様に快適な無線通信環境を構築することができる。
【００３４】
次に第１０の本発明の海洋情報システムは、第１〜第９のいずれかの自律航行型海洋ブイ複数基を一定の水域内に格子状に配置したことを特徴とする。
【００３５】
例えば日本の排他的経済水域内に第９の本発明の自律航行型海洋ブイを５０ｋｍの等間隔で配置すれば、約２０００基が配置される。そうすると日本の排他的経済水域内全ての範囲について海上・海中の監視と気象・海象情報の把握と海難救助網の構築と無線通信網の構築が可能となる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の自律航行型海洋ブイによれば、自律的に目的地まで航行し、目的地に到達後は定位置を維持しながら海上・海中の監視を継続することができる
また、本発明の自律型海洋ブイを必要エリアに複数基配置することで、そのエリアの監視網、観測網、海難救助網、無線通信網の構築が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る自律航行型海洋ブイの斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る自律航行型海洋ブイの操舵原理を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る自律航行型海洋ブイの定位置の保持原理を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る自動航行型海洋ブイの全体構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る自動航行型海洋ブイの制御フローを示す図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係る自動航行型海洋ブイを日本の排他的経済水域内に複数基配置した状態を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る自動航行型海洋ブイの救援動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
添付図面において、図１〜図３は本発明の第１の実施例（以下「実施例1」という。）に係る自律航行型海洋ブイを示すものであって、図１は実施例１の斜視図、図２は実施例１の操舵原理を説明するための図、図３は実施例１の定位置の保持原理を説明するための図である。
図１を参照すると、実施例１は浮体からなるブイ本体２が大きさの異なる半割卵を接合した形態で形成されている。ブイ本体２の浮力は半割卵形状の上部と下部の接合部が海面より上の位置に保持されるように設計される。遭難者はこの接合部の上に搭乗して、ブイ本体２の上部後方に設けられた避難室入口４から内部の避難室に入ることができる。海上の外部先頭に通信部７０、略半球状のブイ本体上部に太陽光発電パネル６４、ブイ本体２の天井部に海上探査部２０と検知部１０を備える。そして略半球状のブイ本体上部の後方に避難室入口４を備える。避難室に避難した遭難者は透明窓６から海上を眺めることができる。また、ブイ本体２の上部には通信部７０、太陽光発電パネル６４、検知部１０、海上探査部２０が設けられている。通信部７０には必要とされる電波の送受信器が装備される。
【００４０】
ブイ本体２の下部には円筒形の可動翼支持部５１０が設けられ、その周囲に回転軸を中心に回転可能に左可動翼５０２、右可動翼５０４、前可動翼５０６、後可動翼５０８が設けられている。そして可動翼支持部５１０の下端に海象観測部９０と海中探査部３０が設けられている。海象観測部９０には、波高、水温、流向、流速の各計測センサーが装備される。また、海中探査部３０には、３６０度撮影可能な海中カメラ、ソナーが装備される。
【００４１】
続いて図２を参照して実施例１の操舵原理を説明する。図１は実施例１の自律航行型海洋ブイ１を上から見た図で、定常時（イ）、直進時（ロ）、左折時（ハ）、右折時（二）を縦に並べている。
定常時（イ）においては、左可動翼５０２、右可動翼５０４、前可動翼５０６、後可動翼５０８は垂直方向を向いている。実施例１の定位置の保持原理については後述する。直進時（ロ）は、右可動翼５０４と左可動翼５０２を水平にする。これにより海水の抵抗を最小にして目的地まで航行する。左折時（ハ）は、右可動翼５０４を水平方向に、左可動翼５０２を垂直方向に向ける。そうすると自律航行型海洋ブイ１の左側の海水の抵抗が増加して、自律航行型海洋ブイ１は左折する。右折時（二）も左折時（ハ）と方向が異なるが、原理は同様である。
【００４２】
次に図３を参照して、実施例１の定位置の保持原理を説明する。自律航行型海洋ブイ１は自動航行により目的地に到着すると、定位置保持モードになり、自律的に自身の位置を定位置に保持しながら監視又は観測を継続する。図３は第１の実施例に係る自律航行型海洋ブイ１を横から見た図で、波の上  （Ａ）から波の下（Ｂ）まで下がり、再度波の上（Ｅ）まで戻る状態を縦に並べている。
これは自律航行型海洋ブイ１の現在位置が定位置よりも僅かに後方にずれているときに自律的に位置修正を行う原理を示している。
【００４３】
実施例１の自律航行型海洋ブイ１が押し寄せる波の上にあるとき（Ａ）は、波のあるときの海面９００が波のないときの海面９０２と比べ最も高いときである。このとき左可動翼５０２と右可動翼５０４（図示省略）は垂直方向を向いている。そしてそのまま波のあるときの海面９００が下がったとき（Ｂ）は水平面上同じ位置で最も降下し、（Ａ）と比較すると波のないときの海面９０２と波のあるときの海面９００との波高差の２倍降下する。次の波が来たときに第１の実施例に係る自律航行型海洋ブイ１は再度上昇を始めるが、このとき左可動翼５０２と右可動翼５０４を垂直方向から後方へ傾斜させる。そうすると上昇時の水流の抵抗で実施例１の自律航行型海洋ブイ１は、前方に向かって上昇し、最終的に効果を始める前の位置（Ａ）よりも僅かに前方に進む。以後この動作を繰り返して定位置を保持する。
【００４４】
この定位置保持動作は、太陽光発電をエネルギー源として、操舵用モータを駆動させることで実現され、エネルギーの消費は可動翼の角度制御のみのため僅かである。ただし、悪天候等でこの仕組みだけでは定位置保持が困難な場合は、別途推進駆動源からスクュー等の推進機構を駆動させて、第１の実施例に係る自律航行型海洋ブイ１を定位置まで航行させる。
【００４５】
（実施例２）
次に図４を参照して本発明の第２の実施例（以下「実施例２」という。）を説明する。図４は、実施例２の自動航行型海洋ブイの全体構成を示すブロック図である。実施例２の外形は前述の実施例１と同様であるから省略するが、実施例１に加えて威嚇部１５を備える。
ここでは、実施例２の全体構成を説明する。実施例２の自動航行型海洋ブイは、図４に示すように遭難者からの遭難信号を受信する緊急信号部７２と、ＧＰＳ信号受信器１２と内部センサー１４とを装備して自身の位置情報を取得する検知部１０と、海上探査部２０又は海中探査部３０が検知した侵入者に対してスピーカ１７と灯光器１９を用いて威嚇動作を行う威嚇部１５と、海流データ・電子海図データ・海底地形データ等を記憶した海図情報４０と、通信部７０と、風向風速８２・日射８３・相対湿度８４・気温８５・雨量８６・気圧８７の計測を行う気象観測部８０と、海上カメラ２２とレーダー２４とで海上の状態を監査する海上探査部２０と、波高９２・水温９４・流向９６・流速９８の計測を行う海象観測部９０と、海中カメラ３２とソナー３４とで海中を監視する海中探査部３０と、検知部１０より検出されたブイ本体の位置情報と海図情報４０に基づいて設定された目標ルートに沿ってブイ本体の航行計画を作成する判断部５０と、判断部５０により生成された航行計画に従ってブイ本体が航行するように推進部５４の駆動制御を行う航行制御部５２と、航行制御部５２の指令によって操舵用モータ５６と推進駆動源５８によりブイ本体を推進させる推進部５４と、自然エネルギーで発電をする発電部６０と余剰な電気エネルギーを蓄え発電部を補足する蓄電部６２とから構成されている。そしてこれらの各部は情報伝送路で結ばれており、また発電部６０と蓄電部６２とから必要な電力が供給されている。さらに海中探査部は海底地下に存在する海底熱水鉱床やコバルトリッチクラスト等の多様な海洋鉱物資源を探査できる重力計（図示省略）と磁力計（図示省略）を備えることもある。
【００４６】
（実施例３）
次に図５を参照して本発明の第３の実施例（以下「実施例３」という。）の制御の流れを説明する。      
図５は、実施例３の自動航行型海洋ブイの制御フローを示す図である。実施例３は第３の本発明の自律航行型海洋ブイの実施例である。
ステップ１００で制御を開始すると、先ずステップ１０２で遠隔制御モードか否かの判定を行う。遠隔制御モードであれば実施例３の自動航行型海洋ブイは外部の所定の箇所から遠隔制御される。遠隔制御モードでなければ実施例３の自動航行型海洋ブイはステップ１０４でローカル制御モードにて制御を開始する。
【００４７】
ローカル制御モードを開始するとステップ１０６で遭難信号の有無が判断される。遭難信号がなければステップ３００の自律航行モードに移行する。ステップ３００の自律航行モードでは、ステップ３０２で目的地の設定処理が行われ、ステップ４０２からサブルーチンの自律航行プログラムが実行される。
【００４８】
ステップ４０２では、自身の現在位置を測位して、ステップ４０４で現在位置から目的地までの方角・距離を随時計算して航行計画を作成する。そしてステップ４０６では、航行計画に従ってブイ本体を目的地まで航行させる。次にステップ３０４で目的地に到達したか否かの判断を行い、まだ到達していなければ到達するまでステップ４０２からステップ３０４までの処理を繰り返す。
【００４９】
ステップ３０４で目的地に到達したと判断されれば実施例３の自動航行型海洋ブイは航行を停止して、ステップ３０８の定位置モードに移行する。ステップ３０８の定位置モードに移行すれば、次にステップ３１０で自身の現在位置を測位する。
【００５０】
ステップ３１２では、現在位置と目的地との距離を計算して、ステップ３１４でその距離が予め設定された許容距離よりも大きければ再度自動航行プログラムを実行して、目的地までの航行を行う。
ステップ３１４で現在位置と目的地との距離が許容距離よりも小さければステップ３１０に戻り、定位置モードの処理を繰り返す。
以上が自律航行モードと定位置モードの制御の流れの説明である。
【００５１】
次にステップ１０６で遭難信号が有った場合の制御を説明する。この場合はステップ２００で遭難位置を受信した後、ステップ２０２で自身の現在位置を測位する。続いてステップ２０４で現在位置から遭難位置までの距離を計算する。そしてステップ２０６で現在位置から遭難位置までの距離が予め設定された救援設定距離よりも小さい場合は、ステップ２０８の救援モードに移行する。
【００５２】
ステップ２０８の救援モードになれば、ステップ２１０で遭難位置を目的地に設定し直してサブルーチンの自律航行プラグラムを実行する。以後ステップ４０２〜ステップ４０６の処理は前述のとおりである。
【００５３】
ステップ２１２で目的地に到達したと判断されれば、実施例３の自律航行型海洋ブイは航行を停止してステップ３１８の定位置モードに移行する。以後は自律航行モードと同じ制御を繰り返して定位置を保持する。
【００５４】
（実施例４）
最後に図６と図７を参照して、本発明の第４の実施例である海洋情報システム（以下「実施例４」という。）の説明をする。図６は、自動航行型海洋ブイを日本の排他的経済水域内に格子状に複数基配置した状態を示す図、図７は海洋情報システムとしての自動航行型海洋ブイの救援動作を説明するための図である。
【００５５】
日本の周囲に設定された排他的経済水域６００のエリア内にほぼ５０ｋｍ間隔で本発明の自律航行型海洋ブイ１が約２０００基配置されている。こうすることで日本の排他的経済水域内全ての範囲について海上・海中の監視と気象・海象情報の把握と海難救助網の構築と無線通信網の構築が可能となる。配置される自律航行型海洋ブイ１は前述のとおり通信部を有するので、これらが捉えた情報は所定の箇所においてリアルタイムで把握可能である。
【００５６】
次に図７を参照して、海洋情報システムの救援動作について説明する。図７は図６の一部を拡大表示したものである。遭難船７１０の周囲に本発明の自律航行型海洋ブイが１Ａ〜１Ｈまで８基配置されている。そして、自律航行型海洋ブイ１Ａ、自律航行型海洋ブイ１Ｂ、自律航行型海洋ブイ１Ｃが救援設定距離７００内に位置し、自律航行型海洋ブイ１Ｄ、自律航行型海洋ブイ１Ｅ、自律航行型海洋ブイ１Ｆ、自律航行型海洋ブイ１Ｇ、自律航行型海洋ブイ１Ｈが救援設定距離７００外に位置する。
【００５７】
遭難船７１０は遭難信号７２０を発信しており、この信号を全ての自律航行型海洋ブイが受信している。各自律航行型海洋ブイは、自身の位置と遭難船の位置との距離算出を行い、その距離が予め設定された救援設定距離よりも小さければ自律的に遭難位置まで救援に向かう。即ち、救援設定距離内に位置する自律航行型海洋ブイ１Ａ、自律航行型海洋ブイ１Ｂ、自律航行型海洋ブイ１Ｃが自律的に遭難船の救援に向かうことになる。
さらに遭難事故の規模により、救援に向かう自律航行型海洋ブイの基数を増加させる必要があるときは、所定の箇所から遠隔制御にて必要基数の自律航行型海洋ブイのモードを救援モードに切り替えることができ、救援モードに切り替えられた自律航行型海洋ブイは遭難位置に向かって航行を開始する。他のモードよりも遠隔制御モードが優先されるからである。
【００５８】
さらに本発明の自律航行型海洋ブイは、大地震等の陸地の大災害発生時において陸上の無線基地局が使用不能となった場合に、全ての自律航行型海洋ブイを沿岸に集めることで、陸上通信用の無線基地局としての機能を補完することができる。
また、同様に陸上の大災害時に本発明の自律航行型海洋ブイを沿岸に集めることで、被災者の避難場所として使用することもできる。
加えて、海上と海中の探査部を利用して遭難船及び遭難者並びに漂流物の捜索を行うこともできる。
【符号の説明】
【００５９】
１  自律航行型海洋ブイ
１Ａ〜１Ｈ  格子状に配置された自律航行型海洋ブイ
２  ブイ本体
４  避難室入口
６  透明窓
１０  検知部
１２  ＧＰＳ信号受信器
１４  内部センサー
１５  威嚇部
１７  スピーカ
１９  灯光器
２０  海上探査部
２２  海上カメラ
２４  レーダー
３０  海中探査部
３２  海中カメラ
３４  ソナー
４０  海図情報
４２  監視カメラ
５０  判断部
５２  航行制御部
５４  推進部
５６  操舵用モータ
５８  推進駆動源
６０  発電部
６２  蓄電部
６４  太陽光発電パネル
７０  通信部
７２  緊急信号部
８０  気象観測部
８２  風向・風速
８３  日射
８４  相対温度
８５  気温
８６  雨量
８７  気圧
９０  海象観測部
９２  波高
９４  水温
９６  流向
９８  流速
５０２  左可動翼（第２の可動翼）
５０４  右可動翼（第１の可動翼）
５０６  前可動翼（第３の可動翼）
５０８  後可動翼（第４の可動翼）
５１０  可動翼支持部
６００  排他的経済水域
７００  救援設定距離
７１０  遭難船
７２０  遭難信号
９００  波のあるときの海面
９０２  波のないときの海面
【図１】
2019156078.tif 000003
【図２】
2019156078.tif 000004
【図３】
2019156078.tif 000005
【図４】
2019156078.tif 000006
【図５】
2019156078.tif 000007
【図６】
2019156078.tif 000008
【図７】
2019156078.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月16日(2019.4.16)
【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】
ＧＰＳ信号と内部センサーの情報と海図情報とに基づいて海洋上で自律的に目的地までの航行と定位置の保持を行うように構成された自律航行型海洋ブイであって、
浮体からなるブイ本体と、
ＧＰＳ信号と内部センサーの情報を受信する検知部と、
海上を探査する海上探査部と、
海中を探査する海中探査部と、
検知部より検出されたブイ本体の位置情報と海図情報に基づいて設定された目標ルートに沿ってブイ本体の航行計画を作成する判断部と、
ブイ本体を推進させる推進部と、
判断部により生成された航行計画に従ってブイ本体が航行するように推進部の駆動制御を行う航行制御部と、
自然エネルギーで発電する発電部と、
発電部で発電された電気を貯蔵しブイ本体内の必要部へ電気を供給する蓄電部と、
外部との通信を行う通信部と、
遭難信号を受信して遭難信号の発信位置を特定する緊急信号部と、
遭難者が外部から避難するための避難室と、
を備え、
設定された海上位置まで自律航行を行う自律航行モードと、
設定された海上位置で自律的に定位置を保持する定位置モードと、
遭難信号を受信したときに海上の遭難信号の発信位置まで自律航行を行う救援モードと、
外部から遠隔制御される遠隔制御モードと、
を有することを特徴とする自律航行型海洋ブイ。
【請求項２】
前記緊急信号部が遭難信号を受信すれば、遭難信号の発信位置から所定の距離内にあることを条件として自律的に遭難信号の発信位置まで救助に向かうことを特徴とする請求項１に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項３】
前記ブイ本体の海中に位置する外部に回転軸を中心に回転可能な略薄板状の複数の可動翼が設けられ、
前記回転軸の少なくとも一つがブイ本体の進行方向と同一方向を有し、
前記航行制御部が前記複数の可動翼の回転角を制御することで、
波によるブイ本体の上下運動により前記ブイ本体を定位置に保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項４】
前記ブイ本体の進行方向に直交する回転軸を中心に前記ブイ本体の右側に回転可能に設けられた略薄板状の第１の可動翼と、
前記ブイ本体の進行方向に直交する回転軸を中心に前記ブイ本体の左側に回転可能に設けられた略薄板状の第２の可動翼と、
前記ブイ本体の進行方向に並行する回転軸を中心に前記ブイ本体の前側に回転可能に設けられた略薄板状の第３の可動翼と、
前記ブイ本体の進行方向に並行する回転軸を中心に前記ブイ本体の前側に回転可能に設けられた略薄板状の第４の可動翼と、
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項５】
気象を観測する気象観測部と海象を観測する海象観測部を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項６】
前記海上探査部又は前記海中探査部が一定のエリア内に侵入した移動物体を検知したときに外部の所定の箇所に通報を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自律航行型海洋ブイ。  
【請求項７】
威嚇部を備え、前記海上探査部又は前記海中探査部が一定のエリア内に侵入した移動物体を検知したときに自動的に外部の所定の箇所に通報を行うとともに前記威嚇部が威嚇動作を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項８】
前記無線通信部が無線の中継基地局としての機能を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の自律航行型海洋ブイ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の自律航行型海洋ブイ複数基を一定水域内に格子状に配置したことを特徴とする海洋情報システム。